TW201621081A - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents

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Abstract

一種電漿處理裝置，具有：處理容器；旋轉台，設置於該處理容器內，上面可載置基板；第1電漿處理區域，設置於該旋轉台周向上之既定部位，從第1電漿氣體產生第1電漿而進行第1電漿處理；第2電漿處理區域，相對於該第1電漿處理區域在該周向上離間設置，從第2電漿氣體產生第2電漿而進行第2電漿處理；以及2個分離區域，於該周向上個別設置於該第1電漿處理區域與該第2電漿處理區域之間的2個間隔區域處，將該第1電漿處理區域與該第2電漿處理區域加以分離而防止該第1電漿氣體與該第2電漿氣體之混合。

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明係關於一種電漿處理裝置及電漿處理方法。
如日本特開2010-56470號公報所記載般，以往以來伴隨半導體元件之電路圖案之進而微細化，針對構成半導體元件之各種膜也要求進而薄膜化以及均一化。因應於如此要求的成膜方法，已知有所謂的分子層成膜方法(也稱為原子層成膜方法)，係將第1反應氣體供給於基板而使得第1反應氣體吸附於基板表面，其次將第2反應氣體供給於基板使得吸附於基板表面的第1反應氣體與第2反應氣體進行反應，使得由反應生成物所構成的膜沉積於基板上。依據相關成膜方法，由於反應氣體可(準)自飽和性地吸附於基板表面上，而可實現高膜厚控制性、優異均一性以及優異填埋特性。
但是，伴隨電路圖案之微細化，例如槽渠元件分離構造中的槽渠，伴隨線-間距-圖案中之間距高寬比的變大，即使是分子層成膜法也會有難以填埋槽渠、間距之情況。例如，若具有30nm程度寬度的間距打算以氧化矽膜來填埋，由於反應氣體難以進入狹窄間距的底部，故有區劃間距之線側壁的上端部附近的膜厚變厚、而底部側之膜厚變薄的傾向。是以，填埋於間距之氧化矽膜有時會發生孔洞(void)的情況。此種氧化矽膜例如在後續蝕刻製程中若受到蝕刻則有時會在氧化矽膜上面形成和孔洞連通的開口。如此一來，蝕刻氣體(或是蝕刻液)會從此種開口進入孔洞產生污染，或是在後續的金屬導體化(metallization)之際金屬會進入孔洞中而產生缺陷。
如此之問題不限於ALD，即便是化學氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)法也會發生。例如，當於半導體基板所形成的連接孔以導電性物質之膜做填埋來形成導電性連接孔(所謂的塞柱)之際，有時會於塞柱中形成孔洞。如特開2003-142484號公報所記載，為了抑制孔洞，有人提議在將連接孔以導電性物質做填埋之際，反覆進行將形成於連接孔上部的導電性物質之懸伸形狀部以回刻去除之製程，來形成抑制孔洞的導電性連接孔之方法。
但是，上述間距、連接孔之填埋之際所用的蝕刻處理，蝕刻處理後之膜質改善未必充分，於蝕刻處理所用的含氟氣體之氟成分會殘留於膜中，而有降低膜質之虞。
是以，本發明之目的在於提供一種可降低膜中氟濃度的電漿處理裝置及電漿處理方法。
為了達成上述目的，本發明之一態樣之電漿處理裝置，具有：處理容器；旋轉台，設置於該處理容器內，上面可載置基板；第1電漿處理區域，設置於該旋轉台周向上之既定部位，從第1電漿氣體產生第1電漿而進行第1電漿處理；第2電漿處理區域，相對於該第1電漿處理區域在該周向上離間設置，從第2電漿氣體產生第2電漿而進行第2電漿處理；以及2個分離區域，於該周向上個別設置於該第1電漿處理區域與該第2電漿處理區域之間的2個間隔區域處，將該第1電漿處理區域與該第2電漿處理區域加以分離而防止該第1電漿氣體與該第2電漿氣體之混合。
本發明之其他態樣之電漿處理方法，係使得由：從第1電漿氣體產生第1電漿而對基板進行第1電漿處理之製程；將經過該第1電漿處理之該基板以沖洗氣體來進行沖洗之製程；從第2電漿氣體產生第2電漿而對該沖洗過之該基板進行第2電漿處理之製程；以及 將經過該第2電漿處理之該基板以該沖洗氣體來進行沖洗之製程；所構成之循環以同一周期反覆進行複數次，來對該基板交互進行2種類之電漿處理。
1‧‧‧處理室
2‧‧‧旋轉台
4‧‧‧凸狀部
5‧‧‧突出部
7‧‧‧加熱器單元
7a‧‧‧覆蓋構件
10‧‧‧電漿空間
11‧‧‧頂板
11a‧‧‧開口部
11b‧‧‧段部
11c‧‧‧溝槽
11d‧‧‧O型環
12‧‧‧容器本體
12a‧‧‧突出部
13‧‧‧密封構件
14‧‧‧處理室之底面部
15‧‧‧搬送口
20‧‧‧盒體
21‧‧‧核心部
22‧‧‧旋轉軸
23‧‧‧驅動部
24‧‧‧凹部
31,32,41,42‧‧‧噴嘴
33,43‧‧‧氣體噴出孔
34‧‧‧電漿氣體供給噴嘴
44,45‧‧‧天花板面
46‧‧‧溝槽部
51‧‧‧分離氣體供給管
61‧‧‧第1排氣口
62‧‧‧第2排氣口
63‧‧‧排氣管
64‧‧‧真空泵
65‧‧‧壓力調整部
71a‧‧‧蓋構件
72‧‧‧沖洗氣體供給管
73‧‧‧沖洗氣體供給管
80‧‧‧第1電漿產生器
81,82‧‧‧電漿產生部
83‧‧‧電極
84‧‧‧匹配器
85‧‧‧高頻電源
86‧‧‧連接電極
90‧‧‧架框
90a‧‧‧凸緣部
91‧‧‧抵壓構件
92‧‧‧突起部
94‧‧‧絕緣板
95‧‧‧法拉第屏蔽件
95a‧‧‧水平面
95b‧‧‧垂直面
96‧‧‧支撐部
97‧‧‧狹縫
98‧‧‧開口部
100‧‧‧側環
101,102‧‧‧氣體流路
110‧‧‧曲徑構造部
120‧‧‧控制部
121‧‧‧中央處理裝置
122‧‧‧記憶體
130‧‧‧第2電漿產生器
140‧‧‧架框
150‧‧‧凹形狀圖案
160,161‧‧‧膜
C‧‧‧中心部區域
D‧‧‧分離區域
G‧‧‧閘閥
P1‧‧‧第1電漿處理區域
P2‧‧‧第2電漿處理區域
W‧‧‧晶圓
圖1係顯示本發明之實施形態之電漿處理裝置之一例的縱截面圖。
圖2係顯示本發明之實施形態之電漿處理裝置之一例的橫截面圖。
圖3係顯示本發明之實施形態之電漿處理裝置之一例的橫截面圖。
圖4係顯示本發明之實施形態之電漿處理裝置之一例的內部一部分之分解立體圖。
圖5係顯示本發明之實施形態之電漿處理裝置之一例的內部一部分之縱截面圖。
圖6係顯示本發明之實施形態之電漿處理裝置之一例的內部一部分之立體圖。
圖7係顯示本發明之實施形態之電漿處理裝置之一例的內部一部分之縱截面圖。
圖8係顯示本發明之實施形態之電漿處理裝置之一例的內部一部分之俯視圖。
圖9係顯示本發明之實施形態之電漿處理裝置之一例的法拉第屏蔽件之立體圖。
圖10係顯示本發明之實施形態之電漿處理裝置之一例的法拉第屏蔽件之一部分之立體圖。
圖11A~11D係顯示本發明之實施形態之電漿處理方法之一例的一連串製程圖。
