半導体製造装置および流量制御装置
【課題】半導体製造装置のガスの流量制御は、マスフローコントローラによって行われている。ここで使用される流量調整バルブは、流量を調整することに重点が置かれているため、閉鎖時にも微小ながらガスが流出する。このため、流量調整バルブの出力側に閉鎖特性の良好な開閉バルブが挿入されている。しかし、流量調整バルブと開閉バルブ間の流路系には、一定の容量を有するため、流量調整バルブが閉鎖されている間に、この流路系の圧力が流量調整バルブのリークを介して、上昇するという問題がある。このような出力側バルブ間空間の圧力上昇は、次に、開閉バルブが開いたときに、ガス被供給系への余剰のガス供給の原因となる。
【解決手段】本願発明は、マスフローコントローラのガス排出側の流量制御バルブと開閉バルブ間の圧力を計測することで、流量制御バルブの閉鎖時のリークガス流量を検知可能とした半導体製造装置である。
【解決手段】本願発明は、マスフローコントローラのガス排出側の流量制御バルブと開閉バルブ間の圧力を計測することで、流量制御バルブの閉鎖時のリークガス流量を検知可能とした半導体製造装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置および半導体製造装置等の流量制御に用いる流量制御装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本特開平１１−２０２９４５号公報（特許文献１）または米国特許第６１２５８６９号公報（特許文献２）には、マスフローコントローラ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）の自己診断方法として、流量制御バルブが所定の開状態において流量制御バルブを含む前後の配管部に所定の圧力のガスを満たし、その後、流量制御バルブの出力側開閉バルブを開き、その際の出力側圧力変化を出力側に設けられたセンサで検出する技術が開示されている。
【０００３】
日本特開平５−１３４７６４号公報（特許文献３）には、マスフローコントローラの使用状態の検査方法として、流量制御バルブを含む前後の配管部に設けられた複数の圧力センサ、温度センサ等の上方から算出された流量制御バルブへの印加電圧と実際の印加電圧を比較する技術が開示されている。
【０００４】
日本特開２００４−２４６８２６号公報（特許文献４）には、マスフローコントローラの流量制御方法または動作モニタ方法として、流量制御バルブを含む前後の配管部に設けられた複数の圧力センサの出力を流量制御バルブの制御に利用するとともに、流量を監視する技術が開示されている。
【０００５】
日本特開２００４−２８０６８８号公報（特許文献５）には、マスフローコントローラの流量制御方法または動作モニタ方法として、マスフローメータ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｍｅｔｅｒ）およびバイパス路を含む前後の配管部に設けられた複数の流量制御バルブ、圧力センサの出力を流量制御バルブの制御に利用するとともに、流量を監視する技術が開示されている。
【０００６】
日本特開平５−２３３０６８号公報（特許文献６）には、マスフローコントローラの流量制御方法として、流量制御バルブの出力側の２箇所に設けられた圧力センサの出力を流量制御バルブの制御に利用する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２０２９４５号公報
【特許文献２】米国特許第６１２５８６９号公報
【特許文献３】特開平５−１３４７６４号公報
【特許文献４】特開２００４−２４６８２６号公報
【特許文献５】特開２００４−２８０６８８号公報
【特許文献６】特開平５−２３３０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体製造装置等のガス等の流量制御は、サーマルマスフローセンサ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｓｅｎｓｏｒ）とパラレルに設けられたバイパス路、および、サーマルマスフローセンサの出力を参照して制御される電磁制御の流量調整バルブ等から構成されるマスフローコントローラによって行われている。この流量調整バルブは、流量を調整することに重点が置かれているため、閉鎖時にも微小ながらガスが流出する。すなわち、閉鎖時流出ガスの存在が不可避である。このため、流量調整バルブの出力側（下流側またはガス排出側）に閉鎖特性の良好な開閉バルブを挿入するのが一般的である。
【０００９】
しかし、流量調整バルブと開閉バルブ間の配管系は、一定の容量を有するため、流量調整バルブが閉鎖されている間に、このバルブ間空間の圧力が流量調整バルブのリークを介して（リークによって）、入力側（上流側又はガス流入側）圧力に向けて上昇するという問題がある。このような出力側バルブ間空間の圧力上昇は、次に、開閉バルブが開いたときに、ガス被供給系への余剰のガス供給の原因となる。
【００１０】
本願発明は、これらの課題を解決するためになされたものである。
【００１１】
本発明の目的は、信頼性の高い半導体製造装置または半導体製造装置等の流量制御に用いる流量制御装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【００１４】
すなわち、本願の一つの発明は、マスフローコントローラのガス排出側の流量制御バルブと開閉バルブ間の圧力を計測することで、流量制御バルブが閉鎖している際に同流量制御バルブを通過するリークガス流量を検知可能とした半導体製造装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
【００１６】
すなわち、マスフローコントローラのガス排出側の流量制御バルブと開閉バルブ間の圧力を計測することで、流量制御バルブが閉鎖している際に同流量制御バルブを通過するリークガス流量を検知可能とした半導体製造装置とすることで、ガス供給開始時における過剰供給等の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の構造を説明するための模式構成図である。
【図２】本願の一実施の形態の半導体製造装置の全体構成を示す模式構成図である。
【図３】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブ（たとえばピエゾ効果アクチュエータ等による電磁駆動型制御バルブ）の要部断面構造図である。
【図４】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の開閉バルブ（たとえば空圧駆動開閉バルブ）の要部断面構造図である。
【図５】本願の一実施の形態の半導体製造装置における流量制御バルブ閉鎖時リーク検査シークエンスを示すブロックフロー図である。
【図６】図５における計算式を説明するための計算式説明図である。
【図７】図５における流量制御バルブ閉鎖時リーク検査における被測定領域の圧力変化の様子を示す圧力変化図である。
【図８】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブに使用される各種のアクチュエータの代表的な特性の比較説明図である。
【図９】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが大きいときの流量制御装置内通過ガス実流量の時間変化図である。
【図１０】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが小さいときの流量制御装置内通過ガス実流量の時間変化図である。
【図１１】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが大きいときのウエハ処理室直前のガス流路における通過ガス実流量の時間変化図である。
【図１２】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが小さいときのウエハ処理室直前のガス流路における通過ガス実流量の時間変化図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
【００１９】
１．以下を含む半導体製造装置：
（ａ）ガス流入口およびガス排出口を有する流量制御装置；
（ｂ）前記流量制御装置内に設けられた流量計測流路；
（ｃ）前記流量計測流路と並列に設けられたバイパス流路；
（ｂ）前記流量計測流路に設けられた流量センサ；
（ｃ）前記流量制御装置内であって、前記流量計測流路および前記バイパス流路の前記ガス排出口側に設けられた流量制御バルブ；
（ｄ）前記流量制御装置内に設けられ、前記流量センサおよび前記流量制御バルブを制御する流量制御回路；
（ｅ）前記流量制御装置外であって、前記ガス排出口側に設けられ、それと接続されたウエハ処理室；
（ｆ）前記流量制御バルブと前記ウエハ処理室の間のガス排出流路に設けられた開閉バルブ；
（ｇ）前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測する圧力センサ；
（ｈ）前記ウエハ処理室および前記流量制御装置を制御する製造装置制御系、
