CN110832624B - 等离子体处理方法及等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提高生产率。等离子体处理包含将配置在真空容器内的基板支承台加热至第一温度。在所述基板支承台和与所述基板支承台对置的喷淋板之间使基于第一放电条件的第一等离子体产生，通过所述基板支承台具有的热以及所述第一等离子体加热所述喷淋板。以非接触的方式对所述喷淋板的温度进行监控。在所述喷淋板的温度达到比通过所述基板支承台的热加热的温度高的第二温度之后，从所述喷淋板向所述基板支承台喷射处理气体，在所述基板支承台与所述喷淋板之间使基于第二放电条件的第二等离子体产生，通过所述第二等离子体处理被所述基板支承台支承的基板。

Description

等离子体处理方法及等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及等离子体处理方法及等离子体处理装置。
背景技术
近年来，随着半导体装置的大面积化和高集成化，在成膜装置等的等离子体处理装置中使用蒸气压比较低的低蒸气压的液体原料作为反应材料。例如，提供了一种热CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)装置，其在喷淋板内设置加热器，通过加热器加热喷淋板，将低蒸气压的液体原料汽化并从喷淋板供给至反应室，从而在基板上形成膜(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3883918号公报。
发明内容
发明要解决的课题
然而，在向喷淋板接入高频电的等离子体处理装置中，若将加热器设置在喷淋板，则存在高频电叠加在加热器而使加热器的加热控制变得困难的情况。此外，在清洗喷淋板时，需要进行将加热器从喷淋板卸下的作业。由此，存在等离子体处理的生产率下降的情况。
鉴于如上述这样的情况，本发明的目的在于提供一种提高生产率的等离子体处理方法及等离子体处理装置。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明的一个方式的等离子体处理方法包含将配置在真空容器内的基板支承台加热至第一温度。在上述基板支承台和与上述基板支承台对置的喷淋板之间使基于第一放电条件的第一等离子体产生，通过上述基板支承台具有的热及上述第一等离子体加热上述喷淋板。以非接触的方式对上述喷淋板的温度进行监控。在上述喷淋板的温度达到比通过上述基板支承台的上述热加热的温度高的第二温度之后，从上述喷淋板向上述基板支承台喷射处理气体，在上述基板支承台与上述喷淋板之间使基于第二放电条件的第二等离子体产生，通过上述第二等离子体对被上述基板支承台支承的基板进行处理。
根据这样的等离子体处理方法，不在喷淋板设置加热器，就能温度精度高地对喷淋板进行加热。此外，在清洗喷淋板时，不需要进行将加热器从喷淋板卸下的作业。由此，等离子体处理的生产率提高。
在上述等离子体处理方法中，在上述处理基板的工序中，上述第二温度可以是在上述处理基板的工序中上述喷淋板的温度成为最大的温度。
根据这样的等离子体处理方法，因为在利用处理气体对基板进行等离子体处理之前喷淋板的温度就已经成为最大温度，所以在利用处理气体进行等离子体处理时喷淋板的温度变化被抑制。由此，例如在基板形成的膜的厚度容易均匀。
在上述等离子体处理方法中，在上述等离子体处理工序中上述第二放电条件包含放电功率、反应气体流量及处理时间。在每次对多片上述基板进行处理、上述第二温度在每次处理上述基板发生变化时，对应于上述第二温度的值而使上述放电功率、上述反应气体流量及上述处理时间中的至少一个变化来对上述基板进行处理。
根据这样的等离子体处理方法，在每次对多片基板进行处理时，即使第二温度在每次处理基板时发生变化，也会对应于第二温度的值使放电功率、反应气体流量以及处理时间中的至少一个变化来实施等离子体处理。由此，例如在基板形成的膜的膜质容易均匀。
在上述等离子体处理方法中，进一步在上述等离子体处理工序中每次对多片上述基板进行处理，在每次对多片上述基板进行处理之后，向上述真空容器喷射清洗气体，对上述真空容器内进行清洗。
根据这样的等离子体处理方法，在每次对多片基板进行了处理之后，喷射清洗气体来清洗真空容器内。
在上述等离子体处理方法中，可以通过配置在上述喷淋板的背面侧的上述真空容器外的辐射温度计来监控上述喷淋板的温度。
根据这样的等离子体处理方法，喷淋板的温度被配置在喷淋板的背面侧的上述真空容器外的辐射温度计测定。由此，喷淋板的温度被非接触地测定，辐射温度计也难以对喷淋板的温度产生影响。
在上述等离子体处理方法中，所述第二放电条件也可以与所述第一放电条件不同。由此，以不同于所述第一放电条件的所述第二放电条件对上述基板实施等离子体处理。
