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TW201401368A - 半導體製造裝置之氣體供給方法、氣體供給系統以及半導體製造裝置 - Google Patents

半導體製造裝置之氣體供給方法、氣體供給系統以及半導體製造裝置 Download PDF

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TW201401368A
TW201401368A TW102109163A TW102109163A TW201401368A TW 201401368 A TW201401368 A TW 201401368A TW 102109163 A TW102109163 A TW 102109163A TW 102109163 A TW102109163 A TW 102109163A TW 201401368 A TW201401368 A TW 201401368A
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TW
Taiwan
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gas
program
valve
gas supply
pipe
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TW102109163A
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羽藤秀幸
小川裕之
Original Assignee
東京威力科創股份有限公司
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
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    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本發明係提供一種氣體供給方法，其係包含有下述程序，即：第1加壓程序，係藉由第1及第2閥控制第1及第2氣體配管與擴散室之連通，並藉由連接於較第1及第2氣體配管之第1及第2閥更上游側之第3及第4閥，控制第1及第2氣體配管內之氣體之排出，且藉由第5閥控制排氣用配管與擴散室之連通，於第1程序之前，關閉第1閥且關閉第3閥，讓第1氣體配管內之第1氣體之壓力上升；第2加壓程序，係於第2程序之前，關閉第2閥且關閉前述第4閥，讓第2氣體配管內之第2氣體之壓力上升；及排氣程序，係因應第1程序及第2程序之開始而開啟第5閥，讓擴散室內之氣體排氣。

Description

半導體製造裝置之氣體供給方法、氣體供給系統以及半導體製造裝置
本發明係有關於半導體製造裝置之氣體供給方法、氣體供給系統以及半導體製造裝置。
於半導體製造裝置之製造領域，係要求利用微細加工來提高積體度。譬如需要有一於矽(Si)基板形成具有10~20μm程度之較小的直徑尺寸、深度為100μm以上之孔之蝕刻程序。
又，近年來，提出有一藉由所謂三維立體封裝之半導體晶片之積層，而提高每一單位面積之積體度之技術。作為三維立體封裝之一例，譬如有一使用貫通半導體晶片內部之穿孔(TSV：Through-Silicon Via直通矽晶穿孔)之電極，電性連接上下之半導體晶片之立體佈線技術。此時亦需要一於晶片上形成孔，向下深挖且貫通晶片內之蝕刻程序。
此種電漿蝕刻裝置等進行之蝕刻程序中，已知有一電漿處理方法，即，將供給至處理室內之混合氣體中讓蝕刻進行之SF6之供給暫時的短時間間斷地停止，於此期間之蝕刻進行為停止之狀態，於表面形成氮化膜，藉此，可不產生底切(undercut)而蝕刻矽(譬如參照專利文獻1)。
惟，為形成具有100μm以上之深度尺寸之孔部，係需要長時間的進行電漿蝕刻。進而，最近之半導體製造裝置，係要求更進一步之細微化，因此，冀求形成具有10~20μm程度之較小的直徑尺寸之孔部。然而，隨著半導體製造裝置之細微化，為確保形狀精確度，阻劑膜之厚度係必須變得更薄。另一方面，矽層之蝕刻速度相較於阻劑膜之蝕刻速度，即選擇比並不太高。因此，若長時間的進行電漿蝕刻，會產生遮罩被去除之問題。
對於此種要求，已知有一電漿處理方法，其係交互地反覆進行供給沉積成分高之氣體而對基板進行電漿處理之沉積程序，以及供給蝕刻成分高 之氣體而對基板進行電漿處理之蝕刻程序者(譬如參照專利文獻2)。
反覆進行此種沉積程序及蝕刻程序之電漿處理，相較於一般之電漿蝕刻之製程，矽基板相對於阻劑膜之選擇比高，故可維持高蝕刻率地同時效率良好地形成優良之蝕刻形狀。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開平4-73287號公報
專利文獻2：日本特表2010-510669號公報
然而，習知之反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理，係於切換沉積程序及蝕刻程序之時點，一邊進行前一個程序之氣體排氣，一邊導入次一程序之氣體。此時，氣體係通過氣體供給管，於擴散室擴散後，導入處理室內。因此，兩個程序切換時，於擴散室內殘留有前一程序之處理氣體，並與作為次一程序之處理氣體而新供給之氣體混合，因此處理氣體之成分產生變化。特別是前程序之殘留氣體的殘存量會因處理室內之壓力等的處理條件而受到變動，因此，於各程序之切換初期階段，變得不易令各氣體成分比為既定之比率，將妨礙獲得所希望之蝕刻結果。
依一觀點，本發明之目的係提供一種半導體製造裝置之氣體供給方法、氣體供給系統以及半導體製造裝置，該半導體製造裝置之氣體供給方法，係於反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理中，藉由加上控制氣體供給管內之處理氣體之壓力的程序(加壓程序及排氣程序)，而可控制氣體供給管內於前一程序產生之殘留氣體成分與新提供之氣體混合。
為解決前述課題，依本發明之一觀點，係提供一種半導體製造裝置之氣體供給方法，係交互地反覆進行第1程序與第2程序，該第1程序係經由第1氣體配管讓第1氣體通過擴散室而供給至腔室內，對被處理體進行電漿處理；該第2程序係經由第2氣體配管讓第2氣體通過該擴散室而供給至腔室內，對被處理體進行電漿處理；其特徵在於包含有下述程序：第1加壓程序，係藉由第1閥控制該第1氣體配管與該擴散室之連 通，藉由第2閥控制該第2氣體配管與該擴散室之連通，藉由連接於較該第1氣體配管之第1閥更上游側之第3閥來控制第1氣體配管內之氣體之排出，藉由連接於較該第2氣體配管之第2閥更上游側之第4閥來控制第2氣體配管內之氣體之排出，藉由第5閥控制排氣用配管與該擴散室之連通，於該第1程序之前，關閉該第1閥且關閉該第3閥，藉由該第1氣體而讓該第1氣體配管內之該第1氣體之壓力上升；第2加壓程序，係於該第2程序之前，關閉該第2閥且關閉該第4閥，藉由該第2氣體而讓該第2氣體配管內之該第2氣體之壓力上升；及排氣程序，係因應於該第1程序之開始及該第2程序之開始而開啟該第5閥，讓該擴散室內之氣體排氣。
