TWI675123B - 活性氣體生成裝置及成膜處理裝置 - Google Patents

活性氣體生成裝置及成膜處理裝置 Download PDF

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Abstract

本發明的目的在於提供一種活性氣體生成裝置的構造，其對比較大面積的目標物，能夠供給流量及濃度各自相同的複數道活性氣體。此外，在本發明中，設在高電壓側電極構成部(1)的複數個氣體供給孔(19)及設在接地側電極構成部(2)的複數個氣體噴出孔(29)係滿足：第1配置關係，係以俯視下互不重疊的方式配置複數個氣體供給孔(19)及複數個氣體噴出孔(29)，在複數個氣體供給孔(19)及複數個氣體噴出孔(29)皆沒有形成的區域設置放電空間DS；及第2配置關係，係複數個氣體噴出孔(29)各者係擁有複數個氣體供給孔(19)當中於俯視下相鄰的四個氣體供給孔(19)，從相鄰的四個氣體供給孔(19)各者到相對應的氣體噴出孔(29)為止的四個距離皆為相同距離(D1)。

Description

活性氣體生成裝置及成膜處理裝置
本發明係有關生成將供給至放電空間的原料氣體活性化而得的活性氣體之活性氣體生成裝置。
就習知技術的活性氣體生成裝置的一種構成而言，係使用圓盤狀的電極群構成部，其係將分別為圓盤狀的具有高壓介電質電極的高電壓側電極構成部及具有接地介電質電極的接地側電極構成部平行地設置而成。在該構成中，從電極群構成部的外周部進入至內部的原料氣體係通過放電空間(放電場)而成為活性氣體(含有自由基(radical)的氣體)，從設置在下方接地介電質電極的僅一個的氣體噴出孔將所生成的活性氣體噴出至外部。
當設在接地介電質電極的氣體噴出孔為一個時，從電極構成部的外周部供給的全部的原料氣體應當能夠同時間通過放電空間並接受能量(energy)，而在設置有複數個氣體噴出孔時，便需要採取對電極形狀進行改造等的對策。
在使用介電質阻障(barrier)放電(無聲放電 或沿面放電)對原料氣體提供能量而生成活性氣體的情形中，關於氣體在放電空間中的滯留時間，較佳為原料氣體全部皆一定。其理由在於，當原料氣體在放電空間中的滯留時間非一定時，活性氣體的流量、濃度會出現差距，在對晶圓(wafer)等目標物(處理對象基板)供給活性氣體而成膜於目標物時，膜的成膜結果有可能不一定之故。
因此，目前，在氣體噴出孔為一個時等的情形中，係使用圓盤狀電極構造和圓筒型電極構造，使原料氣體在放電空間中的滯留時間一定。
第11圖(a)及(b)係示意性顯示採用圓盤狀電極構造的習知技術的活性氣體生成裝置的基本構成之說明圖。第11圖(a)係顯示從上部往斜下方觀看所看到的概略之圖，第11圖(b)係顯示剖面構造之剖面圖。第12圖係將第11圖中所示的氣體噴出孔9及其周邊放大顯示之說明圖。另外，在第11圖(a)、(b)及第12圖適當地標示有XYZ直角座標系。
如第11圖(a)、(b)及第12圖所示，係以由高電壓側電極構成部1X及設在高電壓側電極構成部1X下方的接地側電極構成部2X所組成的電極群構成部為基本構成。高電壓側電極構成部1X係由介電質電極11X及設在介電質電極11X上表面上且中央具有空間的俯視為甜甜圈(donut)狀的金屬電極10X所構成。接地側電極構成部2X係由介電質電極21X及設在介電質電極21X下表面上且中央具有空間的俯視為甜甜圈狀的金屬電極20X所構成。
此外，在介電質電極21X的中央部(俯視下金屬電極20X及10X沒有重疊的區域)的中心設置一個氣體噴出孔9。另外，在高電壓側電極構成部1X及接地側電極構成部2X係藉由未圖示的高頻電源施加交流電壓。
此外，藉由來自高頻電源的交流電壓的施加，在介電質電極11X及21X相對向的介電質空間內，將金屬電極10X及20X於俯視下重疊的區域規定為放電空間DSX(放電場)。
在如上述的構成中，藉由交流電壓的施加，在高電壓側電極構成部1X及接地側電極構成部2X間形成放電空間DSX，當沿著氣體在該放電空間DSX中的流動8供給原料氣體6，便能夠獲得自由基化的氮原子等的活性氣體7且從設在介電質電極21X中心的氣體噴出孔9將活性氣體7噴出至下方(-Z方向)的外部。
因此，採用圓盤狀電極構造的習知技術的活性氣體生成裝置係如第12圖所示，氣體在放電空間中的流動8係能夠一定而無關於其供給方向。
此外，可想到在接地側電極構成部2X下方將噴淋板(shower plate)等分流機構連接至氣體噴出孔9而從設在該分流機構下部的複數個分流噴出孔噴出活性氣體的具有分流機構的活性氣體生成裝置。
相較於上述的具有分流機構的活性氣體生成裝置，第11圖及第12圖中所示的構成係具有下述優勢，即，能夠不經介分流機構而直接對目標物(處理對象基板) 噴出活性氣體，故能夠縮短活性氣體的輸送距離，此外，即便使用的是活性氣體在分流機構內分流時會使活性氣體衰減的材料，仍能夠對目標物供給高濃度的活性氣體。
第13圖(a)及(b)係示意性顯示採用圓筒電極構造的習知技術的活性氣體生成裝置的基本構成之說明圖。第13圖(a)係顯示側面構造之圖，第13圖(b)係顯示表面構造之圖。另外，在第13圖適當地標示有XYZ直角座標系。
如第13圖(a)及(b)所示，係以高電壓側電極構成部1Y及設在高電壓側電極構成部1Y內部的接地側電極構成部2Y為基本構成。
