JP2008218663A - 真空処理装置の運転方法および真空処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気処理にアシストガスを使用しつつも経済性に優れた真空処理装置の運転方法および真空処理装置を提供すること。
【解決手段】 製膜室３と、製膜室３の排気流路１０に介装された、製膜室３を真空排気するドライポンプ（真空ポンプ）１４と、前記排気流路１０にアシストガスを混入させるアシストガス流路２５と、アシストガスの流量を調整するアシストガス流量調整手段と、制御装置３０とを備えたプラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）１の運転方法において、製膜室３から排気される水素ガスの排気流量に応じて、制御装置３０がアシストガス流量調整手段を制御することによりアシストガスが流れることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は真空処理装置およびその運転方法に関する。

プラズマＣＶＤ装置などの真空装置のプロセスガスなどの排気には、ドライポンプなどの真空排気装置を使用するが、近年の基板大型化に伴い、原料ガスである製膜原料ガス（ＳｉＨ_４＋Ｈ_２など）の絶対容量が増加している。また、結晶質シリコン膜製膜などにおいては微結晶膜形成のために水素希釈率（Ｈ_２／ＳｉＨ_４）を大きくする必要があり、その希釈率も３０〜５０倍、またはそれ以上と大きなものが必要になっている。
その結果、水素（Ｈ_２）原料ガス導入量が増加し、真空排気装置のＨ_２排気流量が製膜のための製膜主原料ガス（ＳｉＨ_４）供給量の限界を左右し、製膜速度を向上させることができない主因となっている。したがって、大型基板のシリコン系薄膜の形成においては、Ｈ_２排気流量の増加が製膜速度を確保して量産性を左右する重要な条件となっている。
特許第３４９４４５７号 特開２００４‐１１１７９４号公報

ところが、Ｈ_２は分子量が小さく、平均自由工程が大きいことなどの理由から、図１４に示したように、Ｎ_２などの他のガス種に比べて一般的に排気流量（排気速度）は小さくなる。従来においては、大流量の水素ガス排気には真空ポンプを複数台並列配置するか、または水素ガス排気時に窒素ガスなどのアシストガスを真空ポンプ上流から一緒に流すことで排気流量を確保する、という方法が採られている。

しかし、窒素ガスを常時流すことはランニングコストの増大を招き、ガス流量が増加するためにポンプ動力も増加し電力使用量が著しく増大する。また真空ポンプを複数台配置することは設備費の増大を招くので好ましくない。従来は製膜処理する膜が薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などの基板あたりの単価が高価な薄膜形成を主体に製膜処理が行われていたために、プラズマＣＶＤ装置などの真空装置の窒素ガスのランニングコストや電力使用量は、大きな課題にならず特別な工夫は行われていなかった。しかし、薄膜シリコン系太陽電池など今後の大型基板のシリコン系薄膜の形成には、生産性向上とコスト低減は重要な課題であり、その改善が望まれる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、低分子ガスの排気処理におけるアシストガスの活用方法を工夫して、大流量の低分子ガスの真空排気が可能で、経済性に優れた真空処理装置の運転方法および真空処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、製膜室と、該製膜室の排気流路に介装された、該製膜室を真空排気するための真空ポンプと、前記排気流路にアシストガスを混入させるアシストガス流路と、前記アシストガスの流量を調整するアシストガス流量調整手段と、を備えた真空処理装置の運転方法において、前記製膜室から排気される低分子ガスの排気流量に応じて、前記アシストガス流量調整手段を制御し、前記アシストガスの流量を調整することを特徴とする。

アシストガス流量の設定は、低分子ガスの流量に対して、アシストガス流路を開閉することのみにより行なってもよいし、請求項２に記載の発明のように、低分子ガスの流量が多いほどアシストガス流量を増やしてもよい。
アシストガス流量を適切に設定するので、アシストガス自体による真空ポンプの排気流量の低下を少なく抑えられ、より大流量の低分子ガスとこれに対応する製膜主原料ガス（ＳｉＨ_４）をより多く前記製膜室に供給でき、製膜速度を向上させて生産性が向上する。
低分子ガス排気流量は、排気流路で直接測定する必要はない。予め定められた製膜レシピにおいて低分子ガスの供給流量が指示されるので、この指示量から低分子ガス流量を推定してよい。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の真空処理装置の運転方法において、前記製膜室の圧力が規定の製膜圧力まで真空排気が可能となるように前記アシストガスが流れることを特徴とする。ここで、規定の製膜圧力とは、製膜レシピ等で予め定められた圧力のことをいう。

