KR20170077042A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 시스템 - Google Patents

기판 처리 방법 및 기판 처리 시스템 Download PDF

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히로시 마루모토
히사시 가와노
히로미 기요세
미츠노리 나카모리
가즈유키 미츠오카
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

도괴된 패턴을 복원한다.
기판 처리 방법은, 복수의 볼록부(2)를 갖는 패턴이 표면에 형성된 기판에, 처리액을 공급하는 액 처리 공정과, 상기 기판의 표면에 존재하는 상기 처리액을 제거하고, 기판을 건조시키는 건조 공정과, 상기 건조 공정 후, 서로 인접하는 상기 볼록부의 접합부(2a)를 분리시키는 분리 공정을 구비한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 시스템{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM}
본 발명은 기판에 공급된 처리액을 제거하고 건조시킨 후에, 변형된 패턴 볼록부를 복원하는 기술에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에는, 웨트 에칭 처리, 약액 세정 처리 등의 액 처리가 포함된다. 이러한 액 처리는, 약액을 반도체 웨이퍼 등의 기판에 공급하는 약액 처리 공정과, 기판에 린스액 예컨대 순수를 공급하여 약액 및 반응 생성물을 제거하는 린스 공정과, 기판 상의 순수를 순수보다 휘발성이 높고 또한 표면 장력이 낮은 건조용 유기 용제 예컨대 이소프로필알코올(IPA)로 치환하는 치환 공정과, 유기 용제를 건조시키는 건조 공정을 포함한다(예컨대 특허문헌 1을 참조).
특히 애스펙트비가 높은 패턴이 기판에 형성되어 있는 경우, 패턴의 오목부에 들어가 있던 액체 예컨대 린스액이 오목부로부터 나갈 때에, 액체의 표면 장력에 기인하여, 오목부의 양편의 볼록부(기둥형부)의 선단부끼리가 접촉하도록 볼록부가 변형되는 사상이 생길 수 있다. 볼록부 변형의 발생은, 패턴 내에 들어간 순수를 저표면 장력의 IPA로 치환한 후에 건조 공정을 실시함으로써 억제된다. 그러나, 볼록부 변형의 발생을 완전히 없애는 것은 곤란하다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2010-045389호 공보
본 발명은 변형된 패턴 볼록부를 복원하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 복수의 볼록부를 갖는 패턴이 표면에 형성된 기판에, 처리액을 공급하는 액 처리 공정과, 상기 기판의 표면에 존재하는 상기 처리액을 제거하고, 기판을 건조시키는 건조 공정과, 상기 건조 공정 후, 서로 인접하는 상기 볼록부의 접합부를 분리시키는 분리 공정을 구비한 기판 처리 방법이 제공된다.
상기 본 발명의 실시형태에 따르면, 접합부를 분리함으로써, 접합하고 있던 볼록부가 탄성력에 의해 복원되어, 변형되기 전의 상태로 되돌아간다. 즉, 변형된 패턴 볼록부가 복원된다. 이에 의해, 반도체 장치의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 액 처리 공정 및 건조 공정에 이용되는 액 처리 유닛의 개략 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 패턴 볼록부의 변형에 대해서 설명하기 위한 웨이퍼의 개략 단면도이다.
도 3은 패턴 복원을 위한 분리 공정으로서의 에칭 공정에 이용되는 기판 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 기판 처리 장치에 포함되는 제거 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 5는 도 3의 기판 처리 장치에 포함되는 열 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 종단면도이다.
이하에 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.
기판 처리 방법은, 적어도 하기의 공정을 포함한다.
(1) 복수의 볼록부를 갖는 패턴이 표면에 형성된 기판에, 처리액을 공급하는 액 처리 공정
(2) 기판의 표면에 존재하는 처리액을 제거하고, 기판을 건조시키는 건조 공정
(3) 건조 공정 후, 서로 인접하는 상기 볼록부의 접합부를 분리시키는 분리 공정
우선, 액 처리 공정 및 건조 공정에 대해서 설명한다. 액 처리 공정 및 건조 공정은, 예컨대, 도 1에 개략적으로 나타낸 액 처리 유닛(200)에 의해 실행할 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 액 처리 유닛(200)은, 챔버(220)와, 기판 유지 기구(230)와, 처리 유체 공급부(240)와, 회수컵(250)을 구비한다. 챔버(220)는, 기판 유지 기구(230), 처리 유체 공급부(240) 및 회수컵(250)을 수용한다. 챔버(220)의 천장부에 마련된 FFU(Fan Filter Unit)(221)가, 챔버(220) 내에 다운 플로우를 형성한다.
기판 유지 기구(230)는, 스핀 척으로서 구성할 수 있다. 기판 유지 기구(230)는, 기판 유지부(231)와, 축부(232)와, 전동 모터 등의 회전 모터를 구비한 구동부(233)를 가지고, 기판 유지부(231)에 의해 수평으로 유지된 웨이퍼(W)를 연직 축선 둘레로 회전시킬 수 있다.
처리 유체 공급부(240)는, 웨이퍼(W)에 대하여 처리액, 처리 가스 등의 처리 유체를 공급하는 1개 이상의 노즐을 갖는다. 노즐은, 도시하지 않는 노즐 아암에 의해 이동된다.