为了实现上述目的，本发明的一个技术方案的等离子体处理装置具有真空容器、基板支承台、喷淋板、供电源、温度测定装置以及控制装置。上述真空容器被维持减压状态。上述基板支承台配置在上述真空容器内，具有基板载置面和加热机构。上述基板支承台能够支承基板，并通过上述加热机构能够将上述基板载置面设定为第一温度。上述喷淋板与上述基板支承台对置。上述供电源使上述基板支承台与上述喷淋板之间产生等离子体。以非接触的方式对上述喷淋板的温度进行测定。上述控制装置通过上述温度测定装置监控上述喷淋板的上述温度，使上述基板支承台与上述喷淋板之间产生基于第一放电条件的第一等离子体。上述控制装置通过上述基板支承台具有的热和上述第一等离子体对上述喷淋板进行加热，并在上述喷淋板的温度到达比通过上述基板支承台的上述热加热的温度高的第二温度之后，从上述喷淋板向上述基板支承台喷射处理气体。上述控制装置能够使上述基板支承台与上述喷淋板之间产生基于第二放电条件的第二等离子体，并通过上述第二等离子体对上述基板进行处理。
根据这样的等离子体处理装置，不用在喷淋板设置加热器就能高精度地对喷淋板进行加热。此外，在清洗喷淋板时，不需要进行将加热器从喷淋板卸下的作业。由此，等离子体处理的生产率提高。
发明效果
如上所述，根据本发明等离子体处理的生产率提高。
附图说明
图1为表示本实施方式的等离子体处理装置的概要剖视图。
图2为表示本实施方式的处理时间与喷淋板的温度的关系的概要图表。
图3为表示比较例的处理时间与喷淋板的温度的关系的概要图表。
图4(a)为表示本实施方式的处理时间与成膜速度的关系的概要图表。图4(b)为表示比较例的处理时间与成膜速度的关系的概要图表。
图5为表示喷淋板温度与成膜速度的关系的概要图表。
图6(a)为表示本实施方式的处理时间与成膜速度的关系的概要图表。图6(b)为表示本实施方式的处理时间与膜厚的关系的概要图表。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边说明本发明的实施方式。在各图中，存在导入XYZ轴坐标的情况。
(第一实施方式)
图1为表示本实施方式的等离子体处理装置的概要剖视图。
本实施方式的等离子体处理装置1例如是逐片对基板80进行等离子体处理的单片式等离子体处理装置。例如，当将一片基板80从真空容器10外部送入真空容器10内部时，基板80在基板支承台30被等离子体处理，并在等离子体处理后被送出至真空容器10外部。这一系列工作也可以对多个基板80反复进行。
等离子体处理装置1还兼有通过等离子体CVD法在基板80形成膜的成膜单元和通过干蚀刻去除形成在基板80的膜的蚀刻单元。等离子体处理装置1具有真空容器10、支承部11、盖部12、喷淋头20、基板支承台30、供气源40、供电源50、温度测定装置60以及控制装置70。
等离子体以电容耦合方式形成在例如喷淋头20与基板支承台30之间(等离子体形成空间10p)。等离子体例如通过辉光放电来形成。在等离子体处理装置1作为等离子体CVD装置发挥作用的情况下，例如，喷淋头20作为阴极发挥作用，基板支承台30作为阳极发挥作用。此外，在等离子体处理装置1作为RIE(Reactive Ion Etching：反应离子蚀刻)等蚀刻装置发挥作用的情况下，例如，喷淋头20作为阳极发挥作用，基板支承台30作为阴极发挥作用。
真空容器10包围基板支承台30。盖部12与真空容器10相向。支承部11附加设置于盖部12。在真空容器10经由气体排气口10h连接有例如涡轮分子泵等真空泵(未图示)。由此，真空容器10内部被维持为减压状态。例如，在图1的例子中，喷淋头20、真空容器10以及支承部11所包围的空间通过真空泵而被维持为减压状态。
在等离子体处理装置1中，盖部12、喷淋头20以及支承部11所包围的空间15可以为大气环境，也可以为减压环境。盖部12的电位例如为接地电位。盖部12作为对喷淋头20所接入的高频电进行屏蔽的屏蔽盒发挥作用。在将空间15维持为减压状态的情况下，能够将真空容器10和盖部12组合作为真空容器。在这种情况下，能够使真空容器内的至少一部分空间维持为减压状态。在真空容器10设置有对真空容器10内部的压力进行计量的压力计13。压力计13例如为电离真空计。
喷淋头20具有头主体21、喷淋板22以及绝缘构件27。喷淋头20隔着绝缘部件27被真空容器10的支承部11支承。由此，喷淋头20与真空容器10绝缘。喷淋头20构成为能够从等离子体处理装置1拆装。
通过头主体21和喷淋板22形成喷淋头20的内部空间28。在内部空间28中经由设置在头主体21内部的气体导入管42导入处理气体。气体导入管42的最末端(气体导入口)例如位于内部空间28的中心附近。由此向内部空间28均匀地供给处理气体。气体导入口不限于一个，也可以在头主体21设置多个气体导入口。此外，在头主体21中可以设置供热介质流动的流路。由此，使气体导入管42的热传导性提高。通过设置在真空容器10外部的温度调节机构(未图示)，能够将热介质调节到例如25℃以上150℃以下(例如80℃)。
喷淋板22以密合于头主体21的方式接合。喷淋板22与基板支承台30对置。喷淋板22具有在内部空间28相反侧的气体喷射面22s、多个气体喷射孔23以及内部空间28侧的背面22r。多个气体喷射孔23分别贯通喷淋板22。即，多个气体喷射孔23分别将内部空间28与等离子体形成空间10p之间相连。处理气体自内部空间28经过多个气体喷射孔23从气体喷射面22s喷射。
