KR102319181B1 - 가스 공급계, 가스 공급 제어 방법 및 가스 치환 방법 - Google Patents

가스 공급계, 가스 공급 제어 방법 및 가스 치환 방법 Download PDF

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노리히코 아미쿠라
요시야스 사토
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

프로세스의 스루풋을 향상시킨다. 하나의 실시예에서의 가스 공급계는, 가스 공급계를 구성하는 복수의 요소 기기와, 복수의 요소 기기가 배치되는 기대(212)를 구비한다. 복수의 요소 기기 중, 일부의 요소 기기는 기대(212)의 일방의 면(212a)에 배치되고, 다른 일부의 요소 기기는 기대(212)의 일방의 면(212a)의 이면인 타방의 면(212b)에 배치된다. 일실시예에 있어서 복수의 요소 기기는, 예를 들면 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)이며, 이차측 밸브(FV2)는 유량 제어기(FD)가 배치된 기대(212)의 면(212a)의 뒷측의 면(212b)에 배치된다.

Description

가스 공급계, 가스 공급 제어 방법 및 가스 치환 방법 {GAS SUPPLY SYSTEM, GAS SUPPLY CONTROL METHOD AND GAS REPLACEMENT METHOD}
본 발명의 각종 측면 및 실시 형태는 가스 공급계, 가스 공급 제어 방법 및 가스 치환 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 피처리체를 처리 가스의 플라즈마 등에 의해 처리하는 처리 장치에 있어서, 처리 장치에 대한 처리 가스의 공급을 제어하는 가스 공급 장치가 알려져 있다. 이러한 가스 공급 장치에는, 가스의 유량을 제어하는 유량 제어 장치, 또는 가스의 공급 및 공급 정지를 제어하는 복수의 밸브 등의 요소 기기가 포함된다. 이들 요소 기기는 가스를 유통시키는 배관에 접속되고, 기대(基臺)의 동일한 면 상에 배치된다.
또한, 유량 제어 장치 또는 밸브 등의 요소 기기를 기대의 동일한 면 상에 배치하고, 이웃하는 요소 기기 사이를, 기대의 내부를 지나는 배관으로 접속하는 경우가 있다. 이에 의해, 가스 공급 장치에 포함되는 요소 기기를 기대의 동일한 면 상에 조밀하게 배치할 수 있어, 가스 공급 장치의 소형화가 가능해진다.
일본특허 제5,020,758호
그런데, 처리 장치에 대한 처리 가스의 공급을 제어하는 가스 공급계에 있어서, 가스 공급계에 포함되는 각 요소 기기를 접속하는 배관의 용적이 크면, 배관 내를 흐르는 처리 가스를 교체하는 경우에, 배관 내에 잔류하는 처리 가스의 배기에 시간이 걸린다. 이에 따라, 처리 가스를 교체하면서 복수의 프로세스를 실행하는 처리 장치에서 스루풋을 높이는 것이 곤란해진다.
또한, 밸브의 개폐에 의해 고속으로 처리 가스를 전환하는 경우, 가스 공급계에 포함되는 각 요소 기기를 접속하는 배관의 용적이 크면, 배관 내의 압력이 원하는 압력에 달하기 전에 밸브가 열려 버려, 처리 가스를 원하는 압력으로 제어하는 것이 곤란해진다.
본 발명의 일측면은, 예를 들면 피처리체를 처리하는 처리 장치로 가스를 공급하는 가스 공급계로서, 가스 공급계를 구성하는 복수의 요소 기기와, 복수의 요소 기기가 배치되는 기대를 구비한다. 복수의 요소 기기 중, 일부의 요소 기기는 기대의 일방의 면에 배치되고, 다른 일부의 요소 기기는 기대의 일방의 면의 이면인 타방의 면에 배치된다.
본 발명의 각종 측면 및 실시 형태에 따르면, 프로세스의 스루풋을 높일 수 있고, 또한 처리 가스의 압력 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예 1에 있어서의 처리 시스템의 일례를 나타내는 도이다.
도 2는 실시예 1에 있어서의 유량 제어기 및 이차측 밸브의 배치의 일례를 나타내는 도이다.
도 3은 종래의 유량 제어기 및 이차측 밸브의 배치를 나타내는 도이다.
도 4는 비교예에 있어서의 가스 유량의 제어 방법의 일례를 나타내는 도이다.
도 5는 실시예 1에 있어서의 가스 유량의 제어 방법의 일례를 나타내는 도이다.
도 6은 실시예 1 및 비교예에 있어서의 가스의 발광 강도의 일례를 나타내는 도이다.
도 7은 비교예에 있어서의 오리피스 주변의 배관의 압력 변화의 일례를 나타내는 도이다.
도 8은 실시예 1에 있어서의 오리피스 주변의 배관의 압력 변화의 일례를 나타내는 도이다.
도 9는 실시예 1에 있어서의 오리피스 주변의 배관의 용적비와 평형 압력과의 관계의 일례를 나타내는 도이다.
도 10은 실시예 1에 있어서의 오리피스 주변의 배관의 용적비의 적정 범위의 일례를 나타내는 도이다.
도 11은 실시예 1에 있어서의 정해진 시간(T)과 에칭 레이트와의 관계의 일례를 나타내는 도이다.
도 12는 실시예 1의 가스 공급 제어 방법을 이용한 급속 교호 프로세스의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 13은 실시예 2에 있어서의 가스 공급계의 일례를 나타내는 도이다.
도 14는 실시예 2에 있어서의 처리 시스템의 일례를 나타내는 도이다.
도 15는 실시예 2에 있어서의 처리 시스템의 운용 방법의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 16은 실험계의 일례를 나타내는 도이다.
도 17은 실험 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 18은 배관의 길이마다의 처리 용기 내의 압력 변화의 일례를 나타내는 도이다.
도 19는 실시예 3에 있어서의 처리 시스템의 운용 방법의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 20은 실시예 4에 있어서의 처리 시스템의 일례를 나타내는 도이다.
도 21은 밸브(V11)의 배치에 관한 변형예를 설명하는 도이다.
도 22는 실시예 4에 있어서의 처리 시스템의 운용 방법의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 23은 도 22에 나타내는 운용 방법에 있어서의 가스의 유량의 변화의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 24는 도 22의 순서도에 나타난 공정(ST35)에서 이용되는 가스(A)와 공정(ST37)에서 이용되는 가스(B)를 예시하는 표이다.
도 25는 실시예 5에 있어서의 처리 시스템의 운용 방법의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 26은 도 25에 나타내는 운용 방법에 있어서의 가스의 유량의 변화의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 27은 실시예 6에 있어서의 처리 시스템의 일례를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다.
[처리 시스템의 전체 구성]
먼저, 실시예 1에 있어서의 처리 시스템(10a)의 전체 구성의 일례에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 실시예 1에 있어서의 처리 시스템(10a)의 일례를 나타내는 도이다. 처리 시스템(10a)은 가스 공급계(100) 및 처리 장치(101a)를 가진다. 가스 공급계(100)는 유량 제어기(FD), 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)를 가지고, 가스 공급원(GS)으로부터 처리 장치(101a)로의 가스의 공급을 제어한다. 유량 제어기(FD), 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)는 가스 공급계(100)를 구성하는 복수의 요소 기기의 일례이다. 본 실시예에 있어서, 처리 장치(101a)는 예를 들면 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치이다. 이하에서는, 처리 장치(101a)를 리액터부라고 부르는 경우가 있다.
[처리 장치(101a)의 구성예]
처리 장치(101a)는, 예를 들면 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 대략 원통 형상의 챔버(C)를 가지고 있다. 챔버(C)는 접지되어 있다. 챔버(C)의 내부에는 배치대(120)가 마련되어 있다. 배치대(120)는 피처리체의 일례인 반도체 웨이퍼(W)를 배치한다.
배치대(120)에는 정합기(130a)를 개재하여 플라즈마를 여기하기 위한 고주파 전원(130)이 접속되어 있다. 고주파 전원(130)은 챔버(C) 내에서 플라즈마를 생성하기 위하여 적합한 주파수, 예를 들면 60 MHz의 고주파 전력을 배치대(120)에 인가한다. 또한, 배치대(120)는 반도체 웨이퍼(W)를 배치하고, 또한 하부 전극으로서도 기능한다. 정합기(130a)는 고주파 전원(130)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시킨다. 정합기(130a)는 챔버(C) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 때 고주파 전원(130)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 기능한다.
챔버(C)의 천장 부분에는 샤워 헤드(110)가 마련되어 있다. 샤워 헤드(110)는 상부 전극으로서도 기능한다. 고주파 전원(130)으로부터의 고주파 전력은 배치대(120)와 샤워 헤드(110)의 사이에 인가된다. 가스는 샤워 헤드(110)의 가스 도입구(140)로부터 샤워 헤드(110)의 내부에 마련된 버퍼 공간(110b)으로 도입되고, 샤워 헤드(110)의 하면에 형성된 다수의 가스 통기홀(110a)을 통하여 챔버(C) 내로 토출된다.
처리 장치(101a)는 챔버(C) 내로 공급된 원하는 가스의 플라즈마에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 미세 가공을 실시한다. 챔버(C) 내로 공급되는 가스는 유량 제어기(FD)에 의해 제어된다. 본 실시예에 있어서, 유량 제어기(FD)는 예를 들면 압력식의 유량 제어 장치(FCS)이다.
[유량 제어기(FD)의 구성예]
유량 제어기(FD)는 가스 공급원(GS)으로부터 처리 장치(101a)로 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(150)에 접속되어 있다. 가스 공급관(150)은 처리 장치(101a)의 가스 도입구(140)에 접속되어 있다. 유량 제어기(FD)의 상류측(가스 공급원(GS)측)에는 일차측 밸브(FV1)가 배치되고, 유량 제어기(FD)의 하류측(반도체 제조 장치측)에는 이차측 밸브(FV2)가 배치되어 있다. 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)는 전체 개방 또는 전체 폐쇄로 제어 가능하다.
유량 제어기(FD)는 제어 밸브(201), 제어 밸브(201)의 개방도를 제어하는 제어 회로(202), 압력계(203), 압력계(204), 오리피스(205), 배관(206), 배관(207) 및 배관(208)을 가진다. 유량 제어기(FD)는 제어 밸브(201)의 개방도를 제어함으로써 가스 공급관(150)을 흘러, 챔버(C) 내로 공급되는 가스의 유량을 제어한다. 제어 밸브(201)의 일례로서는, 전자 밸브 구동형의 메탈 다이어프램 밸브를 들 수 있다.
일차측 밸브(FV1)의 상류측은 배관을 개재하여 가스 공급원(GS)에 접속되어 있다. 일차측 밸브(FV1)의 하류측은 유량 제어기(FD)와 일차측 밸브(FV1)를 접속하는 배관(GL1)을 개재하여 배관(206)에 접속되어 있다. 배관(GL1)의 길이를 La1이라고 정의한다. 배관(206)의 하류측은 제어 밸브(201)의 상류측에 접속되어 있다. 제어 밸브(201)의 하류측은 배관(207)의 상류측에 접속되어 있다. 배관(207)의 하류측은 오리피스(205)를 개재하여 배관(208)의 상류측에 접속되어 있다. 배관(208)의 하류측은 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)를 접속하는 배관(GL2)을 개재하여 이차측 밸브(FV2)의 상류측에 접속되어 있다. 배관(GL2)의 길이를 La2라고 정의한다. 이차측 밸브(FV2)의 하류측은 가스 공급관(150)에 접속되어 있다.
여기서, 배관(207)의 유로 내의 압력을 P1, 배관(207)의 유로 내의 용적을 V1이라고 정의한다. 또한, 배관(208) 및 배관(GL2)의 유로 내의 압력을 P2, 배관(208) 및 배관(GL2)의 유로 내의 용적의 합계를 V2라고 정의한다. 유량 제어기(FD)에 있어서, 배관(207) 내의 압력(P1)과 배관(208) 및 배관(GL2) 내의 압력(P2)이, 임계 팽창 압력 조건(P1 ＞ 2 × P2)을 대략 만족하도록 제어되고 있을 때, 오리피스(205)를 흐르는 가스 유량(Q)은, 이하의 관계식 (1)로 나타나는 바와 같이 오리피스(205)의 상류측의 압력(P1)에 의해서만 정해진다.
Q = CP1 ··· (1)
유량 제어기(FD)는, 상기 식 (1)에 기초하여 제어 밸브(201)를 제어하여 압력(P1)을 조정함으로써, 오리피스(205)의 하류측의 가스 유량(Q)을 프로세스 조건에 부합하는 원하는 값이 되도록 제어한다. 또한, 상기 식 (1)의 C는 오리피스(205)의 구경 또는 가스 온도 등에 의해 정해지는 정수이다. 또한, 압력(P1) 및 압력(P2)은 압력계(203) 및 압력계(204)에 의해 각각 계측된다.
이러한 구성의 처리 장치(101a)에서 에칭 등의 처리를 행할 시에는, 먼저, 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(C) 내로 반입되고, 배치대(120) 상에 배치된다. 그리고, 챔버(C) 내의 압력이 진공 상태로 감압된다. 그리고, 가스 공급원(GS)으로부터 출력된 가스가 샤워 헤드(110)로부터 샤워 형상으로 챔버(C) 내로 도입된다. 그리고, 고주파 전원(130)으로부터 출력된 정해진 고주파 전력이 배치대(120)에 인가된다.
챔버(C) 내로 도입된 가스를 고주파 전력에 의해 전리 및 해리시킴으로써 생성된 플라즈마의 작용에 의해, 배치대(120) 상에 배치된 반도체 웨이퍼(W)에 플라즈마 에칭 등의 처리가 행해진다. 플라즈마 에칭 등의 처리의 종료 후, 반도체 웨이퍼(W)는 챔버(C)의 외부로 반출된다. 또한, 처리 장치(101a)는 반드시 플라즈마를 이용하여 처리하는 경우에 한정되는 것은 아니고, 열처리 등에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 미세 가공을 실시하도록 해도 된다.
[유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)의 배치]
본 실시예에 있어서의 가스 공급계(100)에서는, 가스 공급계(100)를 구성하는 복수의 요소 기기 중, 일부의 요소 기기가 기대(212)의 일방의 면에 배치되고, 다른 일부의 요소 기기가 기대(212)의 이면인 타방의 면에 배치된다. 이하에서는, 가스 공급계(100)를 구성하는 복수의 요소 기기로서, 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)를 예로, 가스 공급계(100)를 구성하는 복수의 요소 기기의 배치의 일례를 설명한다.
도 2는 실시예 1에 있어서의 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)의 배치의 일례를 나타내는 도이다. 본 실시예에서는, 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)는 기대(212) 상의 상이한 면에 배치된다. 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같이, 유량 제어기(FD)는 기대(212)의 일방의 면(212a)에 배치되고, 이차측 밸브(FV2)는 유량 제어기(FD)가 배치된 기대(212)의 면(212a)의 이면인 타방의 면(212b)에 배치된다.
또한, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)의 사이를 접속하고, 내부에 가스가 흐르는 배관(GL2)은, 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같이, 기대(212)를 기대(212)의 두께 방향으로 관통하여 기대(212) 내부에 직선 형상으로 형성되어 있다.
여기서, 도 2에 나타낸 배관(GL2)의 유로의 용적(Va)은, 예를 들면 하기 식 (2)와 같이 나타낼 수 있다.
Va = πr2La2 = πr2(2A ＋ t1) ··· (2)
또한 상기 식 (2)에 있어서, r은 배관(GL2)의 유로의 반경, A는 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)를 기대(212)에 나사 고정하기 위한 나사홀(210)의 깊이, t1은 나사홀(210)의 간격을 나타낸다.
예를 들면, 배관(GL2)의 유로의 반경(r)을 1.5 mm, 나사홀(210)의 깊이(A)를 5 mm, 나사홀(210)의 간격(t1)을 1 mm라고 가정하면, 도 2에 나타낸 배관(GL2)의 유로의 용적(Va)은 대략 0.077 cc가 된다.
여기서, 종래의 가스 공급계에서는, 가스 공급계를 구성하는 복수의 요소 기기는 기대의 동일한 면에 배치된다. 도 3은 종래의 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)의 배치를 나타내는 도이다. 가스 공급계를 구성하는 복수의 요소 기기가, 예를 들면 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)인 경우, 종래의 가스 공급계에서는, 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)는, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이 기대(212)의 동일한 면(212a)에 배치된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 종래의 가스 공급계에서는, 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)가 기대(212)의 동일한 면(212a)에 조밀하게 배치되어 있기 때문에, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)의 사이를 접속하는 배관(GL2')은, 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)가 배치된 기대(212)의 면(212a)으로부터 기대(212)의 내부로 연장되고 나서, 다시 기대(212)의 면(212a)으로 연장되도록 굴곡진 형상이 된다.
여기서, 도 3에 나타낸 배관(GL2')의 유로의 용적(Va')은, 예를 들면 하기 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다.
