KR101572915B1 - 유량 제어 장치 및 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 번잡한 조작을 행하는 일 없이 복수의 가스종에 대하여 유량 제어를 행하는 것이 가능한 유량 제어 장치를 제공하는 것이다.
(해결 수단) 가스 통로(28)에 흐르는 가스 유량을 제어하는 유량 제어 장치(30)에 있어서, 주가스관(50)과, 이것에 흐르는 가스의 유량을 검출하여 유량 신호를 출력하는 유량 검출 수단(52)과, 유량을 제어하는 유량 제어 밸브 기구(54)와, 외부로부터 입력되는 유량 지시 신호(Sb)와 목표 유량과의 관계를 나타내기 위한, 복수의 가스종에 대응한 복수의 환산 데이터를 기억하는 환산 데이터 기억부(56)와, 외부로부터 입력되는 가스종 선택 신호(Sa)에 기초하여 복수의 환산 데이터로부터 대응하는 환산 데이터를 선택함과 함께 유량 지시 신호(Sb)에 기초하여 상기 목표 유량을 구하고, 목표 유량과 유량 신호에 기초하여 유량 제어 밸브 기구(54)를 제어하는 유량 제어 본체(58)를 구비한다.

Description

유량 제어 장치 및 처리 장치{FLOW RATE CONTROLLER AND PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피(被)처리체를 처리할 때 공급되는 가스의 유량 제어 장치 및 이를 이용한 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스를 제조하려면, 실리콘 기판 등의 반도체 웨이퍼에 대하여, 성막 처리, 에칭 처리, 어닐 처리, 산화 확산 처리 등의 각종의 처리를 반복 행하여 소망하는 디바이스를 제조하게 되어 있다. 전술하는 바와 같은 각종의 처리를 행하기 위해서는, 처리에 필요한 각종의 처리 가스가 이용되고, 이 경우, 안정적인 처리를 행하기 위해서는, 프로세스 온도나 프로세스 압력을 정밀도 좋게 제어하는 것에 더하여, 상기한 처리 가스의 유량도 정밀도 좋게 제어하는 것이 요구되고 있다.
이러한 처리 가스의 유량을 정밀도 좋게 제어하는 장치로서, 일반적으로는, 예를 들면 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어 장치가 다용되고 있다(특허문헌 1, 2 등). 이 유량 제어 장치는, 센서관 내에 가스가 흐름으로써 발생하는 열 이동량을 온도에 따라서 저항값이 변화하는 저항선의 저항 변화로서 취급하여, 유량(질량 유량)을 구하게 되어 있다. 이 경우, 이 유량 제어 장치에는, 오퍼레이터가 입력하는 유량 설정값에 대응하는 유량 지시 신호와 목표 유량과의 관계를 나타내는 환산 데이터가 미리 기억되어 있고, 이 유량 제어 장치 자체는, 상기 유량 지시 신호에 대응한 목표 유량을 실현하도록 피드백 제어로 자동으로 유량 제어하게 되어 있다.
일본공개특허공보 제2005-222173호 국제공개공보 WO 2008-016189호
그런데, 상기한 유량 제어 장치에 있어서는, 가스의 흐름에 수반하여 발생하는 열 이동량에 기초하여 유량을 제어하게 되어 있기 때문에, 사용하는 가스종의 비열(比熱)이 상이하면, 이에 수반하여 가스 유량이 바뀌어 버린다. 따라서, 종래의 유량 제어 장치에 있어서는, 어느 기준이 되는 가스종, 예를 들면 N2 가스에 기초한 다른 여러 가지의 가스종의 보정값, 즉 컨버젼 팩터(conversion factor)(이하 「CF값」이라고도 칭함)가 미리 정해져 있다. 그리고, 유량 제어 장치의 납입시에는, 이용자의 오더시에 지정한 가스종의 CF값에 기초하여 구해진 환산 데이터가 기억되어 있는 유량 제어 장치가 납입되어 있었다.
그리고, 실제의 처리 장치에서는, 다종 다용의 가스가 이용되는 것이 현재 상태이며, 이러한 경우에, 설비 비용 삭제를 위해 1대의 유량 제어 장치에서, 납입시에 정해진 가스종에 더하여, 이 가스종 이외의 다른 하나 또는 복수의 가스종에 대해서도 유량 제어를 행하게 하는 바와 같은 사용 태양을 채용하는 경우가 있다. 이러한 경우, 처리 장치의 오퍼레이터는, 새롭게 유량 제어하고자 하는 가스종에 대응하는 상기 CF값에 기초하여 별도 손계산으로 보정 유량을 구하고, 이 보정 유량을 입력하여 기억시키도록 하고 있었다.
그러나, 이 CF값은, 유량 제어 장치의 메이커나 모델에 따라서도 상이하기 때문에, 입력시에 있어서 계산이 번잡할 뿐만 아니라, 계산 미스도 유발한다는 문제가 있었다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 주목하고, 이를 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명은, 번잡한 조작을 행하는 일 없이 복수의 가스종에 대하여 유량 제어를 행하는 것이 가능한 유량 제어 장치 및 이를 이용한 처리 장치이다.
