TWI658528B - 氣體供給方法及半導體製造裝置 - Google Patents

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Abstract

在氣體流量之脈衝控制中供給適當流量之氣體。
提供一種氣體供給方法，係將含有至少一種氣體種類氣體之處理氣體供給至半導體製造裝置內之程序空間的氣體供給方法，包含有：第1工序，係在第1時段將該一種氣體種類之氣體控制為第1流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；第2工序，係在第2時段將該氣體控制為較該第1流量值要小之第2流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；第3工序，係在該第1時段前之第3時段將該氣體控制為較該第1流量值要大之第3流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；以及第4工序，係在該第2時段前之第4時段將該氣體控制為較該第2流量值要小之第4流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；該第1、第2、第3以及第4時段係以既定順序來週期性地反覆進行。

Description

氣體供給方法及半導體製造裝置
本發明係關於一種氣體供給方法及半導體製造裝置。
半導體裝置之製造中，係提議有一種在將包含至少一種的氣體種類之處理氣體供給至程序空間時，每數秒便切換2種相異流量值之氣體而反覆供給的「氣體流量之脈衝控制」(例如參照專利文獻1、2)。作為氣體流量之脈衝控制的一範例係舉例有將A氣體之流量值與B氣體之流量值設定為相異流量值，而交互脈衝狀地供給A氣體與B氣體的情況。作為氣體流量之脈衝控制的其他範例係舉例有將A氣體之流量值設定為2個相異流量值，而將A氣體切換為2個相異流量值並脈衝狀地供給的情況。藉由進行氣體流量之脈衝控制，便可抑制因孔洞尺寸或凹槽尺寸之大小而改變蝕刻速率，亦即微型加載(micro loading)。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
專利文獻1：日本特開2011-165769號公報
專利文獻2：美國專利第8440473號
然而，在將氣體切換為2種相異流量值之高流量側的流量值(以下，亦稱為「高流量值」)與低流量側之流量值(以下，亦稱為「低流量值」)來加以供給之氣體控制方法中，在切換時要到達高流量值及低流量值會需要時間。因此，如圖1所示，在切換氣體之上調或下調的期間，實際所供給之氣體並未達到所設定之流量。因此，會發生在到達所設定之流量值前便切 換為下個氣體流量之控制。藉此，便會產生實際所供給之氣體流量較預先設定之氣體流量要小，而無法讓程序後之基板獲得所欲的特性之情況。
對於上述課題，在一面相中，其目的在於提供一種氣體供給方法及半導體製造裝置，係可在氣體流量之脈衝控制中供給適當流量的氣體。
為了解決上述課題，根據一態樣，便提供一種氣體供給方法，係將含有至少一種氣體種類的氣體之處理氣體供給至半導體製造裝置內之程序空間的氣體供給方法，包含有：第1工序，係在第1時段將該一種氣體種類的氣體控制為第1流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；第2工序，係在第2時段將該氣體控制為較該第1流量值要小之第2流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；第3工序，係在該第1時段前之第3時段將該氣體控制為較該第1流量值要大之第3流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；以及第4工序，係在該第2時段前之第4時段將該氣體控制為較該第2流量值要小之第4流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；該第1、第2、第3以及第4時段係以既定順序來週期性地反覆進行。