Va' = πr2(2α1 ＋ α2) = πr2{2(A ＋ t2 ＋ 2r) ＋ α2} ··· (3)
또한 상기 식 (3)에 있어서, α1은 기대(212)의 두께 방향에서의 배관(GL2')의 유로의 길이, α2는 기대(212)의 면 방향에서의 배관(GL2')의 유로의 길이, t2는 나사홀(210)과 배관(GL2')과의 간격을 나타낸다.
예를 들면, 배관(GL2')의 유로의 반경(r)을 1.5 mm, 나사홀(210)의 깊이(A)를 5 mm, 나사홀(210)과 배관(GL2')과의 간격(t2)을 1 mm, 기대(212)의 면 방향에서의 배관(GL2')의 유로의 길이(α2)를 24 mm라고 가정하면, 도 3에 나타낸 배관(GL2')의 유로의 용적(Va')은 대략 0.296 cc가 된다.
이와 같이, 유량 제어기(FD)가 배치된 기대(212)의 면의 이면에 이차측 밸브(FV2)를 배치하고, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)를 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관(GL2)으로 접속함으로써, 본 실시예의 가스 공급계(100)는, 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)가 기대(212)의 동일한 면에 배치된 종래의 가스 공급계보다, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)를 접속하는 배관(GL2)을 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 본 실시예의 가스 공급계(100)는 종래의 가스 공급계보다, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)를 접속하는 배관(GL2)의 용적을 작게 할 수 있다.
또한 도 2에서는, 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)의 배치가 예시되어 있는데, 유량 제어기(FD) 및 일차측 밸브(FV1)의 배치에 대해서도 마찬가지로, 유량 제어기(FD)가 배치된 기대(212)의 면의 이면에 일차측 밸브(FV1)가 배치되고, 유량 제어기(FD)와 일차측 밸브(FV1)가 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관(GL1)으로 접속된다.
[가스 공급 제어 방법]
이어서, 비교예에 있어서의 가스 공급 제어 방법에 대하여 도 4를 참조하여 설명한 후, 본 실시예에 있어서의 가스 공급 제어 방법에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는 비교예에 있어서의 가스 유량의 제어 방법의 일례를 나타내는 도이다. 도 5는 실시예 1에 있어서의 가스 유량의 제어 방법의 일례를 나타내는 도이다.
도 4의 (a)에서 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 일차측 밸브(FV1), 이차측 밸브(FV2) 및 제어 밸브(201)의 각각의 제어 상태를 나타낸다. 도 4의 (b)에서 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 유량 제어기(FD) 내의 압력(P1 및 P2)을 나타낸다. 도 4의 (c)에서 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 이차측 밸브(FV2)에 흐르는 가스의 유량을 나타낸다.
비교예에서는, 도 4의 (a)에 나타내는 각 밸브의 개폐 제어에 의해 가스 공급이 제어된다. 각 밸브는 단계(1) → 단계(2) → 단계(3) → 단계(2) → 단계(3) → ···의 순서로 제어된다. 단계(2) 및 단계(3)는 정해진 횟수 반복된다.
또한, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)는 전체 개방 또는 전체 폐쇄의 제어가 가능하다. 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)가 'OPEN'일 때, 그 밸브는 전체 개방인 것을 나타낸다. 또한, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)가 'CLOSE'일 때, 그 밸브는 전체 폐쇄인 것을 나타낸다. 제어 밸브(201)는 전체 개방, 전체 폐쇄 및 그 중간이 되는 개방도의 제어가 가능하다. 제어 밸브(201)가 '제어 중'일 때, 제어 회로(202)의 제어에 의해 제어 밸브(201)의 개방도가 제어되고, 개방도에 따른 유량의 가스가 처리 장치(101a)로 공급된다. 제어 밸브(201)가 '제어 정지'일 때, 제어 밸브(201)는 전체 폐쇄 상태가 되어, 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급은 정지된다.
도 4의 (a)에 나타낸 각 단계에서의 각 밸브 상태를 이하에 나타낸다.
(단계(1))
단계(1)에서는, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)는 전체 폐쇄로 제어되고, 제어 밸브(201)의 제어는 정지되어, 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급은 정지되어 있다.
(단계(2))
단계(2)에서는, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)는 전체 개방으로 제어되고, 이 후 제어 밸브(201)가 제어 중이 되어, 처리 장치(101a)로 가스가 공급된다.
(단계(3))
단계(3)에서는, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)는 전체 폐쇄로 제어되고, 이 후 제어 밸브(201)의 제어가 다시 정지되어, 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급이 정지된다.
또한, 일차측 밸브(FV1)와 이차측 밸브(FV2)의 개폐 동작의 순서는 동시여도 되고, 이차측 밸브(FV2)가 개방 동작을 행하고 나서 정해진 시간 경과 후에, 일차측 밸브(FV1)가 개방 동작을 행해도 된다. 또한 단계(2)에서는, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)의 개방 동작 완료 후에 제어 밸브(201)의 제어가 행해진다. 따라서, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)의 개방 동작이 완료된 후, 정해진 시간(T)의 경과 후에 제어 밸브(201)의 제어 동작이 개시된다. 본 실시예에 있어서, 정해진 시간(T)은 예를 들면 200 밀리세컨드이지만, 이에 한정되지 않는다.
이어서, 상기 각 단계에서의 각 밸브의 제어에 대하여, 도 4의 (b)에 나타내는 유량 제어기(FD) 내의 압력(P1 및 P2) 및 도 4의 (c)에 나타내는 이차측 밸브(FV2)에 흐르는 가스의 유량에 대하여 설명한다.
처리 장치(101a)에 대한 가스 공급의 정지 전에는 임계 팽창 압력 조건(P1 ＞ 2 × P2)이 충족되고 있었으므로, 단계(1)에서 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급이 정지된 후, 배관(207)과 배관(208)의 사이에서는, 평형 상태가 되고자 오리피스(205)를 거쳐 가스의 이동이 일어난다. 이 때문에, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 배관(207) 내의 압력(P1)은 서서히 저하되고, 배관(208) 내의 압력(P2)은 서서히 상승한다. 또한, 단계(1)에서는 이차측 밸브(FV2)가 전체 폐쇄로 제어되어 있기 때문에, 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이 이차측 밸브(FV2)에 가스는 흐르지 않는다.
단계(2)에서는, 먼저, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)가 전체 개방으로 제어된다. 이에 의해, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 유량 제어기(FD)의 압력(P1 및 P2)은 일단 저하되고, 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이 이차측 밸브(FV2)에는 배관(207), 배관(208) 및 배관(GL2) 내에 잔류한 가스가 흐른다. 그리고, 정해진 시간(T)이 경과된 후, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 유량 제어기(FD) 내의 제어 밸브(201)가 제어를 개시하기 때문에, 도 4의 (b)에 나타내는 유량 제어기(FD)의 압력(P1)은 상승하고, 이차측 밸브(FV2)에는 원하는 유량의 가스가 흐르게 된다.
그리고, 제어 밸브(201)에 의해, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 배관(207) 내의 압력(P1)과 배관(208) 내의 압력(P2)이 일정하게 제어되고, 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이 이차측 밸브(FV2)를 통과하는 가스 유량은 일정하게 제어된다. 즉, 제어 밸브(201)가 제어 중이 되면, 챔버(C)로 공급되는 가스의 유량이 정해진 양으로 제어된다.
단계(3)에서는, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)가 전체 폐쇄로 제어된 후, 제어 밸브(201)는 전체 폐쇄 상태가 되어, 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급이 정지된다. 이에 의해, 배관(207)과 배관(208)의 사이에서는, 평형 상태가 되고자 오리피스(205)를 거쳐 가스의 이동이 일어난다. 그 결과, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 배관(207)의 압력(P1)은 저하되고, 배관(208)의 압력(P2)은 상승한다. 또한 단계(3)에서는, 이차측 밸브(FV2)가 전체 폐쇄로 제어되어 있기 때문에, 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이 이차측 밸브(FV2)에 가스는 흐르지 않는다.
도 6은 실시예 1 및 비교예에 있어서의 가스의 발광 강도의 일례를 나타내는 도이다. 챔버(C) 내로 공급되는 가스의 유량의 시간적 변화는, 챔버(C) 내의 가스의 발광 강도에 의해 관측할 수 있다. 챔버(C) 내의 가스의 발광 강도가 높아지면 가스의 유량이 증가하고 있고, 챔버(C) 내의 가스의 발광 강도가 낮아지면 가스의 유량이 저하되고 있다.
비교예에서는, 도 4의 (a)의 단계(2)에 나타내는 바와 같이, (1)일차측 밸브(FV1)와 이차측 밸브(FV2)가 전체 개방 상태가 되고, (2)이 후 제어 밸브(201)가 제어 중이 된다. 비교예에서는, 이차측 밸브(FV2)가 개방된 시점에서 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급이 개시된다. 따라서, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)가 전체 개방으로 제어되고 나서 제어 밸브(201)가 제어 중이 될 때까지의 정해진 시간(T)에서, 도 4의 (a)에 나타내는 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)의 사이의 배관 내에 잔류한 가스가 이차측 밸브(FV2)를 흘러 챔버(C) 내로 공급된다. 제어 밸브(201)가 제어를 개시하면, 정해진 유량으로 제어된 가스가 이차측 밸브(FV2)를 흘러 챔버(C)로 공급된다. 이와 같이 하여 비교예에서는, 단계(2)에서 상기 (1) 및 (2)의 2 단계의 제어에 의해, 챔버(C) 내로 공급되는 가스 유량은 도 6의 2 단계(I1 및 I2)의 상승이 발생한 후, 정해진 유량으로 제어된다.
도 6에 나타낸, 제어 밸브(201)가 제어를 개시하기 전의 1 단째(I1)의 가스의 유량의 상승의 높이 및 기울기는, 유량 제어기(FD) 내에 잔류하고 있는 가스에 의해 결정된다. 이 잔류 가스의 상태는, 금회의 가스의 공급이 개시되기 직전의 유량 제어기(FD)의 사용 상태 또는 유량 제어기(FD)의 개체 차에 따라 상이하다. 이 때문에, 1 단째(I1)의 가스의 유량의 상승을 완전하게 관리하는 것은 곤란하다. 따라서, 특히 1 단째(I1)의 발광 강도의 파형, 즉 1 단째(I1)의 가스의 유량의 제어를 완전하게 관리하는 것은 2 단째(I2)의 가스 유량의 제어보다 어렵다.
가스의 유량의 1 단째(I1)의 상승을 해소하기 위한 방법 중 하나로서, 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급을 정지하고 있는 동안의 배관(207) 내의 압력(P1)의 변동을 작게 하는 방법이 있다. 그 방법을 실현하는 수단 중 하나가, 본 실시예에서의 가스 공급 제어 방법이다.
본 실시예에서의 가스 공급 제어 방법에서는, 일차측 밸브(FV1)를 전체 개방으로 제어하고, 이차측 밸브(FV2)의 개폐 동작에 의해 가스의 유량의 제어를 행한다. 이에 의해, 챔버(C) 내로 공급되는 가스의 유량에 전술한 2 단계(I1 및 I2)의 상승이 발생하는 것과 같은, 챔버(C) 내에서의 가스 공급 시의 급격한 변화를 억제할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에서의 가스 공급 제어 방법에서는, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이 각 밸브를 제어한다. 각 단계에서의 각 밸브 상태를 이하에 나타낸다.
(단계(1))
단계(1)에서는, 일차측 밸브(FV1)는 전체 개방으로 제어되고, 제어 밸브(201)는 제어 중이다. 이차측 밸브(FV2)는 전체 폐쇄로 제어되어, 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급은 정지되어 있다.
(단계(2))
단계(2)에서는, 일차측 밸브(FV1)는 계속하여 전체 개방으로 제어되고, 제어 밸브(201)는 제어 중인 채로 유지된다. 이차측 밸브(FV2)는 전체 개방으로 제어되어, 처리 장치(101a)로 가스가 공급된다.
(단계(3))
단계(3)에서는, 일차측 밸브(FV1)는 계속하여 전체 개방으로 제어되고, 제어 밸브(201)는 제어 중인 채로 유지된다. 이차측 밸브(FV2)는 전체 폐쇄로 제어되어, 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급은 정지된다.
상기 각 단계에서의 각 밸브의 제어에 대하여, 도 5의 (b)에 나타내는 유량 제어기(FD) 내의 압력(P1 및 P2), 및 도 5의 (c)의 이차측 밸브(FV2)에 흐르는 가스의 유량에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 모든 단계에서 일차측 밸브(FV1)는 계속하여 전체 개방으로 제어되고, 제어 밸브(201)는 제어 중으로 유지된다. 이 때문에, 배관(207) 내의 압력(P1)은 대략 일정해진다.
또한 본 실시예에서는, 배관(208) 및 배관(GL2) 내의 압력(P2) 및 이차측 밸브(FV2)에 흐르는 가스의 유량은, 이차측 밸브(FV2)의 개폐에 따라 변동한다. 즉, 도 5의 (a)에 나타내는 본 실시예의 단계(1)에서는 이차측 밸브(FV2)가 폐쇄 상태에 있기 때문에, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이 배관(208) 및 배관(GL2) 내의 압력(P2)은 높아지고, 배관(207) 내의 압력(P1)과 동일한 압력에 도달하면, 그 압력으로 유지된다. 또한, 단계(1)에서는 이차측 밸브(FV2)가 전체 폐쇄로 제어되어 있기 때문에, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이 이차측 밸브(FV2)에 가스는 흐르지 않는다.
단계(2)에서는 이차측 밸브(FV2)가 전체 개방으로 제어되고, 이에 따라 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이 배관(208) 및 배관(GL2) 내의 압력(P2)은 낮아지고, 정해진 압력으로 유지된다. 또한, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이 이차측 밸브(FV2)에 정해진 유량의 가스가 흐른다. 단계(3)에서는, 다시 이차측 밸브(FV2)가 전체 폐쇄로 제어되고, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이 배관(208) 및 배관(GL2) 내의 압력(P2)은 높아지고, 배관(207) 내의 압력(P1)과 동일한 압력에 도달하면 그 압력으로 유지된다. 단계(3)에서는 이차측 밸브(FV2)가 전체 폐쇄로 제어되어 있기 때문에, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이 이차측 밸브(FV2)에 가스는 흐르지 않는다.
이와 같이 본 실시예에서는, 일차측 밸브(FV1)가 계속하여 전체 개방으로 제어되고, 또한 제어 밸브(201)가 계속하여 제어 중이 된다. 이 때문에, 유량 제어기(FD) 내에 제어할 수 없는 가스가 남지 않고, 이차측 밸브(FV2)의 개폐에 추종한 가스 유량의 제어가 가능해진다. 이에 의해, 이차측 밸브(FV2)의 개폐에 따라 이차측 밸브(FV2)를 흐르는 가스 유량은 대략 일정해지고, 제어된 유량의 가스가 챔버(C)로 공급된다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시예에서의 가스 공급 제어 방법은, 일차측 밸브(FV1)를 항상 전체 개방으로 제어하고, 또한 제어 밸브(201)를 항상 제어 중으로 한다. 이에 의해, 이차측 밸브(FV2)를 전체 개방으로 제어하고, 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급을 개시했을 때 컨덕턴스를 줄인 오리피스(205)의 하류측에 존재하는 일부의 가스는, 오리피스(205)를 거치지 않고 순조롭게 챔버(C) 내로 공급된다. 이에 의해, 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급이 개시되면 즉시 가스가 챔버(C) 내로 공급되고, 그 결과, 비교예에서 발생하고 있던 것과 같은 가스의 유량의 2 단계의 상승을 해소할 수 있다.
그러나, 상기의 가스 공급 제어 방법에서는, 배관(207) 내의 압력(P1) 그리고 배관(208) 및 배관(GL2) 내의 압력(P2)의 변동이 일어나지 않게 되는 것은 아니다. 예를 들면, 매우 짧은 주기로 이차측 밸브(FV2)의 개폐를 반복한 경우에는, 배관(207) 내의 압력(P1) 그리고 배관(208) 및 배관(GL2) 내의 압력(P2)이 평형 상태에 달하지 않기 때문에, 2 단계에서의 상승이 발생하는 경우가 있다.
따라서 본 실시예에서는, 상기의 가스 공급 제어 방법을 실행하는 유량 제어기(FD)에서, 배관(207)의 용적(V1)과, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)과의 용적비(V1 / V2)를 적정화한다. 이와 같이 하여 용적(V1 및 V2)의 용적비(V1 / V2)가 적정화된 유량 제어기(FD)를 이용하여, 본 실시예의 가스 공급 제어 방법을 실행함으로써, 잔류 가스에 기인하는 가스 유량의 2 단계에서의 상승을 완전하게 회피할 수 있다. 이하, 용적(V1 및 V2)의 용적비(V1 / V2)의 적정화에 대하여 설명한다.
[가스 공급관의 용적비의 적정화]
본 실시예에서는, 유량 제어기(FD) 내의 제어 밸브(201), 오리피스(205) 및 이차측 밸브(FV2)의 배치를 바꾸어, 배관(207)의 용적(V1)과, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)과의 용적비(V1 / V2)를 적정화한다. 구체적으로, 배관(207)의 용적(V1)이, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)의 9 배 이상이 되도록, 제어 밸브(201) 및 이차측 밸브(FV2)의 배치를 변경한다. 또한 이하의 설명에서는, 용적비(V1 / V2)가 3 / 2가 되는 구성의 유량 제어기(FD)를 비교예로서 이용한다.
