TWI579885B - Plasma processing device and gas supply method thereof - Google Patents

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Risako Miyoshi
Kimihiro Fukasawa
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Description

電漿處理裝置及其氣體供應方法
本發明關於一種可對處理室內供應複數處理氣體之電漿處理裝置及其氣體供應方法。
在半導體製程中，會使用對處理室內供應特定氣體，來對半導體晶圓、液晶基板、太陽能電池用基板等之被處理基板(以下簡稱作「基板」)施予成膜或蝕刻等特定處理之電漿處理裝置。
上述電漿處理裝置之氣體供應系統中，當混合複數種類的氣體來供應之情況，係設置有複數個供應各種種類的氣體之氣體供應路徑，並使其匯流於1個共通的氣體供應路徑，來將處理氣體導入至電漿處理裝置的處理室內。
各氣體供應路徑係分別設置有質流控制器(MFC)等之流量調整器，並且其上游側與下游側係分別設置有開閉閥。又，亦有僅在流量調整器的下游側設置有開閉閥之情況。
以往，上述各處理氣體供應的開啟/關閉係藉由開閉該等開閉閥而進行，且藉由對於流量調整器設定特定流量來控制流通於各氣體供應路徑內之處理氣體的流量(參照例如專利文獻1)。
專利文獻1：日本特開2002-85962號公報
專利文獻2：日本特開平11-195641號公報
專利文獻3：日本特開2000-306887號公報
然而，近來為了對應於處理的多樣化或半導體元件的微細化要求，而藉由切換不同種類的處理氣體，以便能夠在同一裝置內連續進行處理之情況亦不少。然而，上述情況下，若藉由開閉質流控制器的開閉閥來進行各處理氣體供應的開啟/關閉，則必須在殘留於質流控制器內的氣體瞬間流入處理室內後，再開始質流控制器的流量控制。
於是，在各處理氣體的切換時，便會容易發生氣體流量的過渡現象，而有供應至處理室內的氣體流量不穩定之問題。再者，上述氣體流量的過渡現象會有若氣體的切換間隔愈短則愈容易發生之傾向。
此情況下，雖亦可在每次進行氣體的切換時便設置穩定步驟，藉以吸收氣體流量的過渡現象，但該方法會使產能降低。
此外，上述專利文獻2、3記載了當交互地進行蝕刻氣體與沉積氣體之際，係在各氣體的切換時分別設置有遷移工序，在此遷移工序中，係在停止其中一氣體的供應之前便開始另一氣體的供應，來使其中一氣體的流量慢慢降低且使另一氣體的流量慢慢增加。然而，依據上述專利文獻2、3的流量控制，在各氣體的切換時，由於所交互供應的氣體會混合，因此無法忽視依切換氣體的種類而對基板處理所造成的影響。
是以，本發明有鑑於上述問題，其目的為提供一種當交互地切換處理氣體的供應時，該等處理氣體不會相互混合，且可較以往要更加抑制氣體流量的過渡現象之電漿處理裝置及其氣體供應方法。
為解決上述課題，本發明其中一觀點提供一種電漿處理裝置之氣體供應方法，係藉由一邊對可減壓之處理室內供應特定氣體一邊生成電漿，來對該處理室內的基板施予特定電漿處理之電漿處理裝置的氣體供應方法；其特徵為該電漿處理裝置係具備有：氣體供應系統，係分別將氣體供應路徑連接於複數處理氣體供應源，而透過該等氣體供應路極來對該處理室供應所欲處理氣體；流量控制器，係分別設置於該各氣體供應路徑，而對應於所設定之流量來調整流量調整閥的開合度，藉以控制流通於該氣體供應路徑之氣體的流量；以及開閉閥，係分別設置於該各流量控制器的下游側；其中，在該基板的電漿處理中交互地切換至少2種以上之處理氣體來供應至該處理室內時，關於該所切換之處理氣體的各氣體供應路徑，係在打開該流量控制器下游側的該開閉閥之狀態下，針對該流量控制器重複設定特定流量與零流量，藉以交互地開啟/關閉該各處理氣體的供應。
為解決上述課題，本發明其他觀點提供一種電漿 處理裝置，係藉由一邊對可減壓之處理室內供應特定氣體一邊生成電漿，來對該處理室內的基板施予特定電漿處理；其特徵為具備有：氣體供應系統，係分別將氣體供應路徑連接於複數處理氣體供應源，而透過該等氣體供應路徑來對該處理室供應所欲處理氣體；流量控制器，係分別設置於該各氣體供應路徑，而對應於所設定之流量來調整流量調整閥的開合度，藉以控制流通於該氣體供應路徑之氣體的流量；開閉閥，係分別設置於該各流量控制器的下游側；以及控制部，係針對該各流量控制器設定流量；其中，該控制部係在該基板的電漿處理中交互地切換至少2種以上之處理氣體來供應至該處理室內時，關於該所切換之處理氣體的各氣體供應路徑，係在打開該流量控制器下游側的該開閉閥之狀態下，針對該流量控制器重複設定特定流量與零流量，藉以交互地開啟/關閉該各處理氣體的供應。
依據上述本發明，關於交互地切換而被供應至處理室內之處理氣體，係在打開該流量控制器下游側的開閉閥之狀態下，針對流量控制器重複設定特定流量與零流量，藉此可開啟/關閉各處理氣體。藉此，則在各處理氣體的切換時，所交互地切換之處理氣體便不會相互混合，從而可較以往要更加抑制在處理室內所發生之氣體流量的過渡現象。
又，上述各流量控制器的上游側亦分別設置有開 閉閥，關於該所切換之處理氣體的各氣體供應路徑，不僅該流量控制器下游側的該開閉閥而亦係在打開上游側的該開閉閥之狀態下，針對該流量控制器重複特定流量與零流量的設定控制，藉此可交互地開啟/關閉該各處理氣體的供應。
