KR20140035832A - 에칭 장치 및 에칭 방법 - Google Patents
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Abstract
에칭 장치는 에칭 대상막을 가지는 피처리 기판이 수용되는 챔버와, 챔버 내를 배기하는 배기 기구와, 챔버 내에 에칭 가스를 도입하는 에칭 가스 도입 기구와, 챔버 내에 가스 클러스터를 생성하기 위한 클러스터 가스를 분사해서 챔버 내에 가스 클러스터를 생성하는 가스 클러스터 생성 기구를 구비하고, 에칭 가스에 의한 에칭 대상막의 에칭시에, 반응에 의해 생성하는 가스를, 가스 클러스터 생성 기구에서 생성된 가스 클러스터에 의해 챔버로부터 배출시킨다.
Description
기판에 형성된 소정 재료의 막을 에칭하는 에칭 장치 및 에칭 방법에 관한 것이다．
최근, 반도체 디바이스의 제조 과정에서, 드라이 에칭이나 웨트 에칭을 대신하는 미세화 에칭이 가능한 방법으로서, 화학적 산화물 제거 처리(Chemical Oxide Removal; COR)로 불리는 비플라즈마 드라이 에칭 기술이 주목받고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2 참조).
COR에 있어서, 실리콘(Si), 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN) 등의 실리콘계 재료를 에칭할 경우에는, 불화 수소(HF) 가스나, HF 가스와 암모니아(NH3) 가스의 혼합 가스 등이 이용되고 있고, 이들의 막을 양호한 선택비로 에칭하는 것이 요구되고 있다.
이들 중에서, SiN은 HF 가스로 에칭할 수 있고, SiO2은 HF 가스로는 에칭하기 어렵지만, HF 가스와 NH3 가스와의 혼합 가스로 에칭할 수 있다는 것이 알려져 있다. 따라서, SiN막과 SiO2막이 공존하고 있는 경우에 있어서, SiN막을 SiO2막에 대하여 고선택비로 에칭할 경우에는, HF 가스가 유효하다고 생각된다.
그러나, SiN막을 HF 가스로 에칭할 경우, 그 반응 생성물로서 NH3 가스가 생성되고, HF 가스와 NH3 가스에 의해 SiO2막이 에칭되어 버리기 때문에, 실제로는 HF 가스에 의해 SiN막을 SiO2막에 대하여 고선택비로 에칭하는 것은 어렵다. 이러한 문제는, SiN막과 SiO2막이 공존하고 있는 경우에 있어서, HF 가스에 의해 SiN막을 에칭하는 경우에 한하지 않고, 적층막 중 소정의 막을 소정의 에칭 가스로 에칭할 때에, 다른 막의 에칭의 진행에 기여하는 가스가 생성되는 경우에 발생한다.
이러한 문제를 해소하기 위해서는, 적당한 타이밍에서 챔버 내를 진공 배기 및 퍼지 가스의 공급에 의해, 반응에 의해 생성된 가스를 퍼지하는 것이 생각되지만, 이러한 챔버 내의 퍼지는 시간이 걸리고, 양산성이 나빠져버린다.
본 발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 소정의 에칭 대상막을 소정의 에칭 가스로 에칭할 때에, 반응에 의해 생성되는 가스를 단시간에 챔버로부터 제거할 수 있는 에칭 장치 및 에칭 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 관점에서는, 에칭 대상막을 가지는 피처리 기판이 수용되는 챔버와, 상기 챔버 내를 배기하는 배기 기구와, 상기 챔버 내에 에칭 가스를 도입하는 에칭 가스 도입 기구와, 상기 챔버 내에 가스 클러스터를 생성하기 위한 클러스터 가스를 분사해서 상기 챔버 내에 가스 클러스터를 생성하는 가스 클러스터 생성 기구를 구비하고, 상기 에칭 가스에 의한 상기 에칭 대상막의 에칭시에, 반응에 의해 생성하는 가스를, 상기 가스 클러스터 생성 기구에서 생성된 가스 클러스터에 의해 상기 챔버로부터 배출시키는 것을 특징으로 하는 에칭 장치를 제공한다.
상기 제 1 관점에 있어서, 상기 에칭 가스 도입 기구 및 상기 가스 클러스터 생성 기구는, 상기 에칭 가스를 상기 챔버에 토출하고, 또한 상기 클러스터 가스를 상기 챔버에 분사하는 공통의 샤워헤드를 가지는 구성으로 할 수 있다.
