WO2007116969A1

WO2007116969A1 - 処理装置及び処理方法

Info

Publication number: WO2007116969A1
Application number: PCT/JP2007/057768
Authority: WO
Inventors: Toshihisa Nozawa; Koji Kotani; Kouji Tanaka
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2007-10-18
Also published as: KR20080037704A; KR100976207B1; US20130126001A1; EP2006893A4; JP4943047B2; CN101416284A; CN101416284B; TWI463561B; TW200746294A; US20090053900A1; US8545711B2; JP2007281225A; US8366869B2; EP2006893A1; TW201338036A

Description

処理装置及び処理方法

技術分野

[0001] 本発明は、半導体ウェハ等の被処理体に対してプラズマ処理や成膜処理やエッチング処理等を施す際に使用される処理装置及び処理方法に係り、特に、処理の開始時のガスの供給やガス種の切り替えを迅速に行うようにした処理装置及び処理方法に関する。

背景技術

[0002] 一般に、半導体集積回路等の半導体製品を製造するためには、例えば半導体ゥェハに対して成膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理、アツシング処理、改質処理等の各種の処理を繰り返し施すことが行われている。このような各種の処理は、製品歩留まり向上の観点力半導体製品の高密度化及び高微細化に伴って、処理のゥェハ面内均一性を一層高くすることが求められていると同時に、生産効率の向上のためにスループットの改善が求められて、る。

ここで従来の処理装置として枚葉式のプラズマ処理装置を例にとって説明する。この種のプラズマ処理装置は、例えば特許文献 1、特許文献 2等に開示されている。図 6は従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。

[0003] 図 6において、このプラズマ処理装置 2は、真空引き可能になされた処理容器 4と、処理容器 4内に設けられ半導体ウェハ Wを載置する載置台 6とを有し、この載置台 6 は容器側壁より延びる L字状の支持アーム 7により支持されている。そして、この載置台 6に対向する天井部にマイクロ波を透過する円板状の窒化アルミや石英等よりなる天板 8を気密に設けている。そして処理容器 4の側壁には、容器内へ所定のガスを導入するためのガスノズル 9が設けられて!/、る。

[0004] そして、上記天板 8の上面に厚さ数 mm程度の円板状の平面アンテナ部材 10と、この平面アンテナ部材 10の半径方向におけるマイクロ波の波長を短縮する、例えば誘電体よりなる遅波材 12とが設置されている。そして、平面アンテナ部材 10には多数の、例えば長溝状の貫通孔よりなるマイクロ波放射孔 14が形成されている。このマイクロ波放射孔 14は一般的には、同心円状に配置されたり、或いは渦巻状に配置されている。そして、平面アンテナ部材 10の中心部に同軸導波管 16の中心導体 18が接続され、マイクロ波発生器 20より発生した、例えば 2. 45GHzのマイクロ波がモード変にて所定の振動モードへ変換され、中心導体 18を介して導かれる。そして、マイクロ波をアンテナ部材 10の半径方向へ放射状に伝播させつつ平面アンテナ部材 10に設けたマイクロ波放射孔 14から放出させてこれを天板 8に透過させる。次にマイクロ波は、下方の処理容器 4内へ導入され、このマイクロ波により処理容器 4内の処理空間 Sにプラズマを形成する。

[0005] また、処理容器 4の底部 4Aには排気口 24が設けられており、この排気口 24には圧力制御弁 26と第 1及び第 2の真空ポンプ 28、 30が介設された排気通路 32が接続されており、処理容器 4内の雰囲気を真空引きできるようになつている。そして、このような構成において、上記処理容器 4内の処理空間 Sにプラズマを形成して、上記半導体ウエノ、 Wにプラズマエッチングやプラズマ成膜等のプラズマ処理を施す。

[0006] ところで、ウェハに対して所定のプロセス処理を行う場合には、一般的にはこのプロセス処理を行う準備として所定の処理ガスを処理容器 4内へ流して圧力制御弁 26で処理容器 4内の圧力制御を行なう。この処理容器 4内の圧力が予め規定された一定の圧力に安定した後に、プラズマをオンして所定の処理を行う。

[0007] またウェハに対する処理の種類によっては、一枚のウェハに対して供給するガス種を切り替えながら連続的に処理を行う場合がある。このような処理は、いわゆるマルチステップ処理とも称される。このようなマルチステップ処理を行う場合には、 1つのステップ処理を終了すると、処理ガスの供給を停止する。次に処理容器 4内の残留ガスをー且排気し、次に、次のステップ処理のための処理ガスを供給することにより再度上述した圧力安定ィ匕のための段取りを行なう。その後、当該ステップ処理を行う。

[0008] 特許文献 1 :特開平 9 181052号公報

特許文献 2 :特開 2002— 311892号公報

[0009] ところで、上述したような処理方法では、圧力制御弁 26を用いてプロセス処理の段取り（圧力安定化)を行う際に、ガスの圧縮性のために処理容器 4内の圧力を安定ィ匕させるだけで必ず 10秒程度要してしまい、この間は処理が実行できないので、その分、スループットを低下させる原因となっていた。

特に上述したようなマルチステップ処理の場合には、ガス種を切り替える毎に、直前のプロセス用の残留ガスの排気工程と次のプロセス用の処理ガスの圧力安定ィ匕工程とを行わなければならないので、スループットを大幅に低下させる原因になっていた。発明の開示

[0010] 本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、プロセス開始時における処理容器内の圧力安定ィ匕を迅速に行うことができると共に、ガス種の切り替え時の残留ガスの排気と処理容器内の圧力安定化を迅速に行うことができる処理装置及び処理方法を提供することにある。

