TWI663673B - 基板處理裝置及基板處理方法（一） - Google Patents

基板處理裝置及基板處理方法（一） Download PDF

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Abstract

提供一種基板處理裝置，係具備：旋轉台，係可旋轉地設置於真空容器內，且可載置基板；第1反應氣體供給部，係可將第1反應氣體供給至旋轉台表面；第2反應氣體供給部，係從第1反應氣體供給部分離而設置於旋轉台之周圍方向，且可將會與第1反應氣體產生反應之第2反應氣體供給至旋轉台表面；以及活化氣體供給部，係從第1反應氣體供給部與第2反應氣體供給部分離而設置於旋轉台之周圍方向，且含有可將活化後之含氟氣體供給至旋轉台表面的噴出部；活化氣體供給部係含有：配管，係設置於較噴出部要靠上游測，且可將含氟氣體供給至噴出部；以及1個或複數之含氫氣體供給部，係設置於配管，且可將含氫氣體供給至配管內部。

Description

基板處理裝置及基板處理方法(一)
本發明係關於一種基板處理裝置及基板處理方法。
伴隨著半導體元件之電路圖案的更微細化，即便各種構成半導體元件之膜，亦被要求更加薄膜化及均勻化。對應於此般要求的成膜方法，係已知一種所謂分子層沉積(MLD：Molecular Layer Deposition)法或原子層沉積(ALD：Atomic Layer deposition)法，係藉由將第1反應氣體供給至基板，而讓第1反應氣體吸附於基板表面，接著將第2反應氣體供給至基板，而讓吸附於基板表面之第1反應氣體與第2反應氣體反應，來將由反應生成物所構成之膜沉積於基板(例如，參照日本特開2010-56470號公報)。
根據此般成膜方法，由於反應氣體可(準)自飽和地吸附於基板表面，故可實現高膜厚控制性、優良的均勻性以及優良的填埋特性。
然而，伴隨著電路圖案之微細化，例如溝槽元件分離構造中之溝槽會隨著線．空間．圖案中之空間的長寬比變大，而即便在MLD法或ALD法中，仍會有難以填埋溝槽或空間的情況。
例如，在欲以氧化矽膜來填埋具有30nm左右之寬度的空間時，由於反應氣體難以進入至狹窄空間底部，故會有使得區劃空間之線側壁的上端附近的膜厚變厚，而膜厚會在底部側變薄的傾向。因此，便會有在填埋於空間之氧化矽膜產生空隙的情況。在此般氧化矽膜會於例如後續之蝕刻工序中被蝕刻時，便會有於氧化矽膜上面形成有與空隙連通之開口。如此一來， 便會有蝕刻氣體(或蝕刻液)從此般開口進入至空隙，而產生污染，或是在之後的金屬化時，讓金屬進入空隙中，而產生缺陷之虞。
此般問題並不限於MLD法或ALD法，即便在化學氣相沉積(CVD：Chemical Vapor Deposition)法中亦會產生。例如，在以導電性物質之膜來填埋半導體基板所形成之連接孔，以形成導電性連接孔(亦即接點)時，便會有於接點中形成有空隙的情況。為了抑制此情況，便提議一種在以導電性物質來填埋連接孔時，藉由重複進行以蝕刻來去除連接孔上部所形成之導電性物質的突出形狀部之工序，來形成抑制空隙之導電性連接孔的方法(例如，參照日本特開2003-142484號公報)。
然而，由於日本特開2003-142484號公報所記載的方法中，係需要在相異裝置來進行導電性物質膜之成膜與回蝕，且在裝置間之基板搬送或在各裝置內之處理條件穩定化會需要時間，故有所謂無法提升產率之問題。
又，為了解決關於日本特開2003-142484號公報所記載的問題，作為可降低基板表面所形成之凹形狀圖案的空隙產生，且以高產率來填埋的成膜裝置及成膜方法，係提議一種使用成膜裝置來在相同處理室內以旋轉台之旋轉來依序重複成膜、改質及蝕刻的成膜方法，該成膜裝置係含有：旋轉台，係載置有基板；第1及第2反應氣體供給部，係可相對於旋轉台之基板載置面而供給成膜用之第1及第2反應氣體；以及活化氣體供給部，係將改質第1及第2反應氣體互相反應所生成的反應生成物之改質氣體及蝕刻之蝕刻氣體活化而加以供給(例如，參照日本特開2012-209394號公報)。
然而，上述日本特開2012-209394號公報所記載之成膜方法並無法充分地控制基板面內之蝕刻量分布，而難以確保基板面內之蝕刻均勻性。
本發明之一提案係提供一種可控制在基板面內之蝕刻量分布的基板處理裝置。
本發明之一個形態，係提供一種基板處理裝置，係具備：旋轉台，係可旋轉地設置於真空容器內，且可載置基板；第1反應氣體供給部，係可將第1反應氣體供給至該旋轉台表面；第2反應氣體供給部，係從該第1 反應氣體供給部分離而設置於該旋轉台之周圍方向，且可將會與該第1反應氣體產生反應之第2反應氣體供給至該旋轉台表面；以及活化氣體供給部，係從該第1反應氣體供給部與該第2反應氣體供給部分離而設置於旋轉台之周圍方向，且含有可將活化後之含氟氣體供給至該旋轉台表面的噴出部；該活化氣體供給部係含有：配管，係設置於較該噴出部要靠上游測，且可將該含氟氣體供給至該噴出部；以及1個或複數之含氫氣體供給部，係設置於該配管，且可將含氫氣體供給至該配管內部。
