JP2021034725A - 基板処理方法、圧力制御装置及び基板処理システム - Google Patents

基板処理方法、圧力制御装置及び基板処理システム Download PDF

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Abstract

【課題】チャンバ内の圧力制御範囲を拡大する基板処理方法、圧力制御装置及び基板処理システムを提供する。
【解決手段】基板処理システム１において、チャンバ１０と、チャンバに処理ガスを供給するガス供給部と、低圧制御の第１の管８１に、第１のＡＰＣバルブ８２、ターボ分子ポンプ８３、第１のアイソレートバルブ８４及びドライポンプ８５が配置された第１の排気ラインＬ１と、高圧制御の第２の管８０に第２のアイソレートバルブ８６、第２のＡＰＣバルブ８７及びドライポンプ８５が配置された経路を第２の排気ラインＬ２を有する。第２の管は、第１の管よりも断面積が小さい。低圧制御と高圧制御との切り替えは、制御部により制御される
【効果】これにより、チャンバ内の圧力を、従来は困難であった８００ｍＴｏｒｒよりも高い圧力を含めた、１０ｍＴｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ又はそれ以上の幅広い圧力帯に制御できる。
【選択図】図２

Description

本開示は、基板処理方法、圧力制御装置及び基板処理システムに関する。
例えば、特許文献１は、チャンバ内を低圧制御し、チャンバ内のガスを排気するラインと、チャンバ内を高圧制御し、チャンバ内のガスを排気するラインとを備える基板処理装置を提案している。
特許文献２は、チャンバ内を高圧に制御するとともに、処理室内のガスを高速に排気することができる基板処理装置を提案している。
特開２００４−６６１４号公報 特開２００８−１９２６４４号公報
本開示は、チャンバ内の圧力制御範囲を拡大することができる基板処理方法、圧力制御装置及び基板処理システムを提供する。
本開示の一の態様によれば、チャンバと、前記チャンバに処理ガスを供給するガス供給部と、第１の排気ラインと、第２の排気ラインとを備え、前記第１の排気ラインは、一端が前記チャンバに接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置された第１の排気装置と、前記第１の管において前記チャンバ及び前記第１の排気装置の間に配置された第１の圧力制御器と、前記第１の管の他端に接続された第２の排気装置と、前記第１の管において前記第１の排気装置及び前記第２の排気装置の間に配置された第１の遮蔽バルブと、を有し、前記第２の排気ラインは、一端が前記チャンバに接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された第２の遮蔽バルブと、前記第２の管の他端に接続された前記第２の排気装置と、前記第２の管において前記第２の遮蔽バルブ及び前記第２の排気装置の間に配置された第２の圧力制御器と、を有する、基板処理システムにおける基板処理方法であって、（ａ）前記ガス供給部により前記チャンバ内に処理ガスを供給する工程と、（ｂ）前記第１の遮蔽バルブ及び前記第１の圧力制御器を開放し、前記第２の遮蔽バルブ及び前記第２の圧力制御器を閉鎖し、前記チャンバ内の圧力を前記第１の圧力制御器によって制御しながら、前記第１の排気装置及び前記第２の排気装置によって前記第１の排気ラインから排気を行うことにより、前記チャンバ内を低圧に制御する工程と、（ｃ）前記第１の遮蔽バルブ及び前記第１の圧力制御器を閉鎖し、前記第２の遮蔽バルブ及び前記第２の圧力制御器を開放し、前記チャンバ内の圧力を前記第２の圧力制御器によって制御しながら、前記第２の排気装置によって前記第２の排気ラインから排気を行うことにより、前記チャンバ内を高圧に制御する工程と、（ｄ）前記（ｂ）と、前記（ｃ）とを切り替える工程と、を有する基板処理方法が提供される。
一の側面によれば、チャンバ内の圧力制御範囲を拡大することができる基板処理方法、圧力制御装置及び基板処理システムを提供することができる。
一実施形態に係る基板処理システムの一例を示す断面模式図。 一実施形態に係る圧力制御装置及び従来の圧力制御装置の一例を示す図。 一実施形態に係る基板処理方法の一例を示す図。 一実施形態に係る基板処理方法の具体的なフローの一例を示す図。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［基板処理システムの全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係る基板処理システムの一例について、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る基板処理システム１の一例を示す図である。
本実施形態にかかる基板処理システム１は、容量結合型の平行平板の基板処理システムであり、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる円筒状のチャンバ１０を有している。チャンバ１０は接地されている。
チャンバ１０の底部には、載置台１７が、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状の支持台１４に支持されている。載置台１７は、基板の一例であるウェハＷを載置する。載置台１７は、静電チャック１８及び電極プレート１６を有する。電極プレート１６は、例えばアルミニウムから形成されている。
