JP7450494B2 - 基板処理装置および基板処理装置のガス切り替え方法 - Google Patents

Description

本開示は、基板処理装置および基板処理装置のガス切り替え方法に関する。

従来、導入されるガスにより基板に対して所望の処理を施す基板処理装置が知られている。基板処理装置は、基板が載置されガスが導入される処理室と、処理室内のガスを排気する排気室とを有するチャンバを備える。基板処理装置では、所望の処理を施す際に、プロセス条件に合致するようにチャンバ内の圧力を測定して制御することが行われている。また、所望の処理としては、例えば、余分な堆積物の除去ステップ、マスク上の保護膜形成ステップおよびエッチングステップを、プロセスガスを置換して繰り返し行う処理が知られている。また、例えば、ＣＦガスによるエッチャントの堆積ステップと、希ガスイオンによるアクチベーションステップとを繰り返すＡＬＥ（Atomic Layer Etching）が知られている。

国際公開第２０１４／０４６０８３号 特開２０１５－１７３２４０号公報

本開示は、計測器内部のガスを高速に置換できる基板処理装置および基板処理装置のガス切り替え方法を提供する。

本開示の一態様による基板処理装置は、導入されるガスにより基板への処理を実行する処理室と、処理室内のガスを排気する排気室と、処理室と排気室との間を連通する複数の通気口を有する仕切り板と、処理室内の状態を計測する計測器と、処理室と計測器との間を接続する第１の配管と、排気室と計測器との間を第１のバルブを介して連通する第２の配管と、制御部とを有し、制御部は、第１のバルブを制御するよう基板処理装置を制御するように構成される。

本開示によれば、計測器内部のガスを高速に置換できる。

図１は、本開示の第１実施形態における基板処理装置の一例を示す図である。 図２は、第１実施形態におけるスリーブ周辺の断面の一例を示す部分拡大図である。 図３は、第１実施形態におけるスリーブのガス導入孔の一例を示す図である。 図４は、第１実施形態における基板処理の一例を示すフローチャートである。 図５は、計測器周辺のガスの流れの比較の一例を示す図である。 図６は、圧力変化の追従性に関する比較の一例を示す図である。 図７は、変形例１のキャパシタンスマノメータへの配管の一例を示す図である。 図８は、第２実施形態における基板処理装置の一例を示す図である。

以下に、開示する基板処理装置および基板処理装置のガス切り替え方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。

複数のステップを切り替える際にプロセスガスを置換する場合、ガスの置換に要する時間がスループットに影響を及ぼすことがある。また、ガスの置換が不十分であると、ガスの混入によるプロセス変動やパーティクルが発生する場合がある。プロセスの実行中にチャンバ内の圧力を測定する計測器、例えば圧力計は、配管が袋小路となっており、プラズマからの活性種の流入を防ぐためチャンバとの接続部のコンダクタンスを低くしている。ところが、配管が袋小路であり、チャンバとの接続部のコンダクタンスが低い場合、ガスの置換においては妨げとなる。つまり、圧力計の内部に置換前のガスの一部が残留しやすくなり、圧力制御に遅延が発生する。そこで、圧力計等の計測器内部のガスを高速に置換することが期待されている。

（第１実施形態）
［基板処理装置の構成］
図１は、本開示の第１実施形態における基板処理装置の一例を示す図である。なお、以下では、基板処理装置がプラズマ処理装置である場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。

図１において、プラズマ処理装置１は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ（処理室）１０を備える。チャンバ１０は保安接地されている。ただし、これに限定されるものではなく、プラズマ処理装置１は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置に限られず、誘導結合プラズマＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマなど、任意の形式のプラズマ処理装置であってよい。

チャンバ１０の底部には、セラミック等の絶縁板１１を介して円柱状のサセプタ支持台１２が配置され、このサセプタ支持台１２の上に、導電性の、例えばアルミニウム等からなるサセプタ１３が配置されている。サセプタ１３は下部電極として機能する構成を有し、エッチング処理が施される基板、例えば半導体ウエハであるウエハＷを載置する。

サセプタ１３の上面にはウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック（ＥＳＣ）１４が配置されている。静電チャック１４は、導電膜からなる電極板１５と、電極板１５を狭持する一対の絶縁層、例えば、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等の誘電体からなり、電極板１５には直流電源１６が接続端子を介して電気的に接続されている。この静電チャック１４は、直流電源１６によって印加された直流電圧に起因するクーロン力またはジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によってウエハＷを吸着保持する。

また、静電チャック１４の上面においてウエハＷが吸着保持される部分には、静電チャック１４の上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッシャーピン（例えば３つ）が配置されている。これらのプッシャーピンは、モータ（図示せず）にボールねじ（図示せず）を介して接続され、ボールねじによって直線運動に変換されたモータの回転運動に起因して静電チャック１４の上面から自在に突出する。これにより、プッシャーピンは、静電チャック１４およびサセプタ１３を貫通して、内側空間において突没上下動する。ウエハＷにエッチング処理を施す場合において静電チャック１４がウエハＷを吸着保持するときには、プッシャーピンは静電チャック１４に収容される。エッチング処理が施されたウエハＷをプラズマ生成空間Ｓから搬出するときには、プッシャーピンは静電チャック１４から突出してウエハＷを静電チャック１４から離間させて上方へ持ち上げる。

