JP7296854B2 - ガス供給方法及び基板処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、ガス供給方法及び基板処理装置に関する。
特許文献１には、分流量調整手段に対して各処理ガス用分岐流路内の圧力比が目標圧力比となるように分流量を調整する圧力比制御を実行し、処理ガス供給手段からの処理ガスを複数の分岐配管に分流する、ガス供給方法及び基板処理装置が開示されている。このガス供給方法では、各処理ガス用分岐流路内の圧力が安定すると、分流量調整手段に対する制御を、圧力安定時の一方の処理ガス用分岐流路内の圧力を保持するように分流量を調整する圧力一定制御に切り換え、付加ガス供給手段により付加ガスを他方の処理ガス用分岐配管に供給する。
特開２００７－２０７８０８号公報
本開示は、複数の分岐配管に対して分流比に応じてガスを分流し、分流されたガスを処理容器に供給するに当たり、ガスを短時間で安定的に供給するのに有利な、ガス供給方法及び基板処理装置を提供する。
本開示の一態様によるガス供給方法は、
基板を処理する処理容器にガスを供給するガス供給装置であって、ガス供給部から前記処理容器に通じているガス供給配管に設けられている少なくとも一つのガス流量制御装置と、前記ガス流量制御装置の二次側において分岐する二以上の分岐配管にそれぞれ設けられている、コンダクタンスを可変自在なコンダクタンス可変流路を備えたガス分流比制御要素と、二以上の前記ガス分流比制御要素により構成されるガス分流比制御部と、前記ガス流量制御装置の二次側であってかつ前記ガス分流比制御要素の一次側にある第一バルブ及び圧力センサと、前記ガス分流比制御要素の二次側にある第二バルブと、を有するガス供給装置において、
前記基板を処理するに当たり、前記第二バルブを閉じ、前記第一バルブを開いて、前記ガス流量制御装置の二次側にある前記ガス供給配管と前記分岐配管と前記ガス分流比制御要素に前記ガスを供給する工程と、
前記圧力センサにより、前記ガス流量制御装置の二次側の前記ガス供給配管もしくは前記分岐配管の圧力が設定圧力に達したことを検知する工程と、
前記第一バルブを閉じる工程と、
前記第一バルブと前記第二バルブを開いて、前記ガスを前記処理容器に供給する工程と、を有する。
本開示によれば、複数の分岐配管に対して分流比に応じてガスを分流し、分流されたガスを処理容器に供給するに当たり、ガスを短時間で安定的に供給するのに有利な、ガス供給方法及び基板処理装置を提供することができる。
第１の実施形態に係る基板処理装置の一例を示す縦断面図である。 ガス供給装置の制御を説明する図であって、ＭＦＣ流量とＦＲＣ流量の時刻歴グラフを示す図である。 第２の実施形態に係る基板処理装置の一例を示す縦断面図である。
以下、本開示の実施形態に係るガス供給方法及び基板処理装置について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の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した説明を省く場合がある。
［第１の実施形態に係る基板処理装置及びガス供給方法］
はじめに、図１及び図２を参照して、本開示の第１の実施形態に係る基板処理装置とガス供給方法の一例について説明する。ここで、図１は、第１の実施形態に係る基板処理装置の一例を示す縦断面図である。また、図２は、ガス供給装置の制御を説明する図であって、ＭＦＣ流量とＦＲＣ流量の時刻歴グラフを示す図である。
図１に示す基板処理装置１００は、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display、以下、「ＦＰＤ」という）用の平面視矩形の基板Ｇ（以下、単に「基板」という）に対して、各種の基板処理方法を実行する誘導結合型プラズマ（Inductive Coupled Plasma: ＩＣＰ）処理装置である。基板Ｇの材料としては、主にガラスが用いられ、用途によっては透明の合成樹脂などが用いられることもある。ここで、基板処理には、エッチング処理や、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いた成膜処理等が含まれる。ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display: ＬＣＤ）やエレクトロルミネセンス（Electro Luminescence: ＥＬ）、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel;ＰＤＰ）等が例示される。基板Ｇは、その表面に回路がパターニングされる形態の他、支持基板も含まれる。また、ＦＰＤ用基板の平面寸法は世代の推移と共に大規模化しており、基板処理装置１００によって処理される基板Ｇの平面寸法は、例えば、第６世代の１５００ｍｍ×１８００ｍｍ程度の寸法から、第１０．５世代の３０００ｍｍ×３４００ｍｍ程度の寸法までを少なくとも含む。また、基板Ｇの厚みは０．２ｍｍ乃至数ｍｍ程度である。
図１に示す基板処理装置１００は、直方体状の箱型の処理容器２０と、処理容器２０内に配設されて基板Ｇが載置される平面視矩形の外形の基板載置台７０と、制御部９０とを有する。尚、処理容器は、円筒状の箱型や楕円筒状の箱型などの形状であってもよく、この形態では、基板載置台も円形もしくは楕円形となり、基板載置台に載置される基板も円形等になる。
処理容器２０は、金属窓５０により上下２つの空間に区画されており、上方空間であるアンテナ室Ａは上チャンバー１３により形成され、下方空間である処理領域Ｓ（処理室）は下チャンバー１７により形成される。処理容器２０において、上チャンバー１３と下チャンバー１７の境界となる位置には矩形環状の支持枠１４が処理容器２０の内側に突設するようにして配設されており、支持枠１４に金属窓５０が取り付けられている。
