JP2007027567A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アッシング処理を長期間にわたり安定して行うことができるプラズマ処理装置を提供すること。
【解決手段】 水蒸気が導入されたプラズマにより試料をアッシング処理するプラズマ処理装置に前記水蒸気を供給するための水蒸気化装置２３７において、その中にあるタンク２３６に貯溜されている純水３０５の温度を調節するヒータ３０４と、前記タンク２３６の中に純水を供給するための経路を構成している供給管路３０３とバルブ３０８に設けられ、その中を通流する純水の温度を調節するヒータ３０４を設け、タンク２３６内から断続的に行われる水蒸気の供給に際して、温度変化に伴う圧力変動を抑え、水蒸気の供給量の安定化が得られるようにしたもの。
【選択図】 図２

Description

本発明は、真空に近く減圧された処理室内にプラズマを形成し、当該処理室内に載置した試料を処理するプラズマ処理装置に係り、特に処理室内に水蒸気を供給して試料を処理するプラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理装置では、表面に処理対象となる薄膜及び当該薄膜の一部をマスクして処理後の形状を調節するための膜(例えばレジストマスク等)を有する半導体ウエハ等の基板が処理され、半導体素子に加工されるが、このときの加工の典型的な例としては、上記レジストマスクにより覆われていない箇所の薄膜を、溝や穴等の所望の形となるように削るという加工、いわゆるエッチング処理や、このエッチング処理の後にレジストマスクを別の真空容器内に形成したプラズマを用いて灰化して取り除く加工、いわゆるアッシング処理などがある。

ここで、アッシング処理の場合、真空容器からなるアッシング用の処理室の中に、マスクの灰化が可能な種類のガスを導入してプラズマ処理を行う。この場合、プラズマ中のガス粒子とマスクを構成する物質とが反応して気化することで、マスクがエッチング対象の膜上から取り除かれる。なお、この場合、試料を載置する試料台に高周波バイアス電圧を印加することは、通常はない。

ところで、このような灰化処理の技術技術の一例に、基板をドライエッチング室内で塩素系ガスを用いて処理した後、このドライエッチング室にロードロック室を介して連結されたアッシング室内に基板を搬送し、このアッシング室内に水蒸気を供給して基板上のレジストマスクを灰化処理する技術がある(例えば、特許文献１参照。)。

そして、この従来技術では、水(純水)が貯溜されたタンク(密閉された容器)を配管によりアッシング室に連通させ、タンクから水蒸気が供給されるようにしている。
特開平７−８６２５３号公報

上記従来技術は、水蒸気の供給に際してタンク内の純水の温度が変化してしまう点に配慮がされておらず、安定した水蒸気の供給に問題があった。

このような半導体処理プロセスでは、従来技術も含め、純水が貯溜されたタンクを配管で処理室に連通させ、処理室に水蒸気が供給されるようにする方法が一般的であり、この場合、タンク内は減圧状態であり、圧力は水の蒸気圧に平衡している。このとき、従来技術では、水蒸気の飽和蒸気圧と処理室(灰化室)内の圧力の差で水蒸気が供給されるようにしているため、蒸気圧が低いと気化し難くなる。そこで、所望の水蒸気流量を得るため、水が貯溜されているタンクを加熱し、例えば、６０℃などの所定の温度に保つようにしている。なお、この場合、タンク内の液面上の空間での気圧は１５０Ｔｏｒr(絶対圧)になっている。

このように、従来技術では、タンクと処理室を連通させ、流量調節器で流量が制御された水蒸気がアッシング処理装置に供給されるようにしているが、しかし、この場合、純水が供給される毎にタンク内の純水の温度が変動しやすい。ここで純水の温度が低下すると蒸気圧が下るので、処理室内とタンク内の圧力差が減少し、水蒸気を十分な流量で、又は十分な速度で処理室に供給できくなり、処理が不安定になる。そして、この結果、処理の歩留まりが低下してしまうという問題が生じてしまうが、しかし、上記従来技術では、この点について十分に考慮されていなかった。

本発明は、アッシング処理を長期間にわたり安定して行うことができるプラズマ処理装置を提供することにある。

上記目的は、アッシング処理用ガスに水蒸気化手段から供給される水蒸気を混合したガスのプラズマを減圧された容器の中に発生させ、当該容器内で試料のアッシング処理を行う方式のプラズマ処理装置であって、前記水蒸気の供給を、前記容器内の圧力と前記水蒸気化手段の中にある水タンクの中の圧力の差に依存して行うようにしたプラズマ処理装置において、前記水タンクの中に貯溜されている水の温度を調節する第一の温度調節手段と、前記水タンク内に水を供給する経路に配置され、当該経路内を通流する水の温度を調節する第二の温度調節手段とを設け、これら第一の温度調節手段と記第二の温度調節手段による温度調節により、前記水タンク内の圧力が制御されるようにして達成される。

