处理装置及处理方法

专利名称：处理装置及处理方法
技术领域：
本发明涉及在对半导体晶圆等被处理体实施等离子处理、 成膜处理、蚀刻处理等时所使用的处理装置及处理方法，特别 是涉及快速进行开始处理时的气体供给、气体种类的切换的处 理装置及处理方法。
背景技术：
通常，为了制造半导体集成电路等半导体制品，例如要对 半导体晶圓反复实施成膜处理、蚀刻处理、氧化扩散处理、灰
化(Ashing)处理，改良处理等各种处理。这样的各种处理从提 高制品成品率的观点来考虑，随着半导体制品的高密度化及高 微细化，要求进一步提高处理的晶圆面内均匀性，并且要求为 了提高生产效率而改善生产能力(through-put)。
在此，以枚叶式等离子处理装置为例说明以往的处理装置。 这种等离子处理装置例如公开于专利文献l、专利文献2等。图 6是表示以往通常的等离子处理装置的概略结构图。
在图6中，该等离子处理装置2具有处理容器4与载置台6， 该处理容器4可进行真空抽吸，该载置台6设置在处理容器4内， 用于载置半导体晶圓W,该载置台6由自容器侧壁延伸出的L字 状的支承臂7支承。而且，在与该载置台6相对的顶部气密地设 有顶板8，该顶板8由可使微波透过的圆板状氮化铝、石英等构 成。而且，在处理容器4的侧壁设有气体喷嘴9，该气体喷嘴9 用于向容器内导入规定的气体。
而且，在上述顶板8的上表面设有平面天线构件10与滞波 件12,该平面天线构件10为厚度几mm左右的圆板状，该滞波件12例如由电介体形成，用于缩短该平面天线构件10的半径方 向上的微波的波长。而且，在平面天线构件10上形成有多个例
常配置成同心圆状或配置成涡旋状。而且，在平面天线构件IO
的中心部连接有同轴波导管16的中心导体18,由微波产生器20 产生的例如2.45GHz的微波经由模式转换器22被转换为规定 的振动模式，并经中心导体18而被导入。而且，使微波一边向 天线构件10的半径方向呈放射状地传播， 一 边从设置在平面天
微波被导入到下方的处理容器4内，由该微波在处理容器4内的 处理空间S中形成等离子。
另外，在处理容器4的底部4A设有排气口 24，在该排气口 24上连接有排气通路32，在该排气通路32中设有压力控制阀26 与第l真空泵28及第2真空泵30，从而可以对处理容器4内的气 体介质进行真空抽吸。而且，在这样的结构中，在上述处理容 器4内的处理空间S中形成等离子，对上述半导体晶圆W实施等 离子蚀刻、等离子成膜等等离子处理。
另外，在对晶圓进行规定的加工处理时，通常作为进行该 加工处理前的准备工作，向处理容器4内通入规定的处理气体， 并用压力控制阀26对处理容器4内进行压力控制。该处理容器4 内的压力稳定到预先规定的恒定压力之后，释放等离子进行规 定处理。
另外，根据对晶圓进行处理的种类，有时要对一片晶圓一 边切换供给气体的种类一边连续进行处理。这样的处理也被称 为所谓的多步骤(multi step)处理。在进行这样的多步骤处理 时，若一个步骤处理结束，则停止供给处理气体。接着，暂时 排出处理容器4内的残留气体，接着，供给用于下一步骤处理的处理气体，由此再次进行上述用于使压力稳定化的准备工序。 然后，进行该步骤处理。
专利文献l:日本特开平9-181052号7>导艮 专利文献2:曰本对争开2002—311892号7i^才艮 但是，在上述那样的处理方法中，在用压力控制阀26进行 加工处理的准备工序(压力稳定化)时，由于气体的压缩性，仅 使处理容器4内的压力稳定化就需要10秒左右，该期间不能进 行处理，因此，成为降低生产能力的原因。
特别是在上述那样的多步骤加工处理时，每次切换气体种 类，必须进行上一加工用的残留气体的排气工序，以及下一加 工用处理气体的压力稳定化工序，因此，成为大幅降低生产能 力的原因。

发明内容
本发明着眼于以上那样的问题，为了有效地解决该问题点 而发明。本发明的目的在于提供一种处理装置及处理方法，该 处理装置及处理方法可以快速地进行加工开始时的处理容器内 的压力稳定化，并且可以快速地进行切换气体种类时残留气体 的排出和处理容器内的压力稳定化。
本发明是一种处理装置，该处理装置使用规定流量的处理 气体对被处理体进行规定处理，其特征在于，该处理装置包括 处理容器、排气系统、气体喷射部件、气体供给部件及控制部 件，该处理容器在内部设有用于载置上述被处理体的载置台； 该排气系统具有用于排出上述处理容器内的气体介质的真空泵 与压力控制阀；该气体喷射部件具有向上述处理容器内喷射上 述处理气体的气体喷射孔；该气体供给部件一边对上述气体喷 射部件进行流量控制， 一边供给上述处理气体；该控制部件控制整个装置；上述控制部件控制排气系统和气体供给部件，在 开始上述规定处理时， 一边利用排气系统排出上述处理容器内 的气体介质， 一 边以规定的短时间供给比上述规定处理时的规 定流量大的流量的处理气体，然后，从气体流路供给上述规定 流量的处理气体。