청구항 1에 따른 발명은, 가스 통로에 흐르는 가스 유량을 제어하는 유량 제어 장치에 있어서, 상기 가스 통로에 접속되는 주(主) 가스관과, 상기 주 가스관에 흐르는 가스의 유량을 검출하여 유량 신호를 출력하는 유량 검출 수단과, 상기 주 가스관에 설치되어 밸브 개도(開度)를 바꿈으로써 유량을 제어하는 유량 제어 밸브 기구와, 외부로부터 입력되는 유량 지시 신호와 목표 유량과의 관계를 나타내기 위한, 복수의 가스종에 대응한 복수의 환산 데이터를 기억하는 환산 데이터 기억부와, 외부로부터 입력되는 가스종 선택 신호에 기초하여 상기 복수의 환산 데이터로부터 하나의 대응하는 환산 데이터를 선택함과 함께, 선택된 환산 데이터로부터 상기 유량 지시 신호에 기초하여 상기 목표 유량을 구하고, 당해 목표 유량과 상기 유량 신호에 기초하여 상기 유량 제어 밸브 기구를 제어하는 유량 제어 본체를 구비한 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치이다.
이에 따라, 가스 통로에 흐르는 가스의 유량을 제어하는 유량 제어 장치에 있어서, 피처리체의 구체적인 처리 태양을 나타내는 프로세스 레시피의 작성시에 종래 행해지고 있었던 컨버젼 팩터값을 이용한 번잡한 손계산 등을 불필요하게 하는 것이 가능해지고, 따라서, 번잡한 조작을 행하는 일 없이 복수의 가스종에 대하여 유량 제어를 행하는 것이 가능해진다.
청구항 3에 따른 발명은, 피처리체에 대하여 처리를 행하는 처리 장치에 있어서, 상기 피처리체를 수용하는 처리 용기를 갖고 상기 피처리체에 대하여 처리를 행하는 처리 장치 본체와, 상기 처리 용기 내를 배기하는 배기계와, 도중에 청구항 1 또는 2에 기재된 유량 제어 장치가 설치되고, 당해 유량 제어 장치의 상류측에 상이한 가스종을 흘리기 위해 개폐 밸브가 설치된 복수의 분기 가스로(路)가 형성되고, 하류측이 상기 처리 용기에 접속된 가스 통로를 갖는 가스 공급계와, 적어도 가스종에 관한 정보와 설정 유량을 포함하는 처리 정보를 입출력하는 입출력부를 갖고 장치 전체의 제어를 행하는 장치 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 처리 장치이다.
본 발명에 따른 유량 제어 장치 및 처리 장치에 의하면, 다음과 같은 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
가스 통로에 흐르는 가스의 유량을 제어하는 유량 제어 장치에 있어서, 피처리체의 구체적인 처리 태양을 나타내는 프로세스 레시피의 작성시에 종래 행해지고 있었던 컨버젼 팩터값을 이용한 번잡한 손계산 등을 불필요하게 할 수 있고, 따라서, 번잡한 조작을 행하는 일 없이 복수의 가스종에 대하여 유량 제어를 행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유량 제어 장치를 이용한 처리 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유량 제어 장치를 나타내는 블록 구성도이다.
도 3은 유량 제어 장치의 환산 데이터 기억부에 기억된 환산 데이터의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 4는 SiN막을 성막할 때의 각 가스의 공급 형태의 일 예를 나타내는 타이밍 차트이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에, 본 발명에 따른 유량 제어 장치 및 처리 장치의 일 실시예를 첨부 도면에 기초하여 상술한다. 도 1은 본 발명에 따른 유량 제어 장치를 이용한 처리 장치를 나타내는 개략 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 유량 제어 장치를 나타내는 블록 구성도, 도 3은 유량 제어 장치의 환산 데이터 기억부에 기억된 환산 데이터의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 처리 장치(2)는, 피처리체인, 예를 들면 실리콘 기판으로 이루어지는 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 처리를 행하는 처리 장치 본체(4)를 갖고 있다. 이 처리 장치 본체(4)는, 예를 들면 석영 등의 내열 부재에 의해 천정이 있는 원통체 형상으로 성형된 처리 용기(6)를 갖고 있다. 이 처리 용기(6) 내에는, 보유지지(保持; holding) 수단으로서, 예를 들면 웨이퍼 보트(8)가 설치되어 있고, 이 웨이퍼 보트(8)에 상기 반도체 웨이퍼(W)가 복수매, 다단으로 지지되어 있다.
이 처리 용기(6)의 하단의 개구부는, 상기 웨이퍼 보트(8)를 지지하는 덮개부(10)에 의해 기밀하게 밀폐되어 있다. 이 덮개부(10)는, 도시하지 않는 보트 엘리베이터에 의해 승강 가능하게 이루어져 있고, 상기 덮개부(10)와 함께 웨이퍼 보트(8)를 일체적으로 승강시켜, 웨이퍼 보트(8)를 처리 용기(6) 내로 로드 및 언로드할 수 있게 되어 있다.
상기 처리 용기(6)의 주변부에는, 원통체 형상의 가열 수단(12)이 설치되어 있어, 내측의 반도체 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열하고, 유지하게 되어 있다. 또한, 처리 용기(6)의 하부 측벽에는, 처리 용기(6) 내로 가스를 도입하는 가스 도입 포트(14)와 가스 배기 포트(16)가 설치되어 있다. 상기 가스 배기 포트(16)에는, 처리 용기(6) 내의 분위기를 배기하는 배기계(18)가 설치된다. 구체적으로, 상기 배기계(18)는, 상기 가스 배기 포트(16)에 접속된 배기 통로(20)를 갖고 있고, 이 배기 통로(20)에는, 압력 제어 밸브(22) 및 배기 펌프(24)가 순차 설치되어 있다. 이 경우, 처리 태양에 의해, 처리 용기(6) 내는 대기압 전후의 압력으로 이루어지거나, 혹은 진공 분위기로 이루어진다.
