JP2018110261A - Wet etching device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は半導体ウェーハなどの基板の板面をエッチング液を用いてエッチングするウェットエッチング装置に関する。 The present invention relates to a wet etching apparatus for etching a plate surface of a substrate such as a semiconductor wafer using an etching solution.
ウェットエッチング装置は、半導体装置や液晶表示装置等の電子部品の製造工程で用いられる基板処理装置である（例えば、特許文献１参照。）。ウェットエッチング装置は、例えば、半導体基板上の窒化膜と酸化膜に対して選択的にエッチングを行う。 The wet etching apparatus is a substrate processing apparatus used in a manufacturing process of electronic components such as a semiconductor device and a liquid crystal display device (for example, see Patent Document 1). For example, the wet etching apparatus selectively etches a nitride film and an oxide film on a semiconductor substrate.
半導体デバイスを製造する工程において、半導体基板上にはエッチング対象膜の窒化膜（例えば、ＳｉＮ膜）と、エッチングストップ膜の酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）とが積層され、これをリン酸水溶液（Ｈ３ＰＯ４）等の薬液を用いて処理している。ところが、半導体デバイスが微細化すると、膜そのものが薄膜となるため、エッチング対象膜とエッチングストップ膜との選択比を高める必要がある。この選択比を十分に取れないと、エッチング工程においてエッチングストップ膜が無くなり、これはデバイス製造に支障をきたすことになる。 In the process of manufacturing a semiconductor device, a nitride film (for example, SiN film) as an etching target film and an oxide film (for example, SiO 2 ) as an etching stop film are stacked on a semiconductor substrate, and this is formed into a phosphoric acid aqueous solution ( H 3 PO 4 ) is used for treatment. However, when the semiconductor device is miniaturized, the film itself becomes a thin film, so that it is necessary to increase the selectivity between the etching target film and the etching stop film. If this selective ratio is not sufficiently obtained, the etching stop film is lost in the etching process, which hinders device manufacturing.
エッチング対象膜である窒化膜のエッチングには、高温のリン酸水溶液が用いられるが、エッチング対象膜の窒化膜とエッチングストップ膜の酸化膜との選択比は低い。リン酸水溶液中のシリカ（silica）濃度を高くすると、窒化膜と酸化膜との選択比が高くなることが知られていることから、リン酸水溶液にシリカが添加される。ところが、リン酸水溶液の処理を続けると、リン酸水溶液が蒸発し、シリカ濃度が上昇する。このため、シリカの固形物が析出し、半導体デバイスに付着することがある。固形物は、汚染の原因となり、処理における品質問題が生じる。逆に、シリカ濃度が低いと、十分な選択比が得られない処理となってしまう。 A high-temperature phosphoric acid aqueous solution is used for etching the nitride film as the etching target film, but the selectivity between the nitride film as the etching target film and the oxide film as the etching stop film is low. Since it is known that when the concentration of silica in the phosphoric acid aqueous solution is increased, the selectivity of the nitride film and the oxide film is increased, silica is added to the phosphoric acid aqueous solution. However, if the treatment with the phosphoric acid aqueous solution is continued, the phosphoric acid aqueous solution evaporates and the silica concentration increases. For this reason, the solid substance of silica may precipitate and adhere to a semiconductor device. Solids cause contamination and create quality problems in processing. On the other hand, when the silica concentration is low, the treatment cannot achieve a sufficient selectivity.
図５は、ＴＥＯＳ溶解液添加量と、ＳｉＮ及びＳｉＯ２エッチングレートとの関係を示す図、図６は、ＴＥＯＳ溶解液添加量と、ＳｉＮ及びＳｉＯ２とのエッチングレート選択比との関係を示す図である。これからも判るように、酸化膜のエッチングレートは、薬液中のＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicateオルトケイ酸テトラエチル）濃度に依存する性質を有している。したがって、このように、薬液中にＳｉＮのダミー膜や固形粉末、またはＴＥＯＳを溶解させ、薬液中のシリカ（ケイ酸）濃度を上昇させる方法が知られている。 FIG. 5 shows the relationship between the TEOS solution addition amount and the SiN and SiO 2 etching rate, and FIG. 6 shows the relationship between the TEOS solution addition amount and the etching rate selectivity between SiN and SiO 2. FIG. As can be seen from this, the etching rate of the oxide film has a property that depends on the concentration of TEOS (tetraethyl orthosilicate) in the chemical solution. Therefore, a method is known in which a SiN dummy film, solid powder, or TEOS is dissolved in a chemical solution to increase the silica (silicic acid) concentration in the chemical solution.
例えば、使用する薬液に、ケイ酸溶解液もしくはケイ酸エチルを所定量添加する。具体的には、添加剤（エチルポリシリケートあるいはＴＥＯＳ）を７５％リン酸中に１０００ｐｐｍ程度添加することで、ＳｉＮ膜のエッチングレートを維持しつつ、ＳｉＯ２膜のエッチングレートを抑制することができる。なお、ＳｉＯ２膜のエッチングレートを所望値にするため、添加剤の添加量を変化させる。 For example, a predetermined amount of a silicate solution or ethyl silicate is added to the chemical solution to be used. Specifically, by adding about 1000 ppm of an additive (ethyl polysilicate or TEOS) in 75% phosphoric acid, the etching rate of the SiO 2 film can be suppressed while maintaining the etching rate of the SiN film. . In order to the etching rate of the SiO 2 film to a desired value, changing the addition amount of the additive.