サセプタ１３の周囲上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコン（Ｓｉ）からなるエッジリング１７が配置され、エッジリング１７の周囲には、エッジリング１７の側部を保護するカバーリング５４が配置されている。また、サセプタ１３およびサセプタ支持台１２の側面は、例えば石英（ＳｉＯ２）からなる円筒状の部材１８で覆われている。

サセプタ支持台１２の内部には、例えば円周方向に延在する冷媒室１９が配置されている。冷媒室１９には、外付けのチラーユニット（図示しない）から配管２０ａ、２０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給される。冷媒室１９は冷媒の温度によってサセプタ１３上のウエハＷの処理温度を制御する。

また、伝熱ガス供給機構（図示しない）から伝熱ガス、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガスをガス供給ライン２１を介して静電チャック１４の上面およびウエハＷの裏面の間に供給することで、ウエハＷとサセプタ１３との熱移動が効率良く均一に制御される。

サセプタ１３の上方には、サセプタ１３と平行且つ対向するように上部電極２２が配置されている。ここで、サセプタ１３および上部電極２２の間に形成される空間はプラズマ生成空間Ｓ（処理室内空間）として機能する。上部電極２２は、サセプタ１３と所定の間隔を置いて対向配置されている環状またはドーナツ形状の外側上部電極２３と、外側上部電極２３の半径方向内側に外側上部電極２３と絶縁して配置されている円板形状の内側上部電極２４とで構成される。また、プラズマ生成に関して、外側上部電極２３が主で、内側上部電極２４が補助となる関係を有している。

外側上部電極２３と内側上部電極２４との間には、例えば０．２５～２．０ｍｍの環状ギャップ（隙間）が形成され、ギャップに、例えば石英からなる誘電体２５が配置される。また、このギャップには石英からなる誘電体２５の代わりにセラミック体を配置してもよい。外側上部電極２３と内側上部電極２４とが誘電体２５を挟むことによってコンデンサが形成される。コンデンサのキャパシタンスＣは、ギャップの大きさと誘電体２５の誘電率とに応じて所望の値に選定または調整される。また、外側上部電極２３とチャンバ１０の側壁との間には、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）若しくはイットリア（Ｙ２Ｏ３）からなる環状の絶縁性遮蔽部材２６が気密に配置されている。

外側上部電極２３は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体、例えばシリコンで構成されることが好ましい。外側上部電極２３には、上部整合器２７、上部給電棒２８、コネクタ２９および給電筒３０を介して上部高周波電源３１が電気的に接続されている。上部整合器２７は、上部高周波電源３１の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させ、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに、上部高周波電源３１の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。また、上部整合器２７の出力端子は上部給電棒２８の上端に接続されている。

給電筒３０は、略円筒状または円錐状の導電板、例えばアルミニウム板または銅板からなり、下端が周回方向で連続的に外側上部電極２３に接続され、上端がコネクタ２９を介して上部給電棒２８の下端部に電気的に接続されている。給電筒３０の外側では、チャンバ１０の側壁が上部電極２２の高さ位置よりも上方に延出して円筒状の接地導体１０ａを構成している。円筒状の接地導体１０ａの上端部は筒状の絶縁部材６９によって上部給電棒２８から電気的に絶縁されている。本構成においては、コネクタ２９から見た負荷回路において、給電筒３０、外側上部電極２３および接地導体１０ａによって給電筒３０および外側上部電極２３を導波路とする同軸線路が形成される。

内側上部電極２４は、上部電極板３２と、電極支持体３３とを有する。上部電極板３２は、例えば、シリコンや炭化珪素（ＳｉＣ）等の半導体材料で構成され、図示しない多数の電極板ガス通気孔（第１のガス通気孔）を有する。電極支持体３３は、上部電極板３２を着脱可能に支持する導電材料であり、例えば表面にアルマイト処理が施されたアルミニウムで構成される。上部電極板３２はボルト（図示しない）によって電極支持体３３に締結される。ボルトの頭部は上部電極板３２の下部に配置された環状のシールドリング５３によって保護される。

上部電極板３２において各電極板ガス通気孔は上部電極板３２を貫通する。電極支持体３３の内部には、後述する処理ガスが導入されるバッファ室が形成される。バッファ室は、例えばＯリングからなる環状隔壁部材４３で分割された２つのバッファ室、すなわち、中心バッファ室３５および周辺バッファ室３６からなり、下部が開放されている。電極支持体３３の下方には、バッファ室の下部を閉塞するクーリングプレート（以下、「Ｃ／Ｐ」という。）３４（中間部材）が配置されている。Ｃ／Ｐ３４は、表面にアルマイト処理が施されたアルミニウムからなり、図示しない多数のＣ／Ｐガス通気孔（第２のガス通気孔）を有する。Ｃ／Ｐ３４において各Ｃ／Ｐガス通気孔はＣ／Ｐ３４を貫通する。

また、上部電極板３２およびＣ／Ｐ３４の間には、シリコンや炭化珪素等の半導体材料からなるスペーサー３７が介在する。スペーサー３７は円板状部材であり、Ｃ／Ｐ３４に対向する表面（以下、単に「上面」という。）において円板と同心に形成された多数の上面環状溝と、スペーサー３７を貫通し且つ各上面環状溝の底部において開口する多数のスペーサーガス通気孔（第３のガス通気孔）を有する。

