(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替えるガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、
ガス切替部に対してプロセスガスから不活性ガスへの切替指令を与えたのちに、プラズマ発生部に対してプラズマ発生停止指令を与える、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御方法。
【請求項２】
液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行う各種ガスに応じたガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替えるガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、
供給を行うガスに対応したガス供給部を選択し、ガス供給部を通じて不活性ガスを供給開始時に不活性ガス供給量を一時的にオーバーシュートさせ、反応炉内の不活性ガス濃度を急峻に目標値にまで変化させるとともに、それにより上昇する反応炉内のガス圧を、ガス配管長などを考慮した時間遅れをもって反応炉内のガス排気速度を一時的に引き上げることによりプロセスガスから不活性ガスに切替たのちに、プラズマ発生部のプラズマ発生を停止させる、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御方法。
【請求項３】
液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替えるガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、
プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたのち、ガス切替部に対してプロセスガス切替指令を与えることにより、プラズマ発生部を作動させたままの状態でプロセスガスから種類の異なるプロセスガスへの切替を行う、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御方法。
【請求項４】
液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行う各種ガスに応じたガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替えるガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、
供給を行うガスに対応したガス供給部を選択し、プラズマ発生部のプラズマ発生を開始させたのち、ガス供給部を通じて他種のプロセスガスを供給開始時に当該プロセスガス供給量を一時的にオーバーシュートさせ、反応炉内の当該プロセスガス濃度を急峻に目標値にまで変化させるとともに、それにより上昇する反応炉内のガス圧を、ガス配管長などを考慮した時間遅れをもって反応炉内のガス排気速度を一時的に引き上げることによりプロセスガスから種類の異なるプロセスガスへ切替えることにより、プラズマ発生部を作動させたままの状態で種類の異なるプロセスガスへの切替を行う、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御方法。
【請求項５】
液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替えるガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、
ガス切替部に対してプロセスガスから不活性ガスへの切替指令を与えたのちに、プラズマ発生部に対してプラズマ発生停止指令を与える、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御装置。
【請求項６】
液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行う各種ガスに応じたガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替えるガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、
供給を行うガスに対応したガス供給部を選択し、ガス切替部に対してガス供給部を通じて不活性ガスを供給開始時に不活性ガス供給量を一時的にオーバーシュートさせ、反応炉内の不活性ガス濃度を急峻に目標値にまで変化させるとともに、それにより上昇する反応炉内のガス圧を、ガス配管長などを考慮した時間遅れをもって反応炉内のガス排気速度を一時的に引き上げることによりプロセスガスから不活性ガスへの切替える指令を与えたのちに、プラズマ発生部に対してプラズマ発生停止指令を与える、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御装置。
