KR101715460B1 - 가스 처리 방법 - Google Patents

가스 처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101715460B1
KR101715460B1 KR1020147033708A KR20147033708A KR101715460B1 KR 101715460 B1 KR101715460 B1 KR 101715460B1 KR 1020147033708 A KR1020147033708 A KR 1020147033708A KR 20147033708 A KR20147033708 A KR 20147033708A KR 101715460 B1 KR101715460 B1 KR 101715460B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
chamber
wafer
shower plate
gas discharge
Prior art date
Application number
KR1020147033708A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150029626A (ko
Inventor
도모키 수에마사
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Publication of KR20150029626A publication Critical patent/KR20150029626A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101715460B1 publication Critical patent/KR101715460B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching

Abstract

챔버 내의 적재대에 표면에 실리콘 산화막이 형성된 피처리체를 적재하고, 적재대의 상방에 적재대에 적재된 피처리체에 대응하도록 설치된 샤워 플레이트(58)의 복수의 가스 토출 구멍(62, 63)으로부터 적재대 위의 피처리체에 반응 가스인 HF 가스 및 NH3 가스를 토출하여, 이들과 피처리체 표면의 실리콘 산화막을 반응시키는 처리를 행하고, 그 후, 이 반응에 의해 생성된 반응 생성물을 가열하여 분해 제거함으로써 에칭함에 있어서, 샤워 플레이트(58)를 피처리체에 대응하여 복수의 영역(58a, 58b)으로 나누고, 복수의 영역(58a, 58b) 중 어느 하나 이상의 영역의 가스 토출 구멍을 막아, HF 가스 및/또는 NH3 가스의 분포를 제어한다.

Description

가스 처리 방법{GAS TREATMENT METHOD}
본 발명은 불화수소(HF) 가스와 암모니아(NH3) 가스의 혼합 가스를 사용하여 화학적 산화물 제거 처리를 행하는 가스 처리 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 디바이스의 제조 과정에서, 건식 에칭이나 습식 에칭을 대신하는 미세화 에칭이 가능한 방법으로서, 화학적 산화물 제거 처리(Chemical Oxide Removal; COR)라고 불리는 방법이 주목받고 있다.
COR으로서는, 진공으로 유지된 챔버 내에서, 피처리체인 반도체 웨이퍼의 표면에 존재하는 실리콘 산화막(SiO2막)에, 불화수소(HF) 가스와 암모니아(NH3) 가스를 흡착시켜, 이들을 실리콘 산화막과 반응시켜서 플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6; AFS)을 생성시키고, 다음 공정에서 가열에 의해 이 플루오로규산암모늄을 승화시킴으로써, 실리콘 산화막을 에칭하는 프로세스가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 2 참조).
일본 특허 공개 제2005-39185호 공보 일본 특허 공개 제2008-160000호 공보
그런데, 상기 특허문헌 2에서는, HF 가스 및 NH3 가스를, 반도체 웨이퍼의 상방에 설치된 샤워 헤드를 통해 챔버 내에 도입하고 있지만, 이들 가스의 분포가 균일해지지 않아 에칭의 균일성이 악화되는 경우가 있다. 또한, 적극적으로 에칭의 분포를 제어하고자 하는 경우도 있다. 그러나, 샤워 헤드를 통해 가스를 도입하는 경우에는, 에칭의 분포 제어가 곤란하다.
따라서, 본 발명의 목적은, HF 가스 및 NH3 가스에 의해 실리콘 산화막을 에칭하는 경우에, 에칭의 분포 제어를 행할 수 있는 가스 처리 방법을 제공하는 데 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 챔버 내의 적재대에 표면에 실리콘 산화막이 형성된 피처리체를 적재하고, 상기 적재대의 상방에 상기 적재대에 적재된 피처리체에 대응하도록 설치된 샤워 플레이트의 복수의 가스 토출 구멍으로부터 상기 적재대 위의 피처리체에 반응 가스인 HF 가스 및 NH3 가스를 토출하여, 이들과 피처리체 표면의 상기 실리콘 산화막을 반응시키는 처리를 행하고, 그 후, 이 반응에 의해 생성된 반응 생성물을 가열하여 분해 제거함으로써 에칭하는 가스 처리 방법으로서, 상기 샤워 플레이트를 피처리체에 대응하여 복수의 영역으로 나누고, 복수의 영역 중 어느 하나 이상의 영역의 가스 토출 구멍을 막아, HF 가스 및/또는 NH3 가스의 분포를 제어하는 가스 처리 방법이 제공된다.
본 발명에서, 상기 샤워 플레이트를 동심 형상으로 내측 영역과 외측 영역으로 나누고, 이들 중 어느 하나의 영역의 가스 토출 구멍을 막아, HF 가스 및/또는 NH3 가스의 분포를 제어하도록 할 수 있다.
