JP2022176662A - 基板処理方法、及び基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板をより複雑な形状に加工することができる基板処理方法及び基板処理装置を提供する。【解決手段】基板処理方法は、交互に積層されたシリコン酸化膜（Ｍａ）とシリコン窒化膜（Ｍｂ）とを有する基板（Ｗ）を、処理槽（３）において、燐酸を含有するエッチング液（Ｅ）でエッチングする方法である。基板処理方法は、エッチング液（Ｅ）中に基板（Ｗ）を浸漬させる工程（Ｓ１）と、基板（Ｗ）のエッチング中に処理槽（３）内のエッチング液（Ｅ）に燐酸を補充して、エッチング液（Ｅ）のシリコン濃度を変化させる工程（Ｓ２）とを包含する。【選択図】図４

Description

本発明は、基板処理方法、及び基板処理装置に関する。
シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に積層された積層構造を有する基板に対してエッチングを行う基板処理装置が知られている。例えば、特許文献１には、燐酸を含有するエッチング液により基板をエッチングするバッチ式の基板処理装置が開示されている。具体的には、特許文献１の基板処理装置は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とのうち、主としてシリコン窒化膜を選択的にエッチングすることにより、シリコン窒化膜を除去する。
特開２０２０－４７８８６号公報
特許文献１の基板処理装置は、シリコン酸化膜を略エッチングしないため、エッチング後の積層構造を、複数の平坦なシリコン酸化膜が櫛状に配列された構造にする処理に利用される。しかしながら、半導体デバイスの微細化及び高集積化により、基板をより複雑な形状に加工することが求められている。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板をより複雑な形状に加工することができる基板処理方法及び基板処理装置を提供することにある。
本発明の一局面によれば、基板処理方法は、交互に積層されたシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを有する基板を、処理槽において、燐酸を含有するエッチング液でエッチングする方法である。当該基板処理方法は、前記エッチング液中に前記基板を浸漬させる工程と、前記基板のエッチング中に前記処理槽内の前記エッチング液に燐酸を補充して、前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる工程とを包含する。
ある実施形態では、前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる工程において、前記基板を用いて製造される半導体デバイスの構造に応じて設定された燐酸の補充流量の設定値に基づいて、前記エッチング液に補充する前記燐酸の補充流量が制御される。
ある実施形態では、前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる工程において、前記基板のエッチング中に計測される前記エッチング液のシリコン濃度に基づいて、前記燐酸の補充流量が制御される。
ある実施形態では、前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる工程において、前記エッチング液に補充する前記燐酸に、シリコンを含有するシリコン含有液を供給する。
ある実施形態では、前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる工程において、前記基板を用いて製造される半導体デバイスの構造に応じて設定されたシリコン含有液の供給流量の設定値に基づいて、前記燐酸に供給する前記シリコン含有液の供給流量が制御される。
ある実施形態では、前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる工程において、前記基板のエッチング中に計測される前記エッチング液のシリコン濃度に基づいて、前記シリコン含有液の供給流量が制御される。
ある実施形態において、前記半導体デバイスの前記構造は、前記半導体デバイスにおいて積層方向に隣り合う前記シリコン酸化膜間の隙間の大きさを示す。
本発明の一局面によれば、基板処理装置は、交互に積層されたシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを有する基板を、燐酸を含有するエッチング液でエッチングする。当該基板処理装置は、処理槽と、基板保持部と、燐酸補充機構と、制御部とを備える。前記処理槽は、前記エッチング液を貯留する。前記基板保持部は、前記処理槽に貯留されている前記エッチング液内で前記基板を保持する。前記燐酸補充機構は、前記処理槽内の前記エッチング液に燐酸を補充する。前記制御部は、前記基板のエッチング中に前記燐酸補充機構を制御して、前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる。
