JP3830670B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置に関し、より特定的には、プラズマを利用して試料の表面への薄膜の形成や試料の表面のエッチングを行なう半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２に、特開平７−２６３３５３号公報に記載されたプラズマ処理装置の構造を示す。図１２に示すように、プラズマ処理装置は、反応室１と、試料１１が載置されるステージ１２と、パルスガスバルブ２０と、ガス導入管１４１と、圧力検出器１４２と、圧力制御装置１４３と、圧力調整器１４４とを備える。
【０００３】
ガス導入管１４１は、図示しないガスボンベからのガスをパルスバルブ２０に供給する。ガス導入管１４１の途中には、圧力検出器１４２と圧力調整器１４４とが接続されている。圧力制御装置１４３は、圧力検出器１４２の信号に基づいて圧力調整器１４４を作動させる。
【０００４】
ガス導入管１４１から導入されたガスは、パルスガスバルブ２０に供給され、パルス的に反応室１に導入される。この場合、ガス導入管１４１内の圧力は、圧力検出器１４２により逐次検出され、圧力制御装置１４３にフィードバックされる。圧力制御装置１４３は、ガス導入管１４１内の圧力が所定の値を保つように圧力調整器１４４を制御する。
【０００５】
したがって、パルスガスバルブ８の背圧が変動しても、反応室１内に導入されるエッチングガス流量を所定の条件に維持することができ、反応室１内の圧力を所定の値に維持することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来のプラズマ処理装置には、次に説明するようなさまざまな問題点があった。
【０００７】
上述のガス供給系では、パルスバルブ２０の入口の圧力によって、パルスバルブ２０から反応室１内に供給されるガス流量は一義的に決まってしまう。そのため、安定して所定の流量のガスをパルス的に供給するためには、圧力制御装置１４３を用いてパルスバルブ２０の入口の圧力を一定に維持する必要がある。また、ガス流量を設定値以外のものに変更する場合にも、圧力制御装置１４３を用いるしかない。しかし、このような圧力制御装置１４３によるガス流量制御では、流量の正確な制御あるいは微調整が困難であった。
【０００８】
また、圧力制御装置１４３によって流量を制御するので、反応室１内に供給されたガス流量を知るためには、反応室１内の圧力から算出する必要がある。そのため、正確なガス流量をすぐに知ることはできなかった。
【０００９】
圧力制御装置１４３は圧力検出器１４２からのフィードバック信号により圧力を制御するため、ゆるやかな圧力変化に対しては有効である。しかし、急激な圧力変化に対して圧力制御装置１４３は、対応できず、圧力変化が大きい場合にガス流量を一定に保つことが困難であった。
【００１０】
さらに、反応室１内に１つのパルスバルブ２０で混合ガスを供給する場合、ガスの比熱比およびパルスバルブ２０入口での圧力によってガスの混合比（流量比・分圧比）が決まる。そのため、ガスの比熱比の差あるいは圧力差が大きい場合、所望の混合比を得ることは困難であった。
【００１１】
さらに、複数のパルスバルブ２０を使用する場合またはパルスバルブ２０を交換する場合において、パルスバルブの個体差によりバルブの開度が異なるため、同一条件でパルス動作させても供給されるガス流量は異なる。この場合にも、所望のガス流量を得ることは困難であった。
【００１２】
さらに、１つのガスボンベから複数の反応室１にガスを供給する場合、ある反応室１で処理中に別の反応室１で処理を開始すると、一時的に配管内の圧力が変動し、反応室１内に供給されるガス流量が変化する。この場合にも、所望のガス流量を得ることは困難であった。
【００１３】
この発明は、上述のようなさまざまな問題を解決するためになされたものである。この発明の１つの目的は、反応室１内に供給されるガス流量をあらゆる状況下で所望の値に制御することにある。
【００１４】
この発明の他の目的は、反応室１内に供給されるガスの混合比をあらゆる状況下で所望の値に制御することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体製造装置は、反応室と、ガス供給系と、パルスバルブと、ガス流量制御手段と、背圧制御手段と、制御部とを備える。ガス供給系は、反応室にガスを供給する。パルスバルブは、ガス供給系に設けられ、開閉動作を周期的に繰返すことで反応室内にガスを間欠的に供給する。ガス流量制御手段は、ガス供給系に設けられ、パルスバルブに供給されるガスの流量を制御する。背圧制御手段は、ガス供給系に設けられ、パルスバルブの背圧を制御する。制御部は、パルスバルブ、ガス流量制御手段および背圧制御手段の動作制御を行なう。
【００１６】