ここで、前記圧力センサによって、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測することで、前記流量制御バルブが閉鎖している際に、前記流量制御バルブを通過するガス流量を検知可能とされている。
【００２０】
２．前記１項の半導体製造装置において、前記圧力センサは、前記流量制御装置内に設けられている。
【００２１】
３．前記１または２項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、２ｃｃ以下である。
【００２２】
４．前記１から３項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記開閉バルブは、前記流量制御装置内に設けられている。
【００２３】
５．前記１から４項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記流量制御バルブが閉鎖している際に、前記流量制御バルブを通過するガス流量を検知するアルゴリズムを有する。
【００２４】
６．前記１から５項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、１ｃｃ以下である。
【００２５】
７．前記１から６項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記流量制御バルブは、ピエゾ効果アクチュエータによって駆動されている。
【００２６】
８．前記１から７項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記開閉バルブは、ガス圧により駆動されている。
【００２７】
９．前記１から８項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブ間の前記ガス排出流路には、実質的にオリフィスが設けられていない。
【００２８】
１０．以下を含む流量制御装置：
（ａ）ガス流入口およびガス排出口；
（ｂ）前記ガス流入口と前記ガス排出口の間に設けられた流量計測流路；
（ｃ）前記流量計測流路と並列に設けられたバイパス流路；
（ｂ）前記流量計測流路に設けられた流量センサ；
（ｃ）前記流量計測流路および前記バイパス流路の前記ガス排出口側に設けられた流量制御バルブ；
（ｄ）前記流量センサおよび前記流量制御バルブを制御する流量制御回路；
（ｅ）前記流量制御バルブと前記ガス排出口間のガス排出流路に設けられた開閉バルブ；
（ｆ）前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測する圧力センサ、
ここで、前記圧力センサによって、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測することで、前記流量制御バルブが閉鎖している際に、前記流量制御バルブを通過するガス流量を検知可能とされている。
【００２９】
１１．前記１０項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、２ｃｃ以下である。
【００３０】
１２．前記１０項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、１ｃｃ以下である。
【００３１】
１３．前記１０から１２項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記流量制御バルブは、ピエゾ効果アクチュエータによって駆動されている。
【００３２】
１４．前記１０から１３項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記開閉バルブは、ガス圧により駆動されている。
【００３３】
１５．前記１０から１４項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブ間の前記ガス排出流路には、実質的にオリフィスが設けられていない。
【００３４】
〔本願における記載形式・基本的用語・用法の説明〕
１．本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
【００３５】
２．同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「ＡからなるＸ」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかに、そうでない場合を除き、Ａ以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Ａを主要な成分として含むＸ」等の意味である。
【００３６】
３．同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００３７】
４．さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
【００３８】
５．「ウエハ」というときは、通常は半導体装置（半導体集積回路装置、電子装置も同じ）をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、ＳＯＩ基板、ＬＣＤガラス基板等の絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。
【００３９】
６．本願において、「半導体製造装置」とは、通常の半導体単体、半導体集積回路装置、および、液晶表示装置の製造に使用するＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、エッチング装置、スパッタリング成膜装置、その他の表面処理装置等を含む。
【００４０】
７．本願において、圧力は大気圧１０１３００パスカルを基準として表示する。
【００４１】
〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
【００４２】
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するために、ハッチングを付すことがある。
【００４３】
１．本願の一実施の形態の半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の構造及び動作、ならびに、半導体製造装置の全体構成等の説明（主に図１および図２）
図１は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の構造を説明するための模式構成図である。図２は本願の一実施の形態の半導体製造装置の全体構成を示す模式構成図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置の構造及び動作、ならびに、半導体製造装置の全体構成等を説明する。ここでは、マスフローコントローラ内に下流側空圧開閉バルブ、圧力センサ等を内蔵した例を示すが、これらは外付けでもよい。
【００４４】
図１に示すように、流量制御装置１（マスフローコントローラ）は、その主要部として、コンダクタンスの大きいバイパス流路５と、それに並列に連結されたコンダクタンスの小さい流量計測流路４をプロセスガス流入口２およびプロセスガス排出口３間のプロセスガス流路に有する。この流量計測流路４には、抵抗加熱体９，１０を含む流量センサ６（サーマルマスフローセンサ）が設けられており、抵抗加熱体９，１０とともに、ブリッジを形成するブリッジ型検出回路１５により、流量を検出している。検出された流量データは、増幅補正回路１６によって必要な増幅・補正がされた後、検出データ出力端子１８を介して製造装置制御系２７（図２）等に出力される。また、検出された流量データは、比較制御回路１７に送られ、設定値等の入力端子１９を介して製造装置制御系２７から送られた流量設定データと比較され、その差分に対応して、ガス排出流路１１に設けられた流量制御バルブ７のバルブの状態が制御される。なお、ブリッジ型検出回路１５、増幅補正回路１６、比較制御回路１７等によって流量制御回路８が構成されている。流量制御バルブ７は、流量を安定制御するためのものであるから、一般的な空圧開閉バルブのようにシャットオフ特性は、良好ではなく、閉鎖状態でも若干のリークが伴う。このため、流量制御バルブ７とプロセスガス排出口３の間のガス排出流路１１上には、開閉バルブ１２（空圧開閉バルブ）が設けられている。この開閉バルブ１２は、空圧入力端子２１を介して、製造装置制御系２７からの信号により、空圧制御されている。流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のガス排出流路１１には、その部分の圧力を測定するために、圧力センサ１４が設けられている。圧力センサ１４の出力は、その検知圧力を出力する外部出力端子２２を介して、直接、製造装置制御系２７に供給可能である。また、圧力センサ１４は、流量制御回路８を介して、製造装置制御系２７等とデータのやり取りが可能とされている。すなわち、圧力センサ１４から流量制御回路８、製造装置制御系２７等にデータ及び信号を出力したり、流量制御回路８、製造装置制御系２７等によって圧力センサ１４が制御されたりすることができる構成となっている。
【００４５】