ある実施形態において、前記制御部は、前記基板を用いて製造される半導体デバイスの構造に応じて設定された燐酸の補充流量の設定値に基づいて、前記基板のエッチング中に前記燐酸補充機構を制御する。
ある実施形態において、上記の基板処理装置は、前記エッチング液のシリコン濃度を計測するシリコン濃度計を更に備える。前記制御部は、前記基板のエッチング中に前記シリコン濃度計によって計測されるシリコン濃度に基づいて、前記基板のエッチング中に前記燐酸補充機構を制御する。
ある実施形態において、上記の基板処理装置は、シリコン供給機構を更に備える。前記シリコン供給機構は、前記エッチング液に補充する前記燐酸に、シリコンを含有するシリコン含有液を供給する。
ある実施形態において、前記制御部は、前記基板を用いて製造される半導体デバイスの構造に応じて設定されたシリコン含有液の供給流量の設定値に基づいて、前記基板のエッチング中に前記シリコン供給機構を制御する。
ある実施形態において、上記の基板処理装置は、前記エッチング液のシリコン濃度を計測するシリコン濃度計を更に備える。前記制御部は、前記基板のエッチング中に前記シリコン濃度計によって計測されるシリコン濃度に基づいて、前記基板のエッチング中に前記シリコン供給機構を制御する。
ある実施形態において、前記半導体デバイスの前記構造は、前記半導体デバイスにおいて積層方向に隣り合う前記シリコン酸化膜間の隙間の大きさを示す。
本発明に係る基板処理方法及び基板処理装置によれば、基板を特殊な形状に加工することができる。
（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態１に係る基板処理装置を示す図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置に含まれる燐酸補充機構を示す図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理方法を示すフロー図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置によるエッチング処理時におけるシリコン濃度Ｃの変化の一例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置によるエッチング処理時における燐酸補充流量Ｆの推移の一例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置によってエッチングされる前の基板を示す図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置よってエッチングされた後の基板の一例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置に含まれる制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置によるエッチング処理時におけるシリコン濃度Ｃの変化の第１例～第３例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置によるエッチング処理時における燐酸補充流量Ｆの推移の第１例～第３例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置によってエッチングされた後の基板の第１例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置によってエッチングされた後の基板の第２例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置によってエッチングされた後の基板の第３例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置によるエッチング処理時におけるシリコン濃度Ｃの変化の第４例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る基板処理装置によってエッチングされた後の基板の第４例を示す図である。 本発明の実施形態２に係る基板処理装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る基板処理装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る基板処理装置に含まれる燐酸補充機構及びシリコン供給機構を示す図である。 本発明の実施形態３に係る基板処理装置によるエッチング処理時におけるシリコン濃度Ｃの変化の第１例～第３例を示す図である。 本発明の実施形態３に係る基板処理装置によるエッチング処理時におけるシリコン供給流量Ｒの推移の第１例～第３例を示す図である。 本発明の実施形態３に係る基板処理装置によってエッチングされた後の基板の第１例を示す図である。 本発明の実施形態３に係る基板処理装置によってエッチングされた後の基板の第２例を示す図である。 本発明の実施形態３に係る基板処理装置によってエッチングされた後の基板の第３例を示す図である。
