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KR20090068221A - 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법 - Google Patents

플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20090068221A
KR20090068221A KR1020097006347A KR20097006347A KR20090068221A KR 20090068221 A KR20090068221 A KR 20090068221A KR 1020097006347 A KR1020097006347 A KR 1020097006347A KR 20097006347 A KR20097006347 A KR 20097006347A KR 20090068221 A KR20090068221 A KR 20090068221A
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KR
South Korea
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gas
change
pressure
flow rate
concentration
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Application number
KR1020097006347A
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English (en)
Inventor
요시노리 이노우에
사다하루 모리시타
타다히로 오오미
Original Assignee
오므론 가부시키가이샤
고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오므론 가부시키가이샤, 고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠 filed Critical 오므론 가부시키가이샤
Publication of KR20090068221A publication Critical patent/KR20090068221A/ko
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Abstract

본 발명은 프로세스 챔버 내 분위기의 농도를 순식간에 변경 가능하게 하여, 액정 디바이스나 반도체 디바이스의 생산에 필요한 플라즈마 반응 처리 프로세스를 높은 생산성에 저비용으로 실현할 수 있는 것을 목적으로 하는 것으로서, 상기 목적을 달성하기 위한 해결 수단에 있어서, 각 성분 가스의 압력 제어형 유량 조정기에 대해 주어지는 새로운 유량 설정치는, 농도 변경의 전후에서 총유량치가 동일하게 되는 것을 조건으로 하고, 상정되는 변경 후의 프로세스 가스 농도로부터 역산함에 의해 구하여진 값으로 되고, 또한 배출관로의 압력 제어기는, 변경 시작부터 소정의 미소 시간에 한하여, 압력 설정 모드로부터 밸브 개방도 설정 모드로 전환됨과 함께, 변경 직후의 압력 변동을 완화하기 위해 경험적으로 구하여진 밸브 개방도 설정치가 주어진다.
Figure P1020097006347
플라즈마 반응로 처리 시스템, 전자 장치

Description

플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRONIC DEVICE USING PLASMA REACTOR PROCESSING SYSTEM}
본 발명은, 액정 디바이스나 반도체 디바이스 등의 전자 장치의 제조에 알맞는 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
이런 종류의 플라즈마 반응로 처리 시스템은, 플라즈마 발생기(예를 들면, 평행평판형 전극 방식, 마이크로파 안테나 방식 등등)를 내장하는 프로세스 챔버와, 1종 또는 2종 이상의 불활성 가스원(예를 들면, Ar, Kr, Xe 등등)의 각각과 프로세스 챔버를 연결하는 불활성 가스의 공급관로와, 1종 또는 2종 이상의 프로세스 가스원(예를 들면, H2, 02, NF3, Cl2, SiCl4, HBr, SF6, C5F8, CF4 등등)의 각각과 프로세스 챔버를 연결하는 프로세스 가스의 공급관로와, 프로세스 챔버와 배기 펌프를 연결하는 챔버 내 가스의 배출관로를 갖고 있다.
각 불활성 가스 및 각 프로세스 가스의 공급관로의 각각에는, 그 관로를 흐른 가스의 유량을 설정된 값으로 조정 가능한 유량 조정기가 개재됨과 함께, 챔버 내 가스의 배출관로에는, 주어진 압력 설정치와 압력 계측부를 통하여 계측된 압력 계측치와의 편차가 감소하는 방향으로 유량 제어 밸브의 개방도를 자동적으로 변경하는 기능을 갖는 압력 제어기가 개재되어 있다.
그런데, 이런 종류의 플라즈마 반응로 처리 시스템에서는, 프로세스의 시작시, 프로세스의 도중, 프로세스의 종료시에서는, 프로세스 챔버 내 분위기의 농도 변경이 필요하게 된다. 예를 들면, 프로세스의 시작시에는, 불활성 가스(희석 가스)의 단독 분위기로부터 불활성 가스와 1종 또는 2종 이상의 프로세스 가스와의 혼합 분위기로의 농도 변경이 필요하게 된다. 또한, 프로세스의 도중에는, 불활성 가스와 프로세스 가스와의 어느 농도의 혼합 분위기로부터 다른 농도의 혼합 분위기 또는 가스종류가 다른 혼합 분위기로의 농도 변경이 필요하게 되는 경우가 있다. 또한, 프로세스의 종료시에는, 불활성 가스와 프로세스 가스와의 혼합 분위기로부터 불활성 가스의 단독 분위기로의 농도 변경이 필요하게 된다.
일반적으로, 이 농도 변경은, 각 성분 가스의 공급관로의 각각에 개재된 유량 조정기에 대해 새로운 유량 설정치를 줌에 의해 실현된다. 종래, 이와 같은 목적에 사용되는 유량 조정기로서는, 가스 공급 시작 직후에 과잉 유량이 생기기 쉬운 온도 분포식의 것이 채용되고 있었기 때문에, 프로세스 챔버 내의 압력이 정정(整定)되기기 까지에 시간이 걸린다는 문제점이 있다.
이러한 문제점은, 유량 조정기로서 압력 제어형 유량 조정기를 채용함에 의해 해결되었다(특허 문헌 1 참조). 즉, 압력 제어형 유량 조정기는, 주어진 유량 설정치와 압력 계측부를 통하여 계측된 유체 압력에 대응하는 유량 검출치와의 편차가 감소하는 방향으로 유량 제어 밸브의 개방도를 자동적으로 변경하는 기능을 갖는 것으로, 가스 공급 시작 직후로부터 유량 설정치대로의 유량을 얻을 수 있다.
한편, 유량 조정기로서 압력 제어형 유량 조정기를 채용하였다고 하여도, 각 성분 가스의 유량 조정기에 대해 새로운 유량 설정치를 주어 유량을 변화시키면, 프로세스 챔버 내 가스의 배출관로에 압력 제어기가 개재되어 있다고 하여도, 프로세스 챔버 내에는 비교적 큰 압력 변동이 생긴다는 문제점이 있다.
이러한 문제점은, 프로세스 챔버 내 가스의 배출관로에 개재된 개방도 가변형 유체 제어 밸브 또는 배기 속도 가변형 배기 펌프에 의해, 압력 제어형 유량 조정기에 의한 유량 변경과 연동하여, 배기량을 순식간에 변경(증대)함으로써 해결되었다(특허 문헌 2 참조).
특허 문헌 1 : 일본국 특개2000-200780호 공보
특허 문헌 2 : 일본국 특개2002-203795호 공보
그러나, 특허 문헌 2에 기재된 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법에서도, 흐르기 쉬움이나 배기되기 쉬움은 각 가스종마다 다르기 때문에, 압력 제어형 유량 조정기에 의한 유량 변경과 연동하여, 배기량을 순식간에 변경하였다고 하여도, 압력 제어형 유량 조정기에 의한 유량 변경에 기인하는 프로세스 챔버 내의 압력 변동을 완전히 흡수할 수는 없다는 문제점이 있다.
