KR20120069583A - 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법 및 산화 장치 - Google Patents

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마사유키 하세가와
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 레지스트 등의 탄소 함유 박막의 패턴의 볼록부의 슬리밍 처리시의 슬리밍량(깎아냄량)의 불균일을 억제하여 슬리밍 처리마다의 재현성을 향상시키는 것이 가능한 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법이다.
(해결 수단) 패턴화된 탄소 함유 박막(104)이 형성된 피(被)처리체(W)를 산화 장치(2)의 처리 용기(4) 내로 반입하는 반입 공정과, 처리 용기 내로 수분을 공급하면서 산화 가스에 의해 탄소 함유 박막(104)의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써 패턴의 볼록부(104B)의 폭을 작게 하는 슬리밍 공정을 갖는다.

Description

탄소 함유 박막의 슬리밍 방법 및 산화 장치{SLIMMING METHOD OF CARBON-CONTAINING THIN FILM AND OXIDIZING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피(被)처리체에 형성되어 있는 패턴화된 레지스트막 등의 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법 및 산화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는 실리콘 기판 등으로 이루어지는 반도체 웨이퍼에 대하여, 성막 처리, 에칭 처리, 산화 처리, 확산 처리, 개질 처리, 자연 산화막의 제거 처리 등의 각종 처리가 행해진다. 이들 처리를 특허문헌 1 등에 개시되어 있는 종형(vertical)의, 소위 배치식(batch type)의 열처리 장치에서 행하는 경우에는, 우선, 반도체 웨이퍼를 복수매, 예를 들면 25매 정도 수용할 수 있는 카세트로부터, 반도체 웨이퍼를 종형의 웨이퍼 보트로 이재(移載)하여 이것에 다단(多段)으로 지지시킨다. 이 웨이퍼 보트는, 예를 들면 웨이퍼 사이즈에도 의하지만 30∼150매 정도의 웨이퍼를 올려놓을 수 있다. 이 웨이퍼 보트는, 배기 가능한 처리 용기 내에 그의 하방으로부터 반입(로드)된 후, 처리 용기 내가 기밀하게 유지된다. 그리고, 처리 가스의 유량, 프로세스 압력, 프로세스 온도 등의 각종 프로세스 조건을 제어하면서 소정의 열처리가 행해진다.
여기에서 반도체 집적 회로의 고(高)집적화에 수반하여, 제조 프로세스에서 요구되는 배선폭이나 분리폭은, 점점 미세화되고 있다. 일반적으로, 상기 반도체 집적 회로를 형성하는 미세 패턴은, 포토리소그래피 기술이 적용되어 형성되고 있다. 예를 들면 반도체 웨이퍼 상에 포토리소그래피 기술을 이용하여 레지스트막의 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 하지(base)막을 에칭함으로써 미세 패턴을 형성하고 있다.
상기 포토리소그래피 기술에서는, 미세화의 요청에 따르기 위해 최근에는, 파장이 짧은 ArF 레이저광을 이용하여, 노광 장치의 해상도를 높이기 위해 웨이퍼와 노광 장치와의 사이에 공기보다 굴절률이 큰 물 등의 액체를 개재시켜 실효적으로 노광 파장을 짧게 하는 액침 수법이 채용되고 있다. 그러나, 최근의 미세화의 요청은, 상기한 포토리소그래피 기술의 해상 한계보다도 더욱 미세화된 치수가 요구되고 있다.
그래서, 최근에 있어서는, 더 한층의 미세화의 요청에 따라서, 패턴화된 레지스트막 등의 탄소 함유 박막 상에 실리콘 산화막을 형성하는 성막 프로세스와 SWT(Side-Wall Transfer process)법이나 LLE(Lithography-Lithography Etching)법과 조합하는 미세 패턴의 형성 방법이 제안되고 있다(예를 들면 특허문헌 2, 3).
상기 SWT법에서는, 예를 들면 레지스트막 등으로 형성된 패턴의 볼록부의 부분의 표면 전체를 적당히 산화하여 제거하는 슬리밍 처리를 행함으로써 볼록부의 치수폭을 실질적으로 작게 하고 있다. 그리고, 이 레지스트 패턴 상에 실리콘 산화막을 형성하고, 이 실리콘 산화막을 적당히 에치백하여 상기 볼록부의 측면에 형성되어 있던 측벽(사이드월)을 잔류시키고, 노출된 레지스트 패턴을 제거하여 남은 측벽을 마스크로 하여 에칭 대상층인 하지층을 에칭함으로써, 포토리소그래피 기술의 해상 한계 이하의 미세 패턴을 얻도록 되어 있다.
일본공개특허공보 2010-161162호 일본공개특허공보 2004-080033호 일본공개특허공보 2010-103497호
그런데, 전술한 바와 같이, 패턴화된 레지스트막 등의 탄소 함유 박막의 볼록부의 표면을 산화하여 제거하는 슬리밍 처리는, 일반적으로는 배치식의, 세로로 긴 처리 용기 내에 복수매의 피처리체를 수용하고, 이 처리 용기 내에 산화 가스로서 예를 들면 산소를 흘리면서 이 산소 분위기 중에서 플라즈마를 생성하여 산소 활성종에 의해 탄소 함유 박막의 표면을 적절히 산화하여 깎아 내도록 되어 있다.
그러나, 이 슬리밍 방법에 있어서는, 처리 용기 내에 한번에 수용하는 웨이퍼의 매수에 의존하고, 혹은 슬리밍 처리마다 슬리밍량(깎아냄량)에 불균일이 발생하여 재현성이 충분하지 않다는 문제가 있었다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명은, 레지스트 등의 탄소 함유 박막 패턴의 볼록부의 슬리밍 처리시의 슬리밍량(깎아냄량)의 불균일을 억제하여 슬리밍 처리마다의 재현성을 향상시키는 것이 가능한 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법 및 산화 장치이다.
본 발명자들은, 슬리밍 처리에 대해서 예의 연구한 결과, 레지스트막 등의 탄소 함유 박막의 슬리밍 처리시의 슬리밍량의 불균일의 원인은, 웨이퍼 중에 포함되는 수분이나 슬리밍 처리시에 발생하는 반응 부생성물인 수분에 의존하고 있는 것을 발견하고, 이 수분의 영향을 억제하려면, 상기 수분량보다도 과잉인 양의 수분을 일부러 공급함으로써 슬리밍량의 불균일을 억제할 수 있다는 인식을 얻음으로써, 본 발명에 이른 것이다.
청구항 1에 따른 발명은, 패턴화된 탄소 함유 박막이 형성된 피처리체를 산화 장치의 처리 용기 내로 반입하는 반입 공정과, 상기 처리 용기 내로 수분을 공급하면서 산화 가스에 의해 상기 탄소 함유 박막의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써 상기 패턴의 볼록부의 폭을 작게 하는 슬리밍 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법이다.
이와 같이, 상기 처리 용기 내로 수분을 공급하면서 산화 가스에 의해 상기 탄소 함유 박막의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써 상기 패턴의 볼록부의 폭을 작게 하도록 했기 때문에, 한번에 처리하는 피처리체의 매수에 의존하는 일 없이, 게다가 슬리밍 처리마다의 슬리밍량(깎아냄량)의 불균일을 억제하여 재현성을 향상시키는 것이 가능해진다.
청구항 2에 따른 발명은, 패턴화된 탄소 함유 박막이 형성된 피처리체를 산화 장치의 처리 용기 내로 반입하는 반입 공정과, 상기 처리 용기 내로 수분을 공급하는 수분 공급 공정과, 산화 가스에 의해 상기 탄소 함유 박막의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써 상기 패턴의 볼록부의 폭을 작게 하는 슬리밍 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법이다.
이와 같이, 슬리밍 처리를 행하기 직전에 처리 용기 내로 수분을 공급하도록 했기 때문에, 한번에 처리하는 피처리체의 매수에 의존하는 일 없이, 게다가 슬리밍 처리마다의 슬리밍량(깎아냄량)의 불균일을 억제하여 재현성을 향상시키는 것이 가능해진다.