상기 제 1 관점의 에칭 장치는, 상기 에칭 대상막이 SiN막이며, 상기 에칭 가스가 HF 가스이며, 상기 반응에 의해 생성하는 가스가 NH3 가스인 경우에 적용 가능하다.
또한, 상기 제 1 관점의 에칭 장치는, 상기 피처리 기판이 표면에 적층막을 가지고, 상기 적층막 중 소정의 막이 상기 에칭 대상막이며, 상기 반응에 의해 생성하는 가스가 상기 적층막의 다른 막의 에칭의 진행에 기여하는 것인 경우에 바람직하다. 이러한 경우로서, 상기 에칭 대상막이 SiN막이며, 상기 다른 막이 SiO2막이며, 상기 에칭 가스가 HF 가스이며, 상기 반응에 의해 생성하는 가스가 NH3 가스인 경우를 들 수 있다.
상기 제 1 관점에 있어서, 상기 가스 클러스터 생성 기구는, 클러스터 가스로서 불활성 가스를 이용할 수 있다.
본 발명의 제 2 관점에서는, 에칭 대상막을 가지는 피처리 기판을 챔버 내에 수용하고, 상기 챔버 내에 에칭 가스를 도입하여, 상기 에칭 대상막을 에칭하고, 상기 에칭 가스에 의한 에칭시에, 반응에 의해 생성하는 가스를, 상기 챔버 내에 클러스터 가스를 분사하는 것에 의해 생성된 가스 클러스터에 의해 상기 챔버로부터 배출시키는 것을 특징으로 하는 에칭 방법을 제공한다.
상기 제 2 관점의 에칭 방법은, 상기 에칭 대상막이 SiN막이며, 상기 에칭 가스가 HF 가스이며, 상기 반응에 의해 생성하는 가스가 NH3 가스인 경우에 적용 가능하다.
또한, 상기 제 2 관점의 에칭 방법은, 상기 피처리 기판이 표면에 적층막을 가지고, 상기 적층막 중 소정의 막이 상기 에칭 대상막이며, 상기 반응에 의해 생성하는 가스가 상기 적층막의 다른 막의 에칭의 진행에 기여하는 것인 경우에 바람직하다. 이러한 경우로서, 상기 에칭 대상막이 SiN막이며, 상기 다른 막이 SiO2막이며, 상기 에칭 가스가 HF 가스이며, 상기 반응에 의해 생성하는 가스가 NH3 가스인 경우를 들 수 있다.
상기 제 2 관점에 있어서, 상기 클러스터 가스로서 불활성 가스를 이용할 수 있다. 이런 경우에, 상기 클러스터 가스로서, Ar 가스 또는 CO2 가스를 이용할 수 있다.
또한, 상기 제 2 관점에 있어서, 상기 에칭 대상막의 에칭과, 상기 클러스터에 의한 반응에 의해 생성하는 가스의 제거를 교대로 행할 수 있다. 또한, 상기 에칭 대상막의 에칭과, 상기 클러스터에 의한 반응에 의해 생성하는 가스의 제거를 동시에 행하는 것도 가능하다.
본 발명의 제 3 관점에서는, 에칭 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체로서, 상기 프로그램은, 컴퓨터 상에서 실행될 때, 상기 제 2 관점의 에칭 방법이 실행되도록 상기 에칭 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 기억 매체를 제공한다.
본 발명에 의하면, 에칭 가스에 의한 에칭 대상막의 에칭시에, 반응에 의해 생성하는 가스를, 가스 클러스터 생성 기구에서 생성된 가스 클러스터에 의해 챔버로부터 배출시키므로, 극히 단시간에 반응에 의해 생성하는 가스를 챔버로부터 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 에칭 장치를 탑재한 처리 시스템을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 처리 시스템에 탑재된 PHT 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 처리 시스템에 탑재된 본 발명의 일 실시형태에 따른 에칭 장치인 COR 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 처리 시스템에 탑재된 본 발명의 일 실시형태에 따른 에칭 장치인 COR 처리 장치에 이용되는 샤워헤드를 나타내는 저면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 적용되는 피처리 기판(웨이퍼)의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6은 HF 가스를 공급하는 에칭 공정과, 가스 클러스터를 공급하는 퍼지 공정을 교대로 행할 경우의 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 처리 시스템에 탑재된 PHT 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 처리 시스템에 탑재된 본 발명의 일 실시형태에 따른 에칭 장치인 COR 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 처리 시스템에 탑재된 본 발명의 일 실시형태에 따른 에칭 장치인 COR 처리 장치에 이용되는 샤워헤드를 나타내는 저면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 적용되는 피처리 기판(웨이퍼)의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6은 HF 가스를 공급하는 에칭 공정과, 가스 클러스터를 공급하는 퍼지 공정을 교대로 행할 경우의 시퀀스를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 에칭 장치를 탑재한 처리 시스템을 나타내는 개략 구성도이다. 이 처리 시스템(1)은, 반도체 웨이퍼 (이하, 단순히 웨이퍼로 기술한다)(W)를 반출입하는 반출입부(2)와, 반출입부(2)에 인접하여 마련된 2개의 로드록실(L/L)(3)과, 각 로드록실(3)에 각각 인접해서 마련된, 웨이퍼(W)에 대하여 PHT(Post Heat Treatment) 처리를 행하는 PHT 처리 장치(PHT)(4)와, 각 PHT 처리 장치(4)에 각각 인접해서 마련된, 웨이퍼(W)에 대하여 비플라즈마 에칭인 COR 처리를 행하는 COR 처리 장치(5)를 구비하고 있다. COR 처리 장치(5)는, 본 실시형태에 관한 에칭 장치로서 기능하고, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 SiN막을 HF 가스에 의해 에칭하는 것이다. 로드록실(3), PHT 처리 장치(4) 및 COR 처리 장치(5)는, 이 순서대로 일직선 상에 배열되어 마련되어 있다.
