TW201339352A - 電漿處理方法及電漿處理裝置 - Google Patents

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TW201339352A
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Toshihiko Shiozawa
Junya Miyahara
Yutaka Fujino
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

於處理容器內導入複數微波，使用產生電漿之方式的電漿處理裝置，將複數微波功率合計設為晶圓W之每單位面積1W/cm2以下來產生電漿。例如，電漿氧化處理係使用電漿生成用之稀有氣體與含氧氣體，將處理溫度設為100℃以下，由開始供給微波後30秒間的平均氧化率設為0.03nm/秒以下。藉由複數微波點燃電漿時不進行阻抗匹配，藉由電漿處理晶圓W時進行阻抗匹配為較佳。

Description

電漿處理方法及電漿處理裝置
本發明係關於使用電漿在被處理體上形成矽氧化膜(SiO2膜)、矽氮化膜(SiN膜)等薄膜之電漿處理方法及使用該方法之電漿處理裝置。
在半導體裝置之製造過程中，使用電漿對被處理體例如氧化處理、氮化處理等進行成膜處理。近年來，為了開發次世代設備裝置，對於細微化之對應越來越要求，在成膜處理上，以均一厚度形成極薄膜技術的標準也越來越高。
關於半導體晶圓上薄膜形成之習知技術，專利文獻1(國際公開WO2002/058130)係，提出使用具有複數狹縫之平面天線將微波導入至處理容器內，使用產生電漿之狹縫天線方式之電漿處理裝置，形成矽氧化膜之技術。
記載於上述專利文獻1之電漿處理方法係，認為能夠形成約1.6nm程度之薄矽氧化膜。但是，在今後 開發次世代以後之設備裝置中，更希望以較薄膜厚形成薄膜。
因此，利用電漿於被處理體的表面，求得例如一邊控制膜厚形成厚度1nm以下薄膜之方法。
本發明之電漿處理方法係藉由複數微波於處理容器內產生電漿，使用處理被處理體之電漿處理裝置，於前述被處理體之表面形成薄膜的方法。
本發明之電漿處理方法係藉由前述複數微波點燃電漿時之微波功率合計為前述被處理體之每單位面積1W/cm2以下。且，前述薄膜之膜厚亦可為1nm以下。或者，本發明之電漿處理方法係前述被處理體的直徑為300mm以上。藉由前述複數微波點燃電漿時之微波功率合計為700W以下。且，前述薄膜之膜厚也可為1nm以下。
又，本發明之電漿處理方法係藉由前述電漿處理被處理體之處理溫度為100℃以下。
又，本發明之電漿處理方法係，前述薄膜可為前述被處理體表面之矽被氧化之矽氧化膜，亦可為前述被處理體表面之矽被氮化之矽氮化膜。
又，在本發明之電漿處理方法中，前述電漿處理裝置係可具備收容被處理體之前述處理容器、配置於前述處理容器內部，具有載置前述被處理體之載置面的載置台，及對前述處理容器內供給處理氣體之氣體供給機構。又，在本發明之電漿處理方法中，前述電漿處理裝置係亦可具備產生前述微波的同時，將該微波分配於複數路 徑輸出之微波輸出部、由前述微波輸出部輸出之複數微波分別導入前述處理容器內之複數天線部、及分別對應設置於前述複數天線部，匹配前述微波輸出部與前述處理容器內之間之阻抗的複數調諧器。且，在本發明之電漿處理方法中，前述電漿處理裝置係具備配置於前述處理容器上部且具有複數開口部之導電性構件，及嵌合於前述複數開口部，使前述微波透過導入至前述處理容器內之複數微波穿透窗。而且，本發明之電漿處理方法亦可藉由從前述複數微波穿透窗各別導入至前述處理容器內之前述複數微波產生前述電漿。
又，在本發明之電漿處理方法中，藉由前述複數微波點燃前述電漿時之前述微波功率合計係亦可比藉由前述電漿處理被處理體時之前述微波功率合計還大。此時，藉由前述複數微波點燃前述電漿時不進行前述阻抗匹配，而藉由前述電漿處理被處理體時可進行前述阻抗匹配。
又，本發明之電漿處理方法係亦包含由前述微波輸出部以使前述電漿點燃之第1功率，供給前述複數微波點燃前述電漿之步驟、將前述微波之功率變更為比前述第1功率更低之第2功率之步驟，及在前述第2功率的狀態下進行前述阻抗匹配之步驟。
又，在本發明之電漿處理方法中，前述複數微波穿透窗係亦可具有配置於前述導電性構件中之中央部份的1個中心微波穿透窗，及以包圍前述中心微波穿透窗 的方式，配置於比前述中央部份更外側之至少6個外側微波穿透窗。
本發明之電漿處理裝置係藉由複數微波於處理容器內產生電漿，於被處理體表面形成薄膜之電漿處理裝置。該電漿處理裝置係具備有收容被處理體之處理容器、配置於前述處理容器內部具有載置前述被處理體之載置面的載置台，及對前述處理容器內供給處理氣體之氣體供給機構。又，本發明之電漿處理裝置係具備有在產生前述微波的同時，將該微波分配至複數路徑且輸出之微波輸出部、由前述微波輸出部輸出之複數微波各自導入至前述處理容器內之複數天線部，及分別對應設置於前述複數天線部，匹配前述微波輸出部與前述處理容器內之間之阻抗的複數調諧器。此外，本發明之電漿處理裝置係具備有配置於前述處理容器上部具有複數開口部之導電性構件、及嵌合於前述複數開口部，使前述微波透過導入至前述處理容器內之複數微波穿透窗。而且，本發明之電漿處理裝置係具備有在前述處理容器內藉由前述複數微波，點燃電漿時之微波功率合計為以成為前述被處理體之每單位面積1W/cm2以下的方式，藉由從前述複數微波穿透窗將微波各自導入至前述處理容器內，將前述薄膜膜厚控制為1nm以下之控制部。
藉由本發明之電漿處理方法及電漿處理裝置，能夠在被處理體表面例如1nm以下的膜厚之薄膜形成良好的控制性。
1‧‧‧電漿處理裝置
2‧‧‧處理容器
3‧‧‧氣體供給機構
3a‧‧‧氣體供給裝置
4‧‧‧排氣裝置
5‧‧‧微波導入裝置
8‧‧‧控制部
11‧‧‧天井部
12‧‧‧側壁部
12a‧‧‧搬入出口
13‧‧‧底部
13a‧‧‧排氣口
14‧‧‧排氣管
15‧‧‧氣體導入部
16‧‧‧噴嘴
16a‧‧‧氣體孔
21‧‧‧載置面
21a‧‧‧載置台
22‧‧‧支撐構件
24‧‧‧匹配器
25‧‧‧高頻偏壓電源
31‧‧‧氣體供給源
32‧‧‧配管
50‧‧‧微波輸出部
51‧‧‧電源部
52‧‧‧微波振盪器
53‧‧‧放大器
54‧‧‧分配器
60‧‧‧天線單元
61‧‧‧天線模組
62‧‧‧放大器單元
62A‧‧‧相位器
62B‧‧‧可變增益放大器
62C‧‧‧主放大器
62D‧‧‧隔離器
63‧‧‧微波導入機構
64‧‧‧調諧器
65‧‧‧天線部
66‧‧‧本體容器
67‧‧‧內側導體
68‧‧‧微波傳送線路
71‧‧‧平面天線
71a‧‧‧狹縫
72‧‧‧微波慢波材
73‧‧‧微波透射板
73A‧‧‧微波透射板
73B‧‧‧微波透射板
73C‧‧‧微波透射板
73D‧‧‧微波透射板
73E‧‧‧微波透射板
73F‧‧‧微波透射板
73G‧‧‧微波透射板
74A‧‧‧芯塊
74B‧‧‧芯塊
75‧‧‧致動器
76‧‧‧調諧器控制器
81‧‧‧程序控制器
82‧‧‧使用者介面部
83‧‧‧記憶部
501‧‧‧電漿處理裝置
502‧‧‧處理容器
505‧‧‧微波導入裝置
521‧‧‧載置台
522‧‧‧支撐構件
573‧‧‧微波透射板
W‧‧‧晶圓
G‧‧‧閘閥
圖1係表示本發明之實施形態使用之電漿處理裝置的概略構成之剖面圖。
圖2係表示圖1所示之控制部構成之說明圖。
圖3係表示圖1所示之微波導入裝置構成之說明圖。
圖4係表示圖3所示之微波導入機構之剖面圖。
圖5係表示圖4所示之微波導入機構的天線部之立體圖。
圖6係表示圖4所示之微波導入機構的平面天線之平面圖。
圖7係表示圖1所示之處理容器的天井部之底視圖。
圖8係表示圖1所示之微波導入裝置中的複數微波透過板配置之說明圖。
