CN108630513B - 等离子体处理装置以及等离子体处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高了处理的成品率的等离子体处理装置或方法。等离子体处理装置或方法通过气体供给单元向配置在真空容器内部的处理室内供给给定流量的处理用气体，利用包括使用以各不相同的条件供给的处理用气体在处理室内形成等离子体的多个处理步骤的工序，对载置于配置在处理室内的试样台上的晶片进行处理，上述工序具备在前后两个处理步骤之间向处理室内供给稀有气体的转移步骤，上述转移步骤包括：第一转移步骤，对稀有气体将其压力调节为与在前面的处理步骤中使用的处理用气体的条件相等来进行供给；和第二转移步骤，在该第一转移步骤之后，对稀有气体将其压力和流量调节为与在后面的处理步骤中使用的处理用气体的条件相等来进行供给。

Description

等离子体处理装置以及等离子体处理方法
技术领域
本发明涉及通过形成在处理室内的等离子体对配置在真空容器内部的处理室内的半导体晶片等基板状的试样进行处理的等离子体处理装置以及等离子体处理方法，并涉及使用对具有不同的组成的多种处理用的气体进行切换并供给到处理室内而形成的等离子体对试样进行处理的等离子体处理装置以及等离子体处理方法。
背景技术
由于近年来的半导体元件的微小化，蚀刻的精度正在从nm量级向
Figure GDA0002263638610000012
量级过渡。该
Figure GDA0002263638610000011
量级下的蚀刻处理的控制是重要的课题。
一般在蚀刻工序中为了提高蚀刻的控制性，需要通过缩短有助于连续放电时的蚀刻的步骤时间来实现控制性的提高。作为本来的连续放电时的课题，再现性、机械差异成为问题。
以往的等离子体处理装置为了抑制这些作为连续放电时的课题的再现性、机械差异，对于在不同的步骤间的持续放电下的步骤转移时由于混合存在不同的蚀刻气体而造成的影响，通过使用了惰性气体的转移步骤来进行抑制。作为这样的现有技术，已知有在日本特开2007-287924号公报(专利文献1)记载的技术。
该现有技术是使用在真空处理室内形成等离子体而进行的多个处理步骤对配置在该处理室内的试样进行处理的技术，其公开了如下技术，即，在压力、处理用气体的种类等条件分别不同的处理步骤之间配置供给能够持续进行等离子体的放电的惰性气体例如Ar气体的转移步骤。进而，在该现有技术中公开了如下内容，即，在转移步骤中，最初使真空处理室内的压力与前面的处理步骤的压力匹配，然后平滑地向后面的处理步骤的压力变化。
此外，像在日本特开2008-91651号公报(专利文献2)记载的那样，已知如下内容，即，具备与向处理室供给的处理用气体的供给用的气体线连接并分支而向处理室用的排气泵进行排气的气体线，通过阀的动作来切换处理用气体向这些气体线的流通，从而调节向处理室内的处理用气体的供给。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2007-287924号公报
专利文献2：JP特开2008-91651号公报
上述现有技术由于对于以下方面考虑并不充分，因此产生了问题。
即，上述的专利文献1在使用惰性气体的转移步骤的开始时，用一个质量流量控制器对惰性气体的流量进行调节，使得与前面的处理步骤中的压力匹配，然后用该质量流量控制器进行流量变更，从而与下一个步骤的压力条件匹配。此时，由于用一个质量流量控制器进行流量变更，因此该流量变更以及此后的配管内部的压力稳定时间需要时间，所以转移步骤的短时间化成为课题。
此外，即使在实际处理步骤中，在流量变更中使用相同流量、相同气体种类的质量流量控制器的情况下，也存在切换时间受到流量变更时间限制的课题。除此以外，由于为了进行切换，会准备两个相同流量、相同气体种类的质量流量控制器，由此引起的制作成本上升和该质量流量控制器的安装空间的确保成为课题。
此外，在现有技术中，为了再现性良好、高速且流畅地对气体流量、气体压力进行切换，使气体线具有处理室导入用的气体线和用于向干式泵进行排气的气体线，并进行了用阀对其进行切换的处理用气体的高速控制，但是，在气体供给单元内为了进行切换而使用多个气体种类的情况下，由于在从在向干式泵进行排气用的气体线中混合了一次气体的状态向处理室导入用的气体线进行切换时，会再次混合气体，因此，此时发生压力变动，存在其稳定需要时间的课题。
此外，虽然为了抑制阀开闭时的响应性偏差0.1s，存在先关闭通过干式泵来进行排气的一侧的气体线阀的方法，但是阀的开闭速度依赖于连结电磁阀和阀的空气管的长度和粗度，在实际的装置安装条件下较长，有时需要将近0.2s，而且在现有技术中并未考虑阀开闭时间装置系统的通信时间，该通信时间存在0.1s～0.2s左右的指示延迟偏差。因此，若考虑与其相应的量的余量，则必须提前0.5s以上关闭阀，此时的集成模块内的压力上升所引起的压力变动成为课题。
此外，在提前0.5s以上关闭阀的情况下，事先需要接下来流动的气体的质量流量控制器的起动时间1s和该气体线的压力稳定时间1s左右。因此，需要在切换前提前2.5s以上开始流动气体，对于实现2s以下的短时间切换成为课题。
此外，为了解决阀的开闭时间的问题，如果使用将电磁阀直接安装于阀的类型的高速切换用的阀，则能够在15ms左右进行切换，但是气体供给单元内的占有空间会增大与将电磁阀直接安装于阀相应的量，除此之外，与此相伴的每个阀平均的成本上升也成为课题。