그리고, 상기 가스 도입 포트(14)에는, 처리에 필요한 가스를 상기 처리 용기(6) 내로 공급하는 가스 공급계(26)가 설치되어 있다. 도시예에서는, 가스 공급계(26)가 1개밖에 기재되어 있지 않지만, 실제로는 사용하는 복수의 가스종에 대응시켜 복수의 가스 공급계(26)가 설치되게 된다.
상기 가스 공급계(26)는, 상기 가스 도입 포트(14)에 접속된 가스 통로(28)를 갖고 있고, 이 가스 통로(28)의 도중에는, 본 발명에 따른 유량 제어 장치(30)가 설치되어 있어, 후술하는 바와 같이 복수의 가스종의 유량을 제어하게 되어 있다. 이 유량 제어 장치(30)의 구성에 대해서는 후술한다.
이 유량 제어 장치(30)보다도 하류측의 가스 통로(28)에는, 이 가스 통로(28)를 개폐하는 제1 개폐 밸브(V1)가 설치되어 있다. 또한, 이 가스 통로(28)의 상류측은, 복수, 여기에서는 2개의 분기 가스로(32, 34)가 형성되어 있고, 각 분기 가스로(32, 34)의 도중에는 이 분기 가스로(32, 34)를 개폐하기 위해 각각 제2 및 제3 개폐 밸브(V2, V3)가 설치되어 있다.
그리고, 상기 분기 가스로(32, 34)에는, 각각 상이한 가스종, 예를 들면 A 가스와 B 가스를 흘리게 되어 있다. 따라서, 상기 개폐 밸브(V2, V3)를 바꿈으로써 A 가스와 B 가스를 선택적으로 흘릴 수 있게 되어 있다. 도시예에서는, 한쪽의 분기 가스로(32)에 A 가스를 흘리고, 다른 한쪽의 분기 가스로(34)에는 B 가스를 흘리게 되어 있다. 또한, 상기 분기 가스로는 2개로 한정되지 않고, 더욱 많은 분기 가스로를 형성하여, 더욱 많은 상이한 가스종을 흘릴 수 있도록 해도 좋다.
또한, 상기 유량 제어 장치(30)와 제1 개폐 밸브(V1)와의 사이의 가스 통로(28)와, 배기계(18)의 압력 제어 밸브(22)와 배기 펌프(24)와의 사이의 배기 통로(20)를 연결하여 벤트관(36)이 접속되어 있어, 처리 용기(6) 내를 통하는 일 없이 가스를 배기계(18)에 흘릴 수 있게 되어 있다. 또한, 이 벤트관(36)의 도중에는 이를 개폐하는 제4 개폐 밸브(V4)가 설치되어 있다.
그리고, 이 처리 장치(2)는 이 장치 전체를 제어하는 장치 제어부(40)를 갖고 있다. 이 장치 제어부(40)는, 예를 들면 컴퓨터 등으로 이루어지고, 이 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은 기억 매체(42)에 기억되어 있다. 이 기억 매체(42)는, 예를 들면 플렉시블 디스크, CD(Compact Disc), 하드 디스크, 플래쉬 메모리 혹은 DVD 등으로 이루어진다. 구체적으로는, 이 장치 제어부(40)로부터의 지령에 의해, 각 가스의 공급의 개시, 정지나 유량 제어, 프로세스 온도나 프로세스 압력의 제어 등이 행해진다.
또한, 상기 장치 제어부(40)는, 제어에 필요한 각종의 처리 정보, 예를 들면 가스종에 관한 정보나 설정 유량이나 각 개폐 밸브의 개폐의 동작의 타이밍 등을 입력하거나, 장치측으로부터 오퍼레이터측에 대하여 필요한 처리 정보를 출력하거나 하기 위한 입출력부(44)를 갖고 있다. 또한, 이 입출력부(44)에는, 필요한 정보를 시각적으로 보기 위한 표시부(46)가 형성되어 있다.
예를 들면 이 표시부(46)에서는, 유량 제어 장치(30)에 있어서 흘리는 각종의 가스의 최대 유량(풀 스케일)을 전환 가능하게 표시할 수 있게 되어 있다. 상기 입출력부(44)는, 예를 들면 숫자키 등을 가져, 각종의 수치도 입력할 수 있게 되어 있어, 프로세스 레시피에 관한 각종의 처리 정보를 입력하거나, 정정할 수 있게 되어 있다. 이러한 입출력부(44)는, 예를 들면 터치패널 센서로 구성해도 좋다.
상기 장치 제어부(40)의 메모리에서는, 이용되는 가스종과 상기 개폐 밸브와의 관계가 미리 관련지어져 있어, 가스종에 관한 정보로서, 예를 들면 개폐 밸브를 지정함으로써, 이용하는 가스종을 특정할 수 있게 되어 있다. 예를 들면, 프로세스 레시피에 있어서 제2 개폐 밸브(V2)를 "열다" 지령을 입력하면, "A 가스"를 흘리는 것을 의미하고, 제3 개폐 밸브(V3)를 "열다" 지령을 입력하면, "B 가스"를 흘리는 것을 의미하게 된다. 그리고, 이 장치 제어부(40)에서는, 상기 가스종이 특정되면, 특정된 가스종을 나타내는 가스종 선택 신호(Sa) 및 그의 가스종의 유량을 나타내는 유량 지시 신호(Sb)를 상기 유량 제어 장치(30)를 향하여 통신 라인(48)을 통해 송신할 수 있게 되어 있다.
상기 장치 제어부(40)는, 상기한 바와 같은 통신을 행하기 위해 통신 보드(40A)를 갖고 있다. 여기에서, 이 통신 보드(40A)는, 예를 들면 디지털 통신을 행할 수 있게 되어 있다. 이 디지털 통신의 규격으로서는, 예를 들면 "RS485" 등이 이용된다.
