基板处理装置及成膜方法
【专利摘要】本发明提供一种基板处理装置及成膜方法。在旋转台（2）下方侧的与改性区域（S1）相对的位置配置偏压电极（120），并在改性区域（S1）的上方侧配置法拉第屏蔽件（95），使上述偏压电极（120）与法拉第屏蔽件（95）电容耦合而在上述改性区域（S1）内形成偏移电场。并且，偏压电极（120），在旋转台（2）的旋转方向上的宽度尺寸（t）形成得比相邻的晶圆（W）之间的分开尺寸（d）小，从而能够防止对相邻的晶圆（W）同时施加偏移电场，并能够针对各晶圆（W）单独地形成偏移电场。
【专利说明】基板处理装置及成膜方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对基板进行等离子体处理的基板处理装置及成膜方法。
【背景技术】
[0002]作为在半导体晶圆等基板(以下称作“晶圆”)上形成二氧化硅膜(SiO2)这样的薄膜的方法，例如已知有利用日本特开2010-239102中记载的装置的ALD (Atomic LayerDeposition:原子层沉积)法。在该装置中，在旋转台上沿周向排列5张晶圆，并在该旋转台的上方侧配置多个气体喷嘴。并且，依次对处于公转状态的各晶圆供给相互反应的多种反应气体，使反应生成物层叠于各晶圆。
[0003]在这样的ALD法中，为了对层叠在晶圆上的反应生成物进行等离子体改性，而已知有如日本特开2011-40574那样在沿周向与气体喷嘴分开的位置设有用于进行等离子体改性的构件的装置。但是，在晶圆表面形成有例如具有深宽比为数十到超过一百的较大深宽比的孔、槽(沟槽)等凹部的情况下，在该凹部的深度方向上的改性的程度有可能存在偏差。
[0004]即，若像这样形成有深宽比较大的凹部，则等离子体(详细而言为氩离子)难以进入凹部内。另外，由于在真空容器内进行等离子体改性处理且进行成膜处理，因此与等离子体能够良好地维持活性的真空气氛相比，该真空容器内的处理压力为高压。因此，在等离子体与凹部的内壁面接触时该等离子体容易失去活性，所以由此原因在凹部的深度方向上的改性的程度也容易存在偏差。另外，即使对于没有形成有凹部的晶圆，为了在旋转台旋转一周的期间内进行改性处理、即为了在相邻的气体喷嘴彼此之间的较窄的区域内良好地进行改性，需要在晶圆附近形成高密度等离子体。在日本特开平8-213378中记载了用于向下部电极施加偏置电压的装置，但没有记载利用旋转台使晶圆公转的技术。
【发明内容】
[0005]本发明是鉴于这样的情况而做成的，其目的在于提供这样的基板处理装置及成膜方法:在对利用旋转台分别进行公转的多个基板进行等离子体处理时，能够在各基板表面的凹部的深度方向上进行均匀性较高的等离子体处理。
[0006] 根据本发明的一技术方案，基板处理装置用于在真空容器内对基板进行等离子体处理，其特征在于，该基板处理装置包括:旋转台，沿上述真空容器的周向在该旋转台的多个部位配置有用于载置基板的基板载置区域，并且该旋转台用于使上述基板载置区域中的各基板载置区域进行公转；等离子体产生用气体供给部，其用于向等离子体产生区域供给等离子体产生用气体，该等离子体产生区域用于对基板进行等离子体处理；能量供给部，其用于向上述等离子体产生用气体供给能量使该气体等离子体化；偏压电极，其以与上述等离子体产生区域相对的方式设在上述旋转台的下方侧，用于向基板的表面吸引等离子体中的离子；排气口，其用于对上述真空容器内进行排气，上述偏压电极形成为自上述旋转台的旋转中心侧向外缘侧延伸，且其在上述旋转台的旋转方向上的宽度尺寸形成得比相邻的基板载置区域之间的分开尺寸小。
[0007]根据本发明的另一技术方案，成膜方法用于在真空容器内对基板进行成膜处理，其特征在于，该成膜方法包括如下工序:
[0008]使表面形成有凹部的基板分别载置于沿上述真空容器的周向设在旋转台上的多个部位的基板载置区域，并使上述基板载置区域中的各基板载置区域进行公转的工序；
[0009]接着，向上述基板载置区域上的各基板供给处理气体，在基板上形成分子层或原子层的薄膜的工序；
[0010]接着，向上述真空容器内的等离子体产生区域供给等离子体产生用气体，并使该等离子体产生用气体等离子体化，利用等离子体进行上述分子层或原子层的改性处理的工序;
[0011]利用以与上述等离子体产生区域相对的方式设在上述旋转台的下方侧的偏压电极，向基板的表面吸引等离子体中的离子的工序；
[0012]对上述真空容器内进行排气的工序，
[0013]上述偏压电极形成 为自上述旋转台的旋转中心侧向外缘侧延伸，且其在上述旋转台的旋转方向上的宽度尺寸形成得比相邻的基板载置区域之间的分开尺寸小。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是表示本发明的成膜装置的一例的纵剖视图。
[0015]图2是表示上述成膜装置的立体图。
[0016]图3是表示上述成膜装置的横剖俯视图。
[0017]图4是表示上述成膜装置的横剖俯视图。
[0018]图5是表示上述成膜装置的旋转台的立体图。
[0019]图6是表示上述成膜装置的等离子体处理部的分解立体图。
[0020]图7是表示上述成膜装置的偏压电极的分解立体图。
[0021]图8是放大表示等离子体处理部及偏压电极的纵剖视图。
[0022]图9是将沿周向在上下方向上剖切上述成膜装置而得到的纵剖面展开的展开图。
[0023]图10是示意性地表示在偏压电极以横跨两张晶圆的方式形成的情况下等离子体所产生的部位的横剖俯视图。
[0024]图11是示意性地表示在偏压电极以横跨两张晶圆的方式形成的情况下的等离子体的特性的纵剖视图。
[0025]图12是示意性地表示在偏压电极以横跨两张晶圆的方式形成的情况下的等离子体的特性的纵剖视图。
[0026]图13是示意性地表示本发明中的等离子体的特性的纵剖视图。
