(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気された処理容器内にプロセスガスを供給し、高周波電力を印加して前記プロセスガスをプラズマ化させて被処理基板を処理する半導体装置の製造方法であって、
前記処理容器から排気されたプロセスガスの少なくとも一部は、この処理容器に再導入され、
前記処理容器への前記プロセスガスの再導入を停止し、その後、前記高周波電力の印加を停止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記処理容器への前記プロセスガスの再導入を停止すると同時に、前記処理容器に供給されるプロセスガスの流量を増加させて圧力を一定に保つことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、真空容器内にプロセスガスを導入して、被処理基板を処理する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを発生させプロセスガスを分解して被処理基板を処理する半導体製造装置、具体的にはプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置においては、通常、次のような手順により被処理基板が処理される。まず、真空に排気された処理容器にプロセスガス等を導入し、高周波を印加することによりプラズマを発生させて、ガスを分解・励起する。こうして生成された反応性の高い活性種を用いて、被処理基板が処理される。このような半導体製造装置においては、真空容器に導入されたプロセスガスの全てが、基板との反応によって消費されているわけではない。むしろ、真空容器内に導入されたプロセスガスの大部分は使用されずに、排気装置によって外部に排気されている。そこで、ガスの利用効率を向上させることによって、エッチングまたはＣＶＤ工程における生産コストに占めるガスのコストを低減することが求められていた。
【０００３】
ところで、エッチングプロセスやＣＶＤプロセスにおいては、ＧＷＰ（地球温暖化係数）が高いＰＦＣガスが処理や装置のクリーニングガスとして多種、多量に使用されている。地球の温暖化を抑制するために、半導体製造業界ではこうしたＰＦＣガスの放出量を削減する必要に迫られている。しかしながら現時点では、ＧＷＰが低く、安全で、しかもＰＦＣガスと同等以上の性能を有する代替ガスを見出すのは非常に困難とされている。よって、現在使用中のプロセスガスの利用効率を高めて、使用量の削減を図ることが重要な課題であった。
【０００４】
この問題を解決するための有効な装置として、以下に説明するような装置が提案されている（特開平９−２５１９８１号公報）。ここには、真空処理容器内で基板を処理するプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置において、排気側の配管と処理容器とをつなぐ循環配管を設け、排気されたガスの一部を処理容器内に戻して再利用することが記載されている。
【０００５】
以下、循環機構を備えたＤＲＭ型プラズマエッチング装置を用いて、ガスを循環させながらシリコン酸化膜をエッチングした場合について説明する。
【０００６】
用いられる装置の概略構成図を図１に示す。図示するように、処理室１０１内には、互いに対向するカソード電極１０２およびアノード電極１０３から構成される平行平板型のプラズマ生成機構が設けられ、磁界印加機構（図示せず）によって処理室内に平行磁界が形成される。カソード電極１０２上には、被処理基板１０４が設置され、また、このカソード電極にはマッチング回路１０５を介して高周波電源１０６が接続されている。一方、アノード電極１０３には、プロセスガスを被処理基板に均一に供給するシャワーノズル１０７が組み込まれており、シャワーノズルには、必要に応じて１つ以上の流量制御装置１０８、開閉バルブ１０９（Ｖ１）を介して、それぞれプロセスガスの供給源であるガスボンベ１１０が接続されている。図示する装置においては、流量制御装置１０８およびガスボンベ１１０は、それぞれ１つ示されているが、その数は必要に応じて適宜決定することができる。
【０００７】
処理室１０１には、自動圧力調整バルブ１１１（ＡＰＣ１）を介してターボ分子ポンプ１１２が接続され、ターボ分子ポンプの排気側にはさらにドライポンプ１１３が接続されている。また、ターボ分子ポンプ１１２の排気側と処理室１０１とを接続する循環配管１１４が設けられており、循環量を調節するために循環配管１１４には開閉バルブ１１６（Ｖ２）が、ドライポンプ１１３の手前には自動圧力調整バルブ１１５（ＡＰＣ２）が、それぞれ設置されている。
