JP3982670B2 - Operation control method and apparatus for plasma reactor system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶デバイスや半導体デバイスの製造に好適なプラズマ反応炉システムの運転制御方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部とを有するプラズマ反応炉システムは、従来より知られている。
【0003】
この種のプラズマ反応炉システムを利用した半導体デバイスや液晶ディスプレイデバイスの製造プロセスにおいては、プラズマ反応処理開始時並びに終了時のいずれにおいても、反応炉内ガスの濃度並びに圧力が整定するまで、ある程度の待ち時間が必要とされている。
【0004】
すなわち、プラズマ反応処理を開始する際には、不活性ガスからプロセスガスへと切り替えてプロセスガスを供給開始したのち、プロセスチャンバ(反応炉)内のガス濃度並びに圧力が目的とする値に整定するまで、プラズマ電源を投入して処理を開始することができない。ガス濃度や圧力が整定するのを待たずにプラズマ電源を投入すると、工程時間は短縮できるが、ガス濃度や圧力の不安定さにより製品精度・品質の低下が招来される。
【0005】
同様に、プラズマ反応処理を終了する際には、プラズマ電源を遮断、プロセスガスから不活性ガスに切り替えてプロセスガスを供給停止しても、プロセスチャンバ(反応炉)内のガス濃度並びに圧力が目的とする値に整定するまで、次工程のための処理(例えば、プロセスチャンバのドアを開けて処理対象物である半導体基板等取り出す処理)を行うことができない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この種のプラズマ反応炉システムにおけるガス供給部の各ガス種毎の流量調整器としては、従来、温度分布式のものが使用されている。温度分布式の流量調整器は、流量センサにより、質量流量に比例した温度を調整器の上流及び下流でモニタし、その時の温度分布により流体を制御するように構成されている。流体を供給していない時は、上流及び下流の温度分布が発生しないため、流量調整弁が全開となってなっている。そのため、流体供給直後には流量が過剰となり、反応炉内において大きな圧力変動が全体圧並びにガス分圧のいずれにおいても発生し、それらの整定に時間が掛かる。
【0007】
従来のガス供給並びにプラズマ電源オンタイミングが図11のグラフに示されている。この例に示されるプロセスは、SiH4,O2,B2H6の3種類のガスを使用して、液晶デバイスや半導体デバイス表面にプラズマ反応処理を行うものである。不活性ガスの流れる時刻0において、3種類のガスを供給開始すると、それらガス全体の総合圧力並びに分圧はいずれも急峻に増加したのち比較的に緩やかな減少に転じ、供給開始から約20秒経過して、設定圧に整定することが判る。
【0008】
このことから判るように、不活性ガスから不活性ガスとプロセスガスとの混合気に切り替えてプロセスガスを供給開始したのち、プロセスチャンバ内ガスの濃度および圧力が整定するまで、プラズマ電源の投入を待たねばならないとすれば、実際のプラズマ反応処理時間とは別に大なる余分な待ち時間が必要となり、工程のTAT(Turn-Around Time)の長大化により生産性が低下する。
【0009】
加えて、上述の待ち時間の間中、プロセスガスは流れ続けるため、プロセスガスの利用効率が低下して、製造コストが上昇する。
【0010】
この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、液晶デバイスや半導体デバイスの生産に必要なプラズマ反応処理プロセスを高い生産性で低コストに実現することが可能なプラズマ反応炉システムの運転制御方法及び装置を提供することにある。
【0011】
この発明の他の目的並びに作用効果については、以下の明細書の記載を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明のプラズマ反応炉システムの運転制御方法は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたのち、瞬時ガス切替部に対して不活性ガスからプロセスガスへの切替指令を与える、ことを特徴とするものである。なお、ここで、『プラズマ発生開始指令』はプラズマ発生器に対する電源投入指令信号の送出などで実現することができる。
【0013】
このような構成によれば、反応炉内に導入されたプロセスガスは直ちにプラズマ化してプラズマ反応処理に寄与するから、プロセスガスの利用効率が向上して、その分製造コストが低下する。加えて、反応処理開始前の待ち時間も大幅に減少させることが可能であるから、工程のTAT(Turn-Around Time)の短縮化により生産性も向上する。
【0014】
別の一面から見たこの発明のプラズマ反応炉システムの運転制御方法は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、瞬時ガス切替部に対してプロセスガスから不活性ガスへの切替指令を与えたのちに、プラズマ発生部に対してプラズマ発生停止指令を与える、ことを特徴とするものである。なお、ここで、『プラズマ発生停止指令』は、プラズマ発生器に対する電源遮断指令信号の送出などで実現することができる。
【0015】
このような構成によれば、プラズマ反応処理の完了と共に、直ちにプロセスガスの供給を停止し、その後、速やかにプラズマ発生器に対するプラズマ発生停止指令を与えることにより、プラズマ反応に寄与しないプロセスガスが無駄に使用されることを防止して、プロセスガスの利用効率の向上を通じて製造コストの低下を図ることができる。加えて、反応処理終了後の待ち時間も大幅に減少させることが可能であるから、工程のTAT(Turn-Around Time)の短縮化により生産性も向上する。
【0016】
別の一面から見たこの発明のプラズマ反応炉システムの運転制御方法は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、プラズマ発生部に対するプラズマ発生開始指令と、瞬時ガス切替部に対する不活性ガスからプロセスガスへの切替指令とを、ほぼ同時に与える、ことを特徴とするものである。
【0017】
このような構成によれば、供給されたプロセスガスは直ちにプラズマ反応処理に寄与することに加え、プラズマ反応処理開始に際して、電力が無駄に消費されることがなく、これにより生産性の向上とプロセスガスの節減に加えて、電力エネルギーの節減を通じて、低コスト化を極限まで追求することができる。
【0018】
別の一面から見たこの発明のプラズマ反応炉システムの運転制御方法は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、プラズマ発生部に対するプラズマ発生停止指令と、瞬時ガス切替部に対するプロセスガスから不活性ガスへの切替指令とを、ほぼ同時に与える、ことを特徴とするものである。
【0019】
このような構成によれば、電力が絶たれてプラズマ反応処理が終了と共に、プロセスガスの供給も停止されるため、プロセスガスが無駄に消費されることがなく、これにより生産性の向上とプロセスガスの節減に加えて、電力エネルギーの節減を通じて、低コスト化を極限まで追求することができる。
【0020】
別の一面から見た本発明のプラズマ反応炉システムの運転制御方法は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御方法であって、プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたのち、瞬時ガス切替部に対してプロセスガス切替指令を与えることにより、プラズマ発生部を作動させたままの状態で、プロセスガスの切替を行う、ことを特徴とするものである。
【0021】
このような構成によれば、複数種のプロセスガスを順次に間隔を置くことなく切り替えてプラズマ反応処理を行わせることにより、処理対象となる基板等の上に、性質の異なる複数の膜を短時間で積層成長させることができる。
【0022】
本発明のプラズマ反応炉システムの運転制御装置は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたのち、瞬時ガス切替部に対して不活性ガスからプロセスガスへの切替指令を与える、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とする。
【0023】
別の一面から見た本発明のプラズマ反応炉システムの運転制御装置は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、瞬時ガス切替部に対してプロセスガスから不活性ガスへの切替指令を与えたのちに、プラズマ発生部に対してプラズマ発生停止指令を与える、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするものである。
【0024】
別の一面から見た本発明のプラズマ反応炉システムの運転制御装置は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、プラズマ発生部に対するプラズマ発生開始指令と、瞬時ガス切替部に対する不活性ガスからプロセスガスへの切替指令とを、ほぼ同時に与える、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするものである。
