JP2002100608A

JP2002100608A - 半導体製造装置および半導体製造方法

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Publication number: JP2002100608A
Application number: JP2000287716A
Authority: JP
Inventors: Itsuko Sakai; 伊都子酒井; Takayuki Sakai; 隆行酒井; Norihisa Oiwa; 徳久大岩
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2002-04-05
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JP3926977B2

Abstract

(57)【要約】【課題】循環配管を頻繁に交換・洗浄しなくても、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を提供する。【解決手段】被処理基板を処理する真空容器（１０
１）、前記真空容器にプロセスガスを供給するプロセス
ガス供給手段（１０８，１０９）、前記真空容器内を排
気する第１の排気手段（１１２）、前記第１の排気手段
の排気側を吸気する第２の排気手段（１１３）、および
前記第１の排気手段と前記第２の排気手段との間を前記
真空容器に接続する循環配管（１１４）を具備する半導
体製造装置である。前記循環配管の一部は着脱可能なダ
スト捕獲機構（１１７）であり、このダスト捕獲機構
は、内部を通過するガスの流れを１８０℃以上方向転換
するよう構成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置お
よび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
製造装置および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Ｐ
ＦＣ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（Ｖ
１）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１
１１（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１
１４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（ＡＰＣ
２）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１
０８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１
１６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Ｖ
１、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ＡＰ
Ｃ１（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ＡＰ
Ｃ２（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Ｑ
１＝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、循環配管を頻繁に交換・洗
浄しなくても、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を提供する
ことを目的とする。

【００１６】また本発明は、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、被処理基板を処理する真空容器、前記真
空容器にプロセスガスを供給するプロセスガス供給手
段、前記真空容器内を排気する第１の排気手段、前記第
１の排気手段の排気側を吸気する第２の排気手段、およ
び前記第１の排気手段と前記第２の排気手段との間を前
記真空容器に接続する循環配管を具備し、前記循環配管
の一部は着脱可能なダスト捕獲機構であり、このダスト
捕獲機構は、内部を通過するガスの流れを１８０℃以上
方向転換するよう構成されていることを特徴とする半導
体製造装置を提供する。

【００１８】前記着脱可能なダスト捕獲機構は、Ｕ字
状、コの字状、および螺旋状からなる群から選択される
少なくとも１種の形状を有することが好ましい。

【００１９】また本発明は、被処理基板を処理する真空
容器、前記真空容器にプロセスガスを供給するプロセス
ガス供給手段、前記真空容器内を排気する第１の排気手
段、前記第１の排気手段の排気側を吸気する第２の排気
手段、および前記第１の排気手段と前記第２の排気手段
との間を前記真空容器に接続する循環配管を具備し、前
記循環配管はダスト捕獲機構を有し、このダスト捕獲機
構の温度は、前記循環配管の他の部分の温度より低いこ
とを特徴とする半導体製造装置を提供する。

【００２０】また本発明は、被処理基板を処理する真空
容器、前記真空容器にプロセスガスを供給するプロセス
ガス供給手段、前記真空容器内を排気する第１の排気手
段、前記第１の排気手段の排気側を吸気する第２の排気
手段、および前記第１の排気手段と前記第２の排気手段
との間を前記真空容器に接続する循環配管を具備し、前
記循環配管は、静電集塵器をその内部に有することを特
徴とする半導体製造装置を提供する。

【００２１】また本発明は、被処理基板を処理する真空
容器、前記真空容器にプロセスガスを供給するプロセス
ガス供給手段、前記真空容器内を排気する第１の排気手
段、前記第１の排気手段の排気側を吸気する第２の排気
手段、および前記第１の排気手段と前記第２の排気手段
との間を前記真空容器に接続する循環配管を具備する半
導体製造装置であって、前記循環配管は、オリフィス部
と、このオリフィス上流側の圧力を計測するための圧力
計とを備え、前記オリフィス部は、前記装置の動作条件
下で３倍以上の差圧を形成できることを特徴とする半導
体製造装置を提供する。

【００２２】さらに本発明は、排気された処理容器内に
プロセスガスを供給して、被処理基板を処理して半導体
装置を製造する方法であって、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、循環配管を介し
て前記処理容器に再導入され、前記循環配管は、流量制
御バルブ、オリフィス部、および前記オリフィス上流側
の圧力を計測するための圧力計を備え、前記オリフィス
部は、動作条件下で３倍以上の差圧を形成し、前記圧力
計は、前記オリフィスの上流側のプロセスガスの圧力を
計測して圧力計測値を与え、前記オリフィス部と前記圧
力計測値とに基づいて前記流量制御バルブの開度を制御
し、それによって前記真空容器に再導入されるプロセス
ガスの流量を調整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。

