TW201331409A - 成膜裝置及基板處理裝置 - Google Patents

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Abstract

一種裝置，係構成為具備：氣體供應部，係將電漿產生用氣體供應至旋轉台中基板載置區域側之面；天線，係為了藉由感應耦合來將電漿產生用氣體電漿化，而從該旋轉台之中央部跨至外周部延伸般地對向於該旋轉台中之基板載置區域側的面來設置。然後，該天線係配置為與該基板載置區域中的旋轉台之中央部側的離間距離是較該基板載置區域中的旋轉台之外周部側的離間距離要大上3mm以上。

Description

成膜裝置及基板處理裝置
本發明係關於一種依序供應複數種類之處理氣體至基板來進行成膜處理之成膜裝置及基板處理裝置。
作為一種對半導體晶圓(以下稱為「晶圓」)等之基板進行例如矽氧化膜(SiO2)等之薄膜的成膜方法，舉出有將會相互反應之複數種類之處理氣體依序供應至基板表面來層積反應生成物之ALD(Atomic Layer Deposition)法。作為使用此ALD法來進行成膜處理之成膜裝置已知有一種如專利文獻1所記載般，係藉由將複數片基板於周圍方向並排於真空容器內所設置之旋轉台上，並例如將旋轉台相對於對向於旋轉台所設置之複數氣體供應部來加以旋轉，以對該等基板依序供應各處理氣體之裝置。
然而，ALD法與通常的CVD(Chemical Vapor Deposition)法相比，由於晶圓加熱溫度(成膜溫度)係低如300℃左右，故有例如處理氣體中所含有的有機物等變成雜質而跑到薄膜中的情況。於此，例如專利文獻2所記載般，藉由與薄膜之成膜一同地進行使用電漿之改質處理，便能將此般雜質從薄膜去除，或將之降低。
然而，在於旋轉台上形成電漿來進行該改質處理的情況，旋轉台之中心部側與外周部側之間的速度會有所差異。亦即，在晶圓面內，於該旋轉台之中心部側與旋轉台之外周部側之間，暴露在電漿的時間會有所差異。其結果將難以在 晶圓面內進行均勻的處理，而有膜厚均勻性降低之虞的問題。專利文獻2之發明雖記載有提高膜厚均勻性之方法，但卻被要求要有更高的均勻性。
專利文獻1：日本國特開2010-239102
專利文獻2：日本國特開2011-40574
本發明有鑑於此般情事，其目的乃在於提供一種在讓複數處理部依序通過，依序供應複數種類之處理氣體，並進行電漿處理時，能於基板進行均勻處理之技術。
本發明一實施形態之成膜裝置係於真空容器內藉由將於基板載置區域載置基板之旋轉台加以旋轉，來將該基板公轉而依序通過複數處理部，藉此進行依序供應複數種類之處理氣體的循環來於基板進行成膜處理的成膜裝置，其特徵在於具備有：氣體供應部，係將電漿產生用氣體供應至該旋轉台中基板載置區域側之面；以及天線，係為了藉由感應耦合來將該電漿產生用氣體電漿化，而從該旋轉台之中央部跨至外周部延伸般地對向於該旋轉台中之基板載置區域側的面來設置；其中，該天線係配置為與該基板載置區域中的旋轉台之中央部側的離間距離是較該基板載置區域中的旋轉台之外周部側的離間距離要大上3mm以上。
本發明一實施形態之基板處理裝置係於真空容器內藉由將於基板載置區域載置基板之旋轉台加以旋轉，來將該基板 公轉而依序通過複數處理部，藉此進行依序供應複數種類之處理氣體的循環來於基板進行氣體處理的基板處理裝置，其特徵在於具備有：氣體供應部，係將電漿產生用氣體供應至該旋轉台中基板載置區域側之面；以及天線，係為了藉由感應耦合來將該電漿產生用氣體電漿化，而從該旋轉台之中央部跨至外周部延伸般地對向於該旋轉台中之基板載置區域側的面來設置；其中，該天線係配置為與該基板載置區域中的旋轉台之中央部側的離間距離是較該基板載置區域中的旋轉台之外周部側的離間距離要大上3mm以上。
(第1實施形態)
就本發明實施形態之成膜裝置1，參照圖1~圖3來加以說明。圖1、圖2、圖3分別為成膜裝置1之縱剖側視圖、概略剖視立體圖、橫剖俯視圖。此成膜裝置1係藉由ALD法來於晶圓W表面層積反應生成物而成膜出薄膜，並對此薄膜進行電漿改質。成膜裝置1具備有概略圓形狀之扁平真空容器11、水平地設於真空容器11內之圓形旋轉台2。真空容器11的周圍為大氣氛圍，於成膜處理中其內部空間則為真空氛圍。由頂板12，以及成為真空容器11之側壁與底部之容器本體13所構成。圖1中符號11a為用以保持真空容器11內為氣密的密封構件，符號13a為封閉容器本體13之中央部的罩體。
旋轉台2係連接於旋轉驅動機構14，並藉由旋轉驅動機構14而於其中心軸周圍旋轉於周圍方向。如圖2所示，旋轉台2之表面側(一面側)係沿著該旋轉方向而形成有5個為基板載置區域之凹部21，將為基板之晶圓W載置於此凹部21。然後，藉由旋轉台2的旋轉，凹部21的晶圓W便會於該中心軸周圍公轉。如圖2所示，設有晶圓W的搬送口15。又，如圖3所示，設有漿搬宋口15開閉自如的擋門16(圖2中加以省略)。各凹部21的底面係於旋轉台2之厚度方向形成有未圖示之3個孔，透過該孔則升降自如的未圖示之升降銷便會出沒於旋轉台2之表面，而在晶圓W之搬送機構與凹部21之間進行晶圓W的收授。
於旋轉台21上係順時針地依序配設有從該旋轉台2之外周朝中心延伸之棒狀的第1處理氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴32、第2處理氣體噴嘴33、電漿產生用氣體噴嘴34及分離氣體噴嘴35。該等氣體噴嘴31~35之下方係沿噴嘴長度方向而形成有多數噴出口30。
