CN111033701B - 基板处理装置、半导体器件的制造方法以及记录介质 - Google Patents

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Abstract

在利用了等离子体的基板处理装置中，抑制因构成处理室的处理容器的温度而产生的处理速率的下降，抑制每个被处理基板的处理速率的不均等。提供一种基板处理装置，该基板处理装置具备：形成处理基板的处理室的至少一部分的处理容器；等离子体生成部，其具有以卷绕在处理容器的外周的方式设置的线圈、以及向线圈供给高频电力的高频电源；基板载置台，其在处理室内，与线圈的下端相比设在下方；设于基板载置台的加热器；以及温度传感器，其对处理容器的与线圈的上端相比位于上方的部分的温度进行测定。

Description

基板处理装置、半导体器件的制造方法以及记录介质
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以及记录介质。
背景技术
近年来，快闪存储器等的半导体器件具有高集成化的倾向。与之相伴地，图案尺寸显著变得微小化。在形成这些图案时，存在作为制造工序的一个工序，对基板实施进行氧化处理或氮化处理等的规定处理的工序的情况。
例如，在专利文献1中公开了利用由等离子体激励的处理气体对形成在基板上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
然而，在基板处理装置中，在进行针对基板的改性处理等的处理时，有时会因处理室的构成部件的温度使得处理速率发生变动。因此，处理室的构成部件的温度没有成为期望的温度，由此，无法获得期望的处理速率或者处理室的温度不稳定，从而有针对每个被处理基板的处理速率产生不均的情况。
根据本发明的一形态，提供一种基板处理装置，该基板处理装置具备：形成处理基板的处理室的至少一部分的处理容器；等离子体生成部，其具有以卷绕在所述处理容器的外周的方式设置的线圈、以及向所述线圈供给高频电力的高频电源；基板载置台，其在所述处理室内，与所述线圈的下端相比设在下方；设于所述基板载置台的加热器；以及温度传感器，其对所述处理容器的与所述线圈的上端相比位于上方的部分的温度进行测定。
发明效果
根据本发明，提供如下的技术：在利用了等离子体的基板处理装置中，抑制因构成处理室的处理容器的温度而产生处理速率的下降，抑制每个被处理基板的处理速率的不均，提高半导体器件的品质。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的基板处理装置的概略剖视图。
图2是说明本发明的一实施方式的基板处理装置的等离子体生成原理的说明图。
图3是示出本发明的一实施方式的基板处理装置的控制部的构成的图。
图4的(A)是示出本发明的一实施方式的热电偶单元的一构成的图，(B)是示出另一构成的图。
图5是示出本发明的一实施方式的基板处理装置的处理工序的流程图。
图6是示出本发明的一实施方式的处理工序中的本处理工序的流程图。
图7是示出本发明的一实施方式的处理工序中的事前处理工序的流程图。
图8是描画出在没有进行事前处理工序的比较例(实验例)中的、上侧容器的温度与形成在基板上的膜的厚度的图。
图9是描画出在进行事前处理工序的实施例中的、上侧容器的温度与形成在基板上的膜的厚度的图。
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，利用图1～图4说明本发明的第一实施方式的基板处理装置。本实施方式的基板处理装置构成为主要针对形成在基板面上的膜进行氧化处理。
(处理室)
基板处理装置100具有对晶片200进行等离子体处理的反应炉202。在反应炉202设有构成处理室201的处理容器203。处理容器203由作为第一容器的圆顶状或者筒状的上侧容器210、和作为第二容器的碗型的下侧容器211构成。通过将上侧容器210罩在下侧容器211之上而形成处理室201。上侧容器210由作为非金属材料的石英(SiO2)形成，下侧容器211例如由铝(Al)形成。即，构成反应炉202的内侧壁的一部分的上侧容器210的内侧壁由石英构成。
另外，在下侧容器211的下部侧壁设有晶片200的搬入搬出口245和闸阀244。
处理室201具有在周围设有共振线圈212的等离子体生成空间201a、和与等离子体生成空间201a连通且供晶片200进行处理的基板处理空间201b。等离子体生成空间201a是指，处理室中与共振线圈212的下端相比位于上方、且与共振线圈212的上端相比位于下方的空间。另一方面，基板处理空间201b是指，利用等离子体对基板进行处理的空间且为与共振线圈212的下端相比位于下方的空间。
(基座)
在处理室201的底侧中央且在基板处理空间201b内配置有作为载置晶片200的基板载置台的基座217。基座217例如由氮化铝、陶瓷、石英等的非金属材料形成。
在基座217的内部嵌入有作为加热机构的加热器217b和作为温度传感器的热电偶275。加热器217b构成为在经由加热器电力调整机构276而被供电时，能够将晶片200表面加热至例如25℃到750℃左右。热电偶275被设置为对加热器217b的温度、或者由加热器217b加热的基座217的温度进行测定。