此外，在现有技术中，为了提高从气体供给单元到腔室的处理室导入用气体线的配管内的流量成为稳定状态为止的响应性，需要缩短该配管长度。虽然通过使该气体供给单元主体靠近腔室来缩短了该配管长度，但是要使在装置中体积比较大的气体供给单元主体靠近腔室，空间上的限制较大，存在为了安装需要1m左右的配管长度的课题。
此外，作为现有技术，在进行处理用气体的高速控制时，在气体切换中进行高速控制的处理用气体流量以及与其附随的腔室压力以外的控制参数的再现性以及机械差异成为问题。作为这样的控制的参数，具有等离子体生成用的微波电力的匹配、线圈电流、晶片偏置的匹配。此外，在步骤时间内存在各控制参数的过渡响应时间，该部分不能控制，因而成为产生再现性的恶化、机械差异的主要原因。
在现有技术中可以认为，微波电力的匹配时间最大是0.2s，线圈电流的稳定时间最大是2s，晶片偏置的匹配是0.5s。另一方面，若通过处理用气体的高速控制来使步骤时间短时间化，则该过渡响应时间占据整体的比例会增大。该过渡响应时间中的处理对处理结果造成的影响难以调节，作为结果而言，产生处理的成品率下降这样的问题。进而，还存在这样的过渡响应的期间中的处理的再现性低且每个装置的差异(机械差异)增大这样的问题。关于这样的问题点，在上述现有技术中并未作考虑。
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于，提供一种提高了处理的成品率的等离子体处理装置或等离子体处理方法。
用于解决课题的技术方案
上述目的可通过如下的等离子体处理装置或方法来达成，所述等离子体处理装置或方法通过气体供给单元对配置在真空容器内部的处理室内供给给定的流量的处理用气体，通过包括使用以分别不同的条件供给的所述处理用气体在处理室内形成等离子体的多个处理步骤的工序，对载置于配置在所述处理室内的试样台上的晶片进行处理，所述工序具备在前后两个所述处理步骤之间向所述处理室内供给稀有气体的转移步骤，所述转移步骤包括：第一转移步骤，供给在该转移步骤开始前预先将其压力调节为与在前面的所述处理步骤中使用的所述处理用气体的条件相等的所述稀有气体，以使得所述处理室内部的压力的值维持为前面的所述处理步骤中的处理的条件的值；和第二转移步骤，在该第一转移步骤之后实施，所述第二转移步骤供给在该第一转移步骤开始前预先将其压力和流量调节为与在后面的所述处理步骤中使用的所述处理用气体的条件相等的所述稀有气体，以使得所述处理室内部的压力的值从前面的所述处理步骤中的处理的条件的值变更为后面的所述处理步骤中的处理的条件的值。
发明效果
根据本发明，能够降低作为短时间步骤时的课题的处理性能的再现性恶化、机械差异，能够实现短时间步骤。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的实施例涉及的等离子体处理装置的结构的概略的纵剖视图。
图2是示意性地示出图1所示的实施例具备的匹配电路的结构的概略的框图。
图3是示出图1所示的实施例实施的蚀刻处理的多个工序各自中的条件的一部分的表。
图4是示出图3所示的工序的动作的流程的曲线图。
图5是示意性地示出图1的实施例涉及的等离子体处理装置实施的处理步骤A中的气体的流动的图。
图6是示意性地示出图1的实施例涉及的等离子体处理装置实施的转移步骤1中的气体的流动的图。
图7是示意性地示出图1的实施例涉及的等离子体处理装置实施的转移步骤2中的气体的流动的图。
图8是示意性地示出图1的实施例涉及的等离子体处理装置实施的处理步骤B中的气体的流动的图。
图中，1：真空容器，2：簇射板，3：电介质窗，4：处理室，5：真空排气口，6：波导管，7：空腔谐振器，8：电磁波产生用电源，9：磁场产生线圈，10：试样台，11：晶片，12：匹配电路，13：高频电源，14：滤波器，15：静电吸附用直流电源，16：气体供给单元，17：压力计，18：可变传导阀，19：干式泵，20：涡轮分子泵，21：排气线，22：蚀刻气体供给线，23：第一舍弃气体线，24：第二舍弃气体线，25：腔室导入气体线，26：阻抗控制器，27：第一匹配用可变元件，28：第二匹配用可变元件，29：阻抗外部指示器，100：气体切换单元，101：第一阀，102：第二阀，103：第三阀，104：第一旁路线，105：第二旁路线，106：腔室导入气体线用压力计，110：第二气体供给线，111：第四阀，112：第五阀，113：第六阀，114：第三旁路线，115：第四旁路线，116：第一转移步骤气体用质量流量控制器，120：第三气体供给线，121：第七阀，122：第八阀，123：第九阀，124：第五旁路线，125：第六旁路线，126：第二转移步骤气体用质量流量控制器，131：第一舍弃气体线用压力计，132：可变传导阀，141：第二舍弃气体线用压力计，142：可变传导阀。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。
在以下的实施例中，示出了如下的等离子体处理装置和该等离子体处理装置进行的处理工序，该等离子体处理装置具有：连接真空排气装置，并且能够对内部进行减压的电介质窗和真空容器所密闭的处理室；能够载置被处理件的基板电极；与基板电极对置地具备的簇射板(shower plate)；向处理室内供给处理用气体的气体供给单元；用于从该电介质窗导入用于产生等离子体的电磁波的高频导入单元；以及形成用于产生该等离子体的磁场的单元，在等离子体处理装置中，在从气体供给单元经由簇射板向减压处理室供给处理用气体的第一气体供给线上，与气体供给单元独立地具备气体切换机构。