在喷淋板22内不设置加热器加热机构。其理由是当在喷淋板22设置加热器时，在向喷淋板22供给高频电的情况下，高频电叠加在加热器，加热器的加热控制变得困难。而且还因为在喷淋板22设置有多个气体喷射孔23，所以难以避开各个气体喷射孔23的方式设置加热器以及设置加热介质的流路。因此，喷淋板22被基板支承台30所具有的热从基板支承台30侧加热，或者被等离子体形成空间10p中形成的等离子体等加热。
头主体21和喷淋板22含有例如铝(Al)、铝合金以及不锈钢等导电体。为了提高耐蚀性，可以根据需要对头主体21和喷淋板22实施氧化覆膜处理。喷淋板22的厚度在5mm以上50mm以下。气体喷射孔23的内径在0.3mm以上1mm以下。多个气体喷射孔23分别为相同的内径。多个气体喷射孔23的X轴方向与Y轴方向的间距在3mm以上20mm以下。
基板支承台30具有基板载置面30s和加热基板载置面30s的加热机构30h。加热机构30h例如为加热器。通过基板载置面30s支承基板80。基板载置面30s实质上相对于喷淋板22的气体喷射面22s平行。基板支承台30含有例如导电体。基板载置面30s可以为导电体，也可以为绝缘体。例如，可以在基板载置面30s设置静电吸盘。在基板支承台30含有如绝缘体、静电吸盘的情况下，当基板支承台30接地时，在基板80与地之间会生成寄生电容31。
为了能够向基板80供给偏压电，基板支承台30可以连接供电源55。供电源55例如可以是直流电源，也可以是交流电源。例如，在将等离子体处理装置1用作RIE等蚀刻装置的情况下，通过供电源55向基板80接入电力，并向基板80施加偏压电位。基板支承台30与喷淋板22之间的距离在15mm以上60mm以下。作为一个例子，电极间距离为20mm。基板支承台30与喷淋板22之间的距离能够通过控制装置70自动地适当调节。
基板载置面30s被加热机构30h加热至例如60℃以上500℃以下的范围内的温度。在基板支承台30可以设置冷却基板载置面30s的冷却机构。
在等离子体处理处置1中，基板载置面30s和喷淋板22的俯视形状与基板80的俯视形状相对应。例如，如果基板80为适用于面板等的矩形状的基板，则基板载置面30s和喷淋板22的俯视形状为矩形。如果基板80为适用于半导体元件等的晶圆基板，则基板载置面30s和喷淋板22的俯视形状为圆状。基板载置面30s和喷淋板22的面积比基板80的面积大。基板80为例如厚度为0.5mm的玻璃基板。基板80的尺寸在400mm×300mm以上，例如为1850mm×1500mm。
供气源40具有流量计41和气体导入管42。供气源40向喷淋头20的内部空间28供给处理气体(成膜气体、蚀刻气体、惰性气体等)。气体导入管42中处理气体的流量通过流量计41来控制。
供电源50具有电源51、匹配电路部52以及布线53。布线53连接在喷淋头20的中心附近。匹配电路部52设置在喷淋头20与电源51之间。电源51例如为RF(Radio Frequency：射频)电源。电源51也可以为VHF(Very High Frequency：甚高频)电源，或可以为直流电源。在电源51为直流电源的情况下，从供电源50中去除匹配电路部52。
供电源50使基板支承台30与喷淋板22之间产生等离子体。例如，当从喷淋头20向等离子体形成空间10p导入处理气体，并经过布线53从电源51向喷淋头20接入电力时，在等离子体形成空间10p会产生等离子体。
例如，在等离子体处理装置1为成膜装置的情况下，向等离子体形成空间10p导入成膜气体，并在等离子体形成空间10p产生成膜等离子体，从而在基板80形成膜。另一方面，在等离子体处理装置1为蚀刻装置的情况下，向等离子体形成空间10p导入蚀刻气体，并在等离子体形成空间10p产生蚀刻等离子体，从而在基板80去除膜。
此外，在等离子体处理装置1设置有对喷淋板22的温度进行非接触监控的温度测定装置60。温度测定装置60具有第一辐射温度计61和第二辐射温度计62。第一辐射温度计61和第二辐射温度计62分别为光纤式辐射温度计。
第一辐射温度计61具有光纤集光部61a和主体部61b。第二辐射温度计62具有光纤集光部62a和主体部62b。第一辐射温度计61和第二辐射温度计62分别配置在喷淋板22的背面22r侧的真空容器10外部。
光纤集光部61a、62a分别通过固定夹具65设置在盖部12。例如，光纤集光部61a设置在喷淋板22的中心，光纤集光部62a设置在喷淋板22的端部。光纤集光部61a、62a分别朝向喷淋板22垂直地设置。由此，能够测定喷淋板22的温度的面内分布。
此处，在与光纤集光部61a对置的头主体21设置有透明窗口构件25。而且，在头主体21中，在透明窗口构件25与喷淋板22之间设置有沿垂直方向延伸的孔部21h。由此，第一辐射温度计61能够经由透明窗口构件25和孔部21h接收来自与光纤集光部61a对置的喷淋板22的背面22r的辐射光。由此，第一辐射温度计61能够检测喷淋板22的背面22r的温度。透明窗口构件25含有对于反应性气体的耐蚀性高的蓝宝石。
