JP2007288103A - Etching treating device and etching treating method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、フッ化水素酸やフッ化アンモニウムを含有する薬液を使用したエッチング、または洗浄を行うエッチング処理装置およびエッチング処理方法に関するものである。 The present invention relates to an etching processing apparatus and an etching processing method for performing etching or cleaning using a chemical solution containing hydrofluoric acid or ammonium fluoride.
半導体装置の製造における従来のSi酸化膜(SiO2)のウェットエッチングは、希釈フッ酸(以下、DHFという)やバッファードフッ酸(以下、BHFという)の薬液を用いて、バッチ式処理装置または枚葉式処理装置で行われている。バッチ式処理装置としては、処理槽内に25枚または50枚のウェハを浸漬させるディップ式処理装置と、密閉チャンバ内で25枚または50枚のウェハを回転させながら、薬液をスプレーするバッチスプレー処理装置が一般的である。しかし、先端デバイスではSi酸化膜のエッチング量を精密に制御する必要があるため、制御性の高い枚葉式処理装置が使用されることが多くなってきている。枚葉式処理装置は通常、洗浄カップ内でウェハを水平に保持、回転させ、上部または下部から薬液をウェハ全面に吐出させて洗浄する構造を有する。 Conventional wet etching of a Si oxide film (SiO 2 ) in the manufacture of a semiconductor device is performed using a batch processing apparatus or a chemical solution of diluted hydrofluoric acid (hereinafter referred to as DHF) or buffered hydrofluoric acid (hereinafter referred to as BHF). It is performed by a single wafer processing apparatus. As a batch type processing apparatus, a dip type processing apparatus that immerses 25 or 50 wafers in a processing tank, and a batch spray process that sprays a chemical solution while rotating 25 or 50 wafers in a sealed chamber. The device is common. However, since it is necessary to precisely control the etching amount of the Si oxide film in the advanced device, a single-wafer processing apparatus with high controllability is increasingly used. A single wafer processing apparatus generally has a structure in which a wafer is horizontally held and rotated in a cleaning cup, and a chemical solution is discharged from the upper or lower portion to the entire surface of the wafer for cleaning.
これらのいずれの装置でも、薬液処理中に、薬液雰囲気(薬液ミスト)の飛散を防止するために排気が行われている。薬液の温度は、通常クリーンルームと同じ温度(室温、20〜25℃の範囲で、通常は23℃前後)に設定されている。また、これらの装置は、通常薬液の循環ラインを備えており、フィルタや電子冷熱によるパーティクル除去(ろ過)や薬液温度制御が行われている。ウェハ処理を重ねていくと、または時間経過に伴って、薬液のエッチングレートが変動するため、ある頻度で薬液交換が行われている。 In any of these apparatuses, exhaust is performed during the chemical treatment to prevent the chemical atmosphere (chemical mist) from scattering. The temperature of the chemical solution is set to the same temperature as that of a normal clean room (room temperature in the range of 20 to 25 ° C., usually around 23 ° C.). In addition, these apparatuses are usually provided with a chemical solution circulation line, and particle removal (filtration) and chemical solution temperature control by a filter and electronic cold are performed. Since the etching rate of the chemical solution fluctuates as the wafer processing is repeated or with time, the chemical solution is exchanged at a certain frequency.
また、半導体装置の微細化に伴い、DHFやBHFを用いたSi酸化膜のエッチングにおいて、そのエッチング量の制御性の向上が求められている。特に、SoC(System on a Chip)ではSTI(Shallow Trench Isolation)形成プロセスにおいて、酸化膜のウェットエッチング量がPチャネル電界効果型トランジスタとNチャネル電界効果型トランジスタとの間で差があり、ディボットと呼ばれる窪みが形成され、デバイス特性の劣化を引き起こすことが確認されている(たとえば、特許文献1参照)。そのため、Pチャネル/Nチャネルでのエッチング量の差が少ないBHFが用いられることが一般的であり、エッチング量も10nm以下の微量なエッチングを制御性良く行うことが要求されている。 In addition, with the miniaturization of semiconductor devices, improvement in the controllability of the etching amount is required in the etching of Si oxide films using DHF or BHF. In particular, in SoC (System on a Chip), in the STI (Shallow Trench Isolation) formation process, there is a difference in the amount of wet etching of an oxide film between a P-channel field effect transistor and an N-channel field effect transistor. It has been confirmed that a so-called depression is formed, causing deterioration of device characteristics (see, for example, Patent Document 1). Therefore, it is common to use BHF with a small difference in the etching amount between the P channel and the N channel, and it is required to perform a very small amount of etching with an etching amount of 10 nm or less with good controllability.
