(57)【要約】センサーを利用してシステム内の圧力を測定し、制御ユニットを調節してシステム内に所望の設定圧力を維持する排出制御フィードバックシステムを有する、少なくとも１つの気体を送出するための大気圧ウェーハ処理システムが提供されている。具体的には、センサーは、マッフルの内側、詳しくは、マッフルのロード区画、バイパス中心区画及びアンロード区画内側の、チェース周囲圧に対する僅かな差圧を測定する。大気圧システム内のマッフル圧力を直接制御するので、外部環境の変化を受けることの少ない、ウェーハを処理するための安定した圧力バランスが作り出され、システムへの供給圧力が変化するときに生じるような入力気体流れの変動を補償することができる。圧力制御のこのシステム及び方法は、長い稼働時間に亘って処理の再現性が改良されるので、化学気相蒸着には特に有用である。【選択図】図２
2005501428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの気体をウェーハ表面に送出し、１つ又は複数の排出気体を前記ウェーハ表面から除去するためのウェーハ処理システムにおいて、
大気圧マッフルと、
前記マッフルから気体を排出するための１つ又は複数の排出経路と、
前記マッフル及び前記１つ又は複数の排出経路に連結されている排出制御フィードバックシステムであって、前記マッフル又は前記排出経路内の少なくとも１つの選択されたポイントと、前記ウェーハ処理システムの外側にあるチェース周囲圧との間の１つ又は複数の差圧を測定し、１つ又は複数の制御ユニットを、前記ウェーハ処理システム内の前記差圧に関する１つ又は複数の所望の設定値を維持するように調節する１つ又は複数のセンサーを有している排出制御フィードバックシステムと、を備えていることを特徴とするウェーハ処理システム。
【請求項２】
前記マッフルは、処理チャンバのバイパス中心領域と、ロード領域と、アンロード領域とを含んでおり、前記１つ又は複数のセンサーは、それぞれ、前記バイパス中心、ロード領域及びアンロード領域の内側の、チェース周囲圧に対する差圧を測定する第１、第２及び第３圧力変換器であることを特徴とする、請求項１に記載のウェーハ処理システム。
【請求項３】
前記１つ又は複数の制御ユニットは、
前記第１圧力変換器からのフィードバックに応答して、前記処理チャンバのバイパス中心領域からの排出流れを計量する第１絞り弁と、
前記処理チャンバのロード領域からの排出流れを計量する絞り弁と、１つ又は複数の不活性ガスカーテンを通って前記ロード領域へ流入する１つ又は複数の不活性ガスの流れを計量するフローメーターとで構成されるグループから選択された、前記第２圧力変換器からのフィードバックに応答して作動する第２制御ユニットと、
前記処理チャンバのロード領域からの排出流れを計量する絞り弁と、１つ又は複数の不活性ガスカーテンを通って前記アンロード領域へ流入する１つ又は複数の不活性ガスの流れを計量するフローメーターとで構成されるグループから選択された、前記第３圧力変換器からの動的フィードバックに応答して作動する第３制御ユニットと、を備えていることを特徴とする、請求項２に記載のウェーハ処理システム。
【請求項４】
前記マッフルの前記バイパス中心領域、ロード領域及びアンロード領域からの合体した排出気体の流れを運ぶ設備排出ラインの内部とチェース周囲圧との間の差圧を測定する第４圧力変換器と、
前記第４圧力変換器からの動的フィードバックに応答して、前記設備排出ラインの排出気体の流量を制御する第４絞り弁と、を更に備えていることを特徴とする、請求項３に記載のウェーハ処理システム。
【請求項５】
前記マッフルからの気体を逃がすためのバイパス排出マニホルドと、
前記バイパス排出マニホルドからの排出気体を運ぶバイパス排出ライン内のインラインオリフィスでの圧力低下を測定する第５圧力変換器と、
前記第５圧力変換器からの動的フィードバックに応答して、前記バイパス排出マニホルドからの排出気体の流量を制御する第５絞り弁と、を更に備えていることを特徴とする、請求項３に記載のウェーハ処理システム。
【請求項６】
前記第１、第２及び第３圧力変換器は、差圧を、約０．０００１トールの絶対誤差内で測定することを特徴とする、請求項２、３、４及び５の何れかに記載のウェーハ処理システム。
【請求項７】
前記第１、第２及び第３圧力変換器は、約０．１から１．０秒の範囲の内部信号応答時間を有することを特徴とする、請求項６に記載のウェーハ処理システム。
【請求項８】
前記第１、第２及び第３圧力変換器は、約０．４秒の内部信号応答時間を有することを特徴とする、請求項６に記載のウェーハ処理システム。
【請求項９】
１つ又は複数の前記圧力変換器によって収集されたデータに、前記データが動的フィードバックとして１つ又は複数の前記制御ユニット及び絞り弁に供給される前に、フィルターを掛ける信号調整器を更に備えていることを特徴とする、請求項６に記載のウェーハ処理システム。
【請求項１０】
前記信号調整器は、事前設定した期間に亘る前記１つ又は複数の圧力変換器からのデータを、測定値のノイズの影響を低減するために、平均することを特徴とする、請求項９に記載のウェーハ処理システム。
【請求項１１】
前記事前設定した期間は、約１から１０秒の範囲内にあることを特徴とする、請求項１０に記載のウェーハ処理システム。
【請求項１２】
前記事前設定した期間は約３秒であることを特徴とする、請求項１０に記載のウェーハ処理システム。
【請求項１３】
ウェーハ又は他の基板を処理するために１つ又は複数の反応性ガスと１つ又は複数の不活性ガスとを送出するための化学気相蒸着処理システムにおいて、
ほぼ大気圧に維持されており、前記１つ又は複数の反応性ガスが注入される際に通過する少なくとも１つのインジェクタと、前記１つ又は複数の不活性ガスが堆積領域内に注入される際に通過する少なくとも１つのシールド又はカーテンと、前記反応性ガス及び不活性ガスが除去される際に通過する少なくとも１つの排出ベントとを収容する少なくとも１つの処理チャンバが入っている、マッフルと、
ウェーハが前記マッフルへ挿入される際に通過するロード領域と、
ウェーハが前記マッフルから取り出される際に通過するアンロード領域と、
前記マッフルから除去される前記反応性ガスの全てと、前記１つ又は複数の不活性ガスの少なくとも一部とが排出される際に通過する処理チャンバ排出流路と、
前記処理チャンバ領域内のマッフルと周囲大気圧の間の差圧を測定し、前記差圧に応じてフィードバック制御信号を供給する、少なくとも１つの第１圧力変換器と、
前記フィードバック制御信号に応答して制御することができ、且つ前記ＣＶＤシステムの前記処理チャンバ排出流路から排出される気体の流れを計量する、第１絞り弁を備えている第１制御ユニットと、を備えていることを特徴とする化学気相蒸着処理システム。
【請求項１４】
前記ロード領域内側の、周囲大気圧に対する差圧を測定する第２圧力変換器と、
前記アンロード領域内側の、周囲大気圧に対する差圧を測定する第３圧力変換器と、を更に備えていることを特徴とする、請求項１３に記載のウェーハ処理システム。
【請求項１５】
前記処理チャンバのロード領域からの排出流れを計量する絞り弁と、１つ又は複数の不活性ガスカーテンを通って前記ロード領域へ流入する１つ又は複数の不活性ガスの流れを計量するフローメーターとで構成されるグループから選択された、前記第２圧力変換器からのフィードバックに応答して作動する第２制御ユニットと、
前記処理チャンバのロード領域からの排出流れを計量する絞り弁と、１つ又は複数の不活性ガスカーテンを通って前記アンロード領域へ流入する１つ又は複数の不活性ガスの流れを計量するフローメーターとで構成されるグループから選択された、前記第３圧力変換器からの動的フィードバックに応答して作動する第３制御ユニットと、を更に備えていることを特徴とする、請求項１４に記載のウェーハ処理システム。
【請求項１６】
前記マッフルの前記処理チャンバ、ロード領域及びアンロード領域からの合体した排出気体の流れを運ぶ設備排出ラインの内部とチェース周囲圧との間の差圧を測定する第４圧力変換器と、
前記第４圧力変換器からの動的フィードバックに応答して、前記設備排出ラインの排出気体の流量を制御する第４絞り弁を備えている第４制御ユニットと、を更に備えていることを特徴とする、請求項１５に記載のウェーハ処理システム。
