TWI712341B - 電漿處理方法以及電漿處理裝置 - Google Patents

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Abstract

一種電漿處理方法以及電漿處理裝置，係能提高生產性。
電漿處理係包含將配置於真空容器內的基板支撐台加熱至第一溫度的步驟。使藉由第一放電條件所致的第一電漿產生於上述基板支撐台與對向於上述基板支撐台的淋浴板之間，並藉由上述基板支撐台具有的熱和上述第一電漿來加熱上述淋浴板。上述淋浴板之溫度係以非接觸方式而被監視。在上述淋浴板之溫度已到達比藉由前述基板支撐台之熱所加熱的溫度更高的第二溫度之後，從上述淋浴板朝向上述基板支撐台噴射處理氣體，且使藉由第二放電條件所致的第二電漿產生於上述基板支撐台與上述淋浴板之間，並藉由上述第二電漿來處理由上述基板支撐台所支撐的基板。

Description

電漿處理方法以及電漿處理裝置
本發明係關於一種電漿處理方法以及電漿處理裝置。
近年來，伴隨半導體裝置之大面積化、高積體化，而在成膜裝置等的電漿處理裝置方面使用了蒸氣壓力比較低的低蒸氣壓力之液體原料作為反應材料。例如，有提供一種熱CVD(Chemical Vapor Deposition；化學氣相沉積)裝置，該熱CVD裝置係在淋浴板(shower plate)內設置加熱器(heater)，藉由加熱器來加熱淋浴板，且將低蒸氣壓力之液體原料從淋浴板氣化供給至反應室，以在基板上形成膜(例如參照專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特許第3883918號公報。
然而，在對淋浴板投入高頻率電力的電漿處理裝置中，當在淋浴板設置有加熱器時，有高頻率電力重疊於加熱器而加熱器之加熱控制變得困難的情況。又，在洗淨淋浴板時，需要從淋浴板卸下加熱器的作業。藉此，有使電漿處理中的生產性降低的情況。
有鑑於如上的情形，本發明之目的係在於提供一種使生產性提高的電漿處理方法以及電漿處理裝置。
為了達成上述目的，本發明之一形態的電漿處理方法係包含將配置於真空容器內的基板支撐台加熱至第一溫度的步驟。使藉由第一放電條件所致的第一電漿產生於上述基板支撐台與對向於上述基板支撐台的淋浴板之間，並藉由上述基板支撐台具有的熱及上述第一電漿來加熱上述淋浴板。上述淋浴板之溫度係以非接觸方式而被監視。在上述淋浴板之溫度已到達比藉由上述基板支撐台之上述熱所加熱的溫度更高的第二溫度之後，從上述淋浴板朝向上述基板支撐台噴射處理氣體(process gas)，且使藉由第二放電條件所致的第二電漿產生於上述基板支撐台與上述淋浴板之間，並藉由上述第二電漿來處理由上述基板支撐台所支撐的基板。
依據如此的電漿處理方法，則不用在淋浴板設置加熱 器，就能精度佳地加熱淋浴板之溫度。又，在洗淨淋浴板時，不需要從淋浴板卸下加熱器的作業。藉此，能提高電漿處理中的生產性。
在上述之電漿處理方法中，在處理上述基板的步驟中，上述第二溫度亦可為在處理上述基板的步驟中上述淋浴板之溫度成為最大的溫度。
依據如此的電漿處理方法，因在對基板進行藉由處理氣體所為的電漿處理之前淋浴板之溫度已成為最大溫度，故能在藉由處理氣體所為的電漿處理時抑制淋浴板之溫度變化。藉此，例如形成於基板的膜之厚度就不易變得不均一。
如上述之電漿處理方法，其中在上述電漿處理之步驟中，上述第二放電條件係包含放電電力、反應氣體流量及處理時間。在每次處理複數片上述基板且上述第二溫度依每次處理上述基板而變化時，亦可按照上述第二溫度之值使上述放電電力、上述反應氣體流量及上述處理時間之至少一個變化來處理上述基板。
依據如此的電漿處理方法，則在每次處理複數片基板時，即便第二溫度依每次處理基板而變化，仍可按照第二溫度之值使放電電力、反應氣體流量及處理時間之至少一個變化來進行電漿處理。藉此，例如形成於基板的膜之膜質就不易變得不均一。
在上述之電漿處理方法中亦可更包含以下的步驟：在上述電漿處理之步驟中每次處理複數片上述基板，且在每次處理複數片上述基板之後，使洗淨氣體噴出至上述真空容器，以洗淨上述真空容器內部。
依據如此的電漿處理方法，則能在每次處理複數片基板之後噴出洗淨氣體來洗淨真空容器內部。
在上述之電漿處理方法中，亦可藉由輻射溫度計來監視上述淋浴板之溫度，該輻射溫度計係被配置於上述淋浴板之背面側之上述真空容器外。
依據如此的電漿處理方法，則能藉由被配置於淋浴板之背面側之真空容器外的輻射溫度計來測量淋浴板之溫度。藉此，能以非接觸方式來測量淋浴板之溫度，且輻射溫度計不易給淋浴板之溫度帶來影響。
在上述之電漿處理方法中，前述第二放電條件亦可與前述第一放電條件不同。藉此，能以與前述第一放電條件不同的前述第二放電條件來對上述基板進行電漿處理。
為了達成上述目的，本發明之一形態的電漿處理裝置係具備：真空容器、基板支撐台、淋浴板、電力供給源、溫度測量裝置及控制裝置。上述真空容器係可維持減壓狀態。上述基板支撐台係配置於上述真空容器內，具有基板 載置面和加熱機構。上述基板支撐台係可以藉由上述加熱機構將上述基板載置面設定在第一溫度，且可以支撐基板。上述淋浴板係對向於上述基板支撐台。上述電力供給源係使電漿產生於上述基板支撐台與上述淋浴板之間。上述淋浴板之溫度係以非接觸方式來測量。上述控制裝置係藉由上述溫度測量裝置來監視上述淋浴板之上述溫度，使藉由第一放電條件所致的第一電漿產生於上述基板支撐台與上述淋浴板之間。上述控制裝置係藉由上述基板支撐台具有的熱及上述第一電漿來加熱上述淋浴板，且在上述淋浴板之溫度已到達比藉由上述基板支撐台之上述熱所加熱的溫度更高的第二溫度之後，從上述淋浴板朝向上述基板支撐台噴射處理氣體。上述控制裝置係使藉由第二放電條件所致的第二電漿產生於上述基板支撐台與上述淋浴板之間，以能夠藉由上述第二電漿來處理上述基板。
