KR20230133191A - 에칭 방법, 및 에칭 장치 - Google Patents

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KR20230133191A
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가즈키 니시하라
유야 아카니시
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

(과제) 에칭 처리의 효율을 높인다.
(해결 수단) 에칭 방법은, 기판을 수용하는 처리실 내를 감압 상태로 하는 공정과, 감압 상태로 하는 공정 후, 수증기를 처리실 내에 공급하는 공정과, 감압 상태로 하는 공정 후, 불화수소를 포함하는 에칭 가스를 처리실 내에 공급하여 기판에 형성된 피복막을 에칭하는 공정과, 수증기를 공급하는 공정에 있어서, 적외 분광법으로 기판에 있어서의 O-H 신축 진동을 검출하는 공정을 구비하고, 피복막을 에칭하는 공정이, 미리 정해진 임계값 이상의 O-H 신축 진동이 기판에 있어서 검출되었을 경우에 실시된다.

Description

에칭 방법, 및 에칭 장치{ETCHING METHOD AND ETCHING APPARATUS}
본원 명세서에 개시되는 기술은, 기판의 에칭 기술에 관한 것이다. 처리 대상이 되는 기판에는, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치용 유리 기판, 유기 EL (electroluminescence) 표시 장치 등의 flat panel display (FPD) 용 기판, 광 디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광 자기 디스크용 기판, 포토마스크용 유리 기판, 세라믹 기판, 전계 방출 디스플레이 (field emission display, 즉, FED) 용 기판, 또는, 태양 전지용 기판 등이 포함된다.
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 기판 상에 형성된 피복막을 에칭하는 공정이 포함된다. 기판 상에 형성되는 피복막으로는, 예를 들어, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등이 있다.
종래, 예를 들어, 실리콘 산화막의 에칭에는, 불화수소산을 베이스로 하는 웨트 에칭이 채용되어 왔다. 그러나, 반도체 디바이스의 고집적화에 수반하여 형성하는 패턴이 미세화되면, 웨트 에칭에서는 물의 표면 장력에 의해 패턴이 도괴하는 문제 등이 발생하여 왔다.
그래서, 불산 베이퍼를 사용하는 기상 에칭 기술 또는 무수 불화수소 가스를 사용하는 기상 에칭 기술이 채용되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 을 참조).
일본 특허공보 6782140호
상기의 기상 에칭 기술에 있어서는, 불화수소 가스가 물에 녹음으로써 불소 이온이 생성되고, 당해 불소 이온이 에칭에 기여한다.
그 때문에, 에칭 처리시에는, 기판의 상면에 충분한 수분 (수증기 등) 이 존재하고 있는 것이 바람직하다. 한편으로, 기판의 상면에 수분을 공급하기 위한 공정 (예를 들어, 수증기의 공급 공정) 이 길어지면, 에칭 처리 전체에 걸리는 시간이 길어져, 처리 효율이 저하되어 버린다. 그 때문에, 기판의 상면에 충분한 수분을 유지하면서, 에칭 처리의 효율을 높이는 것이 요망된다.
본원 명세서에 개시되는 기술은, 이상에 기재된 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 에칭 처리의 효율을 높이기 위한 기술이다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 제 1 양태인 에칭 방법은, 기판에 형성된 실리콘을 포함하는 피복막을 에칭하는 에칭 방법으로서, 상기 기판을 수용하는 처리실 내를 감압 상태로 하는 공정과, 상기 감압 상태로 하는 공정 후, 수증기를 상기 처리실 내에 공급하는 공정과, 상기 감압 상태로 하는 공정 후, 불화수소를 포함하는 에칭 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판에 형성된 상기 피복막을 에칭하는 공정과, 상기 수증기를 공급하는 공정에 있어서, 적외 분광법으로 상기 기판에 있어서의 O-H 신축 진동을 검출하는 공정을 구비하고, 상기 피복막을 에칭하는 공정이, 미리 정해진 임계값 이상의 상기 O-H 신축 진동이 상기 기판에 있어서 검출되었을 경우에 실시된다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 제 2 양태인 에칭 방법은, 제 1 양태인 에칭 방법에 관련되며, 상기 피복막을 에칭하는 공정 후, 수증기를 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판을 세정하는 공정을 추가로 구비한다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 제 3 양태인 에칭 방법은, 제 1 또는 2 의 양태인 에칭 방법에 관련되며, 상기 O-H 신축 진동을 검출하는 공정이, 상기 O-H 신축 진동에 대응하는 파수의 스펙트럼의 피크의 높이를 검출하는 공정이다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 제 4 양태인 에칭 장치는, 기판에 형성된 실리콘을 포함하는 피복막을 에칭하는 에칭 장치로서, 상기 기판을 수용하는 처리실 내를 감압 상태로 하는 감압 펌프와, 불화수소를 포함하는 에칭 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 에칭 가스 공급부와, 수증기를 상기 처리실 내에 공급하는 수증기 공급부와, 적외 분광법으로 상기 기판에 있어서의 O-H 신축 진동을 검출하는 검출부와, 적어도, 상기 에칭 가스 공급부, 상기 수증기 공급부 및 상기 검출부의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부가, 상기 감압 상태의 상기 처리실 내에 상기 수증기가 공급되도록 상기 수증기 공급부를 제어하고, 상기 수증기가 공급된 상기 처리실 내에 있어서 상기 O-H 신축 진동이 검출되도록 상기 검출부를 제어하고, 미리 정해진 임계값 이상의 상기 O-H 신축 진동이 검출되었을 경우에 상기 감압 상태의 상기 처리실 내에 상기 에칭 가스가 공급되도록, 상기 에칭 가스 공급부를 제어한다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 제 5 양태인 에칭 장치는, 제 4 양태인 에칭 장치에 관련되며, 상기 검출부가, 상기 기판의 하방에 배치되는 광원과, 상기 기판의 상방에 배치되고, 또한, 상기 광원으로부터 출력되는 광을 수광하는 수광부를 구비하고, 상기 기판의 상방에 배치되고, 또한, 복수의 개구가 형성된 판부를 추가로 구비하고, 상기 광원으로부터 출력되는 상기 광이, 상기 판부에 있어서의 상기 개구를 통하여 상기 수광부에 수광된다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 적어도 제 1, 4 의 양태에 의하면, 에칭 처리를 실시하기 전의 기판의 상면에 있어서의 수증기의 양을 검출함으로써, 적절한 타이밍에 에칭 처리를 실시할 수 있다. 따라서, 에칭 처리를 실시할 때까지의 대기 시간을 필요 최소한으로 함과 함께, 에칭 처리의 효율을 높일 수 있다.
