TW201332009A - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents

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Tomohiro Ohashi
Akitaka Makino
Hiroho Kitada
Muneo Furuse
Tomoyuki Tamura
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Hitachi High Tech Corp
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Abstract

[課題]提供可以減少試料之污染，提升處理之良品率的電漿處理裝置或電漿處理方法。[解決手段]電漿處理裝置，係具備：惰性氣體之供給路徑，係和針對真空容器內之下方所配置的試料台之上方之上述處理室內之空間進行處理用氣體之供給的供給管路呈連結、連通；及配置於該惰性氣體之供給路徑上，用於開閉該供給路徑的閘閥及調節上述惰性氣體之流量的調節器；於試料之處理終了時係對上述處理用氣體之供給管路供給上述惰性氣體，而使該供給管路內之壓力，維持於比起上述處理用氣體與上述供給管路之內壁之構成材料的化合物之氣化壓力為高的壓力。

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明係關於對半導體晶圓等之基板狀之試料進行處理的電漿處理裝置或電漿處理方法，特別是關於經由氣體配管對配置於真空容器內部的處理室內供給處理用氣體，使用形成於處理室內的電漿進行試料之蝕刻處理的電漿處理裝置或電漿處理方法。
於半導體裝置之製造，係廣泛利用使用電漿的電漿處理裝置。特別是，於蝕刻處理裝置，係在配置於真空容器內部的處理室內，將半導體晶圓保持於台上，將半導體晶圓之上面事先形成的半導體電路之構成用薄膜之膜構造之材料加工所適用的處理用氣體，供給至處理室內之同時，對處理室內供給電場或磁場，激發處理用氣體之粒子而形成電漿，膜構造係沿配置於其上部之遮罩進行處理。
該半導體晶圓上之膜構造之處理之進行工程，通常使用對於形成半導體電路構造的矽(以下亦有以Si表示)化合物或鋁(以下亦有以Al或鋁表示)合金等具有高反應性之物質，例如包含鹵素系元素的氣體。將此種氣體供給至真空容器內部之處理室的氣體供給路徑，其之與氣體相接的構件、特別是氣體導入路徑所使用的構件、亦即氣體供給配管通常使用具有良好耐蝕刻性之材料，例如在對含有氯或其化合物之組成元素的氣體進行供給的管路之內 壁，通常使用不鏽鋼(SUS316L)。
另外，於此種習知蝕刻裝置，供給用之配管所使用的不鏽鋼，構成該不鏽鋼的鐵(Fe)，鉻(Cr)，鎳(Ni)之元素會與處理用氣體相互起反應，反應而形成的物質隨著氣體之過程而過程，進而被吸入處理室內，附著於試料之上面，成為殘留於其上面之周圍之氣體，造成試料或其之搬送路徑上所配置構件或搬送用機器人之表面污染等問題。
針對此種問題，於習知電漿處理裝置，係使用在和反應性大的處理用氣體呈相接的構件之表面，於材料之表面形成有鉻不動態皮膜者。此種習知技術有，在不鏽鋼基材之表面，使鉻氧化物亦即鉻(VI)氧化物(CrO3)起化學變化，而形成由鉻(III)氧化物(Cr2O3)之微細粒子構成的硬質皮膜，此種技術之例習知有專利文獻1，2，3，4。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開昭59-9171號公報
[專利文獻2]特開昭61-52374號公報
[專利文獻3]特開昭63-126682號公報
[專利文獻4]特開昭63-317680號公報
但是，上述之習知技術對於以下之點有考慮不充分之問題。亦即，在上述配管之內側壁等面對具有高反應性氣體的構件之表面所形成的鉻氧化物等之不動態皮膜，於電漿處理裝置運轉時各種變化之全部動作條件並不具有充分之耐腐蝕性能、不動態性。
例如，關於上述面對氣體的構件之基質材料(不鏽鋼)，試料之處理溫度或壓力等處理條件，係對應於試料之表面之處理對象之膜構造而被更換者，於此種條件之一部分，形成於構件表面的皮膜之物質會產生氣化、遊離，流入處理室內而附著於試料表面之問題。特別是依據發明者之檢討，使用含有氯或氯化物之物質之氣體進行處理時，或使用含有三氟化氯氣體等鹵素系化合物的氣體，於處理室內形成電漿而將附著於處理室內壁之生成物、附著物予以除去的所謂潔淨之處理時，配管之內表面之構成用金屬之成分所造成對試料之污染會增大。
於上述習知技術並未針對上述問題點之所以產生加以考慮。本發明目的在於提供可以減少試料之污染，提升處理之良品率的電漿處理裝置或電漿處理方法。
達成上述目的之電漿處理裝置或電漿處理方法，係藉由具備：處理室，係內部被供給處理用氣體而形成有電漿；及惰性氣體之供給路徑，係和對處理室內供給處理用氣 體的供給管路呈連結、連通；於處理室內之半導體晶圓等試料之處理終了時，係對處理用氣體之供給管路供給惰性氣體，而使該供給管路內之壓力，維持於比起處理用氣體與供給管路之內壁之構成材料的化合物之氣化壓力為高的壓力。
