KR20210137178A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20210137178A
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ultraviolet
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KR1020217032957A
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아유미 히구치
유야 아카니시
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

기판 처리 방법은, 드라이 에칭 유래의 변질층이 표면에 형성된 아몰퍼스 실리콘층을 갖는 기판을 수평 상태로 유지하는 공정(단계 S11)과, 변질층에 자외선을 조사함으로써, 변질층을 개질하여 개질층을 생성하는 공정(단계 S12)과, 당해 개질층을 표면에 갖는 아몰퍼스 실리콘층에 약액을 공급하여, 아몰퍼스 실리콘층에 대한 웨트 에칭을 행하는 공정(단계 S13)을 구비한다. 이에 의해, 아몰퍼스 실리콘층의 웨트 에칭을 효율적으로 행할 수 있다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
본 발명은, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
근년, 반도체 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 부른다.)의 패턴의 미세화에 따라, 멀티 패터닝에 의한 패턴 형성이 행해지고 있다. 멀티 패터닝에서는, 기판 상에 형성된 아몰퍼스 실리콘 등의 중간 패턴의 상면 및 측면이, 실리콘 산화물(SiOx) 등의 피복막으로 피복되고, 플라즈마 에칭에 의한 이방성 에칭에 의해, 중간 패턴 상면의 피복막이 제거된다. 그리고, 드라이 에칭에 의해 중간 패턴을 제거함으로써, 중간 패턴 측면을 피복하고 있던 피복막(이른바, 사이드 월)이, 중간 패턴보다 미세한 패턴으로서 잔치(殘置)된다. 그 후, 당해 사이드 월을 마스크로 하여 드라이 에칭이 행해짐으로써, 미세한 패턴이 형성된다.
한편, 일본국 특허공개 2018-19089호 공보(문헌 1)에서는, 기판 상의 폴리실리콘막에 TMAH(수산화테트라메틸암모늄)를 포함하는 약액을 공급함으로써, 당해 폴리실리콘막을 웨트 에칭하는 기술이 개시되어 있다.
그런데, 상술한 멀티 패터닝에서는, 드라이 에칭에 의해 중간 패턴을 제거할 때에, 폴리머형의 잔사가 사이드 월 사이에 남아, 그 후의 성막 공정 및 에칭 공정 등에 있어서, 패턴의 형성 불량을 발생시킬 우려가 있다. 그래서, 기판 상에 약액을 공급하여, 아몰퍼스 실리콘의 중간 패턴을 웨트 에칭에 의해 제거하는 것이 검토되고 있다.
그러나, 웨트 에칭에 의해 아몰퍼스 실리콘의 중간 패턴을 제거하려고 하면, 그 에칭 레이트는, 통상의 아몰퍼스 실리콘의 웨트 에칭에 있어서의 에칭 레이트에 비해 매우 낮아지는 것을 알 수 있었다.
그래서, 본원 발명자는, 예의 연구의 결과, 아몰퍼스 실리콘의 중간 패턴(즉, 아몰퍼스 실리콘층) 제거의 전(前)공정인 플라즈마 에칭 시에, 실리콘 산화물 등의 피복막으로부터 노출된 중간 패턴 상면에 산소나 탄소 등이 입사되고, 당해 입사에 의한 상면의 변질에 기인하여 상기 에칭 레이트의 저하가 발생하고 있다는 지견을 얻었다.
본 발명은, 기판 처리 방법을 위한 것이며, 아몰퍼스 실리콘층의 웨트 에칭을 효율적으로 행하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 바람직한 일 형태에 따른 기판 처리 방법은, a) 드라이 에칭 유래의 변질층이 표면에 형성된 아몰퍼스 실리콘층을 갖는 기판을 수평 상태로 유지하는 공정과, b) 상기 변질층에 자외선을 조사함으로써 상기 변질층을 개질하여 개질층을 생성하는 공정과, c) 상기 개질층을 표면에 갖는 상기 아몰퍼스 실리콘층에 약액을 공급하여 상기 아몰퍼스 실리콘층에 대한 웨트 에칭을 행하는 공정을 구비한다. 이에 의해, 아몰퍼스 실리콘층의 웨트 에칭을 효율적으로 행할 수 있다.
바람직하게는, 상기 드라이 에칭에서는, 플루오로카본계 가스 및 산소 가스를 이용하여 생성된 플라즈마에 의해, 상기 아몰퍼스 실리콘층의 표면에 형성된 피복막의 에칭이 행해진다.
바람직하게는, 상기 아몰퍼스 실리콘층은, 상기 기판에 대한 멀티 패터닝 도중에 형성된 중간 패턴이다. 상기 드라이 에칭에서는, 상기 중간 패턴의 상면 및 측면을 덮는 상기 피복막에 대한 이방성 에칭이 행해짐으로써, 상기 중간 패턴의 상기 상면이 상기 피복막으로부터 노출되고, 상기 중간 패턴의 상기 측면을 덮는 상기 피복막의 측벽이 형성된다. 상기 웨트 에칭에서는, 상기 중간 패턴이 제거되어 상기 측벽이 남는다.
바람직하게는, 상기 자외선의 파장은, 250nm 이하이다.
바람직하게는, 상기 b) 공정에 있어서의 상기 자외선의 적산 조사량은, 1000mJ/cm2 이상이다.
바람직하게는, 상기 b) 공정에 있어서의 상기 자외선의 조사는 저산소 분위기에서 행해진다.
바람직하게는, 상기 b) 공정에 있어서, 상기 기판 상에 있어서의 상기 자외선의 조사 영역이 주사된다. 상기 아몰퍼스 실리콘층 중, 상기 변질층이 두꺼운 영역에 대한 상기 자외선의 적산 조사량은, 상기 변질층이 얇은 영역에 대한 상기 자외선의 적산 조사량보다 크다.
바람직하게는, 상기 c) 공정에 있어서, 상기 기판 상에 있어서의 상기 약액의 토출 위치가 주사된다. 상기 아몰퍼스 실리콘층 중, 상기 개질층이 두꺼운 영역에 대한 상기 약액의 토출 시간은, 상기 개질층이 얇은 영역에 대한 상기 약액의 토출 시간보다 길다.
바람직하게는, 상기 기판 처리 방법은, 상기 b) 공정과 상기 c) 공정 사이에, 상기 아몰퍼스 실리콘층에 다른 약액을 공급하여 상기 아몰퍼스 실리콘층의 표면 자연산화막을 제거하는 공정을 더 구비한다.
본 발명은, 기판 처리 장치를 위한 것이기도 하다. 본 발명의 바람직한 일 형태에 따른 기판 처리 장치는, 드라이 에칭 유래의 변질층이 표면에 형성된 아몰퍼스 실리콘층을 갖는 기판을 수평 상태로 유지하는 기판 유지부와, 상기 변질층에 자외선을 조사함으로써 상기 변질층을 개질하여 개질층을 생성하는 자외선 조사부와, 상기 개질층을 표면에 갖는 상기 아몰퍼스 실리콘층에 약액을 공급하여 상기 아몰퍼스 실리콘층에 대한 웨트 에칭을 행하는 약액 공급부를 구비한다. 이에 의해, 아몰퍼스 실리콘층의 웨트 에칭을 효율적으로 행할 수 있다.
바람직하게는, 상기 드라이 에칭에서는, 플루오로카본계 가스 및 산소 가스를 이용하여 생성된 플라즈마에 의해, 상기 아몰퍼스 실리콘층의 표면에 형성된 피복막의 에칭이 행해진다.
바람직하게는, 상기 아몰퍼스 실리콘층은, 상기 기판에 대한 멀티 패터닝 도중에 형성된 중간 패턴이다. 상기 드라이 에칭에서는, 상기 중간 패턴의 상면 및 측면을 덮는 상기 피복막에 대한 이방성 에칭이 행해짐으로써, 상기 중간 패턴의 상기 상면이 상기 피복막으로부터 노출되고, 상기 중간 패턴의 상기 측면을 덮는 상기 피복막의 측벽이 형성된다. 상기 웨트 에칭에서는, 상기 중간 패턴이 제거되어 상기 측벽이 남는다.
바람직하게는, 상기 자외선의 파장은, 250nm 이하이다.