ところで、DHFは水分の蒸発によって、時間と共にエッチングレートが上昇する傾向がある。また、BHFの場合も、ウェハ処理を重ねていくとアンモニアの蒸発によってエッチングレートが上昇する。特に、NH4F(40%):HF(50%)=100:1より希釈されたBHF(HF濃度:0.5%以下)でアンモニアの蒸発によるエッチングレートの上昇が顕著である。たとえば、枚葉式処理装置で200:1BHF(HF濃度:0.25%、1200BHF)を用いて100枚程度のウェハを処理すると、5%以上のエッチングレートの上昇が確認されている。一方、50:1BHF(150BHF)のようにHF濃度が1%以上高い薬液の場合には、このようなエッチングレートの上昇は緩やかであり、実質的な問題とはならない。先端デバイスでは酸化膜のエッチング量が少なく、かつ高い制御性が求められているため、1200BHFのようなエッチングレートの小さな薬液が使用されているが、そのエッチングレートが変動するとデバイスの特性劣化を引き起こしてしまうという問題点があった。また、エッチング量を安定させるために頻繁に薬液交換を行うと、コストの増大と排液処理の増大(環境負荷の増大)を引き起こしてしまうという問題点があった。 By the way, the etching rate of DHF tends to increase with time due to evaporation of moisture. Also in the case of BHF, the etching rate increases due to the evaporation of ammonia as the wafer processing is repeated. In particular, an increase in the etching rate due to evaporation of ammonia is remarkable in BHF (HF concentration: 0.5% or less) diluted with NH 4 F (40%): HF (50%) = 100: 1. For example, when about 100 wafers are processed using 200: 1 BHF (HF concentration: 0.25%, 1200 BHF) in a single wafer processing apparatus, an increase in etching rate of 5% or more has been confirmed. On the other hand, in the case of a chemical solution having a high HF concentration of 1% or more, such as 50: 1 BHF (150 BHF), such an increase in the etching rate is gradual and does not cause a substantial problem. Advanced devices require a small amount of oxide film etching and high controllability, so chemicals with a low etching rate such as 1200 BHF are used. However, fluctuations in the etching rate cause device characteristics to deteriorate. There was a problem that it was. In addition, if the chemical solution is frequently exchanged to stabilize the etching amount, there has been a problem in that it causes an increase in cost and an increase in drainage treatment (increase in environmental load).
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、薬液交換のコストの増大と排液処理の増大を防ぐとともにエッチング量を安定させることができるエッチング処理装置およびエッチング処理方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide an etching processing apparatus and an etching processing method capable of preventing an increase in the cost of chemical replacement and an increase in drainage treatment and stabilizing the etching amount. .
上記目的を達成するため、この発明にかかるエッチング処理装置は、半導体基板上に形成された材料をフッ化水素酸および/またはフッ化アンモニウムを含有する水溶液である薬液を用いてエッチングするエッチング手段と、前記エッチングされた前記半導体基板を純水で洗浄する水洗手段と、を備えるエッチング処理装置において、前記エッチング手段は、前記半導体基板上に形成された材料に接触する前記薬液を20℃以下の温度で前記薬液が凍結しない範囲の温度に調節する薬液冷却機能を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an etching processing apparatus according to the present invention comprises etching means for etching a material formed on a semiconductor substrate using a chemical solution that is an aqueous solution containing hydrofluoric acid and / or ammonium fluoride. And an rinsing means for rinsing the etched semiconductor substrate with pure water, wherein the etching means causes the chemical solution contacting the material formed on the semiconductor substrate to have a temperature of 20 ° C. or lower. And a chemical solution cooling function for adjusting the temperature so that the chemical solution does not freeze.
この発明によれば、エッチング処理を行う薬液の温度を室温の20℃よりも低くしたので、薬液に含まれる水分やアンモニアの蒸発が抑えられ、エッチングレートの変動も抑えることができる。その結果、薬液の交換頻度を少なくすることができ、薬液コストの減少、および排液処理の減少(環境負荷低減)を実現することができるという効果を有する。さらに、室温に比べてエッチングレートが低くなるため、室温でのエッチングレートが高いが成分の蒸発によるエッチングレートの変動(経時変化)の少ないHF濃度の高い薬液、たとえばHF濃度1%以上のBHFを用いて、制御性のよいエッチングを行うことができるという効果も有する。 According to this invention, since the temperature of the chemical solution for performing the etching process is lower than the room temperature of 20 ° C., evaporation of moisture and ammonia contained in the chemical solution can be suppressed, and fluctuations in the etching rate can also be suppressed. As a result, it is possible to reduce the frequency of replacement of the chemical solution, and it is possible to realize a reduction in the chemical solution cost and a reduction in drainage treatment (reduction in environmental load). Furthermore, since the etching rate is lower than that at room temperature, a chemical solution having a high HF concentration, for example, BHF having an HF concentration of 1% or more, which has a high etching rate at room temperature but has a small variation in etching rate due to evaporation of components (time-dependent change). It is also possible to perform etching with good controllability.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるエッチング処理装置とエッチング処理方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。ただし、以下では、最初にこの発明の概要を説明し、その後に実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Exemplary embodiments of an etching processing apparatus and an etching processing method according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. However, in the following, the outline of the present invention will be described first, and then embodiments will be described. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
この発明は、フッ化水素酸(HF)やフッ化アンモニウム(NH4F)などのHFを含む水溶液を薬液として、半導体装置のSi酸化膜などの所定の材料のエッチング処理を行う際に、薬液を室温よりも低い温度(20℃以下)に制御してエッチングを行うことを特徴とする。これにより、薬液の蒸発が抑えられるとともに、室温の場合と比較してエッチングレートが抑えられる。 The present invention uses an aqueous solution containing HF such as hydrofluoric acid (HF) or ammonium fluoride (NH 4 F) as a chemical solution when performing etching treatment of a predetermined material such as a Si oxide film of a semiconductor device. Etching is performed by controlling the temperature to a temperature lower than room temperature (20 ° C. or lower). Thereby, the evaporation of the chemical solution is suppressed and the etching rate is suppressed as compared with the case of room temperature.
