JP2004206662A - 処理装置及び処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】処理圧力の範囲が大きく異なる複数種類の処理を行う場合にも、それぞれの処理の圧力制御を適正に行うことが可能な処理装置を提供する。
【解決手段】被処理体Ｗを載置する載置台８を有する処理容器４と、処理ガスを導入するガス導入手段１０と、所定の処理ガスを供給する処理ガス供給系１４，１６，１８と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給系１２と、弁開度が可能になされた圧力制御弁３６と真空ポンプ３８とが介設された真空排気系３２と、圧力計４８とを有する処理装置において、処理ガスの分圧が重要となる処理を行う時には処理ガスを一定量流しつつ圧力計の検出値に基づいて圧力制御弁の弁開度を制御し、処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理を行う時には圧力制御弁の弁開度を所定の値に固定すると共に圧力計の検出値に基づいて不活性ガスの供給量を制御する。
【選択図】 図１
【解決手段】被処理体Ｗを載置する載置台８を有する処理容器４と、処理ガスを導入するガス導入手段１０と、所定の処理ガスを供給する処理ガス供給系１４，１６，１８と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給系１２と、弁開度が可能になされた圧力制御弁３６と真空ポンプ３８とが介設された真空排気系３２と、圧力計４８とを有する処理装置において、処理ガスの分圧が重要となる処理を行う時には処理ガスを一定量流しつつ圧力計の検出値に基づいて圧力制御弁の弁開度を制御し、処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理を行う時には圧力制御弁の弁開度を所定の値に固定すると共に圧力計の検出値に基づいて不活性ガスの供給量を制御する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等に所定の処理を施すための処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するには、半導体ウエハ等の被処理体に、成膜処理、エッチング処理、熱酸化処理、拡散処理、改質処理、結晶化処理等の各種の処理を繰り返し行って所望する集積回路を形成するようになっている。また、被処理体に対して処理を行うものではないが、処理容器内等に付着した不要な膜やパーティクルを除去する処理を行うためにエッチングガスを流して上記不要な膜等を取り除くクリーニング処理も適宜行われる。
【０００３】
ところで、１つの処理装置において、上記したような異種の処理や同種の処理でも処理条件を異ならせて複数種類の処理を行う場合がある。一般的に処理装置に設けられる排気系は、この処理装置が使用されることになる処理時の圧力範囲を考慮して設計されることになり、使用圧力範囲において排気コンダクタンスが最適となるように排気管の直径等が設定され、また、使用圧力範囲に適するように真空ポンプの種類も設定される。
そして、上述のように異種の処理、或いは同種の処理でも処理条件の異なる複数の処理を１つの処理装置で行うことを予定しているような場合において、処理圧力が比較的低い処理と処理圧力が比較的高い処理とが含まれる時には、各圧力領域において処理容器内の圧力を安定的に制御することが求められる。この場合、従来の処理装置では、処理容器内の圧力を検出し、この検出値に基づいて排気系の圧力調整弁を制御したり、或いは排気系に流量制御しつつバラストガスを導入することが行われていた（特許文献１参照）。
【０００４】
また、他の従来装置としては、排気系にバイパスラインを設けて、それを使用圧力範囲に応じて切り替えて用いるようにした装置も知られている。この従来装置の一例を、図６に基づいて説明する。図６は従来の処理装置の一例を示す概略構成図である。
図示するように、この処理装置２は真空引き可能になされた例えばアルミニウム製の筒体状の処理容器４を有しており、この内部には例えば加熱ヒータ等の加熱手段６を備えた載置台８が設けられ、この載置台８上に半導体ウエハＷを載置させて固定できるようになっている。また、この処理容器４の天井部には、この処理容器４内へ各種の処理ガスを導入するガス導入手段として例えばシャワーヘッド部１０が設けられており、このシャワーヘッド部１０の下面に設けた多数のガス噴射孔１０Ａから下方に向けてガスを噴射するようになっている。
【０００５】
そして、このシャワーヘッド部１０には、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２ 等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給系１２と、複数系統の、すなわち図示例では３系統の処理ガス供給系１４、１６、１８とがそれぞれ接続されている。例えば第１の処理ガス供給系１４では成膜時の処理ガスとしてＷＦ６ ガスが供給され、第２の処理ガス供給系１６では成膜時の処理ガスとしてＨ２ ガスが供給され、第３の処理ガス供給系１８ではクリーニング処理時の処理ガス（クリーニングガス）としてＣｌＦ３ ガスが供給される。また、不活性ガス供給系１２の途中及び第１〜第３の各処理ガス供給系１４〜１８の途中には、流れるガス流量を制御するために例えばマスフローコントローラ等よりなる流量制御部１２Ａ、１４Ａ、１６Ａ、１８Ａがそれぞれ介設されている。また、各流量制御部１２Ａ〜１８Ａの上流側及び下流側には、開閉弁２２、２４、２６、２８がそれぞれ設定されており、必要に応じてこれらを開閉できるようになっている。
【０００６】
一方、上記処理容器４の底部には、排気口３０が設けられており、この排気口３０には、真空排気系３２が接続されている。この真空排気系３２は、内径が大きくなされて排気コンダクタンスが大きくなされた主排気管３４を有しており、この主排気管３４には、その上流側より下流側に向けてスロットルバルブのように弁開度が調整可能になされた第１の圧力制御弁３６と真空ポンプ３８とが順次介設されている。そして、上記第１の圧力制御弁３６の直前と直後とには、開閉弁４０がそれぞれ介設されている。
また、上記第１の圧力制御弁３６及びその直前と直後の各開閉弁４０を迂回するようにして、上記主排気管３４よりも内径が小さくなされて排気コンダクタンスが小さくなされたバイパス排気管４２が接続されている。そして、このバイパス排気管４２には、スロットルバルブのように弁開度が調整可能になされた第２の圧力制御弁４４が介設されると共に、この第２の圧力制御弁４４の直前及び直後にも開閉弁４６がそれぞれ介設されている。
【０００７】
そして、上記処理容器４には、この内部の圧力を検出するための圧力計４８が設けられ、この圧力計４８の検出値に基づいて、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段５４が上記各流量制御部１２Ａ〜１８Ａ、第１及び第２の圧力制御弁３６、４４、真空ポンプ３８及び各開閉弁２２〜２８、４０、４６の開閉動作を制御するようになっている。尚、この制御手段５４は、この処理装置２の全体の動作も制御し、これに予め組み込まれた複数の処理用プログラム（レシピとも称す）に基づいて制御動作が行われる。
例えば処理圧力が低い低圧処理として例えばタングステン膜の成膜処理を行う時には、ＷＦ６ ガスとＨ２ ガスのみをそれぞれ所定の値に流量制御しつつ流し（必要に応じて不活性ガスを流してもよい）、これと同時に、バイパス排気管４２はこの開閉弁４６を閉状態としてバイパス排気管４２にガスが流れないようにし、且つ主排気管３４はこの開閉弁４０を開状態としてこの第１の圧力制御弁３６の弁開度を調整することにより処理容器４内の圧力を一定に維持する。
【０００８】
これに対して、処理圧力が高い高圧処理として例えばクリーニング処理を行う時には、ＣｌＦ３ のみを所定の値に流量制御しつつ流し（必要に応じて不活性ガスを流してもよい）、これと同時に、主排気管３４はこの開閉弁４０を閉状態として第１の圧力制御弁３６にガスが流れないようにし、且つバイパス排気管４２はこの開閉弁４６を開状態としてバイパス排気管４２にガスを流しつつ、この第２の圧力制御弁４４の弁開度を調整することにより処理容器４内の圧力を一定に維持する。
【０００９】
このように処理圧力が大きい場合と小さい場合とで、主排気管３４とバイパス排気管４２とを切り替えて使用することにより、使用圧力範囲の差が大きい複数種類の処理に対応するようになっている。尚、処理圧力が高い処理としては、上記クリーニング処理の他に酸化処理、拡散処理等がある。
また、本発明の関連技術として、複数の真空ポンプを設けた場合にその動作圧力範囲内の相異に対応するために、バイパス排気管を設けた処理装置として特許文献２に開示された技術も知られている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１１１５２号公報（第２−４頁、図１−図５）
【特許文献２】
特開平８−２９００５０号公報（第４−５頁、図１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、先の特許文献１の従来装置例にあっては、排気系に流量制御したバラストガスを導入するようにしていることから、処理圧力を広い範囲で変更するような場合には、十分に対応できる構造ではなかった。また、無駄な不活性ガスを大量に使用するので装置の運転コストの高騰を招いている。
また、図６に示す従来装置にあっては、第２の圧力制御弁４４が介設されたバイパス排気管４２を設ける必要があることから、装置自体のコスト高を招来するのみならず、部品点類が多数になることからメンテナンス時も多くの時間を要し、メンテナンス性が劣る、という問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理圧力の範囲が大きく異なる複数種類の処理を行う場合にも、バイパス管や複数の圧力制御弁を用いることなく、それぞれの処理の圧力制御を適正に行うことが可能な処理装置及び処理方法を提供することにある。
また本発明の他の目的は、複数の圧力制御弁を用いることなく、それぞれの処理の圧力制御を適正に行うことが可能な処理装置及び処理方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、前記処理容器内へ処理ガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて所定の処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、前記処理容器に接続されて、途中に弁開度が設定可能になされた圧力制御弁と真空ポンプとが介設された真空排気系と、前記処理容器に設けた圧力計と、処理ガスの分圧が重要となる処理を行う時には前記処理ガス供給系の流量制御部に一定の流量を流す指令をしつつ前記圧力計の検出値に基づいて前記圧力制御弁の弁開度を制御し、処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理を行う時には前記圧力制御弁の弁開度を所定の値に固定すると共に、前記圧力計の検出値に基づいて前記不活性ガス供給系の流量制御部により流量を制御するように動作させる制御手段と、を備えたことを特徴とする処理装置である。
【００１３】
このように、処理圧力が低くて処理ガスの分圧が重要となる処理を行なう時には処理ガスの流量を一定に維持しつつ圧力制御弁の弁開度を調整するようにして処理容器内の圧力を制御し、処理圧力が高くて処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理を行なう時には圧力制御弁の弁開度を所定の値に固定した状態で不活性ガスの流量を調整することにより処理容器内の圧力を制御するようにしたので、処理圧力の範囲が大きく異なる複数種類の処理を行う場合にも、バイパス管や複数の圧力制御弁を用いることなく、それぞれの処理の圧力制御を適正に行うことができる。
