TWI568320B - 電漿處理裝置 - Google Patents

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TWI568320B TW103136199A TW103136199A TWI568320B TW I568320 B TWI568320 B TW I568320B TW 103136199 A TW103136199 A TW 103136199A TW 103136199 A TW103136199 A TW 103136199A TW I568320 B TWI568320 B TW I568320B
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Description

電漿處理裝置
本發明係關於一種電漿處理裝置。
為了製造半導體積體電路裝置，對半導體晶圓進行成膜處理等各種處理。談到「成膜處理」，氣相沉積法之一的化學氣相沉積法(CVD；chemical vapor deposition)已廣為人知。CVD法係以作為薄膜來源的來源氣(氣體)為起點，藉由化學反應分解來源氣，並使之堆積於半導體晶圓上而成為固體。
CVD法有典型的熱CVD法與電漿CVD法兩種，熱CVD法係利用「高溫熱分解」進行來源氣的分解，電漿CVD法係利用放電電漿的促進分解作用。特別是，相較於熱CVD法，電漿CVD法可以較低溫度進行成膜，故廣泛使用於要求低溫製程的步驟中。利用電漿CVD法形成薄膜的電漿處理裝置已廣為人知。
這樣的電漿處理裝置為批次式，可達成比單片式更高的處理量。又，因其係縱型批次式，在高度方向上層疊半導體晶圓並收納於處理室內，故比起在水平方向上排列半導體晶圓並收納於處理室內的横型批次式，可達成更高的處理量。
【發明所欲解決之課題】
目前，半導體積體電路裝置朝向高積體化、細微化發展。縱型批次式電漿處理裝置雖具有「提高處理量」的優點，但在「在高度方向上層疊半導體晶圓並收納於處理室內」的結構上，具有下述性質：配置於處理室上段的被處理體、即半導體晶圓的成膜速率及/或膜質，與配置於處理室下段的半導體晶圓的成膜速率及/或膜質之間，產生微妙的偏差。
目前，可將成膜速率及/或膜質的微妙偏差控制在允許範圍內，達到不妨礙製造半導體積體電路裝置的水準。然而，考量到今後高積體化、細微化的進一步發展，可清楚地預期成膜速率及/或膜質的微妙偏差，將會妨礙半導體積體電路裝置的製造。
本發明提供一種電漿處理裝置，其可進一步降低配置於處理室上段的被處理體的成膜速率及/或膜質，與配置於處理室下段的被處理體的成膜速率及/或膜質之微妙偏差。 【解決課題之手段】
本發明之第1態樣的電漿處理裝置，其特徵為包含：電漿產生室，產生電漿活性種；處理室，在高度方向上層疊並收納被處理體，且在該電漿產生室中所產生之該電漿活性種供給至其中；電漿來源氣供給管，配置於該電漿產生室的內部，並在該高度方向上延伸，從一端導入作為電漿來源的電漿來源氣，並從沿著該高度方向設置的複數氣體排放孔排放該電漿來源氣；及相對向的一對電漿電極，對排放至該電漿產生室內部的該電漿來源氣施加電場；該一對電漿電極所夾住之放電區域的大小，沿著該高度方向變化。
本發明之第2態樣的電漿處理裝置，其特徵為包含：電漿產生室，產生電漿活性種；處理室，在高度方向上層疊並收納被處理體，且在該電漿產生室中所產生之該電漿活性種供給至其中；電漿來源氣供給管，配置於該電漿產生室的內部，並在該高度方向上延伸，從一端導入作為電漿來源的電漿來源氣，並從沿著該高度方向設置的複數氣體排放孔排放該電漿來源氣；及相對向的一對電漿電極，對排放至該電漿產生室內部的該電漿來源氣施加電場；該一對電漿電極係由下述方式所構成：其沿著該高度方向被分成複數個，且施加於該被分成複數個的一對電漿電極的高頻電力的功率係可改變。
本發明之第3態樣的電漿處理裝置，其特徵為包含：電漿產生室，產生電漿活性種；處理室，在高度方向上層疊並收納被處理體，且在該電漿產生室中所產生之該電漿活性種供給至其中；電漿來源氣供給管，配置於該電漿產生室的內部，並在該高度方向上延伸，從一端導入作為電漿來源的電漿來源氣，並從沿著該高度方向設置的複數氣體排放孔排放該電漿來源氣；及相對向的一對電漿電極，對排放至該電漿產生室內部的該電漿來源氣施加電場；該電漿來源氣供給管中，導入該電漿來源氣的該一端係配置於該電漿產生室的一端，並在高度方向上從該電漿產生室的一端朝向另一端延伸，且在該電漿產生室的另一端，朝向該電漿產生室的一端翻回。
本發明之第4態樣的電漿處理裝置，其特徵為包含：主要電漿產生室及次要電漿產生室，產生電漿活性種；處理室，在高度方向上層疊且收納被處理體，且在該主要電漿產生室及次要電漿產生室中所產生之該電漿活性種供給至其中；第1電漿來源氣供給管，配置於該主要電漿產生室的內部，並在該高度方向上延伸，從一端導入作為電漿來源的電漿來源氣，並從沿著該高度方向設置的氣體排放孔排放該電漿來源氣；相對向的一對第1電漿電極，對排放至該主要電漿產生室內部的該電漿來源氣施加電場；第2電漿來源氣供給管，配置於該次要電漿產生室的內部，並在該高度方向上延伸，從一端導入作為電漿來源的電漿來源氣，並從沿著該高度方向設置的氣體排放孔排放該電漿來源氣；及相對向的一對第2電漿電極，對排放至該次要電漿產生室內部的該電漿來源氣施加電場；該主要電漿產生室，沿著該高度方向從該處理室的一端朝向另一端整體延伸；該次要電漿產生室，沿著該高度方向從該處理室的一端部分地延伸至該高度方向的中途。
以下參照圖式說明本發明的幾個實施形態。此外，在所有圖式中，對共通的部分賦予共通的參考符號。又，下述詳細說明中，為了能夠充分理解本發明，而舉出大量具體詳細的實施例。然而，即使沒有這些詳細說明，本領域中具有通常知識者顯然能夠完成本發明。其他的範例中，為了避免各種實施形態難以理解，並未詳細揭示公知的方法、順序、系統及構成要件。 (第1實施形態)
