JP2021197489A - 基板処理装置およびガス供給配管のパージ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】供給配管内の腐食を抑制しつつ、より安全に処理チャンバを大気開放できる基板処理装置およびガス供給配管のパージ方法を提供する。【解決手段】基板処理装置は、処理チャンバと、ガス供給配管と、処理ガス配管と、パージガス配管と、連動開放部とを有する。処理チャンバは、内部において腐食性の処理ガスにより基板に処理を施す処理チャンバである。ガス供給配管は、処理チャンバに接続され、処理チャンバの内部まで連通している配管である。処理ガス配管は、ガス供給配管に第１のバルブを介して接続され、処理ガスをガス供給配管に導入する。パージガス配管は、第１のバルブの処理チャンバ側において、ガス供給配管に第２のバルブを介して接続され、パージガスをガス供給配管に導入する。連動開放部は、第１のバルブが閉じている状態で、処理チャンバの内部への大気導入と連動して第２のバルブを開放する。【選択図】図１

Description

本開示は、基板処理装置およびガス供給配管のパージ方法に関する。

基板処理装置では、素子形成に関する処理を実行するために、処理チャンバに対して、しばしば腐食性の処理ガスが供給配管を通して供給される。基板処理装置は、定期的に行われるメンテナンスの際に処理チャンバの蓋が開けられて、処理チャンバ内部が大気に曝される。このとき、処理チャンバに連通する供給配管内にも大気が入り込み、供給配管内に残留した処理ガスが大気中の水分と反応して、例えばＨＣｌ等の腐食性の物質を生成する。この腐食性の物質が供給配管内を腐食することで、パーティクルの原因となる。供給配管内の腐食を抑えるために、処理チャンバの蓋を開ける大気開放の前からパージガスを流すことが提案されている。

特開２０１７−０９２３１０号公報

本開示は、供給配管内の腐食を抑制しつつ、より安全に処理チャンバを大気開放できる基板処理装置およびガス供給配管のパージ方法を提供する。

本開示の一態様による基板処理装置は、処理チャンバと、ガス供給配管と、処理ガス配管と、パージガス配管と、連動開放部とを有する。処理チャンバは、内部において腐食性の処理ガスにより基板に処理を施す処理チャンバである。ガス供給配管は、処理チャンバに接続され、処理チャンバの内部まで連通している配管である。処理ガス配管は、ガス供給配管に第１のバルブを介して接続され、処理ガスをガス供給配管に導入する。パージガス配管は、第１のバルブの処理チャンバ側において、ガス供給配管に第２のバルブを介して接続され、パージガスをガス供給配管に導入する。連動開放部は、第１のバルブが閉じている状態で、処理チャンバの内部への大気導入と連動して第２のバルブを開放する。

本開示によれば、供給配管内の腐食を抑制しつつ、より安全に処理チャンバを大気開放できる。

図１は、本開示の一実施形態における基板処理装置の一例を示す概略断面図である。 図２は、本実施形態におけるパージ治具の構成の一例を示す図である。 図３は、各シャワープレートに対するパージ流量の一例を示す図である。 図４は、パージ処理の一例を示すフローチャートである。

以下に、開示する基板処理装置およびガス供給配管のパージ方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。

基板処理装置のメンテナンスにおいて、供給配管内の腐食を抑えるために、処理チャンバの蓋を開ける大気開放の前から供給配管内にパージガスを供給すると、処理チャンバ内が陽圧となり処理チャンバの蓋の開放とともに一気に内部のパージガスが噴き出し、安全上好ましくない場合がある。一方、処理チャンバの蓋を開放した後に供給配管内にパージガスを供給すると、供給配管内に大気が入ってしまい、供給配管内が腐食する場合がある。そこで、供給配管内の腐食を抑制しつつ、より安全に処理チャンバを大気開放することが期待されている。

