CN111033700A - 基板处理装置、半导体器件的制造方法及程序 - Google Patents

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齐藤一人
余川孝士
白川真人
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Abstract

本发明提供一种构成。该构成具有：处理容器，其构成处理气体被进行等离子体激励的等离子体生成空间和与等离子体生成空间连通的基板处理空间；等离子体生成部，其具有以包围等离子体生成空间的方式配置并且以卷绕在处理容器的外周的方式设置的线圈和向该线圈供给高频电力的高频电源；气体供给部，其向该等离子体生成空间供给处理气体；温度传感器，其设置在处理容器的外侧，对该处理容器的温度进行检测；以及控制部，其以在执行用于对基板进行处理的处理制程之前，使由温度传感器检测到的处理容器的温度落在由预先设定的上限值及下限值规定的目标温度的范围内的方式进行控制。

Description

基板处理装置、半导体器件的制造方法及程序
技术领域
本发明涉及基板处理装置、半导体器件的制造方法及程序。
背景技术
近年来，快闪存储器等半导体器件存在高集成化的倾向。与之相伴地，图案尺寸显著微细化。在形成这些图案时，作为制造工序的一个工序，有时实施对基板进行氧化处理或氮化处理等规定处理的工序。
例如，专利文献1中公开了使用等离子体激励的处理气体对在基板上形成的图案表面进行改性处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-75579号公报
发明内容
当前，通过在基板处理的前处理中执行多片虚设基板处理，而在使石英圆顶的温度上升后对产品批次(产品基板组)进行处理，因此存在生产率低下的担忧。
本发明提供在对产品批次进行处理前执行不使用虚设基板的前处理的制程执行控制。
根据本发明的一方案提供下述构成，该构成具有：处理容器，其构成处理气体被进行等离子体激励的等离子体生成空间和与等离子体生成空间连通的基板处理空间；等离子体生成部，其具有以包围等离子体生成空间的方式配置并且以卷绕在处理容器的外周的方式设置的线圈和向该线圈供给高频电力的高频电源；气体供给部，其向该等离子体生成空间供给处理气体；温度传感器，其设置在处理容器的外侧，对该处理容器的温度进行检测；以及控制部，其以在执行用于对基板进行处理的处理制程之前，使由温度传感器检测到的处理容器的温度落在由预先设定的上限值及下限值规定的目标温度的范围内的方式进行控制。
发明效果
根据本发明，能够通过缩短产品批次处理用的处理制程前的前处理花费的时间来抑制生产率的低下。
附图说明
图1是本发明一实施方式的基板处理装置的构成图(俯视图)。
图2是本发明一实施方式的基板处理装置的概略剖视图。
图3是示出本发明一实施方式的基板处理装置的控制部(控制机构)的构成的图。
图4是示出本发明一实施方式的基板处理工序的流程图。
图5是本发明一实施方式的时序制程编辑画面的图示例。
图6A是本发明一实施方式的前处理制程的流程的一个实施例。
图6B是本发明一实施方式的前处理制程的流程的一个实施例。
图7是本发明一实施方式的前处理制程的流程的一个实施例。
具体实施方式
＜本发明的第一实施方式＞
(1)基板处理装置的构成
以下使用图1说明本发明第1实施方式的基板处理装置。
图1所示的基板处理装置包括在减压状态下对基板(例如由硅等构成的晶片W)进行处理的真空侧的构成和在大气压状态下对晶片W进行处理的大气压侧的构成。真空侧的构成主要包括真空搬运室TM、加载互锁室LM1、LM2及对晶片W进行处理的处理组件(处理机构)PM1～PM4。大气压侧的构成主要包括大气压搬运室EFEM及装载端口LP1～LP3。收纳有晶片W的载体CA1～CA3被从基板处理装置外部搬运并载置于装载端口LP1～LP3，进而向基板处理装置外部搬运。通过这样的构成，例如，未处理的晶片W被从装载端口LP1上的载体CA1取出，在经由加载互锁室LM1向处理组件PM1搬入并处理后，将已处理的晶片W以相反的步骤返回至装载端口LP1上的载体CA1。
(真空侧的构成)
真空搬运室TM构成为能够耐受真空状态等低于大气压的负压(减压)的可实现真空气密的构造。此外，在本实施方式中，真空搬运室TM的框体形成为俯视观察时呈五角形且上下两端封闭的箱形状。加载互锁室LM1、LM2、处理组件PM1～PM4以包围真空搬运室TM的外周的方式配置。此外，在统称或代表处理组件PM1～PM4的情况下称为处理组件PM。在统称或代表加载互锁室LM1、LM2的情况下称为加载互锁室LM。对于其他构成(后述的真空机械手VR、机械手臂VRA等)也采用相同的规则。
在真空搬运室TM内，例如设有1台在减压状态下作为搬运晶片W的搬运机构的真空机械手VR。真空机械手VR通过使晶片W载置于作为基板载置部的两组基板支承机械手臂(以下称为机械手臂)VRA，从而在加载互锁室LM及处理组件PM之间进行晶片W的搬运。真空机械手VR构成为能够在维持真空搬运室TM的气密性的同时进行升降。另外，两组机械手臂VRA构成为，在上下方向上分离设置，能够分别在水平方向上伸缩并在对应的水平面内旋转移动。
处理组件PM分别具有载置晶片W的基板载置部，例如构成为在减压状态下对晶片W逐片进行处理的单片式处理室。即，处理组件PM分别作为例如进行使用了等离子体等的蚀刻、灰化、基于化学反应的成膜等对晶片W赋予附加价值的处理室来发挥作用。
处理组件PM通过作为开闭阀的闸阀PGV分别与真空搬运室TM连接。因此，通过将闸阀PGV打开，能够在与真空搬运室TM之间在减压下进行晶片W的搬运。另外，通过使闸阀PGV关闭，能够保持处理组件PM内的压力、处理气体环境地对晶片W进行各种基板处理。