【０００８】
図示する装置を用いて被処理基板を処理する際には、まず、ガスボンベ１１０から流量調整装置１０８を介して、Ｃ4Ｆ8、ＣＯ、ＡｒおよびＣＯ2ガスを所望の比率で処理室１０１に供給する。ここで処理室に導入されるガスの流量は、Ｑ１として示されている。これと同時に、循環配管１１４に設けられた開閉バルブ１１６を開き、ドライポンプ１１３の手前の自動圧力調整バルブ１１５の開度を絞る。処理室１０１からターボ分子ポンプ１１２によって排気された排ガスの一部は、循環配管１１４を経由して処理室に戻る。処理室１０１に戻る排ガスの流量はＱ２として示されている。すなわち、排気されたプロセスガスが再利用されるので、その分だけ、循環しない場合よりも新規ガス導入量を低減することができる。
【０００９】
なお、こうしたプロセスは、図２に示すような手順（シーケンス）で行なわれる。処理と処理との間のアイドル時（図中ａ）においては、開閉バルブＶ１、Ｖ２は閉、ＡＰＣ１およびＡＰＣ２は全開とし、処理室１０１内の圧力Ｐ１、循環配管１１４内の圧力Ｐ２とともに、到達真空度にする。
【００１０】
次に、ガス導入・圧力調整ステップ（図中ｂ）では、Ｖ１を開けてガスボンベ１１０から流量制御装置１０８を介してＣ4Ｆ8、ＣＯ、ＡｒおよびＯ2ガスを所望の比率で供給しながら、自動圧力調整バルブＡＰＣ１（１１１）で処理室内１０１の圧力Ｐ１を所望の圧力に調整する。それと同時に、自動圧力調整バルブＡＰＣ２（１１５）の開度を調節し、処理室１０１からターボ分子ポンプ１１２によって排気された排気ガスのうち一定の割合、例えば８０％を、循環配管１１４を通って処理室に戻す。Ｐ１およびＰ２のそれぞれの圧力が安定したところで、高周波電力を印加して（図中ｃ）、エッチングを開始する。
【００１１】
所望の時間処理を行なったところで高周波電力をおとし（図中ｄ）、さらにバルブＶ１およびＶ２を閉じて、ＡＰＣ１およびＡＰＣ２を全開にして（図中ｅ）、処理室１０１と循環配管１１４とからガスを完全に排気する。
【００１２】
この方法によると、排気されたガスを処理室に循環させることによってプロセスガスの利用効率を高め、ガスの使用量を減らすことが可能である。しかもこの結果として、ＰＦＣの放出量を大幅に抑制することができた。しかしながら、実際の生産現場でのプラズマ処理工程に適用するには、いくつかの問題があることがわかった。ひとつは、長期ランニング時における循環配管内の堆積物の蓄積である。プラズマＣＶＤプロセスではもちろん、高選択酸化膜エッチング等、高選択特性を必要とするエッチングプロセスにおいても、循環されるガス成分の中には固体表面への吸着確率の高い反応性成分を多く含む傾向がある。そのほとんどは、処理室の内壁に付着するが、一部は循環配管を通過する際にその内壁に付着すると考えられる。内壁に付着した堆積物が剥がれてダストとして処理室に流入した場合には、ウェハに付着して処理中のデバイスの歩留まり低下をもたらすおそれがある。現状では、堆積物がはがれて処理室内へのダストとして流入するのを防止するために、一定期間ごとに循環配管を丸ごと取り替えていた。循環配管にフィルタを設ける方法も提案されているが、通常のフィルタはコンダクタンスの低下を招くので好ましくない。
【００１３】
もう一つの問題は、循環ガス量の制御方法に関する。現状では、次のようにして循環ガスの量を制御している。まず、開閉１１６（Ｖ２）を閉じて自動圧力調整バルブ１１５（ＡＰＣ２）全開の状態、すなわちガスを処理室１０１に循環しない状態で導入ガス流量Ｑ１＝１００ｓｃｃｍとしたとき、所望の圧力になるように自動圧力調整バルブ１１１（ＡＰＣ１）を調整する。このときのバルブＡＰＣ１の位置が１００になったとする。次に、高周波電力１ｋＷを印加すると、プロセスガスが分解されるため、処理室内を一定の圧力に保つためにバルブＡＰＣ１が開き、その位置は１１０になる。その後、バルブＡＰＣ１を１１０の位置のまま導入ガス流量を最初の２０％、すなわち２０ｓｃｃｍとして圧力が所望の圧力に回復するまでバルブＶ２を開けて、バルブＡＰＣ２をしぼって循環流量を増やす。このときのバルブＡＰＣ２の位置を循環率８０％のときの位置として、レシピに記憶させる。
【００１４】
