专利名称：等离子体处理装置及其气体供给方法
技术领域：
本发明涉及能够将多种处理气体供给处理室内的等离子体处理装置及其气体供给方法。
背景技术：
在半导体制造エ序中，使用等离子体处理装置，向处理室内供给规定的气体，对半导体晶片、液晶基板、太阳能电池用基板等被处理基板(以下简称为“基板”)实施成膜和蚀刻等规定的处理。在这种等离子体处理装置中的气体供给系统中，在混合供给多种气体的情况下，设置多个供给各种气体的气体供给路，使其与ー个共通的气体供给路合流，然后向等离子 体处理装置的处理室内导入处理气体。在各个气体供给路中分别设置质量流量控制器(MFC)等流量调整器，并且在其上游侧和下游侧分别设置开闭阀。另外，有时也仅在流量调整器的下游侧设置开闭阀。目前，这种各个处理气体供给的开闭是通过开闭这些开闭阀来进行的，在流量调整器中设定规定流量，由此来控制流通各个气体供给路内的处理气体的流量(例如參照专利文献I)专利文献I :日本特开2002-85962号公报专利文献2 :日本特开平11-195641号公报专利文献3 日本特开2000-306887号公报
发明内容
发明要解决的课题最近几年，根据处理的多祥化和半导体元器件的微细化要求，通过切换不同种类的处理气体，在同一装置内连续地进行处理的情况也不少。但是，在这种情况下，如果通过开闭质量流量控制器的开闭阀来进行各个处理气体供给的开闭，那么，残留在质量流量控制器内的气体ー下子流入处理室内后，开始质量流量控制器的流量控制。因此,存在在切换各个处理气体时容易发生气体流量的过渡现象(hydraulictransient),被供给处理室内的气体流量不稳定这样的问题。而且,还有气体的切换间隔越短，越容易发生这样的气体流量的过渡现象的倾向。在此情况下，在气体的各个切换中设置稳定エ序，由此也能吸收气体流量的过渡现象，但是，总处理能力下降与此相应的量。此外，在上述专利文献2、3中记载有以下内容在交替切換蚀刻气体与沉积气体时，在切换各个气体时分别设置迁移エ序，在该迁移エ序中，在停止其中一种气体的供给之前开始其它气体的供给，使其中一种气体的流量逐渐下降且逐渐増加其它气体的流量。但是，根据该专利文献2、3的流量控制，在切换各个气体时交替供给的气体混合，因此，不能忽视因所切换的气体的种类不同对基板的处理的影响。
因此，本发明就是鉴于这样的问题，其目的在干，提供一种等离子体处理装置及其气体供给方法，在交替切換处理气体的供给时，这些处理气体不会混合，比过去更能抑制气体流量的过渡现象。用于解决课题的方法为了解决上述课题，根据本发明的ー个观点，提供一种等离子体处理装置的气体供给方法，所述等离子体处理装置通过向能够减压的处理室内供给规定的气体并生成等离子体，来对前述处理室内的基板实施规定的等离子体处理，该等离子体处理装置的气体供给方法的特征在于前述等离子体处理装置包括气体供给系统，在多个处理气体供给源分别连接气体供给路，经由这些气体供给路向前述处理室供给所希望的处理气体；流量控制器，分别设置于各个前述气体供给路，根据所设定的流量来调整流量调整阀的开度，由此来控制流经前述气体供给路的气体的流量；和分别设置于各个前述流量控制器的下游侧的开闭阀，在前述基板的等离子体处理中交替切換至少两种以上的处理气体并供给至前述处理室内时，对于切換的前述处理气体的各个气体供给路，在开启前述流量控制器的下游侧 的前述开闭阀的状态下，通过在前述流量控制器反复设定规定流量和零流量，来交替开闭各个前述处理气体的供给。为了解决上述课题，根据本发明的其它观点，提供一种等离子体处理装置，其通过向能够减压的处理室内供给规定的气体并生成等离子体，来对前述处理室内的基板实施规定的等离子体处理，该等离子体处理装置的特征在于，包括气体供给系统，在多个处理气体供给源中分别连接气体供给路，经由这些气体供给路向前述处理室供给所希望的处理气体；流量控制器，分别设置于各个前述气体供给路，根据所设定的流量来调整流量调整阀的开度，由此来控制流经前述气体供给路的气体的流量；分别设置于各个前述流量控制器的下游侧的开闭阀；和在各个前述流量控制器中设定流量的控制部，前述控制部，在前述基板的等离子体处理中交替切換至少两种以上的处理气体并供给前述处理室内时，对于切換的前述处理气体的各个气体供给路，在开启前述流量控制器的下游侧的前述开闭阀的状态下，通过在前述流量控制器反复设定规定流量和零流量，来交替开闭各个前述处理气体的供给。根据本发明，对于交替切换并供给处理室内的处理气体，在开启其流量控制器的下游侧的开闭阀的状态下，在流量控制器中对规定流量和零流量进行反复设定，由此能够开闭各个处理气体。由此，在切換各个处理气体时，交替切換的处理气体不会混合，比过去更能抑制在处理室内发生的气体流量的过渡现象。另外，在前述各个流量控制器的上游侧也分别设置开闭阀，对于切換的前述处理气体的各个气体供给路，在不仅前述流量控制器的下游侧的前述开闭阀开启，而且上游侧的前述开闭阀也开启的状态下，通过对其流量控制器反复进行规定流量和零流量的设定控制，来交替开闭各个前述处理气体的供给。这样，对于交替切换并供给处理室内的处理气体，在不仅前述流量控制器的下游侦牝而且上游侧的开闭阀也开启的状态下，在流量控制器中对规定流量和零流量进行反复设定，由此能够开闭各个处理气体。由此，在切换各个处理气体时，交替切换的处理气体不会混合，不仅能够抑制在处理室内发生的气体流量的过渡现象，而且比过去更能抑制在质量流量控制器内发生的气体流量的过渡现象。