以下，參照圖面說明本發明之實施形態。
[實施例]
以下，使用圖1乃至5說明本發明之實施例。本實施例說明之例為，對真空容器內部所配置的處理室內供給電場及磁場，藉由彼等之相互作用而使供給至處理室內的氣體之原子、分子產生電子迴旋共振(ECR)，形成電漿對試料進行蝕刻處理的電漿蝕刻裝置之例，但亦可適用於藉由容量耦合電漿、感應耦合電漿產生等之其他之耦合來形成電漿的電漿裝置。
圖1係表示本發明之實施例之電漿處理裝置之構成之概略表示用縱斷面圖。本實施例之電漿處理裝置100，係具備：具有圓筒形狀的真空容器，及配置於其上方或側周圍而對真空容器內部供給電場或磁場的電磁場產生器，及配置於真空容器下方，將來自真空容器內部之氣體排出至該容器外部的排氣裝置。
真空容器，係由將內部構成處理室106之空間予以包 圍的具有導電性的金屬材料構成，係具備在處理室106之上部，將內部形成有電漿的空間、亦即圓筒形狀之放電室予以包圍的側壁區塊115；被配置連結於其之下方，構成真空容器之下部的下部容器124；及在側壁區塊115之環狀之上端部之上方被連結，而以圓形狀之石英作為材料構成的石英板103。下部容器124，係於內部之中央部配置著試料台113，於其下方之底面具備和處理室106內部呈連通，用於將處理室106內之氣體或電漿、生成物之粒子予以排出的開口125。
在石英板103之上方及側壁區塊115之外側周圍之大氣壓下，配置著對放電室或處理室106內供給電場或磁場的電磁場產生器。電磁場產生器，係具備：天線123，用於由石英板103之上方對放電室內供給事先決定的頻率之電場；及對供給至其之電力予以傳送的傳送路111。
傳送路111之上端部，係經由匹配器121電連接於電源120，電源120所形成的特定頻率之電力係經由匹配器121匹配後，通過傳送路111施加於天線123而構成。另外，包圍傳送路111及放電室之外周側而配置螺管線圈112。
試料台113，係具有和放電室或側壁區塊115取得中心之定位而配置的圓筒形狀之構件，內部具有金屬製之圓板、亦即基材，及配置於基材之內部，內部流通有溫調過之冷媒的冷媒流路。於基材之圓形之上面配置著由絕緣性材料構成的皮膜，其上面係構成為圓形之載置面，用於載 置基板狀之試料、亦即晶圓W。另外，基材係電連接於高頻電源122，高頻電源122係產生和電源120不同的特定範圍之頻率之高頻電力，被施加來自高頻電源122之電力的基材，係用於支撐試料W之同時，於試料W上形成電位之電極。
於試料台113之正下方，在下部容器124之內壁所包圍的處理室106之底面配置著圓形之開口125，開口125，係於下部容器124下方和連結配置於其底面的渦輪分子泵等之真空泵108之入口呈連通。於真空泵108與開口125之間，於連通彼等之排氣通路上，配置著旋轉而使排氣通路之開口，通路之流通斷面積增減的複數片可動翼片構成的旋轉閘閥109-1，在開口125之上方，於其與試料台113之底面之間，配置著上下移動而移動至下端位置之狀態下以氣密方式被關閉開口125的圓形之板構件所構成的蓋閘閥109-2。本實施例中，圓形之開口125之直徑係設為小於試料台113之圓筒形之徑，蓋閘閥109-2之圓形部分之直徑亦設為小於試料台113之圓筒形之徑。
於側壁區塊115之上端部，係使下部環105被挾持於起與石英板103之間而予以載置，分別於側壁區塊115、下部環105、石英板103之間，配置著O環等之密封構件，將真空容器外部和處理室106內部之間予以氣密區隔。另外，沿著和電漿之形成空間呈面對的側壁區塊115之圓筒形之內壁，配置著將其覆蓋的圓筒形之石英等高耐電漿性之構件所構成的蓋部116，蓋部116之內壁係成為和形 成的電漿呈面對。
另外，蓋部116之上端部係具有於外周側朝水平方向(圖上之左右方向)延伸的板狀之凸緣部，於該凸緣部之上面，石英製之圓形板狀構件、亦即噴氣板104係被載置於其外周緣部，在其和石英板103之下面之間隔開間隙予以保持。噴氣板104，隙構成放電室之天井面，於中心部分，在試料台113之載置面之上方，在與其對向的圓形區域，於較載置面之徑為大徑之區域具有相互以等距離配置的複數個貫穿孔。
於下部環105係具有和氣體配管102呈連結的貫穿孔，該氣體配管102則包含使被供給至處理室106內部的氣體流通於內部的管路(pipe)，被供給至處理室106內部的氣體，係通過貫穿孔經由下部環105被導入石英板103與噴氣板104之間之間隙。於氣體配管102之路徑上，配置著將該氣體配管102內部之流路設為開放或遮斷的閘閥107，對應於處理室106內之處理之斷續而進行氣體配管102之流路之開閉。