圖1係概略顯示本發明之第1實施形態的電漿處理裝置之一例的縱剖面圖，圖2係圖1所示之電漿處理裝置的水平剖面圖。
如圖1及圖2所示，電漿處理裝置100具備圓筒狀的處理室101，其下端具有開口且具有頂部。處理室101的整體，係由例如石英所形成。處理室101內的頂部，設有石英製的頂板102。處理室101的下端開口部，例如，透過O形環等的密封構件104，連結於以不鏽鋼成形為圓筒體狀的分流部103。
分流部103，支持處理室101的下端。縱型晶舟105，從分流部103的下方插入處理室101內。縱型晶舟105具有複數根支架106，該支架106有複數個支持溝形成於上(圖中未顯示)；複數片被處理體(例如50~100片)被上述支持溝所支持，本例中係半導體晶圓1之邊緣部的部分被支持。藉此，半導體晶圓1在高度方向上被多段地載置於縱型晶舟105中。此外，半導體晶圓的一個典型例為矽晶圓。
縱型晶舟105，透過石英製的保溫筒107，被載置於平台108上。平台108被支持於旋轉軸110上，該旋轉軸110穿透使分流部103的下端開口部開閉的蓋部109(係為例如不鏽鋼製)。旋轉軸110的穿透部上，設有例如磁性流體密封部111，其氣密密封且可旋轉地支持旋轉軸110。蓋部109的邊緣部與分流部103的下端部之間，插設有例如以O形環所形成的密封構件112。藉此，可保持處理室101內的密封性。旋轉軸110，安裝於例如臂部113的前端，而臂部113係由載具升降器等升降機構(圖中未顯示)所支持。藉此，縱型晶舟105與蓋部109等可一起升降，而插入或脫離處理室101內。
電漿處理裝置100具有：處理氣體供給機構114，對處理室101內供給處理用的氣體；及惰性氣體供給機構115，對處理室101內供給惰性氣體。本例的電漿處理裝置100中，作為電漿處理之一例，係在半導體晶圓1的被處理面上形成矽氮化物膜。
處理氣體供給機構114，包含矽原料氣體供給源117a以及氮化氣體供給源117b。又，惰性氣體供給機構115，包含惰性氣體供給源120。
作為矽原料氣體供給源117a所供給的矽原料氣體，其一例為Si2 Cl6 氣體。Si2 Cl6 氣體係用以在半導體晶圓1的被處理面上形成矽膜。作為氮化氣體供給源117b所供給的氮化氣體，其一例為NH3 氣體。NH3 氣體使成膜於被處理面上的矽膜氮化，成為矽氮化物膜。惰性氣體供給源120所供給的惰性氣體，其一例為氬氣。氬氣，用於被供給至處理室101內的氣體之稀釋及潔淨處理等。
矽氮化物膜的成膜，例如，係進行下述步驟。 (1) 對收納於處理室101的半導體晶圓1的被處理面上，供給矽原料氣體，以在被處理面上形成矽膜。 (2) 以惰性氣體對處理室101進行潔凈。 (3) 使氮化氣體電漿化以產生電漿活性種(N自由基、NH自由基等)，並將包含電漿活性種的氮化氣體供給至形成矽膜的半導體晶圓1的被處理面。藉此，使矽膜氮化，以形成矽氮化物膜。 (4) 以惰性氣體對處理室101進行潔凈。 (5) 按順序重複上述(1)~(4)的步驟，直到矽氮化物膜的膜厚成為設計值為止。
矽原料氣體供給源117a，透過流量控制器121a及開閉閥122a，與原料氣體供給管123a連接。又，氮化氣體供給源117b，透過流量控制器121b及開閉閥122b，與電漿來源氣供給管123b連接。
原料氣體供給管123a及電漿來源氣供給管123b係由石英管所構成，向內側穿透分流部103的側壁，其朝向上方彎曲而垂直延伸。原料氣體供給管123a及電漿來源氣供給管123b的垂直部分，隔著既定間隔形成有複數氣體排放孔124。藉此，從氣體排放孔124朝向處理室101內部，在水平方向上大致均勻地排放各種氣體。
上述處理室101的側壁的一部分上，設有電漿產生機構140。電漿產生機構140，對氮化氣體施加能量，使氮化氣體電漿化，以產生電漿活性種，例如氮自由基(N* )或氨自由基(NH* )。電漿產生機構140，具備氣密地與處理室101之外壁焊接的電漿劃分壁141，藉由該電漿劃分壁141，定出「產生電漿活性種的電漿產生室141a」。電漿劃分壁141，係由例如石英所形成。藉由電漿劃分壁141所劃分之電漿產生室141a，透過形成於處理室101之側壁的複數開口142，與處理室101連通。複數開口142，以可在上下方向涵蓋「縱型晶舟105所支持的所有半導體晶圓1」的方式，並排形成於高度方向上。電漿來源氣供給管123b，配置於電漿產生室141a的內部。
電漿劃分壁141的兩側壁的外面，設有沿著高度方向互相對向配置的細長的一對電漿電極143a、143b。一對電漿電極143a、143b，例如，透過供電線144連接。供電線144，與將高頻電力供給至一對電漿電極143a、143b的高頻電源145連接。本例中，使連接電漿電極143a與高頻電源145的供電線144的一部分接地，但亦可不接地。高頻電源145，對一對電漿電極143a、143b施加例如，13.56MHz的高頻電壓。藉此，對排放至電漿產生室141a內部的電漿來源氣(本例中為NH3 氣體)提供高頻電場。接著，從電漿來源氣供給管123b排放的氮化氣體，在已提供高頻電場的電漿產生室141a內部被電漿化，而產生例如包含氮自由基及氨自由基等的活性氮的電漿氣體。電漿氣體透過複數開口142被供給至處理室101的內部。
石英所構成的絕緣保護蓋體146以覆蓋電漿劃分壁141的方式安裝於其外側。絕緣保護蓋體146的內側部分，設有圖中未顯示的冷媒通路，可藉由例如流入冷卻的氮氣，來冷卻一對電漿電極143a、143b。
惰性氣體供給源120，透過流量控制器121c及開閉閥122c，與噴嘴128連接。噴嘴128穿透分流部103的側壁，並在水平方向上，從其前端排放惰性氣體。