另外，将各个前述处理气体交替切换并供给至前述处理室内时，对各个前述处理气体的切換时间是否为阈值以下进行判断，在判断前述切换时间为阈值以下的情况下，切换的前述处理气体的供给的开闭通过在前述开闭阀开启的状态下，对前述流量控制器设定规定流量或者零流量来进行，在判断前述切換时间不为阈值以下的情况下，切換的前述处理气体的供给的开闭也可以通过前述开闭阀的开闭来进行。在此情况下，前述切换时间的阈值优选设定在I秒 15秒的范围。另外，切換的前述处理气体例如至少是两种以上的蚀刻气体。另外，切換的前述处理气体也可以至少包含蚀刻气体与清洁气体。发明效果根据本发明，在切換各个处理气体时，交替切換的处理气体不会混合，比过去更能抑制气体流量的过渡现象。由此，能够更顺利地进行更加稳定的处理气体的切換。
图I是表示构成本发明的实施方式的等离子体处理装置的概略结构的截面图。图2是同实施方式中的质量流量控制器的结构例的图。图3是表示比较例的气体供给控制的时间图。图4是表示本实施方式的气体供给控制的时间图。图5A是切断(关闭)C4F8气体的供给并开始C4F6气体的供给(开启)时的实验結果，是表示从处理室内的等离子体发光光谱检测出CF自由基的发光强度的坐标图。图5B是切断(关闭)C4F6气体的供给并开始C4F8气体的供给(开启)时的实验結果，是表示从处理室内的等离子体发光光谱检测出CF自由基的发光强度的坐标图。图6A是通过图3所示的比较例的气体供给控制来进行等离子体蚀刻的实验結果，是表示从处理室内的等离子体发光光谱检测出CO自由基的发光强度的坐标图。图6B是通过图3所示的比较例的气体供给控制来进行等离子体蚀刻的实验結果，是表示从处理室内的等离子体发光光谱检测出O自由基的发光强度的坐标图。图6C是通过图3所示的比较例的气体供给控制来进行等离子体蚀刻的实验結果，是表示从处理室内的等离子体发光光谱检测出CF自由基的发光强度的坐标图。图7A是通过图4所示的本实施方式的气体供给控制来进行等离子体蚀刻的实验结果，是表示从处理室内的等离子体发光光谱检测出CO自由基的发光强度的坐标图。图7B是通过图4所示的本实施方式的气体供给控制来进行等离子体蚀刻的实验结果，是表示从处理室内的等离子体发光光谱检测出O自由基的发光强度的坐标图。图7C是通过图4所示的本实施方式的气体供给控制来进行等离子体蚀刻的实验结果，是表示从处理室内的等离子体发光光谱检测出CF自由基的发光强度的坐标图。图8是表示本实施方式的变形例的气体供给控制的时间图。图9A是通过图8所示的本实施方式的变形例的气体供给控制来进行等离子体蚀刻的实验结果，是表示从处理室内的等离子体发光光谱检测出CO自由基的发光强度的坐标图。图9B是通过图8所示的本实施方式的变形例的气体供给控制来进行等离子体蚀刻的实验结果，是表示从处理室内的等离子体发光光谱检测出O自由基的发光强度的坐标图。图9C是通过图8所示的本实施方式的变形例的气体供给控制来进行等离子体蚀刻的实验结果，是表示从处理室内的等离子体发光光谱检测出CF自由基的发光强度的坐标图。图IOA是通过图3所示的比较例的气体供给控制来进行等离子体蚀刻的实验结果，是表示检测出质量流量控制器内的C4F6气体的流量的坐标图。图IOB是通过图3所示的比较例的气体供给控制来进行等离子体蚀刻的实验结果，是表示检测出质量流量控制器内的C4F8气体的流量的坐标图。
图IlA是通过图8所示的本实施方式的变形例的气体供给控制来进行等离子体蚀刻的实验结果，是表示检测出质量流量控制器内的C4F6气体的流量的坐标图。图IlB是通过图8所示的本实施方式的变形例的气体供给控制来进行等离子体蚀刻的实验结果，是表示检测出质量流量控制器内的C4F8气体的流量的坐标图。
具体实施例方式下面，參照附图对本发明的最佳实施方式进行详细的说明。此外，在本说明书及附图中，对于实际上具有相同功能的构成元素标注相同的符号，省略重复说明。另外，本说明书中的 ImTorr 是(10 3X 101325/760) Pa, Isccm 是(10 6/60) m3/sec。(等离子体处理装置的结构例)首先，对本发明的实施方式的等离子体处理装置的结构例进行说明。此处，以在处理室内将上部电极与下部电极(底座)对置配置，从上部电极将处理气体向处理室内供给的平行平板型的等离子体处理装置为例进行说明。图I是表示本实施方式的等离子体处理装置100的概略结构的截面图。等离子体处理装置100包括例如由铝等导电性材料形成的处理室102和向该处理室102内供给多种气体的气体供给系统200。处理室102被电气接地，在处理室102内设置有兼用来载置被处理基板例如半导体晶片(以下，也简称为“晶片”)W的载置台的下部电极(底座)110 ;和与其相对平行地配置的上部电极120。在下部电极110连接有供给双频重叠电カ(Dual Frequency Superimposed)的电カ供给装置130。电カ供给装置130包括供给第一频率的第一高频电カ(等离子体生成用高频电力)的第一高频电源132 ;和供给比第一频率低的第二频率的第二高频电カ(偏置电压发生用高频电力)的第二高频电源134。第一、第二高频电源132、134分别经由第一、第ニ匹配器133、135与下部电极110电气连接。第一、第二匹配器133、135分别用来使第一、第二高频电源132、134的内部(或者输出)阻抗与负荷阻抗匹配，并且在处理室102内生成等离子体时，发挥使第一、第二高频电源132、134的内部阻抗与负荷阻抗外表上看一致的功能。第一高频电源132输出27MHz以上频率(例如40MHz)的高频电力。第二高频电源134输出13. 56MHz以下频率(例如2MHz)的高频电力。上部电极120隔着包覆其周边部的屏蔽环(shield ring) 122安装于处理室102的顶部。上部电极120既可以如图I所示电气接地，也可以连接未图示的可变直流电源，在上部电极120施加规定的直流(DC)电压。
