JP2009182300A - 真空処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理ガス吐出孔の形成領域を狭めることなく，循環ガス吐出孔の形成領域を確保して，循環ガスのコンダクタンスの調整範囲を従来以上に広くし，ひいては循環ガスの流量を大幅に調整可能とする。
【解決手段】処理室２００内で基板Ｇを載置する載置台３００と，処理ガス供給源２３２からの処理ガスを処理室内に供給する処理ガス供給機構２３０と，その処理ガスを基板Ｇに向けて吐出する処理ガス吐出孔を有するシャワーヘッド２１０と，処理室内のガスを外部に排出するとともに，排出されるガスの一部を循環ガスとして処理室内に戻すガス排気循環機構４００と，戻される循環ガスを基板に向けて吐出する循環ガス吐出孔を有する循環ガス吐出部２４０とを備え，シャワーヘッドは載置台に対向するように配置し，循環ガス吐出部は載置台の周囲を囲むように配置した。
【選択図】 図２

Description

本発明は，処理室内に所定のガスを導入しながら真空排気するとともに，排気されるガスの一部を循環させて再利用しながら基板に対して所定の処理を施す真空処理装置に関する。

従来より半導体製造装置においては，処理室内に配置された半導体ウエハやＦＰＤ基板などの基板に対してエッチング，成膜などを行う際に処理室内に導入される処理ガスとしてフッ素原子を多く含むガス類が用いられている。これらの処理ガスは処理室内に導入されながら排気されて基板の処理が行われる。ところが，処理ガスのうちの一部が反応に寄与しているだけで，残りの大部分は未反応のまま排気されているのが現状である。近年では地球温暖化防止の観点からこのような処理ガスの排気量を低減させるとともに，処理ガスのコストを削減すべく，様々な取り組みが行われている。

処理ガスの排気量を低減させる一つの方法として，基板の処理を行う処理室内において処理ガスを循環させることにより，処理ガスを再利用することが提案されている（以下，この循環させる処理ガスを，「循環ガス」と称する。）。このような装置としては，例えば処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔が形成されたシャワーヘッドを処理室の天井部に設け，処理室内を真空排気する真空ポンプ（例えばターボ分子ポンプ）の排気ガスの少なくとも一部をシャワーヘッドに戻すことで，処理ガスとともに循環ガスをシャワーヘッドから処理室内に供給するものが知られている（例えば特許文献１〜３参照）。

特開平１０−１２５６５７号公報 特開２００１−１８５５４４号公報 特開２００３−０７７８９７号公報

ところで，半導体ウエハやＦＰＤ基板などの基板は，益々大型化が指向され，最近では一辺が２ｍ以上にもなる巨大なＦＰＤ基板が出現するに至っており，それに伴って真空処理室装置も大型化し，処理室内に大量の処理ガスを供給する必要が生じている。これに伴い，処理室からの排気量も増大するため，この排気量を低減させるためには処理室に戻す循環ガスの量も増加させる必要がある。

ここで，流体の流量はその上流側と下流側の圧力差に比例し，その比例係数がコンダクタンスに相当するので，例えば循環ガスの上流側と下流側の圧力差又はコンダクタンスを大きくすれば循環ガスの流量を増加させることができるものと考えられる。ところが，上述したような従来の構成では，これらの圧力差やコンダクタンスを調整して循環ガスの流量を増加させるには十分ではない。

例えば特許文献１〜３に記載のように，処理室内を真空排気する真空ポンプ（例えばターボ分子ポンプ）の排気側から循環ガスを戻す従来の構成では，循環ガスの上流側と下流側の圧力差を大きくするには限界がある。

すなわち，一般に循環ガスの上流側の圧力に相当する真空ポンプの排気側の圧力よりも，循環ガスの下流側の圧力に相当するシャワーヘッドの上流側の圧力の方が高い。このため，シャワーヘッドの上流側の圧力をできる限り低くするとともに，真空ポンプの排気側の圧力をできる限り高くする必要がある。この場合，特許文献２にも記載されているように，シャワーヘッドの上流側の圧力を低くするには限界があるので，真空ポンプの排気側の圧力を高くする必要がある。ところが，真空ポンプの排気側の圧力を高くしすぎると，真空ポンプの臨界圧力を超えてしまうため，真空ポンプの排気能力を維持できなくなってしまう。従って，真空ポンプの臨界圧力を超えない範囲（例えばターボ分子ポンプであれば数Ｔｏｒｒ程度まで）でしか圧力を高くすることができない。これでは，循環ガスの流量を増大させることができず，しかも循環ガスの上流側と下流側の圧力差を調整できる範囲（循環ガスＱ２の流量調整範囲）が極めて狭くなってしまうという問題がある。

そこで，循環ガスのコンダクタンスを大きくすることを考える。ところが，特許文献１〜３に記載のように，処理ガスＱ１を吐出するシャワーヘッドを利用して循環ガスＱ２を吐出させる従来の構成では，処理ガスＱ１のコンダクタンスに影響を与えることなく循環ガスのコンダクタンスを大きくするには限界がある。例えば特許文献１に記載のように，シャワーヘッドの処理ガスＱ１の導入口から循環ガスＱ２も導入して処理ガスＱ１を吐出するシャワーヘッドのガス吐出孔から循環ガスＱ２も一緒に吐出させる場合には，循環ガスＱ２の流量を増大させるためにガス吐出孔のコンダクタンスを調整すれば，処理ガスＱ１の流量なども変化してしまうので，ガス吐出孔のコンダクタンスの調整が容易でないという問題がある。