第1處理氣體噴嘴31係噴出含Si(矽)之BTBAS(二(特丁胺基)矽烷，SiH2(NH-C(CH3)3)2)氣體，第2處理氣體噴嘴33係噴出O3(臭氧)氣體。電漿產生用氣體噴嘴34係噴出例如Ar(氬)氣體與O2氣體之混合氣體(Ar：O2=100：0.5~100：20左右之體積比)。分離氣體噴嘴32,35係噴出N2(氮)氣體。
如圖1及圖2所示，真空容器11之頂板12係具備有突出於下方之扇狀的2個突狀部36，突狀部36係隔有間隔而形成於周圍方向。該分離氣體噴嘴32,35係設置為分別嵌入 至突狀部36，並將該突狀部36於周圍方向加以分割。該第1處理氣體噴嘴31、第2處理氣體噴嘴33係從各突狀部36遠離設置。
圖2中，第1處理氣體噴嘴31的下方區域係成為用以將含Si氣體吸附於晶圓W之第1處理區域P1，第2處理氣體噴嘴33的下方區域係成為用以使得吸附於晶圓W之含Si氣體與O3氣體加以反應之第2處理區域P2。突狀部36,36之下方則構成為分離區域D,D。成膜處理時，從分離氣體噴嘴32,34供應至該分離區域D之N2氣體會於周圍方向擴散於該分離區域D，以防止旋轉台2上之BTBAS氣體與O3氣體之混合，並將該等氣體朝後述排氣口23,24推壓。
如圖1至圖3所示，旋轉台2之外周側下方係設有環構件22，而在將氟系之清潔氣體流通於真空容器11內時，從該清潔氣體保護真空容器11之內壁。環構件22之上面係開口有排氣口23,24，各排氣口23,24係連接於各自真空泵等之真空排氣機構2A。排氣口23係將來自第1處理氣體噴嘴31之BTBAS氣體加以排氣，排氣口24係將來自第2處理氣體噴嘴之O3氣體與來自電漿產生用氣體噴嘴34所供應之該混合氣體加以排氣。又，從各排氣口23,24將來自分離氣體噴嘴32,35所供應之N2氣體加以排氣。如圖2所示，環構件22之上面係設有溝部25，而將上述各氣體朝排氣口24引導。
旋轉台2之中心部區域37供應有N2氣體，於頂板12中，透過圓形地突出於下方之突狀部38所形成之流道39，將此N2氣體供應至旋轉台2之徑向外側，而防止在該中心部區域 37之各氣體的混合。突狀部38的外周係連接於突狀部36,36之內周。又，雖圖示加以省略，但罩體13a內及旋轉台2之內面側亦供應有N2氣體，來將處理氣體加以吹淨。
真空容器11底部，亦即旋轉台2之下方處，在從旋轉台2所遠離位置係設有加熱器17。藉由加熱器17對旋轉台2之輻射熱來使得旋轉台2升溫，而加熱被載置於凹部21之晶圓W。如圖1所示，係設有防止於加熱器17表面成膜之遮罩17a。
接著，就成膜裝置1所設置之電漿產生部4，參照圖4~圖6.加以說明。圖4係將電漿產生部4沿旋轉台2之徑向所見的縱剖側視圖，圖5係將電漿產生部4從旋轉台2之旋轉中心側朝外周側所見的縱剖前視圖，圖6係電漿產生部4各部之分解立體圖。
電漿產生部4係設有貫穿於該頂板12之厚度方向的開口部41。開口部41係形成於所述電漿產生用氣體噴嘴34之上方側(詳細而言係從較此電漿產生用氣體噴嘴34稍靠旋轉台2之旋轉方向上游側位置至靠近較此噴嘴34稍靠該旋轉方向下游側的分離區域D之噴嘴34側的位置為止)之區域。該開口部41以俯視觀之係形成為概略扇形，而從旋轉台2之旋轉中心要靠外側之位置跨至旋轉台2之外緣要稍靠外側之位置所形成。此開口部41係從頂板12之上端緣朝下段緣使得該開口部41之開口徑階段性地變小般，來形成為例如段部42,43於上下跨過周圍方向。
電漿產生部4係具備有天線44、法拉第遮罩51、絕緣構 件59、成為放電部之框體61。框體61為例如藉由石英等介電體所構成之透磁體(可讓磁力穿過之材質)，而封閉該開口部41般地形成為俯視概略扇形，圖3所示之扇形的外邊線所構成之夾角為例如68°。框體61係具備有其厚度為例如20mm之扇狀的水平板62。此水平板62之周緣部朝上方突出而形成側壁63，藉由此側壁63及水平板62而形成凹部64，側壁63的上緣部跨過周圍方向水平地延伸而形成凸緣部65。此框體61落入開口部41內時，凸緣部65與下段側之段部43會相互卡合。如圖4所示，係設有將凸緣部65與段部43加以密封之O型環66。又，凸緣部65上設有環構件60而卡合於上段側之段部44，將凸緣部65按壓於O型環66，便能將真空容器11內保持氣密。
水平板62下方係沿著該水平板62之周緣部而形成有突起部67。此突起部67係阻止N2氣體及O3氣體流入突起部67與水平板62與旋轉台2所包圍之電漿形成區域(放電空間)68，而防止該等氣體之電漿相互反應產生NOX氣體。又，此突起部67係為了讓該O型環66不會暴露於電漿而產生顆粒，使得電漿從電漿形成區域68至O型環66之距離變長，而具有讓電漿容易至該O型環66前便失去活性之功能。
該電漿產生用氣體噴嘴34係透過突起部67所設置之缺口而進入至該電漿形成區域68。電漿產生用氣體噴嘴34之噴出口30係可防止從該旋轉方向上游側所流通之O3氣體與N2氣體進入電漿形成區域68般，而朝旋轉台2之旋轉方向上游側之斜下方開口。另外，其他氣體噴嘴之噴出口30則係 朝鉛直下方開口。該電漿產生用氣體會被吸引至該排氣口24，而從電漿形成區域68之外周側及旋轉方向下游側朝該區域68之外部被排出。
