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KR20190004224A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20190004224A
KR20190004224A KR1020180074591A KR20180074591A KR20190004224A KR 20190004224 A KR20190004224 A KR 20190004224A KR 1020180074591 A KR1020180074591 A KR 1020180074591A KR 20180074591 A KR20180074591 A KR 20180074591A KR 20190004224 A KR20190004224 A KR 20190004224A
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히로유키 히가시
다카히사 오츠카
가즈요시 시노하라
다카시 나카자와
세이야 후지모토
유이치 도우키
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 웨이퍼의 중심부로부터 주연부까지의 에칭량의 면내 균일성을 향상시키는 것을 과제로 한다.
실시형태에 따른 기판 처리 방법은, 저온 용해 공정과, 에칭 공정을 포함한다. 저온 용해 공정은 실온보다 낮은 미리 정해진 온도로 냉각한 알칼리성 수용액에 산소를 용해시킨다. 에칭 공정은 산소를 용해시킨 알칼리성 수용액을 기판에 공급하여 기판을 에칭한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
개시된 실시형태는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
종래, 반도체의 제조 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고도 호칭함) 등의 기판에 알칼리성 수용액을 공급함으로써, 기판 상에 형성된 폴리실리콘층을 에칭하는 기판 처리 방법이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성9-246254호 공보
그러나, 종래의 기판 처리 방법에서는, 웨이퍼의 중심부로부터 주연부까지의 에칭량의 면내 균일성이 충분하지 않다고 하는 과제가 있다.
실시형태의 일양태는 상기를 감안하여 이루어진 것이며, 웨이퍼의 중심부로부터 주연부까지의 에칭량의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시형태의 일양태에 따른 기판 처리 방법은, 저온 용해 공정과, 에칭 공정을 포함한다. 상기 저온 용해 공정은 실온보다 낮은 미리 정해진 온도로 냉각한 알칼리성 수용액에 산소를 용해시킨다. 상기 에칭 공정은 산소를 용해시킨 상기 알칼리성 수용액을 기판에 공급하여 상기 기판을 에칭한다.
실시형태의 일양태에 따르면, 웨이퍼의 중심부로부터 주연부까지의 에칭량의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 기판 처리 시스템의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 처리 유닛 및 저온 용해부의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 처리 유닛이 구체적인 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 4는 알칼리성 수용액의 산소 용해 온도와 에칭량의 면내 분포의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 알칼리성 수용액에 있어서의 산소 가스의 버블링 시간과 용존 산소 농도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 참고예 1에 있어서의 웨이퍼의 표면 상태에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 실시형태에 따른 웨이퍼의 표면 상태에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는 참고예 2에 있어서의 에칭량의 면내 분포를 나타내는 도면이다.
도 8b는 실시형태에 따른 에칭량의 면내 분포을 나타내는 도면이다.
도 9는 산화막 제거 처리 후의 대기 시간과 에칭량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 산화막 제거 처리 후의 대기 시간과 에칭량의 면내 분포의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 기판 처리 시스템이 실행하는 기판 처리의 순서를 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본원이 개시하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치의 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<기판 처리 시스템의 개요>
먼저는, 도 1을 참조하면서, 실시형태에 따른 기판 처리 시스템(1)의 개략 구성에 대해서 설명한다. 도 1은 실시형태에 따른 기판 처리 시스템(1)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 이하에서는, 위치 관계를 명확하게 하기 위해, 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축을 규정하고, Z축 정방향을 연직 상향 방향으로 한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 기판 처리 시스템(1)은, 반입반출 스테이션(2)과, 처리 스테이션(3)을 구비한다. 반입반출 스테이션(2)과 처리 스테이션(3)은 인접하여 마련된다.
반입반출 스테이션(2)은, 캐리어 배치부(11)와, 반송부(12)를 구비한다. 캐리어 배치부(11)에는, 복수매의 기판, 실시형태에서는 반도체 웨이퍼(W)[이하, 웨이퍼(W)로 호칭함]를 수평 상태로 수용하는 복수의 캐리어(C)가 배치된다.
반송부(12)는, 캐리어 배치부(11)에 인접하여 마련되고, 내부에 기판 반송 장치(13)와, 전달부(14)를 구비한다. 기판 반송 장치(13)는, 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 유지 기구를 구비한다. 또한, 기판 반송 장치(13)는, 수평 방향 및 연직 방향으로의 이동 및 연직축을 중심으로 하는 선회가 가능하고, 웨이퍼 유지 기구를 이용하여 캐리어(C)와 전달부(14) 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행한다.
처리 스테이션(3)은, 반송부(12)에 인접하여 마련된다. 처리 스테이션(3)은, 반송부(15)와, 복수의 처리 유닛(16)을 구비한다. 복수의 처리 유닛(16)은, 반송부(15)의 양측에 배열되어 마련된다.
반송부(15)는, 내부에 기판 반송 장치(17)를 구비한다. 기판 반송 장치(17)는, 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 유지 기구를 구비한다. 또한, 기판 반송 장치(17)는, 수평 방향 및 연직 방향으로의 이동 및 연직축을 중심으로 하는 선회가 가능하고, 웨이퍼 유지 기구를 이용하여 전달부(14)와 처리 유닛(16) 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행한다.
