KR102073070B1 - 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 처리의 수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치 또는 플라스마 처리 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 진공 용기 내부에 배치된 처리실 내에 소정의 유량의 처리용 가스를 가스 공급 유닛을 통해서 공급하고, 상기 처리실 내에 배치된 시료대 상에 재치된 웨이퍼를, 각각 다른 조건에서 공급된 상기 처리용 가스를 이용하여 처리실 내에 플라스마를 형성하는 복수의 처리 스텝을 포함하는 공정에 의해 처리하는 플라스마 처리 장치 또는 방법이며, 상기 공정이, 상기 전후의 2개의 처리 스텝 사이에 있어서 상기 처리실 내에 희가스가 공급되는 이행 스텝으로서, 상기 희가스가 그 압력을 상기 전의 처리 스텝에서 이용되는 상기 처리용 가스의 조건과 같아지도록 조절되어서 공급되는 당해 제 1 이행 스텝과, 당해 제 1 이행 스텝의 후에 상기 희가스가 그 압력과 유량을 상기 후의 처리 스텝에서 이용되는 상기 처리용 가스의 조건과 같아지도록 조절되어서 공급되는 제 2 이행 스텝을 포함하는 이행 스텝을 구비했다.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법{THE PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료가 처리실 내에 형성된 플라스마에 의해 처리되는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이며, 서로 다른 조성을 갖는 복수 종류의 처리용 가스를 전환하여 처리실 내에 공급해서 형성된 플라스마를 이용하여 시료를 처리하는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
최근의 반도체 소자는 미세화에 의해, 에칭의 정밀도는 nm 오더(order)에서 Å 오더로 옮겨지고 있다. 당해 Å 오더에서의 에칭 처리의 제어는 중요한 과제이다.
일반적으로 에칭 공정에 있어서 에칭의 제어성을 향상시키기 위해서는, 연속 방전시의 에칭에 기여하는 스텝 시간을 짧게 함으로써, 제어성의 향상을 도모할 필요가 있다. 본래의 연속 방전시의 과제로서는 재현성이나 기차(機差)가 문제로 되고 있었다.
종래의 플라스마 처리 장치는, 이들 연속 방전시의 과제인 재현성이나 기차를 억제하기 위해서, 서로 다른 스텝 간의 방전 계속에 있어서의 스텝 이행 시에 다른 에칭 가스가 혼재하는 것에 의한 영향에 대해 불활성 가스를 사용한 이행 스텝을 이용하여 억제하고 있었다. 이러한 종래 기술로서는, 일본국 특개 2007-287924호 공보(특허문헌 1)에 기재된 것이 알려져 있었다.
본 종래 기술은, 진공 처리실 내에 플라스마를 형성해서 행하는 복수의 처리 스텝을 이용하여 당해 처리실 내에 배치된 시료를 처리하는 것이며, 각각에서 압력이나 처리용 가스의 종류 등이 조건이 다른 처리 스텝 사이에 플라스마의 방전이 계속 가능한 불활성 가스, 예를 들면 Ar 가스를 공급하는 이행 스텝을 배치하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 본 종래 기술에서는 이행 스텝에 있어서는, 당초 진공 처리실 내의 압력을 전의 처리 스텝의 것에 맞춘 뒤에, 후의 처리 스텝의 압력으로 매끄럽게 변화시키는 것이 개시되어 있다.
또한, 일본국 특개 2008-91651호 공보(특허문헌 2)에 기재된 바와 같이, 처리실에 공급되는 처리용 가스 공급용의 가스 라인에 접속되고 분기되어서 처리실용의 배기 펌프에 배기하는 가스 라인을 구비하며, 밸브의 동작에 의해 이들 가스 라인에의 처리용 가스의 통류(通流)를 전환하여 처리실 내에의 처리용 가스 공급을 조절하는 것이 알려져 있었다.
일본국 특개 2007-287924호 공보 일본국 특개 2008-91651호 공보
상기 종래 기술은, 다음의 점에 대해서 고려가 불충분했기 때문에 문제가 생기고 있었다.
즉, 상기의 특허문헌 1은, 불활성 가스를 사용하는 이행 스텝의 시작 시에, 하나의 매스 플로우 컨트롤러에 의해서 전의 처리 스텝에 있어서의 압력에 맞추도록 불활성 가스의 유량을 조절한 후, 당해 매스 플로우 컨트롤러에 의해서 유량 변경을 행하여 다음 스텝의 압력 조건에 맞추는 것을 행하고 있었다. 그 때에 하나의 매스 플로우 컨트롤러에 의해서 유량 변경을 행하기 때문에, 그 유량 변경과 그 후의 배관 내부의 압력 제정(制定) 시간에 시간이 필요해지므로, 이행 스텝의 단시간화가 과제였다.
또한, 실제 프로세스 스텝에 있어서도, 동(同) 유량, 동 가스종의 매스 플로우 컨트롤러를 유량 변경에서 사용할 경우, 전환 시간이 유량 변경 시간에 율속(律速)된다고 하는 과제가 있었다. 게다가 전환을 행하기 위해서는, 동 유량, 동 가스종의 매스 플로우 컨트롤러를 2개 준비하게 되고, 그에 따른 제작 비용 상승과 그 매스 플로우 컨트롤러의 실장 스페이스의 확보가 과제였다.
또한, 종래 기술은 가스 유량이나 가스 압력을 재현성 좋게 고속으로 및 스무스하게 가스 라인을 처리실 도입용의 가스 라인과 드라이 펌프에 배기하기 위한 가스 라인을 갖고, 그것을 밸브로 전환하는 처리용 가스의 고속 제어를 행해 왔지만, 이것은 가스 공급 유닛 내에서, 전환을 행하기 위해서 복수의 가스종을 사용할 경우에는, 한번 드라이 펌프에 배기하기 위한 가스 라인에서 가스를 혼합한 상태로부터 처리실 도입용의 가스 라인으로 전환했을 때에, 다시 가스를 혼합하기 때문에, 그 때에 압력 변동이 일어나 그 제정에 시간이 걸린다고 하는 과제가 있었다.
또한, 밸브 개폐시의 응답성 편차 0.1s를 억제하기 위해서, 먼저 드라이 펌프에서 배기하는 측의 가스 라인 밸브를 닫는 방법이 있지만, 밸브의 개폐 속도는 솔레노이드 밸브와 밸브를 연결시키는, 에어 튜브의 길이와 굵기에 의존하며, 실제의 장치 실장 조건에서는 길기 때문에, 0.2s 가까이 걸리는 것도 있는데다가, 종래 기술에서는, 밸브 개폐 시간 장치 시스템의 통신 시간을 고려하고 있지 않아, 그 통신 시간은 0.1s∼0.2s 정도의 지시 지연 편차가 있었다. 이 때문에, 그 만큼의 마진(margin)을 고려하면 0.5s 이상 이전에 밸브를 닫지 않으면 안되어, 그 때의 집적 블록 내에서의 압력 상승을 야기하는 압력 변동이 과제로 되고 있었다.
또한 0.5s 이상 이전에 밸브를 닫을 경우, 사전에 다음에 흐르게 할 가스의 매스 플로우 컨트롤러의 입상(立上) 시간 1s와 그 가스 라인의 압력 제정 시간에 1s 정도 필요해지고 있었다. 이 때문에, 전환 전의 2.5s 이상 전에 가스를 흘리기 시작할 필요가 있어, 2s 이하의 단시간 전환을 실현하기 위한 과제로 되어 있었다.
또한 밸브의 개폐 시간의 문제를 해결하기 위해서, 솔레노이드 밸브를 직접 밸브에 실장하는 타입의 고속 전환용의 밸브를 사용하면, 15ms 정도에서 전환 가능하지만, 솔레노이드 밸브를 직접 밸브에 실장하는 만큼의 가스 공급 유닛 내의 점유 스페이스가 커지는 것에 더해, 그에 따른 밸브 하나당의 비용 상승이 과제로 되어 있었다.
또한, 종래 기술에 있어서는 가스 공급 유닛으로부터 챔버까지의 처리실 도입용 가스 라인의 배관 내의 유량이 정상 상태가 될 때까지의 응답성 향상을 위해서, 그 배관 길이를 짧게 할 필요가 있었다. 그 가스 공급 유닛 본체를 챔버에 근접시키는 것에 의해 행해 왔지만, 장치 중에서도 비교적 체적이 큰 가스 공급 유닛 본체를 챔버에 근접시키기 위해서는 공간적인 제약이 크고, 실장을 위해 1m 정도의 배관 길이가 필요하게 된다고 하는 과제가 있었다.