又，為解決前述課題，依本發明之另一觀點，係提供一種半導體製造裝置之氣體供給系統，係交互地反覆進行第1程序與第2程序，該第1程序係經由第1氣體配管讓第1氣體通過擴散室而供給至腔室內，對被處理體進行電漿處理；該第2程序係經由第2氣體配管讓第2氣體通過該擴散室而供給至腔室內，對被處理體進行電漿處理；其特徵在於包含有：第1閥，係控制該第1氣體配管與該擴散室之連通；第2閥，係控制該第2氣體配管與該擴散室之連通；第3閥，係連接於較該第1氣體配管之第1閥更上游側，控制第1氣體配管內之氣體之排出；第4閥，係連接於較該第2氣體配管之第2閥更上游側，控制第2氣體配管內之氣體之排出；第5閥，係控制排氣用配管與該擴散室之連通；第1氣體供給機構，係於該第1程序之前，關閉該第1閥且關閉該第3閥，藉由該第1氣體而讓該第1氣體配管內之該第1氣體之壓力上升；第2氣體供給機構，係於該第2程序之前，關閉該第2閥且關閉該第4 閥，藉由該第2氣體而讓前述第2氣體配管內之該第2氣體之壓力上升；及排氣機構，係因應該第1程序之開始及該第2程序之開始而開啟該第5閥，讓該擴散室內之氣體排氣。
再者，為解決前述課題，依本發明另一觀點，係提供一種使用前述氣體供給系統而對被處理體施行電漿處理之半導體製造裝置。
依一態樣，於反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理中，藉由加上控制氣體供給管內之處理氣體之壓力的程序(加壓程序及排氣程序)，可控制於氣體供給管內發生前一程序產生之殘留氣體成分與新提供之氣體混合，可縮短工程間之處理氣體之切換時間。
10‧‧‧氣體供給系統
11‧‧‧第1閥
12‧‧‧第2閥
13‧‧‧第3閥
14‧‧‧第4閥
15‧‧‧第5閥
16a‧‧‧擴散室
20‧‧‧氣體供給源
21‧‧‧流量控制裝置
22‧‧‧流量控制裝置
30‧‧‧半導體製造裝置
41‧‧‧第1氣體供給用配管
42‧‧‧第1氣體導入用配管
43‧‧‧第2氣體供給用配管
44‧‧‧第2氣體導入用配管
45‧‧‧第1旁路配管
46‧‧‧第2旁路配管
47‧‧‧排氣用配管
48‧‧‧流孔
49‧‧‧流孔
60‧‧‧控制裝置
61‧‧‧程序控制器
62‧‧‧使用者介面
63‧‧‧記憶部
101a‧‧‧接地導體
102‧‧‧載置台
103‧‧‧絕緣板
103a‧‧‧內壁構件
104‧‧‧支撐台
104a‧‧‧冷媒流路
104b‧‧‧冷媒入口配管
104c‧‧‧冷媒出口配管
106‧‧‧靜電夾
106a‧‧‧電極
106b‧‧‧絕緣體
107‧‧‧升降機構
108‧‧‧波紋管
109‧‧‧波紋管罩體
110a‧‧‧第1高頻電源
110b‧‧‧第2高頻電源
111a‧‧‧第1匹配器
111b‧‧‧第2匹配器
112‧‧‧直流電壓源
115a‧‧‧氣體供給配管
115b‧‧‧氣體調整部
115c‧‧‧排氣裝置
116‧‧‧噴氣頭
116a‧‧‧本體部
116b‧‧‧上部頂板
116d‧‧‧氣體通流孔
116e‧‧‧氣體導入孔
116g‧‧‧氣體導入口
124‧‧‧偶極環形磁石
125‧‧‧各向異性區段柱狀磁石
126‧‧‧殼體
130‧‧‧配管
145‧‧‧絕緣性構件
151‧‧‧低通慮波器
152‧‧‧可變直流電壓源
153‧‧‧開閉開關
171‧‧‧排氣口
173‧‧‧排氣裝置
174‧‧‧搬出入口
175‧‧‧閘閥
400‧‧‧上部半導體晶片
405‧‧‧穿孔
410‧‧‧焊墊電極
500‧‧‧下部半導體晶片
505‧‧‧凸塊
510‧‧‧焊墊電極
B‧‧‧水平磁場
C‧‧‧處理室
W‧‧‧矽基板
F1‧‧‧第1氣體供給機構
F2‧‧‧第2氣體供給機構
F3‧‧‧排氣機構
圖1係一實施形態之氣體供給系統之整體構成圖。
圖2係用以說明實施形態之氣體供給系統之氣體流向之圖。
圖3係反覆進行使用一實施形態之氣體供給系統之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之流程圖。
圖4係反覆進行使用一實施形態之氣體供給系統之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之程序圖。
圖5係顯示一實施形態之氣體供給系統內之狀態的變數之圖。
圖6A係顯示一實施形態之氣體供給系統之配管徑與排氣狀態之關係圖。
圖6B係顯示一實施形態之氣體供給系統之配管徑與排氣狀態之關係圖。
圖7係顯示一實施形態之氣體供給系統於切換後之擴散室之壓力與朝向排氣側及腔室側流出之莫耳數之圖。
圖8係顯示一實施形態之加壓程序之實驗結果圖。
圖9係顯示一實施形態之排氣程序之實驗結果圖。
圖10係將一實施形態之加壓程序及排氣程序之實驗結果圖表化之圖。
圖11係顯示反覆進行一實施形態之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之實驗結果圖。
圖12係使用一實施形態之氣體供給系統之半導體製造裝置。
圖13係顯示一實施形態之偶極環磁石之水平截面圖。
圖14係顯示反覆進行一實施形態之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之應用例圖。
圖15係用以說明反覆進行一實施形態之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理圖。
圖16係顯示反覆進行一實施形態之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之蝕刻結果一例之圖。
以下，邊參照附圖，邊說明有關本發明之實施形態。又，本說明書及附圖中，有關實質具有同一機能構成之構成要件，係利用給予相同標號而省略重複說明。
又，有關壓力值，可令1Torr為133.322Pa加以換算。
<起始>
有關反覆進行一實施形態之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理，係邊參照圖15及圖16邊加以說明。圖15係顯示反覆進行一實施形態之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理所進行之電漿發光強度之一例圖。圖16係顯示反覆進行一實施形態之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之蝕刻結果之一例圖。
反覆進行圖15所示之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之一例中，大約10秒間隔反覆進行導入沉積性氣體較蝕刻氣體混合更多之氣體的沉積程序，以及導入蝕刻氣體較沉積性氣體混合更多之氣體的蝕刻程序。又，如圖15所示，反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理中，係刻意地錯開沉積程序及蝕刻程序之變化點以及電漿發光強度之變化點，而控制電漿之產生條件，俾即使由沉積程序變化至蝕刻程序，仍可暫時地維持沉積程序之電漿發光強度。同樣地，控制電漿之產生條件，俾即使由蝕刻程序變化至沉積程序，仍可暫時地維持蝕刻程序之電漿發光強度。如此，刻意地形成電漿之過渡狀態。
