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基板処理方法 - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 基板処理方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−12782(P2007−12782A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−190011(P2005−190011)
出願日 平成17年6月29日(2005.6.29)
代理人 【識別番号】100077931
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 弘
発明者 金子 俊夫 / 西脇 徹
要約 課題
半導体ウエハ等の基板及び基板上に形成されたパターンに発生する欠陥を減少させる。

解決手段
本発明の基板処理方法は、パーティクルを含む真空雰囲気である容器210の内部に基板201を設置する工程と、容器210の内部において、基板201を容器210に対して所定の相対速度をもって移動させながら基板201の処理を行なう工程とを備え、処理を行なう際にパーティクルに起因して基板201に生じる欠陥の数又は密度について、許容される上限値を決定し、所定の相対速度を、欠陥の数又は密度が上限値となる時の相対速度以下に設定する。
特許請求の範囲
【請求項1】
パーティクルを含む真空雰囲気である容器の内部に基板を設置する工程と、
前記容器の内部において、前記基板を前記容器に対して所定の相対速度をもって移動させながら前記基板の処理を行なう工程とを備え、
前記処理を行なう際に前記パーティクルに起因して前記基板に生じる欠陥の数又は密度について、許容される上限値を決定し、
前記所定の相対速度を、前記欠陥の数又は密度が前記上限値となる時の相対速度以下に設定することを特徴とする基板処理方法。
【請求項2】
請求項1において、
前記容器は、イオン注入装置の処理容器であり、
前記処理は、イオン注入であることを特徴とする基板処理方法。
【請求項3】
処理を行なうためのパーティクルを含む雰囲気中に基板を設置する工程と、
前記雰囲気中において、前記基板を前記雰囲気に対して所定の相対速度をもって移動させながら前記基板の処理を行なう工程とを備え、
前記処理を行なう際に前記パーティクルに起因して前記基板に生じる欠陥の数又は密度について、許容される上限値を決定し、
前記所定の相対速度を、前記欠陥の数又は密度が前記上限値となる時の相対速度以下に設定することを特徴とする基板処理方法。
【請求項4】
請求項3において、
前記雰囲気は、気体であることを特徴とする基板処理方法。
【請求項5】
請求項4において、
前記基板の処理は、乾燥であることを特徴とする基板処理方法。
【請求項6】
請求項3において、
前記雰囲気は、液体であることを特徴とする基板処理方法。
【請求項7】
請求項6において、
前記基板の処理は、洗浄であることを特徴とする基板処理方法。
【請求項8】
請求項6において、
前記基板の処理は、前記基板上に液体を塗布する処理であることを特徴とする基板処理方法。
【請求項9】
請求項1〜8のいずれか1つにおいて、
前記処理の前記基板面内における均一性について、許容される下限値を決定し、
前記所定の相対速度を、前記均一性が前記下限値となる時の相対速度以上に設定することを特徴とする基板処理方法。
【請求項10】
請求項1〜9のいずれか1つにおいて、
前記基板上には、最小パターン幅が0.2μmを越え且つ1.5μm以下である島状のパターンが形成され、
前記相対速度は、5m/秒以上で且つ50m/秒以下であることを特徴とする基板処理方法。
【請求項11】
請求項1〜9のいずれか1つにおいて、
前記基板上には、最小パターン幅が0.13μmを越え且つ0.2μm以下である島状のパターンが形成され、
前記相対速度は、10m/秒以上で且つ34m/秒以下であることを特徴とする基板処理方法。
【請求項12】
請求項1〜9のいずれか1つにおいて、
前記基板上には、最小パターン幅が0.13μm以下である島状のパターンが形成され、