청구항 3에 따른 발명은, 패턴화된 탄소 함유 박막이 형성된 피처리체를 산화 장치의 처리 용기 내로 반입하는 반입 공정과, 상기 처리 용기 내로 수분을 공급하는 수분 공급 공정과, 상기 처리 용기 내로 수분을 공급하면서 산화 가스에 의해 상기 탄소 함유 박막의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써 상기 패턴의 볼록부의 폭을 작게 하는 슬리밍 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법이다.
이와 같이, 슬리밍 처리를 행하기 직전에 처리 용기 내로 수분을 공급하고, 추가로, 상기 처리 용기 내로 수분을 공급하면서 산화 가스에 의해 상기 탄소 함유 박막의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써 상기 패턴의 볼록부의 폭을 작게 하도록 했기 때문에, 한번에 처리하는 피처리체의 매수에 의존하는 일 없이, 게다가 슬리밍 처리마다의 슬리밍량(깎아냄량)의 불균일을 억제하여 재현성을 향상시키는 것이 가능해진다.
청구항 8에 따른 발명은, 진공 흡인 가능하게 이루어진 처리 용기와, 패턴화된 탄소 함유 박막이 형성된 복수매의 피처리체를 처리 용기 내에서 보유 지지(保持; holding)하는 보지 수단과, 상기 처리 용기 내로 산화 가스를 공급하는 산화 가스 공급 수단과, 상기 처리 용기 내로 수분을 공급하는 수분 공급 수단과, 상기 산화 가스를 활성화시키기 위한 활성화 수단과, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법을 행하도록 장치 전체를 제어하는 장치 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 산화 장치이다.
청구항 9에 따른 발명은, 진공 흡인 가능하게 이루어진 처리 용기와, 패턴화된 탄소 함유 박막이 형성된 복수매의 피처리체를 처리 용기 내에서 보지하는 보지 수단과, 상기 처리 용기 내로 산화 가스를 공급하는 산화 가스 공급 수단과, 상기 처리 용기 내로 수분을 공급하는 수분 공급 수단과, 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단과, 청구항 1 내지 5 및 7 중 어느 한 항에 기재된 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법을 행하도록 장치 전체를 제어하는 장치 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 산화 장치이다.
본 발명에 따른 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법 및 산화 장치에 의하면, 다음과 같이 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
청구항 1 및 이것을 인용하는 청구항에 따른 발명에 의하면, 처리 용기 내로 수분을 공급하면서 산화 가스에 의해 탄소 함유 박막의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써 패턴의 볼록부의 폭을 작게 하도록 했기 때문에, 한번에 처리하는 피처리체의 매수에 의존하는 일 없이, 게다가 슬리밍 처리마다의 슬리밍량(깎아냄량)의 불균일을 억제하여 재현성을 향상시킬 수 있다.
청구항 2 및 이것을 인용하는 청구항에 따른 발명에 의하면, 슬리밍 처리를 행하기 직전에 처리 용기 내로 수분을 공급하도록 했기 때문에, 한번에 처리하는 피처리체의 매수에 의존하는 일 없이, 게다가 슬리밍 처리마다의 슬리밍량(깎아냄량)의 불균일을 억제하여 재현성을 향상시킬 수 있다.
청구항 3 및 이것을 인용하는 청구항에 따른 발명에 의하면, 슬리밍 처리를 행하기 직전에 처리 용기 내로 수분을 공급하고, 추가로, 처리 용기 내로 수분을 공급하면서 산화 가스에 의해 탄소 함유 박막의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써 패턴의 볼록부의 폭을 작게 하도록 했기 때문에, 한번에 처리하는 피처리체의 매수에 의존하는 일 없이, 게다가 슬리밍 처리마다의 슬리밍량(깎아냄량)의 불균일을 억제하여 재현성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산화 장치의 실시 형태를 나타내는 종단면 구성도이다.
도 2는 산화 장치(가열 수단은 생략)를 나타내는 횡단면 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 슬리밍 방법을 포함하는 미세 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 반도체 웨이퍼의 단면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 슬리밍 방법을 포함하는 미세 패턴의 형성 방법을 설명하는 플로우 차트이다.
도 5는 본 발명 방법의 제1 변형 실시예의 슬리밍 방법을 포함하는 미세 패턴의 형성 방법의 일부를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 제1 검증 실험을 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은 슬리밍 처리시에 발생하는 수분량의, 모니터 웨이퍼의 매수에 대한 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 제2 검증 실험을 설명하기 위한 설명도이다.
도 9는 CVD-SiO2막 부착의 더미 웨이퍼(수분 다량)의 존재하에서 슬리밍 처리를 연속적으로 행했을 때의 깎아냄량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 슬리밍 방법의 검증 실험을 설명하기 위한 설명도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에, 본 발명에 따른 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법 및 산화 장치의 일 실시 형태를 첨부 도면에 기초하여 상술한다.
도 1은 본 발명에 따른 산화 장치의 실시 형태를 나타내는 종단면 구성도, 도 2는 산화 장치(가열 수단은 생략)를 나타내는 횡단면 구성도이다. 또한, 여기에서는 산화 가스로서 산소를 이용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도시하는 바와 같이, 플라즈마를 형성할 수 있는 이 산화 장치(2)는, 하단이 개구된, 천장이 있는 원통체 형상의 처리 용기(4)를 갖고 있다. 이 처리 용기(4)의 전체는, 예를 들면 석영에 의해 형성되어 있고, 이 처리 용기(4) 내의 천장에는, 석영제의 천장판(6)이 설치되고 봉지(seal)되어 있다. 또한, 이 처리 용기(4)의 하단 개구부에는, 예를 들면 스테인리스 스틸에 의해 원통체 형상으로 성형된 매니폴드(8)가 O링 등의 시일 부재(10)를 개재하여 연결되어 있다. 또한, 스테인리스제의 매니폴드(8)를 설치하지 않고, 전체를 원통체 형상의 석영제의 처리 용기로 구성한 장치도 있다.
상기 처리 용기(4)의 하단은, 상기 매니폴드(8)에 의해 지지되어 있으며, 이 매니폴드(8)의 하방으로부터 복수매의 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)(이하, '웨이퍼(W)'라고도 함)를 다단으로 올려놓은 보지 수단으로서의, 석영제의 웨이퍼 보트(12)가 승강 가능하게 삽입 이탈이 자유롭게 이루어져 있다. 본 실시 형태의 경우에 있어서, 이 웨이퍼 보트(12)의 지주(支柱; 12A)에는, 예를 들면 50∼150매 정도의, 직경이 300㎜의 웨이퍼(W)를 대략 등(等)피치로, 다단으로 지지할 수 있도록 되어 있다.
이 웨이퍼 보트(12)는, 석영제의 보온통(14)을 개재하여 테이블(16) 상에 올려놓여져 있고, 이 테이블(16)은, 매니폴드(8)의 하단 개구부를 개폐하는, 예를 들면 스테인리스 스틸제의 덮개부(18)를 관통하는 회전축(20)의 상단에 지지된다. 그리고, 이 회전축(20)의 관통부에는, 예를 들면 자성 유체 시일(magnetic fluid seal; 22)이 개설(介設)되어, 이 회전축(20)을 기밀하게 시일하면서 회전 가능하게 지지하고 있다. 또한, 덮개부(18)의 주변부와 매니폴드(8)의 하단부에는, 예를 들면 O링 등으로 이루어지는 시일 부재(24)가 개설되어 있어, 처리 용기(4) 내의 시일성을 유지하고 있다.
상기한 회전축(20)은, 예를 들면 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(도시하지 않음)에 지지된 아암(26)의 선단에 부착되어 있고, 웨이퍼 보트(12) 및 덮개부(18) 등을 일체적으로 승강하여 처리 용기(4) 내로 삽입 이탈할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 테이블(16)을 상기 덮개부(18)측으로 고정하여 설치하고, 웨이퍼 보트(12)를 회전시키는 일 없이 웨이퍼(W)의 처리를 행하도록 해도 좋다.
이 매니폴드(8)에는, 처리 용기(4) 내에 산화 가스로서, 예를 들면 산소를 공급하는 산화 가스 공급 수단(28)과, 수분을 공급하는 수분 공급 수단(30)과, 퍼지 가스로서 불활성 가스, 예를 들면 N2 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 수단(34)이 설치된다.