又，為了解決上述課題，根據其他態樣，便提供一種半導體製造裝置，係具有：氣體供給源，係將包含有至少一種氣體種類的氣體之處理氣體供給至腔室內之程序空間；氣體流量控制器，係控制該處理氣體之流量；以及控制部，係控制該處理氣體之供給；其中該控制部係在第1時段將該一種氣體種類的氣體控制為第1流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；在第2時段將該氣體控制為較該第1流量值要小之第2流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；在該第1時段前之第3時段將該氣體控制為較該第1流量值要大之第3流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；在該第2時段前之第4時段將該氣體控制為較該第2流量值要小之第4流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；以及以既定順序來週期性地反覆進行該第1、第2、第3以及第4時段。
根據一態樣，便可在氣體流量之脈衝控制中供給適當流量之氣體。
1‧‧‧電漿處理裝置
10‧‧‧腔室
15‧‧‧氣體供給源
16‧‧‧氣體流量控制器
20‧‧‧下部電極(載置台)
25‧‧‧上部電極
65‧‧‧排氣裝置
80‧‧‧終點檢出裝置
81‧‧‧測定窗
100‧‧‧控制部
W‧‧‧晶圓
圖1係顯示腔室內之氣體流量的作動之一範例的圖式。
圖2係顯示一實施形態相關之半導體製造裝置的一範例之圖式。
圖3係用以實行一實施形態相關之氣體供給處理的一範例之流程圖。
圖4係顯示一實施形態相關之電漿發光強度與O2氣體流量之相關關係的一範例之圖表。
圖5係顯示一實施形態相關之氣體流量控制機制的一範例之圖式。
圖6係顯示一實施形態相關之腔室內的氣體流量之作動的一範例之圖式。
圖7係顯示一實施形態相關之氣體流量控制機制的一範例之圖式。
圖8係顯示一實施形態相關之電漿發光強度與C4F8氣體流量之相關關係的一範例之圖表。
圖9係顯示一實施形態相關之氣體供給處理效果的一範例之圖式。
圖10係顯示一實施形態相關之氣體供給處理效果的一範例之圖式。
以下，關於用以實施本發明之形態便參照圖式來加以說明。另外，本說明書及圖式中，關於實質上相同之構成便藉由附加相同符號來省略重複說明。
[半導體製造裝置之構成]
首先，關於本發明一實施形態相關之半導體製造裝置的構成，便參照圖2來加以說明。圖2係顯示作為一實施形態相關之半導體製造裝置的一範例之電漿處理裝置的構成。
圖2所示之電漿處理裝置1係舉在腔室內對向配置下部電極20(載置台)與上部電極25(噴淋頭)，並從上部電極25將處理氣體供給至腔室內之平行平板型電漿處理裝置為範例來加以說明。
電漿處理裝置1係具有由例如鋁等導電性材料所構成之腔室10及將氣體供給至腔室10內之氣體供給源15。腔室10係接地。氣體供給源15係在各蝕刻工序中供給分別經設定流量之處理氣體。氣體流量控制器16係控制 設於內部之閥的開啟程度以調整處理氣體流量。圖2中雖未圖示，但氣體流量控制器16係依可從氣體供給源15供給之氣體種類來被加以設置。
腔室10係電性接地，腔室10內係設置有下部電極20以及與其對向而平行地配置之上部電極25。下部電極20亦具有作為載置半導體晶圓W(以下，僅稱為「晶圓W」)之載置台的機能。晶圓W係為蝕刻對象之基板的一範例。
載置台(下部電極20)上面係設置有用以靜電吸附晶圓W之靜電夾具106。靜電夾具106係成為將夾具電極106a夾置在絕緣體106b之間之構造。夾具電極106a係連接有直流電壓源112，藉由從直流電壓源112施加直流電壓至電極106a，便會以庫倫力來將晶圓W靜電吸附於靜電夾具106。
載置台(下部電極20)係藉由支撐體104來被加以支撐。支撐體104內部係形成有冷媒流道104a。冷媒流道104a係連接有冷媒入口配管104b及冷媒出口配管104c。冷媒流道104a係循環有適當冷媒，例如冷卻水等。
導熱氣體供給源85係讓氦(He)氣或氬(Ar)氣等導熱氣體通過氣體供給管線130而供給至靜電夾具106上之晶圓W內面。藉由相關構成，靜電夾具106便會藉由循環於冷媒流道104a之冷卻水以及供給至晶圓W內面之導熱氣體來進行溫度控制。其結果，便可將晶圓W控制為既定溫度。
下部電極20係連接有供給雙頻重疊電力之電力供給裝置30。電力供給裝置30係具備有供給第1頻率之第1高頻電力(電漿激發用高頻電力)的第1高頻電源32以及供給較第1頻率要低之第2頻率的第2高頻電力(偏壓產生用高頻電力)之第2高頻電源34。第1高頻電源32會透過第1匹配器33來電性連接於下部電極20。第2高頻電源34會透過第2匹配器35來電性連接於下部電極20。第1高頻電源32係供給例如40MHz之第1高頻電力。第2高頻電源34係供給例如3.2MHz之第2高頻電力。
