专利名称：含碳薄膜的宽度减小方法及氧化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及被形成于半导体晶圆等被处理体的被图案化了的抗蚀剂膜等含碳薄膜的宽度减小(slimming)方法及氧化装置。
背景技术：
通常，为了制造半导体集成电路而对由硅基板等构成的半导体晶圆进行成膜处理、蚀刻处理、氧化处理、扩散处理、改性处理、自然氧化膜的除去处理等各种处理。利用专利文献I等所公开的立式的、所谓的批量式的热处理装置来进行这些处理时，首先，将半导体晶圆从能够收容多张、例如25张左右半导体晶圆的盒(cassette)向立式的晶圆舟皿移载，多层地支承在该晶圆舟皿中。该晶圆舟皿例如能够载置30张 150张左右的晶圆，这也取决于晶圆尺寸。该晶圆舟皿从能够进行排气的处理容器的下方输入(加载)到该处理容器内之后，处理容器内被维持成气密状态。然后，一边对处理气体的流量、工艺压力、工艺温度等各种工艺条件进行控制一边实施规定的热处理。在此，随着半导体集成电路的高集成化，制造工艺所要求的布线宽度、分离宽度日益微细化。通常，用于形成上述半导体集成电路的微细图案是应用光刻技术来形成的。例如，使用光刻技术在半导体晶圆上形成抗蚀剂膜的图案，以该抗蚀剂图案为掩模对基底膜进行蚀刻，由此，形成微细图案。在上述光刻技术中，为了应对微细化的需求，最近，采用了浸没方法(日语液侵手法)，该浸没方法使用波长较短的ArF激光，为了提高曝光装置的分辨率而使折射率比空气的折射率大的水等液体介在于晶圆与曝光装置之间，从而使有效曝光波长较短。但是，近年来的微细化的需求要求比上述的光刻技术的分辨率极限更微细化的尺寸。因此，最近，应对更微细化的需求，提出了一种微细图案的形成方法，其由在图案化了的抗蚀剂膜等含碳薄膜上形成娃氧化膜的成膜工艺和SWT(sidewall transfer process)法或LLE (光刻-光刻-蚀刻)法组合而成(例如，专利文献2、3)。在上述SWT法中，对由例如抗蚀剂膜等形成的图案的凸部的一部分的表面整体适度地进行氧化而将其除去，通过进行这样的宽度减小处理来使凸部的尺寸宽度在实质上减小。然后，在该抗蚀剂图案上形成硅氧化膜，适度地回蚀该硅氧化膜而使被形成于上述凸部的侧面的侧壁(sidewall)残留，将露出的抗蚀剂图案除去而将残留的侧壁作为掩模对作为蚀刻对象层的基底层进行蚀刻，由此，得到光刻技术的分辨率极限以下的微细图案。专利文献I :日本特开2010-161162号公报专利文献2 日本特开2004-080033号公报专利文献3 :日本特开2010-103497号公报但是，如上所述，对被图案化了的抗蚀剂膜等含碳薄膜的凸部的表面进行氧化而将其除去的宽度减小处理通常如下述这样进行在批量式的纵长的处理容器内收容多张被处理体，例如使氧气流入该处理容器内来作为氧化气体并且在该氧气氛中生成等离子体， 利用氧活性种来适当氧化、削减含碳薄膜的表面。
但是，该宽度减小方法存在这样的问题宽度减小量(削减量)取决于一次收容到处理容器内的晶圆的张数，或者每次宽度减小处理的宽度减小量(削减量)出现偏差，再现性不充分。
发明内容
本发明着眼于以上那样的问题点，是为了有效地解决该问题而做成的发明。本发明是能够抑制抗蚀剂等含碳薄膜的图案的凸部的宽度减小处理时的宽度减小量(削减量) 的偏差、提高每次宽度减小处理的再现性的含碳薄膜的宽度减小方法及氧化装置。本发明人对宽度减小处理进行了专心研究，结果发现，抗蚀剂膜等含碳薄膜的宽度减小处理时的宽度减小量的偏差的原因取决于晶圆中所含有的水分、作为在宽度减小处理时产生的反应副生成物的水分，得到了这样的见解为了抑制该水分的影响，通过特意供给远大于上述水分量的量的水分，能够抑制宽度减小量的偏差，由此达成了本发明。技术方案I的发明是一种含碳薄膜的宽度减小方法，其特征在于，该含碳薄膜的宽度减小方法包括以下工序输入工序，其用于将形成有被图案化了的含碳薄膜的被处理体向氧化装置的处理容器内输入；宽度减小工序，其用于一边向上述处理容器内供给水分一边利用氧化气体对上述含碳薄膜的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜的表面，由此， 使上述图案的凸部的宽度减小。这样，一边向上述处理容器内供给水分一边利用氧化气体对上述含碳薄膜的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜的表面，由此，使上述图案的凸部的宽度减小，因此，能够使宽度减小量(削减量)不取决于一次处理的被处理体的张数，且能够抑制每次宽度减小处理的宽度减小量(削减量)的偏差，使再现性提高。技术方案2的发明是一种含碳薄膜的宽度减小方法，其特征在于，该含碳薄膜的宽度减小方法包括以下工序输入工序，其用于将形成有被图案化了的含碳薄膜的被处理体向氧化装置的处理容器内输入；水分供给工序，其用于向上述处理容器内供给水分；宽度减小工序，其用于利用氧化气体对上述含碳薄膜的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜的表面，由此，使上述图案的凸部的宽度减小。这样，在将要进行宽度减小处理之前向处理容器内供给水分，能够使宽度减小量 (削减量)不取决于一次处理的被处理体的张数，且能够抑制每次宽度减小处理的宽度减小量(削减量)的偏差，使再现性提高。