또한, 상기 샤워 헤드로서, 상기 샤워 플레이트에 형성된 복수의 제1 가스 토출 구멍으로부터 HF 가스를 토출하고, 상기 샤워 플레이트에 형성된 복수의 제2 가스 토출 구멍으로부터 NH3 가스를 토출하는 구조의 것을 사용할 수 있다. 이 경우에, 상기 샤워 플레이트의 상기 가스 토출 구멍을 막는 영역은, 상기 제1 가스 토출 구멍 및 상기 제2 가스 토출 구멍 중 어느 하나 또는 양쪽을 막도록 할 수 있다.
상기 반응시키는 처리는, 상기 챔버 내의 압력을 50 내지 2000mTorr로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 샤워 플레이트의 하면에서부터 상기 적재대 위의 피처리체 표면까지의 거리가, 50 내지 150mm인 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 처리 시스템의 개략 구성을 도시하는 평면도이다.
도 2는 도 1의 처리 시스템에 탑재된 PHT 처리 장치를 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 1의 처리 시스템에 탑재된 COR 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 4는 샤워 플레이트를 동심 형상으로 내측 영역과 외측 영역으로 나눈 상태를 도시하는 모식도이다.
도 5a는 내측 영역의 가스 토출 구멍을 막은 상태를 도시하는 도면이다.
도 5b는 외측 영역의 가스 토출 구멍을 막은 상태를 도시하는 도면이다.
도 6a는 내측 영역의 가스 토출 구멍을 막은 경우에 있어서의 가스 분포를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 6b는 외측 영역의 가스 토출 구멍을 막은 경우에 있어서의 가스 분포를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 7은 실험예에서의 「내측 폐색」, 「외측 폐색」, 「표준」에서의 웨이퍼 직경 방향의 에칭량의 분포를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가스 처리 방법을 실시하기 위한 처리 시스템을 나타내는 개략 구성도이다. 이 처리 시스템(1)은, 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라고 함)(W)를 반출입하는 반출입부(2)와, 반출입부(2)에 인접하여 설치된 2개의 로드 로크실(L/L)(3)과, 각 로드 로크실(3)에 각각 인접하여 설치된, 웨이퍼(W)에 대하여 PHT(Post Heat Treatment) 처리를 행하는 PHT 처리 장치(PHT)(4)와, 각 PHT 처리 장치(4)에 각각 인접하여 설치된, 웨이퍼(W)에 대하여 COR 처리를 행하는 COR 처리 장치(COR)(5)를 구비하고 있다. 로드 로크실(3), PHT 처리 장치(4) 및 COR 처리 장치(5)는, 이 순서대로 일직선상에 나란히 설치되어 있다.
반출입부(2)는, 웨이퍼(W)를 반송하는 제1 웨이퍼 반송 기구(11)가 내부에 설치된 반송실(L/M)(12)을 갖고 있다. 제1 웨이퍼 반송 기구(11)는, 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 유지하는 2개의 반송 아암(11a, 11b)을 갖고 있다. 반송실(12)의 길이 방향의 측부에는, 적재대(13)가 설치되어 있고, 이 적재대(13)에는, 웨이퍼(W)를 복수매 배열하여 수용 가능한 캐리어(C)가 예를 들어 3개 접속될 수 있도록 되어 있다. 또한, 반송실(12)에 인접하여, 웨이퍼(W)를 회전시켜서 편심량을 광학적으로 구해서 위치 정렬을 행하는 오리엔터(14)가 설치되어 있다.
반출입부(2)에 있어서, 웨이퍼(W)는, 반송 아암(11a, 11b)에 의해 유지되고, 제1 웨이퍼 반송 기구(11)의 구동에 의해 대략 수평면 내에서 직진 이동, 또한 승강시켜짐으로써, 원하는 위치로 반송된다. 그리고, 적재대(13) 위의 캐리어(C), 오리엔터(14), 로드 로크실(3)에 대하여 각각 반송 아암(11a, 11b)이 진퇴함으로써, 반출입하도록 되어 있다.
각 로드 로크실(3)은, 반송실(12)과의 사이에 각각 게이트 밸브(16)가 개재된 상태에서, 반송실(12)에 각각 연결되어 있다. 각 로드 로크실(3) 내에는, 웨이퍼(W)를 반송하는 제2 웨이퍼 반송 기구(17)가 설치되어 있다. 또한, 로드 로크실(3)은, 소정의 진공도까지 진공화 가능하게 구성되어 있다.
제2 웨이퍼 반송 기구(17)는, 다관절 아암 구조를 갖고 있으며, 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 유지하는 피크를 갖고 있다. 이 제2 웨이퍼 반송 기구(17)에서는, 다관절 아암을 수축시킨 상태에서 피크가 로드 로크실(3) 내에 위치하고, 다관절 아암을 신장시킴으로써, 피크가 PHT 처리 장치(4)에 도달하고, 더 신장시킴으로써 COR 처리 장치(5)에 도달하는 것이 가능하게 되어 있어, 웨이퍼(W)를 로드 로크실(3), PHT 처리 장치(4) 및 COR 처리 장치(5) 사이에서 반송하는 것이 가능하게 되어 있다.