旋轉台2表面及晶圓W表面至電漿形成區域68之頂部(水平板62)之高度為例如4~60mm，本例中為30mm。突起部67下端與旋轉台2上面之間之分離尺寸為0.5~4mm，本例中為2mm。此突起部67之寬度尺寸及高度尺寸分別為例如10mm及28mm。
該框體61之凹部64內設有為電場遮蔽構件之該法拉第遮罩51。法拉第遮罩51係金屬板(銅(Cu)板或於銅板下側鍍覆有鎳(Ni)膜或金(Au)膜之板材)所構成。法拉第遮罩51係具備有層積於該凹部64之水平板62之底板52，及從底板52之外周端跨過周圍方向而延伸於上方側之垂直板53，而形成為上側開放狀之箱狀。又，從旋轉台2之旋轉中心朝外周部側觀看法拉第遮罩51時，係從法拉第遮罩51設有各朝右側、左側延伸之緣板54,54，各緣板54係設於該垂直板53的上端。各緣板54係連接於頂板12之開口部41的緣部所設之未圖示的導電性構件，透過此導電性構件，法拉第遮罩51便為接地狀態。法拉第遮罩51之各部厚度尺寸例如為1mm。
法拉第遮罩51之底板52設有多數切槽55。各切槽55係與構成後述天線44之捲繞呈線圈狀之金屬線的延伸方向正交般地延伸，並沿著該金屬線之延伸方向隔有間隔地加以配列，其配列方向係成為延伸於旋轉台2徑向之八角形狀。雖各圖中加以簡略表示，但實際上切槽係形成有150個以 上。切槽55之寬度尺寸為1~5mm，本例中為例如2mm左右，切槽55,55之間的分離尺寸為1~5mm，本例中為例如2mm左右。又，被切槽55所圍繞之底板52係形成有該八角形狀之開口部56。開口部56與切槽55之離間距離為例如2mm。
法拉第遮罩51會阻止被施加高頻之天線44周圍所發生之電場及磁場(電磁場)中的電場成分朝向晶圓W下方而防止晶圓W內部所形成之電氣配線的電性傷害，另一方面，透過切槽55使得磁場成分通過下方而於該電漿形成區域68形成電漿。又，該開口部56的功用則係與切槽55同樣地讓磁場成分通過。
法拉第遮罩51之底板52上層積有覆蓋該底板52般之板狀的該絕緣構件59。此絕緣構件59係為了將天線44與法拉第遮罩51加以絕緣所設置，由例如石英所構成，其厚度尺寸為例如2mm。另外，此絕緣構件59不限於形成為板狀，亦可形成為上側開口之箱狀。
接著，就天線44加以說明。此天線44係例如將銅表面依序披覆鎳鍍覆及金鍍覆之中空金屬線所構成。然後，天線44係具備有將此金屬線捲繞3重而於上下層積之線圈型電極45，該線圈型電極45之兩端部係朝上側拉伸。將此被拉伸之部分記載為被支撐端部46,46。金屬線之內部空間係構成為藉由未圖示之流通機構而流通有用以冷卻該金屬線之冷卻水，來抑制高頻施加時之散熱。
該被支撐端部46,46係透過各舉行狀之連接構件71,71藉由被固定於例如銅所構成之匯流排桿72,72之一端來被加 以支撐。各匯流排桿72,72之另端則於頂板12上朝頂板12之外側延伸，透過匹配器73而連接至頻率為例如13.56MHz之高頻電源74。匯流排桿72及連接構件71構成導電路徑，可將來自高頻電源74之高頻電功率供應至線圈型電極45。藉此，便會如上述般在該線圈型電極45之周圍形成感應電廠及感應磁場，在電漿形成區域68形成感應耦合電漿而成為放電狀態。
天線44之該線圈型電極45係設於該絕緣構件59上，其周圍係被法拉第遮罩51之垂直板53所圍繞。就此線圈型電極45之構成進一步地加以說明。線圈型電極45以俯視觀之係延伸於旋轉台2之徑向而捲繞呈概略八角形狀。此八角形狀之角部係將直線部分彼此加以連結，而成為彎曲的節部40。然後，線圈型電極45係透過框體61、法拉第遮罩51及絕緣構件59而對向於旋轉台來加以設置，線圈型電極45如圖4所示，係在晶圓W上從旋轉台2之旋轉中心部側的端部至旋轉台2之外周側的端部為止來加以形成。藉此，便會在其下方形成電漿，來將晶圓W整體電漿處理。
如所述般當旋轉台2旋轉時，由於該外周部側之周速度會較該旋轉中心部側要快，故晶圓W面內之外周側與旋轉中心部側相比暴露在電漿的時間較短。此處，如圖4所示，由側視觀之，天線44之線圈型電極45會於該節部40處彎曲，而形成該旋轉中心部側會較外周部側要高的山型，而構成為隨外周部側朝旋轉中心部側而從旋轉台2之離間距離會變大。亦即，線圈型電極45之旋轉中心部側與外周側相比，至 晶圓W的離間距離較大，而到達晶圓W的磁場成分衰減量會變大。因此，電漿形成區域68中，該旋轉中心部側與外周部側相比，電漿強度會變弱。
圖4中之h1係表示絕緣構件59表面從晶圓W之該旋轉中心部朝外周部之徑向中央部所重疊之位置至線圈型電極45之高度，本例中為例如2mm~10mm。圖4中之h2係表示從絕緣構件59表面至該旋轉中心部側之線圈型電極45端部之高度，本例中為例如4mm~15mm。天線44之各部高度位置並未限定於此範例。圖7係顯示從側面觀看線圈型電極45時，載置於凹部21之晶圓W與線圈型電極45之位置關係。圖7中h3係表示為基板載置區域之凹部21，即各自從晶圓W的旋轉台2之旋轉中心部側之端部與外周部側之端部至線圈型電極45之離間距離的差。此h3係成為3mm以上般來形成線圈型電極45，來如上述般控制電漿強度分布，可進行晶圓W面內均勻性高的處理。
又，此成膜裝置係設有用以進行裝置整體動作之控制的電腦所構成之控制部70，此控制部70之記憶體內係收納有用以進行後述成膜處理及改質處理之程式。此程式係由實行後述裝置之動作的步驟群所組成，而從硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡、軟碟等之記憶媒體安裝至控制部70內。