以下、図面（図１～図２４）を参照して本発明の基板処理方法及び基板処理装置に係る実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合がある。また、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
本明細書では、理解を容易にするため、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を記載することがある。典型的には、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向に平行であり、Ｚ方向は鉛直方向に平行である。但し、これらの方向の定義により、本発明に係る基板処理方法の実行時の向き、及び本発明に係る基板処理装置の使用時の向きを限定する意図はない。
本発明の実施形態における「基板」には、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、及び光磁気ディスク用基板などの各種基板を適用可能である。以下では主として、円盤状の半導体ウエハの処理に用いられる基板処理方法及び基板処理装置を例に本発明の実施形態を説明するが、上に例示した各種の基板の処理にも同様に適用可能である。また、基板の形状についても各種のものを適用可能である。
［実施形態１］
以下、図１～図１６を参照して本発明の実施形態１を説明する。まず、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して本実施形態の基板処理装置１００を説明する。本実施形態の基板処理装置１００はバッチ式のエッチング装置である。したがって、基板処理装置１００は、複数の基板Ｗを一括してエッチングする。例えば、基板処理装置１００は、ロット単位で複数の基板Ｗをエッチングする。１ロットは、例えば２５枚の基板Ｗからなる。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態の基板処理装置１００を示す図である。詳しくは、図１（ａ）は、基板Ｗを処理槽３に投入する前の基板処理装置１００を示す。図１（ｂ）は、基板Ｗを処理槽３に投入した後の基板処理装置１００を示す。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、基板処理装置１００は、処理槽３と、制御装置１１０と、昇降部１２０と、基板保持部１３０とを備える。
処理槽３は、エッチング液Ｅを貯留する。エッチング液Ｅは、燐酸（Ｈ3ＰＯ4）及びシリコンを含有する。エッチング液Ｅは、希釈液を更に含有してもよい。希釈液は、例えばＤＩＷ（Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ：脱イオン水）である。ＤＩＷは純水の一種である。希釈液は、例えば、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水、又は希釈濃度（例えば、１０ｐｐｍ程度～１００ｐｐｍ程度）の塩酸水であってもよい。なお、エッチング液Ｅは、シリコンと異なる添加剤を更に含有してもよい。
処理槽３は、内槽３１と、外槽３２とを有する。外槽３２は、内槽３１を囲む。換言すると、処理槽３は二重槽構造を有する。内槽３１及び外槽３２は共に、上向きに開いた上部開口を有する。
内槽３１及び外槽３２は共にエッチング液Ｅを貯留する。内槽３１は、複数の基板Ｗを収容する。詳しくは、基板保持部１３０に保持された複数の基板Ｗが内槽３１に収容される。複数の基板Ｗは、内槽３１に収容されることにより、内槽３１内のエッチング液Ｅに浸漬される。
基板保持部１３０は、処理槽３（内槽３１）のエッチング液Ｅ内で複数の基板Ｗを保持する。具体的には、基板保持部１３０は、複数の保持棒１３１と、本体板１３２とを有する。本体板１３２は板状の部材であり、鉛直方向（Ｚ方向）に延びる。複数の保持棒１３１は、本体板１３２の一方の主面から水平方向（Ｙ方向）に延びる。なお、本実施形態において、基板保持部１３０は３つの保持棒１３１を有する（図２参照）。
複数の基板Ｗは、複数の保持棒１３１によって保持される。詳しくは、各基板Ｗの下縁が複数の保持棒１３１に当接することにより、複数の基板Ｗが複数の保持棒１３１によって起立姿勢（鉛直姿勢）で保持される。より具体的には、基板保持部１３０によって保持された複数の基板Ｗは、Ｙ方向に沿って間隔をあけて整列する。つまり、複数の基板Ｗは、Ｙ方向に沿って一列に配列される。また、複数の基板Ｗの各々は、ＸＺ平面に略平行な姿勢で基板保持部１３０に保持される。
