(57)【要約】【課題】より簡易な方法で、排気ガスから希ガスを分離回収する。【解決手段】プラズマ処理システム１０は、チャンバ３０と、第１のガス供給部２０と、排気部４０と、ガス精製ユニット１０４と、昇圧ポンプ１０８と、蓄積部１２とを備える。第１のガス供給部２０は、チャンバ３０内に第１の希ガスとプロセスガスとを供給する。チャンバ３０は、第１の希ガスとプロセスガスとが混合されたガスのプラズマにより半導体ウエハＷを処理する。ガス精製ユニット１０４は、排気部４０によってチャンバ３０内から排気されたガスから第１の希ガスを分離する。蓄積部１２は、ガス精製ユニット１０４によって分離され、昇圧ポンプ１０８によって昇圧された第１の希ガスを蓄積する。また、蓄積部１２は、蓄積された第１の希ガスを第１のガス供給部２０に供給する。【選択図】図１
2019140238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の希ガスとプロセスガスとが混合されたガスのプラズマにより被処理基板を処理するチャンバと、
前記チャンバ内に前記第１の希ガスと前記プロセスガスとを供給する第１のガス供給部と、
前記第１の希ガスを含むガスをチャンバ内から排気する排気部と、
前記排気部によって排気されたガスから前記第１の希ガスを分離する分離部と、
前記分離部によって分離された前記第１の希ガスを昇圧する昇圧部と、
前記昇圧部によって昇圧された前記第１の希ガスを蓄積し、蓄積された前記第１の希ガスを前記第１のガス供給部へ供給する蓄積部と
を備えるプラズマ処理システム。
【請求項２】
前記チャンバ内に設けられ前記被処理基板を載置する載置台と前記被処理基板との間に、前記第１の希ガスを供給する第２のガス供給部をさらに備え、
前記蓄積部は、蓄積された前記第１の希ガスを前記第２のガス供給部へさらに供給する請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項３】
前記排気部の冷却またはパージ用のガスとして、前記第１の希ガスを前記排気部に供給する第３のガス供給部をさらに備え、
前記蓄積部は、蓄積された前記第１の希ガスを前記第３のガス供給部へさらに供給する請求項１または２に記載のプラズマ処理システム。
【請求項４】
前記排気部によって前記チャンバ内から排気されたガスを、前記分離部へ送るか、前記分離部へ送ることなく前記プラズマ処理システムの外部へ排出するかを切り換える第１の切換バルブをさらに備える請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項５】
前記第１の切換バルブは、
第１のプロセス実行時に、前記排気部によって前記チャンバ内から排気されたガスを前記分離部へ送り、第２のプロセス実行時に、前記排気部によって前記チャンバ内から排気されたガスを前記分離部へ送ることなく前記プラズマ処理システムの外部へ排出し、
前記第１のガス供給部は、
前記第１のプロセス実行時に、前記蓄積部から供給された前記第１の希ガスを前記チャンバ内に供給し、
前記第２のプロセス実行時に、前記第１の希ガスとは異なる第２の希ガスを前記チャンバ内に供給する請求項４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項６】
前記チャンバ内に設けられ前記被処理基板を載置する載置台と前記被処理基板との間に、前記蓄積部から供給された前記第１の希ガスを供給するか、前記第１の希ガスとは異なる第２の希ガスを供給するかを切り換える第２の切換バルブをさらに備える請求項４または５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項７】
前記第２の切換バルブは、
第１のプロセス実行時に、前記チャンバ内に設けられ前記被処理基板を載置する載置台と前記被処理基板との間に前記蓄積部から供給された前記第１の希ガスを供給し、第２のプロセス実行時に、前記チャンバ内に設けられ前記被処理基板を載置する載置台と前記被処理基板との間に前記第２の希ガスを供給する請求項６に記載のプラズマ処理システム。
【請求項８】
前記排気部の冷却またはパージ用のガスとして、前記蓄積部から供給された前記第１の希ガスを前記排気部に供給するか、不活性ガスを前記排気部に供給するかを切り換える第３の切換バルブをさらに備える請求項４から７のいずれか一項に記載のプラズマ処理システム。
【請求項９】
前記第３の切換バルブは、
第１のプロセス実行時に、前記排気部の冷却またはパージ用のガスとして前記蓄積部から供給された前記第１の希ガスを前記排気部に供給し、第２のプロセス実行時に、前記排気部の冷却またはパージ用のガスとして不活性ガスを前記排気部に供給する請求項８に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１０】
前記第１の希ガスは、キセノンガスまたはクリプトンガスである請求項１から９のいずれか一項に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１１】
チャンバ内に第１の希ガスとプロセスガスとを供給する供給ステップと、
前記第１の希ガスと前記プロセスガスとが混合されたガスのプラズマにより被処理基板を処理する処理ステップと、