这样，在开始规定的处理时排出处理容器内的气体介质的 状态下，仅以规定的短时间向收容在处理容器内的被处理体供 给比规定处理时的规定流量大的流量的处理气体之后，供给规 定流量的处理气体，由于这样进行控制，因此，可以快速进行 加工开始时的处理容器内的压力稳定化。
本发明是一种处理装置，其特征在于，上述控制部件控制 4,卄气系统和气体供给部件，以规定的短时间供给比规定流量大
的流量的处理气体；该规定的短时间取决于上述处理容器的容
积、上述规定处理时的处理容器内的工作压力、使上述处理容 器内升压到上述工作压力所需要的时间。
本发明是一种处理装置，其特征在于，上述控制部件控制
排气系统和气体供给部件，在3秒以内供给比规定流量大的流
量的处理气体。
本发明是一种处理装置，其特征在于，上述控制部件控制 氺卜气系统和气体供给部件，供给比规定流量大的流量的处理气 体，同时控制上述压力控制阀，将该压力控制阀设定为与上述 规定处理时的处理容器内工作压力相对应的阀开度。
本发明是一种处理装置，其特征在于，上述气体供给部件 供给通过切换而被选择性地供给的多个种类的处理气体。
本发明是一种处理装置，其特征在于，上述气体供给部件 具有与上述气体喷射部件相连接的气体流路，在上述气体流路 与上述处理容器内之间设有安装了高速排气用开关阀的高速排气用旁通通路。
本发明是一种处理装置，其特征在于，上述气体供给部件 具有与上述气体喷射部件相连接的气体流路，在上述气体流路 与上述排气系统之间设有安装了高速排气用开关阀的高速排气 用旁通通路。
本发明是一种处理装置，其特征在于，上述控制部件在即 将以规定的短时间通入比规定流量大的流量的处理气体之前， 为了排出残留于上述气体流路内的上一道处理的处理气体，而 使上述高速排气用开关阀处于打开状态。
由此，可快速进行切换气体种类时的残留气体的排出和处 理容器内的压力稳定化。
本发明是一种处理装置，其特征在于，上述气体喷射部件 由具有多个气体喷射孔的喷头构成。
本发明是一种处理装置，其特征在于，该处理装置设有用 于加热上述被处理体的加热部件。
本发明是一种处理装置，其特征在于，其特征在于，该处 理装置设有在上述处理容器内形成等离子的等离子形成部件。
本发明是 一 种处理方法，该处理方法向可进行排气的处理 容器内供给规定流量的处理气体，对被处理体实施规定处理， 其特征在于，该处理方法包括如下工序在开始上述规定处理 时，一边利用排气系统排出上述处理容器内的气体介质， 一边 以规定的短时间从气体流路供给比上述规定处理时的规定流量
大的流量的处理气体；以规定的短时间供给比规定流量大的流
量的处理气体之后，从气体流路供给规定流量的处理气体。
本发明是一种处理方法，其特征在于，可以向上述处理容 器内有选择性地切换供给多种处理气体，在切换上述处理气体 并向处理容器内供给处理气体时，在即将通入比规定流量大的流量的处理气体之前，利用高速排气用旁通通路向上述处理容 器内或排气系统排出在残留于供给上述处理气体的气体流路内 的上 一 道处理时的处理气体。
本发明是一种存储介质，存储有控制下述处理装置的计算 机程序，上述处理装置包括处理容器、排气系统、气体喷射部 件与气体供给部件，该处理容器在内部设有用于载置被处理体 的载置台，该排气系统具有用于排出上述处理容器内的气体介 质的真空泵及压力控制阀，该气体喷射部件具有向上述处理容 器内喷射处理气体的气体喷射孔，该气体供给部件一边对上述 气体喷射部件进行流量控制， 一边供给上述处理气体；在利用上
述处理装置对上述被处理体进行规定处理时，执行下述处理方
法，该处理方法包括如下工序在开始上述^见定处理时， 一边
利用排气系统排出上述处理容器内的气体介质， 一边以规定的 短时间从气体流路供给比上述规定处理时的规定流量大的流量
的处理气体；以规定的短时间供给比规定流量大的流量的处理 气体之后，从气体流路供给规定流量的处理气体。
本发明 是一种计算机程序，该计算机程序控制下述处理装 置，上述处理装置包括处理容器、排气系统、气体喷射部件与 气体供给部件，该处理容器在内部设有用于载置被处理体的载 置台，该排气系统具有用于排出上述处理容器内的气体介质的 真空泵及压力控制阀，该气体喷射部件具有向上述处理容器内 喷射处理气体的气体喷射孔，该气体供给部件对上述气体喷射 部件进行流量控制且供给上述处理气体；在利用上述处理装置 对上述被处理体进行规定处理时，执行下述处理方法，该处理 方法包括如下工序在开始上述规定处理时， 一边利用排气系 统排出上述处理容器内的气体介质， 一边以规定的短时间从气 体流路供给比上述规定处理时的规定流量大的流量的处理气体；以规定的短时间供给比规定流量大的流量的处理气体之后， 从气体流路供给规定流量的处理气体。
采用本发明的处理装置及处理方法，可以发挥如下优良的 作用效果。
在开始规定的处理时排出处理容器内的气体介质的状态 下，仅以规定的短时间向收容在处理容器内的被处理体供给比 规定处理时的规定流量大的流量的处理气体之后，供给规定流 量的处理气体，由于这样进行控制，因此，可以快速进行加工 开始时的处理容器内的压力稳定化。