本实施例的气体切换机构由两个连接气体导入线和与粗抽排气线连接的两个舍弃气体线和用于对其进行切换的9个阀、腔室导入线和进行压力测定的压力计、以及用于测定两个舍弃气体线的压力的两个压力计和将腔室导入线和舍弃气体线的压力控制为相同的两个压力控制器构筑。使用该机构，在各个条件开始之前，事先向舍弃气体线流过气体，使其成为稳定流动的同时，将舍弃气体线的压力调节为与腔室导入气体线的压力相同，由此能够无变动地平滑地改变连接。
此外，通过与气体供给单元内独立地具备气体切换机构，从而无需局限于气体供给单元内的空间，能够使用将电磁阀安装于阀的高速切换用的阀。此外，通过使用高速切换用的阀，从而无需考虑阀的响应延迟而使开闭的切换定时偏离，能够实现切换步骤的短时间化。
此外，因为在高速切换时利用使用了惰性气体的转移步骤以及转移步骤用的追加的质量流量控制器，必定能够进行气体切换，所以即使在处理步骤中使用相同气体种类、相同气体流量的情况下，也无需应对流量变更，能够实现处理步骤的短时间化，或者，因为无需在气体供给单元内具备两个相同气体种类、相同流量的质量流量控制器，所以能够将产品成本抑制得较低。
除此以外，气体供给单元内成为以往那样的动作，因此无需将气体供给单元内的阀置换为昂贵的高速切换用的阀，此外，因为仅气体切换机构部使用高速切换用阀即可，所以能够将产品成本抑制得较低。
此外，通过还在气体供给单元的下游侧配置气体切换单元，从而即使在使用多个气体种类的情况下，也会在混合了多个气体的状态下成为稳定流动之后进行气体切换，因此无需像现有技术那样在气体切换时再次进行气体混合，能够抑制此时发生的在处理用气体配管内产生的压力变动。
作为实际的处理步骤的运用，在处理步骤A与处理步骤B之间使用转移步骤。将该转移步骤分为前半段和后半段这两段，在前半段的转移步骤1中维持前一处理步骤条件A的微波电力、线圈电流、处理室压力，晶片偏置电力设为“关闭(OFF)”，将气体流量切换为相同流量相当的氩或惰性气体。接着，在后半段的转移步骤2中，将晶片偏置电力维持为“关闭”的同时，切换为下一处理步骤条件B的微波电力、线圈电量、处理压力条件，并且切换为处理步骤条件B下的相同气体流量相当的Ar或惰性气体。通过在转移步骤内对微波电力、线圈电流、处理室压力、气体流量进行切换，从而能够降低微波电力的匹配时间、线圈电流的稳定时间、它们的过渡响应时间给再现性、机械差异(原文：機差)带来的影响。此外，关于晶片偏置用匹配电路的匹配值，通过在“关闭”的状态时预先与下一个处理步骤的匹配值进行匹配，从而抑制过渡响应。
能够降低作为现有技术的课题的处理性能的再现性恶化、机械差异，能够实现短时间步骤。
【实施例1】
以下，使用图1对本发明的实施例进行说明。图1是示出本发明的实施例涉及的等离子体处理装置的图，特别在本实施例中是进行微波ECR(Electron CyclotronResonance：电子回旋共振)蚀刻的等离子体处理装置。
图1是示出本发明的实施例涉及的等离子体处理装置的结构的概略的纵剖视图。在图1中，本发明的实施例涉及的等离子体处理装置具备：真空容器1，其在内部具备处理室4，处理室4配置有载置并保持基板状的处理对象的试样即晶片11的试样台10，并形成等离子体对晶片11进行处理；排气装置部，其配置在真空容器1的下方，具备对处理室4内部进行排气的涡轮分子泵20；和等离子体形成部，其在真空容器1外部包围处理室4的上方及其周围而配置，产生供给到处理室4内的等离子体形成用的电场或磁场，该等离子体处理装置进行对晶片11进行蚀刻处理来制造半导体器件的工序。
本实施例的等离子体处理装置的真空容器1具有圆筒形或可视为圆筒形的程度的近似的形状，具备该圆筒形的侧壁和作为可开闭地配置在圆筒形的上方的盖构件的电介质窗3(例如石英制)，电介质窗3具有圆板形状，由能够透射电场或磁场的电介质构成。电介质窗3和侧壁的上端部在它们之间夹着O形环等密封构件进行连接，在连接了电介质窗3的状态下，真空容器1内部的处理室4内外被气密地密封并保持，真空容器1将电介质窗3作为构成其上部的一个构件而构成。
在电介质窗3的下方配置有簇射板2，簇射板2构成该真空容器1内部的处理室4的顶面，是配置有多个用于从上方向处理室4内供给处理用的气体的贯通孔的具有圆板形状的电介质制成(例如包含石英或氧化钇等陶瓷的材料制成)的板构件。在簇射板2与电介质窗3之间，配置有从贯通孔供给到处理室4内的处理用气体进行供给并扩散、分散而充满的缓冲用空间。
该缓冲用的空间的内部与向等离子体处理装置供给处理用气体的气体供给装置16连结，从该气体供给装置16供给的蚀刻处理用的气体经由包括与真空容器1连接的气体供给管的蚀刻气体线22流通到内部。此外，在从气体供给单元16经由簇射板2向减压处理室供给处理用气体的蚀刻气体线22与腔室导入气体线25之间具备气体切换单元100。在真空容器1的下方配置有可变传导阀(Variable conductance valve)18、涡轮分子泵20以及干式泵19，经由配置在真空容器1内的处理室4的底面的真空排气口5与处理室4连通。
为了将用于生成等离子体的电力传送到处理室4，在电介质窗3的上方，作为辐射电磁波的高频导入单元而配置有波导管6(或天线)。
关于波导管6，在其上下方向上延伸的波导管6的圆筒形的管状部分在上端部与在水平方向上延伸的截面矩形的管状部分的一端部连结而改变方向，进而，在截面矩形的管状部分的另一端侧配置有用于激励形成向波导管6内传送的电磁波的电磁波产生用电源8。该电磁波的频率没有特别限定，在本实施例中使用2.45GHz的微波。