圖12A以及12B係說明本發明之實施形態之電漿處理方法之改質處理之圖。
圖13係顯示實施了以往改質製程後之SiO2膜中的氟濃度之分析結果之圖。
圖14A以及14B係顯示本發明之實施形態之電漿處理裝置之氫氣體隔離狀態之模擬結果圖。
圖15A以及15B係顯示本發明之實施形態之電漿處理裝置之NF3氣體隔離狀態之模擬結果圖。
圖16A以及16B係顯示從壓力的觀點來顯示本發明之實施形態之電漿處理裝置之分離氣體之隔離性的模擬結果圖。
圖17A以及17B係顯示從Ar質量濃度的觀點來顯示本實施形態之電漿處理裝置之分離氣體之隔離性的模擬結果圖。
以下，參見圖式進行實施本發明之形態的說明。
首先，針對適用本發明之實施形態之電漿處理裝置以及電漿處理方法的蝕刻裝置之一例來說明。本發明之電漿處理裝置以及電漿處理方法除了蝕刻裝置以外也可適用於成膜裝置、進行蝕刻與成膜雙方的基板處理裝置等進行電漿處理之所有的裝置，本實施形態做為一例係針對本發明之電漿處理裝置以蝕刻裝置的方式來構成之實施形態做說明。
針對適用本發明之實施形態之電漿處理裝置的蝕刻裝置一例，參見圖1~圖10來說明。本實施形態之蝕刻裝置如圖1以及圖2所示般，具備有：平面形狀為大致圓形之處理室1、以及旋轉台2(設置於此處理室1內，於處理室1之中心具有旋轉中心)。此外，蝕刻裝置如後詳述般，構成上係藉由ALE(Atomic Layer Etching，原子層蝕刻)法對成膜於晶圓W表面的薄膜進行蝕刻，並對蝕刻後的薄膜進行電漿改質。此時，在進行電漿改質之際，係藉由電漿來去除薄膜中所含氟成分而讓膜不含氟成分或是氟濃度儘可能減少的方式來構成蝕刻裝置。亦即，半導體程序中常有以氟系蝕刻氣體來進行蝕刻之情況，然一旦氟成分殘留在蝕刻對象的膜中，會造成元件特性惡化。尤其，若SiO2、SiN等矽系膜中殘留氟成分，將會對元件特性造成不良影響。另一方面，如上述般，蝕刻常常將NF3等氟系氣體當作蝕刻氣體來使用，若進行膜的蝕刻，一般膜中的氟濃度會增加，而儘可能降低氟濃度成為技術上的課題。是以，本實施形態之蝕刻裝置，係進行周期性的 微量蝕刻，並將殘留於膜中之氟成分以周期性的改質處理來有效地去除，針對此點詳細將於後述。接著，針對蝕刻裝置之各部詳述之。
處理室1具備有頂板11以及容器本體12，頂板11係以可從容器本體12做裝卸的方式所構成。於頂板11之上面側的中央部連接著用以將Ar氣體當作分離氣體來供給之分離氣體供給管51，以抑制互異的處理氣體彼此在處理室1內之中心部區域C相混。此外，圖1中顯示了於容器本體12上面的周緣部以環狀設置之密封構件13(例如O型環)。
旋轉台2係以中心部固定於大致圓筒形狀的核心部21，藉由連接於此核心部21下面且朝鉛直方向延伸的旋轉軸22而繞鉛直軸(此例為繞順時鐘)旋轉自如地構成。於旋轉軸22之下端所設的驅動部23係使得旋轉軸22繞鉛直軸旋轉之驅動體。盒體20收納旋轉軸22以及驅動部23。盒體20之上面側的凸緣部分係氣密安裝於處理室1之底面部14之下面。此外，盒體20連接著用以對旋轉台2之下方區域供給Ar氣體做為沖洗氣體之沖洗氣體供給管72。處理室1之底面部14的核心部21之外周側係以從下方側接近旋轉台2的方式形成為環狀而成為突出部12a。
於旋轉台2之表面部，如圖2以及圖3所示般，沿著旋轉方向(周向)設置有用以載置複數片(例如5片)基板的晶圓W而成的圓形狀凹部24做為基板載置區域。凹部24之直徑尺寸以及深度尺寸係設定為：當直徑尺寸為例如300mm尺寸的晶圓W載置於該凹部24上，則晶圓W表面與旋轉台2表面(未載置晶圓W之區域)會成為對齊。於凹部24之底面形成有貫通孔(未圖示)，可使得用以將晶圓W從下方側上頂進行升降之複數(例如3根)升降銷貫通其中。
如圖2以及圖3所示般，在和旋轉台2之凹部24之通過區域分別對向的位置處，個別例如以石英所構成之4根噴嘴31、32、41、42係於處理室1之周向(旋轉台2之旋轉方向)上相互保持間隔而配置為放射狀。各噴嘴31、32、41、42係以例如從處理室1之外周壁朝中心部區域C而對向於晶圓W做水平延伸的方式被個別安裝著。此例中係從後述搬送口15觀看繞順時鐘(旋轉台2之旋轉方向)依序配置著第1電漿氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴41、第2電漿氣體噴嘴32、分離氣體噴嘴42。於第1電漿氣體噴嘴31之上方 處，如圖1所示般，為了使得從第1電漿氣體噴嘴31所噴出之氣體加以電漿化而設有第1電漿產生器80。此外，於第2電漿氣體噴嘴32之上方也設置有第2電漿產生器130以使得從第2電漿氣體噴嘴32所噴出之氣體電漿化。此外，圖1中，第2電漿產生器130並未圖示。關於第1以及第2電漿產生器80、130之詳細將於後述。
電漿氣體噴嘴31、32分別成為第1電漿氣體供給部、第2電漿氣體供給部，分離氣體噴嘴41、42分別成為分離氣體供給部。此外，圖2顯示可看見電漿氣體噴嘴31、32而卸除了電漿產生器80以及後述架框90之狀態，圖3顯示安裝著電漿產生器80、130以及架框90、140之狀態。此外，圖1中針對電漿產生器80係示意性地以一點鏈線表示(電漿產生器130於圖1中未圖示)。
各噴嘴31、32、41、42經由流量調整閥分別連接於以下之各氣體供給源(未圖示)。亦即，第1電漿氣體噴嘴31係連接於蝕刻氣體之供給源，例如將NF3氣體等氟系氣體當作蝕刻氣體使用。第2電漿氣體噴嘴32係連接於改質氣體之供給源，例如將和氟反應而成為HF而可使得氟從膜中脫離之氫氣體等當作改質氣體來使用。第1電漿氣體噴嘴31係連接於例如Ar(氬)氣體與NF3氣體之混合氣體的供給源。第2電漿氣體噴嘴32係連接於例如Ar與H2氣體之混合氣體的供給源。此外，分離氣體噴嘴41、42分別連接於做為分離氣體之Ar氣體、N2氣體等惰性氣體(含稀有氣體)之氣體供給源。此外，以下為便於說明起見，成為蝕刻對象之膜係以SiO2膜來說明，從第1電漿氣體噴嘴31所供給之蝕刻氣體係以Ar與NF3之混合氣體來說明，從第2電漿氣體所供給之改質氣體係以Ar與H2之混合氣體來說明，分離氣體係以Ar氣體來說明。當蝕刻對象膜為SiN膜之情況，分離氣體可使用N2氣體，但於蝕刻對象膜為SiO2膜之情況，為避免生成SiON等則以使用Ar氣體為佳。此外，以下也將從第1電漿氣體噴嘴31所供給之蝕刻氣體稱為第1電漿氣體，將從第2電漿氣體噴嘴32所供給之改質氣體稱為第2電漿氣體。
如圖7所示般，於電漿氣體噴嘴31、32以及分離氣體噴嘴41、42之下面側係沿著旋轉台2之半徑方向在複數部位分別有氣體噴出孔33、43以 例如等間隔形成。於電漿氣體噴嘴31之下方側面係以朝向旋轉台2之旋轉方向上游側(搬送口15側)且為下方側(斜下)的方式沿著電漿氣體噴嘴31之長度方向在複數部位以例如等間隔地形成有例如開口徑為0.3~0.5mm之氣體噴出孔33。關於以此方式設定電漿氣體供給噴嘴34之氣體噴出孔33之朝向的理由將於後面說明。此等各噴嘴31、32、41、42係以該噴嘴31、32、41、42之下端緣與旋轉台2之上面的離間距離成為例如1~5mm程度的方式來配置。