또, 본원 명세서에 개시되는 기술에 관련되는 목적과 특징과 국면과 이점은, 이하에 나타내는 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 더욱 명백해진다.
도 1 은, 실시형태에 관한 에칭 장치의 구성의 예를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 2 는, 실시형태에 관한 에칭 장치의 동작의 예를 나타내는 플로 차트이다.
도 3 은, 수증기가 기판에 공급되는 처리를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 4 는, 에칭 처리를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 5 는, 기판의 에칭 처리의 개시 동작의 예를 나타내는 플로 차트이다.
도 6 은, O-H 신축 진동을 나타내는 적외 흡수 스펙트럼을 개념적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하면서 실시형태에 대해 설명한다. 이하의 실시형태에서는, 기술의 설명을 위해 상세한 특징 등도 나타내지만, 그것들은 예시이며, 실시형태가 실시 가능해지기 위해 그것들 모든 것이 반드시 필수의 특징은 아니다.
또한, 도면은 개략적으로 나타내는 것으로, 설명의 편의를 위해서, 적절히 구성의 생략, 또는, 구성의 간략화 등이 도면에 있어서 이루어지는 것이다. 또, 상이한 도면에 각각 나타내는 구성 등의 크기 및 위치의 상호 관계는, 반드시 정확하게 기재되는 것은 아니고, 적절히 변경될 수 있는 것이다. 또, 단면도가 아닌 평면도 등의 도면에 있어서도, 실시형태의 내용을 이해하는 것을 용이하게 하기 위해, 해칭이 부여되는 경우가 있다.
또, 이하에 나타내는 설명에서는, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 도시하고, 그것들 명칭과 기능에 대해서도 동일한 것으로 한다. 따라서, 그것들에 대한 상세한 설명을, 중복을 피하기 위해서 생략하는 경우가 있다.
또, 본원 명세서에 기재되는 설명에 있어서, 어느 구성 요소를「구비한다」,「포함한다」또는「갖는다」등으로 기재하는 경우, 특별히 언급하지 않는 한, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
또, 본원 명세서에 기재되는 설명에 있어서,「제 1」또는「제 2」등의 서수가 사용되는 경우가 있어도, 이들의 용어는, 실시형태의 내용을 이해하는 것을 용이하게 하기 위해서 편의상 사용되는 것으로, 실시형태의 내용은 이들의 서수에 의해 발생할 수 있는 순서 등에 한정되는 것은 아니다.
또, 본원 명세서에 기재되는 설명에 있어서,「상」,「하」,「좌」,「우」,「측」,「바닥」,「앞」또는「뒤」등의 특정한 위치 또는 방향을 의미하는 용어가 사용되는 경우가 있더라도, 이들의 용어는, 실시형태의 내용을 이해하는 것을 용이하게 하기 위해서 편의상 사용되는 것으로, 실시형태가 실제로 실시될 때의 위치 또는 방향과는 관계하지 않는 것이다.
< 실시형태＞
이하, 본 실시형태에 관한 에칭 방법, 및 에칭 장치에 대해 설명한다.
< 에칭 장치의 구성에 대해＞
도 1 은, 본 실시형태에 관한 에칭 장치 (1) 의 구성의 예를 개략적으로 나타내는 측면도이다. 에칭 장치 (1) 는, 반도체 웨이퍼 등의 기판 (W) 을 1 장씩 처리하는 매엽식의 에칭 장치이다.
본 실시형태에 있어서, 에칭 대상이 되는 실리콘을 포함하는 피복막은 실리콘 산화막인 것으로 하지만, 피복막은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 실리콘 질화막 등이어도 된다. 또, 실리콘 산화막에 대해서도, 열산화에 의해 형성되는 열실리콘 산화막이어도 되고, 화학 기상 퇴적 (chemical vapor deposition, 즉, CVD) 법을 사용하여 얻어지는 TEOS (Tetra Ethoxy Silane) 막, CVD 법으로 얻어지는 BSG (Boron Silicate Glass) 막, PSG (Phospho Silicate Glass) 막, BPSG (Boron doped Phospho Silicate Glass) 막 등의 불순물을 많이 포함하는 실리콘 산화막 등이어도 된다.
도 1 에 예가 나타내는 바와 같이, 에칭 장치 (1) 는, 기판 (W) 을 처리하는 챔버 등인 처리실 (2) 과, 에칭 장치 (1) 에 구비된 장치의 동작 또는 밸브의 개폐 등을 제어하는 제어부 (3) 를 구비하고 있다. 제어부 (3) 는, 입력된 정보에 기초하여 소정의 판단을 실시하는 판단부 (31) 와, 입력된 정보, 판단부 (31) 에 있어서의 판단의 결과, 및 판단부 (31) 로부터 출력된 정보 등을 기억하는 기억부 (32) 를 구비한다.
처리실 (2) 은, 예를 들어, 원통 형상을 이루고, 내부에 기판 (W) 을 처리하는 처리 공간을 갖는다. 처리실 (2) 내에는 기판 (W) 을 대략 수평 자세로 유지하는 기판 홀더 (4) 가 설치되어 있다. 기판 (W) 이 도시하지 않은 반송계에 의해 처리실 (2) 내로 반송되고, 또한 기판 홀더 (4) 에 재치된다.