처리 유체 공급부(240)로부터 공급되는 처리액에는, 예컨대 DHF(희불산), SC-1 등의 반도체 장치의 제조에 이용되는 임의의 약액, DIW(순수) 등의 린스액, 린스액보다 휘발성이 높고 또한 바람직하게는 표면 장력이 낮은 IPA 등의 유기 용제 등이 포함된다. 처리 유체 공급부(240)로부터 공급되는 처리 가스에는, 예컨대 질소 가스, 드라이 에어 등이 포함된다. 이들 복수 종류의 처리 유체는, 각각에 대응하는 처리 유체 공급 기구(270)로부터 공급된다.
회수컵(250)은, 기판 유지부(231)를 둘러싸도록 배치되고, 유지부(231)의 회전에 의해 웨이퍼(W)로부터 비산하는 처리액을 포집한다. 회수컵(250)에 의해 포집된 처리액은, 회수컵(250)의 바닥부에 마련된 배액구(251)로부터 액 처리 유닛(200)의 외부에 배출된다. 회수컵(250)의 바닥부에는, 회수컵(250) 내의 분위기를 액 처리 유닛(200)의 외부에 배출하는 배기구(252)가 형성된다.
다음에, 도 1에 나타낸 액 처리 유닛(200)에서 행해지는 액 처리 공정 및 건조 공정에 대해서 간단하게 설명한다. 액 처리 공정은, 약액 처리 공정, 린스 공정 및 용제 치환 공정으로 이루어진다. 용제 치환 공정은 건조 공정과 일체화된 공정으로서 행할 수도 있다.
<약액 처리 공정>
웨이퍼(W)가, 액 처리 유닛(200)에 반입되어, 기판 유지 기구(230)에 의해 수평으로 유지된다. 기판 유지 기구(230)가 웨이퍼(W)를 연직 축선 둘레로 회전시킨다. 웨이퍼(W)의 회전은, 액 처리 유닛(200)에 의한 일련의 공정이 종료할 때까지 계속한다. 처리 유체 공급부(240)가 약액을 회전하는 웨이퍼(W)의 표면에 공급하고, 이에 의해 웨이퍼(W)에 약액 처리가 실시된다. 약액 처리는, 예컨대, 웨이퍼(W)(실리콘으로 이루어짐)의 표면에 부착된 파티클을 SC1에 의해 제거하는 처리여도 좋다.
<린스 공정>
계속해서, 처리 유체 공급부(240)로부터의 약액의 공급이 정지되고, 처리 유체 공급부(240)로부터 린스액으로서의 순수(DIW)가 회전하는 웨이퍼(W)의 표면의 중심부에 공급되어, 패턴의 오목부의 내표면을 포함하는 웨이퍼(W) 표면 상에 있는 약액 및 반응 생성물이 DIW에 의해 씻겨진다.
<용제 치환 공정>
계속해서, 처리 유체 공급부(240)로부터의 DIW의 공급이 정지되고, 처리 유체 공급부(240)로부터 유기 용제 예컨대 이소프로필알코올(IPA)이 회전하는 웨이퍼(W)의 표면의 중심부에 공급되어, 패턴의 오목부의 내표면을 포함하는 웨이퍼(W) 표면 상에 있는 DIW가 IPA에 의해 치환된다.
<건조 공정>
계속해서, 처리 유체 공급부(240)로부터의 IPA의 공급이 정지되고, 바람직하게는 웨이퍼(W)의 회전 속도가 높여지고, 이에 의해 웨이퍼(W)의 스핀 건조가 행해진다. IPA는 DIW보다 휘발성이 높기 때문에 웨이퍼(W)는 조속하게 건조된다. 또한, IPA는 DIW보다 표면 장력이 낮기 때문에 이후의 건조 공정에 있어서 패턴 볼록부의 변형이 생기기 어렵다. 이 건조 공정에 있어서, 처리 유체 공급부(240)로부터, 건조용 가스로서의 질소 가스를 웨이퍼(W)의 표면에 공급하여도 좋다. 또한, 건조 공정에 있어서, 건조용 가스의 웨이퍼(W) 표면에의 충돌 위치를 서서히 반경 방향 외측으로 비켜 감으로써, 웨이퍼(W) 중심부로부터 주연부를 향하여 건조 영역을 서서히 넓혀도 좋다.
예컨대 패턴의 애스펙트비가 매우 높은 경우, 건조 공정의 종료 후에, 패턴의 볼록부의 변형이 발생하고 있는 경우가 있다. 패턴의 볼록부의 변형은, 반도체 제조 시스템(기판 처리 시스템)에 편입된 화상 해석 기술을 이용한 검사 장치에 의해 발견할 수 있다. 패턴의 볼록부의 변형이란, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 패턴을 구성하고 있는 볼록부(기둥형부)(2)가 쓰러지는 것을 의미한다. 이 볼록부(2)의 변형은, 인접하는 2개의 볼록부(2) 사이의 간극 즉 패턴의 오목부로부터 액체(DIW 또는 IPA)가 빠져나갈 때에, 액체의 표면 장력에 의해, 인접하는 2개의 볼록부(2)이 서로 가까워지는 방향의 힘을 받음으로써 생긴다.
