JP6037707B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空容器内部の処理室内に配置した半導体ウエハ等の基板状の試料を処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置及びその前記処理室内に供給するプロセスガスの流量を調節する流量調節器の動作を診断するプラズマ処理装置の診断方法に関する。

従来より、半導体デバイスを製造する工程において、シリコン等の半導体ウエハやＬＣＤ基板などの基板状の試料に所望の加工を施してデバイスの回路の構造を形成するため、真空容器の内部に配置された室である処理室内に導入された反応性の高い単一または複数の種類から構成されたプロセス用ガスを処理室内に供給した電界または磁界により励起してプラズマを形成し、このプラズマ中のイオン等の荷電粒子及び反応性の高い粒子を用いてエッチング等の処理をするプラズマ処理装置が広く利用されている。

このようなプラズマ処理装置における上記処理には、導入する複数のプロセス用ガスの流量を安定して再現性良く供給する必要がある。近年の半導体製造に用いるプロセスガスの種類や流量等の処理に用いられる条件は多様になり、流量についても大流量から小流量までの広い範囲の条件を１つ処理室において実現し試料の処理を行うことが求められており、このため単一の種類や構成の流量制御機器を用いて上記広い範囲の流量（速度）プロセスガスを供給することが行われている。

このような装置においては、微小な値のプロセス用のガスの流量を安定して再現性良く実現するために、微小な流量を高精度に検出する必要が有る。このため、低いガスの圧力の領域を高精度に検出できる圧力計を搭載する、あるいは微小の流量が高精度に検出できる流量検出器を搭載するプラズマ処理装置用のプロセスガスの流量調節器が考えられてきた。

このような従来技術の例としては、例えば、特開２００７−２１４４０６号公報（特許文献１）のような流体供給路上に質量流量制御装置、開閉弁を有し、末端に排気装置を有する半導体製造装置であって、半導体製造装置が、質量流量制御装置、開閉弁、排気装置等の動作に係る制御を司る制御装置を有し、質量流量制御装置を流量制御の検定機能及び／又は流量校正機能を有した質量流量制御装置としたものが知られている。

特開２００７−２１４４０６号公報

上記従来技術は、質量流量制御装置を有する半導体制御装置にあって、質量流量の検定動作自動的に行えるようになっているが、コストや配置スペースの点について配慮されておらず、ウエハの大口径化により装置が大型化するうえ更に広いガス供給系の機器設置場所が必要になるという問題があった。

本発明の目的は、省コストで高精度に流量調節器の動作の診断を行うことのできるプラズマ処理装置及びその診断方法を提供することにある。

上記目的は、真空容器内部の処理室内にガスを供給して形成したプラズマを用いてこの処理室内に配置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記処理室と連結されて並列に配置され内部を前記ガスが通流する３つのガス供給ラインと、これらのガス供給ライン各々の上に配置され通流する前記ガスの流量を検出しこれを設定された値となるように調節する３つの流量調節器を有し、前記３つの流量調節器のうちで最も検出可能な範囲が小さい第一の流量調節器と他の流量調節器のうちの一方である第二の流量調節器とに第三の流量調節器で調節された所定の流量のガスを分岐して供給し、前記第二の流量調節器を通流する前記ガスの流量と前記所定の流量との値に基づいて前記第一の流量調節器による流量の調節の動作を検定する機能を備えたことにより達成される。

本発明によれば、大流量と少流量のプロセスガスが用いられる真空処理装置におけるプロセスガス供給装置の診断方法において、専用の質量流量制御装置を用いることなく現有のＮ２パージガス及びプロセスガスの供給ラインとそれらの流量制御機器を使用し省コストかつ簡単に小流量の流量制御機器の診断を行うことができる。

本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す図である。 図１に示す実施例においてパージガス及びプロセスガス用の流量調節器の仕様を示す表である。 図１に示す実施例において小流量のプロセスガスの流量調節器の流量を診断する動作の流れを示すフローチャートである。 図１に示す実施例において小流量のプロセスガスの流量調節器の流量を診断する動作の流れを示すフローチャートである。 図１に示す実施例においてパージガスを用いてプロセスガスの流量調節器を診断する場合のガスの流れを示す図である。 図１に示す実施例においてパージガスをプロセスガスの流量制御機器に流した場合の流量の設定値の変化に対する検出値の変化を示すグラフである。 図１に示す実施例においてパージガス及びプロセスガスの流量のガスの複数の供給源または種類に対する補正パラメータの値を示す表である。 図１に示す実施例においてパージガスをプロセスガスの流量制御機器に通流させた場合のプロセスガスの流量をパージガスの流量に換算した流量を示すグラフである。 図１に示す実施例においてパージガスを用いて小流量に対応した流量調節器を診断する場合のガスの流れを示す図である。 図１に示す実施例においてパージガスを複数のプロセスガスの流量調節器に通流させて小流量に対応したプロセスガスの流量調節器の流量を診断した結果を示すグラフである。