用以使處理室101內排氣的排氣口129，設於與原料氣體供給管123a、電漿來源氣供給管123b相對地位於相反側的處理室101的側壁部分。藉由在上下方向切開處理室101的側壁，而細長狀地形成排氣口129。與處理室101的排氣口129對應的部分，係以覆蓋排氣口129的方式，藉由焊接而安裝有剖面成形為ｺ狀的排氣口蓋體構件130。排氣口蓋體構件130，沿著處理室101的側壁往上方延伸，在處理室101的上方定出氣體出口131。氣體出口131，與包含真空泵等的排氣機構132連接。排氣機構132，藉由使處理室101內排氣，以進行用於處理之處理氣體的排氣，及使處理室101內的壓力成為相應於處理的處理壓力。
處理室101的外圍，設有筒狀體的加熱裝置133。加熱裝置133，在使供給至處理室101內的氣體活性化的同時，加熱收納於處理室101內的被處理體(本例中為半導體晶圓1)。
電漿處理裝置100各部位的控制，係藉由例如微處理器(電腦)所構成的控制器150所進行。為了使操作者管理電漿處理裝置100，控制器150與使用者介面151連接，該使用者介面151係由「進行指令輸入操作等的觸控面板，及可視化地顯示電漿處理裝置100之運作狀況的顯示器」等所構成。
控制器150與儲存部152連接。儲存部152，儲存有：用以在控制器150的控制下，實現電漿處理裝置100所進行之各種處理的控制程式；以及用以因應處理條件而在電漿處理裝置100之各構成部中進行處理的程式、亦即配方。配方儲存於例如，儲存部152中的儲存媒體。儲存媒體，可為硬碟及半導體記憶體，亦可為光碟(CD-ROM)、數位影音光碟(DVD)、快閃記憶體等可移動者。又，亦可從其他裝置，透過例如專用線路，適當地傳送配方。因應需求，在來自使用者介面151的指示等之下，從儲存部152讀取配方，而控制器150根據讀取之配方進行處理，藉此使電漿處理裝置100在控制器150的控制下，進行預期的電漿處理。
圖3係沿著圖2所示之3-3線的剖面圖。此外，圖3亦顯示電漿電極143a、143b的俯視圖，以及電漿產生室141a內的電漿活性種濃度的分布圖。
如圖3所示，第1實施形態的電漿處理裝置100中，被一對電漿電極143a、143b所夾住的形成於電漿產生室141a內部的放電區域之大小，可沿著高度方向變化。進一步具體而言，面向一對電漿電極143a、143b之放電區域的寬度，在電漿來源氣供給管123b的一端較寬，往另一端逐漸變窄，呈現梯形狀。電漿來源氣供給管123b的一端，係位於電漿產生室141a的下方，其係導入作為電漿來源之電漿來源氣的一端。又，另一端位於電漿產生室141a的上方。
圖4係參考例之電漿處理裝置的剖面圖。圖4亦一併顯示與圖3對應之剖面圖，電漿電極143c、143d的側視圖，以及電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度分布圖。
如圖4所示，參考例之電漿處理裝置，面向一對電漿電極143c、143d之放電區域的寬度，從一端開始到另一端為止皆為定值。若使用此種電漿電極143c、143d，則呈現「電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度，在電漿產生室141a的下方位置較低，而在上方位置較高」的傾向。其原因之一，係因電漿來源氣供給管123b在高度方向上延伸，故電漿來源氣供給管123b的一端(下方側)與另一端(上方側)的電漿來源氣曝露於高頻電場中的時間不同。
此處，使用NH3 氣體，以電漿處理形成矽氮化物膜等的氮化物膜的情況下，電漿活性種係指例如氮自由基、氮離子、氫離子、NH自由基。又，在電漿處理中使用O2 氣體以形成矽氧化物膜等的氧化物膜的情況下，係指例如氧自由基、氧離子。
若電漿產生室141a的內部中，電漿活性種的濃度分布不均勻，則沿著水平方向從電漿產生室141a朝向處理室101供給的電漿活性種的濃度分布亦不均勻。處理室101，在高度方向上層疊並收納有複數半導體晶圓1。因此，供給至配置於處理室101上段之半導體晶圓1的被處理面上的電漿活性種的濃度，與供給至配置於處理室101下段之半導體晶圓1的被處理面上的電漿活性種的濃度亦不相同。所供給之電漿活性種的濃度，使得配置於處理室101上段之半導體晶圓1與配置於下段之半導體晶圓1之間，產生微妙的成膜速率差值。具體而言，半導體晶圓1的成膜速率，在電漿活性種濃度較低的處理室101下段較慢，越往上段則越快。又，此處係說明成膜速率的差值，但因為電漿活性種的濃度分布，所形成之薄膜的膜質亦微妙地變化。
相對於這種情況，第1實施形態的電漿處理裝置100，使面向一對電漿電極143a、143b之放電區域的寬度，例如，在電漿來源氣供給管123b的一端(下方側)較寬，往另一端(上方側)逐漸變窄。藉由這種電極構成，可使電漿產生室141a內部所構成之放電區域的大小，在電漿產生室141a的下方較大，在上方較小。
藉由這種構成，例如，可以在曝露於高頻電場的時間較短的電漿來源氣供給管123b的一端(下方側)比其上方側更促進多電漿活性種之生成的方式，使放電區域變寬；相反地，可以在曝露於高頻電場的時間較長的電漿來源氣供給管123b的另一端(上方側)比其下方側更抑制電漿活性種之生成的方式，使放電區域變窄。
如此，在第1實施形態中改變放電區域的大小，而使得電漿產生室141a內所產生之電漿活性種的濃度均勻分布。藉此，亦如圖3中的濃度分布圖所示，電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度分布相較於參考例之電漿處理裝置更為均勻，而有所改善。
