KR20220115086A - 가스 공급 장치, 진공 처리 장치 및 가스 공급 방법 - Google Patents

가스 공급 장치, 진공 처리 장치 및 가스 공급 방법 Download PDF

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요시후미 오가와
유타카 고우즈마
게이스케 아키나가
가즈유키 히로자네
야스시 소노다
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주식회사 히타치하이테크
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Abstract

챔버 내에서 프로세스 가스를 사용해서 처리를 행할 때, 프로세스 가스의 상류 측에의 역류에 의한 불량을 유효하게 억제할 수 있는 가스 처리 장치를 제공한다. 시료가 처리되는 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급 장치는, 퍼지용 가스와 처리용 가스를 포함하는 복수 종의 가스의 가스원의 각각에 접속된 포트와, 상기 포트로부터 공급된 상기 복수 종의 가스의 각각이 합류하여 흐르는 집합 배관을 구비하고, 상기 퍼지용 가스의 가스원에 접속된 포트로부터 공급된 가스가 흐르는 가스 유로가 상기 집합 배관의 최상류 측에 형성되어 있다.

Description

가스 공급 장치, 진공 처리 장치 및 가스 공급 방법
본 발명은, 가스 공급 장치, 진공 처리 장치 및 가스 공급 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 장치는, 예를 들면, 반도체 소자나, 액정 소자, 태양 전지, MEMS의 계측기와 같은 전기 부품의 제작에, 각각 다양한 가스 특성을 갖는 고순도 프로세스 가스를 사용해서, 웨이퍼 등의 피가공 재료를 처리하는 것이기 때문에, 오늘날 세계에서 빼놓을 수 없는 중요한 산업 기계이다.
이들 반도체 제조 장치에서는, 설정된 처리 레시피의 각각의 스텝의 처리 정보에 따라서, 프로세스 가스의 공급이 제어되고 있다. 예를 들면, 서멀 센서 방식의 질량 유량 제어기(MASS FLOW RATE CONTROLLER, 이하 MFC라 함)나, 압력식 유량 제어기(PRESSURE FLOW RATE CONTROLLER, 이하 PFC라 함) 등을 사용해서 가스 유량이 제어된다.
통상은, 이들 유량 제어기의 전후에 배치된 가스 밸브의 개폐의 제어로 프로세스 가스의 공급/정지가 제어된다. 이러한 제어를 통해, 단체(單體)의 프로세스 가스, 또는 복수 종의 프로세스 가스의 혼합 비율이 가스 유량으로 제어되고 있는 혼합 가스가, 피가공물이 수납된 처리실이나 반응 리액터(챔버)에 도입된다. 거기에서, 또 다른 프로세스 가스와 혼합되는 경우도 있다.
이들 챔버 내에 도입된 가스는, 플라스마화되거나, 고온에서 활성으로 되거나, 이온화되어 전계 내에서 가속되거나 함에 의해, 피가공 재료에 대해 표면 반응을 생기게 한다. 여기에서, 표면 반응이란, 다양한 재료의 에칭, 불필요해진 표면의 유기물 함유 마스크재의 애싱(회화(灰化)), 물리적인 이온에 의한 스퍼터 에칭 등에 의한 피가공물의 표면 재료의 드라이 제거, 또한 타겟재를 스퍼터 처리하거나 CVD(chemical vapor deposition)법으로 재료를 반응시키거나 함에 의한 부착물의 형성을 통한 피가공물의 표면에의 성막, 피가공물의 (소수성, 친수성 등의) 표면 개질, 피가공물의 표면으로부터 내부로 특정 원소나 분자의 주입, 또는 열확산과 같은 현상을 가리킨다. 사용하는 가스종이나 활성화의 방법에 따라, 이들 다양한 표면 처리에 프로세스 가스가 이용된다.
통상 프로세스 가스의 공급은, 이하에 나타내는 바와 같이 제어된다. 예를 들면 챔버에 대해 당해 프로세스 가스를 공급 또는 정지하기 위해, 노멀리 클로즈의 에어 오퍼레이트 밸브의 개폐 제어가 통상 다용되고 있다.
당해 프로세스 가스를 공급하는 스텝에서는, 그 당해 프로세스 가스에 할당한 솔레노이드 밸브에 급전하고, 솔레노이드 밸브를 여는 것에 의해, 에어원으로부터의 가압 에어가 당해 프로세스 가스의 공급 배관에 설치된 에어 오퍼레이트 밸브에 공급된다. 또한 에어 오퍼레이트 밸브가 개방되어, 당해 프로세스 가스가 챔버에 공급된다. 당해 프로세스 가스를 공급정지하는 스텝에서는, 솔레노이드 밸브를 오프 제어해서 가압 에어의 공급을 중지하고, 잔류한 공기도 배출시켜서 당해 프로세스 가스의 에어 오퍼레이트 밸브를 닫으므로, 당해 가스가 공급되지 않게 된다.
압력 조정의 에러나 가스 유량 저하 등의 레시피 제어에서 허용할 수 없는 등의 불량의 발생을 검지했을 경우는, 그 레시피의 당해 스텝의 처리를 중단한다. 이러한 검지에 응동(應動)해서, 솔레노이드 밸브를 오프 제어하고, 에어 오퍼레이트 밸브에의 가압 에어 공급을 차단하고, 에어 오퍼레이트 밸브가 닫히고, 당해 프로세스 가스의 주입을 정지할 수 있다.
당해 스텝의 처리에 따라서는, 위험한 프로세스 가스나 반응성이 높은 프로세스 가스의 에어 오퍼레이트 밸브만 닫는데 반해, 아르곤 가스(이하 Ar)나 질소 가스(이하 N2) 등의 퍼지나 희석에 사용하는 불활성으로 비교적 안전한 가스는, 불량을 검지해도 피가공물에의 이물(파티클) 부착을 피하기 위해 계속 흘려보내는 경우도 있다.
또한 급전 에러나 정전 등이 발생 했을 때에는, 솔레노이드 밸브가 일제히 닫히고 가압 에어의 공급 끊음으로, 모든 에어 오퍼레이트 밸브가 닫혀, 챔버에의 모든 프로세스 가스의 공급을 중지함으로써, 반도체 제조 장치를 안전하게 제어할 수 있다.
또한, 프로세스 가스의 유량 제어에 대해서는, MFC는, 가스 분자에 의해 전달되는 열을 서멀 센서로 모니터 해서, 그 열에 따라서 오리피스의 개도(開度)를 제어하여 원하는 가스 유량을 얻는 방식이다. 이에 대해 최근 다용되는 PFC는, 통상 오리피스에 흐르는 가스를 음속 제어(가스 속도가 음속으로 되도록 오리피스의 상류의 압력을 오리피스 하류의 압력의 약 2배 이상으로 제어)함으로써, 오리피스보다 상류 측 압력과 유량이 비례하는 것(임계 팽창 조건)을 이용해서, 소정의 유량을 얻는 방식이다.
실제로 PFC에서는, 상류 측에 가스를 보내는 밸브를 개폐시켜서 오리피스 상류 측 압력을 제어하고 원하는 가스 유량을 얻고 있다. PFC 중에는, 오리피스가 아닌 내부에 가스를 흘리기 위한 저항체를 마련하고, 각각의 가스의 특성을 가미한 압력을 바탕으로 유량 제어하는 방식도 있다.
이들 MFC나 PFC의 방식을 채용한 제어 시스템에 있어서, 각각의 프로세스 가스 유량을 제어하기 전 또는 후에, 에어 오퍼레이트 밸브를 배치하고, 그 제어된 프로세스 가스가 챔버에 도입된다.
그런데, 반도체 소자 제조에 있어서의 미세 가공의 진전에 수반하여, 보다 고정밀도의 가공을 목표로 하여 프로세스 가스 제어의 진화가 요구되고 있다. 구체적으로는, 금속 오염(메탈 컨탬머네이션)이나 이물(파티클)의 발생을 더 저 레벨로 억제하고, 가공 치수 정밀도나 가공 막두께 제어, 에칭에 있어서는 고선택비(대상 재료 이외는 극력 깎지 않고 제거하지 않는 것)로 가공하는 것이 요구되어 있다.
이들 요구에 응하기 위해, 종래는 사용하지 않았던, 보다 반응성이 높은 가스를 사용해서 복잡한 반응을 제어해서 가공하는 것, 반대로 Ar이나 He, N2와 같은 불활성인 가스로 프로세스 가스를 보다 고정밀도로 희석해서 가공 속도를 억제하는 것, 또한 사이클릭하게 가스종을 전환해서 단계적으로 반응을 진행시키는 것, 사용 후에 부식성 가스의 퍼지를 보다 엄밀하게 실시하는 것 등의 방책이 취해진다. 이 때문에, 컨탬머네이션이나 이물의 부착을 억제할 수 있는 가스 공급을 위한 밸브 유닛의 구조와, 그 제어가 필요로 되어 왔다.
이러한 과제를, 구체적으로 설명한다. 최근의 장치에서는 가연성 가스나 지연성(支燃性)의 가스, 혹은 자연성의 가스를 혼재해서 동일 챔버 내에서 사용하는 경우가 늘고 있으면, 보다 복잡한 반응계에서 제어하지 않으면 목적의 가공 성능을 얻기 어렵게 되고 있다. 이러한 가스를 사용하면, 특히 반응을 추진시키기 위한 에너지를 부여하지 않아도, 단순히 가스 배관 내에서 2종류의 가스를 혼합한 것만으로 고형물을 형성할 경우가 있다. 이러한 경우, 형성된 고형물이 역류하여 유량 제어기를 고장시키거나, 가스 배관의 폐색을 일으키거나, 피가공물에 이물(파티클)로서 부착하거나 하는 등의 불량이 보다 발생하기 쉬워진다.
이러한 불량에 대한 안전의 확보, 및 불량을 회피하는 관점에서, 가연성 가스나 지연성의 가스, 혹은 자연성의 가스, 또한 2종 혼합할 수 없는 가스를 각각의 특성별로 정리해서 서로 다른 프로세스 가스 배관에서 챔버에 나눠 도입할 필요가 있다. 챔버는 가온되어 있으므로, 챔버의 내벽에서는 고형물의 부착이 억제되고, 청정하게 유지하도록 배려되어 있다. 또한 챔버에 도입된 가스는, 예를 들면 반응에 의해 폭발적 연소가 생긴 경우에 반응 후도 대기압을 넘지 않도록, 즉 챔버가 파괴되지 않는 진공 상태의 압력을 유지, 감시함으로써 관리된다. 피가공물의 반입 반출의 반송 중이나, 가공을 위한 압력 조정의 전처리나, 잔 가스를 배출하는 후처리에서는, 피가공물의 표면을 층류 상태의 가스 플로우 하에 둠으로써 이물의 부착을 억제한다.
