JPH0239427A - プラズマ処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は排気方法を改良したプラズマ処理方法および装
置に関する。

（従来の技術） プラズマ処理装置はプラズマエッチンク、プラズマＣＶ
Ｄ等に用いられるが、処理槽内の圧力かその処理の成績
を左右する重要なパラメータとなっており、処理中は特
に圧力を一定に保つ必要がある。以下ではこの一定に保
たれる圧力値を「処理時用圧力値」と呼ぶ。

従来からプラズマ処理装置には、油の逆拡散の程度が少
なくかつ保守性かよいことからターボ分子ポンプが多用
されているか、その回転数に関しては、常にこれを一定
に保つように電力を調整しており、処理槽内の圧力制御
は、専らターボ分子ポンプの吸入口の前につけられた可
変コンダクタンスハルツて排気流量を調節し、導入流量
との対比で処理槽内圧力を処理時用圧力値に一定に保つ
ような方法が採用され、処理槽内の真空度を測定する真
空計の出力で可変コンタクタンスバルブを駆動する構成
をとっている。

（発明か解決しようとする問題点） 上記した従来の方法ζこは、次の欠点かある。

■　可変コンダクタンスハルツか装置されているため、
バルブ全開てもターボ分子ポンプの排気速度を低下させ
ることになり、その低下を補う分だけターボ分子ポンプ
に大容量のものか必要となる。

■　流量か少なく圧力が高い状態での運転の時は、可変
コンダクタンスバルブを全閉にした付近で細かなコント
ロールを行なうことか必要になり、制御上の安定を得難
い。

■　可変コンダクタンスのために装置は大きな設置場所
を必要としている。

乙の欠点を解決するために、従来より真空計の出力信号
を使ってターボ分子ポンプの回転数の方を制御する方法
もとられていたが、一般にプラズマ処理装置では、大気
圧から減圧していくとき、残留ガスをできるたけ少なく
する目的で、ポンプの最高排気能力を使もて真空に引き
、プラズマ処理をしていないときも常に最高排気能力付
近で弓いておく必要がある。例えは、Ｓｉウェハー上の
薄膜をプラズマによりエツチングする装置においては、
生産性上の要求から、１時間あたりＳｉウェハー２５〜
４０枚の処理か必要となるか、これは、殆んとの場合プ
ラズマ処理が２〜１．５分に１回繰り返される処理に相
当する。

通常１０−２〜１（１”Ｐａにまで減圧されている処理
槽内を、ガスを導入すると同時に、数Ｐａ−数１０Ｐａ
の処理時用圧力値にまで圧力を上けるという操作の繰り
返しを行なわなけれはならない。

それは即ち、高速回転しているターボ分子ポンプに急激
な制動をかける操作を繰り返えさねばならないことを意
味する。

ターボ分子ポンプの駆動は電動機によっているが、ター
ボ分子ポンプの回転翼と静止翼の間隔には数μｍの精度
保持が要求されている。また安定した回転を確保するた
めにその慣性はかなり大きいものに設計されており、こ
うしたポンプの回転に急制動をかけるには、機械的制動
の採用は難しく、制動は電気的に行なう必要かある。

電気的制動で有効なものか回生制動である。これは電動
機を一時的に発電機に変えて用い、発電機の発生電流を
負荷抵抗に流してエネルギーを電気的に消費することで
より回転の制動を行なうものである。

しかしこの方法では、電動機に起動時以上の大電流が流
れるために、電動機の巻線を太くしたり、電源容量を大
きくする等の処置か必要となり、ポンプの大型化、重量
増大、ざらにそれによる駆動電源の大型化を引き起こす
。

また従来採用された別の対策としては、排気ポンプにメ
カニカルブースターポンプ（例えは、ルーツブロワ−ポ
ンプ）を使いその回転数を変化させて排気速度を調整す
るものかある。

この方法には、メカニカルブースターポンプの駆動電動
機の回転数が一般にターボ分子ポンプの１／１０以下で
あること、前記した隙間などが数１００μｍ以上もある
ことなどから、速度制御上の拘束が少なく、回転数制御
か容易であるという長所をもっている。しかしこの種の
ポンプはその到達圧力か高く（一般に数Ｐａ程度）、残
留ガスの影響を減少させる目的をもってプラズマ処理前
の高真空排気（１０−２〜１０−’Ｐａ程度）を行なお
うとすると、とうしても別系統の高真空排気用ポンプが
必要になり、装置全体の機構が複雑になる。

また、Ａｌｌなどの金属薄膜に対する反応性イオンエッ
チンク等では、低圧力下（数Ｐａ以下の処理時用圧力値
）で１００ｃｃ／分以上のガス流量を必要とするプロセ
スか用いられるが、上記のメカニカルブ−スターポンプ
では、こうした圧力−流量の領域を得ることが困難であ
り、またポンプの圧縮比が小さいために、同−圧力−流
量でも、排気側の補助ポンプに、その能力がターボ分子
ポンプの補助ポンプの能力よりも大きいものか要求され
ると言う欠点かある。

