JP2005311012A - ウェットエッチング装置及び基板のウェットエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の中心部側と外周部側との間でエッチング量を可及的に均一化することのできるウェットエッチング装置及び基板のウェットエッチング方法を提供する。
【解決手段】 所定の回転速度で水平回転する基板の半径方向にノズルを往復移動させながらエッチング液を噴出して前記基板をエッチングするウェットエッチング装置において、前記ノズルの移動速度を、前記基板の中心側よりも外周側を低速にするノズル速度制御手段を備える構成とする。また、前記ノズルの移動速度を、前記基板の外周側から中心側にかけて漸次増加させる一方、前記基板の中心側から外周側にかけて漸次低下させるように制御する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ウェットエッチング装置及び基板のウェットエッチング方法に関するものである。

従来、基板を保持して水平回転するチャックと、このチャック上の基板に向けてエッチング液を吐出するノズルとを備えたウェットエッチング装置があった（例えば特許文献１を参照）。

このように、水平回転する基板に向けてエッチング液を吐出するようにしたウェットエッチング装置においては、前記特許文献１に記載されているように、エッチング液を基板の中央部に向けて斜め上方から吐出させるものや、ノズルに高周波振動子を配設するとともに、前記基板上方で揺動可能に構成して、かつエッチング液を基板に対して垂直に吐出させるものが知られている。

一方、近年では、エッチング液を噴出するノズルを、基板の半径方向に移動可能に構成し、基板を所定の回転速度で水平回転させるとともに、エッチング液を噴出させながら前記ノズルを基板の外周部から中心部にかけて一定の速度で複数回往復移動させてエッチングするようにした枚葉式のウェットエッチング装置が広く用いられている。

かかるウェットエッチング装置を用いて、例えばＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）膜をエッチングする場合、エッチング液の温度を５５℃に調温し、基板を１０００ｒｐｍで回転させるようにしていた。そして、エッチング液を吐出するノズルの移動については、図５に示すように、基板の外周縁から例えば半径の１５％程度内側となる位置から開始し、基板中心から半径の１０％程度通り過ぎる位置までオーバーランさせ、その位置から前記移動開始位置まで往復させる往復移動を複数回繰り返すようにしていた。このときのノズルの移動速度は、図示するように、移動開始位置から基板半径の５％程度進んだ位置と基板の中心部から基板半径の５％程度過ぎた位置までは１００ｍｍ／ｓｅｃの速度が維持されていた。なお、ノズルの移動を、中心を若干過ぎる位置まで行うのは、中心までで止めた場合、エッチングにムラが生じることがあり、これを防止するための処置である。
特開平０９−０５０９８１号公報

ところが、基板の半径方向にノズルを一定速度で往復移動させるようにした上述のウェット洗浄装置においては、未だ下記の課題が残されていた。

すなわち、上記構成の装置でウェットエッチングを施した場合、図６に示すように、基板の外周部付近のエッチング量が不足し、逆に中心部近傍ではエッチング量が増加する傾向になり、エッチング量を均一化することができなかった。

これは、基板の外周部は中心部よりも周速度が大きくエッチング液も振り切られやすいので、外周部ではエッチング液の流量が不足になりがちであり、特に、所定温度（例えば上述の例では５５℃）に調温されているエッチング液の温度が、基板の回転による遠心力でエッチング液が基板の外周部に流れるに伴って低下してしまい、エッチング能力が大きく低下することに起因すると考えられる。

他方、枚葉式のウェットエッチングにおいて、エッチング量を決定するパラメータとしては、前記エッチング液の温度や流量、前記基板の回転数、前記ノズルの振り幅や移動速度などがあるが、基板の内側部と外側部とでエッチング液の温度や流量を変化させるような制御は極めて難しい。また、基板の内側部と外側部とでエッチング量を均一にするために基板の回転数を制御することも難しい。

そこで、本発明では、ノズルの振り幅とノズル移動速度に着目して上記課題を解決することのできる枚葉式のウェットエッチング装置及び基板のウェットエッチング方法を提供する。