電極プレート１６の上面には、ウェハＷを静電気力で吸着保持する静電チャック１８が配置されている。静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０ａを一対の絶縁層２０ｂまたは絶縁シートで挟んだ構造を有する。電極２０ａには直流電源２２が接続されている。ウェハＷは、直流電源２２から供給される直流電圧により生じたクーロン力等の静電気力により静電チャック１８に吸着保持される。
ウェハＷの周囲には、エッチングの均一性を向上させるために、シリコン等の導電性のエッジリング２４が配置されている。エッジリング２４は、フォーカスリングともいう。支持台１４、電極プレート１６及びエッジリング２４の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。
支持台１４の内部には、例えば環状に冷媒室２８が設けられている。冷媒室２８には、配管３０ａ，３０ｂを介して外部に設けられたチラーユニットから所定温度の冷媒、例えば冷却水が供給され、冷媒室２８内を循環する。これにより、冷媒の温度によって載置台１７上のウェハＷの温度が制御される。さらに、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック１８の上面とウェハＷの裏面との間に供給される。なお、冷媒は、配管３０ａ、３０ｂに循環供給される温度調整用の媒体の一例であり、温度調整用の媒体は、載置台１７及びウェハＷを冷却するだけでなく、加熱する場合もあり得る。
基板処理システム１は、第１の高周波電源４８及び第２の高周波電源９０を備えている。第１の高周波電源４８は、第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源４８は、整合器４６及び電極プレート１６を介して下部電極（載置台１７）に接続されている。整合器４６は、第１の高周波電源４８の出力インピーダンスと負荷側（載置台１７側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。なお、第１の高周波電源４８は、整合器４６を介してシャワーヘッド３４に接続されていてもよい。第１の高周波電源４８は、一例のプラズマ生成部を構成している。
第２の高周波電源９０は、第２の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第１の高周波電力と共に第２の高周波電力が用いられる場合には、第２の高周波電力は基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス電圧用の高周波電力として用いられる。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源９０は、整合器８８及び電極プレート１６を介して下部電極に接続されている。整合器８８は、第２の高周波電源９０の出力インピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるための回路を有する。
なお、第１の高周波電力を用いずに、第２の高周波電力を用いて、すなわち、単一の高周波電力のみを用いてプラズマを生成してもよい。この場合には、第２の高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚよりも大きな周波数、例えば４０ＭＨｚであってもよく、第２の高周波電源９０は一例のプラズマ生成部を構成する。また、この場合には、基板処理システム１は、第１の高周波電源４８及び整合器４６を備えなくてもよい。
載置台１７の上方には、載置台１７と対向するシャワーヘッド３４（上部電極）が設けられている。シャワーヘッド３４と載置台１７の間はエッチング処理や成膜処理等のプロセスが行われる処理空間となる。
シャワーヘッド３４は、絶縁性の遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持されている。シャワーヘッド３４は、多数のガス吐出孔３７を有する電極板３６と、電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる電極支持体３８とを有する。電極板３６は、シリコンやＳｉＣから形成されることが好ましい。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、ガス拡散室４０からは多数のガス通流孔４１が下方に延び、ガス吐出孔３７に連通する。
電極支持体３８にはガス拡散室４０へガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続されている。ガス供給管６４には、上流側から順にガス供給部６６、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８及び開閉バルブ７０が接続されている。ガスは、ガス供給部６６から供給され、マスフローコントローラ６８及び開閉バルブ７０により流量及び供給タイミングを制御される。ガスは、ガス供給管６４からガス導入口６２を通ってガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１を介してガス吐出孔３７からシャワー状に処理空間に導入される。