볼록부(2)의 변형이 발생한 패턴을 관찰하면, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 인접하는 2개의 볼록부(2)의 선단부끼리가 서로 밀접하고 있다. 발명자의 연구의 결과, 변형이 생긴 볼록부(2)의 선단끼리가 접합하고 있는 것, 그리고, 이 접합이 생긴 부분(접합부)(2a)을 분리하는(벗겨내는) 것에 의해, 패턴이 정상적인 상태, 즉 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 볼록부(2)를 직립한 상태로 복원할 수 있는 것이 발명자에 의해 발견되었다. 즉, 변형된 볼록부(2)의 대부분은, 탄성적으로 휘어 있는 것에 불과한 것이 발견되었다. 또한, 크랙이 생기거나, 혹은 영구 변형이 생긴 볼록부(2)까지 복원할 수 있는 것은 아니다.
접합부(2a)의 분리는, 예컨대 가스 케미컬 에칭에 의해 접합부(2a)를 깎아냄으로써 행할 수 있다. 이 방법은, 패턴의 볼록부(2)의 선단부의 표면이 실리콘(Si) 또는 실리콘 산화물(SiO2)로 구성되어 있는 경우에 특히 유효하다. 접합부(2a)를 구성하는 물질은 현시점에서는 명확하게 동정되어 있지 않지만, 이하에 설명하는 방법이 유효하기 때문에, 실리콘 산화물 또는 이에 유사한 물질인 것으로 발명자는 생각하고 있다.
다음에, 패턴 복원을 위한 분리 공정으로서의 에칭 공정 및 그 후에 행해지는 가열 처리 공정의 실시에 이용하는 기판 처리 장치에 대해서 도 3∼도 5를 참조하여 설명한다.
<기판 처리 장치의 구성>
도 3은 기판 처리 장치(30)의 개략 구성을 나타내는 평면도이다. 이하에서는, 위치 관계를 명확하게 하기 위해, 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축을 규정하고, Z축 정방향을 연직 상향 방향으로 한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 기판 처리 장치(30)는, 반입출부(31)와, 로드록실(32)과, 가열 처리 공정을 행하기 위한 열 처리 장치(33)와, 분리 공정으로서의 에칭 공정을 행하기 위한 제거 처리 장치(34)를 구비한, 가스 케미컬 에칭 장치이다.
또한, 후술하는 바와 같이, 열 처리 장치(33) 및 제거 처리 장치(34)에 의해, 웨이퍼(W)로부터 산화막[접합부(2a)에 존재하는 실리콘 산화물로 생각되는 물질 및 웨이퍼 표면에 존재하는 자연 산화막(실리콘 산화물)]이 제거되기 때문에, 열 처리 장치(가열부)(33) 및 제거 처리 장치(가스 공급부)(34)는, 산화물 제거부(35)를 구성한다.
또한, 기판 처리 장치(30)는, 제어 장치(36)를 구비한다. 제어 장치(36)는, 예컨대 컴퓨터이며, 제어부(36a)와 기억부(36b)를 구비한다. 기억부(36b)에는, 기판 처리 장치(30)에 있어서 실행되는 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(36a)는, 기억부(36b)에 기억된 프로그램을 읽어내어 실행함으로써 기판 처리 장치(30)의 동작을 제어한다.
또한, 이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어 장치(36)의 기억부(36b)에 인스톨된 것이어도 좋다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체로서는, 예컨대 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등이 있다.
기판 처리 장치(30)의 반입출부(31)는, 반송실(50)을 구비하고, 이러한 반송실(50)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 반송하는 제1 웨이퍼 반송 기구(51)가 마련된다. 제1 웨이퍼 반송 기구(51)는, 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 유지하면서 반송하는, 2개의 반송 아암(51a, 51b)을 구비한다. 또한, 상기에서는, 반송 아암(51a, 51b)이 2개인 경우를 예로 들었지만, 이에 한정되는 것이 아니며, 반송 아암은 1개 혹은 3개 이상이어도 좋다.
반송실(50)은, 평면에서 보아 대략 직사각 형상으로 형성되고, 반송실(50)의 길이 방향(X축 방향)의 측면측에는, 캐리어 배치대(52)가 마련된다. 캐리어 배치대(52)에는, 복수매의 웨이퍼(W)를 수평 상태로 수용 가능한 복수의 반송 용기(이하, 「캐리어(C)」라고 기재함)가 배치된다. 또한, 반송실(50)의 폭 방향(Y축 방향)의 측면측에는, 웨이퍼(W)의 위치 맞춤을 행하는 오리엔터(53)가 마련된다.
전술된 바와 같이 구성된 반입출부(31)에 있어서, 웨이퍼(W)는, 반송 아암(51a, 51b)에 의해 유지되면서, 제1 웨이퍼 반송 기구(51)의 구동에 의해 수평 방향으로의 직진이나 회전 이동, 혹은 수직 방향으로 승강 이동되어, 원하는 장소에 반송된다. 또한, 반송 아암(51a, 51b)이, 캐리어(C), 오리엔터(53)나 로드록실(32)에 대하여 각각 진퇴함으로써, 웨이퍼(W)는, 캐리어(C)나 로드록실(32)에 반입출된다.