接地側電極構成部2Y係由設在高電壓側電極構成部1Y的XZ平面上的圓的中心且在XZ平面上的剖面構造形成為圓的棒狀的金屬電極20Y、及包覆金屬電極20Y外周形成的介電質電極21Y所構成。高電壓側電極構成部1Y係由內部具有空間且剖面構造形成為圓的中空圓筒狀的介電質電極11Y、及包覆介電質電極11Y外周形成的金屬電極10Y所構成。
此外，在設在介電質電極11Y與介電質電極21Y之間的中空區域設置放電空間DSY。此外，在高電壓側電極構成部1Y及接地側電極構成部2Y係藉由未圖示的高頻電源施加交流電壓。
此外，藉由來自高頻電源的交流電壓的施加，在介電質電極11Y及21Y相對向的介電質空間內，將 金屬電極10Y的內周區域與金屬電極20Y的外周區域之間的空間規定為放電空間DSY。
在如上述的構成中，藉由交流電壓的施加，在高電壓側電極構成部1Y及接地側電極構成部2Y間形成放電空間DSY，當從一方之端部供給具有沿著放電空間DSY的圓筒高度方向(Y方向)的氣體的流動8之原料氣體6，便能夠獲得自由基化的氮原子等的活性氣體7且從另一方之端部將活性氣體7噴出至外部。
因此，採用圓筒電極構造的習知技術的活性氣體生成裝置係如第13圖所示，氣體在放電空間中的流動8係能夠一定而無關於其供給方向。
另外，就採用第11圖及第12圖中所示的圓盤狀電極構造的活性氣體生成裝置而言，例如有下述專利文獻1所揭示的電漿(plasma)處理裝置。此外，就不同於上述方式的活性氣體生成裝置而言，例如在下述專利文獻2係揭示使用常壓電漿生成活性氣體進行成膜等的常壓電漿處理裝置。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本國特開2011-154973號公報
專利文獻2：日本國特開2015-5780號公報
然而，第11圖及第12圖中所示的習知技術的氣體生成裝置雖然夠使氣體在放電空間DSX中的滯留時間一定來供給活性氣體7，但是因氣體噴出孔9為一個，故能夠成膜的範圍並不大。
此外，在使用複數個上述構造的氣體生成裝置來應對成膜範圍的大面積化時，由於相鄰配置的一對活性氣體生成裝置間的氣體噴出孔9、9間的距離至少為電極群構成部的直徑(半徑×2)，為比較長的距離，故有成膜在目標物的膜形成為有起伏的膜，無法進行均一的成膜之問題點。
如上述，在將前述專利文獻1所揭示的活性氣體生成裝置等利用介電質阻障放電的活性氣體生成裝置應用於薄膜成膜時，從所成膜的膜的均一性的觀點來看，並無法應對作為成膜對象的具有大面積的目標物(處理對象基板)。
因此，在應對具有大面積的目標物(處理對象基板)時，一般而言係採用同樣使用電漿，在極為接近目標物之處產生電漿，將能量給予氣體而生成活性氣體來形成薄膜的電漿方式。採用上述電漿方式的裝置有前述專利文獻2所揭示的電漿CVD(Chemical Vapor Deposition；化學氣相沉積)/ALD(Atomic Layer Deposition；原子層沉積)裝置。
然而，在前述專利文獻2所揭示的電漿CVD/ALD裝置中，係對供給中的氣體給予電漿的能量而轉 換成高反應性的氣體來進行供給，故必須將電漿產生源與目標物的被處理面近接配置，而將作為目標物的晶圓等的處理面近接配置的結果，造成目標物本身受電漿的影響而受損的問題點。
本發明的目的在於提供解決上述問題點，對作為活性氣體供給對象的具有大面積的目標物，能夠從複數個氣體噴出孔供給流量及濃度各自相同的活性氣體之活性氣體生成裝置的構造。
本發明的活性氣體生成裝置係生成將已被供給至放電空間的原料氣體活性化而得的活性氣體；該活性氣體生成裝置具備第1電極構成部及設在前述第1電極構成部下方的第2電極構成部，對前述第1及第2電極構成部施加交流電壓，藉由前述交流電壓的施加，在前述第1及第2電極構成部間形成前述放電空間；前述第1電極構成部係具有第1介電質電極及形成在前述第1介電質電極之上表面上的第1金屬電極，前述第2電極構成部係具有第2介電質電極及形成在前述第2介電質電極之下表面上的第2金屬電極，藉由前述交流電壓的施加，在前述第1及第2介電質電極相對向的介電質空間內，含有前述第1及第2金屬電極於俯視下重疊的區域做為前述放電空間；前述第1介電質電極係具有用於將前述原料氣體導至前述放電空間的複數個氣體供給孔；前述第2介電質電極係具有用於將前述活性氣體噴出至外部的複數個氣體噴出孔； 前述複數個氣體供給孔及前述複數個氣體噴出孔係以滿足下述配置關係的方式配置：第1配置關係，係以俯視下互不重疊的方式配置前述複數個氣體供給孔及前述複數個氣體噴出孔，在俯視下前述複數個氣體供給孔及前述複數個氣體噴出孔皆沒有形成的區域設置前述放電空間；及第2配置關係，係前述複數個氣體噴出孔各者係擁有前述複數個氣體供給孔當中於俯視下相鄰的至少兩個氣體供給孔，從前述至少兩個氣體供給孔各者到前述複數個氣體噴出孔當中相對應的氣體噴出孔為止的至少兩個距離皆為相同距離。
在申請專利範圍第1項所述之本發明的活性氣體生成裝置中，複數個氣體供給孔及複數個氣體噴出孔係能夠在上述第1及第2配置關係皆滿足下將活性氣體從複數個氣體噴出孔噴出至外部。
因此，申請專利範圍第1項所述之本發明的活性氣體生成裝置係對作為活性氣體供給對象的大的形成面積的目標物，能夠從複數個氣體噴出孔以各道氣體為均一濃度及流量供給活性氣體，而能夠對目標物進行形成均一的膜的成膜處理。
本發明的目的、特徵、態樣、及優點係透過以下的詳細說明及添附圖式而更加明白。
