特許 6971805 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6971805

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20211111BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101G

【請求項の数】11

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-227353(P2017-227353)

(22)【出願日】2017年11月28日

(65)【公開番号】特開2019-96835(P2019-96835A)

(43)【公開日】2019年6月20日

【審査請求日】2020年7月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】100218534

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 雄

(74)【代理人】

【識別番号】100091720

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 重美

(72)【発明者】

【氏名】川上 雅敏

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 浩平

(72)【発明者】

【氏名】園田 靖

(72)【発明者】

【氏名】長谷 征洋

(72)【発明者】

【氏名】樫部 誠

【審査官】 加藤 芳健

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２８７９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１０５４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９１６５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空容器内部に配置され減圧された内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室の下方に配置され処理の対象であるウエハがその上面に載せられて保持される試料台とを備え、前記プラズマを用いて前記ウエハを処理するプラズマ処理装置であって、前記処理が２つの処理ステップとこれらの間の繋ぎステップとを備えたものであって、前記処理ステップ中に前記処理室内に前記処理用のガスを供給する第１のガス供給ユニットおよび繋ぎステップ中に前記処理室内に繋ぎステップ用のガスを供給する第２のガス供給ユニットと、前記２つの処理ステップ及び前記繋ぎステップの間の移行に際して前記第１のガス供給ユニットからの処理用のガス及び第２のガス供給ユニットからの繋ぎステップ用のガスの処理室への供給を切り替えるガス切り替えユニットと、前記繋ぎステップ中に供給される前記繋ぎステップ用のガスの流量を前記２つの処理ステップのうち後の処理ステップ中に前記処理室に供給される前記処理用のガスの供給量と等しいと見なせる流量に調節する制御部とを備えたプラズマ処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第１のガス供給ユニットと前記処理室との間を連結する第１のガス供給ラインと、前記第２のガス供給ユニットと前記処理室との間を連結する第２のガス供給ラインと、第１及び第２のガス供給ラインと排気ポンプとの間を連結する捨てガスラインとを備え、前記制御部が前記２つの処理のステップ及び前記繋ぎステップの開始に際して前記第１及び第２のガス供給ラインと前記処理室及び前記捨てガスラインとの間の連通の組合せを切替えるように前記ガス切り替えユニットを調節するプラズマ処理装置。

【請求項3】

請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガス切り替えユニットが、前記第１のガス供給ライン上に配置され当該第１のガス供給ラインを開閉する第１のバルブ及びこの第１のバルブと前記第１のガス供給ユニットとの間の前記第１のガス供給ラインと前記捨てガスラインとに連結されこれらを連通する第１のバイパスラインと、この第１のバイパスライン上に配置されこれを開閉する第２のバルブと、前記第２のガス供給ライン上に配置され当該第２のガス供給ラインを開閉する第３のバルブ及びこの第３のバルブと前記第２のガス供給ユニットとの間の前記第２のガス供給ラインと前記捨てガスラインとに連結されこれらを連通する第２のバイパスラインと、この第２のバイパスライン上に配置されこれを開閉する第４のバルブとを備え、前記制御部からの指令信号に応じて前記第１、第２、第３、第４のバルブが開閉を切替えられて前記第１及び第２のガス供給ラインと前記処理室及び前記捨てガスラインとの間の連通の組合せが切り替えられるプラズマ処理装置。

【請求項4】

請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、
前記真空容器に取り付けられ前記処理室と前記第１のガス供給ラインとの間を連結して連通するガス導入ライン上に配置され当該ガス導入ライン内の圧力を検知する第１の圧力計と、前記捨てガスライン上に配置され当該捨てガスライン内の圧力を検知する第２の圧力計及びこの捨てガスライン上に配置され内部の開度を可変に調節する可変バルブとを備え、前記制御部により前記第１及び第２の圧力が等しくなるように前記可変バルブの動作が調節されるプラズマ処理装置。

【請求項5】

請求項４に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第１のガス供給ラインと前記第１のバイパスラインとの連結部から当該第１のガス供給ラインを通り前記ガス導入ライン上の前記第１の圧力計が配置された箇所までの配管の長さおよび当該長さ方向の内径の推移が、前記連結部から前記第１のバイパスラインを通り前記捨てガスライン上の前記第２の圧力計が配置された箇所までの配管及び内径の推移と等しくされたプラズマ処理装置。

【請求項6】

請求項１乃至５の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記繋ぎステップ中に前記繋ぎステップ用ガスが供給される前記処理室内の圧力および前記試料台内部に配置された電極に供給される高周波電力の設定値が前記２つの処理ステップのうちの次の処理ステップの前記処理室内の圧力に合わせて調節されるプラズマ処理装置。

【請求項7】

真空容器内部に配置され減圧された処理室の下方に配置された試料台上面上方に処理の対象であるウエハを載せて保持し、前記処理室内にプラズマを形成してこのプラズマを用いて前記ウエハを処理するプラズマ処理方法であって、
前記処理が、前記ウエハを２つの処理ステップとこれらの間の繋ぎステップを備え、前記処理の工程において前記２つの処理ステップ及び前記繋ぎステップの間の移行に際して、前記処理ステップ中に前記処理室内に前記処理用のガスを供給する第１のガス供給ユニットからの処理用のガスおよび前記繋ぎステップ中に前記処理室内に繋ぎステップ用のガスを供給する第２のガス供給ユニットからの繋ぎステップ用のガスの処理室への供給を切り替えるものであって、
前記繋ぎステップ中に供給される前記繋ぎステップ用のガスの流量を前記２つの処理ステップのうち後の処理ステップ中に前記処理室に供給される前記処理用のガスの供給量と等しいと見なせる流量に調節するプラズマ処理方法。

【請求項8】

請求項７に記載のプラズマ処理方法であって、
前記２つの処理のステップ及び前記繋ぎステップの開始に際して、前記第１のガス供給ユニットと前記処理室との間を連結する第１のガス供給ラインおよび前記第２のガス供給ユニットと前記処理室との間を連結する第２のガス供給ラインと排気ポンプとの間を連結する捨てガスライン及び前記処理室とおよび前記第１及び第２のガス供給ラインとの間の連通の組合せを切替えるプラズマ処理方法。

【請求項9】

請求項８に記載のプラズマ処理方法であって、
前記真空容器に取り付けられ前記処理室と前記第１のガス供給ラインとの間を連結して連通するガス導入ライン上に配置され当該ガス導入ライン内の圧力を検知する第１の圧力計から検出される値と、前記捨てガスライン上に配置され当該捨てガスライン内の圧力を検知する第２の圧力計から検出される値とが等しくなるように前記捨てガスライン上に配置され内部の開度を可変に調節する可変バルブの動作が調節されるプラズマ処理方法。

【請求項10】

請求項９に記載のプラズマ処理方法であって、
前記第１のガス供給ライン上に配置され当該第１のガス供給ラインを開閉する第１のバルブと前記第１のガス供給ユニットとの間の前記第１のガス供給ラインと前記捨てガスラインとに連結されこれらを連通する第１のバイパスラインの前記第１のガス供給ラインとの連結部から当該第１のガス供給ラインを通り前記ガス導入ライン上の前記第１の圧力計が配置された箇所までの配管の長さおよび当該長さ方向の内径の推移が、前記連結部から前記第１のバイパスラインを通り前記捨てガスライン上の前記第２の圧力計が配置された箇所までの配管及び内径の推移と等しくされたプラズマ処理方法。