<로드록실의 구성>
로드록실(32)은, 반송실(50)의 길이 방향(X축 방향)의 측면측, 정확하게는, 반송실(50)의 캐리어 배치대(52)가 마련되는 측면과는 반대의 측면측(Y축 정방향측)에 인접하여 2개 마련된다.
또한, 각 로드록실(32)에는, 각각 열 처리 장치(33)가 인접하여 마련되고, 또한 각 열 처리 장치(33)에는, 각각 제거 처리 장치(34)가 인접하여 마련된다. 이와 같이, 기판 처리 장치(30)에 있어서는, 로드록실(32), 열 처리 장치(33) 및 제거 처리 장치(34)의 순서로 Y축 방향을 따라 직렬로 배열되어 배치된다.
각 로드록실(32)과 반송실(50)은, 각각 게이트 밸브(54)를 통해 연결된다. 로드록실(32)은, 미리 정해진 진공도까지 진공 처리 가능하게 구성된다. 또한, 각 로드록실(32)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 반송하는 제2 웨이퍼 반송 기구(55)가 마련된다.
제2 웨이퍼 반송 기구(55)는, 예컨대 다관절축을 갖는 아암 구조를 구비하며, 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 유지하는 픽을 가지고 있다. 제2 웨이퍼 반송 기구(55)는, 아암을 줄인 상태에 있는 경우에 픽이 로드록실(32) 내에 위치하고, 아암을 늘린 상태에 있는 경우에 픽이 열 처리 장치(33)에 도달하며, 더욱 아암을 늘리면, 제거 처리 장치(34)에 도달하도록 구성된다. 즉, 제2 웨이퍼 반송 기구(55)는, 웨이퍼(W)를 로드록실(32), 열 처리 장치(33) 및 제거 처리 장치(34) 사이에서 반송할 수 있도록 구성된다.
<제거 처리 장치의 구성>
계속해서, 제거 처리 장치(34)의 구성에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 제거 처리 장치(34)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 제거 처리 장치(34)는, 챔버(60)와, 배치대(61)와, 가스 공급 기구(62)와, 배기 기구(63)를 구비한다. 챔버(60)는, 밀폐 구조로 되며, 그 내부에는, 웨이퍼(W)를 수납하는 처리실(처리 공간)(64)이 형성된다.
또한, 챔버(60)의 측벽에는, 웨이퍼(W)를 처리실(64) 내에 반입출시키기 위한 반입출구(65)가 개구된다. 그리고, 반입출구(65)에는, 반입출구(65)를 개폐하는 게이트 밸브(66)가 마련된다.
배치대(61)는, 처리실(64)의 적절한 위치에 마련된다. 배치대(61)에는, 예컨대, 세정 장치(20)로부터 반입되어, 웨이퍼(W)가 대략 수평의 상태로 배치되어 유지된다. 이러한 배치대(61)는, 유지부의 일례이다.
배치대(61)는, 예컨대 평면에서 보아 대략 원 형상으로 형성되며, 챔버(60)의 바닥부에 고정된다. 또한, 배치대(61)의 내부의 적절한 위치에는, 배치대(61)의 온도를 조절하는 온도 조절기(67)가 마련된다.
온도 조절기(67)는, 예컨대 물 등의 액체가 순환되는 관로를 가지고, 이러한 관로 내를 흐르는 액체와 열 교환이 행해짐으로써, 배치대(61)의 상면의 온도가 조절된다. 이에 의해, 배치대(61)와 배치대(61) 상의 웨이퍼(W) 사이에서 열 교환이 행해져, 웨이퍼(W)의 온도가 조절된다. 또한, 온도 조절기(67)는, 전술한 구성에 한정되는 것이 아니며, 예컨대 전기 히터 등이어도 좋다.
가스 공급 기구(62)는, 샤워 헤드(70)와, 제1 가스 공급로(71)와, 제2 가스 공급로(72)를 구비한다.
샤워 헤드(70)는, 챔버(60)의 천장부에 마련된다. 또한, 샤워 헤드(70)는, 처리 가스를 토출시키는 복수의 토출구(도시하지 않음)를 갖는다. 또한, 샤워 헤드(70)가 마련되는 위치는, 상기 챔버(60)의 천장부에 한정되는 것이 아니며, 처리 가스를 웨이퍼(W)의 표면에 공급할 수 있으면, 챔버(60)의 측면부 등 다른 장소여도 좋다.
제1 가스 공급로(71) 및 제2 가스 공급로(72)의 일단은, 각각 샤워 헤드(70)에 접속된다. 또한, 제1 가스 공급로(71)의 타단은, 처리 가스의 1종인 암모니아 가스의 공급원(73)에 접속된다. 또한, 제1 가스 공급로(71)의 도중에는, 제1 가스 공급로(71)의 개폐 동작 및 암모니아 가스의 공급 유량의 조절이 가능한 유량 조정 밸브(74)가 개재된다.
제2 가스 공급로(72)의 타단은, 처리 가스의 1종인 불화 수소 가스의 공급원(75)에 접속된다. 또한, 제2 가스 공급로(72)의 도중에는, 제2 가스 공급로(72)의 개폐 동작 및 불화 수소 가스의 공급 유량의 조절이 가능한 유량 조정 밸브(76)가 개재된다.
