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技術 半導体製造装置

出願人 三菱電機株式会社
発明者 西川和康友久伸吾
出願日 1998年9月3日 (23年0ヶ月経過) 出願番号 1998-249531
公開日 2000年3月14日 (21年5ヶ月経過) 公開番号 2000-077394
状態 特許登録済
技術分野 半導体のドライエッチング 気相成長(金属層を除く)
主要キーワード 可変流量バルブ 実流量値 背圧制御装置 配管内圧力 パルスバルブ パルスガス 塩素ガス流量 流量計算
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

プラズマを利用した処理を行なう半導体製造装置において、反応室内に所望の流量のガスを安定して供給する。

解決手段

反応室1内にガスを供給するガス供給系に、パルスバルブ2、マスフローコントローラ3および背圧制御装置4を設ける。マスフローコントローラ3は、流量計3aおよび可変流量バルブ3bを備え、背圧制御装置4は、圧力計4a1および圧力制御バルブ4bを備える。パルスバルブ2、マスフローコントローラ3および背圧制御装置4は、コントローラ5に接続され、該コントローラ5により動作制御される。

概要

背景

図12に、特開平7−263353号公報に記載されたプラズマ処理装置の構造を示す。図12に示すように、プラズマ処理装置は、反応室1と、試料11が載置されるステージ12と、パルスガスバルブ20と、ガス導入管141と、圧力検出器142と、圧力制御装置143と、圧力調整器144とを備える。

ガス導入管141は、図示しないガスボンベからのガスパルスバルブ20に供給する。ガス導入管141の途中には、圧力検出器142と圧力調整器144とが接続されている。圧力制御装置143は、圧力検出器142の信号に基づいて圧力調整器144を作動させる。

ガス導入管141から導入されたガスは、パルスガスバルブ20に供給され、パルス的に反応室1に導入される。この場合、ガス導入管141内の圧力は、圧力検出器142により逐次検出され、圧力制御装置143にフィードバックされる。圧力制御装置143は、ガス導入管141内の圧力が所定の値を保つように圧力調整器144を制御する。

したがって、パルスガスバルブ8の背圧が変動しても、反応室1内に導入されるエッチングガス流量を所定の条件に維持することができ、反応室1内の圧力を所定の値に維持することができる。

概要

プラズマを利用した処理を行なう半導体製造装置において、反応室内に所望の流量のガスを安定して供給する。

反応室1内にガスを供給するガス供給系に、パルスバルブ2、マスフローコントローラ3および背圧制御装置4を設ける。マスフローコントローラ3は、流量計3aおよび可変流量バルブ3bを備え、背圧制御装置4は、圧力計4a1および圧力制御バルブ4bを備える。パルスバルブ2、マスフローコントローラ3および背圧制御装置4は、コントローラ5に接続され、該コントローラ5により動作制御される。

目的

この発明は、上述のようなさまざまな問題を解決するためになされたものである。この発明の1つの目的は、反応室1内に供給されるガス流量をあらゆる状況下で所望の値に制御することにある。

この発明の他の目的は、反応室1内に供給されるガスの混合比をあらゆる状況下で所望の値に制御することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

反応室と、前記反応室にガスを供給するガス供給系と、前記ガス供給系に設けられ、前記反応室内に前記ガスをパルス的に供給するパルスバルブと、前記ガス供給系に設けられ、前記パルスバルブに供給される前記ガスの流量を制御するガス流量制御手段と、前記ガス供給系に設けられ、前記パルスバルブの背圧を制御する背圧制御手段と、前記パルスバルブ、前記ガス流量制御手段および前記背圧制御手段の動作制御を行なう制御部と、を備えた半導体製造装置

請求項2

前記背圧制御手段は、前記ガス流量制御手段の入口に接続される、請求項1に記載の半導体製造装置。

請求項3

前記ガス流量制御手段は、流量計可変流量バルブとを備え、前記背圧制御手段は、圧力計圧力制御バルブとを備え、前記制御部は、前記流量計により検知された前記ガスの流量変化に応じて、前記可変流量バルブによる流量制御と、前記圧力制御バルブによる背圧制御の少なくとも一方を選択する、請求項1または2に記載の半導体製造装置。

請求項4

前記ガス流量制御手段は、流量計と可変流量バルブとを備え、前記背圧制御手段は、圧力計と圧力制御バルブとを備え、前記制御部は、前記圧力計により検知された前記ガスの圧力値に応じて、前記可変流量バルブによる流量制御と、前記圧力制御バルブによる背圧制御の少なくとも一方を選択する、請求項1から3のいずれかに記載の半導体製造装置。

請求項5

前記ガス流量制御手段は、マスフローコントローラであり、前記パルスバルブと前記マスフローコントローラとは一体化あるいは直接接続される、請求項1から4のいずれかに記載の半導体製造装置。