1‧‧‧真空容器
2‧‧‧旋轉台
4‧‧‧凸狀部
5‧‧‧突出部
7‧‧‧加熱器單元
7a‧‧‧蓋體構件
10‧‧‧搬送臂
11‧‧‧頂板
12‧‧‧容器本體
12a‧‧‧突出部
13‧‧‧密封構件
14‧‧‧底部
15‧‧‧搬送孔
20‧‧‧殼體
21‧‧‧核心部
22‧‧‧旋轉軸
23‧‧‧驅動部
24‧‧‧凹部
31、32‧‧‧反應氣體噴嘴
31a、32a‧‧‧氣體導入部
33‧‧‧氣體噴出孔
41、42‧‧‧分離氣體噴嘴
41a、42a‧‧‧氣體導入部
43‧‧‧溝部
44‧‧‧第1頂面
45‧‧‧第2頂面
46‧‧‧彎曲部
481、482‧‧‧空間
50‧‧‧空間
51‧‧‧分離氣體供給管
52‧‧‧空間
61‧‧‧第1排氣口
62‧‧‧第2排氣口
63‧‧‧排氣管
64‧‧‧真空泵
65‧‧‧壓力調整機構
71‧‧‧覆蓋構件
71a‧‧‧內側構件
71b‧‧‧外側構件
72、73‧‧‧沖淨氣體供給管
90‧‧‧活化氣體供給部
91‧‧‧電漿生成部
92‧‧‧蝕刻氣體供給管
93‧‧‧噴淋頭部
93a‧‧‧氣體噴出孔
94‧‧‧配管
95‧‧‧按壓構件
96‧‧‧含氫氣體供給部
100‧‧‧控制部
101‧‧‧記憶部
C‧‧‧中心區域
D‧‧‧分離區域
E‧‧‧排氣區域
E1‧‧‧第1排氣區域
E2‧‧‧第2排氣區域
H‧‧‧分離空間
W‧‧‧晶圓
P1‧‧‧第1處理區域
P2‧‧‧第2處理區域
P3‧‧‧第3處理區域
圖1係本發明一實施形態相關之基板處理裝置的概略剖面圖。
圖2係本發明一實施形態相關之基板處理裝置的概略俯視圖。
圖3係用以說明本發明一實施形態相關之基板處理裝置中的分離區域的部分剖面圖。
圖4係顯示本發明一實施形態相關之基板處理裝置的其他剖面之部分剖面圖。
圖5係用以說明本發明一實施形態相關之基板處理裝置中的第3處理區域之部分剖面圖。
圖6係用以說明本發明一實施形態相關之基板處理裝置的含氫氣體供給部之概略立體圖。
圖7係用以說明本發明一實施形態相關之基板處理裝置的含氫氣體供給部之其他概略立體圖。
圖8A~8B係顯示蝕刻工序中之活化氣體供給部之內部氣流速度的模擬結果之圖式。
圖9A~9C係顯示晶圓面內之蝕刻量的測量結果之圖式。
以下，便參照添附圖式就本發明實施形態來加以說明。另外，本說明書及圖式中關於實質上具有相同機能構成之構成要素係附加相同符號而省略重複說明。
(基板處理裝置之構成)
就本發明一實施形態相關之基板處理裝置來加以說明。圖1係本發明一實施形態相關之基板處理裝置的概略剖面圖。圖2係本發明一實施形態相關之基板處理裝置的概略俯視圖。圖3係用以說明本發明一實施形態相關之基板處理裝置中的分離區域之部分剖面圖。圖4係顯示本發明一實施形態相關之基板處理裝置的其他剖面之部分剖面圖。
本發明之一實施形態相關之基板處理裝置如圖1及圖2所示，係具備有：具有大致上圓形之平面形狀的扁平真空容器1；設置於此真空容器1內，且在真空容器1中心具有旋轉中心的旋轉台2。
真空容器1係具有：具有有底圓筒形狀之容器本體12；相對於容器本體12上面而透過例如O型環等的密封構件13來氣密且裝卸自如地配置的頂板11。
旋轉台2係以中心部被固定於圓筒形狀之核心部21，此核心部21係被固定於延伸於垂直方向的旋轉軸22上端。旋轉軸22會貫穿真空容器1之底部14，其下端會被安裝於讓旋轉軸22繞垂直軸旋轉的驅動部23。旋轉軸22及驅動部23會被收納於上面有開口之筒狀殼體20內。此殼體20係其上面所設置的凸緣部分會氣密地安裝於真空容器1之底部14下面，且維持殼體20之內部氛圍與外部氛圍的氣密狀態。
旋轉台2表面如圖2所示，係設置有可沿著旋轉方向(周圍方向)來載置複數(圖式之範例為5片)基板之半導體晶圓(以下稱為「晶圓W」)的圓形凹部24。另外，圖2係在簡化上，僅於1個凹部24顯示晶圓W。此凹部24係具有較晶圓W之直徑(例如300mm)要稍大(例如4mm)之內徑與大致等於晶圓W之厚度的深度。從而，在將晶圓W載置於凹部24時，晶圓W表面與旋轉台2表面(未載置有晶圓W的區域)會成為相同之高度。凹部24底面係形成有支撐晶圓W內面，而使晶圓W升降用之例如3根的升降銷會貫穿之貫穿孔(皆未圖示)。
