TWI763142B - 控制閥、基板處理裝置及半導體裝置的製造方法 - Google Patents

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Abstract

控制閥具備：閘閥，具有可動式的閘閥板；蝶形閥，被設於閘閥板，口徑小於「由閘閥板所開閉的閥開口」且能全閉(完全封閉)，閘閥的閘閥板與蝶形閥構成可彼此獨立驅動。

Description

控制閥、基板處理裝置及半導體裝置的製造方法
本發明的技術，關於控制閥、基板處理裝置及半導體裝置的製造方法。
在半導體裝置的薄膜形成過程中，有時使2種以上的成膜氣體逐一地交互流動於基板上，與基板上的原子產生反應而使膜逐層地堆疊。此時，成膜中之反應室壓力，每次成膜氣體供給時不同，這些的壓力調整，主要是由排氣主閥的氣導調整功能(APC(Auto Pressure Control))所調壓。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2003-183837號公報 專利文獻2：日本特開2010-67788號公報 專利文獻3：日本特開2009-259894號公報 專利文獻4：日本特開平11-300193號公報 專利文獻5：國際公開第2017/022366號公報
[發明欲解決之問題]
在近來的成膜順序中，以改善排氣速度和氣體置換效率等的目的，而增加了具備高氣導排氣系統(以下，稱為「200A排氣系統」)的裝置。
然而，在傳統的200A的調整閥中，細微閥開度的調壓困難等，控制性並不充分。
本發明的目的是提供一種：對應於來自反應室的大流量排氣，且控制性良好的控制閥的技術。 [解決問題之手段]
根據本發明，可提供具有控制閥的技術，該控制閥具備：閘閥，具有可動式的閘閥板；蝶形閥，設於前述閘閥板，口徑小於「可藉由前述閘閥板而開閉的閥開口」並且能完全封閉，該控制閥構成：前述閘閥的前述閘閥板與前述蝶形閥能彼此獨立驅動。 [發明的效果]
根據本發明，能提供一種：對應於來自反應室的大流量排氣，且控制性良好的控制閥。
以下，參考圖面說明本發明的其中一種實施形態。在各圖面中，對相同或者相等的構成要件及部分，標示相同的參考符號。此外，圖面的尺寸比率，為了說明上的方便而作誇大的描繪，而存在與實際比率不同的情形。此外，將圖面的「上方向」或者「上方」作為上部，並將「下方向」或者「下方」作為下部說明。此外，在本實施形態中所記載的壓力，皆為氣壓。
＜基板處理裝置的整體構造＞ 如圖1所示，基板處理裝置100具有：反應爐10，具有用來處理「作為半導體裝置其中一例的基板30」的處理室20；預備室22，用來儲存「保持基板30的晶舟26」；氣體導入路線40，用來將氣體導入處理室20；排氣系統50，用來排出處理室20的氣體；主控制部70，用來控制基板處理裝置100的動作。
[反應爐] 如圖1所示，在反應爐10內形成有：含有反應管12與爐口凸緣14的處理室20。反應管12形成：於上下方向具有中心軸的筒狀。爐口凸緣14，隔著氣密構件12A連結於反應管12的下部，並形成在上下方向具有中心軸的筒狀。此外，在反應爐10，於反應管12的內部，將內管16支承成與反應管12同心。此外，在反應管12的外周側有：與反應管12的中心軸同心，並且與反應管12的外表面具有間隔的加熱器18。加熱器18具有：獲得來自後述主控制部70的訊號而發熱，進而加熱反應管12的功能。如此一來，反應爐10具有：反應管12、爐口凸緣14、內管16、加熱器18、處理室20。此外，將基板30配置於處理室20。
[預備室] 預備室22，如圖1所示，是由搬送框體24所構成。搬送框體24，連通於爐口凸緣14的下部。在搬送框體24的內部儲存有：載置基板30，並將基板30朝處理室20搬送後插入的晶舟26。爐口蓋28，設成可移動於上下方向，當到達上端時，將搬送框體24封閉成氣密。晶舟26，載置於爐口蓋28上，配合爐口蓋28的移動，而導入反應爐10內。此外，在搬送框體24的下部連通有：具有與後述氣體導入路線40相同構造的第2氣體導入路線44。藉此，能以「不容易於基板30形成自然氧化膜等」的環境將預備室22內填滿(充滿)。