而且，在与光纤集光部62a对置的头主体21设置有透明窗口构件26。透明窗口构件26含有蓝宝石。在头主体21设置有在透明窗口构件26与喷淋板22之间的孔部21h。由此，第二辐射温度计62能够经由透明窗口构件26和孔部21h检测与光纤集光部62a对置的喷淋板22的背面22r的温度。
等离子体处理中的气体喷射面22s的温度与背面22r的温度的关系(温度校准曲线)预先通过模拟、实验等求出。由此，通过第一辐射温度计61和第二辐射温度计62分别对喷淋板22的背面22r的温度进行检测，能够高精度地测定气体喷射面22s的温度。温度校准曲线存储于控制装置70。
光纤集光部61a、62a安装在接地电位的盖部12，并与喷淋头20绝缘。由此，即使向喷淋头20接入高频电，也难以向光纤集光部61a、62a施加高频电。此外，即使头主体21达到80℃以上的高温，光纤集光部61a、62a也与头主体21分离，并与头主体21热绝缘。由此，光纤集光部61a、62a变得难以受到来自头主体21的热的影响。
控制装置70对加热机构30h、电源51、匹配电路部52、流量计41以及基板支承台30与喷淋板22之间的距离等进行控制。此外，将基板载置面30s的温度、通过温度测定装置60测定的喷淋板22的温度以及通过压力计13测定的真空容器10内部的压力传送给控制装置70。基板载置面30s的温度以0.1秒的周期被采样。
控制装置70使基板支承台30与喷淋板22之间产生等离子体。例如，控制装置70控制流量计41，使处理气体从喷淋板22向基板支承台30喷射。控制装置70控制电源51和匹配电路部52，使基板支承台30与喷淋板22之间产生等离子体。
等离子体含有基于预放电条件(第一放电条件)的预放电等离子体(第一等离子体)以及基于等离子体处理条件(第二放电条件)的处理等离子体(第二等离子体)。预放电等离子体与等离子体处理条件可以不同，也可以相同。在本实施方式中，举例示出预放电等离子体与等离子体处理条件不同的情况。不具有加热机构的喷淋板22被预放电等离子体或者处理等离子体加热。进而，喷淋板22被基板支承台30发出的辐射热间接地加热，或者喷淋板22与基板支承台30之间存在的气体成为热介质加热喷淋板22。
在使用了等离子体处理装置1的等离子体处理方法中，先将基板支承台30的基板载置面30s设定为第一温度。接下来，通过基板支承台30具有的热和预放电等离子体，喷淋板22的温度被设定为比通过基板支承台30的热加热的喷淋板22的温度高的温度(第二温度)。之后，一边通过基板支承台30所具有的热和处理等离子体加热喷淋板22，一边对基板80进行等离子体处理。另外，也可以在喷淋板22的温度超过了希望的处理温度的情况下，控制装置70发出警告，并中断或者中止等离子体处理。
以下，以等离子体CVD为例，对使用了等离子体处理装置1的等离子体处理方法进行说明。作为成膜用的原料气体，例如可以使用TEOS(tetraethylorthosilicate：正硅酸四乙酯)。在基板80形成的膜例如为氧化硅膜。作为原料气体也可以使用TEOS以外的有机系硅气体、硅烷以及乙硅烷等。在基板80形成的膜可以为氮化硅膜、非晶硅膜等。
等离子体CVD利用基板80上的化学反应在基板80上形成膜。因此，成膜时的基板温度较大地影响成膜速度。
在成膜时，前驱体分子一边吸附在基板80上，一边在基板表面进行反应。因此，在成膜时当基板80的温度变化时，有成膜速度波动的情况。为了抑制基板温度导致成膜速度的波动，在等离子体处理装置1中，通过加热机构30h对基板温度高精度地进行加热。
然而，在等离子体CVD中，除了基板温度，喷淋板22的温度也对成膜速度造成影响。
例如，在使用TEOS气体作为处理气体的情况下，因为TEOS在常温下为液体，故在到达流量计41之前预先由汽化器(未图示)汽化，然后导入真空容器10内部。TEOS气体例如被用作形成薄膜晶体管的栅绝缘膜时的原料气体。
在使用像TEOS气体这样的分子量比无机硅系气体(例如SiH4)大并且是将液体汽化而成的原料气体的情况下，成膜速度不仅受基板温度影响，也受喷淋板22的温度影响。例如，喷淋板22的温度变得越低，TEOS就越容易吸附在喷淋头20的内壁或者气体喷射孔23内，从喷淋头20朝向基板80的TEOS的量就变得越低。
即，即使将基板80的温度保持为固定，当成膜时喷淋板22的温度变化时，从喷淋板22喷射的TEOS的量也会变化。例如，当喷淋板22的温度变低，从喷淋板22喷射的TEOS的量减少时，到达基板80的TEOS的浓度变低。由此，成膜速度变慢。因此，为了维持稳定的成膜速度，不仅是基板温度，如何将喷淋板22的温度控制成固定的温度也是重要的。
在本实施方式中，一边通过温度测定装置60对喷淋板22的温度进行监控，一边通过基板支承台30所具有的热和在真空容器10产生的等离子体对喷淋板22进行加热。
此外，在等离子体CVD中，在将基板80送入真空容器10内部之前，有时进行被称为“预成膜”的处理。在预成膜中，使用与成膜时的处理等离子体相同或者不同的等离子体，在真空容器10的内壁、真空容器10内部的部件表面以及喷淋板22的表面等形成在基板80形成的膜。通过进行预成膜，开始成膜后即刻真空容器10的内壁、真空容器10内部的部件表面以及喷淋板22的表面等的状态与成膜中的真空容器10的内壁、真空容器10内部的部件表面以及喷淋板22的表面等的状态相同，处理等离子体从开始成膜后就立即稳定。