예를 들면, 배관(207) 내의 압력(P1)과, 배관(208) 및 배관(GL2) 내의 압력(P2)이 임계 팽창 압력 조건(P1 ＞ 2 × P2)을 대략 만족하는 것을 조건으로서, 배관(207)의 용적(V1)과, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)과의 용적비(V1 / V2)를 3 / 2로 설정하는 경우를 상정한다. 이 경우, 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급을 정지한 후, 즉, 제어 밸브(201) 및 이차측 밸브(FV2)를 전체 폐쇄로 제어한 후의 배관(207) 내의 압력(P1), 및 배관(208) 및 배관(GL2) 내의 압력(P2)의 변화는, 예를 들면 도 7과 같이 된다. 도 7은 비교예에서의 오리피스(205) 주변의 배관의 압력 변화의 일례를 나타내는 도이다. 도 7에서는, 배관(207) 내의 압력(P1)의 변동은 크고, 안정되기까지 시간이 걸리고 있다. 그 결과, 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급의 개시 및 정지의 제어 중에 변동 후의 압력(P1)에 상당하는 가스의 피크가 발생하고, 가스의 유량 제어가 곤란해진다. 또한, 가스의 유량을 변경하는 경우, 압력(P1)이 안정되기까지 시간이 걸린다.
한편, 배관(207) 내의 압력(P1)과, 배관(208) 및 배관(GL2) 내의 압력(P2)이 임계 팽창 압력 조건(P1 ＞ 2 × P2)을 대략 만족하는 것을 조건으로서, 배관(207)의 용적(V1)과, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)과의 용적비(V1 / V2)를 90 / 1으로 설정하는 경우를 상정한다. 이 경우, 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급을 정지한 후, 즉, 제어 밸브(201) 및 이차측 밸브(FV2)를 전체 폐쇄로 제어한 후의 배관(207) 내의 압력(P1) 그리고 배관(208) 및 배관(GL2) 내의 압력(P2)의 변화는, 예를 들면 도 8과 같이 된다. 도 8은 실시예 1에서의 오리피스(205) 주변의 배관의 압력 변화의 일례를 나타내는 도이다. 도 8에서는 배관(207) 내의 압력(P1)은 거의 변동하지 않고, 즉시 안정되는 것을 알 수 있다. 또한, 이는 처리 장치(101a)에 대한 가스 유량을 변경하는 경우, 압력(P1)이 안정되기까지의 시간을 짧게 할 수 있는 것을 나타내고 있다.
도 6에 나타낸 본 실시예의 발광 강도의 곡선(I3)은, 배관(207)의 용적(V1)과, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)과의 용적비(V1 / V2)가 90 / 1로 설정된 유량 제어기(FD)를 이용하여 측정한 것이다. 이에 의하면, 배관(207)의 용적(V1)과, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)과의 용적비(V1 / V2)를 90 / 1로 설정함으로써 압력(P1)이 안정되기까지의 시간을 짧게 할 수 있기 때문에, 처리 장치(101a)에 대한 가스 공급이 개시된 후, 가스는 챔버(C) 내로 순조롭게 공급된다. 이에 의해, 도 6에 나타낸 비교예와 같은 가스 유량의 2 단계의 상승은 발생하지 않는다.
[평형 상태의 압력(P1)]
도 9는 실시예 1에서의 오리피스(205) 주변의 배관의 용적비와 평형 압력과의 관계의 일례를 나타내는 도이다. 도 9에서는, 배관(207)의 용적(V1)과, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)과의 용적비(V1 / V2)를 변화시킨 경우의, 배관(207) 내의 압력(P1)의 초기 압력에 대한 평형 상태의 압력의 비율이 플롯되어 있다. 상기에 설명한 바와 같이, 배관(207)의 용적(V1)과, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)과의 용적비(V1 / V2)가 90 / 1로 설정되어 있는 경우의 압력(P1)의 평형 압력 / 초기 압력은 도 9의 Re에 나타나는 바와 같이 거의 100 %에 가까운 값을 나타낸다. 도 9에 나타내는 그래프에 플롯된 구체적인 값을 예시하면, 압력(P1)의 평형 압력 / 초기 압력은, 용적비(V1 / V2)가 1.5일 때 62 %, 용적비(V1 / V2)가 3.0일 때 75 %, 용적비(V1 / V2)가 9.0일 때 90 %, 용적비(V1 / V2)가 18.0일 때 95 %, 용적비(V1 / V2)가 30.0일 때97 %, 용적비(V1 / V2)가 90.0일 때 99%이다.
용적비(V1 / V2)가 90 / 1로 설정되어 있는 경우에 챔버(C) 내에서 에칭 처리가 행해졌을 때의 에칭 레이트(E/R)와 용적비(V1 / V2)가 3 / 2로 설정되어 있는 경우에 챔버(C) 내에서 에칭 처리가 행해졌을 때의 에칭 레이트(E/R)와의 변동은 20 %였다.
용적비(V1 / V2)가 90 / 1로 설정되어 있고, 또한 도 6의 비교예에 나타내는 2 단계(I1 및 I2)의 상승의 파형이 관측되지 않는 것이 이상적이다. 이 때문에, 용적비(V1 / V2)가 90 / 1로 설정된 경우로부터의 에칭 레이트(E/R)의 변동을 5 % 이내로 억제하기 위해서는, 초기 압력에 대한 평형 상태의 압력(P1)의 비율을 90 % ~ 100 %로 하는 것이 바람직하다. 즉, 배관(207)의 용적(V1)과, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)과의 용적비(V1 / V2)를 9 / 1 이상으로 설정하면 된다.
즉, 도 10에 나타내는 용적비(V1 : V2)가 9 : 1 이상인 부분(도 10의 점 및 사선 부분)이 되도록 용적(V1 및 V2)을 설정하면 된다. 여기서, 배관(207)의 용적(V1)과, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)과의 용적비(V1 / V2)를 9 / 1 이상으로 하기 위해서는, 배관(207)의 용적(V1)을 크게 하거나, 혹은 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)을 작게 하는 것이 고려된다. 배관(207)의 용적(V1)을 크게 할 경우, 유량 제어기(FD)의 소형화가 곤란해지는 경우가 있다. 또한, 배관(207)의 용적(V1)이 커지면, 처리 장치(101a)로 공급하는 가스를 전환하여 처리를 행하기 위하여 배관(207) 내에 잔류하는 가스를 버리는 경우에, 쓸데없이 소비되는 가스가 증가하게 된다.
그 때문에, 배관(207)의 용적(V1)과, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)과의 용적비(V1 / V2)를 9 / 1 이상으로 하기 위해서는, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)을 작게 하는 것이, 소형화 및 가스 소비의 관점에서 바람직하다. 그러나, 도 3에 나타낸 종래의 가스 공급계와 같이, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)를 기대(212)의 동일한 면 상에 배치하면, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)의 사이를 접속하는 배관(GL2')이 길어진다. 배관(GL2')을 좁게 하면, 배관(208) 및 배관(GL2')의 합계의 용적(V2)을 작게 할 수 있지만, 가공이 어렵다. 이 때문에, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)를 기대(212)의 동일한 면 상에 배치하는 종래의 가스 공급계에서는, 배관(208) 및 배관(GL2')의 합계의 용적(V2)을 작게 하는 것이 어렵다.
이에 대하여, 본 실시예의 가스 공급계(100)에서는, 예를 들면 도 2에 나타낸 바와 같이, 유량 제어기(FD)가 배치된 기대(212)의 면의 이면에 이차측 밸브(FV2)를 배치하고, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)를 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관(GL2)으로 접속한다. 이에 의해, 종래의 가스 공급계보다, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)를 접속하는 배관(GL2)을 짧게 할 수 있고, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)를 접속하는 배관(GL2)의 용적을 작게 할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 가스 공급계(100)는, 배관(207)의 용적(V1)과, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)과의 용적비(V1 / V2)를 용이하게 9 / 1 이상으로 할 수 있다. 또한, 배관(207)의 용적(V1), 및 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)을 작게 할 수 있으므로, 가스를 전환하여 처리를 행하는 경우에, 쓸데없이 버려지는 가스를 줄일 수 있다.
또한, 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)가 장착되는 기대(212)의 두께, 또는 유량 제어기(FD) 내의 배관(208)의 물리적인 가공의 제한 등에 의해, 용적비(V1 : V2)는 200 : 1 이하가 되도록, 배관(207)의 용적(V1)과, 배관(208) 및 배관(GL2)의 합계의 용적(V2)이 설정되는 것이 바람직하다. 실제로는, 용적비(V1 : V2)가 9 : 1 이상, 200 : 1 이하로, 용적(V1)이 0.09 ~ 2.0(cc)의 범위일 때 용적(V2)이 0.01 ~ 0.2(cc)의 범위가 되도록, 즉 도 10에 나타내는 영역(Ar) 내가 용적(V1 및 V2)의 비율을 설정할 시의 범위로서는 바람직하다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 유량 제어기(FD) 내의 오리피스(205)의 하류측에 마련된 이차측 밸브(FV2)의 개폐 동작으로, 챔버(C)에 대한 가스 공급 및 가스 공급 정지의 제어를 행한다. 이 때, 유량 제어기(FD)에 특유의 구조에 의한 가스 정지 시의 압력 변화를 완화하기 위하여, 오리피스(205)로부터 이차측 밸브(FV2)까지의 배관의 용적(V2)을, 제어 밸브(201)로부터 오리피스(205)까지의 배관(207)의 용적(V1)보다 1 자리수 이상 작게 한다.
이에 의해, 유량 제어기(FD)를 이용하여 챔버(C) 내로 공급하는 가스를 정해진 유량까지 신속하게 상승시킬 수 있다. 본 실시예에 따르면, 이와 같이 가스의 응답성을 좋게 함으로써, 가스의 전환을 고속으로 행하는 것이 가능해진다. 즉, 본 실시예에서의 유량 제어기(FD)를 이용한 가스 공급 제어 방법은, 가스 공급 및 가스 공급 정지를 고속으로 반복하는 것과 같은 프로세스(Gas Pulse)에 유효하다.
또한 본 실시예에서는, 가스의 응답성이 향상되기 때문에, 챔버(C) 내에서 가스의 유량이 안정되기까지의 시간을 단축할 수 있어, 프로세스의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
여기서, 도 4의 (a)에 나타낸 정해진 시간(T)이 길어지면, 챔버(C)로 공급되는 가스의 유량을 안정시킬 수 있다. 그러나, 정해진 시간(T)이 너무 길면, 가스 공급의 밸브 개방 시간(S)에서 실제로 가스가 공급되는 시간이 짧아진다. 그 결과, 정해진 시간(T)이 길어지면 에칭 레이트가 낮아진다. 도 11은 실시예 1에서의 정해진 시간(T)과 에칭 레이트와의 관계의 일례를 나타내는 도이다. 도 11의 횡축은, 단계(2)에서 밸브가 전체 개방으로 제어되고 있는 시간(S)에 대한 정해진 시간(T)의 비(T / S)를 나타낸다. 도 11의 종축은 T / S에 대한 에칭 레이트(E/R)를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 정해진 시간(T)이 길어질수록 에칭 레이트가 낮아지는 것을 알 수 있다. (S - T) / S가 90 %보다 작아지면, 즉, T / S가 0.1 보다 커지면, 에칭 레이트의 저하가 무시할 수 없게 된다. 따라서, 정해진 시간(T)은 단계(2)에서 밸브가 전체 개방으로 제어되어 있는 시간(S)의 1 / 10 이하인 것이 바람직하다.
또한 본 실시예에서는, 이차측 밸브(FV2)의 제어에 의해 가스의 공급을 개시한 후, 챔버(C)로 공급되는 가스의 유량을 재빠르게 원하는 유량으로 안정시킬 수 있다. 이 때문에, 정합기(130a)를 사전에 유량 안정 후의 매칭 포지션으로 설정해 둠으로써, 고주파 전원(130)으로부터 출력되는 고주파 전력의 반사파를 억제할 수 있어, 처리 장치(101a)에서의 처리의 안정성을 개선할 수 있다.
또한 본 실시예에서는, 비교예와 같이 제어 곤란한 가스의 유량 변화는 발생하지 않는다. 이 때문에, 유량 제어기(FD)의 개체 차 또는 처리 장치(101a)의 개체 차에 따른 챔버(C) 내로의 가스 공급의 불균일을 흡수하여, 처리 장치(101a)에서 처리를 안정적으로 행할 수 있다.
[급속 교호 프로세스]
또한, 가스 공급 및 가스 공급의 정지를 고속으로 반복하는 것과 같은 프로세스의 일례로서, 급속 교호 프로세스에 대하여 도 12를 참조하여 간단하게 설명한다. 도 12는 실시예 1의 가스 공급 제어 방법을 이용한 급속 교호 프로세스의 일례를 나타내는 순서도이다. 도 12에 나타내는 본 실시예의 가스 공급 제어 방법을 이용한 급속 교호 프로세스에서는, 에칭 프로세스와 디포지션 프로세스가 교호로 또한 급속하게 실행된다. 단, 이는 급속 교호 프로세스의 일례로, 프로세스의 종류는 이에 한정되지 않는다. 또한, 급속 교호 프로세스가 실행되고 있는 동안, 일차측 밸브(FV1)는 항상 전체 개방으로 제어되고, 또한 제어 밸브(201)는 항상 제어 중으로 되어 있다.
도 12에 나타내는 처리가 개시되면, 먼저, 이차측 밸브(FV2)가 전체 개방으로 제어되고, 제 1 가스가 투입된다(단계(S10)). 이어서, 고주파 전력이 인가되고, 제 1 가스에 의해 에칭 프로세스가 실행된다(단계(S12)). 이어서, 이차측 밸브(FV2)가 전체 폐쇄로 제어된다(단계(S14)).
이어서, 이차측 밸브(FV2)가 전체 개방으로 제어되고, 제 2 가스가 투입된다(단계(S16)). 이어서, 고주파 전력이 인가되고, 제 2 가스에 의해 디포지션 프로세스가 실행된다(단계(S18)). 이어서, 이차측 밸브(FV2)가 전체 폐쇄로 제어된다(단계(S20)).
이어서, 추가적인 급속 교호 프로세스의 사이클이 필요한지 여부가 판정되고(단계(S22)), 추가적인 급속 교호 프로세스의 사이클이 필요하다고 판정된 경우(단계(S22) : Yes), 단계(S10)로 돌아와 단계(S10 ~ S22)의 처리가 반복된다. 추가적인 급속 교호 프로세스의 사이클은 불필요하다고 판정된 경우(단계(S22) : No), 본 처리는 종료된다.
본 실시예에서의 급속 교호 프로세스에 의하면, 이차측 밸브(FV2)의 개폐의 제어에 추종하여, 정해진 유량의 가스가 신속하게 챔버(C) 내로 공급되기 때문에, 양호한 프로세스를 실현할 수 있다. 또한, 가스가 챔버(C)에 도달할 때까지의 시간을 고려하지 않고 제어 할 수 있다. 이와 같이, 특히 가스 공급 및 가스 공급의 정지를 고속으로 반복하는 급속 교호 프로세스에서, 가스의 응답성이 향상되는 본 실시예의 가스 공급 제어 방법을 유효하게 사용할 수 있다.
단, 도 4의 (a)의 단계(2)에서 밸브가 전체 개방으로 제어되고 있는 시간(S)에 대한 정해진 시간(T)의 허용 범위에 대해서는, 도 11에 나타내는 바와 같이 정해진 시간(T)이 길어질수록(T / S가 커질수록) 에칭 레이트(E/R)는 낮아진다. (S - T) / S가 90 %보다 작아지면, 즉 T / S가 0.1보다 커지면, 에칭 레이트의 저하가 무시할 수 없게 된다. 따라서, 정해진 시간(T)은 단계(2)에서 밸브가 전체 개방으로 제어되고 있는 시간(S)의 1 / 10 이하인 것이 바람직하다.
[가스 공급계(GP1)의 구성]
이어서, 실시예 2에 대하여 설명한다. 도 13은 실시예 2에서의 가스 공급계(GP1)의 일례를 나타내는 도이다. 도 13에 나타내는 가스 공급계(GP1)는 제 1 기구(GM1), 제 2 기구(GM2) 및 제 3 기구(GM3)를 구비한다.
제 1 기구(GM1)는 복수의 통합부(GI)를 가진다. 본 실시예에서는, 제 1 기구(GM1)는 다섯 개의 통합부(GI)를 가진다. 단, 통합부(GI)의 개수는 임의이다. 제 1 기구(GM1)는 복수의 통합부(GI)의 각각에서 선택된 가스를 개별의 배관으로부터 출력하도록 구성되어 있다.