しかしながら、薬液中にダミー膜を投入して、エッチング処理をすることで、シリカをリン酸水溶液中に溶解させる方法の場合、ダミー膜を処理する時間と基板枚数からシリカ溶解量を管理する必要がある。しかしながら、シリカの溶解（濃度）量の安定な管理が難しいので、管理がしにくいという問題があった。このため、薬液中のシリカ濃度を調整するために時間がかかる。また、バッチ式装置では、シリカ濃度調整で、溶解用のウェーハが５０枚ほど必要となり、ウェーハ準備時間等がかかる。 However, in the case of a method of dissolving a silica in a phosphoric acid aqueous solution by introducing a dummy film into a chemical solution and performing an etching process, it is necessary to manage the amount of dissolved silica from the time for processing the dummy film and the number of substrates. is there. However, since it is difficult to stably control the amount of silica dissolved (concentration), there is a problem that it is difficult to control. For this reason, it takes time to adjust the silica concentration in the chemical solution. Further, in the batch type apparatus, about 50 wafers for dissolution are required for adjusting the silica concentration, and it takes time for wafer preparation.
一方、ＴＥＯＳの場合、アルコールを含む薬液であるため、高温のリン酸水溶液に溶解させるとき、発火の危険性が高いので、薬液管理が難しい。さらに、固形粉末において、粉末が薬液に溶解するのに時間を要し、管理が難しい。 On the other hand, in the case of TEOS, since it is a chemical solution containing alcohol, when it is dissolved in a high-temperature phosphoric acid aqueous solution, there is a high risk of ignition, so chemical solution management is difficult. Furthermore, in a solid powder, it takes time for the powder to dissolve in the chemical solution, and management is difficult.
ところで、薬液中にＳｉＮのダミー膜を投入して、シリカをリン酸水溶液中に溶解させる方法の場合、ダミー膜を処理する時間と基板枚数からシリカ溶解量を管理する必要がある。しかしながら、シリカの溶解（濃度）量の安定な管理が難しいので、管理がしにくいという問題があった。 By the way, in the case of a method in which a SiN dummy film is introduced into a chemical solution and silica is dissolved in a phosphoric acid aqueous solution, it is necessary to manage the silica dissolution amount from the time for processing the dummy film and the number of substrates. However, since it is difficult to stably control the amount of silica dissolved (concentration), there is a problem that it is difficult to control.
この発明は、シリカの適切な濃度管理がしやすいウェットエッチング装置を提供することにある。 It is an object of the present invention to provide a wet etching apparatus that facilitates appropriate concentration control of silica.
この発明は、少なくとも窒化膜と酸化膜とが形成された基板を処理するウェットエッチング装置において、リン酸水溶液を貯留する貯留部と、シリカ添加剤を貯留する添加剤貯留部と、前記貯留部に貯留されたリン酸水溶液のシリカ濃度を検出する検出部と、この検出部により検出されたリン酸水溶液のシリカ濃度が所定値より低い場合に、前記添加剤貯留部から前記貯留部へシリカ添加剤を供給する添加剤供給部と、前記貯留部に貯留されたリン酸水溶液により基板を処理する処理部とを備えることを特徴とするウェットエッチング装置にある。 The present invention relates to a wet etching apparatus for processing a substrate on which at least a nitride film and an oxide film are formed, a storage section storing a phosphoric acid aqueous solution, an additive storage section storing a silica additive, and the storage section A detection unit for detecting the silica concentration of the stored aqueous phosphoric acid solution, and a silica additive from the additive storage unit to the storage unit when the silica concentration of the aqueous phosphoric acid solution detected by the detection unit is lower than a predetermined value. The wet etching apparatus includes: an additive supply unit that supplies the substrate; and a processing unit that processes the substrate with the phosphoric acid aqueous solution stored in the storage unit.
この発明によれば、適切な濃度管理の下でウェットエッチングを行うことが可能となる。 According to this invention, it becomes possible to perform wet etching under appropriate concentration control.
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、この発明の第１の実施の形態に係るウェットエッチング装置を示す概略図、図２は、同ウェットエッチング装置におけるコロイダルシリカの添加量とＳｉＯ２エッチングレートとの関係を示す図、図３は、同ウェットエッチング装置におけるコロイダルシリカの添加量とＳｉＮ及びＳｉＯ２とのエッチングレート選択比との関係を示す図である。 FIG. 1 is a schematic view showing a wet etching apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing the relationship between the amount of colloidal silica added and the SiO 2 etching rate in the wet etching apparatus. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of colloidal silica added and the etching rate selection ratio of SiN and SiO 2 in the wet etching apparatus.
