TWI463561B - Processing device and processing method - Google Patents

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Description

處理裝置及處理方法
本發明關於對半導體晶圓等被處理體進行電漿處理、成膜處理或蝕刻處理時使用之處理裝置及處理方法，特別關於可以迅速進行處理開始時之氣體供給或氣體種之切換的處理裝置及處理方法。
通常製造半導體積體電路等之半導體製品時，例如對半導體晶圓重複進行成膜處理、蝕刻處理、氧化擴散處理、改質處理等各種處理。上述各種處理因為製品良品率之考量，伴隨半導體製品之高密度化及高微細化，而被要求更進一層之處理之晶圓面內均勻性之同時，微提升生產效率，而被要求作業效率之改善。
為了習知處理裝置以葉片式電漿處理裝置為例說明。該電漿處理裝置揭示於例如專利文獻1、及專利文獻2。圖6為習知電漿處理裝置之概略構成。
於圖6，該電漿處理裝置2具有：可抽成真空之處理容器4；及載置台6，設於處理容器4內，用於載置半導體晶圓W。載置台6，係由容器側壁延伸之L字狀之支撐臂7支撐。在和載置台6呈對向之天井部，以氣密式設置透過微波之圓板狀氮化鋁或石英等形成之天板8。於處理容器4側壁設置氣體噴嘴9用於對容器內導入特定氣體。
於天板8之上面設置厚度約數mm之圓板狀平面天線 構件10。為縮短平面天線構件10之半徑方向之微波波長，設置例如介電體構成之遲波構件12。於平面天線構件10形成多數例如長溝形狀之貫穿孔構成之微波放射孔14。該微波放射孔14通常設置為同心圓狀或渦捲狀。於平面天線構件10之中心部，連接同軸導波管16之中心導體18，微波產生器20產生之例如2.45GHz之微波，於模態轉換器22轉換為特定振動模態之後介由中心導體18被導入。依此則，微波以放射狀被傳導至平面天線構件10之半徑方向之同時，由設於平面天線構件10之微波放射孔14放出，透過天板8，之後，微波被導入下方之處理容器4內部。藉由該微波，於處理容器4內之處理空間S產生電漿。
又，於處理容器4之底部4A設置排氣口24。於排氣口24介由壓力控制閥26、第1、第2真空泵28、30連接排氣通路32，可將處理容器4內之環境抽成真空。於該構成，於處理容器4內之處理空間S形成電漿而對半導體晶圓W進行電漿蝕刻或電漿成膜等電漿處理。
但是對半導體晶圓W進行特定之製程處理時，通常作為進行該製程處理之準備，而於處理容器4內流入特定之處理氣體藉由壓力控制閥26進行處理容器4內之壓力控制。於處理容器4內之壓力穩定為事先規定之一定壓力後，起動電漿進行特定處理。
又，依據對晶圓之處理種類，對一片晶圓切換供給之氣體種之同時，連續進行處理之情況亦存在。此種處理稱 為多重步驟處理，進行多重步驟處理時，係在1個步驟處理結束時停止處理氣體之供給。之後，排除處理容器4內之殘留氣體之後，供給次一步驟處理用之處理氣體，再度進行上述壓力穩定化過程之後，進行該步驟處理。
專利文獻1：特開平9-181052號公報
專利文獻2：特開2002-311892號公報
但是，於上述處理方法，使用壓力控制閥26進行製程處理之壓力穩定化時，因氣體壓縮性之故，僅穩定處理容器4內之壓力即需要約10秒，於該期間無法進行處理，而導致降低作業效率之問題。
特別是上述多重步驟處理時，切換氣體種時，必須進行之前之製程用殘留氣體之排氣工程與次一製程用處理氣體之壓力穩定化工程，導致大幅降低作業效率之問題。
本發明為解決上述問題，目的在於提供一種處理裝置及處理方法，其可以迅速進行製程開始時之處理容器內之壓力穩定化工程之同時，可以迅速進行氣體種切換時之殘留氣體之排氣工程與處理容器內之壓力穩定化工程。
本發明之處理裝置，係對被處理體使用規定流量之處理氣體進行特定之處理者；其特徵為具備：處理容器，內 部設有載置台用於載置上述被處理體；排氣系，具有進行上述處理容器內之環境排氣的真空泵及壓力控制閥；氣體噴射機構，具有氣體噴射孔用於對上述處理容器內噴射上述處理氣體；氣體供給機構，用於對上述氣體噴射機構進行流量控制之同時，供給上述處理氣體；及控制機構，用於控制裝置全體；上述控制機構，係控制排氣系及氣體供給機構，在開始上述特定之處理時，藉由排氣系進行上述處理容器內之環境之排氣之同時，僅在特定短時間供給較上述特定處理時之規定流量更大流量的處理氣體，之後由氣體流路供給上述規定流量之處理氣體。
如此則，對處理容器內收容之被處理體，在開始特定之處理時，在進行上述處理容器內之環境之排氣狀態下，僅在特定短時間供給較上述特定處理時之規定流量更大流量的處理氣體之後，供給上述規定流量之處理氣體而被控制，因此，可以迅速進行製程開始時處理容器內之壓力穩定化。