바람직하게는, 상기 아몰퍼스 실리콘층에 대한 상기 자외선의 적산 조사량은, 1000mJ/cm2 이상이다.
바람직하게는, 상기 아몰퍼스 실리콘층에 대한 상기 자외선의 조사는 저산소 분위기에서 행해진다.
바람직하게는, 상기 기판 처리 장치는, 상기 자외선 조사부를 제어하는 조사 제어부를 더 구비한다. 상기 자외선 조사부는, 상기 기판에 상기 자외선을 조사하는 자외선 램프와, 상기 기판 상에 있어서의 상기 자외선의 조사 영역을 주사하는 조사 영역 주사 기구를 구비한다. 상기 조사 제어부가 상기 자외선 램프 및 상기 조사 영역 주사 기구 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 상기 아몰퍼스 실리콘층 중, 상기 변질층이 두꺼운 영역에 대한 상기 자외선의 적산 조사량이, 상기 변질층이 얇은 영역에 대한 상기 자외선의 적산 조사량보다 크게 된다.
바람직하게는, 상기 기판 처리 장치는, 상기 약액 공급부를 제어하는 공급 제어부를 더 구비한다. 상기 약액 공급부는, 상기 기판에 상기 약액을 토출하는 약액 토출부와, 상기 기판 상에 있어서의 상기 약액의 토출 위치를 주사하는 토출 위치 주사 기구를 구비한다. 상기 공급 제어부가 상기 토출 위치 주사 기구를 제어함으로써, 상기 아몰퍼스 실리콘층 중, 상기 개질층이 두꺼운 영역에 대한 상기 약액의 토출 시간이, 상기 개질층이 얇은 영역에 대한 상기 약액의 토출 시간보다 길게 된다.
바람직하게는, 상기 기판 처리 장치는, 상기 아몰퍼스 실리콘층에 대한 상기 자외선의 조사와 상기 약액의 공급 사이에 있어서, 상기 아몰퍼스 실리콘층에 다른 약액을 공급하여 상기 아몰퍼스 실리콘층의 표면 자연산화막을 제거하는 다른 약액 공급부를 더 구비한다.
상술한 목적 및 다른 목적, 특징, 양태 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 이하에 행하는 이 발명의 상세한 설명에 의해 밝혀진다.
도 1은, 제1의 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 측면도이다.
도 2는, 처리액 공급부를 나타낸 블록도이다.
도 3은, 기판의 상면 근방의 부위를 나타낸 단면도이다.
도 4는, 기판의 상면 근방의 부위를 나타낸 단면도이다.
도 5는, 기판의 상면 근방의 부위를 나타낸 단면도이다.
도 6은, 기판의 처리의 흐름의 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은, 아몰퍼스 실리콘층의 에칭 레이트를 나타낸 도면이다.
도 8은, 기판의 처리의 흐름의 일부를 나타낸 도면이다.
도 9는, 처리액 공급부를 나타낸 블록도이다.
도 10은, 제2의 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 측면도이다.
도 1은, 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 구성을 나타내는 측면도이다. 기판 처리 장치(1)는, 반도체 기판(9)(이하, 간단히 「기판(9)」이라고 한다.)을 1장씩 처리하는 매엽식의 장치이다. 기판 처리 장치(1)는, 기판(9)에 처리액을 공급하여 처리를 행한다. 도 1에서는, 기판 처리 장치(1)의 구성의 일부를 단면으로 나타낸다.
기판 처리 장치(1)는, 기판 유지부(31)와, 기판 회전 기구(33)와, 컵부(4)와, 처리액 공급부(5)와, 제어부(6)와, 자외선 조사부(7)와, 하우징(11)을 구비한다. 기판 유지부(31), 기판 회전 기구(33), 컵부(4) 및 자외선 조사부(7) 등은, 하우징(11)의 내부 공간에 수용된다. 도 1에서는, 하우징(11)을 단면으로 그리고 있다(도 10에 있어서도 동일). 하우징(11)의 천개(天蓋)부에는, 당해 내부 공간에 가스를 공급하여 하방으로 흐르는 기류(이른바, 다운 플로우)를 형성하는 기류 형성부(12)가 설치된다. 기류 형성부(12)로서는, 예를 들면, FFU(팬 필터 유닛)가 이용된다.
제어부(6)는, 하우징(11)의 외부에 배치되고, 기판 유지부(31), 기판 회전 기구(33), 처리액 공급부(5) 및 자외선 조사부(7) 등을 제어한다. 제어부(6)는, 예를 들면, 프로세서와, 메모리와, 입출력부와, 버스를 구비하는 통상의 컴퓨터를 포함한다. 버스는, 프로세서, 메모리 및 입출력부를 접속하는 신호 회로이다. 메모리는, 프로그램 및 각종 정보를 기억한다. 프로세서는, 메모리에 기억되는 프로그램 등에 따라서, 메모리 등을 이용하면서 다양한 처리(예를 들면, 수치 계산)를 실행한다. 입출력부는, 조작자로부터의 입력을 받아들이는 키보드 및 마우스, 프로세서로부터의 출력 등을 표시하는 디스플레이, 및, 프로세서로부터의 출력 등을 송신하는 송신부를 구비한다.
제어부(6)는, 기억부(61)와, 조사 제어부(62)와, 공급 제어부(63)를 구비한다. 기억부(61)는, 주로 메모리에 의해 실현되고, 기판(9)의 처리 레시피 등의 각종 정보를 기억한다. 조사 제어부(62)는, 주로 프로세서에 의해 실현되고, 기억부(61)에 저장되어 있는 처리 레시피 등에 따라서, 자외선 조사부(7) 등을 제어한다. 공급 제어부(63)는, 주로 프로세서에 의해 실현되고, 기억부(61)에 저장되어 있는 처리 레시피 등에 따라서, 처리액 공급부(5) 등을 제어한다.
기판 유지부(31)는, 수평 상태의 기판(9)의 하측의 주면(즉, 하면)과 대향하며, 기판(9)을 하측으로부터 유지한다. 기판 유지부(31)는, 예를 들면, 기판(9)을 기계적으로 지지하는 메커니컬 척이다. 기판 유지부(31)는, 상하 방향을 향하는 중심축(J1)을 중심으로 하여 회전 가능하게 설치된다.
기판 유지부(31)는, 유지부 본체와, 복수의 척 핀을 구비한다. 유지부 본체는, 기판(9)의 하면과 대향하는 대략 원판 형상의 부재이다. 복수의 척 핀은, 유지부 본체의 주연부에서 중심축(J1)을 중심으로 하는 둘레 방향(이하, 간단히 「둘레 방향」이라고도 부른다.)에 대략 등각도 간격으로 배치된다. 각 척 핀은, 유지부 본체의 상면으로부터 상방으로 돌출하고, 기판(9)의 하면의 주연 영역 및 측면에 접촉하여 기판(9)을 지지한다. 또한, 기판 유지부(31)는, 기판(9)의 하면 중앙부를 흡착하여 유지하는 진공 척 등이어도 된다.
기판 회전 기구(33)는, 기판 유지부(31)의 하방에 배치된다. 기판 회전 기구(33)는, 중심축(J1)을 중심으로 하여 기판(9)을 기판 유지부(31)와 더불어 회전시킨다. 기판 회전 기구(33)는, 예를 들면, 회전 샤프트가 기판 유지부(31)의 유지부 본체에 접속된 전동 회전식 모터를 구비한다. 기판 회전 기구(33)는, 중공 모터 등의 다른 구조를 가지고 있어도 된다.
처리액 공급부(5)는, 기판(9)에 복수 종류의 처리액을 개별적으로 공급한다. 당해 복수 종류의 처리액에는, 예를 들면, 후술하는 약액 및 린스액이 포함된다. 처리액 공급부(5)는, 노즐(51)과, 아암(511)과, 노즐 회전 기구(512)를 구비한다. 노즐(51)은, 기판(9)의 상방으로부터 기판(9)의 상측의 주면(이하, 「상면(91)」이라고 한다.)을 향해서 처리액을 공급한다. 노즐(51)은, 예를 들면, 테플론(등록상표) 등의 높은 내약품성을 갖는 수지에 의해 형성된다.