【請求項１７】
前記マッフルからの気体を逃がすためのバイパス排出マニホルドと、
前記バイパス排出マニホルドからの排出気体を運ぶバイパス排出ライン内のインラインオリフィスでの圧力低下を測定する第５圧力変換器と、
前記第５圧力変換器から受け取った動的フィードバックに応答して、前記バイパス排出マニホルドからの排出気体の流量を制御する第５絞り弁を備えている第５制御ユニットと、を更に備えていることを特徴とする、請求項１６に記載のウェーハ処理システム。
【請求項１８】
前記第１、第２及び第３圧力変換器は、差圧を、約０．０００１トールの絶対誤差内で測定することを特徴とする、請求項１４、１５、１６及び１７の何れかに記載のウェーハ処理システム。
【請求項１９】
前記第１、第２及び第３圧力変換器は、約０．１から１．０秒の範囲の内部信号応答時間を有することを特徴とする、請求項１８に記載のウェーハ処理システム。
【請求項２０】
前記第１、第２及び第３圧力変換器は、約０．４秒の内部信号応答時間を有することを特徴とする、請求項１８に記載のウェーハ処理システム。
【請求項２１】
１つ又は複数の前記圧力変換器によって収集されたデータに、前記データを１つ又は複数の前記各制御ユニットに送る前に、フィルターを掛ける信号調整器を更に備えていることを特徴とする、請求項１８に記載のウェーハ処理システム。
【請求項２２】
前記信号調整器は、前記１つ又は複数の圧力変換器からのデータを事前設定した期間に亘って平均し、測定値のノイズの影響を低減することを特徴とする、請求項２１に記載のウェーハ処理システム。
【請求項２３】
前記事前設定した期間は、約１から１０秒の範囲内にあることを特徴とする、請求項２１に記載のウェーハ処理システム。
【請求項２４】
前記事前設定した期間は約３秒であることを特徴とする、請求項２１に記載のウェーハ処理システム。
【請求項２５】
化学気相蒸着用の少なくとも１つの処理チャンバを有するマッフルを備えている大気圧ウェーハ処理システムで、前記システムに亘って大気に近いほぼ一定の圧力を維持しながら、１つ又は複数の気体を送出及び排出する方法において、
前記システムのロード及びアンロード領域からの排出気体の流れを制御する２つの絞り弁のそれぞれの位置を一時的に固定する段階と、
前記システムのチャンバ排出プレナム内の圧力を測定し、前記処理チャンバ領域と周囲チェース室圧力の間の第１差圧設定値δＰ1を調節して、前記チャンバ排出プレナム内に、処理化学物質を排出するに足る所望の圧力を確立する段階と、
メイン処理排出ラインを通る気体の流れを調整して、前記メイン排出ラインの第１絞り弁を制御することによって、前記δＰ1を一定の事前設定値に維持する段階と、
前記第１絞り弁の位置を判定し、総システム排出流量を制御する第４絞り弁を通る流れを制御して、前記第１絞り弁が最適な位置範囲内で作動し、前記システムが下流の真空内で起こりうる摂動から隔離されるようにする段階と、
前記ロード及び前記アンロード領域と、前記チェース室圧力との間の差圧δＰ2及びδＰ3それぞれを測定する段階と、
前記ロード及びアンロード領域内の１つ又は複数の気体の流れを調節することによって、前記δＰ2とδＰ3の間の差圧を約０．００２トール未満の範囲内とする段階と、
前記ロード及びアンロード領域の絞り弁を制御し、前記ロード及びアンロード弁を自動運転に戻す１つ又は複数の弁制御器の設定値として前記δＰ2とδＰ3を入力する段階と、
処理動作を開始する前に、前記システムを安定させる段階と、から成ることを特徴とする方法。
【請求項２６】
ウェーハ又は他の基板を処理するために、１つ又は複数の反応性ガス及び１つ又は複数の不活性ガスを送出するための化学気相蒸着処理システムにおいて、
ほぼ大気圧に維持されており、前記１つ又は複数の反応性ガスが注入される際に通過する少なくとも１つのインジェクタと、前記１つ又は複数の不活性ガスが堆積領域内に注入される際に通過する少なくとも１つのシールド又はカーテンと、前記反応性ガス及び不活性ガスが除去される際に通過する少なくとも１つの排出ベントとを収容する少なくとも１つの処理チャンバが入っている、マッフルと、
ウェーハが前記マッフルへ挿入される際に通過するロード領域と、
ウェーハが前記マッフルから取り出される際に通過するアンロード領域と、
前記マッフルから除去される前記反応性ガスの全てと、前記１つ又は複数の不活性ガスの少なくとも一部とが排出される際に通過する処理チャンバ排出流路と、
前記マッフルからの気体を逃がすためのバイパス排出マニホルドと、
前記処理チャンバ領域内のマッフルと周囲大気圧の間の差圧を測定し、前記差圧に応じてフィードバック制御信号を供給する第１圧力変換器と、
前記ロード領域内側の、周囲大気圧に対する差圧を測定する第２圧力変換器と、
前記アンロード領域内側の、周囲大気圧に対する差圧を測定する第３圧力変換器と、
前記マッフルの前記処理チャンバ、ロード領域及びアンロード領域からの合体した排出気体の流れを運ぶ設備排出ラインの内部とチェース周囲圧との間の差圧を測定する第４圧力変換器と、
前記バイパス排出マニホルドからの排出気体を運ぶバイパス排出ライン内のインラインオリフィスでの圧力低下を測定する第５圧力変換器と、
前記フィードバック制御信号に応答して制御することができ、且つ前記ＣＶＤシステムの前記処理チャンバ排出流路から排出される気体の流れを計量する、第１絞り弁を備えている第１制御ユニットと、
前記処理チャンバのロード領域からの排出流れを計量する絞り弁と、１つ又は複数の不活性ガスカーテンを通って前記ロード領域へ流入する１つ又は複数の不活性ガスの流れを計量するフローメーターとで構成されるグループから選択された、前記第２圧力変換器からのフィードバックに応答して作動する第２制御ユニットと、
前記処理チャンバのロード領域からの排出流れを計量する絞り弁と、１つ又は複数の不活性ガスカーテンを通って前記アンロード領域へ流入する１つ又は複数の不活性ガスの流れを計量するフローメーターとで構成されるグループから選択された、前記第３圧力変換器からの動的フィードバックに応答して作動する第３制御ユニットと、
前記第４圧力変換器からの動的フィードバックに応答して、前記設備排出ラインの排出気体の流量を制御する第４絞り弁を備えている第４制御ユニットと、
前記第５圧力変換器から受け取った動的フィードバックに応答して、前記バイパス排出マニホルドからの排出気体の流量を制御する第５絞り弁を備えている第５制御ユニットと、を備えていることを特徴とする化学気相蒸着処理システム。
【請求項２７】
前記第１、第２及び第３圧力変換器は、差圧を、約０．０００１トールの絶対誤差内で測定することを特徴とする、請求項２６に記載のウェーハ処理システム。
【請求項２８】
前記第１、第２及び第３圧力変換器は、約０．１から１．０秒の範囲の内部信号応答時間を有することを特徴とする、請求項２６に記載のウェーハ処理システム。
【請求項２９】
前記第１、第２及び第３圧力変換器は、約０．４秒の内部信号応答時間を有することを特徴とする、請求項２６に記載のウェーハ処理システム。
【請求項３０】
１つ又は複数の前記圧力変換器によって収集されたデータに、前記データを１つ又は複数の前記各制御ユニットに送る前に、前記１つ又は複数の圧力変換器からのデータを事前設定した期間に亘って平均し測定値のノイズの影響を低減することによって、フィルターを掛ける信号調整器を更に備えていることを特徴とする、請求項２６に記載のウェーハ処理システム。
【請求項３１】
前記事前設定した期間は、約１から１０秒の範囲内にあることを特徴とする、請求項３０に記載のウェーハ処理システム。
【請求項３２】
前記事前設定した期間は約３秒であることを特徴とする、請求項３０に記載のウェーハ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概括的には、半導体及び集積回路の製造に用いるウェーハ処理反応器又はシステム及び方法の分野に関する。より具体的には、本発明は、内圧制御システム及び方法を有する大気圧ウェーハ処理反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００１年８月２４日出願の米国仮出願第６０／３１４，７６０号の恩典を請求し、参考文献として、その開示全体をここに援用する。
【０００３】