가스 처리를 행하기 위해 당해 프로세스 가스를 흘려보낼 때의 과제에 대해 기술한다. 가스 처리를 행할 때, 프로세스 가스를 단독(100%)으로 흘려보내는 경우와, 다른 가스(Ar 등)로 희석해서(당해 프로세스 가스의 비율이 100% 미만으로) 흘려보내는 경우와, 또는 이들과 다른 프로세스 가스를 혼합하여 흘려보내는 경우가 있다.
또한, 당해 프로세스 가스를 일정 시간만큼 흘려보내고, 그 후는 불활성 가스의 프로세스 가스로 퍼지를 목적으로 흘려보내고, 이 퍼지 사이에는 다른 가스 공급 라인을 사용하여 다른 프로세스 가스를 흘려보내고, 다음으로 이 다른 프로세스 가스 라인에는 퍼지 가스를 흘려보낸다는 일련의 공정을 행하는 경우도 있다. 챔버에 공급하는 이들 가스종의 시간적인 변화를 수반하는 가스 흘려보냄을 1사이클로 해서, 복수 회 사이클릭하게 반복하는, ALD(Atomic Layer Deposition)나 ALE(Atomic Layer Etching)라 하는 처리의 방법도 고려할 필요가 있다.
레시피에 따른 처리 중에, 복수 종의 가스를 혼합/희석하여 흘려보내거나, 또는 사이클릭하게 가스를 전환해서 흘려보낸다는 이들 메인의 처리 이외에, 피처리물의 반송 중에 가스를 퍼지하거나, 플라스마나 가열에 앞서 챔버 내의 압력 조정을 하거나, 피처리물의 표면의 수분을 제거하기 위한 전처리를 하거나, 피처리물을 취출하기 전에 챔버 내에 남은 잔 가스를 배출하거나 하는 등의 후처리의 공정도 존재한다.
당해 가스를 챔버에 도입할 필요가 없는, 사용하지 않는 스텝일 때에는, 통상 가스 유량의 제어를 하지 않고, 전술한 당해 프로세스 가스의 유량 제어기의 하류의 에어 오퍼레이트 밸브, 또는 상류와 하류의 쌍방의 에어 오퍼레이트 밸브를 닫는다. 이 에어 오퍼레이트 밸브는, 챔버의 벽에 직접 부착되어 있는 것이 아니라, 많은 장치에서는, 유량 제어기와 함께 챔버와는 별개로 설치되는 가스 유닛(가스 박스) 내에 설치되어 있다.
일본국 특개2008-533731호 공보 일본국 특개2004-183743호 공보 국제공개 제2009/122683호 국제공개 제2013/046660호
특허문헌 1에는, 프로세스 가스의 공급 라인의 구성이 모식적으로 나타나 있다. 이 구성은, 챔버를 우회해서, 산화성 가스계나 Si기를 포함하는 가스계를 각각 개별적으로 배기계에 흘려보내는 (가스 폐기용의) 라인을 갖고 있고, 또한 챔버에는 항상 가스를 계속 흘려보낼 수 있는 구조를 갖고, 밸브의 전환으로, 피가공물인 챔버 내의 웨이퍼에 대해 공급되는 가스를, 펄스적으로 사이클릭하게 전환할 수 있다. 또한, 그 제어 방법도 특허문헌 1에 개시가 있다.
그러나, 가스 폐기용의 라인의 가스 배관에는, 당해 가스를 버릴 때에는 가스가 흐르지만, 당해 가스를 챔버 측에 흘려보냈을 때에는 가스가 흐르지 않는다. 그 때문에, 가스 폐기용의 라인의 밸브를 닫아도, 이 밸브와 폐기처의 배기 배관을 연결하는 배관에는, 배기계의 가스가 역확산해 온다는 과제가 있다.
이 역확산해 오는 가스 중에도 미반응의 프로세스 가스나, 활성종(라디칼 등)이나 반응 생성물이 포함되어 있고, 그들이 배관 내에 부착되고, 반응하고, 축적된다. 실제 이것과 동일한 구성을 갖는 장치에서, 폐기 가스를 위해 설치한 에어 오퍼레이트 밸브의 시트 면에 이물이 부착해서, 개폐 동작에서 챔버에의 공급 라인의 배관 내까지 파티클이 확산하고, 웨이퍼 상의 파티클로 되는 트러블을 발생시켜, 피가공물의 양품 가공 비율(가공 수율)을 저하시켜 버린다는 불량이 확인되었다.
또한 이 특허문헌 1에서는, 복수의 프로세스 가스가 챔버 공급의 최종단의 가스 밸브보다 상류 측에서, 챔버에 들어가기 보다 이전에 혼합해서 흘려보내지거나, 공통의 가스 배관을 사용해서 번갈아 흘려보내지거나 하고 있으므로, 전술한 혼합해서 흘려보낼 수 없는 가스종의 조합에서는 사용할 수 없는 것은 명백하다.
혼합해서 흘려보낼 수 없는 가스는, 특허문헌 1의 가스 공급계와는 다른 공급계를 병설해서, 챔버에의 공급 라인을 독립적으로 설치하는 것이 일안이다. 그런데, 챔버에 2계통의 공급 라인을 마련하고, 각각에 특허문헌 1에 있는 챔버 공급의 최종단의 밸브를 각각에 설치해도, 엄밀하게는 다른 프로세스 가스의 역확산은 억제할 수 없다.
그 이유는, 이들 프로세스 가스를 사용해서 가공하는 장치에서는, 피가공물에 대해 적절한 가스 흐름이나 가스의 혼합 상태를 만들어내기 위해, 챔버 공간에 접한 가스의 흐름의 상류 측에 예비 공간(전실(前室)), 배플판, 또는 가스 샤워 플레이트라고 하는 부재를 마련하고 있고, 전술한 최종단의 에어 오퍼레이트 밸브보다 하류에도, 당해 프로세스 가스가 단독으로 흐르는 가스 루트가 존재하기 때문이다.
이러한 부재를 향해 다른 프로세스 가스, 그중에서도 부식성이 높은 가스가 역확산해 오면, 대기 개방 시에 공기 중의 수분과 반응해서, 부식성 가스와는 통상 접하지 않아야 할 예비 공간(전실), 배플판, 샤워 플레이트를 부식시켜, 금속 오염(메탈 컨탬머네이션)을 일으키거나, 메인터넌스 시의 교환 대상 파츠를 증대시키거나 한다는 문제가 있다.
또한, 처리 후에 배관 내에 모인 프로세스 가스를 효율적으로, 단시간에 쫓아내기 위한 퍼지가 중요해지는 경우도 있다. 또한 사이클릭하게 단시간 내에 가스를 전환하는 처리를 실시할 때는, 이 프로세스 가스의 전환을 재빠르게 행할 필요가 있다.
예를 들면 특허문헌 2에는, 집적 밸브에 연통하는 집합 배관을 마련하고, 각각의 밸브의 반 다이어프램 측의 배관 길이를 가능한 한 작게 해서 배치하는 방법이 기재되어 있다. 밸브의 구성 요소가 집적 밸브 블록에 직접 조립되어 있어서 독립 교환을 할 수 없는 특수한 예이지만, 데드 볼륨을 줄이는 고안이 이루어져 있다. 데드 볼륨을 적게 하여 가스 치환성을 올리는 중요성이 나타나 있다. 그러나 이 블록 접속한 가스 라인에서는, 실제로는 아직 데드 볼륨이 존재하고, 제로로는 되어 있지 않다.
또한 특허문헌 3에는, 특수 3방향 밸브의 구조가 나타나 있다. 이 특수 3방향 밸브는, 전자 밸브에 응용한 예이지만, 접가스부의 구조는 에어 오퍼레이트 밸브에 응용될 경우는, 특단 바뀐 점은 없다. 이 구조에서, 데드 스페이스 프리한 (가스) 플로우를 실현할 수 있다고 되어 있지만, 프로세스 가스를 혼합할 때의 각각의 가스 밸브의 배치 구성, 유량의 제어의 방법에 대해서는 명확하게 되어 있지 않다.
또한 특허문헌 4에는, 압력식의 유량 제어기를 사용해서, 복수의 가스를 공급하는 집적 밸브의 구조가 나타나 있다. 이 집적 밸브에는 표리 양측에 기기를 배설(配設)해서, 퍼지를 하기 위한 라인도 공통으로 설치되어 있지만, 가스 전환에서는, 에어 오퍼레이트의 특수 3방향 밸브를 사용하고 있음에도 불구하고 데드 볼륨이 존재한다.
통상, 가스 처리를 실시하는 챔버로부터의 가스 배출구(배기구)에는, 처리 압력 조정용의 압력 조정 밸브가 설치된다. 이 때문에 당연하지만 챔버의 압력보다 압력 조정 밸브의 하류의 쪽이 챔버보다 낮은 압력으로 되어 있다. 챔버에의 가스 공급량을 바꾸지 않고, 이 압력 조정 밸브의 하류에 가스 방출 목적으로 가스 배출을 실시하면, 하류 측의 압력이 상승해서, 챔버의 압력도 상승한다. 이 때문에, 폐기 가스가 챔버 내로 역류하거나, 가스의 배출 속도가 저하해서, 챔버 내에서 실시되는 가스 처리에 영향을 줄 우려가 있다.
제조 장치 중에는, 챔버로부터의 가스의 배출구에, 매커니컬·부스터·펌프나 터보 분자 펌프를 배치해서, 배기 능력을 높이고 있는 것도 있다. 이러한 제조 장치에서는, 전술한 폐기 가스의 타이밍에도, 챔버에의 역류나 배기 속도의 저하의 영향을 무시할 수 있을 정도로 까지 줄일 수 있다. 그러나, 전술한 에어 오퍼레이트 밸브의 열림 동작과, MFC나 PFC의 가스 유량 조정을 동시에 시작했을 경우는, 유량이 안정될 때까지 일정 시간(통상 수초)을 요한다. 그 영향을 받아 챔버의 압력이 안정될 때까지 더 시간을 요하게 된다.
여기에서 나타낸 바와 같이, 프로세스 가스 라인에 데드 볼륨을 마련하지 않고 가스 제어성, 즉 공급/정지 시의 당해 프로세스 가스의 함유/배제의 시간 제어성을 올리고, 또한 청정한 가스 라인, 가스 공급계를 제공하는 것이 과제이다.
본 발명은, 챔버 내에서 프로세스 가스를 사용해서 처리를 행하는 때, 프로세스 가스의 상류 측에의 역류에 의한 불량을 유효하게 억제할 수 있는 가스 공급 장치, 진공 처리 장치 및 가스 공급 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 대표적인 본 발명에 따른 가스 공급 장치의 하나는, 시료가 처리되는 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급 장치에 있어서,
퍼지용 가스와 처리용 가스를 포함하는 복수 종의 가스의 가스원의 각각에 접속된 포트와,
상기 포트로부터 공급된 상기 복수 종의 가스의 각각이 합류하여 흐르는 집합 배관을 구비하고,
상기 퍼지용 가스의 가스원에 접속된 포트로부터 공급된 가스가 흐르는 가스 유로가 상기 집합 배관의 최상류 측에 형성되어 있는 것에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 챔버 내에서 프로세스 가스를 사용해서 처리를 행하는 때, 프로세스 가스의 상류 측에의 역류에 의한 불량을 유효하게 억제할 수 있는 가스 공급 장치, 진공 처리 장치 및 가스 공급 방법을 제공할 수 있다.