在基座217设有具有使基座升降的驱动机构的基座升降机构268。在下侧容器211的底面设有晶片顶推销266，构成为在基座217下降时，晶片顶推销266穿透贯穿孔217a。
主要由基座217、加热器217b以及热电偶275构成本实施方式的基板载置部。
(气体供给部)
上侧容器210的上部设有气体供给头236。气体供给头236具有帽状的盖体233、气体导入口234、缓冲室237、开口238、遮蔽板240和气体吹出口239。
供给氧(O2)气的氧气供给管232a的下游端、供给氢(H2)气的氢气供给管232b的下游端、和供给作为非活性气体的氩(Ar)气的非活性气体供给管232c以合流的方式连接在气体导入口234。在氧气供给管232a从上游侧起按顺序设有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。在氢气供给管232b从上游侧起按顺序设有H2气体供给源250b、MFC252b、阀253b。在非活性气体供给管232c从上游侧起按顺序设有Ar气体供给源250c、MFC252c、阀253c。在氧气供给管232a氢气供给管232b和非活性气体供给管232c合流后的下游侧设有阀243a，该阀243a与气体导入口234的上游端连接。构成为能够通过使阀253a、253b、253c、243a开闭，来利用MFC252a、252b、252c调节各自的气体的流量，并且经由气体供给管232a、232b、232c将O2气体、H2气体、非活性气体等的处理气体向处理室201内供给。
主要通过气体供给头236、氧气供给管232a、氢气供给管232b、非活性气体供给管232c、MFC252a、252b、252c、阀253a、253b、253c、243a构成了本实施方式的气体供给系统(气体供给部)。
(排气部)
在下侧容器211的侧壁设有从处理室201内排出反应气体等的环境气体的气体排气口235。在气体排气口235连接有气体排气管231的上游端。在气体排气管231从上游侧起依次设有作为压力调整器(压力调整部)的APC(Auto Pressure Controller：自动压力控制器)阀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、APC阀242、阀243b构成本实施方式的排气部。此外，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，以围绕处理室201的方式设有螺旋状的共振线圈212。共振线圈212以卷绕于等离子体生成空间201a的外周的方式设置，构成电感耦合结构。在共振线圈212连接有RF传感器272、高频电源273、和对高频电源273的阻抗或输出频率进行匹配的匹配器274。
高频电源273向共振线圈212供给高频电力。RF传感器272设在高频电源273的输出侧，用于监测所供给的高频的行进波或反射波的信息。由RF传感器272监测到的反射波电力被输入至匹配器274。
共振线圈212由于形成规定波长的驻波，以一定的波长进行共振的方式设定了卷径、卷绕节距、匝数。即，共振线圈212的电长度被设定为与从高频电源273供给的高频电力的规定频率中的1个波长的整数倍相当的长度。
共振线圈212例如以通过800kHz～50MHz、0.5～5KW的高频电力能够产生0.01～10高斯左右的磁场的方式被设为50～300mm2的有效截面积且具有200～500mm的线圈直径，在上侧容器210的外周侧卷绕2～60次左右。
在本实施方式中，将高频电力的频率设定为27.12MHz、将共振线圈212的电长度设定为1个波长的长度(约11米)。
共振线圈212的两端电接地，经由可动抽头213接地。图1中的附图标记214示出了另一方的固定接地(ground)。可动抽头213以使共振线圈212的共振特性与高频电源273大致相等的方式而被调整位置。而且，由于对共振线圈212的阻抗进行微调整，所以在共振线圈212的两端之间，由可动抽头215构成供电部。
遮蔽板240遮蔽共振线圈212的外侧的电场，并且在与共振线圈212之间形成构成共振电路所需的电容成分。
主要由共振线圈212、RF传感器272、匹配器274构成了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。
在此，利用图2说明本实施方式的装置的等离子体生成原理以及所生成的等离子体的性质。在本实施方式中，由于在电源侧对在产生等离子体时的共振线圈212中的共振的偏差进行补偿，所以由RF传感器272检测出在等离子体产生时的来自共振线圈212的反射波电力，匹配器274基于检测出的反射波电力而对高频电源273的输出进行修正。
具体来说，匹配器274以使在RF传感器272中检测出的在等离子体产生时的来自共振线圈212的反射波电力为最小的方式，使高频电源273的阻抗或输出频率增加或减少。在控制阻抗的情况下，匹配器274由对预先设定的阻抗进行修正的可变电容器控制电路构成，在控制频率的情况下，匹配器274由对预先设定的高频电源273的振荡频率进行修正的频率控制电路构成。
