JP2013219312A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】処理槽内の温度を均一に制御する。
【解決手段】実施形態によれば、加工対象となる基板Ｗが収容される処理槽２と、処理槽２に循環系ヒータ７により加熱した処理液Ｌを下部から供給し上部から回収して循環させる循環系４と、処理液Ｌを加熱するように処理槽２に設けられ、互いに処理槽２の上下方向に配置される複数のヒータ９、１０とを備えたエッチング装置１において、複数のヒータ９、１０のうち処理槽２の上側に位置するヒータ１０を処理槽２内での処理液Ｌによる基板の処理温度Ｔ２と対応する設定温度にすると共に、処理槽２の下側に位置するヒータ９および循環系ヒータ７を処理槽２の上側に位置するヒータよりも低い設定温度Ｔ１、Ｔｃにする。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、基板処理方法および基板処理装置に関する。
半導体基板などのウエハをウェットエッチング処理する場合には、処理槽内にエッチング用の処理液を貯留し、これをエッチングに適した温度にヒータで加熱した状態でエッチング処理を行う。また、処理槽内の処理液はオーバーフローさせながら回収して加熱および濾過の処理をした上で循環させる。
しかし、このような構成の装置では、処理槽内の温度を均一に保持させることが難しい。これによって、処理槽内で温度の高低が発生すると、処理槽内に浸漬したウエハにおいてエッチングむらが発生する。
特開２００４−２１４２４３号公報
そこで、上記したような処理槽内の処理液の温度の不均一状態に起因した不具合を抑制することができるようにした基板処理方法および基板処理装置を提供する。
本実施形態の基板処理方法は、加工対象となる基板が収容される処理槽と、前記処理槽に循環系ヒータにより加熱した処理液を下部から供給し上部から回収して循環させる循環系と、前記処理液を加熱するように前記処理槽に設けられ、互いに前記処理槽の上下方向に配置される複数のヒータとを備える基板処理装置を用いた基板処理方法であって、前記複数のヒータのうち前記処理槽の下側に位置するヒータの設定温度を前記処理槽の上側に位置するヒータの設定温度よりも低く設定することを特徴とする。
第１実施形態の模式的な全体構成図 第２実施形態の模式的な全体構成図 第３実施形態の処理液温度の時間変化を示す図 第４実施形態のウエハの浸漬位置を示す図
（第１実施形態）
以下、第１実施形態として、加工対象となるシリコン基板に形成されたシリコン窒化膜を、処理液としての熱リン酸でエッチング処理するエッチング装置に適用した場合について図１を参照して説明する。
基板処理装置としてのエッチング装置１は、処理液として例えばリン酸と純水とを混合して加熱した熱リン酸溶液Ｌ中に処理基板として半導体基板（シリコン基板）からなるウエハＷを浸漬してウエハＷの表面に形成されたシリコン窒化膜をウェットエッチング処理する装置である。このエッチング装置１は、熱リン酸溶液Ｌを貯留する処理槽２を備える。処理槽２は、例えば石英ガラスで形成されており、基板載置部としてのリフタＡに載置された複数枚のウエハＷが浸漬可能である。
処理槽２の上部周囲には、処理槽２の上部からオーバーフローする熱リン酸溶液Ｌを回収する回収槽３が設けられている。回収槽３は、回収された熱リン酸溶液Ｌが溢れないように貯留するもので、回収槽３の底部開口に接続される循環系４により回収される。循環系４は、回収した熱リン酸溶液Ｌを内部で循環させて再び処理槽２に戻す。処理槽２には底面両端部に処理液を吐出させるための吐出管２ａ、２ｂが設けられており、吐出管２ａ、２ｂには図面中奥行き方向に所定間隔で形成された吐出口が形成される。吐出管２ａ、２ｂの吐出口は、処理槽２のほぼ中心部に向けて熱リン酸溶液Ｌを吐出させる方向に形成される。
