CN113767453B - 等离子处理装置以及等离子处理方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供提高了成品率的等离子处理装置或者等离子处理方法，具备：配置在真空容器内部且在内侧配置处理对象的晶片的处理室；与所述真空容器连结且与所述处理室连通、并向该处理室内供给具有附着性的处理用气体的处理气体供给管线；以及将与排气泵连接并与所述处理室连通的处理室排气管线和所述气体供给管线连结而将它们连通的所述处理用气体的气体排气管线，进行如下工序：在对所述晶片进行蚀刻的1个处理工序与下一个该处理工序彼此之间，在停止向所述处理室供给所述处理用气体的状态下经由所述气体排气管线以及所述处理室排气管线将所述气体供给管线内的所述处理用气体排气。

Description

等离子处理装置以及等离子处理方法
技术领域
本发明涉及使用等离子对配置在容器内部的半导体晶片等基板状的样品进行处理来制造半导体器件的等离子处理装置或者等离子处理方法，其中的等离子是使用供给到处理室内的处理用的气体而形成的，本发明特别涉及供给处理用的气体对样品进行处理的等离子处理装置或者等离子处理方法，其中的处理用的气体是将作为原料的液体气化而得到的。
背景技术
近年，器件的高集成化在推进，要求原子层级别下的加工技术。一年一年以来，由于器件构造的复杂化、器件构造的微细化以及器件构造的高纵横化的推进，高纵横构造的疏部与密部的CD尺寸控制、深度控制成为关键的技术。
以往，为了控制疏密差而在蚀刻腔室内生成等离子来进行蚀刻和沉积膜的调整，但高纵横的图案的被覆性(Step Coverage)变差的课题明显化了。针对该课题，正在研讨使用能进行被覆性好的成膜的原子层沉积(Atomic Layer Deposition：ALD，以下，称为ALD)。
虽然成为原料的前体气体根据作为目的的膜物质的不同而不同，但都是与原子单位相当地将前体气体同载气一起对成膜基板表面周期性供给，并使其物理吸附于基板表面，从而能够成膜1层原子的量的膜。已知这是在高纵横构造中也能够均匀地进行高精度的膜厚控制的有效手段之一。
ALD中使用的前体气体例如使用双二乙基氨基硅烷(BDEAS)，由于在性质上接近于氨，因此需要避免与易燃性气体混合。因此，在具备能进行均匀的成膜的ALD机构的真空处理装置中，具备具有基于安全性的气体阀门的硬联锁的气体供给单元很有必要。
作为这样的技术，以往以来，例如已知JP特开2019－110215号公报(专利文献1)。该现有技术公开了如下技术：一种使用形成于处理室内部的等离子对在配置于真空容器内部的处理室内配置的半导体晶片进行处理的等离子处理装置，该等离子处理装置具备：第1气体供给管线，供等离子生成用的第1气体经由配置在处理室的上部的簇射板流过；以及第2气体供给管线，对处理室内不通过簇射板地供给等离子生成用的第2气体，在第2气体供给管线连接供具有沉积性的前体气体流过的第3气体供给管线，进一步地，在第2气体供给管线上配置有能闭塞的阀门，以使得前体气体不会流到第2气体供给管线的上游侧，通过将该阀门适宜地开闭，能够稳定地向处理室供给处理用气体和前体气体。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2019－110215号公报
发明内容
发明想要解决的课题
但是，在上述现有技术中，并未充分考虑如下方面，因此产生了问题。
也就是说，上述现有技术的原子层沉积(ALD)工艺具有如下工序：通过向处理室内供给形成具有沉积性的吸附物种的前体气体，从而在半导体晶片以及配置在处理室内部的构件的表面形成基于物理吸附的分子层。但是，在该现有技术中，在供给前体气体的处理的工序(步骤)彼此之间，会发生滞留在从前体气体供给部向真空处理装置内供给前体气体的气体管线内的前体气体附着于气体管线的内部表面这样的现象。
由于该前体气体是从作为原料的液体发生气化而生成的反应性高的气体，因此会发生如下问题：保持附着于供给用的气体管线的状态而残留的气体的粒子会从蒸气的状态液化，与构成气体管线的构件表面的材料发生化学反应，这样发生化学反应而生成的生成物就会在向处理室内供给前体气体而进行的以后的步骤中一并向处理室内供给，并对晶片附着而成为异物，处理的成品率就会受损害。
本发明的目的在于，提供提高了成品率的等离子处理装置或者等离子处理方法。
用于解决课题的手段
上述目的通过如下等离子处理装置而达成，该等离子处理装置具备：处理室，配置在真空容器内部且在内侧配置处理对象的晶片；处理气体供给管线，与所述真空容器连结且与所述处理室连通，并向该处理室内供给具有附着性的处理用气体；以及所述处理用气体的气体排气管线，将与排气泵连接并与所述处理室连通的处理室排气管线和所述气体供给管线连结从而将它们连通，该等离子处理装置具备进行如下工序的功能：在对所述晶片进行蚀刻的1个处理工序与下一个该处理工序彼此之间，在停止向所述处理室供给所述处理用气体的状态下，将所述气体供给管线内的所述处理用气体经由所述气体排气管线以及所述处理室排气管线进行排气。