接著，就上述實施形態之作用參照顯示各氣體流動之圖8來加以說明。首先，在開啟擋門16的狀態下將旋轉台2間歇性地一邊旋轉，一邊藉由未圖示之搬送臂透過搬送口15將例如5片晶圓W載置於旋轉台2上。接著，關閉擋門16， 藉由真空排氣機構2A將真空容器11內成為抽氣狀態並一邊將旋轉台2以例如120rpm順時針加以旋轉，一邊藉由加熱器17將晶圓W加熱至例如300℃。
接著，從處理氣體噴嘴31,33分別將含Si氣體及O3氣體噴出，並從電漿產生用氣體噴嘴34將Ar氣體及O2氣體之混合氣體以例如5slm加以噴出。又，從分離氣體噴嘴32,35及突狀部39將N2氣體各以既定流量加以噴出。然後，藉由真空排氣機構2A將真空容器11內調整至預設處理壓力，例如133Pa。又，對天線44供應例如1500W之高頻電功率。
從電漿產生用氣體噴嘴34所噴出之電漿產生用氣體會衝撞至框體61之突起部67下方側，而將從該上游側欲流入框體61下方之電漿形成區域68的該O3氣體及N2氣體朝此區域68之外側推出。然後，此電漿產生用氣體會藉由突起部67朝旋轉台2之旋轉方向下游側壓回流去。此時，藉由設定於所述之各氣體流量及設置突起部67，則電漿形成區域68便會較真空容器11內之其他區域要正壓上例如10Pa左右，即便如此亦能阻止O3氣體或N2氣體朝電漿形成區域68之入侵。又，從突狀部38所供應之N2氣體亦會被抑制朝此般正壓之電漿形成區域68進入，並避開該區域68而朝旋轉台2之周緣部流動。再者，第1處理區域P1與第2處理區域P2之間由於供應有N2氣體，故如圖8所示，含Si氣體與O3氣體及電漿產生用氣體便不會相互混合般地將各氣體加以排氣。
晶圓W表面係因旋轉台2之旋轉而在第1處理區域P1 吸附含Si氣體，接著在第2處理區域P2將吸附於晶圓W上之含Si氣體氧化，而形成1層或複數層之矽氧化膜(SiO2)的分子層。此處，亦參照將電漿產生部4加以概略表示之圖9來加以說明。藉由從高頻電源74所供應之高頻電功率而在天線44之線圈型電極45周圍產生電場及磁場。如所述般產生之電場會藉由法拉第遮罩51而被反射或吸收，來阻礙到達電漿形成區域68。另一方面，磁場會透過法拉第遮罩51之切槽55及框體61而朝旋轉台2被供應來將從電漿產生用氣體噴嘴34所噴出之電漿產生用氣體活性化，而產生離子或自由基等之電漿P。
如所述般，天線44之線圈型電極45係構成為隨著從旋轉台2之外周部側朝旋轉中心部側而從旋轉台2之距離會變大，故該旋轉中心部側的到達旋轉台2之磁場的衰減量較大。因此，旋轉台2表面所形成之電漿P會隨著從該外周部側朝中心部側而其強度變小。其結果，晶圓W之該外周部側會是以比較高的速度通過電漿強度較大的氛圍，而該旋轉中心部側會是以比較低的速度通過電漿強度較小的氛圍。
然後，藉由如此般形成之電漿P來將晶圓W表面所形成之矽氧化膜加以改質。具體而言，係例如從矽氧化膜將有機物等雜質釋出，或將矽氧化膜內之元素再配列而謀求矽氧化膜的緻密化(高密度化)。然後，於矽氧化膜表面均勻性高地形成含Si氣體之吸附邊的OH基，並藉由晶圓W表面之O3氣體進行均勻地提高構成晶圓W表面之Si(矽)的氧化。
持續旋轉台2的旋轉，如此般地依序反覆各晶圓W中含 Si氣體之吸附、以O3氣體之晶圓W表面的氧化、以電漿P之氧化矽之改質處理，而於晶圓W層積SiO2分子。當形成所欲膜厚之SiO2膜時，便停止各氣體之供應，將晶圓W與搬入時之相反動作來從裝置搬出。
上述成膜裝置1係以旋轉中心部側之高度較旋轉台2之外周側要高之方式，來設置側視觀之為彎折的線圈型電極45所構成之天線44。在旋轉台2旋轉時，由於外周部側較旋轉中心部側之周速度要大，故暴露在電漿形成區域68之電漿P的時間會變短，但藉由構成如此般之天線44來較外周側部抑制旋轉中心部側之電漿強度，便可於晶圓W面內進行均勻性高之電漿處理，而可成膜均勻性高的SiO2膜。
天線44之線圈型電極45亦可如圖10所示從側視觀之係彎曲呈弓狀，而形成為旋轉台中心部側較該旋轉台2之外周部側要高，亦可如圖11所示，從側視觀之而金屬線延伸呈直線狀般地形成線圈狀電極45。如該等般形成線圈型電極45的情況，仍係如所述般設定為旋轉中心部側係較外周部側要從晶圓W遠離。
(第2實施形態)
接著，就第2實施形態，以和第1實施形態之差異點為中心加以說明。圖12為第2實施形態之電漿產生部8的立體圖，圖13及圖14係此電漿產生部8之側視圖。此電漿產生部8係於旋轉台2之外周部側的絕緣構件59上設有側視呈L字型的角度調整用構件81，該L字之垂直部82係被固定於法拉第遮罩51之垂直板53。該L字之水平部83下側係形成 有缺口84，線圈型電極45之該外周部側最下段的金屬線會通過此缺口84，而被夾置於絕緣構件59與水平部83之間。然後，如圖13、圖14所示，以通過此缺口84之金屬線為軸而構成為天線44會轉動自如，此轉動軸係正交於旋轉台2徑向之水平軸。
各匯流排桿72係形成有切槽85，連接構件71係具備有對應於此切槽85之銷86，可在切槽85之任意位置固定該銷86，藉此，可將該線圈型電極45在相對於水平面而旋轉台2之中心部側之高度係較外周部側之高度要高般地來以任意角度位置固定，並以例如1°刻度來變更該角度。亦即，該角度調整用構件81係透過為支撐部之匯流排桿72而成為調整天線44之上下方向傾斜的傾斜調整機構。
