(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
該処理室に接続された排気ラインと、
該排気ラインに設けられた開閉弁と、
前記排気ラインにおける前記開閉弁の上流側圧力を測定する上流側圧力センサと、
前記排気ラインにおける前記開閉弁の下流側圧力を測定する下流側圧力センサと、
前記上流側圧力と前記下流側圧力を測定し、前記開閉弁が開の状態での前記上流側圧力センサの圧力値と前記下流側圧力センサの圧力値を零とするオフセット工程を実施し、前記上流側圧力センサの圧力値が前記下流側圧力センサの圧力値以上の時に前記開閉弁を開くように、前記開閉弁と前記上流側圧力センサと前記下流側圧力センサを制御するコントローラと、
を備えている基板処理装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記上流側圧力センサの圧力値が前記下流側圧力センサの圧力以上の時には、スロー排気バルブが開かれるように制御する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
基板を処理する処理室内の雰囲気を排気ラインを介して排気する工程と、
前記排気ラインに設けられた開閉弁が開の状態で、前記開閉弁の上流側圧力を測定するステップと、前記開閉弁の下流側圧力を測定するステップと、前記上流側の圧力値と前記下流側の圧力値を零とするステップと、を有するオフセット工程と、
前記上流側圧力が前記下流側圧力値以上の時に前記開閉弁を開く工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板を処理する処理室内の雰囲気を排気ラインを介して排気する手順と、
前記排気ラインに設けられた開閉弁が開の状態で前記開閉弁の上流側の圧力を測定するステップと前記開閉弁の下流側の圧力を測定するステップと前記上流側の圧力値と前記下流側の圧力値を零とするステップを有するオフセット手順と、
前記上流側の圧力が前記下流側の圧力値以上の時に前記開閉弁を開く手順と、
をコントローラに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関する。
例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという）の製造方法において、ＩＣを作り込む半導体ウエハ（以下、ウエハという）に酸化処理や窒化処理を施すのに利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造方法において、ウエハに酸化処理や窒化処理を施すのに、ＭＭＴ（Modified Magnetron Typed）装置が使用されている。ＭＭＴ装置は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Modified Magnetron Typed Plasma Source）を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理する基板処理装置である。ＭＭＴ装置は、酸化処理や窒化処理の均一性に優れているので、酸化窒化装置として使用される。
一般に、ＭＭＴ装置においては、真空ポンプ、排気バルブ、圧力センサおよびこれらを制御するコントローラ等を備えた排気ライン（排気系）を処理室に接続し、処理室内の圧力を自動的に調整することが、実施されている。例えば、特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、排気ラインが処理室内を大気状態から真空引きする場合において、例えば、真空ポンプを停止するエラーが発生すると、処理室内が封じ込め状態となる。処理室が高真空状態で封じ込められている状態で、エラーが復帰し、真空ポンプが処理室を真空引きを再開した場合において、処理室内の圧力が排気ラインの圧力よりも低くなっていると、処理室内に排気ラインの雰囲気が逆流し、処理室内が汚染される危惧がある。
【０００５】
本発明の目的は、処理室内に排気ラインの雰囲気が逆流するのを防止することができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
基板を処理する処理室と、
該処理室に接続された排気ラインと、
該排気ラインに設けられた開閉弁と、
前記排気ラインにおける前記開閉弁の上流側圧力を測定する上流側圧力センサと、
前記排気ラインにおける前記開閉弁の下流側圧力を測定する下流側圧力センサと、
前記上流側圧力センサと前記下流側圧力センサとを監視し、前記上流側圧力センサの圧力値が前記下流側圧力センサの圧力値以上の時に前記開閉弁を開き、かつ、両圧力値とを共にオフセットするコントローラと、
を備えている基板処理装置。
【発明の効果】
【０００７】
この基板処理装置によれば、処理室内に排気ラインの雰囲気が逆流するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態が実施されるＭＭＴ装置を概略構成図である。
【図２】排気ラインを示す回路図である。
【図３】排気方法を示すフローチャートである。