また、エッチング処理を行う際に、薬液と接する雰囲気(気体)の温度を薬液の温度と同じか、薬液の温度よりも低い温度に設定してもよい。これにより、エッチング処理時における薬液の蒸発が抑えられる。 Moreover, when performing an etching process, you may set the temperature of the atmosphere (gas) which contacts a chemical | medical solution to the temperature same as the temperature of a chemical | medical solution, or lower than the temperature of a chemical | medical solution. Thereby, the evaporation of the chemical during the etching process is suppressed.
さらに、エッチング処理した半導体装置を純水で洗浄処理する際に、純水を室温よりも低い温度(20℃以下)に制御して半導体装置の洗浄を行うようにしてもよい。これにより、前のエッチング処理で半導体装置の表面に残った薬液が純水中で電離することによって生じるエッチングが抑えられる。 Further, when cleaning the etched semiconductor device with pure water, the semiconductor device may be cleaned by controlling the pure water at a temperature lower than room temperature (20 ° C. or lower). Thereby, the etching which arises when the chemical | medical solution which remained on the surface of the semiconductor device by the previous etching process ionizes in a pure water is suppressed.
実施の形態1.
図1は、この発明にかかるエッチング処理装置の実施の形態1の構成を模式的に示す図である。この図1では、エッチング処理装置として、バッチ式浸漬処理装置(Dip式処理装置)にこの発明を適用した場合を示している。なお、この図は、装置を構成する主要部分のみを簡略化して示しており、ウェハ搬送機構やその他の構成部分については図示を省略している。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the first embodiment of the etching processing apparatus according to the present invention. FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a batch type immersion processing apparatus (Dip type processing apparatus) as an etching processing apparatus. In this figure, only main parts constituting the apparatus are shown in a simplified manner, and illustration of the wafer transfer mechanism and other constituent parts is omitted.
バッチ式浸漬処理装置1は、外気と遮断された薬液処理部20、水洗処理部30、および乾燥処理部40から構成される。薬液処理部20は、エッチング液を用いて半導体装置などの対象物のエッチングを行う部分であり、薬液処理槽21と、薬液処理槽21の排液口22に接続された薬液循環ラインに、ポンプ24、熱交換器25、フィルタ26を備える。また、薬液処理部20は、エアフィルタユニット27、エアコンディショナ28および排気口29を備える。この薬液処理部20では、上述したように薬液の温度を室温以下の温度(20℃以下)としている。また、薬液処理部20内の気体雰囲気の温度を薬液と同じ温度かまたはこれよりも10℃程度低い温度としている。この薬液処理部20は、特許請求の範囲におけるエッチング手段に対応している。
The batch type immersion treatment apparatus 1 includes a chemical
薬液処理槽21は、DHFやBHFなどの薬液23で満たされ、搬送機構によって搬送されてきたウェハ51のエッチングを行う。なお、上記したように、薬液処理槽21へウェハ51の搬送を行い、薬液23へ浸漬する搬送機構の図示は省略している。
The chemical
ポンプ24は、薬液処理槽21に設けられた排液口22に接続され、排液口22から薬液23を吸引し、再び薬液処理槽21へと送出する。これにより、薬液処理槽21内の薬液は、常に循環される。フィルタ26は、ポンプ24によって循環される薬液23に含まれる異物を除去する。
The
熱交換器25は、ポンプ24の出力側に配置され、ポンプ24から送り出された薬液23を所定の温度にする機能を有する。薬液23の温度は薬液23の種類によって最適な範囲に設定されるが、この実施の形態1では、薬液23としてのDHFやBHFの温度を、薬液処理槽21の空気との接触部における薬液成分の蒸発を少なくするために、室温以下の低温(20℃以下)に制御する。具体的には、DHFの場合は0〜20℃の範囲がよく、特に5〜15℃の範囲に制御するのが好ましい。また、BHFの場合は−10〜20℃の範囲がよく、特に0〜10℃の範囲に制御するのが好ましい。薬液23の設定温度を、上記の設定範囲より高くすると、薬液成分の蒸発が速く、背景技術で説明したように、薬液の種類によってはエッチングレートの変動が大きくなり、薬液の交換を頻繁に行わなければならなくなってしまう。一方、薬液温度が低すぎると、薬液の凍結や薬液中に結晶などの析出物が生成され、エッチングレートの変動やパーティクル付着といった問題が生じてしまう。この熱交換器25は、特許請求の範囲における薬液冷却機能に対応している。
