TWI619841B - Plasma processing device and shower plate - Google Patents

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Shigeru Kasai
Taro Ikeda
Yutaka Fujino
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

在電漿處理裝置中抑制前驅物沈積於噴淋板的氣孔，該電漿處理裝置係具有將氣體導入至處理容器內的噴淋板，且藉由微波使表面波電漿產生。
在一種具有具備進行電漿處理之處理容器(10)與將第1氣體與第2氣體供給至處理容器(10)內之噴淋板(100)的電漿產生用天線(20)，且藉由以微波的供給而形成於噴淋板(100)表面的表面波，形成電漿來處理基板的電漿處理裝置，其特徵係，在噴淋板(100)係形成有：複數個氣孔(133)，將第1氣體供給至處理容器(10)內；及複數個供給噴嘴(160)，在不同於該複數個氣孔(133)的位置上，從噴淋板(100)的下面向垂直下方突出，並將第2氣體供給至處理容器(10)內。

Description

電漿處理裝置及噴淋板
本發明，係關於電漿處理裝置及在電漿處理裝置所使用的噴淋板。特別是關於噴淋板的構造及使用該噴淋板之電漿處理裝置。
電漿處理，係在半導體裝置製造中不可欠缺的技術。近年來，基於LSI之高積體化以及高速化之需求，需要對構成LSI之半導體元件進一步進行微細加工。
但是，在電容耦合型電漿處理裝置或感應耦合型電漿處理裝置所生成之電漿的電子溫度高，且電漿密度高之區域受限。因此，難以實現可因應半導體元件之進一步微細加工需求的電漿處理。
因此，為了實現像這樣的微細加工，必須生成低電子溫度且高電漿密度的電漿。為了因應此需求，而提出一種藉由微波在處理容器內生成表面波電漿，藉此對半導體晶圓進行電漿處理的裝置(例如，參閱專利文獻1)。
在專利文獻1中，提出了一種電漿處理裝 置，其係使微波傳送至同軸管而放射至處理容器內，利用微波之表面波所擁有的電場能量來激發氣體，藉此，以低電子溫度使高電漿密度的表面波電漿產生。
但是，在專利文獻1的電漿處理裝置中，係為了使微波從同軸管放射至處理容器內，其頂部係形成為以石英等介電質板夾持表面波電漿與天線之間的構造，處理氣體係形成為從處理容器之側壁供給於處理容器內的構造。如此一來，由於從頂部以外供給氣體，因此，無法控制氣體的流動，難以進行良好的電漿控制。
於是，在引用文獻2中，係提出一種在天線的下方設置由具有多數個氣體放出孔之介電質所構成的噴淋板，且經由該噴淋板將處理氣體向垂直下方導入至處理容器內的技術。藉此，在處理容器內形成垂直方向的氣流並均勻地供給處理氣體，而形成均勻的電漿。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2003-188103號公報
[專利文獻2]日本特開2005-196994號公報
然而，根據本發明者們，已確認例如在具有如引用文獻2般的天線及噴淋板之電漿處理裝置中，係有 造成在噴淋板之孔的內部進行成膜之情形。且，當進行成膜時，有堵塞噴淋板的孔之虞。
這是因為藉由表面波電漿，使噴淋板附近之區域中的電子溫度高於遠離噴淋板表面的位置乃為原因，例如單矽烷(SiH4)氣體等的原料氣體會在噴淋板附近被過度分解，其結果，會成膜沈積或氣相反應於噴淋板的孔部分，而形成灰塵。
於是，本發明者們，發現了只要能夠使從噴淋板所供給的原料氣體不通過該噴淋板附近的區域中之電子溫度高的區域而到達處理容器內，就能夠抑制噴淋板附近中的成膜、氣相成長。
本發明，係鑑於該觀點所進行研究者，而以在電漿處理裝置中抑制成膜於噴淋板之氣孔的情形為目的，該電漿處理裝置係具有將氣體導入至處理容器內的噴淋板，且藉由微波使表面波電漿產生。