圖9係模式的表示比較例之電漿處理裝置的構成之剖面圖。
圖10係表示圖1所示之電漿處理裝置中壓力與點火時之功率關係的帕邢曲線(Paschen curve)。
圖11係表示以不同處理溫度進行電漿氧化處理時之矽氧化膜膜厚與處理時間之關係特性圖。
圖12A係表示圖1所示之以電漿處理裝置使氧氣電漿點火時之阻抗匹抗步驟與電漿發光的關係特性圖。
圖12B係表示圖1所示之以電漿處理裝置使氧氣電漿 點火時之阻抗匹抗的其餘步驟與電漿發光的關係特性圖。
圖13A係表示圖1所示之以電漿處理裝置使氧氣電漿點火時之阻抗匹抗步驟之時序圖。
圖13B係表示圖1所示之以電漿處理裝置使氧氣電漿點火時之阻抗匹抗的其餘步驟之時序圖。
圖14係藉由電漿處理表示形成之矽氧化膜膜厚與製程時間之關係特性圖。
圖15係藉由電漿處理表示形成之矽氮化膜膜厚與製程時間之關係特性圖。
以下，請參閱圖面對本發明之實施形態進行詳細說明。首先，請參閱圖1及圖2，對關於使用於本發明實施形態之電漿處理方法的電漿處理裝置之構成例進行說明。圖1係表示本實施形態使用之電漿處理裝置的概略構成之剖面圖。圖2係表示圖1所示之控制部構成之說明圖。本實施形態中使用之電漿處理裝置1係伴隨著連續之複數動作，例如對半導體裝置製造用的半導體晶圓(以下、僅以「晶圓」來記述。)W施行電漿氧化處理、電漿氮化處理等成膜處理之裝置。
電漿處理裝置1係具備有收容被處理體之晶圓W之處理容器2，及配置於處理容器2內部具有載置晶圓W之載置面21a的載置台21，及對處理容器2內供給氣體之氣體供給機構3，及對處理容器2內減壓排氣之排 氣裝置4。又，電漿處理裝置1係具備有於處理容器2內發生用於產生電漿之微波的同時，將微波導入至處理容器2內之微波導入裝置5，及控制該些電漿處理裝置1之各構成部之控制部8。此外，對處理容器2內供給氣體之手段亦可代替氣體供給機構3，電漿處理裝置1之構成係亦可使用不包含外部之氣體供給機構。
處理容器2係例如形成約略為圓筒形狀。處理容器2係例如藉由鋁及其合金等金屬材料予以形成。微波導入裝置5係設置於處理容器2之上部，使電磁波(微波)導入至處理容器2內，產生電漿之電漿生成手段來發揮機能。關於微波導入裝置5之構成，稍後進行詳細說明。
處理容器2係具有板狀的天井部11及底部13、連結天井部11與底部13之側壁部12。天井部11具有複數開口部。側壁部12具有在與鄰接於處理容器2之未圖示搬送室之間，用於進行將晶圓W搬出搬入之搬入出口12a。處理容器2與未圖示搬送室之間，配置有閘閥G。閘閥G具有開關搬入出口12a之機能。閘閥G係在關閉狀態下密封處理容器2同時，在開啟狀態下可在處理容器2與未圖示搬送室之間移送晶圓W。
底部13具有複數(圖1中係2個)排氣口13a。電漿處理裝置1更具備有連接排氣口13a與排氣裝置4之排氣管14。排氣裝置4係圖示省略具有APC閥、對處理容器2之內部空間在預定真空度為止進行可高速減 壓之高速真空泵。該高速真空泵係例如有渦輪分子泵等。藉由使排氣裝置4之高速真空泵動作，處理容器2係其內部空間進行減壓至例如預定真空度0.133Pa。
電漿處理裝置1更具備有在處理容器2內支撐載置台21之支撐構件22、由設置於支撐構件22與處理容器2之底部13之間的絕緣材料構成之絕緣構件23。載置台21係用於水平載置被處理體之晶圓W。支撐構件22係具有由底部13之中央朝向處理容器2之內部空間延伸之圓筒狀形狀。載置台21及支撐構件22係例如藉由AlN等所形成。
電漿處理裝置1更具備有在載置台21供給高頻電力之高頻偏壓電源25及設置於載置台21與高頻偏壓電源25之間的匹配器24。高頻偏壓電源25係為了將離子引至晶圓W，對載置台21供給高頻電力。
未圖示，電漿處理裝置1更具備有加熱或冷卻載置台21之溫度控制機構。溫度控制機構係例如以25℃(室溫)以上900℃以下之範圍內控制晶圓W的溫度。又，載置台21係具有相對於載置面21a設置可伸縮之複數支撐銷。複數支撐銷係藉由任意之昇降機構來上下移位，在上昇位置能夠以在與未圖示搬送室之間進行晶圓的收受的方式來構成。
電漿處理裝置1更具備有設置於處理容器2之天井部11之氣體導入部15。氣體導入部15係具有形成圓筒形狀之複數噴嘴16。噴嘴16係具有形成於其下面 之氣體孔16a。關於噴嘴16之配置，稍後進行說明。
氣體供給機構3具有包含氣體供給源31之氣體供給裝置3a以及連接氣體供給源31與氣體導入部15之配管32。此外，在圖1中圖示有1個氣體供給源31，氣體供給裝置3a係按照使用之氣體種類亦可包含複數氣體供給源。
氣體供給源31係例如電漿生成用之稀有氣體、或使用於氧化處理或氮化處理之處理氣體等氣體供給源被使用。此外，電漿生成用之稀有氣體例如使用Ar、Kr、Xe、He等。使用於氧化處理之處理氣體例如使用氧氣、臭氧氣體等氧化性氣體。使用於氮化處理之處理氣體例如使用氮氣、NH3氣體等。此外，稀有氣體係也有一起被使用在氧化處理用之處理氣體或氮化處理用之處理氣體的情況。
未圖示，氣體供給裝置3a更包含有設置於配管32途中之流量控制器及開關閥。供給於處理容器2內之種類或該些氣體流量等係藉由流量控制器及開關閥予以控制。
電漿處理裝置1之各構成部係分別連接於控制部8，藉由控制部8予以控制。控制部8係典型的電腦。圖2所示之例子，控制部8係具備有具備CPU之程序控制器81與連接於該程序控制器81之使用者介面部82及記憶部83。
程序控制器81係在電漿處理裝置1中例如總 包括關於溫度、壓力、氣體流量、偏壓施加用之高頻電力、微波輸出等程序條件之各構成部(例如、高頻偏壓電源25、氣體供給裝置3a、排氣裝置4、微波導入裝置5等)來控制之控制手段。
使用者介面部82係具有工程管理者為了管理電漿處理裝置1，進行指令的輸入操作等之鍵盤或可視化觸控面板、電漿處理裝置1的運轉狀況予以表示之顯示器等。
記憶部83係保存有在電漿處理裝置1用於藉由程序控制器81的控制，實現所實行之各種處理之控制程式(軟體)或處理條件資料等所記錄之處理程式等。程序控制器81係按照來自必要的使用者介面部82之指示等，由記憶部83呼叫任意的控制程式或處理程式予以執行。藉此，基於程序控制器81之控制下在電漿處理裝置1之處理容器2內進行所希望的處理。
上述控制程式及處理程式係例如可利用CD-ROM、硬碟、軟碟片、快閃記憶體、DVD、藍光光碟等電腦可讀取之收納於記憶媒體之狀態者。又，上述處理程式係由其他裝置例如透過專用回線隨時傳送，也可利用線上方式。
其次，請參閱圖1、圖3~圖6，關於微波導入裝置5之構成進行詳細的說明。圖3係表示微波導入裝置5構成之說明圖。圖4係表示圖3所示之微波導入機構之剖面圖。圖5係表示圖4所示之微波導入機構之天線部 之立體圖。圖6係表示圖4所示之微波導入機構之平面天線之平面圖。
如前述，微波導入裝置5係設置於處理容器2之上部，使電磁波(微波)導入處理容器2內，作為產生電漿之電漿生成手段予以發揮機能。如圖1及圖3所示，微波導入裝置5係配置於處理容器2之上部，具有複數開口部之導電性構件的天井部11，在產生微波的同時，將微波分配於複數路徑輸出之微波輸出部50，及由微波輸出部50輸出之微波導入處理容器2之天線單元60。在本實施形態中，處理容器2之天井部11係兼任微波導入裝置5之導電性構件。
微波輸出部50係具有電源部51、微波振盪器52及藉由微波振盪器52對振盪後的微波進行放大之放大器53，及藉由放大器53來將放大後的微波分配至複數路徑之分配器54。微波振盪器52係以預定之頻率(例如、860MHz)來使微波振盪(例如、PLL振盪)。此外，微波之頻率係不限於860MHz，亦可為2.45GHz、8.35GHz、5.8GHz、1.98GHz等。分配器54係一邊匹配輸入側與輸出側的阻抗一邊分配微波。