［基板処理装置１の構成］
図１は、本開示の一実施形態における基板処理装置の一例を示す概略断面図である。本実施形態における基板処理装置１は、例えばプラズマ処理装置であり、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成し、生成されたプラズマを用いて、矩形状の基板Ｇに対し、エッチングやアッシング、成膜等のプラズマ処理を施す。本実施形態において、基板Ｇは、例えばＦＰＤ（Flat Panel Display）用のガラス基板である。

基板処理装置１は、本体部１０および制御装置２０を有する。本体部１０は、例えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の導電性材料によって形成された角筒形状の気密な処理チャンバ３０を有する。処理チャンバ３０は接地されている。処理チャンバ３０は、上部の蓋３１と、下部の本体３２とが、複数のシャワープレート３３を有する隔壁３１ａにより区画されている。隔壁３１ａは、誘電体窓または金属窓を有する。隔壁３１ａと本体３２とで囲まれる空間が処理室３２ａとなる。蓋３１と本体３２とは、通常時は密閉しているがＡ−Ａ面で分割可能であり、メンテナンス時には、蓋３１側が例えば上方向に移動して離脱することで、本体３２内（処理室３２ａ）が大気開放される。

各シャワープレート３３には、それぞれガス供給配管３４が接続される。各ガス供給配管３４は、処理チャンバ３０の外部から供給されるガスを各シャワープレート３３に導入するための配管である。ガス供給配管３４からシャワープレート３３に供給されたガスは、シャワープレート３３内の図示しない拡散室で拡散され、ガス吐出孔３３ａから処理室３２ａへ供給される。

ガス供給配管３４は、第１のバルブ３５を介して処理ガス配管３６に接続される。つまり、ガス供給配管３４は、処理チャンバ３０の外部から処理チャンバ３０の内部のシャワープレート３３まで連通している。処理ガス配管３６は、ＦＲＣ（Flow Ratio Controller）３７、蓋側バルブ３８および本体側バルブ３９を介して、処理ガス供給部４０に接続されている。ＦＲＣ３７は、処理ガス供給部４０内のＭＦＣ（Mass Flow Controller）等の流量制御器で決定された流量を所定の比率に分配する。すなわち、図示はしないが、処理ガス配管３６は、蓋側バルブ３８までは例えば１本であり、蓋側バルブ３８からＦＲＣ３７までの間で複数の処理ガス配管３６に分岐する。分岐した各処理ガス配管３６には、それぞれＦＲＣ３７および第１のバルブ３５が設けられ、各第１のバルブ３５に、それぞれのガス供給配管３４が接続されている。各ガス供給配管３４は、隔壁３１ａの異なる領域に位置するシャワープレート３３にそれぞれ接続され、各ＦＲＣ３７のガス配分を調節することによって処理ガスの供給分布を制御することができる。蓋側バルブ３８および本体側バルブ３９は、蓋３１を開放する場合に閉じることで、処理ガス配管３６を蓋３１側と本体３２側とに分割可能とするためのバルブである。

処理ガス供給部４０は、ガス供給源、ＭＦＣ等の流量制御器、およびバルブを有する。流量制御器は、バルブが開かれた状態で、ガス供給源から供給された処理ガスの流量を制御し、流量が制御された処理ガスを処理ガス配管３６へ供給する。処理ガスは、例えば、Ｏ２ガスや、Ｃｌ２ガス、ＢＣｌ３ガスといった塩素系のガス（腐食性のガス）、あるいはこれらの混合ガス等である。また、処理ガス供給部４０は、同様にＮ２ガス等の不活性ガスを処理ガス配管３６へ供給する。

各第１のバルブ３５のシャワープレート３３側の各ガス供給配管３４には、それぞれ第２のバルブ４１を介して各パージガス配管４２が接続される。各パージガス配管４２は、フランジ４３を介してパージ治具４４に接続される。第２のバルブ４１は、パージガス配管４２から供給されるパージガスのガス供給配管３４への供給／停止を切り替える。また、第２のバルブ４１は、エア駆動方式のバルブであり、メカニカルバルブ４５を介して駆動用配管４９が接続される。駆動用配管４９は、パージ治具４４に接続されている。フランジ４３は、各パージガス配管４２を分割可能に接続するためのものである。各パージガス配管４２は、フランジ４３において、処理チャンバ３０側とパージ治具４４側とに分割することができる。つまり、フランジ４３は、メンテナンス時にパージ治具４４を接続し、パージガスを供給するメンテナンスガスポートである。