此外，上述目的通过如下等离子处理方法而达成，该等离子处理方法进行如下工序：蚀刻处理工序，在配置于真空容器内部的处理室内侧配置处理对象的晶片，并向该处理室内供给蚀刻用气体来对所述晶片进行处理；成膜工序，在该蚀刻处理工序之后向所述处理室内供给具有附着性的成膜用的气体而在所述晶片上形成膜，该等离子处理方法具备排气工序，在所述1个蚀刻处理工序与下一个该蚀刻处理工序彼此之间，在停止所述蚀刻用气体的供给的状态下，将与所述真空容器连结并与所述处理室连通的供所述成膜用的气体流过的成膜气体供给管线内的气体经由将处理室排气管线和所述成膜气体供给管线连结而将它们连通的成膜气体排气管线以及所述处理室排气管线进行排气，其中，所述处理室排气管线与排气泵连接并与所述处理室连通。
发明效果
根据本发明，能够提供提高了成品率的等离子处理装置或者等离子处理方法。
附图说明
图1是表示本发明的实施例所涉及的等离子处理装置的整体的结构的概况的纵截面图。
图2是将图1所示的实施例的气体供给部的结构放大而示意性表示的图。
图3是表示图1所示的实施例所涉及的等离子处理装置所实施的半导体晶片的处理中的动作的流程的一例的时序图。
图4是示意性表示图1的实施例所涉及的等离子处理装置的图3所示的处理前高真空排气的工序中的状态的图。
图5是示意性表示图1的实施例所涉及的等离子处理装置的图3所示的蚀刻处理的工序中的状态的图。
图6是示意性表示图1的实施例所涉及的等离子处理装置的图3所示的ALD(原子层沉积)的工序中的状态的图。
图7是示意性表示图1的实施例所涉及的等离子处理装置的图3所示的Ox放电的工序中的状态的图。
图8是示意性表示图1的实施例所涉及的等离子处理装置的图3所示的处理后粗抽排气的工序中的状态的图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本申请发明的实施方式。
实施例1
使用图1至图8来说明本发明的实施例。
图1是示意性表示本发明的实施例所涉及的等离子处理装置的整体的结构的概况的纵截面图。
图1所示的本实施例所涉及的等离子处理装置100大体来分具有电磁波供给部101、真空处理部102、排气部103、气体供给部104。电磁波供给部101是形成电场和磁场并通过它们特定的谐振即电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance：ECR)来使电场和磁场相互作用而生成等离子的部分，真空处理部102是在减压的压力下通过等离子和特定的气体对晶片等样品进行蚀刻的部分，排气部103是对真空处理部102内进行减压以及排气的部分，气体供给部104是向真空处理部102供给用于对配置在真空处理部102内的样品进行蚀刻的气体的部分。
本实施例所涉及的等离子处理装置100的真空处理部102具备具有圆筒形的真空容器109，在该真空容器内部具备将半导体晶片112等基板状的样品配置在内侧且作为形成等离子的空间的处理室。本例的等离子处理装置100为了在处理室内生成等离子，使用微波的电场作为向该处理室内供给的电场来将供给到处理室内的处理用气体的原子或者分子等粒子进行激发，使其电离或者解离而生成等离子。使用该等离子，对预先形成在配置于处理室内的半导体晶片112等基板状的样品上表面的包含掩模和处理对象的膜层的膜构造进行蚀刻。
本例的等离子处理装置100的真空容器109的内侧具备能够减压且在内部配置半导体晶片112并作为形成等离子的空间的真空处理室117。进一步地，在等离子处理装置100中，在真空容器109的底面下方具有将真空处理室117内部排气而减压的涡轮分子泵、旋转泵等粗抽泵的真空排气装置114经由处理室排气管线G5与真空处理室117内部连通并连结。在处理室排气管线G5上配置有对来自该管线内部的真空处理室117的气体等的粒子所流过的流路的截面积进行增减来调节粒子的流量或者速度的压力控制阀门V11。进一步地，真空容器109还在其内部具备向真空处理室117内供给用于生成等离子的第1气体的第1气体供给部110以及向真空容器105内供给第2气体的第2气体供给部111，并进一步具备配置在真空处理室117内部且将作为样品的半导体晶片112载置在其上表面的样品台即工作台113。
第1气体供给部110面对具有圆板形状的电介质制的簇射板108与具有圆板形状的电介质制的电介质窗117之间的间隙而配置，其中，该电介质制的簇射板108构成真空处理室117的顶面且与工作台113上表面对置配置，该电介质制的电介质窗117构成真空容器119的盖构件而将内外气密密封。从第1气体供给部110导入到该间隙内的第1气体在间隙内部扩散并从簇射板18的中央部的贯通孔118向真空处理室117内部从上方流入。进一步地，第2气体供给部111面对簇射板108下方的真空处理室117内部地配置在真空容器109的圆筒形的内侧壁，与簇射板108平行地将第2气体导入到真空处理室117内。