1、1B、1C、1X至1Z‧‧‧高電壓側電極構成部
2、2B、2C、2X至2Z‧‧‧接地側電極構成部
6‧‧‧原料氣體
7‧‧‧活性氣體
8‧‧‧流動
9、29、29B、29C‧‧‧氣體噴出孔
10、10B、10C、10X、10Y、20、20B、20C、20X、20Y‧‧‧金屬電極
11、11B、11C、11X、11Y、21、21B、21C、21X、21Y‧‧‧介電質電極
18、28‧‧‧間隙
19、19B、19C‧‧‧氣體供給孔
30‧‧‧側面隔件
33、33B、33C‧‧‧內部隔件
63‧‧‧成膜處理腔
64‧‧‧晶圓
100‧‧‧電極群構成部
D1至D3‧‧‧距離
DS、DSX、DSY‧‧‧放電空間
SP33‧‧‧處理空間
第1圖係示意性顯示實施形態1的活性氣體生成裝置的構成之說明圖。
第2圖係示意性顯示實施形態1的活性氣體生成裝置的平面構造之說明圖。
第3圖係示意性顯示實施形態1的活性氣體生成裝置的構成的詳情之說明圖。
第4圖係顯示實施形態1的活性氣體生成裝置的平面構造的詳情之說明圖。
第5圖係顯示實施形態1的活性氣體生成裝置的電極構造的詳情之說明圖。
第6圖係示意性顯示使用實施形態1的活性氣體生成裝置實現的成膜處理裝置的剖面構造之說明圖。
第7圖係示意性顯示實施形態2的活性氣體生成裝置的平面構造之說明圖。
第8圖係顯示實施形態2的活性氣體生成裝置的平面構造的詳情之說明圖。
第9圖係示意性顯示實施形態3的活性氣體生成裝置的平面構造之說明圖。
第10圖係顯示實施形態3的活性氣體生成裝置的平面構造的詳情之說明圖。
第11圖(a)及(b)係示意性顯示採用圓盤狀電極構造的習知技術的活性氣體生成裝置的基本構成之說明圖。
第12圖係將第11圖中所示的氣體噴出孔及其周邊放大顯示之說明圖。
第13圖(a)及(b)係示意性顯示採用圓筒電極構造的習知技術的活性氣體生成裝置的基本構成之說明圖。
第14圖係示意性顯示第11圖及第12圖中所示的習知技術的活性氣體生成裝置的改良構成之說明圖。
<前提技術>
第14圖係示意性顯示第11圖及第12圖中所示的採用圓盤狀電極構造的習知技術的活性氣體生成裝置的改良構成之說明圖。
如第14圖所示，係以由高電壓側電極構成部1Z及設在高電壓側電極構成部1Z下方的接地側電極構成部2Z所組成的電極群構成部為基本構成。另外，在第14圖中係將高電壓側電極構成部1Z及接地側電極構成部2Z各自的金屬電極的圖示省略，以介電質電極的構造代表顯示。
在改良構成中，特徵在於在接地側電極構成部2Z(的介電質電極)設有複數個氣體噴出孔9。
在如改良構成所示為了應對大的形成面積的目標物(處理對象基板)而在高電壓側電極構成部1Z設有複數個氣體噴出孔9的情形中，當如氣體的流動8所示從電極群構成部的圓周部供給原料氣體6時，原料氣體6到達氣體噴出孔9為止的供給距離係在複數個氣體噴出孔9當中的靠近圓周的氣體噴出孔9與靠近中心的氣體噴出 孔9之間產生明確的差距。
結果，原料氣體6在高電壓側電極構成部1Z及接地側電極構成部2間的放電空間的滯留期間亦產生明確的差距，故從複數個氣體噴出孔9分別噴出的活性氣體7的流量及濃度便不會均一。以下，有時會將「從複數個氣體噴出孔分別噴出的活性氣體」簡稱為「複數道活性氣體」。
此外，為了謀求複數道活性氣體7的流量的一定化，可想到在高電壓側電極構成部1Z設置與複數個氣體噴出孔9對應的複數個氣體供給孔而從複數個氣體供給孔供給原料氣體6的變形改良構成。以下，有時會將「從複數個氣體供給孔供給的原料氣體」簡稱為「複數道原料氣體」。
然而，即便是在變形改良構成，從複數個氣體供給孔供給的各道原料氣體通過形成在高電壓側電極構成部1Z及接地側電極構成部2Z間的放電空間的通過時間係受到複數個氣體供給孔及複數個氣體噴出孔的配置的影響，故有非常高的可能並不會均一。
因此，變形改良構成係極難解決難以從複數個氣體噴出孔以各道氣體為均一濃度噴出活性氣體的課題。
如上述，第14圖所示的改良構成及上述的變形改良構成係有無法以均一的濃度及流量將複數道活性氣體7供給至目標物的課題。
有鑒於此，下述的實施形態1至實施形態3的活性氣體生成裝置即為謀求解決上述課題的裝置。
<實施形態1>
第1圖係示意性顯示採用圓盤狀電極構造的實施形態1的活性氣體生成裝置的構成之說明圖。第2圖係示意性顯示實施形態1的活性氣體生成裝置的平面構造之說明圖。第3圖係示意性顯示實施形態1的活性氣體生成裝置的構成的詳情之說明圖。第4圖係顯示實施形態1的活性氣體生成裝置的平面構造的詳情之說明圖。第5圖係顯示實施形態1的活性氣體生成裝置的電極構造的詳情之說明圖。另外，第5圖係例如相當於第4圖的B-B剖面。
另外，在第1圖至第3圖中係將高電壓側電極構成部1及接地側電極構成部2各者的金屬電極的圖示省略，以介電質電極的構造代表顯示。此外，在第1圖至第5圖分別標示有XYZ直角座標系。
如第1圖至第3圖所示，實施形態1的活性氣體生成裝置係以由作為第1電極構成部的高電壓側電極構成部1及設在高電壓側電極構成部1下方的接地側電極構成部2(第2電極構成部)所組成的電極群構成部100(參照第6圖)為基本構成。
高電壓側電極構成部1係由作為第1介電質電極的介電質電極11及設在介電質電極11上表面上且以離散的方式具有複數個間隙18的俯視為圓盤狀的金屬 電極10(參照第4圖及第5圖)所構成，金屬電極10為第1金屬電極。