【００１４】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記処理ガス供給系は、複数系統設けられており、所定の処理を行う時には前記制御手段は前記流量制御弁の弁開度を大きく開けた設定にした状態で、前記圧力計の検出値に基づいて前記各処理ガス供給系の流量制御部に対して流量比を略一定状態に維持しつつ各流量を制御する。また、例えば請求項３に規定するように、前記排気管は第２の真空ポンプが介設されると共に、前記真空排気系の圧力制御弁と前記第２の真空ポンプとを迂回させて、途中に切り替え用開閉弁を介設したバイパス排気経路が設けられる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、上記請求項１に係る装置発明を用いて行われる方法発明を規定したものであり、すなわち、内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、前記処理容器内へ処理ガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて所定の処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、前記処理容器に接続されて、途中に弁開度が設定可能になされた圧力制御弁と真空ポンプとが介設された真空排気系と、前記処理容器に設けた圧力計と、を有する処理装置を用いて被処理体に対して処理を行う方法において、処理ガスの分圧が重要となる処理を行う時には前記処理ガス供給系に流れる処理ガスの流量を一定に維持しつつ前記圧力計の検出値に基づいて前記圧力制御弁の弁開度を制御するようにし、処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理を行う時には前記圧力制御弁の弁開度を所定の値に固定すると共に、前記圧力計の検出値に基づいて前記不活性ガス供給系に流れる不活性ガスの流用を制御するようにしたことを特徴とする処理方法である。
【００１６】
この場合、例えば請求項５に規定するように、前記処理ガス供給系は、複数系統設けられており、所定の処理を行う時には前記流量制御弁の弁開度を大きく開けて維持した状態で、前記圧力計の検出値に基づいて前記各処理ガス供給系を流れる処理ガスの流量比を略一定状態に維持しつつ各流量を制御する。
また、例えば請求項６に規定するように、前記真空ポンプは、分圧が重要となる処理と分圧が重要とならない処理でその回転数を異なるように制御する。
また、例えば請求項７に規定するように、前記分圧が重要となる処理は成膜処理であり、前記分圧が比較的重要とならない処理はクリーニング処理である。
また、例えば請求項８に規定するように、前記１つの真空排気系により、前記複数の処理の排気が行われる。
【００１７】
請求項９に係る発明は、内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、前記処理容器内へ処理ガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて所定のガスを供給するガス供給系と、前記処理容器に接続されて、途中に第１の真空ポンプと第２の真空ポンプと弁開度が任意に設定可能になされた圧力制御弁とが介設された真空排気系と、前記処理容器の圧力を検出する圧力計と、を備えた処理装置において、前記圧力制御弁と前記第２の真空ポンプとを迂回させてバイパス排気経路を設けると共に、前記バイパス排気経路に前記処理容器内を大気圧より真空引きする際に真空引きの衝撃を和らげる機能を有するソフトスタート弁機構を介設し、処理圧力が比較的低い処理を行う時には前記圧力計の検出値に基づいて前記圧力制御弁の弁開度を調整することにより前記処理容器内の圧力を制御し、処理圧力が比較的高い処理を行う時には前記圧力制御弁側への排気を停止すると共に、前記ソフトスタート弁機構を低い排気コンダクタンス状態に維持して前記バイパス排気経路に排気ガスを流すようにする制御手段を設けるように構成したことを特徴とする処理装置である。
【００１８】
このように、真空排気系にバイパス排気経路を設けると共にこのバイパス排気経路にソフトスタート弁機構を介在させるようにし、例えば処理圧力が比較的低い処理を行う時には圧力制御弁の弁開度を調整するようにして処理容器内の圧力を制御し、処理圧力が比較的高い処理を行う時には上記圧力制御弁側への排気を停止し、上記ソフトスタート弁機構を低い排気コンダクタンス状態に維持してこのバイパス排気経路に排気ガスを流すようにして処理容器内の圧力を設定することができ、従って、高価で且つ構造が大きな圧力制御弁を複数設ける必要がなく、全体としての排気系の構造を小型で、且つ簡単化させることが可能となる。
【００１９】
この場合、例えば請求項１０に規定するように、前記制御手段は、処理圧力が比較的高い処理を行う時には前記圧力計の検出値に基づいて前記流量制御部により流量を調整することにより前記処理容器内の圧力を制御する。
これにより、処理圧力が比較的高い処理を行う時には、流量制御部によりガス流量を調整することにより処理容器内の圧力を制御することが可能となる。
【００２０】
また例えば請求項１１に規定するように、前記ソフトスタート弁機構は、前記バイパス排気経路のバイパス排気管に介設された第１バイパス開閉弁と、該第１バイパス開閉弁を迂回するように設けた補助バイパス排気管と、該補助バイパス排気管に介設された第２バイパス開閉弁と、該補助バイパス排気管に介設されたオリフィス機構と、よりなる。
また例えば請求項１２に規定するように、前記制御手段は、前記低い排気コンダクタンス状態を実現するために前記第１バイパス開閉弁を閉状態とし、前記第２バイパス開閉弁を開状態とする。
また例えば請求項１３に規定するように、前記ソフトスタート弁機構は、ソフトスタートバルブよりなる。
【００２１】
請求項１４に係る発明は、上記請求項９に係る装置発明を用いて行われる方法発明を規定したものであり、すなわち、内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、前記処理容器内へ処理ガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて所定のガスを供給するガス供給系と、前記処理容器に接続されて、途中に第１の真空ポンプと第２の真空ポンプと弁開度が任意に設定可能になされた圧力制御弁とが介設された真空排気系と、前記処理容器の圧力を検出する圧力計と、を有する処理装置を用いて被処理体に対して処理を行う処理方法において、前記圧力制御弁と前記第２の真空ポンプとを迂回させてバイパス排気経路を設けると共に、前記バイパス排気経路に前記処理容器内を大気圧より真空引きする際に真空引きの衝撃を和らげる機能を有するソフトスタート弁機構を介設し、処理圧力が比較的低い処理を行う時には前記圧力計の検出値に基づいて前記圧力制御弁の弁開度を調整することにより前記処理容器内の圧力を制御し、処理圧力が比較的高い処理を行う時には前記圧力制御弁側への排気を停止すると共に、前記ソフトスタート弁機構を低い排気コンダクタンス状態に維持して前記バイパス排気経路に排気ガスを流すようにしたことを特徴とする処理方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る処理装置及び処理方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は本発明に係る処理装置の第１実施例を示す概略構成図、図２は第１の処理方法の工程を示すフローチャート、図３は第２の処理方法の工程を示すフローチャートである。図６において説明した部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を行う。尚、以下で説明する”処理ガスの分圧が比較的重要となる処理”とは一般的には処理圧力が低い処理（低圧処理）を指し、”処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理”とは一般的には処理圧力が高い処理（高圧処理）を指すものとする。
【００２３】
図示するように、この処理装置５２は真空引き可能になされた例えばアルミニウム製の筒体状の処理容器４を有しており、この内部には例えば加熱ヒータ等の加熱手段６を備えた載置台８が設けられ、この載置台８上に半導体ウエハＷを載置させて固定できるようになっている。また、この処理容器４の天井部には、この処理容器４内へ各種の処理ガスを導入するガス導入手段として例えばシャワーヘッド部１０が設けられており、このシャワーヘッド部１０の下面に設けた多数のガス噴射孔１０Ａから下方に向けてガスを噴射するようになっている。
【００２４】
そして、このシャワーヘッド部１０には、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２ 等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給系１２と、複数系統の、すなわち図示例では３系統の処理ガス供給系１４、１６、１８とがそれぞれ接続されている。例えば第１の処理ガス供給系１４では成膜時の処理ガスとしてＷＦ６ ガスが供給され、第２の処理ガス供給系１６では成膜時の処理ガスとしてＨ２ ガスが供給され、第３の処理ガス供給系１８ではクリーニング処理時の処理ガス（クリーニングガス）としてＣｌＦ３ ガスが供給される。尚、ここではタングステン膜の成膜時にＷＦ６ ガスとＨ２ ガスとが同時に供給され、また、この成膜時に不活性ガスも必要に応じて供給される。
【００２５】
また、不活性ガス供給系１２の途中及び第１〜第３の各処理ガス供給系１４〜１８の途中には、流れるガス流量を制御するために例えばマスフローコントローラ等よりなる流量制御部１２Ａ、１４Ａ、１６Ａ、１８Ａがそれぞれ介設されている。また、各流量制御部１２Ａ〜１８Ａの上流側及び下流側には、開閉弁２２、２４、２６、２８がそれぞれ設置されており、必要に応じてこれらを開閉できるようになっている。
【００２６】
一方、上記処理容器４の底部には、排気口３０が設けられており、この排気口３０には、真空排気系３２が接続されている。この真空排気系３２は、内径が大きくなされて排気コンダクタンスが大きくなされた排気管３４を有している。この排気管３４の内径は、例えば１００〜１５０ｍｍ程度である。この排気管３４には、その上流側より下流側に向けてスロットルバルブのように弁開度が調整可能になされた圧力制御弁３６と、例えばドライポンプよりなる第１の真空ポンプ３８とが順次介設されている。そして、上記圧力制御弁３６の直前と直後とには、開閉弁４０がそれぞれ介設されている。ここで、この真空排気系３２は、処理ガスの分圧を精度良く制御しなければならない処理、すなわちここではタングステン膜の成膜処理時に必要とされる最適な排気コンダクタンスを実現できるように配管の内径や、圧力制御弁３６及び真空ポンプ３８の能力が設定されている。尚、この実施例にあっては、従来装置で用いたバイパス排気管４２及び第２の圧力制御弁４４は設けていない（図６参照）。
【００２７】
そして、上記処理容器４には、この内部の圧力を検出するための圧力計４８が設けられ、この圧力計４８の検出値に基づいて、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段５４が上記各流量制御部１２Ａ〜１８Ａ、圧力制御弁３６、真空ポンプ３８及び各開閉弁２２〜２８、４０の開閉動作を制御するようになっている。尚、この制御手段５４は、この処理装置５２の全体の動作も制御し、これに予め組み込まれた複数の処理用プログラム（レシピ）に基づいて制御動作が行われる。
【００２８】
後述するように、処理ガスの分圧が重要となる処理、例えば処理圧力が低い低圧処理としてタングステン膜の成膜処理等を行う時には、ＷＦ６ ガスとＨ２ ガスのみをそれぞれ所定の値に流量制御しつつ流し（必要に応じて不活性ガスを流してもよい）、これと同時に、圧力制御弁３６の弁開度を調整することにより処理容器４内の圧力を一定に維持する。この圧力制御弁３６は、圧力制御弁３６の動作特性において最も精度良く動作する範囲内にあるような圧力制御弁が選択される。
これに対して、処理ガスの分圧が比較的重要とならないような処理、例えば処理圧力が高い高圧処理として例えばクリーニング処理等を行う時には、ＣｌＦ３ を所定の値に流量制御しつつ流すと同時に不活性ガスも流し、これと同時に圧力制御弁３６の弁開度を所定の弁開度に維持した状態で不活性ガスの流量を調整することにより処理容器４内の圧力を略一定に維持する。尚、処理圧力が高い高圧処理としては例えば酸化処理や拡散処理等も含まれる。