반출입부(2)는, 웨이퍼(W)를 반송하는 제 1 웨이퍼 반송 기구(11)가 내부에 마련된 반송실(L/M)(12)을 가지고 있다. 제 1 웨이퍼 반송 기구(11)는, 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 유지하는 2개의 반송 아암(11a, 11b)을 가지고 있다. 반송실(12)의 길이 방향의 측부에는, 탑재대(13)가 마련되어 있고, 이 탑재대(13)에는, 웨이퍼(W)를 복수매 나열하여 수용 가능한 캐리어(C)가, 예를 들면, 3개 접속할 수 있도록 되어 있다. 또한, 반송실(12)에 인접하여, 웨이퍼(W)를 회전시켜서 편심량을 광학적으로 구하여 위치 정렬을 행하는 오리엔터(14)가 설치되어 있다.
반출입부(2)에 있어서, 웨이퍼(W)는, 반송 아암(11a, 11b)에 의해 유지되고, 제 1 웨이퍼 반송 기구(11)의 구동에 의해 대략 수평면 내에서 직진 이동, 또한 승강되는 것에 의해, 소망하는 위치에 반송된다. 그리고, 탑재대(13)상의 캐리어(C), 오리엔터(14), 로드록실(3)에 대하여 각각 반송 아암(11a, 11b)이 진퇴하는 것에 의해, 반출입되도록 되어 있다.
각 로드록실(3)은, 반송실(12)과의 사이에 각각 게이트 밸브(16)가 개재된 상태에서, 반송실(12)에 각각 연결되어 있다. 각 로드록실(3)내에는, 웨이퍼(W)를 반송하는 제 2 웨이퍼 반송 기구(17)가 마련되어 있다. 또한, 로드록실(3)은, 소정의 진공도까지 진공 배기 가능하게 구성되어 있다.
제 2 웨이퍼 반송 기구(17)는, 다관절 아암 구조를 가지고 있고, 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 유지하는 피크를 가지고 있다. 이 웨이퍼 반송 기구(17)에 있어서는, 다관절 아암을 수축한 상태에서 피크가 로드록실(3)내에 위치하고, 다관절 아암을 신장하는 것에 의해, 피크가 PHT 처리 장치(4)에 도달하고, 또한 신장하는 것에 의해 COR 처리 장치(5)에 도달하는 것이 가능하게 되어 있고, 웨이퍼(W)를 로드록실(3), PHT 처리 장치(4), 및 COR 처리 장치(5) 사이에서의 웨이퍼(W)를 반송하는 것이 가능하게 되어 있다.
PHT 처리 장치(4)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 진공 배기 가능한 챔버(20)와, 그 중에서 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재대(23)를 가지고, 탑재대(23)에는 히터(24)가 매설되어 있고, 이 히터(24)에 의해 COR 처리가 실시된 후의 웨이퍼(W)를 가열해서 COR 처리에 의해 생성한 반응 생성물을 기화(승화)시키는 PHT 처리를 행한다. 챔버(20)의 로드록실(3)측에는, 로드록실(3)과의 사이에서 웨이퍼를 반송하는 반입출구(20a)가 마련되어 있고, 이 반입출구(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 반입출구(20b)가 마련되어 있고, 이 반입출구(20b)는 게이트 밸브(54)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(20)에, 예를 들면, 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 개설되어 있다. 배기 기구(28)의 배기로(27)에는, 개폐 밸브(32) 및 진공 펌프(33)가 마련되어 있다.