また，特許文献２，３に記載のように，シャワーヘッドの吐出孔を，処理ガスＱ１の吐出孔と循環ガスＱ２の吐出孔とに分けて各ガスＱ１，Ｑ２を別々に吐出させる従来の構成では，各ガスＱ１，Ｑ２の吐出孔のコンダクタンスを独立して調整することはできるものの，循環ガスＱ２の吐出孔を形成する領域を設ける分だけ，処理ガスＱ１の吐出孔を形成する領域は狭くなってしまうという問題がある。これでは，大型の基板を処理するのに処理ガスＱ１を大量に供給するために，処理ガスＱ１の吐出孔の形成領域を広くすればするほど，循環ガスＱ２の吐出孔の形成領域として利用できる領域も狭くなるので，循環ガスＱ２のコンダクタンスの調整範囲（循環ガスＱ２の流量調整範囲）も極めて狭くなってしまう。

このように，従来の構成では，例えば大型の基板を処理するのに処理室内に大量の処理ガスを供給する必要がある装置にそのまま適用しても，十分に循環ガスを処理室内に戻すことができない。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，循環ガス吐出部を処理ガス吐出部（例えばシャワーヘッド）とは別個に設けることで，処理ガス吐出孔の形成領域を狭めることなく，循環ガス吐出孔の形成領域を確保できるので，循環ガスのコンダクタンスの調整範囲を従来以上に広くとることができ，ひいては循環ガスの流量を大幅に調整することができる真空処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，減圧可能な処理室内にガスを導入して，前記処理室内の基板に所定の処理を行う真空処理装置であって，前記処理室内に設けられ，前記基板を載置する載置台と，処理ガス供給源からの処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給機構と，前記処理ガス供給機構により供給される処理ガスを前記載置台に載置された前記基板に向けて吐出する処理ガス吐出部と，前記処理室内のガスを外部に排出して前記処理室内を真空にするとともに，排出されるガスの一部を循環ガスとして前記処理室内に戻すガス排気循環機構と，前記ガス排気循環機構から戻される循環ガスを前記載置台に載置された前記基板に向けて吐出する循環ガス吐出部と，を備え，前記処理ガス吐出部は前記載置台に対向するように配置し，前記循環ガス吐出部は前記載置台の周囲を囲むように配置したことを特徴とする真空処理装置が提供される。この場合，前記処理ガス吐出部は例えば前記処理室の天井部に設け，前記循環ガス吐出部は例えば前記処理室の側壁に設けるようにしてもよい。

このような本発明によれば，処理ガス供給機構により処理室内に処理ガスを供給する際，ガス排気循環機構により処理室内のガスは排出され，その一部が循環ガスとして処理室内に戻されるので，排気ガスに含まれている未反応のガスを繰り返し利用することができる。このとき，処理ガスは載置台に対向する処理ガス吐出部から載置台上の基板に向けて吐出され，循環ガスは載置台の周囲の循環ガス吐出部から基板に向けて吐出される。

このように，循環ガス吐出部を処理ガス吐出部とは別個に設け，処理ガスと循環ガスは別々の部位から基板に向けて吐出されるようにしたので，処理ガス吐出孔の形成領域を狭めることなく，循環ガス吐出孔の形成領域を確保できる。これにより，循環ガスのコンダクタンスの調整範囲を従来以上に広くとることができる。

また，上記循環ガス吐出部は複数設け，前記各循環ガス吐出部を前記載置台の周囲を囲むように並べて配置するようにしてもよい。これにより，例えば載置台の周りで循環ガスを供給したい所望の部位に循環ガス吐出部を所望の数だけ設けることができる。

また，上記処理ガス吐出部は前記基板の被処理面に対面する吐出面に形成された複数の処理ガス吐出孔を有し，前記各循環ガス供給部は前記基板の被処理面に対して所定の角度だけ傾斜した吐出面に形成された複数の循環ガス吐出孔を有することが好ましい。これにより，基板の被処理面全体に均一に処理ガスを供給することができるとともに，基板の被処理面の所定の部位に向けて循環ガスを供給することができる。これにより，基板の所望の部位に向けて循環ガスを吐出させることができるので，例えば基板の周縁部のプラズマ密度をコントロールすることができる。なお，各循環ガス吐出部は，その吐出面の傾斜が前記基板の被処理面に対して０度〜９０度の角度になるように配設されることが好ましい。

また，前記ガス排気循環機構は，前記処理室に設けられた複数の排気口にそれぞれ接続され，前記処理室内のガスを排出して真空圧力にする複数の第１真空ポンプと，前記各第１真空ポンプの排気側にそれぞれ接続され，前記各第１真空ポンプの排気の一部を循環ガスとして前記循環ガス吐出部へ戻す流路を形成する複数の循環ガス供給配管と，前記各第１真空ポンプの排気側であって前記循環ガス供給配管よりも下流側にそれぞれ設けられ，前記循環ガス供給配管を介して戻す循環ガスの流量を調整するための複数の流量調整バルブと，前記各第１真空ポンプから排出されるガスをさらに排出して，前記各第１真空ポンプの背圧を臨界圧力以下に維持する第２真空ポンプとを備えたことを特徴とする。