天線單元60係包含複數天線模組61。複數天線模組61係藉由分配器54各別將分配後之微波導入至處理容器2內。在本實施形態中，複數天線模組61之構成係完全相同。各天線模組61係具有主要放大分配後之微波且輸出之放大器單元62，由放大器單元62輸出之微波 導入至處理容器2內之微波導入機構63。
放大器單元62係包含使微波的相位產生變化之相位器62A，於主放大器62C調整輸入之微波的電源準位之可變增益放大器62B，作為固態放大器所構成之主放大器62C，及以後述之微波導入機構63之天線部反射且分離朝向主放大器62C之反射微波的隔離器62D。
相位器62A係使微波的相位產生變化，以能夠使微波的放射特性產生變化的方式予以構成。相位器62A係例如藉由調整每個天線模組61的微波之相位，控制微波之指向性且用於使微波的分布產生變化。此外，不進行調整像這樣的放射特性時，亦可不設置相位器62A。
可變增益放大器62B係為了調整各個天線模組61的偏差或調整電漿強度而被使用。例如藉由變化每個天線模組61上的可變增益放大器62B，能夠調整處理容器2內全體的電漿分布。
未圖示，主放大器62C係包含例如輸入匹配電路、半導體放大元件、輸出匹配電路以及高Q諧振電路。半導體放大元件係，可使用例如E級動作之GaAsHEMT、GaNHEMT、LD(Laterally Diffused)-MOS。
隔離器62D具有循環器與虛擬負載(同軸終端器)。循環器係以後述微波導入機構63之天線部來使反射之反射微波引導向虛擬負載者。虛擬負載係藉由循環器使被引導之反射微波轉換成熱能者。此外，如前述，在本實施形態中，設置有複數天線模組61，藉由複數天線 模組61之各個微波導入機構63可使複數微波導入至處理容器2內。因此，各個隔離器62D亦可為小型者，能夠使隔離器62D鄰接設置於主放大器62C。
如圖1所示，複數微波導入機構63係設置於天井部11。如圖4所示，微波導入機構63具有匹配阻抗之調諧器64，使放大之微波放射至處理容器2內之天線部65，由金屬材料構成具有朝圖4的上下方向延伸之圓筒狀形狀之本體容器66，及在本體容器66內朝向與本體容器66延伸至與延伸方向同方向之內側導體67。本體容器66及內側導體67係構成同軸管。本體容器66係構成該同軸管之外側導體。內側導體67係具有棒狀或筒狀形狀。本體容器66之內周面與內側導體67之外周面之間的空間係形成微波傳送線路68。
未圖示，天線模組61更具有設置於本體容器66之基端側(上端側)之供電轉換部。供電轉換部係透過同軸纜線與主放大器62C連接。隔離器62D係設置於同軸纜線之途中。
天線部65係設置於與本體容器66中的供電轉換部之相反側。如稍後說明，比本體容器66中的天線部65更基端側的部份係成為由調諧器64引起之阻抗調整範圍。
如圖4及圖5所示，天線部65具有連接於內側導體67下端部之平面天線71，配置於平面天線71上面側之微波慢波材72，及配置於平面天線71下面側之微 波透射板73。微波透射板73的下面係露出處理容器2內部空間。微波透射板73係透過本體容器66，嵌合於為微波導入裝置5之導電性構件的天井部11之開口部。微波透射板73係對應於本發明中的微波穿透窗。
平面天線71係具有圓板形狀。又，平面天線71係具有以貫穿平面天線71的方式形成之狹縫71a。如圖5及圖6所示之例子中設置有4個狹縫71a，各狹縫71a係具有被均分為4等份之圓弧形狀。此外，狹縫71a的個數係不限於4個，亦可為5個以上或是1個以上3個以下。
微波慢波材72係藉由具有比真空更大的介電常數之材料來形成。形成微波慢波材72之材料係例如能夠使用石英、陶瓷、聚四氟乙烯樹脂等之氟系樹脂、及聚醯亞胺樹脂等。微波係在真空中使其波長變長。微波慢波材72係具有使微波之波長變短調整電漿之機能。又，微波之相位係藉由微波慢波材72之厚度來變化。為此，藉由透過微波慢波材72的厚度調整微波之相位，平面天線71能夠以成為駐波內位置的方式來調整。藉此，可抑制在平面天線71中的反射波，也能夠使來自平面天線71放射之微波放射能量變大。即，藉此，可使微波的功率有效的導入至處理容器2內。
微波透射板73係藉由介電質材料來形成。形成微波透射板73之介電質材料係例如使用石英或陶瓷等。微波透射板73係形成能夠以TE模式有效的放射微波 之形狀。在圖5所示之例子中，微波透射板73係具有正方體形狀。又，微波透射板73的形狀係不限正方體形狀，例如亦可為圓柱形狀、五角形柱形狀、六角形柱形狀、八角形柱形狀。
在如上述構成之微波導入機構63，以主放大器62C放大之微波係通過本體容器66的內周面與內側導體67的外周面之間(微波傳送線路68)到達平面天線71，由平面天線71的狹縫71a透過微波透射板73來放射至處理容器2之內部空間。
調諧器64係構成芯塊調諧器。具體而言，如圖4所示，調諧器64係具有配置於比本體容器66之天線部65更基端部側(上端部側)的部份之2個芯塊74A、74B、使2個芯塊74A、74B動作之致動器75，及控制該致動器75之調諧器控制器76。
芯塊74A、74B具有板狀且環狀之形狀，配置於本體容器66之內周面與內側導體67之外周面之間。又，芯塊74A、74B係藉由介電質材料來形成。形成芯塊74A、74B之介電質材料係例如能夠使用比介電常數為10之高純度氧化鋁。高純度氧化鋁係比通常作為形成芯塊之材料使用之石英(比介電常數3.88)或鐵氟龍(登錄商標)(比介電常數2.03)比介電常數更大，因此能夠使芯塊74A、74B的厚度變小。又，高純度氧化鋁具有與石英或鐵氟龍(登錄商標)相比較，介質損耗角正切(tanδ)較小，可使微波的損失變小之特徵。高純度氧化鋁更具有 歪斜較小、耐熱之特徵。高純度氧化鋁係純度99.9%以上的氧化鋁燒結體為較佳。又，作為高純度氧化鋁亦可用單結晶氧化鋁(藍寶石)。
調諧器64係根據來自調諧器控制器76的指令藉由致動器75使芯塊74A、74B上下方向移動。藉此，調諧器64係調整阻抗。例如，調諧器控制器76係以終端部之阻抗成為50Ω的方式，來調整芯塊74A、74B的位置。
在本實施形態中，主放大器62C、調諧器64及平面天線71係相互接近而配置。特別是，調諧器64及平面天線71係構成集中參數電路且作為振盪器來發揮機能。平面天線71之安裝部份係存在有阻抗不匹配。在本實施形態中，藉由調諧器64包含電漿能夠高精度的調諧，能夠解除在平面天線71中的反射影響。又，藉由調諧器64可高精度的解除直到平面天線71的阻抗不匹配，能夠使實質上不匹配的部份設成為電漿空間。藉此，藉由調諧器64能夠高精度的電漿控制。
其次，請參閱圖7及圖8來說明關於微波透射板73的配置。圖7係表示圖1所示之處理容器2的天井部11底視圖。圖8係表示在本實施形態中的複數微波透射板73的配置之說明圖。又，在圖7中，省略本體容器66的圖示。又，在以下的說明中，微波透射板73係使設為具有圓柱形狀。
微波導入裝置5係包含複數微波透射板73。 如前述，微波透射板73係對應於本發明中的微波穿透窗。複數微波透射板73係嵌合於為微波導入裝置5之導電性構件之天井部11的複數開口部狀態下，配置於在載置台21的載置面21a上平行之1個假想的平面上。又，複數微波透射板73係包含在上述假想之平面中，其中心點間的距離係彼此相等或是約略與3個微波透射板73相等。又，中心點間的距離約略相等係指由微波透射板73之形狀精度或天線模組61(微波導入機構63)之組裝精度等觀念來看，微波透射板73之位置係亦可由所希望的位置稍微偏移的意思。
在本實施形態中，複數微波透射板73係由以成為六個方向最密配置的方式配置之7個微波透射板73所構成者。具體而言，複數微波透射板73係，其中心點以與各自正六角形之頂點一致或約略一致的方式配置之6個微波透射板73A~73F，以及其中心點係以與正六角形之中心一致或約略一致的方式由配置之1個微波透射板73G所構成者。圖8中，符號PA~PG係各自表示微波透射板73A~73G的中心點。又，與頂點或中心點約略一致係指由微波透射板73之形狀精度或天線模組61(微波導入機構63)之組裝精度等觀念來看，微波透射板73之中心點係亦可由上述之頂點或中心稍微偏移的意思。