상기한 것 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시형태의 설명에 의해 명확해진다.
도 1은, 본 발명에 있어서의 실시형태에 따른 가스 공급 장치와 진공 처리 장치를 나타내는 모식도.
도 2는, 도 1로부터 추출한 가스 공급 장치의 밸브를 포함하는 블록의 구성도.
도 3은, 도 2에 나타내는 구성의 일부를 제거하고 가스 경로를 명확하게 한 구조도.
도 4는, 도 2의 블록에 있어서 X-X선에서 절단한 단면도.
도 5는, 가스 처리의 예를 나타내는 플로우차트.
도 6은, 가연성 가스의 블록과, 지연성 가스의 블록에 있어서의, 가스의 흐름을 나타내는 도면.
도 7은, 가연성 가스의 블록과, 지연성 가스의 블록에 있어서의, 가스의 흐름을 나타내는 도면.
도 8은, 가연성 가스의 블록과, 지연성 가스의 블록에 있어서의, 가스의 흐름을 나타내는 도면.
도 9는, 가연성 가스의 블록과, 지연성 가스의 블록에 있어서의, 가스의 흐름을 나타내는 도면.
도 10은, 가연성 가스의 블록과, 지연성 가스의 블록에 있어서의, 가스의 흐름을 나타내는 도면.
도 11은, 가연성 가스의 블록과, 지연성 가스의 블록에 있어서의, 가스의 흐름을 나타내는 도면.
도 12는, 가연성 가스의 블록과, 지연성 가스의 블록에 있어서의, 가스의 흐름을 나타내는 도면.
도 13은, 다른 실시형태를 나타내는 도 1과 마찬가지인 도면의 예.
종래 기술의 과제를 극복하기 위해, 본 실시형태에서는 프로세스 가스의 성질에 대해 가스 배관을 블록화하고, 퍼지 가스를 각각 세트로 사용한다. 희석용의 가스 유량 제어부는 희석만을 위해, 퍼지용의 가스 유량 제어부와는 별개로 설치했다. 물론 프로세스 가스를 희석하지 않고 항상 단체로 사용할 경우는, 희석측 유량 제어부는 불필요이다.
퍼지용의 가스에는 Ar이나 기타 희가스류, 목적의 가스 처리에 따라서는 질소 등의 배관 내에서 불활성인 가스를 사용한다. 이들 퍼지용의 가스 유량 제어기는, 가스가 공통으로 흐르는 집합 배관의 최상류 측에 설치한다. 또한, 처리에 따라 사이클릭하게 흘려보내는 프로세스 가스가 합류하는 합류부를, 집합 배관의 하류에 설치한다. 사이클릭하게 가스를 흘려보낼 때에는, 퍼지 가스(퍼지용 가스라고도 함)와 프로세스 가스(처리용 가스라고도 함)는 동시에는 흘려보내지 않게 해서, 배관 퍼지만의 역할을 갖게 했다.
사이클릭하게 가스를 전환할 경우의 역확산이나 배기 속도 저하, 또한 가스 유량의 안정화에 시간을 요하는 과제에 대해서는, 이 가스의 그룹 단위로, 챔버에의 공급 라인(공급 배관 또는 제1 가스 라인이라고도 함), 공통의 배기계에의 폐기 가스 라인(배기계 또는 제2 가스 라인이라고도 함)을 각각 설치함으로써 해결을 목표로 한다. 그렇게 함으로써, 프로세스 가스를 피처리물의 가공 시간 중에 항상 어느 쪽의 라인에 흘려보내고, 그 라인과는 다른 라인에는 퍼지 가스를 흘려보낼 수 있다. 바람직하게는, 프로세스 가스의 유량 제어하는 MFC나 PFC의 하류에도, 퍼지용의 가스 유량 제어하는 MFC나 PFC의 하류에도, 각각 2개의 에어 오퍼레이트 밸브를 마련하고, 한쪽이 챔버 공급 라인에, 다른 쪽이 배기계에의 폐기 가스 라인에 접속된다.
프로세스 가스도 퍼지 가스도 가스 유량 제어기에서 가스 유량을 일정하게 한 안정적으로 제어가 된 채로, 단시간(서브세컨드) 내의 에어 오퍼레이트 밸브의 전환만으로 가스의 공급처(챔버 내), 폐기처(챔버외)의 전환을 할 수 있다. 또한 서로의 가스를 전환해서도, 각각의 유량이 적절히 조정되어 있으면, 챔버 측의 압력 변동을 밸브 전환 시간만의 극히 단시간 내에 억제해서, 가스 처리의 목표의 압력으로 할 수 있다.
가스 처리에 따라 사이클릭하게 가스를 전환해서 흘려보내는 경우는, 모든 챔버에의 공급 라인, 모든 배기계에의 폐기 가스 라인에는 항상 가스가 채워져, 유출처보다 양압으로 관리되므로 역확산은 일어나지 않는다.
다음으로, 이 가스 공급 장치의 구성에서, 데드 볼륨을 억제할 수 있는 밸브의 구성을 검토한다. 프로세스 가스와 퍼지 가스를 번갈아 전환해서 흘려보내는 경우, 완전히 데드 볼륨이 없는 가스 흐름을 확립해야 하는지, 타이밍을 어떻게 해야 하는지 등을 정한다.
프로세스 가스 또는 이미 희석 가스와 혼합된 후의 프로세스 가스에 대해, 데드 볼륨을 없애는 것은 중요하다. 그래서, 프로세스 가스의 공급이 긴급히 끊어지는 것을 중시한다. 퍼지 가스에는 보통 아르곤이나 기타 희가스 또는 질소 등의 반응성이 낮고, 표면의 반응에의 기여가 낮은 가스가 선택된다. 퍼지 가스가 정지 후에 유출해도, 원래 반응성이 약하므로 표면 반응에의 영향은 작다. 따라서, 프로세스 가스(또는 희석제의 프로세스 가스)에 대해 데드 볼륨이 없어지는 구성을 고려하는 것이 보다 중요하다.
집합 배관의 최상류 측으로부터 공급하는 퍼지 가스는, 상세는 후술하는 특수 3방향 밸브에 있어서, 다이어프램 측으로부터 중앙의 구멍의 반 다이어프램 측에 흐르도록 한다. 프로세스 가스(또는 희석제의 프로세스 가스)는 그 반대로, 특수 3방향 밸브에 있어서, 중앙의 구멍의 반 다이어프램 측으로부터 다이어프램 측으로 흘러 나오도록 한다. 이렇게 하면, 퍼지 가스로 전환되었을 때 최상류로부터 흘러나온 퍼지 가스가, 프로세스 가스를 데드 볼륨 없이 하류로 밀어 흘려보낼 수 있다. 즉, 특수 3방향 밸브는, 가스 흐름을 차단하지 않고 가스가 통과할 수 있는 다이어프램 측의 가스 유로에서 집합 배관 자체를 형성하고, 특수 3방향 밸브의 다이어프램의 열림의 동작에 의해 유출시키는 프로세스 가스를 집합 배관에 합류시키도록 구성되어 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 프로세스 가스(또는 희석제의 프로세스 가스)에 대해 데드 볼륨을 억제하면서 가스 퍼지할 수 있는 가스 공급 장치를 구축할 수 있다. 퍼지 가스를 유출시키는 최상류의 가스 밸브는, 다이어프램의 열림의 동작에 의해 유량 제어 완료의 퍼지 가스를 다이어프램 측으로부터 반 다이어프램 측으로 유출시키는 방향으로 배치되고, 프로세스 가스가 집합 배관에 유출했을 때의 접가스부를 다이어프램의 중앙 가압부만으로 해서, 집합 배관의 최상류 종단으로서, 데드 볼륨을 갖지 않는다.
또한, 가스 공급 장치는, 다이어프램에 의해 개폐 동작을 행하는 3방향 밸브와, 처리용 가스의 유량 제어기와, 당해 처리용 가스를 희석하는 희석 가스의 유량 제어기를 개별적으로 갖고, 처리용 가스의 유량 제어를 행하기 위해, 상기 3방향 밸브에는, 다이어프램 측에 가스 흐름을 차단하지 않고 희석 가스가 통과할 수 있는 가스 유로가 형성되어 있고, 상기 3방향 밸브의 다이어프램의 열림의 동작에 의해 처리용 가스를 유출시켜서 상기 희석 가스가 통과할 수 있는 상기 가스 유로에 합류시키도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 때, 희석용의 가스(희석 가스라고도 함)를 유출시키는 유량 제어기의 하류의 가스 밸브는, 유량 제어 완료의 희석 가스를 다이어프램 측으로부터 반 다이어프램 측으로 유출시키는 방향으로 배치되고, 가스 유로에 합류된 프로세스 가스의 접가스부를 다이어프램의 중앙 가압부만으로 해서, 가스 유로의 최상류 종단으로서, 데드 볼륨을 갖지 않는다. 여기에서, 접가스부란, 반응 가스가 확산해서 표면에 접하는 부위이다.
또한, 가스 공급 블록에서 간헐적(사이클릭)으로 가스를 처리실에 공급할 경우에 있어서, 퍼지 가스 및 사용하는 가스종의 상기 유량 제어기에서는 항상 가스 유량 제어를 시키면서, 처리실에 이르는 공급 배관에 연결되는 집합 배관에 배설한 밸브, 또는 폐기 가스를 위해 배기계에 연결되는 집합 배관에 배치한 밸브를 번갈아 개폐해서, 처리실에의 당해 가스의 간헐 공급을 행하고, 또한 집합 배관의 최상류에 배설한 상기 퍼지 가스용의 밸브로부터, 당해 가스의 공급 라인과는 다른 공급 라인 측에 퍼지 가스를 흘려보내는 것에 의해, 양쪽의 집합 배관, 양쪽의 공급 배관에 항상 가스를 흘려보낼 수 있다.
특히, 처리용 가스를 간헐 공급하는 가스 공급 블록이 2개 이상 존재할 경우, 각각의 가스 공급 블록으로부터 공급되는 처리용 가스가, 처리실, 또는 배기계에 대해 동시에 공급되지 않도록, 예를 들면 인터로크 등에 의해, 집합 배관을 형성하고 있는 처리용 가스의 공급 밸브의 동시 개폐를 금지해도 된다.
또한, 집합 배관의 최상류로부터 퍼지용 가스를 공급하면서, 처리용 가스를 상기 집합 배관의 도중에 유출시킬 수도 있다. 시료의 처리 후, 처리용 가스의 공급을 멈추고, 퍼지용 가스를, 공급 라인과 배기 라인으로 동시에 흘려보내는 공정을 행해도 된다.