次に、図２により、本願の一実施の形態の半導体製造装置２３の全体構成を説明する。図２に示すように、プロセスガス定圧ソース２４（ＷＦ６を例にとると、たとえば１０００００パスカル程度、以下特に断らない限り、ガスはＷＦ６とする）から供給されたプロセスガスはガス流入流路２５を介して、図１で説明した流量制御装置１に供給される。その後、流量制御装置１を通過したプロセスガスは、ガス排出流路１１を介して、半導体ウエハ２８を処理するためのウエハ処理室２６（プロセスチャンバ）に供給される。ここで、ウエハ処理室２６、流量制御装置１等は、製造装置制御系２７によって、直接又は間接的に制御されている。なお、製造装置制御系２７は、半導体製造装置２３に内蔵されている場合もあるが、半導体製造装置２３の外部に設けられていてもよいし、半導体製造装置２３に内蔵された制御系と半導体製造装置２３の外部に設けられた制御系の両方を含む制御系であってもよい。
【００４６】
２．本願の一実施の形態の半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）等に使用される流量制御バルブ及び開閉バルブの詳細説明（主に図３および図４、および図８）
このセクションでは、セクション１で説明した流量制御バルブ及び開閉バルブの構造の概要を説明する。
【００４７】
図３は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブ（たとえばピエゾ効果アクチュエータ等による電磁駆動型制御バルブ）の要部断面構造図である。図４は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の開閉バルブ（たとえば空圧駆動開閉バルブ）の要部断面構造図である。図８は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブに使用される各種のアクチュエータの代表的な特性の比較説明図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）等に使用される流量制御バルブ及び開閉バルブの詳細構造等を説明する。
【００４８】
まず、図１に説明した流量制御装置１に内蔵された流量制御バルブ７の一例について説明する。図３に示すように、ピエゾ効果アクチュエータ駆動型の流量制御バルブ７は、ガス流入部３１とガス排出部３２の間に、比較的硬質の流量制御面４３（通常、円環状）および、それを取り巻くように出力側空洞４４（通常、円環状）が設けられている。これらに対向するように、金属ダイヤフラム３３が配置されており、この金属ダイヤフラム３３をピエゾ効果アクチュエータ３４が微小変形して、金属ダイヤフラム３３の下面と流量制御面４３との間の微小間隔を制御することにより、ガス流量を制御している。
【００４９】
なお、流量制御バルブ７のアクチュエータ３４の形式には、図８に示すように、ピエゾ方式、ソレノイド方式、サーマル方式等があるが、ここで説明したピエゾ方式は、速度の速さ、駆動力等において優れているが、ソレノイド方式、サーマル方式等も適用できることは言うまでもない。
【００５０】
一方、開閉バルブ１２の方は、図４に示すように、プロセスガス流入部４１とプロセスガス排出口３の間のプロセスガス流路にシールリング設置部４０を設け、そこにシール樹脂リング３８を設置し、それに対向するように金属ダイヤフラム３７をシリンダ３５との間に設ける。そして、空圧入力端子２１から空圧室３６に供給された圧搾空気（空圧）によってピストン３９を駆動することで、金属ダイヤフラム３７をシール樹脂リング３８に押し付けることによって、完全閉鎖を達成する。
【００５１】
ここで説明したように、流量制御バルブ７は原理的に完全閉鎖を達成できないので、図１に示したように、流量制御バルブ７の下流側には、開閉バルブ１２を挿入して相互に連動して開閉するようにしている。
【００５２】
３．本願の一実施の形態の半導体製造装置における流量制御バルブ閉鎖時リークチェックシークエンス等の説明（主に図５から図７）
このセクションでは、セクション１及び２の記載を踏まえて、流量制御バルブ閉鎖時リークチェックシークエンスを具体的に説明する。ここでは、フルスケールの流量が３０ｓｃｃｍ程度のマスフローコントローラを例にとり説明する。
【００５３】
図５は本願の一実施の形態の半導体製造装置における流量制御バルブ閉鎖時リーク検査シークエンスを示すブロックフロー図である。図６は図５における計算式を説明するための計算式説明図である。図７は図５における流量制御バルブ閉鎖時リーク検査における被測定領域の圧力変化の様子を示す圧力変化図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体製造装置における流量制御バルブ閉鎖時リークチェックシークエンス等を説明する。
【００５４】
図７（および図１）に示すように、流量制御バルブ７および開閉バルブ１２が開放状態にあるときは、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のガス排出流路１１の圧力は、比較的低い値Ｐ１（たとえば、−１０１３００パスカル程度）に留まっている。この時点で、流量制御バルブ閉鎖時リークチェックを開始する（図５の閉鎖時リーク確認プロセススタート５０）。閉鎖時リーク確認プロセススタート時点において、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のガス排出流路１１の圧力Ｐ１の測定が圧力センサ１４を用いて行われる（図５の基準圧力測定５１ａ）のとほぼ同時に、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２が閉鎖される。この圧力Ｐ１の値は、図２に示すウエハ処理室２６の圧力に対応しており、真空処理装置であれば、真空、すなわち、大気圧に比べて非常に低い値であり、常圧処理装置であれば、大気圧程度である。
【００５５】
この後、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のガス排出流路１１の圧力は、徐々に上昇する。Ｘ分後（たとえば０．２分後）に、再び流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のガス排出流路１１の圧力Ｐ２（たとえば１０００００パスカル程度）の測定が圧力センサ１４を用いて行われる（図５の到達圧力測定５１ｂ）。次に、図６に示す計算式が参照され、閉鎖時リーク量が計算される（図５の計算式参照ステップ５２）。すなわち、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のデッドスペースの容量Ｙ＝０．６ｃｃ程度としたとき、
閉鎖時リーク量（実測閉鎖時リーク量）は、０．１ｃｃ/分程度となる。なお、ここまでのアルゴリズムは、流量制御回路８または製造装置制御系２７内に格納されている。
【００５６】
次に、図５に示すように、この算出した実測閉鎖時リーク量と閾値として設定された設定閉鎖時リーク量（たとえば、０．１５ｃｃ／分）が比較され、実測閉鎖時リーク量が設定閉鎖時リーク量より小さければ、問題なしとして、たとえば、生産が続行される（生産続行判断５４）。反対に、実測閉鎖時リーク量が設定閉鎖時リーク量以上であれば、アラームが出される（アラーム生成ステップ５５）。ここで、必要があるときは、流量制御バルブ７が交換等される（流量制御バルブ交換ステップ５６）。
【００５７】
４．本願の一実施の形態の半導体製造装置または流量制御装置についての考察（主に図９から図１２）
このセクションでは、セクション１から３に説明した実施の形態のメリットや、それを使用しない場合の問題点などについて考察する。
【００５８】
図９は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが大きいときの流量制御装置内通過ガス実流量の時間変化図である。図１０は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが小さいときの流量制御装置内通過ガス実流量の時間変化図である。図１１は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが大きいときのウエハ処理室直前のガス流路における通過ガス実流量の時間変化図である。図１２は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが小さいときのウエハ処理室直前のガス流路における通過ガス実流量の時間変化図である。以下では、図１を参照しつつ、これらの図に基づいて、前記実施の形態のメリットや、それを使用しない場合の問題点などについて説明する。
【００５９】
まず、閉鎖時リークが大きいときポイントＡ（図２および図３）における実流量の時間変化を図９により説明する。図９に示すように、流量制御バルブ７および開閉バルブ１２が開くと、比較的短い時間で、流量は設定流量に向けて立ち上がり、急速に収束する。次に、閉鎖時リークが小さいときポイントＡ（図２および図３）における実流量の時間変化を図１０により説明する。図１０に示すように、このときも、流量制御バルブ７および開閉バルブ１２が開くと、比較的短い時間で、流量は設定流量に向けて立ち上がり、急速に収束する。すなわち、ポイントＡ（図２および図３）における実流量の時間変化は、実質的に閉鎖時リーク量に依存しないことがわかる。これは、閉鎖時リークによる余剰ガスは、ポイントＡよりも下流にあるからである。
【００６０】