本發明之處理裝置中，上述控制機構，係控制排氣系及氣體供給機構，僅在依據上述處理容器之容積、上述特定處理時之處理容器內製程壓力、及將上述處理容器內升壓至上述製程壓力必要之時間而被決定的特定短時間，供給較規定流量更大流量的處理氣體。
本發明之處理裝置中，上述控制機構，係控制排氣系及氣體供給機構，在3秒以內供給較規定流量更大流量的處理氣體。
本發明之處理裝置中，上述控制機構，係控制排氣系及氣體供給機構，供給較規定流量更大流量的處理氣體之同時，控制上述壓力控制閥設定為和上述特定處理時之處理容器內製程壓力對應之開閥程度。
本發明之處理裝置中，上述氣體供給機構，係供給藉由切換被選擇性供給的多數種類處理氣體。
本發明之處理裝置中，上述氣體供給機構具有連接於上述氣體噴射機構的氣體流路，在上述氣體流路與上述處理容器內之間設置安裝有高速排氣用開關閥的高速排氣用旁通通路。
本發明之處理裝置中，上述氣體供給機構具有連接於上述氣體噴射機構的氣體流路，在上述氣體流路與上述排氣系之間設置安裝有高速排氣用開關閥的高速排氣用旁通通路。
本發明之處理裝置中，上述控制機構，在特定短時間流入較規定流量更大流量的處理氣體之前，為排出之前之處理殘留於上述氣體流路內的處理氣體，而設定上述高速排氣用開關閥為開放狀態。
如此則，可以迅速進行氣體種類切換時之殘留氣體之排氣及處理容器內之壓力穩定化。
本發明之處理裝置中，上述氣體噴射機構由具有多數氣體噴射孔的噴氣頭形成。
本發明之處理裝置中，設有加熱上述被處理體的加熱機構。
本發明之處理裝置中，於上述處理容器內設有形成電漿的電漿形成機構。
本發明之處理方法，係對可排氣之處理容器內供給規定流量之處理氣體對被處理體進行特定之處理者；其特徵為具備：在開始上述特定之處理時，藉由排氣系進行上述處理容器內之環境之排氣之同時，由氣體流路僅在特定短時間供給較上述特定處理時之規定流量更大流量的處理氣體的工程；及僅在特定短時間供給較規定流量更大流量的處理氣體之後，由氣體流路供給規定流量之處理氣體的工程。
本發明之處理方法中，對上述處理容器內可切換、選擇性供給多數種類之處理氣體，切換上述處理氣體對處理容器內供給處理氣體時，係在流入較規定流量更大流量的處理氣體之前，使供給上述處理氣體的氣體流路內殘留的之前之處理時的處理氣體，介由高速排氣用旁通通路排出於上述處理容器內或排氣系。
本發明之記憶媒體，係記憶有電腦程式用於控制處理裝置執行處理方法者，上述處理方法係使用上述處理裝置對被處理體進行特定之處理時具備：在開始上述特定之處理時，藉由排氣系進行上述處理容器內之環境之排氣之同時，由氣體流路僅在特定短時間供給較上述特定處理時之規定流量更大流量的處理氣體的工程；及僅在特定短時間供給較規定流量更大流量的處理氣體之後，由氣體流路供給規定流量之處理氣體的工程；上述處理裝置具備：處理 容器，內部設有載置台用於載置上述被處理體；排氣系，具有真空泵及壓力控制閥用於進行上述處理容器內之環境之排氣；氣體噴射機構，具有氣體噴射孔用於對上述處理容器內噴射上述處理氣體；及氣體供給機構，用於對上述氣體噴射機構進行流量控制之同時，供給上述處理氣體。
本發明之電腦程式，係用於控制處理裝置執行處理方法者，上述處理方法係使用上述處理裝置對被處理體進行特定之處理時具備：在開始上述特定之處理時，藉由排氣系進行上述處理容器內之環境之排氣之同時，由氣體流路僅在特定短時間供給較上述特定處理時之規定流量更大流量的處理氣體的工程；及僅在特定短時間供給較規定流量更大流量的處理氣體之後，由氣體流路供給規定流量之處理氣體的工程；上述處理裝置具備：處理容器，內部設有載置台用於載置上述被處理體；排氣系，具有真空泵及壓力控制閥用於進行上述處理容器內之環境之排氣；氣體噴射機構，具有氣體噴射孔用於對上述處理容器內噴射上述處理氣體；及氣體供給機構，用於對上述氣體噴射機構進行流量控制之同時，供給上述處理氣體。
以下參照圖面說明本發明之處理裝置及處理方法之實施形態。
圖1為本發明處理裝置之一例之構成圖。其中處理裝置以電漿處理裝置為例做說明。
如圖所示，作為處理裝置之電漿處理裝置40，其之側壁或底部由鋁等之導體構成，具有全體以筒狀體成形之處理容器42。處理容器42之內部構成例如密閉之處理空間，於該處理容器42之處理空間內形成電漿。該處理容器42本身接地。
於處理容器42內，於上面收容載置台44用於載置作為被處理體之例如半導體晶圓W。載置台44藉由例如鋁等之陶瓷形成為平坦之大略圓板狀，藉由例如鋁等構成之彎曲為L字狀之支撐臂46由容器側壁予以支撐。