導入ガスの流量、圧力、および高周波パワー条件ごとにバルブＡＰＣ２の位置を覚えさせて、実際の処理を行なうときは予めＡＰＣ２をその位置に設定し、Ｑ１を導入してバルブＶ２を作動させて所望の圧力に制御、８０％の循環量を再現することができた。しかしながら、上述したような方法では、プロセス条件ごとにバルブＡＰＣ２の位置を調べなければならず、手間がかかるという問題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、簡便な方法で循環ガスの流量を再現性よく制御しながら、プロセスガスの使用量を削減し、生産コストと環境負荷との低減を図る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、排気された処理容器内にプロセスガスを供給し、高周波電力を印加して前記プロセスガスをプラズマ化させて被処理基板を処理する半導体装置の製造方法であって、前記処理容器から排気されたプロセスガスの少なくとも一部は、この処理容器に再導入され、前記処理容器への前記プロセスガスの再導入を停止し、その後、前記高周波電力の印加を停止することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００２４】
この場合、前記処理容器への前記プロセスガスの再導入を停止すると同時に、前記処理容器に供給されるプロセスガスの流量を増加させて圧力を一定に保つことが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の半導体製造装置およびその方法を詳細に説明する。
【００２６】
（実施例１）
図３に、本実施例のＤＲＭ型プラズマエッチング装置を示す。
【００２７】
循環機構を備えたＤＲＭ型プラズマエッチング装置を用いてガスを循環させながらシリコン酸化膜をエッチングするに当たって、循環機構なしの従来型装置で使用されていたＳＡＣ用レシピを適用した例、すなわち、循環率を変化させた例について説明する。
【００２８】
図３に、使用した装置の概略構成図を示す。なお、図１と共通の部分については説明を省略する。循環配管１１４からの分岐に近い位置には循環ガス中の、付着率の高い反応生成物を捕獲するためのダスト捕獲機構１１７が取り付けられている。
【００２９】
図４には、捕獲機構１１７の一例の構成を示す。循環配管１１４には、着脱可能なＵ字型の曲げ部分がダスト捕獲機構１１７として設けられている。図示するようにＵ字型の折り曲げ部分には、対向する２つのガラス窓１１８ａおよび１１８ｂが設けられており、その一方には光源１１９、他方には受光素子１２０を取り付けてある。
【００３０】
本実施例における捕獲機構の効果を調べるために、まず、こうした捕獲機構を有しないエッチング装置において、ガスを循環させながら半導体基板上の酸化膜をエッチングした。その結果、約６ヶ月で循環配管の内部全体には、目視できる程度の反応生成物の薄い堆積が認められた。この時点で、処理室内ではダストの発生はなかったが、予防的にこの循環配管を全体にわたって交換した。
【００３１】
一方、本実施例で示した捕獲機構１１７を設けたエッチング装置では、受光素子１２０で検出される光源１１９の光の強度が減衰して基準値を下回った場合に、この捕獲機構の部分のみを洗浄済みの予備品と交換した。光強度は、曲げ部分に設けたガラス窓に付着した堆積物に起因して低下する。この低下の程度は、装置の稼働率や使用条件に応じて変化するが、本実施例においては、平均で１ヶ月おきに、捕獲機構の部分のみを洗浄済みの予備品と交換した。その結果、２年経過後でも、循環配管１１４の他の部分には堆積物が全く見られず、交換する必要はなかった。
【００３２】
ダスト捕獲機構１１７は、図４に示される例に限定されるものではない。着脱可能であって、しかもガスの流れを１８０°以上方向転換し得る任意の部材を、本発明におけるダスト捕獲機構１１７として用いることができる。例えば、配管の方向変化部（エルボーなど）と組み合わせたり、複数回曲げた形状、さらにはコの字型や螺旋型の曲げ形状などの部材が挙げられる。
【００３３】
図５および図６には、ダスト捕獲機構１１７の別の例を示す。図５（ａ）は、Ｕ字部と曲がり部との組み合わせであり、図５（ｂ）は、螺旋と曲がり部との組み合わせ、図５（ｃ）は、Ｕ字部と直線部との組み合わせである。また、図６（ａ）は、螺旋と直線部との組み合わせであり、図６（ｂ）は、Ｕ字部と位置変更部との組み合わせであり、図６（ｃ）は、コの字型の曲がり部である。
【００３４】
ダスト捕獲機構１１７の形状は、配管スペース・洗浄頻度・必要なコンダクタンス等に応じて選択することができるが、再利用する場合は、その洗浄のし易さという点から角部のない曲線形状が好ましい。