據此，關於交互地切換而被供應至處理室內之處理氣體，不僅其流量控制器的下游側而亦係在打開上游側的該開閉閥之狀態下，針對流量控制器重複設定特定流量與零流量，藉此可開啟/關閉各處理氣體。藉此，則在各處理氣體的切換時，所交互地切換之處理氣體便不會相互混合，且不僅在處理室內所發生之氣體流量的過渡現象，而亦可較以往要更加抑制在質流控制器內所發生之氣體流量的過渡現象。
又，在交互地切換上述各處理氣體來供應至該處理室內時，會判斷該各處理氣體的切換時間是否為閾值以下，若判斷該切換時間為閾值以下的情況，該所切換之處理氣體之供應的開啟/關閉可在打開該開閉閥之狀態下，藉由針對該流量控制器之特定流量或零流量的設定而進行，而若判斷該切換時間非為閾值以下的情況，則該所切換之處理氣體之供應的開啟/關閉可藉由該開閉閥的開閉而進行。此情況下，該切換時間的閾值較佳係設定在1秒~15秒的範圍。
又，上述所切換之處理氣體係例如至少2種以上之蝕刻氣體。又，上述所切換之處理氣體可包含有至 少蝕刻氣體與清潔氣體。
依據本發明，則在各處理氣體的切換時，所交互地切換之處理氣體便不會相互混合，從而可較以往要更加抑制氣體流量的過渡現象。藉此，便可更順利地進行更加穩定之處理氣體的切換。
以下，參照添附圖式來詳細說明本發明之較佳實施型態。此外，本說明書及圖式中，針對實質上具有相同功能構成的構成要素，則賦予相同符號，而省略重複說明。又，本說明書中，1mTorr為(10-3×101325/760)Pa，1sccm為(10-6/60)m3/sec。
(電漿處理裝置的結構例)
首先，說明本發明實施型態之電漿處理裝置的結構例。此處，係舉於處理室內對向配置有上部電極與下部電極(晶座(susceptor))並從上部電極來對處理室內供應處理氣體之平行平板型電漿處理裝置為例來加以說明。圖1係顯示本實施型態之電漿處理裝置100的概略結構之剖視圖。
電漿處理裝置100係具備有例如鋁等導電性材料所構成的處理室102，與對該處理室102內供應複數種類的氣體之氣體供應系統200。處理室102為電性接地狀態，處理室102內係設置有用以載置被處理基板(例如半導體晶圓W，以下亦簡稱作「晶圓」)且兼 作為載置台之下部電極(晶座)110，與對向於其而呈平行配置之上部電極120。
下部電極110係連接有供應雙頻重疊電功率之電功率供應裝置130。電功率供應裝置130係具備有供應第1頻率的第1高頻電功率(電漿生成用高頻電功率)之第1高頻電源132，與供應低於第1頻率之第2頻率的第2高頻電功率(偏壓電壓產生用高頻電功率)之第2高頻電源134。第1、第2高頻電源132、134係分別透過第1、第2匹配器133、135而電連接於下部電極110。
第1、第2匹配器133、135係分別用以將負荷阻抗整合至第1、第2高頻電源132、134的內部(或輸出)阻抗，而具有當處理室102內生成有電漿時會使第1、第2高頻電源132、134的內部阻抗與負荷阻抗看起來為一致之功能。
第1高頻電源132會輸出頻率為27MHz以上(例如40MHz)的高頻電功率。第2高頻電源134會輸出頻率為13.56MHz以下(例如2MHz)的高頻電功率。
上部電極120係透過被覆其周緣部之遮蔽環122而安裝在處理室102的頂部。上部電極120可如圖1所示般地為電性接地狀態，抑或是構成為連接有未圖示之可變直流電源，來對上部電極120施加特定的直流(DC)電壓。
上部電極120係形成有用以從氣體供應系統200 導入氣體之氣體導入口124。又，上部電極120的內部係設置有供從氣體導入口124所導入的氣體擴散之擴散室126。
上部電極120係形成有將來自該擴散室126的氣體供應至處理室102內之多個氣體供應孔128。各氣體供應孔128係配置為可對下部電極110所載置的晶圓W與上部電極120之間供應氣體。
依據上述上部電極120，則來自氣體供應系統200的氣體便會經由氣體導入口124而被供應至擴散室126，且在該處擴散而被分配至各氣體供應孔128後，從氣體供應孔128朝向下部電極110被噴出。此外，有關氣體供應系統200的具體結構例將敘述於後。
處理室102的底面係形成有排氣口142，藉由連接於排氣口142之排氣裝置140來進行排氣，便可將處理室102內維持在特定的真空度。處理室102的側壁係設置有閘閥G。藉由打開該閘閥G，便可將晶圓W搬入至處理室102內以及將晶圓W從處理室102內搬出。
電漿處理裝置100係設置有控制裝置整體的動作之控制部150。控制部150係連接有作業員為了管理電漿處理裝置100而進行指令的輸入操作等之鍵盤，或可視化地顯示電漿處理裝置100的稼動狀況之顯示器等所構成的操作部152。
再者，控制部150係連接有記憶部154，其係記 憶有藉由控制部150的控制來實現電漿處理裝置100所執行的各種處理之程式或執行程式所需的處理條件(配方)等。
記憶部154係記憶有例如後述的第1、第2處理條件(配方)等。上述處理條件係整合了用以控制電漿處理裝置100的各部之控制參數、設定參數等之複數參數值。各處理條件係具有例如處理氣體的流量比(各質流控制器230所設定之流量等)、處理室內的壓力、高頻電功率等參數值。
此外，該等程式或處理條件可被記憶在硬碟或半導體記憶體，或是收納於CD-ROM、DVD等可移動性之可被電腦讀取的記憶媒體之狀態下被設定在記憶部154的特定位置處。
控制部150係依據來自操作部152的指示等而從記憶部154讀取所欲程式、處理條件來控制各部，藉以在電漿處理裝置100執行所欲處理。又，可藉由來自操作部152的操作來編集處理條件。