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以及活化氣體供給部90。圖式之範例中係在真空容器1之周圍方向隔有間隔，而從搬送孔15(下述)順時針(旋轉台2之旋轉方向)地依序配列 活化氣體供給部90、分離氣體噴嘴41、反應氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴42以及反應氣體噴嘴32。另外，反應氣體噴嘴31係第1反應氣體供給部之一範例，反應氣體噴嘴32係第2反應氣體供給部之一範例。
反應氣體噴嘴31、32係將各基端部之氣體導入部31a、32a固定於容器本體12之外周壁，而從真空容器1之外周壁來導入至真空容器1內。然後，以沿著容器本體12之半徑方向來相對於旋轉台2而使得反應氣體噴嘴31、32會平行地延伸的方式來加以安裝。
分離氣體噴嘴41、42係將各基端部之氣體導入部41a、42a固定於容器本體12之外周壁，而從真空容器1之外周壁來導入至真空容器1內。然後，以沿著容器本體12之半徑方向來相對於旋轉台2而使得分離氣體噴嘴41、42會平行地延伸的方式來加以安裝。
關於活化氣體供給部90係在之後詳述。
反應氣體噴嘴31係由例如石英所構成，且透過未圖示之配管及流量調整器來連接於作為第1反應氣體之含Si(矽)氣體供給源(未圖示)。反應氣體噴嘴32係由例如石英所構成，且透過未圖示之配管及流量調整器來連接於作為第2反應氣體之氧化氣體供給源(未圖示)。分離氣體噴嘴41、42皆透過未圖示之配管及流量調整閥等來連接於分離氣體供給源(未圖示)。
含Si氣體係可使用例如有機氨基矽烷氣體，氧化氣體係可使用例如O3(臭氧)氣體、O2(氧)氣體。分離氣體係可使用例如N2(氮氣)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之長度方向，並以例如10mm的間距來配列有朝向旋轉台2開口的複數氣體噴出孔33(參照圖3)。反應氣體噴嘴31之下方區域會成為用以讓含Si氣體吸附於晶圓W之第1處理區域P1。反應氣體噴嘴32之下方區域會成為用以讓在第1處理區域P1中吸附於晶圓W的含Si氣體氧化之第2處理區域P2。
參照圖2，於真空容器1設置有會與分離氣體噴嘴41、42一同地構成分離區域D，並從頂板11內面朝向旋轉台2突出之凸狀部4。凸狀部4係具有頂部會被裁切為圓弧狀之扇形平面形狀，在本實施形態中，係內圓弧會連接於突出部5(後述)，外圓弧會沿著真空容器1之容器本體12的內周 面來加以配置。
圖3係顯示從反應氣體噴嘴31沿著旋轉台2之同心圓至反應氣體噴嘴32的真空容器1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下面之平坦較低之第1頂面44以及位於此第1頂面44之周圍方向兩側且較第1頂面44要高之第2頂面45。
第1頂面44係具有頂部會被裁切為圓弧狀之扇形平面形狀。又，如圖所示，凸狀部4係在周圍方向中央形成有以延伸於半徑方向的方式來形成的溝部43，而將分離氣體噴嘴42收納於溝部43內。另一個凸狀部4亦同樣地形成有溝部43，而將分離氣體噴嘴41收納於此溝部43內。又，反應氣體噴嘴31、32會分別設置於較高之第2頂面45的下方空間。該等反應氣體噴嘴31、32會從第2頂面分離而設置於晶圓W附近。另外，為了方便說明，如圖3所示，係將設置有反應氣體噴嘴31之較高的第2頂面45之下方空間作為空間481，而將設置有反應氣體噴嘴32之較高的第2頂面245之下方空間作為空間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係可分離來自第1區域P1之含Si氣體、來自第2區域P2之氧化氣體。具體而言，在從分離氣體噴嘴42噴出N2氣體時，N2氣體會通過分離空間H而朝向空間481及空間482流去。此時，由於N2氣體會流通在相較於空間481及482而體積較小的分離空間H，故可使得分離空間H之壓力會較空間481及482之壓力要高。亦即，會在空間481與482之間形成有壓力障壁。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區域P1之含Si氣體及來自第2區域P2之氧化氣體而成為對向流來運作。從而，不論含Si氣體或氧化氣體都幾乎無法朝分離空間H流入。因此，便可抑制含Si氣體與氧化氣體會在真空容器1內混合而反應。
另一方面，頂板11下面如圖2所示，係設置有圍繞固定旋轉台2之核心部21的外周之突出部5。此突出部5在本實施形態中，係連續於凸狀部4中之旋轉中心側部位，其下面會形成為與第1頂面44相同高度。
另外，圖2中為了簡化說明，係以在較第2頂面45要低且較分離氣體噴嘴41、42要高的位置來裁切容器本體12的方式來顯示容器本體12及其 內部。
先前所參照的圖1係沿著圖2之I-I’線的剖面圖，係顯示設置有第2頂面45的區域，另一方面，圖4係顯示設置有第1頂面44的區域之剖面圖。