구체적으로는, 상기 산화 가스 공급 수단(28)은, 상기 매니폴드(8)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영관으로 이루어지는 가스 노즐(38)을 갖고 있다. 이 가스 노즐(38)에는, 그의 길이 방향을 따라서 복수(다수)의 가스 분사공(38A)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있어, 각 가스 분사공(38A)으로부터 수평 방향을 향하여 대략 균일하게 산소(O2)를 분사할 수 있도록 되어 있다. 이러한 타입의 가스 노즐을 분산형의 가스 노즐이라고 칭한다.
또한, 마찬가지로 상기 수분 공급 수단(30)도, 상기 매니폴드(8)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영관으로 이루어지는 가스 노즐(40)을 갖고 있다. 이 가스 노즐(40)에는, 그의 길이 방향을 따라서 복수(다수)의 가스 분사공(40A)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있어, 각 가스 분사공(40A)으로부터 수평 방향을 향하여 대략 균일하게 수분인 수증기를 분사할 수 있도록 되어 있다. 또한, 이 수분은, 실제로는 N2나 O2 등의 캐리어 가스와 함께 수분 함유 가스로서 공급된다.
또한, 마찬가지로 퍼지 가스 공급 수단(34)도, 상기 매니폴드(8)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영관으로 이루어지는 가스 노즐(44)을 갖고 있다. 이 가스 노즐(44)에는, 상기 원료 가스의 가스 노즐(40)과 동일하게 그의 길이 방향을 따라서 복수(다수)의 가스 분사공(44A)(도 2 참조)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있어, 각 가스 분사공(44A)으로부터 수평 방향을 향하여 대략 균일하게 N2 가스를 분사할 수 있도록 되어 있다.
상기 각 가스 노즐(38, 40, 44)에는, 각각의 가스 통로(48, 50, 54)가 접속되어 있다. 그리고, 각 가스 통로(48, 50, 54)에는, 각각 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(48A, 50A, 54A) 및 개폐 밸브(48B, 50B, 54B)가 개설되어 있어, 산소 가스, 수증기 및 N2 가스를 각각 유량 제어하면서 공급할 수 있도록 되어 있다. 상기 수분 공급 수단(30)의 가스 통로(50)의 상류측에는, 도시하지 않은 증기 발생기가 접속되어 있다. 또한, 여기에서는 수분 공급 수단(30)을 별개로 형성했지만, 이 수분 공급 수단을 산화 가스 공급 수단(28)이나 퍼지 가스 공급 수단(34)과 겸용시켜, 수분(수증기)을 가스 노즐(38), 혹은 가스 노즐(44)로부터 분사시키도록 해도 좋다.
한편, 상기 처리 용기(4)의 측벽의 일부에는, 그의 높이 방향을 따라서 플라즈마를 발생시켜 산소 가스를 활성화시키는 활성화 수단(66)이 형성됨과 함께, 이 활성화 수단(66)에 대향하는 처리 용기(4)의 반대측에는, 이 내부 분위기를 진공 배기하기 위해 처리 용기(4)의 측벽을, 예를 들면 상하 방향으로 깎아냄으로써 형성한, 가늘고 긴 배기구(68)가 형성되어 있다. 구체적으로는, 상기 활성화 수단(66)은, 상기 처리 용기(4)의 측벽을 상하 방향을 따라서 소정의 폭으로 깎아냄으로써 상하에 가늘고 긴 개구(70)를 형성하고, 이 개구(70)를 그의 외측으로부터 덮도록 하여 단면 오목부 형상으로 이루어진 상하로 가늘고 긴, 예를 들면 석영제의 플라즈마 구획벽(72)을 용기 외벽에 기밀하게 용접 접합함으로써 형성되어 있다.
이에 따라, 이 처리 용기(4)의 측벽의 일부를 오목부 형상으로, 외측으로 움푹 패이게 함으로써 일측이 처리 용기(4) 내로 개구되어 연통(communication)된 플라즈마실(73)이 형성되게 된다. 즉 플라즈마 구획벽(72)의 내부 공간은, 상기 처리 용기(4) 내에 일체적으로 연통된 상태로 되어 있다. 상기 개구(70)는, 웨이퍼 보트(12)에 보지되어 있는 모든 웨이퍼(W)를 높이 방향에 있어서 커버할 수 있도록 상하 방향으로 충분히 길게 형성되어 있다. 또한, 이 개구(70)에, 다수의 슬릿을 갖는 슬릿판을 설치하는 경우도 있다.
그리고, 상기 플라즈마 구획벽(72)의 양(兩)측벽의 외측면에는, 그의 길이 방향(상하 방향)을 따라서 서로 대향하도록 하여 가늘고 긴 한 쌍의 플라즈마 전극(74)이 형성됨과 함께, 이 플라즈마 전극(74)에는 플라즈마 발생용의 고주파 전원(76)이 급전 라인(78)을 통하여 접속되어 있어, 상기 플라즈마 전극(74)에, 예를 들면 13.56㎒의 고주파 전압을 인가함으로써 플라즈마를 발생할 수 있도록 되어 있다. 또한, 이 고주파 전압의 주파수는 13.56㎒로 한정되지 않으며, 다른 주파수, 예를 들면 400㎑ 등을 이용해도 좋다.
그리고, 상기 처리 용기(4) 내를 상방향으로 연장되어 가는 산화 가스용의 가스 노즐(38)은 도중에서 처리 용기(4)의 반경(半徑) 방향 외측으로 굴곡되어, 상기 플라즈마실(73) 내의 가장 안쪽(처리 용기(4)의 중심으로부터 가장 떨어진 부분)에 위치되고, 이 가장 안쪽의 부분을 따라서 상방을 향하여 기립시켜 설치되어 있다. 따라서, 고주파 전원(76)이 온(ON)으로 되어 있을 때에 상기 가스 노즐(38)의 가스 분사공(38A)으로부터 분사된 산소 가스는, 여기에서 활성화되어 처리 용기(4)의 중심을 향하여 확산되면서 흐르도록 되어 있다.
그리고 상기 플라즈마 구획벽(72)의 외측에는, 이것을 덮도록 하여, 예를 들면 석영으로 이루어지는 절연 보호 커버(80)가 부착되어 있다. 또한, 이 절연 보호 커버(80)의 내측 부분에는, 도시하지 않은 냉매 통로가 형성되어 있으며, 냉각된 질소 가스나 냉각수를 흘림으로써 상기 플라즈마 전극(74)을 냉각할 수 있도록 되어 있다.
그리고 상기 플라즈마실(73)의 개구(70)의 외측 근방, 즉 개구(70)의 외측(처리 용기(4) 내)에는, 상기 수분용의 가스 노즐(40)과 퍼지 가스용의 가스 노즐(44)이 각각 기립시켜 설치되어 있어, 각 가스 노즐(40, 44)에 형성된 각 가스 분사공(40A, 44A)으로부터 처리 용기(4)의 중심 방향을 향하여 수증기와, 퍼지 가스인 N2 가스를 각각 분사할 수 있도록 되어 있다.
한편, 상기 개구(70)에 대향시켜 형성된 배기구(68)에는, 이것을 덮도록 하여 석영으로 이루어지는 단면 ㄷ자 형상으로 성형된 배기구 커버 부재(82)가 용접에 의해 부착되어 있다. 이 배기구 커버 부재(82)는, 상기 처리 용기(4)의 측벽을 따라서 상방으로 연장되어 있으며, 처리 용기(4) 상방의 가스 출구(84)에 연통되어 있다. 그리고, 이 가스 출구(84)에는, 배기계(86)가 접속되어 있다. 이 배기계(86)는, 상기 가스 출구(84)에 접속되는 배기 통로(88)를 갖고 있고, 이 배기 통로(88)에는, 처리 용기(4) 내의 압력을 조정하는 압력 조정 밸브(90) 및 진공 펌프(92)가 순차 개설되어, 처리 용기(4) 내를 소정의 압력으로 유지하면서 진공 흡인할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 처리 용기(4)의 외주(外周)를 둘러싸도록 하여 이 처리 용기(4) 및 이 내부의 웨이퍼(W)를 가열하는 통체 형상의 가열 수단(94)이 형성되어 있다. 또한, 이 가열 수단(94)은 형성되지 않는 경우도 있다.