아암(511)은, 대략 수평 방향으로 연장되는 봉 형상의 부재이며, 노즐(51)을 지지한다. 노즐 회전 기구(512)는, 중심축(J1)을 중심으로 하는 경방향(이하, 간단히 「경방향」이라고도 부른다.)에 있어서, 컵부(4)의 외측에 배치된다. 노즐 회전 기구(512)는, 예를 들면, 상하 방향으로 연장되는 회전 샤프트를 갖는 전동 회전식 모터를 구비한다. 당해 회전 샤프트는, 아암(511)의 한쪽의 단부에 접속된다. 노즐 회전 기구(512)는, 상하 방향을 향하는 회전축을 중심으로 하여 아암(511)을 회전시킴으로써, 노즐(51)을 수평 방향으로 이동시켜, 기판(9)의 상방으로부터 컵부(4)의 경방향 외측의 퇴피 위치로 퇴피시킨다.
컵부(4)는, 중심축(J1)을 중심으로 하는 환 형상의 부재이다. 컵부(4)는, 기판(9) 및 기판 유지부(31)의 주위에 있어서 전체 둘레에 걸쳐서 배치되고, 기판(9) 및 기판 유지부(31)의 측방 및 하방을 덮는다. 컵부(4)는, 회전 중의 기판(9)으로부터 주위를 향하여 비산하는 처리액 등의 액체를 받는 수액(受液) 용기이다. 컵부(4)의 내측면은, 예를 들면 발수성 재료에 의해 형성된다. 컵부(4)는, 기판(9)의 회전 및 정지에 상관없이, 둘레 방향에 있어서 정지하고 있다. 컵부(4)의 바닥부에는, 컵부(4)로 받아진 처리액 등을 하우징(11)의 외부로 배출하는 배액포트(도시 생략)가 설치된다. 컵부(4)는, 도 1에 나타내는 기판(9)의 주위의 위치인 처리 위치와, 당해 처리 위치보다 하측의 퇴피 위치 사이를, 도시 생략된 승강기구에 의해 상하 방향으로 이동 가능하다.
컵부(4)는, 도 1에 나타내는 단층 구조와는 달리, 경방향으로 복수의 컵이 적층되는 적층 구조여도 된다. 컵부(4)가 적층 구조를 갖는 경우, 복수의 컵은 각각 독립적으로 상하 방향으로 이동 가능하고, 기판(9)으로부터 비산하는 처리액의 종류에 맞춰, 복수의 컵이 교체되어 처리액의 수액에 사용된다.
도 2는, 기판 처리 장치(1)의 처리액 공급부(5)를 나타내는 블록도이다. 도 2에서는, 처리액 공급부(5) 이외의 구성도 아울러 나타낸다. 처리액 공급부(5)는, 약액 공급부(52)와, 린스액 공급부(53)를 구비한다. 약액 공급부(52)는, 노즐(51)과, 아암(511)(도 1 참조)과, 노즐 회전 기구(512)(도 1 참조)와, 약액 공급원(521)과, 약액 배관(522)을 구비한다. 노즐(51)은, 약액 배관(522)을 통해 약액 공급원(521)에 접속된다. 노즐(51)은, 약액 공급원(521)으로부터 송출된 약액을, 기판(9)의 상면(91)을 향하여 토출하는 약액 토출부이다. 약액은, 기판(9)의 웨트 에칭에 이용되는 에칭액이다. 당해 에칭액은, 예를 들면, 수산화 암모늄(NH4OH) 수용액 등의 알칼리계 에칭액이다.
린스액 공급부(53)는, 상술한 노즐(51)과, 아암(511)과, 노즐 회전 기구(512)와, 린스액 공급원(531)과, 린스액 배관(532)을 구비한다. 노즐(51)은, 린스액 배관(532)을 통해 린스액 공급원(531)에 접속된다. 노즐(51)은, 린스액 공급원(531)으로부터 송출된 린스액을, 기판(9)의 상면(91)을 향하여 토출하는 린스액 토출부이다. 린스액으로서는, 예를 들면, DIW(De-ionized Water), 탄산수, 오존수 또는 수소수 등의 수성 처리액이 이용된다.
상술한 바와 같이, 노즐(51), 아암(511) 및 노즐 회전 기구(512)는, 약액 공급부(52) 및 린스액 공급부(53)에 의해 공유된다. 노즐(51)의 하단에는, 예를 들면, 약액용의 토출구, 및, 린스액용의 토출구가 개별적으로 설치되어 있고, 종류가 상이한 처리액은, 상이한 배관 및 토출구를 통해 기판(9)의 상면(91)에 공급된다. 또, 약액 토출용의 노즐과, 린스액 토출용의 노즐은, 따로 설치되어도 된다.
자외선 조사부(7)는, 자외선 램프(71)와, 램프 승강 기구(72)를 구비한다. 자외선 램프(71)는, 기판(9)의 상방에 배치되는 대략 원판 형상의 램프이다. 램프 승강 기구(72)는, 컵부(4)의 경방향 외측에 배치된다. 램프 승강 기구(72)는, 예를 들면, 전동 리니어 모터, 또는, 볼 나사 및 전동 회전식 모터를 구비한다. 램프 승강 기구(72)는 자외선 램프(71)에 접속되어 있고, 자외선 램프(71)를 상하 방향으로 이동시킨다. 자외선 램프(71)는, 도 1 중에 있어서 실선으로 나타내는 퇴피 위치와, 당해 퇴피 위치보다 하측의 조사 위치(이점쇄선으로 나타낸다.) 사이에서, 상하 방향으로 이동 가능하다. 자외선 램프(71)가 퇴피 위치로부터 조사 위치로 이동할 때에는, 노즐(51)이 노즐 회전 기구(512)에 의해 기판(9)의 상방으로부터 퇴피 위치로 퇴피한다. 자외선 램프(71)는, 당해 조사 위치로부터 기판(9)의 상면(91) 전체를 향하여 자외선을 조사한다.
자외선 램프(71)로서는, 엑시머 램프 또는 저압 수은 램프 등이 이용된다. 자외선 램프(71)로부터 출사되는 자외선의 파장은, 바람직하게는 250nm 이하이며, 보다 바람직하게는 172nm 이하이다. 당해 자외선의 파장의 하한은, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면 120nm 이상이다.
도 3은, 기판(9)의 상면(91) 근방의 부위를 확대하여 나타내는 단면도이다. 도 3에 예시하는 기판(9)에서는, 실리콘 기판 본체(93)의 상면 상에 절연막(94)이 형성되어 있고, 절연막(94)의 상면 상에 질화 티탄(TiN)막(95)이 형성되어 있고, 질화 티탄막(95)의 상면 상에 질화 실리콘막(96)이 형성되어 있다. 절연막(94), 질화 티탄막(95) 및 질화 실리콘막(96)은 각각, 도 3 중에 있어서의 실리콘 기판 본체(93)의 상면 전체 상에 대략 균일한 두께로 설치된다.
질화 실리콘막(96)의 상면 상에는, 아몰퍼스 실리콘층(97)이 형성되어 있다. 아몰퍼스 실리콘층(97)은, 복수의 패턴 요소(971)의 집합인 미세 패턴이다. 아몰퍼스 실리콘층(97)은, 기판(9)에 대한 멀티 패터닝 도중에 형성된 중간 패턴이다. 도 3에서는, 4개의 패턴 요소(971)를 도시하고 있다. 도 3 중에 있어서의 패턴 요소(971)의 좌우 방향의 폭은, 예를 들면 30nm~100nm이다. 패턴 요소인 971의 상하 방향의 높이는, 예를 들면 20nm~100nm이다. 인접하는 패턴 요소(971)의 사이에서는, 질화 실리콘막(96)의 상면이 노출되어 있다.
아몰퍼스 실리콘층(97)의 각 패턴 요소(971)의 측면은, 측벽(981)에 의해 덮혀 있다. 측벽(981)은, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘산 질화물 등에 의해 형성된 박막이다. 도 3 중에 있어서의 측벽(981)의 좌우 방향의 폭은, 패턴 요소(971)의 폭보다 작으며, 예를 들면 10nm~20nm이다. 측벽(981)의 상하 방향의 높이는, 패턴 요소인 971의 높이와 대략 같고, 측벽(981)의 상단 및 하단은, 패턴 요소(971)의 상단 및 하단과 상하 방향의 대략 같은 위치에 위치한다. 패턴 요소(971)의 상면은, 상술한 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘산 질화물 등에 의해 형성된 박막에 의해 덮여 있지 않고, 패턴 요소(971)의 양 측면을 덮는 2개의 측벽(981)으로부터 노출되어 있다.