【００２９】
次に、以上のように構成された処理装置を用いて行われる処理方法について説明する。
この処理装置５２では、処理ガスの分圧が重要となる処理、例えばタングステン膜の成膜処理や処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理、例えばクリーニング処理等が種々行われるが、それぞれの場合について説明する。尚、ここで”処理”とは処理容器４内に半導体ウエハＷが存在する場合のみならず、存在しない場合に行われるクリーニング処理のような処理も含まれるものとする。
【００３０】
＜処理ガスの分圧が重要となる処理：タングステン膜の成膜処理＞
まず、処理ガスの分圧が重要となる処理の場合について説明する。
ここで、処理ガスの分圧が重要となる処理とは、例えばＷＦ６ ガスとＨ２ ガスとを用いてタングステン膜を堆積するような成膜処理であり、電気的特性が良好なタングステン膜を適正な成膜レートで、しかもウエハ面内における膜厚の面内均一性を高く維持した状態で堆積させるには、上記両ガスの各流量、流量比、処理圧力、処理温度等を精度良く維持しなければならない。このような処理は、例えば図２に示すフローチャートのようにして行う。
【００３１】
まず、処理容器４の載置台８上に未処理の半導体ウエハＷを載置したならば、真空排気系３２の真空ポンプ３８を駆動してこの処理容器４内を真空引きし、そして真空ポンプ３８を成膜処理用に所定の回転数に維持する（Ｓ１）。尚、この回転数はクリーニング処理時とは異なる場合がある。これと同時にウエハＷを加熱してこれを所定の温度に設定する（Ｓ２）。そして、成膜処理を開始すべくＷＦ６ ガス及びＨ２ ガスをそれぞれ所定の流量に設定して流し、タングステン膜を堆積させる（Ｓ３）。そして、この成膜処理中においては圧力計４８により処理容器４内の圧力が常時検出されており（Ｓ４）、この圧力検出値は制御手段５４において予め設定された設定値と比較され、検出値が設定値と同じになるように排気管３４に介設された圧力制御弁３６の弁開度が適宜調整される（Ｓ５のＮＯ、Ｓ６）。上記成膜処理は所定の時間行われ（Ｓ５のＹＥＳ、Ｓ７のＮＯ）、この成膜処理を所定の時間行ったならば（Ｓ７のＹＥＳ）、処理を終了することになる。上記成膜処理時間は、上記圧力制御弁３６の調整時間（数ｓｅｃ程度）よりもかなり長く、成膜処理時の膜厚への影響がほとんど生ずることはない。
【００３２】
＜処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理：クリーニング処理＞
次に、処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理の場合について説明する。
ここで処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理とは、例えばクリーニングガスを用いて処理容器内の余分な付着膜等を除去するようなクリーニング処理であり、所定のエッチングレートを保証するためには、クリーニングガスの流量及び処理圧力をそれぞれ予め定められた設定値に維持する必要がある。尚、この時の処理圧力は、先の成膜処理時の処理圧力よりもかなり高い設定値となる。このような処理は、例えば図３に示すフローチャートのようにして行う。
【００３３】
まず、処理容器４内からウエハＷを取り出して処理容器４内を密閉状態にし、真空ポンプ３８を予め定められたクリーニング用の所定の回転数に設定し、維持する（Ｓ１１）。次に、例えばＡｒガス等の不活性ガスを流し、またこれと同時に処理ガスとしてクリーニングガス、例えばＣｌＦ３ ガスを所定の流量に設定した状態で流し、クリーニング処理を開始する（Ｓ１２）。これと同時に、圧力制御弁３６を予め定められた所定の弁開度に設定し、この状態を継続的に維持する（Ｓ１３）。この弁開度は、クリーニング処理時の真空排気系３２の排気コンダクタンスが最適になるように予め実験的に求められている。
【００３４】
そして、このクリーニング処理中においては圧力計４８により処理容器４内の圧力が常時検出されており（Ｓ１４）、この圧力検出値は制御手段５４において予め設定された設定値と比較され、検出値が設定値と同じになるように不活性ガス供給系１２に介設された流量制御部１２Ａが適宜調整される（Ｓ１５のＮＯ、Ｓ１６）。尚、この間においてはＣｌＦ３ ガスの流量は常時一定値を保たれることになる。上記クリーニング処理は所定の時間行われ（Ｓ１５のＹＥＳ、Ｓ１７のＮＯ）、このクリーニング処理を所定の時間行ったならば（Ｓ１７のＹＥＳ）、処理を終了することになる。
【００３５】
以上のように、タングステン膜の成膜処理や処理容器４内の不要な付着物を除去するクリーニング処理のように、処理圧力の範囲が大きく異なる複数種類の処理を行う場合にも、バイパス管や複数の圧力制御弁を用いることなく、それぞれの処理の圧力制御を適正に行うことができる。
また、用いる部品点数も少なくなることから、その分、メンテナンスも迅速に行うことができるので、メンテナンス性を向上させることができる。
更には、この場合、一般に圧力制御弁３６の応答動作よりも流量制御部１２Ａの応答動作の方がかなり早いので、流量制御部１２Ａによる圧力制御の方がより早く処理圧力に到達させることができ、従って、全ての処理において圧力制御弁で圧力を制御していた従来装置とは異なり、一部の処理において応答動作の早い流量制御部を使用して圧力制御した分、処理時間が短くなってスループットを向上させることが可能となる。
【００３６】
次に、以上に説明した各処理とは異なり、複数種類の処理ガスを用いる場合であって、ある所定の分圧の範囲内ならば、処理結果の品質を落とすことなく当該処理を実行できるような場合、このような処理を行う時には圧力制御弁３６の弁開度を大きく、例えば１００％に設定した状態にしておき、そして、上記各処理ガスの流量比を一定状態に維持しつつ各処理ガスの流量を調整して、処理容器４内の圧力を制御するようにして、流量調整のみで所定の処理を行なうようにしてもよい。
このような処理の具体例は、例えばＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐａｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理やプリクリーン装置によるプリクリーン処理等が挙げられる。
この場合には、圧力制御弁３６の弁開度を調整することなく、応答速度の速い流量制御部のみの制御動作で処理圧力を制御することができるので、その分、制御性を向上させてスループットを高めることができる。
【００３７】
＜第２実施例＞
上記各実施例にあっては、図１に示したような一本の排気管３４を設け、これに１つの真空ポンプ３８を介設した場合を例にとって説明したが、１台の真空ポンプ３８だけでは排気能力が不足している場合には、図４に示す第２実施例のように構成してもよい。すなわち、この場合には、前記圧力制御弁３６に直列に、例えばターボ分子ポンプよりなる第２の真空ポンプ６０を介設し、そして、この圧力制御弁３６と上記第２の真空ポンプ６０とを迂回させるようにバイパス排気経路６２を排気管３４に接続する。そして、このバイパス排気経路６２の途中に切り替え用開閉弁６４を介設する。尚、このバイパス排気経路６２の内径は２５〜４０ｍｍ程度である。
【００３８】
この実施例では、処理容器４内を真空引きする場合、まず、排気管３４の開閉弁４０を閉じ、これに替えてバイパス排気管６２の切り替え用開閉弁６４を開状態にしてバイパス排気管６２を連通し、そして真空ポンプ３８を回転駆動することにより処理容器４内を荒引きする。ある程度荒引きした後に、処理容器４内の圧力が所定の真空度まで低下したならば、排気管３４の開閉弁４０を開状態にして第２の真空ポンプ６０も回転駆動させる。そして、バイパス排気管６２の切り替え用開閉弁６４を閉状態にする。これにより、先の真空ポンプ３８と第２の真空ポンプ６０の２台の真空ポンプで真空引きを継続する。また処理圧力が比較的高い処理を行う場合、例えばクリーニング処理を行う場合には、排気管３４の開閉弁４０を閉じてパイパス排気管６２のみを用いて真空引きしつつクリーニング処理を行ってもよい。この実施例においても、処理圧力の範囲が大きく異なる複数の処理を行う場合には、先に図１乃至図３を参照して説明したと同様に行えばよい。
【００３９】
＜第３実施例＞
次に本発明の第３実施例について説明する。
図５は本発明の処理装置の第３実施例を示す概略構成図である。図１、４及び図６において説明した部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。尚、ここで説明する処理圧力が比較的低い処理とは、先に説明した処理ガスの分圧が重要となる処理のことを意味し、処理圧力が比較的高い処理とは、処理ガスの分圧が重要とならない処理のことを意味する。
図５に示すように、ここでは主排気管３４には、その上流側から下流側に向けて、圧力制御弁３６、例えばターボ分子ポンプよりなる第２の真空ポンプ６０及び例えばドライポンプよりなる第１の真空ポンプ３８が順次介設され、そして、圧力制御弁３６の直ぐ上流側及び第２の真空ポンプ６０の直ぐ下流側には、それぞれ開閉弁４０が介設されている。
【００４０】
そして、上記圧力制御弁３６、第２の真空ポンプ６０及び両開閉弁４０を迂回するようにしてバイパス排気管となるバイパス排気経路６２を上記主排気管３４に接続している。前述したように、この主排気管３４の内径は例えば１００〜１５０ｍｍ程度で大口径であり、バイパス排気経路６２の内径は２５〜４０ｍｍ程度で小口径である。
そして、このバイパス排気経路６２の途中に、処理容器４内を大気圧より真空引きする際に真空引きの衝撃を和らげる機能を有するソフトスタート弁機構７０を介設している。これにより、制御手段５４は、処理圧力が比較的低い処理（例えば成膜処理等）を行う時には処理容器４に設けた圧力計４８の検出値に基づいて上記圧力制御弁３８の弁開度を調整することにより上記処理容器４内の圧力を制御し、処理圧力が比較的高い処理（例えばクリーニング処理、酸化処理、拡散処理等）を行う時には上記圧力制御弁３６への排気を停止すると共に上記ソフトスタート弁機構７０を低い排気コンダクタンス状態に維持して上記バイパス排気経路６２に排気ガスを流すように制御する。
【００４１】
具体的には、上記ソフトスタート弁機構７０は、上記バイパス排気経路６２に介設した第１バイパス開閉弁７２と、この第１バイパス開閉弁７２を迂回するようにして上記バイパス排気経路６２に接続した内径の小さな補助バイパス排気管７４と、この補助バイパス排気管７４に順次介設したオリフィス機構７６及び第２バイパス開閉弁７８とよりなる。
ここで周知のように、オリフィス機構７６は流路面積を狭めるためのオリフィス（図示せず）を有しており、上記第１バイパス開閉弁７２を閉状態とし、且つ第２バイパス開閉弁７８を開状態とすることにより、このソフトスタート弁機構７０の全体を低い排気コンダクタンス状態とすることができる。ここで、このバイパス排気経路６２や補助バイパス排気管７４の各内径や、上記オリフィス機構７６のオリフィス孔の流路面積は、比較的高い処理圧力の処理を行う場合において必要な流量の処理ガスを流した時に必要な処理圧力が略得られるような大きさにそれぞれ予め設定されて、その排気コンダクタンスが固定されている。
換言すれば、処理圧力が比較的高い処理では、プロセス圧力を精度良く制御する必要性が無い場合が多いので、このような場合には処理器４内の圧力制御は予め定めた固定的な排気コンダクタンスにより行うこととし、能動的には弁開度の調整等の操作は特段には行わないように構成されている。
【００４２】
次に、以上のように構成された実施例の動作について説明する。
＜大気圧から真空引きする場合＞