技术方案3的发明是一种含碳薄膜的宽度减小方法，其特征在于，该含碳薄膜的宽度减小方法包括以下工序输入工序，其用于将形成有被图案化了的含碳薄膜的被处理体向氧化装置的处理容器内输入；水分供给工序，其用于向上述处理容器内供给水分；宽度减小工序，其用于一边向上述处理容器内供给水分一边利用氧化气体对上述含碳薄膜的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜的表面，由此使上述图案的凸部的宽度减小。这样，在将要进行宽度减小处理之前向处理容器内供给水分，并且，一边向上述处理容器内供给水分一边利用氧化气体对上述含碳薄膜的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜的表面，由此，使上述图案的凸部的宽度减小，因此，能够使宽度减小量(削减量)不取决于一次处理的被处理体的张数，且能够抑制每次宽度减小处理的宽度减小量(削减量) 的偏差，使再现性提高。
技术方案8的发明是一种氧化装置，其特征在于，该氧化装置包括处理容器，其能够被抽真空；保持部件，其用于在处理容器内对形成有被图案化了的含碳薄膜的多张被处理体进行保持；氧化气体供给部件，其用于向上述处理容器内供给氧化气体；水分供给部件，其用于向上述处理容器内供给水分；活性化部件，其用于使上述氧化气体活性化；装置控制部，其用于控制装置整体，使得技术方案I所述的含碳薄膜的宽度减小方法被执行。技术方案9的发明是一种氧化装置，其特征在于，该氧化装置包括处理容器，其能够被抽真空；保持部件，其用于在处理容器内对形成有被图案化了的含碳薄膜的多张被处理体进行保持；氧化气体供给部件，其用于向上述处理容器内供给氧化气体；水分供给部件，其用于向上述处理容器内供给水分；加热部件，其用于加热上述被处理体；装置控制部，其用于控制装置整体，使得技术方案I所述的含碳薄膜的宽度减小方法被执行。将在下面的说明中阐述本发明的其它目的和优点，其部分地从下面的说明中显现或者可以通过实施本发明而了解。本发明的目的和优点可以借助于在下文中特别指示的手段和组合实现及获得。
被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附示出本发明的实施方式， 并且与上述概略说明及下面给出的对实施方式的详细说明一起，用于解释本发明的原理。图I是表示本发明的氧化装置的实施方式的纵剖结构图。图2是表示成膜装置(省略加热部件)的横剖结构图。图3A 图3H是示意性地表示用于对包括本发明的宽度减小方法的微细图案的形成方法进行说明的半导体晶圆的截面的剖视图。图4是用于说明包括宽度减小方法的微细图案的形成方法的流程图。图5是表示包括本发明方法的第I变形实施例的宽度减小方法的微细图案的形成方法的一部分的流程图。图6A及图6B是用于说明第I验证实验的说明图。图7A及图7B是表示在宽度减小处理时产生的水分量与监视晶圆的张数的相关性的图表。图8A及图8B是用于说明第2验证实验的说明图。图9是表示在存在带CVD-SiO2膜的模拟晶圆(水分多量)的条件下连续地进行宽度减小处理时的削减量的变化的图表。图IOA及图IOB是用于说明本发明的宽度减小方法的验证实验的说明图。
具体实施例方式现在，将参照
基于上面给出的发现而实现的本发明的实施方式。在下面的说明中，用相同的附图标记指示具有实质相同的功能和结构的构成元件，并且仅在必需时才进行重复说明。以下，基于附图详细说明本发明的含碳薄膜的宽度减小方法及氧化装置的一实施方式。图I是表示本发明的氧化装置的实施方式的纵剖结构图，图2是表示成膜装置(省略加热部件)的横剖结构图。另外，在此，以将氧气用作氧化气体的情况为例进行说明。
如图所示，能够形成等离子体的本氧化装置2具有下端被开口的有顶部的圆筒体状的处理容器4。该处理容器4的整体由例如石英形成，在该处理容器4内的顶部设有石英制的顶部板6来进行密封。另外，在该处理容器4的下端开口部隔着O型密封圈等密封构件10连结有歧管8，该歧管8利用例如不锈钢成形为圆筒体状。另外，也存在不设置不锈钢制的歧管8、而整体由圆筒体状的石英制的处理容器构成的装置。上述处理容器4的下端被上述歧管8支承，多层地载置有多张作为被处理体的半导体晶圆w(以下，也表示为“晶圆W”)的作为保持部件的石英制的晶圆舟皿12能够升降地从该歧管8的下方插退自如。在本实施方式的情况下，能够以大致等间距将例如50张 150张左右的直径为300_的晶圆W多层地支承于该晶圆舟皿12的支柱12A。该晶圆舟皿12隔着石英制的保温筒14被载置在平台16上，该平台16被支承于旋转轴20的上端，该旋转轴20将用于打开、关闭歧管8的下端开口部的例如不锈钢制的盖部18贯穿。另外，在该旋转轴20的贯穿部设有例如磁性流体密封件22，从而以能够进行气密地密封并且旋转轴20能够旋转的方式支承该旋转轴20。另外，在盖部18的周边部和歧管8的下端部设有由例如O型密封圈等构成的密封构件24，从而保持处理容器4内的密封性。上述的旋转轴20安装在被例如舟皿升降机等升降机构(未图示)支承的臂26的顶端，能够使晶圆舟皿12及盖部18等一体地升降而相对于处理容器4内插入、退出。另外， 也可以将上述平台16固定地设于上述盖部18侧，以不使晶圆舟皿12旋转的方式进行晶圆 W的处理。用于将例如氧气作为氧化气体供给到处理容器4内的氧化气体供给部件28、用于将水分供给到处理容器4内的水分供给部件30、用于将非活性气体、例如N2气体作为吹扫气体供给到处理容器4内的吹扫气体供给部件34被设于该歧管8。具体而言，上述氧化气体供给部件28具有由石英管构成的气体喷嘴38，该气体喷嘴38朝向内侧将上述歧管8的侧壁贯穿，然后向上方向弯曲而延伸。