CN101341582B - 光源装置、基板处理装置、基板处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光源装置，该光源装置由包含等离子体的形成区域，在上述等离子体的形成区域中，通过无电极放电形成等离子体而产生发光的等离子体形成室；和划分在上述等离子体形成室中的等离子体的形成区域的下端，透过上述发光的光学窗构成，在上述等离子体形成室内，形成有用于导入生成上述等离子体的微波的微波透过窗，而且，在上述微波透过窗的外侧设置有与上述微波窗结合、导入上述微波的微波天线。
Description
技术领域
本发明涉及一般的半导体装置的制造、特别是涉及在半导体装置的制造工序中使用的光源装置以及具备这样的光源装置的基板处理装置。
背景技术
在包含液晶显示装置的半导体装置的制造工序中，紫外光源通过紫外光进行在基板上形成的膜等的改性、产生氧自由基或卤素自由基等的自由基，因此被广泛的应用。
例如，已知有使用紫外光源激发氧气，通过形成的氧自由基对硅基板表面进行氧化的技术。而且可以得知使用被紫外光激发的卤素自由基进行的蚀刻技术。
发明内容
作为该种紫外光源，广泛应用的有现有的高压水银灯、低压水银灯、激元灯等，但是这些是具有管状形状的管状或者点状的光源，覆盖大面积而使其同样产生紫外光时，就需要设置多个光源，使用使被处理基板旋转等的复杂的机构。
而且，目前，这些光源的寿命短，需要频繁更换，特别是在使用多个光源处理大口径基板的基板处理装置中，紫外光源的费用成为抬高半导体装置的制造费用的重要原因。
本发明提供一种能够覆盖大面积、进行同样的紫外发光的紫外光源装置，以及具有这样的紫外光源装置的基板处理装置。
专利文献1：日本特开平7-106299号公报
根据本发明的一方面，提供一种光源装置，其特征在于，包括：
包含等离子体形成区域，在上述等离子体形成区域中，通过无电极放电形成等离子体而产生发光的等离子体形成室；和
划分在上述等离子体形成室中的等离子体形成区域的下端，透过上述发光的光学窗，其中，
在上述等离子体形成室内，形成有导入用于生成上述等离子体的微波的微波透过窗，
并且在上述微波透过窗的外侧，设置有与上述微波窗结合，导入上述微波的微波天线。
根据本发明的其他方面，提供一种基板处理装置，具备：
设置有划分处理空间，在上述处理空间中保持被处理基板的基板保持台的处理容器；和
在上述处理容器的上部，以与上述基板保持台上的被处理基板相对的方式设置的光源装置，其特征在于，
上述光源装置包括：
包含等离子体形成区域，在上述等离子体形成区域中，通过无电极放电形成等离子体而产生发光的等离子体形成室；和
划分在上述等离子体形成室中的等离子体形成区域的下端，透过上述发光的光学窗，
在上述等离子体形成室内，形成有导入用于生成上述等离子体的微波的微波透过窗，
在上述微波透过窗的外侧，设置有与上述微波窗结合，导入上述微波的微波天线，
上述基板处理装置还具备：
向上述等离子体形成区域导入第一气体的第一气体导入口；
向上述处理空间导入第二气体的第二气体导入口；
对上述处理空间进行排气的排气口；和
设置在上述光学窗的一部分上，连接上述等离子体形成室和上述处理空间的开口部。
根据本发明的其他方面，本发明提供一种基板处理装置，具备：
设置有划分处理空间，在上述处理空间中保持被处理基板的基板保持台的处理容器；和
在上述处理容器的上部，以与上述基板保持台上的被处理基板相对的方式设置的光源装置，其特征在于，
上述光源装置包括：
包含等离子体形成区域，在上述等离子体形成区域中，通过无电极放电形成等离子体而产生发光的等离子体形成室；和
划分在上述等离子体形成室中的等离子体形成区域的下端，透过上述发光的光学窗，
在上述等离子体形成室内，形成有导入用于生成上述等离子体的微波的微波透过窗，
在上述微波透过窗的外侧，设置有与上述微波窗结合，导入上述微波的微波天线，
上述基板处理装置还具备：
向上述等离子体形成室导入第一气体的第一气体入口；
向上述处理空间导入第二气体的第二气体入口；
对上述等离子体形成室进行排气的第一排气口；和
对上述处理空间进行排气的第二排气口。
根据本发明的其他方面，提供一种基板处理方法，是通过下述基板处理装置进行的基板处理方法，该基板处理装置具备：
