WO2008047704A1

WO2008047704A1 - Procédé de fabrication d'un dispositif électronique utilisant un système de traitement à réacteur à plasma

Info

Publication number: WO2008047704A1
Application number: PCT/JP2007/069937
Authority: WO
Inventors: Yoshinori Inoue; Sadaharu Morishita; Tadahiro Ohmi
Original assignee: Omron Corporation; Tohoku University
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2008-04-24
Also published as: KR20090068221A; US20100093111A1; EP2073253A1

Description

明細書

プラズマ反応炉処理システムを用レ、た電子装置の製造方法

技術分野

[0001] この発明は、液晶デバイスや半導体デバイス等の電子装置の製造に好適なプラズマ反応炉処理システムを用いた電子装置の製造方法に関する。

背景技術

[0002] この種のプラズマ反応炉処理システムは、プラズマ発生器（例えば、平行平板型電極方式、マイクロ波アンテナ方式等々）を内蔵するプロセスチャンバと、 1種又は 2種以上の不活性ガス源（例えば、 Ar, Kr, Xe等々）のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶ不活性ガスの供給管路と、 1種又は 2種以上のプロセスガス源（例えば、 H2, 02 , NF3, C12, SiC14, HBr, SF6, C5F8, CF4等々）のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、プロセスチャンバと排気ポンプとを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有してレ、る。

[0003] 各不活性ガス及び各プロセスガスの供給管路のそれぞれには、その管路を流れるガスの流量を設定された値に調整可能な流量調整器が介在されると共に、チャンバ内ガスの排出管路には、与えられた圧力設定値と圧力計測部を介して計測された圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器とが介在されて!/、る。

[0004] ところで、この種のプラズマ反応炉処理システムにおいては、プロセスの開始時、プ口セスの途中、プロセスの終了時においては、プロセスチャンバ内雰囲気の濃度変更が必要とされる。例えば、プロセスの開始時においては、不活性ガス（希釈ガス）の単独雰囲気から不活性ガスと 1種又は 2種以上のプロセスガスとの混合雰囲気への濃度変更が必要とされる。また、プロセスの途中においては、不活性ガスとプロセスガスとのある濃度の混合雰囲気から別の濃度の混合雰囲気又はガス種の異なる混合雰囲気への濃度変更が必要とされる場合がある。さらに、プロセスの終了時にあっては、不活性ガスとプロセスガスとの混合雰囲気から不活性ガスの単独雰囲気への濃度変更が必要とされる。 [0005] 一般に、この濃度変更は、各成分ガスの供給管路のそれぞれに介在された流量調整器に対して新たな流量設定値を与えることにより実現される。従来、このような目的に使用される流量調整器としては、ガス供給開始直後に過剰流量が生じがちな温度分布式のものが採用されていたため、プロセスチャンバ内の圧力が整定するまでに時間力 Sかかると言う問題点があった。

[0006] 斯カ、る問題点は、流量調整器として圧力制御型流量調整器を採用することにより解決された（特許文献 1参照）。すなわち、圧力制御型流量調整器は、与えられた流量設定値と圧力計測部を介して計測された流体圧力に対応する流量検出値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有するもので、ガス供給開始直後から流量設定値通りの流量が得られる。

[0007] 一方、流量調整器として圧力制御型流量調整器を採用したとしても、各成分ガスの流量調整器に対して新たな流量設定値を与えて流量を変化させると、プロセスチャンバ内ガスの排出管路に圧力制御器が介在されていたとしても、プロセスチャンバ内には比較的に大きな圧力変動が生ずると言う問題点があった。

[0008] 斯かる問題点は、プロセスチャンバ内ガスの排出管路に介在された開度可変型流体制御弁又は排気速度可変型排気ポンプにより、圧力制御型流量調整器による流量変更と連動して、排気量を瞬時に変更 (増大)することで解決された（特許文献 2参昭）

特許文献 1 :特開 2000— 200780号公報

特許文献 2：特開 2002— 203795号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] しかし、特許文献 2に記載されたプラズマ反応炉処理システムを用いた電子装置の製造方法にあっても、流れ易さや排気され易さは各ガス種毎に異なることから、圧力制御型流量調整器による流量変更と連動して、排気量を瞬時に変更したとしても、圧力制御型流量調整器による流量変更に起因するプロセスチャンバ内の圧力変動を完全に吸収することはできなレ、とレ、う問題点があった。

[0010] この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、プロセスの開始時、プロセスの途中、プロセスの終了時等々において、プロセスチヤンバ内雰囲気の濃度を瞬時に変更可能として、液晶デバイスや半導体デバイスの生産に必要なプラズマ反応処理プロセスを高い生産性で低コストに実現できるようにしたプラズマ反応炉処理システムを用いた電子装置の製造方法を提供することにあ

[0011] この発明の他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記載を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。

課題を解決するための手段

[0012] 上記の発明が解決しょうとする課題は、つぎのような構成よりなるプラズマ反応炉処理システムを用いた電子装置の製造方法により解決することができる。

[0013] すなわち、この電子装置の製造方法が適用されるプラズマ反応炉処理システムは、プラズマ発生器を内蔵するプロセスチャンバ（プラズマ反応炉本体）と、 1種又は 2種以上の不活性ガス源のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶ不活性ガスの供給管路と、 1種又は 2種以上のプロセスガス源のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、プロセスチャンバと排気ポンプとを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有する。