ウェーハ処理反応器システム及び方法は、半導体及び集積回路の製造に広く使用されている。或る具体的なウェーハ処理システムの様式では、半導体及び集積回路の製造の或る段階として、化学気相蒸着（ＣＶＤ）を利用して基板表面上に薄膜又は層を堆積させる。当該技術では、様々なＣＶＤシステムが用いられている。例えば、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）システム、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）システム又は他の型式のプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）システムを使って薄膜を堆積させることができる。一般的な原理として、そのようなシステムは、全て、注入された或る種の気体状化学物質が反応して基盤表面上に材料の層を堆積させる成膜チャンバを使用している。多様な種類の材料を堆積させることができるが、酸化物及びドープ処理された酸化物のような誘電体がその典型的な例である。
【０００４】
システムを適切に作動させるには、特に所望の品質と再現性を備えた薄膜を堆積させるには、反応器内の気体の流れが重要である。特に、基板表面に近接する領域内に、実質的に均一な気体の流れが形成され、基板の表面に或る濃度の気体状化学物質又は反応体が在り、適切な薄膜を堆積させるようになっているのが望ましい。更に、そのような気体の流れを制御することにより、反応に対する気体の効率的な利用が促進される。
【０００５】
薄膜を堆積させる際のもう１つの重要な基準は、薄膜の厚さの均一性である。基板の全表面に亘って実質的に均一な厚さの薄膜が形成されるのが望ましい。このことは、基板の直径が増すにつれて益々重要になる。チャンバ内の反応性気体の流れは、形成される薄膜の厚さに対し重要な役割を果たしている。従って、気体の流量を制御し、基板の全表面に亘って反応性気体が実質的に均一に流れるよう促進することが望ましい。
【０００６】
ウェーハ処理システムにおけるこの他の重要な基準は、反応器内に形成される粒子及び汚染物質を最小にすることである。粒子及び汚染物質は、主に、反応しなかった気体状化学物質と副生成物の気体状化学物質が蓄積し、反応器内側表面上に堆積する（しばしば粉末の盛り上がりと呼ばれる）ことによって生じる。これらの堆積物は、基板上に堆積する薄膜を汚染する粒子の実質的な汚染源となる。堆積物を取り除くには、システムを取り外して保守しなければならない。流れの停滞領域内に蓄積している汚染物質と気体状化学物質は、汚染問題に寄与するばかりか、反応器の腐食を助長し、システムの寿命を著しく低減させかねない。不活性及び反応性ガスの流れは、反応しなかった気体状化学物質と副生成物の気体状化学物質の蓄積を助長するか、又は最小化する上で重要な役割を果たすので、部分的には粉末の盛り上がりの程度を決めることになる。従って、不活性及び反応性ガスの流れの制御を促進して、蓄積と粉末の盛り上がりを最小にするシステムを提供することが望まれる。
【０００７】
各種気体の排出流量を制御することにより、上記関心事に対応できることが分かっている。反応器の排出システムが適切に機能しないときには問題が発生する。例えば、排出流量が高すぎると、反応性気体が完全には反応せず、基板表面上への堆積が妨げられる。反対に、排出流量が低すぎると、気体の流れが定まらす、チャンバ内に蓄積が増え、チャンバ壁上に堆積物が形成されることになる。従って、システム内に一定の選択された気体流量値を達成、維持することによって、気体の排出流を制御又は「計量」するシステム及び方法を提供することが望まれる。更に、時間が経過するにつれて、粉末が盛り上がり、流れの状態が変化することになるので、気体の流れを正確に制御し、時間が経過しても悪化しない制御手段を利用するシステム及び方法を提供することが望まれる。
【０００８】
これらの問題に取り組んでいる１つの先行技術による方法が米国特許第６，１４３，０８０号に記載されており、その開示を参考文献としてここに援用する。概説すると、第０８０号特許は、気体をチャンバへ運び、それらをチャンバから排出するための複数の気体流路を有するＣＶＤ処理領域を含むチャンバへ、処理ガス及び不活性ガスを送出するためのウェーハ処理システムを提供している。バイパスプレナムの能動的排出によって、異なるチャンバを取り囲む気体の流れの状態が非対称になることなく、過剰なチャンバの気体をシステムから抜くことができる。システムの内部及び不活性ガスカーテンの間にロード及びアンロード排気を配することによって、排出流れ制御システムは、変化する外部環境条件に曝されている開放型ＡＰＣＶＤシステム内の各チャンバに亘り所望の差圧（ゼロに近い）を能動的に維持できるようになる。本システムの排出流れ制御システムは、ロード及びアンロード気体経路とバイパス排出気体流路を、チャンバ排出気体流路に統合している。
【０００９】
この代表的な先行技術のシステム及び方法では、流れ制御システムは、幾つかの排出気体流路のそれぞれに連結されている。各処理ガス排出流路は、堆積副生成物の蓄積に関係なく各気体流路内に一定の流量を維持するよう、別々に制御される。自己先浄オリフィスを使用して、処理排出ライン内の差圧測定を容易にし、流れを測定する。ウェーハ処理システムには、チャンバを取り囲んでロード及びアンロード領域が設けられており、それぞれ追加の不活性ガス排出流路を有している。この先行技術による気体流れ制御に関するシステム及び方法は、当該分野に進歩をもたらしたが、更なる改良が望まれる。例えば、先行技術システムでは、自己先浄オリフィスは、ガラスと粉末の蓄積を受けるので、時間が経過すると、排出気体の質量流量とオリフィスに掛かる差圧との間に仮定された相関関係を歪ませる。従って、時間が経過すると、総排出気体質量流量が変化し、堆積する酸化物薄膜厚さに望ましくない変化が生じ、ウェーハ毎の処理結果に変動が生じる。ＳｉＯ2薄膜を利用する場合、一般的に、処理排出は、時間が経過してオリフィスにガラスと粉末が蓄積し、堆積する薄膜の厚さが増すにつれて低下する。更に、オリフィスの自己先浄の要件によって、環状体とばねを回転させてオリフィス表面を拭う機構は、排出ライン内の漏れを許容する。出来上がったシールは最適なシールには及ばないので、設備の排出ラインの完全な漏れ検査は制限される。更に、漏れは、排出気体質量流量とオリフィスに掛かる差圧との間の仮定された相関関係を変化させる。従って、排出ライン構成要素を分解して先浄する予防的な保守の後に、オリフィスに掛かる差圧の設定値を頻繁に修正して、同じ処理状態を実現しなければならない。余分な技術支援を必要とせずに製造活動を行うには、システムに同じ設定値を維持することが望ましい。
【００１０】
最後に、開放型大気圧ＣＶＤシステムで総排出質量流量が一定になるように制御することは、流入気体流量変化を補償するわけでも、外部条件が変化したときにシステム内の安定した圧力バランスを維持するわけでもない。隣接する不連続処理システムで気体の流れがオン・オフする際に起こるような、設備の気体供給圧が変化すると、ロータメータを通る流入気体流量に変化が生じる。更に、ロード・アンロードに際してウェーハカセットにアクセスするために、オペレーターがポータルドアを開閉すると、システムのロード側端部は、システムを取り囲んでいるチェース側圧力を実質的に上回るクリーンルームの圧力に曝される。特に、極めて僅かな圧力変動でも開放型ＡＰＣＶＤシステム内の気体の流れ及び堆積する薄膜の結果を乱しかねないので、システムのウェーハローディングも内部圧力のバランスに影響を与える。従って、大気圧ウェーハ処理システムに更なる改良を施すことが望まれる。
【００１１】
【特許文献１】
米国仮出願第６０／３１４，７６０号
【特許文献２】
米国特許第５，６８３，５１６号
【特許文献３】
米国特許第５，８４９，０８８号
【特許文献４】
米国特許第６，１４３，０８０号
【特許文献５】
米国特許第５，１１３，７８９号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、改良型ウェーハ処理システム、厳密には、改良型大気圧化学気相蒸着（ＡＰＣＶＤ）システムを提供することである。本発明の別の目的は、システム内の気体の蓄積及び望ましくない堆積物の形成を最小化するシステム及び方法を提供することである。本発明の更に別の目的は、実質的に均一な薄膜が基板表面上に堆積するのを促進するシステム及び方法を提供することである。