以下、本願発明の実施の形態を図面を用いて説明する。本発明は、真空ポンプ等の排気装置が連結された真空容器内部の処理室と、この処理室内へ内部のガスをその外部に押し出して置換するパージガスを供給するガス供給源とパージガス供給のガスライン上に配置されその内側の流路を開閉するパージガス用バルブと、このパージガスの流量を検出する検出器と、処理室内へ複数のプロセスガスを供給するガス供給源と、処理室内に向かうこれらプロセスガスが内部を通流するプロセスガス用のガスライン上に配置されこれを開閉するプロセスガス用バルブと、これらのプロセスガスの流量を調節する流量調節器と、パージガス用バルブ及びプロセスガス用バルブ各々及び排気装置、流量調節器の動作を調節する制御部とを備えたプラズマ処理装置において、流量調節器を所定の開度にした状態で前記プロセスガス用のガスラインにパージガスを流した際のパージガスの流量を検出する検出器からの出力に基づいて流量調節器を診断するものである。特に、パージガスとプロセスガスとの間のコンバージョンファクタの違いを制御部において補正して、検出器からの出力からプロセスガスの流量に変換して流量調節器を通流するガスの流量を検出することで、流量調節器の動作を診断する。

以下、本発明の実施例について図１ないし図９を用いて説明する。本実施例のプラズマ処理装置は、真空容器の内部には位置された処理室内にプロセスガスを供給し、処理室内に導入した電界または磁界を用いてプロセスガスを励起して形成したプラズマを用いて処理室内に配置した半導体ウエハ等の基板状の試料をエッチング処理するプラズマエッチング装置である。

図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す図である。本図では、本発明の実施例のプラズマ処理装置のパージガス及びプロセスガスを供給する配管を含む供給ラインと真空容器内部の処理室及びその内部を排気する排気ポンプを含む排気の系統との連結の態様を模式的に示している。

本図において、真空容器内部に配置された処理室６は、その下部において処理室６内を真空排気するための真空ポンプを含む排気手段と連結され、処理室６内にパージガス及びプロセスガスを供給するガス供給ラインと連結されている。排気手段は処理室６内のガスや粒子を排気して内部を減圧し圧力を所定の圧力の範囲にする手段であって、処理室６の部に配置された図示しない排気口に対してこれと連通した排気調節バルブ７を介して排気ポンプ８が連結されている。

ガス供給ラインは本実施例では、パージガス用のガスＡ供給ラインとプロセスガス用のガスＢ供給ラインとプロセスガス用のガスＣ供給ラインとを備えている。パージガス用のガスＡ供給ラインはパージガス用のガスがプラズマ処理装置が設置された建屋の階の床とは別の階等の離間した箇所に配置されたガスタンク等の貯留部を有して構成されているガスＡ供給源１−１と、パージ用のガスＡのライン内の通流を遮断または開放するガスＡ遮断バルブ２−１と、ガス流量を検出する機能を有して通流するガスの流量を所定の範囲内の値に調節するためのガスＡの流量調節器４−１と、パージ用のガスを処理室に導入するガスＡ導入バルブ５−１とが配管により順次連結されて処理室６に連結されている。なお、ガス流量の検出機能は流量調節器４−１とは離間した別の箇所、或いは流量調節器４−１と着脱可能な別の部材内に配置してもよい。

また、本実施例は、流量調節器４−１とガスＡ導入バルブ５−１との間から分岐し、排気調節バルブ７と排気ポンプ８との間に連結されたバイパスライン１２を有し、バイパスライン１２のガス供給ラインの側にガスラインＡ排気パージバルブ３−１が配置されて排気ポンプ８の側にガスラインの排気バルブ９を有する。

本実施例のプロセスガス用のガスＢ供給ラインは、ガスＡ供給ラインと同様に、プロセス用のガスＢ供給源１−２と、プロセスガス用のガスＢの当該ライン内の通流を遮断または開放するガスＢ遮断バルブ２−２と、通流するガスの流量を所定の値の範囲内に調節するためのガスＢの流量調節器４−２と、このガスＢの流量調節器と処理室６との間のガス供給ライン上に配置されプロセスガスが処理室６内へ向かうガスＢ供給ラインの内部を開放、閉塞するガスＢ導入バルブ５−２とを備えている。また、ガスＢ遮断バルブ２−２とガスＢの流量調節器４−２との間から分岐しバイパスライン１２上でガスラインＡ排気パージバルブ３−１とバルブ９との間に連結部を有しそのライン上に内部を開放、閉塞するガスラインＢ排気パージバルブ３−２を有して、ガスＢ供給ラインの排気あるいはＮ２パージ用にパージガスを導入するラインが形成されている。