通过预成膜，利用基板支承台30所具有的热和预成膜时的等离子体，喷淋板22的温度被在开始成膜前就加热至规定的温度。但是，预成膜为开始成膜前的预处理，因而处理时间受到限制。例如，预成膜的时间越长就越会在真空容器10的内壁、真空容器10内部的部件表面以及喷淋板22的表面等堆积厚度过剩的氧化硅，成为产生粉尘的主要原因。而且，当进行预成膜直到喷淋板22的温度到达饱和温度，则预成膜所需要的时间变长，生产率变低。因此，预成膜的时间受限，喷淋板22仅通过基板支承台30所具有的热和预成膜时的等离子体有时未被充分地加热。
当在喷淋板22的温度未被充分地加热就开始成膜时，每次对基板80进行成膜处理时，基板支承台30所具有的热和成膜时的处理等离子体会造成真空容器10的内壁、真空容器10内部的部件以及喷淋板22的表面温度上升。因此，即使除喷淋板温度以外的成膜条件相同，在每次反复进行成膜处理时成膜速度都变化。在这样的情况下，在基板80形成的膜的厚度会随每次的成膜处理而出现偏差。
此外，在等离子体CVD中，有时在成膜处理后将氟系气体(NF3等)分解后的氟离子、氟自由基等导入真空容器10内部而对真空容器10内部进行清洗。
在清洗处理中，因为在真空容器10内部不使等离子体产生，所以喷淋板22会暴露在清洗气体中。由此，喷淋板22的温度被急剧地冷却。之后，即使通过预成膜再次加热喷淋板22，被清洗气体急剧地冷却了的喷淋板22也不会被充分地加热，就这样开始了成膜处理。其结果为，在基板80形成的膜的厚度会随每次的成膜处理而出现偏差。
对此，在本实施方式中，为了补偿预成膜时的加热不足，在开始成膜前利用使惰性气体、氮气等放电后的加热用等离子体。在本实施方式中，还以非接触的方式对喷淋板22的温度进行监控。例如，在预成膜时、产生加热用等离子体时、成膜时以及清洗时，用温度测定装置60监控喷淋板22的温度。
以下对本实施方式的等离子体处理方法的具体例进行说明。
图2(a)和图2(b)为表示本实施方式的处理时间与喷淋板的温度的关系的概要图表。图2(b)为将图2(a)的P1区间放大后的图表。
例如，在区间A中，等离子体处理装置1处于开始成膜前的状态。区间A为等离子体处理装置1的空闲状态。例如，在基板支承台30上未支承有基板80的状态下，通过加热机构30h将基板支承台30设定为60℃以上500℃以下的范围的温度(第一温度)。作为一个例子，第一温度为380℃。喷淋板22通过基板支承台30所具有的热而被加热，例如设定为330℃。在区间A之后，基板支承台30的温度也维持为第一温度。
接下来，在区间B1中，在基板支承台30上未支承有基板80的状态下，使基板支承台30与喷淋板22之间产生基于预放电条件的预放电等离子体。在此，预放电等离子体包含预成膜时的等离子体以及加热用等离子体。另外，在区间A-区间B中，也可以在基板支承台30上支承基板。这种情况的基板是指例如虚拟基板等。
例如，在区间B1中预先进行200秒钟的预成膜。作为一个例子，预成膜的条件为除了成膜时间和喷淋板22的温度以外均与成膜条件相同。在预成膜中，在真空容器10的内壁、喷淋板22的气体喷射面22s以及基板支承台30的表面等附着氧化硅膜。例如，在基板载置面30s上附着相当于300nm膜厚的氧化硅膜。通过预成膜，例如使喷淋板22的温度上升5℃，将喷淋板22的温度设定在335℃。
接下来，产生基于氮等离子体的加热等离子体，并通过加热等离子体加热喷淋板22。氮等离子体的条件的一个例子为，N2流量：5slm、压力：300Pa、基板支承台30与喷淋板22之间的距离：20mm、放电功率：10kW。
由此，在区间B1中，通过基板支承台30所具有的热、预成膜时的等离子体以及加热用等离子体来加热喷淋板22，将喷淋板22的温度设定为比335℃更高的温度。在此，第一实施方式的第二温度(T2)是指，在对一片基板80进行成膜处理的情况下，通过基板支承台30所具有的热和成膜时的处理等离子体加热喷淋板22，并使喷淋板22的温度为饱和温度。换言之，在对一片基板80进行成膜处理期间喷淋板22的温度成为最大的温度。在图2(a)、(b)的例子中，第二温度(T2)为358℃。在实施方式中，此温度被称为饱和温度。
进而，在区间B1中，通过温度测定装置60对喷淋板22的温度进行监控。喷淋板22的温度达到第二温度(T2)的话，则自动地使加热等离子体消失。也就是说，区间B1中的处理是将喷淋板22的温度设定为第二温度(T2)的处理，以喷淋板温度为基准调节预放电条件。在使加热等离子体消失后，喷淋板22的温度自然冷却并下降至比第二温度(T2)低的第三温度(T3)。
接下来，在区间C中，设置基板支承台30上的基板80，并从喷淋板22向基板支承台30喷射处理气体(例如TEOS)。进而，在基板支承台30与喷淋板22之间产生成膜时的处理等离子体，并对基板支承台30上的基板80进行成膜处理。
在区间C中，对多片基板80逐片进行成膜处理。在本实施方式中，将此作为“成膜循环”。例如，在图2(a)、(b)的例子中，一个成膜循环对总计7片的基板80实施成膜处理。在一个成膜循环中，以相同成膜条件对7片基板80逐片实施成膜处理。