본 발명은, 상술한 문제점에 착안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 프로세스의 시작시, 프로세스의 도중, 프로세스의 종료시 등등에서, 프로세스 챔버내 분위기의 농도를 순식간에 변경 가능하게 하고, 액정 디바이스나 반도체 디바이스의 생산에 필요한 플라즈마 반응 처리 프로세스를 높은 생산성에 저비용으로 실현할 수 있도록 한 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 작용 효과에 관해서는, 명세서의 이하의 기재를 참조함에 의해, 당업자라면 용이하게 이해될 것이다.
상기한 발명이 해결하고자 하는 과제는, 다음과 같은 구성으로 이루어지는 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법에 의해 해결할 수 있다.
즉, 이 전자 장치의 제조 방법이 적용되는 플라즈마 반응로 처리 시스템은, 플라즈마 발생기를 내장하는 프로세스 챔버(플라즈마 반응로 본체)와, 1종 또는 2종 이상의 불활성 가스원의 각각과 프로세스 챔버를 연결하는 불활성 가스의 공급관로와, 1종 또는 2종 이상의 프로세스 가스원의 각각과 프로세스 챔버를 연결하는 프로세스 가스의 공급관로와, 프로세스 챔버와 배기 펌프를 연결하는 챔버 내 가스의 배출관로를 갖는다.
본 발명은, 이와 같은 플라즈마 반응로 처리 시스템에 있어서, 프로세스 챔버 내에서의 프로세스 가스의 농도 변경을 위해, 각 성분 가스의 공급관로에 개재된 상기 압력 제어형 유량 조정기에 대해 새로운 유량 설정치를 주는 제 1의 스텝을 가지며, 또한 상기 제 1의 스텝에서, 각 유량 조정기에 대해 주어지는 새로운 유량 설정치의 각각은, 농도 변경의 전후에서 총유량치가 동일하게 되는 것을 조건으로 하여, 상정되는 변경 후의 프로세스 가스 농도로부터 역산함에 의해 구하여진 값으로 되어 있다.
더하여, 챔버 내 가스의 배출관로에는, 주어진 압력 설정치와 압력 계측부를 통하여 계측된 압력 계측치와의 편차가 감소하는 방향으로 유량 제어 밸브의 개방도를 자동적으로 변경하는 제 1의 동작 모드를 갖는 압력 제어기가 개재된다.
이와 같은 구성에 의하면, 프로세스 가스의 농도 변경에 즈음하여, 각 성분 가스의 공급관로에 개재된 유량 조정기에 대해 주어지는 새로운 유량 설정치는, 농도 변경의 전후에서 총유량치가 동일하게 되는 것을 조건으로 하여, 상정되는 변경 후의 프로세스 가스 농도로부터 역산함에 의해 구하여진 값으로 되기 때문에, 각 성분 가스의 공급관로에 개재된 유량 조정기에 의해 유량 변경을 행하였다고 하여도, 유량 변경분은 서로 상쇄되어, 프로세스 챔버 내에 압력 변동은 생기지 않지만, 압력 변동이 생긴다고 하여도 그것은 근소한 값으로 머무르게 된다. 그 때문에, 그 정도의 압력 변동이라면, 챔버 내 가스의 배출관로에 개재된 압력 제어기가 작용하여, 챔버 내 압력의 변동은 곧바로 정정된다.
바람직한 실시의 형태에서는, 상기 제 1의 스텝에서, 각 유량 조정기에 대해 주어지는 새로운 유량 설정치의 각각에는, 변경 시작부터 소정의 제 1의 미소 시간에 한하여, 변경 후에 감소하는 성분 가스에 관해서는 감소 방향의 초과분이, 변경 후에 증가하는 성분 가스에 관해서는 증가 방향의 초과분이, 각각 가산되어 있고, 또한 감소 방향의 초과분 총량과 증가 방향의 초과분 총량은 동등하게 되도록 설정되어 있다. 이 때, 제 1의 미소 시간은, 2초 이하인 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 의하면, 변경 시작부터 소정의 미소 시간에 한하여, 각 유량 조정기에 의한 유량치는, 목적으로 하는 증가 목표치를 초과하여 증가, 또는 목적으로 하는 감소 목표치를 초과하여 감소하기 때문에, 프로세스 챔버의 용량이 비교적 큰 경우에도, 프로세스 챔버 내 분위기의 농도는 농도 변경 시작부터 신속하게 목표 농도에 도달하고, 그 후, 정정되게 된다. 게다가, 유량이 초과하는 기간에 있어서도, 감소 방향의 초과분 총량과 증가 방향의 초과분 총량은 동등하게 되도록 설정되어 있기 때문에, 그들의 초과 총량끼리는 서로 상쇄되어, 압력 변동에 기여하는 일은 없다.
본 발명의 또한 바람직한 실시의 형태에서는, 상기 챔버 내 가스의 배출관로에 개재된 압력 제어기는, 주어진 개방도 설정치와 개방도 현재치와의 편차가 감소하는 방향으로 유량 제어 밸브의 개방도를 자동적으로 변경하는 제 2의 동작 모드를 또한 가지며, 또한 상기 배출관로에 개재된 압력 제어기를, 변경 시작부터 소정의 제 2의 미소 시간에 한하여, 상기 제 1의 동작 모드로부터 상기 제 2의 동작 모드로 전환하고, 또한 변경 직후의 압력 변동을 완화하기 위해 경험적으로 구하여진 밸브 개방도 설정치를 주는 제 2의 스텝을 또한 갖는다. 이 때, 제 2의 미소 시간은, 3초 이하인 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 의하면, 각 성분 가스의 공급관로에 개재된 유량 조정기에 대해 주어지는 새로운 유량 설정치는, 농도 변경의 전후에서 총유량치가 동일하게 되는 것을 조건으로 하고, 상정되는 변경 후의 프로세스 가스 농도로부터 역산함에 의해 구하여진 값이라 하여도, 가스종마다 흐르기 쉬움의 상위(相違)나 배기의 되기 쉬움의 상위에 의해, 프로세스 챔버 내에 압력 변동이 생기는 경우에는, 배출관로에 개재된 압력 제어기는, 변경 시작부터 소정의 미소 시간에 한하여, 제 1의 동작 모드로부터 제 2의 동작 모드로 전환됨과 함께, 변경 직후의 압력 변동을 완화하기 위해 경험적으로 구하여진 밸브 개방도 설정치가 주어지기 때문에, 그와 같은 가스종에 기인하는 압력 변동에 관해서는, 밸브 개방도가 순식간에 추종함으로써, 금새 완화된다.
본 발명에 관한 제조 장치의 특징인 프로세스 가스의 농도 변경은, 프로세스 시작시, 프로세스 도중, 또는 프로세스 종료시의 프로세스 가스의 농도 변경의 어느것에도 적용이 가능함은 말할 필요도 없다.
이과 같이 본 발명에서는, 반응로 내에 도입된 프로세스 가스를 곧바로 플라즈마화 하여 플라즈마 반응 처리에 기여시킬 수 있기 때문에, 프로세스 가스의 이용 효율이 향상하여, 그만큼 제조 비용이 저하된다. 더하여, 반응 처리 시작 전의 대기 시간도 대폭적으로 감소시키는 것이 가능하기 때문에, 공정의 TAT(Turn-Around Time)의 단축화에 의해 생산성도 향상한다.
