TWI668760B - 基板處理裝置及基板處理方法 - Google Patents

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Abstract

基板處理裝置，係具有：處理容器；旋轉台，係設置在該處理容器內，沿著周圍方向而具有形成於表面的基板載置區域；蝕刻區域，係設在該旋轉台沿著該周圍方向之既定區域；蝕刻氣體供給部，係以對向於該旋轉台之方式設在該蝕刻區域，具有延伸配置在該旋轉台之徑向的氣體噴出孔；以及反應能量降低防止機構，係防止該蝕刻區域內之外周側的蝕刻反應能量降低。

Description

基板處理裝置及基板處理方法
本發明係關於一種基板處理裝置及基板處理方法。
自以往便已知有如日本特開2012-209394號公報所記載般，在單一處理室內設置成膜區域及蝕刻區域的成膜裝置。日本特開2012-209394號公報所記載之成膜裝置係具有：第1反應氣體供給部，係供給第1反應氣體至真空容器內設置之旋轉台上所載置之基板；第2反應氣體供給部，係與第1反應氣體供給部分離地設在旋轉台的周圍方向，會供給與吸附在基板之第1反應氣體反應以形成反應生成物之第2反應氣體；活性化氣體供給部，係與第1反應氣體供給部及第2反應氣體供給部分離設置，會將改質反應生成物之改質氣體與蝕刻反應生成物之蝕刻氣體活性化來供給至基板，而構成為可改質反應生成物，並進行蝕刻。
但是，成膜處理及蝕刻處理中，為了實現均勻的成膜處理及均勻的蝕刻處理，會被要求不同的條件，而僅靠在成膜裝置設置蝕刻區域，便有許多難以進行均勻蝕刻處理的情況。
於是，本發明之目的在於提供一種可進行均勻蝕刻處理之基板處理裝置及基板處理方法。
為了達成上述目的，本發明一樣態之基板處理裝置，係具有：處理容器；旋轉台，係設置在該處理容器內，沿著周圍方向而具有形成於表面的基板載置區域；蝕刻區域，係設在該旋轉台沿著該周圍方向之既定區域；蝕刻氣體供給部，係以對向於該旋轉台之方式設在該蝕刻區域，具有延伸配置在該旋轉台之徑向的氣體噴出孔；以及反應能量降低防止機構，係防 止該蝕刻區域內之外周側的蝕刻反應能量降低。
本發明其他樣態之基板處理方法係在沿著處理容器內所設置之旋轉台的周圍方向之既定基板載置區域上載置基板，藉由該旋轉台之旋轉，讓該基板通過該旋轉台之該周圍方向的既定區域所設置之蝕刻區域，以蝕刻處理該基板之基板處理方法，其係防止該蝕刻區域外周側之蝕刻反應能量降低，並蝕刻處理該基板。
C‧‧‧中心區域
W‧‧‧晶圓
d1‧‧‧間隔
d2‧‧‧窄間隔
1‧‧‧真空容器
11‧‧‧頂板
12‧‧‧容器本體
12a‧‧‧突出部
13‧‧‧密封構件
14‧‧‧底部
2‧‧‧旋轉台
20‧‧‧殼體
21‧‧‧核心部
22‧‧‧旋轉軸
23‧‧‧驅動部
24‧‧‧凹部
51‧‧‧分離氣體供給管
7‧‧‧加熱器單元
7a‧‧‧蓋體構件
71‧‧‧罩體構件
71a‧‧‧內側構件
72‧‧‧吹淨氣體供給管
73‧‧‧吹淨氣體供給管
90‧‧‧蝕刻氣體供給部
91‧‧‧電漿產生部
92‧‧‧蝕刻氣體供給管
93‧‧‧噴淋頭部
93a‧‧‧氣體噴出孔
93b‧‧‧下面
93c‧‧‧下方突出面
94‧‧‧配管
95‧‧‧按壓構件
96‧‧‧含氫氣體供給部
圖1係本發明第1實施形態相關之基板處理裝置的概略剖視圖。
圖2係本發明第1實施形態相關之基板處理裝置的概略平面圖。
圖3係用以說明本發明第1實施形態相關之基板處理裝置之分離區域的部分剖視圖。
圖4係顯示本發明第1實施形態相關之基板處理裝置的其他剖面之部分剖視圖。
圖5係用以說明本發明第1實施形態相關之基板處理裝置之第3處理區域P3的部分剖視圖。
圖6係顯示噴淋頭部之下面一範例的平面圖。
圖7係顯示本發明第2實施形態相關之基板處理裝置一範例之圖式。
圖8係顯示去除噴淋頭部的狀態下，下方突出部與旋轉台之配置關係的圖式。
圖9係顯示本發明第3實施形態相關之基板處理裝置一範例的圖式。
圖10係顯示本發明第3實施形態相關之基板處理裝置一範例的圖式。
圖11A及11B係顯示改變噴淋頭部之氣體噴出孔的孔洞分布來測量蝕刻量之實驗及其結果的圖式。
圖12係顯示比較例2相關之基板處理裝置之噴淋頭部下方的壓力分布模擬結果的圖式。
圖13係顯示實施例1相關之基板處理裝置之噴淋頭部93的可能壓力分布模擬結果的圖式。
圖14係顯示比較例2相關之基板處理裝置的蝕刻率之壓力依存性的圖式。
圖15係基於圖14的蝕刻率之壓力依存性特性所算出之較佳蝕刻率的模 擬結果。
以下，便參照圖式，進行用以實施本發明之形態的說明。
[第1實施形態]
(基板處理裝置)
就本發明第1實施形態相關之基板處理裝置來加以說明。圖1係本發明第1實施形態相關之基板處理裝置的概略剖視圖。圖2係本發明第1實施形態相關之基板處理裝置的概略平面圖。圖3係用以說明本發明第1實施形態相關之基板處理裝置之分離區域的部分剖視圖。圖4係顯示本發明第1實施形態相關之基板處理裝置的其他剖面之部分剖視圖。
本發明實施形態相關之基板處理裝置如圖1及圖2所示，具備有：擁有略圓形平面形狀之扁平真空容器1；以及，設置在此真空容器1內，於真空容器1中心具有旋轉中心之旋轉台2。
真空容器1係用以在內部收納晶圓W以進行晶圓處理之處理室。真空容器1係具有：擁有有底圓筒形狀之容器本體12；以及，透過例如O型環等密封構件13而可裝卸地氣密地配置在容器本體12上面之頂板11。