結果，根據該實施形態的電漿處理裝置100，從電漿產生室141a透過複數開口142沿著水平方向朝向處理室101供給之電漿活性種的濃度分布變得更加均勻，並可進一步降低配置於處理室101上段之半導體晶圓1的成膜速率及/或膜質，與配置於下段之半導體晶圓1的成膜速率及/或膜質的微妙偏差。 (第1實施形態：一變化實施例)
圖5係顯示本發明之第1實施形態的電漿處理裝置之一變化實施例的剖面圖。圖5中除了顯示與圖3對應的剖面圖之外，亦顯示電漿電極143e、143f的側視圖以及電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度分布圖。
如圖5所示，第1實施形態之一變化實施例之電漿處理裝置100a，面向一對電漿電極143e、143f之放電區域的寬度，在電漿來源氣供給管123b的一端(下方側)較寬，而在另一端(上方側)較窄，與圖3所示之第1實施形態之一例之電漿處理裝置100相同。然而，一變化實施例之電漿處理裝置100a，與一例之電漿處理裝置100的差異點，在於其使面向一對電漿電極143e、143f之放電區域的寬度，從高度方向的中途位置開始到另一端為止為固定寬度。
電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度分布，具有從高度方向的中途位置即開始飽和之處。顯示圖5所示之濃度分布的圖中，以虛線I顯示圖4所示之參考例中的濃度分布，在以參考符號“160”所示之中途位置以上的位置中，濃度為飽和狀態。電漿活性種的濃度為飽和狀態的中途位置160以上的位置中，面向一對電漿電極143e、143f之放電區域的寬度，不一定需要使之變化。
於是，一變化實施例中，使面向一對電漿電極143e、143f之放電區域的寬度，從中途位置160開始到另一端(上方)為止為固定寬度。中途位置160，例如，對應電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度為飽和狀態的位置，使從該位置160開始到另一端為止為固定寬度。
又，一變化實施例中，使面向一對電漿電極143e、143f之放電區域的寬度，從一端(下方)開始到中途位置160為止進行變化。面向一對電漿電極143e、143f之放電區域的寬度，在電漿來源氣供給管123b的一端(下方側)較寬，到達中途位置160為止變窄。
如此，根據該實施形態的電漿處理裝置100a，以使在電漿產生室141a內部所產生之電漿活性種的濃度均勻分布的方式，設定放電區域的大小，藉此，與圖3所示之一例之電漿處理裝置100相同地，其具有下述之優點：可得到電漿處理裝置100a，其可進一步降低配置於處理室101上段之半導體晶圓1的成膜速率及/或膜質，與配置於下段之半導體晶圓1上的成膜速率及/或膜質的微妙偏差。 (第2實施形態)
圖6係顯示本發明之第2實施形態的電漿處理裝置之一例的剖面圖。圖6中除了顯示與圖3對應的剖面圖之外，亦顯示電漿電極143a-1~143a-3及143b-1~143b-3的俯視圖、電漿產生室141a內的電漿活性種濃度的分布圖以及高頻電力的功率。
如圖6所示，第2實施形態之一例之電漿處理裝置200，與第1實施形態之一例之電漿處理裝置100的差異之處，在於一對電漿電極143a、143b，沿著高度方向被分成複數的電漿電極143a-1~143a-3、143b-1~143b-3。
更進一步，電漿處理裝置200，係以施加於被分成複數個的一對電漿電極143a-1及143b-1、143a-2及143b-2、143a-3及143b-3之高頻電力之功率可分別改變的方式所構成。
第2實施形態之一例之電漿處理裝置200中，使高頻電力的功率，在電漿來源氣供給管123b的一端(下方側)較強，朝向另一端(上方側)逐漸減弱。本例中，從第1高頻電源145-1，對最下方側的一對電漿電極143a-1與143b-1，供給例如150W的高頻電力。又，從第2高頻電源145-2，對位於中間的一對電漿電極143a-2與143b-2，供給例如120W的高頻電力。接著，從第3高頻電源145-3，對最上方的一對電漿電極143a-3與143b-3供給例如100W的高頻電力。
如此，使施加於被分成複數個的一對電漿電極143a-1與143b-1、143a-2與143b-2、143a-3與143b-3的高頻電力的功率，在電漿來源氣供給管123b的一端(下方側)較強，而往另一端(上方側)逐漸減弱。
如此，以使在電漿產生室141a內部所產生之電漿活性種的濃度均勻分布的方式，變更高頻電力的功率，接著，可藉由設定使電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度分布，比例如圖4所示之參考例更加均勻。
在此第2實施形態中，亦可與第1實施形態相同地，使電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度均勻分布。因此，其具有下述之優點：可進一步降低配置於處理室101上段之半導體晶圓1的成膜速率及/或膜質，與配置於下段之半導體晶圓1的成膜速率及/或膜質的微妙偏差。
此外，本例中將一對電漿電極143a、143b，分成電漿電極143a-1~143a-3、143b-1~143b-3的3段，但分割數量並不限定於“3”，可任意設定分割數量。亦即，分割數量只要為“2”以上的有限值即可。
又，面向被分成複數個的一對電漿電極之放電區域的寬度，在本例中，使之從一端到另一端為固定寬度。然而，可將第2實施形態與第1實施形態組合使用。例如，可使面向最下方的一對電漿電極143a-1及143b-1之放電區域的寬度，比面向其上方的一對電漿電極143a-2及143b-2之放電區域的寬度更寬。
如此，可藉由相互調整面向放電區域的寬度與所施加之高頻電力的功率，來改善電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度分布，使其分布更均勻。 (第3實施形態)