このとき、前記水タンク内に水を供給する経路が、前記水タンク内で当該水タンクに貯溜されている水の水面から上の空間部に開口されているようにしてもよく、前記水タンク内で当該水タンクに貯溜されている水の水面から下の液中に開口されているようにしてもよい。

また、このとき、前記水蒸気の供給のための経路上に配置され、当該経路内を通流する水蒸気の温度を調節する第三の温度調節手段が設けられているようにしてもよく、或いは前記水タンクからの水蒸気供給経路上に配置された通路開閉手段を備え、前記開閉手段は、前記水タンク内に水を供給する経路から前記水タンク内に水が供給されるときに閉じられるようにしてもよい。

本発明によれば、水蒸気の供給源となるタンクに水を補給する際、当該水の温度をタンク内に貯溜されている水と略同じ温度に調節しておくようにしたので、水を供給したときのタンク内の水の温度変化が抑制され、水の供給による蒸気圧変動を抑制することができる。

従って、本発明によれば、処理室内とタンク内の圧力差による水蒸気の供給が安定化されるので、処理が不安定になる虞がなく、この結果、処理の歩留まり向上を得ることができる。

以下、本発明によるプラズマ処理装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。ここで、まず、図１は、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態が適用された真空処理装置の一例を平面図で示したもので、装置全体は１００で表わしてあり、この図面では、上方が真空処理装置１００の前方で、下方が後方になっている。

そして、まず、真空処理装置１００の前方側には、試料収納カセット２０があり、その前面側には大気側試料搬送容器２２が備えられ、他方、その後方側には、試料が内部に配置された状態で密封されていて、その内部が大気圧から真空まで圧力調節されるロードロック室容器１３、１４が配置されている。そして、これらロードロック室容器１３、１４は、その内部が高度な真空状態に減圧される空間を備えた真空側試料搬送容器１０に接続されている。

ここで、この真空側試料搬送容器１０には、図示されていないが、ロボットアームが設けてあり、これにより、真空側試料搬送室１０とロードロック室容器１３、１４内のロードロック室の間で、試料が、真空のもとでやりとりされるようになっている。このとき、真空側試料搬送容器１０は、図示のように、平面形状が略多角形(本図では略五角形)に作られ、その外周の各辺を構成する側面に、夫々の処理ユニット１１ａ、１２ａと、処理ユニット１１ｂ、１２ｂが、各々の内部が真空側試料搬送容器１０内を介して、連通可能な状態で取付けられている。

従って、この実施形態の場合、真空処理装置の前方側は、大気圧で処理対象の試料が取り扱われる大気側ブロック１０１となっていて、ロードロック室容器１３、１４が設けられている後方側は、真空下で試料が取り扱われる真空側ブロック１０２となっていることになる。

次に、この真空処理装置１００における試料処理の流れについて説明する。まず、カセット２０に収納された試料は、大気側試料搬送容器２２に格納されている図示しない搬送ロボットにより、一枚ずつロードロック室容器１３内に運び込まれる。このときロードロック室容器１３の前後(大気側試料搬送容器２１側及び真空側試料搬送容器１０側)には、ロードロック室容器１３の内部を密閉するゲートバルブが備え付けられており、大気圧状態で試料が収納された後、ゲートバルブを閉めてロードロック室容器１３の内部を減圧するようになっている。

ロードロック室容器１３の内部が減圧され、真空状態になったら、この後、真空側試料搬送容器１０側のゲートバルブを開放し、真空側試料搬送容器１０内の試料を、搬送ロボットにより、周囲に配置された処理ユニットの何れかに搬送し、処理ユニット内に形成されている処理室内の試料台の上に試料を載置した後、当該処理室を密封し、処理用のガスを供給しつつ、その処理室の内部を所定の圧力に維持し、ガスを用いたプラズマが形成され、試料の処理が行われる。従って、プラズマ処理装置は、これら処理ユニットにより構成されていることになる。

