JP5329099B2 - プラズマ処理装置及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置及びその大気開放方法に係り、特に、ベントガスを供給して処理室内を減圧状態から大気圧状態へ戻すベントガスの供給手段を備えたプラズマ処理装置及びその大気開放方法に関する。

ＤＲＡＭやマイクロプロセッサ等の半導体装置の製造工程において、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤを用いたプロセスが広く用いられている。

エッチングを行うプラズマ処理装置など、多くの減圧下で処理を行う装置では、処理ガスを被処理体に対して均等に供給するため、複数個の微細なガス穴が開けられたシャワープレートを用いている。シャワープレートの材質は例えばＳｉや石英である。通常のプロセス中にはシャワープレートの裏面（処理室内側と逆の面）に処理ガスを供給し、シャワープレートに設けられたガス孔を介して処理室内に処理ガスを供給する。

このような通常のプロセス中に、被処理体面内の加工形状の均一性を制御するために、ガス分配器で分岐しそれぞれにマスフローコントローラーを備えた２つのガス供給経路を介して処理ガスを処理室内に供給できるようにしたものが、特許文献１に開示されている。

一方、半導体装置の加工における課題の１つに、被処理体に付着する異物数を低減することが挙げられる。例えば、エッチング処理中やその処理前に被処理体の微細パターン上に異物粒子が落下すると、その部位は局所的にエッチングが阻害される。その結果、断線などの不良が生じ歩留まり低下を引き起こす。そのため、例えばガスの流れをコントロールすることによって異物粒子の輸送を制御し、被処理体に付着する異物数を低減する方法が多数考案されている。

ところで、減圧下で所定の処理を行う半導体製造装置などのプロセス装置においては、全掃などのメンテナンス時には、処理室内に窒素や乾燥空気などのベントガスを供給して減圧状態から大気圧状態へ戻す。その際に、異物粒子がベントガスの流れによって舞い上がり、舞い上がった異物粒子が処理室内のガスの流れに乗って飛散し、例えば、ガス供給系のガス配管内やシャワープレートの裏面側を異物粒子によって汚染してしまう問題がある。全掃時にシャワープレートの裏面側等のガス供給系を異物粒子で汚染してしまうと、全掃後の被処理体の処理中に、処理ガス供給に伴って異物粒子がガス供給系から処理室内に撒き散らされ、半導体装置の歩留まりを低下させることがある。

これに対処する方法としては、例えば特許文献２にあるように、ベント中にはガス供給系から処理室側へ高圧のガスを供給することによって、異物粒子の進入を阻止する方法が提案されている。

特開２００６−４１０８８号公報 特開２００２−２４６３７４号公報

特許文献１に開示されたような処理ガス供給系を備えた従来のプラズマ処理装置において、通常のプロセス終了後に、処理室内にベントガスを供給し処理室内を大気開放する際の、問題点について、図８，図９を用いて説明する。図８は、処理室内を真空から大気に戻すときのシャワープレート裏面側と処理室内の圧力変化について示したものである。図９はシャワープレート裏面側の部分の概要を拡大して示したものである。ベントガス（例えば窒素ガス）は、処理ガス供給系とは別に設けられたベントガス供給系から処理室内に流量Ｆ_Ｃで供給され、処理ガス供給系１２−１、１２−２から供給するベントガスの流量Ｆ_Ｇはゼロとなっている。ここで、真空とは例えば数十Ｐａ以下の圧力を示しているものとする。図８中の時間t10において、処理室内にベントガスの供給を開始し、処理室内が大気圧になったタイミングt20においてベントガスの供給を止める。

この場合、図９中に実線で示したように、処理室内に供給されたベントガスがシャワープレート５のガス孔を介してシャワープレート裏面側の処理ガス供給系１２−１、１２−２の方向へ供給される。これは、ベント中は処理室内の圧力に対してシャワープレート裏面側の圧力の方が低くなっているためである。そのため、図９中に点線５１で示したように、ベントガスの供給によって処理室内に舞い上がった異物粒子５０がガスの流れによって処理室側からシャワープレート裏面側に侵入し、シャワープレート裏面側や、処理ガス供給系の配管内を異物粒子で汚染してしまう。

次に、特許文献２に開示された、処理室内を大気開放する際に、ガス供給系からシャワープレートを介して処理室内に高圧のガスを供給する方式の問題点について説明する。

エッチング処理装置の場合、シャワープレート裏面側の圧力は例えば１ＫＰａで、処理室内は例えば１０Ｐａである。つまり通常は処理室内の圧力に対してシャワープレート裏面側の圧力の方が１桁以上高くなるようになっている。そのため処理ガスによってシャワープレートは裏面側から処理室内方向に向かって押されるように力がかかっている。この力は、例えばシャワープレート裏面の圧力が１ＫＰａ、圧力のかかる面積が直径で３５ｃｍとすると約１０Ｋｇである。この場合、シャワープレートの耐圧は例えば１００Ｋｇとして、シャワープレートを固定するネジの本数や強度、及びシャワープレートの厚み等を決定すればよい。