[0027]图14是示意性地表示本发明中的等离子体的特性的纵剖视图。
[0028]图15是示意性地表示上述等离子体处理部及偏压电极的电路的纵剖视图。
[0029]图16是表示上述成膜装置的作用的示意图。
[0030]图17是表示上述成膜装置的作用的示意图。
[0031]图18是示意性地表示上述成膜装置的其它例的纵剖视图。
[0032]图19是表示上述成膜装置的其它例的纵剖视图。[0033]图20是表示上述成膜装置的其它例的俯视图。
[0034]图21是示意性地表示上述成膜装置的其它例的纵剖视图。
[0035]图22是表示上述成膜装置的其它例的一部分的立体图。
[0036]图23是表示上述成膜装置的其它例的横剖俯视图。
[0037]图24是表示上述成膜装置的其它例的横剖俯视图。
[0038]图25是表示上述成膜装置的其它例的横剖俯视图。
[0039]图26是表示上述成膜装置的其它例的纵剖视图。
【具体实施方式】
[0040]以下，参照附图，说明用于实施本发明的实施方式。
[0041 ] 其中，在以下的实施例中，下述的附图标记典型地表示下述的要素。
[0042]附图标记说明
[0043]W、晶圆；1、真空容器；2、旋转台；P1、P2、处理区域；S3、偏压空间；10、凹部；31、32、34、气体喷嘴；80、等离子体处理部；83、天线；95、法拉第屏蔽件；120、偏压电极；85、128、高频电源
[0044]参照图1~图15说明本发明的实施方式的基板处理装置(成膜装置)。如图1~图4所示，该装置包括:真空容器1，其俯视形状为大致圆形；旋转台2，其在真空容器I的中心具有旋转中心且用于使多张、在该例中为5张晶圆W都进行公转，该装置构成为用于对上述晶圆W进行成膜处理及等离子体改性处理。并且，在进行等离子体改性处理时，在旋转台2的下方侧配置偏压电极120，将等离子体中的离子吸引至晶圆W侧。并且，为了在各晶圆W之间以较高的均匀性进行等离子体改性处理，如后述的图9所示，使偏压电极在旋转台2的旋转方向上的宽度尺寸t小于相邻的晶圆W之间的分开尺寸d。接下来，在详细说明上述的偏压电极之前，简单地说明装置整体的概要。
[0045]为了将后述的处理区域P1、P2间隔开，而在真空容器I的顶板11的中心部连接有用于使分离气体(N2气体)流向该真空容器I内的分离气体供给管51。如图1所示，在旋转台2的下侧设有作为加热机构的加热单元7，该加热单元7用于隔着该旋转台2将晶圆W加热到成膜温度例如300°C。在图1中附图标记7a为罩构件，附图标记73为吹扫气体供给管。
[0046]旋转台2例如利用石英等电介体构成，其中心部固定于大致圆筒状的芯部21。该旋转台2构成为能够利用与芯部21的下表面连接的旋转轴22绕铅垂轴线旋转自如，在该例中为沿顺时针方向旋转自如。在图1中附图标记23为用于使旋转轴22绕铅垂轴线旋转的驱动部(旋转机构)，附图标记20为用于收纳旋转轴22及驱动部23的外壳体，附图标记72为吹扫气体供给管。
[0047]如图3~图4所示，在旋转台2的表面部，沿该旋转台2的旋转方向(周向)在多个部位、例如5个部位形成有成为载置区域的凹部24，该载置区域24用于载置直径尺寸例如为300mm的晶圆W。在旋转台2的旋转方向上相邻的凹部24、24之间的分开尺寸d为30mm以上且120mm以下。如图5及图8所示，为了使各凹部24的底面与旋转台2的下表面之间的尺寸(旋转台2的板 厚尺寸)尽可能小，而在旋转台2的下表面形成作为凹部的槽部2a，该槽部2a与旋转台2呈同心圆状地以环状凹陷，用于收纳偏压电极120。其中，图5表示从下侧观察旋转台2而得到的立体图。
[0048]在与凹部24的通过区域相对的各位置，分别配置有例如由石英构成的5个喷嘴31、32、34、41、42，喷嘴31、32、34、41、42沿真空容器I的周向相互之间隔有间隔地呈放射状配置。上述喷嘴31、32、34、41、42例如分别以自真空容器I的外周壁朝向中心部并与晶圆W相对地沿水平方向延伸的方式安装。从后述的输送口 15观察时，沿顺时针方向(旋转台2的旋转方向)依次排列有等离子体产生用气体喷嘴34、分离气体喷嘴41、第I处理气体喷嘴31、分离气体喷嘴42及第2处理气体喷嘴32。
[0049]处理气体喷嘴31、32分别构成第I处理气体供给部及第2处理气体供给部，等离子体产生用气体喷嘴34构成等离子体产生用气体供给部。另外,分离气体喷嘴41、42分别构成分离气体供给部。另外，图2及图3表示为了能够看到等离子体产生用气体喷嘴34而将后述的等离子体处理部80及壳体90卸下了的状态，图4表示安装上述等离子体处理部80及壳体90之后的状态。并且，图2表示旋转台2也被卸下后的状态。
[0050]各喷嘴31、32、34、41、42经由流量调整阀分别与以下的各气体供给源(未图示)连接。即，第I处理气体喷嘴31与含有Si (硅)的第I处理气体例如BTBAS (双叔丁基氨基硅烷，SiH2 (NH-C (CH3) 3) 2)气体等的供给源连接。第2处理气体喷嘴32与第2处理气体例如臭氧(O3)气体和氧气(O2)的混合气体的供给源(详细而言为设有臭氧发生器的氧气供给源)连接。等离子体产生用气体喷嘴34与例如由氩(Ar)气体和氧气的混合气体构成的等离子体产生用气体的供给源连接。分离气体喷嘴41、42分别与作为分离气体的氮气的气体供给源连接。在上述气体喷嘴31、32、34、41、42的例如下表面侧分别形成有气体排出孔33，该气体排出孔33沿旋转台2的径向例如等间隔地配置在多个部位。在图2及图3中附图标记31a为喷嘴罩。
[0051]处理气体喷嘴31、 32的下方区域分别为用于使第I处理气体吸附于晶圆W的第I处理区域(成膜区域)Pl及用于使第2处理气体与吸附于晶圆W的第I处理气体的成分发生反应的第2处理区域P2。如后所述，等离子体产生用气体喷嘴34的下方侧的区域为用于对晶圆W进行等离子体改性处理的改性区域(等离子体产生区域)S1。分离气体喷嘴41、42分别用于形成使第I处理区域Pl与第2处理区域P2分离的分离区域D。在真空容器I的顶板11的位于该分离区域D内的部分上配置有作为凸状部4的下表面的较低的顶面，以用来阻止各处理气体彼此混合。