如圖4所示，扇形凸狀部4之周緣部(真空容器1之外緣側部位)係形成有以對向於旋轉台2外端面的方式來彎曲為L字型的彎曲部46。此彎曲部46係與凸狀部4同樣地會抑制反應氣體從分離區域D兩側入侵，而抑制兩反應氣體混合。扇形凸狀部4係設置於頂板11，由於頂板11可從容器本體12卸下，故彎曲部46外周面與容器本體12之間係稍有間隙。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表面的高度相同之尺寸。
容器本體12內周壁係在分離區域D中如圖4所示，與彎曲部46外周面靠近而形成為垂直面，但在分離區域以外則如圖1所示，例如從與旋轉台2外端面所對向的部位來橫跨底部14而凹陷於外側。以下，為了簡化說明，便將具有矩形剖面形狀之此凹陷部分表記為排氣區域E。更具體而言如圖2所示，係將連通於第1處理區域P1的排氣區域E表記為第1排氣區域E1，將連通於第2處理區域P2之排氣區域E表記為第2排氣區域E2。該等第1排氣區域E1及第2排氣區域E2底部係分別形成有第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，係分別透過排氣管63來連接於真空排氣機構之例如真空泵64。又，排氣管63係設置有壓力調整機構65。
旋轉台2與真空容器1之底部14之間的空間如圖1及圖4所示，係可設置有加熱機構之加熱器單元7，且可透過旋轉台2來將旋轉台2上之晶圓W加熱至以程序配方所決定之溫度。旋轉台2之周緣附近下方側為了抑制氣體朝旋轉台2之下方區域入侵，係設置有環狀覆蓋構件71。覆蓋構件71係區劃出從旋轉台2之上方空間至排氣區域E1、E2為止的氛圍與設置有加熱器單元7的氛圍。
此覆蓋構件71係具備有以從下方側來靠近旋轉台2之外緣部及較外緣部要外周側之方式來設置的內側構件71a以及設置於此內側構件71a與真空容器1內壁面之間的外側構件71b。外側構件71b係在分離區域D的凸狀 部4外緣部所形成之彎曲部46下方來接近彎曲部46而加以設置。內側構件71a會在旋轉台2外緣部下方(及較外緣部稍微靠外側的部分下方)中，橫跨整周來包圍加熱器單元7。
較配置有加熱器單元7之空間要靠旋轉中心側之部位的底部14會以靠近旋轉台2下面之中心部附近的核心部21之方式來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的貫穿孔內周面與旋轉軸22之間隙會變窄，而該等狹窄空間會連通於殼體20。然後，殼體20係設置有用以將沖淨氣體之N2氣體供給至狹窄空間來進行沖淨之沖淨氣體供給管72。
又，真空容器1的底部14係在加熱器單元7下方中以既定角度間隔來於周圍方向設置有用以沖淨加熱器單元7之配置空間的複數沖淨氣體供給管73(圖4係顯示一個沖淨氣體供給管73)。又，加熱器單元7與旋轉台2之間為了抑制氣體朝設置有加熱器單元7的區域入侵，係設置有從外側構件71b的內周壁(內側構件71a上面)橫跨周圍方向來覆蓋與突出部12a上端部之間的蓋體構件7a。蓋體構件7a係可以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，且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來沿著旋轉台2之晶圓載置區域側表面朝向周緣噴出。空間50可藉由分離氣體來維持較空間481及空間482要高的壓力。從而，藉由空間50，便可抑制供給至第1處理區域P1的含Si氣體與供給至第2處理區域P2的氧化氣體會通過中心區域C而混合。亦即，空間50(或中心區域C)係可具有與分離空間H(或分離區域D)相同的機能。
進一步地，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的收授之搬送口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中之為晶圓載置區域之凹部24會在面向此搬送口15之位置而於與搬送臂10之間來進行晶圓W的收授。因此，在旋轉台2下方側中對應於收授位置之部位會設置有貫穿凹部24而將晶圓W從內面提升用之收授用升降銷及其升降機構(皆未圖示)。
接著，參照圖2、圖5至圖7，就活化氣體供給部90來加以說明。圖5係用以說明本發明一實施形態相關之基板處理裝置中的第3處理區域P3之部分剖面圖。圖6及圖7係用以說明發明一實施形態相關之基板處理裝置的含氫氣體供給部96之概略立體圖。
活化氣體供給部90係對晶圓W上所成膜出之膜供給活化後之含氟氣體，以蝕刻該膜。活化氣體供給部90如圖2及圖5所示，係具備有電漿生成部91、蝕刻氣體供給管92、噴淋頭部93、配管94以及含氫氣體供給部96。另外，噴淋頭部93係噴出部的一範例。