氣體配管102，係具有在閘閥107之上流側使複數個氣體之導入路徑、亦即氣體管線101予以合流的合流部。本實施例之複數個氣體管線101，係包含氣體管線101-1~16之16個氣體之路徑，各個流通不同元素或組成(不同種類)之物質之氣體。流通於各個氣體管線101-1~16之複數的不同種類之氣體係於合流部成為混合之處理氣體，而經由氣體配管102內流向真空容器。
於各個氣體管線101-1~16上配置著，使流通內部的氣體之流量、速度以可變方式增減的調節器、亦即質流控制器101-1b~16b，及於其前後使各管線呈開放、被關閉的閘閥101-1a~16a及101-1c~16c，另外，上流側係連結於各個氣體源。又，雖未圖示，彼等之質流控制器101-1b~16b，閘閥101-1a~16a及101-1c~16c之動作係藉由控制器118進行調節。
又，於蓋部116之圓筒形狀部之下端之下方，由導電性金屬構成的圓筒形或環狀之板構件所構成的接地構件114，係以覆蓋側壁區塊115之內壁或蓋部116之下端部之內側壁面而被配置。接地構件114係電連接於側壁區塊115或下部容器124之同時被接地，相對於放電室內形成的電漿或試料台113之電極，係發揮成為一定電位之電極之作用。
於此種構成之電漿處理裝置100，進行晶圓W之處理時，係經由配置於下部容器124之側壁的開口(未圖示)，使晶圓W保持於真空容器(未圖示)外部之搬送用機器人，搬送至試料台113之載置面之上方後，被轉載置於載置面而予以保持。晶圓W之保持，係藉由對構成載置面的絕緣性材料之皮膜之內部所配置的膜狀之電極，施加直流電力，藉由挾持絕緣性皮膜而生成的靜電吸附力而進行。
被保持載置於搬送用機器人之臂部上而使晶圓W通過、搬入處理室106內的開口，係由下部容器外部藉由對 其進行開閉的未圖示之柵閥之被關閉動作，而被由外部以氣密方式區隔。之後，以氯、三氯化硼等之氯系物質之氣體為組成而含有的處理用氣體，係由氣體源經由質流控制器101-1b~16b之任一，通過氣體配管102，被導入石英板103與石英製之噴氣板104間之間隙，而擴散充滿至該間隙之空間內後，經由噴氣板104之貫穿孔而由上方流入處理室106內。
導入處理室106的處理用氣體，係由放電室至試料台113之下方朝上下方向移動之後，藉由真空泵108之動作由開口125被排氣至外部。排氣之氣體之量、速度，係依據真空泵108之旋轉數及和旋轉閘閥109-1之旋轉角度對應之開口面積而變化。
處理室106內部係由試料台113上方之貫穿孔進行氣體之供給之同時，由下方之開口藉由真空泵108進行氣體排出。依據來自貫穿孔之處理用氣體之供給之量、速度與開口125之排氣之量、速度間之平衡，實施處理室106內部之壓力之值或真空度之調節。處理室106內之壓力對應於其後實施的處理條件被設為適切值之後，電源120所傳送的特定頻率之電力，係通過傳送路111被供給至天線123，來自天線123之電場係透過石英板103被導入處理室106。又，螺管線圈112所形成的磁場係被導入處理室106內，激發氣體而使電漿110形成於試料台113上方之放電室內。
於試料台113內之金屬製之圓板、亦即基材，係由高 頻電源122被施加高頻電力，於蝕刻處理之對象晶圓W之上面上方，在和電漿110或接地構件114之間係被形成成為特定值之偏壓電位。基於偏壓電位與電漿110內部之電位間之電位差，使電漿110中之荷電粒子朝晶圓W之上面被吸引，而開始對晶圓W上之處理對象之膜構造進行異方性蝕刻。
對電漿110之發光頻譜或強度以及其變化進行檢測，當膜構造之蝕刻處理之終點被檢測出時，來自高頻電源122之偏壓用之高頻電力之供給被停止，晶圓W之處理終了。之後，實施處理室106內之排氣之同時，將惰性氣體導入而進行處理室106內之氣體之置換之同時，進行排氣直至比起處理中更高的真空度為止，減壓後解除晶圓W之靜電吸著，晶圓W藉由真空搬送用之機器人被搬出真空容器外。此時，未處理之另一晶圓W被保持於機器人時，之後於處理室106內對該晶圓W之處理可能時，該未處理之晶圓W係在處理完畢之晶圓W之搬出後立即被替換搬入，進行和先前處理的晶圓W同樣之處理。
本實施例中，上述之電漿處理裝置100之各部之動作，係藉由控制器118進行調節。亦即控制器118，係藉由通信手段以可以通信的方式連接於配置於電漿處理裝置100的複數個感測器，受信來自感測器之輸出的控制器118，係依據內部RAM等之記憶手段內儲存的軟體之運算法則，使藉由通信手段以可以通信的方式連接的電源120，匹配器121，高頻電源122，柵閥，搬送用機器人，真 空泵108，旋轉閘閥109-1，蓋閘閥109-2，質流控制器101-1b~16b，119-1b，閘閥101-1a，1c~16a，16c等之各部分之動作，藉由配置於控制器118內部的運算器予以算出，同樣經由配置於內部的介面對各部發送動作之指令信號。此種控制器118，可於電漿處理裝置100之內部被具備，亦可於設置有電漿處理裝置100的建物內部之遠離該裝置之處，以可通信的方式予以配置。
又，為抑制蝕刻中之反應生成物之附著於其表面，處理室106之側壁區塊115，係藉由沿著其外周壁配置的未圖示之加熱器之加熱，使該內側表面調節為80~100℃之溫度。又，使側壁區塊115不直接暴露於電漿110的方式而予以覆蓋的蓋部116之表面亦同樣被設為80~100℃。