なお、図１中、Ｗは、ウェットエッチング処理の対象となる半導体ウェーハ等の基板を示しており、その表面には、エッチング対象膜の窒化膜（例えば、ＳｉＮ膜）と、エッチングストップ膜の酸化膜（例えば、ＳｉＯ２膜）とが積層されている。 In FIG. 1, W indicates a substrate such as a semiconductor wafer to be wet-etched, and a nitride film (for example, SiN film) as an etching target film and an oxidation of an etching stop film are formed on the surface thereof. A film (for example, a SiO 2 film) is laminated.
図１に示すように、ウェットエッチング装置１０は、リン酸水溶液を貯留する貯留部２０と、シリカ添加剤を貯留する添加剤貯留部３０と、基板をウェットエッチング処理する処理部４０と、これら各部間を接続する循環部５０と、これら各部を連携制御する制御部１００とを備えている。
As shown in FIG. 1, a
貯留部２０は、所定のシリカ濃度のリン酸水溶液を貯留するタンク２１と、このタンク２１に設けられ、内部のリン酸水溶液のシリカ濃度を検出する濃度検出部２２と、タンク２１内のリン酸水溶液の温度を検出する温度検出部２３とを備えている。タンク２１は、リン酸水溶液を貯留する上部開放のタンクであリ、新液供給配管３３を介して新液供給部３２と接続される。新液供給部３２からは、新液供給配管３３に設けられた開閉弁３４を介して新液のリン酸水溶液がタンク２１に供給されるようになっている。このタンク２１は例えば、フッ素系の樹脂又は石英などの材料により形成されている。濃度検出部２２、温度検出部２３は制御部１００に接続されており、検出したシリカ濃度、リン酸水溶液の温度をそれぞれ制御部１００に出力する。なお、タンク２１には、後述する循環配管５１、回収配管５３、添加剤配管５４が接続されている。
The
添加剤貯留部３０は、添加剤を収容する添加剤タンク３１を備えている。添加剤タンク３１には、添加剤配管５４が接続されている。添加剤は例えば、研磨剤等で使用されている液体のコロイダルシリカが用いられる。
The
処理部４０は、所定のシリカ濃度のリン酸水溶液を用いて、半導体基板などの基板Ｗの表面上の窒化膜を酸化膜に対して選択的にエッチングして除去する機能を有している。この処理部４０は、基板Ｗを回転させる回転機構４１と、その回転機構４１により回転する基板Ｗ上に所定のシリカ濃度のリン酸水溶液を供給する、ノズル４２とを備えている。このノズル４２は吐出配管５２の一端部であり、そのノズル４２から、所定のシリカ濃度のリン酸水溶液が処理液として吐出されることになる。すなわち、処理部４０は、回転する基板Ｗの表面に向けて、所定のシリカ濃度のリン酸水溶液を、ノズル４２から処理液として供給することによって、基板Ｗの表面上の窒化膜を選択的に除去する。なお、アーム体（不図示）にノズル４２を搭載し、基板Ｗの上方を基板表面に沿って揺動させて処理するようにしてもよい。
The
循環部５０は、タンク２１につながる循環配管５１と、その循環配管５１につながり所定のシリカ濃度のリン酸水溶液を吐出する吐出配管５２と、処理後のリン酸水溶液をタンク２１に戻す回収配管（回収部）５３と、添加剤タンク３１からタンク２１につながる添加剤配管５４とを備えている。
The
循環配管５１の途中には、循環駆動源となるポンプ５１ａと、循環配管５１を流れるリン酸水溶液を加熱するヒータ５１ｂと、循環配管５１を流れるリン酸水溶液から異物を除去するフィルタ５１ｃと、循環配管５１を開閉する開閉弁５１ｄとが設けられている。
In the middle of the
ポンプ５１ａは制御部１００に電気的に接続されており、その制御部１００による制御に応じて、タンク２１内のリン酸水溶液を循環配管５１に流す。また、ヒータ５１ｂは制御部１００に電気的に接続されており、その制御部１００による制御に応じて、循環配管５１を流れるリン酸水溶液を加熱する。開閉弁５１ｄは制御部１００に電気的に接続されており、その制御部１００による制御に応じて開閉する。なお、本実施の形態において、開閉弁５１ｄは、通常時には常時、開状態とされる。
The
吐出配管５２は、循環配管５１におけるフィルタ５１ｃと開閉弁５１ｄとの間に接続され、所定のシリカ濃度のリン酸水溶液を吐出する配管であり、その吐出側の先端部が基板Ｗの表面に向けて設けられている。この吐出配管５２の途中には、吐出配管５２を開閉する開閉弁５２ａが設けられている。この開閉弁５２ａは制御部１００に電気的に接続されており、その制御部１００による制御に応じて開閉する。制御部１００は、吐出開始の指示を受けると、濃度検出部２２により検出される、タンク２１内のリン酸水溶液のシリカ濃度が、予め制御部１００に設定された所定の濃度に達していること、つまり予め設定した所定の濃度であること、かつ、予め制御部１００に設定された所定のリン酸水溶液温度であることを条件に、吐出配管５２途中の開閉弁５２ａを開状態にし、循環配管５１から吐出配管５２に所定のシリカ濃度のリン酸水溶液を流す。
The
回収配管５３は、処理部４０とタンク２１とを接続するように設けられている。この回収配管５３の途中には、駆動源となるポンプ５３ａと、回収配管５３を開閉する開閉弁５３ｂが設けられている。ポンプ５３ａは制御部１００に電気的に接続されており、その制御部１００による制御に応じて、処理部４０内の使用後の処理液を回収配管５３に流す。本実施の形態において、ポンプ５３ａは、通常時には常時運転状態とされる。開閉弁５３ｂは制御部１００に電気的に接続されており、その制御部１００による制御に応じて開閉する。また、回収配管５３途中の開閉弁５３ｂより上流側には、処理液排出用の排出配管５３ｃが接続されている。この排出配管５３ｃの途中にも、その排出配管５３ｃを開閉する開閉弁５３ｄが設けられている。開閉弁５３ｄは制御部１００に電気的に接続されており、その制御部１００による制御に応じて開閉する。処理部４０と開閉弁５３ｂとの間の回収配管５３内には、濃度センサ５３ｅが設けられており、この濃度センサ５３ｅによって回収配管５３内のシリカ濃度が検出され、その出力が制御部１００に入力される。