【0025】
別の一面から見た本発明のプラズマ反応炉システムの運転制御装置は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、プラズマ発生部に対するプラズマ発生停止指令と、瞬時ガス切替部に対するプロセスガスから不活性ガスへの切替指令とを、ほぼ同時に与える、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするものである。
【0026】
別の一面から見た本発明のプラズマ反応炉システムの運転制御装置は、液晶デバイスや半導体デバイス等の処理対象物が装入される反応炉と、反応炉内のガスを励起させてプラズマを生成するためのプラズマ発生部と、反応炉内へのガス供給を行うガス供給部と、反応炉からのガス排気を行うガス排気部と、ガス供給部の動作とガス排気部の動作とを連動させて制御することにより、反応炉内のガスを瞬時に所望のガス種とその濃度並びに圧力に切り替える瞬時ガス切替部と、を有するプラズマ反応炉システムの運転制御装置であって、プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたたのち、瞬時ガス切替部に対してプロセスガス切替指令を与えることにより、プラズマ発生部を作動させたままの状態でプロセスガスの切替を行う、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするものである。
【0027】
以上の運転制御装置によれば、先に説明した運転制御方法をコンピュータやPLC等を用いて自動的に実施することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るプラズマ反応炉システム、並びに、同システムの運転制御方法及び装置の好適な実施の一形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明システムの構成例が図1に示されている。同図に示されるように、本発明に係るプラズマ反応炉システムは、プロセス処理反応であるプラズマ反応を実施するためのプロセスチャンバ(反応炉)1と、プロセスチャンバ1に対して瞬時のガス切り替えを可能とするガスシステムである瞬時ガス切替部3と、プロセスチャンバ1内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生部2と、ガス供給/停止およびプラズマ電源オン/オフの実行タイミングを指示するプラズマ/ガス・タイミング指示部4とから構成される。
【0029】
プロセスチャンバ1では、瞬時ガス切替部3より供給されたプロセスガスをプロセスチャンバ1内の基板(ウェーハ、ガラス基板など)に反応させて、成膜やエッチング等を実行する。プラズマ発生部2によりプロセスチャンバ1内にプラズマを発生させてプロセスガスに励起エネルギーを与え、(比較的)低温でのプロセス処理反応を実現する。
【0030】
瞬時ガス切替部3は、ガス供給・排気連動制御部33と、ガス供給部(図では1種類のガスにのみ対応するように描かれているが、実際には各種類のガス毎に設けられる)31と、ガス排気部32とからなる。ガス供給部31は、例えば図2に示されるように、圧力制御型流量制御器311とバルブ312とから構成され、供給ガスの選択および供給量を制御する。
【0031】
圧力制御型流量制御器311は、例えば図3に示されるように、圧力計測部52と、制御弁51と、オリフィス54とから構成される。圧力計測部52の計測信号は増幅回路55にて増幅されたのち、流量演算部56にて対応する流量検出信号に変換される。この流量検出信号は比較制御回路57にて流量設定信号と比較され、それらの偏差信号が求められる。バルブ駆動回路58はその偏差信号が減少する方向へと制御弁51の開度を制御する。
【0032】
この圧力制御型流量制御器5は、上流の圧力P1が下流の圧力P2の2倍以上であれば流体は音速域になり上流側の圧力に比例する、という原理を利用したもので、上流の圧力P1を調整することにより流量を制御するため、ガス供給直後でも目標通りのガス流量が瞬時に供給可能である。そして、バルブ312の開閉により供給ガスの選択を行う。つまり、図2に示される圧力制御型流量制御器311及びストップバルブ312が各ガス種毎に設けられている。
【0033】
ガス排気部32は、例えば図2に示されるように、パージポートを有する排気ポンプ322と、圧力制御型流量制御器321とから構成される。排気ポンプ322はポンプ内部への反応性ガスの吸着や反応を防止するためにパージポートより不活性なパージガスを取り込み、同時に排気する構造になっている。この場合、チャンバからの流量とパージポートからの流量の合計がポンプの排気速度(流量)となる。内部で高速回転を行っているポンプ322の排気速度を瞬時に変化させることは不可能であるが、圧力制御型流量制御器321により、このパージガス流量を瞬時に変化させることで、チャンバからの排気速度を瞬時に変化させることを可能にしている。
【0034】
ガス供給・排気連動制御部33は、例えば図2に示されるように、中央処理装置331と、主記憶装置332と、外部インタフェース334とからなる。必要に応じて外部記憶装置333が付加される。主記憶装置332は、ガス供給・排気タイミング制御プログラムを保持し、中央処理装置331によって、ガス供給・排気タイミング制御プログラムが実行される。これにより、外部インタフェース(例えばI/O、シリアル通信、フィールドネットワークなど)334あるいは主記憶装置332から、プロセスガス供給/停止の指示を受け取り、ガス供給・排気を連動させてプロセスチャンバ内の瞬時ガス切り替えが行われる。
【0035】
これは、例えば図4に示されるように、ガス供給開始時にガス供給量を一時的に目標形状でオーバーシュートさせて(図4(a)参照)、プロセスチャンバ内のガス濃度を急峻に目標値まで変化させるとともに(図4(b)参照)、それにより上昇するプロセスチャンバ内のガス圧力を、ガス配管長などを考慮した時間遅れΔtをもって、プロセスチャンバのガス排気速度を一時的に上げることで(図4(e)参照)、一定に保つことにより行うものである。
【0036】
以上のような構成により、瞬時ガス切替部3では、プロセスチャンバ1に対してガスの供給および排気を連動して行いプロセスチャンバ1内のガス種とその濃度、および圧力を制御する。なお、斯かる瞬時ガス切替部3の構成は、本願発明者である大見忠弘氏等により発明されたもので、既に、特開平2000−200780公報によって詳細に開示されている。
【0037】
プラズマ発生部2(21)は、例えば図5(a)に示されるように、平行平板型電極(プラズマ励起電極212と電極213とで構成される)と、それに高周波電力を供給する高周波電源214と、プロセスガス等を供給するシャワープレート215と、それらを収容するチャンバ211とにより構成される。供給されたプロセスガスに平行平板電極により高周波電力を印加することで、プロセスガスは励起されプラズマ状態となる。また、高周波電力を利用する代わりに、同図(b)に示されるように、マイクロ波駆動回路217で駆動されるマイクロ波アンテナ216からマイクロ波を発生させて、マイクロ波をチャンバ211内に放射してプロセスガスを励起するといった方法もある。これらのような方法でプロセスガスを励起させることで、プロセスガスをシリコン基板やガラス基板等の処理対象物Mと反応しやすくする。
【0038】
以上のような構成により、プラズマ電源(高周波電源214あるいはマイクロ波駆動回路217)をオンオフすることにより、プラズマ発生/停止を制御することができる。
【0039】
プラズマ/ガス・タイミング指示部4は、例えば図6に示されるように、主記憶装置42と、中央処理装置41と、外部インタフェース46とから構成され、必要により、入力装置44と、表示装置45と、外部記憶装置43とが付加される。主記憶装置42はタイミング実行指示プログラムおよびタイミング情報の保持を行い、中央処理装置41においてタイミング実行指示プログラムが実行される。このときタイミング情報を基にプラズマ電源のオンオフ指示、プロセスガスの供給/停止指示を、外部インタフェース(例えばI/O、シリアル通信、フィールドネットワークなど)46を通して、プラズマ発生部2および瞬時ガス切替部3に伝える。タイミング情報およびタイミング指示プログラムの外部からの入力は、入力装置(例えばキーボード、プログラミングコンソール、ハンディターミナルなど)44あるいは外部インタフェース46により行われ、主記憶装置42に保持されるか、あるいは一旦外部記憶装置(例えばハードディスク、シリコンディスク、メモリカード、磁気ディスクなど)43に保持されたのちに、主記憶装置42に読み込まれることにより使用される。表示装置(例えばディスプレイなど)45は、必要に応じて保持されているタイミング情報を表示し設定値の確認に使用する。
【0040】
プラズマガスタイミング指示部4とガス供給・排気連動制御部33とは物理的には同一の装置であってもよい。その場合は、中央処理装置331と中央処理装置41、主記憶装置332と主記憶装置42等が共用され、プロセスガスの供給/停止指示は、プロセスガスタイミング指示部として働くプログラムからガス供給・排気連動制御部として働くプログラムへ主記憶装置を介したデータの提供として実現することができる。