次に、ポイントＢ（図２および図３）における実流量の時間変化を見る。まず、閉鎖時リークが大きいときポイントＢ（図１）における実流量の時間変化を図１１により説明する。図１１に示すように、流量制御バルブ７および開閉バルブ１２が開くと、比較的短い時間で、流量は設定流量に向けて立ち上がるが、設定流量を超えてオーバシュートし、その後時間をかけて設定流量に収束する。このような場合は、網掛け部分がガスの過剰供給に対応する。これに対して、閉鎖時リークが小さいときポイントＢ（図１）における実流量の時間変化を図１２により説明する。図１２に示すように、流量制御バルブ７および開閉バルブ１２が開くと、比較的短い時間で、流量は設定流量に向けて立ち上がり、急速に収束する。すなわち、閉鎖時リークが小さいときは、ポイントＡと同一の挙動を示す。これは、閉鎖時リークが小さいときは、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のデッドスペースに余剰のガスが蓄積されていないからである。
【００６１】
このように前記実施の形態のように、閉鎖時リークを簡単な手続きで確認可能な半導体製造装置２３または流量制御装置１を使用することで、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のデッドスペースに蓄積した余剰ガスによる種々の問題を回避することができる。なお、これらの問題が特に重要なマスフローコントローラ（流量制御装置）は、主にフルスケール流量が１ｓｃｃｍ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ、すなわち、摂氏０度、１気圧の条件で１ｃｃ/分）から１０００ｓｃｃｍ程度の範囲のものである。
【００６２】
なお、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のデッドスペースの容量が小さいほど、余剰ガスの蓄積による問題は小さくなるので、デッドスペースの容量は、できるだけ小さい方がよい。前記実施の形態では、たとえば０．６ｃｃ程度とされているが、実用的な範囲では、２ｃｃ以下が望ましい。また、量産上、１ｃｃ以下が特に好適である。
【００６３】
このデッドスペースの容量を小さく押さえるには、開閉バルブ１２および圧力センサ１４のいずれか一方または、両方を流量制御装置１の内部に取り込むことが特に有効である。
【００６４】
また、前記実施の形態においては、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間に実質的なオリフィスが存在しないので、流量制御装置または半導体製造装置の流量制御部としての自由度を確保することができる。
【００６５】
５．サマリ
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００６６】
例えば、前記実施の形態では、流量制御装置内に開閉バルブ１２および圧力センサを内蔵させた例について具体的に説明したが、本願発明はそれに限定されることなく、流量制御装置の外部に開閉バルブ１２および圧力センサのいずれか一方または、両方を外付けしたものにも適用できることは言うまでもない。
【００６７】
また、前記実施の形態では、開閉バルブとして空圧バルブを具体的に説明したが、本願発明はそれに限定されることなく、電磁バルブを使用したものでもよいことは言うまでもない。更に、前記実施の形態では、流量制御バルブとして、ピエゾアクチュエータを用いたものを中心に説明したが、本願発明はそれに限定されることなく、その他のアクチュエータを用いたものでもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６８】
１ 流量制御装置
２ プロセスガス流入口
３ プロセスガス排出口
４ 流量計測流路
５ バイパス流路
６ 流量センサ（マスフローメータ）
７ 流量制御バルブ
８ 流量制御回路
９，１０ 抵抗加熱体
１１ ガス排出流路
１２ 下流側開閉バルブ（空圧開閉バルブ）
１４ 圧力センサ
１５ ブリッジ回路
１６ 増幅補正回路
１７ 比較制御回路
１８ 検出データ出力端子
１９ 設定値等の入力端子
２１ 空圧入力口
２２ 検知圧力外部出力端子
２３ 半導体製造装置
２４ プロセスガス定圧ソース
２５ ガス流入流路
２６ ウエハ処理室
２７ 製造装置制御系
２８ 半導体ウエハ
３１ 流量制御バルブのガス流入部
３２ 流量制御バルブのガス排出部
３３ 金属ダイヤフラム
３４ ピエゾ効果アクチュエータ
３５ シリンダ
３６ 空圧室
３７ 金属ダイヤフラム
３８ シール樹脂リング
３９ ピストン
４０ シールリング設置部
４１ 開閉バルブのプロセスガス流入部
４３ 流量制御面
４４ 出力側空洞
５０ 閉鎖時リークチェックスタート
５１ａ 基準圧力測定
５１ｂ 到達圧力測定
５２ 計算式参照
５３ 比較判定
５４ 生産続行
５５ アラーム生成
５６ 交換
Ａ マスフローコントローラ中心部
Ｂ ウエハ処理室直前のガス流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置および半導体製造装置等の流量制御に用いる流量制御装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本特開平１１−２０２９４５号公報（特許文献１）または米国特許第６１２５８６９号公報（特許文献２）には、マスフローコントローラ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）の自己診断方法として、流量制御バルブが所定の開状態において流量制御バルブを含む前後の配管部に所定の圧力のガスを満たし、その後、流量制御バルブの出力側開閉バルブを開き、その際の出力側圧力変化を出力側に設けられたセンサで検出する技術が開示されている。
【０００３】
日本特開平５−１３４７６４号公報（特許文献３）には、マスフローコントローラの使用状態の検査方法として、流量制御バルブを含む前後の配管部に設けられた複数の圧力センサ、温度センサ等の上方から算出された流量制御バルブへの印加電圧と実際の印加電圧を比較する技術が開示されている。
【０００４】
日本特開２００４−２４６８２６号公報（特許文献４）には、マスフローコントローラの流量制御方法または動作モニタ方法として、流量制御バルブを含む前後の配管部に設けられた複数の圧力センサの出力を流量制御バルブの制御に利用するとともに、流量を監視する技術が開示されている。
【０００５】
日本特開２００４−２８０６８８号公報（特許文献５）には、マスフローコントローラの流量制御方法または動作モニタ方法として、マスフローメータ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｍｅｔｅｒ）およびバイパス路を含む前後の配管部に設けられた複数の流量制御バルブ、圧力センサの出力を流量制御バルブの制御に利用するとともに、流量を監視する技術が開示されている。
【０００６】
日本特開平５−２３３０６８号公報（特許文献６）には、マスフローコントローラの流量制御方法として、流量制御バルブの出力側の２箇所に設けられた圧力センサの出力を流量制御バルブの制御に利用する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２０２９４５号公報
【特許文献２】米国特許第６１２５８６９号公報
【特許文献３】特開平５−１３４７６４号公報
【特許文献４】特開２００４−２４６８２６号公報
【特許文献５】特開２００４−２８０６８８号公報
【特許文献６】特開平５−２３３０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体製造装置等のガス等の流量制御は、サーマルマスフローセンサ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｓｅｎｓｏｒ）とパラレルに設けられたバイパス路、および、サーマルマスフローセンサの出力を参照して制御される電磁制御の流量調整バルブ等から構成されるマスフローコントローラによって行われている。この流量調整バルブは、流量を調整することに重点が置かれているため、閉鎖時にも微小ながらガスが流出する。すなわち、閉鎖時流出ガスの存在が不可避である。このため、流量調整バルブの出力側（下流側またはガス排出側）に閉鎖特性の良好な開閉バルブを挿入するのが一般的である。
【０００９】
しかし、流量調整バルブと開閉バルブ間の配管系は、一定の容量を有するため、流量調整バルブが閉鎖されている間に、このバルブ間空間の圧力が流量調整バルブのリークを介して（リークによって）、入力側（上流側又はガス流入側）圧力に向けて上昇するという問題がある。このような出力側バルブ間空間の圧力上昇は、次に、開閉バルブが開いたときに、ガス被供給系への余剰のガス供給の原因となる。
【００１０】
本願発明は、これらの課題を解決するためになされたものである。
【００１１】
本発明の目的は、信頼性の高い半導体製造装置または半導体製造装置等の流量制御に用いる流量制御装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【００１４】