[0011] 本発明は、被処理体に対して規定流量の処理ガスを用いて所定の処理を行う処理装置において、前記被処理体を載置する載置台が内部に設けられた処理容器と、前記処理容器内の雰囲気を排気するための真空ポンプと圧力制御弁とを有する排気系と、前記処理容器内へ前記処理ガスを噴射するガス噴射孔を有するガス噴射手段と、前記ガス噴射手段へ流量制御しつつ前記処理ガスを供給するガス供給手段と、装置全体を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、排気系およびガス供給手段を制御して、前記所定の処理を開始する時に、前記処理容器内の雰囲気を排気系により排気しながら前記所定の処理時の規定流量よりも大きな流量の処理ガスを所定の短時間だけ供給し、その後、前記規定流量の処理ガスをガス流路から供給することを特徴とする処理装置である。

[0012] このように、処理容器内に収容した被処理体に対して、所定の処理を開始する時に処理容器内の雰囲気を排気している状態で所定の処理時の規定流量よりも大きな流量の処理ガスを所定の短時間だけ供給した後に、規定流量の処理ガスを供給するように制御したので、プロセス開始時における処理容器内の圧力安定ィ匕を迅速に行うことができる。

[0013] 本発明は、前記制御手段は、排気系およびガス供給手段を制御して、前記処理容器の容積と、前記所定の処理時の処理容器内プロセス圧力と、前記処理容器内を前記プロセス圧力まで昇圧するまでに必要とされる時間とに基づいて定められる所定の短時間だけ規定流量よりも大きな流量の処理ガスを供給することを特徴とする処理装置である。

[0014] 本発明は、前記制御手段は排気系およびガス供給手段を制御して、 3秒以内規定流量よりも大きな流量の処理ガスを供給することを特徴とする処理装置である。

[0015] 本発明は、前記制御手段は、排気系およびガス供給手段を制御して、規定流量よりも大きな流量の処理ガスを供給すると同時に、前記圧力制御弁を制御して前記所定の処理時の処理容器内プロセス圧力に対応する弁開度に設定することを特徴とする処理装置である。

[0016] 本発明は、前記ガス供給手段は、切り替えにより選択的に供給される複数種類の処理ガスを供給することを特徴とする処理装置である。

[0017] 本発明は、前記ガス供給手段は、前記ガス噴射手段に接続されるガス流路を有し、前記ガス流路と前記処理容器内との間に、高速排気用開閉弁が取付けられた高速排気用バイパス通路が設けられていることを特徴とする処理装置である。

[0018] 本発明は、前記ガス供給手段は、前記ガス噴射手段に接続されるガス流路を有し、前記ガス流路と前記排気系との間に、高速排気用開閉弁が取付けられた高速排気用バイパス通路が設けられていることを特徴とする処理装置である。

[0019] 本発明は、前記制御手段は、規定流量よりも大きな流量の処理ガスを所定の短時間流す直前に、前記ガス流路内に残留する直前の処理の処理ガスを排出させるために前記高速排気用開閉弁を開状態にすることを特徴とする処理装置である。

[0020] これによれば、ガス種の切り替え時の残留ガスの排気と処理容器内の圧力安定ィ匕を迅速に行うことができる。

[0021] 本発明は、前記ガス噴射手段は、複数のガス噴射孔を有するシャワーヘッドよりなることを特徴とする処理装置である。

[0022] 本発明は、前記被処理体を加熱するための加熱手段が設けられることを特徴とする処理装置である。

[0023] 本発明は、前記処理容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段が設けられることを特徴とする処理装置である。

[0024] 本発明は、排気可能になされた処理容器内に規定流量の処理ガスを供給して被処理体に対して所定の処理を施すようにした処理方法にお!、て、前記所定の処理を開始する時に、前記処理容器内の雰囲気を排気系により排気しながら前記所定の処理時の規定流量よりも大きな流量の処理ガスをガス流路力所定の短時間だけ供給する工程と、規定流量よりも大きな流量の処理ガスを所定の短時間だけ供給した後、規定流量の処理ガスをガス流路カゝら供給する工程と、を備えたことを特徴とする処理方法である。

[0025] 本発明は、前記処理容器内へ複数種類の処理ガスを切り替えて選択的に供給することが可能となっており、前記処理ガスを切り替えて処理容器内へ処理ガスを供給する場合、規定流量よりも大きな流量の処理ガスを流す直前に、前記処理ガスを供給するガス流路内に残留する直前の処理時の処理ガスを高速排気用バイパス通路を介して前記処理容器内、或いは排気系へ排出するようにしたことを特徴とする処理方法である。

[0026] 本発明は、被処理体を載置する載置台が内部に設けられた処理容器と、前記処理容器内の雰囲気を排気するための真空ポンプと圧力制御弁とを有する排気系と、前記処理容器内へ処理ガスを噴射するガス噴射孔を有するガス噴射手段と、前記ガス噴射手段へ流量制御しつつ前記処理ガスを供給するガス供給手段と、を備えた処理装置を用いて前記被処理体に対して所定の処理を行うに際して、前記所定の処理を開始する時に、前記処理容器内の雰囲気を排気系により排気しながら前記所定の処理時の規定流量よりも大きな流量の処理ガスをガス流路力所定の短時間だけ供給する工程と、規定流量よりも大きな流量の処理ガスを所定の短時間だけ供給した後、規定流量の処理ガスをガス流路カゝら供給する工程とを備えた処理方法を実行させるよう前記処理装置を制御するコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体である。

[0027] 本発明は、被処理体を載置する載置台が内部に設けられた処理容器と、前記処理容器内の雰囲気を排気するための真空ポンプと圧力制御弁とを有する排気系と、前記処理容器内へ処理ガスを噴射するガス噴射孔を有するガス噴射手段と、前記ガス噴射手段へ流量制御しつつ前記処理ガスを供給するガス供給手段と、を備えた処理装置を用いて前記被処理体に対して所定の処理を行うに際して、前記所定の処理を開始する時に、前記処理容器内の雰囲気を排気系により排気しながら前記所定の処理時の規定流量よりも大きな流量の処理ガスをガス流路力所定の短時間だけ供給する工程と、規定流量よりも大きな流量の処理ガスを所定の短時間だけ供給した後、規定流量の処理ガスをガス流路カゝら供給する工程とを備えた処理方法を実行させるよう前記処理装置を制御するコンピュータプログラムである。