第1以及第2電漿氣體噴嘴31、32之下方區域分別成為用以對於在晶圓W上所成膜之SiO2膜進行蝕刻處理之第1電漿處理區域P1以及對於經過蝕刻處理後之SiO2膜之表面進行改質處理之第2電漿處理區域P2。分離氣體噴嘴41、42分別形成用以將第1電漿處理區域P1與第2電漿處理區域P2加以分離之分離區域D。此分離區域D之處理室1之頂板11處，如圖2以及圖3所示般，設有大致扇形之凸狀部4，分離氣體噴嘴41、42被收容在此凸狀部4處所形成的溝槽部46內。從而，於分離氣體噴嘴41、42在旋轉台2之周向兩側，為了阻止各電漿氣體彼此混合而配置著凸狀部4之下面的低的天花板面44(第1天花板面)，於天花板面44之周向兩側配置著較天花板面44來得高之天花板面45(第2天花板面)。具有相關構造之分離區域D若從分離氣體噴嘴41、42供給Ar氣體等分離氣體，則分離氣體從溝槽部46朝周向兩側流動，阻止來自外部之氣體進入凸狀部4之下面。從而，分離區域D之上方藉由凸狀部4、凸狀部4之下的旋轉台2之間的間隙則藉由分離氣體之供給而將分離區域D之周向兩側空間加以分離。此外，凸狀部4之周緣部(處理室1之外緣側部位)為了阻止各電漿氣體彼此之混合，而以對向於旋轉台2之外端面並相對於容器本體12略為離間的方式彎曲成L字型。
如圖2以及圖3所示般，進行蝕刻處理之第1電漿處理區域P1與進行改質處理之第2電漿處理區域P2之間的2個間隔空間均設有分離區域D。從而，第1電漿處理區域P1與第2電漿處理區域P2經由分離區域D而確實分離。例如，當從設置於第1電漿處理區域P1內之第1電漿氣體噴嘴31供給(Ar+NF3)氣體，從設置於第2電漿處理區域P2內之第2電漿氣體噴嘴 32供給(Ar+H2)氣體之情況，若NF3氣體與H2氣體係以既定濃度範圍(1.5~90.6%)做混合之情況，有引起爆發之虞。是以，為了確實防止NF3氣體與H2氣體之混合，於第1電漿處理區域P1與第2電漿處理區域P2之間的2個空間分別設置分離區域D，來確實防止供給至第1電漿處理區域P1之NF3氣體與供給至第2電漿處理區域P2之H2氣體的混合
此外，NF3氣體與H2氣體具體而言係以以下之化學反應式(1)進行反應。
3H2+2NF3→6HF+N2(1)
此處，雖如上所述，若H2氣體與NF3氣體位於既定濃度範圍內有引起爆發之虞，但即使是未引起爆發之情況，反應的結果會產生HF。HF由於為腐蝕性氣體，故一旦產生HF而附著於處理容器1之內壁等，有腐蝕被附著之內壁等之虞。從而，即便是不會產生爆發之情況，以採取NF3氣體與H2氣體不會混合之構造為佳。此點，本實施形態之電漿處理裝置由於具備有將第1電漿處理區域P2與第2電漿處理區域P2以凸狀部4以及分離氣體(Ar氣體)之供給做分離之分離區域D，而可確實防止爆發、處理容器1之內部腐蝕。
此外，由於分離氣體發揮和沖洗氣體為同等的作用，故分離區域D也可稱為沖洗區域D，分離氣體也可稱為沖洗氣體。
再者，第1以及第2電漿處理區域P1、P2本身也具有防止外部氣體進入之構造，關於此點後述之。
此外，第1以及第2電漿氣體噴嘴31、32均設置於第1以及第2處理區域P1、P2之上游側位置。此乃為了讓從第1以及第2電漿氣體噴嘴31、32所供給之NF3氣體以及H2氣體早期電漿化，在晶圓W通過第1以及第2處理區域P1、P2之間確實地進行電漿處理之故。
其次，針對電漿產生器80詳述之。此電漿產生器80係將例如銅(Cu)等金屬線所構成之電極(或是也可稱為「天線」)83捲繞成為線圈狀而構成者，以相對於處理室1之內部區域被氣密區劃的方式設置於處理室1之頂板11上。此例中，電極83係由銅表面依序施以鍍鎳以及鍍金之材質所構成。具體而言，如圖4所示般，於電漿氣體噴嘴31之上方側(詳而言之乃從 較此噴嘴34略為位於旋轉台2之旋轉方向上游側位置到較此噴嘴31之旋轉方向下游側之分離區域D略為靠近噴嘴31側之位置)的頂板11處形成有俯視觀看時開口為大致扇形之開口部11a。
開口部11a係從相對於旋轉台2之旋轉中心離間例如60mm程度外周側之位置到相對於旋轉台2之外緣離開80mm程度外側之位置來橫跨形成。此外，開口部11a係以不致干涉於在處理室1之中心部區域C所設之後述曲徑構造部110(參見圖5)的方式使得俯視觀看時在旋轉台2之中心側的端部沿著曲徑構造部110之外緣的方式凹陷為圓弧狀。此外，開口部11a如圖4以及圖5所示般以開口部11a之開口徑從頂板11之上端側朝下端側階段性變小的方式使得例如3段的段部11b沿著周向來形成。此等段部11b當中之最下段的段部(周緣部)11b的上面如圖5所示般沿著周向形成有溝槽11c，於溝槽11c內配置有密封構件例如O型環11d。此外，溝槽11c以及O型環11d在圖4中係省略圖示。
開口部11a如圖6所示般配置著架框90，係以上方側之周緣部沿著周向以凸緣狀來水平伸出形成凸緣部90a、而中央部朝下方側之處理室1之內部區域成為凹陷的方式所形成。此架框90為例如石英等介電質所構成之透磁體(穿透磁力之材質)，如圖9所示般，凹陷部分之厚度尺寸t為例如20mm。此外，架框90係以當晶圓W位於架框90下方之時，中心部區域C側之架框90之內壁面與晶圓W之外緣之間的距離成為70mm、而旋轉台2之外周側之架框90之內壁面與晶圓W之外緣之間的距離成為70mm的方式所構成。從而，旋轉台2之旋轉方向上游側以及下游側之開口部11a的2個邊與旋轉台2之旋轉中心所成角度α為例如68°。
此外，架框90除了高純度石英以外係以高純度氧化鋁、氧化釔等耐電漿蝕刻性能優異之材料所構成，至少表層部位係以上述材料所塗佈而構成。從而，架框90基本上係以介電質所構成。
若架框90嵌入開口部11a內，則凸緣部90a與段部11b當中的最下段之段部11b會相互卡固。此外，段部11b(頂板11)與架框90藉由O型環11d做氣密連接。此外，若藉由沿著開口部11a外緣而形成為框狀的抵壓構件91將凸緣部90a朝下方側在整個周向上進行抵壓，並將抵壓構件91以未圖 示之螺釘等固定於頂板11，則處理室1之內部雰圍成為氣密狀態。如此般將架框90氣密固定於頂板11之時的架框90下面與旋轉台2上之晶圓W表面之間的離間尺寸h為4~60mm(此例中成為30mm)。此外，圖6係從下方側顯示架框90。
架框90之下面為了阻止N2氣體、O3氣體等侵入架框90之下方區域，乃如圖1以及圖5~圖7所示般，外緣部在整個周向上朝下方側(旋轉台2側)垂直伸出而形成氣體限制用之突起部92。此外，藉由此突起部92之內周面、架框90之下面以及旋轉台2之上面所包圍之區域中，在旋轉台2之旋轉方向上游側配置著電漿氣體噴嘴31。