すなわち、本願の一つの発明は、マスフローコントローラのガス排出側の流量制御バルブと開閉バルブ間の圧力を計測することで、流量制御バルブが閉鎖している際に同流量制御バルブを通過するリークガス流量を検知可能とした半導体製造装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
【００１６】
すなわち、マスフローコントローラのガス排出側の流量制御バルブと開閉バルブ間の圧力を計測することで、流量制御バルブが閉鎖している際に同流量制御バルブを通過するリークガス流量を検知可能とした半導体製造装置とすることで、ガス供給開始時における過剰供給等の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の構造を説明するための模式構成図である。
【図２】本願の一実施の形態の半導体製造装置の全体構成を示す模式構成図である。
【図３】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブ（たとえばピエゾ効果アクチュエータ等による電磁駆動型制御バルブ）の要部断面構造図である。
【図４】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の開閉バルブ（たとえば空圧駆動開閉バルブ）の要部断面構造図である。
【図５】本願の一実施の形態の半導体製造装置における流量制御バルブ閉鎖時リーク検査シークエンスを示すブロックフロー図である。
【図６】図５における計算式を説明するための計算式説明図である。
【図７】図５における流量制御バルブ閉鎖時リーク検査における被測定領域の圧力変化の様子を示す圧力変化図である。
【図８】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブに使用される各種のアクチュエータの代表的な特性の比較説明図である。
【図９】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが大きいときの流量制御装置内通過ガス実流量の時間変化図である。
【図１０】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが小さいときの流量制御装置内通過ガス実流量の時間変化図である。
【図１１】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが大きいときのウエハ処理室直前のガス流路における通過ガス実流量の時間変化図である。
【図１２】本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが小さいときのウエハ処理室直前のガス流路における通過ガス実流量の時間変化図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
【００１９】
１．以下を含む半導体製造装置：
（ａ）ガス流入口およびガス排出口を有する流量制御装置；
（ｂ）前記流量制御装置内に設けられた流量計測流路；
（ｃ）前記流量計測流路と並列に設けられたバイパス流路；
（ｂ）前記流量計測流路に設けられた流量センサ；
（ｃ）前記流量制御装置内であって、前記流量計測流路および前記バイパス流路の前記ガス排出口側に設けられた流量制御バルブ；
（ｄ）前記流量制御装置内に設けられ、前記流量センサおよび前記流量制御バルブを制御する流量制御回路；
（ｅ）前記流量制御装置外であって、前記ガス排出口側に設けられ、それと接続されたウエハ処理室；
（ｆ）前記流量制御バルブと前記ウエハ処理室の間のガス排出流路に設けられた開閉バルブ；
（ｇ）前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測する圧力センサ；
（ｈ）前記ウエハ処理室および前記流量制御装置を制御する製造装置制御系、
ここで、前記圧力センサによって、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測することで、前記流量制御バルブが閉鎖している際に、前記流量制御バルブを通過するガス流量を検知可能とされている。
【００２０】
２．前記１項の半導体製造装置において、前記圧力センサは、前記流量制御装置内に設けられている。
【００２１】
３．前記１または２項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、２ｃｃ以下である。
【００２２】
４．前記１から３項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記開閉バルブは、前記流量制御装置内に設けられている。
【００２３】
５．前記１から４項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記流量制御バルブが閉鎖している際に、前記流量制御バルブを通過するガス流量を検知するアルゴリズムを有する。
【００２４】
６．前記１から５項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、１ｃｃ以下である。
【００２５】
７．前記１から６項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記流量制御バルブは、ピエゾ効果アクチュエータによって駆動されている。
【００２６】
８．前記１から７項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記開閉バルブは、ガス圧により駆動されている。
【００２７】
９．前記１から８項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブ間の前記ガス排出流路には、実質的にオリフィスが設けられていない。
【００２８】
１０．以下を含む流量制御装置：
（ａ）ガス流入口およびガス排出口；
（ｂ）前記ガス流入口と前記ガス排出口の間に設けられた流量計測流路；
（ｃ）前記流量計測流路と並列に設けられたバイパス流路；
（ｂ）前記流量計測流路に設けられた流量センサ；
（ｃ）前記流量計測流路および前記バイパス流路の前記ガス排出口側に設けられた流量制御バルブ；
（ｄ）前記流量センサおよび前記流量制御バルブを制御する流量制御回路；
（ｅ）前記流量制御バルブと前記ガス排出口間のガス排出流路に設けられた開閉バルブ；
（ｆ）前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測する圧力センサ、
ここで、前記圧力センサによって、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測することで、前記流量制御バルブが閉鎖している際に、前記流量制御バルブを通過するガス流量を検知可能とされている。
【００２９】
１１．前記１０項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、２ｃｃ以下である。
【００３０】
１２．前記１０項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、１ｃｃ以下である。
【００３１】
１３．前記１０から１２項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記流量制御バルブは、ピエゾ効果アクチュエータによって駆動されている。
【００３２】
１４．前記１０から１３項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記開閉バルブは、ガス圧により駆動されている。
【００３３】
１５．前記１０から１４項のいずれか一つの半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブ間の前記ガス排出流路には、実質的にオリフィスが設けられていない。
【００３４】
〔本願における記載形式・基本的用語・用法の説明〕
１．本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
【００３５】
２．同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「ＡからなるＸ」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかに、そうでない場合を除き、Ａ以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Ａを主要な成分として含むＸ」等の意味である。
【００３６】
３．同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００３７】
４．さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
【００３８】
５．「ウエハ」というときは、通常は半導体装置（半導体集積回路装置、電子装置も同じ）をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、ＳＯＩ基板、ＬＣＤガラス基板等の絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。
【００３９】
６．本願において、「半導体製造装置」とは、通常の半導体単体、半導体集積回路装置、および、液晶表示装置の製造に使用するＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、エッチング装置、スパッタリング成膜装置、その他の表面処理装置等を含む。