この場合、前記製膜室の圧力を検出し、その圧力をフィードバックしてアシストガス流量を決めることができる。これにより複雑な製膜レシピに対応してアシストガス流量を最適制御できる。またアシストガス自体による真空ポンプの排気流量低下を最小限に抑えながら、より大流量の低分子ガスとこれに対応する製膜主原料ガス（ＳｉＨ_４）をより多く前記製膜室に供給できるので、製膜速度を向上させ、生産性が一層向上する。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の真空処理装置の運転方法において、前記アシストガス流量調整手段は、仕切弁または流量調整弁であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の真空処理装置の運転方法において、前記低分子ガスの排気流量に応じて制御されたインバータにより真空ポンプ回転数が設定されることを特徴とする。

この場合においても、上記と同様に、低分子ガス排気流量は、排気流路で直接測定する必要はない。予め定められた製膜レシピにおいて低分子ガスの供給流量が指示されるので、この指示量から低分子ガス排気流量を推定できる。本発明では、低分子ガスの排気流量が少ない場合には真空ポンプ回転数を下げることができる。本構成により、基板搬入・搬出時等の非製膜時において真空ポンプの回転数を抑えて電力使用量を低減できる。特に、排気ガス流量がゼロに近い高真空排気時に真空ポンプ回転数を抑えることができるので、電力使用量を著しく低減できる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の真空処理装置の運転方法において、前記低分子ガスは水素ガスであり、前記アシストガスは窒素ガスであることを特徴とする。
これらのガスは、シリコン系薄膜の形成にあたり最も使用性の高いガスのひとつであり、これらのガスの使用量を低減することで、適切な装置運用によってランニングコストの低減が可能となる。

請求項７に記載の発明は、製膜室と、該製膜室の排気流路に介装された、該製膜室を真空排気するための真空ポンプと、前記排気流路にアシストガスを混入させるアシストガス流路と、前記アシストガスの流量を調整するアシストガス流量調整手段とを備えた真空処理装置において、前記低分子ガスの排気流量に応じて、前記アシストガス流量調整手段を制御することにより前記アシストガスを流す制御装置を備えたことを特徴とする。

アシストガス流路に仕切弁や流量調整弁を設け、制御装置は低分子ガスの排気流量に応じて弁を制御することができる。また、低分子ガス排気流量は、排気流路で直接測定する必要はない。予め定められた製膜レシピにおいて低分子ガスの供給流量が指示されるので、この指示量から低分子ガス排気流量を推定してよい。前記制御装置は製膜全体を制御する装置であってよく、低分子ガス排気流量の推定も該制御装置において行なうことができる。またアシストガス自体による真空ポンプの排気流量低下を少なく抑えながら、より大流用の低分子ガスとこれに対応する製膜主原料ガス（ＳｉＨ_４など）をより多く前記製膜室に供給できるので、製膜速度を向上させ、一層生産性が向上する。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の真空処理装置において、前記制御装置は、前記製膜室内の圧力が規定の製膜圧力まで真空排気が可能となるように前記アシストガスが流れることを特徴とする。

詳細には、前記製膜室内の圧力が製膜レシピで規定された製膜圧力まで真空排気が可能となるようにアシストガス流量が設定される。製膜室内の圧力を検出する真空計を設け、該真空計の出力が前記制御装置に与えられるように構成することができる。またアシストガス自体による真空ポンプの排気流量低下を最小限に抑えながら、より大流用の低分子ガスとこれに対応する製膜主原料ガス（ＳｉＨ_４など）をより多く前記製膜室に供給できるので、一層に製膜速度を向上させ、生産性が向上する。

請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の真空処理装置において、前記アシストガス流量調整手段は、仕切弁または流量調整弁であることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項７から請求項９のいずれかに記載の真空処理装置において、前記真空ポンプは、ドライポンプおよび該ドライポンプの上流側に設けられたメカニカルブースタポンプであり、前記アシストガス流路は、前記ドライポンプとメカニカルブースタポンプとの間に合流することを特徴とする。

これにより、製膜室チャンバなど上流側へのアシストガス拡散を防止することができ、製膜の品質を維持することが可能となる。

請求項１１に記載の発明は、請求項７から１０のいずれかに記載の真空処理装置において、前記真空ポンプの回転数が、前記制御装置により指示されたインバータにより制御されることを特徴とする。

より詳細には、低分子ガスの排気流量が少ない場合には真空ポンプ回転数を下げる。低分子ガス排気流量は、排気流路で直接測定する必要はない。予め定められた製膜レシピにおいて低分子ガスの供給流量が指示されるので、この指示量から低分子ガスの排気流量を推定することができる。本構成により、基板搬入・搬出時等の非製膜時において真空ポンプの回転数を抑えて電力使用量を低減できる。特に、排気ガス流量がゼロに近い高真空排気時にポンプ回転数を抑えることができるので、電力使用量を著しく低減できる。

請求項１２に記載の発明は、請求項７から１１のいずれかに記載の真空処理装置において、低分子ガスは水素ガスであり、アシストガスは窒素ガスであることを特徴とする。

これらのガスは、シリコン系薄膜の形成にあたり最も使用性の高いガスのひとつであり、これらのガスの使用量を低減することで、適切な運用によってランニングコストの低減が可能な真空処理装置となる。