【請求項11】

請求項７乃至１０の何れかに記載のプラズマ処理方法であって、
前記繋ぎステップ中に前記繋ぎステップ用ガスが供給される前記処理室内の圧力および前記試料台内部に配置された電極に供給される高周波電力の設定値が前記２つの処理ステップのうちの次の処理ステップの前記処理室内の圧力に合わせて調節されるプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空容器内部の処理室内に配置された半導体ウエハ等の基板状の試料を当該処理室内に供給されたガスを用いて形成したプラズマにより処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に係り、特に処理室内に供給する異なる組成の処理用のガスを切り替えて試料を処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスを量産して製造する工程において、半導体ウエハ等の基板状の試料を減圧された真空容器内部の処理室内に配置し当該処理室内に形成したプラズマを用いて所定の処理、例えばエッチング処理することが従来から行われてきた。近年の半導体デバイスの回路がますます微細化するに伴って、上記プラズマを用いた処理、例えばエッチング処理に対して求められる加工の精度はｎｍのオーダーからÅのオーダーへと移りつつある。

【0003】

プラズマを用いた試料の処理に対するこのような要求を実現する上で、異なる条件の前後２つの処理の工程（ステップ）を一方から他方に引き続いて行う処理、さらにはこれらのステップを複数回繰り返して実施する処理を行い、試料表面の膜構造中の処理対象の膜層のエッチングに寄与するステップ各々の時間を短くすることによって、処理の制御性の向上を図ることが考えられている。一方で、このような試料を処理するための複数ステップ同士の間でプラズマの消失と形成とを行えばプラズマの点火と安定とに時間を要することから、処理全体の時間をより短縮するため前のステップから後のステップに連続してプラズマを形成したまま移行させることが行われる。

【0004】

しかし、このように連続的にプラズマの形成（放電）を行う場合には、前のステップと後のステップの間においてガスの種類や供給の量、圧力等の処理の条件が変更される影響が前後のステップに及ぼされ、処理の再現性や機差が生じてしまうということが問題となっていた。

【0005】

このような問題を解決するための従来の技術としては、例えば、特開２００７-２８７９２４号公報（特許文献１）に開示されたものが知られていた。本例においては、プラズマ処理装置は、真空容器内部の減圧された処理室内に異なる種類や組成のエッチングガスを用いるステップ間で放電を継続するものにおいて、前後の処理のステップ同士の間に不活性ガスを用いて放電を継続する移行ステップを備えた処理を行うことで、前後の処理のステップの境を含む前後の期間に異なるエッチングガスが混在することによる悪影響を抑制して、上記再現性や機差を抑制しようとするものが開示されている。

【0006】

また、特開２００８-０９１６５１号公報（特許文献２）には、処理室の上部に配置されてその天井面を構成して処理用のガスが導入される導入孔が配置されたシャワープレートにおいて、ガス流量やガス圧力を再現性よく高速かつスムーズにガスを処理室に導入する用のガスラインとドライポンプへ排気する為のガスラインを有し、それをバルブで切り換えることによって、プロセスガスの高速制御を実現するものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００７-２８７９２４号公報

【特許文献2】特開２００８-０９１６５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記の従来技術では、次の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。

【0009】

すなわち、上記の従来技術は不活性ガスを用いた移行ステップ時に１つのマスフローコントローラ（ガス流量または速度の調節器）で、前ステップの圧力条件になるように流量を合わせた後、そのマスフローコントローラで流量の変更を行い次のステップの圧力条件に合わせることを行っていた。その際に、１つのマスフローコントローラで流量の変更を行うため、その流量が変更されその後の配管内部の圧力が整定するまでの時間が長くなってしまう。このことから、各々で異なるガスの流量の大きさで処理される複数の処理の工程が引き続いて実施される処理においては、例え同じ種類のガスを用いるものであっても、前後の２つの工程において供給されるガスの量を変更するための時間（移行ステップ）がその処理全体に要する時間で最も長い等のそのステップの時間が処理の時間に最大の影響を与える（律速する）ものである場合には、当該移行ステップが長くなると処理全体に要する時間を長くして試料の処理の単位時間あたりの枚数（所謂スループット）や処理の効率が損なわれてしまうという問題が生じていた。

【0010】

これらのガスの供給量の変更に要する時間を低減するために、前後ステップ各々の条件に調節されたガスの供給手段を備えておいて、各々のステップで対応するガスの供給手段を切り替えてガスを供給することで、１つのガスの供給が行う条件の変更に要する時間より短い時間でガスの供給の条件を切替えることが考えられる。例えば、前後の異なる処理のステップでガスの流量を変更する場合には、２つのガスの供給経路と各々の上に配置されたマスフローコントローラとを備えて、前に行われるステップ中に一方のガスの供給経路から一方の供給の条件で供給するとともに、一方のガスの供給経路から切り離された状態の他方のガスの供給経路上のマスフローコントローラが予め後のステップにおける条件となるように流量を調節し、前のステップが終了し次のステップの開始前にガスの供給経路を一方から他方のものに切り替えることで、一般に流量の変更に時間を要する１つのマスフローコントローラを用いる場合より短時間でガスの供給を切替えることができる。しかし、このような場合には、一つの処理室内に例え同じ種類のガスを供給するものであっても流量が異なればマスフローコントローラを複数要することになり、装置の製造コストが増大したり、マスフローコントローラ収納するためのスペースを従来より要するため装置の占有面積が増大したりするという問題が生じる。

【0011】

また、上記従来技術は、供給されるガスの流量や圧力を高速で切替えるため、当該ガスが処理室に供給される供給用のガスラインと真空容器外部に配置された排気ポンプと連通されガスが処理室に供給されず排気される排気用のガスラインとを有したガス供給ユニットを備え、処理室内の処理の条件に応じてガス源からマスフローコントローラを介したガスの供給をバルブで切り換える調節が行われる。しかし、ガス供給ユニット内で、複数のガス種を使用する条件において切り替えを行う場合には、混合されたガスが排気用のガスラインに流されている状態から供給用のガスラインに流されるようにバルブで切り替えられた際に、切り替えられ処理室に供給されるガスは処理室内の条件に合わせて混合されるため、その際にガスライン内で圧力の変動が生じてしまい、実際に処理室に供給されるべき条件からズレてしまい処理の結果が許容範囲外のものになってしまったり、これを防ぐために圧力が安定して求められる条件に合致するまで処理室内への導入を待機する場合には、却って切り替えに要する時間が長くなり処理の効率が損なわれてしまったりする問題が生じていた。

【0012】

また、移行ステップ中におけるチャンバ内の圧力及び可変コンダクタンスバルブの開度の値を次のステップの開始時あるいはステップ中のものと同じになるように、移行ステップ中に処理室内に供給される不活性ガスの流量が調整されているが、移行ステップ中または次のステップへの移行に際して処理室内に供給されるガスが不活性ガスから処理用のガスに切り替えられた際に、ガスの種類あるいは組成の変化によりマスフローコントローラからシャワープレートまでのガスライン内での流れが変動してしまう。このため、例え移行ステップ中に圧力を次のステップのものに合わせていても、移行ステップから次のステップの移行あるいは切り替わりの際にチャンバ内の圧力が変動しガスの流量も所期のものからズレてしまい、次のステップの処理に悪影響を及ぼしてしまい、試料の処理の歩留まりが損なわれてしまう問題について、上記従来技術では考慮されていなかった。

