KR100643666B1 - 박막 처리 방법 및 박막 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

박막 처리 방법 및 박막 처리 시스템은 복수의 전자빔 관으로부터 피 처리체에 형성된 막으로 전자빔을 조사하여 막두께를 맞추며, 상기 공정에서 상기 복수의 전자빔 관 각각의 출력 또는 조사 시간을 상기 막두께의 분포에 따라 개별적으로 제어한다. 또한, 박막 처리 방법 및 박막 처리 시스템에 의해 피 처리체의 막에 대전된 전하가 제거된다.

Description

박막 처리 방법 및 박막 처리 시스템{THIN FILM PROCESSING METHOD AND SYSTEM}
도 1은 본 발명의 박막 처리 시스템에 적합하게 사용되는 EB 장치를 도시하는 구성도,
도 2는 도 1에 도시하는 EB 장치의 전자빔 관의 배열의 일례를 도시하는 평면도,
도 3은 본 발명의 박막 처리 시스템의 일실시예를 나타내는 블록으로 도시한 구성도,
도 4는 EB 장치의 전자빔 유닛의 각 전자빔 관의 출력을 동일하게 설정했을 때에 얻어진 SOD막의 처리 시간과 수축율 및 k값과의 관계를 나타내는 그래프,
도 5는 EB 장치의 전자빔 유닛의 각 전자빔 관의 출력을 동일하게 설정했을 때에 얻어진 SOD막의 처리 시간과 수축율 및 탄성계수와의 관계를 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명의 박막 처리 방법의 일실시예에서 얻어진 SOD막의 처리과정을 나타내는 그래프로, 도6a는 베이크 처리후의 웨이퍼에 있어서의 SOD막의 막두께 분포를 나타내는 그래프, 도 6b는 전자빔 유닛의 각 전자빔 관의 출력분포를 나타 내는 그래프, 도 6c는 EB 경화(EB curing)후의 웨이퍼에 있어서의 SOD막의 막두께 분포를 나타내는 그래프,
도 7a 및 7b는 CHARM 웨이퍼의 요부를 나타내는 개념도,
도 8은 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 개념도,
도 9a 내지 9c는 종래의 EB 경화(EB curing) 전후의 웨이퍼에 있어서의 SOD막의 막두께 분포 및 전자빔 유닛의 출력을 도시한 도 6a, 6b, 6c에 상당하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 스핀 코터 30 : 막두께 측정 장치
40 : 전자빔 처리 장치 43 : 전자빔 유닛(복수의 전자빔 관)
43A : 제 1 전자빔 관 43B : 제 2 전자빔 관
43C : 제 3 전자빔 관 44 : 제어 장치
S : 박막 처리 시스템 B : 전자빔
CW : CHARM 웨이퍼(전하량 측정 수단)
W : 웨이퍼(피 처리체)
본 발명은 박막 처리 방법 및 박막 처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 균일한 막두께로 박막 처리를 할 수 있고, 또한 플라즈마 처리 장치 등에 의해서 막에 대전한 전하를 제거하는 박막 처리 방법 및 박막 처리 시스템에 관한 것이다.
반도체 장치의 고집적화 및 고속화에 따라, 배선 구조가 미세화하고, 레지스트막의 배선 패턴의 고선명화와 배선간 전기 용량의 저감이 점점 중요해지고 있다. 즉, 레지스트막은 배선 패턴이 고선명화할수록 균일한 막두께가 필요해지고, 또한 층간 절연막은 정확한 에칭 등을 하기 위해서 균일한 막두께가 필요해진다.
레지스트막이나 층간 절연막을 형성하는 경우에는, 예컨대 스핀 코터와 베이크 화로(bake oven)를 사용하여 피 처리체의 표면에 유기재료를 도포하여 도포형 절연막(이하, 「SOD막」이라고 함)을 형성하는 것이 널리 실행되고 있다. 또한, 층간 절연막의 배선 사이의 전기 용량을 저감시키기 위해서, SOD막재(膜材)로서 여러가지의 Low-k 막재가 개발되어 있다. 또한, 막 형성의 일환으로서 SOD막에 열 경화(heat Curing)를 실시하는 것이 실행되고, 또는 최근에는 전자빔 처리 장치(EB 장치)를 사용하여 SOD막에 전자빔 경화(EB Curing)를 실시하는 것이 실행되고 있다.
예컨대, 스핀 코터를 이용하여 피 처리체(예컨대, 웨이퍼)에 SOD막을 형성하 면, 도 9a에 도시하는 바와 같이 웨이퍼의 중앙부의 막두께가 얇고, 직경 방향 외측으로 감에 따라서 막두께가 점차 증가하는 경향이 있다. 이러한 SOD막에 EB 경화를 실시하는 경우에는, 종래에는 도 9b에 도시하는 바와 같이 복수의 전자빔 관 각각의 출력을 균일하게 하여 웨이퍼 전면에 균일한 전자빔을 조사하고 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치를 이용하여 웨이퍼에 층간 절연막 등의 박막을 형성하는 경우에도 스핀 코터의 경우만큼은 아니라고 하더라도 막두께에 편차가 발생하여, 균일한 막두께를 얻는 것이 어렵다. 또한, 플라즈마 처리 장치를 이용하여 박막을 형성하면, 플라즈마로부터 전하를 받음으로써 박막이 대전하여, 그 후의 처리에 여러가지의 폐해를 가져온다. 대전현상은 에칭을 하는 경우에도 발생한다.