제 1 기구(GM1)는 복수의 배관(L1)(제 1 배관(L1)), 복수의 밸브(V1)(제 1 밸브(V1)) 및 복수의 배관(L2)(제 2 배관(L2))을 가진다. 복수의 배관(L1)에는 각각 복수의 밸브(V1)가 마련되어 있다. 복수의 배관(L1)은 각각 복수의 가스 공급원(GS)에 접속되어 있다.
본 실시예에서는, 복수의 가스 공급원(GS)은 14 개의 가스 공급원(GS), 즉 가스 공급원(GS(1) ~ GS(14))을 포함한다. 단, 가스 공급원(GS)의 개수는 임의이다. 일례에서는, 가스 공급원(GS(1) ~ GS(14))은 각각 C2F8 가스의 소스, C4F6 가스의 소스, He 가스의 소스, CF4 가스의 소스, CH4 가스의 소스, CO 가스의 소스, COS 가스의 소스, N2 가스의 소스, NF3 가스의 소스, CHF3 가스의 소스, Ar 가스의 소스, CH2F2 가스의 소스, CO2 가스의 소스이다.
복수의 통합부(GI)의 각각은, 복수의 배관(L2) 중 하나의 배관(L2)과, 당해 하나의 배관(L2)으로부터 분기하여 1 이상의 가스 공급원(GS)에 접속하는 1 이상의 배관(L1)과, 당해 1 이상의 배관(L1)에 마련된 1 이상의 밸브(V1)를 포함한다. 각 통합부(GI)에는, 동시에 이용되지 않는 1 이상의 가스 공급원(GS)이 접속되어 있다. 각 통합부(GI)는 당해 통합부(GI)에 접속된 가스 공급원(GS) 중 선택된 가스 공급원(GS)으로부터의 가스를 공급하는 것이 가능하다.
도 13에 나타내는 예에서는, 가스 소스(GS(1) ~ GS(3))에 접속하는 세 개의 배관(L1), 이들 배관(L1)에 마련된 세 개의 밸브(V1), 및 당해 세 개의 배관(L1)이 접속하고 있는 하나의 배관(L2)이 하나의 통합부(GI)를 구성하고 있다. 또한, 가스 공급원(GS(4) ~ GS(6))에 접속하는 세 개의 배관(L1), 이들 배관(L1)에 마련된 세 개의 밸브(V1), 및 당해 세 개의 배관(L1)이 접속하고 있는 하나의 배관(L2)이 하나의 통합부(GI)를 구성하고 있다. 또한, 가스 공급원(GS(7) ~ GS(8))에 접속하는 두 개의 배관(L1), 이들 배관(L1)에 마련된 두 개의 밸브(V1), 및 당해 두 개의 배관(L1)이 접속하고 있는 하나의 배관(L2)이 하나의 통합부(GI)를 구성하고 있다. 또한, 가스 공급원(GS(9) ~ GS(11))에 접속하는 세 개의 배관(L1), 이들 배관(L1)에 마련된 세 개의 밸브(V1), 및 당해 세 개의 배관(L1)이 접속하고 있는 하나의 배관(L2)이 다른 하나의 통합부(GI)를 구성하고 있다. 또한, 가스 공급원(GS(12) ~ GS(14))에 접속하는 세 개의 배관(L1), 이들 배관(L1)에 마련된 세 개의 밸브(V1), 및 당해 세 개의 배관(L1)이 접속하고 있는 하나의 배관(L2)이 다른 하나의 통합부(GI)를 구성하고 있다.
제 2 기구(GM2)는 제 1 기구(GM1)의 하류에 마련되어 있다. 제 2 기구(GM2)는 복수의 통합부(GI)로부터의 복수의 가스를 분배하고, 분배된 가스의 유량을 조정하여 출력하도록 구성되어 있다.
제 2 기구(GM2)는 복수의 유량 제어 유닛군(FUG), 및 복수의 배관(L3)(제 3 배관(L3))을 가진다. 복수의 유량 제어 유닛군(FUG)의 개수는 후술하는 처리 장치의 가스 토출부와 동일한 수이다. 도 13에 나타내는 예에서는, 복수의 유량 제어 유닛군(FUG)의 개수는 세 개이다. 단, 유량 제어 유닛군(FUG)의 개수 및 가스 토출부의 개수는 복수이면, 임의의 개수여도 된다.
각 유량 제어 유닛군(FUG)은 복수의 유량 제어 유닛(FU)을 포함한다. 복수의 유량 제어 유닛(FU)의 개수는 배관(L2)의 개수와 동일한 수이다. 각 유량 제어 유닛(FU)은 입력된 가스의 유량을 조정한다. 각 유량 제어 유닛(FU)은 일차측 밸브(FV1), 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)를 가진다. 유량 제어기(FD)는 일차측 밸브(FV1)와 이차측 밸브(FV2)의 사이에 마련된다.
여기서, 본 실시예에서의 유량 제어기(FD)는, 예를 들면 도 1을 이용하여 설명한 압력식 유량 제어 장치(FCS)이다. 또한, 각 유량 제어 유닛(FU)에서 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)는, 예를 들면 도 2를 이용하여 설명한 바와 같이 기대(212) 상에 배치된다. 또한, 각 유량 제어 유닛(FU)에서, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)는, 유량 제어기(FD)가 배치된 기대(212)의 면(212a)의 뒷측의 면(212b)에 배치된다. 또한, 유량 제어기(FD)와 일차측 밸브(FV1)의 사이는 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관(GL1)으로 접속되고, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)의 사이는 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관(GL2)으로 접속된다.
이에 의해, 본 실시예에서의 각 유량 제어 유닛(FU)은 일차측 밸브(FV1), 이차측 밸브(FV2) 및 유량 제어기(FD)가 기대(212)의 동일한 면에 배치된 경우에 비해, 유량 제어기(FD)와 일차측 밸브(FV1)의 사이의 배관(GL1) 및 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)의 사이의 배관(GL2)을 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 본 실시예에서의 각 유량 제어 유닛(FU)은 유량 제어기(FD)와 일차측 밸브(FV1)의 사이의 배관(GL1) 및 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)의 사이의 배관(GL2)의 용적을 작게 하는 것이 용이해진다. 또한 유량 제어기(FD)에는 압력식 유량 제어 장치 이외의 다른, 유체의 질량 유량에 기초하여 유량의 제어를 행하는 매스 플로우 컨트롤러(MFC) 등이 이용되어도 된다.
복수의 배관(L3)의 각각은 대응하는 하나의 배관(L2)으로부터의 가스를 복수의 유량 제어 유닛군(FUG)에 분배하고, 복수의 유량 제어 유닛군(FUG)의 각각에 포함되는 하나의 유량 제어 유닛(FU)으로 공급하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 복수의 배관(L3)의 각각은, 하나의 배관으로부터 복수의 배관으로 분기하고 있다. 하나의 배관(L3)의 분기 수는, 유량 제어 유닛군(FUG)의 개수와 동일한 수로 되어 있다.
본 실시예에서는, 제 2 기구(GM2)는 복수의 합류관(ML)을 더 가지고 있다. 복수의 합류관(ML)은 유량 제어 유닛군(FUG)마다, 당해 유량 제어 유닛군(FUG)에 포함되는 복수의 유량 제어 유닛(FU)으로부터의 가스를 합류시키도록 구성되어 있다. 이 때문에, 각 합류관(ML)은 복수의 배관으로부터 하나의 배관에 합류하도록 구성되어 있다. 각 합류관(ML) 내에서 합류하는 배관의 개수는, 배관(L2)의 개수 및 각 유량 제어 유닛군(FUG) 내의 유량 제어 유닛(FU)의 개수와 동일한 수이다.
제 3 기구(GM3)는 가스 공급계(GP1)의 배기 기구이다. 제 3 기구(GM3)는 배기관(EL), 복수의 배관(L4)(제 4 배관(L4)) 및 복수의 밸브(V4)(제 4 밸브(V4))를 가지고 있다.
배기관(EL)에는 밸브(V2)(제 2 밸브(V2)) 및 밸브(V3)(제 3 밸브(V3))가 마련되어 있다. 밸브(V2)는 배기관(EL)의 상류측에 마련되어 있고, 밸브(V3)는 배기관(EL)의 하류측에 마련되어 있다. 배기관(EL)은 그 상류측에서 밸브(V2)를 개재하여 퍼지 가스의 가스 공급원(GSP)에 접속되어 있다. 퍼지 가스는 예를 들면 N2 가스 등의 불활성 가스이다. 또한, 배기관(EL)은 그 하류측에서 밸브(V3)를 개재하여, 터보 분자 펌프 및 드라이 펌프 등의 배기 장치에 접속되어 있다. 본 실시예에서, 배기관(EL)은 터보 분자 펌프와 드라이 펌프의 사이의 배관에 접속된다. 또한 후술하는 바와 같이, 본 실시예의 처리 시스템에서는, 처리 용기에 터보 분자 펌프가 접속되고, 당해 터보 분자 펌프의 하류에 드라이 펌프가 마련될 수 있다.
배관(L4)은 각각 배기관(EL)과 복수의 배관(L2)을 접속하고 있다. 각 배관(L4)에는 밸브(V4)가 마련되어 있다.
본 실시예에서, 배기관(EL)에는 압력계(PM)가 접속되어 있다. 압력계(PM)는 배기관(EL) 내의 유로의 압력을 계측한다. 본 실시예에서, 압력계(PM)는 밸브(V3)의 상류측, 즉 밸브(V2)보다 밸브(V3)측에서 배기관(EL)에 접속되어 있다. 또한, 압력계(PM)는 밸브(V3)보다 상류, 또한 복수의 배관(L4)과 배기관(EL)과의 접속 개소보다 하류에 마련될 수 있다.
본 실시예의 가스 공급계(GP1)에 의하면, 밸브(V2), 밸브(V3) 및 모든 밸브(V4)를 닫고, 각 통합부(GI)의 밸브(V1) 중 원하는 가스의 가스 공급원(GS)에 접속된 하나의 밸브(V1)를 열고, 복수의 유량 제어 유닛군(FUG)의 복수의 유량 제어 유닛(FU)에 의해 유량을 조정함으로써, 원하는 가스를 원하는 유량으로 각 합류관(ML)으로부터 후술하는 처리 장치로 공급할 수 있다.
또한, 가스 공급계(GP1)로부터 처리 장치로 공급되는 가스를 변경하는 경우에는, 복수의 유량 제어 유닛군(FUG)의 복수의 유량 제어 유닛(FU)을 정지시키고, 모든 밸브(V1)를 닫고 밸브(V2), 밸브(V3) 및 모든 밸브(V4)를 엶으로써, 밸브(V1)로부터 각 유량 제어 유닛(FU)까지의 유로 내에 잔류하는 가스를, 배기관(EL)을 거쳐 고속으로 배기할 수 있다. 또한 본 실시예에서, 각 유량 제어 유닛(FU) 내의 유량 제어기(FD)는 압력 제어식의 유량 제어기이기 때문에, 모든 밸브(V1)를 닫고 밸브(V2), 밸브(V3) 및 모든 밸브(V4)를 열 때, 각 유량 제어 유닛(FU) 내의 일차측 밸브(FV1)를 엶으로써, 유량 제어 유닛(FU)의 내부에서 오리피스의 상류측의 가스 라인 내에 잔류하는 가스도 고속으로 배기할 수 있다.
이어서, 밸브(V2), 밸브(V3) 및 모든 밸브(V4)를 닫고, 각 통합부(GI)의 밸브(V1) 중 원하는 가스의 가스 공급원(GS)에 접속된 하나의 밸브(V1)를 열고, 복수의 유량 제어 유닛군(FUG)의 복수의 유량 제어 유닛(FU)에 의해 유량을 조정함으로써, 변경된 가스를 처리 장치로 공급하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 가스 공급계(GP1)는 가스 공급계(GP1)의 유로 내의 가스를 고속으로, 즉 단시간에 치환하는 것이 가능하다.
[처리 시스템(10b)의 전체 구성]
이어서, 본 실시예의 처리 시스템의 일례에 대하여 설명한다. 도 14는 실시예 2에서의 처리 시스템(10b)의 일례를 나타내는 도이다. 도 14에 나타내는 처리 시스템(10b)은, 처리 장치(101b)와, 도 13을 이용하여 설명한 가스 공급계(GP1)를 구비한다. 본 실시예에서, 처리 장치(101b)는 예를 들면 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치이다. 이하에서는, 처리 장치(101b)를 리액터부라고 부르는 경우가 있다.
처리 장치(101b)는 대략 원통 형상의 처리 용기(12)를 구비한다. 처리 용기(12)는 예를 들면 알루미늄으로 구성되어 있고, 그 내벽면에는 양극 산화 처리가 실시되어 있다. 또한, 처리 용기(12)는 보안 접지되어 있다. 또한, 처리 용기(12)의 측벽에는 반도체 웨이퍼(W)의 반입반출구(12g)가 마련되어 있다. 반입반출구(12g)는 게이트 밸브(54)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
처리 용기(12)의 저부 상에는 대략 원통 형상의 지지부(14)가 마련되어 있다. 지지부(14)는 예를 들면 절연 재료로 구성되어 있다. 지지부(14)는 처리 용기(12) 내에서, 처리 용기(12)의 저부로부터 연직 방향으로 연장되어 있다. 또한, 처리 용기(12) 내에는 배치대(PD)가 마련되어 있다. 배치대(PD)는 지지부(14)에 의해 지지되어 있다.
배치대(PD)는 그 상면에서 반도체 웨이퍼(W)를 유지한다. 배치대(PD)는 하부 전극(LE) 및 정전 척(ESC)을 가진다. 하부 전극(LE)은 대략 원반 형상의 제 1 플레이트(18a) 및 제 2 플레이트(18b)를 포함한다. 제 1 플레이트(18a) 및 제 2 플레이트(18b)는 예를 들면 알루미늄 등의 금속으로 구성되어 있다. 제 2 플레이트(18b)는 제 1 플레이트(18a) 상에 마련되어 있고, 제 1 플레이트(18a)에 전기적으로 접속되어 있다.
제 2 플레이트(18b) 상에는 정전 척(ESC)이 마련되어 있다. 정전 척(ESC)은 도전막인 전극을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트 간에 배치한 구조이다. 정전 척(ESC)의 전극에는 직류 전원(22)이 스위치(23)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(ESC)은 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 발생한 쿨롱력 등의 정전력에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 흡착한다. 이에 의해, 정전 척(ESC)은 반도체 웨이퍼(W)를 유지할 수 있다.
제 2 플레이트(18b)의 주연부 상에는 반도체 웨이퍼(W)의 엣지 및 정전 척(ESC)을 둘러싸도록 포커스 링(FR)이 배치되어 있다. 포커스 링(FR)은 에칭의 균일성을 향상시키기 위하여 마련되어 있다. 포커스 링(FR)은 에칭 대상의 막의 재료에 따라 적절히 선택되는 재료로 구성되어 있으며, 예를 들면 석영으로 구성될 수 있다.
제 2 플레이트(18b)의 내부에는 냉매 유로(24)가 마련되어 있다. 냉매 유로(24)는 온조(溫調) 기구를 구성하고 있다. 냉매 유로(24)에는 처리 용기(12)의 외부에 마련된 칠러 유닛으로부터 배관(26a)을 거쳐 냉매가 공급된다. 냉매 유로(24)로 공급된 냉매는 배관(26b)을 거쳐 칠러 유닛으로 되돌려진다. 이와 같이, 냉매 유로(24)에는 칠러 유닛으로부터 공급된 냉매가 순환한다. 칠러 유닛에 의해 냉매 유로(24) 내를 순환하는 냉매의 온도를 제어함으로써, 정전 척(ESC)에 의해 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 정해진 온도로 제어된다.
또한, 처리 장치(101b)에는 가스 공급 라인(28)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(28)은 전열 가스 공급 기구로부터 공급된 He 가스 등의 전열 가스를, 정전 척(ESC)의 상면과 반도체 웨이퍼(W)의 이면과의 사이로 공급한다.
또한, 처리 장치(101b)에는 가열 소자인 히터(HT)가 마련되어 있다. 히터(HT)는 예를 들면 제 2 플레이트(18b) 내에 매립되어 있다. 히터(HT)에는 히터 전원(HP)이 접속되어 있다. 히터 전원(HP)으로부터 히터(HT)로 전력이 공급됨으로써, 배치대(PD)의 온도가 조정되고, 당해 배치대(PD) 상에 배치된 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 정해진 온도로 제어된다. 또한, 히터(HT)는 정전 척(ESC) 내에 마련되어도 된다.
또한, 처리 장치(101b)는 상부 전극(30)을 구비한다. 상부 전극(30)은 배치대(PD)의 상방에서 당해 배치대(PD)와 대향하도록 배치되어 있다. 하부 전극(LE)과 상부 전극(30)은 서로 대략 평행하게 마련되어 있다. 상부 전극(30)과 하부 전극(LE)의 사이의 공간은, 반도체 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리 공간(S)이다.