처리 유닛(16)은, 기판 반송 장치(17)에 의해 반송되는 웨이퍼(W)에 대하여 정해진 기판 처리를 행한다. 이러한 처리 유닛(16)에는 실온보다 낮은 미리 정해진 온도로 냉각한 알칼리성 수용액(L)에 산소를 용해시켜 처리 유닛(16)에 공급하는 저온 용해부(70)가 접속된다. 처리 유닛(16) 및 저온 용해부(70)의 구성예에 대해서는 후술한다.
또한, 기판 처리 시스템(1)은, 제어 장치(4)를 구비한다. 제어 장치(4)는, 예컨대 컴퓨터이며, 제어부(18)와 기억부(19)를 구비한다. 기억부(19)에는, 기판 처리 시스템(1)에 있어서 실행되는 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(18)는, 기억부(19)에 기억된 프로그램을 읽어내어 실행함으로써 기판 처리 시스템(1)의 동작을 제어한다.
또한, 이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 기록된 있던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어 장치(4)의 기억부(19)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.
상기한 바와 같이 구성된 기판 처리 시스템(1)에서는, 우선, 반입반출 스테이션(2)의 기판 반송 장치(13)가, 캐리어 배치부(11)에 배치된 캐리어(C)로부터 웨이퍼(W)를 취출하고, 취출된 웨이퍼(W)를 전달부(14)에 배치한다. 전달부(14)에 배치된 웨이퍼(W)는, 처리 스테이션(3)의 기판 반송 장치(17)에 의해 전달부(14)로부터 취출되어, 처리 유닛(16)에 반입된다.
처리 유닛(16)에 반입된 웨이퍼(W)는, 처리 유닛(16)에 의해 처리된 후, 기판 반송 장치(17)에 의해 처리 유닛(16)으로부터 반출되어, 전달부(14)에 배치된다. 그리고, 전달부(14)에 배치된 처리가 끝난 웨이퍼(W)는, 기판 반송 장치(13)에 의해 캐리어 배치부(11)의 캐리어(C)에 복귀된다.
<처리 유닛 및 저온 용해부의 개요>
다음에, 처리 유닛(16) 및 저온 용해부(70)의 개요에 대해서, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 처리 유닛(16) 및 저온 용해부(70)의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 처리 유닛(16)은 챔버(20)와, 기판 유지 기구(30)와, 처리 유체 공급부(40)와, 회수컵(50)을 구비한다.
챔버(20)는 기판 유지 기구(30)와 처리 유체 공급부(40)와 회수컵(50)을 수용한다. 챔버(20)의 천장부에는 FFU(Fan Filter Unit)(21)가 마련된다. FFU(21)는 챔버(20) 내에 다운 플로우를 형성한다.
기판 유지 기구(30)는 유지부(31)와, 지주부(32)와, 구동부(33)를 구비한다. 유지부(31)는 웨이퍼(W)를 수평으로 유지한다. 지주부(32)는 연직 방향으로 연장되는 부재이며, 기단부가 구동부(33)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 선단부에 있어서 유지부(31)를 수평으로 지지한다. 구동부(33)는 지주부(32)를 연직축 둘레로 회전시킨다.
이러한 기판 유지 기구(30)는 구동부(33)를 이용하여 지주부(32)를 회전시킴으로써 지주부(32)에 지지된 유지부(31)를 회전시키고, 이에 의해, 유지부(31)에 유지된 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
처리 유체 공급부(40)는 공급부의 일례이며, 웨이퍼(W)에 대하여 처리 유체를 공급한다. 또한, 처리 유체 공급부(40)는 저온 용해부(70)에 접속된다.
회수컵(50)은 유지부(31)를 둘러싸도록 배치되며, 유지부(31)의 회전에 의해 웨이퍼(W)로부터 비산하는 처리액을 포집한다. 회수컵(50)의 바닥부에는 배액구(51)가 형성되어 있고, 회수컵(50)에 의해 포집된 처리액은 이러한 배액구(51)로부터 처리 유닛(16)의 외부에 배출된다. 또한, 회수컵(50)의 바닥부에는 FFU(21)로부터 공급되는 기체를 처리 유닛(16)의 외부에 배출하는 배기구(52)가 형성된다.
저온 용해부(70)는 약액 저장 용기(71)와, 순환 라인(72)과, 펌프(73)와, 온도 조절기(74)와, 버블링 라인(75)을 갖는다.
약액 저장 용기(71)에는 에칭액으로서 이용되는 알칼리성 수용액(L)이 저장된다. 이러한 알칼리성 수용액(L)은 예컨대, TMAH(TetraMethylAmmonium Hydroxide: 수산화테트라메틸암모늄), 콜린 수용액, KOH(수산화칼륨) 수용액, 및 암모니아수 중 적어도 하나를 포함한다.