【0041】
以上のような構成により、プラズマ/ガス・タイミング指示部4では、プラズマ電源のオンオフおよびガスの供給/停止の実行タイミング(実行シーケンス)を指示(指令)して、プラズマおよびガスの制御を行いプロセス処理を進める。
【0042】
以下、指示タイミング(プラズマ発生開始並びに停止指令、ガス供給開始並びに終了指令)について図7及び図8を参照して説明する。図7(a)に示されるように、従来の運転制御方法にあっては、プロセスガスを供給開始(不活性ガスからプロセスガスへの切替)した後に(ステップ710)、プロセスチャンバ内のプロセスガスの濃度および圧力が目標値に安定するのを待ってから、プラズマ電源をオンさせてプロセス処理反応を開始する(ステップ711)。そして、プロセス処理反応終了時には、プラズマ電源をオフしてプロセス処理反応を終了し(ステップ712)、その後にプロセスガスを供給停止(プロセスガスから不活性ガスへの切替)して(ステップ713)、プロセスチャンバ内のガス濃度および圧力が目標値に安定するまで、次工程のための処理(例えば、プロセスチャンバのドアを開けて基板を取り出すなど)を行わずに待つ。この場合、チャンバ内のガス濃度および圧力の安定を待つ時間は何の処理も行われない無駄な時間となっている。
【0043】
これに対して、本発明では図7(b)に示されるように、プロセスチャンバにおいてプラズマ電源をオンした後に(ステップ720)、プロセスガスを供給開始(不活性ガスからとプロセスガスへの切替)する(ステップ721)。そしてプロセス終了時にはプロセスガスを供給停止(プロセスガスから不活性ガスへの切替)してから(ステップ722)、プラズマ電源をオフする(ステップ723)。従来と異なり、これが可能であるのは、瞬時ガス切替部3により、プロセスチャンバ1内でガス濃度は瞬時に目的値まで達して安定し、ガスを供給した瞬間からプロセス処理を実行することが可能であるためである。このとき、プロセスガスの供給開始(不活性ガスからプロセスガスへの切替)とプラズマ電源オンをほぼ同時に行ってもよく、同様にプロセスガスの供給停止(プロセスガスから不活性ガスへの切替)とプラズマ電源オフとをほぼ同時に行ってもよい。ここで、プロセスガスは、材料ガス(プロセスによって生成される膜等の材料となるガス)と不活性ガスとの混合気である場合もあるし、材料ガスのみである場合もある。
【0044】
以下、本発明によるプラズマ反応プロセスの一実施例を説明する。図5(b)のマイクロ波方式のプラズマ発生装置を使用して、プラズマ励起CVDによりBSG膜(ホウ素シリケードガラス膜)を成膜する。チャンバ容量は1リットル、チャンバ内ガス流量は合計100cc/minで、ガス種はプロセスガス種をSiH4,O2,B2H6、パージガスを不活性ガスであるArとした。定常状態におけるSiH4,O2,B2H6の濃度比はそれぞれ30,50,20%を目標値とした。また、プロセスチャンバ内目標圧力を2Torr、プラズマ発生用マイクロ波は2.45GHz、基板温度は400℃、プロセス処理反応時間は30秒とした。
【0045】
図8は本発明の運転制御方法によるプロセス処理の開始時におけるガス供給、プラズマ電源オン、プロセス処理反応開始時間の相互関係を示した図、図11は従来の運転制御方法によるプロセス処理の開始時におけるガス供給、プラズマ電源オン、プロセス処理反応開始時間の相互関係を示した図である。
【0046】
図11に示されるように、プロセスガス供給開始(不活性ガスからプロセスガスへの切替)後にプラズマ電源をオンにする従来の運転制御方法の場合には、プロセスガス供給開始後、ガス濃度、圧力が整定する時間(約20秒)を待ってから、プラズマ電源をオンにして、プロセス処理反応を開始する(図7(a)参照)。また、待ち時間中に供給されたプロセスガスは、プロセス処理反応に一切使用されずにプロセスチャンバから排気される。
【0047】
図8に示されるように、本発明の運転制御方法の場合には、先ずプラズマ電源をオンにしその後、プロセスガスを供給開始(不活性ガスからプロセスガスへの切替)する。これによりプロセスガス供給開始直後からプロセス処理反応が行われる。
【0048】
プロセスガス濃度はステップ状に変化し、1秒前後又は2秒以内に(すなわち、瞬時に)目標値に整定している。この整定時間はプロセスガス濃度の過渡状態に起因する成膜の不規則さがプロセスの目的に応じて許容範囲に収まる程度の短さであればよい。プラズマ電源のオンとプロセスガスの供給開始はほぼ同時(例えば、プロセスガス濃度の変化開始から整定までの間にプラズマオンする等)にしてもよい。
【0049】
以上のように、従来方法ではプロセス処理反応時間30秒に対し、プロセス処理反応開始の待ち時間が20秒と高比率であったが、本発明方法では待ち時間が0となり飛躍的に工程時間が短縮されるとともに、待ち時間中に供給されるプロセスガスが不要となるためプロセスガスの有効利用が可能となる。
【0050】
次に、SiO2膜生成プロセスに適用された本発明の運転制御方法の他の一実施形態を、図9及び図10を参照しながら詳細に説明する。この実施形態の特徴は、プラズマ発生器として図5(b)に示されるマイクロ波方式のものを使用すると共に、プラズマ電源を投入した状態のままで、ガスの切り替えを行う点にある。
【0051】
すなわち、図9のタイムチャートに示されるように、この実施形態の運転制御方法にあっては、先ず、プラズマ電源を遮断し、圧力1Torrで不活性ガスであるアルゴンガス(Ar)を流した炉内パージ状態から、時刻(0秒)において、アルゴンガス(Ar)からクリプトンガス(Kr)へのガス切替を行ない、さらにその10秒後である時刻(10秒)において、プラズマ着火(プラズマ発生装置の電源投入)を行う。すると、発生したクリプトンプラズマにより、所謂プラズマクリーニング処理が行われて、処理対象物である炉内シリコンウェーハ表面の無用な水素原子(水素終端)が次第に除去される。
【0052】
さらに、30秒後である時刻(40秒)になると、プラズマ電源を投入した状態のままで、不活性ガスであるクリプトンガス(Kr)から不活性ガスとプロセスガスとの混合気である酸素混入クリプトンガス(Kr/O2:97対3)へのガス切替が行われて成膜プロセスが開始され、シリコンウェーハの表面には二酸化珪素膜(SiO2)が次第に生成される。
【0053】
さらに、約30〜50秒後である時刻(70〜90秒)になると、プラズマ電源を投入した状態のままで、酸素混入クリプトンガス(Kr/O2:97対3)からクリプトンガス(Kr)へのガス切替が行われて、成膜プロセスは終了する。
【0054】
その後、約16秒程度が経過すると、プラズマ断火(プラズマ発生装置の電源遮断)が行われ、僅かに遅れて、クリプトンガス(Kr)からパージ用のアルゴンガス(Ar)へのガス切替が行われる。以後、以上の動作が繰り返される。
【0055】
クリプトンプラズマ暴露前と同プラズマ暴露後におけるシリコン表面終端水素の残存変化を説明するための赤外分光器での測定結果を示すグラフが図10に示されている。同図から明らかなように、クリプトンプラズマ(Kr)の暴露時間が1秒、10秒、30秒と増加するにつれて、所謂プラズマクリーニング作用により、シリコン表面の残存水素(終端水素)が減少することが確認された。
【0056】
なお、上の例では、プラズマ電源を投入した状態のままで、不活性ガスであるクリプトンガス(Kr)から不活性ガスとプロセスガスとの混合気である酸素混入クリプトンガス(Kr/O2:97対3)へのガス切替が行われて、プラズマクリーニング処理に続いて、成膜プロセスが開始されるように構成したが、これは本発明の一例に過ぎないものと理解されるべきである。すなわち、本発明の運転制御方法にあっては、プロセスガス(A)からプロセスガス(B)への切替をプラズマ電源を投入したままの状態にて行うこともできる。このようなプラズマ発生中のプロセスガス切替が行われると、処理対象となる基板上には、種類の異なる複数種の膜が積層成長されることとなる。
【0057】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、プロセスガス供給開始時においては、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度あるいは圧力が目標値で安定するのを待つ時間が不要であり、ガス供給とほぼ同時にプロセス処理反応を開始することが可能であるため、工程全体の時間を短縮することが可能になる。また従来プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度あるいは圧力が目標値に安定するまで待つ間プロセス処理反応に使用されずに無駄に流されていたプロセスガスが不要となりプロセスガスの利用率を向上することができる。
【0058】
また、本発明の実施形態によれば、プロセスガス供給停止後においても、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度あるいは圧力が目標値で安定するのを待つ時間が不要であり、工程全体の時間の短縮およびプロセスガスの利用率向上が図れる。
【0059】
また、本発明の実施形態によれば、プロセスガス切り替え時においては、異なるプロセス処理を、反応を途中で停止することなく連続して行えるため、工程全体の時間短縮が図れる。