【図４】オフセットプログラムを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
【００１０】
本実施形態において、本発明に係る基板処理装置は、ウエハ等の基板をプラズマ処理するＭＭＴ装置として構成されている。
このＭＭＴ装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワーヘッドを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界を形成し、マグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより、長寿命となって電離生成率を高めるので、高密度プラズマを生成することができる。このように、反応ガスを励起分解させて、基板表面を酸化または窒化等の拡散処理をしたり、基板表面に薄膜を形成したり、基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。
【００１１】
図１はＭＭＴ装置の概略構成図を示している。
ＭＭＴ装置は処理容器２０３を有する。処理容器２０３は第１容器であるドーム型の上側容器２１０と第２容器である碗型の下側容器２１１とにより形成され、上側容器２１０は下側容器２１１の上に被せられている。上側容器２１０は酸化アルミニウムまたは石英等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１はアルミニウムで形成されている。
また、後述するヒータ一体型の基板保持具（基板保持手段）であるサセプタ２１７を窒化アルミニウムや、セラミックスまたは石英等の非金属材料で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。
【００１２】
シャワーヘッド２３６は処理室２０１の上部に設けられ、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備えている。バッファ室２３７はガス導入口２３４より導入されたガスを分散するための分散空間として設けられる。
【００１３】
ガス導入口２３４にはガスを供給するガス供給管２３２が接続されており、ガス供給管２３２は開閉弁であるバルブ２４３ａ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１を介して図中省略の反応ガス２３０のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド２３６から反応ガス２３０が処理室２０１に供給され、また、サセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように、下側容器２１１の側壁にはガスを排気するガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５にはガスを排気するガス排気管２３１が接続されており、ガス排気管２３１は、圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続されている。
【００１４】
ＭＭＴ装置は、供給される反応ガス２３０を励起させる放電機構（放電手段）として、筒状例えば円筒状に形成された第１電極である筒状電極２１５を有する。筒状電極２１５は処理容器２０３（上側容器２１０）の外周に設置されて処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。筒状電極２１５にはインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力を印加する高周波電源２７３が接続されている。
【００１５】
筒状電極２１５の外表面の上下端近傍には筒状磁石２１６が配置されている。筒状磁石２１６は筒状例えば円筒状に形成された筒状の永久磁石であり、磁界形成機構（磁界形成手段）になっている。上下の筒状磁石２１６、２１６は、処理室２０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持ち、上下の筒状磁石２１６、２１６の磁極の向きが逆向きに設定されている。したがって、内周部の磁極同士が異極となっており、筒状電極２１５の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。
【００１６】
処理室２０１の底側中央には、基板であるウエハ２００を保持するための基板保持具（基板保持手段）としてサセプタ２１７が配置されている。例えば、サセプタ２１７は窒化アルミニウムやセラミックスまたは石英等の非金属材料で形成されており、内部に加熱機構（加熱手段）としてのヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれて、ウエハ２００を加熱できるようになっている。ヒータ２１７ｂは電力が印加されてウエハ２００を５００℃程度にまで加熱できるようになっている。
【００１７】