在该气体喷嘴38上沿着其长度方向隔有规定的间隔地形成有多个(许多个)气体喷射孔38A，能够从各气体喷射孔38A朝向水平方向大致均匀地喷射氧气(O2)。将这样的类型的气体喷嘴称为分散形的气体喷嘴。另外，同样，上述水分供给部件30也具有由石英管构成的气体喷嘴40，该气体喷嘴40朝向内侧将上述歧管8的侧壁贯穿，然后向上方向弯曲而延伸。在该气体喷嘴40上沿着其长度方向隔有规定的间隔地形成有多个(许多个)气体喷射孔40A，能够从各气体喷射孔40A朝向水平方向大致均匀地喷射作为水分的水蒸汽。另外，该水分实际上与N2、02 等载气一起作为水分含有气体被供给。另外，同样，吹扫气体供给部件34也具有由石英管构成的气体喷嘴44，该气体喷嘴44朝向内侧将上述歧管8的侧壁贯穿，然后向上方向弯曲而延伸。在该气体喷嘴44上， 与上述水分用的气体喷嘴40同样地沿着该气体喷嘴44的长度方向隔有规定的间隔地形成有多个(许多个)气体喷射孔44A(参照图2)，能够从各气体喷射孔44A朝向水平方向大致均匀地喷射N2气体。上述各气体喷嘴38、40、44与各自的气体路径48、50、54连接。并且，在各气体路径48、50、54上分别设有如质量流量控制器那样的流量控制器48A、50A、54A及开闭阀48B、50B.54B,能够分别对氧气、水蒸汽及N2气体一边进行流量控制一边进行供给。上述水分供给部件30的气体路径50的上游侧与未图示的蒸气产生器连接。另外，在此，将水分供给部件30单独设置，但是，也可以将该水分供给部件兼用作氧化气体供给部件28、吹扫气体供给部件34，从而使水分(水蒸汽)从气体喷嘴38、或者气体喷嘴44喷出。另一方面，在上述处理容器4的侧壁的一部分沿着其高度方向形成有用于使等离子体产生而使氧气活性化的活性化部件66，并且，为了对处理容器4的内部气氛进行真空排气而在与该活性化部件66相对的、处理容器4的相反一侧设有细长的排气口 68，该细长的排气口 68是通过将处理容器4的侧壁沿着例如上下方向切去而形成的。具体而言，上述活性化部件66是这样形成的沿着上下方向以规定的宽度将上述处理容器4的侧壁切去， 由此形成在上下方向上细长的开口 70，并且以从开口 70的外侧覆盖该开口 70的方式将截面为凹部状的在上下方向上细长的例如石英制的等离子体分隔壁72气密地焊接接合于容器外壁。由此，通过使该处理容器4的侧壁的一部分呈凹部状凹向外侧，形成一侧向处理容器4内开口并与处理容器4内连通的等离子体室73。即，等离子体分隔壁72的内部空间呈与上述处理容器4内一体地连通的状态。上述开口 70被形成得足够长，使得其能够在高度方向上将被保持于晶圆舟皿12的所有晶圆W覆盖。另外，有时也将具有多个狭缝的狭缝板设于该开口 70。另外，在上述等离子体分隔壁72的两侧壁的外侧面以沿着其长度方向(上下方向)彼此相对的方式设有细长的一对等尚子体电极74,并且该等尚子体电极74经由供电线 78与等离子体产生用的高频电源76连接，通过对上述等离子体电极74施加例如13. 56MHz 的高频电压，能够产生等离子体。另外，该高频电压的频率不被限定于13. 56MHz，也可以使用其他的频率、例如400kHz等。另外，在上述处理容器4内向上方向延伸的氧化气体用的气体喷嘴38被这样设置在中途向处理容器4的径向外侧弯曲，位于上述等离子体室73内的最深处(离处理容器4的中心最远的部分)，沿着该最深处的部分朝向上方竖起。因而，高频电源76被接通时，从上述气体喷嘴38的气体喷射孔38A喷射的氧气在等离子体室73内被活性化并一边朝向处理容器4的中心扩散一边流动。另外，在上述等离子体分隔壁72的外侧以覆盖该分隔壁72的方式安装有由例如石英构成的绝缘保护罩80。另外，在该绝缘保护罩80的内侧部分设有未图示的制冷剂路径，通过使被冷却的氮气、冷却水流动，能够冷却上述等离子体电极74。另外，在上述等离子体室73的开口 70的外侧附近、即开口 70的外侧(处理容器 4内)分别竖立地设置上述水分用的气体喷嘴40和吹扫气体用的气体喷嘴44，能够利用设于各气体喷嘴40、44的各气体喷射孔40A、44A来朝向处理容器4的中心方向分别喷射水蒸汽和作为吹扫气体的N2气体。另一方面，在与上述开口 70相对设置的排气口 68处利用焊接以覆盖该排气口 68 的方式安装有由石英构成的、被成形为截面-字状的排气口覆盖构件82。该排气口覆盖构件82沿着上述处理容器4的侧壁向上方延伸，与处理容器4的上方的气体出口 84连通。另外，该气体出口 84与排气系统86连接。该排气系统86具有与上述气体出口 84连接的排气路径88，在该排气路径88上依次设有用于调整处理容器4内的压力的压力调整阀90及真空泵92，能够一边将处理容器4内维持成规定的压力一边进行抽真空。另外，以包围该处理容器4的外周的方式设有用于对该处理容器4及其内部的晶圆W进行加热的筒体状的加热部件94。另外，有时也不设置该加热部件94。另外，这样构成的氧化装置2的整体的动作、例如工艺压力、工艺温度、利用各开闭阀的开闭进行的各气体(包括水蒸汽)的供给、停止各气体(包括水蒸汽)的供给、气体流量的控制及高频电的接通/断开控制等利用由例如计算机等构成的装置控制部96来进行。另外，该装置控制部96具有存储有用于进行上述控制的程序的存储介质98。能够将例如软盘、⑶(光盘Compact Disc)、⑶-ROM、硬盘、闪存或者DVD等用作该存储介质98。另外，该装置控制部96也与未图示的用户界面连接，能够进行包括制程程序在内的各种数据发送。