JP2004356223A

JP2004356223A - 基板処理装置及び基板製造方法

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Publication number: JP2004356223A
Application number: JP2003149569A
Authority: JP
Inventors: Kazuhito Takanashi; 一仁高梨; Masataka Ito; 正孝伊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】エッチング処理を精密かつ効率的に制御すること。
【解決手段】半導体基板が保持部に保持され、化学薬液によってこの半導体基板の半導体層をエッチングするエッチング装置と、この半導体基板の半導体層の膜厚を測定する膜厚測定装置と、を備える。エッチング装置は、膜厚測定装置の測定結果に基づいて、化学薬液の供給を停止する。
【選択図】図１Ａ

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置及び基板製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ（ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の製造プロセスにおいて、処理基板を洗浄するために様々な化学薬液が用いられている。このような化学薬液の中には、処理基板をエッチングする働きがあるものがある。例えば、ＨＦとＨ_２Ｏとを混合した洗浄液を用いるＤＨＦ（ｄｉｌｕｔｅｄｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃａｃｉｄ）洗浄は、シリコン半導体基板表面に形成された自然酸化膜をエッチングして、自然薄膜中に取り込まれた汚染物質を効果的に除去する働きがある。また、ＮＨ_４ＯＨとＨ_２Ｏ_２とＨ_２Ｏとを混合した洗浄液を用いるＡＰＭ（ａｍｍｏｎｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎｐｅｒｏｘｉｄｅｍｉｘｔｕｒｅ）洗浄においても、ＤＨＦ洗浄よりはエッチング量が少ないものの、シリコン半導体基板表面に形成された自然酸化膜をエッチングする働きがあり、シリコン薄膜の膜厚を１００ｎｍ以下まで減少させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６８３０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のエッチング処理では、主に処理時間によってエッチング処理を制御しているため、薬液濃度の変化等によってプロセス条件が変動した場合に、エッチング量又は膜厚を精密に制御することが困難であった。
【０００５】
また、従来は、所望の膜厚が得られるまでエッチング処理と膜厚測定とを繰り返す際に、洗浄装置のホルダに保持された処理基板を取り外して、膜厚測定装置で膜厚を測定し、再び洗浄装置のホルダに処理基板を取り付けるという非効率な作業が発生していた。
【０００６】
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、エッチング処理を精密かつ効率的に制御することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面は、基板処理装置に係り、半導体基板の半導体層に化学薬品を供給することによって該半導体層を化学的にエッチングするエッチング装置と、前記半導体層の膜厚を測定する膜厚測定装置と、前記膜厚測定装置の測定結果に基づいて前記半導体層を化学的にエッチングする処理を終了させる制御ユニットと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の好適な実施の形態によれば、半導体基板を保持する保持部と、前記保持部の上方に配置されたノズルを有し、前記保持部によって保持された半導体基板の半導体層の全面が露出した状態で、該半導体層を化学的にエッチングするための化学薬液を該ノズルから該半導体層に供給する薬液供給装置と、前記半導体層の膜厚を測定する膜厚測定装置と、前記膜厚測定装置の測定結果に基づいて前記半導体層を化学的にエッチングする処理を終了させる制御ユニットと、を備えることが好ましい。
【０００９】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記制御ユニットは、前記半導体層に化学薬品を供給する処理を停止する機構を有することが好ましい。
【００１０】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記制御ユニットは、前記半導体層にリンス液を供給する機構を更に有することが好ましい。
【００１１】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記制御ユニットは、前記半導体基板を回転させる機構を更に有することが好ましい。