在產生電漿110的蝕刻處理中，藉由電漿110之熱能將石英製之噴氣板104及下部環105加熱至130℃左右，另外，側壁區塊115之溫度被調節為80~100℃，因此配置於處理室106附近的氣體配管102及配置於其的閘閥107，係被維持於100℃會接近其之溫度。
本實施例中作為處理用氣體被使用的氯系之氣體、亦即三氯化硼，和構成不鏽鋼的Fe(以氧化物形態存在而為Fe2O3)會產生以下之化學反應。
Fe2O3(固體)+2BCl3(氣體) → 2FeCl3(固體)+B2O3(固體)………(1)
由此化學反應式(1)可知，於氣體配管表面產生鐵之氯化物(Fe2Cl3)之固體。於此種反應，依據熱力學計算進行平衡組成之計算時，在氣體配管102之溫度為100℃時，氣體配管102內之壓力成為0.02Pa以下時，FeCl3(solid)會被氣化。氣化的FeCl3通過氣體配管102而由貫穿孔導入處理室106時，會於晶圓W之上面成為固化而附著，Fe成分會與晶圓W之膜構造之材料相互作用而形成化合物，造成晶圓W之污染。
另外，對堆積形成於晶圓W之表面的複數種類之不同的多層膜進行蝕刻時，需要對各膜層在各個不同的條件下進行蝕刻處理。因此，設置複數個步驟進行晶圓W之蝕刻處理。此時，於步驟與步驟之間，藉由真空泵108之動作實施處理室106內及氣體配管102內之真空排氣，實施前步驟使用的處理氣體或生成物之排氣。此時，處理室106內及氣體配管102內之壓力成為0.02Pa以下，鐵之氯化物(Fe2Cl3)之固體被氣化而成為Fe2Cl3，被吸入處理室106，有可能造成金屬污染。
於本實施例中，不同於氣體管線101，而使Ar，N2等之惰性氣體的供給用氣體管線119，和氣體管線101被並列配置。氣體管線119，係於上流側連結於氣體源之同時，於下流端成為連結於氣體配管102的氣體之導入路徑。另外，其路徑上配置的進行流量、速度之可變增減的質流控制器119-1b及其前後所配置的閘閥119-1a，1c之構成，係和氣體管線101-1~16同樣。
來自氣體管線119之惰性氣體，係如上述說明，於處理之複數個步驟(工程)之間進行處理用氣體切換時，於其間為針對前一工程使用的氣體實施排氣而作為替換用氣體被供給之同時，於處理前之高真空度為止之排氣動作或保養、檢測，在將時處理室106內部開放為大氣前，以實施處理室106內部之残留氣體之排氣為目的，而被導入氣體配管102內流通於處理室106。質流控制器119-1b對惰性氣體之流量、速度之調節，係依據來自對氣體配管102內之壓力實施檢測的壓力計117之輸出，藉由控制器118而被調整。
本實施例中，為減少氣體配管102內之金屬化合物之氣化物流入處理室106內，在晶圓W之處理之複數個步驟與步驟之間實施處理室106內部排氣時，或者晶圓W之處理終了後為了保養、檢測，而對處理室106之內部導入惰性氣體時，係將氣體配管102內部之壓力設為可以抑制上述化合物之氣化的特定壓力以上。特別是，本實施例中，係藉由控制器118進行質流控制器119-1b之動作之調節，而使氣體配管102之內部之壓力成為10Pa以上。
上述之調節，係依據對氣體配管102內之氣體之壓力實施檢測的壓力計117之輸出，對應於控制器118所算出的指令信號而進行。如此則，於複數個處理步驟彼此之間，經由對處理室106內供給處理用氣體的氣體配管102來進行惰性氣體的供給，而使前一步驟使用的處理用氣體由氣體配管102及處理室106內被排出而替換為惰性氣體之 同時，抑制不動態之化合物等氣體配管102之內表面之物質之氣化，而移至次一處理步驟。
本實施例中，為使氣體配管102內之壓力保持於0.02Pa以上，必須高精確度進行壓力計117之壓力測定或質流控制器119-1b之流量調節。但是，壓力計117、質流控制器119-1b通常出現各數%左右之誤差。又，將氣體配管102、氣體管線101、119之長度或管路之徑等之形狀決定配管內之導通度(conductance)納入考慮，則判斷本實施例中為抑制上述內表面之物質之氣化，減輕污染，氣體配管102內之壓力至少須保持10Pa以上。
圖2係表示圖1所示實施例之電漿處理裝置之處理動作之流程之表示用時序圖。本圖之蝕刻處理動作係區分為複數個工程，該複數個工程係包含針對晶圓W之任意處理對象之膜構造在不同處理條件下進行的步驟1，及接續其而被實施的步驟2，彼等可以大別為STEP A、B。又，於彼等動作之間繼續實施真空泵108之排氣動作。
本圖中，於時刻t1係停止來自高頻電源122之電力之供給，在晶圓W之處理終了後，於時刻t2開放閘閥119-1a，1c而將惰性氣體導入氣體配管102內，結果使處理室106內被供給惰性氣體。又，於晶圓W之處理中，由時刻t1至t2為止之間亦由氣體管線101-1~16之複數個管線經由合流部，而使導入氣體配管102內的複數種類之處理用氣體之供給動作繼續。本實施例中，晶圓W處理中之處理室106內之壓力為數Pa~0.數Pa之範圍，在處理 用氣體被供給期間，氣體配管102內之壓力，係藉由貫穿孔、下部環105內之氣體通路、氣體配管102之導通度之平衡，而維持於10Pa以上之壓力。