為了達成上述目的，本發明，係一種電漿處理裝置，其係具有具備進行電漿處理之處理容器與將第1氣體與第2氣體供給至處理容器內之噴淋板的電漿產生用天線，且藉由以微波的供給而形成於前述噴淋板表面的表面波，形成電漿來處理基板，其特徵係，在前述噴淋板形成有：複數個氣孔，將第1氣體供給至處理容器內；及複數個供給噴嘴，在不同於該複數個氣孔的位置上，從前述 噴淋板的下面向垂直下方突出，並將第2氣體供給至前述處理容器內。
根據本發明，因為藉由從噴淋板的下面突出至垂直下方的供給噴嘴，將第2氣體供給至處理容器內，因此，該第2氣體不會通過噴淋板附近的區域中之電子溫度較高的區域。因此，即使使用原料氣體作為例如第2氣體，亦能夠避免該原料氣體被表面波電漿過度分解。其結果，能夠抑制反應生成與氣相反應所致的沈積物朝向噴淋板的氣孔。
前述第2氣體，係亦可為較前述第1氣體更容易被電漿分解的氣體。該情況下，前述第2氣體係原料氣體，前述第1氣體係亦可為電漿產生用氣體。
在前述噴淋板的下面形成有向下方向突出的下垂部，在前述下垂部係形成有以預定圖案凹窪於上方的凹窪部，前述供給噴嘴係亦可設置於前述凹窪部。
前述氣孔與前述供給噴嘴，係亦可於俯視下以等間隔予以配置。
從前述噴淋板之下端面至前述供給噴嘴之下端的距離，係亦可為所供給之微波的波長之1/16~3/16的長度。
前述供給噴嘴，係亦可被設置於除了前述噴淋板之中央部以外的區域。
從前述氣孔所供給之前述第1氣體的流速或從前述供給噴嘴所供給之第2氣體的流速，係亦可根據每 一前述各氣孔或前述各供給噴嘴而不同。
又，其他觀點之本發明，係一種將第1氣體與第2氣體供給至進行電漿處理之電漿處理裝置的處理容器內之噴淋板，其特徵係，形成有：複數個氣孔，將第1氣體供給至處理容器內；及複數個供給噴嘴，在不同於該複數個氣孔的位置，從前述噴淋板的下面向垂直下方突出，且將第2氣體供給至前述處理容器內。
根據本發明，係能夠在電漿處理裝置中抑制反應生成與氣相反應所致的沈積物朝向噴淋板的氣孔，該電漿處理裝置係具有將氣體導入至處理容器內的噴淋板，且藉由微波使表面波電漿產生。
1‧‧‧電漿處理裝置
10‧‧‧處理容器
11‧‧‧基座
12‧‧‧支撐構件
13‧‧‧匹配器
14‧‧‧高頻電源
30‧‧‧微波傳送機構
40‧‧‧微波輸出部
50‧‧‧天線模組
100‧‧‧噴淋板
110‧‧‧上部板體
120‧‧‧上部板體
130‧‧‧氣體流路
140‧‧‧氣體流路
160‧‧‧供給噴嘴
220‧‧‧縫槽
500‧‧‧控制裝置
U‧‧‧電漿空間
W‧‧‧晶圓
[圖1]表示本實施形態之電漿處理裝置之構成之概略的縱剖面圖。
[圖2]表示微波之輸出側之機構的圖。
[圖3]模式地表示微波傳送機構之構成的平面圖。
[圖4]表示微波導入機構附近之構成之概略的放大縱剖面圖。
[圖5]噴淋板的下面圖。
[圖6]其他實施形態之噴淋板的下面圖。
[圖7]表示具有下垂部之下部板體之構成之一例的立體圖。
[圖8]表示其他實施形態之下部板體之構成之一例的立體圖。
[圖9]表示其他實施形態之下部板體之構成之一例的立體圖。
以下，參閱圖面詳細說明本發明的實施形態。另外，在本說明書及圖面中，針對實質上具有相同之功能構成的構成要素，係藉由賦予相同符號來省略重複說明。
首先，參閱圖1說明本實施形態之電漿處理裝置的全體構成。圖1，係概略表示電漿處理裝置1的縱剖面圖。
在本實施形態中，係以對半導體晶圓W(以下稱為晶圓W)施予作為電漿處理之成膜處理的CVD裝置為例，說明電漿處理裝置1。電漿處理裝置1，係在被保持氣密的內部中具有對晶圓W進行電漿處理的處理容器10。處理容器10，係上面呈開口之大致圓筒狀且由例如鋁等的金屬所形成，並接地。
在處理容器10的底部，設有載置晶圓W的基座11。基座11係由鋁等的金屬所形成，且經由絕緣體12a被支撐構件12予以支撐，並被設置於處理容器10的 底部。藉此，基座11，係形成為電性浮起的狀態。作為基座11及支撐構件12的材料，係舉出對表面進行耐酸鋁處理(陽極氧化處理)的鋁等。
在基座11，係經由匹配器13連接有偏壓用的高頻電源14。高頻電源14，係對基座11施加偏壓用的高頻電力，藉此，電漿中的離子會被引入至晶圓W側。另外，雖未圖示，但在基座11亦可設置有用於靜電吸附晶圓W的靜電夾盤、溫度控制機構、用於對晶圓W背面供給熱傳達用氣體的氣體流路、搬送晶圓W時進行升降的升降銷等。