【００１２】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記膜厚測定装置は、前記半導体層の表面に光、Ｘ線、又は超音波を照射する照射器と、前記半導体層の表面で反射した光、Ｘ線、又は超音波を計測する計測器と、前記計測器の計測結果を前記半導体層の膜厚に変換する変換器と、を備えることが好ましい。
【００１３】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記膜厚測定装置は、前記半導体層をエッチングした化学薬液に含まれる前記半導体層の構成材料の濃度を計測する計測器と、前記濃度を前記半導体層の膜厚に変換する変換器と、を備えることが好ましい。
【００１４】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記膜厚測定装置は、前記半導体基板の重量を計測する計測器と、前記計測器の計測結果を前記半導体層の膜厚に変換する変換器と、を備えることが好ましい。
【００１５】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記基板の配置領域の周囲を囲むように配置されるカバー部材を備えることが好ましい。
【００１６】
本発明の第２の側面は、基板製造方法に係り、半導体基板を作製する工程と、前記半導体基板の半導体層に化学薬液を供給することによって該半導体層を化学的にエッチングする工程と、前記半導体層の膜厚を測定する工程と、前記測定工程で測定された前記膜厚が所定値であるときに前記半導体層を化学的にエッチングする処理を終了させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記半導体基板を作製する工程は、前記半導体基板に多孔質層を形成し、該多孔質層の上に移設層を形成し、これにより第１の基板を作製する工程と、前記第１の基板と第２の基板とを結合させて、結合基板を作製する工程と、前記結合基板を前記多孔質層の部分で分離する工程と、を含むことが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
［装置の構成］
図１Ａ、Ｂは、本発明の好適な第１の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。
【００２０】
保持台４は、処理対象である半導体基板３を保持するためのホルダである。この基板処理装置は、半導体基板３として、表面に半導体層（例えば、シリコン等の半導体材料）を有する基板を用いるのが望ましく、特に、絶縁体上に半導体層が形成されたＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ又はｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いるのが好適である。保持台４は、半導体基板３の半導体層に供給される薬液に耐性のある材料で構成されるのが望ましい。例えば、半導体基板の半導体層に供給される薬液としてＨＦを含むエッチング液（以下「フッ化水素酸溶液」という。）を用いる場合には、保持台４の全体又は半導体基板３と接触する部分を、耐ＨＦ性のゴム等で形成するのが望ましい。
【００２１】
保持台４の下方には、半導体基板３を回転させるための基板回転機構１６が設けられている。基板回転機構１６としては、種々の形態が考えられる。例えば、図１Ａの例では、保持台４の下部に基板回転シャフト１７を連結し、基板回転シャフト１７に基板回転ギヤー１８を取り付け、基板回転モーターギヤー１９を基板回転ギヤー１８と噛合わせ、基板回転モーター２０によって基板回転モーターギヤー１９を回転させる機構が採用されている。
【００２２】
保持台４の上方には、半導体基板３の半導体層に薬液を供給するための薬液供給ノズル７が設けられている。薬液供給ノズル７は、ノズル駆動機構２１によって例えば水平方向に駆動される。ノズル駆動機構２１としては、種々の形態が考えられる。例えば、図１Ａに示すように、薬液供給ノズル７に連結されたノズル可動シャフト２２をノズル可動レール２６上に配置し、ノズル可動シャフト２２にノズル可動ギヤー２３を取り付けて、ノズル可動モーターギヤー２４と噛合わせて、ノズル可動モーター２５によって回転させる機構が考えられる。半導体基板３の搬入・搬送を行うときには、ノズル可動シャフト２２を中心軸として図１Ａの矢印Ｄで示す方向に薬液供給ノズル７を回転させ、ノズル可動シャフト２２を図１Ａの矢印Ｅの方向にスライドさせて（図１Ｂ）、図１Ｂに示すように薬液供給ノズル７を保持台４の外側に移動させることができる。
【００２３】