試料の処理が終了したら、今度は処理室を開放し、試料が再び真空側試料搬送容器１０内の搬送ロボットにより、真空状態にあるロードロック室容器１４内に搬送される。そして、この後、真空側試料搬送容器１０側のゲートバルブを閉塞し内部を密閉してから大気を導入し、大気圧状態にした後、大気側試料搬送容器２１側のゲートバルブを開放させ、搬送ロボットにより、試料がカセット２０に戻される。

ここで、ロードロック室容器１３、１４の内側の室は、いずれにおいても大気圧から真空状態、真空状態から大気圧までのいずれの圧力変更も可能に構成されているので、試料のやりとりは、ロードロック室容器１３、１４の何れにおいても可能になっている。

次に、ここで真空側試料搬送容器１０の外周には、異なる種類の処理を行うため、複数種類の複数台の処理ユニットが、真空側試料搬送容器１０と連通可能に取り付けることができる。この実施形態では、まず処理ユニット１１ａ、１１ｂは、その内部の処理室内でエッチング処理を行うエッチング処理ユニットになっており、次に処理ユニット１２ａ、１２ｂは、その内部の処理室内でアッシング処理を行うアッシング処理ユニットになっている。

そして、これらの処理ユニット１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂは、これらが連結された真空側試料搬送容器１０内の搬送室を介して、それぞれの処理ユニットの処理室内で処理を行った試料を残る他の処理ユニットの処理室内に搬送して、試料に異なる処理を連続して施すことが可能に構成されている。例えば、エッチング処理ユニット１１ａにおいてその表面にエッチング処理が行われた試料を大気に曝すことなく真空側試料搬送容器１０内を通りアッシング処理ユニット１２ａ内の処理室に搬送した後、試料表面のマスクを灰化(アッシング)処理して除去することができ、これにより、処理のスループットの向上が得られる。

次に、図２は、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態で、これは、図１に示した真空処理装置におけるアッシング処理ユニット１２ａ、１２ｂに本発明を適用し、エッチング処理ユニット１１ａ(図１)におけるドライエッチングと、このドライエッチングのマスクに用いたレジスト膜の除去をアッシング処理ユニット１２ａによって連続して行なうことができるようした場合について示したものであり、このとき、アッシング処理ユニットの真空容器と電界源は図の上側に示され、下方には真空排気装置及び真空容器内に供給される各ガスの供給経路が示されている。

ここで、アッシング処理ユニット１２ａ、１２ｂ(図１)の主要部はアッシング処理装置２００として示してある。そして、これは、図の上方にあって処理室を構成している放電室容器２０１と、これの下方に配置され、当該放電室容器２０１に連結された真空室容器２０２と、放電室容器２０１の周囲に配置され、内部に電界を供給するための電界源となるコイル２０３を備え、真空室容器２０２の下方には、図示しないターボ分子ポンプ及びロータリーポンプ等を備えた真空排気装置が設けられている。

放電室容器２０２は、その内部で灰化処理を行なうための放電室２０４が形成され、真空室容器２０３の内部には真空室２０５が形成されていて、上方の放電室２０４内ではコイル２０３からの電界によってプラズマＰが生成され、下方の真空室２０５内には試料台２０７が配置されていて、その上に処理対象試料である半導体基板が載置され、プラズマＰにより処理されるようになっている。

このとき、放電室２０４と真空室２０５の間には金属製のプレート２０８が配置されている。そして、このプレート２０８には複数の孔が形成されていて、これらの孔を通って上方のプラズマＰ中の粒子が下方の真空室２０５内に移動するようになっているが、この実施形態では、このプレート２０８が所定の電位にされていて、その上方のプラズマＰに面した方の表面に現れる電位によりプラズマＰの電位が安定化され、これと共に、プラズマＰの中の荷電粒子の割合が抑制され、レジスト膜を構成する物質と高い反応性を有する反応性粒子の割合が高くされて下方へ導入されるようになっている。

この実施形態では、放電室容器２０２が略円筒形をした誘電体で作られ、内部の放電室２０４も断面が略円形の空間をなすようにしてある。そして、この放電室容器２０２の上部には、導体製のシャワープレート２０９が、放電室容器２０２上端部を構成する部材に載せられて配置され、放電室２０４の天面を構成し、更に、このシャワープレート２０９の上方には、真空容器を構成する絶縁体製の上部プレート２１０が配置されている。

放電室２０４にはプラズマ用のガスが供給されるか、このガスは真空容器外のガス管路２１４を介して供給され、放電室容器２０２及び上部プレート２１０を支持している支柱２１５内に形成されている支柱内管路２１６を通って上部ガス通路２１３内に供給されるようになっており、このときのガスの導入流量は、ガス管路２１４に設けてあるバルブ２１７により調節される。