COR 처리 장치(5)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 밀폐 구조의 챔버(40)를 구비하고 있고, 챔버(40)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 한 상태로 탑재시키는 탑재대(42)가 마련되어 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 마련되어 있다.
챔버(40)는, 챔버 본체(51)와 커버부(52)와에 의해 구성되어 있다. 챔버 본체(51)는, 거의 원통 형상의 측벽부(51a)와 바닥부(51b)와를 가지고, 상부는 개구로 되어 있고, 이 개구가 커버부(52)로 닫힌다. 측벽부(51a)와 커버부(52)와는, 시일 부재(도시하지 않음)에 의해 시일되고, 챔버(40)내의 기밀성이 확보된다.
측벽부(51a)에는, PHT 처리 장치(4)의 챔버(20)에 대하여 웨이퍼(W)를 반출입하는 반입출구(53)가 마련되어 있고, 이 반입출구(53)는 게이트 밸브(54)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
탑재대(42)는, 평면시에 있어서 대략 원형을 이루고 있고, 챔버(40)의 바닥부(51b)에 고정되어 있다. 탑재대(42)의 내부에는, 탑재대(42)의 온도를 조절하는 온도 조절기(65)가 마련되어 있다. 온도 조절기(65)는, 예를 들면, 온도 조절용 매체(예를 들면, 물 등)가 순환하는 관로(管路)를 구비하고 있고, 이러한 관로내를 흐르는 온도 조절용 매체와 탑재대(42) 간에 열교환이 행해지도록 하는 것에 의해, 탑재대(42)의 온도가 조절되고, 탑재대(42)상의 웨이퍼(W)의 온도 제어가 이루어진다.
챔버(40)의 커버부(52)는, 외측을 구성하는 커버 부재(55)와, 커버 부재(55)의 내측에 감입되어, 탑재대(42)를 향하도록 마련된 샤워헤드(56)를 가지고 있다. 샤워헤드(56)는 원통 형상을 이루는 측벽(57a)과 상부벽(57b)을 가지는 본체(57)와, 본체(57)의 바닥부에 마련된 샤워 플레이트(58)를 가지고 있다. 본체(57)와 샤워 플레이트(58)로 형성되는 공간에는, 샤워 플레이트(58)와 평행하게 플레이트(59)가 마련되어 있고, 본체(57)의 상부벽(57b)과 플레이트(59)와의 사이는 제 1 공간(60a)으로 되어 있고, 플레이트(59)와 샤워 플레이트(58)와의 사이는 제 2 공간(60b)으로 되어 있다.
제 1 공간(60a)에는, 가스 공급 기구(43)의 제 1 가스 공급 배관(71)이 삽입되어 있고, 제 1 공간(60a)에 연결되는 복수의 가스 통로(61)가 플레이트(59)로부터 샤워 플레이트(58)에 연장되고 있다. 이 가스 통로(61)는, 샤워 플레이트(58)에 형성된 복수의 제 1 가스 토출 구멍(62)에 연결되어 있다. 한편, 제 2 공간(60b)에는, 가스 공급 기구(43)의 제 2 가스 공급 배관(72)이 삽입되어 있고, 이 제 2 공간(60b)에는, 샤워 플레이트(58)에 형성된 복수의 제 2 가스 토출 구멍(63)이 연결되어 있다.
그리고, 제 1 가스 공급 배관(71)으로부터 제 1 공간(60a)에 공급된 가스가 가스 통로(61) 및 제 1 가스 토출 구멍(62)을 거쳐서 챔버(40)내에 토출된다. 또한, 제 2 가스 공급 배관(72)으로부터 제 2 공간(60b)에 공급된 가스가 제 2 가스 토출 구멍(63)을 거쳐서 챔버(40)내에 토출된다.
가스 공급 기구(43)는, 상술한 제 1 가스 공급 배관(71) 및 제 2 가스 공급 배관(72)을 가지고 있고, 또한 이들 제 1 가스 공급 배관(71) 및 제 2 가스 공급 배관(72)에 각각 접속된 HF 가스 공급원(73) 및 클러스터 가스 공급원(74)을 가지고 있다. 또한, 제 1 가스 공급 배관(71)에는 제 3 가스 공급 배관(75)이 접속되어 있고, 제 3 가스 공급 배관(75)에는, 희석 가스로서의 Ar 가스를 공급하는 Ar 가스 공급원(77)이 접속되어 있다. 희석 가스로서는 Ar 가스에 한하지 않으며, N2 가스 등의 다른 불활성 가스라도 좋다. 제 1 ~ 제 3 가스 공급 배관(71, 72, 75)에는 유로의 개폐 동작 및 유량 제어를 행하는 유량 제어기(79)가 마련되어 있다. 유량 제어기(79)는, 예를 들면, 개폐 밸브 및 매스 플로우 컨트롤러에 의해 구성되어 있다.