本発明の真空処理装置の運転方法および真空処理装置によれば、低分子ガスの排気流量に応じてアシストガス流量が設定されるため、低分子ガスの排気流量を増加させることにより製膜速度を向上させ、またアシストガス使用量を低減、およびポンプ動力低減による電力使用量を低減することができ、生産性と経済性を向上させることができる。

[第１実施形態]
図１に示したように、本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）１には、基板（不図示）に対して製膜を行なう製膜室３と、原料ガスのシランガス（ＳｉＨ_４）および水素ガス（Ｈ_２）（低分子ガス）、ならびにクリーニングガスのＮＦ_３をそれぞれ製膜室３に供給するガス供給流路４，５，６と、製膜室３からガスを排気する排気系統７と、が設けられている。排気系統７は、高真空用のターボ分子ポンプ９が設けられた排気流路１０と、流量調整弁１１が設けられた流路１２とを備え、排気流路１０と流路１２との合流点Ｓよりも下流の流路１３には、ドライポンプ（真空ポンプ）１４が介装されている。さらにドライポンプ１４の下流側で流路１３はシランガスおよび水素ガス）等の可燃ガスを排気する可燃系排気ライン１７と、三フッ化窒素ガス（ＮＦ_３）等の支燃系ガスを排気する支燃系排気ライン１８とに分岐される。可燃系排気ライン１７には可燃系排気弁１９ａが、支燃系排気ライン１８には支燃系排気弁１９ｂが設けられている。
製膜を実施する為に、原料ガスのシランガスおよび水素ガスを供給する場合は、可燃系排気弁１９ａを開、支燃系排気弁１９ｂを閉として、可燃系排気ライン１７を用いる。
製膜室３内をセルフクリーニングする為にクリーニングガスの三フッ化窒素ガスを供給する場合は、可燃系排気弁１９ａを閉、支燃系排気弁１９ｂを開として、支燃系排気ライン１８を用いる。

アシストガスとして窒素ガスを使用し、合流点Ｓの下流であってドライポンプ１４の上流である箇所に、窒素ガスを流入させるアシストガス流路２５が合流している。アシストガス流路２５には、流路を開閉する仕切弁２６が設けられている。

また、プラズマＣＶＤ装置１には、製膜室３の圧力を計測する真空計２０が設けられている。さらに、装置全体を制御する制御装置３０により、製膜室ガス圧調整用の流量調整弁１１と、アシストガス用仕切弁２６とが制御される。

このように構成されたプラズマＣＶＤ装置１では、ドライポンプ１４による粗引き真空排気を行いながら大気圧より減圧された製膜室内へＳｉＨ_４からなる原料ガスを含む製膜ガスを送り込み、図示されていない高周波電源により供給される高周波電力によってプラズマを生じさせ、製膜室内に支持されて加熱されたガラス等の基板に製膜を施す。
前記原料ガスは水素ガスを用いて希釈され、結晶質シリコン膜形成には３０倍以上に希釈することによって膜質の向上を実現できる。

図２に製膜処理のフローを示した。本フローに基づいて制御装置３０により製膜が実施される。
まずステップＳＴ１で製膜処理の指示を受けると、ＭＶ２１とＴＶ２２が開でＲＶ２３は閉の状態で、ターボ分子ポンプ９およびドライポンプ１４による高真空排気を行なう（ステップＳＴ２）。基板（不図示）を製膜室３内にセットし（ステップＳＴ３）、製膜レシピ指示を受ける（ステップＳＴ４）。以後、制御装置３０はこの製膜レシピにしたがって製膜処理を行なう。

例えば、結晶質シリコン膜の形成において、製膜膜厚３μｍ、製膜速度２．５ｎｍ／ｓ、製膜圧力１８００Ｐａであり、製膜用原料ガスとしてのシランガスの流量は２ＳＬＭ、水素ガスの流量は１００ＳＬＭである。ドライポンプ１４の回転数は、定格運転時の１００％である。

仕切弁２６を開とし、アシストガスとして窒素ガスを導入する（ステップＳＴ５）。本実施形態ではシランガスからなる原料ガスに比べて希釈率を高く設定するための水素ガス流量が多いので、排気される水素ガス流量は供給される水素ガス流量に大きく依存し、シランガスが分解されることにより発生する水素ガス量による影響は少ない。また供給されたシランガスが製膜に寄与する量は略１０％以下と少なく、ほとんどのガスが排気される。このため、水素ガス流量を排気流路で直接測定するのではなく、図３に示したように、指示された製膜レシピの水素ガス供給流量に基づいて排気される水素ガス流量を推定し、この推定した水素ガス流量が所定レベル以上となった場合に、仕切弁２６を開弁する。本製膜レシピでは、窒素ガスの流量は８０ＳＬＭ（製膜時のみ）である。アシストガスである窒素ガスの導入により水素ガスの排気性能が向上するが、アシストガスの流量が多すぎる場合、ドライポンプ１４が排気するガス流量そのものが多くなり、水素ガスの排気性能が低下する。また、アシストガス流量が少なすぎる場合にも、排気ガスの平均した分子量が低下することにより水素ガス排気流量が低下する。アシストガスである窒素ガスは、真空排気流量が最大となるように予め流量を決めている。