チャンバ１０の底部には排気口７８が形成され、チャンバ１０は、排気口７８を介して圧力制御装置１８０に接続されている。排気口７８につながる排気路には、処理空間に生成されるプラズマを捕捉又は反射して圧力制御装置１８０への漏洩を防止する排気プレート７７が設けられている。排気プレート７７としては、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆したものを用いることができる。圧力制御装置１８０は、チャンバ１０内の圧力を所定の真空度に制御する。圧力制御装置１８０の構成及び動作については後述する。
チャンバ１０の側壁にはウェハＷの搬入出口９１が設けられており、搬入出口９１はゲートバルブ９２により開閉可能になっている。かかる構成の基板処理システム１において、エッチング等のウェハ処理を行う際には、まず、ゲートバルブ９２を開状態とし、搬入出口９１を介してウェハＷをチャンバ１０内に搬入し、載置台１７上に載置する。
そして、ガス供給部６６からエッチングガス等の処理ガスを所定の流量でガス拡散室４０へ供給し、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してチャンバ１０内へシャワー状に供給する。また、圧力制御装置１８０によりチャンバ１０内を排気しながら、所定の圧力に制御する。
チャンバ１０内に処理ガスを導入した状態で、第１の高周波電源４８からプラズマ生成用の高周波電力を印加し、第２の高周波電源９０からイオン引き込み用の高周波電力を印加する。そして、直流電源２２から直流電圧を電極２０ａに印加して、ウェハＷを載置台１７に吸着させる。チャンバ１０内に供給された処理ガスは、高周波電力によりプラズマ化し、プラズマ中のラジカル及びイオンによりウェハＷにエッチング等のウェハ処理が施される。
基板処理システム１には、装置全体の動作を制御する制御部２００が設けられている。制御部２００は、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリとＣＰＵとを有する。制御部２００は、メモリに格納されたレシピに従ってエッチング等のウェハ処理及びクリーニング処理等を制御する。レシピには、エッチング等のウェハ処理条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、チャンバ内温度（ウェハＷ温度、静電チャック温度等）、チラーから出力される冷媒の温度等が設定されている。なお、これらのプログラムやウェハ処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
また、制御部２００は、メモリに格納されたクリーニング用のレシピに従ってクリーニング処理を制御する。クリーニング用のレシピには、クリーニング処理条件に対する装置の制御情報としてクリーニング時間、圧力（ガスの排気）、直流電圧、ガス流量等が設定されている。
［圧力制御装置］
次に、圧力制御装置１８０の構成及び動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。本実施形態に係る圧力制御装置１８０の構成を図１、図２（ｂ）及び（ｃ）に示す。以下では、本実施形態に係る圧力制御装置１８０の構成について、図２（ａ）に示す従来の圧力制御装置と構成と比較しながら説明する。その後、それぞれの圧力制御装置の動作について説明する。
図１及び図２（ｂ）に示す圧力制御装置１８０は、一端がチャンバ１０に接続されている第１の管８１と、一端がチャンバ１０に接続され、第１の管８１よりも断面積が小さい第２の管８０とを有する。また、圧力制御装置１８０は、第１のＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）バルブ８２、ターボ分子ポンプ８３（Turbo Molecular Pump：ＴＭＰ）、第１のアイソレートバルブ８４を有する。更に、圧力制御装置１８０は、ドライポンプ（Dry Pump）８５、第２のアイソレートバルブ８６及び第２のＡＰＣバルブ８７を有する。
ターボ分子ポンプ８３は、第１の管８１の途中に配置される。ターボ分子ポンプ８３は、チャンバ１０内のガス等を高速排気する真空ポンプである。ターボ分子ポンプ８３は第１の排気装置の一例である。第１の排気装置は、ターボ分子ポンプ、メカニカルブースターポンプ及びクライオポンプの少なくともいずれかであってもよい。
第１のＡＰＣバルブ８２は、第１の管８１においてチャンバ１０及びターボ分子ポンプ８３の間に配置される。第１のＡＰＣバルブ８２は、第１の管８１に連通し、第１の管８１の口径の開度を調整することでチャンバ１０内の圧力を制御する。第１のＡＰＣバルブ８２は、低圧領域（例えば８００ｍＴｏｒｒ（１０７Ｐａ）以下）においてチャンバ１０内の圧力を測定可能な圧力センサＣＭ１の測定値がレシピに設定された設定値になるように第１のＡＰＣバルブ８２の弁体（調整弁）の開度を制御する。第１のＡＰＣバルブ８２は、第１の圧力制御器の一例である。
ドライポンプ８５は、第１の管８１の他端に接続される。ドライポンプ８５は、チャンバ１０内のガス等を排気する真空ポンプである。ドライポンプ８５は、第２の排気装置の一例である。第２の排気装置は、ドライポンプ、メカニカルブースターポンプ等であってもよい。
第１のアイソレートバルブ８４は、第１の管８１においてターボ分子ポンプ８３及びドライポンプ８５の間に配置される。第１のアイソレートバルブ８４は、第１の管８１の全開又は全閉の制御が可能なバルブの一例である。第１のアイソレートバルブ８４は、第１の遮蔽バルブの一例である。以下では、第１の管８１に第１のＡＰＣバルブ８２、ターボ分子ポンプ８３、第１のアイソレートバルブ８４及びドライポンプ８５が配置された経路を「第１の排気ラインＬ１」という。