上記のようにガス流量制御手段を設けることにより、ガス流量を微調整することができる。また、背圧制御手段によりパルスバルブの背圧の変動を抑制でき、背圧の変動に起因するガス流量の変動を抑制することができる。その結果、ガス流量を正確に制御できるとともに微調整することもできる。また、ガス流量制御手段の採用により、ガス流量を即時に検知できる。さらに、ガスの比熱比の差やガス間の圧力差が大きい場合でも、ガス流量制御手段と背圧制御手段との併用により所望の混合比を得ることができ、またパルスバルブの個体差や配管内圧力の変動にもかかわらずガス流量を制御することができる。以上のように従来の課題を解決することができることに加え、ガス流量制御手段と背圧制御手段との双方を備えることにより、互いの欠点を補うようにそれらを制御することができる。このことも、ガス流量の正確な制御に寄与し得る。
【００１７】
上記背圧制御手段は、ガス流量制御手段の入口に接続される。それにより、一定圧力に制御されたガスをガス流量制御手段に供給することができ、所定量のガスを安定して反応室内に供給することができる。特に、急激な圧力変化が生じた場合に有効である。
【００１８】
ガス流量制御手段は、流量計と可変流量バルブとを備える。背圧制御手段は、圧力計と圧力制御バルブとを備える。制御部は、所定の値とガスの流量のばらつきとを比較して、その比較結果に基づいて、可変流量バルブによる流量制御と、圧力制御バルブによる背圧制御の少なくとも一方を選択する。
【００１９】
このようにガスの流量変化に応じて好ましい制御方式を選択できるので、ガスの流量制御をより正確かつ容易に行なえる。
【００２０】
上記制御部は、所定の値とガスの圧力のばらつきとを比較して、その比較結果に基づいて、可変流量バルブによる流量制御と、圧力制御バルブによる背圧制御の少なくとも一方を選択してもよい。
【００２１】
この場合にも、前述の場合と同様に、ガスの流量制御を正確かつ容易に行なえる。
【００２２】
ガス流量制御手段は、好ましくは、マスフローコントローラである。この場合、パルスバルブとマスフローコントローラとは、好ましくは、一体化あるいは直接接続される。
【００２３】
それにより、パルスバルブとマスフローコントローラ間の配管のコンダクタンスによりマスフローコントローラの指示値と実流量値に差が生じるのを防止することができる。このことも、正確なガス流量制御に寄与し得る。
【００２４】
ガス供給系は、好ましくは、ガスボンベと、該ガスボンベからのガス圧力を減じてパルスバルブやガス流量制御手段等の破壊を防止するためのレギュレータを有する。背圧制御手段は、好ましくは、減圧機能と昇圧機能との双方を有する。
【００２５】
上記レギュレータを設けることにより、パルスバルブやガス流量制御手段等の破壊を防止することができる。また、背圧制御手段が減圧機能と昇圧機能とを双方を有することにより、パルスバルブの背圧を制御することができる。
【００２８】
半導体製造装置は、好ましくは、複数のガス供給系を備える。各々のガス供給系には、好ましくは、ガス流量制御手段と背圧制御手段との双方が設けられる。
【００２９】
それにより、ガス供給系ごとに上述のような流量制御を行なえる。
上記複数のガス供給系に対し１つのパルスバルブが設けられてもよい。
【００３０】
この場合には、パルスバルブの個体差に起因するガス流量の変動を回避することができる。また、上述のような本発明に係る流量制御を行なうことにより、このように１つのパルスバルブで複数のガスを反応室内に供給する場合でも、所望の混合比でガスを供給することができる。
【００３１】
他方、各々のガス供給系に対しパルスバルブがそれぞれ設けられてもよい。
ガス間の圧力差が大きい場合には、１つのパルスバルブを通して複数のガスを反応室内に供給するよりも、各ガス供給系に対しパルスバルブをそれぞれ設けた方が流量制御が容易となる。この場合、パルスバルブの個体差に起因するガス流量の変動は、ガス流量制御手段と背圧制御手段との併用により効果的に抑制できる。
【００３２】
上記ガス供給系は、他の反応室と接続される他のガス供給系とガスボンベを共有してもよい。
【００３３】
同一のガスボンベからガスが供給される複数の反応室で同時に処理を行なった場合、配管内における圧力が変動し得る。しかしながら、上述のガス流量制御手段および背圧制御手段を使用することにより、安定して反応室内にガスを供給することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１１を用いて、この発明の実施の形態について説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
まず、図１〜図５を用いて、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の１つの実施の形態によるプラズマ処理装置の概略構成図である。