약액 저장 용기(71)에는 저류된 알칼리성 수용액(L)을 순환하는 순환 라인(72)이 접속된다. 이 순환 라인(72)이 전술한 처리 유체 공급부(40)에 접속된다.
순환 라인(72)에는 펌프(73)와 온도 조절기(74)가 마련된다. 그리고, 이러한 온도 조절기(74)에 의해 실온보다 낮은 미리 정해진 온도로 냉각된 알칼리성 수용액(L)이, 펌프(73)에 의해 순환 라인(72)을 순환한다. 또한, 약액 저장 용기(71)에는 저류된 알칼리성 수용액(L)에 산소 가스를 버블링함으로써 산소를 용해시키는 버블링 라인(75)이 마련된다.
지금까지 설명한 저온 용해부(70)에 의해, 실온보다 낮은 미리 정해진 온도로 냉각된 알칼리성 수용액(L)에 산소를 용해시키는 저온 용해 처리가 행해진다. 또한, 이러한 저온 용해부(70)로부터 처리 유체 공급부(40)까지 접속되는 알칼리성 수용액(L)의 공급 라인에는, 이러한 공급 라인을 통과하는 알칼리성 수용액(L)을 승온하는 인라인 히터(80)가 마련된다.
다음에, 처리 유닛(16)의 구체적인 구성예에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 처리 유닛(16)의 구체적인 구성예를 나타내는 모식도이다. 또한, 도 3에서는 인라인 히터(80)의 기재를 생략한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 기판 유지 기구(30)가 구비하는 유지부(31)의 상면에는, 웨이퍼(W)를 측면으로부터 유지하는 유지 부재(311)가 마련된다. 웨이퍼(W)는 이러한 유지 부재(311)에 의해 유지부(31)의 상면으로부터 약간 이격된 상태로 수평 유지된다. 또한, 웨이퍼(W)는 에칭 처리가 행해지는 표면을 상방을 향하게 한 상태로 유지부(31)에 유지된다.
처리 유체 공급부(40)는 복수(여기서는 3개)의 노즐(41a, 41b, 41c)과, 이러한 노즐(41a, 41b, 41c)을 수평으로 지지하는 아암(42)과, 아암(42)을 선회 및 승강시키는 선회 승강 기구(43)를 구비한다.
노즐(41a)은 밸브(44a)와 유량 조정기(45a)를 통해 전술한 저온 용해부(70)에 접속된다. 노즐(41b)은 밸브(44b)와 유량 조정기(45b)를 통해 DIW 공급원(46b)에 접속된다. DIW(DeIonized Water: 탈이온수)는 예컨대, 린스 처리에 이용된다. 노즐(41c)은 밸브(44c)와 유량 조정기(45c)를 통해 DHF 공급원(46c)에 접속된다. DHF(Diluted HydroFluoric acid: 희불산 수용액)는 예컨대, 산화막 제거 처리에 이용된다.
노즐(41a)로부터는, 저온 용해부(70)로부터 공급되는 알칼리성 수용액(L)이 토출된다. 노즐(41b)로부터는, DIW 공급원(46b)으로부터 공급되는 DIW가 토출된다. 노즐(41c)로부터는, DHF 공급원(46c)으로부터 공급되는 DHF가 토출된다. 또한, 도 2에 나타낸 인라인 히터(80)를 동작시킴으로써, 알칼리성 수용액(L)을 승온시켜 토출할 수 있다.
처리 유닛(16)은 하면 공급부(60)를 더 구비한다. 하면 공급부(60)는 유지부(31) 및 지주부(32)의 중공부(321)에 삽입 관통된다. 하면 공급부(60)의 내부에는 상하 방향으로 연장되는 유로(61)가 형성되어 있고, 이러한 유로(61)에는 유량 조정기(63a), 가열부(65a) 및 밸브(62a)를 통해 DIW 공급원(64a)이 접속된다. 또한, 이러한 유로(61)에는 유량 조정기(63b), 가열부(65b) 및 밸브(62b)를 통해 TMAH 공급원(64b)이 접속된다.
DIW 공급원(64a)으로부터 공급되는 DIW는, 가열부(65a)에 의해 실온보다 높은 온도로 가열되어 유로(61)에 공급된다. 또한, TMAH 공급원(64b)으로부터 공급되는 TMAH는 가열부(65b)에 의해 실온보다 높은 온도로 가열되어 유로(61)에 공급된다.
여기까지 설명한 처리 유닛(16)을 이용하여, 알칼리성 수용액(L)에 의한 웨이퍼(W)의 에칭 처리가 행해진다. 여기서, 실시형태에 따른 에칭 처리는, 저온 용해부(70)에서 실온보다 낮은 미리 정해진 온도로 냉각되고, 이러한 냉각된 상태로 산소를 용해시킨 알칼리성 수용액(L)을 웨이퍼(W)에 공급하여 행해진다.