처리실 (2) 내에는, 기판 (W) 을 유지하는 기판 홀더 (4) 와, 기판 (W) 을 가열하기 위해서 기판 홀더 (4) 에 내장된 가열 기구 (5) 와, 처리실 (2) 내의 기판 홀더 (4) 의 상방에 위치하는 가스 분산판 (6) 과, 처리실 (2) 내를 감압하기 위해서 처리실 (2) 에 연통되어 접속된 배기 배관 (7) 과, 처리실 (2) 에 연결된 압력 센서 (10) 와, 처리실 (2) 의 상부에 연통되어 접속되는 배관 (11) (혼합 가스 배관) 이 형성된다.
기판 홀더 (4) 는, 기판 (W) 을 척핀 등으로 유지하는 것이어도 되고, 기판 홀더 (4) 의 상면에 기판 (W) 을 흡착하는 것이어도 된다.
기판 (W) 은, 기판 홀더 (4) 에 내장된 가열 기구 (5) 에 의해 30 ℃ 내지 200 ℃ 의 범위의 소정의 온도로 가열된다. 가열 기구 (5) 로는, 예를 들어, 저항 가열식의 전기 히터가 상정된다.
가스 분산판 (6) 에는, 복수의 개구 (61) 가 형성되고, 또한, 처리실 (2) 내의 상부와 하부를 분리하도록 기판 (W) 의 상방에 형성된다. 배관 (11) 으로부터 공급되는 가스는, 가스 분산판 (6) 의 복수의 개구 (61) 를 통하여 분산되고, 가스 분산판 (6) 의 하방에 추가로 공급된다. 본 실시형태에서는, 가스 분산판 (6) 에는, 내경이 0.1 ㎜ 인 개구 (61) 가, 5 ㎜ 간격으로 복수 형성되어 있다. 또한, 개구의 내경 및 간격은 이것에 한정되는 것은 아니다. 또, 가스 분산판 (6) 은, 복수단 설치되어 있어도 된다.
압력 센서 (10) 는, 처리실 (2) 내의 압력 (진공도) 을 측정하는 센서이고, 압력의 측정 결과를, 유선 또는 무선의 통신 수단에 의해 제어부 (3) 에 출력할 수 있다.
배기 배관 (7) 에는, 제어 밸브 (21) 와, 제어 밸브 (21) 의 하류에 위치하는 APC (Auto Pressure Controller) 밸브 (9) 와, APC 밸브 (9) 의 하류에 위치하고, 또한, 배기 배관 (7) 을 통하여 처리실 (2) 내를 감압하는 감압 펌프 (8) 가 형성된다. APC 밸브 (9) 는, 처리실 (2) 로부터의 배기 유량을 조정함으로써 처리실 (2) 내의 압력을 조절한다. 제어부 (3) 에 있어서의 판단부 (31) 가, 압력 센서 (10) 로 측정된 처리실 (2) 내의 압력이 원하는 압력이 되도록, APC 밸브 (9) 의 개도를 조정할 수 있다. 제어 밸브 (21) 와 APC 밸브 (9) 에 있어서 2 단계로 압력을 조정함으로써, 폭넓은 압력 레인지에 대해 정확한 압력 조정을 실시할 수 있다. 장치 사양에 따라서는 제어 밸브 (21) 또는 APC 밸브 (9) 중 어느 것을 제외하는 구성이어도 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 처리실 (2) 내의 감압 수단으로서 감압 펌프 (8) 가 기재되어 있지만, 감압 수단은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 공장 유틸리티 배기에 의해 실시되어도 된다.
배관 (11) 은, 상류측에서 배관 (12) 과, 배관 (13) 과, 배관 (14) 에 접속되어, 각각의 배관으로부터 공급되는 기체가 합류하는 배관이다. 배관 (11) 에 있어서 합류한 기체는, 처리실 (2) 의 상부에 공급된다.
배관 (12) 에는, 제어 밸브 (22) 와, 제어 밸브 (22) 의 상류에 위치하는 질소 공급원 (42) 이 형성된다. 제어 밸브 (22) 에 의해, 질소 공급원 (42) 으로부터 배관 (12) 에 공급되는 질소 (불활성 가스) 의 유량이 제어된다.
배관 (13) 에는, 제어 밸브 (23) 와, 제어 밸브 (23) 의 상류에 위치하는 불화수소 가스 공급원 (43) 이 형성된다. 제어 밸브 (23) 에 의해, 불화수소 가스 공급원 (43) 으로부터 배관 (13) 에 공급되는 불화수소 가스의 유량이 제어된다. 또한, 불화수소 가스 공급원 (43) 에는, 예를 들어, 무수 불화수소의 고압 봄베가 사용된다.
배관 (14) 에는, 제어 밸브 (24) 와, 제어 밸브 (24) 의 상류에 위치하는 기화기 (25) 와, 기화기 (25) 의 상류에 위치하는 수증기 공급원 (44) 이 형성된다. 또한, 기화기 (25) 에 있어서 배관 (14) 으로부터 분기되는 배관 (14A) 의 상류에는, 질소 공급원 (45) 이 형성된다.
기화기 (25) 에 있어서, 수증기 공급원 (44) 으로부터 공급되는 순수 (DIW) 가, 질소 공급원 (45) 으로부터 공급되는 질소 (불활성 가스) 에 의해 기화되어 압송된다. 그리고, 제어 밸브 (24) 에 의해, 배관 (14) 으로부터 배관 (11) 에 공급되는 기화된 수증기의 유량이 제어된다.