상부 전극(30)은 절연성 차폐 부재(32)를 개재하여, 처리 용기(12)의 상부에 지지되어 있다. 본 실시예에서 상부 전극(30)은, 연직 방향에 있어서 배치대(PD)의 상면, 즉 반도체 웨이퍼(W)가 배치되는 배치면으로부터의 거리가 변경되도록 구성될 수 있다. 상부 전극(30)은 전극판(34) 및 전극 지지체(36)를 포함할 수 있다. 전극판(34)은 처리 공간(S)에 면하고 있다. 전극판(34)에는 복수의 가스 토출홀(34a)이 마련되어 있다. 본 실시예에서, 전극판(34)은 예를 들면 실리콘으로 구성되어 있다.
전극 지지체(36)는 전극판(34)을 착탈 가능하게 지지하는 것이며, 예를 들면 알루미늄 등의 도전성 재료로 구성될 수 있다. 전극 지지체(36)는 수냉 구조를 가질 수 있다. 전극 지지체(36)의 내부에는 복수의 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 복수의 가스 확산실(36a)은, 배치대(PD) 상에 배치된 반도체 웨이퍼(W)의 중심, 즉 배치대(PD)의 중심을 지나 연직 방향으로 연장되는 축선을 중심으로 대략 동심 형상으로 마련되어 있다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 복수의 가스 확산실(36a)에는 각각 가스 공급계(GP1)가 가지는 복수의 합류관(ML) 중 어느 하나가 접속되어 있다.
도 14에 나타내는 예에서는, 복수의 가스 확산실(36a)은 세 개의 가스 확산실, 즉 가스 확산실(36a(1)), 가스 확산실(36a(2)) 및 가스 확산실(36a(3))을 포함한다. 가스 확산실(36a(1))은 상술한 축선 상에 마련되어 있고, 연직 방향에서 봤을 때 대략 원형의 평면 형상을 가질 수 있다. 가스 확산실(36a(2))은 가스 확산실(36a(1))의 외측에 환상(環狀)으로 연장되어 있다. 또한, 가스 확산실(36a(3))은 가스 확산실(36a(2))의 외측에 환상으로 연장되어 있다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 전극 지지체(36)에는 각 가스 확산실(36a)과 당해 가스 확산실(36a)의 하방으로 연장되는 복수의 가스 토출홀(34a)을 접속하는 복수의 연통홀(36b)이 형성되어 있다. 본 실시예에서의 상부 전극(30)은, 가스 공급계(GP1)로부터 공급된 가스를, 처리 장치(101b)의 처리 공간(S) 내로 공급하는 샤워 헤드(SH)로서 기능한다.
샤워 헤드(SH)에서는, 하나의 가스 확산실(36a)과 당해 가스 확산실(36a)에 접속된 복수의 가스 토출홀(34a)이 하나의 가스 토출부를 구성하고 있다. 따라서, 샤워 헤드(SH)는 복수의 가스 토출부를 제공하고 있다. 이들 복수의 가스 토출부로부터는, 처리 용기(12) 내의 상이한 복수의 존을 향해, 즉 반도체 웨이퍼(W)의 직경 방향의 상이한 영역을 향해 가스를 공급할 수 있다.
또한 본 실시예의 처리 장치(101b)에서는, 처리 용기(12)의 내벽을 따라 퇴적물 실드(46)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 퇴적물 실드(46)는 지지부(14)의 외주에도 마련되어 있다. 퇴적물 실드(46)는 처리 용기(12)에 에칭 부생물(퇴적물)이 부착하는 것을 방지하는 것이며, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다.
처리 용기(12)의 저부측, 또한 지지부(14)와 처리 용기(12)의 측벽과의 사이에는 배기 플레이트(48)가 마련되어 있다. 배기 플레이트(48)는, 예를 들면 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다. 배기 플레이트(48)의 하방의 처리 용기(12)의 저부에는 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는 배기관(52)을 개재하여 배기 장치(50) 및 배기 장치(51)가 접속되어 있다. 본 실시예에서, 배기 장치(50)는 예를 들면 터보 분자 펌프이며, 배기 장치(51)는 예를 들면 드라이 펌프이다. 배기 장치(50)는 배기 경로에 대하여, 배기 장치(51)보다 상류측에 마련되어 있다. 배기 장치(50)와 배기 장치(51)의 사이의 배관에는, 가스 공급계(GP1)의 배기관(EL)이 접속되어 있다. 배기 장치(50)와 배기 장치(51)의 사이에 배기관(EL)이 접속됨으로써, 배기관(EL)으로부터 처리 용기(12) 내로의 가스의 역류가 억제된다.
또한, 처리 장치(101b)는 제 1 고주파 전원(62) 및 제 2 고주파 전원(64)을 더 구비한다. 제 1 고주파 전원(62)은 플라즈마 생성용의 제 1 고주파 전력을 발생시키는 전원이다. 제 1 고주파 전원(62)은 27 ~ 100 MHz의 주파수, 일례에서는 40 MHz의 고주파 전력을 발생시킨다. 제 1 고주파 전원(62)은 정합기(66)를 개재하여 하부 전극(LE)에 접속되어 있다. 정합기(66)는 제 1 고주파 전원(62)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(LE)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다.
제 2 고주파 전원(64)은 반도체 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위한 제 2 고주파 전력, 즉 고주파 바이어스 전력을 발생시키는 전원이며, 400 kHz ~ 13.56 MHz의 범위 내의 주파수, 일례에서는 3.2 MHz의 고주파 바이어스 전력을 발생시킨다. 제 2 고주파 전원(64)은 정합기(68)를 개재하여 하부 전극(LE)에 접속되어 있다. 정합기(68)는 제 2 고주파 전원(64)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(LE)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다.
또한, 처리 장치(101b)는 제어부(Cnt)를 더 구비할 수 있다. 제어부(Cnt)는 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이며, 처리 장치(101b)의 각 부를 제어한다. 구체적으로, 제어부(Cnt)는 후술하는 운용 방법으로 처리 장치(101b)를 동작시키도록, 처리 장치(101b)의 각 부를 제어한다.
처리 장치(101b)는 가스 공급계(GP1)로부터 처리 용기(12) 내로 공급된 가스를 여기시켜, 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 그리고, 처리 장치(101b)는 플라즈마에 의해 발생한 활성종에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 처리할 수 있다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 처리에 이용되는 가스는, 가스 공급계(GP1)에 의해 고속으로 전환하여 처리 용기(12) 내로 공급된다. 따라서, 상이한 플라즈마 처리를 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 교호로 행하는 프로세스 등에서 프로세스의 스루풋을 높이는 것이 가능하다.
이하, 본 실시예에서의 처리 시스템(10b)의 운용 방법에 대하여 설명한다. 도 15는 실시예 2에서의 처리 시스템(10b)의 운용 방법의 일례를 나타내는 순서도이다. 도 15에 나타내는 운용 방법(MT1)은 가스 공급계(GP1) 내의 가스를 배기하기 위한 몇 가지의 공정을 포함한다. 또한, 운용 방법(MT1)은 가스 공급계(GP1) 내의 가스를 치환하여 처리 장치(101b)의 처리 용기(12) 내로 순차 상이한 가스를 공급함으로써, 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 상이한 플라즈마 처리를 행하는 것이 가능하다. 도 15에는 가스 공급계(GP1) 내의 가스를 배기하고, 그 후에 가스를 처리 용기(12) 내로 공급하는 운용 방법의 순서가 나타나 있다.
운용 방법(MT1)은, 예를 들면 도 15에 나타내는 바와 같이, 공정(ST1) ~ 공정(ST4)에서 가스 공급계(GP1) 내의 가스를 배기한다. 공정(ST1)에서는 복수의 유량 제어 유닛군(FUG)의 모든 유량 제어 유닛(FU)이 정지된다. 이어지는 공정(ST2)에서는 모든 밸브(V1)가 닫힌다. 이에 의해, 모든 가스 공급원(GS)으로부터의 가스 공급계(GP1) 내에 대한 가스 공급이 정지된다. 이어지는 공정(ST3)에서 밸브(V2), 밸브(V3) 및 모든 밸브(V4)가 열리고, 또한 각 유량 제어 유닛(FU)의 일차측 밸브(FV1)가 열린다. 이에 의해, 모든 밸브(V1)로부터 모든 유량 제어 유닛(FU)까지의 사이의 배관에 잔류하는 가스가 배기관(EL)을 거쳐 배기된다.
이어지는 공정(ST4)에서는 압력계(PM)에 의해 배기관(EL) 내의 유로의 압력이 계측된다. 공정(ST4)에서는 배기관(EL) 내의 유로의 압력이 임계치 이하인지 여부가 판정된다. 임계치는 예를 들면 500 mTorr(66.66 Pa)이다. 배기관(EL) 내의 유로의 압력이 임계치보다 큰 경우에는 배기가 계속된다. 한편, 배기관(EL) 내의 유로의 압력이 임계치 이하인 경우에는, 가스 공급계(GP1)의 배기가 완료된 것으로 판정되고, 이어지는 공정(ST5)이 실행된다.
이어지는 공정(ST5)에서는 밸브(V2), 밸브(V3) 및 모든 밸브(V4)가 닫힌다. 이어지는 공정(ST6)에서는 복수의 밸브(V1) 중 원하는 가스의 가스 공급원(GS)에 접속된 하나의 밸브(V1)가 열린다. 이어지는 공정(ST7)에서는 복수의 유량 제어 유닛(FU)에 의해 가스의 유량이 조정된다. 이에 의해, 처리 장치(101b)의 처리 용기(12) 내로 원하는 가스가 공급된다. 그리고, 처리 장치(101b)의 처리 용기(12) 내에서, 가스 공급계(GP1)로부터 공급된 가스의 플라즈마가 생성되고, 플라즈마에 포함되는 활성종에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 정해진 처리가 실시된다.
이어지는 공정(ST8)에서는 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리가 종료되었는지 여부가 판정된다. 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리가 종료되어 있지 않은 경우, 즉 상이한 가스에 의한 추가적인 처리가 행해지는 경우에는, 공정(ST1)부터 공정(ST7)의 처리가 반복된다. 한편, 공정(ST8)에서 처리가 종료되었다고 판정된 경우에는 운용 방법(MT1)이 종료된다. 또한, 공정(ST1)부터 공정(ST8)의 처리는 처리 장치(101b)의 각 부가 제어부(Cnt)로부터의 제어에 기초하여 동작함으로써 실현된다.
도 15에 나타낸 운용 방법(MT1)에 의하면, 처리 장치(101b)로 공급되는 가스를 변경할 시, 가스 공급계(GP1) 내의 배관에 잔류하는 가스를 고속으로 배기할 수 있다. 이에 의해, 가스 공급계(GP1)로부터 공급되는 가스를 변경할 시, 가스 공급계(GP1) 내의 가스의 치환에 요하는 시간을 저감시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 다른 가스를 순차 이용하는 프로세스를 높은 스루풋으로 실현하는 것이 가능해진다.
여기서, 본 실시예에서의 유량 제어기(FD)는, 예를 들면 도 1에 나타낸 것과 같은 구성의 압력 제어식의 유량 제어기(FD)이다. 압력 제어식의 유량 제어기(FD)에서는, 예를 들면 유량의 제어 대상이 되는 가스를 전환하는 경우에는, 유량 제어기(FD) 내의 가스 라인(도 1에 나타낸 배관(GL1), 배관(206), 배관(207), 배관(208) 및 배관(GL2)) 내의 가스가 배기될 때까지 대기할 필요가 있다. 가스의 유량을 대유량에서 소유량으로 전환하는 경우에도, 유량 제어기(FD)의 가스 라인 내가 정해진 압력 이하가 될 때까지 가스의 배기를 대기할 필요가 있다.
일차측 밸브(FV1)가 닫혀 있는 경우에는, 오리피스(205)의 상류측의 가스 라인(도 1에 나타낸 배관(GL1), 배관(206) 및 배관(207)) 내의 가스는 오리피스(205)를 거쳐 처리 장치(101b) 내로 흐르고, 처리 용기(12)에 접속된 배기 장치(50) 및 배기 장치(51)로부터 배기되게 된다. 오리피스(205)로부터의 가스의 유출에는 시간이 걸리기 때문에, 오리피스(205)의 상류측의 가스 라인에 잔류하는 가스가 배기되기까지는 매우 긴 시간(이하, '대기 시간'이라고 함)이 필요해진다.
이 대기 시간을 삭감하기 위하여, 오리피스(205)의 상류측의 가스 라인의 용적을 작게 하는 것이 고려되지만, 가공이 어려운 경우가 있다. 또한 실시예 1에서 설명한 바와 같이, 가스 유량의 제어성 향상의 관점으로부터는, 오리피스(205)의 상류측의 가스 라인의 용적(V1)을, 오리피스(205)의 하류측의 가스 라인의 용적(V2)에 비해 1 자리수 이상 크게 하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 오리피스(205)의 상류측의 가스 라인의 용적(V1)을 작게 한 경우에는, 오리피스(205)의 하류측의 가스 라인의 용적(V2)을 더 작게 할 필요가 있어, 오리피스(205)의 하류측의 가스 라인의 가공이 곤란해진다.
따라서 본 실시예에서는, 유량의 제어 대상이 되는 가스를 전환하는 경우, 도 15의 공정(ST3)에 나타낸 바와 같이, 일차측 밸브(FV1)를 엶으로써, 오리피스(205)의 상류측의 가스 라인에 잔류하는 가스를, 배기관(EL)을 개재하여 배기한다. 이에 의해, 유량의 제어 대상이 되는 가스를 전환하는 경우의 대기 시간을 삭감할 수 있다. 따라서, 가스를 전환하면서 상이한 플라즈마 처리를 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 교호로 행하는 프로세스 등에서 프로세스의 스루풋을 높이는 것이 가능해진다.
[배관의 용적과 배기에 요하는 시간과의 관계]
여기서, 도 13에 나타낸 가스 공급계(GP1)에 있어서, 각 배관(L2) 및 각 배관(L3)의 용적과, 각 배관(L2) 및 각 배관(L3)에 잔류하는 가스의 배기에 요하는 시간과의 관계를 조사하기 위한 실험을 행했다. 도 16은 실험계의 일례를 나타내는 도이다. 실험에 이용한 실험계는, 예를 들면 도 16에 나타내는 바와 같이, 복수의 가스 공급원(가스In(Gr1) ~ 가스In(Gr5))의 각각이 밸브(V1)를 개재하여 유량 제어 유닛(FU)에 접속되어 있다. 또한, 밸브(V1)와 유량 제어 유닛(FU)의 일차측 밸브(FV1)의 사이의 배관은, 밸브(V4)를 개재하여 배기관(EL)에 접속되어 있다. 배기관(EL)에는 밸브를 개재하여 압력계(PM)가 접속된다. 또한, 배기관(EL)에는 가스 공급계(GP1)의 배기관(EL)의 용적을 모의하기 위한 Tank를 개재하여 드라이 펌프 및 터보 분자 펌프(TMP)에 접속되어 있다. 밸브(V1)와 일차측 밸브(FV1)의 사이의 배관은, 도 13에 나타낸 가스 공급계(GP1)에서의 배관(L2) 및 배관(L3)에 상당한다. 실험에서는, 도 16에 나타낸 실험계를 이용하여, 밸브(V4)를 연 경우의 배기관(EL)의 압력 및 TMP의 배압을 측정했다. 또한 실험에서는, 각 유량 제어 유닛(FU)의 일차측 밸브(FV1) 및 유량 제어기(FD) 내의 제어 밸브(201)는 열려 있고, 이차측 밸브(FV2)는 닫혀 있다.
[실험 결과]
도 17은 실험 결과의 일례를 나타내는 도이다. 도 17에서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 배기관(EL) 내의 압력 또는 TMP의 배압을 나타낸다. 도 17에서, Pe5는, 가스In(Gr1) ~ 가스In(Gr5)의 배관에 접속된 모든 밸브(V4)를 연 경우의 배기관(EL) 내의 압력의 시간 변화를 나타내고 있다. Pe3는, 가스In(Gr1) ~ 가스In(Gr3)의 배관에 접속된 3 개의 밸브(V4)를 연 경우의 배기관(EL) 내의 압력의 시간 변화를 나타내고 있다. Pe1은, 가스In(Gr1)의 배관에 접속된 하나의 밸브(V4)를 연 경우의 배기관(EL) 내의 압력의 시간 변화를 나타내고 있다.
또한 도 17에서, Pb5는, 가스In(Gr1) ~ 가스In(Gr5)의 배관에 접속된 모든 밸브(V4)를 연 경우의 TMP의 배압의 시간 변화를 나타내고 있다. Pb3는, 가스In(Gr1)~가스In(Gr3)의 배관에 접속된 3 개의 밸브(V4)를 연 경우의 TMP의 배압의 시간 변화를 나타내고 있다. Pb1은, 가스In(Gr1)의 배관에 접속된 하나의 밸브(V4)를 연 경우의 TMP의 배압의 시간 변화를 나타내고 있다.