前記相対速度は、10m/秒以上で且つ30m/秒であることを特徴とする基板処理方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体集積回路の製造等における基板処理方法に関し、特に、基板を高速で移動させながらイオン注入、洗浄等の処理を行なう基板処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体集積回路装置の高集積化に伴い、MOS(Metal Oxide Semiconductor )トランジスタのゲート電極の寸法は、細線化が進行し続けている。このため、ゲート電極は物理的な強度が低下し、衝撃による損傷を受けやすくなって来ている。
【0003】
また、高集積化に伴い、MOSトランジスタのソース領域及びドレイン領域をイオン注入によって形成する場合、ウエハ面内における不純物プロファイルには高度な均一性が要求される。更に、スケーリングにより数nm程度にまで薄膜化したゲート絶縁膜は、ゲート電極に対するイオン注入又はゲート電極をマスクとして用いた基板に対するイオン注入等に起因するチャージアップ絶縁破壊に対し、極めて敏感になってきている。
【0004】
従来、不純物導入のためには、細く径を絞ったイオンビームによりウェーハ面上を走査することによって不純物の導入を行なうことが一般に行なわれている。これは、1つには、特にソース領域・ドレイン領域を形成するためのイオン注入等のような、大電流イオン注入において、ウエハ面内の不純物プロファイル及び不純物濃度等の均一性を向上するためである。また、高イオン濃度ビームの連続的照射の結果として、チャージアップによる絶縁破壊が発生して損傷が生じるのを抑制するためでもる。
【0005】
このような、細い径のイオンビームを用いてウエハ面の全面に均一に不純物の導入を行なう具体的方法として、イオンビームを走査するのではなく、固定された入射イオンビームに対して垂直な方向に半導体基板を高速運動させる方法がある。これは、例えば特許文献1に記載されている。
【0006】
図4(a)に、そのような方法によるイオン注入をバッチ式で行なうためのイオン注入装置において、半導体基板を設置するエンドステーション部を示す。図4(a)に示すように、大口径のディスク10上に半導体基板11が複数固定して設置され、ディスク10は回転軸12を中心として回転可能になっている。このようなエンドステーション部等は、全体として高真空雰囲気下に置かれている。
【0007】
図4(b)には、イオン注入を行なう際の斜めから見た様子を示している。イオン注入を行なう際には、ディスク10が通常は1000rpm(Revolutions per minute)以上の回転速度をもって高速回転する。これと同時に、ディスク10自体が上下に直線的に移動する。ディスク10がこのような移動をしている状態において、イオンビーム13が照射される。
【0008】
以上のようにすると、半導体基板11上にイオンビーム13が一様にスキャンされることになり、半導体基板11に対して概ね均一に不純物の導入が行なわれる。
【特許文献1】特開平5−135731号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、半導体集積回路装置上に形成する半導体素子のパターン寸法が微細になるにつれて、図4(a)のイオン注入装置を用いて不純物の導入を行なったデバイスにおいて、パターン欠陥が増加するという問題があった。
【0010】
そこで、本発明の目的は、このようなパターン欠陥の増加を抑制しながら基板の処理を行なうことができる基板処理方法を提供することである。また、これにより、基板の処理に伴う製造歩留ロスを削減すると共に、信頼性の高い半導体装置を供給することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
前記の目的を達成するため、本願発明者等は、先に説明したようなパターン欠陥が発生する原因について調査した。この結果、パターン欠陥の発生は、処理を行なうための雰囲気中に存在するパーティクルが原因と考えられることが見出された。また、特にパターン寸法が130nm以下になると、このようなパターン欠陥が顕著に増加することが発見された。以下、これについて説明する。
【0012】