（発明の目的） 本発明はこの問題を解決し、電動機の電気的容量を増大
させることなく、比較的小容量のターボ分子ポンプて効
果的に処理槽内の圧力制御を行なうことのできる？ＩＴ
規のプラズマ処理方法およびその装置の提供を目的とす
る。

（問題を解決するための手段） 本発明は、排気手段にターボ分子ポンプを備え、減圧さ
れた処理槽内に所定の処理ガスを導入し、そのガスのプ
ラズマを発生させて処理槽内に配置した被加工物をプラ
ズマで処理するプラズマ処理方法において、プラズマ処
理の処理前に、予め、所定流量の処理ガス導入時に所定
の処理時用圧力値が得られるような回転数にまで、前記
ターボ分子ポンプの回転数を変えておき、しかるのち処
理ガスを導入するプラズマ処理方法、ざらには、これに
加えて、プラズマ処理中に、処理槽に付けた真空計の出
力によりターボ分子ポンプの回転速度を微調整する方法
、および、その方法を実現する装置として、プラズマ処
理前に、予め、所定流量の処理ガス導入時に所定の処理
時用圧力値が得られるような回転数にまでターボ分子ポ
ンプの回転数を変えておく手段と、その回転速度を、処
理槽内の圧力を測定する圧力計の出力で微調整する制御
手段とを備えたプラズマ処理装置、によって前記目的を
達成したものである。

（作用） ターボ分子ポンプの回転翼の回転数を下げると、気体の
圧縮比が下がって排気能力が落ちろ。

従って回転数を変えることで排気能力を変更すれは、所
定のガス導入流量に対して、そのときの圧力が一意的に
定まる。

プラズマ処理装置では処理ガスを導入してそのガスのプ
ラズマを発生させるが、前述のように、残留ガスの影響
を避けるために処理槽を予め１０３Ｐａ程度の真空にす
る必要がある。この１Ｏ−３Ｐａ程度の高真空から、プ
ラズマ処理中の０．　１〜５０Ｐａ程度の処理時用圧力
値に、圧力を変化させるために従来はターボ分子ポンプ
の回転数を変えているのであるが、通常定格出力で回転
しているときに、２２００１／ｓｅｃの排気能力のポン
プを、その２０％程度の排気能力にまで回転数に落とす
場合、自由回転の状態にしたままの放置では通常、１時
間以上の時間が必要となる。また通常の加速時に電動機
に流れる電流程度を消費させた場合でも、数十分〜１時
間の時間か必要である。さりとて強制的に大電流を消費
して停止させるとなると、前述のように、大容量の巻線
、冷却機構、大容量電源が必要となり実用的でない。

そこで、予めターボ分子ポンプの回転を落として、回転
が落ちてから処理ガスを導入し、ガス導入時に所望の処
理時用圧力値か得られるように運転方法を変更したもの
である。　そしてその後の処理中には、処理槽に付けた
真空計からの信号により、ターボ分子ポンプの回転数の
微調整を行ない、処理時用圧力値をプラズマ処理の最適
値に調節するようにしたものである。

（実施例） 第１図は本発明の装置の実施例の概略の構成を示す図で
あり、第４図は従来の装置の同様の図を示す。図中、１
は導入ガスの流量制御バルブ、２はガス導入管、３は処
理槽、４は可変コンダクタンスバルブ、５はターボ分子
ポンプ、６は高周波電源、７は真空計、８，９は電極、
１０は被加工物、１２はターボ分子ポンプ５の背圧を引
くロータリーポンプ等のメカニカルポンプ、１５はター
ボ分子ポンプの制ｉａ！ｌ電Ｒ部を示す。

プラズマ処理を行なう場合には、処理槽３の内部を予め
、ターボ分子ポンプ５か動作てきる圧力にまで、別途設
けられたメカニカルポンプ２１を使い、またはバルブ（
図示せず）で切り換えて背圧用ポンプ１２を使い、その
後ターボ分子ポンプ５およびその背圧を引くメカニカル
ポンプ１２を使って、処理槽内を１Ｏ−３Ｐａ程度まで
減圧する。

通常この程度の真空度にまで引いておかないと、残留ガ
ス、特に大気中の水蒸気が邪魔をして、プラズマ処理に
処理速度を不均一にするなどの悪い影響を与えるからで
ある。

次いで、プラズマ処理を開始する前に、第２図、第３図
に示すように、先ず処理槽内の圧力がＰｌである時刻ｔ
、にターボ分子ポンプの回転数を落しはじめ、時刻ｔ２
で所定の回転数に達し予定の圧力Ｐ２を得てその回転な
−゛定に保つ。