【0060】
さらに、プロセスガス供給前にプラズマを発生させる場合には、ウェーハの汚染源となるプロセスチャンバ内壁や処理対象シリコンウェーハ表面についた不要な原子(膜)を除去するクリーニングができる。さらに、プラズマを発生させたままでガス切替を行うことで、異なる種類の複数の膜を積層成長させることもできるという効果がある。
【0061】
【発明の効果】
以上の実施の形態の説明でも明らかなように、この発明によれば、液晶デバイスや半導体デバイスの生産に必要なプラズマ反応処理プロセスを高い生産性で低コストに実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明システムの構成を示す図である。
【図2】瞬時ガス切替部の構成例を示す図である。
【図3】圧力制御型流量制御器の構成例を示す図である。
【図4】ガス供給・排気連動制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図5】プラズマ発生部の構成例を示す図である。
【図6】タイミング指示部の構成例を示す図である。
【図7】本発明の運転制御方法を従来方法と比較して示すフローチャートである。
【図8】本発明の運転制御方法の一実施例におけるチャンバ内圧力乃至ガス濃度の変化を示すグラフである。
【図9】本発明の運転制御方法の一実施例におけるチャンバ内ガスの切替態様を示すタイムチャートである。
【図10】本発明の運転制御方法の一実施例によるシリコン表面のプラズマクリーニングの結果を評価するためのグラフである。
【図11】従来の運転制御方法におけるチャンバ内圧力乃至ガス濃度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1 プロセスチャンバ
2 プラズマ発生部
3 瞬時ガス切替部
4 プラズマ/ガス・タイミング指示部
5 圧力制御型流量制御器
21 プラズマ発生器
31 ガス供給部
32 ガス排気部
33 ガス供給・排気連動制御部
41 中央処理装置
42 主記憶装置
43 外部記憶装置
44 外部インタフェース
45 表示装置
46 外部インタフェース
51 制御弁
52 圧力計測部
53 ストップバルブ
54 オリフィス
55 増幅回路
56 流量演算回路
57 比較制御回路
58 バルブ駆動回路
211 チャンバ
212 プラズマ励起電極
213 電極
214 高周波電源
215 シャワープレート
216 マイクロ波アンテナ
217 マイクロ波駆動回路
311 圧力制御型流量制御器
312 バルブ
321 圧力制御型流量制御器
322 パージポート付排気ポンプ
331 中央処理装置
332 主記憶装置
333 外部記憶装置
334 外部インタフェース[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an operation control method and apparatus for a plasma reactor system suitable for manufacturing liquid crystal devices and semiconductor devices.
[0002]
[Prior art]
A reaction furnace in which an object to be processed such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, a plasma generation unit for generating plasma by exciting the gas in the reaction furnace, and a gas supply for supplying gas into the reaction furnace Conventionally, a plasma reactor system having a gas exhaust section for exhausting gas from a reactor and a gas exhaust section for exhausting gas from the reactor is known.
[0003]
In the manufacturing process of a semiconductor device or a liquid crystal display device using this kind of plasma reactor system, a certain amount of time is required until the concentration and pressure of the gas in the reactor are stabilized at both the start and end of the plasma reaction process. Wait time is needed.
[0004]
That is, when starting the plasma reaction process, the process gas is started by switching from the inert gas to the process gas, and then the gas concentration and pressure in the process chamber (reactor) are set to the target values. Until the plasma power is turned on, the process cannot be started. If the plasma power supply is turned on without waiting for the gas concentration and pressure to settle, the process time can be shortened, but the instability of the gas concentration and pressure causes a decrease in product accuracy and quality.
[0005]
Similarly, when the plasma reaction process is terminated, the gas concentration and pressure in the process chamber (reactor) are not affected even if the plasma power supply is shut off, the process gas is switched to an inert gas and the process gas supply is stopped. The process for the next process (for example, the process of opening the door of the process chamber and taking out the semiconductor substrate as the processing object) cannot be performed until the value is settled.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, a temperature distribution type is used as a flow rate regulator for each gas type of the gas supply unit in this type of plasma reactor system. The temperature distribution type flow regulator is configured to monitor the temperature proportional to the mass flow rate upstream and downstream of the regulator by a flow sensor, and to control the fluid by the temperature distribution at that time. When no fluid is supplied, the upstream and downstream temperature distributions do not occur, so the flow rate adjustment valve is fully open. For this reason, the flow rate becomes excessive immediately after the fluid supply, and a large pressure fluctuation occurs in both the total pressure and the gas partial pressure in the reactor, and it takes time to settle them.
