CN102376558A - 蚀刻气体的供给方法和蚀刻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蚀刻气体的供给方法和蚀刻装置。该蚀刻气体的供给方法使用简易的方法对在切换气体时产生的气体流量的波动进行抑制，从而进行使气体流量稳定的控制。该蚀刻气体的供给方法包括将用于蚀刻工艺的第1蚀刻气体供给到处理容器内步骤、将用于上述蚀刻工艺的第2蚀刻气体供给到上述处理容器内的步骤，从上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体中的一种气体切换到另一种气体时，只以微少量将作为切换前的蚀刻气体所需要且作为切换后的蚀刻气体所不需要的气体继续供给。

Description

蚀刻气体的供给方法和蚀刻装置
技术领域
本发明涉及一种蚀刻气体的供给方法和蚀刻装置。
背景技术
通常，在半导体制造装置的气体的供给系统中，多种气体从设在装置外的气体箱输出，经由多个独立气体供给管线而在一根共用配管(歧管)处合流，被导入到半导体制造装置的处理容器内。
在同一个装置内切换气体种类时，为了不给切换前后的工艺带来不良影响而进行了一种试验。作为该试验的一个例子，提出有在执行切换后的工艺之前执行5秒左右的稳定步骤的试验。由此，能够确保切换后的工艺的稳定性(stability)。另外，由此，在质量流量控制器(MFC：Mass Flow Controller)的阀被从闭控制成开时的初期产生的气体流量的波动(overshoot)在稳定步骤中被吸收，因此，能够避免上述波动给切换后的工艺带来不良影响。
在专利文献1以及专利文献2中公开有一种在蚀刻工序与成膜工序的切换工序中对气体进行控制的技术。例如，在专利文献1中，提出有在切换蚀刻气体与沉积气体之间设置包括蚀刻气体与沉积气体双方的过渡工序，由此，缓和切换时的气体种类的不连续性。在专利文献2中提出有在切换蚀刻气体与沉积气体时用被安装在各气体供给管线上的质量流量控制器分别对各气体的流量进行控制，并用被安装在共用配管上的质量流量控制器对混合后的气体的总流量进行控制，之后将该气体供给到处理容器内。
专利文献1：日本特开平11-195641号公报
专利文献2：日本特开2000-306887号公报
然而，在专利文献1、专利文献2中，完全没有公开对在切换气体时产生的气体流量的波动进行抑制、从而进行使气体流量稳定的控制的气体的供给方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够使用简易的方法对在切换气体时产生的气体流量的波动进行抑制、从而进行使气体流量稳定的控制的蚀刻气体的供给方法和蚀刻装置。
为了解决上述问题，采用本发明的一个技术方案，提供一种蚀刻气体的供给方法，其特征在于，其包括将用于蚀刻工艺的第1蚀刻气体供给到处理容器内的步骤、将用于上述蚀刻工艺的第2蚀刻气体供给到上述处理容器内的步骤，从上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体中的一种气体切换到另一种气体时，只以微少量将作为切换前的蚀刻气体所需要且作为切换后的蚀刻气体所不需要的气体继续供给到上述处理容器内。
采用该结构，在切换气体时，在切换后也只以微少量将作为切换前的蚀刻气体所需要、但作为切换后的蚀刻气体所不需要的气体继续供给。由此，能够消除在质量流量控制器的阀被从闭切换到开时产生的气体流量的波动现象，能够避免对切换后的蚀刻产生由上述现象引起的影响。另外，采用该结构，不需要切换用的阀、切换用的配管，能够以原样地使用原有的装置的简易的方法进行使气体流量稳定的控制。
上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体的流量也可以被气体流量控制设备控制，将上述微少量控制成上述气体流量控制设备能够控制的最大流量的1％～3％。
上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体的流量也可以被气体流量控制设备控制，将上述微少量控制成上述气体流量控制设备能够控制的最小流量以上的微少量。
