(57)【要約】  【課題】  ＡＰＣバルブへの副生成物の付着量を大幅に低減することにより、動作不良を防止して製品の品質及び歩留りを向上させることができる機能を備えた真空処理装置を提供する。  【解決手段】  本発明の真空処理装置１は、排気管９のＡＰＣバルブ１１の上流側に、排気バルブ１５を介して新たに不活性ガス供給部１６が設けられている。この不活性ガス供給部１６は、窒素等の不活性ガスを供給するガス供給源１７と、不活性ガスを所定の流量に調整する流量制御器１８と、ガス供給源１７とガス流量制御器１８を取付けるガス供給管１９と、ガス供給管１９を排気管９に着脱自在に接続する接続部２０ａ、２０ｂにより構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空計とＡＰＣとＡＰＣバルブを用いて真空チャンバ内の真空度を自動的に制御しながら、反応ガスにより被処理体に所定の処理を施す真空処理装置において、前記真空チャンバと前記ＡＰＣバルブの間の排気管に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部を設けたことを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
前記不活性ガス供給部が、不活性ガスを供給するガス供給源と、不活性ガスの流量を制御するガス流量制御器と、前記ガス供給源と前記ガス流量制御器を取付けるガス供給管とを備えたことを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記ガス供給管が、外管と内管の２重管で形成され、前記内管の側面に多数の小孔が形成されていることを特徴とする請求項２記載の真空処理装置。
【請求項４】
前記ガス供給管の内部に、反応ガスのガス流路を長くするガス流路板を設けたことを特徴とする請求項３記載の真空処理装置。
【請求項５】
前記ガス供給管の周囲に、反応ガスを加熱する加熱部を設けたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の真空処理装置。
【請求項６】
前記不活性ガスが、窒素、アルゴン、ヘリウム又はこれらの混合ガスからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の真空処理装置。
【請求項７】
前記不活性ガス供給部が、着脱自在であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内の真空度を自動的に制御しながら、半導体ウェーハ（以下、ウェーハと言う）に所定の処理を施す真空処理装置に関し、特に、ＡＰＣ（Automatic Pressure Controller；自動圧力制御器）バルブへの副生成物の付着を防止できる機能を備えた真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスに使用される真空処理装置には、ウェーハの表面に薄膜を形成するＣＶＤ装置やスパッタ装置と、また逆にウェーハの表面をエッチングするドライエッチング装置があり、例えば、特開平１０−１５３７８号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
図４は、従来の真空処理装置の概略構成を示す図である。図４に示すように、従来の真空処理装置４１は、真空チャンバ４２の内部に上部電極４３と、ウェーハＷを載置する下部電極４４が上下に相対峙して設けられている。上部電極４３には、整合器４５を介して高周波電源４６が接続され、上部電極４３と下部電極４４間に高周波電力が印加されるようになっている。さらに、上部電極４３は、反応ガス供給バルブ４７を介して反応ガス供給源４８が接続され、真空チャンバ４２内に反応ガスが供給される。また、真空チャンバ４２の下部の排気管４９には、排気バルブ５０ａ、５０ｂとバタフライバルブ等からなるＡＰＣバルブ５１を介して、ターボモレキュラーポンプ、メカニカルブースターポンプ、ロータリーポンプ等の真空ポンプ５２が接続されている。さらに、真空チャンバ４２には、真空度を監視するバラトロンゲージやピラニーゲージ等からなる真空計５３が設けられ、真空計５３が検出した真空度はＡＰＣ５４に入力されるようになっている。
【０００４】
この従来の真空処理装置４１の動作は、先ず、真空チャンバ４２内の下部電極４４上にウェーハＷを載置した後、真空ポンプ５２により真空チャンバ４２内を高真空にする。次に、反応ガス供給バルブ４７を開き、反応ガス供給源４８から所定流量の反応ガスを真空チャンバ４２内に供給し、真空チャンバ４２内を高真空からプロセス真空度付近まで昇圧する。次に、真空チャンバ４２内の真空度を真空計５３により検出し、ＡＰＣ５４がその検出された真空度に基づき、ＡＰＣバルブ５１の開閉弁５１ａの開度を制御して真空チャンバ４２内が所定の真空度になるよう調整する。続いて、高周波電源４６から高周波電力を整合器４５により、インピーダンス制御しながら上部電極４３に供給し、反応ガスのプラズマを発生させ、ウェーハＷの処理を行なう。
