(57)【要約】【課題】試料の表面を処理する精度を向上させた真空処理装置を提供する。【解決手段】処理室と、試料台と、ガス供給手段とを備え、処理用ガスをプラズマ化して試料台上に載置された試料を処理する真空処理装置であって、ガス供給手段が、異なる種類のガス各々が流れる複数のガス供給路と、各々のガス供給路上に配置されてこのガス供給路内を流れるガスの流量を調節する流量調節器と、この流量調節器内に配置された流量調節バルブ及びこの流量調節バルブの下流側のガス閉め切り用バルブと、複数のガス供給路の流量調節器の下流側でこれらが合流する合流部とを備えて、試料の処理の条件に応じて各々の流量調節器の流量調節バルブ及びガス閉め切り用バルブの動作を調節して処理室に導入される処理用ガスを変える。【選択図】図１
2008205183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に配置された処理室と、この処理室内に配置された試料台と、前記処理室内に処理用ガスを供給可能なガス供給手段とを備え、前記処理室内に導入された前記処理用ガスをプラズマ化して前記試料台上に載置された試料を処理する真空処理装置であって、
前記ガス供給手段が、異なる種類のガス各々が流れる複数のガス供給路と、各々のガス供給路上に配置されてこのガス供給路内を流れるガスの流量を調節する流量調節器と、この流量調節器内に配置された流量調節バルブ及びこの流量調節バルブの下流側のガス閉め切り用バルブと、前記複数のガス供給路の前記流量調節器の下流側でこれらが合流する合流部とを備えて、前記試料の処理の条件に応じて前記各々の流量調節器の流量調節バルブ及びガス閉め切り用バルブの動作を調節して前記処理室に導入される前記処理用ガスを変える真空処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の真空処理装置であって、前記真空処理装置が、前記試料を２つの処理の条件で連続して処理する際に前記複数のガス供給路のうちの少なくとも１つが後の処理の際に閉塞状態から開放されてこの管路からガスが処理室に導入される真空処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の真空処理装置であって、前記２つの処理をプラズマの形成を維持したまま行う真空処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の真空処理装置であって、前記複数のガス供給路のうちの少なくとも１つが複数の管路が接続されて構成され、前記流量調節器がその上流及び下流を構成する管路から着脱可能に連結された真空処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の真空処理装置であって、前記複数の管路及びこれに連結された前記流量調節器が前記真空容器の下方に配置された空間に収納された真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空にされる処理室内において処理対象の試料を処理する真空処理装置に係り、処理室内に複数の処理用のガスの種類や量を切替えつつ試料を処理する真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような真空処理装置は、例えば、半導体ウエハ等の基板を処理して半導体デバイス等の装置を製造する場合や液晶を製造する場合に用いられる。このような工程においては、基板状の試料に対して成膜やエッチングの処理が繰り返し行われる。このような処理を行う際に供給される処理用のガスは、処理の内容に応じてその量や速度が高度に制御されるとともに適切なタイミングで応答性良く供給することが求められる。
【０００３】
上記の要求に対応して処理用のガスを供給するための手段として、ガスの流量制御装置（マスフローコントローラ）が従来より用いられている。このマスフローコントローラは、その内部に形成された流路上に配置されたダイヤフラムを指令に応じて移動させて流路の面積を増減することにより、ガスの流量を調節するものである。
【０００４】
一方、近年では、処理の効率を向上するため、１つの処理室内において１つ基板表面の試料の表面に形成された膜を異なる条件で連続的に処理することが考えられており、異なる処理の条件に応じた複数の種類のガスや異なるガスの組成を切替えて処理することが求められている。このため、真空処理装置内の処理室に供給する処理用のガスの経路を複数備え、これらの経路の各々から種類や量を異ならせたガスを各々切替えて供給できるように各経路上にマスフローコントローラが配置されている。
【０００５】
複数のマスフローコントローラは、各々のガスの供給経路上で指令に応じて対応する経路のガスの流れを増減、または閉塞するように動作する。例えば、任意の経路上のマスフローコントローラは、対応する経路のガスが先に行う処理に不必要である場合は先の処理が終了するまでその経路を閉塞した状態を保持し、その後そのガスが必要とされる処理が開始されるタイミングに合わせて当該経路を開放し流量を調節しつつ経路内を流れるガスを処理室内に供給する。このように従来より、処理の切替えに応じて必要とされるガスの種類や組成を複数の処理用ガスの供給経路上のマスフローコントローラの動作を調節することで切替えることが行われている。
【０００６】
しかしながら、任意の経路上のガスを処理室側に供給することが不必要である場合、マスフローコントローラは、上記の通り、ガスの供給経路を閉塞する動作を行うが、薄膜状のダイヤフラムの位置を変化させて流路の面積を増減させて微小な流量を調節ものでは、ダイヤフラムにより完全に流路を密封することが困難であり、処理用のガスが漏れて流れてしまう虞が有る。このため、対象の処理用ガスの経路上においてマスフローコントローラの下流側（処理室側）の位置に、流路を完全に開閉することのできる装置、例えばシャットオフバルブ等の開閉装置を配置することが行われている。
【０００７】