【００４０】
７．本願において、圧力は大気圧１０１３００パスカルを基準として表示する。
【００４１】
〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
【００４２】
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するために、ハッチングを付すことがある。
【００４３】
１．本願の一実施の形態の半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の構造及び動作、ならびに、半導体製造装置の全体構成等の説明（主に図１および図２）
図１は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の構造を説明するための模式構成図である。図２は本願の一実施の形態の半導体製造装置の全体構成を示す模式構成図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置の構造及び動作、ならびに、半導体製造装置の全体構成等を説明する。ここでは、マスフローコントローラ内に下流側空圧開閉バルブ、圧力センサ等を内蔵した例を示すが、これらは外付けでもよい。
【００４４】
図１に示すように、流量制御装置１（マスフローコントローラ）は、その主要部として、コンダクタンスの大きいバイパス流路５と、それに並列に連結されたコンダクタンスの小さい流量計測流路４をプロセスガス流入口２およびプロセスガス排出口３間のプロセスガス流路に有する。この流量計測流路４には、抵抗加熱体９，１０を含む流量センサ６（サーマルマスフローセンサ）が設けられており、抵抗加熱体９，１０とともに、ブリッジを形成するブリッジ型検出回路１５により、流量を検出している。検出された流量データは、増幅補正回路１６によって必要な増幅・補正がされた後、検出データ出力端子１８を介して製造装置制御系２７（図２）等に出力される。また、検出された流量データは、比較制御回路１７に送られ、設定値等の入力端子１９を介して製造装置制御系２７から送られた流量設定データと比較され、その差分に対応して、ガス排出流路１１に設けられた流量制御バルブ７のバルブの状態が制御される。なお、ブリッジ型検出回路１５、増幅補正回路１６、比較制御回路１７等によって流量制御回路８が構成されている。流量制御バルブ７は、流量を安定制御するためのものであるから、一般的な空圧開閉バルブのようにシャットオフ特性は、良好ではなく、閉鎖状態でも若干のリークが伴う。このため、流量制御バルブ７とプロセスガス排出口３の間のガス排出流路１１上には、開閉バルブ１２（空圧開閉バルブ）が設けられている。この開閉バルブ１２は、空圧入力端子２１を介して、製造装置制御系２７からの信号により、空圧制御されている。流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のガス排出流路１１には、その部分の圧力を測定するために、圧力センサ１４が設けられている。圧力センサ１４の出力は、その検知圧力を出力する外部出力端子２２を介して、直接、製造装置制御系２７に供給可能である。また、圧力センサ１４は、流量制御回路８を介して、製造装置制御系２７等とデータのやり取りが可能とされている。すなわち、圧力センサ１４から流量制御回路８、製造装置制御系２７等にデータ及び信号を出力したり、流量制御回路８、製造装置制御系２７等によって圧力センサ１４が制御されたりすることができる構成となっている。
【００４５】
次に、図２により、本願の一実施の形態の半導体製造装置２３の全体構成を説明する。図２に示すように、プロセスガス定圧ソース２４（ＷＦ６を例にとると、たとえば１０００００パスカル程度、以下特に断らない限り、ガスはＷＦ６とする）から供給されたプロセスガスはガス流入流路２５を介して、図１で説明した流量制御装置１に供給される。その後、流量制御装置１を通過したプロセスガスは、ガス排出流路１１を介して、半導体ウエハ２８を処理するためのウエハ処理室２６（プロセスチャンバ）に供給される。ここで、ウエハ処理室２６、流量制御装置１等は、製造装置制御系２７によって、直接又は間接的に制御されている。なお、製造装置制御系２７は、半導体製造装置２３に内蔵されている場合もあるが、半導体製造装置２３の外部に設けられていてもよいし、半導体製造装置２３に内蔵された制御系と半導体製造装置２３の外部に設けられた制御系の両方を含む制御系であってもよい。
【００４６】
２．本願の一実施の形態の半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）等に使用される流量制御バルブ及び開閉バルブの詳細説明（主に図３および図４、および図８）
このセクションでは、セクション１で説明した流量制御バルブ及び開閉バルブの構造の概要を説明する。
【００４７】
図３は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブ（たとえばピエゾ効果アクチュエータ等による電磁駆動型制御バルブ）の要部断面構造図である。図４は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の開閉バルブ（たとえば空圧駆動開閉バルブ）の要部断面構造図である。図８は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブに使用される各種のアクチュエータの代表的な特性の比較説明図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）等に使用される流量制御バルブ及び開閉バルブの詳細構造等を説明する。
【００４８】
まず、図１に説明した流量制御装置１に内蔵された流量制御バルブ７の一例について説明する。図３に示すように、ピエゾ効果アクチュエータ駆動型の流量制御バルブ７は、ガス流入部３１とガス排出部３２の間に、比較的硬質の流量制御面４３（通常、円環状）および、それを取り巻くように出力側空洞４４（通常、円環状）が設けられている。これらに対向するように、金属ダイヤフラム３３が配置されており、この金属ダイヤフラム３３をピエゾ効果アクチュエータ３４が微小変形して、金属ダイヤフラム３３の下面と流量制御面４３との間の微小間隔を制御することにより、ガス流量を制御している。
【００４９】
なお、流量制御バルブ７のアクチュエータ３４の形式には、図８に示すように、ピエゾ方式、ソレノイド方式、サーマル方式等があるが、ここで説明したピエゾ方式は、速度の速さ、駆動力等において優れているが、ソレノイド方式、サーマル方式等も適用できることは言うまでもない。
【００５０】
一方、開閉バルブ１２の方は、図４に示すように、プロセスガス流入部４１とプロセスガス排出口３の間のプロセスガス流路にシールリング設置部４０を設け、そこにシール樹脂リング３８を設置し、それに対向するように金属ダイヤフラム３７をシリンダ３５との間に設ける。そして、空圧入力端子２１から空圧室３６に供給された圧搾空気（空圧）によってピストン３９を駆動することで、金属ダイヤフラム３７をシール樹脂リング３８に押し付けることによって、完全閉鎖を達成する。
【００５１】
ここで説明したように、流量制御バルブ７は原理的に完全閉鎖を達成できないので、図１に示したように、流量制御バルブ７の下流側には、開閉バルブ１２を挿入して相互に連動して開閉するようにしている。
【００５２】
３．本願の一実施の形態の半導体製造装置における流量制御バルブ閉鎖時リークチェックシークエンス等の説明（主に図５から図７）
このセクションでは、セクション１及び２の記載を踏まえて、流量制御バルブ閉鎖時リークチェックシークエンスを具体的に説明する。ここでは、フルスケールの流量が３０ｓｃｃｍ程度のマスフローコントローラを例にとり説明する。
【００５３】
図５は本願の一実施の形態の半導体製造装置における流量制御バルブ閉鎖時リーク検査シークエンスを示すブロックフロー図である。図６は図５における計算式を説明するための計算式説明図である。図７は図５における流量制御バルブ閉鎖時リーク検査における被測定領域の圧力変化の様子を示す圧力変化図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体製造装置における流量制御バルブ閉鎖時リークチェックシークエンス等を説明する。
【００５４】
図７（および図１）に示すように、流量制御バルブ７および開閉バルブ１２が開放状態にあるときは、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のガス排出流路１１の圧力は、比較的低い値Ｐ１（たとえば、−１０１３００パスカル程度）に留まっている。この時点で、流量制御バルブ閉鎖時リークチェックを開始する（図５の閉鎖時リーク確認プロセススタート５０）。閉鎖時リーク確認プロセススタート時点において、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のガス排出流路１１の圧力Ｐ１の測定が圧力センサ１４を用いて行われる（図５の基準圧力測定５１ａ）のとほぼ同時に、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２が閉鎖される。この圧力Ｐ１の値は、図２に示すウエハ処理室２６の圧力に対応しており、真空処理装置であれば、真空、すなわち、大気圧に比べて非常に低い値であり、常圧処理装置であれば、大気圧程度である。