도 3에 나타내는 기판(9)은, 기판 처리 장치(1)와는 상이한 다른 장치에 있어서 형성된다. 구체적으로는, 우선, 실리콘 기판 본체(93) 상에 절연막(94), 질화 티탄막(95), 질화 실리콘막(96) 및 아몰퍼스 실리콘층(97)(즉, 중간 패턴)이 순서대로 형성되어 있는 상태에서, 도 4에 나타내는 바와 같이, 최상층의 아몰퍼스 실리콘층(97)을 덮는 피복막(98)이 형성된다. 피복막(98)은, 예를 들면, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 실리콘산 질화막이다. 피복막(98)은, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 각 패턴 요소(971)의 상면 및 측면, 및, 각 패턴 요소(971)의 사이로부터 노출되는 질화 실리콘막(96)의 상면을 전면에 걸쳐서 피복한다. 피복막(98)의 형성은, 예를 들면, CVD(Chemical Vapor Deposition:화학적 기상 성장), PVD(Physical Vapor Deposition:물리적 기상 성장), 또는, ALD(원자층 퇴적:Atomic Layer Deposition)에 의해 행해진다.
계속해서, 도 4에 나타내는 피복막(98)에 대해서, 드라이 에칭이 행해진다. 당해 드라이 에칭은, 예를 들면, 플루오로카본계 가스(CxFy) 및 산소 가스를 이용하여 생성된 플라즈마에 의한 플라즈마 에칭이다. 당해 드라이 에칭은, 실질적으로 상하 방향에만 에칭이 진행되는 이방성 에칭이다. 피복막(98)에 대해서 당해 이방성 에칭이 행해짐으로써, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 각 패턴 요소(971)의 상면이 피복막(98)으로부터 노출되고, 인접하는 패턴 요소(971) 간의 질화 실리콘막(96)의 상면도 피복막(98)으로부터 노출된다. 또, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 각 패턴 요소(971)의 측면은, 피복막(98)에 의해 덮힌 상태가 유지된다. 이에 의해, 도 3에 나타내는 기판(9)이 형성된다. 각 패턴 요소(971)의 측면을 덮는 측벽(981)은, 상술한 피복막(98)(도 4 참조) 중 드라이 에칭 시에 잔치된 부위이다.
기판(9)에서는, 당해 드라이 에칭 시에, 피복막(98)으로부터 노출된 각 패턴 요소(971)의 상면(즉, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 실리콘 기판 본체(93)와는 반대측의 표면)에, 산소(O), 탄소(C) 및 불소(F) 등이 입사되어, 도 5에 나타내는 바와 같이, 각 패턴 요소(971)의 상면에 변질층(972)이 형성된다. 도 5에서는, 변질층(972)에, 패턴 요소(971) 중 변질층(972) 이외의 부위와 상이한 평행 사선을 긋는다. 전(前) 공정의 드라이 에칭 유래의 당해 변질층(972)에서는, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 입사된 산소 및 탄소와, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 실리콘이 결합하여 「Si-O 결합」 및 「Si-C 결합」이 형성되어 있다고 생각된다. 그리고, 이들 Si-O 결합 및 Si-C 결합이, 기판 처리 장치(1)에 있어서의 아몰퍼스 실리콘층(97)의 웨트 에칭(후술)을 저해하는 요인이라고 생각된다. 또한, 변질층(972)에서는, Si-O 결합 및 Si-C 결합 중 한쪽만이 형성되어 있을 가능성도 있다.
다음에, 도 6을 참조하면서, 기판 처리 장치(1)에 있어서의 기판(9)의 처리에 대해 설명한다. 기판 처리 장치(1)에서는, 우선, 도 3에 나타내는 아몰퍼스 실리콘층(97) 및 측벽(981)을 갖는 기판(9)이, 도 1에 나타내는 기판 처리 장치(1)에 반입되고, 기판 유지부(31)에 의해 수평 상태로 유지된다(단계 S11). 아몰퍼스 실리콘층(97)의 표면에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 드라이 에칭 유래의 변질층(972)이 형성되어 있다.
계속해서, 조사 제어부(62)에 의해 자외선 조사부(7)가 제어됨으로써, 자외선 램프(71)가, 도 1 중에 있어서 이점쇄선으로 나타내는 조사 위치에 배치되고, 자외선 램프(71)로부터 기판(9)의 상면(91) 전체를 향하여 자외선이 출사된다. 이에 의해, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 변질층(972)에 자외선이 조사된다. 자외선 램프(71)로부터 변질층(972)으로의 자외선의 조사는, 소정 시간 행해진다. 이에 의해, 변질층(972)에 있어서의 Si-O 결합 및 Si-C 결합이 절단된다. 그 결과, 변질층(972)이 개질되어 개질층이 생성된다(단계 S12).
단계 S12에 있어서, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 조사되는 자외선의 파장은,상술한 바와 같이, 250nm 이하인 것이 바람직하다. 파장 250nm 이하의 자외선의 에너지는 478kJ/mol 이상이며, Si-O 결합의 결합 에너지인 443kJ/mol, 및, Si-C 결합의 결합 에너지인 337kJ/mol보다 크다. 이 때문에, 파장 250nm 이하의 자외선을 변질층(972)에 조사함으로써, 변질층(972)의 Si-O 결합 및 Si-C 결합을 적절하게 절단할 수 있다.
단계 S12에 있어서, 자외선 램프(71)로부터 아몰퍼스 실리콘층(97)의 변질층(972)에 조사되는 자외선의 적산 조사량은, 바람직하게는 1000mJ/cm2 이상이다. 당해 적산 조사량의 상한은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면 3000mJ/cm2이다. 적산 조사량은, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 상면에 있어서의 자외선의 조도(mW/cm2)에, 자외선의 조사 시간(sec)을 적산함으로써 구해진다.
단계 S12에 있어서의 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 자외선의 조사는, 바람직하게는, 저산소 분위기에서 행해진다. 보다 바람직하게는, 당해 자외선의 조사는, 산소 농도가 1체적% 이하인 분위기 중에서 행해진다. 당해 저산소 분위기는, 여러가지 방법에 의해 실현되어도 된다. 예를 들면, 기류 형성부(12)로부터 하우징(11)의 내부 공간에 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스가 공급되어, 하우징(11)의 내부 공간이 불활성 가스 분위기가 됨으로써, 상기 저산소 분위기가 실현되어도 된다. 하우징(11)으로의 불활성 가스의 공급은, 기류 형성부(12) 이외의 가스 공급 기구에 의해 행해져도 된다. 또, 자외선 램프(71)와 기판(9) 사이의 공간에만, 당해 공간의 측방 등으로부터 불활성 가스가 공급됨으로써, 상기 자외선의 조사가 저산소 분위기에서 행해져도 된다.
아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 자외선 조사가 종료되면, 램프 승강 기구(72)에 의해, 자외선 램프(71)가 상기 조사 위치로부터 퇴피 위치로 이동된다. 또, 노즐 회전 기구(512)에 의해, 노즐(51)이 퇴피 위치로부터 기판(9)의 상방으로 이동된다. 그리고, 기판 회전 기구(33)에 의한 기판(9)의 회전이 개시되어, 공급 제어부(63)에 의해 약액 공급부(52)가 제어됨으로써, 회전 중의 기판(9)에 대해서 노즐(51)로부터 약액이 공급된다. 구체적으로는, 노즐(51)로부터 기판(9)의 상면(91)의 중앙부를 향하여, 액주(液柱) 형상의 약액이 토출된다. 기판(9) 상에 공급된 약액은, 원심력에 의해 기판(9)의 중앙부로부터 경방향 외방으로 퍼져, 기판(9)의 상면(91) 전체에 부여된다.
당해 약액은, 수산화 암모늄 수용액 등의 에칭액이며, 상기 개질층을 표면에 갖는 아몰퍼스 실리콘층(97)에 약액이 공급됨으로써, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 웨트 에칭이 행해진다(단계 S13). 기판(9) 상에서는, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 각 패턴 요소(971)가 선택적으로 에칭되어 제거되고, 패턴 요소(971)의 측면을 덮는 측벽(981)은 에칭되지 않고, 질화 실리콘막(96) 상에 잔치된다.