圖7係顯示本發明之第3實施形態的電漿處理裝置之一例的剖面圖。圖7中除了顯示與圖3對應的剖面圖之外，亦顯示電漿電極143g、143h的側視圖，以及電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度分布圖。
如圖7所示，第3實施形態的電漿處理裝置300，與第1實施形態的電漿處理裝置100的差異之處，在於在高度方向延伸的電漿來源氣供給管123c，在電漿產生室141a的另一端(上方側)，朝向電漿產生室141a的一端(下方側)翻回。
本例中，電漿來源氣供給管123c中，導入電漿來源氣的一端，與第1實施形態相同地，配置於電漿產生室141a的下方側。因此，導入電漿來源氣供給管123c之電漿來源氣，在電漿來源氣供給管123c的內部，在曝露於高頻電場的同時於高度方向上升。
第1實施形態之一變化實施例中，說明電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度從高度方向的中途位置具有開始飽和之處的情形。於是，若使電漿來源氣以一定程度的距離在電漿來源氣供給管123c的內部流動，則其幾乎不與曝露於高頻電場的時間相依，而可認為透過複數氣體排放孔124排放至電漿產生室141a內部的電漿來源氣被均勻地活性化。第3實施形態係著重於該發現的例子。
第3實施形態中的電漿來源氣供給管123c，設有延伸部分301，從電漿產生室141a的一端(下方側)延伸至另一端(上方側)；及翻回部分302，從電漿產生室141a的另一端(上方側)往一端(下方側)翻回。於是，第3實施形態中，以使在電漿產生室141a內部所產生之電漿活性種的濃度均勻分布的方式，將複數氣體排放孔124，分別分散地設於延伸部分301與翻回部分302。
第3實施形態之一例中，如圖7所示，複數氣體排放孔124，在延伸部分301中偏在電漿產生室141a的另一端(上方側)，而在翻回部分302中偏在電漿產生室141a的一端(下方側)。
又，本例中係以使複數氣體排放孔124偏在電漿產生室141a之另一端(上方側)的部分及偏在電漿產生室141a之一端(下方側)的部分的切換位置與使電漿活性種的濃度成為飽和狀態之中途位置160對應而設定。
如此，藉由將複數氣體排放孔124設於電漿來源氣供給管123b，如圖7所示之濃度分布圖中所示，可使電漿來源氣在超過電漿活性種的濃度為飽和狀態的位置160，於電漿來源氣供給管123b的內部流動。因此，排放至電漿產生室141a內部的電漿來源氣，幾乎不與曝露於高頻電場的時間相依，而相較於例如圖4所示之參考例更加均勻地被活性化。
在此第3實施形態中，亦具有下述優點：與第1實施形態相同地，可使電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度均勻分布，故可進一步降低配置於處理室101上段之半導體晶圓1的成膜速率及/或膜質，與配置於下段之半導體晶圓1的成膜速率及/或膜質的微妙偏差。 (第3實施形態：第1變化實施例)
圖8係顯示本發明之第3實施形態的電漿處理裝置之第1變化實施例的剖面圖。圖8中除了顯示與圖3對應的剖面圖之外，亦顯示電漿電極143g、143h的側視圖，以及電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度分布圖。
圖7所示之第3實施形態之一例中，使複數氣體排放孔124，在延伸部分301中偏在電漿產生室141a的另一端(上方側)，在翻回部分302中偏在電漿產生室141a的一端(下方側)。
然而，第3實施形態並不限定於圖7所示之一例。如圖8所示之第1變化實施例之電漿處理裝置300a所示，只要可使在電漿產生室141a內部所產生之電漿活性種的濃度均勻分布，亦可將複數氣體排放孔124，分別分散地設於延伸部分301與翻回部分302。第1變化實施例之電漿處理裝置300a中，電漿來源氣供給管123d的中間部分中，以使複數氣體排放孔124交互出現的方式形成氣體排放孔124。不論何種方式，與一例之電漿處理裝置300相同地，將複數氣體排放孔124，分別分散地設於延伸部分301與翻回部分302。 (第3實施形態：第2變化實施例)
圖9係顯示本發明之第3實施形態的電漿處理裝置之第2變化實施例的剖面圖。圖9中除了顯示與圖3對應的剖面圖之外，亦顯示電漿電極143g、143h的側視圖，以及電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度分布圖。
圖7所示之第3實施形態之一例，及圖8所示之第3實施形態之第1變化實施例中，以使在電漿產生室141a內部所產生之電漿活性種的濃度均勻分布的方式，將複數氣體排放孔124分別分散地設於延伸部分301與翻回部分302。
然而，如圖9所示之第2變化實施例之電漿處理裝置300b所示，亦可將複數氣體排放孔124，集中設於電漿來源氣供給管123e的翻回部分302。
在「使流過延伸部分301電漿來源氣，充分地超過電漿活性種的濃度分布為飽和狀態的位置，進而流入翻回部分302」的情況下，可採用此種氣體排放孔124的形成模式。
又，第3實施形態之第2變化實施例之電漿處理裝置300b中，到電漿來源氣從複數氣體排放孔124排放為止，使其更長時間地流動於電漿來源氣供給管123e內部。因此，其具有下述優點：在電漿來源氣係難以活化之氣體的情況下，可在充分超過電漿活性種之濃度為飽和狀態的位置的狀態下，將其導入設有複數氣體排放孔124的翻回部分302。
因此，根據第3實施形態之第2變化實施例之電漿處理裝置300b，除了與第1實施形態相同地，可使電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度均勻分布的優點之外，更具有「在電漿來源氣係難以活化之氣體的情況下亦為有效」這樣的優點。