アンテナ室Ａを形成する上チャンバー１３は、側壁１１と天板１２とにより形成され、全体としてアルミニウムやアルミニウム合金等の金属により形成される。
処理領域Ｓを内部に有する下チャンバー１７は、側壁１５と底板１６とにより形成され、全体としてアルミニウムやアルミニウム合金等の金属により形成される。また、側壁１５は、接地線２１により接地されている。
さらに、支持枠１４は、導電性のアルミニウムやアルミニウム合金等の金属により形成されており、金属枠と称することもできる。
下チャンバー１７の側壁１５の上端には、矩形環状（無端状）のシール溝２２が形成されており、シール溝２２にＯリング等のシール部材２３が嵌め込まれ、シール部材２３を支持枠１４の当接面が保持することにより、下チャンバー１７と支持枠１４とのシール構造が形成される。
下チャンバー１７の側壁１５には、下チャンバー１７に対して基板Ｇを搬出入するための搬出入口１８が開設されており、搬出入口１８はゲートバルブ２４により開閉自在に構成されている。下チャンバー１７には搬送機構を内包する搬送室（いずれも図示せず）が隣接しており、ゲートバルブ２４を開閉制御し、搬送機構にて搬出入口１８を介して基板Ｇの搬出入が行われる。
また、下チャンバー１７の有する底板１６には複数の排気口１９が開設されており、各排気口１９にはガス排気管２５が接続され、ガス排気管２５は開閉弁２６を介して排気装置２７に接続されている。ガス排気管２５、開閉弁２６及び排気装置２７により、ガス排気部２８が形成される。排気装置２７はターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有し、プロセス中に下チャンバー１７内を所定の真空度まで真空引き自在に構成されている。尚、下チャンバー１７の適所には圧力計（図示せず）が設置されており、圧力計によるモニター情報が制御部９０に送信されるようになっている。
基板載置台７０は、基材７３と、基材７３の上面７３ａに形成されている静電チャック７６とを有する。
基材７３は、上方基材７１と下方基材７２の積層体により形成される。上方基材７１の平面視形状は矩形であり、基板載置台７０に載置されるＦＰＤと同程度の平面寸法を有する。例えば、上方基材７１は、載置される基板Ｇと同程度の平面寸法を有し、長辺の長さは１８００ｍｍ乃至３４００ｍｍ程度であり、短辺の長さは１５００ｍｍ乃至３０００ｍｍ程度の寸法に設定できる。この平面寸法に対して、上方基材７１と下方基材７２の厚みの総計は、例えば５０ｍｍ乃至１００ｍｍ程度となり得る。
下方基材７２には、矩形平面の全領域をカバーするように蛇行した温調媒体流路７２ａが設けられており、ステンレス鋼やアルミニウム、アルミニウム合金等から形成される。一方、上方基材７１も、ステンレス鋼やアルミニウム、アルミニウム合金等により形成される。尚、温調媒体流路７２aは、例えば上方基材７１や静電チャック７６に設けられてもよい。また、基材７３が、図示例のように二部材の積層体でなく、アルミニウムもしくはアルミニウム合金等による一部材から形成されてもよい。
下チャンバー１７の底板１６の上には、絶縁材料により形成されて内側に段部を有する箱型の台座７８が固定されており、台座７８の段部の上に基板載置台７０が載置される。
上方基材７１の上面には、基板Ｇが直接載置される静電チャック７６が形成されている。静電チャック７６は、アルミナ等のセラミックスを溶射して形成される誘電体被膜であるセラミックス層７４と、セラミックス層７４の内部に埋設されて静電吸着機能を有する導電層７５（電極）とを有する。
導電層７５は、給電線８４を介して直流電源８５に接続されている。制御部９０により、給電線８４に介在するスイッチ（図示せず）がオンされると、直流電源８５から導電層７５に直流電圧が印加されることによりクーロン力が発生する。このクーロン力により、基板Ｇが静電チャック７６の上面に静電吸着され、上方基材７１の上面に載置された状態で保持される。
基板載置台７０を構成する下方基材７２には、矩形平面の全領域をカバーするように蛇行した温調媒体流路７２ａが設けられている。温調媒体流路７２ａの両端には、温調媒体流路７２ａに対して温調媒体が供給される送り配管７２ｂと、温調媒体流路７２ａを流通して昇温された温調媒体が排出される戻り配管７２ｃとが連通している。
図１に示すように、送り配管７２ｂと戻り配管７２ｃにはそれぞれ、送り流路８７と戻り流路８８が連通しており、送り流路８７と戻り流路８８はチラー８６に連通している。チラー８６は、温調媒体の温度や吐出流量を制御する本体部と、温調媒体を圧送するポンプとを有する（いずれも図示せず）。尚、温調媒体としては冷媒が適用され、この冷媒には、ガルデン（登録商標）やフロリナート（登録商標）等が適用される。送り流路８７、戻り流路８８及びチラー８６により、温度制御装置８９が構成される。図示例の温調形態は、下方基材７２に温調媒体を流通させる形態であるが、下方基材７２がヒータ等を内蔵し、ヒータにより温調する形態であってもよいし、温調媒体とヒータの双方により温調する形態であってもよい。また、ヒータの代わりに、高温の温調媒体を流通させることにより加熱を伴う温調を行ってもよい。尚、抵抗体であるヒータは、タングステンやモリブデン、もしくはこれらの金属のいずれか一種とアルミナやチタン等との化合物から形成される。また、図示例は、下方基材７２に温調媒体流路７２ａが形成されているが、例えば上方基材７１や静電チャック７６が温調媒体流路を有していてもよい。
上方基材７１には熱電対等の温度センサが配設されており、温度センサによるモニター情報は、制御部９０に随時送信される。そして、送信されたモニター情報に基づいて、上方基材７１及び基板Ｇの温調制御が制御部９０により実行される。より具体的には、制御部９０により、チラー８６から送り流路８７に供給される温調媒体の温度や流量が調整される。そして、温度調整や流量調整が行われた温調媒体が温調媒体流路７２ａに循環されることにより、基板載置台７０の温調制御が実行される。尚、熱電対等の温度センサは、例えば下方基材７２や静電チャック７６に配設されてもよい。