向真空处理室117供给的等离子生成用的第1气体经由与处理气体供给系统202连接的处理气体供给管线G7从第1气体供给部110前端部的开口向簇射板108与电介质窗107之间的间隙供给。此外，通过从簇射板108的多个贯通孔118分散导入，从而形成在真空处理室117内部的等离子的分布以及第1气体的流量的分布关于半导体晶片112面内方向的均匀性就得到提高，半导体晶片112中心和最外周的蚀刻速度、生成物沉积的速度的偏差降低。
同样地，等离子生成用的第2气体经由与前体气体供给系统203连接的处理气体供给管线G6从配置在构成簇射板108下方的真空处理室117的内侧侧壁面的构件上的第2气体供给部111前端的开口向真空处理室117内供给。第1以及第2气体的种类、组成根据构成形成在晶片112上的处理对象的膜层的材料的种类、目的的加工形状而不同。
真空处理室117内的压力通过所供给的第1气体或者第2气体的流量或者速度与经由压力控制阀门V11的真空排气装置114的排气的流量或者速度之间的平衡来调节。这样的压力的调节通过接收到经由未图示的通信单元的来自控制装置121的指令信号的处理气体供给系统202、前体气体供给系统203、将它们与真空处理室117之间连接的处理气体供给管线G6、G7上的多个阀门的动作来进行。例如，通过对应于来自控制装置121的指令信号来增减压力控制阀门V11的开度，从而将真空处理室117内的压力调节成适合等离子的生成的期望的范围内的值。在本实施例中，使用适于使离子等带电粒子入射到晶片112上表面来提高各向异性而进行的蚀刻处理的0.1～100Pa程度的压力。
进一步地，该等离子处理装置100具备：形成用于生成向真空处理室117内供给的等离子的微波的电场的磁控管等电场发生部105；以及经由匹配器111与配置在工作台113内部的未图示的电极连接并供给在晶片112上形成偏置电位的高频电力的高频电源115，其中，该偏置电位用于引诱等离子中的离子等带电粒子使其入射到晶片112上表面。另外，电场发生部105配置在配置于电介质窗107上方且供所形成的高频电力朝向下方的真空处理室113在内侧传播的波导管的端部。
此外，用于生成等离子的电场在向下在波导管中传播后，透过由透过电场的材料构成的电介质窗108以及其下方的电介质制的簇射板108而向真空处理室117内供给。本实施例的电场例如使用2.45GHz的频率的微波，电介质窗108由石英那样的透过微波的材料构成。在本实施例的真空容器109上部的电介质窗108的上方以及真空容器109的侧壁的周围，配置构成电磁波供给部101且供给直流电流的螺线管线圈106，在处理集形成在真空处理室117内形成电子回旋共振的磁场。形成本例的使用2.45GHz的微波的电子回旋共振所需的磁通密度即875G的磁场。
在该电子回旋共振所需的磁场的附近，微波对电子有效地进行加速而得到高能量的电子。并且，该高能量的电子将蚀刻气体的分子有效地电离，由此有效地生成等离子。此外，通过等离子生成的带电粒子在由螺线管线圈106形成的磁场的磁力线约束的同时被输送。通过对应于来自控制装置121的经由未图示的通信单元的指令信号来调节该磁场的强度、分布，从而将向晶片112上的离子通量的分布调节成可得到期望的蚀刻处理的结果的分布。
接下来，除了图1以外还使用图2来说明本实施例的气体供给部104的结构。图2是将图1所示的实施例的气体供给部的结构放大而示意性表示的图。
本例的气体供给部104在内部具备处理气体供给系统202以及前体气体供给系统203。它们分别经由处理气体供给管线G7和处理气体供给管线G6与真空处理室117连结。在处理气体供给管线G7上配置将该管线内部开闭来调节所通过的气体的流通的阀门V10，在处理气体供给管线G6上同样地配置通过开闭来调节气体的流通的阀门V8和阀门V9。
前体气体供给系统203经由前体气体以及惰性气体供给管线G3与处理气体供给管线G6连接。从前体气体供给系统203供给的前体气体或者惰性气体经过前体气体以及惰性气体供给管线G3向处理气体供给管线G6供给，并从第2气体供给部111导入到真空处理室117内。
进一步地，前体气体供给系统203具有在内部流过前体气体的前体气体供给管线G1以及流过惰性气体的惰性气体供给管线G2，这些气体管线合流而与前体气体以及惰性气体供给管线G3连结。在前体气体供给管线G1上配置作为气体源的前体气体供给部204和前体气体流量调节机205，并且在前体气体供给部204与前体气体流量调节机205之间配置阀门V1，进一步地，在前体气体供给管线G1和惰性气体供给管线G2的合流部与前体气体流量调节机205之间配置阀门V2，这些阀门V1、V2将前体气体供给管线G1的内部开闭来调节气体的流通。