그래서, 종래부터 박막의 전하를 제거하는 방법으로서, 예컨대 웨이퍼에 전자빔(음이온)을 주입하여 박막의 양이온을 중화하는 방법(일본 특허 공개 평성 제9-181056호 공보 청구항 1 내지 청구항 3, 단락[0007] 및 도 2)과, 자외선 램프 등의 중화 전하 발생 수단을 이용하여 아르곤 가스 등으로부터 부유 전하체(양이온 및 전자를 포함함)를 발생시키고, 이 부유 전하체로 박막 표면의 전하를 중화하는 방법(일본 특허 공개 평성 제7-14761호 공보 청구항 1, 청구항 2 및 단락[0022]) 등이 알려져 있다. 또한, 일본 특허 공개 평성 제5-243160호 공보 청구항 1, 청구항 4 및 단락[0008]에는 자외선을 반도체 기판 표면의 전하 축적 부분에 조사하여 반도체 기판 표면 전하를 제거하는 방법이 알려져 있다.
그러나, 종래의 레지스트막이나 층간 절연막의 박막 처리를 하는 경우에는 상술한 바와 같이, SOD막의 도포, SOD막의 베이크 처리 및 경화(curing) 처리를 하 는데, 어떠한 처리를 실행함에 있어서도 막두께를 균일하게 맞추는 것이 어려워, 예컨대 스핀 코터를 사용하는 SOD막을 도포하면, 도 9a에 도시하는 바와 같이 SOD막의 막두께가 불균일해지고, 이 상태가 베이크 화로에 의한 열 처리 후에도 남기 때문에, 이들 처리에 계속되는 EB 경화 후에도 도 9c에 도시하는 바와 같이 막두께가 불균일한 채로 남아, 균일한 막두께를 얻는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다. 막두께가 불균일한 경우에는 그 후의 처리, 예컨대 층간 절연막의 경우라면 소정의 패턴에 의거하여 정확한 에칭을 균일하게 실시하는 것이 어려워져, 양품률의 저하를 초래할 우려가 있다. 또한, 레지스트막의 경우에는 노광공정에서 요구되는 고세밀한 묘획이 어려워진다.
또한, 웨이퍼의 표면에 형성된 박막의 전하를 제거하는 방법으로서 상기한 첫째 참조문헌의 방법을 사용하는 경우에는 전자빔 (음이온)에 의해서 박막의 양이온을 제거할 수 있는 것에 불과하다. 또한, 상기한 둘째 참조문헌의 방법은 자외선을 사용하고 있는데, 자외선에 의해서 발생한 전하는 박막의 내부까지 침투하지 않고, 박막 표면의 전하를 제거할 수 있는 것에 지나지 않아, 박막 내부에 축적된 전하까지 제거할 수 없다. 또한, 상기한 셋째 참조문헌의 방법을 이용하는 경우에는 자외선이 박막의 내부까지 침투하기 어렵다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 균일한 박막 처리를 얻을 수 있는 박막 처리 방법 및 박막 처리 시스템을 제안하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 피 처리체에 축적한 전하를 확실하게 제거할 수 있는 박막 처리 방법 및 박막 처리 시스템을 함께 제안하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 제 1 관점에 따르면, 복수의 전자빔 관으로부터 피 처리체에 형성된 막으로 전자빔을 조사하여 막두께를 맞추는 공정을 구비한 박막 처리 방법에 있어서, 상기 공정에서 상기 복수의 전자빔 관 각각의 출력 또는 조사 시간을 상기 막두께의 분포에 따라 개별적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 박막 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 제 2 관점에 따르면, 피 처리체의 표면에 형성된 막의 막두께를 측정하는 공정과, 복수의 전자빔 관으로부터 상기 막으로 전자빔을 조사하여 상기 막두께를 맞추는 공정을 구비한 박막 처리 방법에 있어서, 상기 막두께를 맞추는 공정에서, 상기 막두께의 측정 결과에 근거하여 상기 복수의 전자빔 관 각각의 출력 또는 조사 시간을 개별적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 박막 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 제 3 관점에 따르면, 복수의 전자빔 관으로부터 피 처리체로 전자빔을 조사하여 피 처리체의 박막에 대전한 전하를 제거하는 공정을 구비한 박막 처리 방법에 있어서, 상기 공정에서, 상기 피 처리체를 희가스 분위기 하에 두고, 상기 희가스를 통해서 상기 피 처리체로 전자빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 박막 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 제 4 관점에 따르면, 피 처리체의 박막에 대전한 전하량을 측정하는 공정과, 상기 전하량의 측정 결과에 근거하여 복수의 전자빔 관으로부터 상기 막으로 전자빔을 조사하여 상기 전하를 제거하는 공정을 구비한 박막 처리 방법에 있어서, 상기 제전공정에서, 상기 피 처리체를 희가스 분위기 하에 두고, 상기 희가스를 통해서 상기 피 처리체로 전자빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 박막 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 제 5 관점에 따르면, 피 처리체에 형성된 막의 막두께를 측정하는 막두께 측정 장치와, 상기 피 처리체의 막으로 전자빔을 조사하는 복수의 전자빔 관을 갖는 전자빔 처리 장치를 구비하고, 상기 전자빔 처리 장치는 상기 막두께 측정 장치의 측정 결과에 근거하여 상기 복수의 전자빔 관 각각의 출력 또는 조사 시간을 개별적으로 제어하는 제어 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 처리 시스템이 제공된다.