依據如此的電漿處理裝置，則不用在淋浴板設置加熱器，就能精度佳地加熱淋浴板之溫度。又，在洗淨淋浴板時，不需要從淋浴板卸下加熱器的作業。藉此，能提高電漿處理中的生產性。
如以上所述，依據本發明，能提高電漿處理中的生產性。
1‧‧‧電漿處理裝置
10‧‧‧真空容器
10h‧‧‧氣體排放口
10p‧‧‧電漿形成空間
11‧‧‧支撐部
12‧‧‧蓋部
13‧‧‧壓力計
15‧‧‧空間
20‧‧‧淋浴頭
21‧‧‧頭本體
21h‧‧‧孔部
22‧‧‧淋浴板
22r‧‧‧背面
22s‧‧‧氣體噴出面
23‧‧‧氣體噴出孔
25、26‧‧‧透明窗材
27‧‧‧絕緣構件
28‧‧‧內部空間
30‧‧‧基板支撐台
30h‧‧‧加熱機構
30s‧‧‧基板載置面
31‧‧‧電容
40‧‧‧氣體供給源
41‧‧‧流量計
42‧‧‧氣體導入管
50、55‧‧‧電力供給源
51‧‧‧電源
52‧‧‧匹配電路部
53‧‧‧配線
60‧‧‧溫度測量裝置
61‧‧‧第一輻射溫度計
61a、62a‧‧‧光纖聚光部
61b、62b‧‧‧本體部
62‧‧‧第二輻射溫度計
65‧‧‧固定模具
70‧‧‧控制裝置
80‧‧‧基板
A、B1、B2、C、D、P1‧‧‧區間
T2、T3‧‧‧溫度
圖1係顯示本實施形態的電漿處理裝置之概略剖視圖。
圖2中之(a)及(b)係顯示本實施形態的處理時間與淋浴板溫度的關係之概略曲線圖。
圖3中之(a)及(b)係顯示比較例的處理時間與淋浴板溫度的關係之概略曲線圖。
圖4中之(a)係顯示本實施形態的處理時間與成膜速度之關係的概略曲線圖；圖4中之(b)係顯示比較例的處理時間與成膜速度之關係的概略曲線圖。
圖5係顯示淋浴板溫度與成膜速度之關係的概略曲線圖。
圖6中之(a)係顯示本實施形態的處理時間與成膜速度之關係的概略曲線圖；圖6中之(b)係顯示本實施形態的處理時間與膜厚之關係的概略曲線圖。
以下，一邊參照圖式一邊說明本發明之實施形態。在各個圖式中，有著導入有XYZ軸座標的情況。
[第一實施形態]
圖1係顯示本實施形態的電漿處理裝置之概略剖視圖。
本實施形態的電漿處理裝置1例如是逐片將基板80進行電漿處理的單片式之電漿處理裝置。例如，當一片基板80從真空容器10外被搬入至真空容器10內時，基板80在基板支撐台30上被電漿處理，並在電漿處理後被至真空容器10外。該一系列的動作亦可對複數個基板80重複進行。
電漿處理裝置1係兼備：成膜手段，係藉由電漿CVD法在基板80形成膜；以及蝕刻手段，係藉由乾式蝕刻(dry etching)將形成於基板80的膜予以除去。電漿處理裝置1係具備真空容器10、支撐部11、蓋部12、淋浴頭(shower head)20、基板支撐台30、氣體供給源40、電力供給源50、溫度測量裝置60及控制裝置70。
電漿係藉由電容耦合方式形成於例如淋浴頭20與基板支撐台30之間(電漿形成空間10p)。電漿例如是藉由輝光放電(glow discharge)所形成。在電漿處理裝置1具有作為電漿CVD裝置的功能的情況下，例如，淋浴頭20係具有作為陰極的功能，且基板支撐台30係具有作為陽極的功能。又，在電漿處理裝置1具有作為RIE(Reactive Ion Etching；反應離子蝕刻)等之蝕刻裝置的功能的情況下，例如，淋浴頭20係具有作為陽極的功能，且基板支撐台30係具有作為陰極的功能。
真空容器10係包圍基板支撐台30。蓋部12係對向於真空容器10。支撐部11係附設於蓋部12。在真空容器10係經由氣體排放口10h連接有例如渦輪分子泵(turbo molecular pump)等的真空泵(未圖示)。藉此，真空容器10內被維持在減壓狀態。例如，在圖1之例中，由淋浴頭20、真空容器10及支撐部11所包圍的空間係藉由真空泵而被維持在減壓狀態。
在電漿處理裝置1中，由蓋部12、淋浴頭20及支撐部11所包圍的空間15亦可為大氣氛圍，又可為減壓氛圍。蓋部12之電位例如是接地電位。蓋部12係具有作為將被投入於淋浴頭20之高頻率予以屏蔽的屏蔽箱(shield box)的功能。在空間15維持減壓狀態的情況下，能夠將真空容器10和蓋部12一併作為真空容器。在此情況下，真空容器內的至少一部分之空間可以維持在減壓狀態。在真空容器10係設置有將真空容器10內之壓力予以計測的壓力計13。壓力計13例如是電離真空計。
淋浴頭20係具有頭本體21、淋浴板22及絕緣構件27。淋浴頭20係經由絕緣構件27而由真空容器10之支撐部11所支撐。藉此，淋浴頭20與真空容器10絕緣。淋浴頭20係構成為能夠從電漿處理裝置1進行裝卸。
淋浴頭20之內部空間28係藉由頭本體21和淋浴板 22而形成。在內部空間28係經由設置於頭本體21之內部的氣體導入管42而導入有處理氣體。氣體導入管42之最終端(氣體導入口)例如位於內部空間28之中心附近。藉此，在內部空間28均等地供給有處理氣體。氣體導入口並不限於一個，亦可在頭本體21設置複數個。又，在頭本體21中，亦可設置有供熱媒體流動的流路。藉此，能提高氣體導入管42之傳導性(conductance)。熱媒體係可以藉由設置於真空容器10外的溫調機構(未圖示)，而調整在例如25℃以上150℃以下(例如80℃)。