加载互锁室LM作为将晶片W向真空搬运室TM内搬入的预备室或将晶片W从真空搬运室TM内搬出的预备室发挥作用。在加载互锁室LM的内部分别设有在晶片W的搬入搬出时作为暂时支承晶片W的基板载置部的缓冲平台(未图示)。缓冲平台也可以构成为保持多片(例如两片)晶片W的多段型插槽。
另外，加载互锁室LM通过作为开闭阀的闸阀LGV分别与真空搬运室TM连接，另外，通过作为开闭阀的闸阀LD分别与后述的大气压搬运室EFEM连接。因此，以保持真空搬运室TM侧的闸阀LGV关闭的状态将大气压搬运室EFEM侧的闸阀LD打开，从而能够以保持真空搬运室TM内的真空气密的状态在加载互锁室LM与大气压搬运室EFEM之间在大气压下进行晶片W的搬运。
另外，加载互锁室LM构成为能够耐受真空状态等低于大气压的减压的构造，能够对其内部分别进行真空排气。因此，在使大气压搬运室EFEM侧的闸阀LD关闭并对加载互锁室LM的内部进行了真空排气后，将真空搬运室TM侧的闸阀LGV打开，从而能够以保持真空搬运室TM内的真空状态的状态，在加载互锁室LM与真空搬运室TM之间在在减压下进行晶片W的搬运。按照这种方式，加载互锁室LM构成为能够进行大气压状态与减压状态的切换。
(大气压侧的构成)
另一方面，在基板处理装置的大气压侧如上所述设有：作为前侧组件的大气压搬运室EFEM(Equipment Front End Module：装备前端模块)，其与加载互锁室LM1、LM2连接；以及作为载体载置部的装载端口LP1～LP3，其与大气压搬运室EFEM连接，它们载置分别收纳有例如1批次即25片的晶片W的作为晶片收纳容器的载体CA1～CA3。作为这样的载体CA1～CA3例如使用FOUP(Front Opening Unified Pod：前开式晶片盒)。在此，在统称或代表装载端口LP1～LP3的情况下称为装载端口LP。在统称或代表载体CA1～CA3的情况下称为载体CA。与真空侧的构成同样地，对于大气压侧的构成(后述的载体门CAH1～CAH3、载体开启器CP1～CP3等)也采用相同的规则。
在大气压搬运室EFEM内设有例如一台作为搬运机构的大气压机械手AR。大气压机械手AR在加载互锁室LM1与装载端口LP1上的载体CA之间进行晶片W的搬运。大气压机械手AR也与真空机械手VR同样地，具有作为基板载置部的两组机械手臂ARA。
在载体CA1上设有作为载体CA的罩(盖)的载体门CAH。在装载端口LP上载置的载体CA的门CAH开放的状态下，通过大气压机械手AR经由基板搬入搬出口CAA1向载体CA内收纳晶片W，另外，通过大气压机械手AR将载体CA内的晶片W搬出。
另外，在大气压搬运室EFEM内，用于使载体门CAH开闭的各载体开启器CP分别与装载端口LP相邻设置。也就是说，大气压搬运室EFEM内隔着载体开启器CP与装载端口LP邻接设置。
载体开启器CP具有能够与载体门CAH密合的闭合构件和使闭合构件在水平及铅垂方向上动作的驱动机构。载体开启器CP在载体门CAH与闭合构件密合的状态下，使闭合构件与载体门CAH一起在水平及铅垂方向上移动，从而使载体门CAH开闭。
另外，在大气压搬运室EFEM内，作为基板位置修正装置而设有进行晶片W的结晶方位的对位等的定向平面对准装置即对准器AU。另外，在大气压搬运室EFEM中设有向大气压搬运室EFEM的内部供给清洁空气的清洁空气单元(未图示)。
装载端口LP以在装载端口LP上分别载置收纳有多片基板W的载体CA1～CA3的方式构成。在各载体CA内设有作为分别收纳晶片W的收纳部的例如1批次为25个的插槽(未图示)。各装载端口LP构成为，在载置载体CA时，读取标注在载体CA上表示用于识别载体CA的载体ID的条形码等并进行存储。
接下来，对基板处理装置进行集中控制的控制部10构成为对基板处理装置的各部分进行控制。控制部10至少包含作为操作部的装置控制器11、作为搬运控制部的搬运系统控制器31及作为处理控制部的工艺控制器221。
装置控制器11与未图示操作显示部一并构成为与操作者之间的接口界面，经由操作显示部受理操作者的操作、指示。在操作显示部显示操作画面、各种数据等信息。在操作显示部显示的数据存储在装置控制器11的存储部中。
搬运系统控制器31包含真空机械手VR和对大气压机械手AR进行控制的机械手控制器，构成为对晶片W的搬运控制、由操作者指示的作业的执行进行控制。另外，搬运系统控制器13基于例如由操作者使用装置控制器11创建或编辑而创建的搬运制程，将进行晶片W搬运时的控制数据(控制指示)向真空机械手VR、大气压机械手AR、各种阀、开关等输出，并进行基板处理装置内的晶片W的搬运控制。此外，工艺控制器221的详细内容见后述。控制部10的各控制器11、31、222的硬件构成也是与后述的工艺控制器222相同的构成，因此省略此处的说明。
控制部10不仅如图1所示设置在基板处理装置内，也可以设置在基板处理装置外。另外，装置控制器11、搬运系统控制器31、作为对处理组件PM进行控制的处理控制部的工艺控制器221也可以采用例如个人电脑(个人计算机)等通常的通用计算机构成。在该情况下，能够使用保存有各种程序的计算机能够读取的记录介质(USB存储器、DVD等)，将程序安装于通用计算机来构成各控制器。
另外，用于供给执行上述处理的程序的机构能够任意选择。除了如上所述经由规定的记录介质进行供给以外，例如能够经由通信线路、通信网络、通信系统等供给。在该情况下，例如也可以在通信网络的公告板上公告该程序并经由网络将其叠加于载波来供给。然后，启动按照这种方式提供的程序，在基板处理装置的OS(Operating System：操作系统)的控制下与其他应用程序同样地执行，从而能够执行上述处理。
(处理室)