또한, 플라즈마 반응 처리의 완료와 함께, 곧바로 프로세스 가스의 공급을 정지하고, 그 후, 신속하게 플라즈마 발생기에 대한 플라즈마 발생 정지 지령을 줄 수 있기 때문에, 플라즈마 반응에 기여하지 않는 프로세스 가스가 쓸데없이 사용되는 것을 방지하고, 프로세스 가스의 이용 효율의 향상을 통하여 제조 비용의 저하를 도모할 수 있다.
또한, 반응 처리 종료 후의 대기 시간도 대폭적으로 감소시키는 것이 가능하기 때문에, 공정의 TAT(Turn-Around Time)의 단축화에 의해 생산성도 향상한다.
또한, 공급된 프로세스 가스는 곧바로 플라즈마 반응 처리에 기여하는 것에 더하여, 플라즈마 반응 처리 시작에 즈음하여, 전력이 쓸데없이 소비되는 일이 없고, 이로 인해 생산성의 향상과 프로세스 가스의 저감에 더하여, 전력 에너지의 저감을 통하여, 저비용화를 극한까지 추구할 수 있다.
또한, 전력이 끊겨서 플라즈마 반응 처리가 종료됨과 함께, 프로세스 가스의 공급도 정지되기 때문에, 프로세스 가스가 쓸데없이 소비되는 일이 없고, 이로 인해 생산성의 향상과 프로세스 가스의 저감에 더하여, 전력 에너지의 저감을 통하여, 저비용화를 극한까지 추구할 수 있다.
본 발명에 의하면, 프로세스 가스의 농도 변경에 즈음하여, 각 성분 가스의 공급관로에 개재된 유량 조정기에 대해 주어지는 새로운 유량 설정치는, 농도 변경의 전후에서 총유량치가 동일하게 되는 것을 조건으로 하여, 상정되는 변경 후의 프로세스 가스 농도로부터 역산함에 의해 구하여진 값으로 되기 때문에, 각 성분 가스의 공급관로에 개재된 유량 조정기에 의해 유량 변경을 행하였다고 하여도, 유량 변경분은 서로 상쇄되어, 프로세스 챔버 내에 압력 변동은 생기지 않지만, 압력 변동이 생겼다고 하여도 그것은 근소한 값에 머물게 된다. 그 때문에, 그 정도의 압력 변동이라면, 챔버 내 가스의 배출관로에 개재된 압력 제어기가 작용하여, 챔버 내 압력의 변동은 곧바로 정정된다.
도 1은 플라즈마 반응로 처리 시스템의 전체 구성도.
도 2는 FCS 및 APC의 개략 구성도.
도 3은 플라즈마 발생기의 구성예를 도시하는 도면.
도 4는 프로세스 시작시의 농도 변경 제어의 설명도(그 1).
도 5는 프로세스 시작시의 농도 변경 제어의 설명도(그 2).
도 6은 본 발명 방법 사용시의 가스 농도 변화를 도시하는 도면.
도 7은 종래 방법 사용시의 가스 농도 변화를 도시하는 도면.
도 8은 프로세스 챔버 내에서의 가스류량과 압력과의 관계를 3종류의 가스종의 각각에 관해 도시하는 도면.
도 9는 APC에서의 밸브 개방도와 프로세스 챔버 내 압력과의 관계(가스 유량 100sccm)를 도시하는 도면.
도 10은 APC에서의 밸브 개방도와 프로세스 챔버 내 압력과의 관계(가스 유량 500sccm)를 도시하는 도면.
도 11은 프로세스 가스의 공급과 APC의 동작 모드와의 관계를 도시하는 타임 차트.
도 12는 발명이 적용되는 전자 장치의 제조 방법의 한 예를 도시하는 플로우 차트.
도 13은 발명의 효과를 설명하기 위한 플로우 차트.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : 프로세스 챔버 1a : 플라즈마 발생기
2 : 제 1의 도입 포트 3 : 제 2의 도입 포트
4 : APC(압력 조정기) 5 : 배기 펌프
6 : 마이크로파 전원 7 : RF 전원(13.56㎒)
8 : RF 전원(2㎒) 9 : 프로그래머블·컨트롤러(PLC)
9a 내지 9e : PLC의 인터페이스 10 : 프로그래머블·터미널(PT)
11 : 통신 MV : 수동밸브
FCS : 플로우·컨트롤·시스템(압력 제어형 유량 조정기)
SV : 전자 밸브(스톱 밸브) 41 : 제어부
42 : 제어 밸브 43 : 압력 계측부
51 : 제어부 52 : 제어 밸브
53 : 압력 계측부 54 : 올리피스
100 : 플라즈마 반응로 처리 시스템
이하에, 본 발명에 관한 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법의 알맞는 실시의 한 형태를, 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
플라즈마 반응로 시스템의 전체 구성도가 도 1에 도시되어 있다. 동 도면에 도시되는 바와 같이, 이 플라즈마 반응로 처리 시스템(100)은, 플라즈마 발생기(1a)를 내장하는 프로세스 챔버(1)와, 1종 또는 2종 이상의 불활성 가스원(이 예에서는, Ar, Kr, Xe)의 각각과 프로세스 챔버(1)를 연결하는 불활성 가스의 공급관로와, 1종 또는 2종 이상의 프로세스 가스원(이 예에서는, H2, 02, NF3, Cl2, SiCl4, HBr, SF6, C5F8, CF4)의 각각과 프로세스 챔버(1)를 연결하는 프로세스 가스의 공급관로와, 프로세스 챔버(1)와 배기 펌프(Pump)(5)를 연결하는 챔버 내 가스의 배출관로를 갖는다.
불활성 가스의 공급관로 및 프로세스 가스의 공급관로의 각각에는, 주어진 유량 설정치와 압력 계측부를 통하여 계측된 유체 압력에 대응하는 유량 검출치와의 편차가 감소하는 방향으로 유량 제어 밸브의 개방도를 자동적으로 변경하는 기능을 갖는 압력 제어형의 유량 조정기로서 기능하는 플로우·컨트롤·시스템(이하, FCS라고 한다)이 개재되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, Ar 가스의 공급관로는, 상단(上段) 샤워 플레이트에의 도입용 포트(2)로 향하는 제 1의 공급관로와, 하단 샤워 플레이트에의 도입용 포트(3)로 향하는 제 2의 공급관로로 분기되어 있다. 그리고, 제 1의 공급관로에는, 수동밸브(MV11), FCS(11), 스톱 밸브로서 기능하는 전자 밸브(SV11)가 개재되고, 제 2의 공급관로에는, 수동밸브(MV9), FCS(9), 전자 밸브(SV9)가 개재되어 있다. 따라서 FCS(11), 및/또는, FCS(9)의 유량 설정치를 조작함으로써 Ar 가스의 유량을 제어 가능하게 되어 있다.
Kr 가스 및 Xe 가스의 공급 경로에 대해서도 마찬가지이다. 따라서 FCS(10), 및/또는, FCS(8)의 유량 설정치를 조작함으로써 Kr 가스 또는 Xe 가스의 유량을 제어 가능하게 되어 있다.