於載置台44上面側設置，內部具有例如網目形狀配設之導體線的薄的靜電夾頭50。載置台44上，詳言之為靜電夾頭50上載置之晶圓W可藉由靜電吸附力被吸附。另外，於載置台36上面側設置，內部具有例如網目形狀配設之導體線70的薄的靜電夾頭72。靜電夾頭72之導體線70，係介由配線74連接於直流電源76可發揮靜電吸附力。如此則，載置台36上，詳言之為靜電夾頭72尚載置之晶圓W可藉由靜電吸附力被吸附。另外，靜電夾頭50之上述導體線，係介由配線52連接於直流電源54可發揮靜電吸附力。於配線52可連接偏壓用高頻電源56，必要時將例如13.56MHz之偏壓用高頻電力施加於靜電夾頭50之導體線。又，於載置台44內設置電阻加熱器構成之加熱機構58，必要時可對晶圓W加熱。
於載置台44設置多數、例如3個升降銷(未圖示)，於晶圓W之搬出入時可升降晶圓W。載置台44全 體由耐熱材料、例如氧化鋁等陶瓷構成。又，於處理容器42之側壁，設置晶圓W對內部搬出入時開/關之閘閥48，於容器底部60設置排氣口62用於進行處理容器內之環境之排氣。
於排氣口62連接排氣系64用於進行處理容器42內之環境之排氣、例如真空排氣。具體言之為，排氣系64具有連接於排氣口62之排氣通路66。於排氣通路66之最上流側，存在例如閘閥構成之壓力控制閥68，朝更下流側依序安裝例如渦旋分子泵形成之第1真空泵70，及例如乾式泵形成之第2真空泵72。於處理容器42側壁設置例如電容式真空計(capacitance manometer)形成之壓力檢測器74，於此測定之容器內壓力被輸入後述之控制機構114，可以進行壓力控制閥68之回授控制。
處理容器42之天井部設有開口部，於此，例如由Al2 O3 等陶瓷材料或石英構成，對微波具有透過性之天板76介由O型環等之密封構件78被氣密設置。天板76之厚度，考慮到耐壓性而設為例如約20mm。
於天板76之上面、為能於處理容器42內產生電漿而設置電漿形成機構80。具體言之為，電漿形成機構80具有設於天板76上面之圓板狀平面天線構件82，於平面天線構件82上設置遲波構件84，該遲波構件84具有高介電係數特性可縮短微波波長。平面天線構件82，係作為覆蓋遲波構件84之上方全面之導電性中空圓筒狀容器構成之導波箱86之底部而構成，設為和處理容器42內之載置台 44呈對向。
該導波箱86及平面天線構件82之周邊部均導通於處理容器42之同時，於導波箱86之上部中心連接同軸導波管88之外管88A。於外管88A內設置內部導體88B。內部導體88B經由遲波構件84之中心貫穿孔連接於平面天線構件82之中心部。同軸導波管88，係介由模態轉換器90及導波管92連接於具有匹配器(未圖示)之例如2.45GHz之微波產生器94，對上述平面天線構件82傳導微波。
平面天線構件82，係由例如表面鍍銀之銅板或鋁板形成，於該圓板形成例如長溝形狀之貫穿孔構成之多數微波放射孔96。微波放射孔96之配置形態未特別限定，可為例如同心圓狀、渦捲狀或放射狀。
於載置台44之上方，設置氣體噴射機構98可對處理容器42內噴射必要之處理氣體。於氣體噴射機構98連接對其進行流量控制之同時，供給處理氣體的氣體供給機構100。具體言之為，該氣體噴射機構98，係由例如形成為格子狀的石英製造之噴氣頭構成，於該氣體流路之中途形成多數氣體噴射孔102。氣體噴射孔102之直徑，為能均勻對處理容器42內噴射氣體，而設為例如0.5mm以下，將電導設為較低。又，該噴氣頭全體成形為箱型容器形狀，係在下面形成有多數氣體噴射孔的構造，其形狀未特別限定。
氣體供給機構100，其前端部具有連接於氣體噴射機 構98的氣體流路104。該氣體流路104之基端部，被分歧為多數個、於此為3個，於各分歧路分別連接氣體源104A、104B、104C，必要時可供給各氣體。為容易理解本發明，於各氣體源104A、104B、104C分別貯存互異之蝕刻氣體A~C作為處理氣體。又，實際上另設有N2氣體等惰性氣體之供給源(未圖示)。
於各分歧路中途，分別設置流入之氣體流量控制用的流量控制器106A~106C，於各流量控制器106A~106C之上流側與下流側分別設置開關閥108A~108C，必要時分別控制各氣體之流量而使流入。流量控制器106A~106C較好是使用，能依據上下流側之壓力差瞬間流入多量氣體之同時，可以良好精確度控制微細流量的流量控制系統。
使氣體供給機構100之氣體流路104與處理容器42內成為連通的本發明特徵之高速排氣用旁通通路110被設置。於高速排氣用旁通通路110之中途，存在高速排氣用開關閥112，必要時進行該通路之連通與遮斷。