(氣體供應系統)
以下，說明氣體供應系統200的具體結構例。此處的氣體供應系統200係構成為可選擇性地對處理室102內供應4種處理氣體(C4F8氣體、C4F6氣體、O2氣體、Ar氣體)之情況。該等氣體當中，C4F8氣體及C4F6氣體皆係作為蝕刻氣體而交互地被供應，且依需要亦供應O2氣體及Ar氣體。
具體來說，氣體供應系統200係具備有C4F8氣體、C4F6氣體、O2氣體、Ar氣體之各氣體供應源210A~210D。該等氣體供應源210A~210D係分別透過氣體供應路極(配管)212A~212D，而匯流般地連接於共通氣體供應路徑(配管)214。共通氣體供應路徑214係介設有開閉閥216，其下游側係連接於上部電極120。此外，共通氣體供應路徑214亦可介設有從流通於其中的氣體去除微粒之過濾器。
各氣體供應路徑212A~212D係分別設置有作為調整所流通之氣體的流量之流量控制器的1例之質流控制器(MFC)230A~230D。各質流控制器(MFC)230A~230D的上游側與下游側係分別設置有上游側開閉閥(第1開閉閥)220A~220D與下游側開閉閥(第2開閉閥)240A~240D。
針對上述質流控制器(MFC)230A~230D的具體結構例，參照圖式加以說明。圖2係顯示本實施型態之質流控制器(MFC)的結構例之圖式。由於質流控制器(MFC)230A~230D為相同結構，因此以下便省略元件符號的字母A~D來代表性地說明。
如圖2所示，質流控制器(MFC)230係具備有使氣體供應路徑212在其內部分流之主流道231與側流道232。具體來說，於質流控制器(MFC)230內，從氣體導入口(IN)所導入之來自氣體供應路徑212的氣體會因主流道231與側流道232而暫時分流，且於再度匯 流後，經由流量調整閥(控制閥)235而從氣體導出口(OUT)朝氣體供應路徑212被導出。
側流道232係設置有用以測量氣體供應路徑212內的流量之流量感測器。流量感測器係由設置於側流道232的上游側之上游側感測器233，與設置於側流道232的下游側之下游側感測器234所構成。
上游側感測器233與下游側感測器234係由例如發熱電阻線所構成。藉此，當流體在上游側感測器233流動時，便會被奪走熱而溫度下降，相反地，下游側感測器234處則會被賦予熱而溫度上升。其結果，上游側感測器233與下游側感測器234處會產生溫度差，便可藉由檢測對應於該溫度差之輸出電壓(MFC輸出電壓)來檢測流量。
質流控制器(MFC)230係設置有對應於來自流量感測器(上游側感測器233、下游側感測器234)之輸出來控制流量調整閥235的開合度，藉以將氣體供應路徑212的流量調整為設定流量之MFC控制電路236。
藉由上述質流控制器(MFC)230來進行流通於氣體供應路徑212之氣體供應控制的情況下，係藉由控制部150來針對MFC控制電路236設定特定流量。如此一來，MFC控制電路236便可藉由控制流量調整閥235的開合度，來控制流通於氣體供應路徑212之氣體的流量而使其成為所設定之特定流量。
例如當針對MFC控制電路236設定特定流量時， 係打開流量調整閥235並調整其開合度，來將氣體流量調整為特定流量，而當設定零流量時，係關閉流量調整閥235來阻隔(OFF)氣體的供應。本實施型態中，係利用上述功能，而將質流控制器230內的流量調整閥235如同開閉閥(開啟/關閉閥門)般地使用，藉以抑制切換氣體時之氣體流量的過渡現象。有關於此氣體供應控制的具體細節將敘述於後。
接下來，說明上述電漿處理裝置100所進行之晶圓處理的具體例。本實施型態中，係舉進行電漿蝕刻的情況為例，例如於形成於晶圓W上之氧化膜(例如矽氧化膜)，以經圖案化後之特定膜(例如阻膜、聚矽膜)作為遮罩來形成特定深寬比的孔洞或溝槽。
此處的電漿蝕刻係舉在該處理中而生成有電漿之情況下，以短時間來交互地切換不同種類的處理氣體之情況為例。藉此，便可在生成有電漿之情況下交互地重複使用例如沉積性強的處理氣體(例如C4F6氣體)所進行之第1步驟，與使用沉積性較其要弱的處理氣體(例如C4F8氣體)所進行之第2步驟。
藉此，由於可一邊調整孔徑或溝槽寬度來使其不會過大且一邊進行蝕刻，因此可於晶圓W表面形成深寬比更高、更深的孔洞或溝槽。又，例如C4F6氣體與C4F8氣體般，藉由使所切換之氣體兩者皆為可使用於電漿蝕刻之氣體，如此便不須在每次切換該等處理氣體時便對應於該處理氣體的種類來開啟/關閉電漿，從 而可在該處理中持續施加高頻電功率來持續生成電漿。於是，便可更加提高產能。
然而，一般來說，處理氣體供應的開啟/關閉係藉由開閉質流控制器230上游側與下游側的開閉閥220、240而進行，且質流控制器230內的流量調整閥235並非使用於處理氣體供應的開啟/關閉，而是專門用於處理氣體的流量控制。
然而，如上述本實施型態之電漿蝕刻般地，在交互地切換複數處理氣體之晶圓處理中，由於係以相對較短時間來切換處理氣體，因此若在上述晶圓處理中，亦藉由開閉閥220、240的開閉來進行處理氣體之供應的開啟/關閉，則在切換處理氣體時，發生氣體流量的過渡現象(例如流量過大或不穩定等)之可能性便會提高。並且，若處理氣體的切換間隔愈短，則會有愈容易發生氣體流量的過渡現象之傾向。
以下，關於上述氣體流量的過渡現象，將舉比較例之氣體供應控制為例，參照圖式加以說明。圖3為比較例之氣體供應控制。圖3所示之氣體供應控制中，係舉藉由上游側開閉閥220與下游側開閉閥240的開閉來進行各處理氣體(C4F6氣體、C4F8氣體)之供應的開啟/關閉之情況下，發生於處理室102內之氣體流量的過渡現象為例。