処理容器４内が大気圧状態になっており、この状態から処理容器４内の真空引きする場合には、まず、主排気管３４の両開閉弁４０を閉状態としてある程度の真空度に達した後でなければ使用できないターボ分子ポンプよりなる第２の真空ポンプ６０を隔離する。これと同時にソフトスタート弁機構７０においては、バイパス排気経路６２に介設した第１バイパス開閉弁７２を閉状態とし、補助バイパス排気管７４に介設した第２バイパス開閉弁７８を開状態とすることにより、このソフトスタート弁機構７０を低い排気コンダクタンス状態にする。このような状態で、第１の真空ポンプ３８を駆動して真空引きを開始する。この場合、処理容器４内の雰囲気は、補助バイパス排気管７４に介設したオリフィス機構７６のオリフィス孔を介してしか排気されないので、上述のように排気コンダクタンスはかなり低い状態になっている。この結果、処理容器４内に発生する真空引きの衝撃は和らげられて非常に少ないものとなり、処理容器４内の構造物やパーティクルが瞬間的に浮上等することを防止でき、また、処理容器４の内壁面や内部構造物の表面に付着していた不要な膜が剥がれ落ちることがなく、パーティクルの発生を防止することができる。
【００４３】
そして、真空引きの結果、ある程度の真空度（例えば１３３０Ｐａ）程度に達したならば、第１バイパス開閉弁７２を開状態に切り替えてこのバイパス排気経路６２の全体で真空引きを行う。この時には、第２バイパス開閉弁７８は開閉のどちらの状態にしてもよい。
そして更に真空引きを行って所定の真空度、すなわちターボ分子ポンプの上限圧力値である例えば１３３Ｐａ程度に達したならば、主排気管３４に介設した両開閉弁４０を開状態に切り替えて、これと同時に第２の真空ポンプ６０の駆動を開始する。この際、第１の圧力制御弁３６は全開状態にしておく。尚、これと同時に上記第１及び第２バイパス開閉弁７２、７８は共に閉状態に切り替える。このようにして処理容器４内を低い圧力雰囲気まで真空引きすることができる。
【００４４】
＜処理圧力が低い処理：例えば成膜処理＞
次に、処理圧力が低い処理を行う時の処理容器４内の圧力制御は、第１実施例で説明した処理ガスの分圧が重要となる処理の場合と略同じである。
すなわち、ソフトスタート弁機構７０の第１及び第２バイパス開閉弁７２、７８は共に閉状態に維持すると共に、主排気管３４の両開閉弁４０を開状態に維持し、圧力計４８の検出値に応じて圧力制御弁３６の弁開度を調整して処理容器４内の圧力を制御する。この際、各ガスの流量は、レシピに定められたようにそれぞれ一定値が維持されることになる。このような処理圧力が低い処理のプロセス圧力は、例えば数１０Ｐａ〜数１００Ｐａ程度の圧力である。
【００４５】
＜処理圧力が高い処理：例えばクリーニング処理や酸化処理＞
次に、処理圧力が高い処理を行う時の処理容器４内の圧力制御について説明する。
この場合には、大気圧の処理容器４内から真空引きを開始するような場合と同様に低い排気コンダクタンス状態とする。すなわち前述した成膜処理時とは逆に、主排気管３４に介設した両開閉弁４０を共に閉状態に維持して第１の真空ポンプ６０を隔離する。そして、ソフトスタート弁機構７０に関しては、第１バイパス開閉弁７２を閉状態に維持すると共に、逆に第２バイパス開閉弁７８は開状態を維持し、オリフィス機構７６を介してこの補助バイパス排気管７４を介してのみ排気ガスが真空引きされるようにする。この時のソフトスタート弁機構７０の排気コンダクタンスは、例えば全閉状態にしても僅かな隙間が生じている圧力制御弁３６の排気コンダクタンスと同程度である。
【００４６】
これにより、処理容器４内のプロセス圧力を高くした状態で処理を行うことができる。このように処理圧力が高い処理のプロセス圧力は、例えば数１０００Ｐａ〜２００００Ｐａ程度の圧力である。
上記処理圧力が高い処理では、処理容器４内の圧力を能動的には制御することはできなかったが、これに限定されず、例えばこの時の処理容器４内の圧力を圧力計４８で検出し、この検出値が所定の圧力を維持するように、制御手段５４を介して流量制御器を調整制御してガス流量、例えば不活性ガスやクリーニングガスの流量、或いは酸化処理を行っている場合には酸化ガスの流量を制御するようにしてもよい。
【００４７】
これによれば、処理圧力が高い処理の場合でもプロセス圧力を精度良く制御することが可能となる。
また上記ソフトスタート弁機構７０にあっては、補助バイパス排気管７４、第１及び第２バイパス開閉弁７２、７８及びオリフィス機構７６により構成した場合を例にとって説明したが、このソフトスタート弁機構７０として、上記バイパス排気経路６２内を完全に遮断状態に設定できる機能、このバイパス排気経路６２を低い排気コンダクタンス状態に設定できる機能及びこのバイパス排気経路６２内を上記低い排気コンダクタンスよりもある程度高い中程度の排気コンダクタンス状態に設定できる機能の３つの上記各機能を併せ持つ例えばＳＭＣ社製のソフトスタートバルブ（登録商標）を用いるようにしてもよい。
尚、上記各実施例では、タングステン膜を成膜処理する場合を例にとって説明したが、他の膜種を成膜する場合にも本発明を適用できる。
【００４８】
また、処理ガスの分圧が重要となる処理としては、成膜処理に限定されず、他の処理の場合にも適用できる。同様に、処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理としては、クリーニング処理に限定されず、他の処理の場合、例えば前述したように酸化処理や拡散処理等を行う場合にも適用することができる。
また、各ガスの供給形態は、単に一例を示したに過ぎず、処理ガスの種類が増減すれば、それに対応してガス供給系の数も増減し、更に、シャワーヘッド部１０の構成も、処理ガスを処理容器４内に噴射する前に予め混合させるプレミックス型式、或いはシャワーヘッド部１０から噴射した後に混合させるポストミックス型式のどちらでも本発明を適用できる。また、シャワーヘッド部１０を用いないガス導入手段でも本発明を適用することができる。
【００４９】
また、ここでは枚葉式の処理装置を例にとって説明したが、一度に複数枚の被処理体の処理を行うことができるバッチ式の処理装置にも本発明を適用することができる。
また、主にマスフローコントローラによる制御は、所定の分圧の範囲内で行われるＰＶＤの処理で用いられることが多く、圧力制御弁はＣＶＤの処理で用いられることが多いことから、同じ装置でＰＶＤ及びＣＶＤの両方の処理をする場合に応用することができる。
更には、上記実施例においては、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも適用し得るのは勿論である。
また、上記実施例では圧力制御の際、温度制御部又は圧力制御弁のどちらか一方を一定にしていたが、温度制御部と圧力制御弁を一定とせず常に両方の動作で圧力制御を行なうようにしてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の処理装置及び処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１〜８に係る発明によれば、処理圧力の範囲が大きく異なる複数種類の処理を行う場合にも、バイパス管や複数の圧力制御弁を用いることなく、それぞれの処理の圧力制御を適正に行うことができる。
また、真空排気系を１つにできるので用いる部品点数も少なくなることから、その分、メンテナンスも迅速に行うことができるので、メンテナンス性を向上させることができる。また、使用する不活性ガスの量も減少させることができる。
請求項９、１１〜１４に係る発明によれば、真空排気系にバイパス排気経路を設けると共にこのバイパス排気経路にソフトスタート弁機構を介在させるようにし、例えば処理圧力が比較的低い処理を行う時には圧力制御弁の弁開度を調整するようにして処理容器内の圧力を制御し、処理圧力が比較的高い処理を行う時には上記圧力制御弁側への排気を停止し、上記ソフトスタート弁機構を低い排気コンダクタンス状態に維持してこのバイパス排気経路に排気ガスを流すようにして処理容器内の圧力を設定することができ、従って、高価で且つ構造が大きな圧力制御弁を複数設ける必要がなく、全体としての排気系の構造を小型で、且つ簡単化させることができる。よって、コスト的にも有効である。
請求項１０に係る発明によれば、処理圧力が比較的高い処理を行う時には、流量制御部によりガス流量を調整することにより処理容器内の圧力を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る処理装置の第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】第１の処理方法の工程を示すフローチャートである。
【図３】第２の処理方法の工程を示すフローチャートである。
【図４】本発明の処理装置の第２実施例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の処理装置の第３実施例を示す概略構成図である。
【図６】従来の処理装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
４ 処理容器
８ 載置台
１０ シャワーヘッド部（ガス導入手段）
１２ 不活性ガス供給系
１４，１６，１８ 処理ガス供給系
１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ，１８Ａ 流量制御部
３２ 真空排気系
３４ 主排気管（排気管）
３６ 第１の圧力制御弁（圧力制御弁）
３８ 真空ポンプ
４８ 圧力計
５２ 処理装置
５４ 制御手段
６０ 第２の真空ポンプ
６２ バイパス排気経路
６４ 切り替え用開閉弁
７０ ソフトスタート弁機構
７２ 第１バイパス開閉弁
７４ 補助バイパス排気管
７６ オリフィス機構
７８ 第２バイパス開閉弁
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等に所定の処理を施すための処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するには、半導体ウエハ等の被処理体に、成膜処理、エッチング処理、熱酸化処理、拡散処理、改質処理、結晶化処理等の各種の処理を繰り返し行って所望する集積回路を形成するようになっている。また、被処理体に対して処理を行うものではないが、処理容器内等に付着した不要な膜やパーティクルを除去する処理を行うためにエッチングガスを流して上記不要な膜等を取り除くクリーニング処理も適宜行われる。
【０００３】
ところで、１つの処理装置において、上記したような異種の処理や同種の処理でも処理条件を異ならせて複数種類の処理を行う場合がある。一般的に処理装置に設けられる排気系は、この処理装置が使用されることになる処理時の圧力範囲を考慮して設計されることになり、使用圧力範囲において排気コンダクタンスが最適となるように排気管の直径等が設定され、また、使用圧力範囲に適するように真空ポンプの種類も設定される。
そして、上述のように異種の処理、或いは同種の処理でも処理条件の異なる複数の処理を１つの処理装置で行うことを予定しているような場合において、処理圧力が比較的低い処理と処理圧力が比較的高い処理とが含まれる時には、各圧力領域において処理容器内の圧力を安定的に制御することが求められる。この場合、従来の処理装置では、処理容器内の圧力を検出し、この検出値に基づいて排気系の圧力調整弁を制御したり、或いは排気系に流量制御しつつバラストガスを導入することが行われていた（特許文献１参照）。
【０００４】
また、他の従来装置としては、排気系にバイパスラインを設けて、それを使用圧力範囲に応じて切り替えて用いるようにした装置も知られている。この従来装置の一例を、図６に基づいて説明する。図６は従来の処理装置の一例を示す概略構成図である。
図示するように、この処理装置２は真空引き可能になされた例えばアルミニウム製の筒体状の処理容器４を有しており、この内部には例えば加熱ヒータ等の加熱手段６を備えた載置台８が設けられ、この載置台８上に半導体ウエハＷを載置させて固定できるようになっている。また、この処理容器４の天井部には、この処理容器４内へ各種の処理ガスを導入するガス導入手段として例えばシャワーヘッド部１０が設けられており、このシャワーヘッド部１０の下面に設けた多数のガス噴射孔１０Ａから下方に向けてガスを噴射するようになっている。
【０００５】