또, 에칭 장치 (1) 는, 적외 분광법에 의해 처리실 (2) 내의 분석을 실시하는 분석기로서 푸리에 변환 적외 분광 광도계 (fourier-transform infrared spectroscopy, 즉, FTIR) (50) 를 구비한다. 또한, 본 실시형태에서는, 분석기에 대응하는 적외 분광 광도계로서 FTIR (50) 이 채용되지만, 분산형의 적외 분광 광도계여도 적용 가능하다.
FTIR (50) 은, 기판 (W) 의 하방에 배치되고, 또한, 기판 (W) 에 하방으로부터 광을 조사하는 광원 (51) 과, 광원 (51) 으로부터 조사된 광을 기판 (W) 의 상방에서 수광하는 수광부 (52) 를 구비한다.
광원 (51) 으로부터 조사된 광은, 기판 (W) 의 하방에 형성된 투광창 (53) 을 통하여 처리실 (2) 내에 입사되고, 또한 기판 (W) 을 투과한다. 그리고, 광원 (51) 으로부터 조사된 광은, 가스 분산판 (6) 의 개구 (61) 내를 통하여 기판 (W) 의 상방에 형성된 수광창 (54) 에 도달하고, 또한 수광창 (54) 으로부터 수광부 (52) 에 입사된다. 여기서, 광원 (51) 으로부터 조사된 광이, 가스 분산판 (6) 과 간섭하지 않고 수광부 (52) 에 도달하도록, 예를 들어, 가스 분산판 (6) 의 개구 (61) 가, 광원 (51) 과 수광부 (52) 를 연결하는 직선상에 위치 맞춤되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태에서는, 광원 (51), 수광부 (52) 및 가스 분산판 (6) 의 개구 (61) 는, 평면에서 봤을 때 겹치는 위치에 각각이 배치되어 있지만, 이들 3 자의 배치는, 이와 같은 경우에 한정되는 것은 아니다.
투광창 (53) 및 수광창 (54) 은, 적외광에 대해 투과성이 있고, 또한, 진공 내성이 높은 물질 (예를 들어, 석영) 로 구성된다.
제어부 (3) 의 판단부 (31) 는, FTIR (50) 의 수광부 (52) 에 있어서 수광되는 광의 인터페로그램을 푸리에 변환함으로써 투과 스펙트럼을 산출한다. 그리고, 판단부 (31) 는, 측정 대상이 되는 상태 (예를 들어, 기판 홀더 (4) 에 유지된 기판 (W) 에 수증기가 공급되기 전의 상태) 와 기준이 되는 상태 (예를 들어, 기판 홀더 (4) 에 유지된 기판 (W) 에 수증기가 공급된 후의 상태) 에서 각각 투과 스펙트럼을 산출하고, 그들 차분에 기초하여 검출 대상이 되는 시료의 유무를 판단한다.
제어부 (3) 의 판단부 (31) 는, 상기 외에, 에칭 장치 (1) 에 있어서의 가열 기구 (5) 의 온도 조절, 제어 밸브 (22) 의 유량 조절, 제어 밸브 (23) 의 유량 조절, 제어 밸브 (24) 의 유량 조절, 제어 밸브 (21) 의 유량 조절, 감압 펌프 (8) 의 배기 동작, 압력 센서 (10) 의 측정 동작, APC 밸브 (9) 의 개도 조절 등을 실시한다.
제어부 (3) 가 각각의 제어 밸브를 제어함으로써, 배관 (11) 으로부터 처리실 (2) 내에 공급되는 가스는, 질소, 불화수소 가스 및 수증기 중에서 선택된다. 그리고, 선택된 가스는, 처리실 (2) 내에서 가스 분산판 (6) 을 통과하여 기판 (W) 에 도달한다.
기판 (W) 에 형성된 실리콘 산화막 등의 피복막을 에칭하기 위해서 공급되는 불화수소 가스의 공급량은, 예를 들어, 100 cc/min 내지 2000 cc/min 이다. 이 불화수소 가스에 대해 혼합하는 수증기의 공급량은, 예를 들어, 300 cc/min 내지 10000 cc/min 이다.
실리콘 산화막을 에칭한 후의 기판 표면의 세정 공정 (후술) 에서는, 수증기의 공급량은, 예를 들어, 300 cc/min 내지 10000 cc/min 이다.
또, 기판 (W) 의 처리 중, 처리실 (2) 내의 압력은, 예를 들어, 1 Pa 이상, 또한, 30000 Pa 이하로 유지된다. 수증기의 공급량, 및 수증기와 불화수소 가스의 혼합 가스의 공급량에 따라, 압력 센서 (10) 가 나타내는 처리실 (2) 내의 압력이 미리 정해진 소정 압력이 되도록 제어부 (3) 에서 APC 밸브 (9) 의 개도가 조절됨으로써, 처리실 (2) 내의 압력이 제어된다.
<에칭 장치의 동작에 대해＞
본 실시형태에 관한 에칭 장치의 동작에 대하여, 이하에 설명한다. 도 2 는, 본 실시형태에 관한 에칭 장치의 동작의 예를 나타내는 플로 차트이다. 이하의 동작은, 제어부 (3) 에 의해 제어되면서 실행된다.
먼저, 기판 (W) 이 도시하지 않은 반송계에 의해 처리실 (2) 내로 반송되고, 또한 기판 홀더 (4) 에 재치된다 (스텝 ST1). 그리고, 기판 (W) 이 기판 홀더 (4) 에 재치된 후, 기판 홀더 (4) 에 내장된 가열 기구 (5) 에 의해, 기판 (W) 이 30 ℃ 내지 200 ℃ 의 범위의 소정의 온도로 가열된다.
다음으로, 기판 (W) 이 기판 홀더 (4) 상에 재치된 후, 감압 펌프 (8) 에 의해 처리실 (2) 내의 진공화가 개시된다 (스텝 ST2). 진공화는, 처리실 (2) 내의 압력이 0.1 Pa 정도가 될 때까지 실행되어, 처리실 (2) 내의 대기 분위기가 배기된다.