次いで、ＭＶ２１とＴＶ２２を閉でＲＶ２３は開の状態として、ドライポンプ１４による粗引き真空排気を行ないながら、製膜原料ガスを製膜室３に導入し、制御装置３０が真空計２０によって計測した製膜室３の圧力が製膜レシピ指示値の製膜室３０の圧力となるよう流量調整弁１１を調整し、製膜室３圧力を調整する（ステップＳＴ６）。次いで、プラズマ放電を開始する。これにより製膜が施される（ステップＳＴ７）。その後、プラズマ放電を停止し、また、製膜原料ガスを停止する（ステップＳＴ８）。仕切弁２６を閉とし、アシストガスである窒素ガスの供給を停止する（ステップＳＴ９）。ＭＶ２１とＴＶ２２が開でＲＶ２３は閉の状態として、ターボ分子ポンプ９およびドライポンプ１４による高真空排気を行ない（ステップＳＴ１０）、最終的に基板を搬出し、製膜処理を終了する（ステップＳＴ１１）。

このように、水素ガスのみの場合と比較して窒素ガスをアシストガスとして混入させてドライポンプ１４で真空引きすることにより、大流量の水素ガスの真空排気流量を確保することができる。アシストガスを常時流すのではなく、真空排気流量確保のために、供給した水素ガスの流量が、アシストガスを必要とする所定レベル以上となった場合にのみ流すことにより、アシストガス使用量を低減することができ経済性を上げることができる。また、ドライポンプ１４にとって非製膜状態（高真空時）は製膜原料ガス供給とアシストガスの導入とがなくなり、排気するガス量が減少するためにポンプ動力を低減することができる。ガス量および電力などユーティリティーのランニングコストを低減することができる。また、アシストガス流通時は水素ガス排気流量の向上により、規定製膜圧力における製膜主原料ガスであるシランガスをより多く製膜室３に供給できるので、一層に製膜速度を向上させてプラズマＣＶＤ装置１の基板製膜処理のタクトタイムを短縮することができる。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４に示したように、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）１０１には、基板に対して製膜を行なう製膜室１０３と、製膜原料ガスのシランガス（ＳｉＨ_４）および水素ガス（低分子ガス）、ならびにクリーニングガスのＮＦ_３をそれぞれ製膜室１０３に供給するガス供給流路１０４，１０５，１０６と、製膜室１０３からガスを排気する排気系統１０７と、が設けられている。排気系統１０７は、ターボ分子ポンプ１０９が設けられた排気流路１１０と、流量調整弁１１１が設けられた流路１１２とを備え、排気流路１１０と流路１１２との合流点Ｓよりも下流の流路１１３には、ドライポンプ（真空ポンプ）１１４が介装されている。さらにドライポンプ１１４下流側で流路１１３は可燃系排気ライン１１７と、支燃系排気ライン１１８とに分岐される。可燃系排気ライン１１７には可燃系排気弁１１９ａが、支燃系排気ライン１１８には支燃系排気弁１１９ｂが設けられている。可燃系排気ライン１１７および支燃系排気ライン１１８の運用方法は第１実施形態と同じである。

合流点Ｓの下流であってドライポンプ１１４の上流である箇所に、アシストガスとして窒素ガスを流入させるアシストガス流路１２５が合流している。アシストガス流路１２５には、窒素ガスの流量を制御する流量調整弁１２６、および、窒素ガス流量を検出するマスフローメータ１２７が設けられている。

また、プラズマＣＶＤ装置１０１には、製膜室１０３の圧力を計測する真空計１２０が設けられている。さらに、装置全体を制御する制御装置１３０により、製膜室ガス圧調整用の流量調整弁１１１と、アシストガス用流量調整弁１２６とが制御される。また、制御装置１３０にはマスフローメータ１２７の出力が与えられる。

このように構成されたプラズマＣＶＤ装置１０１では、ドライポンプ１１４による粗引き真空排気を行ないながら、大気圧より減圧された製膜室内へシランガスなどからなる製膜原料ガスを送り込み、図示されていない高周波電源により供給される高周波電流によってプラズマを生じさせ、製膜室内に支持されて加熱されたガラス等の基板に製膜を施す。
前記製膜原料ガスは水素ガスを用いて希釈される。結晶質シリコン膜の形成では３０倍以上に希釈することによって膜質の向上を実現できる。