如此則，必要時該氣體流路104內殘留之處理氣體(蝕刻氣體)可以高速排出至處理容器42側。此情況下，高速排氣用旁通通路110之處理容器42內之氣體出口110A，係位於載置台44之水平位準之更下方側，而使排出至處理容器42內之蝕刻氣體不會直接曝曬於載置台44上之晶圓W。高速排氣用旁通通路110，雖亦受到處理容器42內之壓力等影響，但為能增大排氣之電導而較好是使用內徑儘可能較大之配管、例如內徑7mm以上之配 管。
電漿處理裝置40之全體動作藉由例如微電腦構成之控制機構114進行控制。進行該動作控制的電腦程式被記憶於軟碟或CD(compact disc)、HDD(hard disk drive)、快閃記憶體等記憶媒體116。具體言之為，依據該控制機構114之指令進行各處理氣體之供給或流量控制、微波或高頻之供給或電力控制、高速排氣用開關閥112之開關控制、製程溫度或製程壓力之控制等。
說明使用上述構成之電漿處理裝置40進行的處理方法。其中電漿處理係如圖7所示，以切換、供給蝕刻氣體A~C之同時，依序蝕刻圖7所示抗反射膜36A、SiO2 膜36B、SiCO膜36C之多重步驟處理為例。又，以下說明之各動作、例如各氣體之供給、排氣或流量控制、開閥程度等係依據記憶媒體116記憶之程式被進行。
首先具體說明多重步驟處理之一例。圖7為半導體晶圓上積層之不同膜種積層膜之斷面圖，此情況下，多重步驟處理以對上述積層膜變更蝕刻氣體之同時，進行蝕刻處理之情況為例。
於圖7，於被處理體之半導體晶圓W之表面，依序積層SiC膜36D、SiCO膜36C、SiO2 膜36B、抗反射膜(BARC)36A，最上層設有作為遮罩之圖案化之阻劑膜38。如上述說明，對除去被積層之SiC膜36D以外的各膜依據阻劑膜38之圖案進行多重步驟處理之蝕刻。藉由此而形成溝槽或孔。於此為容易理解，對各膜使用不同氣體 種之蝕刻氣體，抗反射膜(BARC)36A被蝕刻氣體A削薄，SiO2 膜36B被蝕刻氣體B削薄，SiCO膜36C被蝕刻氣體C削薄。
欲進行該多重步驟處理時，首先對處理容器42內流入蝕刻氣體A削薄抗反射膜36A，之後切換氣體種為蝕刻氣體B削薄SiO2 膜36B，之後切換氣體種為蝕刻氣體C削薄SiCO膜36C，對各膜之蝕刻時間雖受到膜厚影響，可為例如抗反射膜36A為約30秒，SiO2 膜36B為約60秒，SiCO膜36C為約60秒。在上述氣體種之每一次切換時進行上述說明的前次處理之處理氣體之排氣工程與次一處理之處理氣體之壓力穩定化工程。
說明如圖1所示電漿處理裝置40之具體之處理方法。首先，介由閘閥48使半導體晶圓W藉由搬送臂(未圖示)收容於處理容器42內，上下移動升降銷(未圖示)使晶圓W載置於載置台44之上面之載置面，藉由靜電夾頭50靜電吸附該晶圓W。
設有加熱機構時，該晶圓W藉由此被維持於特定製程溫度，欲進行必要之處理，於此為例如蝕刻處理，因此由氣體供給機構100介由氣體流路104以特定流量流入蝕刻氣體，藉由噴氣頭形成之氣體噴射機構98之氣體噴射孔102噴射、供給至處理容器42內。同樣地，排氣系64之真空泵70、72被驅動，控制壓力控制閥68維持處理容器42內於特定之製程壓力。與此同時，藉由驅動電漿形成機構80之微波產生器94，使微波產生器94產生之微波 介由導波管92、同軸導波管88供給至平面天線構件82。之後，於處理空間S藉由遲波構件84導入波長被縮短之微波，如此則，於處理空間S產生電漿進行使用特定電漿之蝕刻處理。
如上述說明，微波由平面天線構件82被導入處理容器42內時，各氣體因該微波而被電漿化、被活化。藉由此時產生之活化種對晶圓W表面進行電漿之蝕刻處理。於該電漿處理時，藉由偏壓用高頻電源56對靜電夾頭50之導體線施加偏壓用高頻。如此則，可使氣體種對晶圓W表面以良好直進性被引入。
於上述電漿處理中，如上述說明，處理容器42內之環境係藉由排氣系64之真空泵70、72之驅動而被抽成真空，因此處理容器42內之環境由處理空間S擴散之同時，朝載置台44周邊部流向下方，再由排氣口62流向排氣系64側。處理容器42內之壓力由壓力檢測器74檢測出，以維持所要製程壓力的方式進行壓力控制閥68之回授控制。
上述進行之蝕刻處理為上述說明之多重步驟處理，對如圖7所示各膜36A~36C依序於同一容器內連續進行蝕刻。此情況下，依據蝕刻對象膜之不同使使用之蝕刻氣體由蝕刻氣體A切換至蝕刻氣體C而供給。亦即，於每一次之1個蝕刻步驟處理結束後，將微波產生器94設為OFF狀態，停止電漿之同時，停止該使供給之蝕刻氣體之供給，之後，由處理容器42內或氣體流路104排出殘留氣 體。之後，供給另一不同氣體種之蝕刻氣體，亦即切換蝕刻氣體進行處理容器42內之壓力之穩定化，穩定化之後，再度將微波產生器94設為ON狀態形成電漿，而開始次一蝕刻步驟處理。