【００３６】
図１に示すように、プラズマ処理装置は、反応室１と、パルスバルブ２と、マスフローコントローラ（ガス流量制御手段）３と、背圧制御装置４と、コントローラ５と、ガス配管６と、レギュレータ７と、ガスボンベ８と、コンピュータ１０と、ステージ１２とを備える。
【００３７】
パルスバルブ２は、反応室１内にパルス的にガスを供給可能なバルブである。マスフローコントローラ３は、流量計３ａと可変流量バルブ３ｂとを含み、ガス流量を制御する。背圧制御装置４は、圧力計４ａ１と、圧力制御バルブ４ｂとを有する。背圧制御装置４は、減圧機能および昇圧機能を備え、ある設定値に対して一定となるようにガス圧力を制御する。
【００３８】
コントローラ５は、パルスバルブ２、マスフローコントローラ３および背圧制御装置４と信号線９を介して接続され、それらの動作制御を行なう。コントローラ５は、またコンピュータ１０と接続される。さらに、コントローラ５は、圧力計４ａ２と接続される。
【００３９】
レギュレータ７は、パルスバルブ２やマスフローコントローラ３等の破壊を防止するためのものであり、ガスボンベ８から供給されるガスの圧力を減じる。
【００４０】
ステージ１２上には、試料１１が載置される。この試料１１に、反応室１内でプラズマを用いた処理が施される。
【００４１】
上述の構成において、ガス配管６内にガスボンベ８から導入されたガスは、パルスバルブ２に供給され、パルス的に反応室１内に供給される。このとき、ガス配管６内の圧力は、圧力計４ａ１により逐次検出され、マスフローコントローラ３入口の圧力が所定の値を保つように背圧制御装置４が作動する。一定の圧力に保たれたガスは、マスフローコントローラ３によって流量制御され、パルスバルブ２へ供給される。
【００４２】
その際に、マスフローコントローラ３により、ガス流量を微調整することができる。また、背圧制御装置４によって前述のようにマスフローコントローラ３入口に一定の圧力でガスを供給することができるので、ガスボンベ８から背圧制御装置４間のガス配管６においてガス圧力が変化した場合においても、マスフローコントローラ３入口の圧力が急激に変動することを防止することができる。このため、ガスがマスフローコントローラ３から突出的に設定値以上の流量で流れることを防止することができる。
【００４３】
しかし、ガス配管６内の圧力が設定圧力より低くなった場合、背圧制御装置４は加圧するよう作動する必要があるため、一定の圧力になるにはある程度の時間を要する。また、ガス配管６内の圧力が急激に変動した場合も、背圧制御装置４が対応しきれないことがある。このような場合でも、ガス圧力の変動が背圧制御装置４によってゆるやかになるため、マスフローコントローラ３入口の圧力が急激に変動することを防止することができる。このため、マスフローコントローラ３から突出的にガスが設定値以上の流量で流れることを防止することができる。
【００４４】
また、次のような手法で急激な圧力変動に対し対応することも可能である。後述する図５に示すパルスバルブ動作条件でマスフローコントローラ３を全開にした場合、供給できる最大流量は０．５気圧で７６ｓｃｃｍであり、１．５気圧で２２７ｓｃｃｍである。図５の例ではマスフローコントローラ３の設定流量を７０ｓｃｃｍと設定しているので、圧力が１．５気圧から急に０．５気圧に変化しその対応に時間がかかってもガスを一定流量で反応室１内に供給することができる。つまり、マスフローコントローラ３の設定流量を、予測される最低圧力におけるマスフローコントローラ３の最大流量以下とすることにより、圧力変動が大きい場合でも安定して所望の流量のガスを反応室１内に供給できる。
【００４５】
パルスバルブ２を交換した場合、パルスバルブ２の個体差によってバルブの開度が異なるため、同一条件でパルス動作させても供給されるガス流量は異なり所望のガス流量を得ることは困難であった。しかし、マスフローコントローラ３により流量を制御することによって所望のガス流量を得ることができる。
【００４６】
なお、マスフローコントローラ３をパルスバルブ２と一体化あるいは直接接続することにより、パルスバルブ２とマスフローコントローラ３間を接続する配管のコンダクタンスに起因してマスフローコントローラ３の指示値と実流量値の間に差が生じるのを防止することができる。マスフローコントローラ３とパルスバルブ２を一体化するには、たとえばパルスバルブ２に対し内部のコンダクタンスをある範囲で変化させる機能を付加し、流量計を組込むことにより行なえる。
【００４７】
上記のような構成にすることによって、ガス配管６内の圧力が変動しても、反応室１内に導入されるエッチングガス等のガスの流量を背圧および流量の制御によって所定の流量に維持することができる。それにより、反応室１内の圧力を所定の条件に維持することができる。
【００４８】