【特許文献１】特開平１０−１５３７８号公報（第２頁、０００２段落〜０００７段落、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の真空処理装置４１には、以下のような問題があった。真空チャンバ４２内で発生した反応ガスによる副生成物は、真空ポンプ５２により外部へ排気されるが、真空チャンバ４２の外は真空チャンバ４２と比較して温度が低いため、処理を重ねるに従って排気管４９の内部やＡＰＣバルブ５１の開閉弁５１ａに多量の副生成物が凝縮し付着していた。特に、この副生成物がＡＰＣバルブ５１の開閉弁５１ａに付着すると、ＡＰＣバルブ５１の動作不良を引き起こす。その結果、開閉弁５１ａの開度制御が困難になって、ウェーハＷの処理中に真空チャンバ４２内の真空度を安定に保つことができなくなり、製品の品質及び歩留りを低下させるという問題があった。
【０００６】
これを防止するために、定期的にＡＰＣバルブ５１のクリーニング又は交換等のメンテナンスを実施して付着した副生成物を取り除いていたが、その間、長時間に亘って真空処理装置４１を停止させることになり、装置稼動率を低下させる原因になっていた。
【０００７】
また、このメンテナンス作業を実施するタイミングは、ウェーハＷの処理枚数や真空処理装置４１の稼動時間等により決定していたので、必ずしも副生成物の付着量と対応しておらず、適切なタイミングとは言えなかった。例えば、付着量が少ないにも係わらずに頻繁にメンテナンスを実施すると、作業にかかる時間やコストが増大し、装置稼動率を著しく低下させる。逆に、付着量が多いにも係わらずにメンテナンスを見過ごしてしまうと、ＡＰＣバルブ５１の動作不良の可能性が高くなり、真空度を安定に制御することができなくなって製品の品質及び歩留りを低下させることになる。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するために考えられたもので、ＡＰＣバルブへの副生成物の付着量を大幅に低減することにより、動作不良を防止して製品の品質及び歩留りを向上させることができる機能を備えた真空処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の真空処理装置は、真空計とＡＰＣとＡＰＣバルブを用いて真空チャンバ内の真空度を自動的に制御しながら、反応ガスにより被処理体に所定の処理を施す真空処理装置であって、前記真空チャンバと前記ＡＰＣバルブの間の排気管に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２記載の真空処理装置は、請求項１記載の真空処理装置であって、前記不活性ガス供給部が、不活性ガスを供給するガス供給源と、不活性ガスの流量を制御するガス流量制御器と、前記ガス供給源と前記ガス流量制御器を取付けるガス供給管とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３記載の真空処理装置は、請求項２記載の真空処理装置であって、前記ガス供給管が、外管と内管の２重管で形成され、前記内管の側面に多数の小孔が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４記載の真空処理装置は、請求項３記載の真空処理装置であって、前記ガス供給管の内部に、反応ガスのガス流路を長くするガス流路板を設けたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５記載の真空処理装置は、請求項２〜４のいずれかに記載の真空処理装置であって、前記ガス供給管の周囲に、反応ガスを加熱する加熱部を設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６記載の真空処理装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の真空処理装置であって、前記不活性ガスが、窒素、アルゴン、ヘリウム又はこれらの混合ガスからなることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７記載の真空処理装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の真空処理装置であって、前記不活性ガス供給部が、着脱自在であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の真空処理装置によれば、真空チャンバとＡＰＣバルブの間の排気管に不活性ガス供給部を設けるようにしたので、真空チャンバから排出される反応ガスを不活性ガスにより希釈することができる。加えて、真空チャンバ内を所定の真空度に調整する際、供給する不活性ガスの流量分だけ、ＡＰＣバルブの開閉弁の開度を大きくでき、ＡＰＣバルブの開閉弁への副生成物の付着量を低減することができる。これにより、ＡＰＣバルブの誤動作を防止でき、製品の品質や歩留りを大きく向上させることができる。さらに、ＡＰＣバルブのクリーニングや交換等のメンテナンス工数も削減することができるので、装置稼動率が高まり、生産性を大きく向上させることができる。