基板の処理に際し、基板は処理装置又は処理雰囲気に対して相対的に高速で移動する。例えば、図4(a)及び(b)に示した装置を用いる場合には、ディスク10上に固定された半導体基板11は、ディスク10の回転によって回転すると共に、ディスク10の上下移動によって上下にも移動する。これによって、半導体基板11は容器に対して相対的に高速で移動する。
【0013】
このようにして処理を行なう際には、真空チャンバー内(図示せず)又は真空雰囲気から微小パーティクル(ここでは、径が約0.2μm以下であるパーティクルを微小パーティクルと呼ぶ)が除去されていることが望ましいが、完全に無くすのは極めて困難である。
【0014】
このため、基板11の表面近傍に存在していた微小パーティクルは基板11に対して相対的な速度を持つことになり、更には基板11に対して相対的な運動エネルギーを持つことになる。このような運動エネルギーが十分に大きい場合、基板11又は基板11上に形成された素子パターンに微小パーティクルが衝突すると、素子パターン等に損傷を与え、パターン欠陥を生じる。
【0015】
図5(a)及び(b)は、基板処理の1つとしてイオン注入を行なった後に発見されたパターン欠陥を示すSEM(Scanning Electron Microscope)写真である。ここで、図5(a)は、基板上に塗布されたフォトレジストに生じた傷を示す。また、図5(b)は、幅約0.1μmのフォトレジストパターンをマスクとしてエッチング形成されたMOSトランジスタにおいて、ゲート電極上からレジストが付いたままイオン注入を行なった後に生じていた欠陥を示す。図5(b)においては、フォトレジストだけではなく、フォトレジストの下層に在る多結晶シリコンのパターンについても破壊されている。
【0016】
次に、図6(a)〜(d)は、図5(a)及び(b)に示した欠陥が生じる過程を説明する図である。まず、図5(a)の欠陥の発生過程を、図6(a)及び(b)を用いて説明する。
【0017】
図6(a)には、素子パターンの形成された基板100が示されている。具体的には、例えば半導体基板101上にSTI(Shallow Trench Isolation)102が形成され、半導体基板101及びSTI102を覆うようにSiO2 膜103が形成され、更にSiO2 膜103を覆うフォトレジスト104が形成されている。また、基板100の近傍に、シリコン酸化膜の微小な破片等からなる微小パーティクル105を示してある。
【0018】
基板100に対する処理の一例として、イオン注入を行なう場合を説明する。この場合、基板100を高真空雰囲気中に設置し、高真空雰囲気に対する相対速度Vをもって主面方向に移動させる。また、微小パーティクル105は、基板100に対して垂直に、近づくように移動しているものとする。
【0019】
このような基板100及び微小パーティクル105の移動の結果、図6(b)に示すように、微小パーティクル105は基板100に対して相対的には斜めに衝突し、フォトレジスト104を削り取るようにしてスクラッチ状の損傷120を生じる。尚、図6(a)及び(b)は、いずれも両端を省略して示しているが、図示されているのは基板100の同じ範囲である。微小パーティクル105が主面方向に移動しているように見えるのは、基板100が移動したことによる。
【0020】
次に、図5(b)の欠陥の発生過程を、図6(c)及び(d)を用いて説明する。
【0021】
図6(c)には、素子パターンの形成された基板150が示されている。具体的には、例えば半導体基板101上にSTI102が形成されていると共に、STI102によって区画された領域に、ゲート絶縁膜106を介して多結晶シリコンからなるゲート電極107が形成されている。更に、ゲート電極107上には、フォトレジストパターン108が形成されている。また、基板150の近傍に、シリコン酸化膜の微小な破片等からなる微小パーティクル105が示されている。
【0022】
図6(a)及び(b)に示した場合と同様、基板150についてイオン注入等の処理を行なう際には、基板150は相対速度Vをもって主面方向に移動される。この状態において微小パーティクル105が基板150に接近して行くと、相対的には斜めに衝突することになる。この結果、例えば図6(d)に示すように、ゲート絶縁膜106、ゲート電極107及びフォトレジストパターン108からなる積層構造に衝突し、該積層構造(ゲートパターン)を破壊する。