在上部电极120形成用来从气体供给系统200导入气体的气体导入口 124。另外，在上部电极120的内部设置将从气体导入口 124导入的气体扩散的扩散室126。在上部电极120形成将来自该扩散室126的气体供给处理室102内的多个气体供给孔128。各个气体供给孔128按照能够向载置于下部电极110的晶片W与上部电极120之间供给气体的方式来配置。根据这种上部电极120，将来自气体供给系统200的气体经由气体导入口 124供给至扩散室126，在此处扩散并分配至各个气体供给孔128，从气体供给孔128向下部电极110排出。此外，将在后面对气体供给系统200的具体结构例进行阐述。在处理室102的底面形成排气ロ 142，利用与排气ロ 142连接的排气装置140进行排气，由此，能够将处理室102内保持在规定的真空度。在处理室102的侧壁设置有闸阀G。通过打开该闸阀G，能够向处理室102内搬入晶片W以及从处理室102内搬出晶片W。 在等离子体处理装置100中设置控制整个装置的操作的控制部150。在控制部150连接有操作部152，它由操作员为了管理等离子体处理装置100而进行指令的输入操作等的键盘、和可视化表示等离子体处理装置100的运转情况的显示器等组成。此外，在控制部150连接有存储部154，在该存储部中存储有用来在控制部150的控制下实现在等离子体处理装置100所运行的各种处理的程序和用来运行程序所希望的处理条件(配方)等。在存储部154例如存储有后述的第一、第二处理条件(配方)等。对于这种处理条件，是汇总控制等离子体处理装置100的各个部分的控制參数、设定參数等多个參数值。各个处理条件例如具有处理气体的流量比(在各个质量流量控制器230设定的流量等)、处理室内压力、高频电カ等參数值。此外，这些程序和处理条件既可以存储于硬盘和半导体存储器中，也可以在保存在CD-ROM、DVD等移动性的计算机能够读取的存储介质中的状态下设置于存储部154的规
定位置。控制部150根据来自操作部152的指示等，从存储部154读出所希望的程序、处理条件并控制各个部分，由此来运行等离子体处理装置100中的所希望的处理。另外，根据操作部152的操作能够编辑处理条件。(气体供给系统)此处，对气体供给系统200的具体结构例进行说明。此处的气体供给系统200能够有选择地向处理室102内供给四种处理气体(C4F8气体、C4F6气体、O2气体、Ar气体)。在这些气体中，C4F8气体、C4F6气体均作为蚀刻气体被交替供给，必要时O2气体、Ar气体与这些气体一同被供给。具体而言，气体供给系统200具备C4F8气体、C4F6气体、O2气体、Ar气体的各个气体供给源210A 210D。这些气体供给源210A 210D分别通过气体供给路(配管)212A 212D与共通气体供给路(配管)214合流连接。在通用气体供给路214存在开闭阀216，其下游侧与上部电极120连接。此外，也可以在通用气体供给路214中设置从流经其中的气体除去颗粒的过滤器。在各个气体供给路212A 212D中，作为调整所流通的气体流量的流量控制器的一例，分别设置有质量流量控制器(MFC)230A 230D。在各个质量流量控制器(MFC)230A 230D的上游侧和下游侧分别设置上游侧开闭阀(第一开闭阀)220A 220D和下游侧开闭阀(第二开闭阀)240A 240D。參照附图，对这种质量流量控制器(MFC)230A 230D的具体结构例进行说明。图2是表示本实施方式的质量流量控制器(MFC)的结构例的图。质量流量控制器(MFC)230A 230D是相同的结构，因此，此处，从參照符号中去掉后缀A D有代表性地进行说明。如图2所示，质量流量控制器(MFC)230在其内部具备将气体供给路212分流的主流路231和侧流路232。具体而言，在质量流量控制器(MFC) 230内，从气体导入口(IN)导入的来自气体供给路212的气体被主流路231和侧流路232暂时分流，再次合流后，通过流量调整阀(控制阀)235从气体导出ロ(OUT)向气体供给路212导出。在侧流路232设置有用来测量气体供给路212内的流量的流量传感器。流量传感器由设置于侧流路232的上游侧的上游侧传感器233、和设置于侧流路232的下游侧的下游侧传感器234形成。