如圖7所示，微波透射板73G係配置於在天井部11中的中央部份。6個微波透射板73A~73F係以包圍微波透射板73G的方式配置於比天井部11之中央部份 的更外側。因此，微波透射板73G對應於本發明中的中心微波穿透窗，微波透射板73A~73F係對應於本發明中的外側微波穿透窗。此外，在本實施形態中，「天井部11中的中央部份」係指「天井部11之平面形狀中的中央部份」。
微波透射板73A~73G係邊滿足以下之第1及第2條件邊配置。第1條件係在微波透射板73A~73G的中心點PA~PG中，藉由連結相互鄰接之3個中心點而在平面狀形成6個正三角形者。第2條件係藉由該些6個正三角形而形成假想之正六角形者。如圖8所示，以包圍微波透射板73G的方式來連結微波透射板73A~73F的中心點PA~PF，形成上述假想之正六角形。
此外，在圖8中，符號W係表示複數微波透射板73投影於所配置之假想之平面形成晶圓W之平面形狀之圖形(以下，僅記載為晶圓W之平面形狀。)，圖8所示之例子中，晶圓W之平面形狀係圓形。本實施形態中，成為微波透射板73A~73F的中心點PA~PF基準之正六角形的外緣係包含晶圓W之平面形狀。微波透射板73G的中心點PG係與晶圓W之平面形狀(圓)的中心點一致或約略一致。微波透射板73A~73F的中心點PA~PF係在與晶圓W之平面形狀相對之同心圓的圓周上，以均等或約略均等的間隔來配置。
本實施形態中，在所有的微波透射板73中，相互鄰接任意的3個微波透射板73之中心點間的距離係 彼此相等或變為約略相等。以下，關於此，以微波透射板73A、73B、73G為例來進行說明。如圖8所示，微波透射板73A、73B之中心點PA、PB係與正六角形之鄰接的2個頂點一致。又，微波透射板73G的中心點PG係與正六角形的中心點一致。如圖8所示，連結中心點PA、PB、PG所描之圖形係成為正三角形。因此，中心點PA、PB、PG間的距離係成為彼此相等。
關於上述微波透射板73A、73B、73G的說明係相互鄰接之3個微波透射板73的組合中的任一個皆適用。因此，本實施形態中，在所有的微波透射板73中，相互鄰接任意的3個微波透射板73之中心點間的距離係彼此相等或變為約略相等。
如圖4所示，微波導入機構63係形成包含微波透射板73之一體構造。本實施形態中，複數微波導入機構63係由7個微波導入機構63來構成者。各微波導入機構63係如圖7及圖8所示之微波透射板73對應於配置之位置來配置。又，如圖7所示，氣體導入部15之複數噴嘴16係在微波透射板73A~73F與微波透射板73G之間，以包圍微波透射板73G的周圍的方式來配置。
其次，對關於電漿處理裝置1中的電漿處理的步驟之一例進行說明。在此，作為處理氣體使用含有氧氣之氣體，以對晶圓W之表面施行電漿氧化處理時為例子，對關於電漿處理步驟進行說明。首先，例如由使用者介面部82以在電漿處理裝置1中進行電漿氧化處理的方 式，對程序控制器81輸入指令。其次，程序控制器81係接收該指令，讀出儲存於記憶部83或電腦可讀取記憶媒體之處理程式。其次，藉由基於處理程式之條件，以實行電漿氧化處理的方式，由程序控制器81將控制信號送出至電漿處理裝置1之各終端設備(例如、高頻偏壓電源25、氣體供給裝置3a、排氣裝置4、微波導入裝置5等)。
其次，閘閥G被設為開啟狀態，藉由未圖示之搬送裝置，晶圓W通過閘閥G及搬入出口12a搬入至處理容器2內。晶圓W係載置於載置台21之載置面21a。其次，閘閥G設為關閉狀態，藉由排氣裝置4使處理容器2內進行減壓排氣。其次，藉由氣體供給機構3，使預定流量之稀有氣體及含氧氣體係透過氣體導入部15導入至處理容器2內。處理容器2之內部空間係藉由調整排氣量及氣體供給量，使調整為預定壓力。
其次，在微波輸出部50中，產生導入於處理容器2內之微波。由微波輸出部50之分配器54輸出之複數微波係輸入至天線單元60之複數天線模組61，藉由各天線模組61導入至處理容器2內。在各天線模組61中，微波係傳播放大器單元62及微波導入機構63。到達微波導入機構63之天線部65之微波係由平面天線71之狹縫71a，透過微波透射板73放射於處理容器2內中的晶圓W上方的空間。如此，由各天線模組61分別將微波導入至處理容器2內。
如上述由複數部位導入至處理容器2內之微波係各別在處理容器2內形成電磁場。藉此，使導入至處理容器2內之稀有氣體或含氧氣體等處理氣體電漿化。而且，電漿中的活性種例如藉由自由基或離子作用，使晶圓W之矽表面被氧化形成矽氧化膜SiO2的薄膜。
由程序控制器81於電漿處理裝置1之各終端設備送出使電漿處理結束之控制信號，在微波的產生停止時，稀有氣體及含氧氣體之供給將停止，結束對晶圓W之電漿處理。其次，閘閥G設為開啟狀態藉由未圖示之搬送裝置，晶圓W被搬出。
此外，藉由代替含氧氣體使用含氮氣體對晶圓W施行氮化處理，能夠形成矽氮化膜SiN之薄膜。
在電漿處理裝置1中，相互鄰接之微波透射板73的中心點間距離係以彼此相等或變為約略相等的方式來設定。以鄰接複數之微波透射板73之中心點間距離不同的方式來配置，基於各微波透射板73之微波電漿密度分布皆相同時，於電漿密度中發生偏差且難以維持晶圓W面內的處理均一性。對此，在電漿處理裝置1中，由於相互鄰接之微波透射板73的中心點間距離係以彼此相等或變為約略相等的方式來設定，因此可輕易使微波電漿密度分佈均一化。如此，在電漿處理裝置1中，能夠以簡單的構成使微波電漿密度分佈均一化，可得到晶圓W面內的處理均一性。
又，在電漿處理裝置1中，微波透射板73G 係配置於在天井部11中的中央部份，6個微波透射板73A~73F係以包圍微波透射板73G的方式，配置於較天井部11之中央部份的更外側。藉此，在電漿處理裝置1中，能夠使廣大區域下之微波電漿密度分佈均一化。又，在電漿處理裝置1中，複數天線模組61之構成係完全相同。藉此，在電漿處理裝置1中，在各天線模組61能夠使用相同的電漿產生條件，輕易調整微波電漿密度分佈。又，對應於正六角形之內側的區域下方中之電漿密度，係比對應於正六角形之外側的區域下方中之電漿密度變得更大。本實施形態中，請參閱圖8進行說明，成為微波透射板73A~73F的中心點之基準的正六角形的外緣係包含晶圓W之平面形狀。藉此，在電漿處理裝置1中，能夠使晶圓W配置於電漿密度較大的區域。
[第1實施形態之電漿處理方法]
其次，對關於使用電漿處理裝置1進行本發明之第1實施形態之電漿處理方法來進行說明。本實施形態之電漿處理方法係在電漿處理裝置1之處理容器2內，藉由複數微波來產生電漿處理為被處理體之晶圓W，例如氧化晶圓W表面的矽形成矽氧化膜。此外，在本說明書中，藉由複數微波使電漿點火時的複數微波功率之合計設為「點火時之總功率」，以前述電漿處理晶圓W時的複數微波功率之合計設為「程序時之總功率」。又，由1個微波使電漿點火時的微波功率設為「點火時之功率」，以由1個微波 產生之電漿處理晶圓W時的微波功率設為「程序時之功率」。
在本實施形態中，在處理容器2內藉由複數微波使用產生電漿之複數微波方式之電漿處理裝置1，為了形成厚度1nm(10埃)以下，0.5nm以上1nm以下範圍內為較佳的極薄膜，以較低之微波功率進行電漿氧化處理。具體而言，在本實施形態之電漿處理方法中，將點火時之總功率設為晶圓W之每單位面積1W/cm2以下、0.8W/cm2以下為較佳、0.6W/cm2以下則為最佳。例如將300mm直徑的晶圓W作為被處理體時，使點火時之總功率設為700W以下，而設為560W以下為較佳，設為420W以下為最佳。