旋轉台2係以中心部固定在圓筒形狀之核心部21，此核心部21係被固定在延伸於鉛直方向之旋轉軸22的上端。旋轉軸22會貫穿真空容器1的底部14，其下端係被組裝在讓旋轉軸22繞鉛直軸旋轉之驅動部23。旋轉軸22及驅動部23係被收納在上面開口之筒狀殼體20內。此殼體20係讓其上面所設置之凸緣部分氣密地組裝在真空容器1之底部14下面，以維持殼體20之內部氛圍及外部氛圍的氣密狀態。
旋轉台2表面如圖2所示，係設有可沿旋轉方向(周圍方向)載置複數片(圖示範例為5片)基板之半導體晶圓(以下稱為「晶圓W」)的圓形狀凹部24。另外，圖2中，為了方便，僅在1個凹部24顯示出晶圓W。此凹部24具有較晶圓W直徑(例如300mm)要稍大(例如4mm)之內徑以及幾乎等同於晶圓W厚度之深度。從而，晶圓W載置於凹部24時，晶圓W表面與旋轉台2表面(未載置晶圓W之區域)會是相同高度。凹部24底面係形成有用以讓支撐晶圓W內面以升降晶圓W之例如3根升降銷貫穿之貫通孔(均未圖示)。
旋轉台2上方如圖2所示，係配置有反應氣體噴嘴31,32、分離氣體噴嘴41,42及蝕刻氣體供給部90。圖示範例中，係在真空容器1之周圍方向隔有間隔，從搬送口(後述)順時針地(旋轉台2之旋轉方向)依序配列有蝕刻氣體供給部90、分離氣體噴嘴41、反應氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴42及反應氣體噴嘴32。另外，反應氣體噴嘴31係第1反氣體供給部之一範例，反應氣體噴嘴32係第2反氣體供給部之一範例。
另外，本實施形態中，雖舉出基板處理裝置不僅有蝕刻區域，亦有成膜區域為範例來說明，但亦可構成為不具有成膜區域所設置之反應氣體噴嘴31,32，而僅具有蝕刻區域所設置之蝕刻氣體供給部90或蝕刻氣體供給部90及分離氣體噴嘴41,42。但是，以後的實施形態中，係舉出具備蝕刻區域及成膜區域兩者的基板處理裝置為範例來加以說明。
反應氣體噴嘴31,32係以各自基端部之氣體導入埠31a,32a來被固定於容器本體12之外周壁，並從真空容器1外周壁導入至真空容器1內。然後，沿著容器本體12徑向相對於旋轉台2而以平行延伸之方式組裝有反應氣體噴嘴31,32。
分離氣體噴嘴41,42係以各自基端部之氣體導入埠41a,42a來被固定於容器本體12之外周壁，並從真空容器1外周壁導入至真空容器1內。然後，沿著容器本體12徑向相對於旋轉台2而以平行延伸之方式組裝有分離氣體噴嘴41,42。
另外，蝕刻氣體供給部90之細節則於後述。
反應氣體噴嘴31係例如由石英所構成，透過未圖示之配管及流量調整器等而連接至作為第1反應氣體之含Si(矽)氣體供給源(未圖示)。反應氣體噴嘴32係例如由石英所構成，透過未圖示之配管及流量調整器等而連接至作為第2反應氣體之氧化氣體供給源(未圖示)。分離氣體噴嘴41,42均係透過未圖示之配管及流量調整閥等而連接至作為分離氣體供給源(未圖示)。
含Si氣體可使用例如有機氨基矽烷，氧化氣體可使用例如O3(臭氧)氣體、O2(氧)氣體。分離氣體可使用例如N2(氮)氣體、Ar(氬)氣體。
反應氣體噴嘴31,32係沿著反應氣體噴嘴31,32之長邊方向以例如10mm的間隔配列有朝旋轉台2開口之複數氣體噴出孔33(參照圖3)。如圖2所示，反應氣體噴嘴31下方區域係用以讓含Si氣體吸附在晶圓W之第1處理區 域P1。反應氣體噴嘴32下方區域係供給讓在第1處理區域P1吸附於晶圓W之含Si氣體氧化之氧化氣體的第2處理區域P2。又，蝕刻氣體供給部90下方區域係供給蝕刻晶圓W上所沉積之反應生成物的蝕刻氣體之第3處理區域P3。
另外，第1處理區域P1係將原料氣體供給至晶圓W之區域，故亦可稱為原料氣體供給區域P1，第2處理區域P2係供給可與原料氣體反應來產生反應生成物之反應氣體至晶圓W的區域，故亦可稱為反應氣體供給區域P2。又，第3處理區域係對晶圓W施予蝕刻處理之區域，故亦可稱為蝕刻區域P3。
如圖2及圖3所示，真空容器1係設有從頂板11內面朝旋轉台2而突出之凸狀部4。凸狀部4會與分離氣體噴嘴41,42一同地構成分離區域D。如圖2所示，凸狀部4係具有頂部被裁切呈圓弧狀之扇形平面形狀。又，如圖1及圖2所示，凸狀部4的內圓弧會連接至突出部5(後述)，外圓弧係沿著真空容器1之容器本體12內周面來加以配置。
圖3係顯示真空容器1從反應氣體噴嘴31至反應氣體噴嘴32而沿著旋轉台2的同心圓之剖面。如圖3所示，真空容器1內係因凸狀部4而存在有為凸狀部4下面之平坦較低的第1頂面44，以及位於此第1頂面44周圍方向兩側而較第1頂面44要高之第2頂面45。
如圖2所示，第1頂面44係具有頂部被裁切呈圓弧狀之扇形平面形狀。又，如圖3所示，凸狀部4在周圍方向中央係形成有沿著徑向延伸所形成之溝部43，分離氣體噴嘴42係被收納在溝部43內。另一個凸狀部4亦同樣地形成有溝部43，此溝部43內則收納有反應氣體噴嘴41。又，較高第2頂面45下方之空間係分別設有反應氣體噴嘴31,32。該等反應氣體噴嘴31,32係從第2頂面45分離而設在晶圓W附近。另外，為了說明上的方便，如圖3所示，係將設有反應氣體噴嘴31之較高第2頂面45的下方區域稱為空間481，設有反應氣體噴嘴32之較高第2頂面45的下方區域稱為空間482。