次に、図２を用いて、本発明特有のガス流量制御方法の基本的な考え方について説明する。
【００４９】
本発明では、パルスバルブ２の背圧を制御する背圧制御と、マスフローコントローラ３による流量制御との双方を用いて、互いの欠点を補償しあうようにそれらを制御してガス流量の制御を行なうことができる。それにより、所望のガス流量を精度よく得ることができる。その理由について以下に詳しく説明する。
【００５０】
まず、背圧制御のみによって流量制御する場合の問題点について説明する。
図２（ａ）に示すように、背圧Ｐｏに対してガス流量Ｑの増加率が大きい場合、わずかな背圧の変化に対してガス流量は敏感に変化してしまう。そのため、背圧の設定値に対するふらつきを非常に小さくする必要がある。実際、多少の背圧のふらつきはあるため、一定流量を供給することは困難である。
【００５１】
次に、マスフローコントローラ３のみによる流量制御の場合の問題点について説明する。図２（ｂ）における点線はマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３の最大流量を示している。マスフローコントローラ３の最大流量が大きすぎると、小流量のガスを流す際に、誤差が大きくなる。また、蒸気圧の低いガスを流す場合、マスフローコントローラ３にかかる圧力が小さく、ガスが流れにくくなる。そのため、一定流量を供給することが困難となる。
【００５２】
そこで、上述の欠点を解消して所望のガス流量を得るために、本願発明では、パルスバルブ２、マスフローコントローラ３および背圧制御装置を適切に制御している。具体的には、図２（ｃ）に示すように、マスフローコントローラ３による流量設定で制限を設けることにより、背圧のふらつきによる流量の不安定性を防止する。また、圧力が低い領域では、流量はマスフローコントローラ３よりパルスバルブ２の背圧で制御した方が精度が向上するため、背圧制御を行なうように各要素を制御する。それにより、さまざまな条件下においても、所望のガス流量を得ることができる。
【００５３】
次に、図３と図４とを用いて、コントローラ５によるパルスバルブ２、マスフローコントローラ３および背圧制御装置４の制御方法について具体的に説明する。図３および図４は、上記制御方法の具体例を示すフローチャートである。
【００５４】
図３を参照して、ステップＳ１において各種条件設定を行なう。ここで、パルスバルブ動作条件とは、パルスバルブ２のＯＮ／ＯＦＦ時間（パルスバルブ２の開度の時間変化）のことである。また、コンダクタンスバルブは排気速度の調整をすべく所定の条件に設定される。
【００５５】
上記条件設定を行なった後、ステップＳ２において、リアクタ（反応室１）内の圧力計算とガスの流量計算を行なう。反応室１内の圧力Ｐおよび質量流量ｍは、下記の数式（１）および（２）により求めることができる。
【００５６】
【数１】
Figure 0003830670
【００５７】
上記の数式（１）および（２）において、Ｐｏはパルスバルブ２にかかる圧力（背圧）を示し、Ｖｓは音速を示し、Ａ（ｔ）はパルスバルブ２の開度の時間変化を示し、Ｖは反応室１の容積を示し、Ｓは排気速度を示し、ｍはガスの質量を示し、γはガスの比熱比を示す。なお、上記数式ではガスが理想気体であることを前提としているが、この数式から求めた圧力は実験値とよく一致することを本願の発明者らは確認した。
【００５８】
次に、ステップＳ３において、圧力変化に対する流量変化をもとに背圧制御を行なうか流量制御を行なうかの判定を行なう。ここで、Ｐは圧力を示しΔＰは圧力のばらつきを示す。なお、圧力Ｐは、制御可能な圧力領域内の圧力である。また、ＱPV max は圧力Ｐでのパルスバルブ２から流れ得る最大流量であり、ΔＱPV max はΔＰのばらつきに対する流量のばらつき（ふれ幅）を示している。なお、最大流量の代わりに平均流量を用いてもよい。
【００５９】
αはパルスバルブ２からの流量のふれ幅を規定するものである。一般的に、マスフローコントローラ３の流量制御はその最大流量の１％程度である。たとえば、最大流量１０ｓｃｃｍのマスフローコントローラ３は０．１ｓｃｃｍの精度で流量制御を行なえる。したがって、α＝１％以内の場合には、背圧制御による流量制御を行なった方がマスフローコントローラ３による流量制御より正確に流量制御を行なえる。
【００６０】
上記の内容に鑑み、ΔＱPV max ／ＱPV max の値がαより小さい場合には、背圧制御を行ない、ΔＱPV max ／ＱPV max の値がα以上の場合には流量制御を行なう。
【００６１】
背圧制御を行なう場合、ステップＳ４において、背圧Ｐｏにおいてパルスバルブ２から流れ得る最大流量であるＱPV max （Ｐｏ）と、マスフローコントローラ３の最大流量ＱMFC max とを比較する。そして、ＱPV max （Ｐｏ）がＱMFC max 以下である場合には、ステップＳ５において背圧の値をＰｏからＰ′へ変更し、ガス流量（Ｑset ）をＱPV max （Ｐ′）に設定する。