しかし、シャットオフバルブと流量調節バルブとの間の管路内に存在するガスは、上記ガスの切替えに応じてシャットオフバルブ及び流量調節バルブとが開かれると処理室側に流れることになり、この際の流量が不安定になり処理に悪影響を及ぼすことになる。これを解決するために、流量調節バルブの流路の密封性を向上させることが従来から考えられている。このような従来の技術の例は、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３２２１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この従来技術では、流量調節用のバルブに用いられた金属製の薄膜から構成されたダイヤフラムの表面に特定の樹脂（四弗化エチレン樹脂）の薄膜をコーティング処理することで、ダイヤフラムによる流路のシール性能を向上させて、流量調節バルブに流路による遮断を実現しようとする技術が開示されている。しかしながら、この従来技術によるダイヤフラム表面の樹脂コーティングは流路の開放／遮断の繰り返しによってシール性能の劣化が大きく、マスフローコントローラの性能の経時的な変化が大きくなっていた。
【０００９】
このため、上記処理を切替えた際に切替え後の初期に供給される処理用ガスの量が不安定となり、試料の表面の形状が所望のものから異なった形状となってしまい、処理の歩留まりが低下してしまうという問題が有った。これを解決するため、マスフローコントローラの性能を維持するためにこれを交換あるいは保守する作業の間隔が短くすると、装置の稼働率を低下させ、ひいては処理の効率やスループットを低下させていた。
【００１０】
また、シャットオフバルブを配置した場合には、シャットオフバルブ及びその取り付け／取り外しの作業のための空間をガスの供給経路をなす管路の周囲に確保しなければならず、真空処理装置における処理用ガスの供給経路の配置に要するスペースの容積が大きくなり装置が大型化してしまうと言う問題が有った。このような問題点について、上記従来技術では考慮されていなかった。
【００１１】
本発明の目的は、試料の表面を処理する精度を向上させた真空処理装置を提供することにある。また、試料の表面の処理の歩留まり或いは処理の効率を向上させた真空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】
【００１２】
本発明の真空処理装置は、真空容器内に配置された処理室と、この処理室内に配置された試料台と、前記処理室内に処理用ガスを供給可能なガス供給手段とを備え、前記処理室内に導入された前記処理用ガスをプラズマ化して前記試料台上に載置された試料を処理する真空処理装置であって、前記ガス供給手段が、異なる種類のガス各々が流れる複数のガス供給路と、各々のガス供給路上に配置されてこのガス供給路内を流れるガスの流量を調節する流量調節器と、この流量調節器内に配置された流量調節バルブ及びこの流量調節バルブの下流側のガス閉め切り用バルブと、前記複数のガス供給路の前記流量調節器の下流側でこれらが合流する合流部とを備えて、前記試料の処理の条件に応じて前記各々の流量調節器の流量調節バルブ及びガス閉め切り用バルブの動作を調節して前記処理室に導入される前記処理用ガスを変えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、試料の表面を処理する精度を向上させ、また、試料の表面の処理の歩留まり或いは処理の効率を向上させた真空処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を、以下図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１乃至９を用いて、本発明に係る真空処理装置の実施例を説明する。図１は、本発明の真空処理装置の実施例の構成の概略を示す上面図である。
【００１６】
図１において、本実施例に係る真空処理装置１００は大きく前後２つのブロックに分けられる。真空処理装置１００本体の図上下方である前方側は、クリーンルーム等の装置設置箇所において処理対象の基板状の試料である半導体ウエハを収納した容器が搬送されて来るラインに面した側であり、このラインに沿って複数の真空処理装置１００や他の処理装置が並べられて所謂製造ラインが形成される。
【００１７】
真空処理装置１００の図上下方側（ライン側）の前方側の部分は、この真空処理装置１００に供給されるウエハが大気圧下で減圧されるチャンバへ搬送されて処理室へ供給される大気側ブロック１０１である。大気側ブロック１０１の図上上方の真空処理装置１００本体の後方側は、大気側ブロック１０１と連結された処理ブロック１０２である。
【００１８】
大気側ブロック１０１は、内部に搬送ロボット（図示せず）を備えた筐体１０６を有し、この筐体１０６の前面には、処理用またはクリーニング用のウエハが収納されているウエハカセット１０９及びダミーウエハ用のダミーカセット１０８がその上面に載せられるカセット台１１２複数（本実施例では３個）が取り付けられている。また、筐体１０６の背面には、処理ブロック１０２の一部であり大気側ブロック１０１内部と処理ブロック１０２内部との間でウエハをやりとりするため内部が変更可能なインターフェースであるロック室１１３，１１３’が取り付けられている。
【００１９】
筐体１０６内の搬送ロボットは、これらのカセット１０８，１０９とロック室１１３、１１３’との間でウエハを搬入あるいは搬出する作業を行う。また、大気側ブロック１０１はその筐体１０６の側方（図上左右方向）の面上に位置合せ部１１０を備えて、この位置合せ部１１０内において前記搬送ロボットにより搬送されるウエハをカセット１０８，１０９或いはロック室１１３，１１３’内のウエハ配置の姿勢に合わせてその位置合わせを行う。
【００２０】
処理ブロック１０２は、内部の室が高い真空度にされた状態でウエハが搬送されその上方から見た平面形状が略多角形（本実施例では略５角形）に構成される真空搬送室１１１とこの真空搬送室１１１の前方側に配置され大気側ユニット１０１と真空搬送室１１１とを連結するロック室１１３，１１３’を有する大気搬送ユニット１０５を備えている。上面が略多角形の真空搬送室１１１の周囲には、減圧される真空容器の内部にウエハが処理される処理室が配置された処理ユニット１０３，１０３’，１０４，１０４’とこれらの処理室に及びこの搬送ユニット１０５と大気側ブロック１０１とを接続する複数のロック室１１３，１１３’とが各辺に連結されて配置されている。これらのユニットは減圧されて高い真空度の圧力に維持可能なユニットであり、処理ブロック１０２は真空処理用のブロックである。
【００２１】