此情況亦係設定為晶圓W中旋轉中心部側、外周部側相對於天線44的離間距離的差h3係收斂於所述範圍。然後，於該範圍內，使用者來對晶圓W進行處理，而對應於例如晶圓W所形成之膜厚或旋轉台2之轉速來改變此線圈型電極45之角度。然後，使得沿旋轉台2徑向之晶圓W徑向的電漿分布加以適當，便可於晶圓W面內進行均勻的處理。
(第3實施形態)
此第3實施形態之電漿產生部9係與第2實施形態同樣地調整天線44之上下方向傾斜。圖15係電漿產生部9之立體圖，圖16及圖17係該電漿產生部9之側視圖。此天線44係設有各自形成塊狀之4個間隔調整構件91及拉伸構件92。該等間隔調整構件91及拉伸構件92係於上下方向各自 隔有間隔地設有3個孔，構成天線44的金屬線係藉由插入該等孔而捲繞，來形成該線圈型電極45，以防止在改變天線44角度時，各段之金屬線相互接觸。此間隔調整構件91亦可使用其他實施形態的天線44。
與第2實施形態同樣地於法拉第遮罩51設置角度調整用構件81，天線44便構成為可自由調整其角度。該拉伸構件92係配置於線圈型電極45之旋轉台2的中心部側，拉伸構件92之上側連接有向上延伸之桿93。桿93係構成為相對於拉伸構件92而可於與該天線44之轉動軸平行之軸周圍轉動自如，改變天線44之角度時可抑制對天線44所施加之壓力。設置有從桿93的前端延伸於該桿93之長度方向的長螺桿94。
框體61之凸緣部65的旋轉方向上游側與旋轉方向下游側之間設有渡橋般之橋狀構件95，此橋狀構件95係固定於框體61。此橋狀構件95上側係設有具備垂直延伸之一對腳部96與將腳部96上端彼此加以連接之水平部97的支撐台98。橋狀構件95及支撐台98的該水平部97係設有各自貫穿於上下方向之貫穿孔95a,98a，各貫穿孔95a,98a係相互重疊般設置。貫穿孔95a,98a係各自貫穿有桿93、長螺桿94。圖中99,99用以將長螺桿94相對於水平部97固定之螺帽。
如圖16、17所示，長螺桿94藉由螺帽99,99便可相對於水平部94而組裝於任意高度位置，對應於此組裝位置便可將該線圈型電極45之該旋轉中心側上提，來將該高度之差h3，亦即天線44相對於水平面之角度可自由調整。又，匯流 排桿72,72為了可如此般任意地變更角度係以具有可撓性之薄板所構成。
該水平部97上係藉由支撐構件100的支撐而設有線性測量器(LINEAR GAUGE)101。線性測量器101係具備有測定部本體102、從測定部本體102朝鉛直下方延伸之筒部103以及從筒部103內延伸於鉛直下方之升降軸104。升降軸104係構成為相對於該筒部103可自由升降，升降軸104之前端係接觸於該長螺桿94之前端。又，測定部102係連接於未圖示之顯示部，而構成為可測定此升降軸104之前端位置與筒部103之既定高度位置(例如筒部103之前端位置)之間的離間距離h4，並顯示於該顯示部。
依每個預先所期望之SiO2膜之膜厚及旋轉台2之旋轉速度預先求得適當的該離間距離h4。然後，在開始上述成膜處理前，對應於該等處理條件而將該高度h4變更為適當值。藉此便可於晶圓W面內進行更高均勻性之成膜處理。
(第4實施形態)
以和第3實施形態之差異點為中心，一邊參照圖18，一邊說明第4實施形態之電漿產生部10之構成。此電漿產生部10之水平部97上設有驅動機構111。驅動機構111係升降朝下方延伸之升降軸112。升降軸112下端係連接於桿93，對應於桿93的升降而可相對於天線44的水平面自由變更角度。升降軸112之下端高度係由從控制部70所傳送之控制訊號加以控制，藉此便可控制例如圖中θ1所示之相對水平面之天線44的傾斜。
圖19係顯示該控制部70之構成的方塊圖。圖中113為匯流排、114為CPU、115為程式收納部而將程式116加以收納。117為收納有形成於晶圓W之SiO2膜之膜厚、用以形成該SiO2膜而於每分鐘旋轉旋轉台之轉速(rpm)、以及與該天線傾斜θ1之對應關係的目錄表。118為藉由例如鍵盤或觸控面板所構成之輸入部，使用者係從此輸入部118來設定所欲之膜厚及該轉速。
程式116係與第1實施形態同樣地控制成膜裝置1之各部動作以外，還基於輸入部118所設定之設定來控制驅動機構111。具體而言，係讀出來自輸入部118所輸入之該膜厚及轉速、來自目錄表所對應該等輸入值之天線傾斜θ1，讓驅動機構111動作而成為該所讀出之傾斜θ1般地讓天線44傾斜。然後，開始如第1實施形態所說明般的成膜處理，以所設定之轉速讓旋轉台2旋轉，以對應於天線44之傾斜的分布來形成電漿，而獲得所設定之膜厚的SiO2膜。該等一連串之工序係藉由程式116所控制。縱使如此般構成裝置，亦可與上述各實施形態同樣地進行晶圓W面內之高均勻性處理。膜厚與轉速與傾斜θ1之關係係預先測定來求得。
又，所述範例中，雖係以使用含Si氣體及O3氣體來成膜矽氧化膜為範例加以說明，但亦可分別使用例如含Si氣體與氨(NH3)氣來作為第1處理氣體及第2處理氣體來成膜氮化矽膜。此情況，作為用以產生電漿之處理氣體係使用氬氣及氮氣或氨氣等。
再者，亦可分別使用例如TiCl2(氯化鈦)氣體及NH3(氨) 氣來作為第1處理氣體及第2處理氣體來成膜氮化鈦(TiN)膜。此情況，係使用鈦所構成之基板作為晶圓W，使用氬氣及氮氣等作為用以產生電漿之電漿產生氣體。