따라서, 예컨대 유량 조정 밸브(74, 76)가 개방되면, 처리실(64)에는, 샤워 헤드(70)를 통해 암모니아 가스 및 불화 수소 가스가 확산되도록 하여 토출된다.
또한, 상기에서는, 제1 가스 공급로(71) 및 제2 가스 공급로(72)를, 각각 독립적으로 샤워 헤드(70)에 접속하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 즉, 예컨대, 제1 가스 공급로(71)와 제2 가스 공급로(72)를 합류시켜, 합류한 공급로를 샤워 헤드(70)에 접속하도록 하여도 좋다. 또한, 합류한 공급로에만 유량 조정 밸브를 마련하도록 하면, 부품 개수를 감소시키는 것도 가능해진다.
배기 기구(63)는, 예컨대, 챔버(60)의 바닥부에 마련된 개구(77)에 접속되는 배기로(78)를 구비한다. 배기로(78)의 도중에는, 개폐 밸브(79)이 개재되고, 개폐 밸브(79)의 하류측에는, 강제 배기를 행하기 위한 배기 펌프(80)가 개재된다.
또한, 제거 처리 장치(34)의 게이트 밸브(66), 온도 조절기(67), 유량 조정 밸브(74, 76), 개폐 밸브(79), 배기 펌프(80) 등의 각 부의 동작은, 전술한 제어 장치(36)의 제어 명령에 의해 각각 제어된다. 즉, 가스 공급 기구(62)에 의한 암모니아 가스나 불화 수소 가스의 공급, 배기 기구(63)에 의한 배기, 온도 조절기(67)에 의한 온도 조절 등은, 제어 장치(36)에 의해 제어된다.
<열 처리 장치의 구성>
계속해서, 열 처리 장치(33)의 구성에 대해서 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 열 처리 장치(33)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 열 처리 장치(33)는, 챔버(90)와, 배치대(91)와, 가스 공급 기구(92)와, 배기 기구(93)를 구비한다. 챔버(90)는, 밀폐 구조로 되며, 그 내부에는, 웨이퍼(W)를 수납하는 처리실(처리 공간)(94)이 형성된다.
또한, 챔버(90)의 로드록실(32)측의 측벽에는, 웨이퍼(W)를 처리실(94) 내에 반입출시키기 위한 반입출구(95a)가 개구된다. 반입출구(95a)에는, 반입출구(95a)를 개폐하는 게이트 밸브(96)가 마련되고, 게이트 밸브(96)를 통해 로드록실(32)과 연결된다.
또한, 챔버(90)의 제거 처리 장치(34)측의 측벽에는, 웨이퍼(W)를 처리실(94) 내에 반입시키기 위한 반입출구(95b)가 개구된다. 반입출구(95b)에는, 전술한 게이트 밸브(66)가 마련되어, 반입출구(95b)를 개폐한다. 또한, 반입출구(95b)는, 게이트 밸브(66)를 통해 제거 처리 장치(34)의 반입출구(65)와 연결된다.
배치대(91)는, 처리실(94)의 적절한 위치에 마련된다. 배치대(91)에는, 예컨대, 열 처리 장치(33)로부터 반입된 웨이퍼(W)가 대략 수평인 상태로 배치되어 유지된다.
배치대(91)에는 히터(97)가 매설된다. 이러한 히터(97)에 의해 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 처리가 행해지지만, 이 가열 처리에 대해서는, 이후에 상세하게 설명한다.
가스 공급 기구(92)는, 제3 가스 공급로(100)를 구비한다. 제3 가스 공급로(100)의 일단은, 처리실(94)에 접속되는 한편, 타단은 불활성 가스의 1종인 질소 가스(N2)의 공급원(101)에 접속된다. 또한, 제3 가스 공급로(100)의 도중에는, 제3 가스 공급로(100)의 개폐 동작 및 질소 가스의 공급 유량의 조절이 가능한 유량 조정 밸브(102)가 개재된다.
배기 기구(93)는, 예컨대, 챔버(90)의 바닥부에 마련된 개구(103)에 접속되는 배기로(104)를 구비한다. 배기로(104)의 도중에는, 자동 압력 제어 밸브(105)가 개재되고, 자동 압력 제어 밸브(105)의 하류측에는, 강제 배기를 행하기 위한 배기 펌프(106)가 개재된다.
또한, 열 처리 장치(33)의 게이트 밸브(96), 히터(97), 유량 조정 밸브(102), 배기 펌프(106) 등의 각 부의 동작은, 전술한 제어 장치(36)의 제어 명령에 의해 각각 제어된다. 즉, 가스 공급 기구(92)에 의한 질소 가스의 공급, 배기 기구(93)에 의한 배기, 히터(97)에 의한 가열 등은, 제어 장치(36)에 의해 제어된다.
<기판 처리 장치에 있어서의 웨이퍼의 처리 방법>
다음에, 이상과 같이 구성된 기판 처리 장치(30)에 있어서의 웨이퍼(W)의 처리 방법, 즉 가스 케미컬 에칭을 이용한 패턴의 복원 방법에 대해서 도 3∼도 5를 참조하면서 설명한다.