特定時間之處理結束後，重複進行上述動作而進行連續之蝕刻處理。如此則，各蝕刻氣體A~C依序被切換進行。其間如上述說明處理容器42內被連續抽成真空。進行上述各蝕刻步驟處理時，依據各蝕刻氣體A~C應流入之規定流量(氣體流量)、製程壓力、製程時間(蝕刻時間)等被預先決定，而施予程式化。
於習知處理方法，在開始各蝕刻步驟處理時，蝕刻氣體係以當初設定之規定流量以一定量流入，因此該蝕刻氣體充滿處理容器42內、製程壓力達穩定化為止需要某種程度以上時間。另外，在氣體供給機構100之氣體流路104殘留前次處理之蝕刻氣體時，排出該殘留氣體需要某種程度以上時間，導致作業效率之降低。
相對於此，依據本發明處理方法，在開始各蝕刻步驟處理時，最初係將較上述規定流量更大流量、例如規定流量之3倍左右流量的處理氣體，於特定短時間例如1秒左右供給之後，立刻減少流量以規定流量流入。結果可以快速達成壓力穩定化狀態，而開始蝕刻處理，因此可以提升作業效率。
又，在流入蝕刻氣體之前，排出處理容器42內之殘留氣體時，僅於短時間設定高速排氣用開關閥112為開放 狀態，使氣體流路104內殘留之前次處理之蝕刻氣體介由排氣導通度大的高速排氣用旁通通路110迅速排出至處理容器42內。另外，未設置高速排氣用旁通通路110時，氣體流路104內殘留之氣體介由噴氣頭放出至處理容器42內。此情況下，噴氣頭之氣體噴射機構98之排氣導通度小，因此氣體流路104內殘留之氣體介由噴氣頭放出至處理容器42內需要較長時間，會降低作業效率。針對此，本發明中設置高速排氣用旁通通路110設為可以迅速排出蝕刻氣體，因此可以提升作業效率。
參照圖2-5說明蝕刻氣體切換時之態樣。
圖2為處理容器內之壓力變化圖。圖2(A)表示比較例之處理方法，圖2(B)表示本發明之處理方法。圖3為切換處理氣體之蝕刻氣體時之時序流程之一例之圖。將圖2(B)之一部分依據時間擴大表示。圖4為本發明處理方法之各工程之流程圖，表示由蝕刻氣體A切換為蝕刻氣體B之狀態，由蝕刻氣體B切換為蝕刻氣體C時亦同樣。
於圖中，”RF為ON狀態“表示電漿被形成實際進行蝕刻處理之期間，”RF為ON狀態“彼此之間表示之前之蝕刻處理結束，蝕刻氣體之切換結束，處理容器42內之壓力達穩定化為止之期間。結果，於圖2(A)之比較例之處理方法，壓力達穩定化為止之期間△t1為10秒左右，相對於此，於圖2(B)所示本發明之處理方法，壓力達穩定化為止之期間△t2為2秒左右，因此可以大幅提 升作業效率。
參照圖3、4說明蝕刻氣體之切換操作。
圖3(A)為蝕刻氣體A之流量變化，圖3(B)為蝕刻氣體B之流量變化，圖3(C)為高速排氣用開關閥之開關狀態，圖3(D)為壓力控制閥之開放程度，圖3(E)為處理容器內之壓力變化。
首先，前次工程之蝕刻氣體A之蝕刻處理被進行，對該氣體以預先設定之規定流量流入蝕刻氣體A。於時刻P1，蝕刻氣體A之蝕刻處理結束後(圖4之S1之YES)，供給蝕刻氣體A之氣體流路之開關閥108A被關閉，停止蝕刻氣體A之供給(S2)。與此同時，設定高速排氣用開關閥112為開放狀態(S3)，設定壓力控制閥68為極大之開放程度(S4)。
如此則，處理容器42內之殘留氣體可以迅速排氣之同時，氣體供給機構100之氣體流路104內殘留之前次處理之蝕刻氣體A介由排氣導通度大的高速排氣用旁通通路110被排出至成為高真空之處理容器42內。此時，噴氣頭構成之氣體噴射機構98內之殘留氣體，因為直徑小的氣體噴射孔102之部分之排氣導通度較小之故，逆向流入氣體流路104內，再經由高速排氣用旁通通路110內被排出至處理容器42內。
該處理容器42內之殘留氣體，立即被排出至排氣系64側。結果，噴氣頭構成之氣體噴射機構98內或氣體流路104內或處理容器42內之殘留氣體(蝕刻氣體A)迅 速被排出至系統外，因此如圖3(E)所示，處理容器42內之壓力急速降低。此時，壓力控制閥68之開放程度設為較通常之壓力控制範圍大的開放程度50%，以使該部分之排氣導通度設為極大。壓力控制閥68之開放程度，例如於開放程度50~100%範圍內其之排氣導通度達飽和而幾乎不再變化。又，設為開放程度100%時，其後欲控制壓力而設定開放程度為20%程度時，達該開放程度為止之閥噸做時間變長。因此，設為如上述說明之開放程度50%程度，其中所謂開放程度，係指於壓力控制閥68之閥口排氣氣體實際流通之區域，閥口開放一半時之開放程度為50%，閥口全開時之開放程度為100%。
經過特定時間例如0.5秒左右(圖5之YES)，於時刻P2切換高速排氣用開關閥112為關閉狀態(S6)，為次一處理而設定蝕刻氣體B用之開關閥108B為開放程度，開始蝕刻氣體B之供給(S7)。此時，蝕刻氣體B之流量並非該製程時預定之規定流量，而是使成為較其更大之流量，例如成為上述規定流量M1之3倍流量M2而設定流量控制器106B，以大之流量開始流入蝕刻氣體B。