또한, 종래 기술로서는 처리용 가스의 고속 제어를 행할 때에, 가스 전환으로 고속 제어하는 처리용 가스 유량과 그것에 부수되는 챔버 압력 이외의 제어 파라미터의 재현성 및 기차가 문제가 되고 있었다. 이러한 제어의 파라미터로서는, 플라스마 생성용의 마이크로파 전력의 매칭, 코일 전류, 웨이퍼 바이어스의 매칭이 있다. 또한, 스텝 시간 내에는 각 제어 파라미터의 과도 응답 시간이 있고, 그 부분은 제어할 수 없기 때문에 재현성의 악화나 기차를 만들어 내는 요인이 된다.
마이크로파 전력의 정합 시간은, 종래 기술에서는, 최대로 0.2s, 코일 전류의 안정 시간은 최대로 2s, 웨이퍼 바이어스의 매칭은 0.5s로 생각된다. 한편, 처리용 가스의 고속 제어에 의해 스텝 시간을 단시간화하면 그 과도 응답 시간의 전체에 차지하는 비율이 증대하게 된다. 이 과도 응답 시간에서의 처리가 처리 결과에 미치는 영향은 조절이 곤란하며, 결과적으로 처리의 수율이 저하해버린다고 하는 문제가 생기고 있었다. 또한, 이러한 과도 응답의 기간에서의 처리의 재현성이 낮아 장치마다의 차이(기차)가 커진다고 하는 문제가 있었다. 이러한 문제점에 대해서 상기 종래 기술에서는 고려되어 있지 않았다.
본 발명의 목적은 처리의 수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치 또는 플라스마 처리 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 진공 용기 내부에 배치된 처리실 내에 소정의 유량의 처리용 가스를 가스 공급 유닛을 통해서 공급하고, 상기 처리실 내에 배치된 시료대 상에 재치된 웨이퍼를, 각각 다른 조건에서 공급된 상기 처리용 가스를 이용하여 처리실 내에 플라스마를 형성하는 복수의 처리 스텝을 포함하는 공정에 의해 처리하는 플라스마 처리 장치 또는 방법이며, 상기 공정이, 상기 복수의 처리 스텝 중 전후 관계의 2개의 처리 스텝 사이에 있어서 상기 처리실 내에 희가스가 공급되는 이행 스텝으로서, 당해 이행 스텝의 개시 전에 미리 상기 희가스의 압력이 상기 전의 처리 스텝에서 이용되는 상기 처리용 가스의 조건과 같아지도록 조절된 상태로 당해 희가스가 공급되는 당해 제 1 이행 스텝과, 당해 제 1 이행 스텝의 후에 실시되는 제 2 이행 스텝으로서, 당해 제 2 이행 스텝의 개시 전에 상기 희가스의 압력과 유량이 상기 후의 처리 스텝에서 이용되는 상기 처리용 가스의 조건과 같아지도록 조절된 상태로 당해 희가스가 공급되는 제 2 이행 스텝을 포함하는 이행 스텝을 구비함으로써 달성된다.
본 발명에 따르면, 단시간 스텝 시에 있어서의 과제인 프로세스 성능의 재현성 악화나 기차를 저감할 수 있고, 단시간 스텝을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 2는 도 1에 나타내는 실시예가 구비하는 매칭 회로의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 블록도.
도 3은 도 1에 나타내는 실시예가 실시하는 에칭 처리의 복수의 공정의 각각에 있어서의 조건의 일부를 나타낸 표.
도 4는 도 3에 나타내는 공정의 동작의 흐름을 나타내는 그래프.
도 5는 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 처리 스텝 A에 있어서의 가스의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면.
도 6은 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 이행 스텝 1에 있어서의 가스의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면.
도 7은 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 이행 스텝 2에 있어서의 가스의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면.
도 8은 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 처리 스텝 B에 있어서의 가스의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 사용하여 설명한다.
이하의 실시예에 있어서는, 진공 배기 장치가 접속되어 내부를 감압 가능한 유전체창과 진공 용기에 의해 밀폐된 처리실과, 피처리재를 재치(載置) 가능한 기판 전극과, 기판 전극에 대향해서 구비된 샤워 플레이트와, 처리실 내에 처리용 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과, 당해 유전체창으로부터 플라스마를 발생하기 위한 전자파를 도입하기 위한 고주파 도입 수단과, 당해 플라스마를 발생하기 위한 자장(磁場)을 형성하는 수단을 갖는 플라스마 처리 장치에 있어서, 가스 공급 유닛으로부터 샤워 플레이트를 경유해서 감압 처리실에 처리용 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 라인 상에 가스 공급 유닛과는 별도로 가스 전환 기구를 구비한 플라스마 처리 장치와 이것에 의한 처리 공정이 나타나 있다.
본 실시예의 가스 전환 기구는, 2개의 연결 가스 도입 라인과 러핑 배기 라인에 접속된 2개의 사(捨) 가스 라인과 그것을 전환하기 위한, 9개의 밸브와, 챔버 도입 라인과 압력 측정하는 압력계와, 2개의 사 가스 라인의 압력을 측정하기 위한 2개의 압력계와 챔버 도입 라인과 사 가스 라인의 압력을 동일하게 제어하는 2개의 압력 제어기에 의하여, 구축된다. 이 기구를 이용하여, 각각의 조건이 시작되기 이전에, 사 가스 라인에 사전에 가스를 흘려, 정상 흐름으로 해 놓으면서, 사 가스 라인의 압력을 챔버 도입 가스 라인의 압력과 같아지도록 조절함으로써, 변동없이 매끄럽게 연결 변경시킬 수 있다.
또한, 가스 전환 기구를 가스 공급 유닛 내와는 별도로 구비함으로써, 가스 공급 유닛 내의 스페이스에 얽매이지 않고, 솔레노이드 밸브를 밸브에 실장한 고속 전환용의 밸브를 이용할 수 있다. 또한, 고속 전환용의 밸브를 이용함으로써, 밸브의 응답 지연을 고려하여, 개폐의 전환 타이밍을 늦출 필요 없이 전환 스텝의 단시간화를 실현할 수 있다.
또한, 고속 전환 시에 불활성 가스를 이용한 이행 스텝 및 이행 스텝용의 추가의 매스 플로우 컨트롤러를 이용하여, 확실하게 가스 전환을 행할 수 있기 때문에, 처리 스텝에서 동 가스종 동 가스 유량을 사용할 경우에 있어서도, 유량 변경에 따른 대응을 할 필요가 없어져 처리 스텝의 단시간화가 실현 가능하며, 혹은 가스 공급 유닛 내에 동 가스종, 동 유량의 매스 플로우 컨트롤러를 2개 구비할 필요가 없으므로 제품 비용을 저가로 억제할 수 있다.
게다가, 가스 공급 유닛 내는 종래대로의 동작으로 되므로, 가스 공급 유닛 내의 밸브를 고가인 고속 전환용의 밸브로 대체할 필요가 없어지며, 또한 가스 전환 기구부만 고속 전환용 밸브를 이용하면 되기 때문에, 제품 비용을 저가로 억제할 수 있다.
또한, 가스 공급 유닛의 하류 측에 가스 전환 유닛도 배치함으로써, 복수의 가스종을 사용할 경우에 있어서도, 복수의 가스를 혼합한 상태에서 정상 흐름으로 한 후에, 가스 전환을 행하기 때문에, 종래 기술과 같이 가스 전환의 때에 다시 가스 혼합할 필요가 없이, 그 때 일어나는 처리용 가스 배관 내에서 발생하는 압력 변동을 억제할 수 있다.
실제의 처리 스텝의 운용으로서, 처리 스텝 A와 처리 스텝 B 사이에 이행 스텝을 사용한다. 이 이행 스텝을 전반과 후반의 2개로 나눠서, 전반의 이행 스텝 1에서는 이전 처리 스텝 조건 A의 마이크로파 전력, 코일 전류, 처리실 압력을 유지하고, 웨이퍼 바이어스 전력은 OFF로 하고, 가스 유량을 동 유량 상당의 아르곤 혹은 불활성 가스로 전환한다. 다음으로, 후반의 이행 스텝 2에서는 웨이퍼 바이어스 전력을 OFF로 유지하면서, 다음 처리 스텝 조건 B의 마이크로파 전력, 코일 전량, 처리 압력 조건으로 전환함과 동시에, 처리 스텝 조건 B에서의 가스 동 유량 상당의 Ar 혹은 불활성 가스로 전환한다. 마이크로파 전력, 코일 전류, 처리실 압력, 가스 유량을 이행 스텝 내에서 전환함으로써, 마이크로파 전력의 매칭 시간, 코일 전류의 제정 시간, 이들의 과도 응답 시간이 주는 재현성이나 기차에의 영향을 저감할 수 있다. 또한, 웨이퍼 바이어스용 매칭 회로의 매칭 값에 관해서는 OFF 상태의 때에 다음 처리 스텝의 매칭 값에 사전에 맞춰 둠으로써, 과도 응답을 억제한다.