본 발명의 제 6 관점에 따르면, 피 처리체의 박막에 대전한 전하량을 측정하는 전하량 측정 수단과, 상기 피 처리체로 전자빔을 조사하여 상기 전하를 제거하는 복수의 전자빔 관을 갖는 전자빔 처리 장치를 구비하고, 상기 전자빔 처리 장치는 처리용기내에 희가스를 공급하는 수단과, 상기 전하량 측정 수단의 측정 결과에 근거하여 상기 복수의 전자빔 관의 출력 또는 조사 시간을 제어하는 제어 장치를 갖고, 상기 처리용기내에 공급된 희가스를 통해서 상기 피 처리체로 전자빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 박막 처리 시스템이 제공된다.
이하, 도 1 내지 도 8에 도시하는 실시예에 근거하여 본 발명을 설명한다.
본 실시예의 박막 처리 시스템(S)은, 예컨대 도 3에 도시하는 바와 같이 피 처리체(예컨대, 웨이퍼)의 표면에 SOD막 재료를 도포하는 회전식의 도포 장치(스핀 코터)(10)와, 웨이퍼에 형성된 SOD막을 열 처리하는 베이크 화로(20)와, 열 처리후의 SOD막의 막두께를 측정하는 막두께 측정 장치(30)와, 막두께 측정 장치(30)의 측정 결과에 근거하여 SOD막에 전자빔을 조사하는 전자빔 처리 장치(EB 장치)(40)를 구비하고 있다. 이 때에 사용되는 스핀 코터(10), 베이크 화로(20) 및 막두께 측정 장치(30)로서는 종래 공지의 것을 사용할 수 있다.
상기 스핀 코터(10)에 있어서 형성된 SOD막은 상술한 바와 같이 웨이퍼의 중심으로부터 직경 방향 외측으로 감에 따라서 막두께가 두꺼워지는 경향이 있다. 이것은 베이크 화로(20)에서 웨이퍼를 처리하더라도 변하지 않는다. 본 실시예에서는 이하에 구체적으로 설명하는 EB 장치(40)를 사용하여 SOD막에 대하여 EB 경화를 실시할 때에 SOD막의 막두께를 균일화할 수 있다.
즉, 본 실시예에 사용되는 EB 장치(40)는, 예컨대 도 1에 도시하는 바와 같이 알루미늄 등에 의해서 감압 가능하게 형성된 처리용기(41)와, 이 처리용기(41)내의 저면 중앙에 배치되고 또한 피 처리체(웨이퍼)(W)를 탑재하는 탑재대(42)와, 이 탑재대(42)와 대향하는 처리용기(41)의 상면에 동심원형상으로 배열하여 장착된 복수(예컨대, 19개)의 전자빔 유닛(43)과, 탑재대(42) 및 전자빔 유닛(43) 등을 제어하는 제어 장치(44)를 구비하고, 제어 장치(44)의 제어하에서 전자빔 유닛(43)으로부터 탑재대(42)상의 웨이퍼(W) 전면에 전자빔을 조사하여 웨이퍼(W)에 형성된 SOD막의 EB 경화를 실행한다. SOD막에 EB 경화를 실시하면, 후술하는 바와 같이 SOD막이 수축한다. 이것을 이용하여 본 실시예에서는 SOD막의 막두께를 균일화한다.
또한, 상기 탑재대(42)의 하면에는 승강기구(45)가 연결되고, 승강기구(45)의 볼나사(45A)를 거쳐서 탑재대(42)가 승강한다. 탑재대(42)의 하면과 처리용기(41)의 저면은 신축 가능한 스테인레스제의 벨로우즈(46)에 의해서 연결되고, 벨로우즈(46)에 의해서 처리용기(41)내의 기밀을 유지하고 있다. 또한, 처리용기(41)의 주위면에는 웨이퍼(W)의 반출입구(41A)가 형성되고, 이 반출입구(41A)에는 게이트밸브(47)가 개폐 가능하게 장착되어 있다. 또한, 처리용기(41)에는 반출입구(41A)의 위쪽에 위치하는 가스 공급구(41B)가 형성되고, 처리용기(41)의 저면에는 가스 배기구(41C)가 형성되어 있다. 그리고, 가스 공급구(41B)에는 가스 공급관(48)을 거쳐서 가스 공급원(도시하지 않음)이 접속되고, 또한 가스 배기구(41C)에는 가스배기(49)를 거쳐서 진공 배기 장치(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 또한, 도 1에 있어서, 참조부호(46A)는 벨로우즈 커버이다.
또한, 상기 탑재대(42)는 상면에 히터(42A)를 갖고, 이 히터(42A)를 통해서 웨이퍼(W)를 소망하는 온도까지 가열한다. 또한, 19개의 전자빔 유닛(43)은, 예컨대 도 2에 도시하는 바와 같이 처리용기(41) 상면의 중심에 배치된 1개의 제 1 전자빔 관(43A)과, 제 1 전자빔 관(43A)의 주위에 동심원형상으로 배치된 6개의 제 2 전자빔 관(43B)과, 이들 제 2 전자빔 관(43B)의 주위에 동심원형상으로 배치된 12개의 제 3 전자빔 관(43C)으로 이루어진 3개의 블록으로 구성되고, 제 1, 제 2, 제 3 전자빔 관(43A, 43B, 43C)을 각각 블록마다 제어할 수 있다. 제 1, 제 2, 제 3 전자빔 관(43A, 4B, 4C)은 각각 처리용기(41)내로 노출하여 배치된 전자빔의 투과창을 갖고 있다. 투과창은 예컨대 투명 석영 유리에 의해서 밀봉되어 있다. 그리고, 투과창의 아래쪽으로는 그리드형상의 검출기구(50)가 대향 배치되고, 이 검출기구(50)에 충돌하는 전자에 근거하여 조사량을 검출하여, 검출 신호를 제어 장치(44)에 입력한다. 제어 장치(44)는 검출기구(50)의 검출 신호에 근거하여 동심원형상으로 배치된 제 1, 제 2, 제 3 전자빔 관(43A, 43B, 43C)의 출력을 각각 블록마다 제어한다.