【0023】
特に、最近のシステムLSI(Large Scale Integration )のように、高速動作のために設計ルール以上に細線化した(例えば、幅0.1μm以下である)ゲート電極は、物理的な強度が低下してるために破壊されやすい。つまり、小さな衝撃に対してもゲートパターンが損傷を受けやすい。
【0024】
また、微小パーティクルが基板に衝突する際のエネルギーは、微小パーティクルの基板に対する相対的な運動エネルギーに基づくため、基板の移動速度又は基板を載置したディスクの回転数等の二乗に比例して増加することになる。
【0025】
このような調査の結果に基づき、前記の目的を達成するため、本発明に係る第1の基板処理方法は、パーティクルを含む真空雰囲気である容器の内部に基板を設置する工程と、容器の内部において、基板を容器に対して所定の相対速度をもって移動させながら基板の処理を行なう工程とを備え、処理を行なう際にパーティクルに起因して基板に生じる欠陥の数又は密度について、許容される上限値を決定し、所定の相対速度を、欠陥の数又は密度が上限値となる時の相対速度以下に設定する。
【0026】
第1の基板処理方法によると、真空雰囲気中に存在するパーティクルに起因して基板に生じる欠陥について、製造上許容できる数又は密度の上限を決定し、これに応じて容器に対する基板の相対速度について、上限を求めておく。つまり、欠陥の数又は密度が予め決定した上限となるときの相対速度を実験等により求めておく。この時の相対速度以下に設定した相対速度をもって基板を移動させながら基板の処理を行なうことにより、パーティクルに起因する基板の欠陥は、許容される上限以下の数又は密度となる。尚、欠陥の密度とは、基板面の単位面積当たりに生じた欠陥の数で表される。
【0027】
ここで、欠陥は、真空雰囲気中に存在するパーティクルが基板表面に衝突することにより、パーティクルと基板表面との相対速度に基づく運動エネルギーのために基板表面が損傷を受けることから発生する。このため、容器に対する基板の相対速度を低くすることにより前記の運動エネルギーを小さくすることができ、この結果として欠陥の発生を抑制し、欠陥の数又は密度を減少させることができる。
【0028】
尚、第1の基板処理方法において、容器は、イオン注入装置の処理容器であり、処理は、イオン注入であることが好ましい。
【0029】
このようにすると、イオン注入装置を用いて基板にイオンを注入する際に、欠陥の数又は密度を減少させ、許容される上限以下にすることができる。
【0030】
また、前記の目的を達成するため、本発明に係る第2の基板処理方法は、処理を行なうためのパーティクルを含む雰囲気中に基板を設置する工程と、雰囲気中において、基板を雰囲気に対して所定の相対速度をもって移動させながら基板の処理を行なう工程とを備え、処理を行なう際にパーティクルに起因して基板に生じる欠陥の数又は密度について、許容される上限値を決定し、所定の相対速度を、欠陥の数又は密度が上限値となる時の相対速度以下に設定する。
【0031】
第2の基板処理方法によると、処理のための雰囲気中に存在するパーティクルに起因して基板に生じる欠陥について、製造上許容できる数又は密度の上限を決定し、これに応じて処理のための雰囲気に対する基板の相対速度について、上限を求めておく。つまり、欠陥の数又は密度が予め決定した上限となるときの相対速度を実験等により求めておく。この時の相対速度以下に設定した相対速度をもって基板を移動させながら基板の処理を行なうことにより、パーティクルに起因する基板の欠陥は、許容される上限以下の数又は密度となる。
【0032】
これは、第1の処理方法と同様、処理のための雰囲気中に存在するパーティクルと基板との相対速度を小さくすることにより、パーティクルが基板に衝突した場合にも基板が損傷を受けにくくすることができるためである。この結果、欠陥の発生を抑制し、欠陥の数又は密度を減少させることができる。
【0033】
尚、第2の基板処理方法において、雰囲気は、気体であることが好ましい。
【0034】
このようにすると、気体中において基板を処理する場合において、基板に生じる欠陥を減少させることができる。
【0035】