しかし、もし、ベント開始時の処理室内が真空の状態でシャワープレート裏面に大気圧と同程度の圧力のベントガスを供給すると、シャワープレートの裏面側にかかる圧力は１０００Ｋｇとなり、例えば耐圧が１００Ｋｇのシャワープレートは破損する。

他方、通常のプロセス中の処理ガス供給時と同じ程度の圧力差で処理室内方向にベントガスを供給するようにした場合、シャワープレートの破損は避けられるものの、処理室内の圧力を大気圧まで高めるためにかなりの時間を要してしまう。

本発明の目的は、上記従来技術の諸問題点を解決し、シャワープレート裏面側や、処理ガス供給系の配管内を異物粒子で汚染されることがなく、また、シャワープレートの破損の恐れもなく、かつ、ベント時間を短縮できる、プラズマ処理装置及びその大気開放方法を提供することにある。

本発明の代表的なものを示せば、次の通りである。すなわち、本発明は、被処理体を処理する処理室と、前記処理室を減圧する排気手段と、前記処理室内に設けられた被処理体載置電極と、前記被処理体載置電極に対向して設けられたシャワープレートと、前記処理室内へガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、制御手段とを備えたプラズマ処理装置において、前記ガス供給手段は、前記シャワープレートを経由して前記処理室内へベントガスを供給する第一のガス供給経路と、前記シャワープレートを経由せずに前記処理室内へベントガスを供給する第二のガス供給経路とを具備しており、前記制御手段は、前記第一のガス供給経路から前記処理室内へ前記ベントガスを供給して前記シャワープレート裏面側の圧力が前記処理室内側の圧力に対して所定の範囲内であって前記シャワープレートの耐圧未満範囲の所定の圧力だけ大きい状態になった後に、前記第二のガス供給経路から前記処理室内への前記ベントガスの供給を開始し、前記処理室内の圧力に対して前記シャワープレート裏面の圧力が前記所定の範囲内の値だけ大きいように、前記第一のガス供給経路及び前記第二のガス供給経路の少なくとも一方のベントガスの流量を調節しつつ前記処理室内の圧力を上昇させることを特徴とする。

本発明では、シャワープレートの裏面側と表面側の圧力を所定の範囲内に抑えながらベントを行うことにより、シャワープレートを破損することなく、シャワープレートからガスを流しながらベントすることでシャワープレート裏面側の異物粒子による汚染を防止できる。また、ベント時間を短縮し、処理室の全掃に伴う装置の休止時間を短くできるので、プラズマ処理装置の生産性を向上することができる。

本発明の代表的な実施例によれば、処理室と、処理室に処理ガスを供給する手段と、シャワープレートと、処理室を減圧する排気手段と、処理室内を大気解放する際にベントガスを供給するベントガス供給手段と、制御手段とを有する半導体製造装置において、ベントガス供給手段は処理室に処理ガスを供給するガス供給手段の一部を兼用して構成され、ベント中にシャワープレートの裏面にかかる圧力を処理室側の圧力に対して所定の圧力差で陽圧に調整しながら、シャワープレートを経由する第一のガス供給経路を介して処理室内にベントガスを供給すると共に、シャワープレートを経由しない第二のガス供給経路からも処理室内にベントガスを供給する。

１つの実施例によれば、圧力計を用いて圧力差を計測し、処理室内の圧力に対して、シャワープレートの裏面側の圧力が所定の範囲で陽圧になるように、シャワープレートから供給するガスと、シャワープレートを介さないで処理室内に供給するベントガスの流量を制御してベントするベント制御プログラムを備えている。

あるいはまた、圧力計を用いる代わりに、ベント制御プログラムのレシピに、予め、第一、第二のガス供給経路から処理室内へ供給するベントガスの流量パターンを与えておき、各流量を調整することで圧力差を制御しても良い。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

本発明の第１の実施例について図１〜図６を参照して説明する。
まず、図１は、平行平板型ＵＨＦ−ＥＣＲプラズマエッチング装置において本発明を適用した第１の実施例を示している。