기판 처리 장치(1)에서는, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 웨트 에칭이 행해지고 있는 동안, 공급 제어부(63)에 의해 노즐 회전 기구(512)가 구동됨으로써, 노즐(51)이 기판(9)의 상방에서 대략 경방향으로 왕복 이동되어도 된다. 이에 의해, 기판(9)의 전면에 대한 에칭액의 부여의 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 7은, 상술한 웨트 에칭에 있어서의 아몰퍼스 실리콘층(97)의 에칭 레이트를 나타내는 도면이다. 당해 에칭 레이트는, 수산화 암모늄 및 DIW를 1:15의 비율로 혼합하여 제작한 65℃의 수산화 암모늄 수용액을 에칭액으로서 사용했을 경우의 것이다. 도면 중의 실시예 1은, 상술한 개질층이 표면에 형성되어 있는 아몰퍼스 실리콘층(97)의 에칭 레이트를 나타낸다. 실시예 1에서는, 상기 단계 S12에 있어서의 변질층(972)에 대한 자외선의 적산 조사량은, 1000mJ/cm2였다. 또, 비교예 1은, 변질층(972)이 표면에 형성되어 있는 아몰퍼스 실리콘층(97)(즉, 자외선 조사전의 아몰퍼스 실리콘층)의 에칭 레이트를 나타낸다. 비교예 2는, 표면에 변질층(972) 및 개질층이 형성되어 있지 않은 아몰퍼스 실리콘층(97)(즉, 플라즈마 에칭이 실시되지 않은 아몰퍼스 실리콘층)의 에칭 레이트를 나타낸다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 비교예 1의 에칭 레이트는, 변질층(972)에 의해 웨트 에칭이 저해되기 때문에, 비교예 2의 에칭 레이트의 3% 정도로 극히 낮다. 따라서, 비교예 1의 상태에서는, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 웨트 에칭은 실질적으로 행해지지 않았다. 한편, 실시예 1의 에칭 레이트는, 자외선 조사에 의해 변질층(972)이 개질되어 있기 때문에, 비교예 2의 에칭 레이트의 약 43%까지 회복하고 있다. 따라서, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 웨트 에칭을 적절하게 행할 수 있다. 또한, 실시예 1의 에칭 레이트는, 비교예 1의 에칭 레이트의 10배 이상이다.
기판 처리 장치(1)에서는, 노즐(51)로부터의 약액(즉, 에칭액)의 공급이 소정 시간 계속됨으로써, 측벽(981)의 사이로부터 아몰퍼스 실리콘층(97)의 전체 패턴 요소(971)가 제거되고, 기판(9)에 대한 웨트 에칭이 종료된다.
당해 웨트 에칭이 종료되면, 공급 제어부(63)에 의해 린스액 공급부(53)가 제어됨으로써, 회전 중의 기판(9)의 상면(91)에 노즐(51)로부터 린스액이 공급되어, 기판(9)의 린스 처리가 행해진다(단계 S14). 그 후, 린스액의 공급이 정지되고, 기판(9)의 건조 처리가 행해진다(단계 S15). 건조 처리에서는, 기판(9)의 회전 속도가 증대되어, 기판(9) 상에 남아 있는 처리액이, 원심력에 의해 기판(9)의 에지로부터 경방향 외방으로 비산하여, 기판(9) 상으로부터 제거된다. 상술한 단계 S13~S15 중에 기판(9) 상으로부터 경방향 외방으로 비산한 약액 및 린스액 등의 처리액은, 컵부(4)에 의해 받아져, 하우징(11)의 외부로 배출된다. 건조 처리가 종료된 기판(9)은, 기판 처리 장치(1)로부터 반출되고, 후공정을 행하는 다른 장치로 반입된다. 당해 다른 장치에서는, 예를 들면, 측벽(981)을 마스크로서 이용하여, 질화 실리콘막(96)의 드라이 에칭이 행해진다. 기판 처리 장치(1)에서는, 상술한 단계 S11~S15의 처리가, 복수의 기판(9)에 대해서 순차적으로 행해진다.
이상으로 설명한 바와 같이, 상술한 기판 처리 방법은, 드라이 에칭 유래의 변질층(972)이 표면에 형성된 아몰퍼스 실리콘층(97)을 갖는 기판(9)을 수평 상태로 유지하는 공정(단계 S11)과, 변질층(972)에 자외선을 조사함으로써, 변질층(972)을 개질하여 개질층을 생성하는 공정(단계 S12)과, 당해 개질층을 표면에 갖는 아몰퍼스 실리콘층(97)에 약액을 공급하여, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 웨트 에칭을 행하는 공정(단계 S13)을 구비한다.
이에 의해, 변질층(972)에 의해 저하한 아몰퍼스 실리콘층(97)의 에칭 레이트를 증대시킬 수 있다. 그 결과, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 웨트 에칭을 효율적으로 행할 수 있다.
상술한 드라이 에칭에서는, 플루오로카본계 가스 및 산소 가스를 이용하여 생성된 플라즈마에 의해, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 표면에 형성된 피복막(98)의 에칭이 행해지는 것이 바람직하다. 상기 기판 처리 방법에서는, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 자외선 조사에 의해, 변질층(972)에 있어서의 Si-O 결합 및 Si-C 결합을 절단할 수 있기 때문에, Si-O 결합 및 Si-C 결합에 의해 저하한 아몰퍼스 실리콘층(97)의 에칭 레이트를 증대시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 바람직하게는, 아몰퍼스 실리콘층(97)은, 기판(9)에 대한 멀티 패터닝 도중에 형성된 중간 패턴이다. 또, 상기 드라이 에칭에서는, 당해 중간 패턴의 상면 및 측면을 덮는 피복막(98)에 대한 이방성 에칭이 행해짐으로써, 중간 패턴의 상면이 피복막(98)으로부터 노출되고, 중간 패턴의 측면을 덮는 피복막(98)의 측벽(981)이 형성된다. 그리고, 상기 웨트 에칭에서는, 당해 중간 패턴이 제거되어 측벽(981)이 남는다. 상기 기판 처리 방법에서는, 변질층(972)에 대한 자외선 조사에 의해, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 에칭 레이트를 증대시킬 수 있기 때문에, 기판(9)에 대한 상기 멀티 패터닝을 효율적으로 행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 단계 S12에 있어서 변질층(972)에 조사되는 자외선의 파장은, 250nm 이하인 것이 바람직하다. 파장 250nm 이하의 자외선의 에너지는 Si-O 결합의 결합 에너지 및 Si-C 결합의 결합 에너지보다 크기 때문에, 자외선 조사에 의한 변질층(972)의 개질(즉, 변질층(972)에 있어서의 Si-O 결합 및 Si-C 결합의 절단)을 적절하게 행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 단계 S12에 있어서의 자외선의 적산 조사량은, 1000mJ/cm2 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 자외선 조사에 의한 변질층(972)의 개질을 적절하게 행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 단계 S12에 있어서의 자외선의 조사는, 저산소 분위기에서 행해지는 것이 바람직하다. 이에 의해, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 조사되는 도중의 자외선이, 산소에 의해 흡수되는 것을 방지 또는 억제할 수 있다. 그 결과, 자외선 조사에 의한 변질층(972)의 개질을 효율적으로 행할 수 있다.
상술한 기판 처리 장치(1)는, 기판 유지부(31)와, 자외선 조사부(7)와, 약액 공급부(52)를 구비한다. 기판 유지부(31)는, 드라이 에칭 유래의 변질층(972)이 표면에 형성된 아몰퍼스 실리콘층(97)을 갖는 기판(9)을, 수평 상태로 유지한다. 자외선 조사부(7)는, 변질층(972)에 자외선을 조사함으로써, 변질층(972)을 개질하여 개질층을 생성한다. 약액 공급부(52)는, 당해 개질층을 표면에 갖는 아몰퍼스 실리콘층(97)에 약액을 공급하여, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 웨트 에칭을 행한다. 이에 의해, 상기와 마찬가지로, 변질층(972)에 의해 저하한 아몰퍼스 실리콘층(97)의 에칭 레이트를 증대시킬 수 있다. 그 결과, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 웨트 에칭을 효율적으로 행할 수 있다.