기판 처리 장치(30)에서는, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같은 패턴의 볼록부(2)의 변형이 생긴 웨이퍼(W)의 표면에 존재하는 산화막[접합부(2a)를 구성하는 물질]이 제거된다. 자세하게는, 먼저, 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 수용되어, 기판 처리 장치(30)의 캐리어 배치대(52)에 반송된다.
기판 처리 장치(30)에 있어서는, 게이트 밸브(54)를 개방한 상태로 캐리어 배치대(52)의 캐리어(C)로부터 제1 웨이퍼 반송 기구(51)의 반송 아암(51a, 51b) 중 어느 하나에 의해 웨이퍼(W)가 1장 로드록실(32)에 반송되어, 제2 웨이퍼 반송 기구(55)의 픽에 전달된다.
그 후, 게이트 밸브(54)가 폐쇄되며, 로드록실(32) 내가 진공 배기된다. 계속해서, 게이트 밸브(66, 96)가 개방되고, 픽이 제거 처리 장치(34)까지 늘려져 배치대(61)에 웨이퍼(W)가 배치된다.
그 후, 픽은 로드록실(32)에 복귀되고, 게이트 밸브(66)가 폐쇄되어, 챔버(60) 내가 밀폐 상태가 된다. 이 상태로, 온도 조절기(67)에 의해 배치대(61) 상의 웨이퍼(W)의 온도를 미리 정해진 온도(예컨대 상온보다 높은 40℃∼80℃)로 조절하면서, 가스 공급 기구(62)로부터 암모니아 가스 및 불화 수소 가스를 웨이퍼(W)에 토출(공급)한다.
이에 의해, 웨이퍼(W) 상에 있어서, 산화실리콘(SiO2)을 포함하는 산화막과, 암모니아 가스 및 불화 수소 가스가, 하기의 화학 반응식 (1) 및 (2)와 같이 반응한다.
SiO2+4HF→SiF4+2H2O···(1)
SiF4+2NH3+2HF→(NH4)2SiF6···(2)
이와 같이, 산화막은, 처리 가스인 암모니아 가스 및 불화 수소 가스와 반응함으로써, 플루오로규산암모늄[(NH4)2SiF6]이나 수분(H2O)을 포함하는 반응 생성물로 변질된다. 그리고, 산화막이 제거됨으로써, 패턴의 볼록부(2)의 선단의 접합부(2a)[도 2의 (a)를 참조]가 분리되어, 패턴이 복원된다.
또한, 감압 조건 하(감압 분위기)에서, 샤워 헤드(70)로부터 암모니아 가스 및 불화 수소 가스를 웨이퍼(W)를 향해서 토출하여도 좋다. 이때, 샤워 헤드(70)로부터 웨이퍼(W)에 토출되는 암모니아 가스 및 불화 수소 가스의 진행을 저해하는 분자가 적어진다. 이 때문에, 암모니아 가스 및 불화 수소 가스는, 진행을 저해하는 분자에 방해되는 일없이, 웨이퍼에 도달한다. 이에 의해, 상압 조건 하와 비교하여, 단시간에 패턴의 볼록부(2)의 선단의 접합부(2a)를 분리시킬 수 있다. 또한, 상압 조건 하에서 암모니아 가스 및 불화 수소 가스를 토출하는 것보다 웨이퍼(W)에 도달하는 양을 늘리는 수 있어, 공급량을 줄일 수 있다.
또한, 온도 조절기(67)에 의해 웨이퍼(W)의 온도를 미리 정해진 온도로 조절함으로써 웨이퍼(W)의 에칭량을 제어할 수 있다. 웨이퍼의 온도가 높으면, 가스가 웨이퍼(W)에 근접함에 따라 가스의 온도도 높아지고, 가스에 포함되는 분자의 움직임이 활발해져, 분자가 웨이퍼(W)에 흡착하기 어려워지며, 에칭량이 감소한다. 또한, 이 가스 케미컬 에칭에 의한 에칭량은, 패턴의 볼록부(2)의 선단부의 접합부(2a)[도 2의 (a) 참조]가 벗겨지는 것이 보증되는 범위 내에서 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하고, 이것을 실현하기 위해, 예컨대, 에칭량이 15 옹스트롬 혹은 그 이하가 되는 에칭 조건을 이용할 수 있다.
또한, 상기에서는, 웨이퍼(W)에 대하여, 암모니아 가스 및 불화 수소 가스를 동시, 혹은 대략 동시에 공급하지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 즉, 웨이퍼(W)에 대하여, 암모니아 가스 및 불화 수소 가스 중 어느 한쪽을 먼저 공급하고, 그 후 다른쪽을 공급하도록 하여도 좋다. 상기에서는, 웨이퍼(W)에 대하여, 암모니아 가스 및 불화 수소 가스를 챔버(60)의 천장부에 마련된 샤워 헤드(70)로부터 공급하였지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 웨이퍼(W)보다 소직경의 토출구를 구비한 노즐로부터 암모니아 가스 및 불화 수소 가스를 공급하여, 웨이퍼(W)의 표면을 따라 이동시켜도 좋다. 또한, 암모니아 가스와 불화 수소 가스가 상기 화학 반응식과 같이 반응하는 것이라면, 암모니아 가스 및 불화 수소 가스를 상온 및/또는 상압 하의 웨이퍼(W)에 공급하여도 좋다.