＜유량 제어 장치의 구성＞
다음으로, 상기 유량 제어 장치(30)의 구성에 대해서, 도 2 및 도 3도 참조하여 설명한다. 이 유량 제어 장치(30)는, 상기 가스 통로(28)의 도중에 설치되어, 양단이 상기 가스 통로(28)의 상류측과 하류측에 접속되는 주 가스관(50)을 갖고 있고, 이 양단의 플랜지(50A)에서 상기 가스 통로(28)로 접속되어 있다.
이 유량 제어 장치(30) 내에는, 또한, 상기 주 가스관(50)에 흐르는 가스의 유량을 검출하여 유량 신호(S1)를 출력하는 유량 검출 수단(52)과, 상기 주 가스관(50)에 설치되어, 가스의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브 기구(54)와, 외부로부터 입력되는 유량 지시 신호(Sb)와 목표 유량과의 관계를 나타내기 위한, 복수의 가스종에 대응한 복수의 환산 데이터를 기억하는, 본 발명의 특징으로 하는 환산 데이터 기억부(56)와, 외부로부터 입력되는 가스종 선택 신호(Sa)에 기초하여 상기 복수의 환산 데이터로부터 대응하는 환산 데이터를 선택하고, 또한 유량 지시 신호(Sb)에 기초하여 목표 유량을 구하고, 이 목표 유량과 상기 유량 신호(S1)에 기초하여 상기 유량 제어 밸브 기구(54)를 제어하는 유량 제어 본체(58)를 갖고 있다.
또한, 상기 유량 제어 본체(58)는, 외부와의 통신을 행하는 통신부(60)가 접속되어 있어, 전술한 바와 같이 장치 제어부(40)측과 쌍방향으로 통신(디지털 통신)을 행하게 되어 있다.
상기 유량 검출 수단(52)은, 주 가스관(50)의 도중에 설치된 바이패스관(62)과, 이 바이패스관(62)을 우회하도록 양측에 접속된 센서관(64)을 갖고 있고, 주 가스관(50) 내를 흐르는 가스 유량을 상기 양 관(62, 64)으로 일정한 비율로 분배하게 되어 있다.
상기 센서관(64)에는, 온도에 따라서 저항값이 변화하는 저항선(66)이 길이 방향을 따라서 휘감겨져 있고, 이 저항선(66)이 센서 회로(68)에 접속되어 있다. 그리고, 상기 센서 회로(68)에는, 브리지 회로(도시하지 않음)가 설치되어 있어, 상기 저항선(66)에 정(定)전류를 흘린 상태에서 센서관(64) 내에 가스가 흐름으로써 발생하는 열 이동량을 상기 저항선(66)의 저항 변화로서 상기 브리지 회로에서 검출하고, 이에 기초하여 실제로 흐르고 있는 가스 유량을 검출하게 되어 있다. 그리고, 이 센서 회로(68)는, 상기 검출한 가스 유량을 유량 신호(S1)로서 상기 유량 제어 본체(58)를 향하여 출력하게 되어 있다.
또한, 상기 유량 제어 밸브 기구(54)는, 상기 주 가스관(50)의 도중에 설치된 유량 제어 밸브(70)를 갖고 있다. 이 유량 제어 밸브(70)는, 예를 들면 밸브구에 대하여 얇은 금속판으로 이루어지는 다이어프램(도시하지 않음)을 접근 및 이간시킴으로써 밸브 개도를 조정할 수 있게 되어 있고, 상기 다이어프램은, 예를 들면 피에조 소자 등의 압전 소자로 이루어지는 액츄에이터(72)에 의해 상기 밸브 개도가 조정된다. 상기 액츄에이터(72)는, 밸브 구동 회로(74)로부터의 구동 전류에 의해 동작되게 되어 있다.
상기 환산 데이터 기억부(56)에는, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같은 유량 지시 신호와 목표 유량과의 관계를 나타내기 위한 환산 데이터가 미리 기억되어 있다. 여기에서는 복수의 가스종, 즉 A 가스와 B 가스의 2종류의 가스종의 직선적인 환산 데이터가 기억되어 있다. 여기에서 환산 데이터는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 그래프로서 나타나 있고, 횡축에 외부로부터 입력되는 유량 지시 신호(Sb)를 취하고, 종축에 목표 유량을 취하고 있다. 이 유량 지시 신호(Sb)는, 아날로그 신호의 경우에는, 0∼5볼트의 범위 내에서 나타나 있고, 전압의 크기에 따른 목표 유량이 되도록 설정되어 있다. 5볼트일 때의 유량이 풀 스케일이 되며, 그 가스종을 흘릴 수 있는 최대 유량으로 되어 있다.
따라서, 여기에서 A 가스의 경우에는 풀 스케일로 1000sccm의 유량으로 흘릴 수 있고, B 가스의 경우에는 풀 스케일로 2000sccm의 유량으로 흘릴 수 있게 된다. 상기 유량 지시 신호(Sb)가 디지털 신호인 경우에는, 상기 그래프의 횡축은, 아날로그 신호의 0∼5볼트에 대응한 값으로 되어 있다. 덧붙여 말하면, A 가스는, 예를 들면 모노실란 가스에 대응하고, B 가스는 N2 가스에 대응하고 있다. 이 직선 형상의 환산 데이터는 가스종에 따라 경사가 상이하다.