[0028] 本発明に係る処理装置及び処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。

処理容器内に収容した被処理体に対して、所定の処理を開始する時に処理容器内の雰囲気を排気している状態で所定の処理時の規定流量よりも大きな流量の処理ガスを所定の短時間だけ供給した後に、規定流量の処理ガスを供給するように制御したので、プロセス開始時における処理容器内の圧力安定ィ匕を迅速に行うことができる。

また本発明によれば、制御手段は、大きな流量の処理ガスを所定の短時間流す直前に、ガス流路内に残留する直前の処理の処理ガスを排出させるために前記高速排気用開閉弁を短時間だけ開状態にするので、ガス種の切り替え時の残留ガスの排気と処理容器内の圧力安定ィ匕を迅速に行うことができる。

図面の簡単な説明

[0029] [図 1]図 1は本発明に係る処理装置の一例を示す構成図である。

[図 2]図 2 (A) (B) (C)は処理容器内の圧力の変化を示す図である。

[図 3]図 3 (A) (B) (C) (D) (E)は処理ガスであるエッチングガスを切り替える時のタイミングチャートの一例を示す図である。

[図 4]図 4は本発明方法の各工程を示すフローチャートである。

[図 5]図 5は本発明の処理装置の変形例を示す断面図である。

[図 6]図 6は従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。

[図 7]図 7は半導体ウェハ上に積層された膜種の異なる積層膜を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

[0030] 以下に、本発明に係る処理装置及び処理方法の一実施例の形態について添付図面を参照して説明する。

図 1は本発明に係る処理装置の一例を示す構成図である。ここでは処理装置としてプラズマ処理装置を例にとって説明する。 [0031] 図示するように、処理装置としてのプラズマ処理装置 40は、例えば側壁や底部がァルミニゥム等の導体により構成されて、全体が筒体状に成形された処理容器 42を有しており、処理容器 42の内部は密閉された処理空間として構成され、この処理容器 4 2の処理空間にプラズマが形成される。この処理容器 42自体は接地されている。

[0032] この処理容器 42内には、上面に被処理体としての例えば半導体ウェハ Wを載置する円板状の載置台 44が設けられている。この載置台 44は、例えばアルミナ等のセラミックにより平坦になされた略円板状に形成されており、例えばアルミニウム等よりなる L字状に屈曲された支持アーム 46を介して容器側壁より支持されている。

[0033] この載置台 44の上面側には、内部に例えば網目状に配設された導体線を有する薄い静電チャック 50が設けられており、この載置台 44上、詳しくはこの静電チャック 5 0上に載置されるウエノ、 Wを静電吸着力により吸着できるようになって!/、る。そして、この静電チャック 50の上記導体線は、上記静電吸着力を発揮するために配線 52を介して直流電源 54に接続されている。またこの配線 52には、例えば 13. 56MHzのバイアス用の高周波電力を上記静電チャック 50の導体線へ印加するためにバイアス用高周波電源 56が接続されている。またこの載置台 44内には、抵抗加熱ヒータよりなる加熱手段 58が設けられており、ウェハ Wを必要に応じて加熱するようになっている。

[0034] また、上記載置台 44には、ウェハ Wの搬出入時にこれを昇降させる複数、例えば 3 本の図示しな、昇降ピンが設けられて、る。また上記載置台 44の全体は耐熱材料、例えばアルミナ等のセラミックにより構成されている。また、この処理容器 42の側壁には、この内部に対してウェハ Wを搬入 ·搬出する時に開閉するゲートバルブ 48が設けられ、更に、容器底部 60には、容器内の雰囲気を排出する排気口 62が設けられる。

[0035] そして、上記排気口 62には、処理容器 42内の雰囲気を排気、例えば真空排気するために排気系 64が接続されている。具体的には、上記排気系 64は上記排気口 62 に接続された排気通路 66を有している。この排気通路 66の最上流側には、例えばゲートバルブよりなる圧力制御弁 68が介設され、更に下流側に向けて例えばターボ分子ポンプよりなる第 1の真空ポンプ 70と、例えばドライポンプよりなる第 2の真空ポンプ 72とが順次取付けられている。そして、処理容器 42の側壁には例えばキャパマノメータよりなる圧力検出器 74が設けられており、ここで測定した容器内の圧力を後述する制御手段 114に入力し、上記圧力制御弁 68のフィードバック制御を行い得るようになっている。

[0036] そして、処理容器 42の天井部は開口されて、ここに例えば A12 03等のセラミック材ゃ石英よりなり、マイクロ波に対しては透過性を有する天板 76が Oリング等のシール部材 78を介して気密に設けらて、れる。この天板 76の厚さは耐圧性を考慮して例えば 20mm程度に設定される。

[0037] そして、この天板 76の上面に上記処理容器 42内でプラズマを立てる（形成する）ためのプラズマ形成手段 80が設けられている。具体的には、このプラズマ形成手段 80 は、上記天板 76の上面に設けられた円板状の平面アンテナ部材 82を有しており、この平面アンテナ部材 82上に遅波材 84が設けられる。この遅波材 84は、マイクロ波の波長を短縮するために高誘電率特性を有している。上記平面アンテナ部材 82は、上記遅波材 84の上方全面を覆う導電性の中空円筒状容器よりなる導波箱 86の底板として構成され、前記処理容器 42内の上記載置台 44に対向させて設けられる。

[0038] この導波箱 86及び平面アンテナ部材 82の周辺部は共に処理容器 42に導通されると共に、この導波箱 86の上部の中心には、同軸導波管 88の外管 88Aが接続されている。外管 88A内には内部導体 88Bが設けられ、内部導体 88Bは、上記遅波材 8 4の中心の貫通孔を通って上記平面アンテナ部材 82の中心部に接続される。そして、この同軸導波管 88は、モード変換器 90及び導波管 92を介してマッチング（図示せず)を有する例えば 2. 45GHzのマイクロ波発生器 94に接続されており、上記平面ァンテナ部材 82へマイクロ波を伝搬するようになって、る。