請求項6

前記ガス供給系は、ガスボンベと、該ガスボンベからのガス圧力を減じて前記パルスバルブや前記ガス流量制御手段の破壊を防止するためのレギュレータとを有し、前記背圧制御手段は、減圧機能昇圧機能との双方を有する、請求項1から5のいずれかに記載の半導体製造装置。

請求項7

前記ガス供給系は、蒸気圧の低いガスを充填したガスボンベを有し、1つの前記反応室にのみ接続される、請求項1から5のいずれかに記載の半導体製造装置。

請求項8

前記半導体製造装置は、複数の前記ガス供給系を備え、各々の前記ガス供給系に前記ガス流量制御手段と、前記背圧制御手段とが設けられる、請求項1から7のいずれかに記載の半導体製造装置。

請求項9

前記複数のガス供給系に対し1つの前記パルスバルブが設けられる、請求項8に記載の半導体製造装置。

請求項10

各々の前記ガス供給系に対し前記パルスバルブがそれぞれ設けられる、請求項8に記載の半導体製造装置。

請求項11

前記ガス供給系は、ガスボンベを含み、前記ガスボンベは、他の反応室と接続される他のガス供給系と前記ガス供給系とに共有される、請求項1に記載の半導体製造装置。

技術分野

0001

この発明は、半導体製造装置に関し、より特定的には、プラズマを利用して試料の表面への薄膜の形成や試料の表面のエッチングを行なう半導体製造装置に関する。

背景技術

0002

図12に、特開平7−263353号公報に記載されたプラズマ処理装置の構造を示す。図12に示すように、プラズマ処理装置は、反応室1と、試料11が載置されるステージ12と、パルスガスバルブ20と、ガス導入管141と、圧力検出器142と、圧力制御装置143と、圧力調整器144とを備える。

0003

ガス導入管141は、図示しないガスボンベからのガスパルスバルブ20に供給する。ガス導入管141の途中には、圧力検出器142と圧力調整器144とが接続されている。圧力制御装置143は、圧力検出器142の信号に基づいて圧力調整器144を作動させる。

0004

ガス導入管141から導入されたガスは、パルスガスバルブ20に供給され、パルス的に反応室1に導入される。この場合、ガス導入管141内の圧力は、圧力検出器142により逐次検出され、圧力制御装置143にフィードバックされる。圧力制御装置143は、ガス導入管141内の圧力が所定の値を保つように圧力調整器144を制御する。

0005

したがって、パルスガスバルブ8の背圧が変動しても、反応室1内に導入されるエッチングガス流量を所定の条件に維持することができ、反応室1内の圧力を所定の値に維持することができる。

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、上述の従来のプラズマ処理装置には、次に説明するようなさまざまな問題点があった。

0007

上述のガス供給系では、パルスバルブ20の入口の圧力によって、パルスバルブ20から反応室1内に供給されるガス流量は一義的に決まってしまう。そのため、安定して所定の流量のガスをパルス的に供給するためには、圧力制御装置143を用いてパルスバルブ20の入口の圧力を一定に維持する必要がある。また、ガス流量を設定値以外のものに変更する場合にも、圧力制御装置143を用いるしかない。しかし、このような圧力制御装置143によるガス流量制御では、流量の正確な制御あるいは微調整が困難であった。

0008

また、圧力制御装置143によって流量を制御するので、反応室1内に供給されたガス流量を知るためには、反応室1内の圧力から算出する必要がある。そのため、正確なガス流量をすぐに知ることはできなかった。

0009

圧力制御装置143は圧力検出器142からのフィードバック信号により圧力を制御するため、ゆるやかな圧力変化に対しては有効である。しかし、急激な圧力変化に対して圧力制御装置143は、対応できず、圧力変化が大きい場合にガス流量を一定に保つことが困難であった。

0010

さらに、反応室1内に1つのパルスバルブ20で混合ガスを供給する場合、ガスの比熱比およびパルスバルブ20入口での圧力によってガスの混合比(流量比分圧比)が決まる。そのため、ガスの比熱比の差あるいは圧力差が大きい場合、所望の混合比を得ることは困難であった。

0011

さらに、複数のパルスバルブ20を使用する場合またはパルスバルブ20を交換する場合において、パルスバルブの個体差によりバルブの開度が異なるため、同一条件パルス動作させても供給されるガス流量は異なる。この場合にも、所望のガス流量を得ることは困難であった。

0012

さらに、1つのガスボンベから複数の反応室1にガスを供給する場合、ある反応室1で処理中に別の反応室1で処理を開始すると、一時的に配管内の圧力が変動し、反応室1内に供給されるガス流量が変化する。この場合にも、所望のガス流量を得ることは困難であった。

0013

この発明は、上述のようなさまざまな問題を解決するためになされたものである。この発明の1つの目的は、反応室1内に供給されるガス流量をあらゆる状況下で所望の値に制御することにある。