第1頂面44會相對於旋轉台2而形成狹窄空間之分離空間H。分離空間H可分離來自第1處理區域P1之含Si氣體及來自第2處理區域P2之氧化氣體。具體而言，從分離氣體噴嘴42噴出N2氣體時，N2氣體會通過分離空間H而朝空間481及空間482流動。此時，由於N2氣體會流動於容積較 空間481及482要小的分離空間H，故分離空間H之壓力可較空間481及482要高。亦即，在空間481及482之間形成壓力屏障。又，從分離空間H朝空間481及482流出之N2氣體會相對於來自第1處理區域P1之含Si氣體及來自第2處理區域P2之氧化氣體而成為逆流來作動。從而，含Si氣體及氧化氣體幾乎無法朝分離空間H流入。因此，便會抑制真空容器1內之含Si氣體及氧化氣體的混合、反應。
另一方面，頂板11下面如圖2所示，係設有包圍固定旋轉台2之核心部21外周的突出部5。此突出部5在本實施形態中，係與凸狀部4之旋轉中心側的部位連續，其下面係形成為與第1頂面44相同之高度。
另外，圖2中，為了說明上的方便，係以在較第2頂面45要低且較分離氣體噴嘴41,42要高的位置將容器本體12裁切之方式，來顯示容器本體12及其內部。
最先參照的圖1係沿著圖2之I-I’線之剖視圖，顯示了設有第2頂面45之區域，另一方面，圖4係顯示設有第1頂面44之區域的剖視圖。
如圖4所示，扇形凸狀部4之周緣部(真空容器1外緣側部位)係以對向於旋轉台2外端面之方式而形成有彎曲呈L字型的彎曲部46。此彎曲部46與凸狀部4同樣地，會抑制反應氣體從分離區域D兩側侵入，以抑制兩反應氣體的混合。扇形凸狀部4係設在頂板11，由於頂板11可從容器本體12取下，故彎曲部46外周面與容器本體12之間會有些許間隙。彎曲部46內周面與旋轉台2外端面之間隙，以及彎曲部46外周面與容器本體12之間隙係設定為例如與第1頂面44相對於旋轉台2之高度同樣的尺寸。
容器本體12內周壁在分離區域D中係如圖3所示，會接近彎曲部46外周面而形成為垂直面，但分離區域D以外中則圖1所示，例如從旋轉台2外端面所對向之部位橫跨至底部14而朝外側凹陷。以下，為了說明上的方便，將具有矩形剖面形狀的此凹陷部分稱為排氣區域E。具體而言，連通至第1處理區域P1之排氣區域E稱為第1排氣區域E1，連通至第2處理區域P2之排氣區域E稱為第2排氣區域E2。該等第1排氣區域E1及第2排氣區域E2之底部係各自形成有第1排氣口61及第2排氣口62。第1排氣口61及第2排氣口62如圖1所示，係各自透過排氣管63而連接至真空排氣機構之例如真空泵64。又，排氣管63係設有壓力調整機構65。
旋轉台2與真空容器1的底部14之間的空間如圖1及圖4所示，可設有加熱機構之加熱器單元7，可透過旋轉台2將旋轉台2上之晶圓W加熱至程序配方所決定之溫度。旋轉台2周緣附近的下側為了抑制氣體朝旋轉台2下方區域侵入，係設有環狀的罩體構件71。罩體構件71會區劃出從旋轉台2上方空間至排氣區域E1,E2止之氛圍及設有加熱器單元7之氛圍。
此罩體構件71係具備有由下方側面臨旋轉台2外緣部及較外緣部要外周側所設置之內側構件71a，以及設置在此內側構件71a及真空容器1內壁面之間的外側構件71b。外側構件71b係在分離區域D中凸狀部4外緣部所形成之彎曲部46下方設置為接近彎曲部46。內側構件71a在旋轉台2外緣部下方(及較外緣部稍靠外側部分的下方)中，係橫跨整圈來包圍加熱器單元7。
較配置有加熱器單元7之空間要靠旋轉中心側部位之底部14係以接近旋轉台2下面中心部附近的核心部21之方式朝上方側突出而成為突出部12a。此突出部12a與核心部21之間會成為狹窄空間，又貫穿底部14之旋轉軸22的貫通孔內周面與旋轉軸22之間隙狹窄，該等狹窄空間會連通至殼體20。然後，殼體20係設有供給吹淨氣體之N2氣體到狹窄空間來用以吹淨之吹淨氣體供給管72。
又，真空容器1的底部14係在加熱器單元7下方以既定角度間隔在周圍方向設置有用以吹淨加熱器單元7之配置空間的複數吹淨氣體供給管73(圖4係顯示一個吹淨氣體供給管73)。又，加熱器單元7與旋轉台2之間為了抑制氣體侵入至設有加熱器單元7之區域，係從外側構件71b內周壁(內側構件71a上面)設有橫跨周圍方向來包覆與突出部12a上端部之間的蓋體構件7a。蓋體構件7a可由例如石英來加以製作。
又，真空容器1之頂板11中心部係連接有分離氣體供給管51，而構成為能將分離氣體之N2氣體供給至頂板11與核心部21之間的空間52。被供給至此空間52之分離氣體會透過突出部5與旋轉台2之狹窄空間50而沿著旋轉台2之晶圓載置區域側的表面來朝周緣噴出。空間50可藉由分離氣體而維持在較空間481及空間482要高的壓力。從而，藉由空間50，便會抑制被供給至第1處理區域P1的含Si氣體與被供給至第2處理區域P2的氧化氣體通過中心區域C而混合。亦即，空間50(或中心區域C)可發揮和分離 空間H(或分離區域D)相同的功能。
再者，真空容器1側壁如圖2所示，係形成有用以在外部搬送臂10與旋轉台2之間進行基板之晶圓W的收授的搬送口15。此搬送口15係藉由未圖示之閘閥來加以開閉。又，旋轉台2中為晶圓載置區域之凹部24會在面臨此搬送口15之位置而在與搬送臂10之間進行晶圓W的收授。因此，旋轉台2下方側對應於收授位置之部位便設有貫穿凹部24而用以從內面頂升晶圓W之收授用升降銷及其升降機構(均未圖示)。
接著，參照圖2、圖5及圖6，就蝕刻氣體供給部90來加以說明。圖5係用以說明本發明第1實施形態相關之基板處理裝置的第3處理區域P3的部分剖視圖。