【請求項７】
液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替えるガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、
プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたのち、ガス切替部に対してプロセスガス切替指令を与えることにより、プラズマ発生部を作動させたままの状態でプロセスガスから他種のプロセスガスへの切替を行う、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御装置。
【請求項８】
液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行う各種ガスに応じたガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替えるガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、
供給を行うガスに対応したガス供給部を選択し、プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたのち、ガス切替部に対してガス供給部を通じて他種のプロセスガスを供給開始時に当該プロセスガス供給量を一時的にオーバーシュートさせ、反応炉内の当該プロセスガス濃度を急峻に目標値にまで変化させるとともに、それにより上昇する反応炉内のガス圧を、ガス配管長などを考慮した時間遅れをもって反応炉内のガス排気速度を一時的に引き上げることによりプロセスガスから種類の異なるプロセスガスへの切替を行う指令を与えることにより、プラズマ発生部を作動させたままの状態で種類の異なるプロセスガスへの切替を行う、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶デバイスや半導体デバイスの製造に好適なプラズマ反応炉システムの運転制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部とを有するプラズマ反応炉システムは、従来より知られている。
【０００３】
この種のプラズマ反応炉システムを利用した半導体デバイスや液晶ディスプレイデバイスの製造プロセスにおいては、プラズマ反応処理開始時並びに終了時のいずれにおいても、反応炉内ガスの濃度並びに圧力が整定するまで、ある程度の待ち時間が必要とされている。
【０００４】
すなわち、プラズマ反応処理を開始する際には、不活性ガスからプロセスガスへと切り替えてプロセスガスを供給開始したのち、プロセスチャンバ（反応炉）内のガス濃度並びに圧力が目的とする値に整定するまで、プラズマ電源を投入して処理を開始することができない。ガス濃度や圧力が整定するのを待たずにプラズマ電源を投入すると、工程時間は短縮できるが、ガス濃度や圧力の不安定さにより製品精度・品質の低下が招来される。
【０００５】
同様に、プラズマ反応処理を終了する際には、プラズマ電源を遮断、プロセスガスから不活性ガスに切り替えてプロセスガスを供給停止しても、プロセスチャンバ（反応炉）内のガス濃度並びに圧力が目的とする値に整定するまで、次工程のための処理（例えば、プロセスチャンバのドアを開けて処理対象物である半導体基板等取り出す処理）を行うことができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この種のプラズマ反応炉システムにおけるガス供給部の各ガス種毎の流量調整器としては、従来、温度分布式のものが使用されている。温度分布式の流量調整器は、流量センサにより、質量流量に比例した温度を調整器の上流及び下流でモニタし、その時の温度分布により流体を制御するように構成されている。流体を供給していない時は、上流及び下流の温度分布が発生しないため、流量調整弁が全開となってなっている。そのため、流体供給直後には流量が過剰となり、反応炉内において大きな圧力変動が全体圧並びにガス分圧のいずれにおいても発生し、それらの整定に時間が掛かる。
【０００７】
従来のガス供給並びにプラズマ電源オンタイミングが図１１のグラフに示されている。この例に示されるプロセスは、ＳｉＨ4，Ｏ2，Ｂ2Ｈ6の３種類のガスを使用して、液晶デバイスや半導体デバイス表面にプラズマ反応処理を行うものである。不活性ガスの流れる時刻０において、３種類のガスを供給開始すると、それらガス全体の総合圧力並びに分圧はいずれも急峻に増加したのち比較的に緩やかな減少に転じ、供給開始から約２０秒経過して、設定圧に整定することが判る。