【0013】

本発明の目的は、処理室内に供給されるガスの条件を短時間で変更して処理の効率を向上させたプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。或いは、処理の歩留まりを向上させたプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記目的は、真空容器内部に配置され減圧された内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室の下方に配置され処理の対象であるウエハがその上面に載せられて保持される試料台とを備え、前記プラズマを用いて前記ウエハを処理するプラズマ処理装置であって、前記処理が２つの処理ステップとこれらの間の繋ぎステップとを備えたものであって、前記処理ステップ中に前記処理室内に前記処理用のガスを供給する第１のガス供給ユニットおよび繋ぎステップ中に前記処理室内に繋ぎステップ用のガスを供給する第２のガス供給ユニットと、前記２つの処理ステップ及び前記繋ぎステップの間の移行に際して前記第１のガス供給ユニットからの処理用のガス及び第２のガス供給ユニットからの繋ぎステップ用のガスの処理室への供給を切り替えるガス切り替えユニットと、前記繋ぎステップ中に供給される前記繋ぎステップ用のガスの流量を前記２つの処理ステップのうち後の処理ステップ中に前記処理室に供給される前記処理用のガスの供給量と等しいと見なせる流量に調節する制御部とを備えたことにより達成される。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、短時間ステップ時における課題であるプロセス性能の再現性悪化や機差を低減することができる。また、移行ステップ中にシャワープレートからマスフローコントローラまでのプロセスガスラインの流れを、不活性ガスでプロセスガスを模擬し、事前に安定化できることから、実プロセスガス切り替え時のプロセスガスラインの変動尾及びそれによるチャンバ内圧力変動を抑制し、短時間ステップを実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。

【図2】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置のマッチング回路１２の構成を模式的に示す回路ブロック図である。

【図3】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の実施するウエハの処理を構成する複数の工程の流れを示す表である。

【図4】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施する処理ステップＡにおけるガス切り替えユニットのガスの流れを模式的に示す図である。

【図5】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施する移行ステップにおけるガス切り替えユニットのガスの流れを模式的に示す図である。

【図6】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施する処理ステップＢにおけるガス切り替えユニットのガスの流れを模式的に示す図である。

【図7】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の実施する処理の工程の各ステップにおける移行ステップガスの流量を補正する方法を模式的に図である。

【図8】本発明の実施例に係るチャンバ圧力とガスライン圧力を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本実施の形態に係るプラズマ処理装置は、ガスが処理室に供給される供給用のガスラインと真空容器外部に配置された排気ポンプと連通されガスが処理室に供給されず排気される排気用のガスラインとを有したガス供給ユニットを備え、処理室内の処理の条件に応じてガス源からマスフローコントローラを介したガスの供給をガス供給ユニットに備えられた少なくとも１つのバルブで切り換える構成を備えている。

【0018】

しかし、このような構成では、ガス供給ユニット内で、複数のガス種を使用する条件において切り替えを行う場合には、混合されたガスが排気用のガスラインに流されている状態から供給用のガスラインに流されるようにバルブで切り替えられた際に切り替えられ処理室に供給されるガスを処理室内の条件に合わせて混合すると、その際にガスライン内で圧力の変動が生じてしまい、実際に処理室に供給されるべき条件からズレてしまい処理の結果が許容範囲外のものになってしまう虞が有る。さらに、これを防ぐために、ガスの圧力が安定して求められる条件に合致するまで処理室内への導入を待機すると、却って切り替えに要する時間が長くなり処理の効率が損なわれてしまう問題が生じる。

【0019】

また、上記の圧力の変動はバルブを開閉する際の応答性のバラつきに影響を受ける。このようなバラつきを抑えるために、先にドライポンプで排気する側のガスラインのバルブ、例えばソレノイドバルブを閉じることが考えられるが、ソレノイドバルブを開閉する速度はこのようなバルブとバルブをつなぐ管路の長さや太さ等の寸法に依存するものであり、実際の装置では０．２秒（以下ｓ）近くかかるものもある。従来の技術では、バルブの開または閉の動作に要する時間や、バルブとこれに対して動作指令の信号を発信する制御装置との間の通信に要する時間を考慮していなかった。

【0020】

通信のための時間は０．１ｓ〜０．２ｓ程のバラつきがあるため、動作に要する時間及び通信に要する時間のバラつきを考慮した余裕の時間（マージン）をとって指令を発信しなければならず、場合によっては開または閉の動作の終了する所望の時刻より０．５ｓ程度前にバルブが開或いは閉することになり、その際の集積ブロック内での圧力上昇が引き起こす圧力変動が課題となっていた。

【0021】

また、任意のガスライン上でガスの供給を切り替える時刻より０．５ｓ以上前にバルブを閉めるとして、さらに、次に流すガスのマスフローコントローラの立上り時間とバルブが閉じられるガスライン内のバルブ閉後から圧力が整定するまでの時間をマージンとして考慮することが必要となり、例えばこれらが各々１ｓである場合には、切り替えにより新たにガスが流されるガスラインにはガスを切り替える所期の時刻の２．５ｓ以上前からガスを流し始める必要があることになる。従来技術ではこのような理由から、より短い時間で処理室内にガスを切り替えて供給できる技術の実現が課題となっていた。

【0022】

また、ガスラインの開閉をするバルブとしてソレノイドバルブが直接的に実装されたものを用いることで、より短時間で、例えば１５ｍｓ程度で、ライン間でのガスの供給を切り替えることができるが、ソレノイドバルブを直接バルブに実装する分のガス供給ユニット内の占有スペースが大きくなることに加え、それに伴うバルブ一つあたりのコスト上昇が問題となる。

【0023】

また、プラズマ処理装置において、試料の処理による加工の精度を高める上で処理室内で所望の処理の条件を応答性良く実現する課題を達成するためには、マスフローコントローラ及びこれが配置されたガスラインを開閉するバルブを含むガス供給ユニットからの真空容器またはその内部の処理室の入口までの処理用のガスラインの長さが短い方が好ましく、このためガス供給ユニット本体を処理室に近い方が好ましい。しかし、近年のプラズマ処理装置では、複数種類のガスを用いる、特に試料を処理室内に格納、配置してから異なる条件の多数のステップの処理を引き続いて試料を取り出すこと無く行えるようにする要求に対応して多数の種類のガスの導入可能にされた体積の大きなガス供給ユニットが備えられ、このような部品のユニットを真空容器に近い位置に配置することは困難が大きく、実際のプラズマ処理装置では１ｍ程度かそれ以上の長さの配管が必要になっていた。

【0024】

また、処理室内に供給するガスを切り替えて処理する場合には、切り替えられて処理室内に供給される異なる組成の複数の処理用ガスの流量及び処理室内の圧力以外の他の処理の条件について、その再現性や真空容器内部に処理室を有する他の処理ユニットとの機差が問題となる。例えば、処理の条件となるパラメータとしては、プラズマ生成用のマイクロ波電力の整合、磁界を形成するコイルに供給される電流量、試料にバイアス形成用の高周波電力を供給している場合にはその電力の整合等が挙げられる。