如圖3所示之比較例的氣體供應控制中，係在開始(ON)C4F6氣體的供應時，依序打開例如下游側開閉 閥240A、上游側開閉閥220A，並在經過特定的延遲時間後，針對質流控制器230A設定特定流量。而在阻隔(OFF)C4F6氣體的供應時，係以相反於例如供應開始(ON)時之順序，來依序關閉上游側開閉閥220A、下游側開閉閥240A，並在經過特定的延遲時間後，針對質流控制器230A設定零流量。
與此同樣地，在開始(ON)C4F8氣體的供應時，係依序打開例如下游側開閉閥240B、上游側開閉閥220B，並在經過特定的延遲時間後，針對質流控制器230B設定特定流量。而在阻隔(OFF)C4F8氣體的供應時，係以相反於例如供應開始(ON)時之順序，來依序關閉上游側開閉閥220B、下游側開閉閥240B，並在經過特定的延遲時間後，針對質流控制器230B設定零流量。
如此地，藉由交互地重複開啟/關閉C4F8氣體之供應與開啟/關閉C4F6氣體之供應，而來互地切換並供應C4F6氣體與C4F8氣體。
然而，上述比較例之氣體供應控制中，在阻隔(OFF)各處理氣體的供應時，由於係同時關閉上游側與下游側的開閉閥220、240兩者，因此如圖2所示般地包含有質流控制器230內之上游側開閉閥220B與下游側開閉閥240B之間便會容易有氣體殘留。
於是，在開始(ON)各處理氣體的供應時，當打開下游側開閉閥240時，便必須在殘留於較流量調整閥 235要下游側之氣體瞬間流入處理室102內後，再打開流量調整閥235並調整開合度，藉以開始流量控制。於是，便會有處理氣體供應開始的短時間內容易發生氣體流量的過渡現象，而在處理氣體供應的初期階段，被供應至處理室102內的氣體流量不穩定之問題。
因此，本實施型態中，關於交互地供應複數處理氣體之氣體供應路徑212，係在打開至少下游側開閉閥240之狀態下，針對該質流控制器230重複設定特定流量與零流量，藉以開啟/關閉處理氣體的供應。
藉此，便可藉由質流控制器230之流量調整閥235的開閉來進行處理氣體的開啟/關閉。據此，則縱使是重複處理氣體的開啟/關閉，由於殘留氣體不會滯留在較流量調整閥235要下游側，因此可較以往要更加抑制被供應至處理室102內之氣體流量的過渡現象發生。藉此，便可更順利地進行更加穩定之處理氣體的切換。
並且，由於係交互地重複各處理氣體的開啟/關閉，因此所交互切換之處理氣體亦不會相互混合。藉此，則亦可防止因所交互切換之處理氣體相互混合而產生之對晶圓處理的影響。
針對上述本實施型態之氣體供應控制，參照圖式加以說明。此處，關於交互地供應複數處理氣體之氣體供應路徑212，係舉雖然開閉上游側開閉閥220，但 是在打開下游側開閉閥240之狀態下，針對該質流控制器230重複設定特定流量與零流量，藉以開啟/關閉處理氣體的供應之情況為例。圖4係顯示本實施型態之氣體供應控制之時序圖。
圖4所示之氣體供應控制係在進行晶圓W的電漿蝕刻之前，便將晶圓W載置於下部電極110且將處理室102內減壓至特定的真空壓力，並打開所交互供應之C4F6氣體與C4F8氣體相對應之質流控制器230A、230B下游側的開閉閥240A、240B。
然後，在打開下游側開閉閥240A、240B之狀態下，首先供應C4F6氣體，再藉由電功率供應裝置130來對下部電極110施加特定的高頻電功率而生成電漿，藉以開始電漿蝕刻。具體來說，係藉由電功率供應裝置130而從第1高頻電源132來對下部電極110以特定功率供應頻率為27MHz以上的第1高頻(例如40MHz)，並從第2高頻電源134以特定功率供應頻率為13.56MHz以下的第2高頻(例如2MHz)。接著，在經過特定的氣體切換時間後，切換成C4F8氣體的供應。之後，每當氣體切換時間，便交互地切換並供應該等處理氣體。
此情況下，當開始(ON)C4F6氣體的供應時，係打開上游側開閉閥220A並針對質流控制器230A設定特定流量，而當阻隔(OFF)C4F6氣體的供應時，係在關閉上游側開閉閥220A後，針對質流控制器230A設定零 流量。此時，由於下游側開閉閥240A為打開狀態，因此便藉由針對質流控制器230A設定特定流量，來打開該流量調整閥235而開始(ON)C4F6氣體的供應，且藉由針對質流控制器230A設定零流量，來關閉該流量調整閥235而阻隔(OFF)C4F6氣體的供應。
與此同樣地，當開始(ON)C4F8氣體的供應時，係打開上游側開閉閥220B並針對質流控制器230B設定特定流量，而當阻隔(OFF)C4F8氣體的供應時，係在關閉上游側開閉閥220B後，針對質流控制器230B設定零流量。此時，由於下游側開閉閥240B為打開狀態，因此便藉由針對質流控制器230B設定特定流流量，來打開該流量調整閥235而開始(ON)C4F8氣體的供應，且藉由針對質流控制器230B設定零流量，來關閉該流量調整閥235而阻隔(OFF)C4F8氣體的供應。
如此地，在打開下游側開閉閥240A、240B之狀態下，重複進行C4F6氣體與C4F8氣體的開啟/關閉特定次數，藉此便可交互地切換C4F6氣體與C4F8氣體。然後，當電漿蝕刻結束後，便關閉下游側開閉閥240A、240B。
此處，針對進行圖3、圖4所示之氣體供應控制時，處理室102內氣體流量變化的檢測實驗結果，參照圖式加以說明。此處係從電漿的發光頻譜，藉由特定自由基成分(特定波長)的發光強度來檢測處理室102內之氣體流量的變化。此外，此時的處理條件係 與後述第1處理條件、第2處理條件相同。