The
添加剤配管５４は、添加剤タンク３１とタンク２１を接続し、その添加剤配管５４の途中には、添加剤供給部を構成する供給駆動源となるポンプ５４ａが設けられている。このポンプ５４ａは制御部１００に電気的に接続されており、その制御部１００による制御に応じて、添加剤タンク３１内のコロイドシリカを添加剤配管５４に流す。
The additive pipe 54 connects the
制御部１００は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータ、さらに、ウェットエッチングに関する各種処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部を備えている。制御部１００は、濃度検出部２２で検出されたリン酸水溶液のシリカ濃度が、予め制御部１００に設定された所定値より低い場合に、先に述べた各種処理情報や各種プログラムに基づいて、添加剤タンク３１からタンク２１へシリカ添加剤を供給することで、所定のシリカ濃度を有するリン酸水溶液とする。つまり、制御部１００は、添加剤供給部としての機能を備えている。
The
このように構成されたウェットエッチング装置１０では、制御部１００の制御によって、次のようにしてウェットエッチング処理を行う。すなわち、新液供給部３２よりタンク２１内に所定量のリン酸水溶液を供給して収容する。また、開閉弁５１ｄは開状態が維持されるが、開閉弁５２ａは閉じる。次に、ポンプ５１ａ、ヒータ５１ｂを起動する。ポンプ５１ａの起動により、タンク２１内のリン酸水溶液は循環配管５１内を循環する。循環配管５１内を循環するリン酸水溶液は、フィルタ５１ｃにより、リン酸水溶液中の異物が除去されるとともに、ヒータ５１ｂにより加熱される。タンク２１内のリン酸水溶液の温度は、温度検出部２３により検出され、タンク２１内のリン酸水溶液のシリカ濃度は、濃度検出部２２により検出される。
In the
制御部１００は、温度検出部２３からの出力に基づき、リン酸水溶液を予め設定した所定の温度（１６０〜１７０℃）になるように、またその温度に維持されるように、ヒータ５１ｂを制御する。
Based on the output from the
また制御部１００は、濃度検出部２２が検知したタンク２１内のリン酸水溶液のシリカ濃度が、予め制御部１００に設定された所定の濃度より低い場合は、ポンプ５４ａを起動し、添加剤タンク３１からコロイドシリカを添加剤としてタンク２１に導入し、タンク２１内のリン酸水溶液が所定のシリカ濃度となるまで添加を行う。なお、タンク２１に導入されたコロイドシリカは、タンク２１内のリン酸水溶液とともに循環配管５１内を循環するので、リン酸水溶液に対して均一に混合される。
When the silica concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the
このシリカ濃度の検出は、タンク２１内にリン酸水溶液が供給された以降、継続的に行われる。また、リン酸水溶液は、所定温度に維持される。なお、タンク２１の収容量に対して、コロイダルシリカの添加量が微少の場合、コロイダルシリカを添加したことによるリン酸水溶液の温度低下は考慮しなくても良い。
The detection of the silica concentration is continuously performed after the phosphoric acid aqueous solution is supplied into the
次に、処理対象となる基板Ｗを処理部４０内に配置され、処理部１００がリン酸水溶液の吐出開始の指示を受けると、制御部１００は、濃度検出部２２により検出されるタンク２１内のリン酸水溶液のシリカ濃度が予め設定した所定の濃度であり、かつ、所定のリン酸水溶液温度であることを条件に、開閉弁５１ｄは開いたままで（常時循環）、開閉弁５２ａを開く。これにより、タンク２１内のリン酸水溶液が、ノズル４２から基板Ｗ上に処理液が吹きかけられ、ウェットエッチング処理が行われる。
Next, when the substrate W to be processed is placed in the
処理液が吹きかけられた基板Ｗでは、窒化膜と酸化膜とが処理される。この時、基板に吹きかけられる処理液は、所定のシリカ濃度のリン酸水溶液であるため、所望の大きさの選択比でエッチングが進行し、微細な半導体デバイスであっても、エッチングストップ膜が無くなることがなく、デバイス製造に支障をきたすことがない。図２は、コロイダルシリカの添加量と、ＳｉＯ２エッチングレートとの関係を示している。図３は、コロイダルシリカの添加量と、ＳｉＮ及びＳｉＯ２とのエッチングレート選択比との関係を示している。 The nitride film and the oxide film are processed on the substrate W on which the processing liquid has been sprayed. At this time, since the processing liquid sprayed on the substrate is a phosphoric acid aqueous solution having a predetermined silica concentration, the etching proceeds with a selection ratio of a desired size, and the etching stop film disappears even in a fine semiconductor device. It does not interfere with device manufacturing. FIG. 2 shows the relationship between the amount of colloidal silica added and the SiO 2 etching rate. FIG. 3 shows the relationship between the amount of colloidal silica added and the etching rate selectivity with SiN and SiO 2 .