【００１７】
また、不活性ガス供給部のガス供給管を２重管とし、内管を通過する反応ガスの流れに対して横方向から不活性ガスを供給できるようにしたので、反応ガスを均一に希釈することができる。
【００１８】
また、不活性ガス供給部のガス供給管の内部にガス流路板を設けるようにすれば、反応ガスのガス流路を長くすることができ、反応ガスをさらに均一に希釈することができる。さらに、ガス供給管の周囲に加熱部を設けるようにすれば、不活性ガスにより希釈された反応ガスを高温状態でＡＰＣバルブに導くことができ、副生成物の付着量をさらに効果的に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施例の真空処理装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施例の真空処理装置１は、真空チャンバ２の内部に上部電極３と、ウェーハＷを載置する下部電極４が上下に相対峙して設けられている。上部電極３には、整合器５を介して高周波電源６が接続され、上部電極３と下部電極４間に高周波電力が印加されるようになっている。さらに、上部電極３は、反応ガス供給バルブ７を介して反応ガス供給源８が接続され、真空チャンバ２内に反応ガスが供給される。また、真空チャンバ２の下部の排気管９には、排気バルブ１０ａ、１０ｂとバタフライバルブ等からなるＡＰＣバルブ１１を介して、ターボモレキュラーポンプ、メカニカルブースターポンプ、ロータリーポンプ等の真空ポンプ１２が接続されている。また、真空チャンバ２には、真空度を監視するバラトロンゲージやピラニーゲージ等からなる真空計１３が設けられ、真空計１３が検出した真空度はＡＰＣ１４に入力されるようになっている。
【００２０】
さらに、本実施例では、真空チャンバ２とＡＰＣバルブ１１の間の排気管９に、排気バルブ１５を介して新たに不活性ガス供給部１６が設けられている。この不活性ガス供給部１６は、窒素等の不活性ガスを供給するガス供給源１７と、不活性ガスを所定の流量に調整するガス流量制御器１８と、ガス供給源１７とガス流量制御器１８を取付けるガス供給管１９と、ガス供給管１９を排気管９に着脱自在に接続する接続部２０ａ、２０ｂにより構成されている。
【００２１】
次に、本実施例の真空処理装置１の動作を説明する。先ず、真空チャンバ２内の下部電極４上にウェーハＷを載置した後、真空ポンプ２により真空チャンバ２内を高真空にする。次に、反応ガス供給バルブ７を開き、反応ガス供給源８から所定流量の反応ガスを真空チャンバ２内に供給し、真空チャンバ２内を高真空からプロセス真空度付近まで昇圧する。次に、不活性ガス供給部１６のガス供給源１７から、ガス流量制御器１８によりガス流量を調整しながら、窒素等の不活性ガスをガス供給管１９へ供給する。次に、真空チャンバ２内の真空度を真空計１３により検出し、ＡＰＣ１４がその検出された真空度に基づき、ＡＰＣバルブ１１の開閉弁１１ａの開度を制御して真空チャンバ２内が所定の真空度になるよう調整する。このとき、不活性ガス供給部１６から供給される不活性ガスの流量分だけ、従来よりもＡＰＣバルブ１１の開閉弁１１ａの開度を大きくできる。続いて、高周波電源６から高周波電力を整合器５により、インピーダンス制御しながら上部電極３に供給し、反応ガスのプラズマを発生させ、ウェーハＷの処理を行なう。
【００２２】
本実施例では、真空チャンバ２とＡＰＣバルブ１１の間の排気管９に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部１６を設け、真空チャンバ２から排出される反応ガスに不活性ガスを供給するようにしたので、反応ガスを不活性ガスにより希釈した状態でＡＰＣバルブ１１に導くことができる。加えて、真空チャンバ２内を所定の真空度に調整する際、供給する不活性ガスの流量分だけ、従来よりもＡＰＣバルブ１１の開閉弁１１ａの開度を大きくできる。これにより、ウェーハＷ処理中におけるＡＰＣバルブ１１の開閉弁１１ａへの副生成物の付着量を従来よりも低減することができる。
【００２３】
次に、他の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図２（ａ）、（ｂ）は本発明の第２実施例の真空処理装置２１の概略構成図及びＸ−Ｘ断面図である。なお、図２（ａ）、（ｂ）において、上述した第１実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、本実施例の真空処理装置２１の不活性ガス供給部２２は、窒素等の不活性ガスを供給するガス供給源２３と、不活性ガスを所定の流量に調整するガス流量制御器２４と、ガス供給源２３とガス流量制御器２４を取付けるガス供給管２５と、ガス供給管２５を排気管９に接続する接続部２６ａ、２６ｂにより構成されている。