上部プレート２１０の中央部には、少なくとも１個のガス導入用の貫通孔２１１が設けてあり、これによりシャワープレート２０９と上部プレート２１０との間の空間であるバッファ室２１２と、上部プレート２１０の上方に配置された上部ガス通路２１３とが連通されるようになっているが、このとき上部ガス通路２１３は、上部プレート２１０の上面の一部を覆うカバー内の空間として構成されている。

このときコイル２０３は、その一端が高周波電源２１８に接続され、他端が接地されていて、これにより高周波電源２１８から高周波電力が供給され、放電室２０４内に電界を形成させる、一種のアンテナとして機能する。このときのコイル２０３による電界は、放電室容器２０２の外方にも形成されてしまうので、放電室容器２０２及びコイル２０３の外周には、これらを覆う導電体製のカバー２１９を配置させ、コイル２０３による電界の漏洩を抑え、これによる影響が抑制されるようにしている。

次に、アッシング処理ユニット１２ａ、１２ｂによるアッシング処理について説明すると、これは、例えば、エッチング処理ユニット１１ａで処理が行われた後の試料である基板２２０が、減圧された真空側試料搬送容器１０内に配置されたロボットアーム２２１上に載置されて、ゲートバルブ２２２により開閉されるゲート２２３内を通り、真空室２０５内に搬送されて、試料台２０７上の載置面上に載せられることにより開始される。

基板２２０が載せられた後、試料台２０７は、真空室容器２０２の下にある駆動アクチュエータ２２４により上方に移動され、所定の位置に配置される。そして、この後、ゲートバルブ２２２がゲート２２３を閉塞し、この後、処理用のガス、例えば酸素(Ｏ₂)を含むガスが、ガス管路２１４と支柱内管路２１６、上部ガス通路２１３、貫通孔２１１を介してバッファ室２１２の中に導入され、下方のシャワープレート２０９に設けられ、これを貫通して形成されている少なくとも１個の導入孔から放電室２０４の中に導入される。そして、これと共に、図示しない真空排気装置により放電室２０４内と真空室２０５内から内部の気体が排気されて減圧され、所定の圧力に調節される。

このとき、高周波電力による電界が、コイル２０３から放電室２０４内の処理用ガスに供給され、処理用ガスのプラズマＰが放電室２０４の中に形成され、この結果、プレート２０８を介して移動したプラズマＰ中の粒子により、試料台２０７の上に載置されている基板２２０が灰化処理される。

このように、真空処理を行うエッチング処理ユニットによりエッチングした後、そのまま真空を破らず、引き続き真空下において酸素を含むアッシング処理用ガスのプラズマを利用して、レジスト膜をアッシング(灰化)するようにした場合、処理対象膜処理後の腐蝕をより一層、効果的に抑止することができる。

また、このようなアッシング処理用ガスである酸素に水蒸気やフッ化炭素ガスを混合したプラズマのアッシング処理によれば、アルミ(アルミニウム)膜の腐蝕抑止に特に効果的であることが知られているが、これは、プラズマＰの中の反応種がレジスト膜と反応し、レジスト膜を灰化する機能と残留エッチングガス成分を除去する機能とを併せ持っているからである。

ここで、この実施形態では、例えば放電室２０４内に約９００ｃｃ／ｍｉｎの流量でアッシング処理用ガスの酸素(Ｏ₂)を流入させたとき、水蒸気(Ｈ₂ Ｏ)を約１００ｃｃ／ｍｉｎの流量で一緒に流入させ、放電室２０４内の圧力を約１Ｔorrに保ち、基板２２０を載置した試料台２０７の温度を約２００℃に保持して、基板２２０上のレジスト膜のアッシングを行なうようになっている。

このときの処理用ガスは、ガス管路２１４の他方の端部に接続してあるガス供給装置から供給されるようになっているが、ここで、この実施形態では、複数種類のガスの各々に対応したガス供給装置が用意され、各々によるガス供給経路がガス管路２１４に連通されるようになっている。すなわち、水蒸気用ガス管路２２５と、酸素用ガス管路２２６、他のガス用ガス管路２２７がガス管路２１４に連通されている。