内側上部電極２４は、後述する処理ガス供給源３８からバッファ室に導入された処理ガスを、Ｃ／Ｐ３４のＣ／Ｐガス通気孔、スペーサー３７のスペーサーガス流路および上部電極板３２の電極板ガス通気孔を介して、プラズマ生成空間Ｓに供給する。ここで、中心バッファ室３５と、その下方に存在する複数のＣ／Ｐガス通気孔、スペーサーガス流路および電極板ガス通気孔とは中心シャワーヘッド（処理ガス供給経路）を構成する。また、周辺バッファ室３６と、その下方に存在する複数のＣ／Ｐガス通気孔、スペーサーガス流路および電極板ガス通気孔とは周辺シャワーヘッド（処理ガス供給経路）を構成する。

また、図１に示すように、チャンバ１０の外部には処理ガス供給源３８が配置されている。処理ガス供給源３８は、中心バッファ室３５および周辺バッファ室３６に処理ガスを所望の流量比で供給する。具体的には、処理ガス供給源３８からのガス供給管３９が途中で２つの分岐管３９ａおよび３９ｂに分岐して中心バッファ室３５および周辺バッファ室３６にそれぞれ接続される。分岐管３９ａおよび３９ｂはそれぞれ流量制御弁４０ａ、４０ｂ（流量制御装置）を有する。処理ガス供給源３８から中心バッファ室３５および周辺バッファ室３６までの流路のコンダクタンスは、等しくなるように設定されている。このため、流量制御弁４０ａ、４０ｂの調整により、中心バッファ室３５および周辺バッファ室３６に供給する処理ガスの流量比を任意に調整できるようになっている。さらに、ガス供給管３９にはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４１および開閉バルブ４２が配置されている。

以上の構成により、プラズマ処理装置１は、中心バッファ室３５と周辺バッファ室３６とに導入する処理ガスの流量比を調整することで、中心シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＣと周辺シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＥとの比率（ＦＣ／ＦＥ）を任意に調整する。なお、中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスの単位面積当たりの流量を個別に調整することも可能である。さらに、分岐管３９ａ、３９ｂのそれぞれに対応する２つの処理ガス供給源を配置することによって中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスのガス種またはガス混合比を独立または別個に設定することも可能である。ただし、これに限定されるものではなく、プラズマ処理装置１は、中心シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＣと周辺シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＥとの比率が調整できないものであってもよい。

また、内側上部電極２４の電極支持体３３には、上部整合器２７、上部給電棒２８、コネクタ２９および上部給電筒４４を介して上部高周波電源３１が電気的に接続されている。上部給電筒４４の途中には、キャパシタンスを可変調整できる可変コンデンサ４５が配置されている。なお、外側上部電極２３および内側上部電極２４にも冷媒室または冷却ジャケット（図示しない）を設けて、外部のチラーユニット（図示しない）から供給される冷媒によって電極の温度を制御してもよい。

チャンバ１０の底部には排気口４６が設けられている。この排気口４６には、排気マニフォールド４７を介して可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（Automatic Pressure Control Valve）（以下、「ＡＰＣバルブ」という。）４８およびターボ分子ポンプ（Turbo Molecular Pump）（以下、「ＴＭＰ」という。）４９が接続されている。ＡＰＣバルブ４８およびＴＭＰ４９は協働して、チャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓを所望の真空度まで減圧する。また、排気口４６およびプラズマ生成空間Ｓの間には、複数の通気孔を有する環状の仕切り板５０がサセプタ１３を取り巻くように配置され、仕切り板５０はプラズマ生成空間Ｓから排気口４６へのプラズマの漏洩を防止する。仕切り板５０は、プラズマ生成空間Ｓ（処理室）と排気空間Ｅ（排気室）との間を連通する複数の通気孔を有する。また、仕切り板５０は、排気リングの一例である。すなわち、プラズマ生成空間Ｓは、処理室の一例であり、仕切り板５０から排気口４６までの排気空間Ｅは、排気室の一例である。

また、チャンバ１０の外側の側壁には、ウエハＷの搬入・搬出用の開口部５１が設けられ、開口部５１を開閉するゲートバルブ５２が配置される。チャンバ１０内には、チャンバ１０の内壁に沿ってデポシールド７１が着脱自在に設けられている。デポシールド７１は、チャンバ１０の開口部５１に対応する位置に開閉自在なシャッタが設けられている。なお、図１では、シャッタが閉じている状態を示している。デポシールド７１の下部は、仕切り板５０に接続されている。デポシールド７１は、例えばアルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。

ウエハＷは、ゲートバルブ５２を開閉させて搬入・搬出される。搬出入が終了してゲートバルブ５２を閉じた後に、デポシールド７１のシャッタを閉じることで、チャンバ１０の開口部５１とプラズマ生成空間Ｓとが遮断される。また、デポシールド７１は、後述するスリーブ９０を接続するための貫通孔を有する。

また、プラズマ処理装置１では、下部電極としてのサセプタ１３に下部整合器５８を介して下部高周波電源（第１高周波電源）５９が電気的に接続されている。下部整合器５８は、下部高周波電源５９の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓにプラズマが生成されているときに下部高周波電源５９の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。また、下部電極には、別の第２の下部高周波電源（第２高周波電源）を接続してもよい。