[0039] 上記平面アンテナ部材 82は、例えば表面が銀メツキされた銅板或いはアルミ板よりなり、この円板には、例えば長溝状の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射孔 96が形成されている。このマイクロ波放射孔 96の配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、渦巻状、或いは放射状に配置させてもよい。

[0040] そして、上記載置台 44の上方には、この処理容器 42内へ処理に必要な処理ガスを噴射するためのガス噴射手段 98が設けられており、このガス噴射手段 98には、これに流量制御しつつ処理ガスを供給するガス供給手段 100が接続されてヽる。具体的には、このガス噴射手段 98は、例えば格子状に形成された石英製のシャワーへッドからなり、このガス流路の途中に多数のガス噴射孔 102が形成されている。上記ガス噴射孔 102の直径は、処理容器 42内へガスを均一的に噴出するようにするために、例えば 0. 5mm以下に設定され、コンダクタンスを少し低目に設定している。尚、このシャワーヘッドとしては全体を箱形容器状に成形して、その下面に複数のガス噴射孔を形成した構造のものもあり、その形状は特に限定されない。

[0041] また上記ガス供給手段 100は、その先端部が上記ガス噴射手段 98に接続されるガス流路 104を有している。このガス流路 104の基端部は、複数、ここでは 3つに分岐されており、各分岐路にはそれぞれガス源 104A、 104B、 104Cが接続されて、必要に応じて各ガスを供給できるようになつている。ここでは発明の理解を容易にするために、各ガス源 104A〜104Cには、処理ガスとして互いに異なるエッチングガス A〜 Cがそれぞれ貯留されている。尚、実際には、更に N2ガス等の不活性ガスの供給源が設けられるが、ここでは図示省略している。

[0042] そして、上記各分岐路の途中には、それぞれに流れるガス流量を制御する流量制御器 106A〜106C力それぞれ介設されると共に、各流量制御器 106A〜106Cの上流側と下流側とには、それぞれ開閉弁 108A、 108B、 108Cが介設されており、上記各ガスを必要に応じてそれぞれ流量制御しつつ流すようになって!/、る。ここで上記流量制御器 106A〜106Cとしては、上下流側の圧力差に基づいて瞬時に多量のガスを流すことができると共に、微細流量も精度良く制御することができるフローコント口ールシステムを用いるのがよ、。

[0043] そして、上記ガス供給手段 100のガス流路 104と上記処理容器 42内とを連通するようにして本発明の特徴とする高速排気用バイパス通路 110が設けられて、る。この高速排気用バイパス通路 110の途中には、高速排気用開閉弁 112が介設されており、必要に応じてこの通路の連通及び遮断を行うようになっている。

[0044] これにより、必要時にこのガス流路 104内に残留する処理ガス (エッチングガス）を高速で処理容器 42側へ排出できるようになつている。この場合、この高速排気用ノィパス通路 110の処理容器 42内におけるガス出口 110Aは、載置台 44の水平レベルよりも下方側に位置しており、処理容器 42内へ排出されたエッチングガスが載置台 4 4上のウェハ Wに直接晒されな、ようにする。また上記高速排気用バイノス通路 110 としては、処理容器 42内の圧力等にもよる力排気のコンダクタンスを大きくするためにできるだけ内径が大きな配管、例えば内径が 7mm以上の配管を用いるのが好ましい。

[0045] そして、このプラズマ処理装置 40の全体の動作は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段 114により制御される。この動作を行うコンピュータのプログラムはフロッピゃ CD (Compact Disc)や HDD (Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ等の記憶媒体 116に記憶されている。具体的には、この制御手段 114からの指令により、各処理ガスの供給や流量制御、マイクロ波や高周波の供給や電力制御、高速排気用開閉弁 112の開閉制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。

[0046] 次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置 40を用いて行なわれる処理方法について説明する。ここではプラズマ処理として、図 7に示すように、エッチングガス A 〜Cを切り替えながら供給して、図 7中の反射防止膜 36A、 Si02膜 36B、 SiCO膜 3 6Cを順次エッチングするマルチステップ処理の場合を例にとって説明する。また上述したように、以下に説明する各動作、例えば各ガスの給排ゃ流量制御、弁開度の制御等は上記記憶媒体 116に記憶されたプログラムに基づ、て行われる。

はじめにマルチステップ処理の一例を具体的に説明する。図 7は、半導体ウェハ上に積層された膜種の異なる積層膜を示す断面図であり、ここでのマルチステップ処理として上記積層膜に対してエッチングガスを変更しながらエッチング処理を施す場合を例にとって説明する。

[0047] 図 7において、被処理体としての半導体ウェハ Wの表面には、 SiC膜 36D、 SiCO 膜 36C、 Si02膜 36B、反射防止膜 (BARC) 36Aが順次積層されており、最上層にはマスクとなるパターン化されたレジスト膜 38が設けられて!/、る。ここでは上述のように積層された SiC膜 36Dを除く各膜をレジスト膜 38のパターンに従ってマルチステツプ処理のエッチングを行う。このことによって、トレンチやホールを形成する。ここでは理解を容易にするために、各膜に対してガス種の異なるエッチングガスを用い、反射防止膜 36 Aはエッチングガス Aで削り、 Si02膜 36Bはエッチングガス Bで削り、 SiC O膜 36Cはエッチングガス Cで削る。

[0048] このマルチプロセス処理を行うには、まず、処理容器 42内へエッチングガス Aを流して反射防止膜 36Aを削り、次にガス種をエッチングガス Bに切り替えて Si02膜 36 Bを削り、次にガス種をエッチングガス Cに切り替えて SiCO膜 36Cを削る。例えば各膜に対するエッチング時間は、膜厚にもよるが反射防止膜 36Aが 30秒程度、 Si02 膜 36Bが 60秒程度、 SiCO膜 36Cが 60秒程度である。そして、上記したガス種を切り替える毎に前述したような直前の処理の処理ガスの排気工程と次の処理の処理ガスの圧力の安定ィ匕工程を行うようになって、る。