さらに、プロセス用のガスＣ供給ラインは、プロセス用のガスＣ供給源１−３と、プロセスガス用の別の種類または組成のガスＣの当該ライン内の通流を遮断または開放するガスＣ遮断バルブ２−３と、ガスＣ供給ライン内のガスを排出するため或いは任意のパージ用ガス（例えばＮ２）の供給ラインと連結されたパージガス導入ライン上に配置され開放時にガスＣ供給ラインへのパージ用ガスの導入し閉塞時には上記導入ラインを閉じるガスラインＣ排気パージバルブ３−３と、ガスＣ供給ライン内のガスの流量を所定の範囲内の値に調節に保つためのガスＣの流量調節器４−３と、このガスＣ流量調節器と処理室６との間のガス供給ライン上に配置されプロセスガスが処理室６内へ向かうガスＣ供給ラインの内部を開放、閉塞するガスＣ導入バルブ５−３とを備えているまた、ガスＣ遮断バルブ２−３とガスＣの流量調節器４−３との間から分岐しバイパスライン１２のガスラインＡ排気パージバルブ３−１とバルブ９との間に、ガスＣ供給ラインの排気あるいはＮ２パージ用にパージガスを導入するガスラインＣ排気パージバルブ３−３を有するラインが形成されている。

また、ガスＡ供給ライン、ガスＢ供給ライン、ガスＣ供給ライン各々の処理室６側の端部はこれらと処理室６との間で１つのプロセスガス供給ラインとして合流部において合流する。この合流部から処理室６までの間でこれらと連結された配管を有して構成されるプロセスガス供給ライン上には、図示していないが内部のガスの通流を開放、閉塞するバルブを配置しても良い。さらにこのプロセスガス供給ラインが処理室６に連結され、各ライン上に配置されたバルブあるいは流量の調節器の動作により、これらのライン内を通流する別の種類または組成である複数のガスは合流して１種類または組成のガスとして処理室６内に供給されることも、各々のライン内を通流するガスが単独で処理室６内に導入されることも可能に構成されている。

さらに、上記のガスの供給ライン上に配置されたバルブ、流量調節器は、図示していない制御部１０に通信可能に接続され、この制御部１０からの指令信号に応じてその動作が調節される。制御部１０は、内部に半導体デバイスによるＣＰＵ等の演算器及びＲＡＭ、ＲＯＭやハードディスク或いは着脱可能な記憶用媒体を用いて記憶するＣＤ−ＲＯＭ等の記憶装置を有し、さらに上記バルブや流量調節器との間の通信を可能にする有線または無線による通信手段との間の通信用のインターフェースとともに、演算器、記憶装置、インターフェースとの間を通信可能に接続する有線または無線による通信ラインを備えている。なお、符号１１は制御部１０で検出されたプラズマ処理装置の動作の状態を表示するための液晶、ＣＲＴ等の表示モニタ１１である。

このようなプラズマ処理装置では、処理用の半導体ウエハ等の試料が図示しないロボットアーム等の搬送用装置上に保持されて処理室６内に搬入されてその内部の試料台や電極等の所定の位置上に配置され静電吸着等を用いて保持される。真空容器内部の処理室６内が密封されプロセスガスが導入されて、処理室６内を所定の処理にて期した圧力値に維持された状態で処理室６内に電界または磁界が供給されプロセスガスを励起させてプラズマが形成され、試料の処理が実施される。処理の終了が検知されると、処理室６内に不活性ガス等パージ用のガスが導入されて処理室６内部のプロセスガスがパージガスにより置換され、処理前の試料が再度処理室６内部に搬入され処理済の試料と交換される。

このようなプラズマ処理が試料の所定の枚数実施されたこと、あるいは所定の時間の実施されたことが、制御部１０により検出されると、制御部１０は記憶装置に記憶されたソフトウエアのアルゴリズムに基づいて、プラズマ処理装置の試料の処理を停止して、装置の保守、点検（メンテナンス）のための動作（メンテナンスモード)で装置を動作させる。このような保守、点検は、処理室６内を大気圧にして開放し内部に配置された部品の清掃或いは交換が行われる。

本実施例では、このようなメンテナンスの際に、ガス供給ラインの保守、点検も実施する。この際には、まずガスＡ供給源１−１から供給されるパージ用ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスが、ガスＡ遮断バルブ２−１とガスＡ導入バルブ５−１を開かれて処理室６に導入されその内部の圧力を処理に適した所定の真空度である減圧された状態から大気圧またはこれと見倣せる程度に近似した値の圧力まで上昇させる。本実施例では、この際に排気調節バルブ７は閉塞されている。