基板の処理は、乾燥であることが好ましい。このようにすると、気体である雰囲気において基板の乾燥を行なう際に、基板に生じる欠陥を減少させることができる。
【0036】
また、第2の基板処理方法において、雰囲気は、液体であることが好ましい。
【0037】
このようにすると、液体である雰囲気において基板を処理する場合において、基板に生じる欠陥を減少させることができる。
【0038】
基板の処理は、洗浄であることが好ましい。このようにすると、液体中で基板を洗浄する際に、基板に生じる欠陥を減少させることができる。
【0039】
また、基板の処理は、基板上に液体を塗布する処理であることも好ましい。このようにすると、フォトリソグラフィ工程等において基板上に液体を塗布する際に、基板に欠陥が発生するのを抑制することができる。更に具体的な処理の例としては、例えば、基板上にレジスト又は反射防止膜の液体である材料等を塗布し、該液体を振り切る処理等がある。
【0040】
また、本発明の基板処理方法において、処理の基板面内における均一性について、許容される下限値を決定し、所定の相対速度を、均一性が下限値となる時の相対速度以上に設定することが好ましい。
【0041】
容器又は処理のための雰囲気に対する基板の相対速度が小さくなると、基板面内における処理の均一性が低下する。そこで、許容できる均一性の下限を予め決定し、均一性が決定した下限となるときの相対速度を求めておく。このような下限以上に設定した相対速度をもって基板を移動させながら処理を行なうと、許容される処理の均一性を実現することができる。
【0042】
また、本発明の基板処理方法において、基板上には、最小パターン幅が0.2μmを越え且つ1.5μm以下である島状のパターンが形成され、相対速度は、5m/秒以上で且つ50m/秒以下であることが好ましい。
【0043】
コンタクトホール等の開口型のパターンについては、微細化して寸法が小さくなってもパターンを形成する膜の面積が大きいため、パーティクルの衝突による欠陥は問題となりにくい。これに対し、ゲート電極等のような島状のパターンについては、パターンの微細化に伴ってパーティクルの衝突による損傷の影響を顕著に受けるようになる。このことから、基板に形成される島状のパターンの寸法に基づいて、発生する欠陥の数又は密度が上限以下になる相対速度を決定するのがよい。
【0044】
具体的には、最も狭い部分の幅が0.2μmを越え且つ1.5μm以下である島状のパターンが形成されているのであれば、相対速度を5m/秒以上で且つ50m/秒とすると、確実に欠陥の発生を許容できる上限以下にすることができる。
【0045】
同様に、基板上には、最小パターン幅が0.13μmを越え且つ0.2μm以下である島状のパターンが形成され、相対速度は、10m/秒以上で且つ34m/秒以下であることが好ましい。
【0046】
また、更に同様に、基板上には、最小パターン幅が0.13μm以下である島状のパターンが形成され、相対速度は、10m/秒以上で且つ30m/秒であることが好ましい。
【0047】
このようなパターン幅と相対速度との関係を有していると、基板に発生する欠陥の数又は密度について、許容される上限以下とすることが確実にできると共に、基板面内における処理を均一に行なうことが確実にできる。
【発明の効果】
【0048】
本発明によると、基板を容器又は処理雰囲気に対して移動させながら処理を行なう際に、基板の移動速度を予め求めた上限以下とすることにより、パーティクルの衝突による欠陥の発生を抑制することができる。また、基板の移動速度を予め求めた下限以上とすることにより、基板面内における処理の均一性低下を抑制することができる。この結果、半導体装置等の歩留ロスを削減できると共に、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0049】
以下、本発明の実施形態に係る基板処理方法について、図面を参照して説明する。
【0050】
図1(a)に、本実施形態の基板処理方法に用いる装置、具体的にはイオン注入装置のうち、処理に際して高真空雰囲気にされる処理容器210の中に置かれるエンドステーション部を平面図として示す。該装置は高電流タイプで且つバッチ式であり、そのエンドステーション部は、基板201が複数固定して設置される大皿状の大口径のディスク200を備える。ディスク200は中心に取り付けられた回転軸202によって回転することができるようになっている。