ノズル可動シャフト２２は、半導体基板３の半導体層に薬液を供給するための薬液供給ラインに連結されている。薬液供給ラインとしては、種々の形態が考えられる。図１Ａでは、オゾン水を供給するオゾン水供給ライン１０、フッ化水素酸溶液等のエッチング液を供給するエッチング液供給ライン１３、リンス液（例えば、純水等）を供給するリンス液供給ライン１５等を例示的に示した。これらの薬液供給ラインは、各々の薬液を貯蔵するタンク等の薬液供給ユニットに連結される。例えば、オゾン水供給ライン１０はオゾン水を貯蔵するオゾン水供給ユニット９に、エッチング液供給ライン１３はフッ化水素酸溶液を貯蔵するエッチング液供給ユニット１２に、リンス液供給ライン１５はリンス液を貯蔵するリンス液供給ユニット（不図示）に、それぞれ連結される。また、オゾン水供給ライン１０にはオゾン水供給バルブ８が、エッチング液供給ライン１３にはエッチング液供給バルブ１１が、リンス液供給ライン１５にはリンス液供給バルブ１４が、それぞれ設けられている。これらのバルブ８、１１、１４は、制御装置３９によって自動的に開閉され、半導体基板３の半導体層を化学的にエッチングする処理を開始したり終了したりすることができる。
【００２４】
なお、本発明に用いられるエッチング処理としては、エッチング対象である半導体基板表面の半導体層の材料に応じて、様々な洗浄液を採用することができる。本実施形態では、半導体基板表面の半導体層（シリコン）をオゾン水で酸化した後に、酸化されたシリコンをフッ化水素酸溶液（ＨＦと、Ｈ_２Ｏ、ＨＮＯ_３、ＣＨ_３ＣＯＯＨの少なくとも１つと、を混合した溶液を含む。）でエッチングする処理を示したが、これに限定されず、例えば、酸やアルカリ系の各種化学薬液を採用することができる。例えば、ＮＨ_４ＯＨとＨ_２Ｏ_２とＨ_２Ｏとを混合した洗浄液（ＡＰＭ）を用いて、エッチング処理を行ってもよい。この場合、ＡＰＭは、シリコン表面に酸化膜を形成しながら、酸化されたシリコン表面をスライトエッチングするため、オゾン水による酸化処理を用いなくてもよい。また、ＴＭＡＨ（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）等の有機アルカリ系の現像液等を用いたエッチング処理を採用することもできる。したがって、上記の薬液供給ライン及び薬液供給ユニットも、各々の化学薬液に対応したものを採用することができる。
【００２５】
ところで、半導体基板３の半導体層に薬液を供給し、半導体基板３を基板回転機構１６により回転させると、半導体基板３の半導体層上の薬液が飛散して、基板回転機構１６の周囲に設けられた機構に付着する場合がある。これによって、基板回転機構１６の周囲に設けられた機構が、薬液によって腐食されうる。そこで、基板回転機構１６の周囲に設けられた機構を薬液に耐性のある材料で構成するか、或いは、図１Ａに示すように半導体基板３の配置領域の周囲を囲むようにカバー部材としての薬液飛散防止カップ５を配置するのが望ましい。また、薬液飛散防止カップ５は、半導体基板３の表面に対して、薬液飛散防止カップ５を垂直方向に駆動するカップ昇降機構６を備えることが望ましい。カップ昇降機構６は、半導体基板３の搬入・搬送を行うときには、薬液飛散防止カップ５を下降させ、半導体基板３の半導体層に薬液を供給する場合には、薬液飛散防止カップ５を上昇させることができる。また、薬液飛散防止カップ５は、半導体基板３の半導体層に供給された薬液を排出する排液ラインを備えることができる。
【００２６】
基板処理装置の上部には、半導体基板３の半導体層の膜厚を測定する膜厚測定ユニット２８が設けられている。膜厚測定ユニット２８としては、種々の形態が考えられる。典型的には、膜厚測定ユニット２８は、図１Ａに示すように、半導体基板３の半導体層の表面に光、Ｘ線、又は超音波を照射するソース２９と、半導体基板３の半導体層の表面で反射した光、Ｘ線、又は超音波を測定するディテクター３０と、ソース２９及びディテクター３０を固定するソース／ディテクター据付台３１と、ディテクター３０の測定結果を半導体基板３の半導体層の膜厚に変換する膜厚変換装置３５と、で構成される。ソース２９は、照射光用光ファイバー３３等の接続ケーブルを介して膜厚変換装置３５と接続される。同様に、ディテクター３０は、反射光用光ファイバー３４等の接続ケーブルを介して膜厚変換装置３５と接続される。また、膜厚測定ユニット２８は、半導体基板３の表面に対して垂直方向に膜厚測定ユニット２８を駆動する膜厚測定ユニット昇降機構３２を備えるのが好適である。膜厚測定ユニット昇降機構３２は、半導体基板３の半導体層の表面を測定するときには、膜厚測定ユニット収納扉２７が開いた後に、ソース／ディテクター据付台３１を下降させる（図１Ｂ）。半導体基板３の半導体層の表面を測定が終了した膜厚測定ユニット２８は、速やかに膜厚測定ユニット収納扉２７内に収納される。
【００２７】
膜厚変換装置３５は、膜厚変換装置３５と制御装置３９とを接続する接続ケーブル３６を介して制御装置３９と接続される。制御装置３９は、膜厚変換装置３５によって変換されたデータに基づいて、エッチング処理を行うか否かを判断することができる。制御装置３９は、他にも、基板回転モーター２０と制御装置３９とを接続する接続ケーブル３７を介して基板回転モーター２０と接続され、ノズル可動モーター２５及びノズル可動レール２６と制御装置３９とを接続する接続ケーブル３８を介してノズル可動モーター２５及びノズル可動レール２６と接続される。これらの接続は例示的に示したものに過ぎず、制御装置３９は、その他の装置と接続されてもよい。
【００２８】
基板搬送ロボット２は、半導体基板３の裏面を吸着保持するように構成されたロボットハンドを備え、基板搬送口１を通して半導体基板３を搬送することができる。このようなロボットハンドによって、半導体基板３の表面が汚染されたり、ダメージを受けたりすることを防止することができる。また、基板処理装置１００は、排気ダクト４０に連結され、基板処理装置１００内の雰囲気が外部に排気されるよう構成されている。