また、プロセスガスのガスＢ遮断バルブ２−２とガスＣ遮断バルブ２−３を閉じた状態でプロセス用のガス供給ライン内に残ったガスをガスライン排気バルブ９を開いて排気ポンプ８の動作により排気する。また、パージ用のガスラインＡ排気パージバルブ３−１とガスラインＢ排気パージバルブ３−２とガスラインＣ排気パージバルブ３−３を開いて排気されたガス供給ライン内をＮ２ガスでプロセスガスと置換してパージする。

保守や点検が終了後に、処理室６内で試料の処理を再開する際には、ガスＢ供給源１−２とガスＣ供給源１−３から供給されるプロセス用のガスは、ガスＢ遮断バルブ２−２とガスＣ遮断バルブ２−３を開いて、ガスＢの流量調節器４−２とガスＣの流量調節器４−３を経由して所定の流量が処理室６内に導入される。

なお、本実施例では、図２に示すように、それぞれのガス供給ラインの流量調節器４−１はＮ２ガスで最大２０Ｌ／ｍｉｎ、流量調節器４−２はＡｒガスで最大２０Ｌ／ｍｉｎが通流させることが出来る。一方、流量調節器４−３は処理室６内で試料の処理のための反応を生起するＨ２ガス用のものであり、流量調節期４−１，４−２よりも小さい流量の領域でより高い精度の調節が可能であって最大５Ｌ／ｍｉｎが流せるものが用いられている。本実施例のガスＢであるＡｒは処理室内に供給され励起されてプラズマとなり試料と反応してこれを処理するガスＣ（Ｈ２）を所定の分圧にまで希釈するためのガスであり、ガスＣと比べ相対的に大流量で処理室６内に導入される。

上記のように構成されたプラズマ処理装置における、小流量の流量調節器４−３の流量を診断する動作を図３及び図４を用いて説明する。図３は、図１に示す実施例において小流量のプロセスガスの流量調節器の流量を診断する動作の流れを示すフローチャートをである。

本図において、まず、いずれのガス供給ラインにもガスを流していない状態でガス供給ライン及び処理室内を排気ポンプにより排気する（これをステップＳ１に示す）。次に、図１に示したガス供給ラインの所定の経路にパージ用のＮ２ガスを流し、まず流量の大きい流量調節器４−２を検定する（ステップＳ２〜Ｓ９）。

このようなパージガスを流して検定する流路は、図５の太線で示されている。すなわち、ガスＡ供給源１−１からガスＡ遮断バルブ２−１及び流量調節器４−１、ガスラインＡ排気バルブ３−１を経由してガスラインＢ排気バルブを通りガスＢ供給ラインに入り流量調節器４−２、ガスＢ導入バルブ５−２からプロセスガス供給ラインから処理室６内に導入された後、排気ポンプ８から排出される。

ステップＳ２〜Ｓ９の工程では、まず、パージ用ガスＡ（Ｎ２）の遮断バルブ２−１を開き、プロセス用ガスＢ（Ａｒ）及びガスＣ（Ｈ２）の遮断バルブであるガスＢ遮断バルブ２−２、ガスＣ遮断バルブ２−３を閉じる（ステップＳ２）。次に、パージ用ガスＡ（Ｎ２）の流量調節器４−１を最大流量に設定する（ステップＳ３）。

次に、ガスラインＡ排気パージバルブ３−１及びガスラインＢ排気パージバルブ３−２を開きパージ用ガスＡ（Ｎ２）をプロセスガスＢの供給ラインに導入する（ステップＳ４）。次に、プロセスガスＢ用の流量調節器４−２を検定のために検出したい流量に設定し（ステップＳ５）、ガスＢ導入バルブ５−２を開く。

これにより、ガスＢ供給ラインの流量調節器４−２を通って処理室６にパージガスであるガスＡ（Ｎ２）が流れる。ガスＢ導入バルブ５−２を開きパージガスＡ（Ｎ２）が処理室６に向かってガスＢ供給ライン内を流れ始めてから所定の時間経過してガスの流れが定常状態になった後、流量調節器４−１及び４−２において検出される流量の検出値の各々は制御部１０に通信手段を介して送信される（ステップＳ６）。

制御部１０は受信した信号から、記憶されたソフトウエアを用いてプロセスガスＡ用の流量調節器４−１の流量を検出し、さらにその流量をプロセスガスＢ（本実施例ではＡｒ）の流量に換算して記憶装置内の所定の箇所に記憶し格納する（ステップＳ７）。本実施例の制御部１０では、異なるガスの流量調節器においては、同じ流量に設定しても異なるガスを供給した場合にはガス分子の大きさ等の違いから流れ方が異なり、流量に違いが生じることが知られており、これを補正するための換算であるを行う。

本実施例において、制御部１０が受信して検出した補正する前の流量の例を図６に示す。図６は、図１に示す実施例においてパージガスをプロセスガスの流量制御機器に流した場合の流量の設定値の変化に対する検出値の変化を示すグラフである。