[0052]接下来，说明上述的等离子体处理部80。如图1及图6所示，该等离子体处理部80通过使由金属线构成的天线83绕铅垂轴线呈线圈状卷绕而构成，并配置为在俯视观察时自旋转台2的中央部侧到外周部侧地横跨晶圆W的通过区域。如图4所示，该天线83以包围沿旋转台2的径向延伸的带状的区域的方式形成为大致八边形。
[0053]天线83配置为与真空容器I的内部区域气密地分开。即，上述的等离子体产生用气体喷嘴34的上方侧的顶板11在俯视观察时呈大致扇形开口，如图6所示，利用由例如石英等电介体构成的壳体90气密地封堵该开口。该壳体90形成为其周缘部在整个周向上呈凸缘状地水平伸出且中央部向真空容器I的内部区域凹陷，在该壳体90的内侧收容上述天线83。在图1中附图标记Ila为设在壳体90与顶板11之间的密封构件，附图标记91为用于向下方侧按压壳体90的周缘部的按压构件。
[0054]如图15所示，天线83经由开关84a、匹配器(匹配箱)84b及滤波器84c连接有作为能量供给部的频率例如为13.56MHz、输出功率例如为5000W的高频电源85。其中，滤波器84c用于阻止(阻断)后述的高频电源128的频带的信号。在图1中附图标记86为用于使天线83与后述的等离子体高频电源85电连接的连接电极。
[0055]为了阻止氮气、臭氧气体等进入该壳体90的下方区域，如图1所示，在壳体90的下表面的外缘部在整个周向上朝向下方侧(旋转台2侧)垂直地伸出而形成了限制气体用的突起部92。并且，在由该突起部92的内周面、壳体90的下表面及旋转台2的上表面所围成的区域中，收纳有上述的等离子体产生用气体喷嘴34。
[0056]如图1、图4及图6所示，在壳体90与天线83之间配置有作为对置电极的、上表面侧开口的大致箱形的法拉第屏蔽件95，该法拉第屏蔽件95利用作为导电性的板状体的金属板构成。法拉第屏蔽件95配置为该法拉第屏蔽件95的水平面与旋转台2上的晶圆W平行。
[0057]在法拉第屏蔽件95的水平面上形成有狭缝97，以用来阻止由天线83产生的电场和磁场(电磁场)中的电场成分到达下方的晶圆W并使磁场到达晶圆W。该狭缝97形成为沿与天线83的卷绕方向正交(交叉)的方向延伸，以沿着天线83的方式在整个周向上设置在该天线83的下方位置。在图6等中的附图标记94为用于使法拉第屏蔽件95与天线83之间绝缘的例如由石英构成的绝缘板。
[0058]在此，参照图15说明涉及法拉第屏蔽件95的电路。法拉第屏蔽件95借助例如包括可变电容器400、电感器401等的偏压吸引电路402接地。在该偏压吸引电路402的前段侦仪靠法拉第屏蔽件9 5侧)设有用于检测电流值的检测部403，基于检测部403的检测值，例如利用驱动器(未图示)调整可变电容器400的电容值。具体而言，以上述电流值大于事先求得的最大值附近的设定值的方式调整法拉第屏蔽件95与偏压电极120之间的阻抗，抑制高频流过异常路径，防止异常放电。
[0059]或者，也可以利用后述的控制部200自动调整法拉第屏蔽件95与偏压电极120之间的阻抗。在像这样自动调整上述阻抗的情况下，检测部403也可以构成为不检测电流值而仅测量法拉第屏蔽件95与偏压电极120之间的阻抗(主要为电抗成分)，或者检测该电流值并测量法拉第屏蔽件95与偏压电极120之间的阻抗(主要为电抗成分)。另外，也可以事先确定根据上述阻抗的变化应该预先如何调整可变电容器400的电容值，具体而言，是以阻抗增加时增加上述电容值的方式进行调整，还是以阻抗增加时减少电容值的方式进行调整。即，既可以一边监控控制参数(电流值、阻抗)，一边利用控制部200自动调整阻抗，也可以事先调整阻抗。因此，在借助控制部200自动调整上述阻抗的情况下，能够在整个等离子体处理期间防止异常放电。
[0060]另外，如上述的图1及图7所示，在真空容器I的位于以上所说明的法拉第屏蔽件95的下方侧的底面部上，在俯视观察时与天线83的配置区域重合的位置形成有开口部121。具体而言，在俯视观察时离开上述的等离子体产生用气体喷嘴34且相对于该等离子体产生用气体喷嘴34位于旋转台2的旋转方向下游侧的位置，该开口部121自该旋转台2的旋转中心侧朝向外缘侧地沿着旋转台2的径向细长地形成。
[0061]如图7及图8所示，大致圆筒形的绝缘构件122从下方侧气密地插入该开口部121内，该绝缘构件122的下方侧开口且在俯视观察时该绝缘构件122与开口部121同样地沿着旋转台2的径向细长地形成。绝缘构件122的下端侧外周端在整个周向上朝向外侧呈凸缘状伸出，利用沿周向设在该下端侧外周端的上表面侧的O形圈等密封构件123与真空容器I的底面部气密地接触。将该绝缘构件122与旋转台2之间的区域称作等离子体非激发区域S2，为了向该等离子体非激发区域S2喷出后述的阻止等离子体产生用气体，而在绝缘构件122的上表面部的大致中央部形成沿上下方向贯通该绝缘构件122的气体喷出口 124。在该例中，绝缘构件122例如由石英等电介体构成。
[0062]接下来，详细说明偏压电极120。该偏压电极120用于使该偏压电极120与法拉第屏蔽件95电容耦合而形成偏移电场、将等离子体中的离子吸引至旋转台2上的晶圆W，以与改性区域SI相对的方式配置在旋转台2的下方侧。并且，由图3可知，在晶圆W位于该偏压电极120的上方侧时，该偏压电极120以横跨在该晶圆W的靠旋转中心侧的端部与靠外缘侧的端部之间的方式配置，且被收纳在上述的绝缘构件122内部。即，如图8所示，偏压电极120的下端侧开口，并且其下端侧外周端形成为呈凸缘状向外侧伸出的大致圆筒状，该偏压电极120形成为比绝缘构件122稍小。在该例中，偏压电极120例如由镍(Ni)或铜(Cu)等导电构件构成。