淋浴板22係以密接於頭本體21的方式所接合。淋浴板22係對向於基板支撐台30。淋浴板22係具有：與內部空間28為相反側的氣體噴出面22s；複數個氣體噴出孔23；以及內部空間28側的背面22r。複數個氣體噴出孔23係分別貫通淋浴板22。亦即，複數個噴出孔23係分別相連內部空間28與電漿形成空間10p之間。處理氣體係從內部空間28經由複數個氣體噴出孔23並從氣體噴出面22s被噴出。
在淋浴板22內係未設有加熱器加熱機構。此理由是基於以下情形：當在淋浴板22設置有加熱器時，在對淋浴板22供給高頻率電力的情況下，高頻率電力就會重疊於加熱器而加熱器之加熱控制變得困難。更是基於以下情形：因在淋浴板22設置有複數個氣體噴出孔23，故難以用避開 各個氣體噴出孔23的方式設置加熱器和設置加熱媒體之流路。所以，淋浴板22係藉由基板支撐台30具有的熱而從基板支撐台30側來加熱，或是藉由形成於電漿形成空間10p的電漿等來加熱。
頭本體21及淋浴板22例如是包含鋁(Al)、鋁合金、不鏽鋼等的導電體。為了提高耐蝕性，在頭本體21及淋浴板22亦可依需要而施予氧化皮膜處理。淋浴板22之厚度為5mm以上50mm以下。氣體噴出孔23之內徑為0.3mm以上1mm以下。複數個氣體噴出孔23分別為相同的內徑。複數個氣體噴出孔23之X軸方向及Y軸方向上的間距(pitch)為3mm以上20mm以下。
基板支撐台30係具有：基板載置面30s；以及加熱機構30h，係將基板載置面30s予以加熱。加熱機構30h例如是加熱器。基板80係藉由基板載置面30s所支撐。基板載置面30s係相對於淋浴板22之氣體噴出面22s而實質上成為平行。基板支撐台30例如包含導電體。基板載置面30s亦可為導電體，又可為絕緣體。例如，在基板載置面30s亦可設置有靜電夾盤(chuck)。在基板支撐台30包含絕緣體或靜電夾盤的情況下，在基板支撐台30被接地時，會在基板80與地(ground)之間產生寄生的電容31。
在基板支撐台30亦可連接有電力供給源55，以便可 以對基板80供給偏壓(bias)電力。電力供給源55例如亦可為直流電源，又可為交流電源。例如，在使用電漿處理裝置1作為RIE等之蝕刻裝置的情況下，能藉由電力供給源55來對基板80投入電力，且對基板80施加偏壓電位。基板支撐台30與淋浴板22之間的距離為15mm以上60mm以下。作為一例，電極間距離為20mm。基板支撐台30與淋浴板22之間的距離係能夠藉由控制裝置70而自動地適當調整。
基板載置面30s係能藉由加熱機構30h而被加熱至例如60℃以上500℃以下之範圍的溫度。在基板支撐台30亦可設置有冷卻基板載置面30s的冷卻機構。
在電漿處理裝置1中，基板載置面30s及淋浴板22之平面形狀係對應於基板80之平面形狀。例如，若基板80為應用於面板(panel)等的矩形狀之基板，則基板載置面30s及淋浴板22之平面形狀為矩形。若基板80為應用於半導體裝置(device)等的晶圓(wafer)基板，則基板載置面30s及淋浴板22之平面形狀成為圓狀。基板載置面30s及淋浴板22之面積係比基板80之面積更大。基板80例如是厚度為0.5mm的玻璃基板。基板80之尺寸為400mm×300mm以上，例如是1850mm×1500mm。
氣體供給源40係具有流量計41和氣體導入管42。氣 體供給源40係對淋浴頭20之內部空間28供給處理氣體(成膜氣體、蝕刻氣體、惰性氣體等)。氣體導入管42中的處理氣體之流量係藉由流量計41所控制。
電力供給源50係具有電源51、匹配電路部52及配線53。配線53係連接於淋浴頭20之中心附近。匹配電路部52係設置於淋浴頭20與電源51之間。電源51例如是RF(radio frequency；射頻)電源。電源51亦可為VHF(very high frequency；特高頻)電源，又可為直流電源。在電源51為直流電源的情況下，可從電力供給源50拿掉匹配電路部52。
電力供給源50係使電漿產生於基板支撐台30與淋浴板22之間。例如，當從淋浴頭20對電漿形成空間10p導入有處理氣體，且經由配線53而從電源51對淋浴頭20投入有電力時，在電漿形成空間10p產生電漿。
例如，在電漿處理裝置1為成膜裝置的情況下，在電漿形成空間10p導入有成膜氣體，且在電漿形成空間10p產生成膜電漿而在基板80形成有膜。另一方面，在電漿處理裝置1為蝕刻裝置的情況下，在電漿形成空間10p導入有蝕刻氣體，且在電漿形成空間10p產生蝕刻電漿而膜從基板80被除去。
又，在電漿處理裝置1中係設置有以非接觸方式監視淋浴板22之溫度的溫度測量裝置60。溫度測量裝置60係具有第一輻射溫度計61和第二輻射溫度計62。第一輻射溫度計61及第二輻射溫度計62分別為光纖(optical fiber)式輻射溫度計。
第一輻射溫度計61係具有光纖聚光部61a和本體部61b。第二輻射溫度計62係具有光纖聚光部62a和本體部62b。第一輻射溫度計61及第二輻射溫度計62係分別被配置於淋浴板22之背面22r側的真空容器10外。
光纖聚光部61a、62a係分別藉由固定模具(jig)65而被設置於蓋部12。例如，光纖聚光部61a係設置於淋浴板22之中心，光纖聚光部62a係設置於淋浴板22之端部。光纖聚光部61a、62a係分別朝向淋浴板22被垂直地設置。藉此，可以測量淋浴板22之溫度的面內分布。