[0014] 本発明は、このようなプラズマ反応炉処理システムにおいて、プロセスチャンバ内におけるプロセスガスの濃度変更のために、各成分ガスの供給管路に介在された前記圧力制御型流量調整器に対して新たな流量設定値を与える第 1のステップを有し、かつ前記第 1のステップにおいて、各流量調整器に対して与えられる新たな流量設定^ Iのそれぞれは、濃度変更の前後で総流量が同一となることを条件として、想定される変更後のプロセスガス濃度から逆算することにより求められた値とされている加えて、チャンバ内ガスの排出管路には、与えられた圧力設定値と圧力計測部を介して計測された圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する第 1の動作モードを有する圧力制御器が介在される。

[0015] このような構成によれば、プロセスガスの濃度変更に際して、各成分ガスの供給管路に介在された流量調整器に対して与えられる新たな流量設定値は、濃度変更の前後で総流！^直が同一となることを条件として、想定される変更後のプロセスガス濃度から逆算することにより求められた値とされるから、各成分ガスの供給管路に介在された流量調整器により流量変更を行ったとしても、流量変更分は互いに相殺されて、プロセスチャンバ内に圧力変動は生じないか、圧力変動が生ずるとしてもそれは僅かの値に留まることとなる。そのため、その程度の圧力変動であれば、チャンバ内ガスの排出管路に介在された圧力制御器が作用して、チャンバ内圧力の変動は直ちに整定される。

[0016] 好ましい実施の形態においては、前記第 1のステップにおいて、各流量調整器に対して与えられる新たな流量設定値のそれぞれには、変更開始から所定の第 1の微少時間に限り、変更後に減少する成分ガスについては減少方向の超過分が、変更後に増加する成分ガスについては増加方向の超過分力それぞれ加算されており、かつ減少方向の超過分総量と増加方向の超過分総量とは等しくなるように設定されている。このとき、第 1の微少時間は、 2秒以下であることが好ましい。

[0017] このような構成によれば、変更開始から所定の微少時間に限り、各流量調整器による流量値は、目的とする増加目標値を超過して増加、又は目的とする減少目標値を超過して減少するから、プロセスチャンバの容量が比較的に大きい場合にも、プロセスチャンバ内雰囲気の濃度は濃度変更開始から速やかに目標濃度に到達して、その後、整定されることとなる。しかも、流量が超過する期間にあっても、減少方向の超過分総量と増加方向の超過分総量とは等しくなるように設定されているため、それらの超過総領同士は互いに相殺されて、圧力変動に寄与することはない。

[0018] 本発明のさらに好ましい実施の形態においては、前記チャンバ内ガスの排出管路に介在された圧力制御器は、与えられた開度設定値と開度現在値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する第 2の動作モードをさらに有し、かつ前記排出管路に介在された圧力制御器を、変更開始から所定の第 2の微少時間に限り、前記第 1の動作モードから前記第 2の動作モードへと切り替え、かつ変更直後の圧力変動を緩和すべく経験的に求められた弁開度設定値を与える第 2のステップをさらに有する。このとき、第 2の微少時間は、 3秒以下であることが好ましい。

[0019] このような構成によれば、各成分ガスの供給管路に介在された流量調整器に対して与えられる新たな流量設定値は、濃度変更の前後で総流量値が同一となることを条件として、想定される変更後のプロセスガス濃度から逆算することにより求められた値であっても、ガス種毎に流れ易さの相違や排気のされ易さの相違により、プロセスチャンバ内に圧力変動が生ずる場合には、排出管路に介在された圧力制御器は、変更開始から所定の微少時間に限り、第 1の動作モードから第 2の動作モードに切り替えられると共に、変更直後の圧力変動を緩和すべく経験的に求められた弁開度設定値が与えられるため、そのようなガス種に起因する圧力変動については、弁開度が瞬時に追従することで、忽ちにして緩和される。

[0020] 本発明に係る製造装置の特徴であるプロセスガスの濃度変更は、プロセス開始時、プロセス途中、又はプロセス終了時のプロセスガスの濃度変更のいずれにも適用が可能であることは言うまでもな!/、。

[0021] このように本発明にあっては、反応炉内に導入されたプロセスガスを直ちにプラズマ化してプラズマ反応処理に寄与させることができるから、プロセスガスの利用効率が向上して、その分製造コストが低下する。加えて、反応処理開始前の待ち時間も大幅に減少させることが可能であるから、工程の TAT(Tum-Around Time)の短縮化により生産性も向上する。

[0022] また、プラズマ反応処理の完了と共に、直ちにプロセスガスの供給を停止し、その後、速やかにプラズマ発生器に対するプラズマ発生停止指令を与えることができるから、プラズマ反応に寄与しないプロセスガスが無駄に使用されることを防止して、プロセスガスの利用効率の向上を通じて製造コストの低下を図ることができる。

[0023] また、反応処理終了後の待ち時間も大幅に減少させることが可能であるから、工程の TAT(Turn-Around Time)の短縮化により生産性も向上する。

[0024] また、供給されたプロセスガスは直ちにプラズマ反応処理に寄与することに加え、プラズマ反応処理開始に際して、電力が無駄に消費されることがなぐこれにより生産性の向上とプロセスガスの節減に加えて、電力エネルギーの節減を通じて、低コスト化を極限まで追求することができる。

[0025] さらに、電力が絶たれてプラズマ反応処理が終了すると共に、プロセスガスの供給も停止されるため、プロセスガスが無駄に消費されることがなぐこれにより生産性の向上とプロセスガスの節減に加えて、電力エネルギーの節減を通じて、低コスト化を極限まで追求することができる。