相較於此，獲得圖16之反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之蝕 刻結果的程序，以及獲得反覆進行後述之本實施形態之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之蝕刻結果的程序，係讓沉積程序及蝕刻程序之切換時點一致。
說明圖16所示之反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之蝕刻結果之一例。反覆進行本實施形態之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理中之程序條件，係如下述。
程序條件
壓力：250(mTorr)
高頻電力：電漿生成用HF 2500(W)/偏壓用LF 0(W)
沉積主體氣體：SiF4/O2=1000/500(sccm)
蝕刻主體氣體：Ar/SF6=640/860(sccm)
各程序時間：1(min)
依以上之程序條件，將沉積氣體及蝕刻氣體之混合比率更改為混合比率A、B，並顯示經蝕刻之結果。於圖16左側所示之混合比率A為沉積氣體(成膜用氣體)91%、蝕刻氣體9%之混合比率。此時，執行反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之結果，膜厚為0.873μm，形成如預期之厚度的保護膜。
另一方面，圖16右側所示之混合比率B為沉積氣體(成膜用氣體)80%、蝕刻氣體20%之混合比率。此時，執行反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之結果，膜厚為0.446μm。亦即，將沉積氣體比由91%降至80%時，膜之厚度降低約45%。
又，若觀看顯微鏡照片，圖16左側所示之混合比率A之場合，洞底之形狀為良好，相較於此，圖16右側所示之混合比率B之場合，蝕刻於孔洞係持續進行。由以上，可知執行以沉積氣體80%、蝕刻氣體20%之混合比率，反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之場合，膜厚變薄，並無法作為保護膜作用。
進而，執行以沉積氣體80%、蝕刻氣體20%之混合比率，反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理時之蝕刻率為3μm/min以下，可知蝕刻性能變 差。
由以上之研究，若可建構減少前述二程序之切換時間，且極力不讓各程序之氣體混合之氣體切換方法，即可提高蝕刻性能，獲得良好之蝕刻形狀。以下說明之本發明一實施形態之氣體供給系統，為減少前述二程序之切換時間，係具有(1)~(3)之特徵。
(1)作為由氣體供給源至擴散室內之路徑，係構成氣體供給線路，該氣體供給線路包含有用以將沉積主體氣體(相當於讓沉積性氣體較蝕刻性氣體混合更多之第1氣體)供給至腔室內之第1氣體供給機構，以及用以將蝕刻主體氣體(相當於讓蝕刻性氣體較沉積性氣體混合更多之第2氣體)供給至腔室內之第2氣體供給機構。如此，將氣體供給線路分為複數條，極力縮小氣體混合之氣體擴散室之容積，於各程序間之切換時，減輕於前一程序產生之殘留氣體相混合。
(2)於各氣體供給線路設置藉由控制裝置加以控制之閥，並藉由閥之開閉而控制氣體供給線路之配管內壓力。於將氣體供給至腔室內之前係關閉閥，讓氣體供給線路之配管內壓力上升，產生與腔室壓力之壓力梯度。氣體供給線路切換時，亦即，閥開啟時，氣體因壓力梯度而短時間地移動至腔室內之擴散室。藉此，亦可獲得將殘留於擴散室內之前一程序之氣體擠出擴散室外之效果。
(3)進而，為有效地置換殘留於擴散室內之前一程序之氣體，係具有排氣線路。
依具有前述(1)~(3)之機構之一實施形態之氣體供給系統，於反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之二程序使用之氣體於切換時係幾乎不會相混合。藉此，可以各個程序有效地進行保護膜之成膜處理及蝕刻處理，改善於沉積程序之性能以及於蝕刻程序之性能。又，可縮短反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之週期，提高蝕刻率以及矽基板相對於阻劑膜之選擇比，獲得良好之蝕刻形狀。以下，詳細說明本發明一實施形態之氣體供給系統。
[氣體供給系統之整體構成]
首先，參照圖1說明本發明一實施形態之氣體供給系統之整體構成。
本實施形態之氣體供給系統10，係於半導體製造裝置30使用。半導體製造裝置30係執行電漿處理，該電漿處理係交互地反覆進行既定次數之沉積程序(讓沉積性氣體較蝕刻性氣體混合更多之沉積主體氣體(第1氣體)經由擴散室16a而供給至腔室C內來對矽基板W進行電漿處理)、以及蝕刻程序(讓蝕刻性氣體較沉積性氣體混合更多的蝕刻主體氣體(第2氣體)經由擴散室16a而供給至腔室C來對矽基板W進行電漿處理)。藉此，於譬如載置在載置台102之矽基板W形成所希望之深洞。又，本實施形態中，沉積主體氣體係含有SF4氣體及O2氣體之混合氣體。又，本實施形態中，蝕刻主體氣體係含有SF6氣體及O2氣體之混合氣體。
本實施形態之氣體供給系統10，係包含有氣體調整部115b。氣體調整部115b係與氣體供給源20、半導體製造裝置30、控制裝置60、排氣裝置115c連結。
氣體調整部115b包含有作為沉積程序用之氣體供給線路之第1氣體供給機構F1，以及作為蝕刻程序用之氣體供給線路之第2氣體供給機構F2。藉由第1氣體供給機構F1，於沉積程序，沉積主體氣體係供給至腔室C內。又，藉由第2氣體供給機構F2，於蝕刻程序，蝕刻主體氣體係供給至腔室C內。氣體調整部115b係由氣體供給源20，以既定之時序交互地反覆的將沉積主體氣體及蝕刻主體氣體供給至半導體製造裝置30。氣體調整部115b除了有第1氣體供給機構F1及第2氣體供給機構F2兩個氣體供給線路，尚有作為氣體排氣線路之排氣機構F3。
第1氣體供給機構F1包含有第1氣體供給用配管41、第1氣體導入用配管42及第1閥11。第1氣體供給用配管41係用以自設於氣體供給源20之流量控制裝置(FCS：Flow Control System)21來供給控制為既定流量之沉積主體氣體的配管。於第1氣體供給用配管41，經第3閥13而連結有第1旁路配管45。第1旁路配管45係讓沉積主體氣體旁通而排氣。於第1旁路配管45設有流孔48。藉由流孔48而讓第1旁路配管45內之氣體流路縮小，避免於蝕刻程序及沉積程序之切換時點，第1旁路配管45內之急遽的壓力變動。又，藉由讓第 1旁路配管45內之壓力提高至某程度，可降低於後詳述之第1加壓程序前後之第1旁路配管45內之壓力變動。
第1閥11開啟時，執行沉積程序。沉積主體氣體係經由第1氣體供給用配管41而流通於第1氣體導入用配管42，且經由設於腔室C內之噴氣頭116之擴散室16a而導入至腔室C內。第1閥11關閉時，一般上，第3閥13係控制為開啟，沉積主體氣體經由第1旁路配管45而藉由排氣裝置115c加以排氣。作為排氣裝置115c之一例，可例舉乾式泵(Dry Pump)及渦輪分子泵TMP(Turbo Molecular Pump)等。
第1加壓程序係如下述之程序，即，於沉積程序前，將設在用以讓沉積主體氣體旁繞之第1旁路配管45之第3閥13關閉，讓沉積主體氣體蓄積於用以將之供給至腔室C內之第1氣體供給用配管41內，而將第1氣體供給用配管41內加壓。