処理室１の上部には電磁波放射ための平面アンテナ３が、被処理体２を戴置するための戴置電極４と平行に設置されている。このアンテナ３にはプラズマ生成のための放電電源２０とこのアンテナ３にバイアスを印加するためのバイアス電源２１−１が、整合器２２−１、２２−２を介して接続されている。戴置電極４には、被処理体２に入射するイオンを加速するためバイアス電源２１−２が整合器２２−３を介して接続されている。戴置電極４には、フィルタ２５を介してＤＣ電源２４が接続されており、また、戴置電極４の上部外周にはフォーカスリング８が設けられている。戴置電極４は上下駆動機構によりに上下に可動するようになっている。アンテナ３の下部にはガス分散板６とシャワープレート５が設置されており、プラズマ生成用の処理ガスはガス分散板６及びシャワープレート５に設けられた複数のガス孔７を介して処理室内に供給される。なお、シャワープレート５の各ガス孔７はガス分散板６の各孔に対応して設けられており、その孔径はガス分散板６の孔の径よりも小さい。シャワープレート５を介して処理室内に供給する処理ガスはガス供給系４８からガスライン１３−１と１３−２を介して供給する。処理室１に導入される処理ガスは、例えばＡｒ、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、ＣＯ、Ｏ_２、Ｎ_２、ＣＨ_４、ＣＯ_２、Ｈ_２などである。ガス供給系４８は、上記各種ガスのガス源（図示略）と、複数のマスフローコントローラー１２−１、１２−２と複数のバルブ１８−１、１８−２とガス分配器１９からなる。処理室１の外側には、処理室内に磁場を形成するためのコイル２６、及びヨークが設けられている。

シャワープレート面内において内側の領域から供給する処理ガスと、それよりも外側の領域で供給する処理ガスで、お互いに流量や組成を独立に制御するため、ガス分散板６は内側の領域と外側の領域の２つの領域に分割してあり、ガス分配器１９によって所定の流量比で処理ガスを分岐してそれぞれの領域にガスライン１３−１と１３−２を介してガスを供給するようになっている。被処理体面内の加工形状の均一性を制御するためガス分配器で分岐した２つのガスそれぞれにマスフローコントローラー１２−２を介してガスを添加できるようになっている。この機能の作用、効果等の詳細に関しては特許文献１を援用する。

また、処理室１には処理室内を大気開放する際に処理室内にガス（ベントするために供給するガスをここではベントガスという）を供給するベントガス供給系４９が接続されている。このベントガス供給系４９はマスフローコントローラー１２−３とバルブ１８−３からなり、ガスライン１３−３を介して処理室内におけるガス供給部であるガスディフューザー５４に接続されている。

ガス供給系４８及びベントガス供給系４９は、制御コンピューター８１によって制御される。

処理室１には、処理室内を減圧するためのターボ分子ポンプ１７が取り付けられている。また、処理室内の圧力を制御するため、バタフライバルブ１１がターボ分子ポンプ１７の上部に取り付けられている。また、処理室１を大気開放して処理室を開けたときに、処理室内の残留ガスが処理室外へ放出されるのを防ぐため、排気ダクト８２が処理室１に接続されている。排気ダクト内は大気圧よりも若干負圧となっており、ベント後に処理室を開ける際にはバルブ１８−４を開けて、処理室内の空気を排気ダクト８２及び除害設備（図示せず）を介して排気する。４４はメインバルブである。

処理室１には、処理室内の圧力を測定するため圧力計１４−１が取り付けられている。さらに、シャワープレート裏面の圧力を測定するため圧力計１４−２と１４−３が設置されている。圧力計１４−２はシャワープレート内側の圧力測定するためのものであり、圧力計１４−３はシャワープレート外側の圧力を測定するためのものである。

また、図２は、図１におけるＢの領域、即ちシャワープレート裏面側の圧力を測定するための圧力計を接続する部分を簡単に示したものである。ガス分散板６はＯリング４７を介して内側の領域と外側の領域の２つの領域に分割されている。圧力計はシャワープレート裏面側の圧力を直接測定するため、シャワープレート裏面（より具体的にはガス分散板６）の２つの領域に夫々直接接続する構造としている。この構成に代えて、例えばガス供給系４８とシャワープレート裏面との間のガス配管（ガスライン１３−１、１３−２）の途中に接続すると、シャワープレート裏面の圧力ではなく、ガスが流れているガス配管の圧力を測定してしまうため、望ましくない。