前記第１の希ガスを含むガスを前記チャンバ内から排気する排気ステップと、
前記チャンバ内から排気されたガスから前記第１の希ガスを分離する分離ステップと、
分離された前記第１の希ガスを昇圧する昇圧ステップと、
昇圧された前記第１の希ガスを蓄積部に蓄積する蓄積ステップと
を含み、
前記供給ステップでは、
前記プロセスガスと前記蓄積部から供給された前記第１の希ガスとが前記チャンバ内に供給されるプラズマ処理方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の種々の側面および実施形態は、プラズマ処理システムおよびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体の製造プロセスでは、被処理基板である半導体ウエハのエッチング等の処理において、プロセスガスが用いられる。チャンバ内に半導体ウエハが搬入され、チャンバ内にプロセスガスが供給され、半導体ウエハに所定の処理が実行される。半導体ウエハの処理に用いられたプロセスガスは、ＣＯ２ガス、ＮＯｘガス、および微粒子等が除去された後、排気される。
【０００３】
また、近年、プロセスガスに添加される希ガスとして、クリプトンガスやキセノンガス等の希ガスを用いることが検討されている。このような希ガスは、存在比率が少なく、精製が難しいため、高価である。そこで、処理容器から排出される排気ガスから希ガスを回収して再利用することが検討されている。排気ガスからクリプトンガスやキセノンガス等の希ガスを分離回収する方法としては、圧力変動吸着分離（ＰＳＡ：Pressure  Swing  Adsorption）法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０３４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＰＳＡ法では、処理が複雑であり、装置が大型化するという問題がある。そのため、より簡易な方法で、排気ガスから希ガスを分離回収する技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一側面は、プラズマ処理システムであって、チャンバと、ガス供給部と、排気部と、分離部と、昇圧部と、蓄積部とを備える。チャンバは、第１の希ガスとプロセスガスとが混合されたガスのプラズマにより被処理基板を処理する。ガス供給部は、チャンバ内に第１の希ガスとプロセスガスとを供給する。排気部は、第１の希ガスを含むガスをチャンバ内から排気する。分離部は、排気部によって排気されたガスから第１の希ガスを分離する。昇圧部は、分離部によって分離された第１の希ガスを昇圧する。蓄積部は、昇圧部によって昇圧された第１の希ガスを蓄積する。また、蓄積部は、蓄積された第１の希ガスをガス供給部に供給する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の種々の側面および実施形態によれば、より簡易な方法で、排気ガスから希ガスを分離回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示すシステム構成図である。
【図２】図２は、プラズマ処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、チャンバ内部の真空引きが行われる際の各バルブの状態を示す図である。
【図４】図４は、希ガスの充填が行われる際の各バルブの状態を示す図である。
【図５】図５は、アイドリングが行われる際の各バルブの状態を示す図である。
【図６】図６は、希ガスが供給される際の各バルブの状態を示す図である。
【図７】図７は、静電チャックの上面と半導体ウエハの下面との間に希ガスが供給される際の各バルブの状態を示す図である。
【図８】図８は、プロセスが実行される際の各バルブの状態を示す図である。
【図９】図９は、静電チャックから半導体ウエハが取り外される際の各バルブの状態を示す図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示すシステム構成図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示すシステム構成図である。
【図１２】図１２は、第３の実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示すシステム構成図である。
【図１３】図１３は、第４の実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示すシステム構成図である。
【図１４】図１４は、プラズマ処理システムの他の例を示すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、開示するプラズマ処理システムおよびプラズマ処理方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示されるプラズマ処理システムおよびプラズマ処理方法が限定されるものではない。
【００１０】
（第１の実施形態）
［プラズマ処理システム１０の構成］