第２の管８０は、第１の管８１よりも断面積が小さい。例えば、第１の管８１の口径は２５０ｍｍ程度、第２の管８０の口径は３０〜４０ｍｍ程度である。第２の管８０は、第１の管８１の側壁から分岐する。ただし、第２の管８０の一端の接続方法はこれに限られず、チャンバ１０の底部に別途設けられた図示しない別の排気口に接続されてもよい。また、本実施形態では第２の管８０の他端は連結部Ｃにおいて第１の管８１に接続されるが、これに限られず、第１の管８１とは別々に直接、ドライポンプ８５に接続されてもよい。
第２のアイソレートバルブ８６は、第２の管８０の途中に配置される。第２のアイソレートバルブ８６は、第２の管８０の全開又は全閉の制御が可能なバルブの一例である。第２のアイソレートバルブ８６は、第２の遮蔽バルブの一例である。本実施形態では、第１の管８１と第２の管８０とは連結部Ｃにて連結し、ドライポンプ８５に接続される。
第２のＡＰＣバルブ８７は、第２の管８０において第２のアイソレートバルブ８６及びドライポンプ８５の間に配置される。第２のＡＰＣバルブ８７は、３０〜４０ｍｍの口径の第２の管８０の開度を調整し、チャンバ１０内の圧力を制御する。第２のＡＰＣバルブ８７は、高圧領域（８００ｍＴｏｒｒ以上）においてチャンバ１０内の圧力を測定可能な圧力センサＣＭ２の測定値がレシピに設定された設定値になるように第２のＡＰＣバルブ８７の弁体の開度を制御する。第２のＡＰＣバルブ８７は、第２の圧力制御器の一例である。以下では、第２の管８０に第２のアイソレートバルブ８６、第２のＡＰＣバルブ８７及びドライポンプ８５が配置された経路を「第２の排気ラインＬ２」という。
図２（ａ）に示す従来の圧力制御装置では、第１の排気ラインＬ１の構成は同じであるが、もう一方の排気ライン（以下、「排気ラインＬ３」とする。）に第２のＡＰＣバルブ８７を有しない点が異なる。従来の圧力制御装置の動作としては、まず、排気ラインＬ３の第２のアイソレートバルブ８６を開放し、第１の排気ラインＬ１の第１のＡＰＣバルブ８２及び第１のアイソレートバルブ８４を閉鎖する。この状態で、ドライポンプ８５は、排気ラインＬ３からチャンバ１０内のガス等を排気し、チャンバ１０内を大気圧から中真空の状態まで減圧する。
その後、図２（ａ）に示すように、第１のアイソレートバルブ８４及び第１のＡＰＣバルブ８２を開放し、第２のアイソレートバルブ８６を閉鎖する。この状態で、ターボ分子ポンプ８３は、ドライポンプ８５と協働して第１の排気ラインＬ１からチャンバ１０内のガス等を排気し、チャンバ１０内を中真空状態より低い高真空状態まで減圧する。これにより、チャンバ１０内の圧力を８００ｍＴｏｒｒ以下の真空度まで減圧するように制御する。チャンバ１０内の圧力を８００ｍＴｏｒｒ以下の圧力に制御することを、以下、「低圧制御」ともいう。また、チャンバ１０内の圧力を８００ｍＴｏｒｒよりも高い圧力に制御することを、以下、「高圧制御」ともいう。
しかしながら、従来の圧力制御装置では、チャンバ１０内の圧力を高圧制御することは困難である。その理由は、第１のＡＰＣバルブ８２の弁体は、２５０ｍｍ程度の口径の第１の管８１の開度を調整するため、その弁体の開度を全閉に制御しても完全に遮蔽状態にはできず、第１の管８１と第１のＡＰＣバルブ８２の間の隙間からガスが漏れる。このため、チャンバ１０内を８００ｍＴｏｒｒよりも高い圧力に制御することは困難である。これに対して、本実施形態に係る圧力制御装置１８０では、高圧制御のときには第２の排気ラインＬ２を使用する。第２のＡＰＣバルブ８７の弁体は、第１の管８１の口径の１／６〜１／８の大きさである３０〜４０ｍｍ程度の口径の第２の管８０の開度を調整するため、その弁体の開度を全閉に制御したときに完全に遮蔽状態にすることができる。このため、チャンバ１０内を８００ｍＴｏｒｒよりも高い圧力に制御できる。以下、低圧制御のとき及び高圧制御のときの具体的な動作についてそれぞれ説明する。
［低圧制御］
低圧制御では、チャンバ１０内が大気圧から低真空の状態にある場合、図２（ｃ）に示すように、第１の排気ラインＬ１の第１のＡＰＣバルブ８２及び第１のアイソレートバルブ８４を閉鎖し、第２の排気ラインＬ２の第１のＡＰＣバルブ８７及び第２のアイソレートバルブ８６を開放する。この状態で、ドライポンプ８５は、第２の排気ラインＬ２からチャンバ１０内のガス等を排気し、チャンバ１０内を大気圧から中真空の状態まで減圧する（粗引き）。なお、低圧制御では必ずしも粗引きは必要でなく、たとえば、低圧制御の開始時において、チャンバ１０内が中真空の状態にある場合には、このような粗引きを省略することができる。
その後、図２（ｂ）に示すように、第１の排気ラインＬ１の第１のＡＰＣバルブ８２及び第１のアイソレートバルブ８４を開放し、第２の排気ラインＬ２の第２のＡＰＣバルブ８７及び第２のアイソレートバルブ８６を閉鎖する。この状態で、ターボ分子ポンプ８３は、ドライポンプ８５と協働して第１の排気ラインＬ１からチャンバ１０内のガス等を排気し、チャンバ１０内を中真空状態より低い高真空状態まで減圧する（真空引き）。この状態で、第１のＡＰＣバルブ８２の弁体の開度を制御することにより、チャンバ１０内は８００ｍＴｏｒｒ以下に低圧制御される。
低圧制御は、チャンバ１０内にて第１の処理を実行するときに行われる。第１の処理は、エッチング処理、成膜処理等である。低圧制御では、チャンバ１０内の圧力を８００ｍＴｏｒｒ以下に制御するが、１０ｍＴｏｒｒ〜８００ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜１０７Ｐａ）の範囲に制御することがより好ましい。