在作为处理室4的外周部的电介质窗3的上方以及真空容器1的圆筒状部分的侧壁的外周侧，配置有形成磁场的磁场产生线圈9，由电磁波产生用电源8激励并经由波导管6以及空腔谐振器7、电介质窗3、簇射板2而导入到处理室4内的电场，通过与供给直流电流而由磁场产生线圈9形成并导入到处理室4内的磁场的相互作用，来激发蚀刻气体的粒子，从而在处理室4内的簇射板2的下方的空间生成等离子体。此外，在本实施例中，在作为处理室4内的下部的簇射板2的下方，配置有与该簇射板2的下表面对置配置的试样台10。
在本实施例中，试样台10具有大致圆筒形状，在其上表面且载置处理对象的晶片11的面配置有通过喷镀形成的电介质制的膜(省略图示)，在配置在该电介质的膜内部的膜状的至少一个电极经由高频滤波器14连接直流电源15，构成为能够供给直流电力。进而，在试样台10的内部配置有圆板形状的导体制的基材，并经由匹配电路12连接有高频电源13。
另外，本实施例的等离子体处理装置具备未图示的控制部，该控制部与构成上述真空容器1、排气装置部、等离子体形成部的部分、气体切换单元100、匹配电路12、高频电源13等的部分连接为能够进行信号的收发。在本实施例的等离子体处理装置中，在以下说明的对晶片11进行蚀刻处理的工序中，读出存储在控制部内的硬盘、CD-ROM、RAM或ROM等存储装置内的软件，基于其中记载的算法通过半导体制的微处理器等运算器的动作而计算出的指令信号被发送到这些各部分，从而调节它们的动作，实施晶片11的蚀刻处理。控制部是以可通信的方式连接了与这样的存储装置、运算器进行收发用的接口的单元，可以由一个或多个器件构成。
在这样的等离子体处理装置中，在上表面预先形成了包括使用了树脂材料的掩模层的多个膜层层叠的膜结构的晶片11，以该膜结构的处理对象的膜层未被处理的未处理的状态被输送到处理室4内部，并保持在试样台10上表面上，使用在该处理室4内形成的等离子体对处理对象的膜层进行蚀刻处理。更详细地，未处理的晶片11被搬运到真空搬运容器的搬运室，并通过配置在真空容器1侧壁的贯通孔即闸门内部搬入到处理室4内，该搬运室与未图示的真空容器1的侧壁连结而被减压，并且内部配置有机械臂等搬运单元。
保持在搬运单元上的未处理的晶片11载置到配置在试样台10内的向试样台10上表面上方突出的多个销上端上，从而进行交接。在机械臂等搬运单元从处理室4搬出并由未图示的闸阀将闸门气密地封闭的状态下，销下降并容纳在试样台10内部，交接至试样台10上表面的晶片11由于从直流电源15施加的直流电压的静电力而被吸附在试样台10上表面上。
接着，从气体供给单元16向处理室4内供给作为给定的处理用气体的蚀刻气体，并反馈由压力计17对处理室4内部的压力进行检测的结果来调节可变传导阀18的动作，从而将处理室4内部调节为适于处理的压力。在该状态下，对处理室4内供给电场以及磁场，使供给到试样台10与簇射板2之间的处理室4内的空间中的处理用气体的原子或分子离解、电离，从而在处理室4内形成等离子体。在形成了等离子体的状态下，从高频电源13向试样台10施加给定频率的高频电力，从而在晶片11上方形成偏置电位，根据该偏置电位与等离子体的电位之间的电位差，等离子体中的荷电粒子被吸引到晶片11表面而与晶片11表面上的膜结构进行碰撞，从而对处理对象的膜进行蚀刻处理。
在本实施例的蚀刻处理中，在处理开始后，伴随着时间的经过，切换实施以不同的处理条件对晶片11上表面上的膜结构的至少一个处理对象的膜层进行蚀刻处理的多个工序。进而，在本例中，在时间的经过上的前后两个工序(处理步骤)之间，实施具有至少具有一个从前面工序中的处理的条件变更为后面工序中的处理的条件的转移用的工序(转移步骤)的处理的工序。
若这样的膜结构的处理进行了给定时间并检测到处理的终点，则停止向试样台10内部的圆板形状的电极供给来自偏置电位形成用的高频电源的高频电力，从而蚀刻处理停止。此后，基于静电力的吸附因除电而被解除。此后，容纳在试样台10内部的多个销被驱动而向上方移动，载置在多个销的上端上的晶片11从试样台10上表面离开到其上方并被保持。在该状态下，闸阀进行动作，处理完成的晶片11被交接到通过开放的闸门再次进入到处理室4内的搬运装置上表面上方，搬运装置退出到处理室4外，从而将晶片11搬出到外部，闸门再次封闭。
接着，对本实施例的等离子体处理装置具备的具有气体切换机构的气体切换单元100进行说明。
在本实施例的气体切换单元100中，具备：对气体供给单元16和真空容器1之间进行连接的第一气体供给线即蚀刻气体供给线22、和在该蚀刻气体供给线22上具备的第一阀101。还具备第一舍弃气体线23、第一旁路线104以及在该第一旁路线上具备的第二阀102，第一舍弃气体线23从蚀刻气体供给线22分支并连接配置在蚀刻气体供给线22与排气线21之间，排气线21对处理室4的排气用的涡轮分子泵20与配置在从该涡轮分子泵20的排气口起的流动的下游侧的粗抽用的干式泵19入口之间进行连接，第一旁路线104对第一阀101以及气体供给单元16之间的蚀刻气体供给线22与第一舍弃气体线23之间进行连接。
此外，还配置有：从蚀刻气体供给线22分支并连接配置在蚀刻气体供给线22与排气线21之间的第二舍弃气体线24；对第一阀101以及气体供给单元16之间的蚀刻气体供给线22与第二舍弃气体线24之间进行连接的第二旁路线105；和在第二旁路线105上具备的第三阀103。第一舍弃气体线23、第二舍弃气体线24是用于将在蚀刻气体供给线22上流动的处理用气体通过干式泵19排出到等离子体处理装置外部的线路。