【００１３】
或る実施形態では、本発明の上記及びこの他の目的は、高感度のセンサーを利用してチェース周囲圧に対するシステム内の差圧を測定し、制御ユニットを調節してシステム内に選択された事前設定圧力を維持する、排出制御フィードバックシステムを有する、少なくとも１つの気体を送出するための大気圧ウェーハ処理システムによって達成される。具体的には、センサーは、マッフル内側の圧力、特に、チェース周囲圧に対するマッフルのロード、バイパス中心及びアンロード区画の圧力を測定する。マッフル圧力を大気システム内で直接制御することにより、外部環境の変化を受けることの少ない、ウェーハを処理するための更に安定した圧力バランスが得られ、システムへの供給圧力が変わるときに発生するような流入気体流量の変化が補正できる。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、１つ又は複数の反応性ガス及び１つ又は複数の不活性ガスを送出してウェーハ又は他の基板を処理するための、化学気相蒸着処理システムを提供している。本システムは、マッフルと、マッフル内に挿入するウェーハが通過するロード領域と、マッフルから取り外すウェーハが通過するアンロード領域と、マッフルから取り除かれる反応性ガス及び或る種の不活性ガスが通過して排出される処理チャンバ排出流路とを備えている。マッフルは、ほぼ大気圧に維持されており、１つ又は複数の反応性ガスが注入される際に通過する少なくとも１つのインジェクタと、１つ又は複数の不活性ガスが堆積領域内に注入される際に通過する少なくとも１つのシールド又はカーテンと、反応性ガス及び不活性ガスが除去される際に通過する少なくとも１つの排出ベントとを収容する少なくとも１つの処理チャンバが入っている。少なくとも第１圧力変換器が、処理チャンバ領域内のマッフルと周囲大気圧との差圧を測定し、前記差圧に応じてフィードバック制御信号を提供するために設けられている。フィードバック制御信号に応じて制御可能な第１絞り弁を備えている第１制御ユニットは、ＣＶＤシステムの処理チャンバ排出流路から排出される気体の流量を計量する。
【００１５】
本発明の別の実施形態では、大気圧反応器内の処理チャンバへ気体を送出し、排出する方法を提供している。概説すると、本方法は、反応器内に少なくとも１つの気体流路を確立する段階を含んでいる。気体は気体流路を通して運ばれ、処理チャンバ又は処理チャンバを取り囲んでいる気体流路の１つ又は複数の区画と、システム外側の周囲大気との間の差圧が測定される。流量制御ユニットは、測定された差圧又は圧力に応じて、気体の流量を制御するように選択的に調節され、差圧を、事前設定されている一定値と実質的に等しく維持する。更に、気体は、複数の気体流路を通って移動することもあり、気体の流量は個々に制御され、各測定エリア内で選択された差圧を維持する。更に、時間の経過に従って気体温度又は経路のジオメトリが変化しても、追加の気体流量が、各気体流路内で実質的に一定値に維持され、気体の均一な送出及び排出を促進する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のこの他の目的及び利点は、本発明の詳細な説明及び特許請求の範囲に記載する内容を読み、図面を参照すれば明らかになるであろう。
【００１７】
本発明は、内圧制御システム及び方法を有する大気圧ウェーハ処理反応器に関する。概説すると、ウェーハ処理システムには、少なくとも１つの気体を放出する機構が備えられている。ウェーハ処理システムは、センサーを利用してシステム内の圧力を測定し、制御ユニットを調節してシステム内を所望の設定圧力に維持する排出制御フィードバックシステムを有している。具体的には、本発明のシステム及び方法は、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）システムの様々な領域、具体的例を挙げると、ＡＰＣＶＤシステムのマッフルのロード、バイバス中心及びアンロード区画の内側の（チェース周囲圧力に対する）圧力を測定するセンサーを提供している。本システム及び方法は、必要に応じて圧力制御ユニットを調節して、処理チャンバ内とチャンバのロード及びアンロード側を所望の設定圧力に維持する。マッフル圧力を直接制御することによって、外部環境の変化を殆ど受けることなくウェーハを処理するためのより安定した圧力バランスを提供し、ロータメータへの供給圧力が変動するときに生じる流入気体の流れの変化を補償できるようになる。
【００１８】
本発明のシステムの１つの実施形態を図１に示している。本システムは、概説すると、大気圧化学気相蒸着システム１００を含んでいる。概略、ＣＶＤ反応器１００は、マッフル１４０を含んでおり、マッフル１４０の相対する両端にはロード領域１３６とアンロード領域１５６が配置されている。マッフル１４０は、基板上に１つ又は複数の反応性気体又は生成物を堆積させるための、インジェクタ１４８と、その中に配置されている保護シールドアッセンブリ１４９とを有する少なくとも１つのチャンバ１４１含んでいる。コンベヤ式移動手段（図示せず）は、マッフルを通して基板を運ぶため、マッフル１４０を通して伸張している。マッフル１４０と、インジェクタ及び保護シールドアッセンブリとを含む反応器チャンバについて、米国特許第５，６８３，５１６号、同５，８４９，０８８号及び同６，１４３，０８０号に詳しく記載されており、その全体を参考文献としてここに援用する。ロード領域１３６はマッフル１４０の一端に配置されており、マッフルの他端にはアンロード領域１５６が配置されている。ウェーハ表面上に薄膜を堆積させるために、ロード領域１３６は、処理するウェーハ又は半導体回路を受け取るように構成されている。通常、自動ロード機構（図示せず）を採用して、ウェーハをマッフル１４０のロード領域１３６に置く。ウェーハは、移動手段によってマッフル１４０の端から端まで運ばれる。ウェーハは、マッフル１４０と、その中に入っている１つ又は複数の堆積チャンバ１４１を通過し、チャンバ１４１でウェーハは処理される。その後、ウェーハは、アンロード領域１５６を通ってマッフル１４０を出る。
【００１９】
図２に示している本発明の１つの実施形態は、メイン排出ライン１１８、ロード排出ライン１３４及びアンロード排出ライン１５４の絞り弁１１２、１３２、１５２を制御する弁制御器１１４、１３０、１５０にフィードバックを与える圧力変換器１１６、１４２、１６２を含む排出制御フィードバックシステムを提供している。更に具体的には、図２に示すように、大気圧化学気相蒸着システム１００は、マッフル１４０のバイパス排出マニホルド１２０の中心位置１２１から周囲チェース室１２４までのマッフルの差圧を感知する第１圧力変換器１１６からの入力を受信する第１弁制御器１１４からの動的フィードバック信号を介して制御される第１絞り弁１１２を含んでいる。第１絞り弁１１２は、流量調節を迅速に行い易くする高速モーターを含み、弁内の粉末及び堆積副生成物の蓄積を減らすよう加熱されているのが望ましい。第１弁制御器１１４は、第１絞り弁１１２に動的フィードバックを与え、排出プレナム１２２からメイン排出ライン１１８を介して出る排出流れを調整することによって、マッフル１４０内側の圧力を制御する。第２弁制御器１３０からロード排出ライン１３４内の第２絞り弁１３２（ロード絞り弁）への動的フィードバック制御信号は、第２圧力変換器１４２によって測定されたロード内側位置から周囲チェース室１２４までの差圧に応じて、マッフル１４０のロード区画１３６内側の圧力を制御するために供給される。第３弁制御器１５０からアンロード排出ライン１５４内の第３絞り弁１５２（アンロード絞り弁）への動的フィードバック制御信号は、第３圧力変換器１６２によって測定されたアンロード内側位置１５６から周囲チェース室１２４までの差圧に応じて、マッフル１４０のアンロード区画１５６内側の圧力を制御するために供給される。第４弁制御器１８２によって制御される第４絞り弁１８０は、排出ライン内側の周囲チェース室１２４に対する差圧を測定する圧力変換器１８４からのフィードバックに基いて、メイン排出ライン１１８とロード／アンロード排出ライン１７６の両方に送られる設備排出ライン圧力を調整する。ポンプ１８６は、合体した排出気体を設備排気管へ排気させるために設けられている。このポンプは、リングコンプレッサブロアユニットや設備の標準ハウスラインバキュームではなく、高効率のベンチュリ流空気増幅器ユニットであるのが望ましい。追加の第５流量制御システムは、バイパス排出気体流路２００内の気体の流れを制御する。１つ又は複数の処理チャンバの各側から排出される不活性ガスは、反応器の各側の２つのバイパスベント１２０を通して運ばれる。気体は各ベント１２０の一端を出た後、２つの気体ストリームが合体するのが望ましい。インラインオリフィス１９０に掛かる合体した気体ストリームの圧力低下は、圧力変換器１９２によって測定される。圧力測定値は第５弁制御器１９４へ送られ、第５弁制御器は、これに応じて第５絞り弁１９６（バイパス排出絞り弁）を調節し、温度変化に対する補償に伴う圧力低下と相関する一定の流量を維持する。