［高圧制御］
一方、高圧制御は、チャンバ１０内にて第２の処理を実行するときに行われる。第２の処理は、アッシング処理、クリーニング処理等である。高圧制御の場合、図２（ｃ）に示すように、第１の排気ラインＬ１の第１のＡＰＣバルブ８２及び第１のアイソレートバルブ８４を閉鎖し、第２の排気ラインＬ２の第２のＡＰＣバルブ８７及び第２のアイソレートバルブ８６を開放する。この状態で、ドライポンプ８５は、第２の排気ラインＬ２からチャンバ１０内のガス等を排気する。この状態で、第２のＡＰＣバルブ８７の弁体の開度を制御し、チャンバ１０内を８００ｍＴｏｒｒよりも高圧に制御する。高圧制御では、チャンバ１０内の圧力を８００ｍＴｏｒｒよりも高く制御するが、１Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ〜１３３００Ｐａ）の範囲に制御することがより好ましい。
なお、第１の排気ラインＬ１においてターボ分子ポンプ８３を停止させることにより、ドライポンプ８５を用いてガスを排気しながら、第１のＡＰＣバルブ８２を用いてチャンバ１０内を高圧制御することは困難である。その理由の一つ目は、前述したように、第１の管８１の口径は２５０ｍｍ程度であるため、第１のＡＰＣバルブ８２の弁体の開度を完全に遮蔽状態にできないことが挙げられる。理由の二つ目は、ターボ分子ポンプ８３を停止状態から稼働状態又は稼働状態から停止状態にするために、いずれも１０分程度かかるため、ターボ分子ポンプ８３を止めたり動かしたりするとスループットが下がることが挙げられる。以上から、第１の排気ラインＬ１を用いて高圧制御を行うことは困難である。
［切り替え制御］
以上の低圧制御と高圧制御との切り替えは、制御部２００により制御される。これにより、チャンバ１０内の圧力を、従来は困難であった８００ｍＴｏｒｒよりも高い圧力を含めた、１０ｍＴｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ又はそれ以上の幅広い圧力帯に制御できる。これにより、基板処理システム１にて実行される処理に応じて適切な圧力制御を行うことができ、様々な処理を効率的かつ的確に行うことができる。
チャンバ１０内の圧力は、エッチング処理、成膜処理及びアッシング処理等のウェハＷへの処理やチャンバクリーニング等の所定の処理の種類に応じてレシピに設定された圧力に制御される。
つまり、制御部２００は、次工程に応じて、図２（ｂ）のガスの流れＧ１に示す、第１の排気ラインＬ１から排気を行う低圧制御工程と、図２（ｃ）のガスの流れＧ２に示す、第２の排気ラインＬ２から排気を行う高圧制御工程とを切り替える。これにより、チャンバ１０内の圧力を８００ｍＴｏｒｒ以下に低圧制御したり、８００ｍＴｏｒｒよりも高圧に制御したりすることができる。
本実施形態では、第２の管８０において第２のＡＰＣバルブ８７及びドライポンプ８５の間であって第１の管８１との連結部Ｃよりも第２のＡＰＣバルブ８７側の管内の圧力をＰ２とし、チャンバ１０内の圧力をＰ１とする。
図２（ｂ）の低圧制御から図２（ｃ）の高圧制御に切り替える場合、制御部２００は次の制御を行った後、切替制御を行うことが好ましい。すなわち、制御部２００は、切り替えを行う前に圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも小さいかを判定する。圧力Ｐ１は、圧力センサＣＭ１及び／又は圧力センサＣＭ２により測定され、圧力Ｐ２は、圧力センサＣＭ３により測定される。制御部２００は、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも小さいと判定した場合、第１の排気ラインＬ１から排気を行う低圧制御から、第２の排気ラインＬ２から排気を行う高圧制御へ切り替える。これにより、第２の管８０からチャンバ１０側へガスが逆流することを抑制できる。一方、制御部２００は、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも大きいと判定した場合、第２のアイソレートバルブ８６を閉鎖した上で第２のＡＰＣバルブ８７を用いて、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも小さくなるように調整する。
なお、低圧制御から高圧制御への切り替えでは、チャンバ１０内に供給するガス流量、チャンバ１０の容積及び設定圧力によっては昇圧にかなりの時間を要する場合がある。このような場合、チャンバ１０に処理ガスを所定圧力で貯留可能なタンク６７を接続し、高圧制御の開始時に、ガス供給部６６及びタンク６７からチャンバ１０内に処理ガスを供給して、チャンバ１０を昇圧してもよい。あるいは、チャンバ１０の圧力が高圧制御における制御圧力に達するまで又は制御圧力に達する直前まで、ガス供給部６６から供給される処理ガスのガス流量を、制御圧力に達した後の処理ガスのガス流量よりも多くして、チャンバ１０内を昇圧してもよい。さらに、これらの処理を同時に行ってもよい。いずれの場合も、チャンバ１０内を高圧制御における制御圧力に達するまでの時間を短縮することができる。図１では、ガス供給管６４から分岐したバイパスガスライン６５にタンク６７を設け、低圧制御と高圧制御とを切り替える際にバルブ６９の開閉を制御して、ガス供給部６６及びタンク６７からチャンバ１０内に処理ガスを供給する例を示すが、これに限られない。例えば、バイパスガスライン６５はガス供給管６４から分岐せず、シャワーヘッド３４にガスを供給可能な別ラインであってもよい。