このような構成によれば，各流量調整バルブの開度を調整して循環ガス供給配管の上流側の圧力を調整することにより，各循環ガス吐出部から吐出される循環ガスの流量を別々に調整することができる。これにより，例えば基板の処理に応じて基板の周辺部に供給する循環ガスの流量を各循環ガス吐出部ごとに調整することができる。このため，例えば基板上に生成されるプラズマの周縁部の密度を調整することもできるので，基板の処理の均一性を向上させることができる。

この場合，上記各循環ガス供給配管は，前記各循環ガス吐出部に一対一対応で循環ガスを供給するようにしてもよい。これによれば，各循環ガス供給配管から各循環ガス吐出部に供給する循環ガスの流量を調整することにより，各循環ガス吐出部から吐出される循環ガスの流量をより細かく調整することができる。

また，上記ガス排気循環機構は，上述した他に，前記処理室に設けられた複数の排気口にそれぞれ接続され，前記処理室内のガスを排出して真空圧力にする複数の第１真空ポンプと，前記各第１真空ポンプから排出されるガスをさらに排出して，前記各第１真空ポンプの背圧を臨界圧力以下に維持する第２真空ポンプと，前記第２真空ポンプの排気側に接続され，前記第２真空ポンプの排気の一部を循環ガスとして前記循環ガス吐出部へ戻す流路を形成する複数の循環ガス供給配管と，前記第２真空ポンプの排気側であって前記循環ガス供給配管よりも下流側に設けられ，前記循環ガス供給配管を介して戻す循環ガスの流量を調整するための流量調整バルブと，前記第２真空ポンプから排出されるガスをさらに排出して，前記第２真空ポンプの背圧が大気圧にならないようにする第３真空ポンプとを備えるように構成してもよい。

このような構成によれば，第１ポンプ機構よりも高い背圧になる第２ポンプ機構の下流側に循環ガス供給配管の上流側の圧力を従来以上に高い圧力にすることができるので，循環ガス供給配管の上流側と下流側の圧力差を従来以上に大きくすることができる。さらに，流量調整バルブよりも下流側に第３ポンプ機構を設けて，第２ポンプ機構の下流側の圧力が高くなりすぎないように，例えば処理室内の真空圧力を維持できる圧力の範囲まで調整することができる。また，上述したように循環ガス供給配管の上流側と下流側の圧力差が大きくなる方に調整範囲を拡大することができるので，第２ポンプ機構の背圧を気にすることなく，流量調整バルブによって循環ガスのダイナミックな流量調整も可能となる。

なお，上記循環ガス吐出孔のコンダクタンスは，前記処理ガス吐出孔のコンダクタンスの２倍以上３０倍以下であることが好ましい。

本発明によれば，処理ガス吐出孔の形成領域を狭めることなく，循環ガス吐出孔の形成領域を確保できるので，循環ガスのコンダクタンスの調整範囲を従来以上に広くとることができ，ひいては循環ガスの流量を大幅に調整することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（プラズマ処理装置の構成例）
先ず，本発明を複数の真空処理装置を備えるマルチチャンバータイプの基板処理装置に適用した場合の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は，本実施形態にかかる基板処理装置１００の外観斜視図である。同図に示す基板処理装置１００は，フラットパネルディスプレイ用基板（ＦＰＤ用基板）Ｇに対してプラズマ処理を施すための３つの真空処理装置を備える。

各真空処理装置はそれぞれ減圧可能な処理室２００を備える。各処理室２００はそれぞれ，断面多角形状（例えば断面矩形状）の搬送室１１０の側面にゲートバルブ１０２を介して連結されている。搬送室１１０にはさらに，ロードロック室１２０がゲートバルブ１０４を介して連結されている。ロードロック室１２０には，基板搬出入機構１３０がゲートバルブ１０６を介して隣設されている。

基板搬出入機構１３０にそれぞれ２つのインデクサ１４０が隣設されている。インデクサ１４０には，ＦＰＤ用基板Ｇを収納するカセット１４２が載置される。カセット１４２は複数枚（例えば２５枚）のＦＰＤ用基板Ｇが収納可能に構成されている。

このようなプラズマ処理装置によってＦＰＤ用基板Ｇに対してプラズマ処理を行う際には，先ず基板搬出入機構１３０によりカセット１４２内のＦＰＤ用基板Ｇをロードロック室１２０内へ搬入する。このとき，ロードロック室１２０内に処理済みのＦＰＤ用基板Ｇがあれば，その処理済みのＦＰＤ用基板Ｇをロードロック室１２０内から搬出し，未処理のＦＰＤ用基板Ｇと置き換える。ロードロック室１２０内へＦＰＤ用基板Ｇが搬入されると，ゲートバルブ１０６を閉じる。

次いで，ロードロック室１２０内を所定の真空度まで減圧した後，搬送室１１０とロードロック室１２０間のゲートバルブ１０４を開く。そして，ロードロック室１２０内のＦＰＤ用基板Ｇを搬送室１１０内の搬送機構（図示せず）により搬送室１１０内へ搬入した後，ゲートバルブ１０４を閉じる。

搬送室１１０と処理室２００との間のゲートバルブ１０２を開き，上記搬送機構により処理室２００内の載置台に未処理のＦＰＤ用基板Ｇを搬入する。このとき，処理済みのＦＰＤ用基板Ｇがあれば，その処理済みのＦＰＤ用基板Ｇを搬出し，未処理のＦＰＤ用基板Ｇと置き換える。