制御装置１１０は、基板処理装置１００の各部の動作を制御する。制御装置１１０は、例えば、昇降部１２０の動作を制御する。昇降部１２０は、制御装置１１０によって制御されて、基板保持部１３０を昇降させる。昇降部１２０が基板保持部１３０を昇降させることにより、基板保持部１３０が、複数の基板Ｗを保持した状態で鉛直上方又は鉛直下方に移動する。昇降部１２０は、駆動源及び昇降機構を有しており、駆動源によって昇降機構を駆動して、基板保持部１３０を上昇及び下降させる。駆動源は、例えば、モータを含む。昇降機構は、例えば、ラック・ピニオン機構又はボールねじを含む。
より具体的には、昇降部１２０は、処理位置（図１（ｂ）に示す位置）と退避位置（図１（ａ）に示す位置）との間で基板保持部１３０を昇降させる。図１（ｂ）に示すように、基板保持部１３０が、複数の基板Ｗを保持したまま鉛直下方（Ｚ方向）に下降して処理位置まで移動すると、複数の基板Ｗが処理槽３に投入される。詳しくは、基板保持部１３０に保持されている複数の基板Ｗが内槽３１内に移動する。この結果、複数の基板Ｗが内槽３１内のエッチング液Ｅに浸漬されて、エッチング液Ｅによってエッチングされる。一方、図１（ａ）に示すように、基板保持部１３０が退避位置に移動すると、基板保持部１３０に保持されている複数の基板Ｗが処理槽３の上方に移動して、エッチング液Ｅから引き上げられる。
続いて図２を参照して本実施形態の基板処理装置１００の構成を説明する。図２は本実施形態の基板処理装置１００の構成を示す断面図である。図２に示すように、制御装置１１０は、制御部１１１と、記憶部１１２とを含む。
制御部１１１は、プロセッサーを含む。例えば、制御部１１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含む。制御部１１１は、記憶部１１２に記憶されているコンピュータプログラム及びデータに基づいて、基板処理装置１００の各部の動作を制御する。あるいは、制御部１１１は、汎用演算機を含んでもよいし、専用演算機を含んでもよい。汎用演算機及び専用演算機は、集積回路を含む。集積回路は、論理回路を構成する。
記憶部１１２は、データ及びコンピュータプログラムを記憶する。データは、レシピデータを含む。レシピデータは、複数のレシピを示す。複数のレシピの各々は、基板Ｗの処理内容及び処理手順を規定する。記憶部１１２は、主記憶装置を有する。主記憶装置は、例えば、半導体メモリである。主記憶装置は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を含む。記憶部１１２は、補助記憶装置を更に有してもよい。補助記憶装置は、例えば、半導体メモリ及びハードディスクドライブの少なくも一方を含む。記憶部１１２は、リムーバブルメディアを含んでいてもよい。
図２を参照して本実施形態の基板処理装置１００の構成を更に説明する。図２に示すように、基板処理装置１００は、燐酸補充機構４と、希釈液供給機構５と、バブリング部７と、エッチング液循環部８と、オートカバー２１とを更に備える。
オートカバー２１は、処理槽３の上部開口を開閉する。換言すると、オートカバー２１は、内槽３１の上部開口及び外槽３２の上部開口を開閉する。本実施形態において、オートカバー２１は、第１カバー片２２と、第２カバー片２３とを有する。第１カバー片２２は、処理槽３の上部開口に対して開閉自在である。第２カバー片２３は、処理槽３の上部開口に対して開閉自在である。オートカバー２１は、第１カバー片２２及び第２カバー片２３が開閉することにより、観音開き式に開閉する。
詳しくは、第１カバー片２２は、第１回転軸Ｐ１を中心に回動自在である。第１回転軸Ｐ１は、Ｙ方向に延びる。第１回転軸Ｐ１は、第１カバー片２２におけるオートカバー２１の中心側とは反対側の端部を支持する。第２カバー片２３は、第２回転軸Ｐ２を中心に回動自在である。第２回転軸Ｐ２は、Ｙ方向に延びる。第２回転軸Ｐ２は、第２カバー片２３におけるオートカバー２１の中心側とは反対側の端部を支持する。
制御装置１１０（制御部１１１）は、基板保持部１３０を退避位置（図１（ａ）に示す位置）から処理位置（図１（ｂ）に示す位置）まで移動させる際に、オートカバー２１を開状態にする。オートカバー２１が開状態となることにより、処理槽３の上部開口が開放状態となり、処理槽３（内槽３１）への基板Ｗの投入が可能となる。制御装置１１０（制御部１１１）は、基板Ｗのエッチング処理時に、オートカバー２１を閉状態にする。オートカバー２１が閉状態となることにより、処理槽３の上部開口が閉塞状態となる。この結果、処理槽３の内部が密閉空間となる。
制御装置１１０（制御部１１１）は、基板保持部１３０を処理位置（図１（ｂ）に示す位置）から退避位置（図１（ａ）に示す位置）まで移動させる際に、オートカバー２１を開状態にする。オートカバー２１が開状態となることにより、処理槽３の上部開口が開放状態となり、基板Ｗの処理槽３（内槽３１）からの引き上げが可能となる。