HF 가스 및 희석 가스로서의 Ar 가스는, 제 1 가스 공급 배관(71), 제 1 공간(60a) 및 가스 통로(61)를 거쳐서 제 1 가스 토출 구멍(62)으로부터 챔버(40)내에 토출되고, 클러스터 가스는, 제 2 가스 공급 배관(72) 및 제 2 공간(60b)을 거쳐서 제 2 가스 토출 구멍(63)으로부터 챔버(40)내에 분사된다.
도 4의 저면도에 도시하는 바와 같이, HF 가스 등을 토출하는 제 1 가스 토출 구멍(62) 및 클러스터 가스를 토출하는 제 2 가스 토출 구멍(63)은, 다수가 교대로 형성되어 있다.
제 2 가스 토출 구멍(63)으로부터 분사된 클러스터 가스는, 배기 기구(44)에 의해 진공 배기된 챔버(40)내에서 단열 팽창하고, 가스의 원자 또는 분자의 일부가 반데르발스힘에 의해 수개에서 수만개가 응집하여 가스 클러스터가 된다. 가스 클러스터를 형성하기 위한 클러스터 가스는 특별히 한정되지 않지만, Ar 가스, N2 가스, CO2 가스 등의 불활성 가스가 예시된다. 또한, 제 2 가스 토출 구멍(63)의 직경은, 클러스터화에 적합한 길이, 예를 들면, 0.2 ~ 3.0 mm정도로 하는 것이 바람직하다.
반응 가스인 HF 가스는 SiN막을 에칭할 때에, 반응 생성물로서 NH3 가스와 고체 형상의 불소 화합물을 생성시킨다. 가스 클러스터는, 반응 생성물인 NH3 가스를 챔버(40)의 외부에 효율적으로 배출하는 기능을 가진다.
배기 기구(44)는, 챔버(40)의 바닥부(51b)에 형성된 배기구(81)에 연결되는 배기 배관(82)을 가지고 있고, 또한, 배기 배관(82)에 마련된, 챔버(40)내의 압력을 제어하기 위한 자동 압력 제어 밸브(APC)(83) 및 챔버(40)내를 배기하기 위한 진공 펌프(84)를 가지고 있다.
챔버(40)의 측벽으로부터 챔버(40)내에, 챔버(40)내의 압력을 계측하기 위한 2개의 캐패시턴스 마노미터(86a, 86b)가 마련되어 있다. 캐패시턴스 마노미터(86a)는 고압력용, 캐패시턴스 마노미터(86b)는 저압력용으로 되어 있다. 탑재대(42)에 탑재된 웨이퍼(W)의 근방에는, 웨이퍼(W)의 온도를 검출하는 온도 센서(도시하지 않음)가 마련되어 있다.
COR 처리 장치(5)를 구성하는 챔버(40), 탑재대(42) 등의 각종 구성 부품의 재질로서는, Al이 이용되고 있다. 챔버(40)를 구성하는 Al재는 순수한 것이라도 좋고, 내면(챔버 본체(51)의 내면, 샤워헤드(56)의 하면 등)에 양극 산화 처리를 실시한 것이라도 좋다. 한편, 탑재대(42)를 구성하는 Al의 표면은 내마모성이 요구되므로, 양극 산화 처리를 행하여 표면에 내마모성이 높은 산화 피막(Al2O3)을 형성하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 처리 시스템(1)은 제어부(90)를 가지고 있다. 제어부(90)는, 처리 시스템(1)의 각 구성부를 제어하는 마이크로 프로세서(컴퓨터)를 구비한 프로세스 컨트롤러(91)를 가지고 있다. 프로세스 컨트롤러(91)에는, 오퍼레이터가 처리 시스템(1)을 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 처리 시스템(1)의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등을 가지는 유저 인터페이스(92)가 접속되어 있다. 또한, 프로세스 컨트롤러(91)에는, 처리 시스템(1)으로 실행되는 각종 처리, 예를 들면, COR 처리 장치(5)에 있어서의 처리 가스의 공급이나 챔버(40)내의 배기 등을 프로세스 컨트롤러(91)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 처리 시스템(1)의 각 구성부에 소정의 처리를 실행시키기 위한 처리 레시피나, 각종 데이타베이스 등이 저장된 기억부(93)가 접속되어 있다. 레시피는 기억부(93) 안의 적당한 기억 매체(도시하지 않음)에 기억되어 있다. 그리고, 필요에 따라서, 임의의 레시피를 기억부(93)로부터 호출해서 프로세스 컨트롤러(91)에서 실행시키는 것에 의해, 프로세스 컨트롤러(91)의 제어 하에서, 처리 시스템(1)에서의 소망하는 처리가 행해진다.