圖5A、圖5B皆係檢測CF自由基(260nm)的發光強度之圖式。圖5A係阻隔(OFF)C4F8氣體的供應而開始(ON)C4F6氣體的供應時之圖式，圖5B係阻隔(OFF)C4F6氣體的供應而開始(ON)C4F8氣體的供應時之圖式。圖5A、圖5B中的虛線圖形係比較例之氣體供應控制(圖3)之圖式，實線圖形係本實施型態之氣體供應控制(圖4)之圖式。
由圖5A、圖5B所示之實驗結果可得知任一情況下，在實線圖形所示之本實施型態的氣體供應控制(圖4)中，虛線圖形所示之比較例的氣體供應控制(圖3)中所發生之Q1、Q2般的過渡現象會受到抑制。
接下來，針對藉由圖3、圖4所示之氣體供應控制來交互地複數次切換C4F6氣體與C4F8氣體，藉以進行晶圓W的蝕刻時之實驗結果，參照圖式加以說明。圖6A~圖6C為比較例之氣體供應控制(圖3)的實驗結果，圖7A~圖7C為本實施型態之氣體供應控制(圖4)的實驗結果。
圖6A、圖7A係從處理室102內的電漿發光頻譜來檢測CO自由基(483nm)的發光強度，圖6B、圖7B係檢測O自由基(777nm)的發光強度，圖6C、圖7C係檢測CF自由基(260nm)的發光強度。此外，上述圖5A、圖5B的虛線圖形係相當於將圖6C的一部分放大，上述圖5A、圖5B的實線圖表係相當於將圖7C 的一部分放大。
此外，此實驗中，係針對複數片晶圓W進行電漿蝕刻，其係以聚矽膜作為遮罩而於形成於晶圓W之矽氧化膜形成特定深寬比的孔洞。圖6A~圖6C、圖7A~圖7C係將該等複數片晶圓W的實驗結果重疊顯示於圖表。此實驗的主要處理條件如以下所述。以下的第1處理條件係有關於使用沉積性強的處理氣體(此處為C4F6氣體)所進行之第1步驟，以下的第2處理條件係有關於使用沉積性弱的處理氣體(例如C4F8氣體)所進行之第2步驟。分別以10秒鐘來交互地進行該等第1、第2處理條件之各步驟。
[第1處理條件(第1步驟)]
處理室內壓力：40mTorr
氣體種類及流量比：C4F8/C4F6/Ar/O2=0/57/500/20sccm
第1高頻(40Hz)：1200W
第2高頻(2Hz)：5000W
蝕刻時間：10秒
[第2處理條件(第2步驟)]
處理室內壓力：40mTorr
氣體種類及流量比：C4F8/C4F6/Ar/O2=57/0/500/40sccm
第1高頻(40Hz)：1200W
第2高頻(2Hz)：5000W
蝕刻時間：10秒
由該等實驗結果可得知CO自由基、O自由基、CF自由基的任一情況下，在圖7A~圖7C所示之本實施型態的氣體供應控制(圖4)中，圖6A~圖6C所示之比較例的氣體供應控制(圖3)中所發生之Q1、Q2般的過渡現象會受到抑制。
如此地，依據本實施型態之氣體供應控制(圖4)，關於所交互供應之處理氣體，由於係在打開下游側的開閉閥240之狀態下，針對質流控制器230重複設定特定流量與零流量，因此可將流量調整閥235如同開閉閥般地使用，來重複處理氣體的開啟/關閉。
藉此，由於可使殘留氣體不會滯留在較流量調整閥235要下游側，因此可抑制發生於處理室102內之氣體流量的過渡現象。並且，在切換處理氣體時，由於係阻隔(OFF)其中一處理氣體的供應而開始(ON)另一處理氣體的供應，因此亦可防止處理氣體相互混合。
此外，上述圖4所示之氣體供應控制中，雖係舉在晶圓W的處理中使下游側開閉閥240為打開狀態之情況為例來說明，但不限於此。例如，在晶圓W的處理中，不僅是下游側開閉閥240，而亦可預先使上游側開閉閥220為打開狀態。
(本實施型態之變形例)
接著，作為本實施型態之變形例，針對如上所述地在打開質流控制器230下游側與上游側兩者的開閉 閥220、240之狀態下，交互地切換處理氣體來進行電漿蝕刻之氣體供應控制，參照圖式加以說明。圖8係顯示本實施型態變形例之氣體供應控制之時序圖。
圖8所示之氣體供應控制係在進行晶圓W的電漿蝕刻之前，便將晶圓W載置於下部電極110且將處理室102內減壓至特定的真空壓力，並依序打開所交互供應之C4F6氣體與C4F8氣體相對應之質流控制器230A、230B下游側的開閉閥240A、240B與上游側的開閉閥220A、220B。
然後，在打開下游側開閉閥240A、240B與上游側開閉閥220A、220B之狀態下，首先供應C4F6氣體，再藉由電功率供應裝置130來對下部電極110施加特定的高頻電功率而生成電漿，藉以開始電漿蝕刻。具體來說，係與上述同樣地藉由電功率供應裝置130而從第1高頻電源132來對下部電極110以特定功率供應頻率為27MHz以上的第1高頻(例如40MHz)，並且從第2高頻電源134以特定功率供應頻率為13.56MHz以下的第2高頻(例如2MHz)。接著，在經過特定的氣體切換時間後，切換成C4F8氣體的供應。之後，每當氣體切換時間，便交互地切換並供應該等處理氣體。
此情況下，當開始(ON)C4F6氣體的供應時，係針對質流控制器230A設定特定流量，而當阻隔(OFF)C4F6氣體的供應時，係針對質流控制器230A設定零流量。此時，由於上游側開閉閥220A與下游側 開閉閥240A皆為打開狀態，因此便藉由針對質流控制器230A設定特定流量，來打開該流量調整閥235而開始(ON)C4F6氣體的供應，且藉由針對質流控制器230A設定零流量，來關閉該流量調整閥235而阻隔(OFF)C4F6氣體的供應。