接地側電極構成部2係由作為第2介電質電極的介電質電極21及設在介電質電極21下表面上且同金屬電極10一樣以離散的方式具有複數個間隙28的俯視為圓盤狀的金屬電極20(參照第4圖及第5圖)所構成，金屬電極20為第2金屬電極。
金屬電極10的複數個間隙18及金屬電極20的複數個間隙28係以俯視下完全一致的方式設置。
此外，在介電質電極11，在俯視下金屬電極10及20沒有重疊的區域以離散的方式設置複數個氣體供給孔19；在介電質電極21，在俯視下金屬電極20及10沒有重疊的區域以離散的方式設置複數個氣體噴出孔29。複數個氣體供給孔19係為了將原料氣體6導至後述的放電空間DS而設；複數個氣體噴出孔29係為了將活性氣體7噴出至外部而設。
如第2圖所示，複數個氣體供給孔19係沿X方向及Y方向等間隔配置，複數個氣體噴出孔29亦沿X方向及Y方向等間隔配置，複數個氣體供給孔19及複數個氣體噴出孔29係以俯視下互不重疊的方式配置且沿X方向及Y方向以等間隔交替配置。此外，在X方向及Y方向的最外邊係以必為氣體供給孔19位在該處的方式配置。
此外，如第5圖所示，金屬電極10的複數 個間隙18係以俯視下分別與氣體供給孔19或氣體噴出孔29一致的方式設置，金屬電極20的複數個間隙28係以俯視下分別與氣體供給孔19或氣體噴出孔29一致的方式設置。
複數個氣體供給孔19係分別具有俯視為圓形的第1孔徑(直徑)，複數個氣體噴出孔29係分別具有俯視為圓形的第2孔徑，第1孔徑與第2孔徑係設定成相同直徑。
除此之外，複數個氣體供給孔19及複數個氣體噴出孔29係滿足下述的第1及第2配置關係。
第1配置關係：以俯視下互不重疊的方式配置複數個氣體供給孔19及複數個氣體噴出孔29，在俯視下複數個氣體供給孔19及複數個氣體噴出孔29皆沒有形成的區域設置放電空間DS。
第2配置關係：複數個氣體噴出孔29各者係擁有複數個氣體供給孔19當中於俯視下相鄰的四個(至少兩個)氣體供給孔19，相鄰的四個氣體供給孔19各者到複數個氣體噴出孔29當中相對應的氣體噴出孔29為止的四個距離皆為相同距離D1(參照第2圖)。
另外，在高電壓側電極構成部1及接地側電極構成部2係藉由未圖示的高頻電源施加交流電壓。
此外，如第5圖所示，當從高頻電源施加交流電壓，在介電質電極11及21相對向的介電質空間內，便將金屬電極10及20於俯視下重疊的區域規定為放電空 間DS(放電場)。
另外，如第3圖所示，在高電壓側電極構成部1(介電質電極11)及接地側電極構成部2(介電質電極21)的外周部沿圓周方向設有側面隔件(spacer)30，側面隔件30係以形成圓筒狀側面的方式形成，其中該圓筒狀係以高電壓側電極構成部1為頂面、以接地側電極構成部2為底面。另外，在第3圖中係為了能夠看見接地側電極構成部2而將側面隔件30圖示在比實際的形成位置更下方(-Z方向)。
此外，如第4圖所示，亦可在高電壓側電極構成部1(介電質電極11)及接地側電極構成部2(介電質電極21)間以離散的方式設置複數個內部隔件33。複數個內部隔件33係配置在複數個氣體供給孔19及複數個氣體噴出孔29的X方向及Y方向不一致的位置，各內部隔件33係俯視為圓形，具有比氣體供給孔19及氣體噴出孔29的第1及第2孔徑小的第3直徑。
藉由設置上述的側面隔件30及複數個內部隔件33，能夠規定高電壓側電極構成部1及接地側電極構成部2間的放電空間DS的間隔(gap)長。
此外，藉由側面隔件30，能夠以側面隔件30確實地防止從屬於高電壓側電極構成部1及接地側電極構成部2的外周部的圓周側流入的氣體。
在如上述的構成中，如第5圖所示，在高電壓側電極構成部1及接地側電極構成部2間以離散的方 式形成有複數個放電空間DS。
實施形態1的活性氣體生成裝置係當從複數個氣體供給孔19供給原料氣體6，藉由交流電壓的施加，便在複數道原料氣體6沿著氣體在複數個放電空間DS各者中的流動8通過時，在各放電空間DS獲得自由基化的氮原子等的活性氣體7。此外，能夠從設在介電質電極21的複數個氣體噴出孔29將活性氣體7朝下方(-Z方向)的外部噴出。
第6圖係示意性顯示使用實施形態1的活性氣體生成裝置實現的成膜處理裝置的剖面構造之說明圖。另外，第6圖係示意性圖示第4圖的A-A剖面的高電壓側電極構成部1與接地側電極構成部2間。此外，在第6圖中係謀求了適當的簡化，將高電壓側電極構成部1及接地側電極構成部2的金屬電極10及金屬電極20的圖示省略，以介電質電極的構造代表顯示等。
參照第6圖，說明成膜處理裝置的全體構成。成膜處理腔(chamber)63係將作為目標物的處理對象基板、亦即晶圓64載置於底面上而予以收容，作為將晶圓64收容於處理空間SP33內的基板收容部而發揮功能。
由高電壓側電極構成部1及接地側電極構成部2所組成的電極群構成部100係實施形態1的活性氣體生成裝置的主要部，且係配置在成膜處理腔63的上部。
此外，電極群構成部100係利用在複數個放電空間DS各者中的放電現象，從複數道原料氣體6獲 得複數道活性氣體7，將活性氣體7從以離散的方式形成在接地側電極構成部2(的介電質電極21)的複數個氣體噴出孔29朝配置在成膜處理腔63的處理空間SP33內的晶圓64噴出。
如上述，第6圖中所示的成膜處理裝置的成膜處理腔63的特徵在於，以直接承受從實施形態1的活性氣體生成裝置的複數個氣體噴出孔29噴出的活性氣體7之方式配置。