在處理容器10的底部設有排氣口15，在排氣口15連接有包含真空泵的排氣裝置16。使排氣裝置16動作時，處理容器10的內部會被排氣且處理容器10內會被減壓至所期望的真空度。又，在處理容器10的側壁形成有搬入搬出口17，藉由可開關搬入搬出口17之閘閥18的關關，使晶圓W被予以搬入搬出。
在基座11之上方裝設有將氣體供給至處理容器10內，並同時可進行微波之供給的電漿產生用天線20(以下，稱為天線20)。
天線20，係設成為堵塞處理容器10之上部的開口。藉此，在基座11與天線20之間形成有電漿空間U。在天線20的上部，係形成為連結有傳送微波的微波傳送機構30，且可將從微波輸出部40所輸出的微波傳遞至天線20。
在電漿處理裝置1中，係如圖1所示設有控制部500。控制部500係例如為電腦，具有程式儲存部(未圖示)。在程式儲存部，係儲存有控制電漿處理裝置1之晶圓W之處理的程式。另外，前述程式係被記錄於例如電腦可讀取之硬碟(HD)、軟碟片(FD)、光碟(CD)、磁光碟(MO)、記憶卡等之電腦可讀取的記憶媒體者，亦可為由該記憶媒體安裝於控制部500者。
接下來，參閱圖2，說明微波輸出部40及微波傳送機構30的構成。
微波輸出部40，係具有微波用電源41、微波振盪器42、放大器43及將增幅後之微波分配為複數的分配器44。微波用電源41，係對微波振盪器42供給電力。微波振盪器42，係使例如860MHz之預定頻率的微波進行PLL振盪。放大器43，係使振盪後的微波增幅。分配器44，係以儘可能不產生微波損失的方式，取得輸入側與輸出側的阻抗匹配的同時，加以分配由放大器43所增幅後的微波。
微波傳送機構30，係具有將由分配器44所分配之微波引導到處理容器內的複數個天線模組50與微波導入機構51。另外，圖2雖模式地描繪微波傳送機構30具備2個天線模組50與2個微波導入機構51的狀態，但在本實施形態中，例如如圖3所示，微波傳送機構30係具有例如7個天線模組50，6個天線模組50係被配置於同一圓周狀，於其中心1個天線模組50係被配置於天線 20的上部。
天線模組50，係具有相位器52、可變增益放大器53、主放大器54及隔離器55，且將從微波輸出部40所輸出的微波傳送至微波導入機構51。
相位器52，係構成為使微波的相位改變，藉由調整此而能夠調變微波的放射特性。藉此，能夠控制指向性來使電漿分布改變。另外，不需要調變像這樣的放射特性時，則不必設置相位器52。
可變增益放大器53，係加以調整輸入到主放大器54之微波的電功率級數，進行電漿強度的調整。主放大器54，係構成固態增幅器。固態增幅器，係可構成為具有未圖示的輸入匹配電路、半導體放大元件、輸出匹配電路及高Q諧振電路。
隔離器55，係將由天線20所反射而返回至主放大器54之微波的反射波加以分離者，具有循環器與虛擬負載(同軸終端器)。循環器，係將由天線20所反射的微波引導到虛擬負載，虛擬負載係將循環器所引導之微波的反射波轉換成熱。
接下來，參閱圖4說明微波導入機構51及電漿產生用天線20的構成。圖4，係放大表示本實施形態之微波導入機構51及天線20之例如左半部之構成之概略的縱剖面圖。
微波導入機構51，係具有同軸管60及慢波板70。同軸管60，係具有由筒狀之外部導體60a及設於其 中心之棒狀的內部導體60b所構成之同軸狀的導波管。在同軸管60的下端，係經由慢波板70設有天線20。同軸管60，係內部導體60b形成為供電側，外部導體60a形成為接地側。在同軸管60，係設有調諧器80。調諧器80，係具有例如2個芯塊80a，構成芯塊調諧器。芯塊80a，係構成為介電質構件的板狀體，且圓環狀地被設於同軸管60的內部導體60b與外部導體60a之間。調諧器80，係根據來自後述控制部500的指令，藉由以未圖示的驅動機構使芯塊80a上下動作，來調整同軸管60的阻抗。
慢波板70，係鄰接於同軸管60的下面而設。慢波板70，係由圓板狀的介電體構件所形成。慢波板70，係透過所傳送同軸管60的微波，引導到天線20。