次に図 1に示すプラズマ処理装置 40における具体的処理方法について述べる。まず、ゲートバルブ 48を介して半導体ウェハ Wを搬送アーム（図示せず）により処理容器 42内に収容し、図示しない昇降ピンを上下動させることによりウェハ Wを載置台 4 4の上面の載置面に載置し、そして、このウェハ Wを静電チャック 50により静電吸着する。

[0049] このウェハ Wは加熱手段を設けている場合には、これにより所定のプロセス温度に維持され、必要な処理ガス、例えばここではエッチング処理を行うのでガス供給手段 100からガス流路 104を介してエッチングガスを所定の流量で流してシャワーヘッドよりなるガス噴射手段 98のガス噴射孔 102より処理容器 42内へ噴射して供給する。同時に排気系 64の真空ポンプ 70、 72が駆動されており、圧力制御弁 68を制御して処理容器 42内を所定のプロセス圧力に維持する。これと同時に、プラズマ形成手段 80のマイクロ波発生器 94を駆動することにより、このマイクロ波発生器 94にて発生したマイクロ波を、導波管 92及び同軸導波管 88を介して平面アンテナ部材 82に供給する。次に処理空間 Sに、遅波材 84によって波長が短くされたマイクロ波を導入し、これにより処理空間 Sにプラズマを発生させて所定のプラズマを用いたエッチング処理を行う。

[0050] このように、平面アンテナ部材 82から処理容器 42内へマイクロ波が導入されると、各ガスがこのマイクロ波によりプラズマ化されて活性ィ匕され、この時発生する活性種によってウェハ Wの表面にプラズマによるエッチング処理が施される。またプラズマ処理に際しては、ノィァス用高周波電源 56より静電チャック 50中の導体線へバイアス用の高周波が印加されており、これにより、活性種等をウェハ表面に対して直進性良く引き込む。

[0051] ここで上述したプラズマ処理中においては、上述したように処理容器 42内の雰囲気は、排気系 64の真空ポンプ 70、 72を駆動して真空引きされているので、処理容器 42内の雰囲気は処理空間 Sから拡散しつつ載置台 44の周辺部を下方に流れ、更に排気口 62から排気系 64側へ流れて行く。そして、処理容器 42内の圧力は、圧力検出器 74で検出され、所望のプロセス圧力を維持するように圧力制御弁 68をフィードバック制御する。

[0052] 上述のようにして行われるエッチング処理は、ここでは前述したようにマルチステツプ処理となっており、図 7中に示す各膜 36A〜36Cを順に同一容器内で連続してェツチングして行く。この場合、エッチング対象となる膜が異なる毎に使用するエツチングガスをエッチングガス A力もエッチングガス Cまで切り替えて供給することになる。すなわち、 1つのエッチングステップ処理を完了する毎に、マイクロ波発生器 94をオフしてプラズマを停止させると共に、その時供給して、たエッチングガスの供給を停止する。その後残留ガスを処理容器 42内やガス流路 104から排除する。次に別のガス種の異なるエッチングガスを供給して、すなわちエッチングガスを切り替えて処理容器 4 2内の圧力を安定ィ匕し、安定ィ匕した後にマイクロ波発生器 94を再度オンすることによつてプラズマを形成して、次のエッチングステップ処理を開始する。

[0053] そして、所定の時間の処理が完了したならば、上述したような動作を繰り返し行って、連続的にエッチング処理を行う。これによつて、各エッチングガス A〜Cが順に切り替わって行く。この間は前述のとおり、連続的に処理容器 42内は真空引きされている。上記各エッチングステップ処理を行う場合、各エッチングガス A〜C毎に流すべき規定流量 (ガス流量）、プロセス圧力、プロセス時間（エッチング時間）等が予め定まつており、プログラム化されている。

[0054] ここで従来の処理方法にあっては、各エッチングステップ処理を開始するに当たつて、エッチングガスを当初より定められた規定流量で一定量で流すようにしているので、このエッチングガスが処理容器 42内に一杯になってプロセス圧力が安定化するまでにある程度以上の時間を要する。また、ガス供給手段 100のガス流路 104に直前の処理のエッチングガスが残留して、る場合には、この残留ガスを排除するにもある程度以上の時間を要し、スループットの低下の原因となっていた。

[0055] これに対して、本発明方法では、各エッチングステップ処理を開始するに当たって、当初は上記規定流量よりも大きな流量、例えば規定流量の 3倍程度の流量のエツチングガスを所定の短時間、例えば 1秒間程度供給する。その後、直ちに流量を減少させて規定流量で流す。その結果、早く圧力安定化状態にできてエッチング処理を開始でき、その分、スループットを向上させることができる。

[0056] また、上記エッチングガスを流す直前に、処理容器 42内の残留ガスを排除する時に、高速排気用開閉弁 112を短時間だけ開状態にしてガス流路 104内に残留する直前の処理のエッチングガスを排気コンダクタンスの大きな高速排気用バイパス通路 110を介して処理容器 42内へ迅速に排出する。一方、上記高速排気用バイパス通路 110を設けていない場合には、ガス流路 104内の残留ガスはシャワーヘッドを介して処理容器 42内へ抜けることになる。この場合、このシャワーヘッドであるガス噴射手段 98の排気コンダクタンスは小さいので、上記ガス流路 104内の残留ガスがシャヮ一ヘッドを介して処理容器 42内へ抜けるには比較的長時間を要してしまい、スループットが低下してしまう。これに対して、本発明では、上記した点に関して高速排気用バイパス通路 110を設けて残留ガスを迅速に排出するようにして、るので、その分、スループットを向上させることができる。

[0057] 上記したエッチングガスの切り替え時の態様について図 2乃至図 5を参照してより詳しく説明する。

図 2は処理容器内の圧力の変化を示す図であり、図 2 (A)は比較例の方法の場合を示し、図 2 (B)は本発明方法の場合を示す。図 3は処理ガスであるエッチングガスを切り替える時のタイミングチャートの一例を示す図であり、図 2 (B)中の一部を時間的に拡大して示している。図 4は本発明方法の各工程を示すフローチャートである。ここでは一例としてエッチングガス Aからエッチングガス Bへ切り替える時の状態を示しており、エッチングガス B力もエッチングガス Cへ切り替える時も同様に行われている。