종래 기술의 과제인 프로세스 성능의 재현성 악화나 기차를 저감할 수 있으며, 단시간 스텝을 실현할 수 있다.
[실시예 1]
이하, 본 발명의 실시예를, 도 1을 사용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치를 나타내는 도면이며, 특히 본 실시예에서는 마이크로파 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 에칭을 행하는 플라스마 처리 장치이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다. 이 도면에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치는, 기판 형상의 처리 대상의 시료인 웨이퍼(11)가 올려 놓아져서 유지되는 시료대(10)가 배치되며 플라스마가 형성되어 웨이퍼(11)가 처리되는 처리실(4)을 내부에 구비한 진공 용기(1)와, 그 하방에 배치되며 처리실(4) 내부를 배기하는 터보 분자 펌프(20)를 구비한 배기 장치부와, 진공 용기(1) 외부에서 처리실(4)의 상방 및 그 주위를 둘러싸서 배치되며 처리실(4) 내에 공급되는 플라스마 형성용의 전계 또는 자계를 발생하는 플라스마 형성부를 구비하고, 웨이퍼(11)를 에칭 처리해서 반도체 디바이스를 제조하는 공정을 행하는 반도체 제조 장치이다.
본 실시예의 플라스마 처리 장치의 진공 용기(1)는, 원통형 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도의 근사한 형상을 가지며 그 원통형의 측벽과, 그 상방에 개폐 가능하게 배치된 덮개 부재로서 원판 형상을 가지며 전계 또는 자계를 투과 가능한 유전체에 의해 구성된 유전체창(3)(예를 들면 석영제)을 구비하고 있다. 유전체창(3)과 측벽의 상단부는, 이들 사이에 O링 등의 씨일 부재를 끼워서 접속되며, 유전체창(3)이 접속된 상태에서 진공 용기(1) 내부의 처리실(4) 내외가 기밀하게 밀봉되어 유지되며, 진공 용기(1)가 유전체창(3)을 그 상부를 구성하는 일 부재로서 구성된다.
유전체창(3)의 하방에는, 이 진공 용기(1) 내부의 처리실(4)의 천장면을 구성하고, 처리실(4) 내에 상방으로부터 처리용의 가스를 공급하기 위한 관통공이 복수개 배치된 원판 형상을 갖는 유전체제(예를 들면 석영, 또는 이트리아 등의 세라믹스를 포함하는 재료제)의 판 부재인 샤워 플레이트(2)가 배치되어 있다. 샤워 플레이트(2)와 유전체창(3) 사이에는, 관통공으로부터 처리실(4) 내에 공급되는 처리용 가스가 공급되어 확산, 분산되어서 충만하는 버퍼용 공간이 배치되어 있다.
이 버퍼용의 공간의 내부는 플라스마 처리 장치에 처리용 가스를 공급하는 가스 공급 유닛(16)과 연결되어, 당해 가스 공급 유닛(16)으로부터 공급된 에칭 처리용의 가스가 진공 용기(1)에 접속된 가스 공급 관을 포함하는 에칭 가스 공급 라인(22)을 통해서 내부를 통류한다. 또한, 가스 공급 유닛(16)으로부터 샤워 플레이트(2)를 경유해서 감압 처리실에 처리용 가스를 공급하는 에칭 가스 공급 라인(22)과 챔버 도입 가스 라인(25) 사이에 가스 전환 유닛(100)이 구비되어 있다. 진공 용기(1)의 하방에는 가변 컨덕턴스 밸브(18)와 터보 분자 펌프(20)와 드라이 펌프(19)가 배치되어, 진공 용기(1) 내의 처리실(4)의 바닥면에 배치된 진공 배기구(5)를 통해 처리실(4)과 연통되어 있다.
플라스마를 생성하기 위한 전력을 처리실(4)에 전송하기 위해서, 유전체창(3)의 상방에는 전자파를 방사하는 고주파 도입 수단으로서 도파관(6)(또는 안테나)이 배치되어 있다.
도파관(6)은, 그 상하방향으로 연장된 도파관(6)의 원통형의 관 형상 부분은 상단부에 있어서 수평 방향으로 연장하는 단면 직사각형 형상의 관 형상 부분의 일단부와 연결되어서 방향이 바뀌어 지며, 또한 단면 직사각형 형상의 관 형상 부분의 타단측에는 도파관(6) 내에 전송되는 전자파를 발진해서 형성하기 위한 전자파 발생용 전원(8)이 배치되어 있다. 이 전자파의 주파수는 특별히 한정되지 않지만, 본 실시예에서는 2.45GHz의 마이크로파가 사용된다.
처리실(4)의 외주(外周)부이며 유전체창(3)의 상방 및 진공 용기(1)의 원통 형상 부분의 측벽의 외주측에는, 자장을 형성하는 자장 발생 코일(9)이 배치되며, 전자파 발생용 전원(8)으로부터 발진되어서 도파관(6) 및, 공동 공진기(7), 유전체창(3), 샤워 플레이트(2)를 통해 처리실(4) 내에 도입된 전계는, 직류 전류가 공급되어서 자장 발생 코일(9)에 의해 형성되어 처리실(4) 내에 도입된 자장과의 상호작용에 의해, 에칭 가스의 입자를 여기(勵起)하여 처리실(4) 내의 샤워 플레이트(2)의 하방의 공간에 플라스마를 생성한다. 또한, 본 실시예에서는 처리실(4) 내의 하부이며 샤워 플레이트(2)의 하방에는 그 밑면에 대향해서 배치된 시료대(10)가 배치되어 있다.
시료대(10)는, 본 실시예에서는 대략 원통 형상을 가지며 그 윗면으로서 처리 대상의 웨이퍼(11)가 올려 놓아지는 면에는 용사(溶射)에 의해 형성된 유전체제의 막(도시 생략)이 배치되어 있으며, 그 유전체의 막 내부에 배치된 막 형상의 적어도 하나의 전극에는 고주파 필터(14)를 통해 직류 전원(15)이 접속되어서 직류 전력이 공급 가능하게 구성되어 있다. 또한, 시료대(10)의 내부에는, 원판 형상의 도체(導體)제의 기재가 배치되어 있으며 매칭 회로(12)를 통해 고주파 전원(13)이 접속되어 있다.
또, 본 실시예의 플라스마 처리 장치는, 상기 진공 용기(1), 배기 장치부, 플라스마 형성부를 구성하는 부분, 가스 전환 유닛(100), 매칭 회로(12), 고주파 전원(13) 등의 부분과 신호의 송수신을 가능하게 접속된 도면에 나타나 있지 않은 제어부를 구비하고 있다. 본 실시예의 플라스마 처리 장치에서는, 이하에 설명하는 웨이퍼(11)를 에칭 처리하는 공정에 있어서, 제어부 내의 하드디스크나 CD-ROM, RAM 또는 ROM 등의 기억장치 내에 기억된 소프트웨어가 판독되어서 이것에 기재된 알고리즘에 기초하여 반도체제의 마이크로프로세서 등의 연산기의 동작에 의해 산출된 지령 신호가 이들의 각 부분에 송신되어서 이들의 동작이 조절되어, 웨이퍼(11)의 에칭 처리가 실시된다. 제어부는, 이러한 기억장치, 연산기와 송수신을 위한 인터페이스가 통신 가능하게 접속된 유닛이며, 하나 또는 복수의 디바이스로 구성되어 있어도 된다.
이러한 플라스마 처리 장치에 있어서, 수지재를 사용한 마스크층을 포함하는 복수의 막층이 적층된 막구조가 윗면에 미리 형성된 웨이퍼(11)는, 당해 막구조의 처리 대상의 막층이 처리되어 있지 않은 미처리의 상태에서, 처리실(4) 내부에 반송되어서, 시료대(10) 윗면 상에 유지되며, 당해 처리실(4) 내에 형성된 플라스마가 사용되어 처리 대상의 막층이 에칭 처리된다. 보다 상세하게는, 미처리의 웨이퍼(11)는, 도시되어 있지 않은 진공 용기(1)의 측벽에 연결되어 감압된 반송실의 내부에 로봇 암 등의 반송 수단이 배치된 진공 반송 용기의 당해 반송실에 반송되어서, 진공 용기(1) 측벽에 배치된 관통공인 게이트 내부를 통해서 처리실(4) 내에 반입된다.