도 17에 나타낸 실험 결과에 있어서, 밸브(V4)를 열면, 배기관(EL) 내의 압력은 일시적으로 4500 Torr까지 상승하고, 이 후 10 Torr 이하까지 하강한다. 밸브(V4)를 열고 나서 배기관(EL) 내의 압력이 10 Torr까지 낮아지는데 요하는 시간은, Pe1에서는 약 0.5 초, Pe3에서는 약 0.8 초, Pe5에서는 약 0.9 초였다. 도 17의 실험 결과에 따르면, 배기 대상의 배관의 수가 많아지면, 즉 배기 대상의 배관의 합계의 용적이 커지면, 배기관(EL) 내의 압력이 정해진 압력 이하가 되기까지 요하는 시간이 길어지는 경향이 있는 것을 알 수 있다.
또한 도 17에 나타낸 실험 결과에 있어서, TMP의 배압의 피크는, Pb5에서는 약 3.0 Torr, Pb3에서는 약 2.5 Torr, Pb1에서는 약 1.1 Torr였다. 도 17의 실험 결과에 따르면, 배기 대상의 배관의 합계의 용적이 커지면, TMP의 배압의 피크가 상승하는 경향에 있는 것을 알 수 있다.
도 17에 나타낸 실험 결과에 의하면, 배기 대상이 되는 배관의 용적을 작게 함으로써, 배기 시간을 단축할 수 있고, 또한 TMP의 배압의 피크를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실시예의 가스 공급계(GP1) 내의 각 유량 제어 유닛(FU)에서는, 예를 들면 도 2를 이용하여 설명한 바와 같이, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)를, 유량 제어기(FD)가 배치된 기대(212)의 면(212a)의 뒷측의 면(212b)에 배치하고, 유량 제어기(FD)와 일차측 밸브(FV1)를 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관(GL1)으로 접속하고, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)를 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관(GL2)으로 접속한다. 이에 의해, 잔류 가스의 배기 대상이 되는 배관의 일부를 구성하는 배관(GL1) 및 배관(GL2)의 용적을 작게 할 수 있다. 따라서, 잔류 가스의 배기 대상이 되는 배관의 용적을 작게 하는 것이 가능해져, 배기 시간의 단축 및 TMP의 배압의 피크의 억제가 가능해진다. 또한, 배관의 용적을 작게 할 수 있기 때문에, 가스를 전환하여 처리를 행하는 경우에, 쓸데없이 버려지는 가스를 줄일 수 있다.
또한 본 실시예에서는, 가스 공급계(GP1)를 구성하는 복수의 요소 기기의 일례인 일차측 밸브(FV1), 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)에 대하여, 일부의 요소 기기를 기대(212)의 일방의 면(212a)에 배치하고, 다른 일부의 요소 기기를 일부의 요소 기기가 배치된 면(212a)의 이면인 타방의 면(212b)에 배치하고, 일부의 요소 기기와 다른 일부의 요소 기기를 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관으로 접속했다. 그러나, 기대(212)의 각각의 면에 따로 배치되는 요소 기기는, 일차측 밸브(FV1), 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)에 한정되지 않고, 도 13에 나타낸 가스 공급계(GP1)를 구성하는 다른 요소 기기에 대해서도, 기대(212)의 각각의 면에 따로 배치하고, 각각의 면에 배치된 요소 기기를 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관으로 접속하도록 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 배기 시간의 향상된 단축 및 TMP의 배압의 피크의 향상된 억제가 가능해진다. 또한, 가스를 전환하여 처리를 행하는 경우에 쓸데없이 버려지는 가스를 더 줄일 수 있다.
[배관의 길이와 처리 장치(101b) 내의 압력과의 관계]
도 18은 배관의 길이마다의 처리 용기(12) 내의 압력 변화의 일례를 나타내는 도이다. 도 18의 (a)는 가스 공급계(GP1)로부터 처리 장치(101b)의 처리 용기(12) 내로 가스의 공급이 개시되고 나서의 처리 용기(12) 내의 압력 변화의 실험 결과를 나타낸다. 도 18의 (b)는 가스 공급계(GP1)로부터 처리 장치(101b)의 처리 용기(12) 내로의 가스 공급이 정지되고, 처리 용기(12) 내가 배기되는 경우의 처리 용기(12) 내의 압력 변화의 실험 결과를 나타낸다. 또한 도 18에서, P11은, 가스 공급계(GP1) 내의 유량 제어기(FD)로부터 처리 장치(101b)까지의 배관 길이가 0.5 m인 경우의 처리 용기(12) 내의 압력 변화를 나타내고, P22는 가스 공급계(GP1) 내의 유량 제어기(FD)로부터 처리 장치(101b)까지의 배관 길이가 3.0 m인 경우의 처리 용기(12) 내의 압력 변화를 나타낸다.
도 18의 (a)를 참조하면, 0.5 m의 배관을 이용한 경우의 압력(P11)은, 3.0 m의 배관을 이용한 경우의 압력(P22)보다 약 0.1 ~ 0.2 초 빨리 상승하고 있는 것을 알 수 있다. 또한 도 18의 (b)를 참조하면, 0.5 m의 배관을 이용한 경우의 압력(P11)은, 3.0 m의 배관을 이용한 경우의 압력(P22)보다 약 1 초 빨리 하강하고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 가스 공급계(GP1) 내의 유량 제어기(FD)로부터 처리 장치(101b)까지의 배관을 짧게 함으로써, 처리 용기(12) 내의 압력의 응답 특성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 본 실시예의 가스 공급계(GP1) 내의 각 유량 제어 유닛(FU)에서는, 예를 들면 도 2를 이용하여 설명한 바와 같이, 이차측 밸브(FV2)는 유량 제어기(FD)가 배치된 기대(212)의 면(212a)의 뒷측의 면(212b)에 배치되고, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)는 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관(GL2)으로 접속된다. 이에 의해, 유량 제어기(FD)로부터 처리 장치(101b)까지의 배관에 포함되는 배관(GL2)을 짧게 할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 가스 공급계(GP1)는 처리 용기(12) 내의 압력의 응답 특성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 실시예 3에 대하여 설명한다. 도 19는 실시예 3에서의 처리 시스템(10b)의 운용 방법의 일례를 나타내는 순서도이다. 도 19에 나타내는 처리 시스템(10b)의 운용 방법(MT2)은 복수의 밸브(V1)의 리크를 검출하기 위한 방법이다. 또한, 본 실시예의 운용 방법(MT2)은 후술하는 실시예 4 및 실시예 5에서의 처리 시스템(10c), 실시예 6에서의 처리 시스템(10d)에서도 적용 가능하다.
본 실시예에서의 운용 방법(MT2)에서는, 리크의 검출을 위하여, 먼저, 공정(ST21)에서 모든 유량 제어 유닛(FU)이 정지된다. 이어지는 공정(ST22)에서는 모든 밸브(V1), 밸브(V2) 및 밸브(V3)가 닫힌다. 이어지는 공정(ST23)에서는 모든 밸브(V4)가 열린다. 그리고, 공정(ST24)에서 압력계(PM)에 의해 배기관(EL) 내의 유로의 압력이 계측된다.
공정(ST24)의 압력 계측 시에는, 가스 공급원(GS)에 접속되는 모든 밸브(V1), 밸브(V2) 및 밸브(V3)가 닫혀 있고, 모든 유량 제어 유닛(FU)이 정지되어 있으므로, 밸브(V1)가 리크되어 있지 않으면, 배기관(EL) 내의 압력은 거의 변동하지 않는다. 따라서, 공정(ST24)에서 압력계(PM)의 계측값에 변동이 발생하고 있는지 여부를 판정함으로써, 어느 하나의 밸브(V1)에 리크가 발생되어 있는 것을 검출할 수 있다.
이어서, 실시예 4에 대하여 설명한다. 도 20은 실시예 4에서의 처리 시스템(10c)의 일례를 나타내는 도이다. 본 실시예의 처리 시스템(10c)은 가스 공급계(GP2) 및 처리 장치(101b)를 구비한다. 처리 장치(101b)는 실시예 2에서 설명한 처리 장치(101b)와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
가스 공급계(GP2)는 제 1 기구(GM21), 제 2 기구(GM22) 및 제 3 기구(GM23)를 포함한다. 제 1 기구(GM21)는 제 1 기구(GM21) 내의 통합부(GI)의 개수가 가스 공급계(GP1)의 제 1 기구(GM1) 내의 통합부(GI)의 개수보다 많은 점에서 제 1 기구(GM1)와는 상이하지만, 그 이외의 점은 제 1 기구(GM1)와 동일하다. 이 때문에, 도 20에 나타내는 바와 같이, 제 1 기구(GM21)로부터는 제 1 기구(GM1)보다 많은 수의 배관(L2)이 연장되어 있다.
제 3 기구(GM23)는 제 1 기구(GM21) 내의 배관(L2)의 개수와 동일한 수의 배관(L4) 및 밸브(V4)를 가지는 점에서 가스 공급계(GP1)의 제 3 기구(GM3)와는 상이하다. 제 3 기구(GM23) 내의 배기관(EL)은 가스 공급계(GP1)의 제 3 기구(GM3) 내의 배기관(EL)과 마찬가지로, 배기 장치(50)와 배기 장치(51)의 사이의 배관에 접속되어 있다.
제 2 기구(GM22)는 복수의 유량 제어 유닛군(FUG)을 가진다. 도 20에 나타내는 예에서는, 제 2 기구(GM22) 내의 복수의 유량 제어 유닛군(FUG)의 개수는 3 개이지만, 유량 제어 유닛군(FUG)의 개수는 이에 한정되지 않는다. 복수의 유량 제어 유닛군(FUG)의 각각은, 복수의 유량 제어 유닛(FU)을 가진다. 복수의 유량 제어 유닛(FU)의 각각은, 일차측 밸브(FV1), 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2)를 가진다. 또한 본 실시예의 각 유량 제어 유닛(FU)에서도, 실시예 1 ~ 3과 마찬가지로, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)는, 예를 들면 도 2를 이용하여 설명한 바와 같이, 유량 제어기(FD)가 배치된 기대(212)의 면(212a)의 뒷측의 면(212b)에 배치되고, 유량 제어기(FD)와 일차측 밸브(FV1)의 사이는 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관(GL1)으로 접속되고, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)의 사이는 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관(GL2)으로 접속된다. 또한, 일차측 밸브(FV1), 유량 제어기(FD) 및 이차측 밸브(FV2) 외에, 도 20에 예시한 가스 공급계(GP2)를 구성하는 다른 요소 기기에대해서도, 마찬가지로 기대(212)의 각각의 면에 따로 배치되고, 각각의 면에 배치된 요소 기기끼리가 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관으로 접속된다.
제 2 기구(GM22)에서, 각 유량 제어 유닛군(FUG) 내의 유량 제어 유닛(FU)의 개수는, 가스 공급계(GP1)의 각 유량 제어 유닛군(FUG) 내의 유량 제어 유닛(FU)의 개수보다 많다. 제 2 기구(GM22)는 복수의 분기관(BL1)(제 1 분기관(BL1)), 복수의 분기관(BL2)(제 2 분기관(BL2)), 복수의 밸브(V5)(제 5 밸브(V5)), 복수의 밸브(V6)(제 6 밸브(V6)), 복수의 합류관(ML1)(제 1 합류관(ML1)) 및 복수의 합류관(ML2)(제 2 합류관(ML2))을 가진다.
복수의 분기관(BL1)은 각각 복수의 유량 제어 유닛(FU)에 접속되어 있다. 복수의 분기관(BL2)도 각각 복수의 유량 제어 유닛(FU)에 접속되어 있다. 즉, 한 쌍의 분기관(BL1) 및 분기관(BL2)이 각 유량 제어 유닛(FU)의 출력으로부터 분기하고 있다. 각 분기관(BL1)에는 밸브(V5)가 마련되어 있고, 각 분기관(BL2)에는 밸브(V6)가 마련되어 있다.
복수의 합류관(ML1)은, 유량 제어 유닛군(FUG)마다, 복수의 분기관(BL1)으로부터의 가스를 합류시키도록 구성되어 있다. 즉, 하나의 합류관(ML1)에는, 대응하는 하나의 유량 제어 유닛군(FUG) 내의 복수의 유량 제어 유닛(FU)에 접속되는 복수의 분기관(BL1)이 접속되어 있다. 또한 복수의 합류관(ML2)은, 유량 제어 유닛군(FUG)마다, 복수의 분기관(BL2)으로부터의 가스를 합류시키도록 구성되어 있다. 즉, 하나의 합류관(ML2)에는, 대응하는 하나의 유량 제어 유닛군(FUG)의 복수의 유량 제어 유닛(FU)에 접속하는 복수의 분기관(BL2)이 접속되어 있다.
또한, 도 20에 나타내는 가스 공급계(GP2)의 제 2 기구(GM22)는, 복수의 밸브(V7)(제 7 밸브(V7)), 복수의 밸브(V8)(제 8 밸브(V8)), 복수의 밸브(V9)(제 9 밸브(V9)) 및 복수의 밸브(V10)(제 10 밸브(V10))를 더 구비한다.
각 합류관(ML1)은, 샤워 헤드(SH) 내의 복수의 가스 토출부 중 대응하는 가스 토출부에 밸브(V7)를 개재하여 접속되어 있다. 또한 각 합류관(ML1)은, 밸브(V8)를 개재하여 배기 장치(50)와 배기 장치(51)의 사이의 배관에 접속되어 있다. 즉, 각 합류관(ML1)은 밸브(V7)를 가지는 배관(LA) 및 밸브(V8)를 가지는 배관(LB)으로 분기하고 있다. 배관(LA)은 배관(LM)에 합류하고, 당해 배관(LM)은 샤워 헤드(SH) 내의 복수의 가스 토출부 중 대응하는 가스 토출부에 접속되어 있다. 또한, 배관(LB)은 배기 장치(50)와 배기 장치(51)의 사이의 배관에 접속되어 있다.
각 합류관(ML2)은, 샤워 헤드(SH) 내의 복수의 가스 토출부 중 대응하는 가스 토출부에 밸브(V9)를 개재하여 접속하고 있다. 또한 각 합류관(ML2)은, 밸브(V10)를 개재하여 배기 장치(50)와 배기 장치(51)의 사이의 배관에 접속하고 있다. 즉, 각 합류관(ML2)은, 밸브(V9)를 가지는 배관(LC) 및 밸브(V10)를 가지는 배관(LD)으로 분기하고 있다. 배관(LC)은 동일한 유량 제어 유닛군(FUG)으로부터의 가스를 유도하는 배관(LA)과 함께 배관(LM)에 합류하고, 당해 배관(LM)은 샤워 헤드(SH) 내의 복수의 가스 토출부 중 대응하는 가스 토출부에 접속되어 있다. 또한, 배관(LD)은 배기 장치(50)와 배기 장치(51)의 사이의 배관에 접속되어 있다.
또한, 본 실시예에서의 처리 시스템(10c)은 밸브(V11)(제 11 밸브(V11))를 더 구비한다. 밸브(V11)는 샤워 헤드(SH)와 처리 용기(12)의 하부에 마련된 배기관(52)(도 14 참조)을 접속하는 배관에 마련되어 있다. 밸브(V11)는 가스 공급계(GP2) 내의 가스를 배기할 때에 열린다. 밸브(V11)가 열림으로써, 샤워 헤드(SH) 내의 가스는 배기 장치(50)로 배기된다. 따라서, 샤워 헤드(SH) 내의 가스를 고속으로 배기하는 것이 가능해진다.
도 21은 밸브(V11)의 배치에 관한 변형예를 설명하는 도이다. 도 21에 나타내는 바와 같이, 샤워 헤드(SH)는 복수의 가스 토출부, 예를 들면 가스 토출부(D1), 가스 토출부(D2) 및 가스 토출부(D3)를 가진다. 가스 토출부(D1)는 가스 확산실(36a(1))을 포함하고, 가스 토출부(D2)는 가스 확산실(36a(2))을 포함하고, 가스 토출부(D3)는 가스 확산실(36a(3))을 포함한다. 도 21에 나타낸 변형예에 있어서, 가스 확산실(36a(1))에 접속되는 가스 토출홀(34a)의 개수는, 가스 확산실(36a(3))에 접속되는 가스 토출홀(34a)의 개수보다 적다. 따라서, 가스 토출부(D3)의 컨덕턴스는 가스 토출부(D1)의 컨덕턴스보다 높다. 이 때문에, 샤워 헤드(SH) 내의 가스를 고속으로 배기하기 위하여, 가스 토출부(D1)와 가스 토출부(D3)가 밸브(V11)를 가지는 배관에 의해 접속된다. 밸브(V11)는 가스 공급계(GP2) 내의 가스를 배기할 때에 열린다. 이에 의해, 가스 공급계(GP2) 내의 가스의 배기 시에, 가스 토출부(D1)로부터의 가스는 가스 토출부(D3)로 흐르고, 처리 용기(12) 내의 공간을 거쳐 고속으로 배기된다.
이상 설명한 가스 공급계(GP2)에서도, 가스 공급계(GP1)와 마찬가지로, 당해 가스 공급계(GP2) 내의 유로 내에 잔류하는 가스를 고속으로, 즉 단시간에 치환하는 것이 가능하다. 또한, 가스 공급계(GP2) 내에 잔류하는 가스의 배기가 완료되었는지 여부를 압력계(PM)의 계측 결과로부터 판정할 수 있다. 또한, 가스 공급계(GP2) 내의 밸브(V1)의 리크를 압력계(PM)의 계측 결과로부터 검출할 수 있다.