蝕刻氣體供給部90在第3處理區域(蝕刻區域)P3中，係對向於旋轉台2來加以設置。蝕刻氣體供給部90會相對於晶圓W上所成膜之膜而供給活性化後之含氟氣體，來蝕刻該膜。蝕刻氣體供給部90如圖2及圖5所示，係具備有電漿產生部91、蝕刻氣體供給管92、噴淋頭部93、配管94、含氫氣體供給部96。另外，噴淋頭部93係蝕刻氣體噴出部之一範例，亦可例如取代噴淋頭部93而使用蝕刻氣體噴嘴。
電漿產生部91會藉由電漿源將蝕刻氣體供給管92所供給之含氟氣體活性化。電漿源只要是可將含氟氣體活性化來產生F(氟)自由基，則沒有特別限定，電漿源可以使用例如感應耦合型電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)、電容耦合型電漿(CCP：Capacitively Coupled Plasma)、表面波電漿(SWP：Surface Wave Plasma)。
蝕刻氣體供給管92其一端係與電漿產生部91連接，而將含氟氣體供給至電漿產生部91。蝕刻氣體供給管92另端係透過例如開關閥及流量調整器而與儲存有含氟氣體之蝕刻氣體供給源連接。含氟氣體可使用能蝕刻晶圓W所成膜之膜的氣體，具體而言，可使用CHF3(三氟甲烷)等之氫氟烴、CF4(四氟化碳)等之氟碳、蝕刻氧化矽膜等之含氟氣體等。又，該等含氟氣體可適當添加Ar氣體、O2氣體等。
噴淋頭部93係透過配管9與電漿產生部91連接，係會將電漿產生部91所活性化之含氟氣體供給至真空容器1內的部分。噴淋頭部93係具有扇形平面形狀，會藉由沿著扇形平面形狀外緣所形成之按壓構件95來朝下方 側橫跨周圍方向被加以按壓。又，按壓構件95係藉由未圖示之螺栓等來被固定在頂板11，以讓真空容器1之內部氛圍為氣密狀態。被固定在頂板11時之噴淋頭部93的下面與旋轉台2上面之間隔可為例如0.5mm至5mm左右，此噴淋頭部93之下方區域會成為例如用以蝕刻矽氧化膜之第3處理區域P3。藉此，便能透過噴淋頭部93讓被供給至真空容器1內的活性化含氟氣體所含有的F自由基有效地與晶圓W所成膜之膜反應。
噴淋頭部93係對應於旋轉台2之角速度差異而設有在旋轉中心側較少，在外周側較多的複數氣體噴出孔93a。複數氣體噴出孔93a的個數可為例如數十~數百個。又，複數氣體噴出孔93a的直徑可為例如0.5mm至3mm左右。噴淋頭部93所供給之活性化含氟氣體會通過氣體噴出孔93a而被供給至旋轉台2與噴淋頭部93之間的空間。
但是，即使將氣體噴出孔93a配置為外周側較多，仍會有蝕刻率是外周側較中央側會大幅降低的傾向，故僅靠較中央側要增加外周側之氣體噴出孔93a的比例，常會有無法有效防止蝕刻率降低的情況。一般而言，在成膜處理的情況，會在既定區域增加氣體噴出孔的比例，氣體的供給比例若增加，則該區域的沉積率也會增加。但是，在蝕刻處理的情況，即便增加蝕刻氣體的供給比例，也常有未必能讓蝕刻率增加的情況。這會在之後使用實驗數據來加以說明，但這應該是蝕刻處理並非以供給來控制，而是以反應來控制之故。亦即，即便供給充足的蝕刻氣體，若未達到蝕刻反應的條件，便無法獲得充分的蝕刻速度。蝕刻反應的條件，意味著有充足蝕刻反應能量的狀態，在高壓、高溫的情況，可較為確保蝕刻反應能量。
因此，第1實施形態相關之基板處理裝置中，便在噴淋頭部93外周部設置朝下方突出之下方突出面93c，而構成為防止蝕刻區域P3內的外周部壓力降低。下方突出面93c係以對向於旋轉台2外周部表面的方式設置在較旋轉台2之凹部24外緣要靠外側。下方突出面93c會在外周部形成較噴淋頭部93之下面93b的內側區域與旋轉台2之間的間隔d1要窄的窄間隔d2，能防止氣體噴出孔93a所噴出之蝕刻氣體逃逸至外部。然後，能防止蝕刻區域P3外周側之壓力將低，在蝕刻區域P3外周側能防止蝕刻反應能量降低。藉此，便能防止蝕刻區域P3內之外周部的蝕刻率降低，可在蝕刻區域P3內整體獲得均勻蝕刻率。
另外，亦可構成為於徑向充分確保下方突出面93c與旋轉台2表面之間所形成的窄間隔d2區域，讓旋轉台2外周部較一般的旋轉台2要為擴大。亦即，亦可擴大旋轉台2較凹部24要靠外側的區域，來構成擴大旋轉台2的直徑。這是因為即便設置形成窄間隔d2的空間，間隙，但仍讓維持窄間隔d2的通道過短時，仍有無法充分獲得能防止蝕刻氣體流出，並提高外周側壓力的效果的顧慮之故。圖5中，係圖示出略擴大旋轉台2外周部的範例。
又，噴淋頭部93內側之下面93b與旋轉台2之間的間隔d1，以及下方突出面93c與旋轉台2之窄間隔d2只要為0<d2<d1，則可對應於用途而定在各種數值。例如，可讓間隔d1為1mm以上6mm以下的範圍，讓窄間隔d2設定在2mm。另外，間隔d1、窄間隔d2亦可稱為空間d1、d2或間隙d1、d2。
又，下面突出面93c亦可構成為將板狀構件組裝在平坦之噴淋頭部93的下面，讓噴淋頭部93加工為一開始就是在外周部具有下方突出面93c的形狀。
圖6係顯示噴淋頭部93下面一範例之平面圖。如圖6所示，下方突出面93c可以沿著扇形噴淋頭部93之下面93b外周的方式，而設置為帶狀。藉此，便可在周圍方向均勻地防止蝕刻區域P3外周側的壓力降低。又，氣體噴出孔93a亦可以延伸於徑向之方式設在噴淋頭部93之下面93b的周圍方向中央。藉此，便可從旋轉台2中心側朝外周側分散來供給蝕刻氣體。