本実施例では、プロセス用ガスのＡｒの流量調節器４−２が検出したパージ用ガスであるＮ２の流量の結果を、Ｎ２用の流量調節器４−１の検出結果を用いて補正する。パージ用のＮ２（ガスＡ）はプロセス用のＡｒ（ガスＢ）より流れやすいため、プロセス用ガスＢの流量調節器４−２の設定値と比べて、実際にはパージ用ガスＡの流量調節器４−１の計測数値に表れているように、より多くの流量が流れているように検出される。

本実施例では、ガスの違いによるこのような見掛け上の流量の違いを補正するために、診断の対象となる流量調節器が検出した流量の値を特定の数値を用いて補正し、流量調節器４−２で検出されたＮ２の流量をガスＢ（本実施例ではＡｒ）の流量の値にして取得することが行われる。以下、この補正のためのパラメータの数値を変換比率（コンバージョンファクタ）と呼称し、その一例を図７に示す。図７は、図１に示す実施例においてパージガス及びプロセスガスの流量のガスの複数の供給源または種類に対する補正パラメータの値を示す表である。変換比率はガスＡであるＮ２は１．０であり、より流れ難いガスＢのＡｒでは１．４、流れやすさが同等であるガスＣのＨ２では１．０になっている。

本実施例では、上記変換比率の値は流量調節器で予め異なる種類のガスを高精度に調節された流量で通流させて比較した結果得られた値を用いている。また、複数の流量調節器を用いて、繰り返し測定を実施した結果の平均値を求めて変換比率を決定しても良い。次に、ガスＢ用の流量調節器４−２の検出する流量を変更して複数の設定値での換算した流量を求める。本実施例ではこの動作を繰返して行う（ステップＳ５〜Ｓ７、Ｓ８）。

すなわち、ステップＳ７において、検出したプロセスガスＡ用の流量調節器４−１の流量をプロセスガスＢ（本実施例ではＡｒ）の流量に換算して記憶装置内の所定の箇所に記憶し格納した後、ステップＳ８において異なる流量の値について再度流量調節器４−１，４−２を用いた流量の検出を行うかを判定する。既に、予定された流量の設定値の検出が終了している（ＮＯ）と判定された場合にはステップＳ９に進み、異なる設定値での流量の検出を行う(ＹＥＳ）と判定された場合にはステップＳ５に戻る。

このようにして複数の設定値において流量の検出を行って求められた流量検出器４−２の検出の結果の一例を図８に示す。図８は、図１に示す実施例においてパージガスをプロセスガスの流量制御機器に通流させた場合のプロセスガスの流量をパージガスの流量に換算した流量を示すグラフである。

ステップＳ９に移行した後は、制御部１０は各設定値毎に検出した流量の値が所定の許容値（例えば±５％）以内であるかを判定する。この判定の結果に基づいてプロセス用ガスＢの流量調節器４−２の流量の調節が正常であるかどうかが判断される（ステップＳ９）。

制御部１０がガスＢ用の流量調節器４−２の流量の調節が正常の範囲内の動作である（ＹＥＳ）と判断した場合はステップＳに進む。正常の範囲外である（ＮＯ）と判定された場合には異常状態であると判定され、ステップＥｒｒｏｒに移行して、プラズマ処理装置に異常の対応のための動作を行わせる。

次に、ステップＳ９において、正常と判定された場合には、図４に示すステップＳからステップＳ１０に進み、図９に太い実線で示すラインを用いてパージ用のＮ２ガスを流し、流量の小さい流量調節器４−３の検定を行う（ステップＳ１０〜Ｓ１６）。この図のラインは、図５と比べて、ガスＡ供給源１−１からのパージガスＮ２がガスＢ供給ラインとともにガスＣ供給ラインにお導入されて処理室６内に供給後排気される点であり、流量調節器４−３において流量が検出される点である。

ステップＳ１０からの工程では、制御部１０でガスＢ用の流量調節器４−２とガスＣ用の流量調節器４−２の最大流量を合算した流量がガスＡ用の流量調節器４−１の最大流量以下となるようにガスＢ用の流量調節器４−２に分流する流量を算出する（ステップＳ１０）。次に、プロセス用のガスＢ（Ａｒ）の流量調節器４−２に分流する流量を設定する（ステップＳ１１）。

次に、ガスラインＣ排気パージバルブ３−３を開きパージ用ガスＡ（Ｎ２）をプロセスガスＢの供給ラインに導入する（ステップＳ１２）。次に、ガスＣ用の流量調節器４−３の流量を検出する所定の値に設定し（ステップＳ１３）、ガスＣ導入バルブ５−３を開く。これにより、ガスＣ供給ライン上の流量調節器４−３を通って処理室６にパージ用のガスＡ（Ｎ２）が導入される。

