JP6163434B2 - 薬液処理装置及び薬液処理方法 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、薬液処理装置及び薬液処理方法に関する。
薬液の効果の変化を、薬液処理(吐出)時間の関数で表される薬液処理系において、従来は、ロット毎にウェーハ(被加工物)の処理枚数を計算し、予め取得した薬液効果とウェーハ処理枚数との関数に基づいて、最適な薬液の効果から処理時間を算出するようにしている。この場合、薬液処理時間が大きく変わらないロット処理に関しては、予め取得した前記関数との相関は取れるが、処理時間が大きく異なるロット処理が入った場合、予め取得した前記関数からのズレが生じ、処理時間の計算が不正確になることから、後続のロット処理が正常に行われない可能性があった。
国際公開第2005/091346号
そこで、薬液の効果の変化を薬液処理時間の関数で表される薬液処理系であって、薬液処理時間の積算時間を用いて被加工物の処理時間を正確に計算することができ、薬液処理による加工精度を向上できる薬液処理装置及び薬液処理方法を提供する。
本実施形態の薬液処理装置は、複数の処理室と、薬液を前記複数の処理室に循環供給する薬液供給装置と備える。そして、薬液の効果が薬液吐出時間によって変化する薬液を用いる際に、前記複数の処理室における薬液吐出時間を全て積算した積算薬液吐出時間に基づいて前記薬液の効果の変化を算出し、この算出した前記薬液の効果の変化と前記積算薬液吐出時間に基づいて前記複数の処理室毎に次回薬液処理される被加工物に対する薬液吐出時間を補正する補正装置を備える。
本実施形態の薬液処理方法は、薬液を複数の処理室に循環供給して薬液処理する薬液処理方法であって、薬液の効果が薬液吐出時間によって変化する薬液を用いる際に、前記複数の処理室における薬液吐出時間を全て積算した積算薬液吐出時間に基づいて前記薬液の効果の変化を算出し、この算出した前記薬液の効果の変化と前記積算薬液吐出時間に基づいて前記複数の処理室毎に次回薬液処理される被加工物に対する薬液吐出時間を補正するように構成した。
第1実施形態の薬液処理装置の全体概略構成を示す上面図 (a)は薬液処理前のラインアンドスペースパターンを示す縦断面図、(b)は薬液処理後のラインアンドスペースパターンを示す縦断面図 薬液処理のフローチャート (a)は薬液吐出時間とエッチレートとの関係を示す特性図、(b)は薬液吐出時間と剥離性との関係を示す特性図 薬液処理シーケンスを時系列に並べて示す図 演算処理のフローチャート 薬液吐出時間とエッチレートとの関係を示す特性図 薬液吐出時間の積算時間の演算方法を説明する図 薬液吐出時間とエッチレートとの関係を示す特性図 第2実施形態を示す図1相当図 図9相当図
以下、複数の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態の枚葉式の薬液処理装置1の全体構成を概略的に示す平面図である。薬液処理装置1は、複数例えば4個の処理室2、3、4、5と、これら処理室2、3、4、5に薬液例えばフッ酸を供給する薬液供給装置6と、被加工物例えばウエハを搬送する搬送ロボット7と、薬液処理装置1全体を制御する制御装置(補正装置)8とを備えている。
処理室2、3、4、5は、ウエハを1枚ずつ薬液処理する周知構成の薬液処理装置であり、ウエハを回転可能に保持するウエハ保持部と、ウエハ保持部を回転させる回転記憶と、ウエハ上の洗浄液を吐出するノズル(いずれも図示しない)等とを備えている。
薬液供給装置6は、薬液例えばバッファードフッ酸を貯留する薬液タンク9と、薬液タンク9から薬液を吸引して送り出すポンプ10と、ポンプ10から送り出された薬液を処理室2、3、4、5へ供給する供給路11と、処理室2、3、4、5から回収された薬液を薬液タンク9へ戻す回収路12とを備えている。ポンプ10は、制御装置8により駆動制御される。