図１は、第１の実施形態におけるプラズマ処理システム１０の一例を示すシステム構成図である。本実施形態におけるプラズマ処理システム１０は、例えば図１に示すように、複数のプロセスガス供給源１１−１〜１１−ｎ（ｎは１以上の整数）、蓄積部１２、第１のガス供給部２０、チャンバ３０、排気部４０、第２のガス供給部５０、ガス精製ユニット１０４、および昇圧ポンプ１０８を備える。なお、以下では、複数のプロセスガス供給源１１−１〜１１−ｎのそれぞれを区別することなく総称する場合に単にプロセスガス供給源１１と記載する。
【００１１】
それぞれのプロセスガス供給源１１は、フッ化炭素ガスや塩素ガス等のプロセスガスを、第１のガス供給部２０を介してチャンバ３０内に供給する。蓄積部１２は、希ガスを蓄積し、蓄積された希ガスを、バルブ１０１を介して第１のガス供給部２０および排気部４０に供給する。また、蓄積部１２は、蓄積された希ガスを、バルブ１０１およびバルブ１０２を介して第２のガス供給部５０に供給する。本実施形態において、蓄積部１２に蓄積される希ガスは、一例では、キセノン（Ｘｅ）ガスである。蓄積部１２に蓄積される希ガスは、第１の希ガスの一例である。
【００１２】
第１のガス供給部２０は、それぞれのプロセスガス供給源１１から供給されたプロセスガスおよび蓄積部１２から供給された希ガスのチャンバ３０内への供給および供給停止を制御する。また、第１のガス供給部２０は、それぞれのプロセスガス供給源１１から供給されたプロセスガスの流量および蓄積部１２から供給された希ガスの流量をそれぞれ制御する。そして、第１のガス供給部２０は、流量が制御された希ガスとプロセスガスとを混合することにより混合ガスを生成し、生成された混合ガスを、バルブ１００を介してチャンバ３０内へ供給する。
【００１３】
具体的には、第１のガス供給部２０は、複数のバルブ２１−１〜２１−ｎ、複数の流量制御器、複数のバルブ２３−１〜２３−ｎ、バルブ２４、およびバルブ２６を有する。図１に示されたＭＦＣ（Mass  Flow  Controller）２２−１〜２２−ｎおよびＭＦＣ２５は、流量制御器の一例である。なお、以下では、複数のバルブ２１−１〜２１−ｎのそれぞれを区別することなく総称する場合に単にバルブ２１と記載し、複数のＭＦＣ２２−１〜２２−ｎのそれぞれを区別することなく総称する場合に単にＭＦＣ２２と記載し、複数のバルブ２３−１〜２３−ｎのそれぞれを区別することなく総称する場合に単にバルブ２３と記載する。
【００１４】
バルブ２１−１の第１端は、配管を介してプロセスガス供給源１１−１に接続されている。バルブ２１−１の第２端は、第１のガス供給部２０内の配管を介してＭＦＣ２２−１の第１端に接続されている。ＭＦＣ２２−１の第２端は、第１のガス供給部２０内の配管を介してバルブ２３−１の第１端に接続されている。バルブ２３−１の第２端は、配管２００を介してバルブ１００に接続されている。同様に、バルブ２１−ｎの第１端は、配管を介してプロセスガス供給源１１−ｎに接続されている。バルブ２１−ｎの第２端は、第１のガス供給部２０内の配管を介してＭＦＣ２２−ｎの第１端に接続されている。ＭＦＣ２２−ｎの第２端は、第１のガス供給部２０内の配管を介してバルブ２３−ｎの第１端に接続されている。バルブ２３−ｎの第２端は、配管２００を介してバルブ１００の第１端に接続されている。バルブ１００の第２端は、配管２０１を介してチャンバ３０のガス導入口に接続されている。それぞれのＭＦＣ２２は、図示しない制御装置からの指示に応じて、対応するプロセスガス供給源１１からバルブ１００を介してチャンバ３０へ供給されるプロセスガスの流量を制御する。
【００１５】
バルブ２４の第１端は、配管２０２およびバルブ１０１を介して蓄積部１２に接続されている。バルブ２４の第２端は、第１のガス供給部２０内の配管を介してＭＦＣ２５の第１端に接続されている。ＭＦＣ２５の第２端は、第１のガス供給部２０内の配管を介してバルブ２６の第１端に接続されている。バルブ２６の第２端は、配管２００を介してバルブ１００の第１端に接続されている。ＭＦＣ２５は、図示しない制御装置からの指示に応じて、プロセスガスに添加される希ガスの流量を制御する。なお、別の形態では、第１のガス供給部２０は、希ガスとプロセスガスとを混合することなく、それぞれ独立してチャンバ３０内に供給してもよい。それぞれ独立してチャンバ３０内に供給された希ガスとプロセスガスとは、チャンバ３０内において混合される。
【００１６】
チャンバ３０は、真空処理チャンバである。具体的には、チャンバ３０は、内部に、シャワーヘッド３１および載置台３２を有する。チャンバ３０は、配管２０１を介して第１のガス供給部２０から供給された混合ガスのプラズマを生成する。そして、チャンバ３０は、生成したプラズマにより被処理基板（例えば、半導体ウエハＷ）に対して、エッチング等の所定の処理を施す。本実施形態において、チャンバ３０は、平行平板型のプラズマ処理容器である。
【００１７】
シャワーヘッド３１は、配管２０１を介して第１のガス供給部２０から混合ガスを、チャンバ３０内の空間に供給する。載置台３２は、上部に静電チャックを有しており、静電チャック上に載置された半導体ウエハＷを静電気力によって吸着保持する。また、載置台３２は、内部に温度調節機構を有している。載置台３２は、当該温度調節機構により、静電チャック上に載置された半導体ウエハＷの温度を調節する。また、静電チャックの上面と半導体ウエハＷの下面との間には、配管２０５を介して第２のガス供給部５０から希ガスが供給される。静電チャックの上面と半導体ウエハＷの下面との間に供給された希ガスにより、半導体ウエハＷの温度が調整される。