循環系４は、処理槽２の底部の吐出管２ａ、２ｂと回収槽３の底部開口との間に接続された循環用配管５を有する。循環用配管５の途中には、回収槽３の底部開口側から処理槽２の吐出管２ａ、２ｂ側に向かって、順に循環ポンプ６、循環系ヒータ７、濾過フィルタ８が設けられている。循環ポンプ６は、回収槽３内に貯留された熱リン酸溶液Ｌを吸引して循環系ヒータ７側に送出する。循環系ヒータ７は、循環ポンプ６側から流入して通過する際に熱リン酸溶液Ｌの温度を設定温度Ｔｃとなるように加熱する。熱リン酸溶液Ｌの温度は循環系ヒータ７を通過する部分の循環用配管５内に設けた図示しない熱電対によりモニタされる。濾過フィルタ８は、循環系ヒータ７側から流入する熱リン酸溶液Ｌ中に含まれるパーティクルを除去し、一定レベルの清浄度にした上で処理槽２側に送出する。
処理槽２には、槽内の熱リン酸溶液Ｌを加熱するための複数のヒータとして、第１の槽加熱ヒータ９および第２の槽加熱ヒータ１０の２つのヒータが設けられている。これら第１および第２の槽加熱ヒータ９、１０は、所謂ラバーヒータ（rubber heater）あるいはクリスタルヒータ（crystal heater）と言われるもので、処理槽２の外周部を覆うように巻回されている。第１および第２の槽加熱ヒータ９、１０は、それぞれ処理槽２内の処理液すなわち熱リン酸溶液Ｌの加熱設定温度Ｔ１、Ｔ２として独立して加熱可能であり、例えば処理槽２内の熱リン酸溶液ＬへのウエハＷの浸漬時などに生じた熱リン酸溶液Ｌの温度変化から、熱リン酸溶液Ｌの温度を所定温度に復帰させて保持するために用いられる。ここで、第１の槽加熱ヒータ９は処理槽２の下部および底面部を加熱するように設けられている。第２の槽加熱ヒータ１０は、第１の槽加熱ヒータ９の上部において処理槽２内の処理液を加熱する。処理槽２内には、各第１および第２の槽加熱ヒータ９、１０による加熱状態をモニタするための図示しない熱電対が各第１および第２槽加熱ヒータ９、１０に近接して設けられている。循環系ヒータ７、第１および第２の槽加熱ヒータ９、１０は、制御部としてのヒータコントローラ１１に接続されており、それぞれについて設定温度Ｔｃ、Ｔ１、Ｔ２となるように加熱対象である熱リン酸溶液Ｌを加熱制御する。
なお、前述したリフタＡは、３本のバーによりウエハを載置保持する構成で、ウエハＷを複数枚例えば５０枚程度まで載置可能である。リフタＡは、図示しないアームにより上昇および下降の移動が可能で、処理槽２の上方位置と処理槽２内の熱リン酸溶液Ｌに浸漬される所定位置との間で移動制御される。
次に、上記エッチング装置１を用いてウエハＷの表面に形成された加工対象であるシリコン窒化膜をエッチングする場合の動作について説明する。
処理槽２内には処理液である熱リン酸溶液Ｌが貯留されており、また吐出管２ａ、２ｂから処理槽２内に熱リン酸溶液Ｌが供給される。処理槽２の上部からオーバーフローする熱リン酸溶液Ｌは回収槽３内に回収され、循環ポンプ６の動作により、循環系４の循環用配管５内に流入される。循環系４では、熱リン酸溶液Ｌが循環用配管５内を流通する際に循環系ヒータ７により再び設定温度Ｔｃに加熱され、濾過フィルタ８を介して吐出管２ａ、２ｂから処理槽２内に還流される。
処理槽２内で行うウエハＷのシリコン窒化膜のエッチング条件として、熱リン酸溶液Ｌを１６０℃として処理する場合における温度制御について説明する。処理槽２内においては、循環系４を循環した熱リン酸溶液Ｌが吐出管２ａ、２ｂからやや上方の中心部に向けて吐出される。このとき、処理槽２の底面中央部において熱リン酸溶液Ｌが滞留する傾向にある。