H2 가스의 공급관로는, 그대로, 하단 샤워 플레이트에의 가스 도입용 포트(3)로 연결되어 있고, 이 관로에는, 수동밸브(MV7), FCS(7), 전자 밸브(SV7)가 개재되어 있다. 따라서 FCS(7)의 유량 설정치를 조작함으로써 H2 가스의 유량을 제어 가능하게 되어 있다.
HBr 가스, SF6 가스, C5F8 가스의 공급관로에 관해서도 마찬가지이다. 따라서, FCS(2) 또는 FCS(3)의 유량 설정치를 조작함으로써 HBr 가스, SF6 가스, C5F8 가스의 유량을 제어 가능하게 되어 있다.
02 가스의 공급관로는, 수동밸브(MV6), FSC(6), 전자 밸브(SV6)를 경유한 후, 상단 샤워 플레이트에의 도입용 포트(2)로 향하는 제 1의 공급관로와, 하단 샤워 플레이트에의 도입용 포트(3)로 향하는 제 2의 공급관로로 분기되어 있다. 그리고, 제 1의 공급관로에는 수동밸브(MV62)가 개재되고, 제 2의 공급관로에는 수동밸브(MV61)가 개재되어 있다. 따라서 FCS(6)의 유량 설정치를 조작함으로써 02 가스의 유량을 제어 가능하게 되어 있다.
NF3 가스, Cl2 가스, SiCl4 가스의 공급관로에 관해서도 마찬가지이다. 따라서 FCS(5) 또는 FCS(4)의 유량 설정치를 조작함으로써 NF3 가스, Cl2 가스, SiCl4 가스의 유량을 제어 가능하게 되어 있다.
압력 제어형 유량 조정기로서 기능하는 FCS의 개략 구성도가 도 2(a)에 도시되어 있다. 동 도면에 도시되는 바와 같이, FCS는 제어부(51)와, 제어 밸브(52)와, 압력 계측부(53)와, 오리피스(54)를 갖는다. 제어부(51) 내에는, 도시를 생략하지만, 증폭 회로와, 유량 연산 회로와, 비교 회로와, 밸브 구동 회로가 포함되어 있다(특개2003-203789, 도 3 참조). 압력 계측부(53)의 계측 신호는 증폭 회로에서 증폭된 후, 유량 연산 회로에서 대응하는 유량 검출 신호로 변환된다. 이 유량 검출 신호는 비교 회로에서 유량 설정 신호와 비교되고, 그들의 편차 신호가 구하여진다. 밸브 구동 회로는, 그 편차 신호의 값이 감소하는 방향으로 제어 밸브(52)의 개방도를 제어한다.
이 FCS는, 상류의 압력(P1)이 하류의 압력(P2)의 2배 이상이면, 유체는 음속 역(音速域)이 되고, 상류측의 압력에 비례하는, 이라는 원리를 이용한 것으로, 상류의 압력(P1)을 조정함에 의해 유량을 제어하기 때문에, 가스 공급 직후라도 목표하는 바의 가스류량이 순식간에 공급 가능하다. 이와 같은 기능을 갖는 FSC로서는, 다양한 메이커로부터 여러가지의 제품이 시판되고 있고, 한 예로서는, 주식회사 후지킨제의 형식 FCS-4WS-798-F3L, 형식 FCS-4WS-798-F500, 형식 FCS-4WS-798-F1600 등을 들 수 있다.
한편, 챔버 내 가스의 배출관로에는, 주어진 압력 설정치와 압력 계측부를 통하여 계측된 압력 계측치와의 편차가 감소하는 방향으로 유량 제어 밸브의 개방도를 자동적으로 변경하는 기능을 갖는 압력 제어기로서 기능하는 오토·프레셔·컨트롤러(이하, APC라고 한다)(4)가 개재되어 있다.
APC(4)의 개략 구성도가 도 2(b)에 도시되어 있다. 동 도면에 도시되는 바와 같이, APC은 제어부(41)와 제어 밸브(42)를 내장한다. 제어부(41)는, 주어진 압력 설정치와 프로세스 챔버에 부착된 압력 계측부(43)를 통하여 계측된 압력 계측치와의 편차가 감소하는 방향으로 제어 밸브(42)의 개방도를 자동적으로 변경하는 제 1의 동작 모드(압력 설정 모드)와, 주어진 개방도 설정치와 개방도 현재치와의 편차가 감소하는 방향으로 제어 밸브(42)의 개방도를 자동적으로 변경하는 제 2의 동작 모드(개방도 설정 모드)를 갖는다. 이와 같은 기능을 갖는 APC로서는, 다양한 메이커로부터 여러가지의 제품이 시판되고 있고, 한 예로서는, VAT SKK VACUUM LTD사제의 형식 컨트롤러 PM-3, 컨트롤러 밸브 F61-87665-18 등을 들 수 있다.
플라즈마 발생기의 구성예가 도 3에 도시되어 있다. 플라즈마 발생기(1a)로 서는, 평행평판형 전극 방식의 것과, 마이크로파 안테나 방식의 것을 들 수 있다.
평행평판형 전극 방식의 플라즈마 발생기는, 도 3(a)에 도시되는 바와 같이, 평행평판형 전극(플라즈마 여기(勵起) 전극(112)과 전극(113)으로 구성된다)과, 그것에 고주파 전력을 공급하기 위한 RF 전원(7, 8)(도 1 참조)과, 프로세스용 가스 등을 공급하는 샤워 플레이트(115)와, 그것들을 수용한 챔버(111)에 의해 구성된다. 그리고, 공급된 프로세스용 가스에 평행평판 전극에 의해 고주파를 인가함으로써, 프로세스용 가스는 여기되어 플라즈마 상태가 된다. 한편, 마이크로파 안테나 방식의 플라즈마 발생기는, 도 3(b)에 도시되는 바와 같이, 고주파 전력을 이용하는 대신에, 마이크로파 구동 회로(117)에서 구동된 마이크로파 안테나(116)로부터 마이크로파를 챔버(111) 내로 방사하여, 프로세스용 가스를 여기하는 것이다. 어느 플라즈마 발생기에서도, 플라즈마 전원(RF 전원(7, 8)이나 마이크로파 전원(6) 등등)을 온 오프 함에 의해, 플라즈마의 발생 또는 정지를 제어할 수 있다.
도 1로 되돌아와, 플라즈마 반응로 처리 시스템에 포함되는 FCS(1 내지 11), 전자 밸브(SV1 내지 SV11), APC(4), 마이크로파 전원(6), RF 전원(7, 8)의 제어는, 이 예에서는, 프로그래머블·컨트롤러(이하, PLC라고 한다)(9)를 사용하여 행하여진다. PLC(9)는, 통신(11)을 통하여, 조작·표시부로서 기능하는 프로그래머블·터미널(이하, PT라고 한다)(10)과 연결되어 있다.
즉, PLC(9)와 FCS(1) 내지 FCS(11) 사이는, DA/AD 유닛을 포함하는 PLC 인터페이스(9a)를 통하여 접속된다. PLC(9)와 전자 밸브(SV1 내지 SV11) 사이는, DO 유닛을 포함하는 PLC 인터페이스(9b)를 통하여 접속된다. PLC(9)와 마이크로파 전 원(6) 사이는, DA/AD 유닛이나 DO/DI 유닛을 포함하는 PLC 인터페이스(9c)를 통하여 접속된다. PLC(9)와 APC(4) 사이는, RS232C를 포함하는 PLC 인터페이스(9d)를 통하여 접속된다. 또한, PLC(9)와 RF 전원(7, 8) 사이는, DA/AD 유닛이나 DO/DI 유닛을 포함하는 PLC 인터페이스(9e)를 통하여 접속된다. 그리고, PLC(9)는, 후술하는 도 11의 플로우 차트에 도시되는 처리를, 유저 프로그램을 통하여 실행함에 의해, 본 발명의 제조 방법을 실현한다.