设置有划分处理空间，在上述处理空间中保持被处理基板的基板保持台的处理容器；和
在上述处理容器的上部，以与上述基板保持台上的被处理基板相对的方式设置的光源装置，
上述光源装置包括：
包含等离子体形成区域，在上述等离子体形成区域中，通过无电极放电形成等离子体而产生发光的等离子体形成室；和
划分在上述等离子体形成室中的等离子体形成区域的下端，透过上述发光的光学窗，
在上述等离子体形成室内，形成有导入用于生成上述等离子体的微波的微波透过窗，
在上述微波透过窗的外侧，设置有与上述微波窗结合，导入上述微波的微波天线，
上述基板处理装置还具备：
向上述等离子体形成室导入第一气体的第一气体入口；
向上述处理空间导入第二气体的第二气体入口；
对上述等离子体形成室进行排气的第一排气口；
对上述处理空间进行排气的第二排气口；
设置在上述第一排气口的第一阀；
设置在上述第二排气口的第二阀；
使上述等离子体形成室与上述处理空间结合的连通路；和
设置在上述连通路的第三阀，
上述基板处理方法包含下述工序的至少一个：
在关闭上述第三阀、打开上述第一阀和第二阀的状态下，在上述等离子体形成区域中形成等离子体，使上述被处理基板表面相对于等离子体发光而曝光的第一工序；和
在打开上述第二和第三阀、关闭上述第一阀的状态下，通过伴随上述等离子体产生的自由基，在上述处理空间中，对上述被处理基板表面进行处理的第二工序。
根据本发明，通过与光学窗相对的微波透过窗，在等离子体形成区域中，通过微波天线的无线电放电形成等离子体，将伴随形成的等离子体的发光从光学窗放射，由此能够实现覆盖大面积的同样的发光，获得长寿命的大口径光源。通过使用该种光源，能够实现廉价进行高品质的基板处理。该种光源能够与使用等离子体的基板处理装置实现一体化。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的基板处理装置的结构图。
图2是本发明第一实施方式的基板处理装置的结构的其他的图。
图3是从图1的光源放射出的Xe的光谱图。
图4是本发明的第二实施方式的基板处理装置的结构图。
图5是本发明的第二实施方式的光源装置的结构图。
图6是本发明的第二实施方式的其他的光源装置的结构图。
图7是本发明的第3实施方式的基板处理装置的结构图。
图8A是图6的基板处理装置的运转模式图。
图8B是图6的基板处理装置的其他的运转模式的图。
具体实施方式
[第一实施方式]
图1是表示本发明的第一实施方式的、具备微波等离子体光源装置的基板处理装置50的结构。
参照图1，基板处理装置50包含处理容器51，在上述处理容器51中，设置有保持被处理基板W的基板保持台52。上述处理容器51在排气口51D，通过以包围上述基板保持台52的方式形成的空间51C进行排气。
上述基板保持台52设置有加热器52A，上述加热器52A由电源52C，通过驱动线52B被驱动。
在上述处理容器51中，配置有与上述被处理基板W相面对，由透过紫外线的电介质等的石英玻璃、AlN、Al2O3或Y2O3构成的光学窗61A，通过上述光学窗61A，上述处理容器内的空间被分成上方的等离子体形成空间51A和下方的处理空间51B。在图示的实施方式中，上述等离子体形成空间51A和处理空间51B，通过在上述被处理基板W的外侧设置于上述光学窗61A上的开口部61a连通。
开口部61a形成为多个孔或狭缝状。只要能够连通其可以是任何形状。
在上述处理容器51的上部，形成有与上述光学窗61A相面对的开口部，上述开口部通过由电介质等的石英玻璃、AlN、Al2O3或Y2O3构成的顶板53被气密地塞住。而且在上述顶板53的下方，上述光学窗61A的上方设置有气环等的气体导入部54，该气体导入部54设置有空气入口以及与其连通的多个喷嘴开口部，气体导入部54A将Ar、Kr、Xe、He、Ne等的稀有气体导入上述等离子体形成空间51A中。
另外，在上述处理容器51中，在上述光学窗61A之下设置有其他的气环54B，例如，氧气、氮气、N2O气体、NO气体、NO2气体、碳氢化合物气体、碳氟化合物气体、稀有气体等以上述被处理基板W的基板处理为目的而被导入上述处理空间51B。
在此，上述顶板53作为微波透过窗发挥作用，在上述顶板53的上部，设置有构成径向线隙缝天线55C的天线部55。也可以取代上述微波天线使用喇叭形天线。