【００６２】
しかし、ステップＳ４において、ＱPV max （Ｐｏ）がＱMFC max より大きい場合には、図３の▲１▼へ戻る。
【００６３】
一方、流量制御を行なう場合には、ステップＳ６において、ＱMFC max とＱset とを比較する。つまり、設定流量Ｑset が圧力領域（Ｐｏ±ΔＰ）内でマスフローコントローラ３の最大流量ＱMFC max 以下であるか否かを判定する。ＱMFC max がＱset 以上である場合には、ステップＳ７においてＱMFC max の値をガス流量の設定値とする。しかし、ＱMFC max の値がＱset より小さい場合には、図３における▲１▼へ戻る。
【００６４】
以上のようにして背圧制御あるいは流量制御によってガス流量を設定した後、ステップＳ８において反応室１内にガスを導入し、圧力とガス流量とを測定する。
【００６５】
その後、ステップＳ９において、計算値とのずれに対する補正や、コンダクタンス・背圧等の調整を行ない、ステップＳ１０において処理を開始する。
【００６６】
次に、制御方法の他の例について図４を用いて説明する。図４に示すように、本制御方法では、ステップＳ３の内容が図３の場合と異なるのみであり、それ以外の内容は図３の場合と同様である。
【００６７】
図４に示すフローチャートにおけるステップＳ３では、圧力変化に対するΔＱPV max の値と、αＱPV max の値と、ＱMFC max ／１００の値とを比較している。そして、図４におけるステップＳ３の条件を満たす場合には、背圧制御を行ない、満たさない場合には流量制御を行なう。
【００６８】
なお、上述のフローチャートに従って実際に制御を行なう際には、事前にガス流量、コンダクタンスバルブ、背圧等のデータ（計算値および実測値）をとることが好ましい。それにより、処理開始前での計算値とのずれに対する補正や調整を素早く行なえ、処理開始までの時間を短縮することができる。
【００６９】
また、複数のガス種を用いる場合でも、図３および図４に示す場合と同様の制御を行なえばよい。ただし、初期設定の際に、流量比の設定が加わる。また、図３および図４に示すフローチャートは、ガス流量をある値に制御する方法を示しているが、この他に圧力一定の制御方法、圧力の最大値と最小値の差を一定にする制御方法も考えられる。
【００７０】
さらに、蒸気圧の低いガスを用いる場合には、マスフローコントローラ３による流量制御を行なわず、背圧制御のみでガス流量を制御してもよい。
【００７１】
次に、図５を用いて、図１に示す反応室１内にガスをパルス的に供給した場合における反応室１内の圧力変化について説明する。なお、図５に示すデータは、オリフィス径が０．５ｍｍのパルスバルブ２を開時間６０ｍｓｅｃ、繰返し周期３００ｍｓｅｃの条件で動作させ、塩素ガスを反応室１内に供給した場合のものである。塩素ガスのマスフローコントローラ３入口でのガス圧力設定値は１気圧とし、マスフローコントローラ３の設定流量を７０ｓｃｃｍとしている。このガス圧力設定値（１気圧）は、ガスボンベ８のレギュレータ７により減圧された圧力より低くする。
【００７２】
図５に示すように、パルスバルブ２のパルス動作に応答して、マスフローコントローラ３の設定流量とほぼ等しい量のガスが反応室１内に供給され（Ｑｉｎ）、それにともなって反応室１内の圧力が変化しているのがわかる。この図５に示すように、一定流量のガスを反応室１内に安定して供給することができる。
【００７３】
（実施の形態２）
次に、図６および図７を用いて、この発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２では、複数の種類のガスを１つのパルスバルブ２で供給している。たとえば、塩素と酸素の混合ガスを１つのパルスバルブ２で反応室１内に供給する。なお、本実施の形態２以降の実施の形態では、装置構成を簡略化して図示する。
【００７４】
図６に示すように、本実施の形態２では、２つのガス供給系を設けている。一方のガス供給系では、ガス配管６１がガスボンベ８１側のレギュレータ７１により減圧された塩素ガスを背圧制御装置４１およびマスフローコントローラ３１を通してパルスバルブ２に供給する。他方のガス供給系では、ガス配管６２がガスボンベ８２側のレギュレータ７２により減圧された酸素ガスを背圧制御装置４２およびマスフローコントローラ３２を通してパルスバルブ２に供給する。各々のマスフローコントローラ３１，３２および背圧制御装置４１，４２は、図示しないコントローラによって制御される。制御方法としては、実施の形態１場合と同様のものを採用できる。
【００７５】