與此同時，對壓力控制閥68下達指令使成為和蝕刻氣體B之製程時設定壓力對應之開放程度(S8)。此時，設定壓力為事先預定，因此其對應之開放程度大略為一定。對壓力控制閥68下達動作指示使朝向該開放程度。又，製程時之開放程度通常於5~20%程度範圍內進行壓力控制。
如圖3(E)所示，藉由該動作，處理容器42內之壓力相較於習知處理方法更快速急速上升(參照圖2(A)、2(B))。
如上述說明，於特定短時間△t3、例如僅於1秒以大流量供給蝕刻氣體B(S9之YES)，於時刻P3，將蝕刻氣體B之流量設為製程時之規定流量M1，於該狀態下進行流量控制器106B之回授控制切換為自動運轉(S10)。
以大流量供給蝕刻氣體B時之流量M2，係依據處理容器42之容積V、使用該蝕刻氣體B進行蝕刻處理時之製程壓力P、及處理容器42內上升至上述製程壓力為止必要之時間T而決定。例如處理容器42內之容積V設為40公升、製程壓力P設為1Pa時，1氣壓之蝕刻氣體B之必要量Vol概略成為下式所示。
Vol=V．103 ×P．10-5 =40×103 ×1×10-5 =0.4〔cc〕
因此，處理容器42內上升至上述製程壓力為止必要之時間T設為1秒時，以下式表示之大流量M2流入蝕刻氣體B即可。
M2=0.4×60(秒)=24sccm。
又，彼等之數值僅為一例，例，並非限定於此。
如上述說明，於時刻P3，蝕刻氣體B之供給量設為規定流量M1，蝕刻氣體B之供給量成為規定流量M1，之後，處理容器42內之壓力僅稍微變化。經過壓力穩定化所要時間△t4、例如0.5秒左右時(S11之YES)，於時刻P4，處理容器42內之壓力視為達穩定化，切換壓力控制閥68為回授控制之自動化運轉(S12)，形成電漿執行特定時間之蝕刻氣體B之特定蝕刻處理(S13)。
蝕刻氣體B之蝕刻處理結束後，進行和上述手續同樣之手續，移至蝕刻氣體C之處理(S14)。
如上述說明，本發明處理方法中，在開始各蝕刻步驟處理時，當初係以較規定流量更大之流量，例如以規定流量M1之約3倍流量之蝕刻氣體供給特定短時間、例如1秒左右。之後，立即減少流量以規定流量流入，結果可以快速達成壓力穩定化而開始處理，可以提升作業效率。
又，在流入蝕刻氣體之前，排出處理容器42內之殘留氣體時，僅於短時間設定高速排氣用開關閥112為開放狀態，使氣體流路104內殘留之前次處理之蝕刻氣體介由排氣導通度大的高速排氣用旁通通路110迅速排出至處理容器42內。未設置高速排氣用旁通通路110時，氣體流路104內殘留之氣體會介由噴氣頭被放出至處理容器42內，但是，該噴氣頭構成之氣體噴射機構98之排氣導通度小，因此氣體流路104內殘留之氣體介由噴氣頭放出至處理容器42內需要較長時間，會降低作業效率。針對此，本發明中設置高速排氣用旁通通路110，設為可以迅 速排出蝕刻氣體，因此可以提升作業效率。
又，上述實施形態中，使高速排氣用旁通通路110之下流側之氣體出口110A面對處理容器42內而設，但不限定於此，使高速排氣用旁通通路110之下流側，連接於排氣系64之排氣通路66側，直接將氣體流路104內殘留之氣體排出至排氣系64側亦可(參照圖1之2點虛線)。但是，作為氣體流路104內殘留之氣體之排出容器的體積，處理容器42內之體積係大於排氣通路66，蝕刻氣體排出伴隨產生之容器內壓力上升，相較於排氣通路66，處理容器42之側會被抑制於較低，因此整體而言，氣體出口110A面對處理容器42內而設較好。
又，上述實施形態中，係設置高速排氣用旁通通路110使氣體供給機構100之氣體流路104內或噴氣頭內之殘留氣體吸引排出至處理容器42側而迅速放出，但亦可不設置高速排氣用旁通通路110。此情況下，僅於新的處理氣體(蝕刻氣體)開始供給時之特定短時間△t3以大流量流入蝕刻氣體，此時，吸引排出氣體流路104內或噴氣頭內之殘留氣體的部分，和圖2(B)所示情況比較，雖某種程度增加殘留氣體排出之時間，但相較於圖2(A)所示比較例之處理方法，亦能於短時間進行殘留氣體之排出。
換言之，不需要圖3(C)所示殘留氣體強制排除之工程，因此殘留氣體排出之時間，亦即時刻P1-P2間雖變長，但相較於圖2(A)所示比較例之處理方法，亦能 縮短氣體切換所要時間。此時處理容器42內之壓力變化狀態如圖2(C)所示，處理氣體穩定化為止之時間△t5，相較於圖2(B)所示時間△t2雖稍微變長，但相較於圖2(A)所示比較例之處理方法之時間△t1乃然被縮短，例如成為4秒左右，全體可實現作業效率之提升。