그리고, 이와 같이 구성된 산화 장치(2)의 전체의 동작, 예를 들면 프로세스 압력, 프로세스 온도, 각 개폐 밸브의 개폐에 의한 각 가스(수증기를 포함함)의 공급, 공급 정지, 가스 유량의 제어 및 고주파의 온·오프 제어 등은, 예를 들면 컴퓨터 등으로 이루어지는 장치 제어부(96)에 의해 행해진다. 그리고, 이 장치 제어부(96)는, 상기 제어를 행하기 위한 프로그램이 기억되어 있는 기억 매체(98)를 갖고 있다. 이 기억 매체(98)로서는, 예를 들면 플렉시블 디스크, CD(Compact Disc), CD-ROM, 하드 디스크, 플래시 메모리 혹은 DVD 등을 이용할 수 있다. 또한, 이 장치 제어부(96)는, 도시하지 않은 유저 인터페이스에도 접속되어 있어, 레시피를 포함하는 각종 데이터 송신을 할 수 있도록 이루어져 있다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 산화 장치(2)를 이용하여 행해지는 본 발명의 슬리밍 방법에 대해서 도 3 및 도 4도 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 슬리밍 방법을 포함하는 미세 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 반도체 웨이퍼의 단면을 개략적으로 나타내는 단면도, 도 4는 슬리밍 방법을 포함하는 미세 패턴의 형성 방법을 설명하는 플로우 차트이다. 우선, 본 발명에 따른 슬리밍 방법을 행하는 상기 산화 장치(2)의 동작에 대해서 설명한다.
우선, 상온(常溫)의 다수매, 예를 들면 50∼150매의 300㎜ 사이즈의 웨이퍼(W)가 올려놓여진 상태의 웨이퍼 보트(12)를 미리 소정의 온도로 이루어진 처리 용기(4) 내에, 그의 하방으로부터 상승시켜 로드하여 반입하고, 덮개부(18)로 매니폴드(8)의 하단 개구부를 닫음으로써 처리 용기(4) 내를 밀폐한다. 상기 웨이퍼(W)의 표면에는, 후술하는 바와 같이, 탄소 함유 박막인 레지스트막이 패턴화되어 요철 형상으로 되어 있다.
그리고 처리 용기(4) 내를 진공 흡인하여 소정의 프로세스 압력으로 유지함과 함께, 가열 수단(94)으로의 공급 전력을 증대시킴으로써, 웨이퍼 온도를 상승시켜 프로세스 온도를 유지한다. 또한, 플라즈마에 의한 산소의 활성화가 충분한 경우에는, 상기 가열 수단(94)을 동작시키지 않아도 좋다. 예를 들면 플라즈마를 이용한 경우에 가열 수단(94)에 의해 수분 및 웨이퍼를 활성화할 때는, 사용하는 재료에도 의하지만, 예를 들면 열 CVD 카본막의 경우, 최대 850℃ 정도까지 승온시킨다. 따라서, 가열 수단(94)을 갖는 산화 장치인 경우의 히터 온도는, 실온인 25℃∼850℃까지로 한다. 그리고, 산화 가스 공급 수단(28)으로부터 산소 가스를 처리 용기(4) 내로 공급하고, 수분 공급 수단(30)으로부터는 수분인 수증기를 처리 용기(4) 내로 공급한다. 구체적으로는, 유량 제어된 산소 가스가 산화 가스용의 가스 노즐(38)의 각 가스 분사공(38A)으로부터 수평 방향을 향하여 분사되고, 플라즈마실(73)을 통하여 처리 용기(4) 내로 공급된다. 또한, 유량 제어된 수증기가 수분용의 가스 노즐(40)의 각 가스 분사공(40A)으로부터 수평 방향을 향하여 분사되어 처리 용기(4) 내에 공급된다.
상기 가스의 공급과 동시에, 상기 활성화 수단(66)의, 한 쌍의 플라즈마 전극(74)에는, 고주파 전원(76)으로부터 고주파 전압이 인가되어 있고, 이에 따라 상기 플라즈마실(73) 내에 플라즈마가 생성되어, 여기에 공급된 상기 산소 가스는 플라즈마에 의해 활성화된다. 이 산소 가스의 활성종에 의해, 상기 웨이퍼(W)의 표면에 형성되어 있던 탄소 함유 박막인, 예를 들면 레지스트막의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써, 후술하는 바와 같이 상기 레지스트막 패턴의 볼록부의 폭을 작게 하는 슬리밍을 행하게 된다.
이때, 처리 용기(4) 내로는 이 웨이퍼(W) 자체에 포함되어 있던 수분이 함유되거나 혹은 산화 반응에 의해 반응 부생성물로서 수분이 발생하는 점에서, 이들 수분의 악영향에 의해, 슬리밍량에 불균일이 발생하는 위구(危懼)가 발생한다. 그러나, 본 발명 방법에서는 전술한 바와 같이, 이 산화 처리와 동시에, 상기 수분량보다도 많은 수분을 수증기로서 공급하도록 하고 있기 때문에, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)에 의해 처리 용기(4) 내로 함유된 수분량이나 반응 부생성물로서 발생하는 수분량이, 이것보다도 많이 공급된 상기 수분량에 의해 희석화되어, 그 악영향을 무시할 수 있을 때까지 저감화됨으로써, 이 결과, 런(run)마다(슬리밍 처리마다)의 슬리밍량의 불균일의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
그리고, 전술한 바와 같이 산화 처리를 개시하면, 배기계(86)가 구동하여 진공 펌프(92)는 연속적으로 회전 구동되어 처리 용기(4) 내를 진공 흡인하고 있기 때문에, 처리 용기(4) 내에서 산화 반응에 의해 발생한 각종 가스는 배기 가스로서 배기구(68)로부터 배출되고, 가스 출구(84)를 통하여 배기 통로(88) 내를 흘러 내려간다.
다음으로, 이상과 같은 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법이 포함되는 미세 패턴의 형성 방법에 대해서, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 우선, 도 3(A)에 나타내는 바와 같이, 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)의 상면에는, 아래로부터 순서대로 최종적으로 패턴 에칭되는 피에칭 대상막(100) 및 반사 방지막(102)이 형성되어 있다. 상기 반사 방지막(102)은, 이 위에 형성되는 레지스트막에 대한 포토리소그래피를 적용할 때의 반사 방지막(BARC)으로서 기능함과 함께, 하지의 피에칭 대상막(100)을 에칭할 때의 마스크로서도 기능한다.
상기 웨이퍼(W)는, 예를 들면 실리콘 기판으로 이루어지며, 필요에 따라서, 이 상면에는 각종 반도체 소자나 회로 패턴이 형성되어 있다. 상기 피에칭 대상막(100)은, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 질화 실리콘, 산화 실리콘, 산질화 실리콘, 어모퍼스 실리콘 또는 폴리 실리콘을 포함하는 막을 이용할 수 있다. 또한, 이 피에칭 대상막(100)의 두께는, 예를 들면 20∼200㎚ 정도이다.
또한, 반사 방지막(102)은, 특별히 한정되는 것이 아니며, 어모퍼스 카본, 폴리페놀이나 포토레지스트 등의 유기계의 재료를 이용할 수 있으며, 포토리소그래피 기술에 의한 노광시의 레이저광에 대한 굴절률이 조정되어 있다.
한편, 전술한 바와 같이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼(W)의 표면, 즉 반사 방지막(102) 상에, 도 3(B)에 나타내는 바와 같이 탄소 함유 박막(104)을 형성한다(S1). 이 탄소 함유 박막(104)의 두께는, 예를 들면 50∼200㎚ 정도의 범위 내이다. 이 탄소 함유 박막(104)으로서는, 레지스트막 등의 탄소와 수소를 포함하는 유기 재료를 이용할 수 있고, 예를 들면 ArF 레이저광에 의해 감광되는 특성을 갖는다. 이러한 탄소 함유 박막(104)이 예를 들면 레지스트막이라면, 이 레지스트막은 회전 도포 장치를 이용하여 형성할 수 있다.