亦即，第6圖中所示的成膜處理裝置係具備成膜處理腔63，該成膜處理腔63係配置在實施形態1的活性氣體生成裝置的電極群構成部100的接地側電極構成部2下方，且對內部的晶圓64(處理對象基板)進行以複數道活性氣體7進行的成膜處理。
因此，成膜處理腔63的處理空間SP33內的晶圓64係能夠直接承受從複數個氣體噴出孔29噴出的活性氣體7，故成膜處理腔63係能夠對晶圓64執行成膜處理，該成膜處理係使用從實施形態1的活性氣體生成裝置(電極群構成部100)直接承受的複數道活性氣體7而執行在晶圓64的表面上形成膜。
在實施形態1的活性氣體生成裝置中，複數個氣體供給孔19及複數個氣體噴出孔29係能夠滿足前述第1及第2配置關係來將活性氣體7從複數個氣體噴出孔29噴出至外部。
因此，例如，藉由使用實施形態1的活性 氣體生成裝置來構成第6圖所示的成膜處理裝置，對接受複數道活性氣體7的大的目標物、亦即晶圓64，能夠噴出各道氣體為均一流量及濃度的複數道活性氣體7，結果，能夠執行在晶圓64的表面上形成均一的膜的成膜處理。此時，在實施形態1中，對於全部的複數個氣體噴出孔29，與各氣體噴出孔29相鄰的氣體供給孔19的數目為「4」。以下，詳細說明此點。
注目在複數個氣體噴出孔29當中的任意一個氣體噴出孔29(以下，簡稱為「注目氣體噴出孔29」)，存在俯視下與注目氣體噴出孔29相鄰的四個氣體供給孔19，相鄰的四個氣體供給孔19各者到注目氣體噴出孔29為止的四個距離皆為相同距離D1(參照第2圖)。
因此，具有「一定條件放電空間通過效果」，即，如第2圖、第4圖及第5圖所示，從與注目氣體噴出孔29相鄰的四個氣體供給孔19供給的四道原料氣體6係通過水平距離(X方向或Y方向)為距離D1的放電空間DS後結合成一道活性氣體7而從注目氣體噴出孔29噴出至外部(下方)噴出。如上述，注目氣體噴出孔29係對從四個氣體供給孔19供給的原料氣體6各者具有上述一定條件放電空間通過效果。
另外，如前述，複數個內部隔件33係配置在複數個氣體供給孔19及複數個氣體噴出孔29的X方向及Y方向不一致的位置，故複數個內部隔件33的存在並不會對上述一定條件放電空間通過效果造成影響。
實施形態1的活性氣體生成裝置係滿足前述第1及第2配置關係，藉此，使複數個氣體噴出孔29皆具有上述的一定條件放電空間通過效果，故複數道原料氣體6係以相同條件(相同距離、相同時間)通過放電空間DS，結果，獲得各者的流量及濃度相同的複數道活性氣體7，從複數個氣體噴出孔29噴出該些複數道活性氣體7。
因此，如上所述，實施形態1的活性氣體生成裝置係達到能夠進行在具有與成膜處理腔63底面同程度大面積的晶圓64的表面上形成均一的膜的成膜處理之效果。
此外，能夠如第6圖所示在實施形態1的活性氣體生成裝置的正下方添設成膜處理腔63而構成成膜處理裝置。亦即，活性氣體生成裝置本身具有令介電質阻障放電產生的放電空間DS，與放電空間DS直接連結的接地側電極構成部2的介電質電極21所設置的複數個氣體噴出孔29係兼具將複數道活性氣體7對下方的成膜處理腔63噴出之用的氣體噴出用噴孔(nozzle)功能。
如上述，實施形態1的活性氣體生成裝置係具備第6圖所示的成膜處理裝置的氣體噴出用噴孔功能，故能夠以複數個氣體噴出孔29在非常短的毫秒(millisecond)以下的短時間內將所生成的活性氣體7供給至目標物(處理對象基板)即晶圓64，即便為藉放電而生成的壽命非常短的活性氣體7，仍將衰減抑制在最小限度，能夠謀求成膜至晶圓64時的成膜速度的提升。
<實施形態2>
第7圖係示意性顯示實施形態2的活性氣體生成裝置的平面構造之說明圖。第8圖係顯示實施形態2的活性氣體生成裝置的平面構造的詳情之說明圖。另外，在第7圖中係將高電壓側電極構成部1B及接地側電極構成部2B各自的金屬電極的圖示省略，以介電質電極的構造代表顯示。此外，在第7圖及第8圖分別標示有XYZ直角座標系。
如第7圖及第8圖所示，係以由作為第1電極構成部的高電壓側電極構成部1B及設在高電壓側電極構成部1B下方的接地側電極構成部2B(第2電極構成部)所組成的電極群構成部為基本構成。
高電壓側電極構成部1B係由作為第1介電質電極的介電質電極11B及設在介電質電極11B上表面上且以離散的方式具有複數個間隙的俯視為圓盤狀的金屬電極10B所構成，金屬電極10B為第1金屬電極。
接地側電極構成部2B係由第2介電質電極即介電質電極21B及設在介電質電極21B下表面上且同金屬電極10B一樣以離散的方式具有複數個間隙的俯視為圓盤狀的金屬電極20B所構成，金屬電極20為第2金屬電極。
金屬電極10B的複數個間隙及金屬電極20B的複數個間隙係同實施形態1一樣以俯視下完全一致的方式設置。
此外，在介電質電極11B，在俯視下金屬電極10B及20B沒有重疊的區域以離散的方式設置複數個氣體供給孔19B；在介電質電極21B，在俯視下金屬電極20B及10B沒有重疊的區域以離散的方式設置複數個氣體噴出孔29B。複數個氣體供給孔19B係為了將原料氣體6導至放電空間DS而設；複數個氣體噴出孔29B係為了將複數道活性氣體7噴出至外部而設。
如第7圖所示，複數個氣體供給孔19B係沿X方向及Y方向等間隔配置，複數個氣體噴出孔29B亦沿X方向及Y方向等間隔配置，複數個氣體供給孔19B及複數個氣體噴出孔29B係以俯視下互不重疊的方式配置。在X方向及Y方向的最外邊係以必為氣體供給孔19B位在該處的方式配置。