ガス配管６１，６２から導入されたガスは、パルスバルブ２に供給され、パルス的に反応室１内に供給される。この場合、ガス配管６１，６２内の圧力は、背圧制御装置４１，４２内の圧力検出器により逐次検出され、ガス配管６１，６２内のマスフローコントローラ３１，３２入口の圧力が所定の値を保つように背圧制御装置４１，４２が作動する。一定圧力に保たれたガスは、マスフローコントローラ３１，３２によって流量制御され、パルスバルブ２へと導入される。
【００７６】
図７は、塩素ガスに酸素ガスを流量比５％で添加した混合ガスを反応室１内に供給した場合の圧力変化等を示す。パルスバルブ２の動作条件は、実施の形態１の場合と同様である。ガス流量については、塩素ガス流量を５７ｓｃｃｍとし、酸素ガスを３ｓｃｃｍと設定している。またマスフローコントローラ３入口でのガスの設定圧力は各々１気圧としている。
【００７７】
以上の構成によって、複数種類のガスを１つのパルスバルブ２でパルス的に供給する場合においても実施の形態１と同様にガス供給系ごとにマスフローコントローラ３および背圧制御装置４を設けることにより所望の混合比でガスを反応室１内に供給することができる。
【００７８】
（実施の形態３）
次に、図８および図９を用いて、この発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３では、複数のガスを複数のパルスバルブで供給している。本実施の形態３においても、上述の実施の形態２の場合と同様に２つのガス供給系が設けられている。
【００７９】
一方のガス供給系におけるガス配管６１は、ガスボンベ８１側のレギュレータ７１により減圧されたｃ−Ｃ4 Ｆ8 ガスを背圧制御装置４１およびマスフローコントローラ３１を通してパルスバルブ２１に供給する。他方のガス供給系におけるガス配管６２は、ガスボンベ８２側のレギュレータ７２により減圧された酸素ガスを背圧制御装置４２およびマスフローコントローラ３２を通してパルスバルブ２２に供給する。各々のマスフローコントローラ３１，３２、背圧制御装置４１，４２およびパルスバルブ２１，２２は、図示しないコントローラによって前述の各実施の形態の場合と同様の手法で制御される。
【００８０】
ガス配管６１，６２から導入されたガスは、パルスバルブ２１，２２に供給され、パルス的に反応室１内に供給される。この場合、ガス配管６１，６２内の圧力は、実施の形態２と同様の手法で制御され、一定の圧力に保たれたガスがマスフローコントローラ３１，３２によって流量制御される。
【００８１】
上述の実施の形態２において使用した塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスでは各々のボンベ充填圧力は同程度であるが、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 ガスと酸素ガスとの混合ガスではｃ−Ｃ4 Ｆ8 ガスのボンベ充填圧力は酸素ガスに比べ低い。このようにそれぞれのガスの圧力差が大きい場合、実施の形態２のように１つのパルスバルブ２で流量を制御するよりも、各々別のガス供給系で流量を制御する方が容易である。
【００８２】
図９に、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 ガスに酸素ガスを４０％添加した混合ガスを各々のガス供給系から反応室１内へ供給した場合の圧力の時間変動を示す。ガス流量の設定値は、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 を１５ｓｃｃｍ、酸素（Ｏ2 ）を１０ｓｃｃｍとしている。図９に示すように、ガス流量（Ｑｉｎ）および反応室１内の圧力が安定して制御されているのがわかる。
【００８３】
なお、複数のパルスバルブ２１，２２を使用する場合、パルスバルブ２１，２２の個体差によってバルブの開度が異なるため供給される流量が異なるが、上記のようにマスフローコントローラ３１，３２と背圧制御装置４１，４２とを併用することによって所望のガス流量を得ることができる。
【００８４】
（実施の形態４）
次に、図１０を用いて、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４では、１つのガスボンベ８から複数の反応室へガスを供給している。
【００８５】
図１０に示すように、ガスボンベ８からのガスはレギュレータ７により減圧され、ガス配管６１および６２内に供給される。ガス配管６１内に供給されたガスは、背圧制御装置４１、マスフローコントローラ３１およびパルスバルブ２１を通して反応室１０１内に供給される。ガス配管６２内に導入されたガスは、背圧制御装置４２、マスフローコントローラ３２およびパルスバルブ２２を通して反応室１０２内に供給される。マスフローコントローラ３１，３２、背圧制御装置４１，４２およびパルスバルブ２１，２２は、図示しないコントローラによって前述の各実施の形態の場合と同様の手法で制御される。
【００８６】