基板Ｗの表面から処理部４０の底面に流れた処理液は、その底面に接続された回収配管５３を流れてポンプ５３ａの駆動によりタンク２１に回収される。このとき、開閉弁５３ｂは開状態であり、開閉弁５３ｄが閉状態である。但し、基板Ｗ上の窒化膜がエッチングされて、濃度センサ５３ｅにより検出されたシリカ濃度が、予め制御部１００に設定された所定の範囲を超えると、処理液はタンク２１に回収されずに排出配管５３ｃから排出される。このとき、開閉弁５３ｂは閉状態であり、開閉弁５３ｄが開状態である。なお、回収配管５３途中にヒータを設け、回収配管５３を経由してタンク２１に回収される処理液を加熱するようにしても良い。
The processing liquid that has flowed from the surface of the substrate W to the bottom surface of the
１枚の基板Ｗに対するエッチング処理が終了すると、制御部１００は、開閉弁５２ａを閉じ、そして処理部４０内の基板Ｗが新たな基板Ｗと交換されると、再度開閉弁５２ａを開き、この新たな基板Ｗに対して上述したエッチング処理が行われる。
When the etching process for one substrate W is completed, the
ところで、基板Ｗに対するエッチング処理回数が進むにつれて、タンク２１内のリン酸水溶液が消耗される。そこで、図１に示すように、タンク２１に液面計２４を設け、次のように動作制御するようにすると好ましい。
By the way, the phosphoric acid aqueous solution in the
液面計２４は制御部１００に接続され、タンク２１内のリン酸水溶液の液面を検出して制御部１００に出力する。制御部１００では、タンク２１内のリン酸溶液の液面高さが、制御部１００に予め設定した所定の高さより低くなったことを液面計２４が検出すると、開閉弁５２ａを閉じる。なお、タンク２１内のリン酸溶液の液面高さが、制御部１００に予め設定した所定の高さより低くなったことを基板Ｗに対するエッチング処理中に検出された場合には、その基板Ｗへのエッチング処理が終了した時点で、開閉弁５２ａを閉じるようにする。これにより、その基板Ｗに対しても、均一なエッチング処理が行える。
The
さて、次に制御部１００は、タンク２１内のリン酸溶液の液面高さが、制御部１００に予め設定した所定の高さになるまで新液供給部３２からリン酸水溶液をタンク２１に供給する。このとき、ポンプ５１ａは起動されているため、タンク２１内のリン酸水溶液は、循環配管５１内を循環する。さらに、前述したと同様に、制御部１００は、ヒータ５１ｂによって、タンク２１内のリン酸水溶液の温度が所定の温度となるように制御する。また、タンク２１へ新液のリン酸水溶液が供給されると、タンク２１内のシリカ濃度が低下する。そこで、制御部１００は、濃度検出器２２から得られたシリカ濃度が、制御部１００に予め設定した所定濃度から低下したことを検知（判断）すると、ポンプ５４ａの駆動によって、添加剤タンク３１からコロイドシリカをタンク２１に導入して、タンク２１内のシリカ濃度が所定の濃度となるように制御する。
Next, the
このように、新液供給部３２よりタンク２１内に新たなリン酸水溶液が供給されると、制御部１００は、濃度検出部２２により検出されるタンク２１内のリン酸水溶液のシリカ濃度が予め設定した所定の濃度であること、そして、所定のリン酸水溶液温度であることを条件に基板Ｗへの処理を許可する。つまり、リン酸水溶液の吐出開始の指示に対して、開閉弁５２ａを開く。これにより、タンク２１内のリン酸水溶液が、ノズル４２から新たな基板Ｗ上に処理液が吹きかけられ、ウェットエッチング処理が行われる。
As described above, when a new phosphoric acid aqueous solution is supplied from the new
一方、処理部４０から回収配管５３を介してタンク２１に回収されるリン酸溶液によって、タンク２１内のリン酸水溶液の濃度が、制御部１００に予め設定した所定濃度より低下することがある。この場合、制御部１００は、濃度検出部２２がこの濃度の低下を検出した場合に開閉弁５２ａを閉じる。なお、制御部１００は、タンク２１内のリン酸溶液のシリカ濃度が低下したことを、基板Ｗに対するエッチング処理中に検出した場合、その基板Ｗへのエッチング処理が終了した時点で、開閉弁５２ａを閉じるようにする。これにより、その基板Ｗに対しても、均一なエッチング処理が行える。
On the other hand, the concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the
そして、次に制御部１００は、ポンプ５４ａを起動し、添加剤タンク３１からコロイドシリカを添加剤としてタンク２１に導入し、タンク２１内のリン酸水溶液が所定のシリカ濃度となるまで添加を行う。タンク２１に導入されたコロイドシリカは、タンク２１内のリン酸水溶液とともに循環配管５１内を循環するので、リン酸水溶液に対して均一に混合され、リン酸水溶液の温度も所定の温度となるように制御される。
Then, the
このように、基板処理中に、タンク２１内におけるリン酸水溶液のシリカ濃度低下が検出された場合には、新液供給部３２よりタンク２１内に新たなリン酸水溶液を供給したときと同様に、制御部１００は、タンク２１内のリン酸水溶液のシリカ濃度が所定の濃度であること、そして、所定のリン酸水溶液温度であることを条件に基板Ｗへの処理を許可する。つまり、リン酸水溶液の吐出開始の指示に対して、開閉弁５２ａを開く。これにより、タンク２１内のリン酸水溶液が、ノズル４２から新たな基板Ｗ上に処理液が吹きかけられ、ウェットエッチング処理が行われる。