電漿生成部91會藉由電漿源來活化蝕刻氣體供給管92所供給之含氟氣體。電漿源只要可藉由活化含氟氣體來生成F(氟)自由基的話，並不特別限制。電漿源可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係其一端會連接於電漿生成部91，並將含氟氣體供給至電漿生成部91。蝕刻氣體供給管92之另端係透過例如開閉閥及流量調整器來連接於儲存有含氟氣體之蝕刻氣體供給源。含氟氣體係可使用能蝕刻成膜於晶圓W之膜的氣體。具體而言，係可使用CHF3(三氟甲烷)等之氫氟烴、CF4(四氟化碳)等之氟碳等、蝕刻氧化矽膜之含氟氣體等。又，該等含氟氣體可適當添加Ar氣體、O2氣體、H2(氫)氣體等。
噴淋頭部93係透過配管94來連接於電漿生成部91，且為將電漿生成部91所活化的含氟氣體供給至真空容器1內之部分。噴淋頭部93係具有扇形的平面形狀，且會藉由以沿著扇形平面形狀外緣之方式來形成的按壓構件95朝向下方側橫跨周圍方向來被加以按壓。又，按壓構件95會藉由未圖示之螺栓等來固定於頂板11，而讓真空容器1之內部氛圍為氣密狀態。固定於頂板11時之噴淋頭部93下面與旋轉台2上面之間隙可為例如0.5mm至5mm左右，此噴淋頭部93下方區域會成為例如用以蝕刻矽氧化膜的第3處理區域P3。藉此，便可透過噴淋頭部93來使供給至真空容器1內之活化後的蝕刻氣體所含有的F自由基有效率地與成膜於晶圓W之膜產生反應。
噴淋頭部93係對應於旋轉台2之角速度差異而以旋轉中心側較少，外 側較多之方式來設置有複數氣體噴出孔93a。複數氣體噴出孔93a之個數可為例如數十至數百個。又，複數氣體噴出孔93a的直徑可為例如0.5mm至3mm左右。供給至噴淋頭部93之活化後的含氟氣體會通過氣體噴出孔93a而供給至旋轉台2與噴淋頭部93之間的空間。
配管94係設置於噴淋頭部93之上游側，而連接電漿生成部91與噴淋頭部93。旋轉台2之半徑方向的配管94外周側係設置有含氫氣體供給部96。
含氫氣體供給部96係其一端會連接於配管94，而將含氫氣體供給至配管94內部。含氫氣體供給部96之另端係透過例如開閉閥及流量調整器來連接於含氫氣體供給源。
又，較佳地，含氫氣體供給部96係設置於較電漿生成部91要靠近噴淋頭部93的位置。藉此，便可抑制供給至配管94內部之含氫氣體會逆流至電漿生成部91。因此，便可抑制電漿生成部91中產生H2電漿。結果便可達成因構成電漿生成部91之金屬所造成的污染(contamination)之抑制及構成電漿生成部91之機器的壽命提升。又，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係可輕易地設置流量差。
含氫氣體係可使用例如H2(氫)氣體與Ar氣體之混合氣體(以下稱為「H2/Ar氣體」)。又，H2氣體之供給流量係可為例如1sccm以上，50sccm以下，Ar氣體之供給流量係可為例如500sccm以上，10slm以下。
另外，雖圖5及圖6之範例係將一個含氫氣體供給部96設置於旋轉台2之半徑方向的配管94外周側，但本發明並不限於此點。含氫氣體供給部96例如圖7所示，亦可設置於旋轉台2之旋轉方向的配管94前方或後方。又，亦可於配管94設置有複數含氫氣體供給部96。
又，基板處理裝置係設置有由用以進行裝置整體動作之控制的電腦所構成的控制部100。此控制部100之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之程式。此程式係以實行後述裝置動作的方式來組成步驟群，且能從硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡、軟碟等記憶部101來安裝至控制部100內。
(基板處理方法)
就使用本發明一實施形態相關之基板處理裝置的基板處理方法之一範例來加以說明。以下，便以在晶圓W上所形成之凹形狀圖案的1個孔洞內形成SiO2膜之方法為範例來加以說明。另外，便以使用含Si氣體為第1反應氣體，氧化氣體為第2反應氣體，CF4、Ar氣體、O2氣體之混合氣體(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，從外部藉由搬送臂10透過搬送口15來將晶圓W收授至旋轉台2之凹部24內。此收授係藉由在凹部24停止在面向搬送口15之位置時，透過凹部24底面的貫穿孔而從真空容器1底部側讓未圖示之升降銷升降來加以進行。讓旋轉台2間歇性地旋轉來進行此般晶圓W之收授，而將各晶圓W載置於旋轉台2之5個凹部24內。