此外，在第7圖及第8圖中雖未圖示，但同實施形態1，金屬電極10B的複數個間隙係以俯視下分別與氣體供給孔19B或氣體噴出孔29B一致的方式設置，金屬電極20B的複數個間隙係以俯視下分別與氣體供給孔19B或氣體噴出孔29B一致的方式設置。
複數個氣體供給孔19B係分別具有俯視為圓形的第1孔徑，複數個氣體噴出孔29B係分別具有俯視為圓形的第2孔徑，第1孔徑與第2孔徑係設定成相同直徑。
除此之外，複數個氣體供給孔19B及複數個氣體噴出孔29B係同實施形態1，滿足下述的第1及第 2配置關係。
第1配置關係：以俯視下互不重疊的方式配置複數個氣體供給孔19B及複數個氣體噴出孔29B，在俯視下複數個氣體供給孔19B及複數個氣體噴出孔29B皆沒有形成的區域設置放電空間DS。
第2配置關係：複數個氣體噴出孔29B各者係擁有複數個氣體供給孔19B當中俯視下相鄰的三個(至少兩個)氣體供給孔19B，相鄰的三個氣體供給孔19B各者到複數個氣體噴出孔29B當中相對應的氣體噴出孔29B為止的三個距離皆為相同距離D2(參照第7圖)。
另外，相鄰的三個氣體供給孔19B係以以相對應的氣體噴出孔29B為中心、間隔120°的方式配置成正三角形狀。
另外，在高電壓側電極構成部1B及接地側電極構成部2B係藉由未圖示的高頻電源施加交流電壓。
此外，如第8圖所示，亦可在高電壓側電極構成部1B(介電質電極11B)及接地側電極構成部2B(介電質電極21B)間以離散的方式設置複數個內部隔件33B。複數個內部隔件33B係配置在複數個氣體供給孔19B及複數個氣體噴出孔29B的X方向及Y方向不一致的位置，各內部隔件33B係俯視為圓形，具有比氣體供給孔19B及氣體噴出孔29B的第1及第2孔徑小的第3直徑。
另外，在第7圖及第8圖中雖未顯示，但包括能夠如第6圖所示將成膜處理腔63配置在下方而構成 成膜處理裝置、具有側面隔件30等在內的其他構成係由於基本上與第1圖至第6圖中所示的實施形態1的活性氣體生成裝置相同而適當省略說明。
在如上述的構成中，實施形態2的活性氣體生成裝置係同實施形態1，當從複數個氣體供給孔19B供給複數道原料氣體6，藉由交流電壓的施加，便能夠在複數道原料氣體6通過複數個放電空間時，在各放電空間獲得自由基化的氮原子等的活性氣體7。此外，能夠從設在介電質電極21B的複數個氣體噴出孔29B將活性氣體7朝下方(-Z方向)的外部噴出。
在實施形態2的活性氣體生成裝置中，複數個氣體供給孔19B及複數個氣體噴出孔29B係能夠滿足前述第1及第2配置關係來將活性氣體7從複數個氣體噴出孔29噴出至外部。
因此，實施形態2的活性氣體生成裝置係同實施形態1，對接受複數道活性氣體7的大面積的晶圓64(參照第6圖)等目標物，能夠供給各道氣體為均一流量及濃度的複數道活性氣體7，結果，能夠執行在目標物的表面上成膜均一的膜的成膜處理。此時，在實施形態2中，與一個氣體噴出孔29B相鄰的氣體供給孔19B的數目為「3」。
此外，實施形態2的活性氣體生成裝置係同實施形態1，具備氣體噴出用噴孔功能，故能夠在非常短的毫秒以下的短時間內將從複數個氣體噴出孔29B噴出 的活性氣體7供給至晶圓64等目標物，即便為藉放電而生成的壽命非常短的活性氣體7，仍將衰減抑制在最小限度，能夠謀求成膜至目標部時的成膜速度的提升。
<實施形態3>
第9圖係示意性顯示實施形態3的活性氣體生成裝置的平面構造之說明圖。第10圖係顯示實施形態3的活性氣體生成裝置的平面構造的詳情之說明圖。另外，在第9圖中係將高電壓側電極構成部1C及接地側電極構成部2C各自的金屬電極的圖示省略，以介電質電極的構造代表顯示。此外，在第9圖及第10圖分別標示有XYZ直角座標系。
如第9圖及第10圖所示，係以由第1電極構成部即高電壓側電極構成部1C及設在高電壓側電極構成部1C下方的接地側電極構成部2C(第2電極構成部)所組成的電極群構成部為基本構成。
高電壓側電極構成部1C係由作為第1介電質電極的介電質電極11C及設在介電質電極11C上表面上且以離散的方式具有複數個間隙的俯視為圓盤狀的金屬電極10C所構成，金屬電極10C為第1金屬電極。
接地側電極構成部2C係由作為第2介電質電極的介電質電極21C及設在介電質電極21C下表面上且同金屬電極10C一樣以離散的方式具有複數個間隙的俯視為圓盤狀的金屬電極20C所構成，金屬電極20C為第2金屬電極。
金屬電極10C的複數個間隙及金屬電極20C的複數個間隙係同實施形態1一樣以俯視下完全一致的方式設置。
此外，在介電質電極11C，在俯視下金屬電極10C及20C沒有重疊的區域以離散的方式設置複數個氣體供給孔19C；在介電質電極21C，在俯視下金屬電極20C及10B沒有重疊的區域以離散的方式設置複數個氣體噴出孔29C。複數個氣體供給孔19C係為了將複數道原料氣體6導至放電空間DS而設；複數個氣體噴出孔29C係為了將複數道活性氣體7噴出至外部而設。
如第9圖所示，複數個氣體供給孔19C係沿X方向及Y方向等間隔配置，複數個氣體噴出孔29C亦沿X方向及Y方向等間隔配置，複數個氣體供給孔19C及複數個氣體噴出孔29C係以俯視下互不重疊的方式配置且沿X方向及Y方向以等間隔交替配置。此外，在X方向及Y方向的最外邊係以必為氣體供給孔19C位在該處的方式配置。
此外，在第9圖及第10圖中雖未圖示，但同實施形態1，金屬電極10C的複數個間隙係以俯視下分別與氣體供給孔19C或氣體噴出孔29C一致的方式設置，金屬電極20C的複數個間隙係以俯視下分別與氣體供給孔19C或氣體噴出孔29C一致的方式設置。