したがって、循環系４から吐出管２ａ、２ｂを介して吐出させる熱リン酸溶液Ｌの温度がやや高めになることがあると、処理槽２の底面中央部以外の部分における熱リン酸溶液Ｌの温度をモニタしてその部分について第１および第２の槽加熱ヒータ９、１０により熱リン酸溶液Ｌが所定温度で保持されるように制御したとしても、処理槽２の底面中央部においては温度がやや高めの熱リン酸溶液Ｌが滞留することになる。このため、処理槽２内に浸漬されたウエハＷのシリコン窒化膜が形成された面の下部側が、熱リン酸溶液Ｌの温度が高い領域に接触することで他の部分よりもエッチング量が多くなる。
そこで、この実施形態においては、これに対応すべく、ヒータコントローラ１１により、第２の槽加熱ヒータ１０による熱リン酸溶液Ｌの加熱の設定温度Ｔ２を処理槽２におけるウエハＷの処理温度と対応した１６０℃とする一方、第１の槽加熱ヒータ９による熱リン酸溶液Ｌの加熱の設定温度Ｔ１をそれよりも低い例えば１５９℃として、処理槽２内の熱リン酸溶液Ｌを加熱制御する。これにより、処理槽２内の底面中央部において熱リン酸溶液Ｌが高めの温度のまま滞留する状態を解消することができる。したがって、処理槽２内に浸漬されているウエハＷは、下部側で高い温度の熱リン酸溶液Ｌと接触することが解消されるので、ほぼ全面に渡って均一な温度で熱リン酸溶液Ｌが接触する状態とすることができ、シリコン窒化膜のエッチング量のばらつきを抑制して加工することができる。
また、このとき循環系４において循環系ヒータ７により加熱する熱リン酸溶液Ｌの設定温度Ｔｃを処理槽２において設定した処理温度よりもやや低めに設定しても良い。例えば、処理槽２の容積や形状、あるいはウエハＷの枚数などに応じて、循環系ヒータ７の加熱設定温度を処理槽２の処理液の設定温度（ウエハＷの処理温度）に対して０．５℃から１．５℃の範囲内で低く設定する。この場合は、循環系４において所定温度よりも低めに加熱された熱リン酸溶液Ｌが還流されるが、処理槽２内の熱リン酸溶液Ｌの温度は第１および第２の槽加熱ヒータ９、１０により設定温度に保持される。これにより、処理槽２の底面中央部において熱リン酸溶液Ｌの滞留状態が生じても温度が高くなることがさらに抑制され、ウエハＷの全面に渡って均一なエッチングを行うことができる。
（第２実施形態）
図２は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。すなわち、この実施形態においては、第１の槽加熱ヒータ９に代えて、第１の槽加熱ヒータ１２として、処理槽２の下部の側壁部外周に巻きつけられるように配設され、且つ底面部には設けられない構成としている。
前述したように処理槽２内の底面部中央付近で熱リン酸溶液Ｌが滞留する傾向であるから、その領域の温度もやや高くなる。そこでこれに対応すべく、処理槽２を加熱する第１の槽加熱ヒータ１２は、処理槽２の底面部から加熱しない構成としている。これにより、処理槽２内の底面部中央付近で滞留する熱リン酸溶液Ｌを他の部分と同等に加熱しないようにすることで、部分的に温度が高くなるのを抑制している。
このような第２実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができると共に、さらに温度が不均一になるのを抑制することができる。
なお、第２実施形態の構成を採用する場合にも、処理槽２の底面部からの加熱をしない分を考慮しつつ、循環系ヒータ７による設定温度Ｔｃを、処理槽２における処理液の設定温度よりも若干低めに設定することが可能である。
（第３実施形態）
次に、図３を参照して第３実施形態について説明する。この実施形態では、上記した第１実施形態あるいは第２実施形態の構成のエッチング装置１を用いた基板処理方法としてのエッチング方法を示している。