As described above, when a decrease in the silica concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the
以上説明したように、本実施形態によれば、タンク２１内のリン酸水溶液のシリカの濃度を適切な値に調整することができるので、リン酸水溶液におけるシリカの適切な濃度管理がしやすくなる。
As described above, according to the present embodiment, since the concentration of silica in the phosphoric acid aqueous solution in the
また、リン酸水溶液におけるシリカの適切な濃度管理が行なわれることにより、シリカ濃度が設定値よりも上昇してしまうことを抑えることができ、シリカの固形物が半導体デバイスに付着することを防止できると共に、シリカ濃度が設定値よりも低くなることを抑えることができ、所定のエッチングの選択比が得られなくなることを防ぐことができる。つまり、リン酸水溶液におけるシリカ濃度の調整により、窒化膜と酸化膜とのエッチングレート選択比を所望の範囲内に制御することで、安定したエッチング処理が行える。このため、十分な選択比を得ることが可能となり、半導体装置の製造に支障をきたして製品品質が低下することを防止し、製品品質を向上させることができる。 In addition, by appropriately controlling the concentration of silica in the phosphoric acid aqueous solution, it is possible to suppress the silica concentration from rising above the set value, and to prevent solid silica from adhering to the semiconductor device. At the same time, it is possible to prevent the silica concentration from becoming lower than the set value, and to prevent a predetermined etching selectivity from being obtained. That is, a stable etching process can be performed by controlling the etching rate selectivity between the nitride film and the oxide film within a desired range by adjusting the silica concentration in the phosphoric acid aqueous solution. For this reason, it is possible to obtain a sufficient selection ratio, and it is possible to prevent the product quality from being deteriorated by hindering the manufacture of the semiconductor device and improve the product quality.
さらに、コロイダルシリカはアルコールを用いない薬液であるため安全性が高く、しかも溶解しやすいから、この点からもリン酸水溶液におけるシリカの濃度管理を行いやすい。 Furthermore, since colloidal silica is a chemical solution that does not use alcohol, it is highly safe and easily dissolved. From this point, it is easy to control the concentration of silica in an aqueous phosphoric acid solution.
上述した実施形態においては、基板Ｗを一枚ごとに処理する枚葉式処理方法を用いているが、これに限るものではなく、例えば、処理槽に複数枚の基板Ｗを同時に浸漬して処理するバッチ式処理方法を用いるようにしても良い。また、シリカとして、コロイダルシリカ以外にも、リン酸水溶液に溶けるシリカであれば、コロイダルシリカ以外のシリカでも良い。また、新しいリン酸水溶液の供給管にシリカ供給管を接続してもよい。 In the above-described embodiment, the single wafer processing method for processing the substrates W one by one is used. However, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of substrates W are simultaneously immersed in the processing tank. Alternatively, a batch processing method may be used. In addition to colloidal silica, silica other than colloidal silica may be used as long as it is soluble in phosphoric acid aqueous solution. Further, a silica supply pipe may be connected to a new phosphoric acid aqueous solution supply pipe.