此外，為使得來自外部之氣體難以侵入架框90之下方區域(電漿空間10)，於架框90之下面側形成有突起部92。如上述般，由於第1電漿處理區域P1與第2電漿處理區域P2係藉由供給Ar氣體而將兩者分離之分離區域D所分離著，故雖然分離區域D與第1電漿處理區域P1之間的空間被Ar氣體所充滿，一旦外部之Ar氣體進入第1電漿處理區域P1內，則NF3氣體之濃度會變薄。是以，以Ar氣體難以侵入架框90之下方區域的方式在架框90之下面側形成有突起部92。
此外，當蝕刻對象膜為SiN膜之時，分離氣體有使用N2氣體之情況。於此情況，由於在架框90之下方區域(電漿空間10)，從電漿氣體噴嘴31所供給之氣體受到電漿化，故一旦N2氣體進入電漿空間10，則N2氣體之電漿與O3氣體(O2氣體)之電漿會相互反應而生成NOx氣體。一旦產生此NOx氣體，處理室1內之構件會被腐蝕。是以，為使得N2氣體難以侵入架框90之下方區域，而於架框90之下面側形成突起部92。
電漿氣體供給噴嘴34之基端側(處理室1之側壁側)的突起部92係沿著電漿氣體供給噴嘴34之外形被切成大致圓弧狀。突起部92之下面與旋轉台2之上面之間的離間尺寸d為0.5~4mm，此例中成為2mm。突起部92之寬度尺寸以及高度尺寸分別為例如10mm以及28mm。此外，圖7係顯示沿著旋轉台2之旋轉方向來切斷處理室1之縱截面圖。
此外，蝕刻處理中，由於旋轉台2繞順時鐘旋轉，故Ar氣體被此旋轉台2之旋轉所帶動而意欲從旋轉台2與突起部92之間的間隙侵入架框90 之下方側。是以，為了阻止N2氣體經由上述間隙而侵入架框90之下方側，乃對間隙從架框90之下方側噴出氣體。具體而言，關於電漿氣體噴嘴31之氣體噴出孔33，如圖5以及圖7所示般，係以朝向此間隙的方式、亦即朝向旋轉台2之旋轉方向上游側且為下方的方式來配置。電漿氣體供給噴嘴34之氣體噴出孔33相對於鉛直軸之朝向角度θ如圖7所示般為例如45°程度。
此處，若從架框90之下方(電漿空間10)側觀看將頂板11與架框90之間的區域加以密封之O型環11d，則如圖5所示般，突起部92係於電漿空間10與O型環11d之間沿著周向而形成。是以，O型環11d係以避免直接曝露於電漿的方式從電漿空間10受到隔離。從而，電漿空間10中之電漿即使意圖往例如O型環11d側擴散，由於會經由突起部92之下方而前進，故於到達O型環11d之前電漿就會成為失活。
於架框90之內部(架框90中位於下方側之凹陷區域)收納有接地狀態之法拉第屏蔽件95，係由大致沿著架框90之內部形狀的方式所形成之厚度尺寸k為例如1mm程度之導電性板狀體(金屬板)所構成。此例中，法拉第屏蔽件95係由銅(Cu)板或是對銅板從下側鍍敷有鎳(Ni)膜以及金(Au)膜等之板材所構成。亦即，法拉第屏蔽件95具備有：以沿著架框90底面的方式來水平形成之水平面95a、以及從水平面95a之外周端跨越周向而往上方側延伸之垂直面95b；從上方側觀看時，係以沿著架框90之內緣而成為大致扇狀的方式所構成。法拉第屏蔽件95係藉由例如金屬板之壓延加工、或是將金屬板之對應於水平面95a外側的區域往上方側作彎折所形成。
此外，從旋轉台2之旋轉中心觀看法拉第屏蔽件95之時之右側以及左側的法拉第屏蔽件95之上端緣分別往右側以及左側作水平延伸而成為支撐部96。此外，若將法拉第屏蔽件95收納於架框90之內部，則法拉第屏蔽件95之下面與架框90之上面會相互接觸，且支撐部96會被架框90之凸緣部90a所支撐。於水平面95a上積層著厚度尺寸為例如2mm程度之例如石英所構成之絕緣板94，以和於法拉第屏蔽件95之上方所載置之電漿產生器80形成絕緣。於水平面95a形成有多數狹縫97，關於狹縫97之形狀、配置佈局將和電漿產生器80之電極83形狀一併後述。此外，關於絕緣板 94，在後述圖8以及圖9等中係省略了描繪。
電漿產生器80係以被收納於法拉第屏蔽件95之內部的方式所構成。從而如圖4以及圖5所示般，係以經由架框90、法拉第屏蔽件95以及絕緣板94而對向於處理室1之內部(旋轉台2上之晶圓W)的方式配置著。此電漿產生器80係以電極83繞鉛直軸進行捲繞所構成，此例中具備有2個電漿產生部81、82。個別的電漿產生部81、82係電極83分別捲繞3圈者。若將此等2個電漿產生部81、82當中一者稱為第1電漿產生部81，另一者稱為第2電漿產生部82，則第1電漿產生部81如圖4以及圖5所示般於俯視觀看時係沿著架框90之內緣而成為大致扇狀。此外，第1電漿產生部81係以當晶圓W位於第1電漿產生部81下方之時電漿可橫跨此晶圓W之中心部區域C側之端部與旋轉台2之外緣側之端部之間進行照射(供給)的方式讓中心部區域C側以及外周側之端部分別接近架框90之內壁面來配置著。此外，雖電極83內部形成有冷卻水流通之流路，但此處省略。
如此般，只要採行將電漿產生器80之電極83配置於處理室1之外部而可從外部將電場、磁場導入處理室1內之構成，由於處理室1內未配置電極83，而可防止處理室1內之金屬污染物，可進行高品質之成膜。但是，由於架框90為高純度石英等介電質，故相較於電極83位於處理室1內之構成，有時電漿放電變得難以產生。於本實施形態之電漿處理裝置中，即便採行相關電極83設置於處理室1外之構成，也可提供一種可穩定產生電漿放電之電漿處理裝置以及電漿處理方法。
第2電漿產生部82係以可於旋轉台2之半徑方向外周側對晶圓W供給電漿的方式配置於：從旋轉台2上之晶圓W之中心位置往外周側離間200mm程度之位置與從旋轉台2之外緣往外周側離間90mm程度之位置之間。亦即，一旦旋轉台2進行旋轉，則外周部側相較於中心部側之周速會變快。是以，外周部側相較於內周部側對晶圓W所供給之電漿量有變少之情況。是以，為了在旋轉台2之半徑方向上使得供給於晶圓W之電漿量成為一致，亦即為了對於以第1電漿產生部81供給於晶圓W之電漿量進行補償，而設置了第2電漿產生部82。
第1電漿產生部81以及第2電漿產生部82之個別電極83分別經由匹配器84而個別連接於頻率為例如13.56MHZ以及輸出電力為例如5000W之高頻電源85，可對於第1電漿產生部81以及第2電漿產生部82獨立調整高頻電力。此外，圖3等中針對匹配器84以及高頻電源85係予以簡化。此外，圖1、圖3以及圖4中顯示了用以將個別之電漿產生部81、82與匹配器84以及高頻電源85加以電性連接之連接電極86。
此處，高頻電源85係使得供給於電極83之高頻電力輸出(以下也簡稱為「高頻輸出」)成為可變。高頻電源85之輸出例如在處理室600℃、1.8Torr通常之成膜的電漿處理中係設定為3300W。
其次，針對法拉第屏蔽件95之狹縫97詳述之。狹縫97乃阻止分別於電漿產生部81、82所產生之電場以及磁場(電磁場)當中的電場成分朝向下方的晶圓W並使得磁場到達晶圓W者。亦即，一旦電場到達晶圓W，有時於晶圓W內部所形成之電氣配線會受到電性損傷。另一方面，法拉第屏蔽件95由於係以接地狀態之金屬板所構成，所以若不形成狹縫97則不僅是電場連磁場也會被遮斷。此外，一旦於電極83之下方形成大的開口部，則不僅是磁場連電場也會通過。是以，為了遮斷電場而使得磁場通過，乃如以下所述般形成設定了尺寸以及配置佈局之狹縫97。