上游侧传感器233和下游侧传感器234例如由发热电阻线构成。这样，如果流体流经上游侧传感器233，则热量被夺走，温度下降，反之，在下游侧传感器234，则被付与热量，温度上升。其结果是，在上游侧传感器233和下游侧传感器234产生温差，检测出与该温差对应的输出电压(MFC输出电压)，由此能够检测出流量。在质量流量控制器(MFC) 230设置MFC控制回路236，根据流量传感器(上游侧传感器233、下游侧传感器234)的输出来控制流量调整阀235的开度，由此将气体供给路212的流量调整为设定流量。在根据这种质量流量控制器(MFC) 230来进行流通气体供给路212的气体供给控制的情况下，利用控制部150对MFC控制回路236设定规定流量。于是，MFC控制回路236控制流量调整阀235的开度，使其变成所设定的规定流量，由此来控制流通气体供给路212的气体的流量。例如，如果对MFC控制回路236设定规定流量，那么，流量调整阀235开启，调整其开度，将气体的流量调整为规定流量，如果设定零流量，则流量调整阀235关闭，切断(关闭)气体的供给。在本实施方式中，利用这种功能，将质量流量控制器230内的流量调整阀235用于开闭阀(开闭阀)，由此，抑制切换气体时的气体流量的过渡现象。将在后面对其具体的气体供给控制的详细情况进行阐述。下面，对这种等离子体处理装置100的晶片处理的具体例进行说明。在本实施方式中，列举以下的情况为例例如在形成于晶片W上的氧化膜(例如氧化硅膜)上，将形成图案的规定的膜(例如抗蚀剂膜、多晶硅膜)作为掩膜，进行形成规定的纵横比的孔或槽的等离子体蚀刻。作为此处的等离子体蚀刻，以在其处理中生成等离子体，在短时间内交替切换不同种类的处理气体的情况为例说明。这样，例如，能够在生成等离子体的情况下，将使用沉积性强的处理气体(例如C4F6气体)所进行的第一步骤，和使用沉积性比其弱的处理气体(例如C4F8气体)所进行的第二步骤交替反复进行。这样，进行调整以使孔径和槽宽度不会过度扩大，并且能够进行蚀刻，所以，能够在晶片W的表面形成纵横比更高，更深的孔和槽。另外，例如如C4F6气体与C4F8气体那样，所切換的气体两者均作为用于等离子体蚀刻的气体，由此，在毎次切换这些处理气体时，不必根据其处理气体的种类来开闭等离子体，其处理过程中继续施加高频电力，能够继续生成等离子体。因此，能够提高总处理能力。一般情况下，处理气体供给的开闭是通过开闭质量流量控制器230的上游侧与下游侧的开闭阀220、240来进行的，质量流量控制器230内的流量调整阀235并非用于处理气体供给的开闭，而是专门用于处理气体的流量控制。但是，如前述的本实施方式的等离子体蚀刻那样，在交替切换多种处理气体的晶片处理中，在较短的时间内切換处理气体，所以，如果在这种晶片处理中，由开闭阀220、240来进行处理气体的供给的开闭，那么，在切换处理气体时，就会发生气体流量的过渡现象(例如过冲(overshoot)、起伏等)的可能性大。而且，存在处理气体的切换间隔越短，越容易发生气体流量的过渡现象的倾向。下面，參照附图，以比较例的气体供给控制为例，对这种气体流量的过渡现象进行说明。图3是比较例的气体供给控制。在图3所示的气体供给控制中，以通过上游侧开闭阀220和下游侧开闭阀240的开闭来开闭各个处理气体(C4F6气体、C4F8气体)的供给的情 况下，在处理室102内发生的气体流量的过渡现象为例进行说明。如图3所示，在比较例的气体供给控制中，在开始(开启)C4F6气体的供给时，例如依次开启下游侧开闭阀240A、上游侧开闭阀220A，在经过规定的延迟时间后，在质量流量控制器230A设定规定流量。在切断(关闭)C4F6气体的供给时，例如，与供给开始(开启)时相反，依次关闭上游侧开闭阀220A、下游侧开闭阀240A，在经过规定的延迟时间后，在质量流量控制器230中设定零流量。与此相同，在开始(开启)C4F8气体的供给时，例如依次开启下游侧开闭阀240B、上游侧开闭阀220B，在经过规定的延迟时间后，在质量流量控制器230B设定规定流量。在切断(关闭)C4F8气体的供给时，例如，与供给开始(开启)时相反，依次关闭上游侧开闭阀220B、下游侧开闭阀240B，在经过规定的延迟时间后，在质量流量控制器230B设定零流量。这样，交替反复进行C4F6气体供给的开闭、和C4F8气体供给的开闭，由此交替切換并供给C4F6气体与C4F8气体。但是，在比较例的这种气体供给控制中，在切断(关闭)各个处理气体的供给时，关闭上游侧与下游侧的开闭阀220、240两者，因此，如图2所示，气体容易残留在包括质量流量控制器230内的上游侧开闭阀220B与下游侧开闭阀240B之间。因此，在开始(开启)各个处理气体的供给时，在开启下游侧开闭阀240时，残留在比流量调整阀235更靠近下游侧的气体ー下子流入处理室102内后，流量调整阀235开启，调整其开度，由此开始流量控制。因此，存在在处理气体开始供给即刻容易发生气体流量的过渡现象，在处理气体的供给初始阶段被供给处理室102内的气体流量不稳定这样的问题。因此，在本实施方式中，对于交替供给多种处理气体的气体供给路212，至少在开启下游侧开闭阀240的状态下，在前述质量流量控制器230反复设定规定流量和零流量，由此开闭处理气体的供给。这样，能够通过质量流量控制器230的流量调整阀235的开闭来进行处理气体的开闭。由此，即使反复进行处理气体的开闭，残留气体也不会滞留在比流量调整阀235更靠近下游侧的位置，所以，与过去相比更能抑制被供给处理室102内的气体流量的过渡现象。由此，能够更顺利地进行更加稳定的处理气体的切換。而且，交替反复进行各个处理气体的开闭，所以，交替切換的处理气体也不会混合。