프로세스 가스의 희석부의 구성에 대해 이하에 기술한다. 희석 가스용의 2방 밸브는, 다이어프램 측에 희석 가스를 도입하고, 중앙의 구멍의 반 다이어프램 측에 유출시킨다. 그 하류의 프로세스 가스용의 특수 3방향 밸브에서는, 유출시킨 희석 가스를 다이어프램 측에서 연통해서 흘려보내고, 프로세스 가스를 중앙의 구멍의 반 다이어프램 측으로부터 희석 가스가 흐르는 다이어프램 측에 유출시킨다. 구성은 퍼지 가스용의 경우와 마찬가지이지만, 프로세스 가스용 밸브와 희석 가스용 밸브는 동시에 열릴 수 있도록 제어한다. 오히려 희석용의 밸브를 먼저 열고, 프로세스용의 밸브를 후에 여는 것에 의해, 고농도의 충분히 희석되어 있지 않은 프로세스 가스의 유출을 억제할 수 있다. 이 구성에서 프로세스 가스에 대해 프로세스 가스의 데드 볼륨으로부터의 유출 없이 희석 가스를 첨가하는 것이 가능해진다.
또한 처리의 최종 스텝에서, 이 이상 프로세스 가스를 흘려보낼 필요가 없는 단계에 오면, 프로세스 가스의 밸브를 먼저 닫고, 희석 가스만을 흘려보내는 처리를 실시해도 된다. 특히 부식성을 갖는 가스에 대해서는, 다이어프램 측을 청정하게 유지하고, 부식성 가스의 농도를 저하시키는 데 효과가 얻어지는 가스의 제어 방법이다.
본 발명의 가스 공급 장치에 따르면, 퍼지가 필요한 프로세스 가스에는 퍼지 가스를, 희석이 필요한 프로세스 가스에는 희석 가스를 각각 데드 볼륨 없이 공급 가능하게 하고, 진공 처리 장치로서 필요한 가스의 치환 속도를 밸브 전환 시간(통상 서브세컨드 내)에 제어할 수 있어, 가스 처리 성능(가공 정밀도의 향상이나 처리 시간의 저하)의 향상에 공헌할 수 있다. 또한 챔버 라인(공급 배관)과 배기 라인(배기계)의 쌍방도 항상 가스가 흘려보내지는 것, 또한, 이들 라인의 최종단에 가스 밸브를 설치하는 것에 의해, 타 가스나 반응 생성물의 역확산을 억제할 수 있다. 즉, 시료의 프로세스 처리 중은, 모든 가스 공급 블록의 처리실에 공급하는 측의 집합 배관의 상류 측으로부터 항상 퍼지 가스를 흘려보내고, 소정의 프로세스 가스를 각 처리 스텝의 진행 상황에 따라서, 집합 배관을 형성하는 각 프로세스 가스용의 처리실 공급 밸브의 개폐로 사용 가스를 선택하면서 처리를 실시함에 의해, 어느 가스 공급 블록의 처리실에의 공급 배관에도, 항상 가스를 흘려보낼 수 있다.
이 때문에 최첨단의 디바이스의 에칭이나 성막, 애싱, 더욱이는 ALD나 ALE에 의한 가공을 행하는 진공 처리 장치에 대해 가스를 공급할 때에, 가스 라인으로부터의 파티클을 억제하면서 고정밀도의 가스 전환의 제어를 할 수 있는 가스 공급 장치를 제공할 수 있다. 그 결과, 진공 처리 장치의 고정밀도의 가공에 의한 디바이스의 성능 향상이나, 매회의 가공의 재현성을 확보할 수 있고, 또한 파티클 저감에 의한 보류의 개선을 도모할 수 있다.
이하, 본 발명의 각 실시형태를, 도 1~도 12를 사용해서, 구체적으로 설명한다.
[실시형태 1]
본 실시형태에 따른 가스의 흐름이나 유로를 제어하는 가스 공급 장치 및 가스 공급 방법에 대해 설명한다. 도 1에 있어서, 가스 공급 장치에 연결된 진공 처리 장치(전체를 도시 생략)는, 피가공물(1)(시료)이 탑재되는 스테이지(2)를 내부에 수장(收藏)하고, 대기와는 격절(隔絶)하여 소정의 내압으로 설정되는 챔버(3)(리액터 등)를 구비한다.
스테이지(2)에 대향한 챔버(3)의 상부에는, 가스 분산실(4)(부실(副室))이 설치되어 있다. 그 가스 분산실(4)의 내부에는, 상방부터 천판(5), 스페이서(6a), 가스 분산판(7a), 스페이서(6b), 가스 분산판(7b), 스페이서(6c), 샤워 플레이트(8)가 이 순서로 설치되어 있다. 챔버(3)의 상단 외주 근방의 대기 측에는, 적외광의 발생원인 할로겐 램프(10)가 샤워 플레이트(8)의 주위를 둘러싸도록 구비되어 있다. 외측이 커버(12)로 덮여진 할로겐 램프(10)로부터 조사된 적외광은, 투과 창(11)을 통해, 피가공물(1)을 포함한 챔버(3)의 내부에 입사한다. 피가공물(1)을 반입, 반출하기 위한 게이트 밸브(15)가, 챔버(3)의 측벽에 부착되어 있고, 게이트 밸브 구동축(16)에 의해 개폐된다.
챔버(3)의 내부의 가스는, 챔버(3)로부터 복수의 배기구(20a, 20b로 도시)를 통해 스테이지(2)의 이면(하방) 측에서 배기 배관(20)에 모이고, 피가공물(1)의 주변으로부터 균등하게 배기되도록 설계되어 있다. 배기 배관(20)에 모아진 가스는, 압력 조정 밸브(21)에서 그 배기 속도가 조정된 후, 접속 배관(26)을 통해 메인 밸브(22)에 이른다. 메인 밸브(22)는, 가스 처리 중이나, 피가공물(1)의 반송 중이나, 피가공물(1)의 투입을 기다리는 아이들링 상태일 때는 열려서, 배기 통로의 일부를 구성하고 있다.
챔버(3) 내부의 청소나 파츠 교환, 메인터넌스 등에 있어서, 챔버(3)를 대기 개방할 경우에는, 메인 밸브(22)는 닫힌다. 메인 밸브(22)의 하류에는, 드라이 펌프(25)가 접속되어 있고, 가스를 배기하기 위해 구동된다. 드라이 펌프(25)로부터 배기된 가스는, 또한 배기 가스 처리 장치 등(도시 생략)에서 무해화된 후, 대기 중에 방출된다. 챔버(3)의 내부, 또한 메인 밸브(22)와 드라이 펌프(25)를 연결하는 배기 배관(27)의 압력은, 각각에 접속된 압력계(28, 29)에서 모니터되고 있다.
도 1에 있어서, 진공 처리 장치에 접속된 가스 박스(30)를 파선으로 둘러싸서 나타낸다. 가스 공급 장치인 가스 박스(30)는, 도시하고 있지 않은 에어 오퍼레이트 밸브의 개폐를 제어하는 복수의 솔레노이드 밸브나, 가스 누설 시의 검지 기능, 또한 가스 누설 시에 덕트에서 하우징 배기하는 기능이나, 항상 가스 박스(30) 내부 공간의 음압(배기되어 있음)을 모니터하는 기능, 및 이들 기능을 발휘하기 위한 부품을 갖는다. 도 1의 가스 박스(30)에서는, 프로세스 가스에 직접 접촉하는 요소 부품만을 기호로 기재하고 있고, ◎ 표시는, 본 프로세스 장치가 설치되는 건물 이외로부터 공급되는 가스원을 나타내고 있고, 12개의 가스원의 포트에는, A~F, L~Ｑ의 부호를 부여했다.
도 1의 진공 처리 장치는, 할로겐 램프(10)에 의해 피가공물(1)에 열 에너지를 공급하여 가스를 활성화시켜 반응을 촉진시키는 프로세스 장치이다. 그러나, 다른 가스 여기 수단, 예를 들면 고주파 전원에 의해 발생시키는 플라스마를 이용하거나, 가스 분산실(4) 내를 가열하거나 하여 미리 활성인 가스를 형성해서 피가공물(1)에 분사하는 타입의 진공 처리 장치여도 된다. 또한, 그 가공을 위한 여기의 타이밍 등이 달라도 된다.
또한, 챔버(3)로부터의 배기 수단에 대해서는, 본 실시형태에 있어서는 드라이 펌프(25) 단체를 사용해서 배기했지만, 챔버(3)와의 사이에 터보 분자 펌프(도시 생략) 등의 대배기량을 갖는 배기 수단을 더 채용해도 된다. 또한 매커니컬·부스터·펌프 등의 다른 배기 수단을 사용해도 된다.
또한, 가스의 도입 배관이나 챔버, 배기구(20a, 20b) 등, 배기 배관(20), 접속 배관(26), 배기 배관(27), 및 압력 조정 밸브(21)나 메인 밸브(22) 등을 가열함에 의해, 그들 표면에의 반응 생성물이나 증기압이 낮은 가스(특히 실온에서 액화해 있고, 가열하여 가스화하도록 하는 재료)의 부착 자체를 저감시키고, 나아가 피가공물(1)에의 부착 저감을 행할 수 있다. 본 실시형태에 있어서도, 이들 부품을 가열하는 수단(도시 생략)을 갖는다. 구체적은, 100℃~250℃에서, 가스가 흘러 가는 하류에 따라 보다 고온으로 되도록 가열 온도를 조정했다.
또한, 가연성 가스의 블록에 설치한 압력계(38, 39), 및 지연성 가스 제어 블록에 설치한 압력계(48, 49)는, 각각이 부착된 집합 배관의 각각의 공급압이 일정한 압력(많은 경우는 대기압)를 넘지 않는 지, 또한 가스가 흐르고 있는 지를 모니터하고 있고, 그에 따라 반응 생성물 등에 의한 배관 내 폐색이나 밸브 개폐의 불량을 검지할 수 있다.
도 2에, 도 1에 나타낸 가스 박스(30)의 상측 절반의 블록, 즉 가연성 가스의 블록을 집적 밸브화한 가스 공급 장치를 나타낸다. 도 2에서는 각 에어 오퍼레이트 밸브를 구동시키기 위한 에어 배관이나, 유량 제어기에 필요한 전력이나 전기 신호의 전선을 도시하지 않고 생략했다. 규격에 따라 각 집적 밸브용의 기기가 부착되는 베이스(35) 상에 각 기기가 부착되어 있다.
또한 개개의 기기의 판별을 용이하게 하기 위해, 기기에 직접 기구 번호를 부여했다. 챔버 측으로 가스를 공급하는 집합 배관 내의 압력을 감시하는 압력계(38), 및 배기 배관 측에 버리는 가스용의 집합 배관 내의 압력을 감시하는 압력계(39)도, 이 집적 밸브의 베이스 블록 상에 배설되어 있다. 부착 기기가 존재하지 않는 빈 포트(42, 43)에서는, 기기 대신에 가스를 통과시키기 위한 상부 덮개를 부착했지만, 직접 상하를 연통시킨 만큼의 규정 블록을 부착하거나, 베이스 블록 측에 관통 구멍을 설치하거나 해도 된다.