在此，在光纖聚光部61a對向的頭本體21係設置有透明窗材25。進一步地，在頭本體21係於透明窗材25與淋浴板22之間設置有於垂直方向延伸的孔部21h。藉此，第一輻射溫度計61係可以經由透明窗材25及孔部21h，接收來自光纖聚光部61a對向的淋浴板22之背面22r的輻射光。藉此，第一輻射溫度計61係可以偵測淋浴板22之背面22r的溫度。透明窗材25係包含藉由反應性氣體所致之 耐蝕性高的藍寶石(sapphire)。
進一步地，在光纖聚光部62a對向的頭本體21係設置有透明窗材26。透明窗材26係包含藍寶石。在頭本體21係於透明窗材26與淋浴板22之間設置有孔部21h。藉此，第二輻射溫度計62係可以經由透明窗材26及孔部21h偵測光纖聚光部62a對向的淋浴板22之背面22r的溫度。
在電漿處理中，氣體噴出面22s之溫度與背面22r之溫度的關係(溫度校準曲線(calibration curve))係事先藉由模擬(simulation)、實驗等所求出。藉此，藉由第一輻射溫度計61及第二輻射溫度計62分別偵測淋浴板22之背面22r的溫度，能夠精度佳地測量氣體噴出面22s之溫度。溫度校準曲線係儲存於控制裝置70。
光纖聚光部61a、62a係安裝於接地電位之蓋部12，且與淋浴頭20絕緣。藉此，即便對淋浴頭20投入高頻率電力，仍不易在光纖聚光部61a、62a施加有高頻率電力。又，即便頭本體21已成為80℃以上之高溫，光纖聚光部61a、62a仍與頭本體21分離且與頭本體21熱絕緣。藉此，光纖聚光部61a、62a不易從頭本體21接受熱的影響。
控制裝置70係控制加熱機構30h、電源51、匹配電路部52、流量計41及基板支撐台30與淋浴板22之間的距 離等。又，基板載置面30s之溫度、藉由溫度測量裝置60所測量出的淋浴板22之溫度、以及藉由壓力計13所測量出的真空容器10內之壓力係被送至控制裝置70。基板載置面30s之溫度係以0.1秒週期取樣。
控制裝置70係使電漿產生於基板支撐台30與淋浴板22之間。例如，控制裝置70係控制流量計41而使處理氣體從淋浴板22朝向基板支撐台30噴射。控制裝置70係控制電源51及匹配電路部52而使電漿產生於基板支撐台30與淋浴板22之間。
電漿係包含藉由預備放電條件(第一放電條件)所致的預備放電電漿(第一電漿)與藉由電漿處理條件(第二放電條件)所致的處理電漿(第二電漿)。預備放電電漿亦可與電漿處理條件不同，又可為相同。在本實施形態中係例示預備放電電漿與電漿處理條件為不同的情況。不具有加熱機構的淋浴板22係藉由預備放電電漿或處理電漿而被加熱。進一步地，淋浴板22係藉由基板支撐台30發出的輻射熱而間接地被加熱，或是存在於淋浴板22與基板支撐台30之間的氣體成為熱媒體而被加熱。
在使用電漿處理裝置1的電漿處理方法中，基板支撐台30之基板載置面30s係被事先設定在第一溫度。其次，淋浴板22之溫度係藉由基板支撐台30具有的熱及預備放 電電漿而被設定在比淋浴板22藉由基板支撐台30之熱所加熱的溫度更高的溫度(第二溫度)。此後，一邊藉由基板支撐台30具有的熱及處理電漿來加熱淋浴板22，一邊對基板80進行電漿處理。再者，控制裝置70亦可在淋浴板22之溫度已超過所期望之處理溫度的情況下，發出警告且中斷或中止電漿處理。
以下，有關使用電漿處理裝置1的電漿處理方法係以電漿CVD為例來加以說明。以作為成膜用的原料氣體而言，例如是使用TEOS(tetraethylene orthosilicate；四乙烯正矽酸)。形成於基板80的膜例如是氧化矽膜。以作為原料氣體而言，亦可使用TEOS以外的有機系矽氣體(silicon gas)、矽烷(silane)、二矽烷(disilane)等。形成於基板80的膜亦可為氮化矽膜、非晶矽膜等。
電漿CVD係利用基板80上的化學反應而在基板80上形成膜。因此，成膜時的基板溫度會帶給成膜速度較大影響。
在成膜時係一邊使前驅物分子吸附於基板80一邊進行基板表面上的反應。因此，當基板80之溫度在成膜時變化，則有成膜速度變動的情況。為了抑制基板溫度所引起的成膜速度之變動，在電漿處理裝置1中，基板溫度係藉由加熱機構30h高精度地加熱。
但是，在電漿CVD中，除了基板溫度以外，淋浴板22之溫度亦會給成膜速度影響。
例如，在使用TEOS氣體作為處理氣體的情況下，因TEOS在常溫下為液體，故在使TEOS氣體到達流量計41之前事先用氣化器(未圖示)來氣化後，再導入至真空容器10內。TEOS氣體例如是被使用作為形成薄膜電晶體(thin film transistor)之閘極(gate)絕緣膜時的原料氣體。
在使用如TEOS氣體般之分子量比無機矽系氣體(例如SiH4)更大且使液體氣化的原料氣體的情況下，成膜速度除了受到基板溫度影響以外，還會受到淋浴板22之溫度影響。例如，淋浴板22之溫度變得越低，TEOS就變得越容易吸附於淋浴頭20之內壁或氣體噴出口23內，且從淋浴頭20朝向基板80的TEOS之量會變低。
亦即，即便基板80之溫度被維持於一定，當成膜時淋浴板22之溫度變化時，從淋浴板22所噴出的TEOS之量仍會改變。例如，當淋浴板22之溫度變低，且從淋浴板22所噴出的TEOS之量減少時，到達基板80的TEOS之濃度變低。藉此，成膜速度會變慢。因此，為了維持穩定的成膜速度，不僅僅是基板溫度，如何將淋浴板22之溫度固定地控制亦變得重要。
在本實施形態中，一邊藉由溫度測量裝置60來監視淋浴板22之溫度，一邊藉由基板支撐台30具有的熱及產生於真空容器10的電漿來加熱淋浴板22。