由此，也能够防止因交替切換的处理气体混合所产生的对晶片处理的影响。參照附图，对本实施方式的这种气体供给控制进行说明。此处，对于交替供给多种处理气体的气体供给路212，以下述情况为例进行说明。虽然上游侧开闭阀220开闭，但是下游侧开闭阀240为开启状态，在其质量流量控制器230反复设定规定流量与零流量，由此来开闭处理气体的供给。图4是表示本实施方式的气体供给控制的时间图。在图4所示的气体供给控制中，在进行晶片W的等离子体蚀刻之前，在下部电极110载置晶片W并将处理室102内减压至规定的真空压力，对于交替供给的C4F6气体和C4F8气体，开启质量流量控制器230A、230B的下游侧开闭阀240A、240B。在下游侧开闭阀240A、240B开启的状态下，首先供给C4F6气体，利用电カ供给装置130在下部电极110施加规定的高频电カ并生成等离子体，由此开始等离子体蚀刻。具 体而言，利用电カ供给装置130，从第一高频电源132按照规定的功率向下部电极110供给27MHz以上频率的第一高频(例如40MHz)，并且从第二高频电源134按照规定的功率供给13. 56MHz以下频率的第二高频(例如2MHz)。接着，在经过规定的气体切换时间后，切換成C4F8气体的供给。然后，在各个气体切换时间交替切换并供给这些处理气体。在此情况下，在开始(开启)C4F6气体的供给时，开启上游侧开闭阀220A，在质量流量控制器230A设定规定流量，在切断(关闭)C4F6气体的供给时，关闭上游侧开闭阀220A后，在质量流量控制器230A设定零流量。此时，下游侧开闭阀240A为开启状态，所以，在质量流量控制器230A设定规定流量，由此其流量调整阀235开启，开始(开启)C4F6气体的供给，在质量流量控制器230A设定零流量，由此，流量调整阀235关闭，切断(关闭)C4F6气体的供
i ロ 与此相同，在开始(开启)C4F8气体的供给时，开启上游侧开闭阀220B，在质量流量控制器230B设定规定流量，在切断(关闭)C4F8气体时，在关闭上游侧开闭阀220B后，在质量流量控制器230B设定零流量。此时，下游侧开闭阀240B为开启状态，所以，在质量流量控制器230B设定规定流量，由此，流量调整阀235开启，开始(开启K4F8气体的供给，在质量流量控制器230B设定零流量，由此，流量调整阀235关闭，切断(关闭)C4F8气体的供给。这样，在下游侧开闭阀240A、240B开启的状态下，按照规定次数反复进行C4F6气体和C4F8气体的开闭，由此交替切換C4F6气体与C4F8气体。如果等离子体蚀刻结束，则关闭下游侧开闭阀240A、240B。此处，參照附图，对检测出进行图3、图4所示的气体供给控制时的处理室102内的气体流量的变化的实验结果进行说明。此处，从等离子体的发光光谱，根据特定的自由基成分(规定波长)的发光强度检测出处理室102内的气体流量的变化。此外，此时的处理条件与后述的第一处理条件、第二处理条件相同。图5A、图5B均为检测出CF自由基(260nm)的发光强度的图。图5A是切断(关闭)C4F8气体的供给并开始(开启)C4F6气体的供给，图5B是切断(关闭)C4F6气体的供给并开始(开启)C4F8气体的供给.图5A、图5B中的虚线曲线为根据比较例的气体供给控制(图3)的曲线，实线曲线为根据本实施方式的气体供给控制(图4)的曲线。根据图5A、图5B所示的实验结果可知，在任一个情况下，在实线曲线所示的本实施方式的气体供给控制(图4)中，都能抑制在虚线曲线所示的比较例的气体供给控制(图3)中发生的Q1、Q2这样的过渡现象。接着，參照附图，对根据图3、图4所示的气体供给控制而交替多次切換C4F6气体和C4F8气体，由此进行晶片W的蚀刻时的实验结果进行说明。图6A 图6C是比较例的气体供给控制(图3)的实验結果，图7A 图7C是本实施方式的气体供给控制(图4)的实验结果。图6A、图7A是从处理室102内的等离子体发光光谱检测出CO自由基(483nm)的发光强度的图，图6B、图7B是检测出O自由基(777nm)的发光强度的图，图6C、图7C是检测出CF自由基(260nm)的发光强度的图。此外，前述图5A、图5B的虚线曲线相当于放大图6C的一部分，前述图5A、图5B的实线曲线相当于放大图7C的一部分。此外，在本实验中，对于多枚晶片W，在形成于晶片W上的氧化膜上，以多晶硅膜作 为掩膜进行形成规定的纵横比的孔的等离子体蚀刻。图6A 图6C、图7A 图7C是将这些多枚晶片W的实验结果的坐标图叠加的图。该实验中的主要处理条件如下所述。下述第一处理条件是，使用沉积性强的处理气体(此处是C4F6气体)所进行的第一步骤，下述第二处理条件是，使用沉积性弱的处理气体(例如C4F8气体)所进行的第二步骤。每十秒交替进行基于这些第一、第二处理条件的各个步骤。[第一处理条件(第一步骤)]处理室内压カ40mTorr气体种类及流量比C4F8/C4F6/Ar/02= 0/57/500/20sccm第一高频(40Hz):1200W第二高频(2Hz):5000W蚀刻时间IO秒钟[第二处理条件(第二步骤)]处理室内压カ40mTorr气体种类及流量比C4F8/C4F6/Ar/02= 0/57/500/40sccm第一高频(40Hz):1200W第二高频(2Hz):5000W蚀刻时间10秒钟根据这些实验结果可知，在CO自由基、O自由基、CF自由基的任ー个的情况下,在图7A 图7C所示的本实施方式的气体供给控制(图4)中，能够抑制在图6A 图6C所示的比较例的气体供给控制(图3)中发生的Ql、Q2这样的过渡现象。