다음으로, 이 탄소 함유 박막(104)은, 도시하지 않은 마스크와, 예를 들면 액침법을 이용하여 포토리소그래피의, 예를 들면 ArF 레이저광에 의해 노광, 현상이 이루어져, 도 3(C)에 나타내는 바와 같이 패턴화된다(S2). 이 패턴화에 의해 탄소 함유 박막(104)에는, 하지에까지 도달하는 오목부(104A) 및 볼록부(104B)가 요철 형상으로 패턴 형성되게 된다. 이때의 오목부(104A)의 폭(D1)은 예를 들면 40㎚ 정도이며, 볼록부(104B)의 폭(두께)(L1)은 예를 들면 40㎚ 정도이다. 여기에서 오목부(104A)의 저면(底面)은, 하지의 반사 방지막(102)이 노출되어 있다.
이와 같이, 탄소 함유 박막(104)이 패턴화되었다면, 이 웨이퍼를, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 산화 장치(2)의 처리 용기(4) 내로 반입하는 반입 공정을 행한다(S3). 이 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(W)가 웨이퍼 보트(12)에 다단으로 지지된 상태에서 처리 용기(4) 내로 수용된다. 그리고, 이 산화 장치(2)에 있어서, 전술한 바와 같이 처리 용기(4) 내로 산화 가스로서, 예를 들면 산소 가스를 흘림과 함께 이 산소 가스를 고주파 전력에 의해 발생한 플라즈마에 의해 활성화한다. 이와 동시에 추가로, 처리 용기(4) 내로 수증기를 다량으로 공급하여 도 3(D)에 나타내는 바와 같이, 상기 패턴화되어 있는 탄소 함유 박막(104)의 표면을 산화 처리하고 제거하여, 볼록부(104B)의 폭을 작게 한다(S4). 이 처리를 슬리밍 처리라고 칭한다.
이 산화시의 반응식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
CxHy＋O2(플라즈마)→xCO2＋1/2·yH2O
여기에서 CxHy는 레지스트막(유기 재료)을 나타내고, x, y는 각각 임의의 정(正)의 정수이다. 이때의 수분 공급 수단(30)에 의해 공급되는 수분의 양은, 처리해야 할 웨이퍼(W)의 매수에도 의하지만, 예를 들면 직경이 300㎜의 웨이퍼(W)를 100매 수용하는 경우에는, 5∼50sccm 정도이다. 바꾸어 말하면, 웨이퍼 1매당의 공급 수분량은, 0.05∼0.5sccm 정도이다. 또한, 이때의 산소의 유량은, 예를 들면 100sccm∼10000sccm, 슬리밍 시간은 깎아 내야 할 두께에도 의하지만, 예를 들면 30분 정도이다.
상기 슬리밍 처리에 의해, 상기 탄소 함유 박막(104)의 볼록부(104B)의 표면은, 산화되어 깎아 내어지기 때문에, 볼록부(104B) 자체는 얇아져, 그 폭(두께)은 L2가 된다(L2＜L1). 구체적으로는, 상기 폭(L1)이 예를 들면 40㎚에서, 폭(L2)이 예를 들면 10㎚ 정도로 작아진다. 또한, 볼록부(104B)의 높이도 조금 낮아지지만, 여기에서는 특별히 기재하고 있지 않다.
여기에서 앞서 설명한 바와 같이, 처리 용기(4) 내로는 이 웨이퍼(W) 자체에 포함되어 있던 수분이 함유되거나, 혹은 산화 반응에 의해 반응 부생성물로서 수분이 발생하는 점에서, 이들 수분의 악영향에 의해, 슬리밍량에 불균일이 발생하는 위구가 발생한다. 그러나, 본 발명 방법에서는 전술한 바와 같이, 이 산화 처리와 동시에, 상기 수분량보다도 많은 수분을 수증기로서 공급하도록 하고 있기 때문에, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)에 의해 처리 용기(4) 내로 함유된 수분량이나 반응 부생성물로서 발생하는 수분량이, 이것보다도 많이 공급된 상기 수분량에 의해 희석화되어, 그 악영향을 무시할 수 있기까지 저감화되게 되고, 이 결과, 런마다(슬리밍 처리마다)의 슬리밍량의 불균일의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
즉, 웨이퍼(W)와 함께 함유된 수분량이나 반응 부생성물로서 발생한 수분량은, 본 발명 방법에서 의도적으로 공급한 수분량보다도 훨씬 적기 때문에, 함유된 수분량이나 반응 부생성물로서 발생한 수분량이 변동해도, 이 변동은 억제되어 버리게 된다. 이 결과, 슬리밍 처리마다의 슬리밍량(깎아냄량)의 불균일을 억제하여 볼록부(104B)의 폭(두께)을 일정하게 할 수 있다. 이 경우, 상기 서로 이웃하는 볼록부(104B) 간의 거리인 오목부(104A)의 폭(D1)은, 상기 볼록부(104B)의 측면의 깎아냄량만큼 넓어진다.
이와 같이 하여, 슬리밍 처리가 이루어진 웨이퍼(W)는, 처리 용기(4) 내로부터 취출되고, 다른 성막 장치로 반송되어, 여기에서 도 3(E)에 나타내는 바와 같이, 상기 슬리밍 처리된 요철 형상의 탄소 함유 박막(104) 상 및 반사 방지막(102) 상에, 박막으로서 예를 들면 실리콘 산화막(106)을 형성한다(S5). 이 실리콘 산화막(106)은 상기 탄소 함유 박막(104)의 볼록부(104B)의 상면 및 측면(오목부(104A)의 측면)이나 오목부(104A)의 저면에도 소정의 두께로 일면에 퇴적되게 된다. 이 박막으로서는, 실리콘 산화막(106)으로 한정되지 않으며, 예를 들면 SiON막, SiN막, 어모퍼스 Si막, 폴리 Si막 등을 적용할 수 있다. 또한, 상기 박막인 실리콘 산화막(106)은, 상기 슬리밍 처리를 행한 처리 용기(4) 내에서, 웨이퍼(W)를 취출하는 일 없이 연속적으로 성막하는 것도 가능하다.
다음으로, 상기 실리콘 산화막(106)이 형성된 웨이퍼(W)에 대하여 에칭 처리(에치백 처리)를 행함으로써, 도 3(F)에 나타내는 바와 같이, 탄소 함유 박막(104)의 패턴의 볼록부(104B)의 상면 및 오목부(104A)의 저부에 위치하는 실리콘 산화막(106)을 제거하고, 이 패턴의 볼록부(104B)의 측면에 퇴적되어 있던 실리콘 산화막, 즉, 사이드월(106A)을 남긴다(S6).
다음으로, 상기 에치백에 의해 표면이 노출된 레지스트막으로 이루어지는 탄소 함유 박막(104)의 볼록부(104B)에 대하여 애싱 처리를 행하여 제거하고, 상기 사이드월(106A)을 잔류시키고, 이 잔류된 사이드월(106A)을 마스크로 한 에칭 처리를 행함으로써 상기 반사 방지막(102)을 도 3(G)에 나타내는 바와 같이 패턴화한다(S7).
다음으로, 사이드월(106A)과 패턴화된 반사 방지막(102A)으로 이루어지는 패턴을 마스크로 하여 에칭 처리를 행함으로써, 도 3(H)에 나타내는 바와 같이, 상기 피에칭 대상막(100)을 에칭하여 원하는 피치의 패턴을 얻게 된다(S8). 이와 같이 하여 얻어진 도 3(G)에 나타내는 피에칭 대상막(100)의 패턴의 오목부 및 볼록부의 피치는, 도 3(C)에 나타내는 탄소 함유 박막(104)의 패턴의 오목부(104A) 및 볼록부(104B)의 피치보다도 상당히 작게 하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 본 발명에서는, 상기 처리 용기 내로 수분을 공급하면서 산화 가스에 의해 상기 탄소 함유 박막의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써 상기 패턴의 볼록부의 폭을 작게 하도록 했기 때문에, 한번에 처리하는 피처리체의 매수에 의존하는 일 없이, 게다가 슬리밍 처리마다의 슬리밍량(깎아냄량)의 불균일을 억제하여 재현성을 향상시킬 수 있다.