[0063]另外，如图15所示，偏压电极120(详细而言为后述的流路构件127)经由开关130、匹配器132及滤波器133与频率为50kHz~40MHz、输出功率为500W~5000W的高频电源128电连接。在该例中，该高频电源128的频率与上述的等离子体产生用的等离子体高频电源85的频率为相互不同的频率(高频电源128的频率:13.56MHz~IOOMHz)。该高频电源128的接地侧与上述的偏压吸引电路402的接地侧利用未图示的导电电路彼此连接。
[0064]滤波器133用于阻断等离子体产生用的等离子体高频电源85的频带的信号，例如与用于检测流过该滤波器133的电流值的电流检测部134连接。其中，作为电流检测部134，也可以为不检测上述电流值而仅检测滤波器133的电压的结构或者检测该电流值并检测滤波器133的电压的结构 。
[0065]在此，如上述的图3中的虚线所示，为了不对相邻的两张晶圆W同时施加偏移电场，将偏压电极120配置为在俯视观察时不同时横跨上述两张晶圆W。即，如在图9中也示出的那样，偏压电极120在旋转台2的旋转方向上的宽度尺寸t形成得小于旋转台2上的相邻的凹部24、24之间的分开尺寸d，具体而言该宽度尺寸t为20mm~90mm (宽度尺寸t=分开尺寸dX (50%~90%))。以下，详细说明将偏压电极120的宽度尺寸t设定为上述值的原因。
[0066]即，在向偏压电极120如后述那样供给高频电力时，在俯视观察时，该偏压电极120的中央部的电压高于周缘部的电压。因此，在因旋转台2的旋转而晶圆W的端部自该旋转台2的旋转方向上游侧进行移动而到达偏压电极120的上方侧时，对上述端部施加与偏压电极120的中央部的电压相对应的较强的偏置电压。
[0067]因此，有可能存在如下情况:该电压沿晶圆W的周向传递，在非期望区域产生等离子体。具体而言，如图10所示，有可能在相对于改性区域SI向旋转台2的旋转方向上游侧偏离的位置产生等离子体。若像这样在非期望位置产生等离子体，则有时会引起未期望的反应(颗粒的产生)或者在晶圆W上产生损伤。另外，在晶圆W要离开改性区域SI时，同样，在该晶圆W的靠旋转台2的旋转方向上游侧的端部也作用有上述较强的电压。因此，也有可能在晶圆W的已经位于改性区域SI之外的相反侧(旋转台2的旋转方向下游侧)的端部产生等离子体。其中，在图10中，用被点划线包围的划上斜线的部分来示意性地表示在离开改性区域SI的区域产生等离子体的部位。
[0068]此外，若偏压电极120以在俯视观察时横跨相邻的两张晶圆W的方式配置，则偏移电场分别施加于上述两张晶圆W。因此，若像这样一次(同时)对两张晶圆W施加偏移电场，则对于旋转台2上的5张晶圆W，等离子体处理的程度可能存在偏差。即，例如由于旋转轴22的倾斜、晃动或者晶圆W的厚度尺寸的极小的误差、凹部24的深度尺寸的极小的误差等，而使晶圆W的表面的闻度位置对于各晶圆W而目均不相同。并且，即使对于5张晶圆W中的某一特定的晶圆W，在旋转台2的旋转过程中，也同样地由于上述的倾斜等，而存在每次到达改性区域SI时上述高度位置改变的情况。
[0069]因此，如图11及图12所示，可能会对两张晶圆W中的一张晶圆W施加与另一张晶圆W相比较大的偏移电场。并且,上述相邻的两张晶圆W之间的相对的高度位置对于各晶圆W而言均不相同，因此各晶圆W的等离子体处理的程度存在偏差。在图11及图12中，对改性区域SI内的靠旋转台2的旋转方向下游侧的晶圆W及靠旋转台2的旋转方向上游侧的晶圆W分别标注“ Wl ”及“W2 ”，在图11中，与施加于晶圆W2的偏移电场相比，施加于晶圆Wl的偏移电场较大，在图12中，与施加于晶圆Wl的偏移电场相比，施加于晶圆W2的偏移电场较大。
[0070]因此，如已说明的那样将偏压电极120的宽度尺寸t设定得比相邻的晶圆W(凹部24)之间的分开尺寸d小。因此，在对5张晶圆W中的一张晶圆W进行等离子体处理时，如图13及图14所示，不对其他的4张晶圆W照射等离子体(不施加偏移电场)，或者即使照射等离子体也使该等离子体强度小于对上述一张晶圆W照射的等离子体强度。即，在一张晶圆W (晶圆Wl)还未完全覆盖偏压电极120地位于偏压电极120的上方侧时，如图13所示，对该一张晶圆W进行等离子体处理。接着，如图14所示，在该一张晶圆W将要离开改性区域SI时，相对于该一张晶圆W位于旋转台2的旋转方向上游侧的另一张晶圆W (晶圆W2)未到达偏压电极120的上方侧的区域，相对于偏压电极120的上方侧的区域位于上述上游侦U。之后，在上述另一张晶圆W到达偏压电极120的上方侧的区域时，上述一张晶圆W已经朝向转台2的旋转方向下游侧脱离该区域。因此，能够针对各晶圆W单独地进行等离子体处理(偏移电场的施加)。
[0071]接下来，返回到偏压电极120的结构说明，如上述的图8所示，该偏压电极120的下端侧外周端配置为以不与真空容器I的底面部接触的方式位于比绝缘构件122的外端部靠内侧的位置。并且，偏压电极120利用设在上述下端侧外周端的上表面侧的O形圈等密封构件125而相对于绝缘构件122气密地配置。因此，偏压电极120配置为不与旋转台2接触(非接触)并且与真空容器I电绝缘。
[0072]在偏压电极120的大致中央部，以与绝缘构件122的气体喷出口 124的配置位置相对应的方式形成有沿上下方向贯通该偏压电极120的上端面的贯通口 126。如图1所示，在该贯通口 126的下方侧气密地设有利用导电构件构成的流路构件127，以用来向等离子体非激发区域S2供给阻止等离子体产生用气体(例如氮(N2)气体、氦(He)气体等)。