一般，於第1加工程序前，設於第1氣體導入用配管42之第1閥11係關閉。此時，第2閥12係開啟，執行蝕刻程序。於第1加壓程序中，在第1閥11控制為關閉之狀態，於沉積程序前將第3閥13控制為關閉，讓由氣體供給源20供給之沉積主體氣體蓄積於第1氣體供給用配管41內。藉此，將第1氣體供給用配管41內加壓(參照圖2)。於此狀態，於自蝕刻程序切換至沉積程序之時點，第1閥11控制為開啟時，第1氣體供給用配管41內之沉積主體氣體係一口氣地往擴散室16a流動。
第2氣體供給機構F2包含有第2氣體供給用配管43、第2氣體導入用配管44及第2閥12。
第2氣體供給用配管43係用以由設於氣體供給源20之流量控制裝置(FCS)22，供給控制為既定流量之蝕刻主體氣體之配管。於第2氣體供給用配管43，係經第4閥14而連結有第2旁路配管46。第2旁路配管46係於沉積程序中讓蝕刻主體氣體旁繞而加以排氣。於第2旁路配管46設有流孔49。藉由流孔49而讓第2旁路配管46內之氣體流路縮小，以避免於蝕刻程序與沉積程序之切換時點，第2旁路配管46內之急遽的壓力變動。又，藉由讓第2旁路配管46內之壓力提高至某程度，以降低於後詳述之第2加壓程序前後之第2 旁路配管46內之壓力變動。
於第2閥12開啟時，執行蝕刻程序。蝕刻主體氣體係經由第2氣體供給用配管43而於第2氣體導入用配管44流動，並經擴散室16a而導入至腔室C內。第2閥12關閉時，一般上，因第4閥14控制為開啟，蝕刻主體氣體係經第2旁路配管46而藉由排氣裝置115c加以排氣。
第2加壓程序係如下述之程序，即，於蝕刻程序前，將設於用以讓蝕刻主體氣體旁繞之第2旁路配管46之第4閥14關閉，讓蝕刻主體氣體蓄積於用以將之供給至處理室內之第2氣體供給用配管43內，而將第2氣體供給用配管43內加壓。
一般，於第2加壓程序前，設於第2氣體導入用配管44之第2閥12係關閉。此時，第1閥11係開啟，執行沉積程序。於第2加壓程序，在第2閥12控制為關閉之狀態，於蝕刻程序前將第4閥14控制為關閉，讓由氣體供給源20所供給之蝕刻主體氣體蓄積於第2氣體供給用配管43內。藉此，將第2氣體供給用配管43內加壓。於此狀態，於自沉積程序切換為蝕刻程序之時點，第2閥12控制為開啟時，第2氣體供給用配管43內之蝕刻主體氣體係一口氣地朝擴散室16a流動。
排氣機構F3包含有與擴散室16a連通之排氣用配管47，於排氣用配管47設有第5閥15。排氣機構F3之第5閥15，係於反覆進行沉積程序及蝕刻成序之電漿處理之各程序切換時，控制為開啟。藉此，強制地將存在於擴散室16a內之前一程序之氣體加以排氣(排氣程序)。
控制裝置60包含有未圖式之CPU等，並因應沉積程序及蝕刻程序之切換時點，進行由氣體供給源20輸出之氣體種類及氣體流量之控制、以及第1閥11至第5閥15之開閉控制。本實施形態之氣體供給系統10，係可藉由控制裝置60而以電腦控制閥之開閉。又，有關半導體製造裝置30之具體構成例，係參照後述之圖12進行說明。
如以上說明，此種構成之氣體供給系統10，係於交互地反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理，追加加壓程序及排氣程序。加壓程序中，係較沉積程序及蝕刻程序之切換時點更早地關閉第3閥13或第4閥14。藉此， 次一程序之氣體係蓄積於第1氣體供給用配管41或第2氣體供給用配管43內，迄至進行切換時。依此，進行切換時，蓄積於第1氣體供給用配管41或第2氣體供給用配管43內之氣體，可高速地流向擴散室16a。於排氣程序，於進行切換時開啟排氣線路之第5閥15。藉此，可強制地將存在於噴氣頭內之前一程序之氣體加以排氣。如此，本實施形態中，於沉積程序及蝕刻程序切換時，藉由進行加壓程序及排氣程序，可高速地替換擴散室16a內之氣體，縮短氣體之切換時間。依此，兩個程序所使用之氣體群於切換時幾乎不會相混合，因此，可維持高的蝕刻率並且提高選擇比，效率良好地形成良好之蝕刻形狀。
[氣體供給系統之動作]
其次，參照圖3及圖4，說明本發明一實施形態之氣體供給系統之動作。圖3係反覆進行使用一實施形態之氣體供給系統之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之流程圖。圖4係反覆進行使用一實施形態之氣體供給系統之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之程序圖。控制裝置60係依記憶於ROM及RAM等之記憶部之配方，而控制顯示於以下流程圖之氣體之切換及閥之開閉。
開始反覆進行本實施形態之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理時，控制裝置60係執行沉積程序(步驟S100)。又，亦可於步驟S100之沉積程序之前執行蝕刻程序。此時點，於圖4係以「配方/開啟」加以表示之時點，第1閥11為開啟，第2閥12為關閉，第3閥13為關閉，第4閥14為開啟。藉此，沉積主體氣體係經由第1氣體供給用配管41而於第1氣體導入用配管42流動，且經由設於腔室C內之噴氣頭116之擴散室16a而導入至腔室C內(參照圖1)。
又，於該時點，第5閥15由關閉切換為開啟(步驟S120)，經過預先決定之排氣時間後，由開啟切換為關閉(步驟S122)。藉此，存在於擴散室16a內之前一程序之氣體係強制地加以排氣(排氣程序)。
控制裝置60係於蝕刻程序執行前(步驟S102)之既定時點，將第4閥14由開啟切換為關閉(步驟S110：第2加壓程序)。此時點於圖4係以「切換前1」加以表示。藉此，於蝕刻程序前，在第2閥12控制為關閉之狀態，第4閥14係控制為關閉。藉此，由氣體供給源20供給之蝕刻主體氣體係蓄積於第2氣 體供給用配管43內，而將第2氣體供給用配管43內加壓。
經過預先決定之沉積時間後，控制裝置60執行蝕刻程序(步驟S102)。此時點於圖4係以「切換1」加以表示之時點。藉此，由沉積程序切換為蝕刻程序。此時，第2閥12由關閉控制為開啟(步驟S112)，第1閥11控制為關閉。藉此，沉積主體氣體之供給停止，蓄積於第2氣體供給用配管43內之蝕刻主體氣體係一口氣地流向擴散室16a。藉此，擴散室16a內之氣體環境係瞬間由沉積主體氣體變換為蝕刻主體氣體，可縮短氣體切換之時點，並且極力避免前一程序之氣體與次一程序之氣體混合。
進而，於「切換1」之時點，第5閥15由關閉切換為開啟(步驟S124)，經過預先決定之排氣時間後，由開啟切換為關閉(步驟S126)。藉此，存在於擴散室16a內之前一程序之氣體(此處為沉積主體氣體)係強制地加以排氣。又，於「切換1」之時點，第3閥13由關閉控制為開啟。藉此，第1氣體供給用配管41內之沉積主體氣體係由第1旁路配管45加以排氣。
其次，控制裝置60判斷沉積程序及蝕刻程序是否已執行既定次數(步驟S104)。若已執行既定次數，結束本處理。若尚未執行既定次數，返回步驟S100。此時，控制裝置60於經過預先決定之蝕刻時間後，由蝕刻程序切換為沉積程序，並執行沉積程序(步驟S100)，但於此之前，將第3閥13由開啟切換為關閉(步驟S114：第1加壓程序)。此時點係圖4中「切換前2」之時序。藉此，於沉積程序前，在第1閥11控制為關閉之狀態，第3閥13係控制為關閉。藉此，由氣體供給源20所供給之沉積主體氣體係蓄積於第1氣體供給用配管41內，而將第1氣體供給用配管41內加壓。