以上根據一例、第1變化實施例、第2變化實施例的3個例子說明第3實施形態。該等3個例子中，分別使面向一對電漿電極143g、143h之放電區域的寬度，從一端到另一端為固定寬度。然而，亦可將第3實施形態與第1實施形態及第2實施形態組合使用。
如此，適當組合第1實施形態、第2實施形態及第3實施形態，則可以使電漿產生室141a內的電漿活性種的濃度分布更加均勻的方式，使例如活化難易程度不同的各種物質活化。 (第4實施形態)
圖10係顯示本發明之第4實施形態的電漿處理裝置之一例的剖面圖。圖中顯示相當於圖1所示之縱剖面圖的縱剖面圖，及處理室101內部的電漿活性種濃度的分布圖。
上述第1~第3實施形態，係著重於電漿產生室141a內部之電漿活性種的濃度分布的例子。本第4實施形態，則非著重於電漿產生室141a，而是著重於處理室101內部之電漿活性種的濃度分布的例子。
如圖10所示，第4實施形態的電漿處理裝置400具備產生電漿活性種的主要電漿產生室141m，及同樣產生電漿活性種的次要電漿產生室141s。與第1實施形態相同地，被處理體(例如半導體晶圓1)，例如，被縱型晶舟105所支持，並在高度方向被層疊並收納於處理室101。主要電漿產生室141m及次要電漿產生室141s中所產生的電漿活性種，透過複數開口142沿著水平方向供給至處理室101內。
此外，處理室101內設有與參照圖1所說明之原料氣體供給管123a相同的原料氣體供給管、分流部及排氣口等，但圖10中將其省略，基本上著重於與第1實施形態的差異之處進行說明。
主要電漿產生室141m的內部，配置有第1電漿來源氣供給管123m。第1電漿來源氣供給管123m在高度方向上延伸，並從一端，本例中為主要電漿產生室141m的下方，導入作為電漿來源的電漿來源氣。第1電漿來源氣供給管123m，沿著其高度方向設有複數氣體排放孔124，在水平方向上從複數氣體排放孔124朝向主要電漿產生室141m內部排放電漿來源氣。
例如在主要電漿產生室141m的外側，設有相對向的一對第1電漿電極143m，對排放至主要電漿產生室141m內部的電漿來源氣施加電場。此外，圖10中僅顯示一對電漿電極中的一側。一對電漿電極143m，係與例如參照圖7所說明的一對電漿電極143g、143h相同者，面向一對電漿電極之放電區域的寬度，例如為定值。然而，一對電漿電極143m中，亦可採用第1~第3實施形態中所說明之電漿電極143a、143b，或是第1~第3實施形態中所說明之電漿電極143a、143b，143e、143f，143g、143h。
次要電漿產生室141s的內部，配置有第2電漿來源氣供給管123s。第2電漿來源氣供給管123s在高度方向上延伸，並從一端，本例中為次要電漿產生室141s的下方，導入作為電漿來源的電漿來源氣。第2電漿來源氣供給管123s中，亦與第1電漿來源氣供給管123m相同地，沿著其高度方向設有複數氣體排放孔124。在水平方向上，從複數氣體排放孔124朝向次要電漿產生室內部排放電漿來源氣。
例如，在次要電漿產生室141s的外側，設有相對向的一對第2電漿電極143s，其對排放至次要電漿產生室141s內部的電漿來源氣施加電場。一對第2電漿電極143s，亦係例如與參照圖7所說明的一對電漿電極143g、143h相同者，使面向一對電漿電極之放電區域的寬度為例如定值，亦可採用第1~第3實施形態中所說明之電漿電極143a、143b，143e、143f，143g、143h。
第4實施形態中，主要電漿產生室141m，係以從處理室101的一端(下方側)朝向另一端(上方側)沿著高度方向整體延伸的方式進行設置；次要電漿產生室141s，係以從處理室101的一端(下方側)到高度方向的中途為止，沿著高度方向部分延伸的方式進行設置。
藉由此構成，從處理室101的一端(下方側)朝向另一端(上方側)，整體地供給主要電漿產生室141m中所產生之電漿活性種。又，從處理室101的一端朝向高度方向的中途為止，部分地供給次要電漿產生室141s中所產生之電漿活性種。
如此，在第4實施形態中，部分地將來自次要電漿產生室141s的電漿活性種供給至處理室101。結果，從次要電漿產生室141s部分地供給至處理室101的電漿活性種，可補充從主要電漿產生室141m供給至處理室101的電漿活性種。
藉由這種構成，可在若僅有來自主要電漿產生室141m之電漿活性種則導致電漿活性種的濃度變低的處理室101的下方側，以使處理室101內的電漿活性種的濃度均勻分布的方式，從次要電漿產生室141s將電漿活性種供給至處理室101。
因此，第4實施形態中，可使處理室101內的電漿活性種的濃度分布，例如，比圖4所示之參考例更加均勻，並可與第1~第3實施形態相同地，得到「進一步降低配置於處理室101上段之半導體晶圓1的成膜速率及/或膜質，與配置於下段之半導體晶圓1的成膜速率及/或膜質的微妙偏差」這樣的優點。
此外，次要電漿產生室141s，可對應地設於例如，若僅有來自主要電漿產生室141m的電漿活性種則導致處理室內101中的電漿活性種之濃度未達飽和狀態的位置。
以上，依照第1~第4實施形態說明本發明，但本發明並不限於上述實施形態，可在不脫離其主旨的範圍內，可進行各種變化。
例如，上述第1~第4實施形態中，例示使用電漿氮化及自由基氮化等的NH3 氣體，作為電漿來源氣，但電漿來源氣並不限定於NH3 氣體。上述第1~第4實施形態的電漿處理裝置中，只要係可使用於電漿處理的電漿來源氣，亦可使用NH3 氣體以外的氣體。
又，上述第1~第4實施形態中，例示矽氮化物膜的成膜處理，作為電漿處理，但電漿處理並不限定於矽氮化物膜的成膜處理。上述第1~第4實施形態的電漿處理裝置，亦可使用矽氮化物膜以外的薄膜的成膜處理。