メカニカルバルブ４５は、機械的な動作で開閉を制御することができるバルブである。メカニカルバルブ４５は、バルブ部４６と検出部４７とを有する。バルブ部４６は、駆動用配管４９から導入されるパージガスの供給／停止を切り替えることで、第２のバルブ４１の開閉を制御する。検出部４７は、バルブ部４６の開閉を制御するスイッチであり、蓋３１側に設けられる。検出部４７と対向する本体３２側の位置には、検出部４７を押下するためのブロック４８が設けられている。蓋３１が閉じている場合、検出部４７はブロック４８と接触して押下されている状態であり、バルブ部４６は閉である。一方、蓋３１が開いている（蓋３１が本体３２から離脱している）場合、検出部４７はブロック４８から離れ、押下されていない状態となり、バルブ部４６は開である。なお、図１では、バルブ部４６と検出部４７とが離れた位置にあるように図示されているが、バルブ部４６と検出部４７は一体化されており、バルブ部４６と検出部４７とは機械的に接続されている。なお、駆動用配管４９は、メカニカルバルブ４５と分離可能に接続されている。

パージ治具４４は、パージガス供給配管５０を介してパージガス供給部５１に接続されている。パージガス供給部５１は、ガス供給源、ＭＦＣ等の流量制御器、およびバルブを有する。流量制御器は、バルブが開かれた状態で、ガス供給源から供給されたパージガスの流量を制御し、流量が制御されたパージガスをパージガス供給配管５０へ供給する。パージガスは、例えば、ドライエア等を用いることができる。なお、パージ治具４４は、処理チャンバ３０内のクリーニングのために、水蒸気を供給可能としてもよい。

ここで、図２を用いてパージ治具４４について説明する。図２は、本実施形態におけるパージ治具の構成の一例を示す図である。図２に示すように、パージ治具４４は、パージガス供給配管５０側から順に、ハンドバルブ５２、レギュレータ５３、複数の流量計５５、複数のニードル弁５６および複数のフィルタ５７を有し、パージ治具４４外のフランジ４３を介して各パージガス配管４２に接続されている。また、ハンドバルブ５２とレギュレータ５３との間を接続する配管から配管４９ａが分岐し、パージ治具４４外の駆動用配管４９に接続されている。また、パージ治具４４は、蓋３１を開けるメンテナンス時に設置され、フランジ４３を介して処理チャンバ３０側の各パージガス配管４２と、パージ治具４４側の各パージガス配管４２とが接続される。さらに、メンテナンス時には、駆動用配管４９もメカニカルバルブ４５に接続される。なお、パージ治具４４は、通常時においても基板処理装置１の一部分として設置されていてもよい。

ハンドバルブ５２は、パージガス供給配管５０を介してパージガス供給部５１から供給されるパージガスを手動で開閉するバルブである。ハンドバルブ５２は、パージ治具４４の設置後に、各パージガス配管４２および駆動用配管４９の接続が確認されると、作業者によって開放される。レギュレータ５３は、各パージガス配管４２へ供給するパージガスの圧力を調整する。圧力計５４は、レギュレータ５３における圧力を計測する。レギュレータ５３の出力側の配管４２ａは分岐しており、複数の流量計５５にそれぞれ接続する。各流量計５５は、各パージガス配管４２へ出力するパージガスの流量を計測する。ニードル弁５６は、各パージガス配管４２の流量を調整する。フィルタ５７は、パージガス中の微粒子等を除去するためのフィルタである。