반송 수단 상에 유지된 미처리의 웨이퍼(11)는, 시료대(10) 내에 배치된 시료대(10) 윗면 상방으로 돌출한 복수의 핀 상단 상에 올려 놓아져서 전달된다. 로봇 암 등의 반송 수단이 처리실(4)로부터 반출되어 도면에 나타나 있지 않은 게이트 밸브가 게이트를 기밀하게 폐쇄한 상태에서, 핀이 시료대(10) 내부로 강하해 수납되어 시료대(10) 윗면에 전달된 웨이퍼(11)는, 직류 전원(15)으로부터 인가되는 직류 전압의 정전기력에 의해서 시료대(10) 윗면 상에 흡착된다.
다음으로, 가스 공급 유닛(16)으로부터 소정의 처리용 가스인 에칭 가스가 처리실(4) 내에 공급되고, 압력계(17)에서 처리실(4) 내부의 압력을 검출한 결과가 피드백되어서 가변 컨덕턴스 밸브(18)의 동작이 조절되어 처리실(4) 내부가 처리에 적합한 압력으로 조절된다. 이 상태에서, 전계 및 자계가 처리실(4) 내에 공급되어서 시료대(10) 및 샤워 플레이트(2)와의 사이의 처리실(4) 내의 공간에 공급된 처리용 가스의 원자 또는 분자가 해리, 전리되어서 처리실(4) 내에 플라스마가 형성된다. 플라스마가 형성된 상태에서, 시료대(10)에는 고주파 전원(13)으로부터 소정의 주파수의 고주파 전력이 인가되어 웨이퍼(11) 상방에 바이어스 전위가 형성되며, 당해 바이어스 전위와 플라스마의 전위 사이의 전위차에 따라 플라스마 중의 하전입자가 웨이퍼(11) 표면에 유인되어서 웨이퍼(11) 표면상의 막구조와 충돌하여 처리 대상의 막이 에칭 처리된다.
본 실시예의 에칭 처리에서는, 처리의 시작 후의 시간의 경과에 따라, 웨이퍼(11) 윗면 상의 막구조의 적어도 하나의 처리 대상의 막층을 다른 처리 조건에서 에칭 처리하는 복수의 공정이 전환되어서 실시된다. 또한, 본 예에서는, 시간의 경과 상의 전후의 2개의 공정(처리 스텝)의 각각의 사이에, 전의 공정에서의 처리의 것으로부터 후의 공정에서의 처리의 것으로 처리 조건이 변경되는 이행용의 공정(이행 스텝)을 적어도 하나 갖는 처리의 공정이 실시된다.
이러한 막구조의 처리가 소정 시간 행해져서 처리의 종점이 검출되면, 바이어스 전위 형성용의 고주파 전원으로부터의 고주파 전력의 시료대(10) 내부의 원판 형상의 전극에의 공급은 정지되어서, 에칭 처리가 정지된다. 이 후에, 정전기력에 의한 흡착이 제전(除電)되어서 해제된다. 그 후에, 시료대(10) 내부에 수납된 복수의 핀이 구동되어서 상방으로 이동하고, 복수 핀의 상단 상에 올려 놓아진 웨이퍼(11)가 시료대(10) 윗면으로부터 그 상방으로 유리되어서 유지된다. 이 상태에서, 게이트 밸브가 동작하여 개방된 게이트를 통해서 다시 처리실(4) 내에 진입한 반송 장치 윗면 상방에 처리 완료된 웨이퍼(11)가 전달되고, 반송 장치가 처리실(4) 밖으로 퇴출(退出)해서 웨이퍼(11)가 외부로 반출되고, 게이트가 재폐쇄된다.
다음으로, 본 실시예의 플라스마 처리 장치에 구비된 가스 전환 기구를 가진 가스 전환 유닛(100)에 대해 설명한다.
본 실시예의 가스 전환 유닛(100)에는, 가스 공급 유닛(16)과 진공 용기(1) 사이를 접속하는 제 1 가스 공급 라인인 에칭 가스 공급 라인(22)과, 이 에칭 가스 공급 라인(22) 상에 구비된 제 1 밸브(101)를 구비하고 있다. 또한, 에칭 가스 공급 라인(22)으로부터 분기되어서 처리실(4)의 배기용의 터보 분자 펌프(20)와 그 배기구로부터의 흐름의 하류측에 배치된 러핑용의 드라이 펌프(19) 입구 사이를 접속하는 배기 라인(21)과의 사이를 접속해서 배치된 제 1 사 가스 라인(23)과, 제 1 밸브(101) 및 가스 공급 유닛(16)의 사이의 에칭 가스 공급 라인(22)과 제 1 사 가스 라인(23)과의 사이를 접속하는 제 1 바이패스 라인(104)과, 그 제 1 바이패스 라인 상에 구비된 제 2 밸브(102)를 구비하고 있다.
또한, 에칭 가스 공급 라인(22)으로부터 분기되어 배기 라인(21)과의 사이를 접속해서 배치된 제 2 사 가스 라인(24)과, 제 1 밸브(101) 및 가스 공급 유닛(16)과의 사이의 에칭 가스 공급 라인(22)과 제 2 사 가스 라인(24)과의 사이를 접속하는 제 2 바이패스 라인(105)과, 제 2 바이패스 가스 라인(105) 상에 구비된 제 3 밸브(103)가 배치되어 있다. 제 1 사 가스 라인(23), 제 2 사 가스 라인(24)은, 에칭 가스 공급 라인(22) 상을 흐르는 처리용 가스를 드라이 펌프(19)를 통해서 플라스마 처리 장치 외부로 배출하기 위한 라인이다.
또한, 가스 전환 유닛(100)은, 이행 스텝에 있어서 처리실(4) 내에 아르곤 등의 희가스 혹은 불활성 가스를 공급하는 제 1 이행 스텝 가스 공급원(117)과, 이 제 1 이행 스텝 가스 공급원(117)으로부터 공급되는 제 1 이행 스텝 가스가 내부를 통류하여 제 1 이행 스텝 가스 공급원(117)과 에칭 가스 공급 라인(22) 사이를 접속하는 제 2 가스 공급 라인(110)과, 제 2 가스 공급 라인(110) 상에 배치되어 제 1 이행 스텝 가스의 유량 또는 속도를 조절하는 제 1 이행 스텝 가스용 매스 플로우 컨트롤러(116)를 구비하고 있다. 제 2 가스 공급 라인(110)은, 제 1 밸브(101)와 챔버 도입 가스 라인(25) 사이에서 에칭 가스 공급 라인(22)에 접속되어 있다.
또한, 제 2 가스 공급 라인(110) 상에 구비된 제 4 밸브(111)와, 제 2 가스 공급 라인(110)으로부터 공급되는 제 1 이행 스텝용 가스를 드라이 펌프(19)에 배기하기 위해서, 제 2 가스 공급 라인(110)과 제 1 사 가스 라인(23) 사이를 접속하는 제 3 바이패스 라인(114)과, 그 제 3 바이패스 라인(114) 상에 구비된 제 5 밸브(112)를 구비하고 있다. 또한, 제 1 이행 스텝 가스 공급원(117)으로부터 공급되는 제 1 이행 스텝 가스를 드라이 펌프(19)에 배기하기 위해서, 제 2 가스 공급 라인(110)과 제 2 사 가스 라인(24) 사이를 접속하는 제 4 바이패스 라인(115)과, 그 제 4 바이패스 라인(115) 상에 구비된 제 6 밸브(113)를 구비하고 있다.
또한, 이행 스텝에 있어서 처리실(4) 내에 아르곤 등의 희가스 혹은 불활성 가스를 공급하는 제 2 이행 스텝 가스 공급원(127)과, 이 제 2 이행 스텝 가스 공급원(127)으로부터 공급되는 제 2 이행 스텝 가스가 내부를 통류하여 제 2 이행 스텝 가스 공급원(127)과 에칭 가스 공급 라인(22) 사이를 접속하는 제 3 가스 공급 라인(120)과, 제 3 가스 공급 라인(120) 상에 배치되어 제 2 이행 스텝 가스의 유량 또는 속도를 조절하는 제 2 이행 스텝 가스용 매스 플로우 컨트롤러(126)를 구비하고 있다. 제 3 가스 공급 라인(120)은, 제 1 밸브(101)와 챔버 도입 가스 라인(25) 사이에서 에칭 가스 공급 라인(22)에 접속되어 있다.