그런데, 본 실시예에서 사용되는 SOD막은 예컨대 유기재료에 의해서 형성되어 있다. SOD막을 형성하는 유기재료로서는, 예컨대 SiO2보다 유전율이 낮은 Low-k재가 사용된다. Low-k재는 규소(Si), 탄소(C), 수소(H), 산소(O)를 포함하는 유기재료를 사용할 수 있다. 이러한 유기재료로서는, 예컨대 폴리오르가노실록산가교벤조시클로부텐(polyorganosiloxane cross-linked benzocyclobutene) 수지, Dow chemical사 제품인 SiLK(상품명), FLARE(상품명) 등의 폴리아릴렌에테르(poly arylene ether) 수지(PAE), 메틸실세스키옥산(methly silsesquioxane)(MSQ) 등의 유기 폴리실록산(polysiloxane) 수지 등을 들 수 있다. MSQ계의 유기재료로서는, 예컨대 JSR사 제품인 LKD 등을 들 수 있다.
다음에, EB 장치(40)의 동작에 대하여 설명한다. SOD막이 형성된 웨이퍼(W)를 반송기구의 아암(도시하지 않음)을 거쳐서 EB 장치(40)까지 반송하면, 게이트밸브(47)를 열고, 반송기구의 아암이 반출입구(41A)로부터 웨이퍼(W)를 처리용기(41) 내로 반송하고, 처리용기(41)내에서 대기하는 탑재대(42)상으로 웨이퍼(W)를 인도한다. 그 후, 반송기구의 아암이 처리용기(41)로부터 퇴피하고, 게이트밸브(47)를 닫고, 처리용기(41)내를 기밀 상태로 한다. 이 동안에 승강기구(45)를 거쳐서 탑재대(42)가 상승하고, 웨이퍼(W)와 전자빔 유닛(43)과의 간격을 소정거리로 유지한다.
그리고 나서, 진공 배기 장치를 거쳐서 처리용기(41)내의 공기를 배기함과 동시에 가스 공급원으로부터 처리용기(41)내로 예컨대 희가스(예컨대, 아르곤 가스)를 공급하여, 처리용기(41)내의 공기를 아르곤 가스로 치환하고, 처리용기(41)내의 아르곤 가스의 압력을 소정의 압력으로 유지한다. 이 때, 탑재대(42)의 히터(42A)가 작동하여 웨이퍼(W)를 가열하고 소정의 온도로 유지한다. 이 상태에서 전자빔 유닛(43)의 제 1, 제 2, 제 3 전자빔 관(43A, 43B, 43C) 각각의 출력을 동일하게 설정하고 전자빔(B)을 조사하여 웨이퍼(W) 표면의 SOD막의 EB 경화를 실행한다.
상술한 바와 같이 각 전자빔 관(43A, 43B, 43C)의 출력을 동일하게 설정하고, 하기 조건으로 EB 경화를 하면, 예컨대 도 4 및 도 5에 도시하는 특성을 갖는 SOD막을 얻을 수 있다.
(처리 조건)
SOD막의 재료 : LKD(JSR사 제품)
평균 막두께 : 5000Å
처리용기내 압력 : 10Torr
웨이퍼 온도 : 350℃
아르곤 가스 : 표준 상태에서 3sccm
전자빔 관과 웨이퍼의 간격 : 75mm
전자빔 관
인가 전압 : 13kV
관 전류 : 250㎂
도 4에 도시하는 결과에 의하면, EB 경화의 처리 시간과 함께 SOD막의 수축율(막두께 감소율)이 커지는 것을 알 수 있다. 한편, k값(비유전률)은 EB 경화의 처리 시간이 600초까지는 완만하게 증대하고, 600초를 넘으면 분명하게 증대하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 5에 도시하는 결과에 의하면, SOD막은 EB 경화의 처리 시간과 함께 SOD막의 수축의 증대와 동일한 경향으로 탄성계수가 커져 경화하는 것을 알 수 있다. 이들 결과로부터 SOD막에서의 도우즈량이 많아질수록 SOD막의 유기 고분자 화합물의 반응이 진행하여, SOD막의 수축율이 커진다고 생각된다. 그 때, 소정의 수축율, 본 실시예의 경우에는 EB 경화의 처리 시간 600초에 상당하는 수축율 약 12% 이하의 범위라면 낮은 k 값을 유지할 수 있는 것을 알 수 있다. 이 것은, 각 전자빔(43A, 43B, 43C)의 출력이 동일한 경우에는 제 1, 제 2, 제 3 전자빔 관(43A, 43B, 43C)의 조사 시간에 차이를 둠으로써, 또한 처리 시간이 동일한 경우에는 제 1, 제 2, 제 3 전자빔 관(43A, 43B, 43C) 각각의 출력에 고저 차이를 줌으로써, 낮은 k값을 유지하면서 SOD막의 수축율을 바꿔 막두께 분포를 보정하여 균일한 막두께를 얻을 수 있는 것을 나타내고 있다.