接着，参照图3A 3H及图4对使用如上述那样构成的氧化装置2进行的本发明的宽度减小方法进行说明。图3A 3H是示意性地表示用于对包括本发明的宽度减小方法的微细图案的形成方法进行说明的半导体晶圆的截面的剖视图，图4是对包括宽度减小方法的微细图案的形成方法进行说明的流程图。首先，对用于进行本发明的宽度减小方法的上述氧化装置2的动作进行说明。首先，使载置有常温的多张、例如50张 150张300mm尺寸的晶圆W的状态的晶圆舟皿12从处理容器4的下方上升而加载、输入到被预先设为规定的温度的该处理容器4 内，通过利用盖部18关闭歧管8的下端开口部而将处理容器4内密闭。如下所述，在上述晶圆W的表面，作为含碳薄膜的抗蚀剂膜被图案化而呈凹凸状。然后，对处理容器4内进行抽真空而维持成规定的工艺压力，并且使向加热部件 94供给的供给电力增大，由此，使晶圆温度上升而维持工艺温度。另外，在利用等离子体进行的氧的活性化充分时，也可以不使上述加热部件94动作。例如，在使用了等离子体的情况下，利用加热部件94使水分及晶圆活性化时，也根据所使用的材料、例如为热CVD碳膜时，最大升温到850°C左右。因而，具有加热部件94的氧化装置的加热温度为作为室温的 25°C 850°C。另外，从氧化气体供给部件28将氧气向处理容器4内供给，从水分供给部件 30将作为水分的水蒸汽向处理容器4内供给。具体而言，被进行了流量控制的氧气从氧化气体用的气体喷嘴38的各气体喷射孔38A朝向水平方向喷射，经由等离子体室73被供给到处理容器4内。另外，被进行了流量控制的水蒸汽从水分用的气体喷嘴40的各气体喷射孔40A朝向水平方向喷射，被供给到处理容器4内。在进行上述气体的供给的同时，上述活性化部件66的一对等离子体电极74被高频电源76施加高频电压，由此，在上述等离子体室73内生成等离子体而被供给到该等离子体室73内的上述氧气被等离子体活性化。利用该氧气的活性种对被形成在上述晶圆W 的表面的作为含碳薄膜的例如抗蚀剂膜的表面进行氧化处理而除去该抗蚀剂膜的表面，由此，如下所述，进行使上述抗蚀剂膜的图案的凸部的宽度减小的宽度减小处理。此时，该晶圆W自身所含有的水分被带入到处理容器4内，或者由氧化反应产生作为反应副生成物的水分，因此，因这些水分的不良影响而有可能发生宽度减小量出现偏差的情况。但是，在本发明方法中，如上所述，在进行该氧化处理的同时，将比上述水分量多的水分以水蒸汽的方式进行供给，因此，如下所述，由晶圆W带入到处理容器4内的水分量、作为反应副生成物产生的水分量被供给量大于它们的上述水分量稀释化，其不良影响被降低到能够忽略，结果，能够抑制每次处理(每次宽度减小处理)的宽度减小量产生偏差。另外，如上述那样开始氧化处理时，驱动排气系统86，真空泵92被驱动而连续地旋转，对处理容器4内进行抽真空，因此，在处理容器4内因氧化反应而产生的各种气体作为排气气体从排气口 68被排出，经由气体出口 84在排气路径88内向下流去。接着，参照图3A 图3H及图4对包括以上那样的含碳薄膜的宽度减小方法的微细图案的形成方法进行说明。首先，如图3A所示，在作为被处理体的半导体晶圆W的上表面从下层开始依次形成有最终将被图案蚀刻的被蚀刻对象膜100及反射防止膜102。上述反射防止膜102作为在进行对被形成在该反射防止膜102上的抗蚀剂膜进行的光刻时的反射防止膜(BARC)而起作用，并且也作为在对基底的被蚀刻对象膜100进行蚀刻时的掩模而起作用。上述晶圆W由例如硅基板构成，根据需要，在其上表面上形成有各种半导体元件、 电路图案。上述被蚀刻对象膜100不被特别限定，能够使用含有例如氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、非晶硅或者多晶硅的膜。另外，该被蚀刻对象膜100的厚度为例如20nm 200nm左右。另外，反射防止膜102不被特别限定，能够使用无定形碳、多元酚、光致抗蚀剂等有机系的材料，用于调整利用光刻技术进行的曝光时的激光的折射率。然后，如图3B所示，在如上述那样形成的半导体晶圆W的表面、即反射防止膜102 上形成含碳薄膜104 (SI)。该含碳薄膜104的厚度在例如50nm 200nm左右的范围内。作为该含碳薄膜104，能够使用抗蚀剂膜等含有碳和氢的有机材料，具有利用例如ArF激光进行感光的特性。如果这样的含碳薄膜104为例如抗蚀剂膜，则能够使用旋转涂敷装置来形成该抗蚀剂膜。接着，使用未图示的掩模和例如浸没法，利用光刻的例如ArF激光对该含碳薄膜 104进行曝光、显影，如图3C所示，进行图案化(S2)。通过进行该图案化在含碳薄膜104上呈凹凸状图案形成到达基底的凹部104A及凸部104B。此时的凹部104A的宽度Dl为例如 40nm左右，凸部104B的宽度(厚度)LI为例如40nm左右。在此，基底的反射防止膜102暴露于凹部104A的底面。这样，在含碳薄膜104被图案化后，进行将该晶圆向以上参照图I及图2说明的氧化装置2的处理容器4内输入的输入工序(S3)。在此情况下，如以上说明的那样，以多张晶圆W被多层地支承于晶圆舟皿12的状态向处理容器4内收容。然后，在该氧化装置2中， 如上所述，作为氧化气体向处理容器4内流入例如氧气并且利用由高频电力产生的等离子体使该氧气活性化。与此同时，还向处理容器4内多量供给水蒸汽，如图3D所示，对上述图案化了的含碳薄膜104的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜104的表面，使凸部104B的宽度减小(S4)。将该处理称为宽度减小处理。能够将该氧化时的反应式表示如下。CxHy+02 (等离子体)—xC02+l/2 yH20在此，CxHy表示抗蚀剂膜(有机材料)，x、y分别是任意的正整数。此时的利用水分供给部件30供给的水分的量也取决于要处理的晶圆W的张数，例如，收容100张直径300mm 的晶圆W时,为5sccm 50sccm左右。换言之，I张晶圆平均的供给水分量为0. 05sccm