또한, 여기에서는 복수의 환산 데이터로서 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 직선 형상의 그래프를 이용했지만, 이로 한정되지 않고, 상기 그래프의 수치를 나타내는 표나 함수 등이라도 좋고, 나아가서는 상기 수치를 나타낼 수 있는 모든 것을 환산 데이터로서 이용할 수 있다.
그리고, 상기 유량 제어 본체(58)는, 예를 들면 컴퓨터 등으로 이루어지고, 외부로부터 입력되는 가스종 선택 신호(Sa)에 기초하여, 도 3 중의 A 가스의 환산 데이터를 이용할지, B 가스의 환산 데이터를 이용할지를 선택한다. 또한, 도 3 중에 있어서 선택된 환산 데이터와 외부로부터 입력되는 유량 지시 신호(Sb)에 기초하여 목표 유량을 구하게 된다. 그리고, 이 목표 유량을 실현하도록, 밸브 구동 회로(74)를 향하여 밸브 구동 신호(S2)를 출력하여 가스 유량을 피드백에 의해, 예를 들면 PID 제어하게 되어 있다.
＜동작의 설명＞
다음으로, 이상과 같이 구성된 처리 장치(2)의 동작에 대해서 설명한다. 우선, 오퍼레이터는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리해야 할 순서를 나타내는 프로세스 레시피를 컴퓨터에 판독 가능한 프로그램으로서 입출력부(44)로부터 입력하고, 예를 들면 기억 매체(42)에 기억시켜 둔다. 이 프로세스 레시피를 외부로부터 통신에 의해 입력하는 경우도 있다. 이 프로세스 레시피에는, 이 처리 장치(2)의 전체의 각 구성 부품의 동작의 순서, 즉 각 공정의 순서가 미리 규정되어 있다. 그리고, 프로세스 레시피의 입력시에는, 처리시의 프로세스 압력, 프로세스 온도, 프로세스 시간, 이용하는 가스종(가스종에 관한 정보), 각 가스종의 유량(설정 유량), 각 개폐 밸브의 개폐 동작 등의 프로세스 조건 등도 입출력부(44)로부터 입력할 수 있게 되어 있다.
또한, 상기 장치 제어부(40)는, 동작의 순서가 미리 규정된 프로세스 레시피에 있어서의 각 공정과 이용하는 가스종이 미리 관련지어져 있어, 상기 가스종에 관한 정보로서 상기 프로세스 레시피의 공정을 특정함으로써 가스종을 특정할 수 있도록 이루어져 있다. 즉, 공정마다 이용하는 가스종이 미리 정해져 있다. 또한, 각 가스종의 유량은, 기억 매체(42)에 포함되는 재기입 가능한 테이블이나 프로세스 레시피에 기재되어 있어, 이를 참조함으로써 가스 유량이 결정된다. 여기에서, 입출력부(44)에서, 사용하는 가스종 및 그의 유량을 설정하는 경우에 대해서 설명한다. 예를 들면, A 가스를 소정의 유량, 예를 들면 400sccm로 소정의 시간만큼 흘리고, 그 후에 B 가스를 소정의 유량, 예를 들면 1000sccm로 소정의 시간만큼 흘리도록 설정하는 경우를 예로 들어 설명한다.
우선, 입출력부(44)에 있어서, 가스종에 관한 정보로서 "제2 개폐 밸브" V2를 "열림 상태"로 하는 지시를 입력하고, 설정 유량으로서 "400sccm"로 하는 지시를 입력하면, 이 장치 제어부(40)에 있어서는, "제2 개폐 밸브(V2)＝A 가스" 및 "제3 개폐 밸브(V3)＝B 가스"로서 미리 관련지을 수 있기 때문에, "A 가스를 400sccm 흘린다"라는 지시가 입력된 것이 된다.
또한 동일하게 하여, 가스종에 관한 정보로서 "제3 개폐 밸브" V3을 "열림 상태"로 하는 지시를 입력하고, 설정 유량으로서 "1000sccm"로 하는 지시를 입력하면, 이 장치 제어부(40)에 있어서는, "B 가스를 1000sccm 흘린다"라는 지시가 입력된 것이 된다.
상기 정보를 입력하는 조작시, "제2 개폐 밸브(V2)를 열림 상태로 한다" 는 지시를 입력하면, 장치 제어부(40)에서는 "A 가스"를 특정하여 인식하기 때문에, A 가스를 흘릴 수 있는 최대 유량, 즉 풀 스케일의 값으로서 "1000sccm"를 표시부(46)에 표시시킨다. 따라서, 오퍼레이터는, 표시된 이 풀 스케일의 값을 참조함으로써, 이보다도 큰 값을 입력하는 일 없이 입력 미스가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 동일하게, "제3 개폐 밸브(V3)를 열림 상태로 한다"는 지시를 입력하면, 장치 제어부(40)에서는 "B 가스를 흘린다"는 것을 인식하기 때문에, B 가스를 흘릴 수 있는 최대값, 즉 풀 스케일의 값으로서 "2000sccm"를 표시시킨다. 따라서, 오퍼레이터는, 표시된 이 풀 스케일의 값을 참조함으로써, 이보다도 큰 값을 입력하는 일 없이 입력 미스가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같은 지시 내용을 포함하는 프로세스 레시피가 상기 기억 매체(42)에 기억된다. 그리고, 실제로 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 행하는 경우에는, 이 기억 매체(42)에 기재된 프로세스 레시피를 따라서 처리가 행해지게 된다.