処理室２００内では，ＦＰＤ用基板Ｇ上に処理ガスを供給してエッチング，アッシング，成膜などの所定の処理を行う。なお，本実施形態にかかる処理室２００は，その上方から処理ガスを供給するとともに下方から排気し，その排気の一部を循環ガスとして側方から戻してガスを循環させるように構成されている。

（処理室の構成例）
次に，このような処理室２００の具体的構成例について図面を参照しながら説明する。ここでは，本発明のプラズマ処理装置を，例えばガラス基板などのＦＰＤ用の絶縁基板（以下，単に「基板」とも称する）Ｇをエッチングする容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）エッチング装置に適用した場合の処理室の構成例について説明する。図２は，処理室２００の概略構成を示す断面図である。

処理室２００は，例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムからなる略角筒形状の処理容器により構成される。処理室２００はグランドに接地されている。処理室２００内の底部には，下部電極を構成するサセプタ３１０を有する載置台３００が配設されている。載置台３００は，矩形の基板Ｇを固定保持する基板保持機構として機能し，矩形の基板Ｇに対応した矩形形状に形成される。

載置台３００は，絶縁性のベース部材３０２と，このベース部材３０２上に設けられる導電体（例えばアルミニウム）からなる矩形ブロック状のサセプタ３１０とを備える。サセプタ３１０上には，基板Ｇを基板保持面で保持する静電保持部３２０が設けられる。静電保持部３２０は，例えば下部誘電体層と上部誘電体層との間に電極板３２２を挟んで構成される。載置台３００には，その外枠を構成し，上記ベース部材３０２，サセプタ３１０，静電保持部３２０の周りを囲むように，例えばセラミックや石英の絶縁部材からなる矩形枠状の外枠部３３０が配設されている。

静電保持部３２０の電極板３２２には，直流（ＤＣ）電源３１５がスイッチ３１６を介して電気的に接続されている。スイッチ３１６は，例えば電極板３２２に対してＤＣ電源３１５とグランド電位とを切り換えられるようになっている。スイッチ３１６がＤＣ電源３１５側に切り換えられると，ＤＣ電源３１５からのＤＣ電圧が電極板３２２に印加され，静電吸着力（クーロン力）により基板Ｇは載置台３００上に吸着保持される。スイッチ３１６がグランド側に切り換えられると，電極板３２２が除電され，これに伴って基板Ｇも除電され，静電吸着力が解除される。

サセプタ３１０には，整合器３１２を介して高周波電源３１４の出力端子が電気的に接続されている。高周波電源３１４の出力周波数は，比較的高い周波数たとえば１３．５６ＭＨｚなどが選ばれるが，更にこの周波数に比較的低い周波数たとえば３．２ＭＨｚなどを重畳する２周波とすることもある。

サセプタ３１０の内部には冷媒流路３４０が設けられており，チラー装置（図示せず）から所定の温度に調整された冷媒が冷媒流路３４０を流れるようになっている。この冷媒によって，サセプタ３１０の温度を所定の温度に調整することができる。

載置台３００は，静電保持部３２０の基板保持面と基板Ｇの裏面との間に伝熱ガス（例えばＨｅガス）を所定の圧力で供給する伝熱ガス供給機構を備える。伝熱ガス供給機構は，伝熱ガスをサセプタ３１０内部のガス流路３５２を介して基板Ｇの裏面に所定の圧力で供給するようになっている。

なお，このような載置台３００に対して基板Ｇを搬出入する際には，処理室２００の側壁に形成された基板搬入出口２０４をゲートバルブ１０２によって開閉することにより，処理室２００と搬送室１１０との間を連通させる。

処理室２００の天井部には，載置台３００に対向するようにシャワーヘッド２１０が配設されている。シャワーヘッド２１０は処理室２００内に処理ガスＱ１を吐出する処理ガス吐出部を構成する。シャワーヘッド２１０は，内部にバッファ室２２２を有し，載置台３００と対向する吐出面（下面）に処理ガスＱ１を吐出する多数の処理ガス吐出孔２２４が形成されている。

また，シャワーヘッド２１０は，載置台３００のサセプタ３１０と平行に対向するように配置されており，上部電極の機能も兼ねている。すなわち，シャワーヘッド２１０は例えばグランドに接地されており，サセプタ３１０とともに一対の平行平板電極を構成する。これにより，基板Ｇ上に処理ガスＱ１と後述する循環ガスＱ２とが供給され，サセプタ３１０に高周波電源３１４からの高周波電力が印加されると，基板Ｇ上にプラズマが生成される。このプラズマ中のイオン，ラジカルなどの活性種が基板Ｇの上面（被処理面）に作用し，基板Ｇ上に所定のエッチング処理が施される。

シャワーヘッド２１０には，処理ガスＱ１を供給する処理ガス供給機構２３０が接続されている。具体的には処理ガス供給機構２３０は，処理ガス供給源２３２を備え，処理ガス供給源２３２は処理ガス供給配管２３３を介してシャワーヘッド２１０の上面に設けられた処理ガス導入口２２６に接続されている。処理ガス供給配管２３３の途中には，処理ガスＱ１の流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３４，処理ガスＱ１の供給を開始又は停止させるための開閉バルブ２３５などが設けられている。