다음에, 본 발명에 관한 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법의 주요부인 농도 변경 제어에 관해 설명한다. 본 발명 방법이 특징으로 하는 점은, 프로세스 가스의 농도 변경에 즈음하여, 각 성분 가스의 공급관로에 개재된 FCS(압력 제어형 유량 조정기)에 대해 주어지는 새로운 유량 설정치로서, 농도 변경의 전후에서 총유량치가 동일하게 되는 것을 조건으로 하고, 상정되는 변경 후의 프로세스 가스 농도로부터 역산함에 의해 구하여진 값을 채용하는 데 있다.
본 발명의 농도 변경 제어의 설명도가 도 4에 도시되어 있다. 지금 가령, 농도 변경 전의 프로세스 가스 농도를 A1(예를 들면, 0%), 프로세스 가스 공급량을 F11(예를 들면, 0sccm), 불활성 가스 공급량을 F21(예를 들면, 420sccm)로 하고, 농도 변경 후의 프로세스 가스 농도를 A2(예를 들면, 24%), 프로세스 가스 공급량을 F13(예를 들면, 100sccm), 불활성 가스 공급량을 F23(예를 들면, 320sccm)으로 하면, 본 발명의 농도 변경 제어에서는, 각 성분 가스의 공급관로에 개재된 FCS(압력 제어형 유량 조정기)에 대해 주어지는 새로운 유량 설정치(F13, F23)로서, 농도 변경의 전후에서 총유량치가 동일(F11+F21=F13+F23=K)하게 되는 것을 조건으로 하 여, 상정되는 변경 후의 프로세스 가스 농도(A2)로부터 역산함에 의해 구하여진 값(F13=A2×K, F23=(1-A2)×K)을 채용한다.
이와 같이 하여 구하여진 유량 설정치(F13, F23)를 각 FCS에 주면, 농도 변경의 전후에서, 챔버 내 총유량은 원리적으로 증가하지 않기 때문에, 농도 변경에 즈음하여 프로세스 챔버 내의 압력이 크게 변동(증가)하는 일은 없어지고, 챔버 내 압력은 순식간에 정정되는 것이다.
다만, 이와 같은 방법을 일률적으로 채용하면, 농도 변경 전후에서의 각 가스의 유량 변동폭이 제한되기 때문에, 가스종에 의한 흐르기 어려움이나 프로세스 챔버의 용량이 큰 경우 등에서는, 목적으로 하는 프로세스 가스 농도에 달할 때까지에 시간이 걸리고, 결국, 프로세스 시작에 지연이 생긴다.
그래서, 이 예에서는, 개개의 성분 가스가 새로운 유량 설정치에는, 변경 시작부터 소정의 미소 시간(△t)에 한하여, 변경 후에 감소하는 성분 가스에 관해서는 감소 방향의 초과분(-AF)을, 변경 후에 증가하는 성분 가스에 관해서는 증가 방향의 초과분(+AF)을, 각각 가산함과 함께, 감소 방향의 초과분 총량과 증가 방향의 초과분 총량은 동등하게 되도록 설정하고 있다.
또한, 감소 방향의 초과분 총량과 증가 방향의 초과분 총량이 동등하게 된다는 조건을 충족시키면, 초과분은 복수 펄스로 실현하여도 좋다. 복수 펄스의 한 예로서, 초과분이 2펄스인 경우의 설명도가 도 5에 도시되어 있다. 동 도면에서, 개개의 성분 가스의 새로운 유량 설정치는, 우선, 변경 시작부터 소정의 미소 시간(At1) 내에서는, 변경 후에 감소하는 성분 가스에 관해서는 감소 방향의 초과 분(-AF1)을, 변경 후에 증가하는 성분 가스에 관해서는 증가 방향의 초과분(+AF1)을, 각각 가산함과 함께, 감소 방향의 초과분 총량과 증가 방향의 초과분 총량은 동등하게 되도록 설정된다. 또한, 그 후의 소정의 미소 시간(At2) 내에서도, 변경 후에 감소하는 성분 가스에 관해서는 감소 방향의 초과분(-AF2)을, 변경 후에 증가하는 성분 가스에 관해서는 증가 방향의 초과분(+AF2)을, 각각 가산함과 함께, 감소 방향의 초과분 총량과 증가 방향의 초과분 총량은 동등하게 되도록 설정된다.
이와 같은 초과분 가산 방식에 의하면, 농도 변경 시작부터 소정의 미소 시간(△t)에 한해서는, 총 유량은 일정하게 유지하면서도, 개개의 가스종에 관해서는 큰 유량 변동이 생기기 때문에, 목적으로 하는 프로세스 가스 농도에 달할 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 또한, 도 5중 (e)는, 미소 시간 내에서의 APC의 개방도를 도시한 것이다. 또한, 소정의 미소 시간(△t)으로서는, 가스의 종류에도 의하지만, 2초 이하가 적절하다.
다음에, 본 발명의 농도 변경 제어(도 4 참조)에 의한 제어 결과와 종래의 농도 변경 제어에 의한 제어 결과를 구체적인 플라즈마 반응로 처리 시스템을 예로 들어서 설명한다. 마이크로파 방식의 플라즈마 발생기(도 3(b) 참조)를 사용하여, 플라즈마 여기 에칭에 의해 poly-Si막을 에칭한다. 챔버 용량은 53리터, 챔버 내 가스류량은 합계 420㏄/min이고, 가스종은 프로세스 가스종을 HBr, 플라즈마 여기 가스를 불활성 가스인 Ar로 하였다. 정상 상태에서 HBr, A가 농도비는 각각 24%, 76%를 목표로 하였다. 또한, 프로세스 챔버 내 목표 압력을 30mTorr, 플라즈마 발생용 마이크로파는 2.45㎓, 자기(自己) 바이어스 전압용 고주파는 13.56㎒, 기판 온도는 20℃, 프로세스 처리 반응 시간은 30초로 하였다.
본 발명의 농도 변경 제어(도 4 참조) 사용시의 가스 농도 변화가 도 6에, 종래의 농도 변경 제어 사용시의 가스 농도 변화가 도 7에 각각 도시되어 있다.
종래의 농도 변경 제어를 사용한 경우에는, 도 7에 도시되는 바와 같이, 시각(t21)에서 플라즈마 전원을 ON 한 후, 시각(t22)에서 프로세스 가스의 공급을 시작하면, 그 후, 프로세스 가스의 농도가 정정되는 시각(t23)까지에는, 약 7초의 시간이 걸린다. 따라서 이 종래예에서는, 프로세스 가스 공급 시작 후, RF 전원을 온으로 하고, 프로세스 처리 반응을 시작하기까지는, 가스 농도 및 압력이 정정하기 위한 대기 시간(약 7초)이 필요하게 된다. 그리고, 이 대기 시간중에 공급된 프로세스 가스는, 프로세스 처리 반응에 일체 사용되지 않고, 프로세스 챔버로부터 배기되어, 낭비가 된다.