供給路11は、薬液を処理室2、3、4、5にそれぞれ供給する供給分岐路11a、11b、11c、11dを有する。供給分岐路11a、11b、11c、11dには、バルブ13a、13b、13c、13dがそれぞれ設けられている。バルブ13a、13b、13c、13dは、制御装置8によりそれぞれ開閉制御される。供給分岐路11a、11b、11c、11dの先端部は、処理室2、3、4、5のノズルにそれぞれ接続されている。回収路12は、処理室2、3、4、5から薬液をそれぞれ回収する回収分岐路12a、12b、12c、12dを有する。上記構成の場合、薬液タンク9内の薬液は、ポンプ10により送り出され、供給路11を介して処理室2、3、4、5へ供給され、処理室2、3、4、5で処理に使用された薬液は、回収路12を介して回収されて薬液タンク9へ戻されるという循環供給を繰り返す構成となっている。
搬送ロボット7は、制御装置8により駆動制御される。搬送ロボット7は、ロードポート14に収納されているウエハを取り出して、処理室2、3、4、5のウエハ保持部上へ搬送する機能と、処理室2、3、4、5のウエハ保持部上に保持されているウエハを取り出して、ロードポート14へ搬送する機能とを有する。また、搬送ロボット7は、第1の処理室2のウエハ保持部上に保持されているウエハを取り出して、第2の処理室3のウエハ保持部上へ搬送する機能と、第2の処理室3のウエハ保持部上に保持されているウエハを取り出して、第3の処理室4のウエハ保持部上へ搬送する機能と、第3の処理室4のウエハ保持部上に保持されているウエハを取り出して、第4の処理室5のウエハ保持部上へ搬送する機能とを有する。
次に、上記構成の薬液処理装置1によって行なう薬液処理(即ち、ウエハのエッチング処理)の一例を図2及び図3を参照して説明する。図2(a)は、エッチング前の状態を示しており、下層の膜21の上にラインアンドスペースパターン22が形成されている。このラインアンドスペースパターン22をエッチング(薬液処理)することによりスリミングして、図2(b)に示すような所望の微細な寸法のパターン23を形成する。尚、膜21は例えば堆積シリコン膜であり、ラインアンドスペースパターン22は例えばシリコン酸化膜である。エッチングの薬液としては、例えばフッ酸またはバッファードフッ酸を用いる。この場合、膜21は薬液に対してエッチングされ難い材料の膜であれば他の膜でも良い。ラインアンドスペースパターン22は薬液に対してエッチングされ易い材料の膜であれば他の膜でも良い。
図3は、上記パターン23を形成するためのプロセスフローを簡単に示したものである。図5のステップS10においては、SiO2膜の上に例えばレジスト等でパターニングされたレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして例えばドライエッチングにより上記SiO2膜を加工して、図2(a)に示すラインアンドスペースパターン22を形成する。
続いて、ステップS20へ進み、上記ステップS10で加工したパターン22の寸法(initial寸法)を測定する。そして、ステップS30へ進み、上記ステップS20で得られたパターン22の寸法に基づいて演算処理を行なうことにより、エッチング(薬液処理)後のパターン23が所望の寸法になるような薬液処理時間を算出する。
次いで、ステップS40へ進み、上記ステップS30で算出した薬液処理時間を前記薬液処理装置1に入力する。続いて、ステップS50へ進み、上記薬液処理時間に基づいて薬液処理装置1によりエッチングを実行し、パターン22のスリミングを行い、パターン23を形成する。尚、薬液処理装置1にて実行した薬液の処理時間は、前記ステップS30の演算処理にフィードバックさせ、次回の薬液処理の薬液処理時間を算出する際に反映させる。続いて、ステップS60へ進み、図2(b)に示すラインアンドスペースパターン23の仕上がりの寸法を確認するための測定を実行する。尚、このステップS60で得られた寸法結果に基づいて薬液のエッチ・レートを算出し、この算出結果を前記ステップS30の演算処理にフィードバックさせ、次回の薬液処理の薬液処理時間を算出する際に反映させるように構成しても良い。