도 4는 알칼리성 수용액(L)의 산소 용해 온도와 에칭량의 면내 분포의 관계를 나타내는 도면이며, 에칭 처리 후의 웨이퍼(W) 표면에 있어서의 에칭량을 직경 방향으로 측정한 결과를 나타내고 있다. 또한, 도 4는 알칼리성 수용액(L)으로서 TMAH를 이용한 경우의 결과이며, 노즐(41a)을 웨이퍼(W)의 중앙 상방에 고정하여, 이러한 노즐(41a)로부터 알칼리성 수용액(L)을 토출한 경우의 에칭량을 나타내고 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 실온(25℃)에서 산소 용해 처리된 알칼리성 수용액(L)을 이용한 경우에 비해서, 실온보다 낮은 온도인 20℃ 및 18℃에서 산소 용해 처리된 알칼리성 수용액(L)을 이용함으로써, 웨이퍼(W)의 중심부로부터 주연부까지의 에칭량의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 특히, 보다 저온인 18℃에서 산소 용해 처리된 알칼리성 수용액(L)을 이용한 경우에는, 에칭량의 면내 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.
계속해서, 도 4에 나타낸 결과가 얻어진 요인에 대해서, 도 5∼도 7을 참조하면서 설명한다. 도 5는 알칼리성 수용액(L)에 있어서의 산소 가스의 버블링 시간과 용존 산소 농도의 관계를 나타내는 도면이며, 알칼리성 수용액(L)으로서 TMAH를 이용한 경우의 결과이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 순환 온도가 어떤 경우에 있어서도, 15분∼20분 정도 산소 가스를 버블링하면, 알칼리성 수용액(L) 중의 용존 산소가 포화 상태가 된다. 그리고, 이러한 용존 산소의 포화 상태에 있어서, 순환 온도를 실온(25℃)보다 낮은 온도로 한 경우에는, 순환 온도를 실온 이상으로 한 경우와 비교하여, 용존 산소 농도를 증가시킬 수 있다.
도 6은 참고예 1에 있어서의 웨이퍼(W)의 표면 상태에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 예컨대, 순환 온도가 실온 이상이며, 알칼리성 수용액(L) 중의 용존 산소량이 충분하지 않은 경우에 대해서 나타낸 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중심부를 향하여 알칼리성 수용액(L)을 토출한 경우, 웨이퍼(W)의 중심부에서는 알칼리성 수용액(L) 중의 산소 농도가 비교적 짙어져 있다.
한편, 이러한 알칼리성 수용액(L)이 웨이퍼(W)의 주연부를 향하여 퍼질 때에, 액 중의 산소는 웨이퍼(W) 표면의 폴리실리콘층과 반응하여 SiO2막을 형성하고, 산소 농도가 서서히 옅어진다. 여기서, 참고예 1에서는, 알칼리성 수용액(L) 중의 용존 산소량이 충분하지 않기 때문에, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 적어도 웨이퍼(W)의 주연부측에서는 액 중의 산소가 거의 고갈되어 버린다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 주연부측에서는 폴리실리콘층의 표면에 SiO2막이 형성되지 않고, 폴리실리콘층이 노출된 상태가 된다.
여기서, 알칼리성 수용액(L)으로서 TMAH를 이용하는 경우, 이러한 TMAH에 있어서의 폴리실리콘의 에칭률은, SiO2의 에칭률보다 크기 때문에, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, SiO2막에서는 에칭이 그다지 진행되지 않는 한편, 노출된 폴리실리콘층에서는 에칭이 진행된다. 즉, 참고예 1에서는, 웨이퍼(W)의 중심부에 비해서 주연부측에서 에칭이 진행됨으로써, 에칭량의 면내 균일성을 향상시키는 것이 곤란해진다.
도 7은 실시형태에 따른 웨이퍼(W)의 표면 상태에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 예컨대, 알칼리성 수용액(L)의 순환 온도가 실온보다 낮은 미리 정해진 온도이며, 알칼리성 수용액(L) 중의 용존 산소량이 충분한 경우에 대해서 나타낸 도면이다.
참고예 1과 마찬가지로, 실시형태에서도, 알칼리성 수용액(L)이 웨이퍼(W)의 중심부로부터 주연부를 향하여 퍼질 때에, 액 중의 산소는 웨이퍼(W) 표면의 폴리실리콘층과 반응하여 SiO2막을 형성하고, 산소 농도가 서서히 옅어진다. 그러나, 실시형태에서는, 알칼리성 수용액(L) 중의 용존 산소량이 충분하기 때문에, 웨이퍼(W)의 주연부측에서도 액 중의 산소가 고갈되는 일은 없다.
이에 의해, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 전역에 있어서 폴리실리콘층 상에 SiO2막이 균등하게 형성되고, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 전역에 있어서 이러한 SiO2막이 균등하게 성장한다. 따라서, 실시형태에서는, 웨이퍼(W)의 중심부로부터 주연부까지 에칭을 균등하게 진행시킬 수 있기 때문에, 에칭량의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
<에칭 처리의 처리 조건>
계속해서는, 실시형태에 있어서의 에칭 처리의 처리 조건에 대해서 설명한다. 도 8a는 참고예 2에 있어서의 에칭량의 면내 분포를 나타내는 도면이고, 도 8b는 실시형태에 따른 에칭량의 면내 분포를 나타내는 도면이다.