본 발명의 농도 변경 제어를 사용한 경우에는, 도 6에 도시되는 바와 같이, 시각(t11)에서 플라즈마 전원을 ON 한 후, 시각(t12)에서 프로세스 가스의 공급을 시작하면, 그 후, 프로세스 가스의 농도가 정정되는 시각(t13)까지는, 약 1초 정도의 시간밖에 걸리지 않는다. 따라서 프로세스 가스 공급 시작 후, RF 전원을 온으로 하고, 프로세스 처리 반응을 시작하기까지는, 가스 농도 및 압력이 정정하기 위한 대기 시간으로서 약 1초가 있으면 족한 것을 알 수 있다. 이 정정 시간은 프로세스 가스 농도의 과도 상태에 기인하는 에칭, 또는 성막의 불규칙함이 프로세스의 목적에 따라 허용 범위로 수습되는 정도의 짧음이라면 좋다. RF 전원의 온과 프로세스 가스의 공급 시작은 거의 동시(예를 들면, 프로세스 가스 농도의 변화 시작부 터 정정까지의 사이에 RF 온 하는 등)로 하여도 좋다.
이과 같이, 종래 방법에서는 프로세스 처리 반응 시간 30초에 대해, 프로세스 처리 반응 시작의 대기 시간이 7초로 고(高)비율이였지만, 본 발명 방법에서는 대기 시간이 1초 이하가 되어 비약적으로 공정시간이 단축됨과 함께, 대기 시간중에 공급되는 프로세스 가스가 불필요하게 되기 때문에 프로세스 가스의 유효 이용이 가능해진다.
또한, 상술한 예에서는, 불활성 가스인 아르곤 가스(Ar)로부터 불활성 가스와 프로세스 가스의 혼합기(混合氣)(Ar/HBr : 76 대 24)로의 가스 전환이 행하여지고, poly-Si 에칭 프로세스가 시작되도록 구성하였지만, 이것은 본 발명의 한 예에 지나지 않는 것으로 이해여야 할 것이다.
즉, 본 발명의 농도 변경 제어는, 프로세스 가스(A)로부터 프로세스 가스(B)로의 전환을 플라즈마 전원을 투입한 채의 상태에서 행하는 경우에도 적용할 수 있다. 이와 같은 플라즈마 발생중의 프로세스 가스 전환이 행하여지면, 처리 대상이 되는 기판상에, 종류가 다른 복수종의 막이 적층 성장되는 것이 가능해진다. 또한 자기 바이어스 전압을 인가함에 의해, 종류가 다른 복수종의 막을 에칭하는 것도 가능해진다.
그런데, 도 8에 도시되는 바와 같이, 챔버 내에 복수의 가스종(Ar, HBr, 02)이 존재하는 경우, 각각의 가스에서 유량이 동등한데도 챔버 내 압력에 차가 보인다. 이것은 가스종 의존에 의한 가스의 흐르기 쉬움의 다름, 또는 펌프로의 배기의 흐르기 쉬움의 다름에 의하기 때문이다. 가스류량이 같아도 가스종이 다르면 챔버 내 압력에 차가 보이기 때문에, 혼합 가스에 있어서도 총 유량이 같아도 가스 비율이 다르면 챔버 내 압력에 차가 나와 버린다. 따라서 가스종, 가스 비율이 변할 때에 압력을 일정하게 하는 경우, 예를 들어 총 유량이 일정하여도, APC(4)에 의한 압력 제어가 필요해진다.
즉, 각 성분 가스의 공급관로에 개재된 FCS(압력 제어형 유량 조정기)에 대해 주어지는 새로운 유량 설정치가, 농도 변경의 전후에서 총유량치가 동일하게 되는 것을 조건으로 하고, 상정되는 변경 후의 프로세스 가스 농도로부터 역산함에 의해 구하여진 값이라 하여도, 가스종마다 흐르기 쉬움의 상위(相違)나 배기의 되기 쉬움의 상위에 의해, 프로세스 챔버 내에 또한 압력 변동이 생기는 경우가 상정된다.
이와 같은 경우에는, 배출관로에 개재된 APC(4)(도 1 참조)는, 변경 시작부터 소정의 미소 시간에 한하여, 제 1의 동작 모드(압력 설정 모드)로부터 제 2의 동작 모드(밸브 개방도 설정 모드)로 전환됨과 함께, 변경 직후의 압력 변동을 완화하기 위해 경험적으로 구하여진 밸브 개방도 설정치가 주어지기 때문에, 그와 같은 가스종에 기인하는 압력 변동에 관해서는, 밸브 개방도가 순식간에 추종함으로써, 금새 완화된다. 또한, 여기서, 제 1의 동작 모드로부터 제 2의 동작 모드로 전환한 것은, 제 1의 동작 모드(압력 설정 모드)보다도 제 2의 동작 모드(밸브 개방도 설정 모드)의 쪽이, 목적으로 하는 밸브 개방도로 단시간에 달할 수 있기 때문이다.
여기서, 도 9 및 도 10에 도시되는 바와 같이, APC(4)에 내장되는 제어 밸브 의 개방도와 챔버 내 압력과의 사이에는, 챔버 내 가스류량을 파라미터로 하고, 일정한 관계가 보인다. 따라서 이 관계를 기초로, 또한 실험을 반복함에 의해, 농도 변경 직후의 압력 변동을 완화하는데 필요한 밸브 개방도 설정치를 구하고, 이와 같이 하여 구하여진 밸브 개방도 설정치를, 제 1의 동작 모드로부터 제 2 동작 모드로 전환한 다음, APC(4)에 주는 것이다.
보다 구체적으로는, 도 11에 도시되는 바와 같이, 시각(t31)에서 프로세스 가스의 공급을 시작(농도 변경)함과 함께, APC(4)의 동작 모드를 제 1의 동작 모드(압력 설정 모드)로부터 제 2의 동작 모드(밸브 개방도 설정 모드)로 전환하고, 동시에, 변경 직후의 압력 변동을 완화하기 위해 경험적으로 구하여진 밸브 개방도 설정치를 APC(4)에 주는 것이다.
그러면, 가스종의 상위 등에 기인하는 농도 변경시의 압력 변동은, 제 1의 동작 모드(압력 설정 모드)에 의한 완만한 정정을 기다리는 일 없이, 제 2의 동작 모드(밸브 개방도 설정 모드)에 의해 순식간에 또한 강제적으로 정정되게 된다.