此外，气体切换单元100具备：在转移步骤中向处理室4内供给氩等稀有气体或惰性气体的第一转移步骤气体供给源117；在内部流通从该第一转移步骤气体供给源117供给的第一转移步骤气体，并对第一转移步骤气体供给源117与蚀刻气体供给线22之间进行连接的第二气体供给线110；和配置在第二气体供给线110上，对第一转移步骤气体的流量或速度进行调节的第一转移步骤气体用质量流量控制器116。第二气体供给线110在第一阀101与腔室导入气体线25之间与蚀刻气体供给线22连接。
还具备：在第二气体供给线110上具备的第四阀111；为了将从第二气体供给线110供给的第一转移步骤用气体向干式泵19进行排气，对第二气体供给线110与第一舍弃气体线23之间进行连接的第三旁路线114；和在该第三旁路线114上具备的第五阀112。还具备：为了将从第一转移步骤气体供给源117供给的第一转移步骤气体向干式泵19进行排气，对第二气体供给线110与第二舍弃气体线24之间进行连接的第四旁路线115；和在该第四旁路线115上具备的第六阀113。
此外，具备：在转移步骤中向处理室4内供给氩等稀有气体或惰性气体的第二转移步骤气体供给源127；在内部流通从该第二转移步骤气体供给源127供给的第二转移步骤气体，并对第二转移步骤气体供给源127与蚀刻气体供给线22之间进行连接的第三气体供给线120；和配置在第三气体供给线120上，对第二转移步骤气体的流量或速度进行调节的第二转移步骤气体用质量流量控制器126。第三气体供给线120在第一阀101与腔室导入气体线25之间与蚀刻气体供给线22连接。
还具备：在第三气体供给线120上具备的第七阀121；为了将从第三气体供给线120供给的第二转移步骤用气体向干式泵19进行排气，对第三气体供给线120与第一舍弃气体线23之间进行连接的第五旁路线124；和在该第五旁路线124上具备的第八阀122。还具备：为了将从第二转移步骤气体供给源127供给的第二转移步骤气体向干式泵19进行排气，对第三气体供给线120与第二舍弃气体线24之间进行连接的第六旁路线125；和在该第六旁路线125上具备的第九阀123。
此外，在气体切换单元100中，在上述的各气体线上配置有压力计，在腔室导入气体线25上配置有腔室导入气体线用压力计106，在第一舍弃气体线23配置有第一舍弃气体线用压力计131，在第二舍弃气体线24配置有第二舍弃气体线用压力计141。
此外，在第一舍弃气体线23上配置有可变传导阀132，在第二舍弃气体线24上配置有可变传导阀142。这些可变传导阀132、142各自进行对基于该阀的开度的构成线路的配管内的流路截面积、流路的形状等传导率进行增减来调节流量、其速度的动作，使得第一舍弃气体线用压力计131、第二舍弃气体线用压力计141各自所检测出的值与腔室导入气体线用压力计106所检测出的值成为相同的值。另外，供给到第一舍弃气体线23、第二舍弃气体线24的每一个的气体通过排气线21由干式泵19排出到等离子体处理装置外部。
接着，使用图2对本实施例的等离子体处理装置具备的匹配电路12进行说明。图2是示意性地示出图1所示的实施例具备的匹配电路的结构的概略的框图。
如图2所示，本例的匹配电路12配置在对高频电源13与内置于试样台10的导体制的电极之间进行连接的供电路径上，按照靠近高频电源13的顺序，由阻抗控制器(Impedance controller)26、第一匹配用可变元件27和第二匹配用可变元件28电连接而构成。此外，匹配电路12与阻抗外部指示器29经由开关进行连接。
该开关对第一匹配用可变元件27和第二匹配用可变元件28的每一个与阻抗外部指示器29之间的电连接进行切断、连接。进而，在匹配电路12内，也在阻抗控制器26与阻抗外部指示器29之间具备对它们的电连接进行切断、连接的开关。通过基于这些开关的切换，从而能够对阻抗控制器26和阻抗外部指示器29进行切换。在与阻抗控制器26连接的情况下，阻抗控制器26一边监视阻抗的偏差，一边对第一匹配用可变元件27和第二匹配用可变元件28进行调节使得能够匹配。在与阻抗外部指示器29连接的情况下，通过阻抗外部指示器29对第一匹配用可变元件27和第二匹配用可变元件28进行调节使得成为任意的值。基于该开关的切换能够在将高频电源13设为“关闭(OFF)”时进行切换。
接着，使用图3、图4对本实施例实施的蚀刻处理的工序进行说明。图3是示出图1所示的实施例实施的蚀刻处理的多个工序的每个工序中的条件的一部分的表。图4是示出图3所示的工序的动作的流程的曲线图。
如上所述，在本实施例中，在对处理对象的至少一个膜层进行处理的前后两个处理步骤之间，具备将在这些步骤中不同的条件从前面步骤的条件的值变更为后面步骤的条件的值的转移步骤。特别是，该转移步骤分为转移步骤1、转移步骤2这两个，并从前者到后者连续地实施。
在转移步骤1中，在处理的条件之中，关于从电磁波产生用电源8供给的用于形成微波的电场的电力(微波电力)、供给到磁场产生线圈9的用于形成磁场的电流(磁场线圈电流)以及处理室4内部的压力(处理室压力)，其值维持为作为前面的处理步骤的处理步骤A中的条件的值。即，在转移步骤1中，向试样台10供给的偏置形成用的电力(晶片偏置电力)被停止供给(“关闭(OFF)”)。进而，在腔室导入气体线25中流通的气体切换为氩气或惰性气体，其流量设为与处理步骤A的处理用气体相同。
在接着进行的转移步骤2中，在处理的条件之中，晶片偏置电力维持停止(“关闭”)的状态，微波电力、磁场线圈电流、处理室压力的值分别变更为处理步骤B的处理的条件的值。进而，在腔室导入气体线25中流通的氩气或惰性气体的流量变更为与处理步骤B的处理用气体相同。