サセプタ２１７の内部には、インピーダンスを変化させるための電極である第２電極も装備されており、この第２電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４はコイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、電極およびサセプタ２１７を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。
【００１８】
ウエハ２００をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉２０２は、少なくとも処理室２０１、処理容器２０３、サセプタ２１７、筒状電極２１５、筒状磁石２１６、シャワーヘッド２３６およびガス排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウエハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。
【００１９】
筒状電極２１５および筒状磁石２１６の周囲には遮蔽板２２３が設けられている。遮蔽板２２３は筒状電極２１５および筒状磁石２１６で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する。
【００２０】
サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降機構（昇降手段）２６８が設けられている。サセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられ、下側容器２１１底面にはウエハ２００を突上げるためのウエハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。貫通孔２１７ａおよびウエハ突上げピン２６６は、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時には、ウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、それぞれ配置されている。
【００２１】
下側容器２１１の側壁には仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４が開いている時には、図中省略の搬送機構（搬送手段）により処理室２０１に対してウエハ２００を搬入したり搬出することができる。ゲートバルブ２４４は閉まっている時には処理室２０１を気密に閉じる。
【００２２】
ＭＭＴ装置は制御部（制御手段）としてのコントローラ１２１を有する。コントローラ１２１は信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｄを通じて整合器２７２、高周波電源２７３を、信号線Ｅを通じてマスフローコントローラ２４１、バルブ２４３ａを、さらに、図示しない信号線を通じてサセプタに埋め込まれたヒータ２１７ｂやインピーダンス可変機構２７４を、それぞれ制御するよう構成されている。
【００２３】
次に、以上の構成に係るＭＭＴ装置を用いて、ＩＣの製造方法の一工程として、ウエハ２００表面に対し、または、ウエハ２００上に形成された下地膜の表面に対し所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。
なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
【００２４】
ウエハ２００は処理炉２０２を構成する処理室２０１の外部からウエハを搬送する図中省略の搬送機構によって処理室２０１に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。
この搬送動作の詳細は次の通りである。
サセプタ２１７が基板搬送位置まで下降し、ウエハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過する。このとき、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけウエハ突き上げピン２６６が突き出された状態となる。次に、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開かれ、図中省略の搬送機構によってウエハ２００をウエハ突上げピン２６６の先端に載置する。搬送機構が処理室２０１の外へ退避すると、ゲートバルブ２４４が閉じられる。サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ２１７上面にウエハ２００を載置することができ、ウエハ２００を処理する位置までさらに上昇する。
【００２５】
サセプタ２１７に埋め込まれたヒータ２１７ｂは予め加熱されており、搬入されたウエハ２００を室温〜５００℃の範囲の内、所定のウエハ処理温度に加熱する。
真空ポンプ２４６およびＡＰＣ２４２は処理室２０１の圧力を０．１〜１００Ｐａの範囲内の所定圧力に維持する。
【００２６】