【００２５】
また、図２（ｂ）に示すように、ガス供給管２５は、外管２７と内管２８の２重管で形成され、内管２８の側面には多数の小孔２８ａが形成されている。また、内管２８の内径は、排気管９の内径と略同一寸法に形成されている。
【００２６】
次に、本実施例の真空処理装置２１の動作を説明する。先ず、真空チャンバ２内の下部電極４上にウェーハＷを載置し、真空ポンプ２により真空チャンバ２内を高真空にした後、反応ガス供給源８から所定流量の反応ガスを真空チャンバ２内に供給し、真空チャンバ２内を高真空からプロセス真空度付近まで昇圧する。
【００２７】
次に、不活性ガス供給部２２のガス供給源２３から、ガス流量制御器２４によりガス流量を調整しながら、窒素等の不活性ガスをガス供給管２５の外管２７側から供給する。外管２７に供給された不活性ガスは、内管２８の側面に多数形成された小孔２８ａを通って内管２８へ供給され、真空チャンバ２から排出される反応ガスと均一に混合されてＡＰＣバルブ１１へ導かれる。ウェーハＷ処理中における真空チャンバ２内の真空度の調整は、第１実施例の場合と同様に、真空計１３により検出された真空度に基づき、ＡＰＣ１４がＡＰＣバルブ１１の開閉弁１１ａの開度を制御することにより行なう。続いて、高周波電源６から高周波電力を整合器５により、インピーダンス制御しながら上部電極３に供給し、反応ガスのプラズマを発生させ、ウェーハＷの処理を行なう。
【００２８】
このように、本実施例の真空処理装置２１では、不活性ガス供給部２２のガス供給管２５を外管２７と内管２８の２重構造とし、不活性ガスを外管２７から内管２８へ供給するようにした。これにより、真空チャンバ２から排出される反応ガスの流れに対し、横方向から多数の小孔２８ａを通って不活性ガスが供給されるので、不活性ガスを１箇所から供給する第１実施例の場合よりも、さらに反応ガスを均一に希釈することができ、処理中におけるＡＰＣバルブ１１の開閉弁１１ａへの副生成物の付着量を効果的に低減することができる。なお、小孔２８ａの大きさや数は、排気管９の寸法や反応ガスの排出量に応じて、適宜調整することができる。
【００２９】
次に、他の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図３（ａ）は本発明の第３実施例の真空処理装置３１の概略構成図、図３（ｂ）は不活性ガス供給部３２の変形例である。なお、図３（ａ）、（ｂ）において、上述した第１実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、本実施例の真空処理装置３１の不活性ガス供給部３２は、窒素等の不活性ガスを供給するガス供給源３３と、不活性ガスを所定の流量に調整するガス流量制御器３４と、ガス供給源３３とガス流量制御器３４を取付けるガス供給管３５と、ガス供給管３５を排気管９に接続する接続部３６ａ、３６ｂにより構成されている。
【００３１】
また、ガス供給管３５は、外管３７と内管３８の２重管で形成され、内管３８の側面には多数の小孔３８ａが形成されている。また、内管３８の内径は、排気管９の内径と略同一寸法に形成されている。
【００３２】
さらに、内管３８の内部には、反応ガスのガス流路を長くするためのガス流路板３９が設けられている。このガス流路板３９は、右側又は左側に複数の開口部３９ａを有し、開口部３９ａは反応ガスの流れ方向に沿って左右に互い違いとなるように配列されている。
【００３３】
次に、本実施例の真空処理装置３１の動作を説明する。先ず、真空チャンバ２内の下部電極４上にウェーハＷを載置し、真空ポンプ２により真空チャンバ２内を高真空にした後、反応ガス供給源８から所定流量の反応ガスを真空チャンバ２内に供給し、真空チャンバ２内を高真空からプロセス真空度付近まで昇圧する。
【００３４】
次に、不活性ガス供給部３２のガス供給源３３から、ガス流量制御器３４によりガス流量を制御しながら、窒素等の不活性ガスをガス供給管３５の外管３７側から供給する。外管３７に供給された不活性ガスは、内管３８の側面に多数形成された小孔３８ａを通って内管３８へ供給される。一方、真空チャンバ２から排出された反応ガスは、排気管９を通り、内管３８の内部に設けられた複数のガス流路板３９に沿って流れる。このとき、反応ガスはガス流路板３９の右側又は左側に形成された開口部３９ａを通って流れるので、ガス流路を十分に長くすることができる。なお、ガス流路板３９の間隔や開口部３９ａの大きさは、内管３８の内径に応じ、反応ガスの流れを阻害しない寸法に設計されている。これにより、反応ガスが不活性ガスにより、より均一に混合され、スムーズにＡＰＣバルブ１１へ導かれる。ウェーハＷ処理中における真空チャンバ２内の真空度の調整は、第１実施例の場合と同様に、真空計１３により検出された真空度に基づき、ＡＰＣ１４がＡＰＣバルブ１１の開閉弁１１ａの開度を制御することにより行なう。続いて、高周波電源６から高周波電力を整合器５により、インピーダンス制御しながら上部電極３に供給し、反応ガスのプラズマを発生させ、ウェーハＷの処理を行なう。