【００２０】
本発明は、防振装置の付いた、正確に温度を制御する優れた圧力変換器を組み込んでおり、約１気圧の絶対圧力で約０．０２トール（約０．０１”Ｈ2Ｏ柱）程度の僅かな差圧を正確に測定し、制御信号を絞り弁に送り、絞り弁は適切な応答を指令して圧力変化を最小化する。そのような圧力変換器は、例えばＭＫＳインスツルメント（カリフォルニア州サンタクララ）から市販されている。圧力制御装置は、このＡＰＣＶＤ用途では大幅に異なっており、先行技術の真空ＣＶＤシステムでのように、圧力を絶対値で０．０２トール程度に制御するのではなく、７６０トール付近の絶対値レベルからの圧力差を制御する。圧力を、約０．００１トール未満の絶対値誤差内に、望ましくは約０．０００２トールの変化に反応して制御することは、約１気圧の絶対圧力においては、約０．０００２トールから０．００１トールの範囲内の絶対偏差が相対誤差よりもかなり大きく、従ってより容易に測定され必要であれば容易に修正できる真空状態で制御するよりも難しい。
【００２１】
第１圧力変換器１１６、第２圧力変換器１４２、第３圧力変換器１６２の応答時間と、信号フィルタ処理時間の両方が、フィードバック制御信号を絞り弁制御器１１４、１３０、１５０に供給するために調節される。変換器の応答又は平均化時間は、約０．２秒から３．５秒の範囲内にあるのが望ましい。ＭＫＳインスツルメントにより提供される変換器は、内部応答時間及び動的範囲に関して、本明細書に記載している要件を満たしている。他に、記載している仕様を満たしていれば、どの様な圧力変換器でも使用できる。本発明のシステム及び方法に使用している圧力変換器は、約０．１トール又は０．０５”Ｈ2Ｏの動的範囲を有するように選択されている。マッフルのバイパス中心、ロード区画、アンロード区画と周囲チェース室１２４との差圧を測定するための第１変換器１１６、第２変換器１４２、第３変換器１６２には、約０．４秒の応答又は平均化時間と、約０．１トールの範囲が適している。弁制御器１１４、１３０、１５０には適切な比例積分偏差（ＰＩＤ）制御設定が用いられており、弁が、約０．０００１トール（約０．０００５” Ｈ2Ｏ柱）程度、望ましくは約０．０００２トール（約０．０００１” Ｈ2Ｏ柱）程度の僅かな差圧の変化に応答して、所望の設定値を維持し、同時にＡＰＣＶＤシステム内側で測定される同様な程度の圧力変化を最小化できるようになっている。
【００２２】
本発明の別の好適な実施形態では、第１圧力変換器１１６からの差圧信号は、第１弁制御器１１３へ送られる前に、信号調整器１７０へ送られる。信号調整器１７０は、事前設定期間に亘ってデータを平均することによって、圧力変換器１１６からのデータにフィルタを掛ける。信号調整器の平均化時間は、約１秒から１０秒の範囲内であるのが望ましい。後に詳細に論じるように、本発明者は、約３秒の信号調整器平均化時間が、ＡＳＭＬＵＳ社が提供するＷＪ−１５００ＡＰＣＶＤシステムで最高の性能を発揮することを発見した。本発明の追加の実施形態は、同様の信号調整器１７１及び１７２を提供して、それぞれ、第２（ロード）及び第３（アンロード）弁制御器１３０、１５０へ送られる前に、第２及び第３圧力変換器１４２、１６２からのデータを調整する。
【００２３】
先行技術のＡＰＣＶＤシステム及び方法は、処理排出を変化させることによって、処理チャンバ内を選択された圧力値に維持するという望ましさに取り組んでいない。処理チャンバの圧力制御は真空システム内で用いられるが、大気圧ウェーハ処理システムにおける本発明のシステム及び方法は、先行技術の方法とは大幅に異なっており、対照的である。本発明は、例えば真空システムのような密閉型システムではなく、開放型システムの略大気絶対圧力において非常に小さな差圧の正確な制御を実現する。圧力センサーと制御フィードバック信号を絞り弁応答に特定的にチューニングすると、システム内側の圧力の安定性を大幅に改良できる。本発明のシステムは、ポータルドアが開き、ウェーハがマッフルを通過するときに起こるような非常に小さな圧力変化を迅速に調節することができる。
【００２４】
先行技術の処理排出制御の方法が、時間の経過と共に堆積する副生成物及び粉末で詰まることもある処理化学物質排出ラインの内側に配置されているオリフィスその他の計器に掛かる圧力又は流量の測定値に依存しているのに対して、本発明は、圧力測定値を処理化学物質排出ラインの外側で集め、従って圧力測定値が堆積する副生成物及び粉末による目詰まりの影響を受けないシステム及び方法を提供する。従って本発明のシステム及び方法では、処理排出制御は、長い製造稼働時間に亘って安定している。更に、先行技術のシステムは、米国特許第５，１１３，７８９号に記載されているような自己先浄オリフィスを利用しており、その開示を参考文献としてここに援用する。自己先浄オリフィスは、有用ではあるが、一般的に移動シールを組み込んでいるので、時間経過に従って、或いはユニットからユニットへと、漏れない、又は安定しているわけではない。本発明のシステム及び方法では、システムの下流に実質的に漏れの無い化学物質排出ラインとなっており、システムの保守後の作動再現性が改良され、保守の手順が簡単になるという２つの利点を提供している。先行技術のシステム及び方法では、保守後のウェーハに、ばらつきの無い処理結果を得るために、処理処方設定を調節する必要がある。本発明のシステム及び方法では、これらの難しさを回避できる。
【００２５】
本発明の別の利点は、入力流量の僅かな変化に応答する圧力制御システムの自動補償である。本発明のシステム及び方法は、多量の気体が処理チャンバに注入された場合には処理排出流動を増やし、少量の気体が処理チャンバへ注入された場合は処理排出流動を減らす。従って、本発明のシステム及び方法では、設備の気体供給圧力の変動、或いは、処理又は処方設定の変化を含む流れ制御器の変化が、開放型大気圧システム内の処理ガスの排出不足、及び化学物質封入量の損失の可能性を引き起こす恐れは少ない。本発明の提供する処理チャンバの圧力制御を適用すれば、作動上の安全性が増し、処理に対して僅かに処方を変化させることも難しくない。
【００２６】
特に有用なのは、本発明のシステム及び方法は、マッフルのロード及びアンロード区画内側の（チェース周囲圧に対する）差圧を測定し、システムのロード側とアンロード側との間の差圧を（設定ポイント毎に）実質的にゼロに維持するように制御ユニットを調節するフィードバックセンサーを提供していることである。圧力設定の直接処方制御を有していることによって、望ましい圧力バランスを得る手順が簡単になっている。この内部圧力バランスは、例えウェーハがロード又はアンロードされるときでも、或いは外側室の圧力又は流量に変化が生じたときにも維持される。他の実施形態では、本システムは、排出流れではなくカーテン流れを変化させて、所望の圧力バランスを維持するが、ロード及びアンロード排出経路内の流れの特性ではなく、ここでもマッフル圧力センサーのフィードバックを使って圧力バランスを維持してもよい。この代替実施形態では、不活性ガスのカーテンへの流れは、例えば市販されている質量流量制御器のようなフローメーターによって制御されている。この圧力制御の方法は、マッフルのロード又はアンロード領域の一方又は両方に利用することができる。
【００２７】