0.5sccm左右。另外,此时的氧气的流量为例如IOOsccm lOOOOsccm,宽度减小时间取决于要削减的厚度，例如，为30分钟左右。通过进行上述宽度减小处理，上述含碳薄膜104的凸部104B的表面被氧化、削减， 因此，凸部104B自身变薄，其宽度(厚度)变为L2(L2<L1)。具体而言，从上述宽度LI为例如40nm减小到宽度L2为例如IOnm左右。另外，凸部104B的高度也略微降低，在此未进行特别记载。在此，如以上说明的那样，该晶圆W自身所含有的水分被带入处理容器4内，或者因氧化反应而作为反应副生成物产生水分，因此，由于这些水分的不良影响，有可能发生宽度减小量产生偏差的情况。但是，在本发明方法中，如上所述，在进行该氧化处理的同时， 将比上述水分量多的水分以水蒸汽的方式供给，因此，如下所述，由晶圆W带入到处理容器 4内的水分量、作为反应副生成物产生的水分量被供给量大于它们的上述水分量稀释化，其不良影响被降低到能够忽略，结果，能够抑制每次处理(每次宽度减小处理)的宽度减小量产生偏差。S卩，被与晶圆W—起带入的水分量、作为反应副生成物产生的水分量远比在本发明方法中特意地供给的水分量少，因此，即使被带入的水分量、作为反应副生成物产生的水分量发生变动，该变动也会被抑制。结果，能够抑制每次宽度减小处理的宽度减小量(削减量)的偏差而使凸部104B的宽度(厚度)恒定。在此情况下，作为上述相邻的凸部104B 间的距离的凹部104A的宽度Dl与上述凸部104B的侧面的削减量相对应地变宽。这样，将被进行了宽度减小处理的晶圆W从处理容器4内取出，向其他的成膜装置输送，在此，如图3E所示，在被进行了上述宽度减小处理的凹凸状的含碳薄膜104上及反射防止膜102上，作为薄膜形成例如硅氧化膜106 (S5)。该硅氧化膜106以规定的厚度堆积在上述含碳薄膜104的凸部104B的上表面及侧面(凹部104A的侧面)、凹部104A的底面的一面上。作为该薄膜，并不被限定于硅氧化膜106，能够应用例如SiON膜、SiN膜、非晶Si 膜、多晶Si膜等。另外，也能够在进行了上述宽度减小处理的处理容器4内不取出晶圆W 地连续地形成上述薄膜的硅氧化膜106。接着，通过对形成有上述硅氧化膜106的晶圆W实施蚀刻处理(回蚀处理)，如图 3F所示，将位于含碳薄膜104的图案的凸部104B的上表面及凹部104A的底部的硅氧化膜 106除去，残留被堆积在该图案的凸部104B的侧面的硅氧化膜、即侧壁106A(S6)。接着，对表面因上述回蚀而露出的由抗蚀剂膜构成的含碳薄膜104的凸部104B实施灰化处理而除去该凸部104B，使上述侧壁106A残留下来，通过将该残留的侧壁106A作为掩模实施蚀刻处理，如图3G所示那样对上述反射防止膜102进行图案化(S7)。接着，通过将由侧壁106A和被图案化了的反射防止膜102A构成的图案作为掩模实施蚀刻处理，如图3H所示，对上述被蚀刻对象膜100进行蚀刻而得到所希望的间距的图案(S8)。能够使被蚀刻对象膜100的这样得到的图3H所示的图案的凹部及凸部的间距远比图3C所示的含碳薄膜104的图案的凹部104A及凸部104B的间距小。这样，在本发明中，通过一边向上述处理容器内供给水分一边利用氧化气体对上述含碳薄膜的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜的表面，使上述图案的凸部的宽度减小，因此，能够使宽度减小量(削减量)不取决于一次处理的被处理体的张数，且能够抑制每次宽度减小处理的宽度减小量(削减量)的偏差，使再现性提高。在上述实施例中，作为被进行宽度减小处理的被蚀刻对象膜100、用作图案材料的含碳薄膜104使用了由抗蚀剂膜构成的有机材料，以这样的情况为例进行了说明，但是不限定于此，也能够使用作为反射防止膜(BARC)起作用的有机材料、碳膜等。在对该碳膜进行成膜时，既可以利用涂敷装置来涂覆、成膜，或者也可以利用等离子体CVD处理或者加热 CVD处理来进行成膜处理，并不限定成膜方法。另外，对于向碳膜进行的图案形成，不是利用光刻，而是利用将预先被形成在上部的图案作为掩模的蚀刻来进行的，因此，在碳膜下部未必一定要有反射防止膜。<第I变形实施例>接着，说明本发明的第I变形实施例。在以上参照图4说明的本发明方法的实施例中，在进行宽度减小工序时向处理容器4内供给水分，但不限定于此，例如，也可以在将要进行宽度减小工序之前向处理容器4内供给水分。图5是表示包括这样的本发明方法的第I变形实施例的宽度减小方法的微细图案的形成方法的一部分的流程图。图5是将图4 所示的流程图的一部分变更了的图，省略了主要部分以外的记载。在该第I变形实施例中，将形成有图3C所示那样的被图案化了的含碳薄膜104的多张晶圆W载置于晶圆舟皿12,并向氧化装置的处理容器4内输入(加载)，将处理容器4 内密闭，在进行了这样的输入工序(S3)之后，接着，进行用于向处理容器4内供给水分的水分供给工序(S3-1)。在该水分供给工序中，与以上说明的步骤S4的宽度减小工序同样将水分以水蒸汽的方式一边进行流量控制一边向处理容器4内供给，同时也进行抽真空而进行排气。