The
エアフィルタユニット27は、たとえば薬液処理部20の上部に設置される。また、このエアフィルタユニット27にはエアコンディショナ28が接続される。エアコンディショナ28は、薬液処理部20の外部に設置され、エアフィルタユニット27を介して薬液処理部20内に所定の温度の気体(空気)を供給する。この実施の形態1では、エアコンディショナ28は、薬液処理槽21内の薬液23の温度と同じか、またはそれよりも低温の状態に保つ。このように薬液処理部20内の雰囲気の温度を20℃以下の低温にすることで、薬液処理槽21の空気との接触部での薬液成分の蒸発を少なくすることができる。ただし、気温が低すぎて薬液温度との差が大きくなると薬液温度の制御が難しくなり、極端に低温の場合は薬液23の凍結や結晶物の析出といった問題が生じるので、薬液23の凍結や結晶物の析出が生じない程度の温度に設定する必要がある。排気口29は、薬液処理部20内の薬液処理槽21から蒸発したミストやフッ化水素、アンモニアなどの蒸発成分をバッチ式浸漬処理装置1の本体の外部へ漏れることを防ぐために、図示しない排気処理施設と接続され、所定量の排気が行われる。これらのエアフィルタユニット27とエアコンディショナ28は、特許請求の範囲における雰囲気気体冷却機能に対応している。
The
水洗処理部30は、薬液処理部20でエッチングされた対象物を水洗する部分であり、水洗槽31、純水供給部33、純水用熱交換器34、エアフィルタユニット35およびエアコンディショナ36を備える。この水洗処理部30では、内部の気体の温度を20℃以下の低温に制御していることを特徴とする。この水洗処理部30は、特許請求の範囲における水洗手段に対応している。
The
水洗槽31は、純水32で満たされ、搬送機構によって搬送されてきたウェハ51の洗浄を行う。なお、上記したように、水洗槽31へウェハ51の搬送を行い、純水32へ浸漬する搬送機構の図示は省略している。
The
純水供給部33は、水洗槽31に純水32を供給する。また、純水用熱交換器34は、純水供給部33から水洗槽31に送られる純水32を所定の温度にして送る機能を有する。具体的には、純水32の温度を室温以下の低温(20℃以下)に制御して、水洗槽31に供給する。なお、純水32の温度としては、0〜20℃の範囲がよく、特に0〜10℃が好ましい。これは、20℃より純水32の温度が高い場合には、薬液処理部20における処理でウェハ51に付着した薬液中のHFイオンによる水洗槽31内での酸化膜のエッチングの進行を抑制させることができず、また、0℃より低温では純水32が凍結してしまうため設定することはできないからである。
The pure
従来、HFやNH4Fを含有する薬液での処理後の水洗中にSi酸化膜がエッチングされる現象が確認されている。特に、BHFなどのフッ化アンモニウム(NH4F)を含有する薬液は粘度が高いため、薬液浸漬後にウェハに付着した多くの薬液が水洗槽31に持ち込まれ、水洗による置換効率が悪い。そのため、水洗槽31内にはNH4Fが長い時間存在し、純水32中でNH4Fが電離し、電離したHFイオン(H+、HF2 -)による酸化膜のエッチングが進行する。その結果、Si酸化膜のエッチング量のウェハ面内均一性を劣化させるという問題が生じていた。しかし、この実施の形態1では、純水用熱交換器34によって20℃以下に制御された純水32を水洗槽31に供給することで、水洗中のHFイオンの反応速度を低下させることができる。なお、純水用熱交換器34は、特許請求の範囲における純水冷却機能に対応している。
Conventionally, it has been confirmed that a Si oxide film is etched during washing with water after treatment with a chemical solution containing HF or NH 4 F. In particular, since a chemical solution containing ammonium fluoride (NH 4 F) such as BHF has a high viscosity, a large amount of the chemical solution adhering to the wafer after immersion in the chemical solution is brought into the
エアフィルタユニット35は、たとえば水洗処理部30の上部に設置される。また、このエアフィルタユニット35にはエアコンディショナ36が接続される。エアコンディショナ36は、水洗処理部30の外部に設置され、エアフィルタユニット35を介して水洗処理部30内に所定の温度の気体(空気)を供給する。この実施の形態1では、エアコンディショナ36は、水洗処理部30内の気体(空気)を、水洗処理槽31内の純水32の温度と同じかまたはそれよりも低温の状態に保つ。
The
乾燥処理部40は、水洗処理部30で洗浄したウェハ51を乾燥させるところである。乾燥処理として、たとえば、ウェハ51を高速回転させるスピン乾燥や、IPA(イソプロピルアルコール)を使用したIPA蒸気乾燥またはIPA直接置換乾燥(通称、マランゴーニ乾燥)などの方式を用いることができる。
The drying
つぎに、このようなバッチ式浸漬処理装置1の動作処理について説明する。まず、所定の枚数(たとえば、最大25枚または50枚)のウェハ51を載置することができるカセットにウェハ51を載置し、これを1バッチとして、図示しない搬送機構によってバッチ式浸漬処理装置1の薬液処理部20内に搬送し、薬液処理槽21に所定時間浸漬させる。このとき、薬液の温度は、室温以下の温度(20℃以下)に設定されるとともに、薬液処理部20内の温度を薬液と同じ温度かそれよりも低い温度に設定される。薬液処理槽21に所定時間浸漬させた後、ウェハ51(カセット)を薬液処理槽21から引き上げ、搬送機構によって薬液処理部20から水洗処理部30内に搬送し、水洗槽12に浸漬させる。通常、水洗中は大流量の純水32が純水供給部33から純水用熱交換器34を介して水洗槽31に供給され、水洗槽31をオーバフロさせてウェハ51に付着している薬液を置換し、除去する。このとき、純水の温度は、室温と同じかそれ以下の温度(20℃以下)に設定されている。ウェハ51(カセット)を水洗槽31に所定時間浸漬させた後、ウェハ51(カセット)を水洗槽31から引き上げ、搬送機構によって水洗処理部30から乾燥処理部40内に搬送する。そして、乾燥処理部40にてウェハ51を乾燥させ、ウェハ51のエッチングおよび水洗処理が終了する。