【０００８】
このことから判るように、不活性ガスから不活性ガスとプロセスガスとの混合気に切り替えてプロセスガスを供給開始したのち、プロセスチャンバ内ガスの濃度および圧力が整定するまで、プラズマ電源の投入を待たねばならないとすれば、実際のプラズマ反応処理時間とは別に大なる余分な待ち時間が必要となり、工程のＴＡＴ(Turn-Around Time)の長大化により生産性が低下する。
【０００９】
加えて、上述の待ち時間の間中、プロセスガスは流れ続けるため、プロセスガスの利用効率が低下して、製造コストが上昇する。
【００１０】
この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、液晶デバイスや半導体デバイスの生産に必要なプラズマ反応処理プロセスを高い生産性で低コストに実現することが可能なプラズマ反応炉システムの運転制御方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
この発明の他の目的並びに作用効果については、以下の明細書の記載を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明のプラズマ反応炉システムの運転制御方法は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたのち、瞬時ガス切替部に対して不活性ガスからプロセスガスへの切替指令を与える、ことを特徴とするものである。なお、ここで、『プラズマ発生開始指令』はプラズマ発生器に対する電源投入指令信号の送出などで実現することができる。
【００１３】
このような構成によれば、反応炉内に導入されたプロセスガスは直ちにプラズマ化してプラズマ反応処理に寄与するから、プロセスガスの利用効率が向上して、その分製造コストが低下する。加えて、反応処理開始前の待ち時間も大幅に減少させることが可能であるから、工程のＴＡＴ(Turn-Around Time)の短縮化により生産性も向上する。
【００１４】
別の一面から見たこの発明のプラズマ反応炉システムの運転制御方法は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、瞬時ガス切替部に対してプロセスガスから不活性ガスへの切替指令を与えたのちに、プラズマ発生部に対してプラズマ発生停止指令を与える、ことを特徴とするものである。なお、ここで、『プラズマ発生停止指令』は、プラズマ発生器に対する電源遮断指令信号の送出などで実現することができる。
【００１５】
このような構成によれば、プラズマ反応処理の完了と共に、直ちにプロセスガスの供給を停止し、その後、速やかにプラズマ発生器に対するプラズマ発生停止指令を与えることにより、プラズマ反応に寄与しないプロセスガスが無駄に使用されることを防止して、プロセスガスの利用効率の向上を通じて製造コストの低下を図ることができる。加えて、反応処理終了後の待ち時間も大幅に減少させることが可能であるから、工程のＴＡＴ(Turn-Around Time)の短縮化により生産性も向上する。
【００１６】
別の一面から見たこの発明のプラズマ反応炉システムの運転制御方法は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、プラズマ発生部に対するプラズマ発生開始指令と、瞬時ガス切替部に対する不活性ガスからプロセスガスへの切替指令とを、ほぼ同時に与える、ことを特徴とするものである。
【００１７】
このような構成によれば、供給されたプロセスガスは直ちにプラズマ反応処理に寄与することに加え、プラズマ反応処理開始に際して、電力が無駄に消費されることがなく、これにより生産性の向上とプロセスガスの節減に加えて、電力エネルギーの節減を通じて、低コスト化を極限まで追求することができる。
【００１８】
別の一面から見たこの発明のプラズマ反応炉システムの運転制御方法は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、プラズマ発生部に対するプラズマ発生停止指令と、瞬時ガス切替部に対するプロセスガスから不活性ガスへの切替指令とを、ほぼ同時に与える、ことを特徴とするものである。
【００１９】
このような構成によれば、電力が絶たれてプラズマ反応処理が終了と共に、プロセスガスの供給も停止されるため、プロセスガスが無駄に消費されることがなく、これにより生産性の向上とプロセスガスの節減に加えて、電力エネルギーの節減を通じて、低コスト化を極限まで追求することができる。