由此，使水分多量附着于处理容器4内的壁面、晶圆舟皿12的表面等容器内构造物的表面及晶圆W的表面。在这样的状态下，接着，使氧化气体流入处理容器4内并且生成等离子体而进行宽度减小工序(S4-1)。由此，通过对上述含碳薄膜104的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜104的表面，使图案的凸部104B的宽度(厚度)减小。此时，之前在上述水分供给工序中向处理容器4内供给了水分，因此，不需要再向处理容器4内供给水分。这样，在不供给水分的宽度减小工序S4-1结束之后，接着，如图4所示，依次进行步骤S5以后的各工序。在此情况下，也能够发挥与前面的实施例同样的作用效果。另外， 在该第I变形实施例中，也可以在宽度减小工序S4-1中也向处理容器4内供给水分。在此情况下，为与图4所示的宽度减小工序S4同样的操作。〈对水分的影响进行的验证〉在本发明中，以由例如抗蚀剂膜构成的含碳薄膜的每次宽度减小处理的宽度减小量(削减量)的偏差的原因在于水分而采取了对策，在此，对于上述宽度减小量的偏差的原因实际上是否在于水分进行了验证实验，因此，说明该第I验证实验 第3验证实验。首先，说明第I验证实验。图6A及图6B是用于说明第I验证实验的说明图，图6A 表示将不同的张数的晶圆载置于晶圆舟皿的状态，图6B是表示对不同的张数的晶圆进行的宽度减小处理时的削减量的变化的图表。在该第I验证实验中，以在晶圆舟皿的高度方向的中心部收容有I张由硅基板构成的监视晶圆W的情况和收容有7张的情况这两个种类的方式进行了实验。在晶圆舟皿的空置区域的部分载置模拟晶圆而使各晶圆舟皿呈满载状态。在上述I张监视晶圆及I张监视晶圆的各监视晶圆W的表面预先形成有如图3C 所示那样被以具有凹部104A及凸部104B的方式图案化成凹凸状的含碳薄膜104。对于这样的监视晶圆，使用图I及图2所示那样的氧化装置在O2等离子体气氛中(不供给水分) 实施了宽度减小处理。此时的含碳薄膜104的凸部104B的宽度的变化通过削减量“L1-L2” (参照图3C 及图3D)求出。图6B表示该结果。如图6B所示，无论监视晶圆为I张时还是为7张时，削减量都随着宽度减小时间变长而呈直线状地增加，但是，与监视晶圆为I张时相比，在监视晶圆为7张时，削减量随着宽度减小时间变长而增加的倾向较大(直线的倾斜度较大)。这意味着削减量随着要处理的晶圆张数而变动，再现性低。可以认为其原因在于作为宽度减小处理时所产生的作为反应副生成物的水分的影响及/或7张监视晶圆带入到处理容器内的水分的影响。接着，对宽度减小处理时的处理容器4内的水分量的变化进行了实际调查，图7A 及图7B表示该结果。在此，在一晶圆舟皿中载置5张上述那样的监视晶圆，在另一晶圆舟皿中载置50张上述那样的监视晶圆，分别进行了宽度减小处理。另外，在空置区域中载置模拟晶圆以成为满载状态。图7A及图7B是表示进行宽度减小处理时所产生的水分量与监视晶圆的张数的相关性的图表。图7A表示监视晶圆为 5张时的水分量的变化，图7B表示监视晶圆为50张时的水分量的变化。在图表中，纵轴表示“强度(intensity) ”(用于检测器的强度的标准化)，水分量越多，数值越大。如图所示， 相比5张监视晶圆的情况，50张监视晶圆产生了多量的水分。接着，说明第2验证实验。图8A及图8B是用于说明第2验证实验的说明图，图8A 表示将含有水分状态不同的模拟晶圆载置于晶圆舟皿的状态，图8B是表示在存在含有水分状态不同的模拟晶圆的条件下进行宽度减小处理时的削减量的变化的图表。在该第2验证实验中，均在晶圆舟皿的高度方向的中心部收容I张由硅基板构成的监视晶圆W，在晶圆舟皿的空置区域的部分载置模拟晶圆，使各晶圆舟皿呈满载状态。 在此，预先利用热氧化处理在一晶圆舟皿中的所有模拟晶圆的表面形成有厚度为
0.Ium的热氧化膜(SiO2)。另外，预先利用CVD处理在另一晶圆舟皿中的所有模拟晶圆的表面形成有厚度为I U m的SiO2膜。在此情况下，由热氧化膜构成的SiO2膜吸水性少，因此水分较少，利用CVD形成的SiO2膜富有吸水性，因此含有多量的水分。预先在上述各监视晶圆W的表面形成有如图3C所示那样以具有凹部104A及凸部 104B的方式图案化成凹凸状的含碳薄膜104。对于这样的监视晶圆，使用图I及图2所示那样的氧化装置，在O2等离子体气氛中(不供给水分)实施了宽度减小处理。此时的含碳薄膜104的凸部104B的宽度的变化通过削减量“L1-L2” (参照图3C 及图3D)求出。图SB表示该结果。如图SB所示，无论是带热氧化膜的模拟晶圆时还是带 CVD-SiO2膜的模拟晶圆时，削减量都随着宽度减小时间变长而呈直线状地增加。另外，与模拟晶圆为带热氧化膜的模拟晶圆时相比，在模拟晶圆为带CVD-SiO2膜的模拟晶圆时，削减量随着宽度减小时间变长而增加的倾向较大(直线的倾斜度较大)。结果，对应于模拟晶圆的状态、即与从外部被带入的水分较少时(热氧化膜的 SiO2)相比，在从外部被带入的水分较多时(CVD-SiO2膜)，宽度减小处理时的削减量较大。在此，为了确切地认识被带入到处理容器内的水分量的影响，在存在被形成有 CVD-SiO2膜的模拟晶圆的条件下连续地进行宽度减小处理，对此时的削减量的变化进行了调查。图9表示此时的结果。图9是表示在存在带CVD-SiO2膜的模拟晶圆(水分多量)的条件下连续地进行宽度减小处理时的削减量的变化的图表。在此，如图8A所示，将I张上述那样的监视晶圆载置在晶圆舟皿的中央部，以满载状态将附着有利用CVD处理形成的 SiO2膜的模拟晶圆载置在其他的空置区域中。