그래서, 본 실시예에서는 SOD막의 막두께에 따라 제 1, 제 2, 제 3 전자빔 관(43A, 43B, 43C)의 출력을 블록마다 제어하여 SOD막의 막두께 분포를 보정하여, 막두께의 균일화를 실현했다. 여기서, 한 블록 내의 전자빔 관의 출력은 서로 동일하도록 설정되고, 다른 블록내의 전자빔 관의 출력과는 상이하도록 설정된다. 즉, 막두께가 두꺼운 외주연 부분에는 제 3 전자빔 관(43C)의 출력을 가장 높게 설정하여 전자빔의 도우즈량을 많게 하여 막두께가 두꺼운 부분의 수축율을 크게 하고, 막두께가 얇은 중앙 부분에는 제 1 전자빔 관(43A)의 출력을 가장 낮게 설정하여 전자빔의 도우즈량을 적게 하여 막두께가 얇은 부분의 수축율을 작게 한다. 이것에 의해서 SOD막의 막두께를 균일화할 수 있다.
다음에, 상기 원리를 이용한 박막 처리 시스템(S)에 따른 본 발명의 박막 처리 방법에 대하여 설명한다. 우선, 스핀 코터(10)를 이용하여 SOD막재를 웨이퍼(W) 표면에 도포한 후, 베이크 화로(20)를 이용하여 열 처리한다. 이어서, 예컨대 빛 간섭식 막두께계 등의 막두께 측정 장치(30)를 이용하여 웨이퍼(W) 전면의 SOD막의 막두께를 복수 개소에서 측정하여, 막두께의 분포 상태를 검출하면, 예컨대 도 6a에 실선으로 도시하는 바와 같이 SOD막의 중앙부로부터 외주연부로 감에 따라서 막두께가 점차 증가하는 막두께 분포를 얻을 수 있다. 이 막두께 분포를 나타내는 수치 데이터를 EB 장치(40)의 제어 장치(44)의 메모리(도시하지 않음)에 저장한다.
이어서, 도 1에 도시하는 바와 같이 막두께 분포 상태를 알고있는 웨이퍼(W)를 EB 장치(40)의 처리용기(41)내로 반입하고, 탑재대(42)상에 탑재하여 게이트밸브(47)를 닫은 후, 상술한 요령으로 탑재대(42)를 상승시켜 전자빔 유닛(43)과 웨이퍼(W) 사이의 거리를 소정의 값으로 설정한 후, 가스 공급관(48)으로부터 처리용기(41)내로 희가스를 공급함과 동시에 가스배출관(49)으로부터 처리용기(41)내의 가스를 배기하여 처리용기(41)내를 소정 압력의 희가스 분위기로 한다.
그리고 나서, 전자빔 유닛(43)의 제 1, 제 2, 제 3 전자빔 관(43A, 43B, 43C)에 전압을 인가한다. 이 때, 제어 장치(44)가 도 6a에 도시하는 막두께 분포에 따라서 제 1, 제 2, 제 3 전자빔 관(43A, 43B, 43C) 각각의 출력을 블록마다 제어한다. 즉, 제어 장치(44)를 거쳐서 SOD막의 막두께 분포에 따라서, 도 6b에 실선으로 도시하는 바와 같이 제 1 전자빔 관(43A)의 출력을 가장 낮게 설정하여 SOD막의 중앙부에서의 전자빔의 도우즈량을 가장 적게 하고, 제 3 전자빔 관(43C)의 출력을 가장 높게 설정하여 SOD막의 외주연부에서의 전자빔의 도우즈량을 가장 많게 하여 SOD막의 EB 경화를 한다. 이 EB 경화에 의해서, SOD막은 웨이퍼(W)의 중앙부에서의 수축율이 가장 작고, 중앙부로부터 외주연부로 감에 따라서 수축율이 서서히 커져, 결과적으로 도 6c에 도시하는 바와 같이 SOD막의 막두께를 웨이퍼(W) 전면에서 평균화하여 균일한 막두께를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 스핀 코터(10)를 거쳐서 웨이퍼(W)에 SOD막을 형성하고, 베이크 화로(20)를 거쳐서 SOD막을 열 처리한 후, 막두께 측정 장치(30)를 거쳐서 SOD막의 막두께를 측정하고, 이 측정 결과에 근거하여 EB 장치(40)의 전자빔 유닛(43)의 제 1 전자빔 관(43A)의 출력을 가장 낮게, 제 3 전자빔 관(43C)의 출력을 가장 높게 설정하도록 제 1, 제 2, 제 3 전자빔 관(43A, 43B, 43C)을 블록마다 개별적으로 제어하도록 했기 때문에, 베이크 화로(20)로부터 오는 웨이퍼(W)의 SOD막의 막두께가 중앙부로부터 외주연부로 감에 따라서 점차 증가하고 있더라도 EB 경화에 의해서 막두께 분포를 보정하여 균일한 막두께를 가진 SOD막을 얻을 수 있다. 따라서, 박막 처리후의 에칭 등의 후속 공정에서도 양호한 결과를 얻을 수 있어, 양품률을 높일 수 있다.