【0051】
図1(b)には、イオン注入を行なう際の斜めから見た様子を示している。イオン注入を行なう際には、ディスク200を所定の回転速度を持って回転させると共に、ディスク200自体を上下に直線的に移動させる。ディスク200がこのような移動をしている状態において、イオンビーム203が照射され、基板201に対して一様にスキャンされてイオン注入が行なわれる。尚、処理雰囲気が真空雰囲気であるから、基板201の処理容器210に対する相対速度と、基板201の真空雰囲気に対する相対速度とは、同じである。
【0052】
次に、所定の回転速度、つまり、本実施形態の基板処理方法において、パターン欠陥の発生を抑制するためのディスク200の回転速度について説明する。まず、図2に、基板に対する処理の一例としてイオン注入を行なう場合に、イオン注入装置におけるディスク200の回転速度と、パターン欠陥の発生数との関係を示す実験結果を示している。
【0053】
この実験においては、幅が0.13μmのMOSトランジスタのゲート電極パターンを形成した半導体基板を試料として用いている。また、パターン欠陥の発生数は、1cm2
あたりの数である。
【0054】
また、本実施形態では、基板201は口径が200mmの半導体ウエハであり、ディスク200の回転数は200rpmから1200rpmまで変化させ、上下方向の直線運動については20mm/秒程度の低速スキャンとした。
【0055】
この結果が図2に示されており、ディスク200の回転速度が増加するのに伴って、ゲート電極のパターン欠陥の発生数が増加することが判る。これは、ディスク200の回転が高速であるほど、基板201に対する微小な(例えば、径が0.2μm以下の)パーティクルの相対的な運動エネルギーが大きくなるため、パーティクルが基板201に衝突した際にゲート電極パターンが損傷して欠陥となる確率が高くなるためと考えられる。
【0056】
図2の結果によると、ゲート電極パターンの寸法が0.13μmである場合、欠陥の密度を製造歩留が劣化しないと考えられる欠陥密度である許容欠陥密度0.05個/cm2 以下とするには、ディスク200の回転数を600rpm以下とすればよい。これは、基板201が移動する直線速度(図6(a)等における相対速度Vに相当)に換算すると、30m/秒以下となる。
【0057】
尚、このような回転数と直線速度との換算は、次の関係式
2π・ディスクの半径(m)・回転数(rpm)/60=直線速度(m/秒)
によって行なう。ここで、ディスク200の半径は0.5m程度である。
【0058】
ディスク200の回転数又は真空雰囲気に対する基板201の相対速度を更に小さくすると、ゲート電極パターンの欠陥の発生数は更に減少する。特に、図2に示す例の場合、ディスク200の回転数を200rpm以下とすると、微小パーティクルの衝突に起因する欠陥の密度は概ね0となる。このように、欠陥の発生数については、回転数は小さいほど良好な結果が得られる。
【0059】
しかしながら、半導体集積回路を製造するための生産レベルにおけるイオン注入の場合には、ディスク200の回転数について、欠陥の抑制とは別の理由から下限が存在する。これについて次に説明する。
【0060】
図3には、本実施形態におけるイオン注入の実験に関し、ディスク200の回転数を200rpmから1200rpmまで変化させた場合の半導体ウエハ(基板201)面内におけるドーズ量の均一性について示している。ここで、図3において、横軸は半導体ウエハの中心を0とし、外周方向の一方に向かってプラス、反対側に向かってマイナスとしてmm単位の距離を示してる。また、縦軸は、半導体ウエハ上の各位置について、不純物のドーズ量を相対的に示している。
【0061】
ここで、各回転数についてそれぞれ記されているσは、ドーズ量の不均一性を示しており、0.5%以下であることが望ましい。
【0062】
図3に示されているように、ディスク200の回転数が250rpm以下である場合、半導体ウエハ面内におけるドーズ量の変動が顕著になっている。このように、基板201の移動速度が一定の下限よりも小さくなると、半導体ウエハ面内における処理の均一性(ここでは、ドーズ量の均一性)が悪化する。