在区间C中，每次对一片基板80进行成膜处理时，都通过基板支承台30所具有的热和成膜时的处理等离子体使喷淋板22的温度从第三温度(T3)上升至第二温度(T2)。在此，成膜时的喷淋板22的温度不超过第二温度(T2)。这是因为第二温度(T2)为成膜时喷淋板22的温度成为最大的温度。
在成膜循环内，结束了对一片基板80的成膜处理之后，停止处理等离子体，并结束成膜处理。由此，喷淋板22的温度下降至第三温度(T3)。接下来，将下一片基板80支承在基板载置面30s，对下一片基板80也进行成膜处理。由此，喷淋板22的温度再次从第三温度(T3)变成第二温度(T2)。这样反复地对总计7片的基板80进行成膜处理。换言之，在成膜循环中，喷淋板22的温度反复7次进行在第三温度(T3)与第二温度(T2)之间升降的温度波动。之后，使处理等离子体消失。
接下来，在区间D中，向真空容器10内部导入氟离子、氟自由基等清洗气体。由此，进行真空容器10的内壁、喷淋板22的气体喷射面22s以及基板支承台30的表面等的清理。例如，去除在真空容器10的内壁、喷淋板22的气体喷射面22s以及基板支承台30的表面等堆积的氧化硅膜。此时，暴露在清洗气体中的喷淋板22急剧地冷却，变成比第三温度低的温度。
接下来，在区间B2中，在基板支承台30上未支承有基板80的状态下，通过基板支承台30所具有的热和预放电等离子体再次加热喷淋板22直至喷淋板22的温度成为第二温度(T2)。之后，再次进行区间C的成膜循环。
通过以上等离子体处理方法，即使一个成膜循环反复进行多次，各成膜循环中基板80的成膜条件也都相同，在各基板80成膜时的成膜速度以及在各基板80上形成的膜的厚度不易产生偏差。
接下来，对比较例的等离子体处理进行说明。
图3(a)和图3(b)为表示比较例的处理时间与喷淋板的温度的关系的概要图表。图3(b)为将图3(a)的P1区间放大后的图表。
在比较例的区间A中，基板支承台30也设定为第一温度(T1)。在区间A之后，基板支承台30的温度维持在第一温度。
接下来，在区间B1中产生预放电等离子体。比较例的预放电等离子体仅为预成膜的等离子体，或者是预成膜时的等离子体与加热用等离子体。但是，比较例的加热用等离子体的产生时间设为比本实施方式短的时间。从而，在比较例中，在喷淋板22的温度未达到第二温度(T2)的状态下开始成膜。
由此，在比较例中，在区间C即使通过基板支承台30所具有的热和成膜时的处理等离子体加热喷淋板22，喷淋板22的温度也难以在成膜循环到达第二温度(T2)。例如，在图3(a)、(b)的例子中，在成膜循环中每次的成膜处理时喷淋板22的温度阶段性地上升，进而每次重复成膜循环时，喷淋板22的温度相对地上升。在比较例中，喷淋板22的温度达到第二温度(T2)是在第4次的成膜循环时对最后的基板80实施了成膜处理之时。
从而，在比较例中，各成膜循环的每个基板80的成膜条件不同，对各基板80成膜时的成膜速度以及在各基板80形成的膜的厚度产生偏差。
图4(a)为表示本实施方式的处理时间与成膜速度的关系的概要图表。图4(b)为表示比较例的处理时间与成膜速度的关系的概要图表。
如图4(a)所示，在本实施方式中的各成膜循环中，对各基板80成膜时的成膜速度稳定。另一方面，在图4(b)所示的比较例中，在各成膜循环中，对各基板80成膜时的成膜速度逐渐上升。进而，在比较例中，每次重复成膜循环时，对各基板80成膜时的成膜速度相对地上升。
像这样，在本实施方式中，为了抑制对各基板80成膜处理时的成膜速度的偏差，在开始成膜循环之前，通过预放电等离子体使喷淋板22的温度上升至第二温度(T2)。
由此，在成膜循环后即刻喷淋板22的温度变成作为最大温度的第二温度(T2)，因此各成膜循环中喷淋板22的温度难以产生偏差。由此，对各基板80成膜时的成膜速度和在各基板80形成的膜的厚度难以产生偏差。
进而，在本实施方式中，在喷淋板22不设置加热器机构。由此，在清洗喷淋板22时，不需要进行将加热器从喷淋板22卸下的作业。假设在喷淋板22内设置了加热器的情况下，由于加热器附近和加热器远处而可能在喷淋板22内部出现温度不均匀，本实施方式就不会有的这样的担忧。
此外，在本实施方式中，以非接触的方式测定喷淋板22的温度。例如，喷淋板22的温度由配置在喷淋板22的背面侧的真空容器10外部的温度测定装置60测定。由此，温度测定装置60为与喷淋板22不接触的结构，设置温度测定装置60也不成为喷淋板22的温度不均匀的主要原因。
此外，因为通过温度测定装置60直接测定喷淋板22的温度，不需要通过反复试错来调查喷淋板22的温度与放电条件之间的关系，也不需要预先的实验和模拟等。
另外，在仅通过预成膜使喷淋板22的温度达到第二温度(T2)的情况下，可以不需要产生加热用等离子体而在预成膜后开始成膜循环。
(第二实施方式)