本発明のプラズマ処理装置は、制御手段、例えば制御コンピューター８１によって、装置全体を自動制御できるようになっている。この制御コンピューターには、ＣＰＵ，メモリ、記憶装置、この記憶装置に保持されＣＰＵにより所定の演算処理を実行するプログラム、ディスプレやマウス、キーボードなどが含まれる。プログラムとしては、処理室内で被処理基板のプラズマ処理を行なうプラズマ処理用のプログラム、真空雰囲気の処理室と大気雰囲気のフープやカセット間における被処理基板の搬送を制御する搬送用のプログラム、真空雰囲気の処理室内を大気解放（ベント）する際に処理室内へ供給されるベントガスの流量を調整するベント用のプログラム、及びディスプレやマウス、キーボードなどが含まれる。図１では本発明に重要な部分に関してのみ制御コンピューターとの接続を示し、例えば高周波電源と制御コンピューターの接続などは図示を省略した。また、この制御コンピューターの記憶装置には、被処理基板のプラズマ処理のためのレシピ、被処理基板の搬送のためのレシピ、及び処理室内のクリーニングや大気解放のための、各種レシピが保持されている。これらのレシピには、処理ガスの流量、被処理体搬送時のパージガスの流量、及びベントガスの流量の調整を行なうためのガス流量制御に関するレシピも含まれている。なお、ガスの供給制御に関するこれらのレシピは、プラズマ処理、搬送、及び処理室内のクリーニングや大気解放の各工程等ごとに設けても良く、あるいは、被処理基板の処理形態毎に、被処理基板のプラズマ処理、搬送、及び処理室内のクリーニングや大気解放にまたがる一連のものとして構成されていてもよい。

制御手段８１は、所定のプログラムやレシピに基づいて、処理室１内の圧力に対してシャワープレート５の裏面の圧力が陽圧でかつ、このシャワープレートの耐圧未満の圧力となるように、シャワープレートを経由する第一のガス供給経路４８及びシャワープレートを経由しない第二のガス供給経路４９の少なくとも一方のベントガスの流量を調整する機能を備えている。

次に、このベントガスの流量調整の機能の一例を、図３のタイムチャートで説明する。
ベント用のガスを流すタイミングとしては、最初にシャワープレートを介したベント用のガスの供給を開始し(t１)、次に、ベントガス供給系からベントガスを供給する（t２）。処理室１に設置した圧力計１４−１が大気圧を検出したら、ベントガス供給系からのベントガス供給を停止し（t３）、その後シャワープレートを介したベントガスの供給を停止する（t４）。

制御手段８１は、少なくともタイミング（t２）から（t３）の間、処理室内の圧力に対してシャワープレート裏面の圧力が常に差圧ＰDだけ陽圧になるように、第一のガス供給経路及び第二のガス供給経路の少なくとも一方のベントガスの流量を調整する。すなわち、ベントガス供給系からベントガスを供給する場合、シャワープレート裏面側の圧力が処理室内側の圧力に対してシャワープレートの耐圧未満の圧力で差圧ＰDだけ陽圧になったタイミング（t２）で、第二のガス供給経路から処理室内への前記ベントガスの供給を開始する。また、処理室内の圧力が大気圧に達したタイミング（t３）で、第二のガス供給経路から処理室内へのベントガスの供給を停止し、この第二のガス供給経路から処理室内へのベントガスの供給を停止した後も、第一のガス供給経路から処理室内へのベントガスの供給を継続し、所定の時間経過後のタイミング（t４）において、第一のガス供給経路から処理室内へのベントガスの供給を停止する。

なお、圧力計を用いる代わりに、予め、実験等により、第一、第二のガス供給経路から処理室内へ供給する望ましいベントガスの流量パターンのデータを取得し、このデータに基づいて、ベント制御プログラムのレシピに、第一、第二のガス供給経路から処理室内へ供給するベントガスの流量パターンを与えておくようにしても良い。これにより、圧力計を用いることなく、ベント中にシャワープレートの裏面にかかる圧力と処理室側の圧力を調整しながらベントを行なうこともできる。
また、図３には図示してないが、ベント完了後に装置を開ける際は、その前にバルブ１８−４を開いて排気ダクトから残留ガスを排気するようにする。あるいはまた、これと同時にシャワープレートを介したガス供給系４８やベントガス供給系４９からベントガスを供給し続けると良い。すなわち、タイミング（t４）以降も、第一のガス供給経路から処理室内へ所定量のベントガスの供給を継続しても良い。ベントガスとしては乾燥空気や窒素ガスが望ましい。それぞれのベントガスの流量はベント中にシャワープレートから供給したベントガスの流量と同程度とすればよい。これにより、ガス供給系に水分を含んだクリーンルーム内の空気が侵入するのを防ぐことができる。

次に、本発明の効果について述べる。従来の方法では、先に図８、図９で説明したように、ベントガスの供給によって処理室内に舞い上がった異物粒子がガスの流れによって処理室側からシャワープレート裏面側に侵入し、シャワープレート裏面側や、処理ガス供給系の配管内を異物粒子で汚染してしまうという問題点があった。

これを抑制するため、本発明では、図５に示すように、処理室内にベント用のガスを供給しながら、シャワープレート側からもガスを供給する。図５は、図１におけるＡの領域に相当する。即ち、図５中に太線５２で示したように、ガスがシャワープレートから処理室内に供給されるような流れを作れば、異物粒子の軌跡５３は破線５３で示すようになり、処理室内で舞い上がった異物粒子５０がシャワープレートのガス孔に侵入するのを阻止することができる。