又，亦可依序供應3種類以上之處理氣體來層積反應生成物。具體而言，係可將例如Sr(THD)2(二(四甲基庚二酮酸)-鍶)或Sr(Me5Cp)2(二(五甲基環戊二烯基)鍶)等之Sr原料與例如Ti(OiPr)2(THD)2(二(異丙氧基)二(四甲基庚二酮酸)-鈦)或Ti(OiPr)(四(異丙氧基)-鈦)等之Ti原料供應至晶圓W後，將O3氣體供應至晶圓W，來層積為含Sr及Ti之氧化膜的STO膜所構成之薄膜。
上述裝置雖係將來自氣體噴嘴32,35之N2氣體供應至分離區域D，但此分離區域D亦可係設置區隔各處理區域P1,P2間之壁部而不設置氣體噴嘴32,35。又，如上述般較佳雖係設置法拉第遮罩51來遮蔽電場，但亦可不設置此法拉第遮罩51而進行處理。
構成框體61之材質可取代石英而使用氧化鋁(Al2O3)、氧化釔等之耐電漿蝕刻材，亦可為例如於派熱克斯玻璃(註冊商標)等之耐熱玻璃表面塗覆該等耐電漿蝕刻材。亦即，框體61係由對電漿的耐受性高，且可讓磁場透過之材質(介電體)所構成即可。又，雖係於法拉第遮罩51上方配置板狀之絕緣構件59，來將該法拉第遮罩51與天線44加以絕緣，但亦可取代該絕緣構件59，而藉由例如石英等之絕緣材來披覆天線44。
所述實施形態中，雖係就將含Si氣體及O3氣體依序供 應至晶圓W來成膜反應生成物後，藉由電漿產生部4來進行該反應生成物之改質為例加以說明，但亦可於成膜反應生成物時將所使用之O3氣體電漿化。亦即，可不設置氣體噴嘴33而從該氣體噴嘴34供應O3氣體，在電漿形成區域68來進行Si的氧化及SiO2的改質。
上述實施形態中，雖係交互進行反應生成物之成膜與該反應生成物之改質處理，但縱使在將反應生成物層積例如70層(帶約10nm膜厚)左右後，再對該等反應生成物之層積體進行改質處理亦可獲得與上述相同之效果。具體而言，係在供應含Si氣體與O3氣體而進行反應生成物之成膜處理的期間，停止對天線44之高頻電功率的供應。然後，在層積體形成後，停止該等含Si氣體與O3氣體之供應而對天線44供應高頻電功率，便可對晶圓W進行電漿處理。
又，上述範例中，雖係顯示作為基板處理裝置之一實施形態的成膜裝置1，但不限於作為此般成膜裝置之構成，例如亦可構成為作為蝕刻裝置的基板處理裝置。具體而言，係構成為將該電漿產生部4設於旋轉台2周圍方向的2處，於各處進行該電漿處理之裝置。將藉由各電漿產生部4所形成之電漿形成區域68作為第1電漿形成區域、第2電漿形成區域。從第1電漿形成區域所設置之氣體噴嘴34供應例如用以將聚矽膜蝕刻之Br(溴)系之蝕刻氣體，從第2電漿形成區域所設置之氣體噴嘴34供應例如用以將矽氧化膜蝕刻之CF系蝕刻氣體。
晶圓W上係經由交互層積複數層例如聚矽膜及矽氧化 膜，並於此層積膜之上層側形成圖案化有孔洞或溝渠之阻劑膜。對此晶圓W使用該基板處理裝置來進行電漿蝕刻處理時，在例如第1電漿形成區域中，係透過阻劑膜來蝕刻層積膜上層側之聚矽膜。接著，在第2電漿形成區域中，透過阻劑膜將此阻劑膜下層側之矽氧化膜加以蝕刻，如次地藉由旋轉台2的旋轉，便會透過共通的阻劑膜將層積膜從上層側朝下層側依序蝕刻。此蝕刻裝置中，由於亦可與成膜裝置1同樣地依電漿來於晶圓W面內將處理量加以一致，故可進行晶圓W面內均勻性高的處理。又，如此般形成第1電漿形成區域及第2電漿形成區域的情況，亦可從各區域之氣體噴嘴34來將不同氣體供應至旋轉台2，來於各區域進行晶圓W表面之改質。
(評估試驗)
使用各自改變天線44之線圈型電極45之形狀的成膜裝置1，依上述順序來於晶圓W成膜SiO2膜，並於該晶圓W中從旋轉台2之外周部朝旋轉中心部之直徑上的複數位置處來測定SiO2膜的膜厚。用於成膜處理後之晶圓W表面未形成有膜，晶圓W整體係由矽所構成。該線圈型電極45係與各實施形態同樣地捲繞3重金屬線，而形成俯視形狀八角形般地製作5個種類，來變更各自朝上下方向之彎曲程度。各天線44以44A~44E來加以表示。
圖20係顯示天線44A之概略側視，圖21係顯示天線44B之概略側視，圖22係分別顯示天線44C~44E之概略側視，該等圖20~22中，左側為旋轉台2之中心部側，右側為外周 部側。又，圖23係顯示天線44A之線圈型電極45之概略俯視，圖24係顯示天線44B~44E之線圈型電極45之俯視。各圖23、24中，上側為該旋轉中心部側，下側為外周部側。
天線44A由側視觀之從該旋轉中心部側至外周部側為止，最下段之金屬線係連接至絕緣構件59。圖23中，T1~T4係各別表示線圈之上段側的金屬線表面之點，該等點T1~T4之從絕緣構件59起的高度均為30mm。天線44B係將天線44A之線圈型電極45的旋轉中心部側、外周部側分別朝上方、下方彎折來構成。該等彎折位置分別從線圈型電極45之旋轉中心部側之端部(為天線前端部)、外周側之端部(為天線根本部)起各為50mm。該絕緣構件59起至天線前端部之下端為止的高度h5為6mm，線圈下端的金屬線中，從天線根本部側之彎折位置起至天線根本部之下端為止的高度h6為2mm。又，如圖23所示，從點T1~T8之絕緣構件59起之高度依序為34mm、34mm、30mm、30mm、30mm、32mm、35mm、36mm。圖中59A,59B為台座，而分別被配置於旋轉中心部側、外周部側，來支撐線圈型電極45之下部。各台座59A,59B係由石英所構成，其高度為2mm。
天線44C~44E雖係與天線44B為略同樣之構成，但線圈型電極45之旋轉中心部側係被較高拉起般地彎曲。又，台座59A之高度為4mm。以下，便說明與天線44B之其他差異點。天線44C之該高度h5為10mm，從點T1~T8之絕緣構件59起之高度依序為37mm、37mm、30mm、30mm、35mm、34mm、34mm、35mm。天線44D中該h5為8mm，點T1~T8之該各 高度與天線44C相同。天線44E之該h5為9.5mm，點T1~T8之前各高部與天線44C相同。