これらのガス管路２２５、２２６、２２７は、各々その経路上に、この管路を開閉するバルブ２２８、２２９、２３０と、ガスの流量、或いはガスの速度(流速)を調節する流量調節器(マスフローコントローラ、ＭＦＣ)２３１、２３２、２３３が設けてあり、これらの管路を通流するガスは、水源２３３、又はガス源２３４、２３５から供給されるようになっている。このとき、ガス源２３４がアッシング処理用ガスである酸素の供給源になるようにしてある。

ここで、この実施形態では、バルブ２２８と水源２３３の間に流量調節器２３１を含む水蒸気化装置２３７を設け、水源２３３からガス管路２１４を介して、放電室２０４の中に水蒸気が供給できるようにしてあり、このため、水蒸気化装置２３７には、水源２３３から供給される超純水が貯溜されるタンク２３６が設けてあり、このタンク２３６の中の超純水から蒸発した水蒸気がガス管路２２５に導入されるように構成してある。

そこで、この水蒸気化装置２３７の詳細について、図３により説明すると、まず、この水蒸気化装置２３７は、大まかにいって、タンク２３６に接続された水蒸気の供給経路と純水の供給経路で構成されている。

そして、まず、水蒸気の供給経路は、バルブ２２８から流量調節器２３１を介してタンク２３６の中に上から挿入され、タンク２３６内に貯溜されてる純水３０５の液面の上方で、液面に対向した開口３０２を備えた管路により構成されている。ここで、この実施形態では、水蒸気化装置２３７内に流量調節器２３１が配置され、管路の開口３０２に至る経路には水蒸気の供給を調節するバルブ２３８が設けてある。

次に、純水の供給経路は、水源２３３から供給される水を処理し、高度の純水、いわゆる超純水にする純水供給装置３０１と、これに接続された供給管路３０３で構成され、純水供給装置３０１により所定の流量、又は速度に調節された純水が供給管路３０３を通ってタンク２３６に供給されるようになっている。

このとき、水蒸気化装置２３７は、上記したように、純水貯溜用のタンク２３６を備えているが、このタンク２３６には、その外周を覆ってこれを加熱するヒータ３０４と、このタンク２３６内に貯留されている純水３０５の液面の高さ位置、或いは液面からの深さ位置を検知する液面センサ３０６が設けられている。

また、水蒸気化装置２３７の中には、純水の供給管路３０３の端部を含む一部分が配置され、この端部で純水が流出する出口開口３０７が、貯留されている純水３０５の液面の上方に配置され、この出口開口３０７から流出した純水がタンク３０６内に貯留されている純水３０５の液面に直接到達するように配置されている。

このときのヒータ３０４は、熱伝導性が良く弾性を有する面状の部材にニクロム線等の金属線を蛇行して配置した面状ヒータで作られたもので、この実施形態の場合、略直方体の減圧可能な容器として作られているタンク２３６の側面と底面を覆って配置されているが、これ以外の加熱手段の適用も可能である。そして、このヒータ３０４は、図示しない液温センサからの出力に基づいて、これも図示してない温度制御装置により動作が調節される。

純水供給装置３０１と水蒸気化装置２３７の間で、これらを連結している供給管路３０３には、通流する純水の流れを開閉し、調節するバルブ３０８が設けられている。このとき上記の通り、この供給管路３０３の端部にある出口開口３０７は、タンク２３６内の貯留純水３０５の液面の上方に配置され、その開口が液面に対向している。従って、この出口開口３０７から純水が吐き出され、貯留純水３０５の液面に到達する際、液面に振動が発生し、液面の高さ位置が変動する。そこで、この影響を抑制するため、液面センサ３０６は、出口開口３０７から所定距離離して配置することが望ましい。

また、この実施形態では、純水供給装置３０１から出口開口３０７に至るまでのバルブ３０８を含む供給管路３０３の部分の少なくとも一部の周囲に、これらを覆って配置され内部の純水を加熱するヒータ３０９が備えられている。このとき、この実施形態では、特に、上記したタンク２３６を加熱するためのヒータ３０４と同じく、このヒータ３０９にも面状ヒータが用いられ、供給管路３０３の周囲に巻かれて配置されている。

更に、この実施形態では、水蒸気化装置２３７の真空容器側に配置された水蒸気用ガス管路２２５の部分又はバルブ２２８の周囲の少なくとも一部にも、ヒータ３０４と同様の構成の面状のヒータ３１１が巻かれていて、水蒸気用ガス管路２２５内を通流する水蒸気がその内部で再度液化することを抑制している。