なお、図５のようなガスの流れを作る方法としては、例えば図１に示したベントガス供給系４９を有しないプラズマ処理装置において、シャワープレート（第一のガス供給経路）を介してのみベントガスを供給することによって大気開放する方法がある。ただしこの場合、シャワープレートの裏面の圧力が過剰に高くならないようにする必要があり、比較例として図６に示したように、処理室１内が大気圧に達するタイミング（t５）までの時間、換言すると、ベントにかかる時間が非常に長くなる問題がある。この理由を次に説明する。

例えば、ベントガスを大気圧と同程度の圧力でシャワープレートに供給することを考えてみる。ベント開始直後は、シャワープレートの表側（処理室内）は真空であり、シャワープレートの裏面側は大気圧となる。直径３００mmのウエハを処理するプラズマ処理装置の場合、シャワープレートの直径は被処理体より大きい場合が多く、例えば直径が３０〜４０ｃｍである。この場合、シャワープレートに対して裏面側から表面側に向けてかかる力はおよそ１０００Ｋｇにもなる。

一般にプラズマ処理中に処理ガスを供給している状態では、シャワープレート裏面側の圧力は例えば１ＫＰａ（例えば処理ガスの流量５００ｍＬ／ｍｉｎ）であり、シャワープレート裏面側にかかる力は１０Ｋｇ程度である。対して処理室内の圧力は例えば数十Ｐａ以下で、このときシャワープレート表面側にかかる力は１Ｋｇ以下である。そのため、おおむね１０Ｋｇの力でシャワープレートは処理室側（下方向）に押されることになる。このような理由からシャワープレートの耐圧（ネジ止め構造部分等を含む）は例えば１００Ｋｇとしている。シャワープレートの材質はシリコンや石英などであり、例えば１０００Ｋｇの力に耐えられるようにするためにはシャワープレートの面積を小さくするか、あるいはシャワープレートの厚さを厚くするか、あるいは材質を変えるなどの対策が必要である。さらに、シャワープレート等を固定しているネジについても強い保持力が必要となり、簡単には耐圧を高くできない。

このような理由から、シャワープレートから供給するベントガスの流量は例えば３Ｌ／ｍｉｎとする。チャンバーの容積を５０Ｌとすると、ベントにかかる時間（図６中のt５）は１７分となる。本発明のようなベントガス供給系を有する場合は、後述するようにベントガスの流量を例えば２５Ｌ／ｍｉｎにできるため、ベント時間はおよそ２分である。大気開放の主な目的は全掃(ｗｅｔ洗浄)、即ちチャンバー内のスワップパーツ（定期的に取り外して洗浄する部品）の交換である。ベント完了後からスワップパーツ交換完了までの時間は例えば３０分であり、ベント時間が長くなると全掃に伴う装置の休止時間が無視できないレベルで長くなり、装置の生産性が低下することになる。

そこで本発明では、図３に示したように、ベント中において処理室内の圧力に対してシャワープレート裏面側の圧力が所定の範囲（図３中のＰ_Ｄ）で陽圧になるように制御しながら、ベントガスをベントガス供給系から供給し、且つシャワープレートからもベントガスを供給できるようにした。

図４に、本発明の実施例におけるベント中のガスの供給の例を示す。ガス配管は太線と細線の２種類で示してあるが、太線で示してある部分はガスが流れていることを示している。ベント中はベントガスをベントガス供給系から処理室内に供給しながら、処理ガス供給系からもガスを供給している。そして、圧力計１４−１と１４−２と１４−３によって処理室内の圧力Ｐ_Ｃとシャワープレート裏面側の圧力Ｐ_Ｇをモニタしながら、シャワープレート裏面側の圧力が処理室内側の圧力に対して所定の圧力範囲（例えばシャワープレートの耐圧の１/１０の圧力）で陽圧になるように、処理ガス供給系からシャワープレートを介して処理室内に供給するガスの流量Ｆ_Ｇと、ベントガス供給系からシャワープレート介さないで処理室内に供給するベントガスの流量Ｆ_Ｃを制御コンピューター８１が制御するようになっている。

ここで処理ガス供給系から供給するガス及びベントガス供給系から供給するガスには窒素ガス、あるいは乾燥空気なども用いるのが望ましい。また、図４ではマスフローコントローラー１２−１の系統からガスを供給しているが、ベントに使うガス種によってはマスフローコントローラー１２−２からもベントガスを供給しても良い。

次に、図４に示したベント中のガスの流量の上限、及び下限について数式を用いて説明する。処理室の容積をＶ_Ｃ、シャワープレート裏面側の容積（ガス分散板の分散領域やバルブ８１−１及び８１−２までのガス配管内の容積を含む）をＶ_Ｇとする。ベントにかかる時間をＴ_Ｖとすると、
Ｔ_Ｖ＝（Ｖ_Ｃ＋Ｖ_Ｇ）／（Ｆ_Ｃ＋Ｆ_Ｇ） （１）
となる。