【0025】

また、これらのパラメータは、各々でその値を増減する指令信号の入力に対して異なる過渡応答時間を有しており、これらが再現性の悪化や機差を生起させる要因となっている。例えば、従来技術に係るプラズマ処理装置では、一般的にマイクロ波電力の整合に要する時間は最大で０．２ｓ程度必要であり、コイルの電流の過渡応答における整定に要する時間は最大で２ｓ程度、バイアス用の高周波電力の整合には０．５ｓ程度の時間を要すると考えられる。プラズマ処理装置において、断続して引き続き実施される異なる条件の処理ステップ各々に合わせて処理室へ供給する異なる流量または組成のガスを切り替えて試料を処理する処理の各ステップ間の移行の期間を短くすると、ステップ間の移行工程の期間に対する上記パラメータの過渡応答時間の割合が増大し、曳いては過渡応答が後のステップの開始時に及び、所望の処理の条件で処理が開始されず処理の条件あるいは加工後の形状の再現性が悪化したり機差が増大する虞があった。

【0026】

本発明の実施の形態は、真空排気装置が下部に接続された真空容器内部に配置され内外が気密に封止された処理室と、真空容器上部の蓋を構成してプラズマを形成するための電界が透過する誘電体窓と、処理室の下方に配置され被処理材である半導体ウエハ等の基板状の試料をその上面に載置可能な試料台と、誘電体窓の下方で処理室の天井面を構成し試料台の上面に対向して配置されたシャワープレートと、シャワープレートに配置されたガス導入孔に連結され処理室内に処理用のガスを供給するガス供給ユニットと、該誘電体窓から透過する電界を導入する電界導入部と、電界と相互作用を生起してプラズマを発生するため処理室内に供給される磁界を形成する磁界形成部とを備えて試料をプラズマを用いてエッチング処理するプラズマ処理装置である。さらに、当該プラズマ処理装置は、ガス供給ユニットからシャワープレートを経由して減圧処理室へプロセスガスを供給する１つのガス供給ライン上にガス供給ユニットからの流量または組成が異なる複数のガスに切り替えて供給する切り替え機構を備えている。

【0027】

ガス切り替え機構は、真空容器内部の処理室に連結され連通されたガス導入ラインと、ガス導入ラインに連結され連通されエッチング処理用ガスが処理室に向けて通流する１つのエッチングガスライン及び処理の複数のステップ間のステップ（移行ステップ）に処理室に供給される繋ぎガスが処理室に向けて通流する１つの繋ぎガス導入ラインと、つなぎガス導入ライン及びエッチングガスライン各々と粗引き排気ラインとの間を連結して接続された１つの捨てガスラインと、エッチングガスラインからのエッチングガスの供給と繋ぎガスラインからの繋ぎガスの供給とを、ガス導入ライン及び排気ラインの間で切り替える４つのバルブとを備えている。さらに、好適な実施の形態は、ガス導入ラインとその内側の圧力を検知する圧力計と、捨てガスライン内の圧力を検知する圧力計と、捨てガスライン上に配置された可変コンダクタンスバルブと、ガス導入ライン内と捨てガスライン内とで圧力を等しくするように可変コンダクタンスバルブの動作を調節する圧力制御器とを備えている。

【0028】

本実施の形態では、ガス切り替え機構を用いて移行ステップを挟んで断続的に異なる条件で実施される２つのステップ各々が開始する前の繋ぎステップ中において、各ステップに用いられる種類、組成あるいは流量のガスを予め捨てガスラインに通流して排気してエッチングガスラインの内の流れを安定させた状態（定常な状態）にし、且つ当該捨てガスラインの圧力を調節してガス導入ライン内の圧力と等しくなるようにしておく。このことにより、各ステップの開始に際してガス導入ラインに導入するガスをエッチングガスラインからのガスに切替えた際に、ガス導入ライン曳いては処理室天井面のシャワープレートのガス導入孔から導入されるエッチングガスの流量や処理室内の圧力の変動が低減され、滑らか或い短時間での繋ぎ換えが実現され次の処理ステップを開始することができ、処理の効率と処理後の加工形状の精度が向上する。

【0029】

また、ガス切り替え機構は、ガス流れの方向について、エッチングガスライン上の切り替え用のバルブからガス導入ライン上の圧力計までの配管長さ及び径プロファイルが切り替え用のバルブ部から捨てガスライン上の圧力計までのものと等しくになるよう設計されている。この構成において、繋ぎステップ中に供給される繋ぎガスの流量をガス種の特性を考慮し補正することにより、次の処理ステップのガス流れを模擬することができ、繋ぎステップ期間中にエッチングガスライン内で当該模擬したガスの流れを安定化することで、次のステップの開始に際したガスの切り替え後のガス導入ラインまたは処理室内の圧力が安定する（整定する）までの時間が短縮される。

【0030】

また、ガス切り替え機構はガス供給ユニットの内部ではなく別の箇所に配置しても良い。このことにより、容積の大きなソレノイドバルブをバルブに実装した高速切り替え用のバルブを用いることができ、バルブの応答遅れを考慮して開閉の切り替えタイミングをずらす必要がなく切り替えステップの短時間化が実現できる。

【0031】

また、前後の処理ステップで同種のガス或いは同じ流量を使用する場合においても処理ステップ間の繋ステップの短時間化が実現できる。加えて、ガス供給ユニット内は従来通りの動作となるので、ガス供給ユニット内のバルブを高価な高速切り替え用のバルブに置き換える必要がなくなり、またガス切り替え機構部のみ高速切り替え用バルブを用いればよいことから、製品コストを安く抑えることができる。

【0032】

また、ガス供給ユニットと処理室との間にガス切り替えユニットが配置されることにより、複数の種類のガスを使用する場合においても、複数種類のガスが混合された処理用のガスがエッチングガスラインから捨てガスラインに通流させつつ当該ガスの流れを安定にした後にガスの切り替えが行われる。このため、従来技術のようにガスの切り替えの際に再度ガスが混合されず、その際に生起するガス導入ラインでの圧力の変動が抑制される。

【0033】

本実施の形態に係るプラズマ処理装置において処理される試料の工程は、より詳細には、当該処理の工程を構成する２つの処理ステップＡおよび処理ステップＢと、これらの間に繋ステップとして実施される移行ステップを備えている。移行ステップでは、試料上面にバイアス電位を形成するための高周波電力が停止（ＯＦＦ）にされ、次の処理ステップＢの処理の条件にマイクロ波電力、コイルへ供給される電流の量、処理室内の圧力等のパラメータが合致するように調節されるとともに、処理ステップＢの処理の条件としての供給される１つの種類のガスまたは複数種類のものが混合される処理用のガスの流量または複数種類から構成される場合には（各種類のガスの流量比や分圧のを含む）組成の差異を考慮して粘性で補正した同等流量のＡｒ等の希ガス（不活性ガス）がガス導入ラインに切り替えられて供給され処理室内に導入される。