ガス配管６１，６２内に導入されたガスは、実施の形態２と同様の手法で一定の圧力に保たれ、マスフローコントローラ３１，３２に送り込まれる。その後、マスフローコントローラ３１，３２によって流量制御されたガスがパルスバルブ２１，２２を通して反応室１０１，１０２内に導入される。
【００８７】
１つのガスボンベから複数の反応室にガスを供給する場合、ある反応室での処理中に別の反応室で処理を開始すると、一時的に配管内の圧力が変動し、反応室内に供給されるガス流量が変化していた。しかしながら、マスフローコントローラ３１，３２および背圧制御装置４１，４２を各ガス供給系に設置することにより、ガス供給系ごとに流量制御と背圧制御とを行なえ、各反応室内に安定してガスを供給することができる。したがって、ガス配管内の圧力が変動しても、反応室に導入されるエッチングガス等の流量を所定の値に維持することができ、反応室の圧力を所定の条件に維持することができる。
【００８８】
（実施の形態５）
次に、図１１を用いて、本発明の実施の形態５について説明する。
【００８９】
前述の各実施の形態では、ガスボンベからガスを取出す際にレギュレータで減圧する必要があるガスを用いる場合を前提としていたが、ガスボンベからガスを取出す際にレギュレータで減圧する必要がないガスもある。この場合にはレギュレータを設ける必要がないため、装置構成が異なるものとなる。
【００９０】
一般に高圧ガスは圧力が高いため、レギュレータで減圧する必要がある。また、液化ガスでも、充填圧力が高ければ、レギュレータで減圧する必要がある。しかしながら、蒸気圧の低いガスはレギュレータを使用するとかえってガスが流れにくくなる。そのため、このようなガスを使用する場合にはレギュレータを省略する。
【００９１】
また、上記のような蒸気圧の低いガスを使用する場合には、実施の形態４の場合のような構成を採用するのは好ましくない。それは、他の反応室からの干渉を受けやすくなるからである。数十気圧以上の充填圧力であれば、複数の反応室にガスを供給する構成を採用しても問題はないが、ＳｉＣｌ4 のような数気圧程度しか充填圧力がないガスは他の反応室からの干渉を受けやすいので、ガス供給系を他の装置と独立させた方がよい。レギュレータを使用するガスの場合でも、ガス供給系を独立された方がよい場合がある。それは、ガスボンベからのガス圧力がレギュレータの設定値より低くなると他の反応室からの影響を受けやすくなるからである。
【００９２】
本実施の形態５では、蒸気圧の低いガスを使用する場合について説明する。
図１１に示すように、ガスボンベ８１からのガスはレギュレータ７により減圧され、ガス配管６１、背圧制御装置４１、マスフローコントローラ３１およびパルスバルブ２１を通して反応室１内に供給される。蒸気圧の低いガスを充填したガスボンベ８２からのガスは、ガス配管６２、背圧制御装置４２、マスフローコントローラ３２およびパルスバルブ２２を通して反応室１内に供給される。マスフローコントローラ３１，３２、背圧制御装置４１，４２およびパルスバルブ２１，２２は、図示しないコントローラによって前述の各実施の形態の場合と同様に制御される。
【００９３】
ガス配管６１，６２に導入されたガスは、実施の形態２と同様の方法で圧力制御され、マスフローコントローラ３１，３２に導入される。
【００９４】
レギュレータ７を使用するには圧力の低い液化ガス等のガスにおいては、各反応室ごとに独立してガスボンベ８２を接続することにより、他の反応室からの干渉をなくすことができる。それにより、ガス流量を所定の流量に維持することができ、反応室１内の圧力を所定条件に維持することができる。
【００９５】
なお、上述の各実施の形態において示したガスの種類、パルスバルブ２，２１，２２の動作条件、ガス流量、圧力は一例であり、これに限定されものではない。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ガス流量制御手段と背圧制御手段とを設けるこにより、反応室内に所望の流量のガスを安定して供給することができる。また、複数のガスを反応室内に供給する場合、各ガスごとに上述の流量制御を行なうことにより、反応室内の混合比を制御することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】 （ａ）〜（ｃ）は、ガスの最大流量Ｑmax と背圧Ｐｏとの関係を示す図である。
【図３】 実施の形態１におけるガス流量の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】 実施の形態１におけるガス流量の制御方法の他の例を示すフローチャートである。