상기 실시예에서는, 슬리밍 처리되는 피에칭 대상막(100), 패턴재(材)인 탄소 함유 박막(104)으로서 레지스트막으로 이루어지는 유기 재료를 이용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것으로 한정되지 않으며, 반사 방지막(BARC)으로서 기능하는 유기 재료나 카본막 등을 이용할 수 있다. 이 카본막을 성막하려면, 도포 장치에 의해 코팅하여 성막하도록 해도 좋고, 혹은 플라즈마 CVD 처리 또는 가열 CVD 처리에 의해 성막 처리하도록 해도 좋고, 그의 제법은 불문한다. 또한, 카본막으로의 패턴 형성에 대해서는, 포토리소그래피가 아니라, 미리 상부에 형성된 패턴을 마스크로 한 에칭에 의해 행해지기 때문에, 카본막 하부에 반사 방지막은 반드시 필요로 하지는 않는다.
＜제1 변형 실시예＞
다음으로 본 발명의 제1 변형 실시예에 대해서 설명한다. 앞서, 도 4를 참조하여 설명한 본 발명 방법의 실시예에 있어서는, 슬리밍 공정을 행할 때에 처리 용기(4) 내로 수분을 공급하는 것으로 했지만, 이것으로 한정되지 않으며, 예를 들면 슬리밍 공정을 행하기 직전에 처리 용기(4) 내로 수분을 공급하도록 해도 좋다. 도 5는 이러한 본 발명 방법의 제1 변형 실시예의 슬리밍 방법을 포함하는 미세 패턴의 형성 방법의 일부를 나타내는 플로우 차트이다. 도 5는 도 4에 나타내는 플로우 차트의 일부를 변경한 것이며, 주요부 이외의 기재는 생략하고 있다.
이 제1 변형 실시예에서는, 도 3(C)에 나타내는 바와 같은 패턴화된 탄소 함유 박막(104)이 형성된 복수매의 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보트(12)에 올려놓고 산화 장치의 처리 용기(4) 내로 반입(로드)하여 처리 용기(4) 내를 밀폐하는 반입 공정을 행했다면(S3), 다음으로, 처리 용기(4) 내로 수분을 공급하는 수분 공급 공정을 행한다(S3-1). 이 수분 공급 공정에서는, 앞서 설명한 스텝 S4에 있어서의 슬리밍 공정과 동일하게 수분을 수증기로서 유량 제어하면서 처리 용기(4) 내로 공급하고 동시에 진공 흡인도 행하여 배기한다. 이에 따라, 처리 용기(4) 내의 벽면, 웨이퍼 보트(12)의 표면 등의 용기 내 구조물의 표면 및 웨이퍼(W)의 표면에 다량으로 수분이 부착되게 된다.
이러한 상태에 있어서, 다음으로, 처리 용기(4) 내에 산화 가스를 흘림과 함께 플라즈마를 생성하여 슬리밍 공정을 행한다(S4-1). 이에 따라, 상기 탄소 함유 박막(104)의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써 패턴의 볼록부(104B)의 폭(두께)을 작게 한다. 이때, 처리 용기(4) 내로는, 우선 상기 수분 공급 공정에 있어서 수분이 공급되어 있기 때문에, 수분을 공급할 필요가 없다.
이와 같이 하여, 수분을 공급하지 않는 슬리밍 공정(S4-1)이 종료되었다면, 다음으로 도 4에 나타낸 바와 같이 스텝 S5 이후의 각 공정을 순차 행하여 가게 된다. 이 경우에도, 앞선 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 이 제1 변형 실시예에 있어서, 슬리밍 공정(S4-1)에 있어서도 처리 용기(4) 내로 수분을 공급하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 도 4에 나타내는 슬리밍 공정(S4)과 동일한 조작이 된다.
＜수분의 영향에 대한 검증＞
본 발명에서는, 예를 들면 레지스트막으로 이루어지는 탄소 함유 박막의 슬리밍 처리마다의 슬리밍량(깎아냄량)의 불균일의 원인은 수분에 있다고 하여 대응책을 강구했지만, 여기에서 상기 슬리밍량의 불균일의 원인이 실제로 수분에 있는지 아닌지에 대해서 검증 실험을 행했기 때문에, 그 제1∼제3 검증 실험에 대해서 설명한다.
우선, 제1 검증 실험에 대해서 설명한다. 도 6은 제1 검증 실험을 설명하기 위한 설명도이며, 도 6(A)는 상이한 매수의 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 올려놓은 상태를 나타내며, 도 6(B)는 상이한 매수의 웨이퍼에 대한 슬리밍 처리시의 깎아냄량의 변화를 나타내는 그래프이다. 이 제1 검증 실험에서는, 웨이퍼 보트의 높이 방향의 중심부에 실리콘 기판으로 이루어지는 모니터 웨이퍼(W)를 1매 수용한 경우와 7매 수용한 경우의, 2종류의 실시 형태로 실험을 했다. 웨이퍼 보트의 비어 있는 영역의 부분에는 더미 웨이퍼를 올려놓고 각각 만재(滿載) 상태로 했다.
상기 1매 및 7매의 각 모니터 웨이퍼(W)의 표면에는, 도 3(C)에 나타내는 바와 같이 오목부(104A) 및 볼록부(104B)를 갖도록 요철 형상으로 패턴화된 탄소 함유 박막(104)이 미리 형성되어 있다. 이러한 모니터 웨이퍼에 대하여, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같은 산화 장치를 이용하여 O2 플라즈마 분위기 중(수분 공급 없음)에서 슬리밍 처리를 행했다.
이때의 탄소 함유 박막(104)의 볼록부(104B)의 폭의 변화를 깎아냄량 “L1―L2”(도 3(C) 및 도 3(D) 참조)로 하여 구했다. 그의 결과를 도 6(B)에 나타낸다. 도 6(B)에 나타내는 바와 같이, 모니터 웨이퍼가 1매의 경우도, 7매의 경우도, 슬리밍 시간이 길어짐에 따라서, 깎아냄량은 직선적으로 증가하고 있지만, 모니터 웨이퍼가 1매의 경우보다도 7매의 경우의 쪽이 슬리밍 시간이 길어짐에 따라서, 깎아냄량의 증가 경향이 커지는(직선의 기울기가 큰) 것을 알 수 있다. 이것은, 처리해야 할 웨이퍼 매수에 따라서 깎아냄량이 변동되어, 재현성이 열화되는 것을 의미한다. 이 원인은, 슬리밍 처리시에 발생하는 반응 부생성물인 수분에 의한 영향 및/또는 7매의 모니터 웨이퍼가 처리 용기 내로 함유한 수분의 영향이라고 생각된다.
다음으로, 슬리밍 처리시에 있어서의 처리 용기(4) 내에 있어서의 수분량의 변화에 대해서 실제로 조사했기 때문에, 그의 결과를 도 7에 나타낸다. 여기에서는, 한쪽의 웨이퍼 보트에 5매의 전술한 바와 같은 모니터 웨이퍼를 올려놓고, 다른 한쪽의 웨이퍼 보트에는 50매의 전술한 바와 같은 모니터 웨이퍼를 올려놓고 각각 슬리밍 처리를 행했다.
또한, 비어 있는 영역에는 더미 웨이퍼를 올려놓아 만재 상태가 되어 있다. 도 7은 슬리밍 처리시에 발생하는 수분량의 모니터 웨이퍼의 매수에 대한 의존성을 나타내는 그래프이다. 도 7(A)는 모니터 웨이퍼가 5매의 경우의 수분량의 변화를 나타내며, 도 7(B)는 모니터 웨이퍼가 50매의 경우의 수분량의 변화를 나타낸다. 그래프 중에 있어서, 종축은 “intensity”(검출기의 강도를 규격화한 것)를 나타내며, 수분량이 많을수록 큰 수치가 된다. 도시하는 바와 같이, 모니터 웨이퍼 5매에 대하여 모니터 웨이퍼 50매의 쪽이 다량으로 수분이 발생하고 있는 것을 알 수 있다.