回到圖5的說明。配管94係設在噴淋頭部93上游側，會連接電漿產生部91及噴淋頭部93。旋轉台2徑向之配管94的外周側係設有含氫氣體供給部96。
含氫氣體供給部96其一端會與配管94連接，將含氫氣體供給至配管94內部。含氫氣體供給部96另端係透過例如開閉閥及流量調整器而與含氫氣體供給源連接。
又，含氫氣體供給部96較佳係設置在較電漿產生部91要靠近噴淋頭部93的位置。藉此，便可抑制供給至配管94內部的含氫氣體逆流至電漿產生部91。因此，便可抑制電漿產生部91中產生H2電漿。結果，便可達成構成電漿產生部91的金屬所致之污染(Contamination)的抑制或構成電漿產生 部91之機器壽命的提升。又，可容易地在供給至旋轉台2中心側之含氫氣體流量與供給至旋轉台2外周側之含氫氣體流量之間設置流量差。
含氫氣體可使用例如H2(氫)氣體與Ar氣體的混合氣體(以下稱為「H2/Ar氣體」)。又，H2氣體的供給流量可為例如1sccm以上50sccm以下，Ar氣體的供給流量可為例如50sccm以上10slm以下。
另外，圖5範例中，雖係將單一含氫氣體供給部96設置在旋轉台2徑向的配管94外周側，但本發明不限於此點。例如，含氫氣體供給部96亦可設置在旋轉台2旋轉方向之配管94的前方或後方。又，配管94亦可設置複數含氫氣體供給部96。
又，如圖1所示，基板處理裝置係設有用以進行裝置整體動作之控制而由電腦所構成之控制部100。此控制部100的記憶體內係儲存有在控制部100的控制下，讓基板處理裝置實施後述基板處理方法的程式。此程式係以實行後述裝置動作之方式而組有步驟群，能由硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡、軟碟等的記憶部101安裝至控制部100內。
(基板處理方法)
就使用本發明第1實施形態相關之基板處理裝置的基板處理方法一範例來加以說明。以下中，係以在晶圓W上所形成之凹形狀圖樣的一個孔洞內形成SiO2膜之方法為範例來加以說明。另外，係以使用含Si氣體為第1反應氣體，氧化氣體為第2反應氣體，CF4及Ar氣體及O2氣體的混合氣體(以下稱為「CF4/Ar/O2氣體」)為含氟氣體的情況為範例來加以說明。
首先，開啟未圖示之閘閥，如圖2所示，藉由來自外部的搬送臂10透過搬送口15將晶圓W收授至旋轉台2的凹部24。此收授係在凹部24停止在面臨搬送口15的位置時，透過凹部24底面貫通孔而從真空容器1底部側讓未圖示之升降銷升降來加以進行。讓旋轉台2間歇性旋轉來進行此般晶圓W之收授，以將各晶圓W載置在旋轉台2之5個凹部24內。
接著，關閉閘閥，藉由真空泵64將真空容器1內為吸引狀態後，以既定流量從分離氣體噴嘴41,42噴出分離氣體之N2氣體，並以既定流量從分離氣體供給管51及吹淨氣體供給管72,73噴出N2氣體。伴隨於此，藉由壓力調整機構65將真空容器1內調整至預設的處理壓力。接著，將旋轉台2繞順時針以例如60rpm的轉速旋轉，並藉由加熱器單元7來將晶圓W加熱 至例如450℃。
接著，實行成膜工序，成膜工序中，會從反應氣體噴嘴31供給含Si氣體，從反應氣體噴嘴32供給氧化氣體。又，並未從蝕刻氣體供給部90供給任何氣體。
晶圓W通過第1處理區域P1時，原料氣體之含Si氣體會從反應氣體噴嘴31供給而吸附在晶圓W表面。表面吸附有含Si氣體之晶圓W會因旋轉台2的旋轉而通過具有分離氣體噴嘴42的分離區域D並被吹淨後，進入至第2處理區域P2。第2處理區域P2中，會從反應氣體噴嘴32供給氧化氣體，藉由氧化氣體將含Si氣體所含之Si成分氧化，而在晶圓W表面沉積反應生成物之SiO2。
通過第2處理區域P2之晶圓W在通過具有分離氣體噴嘴41的分離區域D並被吹淨後，會再度進入到第1處理區域P1。然後，反應氣體噴嘴31會供給含Si氣體，讓含Si氣體吸附在晶圓W表面。
以上，複數次連續地讓旋轉台2旋轉，並且不將含氟氣體供給至真空容器1內，而是將第1反應氣體及第2反應氣體供給至真空容器1內。藉此，便會在晶圓W表面沉積反應生成物之SiO2，而成膜出SiO2膜(矽氧化膜)。
依需要，亦可在成膜出既定膜厚之SiO2膜後，便停止來自反應氣體噴嘴31之含Si氣體的供給，而持續從反應氣體噴嘴32供給氧化氣體，藉由繼續旋轉台2的旋轉，來進行SiO2膜的改質處理。
藉由實行成膜工序，便會在凹形狀圖案之一個孔洞內成膜出SiO2膜。蝕刻工序具體而言，係如下述般加以實行。
接著，實行蝕刻工序。蝕刻工序中，SiO2膜會被蝕刻呈V字剖面形狀。蝕刻工序具體而言，係如下述般加以實行。
如圖2所示，係停止來自反應氣體噴嘴31,32之含Si氣體及氧化氣體的供給，並供給N2氣體來做為吹淨氣體。旋轉台2會設定在蝕刻適合的溫度，例如600℃左右。又，旋轉台2的轉速係設定在例如600rpm。此狀態下，從蝕刻氣體供給部90之噴淋頭93供給CF4/Ar/O2氣體，從含氫氣體供給部96供給例如預設流量之H2/Ar氣體，以開始蝕刻處理。
此時，由於旋轉台2係以低速旋轉，故SiO2膜會被蝕刻呈V字剖面形狀。藉由將孔洞內之SiO2膜蝕刻呈V字形狀，便可在SiO2膜形成最上部開 口較廣的孔洞，能在下一次成膜時讓SiO2膜埋入至底部，以提高底升性(BUTTOM UP)，能進行難以產生空洞的成膜。
另外，如上述，噴淋頭部93的下面93b外周部因設置有下方突出面93c，故能抑制蝕刻區域P3內的外周側蝕刻反應能量降低，可以均勻的蝕刻率進行蝕刻。