発明の効果

[0026] 本発明によれば、プロセスガスの濃度変更に際して、各成分ガスの供給管路に介在された流量調整器に対して与えられる新たな流量設定値は、濃度変更の前後で総流！^直が同一となることを条件として、想定される変更後のプロセスガス濃度から逆算することにより求められた値とされるから、各成分ガスの供給管路に介在された流量調整器により流量変更を行ったとしても、流量変更分は互いに相殺されて、プロセスチャンバ内に圧力変動は生じないか、圧力変動が生ずるとしてもそれは僅かの値に留まることとなる。そのため、その程度の圧力変動であれば、チャンバ内ガスの排出管路に介在された圧力制御器が作用して、チャンバ内圧力の変動は直ちに整定される。

発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下に、本発明に係るプラズマ反応炉処理システムを用いた電子装置の製造方法の好適な実施の一形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

[0028] プラズマ反応炉システムの全体構成図が図 1に示されている。同図に示されるように、このプラズマ反応炉処理システム 100は、プラズマ発生器 laを内蔵するプロセスチャンバ 1と、 1種又は 2種以上の不活性ガス源（この例では、 Ar, Kr, Xe)のそれぞれとプロセスチャンバ 1とを結ぶ不活性ガスの供給管路と、 1種又は 2種以上のプロセスガス源（この例では、 H2, 02, NF3, C12, SiC14, HBr, SF6, C5F8, CF4)のそれぞれとプロセスチャンバ 1とを結ぶプロセスガスの供給管路と、プロセスチャンバ 1と排気ポンプ (Pump) 5とを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有する。

[0029] 不活性ガスの供給管路及びプロセスガスの供給管路のそれぞれには、与えられた流量設定値と圧力計測部を介して計測された流体圧力に対応する流量検出値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御型の流量調整器として機能するフロー'コントロール 'システム（以下、 FCSと言う )が介在されている。

[0030] より具体的に説明すると、 Arガスの供給管路は、上段シャワープレートへの導入用ポート 2へと向力、う第 1の供給管路と、下段シャワープレートへの導入用ポート 3へと向力、う第 2の供給管路とに分岐されている。そして、第 1の供給管路には、手動弁 M VI I、 FCS11 ,ストップ弁として機能する電磁弁 S VI Iが介在され、第 2の供給管路には、手動弁 MV9、 FCS9、電磁弁 SV9か介在されている。したがって、 FCS11 , 及び/又は、 FCS9の流量設定値を操作することで、 Arガスの流量を制御可能とされている。

[0031] Krガス及び Xeガスの供給経路についても同様である。したがって、 FCS10、及び /又は、 FCS8の流量設定値を操作することで、 Krガス又は Xeガスの流量を制御可能とされている。

[0032] H2ガスの供給管路は、そのまま、下段シャワープレートへのガス導入用ポート 3へと繋がれており、この管路には、手動弁 MV7、 FCS7、電磁弁 SV7が介在されている。したがって、 FCS7の流量設定値を操作することで、 H2ガスの流量を制御可能とされている。

[0033] HBrガス、 SF6ガス、 C5F8ガスの供給管路についても同様である。したがって、 F CS2又は FCS3の流量設定値を操作することで、 HBrガス、 SF6ガス、 C5F8ガスの流量を制御可能とされて!/、る。

[0034] 02ガスの供給管路は、手動弁 MV6、 FSC6、電磁弁 SV6を経由したのち、上段シャワープレートへの導入用ポート 2へと向かう第 1の供給管路と、下段シャワープレートへの導入用ポート 3へと向力、う第 2の供給管路とに分岐されている。そして、第 1の供給管路には手動弁 MV62が介在され、第 2の供給管路には手動弁 MV61が介在されている。したがって、 FCS6の流量設定値を操作することで、 02ガスの流量を制御可能とされている。

[0035] NF3ガス、 C12ガス、 SiC14ガスの供給管路についても同様である。したがって、 FC S 5又は FCS4の流量設定値を操作することで、 NF3ガス、 C12ガス、 SiC14ガスの流量を制御可能とされている。

[0036] 圧力制御型流量調整器として機能する FCSの概略構成図が図 2 (a)に示されている。同図に示されるように、 FCSは制御部 51と、制御弁 52と、圧力計測部 53と、オリフィス 54とを有する。制御部 51内には、図示を省略するが、増幅回路と、流量演算回路と、比較回路と、弁駆動回路とが含まれている（特開 2003— 203789、図 3参照 )。圧力計測部 53の計測信号は増幅回路にて増幅されたのち、流量演算回路にて対応する流量検出信号に変換される。この流量検出信号は比較回路にて流量設定信号と比較され、それらの偏差信号が求められる。弁駆動回路は、その偏差信号の値が減少する方向へと制御弁 52の開度を制御する。

[0037] この FCSは、上流の圧力 P1が下流の圧力 P2の 2倍以上であれば、流体は音速域になり、上流側の圧力に比例する、と言う原理を利用したもので、上流の圧力 P1を調整することにより流量を制御するため、ガス供給直後でも目標通りのガス流量が瞬時に供給可能である。このような機能を有する FSCとしては、様々なメーカから種々の製品が市販されており、一例としては、株式会社フジキン製の型式 FCS— 4WS— 7 98 -F3L,型式 FCS— 4WS— 798— F500、型式 FCS— 4WS— 798— F1600等を挙げること力 Sでさる。

[0038] 一方、チャンバ内ガスの排出管路には、与えられた圧力設定値と圧力計測部を介して計測された圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器として機能するオート'プレツシャ'コントローラ（以下、 APCと言う） 4が介在されて!/、る。