静電チャック７６及び上方基材７１の外周と、矩形部材７８の上面とにより段部が形成され、この段部には、矩形枠状のフォーカスリング７９が載置されている。段部にフォーカスリング７９が設置された状態において、フォーカスリング７９の上面の方が静電チャック７６の上面よりも低くなるよう設定されている。フォーカスリング７９は、アルミナ等のセラミックスもしくは石英等から形成される。
下方基材７２の下面には、給電部材８０が接続されている。給電部材８０の下端には給電線８１が接続されており、給電線８１はインピーダンス整合を行う整合器８２を介してバイアス電源である高周波電源８３に接続されている。基板載置台７０に対して高周波電源８３から例えば３．２ＭＨｚの高周波電力が印加されることにより、ＲＦバイアスを発生させ、以下で説明するプラズマ発生用のソース源である高周波電源５９にて生成されたイオンを基板Ｇに引き付けることができる。従って、プラズマエッチング処理においては、エッチングレートとエッチング選択比を共に高めることが可能になる。尚、下方基材７２に貫通孔（図示せず）が開設され、給電部材８０が貫通孔を貫通して上方基材７１の下面に接続されていてもよい。このように、基板載置台７０は、基板Ｇを載置しＲＦバイアスを発生させるバイアス電極を形成する。この時、チャンバー内部の接地電位となる部位がバイアス電極の対向電極として機能し、高周波電力のリターン回路を構成する。尚、金属窓５０を高周波電力のリターン回路の一部として構成してもよい。
金属窓５０は、複数の分割金属窓５７により形成される。金属窓５０を形成する分割金属窓５７の数（図１には断面方向に４個が示されている）は、１２個、２４個等、多様な個数が設定できる。
それぞれの分割金属窓５７は、絶縁部材５６により、支持枠１４や隣接する分割金属窓５７と絶縁されている。ここで、絶縁部材５６は、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）等のフッ素樹脂により形成される。
分割金属窓５７は、導体プレート３０と、シャワープレート４０とを有する。導体プレート３０とシャワープレート４０はいずれも、非磁性で導電性を有し、さらに耐食性を有する金属もしくは耐食性の表面加工が施された金属である、アルミニウムやアルミニウム合金、ステンレス鋼等により形成されている。耐食性を有する表面加工は、例えば、陽極酸化処理やセラミックス溶射などである。また、処理領域Ｓに臨むシャワープレート４０の下面には、陽極酸化処理やセラミックス溶射による耐プラズマコーティングが施されていてもよい。導体プレート３０は接地線（図示せず）を介して接地されており、シャワープレート４０も相互に接合される導体プレート３０を介して接地されている。
図１に示すように、それぞれの分割金属窓５７の上方には、絶縁部材により形成されるスペーサ（図示せず）が配設され、該スペーサにより導体プレート３０から離間して高周波アンテナ５４が配設されている。高周波アンテナ５４は、銅等の良導電性の金属から形成されるアンテナ線を、環状もしくは渦巻き状に巻装することにより形成される。例えば、環状のアンテナ線を多重に配設してもよい。
また、高周波アンテナ５４には、上チャンバー１３の上方に延設する給電部材５７ａが接続されており、給電部材５７ａの上端には給電線５７ｂが接続され、給電線５７ｂはインピーダンス整合を行う整合器５８を介して高周波電源５９に接続されている。高周波アンテナ５４に対して高周波電源５９から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されることにより、下チャンバー１７内に誘導電界が形成される。この誘導電界により、シャワープレート４０から処理領域Ｓに供給された処理ガスがプラズマ化されて誘導結合型プラズマが生成され、プラズマ中のイオンが基板Ｇに提供される。尚、各分割金属窓５７が固有の高周波アンテナを有し、各高周波アンテナに対して個別に高周波電力が印加される制御が実行されてもよい。
高周波電源５９はプラズマ発生用のソース源であり、基板載置台７０に接続されている高周波電源８３は、発生したイオンを引き付けて運動エネルギを付与するバイアス源となる。このように、イオンソース源には誘導結合を利用してプラズマを生成し、別電源であるバイアス源を基板載置台７０に接続してイオンエネルギの制御を行うことより、プラズマの生成とイオンエネルギの制御が独立して行われ、プロセスの自由度を高めることができる。高周波電源５９から出力される高周波電力の周波数は、０．１乃至５００ＭＨｚの範囲内で設定されるのが好ましい。
金属窓５０は、複数の分割金属窓５７により形成され、各分割金属窓５７は複数本のサスペンダ（図示せず）により、上チャンバー１３の天板１２から吊り下げられている。プラズマの生成に寄与する高周波アンテナ５４は分割金属窓５７の上面に配設されていることから、高周波アンテナ５４は分割金属窓５７を介して天板１２から吊り下げられている。
導体プレート３０を形成する導体プレート本体３１の下面には、ガス拡散溝３２が形成されている。尚、ガス拡散溝は、シャワープレートの上面に開設されてもよい。また、ガス拡散溝を構成する形状には、長尺状に形成された凹部形状のみならず、面状に形成された凹部形状も含む。
シャワープレート４０を形成するシャワープレート本体４１には、シャワープレート本体４１を貫通して導体プレート３０のガス拡散溝３２と処理領域Ｓとに連通する、複数のガス吐出孔４２が開設されている。