【0063】
逆に、この結果から、基板201の移動速度について下限を決めることができる。つまり、半導体ウエハ面内におけるドーズ量の均一性が悪化するのを抑制することのできる基板の移動速度を読み取ることができる。具体的には、半導体ウエハの真空雰囲気に対する相対的な直線速度に換算して、直線速度が10m/秒以上であれば良い。
【0064】
以上のことから、イオン注入を行なう際には、半導体ウエハ(基板201)の移動速度を真空雰囲気に対して10m/秒以上で且つ30m/秒以下とすると、微小パーティクルの衝突による欠陥の発生及び不純物の導入量の均一性悪化を共に抑制することができる。但し、これは幅0.13μmのゲート電極パターンが基板に形成されている場合である。
【0065】
コンタクトホールのように、膜に対して開口を設けた開口型のパターンについては、開口の寸法が縮小化された場合にも、パターンを形成する膜の面積が非常に大きい。このことから、微小パーティクルの衝突に起因する欠陥に関して、影響は小さい。しかし、ゲート電極のように膜等を島状に残すパターンが微細化されると、微小パーティクルの衝突による欠陥発生の影響は顕著に現われる。
【0066】
先に述べたように、最小パターン幅が0.13μmである島状のパターンが基板201に形成されている場合、真空雰囲気に対する基板201の相対速度は、10m/秒以上で且つ30m/秒以下するのが好ましい。しかし、最小パターン幅が異なる場合には、適切な相対速度は最小パターン幅に依存して異なる。
【0067】
本実施形態で説明したのと同様の実験を行なって検討した結果、まず、最小パターン幅が0.13μm以下である場合、真空雰囲気に対する基板の相対速度は、10m/秒以上で且つ30m/秒以下するのが好ましく、20m/秒以上で且つ30m/秒以下であることが更に好ましい。
【0068】
また、最小パターン幅が0.13μmを越え且つ0.2μm以下である場合、基板の相対速度は、10m/秒以上で且つ34m/秒以下であることが好ましく、20m/秒以上で且つ34m/秒以下であることが更に好ましい。
【0069】
更に、最小パターン幅が0.2μmを越え且つ1.5μm以下である場合、基板の相対速度は、5m/秒以上で且つ50m/秒以下であることが好ましい。
【0070】
また、以上では、ディスク200の回転及び上下運動によって基板201を移動しながらバッチ式イオン注入を行なう場合について説明したが、これに限るものではない。つまり、基板201を移動させながら処理を行なう工程はイオン注入の他にも存在し、それらの処理にも本実施形態の基板処理方法が適用可能である。例えば、(a)半導体基板上のゴミ検査装置、(b)CMP(Chemical Mechanical Polishing )後のウエハ洗浄装置、(c)フォトリソグラフィ工程におけるコーター、(d)スクラバー洗浄装置、及び(e)バッチ式スピン洗浄・乾燥装置等による処理である。このような処理について、以下に説明する。
【0071】
(a)〜(d)の装置は、通常は枚葉式であり、円形である半導体基板等の回転対称軸付近を中心として半導体基板等を高速で回転させながら、それぞれの処理を行なう。特に、(d)のスクラバー洗浄装置においては、従来、回転数が4000rpmを超える。このため、現在広く用いられるようになっている300mmの大口径ウエハの処理を行なう場合、特に周縁部では相対速度が大きくなり、直線速度に換算すると、30m/秒を遙かに超えていた。
【0072】
また、(e)のバッチ式スピン洗浄・乾燥装置の場合は、複数のウエハをカセットに収め、このようなカセットを複数、回転台に中心対称に配置する。そして、回転台を高速回転しながら薬液洗浄又は乾燥処理を行なう。
【0073】
また、イオン注入の場合、処理を行なう際に基板周辺の処理雰囲気は高真空であったが、他の種類の処理雰囲気であっても良い。例えば、(a)及び(c)の装置では大気、(e)の装置ではN2 等の気体雰囲気である。また、(b)、(d)及び(e)の各洗浄装置では、純水又は薬液等の液体雰囲気である。
【0074】
雰囲気が真空の場合とは異なり、液体又は気体は流動するため、基板の雰囲気に対する相対速度と、基板の処理容器に対する相対速度とは必ずしも同じではない。雰囲気中に含まれているパーティクルと基板との相対速度によってパターン欠陥が発生するのであるから、基板の移動速度の上限及び下限については、基板と雰囲気との相対速度を考える。