また、プラズマ処理装置１では、内側上部電極２４に、上部高周波電源３１からの高周波電力をグランドに通さずに、下部高周波電源５９からの高周波電力をグランドへ通すローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１が電気的に接続されている。このＬＰＦ６１は、好ましくは、ＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されることが好ましい。ただし、１本の導線でも上部高周波電源３１からの高周波電力に対して十分大きなリアクタンスを付与することが可能なので、ＬＲフィルタまたはＬＣフィルタの代わりに１本の導線を内側上部電極２４に電気的に接続するのみでもよい。一方、サセプタ１３には、上部高周波電源３１からの高周波電力をグランドへ通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６２が電気的に接続されている。

また、チャンバ１０の側壁には、スリーブ９０が設けられている。スリーブ９０は、中空の中継部材であり、デポシールド７１に設けられた貫通孔に嵌め込まれ、チャンバ１０の側壁を貫通して処理室であるプラズマ生成空間Ｓと配管９１とを連通する。配管９１は、チャンバ１０の側壁においてスリーブ９０と接続され、スリーブ９０とキャパシタンスマノメータ９２ａ，９２ｂとを接続する配管である。配管９１は、第１の配管の一例である。なお、以下の説明では、キャパシタンスマノメータ９２ａ，９２ｂを併せてキャパシタンスマノメータ９２とも表現する。なお、スリーブ９０およびキャパシタンスマノメータ９２は、複数設けるようにしてもよい。

キャパシタンスマノメータ９２ａは、０ｍＴ～１０Ｔ（０Ｐａ～１３３３Ｐａ）の範囲の圧力を測定することができる。キャパシタンスマノメータ９２ｂは、０ｍＴ～２５０ｍＴ（０Ｐａ～３３．３Ｐａ）の範囲の圧力を測定することができる。なお、本実施形態では、測定範囲が異なる２つのキャパシタンスマノメータ９２ａ，９２ｂを設置したが、圧力計はこれに限られず、１つまたは３つ以上のキャパシタンスマノメータ９２を設置してもよい。なお、圧力計は、キャパシタンスマノメータ９２に限られず、ピラニーゲージ等を用いてもよい。また、配管９１には、チャンバ１０内の大気開放時にキャパシタンスマノメータ９２を保護するためのバルブ９３が設けられている。

配管９４は、チャンバ１０の排気空間Ｅ（排気室）とキャパシタンスマノメータ９２との間を、バルブ９５を介して接続する。配管９４は、第２の配管の一例である。配管９４の一端は、配管９１のバルブ９３とキャパシタンスマノメータ９２との間である中間部に接続されている。バルブ９５は、プラズマ生成空間Ｓにおける処理条件が切り替わる際に開放され、所定時間経過後に閉じられる。バルブ９５は、第１のバルブの一例である。

制御部５は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。制御部５内のプロセッサは、制御部５内のメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御部５の入出力インターフェイスを介してプラズマ処理装置１の各部を制御する。

次に、プラズマ処理装置１においてエッチングを行う場合には、まずゲートバルブ５２およびシャッタを開状態にして加工対象のウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１３の上に載置する。そして、処理ガス供給源３８より処理ガス、例えばＣ４Ｆ８ガスおよびアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスを所定の流量および流量比で中心バッファ室３５および周辺バッファ室３６に導入する。また、ＡＰＣバルブ４８およびＴＭＰ４９によってチャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓの圧力をエッチングに適した値、例えば数ｍＴｏｒｒ～１Ｔｏｒｒの範囲内のいずれかの値に設定する。

さらに、上部高周波電源３１によってプラズマ生成用の高周波電力を所定のパワーで上部電極２２（外側上部電極２３、内側上部電極２４）に印加するとともに、下部高周波電源５９からバイアス用の高周波電力を所定のパワーでサセプタ１３の下部電極に印加する。また、直流電源１６より直流電圧を静電チャック１４の電極板１５に印加して、ウエハＷをサセプタ１３に静電吸着する。

そして、シャワーヘッドより噴出された処理ガスによってプラズマ生成空間Ｓにプラズマが生成され、このとき生成されるラジカルやイオンによってウエハＷの被処理面が物理的または化学的にエッチングされる。

プラズマ処理装置１では、上部電極２２に対して高い周波数領域（イオンが動けない周波数領域）の高周波を印加することにより、プラズマが好ましい解離状態で高密度化される。また、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。

一方、上部電極２２においては、プラズマ生成のための高周波電極として外側上部電極２３を主、内側上部電極２４を副とし、上部高周波電源３１および下部高周波電源５９によって上部電極２２直下の電子に与える電界強度の比率を調整可能にしている。したがって、イオン密度の空間分布を径方向で制御し、反応性イオンエッチングの空間的な特性を任意且つ精細に制御することができる。

［スリーブ９０の詳細］
次に、図２および図３を用いてスリーブ９０について説明する。図２は、第１実施形態におけるスリーブ周辺の断面の一例を示す部分拡大図である。図３は、第１実施形態におけるスリーブのガス導入孔の一例を示す図である。図２および図３に示すように、スリーブ９０は、管状部９０ａと、先端部９０ｂとを有する。先端部９０ｂには、段差部９０ｃが設けられ、デポシールド７１の貫通孔の段差部と嵌合する。また、先端部９０ｂには、複数のガス孔ｈが設けられ、管状部９０ａを介してプラズマ生成空間Ｓと配管９１の内部とが連通している。