如此般，讓旋轉台2複數次連續地旋轉，並且不將第1反應氣體及第2反應氣體供給至真空容器1內，而是供給含氟氣體及含氫氣體至真空容器1內。藉此，來蝕刻SiO2膜。
接著，再實行前述的成膜工序。成膜工序中，會在蝕刻工序被蝕刻成V字狀的SiO2膜上進一步地成膜出SiO2膜，來增加膜厚。由於係在被蝕刻成V字狀之SiO2膜上成膜，故成膜時入口不會被阻塞，便可從SiO2膜的底部來將膜沉積。
接著，再度實行前述蝕刻工序。蝕刻工序中，SiO2膜會被蝕刻呈V字形狀。
以必要次數交互地重複上述說明的成膜工序及蝕刻工序，便不會在SiO2膜內產生空洞，並填埋孔洞。該等工序的重複次數係對應於含孔洞等之凹形狀圖案的縱寬比形狀，而可為適當的次數。例如，在縱寬比較大的情況，會讓重複次數變多，又，相較於溝渠，孔洞方面推定重複次數會變多。
另外，本實施形態中，雖係就重複成膜工序與蝕刻工序，以填埋晶圓W表面所形成之凹形狀圖案來進行成膜之範例來加以說明，但本發明不限定於此點。
例如，亦可將預先於表面形成有膜的晶圓W搬入，而僅進行蝕刻工序。
又，亦可例如將旋轉台2複數次連續地旋轉，將第1反應氣體、第2反應氣體、含氟氣體及含氫氣體同時供給至真空容器1內，在旋轉台2旋轉1次期間，各進行1次的成膜工序及蝕刻工序。進一步地，亦可複數次重複各進行1次成膜工序及蝕刻工序的循環。
依本發明第1實施形態相關之基板處理裝置及基板處理方法，藉由在噴淋頭部93的下面93b外周部設置會與旋轉台2表面之間形成狹窄的窄間隔d2之下方突出面93c，便可對晶圓W上所沉積的膜進行均勻的蝕刻處理。
[第2實施形態]
圖7係顯示本發明第2實施形態相關之基板處理裝置一範例的圖式。第2實施形態相關的基板處理裝置係在蝕刻區域P3內的噴淋頭部93構成會與第1實施形態相關的基板處理裝置不同，而其他構成要素則與第1實施形態相關之基板處理裝置相同，故僅就差異點來加以說明。又，關於與第1實施形態相關之基板處理裝置同樣的構成要素則賦予相同的參照符號，並簡略化或省略其說明。
如圖7所示，第2實施形態相關之基板處理裝置的噴淋頭部93係以包覆旋轉台2外側面之方式具有朝下方突出之下方突出面93d，在下方突出面93d內側面與旋轉台2外側面之間係行程有狹窄間隔之窄間隔d3。如此般，亦可非是與旋轉台2表面的對向面，而是在與旋轉台2外側面之間來形成窄間隔d3。此情況，窄間隔d3亦可抑制蝕刻區域P3內的蝕刻氣體流出至外部，可防止蝕刻區域P3內的外周側壓力降低。
另外，圖7中，噴淋頭部93之中央區域下面93b與旋轉台2表面之間的間隔d1係與第1實施形態相關之基板處理裝置相同為間隔d1。間隔d1與窄間隔d3之數值與第1實施形態同樣地，只要是0<d3<d1，則可對應於用途而設定為各種數值。例如，讓間隔d1為1mm以上6以下的範圍，讓窄間隔d3為大於0但為達3mm範圍，具體而言，可設定為間隔d1為4mm，窄間隔d3為2mm。
但是，窄間隔d3較第1實施形態的窄間隔d2，在旋轉台2徑向所對向之距離較短，會有使得蝕刻氣體較第1實施形態要有若干容易流出的可能性，故窄間隔d3較佳是設定在2mm以下。
第1實施形態中，凹部24外側雖是讓旋轉台2在外周區域具備有下方突出面93c可對向之徑向大小(直徑或半徑)為必要，但第2實施形態中，由於是將下方突出面93d配置在旋轉台2外側面，故無需在旋轉台2之凹部24要靠外側確保區域，可將旋轉台2構成為較小型。
圖8係顯示去除噴淋頭部93的狀態下，下方突出部93d與旋轉台2之配置關係的圖式。如圖8所示，下方突出部93d在旋轉台2外側面的外側係配置為沿著外周之方式的圓弧狀。
另外，第2實施形態相關之基板處理方法由於與第1基板處理方法相同，故省略其說明。
依第2實施形態相關之基板處理方法，便能將旋轉台2構成為小型化，並防止蝕刻區域P3內之外周側壓力的降低，可進行均勻的蝕刻處理。
[第3實施形態]
第3實施形態相關的基板處理裝置中，係就藉由防止蝕刻區域P3內外周側之溫度降低，以防止蝕刻反應能量降低的範例來加以說明。蝕刻反應能量降低的防止不僅靠防止蝕刻區域內之壓力降低，亦可藉由防止溫度降低來加以達成。
圖9係顯示本發明第3實施形態相關之基板處理裝置一範例的圖式。另外，第3實施形態相關之基板處理裝置亦係在蝕刻區域P3內的噴淋頭部93構成與第1及第2實施形態相關的基板處理裝置為不同的構成，並僅就差異點來加以說明。關於其他構成要素，係賦予與第1及第2實施形態相同的參照符號，並省略其說明。
圖9中，係在噴淋頭部93外周部形成有收納空間93e，並於收納空間93e收納有加熱器110。如此般，藉由在噴淋頭部93外周部設置加熱器110來加熱，便可防止蝕刻區域P3之外周側的蝕刻反應能量降低。
另外，圖9中，係在噴淋頭部93之最外周部形成收納空間93e，並設置加熱器110，但亦可例如在更靠中央處設置加熱器110。只要能局部性地加熱蝕刻區域P3的外周部，加熱器110可依用途配置在噴淋頭部93的各種位置。
又，加熱器110可依用途而使用各種加熱機構，例如可使用碳加熱器。
另外，第3實施形態相關之基板處理方法是在第1實施形態相關之基板處理方法所說明的開始加熱器單元7之加熱的時間點來讓加熱器110一併開始加熱即可。或是，不一定要與加熱器單元7之加熱時間點一致，只要在開始蝕刻工序前，能在蝕刻工序開始時讓加熱器110之溫度為穩定之狀態的話，則可在各種時間點來開始加熱器110的加熱。