【００５５】
この後、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のガス排出流路１１の圧力は、徐々に上昇する。Ｘ分後（たとえば０．２分後）に、再び流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のガス排出流路１１の圧力Ｐ２（たとえば１０００００パスカル程度）の測定が圧力センサ１４を用いて行われる（図５の到達圧力測定５１ｂ）。次に、図６に示す計算式が参照され、閉鎖時リーク量が計算される（図５の計算式参照ステップ５２）。すなわち、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のデッドスペースの容量Ｙ＝０．６ｃｃ程度としたとき、
閉鎖時リーク量（実測閉鎖時リーク量）は、０．１ｃｃ/分程度となる。なお、ここまでのアルゴリズムは、流量制御回路８または製造装置制御系２７内に格納されている。
【００５６】
次に、図５に示すように、この算出した実測閉鎖時リーク量と閾値として設定された設定閉鎖時リーク量（たとえば、０．１５ｃｃ／分）が比較され、実測閉鎖時リーク量が設定閉鎖時リーク量より小さければ、問題なしとして、たとえば、生産が続行される（生産続行判断５４）。反対に、実測閉鎖時リーク量が設定閉鎖時リーク量以上であれば、アラームが出される（アラーム生成ステップ５５）。ここで、必要があるときは、流量制御バルブ７が交換等される（流量制御バルブ交換ステップ５６）。
【００５７】
４．本願の一実施の形態の半導体製造装置または流量制御装置についての考察（主に図９から図１２）
このセクションでは、セクション１から３に説明した実施の形態のメリットや、それを使用しない場合の問題点などについて考察する。
【００５８】
図９は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが大きいときの流量制御装置内通過ガス実流量の時間変化図である。図１０は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが小さいときの流量制御装置内通過ガス実流量の時間変化図である。図１１は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが大きいときのウエハ処理室直前のガス流路における通過ガス実流量の時間変化図である。図１２は本願の一実施の形態の半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置（マスフローコントローラ）の流量制御バルブの閉鎖時リークが小さいときのウエハ処理室直前のガス流路における通過ガス実流量の時間変化図である。以下では、図１を参照しつつ、これらの図に基づいて、前記実施の形態のメリットや、それを使用しない場合の問題点などについて説明する。
【００５９】
まず、閉鎖時リークが大きいときポイントＡ（図２および図３）における実流量の時間変化を図９により説明する。図９に示すように、流量制御バルブ７および開閉バルブ１２が開くと、比較的短い時間で、流量は設定流量に向けて立ち上がり、急速に収束する。次に、閉鎖時リークが小さいときポイントＡ（図２および図３）における実流量の時間変化を図１０により説明する。図１０に示すように、このときも、流量制御バルブ７および開閉バルブ１２が開くと、比較的短い時間で、流量は設定流量に向けて立ち上がり、急速に収束する。すなわち、ポイントＡ（図２および図３）における実流量の時間変化は、実質的に閉鎖時リーク量に依存しないことがわかる。これは、閉鎖時リークによる余剰ガスは、ポイントＡよりも下流にあるからである。
【００６０】
次に、ポイントＢ（図２および図３）における実流量の時間変化を見る。まず、閉鎖時リークが大きいときポイントＢ（図１）における実流量の時間変化を図１１により説明する。図１１に示すように、流量制御バルブ７および開閉バルブ１２が開くと、比較的短い時間で、流量は設定流量に向けて立ち上がるが、設定流量を超えてオーバシュートし、その後時間をかけて設定流量に収束する。このような場合は、網掛け部分がガスの過剰供給に対応する。これに対して、閉鎖時リークが小さいときポイントＢ（図１）における実流量の時間変化を図１２により説明する。図１２に示すように、流量制御バルブ７および開閉バルブ１２が開くと、比較的短い時間で、流量は設定流量に向けて立ち上がり、急速に収束する。すなわち、閉鎖時リークが小さいときは、ポイントＡと同一の挙動を示す。これは、閉鎖時リークが小さいときは、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のデッドスペースに余剰のガスが蓄積されていないからである。
【００６１】
このように前記実施の形態のように、閉鎖時リークを簡単な手続きで確認可能な半導体製造装置２３または流量制御装置１を使用することで、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のデッドスペースに蓄積した余剰ガスによる種々の問題を回避することができる。なお、これらの問題が特に重要なマスフローコントローラ（流量制御装置）は、主にフルスケール流量が１ｓｃｃｍ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ、すなわち、摂氏０度、１気圧の条件で１ｃｃ/分）から１０００ｓｃｃｍ程度の範囲のものである。
【００６２】
なお、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間のデッドスペースの容量が小さいほど、余剰ガスの蓄積による問題は小さくなるので、デッドスペースの容量は、できるだけ小さい方がよい。前記実施の形態では、たとえば０．６ｃｃ程度とされているが、実用的な範囲では、２ｃｃ以下が望ましい。また、量産上、１ｃｃ以下が特に好適である。
【００６３】
このデッドスペースの容量を小さく押さえるには、開閉バルブ１２および圧力センサ１４のいずれか一方または、両方を流量制御装置１の内部に取り込むことが特に有効である。
【００６４】
また、前記実施の形態においては、流量制御バルブ７と開閉バルブ１２の間に実質的なオリフィスが存在しないので、流量制御装置または半導体製造装置の流量制御部としての自由度を確保することができる。
【００６５】
５．サマリ
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００６６】
例えば、前記実施の形態では、流量制御装置内に開閉バルブ１２および圧力センサを内蔵させた例について具体的に説明したが、本願発明はそれに限定されることなく、流量制御装置の外部に開閉バルブ１２および圧力センサのいずれか一方または、両方を外付けしたものにも適用できることは言うまでもない。
【００６７】
また、前記実施の形態では、開閉バルブとして空圧バルブを具体的に説明したが、本願発明はそれに限定されることなく、電磁バルブを使用したものでもよいことは言うまでもない。更に、前記実施の形態では、流量制御バルブとして、ピエゾアクチュエータを用いたものを中心に説明したが、本願発明はそれに限定されることなく、その他のアクチュエータを用いたものでもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６８】
１ 流量制御装置
２ プロセスガス流入口
３ プロセスガス排出口
４ 流量計測流路
５ バイパス流路
６ 流量センサ（マスフローメータ）
７ 流量制御バルブ
８ 流量制御回路
９，１０ 抵抗加熱体
１１ ガス排出流路
１２ 下流側開閉バルブ（空圧開閉バルブ）
１４ 圧力センサ
１５ ブリッジ回路
１６ 増幅補正回路
１７ 比較制御回路
１８ 検出データ出力端子
１９ 設定値等の入力端子
２１ 空圧入力口
２２ 検知圧力外部出力端子
２３ 半導体製造装置
２４ プロセスガス定圧ソース
２５ ガス流入流路
２６ ウエハ処理室
２７ 製造装置制御系
２８ 半導体ウエハ
３１ 流量制御バルブのガス流入部
３２ 流量制御バルブのガス排出部
３３ 金属ダイヤフラム
３４ ピエゾ効果アクチュエータ
３５ シリンダ
３６ 空圧室
３７ 金属ダイヤフラム
３８ シール樹脂リング
３９ ピストン
４０ シールリング設置部
４１ 開閉バルブのプロセスガス流入部
４３ 流量制御面
４４ 出力側空洞
５０ 閉鎖時リークチェックスタート
５１ａ 基準圧力測定
５１ｂ 到達圧力測定
５２ 計算式参照
５３ 比較判定
５４ 生産続行
５５ アラーム生成
５６ 交換
Ａ マスフローコントローラ中心部
Ｂ ウエハ処理室直前のガス流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含む半導体製造装置：
（ａ）ガス流入口およびガス排出口を有する流量制御装置；
（ｂ）前記流量制御装置内に設けられた流量計測流路；
（ｃ）前記流量計測流路と並列に設けられたバイパス流路；
（ｂ）前記流量計測流路に設けられた流量センサ；
（ｃ）前記流量制御装置内であって、前記流量計測流路および前記バイパス流路の前記ガス排出口側に設けられた流量制御バルブ；