上チャンバー１３の天板１２には複数（図示例は四つ）の供給口１２ａが開設されており、各供給口１２ａに対して、各分割金属窓５７に固有のガス導入管５５が気密に貫通している。各ガス導入管５５には、以下で詳説するガス供給装置６０を構成する分岐配管６９が流体連通している。尚、図示例は、例えば四つの分岐配管６９は、それぞれに固有のガス導入管５５に流体連通し、四つのガス導入管５５からそれぞれ四つの分割金属窓５７に処理ガスが供給される。これに対して、分割金属窓５７が三つ以下の場合や五つ以上の場合においては、四つのガス導入管５５のいずれか二つが一つに纏められて一つの分割金属窓５７に流体連通する形態であってもよい。さらに、四つのガス導入管５５がそれぞれアンテナ室Ａ内で複数に分岐して五つ以上の分割金属窓５７に流体連通する形態であってもよい。
ガス供給装置６０は、ガス供給部６１と、ガス供給部６１に連通するガス供給配管６８と、ガス供給配管６８から四つに分岐してそれぞれ対応するガス導入管５５に連通する分岐配管６９とを有する。ガス供給配管６８や分岐配管６９には、以下で説明するように種々のバルブやセンサ等が介在する。
プラズマ処理においては、ガス供給装置６０から供給される処理ガスがガス導入管５５を介して、各分割金属窓５７の有する導体プレート３０のガス拡散溝３２に供給される。そして、各ガス拡散溝３２から各シャワープレート４０のガス吐出孔４２を介して、処理領域Ｓに吐出される。
ガス供給部６１のガス流れの下流側には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）等のガス流量制御装置６２が配設されている。また、ガス流量制御装置６２の二次側（ガス流れの下流側のことであり、対象物に対して下流側を二次側と称す。以下においても同様。）には、下流側にあるガス供給配管６８へのガス流れを遮断するための第一バルブ６３が配設されている。さらに、第一バルブ６３の二次側であって、分岐配管６９の一次側（ガス流れの上流側のことであり、対象物に対して上流側を一次側と称す。以下においても同様。）には、第三バルブ６５が配設されている。尚、この第三バルブ６５を具備しない形態であってもよい。
ガス供給配管６８において、第一バルブ６３と第三バルブ６５の間には、圧力スイッチ等の圧力センサ６４が配設されている。
四つの分岐配管６９にはそれぞれ、ＦＲＣ（Flow Ratio Controller）等のガス分流比制御要素６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ，６６Ｄが配設されている。ガス分流比制御要素６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ，６６Ｄはいずれも、コンダクタンスを可変自在なコンダクタンス可変流路（図示せず）を備えている。より具体的には、内部に層流素子（バイパス）や熱線式センサ、流量制御バブル、及びオリフィス等を備えている（いずれも図示せず）。そして、各ガス分流比制御要素６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ，６６Ｄが、固有のオリフィスの開度を調整することにより、各分岐配管に分流される処理ガスの分流量（分流比）が調整されるようになっている。尚、各ガス分流比制御要素６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ，６６Ｄでは、一次側と二次側の配管内の圧力差（差圧）により、処理ガスが二次側に流される。
図示例では、四つのガス分流比制御要素６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ，６６Ｄにより、ガス分流比制御部６６が構成される。ガス分流比制御部６６において、複数のガス分流比制御要素６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ，６６Ｄのそれぞれのコンダクタンスが可変制御されることにより、複数の分岐配管６９にそれぞれ供給されるガス流量比が制御される。
各分岐配管６９において、ガス分流比制御要素６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ，６６Ｄの二次側には、それぞれに固有の第二バルブ６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃ，６７Ｄが配設されている。
四つのガス分流比制御要素６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ，６６Ｄが介在する各分岐配管６９を介して、それぞれに固有の分割金属窓５７に対して、予め設定されている分流比で分流された処理ガスが供給される。具体的には、例えば、中央処理領域、外周処理領域のうちの端辺中央部、外周処理領域のうちの隅角部、中央処理領域と外周処理領域の間の中間処理領域等である。上記の四つの領域のそれぞれに対し、四つのガス導入管５５のそれぞれが対応する。尚、領域の数は四つに限らず、必要に応じて五つであってもよく、六つ、またはそれ以上であってもよい。その場合、対応するガス導入管５５の数もそれに応じた数となる。即ち、領域が五つの場合は、ガス導入管５５の数は五つとなり、領域が六つの場合はガス導入管５５の数は六つ、等となる。このことは、ガス導入管５５の上流側にあるガス分流比制御要素６６や分岐配管６９などについても同様である。尚、各領域を構成する分割金属窓５７は複数あってもよい。その場合、各領域に対応するガス導入管５５から分岐し、それぞれの複数の分割金属窓５７に接続される。この場合に、各処理領域に供給される処理ガスの分流比が、レシピ（プロセスレシピ）に応じて予め設定されている。尚、図示例においては、説明の簡略のため、装置断面における四つの分割金属窓５７が、処理領域Ｓの四つの領域に対応するとして説明している。