그리고, 이 제 2의 동작 모드(밸브 개방도 설정 모드)에 의한 제어를 병용하면, 각 성분 가스의 FCS(압력 제어형 유량 조정기)에 대해 주어지는 새로운 유량 설정치를, 농도 변경의 전후에서 총유량치가 동일하게 되는 것을 조건으로 하여, 상정되는 변경 후의 프로세스 가스 농도로부터 역산함에 의해 구하여진 값으로 하는 제어에 관해서는, 가스종의 상위를 고려하는 것이 불필요하게 되고, 그만큼 제어의 복잡함을 회피할 수 있다. 또한, 제 1의 동작 모드로부터 제 2 동작 모드로 전환(시각(t31))하고 나서, 제 1의 동작 모드로 돌아오기(시각(t32))까지의 시간, 즉 제 1의 동작 모드로부터 제 2 동작 모드로 전환하고 있는 미소 시간으로서는, 가스의 종류에도 의하지만, 3초 이하가 적절하다. 또한, 이 전환은 가스 유량치의 변경과 동시에 행하여도 좋고, 다른 타이밍에서 행하여도 좋다.
본 발명이 적용된 제조 방법(도 4 및 도 11의 제어를 포함한다)의 한 예를 도시하는 플로우 차트가 도 12에 도시되어 있다. 이 예에서는, 불활성 가스로서는 Ar이, 또한 프로세스 가스로서는 HBr이 채용되어 있다. 또한, 이 플로우 차트에서 도시되는 일련의 처리는, PLC(9)에서 실현할 수 있다.
우선, 스텝 1201에서는, Ar 가스의 FCS에 대한 Ar 유량치 설정이 행하여진다. 계속되는 스텝 1202에서는, Ar 가스 밸브(Ar 가스의 FCS의 2차측에 개재된 전자 밸브)의 개방, 및, APC에 대한 압력 설정(제 1의 동작 모드에서의 압력 설정)이 동시에 행하여진다. 이로써, 챔버 내에는 Ar 가스가 도입되며 또한 그 압력은 APC의 제 1의 동작 모드(압력 설정 모드)의 작용으로 소정 압력으로 정정된다.
계속되는 스텝 1203에서는, 마이크로파 전원(6)에 대한 마이크로파 파워치 설정이 행하여진다. 계속되는 스텝 1204에서는, 마이크로파 파워 ON(마이크로파 전원의 투입)이 행하여진다.
계속되는 스텝 1205에서는, HBr 가스의 FCS에 대한 HBr 유량치 설정(도 4의 초과분(△F)을 포함하는 F12), Ar 가스의 유량치 변경(도 4의 초과분(△F)을 포함하는 F22), 및, APC의 개방도 설정(제 2의 모드에서 개방도 설정)이 동시에 행하여진다. 계속되는 스텝 1206에서는, HBr 가스 밸브(HBr 가스의 FCS의 2차측에 개재된 전자 밸브)의 개방이 행하여진다.
계속되는 스텝 1207에서는, HBr 유량치 변경(도 4의 F13), 및, Ar 유량치 변경(도 4의 F23)이 동시에 행하여진다. 또한, 필요에 의해, APC의 개방도 설정이 행하여진다. 이 스텝 1207은 필요에 의해, 도 5에 도시하는 바와 같이 복수회 실행된다. 계속되는 스텝 1208에서는, APC 압력 설정(제 1의 모드에서의 압력 설정)이 행하여진다. 계속되는 스텝 1209에서는, RF 전원(7, 8)에 대한 RF 파워치 설정(하부 전극에 대한 RF 파워의 설정)이 행하여진다. 계속되는 스텝 1210에서는, RF 파워 ON이 행하여진다. 이로써, 프로세스 시작의 준비가 완료된다. 그 후, 그때그때의 프로세스 내용에 맞추어서, RF 파워 값의 변경을 행하여, 반도체 제조 프로세스 또는 액정 제조 프로세스 등등을 실시한다.
프로세스가 완료되었으면, 계속되는 스텝 1211에서, RF 파워 0FF가 행하여지고, 스텝 1212에서, HBr 가스 밸브 폐쇄, 및, Ar 유량치 변경이 행하여지고, 계속되는 스텝 1213에서, 마이크로파 파워 0FF가 행하여진다. 계속해서 스텝 1214에서, Ar 가스 밸브 폐쇄, 및, APC 개방도 전개(全開)가 행하여진다.
이후, 일련의 제조 공정이 계속되는 한(스텝 1215에서 NO), 프로세스에 따라 사용하는 프로세스 가스(도 12에서 HBr에 상당하는 가스)를 전환하면서, 스텝 1201 내지 스텝 1214의 처리가 반복하여 실행된다. 일련의 제조 공정이 종료되었으면(스텝 1215에서 YES), 처리는 종료한다. 본 발명의 실시 형태에 의하면, 프로세스 가스 전환시에는, 다른 프로세스 처리를, 반응을 도중에서 정지하는 일 없이 연속하여 행할 수 있기 때문에, 공정 전체의 시간 단축을 도모할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 농도 변경 처리를 포함하는 제조 방법은, 예를 들면, PLC(9)를 사용하여, FCS(1) 내지 FCS(11), 전자 밸브(SV1 내지 SV11), APC(4), 마이크로파 전원(6), RF 전원(7, 8) 등등을 적절하게 제어함으로써 실현할 수 있다.
최후로, 본 발명의 효과를 종래예와 비교하면서 설명하기 위한 플로우 차트가 도 13에 도시되어 있다.
도 13(a)에 도시되는 바와 같이, 종래의 제조 방법에서는, 프로세스 가스를 공급 시작(불활성 가스로부터 프로세스 가스로의 전환)한 후에(스텝 1310), 프로세스 챔버 내의 프로세스 가스의 농도 및 압력이 목표치에 안정되는 것을 기다리고 나서(스텝 1311), 플라즈마 전원을 ON 시켜서 프로세스 처리 반응을 시작한다(스텝 1312). 그리고, 프로세스 처리 반응 종료시에는, 플라즈마 전원을 0FF 하여 프로세스 처리 반응을 종료하고(스텝 1313), 그 후에 프로세스 가스를 공급 정지(프로세스 가스로부터 불활성 가스로의 전환)하여(스텝 1314), 프로세스 챔버 내의 가스 농도 및 압력이 목표치에 안정될 때까지, 다음 공정을 위한 처리(예를 들면, 프로세스 챔버의 도어를 열어서 기판을 취출하는 등)를 행하지 않고 기다린다(스텝 1315). 이 경우, 챔버 내의 가스 농도 및 압력의 안정을 기다리는 시간은 어떤 처리도 행하여지지 않는 쓸데없는 시간으로 되어 있다.
이에 대해, 본 발명에서는 도 13(b)에 도시되는 바와 같이, 프로세스 가스 공급 시작(스텝 1320)과 플라즈마 전원 ON(스텝 1321)을 거의 동시에 행하여도 좋고, 마찬가지로 플라즈마 전원 0FF(스텝 1322)와 프로세스 가스 공급 정지(스텝 1323)를 거의 동시에 행하여도 좋다. 종래와 달리, 이것이 가능한 것은, 프로세스 챔버(1) 내에서 가스 농도는 순식간에 목적지까지 달하여 안정되고, 가스를 공급한 순간부터 프로세스 처리를 실행하는 것이 가능하기 때문이다. 여기서, 프로세스 가스는, 재료 가스(프로세스에 의해 생성되는 막 등의 재료가 되는 가스)와 불활성 가스와의 혼합기인 경우도 있고, 재료 가스만인 경우도 있다.