接下来，使用图2说明作为本发明第1实施方式的处理机构的处理组件PM。处理机构PM具有对晶片W进行等离子体处理的处理炉202。处理炉202设有构成处理室201的处理容器203。处理容器203包括作为第1容器的石英制的圆顶型的上侧容器210(以下也称为石英圆顶)和作为第2容器的碗型的下侧容器211。上侧容器210覆盖在下侧容器211上，从而形成处理室201。另外，上侧容器210设有热电偶等温度传感器280，构成为能够检测上侧容器210的温度。上侧容器210由例如氧化铝(Al2O3)或石英(SiO2)等非金属材料形成，下侧容器211由例如铝(Al)形成。
另外，在下侧容器211的下部侧壁设有闸阀244。在闸阀244打开时，能够使用搬运机构(未图示)经由搬入出口245向处理室201内搬入晶片W或向处理室201外搬出晶片W。在闸阀244关闭时，成为能够保持处理室201内的气密性的分隔阀。
处理室201具有在周围设有线圈212的等离子体生成空间201a(图2的单点划线的上侧)和与等离子体生成空间201a连通并对晶片W进行处理的基板处理空间201b。等离子体生成空间201a是生成等离子体的空间，是指在处理室201内的比线圈212的下端靠上方且比线圈212的上端靠下方的空间。另一方面，基板处理空间201b(图2的单点划线的下侧)是使用等离子体进行基板处理的空间，是指比线圈212的下端靠下方的空间。在本实施方式中，等离子体生成空间201a和基板处理空间201b的水平方向的直径构成为大致相同。
(基座)
在处理室201的底侧中央配置有作为载置晶片W的基板载置部的基座217。基座217由例如氮化铝(AlN)、陶瓷、石英等非金属材料形成，能够减少针对在晶片W上形成的膜等的金属污染。
在基座217的内部，一体地嵌入有作为加热机构的加热器217b。加热器217b能够在供电时将晶片W表面从例如25℃加热至750℃左右。
基座217与下侧容器211电绝缘。阻抗调节电极217c为了进一步提高在载置于基座217的晶片W上生成的等离子体的密度的均匀性，经由在基座217内部设置的作为阻抗调节部的阻抗可变机构275接地。阻抗可变机构275由线圈、可变电容器构成，构成为通过对线圈的电感及电阻以及可变电容器的电容值进行控制，而使阻抗在从约0Ω～处理室201的寄生阻抗值的范围内变化。
基座217设有使基座升降的具有驱动机构的基座升降机构268。另外，在基座217上设有贯通孔217a，并在下侧容器211的底面设有晶片顶推销266。在通过基座升降机构268使基座217下降时，晶片顶推销266以与基座217不接触的状态从贯通孔217a中穿过。
主要由基座217及加热器217b、电极217c构成本实施方式的基板载置部。
(气体供给部)
在处理室201的上方即上侧容器210的上部设有气体供给头236。气体供给头236包括罩状的盖体233、气体导入口234、缓冲室237、开口238、遮蔽板240及气体吹出口239，能够向处理室201内供给反应气体。缓冲室237具有作为使从气体导入口234导入的反应气体分散的分散空间的功能。
供给作为含氧气体的氧(O2)气的含氧气体供给管232a的下游端、供给作为含氢气体的氢(H2)气的含氢气体供给管232b的下游端及供给作为非活性气体的氩(Ar)气的非活性气体供给管232c以合流的方式与气体导入口234连接。在含氧气体供给管232a上，从上游侧起依次设有O2气体供给源250a、作为流量控制装置的质量流量控制器(MFC)252a、作为开闭阀的阀253a。在含氢气体供给管232b上从上游侧起依次设有H2气体供给源250b、MFC252b、阀253b。在非活性气体供给管232c上从上游侧起依次设有Ar气体供给源250c、MFC252c、阀253c。阀243a设在含氧气体供给管232a、含氢气体供给管232b及非活性气体供给管232c合流的下游侧，并与气体导入口234的上游端连接。通过使阀253a、253b、253c、243a开闭，从而能够一边通过MFC252a、252b、252c对各气体的流量进行调节，一边经由气体供给管232a、232b、232c将含氧气体、含有氢气的气体、非活性气体等处理气体向处理室201内供给。
主要由气体供给头236(盖体233、气体导入口234、缓冲室237、开口238、遮蔽板240、气体吹出口239)、含氧气体供给管232a、含氢气体供给管232b、非活性气体供给管232c、MFC252a、252b、252c、阀253a、253b、253c、243a构成本实施方式的气体供给部(气体供给系统)。
另外，由气体供给头236、含氧气体供给管232a、MFC252a、阀253a、243a构成本实施方式的含氧气体供给系统。此外，由气体供给头236、含氢气体供给管232b、MFC252b、阀253b、243a构成本实施方式的氢气体供给系统。此外，由气体供给头236、非活性气体供给管232c、MFC252c、阀253c、243a构成本实施方式的非活性气体供给系统。
此外，本实施方式的基板处理装置构成为，通过从含氧气体供给系统供给作为含氧气体的O2气体而进行氧化处理，但也可以代替含氧气体供给系统，设置将含氮气体向处理室201内供给的含氮气体供给系统。根据按照这种方式构成的基板处理装置，可以代替基板的氧化处理进行氮化处理。在该情况下，代替O2气体供给源250a设置例如作为含氮气体供给源的N2气体供给源，并由含氧气体供给管232a构成含氮气体供给管。
(排气部)
在下侧容器211的侧壁设有从处理室201内排出反应气体的气体排气口235。气体排气口235与气体排气管231的上游端连接。气体排气管231从上游侧起依次设有作为压力调节器(压力调节部)的APC(Auto Pressure Controller：自动压力控制器)242、作为开闭阀的阀243b、作为真空排气装置的真空泵246。主要由气体排气口235、气体排气管231、APC242、阀243b构成本实施方式的排气部。此外，也可以将真空泵246包含在排气部中。