다음에, 이러한 처리 시스템(1)을 이용한 본 실시형태의 에칭 방법에 대해서 설명한다.
본 실시형태에서는, 웨이퍼(W) 상에 존재하는 SiN막을 에칭한다. 예를 들면, 도 5에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(200) 상에 SiN막(201) 및 패턴화된 SiO2막(202)이 형성되어 있는 웨이퍼(W)에 있어서, SiN막(201)을 에칭한다.
먼저, 도 5에 나타내는 상태의 웨이퍼(W)를 캐리어(C)내에 수납하고, 처리 시스템(1)에 반송한다. 처리 시스템(1)에 있어서는, 대기측의 게이트 밸브(16)를 연 상태에서 반출입부(2)의 캐리어(C)로부터 제 1 웨이퍼 반송 기구(11)의 반송 아암(11a, 11b) 중 어느 하나에 의해 웨이퍼(W)를 1매 로드록실(3)에 반송하고, 로드록실(3)내의 제 2 웨이퍼 반송 기구(17)의 피크에 전달한다.
그 후, 대기측의 게이트 밸브(16)를 닫아서 로드록실(3)내를 진공 배기하고, 다음에 게이트 밸브(22) 및 게이트 밸브(54)를 열어서, 피크를 COR 처리 장치(5)까지 신장하여 탑재대(42)에 웨이퍼(W)를 탑재한다.
그 후, 피크를 로드록실(3)에 되돌리고, 게이트 밸브(54)를 닫고, 챔버(40)내를 밀폐 상태로 한다. 이 상태에서, 온도 조절기(65)에 의해 탑재대(42) 상의 웨이퍼(W)의 온도를 소정의 온도(예를 들면, 10~200℃)로 조절하고, 가스 공급 기구(43)로부터, HF 가스 및 Ar 가스를, 제 1 가스 공급 배관(71), 제 1 공간(60a) 및 가스 통로(61)를 거쳐서 제 1 가스 토출 구멍(62)으로부터 챔버(40)내에 토출한다.
이에 따라, HF 가스는 챔버(40)내에 공급되고, 챔버(40)내의 분위기는 HF 가스를 포함하는 분위기가 되고, 웨이퍼(W) 상에 형성된 SiN막(201)이 선택적으로 HF 가스와 반응한다.
이 때, SiO2는 HF와는 반응하기 어렵기 때문에, SiO2막(202)은 거의 에칭되지 않을 것이다. 그러나, HF 가스에 의해 SiN막(201)을 에칭했을 때에 반응 생성물로서 NH3 가스가 발생하고, 그 촉매 효과에 의해 SiO2막(202)의 에칭이 진행되어 버린다. 이 때문에, 이와 같이 SiN막과 SiO2막이 공존한 상태에서 SiN막을 SiO2막에 대하여 고에칭 선택비로 에칭하는 것은 매우 곤란하다.
이러한 문제를 해소하기 위해서는, 적당한 타이밍으로 챔버(40)내를 진공 배기 및 퍼지 가스의 공급에 의해 NH3 가스를 퍼지하는 것이 생각되지만, 이러한 챔버(40)내의 퍼지는 시간이 걸리고, 양산성이 나빠져버린다.
여기서, 본 실시형태에서는, Ar 가스나 CO2 가스 등의 클러스터 가스를 샤워헤드(56)의 제 2 가스 토출 구멍(63)으로부터 진공으로 유지된 챔버(40)에 분사시킴으로써, 단열 팽창시켜서, 클러스터 가스의 원자 또는 분자의 일부가 반데르발스힘에 의해 수개로부터 수만개가 응집한 가스 클러스터를 형성시키고, 가스 클러스터에 의해 챔버(40)내에서 생성한 반응 생성물인 NH3 가스를 챔버(40) 외부에 배출시킨다. 가스 클러스터는 물리적 작용이 크기 때문에, 챔버(40)내에서 생성한 반응 생성물인 NH3 가스를 신속하게 배출시킬 수 있고, NH3 가스를 퍼지하는 시간을 통상의 가스 퍼지보다도 극히 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 양산성을 해치는 일 없이 에칭 반응에 의해 생성된 NH3 가스를 챔버(40)로부터 제거할 수 있다.