[0007]
The conventional gas supply and plasma power-on timing are shown in the graph of FIG. The process shown in this example is SiH Four , O 2 , B 2 H 6 The plasma reaction treatment is performed on the surface of the liquid crystal device or the semiconductor device using the three types of gases. When the supply of three types of gases starts at
[0008]
As can be seen from this, after switching the inert gas to the mixed gas of the inert gas and the process gas and supplying the process gas, the plasma power supply is turned on until the concentration and pressure of the gas in the process chamber are stabilized. If it is necessary to wait, a large extra waiting time is required in addition to the actual plasma reaction processing time, and the productivity decreases due to the lengthening of the TAT (Turn-Around Time) of the process.
[0009]
In addition, since the process gas continues to flow during the above-described waiting time, the utilization efficiency of the process gas is reduced and the manufacturing cost is increased.
[0010]
The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and its object is to realize a plasma reaction treatment process necessary for production of liquid crystal devices and semiconductor devices with high productivity and low cost. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for controlling the operation of a plasma reactor system that can perform the above-described operation.
[0011]
Other objects and operational effects of the present invention will be easily understood by those skilled in the art by referring to the description of the following specification.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The operation control method of the plasma reactor system of the present invention includes a reactor in which a processing object such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, and a plasma generator for generating plasma by exciting a gas in the reactor By controlling the gas supply unit that supplies gas into the reactor, the gas exhaust unit that exhausts gas from the reactor, and the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit in conjunction with each other, An operation control method for a plasma reactor system having an instantaneous gas switching unit that instantaneously switches a gas in a reactor to a desired gas type, its concentration and pressure, and issues a plasma generation start command to the plasma generation unit Then, a switching command from the inert gas to the process gas is given to the instantaneous gas switching unit. Here, the “plasma generation start command” can be realized by sending a power-on command signal to the plasma generator.
[0013]
According to such a configuration, since the process gas introduced into the reaction furnace is immediately converted into plasma and contributes to the plasma reaction process, the use efficiency of the process gas is improved, and the manufacturing cost is reduced accordingly. In addition, since the waiting time before the start of the reaction process can be greatly reduced, productivity is improved by shortening the TAT (Turn-Around Time) of the process.
[0014]
The operation control method of the plasma reactor system of the present invention viewed from another aspect includes a reactor in which a processing object such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, and a gas in the reactor is excited to generate plasma. A plasma generator, a gas supply unit that supplies gas into the reactor, a gas exhaust unit that exhausts gas from the reactor, and the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit are linked. And controlling the gas in the reactor instantaneously to a desired gas type, its concentration and pressure, and an operation control method for a plasma reactor system having an instantaneous gas switching unit. On the other hand, after giving a switching command from process gas to inert gas, a plasma generation stop command is given to the plasma generation unit. Here, the “plasma generation stop command” can be realized by sending a power-off command signal to the plasma generator.
[0015]
According to such a configuration, when the plasma reaction process is completed, the supply of the process gas is immediately stopped, and then a plasma generation stop command is promptly given to the plasma generator, so that the process gas that does not contribute to the plasma reaction is wasted. Therefore, it is possible to reduce the manufacturing cost by improving the utilization efficiency of the process gas. In addition, since the waiting time after the completion of the reaction process can be significantly reduced, productivity is improved by shortening the TAT (Turn-Around Time) of the process.
[0016]
The operation control method of the plasma reactor system of the present invention viewed from another aspect includes a reactor in which a processing object such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, and a gas in the reactor is excited to generate plasma. A plasma generator, a gas supply unit that supplies gas into the reactor, a gas exhaust unit that exhausts gas from the reactor, and the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit are linked. Is a method for controlling the operation of a plasma reactor system having an instantaneous gas switching unit that instantaneously switches the gas in the reactor to a desired gas type, its concentration and pressure, The generation start command and the switching command from the inert gas to the process gas for the instantaneous gas switching unit are given almost simultaneously.
[0017]
According to such a configuration, the supplied process gas immediately contributes to the plasma reaction process, and at the start of the plasma reaction process, power is not wasted, thereby improving productivity and the process. In addition to gas savings, it is possible to pursue cost reductions to the utmost through saving energy.
[0018]
The operation control method of the plasma reactor system of the present invention viewed from another aspect includes a reactor in which a processing object such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, and a gas in the reactor is excited to generate plasma. A plasma generator, a gas supply unit that supplies gas into the reactor, a gas exhaust unit that exhausts gas from the reactor, and the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit are linked. Is a method for controlling the operation of a plasma reactor system having an instantaneous gas switching unit that instantaneously switches the gas in the reactor to a desired gas type, its concentration and pressure, The generation stop command and the switching command from the process gas to the inert gas for the instantaneous gas switching unit are given almost simultaneously.
[0019]
According to such a configuration, the power is cut off and the plasma reaction process is completed, and the supply of the process gas is stopped, so that the process gas is not consumed wastefully, thereby improving the productivity and the process. In addition to gas savings, it is possible to pursue cost reductions to the utmost through saving energy.
[0020]
The operation control method of the plasma reactor system of the present invention viewed from another aspect includes a reactor in which a processing object such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, and a gas in the reactor is excited to generate plasma. A plasma generator, a gas supply unit that supplies gas into the reactor, a gas exhaust unit that exhausts gas from the reactor, and the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit are linked. Is an operation control method of a plasma reactor system having an instantaneous gas switching unit that instantaneously switches a gas in the reactor to a desired gas type, its concentration and pressure, After giving a plasma generation start command, by giving a process gas switching command to the instantaneous gas switching unit, the process gas is switched while the plasma generating unit is in operation. And it is characterized in and.
[0021]
According to such a configuration, a plurality of types of process gases can be switched without sequential intervals to perform plasma reaction processing, thereby shortening a plurality of films having different properties on a substrate to be processed. Stack growth can be achieved in time.
[0022]
An operation control apparatus for a plasma reactor system according to the present invention includes a reaction furnace in which an object to be processed such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, and a plasma generator for generating plasma by exciting a gas in the reactor. By controlling the gas supply unit that supplies gas into the reactor, the gas exhaust unit that exhausts gas from the reactor, and the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit in conjunction with each other, An operation control device of a plasma reactor system having an instantaneous gas switching unit that instantaneously switches a gas in a reactor to a desired gas type, its concentration and pressure, and issues a plasma generation start command to the plasma generation unit It is characterized by having a timing instruction means for giving a command for switching from an inert gas to a process gas to the instantaneous gas switching unit after being given.
[0023]
The operation control apparatus of the plasma reactor system of the present invention viewed from another aspect generates a plasma by exciting a reaction furnace in which a processing object such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, and a gas in the reactor. A plasma generator, a gas supply unit that supplies gas into the reactor, a gas exhaust unit that exhausts gas from the reactor, and the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit are linked. An operation controller for a plasma reactor system having an instantaneous gas switching unit that instantaneously switches the gas in the reactor to a desired gas type, its concentration and pressure, and controls the instantaneous gas switching unit. On the other hand, there is provided a timing instruction means for giving a plasma generation stop command to the plasma generation unit after giving a command for switching from the process gas to the inert gas.
[0024]
The operation control apparatus of the plasma reactor system of the present invention viewed from another aspect generates a plasma by exciting a reaction furnace in which a processing object such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, and a gas in the reactor. A plasma generator, a gas supply unit that supplies gas into the reactor, a gas exhaust unit that exhausts gas from the reactor, and the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit are linked. An operation control device for a plasma reactor system having an instantaneous gas switching unit that instantaneously switches the gas in the reactor to a desired gas type, its concentration and pressure, and controls the plasma to the plasma generation unit It has a timing instruction means for giving a generation start command and a switching command from an inert gas to a process gas to the instantaneous gas switching unit almost simultaneously.