第1匹配器33及第2匹配器35會分別於第1高頻電源32及第2高頻電源34之內部(或輸出)阻抗匹配負載阻抗。第1匹配器33及第2匹配器35係具有在腔室10內生成電漿時，將第1高頻電源32及第2高頻電源34之內部阻抗與負荷阻抗看起來成為一致的機能。
上部電極25會透過披覆其周緣部之密封環40來被安裝於腔室10頂部。上部電極25如圖2所示可為電性接地，又，亦可構成為連接未圖示之可變 直流電源而施加既定直流(DC)電壓至上部電極25。
上部電極25係形成有用以將來自氣體供給源15之氣體導入的氣體導入口45。又，上部電極25內部係設置有讓從氣體導入口45分歧而被導入之氣體擴散的中央側擴散室50a及邊緣側擴散室50b。
上部電極25係形成有將來自該擴散室50a、50b之氣體供給至腔室10內之多數氣體供給孔55。各氣體供給孔55係配置為可將氣體供給至載置於下部電極20之晶圓W與上部電極25之間。
來自氣體供給源15之氣體會透過氣體導入口45來供給至擴散室50a、50b，並在此擴散而分配至各氣體供給孔55，並從氣體供給孔55朝向下部電極20導入。相關構成之上部電極25亦具有作為供給氣體之噴淋頭的機能。
腔室10底面係形成有排氣口60，並藉由連接於排氣口60之排氣裝置65來進行排氣，便可將腔室10內維持為既定真空度。腔室10側壁係設置有閘閥G。閘閥G係在從腔室10進行晶圓W之搬入及搬出時開閉搬出入口。
終點檢出裝置80(EPD：End Point Detector)係被安裝於電漿處理裝置1之腔室10側壁，並透過測定窗81來測定電漿生成空間之電漿發光強度。
電漿處理裝置1係設置有控制裝置整體動作之控制部100。控制部100係具有CPU(Central Processing Unit)105、ROM(Read Only Memory)110以及RAM(Random Access Memory)115。CPU105係依照儲存於該等的記憶區域之各種配方來實行後述之蝕刻各工序。本實施形態中，表示所欲之氣體種類的特定波長之發光強度及其氣體種類之流量值的相關關係之數據會被記憶於ROM110或RAM115。該相關關係數據係藉由終點檢出裝置80(EPD：End Point Detector)預先測定之電漿發光強度與此時供給至腔室10內之氣體流量值來得到。具體而言，終點檢出裝置80係檢出在腔室10內供給特定氣體而生成之電漿發光強度的變化。在檢出時，係藉由未圖示之分光器來分光電漿，並以光電轉換器來進行光電轉換，而以增幅器來增幅經轉換的電訊號，便可得到特定氣體種類的氣體流量與電漿發光強度之相關關係。
配方係設定有為相對於程序條件之裝置的控制資訊之程序時間、壓力(氣體之排氣)、高頻電力及電壓、腔室內溫度(上部電極溫度、腔室側壁溫 度、ESC溫度等)等。又，配方係設定有為了將處理氣體脈衝控制所設定之氣體的高流量值及低流量值、氣體的切換時間等。
另外，表示該等程式或處理條件之配方可被記憶於硬碟或半導體記憶體。又，表示該等程式或處理條件之配方亦可為在儲存於可移動性之CD-ROM、DVD等可藉由電腦來讀取的記憶媒體的狀態下來設置於記憶區域的既定位置。
以上，已就本實施形態相關之電漿處理裝置1的整體構成來加以說明。藉由相關構成之電漿處理裝置1來反覆實行蝕刻之各工序。另外，本實施形態相關之電漿處理裝置1不僅能蝕刻晶圓W，亦可作為將晶圓W成膜或灰化之裝置來加以使用。該情況，本實施形態相關之電漿處理裝置1中仍係依照後述之本實施形態相關的氣體供給方法來進行成膜氣體或灰化氣體流量之脈衝控制。
[氣體供給處理]
接著，關於本發明一實施形態相關之氣體供給處理，便參照圖3來加以說明。圖3係用以實行本實施形態相關之氣體供給處理的一範例之流程圖。本實施形態相關之氣體供給處理係藉由本實施形態相關之電漿處理裝置1之控制部100來加以控制。
(流量值之設定)
在進行本實施形態相關之氣體供給處理前，有需要先訂定切換氣體時之上調時(OVERSHOOT時)及下調時(UNDERSHOOT時)的氣體流量值之適當值。在此便就單一O2氣體(氧氣)來說明適當調整OVERSHOOT時及UNDERSHOOT時之氣體流量值的方法。