0014

この発明の他の目的は、反応室1内に供給されるガスの混合比をあらゆる状況下で所望の値に制御することにある。

課題を解決するための手段

0015

この発明に係る半導体製造装置は、反応室と、ガス供給系と、パルスバルブと、ガス流量制御手段と、背圧制御手段と、制御部とを備える。ガス供給系は、反応室にガスを供給する。パルスバルブは、ガス供給系に設けられ、反応室内にガスをパルス的に供給する。ガス流量制御手段は、ガス供給系に設けられ、パルスバルブに供給されるガスの流量を制御する。背圧制御手段は、ガス供給系に設けられ、パルスバルブの背圧を制御する。制御部は、パルスバルブ、ガス流量制御手段および背圧制御手段の動作制御を行なう。

0016

上記のようにガス流量制御手段を設けることにより、ガス流量を微調整することができる。また、背圧制御手段によりパルスバルブの背圧の変動を抑制でき、背圧の変動に起因するガス流量の変動を抑制することができる。その結果、ガス流量を正確に制御できるとともに微調整することもできる。また、ガス流量制御手段の採用により、ガス流量を即時に検知できる。さらに、ガスの比熱比の差やガス間の圧力差が大きい場合でも、ガス流量制御手段と背圧制御手段との併用により所望の混合比を得ることができ、またパルスバルブの個体差や配管内圧力の変動にもかかわらずガス流量を制御することができる。以上のように従来の課題を解決することができることに加え、ガス流量制御手段と背圧制御手段との双方を備えることにより、互いの欠点を補うようにそれらを制御することができる。このことも、ガス流量の正確な制御に寄与し得る。

0017

上記背圧制御手段は、好ましくは、ガス流量制御手段の入口に接続される。それにより、一定圧力に制御されたガスをガス流量制御手段に供給することができ、所定量のガスを安定して反応室内に供給することができる。特に、急激な圧力変化が生じた場合に有効である。

0018

ガス流量制御手段は、好ましくは、流量計可変流量バルブとを備える。背圧制御手段は、好ましくは、圧力計圧力制御バルブとを備える。制御部は、好ましくは、流量計により検知されたガスの流量変化に応じて、可変流量バルブによる流量制御と、圧力制御バルブによる背圧制御の少なくとも一方を選択する。

0019

このようにガスの流量変化に応じて好ましい制御方式を選択できるので、ガスの流量制御をより正確かつ容易に行なえる。

0020

上記制御部は、圧力計により検知されたガスの圧力値に応じて、可変流量バルブによる流量制御と、圧力制御バルブによる背圧制御の少なくとも一方を選択してもよい。

0021

この場合にも、前述の場合と同様に、ガスの流量制御を正確かつ容易に行なえる。

0022

ガス流量制御手段は、好ましくは、マスフローコントローラである。この場合、パルスバルブとマスフローコントローラとは、好ましくは、一体化あるいは直接接続される。

0023

それにより、パルスバルブとマスフローコントローラ間の配管のコンダクタンスによりマスフローコントローラの指示値実流量値に差が生じるのを防止することができる。このことも、正確なガス流量制御に寄与し得る。

0024

ガス供給系は、好ましくは、ガスボンベと、該ガスボンベからのガス圧力を減じてパルスバルブやガス流量制御手段等の破壊を防止するためのレギュレータを有する。背圧制御手段は、好ましくは、減圧機能昇圧機能との双方を有する。

0025

上記レギュレータを設けることにより、パルスバルブやガス流量制御手段等の破壊を防止することができる。また、背圧制御手段が減圧機能と昇圧機能とを双方を有することにより、パルスバルブの背圧を制御することができる。

0026

ガス供給系は、蒸気圧の低いガスを充填したガスボンベを有してもよい。この場合には、ガス供給系は、1つの反応室にのみ接続される。なお、蒸気圧の低いガスとは、本願明細書では、液化ガス等の数気圧程度の蒸気圧のガスのことを称する。

0027

それにより、他の反応室からの干渉をなくすことができ、ガス流量を所定値に維持することができる。

0028

半導体製造装置は、好ましくは、複数のガス供給系を備える。各々のガス供給系には、好ましくは、ガス流量制御手段と背圧制御手段との双方が設けられる。

0029

それにより、ガス供給系ごとに上述のような流量制御を行なえる。上記複数のガス供給系に対し1つのパルスバルブが設けられてもよい。

0030

この場合には、パルスバルブの個体差に起因するガス流量の変動を回避することができる。また、上述のような本発明に係る流量制御を行なうことにより、このように1つのパルスバルブで複数のガスを反応室内に供給する場合でも、所望の混合比でガスを供給することができる。