圖25係顯示使用此評估試驗1之結果的各天線之圖表。縱軸係顯示晶圓W各測定位置中SiO2之膜厚(nm)，橫軸係顯示測定位置。就此測定位置，係顯示於該晶圓W之直徑中，旋轉台2之旋轉中心部側的端部起之距離(mm)。亦即，測定位置以0mm、150mm、300加以表示之點係分別為晶圓W之該旋轉中心部側之端部、晶圓W中心、旋轉台2外周部側之端部。依此圖表使用天線44A之處理，該旋轉中心部側之膜厚會較該外周部側之膜厚要小，該等膜厚的差異較大。但是，使用天線44B~44E之處理，則該等膜厚的差異便有減低，可知進行了均勻性高的處理。這是因在使用天線44A之情況，該旋轉中心部側中的電漿強度過強而大大抑制了吸附邊的形成，但使用天線44B~44E，則該旋轉中心部側之電漿強度會變弱，使得吸附邊均勻性高地分布於晶圓W面內之故。
於此評估試驗1各自使用天線44A~44E之處理的各測定部位的膜厚平均值依序為9.24nm、9.29nm、9.28nm、9.34nm、9.35nm，於各處理並未發現大的差異。但是，算出關於該等處理之均勻性(=(測定值的最大值-測定值的最小值)/(平均值×2)×100)時，分別使用天線44A~44E之處理則依序為0.40、0.25、0.21、0.22、0.20。亦即，使用天線44A之處理的膜厚均勻性最低，使用天線44E之處理的膜厚均勻性最高。
(評估試驗2)
除了使用有氧化膜於表面之晶圓W外，係與評估試驗1進行相同的實驗。圖26係顯示此評估試驗2之結果的圖表。與評估試驗1之結果同樣地，以天線44A之處理中，旋轉中心部側之膜厚會比外周部側之膜厚要小，該等膜厚之差異較大。但是，使用天線44B~44E之處理中，該等旋轉中心部側之膜厚與外周部側之膜厚之差異會被減低。又，使用天線44A~44E之處理的各測定位置中的膜厚平均值依序為7.52nm、7.67nm、7.73nm、7.60nm、7.68nm，雖未在各處理見到大的差異，但該均勻性則為0.80、0.42、0.58、0.39、0.20。亦即，使用天線44A之處理的膜厚均勻性最低，使用天線44E之處理的膜厚均勻性最高。
(評估試驗3)
除了未進行從處理氣體噴嘴31之含Si氣體的供應外，係進行與評估試驗1同樣的處理，來進行因晶圓W表面之Si氧化所形成之SiO2膜之膜厚的測定。圖27係顯示此評估試驗3之結果的圖表。依此圖表，以天線44A之處理中，旋轉中心部側之膜厚係較外周部側之膜厚要大。亦即，中心部側較外周部側之電漿強度較強而大大進行了氧化。使用天線44B~44E之處理中，雖旋轉中心部側之膜厚仍較外周部側之膜厚要大，但與天線44A之結果相比，旋轉中心部側之膜厚較小，而該旋轉中心部側之膜厚與外周部側之膜厚的差異會變小。亦即，可知使用天線44B~44E之情況，與使用天線44A之情況相比，中心部側之電漿強度會減弱，而於晶圓W進行了均勻性高之氧化處理。
使用天線44A~44E之處理的各測定位置中的膜厚平均值依序為3.46nm、3.32nm、3.25nm、3.32nm、3.31nm，未見到各處理有大的差異。但是，所算出之均勻性，在使用天線44A~44E的情況，分別為6.40、4.39、3.22、4.07、3.56。亦即，使用天線44A之處理的膜厚均勻性最低，使用天線44C之處理的膜厚均勻性最高。
從此評估試驗1~3之結果，可知藉由將天線44之旋轉中心部側較外周部側更從旋轉台2遠離般地彎折，便能控制電漿的分布，而可於晶圓W進行均勻性高的處理。因此，顯示了本發明之效果。
依本發明之實施形態，設有從旋轉台之中央部跨至外周部延伸般地對向於該旋轉台之基板載置區域的電漿形成用天線，使得該天線之基板載置區域中的旋轉台中央部側的離間距離會較旋轉台外周部側的離間距離要大。因此，載置於旋轉台之基板的該旋轉台中心部側便會以較長的時間暴露在較弱強度的電漿，而該旋轉台之外周部側則會以較短的時間暴露在較強強度之電漿。其結果，便可於基板的面內進行均勻性高的成膜等之處理。
本申請係基於2011年10月7日於日本國特許廳所提申之日本特願2011-223067號而主張優先權，並將日本特願2011-223067號之全部內容援用於此。
W‧‧‧晶圓
11‧‧‧真空容器
11a‧‧‧密封構件
12‧‧‧頂板
13‧‧‧容器本體
13a‧‧‧罩體
14‧‧‧旋轉驅動機構
17‧‧‧加熱器
17a‧‧‧遮罩
2‧‧‧旋轉台
2A‧‧‧真空排氣機構
21‧‧‧凹部
22‧‧‧環構件
24‧‧‧排氣口
34‧‧‧電漿產生用氣體噴嘴
37‧‧‧中心部區域
38‧‧‧突狀部
39‧‧‧流道
4‧‧‧電漿產生部
42‧‧‧段部
43‧‧‧段部
45‧‧‧線圈型電極
60‧‧‧環構件
70‧‧‧控制部
73‧‧‧匹配器
74‧‧‧高頻電源
圖1係本發明第1實施形態之成膜裝置的縱剖側視圖。
圖2係該成膜裝置之概略剖視立體圖。
圖3係該成膜裝置之橫剖俯視圖。
圖4係構成該成膜裝置之電漿產生部的縱剖側視圖。
圖5係該電漿產生部之縱剖前視圖。
圖6係該電漿產生部之分解立體圖。
圖7係說明晶圓與天線之位置關係的說明圖。
圖8係顯示該成膜裝置所形成之氣體流之說明圖。
圖9係藉由該電漿產生部所產生之電漿的概略圖。