[0025]
The operation control apparatus of the plasma reactor system of the present invention viewed from another aspect generates a plasma by exciting a reaction furnace in which a processing object such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, and a gas in the reactor. A plasma generator, a gas supply unit that supplies gas into the reactor, a gas exhaust unit that exhausts gas from the reactor, and the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit are linked. An operation control device for a plasma reactor system having an instantaneous gas switching unit that instantaneously switches the gas in the reactor to a desired gas type, its concentration and pressure, and controls the plasma to the plasma generation unit It has a timing instruction means for giving a generation stop command and a switching command from process gas to inert gas to the instantaneous gas switching unit almost simultaneously.
[0026]
The operation control apparatus of the plasma reactor system of the present invention viewed from another aspect generates a plasma by exciting a reaction furnace in which a processing object such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, and a gas in the reactor. A plasma generator, a gas supply unit that supplies gas into the reactor, a gas exhaust unit that exhausts gas from the reactor, and the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit are linked. An operation controller for a plasma reactor system having an instantaneous gas switching unit that instantaneously switches the gas in the reactor to a desired gas type, its concentration and pressure, and controls the plasma generation unit. After giving the plasma generation start command, the process gas is switched while the plasma generation unit is in operation by giving the process gas switching command to the instantaneous gas switching unit. Having a timing indicating means, it is characterized in.
[0027]
According to the above operation control apparatus, the operation control method described above can be automatically performed using a computer, a PLC, or the like.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a plasma reactor system according to the present invention and an operation control method and apparatus of the system will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
A configuration example of the system of the present invention is shown in FIG. As shown in the figure, a plasma reactor system according to the present invention includes a process chamber (reactor) 1 for performing a plasma reaction, which is a process treatment reaction, and instantaneous gas switching with respect to the
[0029]
In the
[0030]
The instantaneous
[0031]
For example, as shown in FIG. 3, the pressure control type
[0032]
This pressure control type flow controller 5 uses the principle that if the upstream pressure P1 is twice or more the downstream pressure P2, the fluid is in the sonic velocity range and is proportional to the upstream pressure. Since the flow rate is controlled by adjusting the pressure P1, the target gas flow rate can be instantaneously supplied even immediately after gas supply. The supply gas is selected by opening and closing the
[0033]
For example, as shown in FIG. 2, the
[0034]
For example, as shown in FIG. 2, the gas supply / exhaust
[0035]
For example, as shown in FIG. 4, the gas supply amount is temporarily overshooted in the target shape at the start of gas supply (see FIG. 4A), and the gas concentration in the process chamber is sharply set to the target value. (See FIG. 4B), and the gas pressure in the process chamber that rises thereby is temporarily increased with a time delay Δt that takes into account the length of the gas piping and the like, and the gas exhaust speed of the process chamber is temporarily increased. (Refer to FIG. 4 (e)).
[0036]
With the configuration as described above, the instantaneous
[0037]
For example, as shown in FIG. 5A, the plasma generator 2 (21) includes a parallel plate electrode (configured by a
[0038]
With the configuration described above, plasma generation / stop can be controlled by turning on / off the plasma power source (the high
[0039]
For example, as shown in FIG. 6, the plasma / gas
[0040]
The plasma gas
[0041]
With the configuration as described above, the plasma / gas
[0042]
The instruction timing (plasma generation start / stop command, gas supply start / end command) will be described below with reference to FIGS. As shown in FIG. 7A, in the conventional operation control method, after the process gas is supplied (switched from the inert gas to the process gas) (step 710), the process gas in the process chamber is started. After waiting for the concentration and pressure to stabilize at the target values, the plasma power supply is turned on to start the process treatment reaction (step 711). At the end of the process treatment reaction, the plasma power supply is turned off to finish the process treatment reaction (step 712), and then the supply of the process gas is stopped (switching from the process gas to the inert gas) (step 713). Wait until the gas concentration and pressure in the process chamber are stabilized at the target values without performing processing for the next process (for example, opening the process chamber door and taking out the substrate). In this case, the time for waiting for the gas concentration and pressure in the chamber to stabilize is a wasteful time in which no processing is performed.
[0043]
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 7B, after the plasma power source is turned on in the process chamber (step 720), the supply of the process gas is started (switching from the inert gas to the process gas). (Step 721). At the end of the process, the supply of process gas is stopped (switching from process gas to inert gas) (step 722), and then the plasma power supply is turned off (step 723). Unlike conventional systems, this is possible because the instantaneous
[0044]
Hereinafter, an embodiment of the plasma reaction process according to the present invention will be described. A BSG film (boron silicate glass film) is formed by plasma-excited CVD using the microwave plasma generator of FIG. The chamber capacity is 1 liter, the gas flow rate in the chamber is 100 cc / min in total, and the gas type is SiH. Four , O 2 , B 2 H 6 The purge gas was Ar, which is an inert gas. SiH in steady state Four , O 2 , B 2 H 6 The concentration ratios of 30, 50, and 20% were set as target values, respectively. The target pressure in the process chamber was 2 Torr, the plasma generating microwave was 2.45 GHz, the substrate temperature was 400 ° C., and the process treatment reaction time was 30 seconds.
[0045]
FIG. 8 is a diagram showing the interrelationship between gas supply, plasma power-on, and process processing reaction start time at the start of process processing according to the operation control method of the present invention. FIG. It is the figure which showed the mutual relationship of gas supply in this, plasma power-on, and process processing reaction start time.
[0046]
As shown in FIG. 11, in the case of the conventional operation control method in which the plasma power source is turned on after the process gas supply start (switching from the inert gas to the process gas), the gas concentration and pressure are started after the process gas supply starts. After waiting for a settling time (about 20 seconds), the plasma power supply is turned on to start the process treatment reaction (see FIG. 7A). Further, the process gas supplied during the waiting time is exhausted from the process chamber without being used for any process treatment reaction.
[0047]
As shown in FIG. 8, in the case of the operation control method of the present invention, first, the plasma power supply is turned on, and then the supply of the process gas is started (switching from the inert gas to the process gas). Thereby, the process treatment reaction is performed immediately after the start of the process gas supply.
[0048]
The process gas concentration changes stepwise and is set to the target value around 1 second or within 2 seconds (ie, instantaneously). This settling time may be as short as possible so that irregularities in film formation due to the transient state of the process gas concentration fall within an allowable range depending on the purpose of the process. The plasma power supply may be turned on and the process gas supply may be started almost simultaneously (for example, the plasma is turned on between the start of change of the process gas concentration and the settling).
[0049]
As described above, in the conventional method, the waiting time for starting the process treatment reaction is as high as 20 seconds with respect to the process treatment reaction time of 30 seconds. However, in the method of the present invention, the waiting time is zero and the process time is dramatically increased. In addition to being shortened, the process gas supplied during the waiting time becomes unnecessary, and thus the process gas can be effectively used.
[0050]
Next, SiO 2 Another embodiment of the operation control method of the present invention applied to the film generation process will be described in detail with reference to FIGS. The feature of this embodiment is that the microwave generator shown in FIG. 5B is used as the plasma generator, and the gas is switched while the plasma power supply is turned on.