0031

他方、各々のガス供給系に対しパルスバルブがそれぞれ設けられてもよい。ガス間の圧力差が大きい場合には、1つのパルスバルブを通して複数のガスを反応室内に供給するよりも、各ガス供給系に対しパルスバルブをそれぞれ設けた方が流量制御が容易となる。この場合、パルスバルブの個体差に起因するガス流量の変動は、ガス流量制御手段と背圧制御手段との併用により効果的に抑制できる。

0032

上記ガス供給系は、他の反応室と接続される他のガス供給系とガスボンベを共有してもよい。

0033

同一のガスボンベからガスが供給される複数の反応室で同時に処理を行なった場合、配管内における圧力が変動し得る。しかしながら、上述のガス流量制御手段および背圧制御手段を使用することにより、安定して反応室内にガスを供給することができる。

発明を実施するための最良の形態

0034

以下、図1図11を用いて、この発明の実施の形態について説明する。

0035

(実施の形態1)まず、図1図5を用いて、この発明の実施の形態1について説明する。図1は、本発明の1つの実施の形態によるプラズマ処理装置の概略構成図である。

0036

図1に示すように、プラズマ処理装置は、反応室1と、パルスバルブ2と、マスフローコントローラ(ガス流量制御手段)3と、背圧制御装置4と、コントローラ5と、ガス配管6と、レギュレータ7と、ガスボンベ8と、コンピュータ10と、ステージ12とを備える。

0037

パルスバルブ2は、反応室1内にパルス的にガスを供給可能なバルブである。マスフローコントローラ3は、流量計3aと可変流量バルブ3bとを含み、ガス流量を制御する。背圧制御装置4は、圧力計4a1と、圧力制御バルブ4bとを有する。背圧制御装置4は、減圧機能および昇圧機能を備え、ある設定値に対して一定となるようにガス圧力を制御する。

0038

コントローラ5は、パルスバルブ2、マスフローコントローラ3および背圧制御装置4と信号線9を介して接続され、それらの動作制御を行なう。コントローラ5は、またコンピュータ10と接続される。さらに、コントローラ5は、圧力計4a2と接続される。

0039

レギュレータ7は、パルスバルブ2やマスフローコントローラ3等の破壊を防止するためのものであり、ガスボンベ8から供給されるガスの圧力を減じる。

0040

ステージ12上には、試料11が載置される。この試料11に、反応室1内でプラズマを用いた処理が施される。

0041

上述の構成において、ガス配管6内にガスボンベ8から導入されたガスは、パルスバルブ2に供給され、パルス的に反応室1内に供給される。このとき、ガス配管6内の圧力は、圧力計4a1により逐次検出され、マスフローコントローラ3入口の圧力が所定の値を保つように背圧制御装置4が作動する。一定の圧力に保たれたガスは、マスフローコントローラ3によって流量制御され、パルスバルブ2へ供給される。

0042

その際に、マスフローコントローラ3により、ガス流量を微調整することができる。また、背圧制御装置4によって前述のようにマスフローコントローラ3入口に一定の圧力でガスを供給することができるので、ガスボンベ8から背圧制御装置4間のガス配管6においてガス圧力が変化した場合においても、マスフローコントローラ3入口の圧力が急激に変動することを防止することができる。このため、ガスがマスフローコントローラ3から突出的に設定値以上の流量で流れることを防止することができる。

0043

しかし、ガス配管6内の圧力が設定圧力より低くなった場合、背圧制御装置4は加圧するよう作動する必要があるため、一定の圧力になるにはある程度の時間を要する。また、ガス配管6内の圧力が急激に変動した場合も、背圧制御装置4が対応しきれないことがある。このような場合でも、ガス圧力の変動が背圧制御装置4によってゆるやかになるため、マスフローコントローラ3入口の圧力が急激に変動することを防止することができる。このため、マスフローコントローラ3から突出的にガスが設定値以上の流量で流れることを防止することができる。

0044

また、次のような手法で急激な圧力変動に対し対応することも可能である。後述する図5に示すパルスバルブ動作条件でマスフローコントローラ3を全開にした場合、供給できる最大流量は0.5気圧で76sccmであり、1.5気圧で227sccmである。図5の例ではマスフローコントローラ3の設定流量を70sccmと設定しているので、圧力が1.5気圧から急に0.5気圧に変化しその対応に時間がかかってもガスを一定流量で反応室1内に供給することができる。つまり、マスフローコントローラ3の設定流量を、予測される最低圧力におけるマスフローコントローラ3の最大流量以下とすることにより、圧力変動が大きい場合でも安定して所望の流量のガスを反応室1内に供給できる。

0045

パルスバルブ2を交換した場合、パルスバルブ2の個体差によってバルブの開度が異なるため、同一条件でパルス動作させても供給されるガス流量は異なり所望のガス流量を得ることは困難であった。しかし、マスフローコントローラ3により流量を制御することによって所望のガス流量を得ることができる。