このような処理ガス供給源２３２からの処理ガスＱ１は，処理ガス導入口２２６を通ってシャワーヘッド２１０のバッファ室２２２に導入され，処理ガス吐出孔２２４から基板Ｇに向けて吐出される。なお，このような処理ガスとしては，例えばエッチングガスとしてフッ素ガスなどのハロゲン系のガス，Ｏ_２ガス，Ａｒガスなどが用いられる。

処理室２００の底部には，複数の排気口２０８が設けられ，各排気口２０８を通じて処理室２００内の排気が行われる。すなわち，各排気口２０８にはそれぞれ排気管４０２を介してガス排気循環機構４００が接続されている。ガス排気循環機構４００は，処理室２００内のガスを排気し，その排気の一部を循環ガスＱ２とし，複数の循環ガス供給配管４０４を介して処理室２００内に戻す機能を有する。このガス排気循環機構４００により処理室２００内を排気することによって，プラズマ処理中に処理室２００内を所定の真空雰囲気（たとえば１０ｍＴｏｒｒ）に維持することができる。

ガス排気循環機構４００は，例えば複数の真空ポンプを複数段に繋げてなり，ある真空ポンプと次段の真空ポンプの間を接続する配管に各循環ガス供給配管４０４の上流側を接続する。このようなガス排気循環機構４００の具体的構成例は後述する。

各循環ガス供給配管４０４の下流側は，処理室２００の側壁に形成された循環ガス導入口２２８を介して循環ガス吐出部２４０に接続されている。循環ガス吐出部２４０は，各循環ガス供給配管４０４を介して戻された循環ガスＱ２を載置台３００に載置された基板Ｇに向けて吐出する。

ここで，循環ガス吐出部２４０の構成例について図面を参照しながら説明する。図３は，循環ガス吐出部２４０の配設例を示す断面図であり，処理室２００を水平に切断して上方から見たときの各部の概略構成を示している。図４は，１つの循環ガス吐出部２４０の概略構成を示す外観斜視図である。

図３に示すように，循環ガス吐出部２４０は，処理室２００の側壁内側に載置台３００の周りを囲むように複数並べて配設されている。これにより，例えば載置台３００の周りで循環ガスを供給したい所望の部位に循環ガス吐出部２４０を所望の数だけ設けることができる。図３は循環ガス吐出部２４０を処理室２００の側壁をなす矩形の長辺に３つずつ，短辺に２つずつそれぞれ等間隔に配置した場合の具体例である。なお，循環ガス吐出部２４０の数や配置は図３に示すものに限られるものではない。

また，ここでの各循環ガス吐出部２４０にはそれぞれ循環ガス供給配管４０４が接続されており，これら各循環ガス吐出部２４０には各循環ガス供給配管４０４からの循環ガスＱ２がそれぞれ供給されるようになっている。すなわち，各循環ガス供給配管４０４は，各循環ガス吐出部２４０に一対一対応で循環ガスＱ２を供給するように構成されている。これによれば，各循環ガス供給配管４０４から各循環ガス吐出部２４０に供給する循環ガスＱ２の流量を調整することにより，各循環ガス吐出部２４０から吐出される循環ガスＱ２の流量をより細かく調整することができる。

各循環ガス吐出部２４０は，例えば図４に示すように，横長の箱状に形成されており，吐出面２４２には複数の循環ガス吐出孔２４４が形成されている。この吐出面２４２は，基板Ｇの被処理面，すなわち水平方向に対して所定の傾斜角度θだけ傾斜するように構成してもよい。この傾斜角度θによって循環ガスＱ２が噴出される角度を調整することができる。これにより，基板Ｇの所望の部位に向けて循環ガスＱ２を吐出させることができる。この場合，例えば各循環ガス吐出部２４０は，その吐出面の傾斜が基板Ｇの被処理面に対して０度〜９０度の角度になるように配設されることが好ましい。なお，循環ガス吐出孔２４４の孔数や孔径によって，循環ガスＱ２のコンダクタンスを調整することができる。

なお，循環ガス吐出部２４０の構成は，上記のものに限られるものではなく，また必ずしも複数である必要もない。例えば載置台３００の周りを囲むように連続した形状に構成した単一の循環ガス吐出部２４０を処理室２００の側壁内側に設けるようにしてもよい。

（ガス排気循環機構）
次に，ガス排気循環機構４００の具体的構成例について図面を参照しながら説明する。図５は，本実施形態にかかるガス排気循環機構の具体的構成例を説明するためのブロック図である。図５に示すガス排気循環機構４００は，処理室２００内を排気して真空にするための複数の第１ポンプ機構（主ポンプ機構）４１０と，各第１ポンプ機構４１０の下流側をさらに排気して前記各第１真空ポンプ機構の背圧を臨界圧力以下に維持する第２ポンプ機構（補助ポンプ機構）４２０とを備える。

具体的には各第１ポンプ機構４１０の下流側は合流して第２ポンプ機構４２０の上流側に接続される。第２ポンプ機構４２０の下流側は，例えば基板処理装置１００が設置される工場の排気設備に接続される。

このような第１ポンプ機構４１０は，例えば各排気口２０８に接続されるターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）により構成され，第２ポンプ機構４２０は例えばメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）とその下流側をさらに排気してメカニカルブースターポンプの背圧を臨界圧力以下に維持するドライポンプ（ＤＰ）で構成される。なお，それぞれの排気口２０８とターボ分子ポンプの間には処理室２００内の圧力を調整するための図示しない圧力調整バルブ（ＡＰＣ）が設けられる。