上記各実施形態のエッチング装置１では、処理槽２内の熱リン酸溶液Ｌを１６０℃に加熱した状態でシリコン窒化膜のエッチングを行うので、熱リン酸溶液Ｌに浸漬するウエハＷの枚数が多く、両者の温度差が大きい場合には浸漬直後に熱リン酸溶液Ｌの温度が急激に低下する。例えば、このエッチング装置１に、５０枚のウエハＷをリフタＡに搭載した状態で熱リン酸溶液Ｌに浸漬させる場合には、図３に破線で示すように、熱リン酸溶液Ｌの温度はウエハＷの浸漬後の１分間で急激に低下していき、約３．５℃低下した後に第１および第２の槽加熱ヒータ９、１０（第１実施形態）（あるいは１０、１２（第２実施形態））による加熱で約３分後に復帰する。
従って、このような温度変化を予め把握しておいて温度低下が発生する分を想定した上で熱リン酸溶液Ｌの温度を、例えば３．５℃の低下をリカバーできる程度の温度に高めに設定しておく。この場合、図示のように例えば熱リン酸溶液Ｌの温度が本来の１６０℃の設定温度よりも２℃〜３．５℃の範囲で高めの温度となるように槽加熱ヒータ９、１０の設定温度Ｔ１、Ｔ２を設定しておく。そして、ウエハＷを浸漬した後に槽加熱ヒータ９、１０の設定温度Ｔ１、Ｔ２を本来の設定温度である１５９℃および１６０℃に戻すように制御する。この制御は、リフタＡの下降動作と同期させて自動で行なっても良いし、手動で切替えるようにしても良い。
これにより、５０枚のウエハＷを浸漬した直後に熱リン酸溶液Ｌの温度が低下するものの、その温度低下を見込んで熱リン酸溶液Ｌの温度を予め高めているので、図３中実線で示すような温度変化をするようになり、５０枚のウエハＷの熱容量をカバーして熱リン酸溶液Ｌの温度がほぼ１６０℃程度付近に速やかに復帰する。そして、ウエハＷの浸漬後に第１および第２の槽加熱ヒータ９、１０の設定温度Ｔ１、Ｔ２がそれぞれ１５９℃、１６０℃に変更されているので、この後、前述同様に制御を行うことで熱リン酸溶液Ｌの温度をほぼ１６０℃に保持することができる。この場合においても、処理槽２内の熱リン酸溶液Ｌの温度を均一にすることができるので、エッチング処理によるエッチング量の制御性をより高めることができる。
なお、上記の場合には５０枚のウエハＷを熱リン酸溶液Ｌに浸漬した場合に約３．５℃の低下をリカバーする例で示したが、ウエハＷの枚数や厚さあるいは処理液の設定温度などに応じて浸漬後に低下する温度は異なるので、それぞれの場合に適合するように処理液の温度を設定することができる。
（第４実施形態）
図４は第４実施形態を示すもので、第３実施形態と同様に、前述した第１実施形態あるいは第２実施形態の構成のエッチング装置１を用いた基板処理方法としてのエッチング方法を示している。
前述したように、ウエハＷは、リフタＡにセットされた状態で上方から処理槽２内の所定位置まで下降されて熱リン酸溶液Ｌに浸漬される。この実施形態においては、リフタＡを下降する位置を所定位置よりもＨ（例えば数ｍｍから２ｃｍの範囲）だけ高い位置とする。この位置は処理槽２内の熱リン酸溶液ＬにウエハＷが完全に浸漬された状態で、且つ通常の位置よりも高い位置となる。
このようにリフタＡを通常の位置よりもＨだけ高い位置に留めてウエハＷを熱リン酸溶液Ｌに浸漬させるようにしたので次の作用効果がある。第１に、処理槽２内の底部中央付近に滞留する温度が高い熱リン酸溶液Ｌの領域から上方に離れた位置にウエハＷが浸漬されるので、熱リン酸溶液Ｌの温度が高い部分にウエハＷが接触することを回避できる。第２に、吐出管２ａ、２ｂから処理槽２内に吐出される循環系４からの熱リン酸溶液ＬをリフタＡのバーに当てて分散させる位置関係としているので、これによって熱リン酸溶液Ｌを処理槽２内の底面中央付近に滞留させることなく拡散させた状態でウエハＷに接触させることができる。以上の作用により、ウエハＷのシリコン窒化膜のエッチング処理をより精度の高い状態で実施することができる。
（他の実施形態）
上記の実施形態に加えて次のような変形をすることができる。
加工対象の膜は、ウエハＷに形成されたシリコン窒化膜以外に、シリコン酸化膜などの絶縁膜や、シリコン膜や金属膜あるいは他の種々の膜に適用できる。加工対象の基板も、半導体基板としてのウエハＷ以外に種々の加工を行う基板に適用できる。