该附着有CVD-SiO2膜的模拟晶圆在被移载到晶圆舟皿中之前被放置在大气中两天，使SiO2膜吸收有充分的量的水分。在将这样的模拟晶圆载置于晶圆舟皿的状态下，每进行一次宽度减小处理就将位于中央的监视晶圆更换而连续进行了 10次宽度减小处理。图 9表示每次的削减量。另外，在从第7次到第10次的宽度减小处理中，在将要进行该宽度减小处理之前，进行规定的时间的循环吹扫(cycle purge)，该循环吹扫为交替地反复进行非活性气体 (例如N2气体)的供给和抽真空，以促进处理容器内的气氛的排气。该循环吹扫的时间如下，在将要进行第7次宽度减小处理之前进行2小时，在将要进行第8次宽度减小处理之前进行4小时,在将要进行第9次宽度减小处理之前进行6小时,在将要进行第10次宽度减小处理之前进行12小时。另外，I次宽度减小处理时间为15分间左右。另外，作为参考值，在图9的右端表示在以满载状态将附着有由热氧化膜构成的 SiO2膜的模拟晶圆(水分少量)收容到晶圆舟皿的空置区域中时的削减量。如图9所示， 在从第I次到第4次的宽度减小处理中，如朝向右下缓和地倾斜的箭头110所示，削减量大约从12nm左右一点一点地降低到10. 5nm左右。可以认为其理由在于，每进行I次宽度减小处理，从模拟晶圆的表面的CVD-SiO2膜中排出的水分都变少。另外，在从第4次到第6次的宽度减小处理中，如朝向水平方向的箭头112所示， 削减量大约恒定为10. 5nm左右。可以认为其原因在于，在宽度减小处理的处理过程中被吸收到模拟晶圆的表面的CVD-SiO2膜中的水分量与在宽度减小处理中被排出的水分量达到平衡状态。但是，即使为这样的状态，如从第7次到第10次所示，如果分别在将要进行宽度减小处理之前进行循环吹扫，则如朝向右下缓和地倾斜的箭头114所示，削减量也再次下降，从10. 5nm左右一点一点地下降到9nm左右。可以认为其理由在于，通过进行循环吹扫，CVD-SiO2膜中所含有的水分被进一步排出而变少，结果，在进行宽度减小处理时，从该 CVD-SiO2膜排出的水分量依次进一步变少。但是，即使这样多次进行循环吹扫，在CVD-SiO2膜中也含有一定程度的水分，此时的削减量的9nm也比图表中的右端所示的使用了带热氧化膜(SiO2膜)的模拟晶圆时的削减量的8nm左右大。根据以上所述可知，削减量在每次宽度减小处理时都变动、再现性低的理由在于，如以上所述那样被带入到处理容器4内的水分、作为反应副生成物产生的水分。<本发明方法的评价>接着，实际进行本发明的宽度减小方法，说明其评价结果。图IOA及图IOB是用于说明本发明的宽度减小方法的验证实验的说明图，图IOA表示将含有水分状态不同的模拟晶圆载置于晶圆舟皿的状态，图IOB是表在存在含有水分状态不同的|旲拟晶圆的条件下且供给水分时和不供给水分时的宽度减小处理时的削减量的变化的图表。不供给水分时与以往的宽度减小方法相对应，供给水分时与本发明的宽度减小方法相对应。在本发明方法的验证实验中，分别在晶圆舟皿的高度方向的顶部(TOP)、中央(CTR)、底部(BTM)收容有由硅基板构成的监视晶圆W，在晶圆舟皿的空置区域的部分载置模拟晶圆，使各晶圆舟皿为满载状态。在此，预先利用热氧化处理在一晶圆舟皿的所有模拟晶圆的表面形成有厚度为
0.Ium的热氧化膜(SiO2)。另外，预先利用CVD处理在另一晶圆舟皿的所有模拟晶圆的表面形成有厚度为2 y m的SiO2膜。在此情况下，由热氧化膜构成的SiO2膜的吸水性少，因此，水分较少，利用CVD形成的SiO2膜富有吸水性，因此，含有多量的水分。预先在上述各监视晶圆W的表面形成有如图3C所示那样以具有凹部104A及凸部 104B的方式图案化成凹凸状的含碳薄膜104。对于这样的监视晶圆，使用图I及图2所示那样的氧化装置在O2等离子体气氛中分别在不供给水的情况下和供给水分的情况下实施了宽度减小处理。该供给水分的情况的水分供给量为50SCCH1。此时的含碳薄膜104的凸部104B的宽度的变化通过削减量“L1-L2” (参照图3C 及图3D)求出。图IOB表示该结果。图IOB的左侧的纵轴表示削减量，右侧的纵轴表示CVD 膜模拟晶圆和热氧化膜模拟晶圆的削减量比(CVD膜模拟晶圆/热氧化膜模拟晶圆)。如图IOB中的左侧一半所示，在不供给水分的以往的宽度减小方法的情况下，热氧化膜模拟晶圆和CVD膜模拟晶圆之间的差与TOP、CTR及BTM无关，都较大，例如，削减量比达到I. 27 I. 30左右，削减量的变动量过大。而如图IOB中的右侧一半所示，能够确认在供给水分的本发明的情况下，热氧化膜模拟晶圆与CVD膜模拟晶圆之间的差非常小， 例如，削减量比为I. 03 I. 09左右，能够大幅抑制削减量的变动量。另外，在以上的实施例中，以在进行宽度减小处理时将氧气用作氧化气体并利用等离子体使氧气活性化的情况为例进行了说明，但是，不限定于此，也可以将氧气用作氧化气体而不使用等离子体。另外，在上述实施例中，作为氧化气体，主要是以使用氧气的情况为例进行了说明，但是，不限定于此，也能够使用h2o、no、n2o、o3等。另外，在此情况下，可以使用等离子体，或者也可以不使用等离子体。在不使用等离子体的情况下，在图I及图2所示的氧化装置中，不需要设置用于产生等离子体的活性化部件66及附属于该活性化部件66的构件，但是为了提高氧化力，优选提高晶圆W的温度。因而，在此情况下，被设在处理容器4的外周侧的加热部件94是必须设置的。