[0039] APC4の概略構成図が図 2 (b)に示されている。同図に示されるように、 APCは制御部 41と制御弁 42とを内蔵する。制御部 41は、与えられた圧力設定値とプロセスチヤンバに取り付けられた圧力計測部 43を介して計測された圧力計測値との偏差が減少する方向へと制御弁 42の開度を自動的に変更する第 1の動作モード (圧力設定モード）と、与えられた開度設定値と開度現在値との偏差が減少する方向へと制御弁 4 2の開度を自動的に変更する第 2の動作モード（開度設定モード）とを有する。このような機能を有する APCとしては、様々なメーカから種々の製品が市販されており、一例としては、 VAT SKK VACUUM LTD社製の型式コントローラ PM— 3,コントローラバルブ F61— 87665— 18等を挙げることができる。

[0040] プラズマ発生器の構成例が図 3に示されている。プラズマ発生器 laとしては、平行平板型電極方式のものと、マイクロ波アンテナ方式のものとが挙げられる。

[0041] 平行平板型電極方式のプラズマ発生器は、図 3 (a)に示されるように、平行平板型電極 (プラズマ励起電極 112と電極 113とで構成される）と、それに高周波電力を供給するための RF電源 7、 8 (図 1参照）と、プロセス用ガス等を供給するシャワープレート 115と、それらを収容するチャンバ 111とにより構成される。そして、供給されたプ口セス用ガスに平行平板電極により高周波を印加することで、プロセス用ガスは励起されてプラズマ状態となる。一方、マイクロ波アンテナ方式のプラズマ発生器は、図 3 (b)に示されるように、高周波電力を利用する代わりに、マイクロ波駆動回路 117でセス用ガスを励起するものである。いずれのプラズマ発生器においても、プラズマ電源（RF電源 7, 8やマイクロ波電源 6等々）をオンオフすることにより、プラズマの発生又は停止を制卸すること力 Sでさる。

[0042] 図 1に戻って、プラズマ反応炉処理システムに含まれる FCS；!〜 11、電磁弁 SV1 〜SV11、 APC4、マイクロ波電源 6、 RF電源 7, 8の制御は、この例にあっては、プログラマブル'コントローラ（以下、 PLCと言う） 9を使用して行われる。 PLC9は、通信 11を介して、操作'表示部として機能するプログラマブル'ターミナル（以下、 PTと言う） 10と繋がれている。

[0043] すなわち、 PLC9と FCS；!〜 FCS11との間は、 DA/ADユニットを含む PLCインタフェース 9aを介して接続される。 PLC9と電磁弁 SV；!〜 SV11との間は、 DOユニットを含む PLCインタフェース 9bを介して接続される。 PLC9とマイクロ波電源 6との間は、 DA/ADユニットや DO/DIユニットを含む PLCインタフェース 9cを介して接続される。 PLC9と APC4との間は、 RS232Cを含む PLCインタフェース 9dを介して接続される。さらに、 PLC9と RF電源、7, 8との間は、 DA/ADユニットや DO/DIユニットを含む PLCインタフェース 9eを介して接続される。そして、 PLC9は、後述する図 11 のフローチャートに示される処理を、ユーザプログラムを介して実行することにより、本発明の製造方法を実現する。

[0044] 次に、本発明に係るプラズマ反応炉処理システムを用いた電子装置の製造方法の要部である濃度変更制御について説明する。本発明方法の特徴とするところは、プロセスガスの濃度変更に際して、各成分ガスの供給管路に介在された FCS (圧力制御型流量調整器）に対して与えられる新たな流量設定値として、濃度変更の前後で総流！^直が同一となることを条件として、想定される変更後のプロセスガス濃度から逆算することにより求められた値を採用することにある。

[0045] 本発明の濃度変更制御の説明図が図 4に示されている。今仮に、濃度変更前のプロセスガス濃度を A1 (例えば、 0%)、プロセスガス供給量を F11 (例えば、 Osccm)、不活性ガス供給量を F21 (例えば、 420s_CCm)とし、濃度変更後のプロセスガス濃度を A2 (例えば、 24%)、プロセスガス供給量を F13 (例えば、 lOOsccm)、不活性ガス供給量を F23 (例えば、 320sccm)とすると、本発明の濃度変更制御にあっては、各成分ガスの供給管路に介在された FCS (圧力制御型流量調整器）に対して与えられる新たな流量設定値 (F13, F23)として、濃度変更の前後で総流量値が同一（F1 1 + F21 =F13 + F23 = K)となることを条件として、想定される変更後のプロセスガス濃度（A2)力も逆算することにより求められた値（F13=A2 X K, F23= (1— A2) X K)を採用する。

[0046] このようにして求められた流量設定値（F13, F23)を各 FCSに与えれば、濃度変更の前後において、チャンバ内総流量は原理的に増加しないから、濃度変更に際してプロセスチャンバ内の圧力が大きく変動（増カロ）することはなくなり、チャンバ内圧力は瞬時に整定する箬である。

[0047] もっとも、このような方法を一律に採用すると、濃度変更前後における各ガスの流量変動幅が制限されることから、ガス種による流れ難さやプロセスチャンバの容量が大きい場合などにあっては、目的とするプロセスガス濃度に達するまでに時間が掛かり、結局、プロセス開始に遅れを生ずる。

[0048] そこで、この例にあっては、個々の成分ガスの新たな流量設定値には、変更開始から所定の微少時間（A t)に限り、変更後に減少する成分ガスについては減少方向の超過分（一 A F)を、変更後に増加する成分ガスについては増加方向の超過分（+ Δ F)を、それぞれ加算すると共に、減少方向の超過分総量と増加方向の超過分総量とは等しくなるように設定している。