另外，采用本发明，在即将以规定的短时间通入较大流量 的处理气体之前，为了排出残留在气体流路内的上一处理的处 理气体，控制部件使上述高速排气用开关阀仅短时间处于打开 状态，因此，可以快速进行切换气体种类时残留气体的排出和 处理容器内的压力稳定化。


图l是表示本发明的处理装置的一个例子的结构图。
图2的(A)、 (B)、 (C)是表示处理容器内压力变化的图。 图3的(A)、 (B)、 (C)、 (D)、 (E)是表示切换作为处理气体
的蚀刻气体时的时间图的一个例子的图。
图4是表示本发明方法的各工序的流程图。
图5是表示本发明的处理装置的变形例的剖视图。
图6是表示以往通常的等离子处理装置的概略结构图。
图7是表示层叠在半导体晶圆上的膜种类不同的层叠膜的
剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的处理装置及处理方法的一个实 施例的方式进4亍i兌明。
图l是表示本发明的处理装置的一个例子的结构图。在此， 对于处理装置，以等离子处理装置为例进行说明。
如图所示，作为处理装置的等离子处理装置40，具有例如 由铝等导体构成侧壁及底部的、整体成形为筒体状的处理容器
42，处理容器42内部构成为密闭的处理空间，在该处理容器42 的处理空间内形成等离子。该处理容器42自身接地。
在该处理容器42内设有圆板状的载置台44,该载置台44 在其上表面载置作为被处理体的例如半导体晶圆W。该载置台 44例如由氧化铝等陶乾形成为平坦的大致圆板状，借助例如由 铝等形成的弯曲成L字状的支承臂4 6从容器侧壁进行支承。
在该载置台44的上表面侧设有薄的静电卡盘50,该静电卡 盘50在内部具有例如配i殳成网络状的导线，乂人而可通过l争电吸 附力吸附载置于该载置台4 4上的、详细来说是载置于该静电卡 盘50上的半导体晶圓W。而且，该静电卡盘50的上述导线为了 发挥上述静电吸附力而借助配线52与直流电源54相连接。另 外，该配线52与偏压用高频电源56相连接，该偏压用高频电源 56用于对上述静电卡盘50的导线施加例如13.56MHz的偏压用 高频电力。另外，在该载置台44内设有由电阻加热器构成的加 热部件58,从而可根据需要对晶圆W进行加热。
另外，在上述载置台44上设有多根、例如3根未图示的升 降销，在搬入或搬出晶圓W时使该升降销升降。另外，整个上 述载置台44由耐热材料，例如氧化铝等陶瓷构成。另外，在该 处理容器42的侧壁设有闸阀48,该闸阀48在将晶圆W搬入该处 理容器42的内部或从该处理容器42的内部搬出晶圆W时进行 开闭，另外，在容器底部60设有用于排出容器内的气体介质的排气口 62。
此外，上述排气口 62与排气系统64相连接，以便对处理容 器42内的气体介质进行排气、例如真空排气。具体来说，上述 排气系统64具有与上述排气口 62相连接的排气通路66。在该排 气通路66的最上游侧设有例如由闸阀形成的压力控制阀68,另 外，向下游侧去依次安装有例如由涡轮分子泵构成的第l真空 泵70、例如由干式真空泵构成的第2真空泵72。而且，在处理 容器42的侧壁设有例如由电容压力机(capacitance manometer)构成的压力检测器74,将在此测定的容器内的压 力输入到后述控制部件114中，可以对上述压力控制阀68进行 反馈控制。
而且，处理容器42的顶部开口，在此借助O形密封圈等密 封构件7 8气密地设有对微波具有透过性的顶板7 6 ，该顶板7 6
例如由Al203等陶瓷材料或石英构成。考虑到耐压性，该顶板
76的厚度设定为例如20mm左右。
而且，该顶板76的上表面设有用于在上述处理容器42内建 立(形成)等离子的等离子形成部件80。具体来说，该等离子形 成部件80具有设置在上述顶板76上表面的圆板状的平面天线 构件82，在该平面天线构件82上设有滞波件84。该滞波件84 具有高介电常数的特性，用以缩短微波波长。上述平面天线构 件8 2构成为波导箱8 6的底板，该波导箱8 6由覆盖上述滞波件8 4 的整个上方的导电性的中空圆筒状容器构成，且上述平面天线 构件82设置成与上述处理容器42内的上述载置台44相对。
该波导箱8 6及平面天线构件8 2的周边部均与处理容器4 2 导通，并且，在该波导箱86上部的中心连接有同轴波导管88的 外管88A。在外管88A内设有内部导体88B,内部导体88B通过 上述滞波件84中心的贯通孔而与上述平面天线构件82的中心部相连接。而且，该同轴波导管88借助模式转换器90及波导管
92与具有匹配器(未图示)的例如2.45GHz的微波产生器94相连 接，从而向上述平面天线构件82传播微波。
上述平面天线构件82例如由表面镀银的铜板或铝板构成， 在该圆板上形成有例如由长槽状的贯通孔构成的多个微波放射 孔96。该^微波it射孔96的配置方式没有特别限定，可以配置成 例如同心圆状、涡S走状或力文射状。