【００２９】
［装置の動作］
次に、図１に示した本実施形態に係る基板処理装置の動作を説明する。
【００３０】
まず、半導体基板搬送口１が開いて、半導体基板３が半導体基板搬送ロボット２によって基板処理装置１００内に搬送され、保持台４にセットされる。このとき、薬液飛散防止カップ５は、カップ昇降機構６によって、半導体基板３の搬送に支障が無い位置まで下降させられた状態にある。半導体基板３が保持台４にセットされると、カップ昇降機構６が薬液飛散防止カップ５を上昇させて、所定の位置で停止する（図１Ａ）。
【００３１】
次に、半導体基板３は、半導体基板回転機構１６の動力（矢印Ａの方向への回転による。）によって、図１Ａの矢印Ｂに示す方向に回転する。このとき、薬液供給ノズル７は、ノズル駆動機構２１の動力（図１Ａの矢印Ｃ）によって、半導体基板３の半導体層を矢印Ｄの方向にスキャンすることができる。
【００３２】
次に、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層をスキャンしながらオゾン水が供給され、一定時間経過後に供給が停止される。オゾン水は、オゾン水供給バルブ８を開いて、オゾン水供給ユニット９からオゾン水供給ライン１０を通して、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層に供給される。オゾン水を半導体基板３の半導体層に供給することによって、半導体層の表面が酸化される。
【００３３】
続いて、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層をスキャンしながらフッ化水素酸溶液が供給され、一定時間経過後に供給が停止される。フッ化水素酸溶液もオゾン水と同様に、エッチング液供給バルブ１１を開いて、エッチング液供給ユニット１２からエッチング液供給ライン１３を通して、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層に供給される。フッ化水素酸溶液を半導体基板３の半導体層に供給することによって、酸化された半導体基板３の半導体層の表面がエッチングされる。
【００３４】
さらに続いて、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層をスキャンしながらリンス液が供給され、一定時間経過後に供給が停止される。なお、リンス液は、リンス液供給バルブ１４を開いて、リンス液供給ユニット（不図示）からリンス液供給ライン１５を通して、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層に供給される。
【００３５】
次に、半導体基板３は、半導体基板回転機構１６によって高速回転され、振り切り乾燥（スピン乾燥）される。なお、薬液処理後のオゾン水、エッチング液、リンス液等の薬液は、薬液飛散防止カップ５に設けられた排液ライン４１から排液される。
【００３６】
次に、ノズル駆動機構２１の動作（矢印Ｃ）及びノズル可動レール２６の動作（矢印Ｅ）によって、膜厚測定に支障が無い位置に薬液供給ノズル７を移動させる（図１Ｂ）。膜厚測定ユニット収納扉２７が矢印Ｆに示す方向に開き、膜厚測定ユニット昇降機構３２が伸びて、膜厚測定ユニット２８が下降し、所定の位置まで移動して停止する。膜厚測定ユニット２８は、ソース２９とディテクター３０とそれらを固定するソース／ディテクター据付台３１で構成されており、これらは照射光用光ファイバー３３と反射光用光ファイバー３４を介して膜厚変換装置３５と接続されている。
【００３７】
次に、膜厚測定を開始する。膜厚測定の原理は、以下の通りである。すなわち、光源を含む膜厚変換装置３５から照射光用光ファイバー３３を通してソース２９から照射された光が、半導体基板３の半導体層上で反射して、干渉信号を含んだ反射光としてディテクター３０に取り込まれる。ディテクター３０に取り込まれた光は、反射光用光ファイバー３４を通して膜厚変換装置３５に戻される。膜厚変換装置３５は、この反射光のデータを膜厚に変換する。
【００３８】
膜厚変換装置３５で膜厚に変換された膜厚測定データは、制御装置３９に伝送され、次のエッチング処理を実施するか否かを判断する。膜厚測定ユニット２８は、膜厚測定が終了した後に、速やかに膜厚測定ユニット収納扉２７内に収納され、膜厚測定に支障が無い位置に移動させていた薬液供給ノズル７は元の位置に戻される（図１Ａ）。
【００３９】
制御装置３９が、膜厚変換装置３５で膜厚に変換された膜厚測定データに基づいて、膜厚が所定値となって「エッチング処理を停止する」と判断した場合は、カップ昇降機構６によって、半導体基板３の搬送に支障が無い位置まで薬液飛散防止カップ５が下降する。そして、半導体基板搬送口１が開いて、半導体基板搬送ロボット２によって半導体基板３が基板処理装置１００から搬出され、エッチング処理が終了する。
【００４０】