또한, 본 발명에서는 도 13(c)에 도시되는 바와 같이, 프로세스 챔버에서 플라즈마 전원을 ON 한 후에(스텝 1330), 프로세스 가스를 공급 시작(불활성 가스로부터 프로세스 가스로의 전환)한다(스텝 1331). 그리고 프로세스 종료시에는 프로세스 가스를 공급 정지(프로세스 가스로부터 불활성 가스로의 전환)하고 나서(스텝 1332), 플라즈마 전원을 0FF 한다(스텝 1333). 종래와 달리, 이것이 가능한 것은, 프로세스 챔버(1) 내에서 가스 농도는 순식간에 목적지까지 달하여 안정되고, 가스를 공급한 순간부터 프로세스 처리를 실행하는 것이 가능하기 때문이다.
이 때, 프로세스 가스의 공급 시작(불활성 가스로부터 프로세스 가스로의 전환)과 플라즈마 전원 ON을 거의 동시에 행하여도, 마찬가지로 프로세스 가스의 공급 정지(프로세스 가스로부터 불활성 가스로의 전환)와 플라즈마 전원 0FF를 거의 동시에 행하여도 좋다. 여기서, 프로세스 가스는, 재료 가스(프로세스에 의해 생성되는 막 등의 재료가 되는 가스)와 불활성 가스와의 혼합기인 경우도 있고, 재료 가스만인 경우도 있다.
본 발명에 의하면, 반응로 내에 도입된 프로세스 가스를 곧바로 플라즈마화 하여 플라즈마 반응 처리에 기여시킬 수 있기 때문에, 프로세스 가스의 이용 효율 이 향상하고, 그만큼 제조 비용이 저하된다. 더하여, 반응 처리 시작 전의 대기 시간도 대폭적으로 감소시키는 것이 가능하기 때문에, 공정의 TAT(Turn-Around Time)의 단축화에 의해 생산성도 향상한다.
또한, 플라즈마 반응 처리의 완료와 함께, 곧바로 프로세스 가스의 공급을 정지하고, 그 후, 신속하게 플라즈마 발생기에 대한 플라즈마 발생 정지 지령을 줄 수 있기 때문에, 플라즈마 반응에 기여하지 않는 프로세스 가스가 쓸데없이 사용되는 것을 방지하고, 프로세스 가스의 이용 효율의 향상을 통하여 제조 비용의 저하를 도모할 수 있다.
또한, 반응 처리 종료 후의 대기 시간도 대폭적으로 감소시키는 것이 가능하기 때문에, 공정의 TAT(Turn-Around Time)의 단축화에 의해 생산성도 향상한다.
또한, 공급된 프로세스 가스는 곧바로 플라즈마 반응 처리에 기여하는 것에 더하여, 플라즈마 반응 처리 시작에 즈음하여, 전력이 쓸데없이 소비되는 일이 없고, 이로써 생산성의 향상과 프로세스 가스의 저감에 더하여, 전력 에너지의 저감을 통하여, 저비용화를 극한까지 추구할 수 있다.
또한, 전력이 끊겨서 플라즈마 반응 처리가 종료와 함께, 프로세스 가스의 공급도 정지되기 때문에, 프로세스 가스가 쓸데없이 소비되는 일이 없고, 이로써 생산성의 향상과 프로세스 가스의 저감에 더하여, 전력 에너지의 저감을 통하여, 저비용화를 극한까지 추구할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법은, 반도체 장치, 태양전지, 대형 평면 디스플레이 장치(액정 표시 장치나 유기 EL 표 시 장치 등), 그 밖의 전자 장치의 제조에서, 기판의 플라즈마 반응 처리(플라즈마 산화 처리, 플라즈마 질화 처리, 플라즈마 CVD 처리, 플라즈마 에칭 처리, 플라즈마 애싱 처리 등)나 챔버 내벽 등의 플라즈마 클리닝 처리에 적용할 수 있다. 즉, 본 발명의 방법은 전자 장치 일반의 제조에 이용하기 적합하다.

Claims (6)

  1. 플라즈마 발생기를 내장하는 프로세스 챔버와,
    1종 또는 2종 이상의 불활성 가스원의 각각과 프로세스 챔버를 연결하는 불활성 가스의 공급관로와,
    1종 또는 2종 이상의 프로세스 가스원의 각각과 프로세스 챔버를 연결하는 프로세스 가스의 공급관로와,
    프로세스 챔버와 배기 펌프를 연결하는 챔버 내 가스의 배출관로를 가지며,
    불활성 가스의 공급관로 및 프로세스 가스의 공급관로의 각각에는, 주어진 유량 설정치와 압력 계측부를 통하여 계측된 유체 압력에 대응하는 유량 검출치와의 편차가 감소하는 방향으로 유량 제어 밸브의 개방도를 자동적으로 변경하는 기능을 갖는 압력 제어형 유량 조정기가 개재되고, 또한
    챔버 내 가스의 배출관로에는, 주어진 압력 설정치와 압력 계측치와의 편차가 감소하는 방향으로 유량 제어 밸브의 개방도를 자동적으로 변경하는 제 1의 동작 모드를 갖는 압력 제어기가 개재되어 있는, 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법으로서,
    프로세스 챔버 내에서의 프로세스 가스의 농도 변경을 위해, 각 성분 가스의 공급관로에 개재된 상기 압력 제어형 유량 조정기의 각각에 대해 새로운 유량 설정치를 주는 제 1의 스텝을 가지며, 또한
    상기 제 1의 스텝에서, 각 유량 조정기에 대해 주어지는 새로운 유량 설정치 의 각각은, 농도 변경의 전후에서 총유량치가 동일하게 되는 것을 조건으로 하여, 상정되는 변경 후의 프로세스 가스 농도로부터 역산함에 의해 구하여진 값으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1의 스텝에서, 각 유량 조정기에 대해 주어지는 새로운 유량 설정치의 각각에는, 변경 시작부터 소정의 제 1의 미소 시간에 한하여, 변경 후에 감소하는 성분 가스에 관해서는 감소 방향의 초과분이, 변경 후에 증가하는 성분 가스에 관해서는 증가 방향의 초과분이, 각각 가산되어 있고, 또한 감소 방향의 초과분 총량과 증가 방향의 초과분 총량은 동등하게 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1의 미소 시간은, 2초 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 챔버 내 가스의 배출관로에 개재된 압력 제어기는, 개방도 설정치와 개방도 현재치와의 편차가 감소하는 방향으로 유량 제어 밸브의 개방도를 자동적으로 변경하는 제 2의 동작 모드를 또한 가지며, 또한
    상기 배출관로에 개재된 압력 제어기를, 변경 시작부터 소정의 제 2의 미소 시간에 한하여, 상기 제 1의 동작 모드로부터 상기 제 2의 동작 모드로 전환하고, 또한 변경 직후의 압력 변동을 완화하기 위해 경험적으로 구하여진 밸브 개방도 설정치를 주는 제 2의 스텝을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2의 미소 시간은, 3초 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로를 이용한 전자 장치의 제조 방법.
  6. 제 1항내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    프로세스 가스의 농도 변경이, 프로세스 시작시, 프로세스 도중, 또는 프로세스 종료시의 프로세스 가스의 농도 변경을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로 처리 시스템을 이용한 전자 장치의 제조 방법.
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