其次，控制裝置60執行沉積程序(步驟S100)。此時點於圖4係以「切換2」加以表示之時序。藉此，由蝕刻程序切換為沉積程序。此時，第1閥11係由關閉控制為開啟(步驟S116)，第2閥12控制為關閉。藉此，蝕刻主體氣體之供給停止，第1氣體供給用配管41內之沉積主體氣體係一口氣地流向擴散室16a。依此，擴散室16a內之氣體環境係瞬間由蝕刻主體氣體變換為沉積主體氣體，可縮短氣體切換之時間，並極力避免前一程序之氣體與後一程序之氣體混合。
進而，於「切換2」之時點，第5閥15由關閉切換為開啟(步驟S120)，且經過預先決定之排氣時間後，由開啟切換為關閉(步驟S122)。藉此，存在於擴散室16a內之前一程序之氣體(此處為蝕刻主體氣體)係強制地加以排氣。又，於「切換2」之時序，第4閥14係由關閉控制為開啟。藉此，第2氣體供給用配管43內之蝕刻主體氣體，係由第2旁路配管46加以排氣。
如以上說明，依本實施形態之氣體供給系統10，於反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之二程序中使用之氣體群於切換時，幾乎不相混合。藉此，可於各程序效率良好地執行保護膜之成膜處理及蝕刻處理，改善於沉積程序之性能以及於蝕刻程序之性能。
[加壓程序之開始及壓力之變動]
本實施形態之氣體供給系統10，係於二程序之氣體切換前設置加壓程序。因此，以下說明有關加壓程序之開始及壓力之變動。又，連結於流量控制裝置(FCS)22之第2氣體供給機構F2之流路系統，係與連結於流量控制裝置21之第1氣體供給機構F1之流路系統相同。因此，此處係說明有關第1氣體供給機構F1之流路系統之加壓程序之開始及壓力變動，有關第2氣體供給機構F2之流路系統之說明係省略。又，以下之說明中，係使用莫耳數而算出壓力變動。莫耳數係以質量/分子量表示，由於可為不受氣體種類影響之表現，因此對於不同的混合氣體，仍可統一地加以說明。
如圖5所示，第3閥13開啟時之第1氣體供給用配管41內之莫耳數n1係使用狀態方程式並藉由以下之算式而算出。
n1=P1V1/RT
此處，係令第1氣體供給用配管41內之壓力為P1，體積為V1。
令由流量控制裝置21輸出之氣體流量(1000sccm)為Q1。由關閉第3閥之加壓程序開始，至t秒後之第1氣體供給用配管41內之總莫耳數n2，係由流量控制裝置21流入至第1氣體供給用配管41內之氣體流量Q1之莫耳數乘上時間t後之值，與存在於第1氣體供給用配管41內之莫耳數n1相加後之值。將由加壓程序開始至t秒後之第1氣體供給用配管41內之總莫耳數n2表示為下式(1)。
n2=Q1/RT×t+P1V1/RT...(1)
藉此，由加壓程序開始至t秒後之第1氣體供給用配管41內之壓力P2，係使用式(1)及前述狀態方程式(n1=P1V1/RT)而如下式(2)地加以算出。
P2=Q1/V1×t+P1...(2)
[開啟切換閥後之壓力]
其次，係計算氣體切換後，為替換擴散室16a之容積A中之氣體所必要之莫耳數。若可於加壓程序中將所算出之必要之莫耳數儲存於第1氣體供給用配管41內，兩個程序切換時就可讓擴散室16a內瞬間地的由前一程序之氣體種類切換為次一程序之氣體種類。
首先，於第1氣體供給用配管41內流動之氣體為黏性流之場合，哈庚-帕穗定律成立。以下式給予此時之流量Q。
Q=(5.236×10-4/η)×(a4/l)×Pu(Pu2-Pu1)(mTorr．1/sec)
惟，Pu=(Pu2+Pu1)/2。
此處，Pu1為管之出口之壓力(mTorr)，Pu2為管之入口之壓力(mTorr)，Pu為平均壓力(mTorr)。a為管之半徑(cm)，1為管之長度，η為當時之氣體及管之溫度下之氣體的黏性係數(泊，dyn/sec．cm2)。以25℃之空氣為例，η25=1.845×10-4。
依哈庚-帕穗定律，開啟切換閥之圖4之第1閥11後，於第1氣體供給用配管41內，表示次式(3)之流體的時間變化之式成立。
V1dP1/dt=-C1(P2 2-P1 2)+Q1...(3)
此處，P1為第1氣體供給用配管41內之壓力，V1為第1氣體供給用配管41內之體積。又，C1為第1氣體供給用配管41內之傳導度，P2為擴散室16a之壓力，Q1為由流量控制裝置21流入之氣體流量。式(3)係表示自開啟第1閥11後流入或流出第1氣體供給用配管41內之氣體之狀態。
同樣地，依哈庚-帕穗定律，開啟第1閥11後，於擴散室16a內，次式(4)成立。
V2dP2/dt=C1(P2 2-P1 2)-Q3-Q4...(4)
此處，P2為擴散室16a內之壓力，V2為擴散室16a內之體積。又，C1為 第1氣體供給用配管41內之傳導度，P1為第1氣體供給用配管41內之壓力。又，Q3為由擴散室16a導入腔室C內之氣體流量，Q4為由擴散室16a經排氣用配管47而朝大氣側流出之氣體流量。式(4)之狀態方程式，係表示自開啟第1閥11後流入或流出擴散室16a內之氣體之狀態。
依式(3)，第1氣體供給用配管41內之壓力之時間的變化，係以式(5)表示。
dP1/dt=-C1(P2 2-P1 2)/V1+Q1/V1...(5)
又，依式(4)，擴散室16a內之壓力之時間的變化，係以式(6)表示。
dP2/dt=C1(P2 2-P1 2)/V2-C2(P2 2-P3 2)/V2-C3(P2 2-P4 2)...(6)
此處，P3為處理室內之壓力，P4為排氣側之壓力。
解表示第1氣體供給用配管41內之壓力之時間的變化dP1/dt之式(5)，以及表示擴散室16a內之壓力之時間的變化dP2/dt之式(6)，算出流入擴散室16a側之氣體之莫耳數以及由擴散室16a流出之氣體之莫耳數。於排氣側流出之氣體之莫耳數以及於腔室C內流出之氣體之莫耳數之和，到達擴散室16a內之容積A時，同量之莫耳數之氣體係由第1氣體供給用配管41側流入至擴散室16a內。此時，由前一程序之氣體切換為次一程序之氣體係完全結束。
實際解式(5)及式(6)之方程式，可獲得以下之結果。
算出迄至擴散室16a內之總莫耳數之氣體由擴散室16a流出之時間為0.017秒。亦即，擴散室16a內之氣體以0.017秒全部流出，由前一程序之氣體切換為次一程序之氣體係完全結束。顯示出擴散室16a內之氣體係幾乎瞬間加以替換。
二個程序切換時，係希望能極力減少擴散室16a內之殘留氣體朝處理室內流出之量，而增加朝排氣線路側流出之量。此處，擴散室16a內之總莫耳數為0.000409mol。參照圖6，配管徑3/8(吋)、內徑ψ 7.52(mm)時，由擴散室16a朝腔室C流出之總莫耳數為0.000175mol(0.017秒時)，由擴散室16a朝排氣線路流出之總莫耳數為0.000235mol(0.017秒時)。該結果，可知擴散室16a之殘留氣體之約43%係流出至腔室C側。
配管徑1/4(吋)、內徑ψ 4.3(mm)時，由擴散室16a朝腔室C內流出之總莫 耳數為0.000358mol(0.031秒時)，由擴散室16a朝排氣線路流出之總莫耳數為0.000051mol(0.031秒時)。該結果，擴散室16a之殘留氣體之約88%係流出至腔室C側，為較配管徑3/8之場合為更不良之結果。