여기서, 도 8a는 에칭 처리가 산소를 함유하지 않는 분위기 하(여기서는, 질소 분위기 하)에서 행해진 경우의 면내 분포를 나타내고, 도 8b는 에칭 처리가 산소를 함유하는 분위기 하(여기서는, 대기 조건 하)에서 행해진 경우의 면내 분포를 나타내고 있다. 또한, 이러한 에칭 처리는 전술한 바와 마찬가지로, 알칼리성 수용액(L)으로서 TMAH를 이용하여 행하고 있다.
도 8a 및 도 8b에 나타내는 바와 같이, 산소를 함유하지 않는 분위기 하에서 에칭 처리가 행해진 경우에 비해서, 산소를 함유하는 분위기 하에서 에칭 처리를 행함으로써, 웨이퍼(W)의 중심부로부터 주연부까지의 에칭량의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 이것은 도 7의 (a) 등에 나타낸 바와 같이, 알칼리성 수용액(L)의 표면으로부터도 분위기에 함유하는 산소가 용해됨으로써, 알칼리성 수용액(L) 중에 산소가 보충되어, 웨이퍼(W)의 주연부측에서 액 중의 산소가 고갈되는 것을 억제하고 있는 것을 나타내고 있다.
즉, 실시형태에 따르면, 산소를 함유하는 분위기 하에서 에칭 처리를 행함으로써, 웨이퍼(W)의 중심부로부터 주연부까지의 에칭량의 면내 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 9는 산화막 제거 처리 후의 대기 시간과 에칭량의 관계를 나타내는 도면이며, 알칼리성 수용액(L)으로서 TMAH를 이용한 경우의 예이다. 앞서 설명한 바와 같이, 알칼리성 수용액(L)으로서 TMAH를 이용하는 경우, 이러한 TMAH에 있어서의 폴리실리콘의 에칭률은 SiO2의 에칭률보다 크기 때문에, 폴리실리콘층의 표면에 형성되는 자연 산화막의 영향을 무시할 수 없다.
따라서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 에칭 처리 전에 이러한 자연 산화막의 제거 처리를 행한 후, TMAH에 의한 에칭 처리를 행하기까지의 대기 시간이 길어질수록, 에칭량이 저하하여 버린다.
도 10은 산화막 제거 처리 후의 대기 시간과 에칭량의 면내 분포의 관계를 나타내는 도면이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 에칭 처리 전에 자연 산화막의 제거 처리를 행한 후, TMAH에 의한 에칭 처리를 행하기까지의 대기 시간이 길어질수록, 에칭량의 면내 균일성도 저하하여 버린다.
따라서, 실시형태에 따르면, 에칭 처리가 행해지는 처리 유닛(16)에 있어서, 에칭 처리 전에 자연 산화막의 제거 처리를 행하면 좋다. 이에 의해, 폴리실리콘층의 표면에 형성되는 자연 산화막의 영향을 억제되기 때문에, TMAH에 의한 에칭 처리를 안정적으로 행할 수 있다.
또한, 실시형태에 따르면, 처리 유닛(16)에 있어서, 자연 산화막의 제거 처리를 행한 후, 미리 설정된 시간 내에 TMAH에 의한 에칭 처리를 행하면 좋다. 이에 의해, 자연 산화막의 영향을 최소한으로 억제되기 때문에, TMAH에 의한 에칭 처리를 더욱 안정적으로 행할 수 있다.
실시형태에서는, 알칼리성 수용액(L)으로서, TMAH를 이용하는 것이 바람직하다. TMAH를 이용함으로써, 저온 용해 처리로 저온 상태가 된 에칭액을 그대로 이용한 경우라도, 높은 에칭률로 폴리실리콘층을 에칭할 수 있다.
또한, 실시형태에서는, 저온 용해 처리 후, 에칭 처리 전 또는 에칭 처리와 동시에, 알칼리성 수용액(L)을 승온시키는 승온 처리를 행하면 좋다. 이에 의해, 에칭 반응의 반응 속도 정수를 증가시킬 수 있기 때문에, 에칭률을 더욱 증가시킬 수 있다.
실시형태에 따른 승온 처리는 예컨대, 알칼리성 수용액(L)의 공급 라인에 마련되는 인라인 히터(80)를 승온함으로써, 알칼리성 수용액(L)을 공급하는 공급 라인을 승온시켜 행하면 좋다. 또한, 실시형태에 따른 승온 처리는 예컨대, 알칼리성 수용액(L)을 공급하는 웨이퍼(W)를 승온하여 행하여도 좋다.
이러한 웨이퍼(W)의 승온은 예컨대, 가열부(65a)에 의해 가열된 DIW를 웨이퍼(W)의 이면에 토출하여 행하여도 좋고, 가열부(65b)에 의해 가열된 TMAH를 웨이퍼(W)의 이면에 토출하여 행하여도 좋다. 이들 방법을 이용함으로써, 기판 처리 시스템(1)의 구성을 대폭 변경하는 일없이, 알칼리성 수용액(L)의 승온 처리를 행할 수 있다. 따라서, 실시형태에 따르면, 저비용으로 알칼리성 수용액(L)의 승온 처리를 행할 수 있다.