在图示的例子中，形成由径向线隙缝天线55C构成的平面状的天线，因此上述天线部55包括平坦的导体部55A和滞波板55B和平面天线板55C。滞波板55B以覆盖平面天线板55C的方式设置，由石英或氧化铝等的电介质构成。
平面天线板55C形成有在图4中说明的多个狭缝55a、55b，而且天线55与由外部波导通路56A和内部波导通路56B构成的同轴波导管56连接、结合，上述外部波导通路56A与上述天线55的导体部55A连接，并且，上述内部波导通路56B贯通上述滞波板55B与上述平面天线板55C连接、结合。
上述内部波导通路通过模式转换部110A与矩形截面的波导通路110B连接，上述波导通路110B通过阻抗匹配器111与微波源112结合。在上述微波源112中形成的微波通过矩形波导管110B和同轴波导管56供应给天线55。
此外，在图1的结构中，在上述导体部55A上设置有冷却单元55D。
图2详细表示上述径向线隙缝天线55C的结构。但是图2是上述平面天线板55C的俯视图。
参照图2，可知在上述平面天线板55C上多个狭缝55a、55b形成为同心圆状，且邻接的狭缝55a和55b处于垂直的方向。上述狭缝55a、55b既可以是螺旋状又可以是直线状。
因此，从同轴波导管56向该径向线隙缝天线55C供给微波时，微波从天线55C中径向展开而传播，此时通过上述滞波板55B受到波长压缩。因此，微波从上述狭缝55a、55b，一般的在与平面天线板55C大概垂直的方向上，作为圆偏振波被放射。
在动作时，在上述处理容器51内的等离子体形成空间51A和处理空间51B，通过上述排气口51C的排气，设定为规定的压力，Ar、Kr、Xe、Ne等的稀有气体，从上述气体导入部54A被导入至上述等离子体形成空间51A中。
接着，频率是1～20GHz，例如2.45GHz的微波，从上述微波源112通过天线55导入上述处理空间51A，其结果，在上述被处理基板W的表面激发等离子体密度为1011～1013/cm3的高密度等离子体。这样由通过天线导入的微波激发的等离子体，以0.5～7eV或者在上述范围以下的低的电子温度为特征。
伴随该种等离子体激发，在上述等离子体形成空间51A中，形成有在图3中所示的具有Xe连续光谱的紫外光。优选紫外光区域在10～400nm，在使用石英窗的情况下，优选在200nm以上。这样，就能够根据发光强度激起处理气体而进行基板处理。而且，因为根据激起气体的发光强度波长不同，故最好选择最合适的效率优良的发光气体。因此，在图1、2的基板处理装置50中，能够将在上述等离子体形成空间51A中来自无电极放电的等离子体发光作为光源，在上述处理空间51B中进行基板处理。这种情况下，在上述光学窗61A上方的部分，构成微波等离子体光源装置。
在图1的结构中，上述等离子体形成空间51A因为通过上述处理空间51B和上述开口部61a连通，故上述等离子体形成空间51A与上述处理空间同时排气。
根据图1、2的结构，等离子体通过大口径的微波天线均匀地形成，通过伴随等离子体的紫外光，在具有大面积的被处理体上的单一的光源，能够均匀照射，不需要通过排列多个寿命短的放电管而构成光源，也不需要使被处理基板旋转。其结果，在紫外光处理或使用氧自由基的氧化处理，蚀刻处理等中，能够实现大幅度降低基板处理费用。
[第2实施方式]
图4是本发明的第二实施方式，表示具备无电极放电光源装置的基板处理装置50A的结构。但是在图中，对与先前说明过的部分相对应的部分付与相同的参照符号，省略说明。
参照图4，在本实施方式中，取代上述光学窗61A，在上述等离子体形成空间51A和处理空间51B之间未形成连通部，而是设置有分离的石英光学窗61B，而且在上述处理容器51中，形成有对上述等离子体形成区域51A进行排气的排气口51E。
在图4的结构中，这样，上述等离子体形成区域51A相对上述处理空间51B独立，在上述光学窗61B的上方，形成有与处于上述光学窗61B的下方的基板处理装置相独立的光源装置。将稀有气体等的等离子体气体从气环54A导入等离子体处理装置50A中而生成等离子体，从而生成紫外光。
该情况下，在上述处理空间51B中，通过伴随在上述等离子体形成区域51A中形成的等离子体产生的紫外光，从上述气体入口54B供应的处理气体被激发，其结果通过形成的上述处理气体的活性自由基，进行被处理基板W的基板处理。