接著，關閉閘閥，並藉由真空泵64來將真空容器1內成為吸引狀態後，以既定流量從分離氣體噴嘴41、42噴出為分離氣體之N2氣體，並以既定流量從分離氣體供給管51及沖淨氣體供給管72、73噴出N2氣體。伴隨於此，藉由壓力調整機構65來將真空容器1內調整至預定處理壓力。接著，讓旋轉台2繞順時針以例如60rpm之轉速旋轉，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，係從反應氣體噴嘴31供給含Si氣體，從反應氣體噴嘴32供給氧化氣體。又，不從活化氣體供給部90供給任何氣體。
晶圓W在通過第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供給而吸附於晶圓W表面。在表面吸附有含Si氣體之晶圓W會在因旋轉台2之旋轉而通過具有分離氣體噴嘴42之分離區域D而被沖淨後，進入至第2處理區域P2。第2處理區域P2中，係從反應氣體噴嘴32來供給氧化氣體，而藉由氧化氣體來氧化含Si氣體所包含的Si成分，並在晶圓W表面沉積反應生成物之SiO2。
通過第2處理區域P2後的晶圓W在通過具有分離氣體噴嘴41之分離區域D而被沖淨後，會再次進入第1處理區域P1。然後，從反應氣體噴嘴31供給含Si氣體，而使得含Si氣體吸附於晶圓W表面。
以上，便讓旋轉台2複數次地連續旋轉，且不將含氟氣體供給至真空容器1內，而將第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SiO2膜至既定膜厚後，便停止從反應氣體噴嘴31供給含Si氣體，但持續從反應氣體噴嘴32供給氧化氣體，並藉由繼續旋轉旋轉台2，來進行SiO2膜的改質處理。
藉由實行成膜工序，來在凹形狀圖案之一個孔洞內成膜出SiO2膜。首先形成於孔洞內之SiO2膜係具有沿著凹形狀之剖面形狀。
接著，實行蝕刻工序。蝕刻工序中，SiO2膜會被蝕刻成V字剖面形狀。蝕刻工序具體而言，係如以下般實行。
如圖2所示，停止供給來自反應氣體噴嘴31、32之含Si氣體及氧化氣體，並供給N2氣體來作為沖淨氣體。旋轉台2會設定在適於蝕刻之溫度，例如600℃左右。又，旋轉台2的轉速係設定在例如60rpm。在此狀態下，藉由從活化氣體供給部90之噴淋頭部93來供給CF4/Ar/O2/H2氣體，從含氫氣體供給部96來供給例如預設流量之H2/Ar氣體，而開始蝕刻處理。
此時，由於旋轉台2係以低速旋轉，故SiO2膜會被蝕刻為V字剖面形狀。藉由將孔洞內之SiO2膜蝕刻為V字形狀，便可在SiO2膜形成最上部開口較寬之孔洞，而可在接著的成膜時將SiO2膜填埋至底部，故可進行底部提升性高且難以產生空隙之成膜。
然而，在蝕刻工序中對SiO2膜進行蝕刻時，在晶圓W面內之旋轉中心側與外周側之間會有蝕刻量差異之情形。然後，在晶圓W面內之蝕刻量有差異時，便難以確保晶圓W面內之蝕刻均勻性。
但是，本發明一實施形態相關之基板處理裝置係包含在較噴淋頭部93要靠上游側設置有活化氣體供給部90，且可將含氟氣體供給至噴淋頭部93的配管94以及設置於配管94，且可將含氫氣體供給至配管94內部之1個或複數之含氫氣體供給部96。
從相關含氫氣體供給部96來供給至配管94內部的含氫氣體會與從電漿生成部91來供給至配管94及噴淋頭部93的含氟氣體所包含之F自由基產生反應而生成HF(氟化氫)。因此，供給至配管94及噴淋頭部93的含氟 氣體所包含之F自由基的量會減少，而可將以F自由基為主體的蝕刻反應調整為以CF自由基為主體的蝕刻反應。
在此，相較於F自由基，CF自由基係具有相較於SiN膜或Si而選擇性地蝕刻SiO2膜之特性。因此，具備有含氫氣體供給部96之本實施形態相關之基板處理裝置係可只選擇性地蝕刻SiO2膜。
又，藉由調整設置於配管94之含氫氣體供給部96的位置及含氫氣體供給部96所供給之含氫氣體流量，便可控制從噴淋頭部96來供給至旋轉台2與噴淋頭部93之間的空間之F自由基濃度的面內分布。結果便可控制晶圓W面內之蝕刻量分布。
另外，含氫氣體供給部96所供給之含氫氣體流量的調整亦可以成為預設流量的方式，藉由控制部100來加以控制，亦可以操作者來加以控制。
以上，便讓旋轉台2複數次地連續旋轉，並不將第1反應氣體及第2反應氣體供給至真空容器1內，而將含氟氣體及含氫氣體供給至真空容器1內。藉此來蝕刻SiO2膜。
接著，再次實行前述成膜工序。成膜工序中，係在蝕刻工序中被蝕刻為V字狀的SiO2膜上進一步地成膜出SiO2膜，以增加膜厚。由於在蝕刻為V字狀的SiO2膜上成膜，故成膜時並不會阻塞入口，而可從SiO2膜底部來沉積膜。
接著，再次實行上述蝕刻工序。蝕刻工序中，SiO2膜會被蝕刻為V字形狀。
交互重複必須次數的如上所述之成膜工序與蝕刻工序，而一邊注意不要在SiO2膜內產生空隙，一邊填埋孔洞。該等工序之重複次數係可對應於含有孔洞等之凹形狀圖案的長寬比之形狀，而為適當的次數。例如在長寬比較大的情況，重複次數便變多。又，可推測相較於溝槽，孔洞這一者的重複次數會較多。