而且，在上述载置台44上方设有气体喷射部件98,该气体 喷射部件98用于向该处理容器42内喷射处理所需的处理气体， 该气体喷射部件98与气体供给部件100相连接，该气体供给部 件IOO对该气体喷射部件98进行流量控制且供给处理气体。具 体来说，该气体喷射部件9 8由形成为例如格子状的石英制喷头 构成，在气体流路中途形成多个气体喷射孔102。为了向处理 容器42内均勾地喷出气体，上述气体喷射孔102的直径设定为 例如0.5mm以下，并且将传导率(conductance)(表示流体单位 时间的流量)设定得稍稍低一些。另外，该喷头为整体成形为箱 形容器状、且在其下表面形成有多个气体喷射孔的结构，其形 状无特别限定。
另外，上述气体供给部件100的前端部具有与上述气体喷 射部件98相连接的气体流路104。该气体流路104的基端部分支 为多条、在此为3条，在各分支路上分别连接有气体源104A、 104B、 104C,从而可以根据需要供给各气体。在此，为了容 易理解发明，在各气体源104A 104C中分别贮存有作为处理气 体的各自不同的蚀刻气体A C。另外，在实际中，还设有N2气 体等惰性气体的供给源，但在此省略其图示。
而且，在上述各分支路的中途分别设有用于分别控制流动 的气体的流量的流量控制器106A 106C，并且，在各流量控制器10 6 A 10 6 C的上游侧和下游侧分别设有开关阀10 8 A 、 10 8 B 、 108C,从而可根据需要一边对上述各气体分别进行流量控制一 边使上述各气体流动。在此，作为上述各流量控制器 106A 106C,优选使用可基于上下游侧的压力差瞬时通入大量 气体，并且还可以对微细流量进行高精度控制的流量控制系统。
而且，设有作为本发明的特征的高速排气用分流(by-pass) 通路IIO,该高速排气用旁通通路110将上述气体供给部件100 的气体流路104与上述处理容器42内连通。在该高速排气用旁 通通路110的中途设有高速排气用开关阀112,从而可根据需要 连通或切断该通^^。
由此，便可在必要时高速地将残留在该气体流路104内的 处理气体(蚀刻气体)排出到处理容器42侧。此时，该高速排气 用旁通通路110的处理容器42内的气体出口 IIOA位于载置台 4 4的水平面下方侧，以避免向处理容器4 2内排出的蚀刻气体直 接作用于载置台44上的晶圆W上。另外，上述高速排气用旁通 通路110取决于处理容器42内的压力等，但为了提高排气的传 导率，优选尽量4吏用内径较大的配管、例如内径为7mm以上的 配管。
而且，整个该等离子处理装置4 0的动作受例如由微型计算 机等构成的控制部件114控制。进行该动作的计算机程序存储 在软盘、CD(compact Disc光盘)、HDD(Hard disk Drive硬 盘)、闪存等存储介质116中。具体来说，根据来自该控制部件 114的指令进行各种处理气体的供给及流量控制、微波或高频 波的供给及电力控制、高速排气用开关阀112的开关控制、加 工温度或工作压力的控制等。
接着，对使用以上那样构成的等离子处理装置40进行的处 理方法进行说明。在此，如图7所示，作为等离子处理，以一边切换一边供给蚀刻气体A C,依次蚀刻图7中的反射防止膜
36A、 Si02膜36B、 SiCO膜36C的多步骤处理的情况为例进行 说明。另外，如上所述，以下说明的各动作例如各气体的供给 排出及流量控制、阀开度的控制等基于存储在上述存储介质 116中的程序来进行。
首先，对多步骤处理的一个例子进行具体说明。图7是表 示层叠在半导体晶圆上的膜种类不同的层叠膜的剖视图，这里 的多步骤处理，以对上述层叠膜一边改变蚀刻气体一边施加蚀 刻处理的情况为例进行说明。
在图7中，在作为被处理体的半导体晶圓W的表面依次层叠 有SiC膜36D、 SiCO膜36C、 Si02膜36B 、 反射防止膜 (BARC)36A,在最上层设有作为掩模的图案化了的抗蚀膜38。 在此，按照抗蚀膜38的图案对上述那样层叠起来的除了 SiC膜 36D以外的各膜进行多步骤处理的蚀刻。由此，形成沟槽或孔。 在此，为了容易理解，对各膜使用气体种类不同的蚀刻气体， 反射防止膜36A用蚀刻气体A蚀刻，SiOJ莫36B用蚀刻气体B蚀 刻，SiCO膜36C用蚀刻气体C蚀刻。
在进行该多步骤处理时，首先，向处理容器42内通入蚀刻 气体A对反射防止膜36A进行蚀刻，接着，将气体种类切换为蚀 刻气体B,对SiCM莫36B进行蚀刻，接着，将气体种类切换为 蚀刻气体C,对SiCO膜36C进行蚀刻。例如，对各膜的蚀刻时 间取决于膜厚度，防止反射膜36A为30秒左右、SiCM莫36B为 60秒左右、SiCO膜36C为60秒左右。而且，每次切换上述气体 种类都要进行前面说过的上一处理的处理气体的排气工序以及 下一处理的处理气体的压力稳定化工序。
接着，对如图l所示的等离子处理装置40的具体处理方法 进行说明。首先，由搬运臂(未图示)通过闸阀48将半导体晶圆W收容到处理容器42内，通过使未图示的升降销上下移动而将
半导体晶圆W载置到载置台44上表面的载置面上，并且通过静 电卡盘50静电吸附该晶圆W。