【0034】

移行ステップ中にマイクロ波電力やコイルへの電流量、処理室内の圧力やガスの流量やライン内部の圧力等のパラメータが前の処理ステップＡのものから次の処理ステップＢのものに変更される。このことにより、マイクロ波電力の整合やコイルに供給される電流値の整定に要する時間や、これらの過渡応答が次の処理ステップＢに与える再現性や機差への悪影響を低減することができる。また、バイアス電位形成用高周波電力に対する整合は、バイアス電位形成用の高周波電源と試料台内部の電極との間の給電経路上に配置されたバイアス電力の整合（マッチング）回路のマッチング値が、当該高周波電力が停止（ＯＦＦ）の状態の間に次の処理ステップＢのマッチング値に予めに合致するように調節される。

【0035】

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

【0036】

〔実施例１〕
以下、本発明の実施例について、図１乃至図８を用いてを説明する。

【0037】

図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す図である。特に、本実施例に係るプラズマ処理装置は、処理室内に供給された処理用のガスを当該処理室内に情報の誘電体製の窓からこれを透過させて導入されたマイクロ波の電界と、処理室の上方及び側方周囲を囲んで外側に配置されたソレノイドコイル等の電磁石により形成され処理室内に供給された磁界との相互作用によりＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）し、処理室内に導入された処理用ガスの原子または分子を励起、解離させて生成したプラズマを用いて半導体ウエハ等の基板状の試料上面に予め形成されたマスク層を含む膜構造に含まれる処理対象の膜層を含む膜構造のエッチングを行うプラズマエッチング処理装置である。

【0038】

図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。この図において、プラズマ処理装置は、円筒形またはこれと見なせる程度の近似した形状を有してその円筒形の側壁の上部が開放された真空容器１と、真空容器１下方でこの底面と接続されて配置されたターボ分子ポンプ２０と可変コンダクタンスバルブ１８を有する排気装置と、真空容器１の上方及び側方に配置され真空容器１内部の処理室４内に当該処理室４内にプラズマを形成するために供給される電界及び磁界を形成するプラズマ形成部とを備えている。

【0039】

真空容器１はその上部の円筒形側壁の上端部上方に載せられて真空容器１を構成する誘電体（例えば石英）製の円板形状の誘電体窓３を備えている、誘電体窓３はその外周縁部の裏面を前記側壁の上端部上面と対向させてこれらの間にＯリング等のシール部材を挟んでその上に載せられ、シール部材が上下から押圧されることでシール部材を挟んだ内側の減圧される処理室４と外側の大気圧にされる雰囲気との間を気密に封止している。

【0040】

また、真空容器１内部の円筒形の側壁の内側には排気装置と連通されて当該排気装置の動作により減圧され、処理ガスを用いたプラズマが形成される空間である処理室４が配置されている。誘電体窓３の下方には、処理室４の天井面を構成する石英等の誘電体製の円板形状を有したシャワープレート２が配置されている。シャワープレート２の中央部には処理室４内に処理用ガスを導入するための貫通孔が複数個配置されている。

【0041】

シャワープレート２と誘電体窓３との間にはこれらにより上下を挟まれた空間が配置されている。真空容器１外部にはガスを処理室４に供給するガス供給ユニット１６が配置され、前記空間内部と配管を含むガス導入ライン２４を介して連通され、真空容器１と連結されている。ガス供給ユニット１６で流量または速度を調節されて供給されたガスは、ガス導入ライン２４を通り空間に流入し、この内部で拡散した後に、シャワープレート２の貫通孔を通って処理室４内に導入される。

【0042】

真空容器１の上方および側方には、処理室４内にプラズマを生成するための電界を形成する電界形成部及び磁界を形成する磁界形成部を含むプラズマ形成部が配置されている。電界形成部は、誘電体窓３の上方に配置されマイクロ波の電界を伝播する導波管６と導波管６の下端部下方で誘電体窓３上面を底面として上方に配置され導波管６からの電界が導入される円筒形の空洞共振部とを備えている。

【0043】

導波管６は、下部はその軸が上下方向に延在した円筒形を有する円形導波管部と、この円形導波管上端部とその一端側部分が接続されその軸が水平方向に延在する断面矩形状の方形導波管部とを備えている。方形導波管部の他端部には導波管６内へ伝送されるマイクロ波の電界を発振して形成するためのマイクロ波発生用電源８が配置されている。

【0044】

本実施例での導波管６を伝播する電界の周波数は２．４５ＧＨｚのマイクロ波が用いられているが、特に限定されない。マイクロ波の電界は、方形導波管部の他端部で発振されて形成され水平方向に伝播して一端部で方向を下向きに変えて円形導波管部を下方に伝播して空洞共振部７に導入され、この空洞共振部７内で拡散し特定のモードが励振され誘電体窓３及びシャワープレート２のを透過して処理室４の上方から導入される。

【0045】

処理室４の外周部であって誘電体窓３の上方及び真空容器１の円筒状部分の側壁の外周側には、磁界形成部として直流電流が供給されるソレノイドコイル９が配置されている。処理室４内に導入された電界と、直流電流が供給されたソレノイドコイル９から形成されて処理室４内に導入された磁界とは、処理室４内に相互作用によるＥＣＲを生起させ、処理室４内に導入されたガスの原子又は分子が励起し或いは解離して処理室４内のシャワープレート２の下方の空間にプラズマが生成される。

【0046】

処理室４の下方であってシャワープレート２下面下方にはその上面を対向させて配置された試料台１０が配置されている。この試料台１０は、略円筒形状を有してその上面であって処理対象のウエハ１１が載せられる面には溶射法によって形成された誘電体製の膜（図示省略）が配置されており、その誘電体の膜内部に配置された少なくとも１つの膜状の電極に高周波フィルター１４を介して直流電源１５が接続されて直流電力が供給可能に構成されている。さらに、試料台１０の内部には、円板または円筒形状の導体製の基材が配置されて、当該基材がマッチング回路１２を介して高周波電源１３が接続されて高周波電力が供給可能に構成されている。

【0047】

真空容器１の下方に、真空排気装置を構成する可変コンダクタンスバルブ1８とその下方のターボ分子ポンプ２０とが配置され、ターボ分子ポンプ２０の出口と排気用配管により連結されて連通されたドライポンプ１９が備えられている。真空容器１内の処理室４の底面であって試料台１０の下方には、円形を有してその中心が上方の試料台１０の軸と合致またはこれと見做せる程度に近似した位置に配置された真空排気口５が配置され、可変コンダクタンスバルブ１８との間が排気用配管を介して連結され、可変コンダクタンスバルブ１８の動作による開度の増減に応じて、ターボ分子ポンプ２０に流入する処理室４内のガスや反応生成物の粒子の流量が調節される。

【0048】

さらに、本実施例では、ガス供給ユニット１６と真空容器１に連結されたガス導入ライン２４との間には、これらに連結されて連通し、ガス供給ユニット１６からガス導入ライン２４に供給される処理用ガスが内部を通流するエッチングガスライン２２が配置されている。さらに、後述のように、ガス導入ライン２４は、移行ステップガスライン１１０を介して移行ステップガス供給ユニット１０５と連結されてこれと連通し、移行ステップガス源１１７からガス導入ライン２４に供給される移行ステップガスが内部を通流する移行ステップガスライン１１０が配置されている。

【0049】

さらに、真空排気装置のターボ分子ポンプ２０と粗引き用のドライポンプ１９との間を連結して前者の出口と後者の入口とを連通する排気ライン２１と、エッチングガスライン２２及び移行ステップ用ガスライン１１０各々と排気ライン２１との間を連結して連通し、エッチングガスライン２２及び移行ステップ用ガスライン１１０からのガスを排気ライン２１に導入する捨てガスライン２３が備えられている。そして、エッチングガスライン２２及び移行ステップ用ガスライン１１０上並びにこれらと捨てガスライン２３とを連結し連通するガスライン上に配置されたガス切り替えユニット１００とが配置されている。