도 3은, 도 2에 부착한 각 기기를 분리하고, 각 기기의 부착 받침 측의 가스 구멍의 접속을 모식적으로 나타낸 도면이다. 이중 동그라미로 나타내는 가공 구멍은 가스 유로이고, 각 구멍의 하부에서 이어지는 유로는 파선으로 나타냈다. 특수 3방향 밸브의 설치부는 3개의 이중 동그라미를 갖고, 2방 밸브의 설치부는 2개의 이중 동그라미를 갖는다. 특수 3방향 밸브에서는 중앙의 구멍이 다이어프램으로 개폐시키는 통로이고, 주위의 구멍이 가스류의 인 및 아웃용이고, 다이어프램 측에서 항상 연통하고 있다. 2방 밸브에서는, 중앙의 구멍이 반 다이어프램 측에서 다이어프램의 개폐로 연통시키는 통로이며, 주변의 구멍이 다이어프램 측이다. C, E계열에서 유량 제어되고, 각각 B, D계열로부터의 희석 가스에 혼합된 프로세스 가스, 및 F계열에서 유량 제어된 프로세스 가스가, 최상류 측의 A계열의 하류에 특수 3방향 밸브로 형성된 각각의 집합 배관(가스 매니폴드)에 도입된다.
본 실시형태에 있어서, 가스 박스(30)의 상측 절반의 블록(포트A~F를 포함함)과, 하측 절반의 블록(포트L~Ｑ를 포함함)에 대해서는 동일한 구성을 채용하지만, 상측 절반의 블록(가스 공급 블록)을 가연성 가스의 제어에, 하측 절반의 블록(가스 공급 블록)을 지연성 가스의 제어에 사용했다. 각 포트에 공급되는 가스종을 구체적으로 기재하면, 가연성 가스의 블록에서는 A：Ar, B：Ar, C：NH3, D：Ar, E：CH4, 및 F：H2이다. 한편, 지연성 가스의 블록에서는, 각 포트에 공급되는 가스종은, L：Ar, M：Ar, N：NF3, O：Ar, P：Cl2, 및 Ｑ：O2이다. 또한 혼합할 수 없는 가스종을 정리해서, 3계통, 4계통으로 블록과 공급 라인을 증설시켜도 되지만, 본 도면에서는 2계통의 경우를 예로서 기재했다. 즉, 공통의 집합 배관 내 및 공급 배관 내에서 혼합할 수 없는 가스종마다 가스 공급 블록을 형성하고, 집합 배관은 각각의 가스 공급 블록마다 마련하고 있다.
도 1에서, 각각의 가스원으로부터 포트A~F, L~Ｑ를 거쳐 가스 박스(30) 내에 도입된 각 프로세스 가스는, 수동 밸브 HV＊(단, ＊는 각 포트에 대응하는 A~F, L~Ｑ 중 어느 하나의 부호로 함, 이하 동일)를 거쳐, 상류 측의 밸브 G3＊를 경유하고, 유량 컨트롤러 FC＊에서 유량 컨트롤되어, 하류 측의 밸브 G2＊로 유도된다. 그리고 각각의 프로세스 가스는, 챔버를 향하는 라인의 밸브 G1C＊, 또는 폐기 가스로 배기 라인으로 향하는 라인의 밸브 G1E＊를 통해 유출시켜진다. 여기에서, 가스원으로부터 포트＊를 거쳐 하류에 흐르는 가스의 유로를, ＊계열이라 한다.
도 1의 밸브 표기에서는 밸브의 부착의 방향을 명확하게 하기 위해, 다이어프램 측 접속 포트를 항상(노멀) 닫힘(솔레노이드 밸브 비(非)여기 시, 에어 공급이 없을 때는 닫혀 있음) 측의 포트로서 검은색 삼각(▲)으로 나타냈다. 따라서 구동을 위한 에어 기호의 동그라미로 둘러싸인 A는, 이 검은색 삼각(▲)의 정점 측에 표기되어 있다. 한쪽 항상 다이어프램의 주변에서 연통하고 있는 밸브의 포트 측을 흰색 삼각(△)으로 나타냈다. 따라서, 2방 밸브도 90도의 각도에서 검은색 삼각(▲)과 흰색 삼각(△)이 표기되어 있지만, 통상의 90도로 표기되는 L형 밸브로 되는 것으로는 한정되지 않는다.
도 1의 가연성 가스의 블록은, A계열로부터 F계열을 통과하는 가스가 혼합하여 흐르는 2개의 집합 배관(챔버 라인 및 배기 라인)을 갖고, 또한 지연성 가스의 블록은, L계열로부터 Ｑ계열까지 가스가 혼합하여 흐르는 2개의 집합 배관(챔버 라인 및 배기 라인)을 갖는다.
가연성 가스의 블록에 있어서, 밸브 G1CA로부터 가스 밸브 GCF1까지를 챔버 라인의 집합 배관(또는 제1 공급 배관)이라 하고, 밸브 G1EA로부터 배기 밸브 GEF1까지를 배기 라인의 집합 배관(또는 제1 폐기 가스 배관)이라 한다. 가스 밸브 GCF1을 통해, 가스가 챔버(3)에 공급되어 가스 처리가 행해진다. 또한, 배기 밸브 GEF1을 통해, 가스가 배기 배관(27)에 배기되어 챔버를 경유하지 않고 유출된다.
또한, 지연성 가스의 블록에 있어서, 밸브 G1CL로부터 가스 밸브 GCF2까지를 챔버 라인의 집합 배관(또는 제2 공급 배관)이라 하고, 밸브 G1EL로부터 배기 밸브 GEF2까지를 배기 라인의 집합 배관(또는 제2 폐기 가스 배관)이라 한다. 가스 밸브 GCF2를 통해, 가스가 챔버(3)에 공급되어 가스 처리가 행해진다. 또한, 배기 밸브 GEF2를 통해, 가스가 배기 배관(27)에 배기되어 챔버를 경유하지 않고 유출된다.
가연성 가스의 블록에 있어서의 집합 배관의 최상류 측의 A계열, 및 지연성 가스의 블록에 있어서의 집합 배관의 최상류 측의 L계열은, 가스 처리 중, 또는 피가공물(1)의 반입/반출 중에 항상 유출시키는 퍼지 가스(본 실시형태에서는 Ar 가스)의 유로로서 설치했다. 또한, 가연성 가스의 블록과, 지연성 가스의 블록은 거의 마찬가지이기 때문에, 주로 가연성 가스의 블록에 대해, 이하 설명한다.
가연성 가스의 블록의 밸브에는, 공압(空壓)으로 구동시키는 다이어프램을 사용해서 유로를 개폐하는 에어 오퍼레이트 밸브를 채용하고 있고, 이들 밸브는 도시하지 않은 제어 장치를 통해 레시피에 따라 자동적으로 개폐된다.
도 4는, 도 2의 블록에 있어서 X-X선에서 절단한 단면도이다. 도 4에 있어서, 특수 3방향 밸브(단순히 3방향 밸브라고도 함)인 2개의 밸브 GC1E, GC1F가, 유로를 갖는 베이스(35)에, 베이스 블록(35a), 베이스 블록(35b)을 사용해서 부착되어 있다. 도시하고 있지 않지만, 베이스(35)에는, 그 외의 밸브 GC1＊도, 베이스 블록(35a), 베이스 블록(35b)을 사용해서, 마찬가지로 부착되어 있다. 밸브 GC1E, GC1F는 공통되는 구성을 갖기 때문에, 밸브 GC1E에 대해, 이하 설명한다.
에어 오퍼레이트 밸브인 밸브 GC1E는, 도시하지 않은 에어원으로부터의 에어압을 받고 구동축(DS)을 상하로 이동시키는 에어 실린더의 구동부(DR)가, 밸브 블록(36)에 고정되어 있다. 구동축(DS)의 선단에서 중앙의 구멍에 대해 개폐하는 주위에서 고정 유지된 다이어프램(K)이 배설되어 있다.
구동축(DS)이 스프링으로 하방으로 가압되어 있고, 제어 신호에 따라 변위하여 다이어프램(K)을 압압한다. 압압된 다이어프램(K)이 중앙의 구멍을 폐쇄함으로써, 실선의 화살표로 나타내는 E계열의 가스의 흐름을 중단한다. 한편, 점선으로 나타내는 집합 배관(매니폴드) 측은, 다이어프램(K)의 하방 주위에서 항상 연통하고 있다. 에어가 공급되어, 구동축(DS)이 상방으로 변위하면, 다이어프램(K)의 중앙이 들떠 올라, 중앙의 구멍이 개방되기 때문에, 실선의 화살표로 나타내는 E계열의 가스가, 점선의 화살표로 나타내는 바와 같이 집합 배관 측으로 흘러나온다.
도 4로부터 명확한 바와 같이, 밸브 GC1E의 하류 측의 통로는, 밸브 GC1F의 상류 측의 통로와 연통하고 있다. 따라서, 밸브 GC1E, 밸브 GC1F의 동작에 상관없이, 밸브 GC1E의 상류 측의 통로로부터 밸브 GC1F의 하류 측의 통로까지 항상 연통해 있고, 점선의 화살표로 나타내는 바와 같이, A계열의 가스는 항상, 통로 내를 흐르게 된다. 이들 통로에 의해 집합 배관의 일부를 형성한다.
가연성 가스의 블록에서, 가스의 합류부로서 배치된 밸브 G1CC, G1CE, G1CF, G1EA, G1EC, G1EE, G1EF, G2C, G2E가 특수 3방향 밸브이다. 그 이외의 밸브(2방 밸브라고도 함)는 베이스(35)에 입구 유로와 하류 측 유로만이 형성된 개소에 부착되며, 구동축의 변위에 의해 다이어프램이 입구 유로를 개폐하는 구조를 구비한다. 밸브로서, 본 실시형태에서는 다이어프램에 의한 씨일 방법을 이용한 다이어프램 밸브로 나타냈지만, 벨로우즈 구동으로 축의 선단 자체에 의해 중앙 구멍의 입구 유로를 씨일하는 벨로우즈 밸브를 사용해도 된다.
여기에서, 다이어프램을 사용한 밸브에 있어서는, 주위의 구멍 측을 다이어프램 측으로 하고, 중앙의 구멍 측을 반 다이어프램 측으로 해서 정의한다.