処理槽２の外周に巻回する複数のヒータとして２つのヒータ９、１０または１２、１０を設ける構成としたが、３以上のヒータを互いに処理槽２の上下方向に分けて位置させることもでき、それぞれのヒータを独立に温度設定をして制御することができる構成であれば良い。また、底面を加熱する場合にそのヒータを独立して設ける構成とすることもできる。
処理液は、熱リン酸溶液Ｌ以外に、他のエッチングや反応生成などを行う際の薬液を用いても良いし、均一な処理温度が要求される温水処理用の水とすることもできる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
図面中、１はエッチング装置（基板処理装置）、２は処理槽、２ａ、２ｂは吐出管、３は回収槽、４は循環系、５は循環用配管、６は循環ポンプ、７は循環系ヒータ、８は濾過フィルタ、９、１２は第１の槽加熱ヒータ、１０は第２の槽加熱ヒータ、１１はヒータコントローラ（制御部）、Ａはリフタ（基板載置部）、Ｗはウエハ（加工対象の基板）である。

Claims (5)

  1. 加工対象となる基板が収容される処理槽と、前記処理槽に循環系ヒータにより加熱した処理液を下部から供給し上部から回収して循環させる循環系と、前記処理液を加熱するように前記処理槽に設けられ、互いに前記処理槽の上下方向に配置される複数のヒータとを備える基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
    前記複数のヒータのうち前記処理槽の上側に位置するヒータを前記処理槽内での前記処理液による基板の処理温度と対応する設定温度にすると共に、前記複数のヒータのうち前記処理槽の下側に位置するヒータおよび前記循環系ヒータを前記処理槽の上側に位置するヒータよりも低い設定温度にすることを特徴とする基板処理方法。
  2. 加工対象となる基板が収容される処理槽と、前記処理槽に循環系ヒータにより加熱した処理液を下部から供給し上部から回収して循環させる循環系と、前記処理液を加熱するように前記処理槽に設けられ、互いに前記処理槽の上下方向に配置される複数のヒータとを備える基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
    前記複数のヒータのうち前記処理槽の下側に位置するヒータの設定温度を、前記処理槽の上側に位置するヒータの設定温度よりも低く設定することを特徴とする基板処理方法。
  3. 請求項１または２に記載の基板処理方法において、
    前記基板処理装置は、前記処理槽内に前記加工対象となる基板を収容するための基板載置部をさらに備え、
    前記処理槽内の処理液中に前記基板載置部を収容する際に、前記循環系から前記処理槽内に吐出する処理液が前記基板載置部に当たって分散する位置に前記基板載置部を保持することを特徴とする基板処理方法。
  4. 加工対象となる基板が収容される処理槽と、
    前記処理槽に循環系ヒータにより加熱した処理液を下部から供給し上部から回収して循環させる循環系と、
    前記処理液を加熱するように前記処理槽に設けられ、互いに前記処理槽の上下方向に配置される複数のヒータと、
    前記複数のヒータをそれぞれ独立して加熱制御する制御部とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
  5. 請求項４に記載の基板処理装置において、
    前記複数のヒータのうちの前記処理槽の下側に位置するヒータは、前記処理槽の底面部を除き側壁面から前記処理液を加熱するように設けられていることを特徴とする基板処理装置。
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