(等离子体生成部)
在处理室201的外周部即上侧容器210的侧壁的外侧，以包围处理室201的方式设有作为第1电极的螺旋状的共振线圈212。共振线圈212与RF传感器272、高频电源273、高频电源273的阻抗、进行输出频率匹配的匹配器274连接。主要由共振线圈212、RF传感器272、匹配器274构成本实施方式的等离子体生成部。此外，作为等离子体生成部，也可以包含高频电源273。
高频电源273向共振线圈212供给高频电力(RF电力)。RF传感器272设置在高频电源273的输出侧，对所供给的高频的行波、反射波的信息进行监控。通过RF传感器272监控的反射波电力被输入至匹配器274，匹配器274基于从RF传感器272输入的反射波的信息，以反射波成为最小的方式对高频电源273的阻抗、所输出的高频电力的频率进行控制。
高频电源273包括：电源控制机构(控制电路)，其包含用于规定振荡频率及输出的高频振荡电路及前置放大器；以及放大器(输出电路)，其用于放大为规定的输出。电源控制机构基于经由操作面板预先设定的与频率及电力相关的输出条件对放大器进行控制。放大器经由传输线路向共振线圈212供给恒定的高频电力。
共振线圈212为了形成规定波长的驻波，按照以恒定的波长共振的方式设置卷绕直径、卷绕间距、匝数。即，共振线圈212的电长度设定为与从高频电源273供给的高频电力的规定频率的一个波长的整数倍(1倍、2倍)相当的长度。
作为构成共振线圈212的素材，能够使用铜管、铜制薄板、铝管、铝制薄板、在聚合物带上蒸镀有铜或铝的素材等。共振线圈212使用绝缘性材料形成为平板状，且由在基底板248的上端面铅垂立设的多个支撑件(未图示)支承。
(控制部)
如图3所示，作为处理控制部的控制器221构成为，经由信号线A控制APC242、阀243b及真空泵246，经由信号线B控制基座升降机构268，经由信号线C控制加热器电力调节机构276及阻抗可变机构275，经由信号线D控制闸阀244，经由信号线E控制RF传感器272、高频电源273及匹配器274，经由信号线F控制MFC252a～252c及阀253a～253c、243a。
作为处理控制部的控制器221采用包括CPU(Central Processing Unit：中央处理器单元)221a、RAM(Random Access Memory：随机存储器)221b、存储装置221c、I/O端口221d的计算机构成。RAM221b、存储装置221c、I/O端口221d以能够经由内部总线221e与CPU221a进行数据交换的方式构成。控制器221与采用例如触摸面板、显示器等构成的输入输出装置222连接。
存储装置221c由例如快闪存储器、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等构成。在存储装置221c内以能够读取的方式保存对基板处理装置的动作进行控制的控制程序、记载有后述的基板处理的步骤、条件等的程序制程等。工艺制程(处理制程)、后述的作为前处理制程的腔室条件(chamber condition)制程等各种程序制程以使处理控制部221执行各步骤并能够获得规定结果的方式组合而得到，作为程序发挥功能。以下也将该程序制程、控制程序等简单地统称为程序。此外，本说明书中使用程序这一用语的情况存在仅包含程序制程的情况、仅包含控制程序的情况或包含该二者的情况。另外，RAM221b构成为暂时保存由CPU221a读取的程序、数据等的存储区域(工作区域)。
I/O端口221d与上述的MFC252a～252c、阀253a～253c、243a、243b、闸阀244、APC阀242、真空泵246、RF传感器272、高频电源273、匹配器274、基座升降机构268、阻抗可变机构275、加热器电力调节机构276等连接。
CPU221a构成为，读取来自存储装置221c的控制程序并执行，根据来自输入输出装置222的操作命令的输入等从存储装置221c读取工艺制程。并且，CPU221a构成为，按所读取的工艺制程的内容，经由I/O端口221d及信号线A控制APC阀242的开度调节动作、阀243b的开闭动作及真空泵246的起动/停止，经由信号线B控制基座升降机构268的升降动作，经由信号线C控制由加热器电力调节机构276针对加热器217b进行的供电量调节动作(温度调节动作)、由阻抗可变机构275进行的阻抗值调节动作，经由信号线D通知闸阀244的开闭动作，经由信号线E控制RF传感器272、匹配器274及高频电源273的动作，经由信号线F控制由MFC252a～252c进行的各种气体的流量调节动作及阀253a～253c、243a的开闭动作等。
处理控制部221能够通过将保存在外部存储装置(例如USB存储器、存储卡等半导体存储器)223中的上述程序安装于计算机而构成。存储装置221c、外部存储装置223构成为计算机能够读取的记录介质。以下也将以上部件简单地统称为记录介质。本说明书中使用记录介质一用语的情况存在仅包含存储装置221c情况、仅包含的外部存储装置223的情况或包含该二者的情况。此外，向计算机的程序提供也可以不使用外部存储装置223而使用网络、专用线路等通信手段进行。
(2)基板处理工序
图4是示出作为本实施方式的处理制程的基板处理工序的流程图。本实施方式的基板处理工序作为例如半导体器件的制造工序的一个工序通过上述处理机构PM实施。在以下的说明中，构成处理机构PM的各部分的动作由处理控制部221控制。
(基板搬入工序S110)