首先，從氣體供給源15來將所欲流量之O2氣體供給至電漿生成空間。O2氣體會脈衝狀地被流量控制而加以供給。此時，O2氣體之高流量值及低流量值係基於圖4作為一範例來加以顯示之電漿發光強度與O2氣體流量的相關圖表來加以設定。
電漿發光強度與O2氣體流量之相關圖表係藉由相對於將一種氣體種類之氣體(在此為O2氣體)供給至電漿生成空間時的O2氣體之所欲流量值，而檢出於電漿生成空間所生成之電漿的發光強度來取得。終點檢出裝置80會改變供給至電漿生成空間之O2氣體流量值而檢出此時於電漿生成空間所生 成的電漿之發光強度。如此所取得之數據群會被記憶於RAM115等之記憶部。此數據群之收集作業係在實際程序前作為程序之準備來加以進行。
如此方式來收集數據之結果，如圖4以大致為直線所顯示般，得知電漿發光強度與O2氣體流量會有大致正比關係。因此，藉由檢出O2氣體所生成之電漿的發光強度，並將其檢出值流量換算為O2氣體，便可訂定上調時(OVERSHOOT時)及下調時(UNDERSHOOT時)之氣體流量值。O2氣體之高流量值及低流量值係以施予晶圓W之蝕刻處理的特性來預先設定。另外，O2氣體之高流量值係作為第1流量值之一範例，O2氣體之低流量值係作為第2流量值之一範例，並為第1流量值>第2流量值之關係。
因此，本實施形態中，上調時之氣體流量值(第3流量值)會設定為較高流量值(第1流量值)要高，而上調時之氣體流量值會基於以上述方法所換算之流量值與高流量值的比較結果來適當調整。
同樣地，本實施形態中，下調時之氣體流量值(第4流量值)會設定為較低流量值(第2流量值)要低，而下調時之氣體流量值會基於以上述方法所換算之流量值與低流量值的比較結果來適當調整。
如此一來，上調時之O2氣體流量值及下調時之O2氣體流量值係基於圖4之相關圖表來預先設定。下調及上調時之氣體流量值係預先設定為對施予晶圓W之蝕刻而得到所欲特性之數值。另外，第1、第2、第3及第4流量值係正值，並為第3流量值>第1流量值>第2流量值>第4流量值之大小關係。
在電漿處理裝置1之腔室10內穩定後，而開始圖3之氣體供給處理時，首先，控制部100會控制氣體流量控制器16之閥的開啟程度，並以第4流量值來供給O2氣體(步驟S10：第4工序)。藉此，便會在0.5秒期間實行在圖5所示之O2氣體的低流量側之下調中將流量控制為較低流量值要小的UNDERSOOT工序(第4時段之一範例)。
經過0.5秒後，控制部100會控制氣體流量控制器16之閥的開啟程度，並以第2流量值來供給O2氣體(步驟S12：第2工序)。藉此，來實行圖5所示之低流量值的工序。圖5中，低流量值之工序係實行2.5秒(第2時段之一範例)。藉此，來進行3秒之低流量蝕刻。
控制部100會控制氣體流量控制器16之閥的開啟程度，並以第3流量值來供給O2氣體(步驟S14：第3工序)。藉此，便會在0.5秒期間實行在圖5所示之O2氣體的高流量側之上調中將流量控制為較高流量值要大的OVERSHOOT工序(第3時段之一範例)。
經過0.5秒後，控制部100會控制氣體流量控制器16之閥的開啟程度，並以第1流量值來供給O2氣體(步驟S16：第1工序)。藉此，來實行圖5所示之高流量值的工序。圖5中，高流量值之工序係實行2.5秒(第1時段之一範例)。藉此，來進行3秒之高流量蝕刻。
接著，控制部100會判定是否重複循環既定次數(步驟S18)。在未重複循環既定次數的情況，便回到步驟S10，而控制部100會再次重複步驟S10~S18。在重複循環既定次數的情況，便結束本處理。
本實施形態相關之氣體供給處理中，係依序重複第4工序、第2工序、第3工序、第1工序來控制氣體流量。然而，本實施形態相關之氣體供給方法並不被限定於此，亦可例如依序重複第3工序、第1工序、第4工序、第2工序來控制氣體流量。
圖6係顯示實行本實施形態相關之氣體供給方法的情況之腔室內的氣體流量之作動的一範例。根據本實施形態相關之氣體供給方法，得知相較於分別重複3秒圖1之高流量與低流量的情況，在朝高流量側之上調時與朝低流量之下調時會以較短時間到達高流量值及低流量值。另外，圖1與圖6所示之氣體流量的作動之結果除了OVERSHOOT工序與UNDERSHOOT工序之有無(圖1中並無該等工序)以外，皆為相同程序條件。具體而言，用以得到圖1與圖6所示之氣體流量的作動之其他主要的程序條件會相同，本實施形態中係將壓力設定為40mT(5.333Pa)，並施加第1高頻電力，而不施加第2高頻電力。