也可以在存在上述切换前的蚀刻气体所含有且切换后的蚀刻气体所不含有的多种气体的情况下，以微少量将该多种气体分别继续供给。
上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体也可以在针对每种气体设置的多个独立气体供给管线中流动，在与该多个独立气体供给管线连接的共用配管处合流，被供给到上述处理容器内。
上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体的切换也可以被交替地反复执行，每次从上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体中的一种气体切换到另一种气体时，以微少量将切换前的工艺所需要且切换后的工艺所不需要的蚀刻气体供给。
上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体中的一种气体也可以为沉积性比另一种气体的沉积性强的气体。
另外，为了解决上述问题采用本发明的其他的技术方案，提供一种蚀刻装置，其包括处理容器、用于在上述处理容器内中载置被处理体的基座、用于供给气体的气体供给源、用于对气体的流量进行控制的气体流量控制设备，该蚀刻装置用于在上述处理容器内使气体激发而对上述被处理体进行等离子体蚀刻，该蚀刻装置的特征在于，上述气体供给源将用于蚀刻工艺的第1蚀刻气体和第2蚀刻气体供给到上述处理容器内，从上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体中的一种气体切换到另一种气体时，上述气体流量控制设备以只以微少量将作为切换前的蚀刻气体所需要且作为切换后的蚀刻气体所不需要的气体继续供给到上述处理容器内的方式对气体流量进行控制。
如上面说明那样，采用本发明，能够使用简易的方法对在切换气体时产生的气体流量的波动进行抑制，从而进行使气体流量稳定的控制。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的一实施方式的蚀刻装置的纵剖视图。
图2是表示从C4F6气体切换到C4F8气体时产生的C4F8气体流量的曲线图。
图3是表示从C4F8气体切换到C4F6气体时产生的C4F6气体流量的曲线图。
图4是表示在以微少量继续供给C4F6气体的情况下从C4F6气体切换到C4F8气体时产生的C4F8气体流量的曲线图。
图5是表示在以微少量继续供给C4F8气体的情况下从C4F8气体切换到C4F6气体时产生的C4F6气体流量的曲线图。
具体实施方式
下面，参照添附附图详细说明本发明的一实施方式。另外，在本说明书以及附图中，对于实质上具有相同的功能结构的构成要素通过标注相同的附图标记而省略重复说明。
(蚀刻装置以及气体供给系统)
首先，参照图1说明本发明的一实施方式的蚀刻装置的整体结构。图1是表示本发明的一实施方式的蚀刻装置的概略结构的纵剖视图。
蚀刻装置10包括在内部对晶圆W进行蚀刻处理的处理容器100。在处理容器100的外部设有气体供给系统20。气体供给系统20包括：气体箱200；多个独立气体供给管线210、212、214、216；共用配管(歧管)；混合气体供给管线230。在气体箱200中，作为气体供给源，设有O2气体供给源202、Ar气体供给源204、C4F8气体供给源206、C4F6气体供给源208，在独立气体供给管线210、212、214、216的上游侧各气体供给源与各独立气体供给管线一一对应地连接。独立气体供给管线210、212、214、216的下游侧与一根共用配管220连接。通过该结构，从各气体供给源输出的O2气体、Ar气体、C4F8气体、C4F6气体分别在独立气体供给管线210、212、214、216中流动，在共用配管220处合流。
在独立气体供给管线210、212、214、216上设有质量流量控制器240、242、244、246、阀V1～V4、阀V5～V8，其中，质量流量控制器240、242、244、246用于对气体的流量进行控制，阀V1～V4以及阀V5～V8用于对各独立气体供给管线进行开闭而被设在质量流量控制器MFC的前后。