半導体装置のパターン例えばゲート電極、ダマシン配線、活性領域を形成する際に、図2(b)に示すシリコン酸化膜で構成されるラインアンドスペースパターン23は、例えばドライエッチングを用いた加工対象のハードマスク材の一部や、犠牲層として用いられるため、高精度な寸法制御が必要である。しかしながら、薬液として例えばバッファードフッ酸を用いる場合、バッファードフッ酸の薬液処理時間、即ち、薬液をウエハ上に吐出した時間(薬液吐出時間)が長くなると、バッファードフッ酸中のアンモニアが蒸発するため、バッファードフッ酸のエッチ・レートが大きくなる。このため、バッファードフッ酸の場合、薬液吐出時間の長さと、エッチ・レートの大きさ(薬液の作用効果)との間に、図4(a)に示すように関係(関数)がある。尚、薬液として例えば有機F系剥離液を用いてポリマーを剥離する場合、薬液をウエハ上に吐出した時間(薬液吐出時間)が長くなると、ポリマーの剥離性が低下することから、薬液吐出時間の長さと、剥離性(薬液の作用効果)との間に、図4(b)に示すように関係(関数)、即ち、図4(a)に示す関係と反対の関係がある。したがって、図3のステップS30において、薬液処理時間(薬液吐出時間)を算出する場合、薬液処理時間を積算した時間と薬液の作用効果との関係(関数)を考慮して算出する必要があり、この算出方法については後述する。
次に、図1に示す薬液処理装置1における薬液処理の具体的なシーケンスについて、図5を参照して説明する。図5は、薬液処理装置1における薬液処理シーケンスを時系列に並べたものである。薬液処理装置1の第1の処理室2で処理される被加工物(ウエハ)の処理は、搬送処理A1と、薬液処理A2と、(リンス+乾燥)処理A3とで構成される。被加工物が第2の処理室3、第3の処理室4、第4の処理室5へと順番に搬送された場合、薬液の吐出タイミングは、各々の処理室2、3、4、5に応じて遅延することになる。
この構成の場合、図5に示すように、第1の処理室2の薬液処理A2の処理時間をT1−1とする。そして、第2の処理室3の薬液処理A2の処理開始から第1の処理室2の薬液処理A2の処理終了までの時間をT1−2とし、第2の処理室3の薬液処理A2の処理時間をT1−2’とする。また、第3の処理室4の薬液処理A2の処理開始から第1の処理室2の薬液処理A2の処理終了までの時間をT1−3とし、第3の処理室4の薬液処理A2の処理開始から第2の処理室3の薬液処理A2の処理終了までの時間をT1−3’とし、第3の処理室4の薬液処理A2の処理時間をT1−3’’とする。更に、第4の処理室5の薬液処理A2の処理開始から第1の処理室2の薬液処理A2の処理終了までの時間をT1−4とし、第4の処理室5の薬液処理A2の処理開始から第2の処理室3の薬液処理A2の処理終了までの時間をT1−4’とし、第4の処理室5の薬液処理A2の処理開始から第3の処理室4の薬液処理A2の処理終了までの時間をT1−4’’とし、第4の処理室5の薬液処理A2の処理時間をT1−4’’’とする。
すると、第1の処理室2で処理された被加工物の薬液の吐出時間の積算時間t1は、次の通りとなる。
t1=(T1−1)+(T1−2)+(T1−3)+(T1−4)
そして、第2の処理室3で処理された被加工物の薬液の吐出時間の積算時間t2は、次の通りとなる。
t2=(T1−1)+(T1−2’)+(T1−3’)+(T1−4’)
そして、第3の処理室4で処理された被加工物の薬液の吐出時間の積算時間t3は、次の通りとなる。
t3=(T1−1)+(T1−2’)+(T1−3’’)+(T1−4’’)
そして、第4の処理室5で処理された被加工物の薬液の吐出時間の積算時間t4は、次の通りとなる。
t4=(T1−1)+(T1−2’)+(T1−3’’)+(T1−4’’’)