[氣體導入路線] 如圖1所示，氣體導入路線40具有：氣體導入管40A，連通「圖面中未顯示的氣體供給源」與爐口凸緣14；流量控制器42，設在氣體導入管的「氣體供給源」與「爐口凸緣14」之間。流量控制器42具有：藉由來自後述主控制部70的訊號，來開閉「設於內部之圖面中未顯示的閥」，進而控制氣體之導入量的功能。此外，第2氣體導入路線44，除了連通「氣體供給部」與「搬送框體24的下部」這一點之外，具有與氣體導入路線40相同的構造。這裡所採用的氣體為惰性氣體，具體地說，是採用氮。
[主控制部] 主控制部70，是用來控制基板處理裝置100之整體動作的控制器，雖然圖面中未顯示，但內建有電腦，該電腦具有CPU、ROM、RAM、儲存器、輸入部、顯示部、通訊介面等，且前述各構件分別連接於匯流槽。通訊介面，可從後述的壓力感測器群62取得壓力資訊，並將目標壓力值傳達至閥控制器53。在主控制部70，依據來自輸入部的輸入資訊，實施「用來執行基板處理裝置100中的各種處理」的基板處理程式。 舉例來說，主控制部70，實施基板處理程式其中之一的製程配方，而執行「作為製造半導體裝置之其中一個步驟」的基板處理步驟。此時，主控制部70，通過閥控制器53，控制排氣系統50的閘閥56及蝶形閥58的開閉，並調整蝶形閥58的開度，而控制處理室20的壓力。開度指令計算部72，譬如相當於APC控制器。
＜重要部分的構造＞ [排氣系統] 如圖1~圖3所示，排氣系統50至少具有排氣路線52，該排氣路線52具有：大口徑的配管52A，作為從處理室20排出氣體的第1配管；壓力感測器群62，設於配管52A，用來偵測處理室20的壓力；控制閥55，設於配管52A的途中。如圖1~圖4所示，配管52A，是從處理室20連通至真空泵60之大口徑的配管，構成真空排氣流路。在本實施形態中，配管52A的口徑，作為其中一例為200mm(φ200)。亦即，配管52A的標稱直徑(nominal diameter)，譬如為200A。成為「排氣路線52之處理室20的相反側端部」的末端部，連接於真空泵60的吸引側。排氣路線52構成：當控制閥55呈現開啟狀態時，藉由真空泵60的吸引動作，排出處理室20的氣體。真空泵60，具有10Pa程度的極限真空(ultimate vacuum)，且恆時運轉，而將排氣路線52的下游側維持真空。真空泵60和閥控制器53亦可包含於排氣系統50。
[控制閥] 如圖4(A)~(C)所示，控制閥55具備：閘閥56、在閘閥56中設成嵌入物狀的蝶形閥58。閘閥56的閘閥板57與蝶形閥58，構成可彼此獨立驅動。閘閥56及蝶形閥58，與閥控制器53形成電氣性連接，並依據來自閥控制器53的訊號而執行開閉動作。該控制閥55，可變更作為真空排氣流路之排氣路線52的氣導(conductance)，在其可變範圍中，能使氣導實質上成為0亦即完全封閉，而將真空排氣流路遮斷。
閘閥56具有：閥外殼76、可動式的閘閥板57、作為驅動構件之其中一例的桿78、閘閥致動器80、閘閥密封環82。閥外殼76具備在流路方向上對向配置的2個閥開口76A、76B；及閘閥座76C，是被控制流體的流路直線地形成於2個閥開口76A、76B之間的構件。被控制流體，譬如是在處理室20用於基板處理或處理室20內之沖洗(purge)的氣體。閥開口76A、76B，譬如是同心且彼此反向地設在流路的中心之具有凸緣的圓形開口，凸緣形成可連接於標稱直徑為200A的配管52A。此外，閥開口76A、76B，具有譬如可對應於「標稱直徑為200A的配管52A之內徑」的內徑。閥外殼76，將其尺寸(大小)設定成：在正交於流路的方向中，閘閥板57可在封閉狀態(圖4(A))的位置、全開狀態的退避位置(圖4(B))之間移動。閥外殼76的端部，是由蓋構件77所封閉。形成於閥外殼76內的流路，其面積維持成：與譬如標稱直徑為200A之配管52A的剖面積相等、或者更大。
閘閥板(閥體)57，是可在下述位置之間直線移動的構件：朝流路外退避，並且譬如開放閥開口76A的開放位置；朝流路內突出，並且接觸閘閥座76C，而譬如將閥開口76A密封的封閉位置。閘閥板57，形成大於閥開口76A，在封閉位置將閥開口76A封閉。