또한, 알칼리성 수용액(L)을 승온함으로써, 액 중의 용존 산소 농도가 감소하는 것이 생각되지만, 공급 라인 내에서는 알칼리성 수용액(L)은 주위가 공급관에 덮여져 있기 때문에, 용존 산소가 외부로 방출되는 일은 없다. 또한, 웨이퍼(W) 상에서는 용존 산소가 외부로 방출되기 전에 에칭이 진행됨으로써, 액 중의 용존 산소 농도 저하의 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 실시형태에 따른 에칭 처리는 알칼리성 수용액(L)을 토출하는 노즐(41a)을 웨이퍼(W)의 중앙 상방에 고정하여 행하여도 좋고, 이러한 노즐(41a)을 미리 정해진 동작으로 이동시키면서 알칼리성 수용액(L)을 토출하여 행하여도 좋다.
또한, 실시형태에서는, 노즐(41a)을 웨이퍼(W)의 중앙 상방에 고정하여 행한 경우라도, 도 4에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중심부로부터 주연부까지의 에칭량의 면내 균일성을 양호하게 유지할 수 있다. 따라서, 실시형태에 따르면, 노즐(41a)를 웨이퍼(W)의 중앙 상방에 고정하여 에칭 처리를 행함으로써, 에칭 처리의 레시피를 간소화할 수 있다.
<기판 처리의 순서>
계속해서, 실시형태에 따른 기판 처리의 순서에 대해서, 도 11을 참조하면서 설명한다. 도 11은 기판 처리 시스템(1)이 실행하는 기판 처리의 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 처리 유닛(16)에서는, 먼저, 반입 처리가 행해진다(단계 S101). 반입 처리에서는, 제어부(18)가 기판 반송 장치(17)를 제어하여, 처리 유닛(16)의 챔버(20) 내에 웨이퍼(W)를 반입시킨다. 웨이퍼(W)는 에칭 처리되는 표면을 상방을 향하게 한 상태로 유지 부재(311)에 유지된다. 그 후, 제어부(18)는 구동부(33)를 제어하여, 기판 유지 기구(30)를 미리 정해진 회전 속도로 회전시킨다.
다음에, 처리 유닛(16)에서는 산화막 제거 처리가 행해진다(단계 S102). 산화막 제거 처리에서는, 제어부(18)가 처리 유체 공급부(40)의 노즐(41c)을 웨이퍼(W)의 중앙 상방으로 이동시킨다. 그 후, 제어부(18)가 밸브(44c)를 미리 정해진 시간 개방함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 에칭액인 DHF를 공급한다.
웨이퍼(W)의 표면에 공급된 DHF는 웨이퍼(W)의 회전에 따른 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 표면 전체에 퍼진다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 폴리실리콘층에 형성된 자연 산화막이 DHF에 의해 제거된다. 이러한 산화막 제거 처리에서는 예컨대, 폴리실리콘층에 형성된 자연 산화막을 20(Å) 정도 제거하면 좋다.
다음에, 처리 유닛(16)에서는 린스 처리가 행해진다(단계 S103). 린스 처리에서는, 제어부(18)가 처리 유체 공급부(40)의 노즐(41b)을 웨이퍼(W)의 중앙 상방으로 이동시켜, 밸브(44b)를 미리 정해진 시간 개방함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 DIW를 공급한다.
웨이퍼(W)의 표면에 공급된 DIW는 웨이퍼(W)의 회전에 따른 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 표면 전체에 퍼진다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 잔존하는 DHF가 DIW로 치환된다.
여기까지 설명한 단계 S101∼S103의 처리와 평행하여, 저온 용해부(70)에서는 저온 용해 처리가 행해진다(단계 S104). 저온 용해 처리에서는, 제어부(18)가 펌프(73), 온도 조절기(74) 및 버블링 라인(75) 등을 제어하여, 실온보다 낮은 미리 정해진 온도로 냉각된 알칼리성 수용액(L)에 산소를 용해시킨다.
이러한 저온 용해 처리에서는, 알칼리성 수용액(L) 내의 용존 산소가 포화되도록 산소를 용해시키면 좋다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 주연부측에서 액 중의 산소가 고갈되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 에칭량의 면내 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이러한 저온 용해 처리에 이어서, 기판 처리 시스템(1)에서는, 승온 처리가 행해진다(단계 S105). 승온 처리에서는 예컨대, 제어부(18)가 인라인 히터(80)를 승온시킴으로써, 공급 라인을 통하여 웨이퍼(W)에 토출되는 알칼리성 수용액(L)을 승온시킨다. 이 경우, 승온 처리는 도 11에 나타내는 바와 같이, 후술하는 에칭 처리 전에 행해진다.
또한, 이러한 승온 처리는 후술하는 에칭 처리와 동시에 행하여도 좋다. 이 경우는, 제어부(18)가 밸브(62a)나 밸브(62b)를 미리 정해진 시간 개방함으로써, 웨이퍼(W)의 이면에 가열된 DIW나 TMAH를 공급하면 좋다.