具體而言，狹縫97如圖8所示般係以相對於第1電漿產生部81以及第2電漿產生部82之個別電極83之捲繞方向在正交方向上延伸的方式跨越周向而分別形成於電極83之下方位置處。從而，例如沿著旋轉台2之半徑方向配置有電極83之區域中，狹縫97係沿著旋轉台2之切線方向或是圓周方向而形成為直線狀或是圓弧狀。此外，在沿著旋轉台2之外緣以圓弧狀配置著電極83之區域中，狹縫97係從旋轉台2之旋轉中心往朝向外緣之方向以直線狀來形成。此外，電極83在2個區域間彎曲之部分係以狹縫97對該彎曲部分之電極83之延伸方向成為正交的方式相對於旋轉台2之周向以及半徑方向分別形成於傾斜之朝向。從而，狹縫97沿著電極83之延伸方向多數排列著。
此處，電極83如上述般連接著頻率為13.56MHZ之高頻電源85，對應於此此頻率之波長為22m。是以，狹縫97係以寬度尺寸成為此波長之 1/10000以下程度的方式而如圖9所示般以寬度尺寸d1成為1~5mm(此例為2mm)、狹縫97,97間之離間尺寸d2成為1~5mm(此例為2mm)的方式所形成。此外，此狹縫97如圖8所示般，當從電極83之延伸方向觀看時以長度尺寸例如分別成為60mm的方式從相對於電極83右端往右側離間30mm程度之位置起到相對於電極83左端往左側離間30mm程度之位置為止橫跨形成。此等狹縫97形成區域以外的區域、亦即捲繞著電極83之區域的中央側，法拉第屏蔽件95在旋轉台2之旋轉中心側以及外周側形成有開口部98。此外，圖3省略了狹縫97。此外，圖4以及圖5等針對狹縫97加以簡化，但狹縫97係例如形成150條程度。狹縫97係以隨著從接近於開口部98之區域往離開該開口部98之區域而使得寬度尺寸d1變寬的方式所形成，此處則省略圖示。
此外，僅針對第1電漿產生器80來詳細說明，關於第2電漿產生器130以及架框140也可採行和第1電漿產生器80以及架框90同樣的構成。從而，針對第2電漿產生器130係省略其說明。
接著，回到處理室1之各部說明。於旋轉台2之外周側較該旋轉台2略為下方位置處如圖2、圖5以及圖10所示般配置有做為蓋體之側環100。側環100係例如裝置之潔淨時，例如取代各處理氣體改為流通氟系潔淨氣體之時，將處理室1之內壁保護於潔淨氣體之外者。亦即，若未設置側環100，則於旋轉台2之外周部與處理室1之內壁之間會有橫向形成氣流(排氣流)之凹部狀氣流通路在整個周向上形成為環狀。是以，此側環100係以處理室1之內壁面儘可能不露出於氣流通路的方式設置於氣流通路上。此例中，各分離區域D以及架框90之外緣側之區域係露出於此側環100之上方側。
於側環100之上面係以相互在周向上離間的方式於2部位形成有排氣口61、62。換言之，於氣流通路之下方側形成有2個排氣口，在側環100對應於此等排氣口之位置處形成有排氣口61、62。若將此等2個排氣口61、62當中之一者以及另一者分別稱為第1排氣口61以及第2排氣口62，則第1排氣口61係於第1電漿氣體噴嘴31以及相對於第1電漿氣體噴嘴31位於旋轉台之旋轉方向下游側的分離區域D之間形成於靠近分離區域D側 之位置處。第2排氣口62係於電漿氣體噴嘴32以及相對於電漿氣體噴嘴32位於旋轉台之旋轉方向下游側的分離區域D之間形成於靠近分離區域D側之位置處。第1排氣口61係用以對蝕刻用第1電漿氣體以及分離氣體進行排氣者，第2排氣口62係用以對改質用第2電漿氣體以及分離氣體進行排氣者。此等第1排氣口61以及第2排氣口62如圖1所示般分別藉由排氣管63(分別介設有蝶型閥等壓力調整部65)而連接於做為真空排氣機構之例如真空泵64。
此處，如上述般，由於從中心部區域C側到外緣側設置有架框90、140，故相對於架框90、140往旋轉台2之旋轉方向上游側噴出之各氣體會因著架框90、140而造成打算朝第1以及第2排氣口61、62流動之氣體流受到限制。是以，於架框90、140之外側的側環100之上面分別形成有用以流通第1以及第2電漿氣體以及分離氣體之溝槽狀的氣體流路101、102。具體而言，此氣體流路101、102如圖3所示般，係從相對於架框90、140之旋轉台2之旋轉方向上游側之端部往第1以及第2電漿氣體噴嘴31、32側靠近例如60mm程度之位置起到第1以及第2排氣口61、62之間以深度尺寸例如成為30mm的方式形成為圓弧狀。從而，氣體流路101、102係以沿著架框90、140之外緣的方式並且從上方側觀看時橫跨架框90、140之外緣部的方式來形成。此側環100雖省略圖示，但為使其具有對氟系氣體之耐腐蝕性，表面係以例如氧化鋁等作塗佈、或是被石英蓋等所被覆著。
頂板11之下面之中央部處如圖2所示般設置有突出部5，係連續於凸狀部4之中心部區域C側之部位而言著周向形成為大致環狀，且其下面和凸狀部4之下面(天花板面44)以相同高度來形成。相較於此突出部5在旋轉台2之旋轉中心側的核心部21之上方側配置有用以抑制第1電漿氣體與第2電漿氣體在中心部區域C相互混合之曲徑構造部110。亦即，從圖1可知，由於架框90係形成直到靠近中心部區域C側之位置為止，故支撐旋轉台2之中央部的核心部21係以旋轉台2之上方側之部位避開架框90的方式形成於靠近旋轉中心側之位置。從而，中心部區域C側相較於外緣部側容易成為例如處理氣體彼此混合之狀態。是以，藉由形成曲徑構造部110而發揮氣體流路作用以防止處理氣體彼此相混。此外，圖1中架框140並 未圖示，但與架框90同樣。
於旋轉台2與處理室1之底面部14之間的空間處，如圖1所示般，設置有做為加熱機構之加熱器單元7，經由旋轉台2將旋轉台2上之晶圓W例如加熱至300℃。圖1中，於加熱器單元7之側方側所設之蓋構件71a係顯示了覆蓋加熱器單元7之上方側的覆蓋構件7a。此外，於處理室1之底面部14，在加熱器單元7之下方側，用以沖洗加熱器單元7之配置空間的沖洗氣體供給管73係沿著周向設置於複數部位。
於處理室1之側壁，如圖2以及圖3所示般在未圖示之外部搬送臂與旋轉台2之間形成有用以進行晶圓W傳輸的搬送口15，此搬送口15係藉由閘閥G構成為氣密性地開閉自如。此外，旋轉台2之凹部24由於在面臨於此搬送口15之位置處係和搬送臂之間進行晶圓W之傳輸，故於旋轉台2之下方側對應於該傳輸位置之部位設置有貫通凹部24而將晶圓W從內面上舉之傳輸用升降銷及其升降機構(均未圖示)。
此外，如圖1所示般，蝕刻裝置設置有用以進行裝置全體動作之控制之電腦所構成之控制部120。控制部120具備有CPU(Central Processing Unit，中央處理裝置)121以及記憶體122。於控制部120之記憶體122內儲存著用以進行後述蝕刻處理以及改質處理之程式，CPU121讀取程式而實行程式。此程式係以實行後述裝置之動作的方式組入著步驟群，從硬碟、光碟、光磁碟、記憶卡、軟碟等記憶媒體之記憶部121安裝於控制部120內之記憶體122。