【００３５】
さらに本発明においては、循環配管の一部を、他の部分よりも低い温度に保つことによってダスト捕獲機構１１７を構成することもできる。配管の内壁に付着してダスト源となるおそれのある成分は、温度の低いダスト捕獲機構で集中的に捕獲される。この場合、ダスト捕獲機構１１７の温度は、エッチングに寄与する蒸気圧の高いガス成分は吸着しない程度の温度に設定する。
【００３６】
ここで、図７のグラフに示した各種エッチングガスの蒸気圧曲線を参照して、ダスト保持機構１１７の適切な温度について具体的に説明する。循環配管１１４内の運転圧力１〜１０Ｔｏｒｒであることから、例えばエッチングするのに必要なＣ4Ｆ8ガスが吸着しないようにするには、概ね−７５℃以上に捕獲部の温度を設定すればよいことが、この蒸気圧曲線からわかる。一方で、吸着させたい成分として例えばＣＦ2については、１５０℃以上では吸着しないとされていることから、１５０℃以下にしなければならない。あるいはまた、大量に排気、循環されるとプラズマ分解によって処理室内でダストを発生する可能性のあるＳｉＦ4などを吸着するためには、−１５０℃以下が必要である。
【００３７】
なお、ダスト捕獲機構１１７の温度は低いほど捕獲効率が向上して、よりコンパクトで効果的になる。しかしながら、過剰に低温にする場合には、室温以下では断熱構造にする必要があるなど、装置としての構造が複雑になってしまう。したがって、これらを考慮してダスト捕獲機構１１７の温度を選択することが望まれる。
【００３８】
図８には、循環配管に低温部を設けることによって、ダスト捕獲機構１１７を設置した例を示した。具体的には、冷却水を流した配管を、循環配管の外側または内側に取り付けることによって循環配管に低温部を設けた。図８（ａ）は、配管１１４にチラーで１０℃前後にまで冷却した水を流しているパイプ１２２を取り付けた場合であり、図８（ｂ）は、配管内部に同様のパイプ１２２を取り付けた場合である。さらに、図８（ｃ）は、同様のパイプ１２２と前述のＵ字型曲げ配管と組み合わせた場合である。
【００３９】
図８（ｂ）に示した構成の場合には、冷却された捕獲部が減圧下に設けられているので、冷媒の供給部のみを断熱するだけで済む。したがって、図８（ａ）の場合よりも比較的簡単に−１０℃に保つことができ、吸着成分を高効率に捕獲することができた。あるいは、捕獲部以外の配管部にヒーターを巻くなどしてその温度を高く保つことによって、捕獲部を相対的に低温にするという方法でもよい。またさらに、捕獲部を冷却しつつ、他の部分を暖めるという組み合わせで使用することもできる。
【００４０】
上述したような手法に加えて、本発明においては、循環配管内部に静電型集塵器を取り付けてダスト捕獲機構として用いることもできる。
【００４１】
ここで、図９〜図１１を参照して、静電型集塵器１３０について詳細に説明する。図９には、静電型集塵器１３０の構造を表わす分解図を示す。図９に示されるように静電型集塵器は、ダストを負に帯電させるための帯電部１３１を上流側に有し、下流側には負に帯電したダストを吸着する捕獲部１３２が設けられている。帯電部１３１は、セラミックス等の絶縁物の枠１３３に固定された細線状電極１３４により構成され、捕獲部１３２は、セラミックス等の絶縁物の枠１３３に固定された平板電極１３５により構成される。
【００４２】
このような静電型集塵器は、図１０に示すように、細線状電極および平板状電極を真空配管の外の高電圧電源（図示せず）に接続するためのリード線１３６ａ，ｂ、および電極を真空配管の外の高電圧電源に接続するための電圧導入端子１３７ａ，ｂとともに、循環配管内に取り付けられる。
【００４３】
静電型集塵器の捕獲部１３２を構成する平板状電極１３５は、図１１に示すように絶縁物の板の両面に電極を形成したものであり、対向する電極の一方の側は接地電極（配管と同電位）１３８、他方は高電圧電極１３９となるように配線されている。
【００４４】
こうした静電型集塵器を、図３に示した半導体製造装置の循環配管１１４内に取り付けて、以下のようにしてガスを循環しつつ処理を行なうことができる。例えば、細線状電極１３４に−２ｋＶ、平板状電極１３５の高電位側に３．５ｋＶを印加する。細線状電極１３４が設置されている帯電部１３１を通過する際、ダストは強い負電界によって負に帯電し、その後、下流の捕獲部１３２の高電圧電極１３９の表面に捕獲される。
【００４５】