また、本実施例における処理ブロック１０２の処理ユニット１０３，１０３’は、互いに真空搬送室１１１後端の上記略五角形の隣接した２つの辺に並列するように配置されている。本実施例では、これらの処理ユニット１０３，１０３’はカセット１０９から処理ブロック１０２に搬送されるウエハにエッチング処理を行う処理室を備えたエッチング処理ユニットである。
【００２２】
同様に、処理ブロック１０２の処理ユニット１０４，１０４’は、互いに真空搬送室１１１後端の上記略五角形の側方（図上左右方向）の対向した２つの辺にに配置されている。本実施例では、これらの処理ユニット１０４，１０４’はカセット１０９から或いは処理ユニット１０３，１０３’から搬送されるウエハに灰化処理を行う処理室を備えたアッシング処理ユニットである。搬送ユニット１０５は、これらの処理ユニット１０３，１０３’，１０４，１０４’が着脱可能に取り付けられている。つまり、真空搬送室１１１は、ロック室１１３または１１３’と各処理ユニット１０３，１０３’，１０４，１０４’との間で減圧状態が維持されてウエハが搬送される空間である。
【００２３】
また、複数のロック室１１３，１１３’は、図示しない真空排気装置が接続されて、それぞれがその内部に処理対象の試料であるウエハが載置された状態で、この内部が高度な真空の状態と大気圧との状態とで圧力を維持可能に構成された空間を有して、図上その前後端部に配置された図示しないゲートバルブにより、大気側ブロック１０１あるいは筐体１０６および真空搬送室１１１との間が連通可能に開閉される。本実施例では、これらのロック室１１３，１１３’はそれぞれ同等の機能を有しており、いずれか一方がウエハを大気圧から真空へ（ロード）或いは真空から大気圧へ（アンロード）の圧力変化のいずれかのみを実施するものではないが、求められる仕様により一方を何れかに限定して使用しても良い。
【００２４】
さらに、この処理ブロック１０２では、上記処理ユニット１０３，１０３’のそれぞれが内部を減圧可能でエッチングを行う処理室を有する真空容器１１３、１１３’有している。これら真空容器１１３，１１３’のそれぞれの下方には、後述の通り、内部に配置された処理室内を減圧するための排気手段がそれらの下方に配置されている。さらに、上記真空容器１１３，１１３’およびこれに連結された排気手段をその上方で支持する支持台であるベッド１１５，１１５’とこのベッド１１５，１１５’上に配置されて、各ベッドと真空容器１１３，１１３’との間を連結して真空容器１１３，１１３’を支持する複数の支持柱により、各処理ユニット１０３，１０３’を真空処理装置１００が設置される床面上に固定し保持している。
【００２５】
さらに、これら真空容器１１３，１１３’の各々の上方には、後述のように、その内部に配置された処理室にプラズマを形成するための磁場を与える電磁コイルを収納しているコイルケースが配置されている。さらに、コイルケースの上方には、処理室内に電界を供給するための電源および電界が導入される管路である導波管を含む電波源が配置されている。
【００２６】
同様に、処理ユニット１０４，１０４’のそれぞれが内部を減圧可能で灰化（アッシング）を行う処理室を有する真空容器１１４、１１４’有し、これらのそれぞれの下方には、内部の処理室内を減圧するための排気手段が配置されている。さらに、上記真空容器１１４，１１４’および排気手段をその上方で支持する支持台であるベッド１１６，１１６’と、このベッド１１６，１１６’と真空容器１１４，１１４’との間を連結して支持する複数の支持柱を有して、処理ユニット１０４，１０４’を固定し保持している。
【００２７】
さらに、下方のベッド１１５、１１５’内には、真空容器１１３，１１３’各々の内部に試料を処理するために供給される処理用ガスの供給を調節するガス供給ユニット１０７，１０７’が配置されている。同様に、下方のベッド１１６、１１６’内にも真空容器１１４，１１４’の内部に試料を処理するために供給される処理用ガスの供給を調節するガス供給ユニット（図示せず）が配置されている。
【００２８】
図２は、図１に示すエッチング処理ユニットの構成の概略を示す縦断面図である。図２に示すように、処理ユニット１０３を構成する真空容器１１３とその下方でこれを指示するベッド１１５の間には空間があり、ベッド内は各々のユニットあるいはユニット内での処理に必要な装置やこれらに電力供給する電源等のユーティリティを収納するスペースが配置されるとともに、このベッド１１５と真空容器１１３との間に上記排気装置である真空ポンプ２１５、圧力計２１７等が真空容器１１３下面と連結されて配置されている。
【００２９】
このように、エッチングを行う処理ユニット１０３は、真空容器１１３及びその周囲の部品と下方のベッド１１５とに上下に大きく分けられる。上方の真空容器１１３は、側壁容器部材２１１とこの上方で真空容器１１３内を封止する蓋部材２０６とを備えている。蓋部材２０６の側方周囲及び上方には、コイルケース２１６に収納され磁場を発生するソレノイドコイル２０７が複数配置されて、真空容器内部に磁界を供給している。
【００３０】
また、蓋部材２０６の内側には、真空容器１１３内に電波を放射するためのアンテナ２０４及びこれの周囲に配置されて蓋部材２０６とアンテナ２０４との間を絶縁する円板またはリング状の誘電体部材２０５が取り付けられて配置されている。さらに、誘電体部材２０５の下方には、側壁容器部材２１１内の上方でこれを覆う石英製の窓部材２０３とこの下方で側壁容器部材２１１内の空間の天井面を構成するシャワープレート２０２とが配置されている。
【００３１】
アンテナ２０９は、その上方でコイルケース２１６上方に配置され電波源２０８内の電源から所定の周波数の電力が供給され、この電力に基づいた電界を窓部材２０３、シャワープレート２０２を介して真空容器１１３内に放射する。
【００３２】
側壁容器部材２１１及び蓋部材２０６に取り付けられた誘電体部材２０５下方のシャワープレート２０２に囲まれた略円筒形状の空間内には、処理対象のウエハがその上面に載せられる略円筒形状の試料台２０１が配置されている。この試料台２０１の上面と上方で試料載置面に対向するシャワープレート２０２との間の空間には、シャワープレート２０２に配置された複数の導入孔から処理用のガスが導入されてアンテナ２０４からの電界及びコイル２０７からの磁界が供給されて、導入された処理用ガスが励起されてプラズマが形成され、これを用いて試料が処理される。このプラズマが形成される空間を放電室２１０と呼ぶ。
【００３３】