其他程序係與第1實施形態相關之基板處理方法相同，故省略其說明。
依第3實施形態相關之基板處理方法，藉由在噴淋頭部93內設置加熱器110，便能維持小型化構成，並防止蝕刻區域P3中蝕刻反應能量的降低，可進行均勻的蝕刻處理。
[第4實施形態]
圖10係顯示本發明第4實施形態相關之基板處理裝置一範例的圖式。如圖10所示，第4實施形態相關之基板處理裝置係具有在蝕刻區域P3的旋轉台2外側處具備側壁部111，側壁部111內部所形成的收納空間112內設有加熱器113的結構。
如此般，便構成蝕刻區域P3中的旋轉台2外側設置有加熱器，能由旋轉台2外側加熱蝕刻區域P3，可構成防止蝕刻區域P3外側區域的蝕刻反應能量降低。藉此，可防止蝕刻區域P3外側之溫度降低，以防止外周部之蝕刻率降低。
另外，側壁部111較佳是盡量設置在靠近旋轉台2的位置，但可依用途而設置在容器本體12內周壁與旋轉台2(更正確而言為蓋體構件7a)之間的任意處。又，亦可不設置側壁部111而直接設置加熱器113在容器本體12內周壁面上。
側壁部111可以各種材料構成，如以石英來構成。
又，加熱器113可使用各種加熱機構，例如可使用碳加熱器這點係與第3實施形態相關之基板處理裝置相同。
第4實施形態相關之基板處理方法係與第3實施形態相關之基板處理方法相同，故省略其說明。
依第4實施形態相關之基板處理裝置及基板理方法，便能不讓噴淋頭部93的構造複雜化，可容易地將加熱器113配置在蝕刻區域P3外側，從外側來加熱蝕刻區域P3以防止外周側之蝕刻反應能量降低。
[實施例及比較例]
接著，與比較例一同來說明實施本實施形態相關之基板處理裝置及基板處理方法之實施例。另外，為了說明上的方便，與至僅為止所說明的構成要素相同的構成要素，則賦予與至今為止相同的參照符號。
(比較例1)
圖11A及11B係顯示改變噴淋頭部93之氣體噴出孔93a的孔洞分布來測量蝕刻量的實驗及其結果的圖式。
圖11A係用以說明比較例1相關之實驗的圖式。比較例1中，係將噴淋頭部93之外周部的氣體噴出孔93a的比例較中心部(旋轉軸側)要為增加，來調查是否有改善蝕刻的均勻性。
實驗係將軸部~外周部的氣體噴出孔93a的比率就設定為1：1.38(特性I)、1：2.35(特性J)、1：3.13(特性K)的3個情況來加以進行。另外，實驗條件係真空容器1內之溫度為550℃、壓力1Torr、旋轉台2之轉速為60rpm。蝕刻氣體係以CF4為10sccm、O2為60sccm、Ar為7slm的流量來供給。
圖11B係顯示特性I、J、K之3個情況的蝕刻量分布結果的圖式。圖11B的橫軸係顯示以軸側為起點而由軸側起的外周側之座標(mm)，縱軸係顯示蝕刻量。如圖11B所示，300mm晶圓W之外側250~300mm範圍中，特性I~K顯示了幾乎相同的特性。亦即，圖11B所示之特性I~K意味著即便增加蝕刻氣體的供給量，也未關係到蝕刻量的增加。又，如圖11B所示，外周部之蝕刻量會較軸側要為降低。因此，為了進行均勻的蝕刻，便需要增加外周部的蝕刻量，但得知僅靠增加外周部之氣體噴出孔93a的數量，仍難以消除此般外周部蝕刻量的降低。
這應該是因為蝕刻處理並非以供給來控制，而是以反應來控制之故。為了消除這問題，便需要在外周部提高蝕刻反應所需要的能量。
(比較例2)
圖12係顯示比較例2相關之基板處理裝置的噴淋頭部93下方之壓力分布模擬結果的圖式。比較例2相關之基板處理裝置係未施以任何防止蝕刻區域P3外周部之蝕刻反應能量降低的基板處理裝置。
使用相關基板處理裝置來測定噴淋頭部93下方之壓力分布時，便得到圖12所示的結果。圖12中，相同等級的壓力區域係依照壓力高的順序來顯示L、M、N、O、P、Q、R、S、T、U。依圖12的結果，晶圓W中心處的3Torr為最高壓力，晶圓W軸側與外周側的兩端各為2.6Torr、2.5Torr，壓力會降低。兩端部的壓力本身雖無較大差異，但實際的蝕刻量卻如圖11B所示，在外周側會降低。因此，需要有提高外周側壓力之對策。
(實施例1)
圖13係顯示實施例1相關之基板處理裝置的噴淋頭部93之可能壓力分布模擬結果的圖式。實施例1相關之基板處理裝置係具有與實施形態1相關之基板處理裝置相同的構成，為噴淋頭部93之下面93b與旋轉台2之間隔d1為4mm，噴淋頭部93外周側所設置之下面突出面93c與旋轉台2之間的窄間隔d2設定為2mm的基板處理裝置。
如圖13所示，使用實施例1相關之基板處理裝置的情況，晶圓W外周部之壓力最高為3.4Torr，軸側壓力會低為2.5Torr。如此般，依實施例1相關之基板處理裝置，便會以提高晶圓W外周部之壓力的方式，而可選擇性地提高蝕刻區域P3內之外周部的壓力。
(較佳蝕刻率的算出)
圖14係顯示比較例2相關之基板處理裝置的蝕刻率之壓力依存性的圖式。如圖14所示，壓力為1Torr時，蝕刻率會最低，藉由1.5Torr、1.8Torr、2.0Torr、3.0Torr、4.0Torr來增加壓力，得知可整體性地增加蝕刻率。
圖15係基於圖14之蝕刻率的壓力依存性的特性，算出較佳蝕刻率的模擬結果。圖15中，在將真空容器1內之壓力設定在1.8Torr時，比較例2相關之基板處理裝置所為之蝕刻處理的蝕刻率係以特性B來表示。此情況，Y軸上之蝕刻率的差異為±19.7%。