尚、図示例は、一つのガス供給部６１からガス供給配管６８が延設し、ガス供給配管６８の途中で分岐して四つの分岐配管６９が延設する形態を示しているが、その他の形態であってもよい。例えば、複数のガス供給部からそれぞれ固有のガス供給配管が延設し、各ガス供給配管が複数に分岐して複数の分岐配管を備えている形態が挙げられる。一つのガス供給部６１からは、処理ガスとして、成膜処理やエッチング処理等の各種処理を行うための様々な処理ガスがガス供給配管６８に供給される。また、複数のガス供給部を有する形態では、各ガス供給部から成膜処理やエッチング処理等を行うための複数種の処理ガスが供給される他、一つのガス供給部からは成膜処理等を行うための処理ガスが供給され、他のガス供給部からは希ガス等のキャリアガスが供給される形態などもある。これらに加えて、さらに他のガス供給部からは反応生成物のデポを制御する酸素ガス等が供給される形態などもあり、本明細書では、これら希ガスや酸素ガス等も処理ガスに含まれるものとする。
制御装置９０は、基板処理装置１００の各構成部、例えば、チラー８６や、高周波電源５９，８３、ガス供給装置６０、圧力計から送信されるモニター情報に基づくガス排気部２８等の動作を制御する。制御装置９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＣＰＵは、ＲＡＭやＲＯＭの記憶領域に格納されたレシピに従い、所定の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する基板処理装置１００の制御情報が設定されている。制御情報には、例えば、ガス流量や処理容器２０内の圧力、処理容器２０内の温度や下方基材７２の温度、プロセス時間等が含まれる。
レシピ及び制御装置９０が適用するプログラムは、例えば、ハードディスクやコンパクトディスク、光磁気ディスク等に記憶されてもよい。また、レシピ等は、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリカード等の可搬性のコンピュータによる読み取りが可能な記憶媒体に収容された状態で制御部９０にセットされ、読み出される形態であってもよい。制御部９０はその他、コマンドの入力操作等を行うキーボードやマウス等の入力装置、基板処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等の表示装置、及びプリンタ等の出力装置といったユーザーインターフェイスを有している。
次に、第１の実施形態に係るガス供給方法について説明する。
既述するように、処理領域Ｓの複数の領域（中央領域、周辺領域等）に対応した各分割金属窓５７に連通する各分岐配管６９への処理ガスの分流比がレシピに応じて設定されており、レシピごとの分流比が制御装置９０に格納されている。
あるレシピに基づき、ガス供給部６１から処理ガスを供給して基板Ｇを処理するに当たり、制御装置９０により、まず、各分岐配管６９の第二バルブ６７Ａ，６７Ｂ，６７Ｃ，６７Ｄを閉じ、第一バルブ６３及び第三バルブ６５を開く制御が実行される。
この制御により、ガス流量制御装置６２の二次側にある、ガス供給配管６８と各分岐配管６９と、ガス分流比制御要素６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄに処理ガスが供給される（ガス供給配管と分岐配管とガス分流比制御要素にガスを供給する工程）。すなわち、この工程により、ガス供給部６１から、ガス流量制御装置６２を介して各処理領域に処理ガスを供給するのに先行して、ガス分流比制御要素６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄの内部に処理ガスが予め供給される。
ここで、図２を参照して、この工程による効果を説明する。図２において、制御装置９０より、時刻０秒にてガス流量制御装置６２に対して処理ガスの供給開始制御を実行すると、時刻ｔ１で処理ガスの供給が開始され（ＭＦＣのガス出し）、時刻ｔ２にて正規のＭＦＣ流量：Ｑ１となる。
ところで、ガス供給配管の途中に分岐配管があり、各分岐配管にＦＲＣが介在するガス供給装置において、ＭＦＣ流量が正規流量になっている場合であっても、ＦＲＣにある程度の流量の処理ガスが流れていないと、ＦＲＣを正常に制御することができず、各ＦＲＣを正規流量の処理ガスが流れ難いという課題がある。このことを理由として、ＭＦＣのガス出しの開始から各ＦＲＣを正規流量の処理ガスが流れるまでに、時間を要することになる。
ＦＲＣ制御の開始は、ＦＲＣにある程度の流量のガスが流れる必要があるため、例えば図２に示すように、時刻ｔ１にてＦＲＣを介して処理ガスが流れ始めるものの、ＦＲＣ流量（全てのＦＲＣ流量の総流量）は、徐々に正規の処理流量であるＱ１に漸近していくように増加する（点線グラフ参照）。これにより、ＦＲＣ流量が処理流量であるＱ１になる（もしくはＱ１に近接する）までに時間を要し、個々のＦＲＣの制御が可能となる流量に達するまでにも時間を要する。そのため、ＦＲＣ制御の開始時刻が時刻ｔ３となり、時刻０秒から長時間のΔｔ１かかる（二点鎖線グラフ参照）。その結果、処理領域Ｓに供給する処理ガスの流量比が安定するまでに時間を要することになる。
そこで、本実施形態に係るガス供給方法では、上記する、ガス供給配管と分岐配管とガス分流比制御要素にガスを供給する工程において、ＭＦＣからのガス供給開始の時刻０秒の段階で、既に各分岐配管にあるＦＲＣに対して、ある程度の流量Ｑ２（＜Ｑ１）の処理ガスを流通させおく。この工程により、ＦＲＣ流量（全てのＦＲＣ流量の総流量）が処理流量であるＱ１に近接するまでの時間が格段に短くなる（一点鎖線グラフ参照）。これにより、個々のＦＲＣの制御が可能となる流量に達するまでの時間が短くなる。そのため、図２に示すように、ＦＲＣ制御の開始時刻は、時刻ｔ３から時刻ｔ４と格段に早くなる（三点鎖線グラフ参照）。その結果、処理領域Ｓに供給する処理ガスの流量比が早く安定することになる。
上記する工程において、第一バルブ６３と第三バルブ６５の間にある圧力センサ６４により、ガス流量制御装置６２の二次側のガス供給配管６８内の圧力、もしくは、分岐配管６９（のガス分流比制御要素６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄの一次側）の圧力を常時計測する。計測された計測データは、随時、制御装置９０に送信される。