기판 처리 장치(1)에 의한 기판(9)의 처리에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 단계 S12에 있어서의 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 자외선의 조사와, 단계 S13에 있어서의 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 약액(즉, 에칭액)의 공급 사이에, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 전처리(단계 S121)가 행해져도 된다. 단계 S121에서는, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대해서, 단계 S13의 약액과는 상이한 다른 약액(예를 들면, 불산(HF))이 공급되고, 이것에 의해, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 표면(즉, 변질층(972)의 상면)의 표면 자연산화막이 제거된다.
이 경우, 기판 처리 장치(1)의 처리액 공급부(5)에는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 약액 공급부(52) 및 린스액 공급부(53)에 더하여, 당해 다른 약액을 기판(9)에 공급하는 다른 약액 공급부(54)가 더 설치된다. 다른 약액 공급부(54)는, 노즐(51)과, 아암(511)(도 1 참조)과, 노즐 회전 기구(512)(도 1 참조)와, 다른 약액 공급원(541)과, 다른 약액 배관(542)을 구비한다. 노즐(51)은, 다른 약액 배관(542)을 통해 다른 약액 공급원(541)에 접속된다. 노즐(51)은, 다른 약액 공급원(541)으로부터 송출된 상기 다른 약액(예를 들면, 농도 0.3%의 상온의 희불산)을, 기판(9)의 상면(91)을 향하여 토출하는 다른 약액 토출부이기도 하다. 또한, 당해 다른 약액을 토출하는 노즐은, 상술한 에칭액 토출용의 노즐과는 따로 설치되어도 된다.
이상으로 설명한 바와 같이, 상술한 기판 처리 방법은, 단계 S12와 단계 S13 사이에, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 다른 약액을 공급하여 아몰퍼스 실리콘층(97)의 표면 자연산화막을 제거하는 공정(단계 S121)을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 웨트 에칭 전에 표면 자연산화막을 제거함으로써, 표면 자연산화막에 의한 에칭 레이트의 저하를 방지 또는 억제할 수 있다. 그 결과, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 웨트 에칭을 더 효율적으로 행할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1a)에 대해 설명한다. 도 10은, 기판 처리 장치(1a)의 구성을 나타내는 측면도이다. 기판 처리 장치(1a)에서는, 도 3에 나타내는 기판(9)에 대해서, 도 1에 나타내는 기판 처리 장치(1)와 대략 같은 처리가 행해져, 아몰퍼스 실리콘층(97)이 웨트 에칭된다.
기판 처리 장치(1a)는, 조사 유닛(14)과, 액처리 유닛(15)과, 제어부(6)와, 하우징(11)을 구비한다. 조사 유닛(14) 및 액처리 유닛(15)은, 1개의 하우징(11)의 내부에 배치된다. 제어부(6)는, 도 1에 나타내는 제어부(6)와 같은 구조를 갖는다. 제어부(6)는, 상술한 바와 같이, 기억부(61)와, 조사 제어부(62)와, 공급 제어부(63)를 구비한다.
조사 유닛(14)은, 제1 기판 유지부(31a)와, 자외선 조사부(7a)를 구비한다. 제1 기판 유지부(31a)는, 도 1에 나타내는 기판 유지부(31)와 대략 같은 구조를 갖고, 수평 상태의 기판(9)을 하측으로부터 유지한다. 또한, 도 10에 나타내는 예에서는, 조사 유닛(14)에는 기판 회전 기구(33)는 설치되어 있지 않고, 제1 기판 유지부(31a)는 회전하지 않는다.
자외선 조사부(7a)는, 자외선 램프(71a)와, 조사 영역 주사 기구(73)를 구비한다. 자외선 램프(71a)는, 도면 중의 지면과 수직인 방향으로 대략 직선상으로 연장되는 대략 봉 형상의 램프이다. 자외선 램프(71a)로부터 출사된 자외선은, 기판(9) 상에 있어서 지면과 수직인 방향으로 대략 직선상으로 연장되는 띠 형상 또는 선 형상의 조사 영역에 조사된다. 당해 조사 영역은, 기판(9)의 상면(91)의 일부이며, 지면과 수직인 방향으로 기판(9)의 상면(91)을 횡단한다. 자외선 램프(71a)로서는, 상술한 자외선 램프(71)와 동일하게, 엑시머 램프 또는 저압 수은 램프 등이 이용된다. 자외선 램프(71a)로부터 출사되는 자외선의 파장은, 바람직하게는 250nm 이하이며, 보다 바람직하게는 172nm 이하이다. 당해 자외선의 파장의 하한은, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면 120nm 이상이다.
조사 영역 주사 기구(73)는, 자외선 램프(71a)를 기판(9)의 상방에 있어서 도면 중의 좌우 방향으로 이동시킴으로써, 기판(9) 상의 조사 영역을 도면 중의 좌우 방향으로 주사한다. 조사 영역 주사 기구(73)는, 예를 들면, 전동 리니어 모터, 또는, 볼 나사 및 전동 회전식 모터를 구비한다. 기판 처리 장치(1a)에서는, 제어부(6)의 조사 제어부(62)가 조사 영역 주사 기구(73)를 제어함으로써, 자외선 램프(71a)의 이동 속도가 제어되어, 기판(9) 상에 있어서의 자외선의 조사 영역의 주사 속도가 제어된다. 또한, 자외선 램프(71a)의 이동 중, 자외선 램프(71a)로부터의 출력은 대략 일정하게 유지된다.
액처리 유닛(15)은, 자외선 조사부(7)가 생략되어 있는 점, 및, 기판 유지부(31)와 동일한 구조를 갖는 제2 기판 유지부(31b)를 구비하는 점을 제외하고, 도 1에 나타내는 기판 처리 장치(1)와 대략 동일한 구조를 갖는다. 이하의 설명에서는, 액처리 유닛(15)에 있어서 기판 처리 장치(1)의 각 구성에 대응하는 구성에 동 부호를 붙인다. 기판 처리 장치(1a)에서는, 제1 기판 유지부(31a) 및 제2 기판 유지부(31b)에 의해, 기판(9)을 수평 상태로 유지하는 기판 유지부(31)가 구성된다.
액처리 유닛(15)에서는, 노즐(51)로부터 기판(9)의 상면(91)에 약액(즉, 에칭액)이 토출될 때에, 노즐 회전 기구(512)에 의해 노즐(51)이 기판(9)의 상방에서 대략 경방향으로 왕복 이동된다. 이에 의해, 기판(9)의 상면(91) 상에 있어서의 약액의 토출 위치가 주사된다. 바꾸어 말하면, 노즐 회전 기구(512)는, 기판(9)의 상면(91) 상에 있어서의 약액의 토출 위치를 주사하는 토출 위치 주사 기구이다. 기판 처리 장치(1a)에서는, 제어부(6)의 공급 제어부(63)가 노즐 회전 기구(512)를 제어함으로써, 노즐(51)의 이동 속도가 제어되어, 기판(9) 상에 있어서의 약액의 토출 위치의 주사 속도가 제어된다.
기판 처리 장치(1a)에 있어서의 기판(9)의 처리의 흐름은, 도 6에 나타내는 단계 S11~S15와 대략 동일하다. 기판 처리 장치(1a)에 있어서의 기판(9)의 처리에서는, 우선, 도 3에 나타내는 아몰퍼스 실리콘층(97) 및 측벽(981)을 갖는 기판(9)이, 기판 처리 장치(1a)에 반입되고, 조사 유닛(14)의 제1 기판 유지부(31a)에 의해 수평 상태로 유지된다(단계 S11). 아몰퍼스 실리콘층(97)의 표면에는, 상술한 바와 같이, 드라이 에칭 유래의 변질층(972)(도 5 참조)이 형성되어 있다.