そして、このシャワーヘッド部１０には、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２ 等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給系１２と、複数系統の、すなわち図示例では３系統の処理ガス供給系１４、１６、１８とがそれぞれ接続されている。例えば第１の処理ガス供給系１４では成膜時の処理ガスとしてＷＦ６ ガスが供給され、第２の処理ガス供給系１６では成膜時の処理ガスとしてＨ２ ガスが供給され、第３の処理ガス供給系１８ではクリーニング処理時の処理ガス（クリーニングガス）としてＣｌＦ３ ガスが供給される。また、不活性ガス供給系１２の途中及び第１〜第３の各処理ガス供給系１４〜１８の途中には、流れるガス流量を制御するために例えばマスフローコントローラ等よりなる流量制御部１２Ａ、１４Ａ、１６Ａ、１８Ａがそれぞれ介設されている。また、各流量制御部１２Ａ〜１８Ａの上流側及び下流側には、開閉弁２２、２４、２６、２８がそれぞれ設定されており、必要に応じてこれらを開閉できるようになっている。
【０００６】
一方、上記処理容器４の底部には、排気口３０が設けられており、この排気口３０には、真空排気系３２が接続されている。この真空排気系３２は、内径が大きくなされて排気コンダクタンスが大きくなされた主排気管３４を有しており、この主排気管３４には、その上流側より下流側に向けてスロットルバルブのように弁開度が調整可能になされた第１の圧力制御弁３６と真空ポンプ３８とが順次介設されている。そして、上記第１の圧力制御弁３６の直前と直後とには、開閉弁４０がそれぞれ介設されている。
また、上記第１の圧力制御弁３６及びその直前と直後の各開閉弁４０を迂回するようにして、上記主排気管３４よりも内径が小さくなされて排気コンダクタンスが小さくなされたバイパス排気管４２が接続されている。そして、このバイパス排気管４２には、スロットルバルブのように弁開度が調整可能になされた第２の圧力制御弁４４が介設されると共に、この第２の圧力制御弁４４の直前及び直後にも開閉弁４６がそれぞれ介設されている。
【０００７】
そして、上記処理容器４には、この内部の圧力を検出するための圧力計４８が設けられ、この圧力計４８の検出値に基づいて、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段５４が上記各流量制御部１２Ａ〜１８Ａ、第１及び第２の圧力制御弁３６、４４、真空ポンプ３８及び各開閉弁２２〜２８、４０、４６の開閉動作を制御するようになっている。尚、この制御手段５４は、この処理装置２の全体の動作も制御し、これに予め組み込まれた複数の処理用プログラム（レシピとも称す）に基づいて制御動作が行われる。
例えば処理圧力が低い低圧処理として例えばタングステン膜の成膜処理を行う時には、ＷＦ６ ガスとＨ２ ガスのみをそれぞれ所定の値に流量制御しつつ流し（必要に応じて不活性ガスを流してもよい）、これと同時に、バイパス排気管４２はこの開閉弁４６を閉状態としてバイパス排気管４２にガスが流れないようにし、且つ主排気管３４はこの開閉弁４０を開状態としてこの第１の圧力制御弁３６の弁開度を調整することにより処理容器４内の圧力を一定に維持する。
【０００８】
これに対して、処理圧力が高い高圧処理として例えばクリーニング処理を行う時には、ＣｌＦ３ のみを所定の値に流量制御しつつ流し（必要に応じて不活性ガスを流してもよい）、これと同時に、主排気管３４はこの開閉弁４０を閉状態として第１の圧力制御弁３６にガスが流れないようにし、且つバイパス排気管４２はこの開閉弁４６を開状態としてバイパス排気管４２にガスを流しつつ、この第２の圧力制御弁４４の弁開度を調整することにより処理容器４内の圧力を一定に維持する。
【０００９】
このように処理圧力が大きい場合と小さい場合とで、主排気管３４とバイパス排気管４２とを切り替えて使用することにより、使用圧力範囲の差が大きい複数種類の処理に対応するようになっている。尚、処理圧力が高い処理としては、上記クリーニング処理の他に酸化処理、拡散処理等がある。
また、本発明の関連技術として、複数の真空ポンプを設けた場合にその動作圧力範囲内の相異に対応するために、バイパス排気管を設けた処理装置として特許文献２に開示された技術も知られている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１１１５２号公報（第２−４頁、図１−図５）
【特許文献２】
特開平８−２９００５０号公報（第４−５頁、図１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、先の特許文献１の従来装置例にあっては、排気系に流量制御したバラストガスを導入するようにしていることから、処理圧力を広い範囲で変更するような場合には、十分に対応できる構造ではなかった。また、無駄な不活性ガスを大量に使用するので装置の運転コストの高騰を招いている。
また、図６に示す従来装置にあっては、第２の圧力制御弁４４が介設されたバイパス排気管４２を設ける必要があることから、装置自体のコスト高を招来するのみならず、部品点類が多数になることからメンテナンス時も多くの時間を要し、メンテナンス性が劣る、という問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理圧力の範囲が大きく異なる複数種類の処理を行う場合にも、バイパス管や複数の圧力制御弁を用いることなく、それぞれの処理の圧力制御を適正に行うことが可能な処理装置及び処理方法を提供することにある。
また本発明の他の目的は、複数の圧力制御弁を用いることなく、それぞれの処理の圧力制御を適正に行うことが可能な処理装置及び処理方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、前記処理容器内へ処理ガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて所定の処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、前記処理容器に接続されて、途中に弁開度が設定可能になされた圧力制御弁と真空ポンプとが介設された真空排気系と、前記処理容器に設けた圧力計と、処理ガスの分圧が重要となる処理を行う時には前記処理ガス供給系の流量制御部に一定の流量を流す指令をしつつ前記圧力計の検出値に基づいて前記圧力制御弁の弁開度を制御し、処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理を行う時には前記圧力制御弁の弁開度を所定の値に固定すると共に、前記圧力計の検出値に基づいて前記不活性ガス供給系の流量制御部により流量を制御するように動作させる制御手段と、を備えたことを特徴とする処理装置である。
【００１３】
このように、処理圧力が低くて処理ガスの分圧が重要となる処理を行なう時には処理ガスの流量を一定に維持しつつ圧力制御弁の弁開度を調整するようにして処理容器内の圧力を制御し、処理圧力が高くて処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理を行なう時には圧力制御弁の弁開度を所定の値に固定した状態で不活性ガスの流量を調整することにより処理容器内の圧力を制御するようにしたので、処理圧力の範囲が大きく異なる複数種類の処理を行う場合にも、バイパス管や複数の圧力制御弁を用いることなく、それぞれの処理の圧力制御を適正に行うことができる。
【００１４】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記処理ガス供給系は、複数系統設けられており、所定の処理を行う時には前記制御手段は前記流量制御弁の弁開度を大きく開けた設定にした状態で、前記圧力計の検出値に基づいて前記各処理ガス供給系の流量制御部に対して流量比を略一定状態に維持しつつ各流量を制御する。また、例えば請求項３に規定するように、前記排気管は第２の真空ポンプが介設されると共に、前記真空排気系の圧力制御弁と前記第２の真空ポンプとを迂回させて、途中に切り替え用開閉弁を介設したバイパス排気経路が設けられる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、上記請求項１に係る装置発明を用いて行われる方法発明を規定したものであり、すなわち、内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、前記処理容器内へ処理ガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて所定の処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、前記処理容器に接続されて、途中に弁開度が設定可能になされた圧力制御弁と真空ポンプとが介設された真空排気系と、前記処理容器に設けた圧力計と、を有する処理装置を用いて被処理体に対して処理を行う方法において、処理ガスの分圧が重要となる処理を行う時には前記処理ガス供給系に流れる処理ガスの流量を一定に維持しつつ前記圧力計の検出値に基づいて前記圧力制御弁の弁開度を制御するようにし、処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理を行う時には前記圧力制御弁の弁開度を所定の値に固定すると共に、前記圧力計の検出値に基づいて前記不活性ガス供給系に流れる不活性ガスの流用を制御するようにしたことを特徴とする処理方法である。
【００１６】
この場合、例えば請求項５に規定するように、前記処理ガス供給系は、複数系統設けられており、所定の処理を行う時には前記流量制御弁の弁開度を大きく開けて維持した状態で、前記圧力計の検出値に基づいて前記各処理ガス供給系を流れる処理ガスの流量比を略一定状態に維持しつつ各流量を制御する。
また、例えば請求項６に規定するように、前記真空ポンプは、分圧が重要となる処理と分圧が重要とならない処理でその回転数を異なるように制御する。
また、例えば請求項７に規定するように、前記分圧が重要となる処理は成膜処理であり、前記分圧が比較的重要とならない処理はクリーニング処理である。
また、例えば請求項８に規定するように、前記１つの真空排気系により、前記複数の処理の排気が行われる。
【００１７】
請求項９に係る発明は、内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、前記処理容器内へ処理ガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて所定のガスを供給するガス供給系と、前記処理容器に接続されて、途中に第１の真空ポンプと第２の真空ポンプと弁開度が任意に設定可能になされた圧力制御弁とが介設された真空排気系と、前記処理容器の圧力を検出する圧力計と、を備えた処理装置において、前記圧力制御弁と前記第２の真空ポンプとを迂回させてバイパス排気経路を設けると共に、前記バイパス排気経路に前記処理容器内を大気圧より真空引きする際に真空引きの衝撃を和らげる機能を有するソフトスタート弁機構を介設し、処理圧力が比較的低い処理を行う時には前記圧力計の検出値に基づいて前記圧力制御弁の弁開度を調整することにより前記処理容器内の圧力を制御し、処理圧力が比較的高い処理を行う時には前記圧力制御弁側への排気を停止すると共に、前記ソフトスタート弁機構を低い排気コンダクタンス状態に維持して前記バイパス排気経路に排気ガスを流すようにする制御手段を設けるように構成したことを特徴とする処理装置である。
【００１８】
このように、真空排気系にバイパス排気経路を設けると共にこのバイパス排気経路にソフトスタート弁機構を介在させるようにし、例えば処理圧力が比較的低い処理を行う時には圧力制御弁の弁開度を調整するようにして処理容器内の圧力を制御し、処理圧力が比較的高い処理を行う時には上記圧力制御弁側への排気を停止し、上記ソフトスタート弁機構を低い排気コンダクタンス状態に維持してこのバイパス排気経路に排気ガスを流すようにして処理容器内の圧力を設定することができ、従って、高価で且つ構造が大きな圧力制御弁を複数設ける必要がなく、全体としての排気系の構造を小型で、且つ簡単化させることが可能となる。
【００１９】
この場合、例えば請求項１０に規定するように、前記制御手段は、処理圧力が比較的高い処理を行う時には前記圧力計の検出値に基づいて前記流量制御部により流量を調整することにより前記処理容器内の圧力を制御する。
これにより、処理圧力が比較的高い処理を行う時には、流量制御部によりガス流量を調整することにより処理容器内の圧力を制御することが可能となる。