図５に製膜処理のフローを示した。本フローに基づいて制御装置１３０により製膜が実施される。ターボ分子ポンプ１０９およびドライポンプ１１４による排気系統を切り替えた運用方法は第１実施形態と同じである。
まずステップＳＴ２１で製膜処理の指示を受けると、ＭＶ１２１とＴＶ１２２が開でＲＶ１２３は閉の状態で、ターボ分子ポンプ１０９およびドライポンプ１１４による高真空排気を行なう（ステップＳＴ２２）。基板（不図示）を製膜室１０３内にセットし（ステップＳＴ３）、製膜レシピ指示を受ける（ステップＳＴ２４）。以後、制御装置１３０はこの製膜レシピにしたがって製膜処理を行なう。制御装置１３０は、水素ガス排気流量に応じてアシストガスである窒素ガスの流量を設定し、流量調整弁１２６に対して流量を指示し、所定の開度とする制御を開始する（ステップＳＴ２５）。これにより窒素ガスが導入される。本実施形態では排気流路で水素ガス流量を直接測定するのではなく、図６に示したように、指示された製膜レシピに基づいて供給する製膜原料ガス流量をもとにして排気される水素ガス流量を推定する。この推定した水素ガス流量が増加するほどアシストガス用の流量調整弁１２６の開度を上げる制御を行なう。また、このとき窒素ガスの流量をマスフローメータ１２７により確認しながら調整する。なお、マスフローメータ１２７により確認する代わりに、事前に検定した弁開度となるように流量調整弁１２６を設定してもよい。この場合、マスフローメータ１２７は不要である。本実施形態においては、上記第１実施形態と同様の製膜レシピにおいて、窒素ガスの流量は０〜８０ＳＬＭ（製膜時のみ）の間で連続的に変化する。

次いで、ＭＶ１２１とＴＶ１２２とを閉、ＲＶ１２３を開として、ドライポンプ１１４による粗引き真空排気を行ないながら、製膜原料ガスを製膜室１０３に導入し、製膜室１０３圧力を調整する（ステップＳＴ２６）。次いで、プラズマ放電を開始する。これにより製膜が施される（ステップＳＴ２７）。その後、プラズマ放電を停止し、また、製膜原料ガスの供給を停止する（ステップＳＴ２８）。アシストガス用の流量調整弁１２６を閉とし、窒素ガスの供給を停止する（ステップＳＴ２９）。高真空排気を行ない（ステップＳＴ３０）、最終的に基板を搬出し、製膜処理を終了する（ステップＳＴ３１）。

このように、水素ガスのみの場合と比較して窒素ガスをアシストガスとして混入させてドライポンプ１１４で真空引きすることにより、大流量の水素ガスの排気流量を確保することができる。アシストガスを常時流すのではなく、供給する水素ガスの流量に応じて真空排気特性を確保できるよう調整したアシストガスを流すことにより、アシストガス使用量を低減することができ経済性を上げることができる。また、ドライポンプ１１４にとっては非製膜状態（高真空時）に製膜原料ガス供給とアシストガス導入がなくなり、排気するガス量が減少するためにポンプ動力を低減することができる。ガス量および電力などユーティリティーのランニングコストを低減することができる。また、アシストガス流通時は水素ガス排気流量の向上により、規定製膜圧力における製膜主原料ガス（ＳｉＨ_４）をより多く製膜室３に供給できるので、製膜速度を向上させて、より一層にプラズマＣＶＤ装置１０１の基板製膜処理のタクトタイムを短縮することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図７に示したように、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）２０１には、基板に対して製膜を行なう製膜室２０３と、製膜原料ガスのシランガス（ＳｉＨ_４）および水素ガス（低分子ガス）、ならびにクリーニングガスの三フッ化窒素ガス（ＮＦ_３）をそれぞれ製膜室２０３に供給するガス供給流路２０４，２０５，２０６と、製膜室２０３からガスを排気する排気系統２０７と、が設けられている。排気系統２０７は、ターボ分子ポンプ２０９が設けられた排気流路２１０と、流量調整弁２１１が設けられた流路２１２とを備え、排気流路２１０と流路２１２との合流点Ｓよりも下流の流路２１３には、ドライポンプ（真空ポンプ）２１４が介装されている。さらにドライポンプ２１４下流側で流路２１３はシランガスおよび水素ガスを排気する可燃系排気ライン２１７と、三フッ化窒素ガスを排気する支燃系排気ライン２１８とに分岐される。可燃系排気ライン２１７には可燃系排気弁２１９ａが、支燃系排気ライン２１８には支燃系排気弁２１９ｂが設けられている。可燃系排気ライン２１７および支燃系排気ライン２１８の運用方法は第１実施形態と同じである