像这样，对于根据本实施方式的气体供给控制(图4)交替供给的处理气体，在下游侧的开闭阀240开启的状态下，在质量流量控制器230反复设定规定流量和零流量，所以，如开闭阀那样使用流量调整阀235，能够反复进行处理气体的开闭。由此，能够使残留气体不会滞留在比流量调整阀235更靠近下游侧的位置，所以，能够抑制在处理室102内发生的气体流量的过渡现象。而且，在切换处理气体时，切断(关闭)其中ー种处理气体的供给，开始(开启)另ー种处理气体的供给，所以，也能防止处理气体混合。此外，在前述图4所示的气体供给控制中，以在晶片W的处理中一直开启下游侧开闭阀240的情况为例进行了说明，但是，并未限定于此。例如，也可以在晶片W的处理中，不仅使下游侧开闭阀240为开启状态，也可以使上游侧开闭阀220为开启状态。(本实施方式的变形例)下面，作为本实施方式的变形例，參照附图，对像这样在质量流量控制器230的下游侧和上游侧双方的开闭阀220、240为开启状态下，交替切換处理气体来进行等离子体蚀刻的气体供给控制进行说明。图8是表示本实施方式的变形例的气体供给控制的时间图。在图8所示的气体供给控制中，在进行晶片W的等离子体蚀刻之前，在下部电极110载置晶片W并将处理室102内减压至规定的真空压力，对于交替供给的C4F6气体与C4F8气体，依次开启质量流量控制器230A、230B的下游侧开闭阀240A、240B、上游侧开闭阀220A、220B。在下游侧开闭阀240A、240B和上游侧开闭阀220A、220B开启的状态下，首先供给C4F6气体，利用电カ供给装置130在下部电极110施加规定的高频电カ并生成等离子体，由此开始等离子体蚀刻。具体而言，与前述同样，利用电カ供给装置130，从第一高频电源132按照规定的功率向下部电极110供给27MHz以上频率的第一高频(例如40MHz)，并且从第二高频电源134按照规定的功率供给13. 56MHz以下频率的第二高频(例如2MHz)。接着，在经过规定的气体切换时间后，切換成C4F8气体的供给。然后，在各个气体切换时间交替切换并供给这些处理气体。在此情况下，在开始(开启)C4F6气体的供给时，在质量流量控制器230A设定规定流量，在切断(关闭)C4F6气体的供给时，在质量流量控制器230A设定零流量。此时，上游侧开闭阀220A与下游侧开闭阀240A均为开启状态，所以，在质量流量控制器230A设定规定流量，由此其流量调整阀235开启，开始(开启)C4F6气体的供给，在质量流量控制器230A设定零流量，由此其流量调整阀235关闭，切断(关闭)C4F6气体的供给。与此相同，在开始(开启)C4F8气体的供给时，在质量流量控制器230B设定规定流量，在切断(关闭)C4F8气体时，在质量流量控制器230B设定零流量。此时，上游侧开闭阀220B与下游侧开闭阀240B均为开启状态，所以，在质量流量控制器230B设定规定流量，由此其流量调整阀235开启，开始(开启)C4F8气体的供给，在质量流量控制器230B设定零流量，由此其流量调整阀235关闭，切断(关闭)C4F8气体的供给。这样，在下游侧开闭阀240A、240B和上游侧开闭阀220A、220B开启的状态下，按照规定次数反复进行C4F6气体与C4F8气体的开闭，由此交替切换C4F6气体和C4F8气体。如果等离子体蚀刻结束，则依次关闭上游侧开闭阀220A、220B、下游侧开闭阀240A、240B。此外，在图8所示的气体流量控制中，开闭下游侧开闭阀240A、240B和上游侧开闭阀220A、220B的顺序并未限定于上述。此处，參照附图，对根据图8所示的气体供给控制交替多次切換C4F6气体和C4F8气体，由此来进行晶片W的蚀刻时的实验结果进行说明。图9A 图9C是本实施方式的变形例的气体供给控制(图8)的实验結果。图9A是从处理室102内的等离子体发光光谱检测出CO自由基的发光强度的图，图9B是检测出O自由基的发光强度的图，图9C是检测出CF自由基的发光强度的图。此外，在本实验中，对于多枚晶片W，在形成于晶片W的氧化膜，以多晶硅膜作为掩膜进行形成规定的纵横比的孔的等离子体蚀刻。图9A 图9C是将这些多枚晶片W的实验结果叠加的坐标图。在该试验中，也与图3、图4时同样，每十秒交替进行基于前述的第一、第二处理条件的各个步骤。根据这些实验结果可知，在CO自由基、O自由基、CF自由基的任ー个的情况下，在图9A 图9C所示的本实施方式的变形例的气体供给控制(图8)中，能够抑制在图6A 图6C所示的比较例的气体供给控制(图3)中发生的Q1、Q2那样的过渡现象。像这样，对于根据本实施方式的变形例的气体供给控制(图8)交替供给的处理气体，在下游侧的开闭阀240A、240B开启的状态下，在质量流量控制器230反复设定规定流量和零流量，所以，如开闭阀那样使用流量调整阀235，能够反复进行处理气体的开闭。由此，能够使残留气体不会滞留在比流量调整阀235更靠近下游侧的位置，所以，能够抑制在处理室102内发生的气体流量的过渡现象。而且，在切换处理气体时，切断(关闭)其中ー种处理气体的供给，开始(开启)另ー种处理气体的供给，所以，也能防止处理气体混合。