또한, 예컨대 막두께 측정 장치(30)에 의한 막두께 측정으로 도 6a에 파선으로 나타내는 막두께 분포를 얻을 수 있었던 경우에는, EB 경화시에, 제어 장치(44)를 거쳐서 SOD막의 막두께 분포에 따라서, 도 6b에 파선으로 도시하는 바와 같이 제 1 전자빔 관(43A)의 출력을 가장 높게 설정하여 SOD막의 중앙부에서의 전자빔의 도우즈량을 가장 많게 하고, 제 3 전자빔 관(43C)의 출력을 가장 낮게 설정하여 SOD막의 외주연부에서의 전자빔의 도우즈량을 가장 적게 하여 SOD막의 EB 경화를 실행한다. 이것에 의해서, SOD막은 웨이퍼(W)의 중앙부에서의 수축율이 가장 크고, 중앙부로부터 외주연부로 감에 따라서 수축율이 서서히 작아져, 결과적으로 도 6c에 도시하는 바와 같이, SOD막의 막두께를 웨이퍼(W) 전면에서 균일한 막두께를 얻을 수 있다.
또한, 예컨대 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 웨이퍼 표면에 층간 절연막을 피막한 경우에는, 층간 절연막의 막두께는 전면에서 미소한 요철이 불규칙하게 분포하는 경우가 있다. 이 경우에는 막두께 측정 장치를 통해서 그 요철의 분포 상 태를 검출한 뒤, 이 막두께 정보에 근거하여 EB 경화 장치에 있어서 복수의 전자빔 관 각각의 출력을 요철에 따라 개별적으로 제어함으로써 막두께를 균일화할 수 있다. 즉, 이 경우에는 상기 실시예와 같이 전자 빔 유닛(43)을 세개의 블록[즉 제 1, 제 2, 제 3 전자빔 관(43A, 43B, 43C)]마다 제어하는 것이 아니고, 19개의 전자빔 관(43) 각각의 출력을 개별적으로 제어한다. 이러한 제어로 어떠한 막두께 분포이더라도 확실하게 막두께 분포를 없애서 균일화할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 있어서도 상기 실시예와 동일한 작용 효과를 기대할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 EB 장치(40)를 이용하여 성막후의 막두께의 편차를 균일화하는 경우에 대하여 설명했지만, EB 장치(40)는 예컨대 플라즈마 처리 장치(예컨대, CVD 장치, 에칭 장치, 애싱 장치 등)와 이온 주입 장치 등에 의해서 웨이퍼를 처리했을 때에 웨이퍼 표면에 축적하는 전하를 제거하는 경우에도 이용할 수 있다. 그래서, 우선 EB 장치(40)의 제전작용을 대전 모니터용 웨이퍼(charging monitor wafer)에 의해서 확인했다.
본 실시예에서는 대전 모니터용 웨이퍼로서, 예컨대 CHARM(등록상표)-2 웨이퍼(Wafer Charging Monitors사 제품)(이하, 단지「CHARM 웨이퍼」라고 칭함)를 이용했다. 이 CHARM 웨이퍼는 EEPROM 장치 구조의 칩을 웨이퍼 전면에 갖고 있다. 각 장치는, 예컨대 도 7a, 7b에 도시하는 바와 같이, 전위센서(도 7a 참조), 전류센서(도 7b 참조) 및 UV 센서(도시하지 않음)를 갖고 있다. 또한, 각 센서는 동 도면에 도시하는 바와 같이 제어 게이트(C), 부유 게이트(F) 및 실리콘 산화막층 SiO2을 갖고, 또한 표면에 CCE(Charge Collection Electrode)를 갖고 있다. 그리고, 각 장치의 제어 게이트에 각각 인가된 전압의 극성, 크기에 따라 산화막을 통해서 전자가 부유 게이트(F)로 주입되고, 또는 내보내진다. 이것에 의해서, 트랜지스터의 문턱값 전압 Vth가 변화하고, 이 변화량에 근거하여 웨이퍼의 전하량 분포를 알 수 있다.
예컨대, EEPROM에 의해서 +14.11V의 정전압으로 대전된 CHARM 웨이퍼를 EB 장치(40)내에 설치하고, 아르곤 분위기 하에서 복수의 전자빔 관(43)으로부터 CHARM 웨이퍼로 전자빔을 조사하고, 하기 처리 조건으로 CHARM 웨이퍼를 예컨대 6분간 처리한 후, CHARM 웨이퍼를 처리용기(41)로부터 꺼내어, CHARM 웨이퍼의 전압분포를 조사한 결과, 전압이 +14.11V로부터 평균치로 2.99V까지 변화하여, 웨이퍼의 양전하를 제거할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 사전에 -8.62V의 부전압으로 대전된 CHARM 웨이퍼(CW)를 EB 장치(40)내에 설치하고, 동일한 처리를 한 결과, 전압이 -8.62V에서 평균치로 1.29V까지 변화했다. 이 결과로부터, EB 장치(40)는 양음 어떠한 전하가 대전되더라도 제거할 수 있는 것을 알 수 있었다.
(처리 조건)
처리용기내 압력 : 10Torr
웨이퍼 온도 : 350℃
아르곤 가스 : 표준 상태에서 3sccm
전자빔 관과 웨이퍼의 간격 : 75mm
전자빔 관
인가 전압 : 13kV
관 전류 : 250㎂
따라서, EB 장치(40)는 아르곤 분위기하에서 전자빔을 웨이퍼에 조사함으로써 양음 어떠한 전하가 웨이퍼에 대전하고 있더라도 제전할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이 제전작용은 전자빔이 아르곤을 플라즈마화하여 양전하 및 음전하의 양쪽을 발생시키고, 이들 양음전하에 의해서 웨이퍼 표면의 양음전하를 중화하는 것에 의한 것이라고 생각된다. 또한, 전자빔은 웨이퍼의 박막층내로 침입하여, 층간 절연막층내에 축적된 양전하도 제거할 수 있다고 생각된다. 이 때, 전자빔에 의해서 층간 절연막의 미소한 요철도 균일화할 수 있다.