【0050】

このようなプラズマ処理装置において、図示されていない真空容器１の側壁に連結され減圧された搬送室を有する真空搬送容器の当該搬送室の内部に配置されたロボットアーム等の搬送用装置のアームの先端部に載せられたウエハ１１が搬送室を搬送されて処理室４内に搬入される。ウエハ１１は、試料台１０に受け渡されてその上面に載せられると、直流電源１５から印加される直流電圧の静電気力で試料台１０上に吸着されて保持される。

【0051】

この状態で、処理室４内には、ターボ分子ポンプ２０の動作により真空排気口５から処理室４内の粒子が排気されつつ、ガス供給ユニット１６から所定の処理用ガス、本例ではエッチングガスが供給される。処理室４内部の圧力は、図示しない制御部が処理室４の圧力を検知する圧力計１７からの出力を受信して圧力を検出し、検出結果に応じてガス供給ユニット１６内のマスフローコントローラ及び可変コンダクタンスバルブ１８に指令信号を発信してこれらの動作のバランスにより処理に適した範囲内の値となるように調節される。

【0052】

その後、電界及び磁界が処理室４内に供給されて試料台１０及びシャワープレート２との間の処理室４内の空間にエッチングガスを用いたプラズマが形成される。当該プラズマが形成された状態で、試料台１０内の電極に高周波電源１３から高周波電力が印加されてウエハ１１上方にバイアス電位が形成され、プラズマ中のイオン等荷電粒子がウエハ１１表面に引き込まれてウエハ１１表面上に配置された処理対象の膜のエッチング処理が進行する。本実施例では、エッチング処理は、複数の種類のガスが混合されたエッチングガスを用いて実施され、複数ガスの種類毎の流量やこれらの混合の割合（０％を含む）、所謂組成が異なる複数種類の混合ガスが各々で用いられる複数のステップが断続して繰り返されて実施される。さらに、本実施例のエッチング処理はこれら複数のステップの前後の２つのステップの間を繋ぐ移行ステップを備えている。

【0053】

エッチング処理の終点が図示しない制御部により検出されると、制御部からの指令信号に応じて高周波電源からのバイアス形成用の高周波電力の供給が停止されるとともにプラズマが消化される。さらに、ウエハ１１を試料台１０の誘電体製の膜上に吸着していた静電気力が除かれて、処理室４内に進入したロボットアーム等の搬送装置に受け渡されたウエハ１１が搬送装置の退出によって処理室４外部の搬送室に搬出され、別のウエハ１１があれば当該別のウエハ１１が処理室４内に搬入されて上記と同様に処理される。処理されるべきウエハ１１が無いと制御部が判定した場合には、当該処理室４と搬送室との間が閉塞されて処理室４を含む真空処理ユニットでのウエハ１１を処理する処理用のモードでの運転が停止され、必要に応じて保守点検のためのメンテナンスモードで運転される。

【0054】

次に、高速ガス切り替え機構をもつガス切り替えユニット１００について説明する。

【0055】

ガス切り替えユニット１００は、エッチングガスライン２２上に設けられた第１バルブ１０１と、ガス供給ユニット１６と第１のバルブ１０１との間のエッチングガスライン２２上の箇所と捨てガスライン２３との間でこれらと連結されて連通して、ガス供給ユニット１６から供給される処理用ガスを排気ライン２３からドライポンプ１９に向けて流し排気するための第１のバイパスライン１０３と、第１のバイパスライン１０３上に設けられた第２のバルブ１０２とを備えている。

【0056】

さらに、ガス切り替えユニット１００には、ウエハ１１の処理中の前後２つのステップの間で行われる移行ステップ中に処理室４内にアルゴン等の希ガスあるいは不活性ガスを導入するための移行ステップガスライン１１０上に配置された第３のバルブ１１１と、移行ステップガス供給ユニット１０５と第３のバルブとの間の移行ステップガスライン１１０上の箇所と捨てガスライン２３との間でこれらと連結されて連通し、移行ステップガス供給ユニット１０５からの移行ステップガスを排気ライン２３からドライポンプ１９に向けて流し排気するための第２のバイパスライン１１３と、第２のバイパスライン１１３上に設けられた第４のバルブ１１２とを備えている。なお、本実施例の移行ステップガス供給ユニット１０５は、移行ステップガスライン１１０に連結され連通された移行ステップガス源１１７及び移行ステップガスライン１１０上に配置され、内部を通流する移行ステップガスの流量または速度を調節する移行ステップガス用マスフローコントローラ４を備えている。

【0057】

また、ガス導入ライン２４上には圧力計１０４が、捨てガスライン２３上であって排気ライン２１との連結部と第１のバイパスライン１０３及び第２のバイパスライン１１３との連結部との間の箇所に圧力計１３１が配置されている。本実施例においては、エッチングガスライン２２上に配置された第１のバイパスライン１０３との連結部からエッチングガスライン２２を通りガス導入ライン２２上の圧力計１０４まで、及び同連結部から捨て第１のバイパスライン１０３を通り捨てガスライン上の圧力計１３１までの各々のガスラインは、これを構成する配管の長さ及び配管の形状、すなわち断面円形の配管である場合にはその直径または半径の円形の中心を通る垂直な軸方向についての値の大きさの変化（プロファイル）が同じになるよう構成されている。以下、当該連結部をエッチングガスライン切り替え部２５と呼称する。

【0058】

さらに、捨てガスライン２３上には可変コンダクタンスバルブ１３２が配置されている。この可変コンダクタンスバルブ１３２は、その開度が制御部からの指令信号に応じて増減され、圧力計１３１の値を圧力計１０４と同じ値となるように、つまりガス導入ライン２４内部の圧力と捨てガスライン２３内の圧力とが等しくなるように、調節される。

【0059】

次に、図２を用いて本実施例に係るマッチング回路１２について説明する。図２は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置のマッチング回路１２の構成を模式的に示す回路ブロック図である。

【0060】

本実施例のマッチング回路１２は、所定の周波数、本実施例では４００ｋＨｚまたは８００ｋＨｚの高周波電力を供給する高周波電源１３と試料台１０内部の電極との間の給電経路上に配置されるものであり、インピーダンスコントローラー２６と、第１のマッチング用可変素２７と、第２のマッチング用可変素子２８とが高周波電源１３に近い順に直列に配置されて構成されている。第１のマッチング用可変素２７と、第２のマッチング用可変素子２８との各々にはインピーダンス外部指示器２９が各々スイッチを介して電気的に接続されている。

【0061】

本実施例のマッチング回路１２では、スイッチの開閉によりインピーダンスコントローラー２６とインピーダンス外部指示器２９との間で第１のマッチング用可変素２７及び第２のマッチング用可変素子２８の動作を調節する信号の指令元を切り替えることができる。インピーダンスコントローラー２６に接続している場合は、インピーダンスコントローラー２６がインピーダンスの偏差をモニタしながら、マッチング出来るように第１のマッチング用可変素子２７と第２のマッチング用可変素子２８を制御し、インピーダンス外部指示器２９に接続している場合は、インピーダンス外部指示器２９により任意の値になるように第１のマッチング用可変素子２７と第２のマッチング用可変素子２８を制御する。このスイッチによる切り替えは、高周波電源１３からの高周波電力の停止（ＯＦＦ）に合わせて制御部からの司令に応じて行われる。