桿78，在閘閥板57配置1個以上，能與閘閥板57一起朝閘閥板57的移動方向形成移動或者伸縮。在本實施形態中，桿78與移動方向平行地貫穿蓋構件77而延伸。貫穿部，由後述的線性運動導引94所密封。此外，桿78，有時必須承受「作用於閘閥板57之流路方向的荷重」的一部分或者全部，並將其傳達至線性運動導引94或者閘閥致動器80。在該場合中，桿78具有必要的強度與剛性(面積慣性矩)。驅動構件並不侷限桿78，只要是能使閘閥板57移動並能開閉閘閥56者即可。因此，舉例來說，驅動構件也可以是臂和滾珠螺桿(圖面中未顯示)。
閘閥致動器80，是將桿78朝閘閥板57的移動方向驅動的驅動源。閘閥致動器80，固定於蓋構件77，相對於桿78僅容許其移動方向的位移，有時必須能承受前述方向以外之方向(譬如，流路方向)的荷重。作為閘閥致動器80，譬如可採用缸筒裝置、齒條與小齒輪、線性馬達。
閘閥密封環82，配置於閘閥座76C、或者閘閥板57中面向閘閥座76C的對向面，並具有彈性，譬如是彈性體製的O型環。閘閥座76C，譬如設在閘閥板57的上游側，亦即閥開口76A側。在圖示的例子中，閘閥密封環82，被安裝於閘閥板57之上游側的面，而形成：當閘閥56開閉時，與閘閥板57一起移動。舉例來說，閘閥密封環82，嵌入至「形成在閘閥板57上游側的面的環狀溝(圖面中未顯示)」。
如此一來，閘閥56能在「於閥開口76A、76B之間具有1氣壓以上的壓力差」的狀態下，以非常低的洩漏量將閥開口76A、76B之間遮斷。為了使閘閥56成為遮斷(密封)狀態，有時需要將閘閥板按壓於閘閥座76C之特定的密封動作。此外，所容許的壓力差，除了完全封閉或者遮斷的維持狀態之外，可分別對應於密封動作、用來解除按壓的反密封動作、任意開度時閘閥板57的驅動，而限定為不同的值。舉例來說，在不擔心下游側成為高壓、或者容許來自下游側之逆流洩漏的用途中，亦可將閘閥座76C設於閘閥板57的下游側。在該場合中，閘閥密封環82，設在該閘閥座76C、或者閘閥板57中面向該閘閥座76C的對向面，亦即下游側的面。
閘閥56並不侷限於：閘閥座76C、閘閥板57中面向閘閥座76C的對向面，相對於閘閥板57的移動方向分別形成平行。如圖5的例子所示，閘閥座76C、閘閥板57中面向閘閥座76C的對向面，亦可配置成：相對於閘閥板57的移動方向形成傾斜，且彼此平行。在該場合中，當閘閥56形成封閉狀態時產生楔形效應(wedge effect)，提升閘閥板57與閘閥座76C之間的氣密性。除此之外，閘閥板57的下游側(閥開口76B側)亦可同樣地構成。此外，亦可採用：形成「閘閥座76C，在閘閥板57的移動方向中，與閘閥板57相對向」之獨特形狀的單動式(single-action)的閘閥。一般來說，閘閥，由於無法直接地控制密封環82之壓潰量的構造，相較於相同口徑之其他種類的閥，細微開度(流量)的控制精度低。此外，為了使已作用了大量壓力的閥體滑動，需要大量的驅動力，驅動速度慢且回應性(responsiveness)不佳。
蝶形閥58被設於閘閥板57，相較於「由閘閥板57所開閉的閥開口76A」口徑更小，並且是構成可完全封閉的APC閥。該蝶形閥58具有：蝶形閥室86、蝶形閥板59、軸88、蝶形閥致動器90。
蝶形閥室86，貫穿於閘閥板57的兩面之間而形成使2個閥開口76A、76B連通，並且具有蝶形閥座86A。作為其中一例，蝶形閥室86是形成於閘閥板57之圓筒狀的貫穿孔。
蝶形閥座86A，被設在蝶形閥室86的內周面。蝶形閥座86A的開口，譬如具有與標稱直徑為100A之配管(圖面中未顯示)的流路剖面積相等、或者更小的面積。100A之配管的口徑，約為100mm(φ100)。
蝶形閥板59，具有對應於蝶形閥座86A的形狀，將閘閥板57的移動方向作為中心軸且被軸支承成可在其周圍轉動，並且設於蝶形閥室86內。具體地說，蝶形閥板59譬如形成圓板狀，並連接有軸88，該軸88具有通過前述圓板狀之圓中心的中心軸。軸88，貫穿閘閥板57朝閘閥板57的移動方向延伸，並可繞著軸88的中心軸轉動。伴隨著該軸88的轉動，蝶形閥板59也形成轉動，藉此使蝶形閥58形成開閉。本實施形態的軸88，與桿78相同，貫穿蓋構件77而延伸。
在閥外殼76的流路方向中，2個閥開口76A、76B，譬如是以比蝶形閥板59的尺寸(大小)更大的間隔，彼此形成分離。所謂「該蝶形閥板59的尺寸(大小)」，是包含蝶形閥密封環92的尺寸(大小)，譬如為直徑。藉此，在蝶形閥板59維持著全開的狀態下，能開啟閘閥56。