由時刻t2起將閘閥119-1a，1c維持於開放狀態，而使惰性氣體繼續供給至處理室106內，於時刻t3以欲控制器118之指令信號，使處理步驟1所使用的處理用氣體對應之氣體管線101之各管線上之閘閥被關閉，而將處理步驟1使用的處理氣體對氣體配管102之供給予以停止。該時刻t3為止之動作為STEP A。
接著，維持閘閥119-1a，1c之開放狀態下，繼續將惰性氣體導入處理室106內。如此則，處理步驟1終了之後殘留於處理室106內的處理用氣體將被惰性氣體押出，而藉由真空泵108之動作由開口125予以排氣，進行處理室106內部之氣體之置換。
惰性氣體被供給之流量之控制，係在旋轉閘閥109-1保持於任意開放度之狀態下，依據壓力計117之輸出以使氣體配管102內之壓力成為10Pa以上的方式，藉由控制器118對質流控制器119-1b之調整而進行。如本圖所示，閘閥119-1a，1c之開放後氣體配管102內之壓力上昇，而成為極大後漸漸降低。
該降低會漸漸減至0，而當控制器118依據壓力計117之輸出檢測出氣體配管102內之壓力成為10Pa以上到達一定之值，或成為極為近似到達該值之程度時，對應於控制器118之指令而使蓋閘閥109-2被關閉。結果，處 理室106內部除了噴氣板104之貫穿孔以外被密閉。
其後，由時刻t4起開始STEP B。於時刻t4，閘閥119-1a，1c被關閉而停止惰性氣體對氣體配管102及處理室106之供給。
於時刻t5，將氣體管線101-1~16之中處理步驟2使用的種類所對應之各管線上之閘閥予以開放，將處理氣體供給至氣體配管102內，開啟蓋閘閥109-2使處理步驟2之處理氣體流通於處理室106內，進行其內部之惰性氣體與處理用氣體間之置換。此時，依據控制器118之指令信號，針對處理步驟2對應的氣體管線上之質流控制器，連同旋轉閘閥109-1之旋轉角度及排氣路徑之開口面積進行調節，而使處理室106內之壓力調節成為所要壓力。
氣體配管102內之壓力，於檢測出處理室106內之壓力被調節成為適合處理步驟2之值之後，於時刻t6，於試料台113內之電極係由高頻電源122被供給適合處理步驟2之條件的高頻電力，而開始該處理步驟2。又，氣體配管102內之壓力，係藉由來自氣體管線101之氣體之供給而使一端上昇後，伴隨處理室106內之壓力被調節成為處理條件者而呈漸減。
和處理步驟1同樣，控制器118檢測出處理步驟2到達終點時，停止高頻電源122對試料台113之高頻電力之供給(時刻t7)後，開啟閘閥119-1a，1c而將惰性氣體供給至氣體配管102(時刻t8)。此時，和STEP A同樣，以使氣體配管102內之壓力成為10Pa以上的方式，藉 由質流控制器119-1b進行流量、速度之調節。
於時刻t9，氣體管線101之處理步驟2使用的種類之氣體所對應的各管線上之閘閥被關閉，停止處理氣體對氣體配管102之供給。此時，惰性氣體被繼續供給至氣體配管102。當由壓力計17之輸出檢測出氣體配管102內之壓力漸減，於10Pa以上而到達一定之值，或視為到達該值左右之極為近似者時，閘閥107被關閉之同時，閘閥119-1a，1c被關閉，氣體配管102之惰性氣體之供給被停止。
晶圓W之處理之步驟具有3工程以上時，可以取代彼等閘閥107之關閉，改為使蓋閘閥109-2被關閉，而針對次一步驟使用的處理用氣體之供給之動作，在步驟之數之範圍內重複進行。在任一步驟數，氣體配管102內部，特別是由閘閥107經由上流側之路徑的內部之壓力係被維持於10Pa以上之壓力。
圖3係表示圖2所示動作之流程之流程圖。於該圖係表示，針對在晶圓W之表面上被上下積層配置的複數膜層之各層，在不同條件下進行連續(晶圓W配置於處理室106內之狀態)處理時，於各個條件之處理步驟中之處理室106內之壓力之調節與處理之動作之流程。
於該圖，係於試料台113之載置面上方未載置晶圓W狀態，藉由未圖示之柵閥來關閉下部容器124之閘極而予以密封。其後，為了實現對上方之膜進行處理的處理步驟(步驟1)之處理條件，首先，於晶圓W被保持於試料台 113上之狀態，藉由真空泵108之驅動而進行處理室106內之排氣(步驟301)。
於該排氣之工程，通常進行旋轉閘閥109-1之動作調節，而在直至成為比起處理步驟1之處理時之壓力值更高真空度之壓力值為止實施減壓。亦即排氣中在檢測出處理室106內之壓力到達上述所期待之壓力之前，係繼續實施排氣，而當控制器118檢測出到達時進至次一步驟而開始處理步驟1(步驟302)。又，於該步驟，到達高真空度後係關閉蓋閘閥119-2切斷排氣，進行處理室106內之壓力之變化之檢測，而檢測處理室106內外之密封之洩漏之有無(洩漏確認)亦可。