［基板処理方法］
次に、制御部２００が圧力制御装置１８０を用いて行う基板処理方法の一例について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、一実施形態に係る基板処理方法の一例を示す図である。図４は、一実施形態に係る基板処理方法の具体的なフローの一例を示す図である。本実施形態に係る基板処理方法は、制御部２００により圧力制御装置１８０を動作させることによって基板処理システム１のチャンバ１０内の圧力を制御する。なお、スタート時（初期状態）には、第１のＡＰＣバルブ８２及び第１のアイソレートバルブ８４は開放されており、第２のＡＰＣバルブ８７及び第２のアイソレートバルブ８６は閉鎖されている。
本処理が開始されると、まず、制御部２００は、圧力センサＣＭ１及び／又は圧力センサＣＭ２を用いてチャンバ１０内の圧力Ｐ１を測定し、チャンバ１０内が高真空であるか否かを判定する（ステップＳ１）。測定の結果、チャンバ１０内が高真空でないと判定した場合、制御部２００は、圧力制御装置１８０を用いてチャンバ１０内を高真空状態まで減圧する（ステップＳ２）。例えば、チャンバ１０内が大気圧から低真空の状態にある場合には、制御部２００は、粗引き後に真空引きを行うことでチャンバ１０内を高真空状態まで減圧する。一方、チャンバ１０内が中真空状態にあると判定した場合には、粗引きを行わずに真空引きすることで高真空状態まで減圧する。ステップＳ２を実行後、再度ステップＳ１を実施する。
ステップＳ１でチャンバ１０内が高真空であると判定されると、制御部２００は、ウェハＷをチャンバ１０内に搬入し、載置台１７に載置する（ステップＳ３）。次に、制御部２００は、所定のガスをチャンバ１０内に供給する（ステップＳ４）。
次に、制御部２００は、レシピに基づき、次に行う処理が低圧制御する処理か、又は高圧制御する処理かを判定する（ステップＳ５）。制御部２００は、第１の処理を行う場合、低圧制御と判定し、第２の処理を行う場合、高圧制御と判定する。
例えば、エッチング工程や成膜工程等の第１の処理を実行する場合、８００ｍＴｏｒｒ以下、より好ましくは１０ｍＴｏｒｒ〜８００ｍＴｏｒｒの低圧領域を使用してウェハＷにエッチング等のプラズマ処理を行う。一方、クリーニング工程やアッシング工程等の第２の処理を実行する場合、８００ｍＴｏｒｒ以上、より好ましくは１Ｔｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒ（２６６Ｐａ）の高圧領域を使用してプラズマ処理を行う。これにより、第１の処理及び第２の処理の実行時に、エッチングレートやクリーニングレート等、処理のレートが高く効率的な処理を実行できる。
よって、次に行う工程が第１の処理の場合には図４のステップＳ６５に進み、低圧制御を実行する。一方、次に行う工程が第２の処理の場合にはステップＳ６３に進み、高圧制御を実行する。なお、第１の処理の一例であるエッチング工程から第２の処理の一例であるクリーニング工程に移行するとき、ウェハＷの搬出後、圧力制御装置１８０の各バルブの開閉を切り替える。また、第１の処理の一例であるエッチング工程から第２の処理の一例であるアッシング工程に移行するとき、圧力制御装置１８０の各バルブの開閉を切り替える。次のウェハＷが搬入される度に、この切り替え制御が繰り返し実行される。
図３のステップＳ５において、制御部２００は、低圧制御すると判定した場合、第１のＡＰＣバルブ８２及び第１のアイソレートバルブ８４を開放し（ステップＳ６５）、第２のＡＰＣバルブ８７及び第２のアイソレートバルブ８６を閉鎖する（ステップＳ６６）。この状態で、ターボ分子ポンプ８３は、ドライポンプ８５と協働して第１の排気ラインＬ１からチャンバ１０内のガス等を排気し、第１のＡＰＣバルブ８２の弁体の開度を制御することでチャンバ１０内を８００ｍＴｏｒｒ以下に低圧制御する。次に、制御部２００は、レシピに基づき所定の処理を行う（ステップＳ７）。なお、低圧制御の開始時において、チャンバ１０内が大気圧から低真空状態にある場合には、予め粗引きを行い、チャンバ内を中真空状態まで減圧し（ステップＳ６１〜ステップＳ６４）た後、ステップＳ６５、Ｓ６６の処理を行う。
一方、制御部２００は、図３のステップＳ５において高圧制御すると判定した場合、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも小さいかを判定する（ステップＳ６１）。制御部２００は、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも大きいと判定した場合、第２のアイソレートバルブ８６を閉鎖した上で第２のＡＰＣバルブ８７を用いて、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも小さくなるように調整する（ステップＳ６２）。この際、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも小さくなるように調整する時間を短縮するため、ガス供給部６６のほか、上述したタンク６７からクからチャンバ１０内に処理ガスを供給してP１の圧力を高くしてもよい。その後、ステップＳ６１に戻り、制御部２００は、再度、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも小さいかを判定する。