另一方面，配管徑1/2(吋)，內徑ψ 10.4(mm)時，由擴散室16a朝腔室C內流出之總莫耳數為0.00007mol(0.009秒時)，由擴散室16a朝排氣線路流出之總莫耳數為0.000342mol(0.009秒時)。該結果，可知擴散室16a之殘留氣體之約17%係流出至腔室C側，相較於配管徑3/8及配管徑1/4之場合，為良好之結果。
又，參照圖6B，可知較未設置排氣程序之場合，設置排氣程序時，切換時間係縮短，且配管徑1/2(吋)之場合，切換時間縮得最短。
再者，第1氣體之設定流量為1000sccm。此係表示於每一秒，0.000693莫耳由流量控制裝置21流出。迄至殘留於擴散室16a內之總氣體全由擴散室16a流出之時間的0.017秒中，有0.000011781莫耳自流量控制裝置21流出。
未設置排氣線路之一般的系統，擴散室16a之殘留氣體係100%流出至腔室C內，對製程造成不良影響。
[切換閥開放後之擴散室之壓力]
本實施形態中，係於沉積程序及蝕刻程序之切換前，設置加壓程序，讓第1氣體供給用配管41(第2氣體供給用配管43亦相同)內為加壓狀態。因此，開啟第1閥11之瞬間，沉積主體氣體係由壓力高之第1氣體供給用配管41流至壓力低之擴散室16a。因此，擴散室16a之壓力上升。據此，欲讓擴散室16a之壓力很快地降低至於一般狀態讓氣體流動時之壓力，而讓由擴散室16a朝腔室C之氣體的導入速度穩定。藉此，可進行良好之電漿控制。圖7中顯示有切換時之第1閥11開放後之擴散室16a之壓力P2(Torr)、以莫耳數表示朝排氣線路側流出之氣體之流量之線、以莫耳數表示朝處理室側導入之氣體之流量之線、以莫耳數表示擴散室16a內之殘留氣體之流量之線。
由圖7所示之結果，若排氣線路之配管徑越大，朝排氣線路側流出之氣體的莫耳數變得越多，因此，預測可讓擴散室16a之壓力更快地下降至一般狀態之壓力。
惟，若排氣線路之配管徑過大，過度排氣，如圖7之位置Pd所示，擴散室16a之壓力將暫時降得過低。另一方面，若排氣線路之配管徑過小，將會花許多時間來讓擴散室16a之壓力降至一般之壓力。因此，在一邊排氣、一邊降至一般之壓力時(圖7之位置Pa，此處為0.3秒)，關閉排氣線路之第5閥15。藉此，可防止如圖7之位置Pd所示之擴散室16a之過度壓力降低，而讓擴散室16a內之壓力迅速地降至一般之壓力並使其穩定。又，如放大圖所示，可推測約3/100秒，擴散室16a內之莫耳數成為0。
[評價結果]
其次，有關本發明一實施形態之氣體供給系統10反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之實驗結果，係一邊參照圖8~圖11，一邊加以說明。圖8係顯示本實施形態之加壓程序之實驗結果圖。圖9係顯示本實施形態之排氣程序之實驗結果圖。圖10係將圖8及圖9之實驗結果加以圖表化之圖。圖11係顯示反覆進行加上本實施形態之加壓程序及排氣程序之沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之實驗結果圖。
(加壓程序評價/圖8)
首先，說明有關於反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理中，追加本實施形態之加壓程序時之效果。圖8係顯示執行依以下之製程條件而反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理中，有無加壓程序而產生之深孔之蝕刻結果之差異。於圖8左側顯示未執行加壓程序之態樣，於圖8之中央顯示執行加壓程序1秒間之態樣，於圖8右側顯示執行加壓程序2秒間之態樣。此時之製程條件如下述。
1. 沉積程序
壓力：200(mTorr)
高頻電力：電漿生成用HF 2500(W)/偏壓用LF 0(W)
沉積氣體：SiF4/O2=400/300(sccm)
溫度：20℃
程序時間：0.02(min)
2. 蝕刻程序
壓力：200(mTorr)
高頻電力：電漿生成用HF 2500(W)/偏壓用LF 0(W)
蝕刻氣體：O2/SF6=100/600(sccm)
溫度：20℃
程序時間：0.05(min)
又，本實驗中，係將口徑10μm之光阻膜5.5μm作為遮罩使用，於矽基板上形成深孔。
依該結果，可確認加壓程序執行1秒或2秒間時，相較於未執行加壓程序之場合，矽基板相對於阻劑膜之選擇比(sel)提高。
(排氣程序評價/圖9)
其次，說明有關於反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理中，追加本實施形態之排氣程序時之效果。圖9係顯示執行依前述之製程條件而反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理中，有無排氣程序而產生之深孔之蝕刻結果之差異。於圖9左側顯示未執行排氣程序之態樣，於圖9之中央顯示執行排氣程序0.5秒間之態樣，於圖9右側顯示執行排氣程序1秒間之態樣。
依該結果，可確認排氣程序執行0.5秒或1秒間時，相較於未執行排氣程序之場合，矽基板相對於阻劑膜之選擇比(sel)提高。
參照將圖8及圖9之實驗結果加以圖表化之圖10時，可知特別是為提高選擇比，於圖10左側之加壓程序中，1秒~2秒之加壓時間係較佳，於圖10右側之排氣程序中，0.5秒前後之排氣時間較佳。
由其等結果，推測加壓程序及排氣程序皆具有縮短於擴散室16a之氣體之切換時間的效果，且於沉積程序生成保護膜之性能提高，因此可讓如期望之保護膜成膜，且於蝕刻程序中，阻劑膜之減少受到抑制，選擇比提高。
(加壓程序+排氣程序評價/圖11)
接著，說明有關於反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理中，追加本實施形態之加壓程序及排氣程序時之效果。圖11係顯示執行依前述之製程條件而反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理中，有無加壓程序及排氣程序而產生之深孔之蝕刻結果之差異。於圖11左側顯示無閥控制(無加壓 程序及排氣程序)之態樣，於圖11右側顯示有閥控制(有加壓程序及排氣程序)之態樣。各程序時間係如下述。
．無閥控制(無加壓程序及排氣程序)之場合
沉積程序：2秒
蝕刻程序：5秒
．有閥控制(有加壓程序及排氣程序)之場合
沉積程序：1秒
蝕刻程序：5秒
加壓程序：1秒
排氣程序：0.5秒
依該結果，可確認有閥控制(有加壓程序及排氣程序)之場合，相較於無閥控制(無加壓程序及排氣程序)之場合，矽基板相對於阻劑膜之選擇比(sel)提高約6%，進而，蝕刻率(E/R)提高約6%。又，扇形缺口(scallope)減輕，獲得良好之蝕刻形狀。
又，無閥控制(無加壓程序及排氣程序)之場合，以沉積程序2秒、蝕刻程序5秒之7秒週期，執行反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理。相較於此，有閥控制(有加壓程序及排氣程序)之場合，可知即便相對於蝕刻程序5秒，讓沉積程序縮短為沉積程序1秒，仍可形成良好之保護膜。此時，切換時間為1秒(加壓程序1秒、排氣程序0.5秒)。由實驗結果，依本實施形態之氣體供給系統10，藉由設置加壓程序及排氣程序，係可延長相對於沉積程序之蝕刻程序的時間，讓蝕刻程序之處理時間最大為沉積程序之處理時間的5倍。