其後，柵閥被開啟，晶圓W被保持於未圖示之搬送機器人之臂部上，被搬送至處理室106內，載置於試料台113之載置面上予以保持後，由處理室106上方之噴氣板104之複數個貫穿孔將處理用氣體導入。導入的氣體，係以成為適合處理步驟1之處理的物質之量及其組成的方式，而由氣體管線101-1~16選出的至少1個氣體管線進行供給，其流量、速度係藉由該管線上之質流控制器，依據控制器118之指令信號進行調節，氣體係由該氣體管線經由其或彼等合流而成的氣體配管102被供給至通處理室106內。
與此同時，藉由開啟的開口125下方之旋轉閘閥109-1之旋轉來進行排氣流路之斷面積之增減之調節，而藉由真空泵108對處理室106內之排氣量進行調節，對應 於其與來自噴氣板104之處理用氣體之流量、速度間之比率，而使處理室106內之壓力成為接近適合處理步驟1的特定值，以此方式進行調節(步驟303)。在檢測出到達適合處理步驟1之所期待之壓力值之前，繼續排氣及處理用氣體之供給，在檢測出到達該所期待之壓力時，係對處理室106內供給電場及磁場而形成電漿110，對試料台113供給高頻電力而開始步驟1之處理(步驟304)。
步驟1之處理之開始後，處理中係以特定之間隔進行處理之終點到達之檢測、判定(步驟305)。判斷未到達終點時，係回至步驟304進行處理室內之壓力調節之同時繼續處理。另外，判斷為處理之終點時，係開啟氣體管線119-1上之閘閥119-1a，1c，對氣體配管102導入惰性氣體，對處理室106內供給惰性氣體後(步驟306)，將氣體管線101-1~16之於處理步驟1使用的氣體管線上之閘閥予以關閉，停止對氣體配管102及處理室106內之處理氣體之供給(步驟307)。此時，閘閥107係被維持於開放狀態。
惰性氣體的供給流量，係對應於控制器118之指令信號，將旋轉閘閥119-1保持於一定之開啟度之狀態下，以使氣體配管102內之壓力成為10Pa以上的方式，進行質流控制器119-1b之動作調節(步驟308)。如圖2所示，在氣體配管102內之壓力由一端上昇而呈漸減之後，檢測出是否於10Pa以上之任意之壓力呈漸近而安定(步驟309)，在判斷壓力於10Pa以上之值呈安定之前繼續惰性 氣體之供給。另外，檢測出時係關閉蓋閘閥109-2，切斷處理室106與真空泵108(步驟310)，停止惰性氣體之供給(步驟311)。
在處理室106與真空泵108切斷狀態下，將氣體管線101-1~16之中和處理步驟2使用的種類之氣體對應的氣體管線予以開啟，將處理用之氣體供給至氣體配管102(步驟312)，開啟蓋閘閥109-2(步驟313)，藉由真空泵108之動作以使處理室106內成為適合處理步驟2之處理條件之值的方式進行壓力調節(步驟314)。
當檢測出壓力被設為所期待之值時，係對處理室106內進行電場、磁場之供給，形成電漿110而對試料台113供給高頻電力，開始晶圓W之處理步驟2(步驟315)。處理之開始後，於處理中係以特定之間隔檢測是否到達處理之終點(步驟316)。判斷未到達處理之終點時係繼續處理，檢測出到達終點時係藉由和步驟306同樣之動作將惰性氣體供給至處理室106內。以後，另外待處理之膜存在時，重複上述步驟。
圖4係表示，圖1所示實施例之電漿處理裝置之保養時之裝置停止時之惰性氣體封入動作之流程之流程圖。於該圖，本實施例中係於檢測出任意之晶圓W之處理終了(步驟401)後，關閉蓋柵閥109-2，切斷處理室106內與真空泵108之入口之間，使處理室106內除了噴氣板104之貫穿孔以外被密閉(步驟402)。
其後，停止真空泵108(步驟403)，開啟氣體管線 101-1~16之全部之閘閥101-1a~16a(步驟404)後，打開氣體管線119-1之閘閥119-1a，使惰性氣體供給至處理室106及氣體配管102，氣體管線101-1~16之全部之內部(步驟405)。此時，可以關閉閘閥101-1c~16c。在氣體管線101-1~16，處理室106，氣體配管102內之壓力值成為10Pa以上呈安定為止繼續供給惰性氣體(步驟406)，檢測出氣體配管102內之壓力值成為10Pa以上呈安定時，關閉閘閥119-1a停止惰性氣體之供給(步驟407)。
接著，關閉氣體管線101-1~16之閘閥101-1a~16a，惰性氣體被填充於氣體管線101-1~16內，氣體配管102內及處理室106內，藉由將其內部之壓力保持於內表面之材料之化合物之氣化壓力值以上之值，而減少內表面之金屬成分之氣化。如此則，可抑制構成氣體供給路徑的金屬材料之成分之流入處理室106內，可減輕晶圓W之污染。
圖5係表示鐵之氯化物之蒸汽壓與溫度之關係曲線圖。橫軸係表示系之溫度，縱軸係表示氯化鐵之蒸汽壓。
曲線501，係由在處理壓力附近呈最安定的鐵之氯化物之固體(FeCl3)，及最安定的氣體分子(Fe2Cl6)之熱力學常數，藉由平衡組成之計算而求出。鐵之氯化物之蒸汽壓，在120℃附近為蝕刻處理壓力(0.1~3Pa)之1/10以下，但在200℃則為蝕刻處理壓力之50~100倍，於120~200℃之間呈大幅增加。此表示對應於由不鏽鋼製元件析出的鐵成分之量，升高不鏽鋼構件之溫度時保持於 120℃以下對於減少污染乃重要者。