與此同樣地，當開始(ON)C4F8氣體的供應時，係將質流控制器230B設定為特定流量，而當阻隔(OFF)C4F8氣體的供應時，係將質流控制器230B設定為零流量。此時，由於上游側開閉閥220B與下游側開閉閥240B皆為打開狀態，因此係藉由將質流控制器230B設定為特定流量，來打開該流量調整閥235而開始(ON)C4F8氣體的供應，且藉由將質流控制器230B設定為零流量，來關閉該流量調整閥235而阻隔(OFF)C4F8氣體的供應。
如此地，在打開下游側開閉閥240A、240B與上游側開閉閥220A、220B之狀態下，重複進行C4F6氣體與C4F8氣體的開啟/關閉特定次數，藉此便可交互地切換C4F6氣體與C4F8氣體。然後，在電漿蝕刻結束後，依序關閉上游側開閉閥220A、220B、下游側開閉閥240A、240B。此外，圖8所示之氣體流量控制中，開閉下游側開閉閥240A、240B與上游側開閉閥220A、220B之順序不限於上述順序。
此處，針對藉由圖8所示之氣體供應控制來交互地複數次切換C4F6氣體與C4F8氣體，藉以進行晶圓W 的蝕刻時之實驗結果，參照圖式加以說明。圖9A~圖9C為本實施型態變形例之氣體供應控制(圖8)的實驗結果。圖9A為從處理室102內的電漿發光頻譜來檢測CO自由基的發光強度之圖式，圖9B為檢測O自由基的發光強度之圖式，圖9C為檢測CF自由基的發光強度之圖式。
此外，此實驗中，係針對複數片晶圓W進行電漿蝕刻，其係以聚矽膜作為遮罩而於形成於晶圓W之氧化膜形成特定深寬比的孔洞。圖9A~圖9C係將該等複數片晶圓W的實驗結果重疊顯示於圖表。此實驗亦與圖3、圖4之情況同樣地，分別以10秒鐘來交互地進行上述第1、第2處理條件之各步驟。
由該等實驗結果可得知CO自由基、O自由基、CF自由基的任一情況下，在圖9A~圖9C所示之本實施型態變形例的氣體供應控制(圖8)中，圖6A~圖6C所示之比較例的氣體供應控制(圖3)中所發生之Q1、Q2般的過渡現象會受到抑制。
如此地，藉由本實施型態之變形例的氣體供應控制(圖8)，關於所交互供應之處理氣體，由於係在打開下游側的開閉閥240A、240B之狀態下，針對質流控制器230重複設定特定流量與零流量，因此亦可將流量調整閥235如同開閉閥般地使用，來重複處理氣體的開啟/關閉。
藉此，由於可使殘留氣體不會滯留在較流量調整 閥235要下游側，因此可抑制發生於處理室102內之氣體流量的過渡現象。並且，在切換處理氣體時，由於係阻隔(OFF)其中一處理氣體的供應而開始(ON)另一處理氣體的供應，因此亦可防止處理氣體相互混合。
再者，本實施型態之變形例的氣體供應控制(圖8)中，由於係亦使上游側開閉閥220為打開狀態，因此亦可抑制後述發生於質流控制器230內之氣體流量的過渡現象。
以下，針對上述質流控制器230內之氣體流量的過渡現象，參照圖式來詳細說明。如上所述圖3所示之比較例的氣體供應控制中，由於係在阻隔(OFF)各處理氣體的供應時，同時關閉上游側開閉閥220與下游側開閉閥240兩者，因此如圖2所示般地包含有質流控制器230內之上游側開閉閥220B與下游側開閉閥240B之間便會容易有氣體殘留。
此時，氣體供應路徑212的壓力分佈高低依序為：較上游側開閉閥220要上游側處為最高，上游側開閉閥220與流量調整閥235間次之，下游側開閉閥240處為最低。
於是，在開始(ON)各處理氣體的供應時，當打開上游側開閉閥220時，由於係如圖2所示般地在殘留於較上游側開閉閥220要上游側之氣體瞬間流入質流控制器230內(上游側開閉閥220與流量調整閥235之間)後，再打開流量調整閥235並調整開合度，藉以開 始流量控制，因而在氣體供應開始的短時間內，流量感測器所檢測之流量亦會容易發生過渡現象。
針對這一點，圖8所示之本案實施型態變形例的氣體供應控制中，由於不僅是下游側開閉閥240，而亦係在打開上游側開閉閥220之狀態下，開啟/關閉各處理氣體的供應，因此亦可防止氣體從較上游側開閉閥220要上游側瞬間流入質流控制器230內。藉此，則亦可抑制質流控制器230內之氣體流量的過渡現象。
此處，針對藉由圖3、圖8所示之氣體供應控制來交互地複數次切換C4F6氣體與C4F8氣體，藉以進行晶圓W的電漿蝕刻時之實驗結果，參照圖式加以說明。圖10A、圖10B為比較例之氣體供應控制(圖3)的實驗結果，圖11A、圖11B為本實施型態變形例之氣體供應控制(圖8)的實驗結果。
圖10A、圖11A係將藉由質流控制器230A的流量感測器所檢測之C4F6氣體的氣體流量與時變化顯示於圖表之圖式，圖10B、圖11B係將藉由質流控制器230B的流量感測器所檢測之C4F8氣體的氣體流量與時變化顯示於圖表之圖式。
由該等實驗結果可得知，在圖11A、圖11B所示之本實施型態變形例的氣體供應控制(圖8)中，圖10A、圖10B所示之比較例的氣體供應控制(圖3)中所發生之Q3、Q4般的過渡現象會受到抑制。
如此地，依據本實施型態之變形例的氣體供應控制(圖8)，由於不僅是下游側開閉閥240，而亦使上游側開閉閥220為打開狀態，且針對質流控制器230重複設定特定流量與零流量，因此不僅是處理室102內之氣體流量的過渡現象，且亦可抑制質流控制器230內之氣體流量的過渡現象。
可是，如本實施型態般地切換處理氣體來進行電漿蝕刻之情況下，若氣體切換時間愈短，則可形成深寬比更大的孔洞或溝槽。但上述般的氣體流量過渡現象，當處理氣體的切換時間愈短，會愈容易發生。
因此，上述圖4、圖8所示之氣體流量控制亦可僅在氣體切換時間為閾值以下之情況下執行，而當氣體切換時間非為閾值以下的情況，則進行圖3所示之氣體流量控制。此情況下的氣體切換時間的閾值較佳係設定在1秒~15秒的範圍。