【００２０】
また例えば請求項１１に規定するように、前記ソフトスタート弁機構は、前記バイパス排気経路のバイパス排気管に介設された第１バイパス開閉弁と、該第１バイパス開閉弁を迂回するように設けた補助バイパス排気管と、該補助バイパス排気管に介設された第２バイパス開閉弁と、該補助バイパス排気管に介設されたオリフィス機構と、よりなる。
また例えば請求項１２に規定するように、前記制御手段は、前記低い排気コンダクタンス状態を実現するために前記第１バイパス開閉弁を閉状態とし、前記第２バイパス開閉弁を開状態とする。
また例えば請求項１３に規定するように、前記ソフトスタート弁機構は、ソフトスタートバルブよりなる。
【００２１】
請求項１４に係る発明は、上記請求項９に係る装置発明を用いて行われる方法発明を規定したものであり、すなわち、内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、前記処理容器内へ処理ガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて所定のガスを供給するガス供給系と、前記処理容器に接続されて、途中に第１の真空ポンプと第２の真空ポンプと弁開度が任意に設定可能になされた圧力制御弁とが介設された真空排気系と、前記処理容器の圧力を検出する圧力計と、を有する処理装置を用いて被処理体に対して処理を行う処理方法において、前記圧力制御弁と前記第２の真空ポンプとを迂回させてバイパス排気経路を設けると共に、前記バイパス排気経路に前記処理容器内を大気圧より真空引きする際に真空引きの衝撃を和らげる機能を有するソフトスタート弁機構を介設し、処理圧力が比較的低い処理を行う時には前記圧力計の検出値に基づいて前記圧力制御弁の弁開度を調整することにより前記処理容器内の圧力を制御し、処理圧力が比較的高い処理を行う時には前記圧力制御弁側への排気を停止すると共に、前記ソフトスタート弁機構を低い排気コンダクタンス状態に維持して前記バイパス排気経路に排気ガスを流すようにしたことを特徴とする処理方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る処理装置及び処理方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は本発明に係る処理装置の第１実施例を示す概略構成図、図２は第１の処理方法の工程を示すフローチャート、図３は第２の処理方法の工程を示すフローチャートである。図６において説明した部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を行う。尚、以下で説明する”処理ガスの分圧が比較的重要となる処理”とは一般的には処理圧力が低い処理（低圧処理）を指し、”処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理”とは一般的には処理圧力が高い処理（高圧処理）を指すものとする。
【００２３】
図示するように、この処理装置５２は真空引き可能になされた例えばアルミニウム製の筒体状の処理容器４を有しており、この内部には例えば加熱ヒータ等の加熱手段６を備えた載置台８が設けられ、この載置台８上に半導体ウエハＷを載置させて固定できるようになっている。また、この処理容器４の天井部には、この処理容器４内へ各種の処理ガスを導入するガス導入手段として例えばシャワーヘッド部１０が設けられており、このシャワーヘッド部１０の下面に設けた多数のガス噴射孔１０Ａから下方に向けてガスを噴射するようになっている。
【００２４】
そして、このシャワーヘッド部１０には、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２ 等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給系１２と、複数系統の、すなわち図示例では３系統の処理ガス供給系１４、１６、１８とがそれぞれ接続されている。例えば第１の処理ガス供給系１４では成膜時の処理ガスとしてＷＦ６ ガスが供給され、第２の処理ガス供給系１６では成膜時の処理ガスとしてＨ２ ガスが供給され、第３の処理ガス供給系１８ではクリーニング処理時の処理ガス（クリーニングガス）としてＣｌＦ３ ガスが供給される。尚、ここではタングステン膜の成膜時にＷＦ６ ガスとＨ２ ガスとが同時に供給され、また、この成膜時に不活性ガスも必要に応じて供給される。
【００２５】
また、不活性ガス供給系１２の途中及び第１〜第３の各処理ガス供給系１４〜１８の途中には、流れるガス流量を制御するために例えばマスフローコントローラ等よりなる流量制御部１２Ａ、１４Ａ、１６Ａ、１８Ａがそれぞれ介設されている。また、各流量制御部１２Ａ〜１８Ａの上流側及び下流側には、開閉弁２２、２４、２６、２８がそれぞれ設置されており、必要に応じてこれらを開閉できるようになっている。
【００２６】
一方、上記処理容器４の底部には、排気口３０が設けられており、この排気口３０には、真空排気系３２が接続されている。この真空排気系３２は、内径が大きくなされて排気コンダクタンスが大きくなされた排気管３４を有している。この排気管３４の内径は、例えば１００〜１５０ｍｍ程度である。この排気管３４には、その上流側より下流側に向けてスロットルバルブのように弁開度が調整可能になされた圧力制御弁３６と、例えばドライポンプよりなる第１の真空ポンプ３８とが順次介設されている。そして、上記圧力制御弁３６の直前と直後とには、開閉弁４０がそれぞれ介設されている。ここで、この真空排気系３２は、処理ガスの分圧を精度良く制御しなければならない処理、すなわちここではタングステン膜の成膜処理時に必要とされる最適な排気コンダクタンスを実現できるように配管の内径や、圧力制御弁３６及び真空ポンプ３８の能力が設定されている。尚、この実施例にあっては、従来装置で用いたバイパス排気管４２及び第２の圧力制御弁４４は設けていない（図６参照）。
【００２７】
そして、上記処理容器４には、この内部の圧力を検出するための圧力計４８が設けられ、この圧力計４８の検出値に基づいて、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段５４が上記各流量制御部１２Ａ〜１８Ａ、圧力制御弁３６、真空ポンプ３８及び各開閉弁２２〜２８、４０の開閉動作を制御するようになっている。尚、この制御手段５４は、この処理装置５２の全体の動作も制御し、これに予め組み込まれた複数の処理用プログラム（レシピ）に基づいて制御動作が行われる。
【００２８】
後述するように、処理ガスの分圧が重要となる処理、例えば処理圧力が低い低圧処理としてタングステン膜の成膜処理等を行う時には、ＷＦ６ ガスとＨ２ ガスのみをそれぞれ所定の値に流量制御しつつ流し（必要に応じて不活性ガスを流してもよい）、これと同時に、圧力制御弁３６の弁開度を調整することにより処理容器４内の圧力を一定に維持する。この圧力制御弁３６は、圧力制御弁３６の動作特性において最も精度良く動作する範囲内にあるような圧力制御弁が選択される。
これに対して、処理ガスの分圧が比較的重要とならないような処理、例えば処理圧力が高い高圧処理として例えばクリーニング処理等を行う時には、ＣｌＦ３ を所定の値に流量制御しつつ流すと同時に不活性ガスも流し、これと同時に圧力制御弁３６の弁開度を所定の弁開度に維持した状態で不活性ガスの流量を調整することにより処理容器４内の圧力を略一定に維持する。尚、処理圧力が高い高圧処理としては例えば酸化処理や拡散処理等も含まれる。
【００２９】
次に、以上のように構成された処理装置を用いて行われる処理方法について説明する。
この処理装置５２では、処理ガスの分圧が重要となる処理、例えばタングステン膜の成膜処理や処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理、例えばクリーニング処理等が種々行われるが、それぞれの場合について説明する。尚、ここで”処理”とは処理容器４内に半導体ウエハＷが存在する場合のみならず、存在しない場合に行われるクリーニング処理のような処理も含まれるものとする。
【００３０】
＜処理ガスの分圧が重要となる処理：タングステン膜の成膜処理＞
まず、処理ガスの分圧が重要となる処理の場合について説明する。
ここで、処理ガスの分圧が重要となる処理とは、例えばＷＦ６ ガスとＨ２ ガスとを用いてタングステン膜を堆積するような成膜処理であり、電気的特性が良好なタングステン膜を適正な成膜レートで、しかもウエハ面内における膜厚の面内均一性を高く維持した状態で堆積させるには、上記両ガスの各流量、流量比、処理圧力、処理温度等を精度良く維持しなければならない。このような処理は、例えば図２に示すフローチャートのようにして行う。
【００３１】
まず、処理容器４の載置台８上に未処理の半導体ウエハＷを載置したならば、真空排気系３２の真空ポンプ３８を駆動してこの処理容器４内を真空引きし、そして真空ポンプ３８を成膜処理用に所定の回転数に維持する（Ｓ１）。尚、この回転数はクリーニング処理時とは異なる場合がある。これと同時にウエハＷを加熱してこれを所定の温度に設定する（Ｓ２）。そして、成膜処理を開始すべくＷＦ６ ガス及びＨ２ ガスをそれぞれ所定の流量に設定して流し、タングステン膜を堆積させる（Ｓ３）。そして、この成膜処理中においては圧力計４８により処理容器４内の圧力が常時検出されており（Ｓ４）、この圧力検出値は制御手段５４において予め設定された設定値と比較され、検出値が設定値と同じになるように排気管３４に介設された圧力制御弁３６の弁開度が適宜調整される（Ｓ５のＮＯ、Ｓ６）。上記成膜処理は所定の時間行われ（Ｓ５のＹＥＳ、Ｓ７のＮＯ）、この成膜処理を所定の時間行ったならば（Ｓ７のＹＥＳ）、処理を終了することになる。上記成膜処理時間は、上記圧力制御弁３６の調整時間（数ｓｅｃ程度）よりもかなり長く、成膜処理時の膜厚への影響がほとんど生ずることはない。
【００３２】
＜処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理：クリーニング処理＞
次に、処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理の場合について説明する。
ここで処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理とは、例えばクリーニングガスを用いて処理容器内の余分な付着膜等を除去するようなクリーニング処理であり、所定のエッチングレートを保証するためには、クリーニングガスの流量及び処理圧力をそれぞれ予め定められた設定値に維持する必要がある。尚、この時の処理圧力は、先の成膜処理時の処理圧力よりもかなり高い設定値となる。このような処理は、例えば図３に示すフローチャートのようにして行う。
【００３３】
まず、処理容器４内からウエハＷを取り出して処理容器４内を密閉状態にし、真空ポンプ３８を予め定められたクリーニング用の所定の回転数に設定し、維持する（Ｓ１１）。次に、例えばＡｒガス等の不活性ガスを流し、またこれと同時に処理ガスとしてクリーニングガス、例えばＣｌＦ３ ガスを所定の流量に設定した状態で流し、クリーニング処理を開始する（Ｓ１２）。これと同時に、圧力制御弁３６を予め定められた所定の弁開度に設定し、この状態を継続的に維持する（Ｓ１３）。この弁開度は、クリーニング処理時の真空排気系３２の排気コンダクタンスが最適になるように予め実験的に求められている。
【００３４】
そして、このクリーニング処理中においては圧力計４８により処理容器４内の圧力が常時検出されており（Ｓ１４）、この圧力検出値は制御手段５４において予め設定された設定値と比較され、検出値が設定値と同じになるように不活性ガス供給系１２に介設された流量制御部１２Ａが適宜調整される（Ｓ１５のＮＯ、Ｓ１６）。尚、この間においてはＣｌＦ３ ガスの流量は常時一定値を保たれることになる。上記クリーニング処理は所定の時間行われ（Ｓ１５のＹＥＳ、Ｓ１７のＮＯ）、このクリーニング処理を所定の時間行ったならば（Ｓ１７のＹＥＳ）、処理を終了することになる。
【００３５】
以上のように、タングステン膜の成膜処理や処理容器４内の不要な付着物を除去するクリーニング処理のように、処理圧力の範囲が大きく異なる複数種類の処理を行う場合にも、バイパス管や複数の圧力制御弁を用いることなく、それぞれの処理の圧力制御を適正に行うことができる。