PHT 처리 장치(4)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 진공화 가능한 챔버(20)와, 그 내부에서 웨이퍼(W)를 적재하는 적재대(23)를 갖고, 적재대(23)에는 히터(24)가 매설되고 있어, 이 히터(24)에 의해 COR 처리가 실시된 후의 웨이퍼(W)를 가열하여 COR 처리에 의해 생성된 반응 생성물을 기화(승화)시키는 PHT 처리를 행한다. 챔버(20)의 로드 로크실(3)측에는, 로드 로크실(3)과의 사이에서 웨이퍼를 반송하는 반출입구(20a)가 형성되어 있고, 이 반출입구(20a)는, 게이트 밸브(22)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(20)의 COR 처리 장치(5)측에는 COR 처리 장치(5)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 반송하는 반출입구(20b)가 형성되어 있고, 이 반출입구(20b)는 게이트 밸브(54)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(20)에 예를 들어 질소 가스(N2) 등의 불활성 가스를 공급하는 가스 공급로(25)를 구비한 가스 공급 기구(26) 및 챔버(20) 내를 배기하는 배기로(27)를 구비한 배기 기구(28)가 구비되어 있다. 가스 공급로(25)는, 질소 가스 공급원(30)에 접속되어 있다. 그리고, 가스 공급로(25)에는, 유로의 개폐 동작 및 질소 가스의 공급 유량의 조절이 가능한 유량 조정 밸브(31)가 개재 설치되어 있다. 배기 기구(28)의 배기로(27)에는, 개폐 밸브(32) 및 진공 펌프(33)가 설치되어 있다.
COR 처리 장치(5)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 밀폐 구조의 챔버(40)를 구비하고 있고, 챔버(40)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 한 상태에서 적재시키는 적재대(42)가 설치되어 있다. 또한, COR 처리 장치(5)에는, 챔버(40)에 HF 가스 및 NH3 가스 등을 공급하는 가스 공급 기구(43), 챔버(40) 내를 배기하는 배기 기구(44)가 설치되어 있다.
챔버(40)는, 챔버 본체(51)와 덮개부(52)에 의해 구성되어 있다. 챔버 본체(51)는, 대략 원통 형상의 측벽부(51a)와 저부(51b)를 갖고, 상부는 개구로 되어 있고, 이 개구가 덮개부(52)에 의해 닫혀 있다. 측벽부(51a)와 덮개부(52)는, 시일 부재(도시하지 않음)에 의해 밀봉되어, 챔버(40) 내의 기밀성이 확보된다.
측벽부(51a)에는, PHT 처리 장치(4)의 챔버(20)에 대하여 웨이퍼(W)를 반출입하는 반출입구(53)가 형성되어 있고, 이 반출입구(53)는 게이트 밸브(54)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
덮개부(52)는, 외측을 구성하는 덮개 부재(55)와, 덮개 부재(55)의 내측에 끼워 넣어져, 적재대(42)에 면하도록 설치된 샤워 헤드(56)를 갖고 있다. 샤워 헤드(56)는, 원통 형상을 이루는 측벽(57a)과 상부 벽(57b)을 갖는 본체(57)와, 본체(57)의 저부에 설치된 샤워 플레이트(58)를 갖고 있다. 본체(57)와 샤워 플레이트(58)에 의해 형성되는 공간에는, 샤워 플레이트(58)와 평행하게 플레이트(59)가 설치되어 있고, 본체(57)의 상부 벽(57b)과 플레이트(59)의 사이는 제1 공간(60a)으로 되어 있고, 플레이트(59)와 샤워 플레이트(58)의 사이는 제2 공간(60b)으로 되어 있다.
제1 공간(60a)에는, 가스 공급 기구(43)의 제1 가스 공급 배관(71)이 삽입되어 있고, 제1 공간(60a)으로 이어지는 복수의 가스 통로(61)가 플레이트(59)로부터 샤워 플레이트(58)에 연장되어 있다. 이 가스 통로(61)는, 샤워 플레이트(58)에 형성된 복수의 제1 가스 토출 구멍(62)으로 이어져 있다. 한편, 제2 공간(60b)에는, 가스 공급 기구(43)의 제2 가스 공급 배관(72)이 삽입되어 있고, 이 제2 공간(60b)에는, 샤워 플레이트(58)에 형성된 복수의 제2 가스 토출 구멍(63)이 이어져 있다.
그리고, 제1 가스 공급 배관(71)으로부터 제1 공간(60a)에 공급된 가스가 가스 통로(61) 및 제1 가스 토출 구멍(62)을 거쳐서 챔버(40) 내에 토출된다. 또한, 제2 가스 공급 배관(72)으로부터 제2 공간(60b)에 공급된 가스가 제2 가스 토출 구멍(63)으로부터 토출된다.
적재대(42)는, 평면에서 볼 때 대략 원형을 이루고 있으며, 챔버(40)의 저부(51b)에 고정되어 있다. 적재대(42)의 내부에는, 적재대(42)의 온도를 조절하는 온도 조절기(65)가 설치되어 있다. 온도 조절기(65)는, 예를 들어 온도 조절용 매체(예를 들어 물 등)가 순환하는 관로를 구비하고 있고, 이러한 관로 내를 흐르는 온도 조절용 매체와 열교환이 행하여짐으로써, 적재대(42)의 온도가 조절되어, 적재대(42) 위의 웨이퍼(W)의 온도 제어가 이루어진다.