請求項１記載の本発明では、所定の回転速度で水平回転する基板の半径方向にノズルを往復移動させながらエッチング液を噴出して前記基板をエッチングするウェットエッチング装置において、前記ノズルの移動速度を前記基板の中心側よりも外周側を低速にするノズル速度制御手段を備える構成とした。

請求項２記載の本発明では、所定の回転速度で水平回転する基板の半径方向にノズルを往復移動させながらエッチング液を噴出して前記基板をエッチングする基板のウェットエッチング方法において、前記ノズルの移動速度を、前記基板の中心側よりも外周側を低速にすることとした。

請求項３記載の本発明では、請求項２記載の基板のウェットエッチング方法において、前記ノズルの移動速度を、前記基板の中心側から外周側にかけて漸次低下させることを特徴とする。

（１）請求項１記載の本発明によれば、所定の回転速度で水平回転する基板の半径方向にノズルを往復移動させながらエッチング液を噴出して前記基板をエッチングするウェットエッチング装置において、前記ノズルの移動速度を、前記基板の中心側よりも外周側を低速にするノズル速度制御手段を備えるために、基板外周側部でのエッチング液の流量を確保できるとともに、エッチング液の温度低下が防止されることになり、基板外周部でも所望するエッチング量を確保することができ、基板全体のエッチング量の均一化を図ることができる。

（２）請求項２記載の本発明では、所定の回転速度で水平回転する基板の半径方向にノズルを往復移動させながらエッチング液を噴出して前記基板をエッチングする基板のウェットエッチング方法において、前記ノズルの移動速度を、前記基板の中心側よりも外周側を低速にすることとしたために、簡単な制御で基板外周側部でのエッチング液の流量を確保できるとともに、エッチング液の温度低下が防止されるので、基板外周部でも所望するエッチング量を確保することができ、基板全体のエッチング量の均一化を図ることができる。

（３）請求項３記載の本発明では、請求項２記載の基板のウェットエッチング方法において、前記ノズルの移動速度を、前記基板の中心側から外周側にかけて漸次低下させることとしたので、安定したプロセスで基板の中心部側から外周部側との間でのエッチング量の均一化を図ることが可能となる。

本発明は、所定の回転速度で水平回転する基板の半径方向にノズルを往復移動させながらエッチング液を噴出して前記基板をエッチングするウェットエッチング装置において、前記ノズルの移動速度を、前記基板の中心側よりも外周側を低速にするノズル速度制御手段を備える構成としたものである。

すなわち、ウェーハなどの基板を載置保持可能なチャックなどの基板保持部と、この基板保持部を水平回転させる回転駆動部と、所定の温度に調温したエッチング液を噴出可能としたノズルと、このノズルを基板の半径方向に往復移動させるノズル移動部と、さらに、前記ノズル移動部の駆動速度を制御するノズル速度制御部とを備えた構成としている。なお、前記基板保持部及びノズルはチャンバ内に配設し、ノズルから吐出されて基板のエッチングに用いられたエッチング液は、チャンバ内から回収可能にすることができる。

かかる構成により、エッチング量が不足しがちな基板の外周部側にもエッチング液を充分行き渡らせて液量を最適に確保することができ、エッチング液の温度低下を効果的に防止して、基板の外周部においても所望するエッチング量を確保して、基板全体のエッチング量の均一化を図ることが可能となる。

基板の半径方向に往復移動する前記ノズルの移動速度は、前記基板の中心側から外周側にかけて漸次低下させるようにするとよい。このとき、基板の外周側でのノズルの移動速度は、中心側の６０〜８０％の範囲で定めるとよく、好ましくは７０％に設定すると良いことが実験的に分かった。

かかる制御とすれば、基板の種類に拘わらず一定の安定したプロセスで基板全体を均一にエッチングすることができ、しかも、ノズルの移動速度のみを制御すればよいので制御が簡単となる。