在惰性气体供给管线G2上配置作为气体源的惰性气体供给部206和惰性气体流量调节机207，并且在惰性气体供给部206与惰性气体流量调节机207之间配置阀门V3，进一步地，在前体气体供给管线G1和惰性气体供给管线G2的合流部与惰性气体流量调节机207之间配置阀门V4。来自前体气体供给部204的前体气体的供给通过前体气体流量调节机205来调节流量或者速度，并通过阀门V1以及V2来调节管线的开闭。来自惰性气体供给部206的惰性气体通过惰性气体流量调节机207来调节流量或者速度，并通过阀门V3以及V4来调节管线的开闭。另外，前体气体供给管线G1和惰性气体供给管线G2在比阀门V2以及V4更靠处理室侧连接而合流。
前体气体以及惰性气体供给管线G3是将从前体气体供给系统203内的前体气体供给管线G1和惰性气体供给管线G2的合流部起直至处理气体供给管线G6上的阀门V9与第2气体供给部111间的给定的部位为止之间连接、并将前体气体或者惰性气体从处理气体供给管线G6向真空处理室117内供给的气体供给路，且在从合流部起的管线上按照压力计208以及阀门V5及V6的顺序来配置。该压力计208在调节前体气体以及惰性气体排气管线G4的气体的流通时使用。通过将阀门V5以及V6闭塞，从而防止来自处理气体供给管线G6的气体向前体气体供给系统203、或者前体气体供给管线G1以及流过惰性气体的惰性气体供给管线G2流入。
前体气体以及惰性气体排气管线G4是将前体气体以及惰性气体供给管线G3和真空排气管线G5连接的气体的路径，在其上配置对该路径进行开闭的阀门V7，连接在阀门V11与真空排气装置209间的真空排气管线G5上的部位。在将气体从前体气体供给系统203向处理气体供给管线G6的供给停止时，残留在阀门V2及V4及V5之间的前体气体供给管线G1、惰性气体供给管线G2以及前体气体以及惰性气体供给管线G3内的前体气体经过将阀门V7开放的前体气体以及惰性气体排气管线G4与处理室排气管线G6连接而排气。真空排气装置114也起到将以蒸气形式残留的前体气体排气的作用。
接着，使用图3至8来说明本实施例的等离子处理装置100所实施的预先形成在半导体晶片112表面的处理对象的膜的处理中的多个阀门的开闭以及各气体管线上的气体的流通。图3是表示图1所示的实施例所涉及的等离子处理装置所实施的半导体晶片的处理中的动作的流程的一例的时序图。
在本实施例中，在半导体晶片112的处理中，在将半导体晶片112运进真空处理室117内而保持在工作台113上后，在进行处理前高真空排气(参照图4)后，在按照蚀刻处理(参照图5)、ALD(参照图6)、Ox放电(使用氧气的等离子的生成的工序，参照图7)的顺序进行这些工序后，再次实施蚀刻处理(参照图4)的工序。在本实施例中，将按照上述记载的顺序进行的这些工序设为1个循环，在将该循环重复进行多次后，进行处理后粗抽排气(参照图8)。之后，将半导体晶片112从真空处理室117运出。
在图3中，为了在上述的各个工序中实现必要的气体、真空处理室112内的压力，而用表示开放和关闭的实线示出多个阀门V1至V11的开闭以及气体管线G1至G7有无气体的流通。另外，虽然仅示出各气体管线的气体的流通，但会对应于来自控制装置121的指令信号，通过配置在单一或者被连结而连通的多个气体管线上的流量调节机将流动的气体的流量或者速度调节成适于处理的工序的范围的值。
另外，对应于来自控制装置121的指令信号来进行本实施例的图3至图8所示的、基于多个阀门的开闭的多个气体管线内的气体的流通的开始、停止或者基于这些动作的气体所流动的路径的选择、或者基于阀门的开度的调节的气体的流量、速度的调节。
在图4至图8说明图3所示的处理前高真空排气的工序中的与真空处理室117连接的排气部以及气体供给部104以及将它们连结而连接的多个气体管线上的多个阀门的开闭的状态和气体的流动。图4是示意性表示图1的实施例所涉及的等离子处理装置的图3所示的处理前高真空排气的工序中的状态的图。
如本图所示，在处理前高真空排气的工序中，将前体气体供给系统203内的前体气体供给管线G1上的阀门V1、V2、惰性气体供给管线G2上的阀门V3、V4以及前体气体以及惰性气体排气管线G4上的阀门V7闭塞而停止这些气体管线的气体的流通，从而阻止来自前体气体供给系统203的前体气体或者惰性气体向真空处理室117以及处理室排气管线G5的流通，并将此维持。与此同时，将前体气体以及惰性气体供给管线G3上的阀门V5、V6以及处理气体供给管线G6、G7上的阀门V8至V10、和处理室排气管线G5上的阀门11开放，并将此维持。在该状态下，真空排气装置114对应于来自控制装置121的指令信号而驱动，阀门11被设为最大限的开度。
由此，来自等离子处理装置100的处理气体供给系统202的处理气体在经过处理气体供给管线G6、G7而向真空处理室117供给后，经过处理室排气管线G5被排气，并且真空处理室117内的压力降低到比半导体晶片112的蚀刻处理的工序中的真空度高的真空度。例如，直至0.7Pa(大致5.0mmTorr)以下的压力，进一步地，在该工序中，前体气体以及惰性气体供给管线G3、和前体气体供给管线G1和惰性气体供给管线G2的合流部与阀门V2以及的阀门V4之间的各管线内部的气体也从处理气体供给管线G6经由真空处理室117经过处理室排气管线G5被排气。