而且，在本实施方式的变形例的气体供给控制(图8)中，上游侧开闭阀220也为开启状态，所以，也能够抑制在后述的质量流量控制器230内发生的气体流量的过渡现象。以下，參照附图，对这种质量流量控制器230内的气体流量的过渡现象进行详细的说明。如上所述，在图3所示的比较例的气体供给控制中，在切断(关闭)各个处理气体的供给时，上游侧开闭阀220和下游侧开闭阀240双方关闭，因此，如图2所示，气体容易残留在包括质量流量控制器230内的上游侧开闭阀220与下游侧开闭阀240之间。此时，气体供给路212的压カ分布，按照在比上游侧开闭阀220更靠近上游侧的位置最高，在上游侧开闭阀220与流量调整阀235之间、下游侧开闭阀240的顺序依次变低。因此，在开始(开启)各个处理气体的供给时，开启上游侧开闭阀220时，残留在比图2所示的上游侧开闭阀220更靠近上游侧的位置的气体ー下子流入质量流量控制器230内(上游侧开闭阀220与流量调整阀235之间)，然后开启流量调整阀235，调整开度，由此开始流量控制，所以，在开始气体的供给之后，在流量传感器中检测出的流量中也容易发生过渡现象。这一点，在图8所示的本实施方式的变形例的气体供给控制中，不仅下游侧开闭阀240开启，而且上游侧开闭阀220也开启的状态下，开启关闭各个处理气体的供给，所以，也能防止气体从比上游侧开闭阀220更靠近上游侧的位置一下子流入质量流量控制器230内。由此,也能抑制质量流量控制器230内的气体流量的过渡现象。此处，參照附图，对根据图3、图8所示的气体供给控制，交替多次切換C4F6气体和C4F8气体，由此来进行晶片W的等离子体蚀刻时的实验结果进行说明。图10A、图IOB是比较例的气体供给控制(图3)的实验結果，图11A、图IlB是本实施方式的变形例的气体供给控制(图8)的实验結果。图10A、图1认是质量流量控制器23(^中的流量传感器所检测出的C4F6气体的气体流量的时效坐标图，图10B、图IlB是质量流量控制器230B中的流量传感器所检测出的C4F8气体的气体流量的时效的坐标图。根据这些实验结果可知，图11A、图IlB所示的本实施方式的变形例的气体供给控制(图8)，能够抑制在图10A、图IOB所示的比较例的气体供给控制(图3)中发生的Q3、Q4那样的过渡现象。
像这样，根据本实施方式的变形例的气体供给控制(图8)，不仅下游侧开闭阀240开启，而且上游侧开闭阀220也开启的状态下，在质量流量控制器230反复设定规定流量和零流量，所以，不仅能够抑制处理室102内的气体流量的过渡现象，也能抑制质量流量控制器230内的气体流量的过渡现象。如本实施方式那样，在切换处理气体进行等离子体蚀刻的情况下，切换时间越短，能够形成纵横比越大的孔和槽。但是，处理气体的切换时间越短，越容易发生这种气体流量的过渡现象。因此，前述图4、图8所示的气体流量控制仅在气体切换时间在阈值以下时实施，气体切换时间不在阈值以下时，也可以进行图3所示的气体流量控制。这种情况下的气体切换时间的阈值优选设定在I秒 15秒的范围。这样，仅仅在容易发生气体流量的过渡现象的气体切换时间短的情况下，能够进行前述图4、图8所示的气体流量控制。由此，就能够切实抑制在形成纵横比更高且更深的孔和槽的情况下容易发生的气体流量的过渡现象。此外，也可以根据孔和槽的纵横比，来判 断是否进行前述图4、图8所示的气体流量控制。此外，在前述图4所示的气体流量控制中，开闭下游侧开闭阀240的时机并不限于上述的情況。例如，在开启下游侧开闭阀240的情况下，也可以在最初供给各个处理气体之前开启。另外，在关闭下游侧开闭阀240的情况下，也可以在最后供给各个处理气体之后关闭。另外，在前述图8所示的气体流量控制中，开闭下游侧开闭阀240和上游侧开闭阀220的时机并不限于上述的情況。例如，在开启各个开闭阀220、240的情况下，也可以在最初供给各个处理气体之前开启。另外，在关闭各个开闭阀220、240的情况下，也可以在最后供给各个处理气体之后关闭。另外，在本实施方式中，对各个质量流量控制器230的上游侧和下游侧的双方设置开闭阀220、240的情况进行了说明，但是并未限定于此，对于不在各个质量流量控制器的上游侧设置开闭阀，仅在下游侧设置开闭阀的情况也能适用。另外，在本实施方式中，作为交替切换并供给处理室102内的多种处理气体，列举C4F6气体和C4F8气体两种蚀刻气体进行了说明，但是并未限定于此。也可以交替切换蚀刻气体(例如C4F6气体)与清洁气体(例如O2气体)。这样，在反复进行蚀刻和清洁的情况下，也能抑制气体流量的过渡现象。而且，交替切換的处理气体并未限于两种，也可以交替切换并供给三种以上的处理气体。另外，不仅在蚀刻和清洁的处理中，也能应用于交替切换两种以上的处理气体的成膜处理中。另外，在本实施方式中，作为流量控制器列举了使用质量流量控制器的情况，但是并未限定于此，只要是通过调整流量调整阀的开度来进行流量控制，也能应用任何类型的流量控制器。例如，也可以使用FCS (Flow Control System流量控制系统(注册■商标))。以上，參照附图对本发明的最佳实施方式进行了说明，但是，当然本发明并不限定于该例。只要是业内人士，在权利要求书中记载的范畴内，就能显而易见地想到各种变更例或修正例，当然对于这些，应理解为也应属于本发明的技术范围。例如，在上述实施方式中，作为等离子体处理装置，以仅在下部电极上重叠施加不同的双频的高频电カ生成等离子体的类型的等离子体处理装置为例进行了说明，但是并不限定于此。例如，也可以适用于仅在下部电极上施加一种频率的高频电カ生成等离子体类型，和在上部电极与下部电极上分別施加不同的双频的高频类型的等离子体处理装置。此外，并不限定于这种平行平板型等离子体处理装置，例如也能应用于电感耦合型(ICP:Inductively Coupled Plasma)等离子体处理装置等中。产业上的可利用性本发明可以应用于能够将多种处理气体供给处理室内的等离子体处理装置及其气体供给方法。符号说明100等离子体处理装置