以本實施形態之電漿處理方法，將點火時之總功率按照上述之規定的理由如下。一般而言，在微波透射板73為小直徑之電漿處理裝置1中，與程序時之總功率相比，點火時之總功率係成為約2~3倍之較大的值。因此，點火時之總功率為晶圓W的每單位面積1W/cm2以下的話，程序時之總功率係成為約晶圓W的每單位面積1W/cm2以下，能夠以低功率處理電漿。
對此，在使用大直徑之微波透射板之單一微波方式的電漿處理裝置中，點火時之功率為1W/cm2以下時電漿之點火係困難的，又，儘可能以較低功率點火時，由維持安定之電漿的觀點來看，程序時之功率與點火時之功率大多成為約略相等的值。
在此，為了使本實施形態之電漿處理方法的特徵更為明確，對關於使用於比較例之電漿處理方法的電漿處理裝置進行說明。圖9係在處理容器內模式的表示由1個微波產生電漿之單一微波方法之電漿處理裝置501構成的剖面圖。電漿處理裝置501係具備處理容器502、載置台521及支撐構件522。處理容器502、載置台521及支撐構件522的構成係與圖1所示處理容器2、載置台21及支撐構件22的構成相同者。
電漿處理裝置501係具備微波導入裝置505代替圖1及圖3所示之微波導入裝置5。微波導入裝置505係設置於處理容器502之上部。微波導入裝置505係，可使用僅包含1個微波透射板573之已知構成的微波導入裝置。微波透射板573係具有例如圓板形狀。微波透射板573之平面形狀的直徑係比晶圓W的直徑更大例如460mm。
電漿處理裝置501中的其他構成係與電漿處理裝置1相同。
在電漿處理裝置501中，由於微波透射板573的個數為1個，因此必須使微波透射板573的平面形狀比晶圓W的平面形狀更大。微波透射板573的面積變大時，為了使電漿安定的點火及放電，必須也讓微波的功率變大。例如，微波透射板573具有圓板形狀，當微波透射板573的平面形狀之直徑約為500mm時，為了使電漿安定的點火及放電，所需微波功率(點火時之功率及程序時 之功率)的最小值係1000W。
另一方面，在電漿處理裝置1中，由於設置了複數微波透射板73，與電漿處理裝置501的微波透射板573相比，能夠使微波透射板73的面積變小。此外，電漿處理裝置1之微波透射73具有圓柱形狀時，1個微波透射板73的平面形狀之直徑係例如能夠設為90mm以上200mm以下的範圍內，設為90mm以上150mm以下的範圍內為較佳。其結果，在電漿處理裝置1中，與使用電漿處理裝置501的情況相比較，為了使電漿安定的點火及放電維持，可使所須之微波的功率變小。藉此，在電漿處理裝置1中，可成為由較低功率之微波引起的電漿點火及放電維持，適合形成一邊控制膜厚一邊形成厚度1nm以下之薄膜的電漿處理。
<電漿氧化處理之條件>
其次，使用電漿處理裝置1，作為用於形成1nm以下膜厚之矽氧化膜的主要條件，對處理氣體之種類與流量、處理壓力、微波功率、處理溫度、氧化率、處理時間、阻抗匹配步驟進行詳細說明。此外，該些條件係作為處理程式保存於控制部8之記憶部83。且，程序控制器81讀取出其處理程式，藉由向電漿處理裝置1的各構成部傳送控制信號，以所希望之條件進行電漿氧化處理。
<處理氣體之種類與流量>
電漿氧化處理之處理氣體係，使用電漿生成用之稀有氣體與含氧氣體為較佳。稀有氣體係例如能夠使用Ar、Kr、Xe、He等。含氧氣體係例如能夠使用O2氣體、臭氧氣體等。即使在該些氣體中，稀有氣體係以Ar氣體為較佳，含氧氣體係以O2氣體為較佳。對處理容器2內之全處理氣體的含氧氣體體積流量比率(含氧氣體流量/全處理氣體流量百分率)係，由適度調節氧化力容易形成厚度1nm以下之薄膜的觀點來看，例如設為0.1%以上5%以下之範圍內為較佳，設為0.5%以上3%以下之範圍內為最佳。在電漿氧化處理中，稀有氣體之流量係例如由100mL/min(sccm)以上10000mL/min(sccm)以下的範圍，以成為上述流量比的方式來設定為較佳。含氧氣體之流量係由0.1mL/min(sccm)以上500mL/min(sccm)以下之範圍內，以成為上述流量比的方式來設定為較佳。
<微波功率>
在使用電漿處理裝置1之電漿處理中，微波係使用860MHz之微波為較佳。又，由容易形成厚度1nm以下的薄膜的觀點來看，點火時之總功率係設為晶圓W之每單位面積1W/cm2以下，設為0.5W/cm2以上1W/cm2以下的範圍內為較佳，設為0.5W/cm2以上0.8W/cm2以下的範圍內為更佳，而設為0.5W/cm2以上0.6W/cm2以下範圍為最佳。例如將300mm直徑的晶圓W作為被處理體時，能夠使點火時之總功率設為700W以下，而設為350W以上 700W以下的範圍內為最佳。點火時之總功率係超過1W/cm2或700W時，電漿點火之後的氧化率將變高，形成厚度1nm以下之薄膜變得困難或薄膜的控制性明顯地變差。點火時之總功率的最低限係，由產生安定之電漿的觀點來看，設為晶圓W之每單位面積0.5W/cm2以上為較佳。此外，在電漿處理裝置1中，由於由7個微波透射板73導入微波，因此由1個微波透射板73導入之微波的點火時之功率能夠設為100W以下。
又，在使用電漿處理裝置1之電漿處理中，程序時之總功率係能夠設為比點火時之總功率小例如能夠設為由點火時之總功率的1/3至約1/2的範圍內。例如以電漿處理裝置1處理300mm直徑之晶圓W時，若將點火時之總功率設為420W以上700W以下(晶圓W之每單位面積0.6W/cm2以上1W/cm2以下)的範圍內，能夠將程序時之總功率設為140W以上350W以下(晶圓W之每單位面積0.2W/cm2以上0.5W/cm2以下)的範圍內。此外，在電漿處理裝置1中，由於由7個微波透射板73導入微波，因此由1個微波透射板73導入之微波的點火時之功率能夠設為50W以下。又，藉由條件能夠將點火時之總功率設為保持於程序時之總功率或設定比點火時之總功率更高的程序時之總功率。
對此，在比較例之電漿處理裝置501之情況下，如上所述，處理300mm直徑之晶圓W時，點火時之功率及程序時之功率的最小值係1000W(1.42W/cm2)， 在該值以下使安定之電漿點火及放電維持係困難的。因此，在電漿處理裝置501中，與電漿處理裝置1相比較時，電漿氧化處理中的氧化率變高，形成厚度1nm以下之薄膜係困難的。
<處理壓力>
處理壓力係由使點火時之總功率下降且容易形成厚度1nm以下的薄膜之觀點來看，例如30Pa以上600Pa以下的範圍為較佳，80Pa以上300Pa以下之範圍內為最佳。在此，圖10係表示使用電漿處理裝置1之1個微波透射板73使Ar氣體100%的電漿點火時中的壓力與點火時之功率關係的帕邢曲線(Paschen curve)。在此，將微波透射板73之直徑為90mm的情況與150mm的情況做比較。由該帕邢曲線可理解到與150mm直徑相比較，微波透射板73為90mm小直徑之點火時之功率較小且較佳。此外，在比較例之單一微波方式的電漿處理裝置501中，如上述由於使用大型微波透射板573，因此變得更加需要較大的點火時之功率。
又，可了解即使使用相同大小之微波透射板73，亦存在有能夠使點火時之功率變小之壓力範圍。在圖10的例子中，微波透射板73為90mm直徑時例如在30Pa以上600Pa以下的範圍內，使點火時之功率係約在100W以下。又，微波透射板73為150mm直徑時例如在80Pa以上300Pa以下的範圍內，使點火時之功率係約在100W 以下。
<處理溫度>
晶圓W之處理溫度由使氧化率下降且容易形成厚度1nm以下的薄膜之觀點來看，例如設為室溫(30℃)以上200℃以下的範圍內為較佳，設為100℃以下為最佳。又，處理溫度係指載置台21的溫度，室溫(30℃)係指不加熱。
在此，圖11係表示在不同處理溫度下對晶圓W表面的矽，進行電漿氧化處理時之矽氧化膜膜厚與處理時間之關係的特性圖。圖11之縱軸係藉由電漿處理表示形成之矽氧化膜膜厚，橫軸係表示製程時間。又，圖11之縱軸係藉由橢圓偏光計測定之膜厚。在本說明書中，只要不特別註記，則膜厚係指藉由橢圓偏光計測定之值。