制御部２００は、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも小さいと判定した場合、第１のＡＰＣバルブ８２及び第１のアイソレートバルブ８４を閉鎖する（ステップＳ６３）。また、第２のＡＰＣバルブ８７及び第２のアイソレートバルブ８６を開放する（ステップＳ６４）。この状態で、ドライポンプ８５は、第２の排気ラインＬ２からチャンバ１０内のガス等を排気し、第２のＡＰＣバルブ８７の弁体の開度を制御することでチャンバ１０内を８００ｍＴｏｒｒよりも高い圧力に高圧制御する。次に、制御部２００は、レシピに基づき所定の第２の処理を行う（ステップＳ７）。
第１の処理又は第２の処理後、制御部２００は、レシピに基づき次工程の有無を判定する（ステップＳ８）。図３に示すように、制御部２００は、次工程がないと判定すると、ウェハＷをチャンバ１０から搬出した後（ステップＳ９）、クリーニングを実行するか否かを判定する（ステップＳ１０）。例えば、制御部２００は、処理したウェハＷの枚数や処理時間に応じてクリーニングを実行するか否かを判定する。制御部２００は、クリーニングを実行しないと判定した場合、ステップＳ３に戻り、新たに搬入したウェハＷに対して所定の処理を実行する。一方、制御部２００は、クリーニングを実行すると判定した場合、ステップＳ６１〜ステップＳ６４と同様のフローでチャンバ内を高圧制御に制御した後（ステップＳ１１）、クリーニングを実行する（ステップＳ１２）。なお、クリーニングを実行する際に、必要に応じてチャンバ１０内にダミーウエハを搬入してもよい。
クリーニングの実行後、制御部２００は、次に処理するウェハＷの有無を判定する（ステップＳ１３）。制御部２００は、次に処理するウェハＷがあると判定した場合、ステップＳ３に戻り、新たに搬入したウェハＷに対して所定の処理を実行する。一方、制御部２００は、次に処理するウェハＷがないと判定した場合、処理を終了する。
以上に説明したように、本実施形態の基板処理方法によれば、通常のウェハ処理において使用する低圧領域（８００ｍＴｏｒｒ以下）よりも高圧領域（８００ｍＴｏｒｒ以上）を使用して、クリーニング工程等の特定の処理（第２の処理）を実行する。例えば、エッチング処理の後にクリーニング処理を行う場合には、低圧領域のガスラインである第１の排気ラインＬ１から高圧領域のガスラインである第２の排気ラインＬ２に排気ラインを切り替え、チャンバ１０内を低圧制御から高圧制御にする。これにより、圧力制御範囲を広げ、処理に応じて適切な圧力制御を行うことができる。
今回開示された一実施形態に係る基板処理方法、圧力制御装置及び基板処理システムは、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
例えば、上記実施形態における基板処理方法において、高圧制御で行う第２の処理の一例としてアッシング工程及びクリーニング工程を挙げて説明したが、これに限られない。高圧制御は、例えば１Ｔｏｒｒ以上の高圧領域において、プラズマを使用せずに、ガスを大流量で供給してチャンバ内のパーティクルを剥離させる特定のクリーニング工程にも使用できる。
このクリーニング工程では、例えば、Ｎ２ガスを１０００ｓｃｃｍ以上の大流量に制御してチャンバ１０内に供給し、チャンバ１０内に衝撃波を発生させ、その衝撃波によってチャンバ１０内のパーティクルを剥離させる。８００ｍＴｏｒｒ以下は分子流領域であるため、パーティクルを剥離させることは難しい一方、１Ｔｏｒｒ以上は粘性流領域であるため、分子流領域よりもパーティクルを剥離させることが容易になる。以上から、高圧制御は、このようにプラズマは使用せずに、ガスを大流量で供給してチャンバ内のパーティクルを剥離させるクリーニング工程においても好適である。
本開示の基板処理システムは、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP),Inductively Coupled Plasma(ICP),Radial Line Slot Antenna(RLSA),Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR),Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。
１ …基板処理システム
１０…チャンバ
１６…電極プレート
１７…載置台（下部電極）
２４…エッジリング
３４…シャワーヘッド（上部電極）
４８…第１の高周波電源
６６…ガス供給部
８０…第２の管
８１…第１の管
８２…第１のＡＰＣバルブ
８３…ターボ分子ポンプ
８４…第１のアイソレートバルブ
８５…ドライポンプ
８６…第２のアイソレートバルブ
８７…第２のＡＰＣバルブ
９０…第２の高周波電源
１８０…圧力制御装置
２００…制御部

Claims (11)

  1. チャンバと、前記チャンバに処理ガスを供給するガス供給部と、第１の排気ラインと、第２の排気ラインとを備え、
    前記第１の排気ラインは、一端が前記チャンバに接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置された第１の排気装置と、前記第１の管において前記チャンバ及び前記第１の排気装置の間に配置された第１の圧力制御器と、前記第１の管の他端に接続された第２の排気装置と、前記第１の管において前記第１の排気装置及び前記第２の排気装置の間に配置された第１の遮蔽バルブと、を有し、
    前記第２の排気ラインは、一端が前記チャンバに接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された第２の遮蔽バルブと、前記第２の管の他端に接続された前記第２の排気装置と、前記第２の管において前記第２の遮蔽バルブ及び前記第２の排気装置の間に配置された第２の圧力制御器と、を有する、