共用配管220的下游侧与混合气体供给管线230连接。混合气体供给管线230与用于进行蚀刻处理的处理容器100连接。为了除去混合气体中的微粒，在混合气体供给管线230上设有过滤器250以及阀V9。
处理容器100为例如由表面被阳极氧化处理的铝构成的大致圆筒状的腔室。处理容器100被接地。在处理容器100的底部设有例如由铝构成的基座105。基座105构成下部电极，并在基座105上载置被处理体、即半导体晶圆W。蚀刻装置10为基座105与上部电极115被相对配置的电容耦合型平行平板等离子体蚀刻装置。高频电源110被设置在蚀刻装置10的外部，等离子体生成用的27MHz以上的频率、例如40MHz的高频(RF)电力被从高频电源110施加到基座105上。
上部电极115借助绝缘性遮蔽构件120支承在处理容器100的上部。上部电极115具有多个喷出孔h。气体扩散室125被设在上部电极115的内部，从该气体扩散室125朝向下方地延伸有与气体喷出孔h连通的多个气体通流孔130。通过该结构，上部电极115作为用于供给所需要的气体的气体簇射头而起作用，在混合气体供给管线230中流动的混合气体经由形成在上部电极115内的气体簇射头被导入到处理容器内部。
排气口135被设在处理容器100的底部，在该排气口135上经由排气管连接有排气装置140。排气装置140包括涡轮分子泵等真空泵，能够将处理容器100内减压到所期望的真空度。
控制装置300按照用于指示蚀刻的处理过程的制程程序对气体、高频电的供给进行控制，由此，在蚀刻装置10的处理容器内执行等离子体蚀刻。制程程序既可以存储在未图示的硬盘、半导体存储器中，也可以收容在CDROM、DVD等可读取的存储介质中。
在该结构的蚀刻装置10中，在本实施方式中，在等离子体蚀刻过程中在短时间内交替地切换不同的气体来进行蚀刻处理。作为其一个例子，在本实施方式中，在第1工艺条件下使用沉积性强的蚀刻气体C4F6进行蚀刻，在第2工艺条件下使用沉积性比在第1工艺条件下使用的气体的沉积性弱的蚀刻气体C4F8进行蚀刻。该蚀刻工艺能够通过交替地连续反复执行第1工艺条件以及第2工艺条件的蚀刻，形成深径比大的深孔。另外，因为一边交替地切换沉积性气体与非沉积性气体一边连续地进行蚀刻处理，所以能够在处理过程中连续施加高频电，从而能够提高生产率。
控制装置300对在此情况下的沉积性的蚀刻气体C4F6与非沉积性的蚀刻气体C4F8的流量进行控制。即、在切换工艺条件的时刻，控制装置300向质量流量控制器240、242、244、246输出流量控制信号。质量流量控制器240、242、244、246根据流量控制信号对质量流量控制器240、242、244、246的阀芯的开度进行控制，由此，将各气体的流量控制成所期望的值。下面，详细说明对各气体进行流量控制的蚀刻气体的供给方法。
(蚀刻气体的供给方法)
下面，参照图2～图5对与以往的蚀刻气体的供给方法进行了比较的、本实施方式的蚀刻气体的供给方法进行说明。
(以往的蚀刻气体的供给方法)
与上述同样，通常，在蚀刻装置10的气体的供给系统20中具有下述的结构：各气体供给源202、204、206、208与独立气体供给管线210、212、214、216一一对应地连接，独立气体供给管线210、212、214、216还与一根共用配管220连接。采用该结构，多种气体在各独立气体供给管线210、212、214、216中流动，在共用配管220处合流，经由混合气体供给管线230被导入到蚀刻装置10的处理容器内。
以往，在同一装置内切换气体种类时，将用于对切换气体的流量进行控制的质量流量控制器的阀从闭控制成开。此时，积存在气体配管中的气体在打开阀时一口气地流出之后，开始进行流量控制。因此，在质量流量控制器的阀被从闭控制成开时的初期会产生气体流量的波动(overshoot)。例如，图2的A以及图3的B表示在切换第1工艺以及第2工艺时的初期产生的气体流量的波动。
用于导出图2以及图3的结果的工艺条件如下所述。
·第1工艺条件
压力40mTorr
气体种类以及流量C4F8/C4F6/Ar/O2＝0/57/500/20sccm