진공화의 시간은, 진공화에 사용되는 진공 펌프의 능력 및 허용되는 진공화 시간에 의해 결정되지만, 가능한 한 많이 감압하는 편이 처리실 (2) 내의 대기 분위기가 배기되고, 또한, 처리실 (2) 내가 깨끗해진다.
다음으로, 처리실 (2) 내의 압력이 0.1 Pa 정도까지 도달한 후, 수증기가 배관 (14) 및 배관 (11) 을 통해 처리실 (2) 내에 공급된다 (스텝 ST3). 제어 밸브 (24) 에 의해 수증기의 공급 유량이 소정 유량으로 조절되고, 수증기가 배관 (11) 으로부터 처리실 (2) 내에 공급된다.
처리실 (2) 내의 압력이 소정의 진공도가 되도록, 처리실 (2) 내의 압력을 압력 센서 (10) 에 의해 감시하고, 압력 센서 (10) 가 나타내는 압력에 기초하여, 제어부 (3) 에 의해 APC 밸브 (9) 의 개도가 조절된다. 스텝 ST3 에 있어서의 수증기의 공급 시간은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 기판 (W) 의 표면 전체면에 얕은 물의 층이 형성되는 정도의 시간 (예를 들어, 1 초 이상, 또한, 10 초 이하 정도) 이면 된다.
수증기는, 가스 분산판 (6) 의 복수의 개구 (61) 를 통과하여 기판 (W) 의 표면의 전체면에 공급된다. 기판 (W) 의 표면의 전체면에 도달한 수증기는, 기판 (W) 의 상면에서 얕은 물의 층을 형성한다.
도 3 은, 수증기가 기판에 공급되는 처리를 개념적으로 나타내는 도면이다. 도 3 에 예가 나타내는 바와 같이, 기판 (W) 의 상면에 수증기 (44A) 가 공급됨으로써, 실리콘 산화막 (70) 의 상면에 수막 (72) 이 형성된다.
수증기가 소정의 시간 공급된 후, 제어 밸브 (23) 에 의해 불화수소 가스가 소정의 공급 유량으로 조절되고, 또한 제어 밸브 (24) 에 의해 기화된 수증기가 소정의 공급 유량으로 조절되어, 배관 (11) 에 있어서 불화수소 가스와 수증기가 혼합되어 혼합 가스가 된다. 그리고, 당해 혼합 가스가 배관 (11) 으로부터 처리실 (2) 내에 공급된다.
다음으로, 처리실 (2) 내에 공급된 혼합 가스가, 가스 분산판 (6) 의 복수의 개구를 통과하여 기판 (W) 의 표면의 전체면에 균일하게 공급되고, 또한 기판 (W) 의 상면에 형성된 실리콘 산화막을 에칭한다 (스텝 ST4). 즉, 상기의 혼합 가스가, 에칭 가스로서 기능한다.
도 4 는, 상기의 에칭 처리를 개념적으로 나타내는 도면이다. 도 4 에 예가 나타내는 바와 같이, 기판 (W) 의 상면에 형성된 실리콘 산화막 (70) 이, 불화수소 가스 (43A) 와 수증기 (44A) 의 혼합 가스에 의해 에칭된다.
수증기 (44A) 및 불화수소 가스 (43A) 각각의 공급 유량은, 에칭 대상이 되는 피복막의 막종에 의해 미리 결정된다. 예를 들어, 본 실시형태와 같이 실리콘 산화막 (70) 을 에칭하는 경우이면, 수증기 (44A) 의 공급 유량은 300 cc/min 내지 10000 cc/min 의 범위에서 설정되고, 불화수소 가스 (43A) 의 공급 유량은 100 cc/min 내지 2000 cc/min 로 설정된다.
본 실시형태에서는, 수증기 (44A) 를 상기의 혼합 가스 (에칭 가스) 보다 먼저 공급하고 있다. 이 때문에, 실리콘 산화막 (70) 의 에칭종인 불화수소 가스 (43A) 가 기판 (W) 의 상면에 도달하는 시점보다 이전에 수막 (72) 이 기판 (W) 의 상면에 형성되어 있다. 그 때문에, 불화수소 가스 (43A) 가 수막 (72) 에 용해되고 불소 이온이 생성되어, 즉시 에칭을 개시할 수 있다.
에칭 가스에 의한 실리콘 산화막 (70) 의 에칭이 종료되면, 제어 밸브 (23) 가 폐쇄되어, 에칭 가스의 공급이 정지된다. 한편으로, 에칭 처리 후에, 수증기 (44A) 가 제어 밸브 (24) 의 조정에 의해 공급되어, 배관 (14) 으로부터 처리실 (2) 내에 공급된다 (스텝 ST5).
에칭 처리 후에 공급되는 수증기 (44A) 는, 가스 분산판 (6) 의 복수의 개구 (61) 를 통과하여 기판 (W) 의 표면의 전체면에 도달한다. 실리콘 산화막 (70) 의 에칭 후의 기판 (W) 에 수증기 (44A) 를 공급하여 세정하는 (씻어내는) 것에 의해, 기판 (W) 의 표면에 잔존하는 불소 (SiF 계의 잔류물) 가 제거된다.
본 실시형태에서는, 처리실 (2) 내에 에칭 가스를 공급하는 배관 (11) 을 사용하여 에칭 처리 후에 수증기를 처리실 (2) 내에 공급하고 있다. 그러나, 에칭 처리 후에 수증기를 공급하는 배관은, 배관 (11) 과는 다른 배관을 사용하는 것이어도 된다. 그 경우에는, 에칭 가스를 공급할 때에 배관 (11) 의 내부에 잔존하는 불화수소 가스가, 에칭 처리 후의 수증기 공급시에 처리실 (2) 내에 공급되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
<기판의 에칭 처리의 개시 동작에 대해＞
도 2 에 있어서의 기판 (W) 의 에칭 처리 (스텝 ST4 에 대응) 의 개시 동작에 대하여, 이하 설명한다. 도 5 는, 기판 (W) 의 에칭 처리의 개시 동작의 예를 나타내는 플로 차트이다.