又，在電漿CVD中，有的情況是在將基板80搬入至真空容器10內之前，進行被稱為所謂「預成膜」的處理。在預成膜中係使用與成膜時之處理電漿相同或不同的電漿，將形成於基板80的膜形成於真空容器10之內壁、真空容器10內之構件表面及淋浴板22之表面等。藉由進行預成膜，剛開始成膜後的真空容器10之內壁、真空容器10內之構件表面、淋浴板22之表面等的狀態會成為與成膜中的真空容器10之內壁、真空容器10內之構件表面、淋浴板22之表面等的狀態相同，且剛開始成膜後的處理電漿會穩定。
藉由預成膜，淋浴板22之溫度係藉由基板支撐台30具有的熱和預成膜時的電漿，從成膜開始前被加熱至預定之溫度。但是，因預成膜係成膜開始前的預備處理，故處理時間受到限制。例如，預成膜的時間越長，就越會在真空容器10之內壁、真空容器10內之構件表面、淋浴板22之表面等沉積過量厚度的氧化矽，而成為揚塵的主要原因。進一步地，當進行預成膜直至淋浴板22之溫度飽和為止時，預成膜所需的時間就會變長，且生產性變低。因此，預成 膜之時間受到限制，有的情況淋浴板22無法只靠基板支撐台30具有的熱及預成膜時的電漿而被充分地加熱。
當在淋浴板22之溫度未被充分地加熱的狀態下成膜開始時，每次基板80進行成膜處理時，真空容器10之內壁、真空容器10內之構件、淋浴板22之表面溫度藉由基板支撐台30具有的熱和成膜時的處理電漿而上升。因此，即便將淋浴板溫度以外的成膜條件設為相同，成膜速度仍會依每次重複進行成膜處理而變化。在如此的情況下，形成於基板80的膜之厚度係依每次成膜處理而不均一。
又，在電漿CVD中，有的情況是在成膜處理後，在真空容器10內導入使氟系氣體(NF3等)分解後的氟離子、氟自由基(radical)等，來將真空容器10內洗淨。
在洗淨處理中，為了不使電漿產生於真空容器10內，淋浴板22就要暴露於洗淨氣體中。藉此，淋浴板22之溫度被急遽地冷卻。此後，即便淋浴板22藉由預成膜而再次被加熱，因洗淨氣體而被急遽地冷卻後的淋浴板22仍不會被充分地加熱，而是在此狀態下開始成膜處理。結果，形成於基板80的膜之厚度會依每次的成膜處理而不均一。
相對於此，在本實施形態中係為了補償預成膜時的加熱不足，而在成膜開始前利用使惰性氣體、氮氣等放電後 的加熱用電漿。進一步地，在本實施形態中係以非接觸方式來監視淋浴板22之溫度。例如，在預成膜時、加熱用電漿產生時、成膜時及洗淨時，用溫度測量裝置60來監視淋浴板22之溫度。
以下將說明本實施形態的電漿處理方法之具體例。
圖2中之(a)及圖2中之(b)係顯示本實施形態的處理時間與淋浴板之溫度的關係之概略曲線圖。圖2中之(b)係使圖2中之(a)之P1區間放大後的曲線圖。
例如，在區間A中，電漿處理裝置1是處於成膜開始前的狀態。區間A係電漿處理裝置1之閒置(idle)狀態。例如，在基板支撐台30上並未支撐有基板80的狀態下，基板支撐台30是藉由加熱機構30h而被設定在60℃以上500℃以下之範圍的溫度(第一溫度)。第一溫度係以380℃作為一例。淋浴板22係藉由基板支撐台30具有的熱而被加熱，例如被設定在330℃。即便是在區間A後，基板支撐台30之溫度係被維持於第一溫度。
其次，在區間B1中，在基板支撐台30上並未支撐有基板80的狀態下，使藉由預備放電條件所致的預備放電電漿產生於基板支撐台30與淋浴板22之間。在此，預備放電電漿係包含預成膜時的電漿和加熱用電漿。再者，在區 間A至區間B1中，亦可使基板支撐於基板支撐台30上。此情況的基板例如是指虛擬基板(dummy substrate)等。
例如，在區間B1係事先進行預成膜200秒。作為預成膜的條件之一例，除了成膜時間及淋浴板22之溫度以外，其餘是與成膜條件相同。在預成膜中係在真空容器10之內壁、淋浴板22之氣體噴射面22s及基板支撐台30之表面等附著有氧化矽膜。例如，在基板載置面30s係附著有膜厚相當於300nm的氧化矽膜。藉由預成膜，例如淋浴板22之溫度會上升5℃，淋浴板22之溫度係被設定在335℃。
其次，產生藉由氮電漿所致的加熱電漿，且藉由加熱電漿來加熱淋浴板22。氮氣電漿的條件之一例為：N2流量：5slm、壓力：300Pa、基板支撐台30與淋浴板22之間的距離：20mm、放電電力：10KW。
藉此，在區間B1，淋浴板22藉由基板支撐台30具有的熱、預成膜時的電漿和加熱用電漿被加熱，而使淋浴板22之溫度被設定在比335℃更高的溫度。在此，第一實施形態中的第二溫度(T2)係指在對一片基板80進行成膜處理的情況下，淋浴板22藉由基板支撐台30具有的熱和成膜時的處理電漿被加熱，而淋浴板22之溫度飽和的溫度。換言之，是指在一片基板80進行成膜處理的期間中淋浴板22之溫度成為最大的溫度。在圖2中之(a)及(b)之例中，第 二溫度(T2)係設為358℃。在實施形態中係將該溫度稱為飽和溫度。
進一步地，在區間B1中係藉由溫度測量裝置60來監視淋浴板22之溫度。在淋浴板22之溫度已達第二溫度(T2)之後，使加熱電漿自動地消滅。換句話說，在區間B1的處理係將淋浴板22之溫度設定在第二溫度(T2)的處理，且以淋浴板溫度作為基準來調整預備放電條件。在使加熱電漿消滅之後，淋浴板22之溫度會自然冷卻而下降至比第二溫度(T2)更低的第三溫度(T3)為止。
其次，在區間C係設置基板支撐台30上的基板80，並從淋浴板22朝向基板支撐台30噴射處理氣體(例如TEOS)。進一步地，使成膜時的處理電漿產生於基板支撐台30與淋浴板22之間，而對基板支撐台30上的基板80進行成膜處理。