このような構成にすることにより、水源２３３から供給される水は、純水供給装置３０１により純水化され、供給管路３０３を通って水蒸気化装置２３７内のタンク２３６に供給され、貯留純水３０５として貯溜される。このときタンク２３６の中は、貯留純水３０５の液面上方の空間も含めて減圧された圧力になっている。

ここで、水蒸気用ガス管路２２５は、その一端が、ガス管路２１４を介して高度な真空まで減圧される放電室２０４の内部に連通されており、他端は水蒸気化装置２３７内のタンク２３６内部にあって、その端部は開口３０２として減圧されたタンク２３６内に連通している。しかし、タンク２３６内の貯留純水３０５の液面上方の空間は、減圧されているものの、放電室２０４内の圧力よりは高い圧力になっており、従って、この空間内の水蒸気は水蒸気用ガス管路２２５の開口３０２から水蒸気用のガス管路２２５内に流入する構成となっている。

そこで、この水蒸気用のガス管路２２５の経路上に配置されている流量調節器２３１及びバルブ２２８、２３８によれば、放電室２０４側でのこの管路内の圧力とタンク２３６側の圧力とを調節することができる。特に、流量調節器２３１は、水蒸気の流量や速度を調節すると共に、その前後での圧力差を形成する装置としての機能を有している。

そこで、図１に示すように、アッシング処理ユニット１２ａ(１２ｂ)の中で基板２２０が処理される際、酸素のガス源２３４及び他の種類のガス源２３５からのガスと共に、水蒸気化装置２３７から水蒸気がガス管路２１４内に流入し、上部ガス通路等を介して放電室２０４内に供給されるようになり、このときの水蒸気の供給量は流量調節器２３１により調節される。

この処理の進行に伴ってタンク２３６内の水蒸気がガス管路２１４から放電室２０４内に供給されて行き、これと共にタンク２３６内の水蒸気圧が低下する。そうすると、これを補うように貯留純水３０５の液面から水蒸気が蒸発し、これに伴って液面が低下していくが、この変化は液面センサ３０６により検知される。そして、この検知結果はアッシング処理ユニット１２ａ又はアッシング処理装置２００の動作を調節する制御装置３１０に送信され、液面の高さ変化として検出される。

ここで、制御装置３１０は、液面の高さの変化が所定の値以上であると判断した場合、又は予め定められた液面の高さの最下限の値以下であると判断した場合は、純水供給装置３０１或はバルブ３０８に動作指令を発信し、供給管路３０３を介して純水供給装置３０１からタンク２３６に純水が補充されるように制御する。このとき液面センサ３０６による出力を監視し、予め定められた貯留純水３０５の液面の高さの最大限の値に達したことが検出されたら純水供給装置３０１又はバルブ３０８に指令を送信し、純水の供給を停止させる。

また、このようなタンク２３６に対する純水の補充は、アッシング処理装置２００内での基板２２０のアッシング処理の開始前、終了後、待機時など、アッシング処理が行われていないときにも制御装置３１０により実行されるようになっていて、これにより、液面の振動によるタンク２３６内の水蒸気の量の変動が放電室２０４内への水蒸気の供給量に及ぼす影響が抑制されるようにしてある。

ところで、既に説明したように、タンク２３６内は大気圧に比べて減圧状態であり、この状態で圧力が水の蒸気圧に平衡している。このとき従来技術では、この実施形態と同じく、水蒸気の飽和蒸気圧と放電室の内圧差で水蒸気が供給されるようにしているので、蒸気圧が低いと気化しにくい。そこで、従来技術でも、この実施形態のように、所望の流量を得るため、タンク２３６を所定の温度、例えば、６０℃の温度に加熱しており、このため、タンク２３６内の貯留純水３０５の上方の空間での気圧は、例えば１５０Ｔorr(絶対圧)となっており、この圧力は放電室２０４内の圧力よりも高い値である。

ここでアッシング処理中は、タンク２３６とアッシングを行う放電室２０４を連通状態にし、流量調節器２３１で水蒸気の流量を制御し、アッシング処理装置に水蒸気を供給しているので、タンク２３６内で純水が気化し水蒸気として消費されるので、タンク２３６に純水を供給する必要があるが、このとき純水を補充するための供給経路をタンク２３６に常時連通させておくことができない。

これは、アッシング処理のため水蒸気を供給しているとき、純水を供給するためのバルブ３０８を開いたとすると、加圧された純水が、そのままガス管路２１４を介して放電室２０４まで供給されてしまう虞があるからである。このため、タンク２３６への純水の補給は、水蒸気を放電室２０４に供給をしていないとき、つまりタンク２３６と放電室２０４を連通する経路を開閉するためのバルブ２１７、２２８、２３８等が閉じられて両者が連通されていない状態のときだけ行われる。