本発明の１つの実施形態では、大気圧化学気相蒸着システム内の圧力と気体流量の両方のバランスを取るための方法が提供されている。操作手順の１つの実施形態を、図３のフローチャートに概略的に示している。先ず、ステップ２０２で、反応器の最初の処理処方条件を設定する。処理条件には、ウェーハ表面上に堆積する特定の種類の薄膜のための様々な反応性及び不活性ガスに関する所望の流入気体流量が含まれる。例えば、処理条件には、マッフル１４０内の処理チャンバ１４１のインジェクタ１４８内のインジェクタポートからの流入気体流量が含まれる。これらの流量値は、ウェーハ周りに望ましい均一な気流を形成することと、ウェーハへ反応化学物質を渡すことに基いて選択される。チャンバ１４１内のシールド本体１４９を通過する不活性ガスの流量を指定してもよい。更に、化学物質を閉じ込め、粒子欠陥を制御できるように、チャンバ処理排出の流量を選択することもできる。バイパス排出流量を設定し、マッフルのロード及びアンロード領域内の気体の流量を選択してもよい。本システムは、堆積のために、周囲のミニエンバイロメント及び設備供給気体圧力を所望の作動値に設定するよう構成しなければならない。
【００２８】
次に、作動制御のためにステップ２０３で、第２（ロード）及び第３（アンロード）排出弁１３２、１５２を、例えば約３０°のような所望の位置に固定する。ステップ２０４で、チャンバ排出プレナム１２２の圧力を測定し、選択された具体的な初期処方条件に化学物質の閉じ込めを維持できるだけのチャンバ処理排出流れに関する処方計算と比較する。次に、ステップ２０５で、バイパス排出マニホルド１２０の中心と周囲チェース室圧１２４の間の差圧δＰ1１１６の設定値を低く調節して、処理排出流量を増やすか、又は高く調節して処理排出流量を減らして、チャンバ排出プレナム１２２の圧力を所望の値にする。δＰ1の代表的な作動設定値は、約０．００５０”Ｈ2Ｏから０．０１５０”Ｈ2Ｏの範囲にある。ステップ２０６に示すように、このδＰ1設定値が変わると第１絞り弁１１２が自動的に開閉し、メイン処理排出ライン１１８を通る気体の流れを調節する。
【００２９】
次に、ステップ２０７で、第１絞り弁１１２の位置を測定する。ステップ２０８で、適切に作動を制御するために、第１絞り弁１１２の位置が約２５°から３５°の範囲内で動くように、第４絞り弁１８０を制御する第４弁制御器１８２の設定値を調節して、第４圧力変換器１８４が測定した設備ラインの圧力を変化させる。ステップ２０９では、バイパス中心差圧δＰ1１１６を適所に適切に設定した状態で、マッフルの内側ロード及びアンロード領域とチェース周囲圧の間の差圧δＰ2１４２及びδＰ3１６２を測定する。
【００３０】
ステップ２１０で、ロード排出気体経路１３４又はアンロード排出気体経路１５４と、ロード外側、中心又は内側カーテンと、アンロード外側、中心又は内側カーテン、の内の何れか、或いはその組み合わせのオリフィスサイズを調節することによって、δＰ2１４２とδＰ3１６２の間の差圧を約０．００１０”Ｈ2Ｏに減じる。図面の実施形態に示しているように、調節された気体の流路は、ロード及びアンロードの外側、中心又は内側カーテンのような気体入口を含んでおり、排出経路に限定されない。
【００３１】
ステップ２１２で、δＰ1、δＰ2及びδＰ3を再測定し、前のステップを繰り返して、この処理処方条件に対する所望の圧力及び流量バランスを得る。最後に、ステップ２１４で、得られたδＰ2及びδＰ3値を、第２（ロード）及び第３（アンロード）弁制御器１３０、１５０の設定値として入力し、フィードバック制御を通してロード又はアンロード排出弁（又は、代替実施形態では不活性ガスカーテン）の１つを調節することによって、自動的に圧力バランスを維持する。ステップ２１６で、本システムは、安定な状態になっているか、又は処理動作を開始する。新しい処理条件の場合、ステップ２０２で、プログラムを再び実行する。
【００３２】
実験
本発明のシステム及び方法の様々な態様を、図４から図１３に関して示しているように試験した。本発明の方法及びシステムに従って、数多くの実験を実施した。これらの実験は、分かり易くするためのものであって、本発明の範囲を制限するつもりは全くない。図４から図８は、異なる変換器を使った一連のテストの結果を示している。２２３Ｂ変換器は、米国特許第６，１４３，０８０号に開示されている先行技術のシステムに用いられたのと類似の変換器である。本発明の新しい小差圧用途に用いられる特別の２２３Ｂセンサーは、０から２”Ｈ2Ｏ（約０から４トール）ではなく、約±０．１”Ｈ2Ｏ（０．４トール）の動的圧力測定範囲を有しており、精度は、約±０．００１”Ｈ2Ｏ（±０．００２トール）である。これに対し、１２０Ａ及び６９８Ａ変換器は、温度制御され防振取り付けされているセンサーであり、精度が約±０．００００５”Ｈ2Ｏ（±０．０００１トール）に改良されている。６９８Ａ変換器は、約０．０２５から０．４秒の間でユーザーが応答時間を選択できる追加特性を有している。ここで、１２０Ａ変換器を、本発明のシステム及び方法に使用するために、約０．４秒の最適応答時間を有するように修正した。
【００３３】
例１
図４は、分離され、チェース（周囲大気）圧に対し正のゲージ圧に保持されているクリーンルーム内に本発明のシステムの１つの実施形態を設置したときに起こる相対的なマッフル圧力の摂動を示すグラフである。様々なシステム条件の下で、４つの圧力変換器を反復して使用した。上記３つの変換器２２３Ｂ、１２０Ａ及び６９８Ａを、６９８Ａ変換器出力の３秒ローリング平均を提供して、測定ノイズを平滑化し、弁応答を安定させる信号調整器（Ｒｅｄ  Ｌｉｏｎ）と組み合わせて使用されている６９８Ａ変換器に加えて用いた。この試験では、１２０Ａ圧力変換器は、０．０４秒の最適応答時間よりも速い応答時間を有しているので、６９８Ａ変換器は、本発明の構成を反映している。図示のように、数多くの変換器を、第１（バイパス）弁１１２、第３（アンロード）弁１５２、第２（ロード）弁１３２及び第４（バイパス排出）絞り弁１８０の間で、それらにフィードバックを掛けながら回した。システムの各構成に対して、４回の１５分間試験を行い、マッフルと周囲圧力の間の平均差圧に対する差圧の可変性を求めた。最初の「自動」試験では、システムを本発明に従って作動させ、圧力変換器フィードバックを用いて指定された弁を制御した。システムは、大きな摂動事象もなく作動した。第２「固定」試験では、指定された弁の自動フィードバック制御を不能として、排出流量を固定し、先行技術で教示されたシステムの作動をシミュレートした。この場合も、１５分の試験の間に大きなシステム摂動は起こらなかった。「自動／ドア」及び「固定／ドア」試験は、それぞれ、システム作動において最初の２つの試験に対応する。しかしながら、これら最後の２つの試験では、１５分の試験期間中、（ウェーハカセットをロード又はアンロードする際のように）ポータルドアは開いている。図４が示すように、ポータルドアが開いていないときは、固定弁設定と自動弁設定は、マッフル内で同様の圧力摂動を呈する。しかしながら、ポータルドアが開放していると、固定絞り弁条件下では、本発明の自動フィードバック制御モードと比べて大きな圧力摂動が生まれた。固定の場合は、米国特許第６，１４３、０８０号に記載の一定のロード及びアンロード排出流れを維持する先行技術の制御方法と同様である。６９８Ａ圧力変換器に関係する性能が示すように、本発明のシステム及び方法によるＣＶＤ装置の作動は、マッフル内の圧力及び流量の変動の大きさを実質的に低減する。
【００３４】
例２
図５は、２４個の半導体ウェーハへ２時間のＳｉＯ2蒸着を行った場合の相対的なマッフル圧力摂動を示すグラフである。ポータルドアを開くことも含めて、ウェーハ処理の間の、マッフル内側の総圧力変動における本発明による改良を示している。具体的には、ロード、アンロード又はバイパス中心の差圧測定に対して個別に、信号調整される６９８Ａ変換器を使用すると、この実験例の処理条件下で、相対的な圧力変動が実質的に減少している。この試験の１２０Ａ変換器も０．０４秒の速い応答時間を有しているので、６９８Ａ変換器を使用することによるフィルターを掛けられていない圧力変動は最も低い。最大の圧力変動は、先行技術型の２２３Ｂ変換器を新しい方法に適用した際に生じている。
【００３５】
例３