그러면, 실제로 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 처리가 실행되고, 각 가스를 흘리는 공정이 이루어진 경우에 대해서 설명한다. 우선, 프로세스 레시피에 기초하여 장치 제어부(40)로부터 "A 가스를 400sccm 흘린다"는 지시를 출력하는 경우에는, 장치 제어부(40)의 통신 보드(40A)로부터 통신 라인(48)을 통해 유량 제어 장치(30)를 향하여 가스종 선택 신호(Sa)와 유량 지시 신호(Sb)가 출력된다. 이 경우, 가스종 선택 신호(Sa)는 "A 가스"를 선택하는 내용으로 되어 있다. 또한 유량 지시 신호(Sb)는 "400sccm"를 지시하는 내용으로 되어 있다. 또한, 이때, 분기 가스로(32)의 제2 개폐 밸브(V2)는 열림 상태로 이루어져, A 가스를 흘릴 준비가 이루어진다.
상기 양 신호는, 유량 제어 장치(30)의 통신부(60)에서 수신되어 유량 제어 본체(58)에 전해진다. 이 유량 제어 본체(58)에서는, 상기 가스종 선택 신호(Sa)와 유량 지시 신호(Sb)에 기초하여 상기 환산 데이터 기억부(56)에 기억되는 도 3에 나타내는 환산 데이터로부터 A 가스용의 환산 데이터를 선택하고, 이때의 목표 유량을 구한다. 여기에서, 상기 통신은 디지털 통신으로 이루어져 있기 때문에, 유량 지시 신호(Sb)는, 아날로그 신호의 경우의 "2볼트"에 상당하는 내용으로 되어 있다.
도 3 중에 있어서 A 가스의 환산 데이터의 직선과 아날로그 신호의 경우의 "2볼트"에 상당하는 부분의 교점으로서 목표 유량으로서 "400sccm"가 구해지게 된다. 그리고, 유량 제어 본체(58)는, 유량 제어 기구(54)의 밸브 구동 회로(74)에 밸브 구동 신호(S2)를 출력함으로써, 액츄에이터(72)를 구동하고 유량 제어 밸브(70)를 열어 A 가스를 흘림과 동시에, 유량 검출 수단(52)의 센서 회로(68)로부터의 유량 신호(S1)를 피드백 신호로 하여 PID 제어를 행하고, A 가스를 목표 유량인 400sccm만큼 안정적으로 흘리게 되어 있다.
이때, 센서 회로(68)에서 검출된 유량 신호(S1)는, 상기한 제어에 이용될 뿐만 아니라, 확인을 위해 통신부(60)로부터 장치 제어부(40)로 송신되어 있다. 여기에서 상기 흐름의 주요부를 간단하게 설명하면, 이하와 같이 된다. [가스종에 관한 정보(개폐 밸브를 특정)/보정 유량의 입력(가스종의 특정)]→[가스종 선택 신호(Sa)/유량 지지 신호(Sb)의 송신]→[특정의 가스종의 목표 유량의 특정]→[목표 유량이 되도록 피드백에 의한 PID 제어]
그리고, B 가스를 흘리는 경우도 상기한 것과 동일하게 행해진다. 즉, 또한, 프로세스 레시피에 기초하여 장치 제어부(40)로부터 "B 가스를 1000sccm 흘린다"는 지시를 출력하는 경우에는, 장치 제어부(40)의 통신 보드(40A)로부터 통신 라인(48)을 통해 유량 제어 장치(30)를 향하여 가스종 선택 신호(Sa)와 유량 지시 신호(Sb)가 출력된다. 이 경우, 가스종 선택 신호(Sa)는 "B 가스"를 선택하는 내용으로 되어 있다. 또한, 유량 지시 신호(Sb)는 "1000sccm"를 지시하는 내용으로 되어 있다. 또한, 이때, 분기 가스로(34)의 제3 개폐 밸브(V3)는 열림 상태로 이루어져, B 가스를 흘릴 준비가 이루어진다.
상기 양 신호는, 유량 제어 장치(30)의 통신부(60)에서 수신되어 유량 제어 본체(58)에 전해진다. 이 유량 제어 본체(58)에서는, 상기 가스종 선택 신호(Sa)와 유량 지시 신호(Sb)에 기초하여 상기 환산 데이터 기억부(56)에 기억되는 도 3에 나타내는 환산 데이터로부터 B 가스용의 환산 데이터를 선택하고, 이때의 목표 유량을 구한다. 여기에서, 상기 통신은 디지털 통신으로 이루어져 있기 때문에, 유량 지시 신호(Sb)는, 아날로그 신호의 경우의 "2.5볼트"에 상당하는 내용으로 되어 있다.
도 3 중에 있어서 B 가스의 환산 데이터의 직선과 아날로그 신호의 경우의 "2.5볼트"에 상당하는 부분의 교점으로서 목표 유량으로서 "1000sccm"가 구해지게 된다. 그리고, 유량 제어 본체(58)는, 유량 제어 기구(54)의 밸브 구동 회로(74)에 밸브 구동 신호(S2)를 출력함으로써, 액츄에이터(72)를 구동하고 유량 제어 밸브(70)를 열어 B 가스를 흘림과 동시에, 유량 검출 수단(52)의 센서 회로(68)로부터의 유량 신호(S1)를 피드백 신호로 하여 PID 제어를 행하고, B 가스를 목표 유량인 1000sccm만큼 안정적으로 흘리게 되어 있다.
이때, 센서 회로(68)에서 검출된 유량 신호(S1)는, 상기한 제어에 이용될 뿐만 아니라, 확인을 위해 통신부(60)로부터 장치 제어부(40)로 송신되고 있다. 상기와 같이, B 가스의 흐름도 A 가스의 경우와 동일하다.