가스 공급 기구(43)는, 상술한 제1 가스 공급 배관(71) 및 제2 가스 공급 배관(72)을 갖고 있으며, 또한 이들 제1 가스 공급 배관(71) 및 제2 가스 공급 배관(72)에 각각 접속된 HF 가스 공급원(73) 및 NH3 가스 공급원(74)을 갖고 있다. 또한, 제1 가스 공급 배관(71)에는 제3 가스 공급 배관(75)이 접속되고, 제2 가스 공급 배관(72)에는 제4 가스 공급 배관(76)이 접속되어 있고, 이들 제3 가스 공급 배관(75) 및 제4 가스 공급 배관(76)에는, 각각 Ar 가스 공급원(77) 및 N2 가스 공급원(78)이 접속되어 있다. 제1 내지 제4 가스 공급 배관(71, 72, 75, 76)에는 유로의 개폐 동작 및 유량 제어를 행하는 유량 제어기(79)가 설치되어 있다. 유량 제어기(79)는, 예를 들어 개폐 밸브 및 매스 플로우 컨트롤러에 의해 구성되어 있다.
그리고, HF 가스 및 Ar 가스는, 제1 가스 공급 배관(71), 제1 공간(60a) 및 가스 통로(61)를 거쳐서 제1 가스 토출 구멍(62)으로부터 챔버(40) 내에 토출되고, NH3 가스 및 N2 가스는, 제2 가스 공급 배관(72) 및 제2 공간(60b)을 거쳐서 제2 가스 토출 구멍(63)으로부터 챔버(40) 내에 토출된다.
상기 가스 중 HF 가스와 NH3 가스는 반응 가스이며, 이들은 샤워 헤드(56)로부터 토출될 때까지 혼합되지 않고, 챔버(40) 내에서 비로소 혼합되도록 되어 있다. Ar 가스 및 N2 가스는 희석 가스이다. 그리고, 챔버(40) 내에, 반응 가스인 HF 가스 및 NH3 가스와, 희석 가스인 Ar 가스 및 N2 가스를 소정 유량으로 도입하여 챔버(40) 내를 소정 압력으로 유지하면서, HF 가스 및 NH3 가스와 웨이퍼(W) 위에 형성된 실리콘 산화막을 반응시켜, 반응 생성물로서 플루오로규산암모늄(AFS)을 생성시킨다.
희석 가스로서는, Ar 가스만 또는 N2 가스만이어도 되고, 또한, 다른 불활성 가스를 사용하거나, Ar 가스, N2 가스 및 다른 불활성 가스의 2종 이상을 사용해도 된다.
배기 기구(44)는, 챔버(40)의 저부(51b)에 형성된 배기구(81)에 연결되는 배기 배관(82)을 갖고 있으며, 또한, 배기 배관(82)에 설치된, 챔버(40) 내의 압력을 제어하기 위한 자동 압력 제어 밸브(APC)(83) 및 챔버(40) 내를 배기하기 위한 진공 펌프(84)를 갖고 있다.
챔버(40)의 측벽으로부터 챔버(40) 내에, 챔버(40) 내의 압력을 계측하기 위한 압력계로서의 2개의 캐패시턴스 마노미터(86a, 86b)가 설치되어 있다. 캐패시턴스 마노미터(86a)는 고압력용, 캐패시턴스 마노미터(86b)는 저압력용으로 되어 있다.
COR 처리 장치(5)를 구성하는 챔버(40), 적재대(42) 등의 각종 구성 부품의 재질로서는, Al이 사용되고 있다. 챔버(40)를 구성하는 Al재는 순수한 것이어도 되고, 내면(챔버 본체(51)의 내면, 샤워 헤드(56)의 하면 등)에 양극 산화 처리를 실시한 것이어도 된다. 한편, 적재대(42)를 구성하는 Al의 표면은 내마모성이 요구되므로, 양극 산화 처리를 행하여 표면에 내마모성이 높은 산화 피막(Al2O3)을 형성하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시한 바와 같이, 처리 시스템(1)은 제어부(90)를 갖고 있다. 제어부(90)는, 처리 시스템(1)의 각 구성부를 제어하는 마이크로프로세서(컴퓨터)를 구비한 컨트롤러를 갖고 있다. 컨트롤러에는, 오퍼레이터가 처리 시스템(1)을 관리하기 위하여 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 처리 시스템(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등이 접속되어 있다. 또한, 컨트롤러에는, 처리 시스템(1)에서 실행되는 각종 처리, 예를 들어 COR 처리 장치(5)에서의 처리 가스의 공급이나 챔버(40) 내의 배기 등을 컨트롤러의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나 처리 조건에 따라서 처리 시스템(1)의 각 구성부에 소정의 처리를 실행시키기 위한 제어 프로그램인 처리 레시피나, 각종 데이터베이스 등이 저장된 기억부가 접속되어 있다. 레시피는 기억부 중의 적당한 기억 매체에 기억되어 있다. 그리고, 필요에 따라, 임의의 레시피를 기억부로부터 호출하여 컨트롤러에 실행시킴으로써, 컨트롤러의 제어 하에서, 처리 시스템(1)에서의 원하는 처리가 행하여진다.