【0062】

次に、図３を用いて、本実施例に係るプラズマ処理装置が実施するウエハ１１の処理について詳細に説明する。図３は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の実施するウエハの処理を構成する複数の工程の流れを示す表である。

【0063】

本実施例において、ウエハ１１を処理する工程は複数のステップから構成され、異なる条件で処理が為される処理ステップＡと処理ステップＢとの各処理ステップとこれらの間に移行ステップが配置されている。さらに、これらの処理ステップＡ，Ｂがその間に移行ステップを挟んで所定の回数或いは目標の到達が判定されるまで繰り返して実施される。

【0064】

移行ステップの期間中は、ウエハ１１上面上方にバイアス電位を形成するための高周波電力が停止（ＯＦＦ）にされてこれが維持される。さらに、マイクロ波発生用電源が形成するマイクロ波の電力、ソレノイドコイル９に供給される電流、処理室４内の圧力を含む処理の条件を示すパラメータの値が、処理ステップＡのものから処理ステップＢの値に変更されるとともに、ガス導入ライン２４に供給されるガスが移行ステップガス供給ユニット１０５からのアルゴンガス等の希ガス或いは不活性ガスに切り替えられて当該移行ステップガスが処理室４内に導入される。この際、、処理ステップＢにおいて用いられる処理用ガスの流量と等しいと見なせるように粘性を考慮して補正した流量で移行ステップガスがガス導入ライン２４に供給される。

【0065】

本実施例では、マイクロ波発生用電源８が形成する電界の電力、ソレノイドコイル９に供給される電流、処理室４内の圧力、ガス導入ライン２４または処理室４内に供給されるガスの流量が次に実施される処理ステップに合わせて移行ステップ期間中に変更される。また、バイアス形成用高周波電力に対する整合は、バイアス形成用高周波電力がＯＦＦに維持されている移行ステップ中に、第１のマッチング用可変素子２７と第２のマッチング用可変素子２８とを次の処理ステップの処理の条件における適正な整合値に予め合わせておく。このことにより、マイクロ波電力のマッチング、ソレノイドコイル９用の電流及び処理室４内の圧力が整定するまでの時間等の上記パラメータの値の変更が指令されてからの過渡応答の期間が及ぼす処理の再現性の低下や機差の増大等の悪影響が抑制される。

【0066】

図４乃至６を用いて、本実施例に係るプラズマ処理装置の処理室４に供給されるガスの流れを説明する。図４は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施する処理ステップＡにおけるガス切り替えユニット１００のガスの流れを模式的に示す図である。本実施例のガス切り替えユニット１００の複数のバルブ及び可変コンダクタンスバルブ１３２の動作は、ガス供給ユニット１６に含まれる処理ガス用のマスフローコントローラ及び移行ステップガス用マスフローコントローラ１１４、マイクロ波形成用電源８、ソレノイドコイル９、可変コンダクタンスバルブ１８を含む真空排気装置、図示しない真空容器１と搬送室との間のれん通路を開閉するバルブや搬送室内のウエハ１１の搬送装置の動作と同様に図示しない制御部からの指令信号に応じて調節される。

【0067】

処理ステップＡでは、その開始の際に制御部からの指令信号に応じて、エッチングガスライン２２上の第１のバルブ１０１が開かれると共に第２のバルブ１０２が閉塞されて、ガス供給ユニット１６から処理ステップＡの処理の条件であるＡ条件に係るエッチングガスがエッチングガスライン２２からガス導入ライン２４に供給され（図上、破線矢印に示す）処理室４に供給され、これが維持される。また、処理ステップＡ期間中は、第３のバルブ１１１が閉塞されると共に第４のバルブ１１２が開かれ、移行ステップガス供給ユニット１０５内に配置された移行ステップガス源１１７からのアルゴンガスが移行ステップガス用マスフローコントローラ１１４において、処理ステップＢでの処理の条件であるＢ条件のエッチングガスの流量に等しいと見なせるように、粘性を考慮して補正された流量に調節されて、移行ステップガス供給ライン１１０と第２のバイパスライン１１４を介して捨てガスライン２３に供給され（図上、実線矢印で示す）、ドライポンプ１９からプラズマ処理装置外部に排気される。さらに、この処理ステップＡにおいて、制御部からの指令信号に応じて可変コンダクタンスバルブ１３２の開度が、捨てガスライン２３上の圧力計１３１の値とガス導入ライン２４上の圧力計１０４の値が等しくなるように調節され、捨てガスライン２３内の圧力が調節され維持される。

【0068】

図５を用いて移行ステップ中のプラズマ処理装置の処理室４に供給されるガスの流れを説明する。図５は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施する移行ステップにおけるガス切り替えユニット１００のガスの流れを模式的に示す図である。

【0069】

移行ステップでは、その開始に際して、制御部からの指令信号に応じて、第４のバルブ１１２が閉じられ第３のバルブ１１１が開かれて、移行ステップガス用マスフローコントローラ１１６からＢ条件のエッチングガスと同流量相当となるように粘性を考慮して補正された流量のアルゴンガスが第２のガス供給ライン１１０を通してガス導入ライン２４に供給され（図上、実線矢印で示す）、処理室４に導入され、これが維持される。これと並行して、エッチングガスライン２２上の第１のバルブ１０１が閉じられると共に第２のバルブ１０２が開かれて、ガス供給ユニット１６からＡ条件のエッチングガスが第１のバイパスライン１０４を介して捨てガスライン２３に供給され（図上、破線矢印で示す）、ドライポンプ１９により外部に排気される。

【0070】

さらに、ガス供給ユニット１６からのエッチングガスの供給がＡ条件のものからＢ条件のものに切り替えられ変更される。移行ステップ中は、制御部からの指令信号に応じて、可変コンダクタンスバルブ１３２の開度が調節され、捨てガスラインの圧力計１３１の値とガス導入ライン２４の圧力計１０４とが等しくになるように調節され維持される。

【0071】

図６を用いて、移行ステップ中のプラズマ処理装置の処理室４に供給されるガスの流れを説明する。図６は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施する処理ステップＢにおけるガス切り替えユニット１００のガスの流れを模式的に示す図である。

【0072】

処理ステップＢでは、その開始に際して、制御部からの指令新語に応じて第１のガス供給ライン２２上の第２のバルブ１０２が閉じられ第１のバルブ１０１が開かれて、ガス供給ユニット１６からＢ条件のエッチングガスがガス導入ライン２４に供給され（図上、破線矢印で示す）処理室４に供給され、これが維持される。これに並行して、第３のバルブ１１１が閉じられ第４のバルブ１１２が開かれて、移行ステップ用マスフローコントローラ１１４において処理ステップＢの次の処理ステップである処理ステップＣの処理の条件である条件Ｃ（次の処理ステップの条件がＡ条件の場合には再度条件Ａ）のエッチングガスの流量に等しいと見なせるように、粘性を考慮して補正された流量に調節されて移行ステップガスライン１１０と第４バイパスライン１２４とを介して捨てガスライン２３に供給され（図上、実線矢印で示す）、ドライポンプ１９へ排気される。さらに、可変コンダクタンスバルブ１３２の開度が調節されて、圧力計１３１の値と圧力計１０４の値とが等しくなるように調節される。