試料台２０１上面には、載置面を構成する図示しない略円形の誘電体製の膜が形成され、この膜上に試料が載せられる。この誘電体膜内部には図示しない金属製の薄膜である電極が形成されて配置されており、直流電源２１９からこの電極に電力を供給して上方に載せられた試料と誘電体膜との両者で静電荷による静電気力を形成する。試料の処理中は試料を誘電体膜上面に吸着させて保持することで、試料の処理を高精度に行うことができる。
【００３４】
試料台２０１の下方の側壁容器部材２１１の底面の中央部には、開口が配置され、放電室２１０内のプラズマ中の粒子、処理用ガスあるいは試料処理中に形成された生成物が真空容器１１３下方の真空ポンプ２１５及び補助ポンプ２１８の動作によりこの開口から排出される。放電室２１０内のこれらの処理用ガス等の粒子は、試料台２０１の外周面と放電室２１０の側壁を構成する内壁との間の空間を通り試料台２０１下方の空間に移動して、開口から排出される。つまり、試料台２０１側方の空間は放電室２１０と試料台２０１下方の空間とを連通する通路となっている。
【００３５】
真空ポンプ２１５、補助ポンプ２１８の動作による排気の量速度は、開口と真空ポンプ２１５入口との間に配置された複数の回転する板状の翼から構成された調節弁２１４により調節される。調節弁２１４の回転により各翼弁体同士の間の空間が増減し、排気の通路の面積が増減することで、排気の量速度が調節される。この調節は、真空ポンプ２１５と補助ポンプ２１６との間の排気通路に連通して配置された圧力計２１７の出力に応じて調節され、本実施例では放電室２１０を含む真空容器１１３内の空間の圧力を所定の値に維持することが可能に構成されている。
【００３６】
なお、側壁容器部材２１１底面の開口は、その上方に配置され上下に移動可能な略円板形状の開閉蓋２１３の上下動により開閉される。試料の処理を行うため側壁容器部材２１１内部を減圧する際には、上方に移動して試料台２０１の直下方でその投影面内に位置して放電室２１０からの処理用ガス等の移動を妨げて抵抗を大きくすることを抑制するとともに生成物が付着することを抑制している。
【００３７】
本実施例では、略円筒形状の放電室２１０及び試料台２０１、開口及び開閉蓋２１３の中心は同心に配置されており、放電室２１０を含む真空容器１１３内の略円筒の空間は、試料台２０１と開口とが略同心状に配置されている。このことにより、放電室２１０から開口へ向かう処理用ガス、プラズマ内の粒子、生成物の移動は、中心軸周りに周方向について不均一が抑制され、試料の処理の均一さが向上する。
【００３８】
放電室２１０は、この真空容器１１３内部に配置された試料を減圧された状態で生成したプラズマを用いて処理するための空間であって、試料が内部を搬送される減圧された空間である真空搬送室１１１と通路により連通されている。この通路は、バルブ駆動装置２２９の動作により少なくとも１つのゲートバルブ２１２で封止可能に閉塞あるいは開放される。図上シャワープレート２０２及び側壁容器部材２１１で囲まれる放電室２１０と試料台２０１周囲及び下方の空間を合わせて本実施例では処理室と呼ぶ。
【００３９】
さらに、本実施例では、真空容器１１３の処理室内に試料を処理するためのガスの供給を調節する流量調節器２２１を真空容器１１３下方に配置されたベッド１１５内のガス供給ユニット１０７に備えている。この流量調節器２２１は他の処理ユニット１０３’，１０４，１０４’にも配置されている。流量調節器２２１には真空処理装置１００が設置される床面の下方に配置されたガス源２２２からの複数種類のガスが供給され、この流量調節器２２１によりその流量が調節されて処理室に供給される。
【００４０】
流量調節器２２１内には、処理用ガスの管状の経路である処理用ガスライン２３０を通した流路を開閉する入口側の処理用ガスバルブ２２３及び処理用ガスの圧力を低減する減圧バルブ２２４、流路の圧力を検知する圧力計２２５、流量を可変に調節するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２６、出口側で処理用ガスの流路を開閉する処理用ガスバルブ２２７が配置されている。この流量調節器２２１において流量が調節された処理用ガスは、流量調節器２２１から処理用ガスバルブ２２８を介して処理用ガスライン２３０流れ、窓シャワープレート２０２上方で試料台２０１の径と同じかそれ以上の領域にわたり配置されたバッファ空間２０９内に流入する。このバッファ空間２０９内に供給された処理用ガスは内部に充満してガス導入孔から放電室２１０内に流入するため、複数の導入孔から導入される処理用ガスの量の不均一さが抑制される。
【００４１】
なお、本実施例の真空処理装置１００では、上記各部の動作を適切に調節するため少なくとも１つの演算器を備えた制御装置が真空処理装置１００本体または各部と通信可能に配置されている。例えば、制御装置２２０は、電波源２０８内の電源、ソレノイドコイル２０７、直流電源２１９、調節弁２１４、真空ポンプ２１５、補助ポンプ２１８、処理用ガスバルブ２２８、バルブ駆動装置２２９、流量調節器２２１或いは圧力計２１７と通信可能に配置され、これらから出力された動作の状態に関する情報を受信して、これらに基づいて演算して検出した適切な動作を行わせるための指令信号を発信する。
【００４２】
本実施例の処理ユニット１０３では、制御装置２２０の指令に基づいた真空ポンプ２１５、調節弁２１４の動作により減圧されて所定の圧力に調節された放電室２１０内に、ゲートバルブ２１２により開放された通路を通して図示しない搬送ロボットのアーム上に載せられて保持された試料が搬入され、試料台２０１上面の載置面上に載せられる。この試料を直流電源２１９からの電力により載置面上に静電吸着した後、放電室２１０上方から流量調節器２２１により流量が調節された処理用ガスが処理用ガスライン２３０及びシャワープレート２０２に配置された導入孔を通して導入される。
【００４３】
電源からの電力に応じた電界がアンテナ２０９から放射されて放電室２１０内に導入され、処理用ガスが励起されてプラズマ化する。このプラズマを用いて試料台２０１上に載せられた試料の処理が行われる。所定の試料の処理が終了したことが検知されると、アンテナ２０９からの電界、ソレノイドコイル２０７からの磁界、流量調節器２２１或いは処理用ガスバルブ２２８の動作により処理用ガスの流入が停止されプラズマが消失され処理が停止する。この後、試料の静電吸着を除電して解除し試料台２０１上方に持ち上げて上記搬送ロボットにより真空容器１１３外に搬出する。