Next, the operation process of such a batch type immersion treatment apparatus 1 will be described. First, the
この実施の形態1によれば、薬液処理槽21および循環ラインの薬液23は熱交換器25によって20℃以下の低温に制御するようにしたので、薬液処理槽21内の薬液23の蒸発を抑えることができる。また、エアコンディショナ28によって薬液処理部20内の気温も20℃以下の低温に保たれているので、薬液処理槽21の空気との接触部での薬液成分の蒸発を少なくすることができる。そのため、薬液のエッチングレートの変動を抑え、薬液の交換を少なくし、薬液処理コストの増大と排液処理の増大(環境負荷の増大)を抑制することができるという効果を有する。
According to the first embodiment, the chemical
また、室温ではエッチングレートが高いため使用できなかった薬液を、薬液温度を低温にすることで、エッチングレートを低くすることができるために使用可能となるという効果を有する。たとえば、HF濃度が1%以上のBHF(たとえば、150BHFや115BHF)は、HF濃度が低いBHFに比べてエッチングレートが高いが、アンモニアの蒸発があった場合でもエッチングレートの変動は少ないことが確認されている。従来では、薬液を室温で処理しているため、先端デバイスで必要となる微量なエッチング量を制御するためには、HF濃度が1%以下でエッチングレートの低いBHF(たとえば、1100BHFや1200BHF)が用いられていた。このようなHF濃度が1%以下でエッチングレートの低いBHFは、アンモニアの蒸発によってエッチングレートの変動が激しいので、課題で述べたように、薬液の交換を頻繁に行わなければならなかった。しかし、この実施の形態1のように、薬液を低温にすることで、エッチングレートが下がるため、HF濃度が1%以上のエッチングレートの高いBHFでも使用することができる。つまり、エッチングレートが高いがエッチングレートの経時変化の少ない薬液を低温で使用することで、エッチングレートを落とすことができるとともに、エッチングレートの変動を少なくすることが可能となる。その結果、薬液の交換を行う回数を従来に比べて減らすことができ、コスト増大を抑制することができるとともに、環境負荷の増大を抑えることができるという効果を有する。 In addition, there is an effect that a chemical solution that cannot be used at room temperature because of a high etching rate can be used because the etching rate can be lowered by lowering the chemical temperature. For example, BHF with a HF concentration of 1% or higher (for example, 150BHF or 115BHF) has a higher etching rate than BHF with a low HF concentration, but it is confirmed that there is little variation in the etching rate even when ammonia is evaporated. Has been. Conventionally, since chemicals are processed at room temperature, BHF (for example, 1100 BHF or 1200 BHF) having a low etching rate with an HF concentration of 1% or less is used in order to control a small amount of etching required for advanced devices. It was used. Since BHF having a low HF concentration of 1% or less and having a low etching rate has a large fluctuation in the etching rate due to the evaporation of ammonia, the chemical solution must be frequently exchanged as described in the problem. However, since the etching rate is lowered by lowering the chemical solution as in the first embodiment, BHF having a high etching rate with an HF concentration of 1% or more can also be used. That is, by using a chemical solution that has a high etching rate but little change in the etching rate with time, the etching rate can be lowered and the variation in the etching rate can be reduced. As a result, the number of times of exchanging the chemical solution can be reduced as compared with the conventional case, and an increase in cost can be suppressed and an increase in environmental load can be suppressed.