図４は、この発明の第２の実施の形態に係るウェットエッチング装置１０Ａを示す概略図である。図４において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a
図４に示すように、ウェットエッチング装置１０Ａは、リン酸水溶液を貯留する貯留部２０Ａと、シリカ添加剤を貯留する添加剤貯留部３０と、基板をウェットエッチング処理する処理部４０と、これら各部間を接続する循環部５０と、これら各部を連携制御する制御部１００Ａとを備えている。
As shown in FIG. 4, the
貯留部２０Ａは、所定のシリカ濃度のリン酸水溶液を貯留するタンク２１と、このタンク２１に設けられ、内部のリン酸水溶液のシリカ濃度を検出する濃度検出部２２と、タンク２１内のリン酸水溶液の温度を検出する温度検出部２３と、液面計２４と、サブタンク２５とを備えている。タンク２１は、リン酸水溶液を貯留する上部開放のタンクであリ、タンク配管２６を介してサブタンク２５と接続される。サブタンク２５からは、開閉弁２７を介して、コロイダルシリカとの混合処理が済んだリン酸水溶液が供給される。
20 A of storage parts are the
サブタンク２５には、開閉弁３４を介して新液供給部３２に接続された新液供給配管３３、回収配管５３、添加剤配管５４が上流側に接続され、さらにタンク配管２６を介してタンク２１が下流側に接続されている。サブタンク２５には、濃度検出部２８、温度検出部２３ａ、液面計２４ａがそれぞれ設けられていて、各検出部の出力は、制御部１００Ａに送られるようになっている。濃度検出部２８、温度検出部２３ａ、液面計２４ａの各機能は、濃度検出部２２、温度検出部２３、液面計２４の各機能と同様である。
A new
さらにサブタンク２５には、タンク２１に設けられる循環配管５１に相当する循環配管５５が設けられる。この循環配管５５の途中には、循環駆動源となるポンプ５５ａと、循環配管５５を流れるリン酸水溶液を加熱するヒータ５５ｂと、循環配管５５を流れるリン酸水溶液から異物を除去するフィルタ５５ｃと、循環配管５５を開閉する開閉弁５５ｄとが設けられる。ポンプ５５ａ、ヒータ５５ｂ、開閉弁５５ｄは、それぞれ制御部１００Ａに電気的に接続されている。ポンプ５５ａ、ヒータ５５ｂ、フィルタ５５ｃは、ポンプ５１ａ、ヒータ５１ｂ、フィルタ５１ｃにそれぞれ相当するので詳細な説明は省略するが、サブタンク２５に貯留されるリン酸水溶液を循環配管５５に流すことによって、リン酸水溶液を加熱する。本実施の形態において、ポンプ５５ａは、通常時には常時運転状態とされ、開閉弁５５ｄは、通常時には常時、開状態とされる。
Further, the
新液供給配管３３の開閉弁３４は制御部１００Ａに電気的に接続されており、その制御部１００Ａによる制御に応じて開閉する。
The on-off
制御部１００Ａは、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータ、さらに、ウェットエッチングに関する各種処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部を備えている。制御部１００Ａは、濃度検出部２８で検出されたリン酸水溶液のシリカ濃度が、予め制御部１００Ａに設定された所定値より低い場合に、先に述べた各種処理情報や各種プログラムに基づいて、添加剤タンク３１からサブタンク２５へシリカ添加剤を供給する添加剤供給部としての機能を備えている。
The
このように構成されたウェットエッチング装置１０Ａでは、制御部１００Ａの制御によって、次のようにしてウェットエッチング処理を行う。すなわち、開閉弁２７を閉じた状態で、新液供給部３２よりサブタンク２５内に所定量のリン酸水溶液を供給して収容する。サブタンク２５に供給されたリン酸水溶液に対しては、上述したウェットエッチング装置１０における、タンク２１内のリン酸水溶液に対して行なわれる処理と同等な処理が行なわれ、予め制御部１００Ａに設定された、所定のシリカ濃度を有し、所定温度を有するリン酸水溶液が、サブタンク２５内に生成される。
In the
なお、基板Ｗの表面から処理部４０の底面に流れた処理液は、その底面に接続された回収配管５３を流れてポンプ５３ａの駆動によりサブタンク２５に回収されるようになっている。この回収されたリン酸水溶液がサブタンク２５に導入されることによって、サブタンク２５内のシリカ濃度が所定値以下となった場合に、所定濃度となるように是正される点は上述と同様である。
The processing liquid that has flowed from the surface of the substrate W to the bottom surface of the
処理に先立つ準備段階当初は、タンク２１内は空状態である。このため、上述のようにてサブタンク２５にて生成されたリン酸水溶液は、開閉弁２７が開状態となることでそのほとんどが、タンク２１に供給される。このとき、サブタンク２５内のリン酸水溶液のシリカ濃度が、予め制御部１００Ａに設定された所定濃度であり、かつ所定の温度になっていることを、タンク２１に対するリン酸水溶液の供給条件としても良い。
At the beginning of the preparation stage prior to processing, the
タンク２１に供給された、所定のシリカ濃度を有するリン酸水溶液は、循環配管５１を循環しながら、所定温度となるように、そしてその温度に維持されるように温度制御される。制御部１００Ａは、吐出開始の指示を受けると、濃度検出部２２により検出される、タンク２１内のリン酸水溶液のシリカ濃度が、予め制御部１００Ａに設定された所定の濃度であること、かつ、予め制御部１００Ａに設定された所定のリン酸水溶液温度であることを条件に、開閉弁５２ａを開状態にし、循環配管５１から吐出配管５２に所定のシリカ濃度のリン酸水溶液を流す。
The temperature of the phosphoric acid aqueous solution having a predetermined silica concentration supplied to the
この実施の形態において、所定濃度のリン酸水溶液がサブタンク２５からタンク２１に供給されると、開閉弁２７は閉じる。そして、サブタンク２５内では、所定濃度のリン酸水溶液の生成が行なわれる。生成の詳細は既に述べたとおりである。
In this embodiment, when the phosphoric acid aqueous solution having a predetermined concentration is supplied from the
一方、基板Ｗに対するエッチング処理回数が進むにつれて、タンク２１内のリン酸水溶液が消耗されたことが液面計２４によって検出されると、制御部１００Ａは開閉弁２７を開状態とし、消耗分を補う量のリン酸水溶液を、サブタンク２５からタンク２１に供給する。補われるリン酸水溶液は、サブタンク２５内にて既に所定のシリカ濃度となっていて、タンク２１に残存するリン酸水溶液と、サブタンク２５から今回新たに供給されたリン酸水溶液とは、循環配管５１を循環する間に十分に混合される。そして、制御部１００Ａは、吐出開始の指示を受けると、開閉弁５２ａが開状態となり、ノズル４２からは、シリカ濃度が所定濃度に制御され、しかも所定温度に加熱されたリン酸水溶液が基板Ｗに供給される。
On the other hand, when the