그리고, 처리 유닛(16)에서는 에칭 처리가 행해진다(단계 S106). 에칭 처리에서는, 제어부(18)가 처리 유체 공급부(40)의 노즐(41a)을 웨이퍼(W)의 중앙 상방으로 이동시킨다. 그 후, 제어부(18)가 밸브(44a)를 미리 정해진 시간 개방함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 에칭액인 알칼리성 수용액(L)을 공급한다.
웨이퍼(W)의 표면에 공급된 알칼리성 수용액(L)은 웨이퍼(W)의 회전에 따른 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 표면 전체에 퍼진다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 폴리실리콘층이 알칼리성 수용액(L)에 의해 에칭된다.
또한, 실시형태에 따른 에칭 처리는 단계 S103의 처리 후, 미리 정해진 시간 내에 행하면 좋고, 또한, 산소를 함유하는 분위기 하에서 행하면 좋다.
다음에, 처리 유닛(16)에서는 린스 처리가 행해진다(단계 S107). 린스 처리에서는, 제어부(18)가 처리 유체 공급부(40)의 노즐(41b)을 웨이퍼(W)의 중앙 상방으로 이동시켜, 밸브(44b)를 미리 정해진 시간 개방함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 DIW를 공급한다.
웨이퍼(W)의 표면에 공급된 DIW는 웨이퍼(W)의 회전에 따른 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 표면 전체에 퍼진다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 잔존하는 알칼리성 수용액(L)이 DIW로 치환된다.
계속해서, 처리 유닛(16)에서는 웨이퍼(W)를 건조시키는 건조 처리가 행해진다(단계 S108). 건조 처리에서는 예컨대, 제어부(18)가 구동부(33)를 제어하여 기판 유지 기구(30)를 미리 정해진 회전 속도로 회전시킴으로써, 유지 부재(311)에 유지되는 웨이퍼(W)를 스핀 건조시킨다.
또한, 이러한 건조 처리는 DIW를 직접 스핀 건조하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대, 도시하지 않는 IPA 공급부에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 IPA(IsoPropyl Alcohol)를 공급하여, 웨이퍼(W)의 표면에 잔존하는 DIW를 IPA로 치환하고, 이러한 IPA를 스핀 건조하는 IPA 건조를 행하여도 좋다.
그 후, 처리 유닛(16)에서는 반출 처리가 행해진다(단계 S109). 반출 처리에서는, 제어부(18)가 구동부(33)를 제어하여, 웨이퍼(W)의 회전을 정지시킨 후, 기판 반송 장치(17)를 제어하여, 웨이퍼(W)를 처리 유닛(16)으로부터 반출시킨다. 이러한 반출 처리가 완료되면, 1장의 웨이퍼(W)에 대한 일련의 기판 처리가 완료한다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 여러 가지의 변경이 가능하다. 예컨대, 실시형태에서는, 순환 라인(72)에 의해 알칼리성 수용액(L)을 순환시키면서 저온 용해 처리를 행하는 예에 대해서 나타내었지만, 알칼리성 수용액(L)을 순환시키지 않고 저온 용해 처리를 행하여도 좋다.
또한, 실시형태에서는 알칼리성 수용액(L)의 승온 처리로서, 알칼리성 수용액(L)을 웨이퍼(W)에 공급하는 공급 라인을 승온하는 처리나, 알칼리성 수용액(L)이 공급되는 웨이퍼(W)를 승온하는 처리에 대해서 나타내었지만, 이러한 2개의 처리를 양방 행하여도 좋다.
실시형태에 따른 기판 처리 방법은 저온 용해 처리(단계 S104)와, 에칭 처리(단계 S106)를 포함한다. 저온 용해 처리(단계 S104)는 실온보다 낮은 미리 정해진 온도로 냉각한 알칼리성 수용액(L)에 산소를 용해시킨다. 에칭 처리(단계 S106)는 산소를 용해시킨 알칼리성 수용액(L)을 기판[웨이퍼(W)]에 공급하여 기판[웨이퍼(W)]을 에칭한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 중심부로부터 주연부까지의 에칭량의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시형태에 따른 기판 처리 방법에 있어서, 알칼리성 수용액(L)은 TMAH(수산화테트라메틸암모늄), 콜린 수용액, KOH(수산화칼륨) 수용액 및 암모니아수 중 적어도 하나를 포함한다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상의 폴리실리콘층을 에칭 처리할 수 있다.
또한, 실시형태에 따른 기판 처리 방법은, 에칭 처리(단계 S106) 전에, 기판[웨이퍼(W)]의 표면에 형성된 자연 산화막을 제거하는 산화막 제거 처리(단계 S102)를 포함한다. 이에 의해, 자연 산화막의 영향을 억제할 수 있기 때문에, TMAH에 의한 에칭 처리를 안정적으로 행할 수 있다.