ここで、図３を用いて各シャワープレート３３に対するパージガスの流量の一例を説明する。図３は、各シャワープレート３３に対するパージ流量の一例を示す図である。図３に示すガス供給配管３４ａは、複数のガス供給配管３４のうちの１つを抜き出したものである。ガス供給配管３４ａは、さらに、各シャワープレート３３に接続される複数のガス供給配管３４ｂに分岐する。図３の例では、ガス供給配管３４ａに例えば５２Ｌ／ｍｉｎのパージガスが供給されると、パージガスは、ガス供給配管３４ｂのそれぞれに均等に分配される。各ガス供給配管３４ｂは、各シャワープレート３３に６．５Ｌ／ｍｉｎのパージガスを供給する。パージガスとしてドライエアを用いる場合、各シャワープレート３３に対して５Ｌ／ｍｉｎ以上のドライエアパージを行うことができれば、大気のガス供給配管３４への侵入を抑制することができる。従って、図３の例では、ガス供給配管３４，３４ａ，３４ｂ内およびシャワープレート３３内の腐食を抑制することができる。

図１の説明に戻る。蓋３１内には、アンテナ６０が設置されている。アンテナ６０は、銅等の導電性の高い金属により環状や渦巻状等の任意の形状に形成されている。アンテナ６０は、図示しないスペーサにより隔壁３１ａから離間している。

アンテナ６０には、整合器６１を介して高周波電源６２が接続されている。高周波電源６２は、整合器６１を介してアンテナ６０に、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電力を供給する。これにより、アンテナ６０の下方にある処理室３２ａ内に誘導電界が形成される。処理室３２ａ内に形成された誘導電界により、シャワープレート３３から供給された処理ガスがプラズマ化され、処理室３２ａ内に誘導結合プラズマが生成される。高周波電源６２およびアンテナ６０は、プラズマ生成機構の一例である。

本体３２の底部には、基板Ｇを載置する載置台７０が配置されている。載置台７０は、基板Ｇの形状に対応した四角板状または四角柱状に形成されている。載置台７０の上面において基板Ｇを載置する載置面には、基板Ｇを保持するための静電チャック（図示せず）が形成されており、プラズマ処理が行われている間、基板Ｇは載置台７０に固定される。

載置台７０には、整合器７１および高周波電源７２が接続されている。高周波電源７２は、整合器７１を介して載置台７０に、バイアス用の高周波電力を供給する。高周波電源７２は、バイアス電力供給機構の一例である。整合器７１を介して載置台７０にバイアス用の高周波電力が供給されることにより、載置台７０に載置された基板Ｇにイオンが引き込まれる。高周波電源７２によって載置台７０に供給される高周波電力の周波数は、例えば５０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲の周波数であり、例えば６ＭＨｚである。また、載置台７０には、図示はしないが伝熱ガスを供給するための配管、温度調節機構およびリフトピン等が設けられている。

本体３２の側面には、基板Ｇを搬出入するための図示しない開口およびゲートバルブが設けられている。また、本体３２の底部の外周側には、複数の排気口７３が形成されている。各排気口７３には、それぞれ排気管７４およびＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ７５を介して、真空ポンプ７６が接続されている。真空ポンプ７６により処理室３２ａ内が排気され、ＡＰＣバルブ７５の開度が調整されることにより、処理室３２ａ内の圧力が所定の圧力に維持される。

制御装置２０は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。制御装置２０内のプロセッサは、制御装置２０内のメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置２０の入出力インターフェイスを介して本体部１０の各部を制御する。

［ガス供給配管のパージ方法］
次に、本実施形態におけるガス供給配管のパージ方法について説明する。図４は、パージ処理の一例を示すフローチャートである。図４では、蓋３１の上部にパージ治具４４を設置し、各パージガス配管４２および駆動用配管４９を処理チャンバ３０側に接続し、パージガス供給配管５０をパージガス供給部５１に接続した状態から説明を開始する。