このように，ターボ分子ポンプなどで構成される第１ポンプ機構４１０を複数設けることにより，大型の基板Ｇを処理する処理室２００内の大量のガスを排気して処理室２００内を高真空に保持することができる。さらに，第２ポンプ機構４２０をメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）などの排気速度の高い真空ポンプで構成することにより，複数の第１ポンプ機構４１０の下流側を１つの配管に合流させて一系統の第２ポンプ機構４２０だけで複数の第１ポンプ機構４１０の背圧を臨界圧力以下に保持することができる。

なお，第２ポンプ機構４２０は，メカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）を省略し，複数のドライポンプ（ＤＰ）で構成するようにしてもよい。この場合には，複数の第１ポンプ機構４１０の下流側を複数の配管に合流させてそれぞれの合流配管にドライポンプ（ＤＰ）を設けるようにし，複数系統の第２ポンプ機構４２０で複数の第１ポンプ機構４１０の背圧を臨界圧力以下に保持することもできる。

上記各第１ポンプ機構４１０の下流側には，循環ガスＱ２の流量を調整する流量調整バルブ４１２がそれぞれ設けられ，各第１ポンプ機構４１０の下流側と各流量調整バルブ４１２との間には上述した循環ガス供給配管４０４がそれぞれ接続されている。このような構成にすることによって，各流量調整バルブ４１２の開度を調整して循環ガス供給配管４０４の上流側の圧力を調整することにより，各循環ガス吐出部２４０から吐出される循環ガスＱ２の流量を別々に調整することができる。これにより，例えば基板Ｇの処理に応じて基板Ｇの周辺部に供給する循環ガスＱ２の流量を各循環ガス吐出部２４０ごとに調整することができる。このため，例えばシャワーヘッド２１０などの取り付け誤差によって基板Ｇ上に生成されるプラズマ密度が偏り，基板Ｇの端部の処理にばらつきが生じた場合でも，各循環ガス吐出部２４０からの循環ガスＱ２の流量を調整することにより，基板上に生成されるプラズマの周縁部の密度を調整することができるので，基板Ｇの処理の均一性を向上させることができる。

なお，図５に示すように循環ガス供給配管４０４には，循環ガスＱ２の供給を開始又は停止するための開閉バルブ４０６が設けられている。また，循環ガス供給配管４０４には，循環ガスＱ２の濾過手段（例えばフィルタ等）４０８を設けるようにしてもよい。この濾過手段４０８の作用により，循環ガスＱ２に含まれる副生成物やパーティクルを除去することができるので，ガスを循環させることにより生ずる基板Ｇへの悪影響やメンテナンスの手間等を軽減させることができる。

次に，このような構成の処理室２００について基板Ｇに例えばエッチング処理を施す際の動作例について説明する。先ず，各第１ポンプ機構４１０と第２ポンプ機構４２０を作動させて処理室２００内を排気する。次いで，処理ガス供給源２３２から処理ガス（一次ガス）Ｑ１を所定の流量でシャワーヘッド２１０から供給し，処理室２００内を所定の真空圧力（例えば１０ｍＴｏｒｒ）に調整する。

処理室２００内が所定の真空圧力に調整されると，各流量調整バルブ４１２の開度を所定の開度に調整する。これにより，各第１ポンプ機構４１０によって処理室２００内から排出された処理ガスＱ１の一部は各循環ガス供給配管４０４に循環ガスＱ２として流入し，各循環ガス供給配管４０４内に充填される。なお，このときの各流量調整バルブ４１２の開度は，循環ガスＱ２として処理室２００内に戻す所望の流量に応じて予め決定しておくことが好ましい。

そして，各循環ガス供給配管４０４の開閉バルブ４０６を開く。これにより，排気の一部である循環ガスＱ２は，循環ガス供給配管４０４を介して循環ガス吐出部２４０から供給される。このとき，循環ガスＱ２は処理室２００内で処理ガスＱ１と混ざり合う。そして，処理室２００内の圧力が安定すると基板Ｇのエッチング処理を開始する。すなわち，サセプタ３１０に高周波電源３１４からの高周波電力を印加して，プラズマを生成して，基板Ｇのエッチング処理を行う。

この状態で，所定の処理時間が経過すると，処理ガス供給配管２３３の開閉バルブ２３５と各循環ガス供給配管４０４の開閉バルブ４０６を同時に閉じて基板Ｇのエッチング処理が終了する。

このような本実施形態にかかる処理室２００においては，排気ガスの一部を循環ガスＱ２として各循環ガス供給配管４０４を介して処理室２００内に戻し，排気ガスに含まれている未反応の処理ガスＱ１を繰り返し利用することができる。これにより，処理ガスの大気への排出量を抑制すると共に処理ガスの使用量を低減し，地球環境の負荷を軽減することができる。

また，処理ガスＱ１を吐出するシャワーヘッド２１０とは別個に循環ガスＱ２を吐出する循環ガス吐出部２４０を設けることにより，処理ガス吐出孔２２４の形成領域を狭めることなく，循環ガス吐出孔２４４を形成することができる。これにより，循環ガス吐出孔２４４の孔数や孔径を自由に設計できるので，循環ガスＱ２のコンダクタンスの調整範囲を大幅に拡大することができる。これによれば，特にＦＰＤ基板のように大型の基板Ｇを処理する際に必要な処理ガスＱ１の大流量を確保しつつ，循環ガスＱ２の流量も増大させることができる。