另一方面，圖15中，在將真空容器1內之壓力設定在1.8Torr時，實施例1相關之基板處理裝置所為之蝕刻處理的蝕刻率係以特性A來表示。此情況，Y軸上之蝕刻率的差異為±2.57%，得知大幅改善了蝕刻處理的均勻性。
如此般，實施例1相關之基板處理裝置會較比較例2相關之基板處理裝置要可大幅提升蝕刻處理的均勻性。
如以上所說明，依本實施形態相關之基板處理裝置及基板處理方法，藉由不會讓蝕刻區域P3內之外周側的蝕刻反應能量降低的構造，便可大幅提升蝕刻處理的均勻性。
如此般，依本發明的實施形態，便可進行均勻的蝕刻處理。
以上，雖已就本發明較佳實施形態及實施例來詳細說明，但本發明並不限於上述實施形態及實施例，在不脫離本發明之範圍下，上述實施形態及實施例可附加各種變形及置換。
本申請案係基於2015年6月2日提申至日本特許廳之日本特願2015-111907號而主張優先權者，並將日本特願2015-111907號之所有內容援用於此。

Claims (18)

  1. 一種基板處理裝置，係具有：處理容器；旋轉台，係設置在該處理容器內，沿著周圍方向而具有形成於表面的基板載置區域；蝕刻區域，係設在該旋轉台沿著該周圍方向之既定區域；蝕刻氣體供給部，係以對向於該旋轉台之方式設在該蝕刻區域，具有延伸配置在該旋轉台之徑向的氣體噴出孔；以及反應能量降低防止機構，係防止該蝕刻區域內之外周側的蝕刻反應能量降低；該蝕刻氣體供給部為扇形之噴淋頭。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該反應能量降低防止機構係防止該蝕刻區域內之該外周側的壓力降低的壓力降低防止機構。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中該壓力降低防止機構係在較該蝕刻區域內之該基板載置區域要靠外側，在與該旋轉台之間形成較該蝕刻氣體供給部與該旋轉台之間所形成之第2間隔要窄的第1間隔的窄間隔形成機構。
  4. 如申請專利範圍第3項之基板處理裝置，其中該第1間隔係形成在該旋轉台之該表面與該蝕刻氣體供給部的下面之間。
  5. 如申請專利範圍第4項之基板處理裝置，其中該窄間隔形成機構係沿著該蝕刻氣體供給部下面的外周部而帶狀地設置之下方突出面。
  6. 如申請專利範圍第3項之基板處理裝置，其中該窄間隔形成機構係形成在蝕刻氣體供給部之外周部從該旋轉台所突出之區域，並從側邊包覆該旋轉台之外側面的下方突出部；該第1間隔係形成在該旋轉台之外側面與該下方突出部的內側面之間。
  7. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該反應能量降低防止機構係防止該蝕刻區域內之該外周側溫度降低的溫度降低防止機構。
  8. 如申請專利範圍第7項之基板處理裝置，其中該溫度降低防止機構係設置在該蝕刻氣體供給部外周部或與該蝕刻區域對向之區域的該旋轉台外側之局部加熱機構。
  9. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其具有將電漿蝕刻氣體供給至該蝕刻氣體供給部之電漿源。
  10. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中在該旋轉台沿該周圍方向之該蝕刻區域所分離的既定區域更具有成膜區域。
  11. 如申請專利範圍第10項之基板處理裝置，其中該成膜區域係具有：原料氣體供給區域，係供給原料氣體至該基板；以及反應氣體供給區域，係與該原料氣體供給區域離間地設在該旋轉台之該周圍方向，會供給能與該原料氣體反應而產生反應生成物之反應氣體。
  12. 如申請專利範圍第11項之基板處理裝置，其中該原料氣體供給區域與該反應氣體供給區域之間係設有供給吹淨氣體之分離區域。
  13. 一種基板處理方法，係在沿著處理容器內所設置之旋轉台的周圍方向之既定基板載置區域上載置基板，藉由該旋轉台之旋轉，讓該基板通過該旋轉台之該周圍方向的既定區域所設置之蝕刻區域，以蝕刻處理該基板之基板處理方法，其具有防止該蝕刻區域外周側之蝕刻反應能量降低，並蝕刻處理該基板之工序；藉由局部加熱該蝕刻區域外周側，來防止該蝕刻區域之外周側的蝕刻反應能量降低。
  14. 如申請專利範圍第13項之基板處理方法，其係藉由讓該蝕刻區域中供給蝕刻氣體之蝕刻氣體供給部與該旋轉台之間的間隔在較該基板載置區域要靠外側的既定區域中，會以較其他區域要窄的狀態下來蝕刻處理該基板，以防止該外周側之壓力降低，防止該外周側之蝕刻反應能量降低。
  15. 如申請專利範圍第14項之基板處理方法，其中該既定區域係該旋轉台表面上的外周部。
  16. 如申請專利範圍第14項之基板處理方法，其中該既定區域係該旋轉台的側面部。
  17. 如申請專利範圍第13項之基板處理方法，其更具有讓該基板通過該旋轉台之該周圍方向中分離於該蝕刻區域的既定區域所設置之成膜區域，以讓該基板施以成膜處理之工序；蝕刻處理該基板之工序係含有蝕刻因對該基板施予成膜處理的工序所沉積在該基板上的膜之工序。
  18. 如申請專利範圍第17項之基板處理方法，其中施以該成膜處理之工序係含有：將原料氣體供給至該基板之工序；以及於該基板供給可與該原料氣體反應之反應氣體，於該基板上沉積該原料氣體與該反應氣體之反應生成物的工序。
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