根据上述构成，在本实施方式中的共振线圈212中，由于供给基于包括等离子体在内的该共振线圈的实时的共振频率的高频电力(或由于以与包括等离子体在内的该共振线圈的实时的阻抗进行匹配的方式供给高频电力)，所以形成处于相电压和反相电压始终被抵消的状态的驻波，在该共振线圈的电中性点(电压为零的节点)产生最高的相电流。因此，在电中性点附近的等离子体生成空间201a内，几乎没有与处理室壁或基座217的电容耦合，形成为电势极低的甜甜圈状的电感等离子体。另外，如图2所示，在该共振线圈的电气性始点以及终点(即共振线圈212的上端以及下端)附近的等离子体生成空间201a内，也分别形成电势极低的甜甜圈状的电感等离子体。即，在本实施方式中，在共振线圈212的上端、中性点以及下端各自的高度位置形成等离子体密度高的甜甜圈状的电感等离子体。
(温度传感器)
在上侧容器210的外侧设置有以测定上侧容器210的外周面的温度的方式配置的作为温度传感器的热电偶单元280。热电偶单元280的温度检测点由后述的按压机构按压至上侧容器210的外周面而与该外周面接触。此外，也有将热电偶单元280简称为热电偶的情况。
热电偶单元280被设置为对上侧容器210的外周面中的、特别是与共振线圈212的上端相比位于上方的部分的温度进行测定。具体来说，优选设置为对例如距共振线圈212的上端为上方10mm～50mm的范围、更优选为15mm～30mm的范围的规定位置的外周面的温度进行测定。在本实施方式中设为30mm。
即，在过于靠近共振线圈212的位置设置热电偶单元280的情况下，有可能因从共振线圈212产生的高频电磁场，而在来自热电偶单元280的温度检测信号产生噪声，另外，还有可能实质性地对共振线圈212的电气特性造成影响。因此，优选使热电偶单元280与共振线圈212的上端至少分离10mm以上、优选分离15mm以上来设置。
另外，出于以下的理由，热电偶单元280优选设置为对尽可能靠近共振线圈212的上端的外周面的位置处的温度进行测定。
由于与其他位置相比，在共振线圈212的上端、中性点以及下端附近的位置，等离子体放电会集中发生，所以上侧容器210的与这些位置对应的部分因等离子体放电而被集中加热。
在本实施方式中，如上所述，通过在尽可能靠近共振线圈212的上端的位置配置热电偶单元280，能够对因在共振线圈212的上端附近集中产生的等离子体放电而被加热的上侧容器210的部分(或者靠近该部分的部分)的温度进行测定，因此，与设在其他位置的热电偶相比，能够响应性良好地检测因在上侧容器210内产生的等离子体放电引起的上侧容器210的温度变化。因此，优选使热电偶单元280设置在距共振线圈212的上端至少50mm以内、优选30mm以内的位置。
此外，在测定上侧容器210的外周面的温度的情况下，还可以考虑在与共振线圈212的下端相比位于下方的位置设置热电偶。然而，由于与共振线圈212的下端相比位于下方的位置比较靠近基座217，所以容易受到来自设于基座217的加热器217b的热量的影响(特别是辐射热的影响)，作为用于响应性良好地检测因等离子体放电引起的上侧容器210的温度变化的位置是不适当的。特别是在等离子体放电开始以前进行了利用加热器217b的加热的情况下，上侧容器210的比共振线圈212的下端靠下方的部分因来自加热器217b的辐射热等的影响而致使温度局部上升，因此，作为用于检测因等离子体放电引起的上侧容器210的温度变化的位置是不适当的。
另外，在测定上侧容器210的外周面的温度的情况下，也可以考虑在共振线圈212的中性点附近的位置设置热电偶。然而，若将热电偶设于这样的位置，则需要将热电偶设置在共振线圈212的绕线之间，因此，热电偶容易给共振线圈212的电气特性造成影响。因此，该位置作为设置热电偶的位置也是不适当的。
接着，图4的(A)示出热电偶单元280的更详细的构成。热电偶单元280由如下部分构成：热电偶281、以覆盖热电偶281的温度检测点即前端部分的方式设置的由铝等形成的金属块282、在内侧保持热电偶281的外管283、在外管283的内侧以与热电偶281的凸缘部分相接的方式设置的作为弹性体的弹簧284、以将弹簧284向热电偶281的凸缘部分按压的方式设置的按压部件285、以及以悬吊外管283的方式保持该外管283的保持部286。通过在热电偶281的前端设置金属块282来扩大与上侧容器210的接触面积，并且通过利用由弹簧284和按压部件285构成的按压机构将热电偶281按压至上侧容器210的外周面，使热电偶281与上侧容器210的外周面之间的接触稳定。由此，能够相对于上侧容器210的温度变化提高基于热电偶281的检测响应性。
另外，图4的(B)示出作为热电偶单元280的其他形态的热电偶单元280’。热电偶单元280’具有在前端焊接有金属垫而一体化的热电偶281’。通过构成为在前端直接焊接金属垫的构造，能够扩大与上侧容器210的接触面积，并且能够进一步缩小热电偶281’的温度检测点与和上侧容器210之间的接触面的距离。
(控制部)
作为控制部的控制器221构成为通过图1示出的信号线A～G分别控制所连接的各构成。