プラズマ生成空間Ｓに供給されたガスは、複数のガス孔ｈおよび管状部９０ａを経由する経路Ｒ１を通って配管９１に流れる。配管９１に流入したガスは、バルブ９３を経由してキャパシタンスマノメータ９２に到達する。なお、バルブ９５は、プラズマ生成空間Ｓで処理が行われている場合は閉じられており、配管９４側にガスは流れない。

スリーブ９０と配管９１の接続部において、複数のガス孔ｈのコンダクタンスＣ１と、配管９１の単位長さ当たりのコンダクタンスＣ２とを比較すると、コンダクタンスＣ１の方が低くなる。つまり、配管９１は、チャンバ１０のプラズマ生成空間Ｓと接続する箇所に、配管９１の単位長さ当たりのコンダクタンスＣ２より低いコンダクタンスＣ１を有する複数のガス孔ｈを有する。なお、ガス孔ｈは、所望のコンダクタンス値であれば、１つであってもよい。また、プラズマ生成空間Ｓからスリーブ９０および配管９１，９４を介して排気空間Ｅへと向かう経路のコンダクタンスは、プラズマ生成空間Ｓから仕切り板５０を介して排気空間Ｅへと向かう経路のコンダクタンスよりも高くなる。つまり、配管９４は、配管９１およびキャパシタンスマノメータ９２内のガスを排気空間Ｅへ排出するバイパス経路となる。

［基板処理におけるガス切り替え方法］
続いて、図４を用いてキャパシタンスマノメータ９２近傍におけるガス切り替え方法を説明する。図４は、第１実施形態における基板処理の一例を示すフローチャートである。

制御部５は、まずゲートバルブ５２およびシャッタを開状態にして加工対象のウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１３の上に載置する。制御部５は、処理ガス供給源３８より第１の工程の第１の処理条件に応じた処理ガスをチャンバ１０のプラズマ生成空間Ｓに導入する。

制御部５は、プラズマ生成空間Ｓの圧力を第１の処理条件の圧力に設定し、高周波電力を供給してプラズマを生成することで、第１の工程を実行する（ステップＳ１）。第１の工程は、例えば、ＡＬＥのエッチャントの堆積ステップが挙げられる。

制御部５は、第１の工程から第２の工程に切り替わる際に、処理条件を第１の処理条件から第２の処理条件に切り替える。つまり、制御部５は、処理ガス供給源３８より第２の工程の第２の処理条件に応じた処理ガスをチャンバ１０のプラズマ生成空間Ｓに導入する。制御部５は、第１の処理条件から第２の処理条件に切り替わる際、第１のバルブであるバルブ９５を開ける（ステップＳ２）。制御部５は、バルブ９５を開けた後、所定時間の経過後に、第１のバルブであるバルブ９５を閉じる（ステップＳ３）。なお、所定時間は、例えば、処理ガスの切り替え時間に応じた時間であり、プラズマ生成空間Ｓ内のガスの置換が完了する時間とすることができる。このとき、配管９１やキャパシタンスマノメータ９２の内部に残留している第１の処理条件の処理ガスは、バルブ９５が開いているので、第２の処理条件の処理ガスに押し出され、配管９４を通って排気空間Ｅに排気される。

制御部５は、プラズマ生成空間Ｓの圧力を第２の処理条件の圧力に設定し、高周波電力を供給してプラズマを生成することで、第２の工程を実行する（ステップＳ４）。第２の工程は、例えば、ＡＬＥのアクチベーションステップが挙げられる。

制御部５は、第２の工程が完了すると、基板処理の停止条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ５）。制御部５は、停止条件を満たさないと判定した場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、再度、第１の工程と第２の工程とを繰り返すために、処理条件を第２の処理条件から第１の処理条件に切り替える。つまり、制御部５は、処理ガス供給源３８より第１の工程の第１の処理条件に応じた処理ガスをチャンバ１０のプラズマ生成空間Ｓに導入する。制御部５は、第２の処理条件から第１の処理条件に切り替わる際、第１のバルブであるバルブ９５を開ける（ステップＳ６）。制御部５は、バルブ９５を開けた後、所定時間の経過後に、第１のバルブであるバルブ９５を閉じ（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻る。このとき、配管９１やキャパシタンスマノメータ９２の内部に残留している第２の処理条件の処理ガスは、バルブ９５が開いているので、第１の処理条件の処理ガスに押し出され、配管９４を通って排気空間Ｅに排気される。

制御部５は、停止条件を満たすと判定した場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、基板処理を終了し、ゲートバルブ５２およびシャッタを開状態にしてウエハＷをチャンバ１０内から搬出する。これにより、キャパシタンスマノメータ９２（計測器）内部のガスを高速に置換できる。また、プラズマ生成空間Ｓの圧力を高速に安定させることができる。また、スリーブ９０、配管９１およびキャパシタンスマノメータ９２内における腐食やデポ溜まりの発生を抑制することができる。また、仕切り板５０のコンダクタンスが高い場合でも、高速な圧力平衡を得ることができる。

［ガスの流れの比較］
続いて、図５を用いて計測器周辺のガスの流れについて説明する。図５は、計測器周辺のガスの流れの比較の一例を示す図である。図５では、第１の処理条件としてガスＡを用いる処理条件Ａ、第２の処理条件としてガスＢを用いる処理条件Ｂとし、ガスＡからガスＢに切り替わる場合を示している。また、比較例１では、圧力計として袋小路となっている配管１０１に接続されたキャパシタンスマノメータ１０２を用い、実施例１では、配管９１の中間に配管９４が接続されているキャパシタンスマノメータ９２を用いている。なお、図５では、バルブ９３は省略している。