이어서, 이러한 처리 시스템(1)을 사용한 본 실시 형태의 가스 처리 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 표면에 실리콘 산화막을 갖는 웨이퍼(W)를 캐리어(C) 내에 수납하여, 처리 시스템(1)에 반송한다. 처리 시스템(1)에서는, 대기측의 게이트 밸브(16)를 개방한 상태에서 반출입부(2)의 캐리어(C)로부터 제1 웨이퍼 반송 기구(11)의 반송 아암(11a, 11b) 중 어느 하나에 의해 웨이퍼(W)를 1매 로드 로크실(3)에 반송하고, 로드 로크실(3) 내의 제2 웨이퍼 반송 기구(17)의 피크에 전달한다.
그 후, 대기측의 게이트 밸브(16)를 폐쇄하여 로드 로크실(3) 내를 진공 배기하고, 계속해서 게이트 밸브(22) 및 (54)를 개방하여, 피크를 COR 처리 장치(5)까지 신장시켜 적재대(42)에 웨이퍼(W)를 적재한다.
그 후, 피크를 로드 로크실(3)로 되돌리고, 게이트 밸브(54)를 폐쇄하여, 챔버(40) 내를 밀폐 상태로 한다. 이 상태에서, 온도 조절기(65)에 의해 적재대(42) 위의 웨이퍼(W)의 온도를 소정의 목표 값(예를 들어 20 내지 40℃)으로 조절하고, 가스 공급 기구(43)로부터, HF 가스 및 Ar 가스를, 제1 가스 공급 배관(71)을 통해 샤워 헤드(56)에 공급하여, 제1 공간(60a) 및 가스 통로(61)를 거쳐서 제1 가스 토출 구멍(62)으로부터 챔버(40) 내에 토출시킴과 함께, NH3 가스 및 N2 가스를, 제2 가스 공급 배관(72)을 통해 샤워 헤드(56)에 공급하여, 제2 공간(60b)을 거쳐서 제2 가스 토출 구멍(63)으로부터 챔버(40) 내에 토출시킨다. 또한, 희석 가스인 Ar 가스, N2 가스는 어느 한쪽이어도 된다.
이에 의해, HF 가스 및 NH3 가스는, 샤워 헤드(56) 내에서 혼합되지 않고 챔버(40) 내로 토출되며, 이 가스에 의해 웨이퍼(W)가 COR 처리된다.
즉, 웨이퍼(W)의 표면의 실리콘 산화막이, 불화수소 가스의 분자 및 암모니아 가스의 분자와 화학 반응하여, 반응 생성물로서 플루오로규산암모늄(AFS)이나 물 등이 생성되어, 웨이퍼(W)의 표면에 유지된 상태로 된다.
이러한 처리가 종료된 후, 게이트 밸브(22, 54)를 개방하고, 제2 웨이퍼 반송 기구(17)의 피크에 의해 적재대(42) 위의 처리 후의 웨이퍼(W)를 수취하여, PHT 처리 장치(4)의 챔버(20) 내의 적재대(23) 위에 적재한다. 그리고, 피크를 로드 로크실(3)에 퇴피시키고, 게이트 밸브(22, 54)를 폐쇄하여, 챔버(20) 내에 N2 가스를 도입하면서, 히터(24)에 의해 적재대(23) 위의 웨이퍼(W)를 가열한다. 이에 의해, 상기 COR 처리에 의해 발생한 반응 생성물이 가열되어 기화하여 제거된다.
이와 같이, COR 처리 후, PHT 처리를 행함으로써, 드라이 분위기에서 웨이퍼(W) 표면의 실리콘 산화막을 제거할 수 있어, 워터 마크 등이 발생하지 않는다. 또한, 플라즈마리스로 에칭할 수 있으므로 데미지가 적은 처리가 가능하게 된다. 또한, COR 처리는, 소정 시간 경과 후, 에칭이 진행되지 않게 되므로, 오버 에칭을 걸어도 반응이 진행되지 않아, 엔드 포인트 관리가 불필요하게 된다.
그런데, COR 처리에 있어서, 간단히 샤워 헤드(56)를 통해 챔버(40) 내에 HF 가스 및 NH3 가스를 도입하면, 이들 가스의 분포가 균일해지지 않아 에칭의 균일성이 악화되는 경우가 있다. 또한, 적극적으로 에칭의 분포를 제어하고 싶은 경우도 있다. 그러나, 종래는, 이러한 경우에 가스의 분포를 조정하는 수단이 존재하지 않았다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 샤워 헤드(56)의 샤워 플레이트(58)를 웨이퍼(W)에 대응하여 복수의 영역으로 나누고, 복수의 영역 중 어느 하나 이상의 영역의 가스 토출 구멍(62, 63)을 막아, HF 가스 및 NH3가스의 분포를 제어한다.