蚀刻时间10秒
·第2工艺条件
压力40mTorr
气体种类以及流量C4F8/C4F6/Ar/O2＝57/0/500/40sccm
蚀刻时间10秒
在等离子体蚀刻过程中，用上述第1工艺条件以及第2工艺条件切换了气体。图2是表示从C4F6气体切换到C4F8气体时产生的C4F8气体流量的曲线图。由图2的曲线图可知，在从供给C4F8/C4F6＝0/57(sccm)的第1工艺条件切换到供给C4F8/C4F6＝57/0(sccm)的第2工艺条件的初期，产生有气体流量的波动A。
另外，图3是表示从C4F8气体切换到C4F6气体时产生的C4F6气体流量的曲线图。由图3的曲线图可知，在从供给C4F8/C4F6＝57/0(sccm)的第2工艺条件切换到供给C4F8/C4F6＝0/57(sccm)的第1工艺条件的初期，产生有气体流量的波动B。
另外，图2以及图3对11张晶圆(晶圆s1～晶圆s11)各自的切换气体时产生的气体流量的变化进行了调查。结果可知，对于所有的晶圆，在切换气体的初期几乎没有偏差都产生了气体流量的波动A、B。由该结果能够确认，在交替地切换第1工艺条件以及第2工艺条件来执行蚀刻处理时，在切换气体的初期会产生气体流量的波动(ove rshoot)的两段波形。
(本实施方式的蚀刻气体的供给方法)
接着，说明本实施方式的蚀刻气体的供给方法。在本实施方式中，提出一种能够使用简易的方法对在气体的切换时产生的气体流量的波动进行抑制、从而进行使气体流量稳定的控制的蚀刻气体的供给方法。
在本实施方式的蚀刻气体的供给方法中，在上述第1工艺条件以及第2工艺条件下，从C4F6气体以及C4F8气体中的一种气体切换到另一种气体时，只以微少量将作为切换前的蚀刻气体所需要的、但作为切换后的蚀刻气体本来不需要的气体继续供给。
即、在本实施方式中，在第1工艺条件下的气体流量为C4F8/C4F6/Ar/O2＝3/57/500/20sccm、在第2工艺条件下的气体流量为C4F8/C4F6/Ar/O2＝57/3/500/40sccm。在此，从第1工艺条件到第2工艺条件地切换气体时，在切换后只以3sccm将作为切换后的蚀刻气体本来不需要的蚀刻气体C4F6继续供给。而从第2工艺条件到第1工艺条件地切换气体时，在切换后只以3sccm将作为切换后的蚀刻气体本来不需要的蚀刻气体C4F8继续供给。
在此情况下，控制装置300以使质量流量控制器244或者质量流量控制器246的阀不全闭而继续供给1％～3％左右的微少量的气体的方式向质量流量控制器244或者质量流量控制器246输出流量控制信号。例如，在质量流量控制器的最大输出量为100sccm的情况下，控制装置300以供给该最大输出量的1％～3％(1sccm～3sccm)的气体的方式输出流量控制信号，指示质量流量控制器。
在图4以及图5中表示该结果。图4中的曲线R1表示在从C4F6气体切换到C4F8气体时、在只以3sccm将作为切换后的蚀刻气体所不需要的C4F6气体继续供给的情况下、C4F8气体流量的转变。即、图4的R1表示从以C4F6＝57(sccm)进行供给的第1工艺切换到以C4F6＝3(sccm)、C4F8＝57(sccm)进行供给的第2工艺时的C4F8气体流量的转变。与图4中的表示未将作为切换后的蚀刻气体所不需要的C4F6气体供给的情况的曲线P1相比较可知图4中的曲线R1未产生波动。由该实验可知，通过只以微少量将作为切换后的蚀刻气体所不需要的C4F6气体继续供给，能够消除在切换气体后的初期产生的波动的现象。
图5中的曲线R2表示从C4F8气体切换到C4F6气体时、在只以3sccm将作为切换后的蚀刻气体所不需要的C4F8气体继续供给的情况下，气体流量的转变。即、图5的R2表示从以C4F8＝57(sccm)进行供给的第2工艺切换到以C4F6＝57(sccm)、C4F8＝3(sccm)进行供给的第1工艺时的C4F6气体流量的转变。与图5中的表示未将作为切换后的蚀刻气体所不需要的C4F8气体供给的情况的曲线P2相比较，可知图5中的曲线R2未产生波动。由该实验可知，通过只以微少量将作为切换后的蚀刻气体所不需要的C4F8气体继续供给，能够消除在切换气体后的初期产生的波动的现象。