首先，基座升降机构268使基座217下降至晶片W的搬运位置，使晶片顶推销266贯通基座217的贯通孔217a。其结果为，晶片顶推销266成为与基座217表面相比突出规定高度的状态。
接下来，将闸阀244打开，使用晶片搬运机构(未图示)从与处理室201邻接的真空搬运室向处理室201内搬入晶片W。搬入的晶片W以水平姿态支承在从基座217的表面突出的晶片顶推销266上。在将晶片W搬入到处理室201内后，使晶片搬运机构向处理室201外退避，将闸阀244关闭以使处理室201内密闭。然后，通过由基座升降机构268使基座217上升，从而晶片W被支承在基座217的上表面。
(升温/真空排气工序S120)
接下来，进行搬入到处理室201内的晶片W的升温。加热器217b预先加热，通过将晶片W保持在嵌入有加热器217b的基座217上，从而将晶片W加热为例如150～750℃范围内的规定值。在此，将晶片W的温度加热为600℃。另外，在使晶片W升温期间，通过真空泵246经由气体排气管231对处理室201内进行真空排气，使处理室201内的压力成为规定的值。真空泵246至少动作至后述的基板搬出工序S160结束。
(反应气体供给工序S130)
接下来，作为反应气体，开始供给作为含氧气体的O2气体和作为含氢气体的H2气体。具体来说，将阀253a及253b打开，一边使用MFC252a及252b进行流量控制一边向处理室201内供给O2气体及H2气体。此时，将O2气体的流量设为例如20～2000sccm，优选设为20～1000sccm范围内的规定值。另外，将H2气体的流量设为例如20～1000sccm，优选设为20～500sccm范围内的规定值。作为更优选的例子，将O2气体与H2气体的合计流量设为1000sccm，优选流量比为O2/H2≥950/50。
另外，以使处理室201内的压力成为例如1～250Pa、优选为50～200Pa范围内的规定压力、更加优选为大约150Pa的方式，对APC242的开度进行调节以对处理室201内的排气进行控制。按照这种方式，一边适度地对处理室201内进行排气，一边持续供给O2气体及H2气体，直到后述的等离子体处理工序S140结束时。
(等离子体处理工序S140)
在处理室201内的压力稳定后，开始从高频电源273经由RF传感器272向共振线圈212施加高频电力。在本实施方式中，从高频电源273向共振线圈212供给27.12MHz的高频电力。向共振线圈212供给的高频电力为例如100～5000W范围内的规定电力，优选100～3500W，更加优选为大约3500W。在电力低于100W的情况下，不易稳定地产生等离子体放电。
由此，在供给有O2气体及H2气体的等离子体生成空间201a内形成高频电场，在该电场的作用下，激励在等离子体生成空间的与共振线圈212的电中性点相当的高度位置具有最高的等离子体密度的甜甜圈状的电感等离子体。等离子体状的O2气体及H2气体离解，生成含有氧的氧自由基(氧活性种)、氧离子、含有氢的氢自由基(氢活性种)、氢离子等反应种。
如前所述，在共振线圈212的电长度与高频电力的波长相同的情况下，在等离子体生成空间201a内，在共振线圈212的电中性点附近基本没有与处理室壁或基板载置台的电容耦合，激励了电势非常低的甜甜圈状的电感等离子体。由于生成电势非常低的等离子体，因此能够防止在等离子体生成空间201a的壁、基座217上产生鞘层。因此，在本实施方式中，等离子体中的离子未被加速。
在基板处理空间201b中保持于基座217的晶片W上，由电感等离子体生成的自由基和未被加速状态的离子被均匀地向槽301内供给。所供给的自由基及离子与侧壁301a及301b均匀反应，将表面的硅层改性为阶梯覆盖率良好的硅氧化层。
其后，在经过规定的处理时间例如10～300秒后，停止来自高频电源273的电力输出，停止处理室201内的等离子体放电。另外，使阀253a及253b关闭，停止向处理室201内供给O2气体及H2气体。由此等离子体处理工序S140结束。
(真空排气工序S150)
在O2气体及H2气体的供给停止后，经由气体排气管231对处理室201内进行真空排气。由此，将处理室201内的O2气体、H2气体、通过这些气体的反应而产生的排出气体等向处理室201外排气。其后，调节APC242的开度，将处理室201内的压力调节为与处理室201所邻接的真空搬运室(晶片W的搬出目的地，未图示)相同的压力(例如100Pa)。
(基板搬出工序S160)
在处理室201内达到规定的压力后，使基座217下降至晶片W的搬运位置，将晶片W支承在晶片顶推销266上。然后，将闸阀244打开，使用晶片搬运机构将晶片W向处理室201外搬出。由此使本实施方式的基板处理工序结束。
接下来，使用图5至图7说明由控制部10进行的前处理制程(腔室条件制程)的执行控制。
首先说明前处理制程的设定。能够在图5所示的时序制程编辑画面上指定包含前处理制程的各种制程。
时序制程编辑画面构成为，分别包含记录时序制程的名称的栏、针对每个处理机构PM进行前处理制程的设定的区域、针对每个处理机构PM设定各处理装置的作为空闲制程的升温制程、作为基板处理制程的工艺制程、后处理制程的区域、以及选择基板处理装置的运用类别的区域。
在针对每个处理机构PM进行前处理制程的设定的区域中，设有用于针对每个处理机构PM设定目标温度的设定前处理制程的栏。另外，设有自动针对全部处理机构PM设定在工艺制程前确认目标温度的指定的栏(自动执行设定栏)，在该栏中被选中的情况下，持续进行前处理制程直到构成全部处理机构PM的处理室201的上侧容器210的温度达到目标温度。此外，在全部处理机构PM达到目标温度时，前处理制程结束。