まず、処理条件Ａの安定時には、比較例１では、ガスＡがプラズマ生成空間Ｓから仕切り板１０３を介して排気空間Ｅに流れている。このとき、ガスＡは配管１０１を介してキャパシタンスマノメータ１０２に到達している。実施例１では、ガスＡがプラズマ生成空間Ｓから仕切り板５０を介して排気空間Ｅに流れている。このとき、ガスＡは配管９１を介してキャパシタンスマノメータ９２に到達している。また、バルブ９５は閉じているので、配管９４にはガスＡは流れていない。

次に、処理条件Ａから処理条件Ｂへの切り替え時には、比較例１では、ガスＢがプラズマ生成空間Ｓから仕切り板１０３を介して排気空間Ｅに流れている。このとき、ガスＢは配管１０１に残留していたガスＡを配管１０１内で押し出しつつキャパシタンスマノメータ１０２に向かう。押し出されたガスＡは、排気空間Ｅに流れる。実施例１では、ガスＢがプラズマ生成空間Ｓから仕切り板５０を介して排気空間Ｅに流れている。このとき、バルブ９５が開放されているので、配管９１ではガスＢによりガスＡがバルブ９５および配管９４を介して排気空間Ｅに排出される。また、ガスＢの一部もガスＡを押し出す形で配管９１、バルブ９５および配管９４を経由して排気空間Ｅに排出される。ガスＢは、配管９１内のガスＡが速やかに排出されるので、キャパシタンスマノメータ１０２に比較例１よりも早く到達する。

その後、処理条件Ｂの安定時には、比較例１では、ガスＢがプラズマ生成空間Ｓから仕切り板１０３を介して排気空間Ｅに流れている。このとき、ガスＢは配管１０１を介してキャパシタンスマノメータ１０２に到達しているが、配管１０１内に残留したガスＡが配管１０１を逆流し、プラズマ生成空間Ｓおよび排気空間Ｅに流れる。実施例１では、ガスＢがプラズマ生成空間Ｓから仕切り板５０を介して排気空間Ｅに流れている。このとき、ガスＢは配管９１を介してキャパシタンスマノメータ９２に到達している。また、バルブ９５は閉じているので、配管９４にはガスＢは流れていない。配管９１およびキャパシタンスマノメータ９２の内部では、切り替え時にガスＡが配管９４を経由して排出されているので、ガスＡは残留していない。このように、実施例１では比較例１に対して圧力計におけるガスの種類の切り替えをより早く行うことができる。

［圧力変化の追従性］
次に、図６を用いて、第１実施形態における圧力変化の追従性を実施例１とし、従来の配管が袋小路となっており、チャンバとの接続部のコンダクタンスを低くしている場合の比較例１と比較する。

図６は、圧力変化の追従性に関する比較の一例を示す図である。図６に示すグラフ１００は、チャンバ１０のプラズマ生成空間Ｓの圧力設定と、圧力計での測定圧力とについて、比較例１と実施例１の場合の変化を表したものである。

比較例１と実施例１とを比較すると、圧力設定の立ち下がりにおいて、実施例１は比較例１よりも測定圧力の立ち下がりが速い。また、圧力設定の立ち上がりにおいても、実施例１は比較例１よりも測定圧力の立ち上がりが速い。なお、実施例１では、圧力設定の立ち上がりの場合、処理ガスの置換が完了した時点でバルブ９５を閉じて圧力が排気空間Ｅに抜けることを防止している。つまり、処理ガスの置換が比較例１よりも早く完了するので、その分測定圧力の立ち上がりも速くなる。このように、圧力変化の追従性が良くなるので、基板処理におけるスループットへの影響を最小限に抑えることができる。

［変形例１］
上記した第１実施形態では、配管９４を配管９１の中間部に接続したが、配管９４をキャパシタンスマノメータ９２に接続してもよく、この場合の実施の形態につき、変形例１として説明する。なお、変形例１におけるプラズマ処理装置は、上記の第１実施形態のプラズマ処理装置１と同様であるので、その重複する構成および動作の説明については省略する。

図７は、変形例１のキャパシタンスマノメータへの配管の一例を示す図である。図７に示すように、変形例１は、第１実施形態の実施例１と比較して、キャパシタンスマノメータ９２、配管９４およびバルブ９５に代えて、キャパシタンスマノメータ９６、配管９４ａおよびバルブ９５ａを有する。なお、図７では、バルブ９３は省略している。変形例１では、配管９４ａは、バルブ９５ａを介してキャパシタンスマノメータ９６に接続されている。

続いて、キャパシタンスマノメータの構造について比較する。まず、実施例１のキャパシタンスマノメータ９２は、配管９１の内部と連通する測定室９２ｃと、隔膜９２ｄと、固定電極９２ｅとを有する。なお、図７のキャパシタンスマノメータの構造として示すキャパシタンスマノメータ９２は、キャパシタンスマノメータ９２ａおよび９２ｂのそれぞれに対応する。キャパシタンスマノメータ９２は、配管９１から測定室９２ｃにガスが導入され、ガスの圧力に応じて隔膜９２ｄと固定電極９２ｅとの距離が変化し、これらの間の静電容量が変化することで圧力を検出する。キャパシタンスマノメータ９２では、ガスＡからガスＢに切り替えられた際に、同じ配管９１をガスＢとガスＡが通るため、測定室９２ｃ内のガスが入れ代わりにくい。