処理の終了後には、流量調整用バルブＶ２（１１６）を閉じ、循環配管１１４内のガスをドライポンプ１１３によって排気する。このとき、細線状電極１３４および平板状電極１３５を０Ｖに戻すと、静電気力のみによって吸着していたダストは、処理室１０１を通ることなく排気される。電圧を落としても電極に吸着したままの堆積物は、定期的に静電型集塵器を取り外して平板状電極を洗浄すれば除去することができる。
【００４６】
静電型集塵器としては、以上説明したものに限らず、循環ガス中のダスト成分を帯電・吸着する機構であれば、いかなるものを用いてもよい。例えば、帯電部１３１は、Ｗフィラメントを用いた熱電子供給機構とすることができる。あるいは、ダストの帯電率を高めるために、放電しない距離を保つ範囲で細線状電極の数を必要に応じて増やしてもよい。また、捕獲効率をさらに向上するためには、平板状電極の長さを長くして面積を大きくするのも有効である。いずれの構成を採用した場合でも、上述したような構成の静電型集塵器であれば、循環配管のコンダクタンスはほとんど減少することがないため、ガス循環機構の性能を何等妨げることはない。
【００４７】
本発明の半導体製造装置においては、以上説明したようなダスト捕獲機構１１７は、いずれの構成の場合でも、循環配管１１４の分岐部に近い位置に設けることが好ましい。これによって、初期の段階においてダストを捕獲することが可能となる。また、ダスト捕獲機構は大きいほどその捕獲能も大きくなるものの、コンダクタンスの低下という不都合を伴なってしまう。したがって、ダスト捕獲能とコンダクタンスの低下との両方を考慮して、その大きさを決定することが望まれる。
【００４８】
さらに、いずれのタイプの捕獲機構を用いた場合においても、循環配管１１７にガラス窓を設け、目視または光学的手法によって堆積物をモニターできるようにすると、無駄無く捕獲機構の洗浄を行なうことができる。
【００４９】
（実施例２）
図１２に使用した装置の概略構成図を示す。なお、図１と共通の部分については、説明を省略する。
【００５０】
図示する装置においては、循環配管１１４には、オリフィス部１４１と、そのオリフィス上流側圧力を測定するための圧力計１４２とが設けられている。本発明で用いられるオリフィス部１４１は、プラズマ処理装置の循環モードでの使用条件下では、その前後の差圧が常に３倍以上であるように設計されている。臨界圧力ｒcは、気体の比熱比によって変化するが、通常使用されるガスにおいては、圧力比が３倍以上であれば音速流れとなる。これにより、ガス種が同一の場合には、オリフィス部１４１での循環ガス流量はオリフィス上流の圧力に比例した値になる。
【００５１】
すなわち、圧力計１４２の測定結果に基づいて、即座に循環ガス流量を知ることができ、例えば、バルブＶ２（１１６）を調整することによって、簡単に循環ガス流量を制御することができる。
【００５２】
このようなオリフィス部１４１および圧力計１４２が設けられた循環配管１１４を具備する装置を用いて、例えば以下のような手法によって、ガスを循環しながら処理を行なうことができる。まず、処理装置において使用される類似したガス条件（例えば、ＣＦ系ガス／Ａｒ条件、Ｎ2／Ｏ2条件など）をグルーピングし、次いで、それぞれについて下記数式（１）におけるガス条件による比例定数κを求める。
【００５３】
Ｑ２＝κ×Ｐ２      （１）
ここで、Ｑ２は循環ガス流量であり、Ｐ２はオリフィス上流側圧力である。
【００５４】
具体的には、図１３のグラフに示すように、オリフィス上流側の圧力Ｐ２に対して循環ガス流量Ｑ２を、ガス条件グループごとにプロットして、その直線の傾きから比例係数κを得る。
【００５５】
次に、循環しない場合の導入ガス流量Ｑ１が１００ｓｃｃｍであるプロセスに対して、ガス循環率が８０％となるように制御するには、以下のような調整を行なう。まず、導入ガス流量を２０％の２０ｓｃｃｍに設定し、それと同時にオリフィス上流側圧力Ｐ２がＰ２＝８０（ｓｃｃｍ）／κとなるように、バルブＶ２（１１６）を調整する。
【００５６】
このとき、処理室１０１内は所望の圧力になるように圧力調整用バルブＶ１（１１１）によって自動的に調整される。さらに、高周波電力を印加してプラズマを放電すると、ガスの分解により処理室内の圧力が上昇するため、圧力調整用バルブ１１１の位置は自動的に変化して、所望の圧力を維持するように働く。同時にオリフィス上流側圧力Ｐ２が変化するが、Ｐ２＝Ｑ２／κに維持して、Ｑ２を８０ｓｃｃｍに維持するようにバルブＶ２（１１６）が動く。
【００５７】