另外，在图4至图8中，各阀门的状态以中空表示“开放”或者以给定的开度“开”的状态，以黑色的全涂表示“闭”或者“气密闭塞”的状态。此外，通过将阀门“开”或者“开放”，从而在各气体管线中流通气体的情况下，用箭头示出发生了气体的流动以及其方向。
图5是示意性表示图1的实施例所涉及的等离子处理装置的图3所示的蚀刻处理的工序中的状态的图。
如本图所示，在蚀刻处理的工序中，前体气体供给系统203内的前体气体供给管线G1上的阀门V1、V2、惰性气体供给管线G2上的阀门V3、V4、和前体气体以及惰性气体排气管线G4上的阀门V7从处理前高真空排气的工序起连续地维持闭塞的状态，这些气体管线的气体的流通保持停止不变。进一步地，将前体气体以及惰性气体供给管线G3上的阀门V5、V6闭塞，从而维持将来自前体气体供给系统203的前体气体或者惰性气体向前体气体以及惰性气体供给管线G3的气体的流通以及向处理室排气管线G5的流通停止的状态。
另一方面，将处理气体供给管线G1、G2上的阀门V8至V10开放，在蚀刻处理的工序中经过这些处理气体供给管线G1、G2将处理气体向真空处理室117内供给。进一步地，在该工序之间也与处理前高真空排气的工序中同样地，经过处理室排气管线G4将真空处理室112内的气体、生成物等粒子向室外排气。通过来自与处理气体供给管线G1、G2连结而连通的第1、第2气体供给部的处理气体的流量、速度、与由真空排气装置114的驱动和阀门11的开度调节的经过处理室排气管线G5的排气的流量、速度之间的平衡，将真空处理室117内部的压力设为适于半导体晶片112上表面的处理对象的膜层的蚀刻处理的条件的范围内的值。在本例中，例如，设为0.7至4Pa的范围内的值。
在该状态下，通过与从电磁波供给部101供给的电场或者磁场之间的相互作用，使用处理气体在真空处理室117内生成等离子。使用所生成的等离子，对半导体晶片112上表面的处理对象的膜层进行蚀刻处理。在该蚀刻处理中，阀门11也具有与来自控制装置121的指令信号相应的开度地维持开状态，使经过处理室排气管线G5的来自真空处理室117内的粒子的排气持续进行，将真空处理室117内部的压力维持在适于处理的范围内的压力。
关于本例的蚀刻处理，直到接受到来自未图示的剩余膜厚度的检测器或者蚀刻的终点判定器的输出的控制装置121判定达到目标的剩余厚度、终点为止，都持续进行本例的蚀刻处理，若判定该达到，就结束本例的蚀刻处理。另外，在本例的蚀刻处理的工序中，通过向配置在工作台113内部的电极从高频电源116供给高频电力，从而对应于与形成在真空处理室117的等离子之间的电位差来在半导体晶片112上表面上形成偏置电位，等离子中的离子等带电粒子被引诱到半导体晶片112上表面的处理对象的膜层而与包含槽、孔的底面的未被掩模层覆盖的处理对象的膜层的上表面发生碰撞。使用此时的离子碰撞能量来实施基于电位差的沿着电场的方向的各向异性的蚀刻。
图6是示意性表示图1的实施例所涉及的等离子处理装置的图3所示的ALD(原子层沉积)的工序中的状态的图。在本实施例的ALD的工序中，通过在将半导体晶片112保持在真空处理室117内的工作台113上的状态下将沉积性的气体向真空处理室117内供给，从而在图5所示的蚀刻处理的工序中使该气体的粒子附着于半导体晶片112的上表面所形成的槽、孔等加工后的形状的表面。
如本图所示，在ALD的工序中，将前体气体供给系统203内的前体气体供给管线G1上的阀门V1、V2、惰性气体供给管线G2上的阀门V3、V4以及前体气体以及惰性气体供给管线G3上的阀门V5、V6开放，经过前体气体以及惰性气体供给管线G3将前体气体或者惰性气体经过处理气体供给管线G6向真空处理室117内供给。另一方面，将处理气体供给管线G6、G7上的阀门V8至V10气密闭塞，停止经过这些气体管线的来自处理气体供给系统202的处理气体的流通。进一步地，前体气体以及惰性气体排气管线G4上的阀门V7维持闭塞，维持阻止来自前体气体供给系统203的前体气体或者惰性气体在前体气体以及惰性气体供给管线G3中流通、或者向处理室排气管线G5流通的状态。
本实施例中在ALD中使用的前体气体例如对于处理对象的SiO(包含SiO2等氧化硅而构成的)膜，使用将双(二乙氨基)硅烷(BDEAS或者SAM24)、四(二甲基氨基)硅烷(4DMAS)、三(二甲基氨基)硅烷(3DMAS)、双(二甲基氨基)硅烷(2DMAS)、四(乙基甲基氨基)硅烷(4EMAS)、三(乙基甲基氨基)硅烷(3EMAS)、双(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)、以及双(乙基甲基氨基)硅烷(BEMAS)中的任一个或者多个以给定的流量、分量或者压力比组合而成的物质。前体气体的粒子的附着直到粒子附着于处理对象的膜的表面并沉积成处理所优选的目标的厚度为止都进行。另一方面，有这些沉积的来自前体气体的粒子具有随着接近于比该优选的厚度小的给定的厚度而沉积的速度显著变小这样的自饱和性。