合流点Ｓの下流であってドライポンプ２１４の上流である箇所には、アシストガスである窒素ガスを流入させるアシストガス流路２２５が合流している。アシストガス流路２２５には、窒素ガスの流量を制御する流量調整弁２２６が設けられている。

また、プラズマＣＶＤ装置２０１には、製膜室２０３の圧力を計測する真空計２２０が設けられている。さらに、装置全体を制御する制御装置２３０により、製膜室ガス圧調整用の流量調整弁２１１と、アシストガス用流量調整弁２２６とが制御される。また、制御装置２３０には真空計２２０の出力が与えられる。

このように構成されたプラズマＣＶＤ装置２０１では、ドライポンプ２１４による粗引き真空排気を行いながら大気圧より減圧された製膜室内へシランガスからなる製膜原料ガスを送り込み、図示されていない高周波電源により供給される高周波電力によってプラズマを生じさせ、製膜室内に支持されて加熱されたガラス等の基板に製膜を施す。
前記原料ガスは水素ガスを用いて希釈される。結晶質シリコン膜の形成では３０倍以上に希釈することによって膜質の向上を実現できる。

図８に製膜処理のフローを示した。本フローに基づいて制御装置２３０により製膜が実施される。ターボ分子ポンプ２０９およびドライポンプ２１４による排気系統を切り替えた運用方法は第１実施形態と同じである。
まずステップＳＴ４１で製膜処理の指示を受けると、ＭＶ２２１とＴＶ２２２が開でＲＶ２２３は閉の状態で、ターボ分子ポンプ２０９およびドライポンプ２１４による高真空排気を行なう（ステップＳＴ４２）。基板（不図示）を製膜室２０３内にセットし（ステップＳＴ４３）、製膜レシピ指示を受ける（ステップＳＴ４４）。以後、制御装置２３０はこの製膜レシピにしたがって製膜処理を行なう。アシストガス用の流量調整弁２２６に対して流量を指示し、所定の開度とする制御を開始する（ステップＳＴ４５）。これによりアシストガスである窒素ガスが導入される。窒素ガスの流量は後述のステップＳＴ４７で制御される。

次いで、ＭＶ２２１とＴＶ２２２とを閉、ＲＶ２２３を開として、ドライポンプ２１４による粗引き真空排気を行ないながら、製膜原料ガスを製膜室２０３に導入し、製膜室２０３圧力を調整する（ステップＳＴ４６）。
ステップＳＴ４７において、窒素ガスの流量を調整する。製膜室ガス圧調整用流量調整弁２１１を固定し、アシストガス用の流量調整弁２２６を絞って最小値に制御する。これで製膜室２０３がレシピで規定された製膜圧力で変動しない場合（すなわち圧力が略一定の場合）、ステップＳＴ４９に進む。圧力が変動する場合には、ステップＳＴ４６に戻る。これにより図９に示したように製膜室２０３の圧力がレシピで規定された製膜圧力となるように制御される。すなわち、排気流量が低下した場合には製膜室圧力が高くなるため、アシストガス流量を増やして排気流量を向上させるようにする。

次いで、プラズマ放電を開始する。これにより製膜が施される（ステップＳＴ４９）。その後、プラズマ放電を停止し、また、製膜原料ガスの供給を停止する（ステップＳＴ５０）。アシストガス用の流量調整弁２２６を閉とし、窒素ガスの供給を停止する（ステップＳＴ５１）。高真空排気を行ない（ステップＳＴ５２）、最終的に基板を搬出し、製膜処理を終了する（ステップＳＴ５３）。

このように、水素ガスのみの場合と比較して窒素ガスをアシストガスとして混入させてドライポンプ２１４で真空引きすることにより、大流量のＨ_２の排気流量を確保することができる。アシストガスを常時流すのではなく、製膜室の製膜圧力をレシピで規定した圧力に保つために必要なアシストガスのみを流すことにより、アシストガス使用量を低減することができ経済性を上げることができる。また、複雑な製膜レシピのプロセスにおいても、各製膜レシピに対応したアシストガス流量の最適制御が可能となり、アシストガス流量を最少流量とできる。また、ドライポンプ２１４にとっては非製膜状態（高真空時）に製膜原料ガス供給とアシストガス導入がなくなり、排気するガス量が減少するために、ポンプ動力を低減することができる。このため、ガス量および電力などユーティリティーのランニングコストを低減することができる。また、アシストガス流通時は水素ガス排気流量の向上により、規定製膜圧力における製膜主原料ガス（ＳｉＨ_４）をより多く製膜室３に供給できるので製膜速度を向上させて、より一層にプラズマＣＶＤ装置２０１の基板製膜処理タクトタイムを短縮することができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。ドライポンプは、通常ルーツ型ポンプ等のメカニカルブースタポンプと排気系統を直列に組み合わせて使用される。上記各実施形態において、アシストガスとしての窒素ガスを、メカニカルブースタポンプとしてのルーツ型ポンプとドライポンプとの間に流入させるようにする。ドライポンプとしては、ルーツ型ポンプ、フロー型ポンプ、スクリュー型ポンプ等が使用される。例えば、図１に示したプラズマＣＶＤ装置１の変形例として図１０に示したプラズマＣＶＤ装置３０１では、ドライポンプ１４の上流であって合流点Ｓの下流側にメカニカルブースタポンプとしてルーツ型ポンプ１４ａが設けられている。窒素ガスのアシストガス流路２５は、ドライポンプ１４とルーツ型ポンプ１４ａとの間に流入する。他の構成については上記第１実施形態と同様であるため、同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。