在图5所示的时序制程编辑画面中具有前处理制程的执行设定，在没有自动执行设定的情况(自动执行设定栏未被选中的情况)下，在空闲制程结束后，由各处理机构PM执行前处理制程，若从被执行指定了的处理机构PM进行制程完成报告，则进行自动运转处理(工艺制程的执行)。按照这种方式，通过在处理机构PM1的前处理制程结束后转入下一处理(基板处理)，能够适用相较于构成处理室201的上侧容器210的温度使吞吐量优先的情况。
以下使用图6A说明作为前处理制程的构成前处理工序的各工序。此外，前处理工序也可以在将作为虚设基板的晶片W载置于基座217上的状态下进行，但在此说明未使用虚设基板的例子。
(真空排气工序S410)
首先，通过真空泵246对处理室201进行真空排气，将处理室201的压力设为规定的值。直到至少排气/调压工序S440结束为止使真空泵246动作。此外，加热器217b也同样地进行控制以对基座217进行加热。
(放电气体供给工序S420)
接下来，作为放电用气体，与图4所示的处理制程中的反应气体同样地将O2气体与H2气体的混合气体向处理室201内供给。具体的气体供给步骤、供给气体流量、处理室201的压力等条件与图4所示的处理制程相同。
此外，为了促进后述的等离子体放电工序S430中的等离子体放电等，也可以供给Ar气体等其他气体，或不供给O2气体及H2气体的至少一种。另外，对于供给气体流量、处理室201的压力等条件，也可以设定不同的条件。但是，就使用与图4所示的处理制程中的反应气体相同的放电用气体的情况而言，除了对上侧容器210进行加热以外，还具有使处理室201的环境接近下一处理制程的稳定状态的效果，因此是优选的方式之一。
(等离子体放电工序S430)
接下来，开始从高频电源273向共振线圈212施加高频电力。向共振线圈212供给的高频电力的大小也与图4所示的处理制程相同。但是，高频电力的大小为了促进等离子体放电也可以比图4所示的处理制程大，另外也可以配合其他处理条件在100～5000W的范围内使之不同。
由此，在等离子体生成空间201a内的特别是共振线圈212的上端、中点及下端各自的高度位置集中地产生等离子体放电。所发生的等离子体放电从内侧对上侧容器210进行加热。特别是，与集中产生等离子体放电的上述高度位置对应的上侧容器210的部分及其附近被集中加热。
控制器221利用温度传感器280至少在本工序期间测量(监控)上侧容器210的外周面的温度(等离子体生成空间201a的温度)，并持续向共振线圈212施加高频电力，直到其测量温度变为目标温度(第1温度)以上，以维持等离子体放电。在检测到该测量温度变为目标温度以上时，控制器221停止从高频电源273的高频电力供给，并停止向处理室201的放电用气体供给，使本工序结束。
按照这种方式，产生等离子体放电直到温度传感器280的测量温度变为目标温度以上，对上侧容器210等进行加热，从而能够使在本工序之后的图4所示的处理制程中形成的膜的厚度落在规定的偏差范围内。在此，优选预先通过连续执行图4所示的处理制程以获取此时的稳定温度的值来作为目标温度。总之，其稳定温度被设定为目标温度。
(排气/调压工序S440)
将处理室201的气体向处理室201外排放。其后，对APC阀242的开度进行调节，将处理室201的压力设为与真空搬运室相同的压力。由此，使前处理工序结束，继续执行图4所示的批次处理。
接下来，在图6B中示出阈值为两点(上限值、下限值)而使目标温度具有幅度的情况下的前处理制程的流程。若存在批次处理开始请求，则控制器221开始图6B所示的前处理制程。另外，温度传感器280中的石英圆顶210的温度检测也开始。其后至少直到前处理制程结束为止进行温度检测。
(前准备工序S510)
首先，执行等离子体生成前的前准备工序。具体来说，执行图4所示的真空排气工序S410及放电气体供给工序S420。由此省略详细说明。
(比较工序S520)
比较温度传感器280的温度(检测温度)是否为目标温度的上限值以下。在低于目标温度的上限值的情况下，高频电源273接通，向处理室201供给高频电力，进行等离子体处理(S530)，并转入下一步骤(S550)。等离子体处理的详细内容在等离子体放电工序S430中已说明，因此省略详细说明。由此，石英圆顶210的温度上升。
另外，假设超过目标温度的上限值，则高频电源273保持关闭状态，不进行等离子体处理而直接转入下一步骤(S560)。
图6B只不过是一个实施方式，也可以是，若温度传感器280的温度(检测温度)为目标温度的下限值以下，则将高频电源273打开，向处理室201供给高频电力以进行等离子体处理(S530)并转入下一步骤(S550)，在高于目标温度的下限值的情况下，保持高频电源273关闭的状态转入下一步骤(S560)。
(监控工序S550)
控制器221待机直到温度传感器280的检测温度超过目标温度的上限值。
另外，在通过等离子体处理(S530)使石英圆顶210的温度上升的情况下，在检测温度达到目标温度的上限值的时刻，将高频电源273关闭并转入下一步骤(S560)。此外，图6B中虽未示出，但也可以是，在即使经过规定的时间也未达到目标温度的上限值的情况下，使前处理制程停止。
(温度保持工序S560)
控制器221进行控制以使得检测温度保持在目标温度的上下限值的范围内，并向搬运系统控制器31通知转入温度保持工序S560的情况。
例如，在通过等离子体处理(S530)而达到目标温度的上限值的情况下(S550)使等离子体处理停止(将高频电源273关闭)。另一方面，保持将高频电源273关闭的状态使石英圆顶210的温度降低，在温度传感器280的检测温度降低至目标温度时进行S530所示的等离子体处理。
在本工序中，控制器221每隔恒定周期进行检测温度与目标温度的上下限值的比较，进行高频电源273的开关，在等离子体检测温度低于目标温度的下限值的情况下进行等离子体处理(S530)。其后，如上所述，为了使检测温度保持在目标温度的上下限值的范围内进行高频电源273的开关。