蝶形閥致動器90，是用來驅動軸88繞著該軸88的中心軸轉動的驅動源，為了實現蝶形閥58之任意的開度，譬如採用脈衝馬達或者伺服馬達。本例的蝶形閥致動器90，是在閥外殼76外，設成固定於蓋構件77。
此外，蝶形閥58具有蝶形閥密封環92。該蝶形閥密封環92，被配置於蝶形閥板59的外周，是具有抵接於蝶形閥座86A之彈力的構件，譬如為O型環。藉由該蝶形閥密封環92，可密封蝶形閥座86A。
如此一來，蝶形閥58能在「於閘閥板57兩側之間具有1氣壓以上的壓力差」的狀態下，以非常低的洩漏量將前述兩側之間遮斷。此外，可無關於壓力壓而自由地驅動，其動作比閘閥更高速。亦即，一般來說，雖然蝶形閥具有口徑越大則密封性變差(洩漏量增加)的傾向，但藉由選擇口徑充分小於閘閥56的蝶形閥58，能使其洩漏量形成與閘閥56相同的程度或者更小。此外，由於蝶形閥板59的位置在蝶形閥室86內受到固定且密封環92的壓潰量比較穩定，因此細微開度的控制精度高。但是，僅開啟蝶形閥58之控制閥55的開度，最高為25％左右。
當控制閥55形成較大的開度(氣導或者被控制流體的流量大)時閘閥56形成開啟狀態，當形成比較小的開度(氣導或者被控制流體的流量小)時、或者特定條件下的壓力調整時閘閥56形成封閉狀態，藉由蝶形閥58執行流量調整或者調壓。當閘閥56形成全開時，主控制部70將蝶形閥板59控制成未達特定的開度。
控制閥55更進一步具備線性運動導引94、線性運動轉動導引96。線性運動導引94，能在已將閥外殼76的內外隔絕的狀態下，使桿78連接於「設在閥外殼76外的閘閥致動器80」。線性運動轉動導引96，能在已將閥外殼76的內外隔絕的狀態下，使軸88連接於「設在閥外殼76外的蝶形閥致動器90」。線性運動導引94和線性運動轉動導引96，譬如可採用眾所皆知的伸縮囊(bellows)、O型環密封 、磁性流體密封。線性運動導引94與線性運動轉動導引96，能以「其中一個搭載於另一個」的揹負(piggyback)樣態設置。
[壓力感測器群] 如圖1所示，壓力感測器群62是設成：藉由配管62A，連通於「較閘閥56的安裝位置更往處理室20側」。壓力感測器群62，與主控制部70形成電氣性連接，具有發送處理室20之壓力資訊的功能。此外，壓力感測器群62，如圖2所示，是由後述的大氣壓感測器64、第1真空感測器66、第2真空感測器68所構成。大氣壓感測器64、第1真空感測器66、第2真空感測器68，依據「從靠近處理室20的側往分離的側之順序」設置，分別藉由配管62A而連接於配管52A。在此，大氣壓感測器64、第1真空感測器66、第2真空感測器68，分別是壓力感測器的其中一例。
(大氣壓感測器) 大氣壓感測器64，如圖2所示，在壓力感測器群62中，設在最靠近處理室20的位置，具有用來偵測靠近大氣壓之領域的壓力的功能。
(第1真空感測器) 第1真空感測器66，如圖2所示，設在被大氣壓感測器64與後述第2真空感測器68所包夾的位置，具有作為用來偵測「從靠近大氣壓的領域到高真空域(10-1 ~10-5 Pa)的壓力」之廣域壓力感測器的功能。此外，在連接第1真空感測器66與配管52A的配管62A設有：與大氣壓感測器64連通，一旦配管52A內朝向高真空域的壓力減壓，便開啟的閥66A。
(第2真空感測器) 第2真空感測器68，如圖2所示，在壓力感測器群62中，設在最遠離處理室20的位置，具有作為「用來偵測高真空域的壓力」之壓力感測器的功能。
這些大氣壓感測器64、第1真空感測器66、第2真空感測器68，分別與主控制部70及閥控制器53形成電氣性連接。
如圖3所示，閥控制器53，其自動控制部71接收「從主控制部70賦予處理室20的目標壓力PT 」與「由壓力感測器群62所測得的實際壓力PR 」的輸入，而對開度指令計算部72輸出目標開度。目標開度，相當於本實施形態例之控制閥55整體的氣導，為了使目標壓力PT 與實際壓力PR 的偏差成為0(零)，而藉由反饋控制等的手法持續地更新。在壓力變化比例(rate)的上限受到限制的場合中，即使輸入「以超過該比例的速度形成變化的目標壓力」，目標壓力將內部修正以保持於比例內。開度指令算出部72，對應於所輸入的目標開度，對閘閥56與蝶形閥58分配開度，並分別對閘閥致動器80與蝶形閥致動器90輸出開度指令。開度指令，譬如可作為「將各閥的全開作為100％時的相對性開度」而賦予。