[0073]如 图1所示，在偏压电极120的下方侧配置有封闭构件131，该封闭构件131例如由石英等绝缘体构成且形成为大致圆板状。封闭构件131的外周端在真空容器I的底面部与偏压电极120的外周端之间朝向上方侧的绝缘构件122地在整个周向上立起。因此，在将绝缘构件122、偏压电极120及封闭构件131从下方侧依次插入真空容器I的开口部121且例如利用未图示的螺栓等将该封闭构件131固定于真空容器I的底面部时，绝缘构件122与真空容器I气密地接触。并且，偏压电极120与绝缘构件122气密地接触。而且，利用封闭构件131使偏压电极120与真空容器I之间电绝缘。
[0074]另外，如在图8的下侧放大表示那样，绝缘构件122的上表面位于旋转台2的下表面侧的槽部2a内，且旋转台2上的晶圆W与偏压电极120在整个面内平行。上述旋转台2的下表面与绝缘构件122的上表面之间的分开尺寸例如为0.5mm~3_。另外，在图7中，省略了对密封构件123、125的描绘。
[0075]在旋转台2的外周侧配置有环状的侧环100，在侧环100的靠上述的壳体90的外缘侧的上表面以避开该壳体90的方式形成有供气体流通的槽状的气体流路101。在该侧环100的上表面，分别与第I处理区域Pl及第2处理区域P2相对应地形成有排气口 61、62。如图1所示，分别自上述第I排气口 61及第2排气口 62延伸出的排气管63分别经由蝶阀等压力调整部65与作为排气机构的例如真空泵64连接。
[0076]如图2~图4所示，在真空容器I的侧壁形成有用于在未图示的外部的输送臂与旋转台2之间进行晶圆W的交接的输送口 15，该输送口 15构成为利用闸阀G气密地开闭自如。另外，在旋转台2的面对该输送口 15的位置的下方侧设有用于经由旋转台2的贯通口将晶圆W从背面侧抬起的升降销(均未图示)。
[0077]因此，如图15所示，由以上所说明的偏压电极120和法拉第屏蔽件95构成的结构形成一对对置电极，该一对对置电极分别配置于在晶圆W位于改性区域SI的下方侧时俯视观察时与该晶圆W重叠的位置。另外，如图15所示，在由高频电源128向偏压电极120供给的高频电力的作用下，在上述对置电极之间形成电容耦合，产生偏压空间S3。因此，利用等离子体处理部80形成在真空容器I内的等离子体中的离子如后述那样在该偏压空间S3内沿上下方向振动(移动)。因此，在利用旋转台2的旋转而使晶圆W位于该偏压空间S3时，离子在沿上下方向振动的过程中与该晶圆W碰撞，因此离子被吸引至晶圆W。另外，在图1中，省略了以上所说明的电路。
[0078]另外，如图1所示，在该成膜装置上设有用于控制装置整体的动作的由计算机构成的控制部200，在该控制部200的存储器内存储有用于进行后述的成膜处理及等离子体改性处理的程序。并且，在进行等离子体改性处理时，控制部200具有用于调整在真空容器I内产生的等离子体密度的反馈功能。具体而言，控制部200构成为:根据流过与偏压电极120连接的滤波器133的电流值来调整该滤波器133的电抗、匹配器84b的电容值。该程序以执行后述的装置的动作的方式编有步骤组，自作为硬盘、光盘、光磁盘、存储卡、软盘等存储介质的存储部201将该程序安装到控制部200内。
[0079]接下来，说明上述实施方式的作用。首先，打开闸阀G，一边使旋转台2间歇地进行旋转，一边利用未图示的输送臂将例如5张晶圆W经由输送口 15载置到旋转台2上。在各晶圆W的表面形成有由槽、孔等构成的凹部10(参照图16)，该凹部10的深宽比(凹部10的深度尺寸+凹部10的宽度尺寸)例如为从数十至超过一百的大小。接着，关闭闸阀G，利用真空泵64使真空容器I内成为真空状态，并使旋转台2例如以2rpm~240rpm的转速顺时针旋转。之后，利用加热单元7将晶圆W加热到例如300°C左右。 [0080]接着，由处理气体喷嘴31、32分别喷出第I处理气体及第2处理气体，并由等离子体产生用气体喷嘴34喷出等离子体产生用气体。并且，向等离子体非激发区域S2内喷出阻止等离子体产生用气体，以用来使该区域S2内的气体压力与改性区域SI相比为正压(高压)、即阻止在区域S2内产生等离子体。该阻止等离子体产生用气体流经旋转台2的下方侧自排气口 62排出。
[0081]并且，由分离气体喷嘴41、42以规定的流量喷出分离气体，由分离气体供给管51及吹扫气体供给管72、72也以规定的流量喷出氮气。之后，利用压力调整部65将真空容器I内调整为预先设定的处理压力。并且，分别向天线83及偏压电极120供给高频电力。
[0082]在第I处理区域Pl内，第I处理气体的成分吸附于晶圆W的表面而形成吸附层。接着，如图16所示，在第2处理区域P2内，使晶圆W上的吸附层氧化，形成一层或多层作为薄膜成分的二氧化硅膜(SiO2)的分子层，而形成作为反应生成物的反应层301。有时在该反应层301上例如由于第I处理气体所含有的残留基而残留有水分(0H基)、有机物等杂质。
[0083]在等离子体处理部80，在由等离子体高频电源85供给来的高频电力的作用下，产生电场及磁场。上述电场和磁场中的电场被法拉第屏蔽件95反射或吸收(衰减)而阻止该电场到达真空容器I内。另一方面，由于在法拉第屏蔽件95上形成有狭缝97，因此磁场通过该狭缝97经由壳体90的底面而到达真空容器I内的改性区域SI。
[0084]因此，由等离子体产生用气体喷嘴34喷出的等离子体产生用气体在磁场的作用下活化，例如生成离子(氩离子:Ar+)、自由基等等离子体。如上所述，以围绕沿旋转台2的径向延伸的带状体区域的方式配置天线83，因此该等离子体在天线83的下方侧以沿旋转台2的径向延伸的方式形成为大致线状。