在第二实施方式中，不将第二温度(T2)设为喷淋板22的饱和温度，而是设为比第一温度(T1)高且在饱和温度以下的温度。在第二实施方式中，从喷淋板22的温度比饱和温度低的状态开始成膜循环。在这种情况下，每次成膜处理时，都存在喷淋板22的温度偏差、成膜速度偏差的情况。但是，通过在成膜处理前掌握喷淋板22的温度与成膜速度的关系，能够抑制膜厚的偏差。
图5为表示喷淋板温度与成膜速度的关系的概要图表。
如图5所示，喷淋板22的温度越上升，成膜速度变得越快。这个理由如上所述。此处，喷淋板温度以外的成膜条件相同。此结果意味着即使每次成膜处理时喷淋板22的温度不同，也能够通过根据喷淋板22的温度来控制成膜时间，从而控制在基板80形成的膜的厚度。
图6(a)为表示本实施方式的处理时间与成膜速度的关系的概要图表。图6(b)为表示本实施方式的处理时间与膜厚的关系的概要图表。
在图6(a)的例子中，在成膜循环中的每次成膜处理时成膜速度上升。这是因为，在每次成膜处理时喷淋板22的温度上升。
但即使在这种情况下，在各成膜循环中，也能够根据校准曲线(图5)算出每次成膜处理的成膜速度，并根据算出的成膜速度算出成膜时间，由此在各基板80形成相同厚度的膜。
例如，在各成膜循环中，在每次成膜处理时喷淋板22的温度上升、成膜速度上升的情况下，在各成膜循环中成膜处理的次数每增加时，缩短成膜时间。由此，各成膜循环的各片基板80的膜厚变得均匀(图6(b))。
而且，在各成膜循环中，喷淋板22的温度还因为意外的原因而存在波动的可能性。例如，存在各片基板80的处理时间变化、将基板输送至输送室的间隔变长或加热机构30h的输出变得不稳定而使喷淋板22的温度波动的可能性。在这样的情况下，也能够通过根据校准曲线(图5)算出每次成膜处理的成膜速度，并根据算出的成膜速度算出成膜时间，从而在各基板80形成相同厚度的膜。
此外，除了成膜时间以外，还能够对应喷淋板22的温度来变化放电功率、反应气体流量、喷淋板22与基板支承台30之间的距离以及成膜压力等的成膜条件参数中的至少一个，从而在各基板80形成相同厚度的膜。
成膜条件参数的一个例子如下所示。需要说明的是，以下的成膜条件也为第一实施方式的成膜条件(区间C)的一个例子。
膜：TEOS氧化硅膜
原料气体(气体流量)：TEOS(0.1slm以上2slm以下)，O2(2slm以上60slm以下)
放电功率：0.5kW以上17kW以下
喷淋板与基板支承台的距离：15mm以上35mm以下
成膜时压力：50Pa以上400Pa以下
膜：氧化硅膜
原料气体(气体流量)：SiH4(0.1slm以上5slm以下)，N2O(2slm以上60slm以下)，Ar(2slm以上60slm以下)
放电功率：0.5kW以上17kW以下
喷淋板与基板支承台的距离：15mm以上35mm以下
成膜时压力：50Pa以上400Pa以下
膜：非晶硅膜
原料气体(气体流量)：SiH4(0.1slm以上3slm以下)，Ar(2slm以上60slm以下)
放电功率：0.1kW以上5kW以下
喷淋板与基板支承台的距离：15mm以上35mm以下
成膜时压力：50Pa以上400Pa以下
膜：氮化硅膜
原料气体(气体流量)：SiH4(0.1slm以上5slm以下)，NH3(2slm以上60slm以下)，N2(2slm以上60slm以下)
放电功率：0.5kW以上17kW以下
喷淋板与基板支承台的距离：15mm以上35mm以下
成膜时压力：50Pa以上400Pa以下
例如在成膜处理时，在喷淋板22的温度收缩在作为基准的比饱和温度(例如358℃)低10℃的温度(例如348℃)而±10℃所成的范围中的情况下，能够用调节放电功率来控制膜厚。例如，在喷淋板22的温度比上述的范围低的情况下，能够通过增大放电功率来使成膜速度变快。相反，在喷淋板22的温度比上述的范围高的情况下，能够通过减小放电功率来使成膜速度变慢。由此，能够在各基板80形成相同厚度的膜。
此外，在成膜处理时，在喷淋板22的温度收缩在作为基准的比饱和温度低10℃的温度(例如348℃)而±10℃所成的范围中的情况下，能够通过调节气体流量来控制膜厚。例如，在喷淋板22的温度比上述的范围低的情况下，能够通过增大气体流量来使成膜速度变快。相反，在喷淋板22的温度比上述的范围高的情况下，能够通过减小气体流量来使成膜速度变慢。由此，能够在各基板80形成相同厚度的膜。
而且，除了控制膜厚以外，也能够控制膜质。例如，在成膜处理时，在喷淋板22的温度收缩在作为基准的比饱和温度低10℃的温度(例如348℃)而±10℃所成的范围中的情况下，能够通过调节放电功率来调节膜质。
例如在基板80上形成氮化硅膜的情况中，在喷淋板22的温度比上述的范围低的情况下，若在此状态下进行成膜，则膜密度变低。在这种情况下，能够通过增大放电功率来使膜密度回到规定的范围内。相反，若在喷淋板22的温度比上述的范围高的状态下进行成膜，则膜密度变高。在这种情况下，能够通过增减小放电功率来使膜密度回到规定的范围内。
另一方面，在基板80上形成氧化硅膜的情况下，在喷淋板22的温度比上述的范围低的情况下，若在此状态下进行成膜，则膜密度变高。在这种情况下，能够通过增减小放电功率来使膜密度回到规定的范围内。
由此，能够在各基板80形成相同膜质的膜。