[0049] なお、減少方向の超過分総量と増加方向の超過分総量とが等しくなるという条件を満たせば、超過分は複数パルスで実現してもよい。複数パルスの一例として、超過分力 ¾パルスである場合の説明図が図 5に示されている。同図において、個々の成分ガスの新たな流量設定値は、先ず，変更開始から所定の微小時間（A tl)内においては、変更後に減少する成分ガスについては減少方向の超過分（一 A Fl)を、変更後に増加する成分ガスについては増加方向の超過分（+ A Fl)を、それぞれ加算すると共に、減少方向の超過分総量と増加方向の超過分総量とは等しくなるように設定される。さらに、その後の所定の微小時間（A t2)内においても、変更後に減少する成分ガスについては減少方向の超過分（一 A F2)を、変更後に増加する成分ガスについては増加方向の超過分（+ A F2)を、それぞれ加算すると共に、減少方向の超過分総量と増加方向の超過分総量とは等しくなるように設定される。

[0050] このような超過分加算方式によれば、濃度変更開始から所定の微少時間（ A t)に限っては、総流量は一定に維持しつつも、個々のガス種については大きな流量変動が生ずるため、目的とするプロセスガス濃度に達するまでの時間を短縮することができる。なお、図 5中（e)は、微小時間内における APCの開度を示したものである。なお、所定の微少時間（A t)としては、ガスの種類にもよる力 2秒以下が適切である。

[0051] 次に、本発明の濃度変更制御（図 4参照）による制御結果と従来の濃度変更制御による制御結果とを具体的なプラズマ反応炉処理システムを例に挙げて説明する。マイクロ波方式のプラズマ発生器（図 3 (b)参照）を使用して、プラズマ励起エツチングにより poly— Si膜をエッチングする。チャンバ容量は 53リットル、チャンバ内ガス流量は合計 420cc/minで、ガス種はプロセスガス種を HBr、プラズマ励起ガスを不活性ガスである Arとした。定常状態における HBr、Arの濃度比はそれぞれ 24%、 76 %を目標とした。また、プロセスチャンバ内目標圧力を 30mTorr、プラズマ発生用マイク口波は 2. 45GHz,自己バイアス電圧用高周波は 13. 56MHz、基板温度は 20 °C、プロセス処理反応時間は 30秒とした。

[0052] 本発明の濃度変更制御（図 4参照)使用時のガス濃度変化が図 6に、従来の濃度変更制御使用時のガス濃度変化が図 7にそれぞれ示されている。

[0053] 従来の濃度変更制御を使用した場合には、図 7に示されるように、時刻 t21にブラズマ電源を ONしたのち、時刻 t22にプロセスガスの供給を開始すると、その後、プロセスガスの濃度が整定する時刻 t23までには、約 7秒の時間が掛かる。したがって、この従来例にあっては、プロセスガス供給開始後、 RF電源をオンにして、プロセス処理反応を開始するまでには、ガス濃度及び圧力が整定するための待ち時間（約 7秒）が必要とされる。そして、この待ち時間中に供給されたプロセスガスは、プロセス処理反応に一切使用されずに、プロセスチャンバから排気され、無駄となる。

[0054] 本発明の濃度変更制御を使用した場合には、図 6に示されるように、時刻 ti lにプラズマ電源を ONしたのち、時刻 tl2にプロセスガスの供給を開始すると、その後、プロセスガスの濃度が整定する時刻 tl 3までには、約 1秒程度の時間しか掛からない。したがって、プロセスガス供給開始後、 RF電源をオンにして、プロセス処理反応を開始するまでには、ガス濃度及び圧力が整定するための待ち時間として約 1秒があれば足りること力 S判る。この整定時間はプロセスガス濃度の過渡状態に起因するエッチング、或いは成膜の不規則さがプロセスの目的に応じて許容範囲に収まる程度の短さであればよい。 RF電源のオンとプロセスガスの供給開始はほぼ同時 (例えば、プロセスガス濃度の変化開始力整定までの間に RFオンする等）にしてもよい。

[0055] このように、従来方法ではプロセス処理反応時間 30秒に対し、プロセス処理反応開始の待ち時間が 7秒と高比率であつたが、本発明方法では待ち時間力秒以下となり飛躍的に工程時間が短縮されるとともに、待ち時間中に供給されるプロセスガスが不要となるためプロセスガスの有効利用が可能となる。

[0056] なお、上述の例では、不活性ガスであるアルゴンガス (Ar)力、ら不活性ガスとプロセスガスとの混合気（Ar/HBr： 76対 24)へのガス切替が行われて、 poly— Siエッチングプロセスが開始されるように構成した力 S、これは本発明の一例に過ぎないものと理解されるべきである。

[0057] すなわち、本発明の濃度変更制御は、プロセスガス（A)からプロセスガス（B)への切替をプラズマ電源を投入したままの状態にて行う場合にも適用することができる。このようなプラズマ発生中のプロセスガス切替が行われると、処理対象となる基板上に、種類の異なる複数種の膜を積層成長されることが可能となる。また自己バイアス電圧を印加することにより、種類の異なる複数種の膜をエッチングすることも可能となる