【００２０】
別の一面から見た本発明のプラズマ反応炉システムの運転制御方法は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたのち、瞬時ガス切替部に対してプロセスガス切替指令を与えることにより、プラズマ発生部を作動させたままの状態で、プロセスガスの切替を行う、ことを特徴とするものである。
【００２１】
このような構成によれば、複数種のプロセスガスを順次に間隔を置くことなく切り替えてプラズマ反応処理を行わせることにより、処理対象となる基板等の上に、性質の異なる複数の膜を短時間で積層成長させることができる。
【００２２】
本発明のプラズマ反応炉システムの運転制御装置は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたのち、瞬時ガス切替部に対して不活性ガスからプロセスガスへの切替指令を与える、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とする。
【００２３】
別の一面から見た本発明のプラズマ反応炉システムの運転制御装置は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、瞬時ガス切替部に対してプロセスガスから不活性ガスへの切替指令を与えたのちに、プラズマ発生部に対してプラズマ発生停止指令を与える、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００２４】
別の一面から見た本発明のプラズマ反応炉システムの運転制御装置は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、プラズマ発生部に対するプラズマ発生開始指令と、瞬時ガス切替部に対する不活性ガスからプロセスガスへの切替指令とを、ほぼ同時に与える、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００２５】
別の一面から見た本発明のプラズマ反応炉システムの運転制御装置は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、プラズマ発生部に対するプラズマ発生停止指令と、瞬時ガス切替部に対するプロセスガスから不活性ガスへの切替指令とを、ほぼ同時に与える、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００２６】
別の一面から見た本発明のプラズマ反応炉システムの運転制御装置は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたたのち、瞬時ガス切替部に対してプロセスガス切替指令を与えることにより、プラズマ発生部を作動させたままの状態でプロセスガスの切替を行う、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００２７】
以上の運転制御装置によれば、先に説明した運転制御方法をコンピュータやＰＬＣ等を用いて自動的に実施することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るプラズマ反応炉システム、並びに、同システムの運転制御方法及び装置の好適な実施の一形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明システムの構成例が図１に示されている。同図に示されるように、本発明に係るプラズマ反応炉システムは、プロセス処理反応であるプラズマ反応を実施するためのプロセスチャンバ（反応炉）１と、プロセスチャンバ１に対して瞬時のガス切り替えを可能とするガスシステムである瞬時ガス切替部３と、プロセスチャンバ１内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生部２と、ガス供給／停止およびプラズマ電源オン／オフの実行タイミングを指示するプラズマ／ガス・タイミング指示部４とから構成される。
【００２９】
プロセスチャンバ１では、瞬時ガス切替部３より供給されたプロセスガスをプロセスチャンバ１内の基板（ウェーハ、ガラス基板など）に反応させて、成膜やエッチング等を実行する。プラズマ発生部２によりプロセスチャンバ１内にプラズマを発生させてプロセスガスに励起エネルギーを与え、（比較的）低温でのプロセス処理反応を実現する。
【００３０】
瞬時ガス切替部３は、ガス供給・排気連動制御部３３と、ガス供給部（図では１種類のガスにのみ対応するように描かれているが、実際には各種類のガス毎に設けられる）３１と、ガス排気部３２とからなる。ガス供給部３１は、例えば図２に示されるように、圧力制御型流量制御器３１１とバルブ３１２とから構成され、供給ガスの選択および供給量を制御する。