一般にＶ_Ｃ≫Ｖ_Ｇであるため、シャワープレートの裏面側に過剰な力がかからないようにするためにはＦ_C≫Ｆ_Ｇである必要がある。従って式（１）は、式（２）のように簡略化できる。
Ｔ_Ｖ＝Ｖ_Ｃ／Ｆ_C （２）

例えば、処理室内の容積Ｖ_Ｃを５０Ｌ、ベント時間Ｔ_Ｖを（図３中のt２、t３を用いるとＴ_Ｖ＝ｔ３−ｔ２となる）を２分とすると、ベントガスの流量Ｆ_Cは２５Ｌ/minとなる。

ベント中の処理室内の圧力Ｐ_Ｃとシャワープレートの圧力P_Ｇは、ベント開始からの時間tを用いてそれぞれ式（３）、（４）のように示される。
Ｐ_Ｃ=Ｆ_Ｃ×ｔ／Ｖ_Ｃ （３）
Ｐ_Ｇ=Ｆ_Ｇ×ｔ／Ｖ_Ｇ （４）

ここで、シャワープレートのガス孔を介した、処理室内とシャワープレート裏面側間のガスの行き来は無視できるものと仮定した。これら、ベント中の処理室内Ｐ_Ｃ及びシャワープレートの圧力P_Ｇの時間経過様子は、図３にそれぞれ破線、実線で示した通りである。

シャワープレートの裏面側の圧力の方が処理室内の圧力よりも高くなるようにするためには、Ｐ_Ｃ＜Ｐ_Ｇであり、式（３）、（４）を用いて示すと次のような関係式（５）となる。
Ｆ_Ｃ／Ｖ_Ｃ ＜ Ｆ_Ｇ／Ｖ_Ｇ （５）

ここでシャワープレート裏面側のガス配管等を含めた容積Ｆ_Ｇを例えば１Ｌと仮定すると、式（５）を用いて
２５／５０ ＜ Ｆ_Ｇ／１ （６）
より、Ｆ_Ｇ＞０．５Ｌ/minとなる。

なお、一般に処理ガスの流量は数十から数百mL/minであるため、例えば０．５L/min（５００mL/min）の流量は通常のマスフローコントローラー１２−１の制御範囲内である場合が多い。従って、例えばベント中に流すガスは窒素ガスとし、処理ガスとして窒素ガスを流すためのマスフローコントローラー１２−１の最大流量が５００mL/min以上あれば、処理ガス供給系にベント時に使用するための専用のマスフローコントローラーなどを設置する必要はない。

また、シャワープレートのガス孔のコンダクタンスの合計をC_Sとすると、シャワープレートの裏面側にかかる圧力Ｐ_Ｇ、処理室内の圧力Ｐ_Ｃの関係は次の式（７）で示される。
Ｆ_Ｇ＝C_S（Ｐ_Ｇ−Ｐ_Ｃ） （７）
である。

ベント開始時等ではＰ_Ｇ≫Ｐ_Ｃとすると
Ｆ_Ｇ＝C_S×Ｐ_Ｇ （８）
となる。
ここでシャワープレートの耐圧をＰ_Ｌとすると
Ｐ_Ｇ＜Ｐ_Ｌ （９）
でなければならないから、式（９）に式（８）を代入すると
Ｆ_Ｇ／C_S ＜ Ｐ_Ｌ （１０）
となる。

例えば、５００mL/minの流量のガスをシャワープレートから流したとき、シャワープレートの裏面圧が１ＫＰａになったとすると、コンダクタンスC_Sは式（８）より
０．５［L/min］＝ C_S×０．０１［atm］ （１１）
となり、C_S=５０L/minとなる。なお、ガス流量は標準状態での流量を示しているためガス流量の単位［L/min］には圧力の表記を省略して示した。省略しない場合は例えば［atm・L／min］となる。

もし、シャワープレートの耐圧が０．１気圧である場合、ガス流量Ｆ_Ｇ上限は式（１０）より
Ｆ_Ｇ ＜０．１［atm］×５０［L／ｍｉｎ］＝５［Ｌ／min］ （１２）
式（５）と式（１０）を合わせると、シャワープレートから流すガスの流量Ｆ_Ｇの上限と下限が得られ、式（１３）となる。
Ｖ_Ｇ×Ｆ_Ｃ／Ｖ_Ｃ ＜ Ｆ_Ｇ ＜ C_S ×Ｐ_Ｌ （１３）