＜重要部分的作用＞ 在此，說明本實施形態的重要部分，亦即控制閥55的作用、排氣系統50的作用、及半導體裝置的製造方法。
[控制閥的作用] 如圖4(A)、(B)所示，本實施形態的控制閥55，藉由「來自閥控制器53的指令所產生之閘閥致動器80的驅動」，促使桿78朝中心軸方向移動或者伸縮，可使已安裝於該桿78的閘閥板57，朝桿78的中心軸方向直線移動。藉此，可開閉閘閥56。圖4(A)顯示閘閥56的封閉狀態。在封閉狀態中，藉由閘閥密封環82接觸於閘閥座76C，使閥開口76A受到密封。圖4(B)顯示閘閥56的開啟狀態，具體地說，是顯示全開狀態。藉由閘閥板57從閥開口76A完全地退避，使閘閥56成為全開狀態。
如圖4(C)所示，藉由「來自主控制部70的指令所產生之蝶形閥致動器90的驅動」，促使軸88轉動，可使已安裝於該軸88的蝶形閥板59繞著軸88的中心軸轉動。在蝶形閥板59安裝有蝶形閥密封環92，如圖4(A)、(B)所示，當蝶形閥58已形成封閉狀態時，藉由蝶形閥密封環92接觸「設在蝶形閥室86內周之蝶形閥座86A的全周」，使該蝶形閥座86A受到密封。
蝶形閥58之蝶形閥板59的轉動角度，可由蝶形閥致動器90所控制。蝶形閥板59對被控制流體的流動形成垂直的狀態，成為全閉的位置，從該位置轉動90度，蝶形閥板59對被控制流體的流動形成平行的狀態，成為全開的位置(圖4(C))。藉由從全開位置使角度變更，可變更閥氣導，圖1~圖3所示之處理室20內的壓力調整變得可能。因此，根據本例的控制閥55，在僅有蝶形閥58作動的領域中，與一般小口徑蝶形閥相同，可獲得絕佳之開閉動作的應答性和細微開度控制精度。此外，可獲得不遜色於一般大口徑閘閥的密封性。
安裝於蝶形閥板59的軸88，可與閘閥56的桿78同時移動或者伸縮。因此，當開啟閘閥56時，蝶形閥板59也和閘閥板57同時移動至閥外殼76的退避位置，可獲得與「對應於200A的配管52A之一般閘閥」同等的氣導。
此外，藉由對應於「200A的配管52A」的閘閥56、與相當於100A的蝶形閥58形成一體構造，可同時實現大流量排氣與高精度的壓力調整。此外，相當於100A的分歧系統(圖面中未顯示)不再需要，能僅以200A的配管52A構成排氣系統。因此，能實現裝置零件之配置(layout)的省空間化。此外，由於不具分歧配管，配管容積減少，可提高作為被控制流體之氣體的置換效率，並可降低零件成本。除此之外，在需要配管加熱的製程中，可縮小配管加熱範圍，能降低因加熱不平均所引起的粒子風險(Particle risk)。
[排氣系統的作用] 在圖3中，本實施形態的排氣系統50，其閥控制器53依據目標壓力PT 與來自壓力感測器62之實際壓力PR 的資訊，將控制閥55的開度調整適度地分配給閘閥56與蝶形閥58，藉此執行處理室20的壓力控制和沖洗(purge)。
圖6，為顯示基於開度指令計算部72(圖3)的開度比率之例子的圖表。該例子，橫軸為設定氣導(或者設定流量)，縱軸為各閥的開度。具體地說，圖6之上圖的縱軸為閘閥56的開度，圖6之下圖的縱軸為蝶形閥58的開度。在橫軸的0~CT 的細微流量領域中，閘閥56形成全閉，僅蝶形閥58作動。在此，CT 為遷移氣導，相當於全開之蝶形閥58的氣導。一旦設定氣導超過該CT ，在蝶形閥58維持著全開的狀態下，閘閥56作動。各閥的作動，相對於設定氣導可作為略呈線形的開度來表現。設定氣導在0~CT 之間，是適合細微流量控制的領域，在該範圍內，閘閥56將閘閥板57按壓於閘閥座76C而成為密封狀態(圖3(A))。該例子可適用於：在蝶形閥58全開的狀態下，能使閘閥56全開之構造的場合。閘閥56的密封，能以設定氣導為0~CT 間的任意開度執行。此外，當設定流量減少而低於CT 時，閘閥56的密封並非和「下降至CT 以下的狀態」同時執行，可使其延遲特定時間後執行。如此一來，可抑制頻繁的密封動作。