【００２３】またさらに本発明は、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１１
７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１１
７の適切な温度について具体的に説明する。循環配管１
１４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、１
５０℃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１３
３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１３
６ａ，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１
３４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ｒ_c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Ｐ
２＝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ＳｉＨ
₄、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１５
１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、Ｃ
ｌＦ₃ガスをクリーニングガス導入口から２００ｓｃｃ
ｍ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Ｐ
２’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２０Ｔ
ｏｒｒ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１０Ｔｏ
ｒｒ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２０００ｓｃ
ｃｍ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ＬＰ
ＣＶＤ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１
０２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１
６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１０
１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Ａ
ＰＣ１（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Ａ
ＰＣ２（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＝７０
０ｓｌｍ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１０
１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Ａ
ＰＣ１（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Ａ
ＰＣ２（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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大岩徳久神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 EA14 FA01 HA15 JA09 5F004 AA13 BA04 BB28 BC03 BC04 BD04 CA02 DA00 DA23 DA25 DA26 5F045 AA06 BB08 BB15 DP04 DQ10 EC09 EE04 EG03 EG06 EG08 EG09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理基板を処理する真空容器、前記真空容器にプロセスガスを供給するプロセスガス供
給手段、前記真空容器内を排気する第１の排気手段、前記第１の排気手段の排気側を吸気する第２の排気手
段、および前記第１の排気手段と前記第２の排気手段と
の間を前記真空容器に接続する循環配管を具備し、前記循環配管の一部は着脱可能なダスト捕獲機構であ
り、このダスト捕獲機構は、内部を通過するガスの流れ
を１８０℃以上方向転換するよう構成されていることを
特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】前記着脱可能なダスト捕獲機構は、Ｕ字
状、コの字状、および螺旋状からなる群から選択される
少なくとも１種の形状を有することを特徴とする請求項
１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】被処理基板を処理する真空容器、前記真空容器にプロセスガスを供給するプロセスガス供
給手段、前記真空容器内を排気する第１の排気手段、前記第１の排気手段の排気側を吸気する第２の排気手
段、および前記第１の排気手段と前記第２の排気手段と
の間を前記真空容器に接続する循環配管を具備し、前記循環配管はダスト捕獲機構を有し、このダスト捕獲
機構の温度は、前記循環配管の他の部分の温度より低い
ことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】被処理基板を処理する真空容器、前記真空容器にプロセスガスを供給するプロセスガス供
給手段、前記真空容器内を排気する第１の排気手段、前記第１の排気手段の排気側を吸気する第２の排気手
段、および前記第１の排気手段と前記第２の排気手段と
の間を前記真空容器に接続する循環配管を具備し、前記循環配管は、静電集塵器をその内部に有することを
特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】被処理基板を処理する真空容器、前記真空容器にプロセスガスを供給するプロセスガス供
給手段、前記真空容器内を排気する第１の排気手段、前記第１の排気手段の排気側を吸気する第２の排気手
段、および前記第１の排気手段と前記第２の排気手段と
の間を前記真空容器に接続する循環配管を具備する半導
体製造装置であって、前記循環配管は、オリフィス部と、このオリフィス上流
側の圧力を計測するための圧力計とを備え、前記オリフ
ィス部は、前記装置の動作条件下で３倍以上の差圧を形
成できることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】排気された処理容器内にプロセスガスを
供給して、被処理基板を処理して半導体装置を製造する
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、循環配管を介して前記処理容器に再導入され、前記循環配管は、流量制御バルブ、オリフィス部、およ
び前記オリフィス上流側の圧力を計測するための圧力計
を備え、前記オリフィス部は、動作条件下で３倍以上の差圧を形
成し、前記圧力計は、前記オリフィスの上流側のプロセスガス
の圧力を計測して圧力計測値を与え、前記オリフィス部と前記圧力計測値とに基づいて前記流
量制御バルブの開度を制御し、それによって前記真空容
器に再導入されるプロセスガスの流量を調整することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】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８】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７に記載の半導体装置の製造方法。