먼저, 스텝 ST3 에 있어서 처리실 (2) 내에 수증기가 공급되기 시작한 후에, 기판 (W) 에 대해 FTIR (50) 의 광원 (51) 으로부터 광 (적외광) 을 조사한다 (도 5 에 있어서의 스텝 ST11). 광원 (51) 으로부터 조사된 광은, 기판 (W) 의 하방에 형성된 투광창 (53) 을 통하여 처리실 (2) 내에 입사되고, 또한 기판 (W) 을 투과한다. 그리고, 당해 광은, 가스 분산판 (6) 의 개구 (61) 내를 통하여 기판 (W) 의 상방에 형성된 수광창 (54) 에 도달하고, 또한 수광창 (54) 으로부터 수광부 (52) 에 입사된다.
광원 (51) 으로부터 조사된 광은, 기판 (W) 의 상면 및 상방에 존재하는 분자의 진동 또는 회전 운동에 기초하여 흡수되기 때문에, 상기와 같은 경로에서 수광부 (52) 에 입사되는 광의 적외 흡수 스펙트럼 (측정 스펙트럼) 을, 기준이 되는 광의 적외 흡수 스펙트럼 (기준 스펙트럼) 과 비교함으로써, 기판 (W) 의 상면 및 상방에 존재하는 분자를 검출할 수 있다. 또한, 기준 스펙트럼은, 예를 들어, 처리실 (2) 내에 수증기가 공급되기 전의 기판 (W) 이 유지된 상태로 입사된 광의 스펙트럼에 대응한다.
도 6 은, O-H 신축 진동을 나타내는 적외 흡수 스펙트럼을 개념적으로 나타내는 도면이다. 도 6 에 있어서, 세로축이 강도를 나타내고, 가로축이 파수 (㎝-1) 를 나타낸다. 도 6 에 예가 나타내는 바와 같이, O-H 신축 진동을 나타내는 적외 흡수 스펙트럼은, 파수 3600 ㎝-1 이상, 또한, 2500 ㎝-1 이하의 위치에 피크를 갖는다.
도 6 에 기초하면, FTIR (50) 에 있어서, 측정 스펙트럼과 기준 스펙트럼의 차분으로서 검출되는 적외 흡수 스펙트럼 (차분 스펙트럼) 이, 도 6 에 나타낸 O-H 신축 진동을 나타내는 적외 흡수 스펙트럼의 파수의 위치에 대응하는 피크를 갖는 경우에는, 기판 (W) 의 상면 및 상방에 존재하는 수증기를 검출할 수 있다. 또, O-H 신축 진동에 대응하는 피크의 높이 (강도) 에 기초하면, 기판 (W) 의 상면 및 상방에 존재하는 수증기의 물질량을 측정할 수 있다. 수증기의 물질량으로부터, 기판 (W) 의 상면에 수막이 형성되어 있는지의 여부에 대해서도, 추측 가능해진다.
따라서, 제어부 (3) 의 판단부 (31) 가, 수광부 (52) 로부터 입력된 인터페로그램을 푸리에 변환함으로써 측정 스펙트럼을 산출하고, 또한 측정 스펙트럼과 기억부 (32) 에 미리 기억되어 있는 기준 스펙트럼에 기초하여 차분 스펙트럼을 산출한다 (도 5 에 있어서의 스텝 ST12). 그리고, 판단부 (31) 가, 차분 스펙트럼과 기억부 (32) 에 미리 기억되어 있는 O-H 신축 진동을 나타내는 적외 흡수 스펙트럼을 비교함으로써, 차분 스펙트럼이 미리 정해진 임계값 이상의 양의 수증기를 나타내고 있는지의 여부를 판단한다 (도 5 에 있어서의 스텝 ST13).
그리고, 차분 스펙트럼이 임계값 이상의 양의 수증기를 나타내지 않는 경우 (즉, 차분 스펙트럼이, 도 6 에 나타낸 적외 흡수 스펙트럼의 파수의 위치에 충분한 높이의 피크를 갖지 않는 경우), 판단부 (31) 는, 처리실 (2) 내에 수증기를 공급하는 공정을 속행시키면서, 스텝 ST11 로 돌아온다.
한편으로, 차분 스펙트럼이 임계값 이상의 양의 수증기를 나타내고 있는 경우 (즉, 차분 스펙트럼이, 도 6 에 나타낸 적외 흡수 스펙트럼의 파수의 위치에 충분한 높이의 피크를 갖고 있는 경우), 판단부 (31) 는, 기판 (W) 의 에칭 처리를 개시하기 위해 제어 밸브 (23) 를 개방한다 (도 5 에 있어서의 스텝 ST14).
여기서, 상기의 스텝 ST13 에 있어서 차분 스펙트럼이 수증기를 나타내고 있는지의 여부를 판단할 때에 사용되는 임계값은, 실험 등에 의해 미리 정해진 값을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상면에 얕은 물의 층 (수막 (72)) 이 형성된 상태의 기판 (W) 을 사용하여 측정 스펙트럼을 산출하고, 또한 공통의 기준 스펙트럼과의 차분 스펙트럼을 미리 산출해 두고, 그 차분 스펙트럼에 있어서의 피크의 높이 등을 상기의 임계값으로서 채용할 수 있다.
상기의 차분 스펙트럼의 피크값의 검출은, 기판 (W) 에 에칭 처리를 실시하기 전부터 시작하여, 기판 (W) 의 에칭 처리가 개시된 후에도, 계속하여 실시할 수 있다. 그러면, 에칭 처리 중에, 기판 (W) 의 상면에 얕은 물의 층 (수막 (72)) 이 형성되어 있는지를 확인하면서, 효율적으로 에칭 가스를 물의 층 (수막 (72)) 에 용해시켜, 에칭 처리를 진행시킬 수 있다.