天線20，係具有噴淋板100。噴淋板100，係鄰接於慢波板70的下面而設。噴淋板100，係直徑大於慢波板70之大致為圓盤形狀，由鋁或銅等之電導率高的導電體所形成。噴淋板100，係露出於處理容器10的電漿空間U側，並使表面波傳輸於所露出的下面。在此，噴淋板100的金屬面係露出於電漿空間U側。如此一來，以下將所傳輸至所露出之下面的表面波稱為金屬表面波。
噴淋板100，係形成為在上下重疊有略為圓盤形狀之上部板體110與同樣略為圓盤形狀之下部板體120的構成。在上部板體110，係形成有貫通其上面且使氣體流通至該上部板體110之徑方向的氣體流路130。在氣體 流路130，係經由供給管132而連接有供給第2氣體的第2氣體供給源131。作為第2氣體，係使用作為原料氣體之例如單矽烷(SiH4)氣體等。在上部板體110之下面且對應於被載置在基座11之晶圓W的全面區域，係朝垂直上方延伸設置有與氣體流路130連通的複數個氣孔133。又，在不同於上部板體110之氣孔133的位置係形成有通過微波的複數個縫槽220。
在下部板體120，係形成有貫通其側面且使氣體流通至該下部板體120之徑方向的氣體流路140。在氣體流路140，係經由供給管142而連接有供給第1氣體的第1氣體供給源141。作為第1氣體，係使用電漿產生用之例如氮氣、氬氣、氫氣或混同該等氣體的氣體等。另外，氣體流路140，係以流通該氣體流路140之氣體與流通氣體流路130之氣體不會在噴淋板100內混合的方式，而分別與氣體流路130完全獨立地予以設置氣體流路140。
在下部板體120中之對應於上部板體110之氣孔133的位置，係分別形成有將該下部板體120上下方向貫穿的貫通孔150。又，在下部板體120中之對應於上部板體110之縫槽220的位置，係與上部板體110相同，形成有縫槽220。
在下部板體120之下面且對應於被載置在基座11之晶圓W的全面區域且不同於貫通孔150及縫槽220的位置，係朝垂直上方延伸設置有與氣體流路140連 通的複數個氣孔151。從第1氣體供給源141被供給至氣體流路140的第1氣體，係透過該複數個氣孔151，從下部板體120的下面被導入至處理容器10的電漿空間U。
在各貫通孔150的下端亦即在下部板體120之下面且對應於各貫通孔150的位置，係分別連接有藉由將氧化皮膜或矽熔射於鋁或不鏽鋼等而形成的供給噴嘴160。各供給噴嘴160，係例如如圖4所示，以從貫通孔150之下端朝垂直下方僅突出預定長度L的方式予以設置。藉此，從第2氣體供給源131被供給至氣體流路130的第2氣體，係透過該複數個供給噴嘴160，從比第1氣體更低於僅預定長度L的位置，被導入至處理容器10的電漿空間U。
另外，露出於噴淋板100之電漿側的面亦即下部板體120之下面及供給噴嘴160的表面，係亦可藉由熔射而被例如氧化鋁(Al2O3)或氧化釔(Y2O3)的被膜(未圖示)覆蓋。藉此，導體面亦可不露出於電漿空間側。
上述的複數個縫槽220，係被設置在不同於作為氣體之供給路徑的氣體流路130、140、複數個氣孔133、151及貫通孔150的位置，且貫穿與噴淋板100之徑方向垂直的方向。縫槽220的一端係與慢波板70鄰接，另一端係在處理容器10內側呈開口。微波在同軸管60傳輸且透過慢波板70之後，通過複數個縫槽220而被放射至處理容器10內。另外，亦可形成為以石英等的介 電質來充滿縫槽220之內部的構造。
圖5，係表示露出於噴淋板100之處理容器10側的面亦即從下面觀看下部板體120之狀態的下面圖。如圖5所示，在下部板體120係以例如格子狀的圖案交替配置有複數個供給噴嘴160與下部板體120的氣孔151。在圖5中，係為使輕易區別供給噴嘴160與氣孔151的配置，而例如以雙重圓表示對應於供給噴嘴160的位置，以圓表示對應於氣孔151的位置。如此一來，以交替配置供給噴嘴160與氣孔151的方式，能夠將例如氮氣與單矽烷均勻地供給至晶圓W的上面。另外，供給噴嘴160與氣孔151的配置係不限定於本實施形態，只要大概均等地配置供給噴嘴160與下部板體120的氣孔151，以使從供給噴嘴160與氣孔151所供給的氣體均勻地被供給至晶圓W上面，則可任意進行設定。在此，大概均勻地配置供給噴嘴160與下部板體120的氣孔151，並非指各氣孔151與各供給噴嘴160之間的距離相等的意思，而是指如圖5所示供給噴嘴160與氣孔151的設置數以大概相同數目予以交替配置的意思。因此，作為圖5所示之配置以外的一例，係例如如圖6所示，舉出將供給噴嘴160與氣孔151交替配置成同心圓狀的情形等。