像这样，通过在转移步骤1、转移步骤2的期间，将微波电力、磁场线圈电流、处理室压力、供给到处理室4的气体的流量等处理的条件的值从该转移步骤的前后处理步骤中的前面处理步骤的条件的设定变更为后面处理步骤的条件的设定，从而能降低微波电力的大小变更并匹配为止的时间、磁场线圈电流以及处理室压力的值变更并稳定为止的时间，处理的吞吐量(throughput)提高。进而，从接收到上述设定值的变更的指令信号而开始进行变更起到实际的条件的值的变更结束、或者其值成为变动的给定的容许范围内的大小的、所谓过渡响应的时间中的各条件的该过渡响应的分布的再现性提高，能降低这样的过渡响应的机械差异，处理的成品率提高。此外，关于晶片偏置电力的匹配，在晶片偏置电力维持“关闭”的状态的转移步骤2中，针对第一匹配用可变元件27和第二匹配用可变元件28的每一个预先获取处理步骤B中的匹配值，并在处理步骤B开始前调整为该匹配值，由此能够抑制过渡响应的影响。
接着，使用图5至8对图3所示的各步骤中的气体切换单元100内部的气体的流动进行说明。在这些图中，作为惰性气体而使用氩(Ar)，将从第一转移步骤气体用质量流量控制器116供给的氩气表示为氩气1(Arl)，将从第二转移步骤气体用质量流量控制器126供给的氩气表示为氩气2(Ar2)。此外，在实施这些图中示出的步骤的晶片11的蚀刻处理中的、通过第一舍弃气体线23的气体流量、通过第二舍弃气体线24的气体流量的值的变化在图3中示出，处理的动作的流程在图4中示出。
在图5中示出处理步骤A的气体切换单元100内部的气体流动。图5是示意性地示出图1的实施例涉及的等离子体处理装置实施的处理步骤A中的气体的流动的图。
在该图中，在处理步骤A开始时，基于来自未图示的控制部的指令信号，蚀刻气体供给线22上的第一阀101打开，从气体供给单元16，将作为在该步骤的条件A中使用的处理用气体的蚀刻气体通过配置在气体供给单元16内的质量流量控制器进行调节使得其流量或速度成为条件A的流量或速度后，经由腔室导入气体线25供给到处理室4。此时，腔室导入气体线用压力计106感测腔室导入气体线25内的压力，在发送了该感测结果的控制部中检测压力值。进而，在与第一阀101开放的时刻相同的时刻或实质上可以视为该时刻的程度的近似的时刻，并行地打开第五阀112，在第一转移步骤气体用质量流量控制器116中设为与该条件A的蚀刻气体相同流量的氩气1(Ar1)经由第二气体供给线110和第三旁路线114而供给到第一舍弃气体线23。
此外，在与第一阀101的开放实质上相同时刻，并行地打开第九阀123，在第二转移步骤气体用质量流量控制器126中调节为与作为处理步骤B中的处理的条件的条件B的蚀刻气体相同流量的氩气2(Ar2)经由第三气体供给线120和第六旁路线而供给到第二舍弃气体线24。关于氩气1向第一舍弃气体线23的供给的开始，在处理步骤A的期间中的、该氩气1的流量或速度成为与条件A相等为止的时间能够包含的时刻开始，在处理步骤A的期间中，第一舍弃气体线23中的氩气1的流量或速度维持为条件A的流量或速度。关于氩气2向第二舍弃气体线24的供给的开始，在处理步骤A或转移步骤1的期间的、该氩气2的流量或速度成为与条件B相等为止的时间能够包含的时刻开始，在处理步骤A以及转移步骤1的期间中，第二舍弃气体线24中的氩气2的流量或速度维持为条件B的流量或速度。
即，在上述的氩气2流通的同时，由第一舍弃气体线用压力计131感测第一舍弃气体线23内的压力，并将表示该感测的结果的信号发送到控制部来检测压力，基于检测结果将来自控制部的指令信号发送到可变传导阀132。通过基于所接收到的指令信号的可变传导阀132的动作，从而将第一舍弃气体线23内的气体压力调节为与由腔室导入气体线用压力计106感测并检测出的压力值相同的值。同样地，由第二舍弃气体线用压力计141感测第二舍弃气体线24内的压力，并发送到控制部来检测压力，基于来自控制部的指令信号对可变传导阀142进行驱动，从而将第二舍弃气体线24内的压力调节为与腔室导入气体线用压力计106的压力值相同的值。
在该状态下，实施处理步骤A，未图示的终点判定器感测的表示终点的信号发送到控制部来判定终点，处理步骤A停止。进而，基于来自控制部的指令信号，转移步骤1开始。
在图6中示出转移步骤1的气体切换单元100内部的气体流动。图6是示意性地示出图1的实施例涉及的等离子体处理装置实施的转移步骤1中的气体的流动的图。
在转移步骤1开始时，基于来自控制部的指令，蚀刻气体供给线22上的第一阀101封闭，并且第二阀102开放，设为条件A的来自气体供给单元16的蚀刻气体经由第一旁路线104供给到第一舍弃气体线23。与此实质上同时并行地关闭第五阀112，并且第四阀111打开，由第一转移步骤气体用质量流量控制器116将流量或速度调节为与条件A的蚀刻气体的值相同的值或实质上可视为该值的同等的值的氩气1通过第二气体供给线110以及与其连接的腔室导入气体线25供给到处理室4。
在转移步骤1的期间维持这样的状态，氩气1通过第二气体供给线110供给到处理室4。此外，在处理步骤1的期间，基于来自发送了第二舍弃气体线的压力计141的感测的结果的控制部的指令信号，调节可变传导阀142的动作，第二舍弃气体线24的压力被调节为与第一气体供给线用压力计106感测并检测的压力值成为相同值或同等。若由控制部检测或判定出转移步骤2开始并经过了预定的期间，则基于来自该控制部的指令信号，转移步骤1停止，并开始转移步骤2。
在图7中示出转移步骤2的气体切换单元100内部的气体流动。图7是示意性地示出图1的实施例涉及的等离子体处理装置实施的转移步骤2中的气体的流动的图。