如图3所示，作为控制部(控制单元)的控制器221构成为具有CPU(CentralProcessing Unit：中央处理器)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。RAM221b、存储装置221c、I/O端口221d构成为经由内部总线221e能够与CPU221a交换数据。在控制器221连接有例如构成为触摸面板、显示器等的输入输出装置222。
存储装置221c例如由快闪存储器、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动)等构成。在存储装置221c内以能够读取的方式保存有控制基板处理装置的动作的控制程序、记载有后述的处理工序的步骤或条件等的程序制程等。工序制程是以使控制器221执行后述的处理工序中的各步骤而能够获得规定结果的方式组合的制程，作为程序发挥作用。以下，将该程序制程、控制程序等进行统称，也简称为程序。此外，在本说明书中使用了称为程序的用语的情况，存在仅包括程序制程单体的情况、仅包括控制程序单体的情况或包括双方的情况。另外，RAM221b构成为临时保持由CPU221a读取的程序、数据等的存储器区域。
如图3所示，I/O端口221d经由信号线A～G将控制器221与构成基板处理装置100的各结构连接。
CPU221a构成为读取并执行来自存储装置221c的控制程序，并且根据来自输入输出装置222的操作指令的输入等从存储装置221c读取工序制程。CPU221a构成为以遵照所读取的工序制程的内容的方式通过信号线A控制APC阀242的开度调整动作、阀243b的开闭动作以及真空泵246的起动/停止，通过信号线B控制基座升降机构268的升降动作，通过信号线C控制由加热器电力调整机构276对加热器217b进行的供给电能调整动作，通过信号线D控制闸阀244的开闭动作，通过信号线E控制RF传感器272、匹配器274以及高频电源273的动作，通过信号线F控制基于MFC252a～252c对各种气体的流量调整动作以及阀253a～253c、243a的开闭动作等。另外，CPU221a构成为为了执行所读取的工序制程的内容，通过信号线A获取基于热电偶275的测定温度值，通过信号线G获取基于热电偶280的测定温度值。
控制器221能够通过将由外部存储装置(例如，磁带、HDD等的磁盘、CD等的光盘、MO等的光磁盘、USB存储器等的半导体存储器)223保存的上述程序安装到计算机中来构成。存储装置221c、外部存储装置223构成为计算机可读取的记录介质。以下，也将这些进行总称而简称为记录介质。在本说明书中，使用了记录介质这一用语的情况存在仅包括存储装置221c单体的情况，仅包括外部存储装置223单体的情况或包括双方的情况。此外，向计算机提供程序也可以不使用外部存储装置223，而是使用互联网或专用线路等的通信手段来进行。
(2)处理工序
如图5所示，第一实施方式的处理工序主要由事前处理工序(等离子体预备加热工序)S400和本处理工序(产品用基板处理工序)S500构成，在事前处理工序S400中，在等离子体生成空间201a中产生等离子体放电来进行处理室201(特别是上侧容器210)的加热处理，在本处理工序S500中，进行氧化等离子体处理来处理产品用基板。该处理工序例如作为快闪存储器等的半导体设备的制造工序的一个工序而由基板处理装置100实施。
以下，利用图5～7说明第一实施方式的处理工序。此外，在以下说明的本实施方式的处理工序中，构成基板处理装置100的各部分的动作通过控制器221来控制。
(2-1)加热器升温工序(S100)
最初，对加热器217b供电，开始基座217的加热。加热器217b被控制为使由作为第二温度传感器的热电偶275测定的温度成为规定温度(第二温度)以上、更优选地成为在由该规定温度以上规定的目标温度或者目标温度范围内。此后，直到整个处理工序结束为止加热器217b持续加热。该目标温度(范围)与在本处理工序S500中设定的加热器217b的目标温度(范围)相同。在此，可以在到事前处理工序S400开始为止，将该目标温度(范围)设定为比本处理工序S500中的目标温度(范围)低。
(2-2)基板处理指示待机(空转)(S200)
接着，直到经由输入输出装置222等相对于基板处理装置100输入执行本处理工序S500来处理基板的指示为止待机(在空转状态下待机)。具体来说，在指示输入判定S200中，在没有输入该指示的情况下，以一定间隔再次执行该判定，在输入了该指示的情况下，前进至下一步骤。在该指示中，还一并输入在本处理工序S500中处理的基板的张数的指示(即，本处理工序S500的执行次数)。
(2-3)处理容器温度判定(S300)
接着，在温度判定S300中，判断由作为第一温度传感器的热电偶单元280(或者280’)测定到的上侧容器210的外周面的温度是否在规定温度(判定用温度)以上。在判断为该测定出的温度在判定用温度以上的情况下，前进至本处理工序S500。在判断为该测定出的温度不足判定用温度的情况下，前进至事前处理工序S400。针对该判定用温度另行进行详述。
(2-4)本处理工序(产品用基板处理工序)(S500)