圖7，為顯示基於開度指令計算部72的開度比率之其他例子的圖表。該例子可適用於：在蝶形閥58全開的狀態下，閘閥56無法全開之構造的場合。以反白箭號表示的「橫軸之遷移氣導CT 左側的領域」，相較於的CT 右側，橫軸的縮尺(contraction scale)擴大。C3 對應於：在不封閉蝶形閥58的狀態下，可開啟閘閥56的最大開度，在C3 以上的開度中，蝶形閥58的開度維持成：比該全開開度小的OP 。這裡的OP ，是不會對閘閥56形成機械性干涉，可自由開閉之蝶形閥58的最大開度。在CT 與C3 之間，開度指令計算部72(圖3)，執行具有遲滯性(hysteresis)的開度控制。具體地說，當設定開度超過CT 並增加時，在到達C2 之前，於蝶形閥58的開度維持100%的狀態下，使閘閥56的開度增加。當設定氣導超過C2 並增加時，蝶形閥58的開度控制成：越是接近C3 ，便越接近OP 。當設定氣導超過C3 並增加時，蝶形閥58的開度維持成OP ，並使閘閥56的開度增加。當設定氣導減少至C3 以下時，蝶形閥58的開度控制成：越是接近CT 便越接近100%，與此同時，閘閥56的開度，相對於設定氣導略成線形地朝0(零)減少。根據這樣的控制，可抑制蝶形閥58在CT 與C3 之間的過度作動，而延長蝶形閥密封環92(圖4)的壽命，當控制閥55從「超過C3 的大流量領域」急速地全閉(完全封閉)成設定流量時，能提早蝶形閥58的全開動作，並高速地執行全閉。當設定流量從CT 增加至C3 以上時，在蝶形閥58的開度下降至OP 之前，為了使閘閥56的實際開度不會超過上述的最大開度，最好設置對閘閥56的連鎖裝置(interlock)。
圖8，為顯示已將圖7的例子變更為更適合高速開閉之例子的圖表。在該例子中，蝶形閥58的開度，在設定氣導的整個期間，不會超過OP 。倘若將蝶形閥58的開度於OP 時的氣導設為Ct1 ，一旦設定氣導增加而到達Ct1 ，閘閥56的密封將被解除，在此之後，以相對於設定流量略成線形的開度，開啟閘閥56。在該例子中，雖然細微流量控制領域縮小且精度惡化，由於無須等待閘閥56與蝶形閥58的實際作動，故前述兩者能完全同時地執行。特別的是，從全閉到Ct 附近，開閉動作能更高速化。倘若將圖7的例子稱為細微流量控制優先模式，將圖8的例子稱為應答速度優先模式，控制器53可因應狀態或者因應主控制部70的指示，選擇兩個模式的其中一個來應用。舉例來說，在控制閥55處的差壓變大的高壓力(亦即低真空)領域中，選擇細微流量控制優先模式，在低壓力(亦即高真空)領域中，選擇應答速度優先模式。或者亦可因應於反應爐10之處理室20的壓力，在兩個模式間連續地轉換。該場合之蝶形閥58的控制例，在圖8中以虛線顯示。閘閥56開始開啟的設定氣導(特定值)，至少在Ct1 到Ct 之間可任意地設定。
＜基板處理步驟＞ 接著，說明採用本實施形態的基板處理裝置100且具有特定處理步驟的基板處理方法，亦即半導體裝置的製造方法。在本文中，列舉出「半導體裝置之製造步驟的其中一個步驟，亦即基板處理步驟」的場合，作為特定處理步驟的例子。
該半導體裝置的製造方法具備以下的步驟：準備控制閥55的步驟，該控制閥55具備「具有可動式閘閥板57」的閘閥56；設於閘閥板57，且口徑小於「可由閘閥板57所開閉之閥開口76A、76B並能全閉」的蝶形閥58，且該控制閥55構成「閘閥56的閘閥板57與蝶形閥58」彼此獨立驅動；將半導體裝置的基板30，搬入作為基板處理100之反應室的處理室20的步驟；當從處理室20排出之被控制流體的流量大時，使閘閥56形成開啟狀態的步驟；當被控制流體的流量小或者壓力調整時，使閘閥56形成封閉狀態，並由蝶形閥58執行流量調整或者調壓的步驟。
當實施基板處理步驟時，首先在基板處理裝置100準備控制閥55。接著，將製程配方展開於圖面中未顯示的記憶體等，視需要從主控制部70的自動控制部71朝開度指令計算部72發出控制指令，並對圖面中未顯示之製程系統的控制器和搬送系統的控制器發出動作指令。以上述方式實施的基板處理步驟，至少具有搬入步驟、成膜步驟、搬出步驟。
(移載步驟) 主控制部70，在圖面中未顯示的基板移載機構開始基板30朝晶舟26的移載處理。該移載處理，在所預定的所有基板30往晶舟26的裝填(晶圓進料)完成之前執行。
(搬入步驟) 一旦將特定數量的基板30裝填於晶舟26，晶舟26便藉由圖面中未顯示的晶舟升降機而上升，並裝入形成於反應爐10內的處理室20(晶舟裝載)。一旦晶舟26完全地裝入，爐口蓋28便將反應爐10之爐口凸緣14的下端封閉成氣密。