在该图中，在转移步骤2开始时，基于来自控制部的指令信号，第四阀111封闭，并且第六阀113开放，流量、速度通过第一转移步骤气体用质量流量控制器116被调节为与条件A的蚀刻气体相同的值的氩气1经由第二气体供给线110和第四旁路线115向第二舍弃气体线24进行供给。此时，基于来自控制部的指令信号，调节可变传导阀142的动作，第二舍弃气体线24内的压力被调节为与根据腔室导入气体线用压力计106的感测结果检测出的腔室导入气体线25的压力值相同的值或实质上相同的值。
此外，在与上述相同时刻或实质上同时并行地封闭第九阀123并打开第七阀121，通过第二转移步骤气体用质量流量控制器126将其流量、速度调节为与作为处理步骤B中的处理的条件的条件B的蚀刻气体的流量、速度相同的值或实质上同等的氩气2(Ar2)，经由第三气体供给线120以及与其连接的腔室导入气体线25而供给到处理室4。此时，关于第二舍弃气体线24内的压力，基于与根据来自第二舍弃气体线用压力计141的表示感测结果的信号而由控制部检测出的结果相应的、来自控制部的指令信号，调节可变传导阀142的动作，从而调节为与腔室导入气体线25内的压力值成为相同的值或同等。
此外，在转移步骤2的开始或结束为止的期间，基于来自控制部的指令，从气体供给单元16供给的蚀刻气体的流量或速度等的值从条件A的值被调节并变更为条件B的值。此时，来自气体供给单元16的蚀刻气体与转移步骤1相同地供给到第一舍弃气体线23。进而，如图4所示，在转移步骤1中，设为处理步骤A的条件的值的处理室压力、微波电力在从转移步骤2的开始时刻到结束时刻之间的期间，变更为处理步骤B的值。
在图8中示出处理步骤B的气体切换单元100内部的气体流动。图8是示意性地示出图1的实施例涉及的等离子体处理装置实施的处理步骤B中的气体的流动的图。若由控制部检测或判定出转移步骤2开始并经过了给定的时间，则来自控制部的指令信号发送到等离子体处理装置的各部分，从而转移步骤2停止，并开始处理步骤B。
在该图中，在处理步骤B开始时，基于来自控制部的指令信号，第一气体供给线22上的第二阀102关闭，并且第一阀101打开，被调节为与条件B的流量或速度的值同等的值的蚀刻气体从气体供给单元16经由腔室导入气体线25而供给到处理室4。此外，在相同时刻或实质上同时，并行地关闭第七阀121并打开第八阀122，通过第二转移步骤气体用质量流量控制器126而调节为与作为处理步骤B的下一处理步骤C的处理的条件的条件C中使用的蚀刻气体的流量、速度相同值或实质上同等的流量、速度的氩气2经由第三气体供给线120和第四旁路线124，向第一舍弃气体线23进行供给。
进而，在处理步骤B的期间，关于将流量或速度调节为与处理步骤B的流量或速度成为相同值或同等来供给氩气1的第二舍弃气体线24内的压力，基于与使用第二舍弃气体线用压力计141的感测结果而检测出的值相应的来自控制部的指令信号来调节可变传导阀142的动作，从而调节为与腔室导入气体线用压力计106相同的值。此外，微波电力、晶片偏置电力等其它的处理的条件基于来自控制部的指令信号而被调节为条件B，在处理室4内形成等离子体，实施处理步骤B的蚀刻处理直到由控制部根据终点判定器的感测结果检测出到达处理的终点为止。
在处理步骤B之后存在处理步骤C以及向处理步骤C的转移步骤的情况下，只要需要，与上述同等地，夹着调节为条件与前面的处理步骤同等并供给稀有气体的转移步骤1、以及调节为条件与后面的处理步骤同等并导入稀有气体的转移步骤2来实施处理步骤。
通过具备上述的结构的等离子体处理装置，从而在实施使处理的条件不同的多个处理步骤的晶片11的处理中，可降低处理的条件变更并稳定为止的时间，处理的吞吐量提高。进而，从接收到上述变更的指令信号开始进行变更起到实际的条件的值的变更结束、或其值成为变动的给定的容许范围内的大小的、所谓过渡响应的时间中的各条件的该过渡响应的分布的再现性提高，能降低这样的过渡响应的机械差异，处理的成品率提高。
另外，在上述的实施例中，排气线21内的压力明显小于一方的端部连接于该排气线21的第一舍弃气体线23、第二舍弃气体线24内部的压力，即，明显小于腔室导入气体线25内的压力，并且排气的流量、速度设为能够将处理室4内的压力维持为条件A、条件B。因此，即使来自第一舍弃气体线23、第二舍弃气体线24的气体以给定的流量、速度流入，也能够抑制这些气体线内部的压力、流量、速度产生大的变动。
另外，本发明并不限定于上述的实施例，包括各种变形例。例如，在图6、图7中说明的上述的转移步骤1、转移步骤2中，在处理室4内使用氩气1以及氩气2来形成等离子体，晶片偏置电力停止，抑制了晶片11的处理的进行。另一方面，在转移步骤1、转移步骤2中，也可以通过等离子体熄灭而使处理停止，微波电力也可以只变更其设定值，不通过波导管6导入到处理室4内。
此外，在上述的实施例中，具备如下结构，即，在蚀刻气体供给线22、第二气体供给线110以及第三气体供给线120与腔室气体导入线25、第一舍弃气体线23以及第二舍弃气体线24之间，分别配置有两个旁路线和3个阀，各自根据来自控制部的指令信号来进行各线路的开放和气密的封闭，从而对腔室气体导入线25与各供给线的连通、以及各供给线与各舍弃气体线的连通进行切换。也可以将这3个阀设为更少数目的阀，例如，也可以使用四通阀等。在该情况下，蚀刻气体供给线22、第二气体供给线110以及第三气体供给线120中的至少任意一者可以除了这样的阀以外还在各供给线与腔室气体供给线25之间具备进行3个供给线各自的气体流通的开放和气密的封闭的阀。