또한 가스 공급계(GP2)에서는, 각 유량 제어 유닛(FU)에 접속되는 한 쌍의 분기관(BL1) 및 분기관(BL2)에 각각 마련된 밸브(V5) 및 밸브(V6) 중 일방을 엶으로써, 각 유량 제어 유닛군(FUG)의 복수의 유량 제어 유닛(FU) 중 일부의 유량 제어 유닛(FU)으로부터의 가스(A)를 합류관(ML1)에 공급하고, 다른 일부로부터의 가스(B)를 합류관(ML2)에 공급할 수 있다.
본 실시예의 가스 공급계(GP2)를 가지는 처리 시스템(10c)에 의하면, 복수의 합류관(ML1)으로부터의 가스(A) 및 복수의 합류관(ML2)으로부터의 가스(B)를, 교호로 처리 용기(12) 내로 공급할 수 있다. 가스(A)와 가스(B)의 종류가 상이한 가스인 경우에는, 상이한 플라즈마 처리를 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 교호로 행하는 프로세스의 스루풋을 높일 수 있다.
또한, 본 실시예의 처리 시스템(10c)에 의하면, 합류관(ML1)으로부터 처리 용기(12) 내로 연속적으로 가스(A)를 공급하고, 합류관(ML2)으로부터의 가스(B)를 단속적으로, 즉 펄스 형상으로 처리 용기(12) 내로 공급할 수도 있다. 이 경우, 합류관(ML2)을 개재하여 처리 용기(12) 내로 공급되는 가스는, 합류관(ML1)을 개재하여 처리 용기(12) 내로 공급되는 가스와 상이한 종류의 가스여도 되고, 동일한 종류의 가스여도 된다.
이하, 실시예 4에서의 처리 시스템(10c)의 운용 방법에 대하여 설명한다. 도 22는 실시예 4에서의 처리 시스템(10c)의 운용 방법의 일례를 나타내는 순서도이다. 도 22에 나타내는 운용 방법(MT3)은, 처리 용기(12) 내로 상이한 가스를 교호로 공급함으로써, 처리 용기(12) 내에서 상이한 플라즈마 처리를 교호로 행하는 방법이다. 도 23은 도 22에 나타내는 운용 방법에서의 가스의 유량의 변화의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 23의 상단은, 운용 방법(MT3)의 공정(ST33) 이후에 합류관(ML1)을 흐르는 가스(A)의 유량, 및 합류관(ML2)을 흐르는 가스(B)의 유량의 타이밍 차트이다. 또한 도 23의 중앙은, 공정(ST35) 및 공정(ST37)에서 처리 용기(12) 내에 흐르는 가스(A)의 유량의 타이밍 차트이다. 또한, 도 23의 하단은, 공정(ST35) 및 공정(ST37)에 대하여 처리 용기(12) 내에 흐르는 가스(B)의 유량의 타이밍 차트이다. 이하, 도 22 및 도 23을 참조하여 설명한다.
본 실시예의 운용 방법(MT3)에서는, 먼저, 공정(ST31)에서 밸브(V2), 밸브(V3) 및 모든 밸브(V4)가 닫힌다. 이어지는 공정(ST32)에서, 복수의 밸브(V1) 중 정해진 밸브(V1)가 열린다. 이어지는 공정(ST33)에서는, 복수의 유량 제어 유닛군(FUG) 내의 복수의 유량 제어 유닛(FU)에 의해 가스의 유량이 조정된다. 이어지는 공정(ST34)에서는, 각 유량 제어 유닛(FU)에 접속하고 있는 한 쌍의 분기관(BL1) 및 분기관(BL2)에 각각 마련된 밸브(V5) 및 밸브(V6) 중 일방이 열린다. 즉, 각 유량 제어 유닛군(FUG) 내의 복수의 유량 제어 유닛(FU) 중 일부의 유량 제어 유닛(FU)으로부터는 합류관(ML1)으로 가스(A)가 공급되고, 다른 일부의 유량 제어 유닛(FU)으로부터는 합류관(ML2)으로 가스(B)가 공급된다. 예를 들면, 도 23의 상단의 타이밍 차트에 나타내는 유량의 가스(A)가 합류관(ML1)에 흐르고, 당해 타이밍 차트에 나타내는 유량의 가스(B)가 합류관(ML2)에 흐른다.
이어지는 공정(ST35)에서는, 복수의 밸브(V7)가 열리고, 복수의 밸브(V8)가 닫힌다. 또한, 복수의 밸브(V9)가 닫히고, 복수의 밸브(V10)가 열린다. 이에 의해, 복수의 합류관(ML1)으로부터의 가스(A)가, 배관(LM)을 거쳐 샤워 헤드(SH)로 공급된다. 또한, 복수의 합류관(ML2)으로부터의 가스(B)는 배관(LD)을 거쳐 배기된다. 이에 의해, 도 23의 중앙 및 하단의 타이밍 차트에 나타내는 바와 같이, 공정(ST35)에서는 처리 용기(12) 내로 가스(A)만이 공급된다. 그리고, 샤워 헤드(SH)로부터 공급된 가스(A)가 여기되어, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리가 행해진다.
이어지는 공정(ST36)에서는, 복수의 밸브(V7), 복수의 밸브(V8) 및 복수의 밸브(V9)가 닫히고, 복수의 밸브(V10)가 열린다. 이에 의해, 복수의 합류관(ML1)으로부터 샤워 헤드(SH)로의 가스(A)의 공급이 정지된다. 또한, 복수의 합류관(ML2)으로부터의 가스(B)는 배관(LD)을 거쳐 배기된다. 또한, 밸브(V11)가 열린다. 이에 의해, 샤워 헤드(SH) 내의 가스가 배기된다. 그리고, 밸브(V11)가 닫힌다.
이어지는 공정(ST37)에서는 복수의 밸브(V9)가 열리고, 복수의 밸브(V10)가 닫힌다. 또한, 복수의 밸브(V7)가 닫히고, 복수의 밸브(V8)가 열린다. 이에 의해, 복수의 합류관(ML2)으로부터의 가스(B)가 배관(LM)을 거쳐 샤워 헤드(SH)로 공급된다. 또한, 복수의 합류관(ML1)으로부터의 가스(A)는 배관(LB)을 거쳐 배기된다. 이에 의해, 도 23의 중앙 및 하단의 타이밍 차트에 나타내는 바와 같이, 공정(ST37)에서는 처리 용기(12) 내로는 가스(B)만이 공급된다. 그리고, 샤워 헤드(SH)로부터 공급된 가스(B)가 여기되어, 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 공정(ST35)과는 상이한 플라즈마 처리가 행해진다.
이어지는 공정(ST38)에서는, 공정(ST35)과 공정(ST37)의 교호의 반복을 종료할지 여부가 판정된다. 공정(ST38)에서는, 예를 들면 공정(ST35)과 공정(ST37)이 교호로 정해진 횟수 반복되었는지 여부가 판정된다. 공정(ST38)에서 공정(ST35)과 공정(ST37)의 교호의 반복을 종료하지 않는다고 판정된 경우에는, 공정(ST39)이 실행된다.
공정(ST39)에서는 복수의 밸브(V7), 복수의 밸브(V9) 및 복수의 밸브(V10)가 닫히고, 복수의 밸브(V8)가 열린다. 이에 의해, 복수의 합류관(ML2)으로부터 샤워 헤드(SH)로의 가스(B)의 공급이 정지된다. 또한, 복수의 합류관(ML1)으로부터의 가스(A)는 배관(LB)을 거쳐 배기된다. 또한, 밸브(V11)가 열린다. 이에 의해, 샤워 헤드(SH) 내의 가스가 배기된다. 그리고, 밸브(V11)가 닫히고, 공정(ST35)으로부터의 처리가 다시 실행된다.
한편 공정(ST38)에서, 공정(ST35)과 공정(ST37)의 교호의 반복을 종료한다고 판정된 경우에는, 운용 방법(MT3)은 종료된다. 또한 공정(ST31)부터 공정(ST39)의 처리는, 처리 장치(101b)의 각 부가 제어부(Cnt)로부터의 제어에 기초하여 동작함으로써 실현된다. 본 실시예의 운용 방법(MT3)에 의하면, 복수의 합류관(ML1)으로부터의 가스(A) 및 복수의 합류관(ML2)으로부터의 가스(B)를 교호로 처리 용기(12) 내로 공급하고, 처리 용기(12) 내로 공급되지 않는 가스를 배기측으로 흘릴 수 있다. 이에 의해, 처리 용기(12) 내로 공급하는 가스의 변경을 고속으로 행할 수 있다. 따라서, 상이한 플라즈마 처리를 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 교호로 행하는 프로세스의 스루풋을 높이는 것이 가능하다.
여기서, 운용 방법(MT3)에 이용되는 가스(A)와 가스(B)를 예시한다. 도 24는 도 22의 순서도에 나타난 공정(ST35)에서 이용되는 가스(A)와 공정(ST37)에서 이용되는 가스(B)를 예시하는 표이다. 도 24에 나타내는 표에서, 점 패턴이 부여되어 있는 란의 가스(A) 및 가스(B)는, 그 공정 중에 배기되는 가스이며, 점 패턴이 부여되어 있지 않은 란의 가스(A) 및 가스(B)는, 그 공정 중에 처리 용기(12) 내로 공급되는 가스이다.
도 24에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 첫 번째의 공정(ST35)에서 처리 용기(12) 내로 공급되는 가스(A)에는, O2 가스, Ar 가스 및 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스를 이용할 수 있다. 또한, 첫 번째의 공정(ST35)에 배기되는 가스(B)에는, O2 가스, Ar 가스 및 SiCl4 가스를 포함하는 혼합 가스를 이용할 수 있다. 또한, 첫 번째의 공정(ST35)의 가스(A)는 실리콘 산화막 등의 피에칭층을 에칭하기 위한 가스이며, 가스(B)는 퇴적성을 가지는 가스이다. 즉, 첫 번째의 공정(ST35)에서는, 피에칭층을 에칭하고, 또한 후속의 공정(ST37)을 위하여 퇴적성의 가스(B)를 준비해 둘 수 있다.
이어지는 공정(ST37)에서 배기되는 가스(A)는, O2 가스와 Ar 가스를 포함하는 혼합 가스이며, 당해 공정(ST37)에서 처리 용기(12) 내로 공급되는 가스(B)는, O2 가스, Ar 가스 및 SiCl4 가스를 포함하는 혼합 가스이다. 즉, 당해 공정(ST37)에서는, 피에칭층을 포함하는 피처리체 상에 퇴적물을 형성하고, 또한 후속의 공정(ST35)용으로 다른 가스(A)를 준비해 둘 수 있다.
이어지는 공정(ST35)에서 처리 용기(12) 내로 공급되는 가스(A)는, O2 가스와 Ar 가스를 포함하는 퇴적성의 혼합 가스이며, 당해 공정(ST35)에서 배기되는 가스(B)는 O2 가스, Ar 가스 및 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스이다. 즉, 당해 공정(ST35)에서는 피처리체 상에 퇴적물을 형성하고, 또한 피에칭층의 에칭용의 가스(B)를 준비해 둘 수 있다.
이어지는 공정(ST37)에서 처리 용기(12) 내로 공급되는 가스(B)는, O2 가스, Ar 가스 및 CF4 가스를 포함하는 에칭용의 혼합 가스이며, 당해 공정(ST37)에서 배기되는 가스(A)는 O2 가스, Ar 가스 및 SiCl4 가스를 포함하는 퇴적성의 혼합 가스이다. 즉, 당해 공정(ST37)에서는, 피에칭층을 에칭하고, 또한 후속의 공정(ST35)을 위하여 퇴적성의 가스(A)를 준비해 둘 수 있다. 그리고, 후속의 공정(ST35) 및 공정(ST37)에서도 적절한 가스(A) 및 적절한 가스(B) 중 일방이 처리 용기(12) 내로 공급되고, 타방이 배기된다.
이와 같이, 본 실시예의 처리 시스템(10c)에 의하면, 가스 공급계(GP2)를 구성하는 요소 기기가, 예를 들면 도 2에 나타낸 바와 같이, 기대(212)의 각각의 면에 따로 배치되고, 각각의 면에 배치된 요소 기기끼리가, 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관으로 접속된다. 이에 의해, 가스 공급계(GP2)를 구성하는 각 요소 기기 사이를 접속하는 배관의 용량을 작게 할 수 있어, 배관 내에 잔류하는 가스의 배기 시간을 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 에칭용의 가스(A)와 퇴적성의 가스(B)와 같이 상이한 종류의 가스를 단속적으로 펄스 형상으로 전환하여 처리 용기(12) 내로 공급하는 본 실시예의 프로세스에서 각각의 펄스 폭을 짧게 할 수 있다. 따라서, 상이한 종류의 가스를 전환하면서 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 상이한 플라즈마 처리를 교호로 행하는 프로세스에서 프로세스의 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 가스 공급계(GP2)를 구성하는 각 요소 기기 사이를 접속하는 배관의 용량을 작게 할 수 있기 때문에, 가스의 유량의 응답성이 향상되고, 처리 용기(12) 내에서 가스의 유량이 안정되기까지의 대기 시간을 단축할 수 있다. 이에 의해, 상이한 종류의 가스를 단속적으로 펄스 형상으로 전환하여 처리 용기(12) 내로 공급하는 본 실시예의 프로세스에서 각각의 펄스 폭을 짧게 할 수 있다. 따라서, 상이한 종류의 가스를 전환하면서 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 상이한 플라즈마 처리를 교호로 행하는 프로세스에서 프로세스의 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 가스 공급계(GP2)를 구성하는 각 요소 기기 사이를 접속하는 배관의 용량을 작게 할 수 있기 때문에, 가스를 치환할 시에 배기되는 가스의 양을 줄일 수 있다. 이에 의해, 쓸데없이 소비되는 가스를 줄일 수 있다.
이어서, 실시예 5에 대하여 설명한다. 도 25는 실시예 5에서의 처리 시스템(10c)의 운용 방법의 일례를 나타내는 순서도이다. 도 25에 나타내는 운용 방법(MT4)은, 처리 용기(12) 내로 가스(A)를 연속적으로 공급하고, 가스(B)를 단속적으로, 즉 펄스 형상으로 공급함으로써 플라즈마 처리를 행하는 방법이다. 또한 본 실시예에서의 처리 시스템(10c)은, 실시예 4에서 설명한 처리 시스템(10c)과 동일하므로 설명을 생략한다.
도 26은 도 25에 나타내는 운용 방법(MT4)에서의 가스의 유량의 변화의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 26의 상단은 운용 방법(MT4)의 공정(ST46) 이후에 합류관(ML1)을 흐르는 가스(A)의 유량, 및 합류관(ML2)을 흐르는 가스(B)의 유량의 타이밍 차트이다. 또한 도 26의 중앙은, 공정(ST46) 및 공정(ST47)에서 처리 용기(12) 내를 흐르는 가스(A)의 유량의 타이밍 차트이다. 또한, 도 26의 하단은 공정(ST46) 및 공정(ST47)에서 처리 용기(12) 내를 흐르는 가스(B)의 유량의 타이밍 차트이다. 이하, 도 25 및 도 26을 참조하여 설명한다.
본 실시예의 운용 방법(MT4)에서는, 먼저, 운용 방법(MT3)의 공정(ST31) ~ 공정(ST34)과 동일한 공정이 행해진다. 이어지는 공정(ST45)에서, 복수의 밸브(V7)가 열리고, 복수의 밸브(V8)가 닫힌다. 이에 의해, 합류관(ML1)으로부터의 가스(A)가 샤워 헤드(SH)로 공급된다. 이와 거의 동시에, 공정(ST46)에서 복수의 밸브(V9) 및 복수의 밸브(V10)가 닫힌다. 이에 의해, 밸브(V9) 및 밸브(V10)의 상류의 유로에 가스(B)가 모인다. 이 때, 당해 상류의 유로, 즉 합류관(ML2)을 포함하는 유로 내의 압력은, 가스(A)가 흐르는 합류관(ML1) 내의 유로 내의 압력보다 높은 압력이 된다. 공정(ST46)의 실행 중에, 처리 용기(12) 내에서 가스(A)가 여기되어, 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 가스(A)의 플라즈마에 의한 처리가 행해진다.
이어지는 공정(ST47)에서는 복수의 밸브(V9)가 열린다. 이에 의해, 밸브(V9) 및 밸브(V10)의 상류의 유로에 모여 있던 가스(B)가 샤워 헤드(SH)로 공급되고, 가스(B)가 샤워 헤드(SH)로부터 처리 용기(12) 내로 공급된다. 그리고, 처리 용기(12) 내에서 가스(A)와 가스(B)의 혼합 가스가 여기되어, 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 당해 혼합 가스의 플라즈마에 의한 처리가 행해진다. 또한 공정(ST46)에서, 가스(B)가 흐르는 합류관(ML2)을 포함하는 유로 내의 압력이 높은 압력으로 설정되어 있으므로, 가스(A)의 유량보다 적은 유량의 가스(B)를, 배관(LM)에서 혼합하면서 샤워 헤드(SH)로 공급하는 것이 가능하다.
