JP2000077394A - 半導体製造装置 - Google Patents

半導体製造装置

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JP2000077394A JP10249531A JP24953198A JP2000077394A JP 2000077394 A JP2000077394 A JP 2000077394A JP 10249531 A JP10249531 A JP 10249531A JP 24953198 A JP24953198 A JP 24953198A JP 2000077394 A JP2000077394 A JP 2000077394A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマを利用した処理を行なう半導体製造
装置において、反応室内に所望の流量のガスを安定して
供給する。 【解決手段】 反応室1内にガスを供給するガス供給系
に、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を設ける。マスフローコントローラ3
は、流量計3aおよび可変流量バルブ3bを備え、背圧
制御装置4は、圧力計4a1および圧力制御バルブ4b
を備える。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は、コントローラ5に接続され、
該コントローラ5により動作制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【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2
0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1
44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、反応室内にガスをパル
ス的に供給する。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、好ましくは、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、好ましくは、流量計
と可変流量バルブとを備える。背圧制御手段は、好まし
くは、圧力計と圧力制御バルブとを備える。制御部は、
好ましくは、流量計により検知されたガスの流量変化に
応じて、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、圧力計により検知されたガ
スの圧力値に応じて、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。
【0026】ガス供給系は、蒸気圧の低いガスを充填し
たガスボンベを有してもよい。この場合には、ガス供給
系は、1つの反応室にのみ接続される。なお、蒸気圧の
低いガスとは、本願明細書では、液化ガス等の数気圧程
度の蒸気圧のガスのことを称する。
【0027】それにより、他の反応室からの干渉をなく
すことができ、ガス流量を所定値に維持することができ
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76s
ccm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70
sccm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(MF
C)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】
【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、V
s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、ΔQ
PV 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、Q
PV 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Qse t 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
り小さい場合には、図3におけるへ戻る。
【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ΔQ PV max の値と、αQ
PV 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(Qi
n)、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7
1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 8 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41,4
2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3
1,32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 8 ガスと酸素ガスとの混
合ガスではc−C4 8 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 8 ガスに酸素ガスを4
0%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 8 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3
1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41,4
2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4
2、マスフローコントローラ32およびパルスバルブ2
2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
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、3
a 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 (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、前記反応室内に前記ガスを
    パルス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、 を備えた半導体製造装置。
  2. 【請求項2】 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る、請求項1に記載の半導体製造
    装置。
  3. 【請求項3】 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、前記流量計により検知された前記ガスの
    流量変化に応じて、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、請求項1または2に記載の半導体製造装
    置。
  4. 【請求項4】 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、前記圧力計により検知された前記ガスの
    圧力値に応じて、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、請求項1から3のいずれかに記載の半導
    体製造装置。
  5. 【請求項5】 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から4のいずれ
    かに記載の半導体製造装置。
  6. 【請求項6】 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5のいずれかに記載の半導体製造装
    置。
  7. 【請求項7】 前記ガス供給系は、蒸気圧の低いガスを
    充填したガスボンベを有し、1つの前記反応室にのみ接
    続される、請求項1から5のいずれかに記載の半導体製
    造装置。
  8. 【請求項8】 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7のいずれ
    かに記載の半導体製造装置。
  9. 【請求項9】 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8に記載の半導体製
    造装置。
  10. 【請求項10】 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8に記載の半導
    体製造装置。
  11. 【請求項11】 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に記載
    の半導体製造装置。
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