[0051]
That is, as shown in the time chart of FIG. 9, in the operation control method of this embodiment, first, the furnace in which the plasma power supply is shut off and argon gas (Ar), which is an inert gas, is flowed at a pressure of 1 Torr. The gas is switched from the argon gas (Ar) to the krypton gas (Kr) at the time (0 seconds) from the internal purge state, and further, at a time (10 seconds) 10 seconds later, plasma ignition (plasma generator) Power on). Then, a so-called plasma cleaning process is performed by the generated krypton plasma, and unnecessary hydrogen atoms (hydrogen termination) on the surface of the silicon wafer in the furnace, which is a processing target, are gradually removed.
[0052]
Furthermore, at a time (40 seconds) after 30 seconds, oxygen mixture that is a mixture of inert gas and process gas from krypton gas (Kr), which is an inert gas, with the plasma power supply turned on. Krypton gas (Kr / O 2 : 97 to 3) gas is switched to start a film forming process, and a silicon dioxide film (SiO 2) is formed on the surface of the silicon wafer. 2 ) Is gradually generated.
[0053]
Further, at a time (70 to 90 seconds) after about 30 to 50 seconds, the oxygen-mixed krypton gas (Kr / O) remains in a state where the plasma power supply is turned on. 2 : 97: 3) to krypton gas (Kr) is switched, and the film forming process is completed.
[0054]
After that, when about 16 seconds elapse, the plasma is extinguished (the power supply to the plasma generator is shut off), and the gas is switched from krypton gas (Kr) to purge argon gas (Ar) with a slight delay. Is called. Thereafter, the above operation is repeated.
[0055]
FIG. 10 shows a graph showing the measurement results of the infrared spectrometer for explaining the residual change of the silicon surface termination hydrogen before and after the krypton plasma exposure. As is clear from the figure, as the exposure time of krypton plasma (Kr) increases to 1 second, 10 seconds, and 30 seconds, the residual hydrogen (terminal hydrogen) on the silicon surface decreases due to the so-called plasma cleaning action. confirmed.
[0056]
In the above example, the oxygen-mixed krypton gas (Kr / O) that is a mixture of the inert gas and the process gas is changed from the krypton gas (Kr) that is an inert gas while the plasma power supply is turned on. 2 However, it should be understood that the film forming process is started after the plasma cleaning process, and this is only an example of the present invention. is there. That is, in the operation control method of the present invention, switching from the process gas (A) to the process gas (B) can also be performed with the plasma power source turned on. When such process gas switching during plasma generation is performed, a plurality of different types of films are stacked and grown on the substrate to be processed.
[0057]
As described above, according to the embodiment of the present invention, at the start of the process gas supply, there is no need to wait for the process gas concentration or pressure in the process chamber to stabilize at the target value. Since the process reaction can be started almost at the same time, it is possible to shorten the time of the entire process. Further, while waiting until the process gas concentration or pressure in the process chamber is stabilized at the target value, the process gas that has been wasted without being used for the process treatment reaction becomes unnecessary, and the utilization rate of the process gas can be improved. .
[0058]
Further, according to the embodiment of the present invention, there is no need to wait for the process gas concentration or pressure in the process chamber to stabilize at the target value even after the process gas supply is stopped. The utilization rate of process gas can be improved.
[0059]
Further, according to the embodiment of the present invention, when the process gas is switched, different process treatments can be continuously performed without stopping the reaction, so that the time of the entire process can be reduced.
[0060]
Further, when plasma is generated before supplying the process gas, cleaning can be performed to remove unnecessary atoms (films) on the inner wall of the process chamber and the surface of the silicon wafer to be processed, which become a contamination source of the wafer. Furthermore, there is an effect that a plurality of different types of films can be stacked and grown by performing gas switching while generating plasma.
[0061]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description of the embodiment, according to the present invention, it is possible to realize a plasma reaction processing process necessary for production of a liquid crystal device or a semiconductor device with high productivity and low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a system of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an instantaneous gas switching unit.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a pressure control type flow rate controller.
FIG. 4 is a flowchart for explaining an example of gas supply / exhaust linked control;
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a plasma generation unit.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a timing instruction unit.
FIG. 7 is a flowchart showing an operation control method of the present invention in comparison with a conventional method.
FIG. 8 is a graph showing changes in chamber pressure or gas concentration in one embodiment of the operation control method of the present invention.
FIG. 9 is a time chart showing a chamber gas switching mode in one embodiment of the operation control method of the present invention.
FIG. 10 is a graph for evaluating the results of plasma cleaning of a silicon surface according to an embodiment of the operation control method of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing changes in chamber pressure or gas concentration in a conventional operation control method.
[Explanation of symbols]
1 Process chamber
2 Plasma generator
3 Instantaneous gas switching part
4 Plasma / gas timing indicator
5 Pressure-controlled flow controller
21 Plasma generator
31 Gas supply unit
32 Gas exhaust
33 Gas supply / exhaust interlock control unit
41 Central processing unit
42 Main memory
43 External storage
44 External interface
45 Display device
46 External interface
51 Control valve
52 Pressure measurement unit
53 Stop valve
54 Orifice
55 Amplifier circuit
56 Flow rate calculation circuit
57 Comparison control circuit
58 Valve drive circuit
211 chambers
212 Plasma excitation electrode
213 electrode
214 High frequency power supply
215 shower plate
216 Microwave antenna
217 Microwave drive circuit
311 Pressure control flow controller
312 valve
321 Pressure control type flow controller
322 Exhaust pump with purge port
331 Central processing unit
332 main storage
333 external storage device
334 External interface
Claims (8)
ガス切替部に対してプロセスガスから不活性ガスへの切替指令を与えたのちに、プラズマ発生部に対してプラズマ発生停止指令を与える、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御方法。A reaction furnace in which an object to be processed such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, a plasma generation unit for generating plasma by exciting the gas in the reaction furnace, and a gas supply for supplying gas into the reaction furnace The gas in the reactor and the concentration of the gas in the reactor by controlling the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit in conjunction with each other. And an operation control method for a plasma reactor system having a gas switching unit that switches to a pressure,
An operation control method for a plasma reactor system, characterized in that a plasma generation stop command is given to a plasma generation unit after giving a switch command from a process gas to an inert gas to a gas switching unit.
供給を行うガスに対応したガス供給部を選択し、ガス供給部を通じて不活性ガスを供給開始時に不活性ガス供給量を一時的にオーバーシュートさせ、反応炉内の不活性ガス濃度を急峻に目標値にまで変化させるとともに、それにより上昇する反応炉内のガス圧を、ガス配管長などを考慮した時間遅れをもって反応炉内のガス排気速度を一時的に引き上げることによりプロセスガスから不活性ガスに切替たのちに、プラズマ発生部のプラズマ発生を停止させる、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御方法。A reaction furnace in which a processing object such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, a plasma generation unit for generating plasma by exciting the gas in the reaction furnace, and various gases for supplying gas into the reaction furnace A gas supply unit according to the above, a gas exhaust unit for exhausting gas from the reaction furnace, and controlling the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit in conjunction with each other, thereby controlling the gas in the reactor An operation control method of a plasma reactor system having a gas switching unit that switches to a gas type and its concentration and pressure,
Select the gas supply unit corresponding to the gas to be supplied, and temporarily overshoot the inert gas supply amount at the start of supplying the inert gas through the gas supply unit, steeply target the inert gas concentration in the reactor The gas pressure in the reactor is increased from the process gas to the inert gas by temporarily raising the gas exhaust speed in the reactor with a time delay considering the gas pipe length. An operation control method for a plasma reactor system, characterized in that the plasma generation of the plasma generator is stopped after switching.
プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたのち、ガス切替部に対してプロセスガス切替指令を与えることにより、プラズマ発生部を作動させたままの状態でプロセスガスから種類の異なるプロセスガスへの切替を行う、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御方法。A reaction furnace in which an object to be processed such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, a plasma generation unit for generating plasma by exciting the gas in the reaction furnace, and a gas supply for supplying gas into the reaction furnace The gas in the reactor and the concentration of the gas in the reactor by controlling the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit in conjunction with each other. And an operation control method for a plasma reactor system having a gas switching unit that switches to a pressure,
After giving a plasma generation start command to the plasma generation unit, by giving a process gas switching command to the gas switching unit, the process gas is changed to a different type of process gas while the plasma generation unit is operating. The method of controlling the operation of the plasma reactor system, characterized in that switching is performed.
供給を行うガスに対応したガス供給部を選択し、プラズマ発生部のプラズマ発生を開始させたのち、ガス供給部を通じて他種のプロセスガスを供給開始時に当該プロセスガス供給量を一時的にオーバーシュートさせ、反応炉内の当該プロセスガス濃度を急峻に目標値にまで変化させるとともに、それにより上昇する反応炉内のガス圧を、ガス配管長などを考慮した時間遅れをもって反応炉内のガス排気速度を一時的に引き上げることによりプロセスガスから種類の異なるプロセスガスへ切替えることにより、プラズマ発生部を作動させたままの状態で種類の異なるプロセスガスへの切替を行う、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御方法。A reaction furnace in which a processing object such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, a plasma generation unit for generating plasma by exciting the gas in the reaction furnace, and various gases for supplying gas into the reaction furnace A gas supply unit according to the above, a gas exhaust unit for exhausting gas from the reaction furnace, and controlling the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit in conjunction with each other, thereby controlling the gas in the reactor An operation control method of a plasma reactor system having a gas switching unit that switches to a gas type and its concentration and pressure,
After selecting the gas supply unit corresponding to the gas to be supplied and starting the plasma generation of the plasma generation unit, temporarily overshoot the process gas supply amount at the start of supplying other types of process gas through the gas supply unit The process gas concentration in the reactor is suddenly changed to the target value, and the gas pressure in the reactor that rises as a result is increased with a time delay considering the gas pipe length and other factors. The plasma reactor is characterized in that the process gas is switched to a different type of process gas by temporarily pulling up the process gas to switch to a different type of process gas while the plasma generator is operating. System operation control method.
ガス切替部に対してプロセスガスから不活性ガスへの切替指令を与えたのちに、プラズマ発生部に対してプラズマ発生停止指令を与える、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御装置。A reaction furnace in which an object to be processed such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, a plasma generation unit for generating plasma by exciting the gas in the reaction furnace, and a gas supply for supplying gas into the reaction furnace The gas in the reactor and the concentration of the gas in the reactor by controlling the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit in conjunction with each other. And a gas switching unit that switches to pressure, and an operation control device for a plasma reactor system,
A plasma reactor system comprising timing instruction means for giving a plasma generation stop command to the plasma generation unit after giving a switch command from the process gas to the inert gas to the gas switching unit Operation control device.
供給を行うガスに対応したガス供給部を選択し、ガス切替部に対してガス供給部を通じて不活性ガスを供給開始時に不活性ガス供給量を一時的にオーバーシュートさせ、反応炉内の不活性ガス濃度を急峻に目標値にまで変化させるとともに、それにより上昇する反応炉内のガス圧を、ガス配管長などを考慮した時間遅れをもって反応炉内のガス排気速度を一時的に引き上げることによりプロセスガスから不活性ガスへの切替える指令を与えたのちに、プラズマ発生部に対してプラズマ発生停止指令を与える、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御装置。A reaction furnace in which a processing object such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, a plasma generation unit for generating plasma by exciting the gas in the reaction furnace, and various gases for supplying gas into the reaction furnace A gas supply unit according to the above, a gas exhaust unit for exhausting gas from the reaction furnace, and controlling the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit in conjunction with each other, thereby controlling the gas in the reactor An operation control device for a plasma reactor system having a gas type, a gas switching unit for switching to a concentration and pressure thereof,
Select the gas supply unit corresponding to the gas to be supplied, and temporarily overshoot the inert gas supply amount at the start of supplying the inert gas to the gas switching unit through the gas supply unit, so that the inert gas in the reaction furnace Process by changing the gas concentration sharply to the target value and temporarily increasing the gas exhaust speed in the reactor with a time delay considering the gas pipe length etc. An operation control apparatus for a plasma reactor system, comprising: a timing instruction unit that gives a plasma generation stop command to a plasma generation unit after giving a command to switch from gas to inert gas.
プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたのち、ガス切替部に対してプロセスガス切替指令を与えることにより、プラズマ発生部を作動させたままの状態でプロセスガスから他種のプロセスガスへの切替を行う、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御装置。A reaction furnace in which an object to be processed such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, a plasma generation unit for generating plasma by exciting the gas in the reaction furnace, and a gas supply for supplying gas into the reaction furnace The gas in the reactor and the concentration of the gas in the reactor by controlling the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit in conjunction with each other. And a gas switching unit that switches to pressure, and an operation control device for a plasma reactor system,
After giving a plasma generation start command to the plasma generation unit, a process gas switching command is given to the gas switching unit, so that the process gas is changed to another type of process gas while the plasma generation unit is operating. An operation control device for a plasma reactor system, characterized by comprising timing instruction means for switching between the two.
供給を行うガスに対応したガス供給部を選択し、プラズマ発生部に対してプラズマ発生開始指令を与えたのち、ガス切替部に対してガス供給部を通じて他種のプロセスガスを供給開始時に当該プロセスガス供給量を一時的にオーバーシュートさせ、反応炉内の当該プロセスガス濃度を急峻に目標値にまで変化させるとともに、それにより上昇する反応炉内のガス圧を、ガス配管長などを考慮した時間遅れをもって反応炉内のガス排気速度を一時的に引き上げることによりプロセスガスから種類の異なるプロセスガスへの切替を行う指令を与えることにより、プラズマ発生部を作動させたままの状態で種類の異なるプロセスガスへの切替を行う、タイミング指示手段を有する、ことを特徴とするプラズマ反応炉システムの運転制御装置。A reaction furnace in which a processing object such as a liquid crystal device or a semiconductor device is charged, a plasma generation unit for generating plasma by exciting the gas in the reaction furnace, and various gases for supplying gas into the reaction furnace A gas supply unit according to the above, a gas exhaust unit for exhausting gas from the reaction furnace, and controlling the operation of the gas supply unit and the operation of the gas exhaust unit in conjunction with each other, thereby controlling the gas in the reactor An operation control device for a plasma reactor system having a gas type, a gas switching unit for switching to a concentration and pressure thereof,
After selecting a gas supply unit corresponding to the gas to be supplied and giving a plasma generation start command to the plasma generation unit, the process is started when another type of process gas is supplied to the gas switching unit through the gas supply unit. Temporarily overshoot the gas supply amount and change the process gas concentration in the reactor sharply to the target value, and the gas pressure in the reactor that rises as a result takes into account the gas piping length, etc. By giving a command to switch from process gas to different types of process gas by temporarily raising the gas exhaust speed in the reactor with a delay, different types of processes can be performed while the plasma generator is operating. An operation control device for a plasma reactor system, characterized by comprising timing instruction means for switching to gas.
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