〇

[0058] ところで、図 8に示されるように、チャンバ内に複数のガス種 (Ar、 HBr、 02)が存在する場合、それぞれのガスで流量が等しいのにチャンバ一内圧力に差が見られる。これはガス種依存によるガスの流れ易さの違い、またはポンプへの排気の流れ易さの違いによるためである。ガス流量が同じでもガス種が違うとチャンバ一内圧力に差がみられるため、混合ガスにおいても総流量が同じでもガス比率が違うとチャンバ一内圧力に差が出てしまう。したがって、ガス種、ガス比率が変わる際に圧力を一定にする場合、たとえ総流量が一定でも、 APC4による圧力制御が必要になる。

[0059] すなわち、各成分ガスの供給管路に介在された FCS (圧力制御型流量調整器）に対して与えられる新たな流量設定値が、濃度変更の前後で総流量値が同一となることを条件として、想定される変更後のプロセスガス濃度から逆算することにより求められた値であっても、ガス種毎に流れ易さの相違や排気のされ易さの相違により、プロセスチャンバ内になおも圧力変動が生ずる場合が想定される。

[0060] このような場合には、排出管路に介在された APC4 (図 1参照）は、変更開始から所定の微少時間に限り、第 1の動作モード (圧力設定モード)から第 2の動作モード (弁開度設定モード）に切り替えられると共に、変更直後の圧力変動を緩和すべく経験的に求められた弁開度設定値が与えられるため、そのようなガス種に起因する圧力変動については、弁開度が瞬時に追従することで、忽ちにして緩和される。なお、ここで、第 1の動作モードから第 2の動作モードへと切り替えるのは、第 1の動作モード (圧力設定モード）よりも第 2の動作モード（弁開度設定モード）の方が、目的とする弁開度へと短時間で達することができるからである。

[0061] ここで、図 9及び図 10に示されるように、 APC4に内蔵される制御弁の開度とチャンバ内圧力と間には、チャンバ内ガス流量をパラメータとして、一定の関係が見られる。したがって、この関係を元に、また実験を繰り返すことにより、濃度変更直後の圧力変動を緩和するに必要な弁開度設定値を求め、こうして求められた弁開度設定値を、第 1の動作モードから第 2動作モードへと切り替えた上で、 APC4に与えるのである。

[0062] より具体的には、図 11に示されるように、時刻 t31においてプロセスガスの供給を開始 (濃度変更）すると共に、 APC4の動作モードを第 1の動作モード (圧力設定モード )から第 2の動作モード（弁開度設定モード）へと切り替え、同時に、変更直後の圧力変動を緩和すべく経験的に求められた弁開度設定値を APC4に与えるのである。

[0063] すると、ガス種の相違等に起因する濃度変更時の圧力変動は、第 1の動作モード（圧力設定モード）による緩や力、な整定を待つことなぐ第 2の動作モード (弁開度設定モード）により瞬時にかつ強制的に制定されることとなる。

[0064] そして、この第 2の動作モード（弁開度設定モード）による制御を併用すれば、各成分ガスの FCS (圧力制御型流量調整器）に対して与えられる新たな流量設定値を、濃度変更の前後で総流！^直が同一となることを条件として、想定される変更後のプロセスガス濃度から逆算することにより求められた値とする制御については、ガス種の相違を考慮することが不要となり、その分だけ制御の複雑さを回避することができる。なお、第 1の動作モードから第 2動作モードへと切り替え（時刻 t31)てから、第 1の動作モードに戻る（時刻 t32)までの時間、すなわち第 1の動作モードから第 2動作モードへと切り替えている微少時間としては、ガスの種類にもよる力 3秒以下が適切である。また、この切換えはガス流量値の変更と同時に行っても良いし、別のタイミングで fiつても良い。

[0065] 本発明が適用された製造方法（図 4及び図 11の制御を含む）の一例を示すフローチャートが図 12に示されている。この例にあっては、不活性ガスとしては Arが、またプロセスガスとしては HBrが採用されている。なお、このフローチャートで示される一連の処理は、 PLC9にて実現することができる。

[0066] 先ず、ステップ 1201では、 Arガスの FCSに対する Ar流量値設定が行われる。続くステップ 1202では、 Arガスバルブ（Arガスの FCSの二次側に介在された電磁弁）の開、及び、 APCに対する圧力設定 (第 1の動作モードにおける圧力設定）が同時に行われる。これにより、チャンバ内には Arガスが導入されかつその圧力は APCの第 1 の動作モード (圧力設定モード）の作用で所定圧力に整定される。

[0067] 続くステップ 1203では、マイクロ波電源 6に対するマイクロ波パワー値設定が行われる。続くステップ 1204では、マイクロ波パワー ON (マイクロ波電源の投入）が行われる。

[0068] 続くステップ 1205では、 HBrガスの FCSに対する HBr流量値設定（図 4の超過分

Δ Fを含む F12)、 Arガスの流量値変更（図 4の超過分 Δ Fを含む F22)、及び、 AP Cの開度設定 (第 2のモードにおける開度設定）が同時に行われる。続くステップ 120 6では、 HBrガスバルブ（HBrガスの FCSの二次側に介在された電磁弁）の開が行われる。

[0069] 続くステップ 1207では、 HBr流量値変更（図 4の F13)、及び、 Ar流量値変更（図 4 の F23)が同時に行われる。また、必要により、 APCの開度設定が行われる。このステツプ; 1207は必要により、図 5に示すように複数回実行される。続くステップ 1208では、 APC圧力設定（第 1のモードにおける圧力設定）が行われる。続くステップ 1209 では、 RF電源 7, 8に対する RFパワー値設定（下部電極に対する RFパワーの設定）が行われる。続くステップ 1210では、 RFパワー ONが行われる。これにより、プロセス開始の準備が完了する。その後、その時々のプロセス内容に合わせて、 RFパワー値の変更を行って、半導体製造プロセス又は液晶製造プロセス等々を実施する。