控制部120係依照程序配方來進行包含電漿處理控制之全體的程序控制。此外，電漿處理控制之具體控制、處理內容也可和程序配方同樣地以調節配方類的狀態來給予。程序配方、調節配方也可例如從記憶部121安裝於控制部120內之記憶體122，藉由CPU121來實行。
其次，針對本發明之實施形態之電漿處理方法說明之。本發明之電漿處理方法只要是可進行相對短時間之蝕刻製程與改質製程之周期性切換者，則也可使用上述電漿處理裝置以外之電漿處理裝置來實現，但由於上述電漿處理裝置可適切實施本發明之電漿處理方法，故舉出使用上述電漿處理裝置之例來說明本發明之實施形態之電漿處理方法。此外，本發明之實施 形態之電漿處理方法係舉出將本發明之電漿處理方法適用於蝕刻處理方法之例來說明。
圖11A~11D係顯示本發明之實施形態之電漿處理方法一例之一連串製程圖。圖11A顯示了準備電漿處理基板之製程一例之圖。準備電漿處理基板之製程中，係準備於表面上形成有成為蝕刻對象之膜160之晶圓W。如圖11A所示般，也可於晶圓W表面形成有凹形狀圖案150。凹形狀圖案150乃於晶圓W表面所形成之具有凹陷形狀之配線圖案，包含有溝槽狀槽渠、井狀之高寬比高的孔等。本實施形態中，膜160係舉出SiO2膜為例來說明。
具體而言，首先，開放閘閥G(參見圖2、3)，一邊使得旋轉台2進行間歇性旋轉、一邊藉由未圖示之搬送臂而經由搬送口15在旋轉台2上載置例如5片的晶圓W。其次，關閉閘閥G，藉由真空泵64使得處理容器1內成為抽真空之狀態，並一邊使得旋轉台2繞順時鐘作旋轉、一邊藉由加熱器單元7將晶圓W加熱至例如250~600℃程度。晶圓W之溫度可依據用途而設定為各種溫度，例如可設定為400℃左右。此外，處理容器1內之壓力可因應於用途而設定為各種壓力值，例如可設定為2Torr。
旋轉台2之旋轉速度依程序而不同，例如對SiO2膜進行蝕刻處理之情況為1~240rpm之範圍、較佳為20~240rpm之範圍。
接著，從第1電漿氣體噴嘴31將Ar氣體以及NF3氣體之混合氣體供給於第1電漿處理區域P1，並從第2電漿氣體噴嘴32將Ar氣體以及H2氣體之混合氣體供給於第2電漿處理區域P2。此外，從分離氣體噴嘴41、42以既定流量供給做為分離氣體(或是沖洗氣體)之Ar氣體，並從分離氣體供給管51以及沖洗氣體供給管72、73以既定流量供給Ar氣體。然後，藉由壓力調整部65將真空容器1內調整為預先設定之處理壓力。此外，對第1以及第2電漿產生器80、130供給高頻電力。
此外，各氣體之流量可依據用途來設定為各種流量值，例如在目標值方面，可將分離氣體供給管51之Ar氣體之流量設定為1(slm)前後，將來自分離氣體噴嘴41、42之Ar氣體之流量設定為5(slm)前後，將來自第1電漿氣體噴嘴31之Ar氣體之流量設定為10(slm)前後，將NF3氣體之流量設定為0.1(slm)前後，將來自第2電漿氣體噴嘴32之Ar氣體之流量設定為 10(slm)前後，將H2氣體之流量設定為2(slm)前後。
圖11B係顯示蝕刻製程一例之圖。蝕刻製程係在旋轉台2進行旋轉而當晶圓W通過第1電漿處理區域P1之時所進行者。當晶圓W通過第1電漿處理區域P1內之際，膜160會因為Ar與F之電漿而被蝕刻。從第1蝕刻氣體噴嘴31被供給之Ar氣體與NF3氣體會藉由第1電漿產生器80而被電漿化，此電漿會蝕刻SiO2膜160。旋轉台2即使以例如相對慢的20rpm之旋轉速度進行旋轉，由於1次旋轉為3秒，故晶圓W會以未達3秒之時間通過第1電漿處理區域P1。藉此，對膜160進行未達3秒之短時間之蝕刻處理。更正確地說，由於第1電漿處理區域P1最多不超過旋轉台2之全體的1/4面積，故於未達0.75秒之短時間進行蝕刻處理。此外，蝕刻製程中，由於在膜160之中殘留氟成分，故圖11A之狀態有別於膜160之狀態，將此狀態稱為膜161。
圖11C係顯示改質製程一例之圖。改質製程係使得旋轉台2進行旋轉而在晶圓W通過分離區域D後、通過第2電漿處理區域P2之時所進行者。晶圓W於通過第1電漿處理區域P1之旋轉方向下游側的分離區域D之際，係以從分離氣體噴嘴41所供給之分離氣體之Ar氣體進行沖洗而受到清淨化。然後，通過分離區域D之後，當晶圓W通過第2電漿處理區域P2內之際，膜161被Ar與H之電漿所改質。從第2蝕刻氣體噴嘴32所供給之Ar氣體與H2氣體被第2電漿產生器130所電漿化，此電漿會和SiO2膜161中之氟成分起反應成為HF而從SiO2膜161中脫離，降低SiO2膜161中之F成分。此外，此時之反應如化學反應式(2)所示。
H+F→HF (2)
如圖11(b)所說明般，旋轉台2即使例如以相對慢的20rpm之旋轉速度進行旋轉，由於1次旋轉為3秒，故晶圓W係以未達3秒之時間通過第2電漿處理區域P2。藉此，對膜160進行未達3秒之短時間之改質處理。更正確來說，由於第2電漿處理區域P2最多不超過旋轉台2之全體的1/4之面積，故以未達0.75秒之短時間進行改質處理。此外，改質製程中，由於膜161中之氟成分被消滅或是降低，故膜161回到和圖11A之狀態為同樣的狀態，將此膜質回復狀態和圖11A同樣地當作膜160。
晶圓W於通過第2電漿處理區域P2之後，會通過第2電漿處理區域P2之旋轉方向下游側的分離區域D，從分離氣體噴嘴42被供給Ar氣體而受到沖洗而清淨化。然後通過分離區域D。
此處，由於旋轉台2係持續進行連續性旋轉，故圖11B之蝕刻製程與圖11C之改質製程係以同一周期反覆直到旋轉台2停止。周期即便是旋轉速度相對慢的20rpm之情況也會成為3秒。當旋轉速度快為240rpm之情況，周期為0.25秒。此外，周期範圍例如為大於0秒而為60秒以下，較佳為大於0秒而為30秒以下，更佳為0.25秒以上、3秒以下之範圍。從而，藉由旋轉台2之旋轉，使得極短時間之蝕刻製程、沖洗製程、改質製程、沖洗製程之循環以同一周期反覆複數次。當然，蝕刻量以及改質量為原子層等級，使得ALE法(原子層蝕刻法)所進行之蝕刻處理以及蝕刻後之改質處理交互地周期性進行。反覆如此之微量的蝕刻處理與微量的改質處理對於形成含氟量少之高品質蝕刻膜方面非常有效。一般而言，以往之蝕刻處理有別於本實施形態之蝕刻處理，所進行之程序係使得圖11B所示蝕刻製程以某種程度的長時間持續進行，於結束蝕刻製程後，同樣使得圖11C所示改質處理製程持續進行某程度之長時間。但是，於此情況，常有改質處理不充分、無法充分降低膜160中氟成分之情況。本實施形態之電漿處理方法，可有效去除膜160中之氟成分。此點以圖12來詳細說明。