【００４４】
このような真空処理装置１００では、通常、複数の種類の物質が混合した処理用ガスが供給され、これらのガスの組成は要求される処理の内容に応じて変更される。また、試料表面上に上下に複数の異なる種類の物質からなる層構造をなすように配置された処理用の膜層を処理する場合には、各々の層の膜を連続して処理することにより処理の効率を向上することができる。この際、膜の種類や求められる処理の仕様が異なれば各膜を処理する条件が異なることになり、各膜を処理するための処理用のガスは各々の処理に応じて組成を異ならせて供給される。
【００４５】
さらに、これらの各々の膜の処理を連続して行う場合、プラズマを消失させずに放電を継続したまま、処理用のガスを切替えて上下の異なる膜の処理を連続させることにより、処理の効率を向上させることが考えられている。この場合、処理室内への処理用ガスの供給は停止されることなく、組成を異ならせた処理用ガスが供給されつつこれらがプラズマ化される。
【００４６】
このような技術を実現するために、本実施例では、処理用ガスライン２３０は、処理用ガスを構成する複数種類の物質のガス各々を導入する管路と各々の管路上に配置されたＭＦＣとを備えた構成とした。さらに、これらの複数の管路はその下流側において合流して一つの管路となって真空容器１１３に接続される。処理室へ供給される処理用ガスは、各々処理に応じて各管路上に配置されたＭＦＣ２２６によりその流量の調節を行うことで、各処理に応じた組成となるよう調節される。
【００４７】
一方、このような構成では、複数の種類のガスのうち、任意の膜の処理に不要とされるものは、その処理中は、対応する管路上に配置された処理用ガスバルブ２２３，２２７等を用いてその管路を閉塞して処理室にガスが流れないようにされ、必要とされる処理の開始に合わせて管路を開放して処理を行う必要が有る。本実施例では、このような機能を達成する構成を流量調節器２２１を含むユニットとしてベッド１１５内に配置している。
【００４８】
図３は、図１に示す実施例に係る処理ガスの流量を調節する装置の構成の概略を説明する模式図である。図３（ａ）は、本実施例の流量調節器２２１を上方から見た上面図であり、図３（ｂ）は側方から見た側面図である。流量調節器２２１は、複数のガス供給ライン２３０ａ〜２３０ｄの各々を構成する複数の管路と連結されてこれを形成する各接続ブロック２２３ａ〜２２３ｄ，２２４ａ〜２２４ｄ，２２５ａ〜２２５ｄ，２２６ａ〜２２６ｄ，２２７ａ〜２２７ｄ，およびこれらの間で減圧、流量測定、流量の調節、管路の開閉を行う部品とを備えている。また、上記のように、これら複数のガス供給ライン２３０ａ〜２３０ｄは、図上右端の各ラインの下流側である処理室側において合流されて１つの管路２３０として、特定の組成を備えた処理用ガスとして処理室側に供給される構成となっている。
【００４９】
流量調節器２２１を構成する各々のガス供給ライン２３０ａ〜２３０ｄには、各プロセスガス毎に、ガス源２２２側から、手動メタルダイアフラムバルブである入口側の処理用ガスバルブ２２３ａ〜２２３ｄ、減圧弁２２４ａ〜２２４ｄ，圧力計２２５ａ〜２２５ｄ，マスフローコントローラ２２６ａ〜２２６ｄ，出口側の処理用ガスバルブ２２７ａ〜２２７ｄの順に接続されている。これらの構成機器の間は、ベースプレート３０３上に配置され固定され内部にガス配管路としての機能を有する貫通路が配置された接続ブロック３０１が配置されて、これら構成機器間を接続しガス供給ライン２３０ａ〜２３０ｄを構成している。
【００５０】
上記構成機器は、これらの接続ブロック３０１同士の間で取り付け、取り外しが可能に構成され、作業者がベッド１１５の上面に配置された開閉可能な蓋を開放した状態で、上方から内部の構成機器と下方の接続ブロック３０１にアクセス可能に構成されている。各処理用ガスライン２３０ａ〜２３０ｄは、処理用ガスに用いられる物質のガスの種類毎に並べて配置されており各構成機器と接続ブロック３０１との固定は、図３（ｂ）に示すような上方から取り付けられ上下の方向に取り付け力が作用する固定用ボルト３０２を用いられて行われている。
【００５１】
各構成機器は、メンテナンスの目的で、取り外し、取り付け作業が必要であり、流量調節器２２１の上方より作業を行えるようにすることで、作業を効率的に行うことができ、また、必要に応じて構成機器の組み合わせを選択して、これに応じて取り付け、取り外しを行うことで導入するガスの物質が変更された場合に対応が容易となっている。
【００５２】
図３（ａ）に示すように接続ブロック３０１は、耐腐食性の高い金属製で内部を貫通する管状の経路が配置された略直方体のブロックであり、各構成機器がその上面に固定用フランジ３０２’を間に介した取り付けボルト３０２により固定される基本的部材となっている。この接続ブロック３０１は、通常はメンテナンスが必要でないため、各構成機器とベースプレート３０１との間に設置されており、交換や保守の期間が短い構成機器を上方に配置することで取り付け、取り外しの作業の効率を向上させている。本実施例では、流量調節器２２１のできるだけ小型化するように構成するため、作業を行うためのアスセスの方向を一方向（この場合は上方）とし、各処理用ガスライン２３０ａ〜２３０ｄ間の隙間は、できるだけ小さくしている。
【００５３】
一方、図３（ｂ）に示すように、各接続ブロック３０１ａ〜３０１ｆは、隣り合う２つの構成機器が、その上面のガス流れの上下流方向の端部に連結される。上面に取り付けられる２つの機器の取り付けのための作業スペースを確保するため貫通孔のガス流れ方向について所定の長さを備えたものとなっている。すなわち、接続ブロック３０１の長さが短過ぎる場合には、取り付けボルト３０２による取り付けのための作業のスペースが小さくなって作業の効率が損なわれ、長過ぎる場合には、ガス供給ユニット全体の長さが長くなってベッド部の大きさ、ひいては真空処理装置全体の大きさを増加させて、真空処理装置が設置されるクリーンルーム等の建屋内の設置数が低減してしまうことに繋がる。このため、接続ブロックは、必要最低限のメンテナンス用のスペースを確保できる長さであることが求められる。
【００５４】