實驗係以條件a~c來實施。條件a，b係使用包含7個微波透射板73之電漿處理裝置1，在條件a中將處理溫度設為室溫(30℃)，在條件b中將處理溫度設為500℃。為了比較，條件C係使用單一微波方式之電漿處理裝置501，將處理溫度設為300℃。
使用電漿處理裝置1之電漿氧化處理的溫度以外的條件如下所述。將微波透射板73與晶圓W之間的間隔(間隙)固定為85mm。由1個微波透射板73導入之微波功率設為點火時之功率60W、程序時之功率設為20W。處理容器2內之壓力係設為133Pa。作為電漿生成 用之稀有氣體使用990sccm(mL/min)之Ar，作為含氧氣體使用10sccm(mL/min)之O2。
使用電漿處理裝置501之電漿氧化處理的條件c如下所述。首先，將處理溫度(載置台521之設定溫度)設為300℃。將微波透射板573與晶圓W之間的間隙(間隙)設為85mm、微波點火時之功率設為1000W、程序時之功率設為1000W。處理容器502內之壓力係設為133Pa。作為電漿生成用之稀有氣體使用1980sccm(mL/min)之Ar，作為含氧氣體使用20sccm(mL/min)之O2。
由圖11，在以複數微波使用產生電漿之電漿處理裝置1的條件a中，與使用單一微波方式之電漿處理裝置501的條件c相比較，即使在相同程序時間下也能夠大幅的使形成之矽氧化膜薄膜化。此外，在使用相同的電漿處理裝置1之條件b中，與條件a相比氧化率較大，在形成厚度1nm以下薄膜中的控制性比在條件a中的處理還低。這可能是因為處理溫度為500℃高溫的緣故。但，由圖11，若處理溫度係100℃以下的話，能夠形成較佳的膜厚控制性且厚度1nm以下的矽氧化膜。
<氧化率>
本實施形態之電漿處理方法係，由容易形成厚度1nm以下的薄膜之觀點來看，例如開始(功率ON)供給用於電漿點火之微波後，在30秒間的平均氧化率設為0.03nm/ 秒以下為較佳，設為0.005nm/秒以上0.03nm/秒以下為最佳。藉由由開始供給微波30秒間的平均氧化率設為0.03nm/秒以下，即使係較短的處理時間膜厚控制性仍提高，能夠以1nm以下、0.5nm以上1nm以下為較佳之範圍內的任意厚度來形成薄膜。
<處理時間>
在本實施形態之電漿處理方法中，處理時間係若能夠以1nm以下之所希望的厚度來形成矽氧化膜，則沒有特別限制，若考慮上述氧化率將開始(功率ON)供給用於電漿點火之微波功率的時間點做為標準，例如設為10秒以上100秒以下的範圍內為較佳。
<阻抗匹配之步驟>
其次，請參閱圖12A、12B、圖13A及圖13B，對關於在本實施形態之電漿處理方法中的阻抗匹配之步驟進行說明。在本實施形態之電漿處理方法中，藉由複數微波使電漿點火時係不進行阻抗匹配，藉由透過複數微波產生之電漿處理晶圓W時進行阻抗匹配為較佳。此外，在電漿處理裝置1中，阻抗匹配係藉由使調諧器64之2個芯塊74A、74B上下移動來進行(請參閱圖4)。
圖12A與圖12B係表示分別由電漿處理裝置1的1個微波透射板73導入微波，將氧氣電漿點火時的阻抗匹配之步驟與電漿發光的關係。圖12A、圖12B的縱 軸係表示基於發射光譜分析(OES)之波長777nm中的氧氣自由基的發光強度比，橫軸係表示微波之設定功率。圖12A及圖12B中四個角的圖(有匹配)係，以壓力133Pa使用作為處理氣體含有1體積% O2氣體之Ar氣體與O2氣體的混合氣體，來表示進行阻抗匹配產生電漿時的設定功率與發光強度之關係。圖12A及圖12B中菱形的圖(無匹配)係以壓力133Pa使用作為處理氣體含有1體積%O2氣體之Ar氣體與O2氣體的混合氣體，來表示不進行阻抗匹配產生電漿時的設定功率與發光強度之關係。
又，圖13A與圖13B係分別由電漿處理裝置1的1個微波透射板73導入微波，表示將氧氣電漿點火時的阻抗匹配之步驟的時序圖。在圖13A及圖13B中，橫軸係表示時間、t1係處理氣體導入開始、t2係基於微波導入之電漿點火、t3係程序時之功率的切換、t4係程序結束(微波停止)、t5係處理氣體供給停止之時序。此外，圖13A及圖13B所示之時序圖中，將作為處理氣體Ar氣體O2氣體同時導入處理容器2內，使電漿點火時例如亦可先將Ar氣體導入處理容器2內使電漿點火，再進行O2氣體的導入。
圖12A及圖13A係表示與電漿點火的同時開始阻抗匹配之方法(以下記載為方法A)。在圖12A中以粗箭頭來表示該情況下的發光強度變化。具體而言，方法A的情況係以點火時之功率100W使電漿點火(時間點t2)，同時以點火時之功率開始阻抗匹配，進行阻抗匹配 的同時使轉移至程序時之功率50W(時間點t3)。
另一方面，圖12B及圖13B係表示與電漿點火的同時不開始阻抗匹配，轉移至程序時開始阻抗匹配之方法(以下記載為方法B)。在圖12B中以粗箭頭表示該情況下之發光強度變化。在方法B情況下係以點火時之功率100W使電漿點火(時間點t2)，點火後不進行阻抗匹配使轉移(時間點t3)至程序時之功率50W，以程序時之功率來開始阻抗匹配。
由圖12A及圖12B可理解藉由進行阻抗匹配之時序的不同，即使點火時之功率及程序時之功率皆相同，在方法B中與方法A相比較，能夠大幅抑制氧氣自由基之發光。即，在方法B中，藉由以點火時之功率不進行阻抗匹配，在電漿點火時，比起方法A更能夠大幅抑制電漿中之氧化活性種之氧化自由基的生成量。
圖12A及圖12B，係表示關於藉由1個微波產生電漿之圖，藉由電漿處理裝置1以複數微波產生電漿時，同樣的比起方法A，方法B亦能夠大幅抑制在電漿點火時電漿中的氧化活性種之氧化自由基的生成量。因此，藉由採用方法B的步驟，與方法A的步驟相比較，在形成使用電漿處理裝置1之薄膜(矽氧化膜)中，能夠抑制電漿點火時之氧化使膜厚之控制性變佳，並且可一層薄膜化。關於確認該點之實驗結果，請參閱圖14來進行說明。
圖14係藉由電漿處理表示形成之矽氧化膜膜 厚與製程時間之關係的特性圖。圖14之縱軸係藉由電漿處理表示形成之矽氧化膜膜厚，橫軸係表示製程時間。實驗係以下述條件1~4來實施。條件1~3係使用具備7個微波透射板73之電漿處理裝置1，為了便於比較，條件4係使用單一微波方式之電漿處理裝置501。此外，在矽氧化膜之膜厚測定中，使用橢圓偏光計。
<條件1>
電漿生成方式：複數微波
點火時之總功率：420W
程序時之總功率：140W
點火時之功率：60W
程序時之功率：20W
阻抗匹配：方法B
<條件2>
電漿生成方式：複數微波
點火時之總功率：700W
程序時之總功率：350W
點火時之功率：100W
程序時之功率：50W
阻抗匹配：方法B
<條件3>
電漿生成方式：複數微波
點火時之總功率：700W
程序時之總功率：350W
點火時之功率：100W
程序時之功率：50W
阻抗匹配：方法A
<條件4>
電漿生成方式：單一微波
點火時之功率：1000W
程序時之功率：1000W
阻抗匹配：方法A
使用電漿處理裝置1之電漿氧化處理的其他條件如下所述。將微波透射板73與晶圓W之間的間隔(間隙)固定為85mm。處理容器2內之壓力係設為133Pa。作為電漿生成用之稀有氣體使用990sccm(mL/min)之Ar，作為含氧氣體使用10sccm(mL/min)之O2。又，將處理溫度設為30℃。
使用電漿處理裝置501之電漿氧化處理的其他條件如下所述。將微波透射板573與晶圓之間的間隔(間隙)固定為85mm。作為電漿生成用之稀有氣體使用1980sccm(mL/min)之Ar，作為含氧氣體使用20sccm(mL/min)之O2。又，將處理溫度設為300℃。