【００１８】
本実施形態において、シャワーヘッド３１および載置台３２には、図示しない高周波発生器からの高周波電力が印加される。そして、チャンバ３０内の空間に、シャワーヘッド３１を介して供給された混合ガスのプラズマが生成される。これにより、載置台３２上に載置された半導体ウエハＷに、エッチング等の所定の処理が施される。
【００１９】
第２のガス供給部５０は、圧力制御器、バルブ５２、バルブ５３、バルブ５４、およびオリフィス５５を有する。図１に示されたＰＣＶ（Pressure  Control  Valve）５１は、圧力制御器の一例である。第２のガス供給部５０は、配管２０４、バルブ１０２、配管２０３、配管２０２、およびバルブ１０１を介して蓄積部１２に接続されている。第２のガス供給部５０は、蓄積部１２に蓄積された希ガスを、所定の圧力で、チャンバ３０内の静電チャックの上面と半導体ウエハＷの下面との間に供給する。具体的には、半導体ウエハＷが載置台３２の静電チャックに吸着保持された後に、バルブ１０１およびバルブ１０２が開状態に制御される。ＰＣＶ５１は、蓄積部１２からバルブ５２および配管２０５を介して、静電チャックの上面と半導体ウエハＷの下面との間に供給される希ガスの圧力を所定の圧力に制御する。また、バルブ５２から出力された希ガスの一部は、バルブ５４およびオリフィス５５を介して、排気部４０に接続された配管２０６へ流れる。そして、配管２０６へ流れた希ガスは、排気部４０から排気される。また、バルブ５３がバルブ５４およびオリフィス５５と並列に設けられている。処理後の半導体ウエハＷがチャンバ３０から搬出される場合、静電チャックと半導体ウエハＷとの間に供給された希ガスが、バルブ５３および配管２０６を介して排気部４０から排気される。
【００２０】
排気部４０は、ＡＰＣ（Auto  Pressure  Controller）４１、ＴＭＰ（TurboMolecular  Pump）４２、ＤＰ（Dry  Pump）４３、圧力制御バルブ４４、バルブ４５、圧力制御バルブ４６、およびバルブ４７を有する。排気部４０は、チャンバ３０内から希ガスを含むガスを排気する。ＡＰＣ４１は、配管２０７を介してチャンバ３０の排気口に接続されている。ＡＰＣ４１は、バルブの開度を調整することにより、チャンバ３０内の圧力を調整する。圧力制御バルブ４４、バルブ４５、圧力制御バルブ４６、およびバルブ４７は、第３のガス供給部の一例である。
【００２１】
ＴＭＰ４２およびＤＰ４３は、磁気軸受により非接触で支持されている羽根車の回転により、配管２０７およびＡＰＣ４１を介してチャンバ３０内のガスを吸引する。吸引されたガスは、配管２０８およびバルブ１０３を介してガス精製ユニット１０４へ流れる。バルブ４５およびバルブ４７は、配管２０３およびバルブ１０１を介して蓄積部１２に接続されている。ＴＭＰ４２内の羽根車には、圧力制御バルブ４４およびバルブ４５を介して、蓄積部１２からの希ガスが供給される。また、ＴＭＰ４２内の磁気軸受と羽根車とで形成される隙間には、圧力制御バルブ４４およびバルブ４５を介して、蓄積部１２からの希ガスが供給される。ＤＰ４３内の羽根車にも、圧力制御バルブ４６およびバルブ４７を介して、蓄積部１２からの希ガスが供給される。また、ＤＰ４３内の磁気軸受と羽根車とで形成される隙間にも、圧力制御バルブ４６およびバルブ４７を介して、蓄積部１２からの希ガスが供給される。これにより、羽根車に付着したパーティクルがパージされると共に、羽根車に蓄積された熱が、磁気軸受と羽根車とで形成される隙間に供給された希ガスにより、磁気軸受等に放散される。羽根車、および、磁気軸受と羽根車とで形成される隙間に供給された希ガスも、配管２０８およびバルブ１０３を介してガス精製ユニット１０４へ流れる。
【００２２】
ガス精製ユニット１０４は、排気部４０によって排気されたガスから希ガスを分離する。例えば、ガス精製ユニット１０４は、水酸化カルシウム等により排気ガス中のフッ素化合物を除去し、ゼオライト等により排気ガス中のＨ２Ｏを除去し、Ｃｕ触媒等により排気ガス中の酸素を除去し、金属触媒等により排気ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、ＣＯ２、および微粒子等を除去する。また、ガス精製ユニット１０４によって排気ガスから分離された希ガスは、配管２１０、バルブ１０７、および配管２１１を介して昇圧ポンプ１０８へ流れる。本実施形態では、例えばＸｅガスなどの１種類の希ガスが用いられるため、他のガスから希ガスを容易に分離することができる。ガス精製ユニット１０４は、分離部の一例である。また、ここでいう除去には、吸着による除去が含まれてもよい。
【００２３】
昇圧ポンプ１０８は、ガス精製ユニット１０４によって混合ガスから分離された希ガスを所定の圧力にまで昇圧させる。昇圧された希ガスは、配管２１２、バルブ１０９、配管２１３、バルブ１１０、および配管２１４を介して蓄積部１２に蓄積される。また、ガス精製ユニット１０４には、配管２０９およびバルブ１０５を介してＤＰ１０６が接続されている。また、バルブ１０９とバルブ１１０との間の配管２１３には、配管２１５、バルブ１１１、およびバルブ１１２を介して、希ガスを蓄積したボンベ１１３が接続されている。昇圧ポンプ１０８は、昇圧部の一例である。なお、バルブ１１２は、圧力制御するレギュレータであってもよい。これにより、ボンベ１１３から供給された希ガスを一定の圧力で蓄積部１２へ送ることができる。