こうして、所定のオリフィス部と、オリフィス上流側圧力を測定するための圧力計とを循環配管に設けることによって、広い範囲の条件に対応して、循環ガス流量を簡便に制御することが可能となった。
【００５８】
以上、シリコン酸化膜のエッチングを例に挙げて本発明の半導体製造装置および半導体製造方法を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、プラズマを使用しないＣＶＤ装置の制御運転にも適用することができる。図１４には、本発明の半導体装置の一例を示す縦型ＬＰＣＶＤ装置の構成を表わす概略図である。
【００５９】
図示する装置においては、処理室１５１には、流量制御装置１５８を介して成膜プロセスガスおよびクリーニングガスの供給源であるガスボンベ１５９が接続されている。プロセスガスとしては、例えばＳｉＨ4、およびＡｓＨ3などが用いられる。また、プロセスガスを熱で分解するためのヒーター１６５が処理室１５１内に設けられている。
【００６０】
さらに、処理室には圧力調整バルブＶ１’（１６０）を介してドライポンプ１６６が接続されている。このドライポンプは、ブースタポンプ１６７とメインポンプ１６８と、この２つのポンプの間に設けられた流量調整バルブＶ２’（１６２）とから構成される。ブースタポンプ１６７と流量調整バルブＶ２’（１６２）との間には、循環配管１６１が設けられ、この循環配管１６１は、さらに処理室１５１に接続されている。循環配管１６１には、オリフィス１６３と、このオリフィス１６３の上流側の圧力を計測するための圧力計１６４が備えられている。
【００６１】
こうした構成の縦型ＬＰＣＶＤ装置を用いて、ガスを循環させながらクリーニングを行なう場合について説明する。ＣＶＤ装置では、例えば多結晶シリコン膜を成膜すると、被処理基板だけでなく、処理室１５１の内壁にもシリコンが堆積する。したがって、一定量の成膜処理を行なうごとに処理室１５１のクリーニング処理を行なって堆積膜を除去しなければならない。クリーニング処理を行なうためには、ＣｌＦ3ガスが用いられる。これは、プラズマによって放電しなくてもエッチング作用を有している活性なガスである。
【００６２】
具体的には、成膜処理と同時に、まず、ＣｌＦ3ガスをクリーニングガス導入口から２００ｓｃｃｍとなるように制御して処理室１５１内に導入した。次に、バルブＶ１’（１６０）の開度を調整して、処理室１５１内の圧力Ｐ１’を処理圧力１０Ｔｏｒｒに制御した。一方で、バルブＶ２’（１６２）の開度を絞ることによって、循環配管１６１のオリフィス上流での圧力Ｐ２’が１００Ｔｏｒｒとなるように調整した。このとき、オリフィス１６３のすぐ下流での圧力は、約２０Ｔｏｒｒであり、循環配管１６１のコンダクタンスによって徐々に低下して、処理室での処理圧力１０Ｔｏｒｒ近傍の値になる。
【００６３】
さらに、バルブＶ１’（１６０）の開度を再度調整して、処理室１５１内の圧力Ｐ１’を１０Ｔｏｒｒに制御した。Ｐ２’＝１００Ｔｏｒｒのときの循環ガス流量Ｑ２’は約１８００ｓｃｃｍであるから、処理室に導入される合計ガス流量は２０００ｓｃｃｍである。
【００６４】
この結果、ガスを循環せずに２０００ｓｃｃｍを処理室１５１内に導入して処理をした場合と同等のクリーニング速度が得られ、新規導入ガス流量を大幅に低減することができた。なお、ここで用いた縦型ＬＰＣＶＤ装置では、圧力条件は２〜１０Ｔｏｒｒ、導入ガス流量はＳｉＨ4＝５００ｓｃｃｍ程度の条件で成膜が行なわれる。成膜時の循環運転においても、予め調査してあるＰ２’とＱ２’との比例関係に基づいて、成膜条件の変更に速やかに対応して循環流量を制御することができた。
【００６５】
このように、処理室を排気する排気手段としてブースタポンプとメインポンプとそれらの間に設けられた流量調整バルブとから構成されたものを用いる場合においても、装置の動作条件下で３倍以上の差圧を形成できるオリフィス部と、このオリフィスの上流側の圧力を計測するために配置された圧力計とを備えた循環配管を用いることによって、広い範囲の条件に対応して循環ガス流量を簡便に制御することが可能となった。
【００６６】
（実施例３）
循環機構を備えたプラズマエッチング装置を用い、ガスを循環させながらウェハをエッチングする際に処理室に流入したダストがウェハ上に付着して、処理中のデバイスの歩留まり低下をもたらす機構を、図１５を参照して説明する。なお、図１と共通の部分については説明を省略する。
【００６７】