종래의 유량 제어 장치에 있어서, 환산 데이터로서는 하나의 환산 데이터, 예를 들면 A 가스용만의 환산 데이터가 설정되어 있었던 점으로부터, B 가스를 흘리는 경우에는, 오퍼레이터가 흘리고자 하는 B 가스의 유량, 즉 1000sccm를 컨버젼 팩터의 값으로 보정하여 보정 유량을 구하고, 이 보정 유량을 입력하지 않으면 안되는 점으로부터, 오퍼레이터에게 있어서 번잡하거나, 보정 유량을 구할 때 오류가 발생하거나 할 우려가 있었다. 그러나, 본 발명에 있어서, 예를 들면 B 가스를 흘리는 경우에 컨버젼 팩터의 값으로 보정 유량을 구할 필요가 없기 때문에, 오퍼레이터에게 있어서 번잡함을 없앨 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 있어서, 가스 통로(28)에 흐르는 가스의 유량을 제어하는 유량 제어 장치(30)에 있어서, 피처리체(W)의 구체적인 처리 태양을 나타내는 프로세스 레시피의 작성시에 종래 행해지고 있었던 컨버젼 팩터값을 이용한 번잡한 손계산 등을 불필요하게 할 수 있고, 따라서, 번잡한 조작을 행하는 일 없이 복수의 가스종에 대하여 유량 제어를 행할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서는, 제2 및 제3 개폐 밸브(V2, V3)와 가스종, 즉 A 가스 및 B 가스를 미리 관련지어 두고, 가스종에 관한 정보로서, 열림 상태로 해야 할 개폐 밸브를 특정함으로써, 이용하는 가스종도 특정하도록 되어 있지만, 이로 한정되지 않고, 가스종에 관한 정보로서 이용하는 가스종을 직접 입력하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 예를 들면 제2 및 제3 개폐 밸브(V2, V3)에 대해서도, 개별로 개폐 동작을 지시하게 된다. 이와 같이, 입출력부(44)로 입력하는 입력 태양은 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 실시예에서는 2종류의 가스종을 이용하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이로 한정되지 않고, 3종류 이상의 가스종에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에, 환산 데이터 기억부(56)에는, 3종류 이상의 가스종에 대응하는 환산 데이터가 미리 기억되게 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 유량 제어 장치(30)와 장치 제어부(40)가, 디지털 통신을 행하는 경우에 대해서 설명했지만, 이로 한정되지 않고, 아날로그 통신으로 행하도록 해도 좋은 것은 물론이다. 또한, 여기에서는 반도체 웨이퍼를 한번에 복수매 처리하는 배치식의 처리 장치를 예로 들어 설명했지만, 이로 한정되지 않고, 반도체 웨이퍼를 1매씩 처리하는 매엽식의 처리 장치에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
＜실제의 성막시의 동작의 일 예＞
여기에서 실제의 성막시의 동작의 일 예에 대해서 설명한다. 여기에서는 실리콘나이트라이드막(SiN막)을 성막하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 4는 SiN막을 성막할 때의 각 가스의 공급 형태의 일 예를 나타내는 타이밍 차트이다. 여기에서는 가스종의 일 예로서 암모니아[NH3](도 4(A)), 디클로로실란[DCS](도 4(B)), 질소[N2](도 4(C))를 이용하고 있다. 따라서, 도 1에 나타내는 바와 같은 가스 공급계(26)로서 상기 3종류의 가스종에 대응하는 가스 공급계가 설치되어 있고, 그 어느 가스 공급계에도 앞서 설명한 바와 같이 가스종에 대응한 유량 제어 장치(30)가 설치된다. 또한, 처리 장치 전체의 동작은 1개의 장치 제어부(40)에 의해 행해진다.
전술한 바와 같이, 이 성막 처리의 각 공정의 순서를 규정하는 프로세스 레시피는, 예를 들면 미리 컴퓨터에 읽어들이게 되어 있다. 그리고, 각 공정마다 이용하는 가스종은, 공정을 프로세스 레시피에 의해 특정함으로써 미리 정해져 있다. 나아가서는, 각 공정마다의 가스 유량도 미리 정해져 있다.
도 4 중에서 "열림"은, 대응하는 가스종을 처리 용기(6) 내로 도입하기 위한 개폐 밸브를 여는 것을 의미하고, "닫힘"은 그것을 닫는 것을 의미한다. 각 가스종 선택 신호(Sa) 및 유량 지시 신호(Sb)는, 프로세스 레시피에 따라 각 공정마다 송출되고, 전술한 바와 같이 도 3에 나타내는 환산 데이터의 그래프를 참조함으로써 실제의 목표 유량이 구해져 제어된다.
우선, 미처리의 반도체 웨이퍼(W)가 언로드되어 있는 웨이퍼 보트(8)에 이재(移載)하면, 이 웨이퍼 보트(8)를 상승시켜 처리 용기(6) 내로 로드하고, 처리 용기(6) 내를 덮개부(10)로 밀폐한다. 이 웨이퍼 보트(8)에는, 예를 들면 50∼150매 정도의 반도체 웨이퍼(W)가 보유지지되어 있다. 그리고, 리크(leak) 체크 등을 행한 후에, 실제의 성막 처리로 이행한다.
우선, 가열 수단(12)에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 프로세스 온도까지 승온하고, 이 온도를 유지한다. 그리고, 암모니아의 프리 퍼지 공정에서는, 암모니아와 질소 가스의 각 개폐 밸브를 열어 상기 양 가스를 각각 소정의 유량으로 흘려 프리 퍼지 공정을 행한다. 이 프리 퍼지 공정 후는, 추가로 양 가스를 계속해서 흘려 암모니아의 본 퍼지 공정을 행한다.