이어지는 공정(ST48)에서는 공정(ST46)과 공정(ST47)의 교호의 반복을 종료할지 여부가 판정된다. 공정(ST48)에서는, 예를 들면 공정(ST46)과 공정(ST47)이 교호로 정해진 횟수 반복되었는지 여부가 판정된다. 공정(ST48)에서 공정(ST46)과 공정(ST47)의 교호의 반복을 종료하지 않는다고 판정된 경우에는, 공정(ST46)부터의 처리가 다시 실행된다. 한편, 공정(ST48)에서 공정(ST46)과 공정(ST47)의 교호의 반복을 종료한다고 판정된 경우에는 운용 방법(MT4)은 종료된다.
본 실시예의 운용 방법(MT4)에 의하면, 처리 용기(12) 내로 연속적으로 공급되는 가스(A)에, 단속적으로 가스(B)를 고속으로 첨가할 수 있다. 또한 가스(A)와 가스(B)는 이종의 가스여도 되고 동종의 가스여도 된다. 따라서, 가스(A)를 이용한 플라즈마 처리와, 가스(A)에 이종의 가스(B)를 첨가한 플라즈마 처리를 교호로 실행할 수 있다. 또한, 가스(A)를 이용한 플라즈마 처리와 가스(A)에 동종의 가스(B)를 첨가한, 즉 가스(A)의 유량을 증가시킨 플라즈마 처리를 교호로 실행할 수 있다.
여기서, 본 실시예의 처리 시스템(10c)에서도, 가스 공급계(GP2)를 구성하는 요소 기기가, 예를 들면 도 2에 나타낸 바와 같이, 기대(212)의 각각의 면에 따로 배치되고, 각각의 면에 배치된 요소 기기끼리가, 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관으로 접속된다. 이에 의해, 가스 공급계(GP2)를 구성하는 각 요소 기기 사이를 접속하는 배관의 용량을 작게 할 수 있어, 배관 내에 잔류하는 가스의 배기 시간을 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 가스(A)를 연속적으로 처리 용기(12) 내로 공급하고, 또한 가스(B)를 펄스 형상으로 단속적으로 처리 용기(12) 내로 공급하는 본 실시예의 프로세스에서 가스(B)의 각각의 펄스 폭을 짧게 할 수 있다. 따라서, 가스(A)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 행해지는 정해진 플라즈마 처리와, 가스(A) 및 가스(B)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 행해지는 다른 플라즈마 처리를 교호로 행하는 프로세스에서, 프로세스의 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 가스 공급계(GP2)를 구성하는 각 요소 기기 사이를 접속하는 배관의 용량을 작게 할 수 있기 때문에, 가스의 유량의 응답성이 향상되고, 처리 용기(12) 내에서 가스의 유량이 안정되기까지의 대기 시간을 단축할 수 있다. 이에 의해, 가스(B)를 펄스 형상으로 단속적으로 처리 용기(12) 내로 공급하는 본 실시예의 프로세스에 대하여, 가스(B)의 각각의 펄스 폭을 짧게 할 수 있다. 따라서, 가스(A)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 행해지는 정해진 플라즈마 처리와, 가스(A) 및 가스(B)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 행해지는 다른 플라즈마 처리를 교호로 행하는 프로세스에서 프로세스의 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다.
이어서, 실시예 6에 대하여 설명한다. 도 27은 실시예 6에서의 처리 시스템(10d)의 일례를 나타내는 도이다. 도 27에 나타내는 처리 시스템(10d)은 가스 공급계(GP3), 리액터부(RA) 및 리액터부(RB)를 구비한다. 리액터부(RA) 및 리액터부(RB)는 실시예 1 또는 실시예 2에서 설명한 리액터부(처리 장치(101a) 또는 처리 장치(101b))와 동일하다.
가스 공급계(GP3)는, 도 20을 이용하여 설명한 실시예 4의 가스 공급계(GP2)와 마찬가지로, 제 1 기구(GM21) 및 제 3 기구(GM23)를 가진다. 본 실시예에서의 가스 공급계(GP3)는 제 2 기구(GM32)를 더 가진다. 또한, 실시예 4에서의 처리 시스템(10c)에서는, 제 2 기구(GM22)의 합류관(ML1) 및 합류관(ML2)이 단일의 리액터부의 샤워 헤드(SH)에 접속되어 있었지만, 본 실시예의 처리 시스템(10d)에서는 제 2 기구(GM32)의 복수의 합류관(ML1)은 각각 리액터부(RA)의 샤워 헤드(SH)의 복수의 가스 토출부에 접속되어 있고, 복수의 합류관(ML2)은 각각 리액터부(RB)의 샤워 헤드(SH)의 복수의 가스 토출부에 접속되어 있다.
또한 본 실시예의 처리 시스템(10d)에서는, 제 3 기구(GM23)의 배기관(EL)은 리액터부(RA)의 배기 장치(50)와 배기 장치(51)의 사이의 배관, 또는 리액터부(RB)의 배기 장치(50)와 배기 장치(51)의 사이의 배관에 접속될 수 있다. 또한 본 실시예의 각 유량 제어 유닛(FU)에서도, 실시예 1 ~ 5와 마찬가지로, 일차측 밸브(FV1) 및 이차측 밸브(FV2)는, 예를 들면 도 2를 이용하여 설명한 바와 같이 유량 제어기(FD)가 배치된 기대(212)의 면(212a)의 뒷측의 면(212b)에 배치되고, 유량 제어기(FD)와 일차측 밸브(FV1)의 사이는 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관(GL1)으로 접속되고, 유량 제어기(FD)와 이차측 밸브(FV2)의 사이는 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관(GL2)으로 접속된다.
본 실시예의 처리 시스템(10d)에 의하면, 단일의 가스 공급계(GP3)로부터, 리액터부(RA)의 처리 용기(12) 내로 가스(A)를 공급하고, 리액터부(RB)의 처리 용기(12) 내로 가스(B)를 공급할 수 있다. 가스(A) 및 가스(B)는 이종의 가스여도 되고 동종의 가스여도 된다. 가스(A) 및 가스(B)가 이종의 가스인 경우에는, 리액터부(RA)와 리액터부(RB)에서 상이한 플라즈마 처리를 행할 수 있다. 한편, 가스(A) 및 가스(B)가 동종의 가스인 경우에는, 리액터부(RA)와 리액터부(RB)에서 동일한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
여기서 본 실시예의 처리 시스템(10d)에서도, 가스 공급계(GP3)를 구성하는 요소 기기가 예를 들면 도 2에 나타낸 바와 같이, 기대(212)의 각각의 면에 따로 배치되고, 각각의 면에 배치된 요소 기기끼리가 기대(212)를 관통하는 직선 형상의 배관으로 접속된다. 이에 의해, 가스 공급계(GP3)를 구성하는 각 요소 기기 사이를 접속하는 배관의 용량을 작게 할 수 있어, 배관 내에 잔류하는 가스의 배기 시간을 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 상이한 종류의 가스를 전환하여 각각의 리액터부의 처리 용기(12) 내로 공급하는 프로세스에서 가스가 치환될 때까지의 대기 시간을 짧게 할 수 있다. 따라서, 복수의 리액터부를 이용하여, 상이한 종류의 가스를 전환하면서 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 상이한 플라즈마 처리를 교호로 행하는 프로세스에서, 각각의 리액터부에서 실행되는 프로세스의 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 가스 공급계(GP3)를 구성하는 각 요소 기기 사이를 접속하는 배관의 용량을 작게 할 수 있기 때문에, 가스의 유량의 응답성이 향상되고, 각각의 리액터부의 처리 용기(12) 내에서 가스의 유량이 안정되기까지의 대기 시간을 단축할 수 있다. 이에 의해, 상이한 종류의 가스를 전환하여 각각의 리액터부의 처리 용기(12) 내로 공급하는 프로세스에서, 각각의 종류의 가스의 공급 시간을 짧게 할 수 있다. 따라서, 복수의 리액터부를 이용하여, 상이한 종류의 가스를 전환하면서 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 상이한 플라즈마 처리를 교호로 행하는 프로세스에서 각각의 리액터부에서 실행되는 프로세스의 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 가스 공급계(GP3)를 구성하는 각 요소 기기 사이를 접속하는 배관의 용량을 작게 할 수 있기 때문에, 가스를 치환할 시 배기되는 가스의 양을 줄일 수 있다. 이에 의해, 복수의 리액터부를 이용하는 프로세스에서 쓸데없이 소비되는 가스를 줄일 수 있다.
이상, 가스 공급계 및 가스 공급 제어 방법에서 각 실시예를 이용하여 설명했지만, 가스 공급계 및 가스 공급 제어 방법은 상기한 각 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에서 각종 변형 및 개량이 가능하다. 또한, 상기 복수의 실시예에 기재된 사항은 모순되지 않는 범위에서 적절히 조합할 수 있다.
예를 들면, 상기한 각 실시예에서는, 처리 장치로서 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치를 예로 설명했지만, 본 발명의 사상은 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치, 마이크로파를 플라즈마 근원으로서 이용하는 플라즈마 처리 장치 등의 임의의 타입의 플라즈마 처리 장치에 적용하는 것이 가능하다. 또한, 상술한 각 실시예의 처리 시스템에 포함되는 처리 장치에서는, 샤워 헤드에 의해 복수의 가스 토출부가 제공되는데, 처리 용기 내의 상이한 복수의 존, 즉 피처리체의 복수의 영역을 향해 가스를 공급할 수 있는 이상, 복수의 가스 토출부는 임의의 형태로 제공될 수 있다.
또한, 상기한 각 실시예에서 처리 장치에 의해 처리되는 피처리체는 반도체 웨이퍼(W)에 한정되지 않고, 예를 들면 플랫 패널 디스플레이용의 대형 기판, EL(ElectroLuminescence) 소자 또는 태양 전지용의 기판 등이어도 된다.
EL : 배기관
FD : 유량 제어기
FU : 유량 제어 유닛
FUG : 유량 제어 유닛군
FV1 : 일차측 밸브
FV2 : 이차측 밸브
GL1 : 배관
GL2 : 배관
GP1 : 가스 공급계
GP2 : 가스 공급계
GP3 : 가스 공급계
GS : 가스 공급원
W : 반도체 웨이퍼
10a : 처리 시스템
10b : 처리 시스템
10c : 처리 시스템
10d : 처리 시스템
12 : 처리 용기
50 : 배기 장치
51 : 배기 장치
52 : 배기관
100 : 가스 공급계
101a : 처리 장치
101b : 처리 장치
150 : 가스 공급관
201 : 제어 밸브
202 : 제어 회로
203 : 압력계
204 : 압력계
205 : 오리피스
206 : 배관
207 : 배관
208 : 배관
210 : 나사홀
212 : 기대
212a : 면
212b : 면

Claims (8)

  1. 처리 장치로 가스를 공급하는 가스 공급계로서,
    상기 가스 공급계를 구성하는 복수의 요소 기기와,
    상기 복수의 요소 기기가 배치되는 기대
    를 구비하고,
    상기 복수의 요소 기기 중, 일부의 요소 기기는 상기 기대의 일방의 면에 배치되고, 다른 일부의 요소 기기는 상기 기대의 상기 일방의 면의 이면인 타방의 면에 배치되며,
    상기 복수의 요소 기기에는,
    상기 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기와,
    상기 가스가 흐르는 방향에 있어서 상류측이 상기 가스의 공급원에 접속되고, 하류측이 상기 유량 제어기에 접속되는 상류 밸브와,
    상기 가스가 흐르는 방향에 있어서 상류측이 상기 유량 제어기에 접속되고, 하류측이 상기 처리 장치에 접속되는 하류 밸브
    가 포함되고,
    상기 유량 제어기는 제어 밸브와 오리피스를 가지는 압력 제어식 유량계이며,
    상기 제어 밸브와 상기 오리피스의 사이의 상기 가스의 유로의 용적(V1)과, 상기 오리피스와 상기 하류 밸브의 사이의 상기 가스의 유로의 용적(V2)은 V1 / V2 ≥ 9의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 가스 공급계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 제어기는, 상기 기대의 일방의 면에 배치되고,
    상기 상류 밸브 및 상기 하류 밸브는, 상기 기대의 타방의 면에 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 공급계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상류 밸브와 상기 유량 제어기를 접속하고, 상기 가스가 흐르는 제 1 배관과,
    상기 유량 제어기와 상기 하류 밸브를 접속하고, 상기 가스가 흐르는 제 2 배관
    을 구비하고,
    상기 제 1 배관 및 상기 제 2 배관은 상기 기대를 관통하여 상기 기대의 내부에 직선 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 공급계.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 밸브와 상기 오리피스의 사이의 상기 가스의 유로의 용적(V1)과, 상기 오리피스와 상기 하류 밸브의 사이의 상기 가스의 유로의 용적(V2)은 V1 / V2 ≤ 200의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 가스 공급계.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 상류 밸브는 배기 밸브를 개재하여 배기 장치에 접속되는 것을 특징으로 하는 가스 공급계.
  7. 처리 장치로 가스를 공급하는 가스 공급계에 있어서, 상기 처리 장치에 대한 상기 가스의 공급을 제어하는 가스 공급 제어 방법으로서,
    상기 가스 공급계는,
    상기 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기와,
    상기 가스가 흐르는 방향에 있어서 상류측이 상기 가스의 공급원에 접속되고, 하류측이 상기 유량 제어기에 접속되는 상류 밸브와,
    상기 가스가 흐르는 방향에 있어서 상류측이 상기 유량 제어기에 접속되고, 하류측이 상기 처리 장치에 접속되는 하류 밸브와,
    상기 유량 제어기, 상기 상류 밸브 및 상기 하류 밸브가 배치되는 기대와,
    상기 상류 밸브와 상기 유량 제어기를 접속하고, 상기 가스가 흐르는 제 1 배관과,
    상기 유량 제어기와 상기 하류 밸브를 접속하고, 상기 가스가 흐르는 제 2 배관을 구비하고,
    상기 유량 제어기는 상기 기대의 일방의 면에 배치되고,
    상기 상류 밸브 및 상기 하류 밸브는 상기 기대의 상기 일방의 면의 이면인 타방의 면에 배치되고,
    상기 제 1 배관 및 상기 제 2 배관은 상기 기대를 관통하여 상기 기대의 내부에 직선 형상으로 형성되고,
    상기 유량 제어기는 제어 밸브와 오리피스를 가지는 압력 제어식의 유량 제어기이며,
    상기 제어 밸브와 상기 오리피스의 사이의 상기 가스의 유로의 용적(V1)과, 상기 오리피스와 상기 하류 밸브의 사이의 상기 가스의 유로의 용적(V2)은 V1 / V2 ≥ 9의 관계를 가지고,
    상기 가스 공급 제어 방법은
    상기 상류 밸브를 여는 공정과,
    상기 제어 밸브와 상기 오리피스의 사이의 상기 가스의 유로의 압력(P1)과, 상기 오리피스와 상기 하류 밸브의 사이의 상기 가스의 유로의 압력(P2)을 P1 ＞ 2 × P2로 유지하면서, 상기 하류 밸브의 개폐에 의해, 상기 처리 장치에 대한 상기 가스의 공급을 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 제어 방법.
  8. 처리 장치로 가스를 공급하는 가스 공급계 내의 상기 가스를 치환하는 가스 치환 방법으로서,
    상기 가스 공급계는,
    상기 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기와,
    상기 가스가 흐르는 방향에 있어서 상류측이 상기 가스의 공급원에 접속되고, 하류측이 상기 유량 제어기에 접속되는 상류 밸브와,
    상기 가스가 흐르는 방향에 있어서 상류측이 상기 유량 제어기에 접속되고, 하류측이 상기 처리 장치에 접속되는 하류 밸브와,
    상기 유량 제어기, 상기 상류 밸브 및 상기 하류 밸브가 배치되는 기대와,
    상기 상류 밸브와 상기 유량 제어기를 접속하고, 상기 가스가 흐르는 제 1 배관과,
    상기 유량 제어기와 상기 하류 밸브를 접속하고, 상기 가스가 흐르는 제 2 배관
    을 구비하고,
    상기 유량 제어기는 상기 기대의 일방의 면에 배치되고,
    상기 상류 밸브 및 상기 하류 밸브는 상기 기대의 상기 일방의 면의 이면인 타방의 면에 배치되고,
    상기 제 1 배관 및 상기 제 2 배관은 상기 기대를 관통하여 상기 기대의 내부에 직선 형상으로 형성되고,
    상기 상류 밸브는 배기 밸브를 개재하여 배기 장치에 접속되고,
    상기 가스 치환 방법은
    상기 상류 밸브 및 상기 배기 밸브를 여는 공정과,
    상기 배기 장치에 의해 상기 유량 제어기의 상류측의 상기 가스의 유로 내의 상기 가스를 배기하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 치환 방법.
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