【0073】

本実施例のウエハ１１の処理では、上記の工程が、制御部により処理の終点への到達が判定されるまで、或いは上記の処理ステップが所定の回数だけ実施されたことが判定されるまで、各処理ステップおよびこれらの間の移行ステップが相互に切り替えられて繰り返される。さらに、本実施例の処理の各工程ではその期間中に、移行ステップガスであるアルゴンガスは、次の処理ステップで用いられる処理ガス（本例ではエッチングガス）の供給を模擬した流量相当と見なせるように、その粘性を考慮した補正がされた流量でガス導入ライン２４に供給されている。

【0074】

図７に、各ステップ期間中に供給されるアルゴンガスの流量の補正の方法について説明する。図７は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の実施する処理の工程の各ステップにおける移行ステップガスの流量を補正する方法を模式的に図である。本図では、１つのエッチングの処理ステップと移行ステップとの２つのステップについて示しており、例としてエッチングガスはＯ２が用いられる。

【0075】

図７（ａ）に示す処理ステップにおいて、ガス導入ライン２４上の圧力計１０４からシャワープレート２までの内部のガスの流れは、粘性流領域であれば、下記のように表される。

【0076】

【数1】

【0077】

ここでＱＯ２はＯ２ガスの流量（Ｐａ・ｍ3）、Ｐ１はチャンバ導入ガスライン用圧力計１０４の圧力値（Ｐａ）、ＣＯ2は酸素ガスを使用した場合のチャンバ導入ガスライン圧力計１０４からシャワープレート２までのコンダクタンス、Ｐ０はチャンバ圧力。ここで、チャンバ圧力はガスライン圧力に比べ十分に小さいため、Ｐ０≒０とする。に示すことができる。

【0078】

処理ステップ中にＰ１の圧力を次に式で表すことができる。

【0079】

【数2】

【0080】

ここでＣはチャンバ導入ガスライン用圧力計１０４とシャワープレート２までの配管のコンダクタンス、ηＯ２はＯ２ガスの粘性係数、ηＡｉｒは空気の粘性係数。

【0081】

移行ステップ中のチャンバ導入ガスライン用圧力計１０４の圧力値Ｐ１は下記のように表すことができ、Ｃのコンダクタンスは移行ステップ中も処理ステップ中も同じ経路を流れるので、同じ値になるため、ガスの粘性係数の比で流量に補正をかけることにより、移行ステップ時のＰ１の値を処理ステップ時のＰ１の値にあわせることができる。

【0082】

【数3】

【0083】

【数4】

【0084】

【数5】

【0085】

ここでＣＡｒはアルゴンガスを使用した場合のチャンバ導入ガスライン用力計１０４からシャワープレート２までのコンダクタンス、ηＡｒはアルゴンガスの粘性係数である。

【0086】

上記のように、移行ステップ中にアルゴンガスを流した際のガス導入ライン２４上の圧力計１０４の圧力値が処理ステップと等しくなるように、アルゴンガスの流量を粘性係数で補正する、さらに、捨てガスライン２３上の圧力計１３１の値と圧力計１０４の値とが等しくなるように、可変コンダクタンスバルブ１３２の動作が調節される。本実施例では、エッチングガスライン２２上の少なくともエッチングガスライン切り替え部２５からのエッチングガスライン２２及びガス導入ライン２４の圧力計１０４までのガスライン、及び少なくともエッチングガスライン切り替え部２５から第１のバイパスライン１０３及び捨てガスライン２３の圧力計１３１までのガスラインで、これを構成する配管の長さ及び管路の軸方向について寸法のプロファイルが同じになるよう構成されている。このことにより、処理ステップ中の圧力計１０４とガス供給ユニット１６との間のガスラインの長さ及びプロファイルと、移行ステップ中の圧力計１３２と移行ステップガス供給ユニット１０５との間のガスラインの長さ及びプロファイルとを等しくして、移行ステップ中に捨てガスライン２３に供給する次の処理ステップの処理用ガスの流れを次の処理ステップでの条件のものに模擬して、流れおよび圧力を当該次の処理ステップの開始前に安定にしておいて移行ステップから次の処理ステップに切り替えることで、当該切り替えの際の処理室４への処理用ガスの供給の条件の変動が抑制される。

【0087】

図８を用いて本実施例の作用を説明する。図８は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の移行ステップから処理ステップに切り替えた際の処理室内の圧力とガスライン内の圧力の変化を示すグラフである。本例では、条件として移行ステップのアルゴンガスの流量をエッチングガス、Ｏ２ガスの流量１００ｃｃｍと同じ１００ｃｃｍの場合と流量を補正した９０ｃｃｍの場合の二つの条件を示す。

【0088】

ガスライン圧力は圧力計１０４の値をプロットしたもので、Ａｒ流量１００ｃｃｍからＯ２流量１００ｃｃｍに切り替えた際に、その圧力は変動しているが、Ａｒ流量を補正した９０ｃｃｍからＯ２流量１００ｃｃｍに切り替えた際には圧力変動が抑えられている。また、処理室４内の圧力についても、それぞれの条件でガス切り替え直後のガス種の違いによる圧力変動はあるが、その後に起こるガス導入ライン２４内部で起こる圧力変動の影響については、Ａｒ流量を補正した条件の方が圧力変動を抑えることができ、２ｓ以内に圧力を整定させて安定化することができている。

【0089】

なお、移行ステップガスの流量を補正する方法については、エッチングガスとして単一種類のＯ２を用いたが、複合ガスの場合はそれぞれのガス種ごとの流量比と粘性係数を用いて補正係数を求めることにより、補正することが可能となる。また、上記の説明では、ガス導入ライン２４内の流れは粘性流としたが、分子流の場合は粘性係数の変わりに分子量を用いて同様に補正の量を求めることができｋる。

【0090】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0091】

１…真空容器
２…シャワープレート
３…誘電体窓
４…処理室
５…真空排気口
６…導波管
７…空洞共振器
８…マイクロ波発生用電源
９…ソレノイドコイル
１０…試料台
１１…ウエハ
１２…マッチング回路
１３…高周波電源
１４…フィルター
１５…静電吸着用直流電源
１６…ガス供給装置
１７…圧力計
１８…可変コンダクタンスバルブ
１９…ドライポンプ
２０…ターボ分子ポンプ
２１…排気ライン
２２…エッチングガスライン
２３…捨てガスライン
２４…ガス導入ライン
２５…エッチングガスライン切り替え部
２６…インピーダンスコントローラー
２７…第１のマッチング用可変素子
２８…第２のマッチング用可変素子
２９…インピーダンス外部指示器
１００…ガス切り替えユニット
１０１…第１のバルブ
１０２…第２のバルブ
１０３…第１のバイパスライン
１０４…圧力計
１１７…移行ステップガス源
１１０…移行ステップ用ガスライン
１１１…第３のバルブ
１１２…第４のバルブ
１１３…第２のバイパスライン
１１４…移行ステップ用マスフローコントローラ
１３１…捨てガスライン用圧力計
１３２…可変コンダクタンスバルブ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】