図４は、本実施例のガス供給ユニットのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）の構成と従来技術によるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）の構成とを比較して示す模式図である。図４（ａ）は従来技術によるＭＦＣであり図４（ｂ）は本実施例に係るＭＦＣの構成を示している。なお、この図では、処理用ガスライン２３０ａでの構成を例示している。
【００５５】
図４（ａ）に示す従来技術によるＭＦＣユニット２２６ａ’は、間隔を開けて配置された接続ブロック３０１ｃ及び接続ブロック３０１ｄの上面と接続されて連結されており、にその内部に処理用ガスを構成する一つの成分の物質のガスが流れる流路４０４と、この流路４０４上に配置され内部を流れるガスの流量を調節するための流量調節バルブ４０１と、この流量調節バルブ４０１の上流側の管路のガスの流量を検知するための流量センサ４０３とを備えた構成である。さらに、このＭＦＣユニット２２６ａ’は、その略直方体形状のユニットの下面のガス流れ方向の下流側に流路４０４の接続部４０４’を備え、この接続部４０４’が接続ブロック３０１ｄ内部の貫通路の上流側開口と連通するように、接続ブロック３０１ｄ上面の上流端部上面にＭＦＣユニット２２６ａ’が接続される。
【００５６】
また、このＭＦＣユニット２２６ａ’では、流量センサ４０３により検知された流量に関する出力の信号がＭＦＣユニット２２６ａ’内部に配置された演算装置４０２に送られる。演算装置４０２は、その内部において使用者からの指令に基づく所定の流量になるように演算して算出した指令を流量調節バルブ４０１に発信してその開度を調節している。流量調節バルブ４０１は、ガスの流量制御機能である、流量精度、流量変更時の応答性が最適となる構成になっている。
【００５７】
このような流量の調節を精度良く行うため、この流量調節バルブ４０１では流路４０４上に配置された薄膜製のダイヤフラムにわずかに生じさせる変形の量を調節することで、管路の断面積を変化させることが行われている。一方、このような構成のため、薄膜製のダイヤフラムによる管路の完全な遮断、密封の機能を備えることは困難となっており、ＭＦＣユニット２２６ａ’が流量を０となるように動作したとしても僅かながらガスが通流する。つまり、流量調節バルブ４０１は、閉め切り機能としては、ＭＦＣユニット２２６ａ’の最大流量のうちのある割合の流量（例えば１％程度）は流れてしまう漏れが生じている。
【００５８】
この漏れたガスが処理室に導入されないよう流量をゼロの閉め切り機能を持たせるために、この流量調節バルブ４０１のバルブのシール面が変形させる程度に１０＊＊−８Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ押し付けるようにすると、シール面の形状が、一定に保たれず、流量調節バルブ４０１による流量の調節の精度を著しく損なってしまう。すなわち、このようなシール面は、ガス流量制御のオリフィスとなっており、形状はもとより、寸法精度も高いものが求められるため、上記閉め切りの機能を具備させることが困難となっており、従来技術による流量調節バルブ４０１からのガスの漏れにより、試料の処理による加工結果に悪影響を及ぼす虞がある。
【００５９】
従来の技術では、閉め切り用のバルブとして、ＭＦＣユニット２２６ａ’に接続された接続ブロック３０１ｄの下流側に接続されて配置された処理用ガスバルブ２２７ａ’内に配置したメタルダイアフラムバルブ４０５’により、１０＊＊−８Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ程度の閉め切り機能を持たせる。この処理用ガスバルブ２２７ａ’はＭＦＣユニット２２６ａ’をメンテナンス時に、マニホールドを通じて他の処理用ガスライン２３０ｂ〜２３０ｄを開放させることなく、ＭＦＣユニット２２６ａ’を交換可能とするためにも必要である。
【００６０】
しかし、このような構成では、図上ハッチングして示すように、流路４０４の流量調節バルブ４０１からＭＦＣユニット２２６ａ’の下流に距離を開けて配置された接続ブロック３０１ｄ上に接続された処理用ガスバルブ２２７ａ’内のメタルダイアフラムバルブ４０５’までの処理用ガスライン２３０ａを構成する流路内の容積に漏れたガスが溜る。このガスは、処理を開始するために閉め切りバルブであるメタルダイアフラムバルブ４０５’を開放した際に、流量調節バルブ４０１による流量の調節がなされない処理用ガスの成分のガスが処理室内に導入されることになる、デッドボリュームである。この溜るガスの容積が大きいと処理の結果に悪影響を及ぼす虞が有る。
【００６１】
図４（ｂ）は、本実施例に係るＭＦＣの構成を模式的に示す縦断面図である。この図において、図４（ａ）と同様に、ＭＦＣユニット２２６ａ内の流路４０４上に流量センサ４０３、流量調節バルブ４０１を配置している。さらに、図４（ａ）のＭＦＣユニット２２６ａ’と異なり、流路４０４の閉め切りが可能なメタルダイアフラムバルブである開閉バルブ４０５がＭＦＣユニット２２６ａ内部において流量調節バルブ４０１とＭＦＣユニット２２６ａ下面の流路４０４の接続ブロック３０１dとの接続部との間に配置している。ＭＦＣユニット２２６ａ外部に設置している閉め切り用の処理用ガスバルブであるメタルダイアフラムバルブ４０５’は、図４（ａ）と同様に配置しても良い。
【００６２】
ＭＦＣユニット２２６ａ内部のメタルダイアフラムバルブである開閉バルブ４０５は、閉め切り機能としては、下流のメタルダイアフラムバルブ４０５’と同じで、１０＊＊−８Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ程度の閉め切り機能を持たせている。図４（ａ）と同様に、ガス流量が０となるように流量調節バルブ４０１動作したとしても、ガスが漏れ出るため、ＭＦＣユニット２２６ａ内の流量調節バルブ４０１と開閉バルブ４０５との間のデッドボリュームにガスが溜まることになる。
【００６３】
しかしながら、本実施例では、開閉バルブ４０５は、その構成上、開閉バルブ４０５と流量調節バルブ４０１との間の距離をこれらが実質的に接して０となるまで接近させて配置させることも可能であり、同一の取り付け、取り外し可能な部材内に配置されたこれらの間のデッドボリューム量は図４（ａ）と比べて著しく低減する。例えば、本実施例の構成では、図４（ａ）で１ｃｃ程度、図４（ｂ）の構成で０．２ｃｃ程度である。
【００６４】