또한, 제 3 가스 공급 라인(120) 상에 구비된 제 7 밸브(121)와, 제 3 가스 공급 라인(120)으로부터 공급되는 제 2 이행 스텝용 가스를 드라이 펌프(19)에 배기하기 위해서, 제 3 가스 공급 라인(120)과 제 1 사 가스 라인(23) 사이를 접속하는 제 5 바이패스 라인(124)과, 그 제 5 바이패스 라인(124) 상에 구비된 제 8 밸브(122)를 구비하고 있다. 또한, 제 2 이행 스텝 가스 공급원(127)으로부터 공급되는 제 2 이행 스텝 가스를 드라이 펌프(19)에 배기하기 위해서, 제 3 가스 공급 라인(120)과 제 2 사 가스 라인(24) 사이를 접속하는 제 6 바이패스 라인(125)과, 그 제 6 바이패스 라인(125) 상에 구비된 제 9 밸브(123)를 구비하고 있다.
또한, 가스 전환 유닛(100)에는, 상기의 가스 라인 각각 상에 압력계가 배치되어 있고, 챔버 도입 가스 라인(25) 상에는 챔버 도입 가스 라인용 압력계(106)가, 제 1 사 가스 라인(23)에는 제 1 사 가스 라인용 압력계(131)가, 제 2 사 가스 라인(24)에는 제 2 사 가스 라인용 압력계(141)가 배치되어 있다.
또한, 제 1 사 가스 라인(23) 상에 가변 컨덕턴스 밸브(132)가, 제 2 사 가스 라인(24) 상에는 가변 컨덕턴스 밸브(142)가 각각 배치되어 있다. 이들 가변 컨덕턴스 밸브(132, 142) 각각은, 제 1 사 가스 라인용 압력계(131), 제 2 사 가스 라인용 압력계(141)의 각각이 검출한 값이 챔버 도입 가스 라인용 압력계(106)가 검출한 값과 동일한 값이 되도록, 그 밸브의 개도(開度)에 의한 라인을 구성하는 배관 내의 유로 단면적이나 유로의 형상 등의 컨덕턴스를 증감하여, 유량이나 그 속도를 조절하는 동작을 행한다. 또, 제 1 사 가스 라인(23), 제 2 사 가스 라인(24)의 각각에 공급된 가스는, 배기 라인(21)을 통해서 드라이 펌프(19)에 의해 플라스마 처리 장치 외부로 배출된다.
다음으로, 본 실시예의 플라스마 처리 장치가 구비하는 매칭 회로(12)에 대해서 도 2를 사용하여 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타내는 실시예가 구비하는 매칭 회로의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 블록도이다.
이 도면과 같이, 본 예의 매칭 회로(12)는, 고주파 전원(13)과 시료대(10)에 내장된 도체제의 전극 사이를 접속하는 급전 경로 상에 배치되며, 고주파 전원(13)에 가까운 순서대로, 임피던스 컨트롤러(26)와, 제 1 매칭용 가변 소자(27)와, 제 2 매칭용 가변 소자(28)가 전기적으로 접속되어서 구성되어 있다. 또한, 매칭 회로(12)는, 임피던스 외부 지시기(29)와 스위치를 통해서 접속되어 있다.
당해 스위치는, 제 1 매칭용 가변 소자(27)와 제 2 매칭용 가변 소자(28)의 각각과 임피던스 외부 지시기(29) 사이의 전기적인 접속을 차단, 접속한다. 또한, 매칭 회로(12) 내에도 임피던스 컨트롤러(26)와 임피던스 외부 지시기(29) 사이에서 이들의 전기적 접속을 차단, 접속하는 스위치를 구비하고 있다. 이들 스위치에 의한 전환에 의해, 임피던스 컨트롤러(26)와 임피던스 외부 지시기(29)를 전환할 수 있다. 임피던스 컨트롤러(26)에 접속되어 있는 경우에는, 임피던스 컨트롤러(26)가 임피던스의 편차를 모니터하면서, 매칭 가능하도록 제 1 매칭용 가변 소자(27)와 제 2 매칭용 가변 소자(28)를 조절한다. 임피던스 외부 지시기(29)에 접속되어 있는 경우에는, 임피던스 외부 지시기(29)에 의해 임의인 값이 되도록 제 1 매칭용 가변 소자(27)와 제 2 매칭용 가변 소자(28)를 조절한다. 이 스위치에 의한 전환은, 고주파 전원(13)을 OFF 했을 때에 전환할 수 있다.
다음으로, 본 실시예가 실시하는 에칭 처리의 공정에 대해 도 3, 4를 사용하여 설명한다. 도 3은, 도 1에 나타내는 실시예가 실시하는 에칭 처리의 복수의 공정의 각각에 있어서의 조건의 일부를 나타낸 표이다. 도 4는, 도 3에 나타내는 공정의 동작의 흐름을 나타내는 그래프이다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에서는, 처리 대상의 적어도 하나의 막층을 처리하는 전후의 2개의 처리 스텝 사이에, 이들의 스텝에서 서로 다른 조건이 전의 것으로부터 후의 것의 값으로 변경되는 이행 스텝을 구비하고 있다. 특히, 이 이행 스텝은 이행 스텝 1, 이행 스텝 2의 2개로 나뉘어서 전자로부터 후자로 연이어서 실시된다.
이행 스텝 1에서는, 처리 조건 중, 전자파 발생용 전원(8)으로부터 공급되는 마이크로파의 전계를 형성하기 위한 전력(마이크로파 전력), 자장 발생 코일(9)에 공급되는 자계를 형성하기 위한 전류(자장 코일 전류) 및 처리실(4) 내부의 압력(처리실 압력)은, 그 값이 전의 처리 스텝인 처리 스텝 A에 있어서의 조건의 것으로 유지된다. 즉, 이행 스텝 1에 있어서, 시료대(10)에 공급되는 바이어스 형성용의 전력(웨이퍼 바이어스 전력)은 공급이 정지된(OFF로 된)다. 또한, 챔버 도입 가스 라인(25)을 통류하는 가스는, 아르곤 가스 혹은 불활성 가스로 전환되며, 그 유량은 처리 스텝 A의 처리용 가스와 동일하게 된다.
다음에 행해지는, 이행 스텝 2에 있어서는, 처리 조건 중, 웨이퍼 바이어스 전력은 정지된(OFF) 상태가 유지되며, 마이크로파 전력, 자장 코일 전류, 처리실 압력의 값의 각각은 처리 스텝 B의 처리 조건의 것으로 변경된다. 또한, 챔버 도입 가스 라인(25)을 통류하는 아르곤 가스 혹은 불활성 가스의 유량은, 처리 스텝 B의 처리용 가스와 동일한 값이 되도록 변경된다.
이와 같이, 이행 스텝 1, 2의 동안에, 마이크로파 전력, 자장 코일 전류, 처리실 압력, 처리실(4)에 공급되는 가스의 유량 등의 처리 조건의 값이 당해 이행 스텝의 전후의 처리 스텝의 전의 조건의 설정으로부터 후의 것으로 변경됨으로써, 마이크로파 전력의 크기가 변경되어서 매칭될 때까지의 시간, 자장 코일 전류 및 처리실 압력의 값이 변경되어 안정될 때까지의 시간이 저감되어, 처리의 스루풋이 향상된다. 게다가, 상기 설정값의 변경의 지령 신호가 수신되어서 변경이 시작되고 나서 실제의 조건의 값의 변경이 종료하거나, 혹은 그 값이 변동의 소정의 허용범위 내의 크기가 되는, 소위 과도 응답의 시간에 있어서의 각 조건의 당해 과도 응답의 프로파일의 재현성이 향상되고, 이러한 과도 응답의 기차가 저감되어, 처리의 수율이 향상된다. 또한, 웨이퍼 바이어스 전력의 매칭에 대해서는, 웨이퍼 바이어스 전력이 OFF의 상태로 유지되고 있는 이행 스텝 2에 있어서 제 1 매칭용 가변 소자(27)와 제 2 매칭용 가변 소자(28)의 각각을 처리 스텝 B에 있어서의 정합값을 미리 취득해 두고 당해 정합값에 처리 스텝 B 시작 전에 맞춰 둠으로써, 과도 응답의 영향이 억제된다.