また、ガスＣ導入バルブ５−３を開放してガスＡ（Ｎ２）がガスＣの供給ライン内に流れ始めてから所定の時間経過して流れが定常状態になった後、流量調節器４−１，４−２，４−３で検出するそれぞれの流量の値が制御部１０に送信され制御部１０がこれらの信号を受信する（ステップＳ１４）。制御部１０は、受信したガスＢ用の流量調節器４−２とガスＣ用の流量調節器４−３の流量値をパージ用ガスＡ（Ｎ２）の流量から各々のガスＢ，Ｃのものに換算または補正して格納する（ステップＳ１５）。すなわち、流量調節器４−２での検出の結果からガスＢ供給ラインを通流するガスＡ（Ｎ２）の流量を検出し、これを流量調節器４−１で所定の値に調節された流量から流量調節器を減じた値からガスＣ供給ラインを流れるガスＡの流量を検出する。さらに、ガスＣ供給ラインを流れるガスＡの流量を変換または補正して流量調節器４−３におけるガスＣの流量を検出し、制御部１０内の記憶装置内に記憶する。

次に、本実施例では、ガスＣ用の流量調節器４−３の検出する流量の値を異なるものに変更して、ステップＳ１３〜１６を繰り返して、複数のポイント（設定値）での流量調節器４−３における流量の検出を行い、同様に換算した流量を検出する。すなわち、ステップＳ１５において、プロセス用のガスＣの流量に換算或いは補正して得られた流量調節器４−３における流量の値を記憶装置内の所定の箇所に記憶し格納した後、ステップＳ１６において異なる流量の値について流量調節器４−１，４−２，４−３を用いた流量の検出を行うかを判定する。既に、予定された流量の設定値の検出が終了している（ＮＯ）と判定された場合にはステップＳ１７に進み、異なる設定値での流量の検出を行う(ＹＥＳ）と判定された場合にはステップＳ１３に戻る。ステップＳ１７に移行した場合には、処理室６内とガス供給ラインの内部を排気ポンプ８で排気する（ステップＳ１７）。

複数の流量の設定値について、上記ステップにより求められた流量を図９に示す。図９は、図１に示す実施例においてパージガスを用いて小流量に対応した流量調節器を診断する場合のガスの流れを示す図である。

本図に示した例では、プロセスガスＢ用の流量調節器４−２の流量は一定にして小流量のプロセスガスＣ用の流量調節器４−３の設定した流量を変化させた場合において、流量調節器４−３に設定した流量の変化に応じてパージガスＡ用の流量調節器４−１で検出された流量値が変化する。ここで各ポイント毎に、この場合の許容値である±５％範囲内であるかどうかを判定してプロセス用ガスＣの流量調節器４−３の流量値が正常範囲内かどうかを判断することができる。

以上の実施例では、各々が複数種類または組成のガスを通流させる複数のガス供給ラインにおいて、一つのガス供給ライン上に配置された流量調節器の流量の調節の検定を、他のガス供給ライン上に配置された複数の流量調節器での流量の値を用いて検出する。特に、一つのガス供給ライン上の特定の流量調節器が許容される精度で検出できる流量の範囲が他の複数のガス供給ライン各々上の流量調節器の許容される精度で検出できる流量の範囲に対して著しく小さい場合に、他の複数のガス供給ライン上の流量調節器に許容される精度で検出できる範囲の任意の値の流量でガスを通流させるとともに一つのガス供給ライン上の特定の流量調節器にその許容される精度で検出できる範囲の流量のガスを通流させることで、検出の精度を損なわずに特定の流量調節器の動作の診断が行える。

特に、本実施例では、各々が並列に配置され処理室６と連結された３つのガス供給ラインの各々の上に配置された流量調節器４−１，４−２，４−３のうち、流量調節器４−３の許容される精度で検出できる最大流量が５Ｌ／ｍｉｎであって、他の２つの流量調節器４−１，４−２が２０Ｌ／ｍｉｎの１／４である。精度を保って検出可能な流量の範囲、所謂検出可能範囲が大きく異なり少なくともそれらの一部が重なっていない流量調節器同士では、一方の検出可能範囲より大きな検出可能な範囲の他方の流量調節器は他方のもの重なっていない一方の検出可能範囲内では高精度に検出できないことが一般的である。本実施例でも、流量調節器４−３の流量の検出可能範囲の上限は、他の２つの流量調節器４−１，４−２の検出可能範囲の下限値よりも小さいものとなっている。

このような検出可能範囲の異なる流量調節器を備えたガス供給ラインを複数備えたプラズマ処理装置としては、エッチング処理装置等の、処理ガスとして反応性の高いガスを高い真空度にされた処理室内に供給して半導体ウエハ等の試料の処理を行うともに試料が処理室内に配置されておらずプラズマが形成されず処理を行っていない時間にはＡｒやＮ２等の不活性ガスを処理室内に供給して処理用ガスを置換させるものが挙げられる。処理中に維持される圧力は高い真空度であるため反応性の高い処理用ガスは小流量で処理室内に導入されると共に高精度で導入される個とが必要となり、当該処理用ガスのガス供給ライン上の流量調節器に要求される流量の検出可能な範囲は必然的に小さな値のものになる。