このように構成することで、複数のガスを切替えて処理用ガスの組成を変更して試料の処理を行う真空処理装置において、切替えた後開始される処理の初期に十分に流量が制御されないガスが導入されて処理に悪影響が及ぼされることが抑制され処理の精度が向上される。特に、このような処理用ガスの切替えをプラズマの放電を継続したまま行って複数の処理を連続的に行うものにおいては、精度の向上の効果が大きい。
【００６５】
開閉バルブ４０５を開放した直後から処理室側に流れるデットボリュームのガスによる影響を抑制するには、デッドボリュームを含めた開閉バルブ４０５下流側の管路で管径を小さくすることが考えられる。この場合も、図４（ｂ）のように、デッドボリューム量を小さくすることができるが、使用するガス流量、例えば本実施例では、数ｓｃｃｍ〜数百ｓｃｃｍ程度で、適切に流れやすくするために、数ｍｍの穴径から、φ６．３５ｍｍの１／４インチ配管を用いている。処理に必要なガスの流量を確保するためには、管路の径を大きくする必要が有り、このことはデッドボリュームを大きくすることに繋がってしまう。従来の技術では、処理に必要な流量を高精度に実現しようとすると、閉め切りバルブ開放後の処理の精度が低下してしまうという矛盾が生じていた。
【００６６】
図４（ｂ）の構成により、デットボリュームを小さくすることができ、上記問題が生起することが抑制される。また、ガスの切替えに応じ開閉バルブ４０５を開放した直後の処理の初期において、ガスの流量の調節の応答性が向上し、短時間でガスの流量が安定して供給されるので、処理を高精度に行うことができる。
【００６７】
図５は、本実施例が処理する対象の試料の表面の膜構造を模式的に示す縦断面図である。特に、本図は、エッチング用試料である半導体ウエハの縦断面構造の例を示している。左側はエッチング処理前の、右側がエッチング処理後の構造を示す。エッチング用試料は、シリコン基板上５０１に、酸化膜５０２、ポリシリコン膜５０３、反射防止膜（ＢＡＲＣ）５０４、ホトレジストマスク５０５の順に下方から積層された膜構造を有する。本実施例に係るエッチング処理後には、ホトレジストマスク５０１がその上方に配置されてマスクされていない領域を、ポリシリコン膜５０３まで除去されている。
【００６８】
図６は、図１に示す実施例に係る真空処理装置が図５の試料を処理する場合の処理用ガスの流量を示すグラフである。本実施例では、図５に示す膜構造をエッチング処理するため各膜に応じた複数の処理用ガス１〜４を用いて試料を処理する。各々膜の処理の際に、これに応じた処理用ガスが時間を異ならせて試料が連続して載置された処理室内に供給される。
【００６９】
本図において、時刻ｔ１からｔ２までが、処理用ガス１を導入して、プラズマ放電を開始するまでの期間、時刻ｔ２からｔ９までが、エッチング処理を行なっている期間、時刻ｔ９から時刻ｔ２０までが、処理用ガス４を停止して処理室のガスを真空ポンプ２１５の動作により排気する期間である。
【００７０】
上記の通り、試料の複数の膜からなる膜構造の処理中は、プラズマの形成を中断せずにプラズマの放電を継続させて、供給される処理用ガスを切換えながら、試料の加工を行なう。エッチング処理のうち、時刻ｔ２から時刻ｔ３までが、エッチングのステップ１で、処理用ガス１を用いて、反射防止膜（ＢＡＲＣ）５０４をエッチングする。処理用ガスを切替えて後、時刻ｔ４から時刻ｔ５までが、エッチングのステップ２で、処理用ガス２を用いて、ポリシリコン５０３のメインエッチング１を行なう。時刻ｔ６から時刻ｔ７までが、エッチングのステップ３で、処理用ガス３を用いて、ポリシリコン５０３のメインエッチング２を行なう。時刻ｔ８から時刻ｔ９までが、エッチングのステップ４で、処理用ガス４を用いて、ポリシリコン５０３のオーバーエッチングを行なう。時刻ｔ３から時刻ｔ４、時刻ｔ５から時刻ｔ６、時刻ｔ７から時刻ｔ８にて、各プロセスガスを切り替えている。
【００７１】
図７は、図４に示す実施例に係るＭＦＣを使用した場合のガスの流量の変化を示すグラフである。特に、本図では、処理用ガスとして酸素ガスを使用した場合の流量の調節に対する時間応答性を示す。ガス流し始めの時間をゼロとして、真空処理室側に流れ出る、酸素ガスの流量の時間変化を示す。
【００７２】
図４に説明したデッドボリュームに、本実施例に係るＭＦＣユニット２２６ａの構成を用いた場合と従来技術によるＭＦＣユニット２２６ａ’を用いた場合を説明する。図７（ａ）は、本実施例に係り、デッドボリュームにガスが溜まっていないか殆んど無い場合の応答を説明する。ガスを流し始めてから、約１秒で、所定の流量である、３ｓｃｃｍに安定している。
【００７３】
一方、従来技術によるＭＦＣユニット２２６ａ’に係る図７（ｂ）に示す場合では、処理用ガスバルブ２２７ａ及び２２８を開放して処理用ガスを処理用ガスライン２３０内に流し始めると、まず、デッドボリュームに溜まっているガスが排出される。デッドボリュームのガスが排出されつつある期間、処理室側に流れるガス流量は制御できない。
【００７４】
この期間では、流量センサ４０３が配置された流路４０４の流量センサ４０３上流側では処理用ガスが流れていないか殆んど流れていない状態であるので、流量路４０４を通過するガス流量を検出している流量センサ４０３からの出力を受けた演算装置４０２は、流量調節バルブ４０１下流の圧力が、一定値以下に保たれている状態と検知されデッドボリュームにガスが溜まっていない状態であると検出する。
【００７５】
このため、流量調節バルブ４０１は処理用ガスを出来るだけ多く供給出来るように開放された状態に維持される。デッドボリュームのガスが排出されるのに必要な時間は、ガスの流れやすさ、コンダクタンスに依存するが、処理室側に処理用ガスが流れているにも係わらず演算装置４０２は、デッドボリュームからの処理用ガスの流れを適切に調節することができなくなる。このとき、流量調節バルブ４０１は適切に制御されておらず、デッドボリュームのガスが排出された後に急激に処理用ガスの流量が低下してから流量の調節を始めて、図７（ａ）の場合より流量が安定するまでに時間がかかっている。
【００７６】
また、図４（ａ）に示すように、開閉バルブ４０５がＭＦＣユニット２２６ａ’の下流側に配置された別の部材内に配置されている構造では、接続ブロック３０１ｄ部分のガス流路と、それぞれをシールするためのガス流路とが必要で、デッドボリュームが１ｃｃ程度と大きくなってしまう。一方、メンテナンスの必要性から、接続ブロック３０１ｄに開閉バルブ４０５を設けるのはメンテナンス作業の効率が悪くなってしまう。