[0085]在此，等离子体欲沿天线83的卷绕方向、即平面地分布。然而，通过使法拉第屏蔽件95与偏压电 极120之间电容耦合而形成高频电场，从而对该等离子体中的离子施加上下方向的电场，因此如上述那样离子被吸引至晶圆W侧。因此，如图17所示，等离子体中的离子不仅与晶圆W的表面(相邻的凹部10、10彼此之间的水平面)相接触，还与凹部10的整个内壁面、该凹部10的整个底面相接触。通过这样，在氩离子与反应层301碰撞时，自反应层301放出水分、有机物等杂质，或者引起反应层301内的元素的再排列而谋求该反应层301的致密化(高密度化)，从而使该反应层301改性。因此，改性处理在晶圆W的整个面内且在凹部10的深度方向上的整个范围内均匀地进行。并且，如上述那样，偏压电极120的宽度尺寸t设定得比相邻的晶圆W之间的分开尺寸d小，能够针对各晶圆W单独地形成偏移电场，因此在5张晶圆W之间均匀地进行改性处理。
[0086]之后，通过使旋转台2继续旋转，使吸附层的吸附、反应层301的生成及反应层301的改性处理依次进行多次，利用反应层301的层叠形成薄膜。该薄膜在凹部10的深度方向上的整个范围内、晶圆W的整个面内以及在各晶圆W之间都是致密、均质的膜质。另外，在图17中，示意性地表示法拉第屏蔽件95、偏压电极120及晶圆W。
[0087]在进行以上的一连串的处理的期间，向第I处理区域Pl与第2处理区域P2之间供给氮气，因此能够使第I处理气体和第2处理气体及等离子体产生用气体相互不混合地排出各气体。另外，向旋转台2的下方侧供给吹扫气体，因此欲向旋转台2的下方侧扩散的气体被上述吹扫气体反推至排气口 61、62侦U。
[0088]根据上述的实施方式，在对旋转台2上的都正在进行公转的多张晶圆W进行等离子体处理时，在旋转台2的下方侧的与改性区域SI相对的位置配置偏压电极120。并且，使该偏压电极120的沿旋转台2的旋转方向的宽度尺寸t形成得比相邻的晶圆W之间的分开尺寸d小。因此，能够抑制对相邻的晶圆W同时施加偏移电场，并能够针对各晶圆W单独地形成偏移电场来吸引等离子体中的离子。因此，即使在晶圆W的表面形成有深宽比较大的凹部10，也能够在凹部10的深度方向上的整个范围内、晶圆W的整个面内进而在多张晶圆W之间形成膜质一致的薄膜。
[0089] 另外，在等离子体处理部80的正下方形成偏压空间S3，即改性区域SI与偏压空间S3彼此重叠，因此能够抑制在该改性区域SI以外的区域内产生不需要的等离子体。即，如上所述，欲在天线83的下方位置生成等离子体，但有时例如会在真空容器I内的局部压力降低的位置、真空容器I的内壁面等金属面露出的位置等生成(扩散)非期望等离子体。并且，若这样的非期望等离子体例如干扰Si系气体，则该非期望等离子体在吸附于晶圆W之前会产生气体分解，而导致膜质劣化。但是，如以上详细说明那样，在天线83的下方侧形成偏压空间S3，将等离子体(离子)吸引至晶圆W侧。因此，能够进行等离子体改性处理，并抑制非期望等离子体产生。
[0090]此外，在法拉第屏蔽件95与偏压电极120之间形成电容耦合，将离子吸引到晶圆W侦牝因此在离子与晶圆W碰撞时，该离子碰撞的能量转换成热量而使该晶圆W的温度上升。该晶圆W的温度变化(温度上升)与由高频电源128供给的电量成正比。因此，在进行晶圆W上的反应生成物的改性处理时，不仅能够向该晶圆W供给离子，而且能够使晶圆W的温度上升，因此与晶圆W的温度上升相应地能够形成膜质更加良好的薄膜。
[0091]在此，偏压用高频并不限定于一种频率，也可以为两种频率(采用两个频率彼此不同的高频电源)，也可以为三种频率以上。即，通过使偏压电极120与频率彼此不同的高频电源连接，能够调整在晶圆W的中心部与外缘部之间的等离子体处理的程度，因此能够在晶圆W的整个面内形成膜质一致的薄膜。
[0092]作为使法拉第屏蔽件95与偏压电极120电容耦合的结构，图18例示了这样的例子:高频电源128与相当于对置电极的法拉第屏蔽件95连接来代替与偏压电极120连接。偏压电极120借助偏压吸引电路402接地。对于像这样将高频电源128与法拉第屏蔽件95连接的情况，也可以利用等离子体产生用的等离子体高频电源85。即，也可以是，不使用高频电源128，而使天线83和法拉第屏蔽件95并联连接于等离子体高频电源85。另外，在图18中，对已说明的构件标注与上述例中相同的附图标记并省略说明，并且简单地描述装置结构。
[0093]另外，在天线83的下方侧配置偏压电极120，但例如在调整等离子体在旋转台2的旋转方向上的分布状态的情况等下，也可以相对于天线83例如向上述旋转方向上游侧挪动偏压电极120。因此，对于偏压电极120，“在旋转台2的下方侧与改性区域SI相对的位置”不仅包括该改性区域SI的正下方的位置，还包括在旋转台2的旋转方向下游侧或上游侧离开改性区域SI距离为Omm~IOOmm的位置。
[0094]此外，如图19及图20所示，也可以将含有金属(Cu (铜)、A1 (铝))等导电体和Si等半导体中的至少一者的圆板状的辅助电极140埋设在旋转台2的内部。如图20所示，该辅助电极140针对各晶圆W单独地设置，且形成为在俯视观察时与各晶圆W的投影区域相同或比该投影区域大。若像这样在旋转台2的内部埋设辅助电极140，则法拉第屏蔽件95与偏压电极120之间的电容耦合借助该辅助电极140形成。因此，能够与辅助电极140的厚度尺寸相对应地使晶圆W电气地靠近偏压电极120侧，因此能够进一步提高吸引离子至晶圆W侧的作用。
[0095]另外，在向辅助电极140供电时，也可以构成为，例如利用导电材构成旋转台2、旋转轴22等，借助例如未图示的滑动环机构(日文；'J 'y 7° V > 7機構)向该旋转轴22供电。此外，天线83的一端侧的端子与高频电源85连接，且另一端侧的端子接地，但也可以使上述一端侧及另一端侧均与高频电源85连接。并且，也可以使天线83的一端侧的端子与高频电源85连接，且使另一端侧的端子为浮置状态(日文:7 π—卜状態)(以相对于周围的导电部悬空的状态支承)。