また、用いる部品点数も少なくなることから、その分、メンテナンスも迅速に行うことができるので、メンテナンス性を向上させることができる。
更には、この場合、一般に圧力制御弁３６の応答動作よりも流量制御部１２Ａの応答動作の方がかなり早いので、流量制御部１２Ａによる圧力制御の方がより早く処理圧力に到達させることができ、従って、全ての処理において圧力制御弁で圧力を制御していた従来装置とは異なり、一部の処理において応答動作の早い流量制御部を使用して圧力制御した分、処理時間が短くなってスループットを向上させることが可能となる。
【００３６】
次に、以上に説明した各処理とは異なり、複数種類の処理ガスを用いる場合であって、ある所定の分圧の範囲内ならば、処理結果の品質を落とすことなく当該処理を実行できるような場合、このような処理を行う時には圧力制御弁３６の弁開度を大きく、例えば１００％に設定した状態にしておき、そして、上記各処理ガスの流量比を一定状態に維持しつつ各処理ガスの流量を調整して、処理容器４内の圧力を制御するようにして、流量調整のみで所定の処理を行なうようにしてもよい。
このような処理の具体例は、例えばＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐａｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理やプリクリーン装置によるプリクリーン処理等が挙げられる。
この場合には、圧力制御弁３６の弁開度を調整することなく、応答速度の速い流量制御部のみの制御動作で処理圧力を制御することができるので、その分、制御性を向上させてスループットを高めることができる。
【００３７】
＜第２実施例＞
上記各実施例にあっては、図１に示したような一本の排気管３４を設け、これに１つの真空ポンプ３８を介設した場合を例にとって説明したが、１台の真空ポンプ３８だけでは排気能力が不足している場合には、図４に示す第２実施例のように構成してもよい。すなわち、この場合には、前記圧力制御弁３６に直列に、例えばターボ分子ポンプよりなる第２の真空ポンプ６０を介設し、そして、この圧力制御弁３６と上記第２の真空ポンプ６０とを迂回させるようにバイパス排気経路６２を排気管３４に接続する。そして、このバイパス排気経路６２の途中に切り替え用開閉弁６４を介設する。尚、このバイパス排気経路６２の内径は２５〜４０ｍｍ程度である。
【００３８】
この実施例では、処理容器４内を真空引きする場合、まず、排気管３４の開閉弁４０を閉じ、これに替えてバイパス排気管６２の切り替え用開閉弁６４を開状態にしてバイパス排気管６２を連通し、そして真空ポンプ３８を回転駆動することにより処理容器４内を荒引きする。ある程度荒引きした後に、処理容器４内の圧力が所定の真空度まで低下したならば、排気管３４の開閉弁４０を開状態にして第２の真空ポンプ６０も回転駆動させる。そして、バイパス排気管６２の切り替え用開閉弁６４を閉状態にする。これにより、先の真空ポンプ３８と第２の真空ポンプ６０の２台の真空ポンプで真空引きを継続する。また処理圧力が比較的高い処理を行う場合、例えばクリーニング処理を行う場合には、排気管３４の開閉弁４０を閉じてパイパス排気管６２のみを用いて真空引きしつつクリーニング処理を行ってもよい。この実施例においても、処理圧力の範囲が大きく異なる複数の処理を行う場合には、先に図１乃至図３を参照して説明したと同様に行えばよい。
【００３９】
＜第３実施例＞
次に本発明の第３実施例について説明する。
図５は本発明の処理装置の第３実施例を示す概略構成図である。図１、４及び図６において説明した部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。尚、ここで説明する処理圧力が比較的低い処理とは、先に説明した処理ガスの分圧が重要となる処理のことを意味し、処理圧力が比較的高い処理とは、処理ガスの分圧が重要とならない処理のことを意味する。
図５に示すように、ここでは主排気管３４には、その上流側から下流側に向けて、圧力制御弁３６、例えばターボ分子ポンプよりなる第２の真空ポンプ６０及び例えばドライポンプよりなる第１の真空ポンプ３８が順次介設され、そして、圧力制御弁３６の直ぐ上流側及び第２の真空ポンプ６０の直ぐ下流側には、それぞれ開閉弁４０が介設されている。
【００４０】
そして、上記圧力制御弁３６、第２の真空ポンプ６０及び両開閉弁４０を迂回するようにしてバイパス排気管となるバイパス排気経路６２を上記主排気管３４に接続している。前述したように、この主排気管３４の内径は例えば１００〜１５０ｍｍ程度で大口径であり、バイパス排気経路６２の内径は２５〜４０ｍｍ程度で小口径である。
そして、このバイパス排気経路６２の途中に、処理容器４内を大気圧より真空引きする際に真空引きの衝撃を和らげる機能を有するソフトスタート弁機構７０を介設している。これにより、制御手段５４は、処理圧力が比較的低い処理（例えば成膜処理等）を行う時には処理容器４に設けた圧力計４８の検出値に基づいて上記圧力制御弁３８の弁開度を調整することにより上記処理容器４内の圧力を制御し、処理圧力が比較的高い処理（例えばクリーニング処理、酸化処理、拡散処理等）を行う時には上記圧力制御弁３６への排気を停止すると共に上記ソフトスタート弁機構７０を低い排気コンダクタンス状態に維持して上記バイパス排気経路６２に排気ガスを流すように制御する。
【００４１】
具体的には、上記ソフトスタート弁機構７０は、上記バイパス排気経路６２に介設した第１バイパス開閉弁７２と、この第１バイパス開閉弁７２を迂回するようにして上記バイパス排気経路６２に接続した内径の小さな補助バイパス排気管７４と、この補助バイパス排気管７４に順次介設したオリフィス機構７６及び第２バイパス開閉弁７８とよりなる。
ここで周知のように、オリフィス機構７６は流路面積を狭めるためのオリフィス（図示せず）を有しており、上記第１バイパス開閉弁７２を閉状態とし、且つ第２バイパス開閉弁７８を開状態とすることにより、このソフトスタート弁機構７０の全体を低い排気コンダクタンス状態とすることができる。ここで、このバイパス排気経路６２や補助バイパス排気管７４の各内径や、上記オリフィス機構７６のオリフィス孔の流路面積は、比較的高い処理圧力の処理を行う場合において必要な流量の処理ガスを流した時に必要な処理圧力が略得られるような大きさにそれぞれ予め設定されて、その排気コンダクタンスが固定されている。
換言すれば、処理圧力が比較的高い処理では、プロセス圧力を精度良く制御する必要性が無い場合が多いので、このような場合には処理器４内の圧力制御は予め定めた固定的な排気コンダクタンスにより行うこととし、能動的には弁開度の調整等の操作は特段には行わないように構成されている。
【００４２】
次に、以上のように構成された実施例の動作について説明する。
＜大気圧から真空引きする場合＞
処理容器４内が大気圧状態になっており、この状態から処理容器４内の真空引きする場合には、まず、主排気管３４の両開閉弁４０を閉状態としてある程度の真空度に達した後でなければ使用できないターボ分子ポンプよりなる第２の真空ポンプ６０を隔離する。これと同時にソフトスタート弁機構７０においては、バイパス排気経路６２に介設した第１バイパス開閉弁７２を閉状態とし、補助バイパス排気管７４に介設した第２バイパス開閉弁７８を開状態とすることにより、このソフトスタート弁機構７０を低い排気コンダクタンス状態にする。このような状態で、第１の真空ポンプ３８を駆動して真空引きを開始する。この場合、処理容器４内の雰囲気は、補助バイパス排気管７４に介設したオリフィス機構７６のオリフィス孔を介してしか排気されないので、上述のように排気コンダクタンスはかなり低い状態になっている。この結果、処理容器４内に発生する真空引きの衝撃は和らげられて非常に少ないものとなり、処理容器４内の構造物やパーティクルが瞬間的に浮上等することを防止でき、また、処理容器４の内壁面や内部構造物の表面に付着していた不要な膜が剥がれ落ちることがなく、パーティクルの発生を防止することができる。
【００４３】
そして、真空引きの結果、ある程度の真空度（例えば１３３０Ｐａ）程度に達したならば、第１バイパス開閉弁７２を開状態に切り替えてこのバイパス排気経路６２の全体で真空引きを行う。この時には、第２バイパス開閉弁７８は開閉のどちらの状態にしてもよい。
そして更に真空引きを行って所定の真空度、すなわちターボ分子ポンプの上限圧力値である例えば１３３Ｐａ程度に達したならば、主排気管３４に介設した両開閉弁４０を開状態に切り替えて、これと同時に第２の真空ポンプ６０の駆動を開始する。この際、第１の圧力制御弁３６は全開状態にしておく。尚、これと同時に上記第１及び第２バイパス開閉弁７２、７８は共に閉状態に切り替える。このようにして処理容器４内を低い圧力雰囲気まで真空引きすることができる。
【００４４】
＜処理圧力が低い処理：例えば成膜処理＞
次に、処理圧力が低い処理を行う時の処理容器４内の圧力制御は、第１実施例で説明した処理ガスの分圧が重要となる処理の場合と略同じである。
すなわち、ソフトスタート弁機構７０の第１及び第２バイパス開閉弁７２、７８は共に閉状態に維持すると共に、主排気管３４の両開閉弁４０を開状態に維持し、圧力計４８の検出値に応じて圧力制御弁３６の弁開度を調整して処理容器４内の圧力を制御する。この際、各ガスの流量は、レシピに定められたようにそれぞれ一定値が維持されることになる。このような処理圧力が低い処理のプロセス圧力は、例えば数１０Ｐａ〜数１００Ｐａ程度の圧力である。
【００４５】
＜処理圧力が高い処理：例えばクリーニング処理や酸化処理＞
次に、処理圧力が高い処理を行う時の処理容器４内の圧力制御について説明する。
この場合には、大気圧の処理容器４内から真空引きを開始するような場合と同様に低い排気コンダクタンス状態とする。すなわち前述した成膜処理時とは逆に、主排気管３４に介設した両開閉弁４０を共に閉状態に維持して第１の真空ポンプ６０を隔離する。そして、ソフトスタート弁機構７０に関しては、第１バイパス開閉弁７２を閉状態に維持すると共に、逆に第２バイパス開閉弁７８は開状態を維持し、オリフィス機構７６を介してこの補助バイパス排気管７４を介してのみ排気ガスが真空引きされるようにする。この時のソフトスタート弁機構７０の排気コンダクタンスは、例えば全閉状態にしても僅かな隙間が生じている圧力制御弁３６の排気コンダクタンスと同程度である。
【００４６】
これにより、処理容器４内のプロセス圧力を高くした状態で処理を行うことができる。このように処理圧力が高い処理のプロセス圧力は、例えば数１０００Ｐａ〜２００００Ｐａ程度の圧力である。
上記処理圧力が高い処理では、処理容器４内の圧力を能動的には制御することはできなかったが、これに限定されず、例えばこの時の処理容器４内の圧力を圧力計４８で検出し、この検出値が所定の圧力を維持するように、制御手段５４を介して流量制御器を調整制御してガス流量、例えば不活性ガスやクリーニングガスの流量、或いは酸化処理を行っている場合には酸化ガスの流量を制御するようにしてもよい。
【００４７】
これによれば、処理圧力が高い処理の場合でもプロセス圧力を精度良く制御することが可能となる。
また上記ソフトスタート弁機構７０にあっては、補助バイパス排気管７４、第１及び第２バイパス開閉弁７２、７８及びオリフィス機構７６により構成した場合を例にとって説明したが、このソフトスタート弁機構７０として、上記バイパス排気経路６２内を完全に遮断状態に設定できる機能、このバイパス排気経路６２を低い排気コンダクタンス状態に設定できる機能及びこのバイパス排気経路６２内を上記低い排気コンダクタンスよりもある程度高い中程度の排気コンダクタンス状態に設定できる機能の３つの上記各機能を併せ持つ例えばＳＭＣ社製のソフトスタートバルブ（登録商標）を用いるようにしてもよい。
尚、上記各実施例では、タングステン膜を成膜処理する場合を例にとって説明したが、他の膜種を成膜する場合にも本発明を適用できる。
【００４８】
また、処理ガスの分圧が重要となる処理としては、成膜処理に限定されず、他の処理の場合にも適用できる。同様に、処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理としては、クリーニング処理に限定されず、他の処理の場合、例えば前述したように酸化処理や拡散処理等を行う場合にも適用することができる。