【００７７】
図４（ｂ）に示すように、開閉バルブ４０５をＭＦＣユニット２２６ａの内側に配置する構造では、デッドボリュームを０．２ｃｃ程度まで、小さくすることができる。また、デッドボリュームを小さくすることで、ガス流路の径を小さくしても、コンダクタンスは大きく確保できるため、デッドボリューム中に溜まったガスは排出されやすい。
【００７８】
図８は、図４（ａ）及び（ｂ）の各々のＭＦＣユニットを使用した場合の加工形状比較した模式図である。図５に示す試料の膜構造を、本実施例で加工した場合の形状を説明する。ポリシリコン５０３をエッチング中に、放電を切らずにメインエッチング１の条件から、メインエッチング２の条件に変更する。本実施例では、処理用ガス２には酸素ガスが用いられず、処理用ガス３には酸素ガスが用いられている。酸素ガスは、メインエッチング２が開始されたと同時に、ガスの供給が始まる。
【００７９】
処理用ガス２から切替えて処理用ガス３の供給を開始する時、デッドボリュームに溜まっている処理用ガス３が排出される。この際、処理用ガス３のうちの酸素ガスが適正に流量が調節されていない状態で供給される時間が発生する。流量が調節されていない期間は、所定のガス流量よりも多い酸素ガスが、処理室に導入されるため、この酸素ガスの流量により、ポリシリコン５０３のエッチング形状（ＣＤ）が変化する。また、デッドボリュームに溜まっている酸素ガスの流量により、エッチング形状がばらついてしまう。
【００８０】
図８（ａ）のポリシリコン５０３の層の下部のメインエッチング２の形状が破線で示すように酸素ガスの流量に応じて変化してしまい、実線で示す所期の形状と異なった形状となってしまい、半導体デバイスの歩留まりや製造後の半導体デバイスの性能に悪影響を及ぼしてしまう虞が有る。
【００８１】
このような形状の変化が生じる原因について、図９を用いて説明する。図９は、酸素ガスの流量とエッチングレート（速度）の大きさとの関係を示すグラフである。
【００８２】
本図のエッチングレートは、塩素、臭素ガスに、酸素を添加した条件で、ポリシリコンのエッチング速度を測定した例である。酸素ガスの量を増加させると、エッチング速度が低下していく。エッチングを開始すると、反応生成物であるＳｉＣlＯが、エッチング面に付着し、エッチングがストップしてしまうからである。つまり、酸素ガスの量を増加させると、反応生成物量が増加する。図８の処理用ガス３には、酸素ガスが含まれており、酸素ガスの流量によって、エッチング中の側壁に付着することからデポの量も変化し、側壁のテーパも変化することになる。
【００８３】
図４（ａ）に示すＭＦＣユニット２２６ａ’の構成により流量を調節しつつ処理を行った場合、図８（ａ）に示すように、メタルダイアフラムバルブ４０５’がマスフローコントローラの外側に設置されている場合で、デッドボリュームの容量の処理用ガスが供給されることになり形状がばらついてしまい、安定した加工が出来なかった。
【００８４】
一方、図４（ｂ）のＭＦＣユニット２２６ａ構成では、図８（ｂ）に示すように、開閉バルブ４０５がＭＦＣユニット２２６ａに内蔵されて設置されている場合で、デッドボリュームの大きさが０．２ｃｃ程度に低減されており、プラズマの形成を維持しつつ処理用ガスを切替えて処理対象の膜を処理する場合でも、所期の形状のエッチング加工が実現され、処理の歩留まりや半導体デバイスの性能に及ぼされる悪影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の真空処理装置の実施例の構成の概略を示す上面図である。
【図２】図１に示すエッチング処理ユニットの構成の概略を示す縦断面図である。
【図３】図１に示す実施例に係る処理ガスの流量を調節する装置の構成の概略を説明する模式図である。
【図４】図１に示す実施例に係るガス供給ユニットのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）の構成と従来技術によるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）の構成とを比較して示す模式図である。
【図５】図１に係る実施例が処理する対象の試料の表面の膜構造を模式的に示す縦断面図である。
【図６】図１に示す実施例に係る真空処理装置が図５の試料を処理する場合の処理用ガスの流量を示すグラフである。
【図７】図４に示す実施例に係るＭＦＣを使用した場合のガスの流量の変化を示すグラフである。
【図８】図４（ａ）及び（ｂ）の各々のＭＦＣユニットを使用した場合の加工形状比較した模式図である。
【図９】酸素ガスの流量とエッチングレート（速度）の大きさとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８６】
１００    真空処理装置
１０１    大気側ブロック
１０２    処理ブロック
１０３    処理ユニット
１０３’    処理ユニット
１０４    処理ユニット
１０４’    処理ユニット
１０５    大気搬送ユニット
１０６    筐体
１０７    ガス供給ユニット
１０７’    ガス供給ユニット
１０８    ロック室
１０９    ロック室
１１４    真空容器
１１４’    真空容器
１１５    ベッド
１１５’    ベッド
２２１    流量調節器
２２２    ガス源
２２３    処理用ガスバルブ
２２４    減圧バルブ
２２５    圧力計
２２６    マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
２２７    処理用ガスバルブ
２２８    処理用ガスバルブ
２２９    バルブ駆動装置
２３０    処理用ガスライン。
【図１】
2008205183.tif 000003
【図２】
2008205183.tif 000004
【図３】
2008205183.tif 000005
【図４】
2008205183.tif 000006
【図５】
2008205183.tif 000007
【図６】
2008205183.tif 000008
【図７】
2008205183.tif 000009
【図８】
2008205183.tif 000010
【図９】
2008205183.tif 000011