従って、タンク３０４に対する純水の供給は断続的になるが、この際、タンク２３６内の純水の温度が変動し易く、供給毎に純水の温度が変化してしまう。純水の温度が一旦低下したとすると蒸気圧が下がって放電室２０４内の圧力とタンク２３６内の気圧の差が不足して、充分な流量又は充分な速度で水蒸気を処理室に供給できくなり、処理が不安定となって、ひいては処理の歩留まりが低下してしまう。

そこで、この実施形態では、純水供給装置３０１内の出口開口３０７を有する端部から水蒸気化装置２３７側に連結された箇所までの供給管路３０３の少なくとも一部の周囲にそれらを覆って配置され内部にある純水を加熱するヒータ３０９を設け、これにより供給管路３０３内の純水の温度とタンク２３６内の貯留純水３０５の液面の温度に現れる温度差が小さくなるように調節する。

この結果、管路３０３からタンク２３６内の液面に到達した純水の温度と、貯留純水３０５の温度に差に起因する水蒸気の蒸発量の変動や蒸気圧力の変動が抑えられるので、純水補充後のアッシング処理に供給される水蒸気の量や速度が影響を受ける虞が抑制されることになり、従って、この実施形態によれば、アッシング処理特性が安定化されるので、試料となる基板２２０を連続して複数枚にわたり安定して処理することができ、歩留まりの低下を充分に抑えることができる。

ここで、この図３の実施形態において、純水供給装置３０１内に加熱手段を設け、この純水供給装置３０１から水蒸気化装置２３７側に供給される純水の温度を予め高い温度にしておき、タンク２３６内の貯留純水３０５の温度と供給管路３０３及びバルブ３０８を介して補充される純水の温度の差が小さくなるように、純水供給装置３０１の内部の加熱手段の動作を調節するようにしても良い。

次に、図４は、本発明における水蒸気化装置の他の実施形態で、この実施形態が図３に示した実施形態と異なっている点は、供給管路３０３の出口開口３０７の位置が、貯留純水３０５の液面以下の液中に位置している点にあり、その他の点には変わりはない。

このとき、例えば、純水がタンク２３６内に補充された状態で、貯留純水３０５の液面高さが予め定められた最大限の値のとき、貯留純水３０５の深さの１／２以下になるようにして配置してもよく、液面センサ３０６による液面変動の検知が可能な最低位置以下、又は純水の補充を開始する液面の所定の高さ位置以下に出口開口３０７が配置されるようにしてもよい。

このようにすることで、液面へ貯溜純水３０５の補充に際して、液面の温度と異なる温度の純水が液面に直接供給されることがなくなるので、液面の温度の変動が抑制され、液面からの水蒸気の蒸発量や速度の変動が低減され、これにより、放電室２０４又は真空室２０５におけるアッシング処理を安定して行なうことができるようになる。

この図４の実施形態でも、図３に示した実施形態と同じく、ヒータ３０９を供給管路３０３又はバルブ３０８の周囲に配置しているが、このとき純水供給装置３０１の中に加熱手段を設け、純水供給装置３０１から水蒸気化装置２３７側に供給される純水の温度を予め高い温度にしておき、タンク２３６内の液面に到達した際、液面での貯溜純水３０５の温度と供給管路３０３及びバルブ３０８を介して補充される純水の温度の差が小さくなるように、純水供給装置３０１の内部の加熱手段の動作を調節しても良い。

ところで、以上の図３と図４の実施形態における純水供給装置３０１から水蒸気化装置２３７への純水の補充は、液面センサ３０６からの出力に基づいて、その補充するか否かを制御装置３１０が判断しているが、少なくとも１枚以上の予め定められた枚数の基板２２０の処理を行った後、アッシング処理装置２００での処理が行われていない状態で、制御装置３１０が純水供給手段３１０へ指令を発信し、純水を補充するようにしても良い。このときも、純水が補充された貯溜純水３０５の液面の高さを検知するために液面センサ３０７からの検知結果が制御装置３１０へ出力され、この出力結果に基づいて純水の補充の動作が調節される。