そして、（ａ）の時点にて、導入ガスバルブ１を開いて
予め決められている流量の処理ガスを導入すると、処理
槽３内の圧力が上がってほぼ所望の圧力Ｐ３か得られる
。このＰ３が処理時用圧力値である。

ここて高周波電源６より高周波電力を印加してプラズマ
を発生させ、　（ｂ）の期間にプラズマ処理を行ない、
処理終了の（ｃ）の時点に処理ガスの導入を止めると、
処理槽内圧力はＰ２に復帰する。

連続繰り返えし処理の場合はこの（ａ）（ｂ）（Ｃ）を
繰り返すことになる。

一連の繰り返えし処理が時刻ｔ３で終了すると、ターボ
分子ポンプの回転数を時刻ｔ４までかけて上げ、処理槽
内の真空度を良くして次の処理まで待機する。

繰り返えし回数の少ないプラズマ処理でもそうであるが
、特に連続繰り返し処理が永く続く場合は、処理中の（
ｂ）の各期間・で、処理槽内の圧力を一定に保って安定
した処理が行なえるように、処理槽３内の圧力を測定す
る真空計７の出力信号をターボ分子ポンプ制御電源１５
に取り込み、設定値と一致するようにターボ分子ポンプ
の回転数の微調整を行なうことが欠かせない。この操作
は、シーケンス制御で効果的に行なうことができる。

処理の前に予め時刻↑１から時刻ｔ２に至るまでの時間
が必要となるか、この時間中に、処理ガスを例えば処理
に使用する流量１００〜３００ｓｅｃｍよりも２倍以上
乙こ増加させて数１０１００５ｅ〜数ｓ１ｍも流せは、
気体の粘性抵抗により回転負荷がかかりその結果ブレー
キが働くので、先の時間を短くすることができる。

処理によっては複数種のガスを混合した処理ガスを用い
ることがあるが、残留ガス等の影響で所望のガスｆｆ１
ｆｌ比か変わりエツチング速度（均一性、選択性、エツ
チング速度等）が変わってしまうことがある。その場合
は各ガスの流量比を処理時の混合比と同一にしておくこ
とで、この初期の流量増大の影＃（特に残留成分の相違
）が避けられる。

この場合処理ガスは時刻ｔ２まで流し続ける必要はなく
、減速の初期に流すだけで充分にその効果が得られる。

本発明の方法はまた、ターボ分子ポンプ５として、回転
数が低い領域でも大きい圧縮比が得られるように、設計
されたネジ溝あるいはネジが途中で分断された螺旋状溝
が回転部に設けられたターボ分子ポンプを使うときは、
数１０〜数１００Ｐａという圧力の高い領域でも使用で
きて有利である。

（発明の効果） 本発明は、電動機の電気的容量を増大させろことなく、
比較的小容量のターボ分子ポンプて効果的に処理槽内の
圧力制御を行なうことのできる新規のプラズマ処理方法
およびその装置を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するプラズマ処理装置の概
略の図。 第２図と第３図は、ターボ分子ポンプの回転数制御中の
圧力の時間的変化と回転数の時間的変化を模式的に表し
たものである。 第４図は従来の装置の第１図同様の図である。 １・・・ガス導入バルブ、２・・・ガス導入路、３・・
・処理槽、４・・・可変コンダクタンスバルブ、５・・
・ターボ分子ポンプ、６・−・高周波電源、７・・・真
空計、８゜９・・・電極、１０・・・被加工物、１２・
・・メカニカルポンプ、１５・・・ターボ分子ポンプ制
御電源。 特許出願人　　　日電アネルバ株式会社代理人　　　　
　弁理士　　村上　健次第３２

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気手段にターボ分子ポンプを備え、減圧された
   処理槽内に所定の処理ガスを導入し、該ガスのプラズマ
   を発生させて該処理槽内に配置した被加工物を該プラズ
   マで処理するプラズマ処理方法において、プラズマ処理
   の処理前に、予め、所定流量の処理ガス導入時に所定の
   処理時用圧力値が得られるような回転数にまで、前記タ
   ーボ分子ポンプの回転数を変えておき、しかるのち該所
   定流量の処理ガスを導入することを特徴とするプラズマ
   処理方法。
2. （２）プラズマ処理中に、処理槽に付けた真空計の出力
   により前記ターボ分子ポンプの回転速度を微調整するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処
   理方法。
3. （３）排気手段にターボ分子ポンプを備え、減圧された
   処理槽内に所定の処理ガスを導入し、該ガスのプラズマ
   を発生させて該処理槽内に配置した被加工物を該プラズ
   マで処理するプラズマ処理装置において、プラズマ処理
   前に、予め、所定の処理ガス導入時に所定の処理時用圧
   力値が得られる回転数にまで前記ターボ分子ポンプの回
   転数を変えておく手段と、その回転速度を、処理槽内の
   圧力を測定する圧力計の出力で微調整する制御手段とを
   備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。