如此般，OVERSHOOT時所供給之第3流量值及UNDERSHOOT時所供給之第4流量值會基於被記憶於記憶部之圖4所示的相關圖表，並藉由將相對於供給至該電漿生成空間之O2氣體的流量值而在電漿生成空間所生成之電漿的發光強度之檢出值換算為該氣體種類之流量值來加以設定。
然後，檢出對應於被控制在第3流量值之O2氣體的供給而在電漿生成空間所生成之電漿的發光強度，並基於圖4所示之相關圖表從其檢出值換 算O2氣體的流量值。第3流量值會基於該經換算之流量值與第1流量值的比較結果來設定為更加適當的數值。
關於第4流量值亦同樣地，檢出對應於被控制在第4流量值之O2氣體的供給而在電漿生成空間所生成之電漿的發光強度，並基於圖4所示之相關圖表從其檢出值換算O2氣體的流量值。第4流量值會基於該經換算之流量值與第2流量值的比較結果來設定為更加適當的數值。
由上述，本實施形態相關之氣體供給方法中，係藉由在氣體流量之脈衝控制時設置OVERSHOOT工序與UNDERSHOOT工序，便會在氣體切換時立刻讓氣體流量到達所設定之流量值。因此，便可將適當流量之氣體供給至腔室10內。藉此，便可抑制因孔洞尺寸大小而改變蝕刻速率，亦即微型加載，並對晶圓W施予所欲蝕刻處理。
[時間比率控制]
(佔空比：50%)
接著，關於本發明一實施形態相關之氣體供給處理中的時間比率之控制(以下，稱為「佔空比之控制」)，便參照圖7來加以說明。本實施形態中，佔空比係以控制為包含UNDERSHOOT工序之低流量值的時間對1循環(控制為包含OVERSHOOT工序之高流量值的時間以及控制為包含UNDERSHOOT工序之低流量值的時間之和)來加以表示。但是，佔空比只要為顯示控制為高流量值之時間與控制為低流量之時間的比率之數值即可。
圖6所示之O2氣體的氣體流量之作動的結果可藉由包含OVERSHOOT工序之高流量側的氣體供給時間為3秒，包含UNDERSHOOT工序之低流量側的氣體供給時間為3秒之週期性氣體流量之脈衝控制來得到。此時之佔空比會成為50%。於圖7左上圖及下圖顯示此時之氣體流量控制機制及O2氣體之氣體流量的作動之結果的一範例。
(佔空比：66.7%)
相對於此，圖7中央之上圖及下圖係顯示佔空比為66.7%時之氣體流量控制的機制及O2氣體之氣體流量的作動之結果的一範例。在佔空比為66.7%時，如圖7中央之上圖所示，係實行包含OVERSHOOT工序(0.5秒) 之高流量側的控制時間為4秒，包含UNDERSHOOT工序(0.5秒)之低流量側的控制時間為2秒之週期性氣體流量控制。
該情況亦如圖7中央之下圖所示，相較於未有OVERSHOOT工序及UNDERSHOOT工序的情況，在氣體切換時氣體的流量會立刻到達所設定之流量值。藉此，便可在短時間來將適當流量之氣體供給至腔室10內。
(佔空比：33.3%)
進一步地，圖7右上圖及下圖係顯示佔空比為33.3%時之氣體流量控制的機制及O2氣體之氣體流量的作動之結果的一範例。在佔空比為33.3%時，如圖7右上圖所示，係實行包含OVERSHOOT工序(0.5秒)之高流量側的控制時間為2秒，包含UNDERSHOOT工序(0.5秒)之低流量側的控制時間為4秒之週期性氣體流量控制。
該情況亦如圖7右下圖所示，相較於未有OVERSHOOT工序及UNDERSHOOT工序的情況，在氣體切換時氣體的流量會立刻到達所設定之流量值。藉此，便可將適當流量之氣體供給至腔室10內。
以上，根據本實施形態相關之氣體供給方法，便能以高流量值及低流量值來週期性地切換氣體，並且將以高流量值及低流量值來週期性地切換氣體時之佔空比控制為適當值。藉此，便可在氣體切換時讓氣體流量立刻到達所設定之流量值，且以更短時間來將適當流量之氣體供給至腔室10內。
以上本實施形態相關之氣體供給方法中，UNDERSHOOT工序及OVERSHOOT工序之控制時間會基於終點檢出裝置80所檢出之電漿發光強度的狀態來設定為適當值。又，將氣體切換時機點之佔空比控制在適當值。如此一來，藉由時間控制來將適當流量之氣體供給至腔室10內。
相對於此，亦考量到不以時間控制而藉由流量控制來得到同樣效果。例如，將OVERSHOOT工序中之上調流量控制為較本實施形態所設定之第3流量值(參照圖4)要大，將UNDERSHOOT工序中之下調流量控制為較本實施形態所設定之第4流量值要小之氣體供給方法。