在此情况下，在氧化气体为氧气时，宽度减小处理时的晶圆温度设定为例如200°C 以上，氧化气体为臭氧且不使用等离子体时，宽度减小处理时的晶圆温度设定为例如100°C 以上。另外，上限温度、例如热CVD碳膜时，为850°C左右。另外，在此，作为被处理体，以半导体晶圆为例进行了说明，但是，该半导体晶圆也包括硅基板、GaAs, SiC, GaN等化合物半导体基板，并且，不被限定于这些基板，也能够将本发明应用于液晶显示装置所使用的玻璃基板、陶瓷基板等。采用本发明的含碳薄膜的宽度减小方法及氧化装置，能够如下述那样发挥优异的作用效果。采用技术方案I及引用该技术方案I的技术方案的发明，一边向处理容器内供给水分一边利用氧化气体对含碳薄膜的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜的表面，由此， 使图案的凸部的宽度减小，因此，能够使宽度减小量(削减量)不取决于一次处理的被处理体的张数，且能够抑制每次宽度减小处理的宽度减小量(削减量)的偏差，使再现性提高。 采用技术方案2及引用该技术方案2的技术方案的发明，在将要进行宽度减小处理之前向处理容器内供给水分，因此，能够使宽度减小量(削减量)不取决于一次处理的被处理体的张数，且能够抑制每次宽度减小处理的宽度减小量(削减量)的偏差，使再现性提高。采用技术方案3及引用该技术方案3的技术方案的发明，在将要进行宽度减小处理之前向处理容器内供给水分，并且，一边向处理容器内供给水分一边利用氧化气体对含碳薄膜的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜的表面，由此，使图案的凸部的宽度减小，因此，能够使宽度减小量(削减量)不取决于一次处理的被处理体的张数，且能够抑制每次宽度减小处理的宽度减小量(削减量)的偏差，使再现性提高。本申请基于在2010年12月20日向日本专利厅提出的日本专利申请(申请号 第 2010-282675号)要求优先权，本说明书含有其全部公开内容作为参照。
权利要求
1.一种含碳薄膜的宽度减小方法，其特征在于，该含碳薄膜的宽度减小方法包括以下工序输入工序，其用于将形成有被图案化了的含碳薄膜的被处理体向氧化装置的处理容器内输入；宽度减小工序，其用于一边向上述处理容器内供给水分一边利用氧化气体对上述含碳薄膜的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜的表面，由此，使上述图案的凸部的宽度减小。
2.一种含碳薄膜的宽度减小方法，其特征在于，该含碳薄膜的宽度减小方法包括以下工序输入工序，其用于将形成有被图案化了的含碳薄膜的被处理体向氧化装置的处理容器内输入；水分供给工序，其用于向上述处理容器内供给水分；宽度减小工序，其用于利用氧化气体对上述含碳薄膜的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜的表面，由此，使上述图案的凸部的宽度减小。
3.一种含碳薄膜的宽度减小方法，其特征在于，该含碳薄膜的宽度减小方法包括以下工序输入工序，其用于将形成有被图案化了的含碳薄膜的被处理体向氧化装置的处理容器内输入；水分供给工序，其用于向上述处理容器内供给水分；宽度减小工序，其用于一边向上述处理容器内供给水分一边利用氧化气体对上述含碳薄膜的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜的表面，由此使上述图案的凸部的宽度减小。
4.根据权利要求I所述的含碳薄膜的宽度减小方法，其特征在于，上述含碳薄膜由从组中选择的I种膜构成，该组包括抗蚀剂膜、碳膜及反射防止膜。
5.根据权利要求I所述的含碳薄膜的宽度减小方法，其特征在于，上述氧化气体由含氧气体构成。
6.根据权利要求5所述的含碳薄膜的宽度减小方法，其特征在于，上述氧化处理是氧气氛中的等离子体氧化。
7.根据权利要求5所述的含碳薄膜的宽度减小方法，其特征在于，上述氧化处理是氧气氛中的热氧化处理或者臭氧气氛中的热氧化处理。
8.一种氧化装置，其特征在于，该氧化装置包括处理容器，其能够被抽真空；保持部件，其用于在处理容器内对形成有被图案化了的含碳薄膜的多张被处理体进行保持;氧化气体供给部件，其用于向上述处理容器内供给氧化气体；水分供给部件，其用于向上述处理容器内供给水分；活性化部件，其用于使上述氧化气体活性化；装置控制部，其用于控制装置整体，使得权利要求I所述的含碳薄膜的宽度减小方法被执行。
9.一种氧化装置，其特征在于，该氧化装置包括处理容器，其能够被抽真空；保持部件，其用于在处理容器内对形成有被图案化了的含碳薄膜的多张被处理体进行保持;氧化气体供给部件，其用于向上述处理容器内供给氧化气体；水分供给部件，其用于向上述处理容器内供给水分；加热部件，其用于加热上述被处理体；装置控制部，其用于控制装置整体，使得权利要求I所述的含碳薄膜的宽度减小方法被执行。
全文摘要
本发明提供含碳薄膜的宽度减小方法及氧化装置。该含碳薄膜的宽度减小方法包括以下工序输入工序，其用于将形成有被图案化了的含碳薄膜的被处理体向氧化装置的处理容器内输入；宽度减小工序，其用于一边向处理容器内供给水分一边利用氧化气体对含碳薄膜的表面进行氧化处理而除去该含碳薄膜的表面，由此，使图案的凸部的宽度减小。
文档编号H01L21/3213GK102610518SQ20111043082
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者佐藤润, 长谷川雅之 申请人:东京毅力科创株式会社