在本处理工序S500中，对形成在作为产品用基板的晶片200的表面上的硅(Si)膜实施作为改性处理的氧化等离子体处理，形成氧化硅膜(SiO2膜)。此外，在本实施方式中，作为本处理工序，针对进行氧化等离子体处理的例子进行说明，但在进行利用了其他处理气体的等离子体处理、其他处理对象基板、针对处理对象膜种的等离子体处理的情况下也能够应用本发明。
本处理工序S500由图6示出基板搬入工序S510、真空排气工序S520、反应气体供给工序S530、等离子体处理工序S540、真空排气工序S550、基板搬出工序S560构成。
(基板搬入工序S510)
基座升降机构268使基座217下降，使晶片顶推销266处于比基座217表面仅突出了规定高度的状态。接着，利用晶片搬运机构从与处理室201临接的真空搬运室向晶片顶推销266上移栽晶片200。此后，通过基座升降机构268使基座217上升，能够使晶片200支承于基座217的上表面。
(真空排气工序S520)
接着，进行晶片200的升温。基座217通过加热器217b从加热器升温工序S100的阶段起预先进行加热，例如将基座217上的晶片200加热至150～750℃的范围内的规定值。在此，以使晶片200的温度成为600℃的方式进行加热。在控制加热器217b时的目标温度(范围)也被设定了同样的规定值。但加热器217b的目标温度(范围)也可以被设定为比这些规定值更高的值。另外，在进行晶片200的升温的期间，由真空泵246经由气体排气管231对处理室201内进行真空排气，而将处理室201内的压力设成规定值。
(反应气体供给工序S530)
接着，作为反应气体(第二处理气体)，开始向处理室201内供给作为含氧气体的O2气体和H2气体的混合气体。具体来说，打开阀253a以及253b，利用MFC252a以及252b一边进行流量控制一边向处理室201内供给O2气体以及H2气体。此时，将O2气体的流量设为例如20～2000sccm的范围内的规定值。另外，将H2气体的流量设为例如20～1000sccm的范围内的规定值。
另外，以使处理室201内的压力成为例如50～200Pa的范围内的规定压力的方式对APC阀242的开度进行调整。像这样，直到后述的等离子体处理工序S540结束时为止持续供给反应气体。
(等离子体处理工序S540)
接着，开始从高频电源273相对于共振线圈212施加高频电力。供给至共振线圈212的高频电力例如为100～5000W的范围内的规定电力，优选地为100～3500W，更优选地为1000～3500W。为了稳定地产生等离子体放电而优选为1000W以上，在电力低于100W的情况下，难以稳定地产生等离子体放电。
由此，在供给了O2气体以及H2气体的等离子体生成空间201a内形成有高频电场，电感等离子体得到激励。等离子体状的O2气体以及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)、氢离子等的反应种。
对晶片200的表面供给由电感等离子体生成的自由基等。所供给的自由基等与形成于晶片200的表面的Si膜均等地发生反应，将Si膜表面改性为SiO2层。
此后，若经过了规定处理时间、例如10～300秒，则停止来自高频电源273的电力输出，停止处理室201内的等离子体放电。另外，停止向处理室201内供给反应气体。
(真空排气工序S550)
此后，经由气体排气管231向处理室201外排出处理室201内的反应气体等。此后，调整APC阀242的开度，以将处理室201内的压力调整为与处理室201邻接的真空搬运室相同的压力。
(基板搬出工序S560)
若处理室201内成为规定压力，则使基座217下降至晶片200的搬运位置，利用晶片搬运机构将晶片顶推销266上的晶片200搬出至晶片200处理室201外。以上，结束作为本处理工序S500的氧化等离子体处理工序。
(2-5)重复次数判定(S600)
本处理工序S500结束之后，参照在基板处理指示待机S200时输入的被处理基板的张数的指示(即，本处理工序S500的执行次数)，判断所指示的张数的基板处理是否完成。在判断为完成的情况下，前进至下一步骤。在判断为没有完成的情况下，再次相对于其他被处理基板执行本处理工序S500。
(2-6)装置运转停止判定(S700)
在重复次数判定S600结束之后，在输入了停止基板处理装置100的运转的指示的情况下，停止基板处理装置100的运转并结束处理。在没有输入运转停止指示的情况下，再次执行基板处理指示待机S200以及其以后的步骤。
(2-7)事前处理工序(等离子体预备加热工序)
接着，针对事前处理工序S400进行说明。为了加热构成处理室201的部件、特别是加热上侧容器210，而在本处理工序S500之前阶段执行事前处理工序S400。
在此，首先说明执行事前处理工序S400的必要性。图8中描画出了比较例(实验例)中的上侧容器210的温度(即，热电偶单元280的测定温度)和在本处理工序S500中形成的SiO2膜的膜厚，在该比较例中，在没有进行本工序而上侧容器210未被加热的状态下针对25张的被处理基板分别依次重复执行本处理工序S500。如本实验例的结果所示，发明人发现在本处理工序S500中形成的膜的厚度不仅依赖于晶片200的温度，还依赖于上侧容器210的温度。