在设有加热部件时，该晶圆W由加热部件维持在规定的加 工温度，供给需要的处理气体，例如，在此由于要进行蚀刻处 理，因此，使蚀刻气体以规定的流量从气体供给部件100流经 气体流路104,从由喷头构成的气体喷射部件98的气体喷射孔 102向处理容器42内喷射供给蚀刻气体。同时，驱动排气系统 64的真空泵70、 72,控制压力控制阀68，将处理容器42内维持 在规定的工作压力。与此同时，通过驱动等离子形成部件80的 微波产生器94,借助波导管92及同轴波导管88将由该微波产生 器94产生的微波供给到平面天线构件82。接着，向处理空间S 内导入由滞波件84缩短了波长的微波，由此在处理空间S内产 生等离子，进行使用了规定等离子的蚀刻处理。
这样，当从平面天线构件82向处理容器42内导入微波时， 各气体被该微波等离子化而活性化，由此时产生的活性种对晶 圓W的表面施加利用等离子进行的蚀刻处理。另外，在等离子 处理时，由偏压用高频电源56对静电卡盘50中的导线施加偏压 用高频电，由此，将活性种等直进性良好地引入到晶圓表面。
在此，在上述等离子处理中，如上述那样驱动排气系统64 的真空泵70、 72来真空抽吸处理容器42内的气体介质，因此， 处理容器42内的气体介质从处理空间S内扩散且流过载置台44 的周边部流向下方，再从排气口 62向排气系统64侧流动。然后， 由压力检测器74检测处理容器42内的压力，对压力控制阀68 进行反馈控制以维持所期望的工作压力。
在此，如上述那样进行的蚀刻处理如上述那样成为多步骤 处理，在同 一容器内依次对图7中所示的各膜36A 36C连续进行蚀刻。此时，每当成为蚀刻对象的膜不同时，在蚀刻气体A 到蚀刻气体C之间进行切换来供给要使用的蚀刻气体。即，在 每完成l个蚀刻步骤处理时，关闭微波产生器94,停止等离子，
并且停止供给当时正在供给的蚀刻气体。然后，从处理容器42 内及气体流路104排除残留气体。接着，供给气体种类不同的 另 一蚀刻气体，即切换蚀刻气体并使处理容器42内的压力稳定 化，稳定化之后通过再度打开微波产生器94形成等离子，而开 始接下来的蚀刻步骤处理。
然后，若完成了规定时间的处理，则重复进行上述那样的 动作，连续进行蚀刻处理。由此依次切换各蚀刻气体A C。该 期间如上述那样连续对处理容器42内进行真空抽吸。在进行上 述各蚀刻步骤处理时，预先设定并程序化应通入各蚀刻气体 A C的规定流量(气体流量)、工作压力、加工时间(蚀刻时间) 等。
在此，在以往的处理方法中，当开始进行各蚀刻步骤处理 时，按最初设定的规定流量以恒定量通入蚀刻气体，因此等到 该蚀刻气体充满处理容器42内、工作压力稳定化，需要某种程 度以上的时间。另外，在气体供给部件100的气体流路104中残 留上 一 道处理的蚀刻气体时，排除该残留气体也需要某种程度 以上的时间，成为生产能力低下的原因。
与此相对，在本发明方法中，当开始进行各蚀刻步骤处理 时，最初在规定的短时间、例如l秒钟左右供给比上述规定流 量大的流量的、例如规定流量的3倍左右的流量的蚀刻气体。 然后，立即减少流量，以规定流量通入蚀刻气体。其结果，可
快速达到压力稳定化状态开始蚀刻处理，可以相应地提高生产
^匕"fi犯刀。
另外，在即将通入上述蚀刻气体之前，排除处理容器42内态，借助排气传导率(conductance)大的高速排气用旁通通路 110快速将残留在气体流路104内的上 一 道处理的蚀刻气体排 出到处理容器42内。另一方面，在没有设置上述高速排气用旁 通通路110时，借助喷头将气体流路104内的残留气体排出到处 理容器42内。此时，作为该喷头的气体喷射部件98的排气传导 率较小，因此，借助喷头将上述气体流路104内的残留气体排 出到处理容器42内需要比较长的时间，生产能力低。与此相对， 在本发明中，根据上述要点设置高速排气用旁通通路110以使 残留气体快速排出，因此，可以相应地提高生产能力。
参照图2 图5对切换上述蚀刻气体时的方式进行更详细说明。
图2是表示处理容器内的压力变化的图，图2的(A)表示比较 例方法的情况，图2的(B)表示本发明方法的情况。图3是表示切 换作为处理气体的蚀刻气体时的时间图的 一 个例子的图，在时 间上放大表示图2的(B)中的 一部分。图4是表示本发明方法的各 工序的流程图。在此，作为一个例子表示了从蚀刻气体A切换 到蚀刻气体B时的状态，在从蚀刻气体B切换到蚀刻气体C时也 同样进行。
在图中，"RF开"表示形成等离子后实际进行蚀刻处理的 期间，"RF开"彼此之间的期间是上一道蚀刻处理结束、切换 蚀刻气体结束，直到处理容器42内的压力稳定的期间。结果可 知，在如图2的(A)所示比较例的方法的情况下，到压力稳定化 的期间Atl为10秒左右，与此相对，在图2的(B)所示本发明的 情况下，到压力稳定化的期间△ t2缩短到2秒左右，可以大幅提 高生产能力。
接着，还参照图3及图4对切换上述蚀刻气体的操作进行具体说明。
在图3中，图3的(A)表示蚀刻气体A的流量变化，图3的(B) 表示蚀刻气体B的流量变化，图3的(C)表示高速排气用开关阀 的开关状况，图3的(D)表示压力控制阀的阀开度，图3的(E)表 示处理容器内的压力变化。