在區間C係對複數片基板80逐片進行成膜處理。在本實施形態中係將此作為「成膜週期(cycle)」。例如，在圖2中之(a)及(b)之例中係對合計七片的基板80進行成膜處理作為一個成膜週期。在一個成膜週期中係對七片基板80逐片以相同的成膜條件進行成膜處理。
在區間C中係每次對一片基板80進行成膜處理時， 淋浴板22之溫度會藉由基板支撐台30具有的熱和成膜時的處理電漿從第三溫度(T3)上升至第二溫度(T2)為止。在此，成膜時的淋浴板22之溫度係不超過第二溫度(T2)。此是因第二溫度(T2)係在成膜時淋浴板22之溫度成為最大的溫度之故。
在成膜週期內，在對一片基板80的成膜處理結束之後，使處理電漿停止，且使成膜處理結束。藉此，淋浴板22之溫度就會下降至第三溫度(T3)為止。接著，使基板載置面30s支撐下一片基板80，也對下一片基板80進行成膜處理。藉此，淋浴板22之溫度係從第三溫度(T3)再次成為第二溫度(T2)。對合計七片的基板80進行該重複動作。換言之，在成膜週期中係重複進行七次淋浴板22之溫度在第三溫度(T3)與第二溫度(T2)之間升降的溫度變動。此後，使處理電漿消滅。
其次，在區間D係在真空容器10內導入有氟離子、氟自由基等的洗淨氣體。藉此，進行真空容器10之內壁、淋浴板22之氣體噴射面22s及基板支撐台30之表面等的潔淨作業(cleaning)。例如，除去已沉積於真空容器10之內壁、淋浴板22之氣體噴射面22s及基板支撐台30之表面等的氧化矽膜。此時，暴露於洗淨氣體中的淋浴板22會急遽地變冷，且成為比第三溫度更低的溫度。
其次，在區間B2中係在基板支撐台30上並未支撐有基板80的狀態下，藉由基板支撐台30具有的熱和預備放電電漿再次加熱淋浴板22直至淋浴板22之溫度成為第二溫度(T2)為止。此後，再次進行區間C的成膜週期。
即便藉由以上的電漿處理方法將一個成膜週期重複進行複數次，各個成膜週期中的每一基板80之成膜條件仍成為相同，且成膜於各個基板80時的成膜速度以及形成於各個基板80的膜之厚度不易變得不均一。
其次，針對比較例的電漿處理加以說明。
圖3中之(a)及圖3中之(b)係顯示比較例的處理時間與淋浴板之溫度的關係之概略曲線圖。圖3中之(b)係使圖3中之(a)之P1區間放大後的曲線圖。
即便是在比較例中，在區間A中基板支撐台30仍被設定在第一溫度(T1)。在區間A後，基板支撐台30之溫度係被維持在第一溫度。
其次，在區間B1中係使預備放電電漿產生。比較例的預備放電電漿僅為預成膜的電漿、或是預成膜時的電漿及加熱用電漿。但是，比較例中的加熱用電漿之產生時間係設為比本實施形態更短的時間。因此，在比較例中係在 淋浴板22之溫度未達第二溫度(T2)的狀態下開始成膜。
藉此，在比較例中，即便在區間C，淋浴板22是藉由基板支撐台30具有的熱和成膜時的處理電漿所加熱，淋浴板22之溫度仍不易在成膜週期內到達第二溫度(T2)。例如，在圖3中之(a)及(b)之例中，淋浴板22之溫度是依成膜週期中的每次成膜處理而階段性地上升，進一步地在每次重複進行成膜週期時，淋浴板22之溫度會相對地上升。在比較例中，淋浴板22之溫度是在對第四次的成膜週期時之最後的基板80施予成膜處理時才成為第二溫度(T2)。
因此，在比較例中，各個成膜週期中的每一基板80之成膜條件不同，且對各個基板80成膜時的成膜條件以及形成於各個基板80的膜之厚度會不均一。
圖4中之(a)係顯示本實施形態的處理時間與成膜速度之關係的概略曲線圖；圖4中之(b)係顯示比較例的處理時間與成膜速度之關係的概略曲線圖。
如圖4中之(a)所示，在本實施形態中係在各個成膜週期中，成膜於各個基板80時的成膜速度呈穩定狀態。另一方面，在圖4中之(b)所示的比較例中係在各個成膜週期中，成膜於各個基板80時的成膜速度緩慢地上升。進一步地，在比較例中，成膜於各個基板80時的成膜速度依每次重複 進行成膜週期相對地上升。
如此，在本實施形態中，為了抑制對各個基板80進行成膜處理時的成膜速度之不均一，在成膜週期開始之前，藉由預備放電電漿使淋浴板22之溫度上升至第二溫度(T2)為止。
藉此，因淋浴板22之溫度會從緊接成膜週期之後成為最大溫度的第二溫度(T2)，故淋浴板22之溫度在各個成膜中不易變得不均一。藉此，成膜於各個基板80時的成膜速度以及形成於各個基板80的膜之厚度就不易變得不均一。
進一步地，在本實施形態中係未在淋浴板22設置有加熱機構。藉此，在洗淨淋浴板22時，不需要從淋浴板22卸下加熱器的作業。假設在淋浴板22內設置有加熱器的情況下，雖有可能因加熱器附近和加熱器遠處而在淋浴板22內形成溫度斑點，但是本實施形態亦不會發生如此的疑慮。
又，在本實施形態中係以非接觸方式來測量淋浴板22之溫度。例如，淋浴板22之溫度係藉由配置於淋浴板22之背面側之真空容器10外的溫度測量裝置60所測量。藉此，溫度測量裝置60係成為不與淋浴板22接觸的構成， 且溫度測量裝置60之設置不會成為淋浴板22之溫度斑點的主要原因。
又，由於能藉由溫度測量裝置60來直接測量淋浴板22之溫度，所以亦沒有必要藉由試誤(trial and error)來調查淋浴板22之溫度與放電條件的關係，且不需要事前的實驗、模擬等。
再者，在淋浴板22之溫度僅藉由預成膜就達到第二溫度(T2)的情況下，沒有必要產生加熱用電漿，且亦可在預成膜後開始成膜週期。
[第二實施形態]
在第二實施形態中係不將第二溫度(T2)設為淋浴板22之飽和溫度，而是設為比第一溫度(T1)更高且為飽和溫度以下的溫度。在第二實施形態中係從淋浴板22之溫度比飽和溫度更低的狀態開始成膜週期。在此情況下，有的情況淋浴板22之溫度會依每次成膜處理而不均一，且成膜速度會依每次成膜處理而不均一。但是，藉由在成膜處理前掌握淋浴板22之溫度與成膜速度的關係，就可以抑制膜厚之不均一。