然而，當OVERSHOOT工序之流量值與高流量值的差距及UNDERSHOOT工序之流量值與低流量值的差距過大時，上調及下調之時 間本身就會變長。又，從上調狀態及下調狀態到達穩定流量狀態則會花費時間。
因此，本實施形態相關之氣體供給方法中，便將佔空比控制為OVERSHOOT工序之流量值與高流量值的差距及UNDERSHOOT工序之流量值與低流量值的差距不會過大。藉此，藉由將氣體設定為切換時較快的流量，便可將一循環設定為所謂數秒等級之短週期。藉此，便可高速控制氣體流量之切換時機點，而得到所欲電漿特性。
[其他實施例]
關於作為其他實施例的O2氣體以外之反應氣體，係就適用本實施形態相關之氣體供給方法的情況來加以考察。本實施例中，便將C4F8(Octafluorocyclobutane：八氟環丁烷)、Ar氣體(氬氣)、N2(氮氣)以及O2氣體之混合氣體供給至腔室10內。然後，控制部100係不改變Ar氣體、N2氣體及O2氣體之流量而僅改變C4F8氣體之流量來供給上述混合氣體。
控制部100係週期性地重複將C4F8氣體作為高流量值(第1流量值之一範例)的混合氣體供給數秒之工序(第1工序之一範例)，以及將C4F8氣體作為低流量值(第2流量值之一範例)的混合氣體供給數秒之工序(第2工序之一範例)。此時，在第1工序前瞬間進行供給較高流量值要高之流量值(第3流量值之一範例)的C4F8氣體之OVERSHOOT工序(第3工序之一範例)。又，在第2工序前瞬間進行供給較低流量值要低之流量值(第4流量值之一範例)的C4F8氣體之UNDERSHOOT工序(第4工序之一範例)。另外，作為其他主要之程序條件，本實施例中係將壓力設定為80mT(10.67Pa)，並施加第1高頻電力及第2高頻電力。
本實施例之情況，C4F8氣體之高流量值與低流量值係基於圖8作為一範例來加以表示之電漿發光強度與C4F8氣體流量之相關圖表來加以設定。又，OVERSHOOT工序及UNDERSHOOT工序中之C4F8氣體流量值亦基於圖8之相關圖表來加以設定。圖8之相關圖表係預先被記憶於RAM115等。
圖9及圖10係顯示本實施例之條件中，實行上述實施形態之氣體供給方法的結果之一範例。圖9及圖10係顯示將佔空比控制為0%、33.3%、50%、66.7%、100%時之蝕刻狀態。蝕刻後形狀對疏密圖案的差異便以負載(Loading)來加以表示。
圖9所示之佔空比為0%時的蝕刻形狀係顯示在將C4F8氣體設定為低流量值之狀態下且未脈衝控制之情況的蝕刻對疏密圖案之結果。
佔空比為33.3%時之蝕刻形狀係顯示包含OVERSHOOT工序之高流量側的氣體供給時間為2秒，包含UNDERSHOOT工序之低流量側的氣體供給時間為4秒並脈衝控制氣體流量之情況的蝕刻對疏密圖案之結果。
佔空比為50%時之蝕刻形狀係顯示包含OVERSHOOT工序之高流量側的氣體供給時間為3秒，包含UNDERSHOOT工序之低流量側的氣體供給時間為3秒並脈衝控制氣體流量之情況的蝕刻對疏密圖案之結果。
佔空比為66.7%時之蝕刻形狀係顯示包含OVERSHOOT工序之高流量側的氣體供給時間為4秒，包含UNDERSHOOT工序之低流量側的氣體供給時間為2秒並脈衝控制氣體流量之情況的蝕刻對疏密圖案之結果。
佔空比為100%時的蝕刻形狀係顯示在將C4F8氣體設定為高流量值之狀態下且未脈衝控制之情況的蝕刻對疏密圖案之結果。
藉此來表示負載越接近100%，則在蝕刻後對疏密圖案之形狀差異會越小，而可得到不會因孔洞尺寸之大小而讓蝕刻速度改變之良好的蝕刻特性。亦即，表示負載越接近100%，則越能抑制所謂微型加載。
圖10之實線係顯示在本實施例之條件中，以上述佔空比(圖10中係顯示於橫軸上部)實行上述實施形態之氣體供給方法的結果所得到之負載對疏密圖案之數值(圖10中係顯示於縱軸)。
圖10之虛線係顯示在本實施例之條件中，未實行上述實施形態之氣體供給方法，而連續供給橫軸下部所示之C4F8氣體流量時的負載對疏密圖案之數值。
藉此，在連續供給C4F8氣體流量的情況，負載值會成為較100%要小之數值。另一方面，在採用上述實施形態之氣體供給方法，而脈衝控制C4F8氣體流量之情況，便可進行以控制佔空比來讓負載值接近100%般之控制。由此結果，得知在脈衝控制處理氣體流量時，藉由控制佔空比，便可成為較連續供給處理氣體流量之情況要更有效果地控制微型加載之控制。