이어서, CHARM 웨이퍼를 이용하여 예컨대 도 8에 나타내는 플라즈마 CVD 장치의 대전 특성에 대하여 검증했다. 플라즈마 CVD 장치(100)는, 예컨대 도 8에 도시하는 바와 같이 처리용기(101)와, 이 처리용기(101)내에 배치되고 또한 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재대(102)와, 이 탑재대(102)의 위쪽에 이것과 대향하여 배치된 전극(103)과, 이 전극(103)에 접속된 고주파 전원(104)을 구비하고 있다. 처리용기(101)의 상부에는 프로세스 가스의 가스 공급부(101A)가 형성되고, 그 하부에는 진공 배기 장치(도시하지 않음)에 접속된 가스 배기부(101B)가 형성되어 있다. 그리고, 플라즈마 CVD 장치(100)를 이용하여 층간 절연막으로서 실리콘 산화막을 성 막하는 경우에는, 예컨대 SiH4+N2O계의 가스나 TEOS+O2계의 가스 등을 프로세스 가스로서 사용할 수 있다. 플라즈마 CVD 장치(100)를 이용하여 웨이퍼(W) 표면에 실리콘 산화막으로 이루어지는 층간 절연막을 형성하면, 웨이퍼(W)는 플라즈마로부터 전하를 받아 대전한다.
그래서, EEPROM을 거쳐서 CHARM 웨이퍼(CW)에 소정의 크기의 정전압 또는 부전압을 제어 게이트(G)에 대전시키고, 이 CHARM 웨이퍼(CW)를 도 8에 도시하는 바와 같이 플라즈마 CVD 장치(100)의 탑재대(102)상에 얹어 놓고, 층간 절연막을 성막하는 프로세스 조건으로 CHARM 웨이퍼(CW)를 처리한다. 즉, 가스 공급부(101A)로부터 처리용기(101)내로 프로세스 가스(예컨대, TEOS+O2계 가스)를 공급함과 동시에 가스 배출부(101B)로부터 배기하여 처리용기(101)내를 소정의 압력으로 설정한다. 그리고, 고주파 전원(104)으로부터 전극(103)으로 고주파 전력을 인가하면, 처리용기(101)내에서 프로세스 가스의 플라즈마(P)가 발생하고, CHARM 웨이퍼(CW)에서 대전이 일어난다. 이 처리를 종료한 뒤, CHARM 웨이퍼(CW)를 처리용기(101)로부터 출력한다. 그리고, CHARM 웨이퍼(CW)의 전위센서로부터 정전압 또는 부전압을 읽어내어 플라즈마로부터의 대전에 의한 정부 각 전압의 변화를 구한다. 이 처리에 의해서 플라즈마 CVD 장치(100)의 대전 특성을 해석할 수 있다. 그리고, EB 장치(40)의 제어 장치(44)에 대전 특성을 사전에 등록해 놓는다.
EB 장치(40)에서 플라즈마 CVD 처리후의 대전전하를 제거하는 경우에는, 플라즈마 CVD 장치(100)로부터 EB 장치(40)내로 웨이퍼를 반송하고, EB 장치(40)에 의해서 웨이퍼의 전하를 제거한다. 이 때, EB 장치(40)의 복수의 전자빔 관(43)은 제어 장치(44)에 등록된 대전 특성에 의거하여 각 전자빔 관(43A, 43B, 43C)을 개별적으로 제어하여, 웨이퍼의 전하를 제거할 수 있다.
상술한 결과로부터, 플라즈마 CVD 장치(100)를 이용하여 성막 처리한 대전 웨이퍼의 전하를 제거하는 경우에는, 플라즈마 CVD 장치(100)의 대전 특성을 EB 장치(40)의 제어 장치(44)의 메모리에 사전에 등록해 두고, 이 등록내용에 따라서 복수의 전자빔 관(43A, 43B, 43C)을 개별적으로 제어함으로써 웨이퍼 표면의 전하를 확실하게 제거할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 복수의 전자빔 관(43A, 43B, 43C)으로부터 웨이퍼로 전자빔을 조사하여 웨이퍼의 층간 절연막에 대전한 전하를 제거할 때에, 웨이퍼(W)를 아르곤 가스 분위기하에 두고, 아르곤 가스를 통해서 웨이퍼에 전자빔을 조사하도록 했기 때문에, 전자빔의 조사에 의해서 발생하는 아르곤 가스의 플라즈마에 의해서 층간 절연막층에 대전한 양음의 전하를 동시에 제거함과 동시에 전자빔의 층간 절연막층내로의 침입에 의해서 내부의 전하를 제거할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 플라즈마 CVD 장치(100)에 의해서 형성된 웨이퍼의 층간 절연막에 대전한 전하량을 측정하는 공정과, 전하량의 측정 결과에 근거하여 복수의 전자빔 관(43A, 43B, 43C)으로부터 층간 절연막으로 전자빔을 조사하여 전하를 제거하는 공정을 구비하고, 제전공정에 있어서 웨이퍼를 아르곤 가스 분위기하에 두고, 아르곤 가스를 통해서 웨이퍼로 전자빔을 조사하도록 했기 때문에, 플라즈마 CVD 장치(100)에 의한 대전량에 따라 복수의 전자빔 관(43A, 43B, 43C)을 제어함으로써, 대전량에 의거한 전자빔을 조사하여 웨이퍼의 전하를 확실하게 제거할 수 있다. 성막 처리로 대전한 웨이퍼를 한번 CVD 장치(100)로부터 출력하여 전하량을 측정하면, 분위기중의 이물질 등이 정전기에 의해서 부착하기 때문에, 성막 공정, 대전량 측정 공정 및 EB 제전 공정을 모두 진공 분위기하에서 실행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시예에 하등 제한되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 한, 본 발명에 포함된다. 상기 제전 공정은 층간 절연막의 경우에 대하여 설명하고 있지만, 레지스트막의 경우에 대해서도 적용할 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는 박막 처리 장치로서 스핀 코터 및 CVD 장치를 예로 들어 설명했지만, 그 밖의 박막 처리 장치에 관해서도 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, EB 장치도 상기 실시예에 제한되는 것이 아니라, 여러 가지 타입의 EB 장치에 대하여 적용할 수 있다. 또한, 피 처리체의 전하를 제거하는 경우에는 아르곤 가스 대신에 다른 희가스, 즉 크세논(xenon), 크립톤(Krypton), 헬륨을 이용할 수 있다. 또한, 플라즈마 CVD 장치 외에, 예컨대 에칭 장치, 이온 주입 장치 등에 의해서 대전한 피 처리체에 대해서도 전자빔을 조사함으로써 마찬가지로 제거할 수 있다.