由圖14，以複數微波使用產生電漿之電漿處理裝置1的條件1~3中，與使用單一微波方式之電漿處理裝置501的條件4相比較，由於點火時之總功率及程序時之總功率兩者皆較小，因此即使在相同時間下也能夠大 幅的使形成之矽氧化膜薄膜化。特別是，在以方法B進行阻抗匹配之條件1及條件2中，即使從程序開始(程序時間0)經過20秒後矽氧化膜之膜厚為1nm以下，與以方法A進行阻抗匹配之條件3相比較亦可得到良好的結果。另一方面，在條件4中，由於氧化率過大，因此在實際上不可能將矽氧化膜之膜厚控制在1nm以下。
在圖14中，程序時間0係指方法A、方法B皆開啟(ON)微波功率使電漿點火後，花費5秒使安定化後切換到程序時之功率(圖13A、13B時間點t3)，進一步以程序時之功率花費5秒使安定化之時間點。因此，在圖14中，程序時間0係方法A、方法B皆開啟(ON)微波功率後經過約10秒左右。因此，在圖14之條件1~3中，即使為程序時間0也已經測量出約0.9nm之矽氧化膜的膜厚。如此一來，若考慮在程序時間0前所形成之膜厚，則在條件1~3中，由程序時間0到經過20秒後之平均氧化率係約為0.005nm/秒左右。在條件1~3中，像如此較低氧化率之電漿處理係有可能的，特別是，在以方法B進行阻抗匹配之條件1及條件2中，由於可有效的抑制由緊接著直到程序時間0的點火電漿所引起之氧化，因此能夠以1nm以下之任意的膜厚控制性較佳的形成矽氧化膜的膜厚。
以上，藉由本實施形態之電漿處理方法，於被處理體之晶圓W的表面能夠控制性較佳的形成1nm以下之膜厚的矽氧化膜。
[第2實施形態電漿處理方法]
其次，對關於使用電漿處理裝置1進行本發明之第2實施形態之電漿處理方法來進行說明。本實施形態之電漿處理方法係藉由於電漿處理裝置1之處理容器2內藉由複數微波來產生電漿，處理為被處理體之晶圓W例如氮化晶圓W表面的矽形成矽氮化膜。
在本實施形態中，於處理容器2內使用藉由複數微波產生電漿之方式的電漿處理裝置1，由於形成厚度1nm(10埃)以下，0.5nm以上1nm以下為較佳之範圍內的極薄膜，以較低之微波功率進行電漿氮化處理。具體而言，在本實施形態之電漿處理方法中，將點火時之總功率設為晶圓W之每單位面積1W/cm2以下，設為0.8W/cm2以下為較佳，而設為0.6W/cm2以下為最佳。例如將300mm直徑的晶圓W作為被處理體時，使點火時之總功率設為700W以下，而設為560W以下為較佳，設為420W以下為最佳。
以本實施形態之電漿處理方法，將點火時之總功率按照上述規定的理由係與第1實施形態相同。
<電漿氮化處理之條件>
其次，使用電漿處理裝置1，作為用於形成1nm以下之膜厚的矽氮化膜之主要條件，對處理氣體之種類與流量、處理壓力、微波功率、處理溫度、氮化率、處理時 間、阻抗匹配步驟進行詳細說明。此外，該些條件係作為處理程式保存於控制部8之記憶部83。且，藉由程序控制器81讀取出其處理程式對電漿處理裝置1的各構成部傳送控制信號，以所希望之條件進行電漿氮化處理。
<處理氣體之種類與流量>
作為電漿氮化處理之處理氣體，使用電漿生成用之稀有氣體與含氧氣體為較佳。稀有氣體例如可使用Ar、Kr、Xe、He等。含氮氣體例如使用氮氣、NH3氣體等。即使在該些氣體中，稀有氣體係以Ar氣體為較佳，含氮氣體係以N2氣體為較佳。相對於在處理容器2內之全處理氣體的含氮氣體之體積流量比率(含氮氣體流量/全處理氣體流量之百分率)係，由適度的調節氮化力且容易形成厚度1nm以下的薄膜之觀點來看，例如設為5%以上25%以下的範圍內為較佳，設為10%以上20%以下的範圍內為最佳。在電漿氮化處理中，例如稀有氣體之流量係由100mL/min(sccm)以上10000mL/min(sccm)以下之範圍內，以成為上述流量比的方式來設定為較佳。含氮氣體之流量係由5mL/min(sccm)以上2500mL/min(sccm)以下之範圍內，以成為上述流量比的方式來設定為較佳。
<微波功率>
在使用電漿處理裝置1之電漿處理中，點火時之總功率係由容易形成厚度1nm以下的薄膜之觀點來看，設為 晶圓W之每單位面積1W/cm2以下，設為0.5W/cm2以上1W/cm2以下的範圍為較佳，設為0.5W/cm2以上0.8W/cm2以下的範圍內為最佳，而設為0.5W/cm2以上0.6W/cm2以下的範圍內為最優選。例如將300mm直徑的晶圓W設為被處理體時，能夠使點火時之總功率設為700W以下，而設為350W以上700W以下的範圍內為最佳。點火時之總功率超過1W/cm2或700W時，電漿點火之後的氮化率將變高，形成厚度1nm以下之薄膜將變得困難或薄膜的控制性將明顯變差。點火時之總功率的最低限係，由產生安定之電漿的觀點來看，設為晶圓W之每單位面積0.5W/cm2以上為較佳。此外，在電漿處理裝置1中，由於由7個微波透射板73將微波導入，因此能夠將由1個微波透射板73導入之微波的點火時之功率設為100W以下。
又，在使用電漿處理裝置1之電漿處理中，程序時之總功率係能夠設為比點火時之總功率小，例如能夠由點火時之總功率的1/3設為1/2左右的範圍內。例如以電漿處理裝置1處理300mm直徑之晶圓W時，可將點火時之總功率設為420W以上700W以下(晶圓W之每單位面積0.6W/cm2以上1W/cm2以下)的範圍內，而將程序時之總功率設為140W以上350W以下(晶圓W之每單位面積0.2W/cm2以上0.5W/cm2以下)的範圍內。此外，在電漿處理裝置1中，由於由7個微波透射板73將微波導入，因此能夠將由1個微波透射板73導入之微波的程序 時之功率設為50W以下。又，藉由條件能夠將點火時之總功率設為保持於程序時之總功率或設為比點火時之總功率更高的程序時之總功率。
對此，在以第1實施形態說明之比較例的電漿處理裝置501之情況下，如上所述，處理300mm直徑之晶圓W時，點火時之功率及程序時之功率的最小值係1000W(1.42W/cm2)，在該值以下安定之電漿點火及放電維持係困難的。因此，在電漿處理裝置501中，與電漿處理裝置1相比較時，電漿氮化處理中的氮化率將變高，形成厚度1nm以下之薄膜係困難的。
<處理壓力>
處理壓力係由使點火時之總功率下降且容易形成厚度1nm以下的薄膜之觀點來看，例如10Pa以上600Pa以下的範圍為較佳，20Pa以上300Pa以下之範圍內為最佳。
<處理溫度>
晶圓W之處理溫度由使氮化率下降且容易形成厚度1nm以下的薄膜的觀點來看，例如設為室溫(30℃)以上200℃以下的範圍內為較佳，設為100℃以下為最佳。又，處理溫度係指載置台21的溫度，室溫(30℃)係指不加熱。
<氮化率>
本實施形態之電漿處理方法係，由容易形成厚度1nm以下的薄膜之觀點來看，例如開始(功率ON)供給用於電漿點火之微波後，在30秒間的平均氮化率設為0.05nm/秒以下為較佳，設為0.005nm/秒以上0.05nm/秒以下為最佳。藉由由開始供給微波30秒間的平均氮化率設為0.05nm/秒以下，即使在較短的處理時間膜厚控制性仍提高，能夠以1nm以下、0.5nm以上1nm以下為較佳的任意厚度來形成薄膜。
<處理時間>
在本實施形態之電漿處理方法中，處理時間係若能夠以1nm以下之所希望的厚度形成矽氮化膜，則沒有特別限制，若考慮上述氮化率將開始(功率ON)供給用於電漿點火之微波功率的時間點做為標準，例如設為10秒以上100秒以下的範圍內為較佳。
<阻抗匹配之步驟>
在本實施形態之電漿處理方法中的阻抗匹配步驟，係與第1實施形態中的阻抗匹配步驟是相同的。即使在本實施形態中，藉由採用方法B，與方法A相比較，在形成使用電漿處理裝置1之薄膜(矽氮化膜)中，能夠抑制電漿點火時之氮化使膜厚之控制性變佳，且可一層薄膜化。