又，第1實施形態中，作為特定之處理以使用電漿之電漿蝕刻處理為例而說明，但不限定於此，亦可使用於電漿CVD處理、電漿ALD(Atomic Layered Deposition)成膜處理、電漿濺鍍處理、電漿改質處理等全部處理，對於中途切換供給氣體種之多重步驟處理特別有效。
另外，亦可適用於不使用電漿之處理、例如熱CVD處理、ALD成膜處理、氧化擴散處理、改質處理等全部處理，對於中途切換供給氣體種之處理例如ALD處理特別有效。例如圖5為本發明處理裝置之變形例斷面圖，此為本發明適用熱處理裝置之例。又，和圖1之構成部分相同的構成附加同一符號。
該熱處理裝置，係重複進行熱CVD處理或成膜氣體之切換形成1層層薄膜而進行ALD成膜處理者。
其中，於載置台44內埋入晶圓W加熱用電阻加熱器構成之加熱機構58，氣體噴射機構98由箱形容器形狀之噴氣頭構成，內部設置擴散板120。又，加熱機構58亦可使用，將載置台形成為薄的圓板狀，由下方對其加熱的加熱燈管。
氣體供給機構100之一例為具有分別貯存3種類成膜 氣體A~C之3個氣體源120A~120C，可切換供給彼等成膜氣體A~C。又，氣體流路104與處理容器42之間藉由高速排氣用旁通通路110使其連通，於中途設有高速排氣用開關閥112。此情況下，亦可達成和上述實施形態同樣之效果。
又，被處理體以半導體晶圓為例說明，但不限定於此，亦可為玻璃基板、LCD基板、陶瓷基板等。
(發明效果)
依據本發明之處理裝置及處理方法可達成以下作用效果。
對處理容器內收容之被處理體，在開始特定之處理時，在進行處理容器內之環境之排氣狀態下，僅在特定短時間供給較特定處理時之規定流量更大流量的處理氣體之後，供給規定流量之處理氣體而進行控制，因此，可以迅速進行製程開始時處理容器內之壓力穩定化。
又，依據本發明，控制機構，在特定短時間流入較大流量的處理氣體之前，為排出之前之處理殘留於氣體流路內的處理氣體，而僅短時間設定上述高速排氣用開關閥為開放狀態，因此，可以迅速進行氣體種類切換時殘留氣體之排氣及處理容器內之壓力穩定化。
2、40‧‧‧電漿處理裝置
4、42‧‧‧處理容器
6、44‧‧‧載置台
7‧‧‧支撐臂
8、76‧‧‧天板
9‧‧‧氣體噴嘴
10‧‧‧平面天線構件
14‧‧‧微波放射孔
16‧‧‧同軸導波管
18‧‧‧中心導體
4A‧‧‧底部
24‧‧‧排氣口
26、68‧‧‧壓力控制閥
28、70、30、72‧‧‧真空泵
36A‧‧‧抗反射膜
36B‧‧‧SiO2 膜
36C‧‧‧SiCO膜
38‧‧‧阻劑膜
46‧‧‧支撐臂
50‧‧‧靜電夾頭
52‧‧‧配線
58‧‧‧加熱機構
48‧‧‧閘閥
60‧‧‧容器底部
62‧‧‧排氣口
64‧‧‧排氣系
66‧‧‧排氣通路
78‧‧‧密封構件
80‧‧‧電漿形成機構
82‧‧‧平面天線構件
84‧‧‧遲波構件
86‧‧‧導波箱
88‧‧‧同軸導波管
88A‧‧‧外管
88B‧‧‧內部導體
22、90‧‧‧模態轉換器
92‧‧‧導波管
94‧‧‧微波產生器
96‧‧‧微波放射用孔
98‧‧‧氣體噴射機構
100‧‧‧氣體供給機構
102‧‧‧氣體噴射孔
104‧‧‧氣體流路
106A、106B、106C‧‧‧流量控制器
108A~108C‧‧‧開關閥
110‧‧‧高速排氣用旁通通路
112‧‧‧高速排氣用開關閥
110A‧‧‧氣體出口
114‧‧‧控制機構
116‧‧‧記憶媒體
104A‧‧‧蝕刻氣體A
104B‧‧‧蝕刻氣體B
104C‧‧‧蝕刻氣體C
120A‧‧‧成膜氣體A
120B‧‧‧成膜氣體B
120C‧‧‧成膜氣體C
W‧‧‧晶圓
圖1為本發明處理裝置之一例之構成圖。
圖2(A)、(B)、(C)為處理容器內之壓力變化圖。
圖3(A)、(B)、(C)、(D)、(E)為切換處理氣體之蝕刻氣體時之時序流程之一例之圖。
圖4為本發明處理方法之各工程之流程圖。
圖5為本發明處理裝置之變形例斷面圖。
圖6為習知電漿處理裝置之概略構成圖。
圖7為半導體晶圓上積層之不同膜種積層膜之斷面圖。
40‧‧‧電漿處理裝置
42‧‧‧處理容器
44‧‧‧載置台
76‧‧‧天板
68‧‧‧壓力控制閥
70、72‧‧‧真空泵
46‧‧‧支撐臂
50‧‧‧靜電夾頭
52‧‧‧配線
58‧‧‧加熱機構
48‧‧‧閘閥
60‧‧‧容器底部
62‧‧‧排氣口
64‧‧‧排氣系
66‧‧‧排氣通路
78‧‧‧密封構件
80‧‧‧電漿形成機構
82‧‧‧平面天線構件
84‧‧‧遲波構件
86‧‧‧導波箱
88‧‧‧同軸導波管
88A‧‧‧外管
88B‧‧‧內部導體
90‧‧‧模態轉換器
92‧‧‧導波管
94‧‧‧微波產生器
96‧‧‧微波放射用孔
98‧‧‧氣體噴射機構
100‧‧‧氣體供給機構
102‧‧‧氣體噴射孔
104‧‧‧氣體流路