도 1에 있어서, B계열은, 프로세스 가스 C의 희석 가스 제어 유로, 또한 D계열은 프로세스 가스 E의 희석 가스 제어 유로이다. B계열, D계열의 유량 컨트롤러 FCB, FCD의 하류에 설치한 밸브 G2B 및 G2D는, 다이어프램 측으로부터 희석 가스 B, D가 들어가고, 밸브 열림 상태일 때에 반 다이어프램 측에 유출시키는 배치로 했다. C계열, E계열의 유량 컨트롤러의 하류에 설치한 밸브 G2C 및 G2E에 대해서는, 프로세스 가스 C, E가 밸브 열림 상태에서 다이어프램 측으로부터 반 다이어프램 측에 흘러 나오는 배치로 했다.
밸브 G2C 및 G2E의 주위의 구멍의 다이어프램 측은, 희석 가스 B, D용의 밸브 G2B 및 G2D의 각각의 반 다이어프램 측과 항상 연결되어 있다. 이 구성으로 함으로써, 레시피 설정에 있어서의 각각의 스텝의 제어에 있어서, 희석 가스를 사용하지 않을 때는 B계열 또는 D계열을 기동시키지 않고, 밸브 G2B 또는 G2D는 닫아두면 된다. 이에 의해, C계열 및 E계열의 프로세스 가스 C, E를 사용하는 스텝에서는, 가스가 희석되지 않고 사용된다.
이 때 사용되는 프로세스 가스 C, E는, 밸브 G2B 또는 G2D의 반 다이어프램 측까지 역류해서, 확산된다. 다음 스텝 제어에서 희석이 개시될 경우에는, B계열이 기동되어 밸브 G2B가 열리거나, 또는 D계열이 기동되어 밸브 G2D가 열린다. 이 때 전의 스텝 제어에서, 밸브 G2B 또는 G2D의 반 다이어프램 측까지 확산해 와 있던 각각의 프로세스 가스 C, E는, 희석 가스 B, D의 공급 개시와 함께 하류로 되돌려 밀려지지만, 일체의 합류 배관이나 데드 볼륨 없이 희석을 개시할 수 있다. 희석이 없는 스텝의 제어를 개시했을 경우는, 밸브 G2B 또는 G2D의 중앙의 구멍의 반 다이어프램 측에 희석 가스 B, D(여기에서는 Ar)가 잔류하지만, 일반적으로 퍼지 가스이며 반응성이 없으므로 하등 가스 처리에 영향을 주지 않는다.
다음으로, 가연성 가스의 블록의 최상부에 설치한 퍼지 라인의 역할과, 그 제어에 대해 설명한다. 가스 분산실(4)의 상부에 설치한 한쪽의 가스 밸브 GCF1은, 가연성 가스의 챔버 공급을 위한 최종단의 밸브이다. 또한 다른 쪽의 가스 밸브 GCF2는, 지연성 가스의 챔버 공급을 위한 최종단의 밸브이다.
이들 가스 밸브 GCF1, GCF2로부터 노즐(9b, 9a)을 통해 챔버(3)에 유출시켜지는 프로세스 가스는, 스페이서(6a~6c)나 가스 분산판(7a, 7b)을 거쳐, 피가공물(1)에 대향하는 샤워 플레이트(8)의 외주에 이르기까지 직경 방향으로 균등하게 분산된다. 피가공물(1)의 가공에 적절한 직경의 가스 유출 면적을 얻기 위해 사용되는 일반적인 방법이다.
단 본 실시형태의 경우는, 가연성 가스가 샤워 플레이트(8)의 외주 측으로부터, 지연성 가스가 샤워 플레이트(8)의 중앙측으로부터 각각 나눠져 유출하도록 했다. 가스 분산실(4)은, 실제의 진공 처리 장치의 경우도 모식도인 본 도면과 마찬가지로, 상부의 가스 밸브 GCF1, GCF2를 나온 프로세스 가스는, 다른 쪽의 가스와 혼재하지 않고, 샤워 플레이트(8)의 이면까지 가스 유로를 확대시키는 구조를 갖는다.
이러한 구성의 진공 처리 장치에 있어서, 챔버(3)의 내부 공간에 프로세스 가스가 도입되어, 거기에서 처음 다른 성질을 갖는 프로세스 가스와 혼합하도록 제어하는 것이 바람직하다. 예를 들면 가연성의 가스를 흘려보내지 않는 경우, 사용하고 있는 지연성 가스가 역확산할 우려가 있다. 구체적으로는, 가스 밸브 GCF1이 닫힌 상태에서는, 그 반 다이어프램 측까지 지연성 가스가 확산하고, 가스 밸브 GCF1이 닫혀 있지 않은 경우는, 상류의 가연성 가스의 집합 배관부까지 더 확산할 우려가 있다. 또한, 지연성의 프로세스 가스뿐만 아니라, 반응 생성물도 역확산으로 가연성의 가스 라인에 침입해 올 우려도 있다.
또한, 가연성 가스의 공급을 멈추고, 다음으로 가연성 가스의 공급을 재개했을 경우, 이 가스 분산실(4) 중이나 가스 공급 라인 중에서 가스 혼합이 일어나 버릴 우려가 있다. 이러한 경우, 지연성 가스 침입에 의한 부식이나, 반응 생성물의 반입이나 반응 생성물의 새로운 형성에 의한 메탈 컨탬머네이션이나 이물(파티클) 발생 등의 불량을 초래한다.
이 문제를 해결하기 위해서는, 가연성 가스의 블록으로부터, 가연성 가스를 사용하지 않을 때도 항상 퍼지 가스를 계속 흘려보내는 것이 유효하다. 본 실시형태에 있어서는, 우선 가스 처리 중에는, 각각의 블록의 최상류에 설치한 퍼지 라인으로부터 퍼지 가스를 계속 흘려보내는 제어를 기본으로 했다. 이 가스 제어를 실시할 경우는, A계열의 가스 제어 라인을 기동시켜서, 항상 밸브 G1CA를 열고, 집합 배관에 퍼지 가스를 흘려보내게 된다.
레시피 설정의 스텝 제어에 따라서, 필요한 가연성 가스의 프로세스 가스, 또는 그 희석 가스가, 가연성 가스의 블록에 있어서의 집합 배관에서 퍼지 가스와 혼합된다. C계열의 가스는 밸브 G1CC에서, E계열의 가스는 밸브 G1CE에서, F계열의 가스는 밸브 G1CF에서, 상류 측의 밸브 G1CA를 통해 공급되는 퍼지 가스와 혼합된다. 가연성 가스를 일절 흘려보내지 않을 때는, 전술과 같이, 퍼지 가스만이 흐르게 된다. 하측의 지연성 가스의 블록의 제어에 있어서도 마찬가지이다.
다음으로 동일한 도 1의 장치에 있어서, ALD나 ALE, 보쉬 프로세스 등의 가스를 사이클릭하게 전환해서 가스 처리를 할 경우의 제어를 고려한다. 이들 가스 처리의 제어에 있어서는, 챔버(3)의 내용적이나 피가공물(1)의 표면적, 그 피가공물(1)에서의 반응 속도 등을 감안하면서, 가스 유량이나 가스를 흘려보내는 시간, 전환의 횟수나 순번을 배려한다. 많은 가스 처리에 있어서는, 챔버(3)의 압력이 극단적으로 변화하지 않도록 고안하는 것이 중요하다.
가스압이 가스 전환 등에서 극단적으로 변하는 경우는, 전체의 가스 흐름에 변화가 생겨, 처리마다의 재현 있는 성능을 얻을 수 없거나, 피가공물(1)에의 파티클 부착을 초래하거나 하게 되어 바람직하지 않다.
본 실시형태에 있어서, 가스를 사이클릭하게 전환할 경우에는, 최상류 측에 설치한 퍼지 가스의 라인과, 프로세스 가스 라인(1계열, 또는 복수 계열 가스)에 가스를 동시에 흘려보내서, 챔버에의 공급 라인과 폐기 가스를 위한 배기 라인의 서로 반대의 라인에 각각 흘려보내게 했다.
기본적으로는, 가스를 흘려보내기 시작하면 가스 유량의 조정은 가능한 한 억제하고, 퍼지 가스도 프로세스 가스도 일정 유량으로 제어하여 흘려보낸다. 퍼지 가스를 챔버 측에 흘려보내고 있는 동안은, 프로세스 가스는 배기 라인의 집합 배관을 통해 챔버보다 하류에 유출시킨다. 프로세스 가스를 챔버 측에 흘려보내는 경우는, 퍼지 가스는 배기 라인의 집합 배관을 통해 챔버보다 하류에 유출시킨다.
본 실시형태에 따르면, 거의 동시에 4개(또는 6개, 8개)의 가스 밸브의 개폐를 전환하는 것만으로, 각각의 가스의 공급처를 챔버나, 챔버보다 하류로 전환할 수 있고, 피가공물(1)에 대해서는 사이클릭하게 가스의 전환이 실시되게 된다. 전술한 제어 방식과 동일하게, 챔버 공급 라인에 있어서는, 가스를 흘려보내지 않는 시간이 없도록 제어한다. 배기 라인에 대해서도 마찬가지로 가스를 흘려보내지 않는 시간은 마련하지 않도록 제어하는 것은 동일하다.
이상, 본 실시형태에 대해, 정리해서 기재한다. 성질이 서로 다른 가스를 공통적으로 공급 가능한 집합 배관을 갖는 블록의 최상류에 퍼지 가스의 라인을 설치해서, 가스 처리를 행하는 챔버에 가스를 공급하는 챔버 라인과, 챔버 외로 가스를 유출시키는 배기 라인을 설치한다. 또한, 퍼지 가스를 최상류로부터 흘려보내는 각각의 공급처의 집합 배관에, 프로세스 가스를 공급 첨가할 수 있는 밸브를 설치한다.
이 프로세스 가스를 공급 첨가하는 가스 밸브에 특수 3방향 밸브를 사용해서, 다이어프램 측으로부터 반 다이어프램 측으로 프로세스 가스를 흘려보낼 수 있게 한다. 특수 3방향 밸브의 다이어프램 측의 주변부는, 모든 프로세스 가스를 공급 첨가하기 위한 밸브 간에서 연통시켜서, 집합 배관을 형성하고 있다.
마찬가지로, 희석이 필요한 프로세스 가스에 대해서는, 프로세스 가스를 다이어프램 측으로부터 반 다이어프램 측으로 공급하는 3방향 밸브의 다이어프램 측에, 희석 가스를 공급하는 상류의 2방 밸브의 반 다이어프램 측을 접속한다. 이렇게 해서, 프로세스 가스에 대해 데드 볼륨 없이 흘려보내기 시작할 수 있는 희석 라인을 구축하는 것을 기본으로 하고 있다.
이하, 구체적인 가스 공급 방법의 예를 설명한다. 도 5는, 처리 레시피에 있어서의 가스 처리의 스텝을 나타내는 플로우차트이다. 피가공물(1)인 웨이퍼의 반송 중은, 일체의 가스를 흘려보내지 않는 진공 배기 하에서 실시되어도 되고, 불활성인 가스가 처리실(3)에 퍼징된 하에서 실시되어도 된다. 본 실시형태에 있어서는, 피가공물(1)인 웨이퍼의 반송 중(반입 시, 반출 시)에도 계속하여 가스 퍼지할 경우에 대해 기재한다.