【図５】 パルスバルブのパルス動作と、パルスバルブから供給されるガス流量Ｑｉｎと、それに伴う反応室内の圧力変化とを示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図７】 パルスバルブのパルス動作と、パルスバルブから供給されるガス流量と、それに伴う反応室内の圧力変化とを示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図９】 パルスバルブのパルス動作と、パルスバルブから供給されるガス流量と、それに伴う反応室内の圧力変化とを示す図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４におけるプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５におけるプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図１２】 従来のプラズマ処理装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１，１０１，１０２ 反応室、２，２１，２２ パルスバルブ、３，３１，３２ マスフローコントローラ、３ａ 流量計、３ｂ 可変流量バルブ、４，４１，４２ 背圧制御装置、４ａ１，４ａ２ 圧力計、４ｂ 圧力制御バルブ、５コントローラ、６，６１，６２ ガス配管、７，７１，７２ レギュレータ、８，８１，８２ ガスボンベ。

Claims (8)

  1. 反応室と、
    前記反応室にガスを供給するガス供給系と、
    前記ガス供給系に設けられ、開閉動作を周期的に繰返すことで前記反応室内に前記ガスを間欠的に供給するパルスバルブと、
    前記ガス供給系に設けられ、前記パルスバルブに供給される前記ガスの流量を制御するガス流量制御手段と、
    前記ガス供給系に設けられ、前記パルスバルブの背圧を制御する背圧制御手段と、
    前記パルスバルブ、前記ガス流量制御手段および前記背圧制御手段の動作制御を行なう制御部とを備え、
    前記背圧制御手段は、前記ガス流量制御手段の入口に接続され、
    前記ガス流量制御手段は、流量計と可変流量バルブとを備え、
    前記背圧制御手段は、圧力計と圧力制御バルブとを備え、
    前記制御部は、所定の値と前記ガスの流量のばらつきとを比較して、その比較結果に基づいて、前記可変流量バルブによる流量制御と、前記圧力制御バルブによる背圧制御の少なくとも一方を選択する、半導体製造装置。
  2. 反応室と、
    前記反応室にガスを供給するガス供給系と、
    前記ガス供給系に設けられ、開閉動作を周期的に繰返すことで前記反応室内に前記ガスを間欠的に供給するパルスバルブと、
    前記ガス供給系に設けられ、前記パルスバルブに供給される前記ガスの流量を制御するガス流量制御手段と、
    前記ガス供給系に設けられ、前記パルスバルブの背圧を制御する背圧制御手段と、
    前記パルスバルブ、前記ガス流量制御手段および前記背圧制御手段の動作制御を行なう制御部とを備え、
    前記背圧制御手段は、前記ガス流量制御手段の入口に接続され、
    前記ガス流量制御手段は、流量計と可変流量バルブとを備え、
    前記背圧制御手段は、圧力計と圧力制御バルブとを備え、
    前記制御部は、所定の値と前記ガスの圧力のばらつきとを比較して、その比較結果に基づいて、前記可変流量バルブによる流量制御と、前記圧力制御バルブによる背圧制御の少なくとも一方を選択する、半導体製造装置。
  3. 前記ガス流量制御手段は、マスフローコントローラであり、
    前記パルスバルブと前記マスフローコントローラとは一体化あるいは直接接続される、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
  4. 前記ガス供給系は、ガスボンベと、該ガスボンベからのガス圧力を減じて前記パルスバルブや前記ガス流量制御手段の破壊を防止するためのレギュレータとを有し、
    前記背圧制御手段は、減圧機能と昇圧機能との双方を有する、請求項１から３のいずれかに記載の半導体製造装置。
  5. 前記半導体製造装置は、複数の前記ガス供給系を備え、
    各々の前記ガス供給系に前記ガス流量制御手段と、前記背圧制御手段とが設けられる、請求項１から４のいずれかに記載の半導体製造装置。
  6. 前記複数のガス供給系に対し１つの前記パルスバルブが設けられる、請求項５に記載の半導体製造装置。
  7. 各々の前記ガス供給系に対し前記パルスバルブがそれぞれ設けられる、請求項５に記載の半導体製造装置。
  8. 前記ガス供給系は、ガスボンベを含み、
    前記ガスボンベは、他の反応室と接続される他のガス供給系と前記ガス供給系とに共有される、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
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