[0070] プロセスが完了したならば、続くステップ 1211において、 RFパワー OFFが行われ、ステップ 1212において、 HBrガスバルブ閉、及び、 Ar流量値変更が行われ、続くステップ 1213において、マイクロ波パワー OFFが行われる。続いてステップ 1214において、 Arガスバルブ閉、及び、 APC開度全開が行われる。

[0071] 以後、一連の製造工程が継続する限り（ステップ 1215で NO)、プロセスに応じて使用するプロセスガス（図 12において HBrに相当するガス）を切り替えながら、ステップ 1201〜ステップ 1214の処理が繰り返し実行される。一連の製造工程が終了したならば (ステップ 1215で YES)、処理は終了する。本発明の実施形態によれば、プロセスガス切り替え時においては、異なるプロセス処理を、反応を途中で停止することなく連続して行えるため、工程全体の時間短縮が図れる。

[0072] 上述のように、本発明の濃度変更処理を含む製造方法は、例えば、 PLC9を使用して、 FCS；!〜 FCS11、電磁弁 SV；!〜 SV11、 APC4、マイクロ波電源 6、 RF電源 7 , 8等々を適宜に制御することで実現することができる。

[0073] 最後に、本発明の効果を従来例と比較しつつ説明するためのフローチャートが図 1 3に示されている。

[0074] 図 13 (a)に示されるように、従来の製造方法にあっては、プロセスガスを供給開始（不活性ガスからプロセスガスへの切替）した後に（ステップ 1310)、プロセスチャンバ内のプロセスガスの濃度および圧力が目標値に安定するのを待ってから（ステップ 1 311)、プラズマ電源を ONさせてプロセス処理反応を開始する（ステップ 1312)。そして、プロセス処理反応終了時には、プラズマ電源を OFFしてプロセス処理反応を終了し（ステップ 1313)、その後にプロセスガスを供給停止（プロセスガスから不活性ガスへの切替）して（ステップ 1314)、プロセスチャンバ内のガス濃度および圧力が目標値に安定するまで、次工程のための処理（例えば、プロセスチャンバのドアを開けて基板を取り出すなど）を行わずに待つ（ステップ 1315)。この場合、チャンバ内のガス濃度および圧力の安定を待つ時間は何の処理も行われなレ、無駄な時間となつている。

[0075] これに対して、本発明では図 13 (b)に示されるように、プロセスガス供給開始 (ステップ 1320)とプラズマ電源 ON (ステップ 1321)をほぼ同時に行ってもよぐ同様にプラズマ電源 OFF (ステップ 1322)とプロセスガス供給停止（ステップ 1323)をほぼ同時に行ってもよい。従来と異なり、これが可能であるのは、プロセスチャンバ 1内でガス濃度は瞬時に目的値まで達して安定し、ガスを供給した瞬間からプロセス処理を実行することが可能であるためである。ここで、プロセスガスは、材料ガス（プロセスによつて生成される膜等の材料となるガス）と不活性ガスとの混合気である場合もあるし、材料ガスのみである場合もある。

[0076] また、本発明では図 13 (c)に示されるように、プロセスチャンバにおいてプラズマ電源を ONした後に (ステップ 1330)、プロセスガスを供給開始（不活性ガスからとプロセスガスへの切替）する（ステップ 1331)。そしてプロセス終了時にはプロセスガスを供給停止（プロセスガスから不活性ガスへの切替）してから（ステップ 1332)、プラズマ電源を OFFする（ステップ 1333)。従来と異なり、これが可能であるのは、プロセスチャンバ 1内でガス濃度は瞬時に目的値まで達して安定し、ガスを供給した瞬間からプロセス処理を実行することが可能であるためである。

[0077] このとき、プロセスガスの供給開始（不活性ガスからプロセスガスへの切替）とプラズマ電源 ONをほぼ同時に行ってもよぐ同様にプロセスガスの供給停止（プロセスガス力、ら不活性ガスへの切替）とプラズマ電源 OFFとをほぼ同時に行ってもよい。ここで、プロセスガスは、材料ガス（プロセスによって生成される膜等の材料となるガス）と不活性ガスとの混合気である場合もあるし、材料ガスのみである場合もある。

産業上の利用可能性 [0078] 本発明によれば、反応炉内に導入されたプロセスガスを直ちにプラズマ化してプラズマ反応処理に寄与させることができるから、プロセスガスの利用効率が向上して、その分製造コストが低下する。加えて、反応処理開始前の待ち時間も大幅に減少させることが可能であるから、工程の TAT(Tum_Around Time)の短縮化により生産性も向上する。

[0079] また、プラズマ反応処理の完了と共に、直ちにプロセスガスの供給を停止し、その後、速やかにプラズマ発生器に対するプラズマ発生停止指令を与えることができるから、プラズマ反応に寄与しないプロセスガスが無駄に使用されることを防止して、プロセスガスの利用効率の向上を通じて製造コストの低下を図ることができる。

[0080] また、反応処理終了後の待ち時間も大幅に減少させることが可能であるから、工程の TAT(Turn-Around Time)の短縮化により生産性も向上する。

[0081] また、供給されたプロセスガスは直ちにプラズマ反応処理に寄与することに加え、プラズマ反応処理開始に際して、電力が無駄に消費されることがなぐこれにより生産性の向上とプロセスガスの節減に加えて、電力エネルギーの節減を通じて、低コスト化を極限まで追求することができる。