0046

なお、マスフローコントローラ3をパルスバルブ2と一体化あるいは直接接続することにより、パルスバルブ2とマスフローコントローラ3間を接続する配管のコンダクタンスに起因してマスフローコントローラ3の指示値と実流量値の間に差が生じるのを防止することができる。マスフローコントローラ3とパルスバルブ2を一体化するには、たとえばパルスバルブ2に対し内部のコンダクタンスをある範囲で変化させる機能を付加し、流量計を組込むことにより行なえる。

0047

上記のような構成にすることによって、ガス配管6内の圧力が変動しても、反応室1内に導入されるエッチングガス等のガスの流量を背圧および流量の制御によって所定の流量に維持することができる。それにより、反応室1内の圧力を所定の条件に維持することができる。

0048

次に、図2を用いて、本発明特有ガス流量制御方法の基本的な考え方について説明する。

0049

本発明では、パルスバルブ2の背圧を制御する背圧制御と、マスフローコントローラ3による流量制御との双方を用いて、互いの欠点を補償しあうようにそれらを制御してガス流量の制御を行なうことができる。それにより、所望のガス流量を精度よく得ることができる。その理由について以下に詳しく説明する。

0050

まず、背圧制御のみによって流量制御する場合の問題点について説明する。図2(a)に示すように、背圧Poに対してガス流量Qの増加率が大きい場合、わずかな背圧の変化に対してガス流量は敏感に変化してしまう。そのため、背圧の設定値に対するふらつきを非常に小さくする必要がある。実際、多少の背圧のふらつきはあるため、一定流量を供給することは困難である。

0051

次に、マスフローコントローラ3のみによる流量制御の場合の問題点について説明する。図2(b)における点線はマスフローコントローラ(MFC)3の最大流量を示している。マスフローコントローラ3の最大流量が大きすぎると、小流量のガスを流す際に、誤差が大きくなる。また、蒸気圧の低いガスを流す場合、マスフローコントローラ3にかかる圧力が小さく、ガスが流れにくくなる。そのため、一定流量を供給することが困難となる。

0052

そこで、上述の欠点を解消して所望のガス流量を得るために、本願発明では、パルスバルブ2、マスフローコントローラ3および背圧制御装置を適切に制御している。具体的には、図2(c)に示すように、マスフローコントローラ3による流量設定で制限を設けることにより、背圧のふらつきによる流量の不安定性を防止する。また、圧力が低い領域では、流量はマスフローコントローラ3よりパルスバルブ2の背圧で制御した方が精度が向上するため、背圧制御を行なうように各要素を制御する。それにより、さまざまな条件下においても、所望のガス流量を得ることができる。

0053

次に、図3図4とを用いて、コントローラ5によるパルスバルブ2、マスフローコントローラ3および背圧制御装置4の制御方法について具体的に説明する。図3および図4は、上記制御方法の具体例を示すフローチャートである。

0054

図3を参照して、ステップS1において各種条件設定を行なう。ここで、パルスバルブ動作条件とは、パルスバルブ2のON/OFF時間(パルスバルブ2の開度の時間変化)のことである。また、コンダクタンスバルブ排気速度の調整をすべく所定の条件に設定される。

0055

上記条件設定を行なった後、ステップS2において、リアクタ(反応室1)内の圧力計算とガスの流量計算を行なう。反応室1内の圧力Pおよび質量流量mは、下記の数式(1)および(2)により求めることができる。

0056

0057

上記の数式(1)および(2)において、Poはパルスバルブ2にかかる圧力(背圧)を示し、Vsは音速を示し、A(t)はパルスバルブ2の開度の時間変化を示し、Vは反応室1の容積を示し、Sは排気速度を示し、mはガスの質量を示し、γはガスの比熱比を示す。なお、上記数式ではガスが理想気体であることを前提としているが、この数式から求めた圧力は実験値とよく一致することを本願の発明者らは確認した。

0058

次に、ステップS3において、圧力変化に対する流量変化をもとに背圧制御を行なうか流量制御を行なうかの判定を行なう。ここで、Pは圧力を示しΔPは圧力のばらつきを示す。なお、圧力Pは、制御可能な圧力領域内の圧力である。また、QPVmax は圧力Pでのパルスバルブ2から流れ得る最大流量であり、ΔQPVmax はΔPのばらつきに対する流量のばらつき(ふれ幅)を示している。なお、最大流量の代わりに平均流量を用いてもよい。

0059

αはパルスバルブ2からの流量のふれ幅を規定するものである。一般的に、マスフローコントローラ3の流量制御はその最大流量の1%程度である。たとえば、最大流量10sccmのマスフローコントローラ3は0.1sccmの精度で流量制御を行なえる。したがって、α=1%以内の場合には、背圧制御による流量制御を行なった方がマスフローコントローラ3による流量制御より正確に流量制御を行なえる。