また，循環ガス吐出孔２４４のコンダクタンスを処理ガス吐出孔２２４のコンダクタンスとは別個に調整できるので，循環ガスとして処理室２００内に戻したい流量に応じて循環ガス吐出孔２４４のコンダクタンスを調整することができる。例えば循環ガス吐出孔２４４のコンダクタンスを処理ガス吐出孔２２４のコンダクタンスの１０倍以上にすることも可能であり，２倍以上３０倍以下が好ましく，１０倍以上２０倍以下が最も好ましい。なお，循環ガス吐出孔２４４のコンダクタンスの調整する場合には，例えば循環ガス吐出孔２４４の孔数や孔径を変えることにより調整可能である。

なお，ガス排気循環機構４００は，図５に示す構成に限られるものではない。例えば図６に示すように，第２ポンプ機構４２０の下流側に流量調整バルブ４１４を設け，第２ポンプ機構４２０と流量調整バルブ４１４との間に循環ガス供給配管４０４を接続してもよい。

この第２ポンプ機構４２０は，第１ポンプ機構（主ポンプ）４１０の背圧を調整する補助ポンプとして機能するので，第２ポンプ機構４２０の下流側の背圧は大気圧近くまで圧力を高める真空ポンプで構成することができる。具体的には例えば第２ポンプ機構４２０を上述したようにメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）とその下流側をさらに排気してメカニカルブースターポンプの背圧を臨界圧力以下に維持するドライポンプ（ＤＰ）で構成した場合には，第２ポンプ機構４２０の下流側の背圧は大気圧近くまで上昇する。更に，第２ポンプ機構４２０をドライポンプ（ＤＰ）とし，その下流側もドライポンプ（ＤＰ）とした場合には，第２ポンプ機構４２０の下流側の背圧を大気圧にすることができる。

このように，第１ポンプ機構４１０よりも高い背圧になる第２ポンプ機構４２０の下流側に循環ガス供給配管４０４の上流側の圧力を従来以上に高い圧力にすることができるので，循環ガス供給配管４０４の上流側と下流側の圧力差を従来以上に大きくすることができる。

但し，循環ガス供給配管４０４の上流側の圧力が大気圧のままでは，処理室２００内の真空圧力を維持できない。このため，図６に示すガス排気循環機構４００では，流量調整バルブ４１４よりも下流側に，例えばドライポンプ（ＤＰ）で構成される第３ポンプ機構４３０を設け，第２ポンプ機構４２０の下流側の圧力を調整するようにしている。すなわち，第３ポンプ機構４３０によって第２ポンプ機構４２０の下流側を排気して循環ガス供給配管４０４の上流側の圧力が大気圧まで高くなることを抑え，処理室２００内の真空圧力を維持できる最大の圧力に維持することができる。例えば５０Ｔｏｒｒ以下の真空圧力に維持することができる。これにより，循環ガスＱ２の流量調整範囲を従来以上に広げることができるので，例えば本実施形態で例に挙げたような大型の基板を処理するのに処理室２００内に大量の処理ガスＱ１を供給する必要がある装置に適用しても，十分に循環ガスＱ２を処理室２００内に戻すことができる。

また，循環ガス供給配管４０４の上流側と下流側の圧力差が大きくなるように調整範囲を拡大することができるので，第２ポンプ機構４３０の背圧を気にすることなく，流量調整バルブ４１４によって循環ガスＱ２のダイナミックな流量調整も可能となる。さらに，例えば上述したように循環ガスＱ２として戻す流量に基づいて循環ガス吐出孔２４４の孔数や孔径を設計し，その後は流量調整バルブ４１４によって循環ガスＱ２の流量を広い範囲で調整することができる。これにより，基板Ｇの様々な処理に応じて循環ガスＱ２の戻り流量を簡単に調整することができるようになる。

なお，上記実施の形態においては，シャワーヘッド２１０に処理ガスＱ１を一系統で導入させる場合について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではない。本実施形態にかかるシャワーヘッド２１０の構造は，例えば複数の処理ガス源からそれぞれ複数種類の処理ガスを導入する処理装置においても適用可能である。特に本実施形態では，循環ガスＱ２をシャワーヘッド２１０とは別に供給するため，シャワーヘッド２１０の構成は複数の処理ガスのみに基づいて設計すれば足りる。また，本実施形態によれば，シャワーヘッド２１０の構成は循環ガスを供給する機構を設けないものと同様の構成にすることができるので，既存の処理室２００においても，シャワーヘッド２１０を設計し直すことなく，循環ガスを供給する機構を比較的容易に追加できる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，処理室内に所定のガスを導入しながら真空排気するとともに，排気されるガスの一部を循環させて再利用しながら基板に対して所定の処理を施す真空処理装置に適用可能である。