【0075】
以上のような(a)〜(e)の装置を用いる工程の場合にも、イオン注入の場合と同様に、基板周囲の処理雰囲気中に微小パーティクルが含まれている場合がある。このため、気体中又は液体中の微小パーティクルが処理の際に基板上に形成されたパターンに衝突し、パターンの破壊が起こる。
【0076】
これに対し、本実施形態で説明したように、処理の際の基板の移動速度を所定の上限以下に設定すると、パターンの破壊を抑制し、欠陥の数又は密度を許容される上限以下に抑えることができる。
【0077】
また、処理の際の基板の移動速度が小さくなると、(a)〜(e)の装置を用いる工程の場合にも、基板面内における処理の均一性が低下することがある。そこで、許容される均一性を得ることができる基板の移動速度について、下限を予め求めておき、処理の際には、そのような下限以上の移動速度を設定する。
【0078】
相対速度の範囲としては、具体的には、例えば、イオン注入の場合について説明した最小パターン幅と速度の範囲との関係を(a)〜(e)の装置による処理等についても適用することができる。但し、個々の処理について、それぞれ実験を行なう等によって個別に条件(相対速度の上限及び下限)を求めることは、当然可能である。また、基板に発生する欠陥を抑制することだけが求められるような場合には、相対速度の上限だけを設定すればよい。
【0079】
また、基板を移動させる方法としては、以上に説明してきた他に、例えば、枚葉式の(a)〜(d)の装置のように、基板をその回転対称軸で回転させる等であっても良い。このような場合にも、基板表面に形成されているパターンと、処理雰囲気中に存在する微小パーティクルとは相対的に運動しており、パーティクルの衝突によって、基板に形成されているパターンに欠陥が発生しうる。そのため、基板の移動速度を設定することによりパターン欠陥の発生を抑制する本発明の効果が実現する。
【0080】
以上のように、本実施形態の基板処理方法によると、処理を行なう際の基板の移動速度を所定の上限以下とすることによりパーティクルに起因するパターン欠陥の発生を抑制することができると共に、基板の移動速度を所定の下限以上とすることにより、基板面内における処理の均一性の低下を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【0081】
本発明の基板処理方法によると、基板を高速で移動させながら処理を行なう際に、基板上に形成されたパターンの破壊を抑制することができる。このため、特に、微細なパターンの形成された基板の処理に有用であり、半導体装置の製造等にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0082】
【図1】図1(a)及び(b)は、本発明の実施形態における基板処理方法に用いるイオン注入装置、特にエンドステーション部と、その動作の様子とを示す図である。
【図2】図2は、イオン注入装置における基板が設置されたディスクの回転数と、パターン欠陥の発生数との関係を説明する図である。
【図3】図3は、イオン注入の際のディスクの回転数に対し、基板面内におけるイオンの注入量の分布を示す図である。
【図4】図4(a)及び(b)は、従来の基板処理方法に用いるイオン注入装置のエンドステーション部及びその動作の様子を示す図である。
【図5】図5(a)及び(b)は、本願出願人らの調査に係る、基板上に生じた損傷を示すSEM写真である。
【図6】図6(a)〜(d)は、本願出願人らの調査に係る図5(a)及び(b)に示した損傷の発生過程を説明する図である。
【符号の説明】
【0083】
100、150、201 パターンの形成された基板
101 半導体基板
102 STI
103 SiO2
104 フォトレジスト
105 微小パーティクル
106 ゲート絶縁膜
107 ゲート電極
108 フォトレジストパターン
120 損傷
202 回転軸
203 イオンビーム
210 処理容器




 

 


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