制御装置３９が、膜厚変換装置３５で膜厚に変換された膜厚測定データに基づいて、「エッチング処理を続行する」と判断した場合は、上述した半導体基板３の半導体層をスキャンしながらオゾン水を供給する処理から開始する。そして、制御装置３９が、膜厚変換装置３５で膜厚に変換された膜厚測定データに基づいて、膜厚が所定値となって「エッチング処理を停止する」と判断するまで、エッチング処理及び膜厚測定を自動で連続的に繰り返した後に、制御装置３９が「エッチング処理を停止する」と判断すると、薬液飛散防止カップ５が半導体基板３の搬送に支障が無い位置まで下がる。そして、半導体基板搬送口１が開いて、半導体基板搬送ロボット２によって半導体基板３が基板処理装置１００から搬出され、エッチング処理が終了する。
【００４１】
以上のように、本実施形態によれば、精密かつ効率的に半導体基板の半導体層をエッチングして薄膜化することができる。半導体基板の半導体層を薄膜化する方法としては、他にもＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が挙げられるが、ＣＭＰでは、機械的な研磨によって半導体層表面を削り取るため、半導体基板の半導体層にストレスがかかるとともに、精密に薄膜化することが困難であるという問題がある。一方、本実施形態によれば、機械的研磨を伴うことなく、化学薬品を供給することによって半導体基板の半導体層を化学的にエッチングするため、半導体基板の半導体層にストレスがかかることがなく、精密に薄膜化することができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、ウェット洗浄用の洗浄液を利用したエッチングにおいて、保持台上に保持した状態（インライン）で処理基板の膜厚測定を自動的に行うことができるため、オーバーエッチングの危険性を大幅に低減することができるとともに、ウェットエッチング処理をより効率化することが可能となる。
【００４３】
（第２の実施形態）
［装置の構成］
以下、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。本実施形態に係る基板処理装置２００は、概略的には、第１の実施の形態に係る半導体装置１００の一部の構成を変更したものである。即ち、基板処理装置２００は、図１Ａ、Ｂに示す膜厚測定ユニット２８の代わりに、図２Ａ、Ｂに示す薬液排出／回収バルブ４２、ＨＦ回収容器４３、ＨＦ回収ライン４４、薬液サンプリングチューブ４５、Ｓｉ濃度分析装置４６、ＨＦ排出バルブ４７、ＨＦ排出ライン４８を備える。
【００４４】
薬液排出／回収バルブ４２は、薬液飛散防止カップ５の排出ライン４１とＨＦ回収ライン４４との間に設けられている。薬液排出／回収バルブ４２を開くと図２Ａの矢印Ｇのように排出ライン４１を通して排出され、薬液排出／回収バルブ４２を閉めると図２Ｂの矢印ＨのようにＨＦ回収ライン４４を通してＨＦ回収容器４３に回収される。Ｓｉ濃度分析装置４６には、薬液サンプリングチューブ４５が連結され、ＨＦ回収容器４３に回収した薬液に含まれるＳｉの濃度を測定することができる。ＨＦ回収容器４３には、ＨＦ排水ライン４８が連結され、ＨＦ排水バルブ４７を開くと、ＨＦ排水ライン４８通して薬液が排出される。
【００４５】
［装置の動作］
次に、図２に示した本実施形態に係る基板処理装置の動作を説明する。
【００４６】
まず、半導体基板搬送口１が開いて、半導体基板３が半導体基板搬送ロボット２によって基板処理装置１００内に搬送され、保持台４にセットされる。このとき、薬液飛散防止カップ５は、カップ昇降機構６によって、半導体基板３の搬送に支障が無い位置まで下降させられた状態にある。半導体基板３が保持台４にセットされると、カップ昇降機構６が薬液飛散防止カップ５を上昇させて、所定の位置で停止する（図２Ａ）。
【００４７】
次に、半導体基板３は、半導体基板回転機構１６の動力（図２Ａの矢印Ａの方向への回転による。）によって、図２Ａの矢印Ｂの方向に回転する。このとき、薬液供給ノズル７は、ノズル駆動機構２１の動力（図２Ａの矢印Ｃ）によって、半導体基板３の半導体層を矢印Ｄの方向にスキャンすることができる。
【００４８】
次に、オゾン水供給バルブ８を開いて、オゾン水が、オゾン水供給ユニット９からオゾン水供給ライン１０を通して、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層に供給される。薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層をスキャンしながらオゾン水が供給され、一定時間経過後に供給が停止される。オゾン水は、薬液排出／回収バルブ４２を開いて、矢印Ｇに示すように排出される。オゾン水を排出した後に、薬液排出／回収バルブ４２を閉めて、次の希フッ化水素酸処理液を回収できる状態にする。また、希フッ化水素酸処理液は、薬液排水／回収バルブ４２を閉めることにより、ＨＦ回収ライン４４を通じて、ＨＦ回収容器４３に回収される（図２Ｂの矢印Ｈ）。希フッ化水素酸処理液を回収した後に、薬液排水／回収バルブ４２を再び開けて、次のリンス液処理の準備状態にする。フッ化水素酸溶液によりエッチングされた半導体基板（Ｓｉ）３は、ＨＦ回収容器４３に回収されたＨＦ処理液中に含まれている。
【００４９】