在本实施例中，在该情况下，通过重复进行该ALD的工序与接下来说明的Ox放电的工序的对，来使粒子沉积成目标的厚度。1次ALD的工序实施到由接受到来自未图示的膜厚度检测器的输出的控制装置121检测到达到根据上述自饱和性确定的给定的厚度这一情况为止而结束，或者实施预先确认达到给定的厚度的给定的时间后结束。
另外，在ALD的工序中，也驱动真空排气装置114而调节阀门V11的开度，真空处理室117内的压力维持在适于ALD的工序的范围内的值。在本例中，例如，设为1.0Pa(大致7.5mmTorr)。
图7是示意性表示图1的实施例所涉及的等离子处理装置的图3所示的Ox放电的工序中的状态的图。本例的Ox放电的工序向真空处理室117内供给氧气(Ox气体，x是1以上的自然数)，使用来自电磁波供给部101的电场或者磁场来形成等离子，使该等离子与来自在图6所示的ALD的工序中附着沉积于被蚀刻的处理对象的膜层的表面的前体气体的粒子相互作用，使其进行物理或者化学改性而作为该膜表面的保护膜层被吸附。
如本图所示，在Ox放电的工序中，将前体气体供给系统203内的前体气体供给管线G1、惰性气体供给管线G2、前体气体以及惰性气体供给管线G3、处理气体供给管线G6以及处理室排气管线G5上的阀门V1至V9气密闭塞，停止这些气体管线内的气体的流通，并将此维持。另一方面，将处理气体供给管线G7上的阀门V10开放，使来自处理气体供给系统202的氧气(Ox气体)经由处理气体供给管线G7以及第1气体供给部110并经过簇射板108的贯通孔118而向真空处理室117内导入。
供给的Ox气体被与来自电磁波供给部101的电场或者磁场之间的相互作用而被激发，进行电离或者解离而被等离子化。另一方面，在该状态下，通过将阀门V11以与来自控制装置121的指令信号相应的开度打开，从而在Ox放电的工序中也维持进行经过处理室排气管线G5的来自真空处理室117内部的粒子的排出。在Ox放电的工序之间，通过来自第1气体供给部110的Ox气体的供给与经过处理室排气管线G5的真空排气装置114的排气之间的平衡，将真空处理室117的压力维持在适于Ox放电的范围内的值。在本例中，例如，设为0.7Pa(大致5.0mmTorr)。
Ox放电的工序优选直至ALD的工序中沉积的来自前体气体的粒子物理或者化学改性而作为该膜表面的保护膜层进行吸附为止都实施。在本例中，实施的时间是预先确认在前面的ALD的工序中检测到达到给定的厚度的来自前体气体的粒子的沉积层完全改性而作为保护膜层进行吸附的时间。
进一步地，在由接受来自膜厚检测器的输出的控制装置121检测到保护膜层的厚度未达到期望的目标的厚度的情况下，或者在由控制装置121检测到未达到预先确认达到该目标的厚度的ALD的工序以及Ox放电的工序的对的重复次数的情况下，将ALD以及Ox放电的各工序设为1个工序的集合(组)，再次将其重复进行。之后，若在控制装置121中检测到保护膜层的厚度达到目标的厚度，就停止Ox放电的工序。
在本实施例中，在接收来自未图示的检测器的输出的控制装置121中检测到图5所示的蚀刻处理的工序的结果所形成的槽、孔等加工后的形状未达到期望的形状的情况下，例如在槽、孔的蚀刻深度、处理对象的膜层的剩余厚度未达到期望的要求的情况下，将从图5的蚀刻处理的工序起直至图5、6的ALD以及Ox放电的工序的对(组)的至少1次为止作为1个循环，再次重复进行该循环。除首次的循环以外，在任意次的循环的图5的蚀刻处理的工序中，前次的循环中形成的覆盖槽、孔的底面的保护膜层通过被引诱而发生碰撞的等离子中的离子等带电粒子来除去，下方的处理对象的膜层的蚀刻在具有沿着由来自高频电源116的高频电力发生的偏置电位的电场的各向异性的情况下进行推进。
如以上所述，在本例的蚀刻处理装置100中，将包含上述图5至图7所示的依次进行的多个工序的一连串的处理的工序作为1循环来实施至少1次。此外，也可以在任意的循环与其前一个或者后一个循环之间实施图4所示的高真空排气的工序。
图8是示意性表示图1的实施例所涉及的等离子处理装置的图3所示的处理后粗抽排气的工序中的状态的图。本例的处理后粗抽排气的工序在将包含图5至图7所示的依次进行的工序的一连串的多个工序作为1个循环而实施至少1次循环的处理后，将前体气体以及惰性气体供给管线G3以及前体气体供给管线G1、惰性气体供给管线G2内的气体经过前体气体以及惰性气体排气管线G4向阀门V11与真空排气装置114之间的处理室排气管线G5上导入，并使用真空排气装置114排出。该工序可以从任意的半导体晶片112的对处理对象的膜层的处理结束而运出到真空处理室117外并将下一个半导体晶片112放置在真空处理室112内部的工作台113上进行保持起进行，直至开始最初的ALD的工序为止，也可以按对1个半导体晶片112实施的处理的1次循环的每一个循环来进行。