以上説明したように、本実施形態によれば、上述したウェットエッチング装置１０と同様に、基板Ｗに供給されるリン酸水溶液中シリカの濃度を適切な値に調整することができるので、リン酸水溶液におけるシリカの適切な濃度管理がしやすくなる。また、リン酸水溶液とコロイダルシリカとを混合するためのサブタンク２５を設けたことで、リン酸水溶液を用いた基板の処理時間を利用して、次に使用されるリン酸水溶液の生成を行なうことが可能となる。このため、リン酸水溶液の補充時間が短縮され、処理効率を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the concentration of silica in the phosphoric acid aqueous solution supplied to the substrate W can be adjusted to an appropriate value, similarly to the
なお、上記した各実施の形態において、基板に対するリン酸水溶液の供給条件を、リン酸水溶液中のシリカ濃度と、リン酸水溶液の温度としたが、シリカ濃度だけを条件としても良い。 In each of the above embodiments, the conditions for supplying the phosphoric acid aqueous solution to the substrate are the silica concentration in the phosphoric acid aqueous solution and the temperature of the phosphoric acid aqueous solution, but only the silica concentration may be used as the condition.
また、第２の実施の形態で、サブタンク２５からタンク２１へのリン酸水溶液の補充条件として、リン酸水溶液中のシリカ濃度と、リン酸水溶液の温度としたが、シリカ濃度だけを条件としても良い。サブタンクは、２つ以上設けるようにしても良い。
In the second embodiment, the replenishment conditions of the phosphoric acid aqueous solution from the
以上、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。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１０…ウェットエッチング装置、２０…貯留部、２１…タンク、２２，２８…濃度検出部、２５…サブタンク、３０…添加剤貯留部、３１…添加剤タンク、４０…処理部、５０…循環部、５４…添加剤配管、１００，１００Ａ…制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
リン酸水溶液を貯留する貯留部と、
シリカ添加剤を貯留する添加剤貯留部と、
前記貯留部に貯留されたリン酸水溶液のシリカ濃度を検出する濃度検出部と、
この濃度検出部により検出されたリン酸水溶液のシリカ濃度が所定値より低い場合に、前記添加剤貯留部から前記貯留部へシリカ添加剤を供給する添加剤供給部と、
前記貯留部に貯留されたリン酸水溶液により基板を処理する処理部とを備えることを特徴とするウェットエッチング装置。 In a wet etching apparatus for processing a substrate on which at least a nitride film and an oxide film are formed,
A reservoir for storing a phosphoric acid aqueous solution;
An additive reservoir for storing the silica additive;
A concentration detection unit for detecting the silica concentration of the phosphoric acid aqueous solution stored in the storage unit;
When the silica concentration of the phosphoric acid aqueous solution detected by the concentration detection unit is lower than a predetermined value, an additive supply unit that supplies a silica additive from the additive storage unit to the storage unit;
A wet etching apparatus comprising: a processing unit that processes a substrate with an aqueous phosphoric acid solution stored in the storage unit.
前記副貯留部は、リン酸水溶液を収容するリン酸水溶液供給部からリン酸水溶液を供給されることを特徴とする請求項１に記載のウェットエッチング装置。 The additive supply unit has a sub-storage part between the additive storage part and the storage part,
The wet etching apparatus according to claim 1, wherein the secondary storage unit is supplied with a phosphoric acid aqueous solution from a phosphoric acid aqueous solution supply unit that stores the phosphoric acid aqueous solution.
この温度検出部により検出された前記リン酸水溶液の温度が予め設定した所定の温度であることを条件に、前記貯留部から前記処理部に前記リン酸水溶液を供給することを特徴とする請求項３に記載のウェットエッチング装置。 A temperature detection unit for detecting the temperature of the phosphoric acid aqueous solution stored in the storage unit;
The phosphoric acid aqueous solution is supplied from the storage unit to the processing unit on the condition that the temperature of the phosphoric acid aqueous solution detected by the temperature detection unit is a predetermined temperature set in advance. 3. The wet etching apparatus according to 3.
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