【００３１】
圧力制御型流量制御器３１１は、例えば図３に示されるように、圧力計測部５２と、制御弁５１と、オリフィス５４とから構成される。圧力計測部５２の計測信号は増幅回路５５にて増幅されたのち、流量演算部５６にて対応する流量検出信号に変換される。この流量検出信号は比較制御回路５７にて流量設定信号と比較され、それらの偏差信号が求められる。バルブ駆動回路５８はその偏差信号が減少する方向へと制御弁５１の開度を制御する。
【００３２】
この圧力制御型流量制御器５は、上流の圧力Ｐ１が下流の圧力Ｐ２の２倍以上であれば流体は音速域になり上流側の圧力に比例する、という原理を利用したもので、上流の圧力Ｐ１を調整することにより流量を制御するため、ガス供給直後でも目標通りのガス流量が瞬時に供給可能である。そして、バルブ３１２の開閉により供給ガスの選択を行う。つまり、図２に示される圧力制御型流量制御器３１１及びストップバルブ３１２が各ガス種毎に設けられている。
【００３３】
ガス排気部３２は、例えば図２に示されるように、パージポートを有する排気ポンプ３２２と、圧力制御型流量制御器３２１とから構成される。排気ポンプ３２２はポンプ内部への反応性ガスの吸着や反応を防止するためにパージポートより不活性なパージガスを取り込み、同時に排気する構造になっている。この場合、チャンバからの流量とパージポートからの流量の合計がポンプの排気速度（流量）となる。内部で高速回転を行っているポンプ３２２の排気速度を瞬時に変化させることは不可能であるが、圧力制御型流量制御器３２１により、このパージガス流量を瞬時に変化させることで、チャンバからの排気速度を瞬時に変化させることを可能にしている。
【００３４】
ガス供給・排気連動制御部３３は、例えば図２に示されるように、中央処理装置３３１と、主記憶装置３３２と、外部インタフェース３３４とからなる。必要に応じて外部記憶装置３３３が付加される。主記憶装置３３２は、ガス供給・排気タイミング制御プログラムを保持し、中央処理装置３３１によって、ガス供給・排気タイミング制御プログラムが実行される。これにより、外部インタフェース（例えばＩ／Ｏ、シリアル通信、フィールドネットワークなど）３３４あるいは主記憶装置３３２から、プロセスガス供給/停止の指示を受け取り、ガス供給・排気を連動させてプロセスチャンバ内の瞬時ガス切り替えが行われる。
【００３５】
これは、例えば図４に示されるように、ガス供給開始時にガス供給量を一時的に目標形状でオーバーシュートさせて（図４（ａ）参照）、プロセスチャンバ内のガス濃度を急峻に目標値まで変化させるとともに（図４（ｂ）参照）、それにより上昇するプロセスチャンバ内のガス圧力を、ガス配管長などを考慮した時間遅れΔｔをもって、プロセスチャンバのガス排気速度を一時的に上げることで（図４（ｅ）参照）、一定に保つことにより行うものである。
【００３６】
以上のような構成により、瞬時ガス切替部３では、プロセスチャンバ１に対してガスの供給および排気を連動して行いプロセスチャンバ１内のガス種とその濃度、および圧力を制御する。なお、斯かる瞬時ガス切替部３の構成は、本願発明者である大見忠弘氏等により発明されたもので、既に、特開平２０００−２００７８０公報によって詳細に開示されている。
【００３７】
プラズマ発生部２（２１）は、例えば図５（ａ）に示されるように、平行平板型電極（プラズマ励起電極２１２と電極２１３とで構成される）と、それに高周波電力を供給する高周波電源２１４と、プロセスガス等を供給するシャワープレート２１５と、それらを収容するチャンバ２１１とにより構成される。供給されたプロセスガスに平行平板電極により高周波電力を印加することで、プロセスガスは励起されプラズマ状態となる。また、高周波電力を利用する代わりに、同図（ｂ）に示されるように、マイクロ波駆動回路２１７で駆動されるマイクロ波アンテナ２１６からマイクロ波を発生させて、マイクロ波をチャンバ２１１内に放射してプロセスガスを励起するといった方法もある。これらのような方法でプロセスガスを励起させることで、プロセスガスをシリコン基板やガラス基板等の処理対象物Ｍと反応しやすくする。
【００３８】
以上のような構成により、プラズマ電源（高周波電源２１４あるいはマイクロ波駆動回路２１７）をオンオフすることにより、プラズマ発生/停止を制御することができる。
【００３９】