これにより、製膜室チャンバなど上流側へのアシストガス拡散を防止することができ、製膜の品質を維持することが可能となる。

なお、本変形例は上記各実施形態のいずれに対しても適用することができるのは言うまでもない。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態では、ドライポンプ１４の回転数の制御を併用して実施する。
図１に示したプラズマＣＶＤ装置１の変形例として図１１に示したプラズマＣＶＤ装置４０１では、ドライポンプ１４はインバータ４０２により回転数が制御される。インバータ４０２は制御装置３０により回転数が指示される。他の構成や排気ラインの切り替え運用については前記第１実施形態と同様であるため、同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。

図１２に製膜処理のフローを示した。本フローに基づいて制御装置３０により製膜が実施される。また、図１３は本処理により制御されるドライポンプ回転数およびアシストガスである窒素ガス流量と水素ガス流量との関係である。
まず、ドライポンプ１４の回転数は低い状態で開始する（ステップＳＴ６１、図１３参照）。本実施形態では、ポンプ回転数が定格運転時の５０％である。
ステップＳＴ６２で製膜処理の指示を受けると、ターボ分子ポンプ９およびドライポンプ１４による高真空排気を行なう（ステップＳＴ６３）。基板（不図示）を製膜室３内にセットし（ステップＳＴ６４）、製膜レシピ指示を受ける（ステップＳＴ６５）。以後、制御装置３０はこの製膜レシピにしたがって製膜処理を行なう。

インバータ４０２を介し、ドライポンプ１４の回転数を、水素ガスの流量に応じて増加させる（ステップＳＴ６６，図１３参照）。
仕切弁２６を開とし、アシストガスである窒素ガスを導入する（ステップＳＴ６７）。本実施形態では、上記第１実施形態と同様に、水素ガス流量を排気流路で直接測定するのではなく、図１３に示したように、指示された製膜レシピに基づいて排気される水素ガス流量を推定する。この推定した水素ガス流量が所定レベル以上となった場合に、仕切弁２６を開弁する。また推定した水素ガス流量に応じて図１３のようにドライポンプ１４の回転数を増加させる。

次いで、製膜原料ガスを製膜室３に導入し、製膜室３圧力を調整する（ステップＳＴ６８）。次いで、プラズマ放電を開始する。これにより製膜が施される（ステップＳＴ６９）。その後、プラズマ放電を停止し、また、製膜原料ガスを停止する（ステップＳＴ７０）。仕切弁２６を閉とし、アシストガスである窒素ガスの供給を停止する（ステップＳＴ７１）。また、ドライポンプ１４の回転数を低下させる（ステップＳＴ７２）。次いで高真空排気を行なう（ステップＳＴ７３）。最終的に基板を搬出し、製膜処理を終了する（ステップＳＴ７４）。ここでステップＳＴ７２とステップＳＴ７３を入れ替えてもよい。

このように、本実施形態では、ドライポンプ１４の回転数制御を用いた排気流量制御を併用する。これにより、特に基板搬入／搬出時の非製膜時（高真空時）においてアシストガスを流す必要がなく、更に真空ポンプの回転数も定格時運転の５０％〜１００％の間で低減させるため、ガス量と電力使用量の両方を削減することができる。

なお、本変形例は上記各実施形態のいずれに対しても適用することができるのは言うまでもない。

また、上記各実施形態においては、製膜時における低分子ガス（水素ガス）の排気について説明したが、クリーニングガスの三フッ化窒素ガスの排気時に本発明を適用してもよい。三フッ化窒素ガスはプラズマにより分解され、低分子ガスであるフッ素ガス（Ｆ_２）も発生するためである。
さらに、アシストガスは窒素ガスが価格と取扱い特性で好適であるが、製膜原料ガスによっては更に分子量の大きなアルゴンガスを使用しても良い。

なお、結晶質シリコン系とは、アモルファスシリコン系すなわち非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコン系や多結晶シリコン系も含まれる。
また、シリコン系とはアモルファスシリコン系、結晶質シリコン系、を含むものであり、シリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称を表す。