0060

上記の内容に鑑み、ΔQPVmax /QPVmax の値がαより小さい場合には、背圧制御を行ない、ΔQPVmax /QPVmax の値がα以上の場合には流量制御を行なう。

0061

背圧制御を行なう場合、ステップS4において、背圧Poにおいてパルスバルブ2から流れ得る最大流量であるQPVmax (Po)と、マスフローコントローラ3の最大流量QMFC max とを比較する。そして、QPVmax (Po)がQMFC max以下である場合には、ステップS5において背圧の値をPoからP′へ変更し、ガス流量(Qset )をQPVmax (P′)に設定する。

0062

しかし、ステップS4において、QPVmax (Po)がQMFC max より大きい場合には、図3のへ戻る。

0063

一方、流量制御を行なう場合には、ステップS6において、QMFC max とQset とを比較する。つまり、設定流量Qset が圧力領域(Po±ΔP)内でマスフローコントローラ3の最大流量QMFC max 以下であるか否かを判定する。QMFCmax がQset 以上である場合には、ステップS7においてQMFC max の値をガス流量の設定値とする。しかし、QMFC max の値がQset より小さい場合には、図3におけるへ戻る。

0064

以上のようにして背圧制御あるいは流量制御によってガス流量を設定した後、ステップS8において反応室1内にガスを導入し、圧力とガス流量とを測定する。

0065

その後、ステップS9において、計算値とのずれに対する補正や、コンダクタンス・背圧等の調整を行ない、ステップS10において処理を開始する。

0066

次に、制御方法の他の例について図4を用いて説明する。図4に示すように、本制御方法では、ステップS3の内容が図3の場合と異なるのみであり、それ以外の内容は図3の場合と同様である。

0067

図4に示すフローチャートにおけるステップS3では、圧力変化に対するΔQPVmax の値と、αQPVmax の値と、QMFC max /100の値とを比較している。そして、図4におけるステップS3の条件を満たす場合には、背圧制御を行ない、満たさない場合には流量制御を行なう。

0068

なお、上述のフローチャートに従って実際に制御を行なう際には、事前にガス流量、コンダクタンスバルブ、背圧等のデータ(計算値および実測値)をとることが好ましい。それにより、処理開始前での計算値とのずれに対する補正や調整を素早く行なえ、処理開始までの時間を短縮することができる。

0069

また、複数のガス種を用いる場合でも、図3および図4に示す場合と同様の制御を行なえばよい。ただし、初期設定の際に、流量比の設定が加わる。また、図3および図4に示すフローチャートは、ガス流量をある値に制御する方法を示しているが、この他に圧力一定の制御方法、圧力の最大値最小値の差を一定にする制御方法も考えられる。

0070

さらに、蒸気圧の低いガスを用いる場合には、マスフローコントローラ3による流量制御を行なわず、背圧制御のみでガス流量を制御してもよい。

0071

次に、図5を用いて、図1に示す反応室1内にガスをパルス的に供給した場合における反応室1内の圧力変化について説明する。なお、図5に示すデータは、オリフィス径が0.5mmのパルスバルブ2を開時間60msec、繰返し周期300msecの条件で動作させ、塩素ガスを反応室1内に供給した場合のものである。塩素ガスのマスフローコントローラ3入口でのガス圧力設定値は1気圧とし、マスフローコントローラ3の設定流量を70sccmとしている。このガス圧力設定値(1気圧)は、ガスボンベ8のレギュレータ7により減圧された圧力より低くする。

0072

図5に示すように、パルスバルブ2のパルス動作に応答して、マスフローコントローラ3の設定流量とほぼ等しい量のガスが反応室1内に供給され(Qin)、それにともなって反応室1内の圧力が変化しているのがわかる。この図5に示すように、一定流量のガスを反応室1内に安定して供給することができる。

0073

(実施の形態2)次に、図6および図7を用いて、この発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態2では、複数の種類のガスを1つのパルスバルブ2で供給している。たとえば、塩素酸素の混合ガスを1つのパルスバルブ2で反応室1内に供給する。なお、本実施の形態2以降の実施の形態では、装置構成を簡略化して図示する。

0074

図6に示すように、本実施の形態2では、2つのガス供給系を設けている。一方のガス供給系では、ガス配管61がガスボンベ81側のレギュレータ71により減圧された塩素ガスを背圧制御装置41およびマスフローコントローラ31を通してパルスバルブ2に供給する。他方のガス供給系では、ガス配管62がガスボンベ82側のレギュレータ72により減圧された酸素ガスを背圧制御装置42およびマスフローコントローラ32を通してパルスバルブ2に供給する。各々のマスフローコントローラ31,32および背圧制御装置41,42は、図示しないコントローラによって制御される。制御方法としては、実施の形態1場合と同様のものを採用できる。