縫槽220係被設為略環狀，供給噴嘴160與貫通孔150係一起被設置於該縫槽220的外周側及內周側。縫槽220並非被形成為完全的圓環狀，而是被形成為區割成例如4個的扇狀。在縫槽220所區割的部分，係形 成為氣體流路140不與縫槽220連通，且將氣體供給至設於縫槽220之內周側的氣孔151。
複數個縫槽220，係相對於天線20的中心軸而形成為軸對稱。藉此，能夠從縫槽220將微波更均勻地放射至處理容器10內。
氣孔151及供給噴嘴160的直徑，係形成為如被放射至處理容器10內的微波不會進入該氣孔151及供給噴嘴160之內部般的大小。在本實施形態中，係例如為0.6mm。又，縫槽220與氣孔133、151及貫通孔150，係在噴淋板100內完全分離。藉此，能夠防止氣孔133、151或貫通孔150中的異常放電。
另外，慢波板70、上部板體110及下部板體120的接觸面，係分別藉由未圖示的O形環來密封。藉此，可將處理容器10或縫槽220的內部設成為真空狀態，並避免第1氣體與第2氣體在噴淋板100內混合的情形。
本實施形態之電漿處理裝置1，係如上述予以構成，在說明本電漿處理裝置1的動作時，首先，說明本發明的原理。
在微波電漿處理中，被使用來作為電漿產生用氣體之例如氮氣，係其結合能約為9.91eV。另一方面，為了藉由電漿處理將成膜於晶圓W時使用來作為原料氣體之例如單矽烷(SiH4)分解成SiH3，而需要約8.75eV的能量。且，在微波電漿處理中，供給到天線20之微波 的輸出，係將進行成膜時用於生成所需之自由基或前驅物的能量定為基準。在此，在使用金屬表面波的微波電漿處理(特別是應用了衰減波之表面波的電漿處理)中，通常距離例如圖1所示之天線20之下端面附近例如天線下面大概5mm以內之區域X，係與區域X更下方的區域比較，電子溫度來得高。
因此，如以往般，從噴淋板表面的相同面供給作為電漿產生用氣體的氮氣、作為原料氣體的單矽烷氣體時，雖然氮氣會在區域X被分解而形成氮自由基，但在比區域X更下方之電子溫度較低的區域中，由於能量不足，因此，不會被分解。另一方面，雖然單矽烷氣體在比區域X更下方處仍被分解成SiH3，但即使在電子溫度高的區域X亦會促進分解的發生。因此，在該區域X中SiH3會過度生成而形成矽膜，並沈積於噴淋板的氣孔。
為了抑制反應生成與氣相反應所致的沈積物，只要使供給至天線20之微波的輸出下降並使區域X中的電子溫度降低即可，如上述，在區域X中為了分解電漿產生用氣體而需要預定之電子溫度，因此，對於使微波的輸出下降亦有其極限。
於是，本發明者們，為了抑制不必要之反應生成與氣相反應所致的沈積物沈積到氣孔，從而審慎檢討了關於不使從噴淋板所供給的原料氣體通過電子溫度高的區域X而導入至處理容器10內的方法。但是，如以往，從處理容器10之側壁將原料氣體供給至處理容器10內 時，會難以控制處理容器10內之氣體的流動，而無法獲得均勻的電漿。亦即，必須維持從噴淋板100朝向晶圓W之垂直下方的氣流。於是，本發明者們，係想到只要以使電漿產生用氣體與原料氣體不在噴淋板100之內部混合的方式，分別個別地設置氣體流路130、140並進一步將具有比區域X更長之長度L的噴嘴連接至原料氣體的流路，就能夠使原料氣體不通過區域X而導入至處理容器10內。該情況下，由於可抑制原料氣體在區域X被過度分解，因此，可抑制原料氣體所致之前驅物的生成，並防止氣孔堵塞。這是本發明的原理亦即將噴淋板100分成上部板體110與下部板體120來構成，並進一步在下部板體120設置供給噴嘴160的理由。