다음으로, 도 3에 나타낸 각 스텝에 있어서의 가스 전환 유닛(100) 내부의 가스의 흐름에 대해서, 도 5 내지 8을 사용하여 설명한다. 이들 도면에서는, 불활성 가스로서 아르곤(Ar)이 이용되고, 제 1 이행 스텝 가스용 매스 플로우 컨트롤러(116)로부터 공급되는 아르곤 가스를 아르곤 가스1(Ar1), 제 2 이행 스텝 가스용 매스 플로우 컨트롤러(126)로부터 공급되는 아르곤 가스를 아르곤 가스2(Ar2)로서 나타나 있다. 또한, 이들 도면에 나타나 있는 스텝이 실시되는 웨이퍼(11)의 에칭 처리에 있어서의 제 1 사 가스 라인(23)을 통과하는 가스 유량, 제 2 사 가스 라인(24)을 통과하는 가스 유량의 값의 변화는 도 3에, 처리의 동작의 흐름은 도 4에 나타나 있다.
도 5에, 처리 스텝 A의 가스 전환 유닛(100) 내부의 가스 흐름을 나타낸다. 도 5는, 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 처리 스텝 A에 있어서의 가스의 흐름을 모식적으로 나타낸 도면이다.
본 도면에 있어서, 처리 스텝 A의 시작 시에, 도면에 나타나 있지 않은 제어부로부터의 지령 신호에 의거하여 에칭 가스 공급 라인(22) 상의 제 1 밸브(101)가 열리고, 가스 공급 유닛(16)으로부터 당해 스텝의 조건 A에서 사용되는 처리용 가스로서의 에칭 가스가, 가스 공급 유닛(16) 내에 배치된 매스 플로우 컨트롤러에 의해 유량 혹은 속도가 조건 A의 것이 되도록 조절되어서, 챔버 도입 가스 라인(25)을 통해 처리실(4)에 공급된다. 이 때, 챔버 도입 가스 라인용 압력계(106)가 챔버 도입 가스 라인(25) 내의 압력을 검지하고, 이 검지 결과가 송신된 제어부에 있어서 압력값이 검출된다. 또한, 제 1 밸브(101)가 개방되는 시각과 동(同) 시각 혹은 실질적으로 이것으로 간주할 수 있는 정도에 근사한 시각에서, 병행하여 제 5 밸브(112)가 열려서, 제 1 이행 스텝 가스용 매스 플로우 컨트롤러(116)에 있어서 당해 조건 A의 에칭 가스와 동 유량으로 된 아르곤 가스1(Ar1)이 제 2 가스 공급 라인(110)과 제 3 바이패스 라인(114)을 통해 제 1 사 가스 라인(23)에 공급된다.
또한, 제 1 밸브(101)의 개방과 실질적으로 동 시각에서 병행되어서 제 9 밸브(123)가 열려, 제 2 이행 스텝 가스용 매스 플로우 컨트롤러(126)에 있어서 처리 스텝 B에서의 처리 조건인 조건 B의 에칭 가스와 동일한 유량으로 조절된 아르곤 가스2(Ar2)가 제 3 가스 공급 라인(120)과 제 5 바이패스 라인을 통해, 제 2 사 가스 라인(24)에 공급된다. 아르곤 가스1의 제 1 사 가스 라인(23)에의 공급의 시작은, 처리 스텝 A의 기간 동안이며 당해 아르곤 가스1의 유량 또는 속도가 조건 A와 동등하게 될 때까지의 시간을 포함하는 것이 가능한 시각에 개시되고, 처리 스텝 A의 기간 동안은 제 1 사 가스 라인(23)에 있어서의 아르곤 가스1의 유량 또는 속도가 조건 A의 것으로 유지된다. 아르곤 가스2의 제 1 사 가스 라인(23)에의 공급의 시작은, 처리 스텝 A 또는 이행 스텝 1의 기간 동안이며 당해 아르곤 가스2의 유량 또는 속도가 조건 B의 것과 동등하게 될 때까지의 시간을 포함하는 것이 가능한 시각에 개시되고, 처리 스텝 A 및 이행 스텝 1의 기간 동안은 제 2 사 가스 라인(24)에 있어서의 아르곤 가스2의 유량 또는 속도가 조건 B의 것으로 유지된다.
즉, 상기의 아르곤 가스2의 통류와 함께, 제 1 사 가스 라인용 압력계(131)에 의해 제 1 사 가스 라인(23) 내의 압력이 검지되며, 이 검지의 결과를 나타내는 신호가 제어부에 송신되어서 압력이 검출되고, 검출 결과에 기초해서 제어부로부터의 지령 신호가 가변 컨덕턴스 밸브(132)에 송신된다. 수신된 지령 신호에 의거한 가변 컨덕턴스 밸브(132)의 동작으로부터, 제 1 사 가스 라인(23) 내의 가스 압력이 챔버 도입 가스 라인용 압력계(106)에서 검지되어 검출된 것과 동일한 값이 되도록 조절된다. 마찬가지로, 제 2 사 가스 라인용 압력계(141)에 의해 제 2 사 가스 라인(24) 내의 압력이 검지되고, 제어부에 송신되어서 압력이 검출되어, 제어부로부터의 지령 신호에 기초해서 가변 컨덕턴스 밸브(142)가 구동됨으로써, 제 2 사 가스 라인(24) 내의 압력이 챔버 도입 가스 라인용 압력계(106)의 것과 동일한 값이 되도록 조절된다.
이 상태에서, 처리 스텝 A가 실시되어, 도면에 나타나 있지 않은 종점 판정기가 검지한 종점을 나타내는 신호가 제어부에 송신되어서 종점이 판정되고, 처리 스텝 A가 정지된다. 또한, 제어부로부터의 지령 신호에 기초해서 이행 스텝 1이 개시된다.
도 6에, 이행 스텝 1의 가스 전환 유닛(100) 내부의 가스 흐름을 나타낸다. 도 6은, 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 이행 스텝 1에 있어서의 가스의 흐름을 모식적으로 나타낸 도면이다.
이행 스텝 1의 시작 시에, 제어부로부터의 지령에 기초하여, 에칭 가스 공급 라인(22) 상의 제 1 밸브(101)가 폐쇄되고, 제 2 밸브(102)가 개방되어서, 조건 A로 된 가스 공급 유닛(16)으로부터의 에칭 가스가 제 1 바이패스 라인(104)을 통해 제 1 사 가스 라인(23)에 공급된다. 이것과 실질적으로 동시에 병행하여, 제 5 밸브(112)가 닫히고, 제 4 밸브(111)가 열려서, 제 1 이행 스텝 가스용 매스 플로우 컨트롤러(116)에 의해 유량 또는 속도가 조건 A의 에칭 가스의 것과 같은 값 또는 실질적으로 이것으로 간주할 수 있는 동등한 값이 되도록 조절된 아르곤 가스1이 제 2 가스 공급 라인(110)과 이것에 접속된 챔버 도입 가스 라인(25)을 통해서 처리실(4)에 공급된다.
이러한 상태가 이행 스텝 1의 동안 유지되어서, 아르곤 가스1이 제 2 가스 공급 라인(110)을 통해서 처리실(4)에 공급된다. 또한, 처리 스텝 1의 동안에 있어서, 제 2 사 가스 라인의 압력계(141)의 검지의 결과가 송신된 제어부로부터의 지령 신호에 기초해서 가변 컨덕턴스 밸브(142)의 동작이 조절되어, 제 2 사 가스 라인(24)의 압력이, 제 1 가스 공급 라인용 압력계(106)가 검지해 검출된 것과 같은 값 또는 동등해지도록 조절된다. 이행 스텝 2가 시작되어서 미리 정해진 기간이 경과한 것이 제어부에 의해 검출 또는 판정되면, 당해 제어부로부터의 지령 신호에 의거하여 이행 스텝 1이 정지되고 이행 스텝 2가 개시된다.
도 7에, 이행 스텝 2의 가스 전환 유닛(100) 내부의 가스 흐름을 나타낸다. 도 7은, 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 이행 스텝 2에 있어서의 가스의 흐름을 모식적으로 나타낸 도면이다.
본 도면에 있어서, 이행 스텝 2의 시작 시에, 제어부로부터의 지령 신호에 의거하여, 제 4 밸브(111)가 폐쇄되고 제 6 밸브(113)가 개방되어서, 제 1 이행 스텝 가스용 매스 플로우 컨트롤러(116)를 통해서 조건 A의 에칭 가스와 동일한 값이 되도록 유량, 속도가 조절된 아르곤 가스1이 제 2 가스 공급 라인(110)과 제 4 바이패스 라인(115)을 통해 제 2 사 가스 라인(24)에 공급된다. 이 때, 제어부로부터의 지령 신호에 기초하여, 가변 컨덕턴스 밸브(142)의 동작이 조절되어, 제 2 사 가스 라인(24) 내의 압력은 챔버 도입 가스 라인용 압력계(106)의 검지 결과로부터 검출된 챔버 도입 가스 라인(25)의 것과 같은 값 또는 실질적으로 같은 값이 되도록 조절된다.