102 处理室110下部电极120上部电极122屏蔽环124气体导入口126扩散室128气体供给孔130电カ供给装置132第一高频电源133第一匹配器134第二高频电源135第二匹配器140排气装置142 排气ロ150控制部152操作部154存储部200气体供给系统210A 210D气体供给源212A 212D气体供给路214通用气体供给路216 开闭阀220A 220D上游侧开闭阀230A 230D质量流量控制器(MFC)231主流路232侧流路233上游侧传感器234下游侧传感器235流量调整阀(控制阀)
236MFC控制回路240A 240D下游侧开闭阀 G 闸阀W 晶片
权利要求
1.一种等离子体处理装置的气体供给方法，所述等离子体处理装置通过向能够减压的处理室内供给规定的气体并生成等离子体,来对所述处理室内的基板实施规定的等离子体处理，该等离子体处理装置的气体供给方法的特征在于 所述等离子体处理装置包括 气体供给系统，在多个处理气体供给源分别连接气体供给路，经由这些气体供给路向所述处理室供给所希望的处理气体； 流量控制器，分别设置于各个所述气体供给路，根据所设定的流量来调整流量调整阀的开度，由此来控制流经所述气体供给路的气体的流量；和分别设置于各个所述流量控制器的下游侧的开闭阀， 在所述基板的等离子体处理中交替切换至少两种以上的处理气体并供给至所述处理室内时，对于切换的所述处理气体的各个气体供给路，在开启所述流量控制器的下游侧的所述开闭阀的状态下，通过在所述流量控制器反复设定规定流量和零流量，来交替开闭各个所述处理气体的供给。
2.如权利要求I所述的等离子体处理装置的气体供给方法，其特征在于 在各个所述流量控制器的上游侧也分别设置有开闭阀， 对于切换的所述处理气体的各个气体供给路，在不仅所述流量控制器的下游侧的所述开闭阀开启，而且上游侧的所述开闭阀也开启的状态下，通过对所述流量控制器反复进行规定流量和零流量的设定控制，来交替开闭各个所述处理气体的供给。
3.如权利要求I或2所述的等离子体处理装置的气体供给方法，其特征在于 将各个所述处理气体交替切换并供给至所述处理室内时，对各个所述处理气体的切换时间是否为阈值以下进行判断， 在判断所述切换时间为阈值以下的情况下，切换的所述处理气体的供给的开闭通过在所述开闭阀开启的状态下，对所述流量控制器设定规定流量或者零流量来进行， 在判断所述切换时间不为阈值以下的情况下，切换的所述处理气体的供给的开闭通过所述开闭阀的开闭来进行。
4.如权利要求3所述的等离子体处理装置的气体供给方法，其特征在于 所述切换时间的阈值设定在I秒 15秒的范围。
5.如权利要求I或2所述的等离子体处理装置的气体供给方法，其特征在于 切换的所述处理气体至少是两种以上的蚀刻气体。
6.如权利要求I或2所述的等离子体处理装置的气体供给方法，其特征在于 切换的所述处理气体至少包含蚀刻气体与清洁气体。
7.一种等离子体处理装置，其通过向能够减压的处理室内供给规定的气体并生成等离子体，来对所述处理室内的基板实施规定的等离子体处理，该等离子体处理装置的特征在于， 包括 气体供给系统，在多个处理气体供给源分别连接气体供给路，经由这些气体供给路向所述处理室供给所希望的处理气体； 流量控制器，分别设置于各个所述气体供给路，根据所设定的流量来调整流量调整阀的开度，由此来控制流经所述气体供给路的气体的流量；分别设置于各个所述流量控制器的下游侧的开闭阀；和 在各个所述流量控制器设定流量的控制部， 所述控制部，在所述基板的等离子体处理中交替切换至少两种以上的处理气体并供给至所述处理室内时，对于切换的所述处理气体的各个气体供给路，在开启所述流量控制器的下游侧的所述开闭阀的状态下，通过在所述流量控制器反复设定规定流量和零流量，来交替开闭各个所述处理气体的供给。
全文摘要
本发明提供一种等离子体处理装置及其气体供给方法，在交替切换处理气体的供给时，这些处理气体不会混合，比过去更能抑制过渡现象。在晶片的等离子体处理中交替切换至少两种以上的处理气体(例如C4F6气体与C4F8气体)并供给处理室内时，对于供给所切换的处理气体的各个气体供给路，开启设置于其气体供给路中的质量流量控制器(MFC)的下游侧的开闭阀，在质量流量控制器反复设定规定流量和零流量，由此交替开闭各个处理气体的供给。
文档编号H01J37/32GK102810445SQ20121017484
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月30日 优先权日2011年5月31日
发明者加藤义之, 网仓纪彦, 实吉梨沙子, 深泽公博 申请人:东京毅力科创株式会社