搬运系统控制器31在从所连接的全部处理机构PM(PM1～PM4)的控制器221接收到转入温度保持工序S560的处理的通知时，指示全部处理机构PM(PM1～PM4)的控制器221转入后处理工序S580的处理。另一方面，针对全部处理机构PM中的一个处理机构PM，若处理机构PM内的石英圆顶210的温度未落在目标温度的上下限值的范围内，则继续执行前处理制程。在该情况下，石英圆顶210的温度落在目标温度的上下限值的范围内的处理机构PM的控制器221继续执行温度保持工序(S560)。此外，有时落在目标温度的上下限值的范围内的处理机构PM的控制器221在继续执行温度保持工序(S560)时到其他处理机构PM内的石英圆顶210的温度达到目标温度的上下限值为止仅处于待机状态。
(后处理工序S580)
控制器221在从搬运系统控制器31接收到指示转入后处理工序S580的处理时进行后处理。后处理的内容由于在图4所示的排气/调压工序S440中已说明而省略。后处理结束，从而前处理制程结束。然后，控制器221将前处理制程结束这一情况通知给搬运系统控制器31。
搬运系统控制器31在全部PM(PM1～PM4)的前处理制程结束后，将以批次处理进行了处理的产品晶片向处理室201搬运，其后实施工艺制程。
在此，也可以是，在直到工艺制程开始的期间内，石英圆顶210的温度降低，由控制器221自发监控石英圆顶210的温度以使其不偏离目标温度，并自动进行高频电源的开关控制，使之产生放电等离子体，每隔恒定周期进行监控，以使得石英圆顶210的温度落在目标温度的上下限值的范围内。
按照这种方式，根据图6B所示的前处理制程使等离子体产生放电或对石英圆顶210等进行加热，直到温度传感器280的测量温度变为目标温度以上或者落在目标温度的上下限值的范围内，从而能够使在本工序(前处理制程的执行)之后的图4所示的处理制程中形成的膜的厚度落在规定的偏差范围内。
另外，根据未使用虚设晶片的图6所示的前处理制程，执行多片的虚设处理并通过等离子体处理使石英圆顶内的温度上升，其后进行生产处理，因此能够避免生产率降低及减轻必须使用虚设晶片的使用不便性。
图7示出基板处理装置整体的前处理制程的流程。在图7中，在存在前处理制程的执行设定并存在自动执行设定的情况下，在空闲制程结束后，在各处理机构PM中执行前处理制程，直到达到目标温度，若从执行指定的处理机构PM进行该前处理制程完成报告，则进行自动运转处理(工艺制程的执行)。
在此，空闲制程在处理机构PM的状态为空闲(待机)状态时执行。另一方面，工艺制程在处理机构PM的状态为运行(执行)状态时执行。在空闲制程结束后，直到执行工艺制程，处理机构PM的状态从待机状态经过准备状态(预备状态)变为执行状态，因此虽然在空闲制程结束后，处理机构PM的处理室201的环境气体为某种程度的高温状态，但在执行工艺制程时，并不清楚处理室201的环境气体是否为高温状态。
此外，虽然以规定时间周期执行空闲制程，但未能把握等离子体生成空间201a的温度。在本实施方式中，能够在工艺制程执行即将开始之前执行前处理制程，将各处理机构PM的等离子体生成空间201a的温度控制为目标温度的上下限值的范围。此外，在本实施方式中，能够在处理机构PM的状态为运行(执行)状态且工艺制程执行前执行前处理制程。
各处理机构PM中的控制如上述图6所示。在此，将对处理机构PM1进行控制的控制器221记为PMC1，将处理机构PM2的控制器记为PMC2，将处理机构PM3的控制器记为PMC3，将处理机构PM4的控制器记为PMC4。此时，将装置控制器11记为OU，将搬运系统控制器31记为CC。
在通过操作者的操作而从装置控制器11或主机等上位控制器接收到批次开始请求的CC，向对各处理机构PM进行控制的控制器221确认升温制程等空闲制程的结束。此外，若在空闲制程执行中则保留，在空闲制程结束后，向各处理机构PM提出前处理制程的执行请求。在图示例中，示出上侧容器210的温度分别低于目标温度时的情况。
CC成为构成处理室201的上侧容器210的温度达到目标温度的温度达到等待状态。各PMC按照图5指定的制程名称实施处理(执行前处理制程)。另外，各处理机构PM在前处理制程执行中上侧容器210的温度达到目标温度时向CC进行事件(event)报告，并使相应步骤暂停。
CC在接收到全部处理机构PM内的上侧容器210的温度达到目标温度的温度达到事件时，请求各PMC转入下一步骤处理。各PMC重新开始前处理。CC在从全部PMC接收到前处理制程的结束事件时，以开始批次处理的方式使处理控制部执行处理制程。
根据本实施方式，在直到工艺制程开始的期间内，石英圆顶210的温度降低，由控制器221自发监控石英圆顶210的温度以不得不偏离目标温度，并自动进行高频电源的开关控制，使之产生放电等离子体，且每隔恒定周期监控石英圆顶210的温度以使其落在目标温度的上下限值的范围内，因此能够使在处理制程中形成的膜的厚度落在规定的偏差范围内。
另外，根据本实施方式，由于在全部处理机构PM中以石英圆顶210的温度落在目标温度的上下限值的范围内的方式控制，因此在下一工序(处理制程执行)中，在各处理机构PM形成的处理室201中处理的基板W的处理结果不会产生由处理机构PM(处理室201)的环境气体引起的差异。由此能够提高基板W的处理结果的品质。
＜本发明的其他实施方式＞
在上述实施方式中，对于使用等离子体对基板表面进行氧化处理、氮化处理的例子进行了说明，但不限于这些处理，能够应用于使用等离子体针对基板实施处理的全部技术。例如，能够应用于使用等离子体对在基板表面形成的膜进行的改性处理、掺杂处理、氧化膜的还原处理、针对该膜的蚀刻处理、抗蚀剂的灰化处理等。