プラズマ／ガス・タイミング指示部４は、例えば図６に示されるように、主記憶装置４２と、中央処理装置４１と、外部インタフェース４６とから構成され、必要により、入力装置４４と、表示装置４５と、外部記憶装置４３とが付加される。主記憶装置４２はタイミング実行指示プログラムおよびタイミング情報の保持を行い、中央処理装置４１においてタイミング実行指示プログラムが実行される。このときタイミング情報を基にプラズマ電源のオンオフ指示、プロセスガスの供給／停止指示を、外部インタフェース（例えばＩ／Ｏ、シリアル通信、フィールドネットワークなど）４６を通して、プラズマ発生部２および瞬時ガス切替部３に伝える。タイミング情報およびタイミング指示プログラムの外部からの入力は、入力装置（例えばキーボード、プログラミングコンソール、ハンディターミナルなど）４４あるいは外部インタフェース４６により行われ、主記憶装置４２に保持されるか、あるいは一旦外部記憶装置（例えばハードディスク、シリコンディスク、メモリカード、磁気ディスクなど）４３に保持されたのちに、主記憶装置４２に読み込まれることにより使用される。表示装置（例えばディスプレイなど）４５は、必要に応じて保持されているタイミング情報を表示し設定値の確認に使用する。
【００４０】
プラズマガスタイミング指示部４とガス供給・排気連動制御部３３とは物理的には同一の装置であってもよい。その場合は、中央処理装置３３１と中央処理装置４１、主記憶装置３３２と主記憶装置４２等が共用され、プロセスガスの供給／停止指示は、プロセスガスタイミング指示部として働くプログラムからガス供給・排気連動制御部として働くプログラムへ主記憶装置を介したデータの提供として実現することができる。
【００４１】
以上のような構成により、プラズマ／ガス・タイミング指示部４では、プラズマ電源のオンオフおよびガスの供給／停止の実行タイミング（実行シーケンス）を指示（指令）して、プラズマおよびガスの制御を行いプロセス処理を進める。
【００４２】
以下、指示タイミング（プラズマ発生開始並びに停止指令、ガス供給開始並びに終了指令）について図７及び図８を参照して説明する。図７（ａ）に示されるように、従来の運転制御方法にあっては、プロセスガスを供給開始（不活性ガスからプロセスガスへの切替）した後に（ステップ７１０）、プロセスチャンバ内のプロセスガスの濃度および圧力が目標値に安定するのを待ってから、プラズマ電源をオンさせてプロセス処理反応を開始する（ステップ７１１）。そして、プロセス処理反応終了時には、プラズマ電源をオフしてプロセス処理反応を終了し（ステップ７１２）、その後にプロセスガスを供給停止（プロセスガスから不活性ガスへの切替）して（ステップ７１３）、プロセスチャンバ内のガス濃度および圧力が目標値に安定するまで、次工程のための処理（例えば、プロセスチャンバのドアを開けて基板を取り出すなど）を行わずに待つ。この場合、チャンバ内のガス濃度および圧力の安定を待つ時間は何の処理も行われない無駄な時間となっている。
【００４３】
これに対して、本発明では図７（ｂ）に示されるように、プロセスチャンバにおいてプラズマ電源をオンした後に（ステップ７２０）、プロセスガスを供給開始（不活性ガスからとプロセスガスへの切替）する（ステップ７２１）。そしてプロセス終了時にはプロセスガスを供給停止（プロセスガスから不活性ガスへの切替）してから（ステップ７２２）、プラズマ電源をオフする（ステップ７２３）。従来と異なり、これが可能であるのは、瞬時ガス切替部３により、プロセスチャンバ１内でガス濃度は瞬時に目的値まで達して安定し、ガスを供給した瞬間からプロセス処理を実行することが可能であるためである。このとき、プロセスガスの供給開始（不活性ガスからプロセスガスへの切替）とプラズマ電源オンをほぼ同時に行ってもよく、同様にプロセスガスの供給停止（プロセスガスから不活性ガスへの切替）とプラズマ電源オフとをほぼ同時に行ってもよい。ここで、プロセスガスは、材料ガス（プロセスによって生成される膜等の材料となるガス）と不活性ガスとの混合気である場合もあるし、材料ガスのみである場合もある。
【００４４】
以下、本発明によるプラズマ反応プロセスの一実施例を説明する。図５（ｂ）のマイクロ波方式のプラズマ発生装置を使用して、プラズマ励起ＣＶＤによりＢＳＧ膜（ホウ素シリケードガラス膜）を成膜する。チャンバ容量は１リットル、チャンバ内ガス流量は合計１００ｃｃ／ｍｉｎで、ガス種はプロセスガス種をＳｉＨ4，Ｏ2，Ｂ2Ｈ6、パージガスを不活性ガスであるＡｒとした。定常状態におけるＳiＨ4，Ｏ2，Ｂ2Ｈ6の濃度比はそれぞれ３０，５０，２０％を目標値とした。また、プロセスチャンバ内目標圧力を２Ｔｏｒｒ、プラズマ発生用マイクロ波は２．４５ＧＨｚ、基板温度は４００℃、プロセス処理反応時間は３０秒とした。
【００４５】
図８は本発明の運転制御方法によるプロセス処理の開始時におけるガス供給、プラズマ電源オン、プロセス処理反応開始時間の相互関係を示した図、図１１は従来の運転制御方法によるプロセス処理の開始時におけるガス供給、プラズマ電源オン、プロセス処理反応開始時間の相互関係を示した図である。