例如，在任意的循环的图5的蚀刻处理的工序中，在接收来自未图示的检测器的输出的控制装置121中检测到所形成的槽、孔等加工后的形状达到了期望的形状的情况下，例如在槽、孔的蚀刻深度、处理对象的膜层的剩余厚度达到了期望的要求的情况下，结束该蚀刻工序以及包含其的任意次的循环。之后，如图8所示那样经由前体气体以及惰性气体排气管线G4将前体气体供给系统的气体管线和处理室排气管线G5连结而连通，将残留在连通的气体管线的内部的气体排气。
也就是说，通过将阀门V1、V3、V5、V6以及V8至V10气密闭塞，并进一步地将阀门V11闭塞，从而停止处理气体供给管线G1及G2、真空处理室117、从前体气体以及惰性气体供给管线G3的阀门V5起到和处理气体供给管线G6的合流部为止的范围的内部的气体的流通，并将此维持。另一方面，将阀门V2、V4、V7开放，使从前体气体供给管线G1的阀门V2起直至和惰性气体供给管线G2的合流部为止以及从惰性气体供给管线G2的阀门V4起直至和前体气体供给管线的合流部为止的部位、和该合流部与阀门V5之间的前体气体以及惰性气体供给管线G3的部位的内部所残留的前体气体流入前体气体以及惰性气体排气管线G4，并同该气体管线的内部的气体一起，通过将真空排气装置114驱动而流入到处理室排气管线G5，并由真空排气装置114排气。
本例的真空排气装置114在该粗抽排气的工序中，不使用涡轮分子泵，而使用旋转泵等粗抽用的泵。作为惯例，高的真空度下的排气中使用的涡轮分子泵和相对低的真空度用的粗抽用的泵在真空处理室117起的排气的路径上按照排气的流动的顺序将前者和后者按顺序连通而连结。在本例的情况下，该粗抽排气的工序中的前体气体以及惰性气体供给管线G3连接在涡轮分子泵的出口与粗抽用的泵的入口之间的处理室排气管线G5上的部位，至少将该工序中滞留或流入到前体气体以及惰性气体供给管线G3的气体利用粗抽用的泵经由处理室排气管线G5而排出到外部。
另外，在图8所示的粗抽排气的工序中，示出了将前体气体以及惰性气体供给管线G3上的阀门V5、V6双方闭塞的工序，但是也可以通过仅将阀门V6气密闭塞而将V5开放，从而将该气体管线上的阀门V5与V6之间的部位内部的气体经过前体气体以及惰性气体排气管线G4进行排气。
另外，在本工序的开始前，处理气体供给管线G1以及G2和处理室排气管线G5有时为了在蚀刻处理等工序中将内部的气体向真空处理室117内供给而维持在低的压力。此时，在为了进行图8所示的处理后粗抽排气而将阀门V7设为开时，担心气体从设为相对高的压力的处理室排气管线G5向前体气体供给管线G1以及惰性气体供给管线G2、或者前体气体以及惰性气体供给管线G3倒流。在本例中，为了防止该倒流，对应于来自控制装置121的指令信号，将阀门V3以及V4设为开而由惰性气体供给部206供给惰性气体，将前体气体供给管线气体G1以及惰性气体供给管线G2的内部设为高压。控制装置121使用压力计208检测前体气体以及惰性气体供给管线G3或者与其连通的前体气体供给管线G1以及惰性气体供给管线G2内部的压力，并将该检测到的压力与处理室排气管线G5内的压力进行比较，在判定为前者的压力变高后将阀门V7设为开。由此，可防止倒流。
如上所述，在粗抽排气的工序中，在使用BDEAS等沉积性大的前体气体来进行蚀刻处理的过程中，在下一个蚀刻处理的工序之前，使用真空排气装置114将前体气体所流通的气体管线内部排气。由此，可抑制如下情况：在气体管线内部气体的粒子、该粒子与其他的物质化合而形成的生成物沉积从而使气体的流动堵塞或者阻碍气体流动，无法在半导体晶片的处理中实现期望的气体的流量、速度，使处理的成品率受损害。这样的粗抽排气的工序可以在上述1个循环每次结束时进行，也可以在蚀刻处理的对象的膜层的处理的工序结束后，在直至开始下一个ALD的工序为止之间进行。在无论哪种情况下，都会为了抑制处理室排气管线G5内部的气体、粒子经过前体气体以及惰性气体排气管线G4反方向地流入到前体气体以及惰性气体供给管线G3或者与其连通的前体气体供给管线G1以及惰性气体供给管线G2，而在各阀门的开放之前调节压力。
通过上述的实施例，可抑制处理步骤间的往配管去的前体气体残留在前体气体供给管线G1、惰性气体供给管线G2、前体气体以及惰性气体供给管线G3、前体气体以及惰性气体处理管线G4内，并抑制因前体气体的粒子、其化合物所产生的生成物的沉积导致的坏影响，能够提供成品率得到提高的等离子处理装置或者等离子处理方法。
附图标记的说明
100…等离子处理装置、
101…电磁波供给部、
102…真空处理部、
103…排气部、
104…气体供给部、
105…电场发生部、
106…电磁线圈、
107…电介质窗、
108…簇射板、
109…真空容器、
110…第1气体供给部、
111…第2气体供给部、