(成膜步驟) 接著，處理室20，如以上所述依循來自主控制部70之指示的同時，為了形成特定的成膜壓力(處理壓力)，而藉由控制閥55及真空泵60等的真空排氣裝置形成真空排氣。此外，處理室20，依循來自圖面中未顯示的溫度控制部之指示的同時，為了形成特定的溫度，而藉由加熱器18形成加熱。接下來，開始圖面中未顯示之轉動機構對晶舟26及基板30的轉動。然後，在維持特定壓力、特定溫度的狀態下，對晶舟26所保持的複數個基板30供給特定的氣體(處理氣體)，而對基板30形成特定的處理(譬如成膜處理)。在後續的搬出步驟前，有時使溫度從處理溫度(特定溫度)起下降。
(搬出步驟) 一旦對晶舟26所載置之基板30的成膜步驟完成，便停止轉動機構對晶舟26及基板30的轉動，將處理室20置換成氮氣環境(氮氣置換步驟)，並恢復大氣壓。接著，使爐口蓋28下降而使爐口凸緣14的下端開啟，並將保持著經處理之基板30的晶舟26搬出至反應爐10的外部(晶舟卸載)。
(回收步驟) 接著，保持著經處理之基板30的晶舟26，藉由從清潔單元(Clean unit)所吹出的清潔氣體(Clean air)，而極有效地受到冷卻。然後，舉例來說，倘若冷卻至150℃以下，從晶舟26將經處理的基板30卸下(晶圓卸載)並移載至圖面中未顯示的莢艙(pod)後，執行未處理之新基板30往晶舟26的移動。
[其他實施形態] 以上，雖然說明了本發明的其中一種實施形態，但本發明的實施形態並不侷限於上述說明，除了上述說明以外，在不脫離本發明要旨的範圍内，能有各式各樣的變更並據以實施，這點是毋庸置疑的。
10:反應爐 12:反應管 12A:氣密構件 14:爐口凸緣 16:內管 18:加熱器 20:處理室 22:預備室 24:搬送框體 26:晶舟(boat) 28:爐口蓋 30:基板 40:氣體導入路線 40A:氣體導入管 42:流量控制器 44:第2氣體導入路線 50:排氣系統 52:排氣路線 52A:配管 53:閥控制器 55:控制閥 56:閘閥(gate valve) 57:閘閥板 58:蝶形閥(butterfly valve) 59:蝶形閥板 60:真空泵 62:壓力感測器群 62A:配管 64:大氣壓感測器 66:第1真空感測器 66A:閥 68:第2真空感測器 70:主控制部 71:自動控制部 72:開度指令計算部 76:閥外殼 76A:閥開口 76B:閥開口 76C:閘閥座 77:蓋構件 78:桿 80:閘閥致動器 82:閘閥密封環 86:蝶形閥室 86A:蝶形閥座 88:軸 90:蝶形閥致動器 92:蝶形閥密封環 94:線性運動導引(linear motion feedthrough) 96:線性運動轉動導引 100:基板處理裝置 C2 :氣導(conductance) C3 :氣導 CT :遷移氣導 Ct1 :氣導 OP :蝶形閥的最大開度 PR :實際壓力 PT :目標壓力
[圖1]為顯示本發明其中一種實施形態的基板處理裝置之整體構造的示意圖。 [圖2]為顯示本發明其中一種實施形態之排氣系統的前視圖。 [圖3]為顯示本發明其中一種實施形態之排氣系統的塊狀圖。 [圖4](A)為顯示本發明其中一種實施形態的控制閥中，閘閥之封閉狀態的剖面圖。(B)為顯示本發明其中一種實施形態的控制閥中，閘閥之開啟狀態的剖面圖。(C)為顯示本發明其中一種實施形態的控制閥中，閘閥之封閉狀態且蝶形閥之全開狀態的剖面圖。 [圖5]為顯示本發明其中一種實施形態的控制閥之變形例的剖面圖。是顯示在排氣系統的動作中減壓狀態的圖表。 [圖6]為顯示本發明其中一種實施形態之排氣系統的動作中，基於開度指令計算部之開度比率的例子的圖表。 [圖7]為顯示本發明其中一種實施形態之排氣系統的動作中，基於開度指令計算部之開度比率的其他例子的圖表。 [圖8]為顯示已將圖7的例子變更為更適合高速開閉之例子的圖表。
52A:配管
55:控制閥
56:閘閥
57:閘閥板
58:蝶形閥
59:蝶形閥板
76:閥外殼
76A:閥開口
76B:閥開口
76C:閘閥座
77:蓋構件
78:桿
80:閘閥致動器
82:閘閥密封環
86:蝶形閥室
86A:蝶形閥座
88:軸
90:蝶形閥致動器
92:蝶形閥密封環
94:線性運動導引
96:線性運動轉動導引

Claims (15)