另外，图4所示的P1、R1以及图5所示的P2、R2为5张晶圆的切换气体时产生的气体流量的转变的平均值，另外，5张都显示同样的状况。利用该结果，从第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体中的一种气体切换到另一种气体时，通过只以微少量将作为切换前的蚀刻气体所需要的、但作为切换后的蚀刻气体本来不需要的气体继续供给，能够消除在切换气体初期产生的气体流量的波动现象。其原因被证明在于，不完全关闭质量流量控制器的阀芯而略微打开，由此，能够避免积存在气体配管中的气体在打开阀时一口气地流出。结果，能够避免波动对切换后的工艺带来不良影响，从而能够形成深径比大的深孔。
在切换气体时产生的波动的峰值由于气体的量的不同而产生偏移，该气体的量受到从气体箱200到处理容器100的气体的配管长度、积存在配管内的气体的压力、温度的不同等的影响。因此，由于峰值的偏移，波动对切换后的工艺带来的影响也由于上述气体的配管长度、积存在配管内的气体的量的不同而不同，难以统一地进行校正(offset)。然而，采用本实施方式的蚀刻气体的供给方法，因为能够消除在切换时产生的气体的波动，结果，也能对由上述气体的配管长度、积存在配管内的气体的量引起的波动的偏移的影响进行校正(offset)。
另外，采用本实施方式的蚀刻气体的供给方法，不需要在气体供给系统20中设置新的切换用的阀、切换用的配管，能够以原样地使用原有的装置的简易的方法进行使气体流量稳定的控制。
另外，为了交替地连续反复执行第1工艺以及第2工艺，在由第1工艺以及第2工艺构成的蚀刻处理过程中不需要停止高频电。另外，不需要在切换气体时设置稳定步骤。另外，也不需要在稳定步骤中暂时停止实际的工艺。结果，因为不会将在稳定步骤中被供给的气体浪费地排出，而将F系气体的排气控制到最小限度，所以能够实现利于环境、并且能够实现资源的有效利用。另外，能够与没有稳定步骤相应地提高处理能力，从而能够提高生产率。
另外，在本实施方式中，上述微少量被控制成质量流量控制器所能够控制的最大流量的1％～3％，但只要微少量为质量流量控制器所能够控制的最小值以上的微少量即可。例如，如果质量流量控制器所能够可靠地控制的最小值为质量流量控制器所能够控制的最大流量的2％～3％，则只要微少量被控制成质量流量控制器所能够控制的最大流量的2％～3％即可。
另外，在切换后的蚀刻工艺中，能够通过以得到与不流动不需要的蚀刻气体时得到的蚀刻相同的结果的方式调整切换后的工艺条件，从而消除由于继续流动微少量的不需要的蚀刻气体而对工艺产生的影响。
上面，参照添附附图详细说明了本发明的优选的实施方式，但本发明不被限定于上述的例子。只要是具有本发明所属的技术领域中的通常的知识的人，就显然能够在权利要求书所记载技术构思的范围内想到各种变更例或者修改例，上述各种变更例或者修改例当然被理解为属于本发明的保护范围。
例如，在上述实施方式中，使用质量流量控制器对气体流量进行控制，但本发明的气体流量控制设备不被限定于此，也可以使用FCS(Flow Control System(注册商标))。
另外，在上述实施方式中说明了下面的情况：蚀刻处理包括将用于蚀刻工艺的沉积系的第1蚀刻气体(C4F6气体)供给到处理容器内的步骤、将用于上述蚀刻工艺的非沉积系的第2蚀刻气体(C4F8气体)供给到处理容器内的步骤，在该蚀刻处理中切换前的蚀刻气体所含有、且切换后的蚀刻气体所不含有的气体(即、从第1蚀刻气体切换到第2蚀刻气体时为C4F6气体、从第2蚀刻气体切换到第1蚀刻气体时为C4F8气体)各存在一种。然而，本发明的蚀刻气体的供给方法不限于此，在存在切换前的蚀刻气体所含有、且切换后的蚀刻气体所不含有的多种气体的情况下，也能够通过以微少量将该多种气体分别继续供给而应用本供给方法。
另外，在上述实施方式中，说明了将供给上述第1蚀刻气体的步骤以及供给上述第2蚀刻气体进行切换而进行供给的两个工艺条件。然而，本发明的蚀刻气体的供给方法不限于此，在切换三个以上的工艺条件时也同样能够通过以微少量将切换前所需要、且切换后所不需要的蚀刻气体继续供给而应用本供给方法。