이 때, 기판 (W) 의 에칭 처리에 사용되는 불화수소로부터 주로 검출되는 Si-F 신축 진동의 파수는, 예를 들어, 945 ㎝-1 이고, 수증기로부터 주로 검출되는 O-H 신축 진동의 파수와는 크게 상이하기 때문에, O-H 신축 진동의 검출 정밀도에는 크게 영향을 주지 않는다.
한편으로, 상기의 차분 스펙트럼의 피크값의 검출을, 기판 (W) 에 에칭 처리를 실시하기 전에만 한정하여 실시해도 된다.
<이상에 기재된 실시형태에 의해 발생하는 효과에 대해＞
다음으로, 이상에 기재된 실시형태에 의해 발생하는 효과의 예를 나타낸다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 이상에 기재된 실시형태에 예가 나타낸 구체적인 구성에 기초하여 당해 효과가 기재되지만, 동일한 효과가 발생하는 범위에서, 본원 명세서에 예가 나타내는 다른 구체적인 구성과 치환되어도 된다. 즉, 이하에서는 편의상, 대응되는 구체적인 구성 중 어느 하나만이 대표해서 기재되는 경우가 있지만, 대표해서 기재된 구체적인 구성이 대응되는 다른 구체적인 구성으로 치환되어도 된다.
이상에 기재된 실시형태에 의하면, 에칭 방법에 있어서, 기판 (W) 을 수용하는 처리실 (2) 내를 감압 상태로 한다. 그리고, 감압 상태로 하는 공정 후, 수증기 (44A) 를 처리실 (2) 내에 공급한다. 그리고, 감압 상태로 하는 공정 후, 불화수소를 포함하는 에칭 가스를 처리실 (2) 내에 공급하고, 기판 (W) 의 상면에 형성된 수막 (72) 에 불화수소 가스를 용해시켜 기판 (W) 에 형성된 피복막을 에칭한다. 여기서, 피복막은, 예를 들어, 실리콘 산화막 (70) 등에 대응하는 것이다. 한편으로, 수증기 (44A) 를 공급하는 공정에 있어서, 적외 분광법으로 기판 (W) 에 있어서의 O-H 신축 진동을 검출한다. 또, 실리콘 산화막 (70) 을 에칭하는 공정이, 미리 정해진 임계값 이상의 O-H 신축 진동이 기판 (W) 에 있어서 검출되었을 경우에 실시된다.
이와 같은 구성에 의하면, 에칭 처리를 실시하기 전의 기판 (W) 의 상면에 있어서의 수증기의 양 (수분량) 을 검출함으로써, 기판 (W) 의 상면이 에칭 처리에 적합한 상태 (예를 들어, 기판 (W) 의 상면에 수막 (72) 이 형성된 상태) 가 된 타이밍에, 에칭 처리를 실시할 수 있다. 따라서, 에칭 처리를 실시할 때까지의 대기 시간을 필요 최소한으로 함과 함께, 에칭 처리의 효율을 높일 수 있다.
또, 이상에 기재된 실시형태에 의하면, 에칭 방법에 있어서, 실리콘 산화막 (70) 을 에칭하는 공정 후, 수증기 (44A) 를 처리실 (2) 내에 공급하여 기판 (W) 을 세정한다. 이와 같은 구성에 의하면, 에칭 처리 후에 기판 (W) 의 상면에 잔존하는 SiF 계의 잔류물을 씻어낼 수 있다.
또, 이상에 기재된 실시형태에 의하면, O-H 신축 진동을 검출하는 공정이, O-H 신축 진동에 대응하는 파수의 스펙트럼의 피크의 높이를 검출하는 공정이다. 이와 같은 구성에 의하면, 파수의 스펙트럼의 피크의 높이에 따라 기판 (W) 의 상면에 있어서의 수증기의 양을 높은 정밀도로 검출하고, 기판 (W) 의 에칭 처리를 개시하는 타이밍을 적절히 정할 수 있다.
이상에 기재된 실시형태에 의하면, 에칭 장치는, 감압 펌프 (8) 와, 에칭 가스 공급부와, 수증기 공급부와, 검출부와, 제어부 (3) 를 구비한다. 여기서, 에칭 가스 공급부는, 예를 들어, 불화수소 가스 공급원 (43) 및 수증기 공급원 (44) 으로부터 공급된 가스를 혼합하여 처리실 (2) 내에 공급하는 가스 공급 기구에 대응하는 것이다. 또, 수증기 공급부는, 예를 들어, 수증기 공급원 (44) 으로부터 공급된 수증기를 처리실 (2) 내에 공급하는 수증기 공급 기구에 대응하는 것이다. 또, 검출부는, 예를 들어, FTIR (50) 등에 대응하는 것이다. 감압 펌프 (8) 는, 기판 (W) 을 수용하는 처리실 (2) 내를 감압 상태로 한다. 에칭 가스 공급부는, 불화수소를 포함하는 에칭 가스를 처리실 (2) 내에 공급한다. 수증기 공급부는, 수증기를 처리실 (2) 내에 공급한다. FTIR (50) 은, 적외 분광법으로 기판 (W) 에 있어서의 O-H 신축 진동을 검출한다. 제어부 (3) 는, 적어도, 에칭 가스 공급부, 수증기 공급부 및 FTIR (50) 의 동작을 제어한다. 구체적으로는, 제어부 (3) 는, 감압 상태의 처리실 (2) 내에 수증기 (44A) 가 공급되도록 수증기 공급부를 제어한다. 또, 제어부 (3) 는, 수증기 (44A) 가 공급된 처리실 (2) 내에 있어서 O-H 신축 진동이 검출되도록 FTIR (50) 을 제어한다. 또, 제어부 (3) 는, 미리 정해진 임계값 이상의 O-H 신축 진동이 검출되었을 경우에 감압 상태의 처리실 (2) 내에 에칭 가스가 공급되도록, 에칭 가스 공급부를 제어한다.