又，電漿處理亦不限定於成膜處理，上述第1~第4實施形態的電漿處理裝置，亦可應用於蝕刻處理、氧化處理、擴散處理、改質處理、自然氧化膜去除處理等各種處理。
又，上述第1~第4實施形態中，例示半導體晶圓(典型性為矽晶圓)作為被處理體，但被處理體亦並不限定於半導體晶圓。只要係可進行電漿處理的被處理體，可為任何被處理體。例如，被處理體係製造平面顯示器、有機EL(electron luminescence)及太陽能電池面板等所使用之玻璃基板，亦可適用於上述第1~第4實施形態。
根據本發明，可提供一種電漿處理裝置，其可進一步降低配置於處理室上段的被處理體的成膜速率及/或膜質，與配置於處理室下段的被處理體的成膜速率及/或膜質的微妙偏差。
本發明所揭示之實施形態皆為例示，而不應被認為係限制本發明者。實際上，上述實施形態可以多種態樣據以實施。又，上述實施形態，在不脫離添附之申請專利範圍及其主旨的情況下，可以各種態樣進行省略、置換、變更。本發明的範圍，係包含添附之申請專利範圍及與其均等之意義及範圍內的所有變更。
1‧‧‧半導體晶圓
100‧‧‧電漿處理裝置
100a‧‧‧電漿處理裝置
101‧‧‧處理室
102‧‧‧頂板
103‧‧‧分流部
104‧‧‧密封構件
105‧‧‧縱型晶舟
106‧‧‧支架
107‧‧‧保溫筒
108‧‧‧平台
109‧‧‧蓋部
110‧‧‧旋轉軸
111‧‧‧磁性流體密封部
112‧‧‧封構件
113‧‧‧臂部
114‧‧‧處理氣體供給機構
115‧‧‧惰性氣體供給機構
117a‧‧‧矽原料氣體供給源
117b‧‧‧氮化氣體供給源
120‧‧‧惰性氣體供給源
121a、121b、121c‧‧‧流量控制器
122a、122b、122c‧‧‧開閉閥
123a‧‧‧原料氣體供給管
123b、123c、123d、123e‧‧‧電漿來源氣供給管
123m‧‧‧第1電漿來源氣供給管
123s‧‧‧第2電漿來源氣供給管
124‧‧‧氣體排放孔
128‧‧‧噴嘴
129‧‧‧排氣口
130‧‧‧排氣口蓋體構件
131‧‧‧氣體出口
132‧‧‧排氣機構
133‧‧‧加熱裝置
140‧‧‧電漿產生機構
141‧‧‧電漿劃分壁
141a‧‧‧電漿產生室
141m‧‧‧主要電漿產生室
141s‧‧‧次要電漿產生室
142‧‧‧開口
143a、143b、143c、143d、143e、143f、143h、143g‧‧‧電漿電極
143a-1、143a-2、143a-3、143b-1、143b-2、143b-3‧‧‧電漿電極
143m‧‧‧一對電漿電極
143s‧‧‧一對第2電漿電極
144‧‧‧供電線
145‧‧‧高頻電源
145-1‧‧‧第1高頻電源
145-2‧‧‧第2高頻電源
145-3‧‧‧第3高頻電源
146‧‧‧絕緣保護蓋體
150‧‧‧控制器
151‧‧‧使用者介面
152‧‧‧儲存部
160‧‧‧中途位置
200‧‧‧電漿處理裝置
300‧‧‧電漿處理裝置
300a‧‧‧電漿處理裝置
300b‧‧‧電漿處理裝置
301‧‧‧延伸部分
302‧‧‧翻回部分
附圖係併入作為本說明書之一部分，用於顯示本發明之實施形態，其與上述一般說明及下述實施形態的詳細內容，一起說明本發明之概念。
【圖1】係概略顯示本發明之第1實施形態的電漿處理裝置之一例的縱剖面圖。
【圖2】係圖1所示之電漿處理裝置的水平剖面圖。
【圖3】係沿著圖2所示之3-3線的剖面圖。
【圖4】係顯示參考例之電漿處理裝置的剖面圖。
【圖5】係顯示本發明之第1實施形態的電漿處理裝置之一變化實施例的剖面圖。
【圖6】係顯示本發明之第2實施形態的電漿處理裝置之一例的剖面圖。
【圖7】係顯示本發明之第3實施形態的電漿處理裝置之一例的剖面圖。
【圖8】係顯示本發明之第3實施形態的電漿處理裝置之第1變化實施例的剖面圖。
【圖9】係顯示本發明之第3實施形態的電漿處理裝置之第2變化實施例的剖面圖。
【圖10】係顯示本發明之第4實施形態的電漿處理裝置之一例的剖面圖。
1‧‧‧半導體晶圓
100‧‧‧電漿處理裝置
101‧‧‧處理室
102‧‧‧頂板
103‧‧‧分流部
104‧‧‧密封構件
105‧‧‧縱型晶舟
106‧‧‧支架
107‧‧‧保溫筒
108‧‧‧平台
109‧‧‧蓋部
110‧‧‧旋轉軸
111‧‧‧磁性流體密封部
112‧‧‧封構件
113‧‧‧臂部
114‧‧‧處理氣體供給機構
115‧‧‧惰性氣體供給機構
117a‧‧‧矽原料氣體供給源
117b‧‧‧氮化氣體供給源
120‧‧‧惰性氣體供給源
121a、121b、121c‧‧‧流量控制器
122a、122b、122c‧‧‧開閉閥
123a‧‧‧原料氣體供給管
123b‧‧‧電漿來源氣供給管
124‧‧‧氣體排放孔
128‧‧‧噴嘴
129‧‧‧排氣口
130‧‧‧排氣口蓋體構件
131‧‧‧氣體出口
132‧‧‧排氣機構
133‧‧‧加熱裝置
140‧‧‧電漿產生機構
141‧‧‧電漿劃分壁
141a‧‧‧電漿產生室
142‧‧‧開口
143a‧‧‧電漿電極
144‧‧‧供電線
145‧‧‧高頻電源
146‧‧‧絕緣保護蓋體
150‧‧‧控制器
151‧‧‧使用者介面
152‧‧‧儲存部

Claims (16)

  1. 一種電漿處理裝置，其特徵為包含：電漿產生室，產生電漿活性種；處理室，在高度方向上層疊並收納被處理體，且在該電漿產生室中所產生之該電漿活性種供給至其中；電漿來源氣供給管，配置於該電漿產生室的內部，並在該高度方向上延伸，從一端導入作為電漿來源的電漿來源氣，並從沿著該高度方向設置的複數氣體排放孔排放該電漿來源氣；及相對向的一對電漿電極，對排放至該電漿產生室內部的該電漿來源氣施加電場；該一對電漿電極所夾住之放電區域的大小沿著該高度方向變化。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，面向該一對電漿電極之該放電區域的寬度，在該電漿來源氣供給管的一端比該電漿來源氣供給管的另一端更寬，並從該一端往另一端逐漸變窄。