如以上說明，依本實施形態之氣體供給系統10，藉由設置加壓程序及排氣程序，係可縮短氣體之切換時間，又，進行切換時，可抑制前後程序之氣體混合。藉此，即使縮短沉積程序之時間，亦可生成適切膜厚之保護膜。因此，可延長相對於沉積時間之蝕刻時間，而蝕刻出更深之孔。由於可延長相對於沉積時間之蝕刻時間，故可讓蝕刻率(E/R)維持於高數值。進而，選擇比亦改善，可獲得良好之蝕刻形狀。又，由於可縮短沉積程序， 因此可縮短反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之週期。
[半導體製造裝置之整體構成]
最後，參照圖12說明使用本實施形態之氣體供給系統10之半導體製造裝置30之一例。
圖12係概略地顯示使用氣體供給系統10之半導體製造裝置30之整體構成。半導體製造裝置30係包含有內部保持為氣密且電性接地之腔室C。半導體製造裝置30係於腔室C外與本實施形態之氣體供給系統10連結。氣體供給系統10係於既定之切換時點，將沉積主體氣體及蝕刻主體氣體交互地反覆供給至腔室C內。藉此，可藉由於半導體製造裝置30之腔室C內生成之電漿，對於被處理體之矽基板W執行反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理之蝕刻，而於矽基板W形成所希望之徑之深孔。
腔室C為圓筒狀，且譬如由表面經陽極氧化處理之鋁等構成。於腔室C內，設有將矽基板W水平地加以支撐之載置台102。載置台102係由譬如表面經陽極氧化處理之鋁等構成，且亦作為下部電極作用。載置台102係支撐於導體之支撐台104，且可經絕緣板103而以升降機構107加以升降。升降機構107係配設於腔室C，並以不銹鋼構成之波紋管108加以被覆。於波紋管108之外側，設有波紋管罩體109。於載置台102上方之外周，設有譬如以單晶矽形成之聚焦環105。進而，以包圍載置台102及支撐台104之周圍地，設有譬如由石英等組成之圓筒狀之內壁構件103a。
於載置台102，經第1匹配器111a而連接有第1高頻電源110a，由第1高頻電源110a供給既定頻率(27MHz以上，譬如40MHz)之電漿生成用之高頻電力。又，於載置台102，經第2匹配器111b而連接有第2高頻電源110b，由第2高頻電源110b供給既定頻率(13.56MHz以上，譬如2MHz)之偏壓用之高頻電力。另一方面，於載置台102之上方，與載置台102平行地相對向而設有作為上部電極作用之噴氣頭116，噴氣頭116及載置台102係作為一對電極而作用。
於載置台102之上面設有用以靜電吸附基板W之靜電夾106。靜電夾106係於絕緣體106b之間挾有電極106a。於電極106a連接有直流電壓源112，藉 由自直流電壓源112對電極106a施加直流電壓，可以庫侖力吸附基板W。
於支撐體104之內部形成有冷媒流路104a。於冷媒流路104a連接有冷媒入口配管104b、冷媒出口配管104c。於冷媒流路104a中使得作為適宜冷媒的譬如冷卻水等進行循環而將基板W控制為既定之溫度。於基板W之背面側設有用以供給氦氣(He)等之冷熱傳達用氣體(backside gas)之配管130。
噴氣頭116係設於腔室C之頂板部分。噴氣頭116係包含有本體部116a及構成電極板之上部頂板116b。噴氣頭116係經絕緣性構件145而支撐於腔室C之上部。本體部116a由導電性材料、譬如表面經陽極氧化處理之鋁構成，且上部頂板116b係可裝卸地支撐於其下部。
於本體部116a之內部設有氣體之擴散室16a，且以位在擴散室16a之下部地，於本體部116b之底部形成多數之氣體通流孔116d。於上部頂板116b，氣體導入孔116e係與氣體通流孔116d於厚度方向貫通上部頂板116b地連通設置。藉由此種構成，供給至擴散室16a之氣體係經氣體通流孔116d及氣體導入孔1116e，噴散狀地導入至腔室C內之電漿處理空間。又，於本體部116a等，設有用以讓冷媒循環之未圖示之配管，讓噴氣頭116冷卻而調整至期望之溫度。
於本體部116a，形成有用以將氣體朝擴散室16a導入之氣體導入口116g。於氣體導入口116g，係經氣體供給配管115a而連接有氣體調整部115b。
於噴氣頭116，係經由低通慮波器(LPF)151而電性連接可變直流電壓源152。可變直流電壓源152係可藉由開閉開關153而開啟、關閉供電。可變直流電壓源152、開閉開關153係藉由控制裝置60加以控制。由第1高頻電源110a及第2高頻電源110b對載置台102施加高頻，於電漿處理空間產生電漿時，控制裝置60係依需求而將開閉開關153控制為開啟。藉此，可對噴氣頭116施加既定之直流電壓。
由腔室C之側壁，往較噴氣頭116之高度位置更上方延伸地設有圓筒狀之接地導體101a。此圓筒狀之接地導體101a，於其上部係具有頂板。於腔室C之底部形成有排氣口171。於排氣口171連接有排氣裝置173。排氣裝置173具有真空泵，且藉由讓真空泵作動而將腔室C內減壓至既定之真空度。另一 方面，於腔室C之壁側設有用以藉由開閉而由搬出入口174將基板W搬入或搬出之閘閥175。
於與載置台102進行處理時之上下方向之位置對應之腔室C之周圍，配置環狀或同心狀地配置延伸之偶極環形磁石124。偶極環形磁石124係如圖13之橫截面圖所示，於由環狀之磁性體構成之殼體126內，係於周向以一定之間隔配列複數個(譬如16個)之各向異性區段柱狀磁石125。於圖13，藉由讓各向異性區段柱狀磁石125之磁化方向，沿殼體126之周向，少許、少許地錯開，可整體地形成朝向某一方向之一樣的水平磁場B。
因此，於載置台102及噴氣頭116之間的空間，藉由第1高頻電源110a而形成鉛直方向之RF電場，並且藉由偶極環形磁石124而形成水平磁場B。藉由使用其等正交電磁場之磁控放電，可於載置台102之表面附近生成高密度之電漿。
再次返回圖12，控制裝置60係依配方而控制半導體製造裝置30。控制裝置60包含有CPU，並具備有控制半導體製造裝置30各部之程序控制器61、使用者介面62及記憶部63。使用者介面62係由為管理程序管理者及半導體製造裝置30而進行指令之輸入操作之鍵盤，及讓半導體製造裝置30之使用狀況可視化地加以顯示之顯示器等構成。
於記憶部63，以半導體製造裝置30加以執行之各種控制程式及資料係作為配方而加以儲存。程序控制器61係依來自使用者介面62之指示，由記憶部63讀出必要之配方並加以執行，藉此，於腔室C內對基板W施行所希望之程序。配方可為儲存於電腦可讀取之記憶媒體等之狀態，亦可為可利用通訊而加以利用之狀態。
[應用例]
以上，係以藉由本實施形態之氣體供給系統10而於基板W形成深孔之蝕刻處理為例而加以說明。以下，參照圖14說明應用例。
應用例中，係將本實施形態之半導體製造裝置30應用於使用貫通半導體晶片內部之穿孔(TSV：Through-silicon Via)之電極，而將上下之半導體晶片間電性連接之立體佈線技術。圖14中，於上部半導體晶片400之內部形成 穿孔(TSV)405。將佈線穿過該穿孔405，經穿孔405及凸塊505，導通上部半導體晶片400之焊墊(pad)電極410及下部半導體晶片500之焊墊電極510。
此處，係藉由使用本實施形態之氣體供給系統10之半導體製造裝置30而形成前述穿孔405。依該3D佈線，係可對於直徑為30μm~50μm之TSV形成穿孔405。