이와 같은 구성에 의하면, 에칭 처리를 실시하기 전의 기판 (W) 의 상면에 있어서의 수증기의 양 (수분량) 을 검출함으로써, 기판 (W) 의 상면이 에칭 처리에 적합한 상태 (예를 들어, 기판 (W) 의 상면에 수막 (72) 이 형성된 상태) 가 된 타이밍에, 에칭 처리를 실시할 수 있다. 따라서, 에칭 처리를 실시할 때까지의 대기 시간을 필요 최소한으로 함과 함께, 에칭 처리의 효율을 높일 수 있다.
또, 이상에 기재된 실시형태에 의하면, FTIR (50) 이, 광원 (51) 과 수광부 (52) 를 구비한다. 또, 에칭 장치가, 판부를 구비한다. 여기서, 판부는, 예를 들어, 가스 분산판 (6) 등에 대응하는 것이다. 광원 (51) 은, 기판 (W) 의 하방에 배치된다. 수광부 (52) 는, 기판 (W) 의 상방에 배치되고, 또한, 광원 (51) 으로부터 출력되는 광을 수광한다. 가스 분산판 (6) 은, 기판 (W) 의 상방에 배치되고, 또한, 복수의 개구 (61) 가 형성된다. 그리고, 광원 (51) 으로부터 출력되는 광은, 가스 분산판 (6) 에 있어서의 개구 (61) 를 통하여 수광부 (52) 에 수광된다. 이와 같은 구성에 의하면, 광원 (51) 으로부터 조사된 광이, 가스 분산판 (6) 과 간섭하지 않고 수광부 (52) 에 도달하기 때문에, FTIR (50) 에서의 광의 스펙트럼의 검출 정밀도를 높게 유지할 수 있다.
<이상에 기재된 실시형태의 변형예에 대해＞
이상에 기재된 실시형태에서는, 각각의 구성 요소의 재질, 재료, 치수, 형상, 상대적 배치 관계 또는 실시 조건 등에 대해서도 기재하는 경우가 있지만, 이들은 모든 국면에 있어서 하나의 예로서, 한정적인 것은 아닌 것으로 한다.
따라서, 예가 나타나 있지 않은 무수한 변형예와 균등물이, 본원 명세서에 개시되는 기술의 범위 내에 있어서 상정된다. 예를 들어, 적어도 1 개의 구성 요소를 변형하는 경우, 추가하는 경우 또는 생략하는 경우가 포함되는 것으로 한다.
또, 이상에 기재된 실시형태에 있어서, 특별히 지정되지 않고 재료명 등이 기재된 경우에는, 모순이 발생하지 않는 한, 당해 재료에 다른 첨가물이 포함된, 예를 들어, 합금 등이 포함되는 것으로 한다.
1 : 에칭 장치
2 : 처리실
3 : 제어부
8 : 감압 펌프
44A : 수증기
51 : 광원
52 : 수광부
61 : 개구
W : 기판

Claims (5)

  1. 기판에 형성된 실리콘을 포함하는 피복막을 에칭하는 에칭 방법으로서,
    상기 기판을 수용하는 처리실 내를 감압 상태로 하는 공정과,
    상기 감압 상태로 하는 공정 후, 수증기를 상기 처리실 내에 공급하는 공정과,
    상기 감압 상태로 하는 공정 후, 불화수소를 포함하는 에칭 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판에 형성된 상기 피복막을 에칭하는 공정과,
    상기 수증기를 공급하는 공정에 있어서, 적외 분광법으로 상기 기판에 있어서의 O-H 신축 진동을 검출하는 공정을 구비하고,
    상기 피복막을 에칭하는 공정이, 미리 정해진 임계값 이상의 상기 O-H 신축 진동이 상기 기판에 있어서 검출되었을 경우에 실시되는, 에칭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피복막을 에칭하는 공정 후, 수증기를 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판을 세정하는 공정을 추가로 구비하는, 에칭 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 O-H 신축 진동을 검출하는 공정이, 상기 O-H 신축 진동에 대응하는 파수의 스펙트럼의 피크의 높이를 검출하는 공정인, 에칭 방법.
  4. 기판에 형성된 실리콘을 포함하는 피복막을 에칭하는 에칭 장치로서,
    상기 기판을 수용하는 처리실 내를 감압 상태로 하는 감압 펌프와,
    불화수소를 포함하는 에칭 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 에칭 가스 공급부와,
    수증기를 상기 처리실 내에 공급하는 수증기 공급부와,
    적외 분광법으로 상기 기판에 있어서의 O-H 신축 진동을 검출하는 검출부와,
    적어도, 상기 에칭 가스 공급부, 상기 수증기 공급부 및 상기 검출부의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부가,
    상기 감압 상태의 상기 처리실 내에 상기 수증기가 공급되도록 상기 수증기 공급부를 제어하고,
    상기 수증기가 공급된 상기 처리실 내에 있어서 상기 O-H 신축 진동이 검출되도록 상기 검출부를 제어하고,
    미리 정해진 임계값 이상의 상기 O-H 신축 진동이 검출되었을 경우에 상기 감압 상태의 상기 처리실 내에 상기 에칭 가스가 공급되도록, 상기 에칭 가스 공급부를 제어하는, 에칭 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 검출부가,
    상기 기판의 하방에 배치되는 광원과,
    상기 기판의 상방에 배치되고, 또한, 상기 광원으로부터 출력되는 광을 수광하는 수광부를 구비하고,
    상기 기판의 상방에 배치되고, 또한, 복수의 개구가 형성된 판부를 추가로 구비하고,
    상기 광원으로부터 출력되는 상기 광이, 상기 판부에 있어서의 상기 개구를 통하여 상기 수광부에 수광되는, 에칭 장치.
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