계속해서, 조사 제어부(62)에 의해 조사 유닛(14)의 자외선 조사부(7a)가 제어됨으로써, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 변질층(972)에 대한 자외선의 조사가 행해진다. 구체적으로는, 자외선 램프(71a)로부터 자외선이 출사되어, 기판(9)의 상면(91) 상에 있어서 대략 직선상으로 연장되는 조사 영역에 조사된다. 그리고, 조사 영역 주사 기구(73)에 의해, 자외선 램프(71a)가 기판(9)의 상방에서 도면 중의 좌측에서 우측으로 주사됨으로써, 기판(9)의 상면(91) 전체에 대한 자외선의 조사가 행해진다. 이에 의해, 변질층(972)에 있어서의 Si-O 결합 및 Si-C 결합이 절단 되어 변질층(972)이 개질되어, 상술한 개질층이 생성된다(단계 S12).
단계 S12에 있어서, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 조사되는 자외선의 파장은, 상술한 바와 같이, 250nm 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 자외선 조사에 의한 변질층(972)의 개질(즉, 변질층(972)에 있어서의 Si-O 결합 및 Si-C 결합의 절단)을 적절하게 행할 수 있다. 단계 S12에 있어서, 자외선 램프(71a)로부터 아몰퍼스 실리콘층(97)의 변질층(972)에 조사되는 자외선의 적산 조사량은, 상기와 동일하게, 1000mJ/cm2 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 자외선 조사에 의한 변질층(972)의 개질을 적절하게 행할 수 있다.
단계 S12에 있어서의 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 자외선의 조사는, 바람직하게는, 저산소 분위기에서 행해진다. 이에 의해, 상기와 동일하게, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 조사되는 도중의 자외선이, 산소에 의해 흡수되는 것을 방지 또는 억제할 수 있다. 그 결과, 자외선 조사에 의한 변질층(972)의 개질을 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 단계 S12에서는, 자외선 램프(71a)가 기판(9)의 상방에서 좌우 방향으로 왕복함으로써, 기판(9)에 대해서 복수 회의 자외선의 주사가 행해져도 된다.
단계 S12가 종료되면, 로봇 핸드 등의 반송 기구(도시 생략)에 의해, 기판(9)이 조사 유닛(14)으로부터 액처리 유닛(15)으로 반송되고, 액처리 유닛(15)의 제2 기판 유지부(31b)에 의해 수평 상태로 유지된다. 계속해서, 기판 회전 기구(33)에 의한 기판(9)의 회전이 개시되어, 공급 제어부(63)에 의해 약액 공급부(52)(도 2 참조)가 제어됨으로써, 회전 중의 기판(9)에 대해서 노즐(51)로부터 약액(즉, 에칭액)이 공급된다. 상술한 바와 같이, 노즐(51)은, 노즐 회전 기구(512)에 의해 기판(9)의 상방에서 대략 경방향으로 왕복 이동되어, 기판(9)의 상면(91) 상에 있어서의 약액의 토출 위치가 주사된다. 그리고, 상기 개질층을 표면에 갖는 아몰퍼스 실리콘층(97)에 약액이 공급됨으로써, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 웨트 에칭이 행해진다(단계 S13).
당해 웨트 에칭이 종료되면, 회전 중의 기판(9)의 상면(91)에 노즐(51)로부터 린스액이 공급되어, 기판(9)의 린스 처리가 행해진다(단계 S14). 그 후, 린스액의 공급이 정지되고, 기판(9)의 건조 처리가 행해진다(단계 S15). 기판 처리 장치(1a)에서는, 상술한 단계 S11~S15의 처리가, 복수의 기판(9)에 대해서 순차적으로 행해진다. 또한, 기판 처리 장치(1a)에 있어서도, 단계 S12와 단계 S13 사이에, 상술한 단계 S121(도 8 참조)이 행해져도 된다.
기판 처리 장치(1a)에서는, 도 1에 나타내는 기판 처리 장치(1)와 동일하게, 변질층(972)에 의해 저하한 아몰퍼스 실리콘층(97)의 에칭 레이트를 증대시킬 수 있다. 구체적으로는, 변질층(972)에 있어서의 Si-O 결합 및 Si-C 결합을 절단함으로써, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 에칭 레이트를 증대시킬 수 있다. 이에 의해, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 웨트 에칭을 효율적으로 행할 수 있다. 그 결과, 기판(9)에 대한 상기 멀티 패터닝을 효율적으로 행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 기판 처리 장치(1a)에서는, 단계 S12에 있어서, 기판(9) 상에 있어서의 자외선의 조사 영역이 주사된다. 이 때, 바람직하게는, 조사 제어부(62)에 의해 조사 영역 주사 기구(73)가 제어됨으로써, 아몰퍼스 실리콘층(97) 중 변질층(972)이 두꺼운 영역에 대한 자외선의 조사 영역의 주사 속도가, 변질층(972)이 얇은 영역에 대한 자외선의 조사 영역의 주사 속도보다 작게 된다. 이에 의해, 아몰퍼스 실리콘층(97) 중, 변질층(972)이 두꺼운 영역에 대한 자외선의 적산 조사량이, 변질층(972)이 얇은 영역에 대한 자외선의 적산 조사량보다 크게 된다. 그 결과, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 전체에 있어서의 변질층(972)의 개질의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 당해 개질의 균일성 향상은, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 전체에 있어서의 에칭 레이트의 균일성 향상에 의해 확인할 수 있다.
기판 처리 장치(1a)에서는, 조사 제어부(62)에 의해 자외선 램프(71a)의 출력이 제어되어, 변질층(972)이 두꺼운 영역에 대한 자외선의 조도가, 변질층(972)이 얇은 영역에 대한 자외선의 조도보다 크게 되어도 된다. 이 경우, 자외선의 조사 영역의 주사 속도를 일정하게 유지하면서, 아몰퍼스 실리콘층(97) 중, 변질층(972)이 두꺼운 영역에 대한 자외선의 적산 조사량을, 변질층(972)이 얇은 영역에 대한 자외선의 적산 조사량보다 크게 할 수 있다. 그 결과, 상기와 동일하게, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 전체에 있어서의 변질층(972)의 개질의 균일성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 기판 처리 장치(1a)에서는, 단계 S13에 있어서, 기판(9) 상에 있어서의 약액의 토출 위치가 주사된다. 이 때, 바람직하게는, 공급 제어부(63)에 의해 노즐 회전 기구(512)(즉, 토출 위치 주사 기구)가 제어됨으로써, 아몰퍼스 실리콘층(97) 중 변질층(972)이 두꺼운 영역에 대한 약액의 토출 위치의 주사 속도가, 변질층(972)이 얇은 영역에 대한 약액의 토출 위치의 주사 속도보다 작게 된다. 이에 의해, 아몰퍼스 실리콘층(97) 중, 변질층(972)이 두꺼운 영역에 대한 약액의 토출 시간이, 변질층(972)이 얇은 영역에 대한 약액의 토출 시간보다 길게 된다. 그 결과, 아몰퍼스 실리콘층(97)의 전체에 있어서의 웨트 에칭의 균일성(예를 들면, 웨트 에칭의 진행 속도의 균일성)을 향상시킬 수 있다.
상술한 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치(1, 1a)에서는, 여러가지 변경이 가능하다.
예를 들면, 단계 S12에 있어서의 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 자외선 조사는, 반드시 저산소 분위기에서 행해질 필요는 없고, 예를 들면 대기 분위기에서 행해져도 된다.
단계 S12에서는, 변질층(972)의 종류나 두께 등에 맞추어, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 자외선의 적산 조사량은 적절히 변경되어도 된다. 예를 들면, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 자외선의 적산 조사량은, 1000mJ/cm2 미만이어도 된다.
단계 S12에서는, 변질층(972)의 종류나 두께 등에 맞추어, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 조사되는 자외선의 파장도 적절히 변경되어도 된다. 예를 들면, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 조사되는 자외선의 파장은, 250nm보다 길어도 된다.
기판 처리 장치(1, 1a)에 있어서 처리되는 기판(9)의 아몰퍼스 실리콘층(97)은, 반드시 기판(9)에 대한 멀티 패터닝 도중에 형성된 중간 패턴일 필요는 없고, 멀티 패터닝 이외의 처리가 실시된 아몰퍼스 실리콘층이어도 된다.
기판 처리 장치(1, 1a)에 있어서 개질되는 변질층(972)은, 반드시 플루오로카본계 가스 및 산소 가스를 이용하여 생성된 플라즈마에 의한 플라즈마 에칭 시에 형성된 것에는 한정되지 않고, 다른 처리에 의해 아몰퍼스 실리콘층(97)의 표면이 변질된 것이어도 된다.