上侧容器210的温度通过重复执行本处理工序S500而达到稳定温度(恒定温度)，在达到了稳定温度之后，SiO2膜的膜厚也变稳定。在本实验例中，在进行了第7张的处理的时间点达到稳定温度(a)(约224℃)。然而，在上侧容器210的温度达到稳定温度为止的期间内，SiO2膜的膜厚比在稳定时的膜厚低，因此，无法从第1张起对于所有被处理基板形成稳定的膜厚的SiO2膜。
在本工序中，通过在对产品用基板进行处理的本处理工序S500之前在等离子体生成空间201a内产生等离子体放电，将上侧容器210等的构成处理室201的部件的温度加热至成为使在本处理工序S500中形成的膜的膜厚稳定的温度。由此，能够从在本处理工序S500中处理的基板的第1张起对于所有被处理基板形成稳定的厚度的膜。
此外，像基板处理装置100那样，在构成处理室的一部分的处理容器的外周设有用于等离子体激励的共振线圈212这样的构成的情况下，将用于加热处理容器的加热器设于处理容器的外周这种设置受到空间上制约，是困难的。因此，在本实施方式的装置构成中，作为加热处理容器自身的手段，执行利用了等离子体放电的加热处理是最优选的方式之一。
以下，利用图7说明构成事前处理工序S400的各工序。此外，事前处理工序S400也能够在将作为虚设基板的晶片200载置在基座217上的状态下进行，但在此，说明不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内进行真空排气，将处理室201内的压力设为规定值。真空泵246至少在到排气调压工序S440结束为止运作。此外，加热器217b以从加热器升温工序S100起持续对基座217进行加热的方式来控制。
(放电气体供给工序S420)
接着，作为放电用气体(第一处理气体)，与本处理工序S500中的反应气体(第二处理气体)相同，将O2气体和H2气体的混合气体向处理室201内供给。针对具体的气体供给步骤、供给气体流量、处理室201内的压力等的条件，与本处理工序S500相同。像这样，到后述的等离子体处理工序S540的结束时为止持续供给放电用气体。
此外，出于促进等离子体放电工序S430中的等离子体放电的目的，可以供给Ar气体等的其他气体，也可以设为不供给O2气体以及H2气体的至少一方。另外，针对供给气体流量、处理室201内的压力等的条件可以设定不同的条件。
在此，利用与本处理工序S500中的反应气体相同的放电用气体的形态除了对上侧容器210进行加热以外，还具有将处理室201内的环境趋近本处理工序S500的稳定状态的效果，因此为优选的形态之一。
(等离子体放电工序S430)
接着，相对于共振线圈212从高频电源273开始施加高频电力。供给至共振线圈212的高频电力的大小也与本处理工序S500相同。但为了促进等离子体放电，高频电力的大小可以比本处理工序S500更大，另外，也可以匹配其他处理条件而在100～5000W的范围内不同。
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、中性点、以及下端各自的高度位置集中产生等离子体放电。所产生的等离子体放电从内侧对上侧容器210进行加热。特别是上侧容器210的与产生等离子体集中放电的上述高度位置对应的部分以及其附近被集中加热。
控制器221利用热电偶单元280，至少在本工序的期间内对上侧容器210的外周面的温度进行测定(监测)，直到该测定温度成为规定温度(第一温度)以上为止，持续向共振线圈212施加高频电力，维持等离子体放电。若检测到该测定温度变为第一温度以上，则控制器221停止来自高频电源273的高频电力供给，并且停止放电用气体向处理室201内的供给，结束本工序。
此外，本工序中的第一温度与在处理容器温度判定S300中确定的判定用温度相同，但也可以将该判定用温度设定为比第一温度更高的值。
在此，对第一温度进行详细说明。第一温度的第一设定例为设定热电偶单元280的测定温度(上侧容器210的外周面的温度)的稳定温度。即，例如图8示出的上述的实验例所示，通过事前连续地执行本处理工序S500来获取当时的稳定温度的值，将该稳定温度的值设定为第一温度。在应用图8的实验例的稳定温度的情况下，作为第一温度而设定稳定温度(a)：224℃。在本实施方式中，作为第一温度而设定稳定温度(a)。
另外，作为第二设定例，将在本处理工序S500中形成的膜厚成为规定偏差以下这样的测定温度的范围的值(例如该范围的下限值)设定为第一温度。即，在例如将规定膜厚偏差设定在以下的情况下，在图8的实验例中，若本处理工序S500执行三次以上(被处理基板为第3张以后)，则能够确认到膜厚的偏差收敛在/>以下。因此，能够将第三次以后的本处理工序S500中的测定温度的值中的某一个、作为其中最低的测定温度的第三次的测定温度(下限温度(b))以上的规定值、下限温度(b)与稳定温度(a)之间的规定值等设定为第一温度。
像这样，直到热电偶单元280的测定温度成为第一温度以上为止使等离子体放电产生，对上侧容器210等进行加热，由此，能够将接在本工序之后的本处理工序S500中形成的膜的厚度收敛在规定偏差范围内。