다음으로 제2 검증 실험에 대해서 설명한다. 도 8은 제2 검증 실험을 설명하기 위한 설명도이며, 도 8(A)는 함유 수분 상태가 상이한 더미 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 올려놓은 상태를 나타내며, 도 8(B)는 함유 수분 상태가 상이한 더미 웨이퍼의 존재하의 슬리밍 처리시의 깎아냄량의 변화를 나타내는 그래프이다. 이 제2 검증 실험에서는, 웨이퍼 보트의 높이 방향의 중심부에 실리콘 기판으로 이루어지는 모니터 웨이퍼(W)를 함께 1매 수용하고, 웨이퍼 보트의 비어 있는 영역의 부분에는 더미 웨이퍼를 올려놓고 각각 만재 상태로 했다.
여기에서, 한쪽의 웨이퍼 보트의 모든 더미 웨이퍼의 표면에는, 열산화 처리에 의해 두께가 0.1㎛인 열산화막(SiO2)이 미리 형성되어 있다. 또 다른 한쪽의 웨이퍼 보트의 모든 더미 웨이퍼의 표면에는, CVD 처리에 의해 두께가 1㎛인 SiO2막이 미리 형성되어 있다. 이 경우, 열산화막에 의한 SiO2막은 흡수성이 적은 점에서 수분이 적고, CVD에 의한 SiO2막은 흡수성이 풍부한 점에서 다량의 수분이 포함되어 있다.
상기 각 모니터 웨이퍼(W)의 표면에는, 도 3(C)에 나타내는 바와 같이 오목부(104A) 및 볼록부(104B)를 갖도록 요철 형상으로 패턴화된 탄소 함유 박막(104)이 미리 형성되어 있다. 이러한 모니터 웨이퍼에 대하여, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같은 산화 장치를 이용하여 O2 플라즈마 분위기 중(수분 공급 없음)에서 슬리밍 처리를 행했다.
이때의 탄소 함유 박막(104)의 볼록부(104B)의 폭의 변화를 깎아냄량 “L1―L2”(도 3(C) 및 도 3(D) 참조)로 하여 구했다. 그의 결과를 도 8(B)에 나타낸다. 도 8(B)에 나타내는 바와 같이, 열산화막 부착의 더미 웨이퍼의 경우도, CVD-SiO2막부착의 더미 웨이퍼의 경우도, 슬리밍 시간이 길어짐에 따라서, 깎아냄량은 직선적으로 증가하고 있다. 그리고, 열산화막 부착의 더미 웨이퍼의 경우보다도 CVD-SiO2막 부착의 더미 웨이퍼 경우의 쪽이 슬리밍 시간이 길어짐에 따라서, 깎아냄량의 증가 경향이 커지는(직선의 기울기가 커지는) 것을 알 수 있다.
이 결과, 더미 웨이퍼 상태에 따라서, 즉, 외부로부터 항유되는 수분이 많은 경우(CVD-SiO2막)에는, 수분이 적은 경우(열산화막의 SiO2)보다도 슬리밍 처리시에 있어서의 깎아냄량이 많아지는 것을 알 수 있다.
여기에서 처리 용기 내로 함유되는 수분량의 영향을 확실히 인식하기 위해 CVD-SiO2막이 형성된 더미 웨이퍼의 존재하에서 연속적으로 슬리밍 처리를 행하고 그때의 깎아냄량의 변화에 대해서 조사했다. 이때의 결과를 도 9에 나타낸다. 도 9는 CVD-SiO2막 부착의 더미 웨이퍼(수분 다량)의 존재하에서 슬리밍 처리를 연속적으로 행했을 때의 깎아냄량의 변화를 나타내는 그래프이다. 여기에서는 도 8(A)에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 보트의 중앙부에 1매의, 전술한 바와 같은 모니터 웨이퍼를 올려놓고, 다른 비어 있는 영역에 CVD 처리에 의한 SiO2막이 부착된 더미 웨이퍼를 만재 상태로 올려놓았다.
이 CVD-SiO2막이 부착된 더미 웨이퍼는, 웨이퍼 보트에 이재하기 전에 대기 중에 2일간 방치하여 SiO2막에 충분한 양의 수분이 흡수되어 있다. 이러한 더미 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 올려놓은 상태에서, 슬리밍 처리를 행할 때마다 중앙에 위치된 모니터 웨이퍼를 변환하여 연속 10회의 슬리밍 처리를 행했다. 도 9에는 각 회마다의 깎아냄량을 나타내고 있다.
또한, 7회째에서 10회째까지의 슬리밍 처리에서는, 그 직전에 불활성 가스(예를 들면 N2 가스)의 공급과 진공 흡인을 교대로 반복하여 행해, 처리 용기 내의 분위기의 배기를 촉진시키는 사이클 퍼지를 소정의 시간만큼 행하고 있다. 이 사이클 퍼지의 시간은, 7회째의 직전은 2시간 행하고, 8회째의 직전은 4시간 행하고, 9회째의 직전은 6시간 행하고, 10회째의 직전은 12시간 행하고 있다. 또한 1회의 슬리밍 처리 시간은, 15분간 정도이다.
그리고, 도 9에 있어서 우단(右端)은 참고값으로서, 열산화막에 의한 SiO2막이 부착된 더미 웨이퍼(수분 소량)를 웨이퍼 보트의 비어 있는 영역에 만재 상태로 수용했을 때의 깎아냄량을 나타내고 있다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 1회째부터 4회째까지의 슬리밍 처리에서는, 오른쪽 아래를 향하여 완만하게 경사져 있는 화살표(110)에 나타내는 바와 같이, 깎아냄량은 약 12㎚ 정도에서 10.5㎚ 정도까지 조금씩 저하되고 있다. 이 이유는, 슬리밍 처리를 1회 행할 때마다, 더미 웨이퍼의 표면의 CVD-SiO2막 중으로부터 배출되는 수분이 그때마다 적어지기 때문이라고 생각된다.
그리고, 4회째에서 6회째까지의 슬리밍 처리에서는, 수평 방향을 향하고 있는 화살표(112)에 나타내는 바와 같이, 깎아냄량은 약 10.5㎚ 정도로 일정하게 되어 있다. 이것은 슬리밍 처리의 런 간에서 더미 웨이퍼의 표면의 CVD-SiO2막 중에 취입되는 수분량과 슬리밍 처리 중에 배출되는 수분량이 평형 상태로 되어 있기 때문이라고 생각된다.
그러나, 이러한 상태가 되어도, 7회째에서 10회째에 나타내는 바와 같이, 각각 직전에 사이클 퍼지를 행하면, 오른쪽 아래를 향하여 완만하게 경사지는 화살표(114)에 나타내는 바와 같이, 깎아냄량은 10.5㎚ 정도에서 9㎚ 정도까지 조금씩 재차 저하되고 있다. 이 이유는, 사이클 퍼지를 행함으로써 CVD-SiO2막 중에 포함되는 수분이 추가로 배출되어 적어지는 결과, 슬리밍 처리시에 이 CVD-SiO2막으로부터 배출되는 수분량이 추가로 순차 적어지기 때문이라고 생각된다.
그러나, 이와 같이 복수회의 사이클 퍼지를 행해도 CVD-SiO2막 중에는 어느 정도의 수분이 포함되어 있어, 이때의 깎아냄량인 9㎚은, 그래프 중의 우단에 나타내는 열산화막(SiO2막) 부착의 더미 웨이퍼를 이용한 경우의 깎아냄량인 8㎚ 정도보다도 큰 것을 알 수 있다. 이상의 점으로부터, 깎아냄량이 슬리밍 처리마다 불균일하여 재현성이 열화되는 이유는, 전술한 바와 같이 처리 용기(4) 내로 함유되는 수분이나 반응 부생성물로서 발생하는 수분에 있는 것을 알 수 있다.