另外，在图4的结构中，也能够使只有光源装置部分如图5所示分离，构成独立的光源装置70。而且，如图6所示，也能够在上述光源装置70中，省略气体入口54A和排气口51E，在上述等离子体形成区域51A中，构成密封有Ar、Kr、Xe、Ne、He等的稀有气体的光源装置70A。
[第三实施方式]
图7表示本发明的第三实施方式的基板处理装置50B的结构。但是在图中，对与先前说明过的部分相对应的部分付与相同的参照符号，省略说明。
参照图7，基板处理装置50B与上述基板处理装置50A具有同样的构成，但是在处理容器51的外部，设置有连接上述等离子体形成空间51A和处理空间51B的管路71，而且在上述管路71中设置有阀71A。另外，在图6的结构中，上述排气口51D通过阀51d排气，排气口51E通过阀51e排气。等离子体形成空间54A和处理空间51B的排气，也可以分别进行。
上述阀71A，在将形成于上述等离子体形成空间51A的自由基导入上述处理空间51B时被开放。
图8A和图8B表示图7的基板处理装置50B的2个运行模式。
在图8A的运行模式中，上述阀71A被关闭，通过开放上述阀51d和51e，包含有上述光学窗61B以及其上侧的等离子体形成空间51A的光源部，相对处于上述光学窗61B下方的基板处理部被独立驱动，上述基板保持台52上的被处理基板W，被伴随形成于上述等离子体形成空间的等离子体的发光所照射。
与此相对，在图8B的运转模式下，上述阀71A开放，另一个阀51e关闭。
其结果，例如在氧气或氮气与Ar气体等的稀有气体同时被导入上述等离子体形成空间51A的情况下，在上述等离子体形成空间51A中形成的氧自由基或氮自由基，通过上述排气口51D和阀51d的排气作用的结果，经过上述管路71流入处理空间51B，对上述被处理基板W的表面进行氧自由基处理。在本实施方式中，可以用氧、氢，经过紫外线照射而活化，对处理容器51内的有机物(C、H等的碳化氢等)进行清洗。
图8A的运行模式和图8B的运行模式是独立的，能够分别执行。而且，即能够在图7B的运行模式之后执行图8A的运行模式，也能够在图7A的运行模式之后执行图8B的运行模式。
以上，对本发明的优选实施例进了行说明，但本发明并不限定于这样的特定的实施方式，在本专利权利要求的范围内所述的要点中可以进行各种变形、变更。
另外，本发明低损伤，因此也可以适用于Low-K(低介电常数)膜的熟化或光清洗等。
本发明包含成为优先权主张的基础的在2006年1月31日申请的专利2006-023283的全部内容。
根据本发明，通过与光学窗相对的微波透过窗，在等离子体形成区域中，通过根据微波天线的无电极放电形成等离子体，将伴随所形成的等离子体的发光从光学窗进行放射，由此实现覆盖大面积的同样的发光，获得长寿命大口径的光源。通过使用该种光源，能够实现廉价地进行高品质的基板处理。该种光源能够与使用了等离子体的基板处理装置实现一体化。
Claims (12)
1.一种光源装置，用于基板处理装置中，该基板处理装置包括设置有划分处理空间、在所述处理空间中保持被处理基板的基板保持台的处理容器，所述光源装置以与所述基板保持台上的被处理基板相对的方式设置在所述处理容器的上部，其特征在于，
所述光源装置包括：
包含等离子体形成区域，在所述等离子体形成区域中，通过无电极放电形成等离子体而产生发光的等离子体形成室；和
划分在所述等离子体形成室中的等离子体形成区域的下端，透过所述发光的光学窗，
在所述等离子体形成室内，形成有导入用于生成所述等离子体的微波的微波透过窗，
并且在所述微波透过窗的外侧，设置有与所述微波窗结合，导入所述微波的微波天线，
在所述光学窗的一部分上设置有连接所述等离子体形成室和所述处理空间的开口部。
2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：
所述微波天线是形成有多个狭缝的平面天线。
3.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：
所述等离子体形成室通过排气口排气，并且在所述等离子体形成室中形成有向所述等离子体形成区域供给气体的气体入口。
4.如权利要求3所述的光源装置，其特征在于：
所述排气口设置在所述下侧区域。
5.如权利要求3所述的光源装置，其特征在于：