これに対し、変形例１のキャパシタンスマノメータ９６は、配管９１および配管９４ａの内部と連通する測定室９６ａと、隔膜９６ｂと、固定電極９６ｃとを有する。キャパシタンスマノメータ９６は、配管９１から測定室９６ａにガスが導入され、ガスの圧力に応じて隔膜９６ｂと固定電極９６ｃとの距離が変化し、これらの間の静電容量が変化することで圧力を検出する。キャパシタンスマノメータ９６では、ガスＡからガスＢに切り替えられた際に、ガスＢは配管９１から測定室９６ａに導入され、測定室９６ａ内のガスＡは配管９４ａから排出されるため、測定室９６ａ内のガスを速やかに入れ替えることができる。これにより、キャパシタンスマノメータ９６では、キャパシタンスマノメータ９２よりも内部のガスを高速に置換することができる。

（第２実施形態）
上記した第１実施形態では、配管９４をチャンバ１０の排気空間Ｅに接続したが、ＡＰＣバルブ４８とＴＭＰ４９との間に接続してもよく、この場合の実施の形態につき、第２実施形態として説明する。なお、第１実施形態と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成および動作の説明については省略する。

図８は、第２実施形態における基板処理装置の一例を示す図である。図８に示す基板処理装置の一例であるプラズマ処理装置２は、第１実施形態のプラズマ処理装置１と比較して、配管９４に代えて配管９７を有する。

配管９７は、ＡＰＣバルブ４８とＴＭＰ４９との間を接続する配管と、キャパシタンスマノメータ９２との間を、バルブ９５を介して接続する。配管９７は、第２の配管の一例である。配管９７の一端は、配管９１のバルブ９３とキャパシタンスマノメータ９２との間である中間部に接続されている。つまり、配管９７は、排気ポンプであるＴＭＰ４９の排気空間Ｅ（排気室）側と、キャパシタンスマノメータ９２（計測器）との間を第１のバルブであるバルブ９５を介して連通する配管である。このように、配管９７を直接ＴＭＰ４９に接続することで、より高速に配管９１およびキャパシタンスマノメータ９２内のガスを置換することができる。

以上、第１実施形態によれば、基板処理装置（プラズマ処理装置１）は、処理室（プラズマ生成空間Ｓ）と、排気室（排気空間Ｅ）と、仕切り板５０と、計測器（キャパシタンスマノメータ９２）と、第１の配管（配管９１）と、第２の配管（配管９４）と、制御部５とを有する。処理室は、導入されるガスにより基板への処理を実行する。排気室は、処理室内のガスを排気する。仕切り板５０は、処理室と排気室との間を連通する複数の通気孔を有する。計測器は、処理室内の状態を計測する。第１の配管は、処理室と計測器との間を接続する。第２の配管は、排気室と計測器との間を第１のバルブ（バルブ９５）を介して連通する。制御部５は、第１のバルブを制御する。その結果、計測器内部のガスを高速に置換できる。

また、第１実施形態によれば、制御部５は、第１の処理条件から第２の処理条件に切り替わる際、第１のバルブを開ける。その結果、処理条件の切り替わりに応じて、計測器内部のガスを高速に置換できる。

また、第１実施形態によれば、制御部５は、第１のバルブを開けた後、所定時間の経過後に、第１のバルブを閉じる。その結果、処理室内の圧力について、次の工程の所望の圧力に速やかに調整することができる。

また、第１実施形態によれば、第２の配管の一端は、第１の配管の中間部に接続される。その結果、計測器内部のガスを高速に置換できる。

また、第１実施形態によれば、第１の配管は、第２の配管の一端が接続される中間部と処理室との間に第２のバルブ（バルブ９３）を有する。その結果、チャンバ１０内の大気開放時に計測器（キャパシタンスマノメータ９２）を保護することができる。

また、変形例１によれば、第２の配管の一端は、計測器（キャパシタンスマノメータ９６）において、第１の配管が計測器に接続される箇所とは異なる箇所に接続される。その結果、配管の接続が一箇所である計測器（キャパシタンスマノメータ９２）よりも内部のガスを高速に置換することができる。

また、変形例１によれば、第２の配管と第１の配管とは、計測器の内部で連通する。その結果、配管の接続が一箇所である計測器（キャパシタンスマノメータ９２）よりも内部のガスを高速に置換することができる。

また、各実施形態によれば、第１の配管は、処理室と接続する箇所に、第１の配管の単位長さ当たりのコンダクタンス値より低いコンダクタンス値を有する１つ以上の孔を有する。その結果、配管９１から処理室へのガスの逆流を抑制することができる。

また、各実施形態によれば、計測器は、圧力計である。その結果、処理室の圧力を測定することができる。

また、各実施形態によれば、仕切り板５０は、排気リングである。その結果、プラズマ生成空間Ｓである処理室から排気空間Ｅや排気口４６へのプラズマの漏洩を防止することができる。