【００３５】
このように、本実施例の真空処理装置３１では、ガス供給管３５を外管３７と内管３８の２重構造とし、不活性ガスを外管３７から内管３８へ供給するようにした。さらに、内管３８の内部にガス流路板３９を設けて反応ガスのガス流路を十分長くしたので、第２実施例の場合よりも、さらに反応ガスを均一に希釈することができる。本実施例は、特に排気管９の内径が大きい場合や、反応ガスの流量が多い場合に有効であり、これにより、ウェーハＷ処理中におけるＡＰＣバルブ１１の開閉弁１１ａへの反応ガスの副生成物の付着量を、さらに効果的に低減することができる。
【００３６】
また、図３（ｂ）に示すように、不活性ガス供給部３２のガス供給管３５の周囲にヒータ等からなる加熱部４０を設け、ガス供給管３５の内部を加熱するようにしてもよい。このようにすれば、反応ガスを不活性ガスにより希釈すると同時に、加熱部４０により容易に加熱することができる。加熱部４０を副生成物が凝縮しない温度（例えば、１５０〜１７０℃）に設定すれば、反応ガスが高温状態のままＡＰＣバルブ１１の開閉弁１１ａへ導かれるので、副生成物の付着をより一層効果的に低減することができる。また、この加熱部４０は、ガス供給管３５の手前に設け、予め不活性ガスを加熱した後にガス供給管３５に供給するようにしてもよい。
【００３７】
なお、各実施例で説明した不活性ガス供給部１６、２２、３２は、排気管９に着脱自在に取付けられているので、排気管９の寸法に応じたものに容易に交換することができる。また、本発明は、ＡＰＣバルブを使用した装置であれば、いずれの真空処理装置にも適用でき、例えば、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、ドライエッチング装置等に適用できる。また、不活性ガスは、窒素の他に、アルゴン、ヘリウム又はこれらの混合ガスを使用することができる。これらの不活性ガスは、安全性が高く、半導体製造プロセスに影響を与えることがない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
真空チャンバとＡＰＣバルブの間の排気管に不活性ガス供給部を設けることによって、真空チャンバから排出される反応ガスを不活性ガスにより希釈することができる。加えて、真空チャンバ内を所定の真空度に調整する際、供給する不活性ガスの流量分だけ、ＡＰＣバルブの開閉弁の開度を大きくでき、ＡＰＣバルブの開閉弁への副生成物の付着量を低減することができる。これにより、ＡＰＣバルブの誤動作を防止でき、製品の品質や歩留りを大きく向上させることができる。さらに、ＡＰＣバルブのクリーニングや交換等のメンテナンス工数も削減することができるので、装置稼動率が高まり、生産性を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施例の真空処理装置の概略構成図
【図２】本発明の第２実施例の真空処理装置の概略構成図及びＸ−Ｘ断面図
【図３】本発明の第３実施例の真空処理装置の概略構成図及び不活性ガス供給部の変形例
【図４】従来の真空処理装置の概略構成図
【符号の説明】
【００４０】
１  本発明の第１実施例の真空処理装置
２  真空チャンバ
３  上部電極
４  下部電極
５  整合器
６  高周波電源
７  反応ガス供給バルブ
８  反応ガス供給源
９  排気管
１０ａ、１０ｂ  排気バルブ
１１  ＡＰＣバルブ
１１ａ  開閉弁
１２  真空ポンプ
１３  真空計
１４  ＡＰＣ
１５  排気バルブ
１６  不活性ガス供給部
１７  ガス供給源
１８  ガス流量制御器
１９  ガス供給管
２０ａ、２０ｂ  接続部
２１  本発明の第２実施例の真空処理装置
２２  不活性ガス供給部
２３  ガス供給源
２４  ガス流量制御器
２５  ガス供給管
２６ａ、２６ｂ  接続部
２７  外管
２８  内管
２８ａ  小孔
３１  本発明の第３実施例の真空処理装置
３２  不活性ガス供給部
３３  ガス供給源
３４  ガス流量制御器
３５  ガス供給管
３６ａ、３６ｂ  接続部
３７  外管
３８  内管
３８ａ  小孔
３９  ガス流路板
３９ａ  開口部
４０  加熱部
４１  従来の真空処理装置
４２  真空チャンバ
４３  上部電極
４４  下部電極
４５  整合器
４６  高周波電源
４７  反応ガス供給バルブ
４８  反応ガス供給源
４９  排気管
５０ａ、５０ｂ  排気バルブ
５１  ＡＰＣバルブ
５１ａ  開閉弁
５２  真空ポンプ
５３  真空計
５４  ＡＰＣ
【図１】
2005243979.tif 000003
【図２】
2005243979.tif 000004
【図３】
2005243979.tif 000005
【図４】
2005243979.tif 000006