圖12A以及12B係用以說明本實施形態之電漿處理方法之改質處理之圖。圖12A係用以說明在SiO2膜之成膜時所進行之O2電漿改質處理之圖。如圖12A所示般，於形成SiO2膜之情況，一般係利用O2氣體、O3氣體等氧化氣體進行改質處理。O2氣體被電漿化，O(3P)可達到SiO2膜之膜中而使得Si基板氧化。此外，O(1P)雖壽命短而無法深入到達膜中，但由於反應性非常高，故可進行SiO2膜之表面改質。亦即，於SiO2膜之成膜時，只要在形成既定膜厚之SiO2膜後花某程度時間來進行O2電漿改質處理，可直到膜中進行基於氧化之改質處理。
圖12B係用以說明在SiO2膜之蝕刻時所進行之H2電漿改質處理之圖。如圖12B所示，當蝕刻了SiO2膜之情況，一般會以H2氣體進行改質處理。H2電漿雖本身反應性高但壽命短，故無法到達膜中之深層部位，僅能成為 在膜表面之反應改質。如此一來，即使長時間進行蝕刻處理而在蝕刻至既定蝕刻量之後打算一次性地進行蝕刻後膜之改質處理，H電漿無法到達膜中，而難以去除膜中之氟成分。是以，於經過微量蝕刻後進行微量改質處理此種本實施形態之電漿處理方法在氟成分之去除上非常有效，可有效進行SiO2膜中之氟成分的去除、降低。
圖13係顯示實施了以往之改質製程後之SiO2膜中之氟濃度分析結果之圖。圖13中，係在處理容器1內之溫度為400℃、旋轉台2之旋轉速度為60rpm、高頻電源85為1500W、Ar氣體之流量10kcc、蝕刻氣體之流量50cc之條件下，將未進行蝕刻之膜中的殘留氟濃度以曲線N表示，將進行了蝕刻以及改質處理之時的膜中之殘留氟濃度以曲線M表示，將僅進行了蝕刻而未進行改質處理之時的膜中之殘留氟濃度以曲線L表示。
如圖13所示，進行了蝕刻之曲線L、M均較未進行蝕刻之曲線N在氟殘留濃度上大幅上升。此外，相較於未進行改質處理之曲線L，進行了改質處理之曲線M從膜之淺層區域表面到未達3nm之區域的氟濃度出現降低，而顯現了若干氟濃度降低效果，但其效果小，在膜深度5nm以上之部位則幾乎無法見到氟降低效果。此點，是和以圖12A以及12B所說明之內容相符。
回到圖11A~11D之說明。如圖11B、C所說明般，藉由反覆進行微量之蝕刻製程(ALE)與微量之表面氟去除之改質處理，可解除圖12A、12B以及圖13所說明之以往技術之問題，可形成含氟量少的SiO2膜160。
圖11D係顯示填埋製程一例之圖。填埋製程中，係於結束了所希望之蝕刻處理以及改質處理後，因應於必要性而進行凹形狀圖案150之填埋。此外，由於蝕刻製程以及改質製程本身在圖11B、C結束，故若為僅蝕刻之程序也可不進行圖11D。此外，相反地也可反覆進行圖11A~C之成膜、蝕刻之製程，慢慢地進行凹形狀圖案150之填埋。本實施形態之電漿處理方法可適用於包含蝕刻製程之各種程序上。
此外，在包含蝕刻之基板處理程序結束後，係以和搬入晶圓W之順序為相反的順序將晶圓W從處理容器1搬出，結束既定基板處理程序。
圖14A以及14B係顯示本實施形態之電漿處理裝置之氫氣體隔離狀態之模擬結果圖。圖14A係顯示旋轉台2之旋轉速度定為20rpm之時之氫氣體的隔離狀態之圖，圖14B係顯示旋轉台2之旋轉速度定為240rpm之時之氫氣體的隔離狀態之圖。
如上述般，若屬蝕刻氣體之NF3氣體與屬改質氣體之H2氣體在既定濃度範圍做混合會引起爆發，此外，即使未爆發若產生HF會對於處理容器1之內壁造成不良影響，故兩者以相互完全隔離為佳。是以，為了掌握本實施形態之電漿處理裝置實施本實施形態之電漿處理方法之際之改質氣體與蝕刻氣體之隔離狀況而進行了模擬實驗。
圖14A以及14B顯示了改質氣體之H2氣體的質量濃度。此外，模擬條件為：處理容器1內之壓力為2Torr、晶圓W之溫度為400℃、分離氣體供給管51之Ar氣體流量為1slm、分離氣體噴嘴41、42之Ar氣體流量為5slm、第1電漿氣體噴嘴31之Ar氣體流量為10slm、NF3氣體流量為0.1slm、第2電漿氣體噴嘴32之Ar氣體流量為10slm、H2氣體流量為2slm。
如圖14A以及14B所示般，不論是旋轉台2之旋轉速度為20rpm、240rpm之情況，質量比例氫為高之區域Q、R和第2電漿處理區域P2大致一致，質量比例氫為中程度之區域S、T、O以及低的區域U、V則受到旋轉台2之旋轉的帶動略為出到第2電漿處理區域P2之旋轉方向下游側，除此以外成為質量比例氫接近零之區域W。此外，旋轉台2之旋轉速度高的圖14B相較於旋轉速度低的圖14A在質量比例氫為高之區域變廣，但即便如此區域V並未到達分離區域D。從而，確認了第2電漿處理區域P2之氫氣體隔離能力以及分離區域D之氫氣體隔離區域非常高，在氫氣體之隔離方面並無問題。
圖15A以及15B係顯示本實施形態之電漿處理裝置之NF3氣體之隔離狀態之模擬結果圖。圖15A係顯示當旋轉台2之旋轉速度定為20rpm之時之NF3氣體之隔離狀態圖，圖15B係顯示當旋轉台2之旋轉速度定為240rpm之時之NF3氣體之隔離狀態圖。
此外，模擬條件和圖14A以及14B所說明之條件同樣。圖15A以及15B中，質量比例氟高的區域Q、R落在第1電漿處理區域P1之附近，質量比 例氟為中程度之區域S、T、O以及低的區域U、V略為往第1電漿處理區域P1之旋轉方向兩側擴展，但在位於旋轉台2之旋轉方向下游側的分離區域D處則完全分離，分離區域D及其下游側成為質量比例氟接近零的區域W。此外，上游側在遠遠未到達分離區域D之位置成為質量比例氟接近零的區域W。當然，質量比例氟在第2電漿處理區域P2所含分離區域D所夾持之區域為接近零(區域W)。是以，確認了第1電漿處理區域P1之NF3氣體隔離能力以及分離區域D之NF3氣體隔離區域非常高，在NF3氣體之隔離方面並無問題。
圖16A以及16B係從壓力觀點顯示本實施形態之電漿處理裝置之分離氣體隔離性的模擬結果圖。圖16A係顯示當旋轉台2之旋轉速度定為20rpm之時之處理容器1內之壓力狀態圖，圖16B係顯示當旋轉台2之旋轉速度定為240rpm之時之處理容器1內之壓力狀態圖。
此外，模擬條件係和圖14A以及14B所說明過的條件同樣。從而，處理容器1內之壓力設定為2Torr。如圖16A以及16B所示，分離氣體噴嘴41、42及其周邊壓力成為高壓力之區域Q、R、S、T，除此以外之區域則成為壓力為中程度到略低之U、V。此顯示出分離氣體噴嘴41、42及其周邊之壓力較其他區域來得高，於分離區域D之氣體隔離性方面並無問題。從而，於分離區域D之氣體隔離性方面無問題一事從壓力的觀點顯示。
圖17A以及17B係顯示從Ar質量濃度之觀點顯示本實施形態之電漿處理裝置之分離氣體之隔離性的模擬結果圖。圖17A係顯示當旋轉台2之旋轉速度定為20rpm之時之處理容器1內之Ar質量濃度之圖，圖17B係顯示當旋轉台2之旋轉速度定為240rpm之時之處理容器1內之Ar質量濃度之圖。
如圖17A以及17B所示，Ar質量濃度在分離區域D以及第1、第2電漿處理區域P1、P2以外之區域係高濃度之區域Q佔大多數，但在第1以及第2電漿處理區域P1、P2內則以低濃度之區域V佔大多數。此顯示了以Ar氣體做為沖洗氣體來供給之分離區域D之Ar氣體所達成之氣體隔離性並無問題。亦即，於Ar氣體濃度也會出現區域差異，顯示氣體隔離性之高度。從而，從Ar質量濃度之觀點顯示於分離區域D之氣體隔離性無問題。