이상 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
본 발명에 의하면, 균일한 박막 처리를 얻을 수 있는 박막 처리 방법 및 박막 처리 시스템을 제공할 수 있으며, 또한 처리체에 축적한 전하를 확실하게 제거할 수 있는 박막 처리 방법 및 박막 처리 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 복수의 전자빔 관으로부터 피 처리체로 전자빔을 조사하여 상기 피 처리체의 박막에 대전한 전하를 제거하는 공정을 구비한 박막 처리 방법에 있어서, 상기 공정에서, 상기 복수의 전자빔 관 각각의 출력 또는 조사 시간을 상기 피 처리체의 박막에 대전한 전하량에 따라 개별적으로 제어하고, 상기 피 처리체를 희가스 분위기 하에 두고, 상기 희가스를 통해서 상기 피 처리체로 전자빔을 조사하는 것을 특징으로 하는
    박막 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    CVD에 의해 상기 피 처리체에 형성되는 막을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는
    박막 처리 방법.
  3. 피 처리체의 박막에 대전한 전하량을 측정하는 공정과, 상기 전하량의 측정 결과에 근거하여 복수의 전자빔 관으로부터 상기 막으로 전자빔을 조사하여 상기 전하를 제거하는 제전공정을 구비한 박막 처리 방법에 있어서, 상기 제전공정에서, 상기 복수의 전자빔 관 각각의 출력 또는 조사 시간을 상기 전하량 측정 결과에 따라 개별적으로 제어하고, 상기 피 처리체를 희가스 분위기 하에 두고, 상기 희가스를 통해서 상기 피 처리체로 전자빔을 조사하는 것을 특징으로 하는
    박막 처리 방법.
  4. 피 처리체의 박막에 대전한 전하량을 측정하는 전하량 측정 수단과, 상기 피 처리체로 전자빔을 조사하여 상기 전하를 제거하는 복수의 전자빔 관을 갖는 전자빔 처리 장치를 구비하고, 상기 전자빔 처리 장치는 처리용기 내에 희가스를 공급하는 수단과, 상기 전하량 측정 수단의 측정 결과에 근거하여 상기 복수의 전자빔 관의 출력 또는 조사 시간을 개별적으로 제어하는 제어 장치를 갖고, 상기 처리용기 내에 공급된 희가스를 통해서 상기 피 처리체로 전자빔을 조사하는 것을 특징으로 하는
    박막 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 전자빔 관은 동심원형상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는
    박막 처리 시스템.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 피 처리체에 막을 형성하는 회전식 도포 장치를 구비한 것을 특징으로 하는
    박막 처리 시스템.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 피 처리체에 막을 형성하는 플라즈마 처리 장치를 구비한 것을 특징으로 하는
    박막 처리 시스템.
  8. 피 처리체의 박막에 대전한 전하량을 측정하는 전하량 측정 수단과, 상기 피 처리체로 전자빔을 조사하여 상기 전하를 제거하는 복수의 전자빔 관을 갖는 전자빔 처리 장치 및 상기 피 처리체에 막을 형성하는 플라즈마 처리 장치를 구비하고,
    상기 전자빔 처리 장치는 처리용기 내에 희가스를 공급하는 수단과, 상기 전하량 측정 수단의 측정 결과에 근거하여 상기 복수의 전자빔 관의 출력 또는 조사 시간을 제어하는 제어 장치를 갖고, 상기 처리용기 내에 공급된 희가스를 통해서 상기 피 처리체로 전자빔을 조사하며,
    상기 제어 장치는 상기 복수의 전자빔 관의 출력 또는 조사 시간을 상기 각각의 복수의 전자빔 관 별로 개별적으로 제어하여 상기 피 처리체에 조사되는 전자빔의 조사량을 변화시켜 상기 피 처리체의 박막에 대전한 상기 전하를 제거하도록 하는 것을 특징으로 하는
    박막 처리 시스템.
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