在所述等离子体形成室中，在所述等离子体形成区域形成有排气口。
6.一种基板处理装置，其特征在于，包括：
设置有划分处理空间、在所述处理空间中保持被处理基板的基板保持台的处理容器；和
在所述处理容器的上部，以与所述基板保持台上的被处理基板相对的方式设置的光源装置，
所述光源装置包括：
包含等离子体形成区域，在所述等离子体形成区域中，通过无电极放电形成等离子体而产生发光的等离子体形成室；和
划分在所述等离子体形成室中的等离子体形成区域的下端，透过所述发光的光学窗，
在所述等离子体形成室内，形成有导入用于生成所述等离子体的微波的微波透过窗，
在所述微波透过窗的外侧，设置有与所述微波窗结合，导入所述微波的微波天线，
所述基板处理装置还具备：
向所述等离子体形成区域导入第一气体的第一气体导入口；
向所述处理空间导入第二气体的第二气体导入口；
对所述处理空间进行排气的排气口；和
设置在所述光学窗的一部分上，连接所述等离子体形成室和所述处理空间的开口部。
7.如权利要求6所述的基板处理装置，其特征在于：
所述开口部与所述基板保持台上的被处理基板的外侧相对应而形成。
8.一种基板处理装置，其特征在于，包括：
设置有划分处理空间、在所述处理空间中保持被处理基板的基板保持台的处理容器；和
在所述处理容器的上部，以与所述基板保持台上的被处理基板相对的方式设置的光源装置，
所述光源装置包括：
包含等离子体形成区域，在所述等离子体形成区域中，通过无电极放电形成等离子体而产生发光的等离子体形成室；和
划分在所述等离子体形成室中的等离子体形成区域的下端，透过所述发光的光学窗，
在所述等离子体形成室内，形成有导入用于生成所述等离子体的微波的微波透过窗，
在所述微波透过窗的外侧，设置有与所述微波窗结合，导入所述微波的微波天线，
所述基板处理装置还具备：
向所述等离子体形成室导入第一气体的第一气体入口；
向所述处理空间导入第二气体的第二气体入口；
对所述等离子体形成室进行排气的第一排气口；
对所述处理空间进行排气的第二排气口；
设置在所述处理容器的外部的、连接所述等离子体形成室和所述处理空间的连通路；和
设置于所述连通路的阀。
9.如权利要求6所述的基板处理装置，其特征在于：
所述微波天线是形成有多个狭缝的平面天线。
10.如权利要求6所述的基板处理装置，其特征在于：
在所述第一排气口上设置有第一排气阀，在所述第二排气口上设置有第二排气阀。
11.一种基板处理方法，其特征在于，是通过下述基板处理装置进行的基板处理方法，
该基板处理装置具备：
设置有划分处理空间、在所述处理空间中保持被处理基板的基板保持台的处理容器；和
在所述处理容器的上部，以与所述基板保持台上的被处理基板相对的方式设置的光源装置，
所述光源装置包括：
包含等离子体形成区域，在所述等离子体形成区域中，通过无电极放电形成等离子体而产生发光的等离子体形成室；和
划分在所述等离子体形成室中的等离子体形成区域的下端，透过所述发光的光学窗，
在所述等离子体形成室内，形成有导入用于生成所述等离子体的微波的微波透过窗，
在所述微波透过窗的外侧，设置有与所述微波窗结合，导入所述微波的微波天线，
所述基板处理装置还具备：
向所述等离子体形成室导入第一气体的第一气体入口；
向所述处理空间导入第二气体的第二气体入口；
对所述等离子体形成室进行排气的第一排气口；
对所述处理空间进行排气的第二排气口；
设置于所述第一排气口的第一阀；
设置于所述第二排气口的第二阀；
使所述等离子体形成室与所述处理空间结合的连通路；和
设置于所述连通路的第三阀，
所述基板处理方法包含下述工序中的至少一个：
在关闭所述第三阀、打开所述第一和第二阀的状态下，在所述等离子体形成区域中形成等离子体，使所述被处理基板表面相对于等离子体发光而曝光的第一工序；和
在打开所述第二和第三阀、关闭所述第一阀的状态下，利用伴随所述等离子体产生的自由基，在所述处理空间中对所述被处理基板表面进行处理的第二工序。
12.如权利要求11所述的基板处理方法，其特征在于：
所述第一和第二工序，按照所述第二工序在所述第一工序之后进行的第一顺序和所述第一工序在所述第二工序之后进行的第二顺序中的任一顺序执行。
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