一方で、処理室の内部の処理用ガスを置換するために導入されるガスは、処理を行っていない時間に供給され置換を短時間で終えて処理の効率を高めるために相対的に大流量で処理室内に導入されることから、これらのパージ用ガスのガス供給ライン上の流量調節器の検出可能な流量の範囲も大きなものとなる。上記実施例は、検出可能範囲が大きな値のものである２つの流量調節器とこれらが配置されたガス供給ラインと小さな値の特定の検出可能範囲の流量調節器を備えたガス供給ラインとを連結し、２つの流量調節器のうち所定の流量にされた一方に供給して流量を検出したガスを分岐して２つの流量調節器のうちの他方の流量調節器と特定の流量調節器とに供給して、各々で流量を検出する。この際、一方の流量調節器の流量は、他方の流量調節器と特定の流量調節器との各々の検出可能範囲の最大値の合計よりも小さくされている。

一方の流量調節器が配置されたガス供給ラインに供給され当該一方の流量調節器でその流量が所定の値となるように調節されたガスは、分岐して他方の流量調節器及び特定の流量調節器が各々配置されたガス供給ラインに供給されて、各々で設定された値になるように、その流量が調節される。流量が調節されたガスは処理室６に導入された後排気ポンプ８の動作により処理室６から排出される。

本実施例での特定の流量調節器で設定される流量は、他方の流量調節器で設定される流量の値より小さいものであって、他方の流量調節器の検出可能範囲の下限値より小さい値となっている。この状態で、特定の流量調節器が配置されたガス供給ラインに供給されるガスの流量は、他の２つの流量調節器各々を通流したガスの検出された流量の差として検出される。このため、精度の悪い領域の流量で検定を行わずに、各々が許容される精度を具備できる範囲の流量で各々の流量調節器にガスを供給して、小さな流量の流量調節器でのガスの流量とその設定値とが許容された誤差の範囲内にあるか、つまり流量の調節の動作の検定或いは診断を行うことが出来る。

特に、本実施例では、流量が最も小さいガスＣの流量調節器４−３の流量を調節する動作の検定または診断では、まず検出が可能な最大値に流量調節器４−３の流量の設定値を設定することが行われる。また、他の２つの流量調節器が検定がされてその精度が許容範囲内にあることを判定された後に、流量の検定、診断を行う流量調節器４−３は複数の流量に設定されてその検定が実施される。

特定の流量調節器の検定の際に他の２つの流量調節器の各々に設定されるガスの流量は、これら２つの流量調節器各々の検出可能範囲内の値である。ガスＡの供給ライン上のガスＡ流量調節器４−１とガスＡ導入バルブ５−１との間から分岐して排気調節バルブ７と排気ポンプ８との間に連結されたバイパスライン１２は、ガスＢの供給ライン上のガスＢの流量調節器４−２とガスＢ遮断バルブ２−２との間のガスＢのガス供給ライン上から分岐したライン及びガスＣ供給ライン上のガスＣ遮断バルブ２−３と流量調節器４−３との間から分岐したラインと連結されている。個の構成で、排気バルブ９を閉じてガスラインＢ排気パージバルブ３−２，ガスライン排気パージバルブ３−３の開閉の調節により、バイパスライン１２を通流するガスＡのガス供給ラインからのガスを分岐させて流量調節器４−２，４−３の各々に所定の流量で供給させることができる。

また、バイパスライン１２に供給されたガスＡであるＮ２ガスは、処理室６に導入された後に排気ポンプ８の動作により処理室６外に排出される。検定に用いるガスＡが処理室６内に導入されることでバイパスライン１２やガス供給ライン１２内のガスの圧力の変動が低減され、流量調節器４−１，４−２，４−３による流量の検出の安定性や精度がより高くなる。

以上のような構成により、検出可能範囲が小流量である流量調節器４−３の検定あるいは診断が高い精度で行うことが出来る。

１−１…ガスＡ供給源
１−２…ガスＢ供給源
１−３…ガスＣ供給源
２−１…ガスＡ遮断バルブ
２−２…ガスＢ遮断バルブ
２−３…ガスＣ遮断バルブ
３−１…ガスラインＡ排気パージバルブ
３−２…ガスラインＢ排気パージバルブ
３−３…ガスラインＣ排気パージバルブ
４−１…流量調節器
４−２…流量調節器
４−３…流量調節器
５−１…ガスＡ導入バルブ
５−２…ガスＢ導入バルブ
５−３…ガスＣ導入バルブ
６…処理室
７…排気調節バルブ
８…排気ポンプ
９…排気バルブ
１０…制御部
１１…表示モニタ
１２…バイパスライン。