此外，在由于异常放电等导致喷淋板22的温度发生超过饱和温度的过冲的情况下，能够通过向喷淋板22内导入冷却气体来降低喷淋板22的温度。例如在喷淋板22的温度高出饱和温度10℃以上的情况下，将冷却气体导入喷淋板22内，并将喷淋板22冷却至饱和温度。在此，冷却气体是指N2、Ar、H2、He等至少一种气体。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不仅限于上述实施方式，当然也能够施以各种变更。
例如，可以在区间B1、B2中产生了加热用等离子体后，进行预成膜。由此，不是在真空容器10的内壁、喷淋板22的气体喷射面22s以及基板支承台30的表面等附着了氧化硅膜之后加热这些表面等，而是在加热这些表面后，氧化硅膜附着在这些表面等。由此，能够抑制氧化硅膜从这些表面等剥离(产生粉尘)。
此外，在将等离子体处理装置1用于干蚀刻的情况下，在开始蚀刻循环前，将喷淋板22的温度调节至蚀刻处理时喷淋板22的温度成为最大的温度。之后，如果开始蚀刻循环，则在各蚀刻循环中，每次蚀刻处理时自然都得到相同的蚀刻速度。
附图标记说明
1：等离子体处理装置；
10：真空容器；
10h：气体排气口；
10p：等离子体形成空间；
11：支承部；
12：盖部；
13：压力计；
15：空间；
20：喷淋头；
21：头主体；
21h：孔部；
22：喷淋板；
22s：气体喷射面；
22r：背面；
23：气体喷射孔；
25、26：透明窗口构件；
27：绝缘部件；
28：内部空间；
30：基板支承台；
30s：基板载置面；
30h：加热机构；
31：电容；
40：供气源；
41：流量计；
42：气体导入管；
50、55：供电源；
51：电源；
52：匹配电路部；
53：布线；
60：温度测定装置；
61：第一辐射温度计；
61a：光纤集光部；
61b：主体部；
62：第二辐射温度计；
62a：光纤集光部；
62b：主体部；
65：固定夹具；
70：控制装置；
80：基板。

Claims (6)

1.一种等离子体处理方法，
将配置在真空容器内的基板支承台加热至第一温度，
在所述基板支承台和与所述基板支承台对置的喷淋板之间使基于预成膜和第一放电条件的第一等离子体产生，通过所述基板支承台具有的热、所述预成膜及所述第一等离子体加热所述喷淋板，
非接触地直接监控所述喷淋板的与所述基板支承台对置的气体喷射面相反侧的、所述喷淋板的背面的温度，根据预先求出的所述气体喷射面与所述背面的温度的关系计算所述气体喷射面的温度，
在所述喷淋板的温度达到比通过所述基板支承台的所述热加热的温度高的第二温度之后，从所述喷淋板向所述基板支承台喷射工艺气体，在所述基板支承台与所述喷淋板之间使基于第二放电条件的第二等离子体产生，通过所述第二等离子体处理被所述基板支承台支承的基板，
在处理所述基板的工序中，所述第二温度为在处理所述基板的工序中所述喷淋板的温度变为最大的温度。
2.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其中，
在所述等离子体处理的工序中，所述第二放电条件包含放电功率、反应气体流量及处理时间，在每次对多片所述基板进行处理、所述第二温度在每次处理所述基板发生变化时，对应于所述第二温度的值而使所述放电功率、所述反应气体流量及所述处理时间中的至少一个变化来对所述基板进行处理。
3.如权利要求1或2所述的等离子体处理方法，其中，
进一步在所述等离子体处理工序中每次对多片所述基板进行处理，在每次对多片所述基板进行处理之后，向所述真空容器喷射清洗气体，对所述真空容器内进行清洗。
4.如权利要求1或2所述的等离子体处理方法，其中，
通过配置在所述喷淋板的背面侧的所述真空容器外的辐射温度计来监控所述喷淋板的温度。
5.如权利要求1或2所述的等离子体处理方法，其中，
所述第二放电条件与所述第一放电条件不同。
6.一种等离子体处理装置，具有：
真空容器，其被维持减压状态；
基板支承台，其配置在所述真空容器内，具有基板载置面和加热机构，通过所述加热机构能够将所述基板载置面设定为第一温度，并能够支承基板；
喷淋板，其与所述基板支承台对置；
供电源，其使所述基板支承台与所述喷淋板之间产生等离子体；
温度测定装置，其以非接触的方式对所述喷淋板的与所述基板支承台对置的气体喷射面相反侧的、所述喷淋板的背面的温度进行测定；以及
控制装置，其能够通过所述温度测定装置监控所述喷淋板的所述背面的所述温度，根据预先求出的所述气体喷射面与所述背面的温度的关系直接计算所述气体喷射面的温度，使所述基板支承台与所述喷淋板之间产生基于预成膜和第一放电条件的第一等离子体，通过所述基板支承台具有的热、所述预成膜和所述第一等离子体加热所述喷淋板，在所述喷淋板的温度达到比通过所述基板支承台的所述热加热的温度高的第二温度之后，从所述喷淋板向所述基板支承台喷射工艺气体，使所述基板支承台与所述喷淋板之间产生基于第二放电条件的第二等离子体，通过所述第二等离子体处理所述基板，所述第二温度为在处理所述基板的期间所述喷淋板的温度变为最大的温度。
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