(排气调压工序S440)
将处理室201内的气体向处理室201外排气。此后，对APC阀242的开度进行调整，将处理室201内的压力设为与真空搬运室相同的压力。由此，结束事前处理工序S400，继续执行本处理工序S500。
(第一实施方式的效果)
图9中描画出了实施例中的上侧容器210的温度和在本处理工序S500中形成的SiO2膜的膜厚，在实施例中，在执行事前处理工序S400而对上侧容器210进行预备加热的状态下，对25张的被处理基板的每一个依次重复执行了本处理工序S500。在本实施例中，将事前处理工序S400中的第一温度设定为220℃。
在本实施例中，可知从第1张的被处理基板被处理的阶段起，上侧容器210的温度稳定在220℃附近。另外，可知从第2张以后的被处理基板起，膜厚偏差稳定在以下的范围。即，根据本实施方式的实施例，能够针对第2张以后的所有被处理基板形成稳定的膜厚的SiO2膜。
<本发明的第二实施方式>
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。
在第一实施方式中的事前处理工序S400中，设为直到热电偶单元280的测定温度成为第一温度以上为止持续地进行等离子体放电工序S430的形态，但在第二实施方式中构成为，在等离子体放电工序S430中，间歇地执行一次或者数次等离子体放电。
具体来说，在放电气体供给工序S420之后，作为等离子体放电工序S430的子集的间歇放电工序，将高频电力向共振线圈212施加使等离子体放电产生，在经过规定时间(例如1～2分钟)之后，停止施加高频电力。
控制器221通过热电偶单元280至少在间歇放电工序的期间内检测上侧容器210的温度，在间歇放电工序的期间或者结束的时间点，判断该测定温度是否在第一温度以上。若检测到测定温度为第一温度以上，控制器221停止高频电力的供给，并且停止放电用气体向处理室201内的供给，结束等离子体放电工序S430。在测定温度不足第一温度的情况下，控制器221再次执行间歇放电工序，此后，直到测定温度成为第一温度以上为止重复执行间歇放电工序。
在各间歇放电工序的期间内，可以执行将处理室201内的气体向处理室201外排气的吹扫工序。另外，也可以在执行间歇放电工序中检测到测定温度成为第一温度以上的时间点，中止该间歇放电工序，结束等离子体放电工序S430。
<本发明的第三实施方式>
接着，对本发明的第三实施方式进行说明。
在第一实施方式中，构成为将在基板处理指示待机S200以及事前处理工序S400中设定的第一温度设为预先通过实验等获取的规定值的形态，但在第三实施方式中，也可以构成为在基板处理装置100的运转中更新第一温度的值。
在本实施方式中，例如，将在连续重复执行规定次数(例如20次以上)本处理工序S500的时间点从热电偶单元280获取到的温度(即可看作稳定温度的温度)重新设定为第一温度。此外，作为第一温度的设定值存储在例如控制器221的RAM221b上，该设定值在控制器221中被更新。
产业上的可利用性
根据本发明，提供了如下的技术：在利用了等离子体的基板处理装置中，抑制因构成处理室的处理容器的温度而产生的处理速率下降，抑制每个被处理基板的处理速率的不均，提高半导体器件的品质。
附图标记说明
100...基板处理装置
200...晶片
201...处理室
210...上侧容器
212...共振线圈
217...基座。

Claims (17)

1.一种基板处理装置，其具备：
形成处理基板的处理室的至少一部分的处理容器；
等离子体生成部，其具有以卷绕在所述处理容器的外周的方式设置的线圈、以及向所述线圈供给高频电力的高频电源；
基板载置台，其在所述处理室内，与所述线圈的下端相比设在下方；
设于所述基板载置台的加热器；
温度传感器，其对所述处理容器的与所述线圈的上端相比位于上方的部分的温度进行测定；
气体供给系统，其向所述处理容器内供给第一处理气体以及第二处理气体；以及
控制部，其构成为以执行处理(a)、处理(b)、处理(c)、处理(d)、以及处理(e)的方式来控制所述气体供给系统以及所述等离子体生成部，所述处理(a)中，向所述处理容器内供给第一处理气体，所述处理(b)中，直到由所述温度传感器测定出的温度成为第一温度以上为止将高频电力供给至所述线圈，来生成向所述处理容器内供给的所述第一处理气体的等离子体，所述处理(c)中，在所述处理(b)之后将所述基板载置于所述基板载置台，所述处理(d)中，向所述处理容器内供给第二处理气体，所述处理(e)中，将高频电力供给至所述线圈来生成向所述处理容器内供给的所述第二处理气体的等离子体，利用该等离子体对载置于所述基板载置台的所述基板进行处理。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述控制部构成为，在所述处理(b)中，直到由所述温度传感器测定出的温度成为所述第一温度以上为止，间歇地执行一次或者间歇地重复执行多次向所述线圈供给高频电力的开始与停止。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述控制部构成为，将所述处理(c)～(e)重复执行规定次数以上，获取在执行所述规定次数的状态下的由所述温度传感器测定出的温度，将该获取的温度作为新的所述第一温度而设定于存储部。