複數個氣體供給孔19C係分別具有俯視為圓形的第1孔徑，複數個氣體噴出孔29C係分別具有俯視 為圓形的第2孔徑，特徵在於第2孔徑設定為比第1孔徑小。
除此之外，複數個氣體供給孔19C及複數個氣體噴出孔29C係滿足下述的第1及第2配置關係。
第1配置關係：以俯視下互不重疊的方式配置複數個氣體供給孔19C及複數個氣體噴出孔29C，在俯視下複數個氣體供給孔19C及複數個氣體噴出孔29C皆沒有形成的區域設置放電空間DS。
第2配置關係：複數個氣體噴出孔29C各者係擁有複數個氣體供給孔19C當中俯視下相鄰的四個(至少兩個)氣體供給孔19C，相鄰的四個氣體供給孔19C各者到複數個氣體噴出孔29C當中相對應的氣體噴出孔29C為止的四個距離皆為相同距離D3(參照第9圖)。
另外，在高電壓側電極構成部1C及接地側電極構成部2C係藉由未圖示的高頻電源施加交流電壓。
此外，如第10圖所示，亦可在高電壓側電極構成部1C(介電質電極11C)及接地側電極構成部2C(介電質電極21C)間以離散的方式設置複數個內部隔件33C。複數個內部隔件33B係配置在複數個氣體供給孔19B及複數個氣體噴出孔29B的X方向及Y方向不一致的位置，各內部隔件33C係俯視為圓形，具有比氣體供給孔19C的第1孔徑小且與氣體噴出孔29B的第2孔徑同程度的第3直徑。
另外，在第9圖及第10圖中雖未顯示，但 包括活性氣體生成裝置的剖面構造、能夠如第6圖所示將成膜處理腔63配置在下方而構成成膜處理裝置、及具有側面隔件30等在內的其他構成係由於基本上與第1圖至第6圖中所示的實施形態1的活性氣體生成裝置相同而適當省略說明。
在如上述的構成中，實施形態3的活性氣體生成裝置係同實施形態1，當從複數個氣體供給孔19C供給原料氣體6，藉由交流電壓的施加，當複數道原料氣體6通過複數個放電空間，便在各放電空間獲得自由基化的氮原子等的活性氣體7。此外，能夠從設在介電質電極21C的複數個氣體噴出孔29C將活性氣體7朝下方(-Z方向)的外部噴出。
在實施形態3的活性氣體生成裝置中，複數個氣體供給孔19C及複數個氣體噴出孔29C係能夠滿足前述第1及第2配置關係來將活性氣體7從複數個氣體噴出孔29噴出至外部。
因此，實施形態3的活性氣體生成裝置係同實施形態1，對接受複數道活性氣體7的大面積的晶圓64(參照第6圖)等目標物，能夠供給各道氣體為均一流量及濃度的複數道活性氣體7，結果，能夠執行在目標物的表面上形成均一的膜的成膜處理。此時，在實施形態3中，與一個氣體噴出孔29C相鄰的氣體供給孔19C的數目為「4」。
此外，實施形態3的活性氣體生成裝置係 同實施形態1，具備氣體噴出用噴孔功能，故能夠以複數個氣體噴出孔29C在非常短的毫秒以下的短時間內將所生成的活性氣體7供給至晶圓64等目標物，即便為藉放電而生成的壽命非常短的活性氣體7，仍將衰減抑制在最小限度，能夠謀求成膜至目標物時的成膜速度的提升。
除此之外，實施形態2的活性氣體生成裝置係將氣體噴出孔29C的第2孔徑設定為比氣體供給孔19C的第1孔徑小，係將第1及第2孔徑設定為不同的值。
因此，藉由適當調整上述第1及第2孔徑，能夠在不依存於原料氣體6的氣體供給部的壓力、活性氣體7的氣體噴出部(成膜處理腔63等)的壓力下，將形成在高電壓側電極構成部1C及接地側電極構成部2C間的放電空間的壓力設定在所期望的值。
設氣體供給部的壓力為PA、設放電空間的壓力為PB、設氣體噴出部的壓力為PC、設氣體供給孔19C的孔徑為RD、設氣體噴出孔29C的孔徑為RE，不論在PA<PC時或在PA>PC時，壓力PB皆落在壓力PA與壓力PC之間的壓力。此外，當因放電的狀態等的關係而欲改變壓力PB時，只要將孔徑RD、RE的關係設定如下即可。亦即，在PA>PC時，當欲使壓力PB接近壓力PA側時係能夠藉由將孔徑RD擴大或將孔徑RE縮小來實現。另一方面，當欲使壓力PB接近PC側時係能夠藉由將孔徑RD縮小或將孔徑RE擴大來實現。在PA<PC時，亦能夠藉由以同樣概念改變孔徑RD、RE來改變壓力PB的壓力。
<其他態樣>
以下，說明實施形態1至實施形態3的活性氣體生成裝置的其他態樣。另外，以下所說明的第1至第3態樣係在實施形態1至實施形態3皆通用，故為了說明上的方便，以實施形態1的活性氣體生成裝置為代表進行說明。
(第1態樣(通用於實施形態1至實施形態3))
在實施形態1的活性氣體生成裝置中，較佳為以石英或氧化鋁(alumina)作為構成材料來形成高電壓側電極構成部1及接地側電極構成部2之中的與活性氣體接觸的區域即氣體接觸區域。
以上述構成材料形成的面係對活性氣體在化學性上穩定的物質，故第1態樣係能夠以在活性氣體7與進行接觸的氣體接觸區域之間的化學反應少的狀態、亦即抑制活性氣體7失活的狀態，將活性氣體7從複數個氣體供給孔19噴出至外部的成膜處理腔等。
除此之外，第1態樣係亦能夠減少活性氣體生成裝置的伴隨與活性氣體之間的化學反應而生的作為副生成物的腐蝕物質之生成，就結果而言，能夠將在噴出至外部的活性氣體7中不含污染(contamination)的乾淨(clean)的活性氣體7供給至成膜處理腔63等的外部，產生提升成膜品質的效果。
(第2態樣(通用於實施形態1至實施形態3))