[0096]此外，在将等离子体中的离子吸引至晶圆W侧时，在上述各例中使法拉第屏蔽件95与偏压电极120电容耦合，但也可以利用晶圆W与偏压电极120之间的静电耦合。即，不配置法拉第屏蔽件95，观察由高频电源128向偏压电极120供电时的某一瞬间，如图21所示，可以说对该偏压电极120施加负直流电压。即，自高频电源128向偏压电极120供给电子，使该偏压电极120带负电。并且，使上述偏压电极120与晶圆W不接触，且电绝缘。并且，在非激发区域S2内，如上述那样阻止了等离子体的产生。因此，在晶圆W到达偏压电极120的上方侧时，在偏压电极120的负直流电压的作用下，在该晶圆W内由于静电感应而发生电荷沿厚度方向偏移。即，晶圆W内部的电子在上述负直流电压的排斥力的作用下向晶圆W的表面侧移动。由于偏压电极120的上表面与晶圆W平行地配置，因此该电子的移动量(晶圆W的表面侧的带电量)在晶圆W的整个面内一致。
[0097]另一方面，观察由高频电源128向偏压电极120供给高频电力时的另一瞬间，可以说对该偏压电极120施加正直流电压。因此，正电荷(质子)自高频电源128向偏压电极120移动。然而，如上述那样高频电源128使用高频，从而能够高速地切换正直流电压与负直流电压。因此，向偏压电极120施加正直流电压的时间(由高频电源128施加的极性所维持的时间)极短。并且，质子的质量较大，是电子的质量的上千倍的程度，因此，与电子相比，质子不易移动。因此，在质子自高频电源128到达偏压电极120之前，该高频电源128的极性就切换了，另一方面电子立刻到达该偏压电极120，结果，偏压电极120成为一直带负电的状态。像这样由于晶圆表面的负电荷，而使改性区域SI内的正离子、具体而言氩离子被吸引至晶圆W侦U。
[0098]像这样，在利用偏压电极120与晶圆W之间的静电耦合的情况下，也可以在天线83与改性区域SI之间配置上述的法拉第屏蔽件95。在该情况下，天线83的接地侧的端子和偏压电极120 (高频电源128)的接地侧的端子以不使法拉第屏蔽件95与偏压电极120电容耦合的方式通过彼此独立的路径接地。并且，作为法拉第屏蔽件95，也可以不接地，而保持相对于真空容器I的其他的导电构件电浮置(悬空)的状态。
[0099]在以上的例中，如图21所示，也可以代替高频电源128，利用负直流电源129。
[0100]另外，在以上所述的各例中，等离子体处理部80通过卷绕天线83而形成，生成了电感稱合型的等离子体(ICP:1nductively coupled plasma),但也可以生成电容稱合型的等离子体(CCP:Capacitively Coupled Plasma)。在该情况下,如图22所示,相对于等离子体产生用气体喷嘴34在旋转台2的旋转方向下游侧配置有一对对置电极170、170。
[0101] 此外，在使偏压电极120的宽度尺寸t小于在俯视观察时相邻的晶圆W之间的分开尺寸d时，也可以如以下那样构成。图23例示了如下例子:偏压电极120在配置在离开等离子体产生用气体喷嘴34且相对于等离子体产生用气体喷嘴34位于旋转台2的旋转方向下游侧的位置时配置为与该气体喷嘴34平行。因此，偏压电极120配置为与沿旋转台2的径向延伸的假想线交叉(不与上述假想线平行)。
[0102]图24例示了如下例子:偏压电极120配置为随着自旋转台2的中心侧向外缘侧去而在俯视观察时大致扩径。即，相邻的晶圆W之间的分开尺寸d在旋转台2的旋转中心侧及外缘侧较大，在上述旋转中心与外缘之间的区域较小。换而言之，在俯视观察时，上述分开尺寸d在连结5张晶圆W各自的中心而成的圆所经过的位置最小，自该位置越向旋转中心侧去或越向外周部侧去而越大。因此，在图24中，偏压电极120的宽度尺寸t在该偏压电极120的长度方向上的整个范围内设定得比上述分开尺寸d小，且随着向外缘侧去而扩径。因此，即使存在由于旋转台2的旋转而与中心侧相比在上述外缘侧的等离子体处理的程度较小的倾向，也能够使旋转台2的径向上的等离子体处理的程度一致。
[0103]另外，图25例示了如下例子:偏压电极120的靠旋转台2的旋转方向上游侧的边缘部及靠旋转台2的旋转方向下游侧的边缘部以沿着各晶圆W的外缘的方式形成为大致圆弧状。因此，在旋转台2上的晶圆W进入偏压电极120上侧的区域时和离开该区域时的任意一种情况下，晶圆W的外缘部在旋转台2的径向的整个范围内均与该等离子体接触。因此，例如能够抑制对晶圆W的端部局部地施加偏移电场。在上述图24及图25中，偏压电极120也形成为在俯视观察时不同时横跨相邻的两张晶圆W。
[0104]另外，对于旋转台2上的晶圆W的载置张数，在上述的例中说明了设定为5张的例子，但只要为多张例如两张以上即可。另外，在将晶圆W载置于直径尺寸设定为某一任意值的旋转台2时，晶圆W的载置张数越多，相邻的晶圆W之间的分开尺寸d越小，因此，容易对相邻的两张晶圆W同时形成偏移电场。另一方面，晶圆W的载置张数越多，能够同时处理的晶圆W的数量越大而有助于提高处理能力，因此，载置于旋转台2的晶圆W的张数优选为4张以上。
[0105]此外，上述偏压电极120在自旋转台2的中心侧朝向外缘侧的方向(径向)上的长度尺寸形成得比晶圆W的直径尺寸(300mm)长，且该偏压电极120以与该晶圆W的直径部分重叠的方式配置，但也可以以仅与该直径部分的一部分重叠的方式配置。即，例如仅在晶圆W的中央部形成具有上述深宽比的凹部的情况下，也可以以仅与旋转台2的半径部分的中央部相对的方式配置偏压电极120。
[0106]在此，说明在偏压电极120以与旋转台2不接触的方式配置在旋转台2下方侧时该偏压电极120的优选高度位置。在以离开旋转台2的方式配置偏压电极120时，若旋转台2与偏压电极120离得过远，则有可能在非激发区域S2内产生等离子体(异常放电)。因此，为了抑制上述异常放电，当然优选使偏压电极120尽可能靠近旋转台2。但是，与真空容器I内的加热温度相对应地旋转台2的热膨胀量会发生变化，因此偏压电极120的最佳高度位置对于每个处理制程而言均不相同。并且，例如与真空容器I内的真空度相对应地上述异常放电的容易度会发生变化。此外，还存在这样的情况:根据旋转台2的转速(旋转台2的易晃动程度)、旋转台2的下表面的加工精度等的不同，而偏压电极120的最佳高度位置也不同。