図６は、本発明による３つの異なる型式の圧力センサーに対する、出来上がったウェーハの厚さ均一性性能を表す実験データを示している。一連の２４個のウェーハを、上記の１つの６８９Ａ変換器、１つの１２０Ａ変換器及び１つの２２３Ｂ変換器を、バイパス中心測定とロード及びアンロード領域の差圧測定との間で回す、３つの実験例それぞれで処理した。ウェーハ内の厚さの均一度（３つのトレースの内の下の２セットで示している）は、３つの処理条件の間でそれほど変化しなかった（平均厚さの百分率としての標準偏差と、±（最大値−最小値）／（２ｘ平均値）と定義される範囲均一性の両方によって測定されている）。しかしながら、各ウェーハの平均厚さに対して、（最大値−最小値）／（２ｘ平均値）によって定量化されるウェーハ間の厚さのばらつきは、最も敏感なセンサー−６９８Ａ−を装着して、処理結果が最も敏感なバイパス中心領域の差圧を測定した場合に最小であった。
【００３６】
例４
絞り弁へのフィードバック信号にフィルタを掛ける効果と、その結果の弁の応答によるマッフル内側の圧力安定性を図７に示している。０．４秒の応答時間で第１弁制御器１１４へフィードバックを掛け第１絞り弁１１２を制御する６９８Ａ変速器を使用すると、マッフル圧力の相対的変動は最小になった。圧力変動は、約３秒の平均化時間を有する「Ｒｅｄ  Ｌｉｏｎ」信号調整器１７０を含むことによって、更に小さくなった。
【００３７】
例５
図８は、圧力センサーの応答時間が、測定されたマッフル内側の圧力安定性に及ぼす影響を示している。先の例と同様に、第１絞り弁１１２に６９８Ａ圧力変換器を使用し、第２（ロード）及び第３（アンロード）弁１３２、１５２に、約０．４秒の応答時間を有するように修正した１２０Ａ圧力変換器を使用すると、２４個のウェーハのポータルドアと蒸着処理のサイクルを含む２時間の実験的稼働に亘り、３つの位置全てで、マッフル内の圧力変動が実質的に低減した。
【００３８】
例６
図９Ａ及び図９Ｂは、本発明によるマッフル１４０のロード領域１３６とアンロード領域１５６の間の実験差圧データを示している。図９Ａは、先行技術システムをまねて作動させたシステムの差圧の分布図である。ロード排出流量は、アンロード排出を自動的に制御して一定流量に維持することにより固定されている。図９Ｂのデータは、ロード排出をマッフルのロード領域とアンロード領域の間の差圧変換器の読み値に基いて動的に制御した同様の試験からのデータである。各試験で、ポータルドアは、表示される時間開いている。図９Ａでは、先行技術システムが、ポータルドアの閉位置と開位置との間の差圧の変化を示しており、一方、図９Ｂに示す本発明に対応するデータは実質的に一定である。
【００３９】
例７
図１０Ａ及び図１０Ｂは、上記例６で述べた試験と同様の試験で得たデータを示している。アンロード端部における外側室圧力の階段関数摂動は、先行技術によるＡＰＣＶＤ反応器（図１０Ａ）をまねて作動させたシステム内のロード−アンロード差圧に相当な可変性を作り出す。ロード対アンロード差圧フィードバックに基づくアンロード領域排出弁の自動制御は、本発明のシステム及び方法に従って、マッフル内に、非常に安定した一定の圧力プロファイルを作り出す（図１０Ｂ）。
【００４０】
例８
図１１Ａ及び図１１Ｂは、上記例７で述べた試験と同様の試験で得たデータを示している。マッフルのアンロード端部における外側圧力の階段関数摂動に代えて、正弦波を描いて変化する外側圧力波を掛けた。例７で論じた階段関数摂動の場合と同様に、これは、図１１Ａに示すように約０．００２０”Ｈ2Ｏの変化を作り出した。先の例と同様に、ロード対アンロード差圧フィードバックに基づくアンロード領域排出弁の圧力変換器自動制御は、図１１Ｂに示すように、マッフル内に、非常に安定した一定の圧力プロファイルを作り出す。
【００４１】
例９
図１２は、例６で行った圧力測定（図９Ａ及び図９Ｂ）と同様の条件下での、先行技術による一定流量制御ロード排出と、ロード対アンロード差圧フィードバック制御とのウェーハ処理結果の比較を示している。蒸着した薄膜の厚さ及び均一性のデータを、図６のデータと同様にプロットしている。上方の対の線は、本発明による圧力制御の下でのウェーハ間の厚さの再現性が、特に、ウェーハカセットにアクセスするために左側のポータルドアを開いた際に、先行技術による一定流量制御法の場合よりも大幅に優れていることを示している。下方の２つの対の線にプロットしたウェーハ内の厚さの均一性は、実質的に相違が無い。
【００４２】
例１０
別の実験例では、本発明のシステム及び方法を、ＡＳＭＬによって提供され、本発明の圧力制御システムが装着されているＷＪ−１５００マッフルを使った実際の処理蒸着操作で示している。
【００４３】
図１に示しているように、４つの処理チャンバからの処理排出は、８つのチャンバ環状体オリフィスを通って直径４”のチャンバ排出プレナムへ送られる。チャンバの環状体オリフィスは、総流量を等しく分割するよう設計されているので、各チャンバの入口及び出口側は、どれほど多くの体積副生成物粉末が蓄積しているかに関わりなく、等しい流量で排出される。各チャンバを取り囲んでいるバイパス排出も、直径４”のチャンバ排出プレナムへ送られる。バイパス排出を介して処理マッフルを出る流量は、サイズが選択可能なインラインオリフィスに亘る圧力低下に対する温度補償相関関係によって一定に制御されている。不活性チャンバカーテンＮ2、フランジパージＮ2、ベントシールドバイパスＮ2、及び、ロード及びアンロードカーテンＮ2は、バイパス排出ラインに入り、従って粉末蓄積が、流れ対圧力の相関関係に影響を及ぼさないのが望ましい。チャンバ処理排出及びバイパス排出の流れは、多分粉末トラップを通り、第１絞り弁１１２を通って、共に一緒に下流に流れる。第１絞り弁１１２は、マッフルの内側処理チャンバ区画と周囲チェース室の間に、δＰ1（バイパス中心−チェース）で測定される一定の差圧を維持するよう調節する。従って、入力気体流れのどの様な変化に対しても、何らかの自動的補償が行われる。気体キャビネットＮ2圧力が、何かの別の装置のＮ2の使用が停止された場合に生じるように４０ｐｓｉ以上に上がると、ロータメータを通り、Ｎ2シールド、フロアパージ、フランジパージ及びカーテンへ流れる流量が増し、マッフルの内側の圧力が上がる。この状態下では、δＰ1が上がり、第１絞り弁１１２が開くので、排出量が増し、所望の設定圧力を回復する。通常は、粉末が蓄積するにつれて処理排出ラインが流れ難くなるので、第１絞り弁１１２は時間が経つとゆっくり開くようになる。加熱された第１絞り弁を使えば、ダンパ上の粉末蓄積が減るので、先浄の保守要件だけでなく、時間の経過による角度の増大も低減する。第５絞り弁（バイパス）は、粉末の蓄積がバイパス排出ラインを通る流れを制限することはないので、チャンバプレナムの圧力が高まるにつれ、第１絞り弁とは反対方向に、通常は時間が経つとゆっくり閉じるように動く傾向にある。バイパス中心マッフルポート及びチェース室までの圧力感知ラインは、粉末の蓄積による影響を受けないので、蒸着稼働時間に亘り処理排出流れが低下することはない。処理排出制御に関する先行技術による方法は、自己先浄チャンバ又はベンチュリ環状体オリフィスに亘る圧力低下の流量に対する相関関係に依存しているが、両方共に、時間が経過するに従って、粉末蓄積、ガラス堆積及び（摩擦を起こし、不完全なシールを使うことの）機械的動きによるジオメトリ変化の影響を受ける。
【００４４】
ロード及びアンロード排出ラインは、第１絞り弁（処理弁）の処理排出ラインの下流にＴ字型に接続する。第２及び第３（ロード及びアンロード）絞り弁は、処理マッフルのロード及びアンロード区画内の圧力を制御するよう作用するので、ロード及びアンロード排出ラインを通る総流量は変化する。第２（ロード）絞り弁が開閉して、δＰ2（内側ロード−チェース）で測定されるマッフルの内側ロード区画と周囲チェース室の間の差圧を一定に維持する。ポータルドアを開くか、又はウェーハローディングを行う際には高いクリーンルーム圧が侵入し、内側ロード圧力が変化するので、この制御方法は、一定のマッフル圧バランスを良好に維持するよう、これらの変化を補償する。第３（アンロード）絞り弁が開閉して、δＰ3（内側アンロード−チェース）で測定されるマッフルの内側アンロード区画と周囲チェース室の間の差圧を一定に維持する。ポータルドアを開くか、又はウェーハアンローディングを行う際には高いクリーンルーム圧が侵入し、内側アンロード圧力が変化するので、この制御方法は、一定のマッフル圧バランスを良好に維持するよう、これらの変化を補償する。マッフルの圧力の変化を迅速に補償するために、ロード及びアンロード排出ラインの両方に高速モーター絞り弁が用いられる。信号のフィルタリング又はマッフル差圧の調整は、Ｒｅｄ  Ｌｉｏｎより供給されている信号調整器によって行うことができる。調整によって制御器用に移動平均値が生成されるので、弁は、ノイズに追随することなく小さな圧力変化に対応できるようになる。