[0082] さらに、電力が絶たれてプラズマ反応処理が終了と共に、プロセスガスの供給も停止されるため、プロセスガスが無駄に消費されることがなぐこれにより生産性の向上とプロセスガスの節減に加えて、電力エネルギーの節減を通じて、低コスト化を極限まで追求することができる。

[0083] 本発明のプラズマ反応炉処理システムを用いた電子装置の製造方法は、半導体装置、太陽電池、大型平面ディスプレイ装置 (液晶表示装置や有機 EL表示装置等）、その他の電子装置の製造にお!/、て、基板のプラズマ反応処理 (プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ CVD処理、プラズマエッチング処理、プラズマアツシング処理等）やチャンバ内壁等のプラズマクリーニング処理に適用することができる。すなわち、本発明の方法は電子装置一般の製造に用いて好適である。

図面の簡単な説明

[0084] [図 1]プラズマ反応炉処理システムの全体構成図である。

[図 2]FCS及び APCの概略構成図である。園 3]プラズマ発生器の構成例を示す図である。

園 4]プロセス開始時の濃度変更制御の説明図（その 1)である。

園 5]プロセス開始時の濃度変更制御の説明図（その 2)である。

園 6]本発明方法使用時のガス濃度変化を示す図である。

[図 7]従来方法使用時のガス濃度変化を示す図である。

[図 8]プロセスチャンバ内におけるガス流量と圧力との関係を 3種類のガス種のそれぞれにつ!/、て示す図である。

[図 9]APCにおけるバルブ開度 _c ：内圧力との関係（ガス流量 lOOsc cm)を示す図である。

[図 10]APCにおけるバルブ開度；内圧力との関係（ガス流量 500s ccm)を示す図である。

[図 11]プロセスガスの供給と APCの動作モードとの関係を示すタイムチャートである。園 12]本発明が適用された電子装置の製造方法の一例を示すフローチャートである園 13]本発明の効果を説明するためのフローチャートである _c

符号の説明 la '発生器

2 第 1の導入ポート

3 第 2の導入ポート

4 APC (圧力調整器）

5 排気ポンプ

6 マイクロ波電源

7 RF電源（13· 56MHz)

8 RF電源（2MHz)

9 プログラマブル.コントローラ（PLC)

9a〜 PLCのインターフェース

10 プログラマブノレ ·ター ΐ 11 通信

MV 手動弁

FCS フロー'コントロール 'システム (圧力制御型流量調整器)

SV 電磁弁（ストップ弁）

41 制御部

42 制御弁

43 圧力計測部

51 制御部

52 制御弁

53 圧力計測部

54 オリフィス

100 プラズマ反応炉処理システム

Claims

請求の範囲

[1] プラズマ発生器を内蔵するプロセスチャンバと、

1種又は 2種以上の不活性ガス源のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶ不活性ガスの供給管路と、

1種又は 2種以上のプロセスガス源のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、

プロセスチャンバと排気ポンプとを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有し、不活性ガスの供給管路及びプロセスガスの供給管路のそれぞれには、与えられた流量設定値と圧力計測部を介して計測された流体圧力に対応する流量検出値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御型流量調整器が介在され、かつ

チャンバ内ガスの排出管路には、与えられた圧力設定値と圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する第 1の動作モードを有する圧力制御器が介在されている、プラズマ反応炉処理システムを用いた電子装置の製造方法であって、

プロセスチャンバ内におけるプロセスガスの濃度変更のために、各成分ガスの供給管路に介在された前記圧力制御型流量調整器のそれぞれに対して新たな流量設定ィ直を与える第 1のステップを有し、かつ

前記第 1のステップにおいて、各流量調整器に対して与えられる新たな流量設定のそれぞれは、濃度変更の前後で総流！^直が同一となることを条件として、想定される変更後のプロセスガス濃度から逆算することにより求められた値とされている、ことを特徴とするプラズマ反応炉処理システムを用いた電子装置の製造方法。

[2] 前記第 1のステップにおいて、各流量調整器に対して与えられる新たな流量設定値のそれぞれには、変更開始から所定の第 1の微少時間に限り、変更後に減少する成分ガスについては減少方向の超過分力変更後に増加する成分ガスについては増加方向の超過分が、それぞれ加算されており、かつ減少方向の超過分総量と増加方向の超過分総量とは等しくなるように設定されている、

ことを特徴とする請求項 1に記載のプラズマ反応炉処理システムを用いた電子装置の製造方法。

[3] 前記第 1の微少時間は、 2秒以下であることを特徴とする請求項 2に記載のプラズマ反応炉処理システムを用レ、た電子装置の製造方法。

[4] 前記チャンバ内ガスの排出管路に介在された圧力制御器は、開度設定値と開度現在値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する第 2の動作モードをさらに有し、かつ

前記排出管路に介在された圧力制御器を、変更開始力所定の第 2の微少時間に限り、前記第 1の動作モードから前記第 2の動作モードへと切り替え、かつ変更直後の圧力変動を緩和すべく経験的に求められた弁開度設定値を与える第 2のステップをさらに有する、

ことを特徴とする請求項 1又は 2に記載のプラズマ反応炉処理システムを用いた電子装置の製造方法。

[5] 前記第 2の微少時間は、 3秒以下であることを特徴とする請求項 4に記載のプラズマ反応炉を用レ、た電子装置の製造方法。

[6] プロセスガスの濃度変更カ、プロセス開始時、プロセス途中、又はプロセス終了時のプロセスガスの濃度変更を含む、ことを特徴とする請求項 1〜5のいずれかに記載のプラズマ反応炉処理システムを用レ、た電子装置の製造方法。