【００４６】
図１１に示されるように、プロセスガス供給開始（不活性ガスからプロセスガスへの切替）後にプラズマ電源をオンにする従来の運転制御方法の場合には、プロセスガス供給開始後、ガス濃度、圧力が整定する時間（約２０秒）を待ってから、プラズマ電源をオンにして、プロセス処理反応を開始する（図７（ａ）参照）。また、待ち時間中に供給されたプロセスガスは、プロセス処理反応に一切使用されずにプロセスチャンバから排気される。
【００４７】
図８に示されるように、本発明の運転制御方法の場合には、先ずプラズマ電源をオンにしその後、プロセスガスを供給開始（不活性ガスからプロセスガスへの切替）する。これによりプロセスガス供給開始直後からプロセス処理反応が行われる。
【００４８】
プロセスガス濃度はステップ状に変化し、１秒前後又は２秒以内に（すなわち、瞬時に）目標値に整定している。この整定時間はプロセスガス濃度の過渡状態に起因する成膜の不規則さがプロセスの目的に応じて許容範囲に収まる程度の短さであればよい。プラズマ電源のオンとプロセスガスの供給開始はほぼ同時（例えば、プロセスガス濃度の変化開始から整定までの間にプラズマオンする等）にしてもよい。
【００４９】
以上のように、従来方法ではプロセス処理反応時間３０秒に対し、プロセス処理反応開始の待ち時間が２０秒と高比率であったが、本発明方法では待ち時間が０となり飛躍的に工程時間が短縮されるとともに、待ち時間中に供給されるプロセスガスが不要となるためプロセスガスの有効利用が可能となる。
【００５０】
次に、ＳｉＯ2膜生成プロセスに適用された本発明の運転制御方法の他の一実施形態を、図９及び図１０を参照しながら詳細に説明する。この実施形態の特徴は、プラズマ発生器として図５（ｂ）に示されるマイクロ波方式のものを使用すると共に、プラズマ電源を投入した状態のままで、ガスの切り替えを行う点にある。
【００５１】
すなわち、図９のタイムチャートに示されるように、この実施形態の運転制御方法にあっては、先ず、プラズマ電源を遮断し、圧力１Ｔｏｒｒで不活性ガスであるアルゴンガス（Ａｒ）を流した炉内パージ状態から、時刻（０秒）において、アルゴンガス（Ａｒ）からクリプトンガス（Ｋｒ）へのガス切替を行ない、さらにその１０秒後である時刻（１０秒）において、プラズマ着火（プラズマ発生装置の電源投入）を行う。すると、発生したクリプトンプラズマにより、所謂プラズマクリーニング処理が行われて、処理対象物である炉内シリコンウェーハ表面の無用な水素原子（水素終端）が次第に除去される。
【００５２】
さらに、３０秒後である時刻（４０秒）になると、プラズマ電源を投入した状態のままで、不活性ガスであるクリプトンガス（Ｋｒ）から不活性ガスとプロセスガスとの混合気である酸素混入クリプトンガス（Ｋｒ／Ｏ2：９７対３）へのガス切替が行われて成膜プロセスが開始され、シリコンウェーハの表面には二酸化珪素膜（ＳｉＯ2）が次第に生成される。
【００５３】
さらに、約３０〜５０秒後である時刻（７０〜９０秒）になると、プラズマ電源を投入した状態のままで、酸素混入クリプトンガス（Ｋｒ／Ｏ2：９７対３）からクリプトンガス（Ｋｒ）へのガス切替が行われて、成膜プロセスは終了する。
【００５４】
その後、約１６秒程度が経過すると、プラズマ断火（プラズマ発生装置の電源遮断）が行われ、僅かに遅れて、クリプトンガス（Ｋｒ）からパージ用のアルゴンガス（Ａｒ）へのガス切替が行われる。以後、以上の動作が繰り返される。
【００５５】
クリプトンプラズマ暴露前と同プラズマ暴露後におけるシリコン表面終端水素の残存変化を説明するための赤外分光器での測定結果を示すグラフが図１０に示されている。同図から明らかなように、クリプトンプラズマ（Ｋｒ）の暴露時間が１秒、１０秒、３０秒と増加するにつれて、所謂プラズマクリーニング作用により、シリコン表面の残存水素（終端水素）が減少することが確認された。
【００５６】
なお、上の例では、プラズマ電源を投入した状態のままで、不活性ガスであるクリプトンガス（Ｋｒ）から不活性ガスとプロセスガスとの混合気である酸素混入クリプトンガス（Ｋｒ／Ｏ2：９７対３）へのガス切替が行われて、プラズマクリーニング処理に続いて、成膜プロセスが開始されるように構成したが、これは本発明の一例に過ぎないものと理解されるべきである。すなわち、本発明の運転制御方法にあっては、プロセスガス（Ａ）からプロセスガス（Ｂ）への切替をプラズマ電源を投入したままの状態にて行うこともできる。このようなプラズマ発生中のプロセスガス切替が行われると、処理対象となる基板上には、種類の異なる複数種の膜が積層成長されることとなる。