首先，进行作为上 一 道工序的利用蚀刻气体A进行的蚀刻 处理，以对该气体预先i殳定的^L定流量4吏蚀刻气体A流动。然 后，若利用蚀刻气体A进行的蚀刻处理在时刻P1结束(图4中S1 的是)，则关闭供给蚀刻气体A的气体流路的开关阀108A，停止 供给该蚀刻气体A(S2)。与此同时，使高速排气用开关阀112处 于打开状态(S3),并且将压力控制阀68设定在足够大的阀开度 (S4)。
由此，快速排出处理容器42内的残留气体，并且，借助排 气传导率较大的高速排气用旁通通路110将残留在上述气体供 给部件100的气体流路104内的蚀刻气体A排出到成为高真空的 处理容器42内。此时，由于该直径较小的气体喷射孔102部分 的排气传导率较小，因此，由喷头构成的气体喷射部件98内的 残留气体回流到上述气体流路104内，再通过高速排气用旁通 通路110内排出到处理容器42内。
该处理容器42内的残留气体直接排出到排气系统64侧。其 结果，在由喷头构成的气体喷射部件98内、气体流路104内、 处理容器42内的残留气体(蚀刻气体A)被快速排出到系统外，因 此，如图3的(E)所示，可以急剧降低处理容器42内的压力。此 时，为了使该部分的排气传导率足够大，使压力控制阀68的阀 开度为比通常的压力控制范围大的阀开度5 0 % 。压力控制阀6 8 的阀开度例如在阀开度50~100%的范围内时，排气传导率达到 饱和，几乎不变。另外若设定为阔开度100%，则随后为了进行压力控制而将阀开度设定在20%左右时，到达20%的阀开度的
阀动作时间变长，因此，如上述那样设定在阀开度50%左右。 在此，阀开度表示在压力控制闹68的阀口处排出气体实际流动 的区域，在阀口打开一半时阀开度为50%，在阀口全部打开时 阀开度为100%。
这样，若经过了规定的时间、例如0.5秒左右(S5的是)，则
进行下一处理，使蚀刻气体B用的开关阀108B处于打开状态， 开始供给蚀刻气体B(S7)。此时，设定流量控制器106B,使该 蚀刻气体B的流量不是用于该加工时的预先设定的规定流量， 而是比该规定流量大的流量、例如上述规定流量M1的3倍的流 量M2，以该大流量开始通入蚀刻气体B。
与此同时，对压力控制阀68做出指示，使压力控制阀68成 为与该蚀刻气体B的加工时的设定压力相对应的阀开度(S 8)。 此时，由于设定压力是预先设定的，因此，与此相对应的阀开 度是大致固定的，对压力控制阀68做出指示，使压力控制阀68 朝向该阀开度动作。另外，加工时在阀开度通常为5 20%的范 围内的条件下进行压力控制。
如图3的(E)所示，通过该动作，处理容器42内的压力远超 过比较例方法的情况地急剧上升(参照图2的(A)和图2的(B》。
这样，若以大流量供给蚀刻气体B规定的短时间At3、例 如1秒钟(S 9的是)，则在时刻P 3将蚀刻气体B的流量设定为该加 工时的规定流量Ml,并且，在该状态下将流量控制器106B切 换到受反馈控制的自动化运转(SIO)。
在此，大流量供给上述蚀刻气体B时的流量M 2的大小取决 于处理容器42的容积V、使用该蚀刻气体B的蚀刻处理的工作压 力P、使处理容器42内升压到上述工作压力所需要的时间T。例如设处理容器42内的容积为40升、工作压力P为lPa，则l个气 压的蚀刻气体B的需要量Vo 1大致如下式所示。
F( U"03 x_P*10-5 =40xl03 xlxlO-5 =0.4[cc)
因此，若设使处理容器42内升压到工作压力所需要的时间 T为l秒，则以用下式表示的大流量M2通入蚀刻气体B即可。
M2 二 0.4 x 60(sec) = 24y"w
另外，不言而喻，这些数值只不过表示一个例子，并不限 定于此。
如上所述，在时刻P3将蚀刻气体B的供给量设定为规定流 量M1，则蚀刻气体B的供给量成为规定流量Ml,在此以后， 处理容器42内的压力稍稍变动。然后，经过了压力稳定化所需 的时间At4、例如0.5秒左右时(S11的是)，可—见为在时刻P4， 处理容器42内的压力稳定，将压力控制阀68切换到受反馈控制 的自动化运转(S12),形成等离子、利用蚀刻气体B进行规定的 蚀刻处理，并进行规定的时间(S13)。
此后，若利用蚀刻气体B进行的蚀刻处理结束，则进行与 上述程序相同的程序，过渡到蚀刻气体C的处理(S14)。
如上所述，在本发明方法中，当开始各蚀刻步骤处理时， 最初在规定的短时间、例如1秒钟左右供给比上述规定流量大 的流量、例如规定流量的3倍左右流量的蚀刻气体。然后，立 即减少流量以规定流量通入蚀刻气体，因此，结果可快速达到 压力稳定化状态而可以开始蚀刻处理，从而可以相应地提高生 产能力。
另外，在即将通入上述蚀刻气体之前，排除处理容器42内
借助排气传导率较大的高速排气用旁通通路110将残留在气体 流路104内的上一道处理的蚀刻气体快速排出到处理容器42内。在未设置上述高速排气用旁通通路110时，借助喷头将气 体流路104内的残留气体排出到处理容器42内，但由该喷头够