  3. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中，面向該一對電漿電極之該放電區域的寬度，從該一端往另一端逐漸變窄，並且從中途位置開始到該另一端為固定寬度。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中， 到該另一端為止為固定寬度的該中途位置，係與該電漿活性種的濃度為飽和狀態之位置對應而設定。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，設定該放電區域的大小，以使在該電漿產生室內部所產生之該電漿活性種的濃度均勻分布。
  6. 一種電漿處理裝置，其特徵為包含：電漿產生室，產生電漿活性種；處理室，在高度方向上層疊並收納被處理體，且在該電漿產生室中所產生之該電漿活性種供給至其中；電漿來源氣供給管，配置於該電漿產生室的內部，並在該高度方向上延伸，從一端導入作為電漿來源的電漿來源氣，並從沿著該高度方向設置的複數氣體排放孔排放該電漿來源氣；及相對向的一對電漿電極，對排放至該電漿產生室內部的該電漿來源氣施加電場，該一對電漿電極係設置在該電漿產生室之兩側壁的外面，且該一對電漿電極係沿著高度方向互相對向設置；該一對電漿電極，沿著該高度方向被分成複數個，且施加於該被分成複數個的一對電漿電極的高頻電力的功率係可變更的方式所構成；其中，施加於該被分成複數個的一對電漿電極的高頻電力的功率，在該電漿來源氣供給管的一端比該電漿來源氣供給管的另一端更大，而從該一端往另一端逐漸減小。
  7. 如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置，其中，設定該高頻電力的功率，以使在該電漿產生室內部所產生之該電漿活性種的濃度均勻分布。
  8. 一種電漿處理裝置，其特徵為包含：電漿產生室，產生電漿活性種；處理室，在高度方向上層疊並收納被處理體，且在該電漿產生室中所產生之該電漿活性種供給至其中；電漿來源氣供給管，配置於該電漿產生室的內部，並在該高度方向上延伸，從一端導入作為電漿來源的電漿來源氣，並從沿著該高度方向設置的複數氣體排放孔排放該電漿來源氣；及相對向的一對電漿電極，對排放至該電漿產生室內部的該電漿來源氣施加電場；該電漿來源氣供給管中，導入該電漿來源氣的該一端係配置於該電漿產生室的一端，其在該高度方向上從該電漿產生室的一端朝向另一端延伸，並在該電漿產生室的另一端朝向該電漿產生室的一端翻回。
  9. 如申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中，使該複數氣體排放孔分散而設於：該電漿來源氣供給管中，從該電漿產生室的一端延伸至另一端的延伸部分；以及該電漿來源氣供給管中，從該電漿產生室的另一端往一端翻回的翻回部分， 以使在該電漿產生室內部所產生之該電漿活性種的濃度均勻分布。
  10. 如申請專利範圍第9項之電漿處理裝置，其中，使該複數氣體排放孔，在該延伸部分中偏在該電漿產生室的另一端，而在該翻回部分中偏在該電漿產生室的一端。
  11. 如申請專利範圍第10項之電漿處理裝置，其中，位於該延伸部分內該複數氣體排放孔中最下段的氣體排放孔，及位於該延伸部分內該複數氣體排放孔中最上段的氣體排放孔，係與該電漿活性種的濃度為飽和狀態之位置對應而設定。
  12. 如申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中，該複數氣體排放孔，設於該電漿來源氣供給管中，從該電漿產生室的另一端往一端翻回的部分，而不設於從該一端往該另一端延伸的部分。
  13. 一種電漿處理裝置，其特徵為包含：主要電漿產生室及次要電漿產生室，產生電漿活性種；處理室，在高度方向上層疊並收納被處理體，被供給在該主要電漿產生室及次要電漿產生室中所產生之該電漿活性種；第l電漿來源氣供給管，配置於該主要電漿產生室的內部，並在該高度方向上延伸，從其一端導入作為電漿來源的電漿來源氣，並從沿著該高度方向設置的氣體排放孔排放該電漿來源氣； 相對向的一對第1電漿電極，對排放至該主要電漿產生室內部的該電漿來源氣施加電場；第2電漿來源氣供給管，配置於該次要電漿產生室的內部，並在該高度方向上延伸，從其一端導入作為電漿來源的電漿來源氣，並從沿著該高度方向設置的氣體排放孔排放該電漿來源氣；相對向的一對第2電漿電極，對排放至該次要電漿產生室內部的該電漿來源氣施加電場；該主要電漿產生室，從該處理室的一端朝向另一端沿著該高度方向整體延伸；該次要電漿產生室，從該處理室的一端至該高度方向的中途為止，沿著該高度方向部分地延伸。
  14. 如申請專利範圍第13項之電漿處理裝置，其中，從該處理室的一端朝向另一端，整體地供給在該主要電漿產生室所產生之該電漿活性種；從該處理室的一端朝向高度方向的中途為止，部分地供給在該次要電漿產生室所產生之該電漿活性種。
  15. 如申請專利範圍第14項之電漿處理裝置，其中，從該次要電漿產生室部分地供給至該處理室的該電漿活性種，係輔助從該主要電漿產生室供給至該處理室的該電漿活性種，而使該處理室內部的該電漿活性種的濃度均勻分布。
  16. 如申請專利範圍第13項之電漿處理裝置，其中，當僅有來自該主要電漿產生室的該電漿活性種時，該次要電漿產生室係與「該處理室內的電漿活性種的濃度未達飽和狀態之位置」對應而設置。
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