曲線502係考慮壓力計.質流控制器之精確度，配管內之導通度，為防止鐵之氯化物之氣化而設置的臨限值。藉由將氣體配管內之壓力保持於曲線502以上之壓力，可以減低被蝕刻處理基板之金屬污染。
[變形例]
圖6係表示圖1之實施例之變形例之電漿處理裝置之構成之概略縱斷面圖。本例與圖1所示實施例間之差異點為，本例係於氣體配管102上對於氣體管線101-1~16或氣體管線119-1之合流部與閘閥107之間具備連結部，該連結部，係和一端被連結於粗抽泵603之入口的旁通管線601之間之連結部，氣體管線101-1~16及氣體管線119-1之各個，係具備連結於該旁通管線601之氣體之淨化用之路徑淨化用管線101-1d~16d，119-1d。
如上述說明，在旁通管線601上之和粗抽泵603之入口之間，配置將該旁通管線601內之流路或氣體之通流開啟、關閉的閘閥602。粗抽泵603，通常為連結於渦輪分子泵等之真空泵108之排氣口的排氣泵，可以針對渦輪分子泵之排氣效率低或無法進行排氣的相對高壓力範圍之處理室106內進行排氣，藉由具備在渦輪分子泵及粗抽泵之上下流被串聯連接的組合，電漿處理裝置100可將處理室106內部由大氣壓至高真空度之減壓狀態進行有效之排氣。
本例中，當檢測出電漿處理裝置100之處理室106內 之晶圓W之處理終了，晶圓W被搬出處理室106外之後，使處理室106內之壓力上升至大氣壓開放內部(大氣開放)而進行處理室106內部之保養、檢測時等，對處理室106內不供給處理用或惰性氣體時，係對旁通管線601，氣體管線101-1~16，氣體配管102內供給惰性氣體。以下使用圖7說明此種電漿處理裝置100之保養、檢測時之動作之流程。
圖7係表示圖6之變形例之電漿處理裝置之保養時之惰性氣體之導入動作流程之流程圖。本例中，當控制器118檢測出處理室106內之特定片數晶圓W之處理終了時(步驟701)，係關閉蓋閘閥109-2，切斷處理室106內與真空泵108使開口125被氣密密閉，除了噴氣板104之貫穿孔以外將處理室106內密閉(步驟702)。之後，檢測處理室106內之壓力變化，而進行處理室106之密封可否，洩漏之有無之確認亦可。
其後，關閉閘閥107(步驟703)，氣體管線101-1~16之閘閥101-1a~16a被開啟(步驟704)，此時閘閥101-1c~16c及閘閥119-1a，1c處於關閉狀態亦可。此時，閘閥101-1c~16c之下流側之氣體管線101-1~16內之處理用各種氣體，係經由各管線具備的淨化用管線101-1d~16d或旁通管線601流入粗抽泵603之入口而實施排氣。
接著，閘閥119-1a，1c被開啟，於氣體配管102，氣體管線101-1~16，旁通管線601各個之內部被導入惰性 氣體，惰性氣體係經由旁通管線601流入粗抽泵603而排出(步驟705)。在檢測出彼等氣體路徑之內部壓力成為10Pa以上之值為止繼續供給惰性氣體。和圖1之實施例同樣，氣體配管102，氣體管線101-1~16，旁通管線601之內部壓力，在彼等被供給惰性氣體之初期呈現一端上昇之後漸減而成為接近特定值。惰性氣體之流量，係依據控制器118之指令信號，以上述特定值成為10Pa以上的方式藉由質流控制器119-1b之動作進行調節(步驟706)。
當檢測出壓力穩定於上述10Pa以上之特定值時，係對應於控制器118之指令來關閉閘閥602(步驟707)之同時，關閉閘閥119-1a而停止惰性氣體之導入(步驟708)。另外，關閉氣體管線101-1~16上之閘閥101-1a~16a(步驟708)。
如此則，於旁通管線601、氣體配管102、氣體管線101-1~16內被填充、供給惰性氣體，其壓力係被維持於比起構成彼等氣體路徑的流路之內表面材料與氣體間產生化合物氣化之壓力為高之同時，進行大氣開放而可實施保養。如此則，保養後開始實施的晶圓W之處理時對晶圓W之污染，特別是構成氣體路徑的流路之內表面之金屬材料之成分引起之污染可以被減低。
又，上述實施例中，變形例之氣體配管102上之閘閥107係配置於放電室之附近，位於下部環105之連結於氣體配管102之連結部與閘閥107之間的氣體配管102之部分，則在側壁區塊115外壁面上沿著其被配置。特別是被 配置於接受加熱器之加熱之處，該加熱器乃針對側壁區塊115進行溫度調節者，如上述說明，電漿處理裝置100之運轉中係被維持於100℃前後或其以上之溫度。因此，在由閘閥107至下部環105之間之氣體配管102之內部，可以抑制上述化合物之氣化，減輕晶圓W之污染。
如上述說明，依據本發明之實施例，可實現能減少晶圓W之污染，提升處理之良品率的電漿處理裝置或電漿處理方法。
100‧‧‧電漿處理裝置
101，101-1~16，119-1‧‧‧氣體管線
102‧‧‧氣體配管
103‧‧‧石英板
104‧‧‧噴氣板
105‧‧‧下部環
106‧‧‧處理室
107‧‧‧閘閥
108‧‧‧真空泵
109-1‧‧‧旋轉閘閥
109-2‧‧‧蓋閘閥
110‧‧‧電漿