[0058] 図中にお、て、 "RFオン"はプラズマが形成されてエッチング処理が実際に行われている期間を示し、 "RFオン"同士の間は、直前のエッチング処理が終了してエッチングガスの切り替えが終わって処理容器 42内の圧力が安定するまでの期間である。この結果、図 2 (A)に示す比較例の方法の場合には、圧力安定化までの期間 A tlは 10秒程度であつたのに対して、図 2 (A)に示す本発明の場合には圧力安定ィ匕までの期間 A t2は 2秒程度まで短縮しており、スループットを大幅に向上できることが判る

[0059] 次に、上記エッチングガスの切り替え操作について、図 3及び図 4も参照して具体的に説明する。

図 3中において、図 3 (A)はエッチングガス Aの流量の変化を示し、図 3 (B)はエツチングガス Bの流量の変化を示し、図 3 (C)は高速排気用開閉弁の開閉状況を示し、図 3 (D)は圧力制御弁の弁開度を示し、図 3 (E)は処理容器内の圧力変化を示す。まず、直前の工程であるエッチングガス Aによるエッチング処理が行われており、このガスに対して予め定められた規定流量でエッチングガス Aが流されて!/、る。そして、時刻 P1でエッチングガス Aによるエッチング処理が完了すると（図 4における S1の YES)、エッチングガス Aを供給していたガス流路の開閉弁 108Aが閉じられて、このエッチングガス Aの供給を停止する（S 2)。これと同時に、高速排気用開閉弁 112を開状態にし (S3)、更に圧力制御弁 68を十分に大きな弁開度に設定する (S4)。

[0060] これにより、処理容器 42内の残留ガスを迅速に排気すると共に、上記ガス供給手段 100のガス流路 104内に残留するエッチングガス Aを排気コンダクタンスの大きな高速排気用バイパス通路 110を介して高真空になって、る処理容器 42内へ排出する。この際、シャワーヘッドよりなるガス噴射手段 98内の残留ガスは、この直径の小さなガス噴射孔 102の部分の排気コンダクタンスが小さいので、上記ガス流路 104内を逆流し、更に高速排気用バイパス通路 110内を通って処理容器 42内へ排出されることになる。

[0061] この処理容器 42内の残留ガスは直ちに排気系 64側へ排出されて行く。この結果、シャワーヘッドよりなるガス噴射手段 98内やガス流路 104内や処理容器 42内の残留ガス (エッチングガス A)は迅速に系外へ排出されることになるので、図 3 (E)に示すように、処理容器 42内の圧力を急激に低下させることができる。この際、圧力制御弁 6 8の弁開度は、この部分の排気コンダクタンスを十分に大きくするために通常の圧力制御範囲より大きい弁開度 50%にしている。圧力制御弁 68の弁開度が、例えば弁開度 50〜100%の範囲では排気コンダクタンスは飽和してしまってほとんど変化しない。また、弁開度 100%に設定すると、その後で圧力制御のために弁開度を 20%程度に設定すると、その弁開度に達するまでに弁動作時間が長くなつてしまうので、上述のように弁開度 50%程度に設定している。ここで弁開度とは、圧力制御弁 68の弁口において実際に排気ガスが流れる領域を示し、弁口が半分開いたときには弁開度は 50%であり、弁口が全開のときには弁開度は 100%である。

[0062] このようにして所定の時間、例えば 0. 5秒程度経過したならば（S5の YES)、時刻 P 2にお、て高速排気用開閉弁 112を閉状態に切り替え（S6)、次の処理のためにェツチングガス B用の開閉弁 108Bを開状態にしてエッチングガス Bの供給を開始する（ S7) ₀この時、このエッチングガス Bの流量は、このプロセス時のために予め定められた規定流量ではなぐこれよりも大きな流量、例えば上記規定流量 Mlの 3倍の流量 M2となるように流量制御器 106Bを設定し、この大流量でエッチングガス Bを流し始める。

[0063] これと同時に、圧力制御弁 68に対しては、このエッチングガス Bのプロセス時の設定圧力に対応する弁開度となるように指示を出す (S8)。この場合、設定圧力が予め定められているので、これに対応する弁開度が略定まっており、この弁開度に向けて圧力制御弁 68が動作するように指示を出す。尚、プロセス時の弁開度は通常 5〜20 %程度の範囲で圧力制御が行われて、る。

この動作により、図 3 (E)に示すように、処理容器 42内の圧力は、比較例方法の場合よりも遥かに急激に上昇して行くことになる（図 2 (A)及び図 2 (B)参照)。

このように所定の短時間 A t3、例えば 1秒間だけエッチングガス Bを大流量で供給したならば（S9の YES)、時刻 P3において、エッチングガス Bの流量を、このプロセス時の規定流量 Mlに設定し、更に、この状態で流量制御器 106Bをフィードバック制御による自動化運転に切り換える（S10)。

[0064] ここで上記エッチングガス Bの大流量の供給時の流量 M2の大きさは、処理容器 42 の容量 Vと、このエッチングガス Bを用いたエッチング処理のプロセス圧力 Pと、処理容器 42内を上記プロセス圧力まで昇圧するまでに必要とされる時間 Tとによって決められる。例えば処理容器 42内の容積 Vを 40リットル、プロセス圧力 Ρを lPaとすると、 1気圧のエッチングガス Bの必要量 Volは概略で次の式のようになる。

Vol =V' 10³ Χ Ρ· 10^_5=40 X 10³ X 1 X 10^_5 = 0. 4[cc]

従って、処理容器 42内をプロセス圧力まで昇圧するまで必要とされる時間 Tを 1秒とすると、次の式で表される大流量 Μ2でエッチングガス Βを流せばよいことになる。