ウエハ２００の温度が処理温度に達し、安定化したら、ガス導入口２３４から遮蔽プレート２４０のガス吹出口２３９を介して、反応ガスを処理室２０１に配置されているウエハ２００の上面（処理面）に向けて導入する。このときのガス流量は予め設定された範囲内の所定流量とする。同時に、筒状電極２１５に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加する。印加する電力は、１５０〜２００Ｗの範囲内の所定出力値を投入する。このとき、インピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値となるように制御しておく。
【００２７】
筒状磁石２１６、２１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ２１７上のウエハ２００の表面にプラズマ処理が施される。プラズマ処理が終わったウエハ２００は、図示略の搬送機構を用いて、基板搬入と逆の手順で処理室２０１外へ搬送される。
【００２８】
以下、本発明の特徴点である排気ステップ（排気方法）の詳細を、図２、図３および図４を使用して説明する。
【００２９】
図２はＭＭＴ装置の排気ラインを模式的に示す回路図である。
図２に示されているように、排気ラインとしてのガス排気管２３１には、バルブ２４３ｂと共に開閉弁を構成するスロー排気バルブ３０１が、メイン排気バルブとしてのバルブ２４３ｂを迂回するように接続されている。処理室２０１には、排気ラインにおける開閉弁の上流側圧力を測定する上流側圧力センサ３０２が接続されている。上流側圧力センサ３０２は開閉弁の上流であって、処理室２０１の圧力を計測できればよく、例えば、処理室２０１とバルブ２４３ｂの間に設けてもよい。ガス排気管２３１におけるバルブ２４３ｂの下流側には、排気ラインにおける開閉弁の下流側圧力を測定する下流側圧力センサ３０３が接続されている。
コントローラ１２１は、上流側圧力センサ３０２と下流側圧力センサ３０３とを監視し、図３に示されているように、シーケンス制御するとともに、図４に示されているように、上流側圧力センサ３０２と下流側圧力センサ３０３とを共にオフセット制御する。
【００３０】
図３は排気シーケンスを示すフローチャートである。
第１ステップＡ１において、コントローラ１２１は処理室２０１を真空引きするために、真空ポンプ２４６を起動させる。
第２ステップＡ２において、コントローラ１２１はスロー排気バルブ３０１を開するために、下流側圧力センサ３０３によって検知された値を元に圧力状態を判定する。真空ポンプ２４６が起動して、スロー排気バルブ３０１から下流の圧力が、予め設定されている圧力以下（例えば２０００Ｐａ以下）になった場合（ＹＥＳ）に、コントローラ１２１はスロー排気バルブ３０１に対して開許可と判定し、スロー排気バルブ３０１を開き、第３ステップＡ３に進む。
第３ステップＡ３において、コントローラ１２１は現在の上流側圧力センサ３０２の圧力値Ｐ2 と、現在の下流側圧力センサ３０３の圧力値Ｐ3 とを取得し、第４ステップＡ４に進む。
【００３１】
第４ステップＡ４において、コントローラ１２１は上流側圧力センサ３０２および下流側圧力センサ３０３それぞれによって検知された値を元に圧力状態を判定する。上流側圧力センサ３０２の圧力値Ｐ2 が下流側圧力センサ３０３の圧力値Ｐ3 以上（Ｐ2 ≧Ｐ3 ）である場合（ＹＥＳ）に、コントローラ１２１はスロー排気バルブ３０１に対して開許可と判定し、第５ステップＡ５に進む。
Ｐ2 ≧Ｐ3 が不成立の場合、すなわち、上流側圧力センサ３０２の圧力値Ｐ2 が下流側圧力センサ３０３の圧力値Ｐ3 よりも低い（Ｐ2 ＜Ｐ3 ）場合（ＮＯ）に、コントローラ１２１は第８ステップＡ８に進む。第８ステップＡ８は、Ｐ2 ≧Ｐ3 の条件が成立するまでの時間を監視する排気時間監視ステップであり、監視時間が一定時間以上になった時（ＹＥＳ）に、第９ステップＡ９に進む。仮に、Ｐ2 ＜Ｐ3 の状態でバルブを解放した場合、排気する予定のガスが処理室２０１に逆流し、処理室２０１を汚染する可能性がある。
第９ステップＡ９は、真空ポンプ２４６の能力低下またはガス排気管２３１のリーク等による異常状態が発生していることをオペレータに通知するためのエラーメッセージ出力ステップである。本ステップ実施後に、コントローラ１２１は排気シーケンスを終了（エンド）する。
【００３２】
第５ステップＡ５は、スロー排気バルブ３０１を開とするステップである。スロー排気バルブ開後に、コントローラ１２１は第６ステップＡ６に進む。
第６ステップＡ６は、メイン排気バルブとしてのバルブ２４３ｂを開するための処理室２０１によって検知された値を元に圧力状態を監視する上流側圧力センサ３０２の圧力値判定ステップである。コントローラ１２１は圧力値Ｐ2 が予め設定した圧力値以下（例えば２０００Ｐａ以下）になった場合（ＹＥＳ）に、第７ステップＡ７に進み、バルブ２４３ｂを開く。
上流側圧力センサ３０２の圧力値Ｐ2 が設定値を超える場合（ＮＯ）に、コントローラ１２１は、第６ステップＡ６を繰り返す。すなわち、処理室２０１の圧力が設定値以下になるまで待ち状態となる。なお、ある一定時間経過した場合は、エラーを出力して排気シーケンスを停止することもある。
【００３３】
図４は上流側圧力センサ３０２と下流側圧力センサ３０３のオフセットプログラムを示すフローチャートである。