另外，在圖4中，雖在上部板體110的氣體流路130連接有第2氣體供給源131，且在下部板體120設置有貫通孔150及供給噴嘴160，但噴淋板100的構成並不限定於本實施形態。特別是，關於將第2氣體供給源131連接於上部板體110的氣體流路130與下部板體120的氣體流路140哪一個，係可任意進行設定。例如將第2氣體供給源131連接至下部板體120的氣體流路140時，亦可將供給噴嘴160連接於氣孔151而不使供給噴嘴160連接於貫通孔150。在該情況下，亦可從貫通孔150直接供給作為第1氣體的電漿產生用氣體至處理容器10內，另一方面，作為原料氣體的第2氣體，係經由供給噴嘴160而從比下部板體120的下端面更往僅預定長度L下方 之位置，直接供給至處理容器10內。
另外，由於下部板體120的下面附近係藉由表面波電漿而形成高溫，因此，流通氣體流路140內的氣體也是因該電漿的熱而溫度上升，且氣體其本身的內部能量亦會形成為較高的狀態，進而容易被表面波電漿分解。因此，難以分解的氣體亦即在該情況下，只要使電漿產生用氣體流通至氣體流路140內，就能夠促進表面波電漿之分解。因此，較佳的是使供給原料氣體的第2氣體供給源131連接於上部板體110的氣體流路130，且使供給電漿產生用氣體的第1氣體供給源141連接於下部板體120的氣體流路140。
另一方面，藉由在下部板體120設置作為突起物的供給噴嘴160，由於在該供給噴嘴160中仍傳輸有表面波並引起共振，且有阻礙在電漿空間U中生成均勻之電漿的可能性，因此，不採用如供給噴嘴160般的構造。但是，藉由將供給噴嘴160的長度L亦即從下部板體120之下面至供給噴嘴160之下端的距離設成為導入至處理容器10內之微波之波長的1/16~3/16左右(更佳為1/8左右)，就能夠抑制供給噴嘴160中的表面波共振且穩定地在處理容器10內生成電漿。另外，由於藉由表面波而形成為高電子溫度的區域X係距離噴淋板100之下面5mm左右的區域，因此，只要將供給噴嘴160的長度L設成為波長之1/16~3/16左右的長度，則供給噴嘴160的下端會形成為與區域X相比在更遠的下方。在本實施形態中，係 使用波長為348.6mm之860MHz的微波，因此，供給噴嘴160的長度係被設定為43.6mm左右大概為21.8~65.4mm的範圍。
本實施形態之電漿處理裝置1，係基於上述般之見解者。接下來，以在晶圓W形成氮化矽膜的情形為例，說明使用電漿處理裝置1所進行的處理。
首先，將晶圓W搬入至處理容器10內，並載置於基座11上。且，從第1氣體供給源141，將作為電漿產生用氣體之混合了氮氣、氬氣及氫氣的氣體，經由噴淋板100的下部板體120導入至處理容器10內。接下來，微波係從微波輸出部40被輸出，且微波係透過微波傳送機構30及慢波板70、縫槽220，被導入至處理容器10內。藉此，藉由形成於天線20表面的金屬表面波生成表面波電漿，並生成氮自由基。與此同時，作為原料氣體之單矽烷氣體，係從第2氣體供給源131經由供給噴嘴160被導入至處理容器10內。
被導入至處理容器10內的單矽烷氣體，係藉由電漿激發而被分解成SiH3。此時，由於單矽烷氣體不會通過電子溫度較高之天線20下面的區域X而被導入至處理容器10的電漿空間U，因此，並不會過度分解。其結果，可抑制過剩之SiH3所致的反應生成與氣相反應。
且，氮自由基及SiH3，係伴隨著從噴淋板100朝向晶圓W之垂直下方的氣流而到達晶圓W的表面，並以氮化矽沈積於晶圓W上面。藉此，在晶圓W的 上面形成有氮化矽膜。
根據以上的實施形態，經由從噴淋板100之下部板體120下面向垂直下方突出預定長度L的供給噴嘴160，將作為原料氣體之例如單矽烷氣體供給至處理容器10內，因此，單矽烷氣體不會通過噴淋板100附近之電子溫度較高的區域X。因此，能夠避免單矽烷氣體被表面波電漿過度分解。其結果，使用噴淋板100施予電漿處理於晶圓W時，能夠抑制矽膜形成於噴淋板100的氣孔。
又，由於供給噴嘴160與氣孔151係被均等配置，因此，能夠使晶圓W表面中之例如氮自由基的密度與SiH3的密度均勻。其結果，能夠以均勻的膜厚使氮化矽膜沈積於晶圓W的表面。