このように、以上の実施形態においては、純水の供給ラインの配管を予めタンク３０４内の貯留純水３０５の温度と略同じ温度に調節しておくようにしたので、純水を供給したときのタンク３０４内の純水の温度変化が抑制され、純水の供給による蒸気圧変動を抑制することができる。このとき水蒸気が供給されるのは液面であることから、純水の供給による温度変化が液面の水温に影響を与えなければ、タンク内の水分の蒸気圧を含む気体の圧力の変動は抑制される。

また、タンク３０４の下方、例えば底面近傍から純水を供給するようにした実施形態によれば、液面の急激な温度変化が抑制でき、純水の供給によるタンク内の蒸気圧の変動を抑えることができるが、このときの純水の供給は、液面センサ３０６がその許容される液面高さの下限を検知した場合に行われる。

ここで、液面センサは微小な変化量を検知できないことがあるが、この場合は、下限の値か、それ以下である液面高さを検出したとき、タンク容量に比較して多量の純水が一度に供給されてしまう虞があり、このため液温の温度変化、例えば温度低下が著しい。そこで、この場合は液体フローメータなどの液体の微小流量制御ができるデバイスを純水供給側に設ければよく、これによれば液温に影響を与えない程度の流量の純水を微小流量ずつ供給することができるので、純水供給によるタンク内の蒸気圧の変動を防止できる。

更には、貯留純水の液面の直下に、例えば格子状のヒータを沈め、液面近傍で貯留純水を加熱するような構造にすれば、貯留純水内で対流がおきないような温度分布を液面の近傍に作ることができ、この場合は、液面の急激な温度変化が抑制でき、純水の供給によるタンク内の蒸気圧の変動を更に低減させることができる。

従って、本発明の実施形態によれば、このようにして水蒸気が供給されるアッシング処理装置での処理が安定化されることになる。

本発明に係るプラズマ処理装置の一実施の形態が適用された真空処理装置の一例を示す平面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の一実施の形態を示す縦断面図である。 本発明の一実施の形態における水蒸気化装置を中心とする構成の一例を示す模式図である。 本発明の一実施の形態における水蒸気化装置を中心とする構成の他の一例を示す模式図である。

符号の説明

Ｐ：プラズマ
１０：真空側試料搬送容器
１１ａ、１１ｂ：エッチング処理ユニット
１２ａ、１２ｂ：アッシング処理ユニット
１３、１４：ロードロック室容器
２０：カセット
２１：大気側試料搬送容器
１００：真空処理室
１０１：大気側ブロック
１０２：真空側ブロック
２００：アッシング処理装置
２０１：放電室容器
２０２：真空室容器
２０３：コイル
２０４：放電室
２０５：真空室
２０７：試料台
２０８：プレート
２０９：シャワープレート
２１０：上部プレート
２１１：貫通孔
２１２：バッファ室
２１３：上部ガス通路
２１４：ガス管路
２３１、２３２、２３３：流量調節器
２３３：水源
２３６：タンク
２３７：水蒸気化装置
３０１：純水供給装置
３０２：開口
３０３：供給管路
３０４：ヒータ
３０５：貯留純水
３０６：液面センサ
３０７：出口開口
３０８：バルブ
３０９：ヒータ
３１０：制御装置。

Claims (5)

1. アッシング処理用ガスに水蒸気化手段から供給される水蒸気を混合したガスのプラズマを減圧された容器の中に発生させ、当該容器内で試料のアッシング処理を行う方式のプラズマ処理装置であって、前記水蒸気の供給を、前記容器内の圧力と前記水蒸気化手段の中にある水タンクの中の圧力の差に依存して行うようにしたプラズマ処理装置において、
   前記水タンクの中に貯溜されている水の温度を調節する第一の温度調節手段と、
   前記水タンク内に水を供給する経路に配置され、当該経路内を通流する水の温度を調節する第二の温度調節手段とを設け、
   これら第一の温度調節手段と記第二の温度調節手段による温度調節により、前記水タンク内の圧力が制御されるように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
   前記水タンク内に水を供給する経路が、前記水タンク内で当該水タンクに貯溜されている水の水面から上の空間部に開口されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
   前記水タンク内に水を供給する経路が、前記水タンク内で当該水タンクに貯溜されている水の水面から下の液中に開口されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
   前記水蒸気の供給のための経路上に配置され、当該経路内を通流する水蒸気の温度を調節する第三の温度調節手段が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
   前記水タンクからの水蒸気供給経路上に配置された通路開閉手段を備え、
   前記開閉手段は、前記水タンク内に水を供給する経路から前記水タンク内に水が供給されるときに閉じられることを特徴とするプラズマ処理装置。
   

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