111‧‧‧傳送路
112‧‧‧螺管線圈
113‧‧‧試料台
114‧‧‧接地構件
115‧‧‧側壁區塊
116‧‧‧蓋部
117‧‧‧壓力計
118‧‧‧控制器
120‧‧‧電源
121‧‧‧匹配器
122‧‧‧高頻電源
123‧‧‧天線
124‧‧‧下部容器
125‧‧‧開口
[圖1]本發明之實施例1之電漿蝕刻裝置之縱斷面圖。
[圖2]蝕刻處理時之動作之過程之表示用時序圖。
[圖3]蝕刻處理時之動作之過程之表示用流程圖。
[圖4]本發明之實施例1之保養時之裝置停止時之惰性氣體封入動作之過程之表示用流程圖。
[圖5]鐵之氯化物之蒸汽壓與溫度之關係之表示用圖。
[圖6]本發明實施例2之電漿蝕刻裝置之縱斷面圖。
[圖7]本發明實施例2之保養時之裝置停止時之惰性氣體封入動作之過程之表示用流程圖。
100‧‧‧電漿處理裝置
101,101-1~16,119-1‧‧‧氣體管線
102‧‧‧氣體配管
103‧‧‧石英板
104‧‧‧噴氣板
105‧‧‧下部環
106‧‧‧處理室
107‧‧‧閘閥
108‧‧‧真空泵
109-1‧‧‧旋轉閘閥
109-2‧‧‧蓋閘閥
110‧‧‧電漿
111‧‧‧傳送路
112‧‧‧螺管線圈
113‧‧‧試料台
114‧‧‧接地構件
115‧‧‧側壁區塊
116‧‧‧蓋部
117‧‧‧壓力計
118‧‧‧控制器
120‧‧‧電源
121‧‧‧匹配器
122‧‧‧高頻電源
124‧‧‧下部容器
W‧‧‧晶圓
101-1b~101-16b、119-1b‧‧‧質流控制器
101-1a~101-16a、119-1a‧‧‧閘閥
101-1c~101-16c、119-1c‧‧‧閘閥

Claims (6)

  1. 一種電漿處理裝置，係具備：處理室，係配置於真空容器內，內部被供給處理用氣體而形成有電漿；試料台，係配置於該處理室內之下方，用於載置試料，於該試料之上面被配置有處理對象之膜層；噴氣板，配置有貫穿孔用於使上述處理用氣體流入上述試料台之上方之上述處理室內之空間；惰性氣體之供給路徑，係和被供給有上述處理用氣體的供給管路呈連結、連通；及配置於該惰性氣體之供給路徑上，用於開閉該供給路徑的閘閥及調節上述惰性氣體之流量的調節器；於上述試料之處理終了時係對上述處理用氣體之供給管路供給上述惰性氣體，而使該供給管路內之壓力，維持於比起上述處理用氣體與上述供給管路之內壁之構成材料的化合物之氣化壓力為高的壓力。
  2. 一種電漿處理裝置，係具備：處理室，係配置於真空容器內，內部被供給處理用氣體而形成有電漿；試料台，係配置於該處理室內之下方，用於載置試料，於該試料之上面被配置有處理對象之膜層；排氣口，係配置於上述處理室之試料台之下方，用於排出該處理室內之氣體；噴氣板，配置有貫穿孔用於使上述處理用氣體流入上述試料台之上方之上述處理室內之空間；惰性氣體之供給路徑，係和被供給有上述處理用氣體的供給管路呈連結、連通；及配置於該惰性氣體之供給路徑上，用於開閉該供給路徑的閘閥及調節上述惰性氣體之流量的調節器； 於上述試料之處理終了上述試料被搬出後，針對在上述排氣口及上述供給管路上、在該供給管路之連接於上述真空容器之連接部與上述惰性氣體之供給路徑的連結部分之間所配置的第2閘閥予以關閉，對上述處理用氣體之供給管路供給上述惰性氣體，而將該供給管路內之壓力，維持於比起上述處理用氣體與上述供給管路之內壁之構成材料的化合物之氣化壓力為高的壓力。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中上述調節器係配置於上述惰性氣體之供給路徑上之上述閘閥之上流側，係被維持於比起上述化合物之氣化壓力更高的壓力，該化合物之氣化壓力，係對應於上述處理用氣體之供給管路之溫度而被設定，經由上述調節器及閘閥所檢測出者。
  4. 一種電漿處理方法，係在真空容器內之處理室內所配置的試料台上，將上面配置有處理對象之膜層的試料予以載置，對上述處理室內之上述試料台之上方之空間供給處理用氣體，於該空間內形成電漿而處理上述試料者；在上述試料之處理之終了時，係由和供給上述處理用氣體的供給管路呈連結、連通的惰性氣體之供給路徑，對上述處理用氣體之供給管路供給上述惰性氣體，而使該供給管路內之壓力，維持在比起上述處理用氣體與上述供給管路之內壁構成材料的化合物之氣化壓力為高的壓力。
  5. 如申請專利範圍第4項之電漿處理方法，其中係使用配置於該惰性氣體之供給路徑上，用於對該供 給路徑進行開閉的閘閥及上述惰性氣體之流量之調節用的調節器，使上述供給管路內之壓力維持於比起上述化合物之氣化壓力為高的壓力。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之電漿處理方法，其中維持於比起上述化合物之氣化壓力更高的壓力，該化合物之氣化壓力，係依據所檢測的上述處理用氣體之供給管路之溫度而被設定者。
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