另外，雖然本實施形態中，係就重複成膜工序與蝕刻工序，而對晶圓W表面所形成之凹形狀圖案進行填埋成膜的範例來加以說明，但本發明並不限於此點。
例如，亦可搬入預先於表面形成有膜之晶圓W，而僅進行蝕刻工序。
又，亦可例如讓旋轉台2複數次地連續旋轉，且同時地將第1反應氣體、第2反應氣體、含氟氣體及含氫氣體供給至真空容器1內，而複數次地重複在旋轉台2旋轉1次的期間，會各進行1次成膜工序及蝕刻工序。進一步地，亦可複數次地重複各進行1次之成膜工序及蝕刻工序的循環。
(實施例)
接著，便使用本發明一實施形態相關之基板處理裝置來進行模擬與實驗。
圖8A~8B係顯示蝕刻工序中活化氣體供給部90內部之氣流速度的模擬結果之圖式。具體而言，係在從蝕刻氣體供給管92透過電漿生成部91及配管94來將CF4/Ar/O2氣體供給至噴淋頭部93，而從旋轉台2半徑方向之配管94外周側(圖5中之左右方向)所設置的含氫氣體供給部96來將H2/Ar氣體供給至配管94內部的情況之噴淋頭部93內部及配管94內部之氣流速度的模擬結果。
另外，模擬條件係如下所示。亦即，真空容器1內之壓力為2Torr，旋轉台2之溫度為80℃。又，蝕刻氣體供給管92之CF4氣體流量為10sccm，Ar氣體流量為2slm，O2氣體流量為30sccm，含氫氣體供給部96之H2氣體流量為20sccm。
在相關條件下，就讓含氫氣體供給部96所供給之Ar氣體流量改變為2slm或4slm時之噴淋頭部93內部及配管94內部的氣流速度來進行模擬。
圖8A係顯示含氫氣體供給部96所供給之Ar氣體流量為2slm時之模擬結果的圖式。圖8B係顯示含氫氣體供給部96所供給之Ar氣體流量為4slm時之模擬結果的圖式。
圖8A及圖8B中，係顯示區域Z1的氣流速度為最大，而區域Z2、區域Z3、區域Z4、區域Z5、區域Z6、區域Z7、區域Z8、區域Z9、區域Z10則依序氣流速度較大。
參照圖8A及圖8B，含氫氣體供給部96所供給之Ar氣體流量變大時，在噴淋頭部93之內部中，旋轉台2之旋轉中心側(圖8A及8B中之右側)的氣流速度會較旋轉台2外周側(圖8A及8B中之左側)的氣流速度要大。亦即，由於藉由加大含氫氣體供給部96之Ar氣體流量，便可加大設置有含 氫氣體供給部96側之相反側區域的H2體積比例，故可減少該區域之F自由基。結果便可降低該區域之SiO2膜的蝕刻量。
圖9A~9C係顯示晶圓W面內之蝕刻量的測量結果之圖式。具體而言，係對旋轉台2所載置之晶圓W，而在從蝕刻氣體供給管92透過電漿生成部91及配管94來將CF4/Ar/O2氣體供給至噴淋頭部93，從旋轉台2半徑方向中之配管94外周側所設置之含氫氣體供給部96來將H2/Ar氣體供給至配管94內部的情況之晶圓W面內的蝕刻量[nm]的測量結果。
另外，蝕刻條件係如下所示。亦即，真空容器1內之壓力為1.8Torr，旋轉台2之溫度為400℃，旋轉台2之旋轉速度為60rpm。又，蝕刻氣體供給管92之CF4氣體流量為10sccm，Ar氣體流量為2slm，O2氣體流量為30sccm，含氫氣體供給部96之Ar氣體流量為4slm。
在相關條件下，就讓含氫氣體供給部96所供給之H2氣體流量改變為0sccm、5sccm、20sccm時的晶圓W面內之蝕刻量來進行測量。又，H2氣體流量為0sccm時之蝕刻時間為60s，H2氣體流量為5sccm時的蝕刻時間為120s，H2氣體流量為20sccm時之蝕刻時間為120s。另外，雖然未顯示H2氣體流量為0sccm時而蝕刻時間為120s時的結果，但由於蝕刻量與蝕刻時間之間一般而言會呈比例關係，故關於晶圓W面內之蝕刻量分布可推測會與蝕刻時間為60s時之結果為相同的結果。
圖9A係顯示含氫氣體供給部96所供給之H2氣體流量為0sccm時的晶圓W面內之蝕刻量的測量結果之圖式。圖9B係顯示含氫氣體供給部96所供給之H2氣體流量為5sccm時的晶圓W面內之蝕刻量的測量結果之圖式。圖9C係顯示含氫氣體供給部96所供給之H2氣體流量為20sccm時的晶圓W面內之蝕刻量的測量結果之圖式。又，圖9A~9C中，上側代表旋轉台2之旋轉中心側，下側代表旋轉台2之外周側。
又，圖9A~9C中，係顯示區域Z1的蝕刻量為最大，而區域Z2、區域Z3、區域Z4、區域Z5、區域Z6、區域Z7、區域Z8、區域Z9、區域Z10則依序蝕刻量較大。
在未從含氫氣體供給部96供給H2氣體的情況，如圖9A所示，晶圓W面內之蝕刻量係在旋轉台2之旋轉中心側較大，而在外周側則較小。
相對於此，在以5sccm的流量來從含氫氣體供給部96供給H2氣體的情況，如圖9B所示，相較於未供給H2氣體的情況，晶圓W面內之蝕刻量係在旋轉台2之旋轉中心側與中央部分之間的差異會變小。