藉此，便可只在容易發生氣體流量的過渡現象之氣體切換時間較短的情況下，進行上述圖4、圖8所示之氣體流量控制。藉此，便可確實地抑制在形成深寬比更高、更深的孔洞或溝槽之情況下所容易發生之氣體流量的過渡現象。此外，亦可對應於孔洞或溝槽的深寬比，來判斷是否進行上述圖4、圖8所示之氣體流量控制。
此外，上述圖4所示之氣體流量控制中，開閉下游側開閉閥240的時間點不限於上述情況。例如，打 開下游側開閉閥240的情況，可在最初供應各處理氣體之前便先打開。又，關閉下游側開閉閥240的情況，可在最後供應各處理氣體之後再關閉。
又，上述圖8所示之氣體流量控制中，開閉下游側開閉閥240與上游側開閉閥220的時間點亦不限於上述情況。例如，打開各開閉閥220、240的情況，可在最初供應各處理氣體之前便先打開。又，關閉各開閉閥220、240的情況，可在最後供應各處理氣體之後再關閉。
又，本實施型態中，雖係針對各質流控制器230上游側與下游側兩者皆設置有開閉閥220、240之情況加以說明，但不限於此，而亦可適用於各質流控制器的上游側不設置開閉閥，而是僅有下游側設置開閉閥之情況。
又，本實施型態中，作為交互地切換而被供應至處理室102內之複數處理氣體，雖係舉C4F6氣體與C4F8氣體之2種蝕刻氣體來加以說明，但不限於此。亦可交互地切換蝕刻氣體(例如C4F6氣體)與清潔氣體(例如O2氣體)。藉此，則縱使是重複蝕刻與清潔的情況，仍可抑制氣體流量的過渡現象。
再者，所交互切換之處理氣體不限於2種，而亦可交互地切換來供應3種以上的處理氣體。又，不僅是蝕刻或清潔的處理，而亦可適用於交互切換2種以上的處理氣體之成膜處理。
又，本實施型態中，雖係舉使用質流控制器來作為流量控制器之情況為例，但不限於此，只要是能夠藉由調整流量調整閥的開合度來進行流量控制，則可使用任何型態的流量控制器。例如，亦可使用FCS(Flow Control System(註冊商標))。
以上，雖已參照添附圖式來針對本發明較佳實施型態加以說明，但應無需贅言本發明並未限定於該範例。業界人士應當可在申請專利範圍所記載之範疇內思及各種變化例或修正例，且可明解該等當然亦屬於本發明之技術範圍。
例如上述實施型態中，作為電漿處理裝置，雖係舉僅對下部電極重疊施加不同的高頻電功率(雙頻)來生成電漿之型態的電漿處理裝置為例來說明，但不限於此。例如，亦可適用於僅對下部電極施加1種頻率的高頻電功率來生成電漿之型態，或是分別對上部電極與下部電極施加不同的高頻(雙頻)之型態的電漿處理裝置。
再者，不限於上述平行平板的電容耦合型電漿處理裝置，而亦可適用於例如感應耦合型(ICP：Inductively Coupled Plasma)電漿處理裝置等。
本發明可適用於可對處理室內供應複數處理氣體之電漿處理裝置及其氣體供應方法。
100‧‧‧電漿處理裝置
102‧‧‧處理室
110‧‧‧下部電極
120‧‧‧上部電極
122‧‧‧遮蔽環
124‧‧‧氣體導入口
126‧‧‧擴散室
128‧‧‧氣體供應孔
130‧‧‧電功率供應裝置
132‧‧‧第1高頻電源
133‧‧‧第1匹配器
134‧‧‧第2高頻電源
135‧‧‧第2匹配器
140‧‧‧排氣裝置
142‧‧‧排氣口
150‧‧‧控制部
152‧‧‧操作部
154‧‧‧記憶部
200‧‧‧氣體供應系統
210A~210D‧‧‧氣體供應源
212A~212D‧‧‧氣體供應路徑
214‧‧‧共通氣體供應路徑
216‧‧‧開閉閥
220A~220D‧‧‧上游側開閉閥
230A~230D‧‧‧質流控制器(MFC)
231‧‧‧主流道
232‧‧‧側流道
233‧‧‧上游側感測器
234‧‧‧下游側感測器
235‧‧‧流量調整閥(控制閥)
236MFC‧‧‧控制電路
240A~240D‧‧‧下游側開閉閥
G‧‧‧閘閥
W‧‧‧晶圓
圖1係顯示本發明實施型態之電漿處理裝置的概略結構之剖視圖。
圖2係顯示同實施型態之質流控制器的結構例之圖式。
圖3係顯示比較例之氣體供應控制之時序圖。
圖4係顯示本實施型態之氣體供應控制之時序圖。
圖5A為阻隔(OFF)C4F8氣體的供應而開始(ON)C4F6氣體的供應時之實驗結果，且為由處理室內的電漿發光頻譜來檢測CF自由基的發光強度而顯示於圖表之圖式。
圖5B為阻隔(OFF)C4F6氣體的供應而開始(ON)C4F8氣體的供應時之實驗結果，且為由處理室內的電漿發光頻譜來檢測CF自由基的發光強度而顯示於圖表之圖式。
圖6A為藉由圖3所示之比較例的氣體供應控制來進行電漿蝕刻之實驗結果，且為由處理室內的電漿發光頻譜來檢測CO自由基的發光強度而顯示於圖表之圖式。
圖6B為藉由圖3所示之比較例的氣體供應控制來進行電漿蝕刻之實驗結果，且為由處理室內的電漿發光頻譜來檢測O自由基的發光強度而顯示於圖表之圖式。
圖6C為藉由圖3所示之比較例的氣體供應控制來 進行電漿蝕刻之實驗結果，且為由處理室內的電漿發光頻譜來檢測CF自由基的發光強度而顯示於圖表之圖式。
圖7A為藉由圖4所示之本實施型態的氣體供應控制來進行電漿蝕刻之實驗結果，且為由處理室內的電漿發光頻譜來檢測CO自由基的發光強度而顯示於圖表之圖式。
圖7B為藉由圖4所示之本實施型態的氣體供應控制來進行電漿蝕刻之實驗結果，且為由處理室內的電漿發光頻譜來檢測O自由基的發光強度而顯示於圖表之圖式。
圖7C為藉由圖4所示之本實施型態的氣體供應控制來進行電漿蝕刻之實驗結果，且為由處理室內的電漿發光頻譜來檢測CF自由基的發光強度而顯示於圖表之圖式。