次に、図3のステップS30の演算処理の具体的内容、即ち、高精度寸法制御方法の内容について、図6のフローチャートを参照して説明する。まず、図6のステップS110において、薬液処理装置1の情報として、薬液の吐出時間の積算時間(総吐出時間)を取得し、ステップS120において、薬液吐出時間(の積算時間)とエッチ・レートとの間の関係(特性)を表わす関数(図4(a)参照)を、予め取得して記憶しておく。そして、これらステップS110及び120と平行して、ステップS130を実行し、ここで、エッチングターゲット(被加工物(ウエハのパターン22))のエッチング量、即ち、パターン22の幅寸法w1(図2(a)参照)からパターン23の幅寸法w2(図2(b)参照)を減算した寸法を取得しておく。尚、ステップS130の計算処理は、図3のステップS20で実行しておく。
ここで、ステップS110の薬液の吐出時間の積算時間を取得する処理について具体的に説明する。薬液の吐出時間の積算時間は、図5に示す処理シーケンスから算出することができる。図5に示すように、第1の処理室2で処理された被加工物の薬液処理終了タイミングでの薬液の吐出時間の積算時間t1は、被加工物の処理終了タイミングでの他の処理室3、4、5における各薬液吐出時間を積算した時間となる。つまり、上記薬液吐出時間の積算時間t1は、t1=(T1−1)+(T1−2)+(T1−3)+(T1−4)となる。また、同様にして、第2の処理室3で処理された被加工物についての薬液吐出時間の積算時間t2は、t2=(T1−1)+(T1−2’)+(T1−3’)+(T1−4’)となる。
本計算方法は、複数の処理室を備える構成で、処理室よりも少ない薬液種で循環して各処理室に薬液を供給して並列薬液処理する薬液処理装置に適用される計算方法である。
次に、薬液吐出時間(の積算時間)とエッチ・レートとの関数を導出する方法について、図7を参照して説明する。図7に示すように、第1の処理室2の被加工物のエッチ・レートをER1、第2の処理室3の被加工物のエッチ・レートをER2、第1の処理室2の薬液吐出時間の積算時間(薬液総吐出時間)をt1とし、第2の処理室3の薬液吐出時間の積算時間をt2とする。すると、薬液吐出時間の積算時間と、薬液効果であるエッチ・レートとの関数(図7中の破線参照)が導出される。尚、関数を導出するための被加工物の薬液吐出時間の積算時間とエッチ・レートの関係のプロット数は複数あってもよい。また、エッチ・レートは被加工物の薬液処理前後の寸法差分と薬液処理時間とに基づいて近似的に算出される値である。薬液吐出時間の積算時間に応じてエッチ・レートが変化するため、薬液吐出時間の積算時間をパラメータにしてエッチ・レートが決まる。
さて、図6のステップS140においては、ステップS130で取得したターゲットのエッチング量と、薬液吐出時間の積算時間とエッチ・レートの関数とに基づいて薬液処理時間を算出する。この薬液処理時間を算出する演算処理について、図8を参照して説明する。図8に示すように、第1の処理室2の被加工物1の薬液処理A2を初期状態として、第2の処理室3の被加工物2の搬送遅延分の時間T2−1については、すでに第1の処理室2で薬液が吐出されているため、この時点(第2の処理室3の被加工物2の薬液処理開始時点)の薬液吐出時間の積算時間はT2−1となる。同様にして、第3の処理室4における被加工物3の薬液処理開始時点の薬液吐出時間の積算時間は、処理室2、3の薬液吐出時間の積算により(T2−1+T2−2)+T2−2となる。また、第4の処理室5における被加工物4の薬液処理開始時点の薬液吐出時間の積算時間は、処理室2、3、4の薬液吐出時間の積算により(T2−1+T2−2+T2−3)+(T2−2+T2−3)+T2−3となる。
ここで、第1の処理室2における被加工物1の薬液処理に要した処理時間をT−aとし、第2の処理室3における被加工物2の薬液処理に要した処理時間をT−bとし、第3の処理室4における被加工物3の薬液処理に要した処理時間をT−cとし、第4の処理室5における被加工物4の薬液処理に要した処理時間をT−dとする。すると、第1の処理室2における被加工物5の薬液処理開始時点の薬液吐出時間の積算時間は、(T−a)+(T−b)+(T−c)+(T−d)となり、第2の処理室3における被加工物6の薬液処理開始時点の薬液吐出時間の積算時間は、(T−a)+(T−b)+(T−c)+(T−d)+(T3−1)となり、第3の処理室4における被加工物7の薬液処理開始時点の薬液処理時間の積算時間は、(T−a)+(T−b)+(T−c)+(T−d)+(T3−1)+(T3−2)+(T3−2)となり、第4の処理室5における被加工物8の薬液処理開始時点の薬液処理時間の積算時間は、(T−a)+(T−b)+(T−c)+(T−d)+(T3−1)+(T3−2)+(T3−3)+(T3−2)+(T3−3)+(T3−3)となる。