또한, 상기와 동 시각 또는 실질적으로 동시에 병행하여, 제 9 밸브(123)가 폐쇄되고 제 7 밸브(121)가 개방되어서, 제 2 이행 스텝 가스용 매스 플로우 컨트롤러(126)에 의해 처리 스텝 B에 있어서의 처리 조건인 조건 B의 에칭 가스의 유량, 속도와 같은 값 또는 실질적으로 동등해지도록 그 유량, 속도가 조절된 아르곤 가스2(Ar2)가 제 3 가스 공급 라인(120)과 이것에 접속된 챔버 도입 가스 라인(25)을 통해 처리실(4)에 공급된다. 이 때, 제 2 사 가스 라인(24) 내의 압력은, 제 2 사 가스 라인용 압력계(141)로부터의 검지 결과를 나타내는 신호로부터 제어부에서 검출된 결과에 따른 제어부로부터의 지령 신호에 기초하여, 가변 컨덕턴스 밸브(142)의 동작이 조절되어, 챔버 도입 가스 라인(25) 내의 것과 같은 값 또는 동등해지도록 조절된다.
또한, 이행 스텝 2의 시작 또는 종료까지의 동안에, 제어부로부터의 지령에 기초하여, 가스 공급 유닛(16)으로부터 공급되는 에칭 가스는, 그 유량 혹은 그 속도 등의 값은, 조건 A로부터 조건 B의 것이 되도록 조절되어 변경된다. 이 때, 가스 공급 유닛(16)으로부터의 에칭 가스는, 이행 스텝 1과 같이 제 1 사 가스 라인(23)에 공급되고 있다. 또한, 도 4에 나타나 있는 바와 같이 이행 스텝 1에 있어서, 처리 스텝 A의 조건의 값으로 되어 있었던 처리실 압력, 마이크로파 전력은, 이행 스텝 2의 시작 시각에서부터 종료 시각 사이의 기간에, 처리 스텝 B의 것으로 변경된다.
도 8에 처리 스텝 B의 가스 전환 유닛(100) 내부의 가스 흐름을 나타낸다. 도 8은, 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 처리 스텝 B에 있어서의 가스의 흐름을 모식적으로 나타낸 도면이다. 이행 스텝 2가 시작되어서 소정의 시간이 경과한 것이 제어부에 의해 검출 혹은 판정되면, 제어부로부터의 지령 신호가 플라스마 처리 장치의 각 부에 발신되어서 이행 스텝 2가 정지되고 처리 스텝 B가 시작된다.
본 도면에 있어서, 처리 스텝 B의 시작 시에, 제어부로부터의 지령 신호에 기초하여, 제 1 가스 공급 라인(22) 상의 제 2 밸브(102)가 닫히고 제 1 밸브(101)가 열려서, 가스 공급 유닛(16)으로부터 조건 B의 유량, 혹은 속도의 값과 동등한 것으로 조절된 에칭 가스가 챔버 도입 가스 라인(25)을 통해 처리실(4)에 공급된다. 또한, 이것과 동 시각 또는 실질적으로 동시에 병행하여, 제 7 밸브(121)가 닫히고 제 8 밸브(122)가 열려서, 제 2 이행 스텝 가스용 매스 플로우 컨트롤러(126)에 의해 처리 스텝 B의 다음 처리 스텝 C의 처리 조건인 조건 C에 있어서 사용되는 에칭 가스의 유량, 속도와 같은 값 또는 실질적으로 동등한 유량, 속도가 되도록 조절된 아르곤 가스2가 제 3 가스 공급 라인(120)과 제 5 바이패스 라인(124)을 통해, 제 1 사 가스 라인(23)에 공급된다.
또한, 처리 스텝 B의 동안에 있어서, 아르곤 가스1이 처리 스텝 B의 것과 같은 값 또는 동등해지도록 유량 또는 속도가 조절되어서 공급되는 제 2 사 가스 라인(24) 내의 압력은, 제 2 사 가스 라인용 압력계(141)의 검지 결과를 이용하여 검출된 값에 따른 제어부로부터의 지령 신호에 기초해서 가변 컨덕턴스 밸브(142)의 동작이 조절되어서, 챔버 도입 가스 라인용 압력계(106)와 같은 값이 되도록 조절된다. 또한, 마이크로파 전력, 웨이퍼 바이어스 전력 등의 다른 처리 조건은 조건 B의 것이 되도록 제어부로부터의 지령 신호에 의거하여 조절되어서, 처리실(4) 내에 플라스마가 형성되어 처리 스텝 B의 에칭 처리가, 종점 판정기의 검지 결과로부터 처리의 종점에의 도달이 제어부에서 검출될 때까지 실시된다.
처리 스텝 B의 후에 처리 스텝 C 및 이것에의 이행 스텝이 있을 경우에는, 상기와 동등하게, 전의 처리 스텝과 조건이 동등하게 되도록 조절되어 희가스가 공급되는 이행 스텝 1과 후의 처리 스텝과 조건이 동등하게 되도록 조절되어 희가스가 도입되는 이행 스텝 2를 사이에 두고, 필요한 한 처리 스텝이 실시된다.
상기의 구성을 구비한 플라스마 처리 장치에 의해, 처리 조건을 서로 다르게 한 복수의 처리 스텝이 실시되는 웨이퍼(11)의 처리에 있어서, 처리 조건이 변경되고 안정될 때까지의 시간이 저감되어, 처리의 스루풋이 향상된다. 게다가, 상기 변경의 지령 신호가 수신되어서 변경이 시작되고나서 실제의 조건의 값의 변경이 종료하거나, 혹은 그 값이 변동의 소정의 허용범위 내의 크기가 되는, 소위 과도 응답의 시간에 있어서의 각 조건의 당해 과도 응답의 프로파일의 재현성이 향상되고, 이러한 과도 응답의 기차가 저감되어, 처리의 수율이 향상된다.
또, 상기의 실시예에 있어서, 배기 라인(21) 내의 압력은, 이것에 한쪽의 단부가 접속되는 제 1, 제 2 사 가스 라인(23, 24) 내부의 압력, 즉 챔버 도입 가스 라인(25) 내의 압력과 비교하여 현저하게 작아지며, 또한 배기의 유량이나 속도는 처리실(4) 내의 압력을 조건 A, B로 유지 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 제 1, 제 2 사 가스 라인(23, 24)으로부터의 가스가 소정의 유량, 속도로 유입되었더라도, 이들 가스 라인 내부의 압력이나 유량, 속도에 큰 변동이 일어나는 것은 억제된다.
또, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면 도 6, 7에서 설명한 상기의 이행 스텝 1, 2에 있어서는, 처리실(4) 내에 아르곤 가스1 및 2를 이용해서 플라스마가 형성되고, 웨이퍼 바이어스 전력은 정지되어, 웨이퍼(11)의 처리의 진행이 억제되어 있다. 한편, 이행 스텝 1, 2에 있어서는 플라스마가 소화(消火)되어서 처리가 정지되어도 되고, 마이크로파 전력은 그 설정값만이 변경되며 도파관(6)을 통해서 처리실(4) 내에 도입되어 있지 않아도 된다.
또한, 상기의 실시예에서는, 에칭 가스 공급 라인(22), 제 2 가스 공급 라인(110) 및 제 3 가스 공급 라인(120)과, 챔버 도입 가스 라인(25), 제 1 사 가스 라인(23) 및 제 2 사 가스 라인(24)과의 사이의 각각에는, 2개의 바이패스 라인과 3개의 밸브가 배치되며, 각각이 제어부로부터의 지령 신호에 따라, 각 라인의 개방과 기밀의 폐쇄가 행해져서, 챔버 도입 가스 라인(25)과 각 공급 라인의 연통과 각 공급 라인과 각 사 가스 라인의 연통이 전환되는 구성이 구비되어 있다. 이들 3개의 밸브는 보다 적은 수의 밸브, 예를 들면 4방밸브 등이 이용되고 있어도 된다. 이 경우, 에칭 가스 공급 라인(22), 제 2 가스 공급 라인(110) 및 제 3 가스 공급 라인(120)의 적어도 어느 하나는, 이러한 밸브에 더해서 각 공급 라인과 챔버 도입 가스 라인(25) 사이에 3개의 공급 라인의 각각의 가스 통류의 개방과 기밀의 폐쇄를 행하는 밸브가 구비되어 있어도 된다.