プラズマ処理を行なうには、処理室１０１にプロセスガスを導入し、高周波電源１０６から高周波電力を供給して、アノード電極１０３／カソード電極１０２間に高周波電界を印可してガスをプラズマ化する。このとき、処理室１０１内の空間には、バルクプラズマ２０１とシース２０２とが形成される。なお、バルクプラズマ２０１は、正電荷と負電荷とが混ざり合った電気的に中性なプラズマであり、シース部２０２には、カソード電極１０２に対して垂直に形成された電界がある。一般に、プラズマが形成されている間は、プラズマ中のダスト２０３は負に帯電し、シース部２０２の電界に追い返される形でバルクプラズマ２０１とシースとの境界面上に捕獲され、ウェハ上に落ちることなく排気されると考えられている。
【００６８】
しかしながら、シース電界が崩壊したとき、すなわち高周波電力を落とした瞬間には、処理室内で発生したダスト、あるいは処理室内に流入してバルクプラズマ２０１とシース２０２との境界面で捕獲されていたダスト２０３は、ウェハ上に落下して付着する。いったんウェハ上に付着したダストを除去するのは難しく、デバイスの歩留まり低下を招く。
【００６９】
図１５に示した装置を用いて本実施例によるエッチング処理を行なう手順（シーケンス）を、図１６を参照して説明する。
【００７０】
処理と処理との間のアイドル時（図中ａ）においては、開閉バルブＶ１、Ｖ２は閉、自動圧力調整バルブＡＰＣ１およびＡＰＣ２は全開とし、処理室１０１内の圧力Ｐ１、循環配管１１４内の圧力Ｐ２ともに、到達真空度にする。
【００７１】
次いで、ガス導入・圧力調整ステップ（図中ｂ）では、Ｖ１を開けてガスボンベ１１０から流量制御装置１０８を介してＣ4Ｆ8、ＣＯ、ＡｒおよびＯ2ガスを所望の比率で供給しながら、自動圧力調整バルブＡＰＣ１（１１１）で処理室内１０１の圧力Ｐ１を所望の圧力に調整する。それと同時に、自動圧力調整バルブＡＰＣ２（１１５）の開度を調節し、処理室１０１からターボ分子ポンプ１１２によって排気された排気ガスのうち一定の割合、例えば８０％を、循環配管１１４を通して処理室に戻す。Ｐ１およびＰ２のそれぞれの圧力が安定したところで、高周波電力を印加して（図中ｃ）、エッチングを開始する。
【００７２】
所定の時間処理を行なったところで、Ｖ２を閉じて再導入されるガスを停止し（図中ｆ）、その後、高周波電力を落とす（図中ｄ）。この間の時間はｔで示されている。さらに、バルブＶ１およびＶ２を閉じて、ＡＰＣ１およびＡＰＣ２を全開にして（図中ｅ）、処理室１０１と循環配管１１４とからガスを完全に排気する。
【００７３】
このように本実施例においては、高周波電力を停止する前に、ガスの循環を停止して処理を行なった。その結果、多少のダストが発生したり流入しても、ウェハ上に落下、付着することなかった。その結果、循環配管の洗浄、交換頻度を２倍に伸ばすことができた。
【００７４】
この際、図１６からわかるように、ガスの循環を停止してから高周波電力を停止するまでの時間ｔは、短いほどエッチング特性への影響は少ない。一方で、ダスト防止効果を高めるためには、ｔが処理条件でのガスの滞在時間（処理室容積をＶ（Ｌ）、圧力をＰ（Ｔｏｒｒ）、ガス流量をＱ（ｓｌｍ）としたとき、滞在時間＝Ｖ・Ｐ・６０／（７６０・Ｑ）（ｓｅｃ））以上であることがより望ましい。これは典型的には、Ｖ＝３．１リットル、Ｐ＝４０×１０-3Ｔｏｒｒ、Ｑ＝７００ｓｌｍのとき滞在時間は１４μｓとなる。
【００７５】
（実施例４）
図１５に示した装置を用いて、本実施例によるエッチング処理を行なう手順（シーケンス）を、図１７を参照して説明する。
【００７６】
処理と処理との間のアイドル時（図中ａ）においては、開閉バルブＶ１、Ｖ２は閉、自動圧力調整バルブＡＰＣ１およびＡＰＣ２は全開とし、処理室１０１内の圧力Ｐ１、循環配管１１４内の圧力Ｐ２ともに、到達真空度にする。
【００７７】
次いで、ガス導入・圧力調整ステップ（図中ｂ）では、Ｖ１を開けてガスボンベ１１０から流量制御装置１０８を介してＣ4Ｆ8、ＣＯ、ＡｒおよびＯ2ガスを所望の比率で供給しながら、自動圧力調整バルブＡＰＣ１（１１１）で処理室内１０１の圧力Ｐ１を所望の圧力に調整する。それと同時に、自動圧力調整バルブＡＰＣ２（１１５）の開度を調節し、処理室１０１からターボ分子ポンプ１１２によって排気された排気ガスのうち一定の割合、例えば８０％を、循環配管１１４を通って処理室に戻す。Ｐ１およびＰ２のそれぞれの圧力が安定したところで、高周波電力を印加して（図中ｃ）、エッチングを開始する。
【００７８】