또한 사이클릭하게 가스를 전환하는 처리 이외의 처리 스텝의 상세는 기재 하지 않았지만, 이 사이클릭하게 가스를 전환하기 위한 스텝 S102의 전처리를 실시하기 이전에, 즉 스텝 S101의 웨이퍼 반입 후에, 다른 별도의 처리 스텝이 삽입되어 실시되어 있어도 된다. 또한 마찬가지로, 스텝 S103~S106에 의한 사이클릭하게 반복된 스텝이 규정 횟수, 또는 에칭의 종점을 검출해서 종료하고, 다시 스텝 S101에 있어서 가스 퍼지 스텝이 실시되기 전에, 즉 후처리의 스텝 S107의 완료 후에, 다른 별도의 처리의 스텝이 삽입되어 실시되어도 된다.
또한 본 실시형태에서는, 사이클릭하게 가스를 전환하는 처리 스텝은, 전체의 처리 중에서 1런의 실시로서 기재했지만, 가스의 종류를 전환하거나 하여 복수 회의 사이클릭하게 가스를 전환하는 처리를, 1매의 피가공물(1)인 웨이퍼의 처리 중에서 실시해도 전혀 문제는 없다.
도 6~도 12는, 가연성 가스의 블록과 지연성 가스의 블록에 있어서의 각각의 스텝 S101~S107에서의 가스의 흐름을 화살표로 나타낸 도면이다. 여기에서는, A계열의 퍼지 가스 A(Ar)와, D계열의 희석 프로세스 가스(Ar), E계열의 프로세스 가스 E(CH4)와, L계열의 퍼지 가스 L(Ar)과, P계열의 프로세스 가스 P(Cl2)를 사용해서, 가스를 사이클릭하게 전환해서 처리를 할 경우의 가스 처리의 제어의 모습을 나타내는 것이고, 그 이외의 도 6~도 12에서 나타나는 다른 계열의 가스 밸브는 닫고 있다.
우선, 도 5의 스텝 S101에서의 가스 퍼지 스텝의 설정은, 피가공물(1)인 웨이퍼의 처리 완료 후에 챔버(3)로부터의 반출을 행하기 전에 설정된 상태를 인계하고 있다. 밸브의 개폐와 유량 컨트롤러의 조정 유량은, 이하와 같이 제어되어 있다.
A계열:G1CA(열림), G1EA(닫힘), G2A(열림), FCA(300ml/min), G3A(열림)
D계열: G2D(닫힘), FCD(0ml/min), G3D(닫힘)
E계열:G1CE(닫힘), G1EE(닫힘), G2E(닫힘), FCE(0ml/min), G3E(닫힘)
L계열:G1CL(열림), G1EL(닫힘), G2L(열림), FCL(300ml/min), G3L(열림)
P계열:G1CP(닫힘), G1EP(닫힘), G2P(닫힘), FCP(0ml/min), G3P(닫힘)
챔버 공급 가스 밸브 :GCF1, GCF2(열림)
배기 폐기 가스 밸브 :GEF1, GEF2(닫힘)
챔버(3)의 압력은 100Pa로 되도록 제어되어 있다.
이상의 제어에 의해, 도 6에 나타내는 바와 같이, 퍼지 가스 A(Ar), 퍼지 가스 L(Ar)이 챔버 공급 라인을 통해 챔버(3)에 제공되어 퍼지가 실시되지만, 프로세스 가스 E(CH4), P(Cl2)는 공급되지 않는다. 이 동안에 피가공물(1)인 처리 전의 웨이퍼가 챔버(3) 내의 스테이지(2) 상에 반입된다. 반입 후는 게이트 밸브(15)가 닫혀, 처리가 실시되는 챔버(3)는, 반송계(도시 생략)와 격절된다. 이 반입 조작 완료 후에, 처리 스텝이 기동되어, 우선 이 스텝 S101에서의 가스 퍼지 스텝이 수초 간 계속된다.
다음으로, 도 5의 스텝 S102에 있어서, 가스를 사이클릭하게 전환할 경우의 전처리를 행한다. 이러한 경우, 스텝 S102의 전처리에 있어서는, 밸브의 개폐와 유량 컨트롤러의 조정 유량은, 이하와 같이 제어한다. 단, 챔버(3)의 가스의 제어 압력은 200Pa로 제어된다.
A계열:G1CA(열림), G1EA(닫힘), G2A(열림), FCA(150ml/min), G3A(열림)
D계열: G2D(열림), FCD(120ml/min), G3D(열림)
E계열:G1CE(닫힘), G1EE(열림), G2E(열림), FCE(30ml/min), G3E(열림)
L계열:G1CL(열림), G1EL(닫힘), G2L(열림), FCL(150ml/min), G3L(열림)
P계열:G1CP(닫힘), G1EP(열림), G2P(열림), FCP(150ml/min), G3P(열림)
챔버 공급 가스 밸브 :GCF1, GCF2(열림)
배기 폐기 가스 밸브 :GEF1, GEF2(열림)
이상의 제어에 의해, 도 7에 나타내는 바와 같이, 퍼지 가스 A(Ar), L(Ar)이 챔버 라인을 통해 챔버(3)에 공급되어 퍼지를 계속함과 함께, 희석 프로세스 가스 D(Ar)로 희석된 프로세스 가스 E(CH4)와 프로세스 가스 P(Cl2)가 폐기 가스로서, 배기 라인을 통해 챔버(3)보다 하류에 배기된다. 약 3초의 제어 시간의 내에 FC＊에서 제어되는 유량 컨트롤러는, 거의 안정한 유량에 도달한다. 흘려보내기 시작의 제어가 불안정한 동안의 가스는, 배기계에 버려지므로, 피가공물(1)인 웨이퍼의 처리에 기여하지 않는다.
다음으로, 도 5의 스텝 S103에 있어서, 1회째의 프로세스 가스 공급1을 행한다. 이러한 경우, 밸브의 개폐와 유량 컨트롤러의 조정 유량은, 이하와 같이 제어한다. 단, 챔버(3)의 가스의 제어 압력은 200Pa이고, 스텝 시간은 2.0초이다.
A계열:G1CA(열림), G1EA(닫힘), G2A(열림), FCA(150ml/min), G3A(열림)
D계열: G2D(열림), FCD(120ml/min), G3D(열림)
E계열:G1CE(닫힘), G1EE(열림), G2E(열림), FCE(30ml/min), G3E(열림)
L계열:G1CL(닫힘), G1EL(열림), G2L(열림), FCL(150ml/min), G3L(열림)
P계열:G1CP(열림), G1EP(닫힘), G2P(열림), FCP(150ml/min), G3P(열림)
챔버 공급 가스 밸브 :GCF1, GCF2(열림)
배기 폐기 가스 밸브 :GEF1, GEF2(열림)
이상의 제어에 의해, 도 8에 나타내는 바와 같이, 가연성의 블록 측은, 스텝 S102의 상태를 유지하고 있지만, 한쪽 지연성의 블록 측에서는, 프로세스 가스 P(Cl2)가 챔버 공급 라인을 통해 챔버(3)에 제공되어 가스 처리를 행함과 함께, 퍼지 가스 L(Ar)이 배기 라인을 퍼지한다.
다음으로, 도 5의 스텝 S104에 있어서, 1회째의 퍼지1을 행한다. 이러한 경우, 밸브의 개폐와 유량 컨트롤러의 조정 유량은, 이하와 같이 제어한다. 단, 가스의 제어 압력은 200Pa이고, 스텝 시간은 2.7초이다.
A계열:G1CA(열림), G1EA(닫힘), G2A(열림), FCA(150ml/min), G3A(열림)
D계열: G2D(열림), FCD(120ml/min), G3D(열림)
E계열:G1CE(닫힘), G1EE(열림), G2E(열림), FCE(30ml/min), G3E(열림)
L계열:G1CL(열림), G1EL(닫힘), G2L(열림), FCL(150ml/min), G3L(열림)
P계열:G1CP(닫힘), G1EP(열림), G2P(열림), FCP(150ml/min), G3P(열림)
챔버 공급 가스 밸브 :GCF1, GCF2(열림)
배기 폐기 가스 밸브 :GEF1, GEF2(열림)
이상의 제어에 의해, 도 9에 나타내는 바와 같이, 스텝 S102와 동일한 상태로 되돌아간다. 지연성 블록 측에서는, 퍼지 가스 L(Ar)이 챔버 공급 라인에 잔류하는 프로세스 가스 P(Cl2)를 배관 내로부터 퍼지한다. 챔버(3) 내의 잔류 가스도 퍼지된다.
다음으로, 도 5의 스텝 S105에 있어서, 2회째의 가스 공급2를 행한다. 이러한 경우, 밸브의 개폐와 유량 컨트롤러의 조정 유량은, 이하와 같이 제어한다. 단, 가스의 제어 압력은 200Pa이고, 스텝 시간은 0.5초이다.
A계열:G1CA(닫힘), G1EA(열림), G2A(열림), FCA(150ml/min), G3A(열림)
D계열: G2D(열림), FCD(120ml/min), G3D(열림)
E계열:G1CE(열림), G1EE(닫힘), G2E(열림), FCE(30ml/min), G3E(열림)
L계열:G1CL(열림), G1EL(닫힘), G2L(열림), FCL(150ml/min), G3L(열림)
P계열:G1CP(닫힘), G1EP(열림), G2P(열림), FCP(150ml/min), G3P(열림)
챔버 공급 가스 밸브 :GCF1, GCF2(열림)
배기 폐기 가스 밸브 :GEF1, GEF2(열림)
이상의 제어에 의해, 도 10에 나타내는 바와 같이, 희석 프로세스 가스 D(Ar)로 희석된 프로세스 가스 E(CH4)가 챔버 공급 라인을 통해 챔버(3)에 제공되어 가스 처리(표면 부착)를 행함과 함께, 퍼지 가스 A(Ar)가 배기 라인을 퍼지해서, 배기계로부터의 역류를 방지한다. 한쪽 지연성 블록 측은, 스텝 S104의 상태를 유지하고 있다.
다음으로, 도 5의 스텝 S106에 있어서, 2회째의 퍼지2를 행한다. 이러한 경우, 밸브의 개폐와 유량 컨트롤러의 조정 유량은, 이하와 같이 제어한다. 단, 가스의 제어 압력은 200Pa이고, 스텝 시간은 9.8초이다.