制御装置９０には、設定圧力に関するデータが格納されている。この設定圧力は、ＦＲＣ制御の開始を可及的に早期にするのに好適な圧力であり、例えば、５０Ｔｏｒｒ乃至３００Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ＝１３３．４Ｐａ）の範囲内で設定圧力が設定できる。
そして、制御装置９０により、圧力センサ６４による圧力が、設定圧力に達したことが検知される（設定圧力に達したことを検知する工程）と、次に、制御装置９０により、第一バルブ６３を閉じる制御が実行される（第一バルブを閉じる工程）。
このようにして、第一バルブ６３と、各分岐配管６９における第二バルブ６７Ａ，６７Ｂ，６７Ｃ，６７Ｄを閉じることにより、ガス流量制御装置６２の二次側のガス供給配管６８内の圧力と、分岐配管６９（のガス分流比制御要素６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄの一次側）内の圧力が設定圧力に維持される。
その後、制御装置９０により、レシピに応じて予め設定されたタイミングで、第一バルブ６３と第二バルブ６７Ａ，６７Ｂ，６７Ｃ，６７Ｄを開く制御が実行され、各分岐配管６９を介して、処理ガスが処理領域Ｓにおける対応領域に供給される（ガスを処理容器に供給する工程）。
本実施形態に係る基板処理装置１００とガス供給方法によれば、基板Ｇを処理するに当たり、ＦＲＣの内部にある程度の流量のガスを予め供給しておくことにより、ＦＲＣが正規流量になるまでの時間を短縮することができる。そして、このことにより、処理ガスを短時間で安定的に処理領域Ｓに供給することができる。また、ガス供給配管や分岐配管の容積（長さや太さ等）を最適化することにより同様の効果を得ようとすると、装置のアプリケーションごとに流したい処理ガスの流量が異なることから、装置ごとに各種配管を最適な容積となるように変更する必要があるが、このようなハードウエアの変更は不要となる。
［第２の実施形態に係る基板処理装置及びガス供給方法］
次に、図３を参照して、本開示の第２の実施形態に係る基板処理装置とガス供給方法の一例について説明する。ここで、図３は、第２の実施形態に係る基板処理装置の一例を示す縦断面図である。
基板処理装置１００Ａは、メインガスを供給するメインガス供給系統と、アシストガスを供給するアシストガス供給系統を有するガス供給装置６０Ａを有している点において、基板処理装置１００と相違する。
ここで、メインガスとアシストガスは、同種もしくは異種の処理ガスであり、双方もしくはいずれか一方が、成膜処理やエッチング処理等の各種処理を行うための様々な処理ガス、希ガス等のキャリアガス、反応生成物のデポを制御する酸素ガス等である。本明細書では、いずれも処理ガスに含まれるものとし、メインガスとアシストガスが混合されたガスも処理ガスに含まれるものとする。
メインガス供給系統は、メインガス供給部６１Ａ（ガス供給部）と、メインガス供給部６１Ａに連通するメインガス用供給配管６８Ａ（ガス供給配管の一例）を有する。メインガス供給系統はさらに、メインガス用供給配管６８Ａから四つに分岐してそれぞれ対応するガス導入管５５に連通する、メインガス用分岐配管６９Ａ（分岐配管の一例）を有する。
メインガス供給部６１Ａの二次側にはメインガス用ガス流量制御装置６２Ａ（ガス流量制御装置）が配設され、メインガス用ガス流量制御装置６２Ａの二次側には、第一バルブ６３Ａが配設されている。また、第一バルブ６３Ａの二次側であって、メインガス用分岐配管６９Ａの一次側には、第三バルブ６５Ａが配設されている。さらに、第一バルブ６３Ａと第三バルブ６５Ａの間には、圧力センサ６４Ａが配設されている。
四つのメインガス用分岐配管６９Ａにはそれぞれ、ガス分流比制御要素６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ，６６Ｄが配設されている。また、各分岐配管６９Ａにおいて、ガス分流比制御要素６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ，６６Ｄの二次側には、それぞれに固有の第二バルブ６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃ，６７Ｄが配設されている。
一方、アシストガス供給系統は、アシストガス供給部６１Ｂ（ガス供給部）と、アシストガス供給部６１Ｂに連通するアシストガス用供給配管６８Ｂ（ガス供給配管の一例）を有する。アシストガス供給系統はさらに、アシストガス用供給配管６８Ｂから四つに分岐してそれぞれ対応するガス導入管５５に連通する、アシストガス用分岐配管６９Ｂ（分岐配管の一例）を有する。
アシストガス供給部６１Ｂの二次側には、アシストガス用ガス流量制御装置６２Ｂ（ガス流量制御装置）が配設され、アシストガス用ガス流量制御装置６２Ｂの二次側には、第一バルブ６３Ｂが配設されている。また、第一バルブ６３Ｂの二次側であって、アシストガス用分岐配管６９Ｂの一次側には、第三バルブ６５Ｂが配設されている。さらに、第一バルブ６３Ｂと第三バルブ６５Ｂの間には、圧力センサ６４Ｂが配設されている。
四つのアシストガス用分岐配管６９Ｂにはそれぞれ、ガス分流比制御要素６６Ｅ、６６Ｆ、６６Ｇ，６６Ｈが配設されている。また、各分岐配管６９Ｂにおいて、ガス分流比制御要素６６Ｅ、６６Ｆ、６６Ｇ，６６Ｈの二次側には、それぞれに固有の第二バルブ６７Ｅ、６７Ｆ、６７Ｇ，６７Ｈが配設されている。
そして、八つのガス分流比制御要素６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ，６６Ｄ，６６Ｅ、６６Ｆ、６６Ｇ，６６Ｈにより、ガス分流比制御部６６が構成される。