另外，在本发明的蚀刻气体的供给方法中，优选在从切换开始到经过规定时间后的切换完毕的时刻，也以微少量使作为切换后的蚀刻气体所不需要的气体继续流动，进一步优选使上述气体继续流动到下次切换的时刻。
本发明的蚀刻处理装置只要是等离子体处理装置，则不被限定于平行平板型的等离子体处理装置，也可以是ICP(电感耦合等离子体：Inductively Coupled Plasma)等离子体处理装置之类等离子体处理装置。

Claims (8)

1.一种蚀刻气体的供给方法，其特征在于，其包括：
将用于蚀刻工艺的第1蚀刻气体供给到处理容器内的步骤；
将用于上述蚀刻工艺的第2蚀刻气体供给到上述处理容器内的步骤，
从上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体中的一种气体切换到另一种气体时，只以微少量将作为切换前的蚀刻气体所需要且作为切换后的蚀刻气体所不需要的气体继续供给到上述处理容器内。
2.根据权利要求1所述的蚀刻气体的供给方法，其特征在于，
上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体的流量被气体流量控制设备控制；
上述微少量被控制成上述气体流量控制设备能够控制的最大流量的1％～3％。
3.根据权利要求1或者2所述的蚀刻气体的供给方法，其特征在于，
上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体的流量被气体流量控制设备控制；
上述微少量被控制成上述气体流量控制设备能够控制的最小流量以上的微少量。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的蚀刻气体的供给方法，其特征在于，
在存在上述切换前的蚀刻气体所含有且切换后的蚀刻气体所不含有的多种气体的情况下，以微少量将该多种气体分别继续供给。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的蚀刻气体的供给方法，其特征在于，
上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体在针对每种气体设置的多个独立气体供给管线中流动，在与该多个独立气体供给管线连接的共用配管处合流，被供给到上述处理容器内。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的蚀刻气体的供给方法，其特征在于，
上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体的切换被交替地反复执行；
每次从上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体中的一种气体切换到另一种气体时，以微少量将切换前的工艺所需要且切换后的工艺所不需要的蚀刻气体供给。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的蚀刻气体的供给方法，其特征在于，
上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体中的一种气体为沉积性比另一种气体的沉积性强的气体。
8.一种蚀刻装置，其包括：
处理容器、用于在上述处理容器内中载置被处理体的基座、用于供给气体的气体供给源、用于对气体的流量进行控制的气体流量控制设备，该蚀刻装置用于在上述处理容器内使气体激发而对上述被处理体进行等离子体蚀刻，其特征在于，
上述气体供给源将用于蚀刻工艺的第1蚀刻气体和第2蚀刻气体供给到上述处理容器内；
从上述第1蚀刻气体以及上述第2蚀刻气体中的一种气体切换到另一种气体时，上述气体流量控制设备以只以微少量将作为切换前的蚀刻气体所需要且作为切换后的蚀刻气体所不需要的气体继续供给到上述处理容器内的方式对气体流量进行控制。
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