次に、薬液サンプリングチューブ４５を通じて、回収した希フッ化水素酸処理液をＳｉ濃度分析装置４６に導入し、Ｓｉ濃度を測定する（図２Ｂの矢印Ｉ）。Ｓｉ濃度の分析データは、制御装置３９に伝送され、その分析データからエッチング量や残膜厚等を自動的に計算し、次のエッチング処理を続行するか否かを判断する。Ｓｉの濃度分析が終了したら、ＨＦ排水バルブ４７を開いて、ＨＦ排水ライン４８から回収した希フッ化水素酸処理液を排出する（図２Ｂの矢印Ｊ）。基板処理装置２００は、Ｓｉの濃度分析と並行して、希フッ化水素酸処理の次のリンス液処理及び乾燥処理を行う。
【００５０】
すなわち、希フッ化水素酸処理に続いて、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層をスキャンしながらリンス液が供給され、一定時間経過後に供給が停止される。半導体基板３は、半導体基板回転機構１６によって高速回転され、振り切り乾燥（スピン乾燥）される。
【００５１】
次に、リンス液供給バルブ１４を開いて、リンス液が、リンス液供給ユニット（不図示）からリンス液供給ライン１５を通して、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層に供給される。リンス液は、開いた薬液排水／回収バルブ４２から、図２Ａの矢印Ｇに示すように排出される。
【００５２】
制御装置３９は、上記リンス液処理及び乾燥処理の間に、上述したように次のエッチング処理を続行するか否かを判断する。すなわち、制御装置３９が、Ｓｉ濃度の分析データに基づいた自動計算により、膜厚が所定値となって「エッチング処理を停止する」と判断した場合は、薬液飛散防止カップ５が半導体基板３の搬送に支障が無い位置まで下がる。そして、半導体基板搬送口１が開いて、半導体基板搬送ロボット２によって半導体基板３が基板処理装置１００から搬出され、エッチング処理が終了する。
【００５３】
制御装置３９が、Ｓｉ濃度の分析データに基づいた自動計算により、「エッチング処理を続行する」と判断した場合は、再び上述したオゾン水をスキャン供給する処理から開始する。そして、制御装置３９が、Ｓｉ濃度の分析データに基づいた自動計算により、膜厚が所定値となって「エッチング処理を停止する」と判断するまで、エッチング処理及びＳｉ濃度の分析を自動で連続的に繰り返した後に、制御装置３９が、「エッチング処理を停止する」と判断すると、薬液飛散防止カップ５が半導体基板３の搬送に支障が無い位置まで下がる。そして、半導体基板搬送口１が開いて、半導体基板搬送ロボット２によって半導体基板３が基板処理装置１００から搬出され、エッチング処理が終了する。
【００５４】
以上のように、本実施形態によれば、リアルタイムで膜厚を測定できるため、ウェットエッチング処理の終点を更に高精度に制御することができる。
【００５５】
（第３実施形態）
［装置の構成］
以下、本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。本実施形態に係る基板処理装置３００は、概略的には、第１の実施の形態に係る半導体装置１００の一部の構成を変更したものである。即ち、基板処理装置３００は、図１Ａ、Ｂに示す膜厚測定ユニット２８の代わりに、図３に示す電子精密重量測定機構４９を備える。
【００５６】
電子精密重量測定機構４９としては、種々の形態が考えられる。典型的には、電子精密重量測定機構４９は、半導体基板秤量皿５０と、半導体基板秤量皿サポートバネ５１と、半導体基板重量伝達シャフト５２と、電子精密重量測定器５３と、で構成される。
【００５７】
半導体基板秤量皿５０は、半導体基板秤量皿サポートバネ５１を介して、保持台４に弾性的に配置されている。半導体基板重量伝達シャフト５２は、先端に鋭い突起を有し、半導体基板秤量皿５０裏面の凹部と接触する。電子精密重量測定器５３は、半導体基板重量伝達シャフト５２を通して、半導体基板３の重量を精密に測定することができる。電子精密重量測定器５３は、接続ケーブル５４を介して制御装置３９と接続されている。
【００５８】
［装置の動作］
次に、図３に示した本実施形態に係る基板処理装置の動作を説明する。
【００５９】
まず、半導体基板搬送口１が開いて、半導体基板３が半導体基板搬送ロボット２によって基板処理装置３００内に搬送され、保持台４にセットされる。このとき、薬液飛散防止カップ５は、カップ昇降機構６によって、半導体基板３の搬送に支障が無い位置まで下降させられた状態にある。半導体基板３が保持台４にセットされると、カップ昇降機構６が薬液飛散防止カップ５を上昇させて、所定の位置で停止する（図３）。
【００６０】
次に、半導体基板３は、半導体基板回転機構１６の動力（矢印Ａの方向への回転による。）によって、図３の矢印Ｂに示す方向に回転する。このとき、薬液供給ノズル７は、ノズル駆動機構２１の動力（図１Ａの矢印Ｃ）によって、半導体基板３の半導体層を矢印Ｄの方向にスキャンすることができる。
【００６１】