예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 샤워 플레이트(58)를 동심 형상으로, 내측 영역(58a)과 외측 영역(58b)으로 나누고, 이들 중 어느 하나의 영역의 가스 토출 구멍(62, 63)을 막아, HF 가스 및 NH3 가스의 분포를 제어한다.
COR 처리는 플라즈마리스의 처리이기 때문에, HF 가스 및 NH3 가스는 챔버(40) 내를 확산하지만, 플라즈마의 경우보다 가스 분자의 이동은 적어, 샤워 플레이트(58)의 가스 토출 구멍의 위치가 반영된 가스 분포를 형성할 수 있다. 즉, 가스 토출 구멍을 부분적으로 막음으로써, 막은 영역에 대응하는 웨이퍼 영역의 가스 농도를 낮게 할 수 있어, 웨이퍼 표면에서의 가스 분포를 조정하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 웨이퍼면 내에서의 에칭량의 분포의 미세 조정을 행할 수 있다.
예를 들어, 도 4의 내측 영역(58a)의 가스 토출 구멍(62, 63)을 막은 경우에는, 도 5a에 도시한 바와 같이 외측 영역(58b)의 가스 토출 구멍(62, 63)만으로부터 가스가 토출되어, 샤워 플레이트(58)의 바로 아래에 존재하는 웨이퍼(W) 표면의 가스 분포는 전형적으로는 도 6a에 나타내는 바와 같이 된다. 반대로 외측 영역(58b)의 가스 토출 구멍(62, 63)을 막은 경우에는, 도 5b에 도시한 바와 같이 내측 영역(58a)의 가스 토출 구멍(62, 63)만으로부터 가스가 토출되어, 샤워 플레이트(58)의 바로 아래에 존재하는 웨이퍼(W) 표면의 가스 분포는 전형적으로는 도 6b에 나타내는 바와 같이 된다. 따라서, 이와 같이 샤워 플레이트(58)의 일부의 영역에 대응하는 가스 토출 구멍을 막음으로써, 웨이퍼면 내의 가스 분포를 조정하는 것이 가능하게 되어, 웨이퍼면 내에서의 실리콘 산화막의 에칭량의 분포의 미세 조정을 행할 수 있다.
이와 같이, 웨이퍼면 내에서의 에칭량의 분포의 조정을 행할 수 있으므로, 에칭의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 에칭량의 분포를 원하는 분포로 제어할 수도 있다.
가스 토출 구멍을 폐쇄하는 수단은 특별히 한정되지 않고, 가스 토출 구멍(62, 63)의 각각에 마개를 삽입하는 것이나, 내측 영역(58a) 또는 외측 영역(58b)을 일괄적으로 덮는 것 등 다양한 것을 사용할 수 있다. 또한, 가스 토출 구멍(62, 63)을 액추에이터로 개폐하도록 해도 된다.
이러한 가스 분포 제어를 행하기 위해서는, 챔버 내의 압력이 어느 정도 높은 것이 바람직하고, 50mTorr(6.7Pa) 이상이 바람직하다. 또한, 반응의 관점에서 2000mTorr(266Pa) 이하가 바람직하다.
또한, 샤워 플레이트(58) 하면으로부터 웨이퍼(W) 표면까지의 거리가 너무 크면, 가스의 확산에 의해 HF 가스 및 NH3 가스의 분포를 유효하게 조정하는 것이 곤란해지기 때문에, 샤워 플레이트(58) 하면으로부터 웨이퍼(W) 표면까지의 거리는 150mm 이하가 바람직하다. 또한, HF 가스 및 NH3 가스와 웨이퍼 표면의 실리콘 산화막과의 반응을 균일하게 진행시키기 위해서는 어느 정도의 가스 확산이 필요하기 때문에, 그 거리는 50mm 이상인 것이 바람직하다.
COR 처리의 기타 조건의 바람직한 범위는, 이하와 같다.
처리 온도: 10 내지 80℃, 보다 바람직하게는 40℃ 이하
HF 가스 유량: 20 내지 1000sccm(mL/min)
NH3 가스 유량: 20 내지 1000sccm(mL/min)
Ar 가스 및 N2 가스의 합계 유량: 2000sccm(mL/min) 이하
PHT 처리의 조건의 바람직한 범위는, 이하와 같다.
처리 온도: 90 내지 400℃
압력: 50 내지 2000mTorr(6.7 내지 266Pa)
N2 가스 유량: 500 내지 8000sccm(mL/min)
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 샤워 플레이트를 피처리체에 대응하여 복수의 영역으로 나누고, 복수의 영역 중 어느 하나 이상의 영역의 가스 토출 구멍을 막아, HF 가스 및/또는 NH3 가스의 분포를 제어하므로, 피처리체 면 내에서의 실리콘 산화막의 에칭량의 분포의 미세 조정을 행할 수 있다. 이 때문에, 에칭의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 에칭량의 분포를 원하는 분포로 제어할 수도 있다.