Μ2 = 0. 4 X 60 (sec) = 24sccm

尚、これらの数値は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論である。

[0065] 上述のように、時刻 P3においてエッチングガス Bの供給量を規定流量 Mlに設定すると、エッチングガス Bの供給量は規定流量 Mlとなり、今後、処理容器 42内の圧力は僅かに変動する。そして、圧力が安定ィ匕するに要する時間 A t4、例えば 0. 5秒程度経過した時に（S11の YES)、時刻 P4において処理容器 42内の圧力が安定したものと見做して、圧力制御弁 68をフィードバック制御による自動化運転に切り換え（S 12)、プラズマを形成してエッチングガス Bによる所定のエッチング処理を所定の時間実行する（S13)。

これ以降は、エッチングガス Bによるエッチング処理が完了したならば、上述した手順と同じ手順を行って、エッチングガス Cの処理へ移行することになる（S14)。

[0066] 以上のように、本発明方法では、各エッチングステップ処理を開始するに当たって、当初は上記規定流量よりも大きな流量、例えば規定流量の 3倍程度の流量のエッチングガスを所定の短時間、例えば 1秒間程度供給する。その後、直ちに流量を減少させて規定流量で流すようにするので、その結果、早く圧力安定化状態にできてエッチング処理を開始でき、その分、スループットを向上させることができる。

[0067] また、上記エッチングガスを流す直前に、処理容器 42内の残留ガスを排除する時に、高速排気用開閉弁 112を短時間だけ開状態にしてガス流路 104内に残留する直前の処理のエッチングガスを排気コンダクタンスの大きな高速排気用バイパス通路 110を介して処理容器 42内へ迅速に排出する。上記高速排気用バイパス通路 110 を設けていない場合には、ガス流路 104内の残留ガスはシャワーヘッドを介して処理容器 42内へ抜けることになる力このシャワーヘッド力もなるガス噴射手段 98の排気コンダクタンスは小さいので、上記ガス流路 104内の残留ガスがシャワーヘッドを介して処理容器 42内へ抜けるには比較的長時間を要してしまい、スループットが低下してしまう。これに対して、本発明では、上記した点に関して高速排気用ノィパス通路 1 10を設けて残留ガスを迅速に排出するようにしているので、その分、スループットを向上させることができる。

[0068] 尚、上記実施例では、高速排気用バイパス通路 110の下流側のガス出口 110Aを処理容器 42内に臨むように設けたが、これに限定されず、この高速排気用バイノス通路 110の下流側を、排気系 64の排気通路 66側に接続して、ガス流路 104内等の残留ガスを直接的に排気系 64側へ排出するようにしてもよい（図 1の 2点鎖線参照）。しかし、ガス流路 104内に残留するエッチングガスを排出する容器としての体積は、排気通路 66よりも処理容器 42の方が大きいので、エッチングガスの排出に伴う容器内の圧力上昇は処理容器 42の方が低く抑えられ、トータル的にはガス出口 110Aは処理容器 42に臨むように設けることが好ま、。

[0069] また上記実施例では、高速排気用バイノス通路 110を設けてガス供給手段 100のガス流路 104内やシャワーヘッド内の残留ガスを処理容器 42側へ吸弓 I排気して迅速に抜くようにしたが、この高速排気用バイパス通路 110を設けな、ようにしてもょヽ。この場合には、新たな処理ガス (エッチングガス）の供給を開始した時の所定の短時間 A t3だけ大きな流量でエッチングガスを流すだけであって、ガス流路 104内やシャワーヘッド内の残留ガスを吸引排気しない分、図 2 (B)に示す場合と比較して残留ガスの排出にある程度時間を要してしまうが、それでも、図 2 (A)に示す比較例方法よりは、短時間で残留ガスの排出を行うことができる。

[0070] 換言すれば、図 3 (C)に示す残留ガス強制排除の工程がなくなるので、残留ガスの排出のための時間、すなわち時刻 PI— P2間が長くなるが、それでも図 2 (A)に示す比較例方法の場合よりはガスの切り替えに要する時間を短くすることができる。この時の処理容器 42内の圧力変化の状態は図 2 (C)に示されており、処理ガスの安定ィ匕までの時間 A t5は、図 2 (B)に示す時間 A t2よりは少し長くなつてしまうが、図 2 (A)に示す比較例方法の時間 A tlよりは短縮されて、例えば 4秒程度になっており、全体的にスループットの向上を図ることができる。

[0071] また本実施例 1では、所定の処理としてプラズマを用いたプラズマエッチング処理を例にとって説明したが、これに限定されず、プラズマ CVD処理、プラズマ ALD (Ato mic Layered Deposition)成膜処理、プラズマスパッタ処理、プラズマ改質処理等の全ての処理に適用することができ、特に、途中でガス種を切り替えて供給するようなマルチステップ処理に有効である。

更には、本発明は、プラズマを用いない処理、例えば熱 CVD処理、 ALD成膜処理、酸化拡散処理、改質処理等の全ての処理に適用でき、特に途中でガス種を切り替えて供給するような処理、例えば ALD処理に特に有効である。例えば図 5は本発明の処理装置の変形例を示す断面図であり、ここで本発明を熱処理装置に適用した場合を示している。尚、図 1に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してある。

[0072] この熱処理装置は、熱 CVD処理や成膜ガスの切り替えを繰り返しながら一層ずつ薄膜を形成する ALD成膜処理を行うものである。

ここで載置台 44内にウェハ加熱用の抵抗加熱ヒータよりなる加熱手段 58を埋め込んでおり、またガス噴射手段 98は箱形容器状のシャワーヘッドで構成され、内部には拡散板 120が設けられている。尚、上記加熱手段 58として、載置台を薄い円板状に形成してこれを下方より加熱する加熱ランプを用いる場合もある。

[0073] また、ガス供給手段 100の一例として、ここでは 3種類の成膜ガス A、 B、 Cをそれぞれ貯留する 3つのガス源 120A、 120B、 120Cを有しており、これらの成膜ガス A、 B 、 Cを切り替えて供給するようにしている。そして、ここでもガス流路 104と処理容器 4 2との間を、途中に高速排気用開閉弁 112を介設した高速排気用バイパス通路 110 により連通するようにしている。この場合にも、先に説明した実施例と同様な作用効果を発揮することができる。