また、各ガスの供給形態は、単に一例を示したに過ぎず、処理ガスの種類が増減すれば、それに対応してガス供給系の数も増減し、更に、シャワーヘッド部１０の構成も、処理ガスを処理容器４内に噴射する前に予め混合させるプレミックス型式、或いはシャワーヘッド部１０から噴射した後に混合させるポストミックス型式のどちらでも本発明を適用できる。また、シャワーヘッド部１０を用いないガス導入手段でも本発明を適用することができる。
【００４９】
また、ここでは枚葉式の処理装置を例にとって説明したが、一度に複数枚の被処理体の処理を行うことができるバッチ式の処理装置にも本発明を適用することができる。
また、主にマスフローコントローラによる制御は、所定の分圧の範囲内で行われるＰＶＤの処理で用いられることが多く、圧力制御弁はＣＶＤの処理で用いられることが多いことから、同じ装置でＰＶＤ及びＣＶＤの両方の処理をする場合に応用することができる。
更には、上記実施例においては、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも適用し得るのは勿論である。
また、上記実施例では圧力制御の際、温度制御部又は圧力制御弁のどちらか一方を一定にしていたが、温度制御部と圧力制御弁を一定とせず常に両方の動作で圧力制御を行なうようにしてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の処理装置及び処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１〜８に係る発明によれば、処理圧力の範囲が大きく異なる複数種類の処理を行う場合にも、バイパス管や複数の圧力制御弁を用いることなく、それぞれの処理の圧力制御を適正に行うことができる。
また、真空排気系を１つにできるので用いる部品点数も少なくなることから、その分、メンテナンスも迅速に行うことができるので、メンテナンス性を向上させることができる。また、使用する不活性ガスの量も減少させることができる。
請求項９、１１〜１４に係る発明によれば、真空排気系にバイパス排気経路を設けると共にこのバイパス排気経路にソフトスタート弁機構を介在させるようにし、例えば処理圧力が比較的低い処理を行う時には圧力制御弁の弁開度を調整するようにして処理容器内の圧力を制御し、処理圧力が比較的高い処理を行う時には上記圧力制御弁側への排気を停止し、上記ソフトスタート弁機構を低い排気コンダクタンス状態に維持してこのバイパス排気経路に排気ガスを流すようにして処理容器内の圧力を設定することができ、従って、高価で且つ構造が大きな圧力制御弁を複数設ける必要がなく、全体としての排気系の構造を小型で、且つ簡単化させることができる。よって、コスト的にも有効である。
請求項１０に係る発明によれば、処理圧力が比較的高い処理を行う時には、流量制御部によりガス流量を調整することにより処理容器内の圧力を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る処理装置の第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】第１の処理方法の工程を示すフローチャートである。
【図３】第２の処理方法の工程を示すフローチャートである。
【図４】本発明の処理装置の第２実施例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の処理装置の第３実施例を示す概略構成図である。
【図６】従来の処理装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
４ 処理容器
８ 載置台
１０ シャワーヘッド部（ガス導入手段）
１２ 不活性ガス供給系
１４，１６，１８ 処理ガス供給系
１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ，１８Ａ 流量制御部
３２ 真空排気系
３４ 主排気管（排気管）
３６ 第１の圧力制御弁（圧力制御弁）
３８ 真空ポンプ
４８ 圧力計
５２ 処理装置
５４ 制御手段
６０ 第２の真空ポンプ
６２ バイパス排気経路
６４ 切り替え用開閉弁
７０ ソフトスタート弁機構
７２ 第１バイパス開閉弁
７４ 補助バイパス排気管
７６ オリフィス機構
７８ 第２バイパス開閉弁
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
Claims (14)
- 内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、
前記処理容器内へ処理ガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて所定の処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理容器に接続されて、途中に弁開度が設定可能になされた圧力制御弁と真空ポンプとが介設された真空排気系と、
前記処理容器に設けた圧力計と、
処理ガスの分圧が重要となる処理を行う時には前記処理ガス供給系の流量制御部に一定の流量を流す指令をしつつ前記圧力計の検出値に基づいて前記圧力制御弁の弁開度を制御し、処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理を行う時には前記圧力制御弁の弁開度を所定の値に固定すると共に、前記圧力計の検出値に基づいて前記不活性ガス供給系の流量制御部により流量を制御するように動作させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする処理装置。 - 前記処理ガス供給系は、複数系統設けられており、所定の処理を行う時には前記制御手段は前記流量制御弁の弁開度を大きく開けた設定にした状態で、前記圧力計の検出値に基づいて前記各処理ガス供給系の流量制御部に対して流量比を略一定状態に維持しつつ各流量を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の処理装置。
- 前記排気管は第２の真空ポンプが介設されると共に、前記真空排気系の圧力制御弁と前記第２の真空ポンプとを迂回させて、途中に切り替え用開閉弁を介設したバイパス排気経路が設けられることを特徴とする請求項１または２記載の処理装置。
- 内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、
前記処理容器内へ処理ガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて所定の処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理容器に接続されて、途中に弁開度が設定可能になされた圧力制御弁と真空ポンプとが介設された真空排気系と、
前記処理容器に設けた圧力計と、
を有する処理装置を用いて被処理体に対して処理を行う方法において、
処理ガスの分圧が重要となる処理を行う時には前記処理ガス供給系に流れる処理ガスの流量を一定に維持しつつ前記圧力計の検出値に基づいて前記圧力制御弁の弁開度を制御するようにし、処理ガスの分圧が比較的重要とならない処理を行う時には前記圧力制御弁の弁開度を所定の値に固定すると共に、前記圧力計の検出値に基づいて前記不活性ガス供給系に流れる不活性ガスの流用を制御するようにしたことを特徴とする処理方法。 - 前記処理ガス供給系は、複数系統設けられており、所定の処理を行う時には前記流量制御弁の弁開度を大きく開けて維持した状態で、前記圧力計の検出値に基づいて前記各処理ガス供給系を流れる処理ガスの流量比を略一定状態に維持しつつ各流量を制御するようにしたことを特徴とする請求項４記載の処理方法。
- 前記真空ポンプは、分圧が重要となる処理と分圧が重要とならない処理でその回転数を異なるように制御することを特徴とする請求項４又は５記載の処理方法。
- 前記分圧が重要となる処理は成膜処理であり、前記分圧が比較的重要とならない処理はクリーニング処理であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の処理方法。
- 前記１つの真空排気系により、前記複数の処理の排気が行われることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の処理方法。
- 内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、
前記処理容器内へ処理ガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて所定のガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器に接続されて、途中に第１の真空ポンプと第２の真空ポンプと弁開度が任意に設定可能になされた圧力制御弁とが介設された真空排気系と、
前記処理容器の圧力を検出する圧力計と、
を備えた処理装置において、
前記圧力制御弁と前記第２の真空ポンプとを迂回させてバイパス排気経路を設けると共に、前記バイパス排気経路に前記処理容器内を大気圧より真空引きする際に真空引きの衝撃を和らげる機能を有するソフトスタート弁機構を介設し、処理圧力が比較的低い処理を行う時には前記圧力計の検出値に基づいて前記圧力制御弁の弁開度を調整することにより前記処理容器内の圧力を制御し、処理圧力が比較的高い処理を行う時には前記圧力制御弁側への排気を停止すると共に、前記ソフトスタート弁機構を低い排気コンダクタンス状態に維持して前記バイパス排気経路に排気ガスを流すようにする制御手段を設けるように構成したことを特徴とする処理装置。 - 前記制御手段は、処理圧力が比較的高い処理を行う時には前記圧力計の検出値に基づいて前記流量制御部により流量を調整することにより前記処理容器内の圧力を制御することを特徴とする請求項９記載の処理装置。
- 前記ソフトスタート弁機構は、
前記バイパス排気経路のバイパス排気管に介設された第１バイパス開閉弁と、
該第１バイパス開閉弁を迂回するように設けた補助バイパス排気管と、
該補助バイパス排気管に介設された第２バイパス開閉弁と、
該補助バイパス排気管に介設されたオリフィス機構と、
よりなることを特徴とする請求項９または１０記載の処理装置。 - 前記制御手段は、前記低い排気コンダクタンス状態を実現するために前記第１バイパス開閉弁を閉状態とし、前記第２バイパス開閉弁を開状態とすることを特徴とする請求項１１記載の処理装置。
- 前記ソフトスタート弁機構は、ソフトスタートバルブよりなることを特徴とする請求項９または１０記載の処理装置。
- 内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、
前記処理容器内へ処理ガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段へ接続されて、途中に流量制御部が介設されて所定のガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器に接続されて、途中に第１の真空ポンプと第２の真空ポンプと弁開度が任意に設定可能になされた圧力制御弁とが介設された真空排気系と、
前記処理容器の圧力を検出する圧力計と、
を有する処理装置を用いて被処理体に対して処理を行う処理方法において、
前記圧力制御弁と前記第２の真空ポンプとを迂回させてバイパス排気経路を設けると共に、前記バイパス排気経路に前記処理容器内を大気圧より真空引きする際に真空引きの衝撃を和らげる機能を有するソフトスタート弁機構を介設し、処理圧力が比較的低い処理を行う時には前記圧力計の検出値に基づいて前記圧力制御弁の弁開度を調整することにより前記処理容器内の圧力を制御し、処理圧力が比較的高い処理を行う時には前記圧力制御弁側への排気を停止すると共に、前記ソフトスタート弁機構を低い排気コンダクタンス状態に維持して前記バイパス排気経路に排気ガスを流すようにしたことを特徴とする処理方法。
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