また、水洗処理部30において、純水32の温度を、室温以下(20℃以下)に制御するようにしたので、薬液処理部20でのウェハ51に付着した薬液(HF)が純水32で置換されて形成されたHFイオンによるウェハ51上の酸化膜のエッチングが抑えられる。その結果、Si酸化膜のエッチング量のウェハ面内の均一性を改善することができ、微量なエッチング制御が可能となる。
Further, since the temperature of the
実施の形態2.
図2は、この発明にかかるエッチング処理装置の実施の形態2の構成を模式的に示す図である。この図2では、エッチング処理装置として、枚葉式処理装置101にこの発明を適用した場合を示している。なお、この図は、装置を構成する主要部分のみを簡略化して示しており、ウェハ搬送機構やその他の構成部分については図示を省略している。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the second embodiment of the etching apparatus according to the present invention. FIG. 2 shows a case where the present invention is applied to a single
枚葉式処理装置101の本体は、外気と遮断された処理室110を備えており、その中に洗浄カップ111が設置されている。洗浄カップ111内には、排気口113と、ウェハ51を保持するステージ120と、洗浄カップ111内に溜まった薬液を排出する排液口112と、が設けられる。ステージ120の上部側周縁の所定の位置には、ウェハ51を保持するウェハ保持部材121が設けられ、またステージ120の上部側中央部付近の位置には、ウェハ51の裏面(下方)に向けて低温のガスを吹き出すガスノズル122が備えられている。ステージ120は、処理中にその面内中央における垂直方向の軸を中心にして、面内で回転することができるようにモータ123と接続されている。排液口112は、後述する薬液タンク132とパイプなどの管を介して接続されている。なお、ステージ120とウェハ保持部材121とモーと123は、特許請求の範囲における基板保持手段に対応し、ガスノズル122は、同じく冷却ガス吹き付け手段に対応している。
The main body of the single
洗浄カップ111の上部には薬液吐出ノズル131と純水吐出ノズル141が設けられている。薬液吐出ノズル131に接続された薬液循環ラインには、薬液を薬液タンク132から送出するポンプ133と、薬液の温度を所定の温度に設定する熱交換器134と、薬液中の不純物を除去するフィルタ135と、ウェハ51に供給する薬液を貯蔵する薬液タンク132と、が接続されており、さらに、薬液タンクは洗浄カップ111の排液口112と接続されている。また、この実施の形態2では、薬液タンク132→熱交換器134→ポンプ133→フィルタ135→薬液吐出ノズル131→洗浄カップ111の排液口112→薬液タンク132と薬液が循環するウェハ処理中の動作モードと、薬液タンク132→熱交換器134→ポンプ133→フィルタ135→薬液タンク132と薬液が循環する待機中の動作モードとを切換えるために、フィルタ135と薬液吐出ノズル131との間の管路に切換弁136が設けられている。ポンプ133は、常に駆動状態にあり、薬液が上記のウェハ処理中または待機中のいずれかの状態で循環される。なお、薬液吐出ノズル131、薬液タンク132、ポンプ133、熱交換器134、フィルタ135は、特許請求の範囲におけるエッチング手段に対応し、薬液吐出ノズル131とポンプ133は、同じく薬液吐出手段に対応し、熱交換器134は、同じく薬液冷却手段に対応している。
A chemical
この実施の形態2でも、熱交換器134によって薬液温度を所定の温度に制御することを特徴とする。薬液の温度は薬液の種類によって最適な範囲に設定されるが、この実施の形態2でも、薬液としてDHFやBHFを用いる場合には、温度を室温以下の低温(20℃以下)に制御する。具体的には、DHFの場合は0〜20℃の範囲がよく、特に5〜15℃の範囲に制御するのが好ましい。また、BHFの場合は−10〜20℃の範囲がよく、特に0〜10℃の範囲に制御するのが好ましい。
The second embodiment is also characterized in that the chemical temperature is controlled to a predetermined temperature by the
純水吐出ノズル141には純水用熱交換器143が接続されており、低温の純水が純水吐出ノズル141に供給される。純水用熱交換器143は、純水供給部142から純水吐出ノズル141に送られる純水を所定の温度にして送る機能を有する。具体的には、純水の温度を室温以下の低温(20℃以下)に制御して、純水吐出ノズル141に供給する。なお、純水の温度としては、0〜20℃の範囲がよく、特に0〜10℃が好ましい。これは、20℃より純水の温度が高い場合には、薬液吐出ノズル131での薬液処理でウェハに付着したHFイオンによる酸化膜のエッチングの進行を抑制させることができず、また、0℃より低温では純水が凍結してしまうため設定することはできないからである。これらの純水吐出ノズル141、純水供給部142および純水用熱交換器143は、特許請求の範囲の水洗手段に対応し、また、純水用熱交換器143は、同じく純水冷却機能に対応している。
A pure
処理室110の上部には、エアフィルタユニット151と、これに接続され低温の気体(空気)を供給するエアコンディショナ152と、が備えられる。エアコンディショナ152は、処理室110の外部に設置され、エアフィルタユニット151を介して処理室110内に所定の温度の気体(空気)を供給する。この実施の形態2でも、実施の形態1と同様に、エアコンディショナ152は、処理室110内の薬液の温度と同じか、またはそれよりも低温の状態に保つ。また、排気口113は、処理室110内から蒸発したミストやフッ化水素、アンモニアなどの蒸発成分が枚葉式処理装置101の本体の外部へ漏れることを防ぐために、図示しない排気処理施設と接続され、所定量の排気が行われる。これらのエアフィルタユニット151とエアコンディショナ152は、特許請求の範囲における雰囲気気体冷却機能に対応している。
An
つぎに、このような枚葉式処理装置101の動作処理について説明する。まず、枚葉式処理装置101は待機中の状態にあり、切換弁136によって薬液タンク132→熱交換器134→ポンプ133→フィルタ135→薬液タンク132というように薬液が循環される状態にある。その後、処理室110内に、図示しない搬送機構によってウェハ51を搬送する。ついで、ウェハ表面を上向きにしてウェハ51をウェハ保持部材121によってステージ120上に固定した後、モータ123によってステージ120を面内方向で回転させる。