在實施形態1至實施形態3的活性氣體生成裝置中，就原料氣體6而言，例如可考慮使用含有氮、氧、氟、稀有氣體及氫其中至少一者之氣體。從複數個氣體噴出孔29供給該些原料氣體6，在通過內部的放電空間DS時成為活性氣體7，以複數道活性氣體7的形式從設在介電質電極21的複數個氣體噴出孔29噴出至外部，例如噴出至成膜處理腔63的處理空間SP33(參照第6圖)。因此，能夠在成膜處理腔63內藉由利用反應性高的活性氣體7對目標物即晶圓64進行成膜處理。
如上述，第2態樣係能夠從含有氮、氧、氟、稀有氣體及氫其中至少一種的原料氣體6生成更高濃度的活性氣體7。
此外，第2態樣係不只能夠將活性氣體7利用於在晶圓64等目標物形成氮化膜和氧化膜的絕緣膜之成膜，亦能夠作為阻劑(resist)剝離、蝕刻(etching)、清洗氣體而利用於目標物的表面處理。
除此之外，第2態樣係能夠藉由將氫氣作為活性氣體供給至晶圓64表面而利用於絕緣膜的蝕刻處理和清洗處理以外的多樣的成膜處理。
(第3態樣(通用於實施形態1至實施形態3))
在實施形態1至實施形態3的活性氣體生成裝置中，就所供給的原料氣體6而言，亦可採用前驅物氣體 (precursor gas)。
藉由原料氣體6採用前驅物氣體，不僅能夠作為反應氣體利用為對高深寬比(aspect ratio)的晶圓64等目標物的表面處理用的氣體，針對在目標物上成膜所需的作為成膜用的堆積素材的前驅物氣體，亦能夠供給至目標物進行成膜。
雖已詳細說明了本發明，但上述說明在全部的態樣上僅為例示，本發明並不以此為限。未例示出的無數變形例當理解為是在未超出本發明的範圍內可想到者。
例如，雖然在實施形態1及實施形態3係揭示對於一個氣體噴出孔29(29C)，俯視下相鄰的氣體供給孔19(19C)為四個時的情形，在實施形態2係揭示對於一個氣體噴出孔29B，俯視下相鄰的氣體供給孔19B為三個時的情形，但只要為對於一個氣體噴出孔，俯視下相鄰的氣體供給孔為兩個以上，且滿足前述第1及第2配置關係即可。

Claims (8)

  1. 一種活性氣體生成裝置，係生成將已被供給至放電空間(DS)的原料氣體(6)活性化而得的活性氣體(7)；該活性氣體生成裝置具備第1電極構成部(1、1B、1C)及設在前述第1電極構成部下方的第2電極構成部(2、2B、2C)，對前述第1及第2電極構成部施加交流電壓，藉由前述交流電壓的施加，在前述第1及第2電極構成部間形成前述放電空間；前述第1電極構成部係具有第1介電質電極(11、11B、11C)及形成在前述第1介電質電極之上表面上的第1金屬電極(10、10B、10C)，前述第2電極構成部係具有第2介電質電極(21、21B、21C)及形成在前述第2介電質電極之下表面上的第2金屬電極(11、11B、11C)，藉由前述交流電壓的施加，在前述第1及第2介電質電極相對向的介電質空間內，含有前述第1及第2金屬電極於俯視下重疊的區域做為前述放電空間；前述第1介電質電極係具有用於將前述原料氣體導至前述放電空間的複數個氣體供給孔(19、19B、19C)；前述第2介電質電極係具有用於將前述活性氣體噴出至外部的複數個氣體噴出孔(19、29B、29C)；前述複數個氣體供給孔及前述複數個氣體噴出孔係以滿足下述配置關係的方式配置：第1配置關係，係以俯視下互不重疊的方式配置前述複數個氣體供給孔及前述複數個氣體噴出孔，在俯視下前述複數個氣體供給孔及前述複數個氣體噴出孔皆沒有形成的區域設置前述放電空間；及第2配置關係，係前述複數個氣體噴出孔各者係擁有前述複數個氣體供給孔當中於俯視下相鄰的至少兩個氣體供給孔，從前述至少兩個氣體供給孔各者到前述複數個氣體噴出孔當中相對應的氣體噴出孔為止的至少兩個距離皆為相同距離(D1、D2、D3)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之活性氣體生成裝置，其中，前述複數個氣體供給孔係分別具有第1孔徑；前述複數個氣體噴出孔係分別具有第2孔徑；前述第1孔徑與前述第2孔徑不同。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之活性氣體生成裝置，其中，以石英或氧化鋁作為構成材料來形成前述第1及第2電極構成部之中屬於與活性氣體接觸的區域的氣體接觸區域。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之活性氣體生成裝置，其中，前述原料氣體為含有氮、氧、氟、稀有氣體及氫其中至少一者之氣體。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之活性氣體生成裝置，其中，前述原料氣體為前驅物氣體。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之活性氣體生成裝置，其中，前述至少兩個氣體供給孔為四個氣體供給孔。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之活性氣體生成裝置，其中，前述至少兩個氣體供給孔為三個氣體供給孔。
  8. 一種成膜處理裝置，係具備：申請專利範圍第1至7項中任一項所述之活性氣體生成裝置；及配置在前述第2電極構成部之下方，對內部的處理對象基板(64)進行以活性氣體進行的成膜處理之成膜處理腔(63)；前述成膜處理腔係以直接承受從前述活性氣體生成裝置的前述複數個氣體噴出孔噴出的前述活性氣體之方式配置。
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