[0107]因此，优选偏压电极120构成为升降自如。图26图示了这样的例子，流路构件127在真空容器I的下方侧与升降机构720连接。在图26中附图标记721为用于气密地密封流路构件127与真空容器I的底面之间的波纹管。另外，也可以构成为在偏压电极120的上方侧设置上述的绝缘构件122,该绝缘构件122与该偏压电极120 —起升降自如,或者也可以在偏压电极120的表面例如利用石英等绝缘材料形成涂膜。
[0108]以下的表1表示的结果为:将旋转台2的下表面与偏压电极120的上表面之间的分开距离和供给向偏压电极120的高频电力值分别进行各种变更，确认在上述旋转台2与偏压电极120之间的区域内的等离子体的发生状态(电压)。在表1中，涂成淡灰色的部位表示根据条件有时在非激发区域S2内产生了等离子体的结果，涂成深灰色的部位表示在上述区域S2内产生了等离子体的结果。另外，白色的部位(灰色以外的部位)表示在区域S2内未产生等离子体的结果。
[0109](表1)
【权利要求】
1.一种基板处理装置，该基板处理装置用于在真空容器内对基板进行等离子体处理，其特征在于， 该基板处理装置包括: 旋转台，沿上述真空容器的周向在该旋转台的多个部位配置有用于载置基板的基板载置区域，并且该旋转台用于使上述基板载置区域中的各基板载置区域进行公转； 等离子体产生用气体供给部，其用于向等离子体产生区域供给等离子体产生用气体，该等离子体产生区域用于对基板进行等离子体处理； 能量供给部，其用于向上述等离子体产生用气体供给能量而使该气体等离子体化； 偏压电极，其以与上述等离子体产生区域相对的方式设在上述旋转台的下方侧，用于向基板的表面吸引等离子体中的离子； 排气口，其用于对上述真空容器内进行排气， 上述偏压电极形成为自上述旋转台的旋转中心侧向外缘侧延伸，且其在上述旋转台的旋转方向上的宽度尺寸形成得比相邻的基板载置区域之间的分开尺寸小。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于， 该基板处理装置包括用于向上述基板载置区域供给处理气体的处理气体供给部，以用来随着上述旋转台的旋转而在基板上依次层叠分子层或原子层来形成薄膜，该处理气体供给部位于在上述旋转台的旋转方向上离开上述等离子体产生区域的位置， 上述等离子体产生区域用于进行上述分子层或原子层的改性处理。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于， 该基板处理装置包括: 电容耦合用的对置电极，其以与上述偏压电极相对的方式配置在上述旋转台的上方侧； 偏压用高频电源，其用于向上述对置电极与上述偏压电极之间供给高频电力，以用来使上述对置电极与上述偏压电极电容稱合而在基板上产生偏压电位。
4.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于， 该基板处理装置包括电源部，该电源部用于通过静电感应在上述旋转台上的基板产生用于向该基板的表面吸引等离子体中的离子的偏压电位。
5.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于， 上述能量供给部包括绕铅垂轴线卷绕的天线和与该天线连接的等离子体产生用的高频电源，以用来在等离子体产生区域内作为上述等离子体产生电感耦合等离子体， 对置电极为导电板，其设在上述天线与上述等离子体产生区域之间，在该导电板上，以与上述天线的周向交叉的方式形成的狭缝沿天线的周向排列有多个，以用来阻断由上述天线形成的电磁场中的电场而仅使磁场通过。
6.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于， 上述能量供给部包括以彼此相对的方式配置的一对电极，以用来在上述等离子体产生区域内作为上述等离子体产生电容耦合等离子体。
7.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于， 在上述旋转台上设有4处以上的上述基板载置区域， 相邻的基板载置区域之间的分开尺寸为30_~120_。
8.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于， 该基板处理装置包括用于使上述偏压电极升降的升降机构。
9.一种成膜方法，该成膜方法用于在真空容器内对基板进行成膜处理，其特征在于， 该成膜方法包括如下工序: 使表面形成有凹部的基板分别载置于沿上述真空容器的周向设在旋转台上的多个部位的基板载置区域的工序； 使上述基板载置区域中的各基板载置区域进行公转的工序； 接着，向上述基板载置区域上的各基板供给处理气体，在基板上形成分子层或原子层的薄膜的工序； 接着，向上述真空容器内的等离子体产生区域供给等离子体产生用气体，并使该等离子体产生用气体等离子体化，利用等离子体进行上述分子层或原子层的改性处理的工序；吸引工序，利用以与上述等离子体产生区域相对的方式设在上述旋转台的下方侧的偏压电极，向基板的表面吸引等离子体中的离子； 对上述真空容器内进行排气的工序， 在上述吸引工序中使用的上述偏压电极形成为自上述旋转台的旋转中心侧向外缘侧延伸，且其在上述旋转台的旋转方向上的宽度尺寸形成得比相邻的基板载置区域之间的分开尺寸小。
【文档编号】C23C16/505GK103966575SQ201410043876
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2013年2月6日
【发明者】山涌纯, 舆水地盐, 立花光博, 加藤寿, 小林健, 三浦繁博, 木村隆文 申请人:东京毅力科创株式会社