Claims (10)

1. 真空容器内部の処理室内にガスを供給して形成したプラズマを用いてこの処理室内に配置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、
   前記処理室と連結されて並列に配置され内部を前記ガスが通流する３つのガス供給ラインと、これらのガス供給ライン各々の上に配置され通流する前記ガスの流量を検出しこれを設定された値となるように調節する３つの流量調節器を有し、
   前記３つの流量調節器のうちで最も検出可能な範囲が小さい第一の流量調節器と他の流量調節器のうちの一方である第二の流量調節器とに第三の流量調節器で調節された所定の流量のガスを分岐して供給し、前記第二の流量調節器を通流する前記ガスの流量と前記所定の流量との値に基づいて前記第一の流量調節器による流量の調節の動作を検定する機能を備えたプラズマ処理装置。
   
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記第二の流量調節器を通流する前記ガスの流量を検出した結果と前記所定の流量との差を前記第一の流量調節器の設定値と比較した結果に基づいて調節の動作を検定する機能を備えたプラズマ処理装置。
   
3. 請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記第一の流量調節器の前記検出可能な範囲が前記第二及び第三の流量調節器の検出可能な範囲よりも小さくかつ重ならない範囲を有し、前記第一の流量調節器の流量の設定値が当該重ならない範囲内にあるプラズマ処理装置。
   
4. 請求項１または２の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記第二の流量調節器の設定された流量及び前記第三の流量調節器の前記所定の流量は各々の流量調節器の検出可能な範囲内に属し、前記第一の流量調節器の流量の設定値が前記前記第二の流量調節器の設定された流量及び前記所定の流量との差に等しいプラズマ処理装置。
   
5. 請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記第一の流量調節器が前記処理室に導入される前記ガスのうち試料と反応してこれを処理するための反応ガスの流量を調節するものであり、前記第二の流量調節器が前記反応ガスとともに前記処理室に供給される希釈ガスの流量、及び第三の流量調節器が処理室内での処理が実施されていない時間に当該処理室内に導入される置換用ガスの流量を調節するプラズマ処理装置。
   
6. 真空容器内部の処理室内に配置した処理対象の試料を前記処理室内に流量調節器により流量を調節しつつ供給したガスを用いてプラズマを形成し前記試料を処理するプラズマ処理装置の診断方法であって、
   前記プラズマ処理装置が前記処理室と連結されて並列に配置され内部を前記ガスが通流する３つのガス供給ラインと、これらのガス供給ライン各々の上に配置され通流する前記ガスの流量を検出しこれを設定された値となるように調節する３つの流量調節器を有し、
   前記３つの流量調節器のうちで最も検出可能な範囲が小さい第一の流量調節器と他の流量調節器のうちの一方である第二の流量調節器とに第三の流量調節器で調節された所定の流量のガスを分岐して供給し、前記第二の流量調節器を通流する前記ガスの流量と前記所定の流量との値に基づいて前記第一の流量調節器による流量の調節の動作を検定するプラズマ処理装置の診断方法。
   
7. 請求項６に記載のプラズマ処理装置の診断方法であって、
   前記前記第二の流量調節器を通流する前記ガスの流量を検出した結果と前記所定の流量との差を前記第一の流量調節器の流量の設定値と比較した結果に基づいて調節の動作を検定するプラズマ処理装置の診断方法。
   
8. 請求項６または７に記載のプラズマ処理装置の診断方法であって、
   前記第一の流量調節器の前記検出可能な範囲が前記第二及び第三の流量調節器の検出可能な範囲よりも小さくかつ重ならない範囲を有し、前記第一の流量調節器の流量の設定値が当該重ならない範囲内にあるプラズマ処理装置の診断方法。
   
9. 請求項６または７の何れかに記載のプラズマ処理装置の診断方法であって、
   前記第二の流量調節器の設定された流量及び前記第三の流量調節器の前記処理の流量は各々の流量調節器の検出可能な範囲内に属し、前記第一の流量調節器の流量の設定値が前記第二の流量調節器の設定された流量及び前記所定の流量との差に等しいプラズマ処理装置の診断方法。
   
   
10. 請求項６乃至９の何れかに記載のプラズマ処理装置の診断方法であって、
    前記第一の流量調節器が前記処理室に導入される前記ガスのうち試料と反応してこれを処理するための反応ガスの流量を調節するものであり、前記第二の流量調節器が前記反応ガスとともに前記処理室に供給される希釈ガスの流量、及び第三の流量調節器が処理室内での処理が実施されていない時間に当該処理室内に導入される置換用ガスの流量を調節するプラズマ処理装置の診断方法。