【００２４】
［プラズマ処理］
図２は、プラズマ処理の一例を示すフローチャートである。以下では、図１および図３〜図９を参照して、プラズマ処理システム１０の動作を説明する。なお、図１および図３〜図９において、白抜きで描かれているバルブは、開状態に制御されたバルブを示しており、黒塗りで描かれているバルブは、閉状態に制御されているバルブを示す。初期状態において、プラズマ処理システム１０では、例えば図１に示すように、全てのバルブが閉状態に制御されている。
【００２５】
まず、チャンバ３０内に半導体ウエハＷが搬入される（Ｓ１０）。半導体ウエハＷは、載置台３２の静電チャック上に載置される。そして、チャンバ３０内のガスが排気される（Ｓ１１）。図３は、チャンバ３０内部の真空引きが行われる際の各バルブの状態を示す図である。ステップＳ１１では、ボンベ１１３に接続されているバルブ１１２が開状態に制御され、圧力制御バルブ４４、圧力制御バルブ４６、バルブ１０３、およびバルブ１０５が開状態に制御される。そして、開度が最大となるようにＡＰＣ４１が制御され、ＤＰ１０６が稼働する。これにより、ＤＰ１０６によって、チャンバ３０内のガスが、配管２０７、排気部４０、配管２０８、バルブ１０３、ガス精製ユニット１０４、配管２０９、およびバルブ１０５を介して排気される。
【００２６】
次に、配管内に希ガスが充填される（Ｓ１２）。図４は、希ガスの充填が行われる際の各バルブの状態を示す図である。ステップＳ１２では、バルブ１１０およびバルブ１１１が開状態に制御され、バルブ１０９と蓄積部１２との間の配管２１３および配管２１４内に希ガスが充填される。
【００２７】
次に、バルブ１０５が閉状態に制御され、ＤＰ１０６が停止される。そして、バルブ１１１が閉状態に制御され、希ガスを循環させるアイドリングが行われる（Ｓ１３）。図５は、アイドリングが行われる際の各バルブの状態を示す図である。ステップＳ１３のアイドリングでは、バルブ１０１、バルブ４５、バルブ４７、バルブ１０７、およびバルブ１０９が開状態に制御され、ＴＭＰ４２およびＤＰ４３が稼働する。そして、蓄積部１２から供給された希ガスが、配管２０３を介してＴＭＰ４２およびＤＰ４３に供給される。そして、ＤＰ４３から排気されたガスからガス精製ユニット１０４によって希ガスが抽出される。ガス精製ユニット１０４によって抽出された希ガスは、昇圧ポンプ１０８によって昇圧され、再び蓄積部１２に蓄積される。
【００２８】
次に、チャンバ３０内に希ガスが供給される（Ｓ１４）。図６は、希ガスが供給される際の各バルブの状態を示す図である。ステップＳ１４では、バルブ２４、バルブ２６、およびバルブ１００が開状態に制御され、蓄積部１２からの希ガスがチャンバ３０内に供給される。チャンバ３０内に供給される希ガスの流量は、ＭＦＣ２５によって制御される。チャンバ内に高周波電力が供給され、載置台３２の静電チャックに図示しない電源から直流電圧が印加される。これにより、静電チャック上に載置された半導体ウエハＷが、静電チャックに吸着保持される。
【００２９】
次に、載置台３２の静電チャックの上面と半導体ウエハＷの下面との間に蓄積部１２から希ガスが供給される（Ｓ１５）。図７は、静電チャックの上面と半導体ウエハＷの下面との間に希ガスが供給される際の各バルブの状態を示す図である。ステップＳ１５では、バルブ１０２、バルブ５２、およびバルブ５４が開状態に制御され、載置台３２の静電チャックの上面と半導体ウエハＷの下面との間に蓄積部１２からの希ガスが配管２０５を介して供給される。供給される希ガスの圧力は、ＰＣＶ５１によって制御される。バルブ５２から出力された希ガスの一部は、バルブ５４、オリフィス５５、および配管２０６を介して、排気部４０から排気される。供給される希ガスの圧力は、例えば、１Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒである。
【００３０】
次に、半導体ウエハＷに対してプラズマによるプロセスが実行される。図８は、プロセスが実行される際の各バルブの状態を示す図である。半導体ウエハＷに対するプロセスでは、それぞれのバルブ２１およびバルブ２３が開状態に制御され、チャンバ３０内にプロセスガスが供給される（Ｓ１６）。それぞれのプロセスガスの流量は、対応するＭＦＣ２２によって制御される。そして、ＡＰＣ４１によってチャンバ３０内の圧力が所定の圧力になるように調整される（Ｓ１７）。そして、シャワーヘッド３１に、図示しない高周波発生器からの高周波電力が印加され、チャンバ３０内に希ガスとプロセスガスとの混合ガスのプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマにより、半導体ウエハＷに対してエッチング等の所定のプロセスが実行される（Ｓ１８）。
【００３１】