次に、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層をスキャンしながらオゾン水が供給され、一定時間経過後に供給が停止される。オゾン水は、オゾン水供給バルブ８を開いて、オゾン水供給ユニット９からオゾン水供給ライン１０を通して、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層に供給される。続いて、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層をスキャンしながらフッ化水素酸溶液が供給され、一定時間経過後に供給が停止される。フッ化水素酸溶液もオゾン水と同様に、エッチング液供給バルブ１１を開いて、エッチング液供給ユニット１２からエッチング液供給ライン１３を通して、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層に供給される。半導体基板３の半導体層にフッ化水素酸溶液を供給することによって、オゾン水によって酸化された半導体基板が化学的にエッチングされる。
【００６２】
さらに続いて、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層をスキャンしながらリンス液が供給され、一定時間経過後に供給が停止される。なお、リンス液は、リンス液供給バルブ１４を開いて、リンス液供給ユニット（不図示）からリンス液供給ライン１５を通して、薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層に供給される。
【００６３】
次に、半導体基板３は、半導体基板回転機構１６によって高速回転され、振り切り乾燥（スピン乾燥）される。なお、薬液処理後のオゾン水、エッチング液、リンス液は、薬液飛散防止カップ５に設けられた排液ライン４１から排液される。
【００６４】
ここで、保持台４内及び半導体基板回転シャフト１７内には、半導体基板３の重量を精密に測定できる電子精密重量測定機構４９が組み込まれており、上述したオゾン水処理、エッチング処理、リンス処理を連続的に行うエッチング処理中に、半導体基板３の重量を測定し続けることができる。電子精密重量測定器５３で測定された半導体基板３の重量の測定データは、制御装置３９に伝送され、その測定データからエッチング量や残膜厚等を自動的に計算し、次のエッチング処理を続行するか否かを判断する。
【００６５】
制御装置３９が、電子精密重量測定器５３で測定された測定データに基づいて、膜厚が所定値となって「エッチング処理を停止する」と判断した場合は、カップ昇降機構６によって、半導体基板３の搬送に支障が無い位置まで薬液飛散防止カップ５が下降する。そして、半導体基板搬送口１が開いて、半導体基板搬送ロボット２によって半導体基板３が基板処理装置３００から搬出され、エッチング処理が終了する。
【００６６】
制御装置３９が、電子精密重量測定器５３で測定された測定データに基づいて、「エッチング処理を続行する」と判断した場合は、上述した薬液供給ノズル７から半導体基板３の半導体層にオゾン水をスキャン供給する処理から開始する。そして、制御装置３９が、電子精密重量測定器５３で測定された測定データに基づいて、膜厚が所定値となって「エッチング処理を停止する」と判断するまで、エッチング処理及び膜厚測定を自動で連続的に繰り返した後に、制御装置３９が、膜厚が所定値となって「エッチング処理を停止する」と判断すると、薬液飛散防止カップ５が半導体基板３の搬送に支障が無い位置まで下がる。そして、半導体基板搬送口１が開いて、半導体基板搬送ロボット２によって半導体基板３が基板処理装置３００から搬出され、エッチング処理が終了する。
【００６７】
以上のように、本実施形態によれば、リアルタイムで膜厚を測定できるため、ウェットエッチング処理の終点を更に高精度に制御することができる。
【００６８】
（他の実施形態）
以下、本発明の好適な実施の形態に係る基板処理装置を基板の製造方法に適用した例として、ＥＬＴＲＡＮ（登録商標）法を用いた製造方法を例示的に示す。図４（ａ）〜図４（ｆ）は、本実施例に係るＳＯＩ基板の製造方法を説明するための模式図である。
【００６９】
まず、図４（ａ）に示す工程で、単結晶Ｓｉ基板４０１を準備して、その表面に陽極化成処理等により多孔質Ｓｉ層４０２を形成する。次いで、図４（ｂ）に示す工程で、多孔質Ｓｉ層４０２の上に、ＳＯＩ層として非多孔質の単結晶Ｓｉ層４０３をエピタキシャル成長法により形成する。次いで、図４（ｃ）に示す工程で、その表面を酸化することによって、絶縁層（ＳｉＯ_２層）４０４を形成する。これによって、第１の基板４１０を形成する。次に、図４（ｄ）に示す工程で、単結晶Ｓｉからなる第２の基板４２０を準備し、第１の基板４１０と第２の基板４２０とを、第２の基板４２０と絶縁層４０４とが面するように、室温で密着させて結合基板４５０を作成する。次いで、図４（ｅ）に示す工程で、多孔質Ｓｉ層４０２を分離処理して、結合基板４５０を新たな第１の基板４１０’と新たな第２の基板４３０とに分離する。その後、図４（ｆ）に示す工程で、多孔質層４０２’’と単結晶Ｓｉ層４０３とで選択比の高いエッチングを行い、単結晶Ｓｉ層４０３の膜減りをほとんど起こさずに、多孔質層４０２’’を除去し、ＳＯＩ基板４４０を作成する。以上の方法によって、移設層としての単結晶Ｓｉ層４０３及び絶縁層４０４を、第２の基板４３０に移設する。