上記に述べてきた例をまとめると、
ベントガス供給系からのベントガス供給量Ｆ_C： Ｆ_C ＝ ２５L／ｍｉｎ
処理ガス供給系から流すベントガス供給量Ｆ_Ｇ：
０．５Ｌ/min ＜ Ｆ_Ｇ ＜ ５L/min
ベント時間 ： 約２分
となる。すなわち、制御手段は、第一のガス供給経路から処理室内へ供給されるベントガスの流量Ｆ_Ｇが、第二のガス供給経路から処理室内へ供給されるベントガスの流量Ｆ_Ｃの１／５〜１／２５の範囲となるように調整する。このようなガス供給量の調整により、シャワープレートを破損することなく、シャワープレート裏面側の異物粒子による汚染を防止し、かつ、ベント時間を短縮できるという効果が得られる。

もちろん上記例の値は装置固有の値であり、装置構成によって変わる値である。

なお、シャワープレートから供給するガスの流量Ｆ_Ｇを多くする場合には、マスフローコントローラー１２−１のうち１つは、大流量を流せるマスフローコントローラーとし、乾燥空気などの安価なガスを接続すると良い。

また、図１に示したようにベントガス供給系において、処理室内にガスを供給する部分にはガスディフューザー５４を用いているが、これは供給したガスが特定の方向に勢いよく噴出するのを防ぐためのものであり、ベントガスの供給によって異物粒子が舞い上がるのを防いでいる。ガスディフューザーの表面には主に多孔質の焼結体を用いている。

以上述べた通り、本発明の実施例によれば、シャワープレートの裏面側と表面側の圧力を所定の範囲内に抑えながらベントを行うことにより、シャワープレートを破損することなく、シャワープレートからガスを流しながらベントすることで、シャワープレート裏面側の異物粒子による汚染を防止できる。また、ベント時間を短縮し、全掃に伴う装置の休止時間を短くできるので、装置の生産性が向上する。

次に、本発明の第２の実施例について、図７を用いて説明する。図１と同様の構成部分については説明を省略する。図７の例では、ベントガスを処理室内に供給するためのベントガス供給系４９の下流側において、ガス配管を２つに分岐し、一方は処理室１に、他方は処理ガス供給系４８の下流側のガス配管に接続し、ベントガス供給系から供給するベントガスをシャワープレートからも供給できるようにした。さらに、ベント中にシャワープレートの裏面側の圧力が処理室内の圧力に対してシャワープレートの耐圧を超えて高くならないようにするため、シャワープレート５から供給するベントガスの流量を調整するための圧力調整バルブ１５をガスライン１３−１と１３−２に接続する接続場所より上流側に接続した。これにより図３に示したようにシャワープレートの裏面側と表面側の差圧がシャワープレートの耐圧以下に抑えることが可能となる。

本実施例でも、シャワープレートの裏面側と表面側の圧力を所定の範囲内に抑えながらベントを行うことにより、シャワープレートを破損することなく、シャワープレートからガスを流しながらベントすることで、シャワープレート裏面側の異物粒子による汚染を防止できる。また、ベント時間を短縮し、全掃に伴う装置の休止時間を短くできるので、装置の生産性が向上する。

以上、本発明の実施例をプラズマエッチング装置に適用した例を用いて説明したが、本発明はプラズマＣＶＤ装置を初め、シャワープレートと同等の部品を有し、減圧下で処理を行う他の半導体製造装置にも広く適用することができる。

平行平板型ＵＨＦ−ＥＣＲプラズマエッチング装置において本発明を適用した第１の実施例を示す図である。 図１におけるＢの領域、即ちシャワープレート裏面側の圧力を測定するための圧力計の接続する部分を簡単に示した図である。 第１の実施例における制御手段がガスの流量を調整するタイムチャートの例を示した図である。 第１の実施例におけるベント中のガスの供給の例を示す図である。 図１におけるＡの領域に相当する、本発明の効果を説明する図である。 比較例の問題点を説明する図である。 平行平板型ＵＨＦ−ＥＣＲプラズマエッチング装置において本発明を適用した第２の実施例を示す図である。 従来の方法により、処理室内を真空から大気に戻すときのシャワープレート裏面側と処理室内の圧力変化について示した図である。 図８の例における、シャワープレート裏面側の部分の概要を拡大して示した図である。

符号の説明

１…チャンバー、２…被処理体、３…アンテナ、４…戴置電極、５…シャワープレート、６…分散板、７…ガス孔、８…フォーカスリング、１１…バタフライバルブユニット、１２…マスフローコントローラー、１３…ガスライン、１４…圧力計、１５…圧力制御バルブ、１７…ターボ分子ポンプ、１８…バルブ、１９…ガス分配器、２０…ソース電源、２１…バイアス電源、２２…整合器、２４…DC電源、２５…フィルタ、２６…コイル、２７…ヨーク、４４…メインバルブ、４７…Ｏ−リング、４８…処理ガス供給系、４９…ベントガス供給系、５０…異物粒子、５１…異物粒子の軌跡、５４…ガスディフューザー、８１…制御コンピューター、８２…排気ダクト。