本発明の実施形態にかかる真空処理装置を備えた基板処理装置の構成例を示す断面図である。 同実施形態にかかる真空処理装置における処理室の構成例を示す断面図である。 図２に示す循環ガス吐出部の配設例を示す断面図である。 図２に示す１つの循環ガス吐出部の概略構成を示す外観斜視図である。 図２に示すガス排気循環機構の構成例を示すブロック図である。 図２に示すガス排気循環機構の他の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１００ 基板処理装置
１０２，１０４，１０６ ゲートバルブ
１１０ 搬送室
１２０ ロードロック室
１３０ 基板搬出入機構
１４０ インデクサ
１４２ カセット
２００ 処理室
２０４ 基板搬入出口
２０８ 排気口
２１０ シャワーヘッド
２２２ バッファ室
２２４ 処理ガス吐出孔
２２６ 処理ガス導入口
２２８ 循環ガス導入口
２３０ 処理ガス供給機構
２３２ 処理ガス供給源
２３４ マスフローコントローラ
２３３ 処理ガス供給配管
２３５ 開閉バルブ
２４０ 循環ガス吐出部
２４２ 吐出面
２４４ 循環ガス吐出孔
３００ 載置台
３０２ ベース部材
３１０ サセプタ
３１２ 整合器
３１４ 高周波電源
３１５ 電源
３１６ スイッチ
３２０ 静電保持部
３２２ 電極板
３３０ 外枠部
３４０ 冷媒流路
３５２ ガス流路
４００ ガス排気循環機構
４０２ 排気管
４０４ 循環ガス供給配管
４０６ 開閉バルブ
４０８ 濾過手段
４１２，４１４ 流量調整バルブ
Ｇ 基板
Ｑ１ 処理ガス
Ｑ２ 循環ガス

Claims (9)

1. 減圧可能な処理室内にガスを導入して，前記処理室内の基板に所定の処理を行う真空処理装置であって，
   前記処理室内に設けられ，前記基板を載置する載置台と，
   処理ガス供給源からの処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給機構と，
   前記処理ガス供給機構により供給される処理ガスを前記載置台に載置された前記基板に向けて吐出する処理ガス吐出部と，
   前記処理室内のガスを外部に排出して前記処理室内を真空にするとともに，排出されるガスの一部を循環ガスとして前記処理室内に戻すガス排気循環機構と，
   前記ガス排気循環機構から戻される循環ガスを前記載置台に載置された前記基板に向けて吐出する循環ガス吐出部と，を備え，
   前記処理ガス吐出部は前記載置台に対向するように配置し，前記循環ガス吐出部は前記載置台の周囲を囲むように配置したことを特徴とする真空処理装置。
2. 前記処理ガス吐出部は前記処理室の天井部に設け，前記循環ガス吐出部は前記処理室の側壁に設けたことを特徴とする真空処理装置。
3. 前記循環ガス吐出部は複数設け，前記各循環ガス吐出部を前記載置台の周囲を囲むように並べて配置したことを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
4. 前記処理ガス吐出部は前記基板の被処理面に対面する吐出面に形成された複数の処理ガス吐出孔を有し，前記各循環ガス供給部は前記基板の被処理面に対して所定の角度だけ傾斜した吐出面に形成された複数の循環ガス吐出孔を有することを特徴とする請求項３に記載の真空処理装置。
5. 前記各循環ガス吐出部は，その吐出面の傾斜が前記基板の被処理面に対して０度〜９０度の角度になるように構成されることを特徴とする請求項４に記載の真空処理装置。
6. 前記ガス排気循環機構は，
   前記処理室に設けられた複数の排気口にそれぞれ接続され，前記処理室内のガスを排出して真空圧力にする複数の第１真空ポンプと，
   前記各第１真空ポンプの排気側にそれぞれ接続され，前記各第１真空ポンプの排気の一部を循環ガスとして前記循環ガス吐出部へ戻す流路を形成する複数の循環ガス供給配管と，
   前記各第１真空ポンプの排気側であって前記循環ガス供給配管よりも下流側にそれぞれ設けられ，前記循環ガス供給配管を介して戻す循環ガスの流量を調整するための複数の流量調整バルブと，
   前記各第１真空ポンプから排出されるガスをさらに排出して，前記各第１真空ポンプの背圧を臨界圧力以下に維持する第２真空ポンプと，
   を備えたことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の真空処理装置。
7. 前記各循環ガス供給配管は，前記各循環ガス吐出部に一対一対応で循環ガスを供給することを特徴とする請求項６に記載の真空処理装置。
8. 前記ガス排気循環機構は，
   前記処理室に設けられた複数の排気口にそれぞれ接続され，前記処理室内のガスを排出して真空圧力にする複数の第１真空ポンプと，
   前記各第１真空ポンプから排出されるガスをさらに排出して，前記各第１真空ポンプの背圧を臨界圧力以下に維持する第２真空ポンプと，
   前記第２真空ポンプの排気側に接続され，前記第２真空ポンプの排気の一部を循環ガスとして前記循環ガス吐出部へ戻す流路を形成する複数の循環ガス供給配管と，
   前記第２真空ポンプの排気側であって前記循環ガス供給配管よりも下流側に設けられ，前記循環ガス供給配管を介して戻す循環ガスの流量を調整するための流量調整バルブと，
   前記第２真空ポンプから排出されるガスをさらに排出して，前記第２真空ポンプの背圧が大気圧にならないようにする第３真空ポンプと，
   を備えたことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の真空処理装置。
9. 前記循環ガス吐出孔のコンダクタンスは，前記処理ガス吐出孔のコンダクタンスの２倍以上３０倍以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の真空処理装置。

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