以上，上述實施形態之氣體供給方法中，係藉由在氣體流量之脈衝控制時設置有UNDERSHOOT工序及OVERSHOOT工序，便可讓週期性地切換氣體時之氣體流量瞬間到達所設定之流量，而可將適當流量之氣體供給 至腔室10內。藉此，便可抑制所謂微型加載，而對晶圓W施予所欲之蝕刻處理。
[UNDERSHOOT工序及OVERSHOOT工序]
上述所說明之實施形態的氣體供給方法中，UNDERSHOOT工序之時間及OVERSHOOT工序之時間係控制為相同長度。然而，卻有對應於氣體流量控制器16之特性，來將UNDERSHOOT工序之時間及OVERSHOOT工序之時間設定為相異長度為佳的情況。特別是，在氣體流量控制器16之閥的流量調整精度較低的情況，較佳地係將UNDERSHOOT工序之時間設定為較OVERSHOOT工序之時間要長。
氣體流量控制器16係有在UNDERSHOOT工序中將氣體從高流量值切換為低流量值時之下調時間會較OVERSHOOT工序中將氣體從低流量值切換為高流量值時之上調時間要長的傾向。其理由是因為氣體流量控制器16上游側(氣體供給源15側)之壓力會較氣體流量控制器16內之壓力要高，故在將氣體流量控制器16之閥的開啟程度控制為較大時，可順暢地從上游側供給高流量氣體。
另一方面，讓UNDERSHOOT工序中將氣體從高流量值切換為低流量值時之下調時間較OVERSHOOT工序中上調時間要長，是因氣體流量控制器16內部具有流孔，而流孔內氣體流道會變窄。因此，在將氣體從高流量值切換為低流量值時，有需要將流孔內排氣，以使得包含流孔內部之氣體流量控制器16之內部壓力下降。因此，UNDERSHOOT工序之時間便考量到讓氣體流量控制器16之內部壓力下降用的排氣時間，而有設定為較OVERSHOOT工序之時間要長則較佳的情況。
以上，已藉由上述實施形態及實施例來說明氣體供給方法及半導體製造裝置。然而，本發明相關之氣體供給方法及半導體製造裝置並不限定於上述實施形態，而可在本發明範圍內進行各種變形及改良。又，亦可在不矛盾之範圍內來組合上述實施形態及實施例。
例如，在上述實施形態及實施例中，係將單一氣體或混合氣體中之任一種氣體的流量值脈衝控制為高流量值及低流量值。例如。將所欲之A氣體的流量值設定為高流量值及低流量值的2種流量值，而重複實行供給包含OVERSHOOT工序之高流量的A氣體以處理基板之工序，以及供給包含 UNDERSHOOT工序之低流量的A氣體以處理基板之工序。然而，本實施形態相關之氣體供給方法亦可適用於改變設定為高流量之氣體與設定為低流量之氣體的種類而交互地供給複數種氣體的情況。例如，可舉例有將A氣體流量值設定為較B氣體流量值要高，而交互脈衝狀地供給A氣體與B氣體的情況。該情況，亦藉由在切換A氣體流量值與B氣體流量值前設置有OVERSHOOT工序或UNDERSHOOT工序，便可實現能以適當流量值來供給A氣體及B氣體的氣體流量之脈衝控制。
可適用本發明相關之氣體供給方法的反應性氣體並不限於O2氣體或C4F8氣體。例如，本發明相關之氣體供給方法亦可適用於將C4F6氣體或其他反應性氣體供給至半導體製造裝置內的情況。又，可適用本發明相關之氣體供給方法的氣體並不限於蝕刻氣體，例如，亦可為成膜用之氣體或灰化用之氣體。
又，上述實施形態中，脈衝控制氣體流量時之氣體的高流量值、低流量值、OVERSHOOT工序中之流量值及UNDERSHOOT工序中之流量值會控制為配方或參數所設定之數值。然而，本發明相關之控制部亦可在程序中即時地控制該等氣體流量值。
在即時地控制氣體的高流量值、低流量值、OVERSHOOT工序中之流量值及UNDERSHOOT工序中之流量值的情況，控制部會在程序中取得圖2之藉由終點檢出裝置80所檢出的電漿發光強度。控制部100會基於顯示於圖4或圖8所示之電漿發光強度與特定氣體流量的相關關係之圖表，對應於所檢出之電漿發光強度來算出用以得到必須之電漿發光強度的特定氣體流量。控制部100會藉由基於所算出之特定氣體流量值來控制高流量值、低流量值、OVERSHOOT工序中之流量值以及UNDERSHOOT工序中之流量值，來實現該等流量值之即時控制。藉此，便可在氣體流量之脈衝控制中將氣體控制為更加適當的流量值。
本發明相關之半導體製造裝置不僅適用於電容耦合型電漿處理裝置(CCP：Capacitively Coupled Plasma)，亦可適用於其他半導體製造裝置。其他半導體製造裝置亦可為感應耦合型電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)、使用幅線槽孔天線之CVD(Chemical Vapor Deposition)裝置、螺旋波激發型 電漿(HWP：Helicon Wave Plasma)裝置、電子迴旋共振電漿(ECR：Electron Cyclotron Resonance Plasma)裝置。