0075

ガス配管61,62から導入されたガスは、パルスバルブ2に供給され、パルス的に反応室1内に供給される。この場合、ガス配管61,62内の圧力は、背圧制御装置41,42内の圧力検出器により逐次検出され、ガス配管61,62内のマスフローコントローラ31,32入口の圧力が所定の値を保つように背圧制御装置41,42が作動する。一定圧力に保たれたガスは、マスフローコントローラ31,32によって流量制御され、パルスバルブ2へと導入される。

0076

図7は、塩素ガスに酸素ガスを流量比5%で添加した混合ガスを反応室1内に供給した場合の圧力変化等を示す。パルスバルブ2の動作条件は、実施の形態1の場合と同様である。ガス流量については、塩素ガス流量を57sccmとし、酸素ガスを3sccmと設定している。またマスフローコントローラ3入口でのガスの設定圧力は各々1気圧としている。

0077

以上の構成によって、複数種類のガスを1つのパルスバルブ2でパルス的に供給する場合においても実施の形態1と同様にガス供給系ごとにマスフローコントローラ3および背圧制御装置4を設けることにより所望の混合比でガスを反応室1内に供給することができる。

0078

(実施の形態3)次に、図8および図9を用いて、この発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態3では、複数のガスを複数のパルスバルブで供給している。本実施の形態3においても、上述の実施の形態2の場合と同様に2つのガス供給系が設けられている。

0079

一方のガス供給系におけるガス配管61は、ガスボンベ81側のレギュレータ71により減圧されたc−C4 F8ガスを背圧制御装置41およびマスフローコントローラ31を通してパルスバルブ21に供給する。他方のガス供給系におけるガス配管62は、ガスボンベ82側のレギュレータ72により減圧された酸素ガスを背圧制御装置42およびマスフローコントローラ32を通してパルスバルブ22に供給する。各々のマスフローコントローラ31,32、背圧制御装置41,42およびパルスバルブ21,22は、図示しないコントローラによって前述の各実施の形態の場合と同様の手法で制御される。

0080

ガス配管61,62から導入されたガスは、パルスバルブ21,22に供給され、パルス的に反応室1内に供給される。この場合、ガス配管61,62内の圧力は、実施の形態2と同様の手法で制御され、一定の圧力に保たれたガスがマスフローコントローラ31,32によって流量制御される。

0081

上述の実施の形態2において使用した塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスでは各々のボンベ充填圧力は同程度であるが、c−C4 F8ガスと酸素ガスとの混合ガスではc−C4 F8 ガスのボンベ充填圧力は酸素ガスに比べ低い。このようにそれぞれのガスの圧力差が大きい場合、実施の形態2のように1つのパルスバルブ2で流量を制御するよりも、各々別のガス供給系で流量を制御する方が容易である。

0082

図9に、c−C4 F8ガスに酸素ガスを40%添加した混合ガスを各々のガス供給系から反応室1内へ供給した場合の圧力の時間変動を示す。ガス流量の設定値は、c−C4 F8 を15sccm、酸素(O2 )を10sccmとしている。図9に示すように、ガス流量(Qin)および反応室1内の圧力が安定して制御されているのがわかる。

0083

なお、複数のパルスバルブ21,22を使用する場合、パルスバルブ21,22の個体差によってバルブの開度が異なるため供給される流量が異なるが、上記のようにマスフローコントローラ31,32と背圧制御装置41,42とを併用することによって所望のガス流量を得ることができる。

0084

(実施の形態4)次に、図10を用いて、本発明の実施の形態4について説明する。本実施の形態4では、1つのガスボンベ8から複数の反応室へガスを供給している。

0085

図10に示すように、ガスボンベ8からのガスはレギュレータ7により減圧され、ガス配管61および62内に供給される。ガス配管61内に供給されたガスは、背圧制御装置41、マスフローコントローラ31およびパルスバルブ21を通して反応室101内に供給される。ガス配管62内に導入されたガスは、背圧制御装置42、マスフローコントローラ32およびパルスバルブ22を通して反応室102内に供給される。マスフローコントローラ31,32、背圧制御装置41,42およびパルスバルブ21,22は、図示しないコントローラによって前述の各実施の形態の場合と同様の手法で制御される。

0086

ガス配管61,62内に導入されたガスは、実施の形態2と同様の手法で一定の圧力に保たれ、マスフローコントローラ31,32に送り込まれる。その後、マスフローコントローラ31,32によって流量制御されたガスがパルスバルブ21,22を通して反応室101,102内に導入される。

0087

1つのガスボンベから複数の反応室にガスを供給する場合、ある反応室での処理中に別の反応室で処理を開始すると、一時的に配管内の圧力が変動し、反応室内に供給されるガス流量が変化していた。しかしながら、マスフローコントローラ31,32および背圧制御装置41,42を各ガス供給系に設置することにより、ガス供給系ごとに流量制御と背圧制御とを行なえ、各反応室内に安定してガスを供給することができる。したがって、ガス配管内の圧力が変動しても、反応室に導入されるエッチングガス等の流量を所定の値に維持することができ、反応室の圧力を所定の条件に維持することができる。