圖5係顯示淋浴板溫度與成膜速度之關係的概略曲線 圖。
如圖5所示，淋浴板22之溫度越上升，成膜速度就變越快。此理由是如同上面所述。在此，淋浴板溫度以外的成膜條件為相同。此結果是意指即便淋浴板22之溫度依每次成膜處理而不同，仍可以按照淋浴板22之溫度來控制成膜時間，藉此控制形成於基板80的膜之厚度。
圖6中之(a)係顯示本實施形態的處理時間與成膜速度之關係的概略曲線圖；圖6中之(b)係顯示本實施形態的處理時間與膜厚之關係的概略曲線圖。
在圖6中之(a)之例中係在成膜週期中，成膜速度依每次成膜處理而上升。此是因淋浴板22之溫度依每次成膜處理而上升之故。
但是，即便是在如此的情況下，仍可以在各個成膜週期中，從校準曲線(圖5)推斷出每次成膜處理的成膜速度，且從推斷出的成膜速度算出成膜時間，藉此在各個基板80形成相同之厚度的膜。
例如，在各個成膜週期中，淋浴板22之溫度依每次成膜處理而上升，且成膜速度依每次成膜處理而上升的情況下，每在各個成膜週期中增加成膜處理之次數時，就更縮 短成膜時間。藉此，各個成膜週期中的每一基板80之膜厚就會成為均一(圖6中之(b))。
進一步地，在各個成膜週期中，有可能藉由無法預期的事由而使淋浴板22之溫度變動。例如，有可能每一基板80之處理時間改變、或基板被搬運至搬運室的間隔變長、或加熱機構30h之輸出變得不穩定，而使淋浴板22之溫度變動。即便在如此的情況下，仍可以從校準曲線(圖5)推斷出每次成膜處理的成膜速度，且從推斷出的成膜速度算出成膜時間，藉此在各個基板80形成相同之厚度的膜。
又，即便在成膜時間以外，仍可以按照淋浴板22之溫度而使放電電力、反應氣體流量、淋浴板22與基板支撐台30之間的距離、成膜壓力等的成膜條件參數(parameter)之至少一個變化，以在各個基板80形成相同之厚度的膜。
以下顯示成膜條件參數之一例。再者，以下之成膜條件亦為第一實施形態的成膜條件(區間C)之一例。
膜：TEOS氧化矽膜。
原料氣體(氣體流量)：TEOS(0.1slm以上2slm以下)、O2(2slm以上60slm以下)。
放電電力：0.5kW以上17kW以下。
淋浴板與基板支撐台之距離：15mm以上35mm以下。
成膜時壓力：50Pa以上400Pa以下。
膜：氧化矽膜。
原料氣體(氣體流量)：SiH4(0.1slm以上5slm以下)、N2O(2slm以上60slm以下)、Ar(氬)(2slm以上60slm以下)。
放電電力：0.5kW以上17kW以下。
淋浴板與基板支撐台之距離：15mm以上35mm以下。
成膜時壓力：50Pa以上400Pa以下。
膜：非晶矽膜。
原料氣體(氣體流量)：SiH4(0.1slm以上3slm以下)、Ar(2slm以上60slm以下)。
放電電力：0.1kW以上5kW以下。
淋浴板與基板支撐台之距離：15mm以上35mm以下。
成膜時壓力：50Pa以上400Pa以下。
膜：氮化矽膜。
原料氣體(氣體流量)：SiH4(0.1slm以上5slm以下)、NH3(2slm以上60slm以下)、N2(2slm以上60slm以下)。
放電電力：0.5kW以上17kW以下。
淋浴板與基板支撐台之距離：15mm以上35mm以下。
成膜時壓力：50Pa以上400Pa以下。
例如，在成膜處理時，以比飽和溫度(例如358℃)低 10℃的溫度(例如348℃)作為基準，而在淋浴板22之溫度收斂在該基準±10℃之範圍的情況下，能夠利用放電電力之調整來進行膜厚之控制。例如，在淋浴板22之溫度於上述之範圍內且為比較低的情況下，可以藉由加大放電電力來加快成膜速度。反之，在淋浴板22之溫度於上述之範圍內且為比較高的情況下，可以藉由減小放電電力來放慢成膜速度。藉此，可以在各個基板80形成相同之厚度的膜。
又，在成膜處理時，以比飽和溫度更低10℃的溫度(例如348℃)作為基準，而在淋浴板22之溫度收斂在該基準±10℃之範圍的情況下，能夠利用氣體流量之調整來進行膜厚之控制。例如，在淋浴板22之溫度於上述之範圍內且為比較低的情況下，可以藉由加大氣體流量來加快成膜速度。反之，在淋浴板22之溫度於上述之範圍內且為比較高的情況下，可以藉由減小氣體流量來放慢成膜速度。藉此，可以在各個基板80形成相同之厚度的膜。
進一步地，除了膜厚之控制以外，還能夠進行膜質之控制。例如，在成膜處理時，在淋浴板22之溫度收斂在以比飽和溫度更低10℃的溫度(例如348℃)作為基準而±10℃之範圍的情況下，能夠利用放電電力之調整來進行膜質之調整。
例如，在將氮化矽膜形成於基板80上的情況時，當淋 浴板22之溫度在上述之範圍內且為比較低的情況下，以此狀態進行成膜時，膜密度就會變低。在此情況下，藉由加大放電電力，就可以將膜密度返回至預定之範圍。反之，當以淋浴板22之溫度在上述之範圍內且為比較高的狀態進行成膜時，膜密度就會變高。該情況係可以藉由減小放電電力來將膜密度返回至預定之範圍。
另一方面，在將氧化矽膜形成於基板80上的情況時，當在淋浴板22之溫度在上述之範圍內且為比較低的情況下，以此狀態進行成膜時，膜密度就會變高。在此情況下，藉由減小放電電力，就可以將膜密度返回至預定之範圍。
藉此，可以在各個基板80形成相同膜質的膜。