且，由於供給噴嘴160的長度L係被設定成從微波輸出部40所輸出之微波的波長之大概1/8，因此，在向處理容器10突出的供給噴嘴160能夠除去微波的共振條件。其結果，供給噴嘴160係具有天線的功能且不會阻礙電漿的生成。因此，根據本實施形態之電漿處理裝置1，能夠進行穩定的電漿處理。又，藉由像這樣的構成，能夠以氮自由基的供給量(生成量)積極地控制氮化矽膜形成於晶圓W表面。
在上述的實施形態中，雖然下部板體120係形成為圓盤形狀，但，例如如圖7所示，亦可在下部板體120之下面設有噴嘴160的區域中，設置向下方突出僅預定長度D的下垂部250。在該情況下，下垂部250係如圖 7所示，避開噴嘴160而予以設置。換言之，對應於下垂部250之噴嘴160的位置，係向上方凹陷。另外，圖7中雖為簡單化而省略氣孔151的記載，但氣孔151係被形成於下垂部250的下面。藉此，藉由縫槽220(石英環)所放射的幾個微波會被反射，並能夠使傳送到噴嘴160的微波減弱。另一方面，在該形狀中雖能夠使傳送到噴嘴160的微波減弱，但噴嘴160的根部亦即從下垂部250之下面所供給的氮氣或氬氣這樣的電漿產生用氣體的自由基生成亦會被減弱。為了避免該情事，而例如亦可在下垂部250的下面設置如圖7所示般的溝250a。藉由設置溝250a，在溝250a中能夠使氮氣、氬氣這樣的電漿產生用氣體被電漿加熱進而促進自由基生成。另外，作為溝250a之形狀的一例，係例如如圖7所示，考慮以包圍各供給噴嘴160周圍的方式所設置之例如格子狀的圖案等。
又，不同於上述情況，如圖8所示，亦可在噴嘴160的長度方向將噴嘴160之外周的直徑分割成2階段以上。具體而言，例如如圖8所示，亦可將噴嘴160之根部部分，換言之，將噴嘴160中之從下部板體120側的端部以預定長度設成為直徑較圖7所示之噴嘴160大的擴張部160a，且將從該擴張部160a至噴嘴160的前端設成為直徑較擴張部160a小的前端部160b。藉此，以直徑在擴張部160a與前端部160b之邊界產生改變的方式，使微波被形成為階梯狀之噴嘴160的角部反射，且傳送到噴嘴160的微波會被大幅減弱。
另外，在下垂部250並不一定要設置溝250a。又，例如在圖7中，雖避開噴嘴160形成下垂部250，但，例如如圖9所示，亦可在下垂部250的下端直接設置噴嘴260。在該情況下，噴嘴260的長度，係與圖7所示之情形的噴嘴160的長度L相同。換言之，從下垂部250之下端至噴嘴260之前端的長度，係不管有無下垂部250或噴嘴160、260的配置，而形成為L。如此一來，在下垂部250直接設置噴嘴260時亦能夠大幅使傳送到噴嘴260的微波減弱。又，根據本發明者們，已確認即使在下垂部250不設置溝250a時，亦能夠在噴嘴260的根部抑制氮氣或氬氣這樣的電漿產生用氣體之自由基生成被減弱的情形。另外，在圖8及圖9中亦為了簡單化，而未圖示有氣孔151。又，在圖8中，亦可設置與記載於圖7之溝250a相同的溝。在該情況下，亦能夠藉由溝250a的效果來促進氮氣、氬氣這樣的電漿產生用氣體的自由基生成。
又，一般，若供給至天線之電功率的頻率變高，則從端部側朝向中心側的高頻電流會因表層效果而在天線之電漿側的面流動。其結果，天線下面中的電場強度分布，係形成為在由縫槽220所包圍的中央部較高，而越朝向外周端部越低。為此，本發明者們確認了即使在本實施形態的天線20，在位於由縫槽220所包圍之中央的供給噴嘴160附近其電場強度亦變高。於是，本發明者們進行審慎調查，確認了藉由去除由縫槽220所包圍之中央部 的供給噴嘴160，而能夠抑制在中央部的供給噴嘴160附近電場強度變高的情形。因此，亦可不在下部板體120中之由縫槽220所包圍的中央部設置供給噴嘴160。另外，由縫槽220所包圍的中央部，並非指在下部板體120中由縫槽220所包圍之區域的中心一點，而是指距離例如由縫槽220所包圍之區域的中心大概40mm以內之區域的意思。