如此般，本實施形態之電漿處理裝置具有高的氣體隔離能力，從而，可將若混合則發生問題之H2氣體與NF3氣體同時供給於處理容器1內，可周期性進行ALE與微量之改質處理，有效地去除或是降低膜中之氟成分。藉此，可一面保持高品質之膜質、一面進行蝕刻。
此外，本實施形態之電漿處理裝置以及電漿處理方法雖舉出對SiO2膜施以蝕刻處理之例來說明，但可對於包含SiN膜、TiN膜之各種膜進行蝕刻處理。
此外，不限於蝕刻處理，只要是需要2種類不同電漿處理之程序，即可適切地適用本實施形態之電漿處理裝置以及電漿處理方法，例如，可適用於成膜製程、交互進行成膜製程與蝕刻製程雙方而對凹形狀圖案來填埋膜等各種的程序。
依據本發明，可一邊抑制膜中之氟濃度、一邊進行蝕刻。
以上，針對本發明之較佳實施形態詳述之，但本發明不限於上述實施形態，可在不超脫本發明之範圍內對上述實施形態加上各種變形以及置換。
本申請係基於2014年9月9日對日本特許廳所提出之日本專利申請2014-183609號主張優先權，將日本專利申請2014-183609號之全部內容援引於此。
2‧‧‧旋轉台
5‧‧‧突出部
12‧‧‧容器本體
15‧‧‧搬送口
24‧‧‧凹部
31,32,41,42‧‧‧噴嘴
61‧‧‧第1排氣口
62‧‧‧第2排氣口
100‧‧‧側環
101,102‧‧‧氣體流路
C‧‧‧中心部區域
D‧‧‧分離區域
W‧‧‧晶圓

Claims (18)

  1. 一種電漿處理裝置，具有：處理容器；旋轉台，設置於該處理容器內，上面可載置基板；第1電漿處理區域，設置於該旋轉台周向上之既定部位，從第1電漿氣體產生第1電漿而進行第1電漿處理；第2電漿處理區域，相對於該第1電漿處理區域在該周向上離間設置，從第2電漿氣體產生第2電漿而進行第2電漿處理；以及2個分離區域，於該周向上個別設置於該第1電漿處理區域與該第2電漿處理區域之間的2個間隔區域處，將該第1電漿處理區域與該第2電漿處理區域加以分離而防止該第1電漿氣體與該第2電漿氣體之混合。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該第1電漿處理區域設有供給該第1電漿氣體之第1電漿氣體噴嘴；該第2電漿處理區域設有供給該第2電漿氣體之第2電漿氣體噴嘴；該分離區域設有供給分離氣體之分離氣體噴嘴。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該第1電漿處理區域係進行蝕刻處理之區域；該第2電漿處理區域係進行該蝕刻處理後之改質處理之區域。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該第1電漿處理區域以及該第2電漿處理區域分別具有側壁，該側壁係從該處理容器之天花板面朝該旋轉台突出，防止該第1電漿以及該第2電漿之流出。
  5. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中該分離區域具有：凸狀部，係從該處理容器之天花板面朝該旋轉台來突出而在下面與該旋轉台上面之間形成狹窄空間；以及，溝槽，相對於該下面具有高的面而收容該分離氣體噴嘴；藉由來自該分離氣體噴嘴之該分離氣體之供給，防止該第1電漿氣體與該第2電漿氣體之混合。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該第1電漿處理區域被供給做為該第1電漿氣體之含氟氣體；該第2電漿處理區域被供給做為該第2電漿氣體之含氫氣體；該分離區域被供給做為該分離氣體之稀有氣體或是氮氣體。
  7. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中於該分離區域在該周向上被區劃出的2個區域在該處理容器之底面分別具有排氣口。
  8. 如申請專利範圍第7項之電漿處理裝置，其中該排氣口分別設置於該第1電漿處理區域以及該第2電漿處理區域之該旋轉台的旋轉方向下游側端部處。
  9. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該旋轉台可在使得載置於該上面之該基板依序通過該第1電漿處理區域、該分離區域、該第2電漿處理區域、該分離區域之方向上進行旋轉。
  10. 一種電漿處理方法，係使得由：從第1電漿氣體產生第1電漿而對基板進行第1電漿處理之製程；將經過該第1電漿處理之該基板以沖洗氣體來進行沖洗之製程；從第2電漿氣體產生第2電漿而對該沖洗過之該基板進行第2電漿處理之製程；以及將經過該第2電漿處理之該基板以該沖洗氣體來進行沖洗之製程；所構成之循環以同一周期反覆進行複數次，來對該基板交互進行2種類之電漿處理。
  11. 如申請專利範圍第10項之電漿處理方法，其中該第1電漿處理係蝕刻處理；該第2電漿處理係該蝕刻處理後之改質處理。
  12. 如申請專利範圍第11項之電漿處理方法，其中於該基板之表面上形成有膜；該蝕刻處理係蝕刻該膜之處理；該改質處理係對經過該蝕刻處理之該膜進行改質之處理。
  13. 如申請專利範圍第12項之電漿處理方法，其中該蝕刻處理係將該膜以分子層等級加以蝕刻之微量處理； 該改質處理係將經過蝕刻處理之該膜之表面以分子層等級進行改質之微量處理。
  14. 如申請專利範圍第11項之電漿處理方法，其中該第1電漿氣體係含氟氣體；該第2電漿氣體係含氫氣體；該沖洗氣體係稀有氣體或是氮氣體。
  15. 如申請專利範圍第10項之電漿處理方法，其中該循環所需時間為大於0秒、30秒以下。
  16. 如申請專利範圍第15項之電漿處理方法，其中該循環所需時間為0.25秒以上、12秒以下。
  17. 如申請專利範圍第10項之電漿處理方法，其中設置於處理容器內之旋轉台上沿著該旋轉台之周向上載置複數基板，於該處理容器內沿著該旋轉台之旋轉方向依序配置：進行該第1電漿處理之第1電漿處理區域、將經過該第1電漿處理之基板以該沖洗氣體來進行沖洗之沖洗區域、進行該第2電漿處理之該第2電漿處理區域、以及將經過該第2電漿處理之基板以該沖洗氣體來進行沖洗之該沖洗區域，令該旋轉台以既定速度旋轉以使得該循環以該同一周期反覆進行複數次。
  18. 如申請專利範圍第17項之電漿處理方法，其中該第1電漿處理區域與該第2電漿處理區域係由該沖洗區域所分離；藉由將經過該第1電漿處理之基板以該沖洗氣體來進行沖洗之製程以防止於進行該第1電漿處理之製程中混入該第2電漿氣體；藉由將經過該第2電漿處理之基板以該沖洗氣體來進行沖洗之製程以防止於進行該第2電漿處理之製程中混入該第1電漿氣體。
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