依此，對於TSV之電極，係可謀求小型化、處理之高速化、消耗電力降低。又，於TSV之製造過程中，係可藉由反覆進行沉積程序及蝕刻程序之電漿處理而進行加壓程序及排氣程序，縮短氣體之切換時間。
<總結>
以上，參照附圖說明本發明之半導體製造裝置之氣體供給方法、氣體供給系統以及半導體製造裝置之適宜的實施形態，惟本發明之半導體製造裝置之氣體供給方法、氣體供給系統以及半導體製造裝置並不限於其等例。只要是本發明所屬技術領域中具有通常知識者，當然可在申請專利範圍所記載之技術思想範疇內聯想各種變更例或修正例，此等當然應被視為屬於本發明之半導體製造裝置之氣體供給方法、氣體供給系統以及半導體製造裝置之技術範圍。
譬如本發明之排氣程序，亦可與蝕刻程序及沉積程序之開始同時地開啟第5閥，亦可於即將開始前或剛開始後之任一時點，開啟設置於排氣用配管之第5閥。
又，第1加壓程序亦可於即將要執行之沉積程序中或於程序後加以進行。
前述排氣程序亦可與第1程序(經由第1氣體配管使得第1氣體通過擴散室而供給至腔室內，對被處理體進行電漿處理)以及第2程序(經由第2氣體配管使得第2氣體通過前述擴散室而供給至腔室內，對被處理體進行電漿處理)之開始同時地、即將要開始前、或剛開始後之任一時點來開啟前述第5閥。
前述第1加壓程序亦可於即將要執行之前述第2程序中或於剛執行後之前述第2程序後加以進行。
前述第2加壓程序亦可於即將要執行前之前述第1程序中或於剛執行後 之前述第1程序後加以進行。
亦可為：前述第1程序為沉積程序，前述第2程序為蝕刻程序，前述蝕刻程序具有較前述沉積程序最大為5倍之處理時間。
前述第1氣體亦可含有SiF4氣體及O2氣體。
前述第2氣體亦可含有SF6氣體及O2氣體。
又，本發明之半導體製造裝置並不限於藉由於處理室內之平行平板電極間產生之高頻放電，而生成電容耦合式電漿(CCP：Capacitively Coupled Plasma)之電容耦合型電漿處理裝置，譬如亦可適用於處理室之上面或周圍配置天線，於高頻之感應電磁場下生成感應耦合式電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)之感應耦合型電漿處理裝置、使用微波之功率而生成電漿波之微波電漿處理裝置等。
於本發明，施行電漿處理之被處理體，亦可係由矽基板、半導體晶圓、平板顯示器(FPD：Flat Panel Display)用之大型基板、EL元件或太陽能電池用之基板等所構成者。
本國際申請案係主張依據2012年3月16日提申之日本專利申請2012-060636號之優先權，且將其全部內容援用於本國際申請案。
10‧‧‧氣體供給系統
11‧‧‧第1閥
12‧‧‧第2閥
13‧‧‧第3閥
14‧‧‧第4閥
15‧‧‧第5閥
16a‧‧‧擴散室
20‧‧‧氣體供給源
21‧‧‧流量控制裝置
22‧‧‧流量控制裝置
30‧‧‧半導體製造裝置
41‧‧‧第1氣體供給用配管
42‧‧‧第1氣體導入用配管
43‧‧‧第2氣體供給用配管
44‧‧‧第2氣體導入用配管
45‧‧‧第1旁路配管
46‧‧‧第2旁路配管
47‧‧‧排氣用配管
48‧‧‧流孔
49‧‧‧流孔
60‧‧‧控制裝置
102‧‧‧載置台
115b‧‧‧氣體調整部
115c‧‧‧排氣裝置
116‧‧‧噴氣頭
F1‧‧‧第1氣體供給機構
F2‧‧‧第2氣體供給機構
F3‧‧‧排氣機構
C‧‧‧處理室
W‧‧‧矽基板

Claims (9)

  1. 一種半導體製造裝置之氣體供給方法，係交互地反覆進行第1程序與第2程序，該第1程序係經由第1氣體配管讓第1氣體通過擴散室而供給至腔室內，對被處理體進行電漿處理；該第2程序係經由第2氣體配管讓第2氣體通過該擴散室而供給至腔室內，對被處理體進行電漿處理；其特徵在於包含有下述程序：第1加壓程序，係藉由第1閥控制該第1氣體配管與該擴散室之連通，藉由第2閥控制該第2氣體配管與該擴散室之連通，藉由連接於較該第1氣體配管之第1閥更上游側之第3閥來控制第1氣體配管內之氣體之排出，藉由連接於較該第2氣體配管之第2閥更上游側之第4閥來控制第2氣體配管內之氣體之排出，藉由第5閥控制排氣用配管與該擴散室之連通，於該第1程序之前，關閉該第1閥且關閉該第3閥，藉由該第1氣體而讓該第1氣體配管內之該第1氣體之壓力上升；第2加壓程序，係於該第2程序之前，關閉該第2閥且關閉該第4閥，藉由該第2氣體而讓該第2氣體配管內之該第2氣體之壓力上升；及排氣程序，係因應於該第1程序之開始及該第2程序之開始而開啟該第5閥，讓該擴散室內之氣體排氣。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體製造裝置之氣體供給方法，其中該排氣程序係於與該第1程序及該第2程序之開始同時、即將要開始前或剛開始後之任一時序，開啟該第5閥。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體製造裝置之氣體供給方法，其中該第1加壓程序係於即將執行之該第2程序中或剛執行過之該第2程序後來進行。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體製造裝置之氣體供給方法，其中該第2加壓程序係於即將執行之該第1程序中或剛執行過之該第1程序後來進 行。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體製造裝置之氣體供給方法，其中該第1程序係沉積程序，該第2程序為蝕刻程序，該蝕刻程序具有較該沉積程序最大為5倍之處理時間。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體製造裝置之氣體供給方法，其中該第1氣體係含有SiF4氣體及O2氣體。
  7. 如申請專利範圍第1項之半導體製造裝置之氣體供給方法，其中該第2氣體係含有SF6氣體及O2氣體。
  8. 一種半導體製造裝置之氣體供給系統，係交互地反覆進行第1程序與第2程序，該第1程序係經由第1氣體配管讓第1氣體通過擴散室而供給至腔室內，對被處理體進行電漿處理；該第2程序係經由第2氣體配管讓第2氣體通過該擴散室而供給至腔室內，對被處理體進行電漿處理；其特徵在於包含有：第1閥，係控制該第1氣體配管與該擴散室之連通；第2閥，係控制該第2氣體配管與該擴散室之連通；第3閥，係連接於較該第1氣體配管之第1閥更上游側，控制第1氣體配管內之氣體之排出；第4閥，係連接於較該第2氣體配管之第2閥更上游側，控制第2氣體配管內之氣體之排出；第5閥，係控制排氣用配管與該擴散室之連通；第1氣體供給機構，係於該第1程序之前，關閉該第1閥且關閉該第3閥，藉由該第1氣體而讓該第1氣體配管內之該第1氣體之壓力上升；第2氣體供給機構，係於該第2程序之前，關閉該第2閥且關閉該第4閥，藉由該第2氣體而讓前述第2氣體配管內之該第2氣體之壓力上升；及排氣機構，係因應該第1程序之開始及該第2程序之開始而開啟該第5閥，讓該擴散室內之氣體排氣。
  9. 一種半導體製造裝置，係使用如申請專利範圍第8項之氣體供給系統而對被處理體施行電漿處理。
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