更に、ＳＯＩ基板４４０を水素雰囲気中でアニールして、極めて表面が平坦なＳＯＩ基板を作製することができる。このとき、第２の基板４２０（Ｈａｎｄｌｅ基板）には、ＢＯＸ層となる絶縁層４０４（シリコン酸化膜の一部）が形成されている。図４（ｆ）に示す工程で、本発明の好適な実施の形態に係る基板処理装置１００、２００、３００を用いて、単結晶Ｓｉ層４０３が所定の厚さとなるように精密かつ効率的にウェットエッチングをすることができる。なお、本実施形態では、ＥＬＴＲＡＮ（登録商標）法について述べたが、他の基板製造方法に適用することができる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、エッチング処理を精密かつ効率的に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明の好適な第１の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明の好適な第１の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の好適な第２の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の好適な第２の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の好適な第３の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の好適な実施形態に係る基板製造方法を説明するための図である。

Claims

半導体基板の半導体層に化学薬品を供給することによって該半導体層を化学的にエッチングするエッチング装置と、
前記半導体層の膜厚を測定する膜厚測定装置と、
前記膜厚測定装置の測定結果に基づいて前記半導体層を化学的にエッチングする処理を終了させる制御ユニットと、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
半導体基板を保持する保持部と、
前記保持部の上方に配置されたノズルを有し、前記保持部によって保持された半導体基板の半導体層の全面が露出した状態で、該半導体層を化学的にエッチングするための化学薬液を該ノズルから該半導体層に供給する薬液供給装置と、
前記半導体層の膜厚を測定する膜厚測定装置と、
前記膜厚測定装置の測定結果に基づいて前記半導体層を化学的にエッチングする処理を終了させる制御ユニットと、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
前記制御ユニットは、前記半導体層に化学薬品を供給する処理を停止する機構を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
前記制御ユニットは、前記半導体層にリンス液を供給する機構を更に有することを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
前記制御ユニットは、前記半導体基板を回転させる機構を更に有することを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
前記膜厚測定装置は、
前記半導体層の表面に光、Ｘ線、又は超音波を照射する照射器と、
前記半導体層の表面で反射した光、Ｘ線、又は超音波を計測する計測器と、
前記計測器の計測結果を前記半導体層の膜厚に変換する変換器と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
前記膜厚測定装置は、
前記半導体層をエッチングした化学薬液に含まれる前記半導体層の構成材料の濃度を計測する計測器と、
前記濃度を前記半導体層の膜厚に変換する変換器と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
前記膜厚測定装置は、
前記半導体基板の重量を計測する計測器と、
前記計測器の計測結果を前記半導体層の膜厚に変換する変換器と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
前記基板の配置領域の周囲を囲むように配置されるカバー部材を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
半導体基板を作製する工程と、
前記半導体基板の半導体層に化学薬液を供給することによって該半導体層を化学的にエッチングする工程と、
前記半導体層の膜厚を測定する工程と、
前記測定工程で測定された前記膜厚が所定値であるときに前記半導体層を化学的にエッチングする処理を終了させる工程と、
を含むことを特徴とする基板製造方法。
前記半導体基板を作製する工程は、
前記半導体基板に多孔質層を形成し、該多孔質層の上に移設層を形成し、これにより第１の基板を作製する工程と、
前記第１の基板と第２の基板とを結合させて、結合基板を作製する工程と、
前記結合基板を前記多孔質層の部分で分離する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１０に記載の基板製造方法。