【００５７】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、プロセスガス供給開始時においては、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度あるいは圧力が目標値で安定するのを待つ時間が不要であり、ガス供給とほぼ同時にプロセス処理反応を開始することが可能であるため、工程全体の時間を短縮することが可能になる。また従来プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度あるいは圧力が目標値に安定するまで待つ間プロセス処理反応に使用されずに無駄に流されていたプロセスガスが不要となりプロセスガスの利用率を向上することができる。
【００５８】
また、本発明の実施形態によれば、プロセスガス供給停止後においても、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度あるいは圧力が目標値で安定するのを待つ時間が不要であり、工程全体の時間の短縮およびプロセスガスの利用率向上が図れる。
【００５９】
また、本発明の実施形態によれば、プロセスガス切り替え時においては、異なるプロセス処理を、反応を途中で停止することなく連続して行えるため、工程全体の時間短縮が図れる。
【００６０】
さらに、プロセスガス供給前にプラズマを発生させる場合には、ウェーハの汚染源となるプロセスチャンバ内壁や処理対象シリコンウェーハ表面についた不要な原子（膜）を除去するクリーニングができる。さらに、プラズマを発生させたままでガス切替を行うことで、異なる種類の複数の膜を積層成長させることもできるという効果がある。
【００６１】
【発明の効果】
以上の実施の形態の説明でも明らかなように、この発明によれば、液晶デバイスや半導体デバイスの生産に必要なプラズマ反応処理プロセスを高い生産性で低コストに実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明システムの構成を示す図である。
【図２】瞬時ガス切替部の構成例を示す図である。
【図３】圧力制御型流量制御器の構成例を示す図である。
【図４】ガス供給・排気連動制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図５】プラズマ発生部の構成例を示す図である。
【図６】タイミング指示部の構成例を示す図である。
【図７】本発明の運転制御方法を従来方法と比較して示すフローチャートである。
【図８】本発明の運転制御方法の一実施例におけるチャンバ内圧力乃至ガス濃度の変化を示すグラフである。
【図９】本発明の運転制御方法の一実施例におけるチャンバ内ガスの切替態様を示すタイムチャートである。
【図１０】本発明の運転制御方法の一実施例によるシリコン表面のプラズマクリーニングの結果を評価するためのグラフである。
【図１１】従来の運転制御方法におけるチャンバ内圧力乃至ガス濃度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１          プロセスチャンバ
２          プラズマ発生部
３          瞬時ガス切替部
４          プラズマ／ガス・タイミング指示部
５          圧力制御型流量制御器
２１        プラズマ発生器
３１        ガス供給部
３２        ガス排気部
３３        ガス供給・排気連動制御部
４１        中央処理装置
４２        主記憶装置
４３        外部記憶装置
４４        外部インタフェース
４５        表示装置
４６        外部インタフェース
５１        制御弁
５２        圧力計測部
５３        ストップバルブ
５４        オリフィス
５５        増幅回路
５６        流量演算回路
５７        比較制御回路
５８        バルブ駆動回路
２１１      チャンバ
２１２      プラズマ励起電極
２１３      電極
２１４      高周波電源
２１５      シャワープレート
２１６      マイクロ波アンテナ
２１７      マイクロ波駆動回路
３１１      圧力制御型流量制御器
３１２      バルブ
３２１      圧力制御型流量制御器
３２２      パージポート付排気ポンプ
３３１      中央処理装置
３３２      主記憶装置
３３３      外部記憶装置
３３４      外部インタフェース
【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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