また、各実施形態によれば、処理室では、プラズマが生成される。その結果、プラズマ生成空間Ｓにおけるガスを測定することができる。

また、第２実施形態によれば、基板処理装置（プラズマ処理装置２）は、処理室（プラズマ生成空間Ｓ）と、排気室（排気空間Ｅ）と、真空ポンプ（ＴＭＰ４９）と、仕切り板５０と、計測器（キャパシタンスマノメータ９２）と、第１の配管（配管９１）と、第２の配管（配管９７）と、制御部５とを有する。処理室は、導入されるガスにより基板への処理を実行する。排気室は、処理室内のガスを排気する。真空ポンプは、排気室を真空引きする。仕切り板５０は、処理室と排気室との間を連通する複数の通気口を有する。計測器は、処理室内の状態を計測する。第１の配管は、処理室と計測器との間を接続する。第２の配管は、真空ポンプの排気室側と、計測器との間を第１のバルブ（バルブ９５）を介して連通する。制御部は、第１のバルブを制御する。その結果、計測器内部のガスをより高速に置換できる。

今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の各実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。

また、上記した各実施形態では、基板処理装置の一例としてプラズマ処理装置１，２を用いて説明したが、これに限定されない。例えば、真空引きを行う各種の装置、例えば、搬送装置等の内部の状態、例えば圧力を測定する場合にも適用してもよい。

また、上記した各実施形態では、スリーブ９０はデポシールド７１に設けられた貫通孔に嵌め込まれていたが、これに限定されない。例えば、スリーブを水平方向に駆動可能とし、上下方向に駆動可能なデポシールドに一端を接続させることでプラズマ生成空間Ｓと配管９１とを連通させるようにしてもよい。

１，２ プラズマ処理装置
５ 制御部
１０ チャンバ
４６ 排気口
４８ ＡＰＣバルブ
４９ ＴＭＰ
５０ 仕切り板
５１ 開口部
５２ ゲートバルブ
７１ デポシールド
９０ スリーブ
９１，９４，９４ａ，９７ 配管
９２，９２ａ，９２ｂ，９６ キャパシタンスマノメータ
９３，９５，９５ａ バルブ
Ｅ 排気空間
Ｓ プラズマ生成空間
Ｗ ウエハ

Claims (13)

1. 基板処理装置であって、
   導入されるガスにより基板への処理を実行する処理室と、
   前記処理室内のガスを排気する排気室と、
   前記処理室と前記排気室との間を連通する複数の通気孔を有する仕切り板と、
   前記処理室内の状態を計測する計測器と、
   前記処理室と前記計測器との間を接続する第１の配管と、
   前記排気室と前記計測器との間を第１のバルブを介して連通する第２の配管と、
   制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記第１のバルブを制御するよう前記基板処理装置を制御するように構成される、
   基板処理装置。
2. 前記制御部は、第１の処理条件から第２の処理条件に切り替わる際、前記第１のバルブを開けるよう前記基板処理装置を制御するように構成される、
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記制御部は、前記第１のバルブを開けた後、所定時間の経過後に、前記第１のバルブを閉じるよう前記基板処理装置を制御するように構成される、
   請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記第２の配管の一端は、前記第１の配管の中間部に接続される、
   請求項１～３のいずれか１つに記載の基板処理装置。
5. 前記第１の配管は、前記第２の配管の一端が接続される前記中間部と前記処理室との間に第２のバルブを有する、
   請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記第２の配管の一端は、前記計測器において、前記第１の配管が前記計測器に接続される箇所とは異なる箇所に接続される、
   請求項１～３のいずれか１つに記載の基板処理装置。
7. 前記第２の配管と前記第１の配管とは、前記計測器の内部で連通する、
   請求項６に記載の基板処理装置。
8. 前記第１の配管は、前記処理室と接続する箇所に、前記第１の配管の単位長さ当たりのコンダクタンス値より低いコンダクタンス値を有する１つ以上の孔を有する、
   請求項１～７のいずれか１つに記載の基板処理装置。
9. 前記計測器は、圧力計である、
   請求項１～８のいずれか１つに記載の基板処理装置。
10. 前記仕切り板は、排気リングである、
    請求項１～９のいずれか１つに記載の基板処理装置。
11. 前記処理室では、プラズマが生成される、
    請求項１～１０のいずれか１つに記載の基板処理装置。
12. 基板処理装置であって、
    導入されるガスにより基板への処理を実行する処理室と、
    前記処理室内のガスを排気する排気室と、
    前記排気室を真空引きする真空ポンプと、
    前記処理室と前記排気室との間を連通する複数の通気口を有する仕切り板と、
    前記処理室内の状態を計測する計測器と、
    前記処理室と前記計測器との間を接続する第１の配管と、
    前記真空ポンプの前記排気室側と、前記計測器との間を第１のバルブを介して連通する第２の配管と、
    制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記第１のバルブを制御するよう前記基板処理装置を制御するように構成される、
    基板処理装置。
13. 基板処理装置のガス切り替え方法であって、
    前記基板処理装置は、
    導入されるガスにより基板への処理を実行する処理室と、
    前記処理室内のガスを排気する排気室と、
    前記処理室と前記排気室との間を連通する複数の通気口を有する仕切り板と、
    前記処理室内の状態を計測する計測器と、
    前記処理室と前記計測器との間を接続する第１の配管と、
    前記排気室と前記計測器との間を第１のバルブを介して連通する第２の配管と、を備え、
    前記基板への処理において、第１の処理条件から第２の処理条件に切り替わる際、前記第１のバルブを開ける工程と、
    前記第１のバルブを開けた後、所定時間の経過後に、前記第１のバルブを閉じる工程と、
    を有する基板処理装置のガス切り替え方法。

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