また、ここでは被処理体として半導体ウェハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、 LCD基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 被処理体に対して規定流量の処理ガスを用いて所定の処理を行う処理装置において、

前記被処理体を載置する載置台が内部に設けられた処理容器と、

前記処理容器内の雰囲気を排気するための真空ポンプと圧力制御弁とを有する排気系と、

前記処理容器内へ前記処理ガスを噴射するガス噴射孔を有するガス噴射手段と、前記ガス噴射手段へ流量制御しつつ前記処理ガスを供給するガス供給手段と、装置全体を制御する制御手段とを備え、

前記制御手段は、排気系およびガス供給手段を制御して、前記所定の処理を開始する時に、前記処理容器内の雰囲気を排気系により排気しながら前記所定の処理時の規定流量よりも大きな流量の処理ガスを所定の短時間だけ供給し、その後、前記規定流量の処理ガスをガス流路から供給することを特徴とする処理装置。

[2] 前記制御手段は、排気系およびガス供給手段を制御して、前記処理容器の容積と、前記所定の処理時の処理容器内プロセス圧力と、前記処理容器内を前記プロセス圧力まで昇圧するまでに必要とされる時間とに基づいて定められる所定の短時間だけ規定流量よりも大きな流量の処理ガスを供給することを特徴とする請求項 1記載の処理装置。

[3] 前記制御手段は排気系およびガス供給手段を制御して、 3秒以内規定流量よりも大きな流量の処理ガスを供給することを特徴とする請求項 1記載の処理装置。

[4] 前記制御手段は、排気系およびガス供給手段を制御して、規定流量よりも大きな流量の処理ガスを供給すると同時に、前記圧力制御弁を制御して前記所定の処理時の処理容器内プロセス圧力に対応する弁開度に設定することを特徴とする請求項 1 記載の処理装置。

[5] 前記ガス供給手段は、切り替えにより選択的に供給される複数種類の処理ガスを供給することを特徴とする請求項 1記載の処理装置。

[6] 前記ガス供給手段は、前記ガス噴射手段に接続されるガス流路を有し、前記ガス流路と前記処理容器内との間に、高速排気用開閉弁が取付けられた高速排気用バィパス通路が設けられていることを特徴とする請求項 5記載の処理装置。

[7] 前記ガス供給手段は、前記ガス噴射手段に接続されるガス流路を有し、前記ガス流路と前記排気系との間に、高速排気用開閉弁が取付けられた高速排気用バイパス通路が設けられていることを特徴とする請求項 5記載の処理装置。

[8] 前記制御手段は、規定流量よりも大きな流量の処理ガスを所定の短時間流す直前に、前記ガス流路内に残留する直前の処理の処理ガスを排出させるために前記高速排気用開閉弁を開状態にすることを特徴とする請求項 6又は 7記載の処理装置。

[9] 前記ガス噴射手段は、複数のガス噴射孔を有するシャワーヘッドよりなることを特徴とする請求項 1記載の処理装置。

[10] 前記被処理体を加熱するための加熱手段が設けられることを特徴とする請求項 1記載の処理装置。

[11] 前記処理容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段が設けられることを特徴とする請求項 1記載の処理装置。

[12] 排気可能になされた処理容器内に規定流量の処理ガスを供給して被処理体に対して所定の処理を施すようにした処理方法にぉヽて、

前記所定の処理を開始する時に、前記処理容器内の雰囲気を排気系により排気しながら前記所定の処理時の規定流量よりも大きな流量の処理ガスをガス流路から所定の短時間だけ供給する工程と、

規定流量よりも大きな流量の処理ガスを所定の短時間だけ供給した後、規定流量の処理ガスをガス流路カゝら供給する工程と、を備えたことを特徴とする処理方法。

[13] 前記処理容器内へ複数種類の処理ガスを切り替えて選択的に供給することが可能となっており、

前記処理ガスを切り替えて処理容器内へ処理ガスを供給する場合、規定流量よりも大きな流量の処理ガスを流す直前に、前記処理ガスを供給するガス流路内に残留する直前の処理時の処理ガスを高速排気用バイパス通路を介して前記処理容器内、或いは排気系へ排出するようにしたことを特徴とする請求項 12記載の処理方法。

[14] 被処理体を載置する載置台が内部に設けられた処理容器と、

前記処理容器内へ処理ガスを噴射するガス噴射孔を有するガス噴射手段と、前記ガス噴射手段へ流量制御しつつ前記処理ガスを供給するガス供給手段と、を備えた処理装置を用いて前記被処理体に対して所定の処理を行うに際して、前記所定の処理を開始する時に、前記処理容器内の雰囲気を排気系により排気しながら前記所定の処理時の規定流量よりも大きな流量の処理ガスをガス流路から所定の短時間だけ供給する工程と、規定流量よりも大きな流量の処理ガスを所定の短時間だけ供給した後、規定流量の処理ガスをガス流路カゝら供給する工程とを備えた処理方法を実行させるよう前記処理装置を制御するコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体。

被処理体を載置する載置台が内部に設けられた処理容器と、

前記処理容器内へ処理ガスを噴射するガス噴射孔を有するガス噴射手段と、前記ガス噴射手段へ流量制御しつつ前記処理ガスを供給するガス供給手段と、を備えた処理装置を用いて前記被処理体に対して所定の処理を行うに際して、前記所定の処理を開始する時に、前記処理容器内の雰囲気を排気系により排気しながら前記所定の処理時の規定流量よりも大きな流量の処理ガスをガス流路から所定の短時間だけ供給する工程と、規定流量よりも大きな流量の処理ガスを所定の短時間だけ供給した後、規定流量の処理ガスをガス流路カゝら供給する工程とを備えた処理方法を実行させるよう前記処理装置を制御するコンピュータプログラム。