【００４５】
周囲チェース室圧に対する設備排出ライン圧は、ロード及びアンロード排出ラインが処理排出ラインへＴ字型に接続する場所の下流で感知される。第４絞り弁は、圧力感知ポートの直ぐ下流に在り、設備排出ライン圧を一定に維持するよう調節する。従って、第４絞り弁は、ＷＪ−１５００システムの排出を、他のシステムからの排出が周期的にオン・オフするときに起こるような設備のスクラバー又はブロアに起因する変動から良好に隔離する。第４弁制御器にプログラムされている位相進み値と利得値は、摂動に迅速に応答できるようにするためだけでなく、マッフル（δＰ1）及びチャンバプレナム圧力変動が最小になるように、特定の排出ラインジオメトリに合わせて調整されている。
【００４６】
第１、第２及び第３絞り弁の弁位置と、バイパス中心、ロード及びアンロード領域における圧力変換器の測定値を、６秒毎に収集し記録する上記システムで、約１３０時間の連続蒸着運転を行った。この間に処理した各半導体ウェーハについて、ウェーハ上の厚さを計量計算した。システムは、ウェーハ薄膜厚さの均一性に相当な悪化が検出されるまで、連続して約１２０時間運転した。図１３は、上記１３０時間運転の内の４時間のサンプルについて、マッフル差圧を調整する本発明の排出制御システム及び方法の能力を示している。チェース周囲圧力に対する第１（バイパス中心δＰ1）、第２（ロードδＰ2）及び第３（アンロードδＰ3）マッフル差圧を、信号調整器に起こる３秒移動平均信号処理の後プロットしている。第１（処理）、第２（ロード）及び第３（アンロード）絞り弁の、各圧力変換器フィードバック信号応答を介してそれらのマッフル差圧を制御する動きも、プロットしている。第１絞り弁（処理）は、時間に亘ってゆっくり開き、約０．０１０４”Ｈ2Ｏ圧力設定値を維持している。第２（ロード）及び第３（アンロード）絞り弁は、主にウェーハローディングの影響に応答し位置で周期的に作動している。
【００４７】
表１及び表２は、図１３に示している４時間運転データに関する処理作動統計値を記載している。表１は、フィルタ処理したデータ（３秒移動平均を介した信号調整器によるデータ処理）を記載しており、表２は、１秒間隔で収集した圧力変換器からの直接出力に基づく生の統計値を記載している。信号調整器の移動平均のデータ平滑化効果がなくとも、システムマッフル内側の差圧における全体的変動は、非常に小さい。
【００４８】
図１３に示しているデータの４時間セグメントの間に、チャンバ圧は０．１” Ｈ2Ｏしか上がっておらず、第１（処理）絞り弁は位置で更に０．６度しか開いておらず、第５（バイパス排出）絞り弁は、位置で０．５度しか閉じていない。制御されているマッフル差圧における変動は、３秒信号フィルタ処理後、１．０％σ／平均より十分に低く、又は、フィルタ処理していない圧力変換器出力で直接測定した場合は約２％σ／平均である。チャンバプレナムの圧力変動は約１．０％σ／平均であり、１００秒移動平均を取って信号をフィルタ処理した後の、平均チャンバ圧力変動は、０．５％σ／平均未満である。第２（ロード）及び第３（アンロード）排出絞り弁及びオリフィス圧力は、ウェーハローディングの間にロード及びアンロードマッフル差圧を維持するのに必要な排出流量が変動するため、もっと大幅に変動している。
【００４９】
表１、図１３に示されている６秒間隔での４時間データの統計値：３秒平均
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【００５０】
表２、図１３に示されている４時間データの統計値：フィルタ処理していない
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【００５１】
本発明の具体的な実施形態及び例に関する上記記述は、分かり易く説明する目的で示したものであり、本発明は、確かに上記例で説明してはいるが、それらに限定されるものと解釈すべきではない。上記例は網羅性があるものでもないし、本発明を開示した形態そのものに限定する意図もなく、上記教示に照らし、多くの修正、実施形態及び変更が可能であることは明白である。本発明の範囲は、本明細書の開示と、特許請求の範囲に記載する事項及びその等価物によって規定される包括的な領域を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の或る実施形態によるウェーハ処理システムの断面図である。
【図２】本発明の或る実施形態による排出制御システムを示すウェーハ処理システムの概略図である。
【図３】本発明の方法の或る実施形態を概略的に示すフローチャートである。
【図４】システムが、チェースから分離された高圧クリーンルーム内に設置され、ポータルドアが（例えば、ウェーハカセットをロード・アンロードするために）開いているときに起こる、内部マッフル圧力の摂動の減少を示すグラフであり、先行技術を、本発明によって提供される改良型圧力感知及び制御と比較している。
【図５】ウェーハ処理の間の、ポータルドア開放を含む、本発明の方法及びシステムによるマッフル内側の総圧力変動における改良を示すグラフである。
【図６】３つの異なる形式の圧力変換器に関する、出来上がったウェーハ上の厚さの均一性の性能を示すグラフである。
【図７】４つの異なる形式の圧力変換器に関する、絞り弁へのフィードバック信号にフィルタを掛けることが、弁の応答によるマッフル内側の最終的な圧力安定性に及ぼす影響を示すグラフである。
【図８】圧力変換器の応答時間の、マッフル内側の測定された圧力安定性に及ぼす影響を示すグラフであり、新しい圧力制御方法が３つ全ての場所に適用されている本発明の或る実施形態によって、最高の安定性が生まれている。
【図９Ａ】ロード・アンロードのマッフル差圧データを示すグラフであり、ポータルドアが開いている間、ロード排出絞り弁が固定位置にある状態を示している。
【図９Ｂ】ロード・アンロードのマッフル差圧データを示すグラフであり、ポータルドアが開いている間、ロード排出絞り弁がマッフル差圧制御モードにある状態を示している。
【図１０Ａ】段階関数の外部摂動によって生じるロード・アンロードのマッフル差圧における０．００２０”Ｈ2Ｏの変化を取り除く、アンロード排出流量のマッフル差圧フィードバック制御を示すグラフである。
【図１０Ｂ】段階関数の外部摂動によって生じるロード・アンロードのマッフル差圧における０．００２０”Ｈ2Ｏの変化を取り除く、アンロード排出流量のマッフル差圧フィードバック制御を示すグラフである。
【図１１Ａ】正弦波の外部摂動によって生じるロード・アンロードのマッフル差圧における０．００２０”Ｈ2Ｏの変化を取り除く、アンロード排出流量のマッフル差圧フィードバック制御を示すグラフである。
【図１１Ｂ】正弦波の外部摂動によって生じるロード・アンロードのマッフル差圧における０．００２０”Ｈ2Ｏの変化を取り除く、アンロード排出流量のマッフル差圧フィードバック制御を示すグラフである。
【図１２】一定流量制御ロード排出対ロード・アンロードのマッフル差圧フィードバック制御に関するウェーハ処理の結果を示すグラフである。
【図１３】本発明によるフルシステムにおける、ホウ素−リン酸−ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）薄膜堆積の間の、４時間の連続運転に亘る圧力及び弁位置のデータをプロットしたものであり、本発明の排出制御方法の下でのδＰ1、δＰ2及びδＰ3の安定性と、第１、第２及び第３絞り弁の位置を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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