[실험예]
이어서, 본 실시 형태에 따라서 실제로 처리한 실험예에 대하여 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같은 구조의 COR 장치를 사용하여, 도 5a에 도시한 바와 같이 샤워 플레이트의 내측 영역의 가스 토출 구멍을 막은 경우(내측 폐색), 도 5b에 도시한 바와 같이 샤워 플레이트의 외측 영역의 가스 토출 구멍을 막은 경우(외측 폐색) 및 가스 토출 구멍을 막지 않았을 경우(표준)에 대하여 COR 처리를 행하였다. 그 후, PHT 처리 장치에서 열처리를 행하여, 반응 생성물인 AFS를 제거하였다. 또한, 샤워 플레이트 하면과 웨이퍼 표면의 거리, COR 처리의 조건, PHT 처리의 조건은, 상기 바람직한 범위의 범위 내로 하였다.
도 7은, 실험예의 「내측 폐색」, 「외측 폐색」, 「표준」에서의 웨이퍼 직경 방향의 에칭량의 분포를 도시하는 도면이다. 이 도에 도시한 바와 같이, 「내측 폐색」에서는, 「표준」에 비해 내측 영역에서의 에칭량을 적게 하는 조정을 행할 수 있고, 「외측 폐색」에서는, 「표준」에 비해 외측 영역에서의 에칭량을 적게 하는 조정을 행할 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 샤워 플레이트를 웨이퍼에 대응하여 동심 형상으로, 내측 영역과 외측 영역으로 나누어, 어느 하나의 영역의 가스 토출 구멍을 막음으로써, HF 가스 및 NH3 가스의 분포를 제어하도록 했지만, 영역의 수는 3 이상이어도 되고, 또한, 영역의 분할 형태는 동심 형상에 제한되지 않는다. 즉, 샤워 플레이트를 웨이퍼에 대응하여 복수의 영역으로 나누어, 복수의 영역 중 어느 하나 이상의 영역의 가스 토출 구멍을 막도록 하는 구성이면 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 샤워 헤드로서 HF 가스 및 NH3 가스를 별개의 가스 토출 구멍으로부터 토출하는 포스트 믹스 타입의 것을 사용하여, 소정의 영역에서 양쪽의 가스 토출 구멍을 막도록 했지만, 어느 하나의 가스에 대응하는 토출 구멍만을 막도록 해도 된다. 또한, 가스 토출 구멍을 공통인 것으로 하여 HF 가스와 NH3 가스를 다른 타이밍에서 공급하도록 해도 된다.
또한, 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 사용한 경우에 대하여 설명하였지만, 표면에 산화막을 갖는 피처리체라면 반도체 웨이퍼에 한정하는 것은 아니다.
1: 처리 시스템 2: 반출입부
3: 로드 로크실 4: PHT 처리 장치
5: COR 처리 장치 11: 제1 웨이퍼 반송 기구
17: 제2 웨이퍼 반송 기구 40: 챔버
43: 가스 공급 기구 44: 배기 기구
56: 샤워 헤드 58: 샤워 플레이트
58a: 내측 영역 58b: 외측 영역
62: 제1 가스 토출 구멍 63: 제2 가스 토출 구멍
73: HF 가스 공급원 74: NH3 가스 공급원
77: Ar 가스 공급원 78: N2 가스 공급원
86a, 86b: 캐패시턴스 마노미터 90: 제어부
W: 반도체 웨이퍼

Claims (6)

  1. 챔버 내의 적재대에 표면에 실리콘 산화막이 형성된 피처리체를 적재하고,
    상기 적재대의 상방에 상기 적재대에 적재된 피처리체에 대응하도록 설치된 샤워 플레이트의 복수의 가스 토출 구멍으로부터 상기 적재대 위의 피처리체에 반응 가스인 HF 가스 및 NH3 가스를 토출하여, 이들과 피처리체 표면의 상기 실리콘 산화막을 반응시키는 처리를 행하고, 그 후, 이 반응에 의해 생성된 반응 생성물을 가열하여 분해 제거함으로써 에칭하는 가스 처리 방법으로서,
    상기 샤워 플레이트를 동심 형상으로 내측 영역과 외측 영역으로 나누고, 이들 중 어느 하나 이상의 영역의 가스 토출 구멍을 막아, HF 가스와 NH3 가스 중 하나 이상의 분포를 제어하고,
    가스 토출 구멍을 막지 않은 나머지 영역에서 HF가스와 NH3 가스가 모두 토출 가능한, 가스 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 샤워 플레이트에 형성된 복수의 제1 가스 토출 구멍으로부터 HF 가스를 토출하고, 상기 샤워 플레이트에 형성된 복수의 제2 가스 토출 구멍으로부터 NH3 가스를 토출하는 구조인, 가스 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 샤워 플레이트의 상기 가스 토출 구멍을 막는 영역은, 상기 제1 가스 토출 구멍 및 상기 제2 가스 토출 구멍 중 어느 하나 또는 양쪽을 막는, 가스 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반응시키는 처리는 상기 챔버 내의 압력을 50 내지 2000mTorr로 하는, 가스 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 샤워 플레이트의 하면으로부터 상기 적재대 위의 피처리체 표면까지의 거리가 50 내지 150mm인, 가스 처리 방법.