进而，在处理步骤A和处理步骤B中使用的蚀刻气体可以使用所使用的物质的种类、组成不同的蚀刻气体，也可以是种类以及组成相同且流量或速度不同的条件，还可以是仅有种类、组成中的一方不同。此外，所使用的稀有气体的种类在转移步骤1、转移步骤2中可以不同。上述的实施例为了容易理解地对本发明进行说明而详细地进行了说明，不必一定限定于具备所说明的全部的结构。

Claims (7)

1.一种等离子体处理装置，具备：
处理室，其配置在真空容器内部；
气体供给单元，其向该处理室内供给给定的流量的处理用气体；和
试样台，其配置在所述处理室内，在其上表面载置处理对象的晶片，
所述等离子体处理装置通过包括使用以分别不同的条件供给的所述处理用气体在处理室内形成等离子体的多个处理步骤的工序来对所述晶片进行处理，
所述工序具备在前后两个所述处理步骤之间向所述处理室内供给稀有气体的转移步骤，
所述转移步骤包括：
第一转移步骤，供给在该转移步骤开始前预先将其压力调节为与在前面的所述处理步骤中使用的所述处理用气体的条件相等的所述稀有气体，以使得所述处理室内部的压力的值维持为前面的所述处理步骤中的处理的条件的值；和
第二转移步骤，在该第一转移步骤之后实施，所述第二转移步骤供给在该第一转移步骤开始前预先将其压力和流量调节为与在后面的所述处理步骤中使用的所述处理用气体的条件相等的所述稀有气体，以使得所述处理室内部的压力的值从前面的所述处理步骤中的处理的条件的值变更为后面的所述处理步骤中的处理的条件的值。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，
所述气体供给单元具备：与所述真空容器连结的气体导入线；与该气体导入线连通的、供给在所述多个处理步骤中使用的所述处理用气体的第一气体供给线以及供给在所述第一转移步骤以及所述第二转移步骤各自中使用的所述稀有气体的第二气体用供给线以及第三气体用供给线；与第一气体供给线、第二气体供给线、第三气体供给线中的每一个连结，并且与排气泵连通的第一舍弃气体线以及第二舍弃气体线，所述第一舍弃气体线以及第二舍弃气体线在将所述稀有气体通过所述气体导入线供给到所述真空容器之前将其压力或流量调节为与所述处理用气体的条件相等来进行供给；对这些第一气体供给线、第二气体供给线、第三气体供给线与所述气体导入线、第一舍弃气体线以及第二舍弃气体线的每一个之间的连通进行开闭的至少一个阀；和根据所述工序的两个处理步骤和它们之间的第一转移步骤以及第二转移步骤来切换所述阀的控制部。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其中，
所述控制部调节所述阀的动作，使得在前面的所述处理步骤的期间以在所述第一转移步骤中使用的条件向所述第一舍弃气体线供给所述稀有气体，并且在所述第一转移步骤的期间以在所述第二转移步骤中使用的条件向所述第二舍弃气体线供给所述稀有气体。
4.根据权利要求2或3所述的等离子体处理装置，其中，
具备：第一调节阀以及第二调节阀，其分别配置在所述第一舍弃气体线、所述第二舍弃气体线上，调节在内部流通的气体的压力。
5.一种等离子体处理方法，通过气体供给单元向配置在真空容器内部的处理室内供给给定的流量的处理用气体，对于载置在配置于所述处理室内的试样台的上表面的处理对象的晶片，通过包括使用以分别不同的条件供给的所述处理用气体在处理室内形成等离子体来进行处理的多个处理步骤的工序对所述晶片进行处理，
所述工序具备在前后两个所述处理步骤之间向所述处理室内供给稀有气体的转移步骤，
所述转移步骤包括：
第一转移步骤，供给在该转移步骤开始前预先将其压力调节为与在前面的所述处理步骤中使用的所述处理用气体的条件相等的所述稀有气体，以使得所述处理室内部的压力的值维持为前面的所述处理步骤中的处理的条件的值；和
第二转移步骤，在该第一转移步骤之后实施，所述第二转移步骤供给在该第一转移步骤开始前预先将其压力和流量调节为与在后面的所述处理步骤中使用的所述处理用气体的条件相等的所述稀有气体，以使得所述处理室内部的压力的值从前面的所述处理步骤中的处理的条件的值变更为后面的所述处理步骤中的处理的条件的值。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理方法，其中，
所述气体供给单元具备：与所述真空容器连结的气体导入线；与该气体导入线连通的、供给在所述多个处理步骤中使用的所述处理用气体的第一气体供给线以及供给在所述第一转移步骤以及所述第二转移步骤各自中使用的所述稀有气体的第二气体用供给线以及第三气体用供给线；与第一气体供给线、第二气体供给线、第三气体供给线中的每一个连结，并且与排气泵连通的第一舍弃气体线以及第二舍弃气体线，所述第一舍弃气体线以及第二舍弃气体线在将所述稀有气体通过所述气体导入线供给到所述真空容器之前将其压力或流量调节为与所述处理用气体的条件相等来进行供给；和对这些第一气体供给线、第二气体供给线、第三气体供给线与所述气体导入线、第一舍弃气体线以及第二舍弃气体线的每一个之间的连通进行开闭的至少一个阀，
根据所述工序的两个处理步骤和它们之间的第一转移步骤以及第二转移步骤切换所述阀来对所述晶片进行处理。
7.根据权利要求6所述的等离子体处理方法，其中，
在前面的所述处理步骤的期间以在所述第一转移步骤中使用的条件向所述第一舍弃气体线供给所述稀有气体，并在所述第一转移步骤的期间以在所述第二转移步骤中使用的条件向所述第二舍弃气体线供给所述稀有气体。
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