チャンバ３０内から排気されたガスは、配管２０７、排気部４０、配管２０８、およびバルブ１０３を介して、ガス精製ユニット１０４へ流れる。ガス精製ユニット１０４は、排気部４０によって排気されたガスから希ガスを分離する。ガス精製ユニット１０４によって分離された希ガスは、配管２１０、バルブ１０７、および配管２１１を介して、昇圧ポンプ１０８へ流れる。昇圧ポンプ１０８は、ガス精製ユニット１０４によって分離された希ガスを所定の圧力にまで昇圧する。昇圧された希ガスは、配管２１２、バルブ１０９、配管２１３、バルブ１１０、および配管２１４を介して、蓄積部１２に蓄積される。
【００３２】
プラズマによるプロセスが終了した場合、チャンバ３０内から半導体ウエハＷが搬出される（Ｓ１９）。図９は、静電チャックから半導体ウエハＷが取り外される際の各バルブの状態を示す図である。ステップＳ１９では、それぞれのバルブ２１およびバルブ２３が閉状態に制御され、バルブ２４、バルブ２６、バルブ１００、バルブ１０２、バルブ５２、およびバルブ５４が閉状態に制御される。そして、バルブ５３が開状態に制御され、載置台３２の静電チャックの上面と半導体ウエハＷの下面との間に供給された希ガスが、配管２０６を介して排気される。また、載置台３２の静電チャックへの直流電圧の印加が解除され、静電チャックによる半導体ウエハＷの吸着保持が解除される。そして、チャンバ３０内から半導体ウエハＷが搬出される。
【００３３】
以上、第１の実施形態のプラズマ処理システム１０について説明した。上記説明から明らかなように、本実施形態のプラズマ処理システム１０によれば、チャンバ３０内から排気された排気ガスから簡易な方法で希ガスを分離回収することができる。
【００３４】
また、本実施形態のプラズマ処理システム１０では、プロセスガスに添加されるガスとして希ガスが用いられる。また、本実施形態のプラズマ処理システム１０では、載置台３２の静電チャックと半導体ウエハＷとの間に供給される伝熱ガスとして希ガスが用いられる。また、本実施形態のプラズマ処理システム１０では、ＴＭＰ４２およびＤＰ４３の冷却用およびパージ用のガスとして、希ガスが用いられる。ここで、伝熱ガス、冷却用ガス、およびパージ用ガスとしては、希ガス以外に、例えば窒素ガス等の不活性ガスが用いられる場合がある。しかし、窒素ガスが用いられた場合、排気ガスから窒素ガスを分離することが難しい。そのため、排気ガスに含まれる窒素ガスは、そのままプラズマ処理システム１０の外部に排気されることになる。
【００３５】
これに対し、本実施形態のプラズマ処理システム１０では、伝熱ガス、排気部４０の冷却用ガス、又はパージ用ガスとしてＸｅガス等の１種類の希ガスが用いられている。Ｘｅガス等の希ガスは、他のガスから容易に分離することができる。排気ガスから分離された希ガスは、昇圧ポンプ１０８によって昇圧され、蓄積部１２に戻され再利用される。これにより、新たな希ガスの消費を抑制し、希ガスを有効に活用できる。
【００３６】
（第２の実施形態）
上記した第１の実施形態では、１種類の希ガスを用いたプロセスのみを実行するプラズマ処理システム１０について説明した。これに対し、第２の実施形態のプラズマ処理システム１０では、異なる種類の希ガスを用いる異なるプロセスが実行される。具体的には、第２の実施形態のプラズマ処理システム１０では、Ｘｅガス等の希ガスを用いる第１のプロセスと、ＨｅガスやＡｒガス等の希ガスやＮ２ガス等の不活性ガス等の入手が比較的容易なガスを用いる第２のプロセスとが実行される。
【００３７】
［プラズマ処理システム１０の構成］
図１０および図１１は、第２の実施形態におけるプラズマ処理システム１０の一例を示すシステム構成図である。図１０には、第１のプロセスが実行される際の各バルブの状態が示されており、図１１には、第２のプロセスが実行される際の各バルブの状態が示されている。なお、以下に説明する点を除き、図１０および図１１において、図１と同じ符号を付した構成は、図１における構成と同一または同様の機能を有するため説明を省略する。
【００３８】
本実施形態におけるプラズマ処理システム１０は、蓄積部１２に蓄積される希ガスとは異なる種類の希ガスを供給する希ガス供給源１３をさらに有する。希ガス供給源１３は、例えばＨｅガスやＡｒガス等の希ガスを供給する。第１のガス供給部２０は、バルブ２７、ＭＦＣ２８、およびバルブ２９をさらに有する。バルブ２７の第１端は、配管を介して希ガス供給源１３に接続されている。バルブ２７の第２端は、第１のガス供給部２０内の配管を介してＭＦＣ２８の第１端に接続されている。ＭＦＣ２８の第２端は、第１のガス供給部２０内の配管を介してバルブ２９の第１端に接続されている。バルブ２９の第２端は、配管２００を介してバルブ１００に接続されている。ＭＦＣ２８は、図示しない制御装置からの指示に応じて、希ガスの流量を制御する。
【００３９】
第２のガス供給部５０は、バルブ５６をさらに有する。バルブ５６の第１端は、配管２２０を介して希ガス供給源１３に接続されている。また、バルブ５６の第２端は、配管２２１および配管２０４を介してＰＣＶ５１に接続されている。第１のプロセス実行時には、例えば図１０に示されるように、バルブ１０２が開状態に制御され、バルブ５６が閉状態に制御される。これにより、蓄積部１２からの希ガスが、バルブ１０１、配管２０３、バルブ１０２、配管２０４、ＰＣＶ５１、バルブ５２、および配管２０５を介してチャンバ３０へ供給される。一方、第２のプロセス実行時には、例えば図１１に示されるように、バルブ１０２が閉状態に制御され、バルブ５６が開状態に制御される。これにより、希ガス供給源１３からの希ガスが、配管２２０、バルブ５６、配管２２１、配管２０４、ＰＣＶ５１、バルブ５２、および配管２０５を介してチャンバ３０に供給される。バルブ１０２およびバルブ５６は、第２の切換バルブの一例である。