제거 처리 장치(34)에 있어서, 패턴을 분리하여 복원하기 위해 가스 공급 처리가 종료한 후, 열 처리 장치(33)에 있어서, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 반응 생성물을 가열에 의해 제거하는 처리가 행해진다.
구체적으로는, 게이트 밸브(66, 96)가 개방되고, 제2 웨이퍼 반송 기구(55)의 픽에 의해 배치대(61) 상의 처리 후의 웨이퍼(W)가 유지된다. 그리고, 제2 웨이퍼 반송 기구(55)의 아암이 줄어들고, 웨이퍼(W)는, 열 처리 장치(33)의 배치대(91)에 배치되어 유지된다. 그리고, 픽은 로드록실(32)에 복귀되어, 게이트 밸브(66, 96)가 폐쇄된다.
그 후, 챔버(90) 내에 질소 가스가 공급되며, 히터(97)에 의해 배치대(91) 상의 웨이퍼(W)가, 미리 정해진 온도(예컨대 100℃∼200℃)로 가열된다. 이에 의해, 제거 처리 장치(34)에서 형성된 반응 생성물은, 하기의 화학 반응식 (3)과 같이, 가열되어 기화(승화)하여, 제거된다.
(NH4)2SiF6→SiF4+2NH3+2HF···(3)
이와 같이, 제거 처리 장치(34)에서의 가스 공급 처리 후에 열 처리 장치(33)로 가열 처리를 행함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 존재하는 가스 공급 처리 시에 생긴 반응 생성물이 제거된다. 또한, 가열 처리는, 감압 조건 하에서 행하여도 좋다.
상기 처리에 의해 패턴이 복원된 웨이퍼(W)는, 기판 처리 장치(30)로부터 반출되어 다음 처리를 실시하는 처리 장치 예컨대 성막 장치에 반입된다. 구체적으로는, 게이트 밸브(54, 96)가 개방되고, 제2 웨이퍼 반송 기구(55)의 픽에 의해 배치대(91) 상의 웨이퍼(W)가 유지된다. 그리고, 웨이퍼(W)는, 제2 웨이퍼 반송 기구(55)의 픽으로부터 제1 웨이퍼 반송 기구(51)의 반송 아암(51a, 51b) 중 어느 하나에 전달되어 캐리어(C)에 수용되고, 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C)가 다른 처리 장치에 반송된다.
또한, 상기에서는, 웨이퍼(W)에 대한 가스 공급 처리와 가열 처리를 각각 별도의 챔버(60, 90)에서 행하도록 하였지만, 이에 한정되는 것이 아니며, 예컨대 동일한 챔버 내에서 행하도록 구성하여도 좋다.
상기 실시형태에 따르면, 종래에는 일률적으로 「패턴 도괴」라고 하는 사상이 생긴 것으로 인식되고, 또한, 복원하는 것은 불가능하다고 생각되고 있었던 탄성 변형된 패턴 볼록부의 복원이 가능해지기 때문에, 반도체 장치의 제조 수율을 향상시키는 것이 가능해진다.
상기 실시형태의 효과에 대해서 확인하는 시험의 결과에 대해서 간단하게 설명한다. 선폭 35 ㎚, 애스펙트비 13의 실리콘으로 이루어지는 볼록부를 갖는 시험용 패턴을 형성한 웨이퍼를 준비하였다. 이 웨이퍼에 대하여, 패턴 볼록부의 변형 억제에 대하여 특별한 배려를 하는 일없이 전술한 세정 처리를 행하여, 패턴 볼록부의 변형률(쓰러져 있는 패턴 볼록부의 수/패턴 볼록부의 총수)이 90.3％인 웨이퍼(W)를 얻었다. 이에 대하여 전술한 가스 케미컬 에칭 처리(가스 공급 처리 및 가열 처리)를 행한 바, 패턴 볼록부의 변형률은 7.9％까지 격감하였다. 즉, 상기 방법에 따라 많은 변형된 패턴을 복원할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 비교를 위해, 세정 처리 후의 패턴 볼록부의 변형률이 89.4％인 웨이퍼에 대하여, O2 플라즈마에 의한 애싱을 행한 바, 패턴 볼록부의 변형률에 실질적인 변화는 보이지 않았다. 이것으로부터도, 전술한 접합부(2a)를 구성하고 있는 재료는, 실리콘 산화물 또는 이것과 비슷한 물질이라고 생각된다.
현시점에서 패턴 복원 효과가 확인되어 있는 것은, 패턴 볼록부의 선단부가 실리콘 또는 실리콘 산화물로 구성되어 있고, 또한, 암모니아 가스 및 불화 수소 가스를 에칭 가스로서 이용한 경우이다. 그러나, 패턴 볼록부가 영구 변형(소성 변형) 또는 파괴되어 있는 것은 아니며, 탄성 변형되어 있을 뿐이라면, 패턴 볼록부를 형성하는 재료에 따라 적절한 에칭 가스를 이용함으로써, 동일한 효과를 기대할 수 있다.