    基板処理システムにおける基板処理方法であって、
    （ａ）前記ガス供給部により前記チャンバ内に処理ガスを供給する工程と、
    （ｂ）前記第１の遮蔽バルブ及び前記第１の圧力制御器を開放し、前記第２の遮蔽バルブ及び前記第２の圧力制御器を閉鎖し、前記チャンバ内の圧力を前記第１の圧力制御器によって制御しながら、前記第１の排気装置及び前記第２の排気装置によって前記第１の排気ラインから排気を行うことにより、前記チャンバ内を低圧に制御する工程と、
    （ｃ）前記第１の遮蔽バルブ及び前記第１の圧力制御器を閉鎖し、前記第２の遮蔽バルブ及び前記第２の圧力制御器を開放し、前記チャンバ内の圧力を前記第２の圧力制御器によって制御しながら、前記第２の排気装置によって前記第２の排気ラインから排気を行うことにより、前記チャンバ内を高圧に制御する工程と、
    （ｄ）前記（ｂ）と、前記（ｃ）とを切り替える工程と、
    を有する基板処理方法。
  2. 前記（ａ）の前に、前記チャンバ内の圧力を測定する工程を備える、請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記（ｃ）の前に、前記チャンバ内の圧力Ｐ１と、前記第２の管内における前記第２の圧力制御器よりも前記第２の排気装置側の圧力Ｐ２と前記チャンバ内の圧力Ｐ２とを測定する工程を備え、
    前記圧力Ｐ２が前記圧力Ｐ１よりも小さい場合に、前記（ｃ）を実行する、
    請求項１又は２に記載の基板処理方法。
  4. 前記（ｂ）の後に第１の処理を実行し、前記（ｃ）の後に第２の処理を実行する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  5. 前記第１の処理はエッチング処理又は成膜処理であり、前記第２の処理はアッシング処理又はクリーニング処理である、請求項４に記載の基板処理方法。
  6. 前記（ｂ）では、前記チャンバ内の圧力を８００ｍＴｏｒｒ以下に制御し、
    前記（ｃ）では、前記チャンバ内の圧力を８００ｍＴｏｒｒよりも高く制御する、
    請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  7. 前記（ｃ）では、前記チャンバ内の圧力を１Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒの範囲に制御する、
    請求項６に記載の基板処理方法。
  8. 前記処理ガスを所定圧力で貯留可能なタンクをさらに備え、
    前記（ｄ）において、前記（ｂ）から前記（ｃ）に切り替える際に、前記ガス供給部及び前記タンクから前記チャンバ内に前記処理ガスを供給して、前記チャンバ内を昇圧する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  9. 前記（ｄ）において、前記（ｂ）から前記（ｃ）に切り替える際に、前記（ｂ）の制御圧力に達するまで又は制御圧力に達する直前まで、前記ガス供給部から供給される前記処理ガスのガス流量を、前記制御圧力に達した後の処理ガスのガス流量よりも多くして、前記チャンバ内を昇圧する、請求項１〜８に記載の基板処理方法。
  10. チャンバと、前記チャンバに処理ガスを供給するガス供給部と、第１の排気ラインと、第２の排気ラインとを備え、
    前記第１の排気ラインは、一端が前記チャンバに接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置された第１の排気装置と、前記第１の管において前記チャンバ及び前記第１の排気装置の間に配置された第１の圧力制御器と、前記第１の管の他端に接続された第２の排気装置と、前記第１の管において前記第１の排気装置及び前記第２の排気装置の間に配置された第１の遮蔽バルブと、を有し、
    前記第２の排気ラインは、一端が前記チャンバに接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された第２の遮蔽バルブと、前記第２の管の他端に接続された前記第２の排気装置と、前記第２の管において前記第２の遮蔽バルブ及び前記第２の排気装置の間に配置された第２の圧力制御器と、を有し、
    （ａ）前記ガス供給部により前記チャンバ内に処理ガスを供給する工程と
    （ｂ）前記第１の遮蔽バルブ及び前記第１の圧力制御器を開放し、前記第２の遮蔽バルブ及び前記第２の圧力制御器を閉鎖し、前記チャンバ内の圧力を前記第１の圧力制御器によって制御しながら、前記第１の排気装置及び前記第２の排気装置によって前記第１の排気ラインから排気を行うことにより、前記チャンバ内を低圧に制御する工程と、
    （ｃ）前記第１の遮蔽バルブ及び前記第１の圧力制御器を閉鎖し、前記第２の遮蔽バルブ及び前記第２の圧力制御器を開放し、前記チャンバ内の圧力を前記第２の圧力制御器によって制御しながら、前記第２の排気装置によって前記第２の排気ラインから排気を行うことにより、前記チャンバ内を高圧に制御する工程と、
    （ｄ）前記（ｂ）と、前記（ｃ）とを切り替える工程と、
    を含む処理を実行する、圧力制御装置。
  11. 請求項１０記載の圧力制御装置を備えた基板処理システム。
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