又，在淋浴板22之溫度藉由異常放電等而比飽和溫度更超越量(overshoot)的情況下，亦能夠藉由將冷卻氣體導入至淋浴板22內，來降低淋浴板22之溫度。例如，在淋浴板22之溫度成為比飽和溫度還高10℃以上的情況下，將冷卻氣體導入至淋浴板22內，且使淋浴板22冷卻至飽和溫度為止。在此，冷卻氣體係指N2、Ar、H2、He等之至少一種的氣體。
以上，雖然已針對本發明之實施形態加以說明，但是本發明並非僅被限定於上述之實施形態而是當然能施加各 種變更。
例如，在區間B1、B2中，亦可在使加熱用電漿產生之後進行預成膜。藉此，並非是在真空容器10之內壁、淋浴板22之氣體噴射面22s及基板支撐台30之表面等附著有氧化矽膜之後，加熱此等的表面等，而是在此等的表面被加熱之後，使氧化矽膜附著於此等的表面等。藉此，能抑制氧化矽膜從此等的表面等剝離(揚塵)。
又，在將電漿處理裝置1應用於乾式蝕刻的情況下，開始蝕刻週期之前，將淋浴板22之溫度調整在蝕刻處理時淋浴板22之溫度成為最大的溫度。此後，只要開始蝕刻週期，在各個蝕刻週期中，當然就能依每一蝕刻處理而獲得相同的蝕刻速度。
1‧‧‧電漿處理裝置
10‧‧‧真空容器
10h‧‧‧氣體排放口
10p‧‧‧電漿形成空間
11‧‧‧支撐部
12‧‧‧蓋部
13‧‧‧壓力計
15‧‧‧空間
20‧‧‧淋浴頭
21‧‧‧頭本體
21h‧‧‧孔部
22‧‧‧淋浴板
22r‧‧‧背面
22s‧‧‧氣體噴出面
23‧‧‧氣體噴出孔
25、26‧‧‧透明窗材
27‧‧‧絕緣構件
28‧‧‧內部空間
30‧‧‧基板支撐台
30h‧‧‧加熱機構
30s‧‧‧基板載置面
31‧‧‧電容
40‧‧‧氣體供給源
41‧‧‧流量計
42‧‧‧氣體導入管
50、55‧‧‧電力供給源
51‧‧‧電源
52‧‧‧匹配電路部
53‧‧‧配線
60‧‧‧溫度測量裝置
61‧‧‧第一輻射溫度計
61a、62a‧‧‧光纖聚光部
61b、62b‧‧‧本體部
62‧‧‧第二輻射溫度計
65‧‧‧固定模具
70‧‧‧控制裝置
80‧‧‧基板

Claims (7)

  1. 一種電漿處理方法，係包含以下的步驟：將配置於真空容器內的基板支撐台加熱至第一溫度；使藉由第一放電條件所致的第一電漿產生於前述基板支撐台與對向於前述基板支撐台的導電體之淋浴板之間，並藉由前述基板支撐台具有的熱及前述第一電漿來加熱前述淋浴板；藉由被配置於前述淋浴板之背面側之前述真空容器外的輻射溫度計，直接地接收從前述淋浴板之前述背面所輻射的輻射光，藉此以非接觸方式來監視前述淋浴板之溫度；以及在前述淋浴板之溫度已到達比藉由前述基板支撐台之前述熱所加熱的溫度更高的第二溫度之後，從設置於前述淋浴板的複數個氣體噴出孔朝向前述基板支撐台一邊抑制成膜氣體對前述淋浴板的內壁及複數個前述氣體噴出孔內的吸附一邊噴射前述成膜氣體，且使藉由第二放電條件所致的第二電漿產生於前述基板支撐台與前述淋浴板之間，並藉由前述第二電漿來成膜處理由前述基板支撐台所支撐的基板。
  2. 如請求項1所記載之電漿處理方法，其中在處理前述基板的步驟中，前述第二溫度為在處理前述基板的步驟中前述淋浴板之溫度成為最大的溫度。
  3. 如請求項1所記載之電漿處理方法，其中在前述電漿處理之步驟中，前述第二放電條件係包含放電電力、反應氣體流量及處理時間，在每次處理複數片前述基板且前述第二溫度依每次處理前述基板而變化時，按照前述第二溫度之值使前述放電電力、前述反應氣體流量及前述處理時間之至少一個變化來處理前述基板。
  4. 如請求項1至3中任一項所記載之電漿處理方法，其中更包含以下的步驟：在前述電漿處理之步驟中每次處理複數片前述基板且在每次處理複數片前述基板之後，使洗淨氣體噴出至前述真空容器，以洗淨前述真空容器內部。
  5. 如請求項1至3中任一項所記載之電漿處理方法，其中前述第一放電條件係包含：一邊在前述真空容器之內壁及前述淋浴板形成與在前述基板形成的膜相同之膜一邊加熱前述淋浴板的步驟；以及藉由使惰性氣體或氮氣放電後的加熱用電漿加熱前述淋浴板的步驟。
  6. 如請求項1至3中任一項所記載之電漿處理方法，其中使用第一輻射溫度計與第二輻射溫度計作為前述輻射溫度計，前述第一輻射溫度計係配置於前述淋浴板之中央部的背面側，前述第二輻射溫度計係配置於前述淋浴板之端部的背面側。
  7. 一種電漿處理裝置，係具備：真空容器，係可維持減壓狀態；基板支撐台，係配置於前述真空容器內，具有基板載置面和加熱機構，能夠藉由前述加熱機構將前述基板載置面設定在第一溫度，且能夠支撐基板；導電體的淋浴板，係對向於前述基板支撐台；電力供給源，係使電漿產生於前述基板支撐台與前述淋浴板之間；溫度測量裝置，係藉由被配置於前述淋浴板之背面側之前述真空容器外的輻射溫度計，直接地接收從前述淋浴板之背面所輻射的輻射光，藉此以非接觸方式來測量前述淋浴板之溫度；以及控制裝置，係藉由前述溫度測量裝置來監視前述淋浴板之前述溫度，使藉由第一放電條件所致的第一電漿產生於前述基板支撐台與前述淋浴板之間，藉由前述基板支撐台具有的熱及前述第一電漿來加熱前述淋浴板，在前述淋浴板之溫度已到達比藉由前述基板支撐台之前述熱所加熱的溫度更高的第二溫度之後，從設置於前述淋浴板的複數個氣體噴出孔一邊抑制成膜氣體對前述淋浴板的內壁及複數個前述氣體噴出孔內的吸附一邊朝向前述基板支撐台噴射前述成膜氣體，且使藉由第二放電條件所致的第二電漿產生於前述基 板支撐台與前述淋浴板之間，以能夠藉由前述第二電漿來成膜處理前述基板。
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