又，在以20sccm的流量來從含氫氣體供給部96供給H2氣體的情況，如圖9C所示，晶圓W面內之蝕刻量係在旋轉台2之旋轉中心側較小，而在外周側則較大，顯示與圖9A的情況相反之傾向。
亦即，藉由調整含氫氣體供給部96所供給之H2氣體流量，便可控制晶圓W面內之蝕刻量。
如上述說明，根據本發明一實施形態相關之基板處理裝置及基板處理方法，便可控制基板面內之蝕刻量分布。
以上，雖已藉由實施例來說明基板處理裝置及基板處理方法，但本發明不限於上述實施例，而可在本發明範圍內為各種變形及改良。
上述實施形態中，係就活化氣體供給部90之電漿生成部91為透過配管94來設置於噴淋頭部93上方之形態來加以說明。但是，設置電漿生成部91的位置只要是可針對晶圓W上所成膜之膜來供給活化後之含氟氣體的位置的話，便無特限定，亦可為例如噴淋頭部93內部、噴淋頭部93下方。
本申請案係基於2015年3月3日之日本發明專利申請第2015-041499來主張其優先權，並將其所有內容依參照而置入本申請案。

Claims (10)

  1. 一種基板處理裝置，係具備：旋轉台，係可旋轉地設置於真空容器內，且可載置基板；第1反應氣體供給部，係可將第1反應氣體供給至該旋轉台表面；第2反應氣體供給部，係從該第1反應氣體供給部分離而設置於該旋轉台之周圍方向，且可將會與該第1反應氣體產生反應之第2反應氣體供給至該旋轉台表面；以及活化氣體供給部，係從該第1反應氣體供給部與該第2反應氣體供給部分離而設置於該旋轉台之周圍方向；其中該活性氣體供給部係包含：噴出部，係可將活化後之含氟氣體供給至該旋轉台表面；配管，係設置於較該噴出部要靠上游側，且可將該含氟氣體供給至該噴出部；1個或複數之含氫氣體供給部，係設置於該配管，且可將含氫氣體供給至該配管內部；以及電漿生成部，係透過該配管來連接於該噴出部，且將該含氟氣體活化；該含氫氣體供給部係設置於該噴出部與該電漿生成部之間。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該含氫氣體供給部係設置於較該電漿生成部要靠近該噴出部的位置。
  3. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該第1反應氣體係含矽氣體；該第2反應氣體係氧化氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其係進一步地具有：控制部，係基於該活化氣體供給部所供給至該旋轉台表面的該含氟氣體之分布，來控制該含氫氣體供給部所供給之該含氫氣體流量。
  5. 如申請專利範圍第4項之基板處理裝置，其中該控制部係在該基板表面僅進行成膜時，便從該第1反應氣體供給部及該第2反應氣體供給部來分別供給該第1反應氣體及該第2反應氣體，且停止供給來自該活性氣體供給部之該含氟氣體；在僅進行蝕刻該基板表面所形成之膜時，便停止供給來自該第1反應氣體供給部及該第2反應氣體供給部之該第1反應氣體及該第2反應氣體，且從該活化氣體供給部及該含氫氣體供給部來分別供給該含氟氣體及該含氫氣體。
  6. 一種基板處理方法，係含有將基板載置於真空容器內所設置的旋轉台表面，而讓旋轉台旋轉並將含氟氣體供給至真空容器內，以將該基板表面所形成之膜蝕刻的蝕刻工序之基板處理方法，其中該蝕刻工序含有將藉由電漿生成部來活化後之含氟氣體供給至該旋轉台表面，以及從較包含將該含氟氣體供給至該旋轉台表面之氣體噴出孔的噴出部要靠上游側來供給含氫氣體的工序。
  7. 如申請專利範圍第6項之基板處理方法，其係基於供給至該旋轉台表面之該含氟氣體的分布來改變該含氫氣體之流量。
  8. 如申請專利範圍第6項之基板處理方法，其係進一步地具有：成膜工序，係旋轉該旋轉台，且將第1反應氣體以及會與該第1反應氣體產生反應之第2反應氣體供給至該真空容器內，而於該基板表面形成膜。
  9. 如申請專利範圍第8項之基板處理方法，其中該成膜工序係含有該旋轉台複數次地連續旋轉，且不將該含氟氣體供給至該真空容器內，而將該第1反應氣體及該第2反應氣體供給至該真空容器內的工序；該蝕刻工序係含有該旋轉台複數次地連續旋轉，且不將該第1反應氣體及該第2反應氣體供給至該真空容器內，而將該含氟氣體及該含氫氣體供給至該真空容器內的工序。
  10. 如申請專利範圍第8項之基板處理方法，其係讓該旋轉台複數次地連續旋轉，且同時地將該第1反應氣體、該第2反應氣體、該含氟氣體以及該含氫氣體供給至該真空容器內，並複數次重複在該旋轉台旋轉1次期間會各進行1次之該成膜工序及該蝕刻工序的循環。
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