所定の時間処理を行なったところで、Ｖ２を閉じて再導入されるガスを停止するとともに、供給流量Ｑ１を増加させる（図中ｆ）。その後、高周波電力を落とす（図中ｄ）。この間の時間はｔで示されている。さらに、バルブＶ１およびＶ２を閉じて、ＡＰＣ１およびＡＰＣ２を全開にして（図中ｅ）、処理室１０１と循環配管１１４とからガスを完全に排気する。
【００７９】
このように本実施例においては、Ｖ２を閉じて循環ガスを停止するのと連動させて、Ｑ１流量を増加させて補う。これにより、圧力変動をほとんどなくすことが可能であり、プラズマが不安定になって例えば、その異常放電によるデバイスへのダメージを抑制することができた。
【００８０】
以上、具体例を示して本発明を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能であり、いずれの場合も本発明の効果を得ることができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、循環配管を頻繁に交換・洗浄しなくても、処理室へのダストの流入を防いだり、ウェハ上にダストが付着することを防いで歩留まりの低下を防止することができ、生産コストおよび環境負荷の低減が可能な半導体製造装置が提供される。また本発明によれば、簡便な方法で循環ガスの流量を再現性よく制御しながら、プロセスガスの使用量を削減し、生産コストと環境負荷との低減を図る半導体装置の製造方法が提供される。
【００８２】
本発明は、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマを用いて被処理基板を処理する半導体製造プロセスに特に有効に用いられ、その工業的価値は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体製造装置の概略構成図。
【図２】従来の半導体製造装置における処理シーケンスを表わす図。
【図３】本発明にかかる半導体製造装置の一例を表わす概略構成図。
【図４】本発明の半導体製造装置に用いられるダスト捕獲機構の一例を表わす概略図。
【図５】本発明の半導体製造装置に用いられるダスト捕獲機構の他の例を表わす概略図。
【図６】本発明の半導体製造装置に用いられるダスト捕獲機構の他の例を表わす概略図。
【図７】各種エッチングガスの蒸気圧曲線を示すグラフ図。
【図８】本発明の半導体製造装置に用いられるダスト捕獲機構の他の例を表わす概略図。
【図９】本発明に用いられる静電型集塵器の構造を表わす分解図。
【図１０】循環配管内に取り付けられた静電型集塵器の状態を表わす概略図。
【図１１】静電型集塵器に用いられる平板電極を説明する概略図。
【図１２】本発明にかかる半導体製造装置の他の例を表わす概略構成図。
【図１３】オリフィス部上流側圧力Ｐ２と循環流量Ｑ２との関係を表わすグラフ図。
【図１４】本発明にかかる半導体製造装置の他の例を表わす概略構成図。
【図１５】本発明にかかる半導体製造装置の他の例を表わす概略構成図。
【図１６】本発明によるエッチング処理の手順（シーケンス）の一例を表わす図。
【図１７】本発明によるエッチング処理の手順（シーケンス）の他の例を表わす図。
【符号の説明】
１０１…処理室
１０２…カソード電極
１０３…アノード電極
１０４…被処理基板
１０５…マッチング回路
１０６…高周波源
１０７…シャワーノズル
１０８…流量制御装置
１０９…開閉バルブ
１１０…ガスボンベ
１１１…自動圧力調整バルブ
１１２…ターボ分子ポンプ
１１３…ドライポンプ
１１４…循環配管
１１５…自動圧力調整バルブバルブ
１１６…循環ガス開閉バルブ
１１７…捕獲機構
１１８ａ，１１８ｂ…ガラス窓
１１９…光源
１２０…受光素子
１２２…冷却水パイプ
１３０…静電型集塵器
１３１…帯電部
１３２…捕獲部
１３３…絶縁物の枠
１３４…細線状電極
１３５…平板電極
１３６…リード線
１３７…電圧導入端子
１３８…接地電極
１３９…高電圧電極
１４１…オリフィス部
１４２…圧力計
１５１…処理室
１５８…流量制御装置
１５９…ガスボンベ
１６０…圧力調整バルブ
１６１…循環配管
１６２…流量調整バルブ
１６３…オリフィス
１６４…圧力計
１６５…ヒーター
１６６…ドライポンプ
１６７…ブースタポンプ
１６８…メインポンプ
２０１…バルクプラズマ
２０２…シース部
２０３…捕獲されたダスト
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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