106A、106B、106C‧‧‧流量控制器
108A~108C‧‧‧開關閥
110‧‧‧高速排氣用旁通通路
112‧‧‧高速排氣用開關閥
110A‧‧‧氣體出口
114‧‧‧控制機構
116‧‧‧記憶媒體
104A‧‧‧蝕刻氣體A
104B‧‧‧蝕刻氣體B
104C‧‧‧蝕刻氣體C
W‧‧‧晶圓
S‧‧‧處理空間
74‧‧‧配線
54‧‧‧直流電源
56‧‧‧偏壓用高頻電源

Claims (10)

  1. 一種處理裝置，係對被處理體使用特定之處理氣體進行特定之處理者；其特徵為：具備：處理容器，內部設有載置台用於載置上述被處理體；排氣系，具有進行上述處理容器內之環境排氣的真空泵及壓力控制閥；氣體噴射機構，具有氣體噴射孔用於對上述處理容器內噴射複數種類之處理氣體；氣體供給機構，具有連接於上述複數種類之處理氣體與上述氣體噴射機構的氣體流路，用於針對上述氣體噴射機構進行上述複數種類之處理氣體之切換、選擇、流量控制之同時，進行供給；高速排氣用旁通通路，係將上述氣體流路和上述處理容器內予以連通而被設置之同時，在其中途設置有高速排氣用開關閥；及控制機構，用於控制裝置全體；上述控制機構，係在開始上述特定之處理時，在進行上述處理容器內之環境之排氣之狀態下，僅在特定短時間供給較上述特定處理時之規定流量更大流量的處理氣體，之後供給上述規定流量之處理氣體，依此而進行控制。
  2. 一種處理裝置，係對被處理體使用特定之處理氣體進行特定之處理者；其特徵為：具備： 處理容器，內部設有載置台用於載置上述被處理體；排氣系，具有進行上述處理容器內之環境排氣的真空泵及壓力控制閥；氣體噴射機構，具有氣體噴射孔用於對上述處理容器內噴射複數種類之處理氣體；氣體供給機構，具有連接於上述複數種類之處理氣體與上述氣體噴射機構的氣體流路，用於針對上述氣體噴射機構進行上述複數種類之處理氣體之切換、選擇、流量控制之同時，進行供給；高速排氣用旁通通路，係將上述氣體流路和上述排氣系予以連通而被設置之同時，在其中途設置有高速排氣用開關閥；及控制機構，用於控制裝置全體；上述控制機構，係在開始上述特定之處理時，在進行上述處理容器內之環境之排氣之狀態下，僅在特定短時間供給較上述特定處理時之規定流量更大流量的處理氣體，之後供給上述規定流量之處理氣體，依此而進行控制。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之處理裝置，其中上述特定短時間，係由上述處理容器之容積、上述特定之處理時之製程壓力、以及將上述處理容器內昇壓至上述製程壓力為止必要的時間來決定。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之處理裝置，其中上述特定短時間，係3秒以內。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之處理裝置，其中 上述控制機構，係在上述大流量的處理氣體之供給之同時，對上述壓力控制閥下達指示而將其設定成為和上述特定之處理之製程壓力對應的閥開放程度。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之處理裝置，其中上述控制機構，係在特定短時間流入上述大流量的處理氣體之前，為了將殘留於上述氣體流路內的之前之處理之處理氣體予以排出，而將上述高速排氣用開關閥設為短時間之開放狀態。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之處理裝置，其中上述氣體噴射機構，係由具有複數個氣體噴射孔的噴氣頭構成。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之處理裝置，其中設有加熱上述被處理體的加熱機構。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之處理裝置，其中於上述處理容器內設有電漿之形成用的電漿形成機構。
  10. 一種處理方法，係在可被實施排氣的處理容器內進行複數種類之處理氣體之切換，進行選擇性供給而對被處理體進行特定之處理者；其特徵為：在開始上述特定之處理時在進行上述處理容器內之環境之排氣之狀態下，將上述處理氣體之供給用的氣體流路內所殘留的之前之處理時之處理氣體，藉由高速排氣用旁通通路排出至上述處理容器內或排氣系，於該排出後進行上述處理氣體之切換而流入時，係僅於特定短時間供給較 上述特定之處理時的規定流量更大流量之處理氣體，之後，供給上述規定流量之處理氣體。
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