圖8係顯示本實施型態變形例之氣體供應控制之時序圖。
圖9A為藉由圖8所示之本實施型態變形例的氣體供應控制來進行電漿蝕刻之實驗結果，且為由處理室內的電漿發光頻譜來檢測CO自由基的發光強度而顯示於圖表之圖式。
圖9B為藉由圖8所示之本實施型態變形例的氣體供應控制來進行電漿蝕刻之實驗結果，且為由處理室內的電漿發光頻譜來檢測O自由基的發光強度而顯示 於圖表之圖式。
圖9C為藉由圖8所示之本實施型態變形例的氣體供應控制來進行電漿蝕刻之實驗結果，且為由處理室內的電漿發光頻譜來檢測CF自由基的發光強度而顯示於圖表之圖式。
圖10A為藉由圖3所示之比較例的氣體供應控制來進行電漿蝕刻之實驗結果，且為檢測質流控制器內之C4F6氣體的流量而顯示於圖表之圖式。
圖10B為藉由圖3所示之比較例的氣體供應控制來進行電漿蝕刻之實驗結果，且為檢測質流控制器內之C4F8氣體的流量而顯示於圖表之圖式。
圖11A為藉由圖8所示之本實施型態變形例的氣體供應控制來進行電漿蝕刻之實驗結果，且為檢測質流控制器內之C4F6氣體的流量而顯示於圖表之圖式。
圖11B為藉由圖8所示之本實施型態變形例的氣體供應控制來進行電漿蝕刻之實驗結果，且為檢測質流控制器內之C4F8氣體的流量而顯示於圖表之圖式。

Claims (8)

  1. 一種電漿處理裝置的氣體供應方法，係藉由一邊對可減壓之處理室內供應特定氣體一邊生成電漿，來對該處理室內的基板施予特定電漿處理之電漿處理裝置的氣體供應方法；其特徵為該電漿處理裝置係具備有：氣體供應系統，係分別將氣體供應路徑連接於複數處理氣體供應源，而透過該等氣體供應路徑來對該處理室供應所欲處理氣體；流量控制器，係分別設置於該各氣體供應路徑，而對應於所設定之流量來調整流量調整閥的開合度，藉以控制流通於該氣體供應路徑之氣體的流量；以及開閉閥，係分別設置於該各流量控制器的下游側；其中，在該基板的電漿處理中交互地切換至少2種以上之處理氣體來供應至該處理室內時，關於該所切換之處理氣體的各氣體供應路徑，係在打開該流量控制器下游側的該開閉閥之狀態下，針對該流量控制器重複設定特定流量與零流量，藉以交互地開啟/關閉該各處理氣體的供應；當交互切換該各處理氣體來供應至該處理室內時，會判斷該各處理氣體的切換時間是否為閾值以下； 若判斷該切換時間為閥值以下之情況下，該所切換之處理氣體之供應的開啟/關閉係在打開該開閉閥之狀態下，藉由針對該流量控制器之特定流量或零流量的設定而進行；若判斷該切換時間非為閾值以下之情況下，該所切換之處理氣體之供應的開啟/關閉係藉由該開閉閥的開閉而進行。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置的氣體供應方法，其中該各流量控制器的上游側亦分別設置有開閉閥；關於該所切換之處理氣體的各氣體供應路徑，不僅該流量控制器下游側的該開閉閥而亦係在打開上游側的該開閉閥之狀態下，針對該流量控制器重複特定流量與零流量的設定控制，藉以交互地開啟/關閉該各處理氣體的供應。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置的氣體供應方法，其中該切換時間的閾值係設定在1秒~15秒的範圍。
  4. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置的氣體供應方法，其中該切換時間的閾值係設定在1秒~15秒的範圍。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之電漿處理裝置的氣體供應方法，其中該所切換之處理氣體係至少2種以上之蝕刻氣體。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之電漿處理裝置的氣體供應方法，其中該所切換之處理氣體係包含有至少蝕刻氣體與清潔氣體。
  7. 如申請專利範圍第5項之電漿處理裝置的氣體供應方法，其中該至少2種以上之蝕刻氣體係含有C4F6氣體及C4F8氣體。
  8. 一種電漿處理裝置，係藉由一邊對可減壓之處理室內供應特定氣體一邊生成電漿，來對該處理室內的基板施予特定電漿處理；其特徵為具備有：氣體供應系統，係分別將氣體供應路徑連接於複數處理氣體供應源，而透過該等氣體供應路徑來對該處理室供應所欲處理氣體；流量控制器，係分別設置於該各氣體供應路徑，而對應於所設定之流量來調整流量調整閥的開合度，藉以控制流通於該氣體供應路徑之氣體的流量；開閉閥，係分別設置於該各流量控制器的下游側；以及控制部，係針對該各流量控制器設定流量；其中，該控制部係在該基板的電漿處理中交互地切換至少2種以上之處理氣體來供應至該處理室內時，關於該所切換之處理氣體的各氣體供應路徑，係在打開該流量控制器下游側的該開閉 閥之狀態下，針對該流量控制器重複設定特定流量與零流量，藉以交互地開啟/關閉該各處理氣體的供應；當交互切換該各處理氣體來供應至該處理室內時，會判斷該各處理氣體的切換時間是否為閾值以下；若判斷該切換時間為閾值以下之情況下，該所切換之處理氣體之供應的開啟/關閉係在打開該開閉閥之狀態下，藉由針對該流量控制器之特定流量或零流量的設定而進行；若判斷該切換時間非為閾值以下之情況下，該所切換之處理氣體之供應的開啟/關閉係藉由該開閉閥的開閉而進行。
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