＜본 발명 방법의 평가＞
다음으로, 본 발명에 따른 슬리밍 방법을 실제로 행했기 때문에, 그의 평가 결과에 대해서 설명한다. 도 10은 본 발명의 슬리밍 방법의 검증 실험을 설명하기 위한 설명도이며, 도 10(A)는 함유 수분 상태가 상이한 더미 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 올려놓은 상태를 나타내며, 도 10(B)는 함유 수분 상태가 상이한 더미 웨이퍼의 존재하에서, 또한 수분을 공급한 경우와 공급하지 않은 경우의 슬리밍 처리시의 깎아냄량의 변화를 나타내는 그래프이다. 수분을 공급하지 않은 경우는 종래의 슬리밍 방법에 대응하고, 수분을 공급한 경우는 본 발명의 슬리밍 방법에 대응한다. 본 발명 방법의 검증 실험에서는, 웨이퍼 보트의 높이 방향의 톱(TOP)과 센터(CTR)와 보텀(BTM)에 실리콘 기판으로 이루어지는 모니터 웨이퍼(W)를 각각 수용하고, 웨이퍼 보트의 비어 있는 영역의 부분에는 더미 웨이퍼를 올려놓고 각각 만재 상태로 했다.
여기에서, 한쪽의 웨이퍼 보트의 모든 더미 웨이퍼의 표면에는, 열산화 처리에 의해 두께가 0.1㎛인 열산화막(SiO2)이 미리 형성되어 있다. 또 다른 한쪽의 웨이퍼 보트의 모든 더미 웨이퍼의 표면에는, CVD 처리에 의해 두께가 2㎛인 SiO2막이 미리 형성되어 있다. 이 경우, 열산화막에 의한 SiO2막은 흡수성이 적은 점에서 수분이 적고, CVD에 의한 SiO2막은 흡수성이 풍부한 점에서 다량의 수분이 포함되어 있다.
상기 각 모니터 웨이퍼(W)의 표면에는, 도 3(C)에 나타내는 바와 같이 오목부(104A) 및 볼록부(104B)를 갖도록 요철 형상으로 패턴화된 탄소 함유 박막(104)이 미리 형성되어 있다. 이러한 모니터 웨이퍼에 대하여, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같은 산화 장치를 이용하여 O2 플라즈마 분위기 중에서 수분 공급이 없는 경우와 수분 공급이 있는 경우로 각각 슬리밍 처리를 행했다. 이 수분 공급이 있는 경우의 수분 공급량은 50sccm이다.
이때의 탄소 함유 박막(104)의 볼록부(104B)의 폭의 변화를 깎아냄량 “L1―L2”(도 3(C) 및 도 3(D) 참조)로 하여 구했다. 그의 결과를 도 10(B)에 나타낸다. 도 10(B)의 좌측의 종축에는 깎아냄량을 취하고, 우측의 종축에는 CVD막 더미와 열산화막 더미에 있어서의 깎아냄량비(比)(CVD막 더미/열산화막 더미)를 취하고 있다.
도 10(B) 중의 좌측 절반에서 나타내는 바와 같이, 수분 공급이 없는 종래의 슬리밍 방법의 경우에는, 열산화막 더미와 CVD막 더미와의 차이가 TOP, CTR 및 BTM에 관계없이 커져 있고, 예를 들면 깎아냄량비에서는 1.27∼1.30 정도에 도달하여 깎아냄량의 변동량이 너무 큰 것을 알 수 있다. 이에 대하여, 도 10(B) 중의 우측 절반에서 나타내는 바와 같이, 수분 공급이 있는 본 발명의 경우에는, 열산화막 더미와 CVD막 더미와의 차이가 매우 적고, 예를 들면 깎아냄량비에서는 1.03∼1.09 정도로, 깎아냄량의 변동량을 대폭으로 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 이상의 실시예에 있어서는, 슬리밍 처리시에 산화 가스로서 산소 가스를 이용하여 플라즈마에 의해 활성화시키는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것으로 한정되지 않으며, 산화 가스로서 산소를 이용하여 플라즈마를 이용하지 않도록 해도 좋다. 또한, 상기 실시예에서는, 산화 가스로서 주로 산소를 이용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것으로 한정되지 않으며, H2O, NO, N2O, O3 등도 이용할 수 있다. 또한, 이 경우에도, 플라즈마를 이용해도 좋고, 혹은 이용하지 않도록 해도 좋다.
플라즈마를 이용하지 않는 경우에는, 도 1 및 도 2에 나타내는 산화 장치에 있어서 플라즈마를 발생시키는 활성화 수단(66) 및 이것에 부수되는 부재는 설치할 필요가 없어지지만, 산화력을 높이기 위해 웨이퍼(W)의 온도를 올리는 것이 바람직하다. 따라서, 이 경우에는 처리 용기(4)의 외주측에 형성된 가열 수단(94)은 반드시 형성하도록 한다. 이 경우, 슬리밍 처리시의 웨이퍼 온도는, 산화 가스가 산소인 경우에는 예를 들면 200℃ 이상으로 설정하고, 산화 가스가 오존이며 플라즈마를 이용하지 않는 경우에는 예를 들면 100℃ 이상으로 설정한다. 또한, 상한 온도는, 예를 들면 열 CVD 카본막의 경우는 850℃ 정도이다.
또한, 여기에서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되고, 나아가서는 이들 기판으로 한정되지 않으며, 액정 표시 장치에 이용하는 유리 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
2 : 산화 장치
4 : 처리 용기
12 : 웨이퍼 보트(보지 수단)
28 : 산화 가스 공급 수단
30 : 수분 공급 수단
66 : 활성화 수단
73 : 플라즈마실
94 : 가열 수단
96 : 장치 제어부
100 : 피에칭 대상막
102 : 반사 방지막
104 : 탄소 함유 박막
104A : 탄소 함유 박막의 오목부
104B : 탄소 함유 박막의 볼록부
W : 반도체 웨이퍼(피처리체)

Claims (9)

  1. 패턴화된 탄소 함유 박막이 형성된 피(被)처리체를 산화 장치의 처리 용기 내로 반입하는 반입 공정과,
    상기 처리 용기 내로 수분을 공급하면서 산화 가스에 의해 상기 탄소 함유 박막의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써 상기 패턴의 볼록부의 폭을 작게 하는 슬리밍 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법.
  2. 패턴화된 탄소 함유 박막이 형성된 피처리체를 산화 장치의 처리 용기 내로 반입하는 반입 공정과,
    상기 처리 용기 내로 수분을 공급하는 수분 공급 공정과,
    산화 가스에 의해 상기 탄소 함유 박막의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써 상기 패턴의 볼록부의 폭을 작게 하는 슬리밍 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법.
  3. 패턴화된 탄소 함유 박막이 형성된 피처리체를 산화 장치의 처리 용기 내로 반입하는 반입 공정과,
    상기 처리 용기 내로 수분을 공급하는 수분 공급 공정과,
    상기 처리 용기 내로 수분을 공급하면서 산화 가스에 의해 상기 탄소 함유 박막의 표면을 산화 처리하여 제거함으로써 상기 패턴의 볼록부의 폭을 작게 하는 슬리밍 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소 함유 박막은, 레지스트막, 카본막 및 반사 방지막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개의 막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 가스는, 산소 함유 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 산화 처리는, 산소 분위기 중의 플라즈마 산화인 것을 특징으로 하는 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 산화 처리는, 산소 분위기 중의 열산화 처리 또는 오존 분위기 중의 열산화 처리인 것을 특징으로 하는 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법.
  8. 진공 흡인 가능하게 이루어진 처리 용기와,
    패턴화된 탄소 함유 박막이 형성된 복수매의 피처리체를 처리 용기 내에서 보유 지지하는 보지 수단과,
    상기 처리 용기 내로 산화 가스를 공급하는 산화 가스 공급 수단과,
    상기 처리 용기 내로 수분을 공급하는 수분 공급 수단과,
    상기 산화 가스를 활성화시키기 위한 활성화 수단과,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법을 행하도록 장치 전체를 제어하는 장치 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 산화 장치.
  9. 진공 흡인 가능하게 이루어진 처리 용기와,
    패턴화된 탄소 함유 박막이 형성된 복수매의 피처리체를 처리 용기 내에서 보지하는 보지 수단과,
    상기 처리 용기 내로 산화 가스를 공급하는 산화 가스 공급 수단과,
    상기 처리 용기 내로 수분을 공급하는 수분 공급 수단과,
    상기 피처리체를 가열하는 가열 수단과,
    제1항 내지 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 기재된 탄소 함유 박막의 슬리밍 방법을 행하도록 장치 전체를 제어하는 장치 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 산화 장치.
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