A계열:G1CA(열림), G1EA(닫힘), G2A(열림), FCA(150ml/min), G3A(열림)
D계열: G2D(열림), FCD(120ml/min), G3D(열림)
E계열:G1CE(닫힘), G1EE(열림), G2E(열림), FCE(30ml/min), G3E(열림)
L계열:G1CL(열림), G1EL(닫힘), G2L(열림), FCL(150ml/min), G3L(열림)
P계열:G1CP(닫힘), G1EP(열림), G2P(열림), FCP(150ml/min), G3P(열림)
챔버 공급 가스 밸브 :GCF1, GCF2(열림)
배기 폐기 가스 밸브 :GEF1, GEF2(열림)
이상의 제어에 의해, 도 11에 나타내는 바와 같이, 스텝 S104와 마찬가지로 제어된다. 이 동안에, 할로겐 램프(10)를 일정 시간(약 5초) 이동시키고, 피가공물(1)인 웨이퍼를 가온하여 반응을 촉진시켜서 휘발성이 높은 반응 생성물을 발생시켜 비산시키는 것으로 에칭이 진행한다.
이와 같이, 가스의 공급량을 제어함으로써 반응을 제어하고, 원하는 에칭량으로 될 때까지 스텝 S103~S106을 순서대로 반복해서 실행한다. 1사이클의 소요 시간은, 본 실시형태에 있어서는 약 15초였다.
다음으로, 사이클릭한 가스 공급에 의한 에칭이 종료되면, 도 5의 스텝 S107에 있어서, 후처리를 행한다. 이러한 경우, 밸브의 개폐와 유량 컨트롤러의 조정 유량은, 이하와 같이 제어한다. 단, 가스의 제어 압력은 200Pa이다.
A계열:G1CA(열림), G1EA(열림), G2A(열림), FCA(300ml/min), G3A(열림)
D계열: G2D(닫힘), FCD(0ml/min), G3D(닫힘)
E계열:G1CE(닫힘), G1EE(닫힘), G2E(닫힘), FCE(0ml/min), G3E(닫힘)
L계열:G1CL(열림), G1EL(열림), G2L(열림), FCL(300ml/min), G3L(열림)
P계열:G1CP(닫힘), G1EP(닫힘), G2P(닫힘), FCP(0ml/min), G3P(닫힘)
챔버 공급 가스 밸브 :GCF1, GCF2(열림)
배기 폐기 가스 밸브 :GEF1, GEF2(닫힘)
이상의 제어에 의해, 도 12에 나타내는 바와 같이, 퍼지 가스 A(Ar), 퍼지 가스 L(Ar)이 챔버 라인을 통해 챔버(3)에 공급되며 퍼지를 행함과 함께, 배기 라인 중에 잔류한 프로세스 가스 E(CH4), 프로세스 가스 P(Cl2)를 퍼지할 수 있다. 이 동안에, 피가공물(1)인 웨이퍼의 온도 조정 등을 실시해도 된다.
피가공물(1)인 웨이퍼의 처리가 모두 끝나면, 스텝 S101에 있어서의 반출을 위한 가스 유량의 제어를 실시한다. 이 상태는 도 6과 마찬가지로 이미 기술한 바와 같다.
[실시형태 2]
다른 실시형태에 대해 도 13을 사용해서 설명한다. 본 실시형태가, 도 1에 나타내는 실시형태와 다른 점은, 밸브의 설치 태양이다. 구체적으로는, 배기 라인으로 프로세스 가스를 흘리기 위한 특수 3방향 밸브인 밸브 G1EC', G1EE', G1EF', G1EN', G1EP', G1EＱ'에 있어서, 반 다이어프램 측을 배기 라인의 집합 배관에 접속하고 있다.
이들 밸브에서는, 다이어프램 측에 프로세스 가스를 유도하고, 그로부터 G1C＊ 밸브의 반 다이어프램 측으로 가스를 송출하고 있다. 이들 밸브가 구동하여 열리면, 반 다이어프램 측으로 프로세스 가스를 유도하고, 베이스(35)에서 형성된 폐기 가스 배기 라인의 집합 배관에 합류시키고 있다. 따라서 집합 배관에는 모식도인 도 13으로부터도 명확한 바와 같이, 가지 배관에 의한 데드 스페이스가 존재한다. 폐기 가스의 집합 배관에 있어서의 데드 스페이스를 허용할 수 있는 경우는, 이 도 13의 구성으로 해도 된다.
1： 피가공물 2： 스테이지
3： 챔버 4： 가스 분산실
5： 천판 6a, 6b, 6c： 스페이서
7a, 7b： 가스 분산판 8： 샤워 플레이트
9a, 9b： 노즐 10： 할로겐 램프
11： 투과 창 15： 게이트 밸브
16： 게이트 밸브 구동축 20a, 20b： 배기구
20： 배기 배관 21： 압력 조정 밸브
22： 메인 밸브 25： 드라이 펌프
26： 접속 배관 27： 배기 배관
28： 압력계(챔버 라인용) 29： 압력계(배기 라인용)
30： 가스 박스 35： 베이스
38： 압력계(가연성/챔버 라인 집합 배관)
39： 압력계(가연성/배기 라인 집합 배관)
48： 압력계(지연성/챔버 라인 집합 배관)
49： 압력계(지연성/배기 라인 집합 배관)
42： 빈 포트 43： 빈 포트

Claims (13)

  1. 시료가 처리되는 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급 장치에 있어서,
    퍼지용 가스와 처리용 가스를 포함하는 복수 종의 가스의 가스원의 각각에 접속된 포트와,
    상기 포트로부터 공급된 상기 복수 종의 가스의 각각이 합류하여 흐르는 집합 배관을 구비하고,
    상기 퍼지용 가스의 가스원에 접속된 포트로부터 공급된 가스가 흐르는 가스 유로가 상기 집합 배관의 최상류 측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    다이어프램에 의해 개폐 동작을 행하는 3방향 밸브가 상기 집합 배관 상에 배치되고,
    상기 3방향 밸브는, 가스 흐름을 차단하지 않고 가스가 통과할 수 있는 다이어프램 측의 가스 유로에서 상기 집합 배관 자체를 형성하고,
    상기 3방향 밸브의 다이어프램의 열림의 동작에 의해 유출시키는 상기 처리용 가스를 상기 집합 배관에 합류시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 퍼지용 가스를 유출시키는 최상류의 가스 밸브는, 다이어프램의 열림의 동작에 의해 유량 제어 완료의 퍼지 가스를 다이어프램 측으로부터 반(反) 다이어프램 측으로 유출시키는 방향으로 배치되고, 상기 처리용 가스가 상기 집합 배관에 유출했을 때의 접(接)가스부를 다이어프램의 중앙 가압부만으로 해서, 상기 집합 배관의 최상류 종단으로서, 데드 볼륨을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    다이어프램에 의해 개폐 동작을 행하는 3방향 밸브와, 처리용 가스의 유량 제어기와, 당해 처리용 가스를 희석하는 희석 가스의 유량 제어기를 개별적으로 갖고,
    처리용 가스의 유량 제어를 행하기 위해, 상기 3방향 밸브에는, 다이어프램 측에 가스 흐름을 차단하지 않고 희석 가스가 통과할 수 있는 가스 유로가 형성되어 있고, 상기 3방향 밸브의 다이어프램의 열림의 동작에 의해 처리용 가스를 유출시켜서 상기 희석 가스가 통과할 수 있는 상기 가스 유로에 합류시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 희석 가스를 유출시키는 상기 유량 제어기의 하류의 가스 밸브는, 유량 제어 완료의 희석 가스를 다이어프램 측으로부터 반 다이어프램 측으로 유출시키는 방향으로 배치되고, 상기 가스 유로에 합류된 상기 처리용 가스의 접가스부를 다이어프램의 중앙 가압부만으로 해서, 상기 가스 유로의 최상류 종단으로서, 데드 볼륨을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 집합 배관은, 상기 퍼지용 가스와 상기 처리용 가스를 상기 처리실에 공급하는 제1 가스 라인과, 상기 퍼지용 가스와 상기 처리용 가스를 배기하는 제2 가스 라인을 별개로 설치한 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    공통의 상기 집합 배관 내, 및 가스를 공급하는 공통의 공급 배관 내에서 혼합할 수 없는 가스종마다 가스 공급 블록을 형성하고, 상기 집합 배관은 각각의 가스 공급 블록마다 설치된 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  8. 제1항에 기재된 가스 공급 장치와, 상기 가스 공급 장치로부터 가스를 공급받는 처리실을 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.
  9. 제7항에 기재된 가스 공급 장치를 사용한 가스 공급 방법에 있어서,
    상기 시료의 프로세스 처리 중은, 모든 상기 가스 공급 블록의 상기 처리실에 공급하는 측의 상기 집합 배관의 상류 측으로부터 항상 퍼지용 가스를 흘려보내고, 소정의 처리용 가스를 각 처리 스텝의 진행 상황에 따라서, 상기 집합 배관을 형성하는 각 처리용 가스의 밸브의 개폐로 사용하는 가스종을 선택하면서 처리를 실시함에 의해, 어느 상기 가스 공급 블록의 상기 처리실에의 공급 배관에도, 항상 가스를 흘려보내는 것을 특징으로 하는 가스 공급 방법.
  10. 제7항에 기재된 가스 공급 장치를 사용한 가스 공급 방법에 있어서,
    상기 가스 공급 블록에서 간헐적으로 가스를 상기 처리실에 공급할 경우에 있어서, 상기 퍼지용 가스 및 사용하는 가스종의 유량 제어기에 의해 항상 가스의 유량 제어를 시키면서, 상기 처리실에 이르는 공급 배관에 연결되는 상기 집합 배관에 배설(配設)한 밸브, 또는 폐기 가스를 위해 배기계에 연결되는 상기 집합 배관에 배치한 밸브를 번갈아 개폐해서, 상기 처리실에의 당해 가스의 간헐 공급을 행하고, 또한 상기 집합 배관의 최상류에 배설한 상기 퍼지용 가스용의 밸브로부터, 당해 가스의 공급 배관과는 다른 공급 배관 측에 상기 퍼지용 가스를 흘려보내는 것에 의해, 양쪽의 상기 집합 배관, 양쪽의 상기 공급 배관에 항상 가스를 흘려보내는 것을 특징으로 하는 가스 공급 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 처리용 가스를 간헐 공급하는 상기 가스 공급 블록이 2개 이상 존재하고, 각각의 상기 가스 공급 블록으로부터 공급되는 상기 처리용 가스가 상기 처리실, 또는 상기 배기계에 대해 동시에 공급되지 않도록, 상기 집합 배관을 형성하고 있는 상기 처리용 가스의 공급 밸브의 동시 개폐를 금지하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 방법.
  12. 제1항에 기재된 가스 공급 장치를 사용한 가스 공급 방법에 있어서,
    상기 집합 배관의 최상류로부터 상기 퍼지용 가스를 공급하면서, 상기 처리용 가스를 상기 집합 배관의 도중에 유출시키는 것을 특징으로 하는 가스 공급 방법.
  13. 제1항에 기재된 가스 공급 장치를 사용한 가스 공급 방법에 있어서,
    상기 시료의 처리 후, 상기 처리용 가스의 공급을 멈추고, 상기 퍼지용 가스를 상기 처리실에 공급하는 공급 배관, 배기계에 동시에 흘려보내는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 공급 방법.
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