0088

(実施の形態5)次に、図11を用いて、本発明の実施の形態5について説明する。

0089

前述の各実施の形態では、ガスボンベからガスを取出す際にレギュレータで減圧する必要があるガスを用いる場合を前提としていたが、ガスボンベからガスを取出す際にレギュレータで減圧する必要がないガスもある。この場合にはレギュレータを設ける必要がないため、装置構成が異なるものとなる。

0090

一般に高圧ガスは圧力が高いため、レギュレータで減圧する必要がある。また、液化ガスでも、充填圧力が高ければ、レギュレータで減圧する必要がある。しかしながら、蒸気圧の低いガスはレギュレータを使用するとかえってガスが流れにくくなる。そのため、このようなガスを使用する場合にはレギュレータを省略する。

0091

また、上記のような蒸気圧の低いガスを使用する場合には、実施の形態4の場合のような構成を採用するのは好ましくない。それは、他の反応室からの干渉を受けやすくなるからである。数十気圧以上の充填圧力であれば、複数の反応室にガスを供給する構成を採用しても問題はないが、SiCl4 のような数気圧程度しか充填圧力がないガスは他の反応室からの干渉を受けやすいので、ガス供給系を他の装置と独立させた方がよい。レギュレータを使用するガスの場合でも、ガス供給系を独立された方がよい場合がある。それは、ガスボンベからのガス圧力がレギュレータの設定値より低くなると他の反応室からの影響を受けやすくなるからである。

0092

本実施の形態5では、蒸気圧の低いガスを使用する場合について説明する。図11に示すように、ガスボンベ81からのガスはレギュレータ7により減圧され、ガス配管61、背圧制御装置41、マスフローコントローラ31およびパルスバルブ21を通して反応室1内に供給される。蒸気圧の低いガスを充填したガスボンベ82からのガスは、ガス配管62、背圧制御装置42、マスフローコントローラ32およびパルスバルブ22を通して反応室1内に供給される。マスフローコントローラ31,32、背圧制御装置41,42およびパルスバルブ21,22は、図示しないコントローラによって前述の各実施の形態の場合と同様に制御される。

0093

ガス配管61,62に導入されたガスは、実施の形態2と同様の方法で圧力制御され、マスフローコントローラ31,32に導入される。

0094

レギュレータ7を使用するには圧力の低い液化ガス等のガスにおいては、各反応室ごとに独立してガスボンベ82を接続することにより、他の反応室からの干渉をなくすことができる。それにより、ガス流量を所定の流量に維持することができ、反応室1内の圧力を所定条件に維持することができる。

0095

なお、上述の各実施の形態において示したガスの種類、パルスバルブ2,21,22の動作条件、ガス流量、圧力は一例であり、これに限定されものではない。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

発明の効果

0096

以上説明したように、この発明によれば、ガス流量制御手段と背圧制御手段とを設けるこにより、反応室内に所望の流量のガスを安定して供給することができる。また、複数のガスを反応室内に供給する場合、各ガスごとに上述の流量制御を行なうことにより、反応室内の混合比を制御することもできる。

図面の簡単な説明

0097

図1この発明の実施の形態1におけるプラズマ処理装置の概略構成図である。
図2(a)〜(c)は、ガスの最大流量Qmax と背圧Poとの関係を示す図である。
図3実施の形態1におけるガス流量の制御方法の一例を示すフローチャートである。
図4実施の形態1におけるガス流量の制御方法の他の例を示すフローチャートである。
図5パルスバルブのパルス動作と、パルスバルブから供給されるガス流量Qinと、それに伴う反応室内の圧力変化とを示す図である。
図6この発明の実施の形態2におけるプラズマ処理装置の概略構成図である。
図7パルスバルブのパルス動作と、パルスバルブから供給されるガス流量と、それに伴う反応室内の圧力変化とを示す図である。
図8この発明の実施の形態3におけるプラズマ処理装置の概略構成図である。
図9パルスバルブのパルス動作と、パルスバルブから供給されるガス流量と、それに伴う反応室内の圧力変化とを示す図である。
図10この発明の実施の形態4におけるプラズマ処理装置の概略構成図である。
図11この発明の実施の形態5におけるプラズマ処理装置の概略構成図である。
図12従来のプラズマ処理装置の一例を示す概略構成図である。

--

0098

1,101,102反応室、2,21,22パルスバルブ、3,31,32マスフローコントローラ、3a流量計、3b可変流量バルブ、4,41,42背圧制御装置、4a1,4a2圧力計、4b圧力制御バルブ、5コントローラ、6,61,62ガス配管、7,71,72レギュレータ、8,81,82ガスボンベ。

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