그리고, 다음으로 상기 양 가스에 더하여, DCS 가스의 개폐 밸브를 열고 DCS 가스를 소정의 유량으로 흘려 프리 성막 공정을 행한다. 또한, 상기 3개의 가스를 계속적으로 흘려 본 성막 공정을 행한다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에는 실리콘 질화막이 형성되게 된다. 상기 각 공정에서는, 전술한 바와 같이 각 공정마다 각각의 가스 유량이 설정되어 있다. 그리고, 상기 성막 공정이 완료되었다면, DCS 가스의 개폐 밸브를 닫아 이 가스의 공급을 정지하고, 다른 2개의 암모니아와 질소 가스는 그대로 계속해서 흘려 암모니아의 퍼지 공정을 행한다.
그리고, 이 퍼지 공정이 종료되었다면, 암모니아의 개폐 밸브와 질소 가스의 개폐 밸브를 모두 닫아 양 가스의 공급을 정지한다. 이 상태에서 배기계(18)만을 계속해서 동작시켜 처리 용기(6) 내의 분위기를 저압까지 진공 배기하는 진공 배기 공정을 행한다. 그 후, 다시 질소 가스의 개폐 밸브를 열어 질소 가스를 처리 용기(6) 내로 도입함으로써 처리 용기(6) 내를 대기압 복귀시키고, 웨이퍼 보트(8)를 강하시킴으로써 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 처리 용기(6) 내로부터 언로드하여 1배치의 성막 처리를 완료하게 된다. 상기 성막 처리는, 처리의 일 형태를 단지 일 예로서 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명은 다른 처리 태양에도 모두 적용할 수 있는 것은 물론이다.
또한, 여기에서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되고, 나아가서는 이들 기판으로 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 이용하는 유리 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
2 : 처리 장치
4 : 처리 장치 본체
6 : 처리 용기
8 : 웨이퍼 보트(보유지지 수단)
12 : 가열 수단
18 : 배기계
26 : 가스 공급계
28 : 가스 통로
30 : 유량 제어 장치
32, 34 : 분기 가스로
40 : 장치 제어부
44 : 입출력부
46 : 표시부
48 : 통신 라인
50 : 주 가스관
52 : 유량 검출 수단
54 : 유량 제어 밸브 기구
56 : 환산 데이터 기억부
58 : 유량 제어 본체
60 : 통신부
62 : 바이패스관
64 : 센서관
68 : 센서 회로
70 : 유량 제어 밸브
V1 : 제1 개폐 밸브
V2 : 제2 개폐 밸브
V3 : 제3 개폐 밸브
Sa : 가스종 선택 신호
Sb : 유량 지시 신호
W : 반도체 웨이퍼(피처리체)

Claims (7)

  1. 가스 통로에 흐르는 가스 유량을 제어하는 유량 제어 장치에 있어서,
    상기 가스 통로에 접속되는 주(主) 가스관과,
    상기 주 가스관에 흐르는 가스의 유량을 검출하여 유량 신호를 출력하는 유량 검출 수단과,
    상기 주 가스관에 설치되어 밸브 개도(開度)를 바꿈으로써 유량을 제어하는 유량 제어 밸브 기구와,
    외부로부터 입력되는 유량 지시 신호와 목표 유량과의 관계를 나타내기 위한, 복수의 가스종에 대응한 복수의 환산 데이터를 기억하는 환산 데이터 기억부와,
    외부로부터 입력되는 가스종 선택 신호에 기초하여 상기 복수의 환산 데이터로부터 하나의 대응하는 환산 데이터를 선택함과 함께, 선택된 환산 데이터로부터 상기 유량 지시 신호에 기초하여 상기 목표 유량을 구하고, 당해 목표 유량과 상기 유량 신호에 기초하여 상기 유량 제어 밸브 기구를 제어하는 유량 제어 본체를 구비한 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유량 지시 신호와 상기 가스종 선택 신호에 관하여 외부와 통신을 행하는 통신부를 갖는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  3. 피(被)처리체에 대하여 처리를 행하는 처리 장치에 있어서,
    상기 피처리체를 수용하는 처리 용기를 갖고 상기 피처리체에 대하여 처리를 행하는 처리 장치 본체와,
    상기 처리 용기 내를 배기하는 배기계와,
    도중에 제1항 또는 제2항에 기재된 유량 제어 장치가 설치되고, 당해 유량 제어 장치의 상류측에 상이한 가스종을 흘리기 위해 개폐 밸브가 설치된 복수의 분기 가스로(路)가 형성되고, 하류측이 상기 처리 용기에 접속된 가스 통로를 갖는 가스 공급계와,
    적어도 가스종에 관한 정보와 설정 유량을 포함하는 처리 정보를 입출력하는 입출력부를 갖고 장치 전체의 제어를 행하는 장치 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 장치 제어부는, 상기 가스종에 관한 정보에 기초하여 가스종 선택 신호를 형성하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 장치 제어부는, 가스종과 상기 개폐 밸브가 미리 관련지어져 있고, 상기 가스종에 관한 정보로서 상기 개폐 밸브를 특정함으로써 가스종을 특정할 수 있도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 장치 제어부는, 표시부를 갖고, 유량을 최대로 흘릴 수 있는 풀 스케일의 유량이 가스종에 따라서 표시하도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 장치 제어부는, 동작의 순서가 미리 규정된 프로세스 레시피에 있어서의 각 공정과 이용하는 가스종이 미리 관련지어져 있고, 상기 가스종에 관한 정보로서 상기 프로세스 레시피의 공정을 특정함으로써 가스종을 특정할 수 있도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.

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