メインガス供給系統を構成する各メインガス用分岐配管６９Ａにおける第二バルブ６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃ，６７Ｄの二次側において、アシストガス供給系統を構成する各アシストガス用分岐配管６９Ｂにおける第二バルブ６７Ｅ、６７Ｆ、６７Ｇ，６７Ｈの二次側が連通している。
第２の実施形態に係るガス供給方法では、メインガス供給系統における設定圧力と、アシストガス供給系統における設定圧力が、同じ圧力であってもよいし、異なる圧力であってもよく、双方のガス供給系統に対する制御装置９０による制御内容は、第１の実施形態のガス供給方法と同様である。
すなわち、メインガス供給系統、アシストガス供給系統ともに、ガス分流比制御要素６６Ａ～６６Ｈに対して予めある程度の流量の処理ガスを流しておき、圧力計６４Ａ，６４Ｂがそれぞれ設定圧力となった際に第一バルブ６３Ａ，６３Ｂを閉じる。そして、レシピに応じて、第一バルブ６３Ａ，６３Ｂと第二バルブ６７Ａ～６７Ｈを開くことにより、第二バルブ６７Ａ～６７Ｄの二次側において、分流比に応じたメインガスとアシストガスが混合されて四種の処理ガスが生成される。生成された各処理ガスは、各分岐配管６９Ａを介して処理領域Ｓにおける対応する四つの領域に供給される。尚、処理用域Ｓに対応する領域が四つに限られないことは第１の実施形態と同様であり、領域が五つ、六つ、またはそれ以上あってもよい。その場合、メインガス及びアシストガスの供給系も領域の数に応じて設定される。
［処理ガスの安定供給までの時間を検証した実験］
本発明者等は、図３に示す基板処理装置を製作し、メインガス供給系統とアシストガス供給系統の各設定圧力を種々変化させ、処理ガスの安定供給までの時間（最終収束時間）を測定する実験を行った。ここで、最終収束時間は、目標となるガス流量との差分比率が±２％以下となるまでの時間である。
本実験では、予め処理ガスをためておく領域を異ならせている。具体的には、図３において、第三バルブ６５Ａ，６５Ｂを閉じ、第三バルブ６５Ａ，６５Ｂの一次側まで処理ガスをためておく制御（ＦＲＣには処理ガスを予め供給していない）を比較例１乃至５とし、予めＦＲＣに処理ガスを供給しておく制御を実施例１乃至４とした。尚、ＦＲＣに処理ガスを予め供給せず、各供給系統における圧力がゼロである、従来の制御方法を参考例とした。以下の表１に、参考例、各比較例、各実施例の各種条件と実験結果を示す。
Figure 0007296854000001
表１より、参考例に比べて、比較例３，４は、最終収束時間が長くなり、効果が得られていないことが分かる。
これに対して、参考例に比べて、各実施例の最終収束時間はいずれも短縮されていることが分かる。中でも、メインガス供給系統とアシストガス供給系統の各設定圧力がともに同一の２００Ｔｏｒｒの実施例４では、最終収束時間が２０％以下と格段に短縮されており、双方の供給配管系内の圧力を同程度で、２００Ｔｏｒｒ程度に設定するのが望ましいことが実証されている。
上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、また、本開示はここで示した構成に何等限定されるものではない。この点に関しては、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
例えば、図示例の基板処理装置１００，１００Ａは金属窓を備えた誘導結合型のプラズマ処理装置として説明したが、処理容器内の複数の領域に予め設定された流量比でガスを供給するような構成であれば、金属窓の代わりに誘電体窓を備えた誘導結合型のプラズマ処理装置であってもよく、他の形態のプラズマ処理装置であってもよい。具体的には、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（Electron Cyclotron resonance Plasma; ＥＣＰ）やヘリコン波励起プラズマ（Helicon Wave Plasma; ＨＷＰ）、平行平板プラズマ（Capacitively coupled Plasma; ＣＣＰ）が挙げられる。また、マイクロ波励起表面波プラズマ（Surface Wave Plasma; ＳＷＰ）が挙げられる。これらのプラズマ処理装置は、ＩＣＰを含めて、いずれもイオンフラックスとイオンエネルギを独立に制御でき、エッチング形状や選択性を自由に制御できると共に、１０１１乃至１０１３ｃｍ－３程度と高い電子密度が得られる。
２０：処理容器
６０，６０Ａ：ガス供給装置
６１，６１Ａ，６１Ｂ：ガス供給部
６２，６２Ａ，６２Ｂ：ガス流量制御装置
６３，６３Ａ，６３Ｂ：第一バルブ
６６：ガス分流比制御部
６６Ａ～６６Ｈ：ガス分流比制御要素
６７，６７Ａ～６７Ｈ：第二バルブ
６８，６８Ａ，６８Ｂ：ガス供給配管
６９，６９Ａ，６９Ｂ：分岐配管
Ｇ：基板

Claims (10)

  1. 基板を処理する処理容器にガスを供給するガス供給装置であって、ガス供給部から前記処理容器に通じているガス供給配管に設けられている少なくとも一つのガス流量制御装置と、前記ガス流量制御装置の二次側において分岐する二以上の分岐配管にそれぞれ設けられている、コンダクタンスを可変自在なコンダクタンス可変流路を備えたガス分流比制御要素と、二以上の前記ガス分流比制御要素により構成されるガス分流比制御部と、前記ガス流量制御装置の二次側であってかつ前記ガス分流比制御要素の一次側にある第一バルブ及び圧力センサと、前記ガス分流比制御要素の二次側にある第二バルブと、を有するガス供給装置において、
    前記基板を処理するに当たり、前記第二バルブを閉じ、前記第一バルブを開いて、前記ガス流量制御装置の二次側にある前記ガス供給配管と前記分岐配管と前記ガス分流比制御要素に前記ガスを供給する工程と、
    前記圧力センサにより、前記ガス流量制御装置の二次側の前記ガス供給配管もしくは前記分岐配管の圧力が設定圧力に達したことを検知する工程と、