  1. 一種控制閥，具備：閘閥，具有直線性地形成被控制流體之流路的閥外殼、被設於前述閥外殼內之可動式的閘閥板；蝶形閥，被設於前述閘閥板，口徑小於由前述閘閥板所開閉的閥開口，且可完全封閉，前述閘閥的前述閘閥板與前述蝶形閥，構成可彼此獨立驅動。
  2. 一種控制閥，具備：閘閥，具有可動式的閘閥板；蝶形閥，被設於前述閘閥板，口徑小於由前述閘閥板所開閉的閘閥口，且可完全封閉，前述閘閥的前述閘閥板與前述蝶形閥，構成可彼此獨立驅動，前述控制閥，當設定氣導或者流量大於特定值時，使前述閘閥形成開啟狀態，當前述設定氣導或者流量小於前述特定值時使前述閘閥形成封閉狀態，並由前述蝶形閥調整氣導或者流量。
  3. 如請求項1所記載的控制閥，其中前述閥外殼，具備在流路方向上對向配置的2個前述閥開口、及閘閥座，並且在前述2個閥開口之間形成前述流路；前述閘閥板，可在下述位置之間移動：朝前述流路外退避，並且開放前述閥開口的開放位置；朝前述流路內突出，並且接觸前述閘閥座而將前述閥開口密封的封閉位 置。
  4. 如請求項3所記載的控制閥，其中前述閘閥具有：驅動構件，被配設於前述閘閥板，能與前述閘閥板一起朝前述閘閥板的移動方向移動或者伸縮；閘閥致動器，將前述驅動構件朝前述閘閥板的移動方向驅動；閘閥密封環，被配置在前述閘閥座、或者前述閘閥板中面向前述閘閥座的對向面，並且具有彈力。
  5. 如請求項4所記載的控制閥，其中前述蝶形閥具有：蝶形閥室，為了使前述2個閥開口連通，而設成貫穿前述閘閥板，並且具有蝶形閥座；蝶形閥板，具有對應於前述蝶形閥座的形狀，將前述閘閥板的移動方向作為中心軸且被軸支承成可繞著前述中心軸轉動；軸，連接於前述蝶形閥板，並延伸於前述閘閥板的移動方向，可繞著前述中心軸轉動；蝶形閥致動器，驅動前述軸使其繞著前述中心軸轉動。
  6. 如請求項4所記載的控制閥，其中前述閘閥座，被設在前述閘閥板的上游側，前述閘閥密封環，被設在該閘閥座、或者前述閘閥板中面向該閘閥座的對向面。
  7. 如請求項5所記載的控制閥，其中前述蝶形閥，被配置於前述蝶形閥板的外周，並具有抵接於前述蝶形閥座之彈力的蝶形閥密封環，可藉由前述蝶形閥密封環將前述蝶形閥座密封。
  8. 如請求項3所記載的控制閥，其中前述閥開口為圓形，前述閥外殼，形成具有前述閥開口以上之剖面積的前述流路。
  9. 如請求項5所記載的控制閥，其中在前述閥外殼的流路方向中，前述2個閥開口，是以比前述蝶形閥板的尺寸更大的間隔，彼此形成分離。
  10. 如請求項7所記載的控制閥，其中更進一步具備閥控制器，當前述閘閥形成全開時，將前述蝶形閥板控制成未達特定的開度。
  11. 如請求項4所記載的控制閥，其中前述閘閥座、與前述閘閥板中面向前述閘閥座的前述對向面，相對於前述閘閥板的移動方向形成傾斜且配置成彼此平行。
  12. 如請求項5所記載的控制閥，其中更進一步具備：線性運動導引，在已將前述閥外殼的內外隔絕的狀態下，使前述驅動構件連接於設在前述閥外殼外的前述閘閥致動器；線性運動轉動導引，在已將前述閥外殼的內外隔絕的狀態下，使前述軸連接於設在前述閥外殼外的前述蝶形閥 致動器。
  13. 如請求項5所記載的控制閥，其中前述閥開口，具有標稱直徑200A的配管之剖面積以上的面積，前述蝶形閥座的開口，具有標稱直徑100A的配管之剖面積以下的面積，並且在來自基板處理裝置之反應室的真空排氣流路中使用。
  14. 一種基板處理裝置，具備：處理室，用來處理基板；感測器，用來偵測前述處理室內的壓力；控制閥，被設在前述處理室與排氣泵之間，可對應前述壓力而進行控制，前述控制閥具備：閘閥，具有可動式的閘閥板；蝶形閥，被設於前述閘閥板，口徑小於由前述閘閥板所開閉的閥開口，且可完全封閉，前述閘閥的前述閘閥板與前述蝶形閥，構成可彼此獨立驅動。
  15. 一種半導體裝置的製造方法，具有：將基板搬入基板處理裝置之反應室的步驟；對應於感測器所偵測之反應室的壓力並對控制閥進行控制而形成排氣，以使反應室形成特定壓力的步驟，前述控制閥具有構成可彼此獨立驅動的閘閥與蝶形閥，並且被設在處理室與真空泵之間，該閘閥具有可動式的閘閥板， 該蝶形閥被設於前述閘閥板，口徑小於由前述閘閥板所開閉的閥開口，且可完全封閉；處理前述反應室內之前述基板的步驟。
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