其次，請參閱圖15來對關於表示本實施形態之電漿處理方法的效果之實驗結果進行說明。圖15係藉 由電漿處理表示形成之矽氮化膜膜厚與製程時間之關係的特性圖。圖15之縱軸係藉由電漿處理表示形成之矽氮化膜膜厚，而橫軸係表示製程時間。實驗係，使用具備7個微波透射板73之電漿處理裝置1，以以下的條件來實施。將微波透射板73與晶圓W之間的間隔(間隙)固定為85mm。點火時之總功率係設為700W，程序時之總功率係設為350W，點火時之功率係設為100W，程序時之功率係設定為50W。處理容器2內之壓力係設為20Pa。作為電漿生成用之稀有氣體使用1000sccm(mL/min)之Ar，作為含氮氣體使用20sccm(mL/min)之N2。又，將處理溫度設為30℃。阻抗匹配係在與電漿點火的同時不開始阻抗匹配，轉移至程序時，藉由開始阻抗匹配之方法B(請參閱第1實施形態)來實施。在矽氮化膜之膜厚測定中，使用橢圓偏光計。
由圖15，以複數微波使用產生電漿之電漿處理裝置1，藉由使點火時之總功率及程序時之總功率兩者稍稍抑制進行電漿處理，能夠確認即使由程序開始(程序時間0)經過10秒後也能夠將矽氮化膜的膜厚控制於1nm以下。
又，在圖15中，程序時間0係指開啟(ON)微波功率使電漿點火後，花費5秒使安定化後切換到程序時之功率，進一步以程序時之功率花費5秒使安定化之時間點。因此，在圖15中，程序時間0係從開啟(ON)微波功經過約10秒左右。因此，在圖15中，即使為程序時 間0也已測量出約0.5nm左右之矽氮化膜的膜厚。如此一來，若考慮在程序時間0前所形成之膜厚，則由程序時間0到經過10秒後之平均氮化率約為0.05nm/秒左右。又，藉由以方法B進行阻抗匹配，能夠有效的抑制由緊接著直到程序時間0的點火電漿所引起之氮化。
以上，藉由本實施形態之電漿處理方法，於被處理體之晶圓W的表面能夠控制性較佳的形成1nm以下之膜厚的矽氧化膜。
又，本發明不限定於上述各實施形態，可變更各種形式。例如，本發明之電漿處理方法係不限於將半導體晶圓設為被處理體的情況，例如可將太陽能電池面板之基板或平板顯示器用基板設為被處理體的情況亦適用。
又，在上述實施形態中，係將晶圓W表面之矽進行電漿氧化處理或是電漿氮化處理的情況當作例子，處理對象並不限於矽。例如，電漿氧化處理的對象亦可為矽氮化膜(SiN膜)，電漿氮化處理的對象亦可為矽氧化膜(SiO2膜)，更可為其他種類的膜。
本國際申請係主張在2012年2月6日基於申請之日本專利申請號2012-023038之優先權，該申請之所有內容皆引用於此。

Claims (17)

  1. 一種電漿處理方法，係藉由複數微波於處理容器內產生電漿，使用處理被處理體之電漿處理裝置，於前述被處理體表面形成薄膜，其特徵為，藉由前述複數微波點燃電漿時的微波功率合計係前述被處理體之每單位面積1W/cm2以下，且，前述薄膜之膜厚係1nm以下。
  2. 一種電漿處理方法，係藉由複數微波於處理容器內產生電漿，使用處理被處理體之電漿處理裝置，於前述被處理體表面形成薄膜，其特徵為，前述被處理體之直徑係300mm以上，藉由前述複數微波點燃電漿時的微波功率合計係700W以下，且，前述薄膜之膜厚係1nm以下。
  3. 如請求項1之電漿處理方法，其中，藉由前述電漿處理被處理體之處理溫度係100℃以下。
  4. 如請求項1之電漿處理方法，其中，前述薄膜係前述被處理體表面之矽被氧化之矽氧化膜。
  5. 如請求項1之電漿處理方法，其中，前述薄膜係前述被處理體表面之矽被氮化之矽氮化膜。
  6. 如請求項1之電漿處理方法，其中，前述電漿處理裝置係具備： 前述處理容器，收容被處理體；載置台，配置於前述處理容器內部，具有載置前述被處理體之載置面；氣體供給機構，對前述處理容器內供給處理氣體；微波輸出部，產生前述微波的同時，將該微波分配至複數路徑予以輸出；複數天線部，將由前述微波輸出部輸出之複數微波各自導入至前述處理容器內；複數調諧器，各自對應於前述複數天線部而設置，匹配前述微波輸出部與前述處理容器內之間的阻抗；導電性構件，配置於前述處理容器上部，具有複數開口部；複數微波穿透窗，嵌合於前述複數開口部，於前述處理容器內使前述微波透過而予以導入，藉由從前述複數微波穿透窗各別導入至前述處理容器內之前述複數微波，產生前述電漿者。
  7. 如請求項6之電漿處理方法，其中，藉由前述複數微波點燃前述電漿時之前述微波功率合計係比藉由前述電漿處理被處理體時之前述微波功率合計還大，藉由前述複數微波點燃前述電漿時不進行前述阻抗匹配，藉由前述電漿處理被處理體時進行前述阻抗匹配。
  8. 如請求項6之電漿處理方法，其中，包含由前述微波輸出部，以使前述電漿點火之第1功率來 供給前述複數微波，對前述電漿點火之步驟；將前述微波功率變更為比前述第1功率更低之第2功率的步驟；及在前述第2功率的狀態下，進行前述阻抗匹配之步驟。
  9. 如請求項6之電漿處理方法，其中，具有前述複數微波穿透窗係配置於前述導電性構件中之中央部份的1個中心微波穿透窗，及以包圍前述中心微波穿透窗的方式，在比前述中央部份更靠近外側配置之至少6個外側微波穿透窗。
  10. 如請求項2之電漿處理方法，其中，藉由前述電漿處理被處理體之處理溫度係100℃以下。
  11. 如請求項2之電漿處理方法，其中，前述薄膜係前述被處理體表面之矽被氧化之矽氧化膜。
  12. 如請求項2之電漿處理方法，其中，前述薄膜係前述被處理體表面之矽被氮化之矽氮化膜。
  13. 如請求項2之電漿處理方法，其中，前述電漿處理裝置係具備：前述處理容器，收容被處理體；載置台，配置於前述處理容器內部，具有載置前述被處理體之載置面； 氣體供給機構，對前述處理容器內供給處理氣體；微波輸出部，產生前述微波的同時，將該微波分配至複數路徑予以輸出；複數天線部，將由前述微波輸出部輸出之複數微波各自導入至前述處理容器內；複數調諧器，各自對應於前述複數天線部而設置，匹配前述微波輸出部與前述處理容器內之間的阻抗；導電性構件，配置於前述處理容器上部，具有複數開口部；複數微波穿透窗，嵌合於前述複數開口部，於前述處理容器內使前述微波透過而予以導入；藉由從前述複數微波穿透窗各別導入至前述處理容器內之前述複數微波，產生前述電漿者。
  14. 如請求項13之電漿處理方法，其中，藉由前述複數微波點燃前述電漿時之前述微波功率合計係比藉由前述電漿處理被處理體時之前述微波功率合計還大，藉由前述複數微波點燃前述電漿時不進行前述阻抗匹配，藉由前述電漿處理被處理體時進行前述阻抗匹配。
  15. 如請求項13之電漿處理方法，其中，包含由前述微波輸出部，以使前述電漿點火之第1功率來供給前述複數微波，對前述電漿點火的步驟；將前述微波功率變更為比前述第1功率更低之第2功率的步驟；及 在前述第2功率的狀態下，進行前述阻抗匹配之步驟。
  16. 如請求項13之電漿處理方法，其中，具有前述複數微波穿透窗係配置於前述導電性構件中之中央部份的1個中心微波穿透窗，及以包圍前述中心微波穿透窗的方式，在比前述中央部份更靠近外側配置之至少6個外側微波穿透窗。
  17. 一種電漿處理裝置，係藉由複數微波於處理容器內產生電漿，於被處理體表面形成薄膜，其特徵為，具備：處理容器，收容被處理體；載置台，配置於前述處理容器內部，具有載置前述被處理體之載置面；氣體供給機構，對前述處理容器內供給處理氣體；微波輸出部，產生前述微波的同時，將該微波分配至複數路徑予以輸出；複數天線部，將由前述微波輸出部輸出之複數微波各自導入至前述處理容器內；複數調諧器，各自對應於前述複數天線部而設置，匹配前述微波輸出部與前述處理容器內之間的阻抗；導電性構件，配置於前述處理容器上部，具有複數開口部；複數微波穿透窗，嵌合於前述複數開口部，於前述處理容器內使前述微波透過而予以導入； 在前述處理容器內藉由前述複數微波點燃電漿時之微波功率合計係以成為前述被處理體之每單位面積為1W/cm2以下的方式，由前述多數微波穿透窗藉由將微波各自導入至前述處理容器內，使前述薄膜膜厚控制為1nm以下之控制部。
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