    前記第一バルブを閉じる工程と、
    前記第一バルブと前記第二バルブを開いて、前記ガスを前記処理容器に供給する工程と、を有する、ガス供給方法。
  2. 前記ガス分流比制御部は、複数の前記ガス分流比制御要素のそれぞれの前記コンダクタンスを可変制御することにより、複数の前記分岐配管にそれぞれ供給するガス流量比を制御する、請求項１に記載のガス供給方法。
  3. 複数の前記分岐配管がそれぞれ、前記処理容器の対応する処理領域に連通しており、それぞれの前記分岐配管を流通する前記ガスを対応する前記処理領域に供給する、請求項１又は２に記載のガス供給方法。
  4. 前記ガスは、メインガスと、アシストガスとを有し、
    前記ガス供給部は、メインガス供給部と、アシストガス供給部とを有し、
    前記ガス流量制御装置は、メインガス用ガス流量制御装置と、アシストガス用ガス流量制御装置とを有し、
    前記ガス供給配管は、前記メインガスが流通するメインガス用供給配管と、前記アシストガスが流通するアシストガス用供給配管とを有し、
    前記分岐配管は、前記メインガスが流通するメインガス用分岐配管と、前記アシストガスが流通するアシストガス用分岐配管とを有し、
    前記メインガス用分岐配管における前記第二バルブの二次側に、対応する前記アシストガス用分岐配管の前記第二バルブの二次側が連通しており、
    前記メインガスに対して前記アシストガスを供給して二以上の処理ガスを生成し、二以上の前記処理ガスをそれぞれ前記処理容器の対応する前記処理領域に供給する、請求項３に記載のガス供給方法。
  5. 前記メインガス用ガス流量制御装置の二次側の前記メインガス用供給配管もしくは前記メインガス用分岐配管の圧力が、前記設定圧力に達したことを検知するとともに、前記アシストガス用ガス流量制御装置の二次側の前記アシストガス用供給配管もしくは前記アシストガス用分岐配管の圧力が、前記設定圧力に達したことを検知し、双方の前記圧力が前記設定圧力に達した後に、前記メインガス用ガス流量制御装置と前記アシストガス用ガス流量制御装置の二次側にあるそれぞれの前記第一バルブを閉じ、
    双方の前記第一バルブと双方の前記第二バルブを開いて前記処理ガスを生成する、請求項４に記載のガス供給方法。
  6. 基板を処理する処理容器にガスを供給するガス供給装置を備えている、基板処理装置であって、
    ガス供給部から前記処理容器に通じているガス供給配管に設けられている少なくとも一つのガス流量制御装置と、
    前記ガス流量制御装置の二次側において分岐する二以上の分岐配管にそれぞれ設けられている、コンダクタンスを可変自在なコンダクタンス可変流路を備えたガス分流比制御要素により構成される、ガス分流比制御部と、
    前記ガス流量制御装置の二次側であってかつ前記ガス分流比制御要素の一次側にある第一バルブ及び圧力センサと、
    前記ガス分流比制御要素の二次側にある第二バルブと、
    制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、
    前記基板を処理するに当たり、前記第二バルブを閉じ、前記第一バルブを開いて、前記ガス流量制御装置の二次側にある前記ガス供給配管と前記分岐配管と前記ガス分流比制御要素に前記ガスを供給する制御を実行し、
    前記圧力センサにより、前記ガス流量制御装置の二次側の前記ガス供給配管もしくは前記分岐配管の圧力が設定圧力に達したことが検知された後に、前記第一バルブを閉じる制御を実行し、
    前記第一バルブと前記第二バルブを開いて、前記ガスを前記処理容器に供給する制御を実行する、基板処理装置。
  7. 前記制御装置は、前記ガス分流比制御部に対して、複数の前記ガス分流比制御要素のそれぞれの前記コンダクタンスを可変制御して、複数の前記分岐配管にそれぞれ供給するガス流量比を制御する、請求項６に記載の基板処理装置。
  8. 複数の前記分岐配管がそれぞれ、前記処理容器の対応する処理領域に連通しており、
    それぞれの前記分岐配管を流通する前記ガスが対応する前記処理領域に供給される、請求項６又は７に記載の基板処理装置。
  9. 前記ガスは、メインガスと、アシストガスとを有し、
    前記ガス供給部は、メインガス供給部と、アシストガス供給部とを有し、
    前記ガス流量制御装置は、メインガス用ガス流量制御装置と、アシストガス用ガス流量制御装置とを有し、
    前記ガス供給配管は、前記メインガスが流通するメインガス用供給配管と、前記アシストガスが流通するアシストガス用供給配管とを有し、
    前記分岐配管は、前記メインガスが流通するメインガス用分岐配管と、前記アシストガスが流通するアシストガス用分岐配管とを有し、
    前記メインガス用分岐配管における前記第二バルブの二次側に、対応する前記アシストガス用分岐配管の前記第二バルブの二次側が連通しており、
    前記メインガスに対して前記アシストガスが供給されて二以上の処理ガスが生成され、二以上の前記処理ガスがそれぞれ前記処理容器の対応する前記処理領域に供給される、請求項８に記載の基板処理装置。
  10. 前記制御装置は、
    前記圧力センサが、前記メインガス用ガス流量制御装置の二次側の前記メインガス用供給配管もしくは前記メインガス用分岐配管の圧力が、前記設定圧力に達したことを検知するとともに、前記アシストガス用ガス流量制御装置の二次側の前記アシストガス用供給配管もしくは前記アシストガス用分岐配管の圧力が、前記設定圧力に達したことを検知した後、前記メインガス用ガス流量制御装置と前記アシストガス用ガス流量制御装置の双方の前記第一バルブを閉じる制御を実行し、次いで、双方の前記第一バルブと双方の前記第二バルブを開いて前記処理ガスを生成する制御を実行する、請求項９に記載の基板処理装置。
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