기판 처리 장치(1)에서는, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 자외선의 조사는, 도 10에 나타내는 자외선 조사부(7a)에 의해 행해져도 된다. 또, 기판 처리 장치(1a)에서는, 아몰퍼스 실리콘층(97)에 대한 자외선의 조사는, 도 1에 나타내는 자외선 조사부(7)에 의해 행해져도 된다. 또, 기판 처리 장치(1a)에서는, 조사 유닛(14)과 액처리 유닛(15)은 상이한 하우징에 수용되어도 된다.
상술한 기판 처리 장치(1)는, 반도체 기판 이외에, 액정 표시 장치 또는 유기 EL(Electro Luminescence) 표시 장치 등의 평면 표시 장치(Flat Panel Display)에 사용되는 유리 기판, 혹은, 다른 표시 장치에 사용되는 유리 기판의 처리에 이용되어도 된다. 또, 상술한 기판 처리 장치(1)는, 광 디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판 및 태양 전지용 기판 등의 처리에 이용되어도 된다.
상기 실시의 형태 및 각 변형예에 있어서의 구성은, 서로 모순되지 않는 한 적절히 조합되어도 된다.
발명을 상세하게 묘사하여 설명했지만, 기술한 설명은 예시적이며 한정적인 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한, 다수의 변형이나 양태가 가능하다고 할 수 있다.
1, 1a 기판 처리 장치
7, 7a 자외선 조사부
9 기판
31 기판 유지부
31a 제1 기판 유지부
31b 제2 기판 유지부
51 노즐
52 약액 공급부
54 다른 약액 공급부
62 조사 제어부
63 공급 제어부
71, 71a 자외선 램프
73 조사 영역 주사 기구
97 아몰퍼스 실리콘층
98 피복막
512 노즐 회전 기구
972 변질층
981 측벽
S11~S15 단계

Claims (18)

  1. 기판 처리 방법으로서,
    a) 드라이 에칭 유래의 변질층이 표면에 형성된 아몰퍼스 실리콘층을 갖는 기판을 수평 상태로 유지하는 공정과,
    b) 상기 변질층에 자외선을 조사함으로써 상기 변질층을 개질하여 개질층을 생성하는 공정과,
    c) 상기 개질층을 표면에 갖는 상기 아몰퍼스 실리콘층에 약액을 공급하여 상기 아몰퍼스 실리콘층에 대한 웨트 에칭을 행하는 공정
    을 구비하는, 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 드라이 에칭에서는, 플루오로카본계 가스 및 산소 가스를 이용하여 생성된 플라즈마에 의해, 상기 아몰퍼스 실리콘층의 표면에 형성된 피복막의 에칭이 행해지는, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 아몰퍼스 실리콘층은, 상기 기판에 대한 멀티 패터닝 도중에 형성된 중간 패턴이며,
    상기 드라이 에칭에서는, 상기 중간 패턴의 상면 및 측면을 덮는 상기 피복막에 대한 이방성 에칭이 행해짐으로써, 상기 중간 패턴의 상기 상면이 상기 피복막으로부터 노출되고, 상기 중간 패턴의 상기 측면을 덮는 상기 피복막의 측벽이 형성되고,
    상기 웨트 에칭에서는, 상기 중간 패턴이 제거되어 상기 측벽이 남는, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자외선의 파장은 250nm 이하인, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 b) 공정에 있어서의 상기 자외선의 적산 조사량은 1000mJ/cm2 이상인, 기판 처리 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 b) 공정에 있어서의 상기 자외선의 조사는 저산소 분위기에서 행해지는, 기판 처리 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 b) 공정에 있어서, 상기 기판 상에 있어서의 상기 자외선의 조사 영역이 주사되고,
    상기 아몰퍼스 실리콘층 중, 상기 변질층이 두꺼운 영역에 대한 상기 자외선의 적산 조사량은, 상기 변질층이 얇은 영역에 대한 상기 자외선의 적산 조사량보다 큰, 기판 처리 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 c) 공정에 있어서, 상기 기판 상에 있어서의 상기 약액의 토출 위치가 주사되고,
    상기 아몰퍼스 실리콘층 중, 상기 개질층이 두꺼운 영역에 대한 상기 약액의 토출 시간은, 상기 개질층이 얇은 영역에 대한 상기 약액의 토출 시간보다 긴, 기판 처리 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 b) 공정과 상기 c) 공정 사이에, 상기 아몰퍼스 실리콘층에 다른 약액을 공급하여 상기 아몰퍼스 실리콘층의 표면 자연산화막을 제거하는 공정을 더 구비하는, 기판 처리 방법.
  10. 기판 처리 장치로서,
    드라이 에칭 유래의 변질층이 표면에 형성된 아몰퍼스 실리콘층을 갖는 기판을 수평 상태로 유지하는 기판 유지부와,
    상기 변질층에 자외선을 조사함으로써 상기 변질층을 개질하여 개질층을 생성하는 자외선 조사부와,
    상기 개질층을 표면에 갖는 상기 아몰퍼스 실리콘층에 약액을 공급하여 상기 아몰퍼스 실리콘층에 대한 웨트 에칭을 행하는 약액 공급부
    를 구비하는, 기판 처리 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 드라이 에칭에서는, 플루오로카본계 가스 및 산소 가스를 이용하여 생성된 플라즈마에 의해, 상기 아몰퍼스 실리콘층의 표면에 형성된 피복막의 에칭이 행해지는, 기판 처리 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 아몰퍼스 실리콘층은, 상기 기판에 대한 멀티 패터닝 도중에 형성된 중간 패턴이며,
    상기 드라이 에칭에서는, 상기 중간 패턴의 상면 및 측면을 덮는 상기 피복막에 대한 이방성 에칭이 행해짐으로써, 상기 중간 패턴의 상기 상면이 상기 피복막으로부터 노출되고, 상기 중간 패턴의 상기 측면을 덮는 상기 피복막의 측벽이 형성되고,
    상기 웨트 에칭에서는, 상기 중간 패턴이 제거되어 상기 측벽이 남는, 기판 처리 장치.
  13. 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자외선의 파장은 250nm 이하인, 기판 처리 장치.
  14. 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아몰퍼스 실리콘층에 대한 상기 자외선의 적산 조사량은 1000mJ/cm2 이상인, 기판 처리 장치.
  15. 청구항 10 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아몰퍼스 실리콘층에 대한 상기 자외선의 조사는 저산소 분위기에서 행해지는, 기판 처리 장치.
  16. 청구항 10 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자외선 조사부를 제어하는 조사 제어부를 더 구비하고,
    상기 자외선 조사부는,
    상기 기판에 상기 자외선을 조사하는 자외선 램프와,
    상기 기판 상에 있어서의 상기 자외선의 조사 영역을 주사하는 조사 영역 주사 기구
    를 구비하고,
    상기 조사 제어부가 상기 자외선 램프 및 상기 조사 영역 주사 기구 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 상기 아몰퍼스 실리콘층 중, 상기 변질층이 두꺼운 영역에 대한 상기 자외선의 적산 조사량이, 상기 변질층이 얇은 영역에 대한 상기 자외선의 적산 조사량보다 크게 되는, 기판 처리 장치.
  17. 청구항 10 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 약액 공급부를 제어하는 공급 제어부를 더 구비하고,
    상기 약액 공급부는,
    상기 기판에 상기 약액을 토출하는 약액 토출부와,
    상기 기판 상에 있어서의 상기 약액의 토출 위치를 주사하는 토출 위치 주사 기구
    를 구비하고,
    상기 공급 제어부가 상기 토출 위치 주사 기구를 제어함으로써, 상기 아몰퍼스 실리콘층 중, 상기 개질층이 두꺼운 영역에 대한 상기 약액의 토출 시간이, 상기 개질층이 얇은 영역에 대한 상기 약액의 토출 시간보다 길게 되는, 기판 처리 장치.
  18. 청구항 10 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아몰퍼스 실리콘층에 대한 상기 자외선의 조사와 상기 약액의 공급 사이에 있어서, 상기 아몰퍼스 실리콘층에 다른 약액을 공급하여 상기 아몰퍼스 실리콘층의 표면 자연산화막을 제거하는 다른 약액 공급부를 더 구비하는, 기판 처리 장치.
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