本申请以2017年9月20日提出的日本申请特愿2017-179484为基础主张优先权的利益，并通过引用将该日本申请公开的全部内容引用在本申请中。
工业实用性
本发明能够应用于使用等离子体对基板实施处理的处理装置。
附图标记说明
W…晶片(基板)
10…控制部
201…处理室
221…工艺控制器(处理控制部)

Claims (14)

1.一种基板处理装置，其特征在于，具有：
处理容器，其构成处理气体被进行等离子体激励的等离子体生成空间和与所述等离子体生成空间连通的基板处理空间；
等离子体生成部，其具有以包围所述等离子体生成空间的方式配置并且以卷绕在所述处理容器的外周的方式设置的线圈和向所述线圈供给高频电力的高频电源；
气体供给部，其向所述等离子体生成空间供给所述处理气体；
温度传感器，其设置在所述处理容器的外侧，对所述处理容器的温度进行检测；以及
控制部，其以在执行用于对基板进行处理的处理制程之前，使由所述温度传感器检测到的所述处理容器的温度落在由预先设定的上限值及下限值规定的目标温度的范围内的方式对所述等离子体生成部及所述气体供给部进行控制。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述处理容器构成上侧容器和下侧容器，所述温度传感器构成为设置在所述上侧容器。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述控制部构成为在所述处理制程之前执行前处理制程，所述前处理制程构成为向所述线圈供给对所述处理气体进行等离子体激励的高频电力。
4.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
所述前处理制程构成为不进行所述基板的搬运。
5.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述控制部构成为在由所述温度传感器检测到的温度低于所述目标温度的下限值的情况下，以使所述处理容器的温度上升的方式向所述线圈供给所述高频电力。
6.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述控制部构成为在由所述温度传感器检测到的温度高于所述目标温度的上限值的情况下，不向所述线圈供给所述高频电力。
7.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述控制部构成为在由所述温度传感器检测到的温度低于所述目标温度的下限值的情况下，以使所述处理容器的温度上升的方式接通所述高频电源而向所述线圈供给所述高频电力，并且在超过所述目标温度的上限值的情况下关闭所述高频电源，使所述处理容器的温度降低。
8.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
所述控制部构成为在由所述温度传感器检测到的温度高于所述目标温度的下限值且低于所述目标温度的上限值的情况下，使所述前处理制程结束。
9.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
还具有多个所述处理容器，所述控制部在由分别设置于所述处理容器的温度传感器检测到的各温度高于所述目标温度的下限值且低于所述目标温度的上限值的情况下，使所述前处理制程结束。
10.根据权利要求9所述的基板处理装置，其特征在于，
所述控制部构成为向在所述处理容器形成的各基板处理室分配搬运所述基板，并分别执行所述处理制程。
11.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
还具有多个所述处理容器，所述控制部在由分别设置于所述处理容器的温度传感器中的至少一个温度传感器检测到的温度高于所述目标温度的上限值的情况下或者低于所述目标温度的下限值的情况下，继续执行所述前处理制程。
12.根据权利要求9所述的基板处理装置，其特征在于，
所述控制部构成为还执行空闲制程，所述前处理制程构成为在所述空闲制程后执行。
13.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，
具有以下工序：
执行前处理制程的工序，该前处理制程具有：对具有处理气体被进行等离子体激励的等离子体生成空间和与所述等离子体生成空间连通的基板处理空间的处理容器的温度进行检测的工序；将所述处理气体向所述等离子体生成空间供给的工序；和向以包围所述等离子体生成空间的方式配置并且以卷绕在所述处理容器的外周的方式设置的线圈供给高频电力，对供给至所述等离子体生成空间的所述处理气体进行等离子体激励的工序；以及
通过执行处理制程，经由所述等离子体生成空间向在所述基板处理空间中配置的基板供给所述处理气体，并对所述基板进行处理的工序，
在所述执行前处理制程的工序中，还具有进行控制以使得所述处理容器的温度落在由预先设定的上限值及下限值规定的目标温度的范围内的工序。
14.一种程序，其特征在于，通过计算机使基板处理装置执行前处理制程，该前处理制程具有以下步骤：
对构成处理气体被进行等离子体激励的等离子体生成空间和与所述等离子体生成空间连通的基板处理空间的处理容器的温度进行检测的步骤；
将所述处理气体向所述等离子体生成空间供给的步骤；
向以包围所述等离子体生成空间的方式配置并且以卷绕在所述处理容器的外周的方式设置的线圈供给高频电力以对供给至所述等离子体生成空间的所述处理气体进行等离子体激励的步骤；以及
使所述处理容器的温度落在由预先设定的上限值及下限值规定的目标温度的范围内的步骤。
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