制御装置２０は、処理ガス供給部４０からガス供給配管３４に、Ｎ２ガスを供給させる（ステップＳ１）。Ｎ２ガスは、処理ガス配管３６および第１のバルブ３５を経由してガス供給配管３４に導入される。次に、制御装置２０は、第１のバルブ３５を閉じ（ステップＳ２）、Ｎ２ガスの供給を停止させる。つまり、処理ガス配管３６にＮ２ガスが封入された状態となる。また、制御装置２０は、蓋側バルブ３８および本体側バルブ３９を閉じる。その後、作業者によって基板処理装置１の電源が落とされる。このとき、パージ治具４４は、各パージガス配管４２および駆動用配管４９にパージガスを供給している状態である。

基板処理装置１の電源が落とされた状態で、作業者により蓋３１が本体３２から離脱され、処理チャンバ３０の内部に大気が導入される。つまり、処理室３２ａが大気開放される。メカニカルバルブ４５は、検出部４７で蓋３１の本体３２からの離脱を検出し、バルブ部４６を開放する。第２のバルブ４１は、バルブ部４６が開放されて供給されるパージガスにより開放される。第２のバルブ４１が開放されると、各パージガス配管４２のパージガスは、ガス供給配管３４に供給される。すなわち、処理チャンバ３０の大気開放に連動して、ガス供給配管３４にパージガスが供給される（ステップＳ３）。

ガス供給配管３４に供給されたパージガスは、シャワープレート３３のガス吐出孔３３ａから吐出され続けるので、ガス供給配管３４内への大気の侵入を阻止し、ガス供給配管３４内の腐食を抑制することができる。また、ガス供給配管３４へのパージガスの供給は、人の手を介さず処理チャンバ３０の大気開放に連動して開始されるため、大気開放時に処理チャンバ３０内が陽圧とならず、より安全に処理チャンバを大気開放することができる。

以上、各実施形態によれば、基板処理装置１は、処理チャンバ３０と、ガス供給配管３４と、処理ガス配管３６と、パージガス配管４２と、連動開放部（メカニカルバルブ４５）とを有する。処理チャンバ３０は、内部において腐食性の処理ガスにより基板Ｇに処理を施す処理チャンバである。ガス供給配管３４は、処理チャンバ３０に接続され、処理チャンバ３０の内部まで連通している配管である。処理ガス配管３６は、ガス供給配管３４に第１のバルブ３５を介して接続され、処理ガスをガス供給配管３４に導入する。パージガス配管４２は、第１のバルブ３５の処理チャンバ３０側において、ガス供給配管３４に第２のバルブ４１を介して接続され、パージガスをガス供給配管３４に導入する。連動開放部は、第１のバルブ３５が閉じている状態で、処理チャンバ３０の内部への大気導入と連動して第２のバルブ４１を開放する。その結果、ガス供給配管３４内の腐食を抑制しつつ、より安全に処理チャンバ３０を大気開放することができる。

また、本実施形態によれば、処理チャンバ３０は、本体３２と蓋３１とにより密閉して構成される。また、大気導入は、蓋３１を本体３２から離脱させることで、処理チャンバ３０の内部に大気を導入する。その結果、蓋３１を本体３２から離脱させたタイミングで、処理チャンバ３０を大気開放することができる。

また、本実施形態によれば、連動開放部は、蓋３１が本体３２から離脱することに基づいて、第２のバルブ４１を開放する。その結果、蓋３１を本体３２から離脱させたタイミングで、ガス供給配管３４にパージガスを供給することができる。

また、本実施形態によれば、連動開放部は、蓋３１の本体３２からの離脱をメカニカルバルブ４５により検出し、メカニカルバルブ４５に接続された駆動用配管４９にパージガス配管４２から分岐して供給されるパージガスにより、第２のバルブ４１を開放する。その結果、基板処理装置１の電源が落とされた状態でも、ガス供給配管３４にパージガスを供給することができる。