Next, an operation process of the single
ついで、薬液を待機中の状態からウェハ処理中の状態となるように切換弁136を切り換え、薬液は、薬液タンク132→熱交換器134→ポンプ133→フィルタ135→薬液吐出ノズル131と送出され、薬液吐出ノズル131から薬液を所定時間吐出させる。これにより、ウェハ表面のSi酸化膜のエッチングが行われる。なお、このとき、洗浄カップ111にたまった薬液は排液口112から薬液タンク132へと戻る。また、ウェハ全面を均一にエッチングさせるため、薬液吐出ノズル131は、たとえば図中に矢印Aで示したように、ウェハ中央から周辺までの間を横方向に移動可能な構成とするのが好ましい。また、少なくとも薬液吐出中は、ガスノズル122からウェハ裏面へ低温のガスを噴出させてウェハ51の温度を薬液の温度と同じ程度に冷却させるようにしてもよい。
Subsequently, the switching
所定時間の薬液のウェハ51表面上への吐出が終わった後、切換弁136を切り換えて再び薬液を待機中の状態とする。その後、純水供給部142から供給され、純水用熱交換器143で室温以下の温度(20℃以下)にして、純水吐出ノズル141から低温の純水を吐出させて、ウェハ表面の薬液を置換、除去する水洗処理を行う。水洗処理が終了した後、純水の供給を停止させ、最後に、ウェハ51をモータ123で高速回転させてウェハ表面を乾燥させる。なお、高速回転による乾燥(スピン乾燥)ではウォータマークが形成されやすいため、IPAを使用した乾燥(通称、ロタゴーニ乾燥)などの方式を用いてもよい。以上で、ウェハのエッチング処理が終了する。
After the discharge of the chemical liquid on the surface of the
なお、上述した説明では、薬液を吐出した後に低温の純水をウェハ51に吐出するようにしているが、薬液吐出の前に、低温の純水をウェハ51に吐出した後、ウェハ51に薬液を吐出し、さらに低温の純水を吐出してもよい。このように予め低温の純水をウェハ51に吐出してウェハ51の温度を薬液と同じ低温に保つことで、薬液吐出初期のエッチング量を抑え、かつエッチングの面内均一性を良好にすることができるので、より好ましい。
In the above description, the low temperature pure water is discharged onto the
この実施の形態2によれば、薬液タンク132および循環ラインの薬液は熱交換器134によって室温以下の低温(20℃以下)に制御されているので、薬液吐出時の薬液成分の蒸発を抑制することができる。また、エアコンディショナ152によって処理室110内は薬液と同じかそれよりも低い温度に保たれているため、薬液吐出時に空気との接触による薬液成分の蒸発をさらに少なくすることができる。ここで、枚葉式処理装置の場合には、薬液がウェハ表面全面を覆い、ウェハ外周から水滴状に飛散するため、薬液が空気と接触する面積が大きいので、バッチ式処理装置よりも枚葉式処理装置の方が薬液成分の蒸発が激しいことが確認されている。しかし、この実施の形態2では、そのような枚葉式処理装置においても、薬液成分の蒸発を抑えることが可能である。
According to the second embodiment, since the chemical liquid in the
さらに、純水用熱交換器143により室温以下(20℃以下)に制御された純水を用いるようにしたので、枚葉式処理の場合でも、水洗中のHFイオンの反応速度を低下させて、薬液吐出後の水洗(純水の吐出)中にSi酸化膜が微量エッチングされることを抑制することが可能になるという効果を有する。
Furthermore, since pure water controlled to room temperature or lower (20 ° C. or lower) by the pure
また、薬液吐出前に低温の純水を吐出させるようにしたので、ウェハ51全体が吐出される薬液とほぼ同じ温度になり、エッチング制御性を高めることが可能になるという効果も有する。薬液吐出前にウェハ51の温度が室温の場合、ウェハ表面には薬液が濡れた部分と濡れていない部分とで温度差が生じるためにエッチングの面内均一性が劣化するが、予め低温純水を吐出してウェハ51を全面的に冷却しておくことで、薬液吐出初期のエッチングむらを抑制し、面内均一性を改善することが可能となる。
Further, since the low temperature pure water is discharged before the chemical solution is discharged, the temperature of the
さらに、薬液吐出中に薬液と同じ温度に設定されたガスをウェハ51に吹き付けるようにしたので、ウェハ51の温度を全面的に薬液と同じ温度に保つことができ、エッチングの面内均一性を一層よくすることができるという効果を有する。
Further, since the gas set at the same temperature as the chemical solution is blown onto the
なお、上述した実施の形態1,2ではエッチング処理装置として、バッチ式浸漬処理装置や枚葉式処理装置について説明したが、このほかにバッチ式スプレー処理装置やその他のエッチング処理装置に対してこの発明の思想を適用することができる。また、このほかにも、HFやNH4Fを含有するポリマー除去洗浄液を使用する場合にも適用することができる。 In the first and second embodiments described above, the batch type immersion processing apparatus and the single wafer processing apparatus have been described as the etching processing apparatus, but in addition to this, the batch type spray processing apparatus and other etching processing apparatuses The idea of the invention can be applied. In addition to this, the present invention can also be applied to the case of using a polymer removal cleaning liquid containing HF or NH 4 F.