（ｄ）前記流量制御装置内に設けられ、前記流量センサおよび前記流量制御バルブを制御する流量制御回路；
（ｅ）前記流量制御装置外であって、前記ガス排出口側に設けられ、それと接続されたウエハ処理室；
（ｆ）前記流量制御バルブと前記ウエハ処理室の間のガス排出流路に設けられた開閉バルブ；
（ｇ）前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測する圧力センサ；
（ｈ）前記ウエハ処理室および前記流量制御装置を制御する製造装置制御系、
ここで、前記圧力センサによって、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測することで、前記流量制御バルブが閉鎖している際に、前記流量制御バルブを通過するガス流量を検知可能とされている。
【請求項２】
前記１項の半導体製造装置において、前記圧力センサは、前記流量制御装置内に設けられている。
【請求項３】
前記２項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、２ｃｃ以下である。
【請求項４】
前記３項の半導体製造装置において、前記開閉バルブは、前記流量制御装置内に設けられている。
【請求項５】
前記４項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブが閉鎖している際に、前記流量制御バルブを通過するガス流量を検知するアルゴリズムを有する。
【請求項６】
前記２項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、１ｃｃ以下である。
【請求項７】
前記４項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブは、ピエゾ効果アクチュエータによって駆動されている。
【請求項８】
前記７項の半導体製造装置において、前記開閉バルブは、ガス圧により駆動されている。
【請求項９】
前記１項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブ間の前記ガス排出流路には、実質的にオリフィスが設けられていない。
【請求項１０】
以下を含む流量制御装置：
（ａ）ガス流入口およびガス排出口；
（ｂ）前記ガス流入口と前記ガス排出口の間に設けられた流量計測流路；
（ｃ）前記流量計測流路と並列に設けられたバイパス流路；
（ｂ）前記流量計測流路に設けられた流量センサ；
（ｃ）前記流量計測流路および前記バイパス流路の前記ガス排出口側に設けられた流量制御バルブ；
（ｄ）前記流量センサおよび前記流量制御バルブを制御する流量制御回路；
（ｅ）前記流量制御バルブと前記ガス排出口間のガス排出流路に設けられた開閉バルブ；
（ｆ）前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測する圧力センサ、
ここで、前記圧力センサによって、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測することで、前記流量制御バルブが閉鎖している際に、前記流量制御バルブを通過するガス流量を検知可能とされている。
【請求項１１】
前記１０項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、２ｃｃ以下である。
【請求項１２】
前記１０項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、１ｃｃ以下である。
【請求項１３】
前記１１項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブは、ピエゾ効果アクチュエータによって駆動されている。
【請求項１４】
前記１３項の半導体製造装置において、前記開閉バルブは、ガス圧により駆動されている。
【請求項１５】
前記１０項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブ間の前記ガス排出流路には、実質的にオリフィスが設けられていない。
【請求項１】
以下を含む半導体製造装置：
（ａ）ガス流入口およびガス排出口を有する流量制御装置；
（ｂ）前記流量制御装置内に設けられた流量計測流路；
（ｃ）前記流量計測流路と並列に設けられたバイパス流路；
（ｂ）前記流量計測流路に設けられた流量センサ；
（ｃ）前記流量制御装置内であって、前記流量計測流路および前記バイパス流路の前記ガス排出口側に設けられた流量制御バルブ；
（ｄ）前記流量制御装置内に設けられ、前記流量センサおよび前記流量制御バルブを制御する流量制御回路；
（ｅ）前記流量制御装置外であって、前記ガス排出口側に設けられ、それと接続されたウエハ処理室；
（ｆ）前記流量制御バルブと前記ウエハ処理室の間のガス排出流路に設けられた開閉バルブ；
（ｇ）前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測する圧力センサ；
（ｈ）前記ウエハ処理室および前記流量制御装置を制御する製造装置制御系、
ここで、前記圧力センサによって、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測することで、前記流量制御バルブが閉鎖している際に、前記流量制御バルブを通過するガス流量を検知可能とされている。
【請求項２】
前記１項の半導体製造装置において、前記圧力センサは、前記流量制御装置内に設けられている。
【請求項３】
前記２項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、２ｃｃ以下である。
【請求項４】
前記３項の半導体製造装置において、前記開閉バルブは、前記流量制御装置内に設けられている。
【請求項５】
前記４項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブが閉鎖している際に、前記流量制御バルブを通過するガス流量を検知するアルゴリズムを有する。
【請求項６】
前記２項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、１ｃｃ以下である。
【請求項７】
前記４項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブは、ピエゾ効果アクチュエータによって駆動されている。
【請求項８】
前記７項の半導体製造装置において、前記開閉バルブは、ガス圧により駆動されている。
【請求項９】
前記１項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブ間の前記ガス排出流路には、実質的にオリフィスが設けられていない。
【請求項１０】
以下を含む流量制御装置：
（ａ）ガス流入口およびガス排出口；
（ｂ）前記ガス流入口と前記ガス排出口の間に設けられた流量計測流路；
（ｃ）前記流量計測流路と並列に設けられたバイパス流路；
（ｂ）前記流量計測流路に設けられた流量センサ；
（ｃ）前記流量計測流路および前記バイパス流路の前記ガス排出口側に設けられた流量制御バルブ；
（ｄ）前記流量センサおよび前記流量制御バルブを制御する流量制御回路；
（ｅ）前記流量制御バルブと前記ガス排出口間のガス排出流路に設けられた開閉バルブ；
（ｆ）前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測する圧力センサ、
ここで、前記圧力センサによって、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の圧力を計測することで、前記流量制御バルブが閉鎖している際に、前記流量制御バルブを通過するガス流量を検知可能とされている。
【請求項１１】
前記１０項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、２ｃｃ以下である。
【請求項１２】
前記１０項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブの前記ガス排出流路の容積は、１ｃｃ以下である。
【請求項１３】
前記１１項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブは、ピエゾ効果アクチュエータによって駆動されている。
【請求項１４】
前記１３項の半導体製造装置において、前記開閉バルブは、ガス圧により駆動されている。
【請求項１５】
前記１０項の半導体製造装置において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブ間の前記ガス排出流路には、実質的にオリフィスが設けられていない。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１１８６５４（Ｐ２０１１−１１８６５４Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７５２３３（Ｐ２００９−２７５２３３）
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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