ところで、ノズルの移動速度を漸次変化させる概念は、低速度側と高速度側とをリニアに変化させる場合のみならず、段階的な変速も含むものである。

このように、本実施形態に係るウェットエッチング装置を用いることにより、製品歩留まりも向上させることが可能であり、ひいては半導体装置の製造コストを削減することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態をより具体的に説明する。なお、本実施形態に係る基板は、表面にＩＴＯ膜を形成した直径３００ｍｍのウェーハであり、エッチング液は５５℃に調温してある。

図１は本実施形態に係るウェットエッチング装置の模式的説明図、図２はノズルの基板の半径方向への移動速度の変化を示すグラフである。

図１に示すように、本実施形態に係るウェットエッチング装置は、ウェーハなどの基板１を載置保持可能なチャック機能を有するステージ２０を備える基板保持部２と、この基板保持部２を水平回転させるモータなどからなる回転駆動部３と、エッチング液を噴出可能としたノズル４と、このノズル４を前記基板１の半径方向に往復移動させるためのアクチュエータを有するノズル移動部５とを備え、さらに、前記回転駆動部３及びノズル移動部５の駆動速度を制御する制御部６とを備えている。

この制御部６は、ノズル速度制御手段として機能するもので、前記ノズル４の移動速度を前記基板１の中心側よりも外周側を低速にすることができ、特に、前記ノズル４の移動速度を、前記基板１の外周側から中心側にかけて漸次増加させる一方、前記基板１の中心側から外周側にかけて漸次低下させるように制御することが可能である。図中、７はエッチング液を適温に保持した状態で貯留するとともに、前記ノズル４へエッチング液を供給する薬液供給部である。なお、前記基板保持部２及び前記ノズル４は、図示しないチャンバ内に配設され、このチャンバ内にはエッチング液の貯留部が備えられている。

上記構成により、基板１をチャンバ内に搬入して基板保持部２上に載置して、これをチャックするとともに、基板１を保持させた状態で基板保持部２を１０００ｒｐｍで回転させ、ノズル４を基板１の外周部近傍位置と基板１の中心からわずかに過ぎた位置との間を往復移動させながらエッチング液を吐出して基板１表面のＩＴＯ膜をウェットエッチングすることができる。

また、図１においてａ〜ｅで示したものは基板１の半径方向に移動するノズル４の基板１に対する位置であり、ａは基板中心位置、ｂは前記基板中心位置ａから基板半径の８５％離れた移動開始位置、ｃは基板中心ａから基板半径の７５％離れた速度制御位置、位置ｄは基板中心ａから基板半径の５％離れた速度制御位置、位置ｅは基板中心ａから基板半径の１０％離れた移動終点位置である。

本実施形態に係るウェットエッチング装置では、前記制御部６の制御によって、前記ノズル４の移動速度を、前記基板１の外周側から中心側にかけて漸次増加させる一方、前記基板１の中心側から外周側にかけて漸次低下させ、エッチング量が不足しがちな基板１の外周部側にもエッチング液を充分行き渡らせて液量を最適に確保し、エッチング液の温度低下を効果的に防止して、基板１の外周部においても所望するエッチング量を確保して、基板１の全体のエッチング量を均一化するようにしたことに特徴がある。

すなわち、本実施形態では、図２に示すように、前記基板中心位置ａから基板半径の８５％離れた移動開始位置ｂからノズル４の往復移動を開始し、速度制御位置ｃにおいてノズル４の移動速度を７０ｍｍ／ｓｅｃとし、それから漸次速度を直線的に上げていって、基板中心位置ａを通り過ぎた速度制御位置ｄにおいて移動速度を最速の１００ｍｍ／ｓｅｃとなるようにしている。そして、移動終点位置ｅに達すると基板１の外周側に向けて移動するのであるが、往路とは逆に、速度制御位置ｄにおいてノズル４の移動速度を１００ｍｍ／ｓｅｃとし、それから漸次速度を直線的に下げていって、速度制御位置ｃにおいて移動速度を最低速の７０ｍｍ／ｓｅｃとなるようにしている。そして、移動開始位置ａに達すると、再度同様な往復移動を行う。この往復移動を本実施形態では６０回行うようにしている。