또한, 처리 스텝 A와 처리 스텝 B에서 이용하는 에칭 가스는, 이용되는 물질의 종류, 조성이 다른 것을 이용할 수 있어도 되고, 같은 종류 및 조성에서 유량 또는 속도가 다른 조건이어도, 종류, 조성 중의 한쪽만이 다른 것이도 된다. 또한, 이용하는 희가스의 종류는, 이행 스텝 1, 2에서 다른 것이어도 된다. 상기한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해서 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것이 아니다.
1…진공용기
2…샤워 플레이트
3…유전체창
4…처리실
5…진공 배기구
6…도파관
7…공동 공진기
8…전자파 발생용 전원
9…자장 발생 코일
10…시료대
11…웨이퍼
12…매칭 회로
13…고주파 전원
14…필터
15…정전 흡착용 직류 전원
16…가스 공급 유닛
17…압력계
18…가변 컨덕턴스 밸브
19…드라이 펌프
20…터보 분자 펌프
21…배기 라인
22…에칭가스 공급 라인
23…제 1 사 가스 라인
24…제 2 사 가스 라인
25…챔버 도입 가스 라인
26…임피던스 컨트롤러
27…제 1 매칭용 가변소자
28…제 2 매칭용 가변소자
29…임피던스 외부지시기
100…가스 전환 유닛
101…제 1 밸브
102…제 2 밸브
103…제 3 밸브
104…제 1 바이패스 라인
105…제 2 바이패스 라인
106…챔버 도입 가스 라인용 압력계
110…제 2 가스 공급 라인
111…제 4 밸브
112…제 5 밸브
113…제 6 밸브
114…제 3 바이패스 라인
115…제 4 바이패스 라인
116…제 1 이행 스텝 가스용 매스 플로우 컨트롤러
120…제 3 가스 공급 라인
121…제 7 밸브
122…제 8 밸브
123…제 9 밸브
124…제 5 바이패스 라인
125…제 6 바이패스 라인
126…제 2 이행 스텝 가스용 매스 플로우 컨트롤러
131…제 1 사 가스 라인용 압력계
132…가변 컨덕턴스 밸브
141…제 2 사 가스 라인용 압력계
142…가변 컨덕턴스 밸브

Claims (7)

  1. 진공 용기 내부에 배치된 처리실과, 이 처리실 내에 소정의 유량의 처리용 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과, 상기 처리실 내에 배치되어 그 윗면에 처리 대상의 웨이퍼가 재치(載置)되는 시료대를 구비하고, 각각 다른 조건에서 공급된 상기 처리용 가스를 이용하여 처리실 내에 플라스마를 형성하는 복수의 처리 스텝을 포함하는 공정으로 상기 웨이퍼를 처리하는 플라스마 처리 장치로서,
    상기 공정이, 상기 복수의 처리 스텝 중 전후 관계의 2개의 처리 스텝 사이에 있어서 상기 처리실 내에 희가스(rare gas)가 공급되는 이행 스텝으로서, 당해 이행 스텝의 개시 전에 미리 상기 희가스의 압력이 상기 전의 처리 스텝에서 이용되는 상기 처리용 가스의 조건과 같아지도록 조절된 상태로 당해 희가스가 공급되는 당해 제 1 이행 스텝과, 당해 제 1 이행 스텝의 후에 실시되는 제 2 이행 스텝으로서, 당해 제 2 이행 스텝의 개시 전에 상기 희가스의 압력과 유량이 상기 후의 처리 스텝에서 이용되는 상기 처리용 가스의 조건과 같아지도록 조절된 상태로 당해 희가스가 공급되는 제 2 이행 스텝을 포함하는 이행 스텝을 구비한 플라스마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급 유닛은, 상기 진공 용기와 연결된 가스 도입 라인과, 이 가스 도입 라인과 연통(連通)된 상기 복수의 처리 스텝에 있어서 이용되는 상기 처리용 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 라인 및 상기 제 1 및 제 2 이행 스텝 각각에서 이용되는 상기 희가스가 공급되는 제 2 및 제 3 가스용 공급 라인과, 제 1, 제 2, 제 3 가스 공급 라인의 각각에 연결되며 또한 배기 펌프와 연통된 제 1 및 제 2 사(捨) 가스 라인으로서 상기 희가스가 상기 가스 도입 라인을 통해 상기 진공 용기에 공급되기 전에 당해 희가스의 압력 또는 유량이 상기 처리용 가스의 조건과 같아지도록 조절되어 공급되는 제 1 및 제 2 사 가스 라인과, 이들 제 1, 제 2, 제 3 가스 공급 라인과 상기 가스 도입 라인 및 제 1 및 제 2 사 가스 라인의 각각과의 사이의 연통을 개폐하는 적어도 하나의 밸브와, 상기 공정의 2개의 처리 스텝과 이들 사이의 제 1 및 제 2 이행 스텝에 따라 상기 밸브를 전환하는 제어부를 구비한 플라스마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전의 처리 스텝 동안에 상기 희가스가 상기 제 1 이행 스텝에 있어서 이용되는 조건에서 상기 제 1 사 가스 라인에 공급되고, 상기 제 1 이행 스텝 동안에 상기 희가스가 상기 제 2 이행 스텝에 있어서 이용되는 조건에서 상기 제 2 사 가스 라인에 공급되도록 상기 밸브의 동작을 조절하는 플라스마 처리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 사 가스 라인의 각각의 상에 배치되어 내부를 통류하는 가스의 압력을 조절하는 제 1 및 제 2 조절 밸브를 구비한 플라스마 처리 장치.
  5. 진공 용기 내부에 배치된 처리실 내에 소정의 유량의 처리용 가스를 가스 공급 유닛을 통해서 공급하고, 상기 처리실 내에 배치된 시료대의 윗면에 재치된 처리 대상의 웨이퍼를, 각각 다른 조건에서 공급된 상기 처리용 가스를 이용하여 처리실 내에 플라스마를 형성해서 처리하는 복수의 처리 스텝을 포함하는 공정에 의해 상기 웨이퍼를 처리하는 플라스마 처리 방법으로서,
    상기 공정이, 상기 복수의 처리 스텝 중 전후 관계의 2개의 처리 스텝 사이에 있어서 상기 처리실 내에 희가스가 공급되는 이행 스텝으로서, 당해 이행 스텝의 개시 전에 미리 상기 희가스의 압력이 상기 전의 처리 스텝에서 이용되는 상기 처리용 가스의 조건과 같아지도록 조절된 상태로 당해 희가스가 공급되는 당해 제 1 이행 스텝과, 당해 제 1 이행 스텝의 후에 실시되는 제 2 이행 스텝으로서, 당해 제 2 이행 스텝의 개시 전에 미리 상기 희가스의 압력과 유량이 상기 후의 처리 스텝에서 이용되는 상기 처리용 가스의 조건과 같아지도록 조절된 상태로 당해 희가스가 공급되는 제 2 이행 스텝을 포함하는 이행 스텝을 구비한 플라스마 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 공급 유닛은, 상기 진공 용기와 연결된 가스 도입 라인과, 이 가스 도입 라인과 연통된 상기 복수의 처리 스텝에 있어서 이용되는 상기 처리용 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 라인 및 상기 제 1 및 제 2 이행 스텝 각각에서 이용되는 상기 희가스가 공급되는 제 2 및 제 3 가스용 공급 라인과, 제 1, 제 2, 제 3 가스 공급 라인의 각각에 연결되며 또한 배기 펌프와 연통된 제 1 및 제 2 사 가스 라인으로서 상기 희가스가 상기 가스 도입 라인을 통해 상기 진공 용기에 공급되기 전에 당해 희가스의 압력 또는 유량이 상기 처리용 가스의 조건과 같아지도록 조절되어 공급되는 제 1 및 제 2 사 가스 라인과, 이들 제 1, 제 2, 제 3 가스 공급 라인과 상기 가스 도입 라인 및 제 1 및 제 2 사 가스 라인의 각각과의 사이의 연통을 개폐하는 적어도 하나의 밸브를 구비하고,
    상기 공정의 2개의 처리 스텝과 이들 사이의 제 1 및 제 2 이행 스텝에 따라 상기 밸브가 전환되어서 상기 웨이퍼를 처리하는 플라스마 처리 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 전의 처리 스텝 동안에 상기 희가스가 상기 제 1 이행 스텝에 있어서 이용되는 조건에서 상기 제 1 사 가스 라인에 공급되고, 상기 제 1 이행 스텝 동안에 상기 희가스가 상기 제 2 이행 스텝에 있어서 이용되는 조건에서 상기 제 2 사 가스 라인에 공급되는 플라스마 처리 방법.
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