상기 실시형태에 있어서, 액 처리 공정은, 웨이퍼(W) 표면을 소수화하기 위한 것이어도 좋다. 이러한 액 처리 공정은, 예컨대, 이하에 기재된 순서로 실행되는 약액 처리 공정(SC1), 린스(DIW 린스) 공정, 용제 치환(IPA 치환) 공정, 소수화 처리 공정(실란 커플링제에 의한 처리), 용제 치환(IPA 치환) 공정 및 건조 공정을 구비한다. 소수화 처리 공정 전의 웨이퍼(W)의 표면에는, SC1에 포함되는 과산화수소수에 의해 생기는 화학 산화막 또는 대기 중의 산소에 의해 생기는 자연 산화막이 존재한다. 소수화 처리 공정 후의 웨이퍼(W)의 표면에는, 소수화 보호막이 존재하게 되지만, 산화막은 일부 잔존하고 있기 때문에, 패턴 볼록부의 변형이 생길 우려가 있다. 이 경우라도, 패턴 오목부에 암모니아 가스 및 불화 수소 가스를 에칭 가스로서 이용함으로써, 동일한 효과를 기대할 수 있다.
전술한 액 처리 유닛(200) 및 기판 처리 장치(30)[열 처리 장치(33) 및 제거 처리 장치(34)]에 의해, 웨이퍼(W)에 대한 액 처리 및 건조 처리 및 패턴 볼록부의 접합부의 분리 처리 및 가열 처리를 행하는 기판 처리 시스템을 구축할 수 있다. 기판 처리 시스템은, 액 처리 유닛(200) 및 기판 처리 장치(30)를 하나의 하우징에 저장한 일체형의 시스템으로서 구성할 수 있다. 기판 처리 시스템은, 상기 복수의 처리 중 일부(예컨대 액 처리 및 건조 처리)를 행하기 위한 유닛을 하나의 하우징에 저장한 제1 기판 처리 장치와, 상기 복수의 처리 중 다른 일부(예컨대 분리 처리 및 가열 처리)를 행하기 위한 유닛을 하나의 하우징에 저장한 제2 기판 처리 장치로 구성하여도 좋다.
W 기판(웨이퍼)
2 볼록부
2a 접합부
34 분리 장치(제거 처리 장치)
200 액 처리 장치(액 처리 유닛)

Claims (12)

  1. 기판 처리 방법에 있어서,
    복수의 볼록부를 갖는 패턴이 표면에 형성된 기판에, 처리액을 공급하는 액 처리 공정과,
    상기 기판의 표면에 존재하는 상기 처리액을 제거하고, 기판을 건조시키는 건조 공정과,
    상기 건조 공정 후, 서로 인접하는 상기 볼록부의 접합부를 분리시키는 분리 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리 공정은, 상기 기판에 에칭 가스를 공급하여 상기 접합부를 에칭함으로써 상기 접합부를 분리시키는 것인, 기판 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분리 공정 후, 상기 기판을 가열하는 가열 처리 공정을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 에칭 가스는 암모니아 가스와 불화 수소 가스의 혼합 가스인 것인, 기판 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 접합부가 형성되는 상기 볼록부의 표면은, 실리콘 또는 실리콘 산화물로 형성되어 있는 것인, 기판 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액 처리 공정은, 상기 기판에 약액을 공급하는 약액 처리 공정과, 상기 기판에 린스액을 공급하여 상기 기판의 표면으로부터 상기 약액을 씻어내는 린스 공정을 포함하고, 상기 건조 공정은, 상기 린스 공정 후에 행해지는 것인, 기판 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 액 처리 공정은, 상기 기판에 약액을 공급하는 약액 처리 공정과, 상기 기판에 린스액을 공급하여 상기 기판의 표면으로부터 상기 약액을 씻어내는 린스 공정과, 상기 기판에 상기 린스액보다 휘발성이 높은 용제를 공급하여 상기 기판의 표면의 린스액을 상기 용제로 치환하는 치환 공정을 포함하고, 상기 건조 공정은, 상기 치환 공정 후에 행해지는 것인, 기판 처리 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 분리 공정은, 감압 분위기에서 행해지는 것인, 기판 처리 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, 기판 표면을 따라 이동시키면서 공급되는 것인, 기판 처리 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 분리 공정은, 기판을 감압 분위기, 상온보다 높은 온도에서 행해지는 것인, 기판 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 액 처리 공정은, 상기 기판에 약액을 공급하는 약액 처리 공정과, 상기 기판에 린스액을 공급하여 상기 기판의 표면으로부터 상기 약액을 씻어내는 린스 공정과, 상기 기판에 소수화 보호막을 형성하는 소수화 처리 공정을 포함하는 것인, 기판 처리 방법.
  12. 기판 처리 시스템에 있어서,
    표면에 복수의 볼록부를 갖는 패턴이 형성된 기판에 처리액을 공급하고, 그 후, 상기 기판을 건조시키는 액 처리 장치와,
    상기 액 처리 장치에 의해 처리된 상기 기판에 에칭 가스를 공급하고, 상기 기판의 서로 인접하는 상기 볼록부의 접합부를 에칭함으로써 상기 접합부를 분리시키는 분리 장치를 구비한, 기판 처리 시스템.
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