이에 따라, HF 가스에 의해 SiO2막이 거의 에칭되는 일 없이 SiN막을 에칭할 수 있고, 높은 에칭 선택비로 SiN막을 에칭할 수 있다.
실제의 에칭에 있어서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, HF 가스를 공급하는 에칭 공정(S1)과, 클러스터 가스를 공급하는 것에 의해 생성되는 가스 클러스터에 의한 퍼지 공정(S2)을 교대로 반복하는 것에 의해 행할 수 있다. 이 때, 가스 클러스터에 의한 퍼지 공정(S2)은 겨우 수초 정도로 할 수 있다. 또한, 에칭 공정(S1)은, 10 ~ 30sec 정도로 할 수 있다. 또한, 에칭 가스인 HF 가스와 가스 클러스터를 동시에 공급하고, 반응 생성물인 NH3 가스를 배출하면서 에칭을 행하도록 할 수도 있다.
이러한 에칭이 종료한 후, 웨이퍼(W)의 표면에는 고체 형상의 반응 생성물로서 불소 화합물이 잔존하고 있으므로, PHT 처리 장치(4)에 의해 불소 화합물의 가열 제거를 행한다.
구체적으로는, 게이트 밸브(22, 54)를 열고, 제 2 웨이퍼 반송 기구(17)의 피크에 의해 탑재대(42) 상의 처리후의 웨이퍼(W)를 수취하고, PHT 처리 장치(4)의 챔버(20)내의 탑재대(23) 상에 탑재한다. 그리고, 피크를 로드록실(3)에 퇴피시키고, 게이트 밸브(22, 54)를 닫고, 챔버(20)내에 N2 가스를 도입하면서, 히터(24)에 의해 탑재대(23)상의 웨이퍼(W)를 가열한다. 이에 따라, 상기 COR 처리에 의해 발생한 불소 화합물이 가열되어서 기화하여 제거된다.
이렇게, COR 처리 후, PHT 처리를 행하는 것에 의해, 드라이 분위기에서 반응 생성물인 불소 화합물을 제거할 수 있고, 워터마크 등이 발생하지 않는다. 또한, 플라즈마 없이 에칭할 수 있으므로 손상이 적은 처리가 가능해진다. 또한, COR 처리는, 소정 시간 경과 후, 에칭이 진행되지 않으므로, 오버 에칭을 시도해도 반응이 진행하지 않고, 엔드 포인트 관리가 불필요하게 된다.
이상, 본 실시형태에 의하면, COR 처리 장치(5)에 있어서, HF 가스에 의해 SiN막의 에칭을 행할 때의 반응에 의해 생성되는 NH3 가스를 가스 클러스터에 의해 챔버(40)의 외부에 배출시키므로, 극히 단시간에 NH3을 챔버(40)로부터 제거할 수 있다. 또한, 이와 같이 NH3 가스를 챔버(40)로부터 제거하는 것에 의해, HF 가스와 NH3 가스와의 공존에 의해 발생하는 SiO2막의 에칭을 억제할 수 있고, SiO2막에 대하여 고에칭 선택비로 SiN막을 에칭할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 일 없이, 여러가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, SiN막을 HF 가스로 에칭하는 경우에 대해서 나타냈지만, 에칭 대상막 및 에칭 가스는 이에 한하지 않고, 적층막 중 소정의 막을 소정의 에칭 가스로 에칭할 때에, 다른 막의 에칭을 진행시키는 가스가 생성되는 경우, 예를 들면, HF로 Si를 에칭하여 SiF4이 발생되는 경우 등, 에칭시의 반응에 의해 제거해야 할 가스가 발생하는 경우의 전반에 유효하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 클러스터 가스로서 Ar 가스, N2 가스, CO2 가스 등의 불활성 가스를 예시했지만, 본 발명의 클러스터 가스는 에칭시의 반응에 의해 생성된 가스를 배출하기 위한 것으로, 에칭에 악영향을 미치지 않고 이러한 기능을 발휘할 수 있다면, 불활성 가스에 한하지 않는다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 피처리 기판으로서 반도체 웨이퍼를 이용한 경우에 대해서 나타냈지만, 반도체 웨이퍼에 한하지 않고, LCD(액정 디스플레이)용 기판으로 대표되는 FPD(플랫 패널 디스플레이) 기판이나, 세라믹 기판 등의 다른 기판이라도 좋다.