Claims (6)

1. 被処理体を処理する処理室と、前記処理室を減圧する排気手段と、前記処理室内に設けられた被処理体載置電極と、前記被処理体載置電極に対向して設けられたシャワープレートと、前記処理室内へガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、制御手段とを備えたプラズマ処理装置において、
   前記ガス供給手段は、前記シャワープレートを経由して前記処理室内へベントガスを供給する第一のガス供給経路と、前記シャワープレートを経由せずに前記処理室内へベントガスを供給する第二のガス供給経路とを具備しており、
   前記制御手段は、前記第一のガス供給経路から前記処理室内へ前記ベントガスを供給して前記シャワープレート裏面側の圧力が前記処理室内側の圧力に対して所定の範囲内であって前記シャワープレートの耐圧未満範囲の所定の圧力だけ大きい状態になった後に、前記第二のガス供給経路から前記処理室内への前記ベントガスの供給を開始し、前記処理室内の圧力に対して前記シャワープレート裏面の圧力が前記所定の範囲内の値だけ大きいように、前記第一のガス供給経路及び前記第二のガス供給経路の少なくとも一方のベントガスの流量を調節しつつ前記処理室内の圧力を上昇させることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１において、
   前記シャワープレート裏面側の容積をＶG、前記第二のガス供給経路から供給されるベントガスの流量をＦC、前記処理室の容積をＶC、前記シャワープレートに設けられたガス孔のコンダクタンスの合計をＣS、前記シャワープレートの耐圧をＰLとした場合、前記第一のガス供給経路から供給されるベントガスの流量ＦGは、式（１３）の条件を満たす、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
   ＶG×ＦC／ＶC ＜ ＦG ＜ ＣS ×ＰL ・・・（１３）
3. 被処理体を処理する処理室と、前記処理室を減圧する排気手段と、前記処理室内に設けられた被処理体載置電極と、前記被処理体載置電極に対向して設けられたシャワープレートと、前記処理室内へガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、制御手段とを備えたプラズマ処理装置の運転方法であって、
   前記ガス供給手段から前記シャワープレートを経由する第一のガス供給経路を介して前記ベントガスをその流量を調節して前記処理室内へ供給し前記シャワープレート裏面側の圧力が前記処理室内側の圧力に対して所定の範囲内であって前記シャワープレートの耐圧未満範囲の所定の圧力だけ大きい状態になった後に、前記シャワープレートを経由しない第二のガス供給経路を介して前記処理室内に前記ベントガスの供給を開始し、前記シャワープレート裏面の圧力が前記処理室内の圧力に対して前記所定の範囲内の値だけ大きいように、前記第一のガス供給経路または第二のガス供給経路を介した前記ベントガスの流量を調節しつつ前記処理室内の圧力を上昇させた後、前記処理室内部を大気開放することを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。
4. 請求項３において、
   前記シャワープレート裏面側の容積をＶG、前記第二のガス供給経路から供給されるベントガスの流量をＦC、前記処理室の容積をＶC、前記シャワープレートに設けられたガス孔のコンダクタンスの合計をＣS、前記シャワープレートの耐圧をＰLとした場合、
   前記第一のガス供給経路から供給されるベントガスの流量ＦＧが、式（１３）の条件を満たすように調整することを特徴とする、プラズマ処理装置の運転方法。
   ＶG×ＦC／ＶC ＜ ＦG ＜ ＣS ×ＰL ・・・（１３）
5. 請求項３において、
   前記第一のガス供給経路を介して前記ベントガスをその流量を調節して前記処理室内へ供給し前記シャワープレート裏面側の圧力が前記処理室内側の圧力に対して所定の範囲内であって前記シャワープレートの耐圧未満範囲の所定の圧力だけ大きい状態になった後に、前記第二のガス供給経路を介して前記処理室内に前記ベントガスの供給を開始し、前記シャワープレート裏面の圧力が前記処理室内の圧力に対して前記所定の範囲内の値だけ大きいように前記第一のガス供給経路を介し前記処理室に供給される前記ベントガスの流量を前記第二のガス供給経路を介した前記ベントガスの流量より小さい範囲で調節しつつ前記処理室内の圧力を上昇させることを特徴とするプラズフ処理装置の運転方法。
6. 請求項３において、
   前記処理室内の圧力が大気圧に達した時点で、前記第二のガス供給経路から前記処理室内への前記ベントガスの供給を停止した後、所定の時間経過後前記第一のガス供給経路から前記処理室内への前記ベントガスの供給を停止、若しくは前記ベントガスの供給を継続する、ことを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。

Images