KR1020147033708A 2012-06-08 2013-05-21 가스 처리 방법 KR101715460B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012130815 2012-06-08
JPJP-P-2012-130815 2012-06-08
PCT/JP2013/064011 WO2013183437A1 (ja) 2012-06-08 2013-05-21 ガス処理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150029626A KR20150029626A (ko) 2015-03-18
KR101715460B1 true KR101715460B1 (ko) 2017-03-10

Family

ID=49711835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147033708A KR101715460B1 (ko) 2012-06-08 2013-05-21 가스 처리 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9418866B2 (ko)
JP (1) JPWO2013183437A1 (ko)
KR (1) KR101715460B1 (ko)
TW (1) TWI578393B (ko)
WO (1) WO2013183437A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6971823B2 (ja) * 2017-12-13 2021-11-24 東京エレクトロン株式会社 シリコン含有膜のエッチング方法、コンピュータ記憶媒体、及びシリコン含有膜のエッチング装置
US11913113B2 (en) * 2018-08-22 2024-02-27 Lam Research Corporation Method and apparatus for modulating film uniformity
KR20220087623A (ko) * 2020-12-17 2022-06-27 삼성전자주식회사 기판 처리 장치
JP2022142996A (ja) 2021-03-17 2022-10-03 東京エレクトロン株式会社 ガス処理装置
JP2023113354A (ja) 2022-02-03 2023-08-16 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置及び基板処理方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004103776A (ja) 2002-09-09 2004-04-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法
JP2007266455A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2565285B2 (ja) * 1993-06-15 1996-12-18 日本電気株式会社 半導体装置の製造装置
US20030000924A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-02 Tokyo Electron Limited Apparatus and method of gas injection sequencing
KR100400044B1 (ko) * 2001-07-16 2003-09-29 삼성전자주식회사 간격 조절 장치를 가지는 웨이퍼 처리 장치의 샤워 헤드
JP4833512B2 (ja) 2003-06-24 2011-12-07 東京エレクトロン株式会社 被処理体処理装置、被処理体処理方法及び被処理体搬送方法
US7097779B2 (en) * 2004-07-06 2006-08-29 Tokyo Electron Limited Processing system and method for chemically treating a TERA layer
JP4827083B2 (ja) * 2006-02-27 2011-11-30 東京エレクトロン株式会社 プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法
JP5084250B2 (ja) 2006-12-26 2012-11-28 東京エレクトロン株式会社 ガス処理装置およびガス処理方法ならびに記憶媒体
JP2010109335A (ja) * 2008-09-30 2010-05-13 Tokyo Electron Ltd シリコン酸化膜の除去方法及び処理装置
US20110065276A1 (en) * 2009-09-11 2011-03-17 Applied Materials, Inc. Apparatus and Methods for Cyclical Oxidation and Etching
US9324576B2 (en) * 2010-05-27 2016-04-26 Applied Materials, Inc. Selective etch for silicon films
JP5689294B2 (ja) * 2010-11-25 2015-03-25 東京エレクトロン株式会社 処理装置
WO2013112702A1 (en) * 2012-01-26 2013-08-01 Applied Materials, Inc. Devices including metal-silicon contacts using indium arsenide films and apparatus and methods
US8801952B1 (en) * 2013-03-07 2014-08-12 Applied Materials, Inc. Conformal oxide dry etch
US20140271097A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Applied Materials, Inc. Processing systems and methods for halide scavenging

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004103776A (ja) 2002-09-09 2004-04-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法
JP2007266455A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2013183437A1 (ja) 2016-01-28
TWI578393B (zh) 2017-04-11
KR20150029626A (ko) 2015-03-18
TW201413810A (zh) 2014-04-01
US9418866B2 (en) 2016-08-16
WO2013183437A1 (ja) 2013-12-12
US20150170931A1 (en) 2015-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101853522B1 (ko) 에칭 방법 및 기억 매체
KR101884510B1 (ko) 에칭 방법
KR101850255B1 (ko) 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
TWI648791B (zh) Etching method
US9384993B2 (en) Oxide etching method
KR101715460B1 (ko) 가스 처리 방법
TWI692806B (zh) 基板處理方法及基板處理裝置
KR101867194B1 (ko) 에칭 장치, 에칭 방법 및 기판 적재 기구
KR101836591B1 (ko) 에칭 방법
KR20130141566A (ko) 반도체 장치의 제조 방법 및 제조 장치
KR20160001656A (ko) 에칭 방법 및 기억 매체
KR101716535B1 (ko) 에칭 장치 및 에칭 방법
KR20110126048A (ko) 성막 방법 및 성막 장치
JP6417916B2 (ja) 基板搬送方法、基板処理装置、及び記憶媒体
JP2014013841A (ja) 処理方法およびコンデショニング方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200218

Year of fee payment: 4