1: 처리 시스템 2: 반출입부
3: 로드록실 4: PHT 처리 장치
5: COR 처리 장치 11: 제 1 웨이퍼 반송 기구
17: 제 2 웨이퍼 반송 기구 40: 챔버
43: 가스 공급 기구 44: 배기 기구
56: 샤워헤드 73: HF 가스 공급원
74: 클러스터 가스 공급원 77: 아르곤 가스 공급원
86a, 86b: 캐패시턴스 마노미터 90: 제어부
200: 실리콘 기판 201: SiN막
202: SiO2막 W: 반도체 웨이퍼
3: 로드록실 4: PHT 처리 장치
5: COR 처리 장치 11: 제 1 웨이퍼 반송 기구
17: 제 2 웨이퍼 반송 기구 40: 챔버
43: 가스 공급 기구 44: 배기 기구
56: 샤워헤드 73: HF 가스 공급원
74: 클러스터 가스 공급원 77: 아르곤 가스 공급원
86a, 86b: 캐패시턴스 마노미터 90: 제어부
200: 실리콘 기판 201: SiN막
202: SiO2막 W: 반도체 웨이퍼
Claims (15)
- 에칭 대상막을 가지는 피처리 기판이 수용되는 챔버와,
상기 챔버 내를 배기하는 배기 기구와,
상기 챔버 내에 에칭 가스를 도입하는 에칭 가스 도입 기구와,
상기 챔버 내에 가스 클러스터를 생성하기 위한 클러스터 가스를 분사해서 상기 챔버 내에 가스 클러스터를 생성하는 가스 클러스터 생성 기구를 구비하고,
상기 에칭 가스에 의한 상기 에칭 대상막의 에칭시에, 반응에 의해 생성되는 가스를, 상기 가스 클러스터 생성 기구에서 분사된 클러스터 가스로부터 생성된 가스 클러스터에 의해 상기 챔버로부터 배출시키는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 에칭 가스 도입 기구 및 상기 가스 클러스터 생성 기구는, 상기 에칭 가스를 상기 챔버에 토출하고, 또한 상기 클러스터 가스를 상기 챔버에 분사하는 공통의 샤워헤드를 가지는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 에칭 대상막은 SiN막이며, 상기 에칭 가스는 HF 가스이며, 상기 반응에 의해 생성되는 가스는 NH3 가스인 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 피처리 기판은, 표면에 적층막을 가지고, 상기 적층막 중 소정의 막이 상기 에칭 대상막이며, 상기 반응에 의해 생성되는 가스는, 상기 적층막의 다른 막의 에칭의 진행에 기여하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 에칭 대상막은 SiN막이며, 상기 다른 막은 SiO2막이며, 상기 에칭 가스는 HF 가스이며, 상기 반응에 의해 생성되는 가스는 NH3 가스인 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 클러스터 생성 기구는, 상기 클러스터 가스로서 불활성 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 에칭 대상막을 가지는 피처리 기판을 챔버 내에 수용하고,
상기 챔버 내에 에칭 가스를 도입하여 상기 에칭 대상막을 에칭하고,
상기 에칭 대상막의 에칭시에, 반응에 의해 생성되는 가스를, 상기 챔버 내에 클러스터 가스를 분사하는 것에 의해 생성된 가스 클러스터를 사용함으로써 상기 챔버로부터 배출시키는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 에칭 대상막은 SiN막이며, 상기 에칭 가스는 HF 가스이며, 상기 반응에 의해 생성되는 가스는 NH3 가스인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 피처리 기판은, 표면에 적층막을 가지고, 상기 적층막 중 소정의 막이 상기 에칭 대상막이며, 상기 반응에 의해 생성되는 가스는, 상기 적층막의 다른 막의 에칭의 진행에 기여하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 에칭 대상막은 SiN막이며, 상기 다른 막은 SiO2막이며, 상기 에칭 가스는 HF 가스이며, 상기 반응에 의해 생성되는 가스는 NH3 가스인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클러스터 가스로서 불활성 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 클러스터 가스는, Ar 가스 또는 CO2 가스인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에칭 대상막의 에칭과, 상기 반응에 의해 생성되는 가스의 배출을 교대로 행하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에칭 대상막의 에칭과, 상기 반응에 의해 생성되는 가스의 배출을 동시에 행하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 에칭 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체로서, 상기 프로그램은, 컴퓨터 상에서 실행될 때, 제 7 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 에칭 방법이 수행되도록, 상기 에칭 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 기억 매체.
Applications Claiming Priority (2)
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