第１ステップＢ１において、コントローラ１２１は上流側圧力センサ３０２および下流側圧力センサ３０３からそれぞれ取得された圧力値にオフセットをかける指示が発行されたか否かを判定する。取得された圧力値にオフセットをかける指示が発行された場合（ＹＥＳ）には、第２ステップＢ２に進み、発行されていない場合（ＮＯ）にはオフセット処理を終了する。
第２ステップＢ２は処理室２０１の排気状態を監視する排気状態判定ステップであり、真空ポンプ２４６の起動状態およびメイン排気バルブ２４３ｂの開状態において、上流側圧力センサ３０２の圧力値が処理室２０１の到達圧力に達している場合（ＹＥＳ）には、コントローラ１２１は第３ステップＢ３に進み、到達していない場合（ＮＯ）には、第４ステップＢ４に進む。
第３ステップＢ３において、コントローラ１２１は上流側圧力センサ３０２と下流側圧力センサ３０３の現在の圧力値を取得し、第５ステップＢ５に進む。
【００３４】
第５ステップＢ５は、第３ステップＢ３（圧力値取得ステップ）で取得した上流側圧力センサ３０２の圧力値と下流側圧力センサ３０３の圧力値とを零（Ｐａ）とする、圧力値オフセットステップである。
オフセット値は、以下の通りに求められる。
上流側圧力センサ３０２の圧力値のオフセット値＝０−第５ステップＢ５（圧力値取得ステップ）で取得した圧力値（Ｐ2 ）・・・（１）
下流側圧力センサ３０３の圧力値Ｐ3 のオフセット値＝０−第５ステップＢ５（圧力値取得ステップ）で取得した圧力値（Ｐ3 ）・・・（２）
また、オフセット後に判定で使用される上流側圧力センサ３０２の圧力値および下流側圧力センサ３０３の圧力値は、次式で求められる。
判定圧力値＝取得圧力値（Ｐ2 、Ｐ3 ）＋オフセット値・・・（３）
【００３５】
第４ステップＢ４は、排気状態判定ステップであり、判定がＮＧ（不良）の場合に実行される処理で、オフセット処理が実行できないときに、オペレータに通知するためのエラーメッセージを出力する。
【００３６】
以上のオフセットプログラムを実行することにより、上流側圧力センサ３０２と下流側圧力センサ３０３の圧力値のバラツキを吸収することができるので、使い勝手を向上させることができる。
【００３７】
ところで、処理室２０１を大気状態から真空引きする場合は問題がない。しかし、排気シーケンスを停止するトラブルが発生し、メイン排気バルブ２４３ｂおよびスロー排気バルブ３０１が閉状態となって、処理室２０１が封じ込め状態となり、その封じ込め状態で、真空引きが再開した場合において、スロー排気バルブ３０１またはメイン排気バルブ２４３ｂの開時の上流側圧力センサ３０２の圧力値Ｐ2 が下流側圧力センサ３０３の圧力値Ｐ3 よりも低く（Ｐ2 ＜Ｐ3 ）なっていると、処理室２０１内にガス排気管２３１内の雰囲気が逆流する現象が発生する。
【００３８】
しかし、本実施形態においては、上流側圧力センサ３０２の圧力値Ｐ2 が下流側圧力センサ３０３の圧力値Ｐ3 以上（Ｐ2 ≧Ｐ3 ）である場合にのみ、スロー排気バルブ３０１が開されるので、処理室２０１内にガス排気管２３１内の雰囲気が逆流する現象を防止することができる。したがって、処理室２０１内にガス排気管２３１内の雰囲気が逆流する現象に起因する、処理室２０１内の汚染を未然に防止することができる。
【００３９】
また、上流側圧力センサ３０２と下流側圧力センサ３０３のオフセットプログラムを実行することにより、再起動時の逆流防止排気シーケンスの使い勝手を向上させることができるとともに、その排気シーケンスを安定させることができる。
【００４０】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００４１】
前記実施形態では、ＭＭＴ装置について説明したが、本発明はこれ以外の基板処理装置全般に適用することができる。
【００４２】
本発明の好ましい態様を付記する。
（１）基板を処理する処理室と、
該処理室に接続された排気ラインと、
該排気ラインに設けられた開閉弁と、
前記排気ラインにおける前記開閉弁の上流側圧力を測定する上流側圧力センサと、
前記排気ラインにおける前記開閉弁の下流側圧力を測定する下流側圧力センサと、
前記上流側圧力センサと前記下流側圧力センサとを監視し、前記上流側圧力センサの圧力値が前記下流側圧力センサの圧力値以上の時に前記開閉弁を開き、かつ、両圧力値を共にオフセットするコントローラと、
を備えている基板処理装置。
（２）前記上流側圧力センサが前記処理室に接続されている（１）の基板処理装置。
（３）前記開閉弁がメイン排気バルブとスロー排気バルブとを備えている（１）の基板処理装置。
【符号の説明】
【００４３】
１２１    コントローラ
２００    ウエハ（基板）
２０１    処理室
２３５    ガス排気口
２４３ｂ  バルブ（開閉弁）
２４６    真空ポンプ
３０１    スロー排気バルブ
３０２    上流側圧力センサ
３０３    下流側圧力センサ
【図１】
0005430295.tif 000002
【図２】
0005430295.tif 000003
【図３】
0005430295.tif 000004
【図４】
0005430295.tif 000005