上述したようにノズル４の移動速度を制御することにより、図３に示すように、基板１の表面におけるエッチング量が均一化され、図６に示した従来のエッチング量の変化と比較して、中心部近傍と外周側近傍とでのエッチング量の差が大きく縮まることが分かる。

すなわち、基板１の周速度は外周縁に近づくにつれて大きくなり、エッチング液は振り切られやすくなっているが、ノズル４の移動速度を基板１の中心部よりも外周側を低下させることで、エッチング液が基板１の外周側近傍においても流量が確保され、エッチングに最適な温度から大きく低下することもなくなり、エッチング効果が低下することなく所望のエッチング量を得ることができ、結果的には、基板１の全体を均一にエッチングすることが可能となるのである。

このように、本実施形態におけるウェットエッチング装置を用いれば、基板１の大きさなどに拘わらず、一定の安定したプロセスで基板１全体を均一にウェットエッチングすることができ、しかも、ノズル４の移動速度のみを制御すればよいので制御が簡単であることから、例えば既設のウェットエッチング装置を改良することも容易である。また、基板１全体を均一にエッチングすることが可能となるので、製品歩留まりの向上に寄与することができる。

また、他の実施形態として、ノズル４の移動速度を、低速度側と高速度側との間でリニアに変化させるのではなく、段階的に速度を変化させることもできる。

これは、ノズル４の移動速度を、例えば図４に示すように、最低速度である７０ｍｍ／ｓｅｃから最高速度である１００ｍｍ／ｓｅｃまでの間を、段階的に複数の速度変化を伴うようにしたものである。また、この例のみならず、最低速度である７０ｍｍ／ｓｅｃから最高速度である１００ｍｍ／ｓｅｃまでの間を２次曲線的に変化させてもよい。

以上、実施形態を通して本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

すなわち、本発明は、主に、ノズル４の移動速度を、前記基板１の中心側よりも外周側を低速にすることに特徴があるが、前記ノズル４の具体的構成については問われるものではなく、ノズル４の具体的な移動速度、あるいはエッチング液の種類や温度などは、被エッチング材となる基板１に合わせて適宜選択したり、設定したりすることが可能である。

本実施形態に係るウェットエッチング装置を模式的に示した説明図である。 本実施形態に係るノズルの基板の半径方向への移動速度の変化を示すグラフである。 本実施形態に係る基板の中心部側と外周側との間におけるエッチング量の変化を示すグラフである。 他の実施形態におけるノズルの移動速度の変化を示すグラフである。 従来のウェットエッチング装置におけるノズルの移動速度を示す説明図である。 同従来のウェットエッチング装置における基板の中心部側と外周側との間におけるエッチング量の変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 基板
２ 基板保持部
３ 回転駆動部
４ ノズル
５ ノズル移動部
６ 制御部
７ 薬液供給部
２０ ステージ

Claims (3)

1. 所定の回転速度で水平回転する基板の半径方向にノズルを往復移動させながらエッチング液を噴出して前記基板をエッチングするウェットエッチング装置において、
   前記ノズルの移動速度を、前記基板の中心側よりも外周側を低速にするノズル速度制御手段を備えたことを特徴とするウェットエッチング装置。
2. 所定の回転速度で水平回転する基板の半径方向にノズルを往復移動させながらエッチング液を噴出して前記基板をエッチングする基板のウェットエッチング方法において、
   前記ノズルの移動速度を、前記基板の中心側よりも外周側を低速にすることを特徴とする基板のウェットエッチング方法。
3. 前記ノズルの移動速度を、前記基板の中心側から外周側にかけて漸次低下させることを特徴とする請求項２記載の基板のウェットエッチング方法。

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