成的气体喷射部件98的排气传导率较小，因此，借助喷头将上 述气体流路104内的残留气体排出到处理容器42内需要比较长 的时间，生产能力低。与此相对，在本发明中，根据上述要点 设置高速排气用旁通通路110以快速排出残留气体，因此，可 以相应地提高生产能力。
另外，在上述实施例中，将高速排气用旁通通路110的下 游侧的气体出口 IIOA设置成面向处理容器42内，但不限定于 此，也可以使该高速排气用旁通通路110的下游侧与排气系统 64的排气通路66相连接，将气体流路104内等的残留气体直接 排出到排气系统64侧(参照图1的双点划线)。但是，作为排出残 留在气体流路104内的蚀刻气体的容器，处理容器42的体积大 于排气通路66的体积，因此，随着蚀刻气体的排出，处理容器 42的容器内压力上升得较慢，总体来讲优选是将气体出口 110A 设置成面对处理容器42。
另外，在上述实施例中，设置高速排气用旁通通路IIO, 对气体供给部件100的气体流路104内、喷头内的残留气体进行 吸引排气，将其快速排出到处理容器42侧，但也可以不设置该 高速排气用旁通通路110。在这种情况下，只是在刚开始供给 新处理气体(蚀刻气体)时的规定的短时间At3内，以较大的流 量通入蚀刻气体，没有吸引排出气体流路104内、喷头内的残 留气体，因此，与图2的(B)所示的情况相比，排出残留气体需 要某种程度的时间，尽管如此，与图2的(A)所示的比较例方法 相比，仍可以在短时间内排出残留气体。
换言之，没有图3的(C)所示的强制排除残留气体的工序， 因此，用于排出残留气体的时间、即时刻P1 — P2之间变长，尽管如此，与图2的(A)所示的比较例方法的情况相比，仍可使切
换气体所所需要的时间变短。此时的处理容器42内的压力变化 的状态如图2的(C)所示，到处理气体稳定化的时间△ t5比图2 的(B)所示的时间At2稍稍长，但与图2的(A)所示的比较例方法 的时间△ 11相比还是缩短了的，例如缩短4秒钟左右，整体上讲， 可以谋求提高生产能力。
另外，在本实施例l中，对于规定处理，以使用等离子的 等离子蚀刻处理为例进行了说明，但不限定于此，可适用于等 离子CVD处理、等离子ALD(原子层沉积Atomic Layered Deposition)成膜处理、等离子溅镀处理、等离子改良处理等所 有处理，特别是对在中途切换气体种类地进行供给那样的多步 骤处理有效。
另外，本发明可适用于不使用等离子的处理，例如热CVD 处理、ALD成膜处理、氧化扩散处理、改良处理等所有处理， 特别是对在中途切换气体种类地进行供给那样的处理、例如 ALD处理特别有效。例如，图5是表示本发明的处理装置的变 形例的剖视图，在此表示将本发明应用于热处理装置的情况。 另外，对与图l所示的构成部分相同的构成部分标注相同的附 图标记。
该热处理装置进行ALD成膜处理，该ALD成膜处理 一 边反 复切换热CVD处理、成膜气体， 一边逐层地形成薄膜。
在此，在载置台44内埋入有晶圆加热用的由电阻加热器够 成的加热部件58,另外，气体喷射部件98由箱形容器状的喷头 构成，在内部设有扩散板120。另外，作为上述加热部件58, 有时也将载置台形成为薄的圆板状，并使用从下方对其进行加 热的力口热灯。
另外，作为气体供给部件100的一个例子，在此具有分别贮存3种成膜气体A、 B、 C的3个气体源120A、 120B、 120C, 切换供给这些成膜气体A、 B、 C。而且，在此还用高速排气用 旁通通路110连通了气体流路104与处理容器42之间，该高速排 气用旁通通路110在中途设有高速排气用开关阀112。在这种情 况下，也可以发挥与先前说明的实施例相同的作用效果。
另外，在此，对于被处理体，以半导体晶圓为例进行了说 明，但不限定于此，玻璃基板、LCD基板、陶覺基板等也可应 用本发明。
权利要求
1. 一种处理装置，该处理装置使用规定流量的处理气体对被处理体进行规定处理，其特征在于，该处理装置包括处理容器、排气系统、气体喷射部件、气体供给部件及控制部件，该处理容器在内部设有用于载置上述被处理体的载置台；该排气系统具有用于排出上述处理容器内的气体介质的真空泵与压力控制阀；该气体喷射部件具有向上述处理容器内喷射上述处理气体的气体喷射孔；该气体供给部件一边对上述气体喷射部件进行流量控制，一边供给上述处理气体；该控制部件控制整个装置；上述控制部件控制排气系统和气体供给部件，在开始上述规定处理时，一边利用排气系统排出上述处理容器内的气体介质，一边以规定的短时间供给比上述规定处理时的规定流量大的流量的处理气体，然后，从气体流路供给上述规定流量的处理气体。
2. 根据权利要求l所述的处理装置，其特征在于，上述控 制部件控制氺夂气系统和气体供给部件，以规定的短时间供给比 规定流量大的流量的处理气体；该规定的短时间取决于上述处 理容器的容积、上述规定处理时的处理容器内的工作压力、使 上述处理容器内升压到上述工作压力所需要的时间。