또한, 실시형태에 따른 기판 처리 방법에 있어서, 에칭 처리(단계 S106)는 산화막 제거 처리(단계 S102) 후, 미리 설정된 시간 내에 행한다. 이에 의해, 자연 산화막의 영향을 최소한으로 억제할 수 있기 때문에, TMAH에 의한 에칭 처리를 더욱 안정적으로 행할 수 있다.
또한, 실시형태에 따른 기판 처리 방법은, 저온 용해 처리(단계 S104) 후, 또한 에칭 처리(단계 S106) 전 또는 에칭 처리(단계 S106)와 동시에, 알칼리성 수용액(L)을 승온시키는 승온 처리(단계 S105)를 포함한다. 이에 의해, 에칭률을 더욱 증가시킬 수 있다.
또한, 실시형태에 따른 기판 처리 방법에 있어서, 승온 처리(단계 S105)는 알칼리성 수용액(L)을 기판[웨이퍼(W)]에 공급하는 공급 라인을 승온하는 처리 및 알칼리성 수용액(L)이 공급되는 기판[웨이퍼(W)]을 승온하는 처리 중 적어도 하나를 포함한다. 이에 의해, 저비용으로 알칼리성 수용액(L)의 승온 처리를 행할 수 있다.
또한, 실시형태에 따른 기판 처리 방법에 있어서, 저온 용해 처리(단계 S104)는 알칼리성 수용액(L) 내의 용존 산소가 포화되도록 산소를 용해시킨다. 이에 의해, 에칭량의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시형태에 따른 기판 처리 방법에 있어서, 에칭 처리(단계 S106)는 산소를 함유하는 분위기 하에서 행해진다. 이에 의해, 에칭량의 면내 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 실시형태에 따른 기판 처리 장치는, 저온 용해부(70)와, 공급부[처리 유체 공급부(40)]를 구비한다. 저온 용해부(70)는 실온보다 낮은 미리 정해진 온도로 냉각한 알칼리성 수용액(L)에 산소를 용해시킨다. 공급부[처리 유체 공급부(40)]는 산소를 용해시킨 알칼리성 수용액(L)을 기판[웨이퍼(W)]에 공급한다. 그리고, 기판[웨이퍼(W)]에 대하여 공급부[처리 유체 공급부(40)]로부터 알칼리성 수용액(L)을 공급함으로써, 기판[웨이퍼(W)]을 에칭한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 중심부로부터 주연부까지의 에칭량의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시형태에 따른 기판 처리 장치에 있어서, 저온 용해부(70)와 공급부[처리 유체 공급부(40)] 사이에 마련되는 알칼리성 수용액(L)의 공급 라인에는, 히터[인라인 히터(80)]가 마련된다. 이에 의해, 에칭률을 더욱 증가시킬 수 있다.
추가적인 효과나 변형예는, 당업자에 의해 용이하게 도출할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 보다 광범한 양태는, 이상과 같이 나타내며 또한 기술한 특정 상세 및 대표적인 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의되는 총괄적인 발명의 개념의 정신 또는 범위에서 일탈하는 일없이, 여러 가지 변경이 가능하다.
W: 웨이퍼 L: 알칼리성 수용액
1: 기판 처리 시스템 16: 처리 유닛
18: 제어부 40: 처리 유체 공급부
70: 저온 용해부

Claims (10)

  1. 실온보다 낮은 미리 정해진 온도로 냉각한 알칼리성 수용액에 산소를 용해시키는 저온 용해 공정과,
    산소를 용해시킨 상기 알칼리성 수용액을 기판에 공급하여 상기 기판을 에칭하는 에칭 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리성 수용액은,
    TMAH(수산화테트라메틸암모늄), 콜린 수용액, KOH(수산화칼륨) 수용액, 및 암모니아수 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에칭 공정 전에, 상기 기판의 표면에 형성된 자연 산화막을 제거하는 산화막 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에칭 공정은,
    상기 산화막 제거 공정 후, 미리 설정된 시간 내에 행하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 저온 용해 공정 후, 또한 상기 에칭 공정 전 또는 상기 에칭 공정과 동시에, 상기 알칼리성 수용액을 승온시키는 승온 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 승온 공정은,
    상기 알칼리성 수용액을 상기 기판에 공급하는 공급 라인을 승온하는 공정, 및 상기 알칼리성 수용액이 공급되는 상기 기판을 승온하는 공정 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 저온 용해 공정은,
    상기 알칼리성 수용액 내의 용존 산소가 포화되도록 산소를 용해시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에칭 공정은,
    산소를 함유하는 분위기 하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  9. 실온보다 낮은 미리 정해진 온도로 냉각한 알칼리성 수용액에 산소를 용해시키는 저온 용해부와,
    산소를 용해시킨 상기 알칼리성 수용액을 기판에 공급하는 공급부
    를 구비하고,
    상기 기판에 대하여 상기 공급부로부터 상기 알칼리성 수용액을 공급함으로써, 상기 기판을 에칭하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 저온 용해부와 상기 공급부 사이에 마련되는 상기 알칼리성 수용액의 공급 라인에는, 히터가 마련되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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