本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）の概略構成図である。 同プラズマＣＶＤ装置による製膜処理を示した制御フローである。 同プラズマＣＶＤ装置におけるアシストガスである窒素ガス流量と水素ガス流量との関係を示した図である。 本発明の第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）の概略構成図である。 同プラズマＣＶＤ装置による製膜処理を示した制御フローである。 同プラズマＣＶＤ装置におけるアシストガスである窒素ガス流量と水素ガス流量との関係を示した図である。 本発明の第３実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）の概略構成図である。 同プラズマＣＶＤ装置による製膜処理を示した制御フローである。 同プラズマＣＶＤ装置における、アシストガスである窒素ガス流量、製膜室圧力、および流量調整弁開度と、水素ガス流量との関係を示した図である。 本発明の第４実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）の概略構成図である。 本発明の第５実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）の概略構成図である。 同プラズマＣＶＤ装置による製膜処理を示した制御フローである。 同プラズマＣＶＤ装置における、ドライポンプ回転数およびアシストガスである窒素ガス流量と水素ガス流量との関係を示した図である。 ドライポンプのガス流量と製膜室圧力との関係を示した図である。

符号の説明

１ プラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）
３ 製膜室
４、５、６ ガス供給流路
７ 排気系統
１０ 排気流路
１１ 流量調整弁
１２、１３ 流路
１４ ドライポンプ（真空ポンプ）
１４ａ ルーツポンプ
１７ 可燃系排気ライン
１８ 支燃系排気ライン
２０ 真空計
２５ アシストガス流路
２６ 仕切弁
３０ 制御装置
１０１ プラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）
１０３ 製膜室
１０４、１０５、１０６ ガス供給流路
１０７ 排気系統
１１０ 排気流路
１１１ 流量調整弁
１１２、１１３ 流路
１１４ ドライポンプ（真空ポンプ）
１１７ 可燃系排気ライン
１１８ 支燃系排気ライン
１２０ 真空計
１２５ アシストガス流路
１２６ 流量調整弁
１２７ マスフローメータ
１３０ 制御装置
２０１ プラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）
２０３ 製膜室
２０４、２０５、２０６ ガス供給流路
２０７ 排気系統
２１１ 流量調整弁
２１２、２１３ 流路
２１４ ドライポンプ（真空ポンプ）
２１７ 可燃系排気ライン
２１８ 支燃系排気ライン
２２０ 真空計
２２５ アシストガス流路
２２６ 流量調整弁
２３０ 制御装置
４０２ インバータ

Claims (12)

1. 製膜室と、該製膜室の排気流路に介装された、該製膜室を真空排気するための真空ポンプと、前記排気流路にアシストガスを混入させるアシストガス流路と、前記アシストガスの流量を調整するアシストガス流量調整手段と、を備えた真空処理装置の運転方法において、
   前記製膜室から排気される低分子ガスの排気流量に応じて、前記アシストガス流量調整手段を制御し、前記アシストガスの流量を調整することを特徴とする真空処理装置の運転方法。
2. 前記低分子ガス流量が増加するほど前記アシストガス流量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置の運転方法。
3. 前記製膜室の圧力が規定の製膜圧力まで真空排気が可能となるように前記アシストガス流量が流れることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空処理装置の運転方法。
4. 前記アシストガス流量調整手段は、仕切弁または流量調整弁であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の真空処理装置の運転方法。
5. 前記低分子ガスの排気流量に応じて制御されたインバータにより真空ポンプ回転数が設定されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の真空処理装置の運転方法。
6. 前記低分子ガスは水素ガスであり、前記アシストガスは窒素ガスであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の真空処理装置の運転方法。
7. 製膜室と、該製膜室の排気流路に介装された、該製膜室を真空排気するための真空ポンプと、前記排気流路にアシストガスを混入させるアシストガス流路と、前記アシストガスの流量を調整するアシストガス流量調整手段とを備えた真空処理装置において、
   前記製膜室から排気される低分子ガスの排気流量に応じて、前記アシストガス流量調整手段を制御することにより前記アシストガスを流す制御装置を備えたことを特徴とする真空処理装置。
8. 前記制御装置は、前記製膜室内の圧力が規定の製膜圧力まで真空排気が可能となるように前記アシストガスが流れることを特徴とする請求項７に記載の真空処理装置。
9. 前記アシストガス流量調整手段は、仕切弁または流量調整弁であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の真空処理装置。
10. 前記真空ポンプは、ドライポンプおよび該ドライポンプの上流側に設けられたメカニカルブースタポンプであり、
    前記アシストガス流路は、前記ドライポンプとメカニカルブースタポンプとの間に合流することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の真空処理装置。
11. 前記真空ポンプの回転数が、前記制御装置により指示されたインバータにより制御されることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載の真空処理装置。
12. 前記低分子ガスは水素ガスであり、前記アシストガスは窒素ガスであることを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれかに記載の真空処理装置。

Images