図9は、薬液吐出時間(の積算時間)とエッチ・レートとの関係(関数)を表した特性図である。薬液吐出時間t2−2、t2−3、・・・、t2−8に対応するエッチ・レートER1,ER2、・・・、ER8は、図9中に示す通りである。尚、各薬液吐出時間t2−2、t2−3、・・・、t2−8は次の通りである。
t2−2=T2−1
t2−3=(T2−1)+(T2−2)+(T2−2)
t2−4=(T2−1)+(T2−2)+(T2−3)+(T2−2)+(T2−3)+(T2−3)
t2−5=(T−a)+(T−b)+(T−c)+(T−d)
t2−6=(T−a)+(T−b)+(T−c)+(T−d)+(T3−1)
t2−7=(T−a)+(T−b)+(T−c)+(T−d)+(T3−1)+(T3−2)+(T3−2)
t2−8=(T−a)+(T−b)+(T−c)+(T−d)+(T3−1)+(T3−2)+(T3−3)+(T3−2)+(T3−3)+(T3−3)
そして、上記図9から得られたエッチ・レートERxと、図6のステップS130で算出したターゲットのエッチング量とに基づいて、薬液処理時間を算出し、被加工物の薬液処理時間として薬液処理装置1にフィードバックさせる(図3のステップS40参照)。この場合、薬液処理時間の算出は、次の式(1)により行なう。
薬液処理時間(sec)=エッチング量(nm)/ERx(nm/sec) (1)
尚、上記(1)式により薬液吐出時間を計算するに際しては、各処理室2、3、4、5の薬液吐出時間の情報に基づいてリアルタイムに計算しても良いし、処理シーケンスを考慮して事前に計算するように構成しても良い。
このような構成の本実施形態によれば、図2(a)に示すラインアンドスペースパターン22を薬液でエッチングしてスリミングする際に、薬液吐出時間を正確に設定することが可能となるから、薬液処理による加工精度、即ち、図2(b)に示すラインアンドスペースパターン23の仕上がりの寸法精度を向上させることができる。
(第2実施形態)
図10及び図11は、第2実施形態を示すものである。尚、第1実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第2実施形態では、薬液吐出時間に対して薬液の効果が変化する薬液処理装置において、薬液の効果の変化がある一定量を超えないように、第2の薬液を補充するように構成した。
具体的には、図10に示すように、第2の薬液(例えばアンモニア水)を貯留する第2の薬液タンク24と、この第2の薬液タンク24から前記薬液タンク9へ第2の薬液を供給する薬液供給路25と、この薬液供給路25に設けられたバルブ26とを備えた。バルブ26は、前記制御装置8によって開閉制御される。
上記構成の場合、図11に示すように、時刻(薬液吐出時間)P1においてエッチレート(薬液の効果)が上限値ERuに達すると、制御装置8はバルブ26を開放して設定量の第2の薬液を第2の薬液タンク24から薬液タンク9へ供給する。これにより、エッチレートが下限値ERdに低下する。尚、設定量の第2の薬液を第2の薬液タンク24から薬液タンク9へ供給した時点で、制御装置8はバルブ26を閉塞する。この後、制御装置8は、エッチレートが上限値ERuに達する時刻P2、P3、P4、・・・で、バルブ26を開放して設定量の第2の薬液を第2の薬液タンク24から薬液タンク9へ供給する。これにより、薬液のエッチレートは、下限値ERdと上限値ERuとの間で図11に示すように変化する。即ち、第2実施形態では、薬液のエッチレートは設定された変化範囲内で変化するように制限される構成となっている。そして、第2実施形態においても、薬液のエッチレートが変化する間は、第1実施形態と同様にして薬液吐出時間を補正する制御が実行されるように構成されている。