圖10係顯示構成電漿產生部之天線的其他範例之側視圖。
圖11係顯示該天線之另一其他範例的側視圖。
圖12係第2實施形態相關之電漿產生部的立體圖。
圖13係該第2實施形態之電漿產生部的縱剖側視圖。
圖14係該第2實施形態之電漿產生部的縱剖側視圖。
圖15係第3實施形態相關之電漿產生部的立體圖。
圖16係第3實施形態之電漿產生部的縱剖側視圖。
圖17係第3實施形態之電漿產生部的縱剖側視圖。
圖18係第4實施形態相關之電漿產生部的立體圖。
圖19係構成該第4實施形態之成膜裝置的控制部之方塊圖。
圖20係於評估試驗所使用之天線的側視圖。
圖21係於評估試驗所使用之天線的側視圖。
圖22係於評估試驗所使用之天線的側視圖。
圖23係於評估試驗所使用之天線的俯視圖。
圖24係於評估試驗所使用之天線的俯視圖。
圖25係顯示評估試驗之結果的圖表。
圖26係顯示評估試驗之結果的圖表。
圖27係顯示評估試驗之結果的圖表。
W‧‧‧晶圓
11‧‧‧真空容器
11a‧‧‧密封構件
12‧‧‧頂板
13‧‧‧容器本體
13a‧‧‧罩體
14‧‧‧旋轉驅動機構
17‧‧‧加熱器
17a‧‧‧遮罩
2‧‧‧旋轉台
2A‧‧‧真空排氣機構
21‧‧‧凹部
22‧‧‧環構件
24‧‧‧排氣口
34‧‧‧電漿產生用氣體噴嘴
37‧‧‧中心部區域
38‧‧‧突狀部
39‧‧‧流道
4‧‧‧電漿產生部
42‧‧‧段部
43‧‧‧段部
45‧‧‧線圈型電極
60‧‧‧環構件
70‧‧‧控制部
73‧‧‧匹配器
74‧‧‧高頻電源

Claims (14)

  1. 一種成膜裝置，係於真空容器內藉由將於基板載置區域載置基板之旋轉台加以旋轉，來將該基板公轉而依序通過複數處理部，藉此進行依序供應複數種類之處理氣體的循環來於基板進行成膜處理的成膜裝置，其特徵在於具備有：氣體供應部，係將電漿產生用氣體供應至該旋轉台中基板載置區域側之面；以及天線，係為了藉由感應耦合來將該電漿產生用氣體電漿化，而從該旋轉台之中央部跨至外周部延伸般地對向於該旋轉台中之基板載置區域側的面來設置；其中，該天線係配置為與該基板載置區域中的旋轉台之中央部側的離間距離是較該基板載置區域中的旋轉台之外周部側的離間距離要大上3mm以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中該天線在相對於旋轉台之面而平行地觀看時，係形成為旋轉台之中央部側較高之彎折形狀或彎曲形狀。
  3. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中該天線係於上下方向延伸之軸的周圍而捲繞呈線圈狀之構造，至少最下部之天線部分中與旋轉台之離間距離係如申請專利範圍第1項所記載般加以設定。
  4. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其具備有：支撐部，係支撐該天線；以及傾斜調整機構，係透過此支撐部而 用以調整天線之上下方向的傾斜。
  5. 如申請專利範圍第4項之成膜裝置，其中該傾斜調整機構係具備用以調整天線之傾斜的驅動機構。
  6. 如申請專利範圍第5項之成膜裝置，其具備有控制部，係對應於所輸入之成膜處理種類而決定天線之傾斜，控制該驅動機構來成為所決定之傾斜。
  7. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中該天線係由複數直線部分及連結直線部分彼此之節點部分所構成，而構成為可藉由該節點部分來彎折。
  8. 一種基板處理裝置，係於真空容器內藉由將於基板載置區域載置基板之旋轉台加以旋轉，來將該基板公轉而依序通過複數處理部，藉此進行依序供應複數種類之處理氣體的循環來於基板進行氣體處理的基板處理裝置，其特徵在於具備有：氣體供應部，係將電漿產生用氣體供應至該旋轉台中基板載置區域側之面；以及天線，係為了藉由感應耦合來將該電漿產生用氣體電漿化，而從該旋轉台之中央部跨至外周部延伸般地對向於該旋轉台中之基板載置區域側的面來設置；其中，該天線係配置為與該基板載置區域中的旋轉台之中央部側的離間距離是較該基板載置區域中的旋轉台之外周部側的離間距離要大上3mm以上。
  9. 如申請專利範圍第8項之基板處理裝置，其中該天線在 相對於旋轉台之面而平行地觀看時，係形成為旋轉台之中央部側較高之彎折形狀或彎曲形狀。
  10. 如申請專利範圍第8項之基板處理裝置，其中該天線係於上下方向延伸之軸的周圍而捲繞呈線圈狀之構造，至少最下部之天線部分中與旋轉台之離間距離係如申請專利範圍第1項所記載般加以設定。
  11. 如申請專利範圍第8項之基板處理裝置，其具備有：支撐部，係支撐該天線；以及傾斜調整機構，係透過此支撐部而用以調整天線之上下方向的傾斜。
  12. 如申請專利範圍第11項之基板處理裝置，其中該傾斜調整機構係具備用以調整天線之傾斜的驅動機構。
  13. 如申請專利範圍第12項之基板處理裝置，其具備有控制部，係對應於所輸入之成膜處理種類而決定天線之傾斜，控制該驅動機構來成為所決定之傾斜。
  14. 如申請專利範圍第8項之基板處理裝置，其中該天線係由複數直線部分及連結直線部分彼此之節點部分所構成，而構成為可藉由該節點部分來彎折。
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