在上述實施形態中，雖分別經由一個供給管132、142將第2氣體供給源131、第1氣體供給源141連接於上部板體110的氣體流路130及下部板體120的氣體流路140，但，亦可以分別獨立之環狀將例如氣體流路130、氣體流路140設成為同心圓狀的流路，並在各個氣體流路設置複數個供給管132及供給管142，以控制供給至各流路之氣體的流量。
如此一來，可在下部板體120之各區域控制氣體的供給量，且可對應於例如電場強度分布來控制原料氣體或電漿產生用氣體的供給量，並對晶圓W進行更均勻的電漿處理。
特別是，如以往，在使用不具有供給噴嘴160的噴淋板而將作為原料氣體的單矽烷氣體供給至處理容器10內時，由於原料氣體在噴淋板100下面會被過度分解，因此，難以控制SiH3的生成量，但，由於本發明係使用供給噴嘴160供給單矽烷氣體而能夠抑制過剩之SiH3的生成，因此，以控制單矽烷氣體之供給量的方 式，可輕易地調整SiH3的生成量。在該情況下，以進一步設置複數個供給管132及供給管142並在下部板體120之預定每一區域控制氣體之供給量的方式，可針對各區域嚴密地調整氮自由基與SiH3的生成量，因此，可對晶圓W施予更均勻的電漿處理。
又，在上述實施形態中，雖然噴淋板100係由上部板體110與下部板體120所構成，但，只要是獨立形成第2氣體之氣體流路130及第1氣體之氣體流路140且形成為在噴淋板100之內部不混合氣體的構成，則關於如何構成噴淋板100並不限定於本實施形態，可任意進行設定。
以上，雖參閱添附圖面詳細說明了本發明之合適的實施形態，但本發明係不限定於該些例子。只要是本發明所屬技術領域中具有通常知識者，當然可在申請專利範圍所記載之技術思想範疇內聯想各種變更例或修正例，此等當然應被視為屬於本發明的技術範圍。

Claims (8)

  1. 一種電漿處理裝置，係具有具備進行電漿處理之處理容器與將第1氣體與第2氣體供給至處理容器內之噴淋板的電漿產生用天線，且藉由以微波的供給而形成於前述噴淋板表面的表面波，形成電漿來處理基板，其特徵係，在前述噴淋板形成有：複數個氣孔，將第1氣體供給至處理容器內；及複數個供給噴嘴，在不同於該複數個氣孔的位置上，從前述噴淋板的下面向垂直下方突出，並將第2氣體供給至前述處理容器內，前述供給噴嘴之從前述噴淋板之下端面至前述供給噴嘴之下端的距離，係所供給之微波的波長之1/16~3/16的長度。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，前述第2氣體，係較前述第1氣體更容易被電漿分解的氣體。
  3. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中，前述第2氣體係原料氣體，前述第1氣體係電漿產生用氣體。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中，在前述噴淋板的下面，形成有向下方向突出的下垂部，在前述下垂部，係形成有以預定圖案凹窪於上方的凹窪部，前述供給噴嘴，係設置於前述凹窪部。
  5. 如申請專利範圍第1~4項中任一項之電漿處理裝置，其中，前述氣孔與前述供給噴嘴，係於俯視下以等間隔予以配置。
  6. 如申請專利範圍第1~4項中任一項之電漿處理裝置，其中，前述供給噴嘴，係被設置於除了前述噴淋板之中央部以外的區域。
  7. 如申請專利範圍第1~4項中任一項之電漿處理裝置，其中，從前述氣孔所供給之前述第1氣體的流速或從前述供給噴嘴所供給之第2氣體的流速，係根據每一前述各氣孔或前述各供給噴嘴而不同。
  8. 一種噴淋板，係將第1氣體與第2氣體供給至進行電漿處理之電漿處理裝置的處理容器內，該噴淋板，其特徵係形成有：複數個氣孔，將第1氣體供給至處理容器內；及複數個供給噴嘴，在不同於該複數個氣孔的位置，從前述噴淋板的下面向垂直下方突出，且將第2氣體供給至前述處理容器內，前述供給噴嘴之從前述噴淋板之下端面至前述供給噴嘴之下端的距離，係所供給之微波的波長之1/16~3/16的長度。
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