【００４０】
排気部４０は、不活性ガス供給源４００、バルブ４０１、オリフィス４０２、バルブ４０３、およびオリフィス４０４をさらに有する。不活性ガス供給源４００は、Ｎ２ガス等の不活性ガスを供給する。第１のプロセス実行時には、例えば図１０に示されるように、バルブ４５およびバルブ４７が開状態に制御され、バルブ４０１およびバルブ４０３が閉状態に制御される。これにより、蓄積部１２からの希ガスが、バルブ１０１、配管２０３、バルブ４５、および圧力制御バルブ４４を介してＴＭＰ４２へ供給され、蓄積部１２からの希ガスが、バルブ１０１、配管２０３、バルブ４７、および圧力制御バルブ４６を介してＤＰ４３へ供給される。一方、第２のプロセス実行時には、例えば図１１に示されるように、バルブ４５およびバルブ４７が閉状態に制御され、バルブ４０１およびバルブ４０３が開状態に制御される。これにより、不活性ガス供給源４００からの不活性ガスが、オリフィス４０２、バルブ４０１、および圧力制御バルブ４４を介してＴＭＰ４２に供給され、不活性ガス供給源４００からの不活性ガスが、オリフィス４０４、バルブ４０３、および圧力制御バルブ４６を介してＤＰ４３に供給される。バルブ４５、バルブ４７、バルブ４０１、およびバルブ４０３は、第３の切換バルブの一例である。
【００４１】
また、本実施形態のプラズマ処理システム１０は、バルブ１１４をさらに有する。バルブ１１４は、配管２０８に接続された配管２２２に接続されている。第１のプロセス実行時には、例えば図１０に示されるように、バルブ１０３、バルブ１０７、およびバルブ１０９が開状態に制御され、バルブ１１４が閉状態に制御される。これにより、ＤＰ４３から排気された排気ガスは、配管２０８を介してガス精製ユニット１０４へ送られ、ガス精製ユニット１０４によって排気ガスから希ガスが分離される。ガス精製ユニット１０４によって分離された希ガスは、配管２１０、バルブ１０７、および配管２１１を介して、昇圧ポンプ１０８へ流れる。昇圧ポンプ１０８は、ガス精製ユニット１０４によって分離された希ガスを所定の圧力にまで昇圧する。昇圧された希ガスは、配管２１２、バルブ１０９、配管２１３、バルブ１１０、および配管２１４を介して、蓄積部１２へ戻される。一方、第２のプロセス実行時には、例えば図１１に示されるように、バルブ１０３、バルブ１０７、およびバルブ１０９が閉状態に制御され、バルブ１１４が開状態に制御される。これにより、ＤＰ４３から排気された排気ガスは、ガス精製ユニット１０４に送られることなく、配管２０８、配管２２２、およびバルブ１１４を介して、プラズマ処理システム１０の外部に除害した後、排気される。バルブ１０３およびバルブ１１４は、第１の切換バルブの一例である。
【００４２】
以上、第２の実施形態のプラズマ処理システム１０について説明した。上記説明から明らかなように、本実施形態のプラズマ処理システム１０によれば、チャンバ３０内から排気された排気ガスから簡易な方法で希ガスを分離回収することができる。また、本実施形態のプラズマ処理システム１０によれば、Ｘｅガス等の希ガスを用いる第１のプロセスと、Ａｒガス等の希ガスやＮ２ガス等の不活性ガス等の入手が比較的容易なガスを用いる第２のプロセスとを、１つのチャンバ３０を用いて実行することができる。
【００４３】
（第３の実施形態）
上記した第１の実施形態では、１つのチャンバ３０に対して、ガス精製ユニット１０４や第１のガス供給部２０等が１つ設けられた。これに対し、第３の実施形態のプラズマ処理システム１０ａでは、複数のチャンバ３０に対して、ガス精製ユニット１０４や第１のガス供給部２０等が共通に１つ設けられる。これにより、設備の増加量を低く抑えることができる。
【００４４】
図１２は、第３の実施形態におけるプラズマ処理システム１０ａの一例を示すシステム構成図である。本実施形態のプラズマ処理システム１０ａは、複数のＰＭ（Process  Module）６０−１〜６０−６、ＥＦＥＭ（Equipment  Front  End  Module）６１、複数のＬＬＭ（Load  Lock  Module）６２−１〜６２−２、ＶＴＭ（Vacuum  Transfer  Module）６３、および循環制御部６４を備える。
【００４５】
なお、以下では、複数のＰＭ６０−１〜６０−ｎのそれぞれを区別することなく総称する場合に単にＰＭ６０と記載し、複数のＬＬＭ６２−１〜６２−２のそれぞれを区別することなく総称する場合に単にＬＬＭ６２と記載する。また、図１２に例示されたプラズマ処理システム１０ａでは、６組のＰＭ６０が図示されているが、プラズマ処理システム１０ａが有する複数のＰＭ６０の数は、５組以下であってもよく、７組以上であってもよい。
【００４６】