上述した以外の第2実施形態の構成は、第1実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第2実施形態においても、第1実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第2実施形態においては、薬液のエッチレートを設定された変化範囲内で変化するように制限する構成としたので、薬液吐出時間を補正する際の補正の幅を小さくすることができるから、薬液処理の加工精度をより一層向上させることができる。
(その他の実施形態)
以上説明した複数の実施形態に加えて以下のような構成を採用しても良い。
上記した各実施形態では、薬液として、エッチング性能を有するバッファードフッ酸を用いたが、これに限られるものではなく、例えば、パーティクル除去性能のような洗浄能力を有する薬液、例えば、半導体洗浄で一般的に用いるSC1(アンモニア過水)、SC2(塩酸過水)、コリン過水、塩酸オゾン水、SPM(硫酸過水)などを用いても良い。また、複数の処理室に供給するに薬液として、1種類の薬液を供給したが、これに限られるものではなく、複数種類の薬液を混合して供給するように構成しても良い。更に、薬液効果の変化と薬液吐出時間の関数が一次関数である構成(薬液処理系)に適用したが、これに限られるものではなく、薬液効果の変化と薬液吐出時間の関数が多項式からなる関数である構成に適用しても良い。
また、上記第2実施形態では、第2の薬液として、1種類の薬液(アンモニア水)を用いたが、これに代えて、複数種類の薬液を用いても良いし、複数種類の薬液を混合した薬液を用いても良い。また、第2実施形態において、第2の薬液タンク24と薬液タンク9とを接続する薬液供給路25にポンプを設けても良いし、薬液タンク9内に薬液を混合する撹拌装置を設けても良い。
以上のように、本実施形態の薬液処理装置1によると、薬液処理時間の積算時間で被加工物の処理時間を正確に計算することができるから、薬液処理による加工精度を向上させることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
図面中、1は薬液処理装置、2、3、4、5は処理室、6は薬液供給装置、8は制御装置(補正装置)、9は薬液タンク、11は供給路、12は回収路、13a、13b、13c、13dはバルブ、22はラインアンドスペースパターン、23はラインアンドスペースパターンである。

Claims (3)

  1. 複数の処理室と、
    薬液を前記複数の処理室に循環供給する薬液供給装置と、
    薬液の効果が薬液吐出時間によって変化する薬液を用いる際に、前記複数の処理室における薬液吐出時間を全て積算した積算薬液吐出時間に基づいて前記薬液の効果の変化を算出し、この算出した前記薬液の効果の変化と前記積算薬液吐出時間に基づいて前記複数の処理室毎に次回薬液処理される被加工物に対する薬液吐出時間を補正する補正装置と、
    を備えたことを特徴とする薬液処理装置。
  2. 前記薬液は、1種類の薬液、または、複数種類の薬液を混合した薬液であることを特徴とする請求項1記載の薬液処理装置。
  3. 薬液を複数の処理室に循環供給して薬液処理する薬液処理方法であって、
    薬液の効果が薬液吐出時間によって変化する薬液を用いる際に、前記複数の処理室における薬液吐出時間を全て積算した積算薬液吐出時間に基づいて前記薬液の効果の変化を算出し、この算出した前記薬液の効果の変化と前記積算薬液吐出時間に基づいて前記複数の処理室毎に次回薬液処理される被加工物に対する薬液吐出時間を補正するように構成したことを特徴とする薬液処理方法
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