また、本実施形態によれば、パージガスは、ドライエアである。その結果、ガス供給配管３４内の腐食を抑制することができる。また、大気開放時にパージガスを供給し続けても作業者に影響を及ぼさない。

また、本実施形態によれば、基板処理装置１におけるガス供給配管のパージ方法は、内部において腐食性の処理ガスにより基板Ｇに処理を施す処理チャンバ３０に接続されたガス供給配管３４に第１のバルブ３５を介して接続され、処理ガスをガス供給配管３４に導入する処理ガス配管３６の第１のバルブ３５を閉じる工程と、第１のバルブ３５の処理チャンバ３０側において、ガス供給配管３４に第２のバルブ４１を介して接続されるパージガス配管４２の第２のバルブ４１を、処理チャンバ３０の内部への大気導入と連動して開放し、パージガスをガス供給配管３４に導入する工程と、を有する。その結果、ガス供給配管３４内の腐食を抑制しつつ、より安全に処理チャンバ３０を大気開放することができる。

なお、上記した実施形態では、プラズマ源の一例として、誘導結合型の基板処理装置として説明したが、他のプラズマ源を備えた基板処理装置であってもよい。誘導結合プラズマ以外のプラズマ源としては、例えば、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ）、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＰ）、およびヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ）等が挙げられる。

今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。

１ 基板処理装置
１０ 本体部
２０ 制御装置
３０ 処理チャンバ
３１ 蓋
３１ａ 隔壁
３２ 本体
３２ａ 処理室
３３ シャワープレート
３４ ガス供給配管
３５ 第１のバルブ
３６ 処理ガス配管
４０ 処理ガス供給部
４１ 第２のバルブ
４２ パージガス配管
４３ フランジ
４４ パージ治具
４５ メカニカルバルブ
４９ 駆動用配管
５０ パージガス供給配管
５１ パージガス供給部
６０ アンテナ
６１，７１ 整合器
６２，７２ 高周波電源
７０ 載置台
Ｇ 基板

Claims (6)

1. 内部において腐食性の処理ガスにより基板に処理を施す処理チャンバと、
   前記処理チャンバに接続され、前記処理チャンバの内部まで連通しているガス供給配管と、
   前記ガス供給配管に第１のバルブを介して接続され、前記処理ガスを前記ガス供給配管に導入する処理ガス配管と、
   前記第１のバルブの前記処理チャンバ側において、前記ガス供給配管に第２のバルブを介して接続され、パージガスを前記ガス供給配管に導入するパージガス配管と、
   前記第１のバルブが閉じている状態で、前記処理チャンバの内部への大気導入と連動して前記第２のバルブを開放する連動開放部と、
   を有する基板処理装置。
2. 前記処理チャンバは、本体と蓋とにより密閉して構成され、
   前記大気導入は、前記蓋を前記本体から離脱させることで、前記処理チャンバの内部に大気を導入する、
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記連動開放部は、前記蓋が前記本体から離脱することに基づいて、前記第２のバルブを開放する、
   請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記連動開放部は、前記蓋の前記本体からの離脱をメカニカルバルブにより検出し、前記メカニカルバルブに接続された駆動用配管に前記パージガス配管から分岐して供給されるパージガスにより、前記第２のバルブを開放する、
   請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記パージガスは、ドライエアである、
   請求項１〜４のいずれか１つに記載の基板処理装置。
6. 基板処理装置におけるガス供給配管のパージ方法であって、
   内部において腐食性の処理ガスにより基板に処理を施す処理チャンバに接続されたガス供給配管に第１のバルブを介して接続され、前記処理ガスを前記ガス供給配管に導入する処理ガス配管の前記第１のバルブを閉じる工程と、
   前記第１のバルブの前記処理チャンバ側において、前記ガス供給配管に第２のバルブを介して接続されるパージガス配管の前記第２のバルブを、前記処理チャンバの内部への大気導入と連動して開放し、パージガスを前記ガス供給配管に導入する工程と、
   を有するガス供給配管のパージ方法。

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