以上のように、この発明にかかるエッチング処理装置は、フッ化水素酸またはフッ化アンモニウムを含有する薬液を用いたエッチングおよび洗浄のプロセスに適している。 As described above, the etching apparatus according to the present invention is suitable for etching and cleaning processes using a chemical solution containing hydrofluoric acid or ammonium fluoride.
1,101 エッチング処理装置
20 薬液処理部
21 薬液処理槽
22,112 排液口
23 薬液
24,133 ポンプ
25,134 熱交換器
26,135 フィルタ
27,35,151 エアフィルタユニット
28,36,152 エアコンディショナ
29,113 排気口
30 水洗処理部
31 水洗槽
32 純水
33,142 純水供給部
34,143 純水用熱交換器
40 乾燥処理部
51 ウェハ
110 処理室
111 洗浄カップ
120 ステージ
121 ウェハ保持部材
122 ガスノズル
123 モータ
131 薬液吐出ノズル
132 薬液タンク
136 切換弁
141 純水吐出ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101
Claims (6)
前記エッチングされた前記半導体基板を純水で洗浄する水洗手段と、
を備えるエッチング処理装置において、
前記エッチング手段は、前記半導体基板上に形成された材料と接触する前記薬液の温度を20℃以下の温度で前記薬液が凍結しない範囲の温度に調整する薬液冷却機能を備えることを特徴とするエッチング処理装置。 Etching means for etching a material formed on a semiconductor substrate using a chemical solution that is an aqueous solution containing hydrofluoric acid and / or ammonium fluoride;
Rinsing means for rinsing the etched semiconductor substrate with pure water;
In an etching processing apparatus comprising:
The etching means has a chemical solution cooling function for adjusting a temperature of the chemical solution in contact with a material formed on the semiconductor substrate to a temperature within a range where the chemical solution does not freeze at a temperature of 20 ° C. or less. Processing equipment.
前記基板保持手段上に保持された半導体基板の上部に設けられ、前記半導体基板表面に形成された材料をフッ化水素酸またはフッ化アンモニウムを含有する水溶液である薬液を吹き付ける薬液吐出手段と、
前記薬液を20℃以下の温度で前記薬液が凍結しない範囲の温度に設定して、前記薬液吐出手段に供給する薬液冷却手段と、
前記基板保持手段に保持された前記半導体基板の裏面に20℃以下のガスを吹き付ける冷却ガス吹き付け手段と、
を備えることを特徴とするエッチング処理装置。 A substrate holding means for holding the semiconductor substrates one by one in the processing chamber so that the substrate surfaces thereof are horizontal, and being rotatable about a direction perpendicular to the substrate surfaces;
A chemical solution ejecting means for spraying a chemical solution which is an aqueous solution containing hydrofluoric acid or ammonium fluoride provided on the semiconductor substrate held on the substrate holding means, and formed on the surface of the semiconductor substrate;
A chemical cooling means for setting the chemical to a temperature within a range where the chemical does not freeze at a temperature of 20 ° C. or lower, and supplying the chemical to the chemical discharge means;
A cooling gas spraying means for spraying a gas of 20 ° C. or less to the back surface of the semiconductor substrate held by the substrate holding means;
An etching processing apparatus comprising:
前記薬液を20℃以下の温度で前記薬液が凍結しない範囲の温度に設定して、前記半導体基板上に形成された材料に接触させてエッチングを行うことを特徴とするエッチング処理方法。 In an etching method of etching a material formed on a semiconductor substrate using a chemical solution that is an aqueous solution containing hydrofluoric acid and / or ammonium fluoride,
An etching method, wherein the chemical solution is set at a temperature within a range of 20 ° C. or less so that the chemical solution does not freeze, and is contacted with a material formed on the semiconductor substrate for etching.
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