3. 根据权利要求l所述的处理装置，其特征在于，上述控 制部件控制排气系统和气体供给部件，在3秒以内供给比规定 流量大的流量的处理气体。
4. 根据权利要求l所述的处理装置，其特征在于，上述控 制部件控制排气系统和气体供给部件，供给比规定流量大的流量的处理气体，同时控制上述压力控制阀，将该压力控制阀设 定为与上述规定处理时的处理容器内工作压力相对应的阀开度。
5. 根据权利要求l所述的处理装置，其特征在于，上述气 体供给部件供给通过切换而被选择性地供给的多个种类的处理 气体。
6. 根据权利要求5所述的处理装置，其特征在于，上述气 体供给部件具有与上述气体喷射部件相连接的气体流路，在上 述气体流路与上述处理容器内之间设有安装了高速排气用开关 阀的高速排气用旁通通路。
7. 根据权利要求5所述的处理装置，其特征在于，上述气 体供给部件具有与上述气体喷射部件相连接的气体流路，在上 述气体流路与上述排气系统之间设有安装了高速排气用开关阀 的高速排气用旁通通路。
8. 根据权利要求6或7所述的处理装置，其特征在于，上 述控制部件在即将以身见定的短时间通入比身见定流量大的流量的 处理气体之前，为了排出残留于上述气体流路内的上一道处理 的处理气体，而使上述高速排气用开关阀处于打开状态。
9. 根据权利要求l所述的处理装置，其特征在于，上述气 体喷射部件由具有多个气体喷射孔的喷头构成。
10. 根据权利要求l所述的处理装置，其特征在于，该处 理装置设有用于加热上述被处理体的加热部件。
11. 根据权利要求l所述的处理装置，其特征在于，该处 理装置设有在上述处理容器内形成等离子的等离子形成部件。
12. —种处理方法，该处理方法向可进行排气的处理容器 内供给规定流量的处理气体，对被处理体实施规定处理，其特 征在于，该处理方法包括如下工序在开始上述规定处理时， 一 边利用排气系统排出上述处理 容器内的气体介质， 一边以规定的短时间从气体流路供给比上 述规定处理时的规定流量大的流量的处理气体；以规定的短时间供给比规定流量大的流量的处理气体之 后，从气体流路供给规定流量的处理气体。
13. 根据权利要求12所述的处理方法，其特征在于，可以向上述处理容器内有选择性地切换供《合多种处理气体，在切换上述处理气体并向处理容器内供给处理气体时，在 即将通入比规定流量大的流量的处理气体之前，利用高速排气 用旁通通路向上述处理容器内或排气系统排出在残留于供给上 述处理气体的气体流路内的上 一 道处理时的处理气体。
14. 一种存储介质，存储有控制下述处理装置的计算机程序，上述处理装置包括处理容器、排气系统、气体喷射部件与 气体供给部件，该处理容器在内部设有用于载置被处理体的载置台，该排气系统具有用于排出上述处理容器内的气体介质的真 空泵及压力控制阀，该气体喷射部件具有向上述处理容器内喷射处理气体的气 体喷射孔，该气体供给部件一边对上迷气体喷射部件进行流量控制，一边供给上述处理气体；在利用上述处理装置对上述被处理体进行规定处理时，执 行下述处理方法，该处理方法包括如下工序在开始上述规定处理时， 一边利用排气系统排出上述处理容器内的气体介质， 一边以规定的短时间从气体流路供给比上 述规定处理时的规定流量大的流量的处理气体；以规定的短时间供给比规定流量大的流量的处理气体之 后，从气体流路供给规定流量的处理气体。
15. —种计算机程序，该计算机程序控制下述处理装置，上述处理装置包括处理容器、排气系统、气体喷射部件与 气体供给部件，该处理容器在内部设有用于载置被处理体的载置台，该排气系统具有用于排出上述处理容器内的气体介质的真 空泵及压力控制阀，该气体喷射部件具有向上述处理容器内喷射处理气体的气 体喷射孔，上述处理气体；在利用上述处理装置对上述被处理体进行规定处理时，执 行下述处理方法，该处理方法包i舌如下工序在开始上述规定处理时， 一边利用排气系统排出上述处理 容器内的气体介质， 一边以规定的短时间从气体流路供给比上 述规定处理时的规定流量大的流量的处理气体；以规定的短时间供给比规定流量大的流量的处理气体之 后，从气体流路供给规定流量的处理气体。
全文摘要
本发明提供一种处理装置及处理方法，该处理装置(40)具有在内部设有用于载置被处理体的载置台的处理容器(42)、具有用于排出处理容器(42)内的气体介质的真空泵(70、72)与压力控制阀(68)的排气系统(64)、具有设于处理容器(42)内的气体喷射孔(102)的气体喷射部件(98)，向气体喷射部件(98)供给处理气体的气体供给部件(100)。由控制部件(114)控制整个装置(40)。控制部件(114)控制排气系统(64)和气体供给部件(100)，在开始规定的处理时，由排气系统(64)排出处理容器(42)内的气体介质，并且在短时间供给比规定流量大的流量的处理气体，然后，供给规定流量的处理气体。
文档编号C23C16/455GK101416284SQ20078001254
公开日2009年4月22日 申请日期2007年4月6日 优先权日2006年4月7日
发明者小谷光司, 田中宏治, 野泽俊久 申请人:东京毅力科创株式会社