112…半导体晶片、
113…工作台、
114…真空排气装置、
115…匹配器、
116…高频电源、
117…真空处理室、
118…贯通孔、
119…第1气体流动、
120…第2气体流动、
121…控制装置、
202…处理气体供给系统、
203…前体气体供给系统、
204…前体气体供给部、
205…前体气体流量调节机、
206…惰性气体供给部、
207…惰性气体流量调节机、
208…压力计、
209…真空排气装置。
G1…前体气体供给管线、G2…惰性气体供给管线、G3…前体气体以及惰性气体供给管线、G4…前体气体以及惰性气体排气管线、G5…处理室排气管线、G6…处理气体供给管线、G7…处理气体供给管线。

Claims (8)

1.一种等离子处理装置，其中，具备：
处理室，配置在真空容器内部且在内侧配置处理对象的晶片；
处理气体供给管线，与所述真空容器连结且与所述处理室连通，并向该处理室内供给具有附着性的处理用气体；以及
所述处理用气体的气体排气管线，将与排气泵连接并与所述处理室连通的处理室排气管线和所述处理气体供给管线连结而将它们连通，
该等离子处理装置具备进行如下工序的功能：在对所述晶片进行蚀刻的一个处理工序与下一个该处理工序彼此之间，在停止在所述处理气体供给管线的与所述气体排气管线的连结部的上游侧通过该处理气体供给管线的所述处理用气体的供给的状态下，将所述处理气体供给管线内的所述处理用气体经由所述气体排气管线以及所述处理室排气管线进行排气。
2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其中，
在对所述晶片进行蚀刻处理的处理工序之后，将具有成膜工序的多个工序作为1个循环，对配置在所述处理室内的所述晶片进行至少1次该循环，其中该成膜工序供给所述具有附着性的处理用气体而在所述晶片上形成膜。
3.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其中，
所述处理气体供给管线具备所述处理用气体的流量调节器、在所述处理气体供给管线的所述处理用气体的流动方向上配置在与所述气体排气管线连接的部位的夹着所述流量调节器的上游侧的部位的第1阀门、以及配置在与所述气体排气管线连接的部位与所述处理室之间且将内部开闭的第2阀门，
并且，所述气体排气管线具有将其内部开闭的第3阀门，
该等离子处理装置具备在将所述处理用气体排气的工序中调节成将所述第1以及第2阀门关闭且将第3阀门打开的控制装置。
4.根据权利要求3所述的等离子处理装置，其中，
该等离子处理装置具备：
其他气体供给管线，在对所述晶片进行蚀刻处理的所述处理工序中供给其他处理用气体；以及
第4阀门，配置在该其他气体供给管线上并将内部开闭，
该等离子处理装置进行如下工序：对应于来自所述控制装置的指令信号将所述第4阀门关闭，并且在停止来自所述处理室的排气的状态下将所述处理用气体排气。
5.一种等离子处理方法，其中，进行如下工序：
蚀刻处理工序，在配置于真空容器内部的处理室内侧配置处理对象的晶片，并向该处理室内供给蚀刻用气体来对所述晶片进行处理；以及
成膜工序，在该蚀刻处理工序之后向所述处理室内供给具有附着性的成膜用的气体而在所述晶片上形成膜，
该等离子处理方法具备排气工序，在一个蚀刻处理工序与下一个该蚀刻处理工序彼此之间，在停止所述蚀刻用气体的供给的状态下，并且在经由成膜气体排气管线与处理室排气管线连结的成膜气体供给管线的与所述成膜气体排气管线的连结部的上游侧停止所述成膜用的气体的流动的状态下，经由所述成膜气体排气管线以及所述处理室排气管线对所述成膜气体供给管线内的所述成膜用的气体进行排气，其中，所述处理室排气管线与排气泵连接并与所述处理室连通，所述成膜气体供给管线与所述真空容器连结且与所述处理室连通，并且流动所述成膜用的气体。
6.根据权利要求5所述的等离子处理方法，其中，
在所述蚀刻处理工序之后，将具有所述成膜工序的多个工序作为1个循环，对配置在所述处理室内的所述晶片进行至少1次该循环。
7.根据权利要求5所述的等离子处理方法，其中，
所述成膜气体供给管线具备所述成膜用的气体的流量调节器、在所述成膜气体供给管线的所述成膜用的气体的流动方向上配置在与所述成膜气体排气管线的连结部的夹着所述流量调节器的上游侧的部位的第1阀门、以及配置在与所述成膜气体排气管线的连结部与所述处理室之间且将内部开闭的第2阀门，
并且，所述成膜气体排气管线具有将其内部开闭的第3阀门，
该等离子处理方法在所述排气工序中将所述第1以及第2阀门关闭且将所述第3阀门打开。
8.根据权利要求7所述的等离子处理方法，其中，
在所述排气工序中，在将往所述处理室去的所述蚀刻用气体的处理气体供给管线闭塞并且停止从所述处理室内部向所述处理室排气管线的排气的状态下，进行所述排气工序。
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