4.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述控制部构成为，以在所述处理(a)～(e)的任一处理中均对所述基板载置台进行加热的方式控制所述加热器。
5.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
还具有对所述加热器以及所述基板载置台的至少某一个的温度进行测定的第二温度传感器，
所述控制部构成为，在所述处理(a)～(e)中，以使由所述第二温度传感器测定出的温度成为第二温度以上的方式控制所述加热器。
6.根据权利要求5所述的基板处理装置，其中，
所述控制部构成为，在所述处理(a)之前执行处理(f)，所述处理(f)中，以使由所述第二温度传感器测定出的温度成为所述第二温度以上的方式进行基于所述加热器的升温。
7.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述温度传感器设为对距所述线圈的上端15mm以上30mm以下的规定高度位置处的所述处理容器的温度进行测定。
8.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述高频电源构成为将具有包括所述线圈的电感耦合结构的电长度的整数倍的波长的高频电力供给至所述线圈。
9.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述控制部构成为，以将具有包括所述线圈的电感耦合结构的共振频率的高频电力供给至所述线圈的方式控制所述高频电源。
10.根据权利要求9所述的基板处理装置，其中，
所述控制部构成为，在处理(b)中以在所述线圈的上端的高度位置形成环状的等离子体的方式控制所述高频电源。
11.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述处理容器为由石英形成的筒状或者圆顶状的容器。
12.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述温度传感器设为对所述处理容器的外周面的温度进行测定。
13.根据权利要求12所述的基板处理装置，其中，
所述温度传感器由热电偶构成，所述温度传感器具有按压机构，该按压机构构成为将所述热电偶的温度检测点按压于所述处理容器的外周面。
14.根据权利要求13所述的基板处理装置，其中，
所述热电偶的前端由具有与所述处理容器的外周面相对的面的板状部件构成。
15.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述第一处理气体与所述第二处理气体为同一气体。
16.一种半导体器件的制造方法，其包括：
提供基板处理装置的工序，该基板处理装置具备形成处理基板的处理室的至少一部分的处理容器、具有以卷绕在所述处理容器的外周的方式设置的线圈的等离子体生成部、在所述处理室内与所述线圈的下端相比设在下方的基板载置台、设于所述基板载置台的加热器、对所述处理容器的与所述线圈的上端相比位于上方的部分的温度进行测定的温度传感器、以及向所述处理容器内供给第一处理气体以及第二处理气体的气体供给系统；
向所述处理容器内供给第一处理气体的工序(a)；
直到由所述温度传感器测定出的温度成为第一温度以上为止将高频电力供给至所述线圈来生成向所述处理容器内供给的所述第一处理气体的等离子体的工序(b)；
在所述工序(b)之后将所述基板载置于所述基板载置台的工序(c)；
向所述处理容器内供给第二处理气体的工序(d)；以及
将高频电力供给至所述线圈来生成向所述处理容器内供给的所述第二处理气体的等离子体，利用该等离子体对载置于所述基板载置台的所述基板进行处理的工序(e)。
17.一种记录介质，其可由计算机读取并记录有程序，该程序通过计算机使基板处理装置执行步骤，其中，所述基板处理装置具备形成处理基板的处理室的至少一部分的处理容器、具有以卷绕在所述处理容器的外周的方式设置的线圈的等离子体生成部、在所述处理室内与所述线圈的下端相比设在下方的基板载置台、设于所述基板载置台的加热器、对所述处理容器的与所述线圈的上端相比位于上方的部分的温度进行测定的温度传感器、以及向所述处理容器内供给第一处理气体以及第二处理气体的气体供给系统，
所述步骤包括：
向所述处理容器内供给第一处理气体的步骤(a)；
直到由所述温度传感器测定出的温度成为第一温度以上为止将高频电力供给至所述线圈来生成向所述处理容器内供给的所述第一处理气体的等离子体的步骤(b)；
在所述步骤(b)之后将所述基板载置于所述基板载置台的工序(c)；
向所述处理容器内供给第二处理气体的工序(d)；以及
将高频电力供给至所述线圈来生成向所述处理容器内供给的所述第二处理气体的等离子体，利用该等离子体对载置于所述基板载置台的所述基板进行处理的工序(e)。
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