又，藉由本發明相關之半導體裝置所處理的基板並不限於晶圓W，亦可為例如平面顯示器(Flat Panel Display)用之大型基板、EL元件或太陽能電池用基板。

Claims (10)

  1. 一種氣體供給方法，係將含有至少一種氣體種類的氣體之處理氣體供給至半導體製造裝置內之程序空間的氣體供給方法，包含有：第1工序，係在第1時段將該一種氣體種類的氣體控制為第1流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；第2工序，係在第2時段將該氣體控制為較該第1流量值要小之第2流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；第3工序，係在該第1時段前之第3時段將該氣體控制為較該第1流量值要大之第3流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；以及第4工序，係在該第2時段前之第4時段將該氣體控制為較該第2流量值要小之第4流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；該第1、第2、第3以及第4時段係以既定順序來週期性地反覆進行。
  2. 如申請專利範圍第1項之氣體供給方法，其中該程序空間係從該處理氣體生成電漿之電漿生成空間；藉由檢出相對於供給至該電漿生成空間之該一種氣體種類的氣體流量值而在該電漿生成空間所生成的電漿之發光強度，來取得表示該氣體流量值與該氣體電漿之發光強度的相關關係之資料群，並記憶於記憶部；該第3流量值及該第4流量值係設定為基於被記憶於該記憶部之該氣體種類的氣體流量值與該氣體電漿之發光強度的相關關係，將在該電漿生成空間所生成之電漿的發光強度檢出值換算為該氣體種類之氣體流量值。
  3. 如申請專利範圍第2項之氣體供給方法，其中該第3流量值係基於經換算之該氣體流量值與第1流量值的比較結果來適當調整；該第4流量值係基於經換算之該氣體流量值與第2流量值的比較結果來適當調整。
  4. 如申請專利範圍第1項之氣體供給方法，其中該第1、第2、第3及第4流量值係正值。
  5. 如申請專利範圍第2項之氣體供給方法，其中該第1、第2、第3及第4流量值係正值。
  6. 如申請專利範圍第3項之氣體供給方法，其中該第1、第2、第3及第4流量值係正值。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之氣體供給方法，其中該一種氣體種類的氣體係透過氣體流量控制器依該第1、第2、第3及第4時段來控制流量值。
  8. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之氣體供給方法，其中該第4時段會較該第3時段要長。
  9. 如申請專利範圍第7項之氣體供給方法，其中該第4時段會較該第3時段要長。
  10. 一種半導體製造裝置，係具有：氣體供給源，係將包含有至少一種氣體種類的氣體之處理氣體供給至腔室內之程序空間；氣體流量控制器，係控制該處理氣體之流量；以及控制部，係控制該處理氣體之供給；其中該控制部係在第1時段將該一種氣體種類的氣體控制為第1流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；在第2時段將該氣體控制為較該第1流量值要小之第2流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；在該第1時段前之第3時段將該氣體控制為較該第1流量值要大之第3流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；在該第2時段前之第4時段將該氣體控制為較該第2流量值要小之第4流量值，並供給包含該氣體之該處理氣體；以及以既定順序來週期性地反覆進行該第1、第2、第3以及第4時段。
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