それぞれのＰＭ６０は、バルブ１００、チャンバ３０、排気部４０、および第２のガス供給部５０を有する。循環制御部６４は、複数のプロセスガス供給源１１−１〜１１−ｎ、蓄積部１２、第１のガス供給部２０、バルブ１０１、バルブ１０２、バルブ１０３、ガス精製ユニット１０４、バルブ１０５、ＤＰ１０６、バルブ１０７、昇圧ポンプ１０８、バルブ１０９、バルブ１１０、バルブ１１１、バルブ１１２、およびボンベ１１３を有する。
【００４７】
第１のガス供給部２０から出力されたガスは、各ＰＭ６０のバルブ１００を介して、各ＰＭ６０のチャンバ３０に供給される。また、蓄積部１２から供給された希ガスは、バルブ１０１を介して、第１のガス供給部２０および各ＰＭ６０の排気部４０に供給される。また、蓄積部１２から供給された希ガスは、バルブ１０１およびバルブ１０２を介して、各ＰＭ６０の第２のガス供給部５０に供給される。また、各ＰＭ６０の排気部４０から排気された排気ガスは、バルブ１０３を介してガス精製ユニット１０４へ流れ、ガス精製ユニット１０４によって排気ガスから希ガスが分離回収される。
【００４８】
以上、第３の実施形態のプラズマ処理システム１０ａについて説明した。上記説明から明らかなように、本実施形態のプラズマ処理システム１０ａによれば、各チャンバ３０内から排気された排気ガスから簡易な方法で希ガスを分離回収することができる。また、本実施形態のプラズマ処理システム１０ａによれば、設備の増加量を低く抑えることができる。
【００４９】
（第４の実施形態）
上記した第３の実施形態では、１つのＶＴＭ６３に接続された複数のＰＭ６０に対して、循環制御部６４が１つ設けられた。これに対し、第４の実施形態のプラズマ処理システム１０ｃでは、例えば図１３に示されるように、複数のサブシステム１０ｂ−１〜１０ｂ−ｍ（ｍは１以上の整数）に対して、循環制御部６４が共通に１つ設けられる。図１３は、第４の実施形態におけるプラズマ処理システム１０ｃの一例を示すシステム構成図である。複数のサブシステム１０ｂ−１〜１０ｂ−ｍのそれぞれには、ＶＴＭ６３および当該ＶＴＭ６３に接続された複数のＰＭ６０が含まれる。これにより、設備の増加量を低く抑えることができる。
【００５０】
［その他］
なお、本開示は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【００５１】
例えば、上記した各実施形態において、蓄積部１２に蓄積される希ガスは、Ｘｅガスであるが、開示の技術はこれに限られず、蓄積部１２に蓄積される希ガスは、クリプトン（Ｋｒ）ガス等の他の希ガスであってもよい。
【００５２】
また、上記した各実施形態において、チャンバ３０は、例えば平行平板型のプラズマ処理容器であるが、開示の技術はこれに限られない。チャンバ３０は、第１のガス供給部２０から供給された混合ガスのプラズマを用いて半導体ウエハＷを処理する装置であれば、ＩＣＰ（Inductively  Coupled  Plasma）方式やマイクロ波方式等のプラズマ処理容器であってもよい。
【００５３】
また、上記した第１の実施形態では、例えば図１に示されるように、ガス精製ユニット１０４に、配管２０９およびバルブ１０５を介してＤＰ１０６が接続される。そして、チャンバ３０内部の真空引きが行われる際には、例えば図３に示されるように、バルブ１０３およびバルブ１０５が開状態に制御され、ＤＰ１０６によってチャンバ３０内部のガスが排気される。しかし、開示の技術はこれに限られない。例えば図１４に示されるように、排気部４０とバルブ１０３との間の配管２０８に接続された配管２２３に接続されたバルブ１１５が設けられてもよい。そして、チャンバ３０内部の真空引きが行われる際には、例えば図１４に示されるように、バルブ１１５が開状態に制御され、バルブ１０３が閉状態に制御される。そして、図示しない排気ポンプによって、チャンバ３０内部のガスが、配管２２３およびバルブ１１５を介して、プラズマ処理システム１０の外部に排気される。これにより、チャンバ３０内部の真空引きが行われる際に、ガス精製ユニット１０４内をガスが通過しないので、ガス精製ユニット１０４の消耗を抑制することができる。なお、図１４に記載の構成にも、図１等に記載されているように、配管２０９、バルブ１０５、およびＤＰ１０６が設けられてもよい。
【００５４】
また、上記した各実施形態では、第１のガス供給部２０が希ガスおよびプロセスガスを混合し、混合されたガスをチャンバ３０内に供給するが、開示の技術はこれに限られない。例えば、希ガスおよびプロセスガスは、第１のガス供給部２０によって流量制御された後、チャンバ３０内にそれぞれ独立して供給され、チャンバ３０内において混合されてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
Ｗ  半導体ウエハ
１０  プラズマ処理システム
１０ｂ  サブシステム
１１  プロセスガス供給源
１２  蓄積部
１３  希ガス供給源
２０  第１のガス供給部
３０  チャンバ
３１  シャワーヘッド
３２  載置台
４０  排気部
５０  第２のガス供給部
６０  ＰＭ
６１  ＥＦＥＭ
６２  ＬＬＭ
６３  ＶＴＭ
６４  循環制御部
１０４  ガス精製ユニット
１０８  昇圧ポンプ 
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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