続いて図２を参照して燐酸補充機構４を説明する。燐酸補充機構４は、処理槽３内のエッチング液Ｅに燐酸を補充する。本実施形態において、燐酸補充機構４が補充する燐酸は新液である。したがって、燐酸補充機構４が補充する燐酸は、シリコンを含有しない。
制御装置１１０（制御部１１１）は、基板Ｗのエッチング中に燐酸補充機構４を制御して処理槽３内のエッチング液Ｅに燐酸を補充させることにより、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを変化させる。具体的には、制御部１１１は、基板Ｗのエッチング中に、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを第１シリコン濃度Ｃ１から第２シリコン濃度Ｃ２まで変化させる。ここで、第１シリコン濃度Ｃ１は、エッチング処理開始時におけるシリコン濃度Ｃを示す。第２シリコン濃度Ｃ２は、第１シリコン濃度Ｃ１と異なる濃度であればよく、例えば、第２シリコン濃度Ｃ２は、第１シリコン濃度Ｃ１よりも大きい。
詳しくは、基板Ｗがエッチング液Ｅに浸漬されると、基板Ｗに含まれるシリコン窒化膜Ｍｂ（図７参照）と燐酸とが反応して、シリコン窒化膜Ｍｂがエッチングされる。このとき、反応物としてシリコンが生成される。生成されたシリコンはエッチング液Ｅに溶出する。したがって、基板Ｗのエッチング中に燐酸がエッチング液Ｅに補充されない場合、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃは、シリコン窒化膜Ｍｂが除去されるまで一定の速度で増加する。これに対し、本実施形態では、基板Ｗのエッチング中に燐酸補充機構４が燐酸をエッチング液Ｅに適宜補充して、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを制御する。
本実施形態において、燐酸補充機構４は、燐酸供給ノズル４１と、燐酸供給配管４２とを有する。燐酸供給ノズル４１は、処理槽３に燐酸を供給する。燐酸供給配管４２は、燐酸供給ノズル４１まで燐酸を流通させる。燐酸供給ノズル４１は、燐酸供給部の一例である。
より具体的には、燐酸供給ノズル４１は、処理槽３の上方に配置される。燐酸供給ノズル４１は、中空の管状部材である。燐酸供給ノズル４１には、複数の吐出孔が形成されている。本実施形態において、燐酸供給ノズル４１はＹ方向に延びる。燐酸供給ノズル４１の複数の吐出孔は、Ｙ方向に等間隔に形成されている。燐酸供給配管４２を介して燐酸供給ノズル４１に燐酸が供給されると、燐酸供給ノズル４１の複数の吐出孔から処理槽３に向けて燐酸が吐出される。この結果、処理槽３に燐酸が供給される。本実施形態において、燐酸供給ノズル４１は、外槽３２の上方に配置される。したがって、燐酸供給ノズル４１から外槽３２に向けて燐酸が吐出されて、外槽３２に燐酸が供給される。
続いて図２を参照して希釈液供給機構５を説明する。希釈液供給機構５は、希釈液を処理槽３に供給する。この結果、処理槽３内のエッチング液Ｅに希釈液が供給される。詳しくは、希釈液供給機構５は、希釈液供給ノズル５１と、希釈液供給配管５２とを有する。
希釈液供給ノズル５１は、処理槽３の上方に配置される。希釈液供給ノズル５１は、中空の管状部材である。希釈液供給ノズル５１には、複数の吐出孔が形成されている。本実施形態において、希釈液供給ノズル５１はＹ方向に延びる。希釈液供給ノズル５１の複数の吐出孔は、Ｙ方向に等間隔に形成されている。
希釈液供給配管５２は、希釈液供給ノズル５１まで希釈液を流通させる。希釈液供給配管５２を介して希釈液供給ノズル５１に希釈液が供給されると、希釈液供給ノズル５１の複数の吐出孔から希釈液が吐出される。
エッチング液Ｅは、加熱されている。例えば、エッチング液Ｅの温度は、１２０℃以上１６０℃以下である。したがって、エッチング液Ｅに含まれる水分は蒸発する。希釈液は、エッチング液Ｅにおける燐酸の濃度値又は比重値が目標値を維持するように、エッチング液Ｅに適宜供給される。
続いて図２を参照してバブリング部７を説明する。バブリング部７は、内槽３１のエッチング液Ｅ内に浸漬されている複数の基板Ｗに向けて気泡を供給する。詳しくは、バブリング部７は、複数の気体供給ノズル７１と、気体供給配管７２とを有する。なお、本実施形態では、バブリング部７は、２本の気体供給ノズル７１を有するが、バブリング部７は、１本の気体供給ノズル７１を有してもよいし、３本以上の気体供給ノズル７１を有してもよい。
複数の気体供給ノズル７１は、内槽３１の底部側に配置される。より具体的には、複数の気体供給ノズル７１は、内槽３１のエッチング液Ｅ内に浸漬された複数の基板Ｗよりも下方に位置するように、内槽３１内に配置される。
気体供給ノズル７１の各々は、中空の管状部材である。気体供給ノズル７１の各々には、複数の吐出孔が形成されている。本実施形態において、気体供給ノズル７１はＹ方向に延びる。気体供給ノズル７１の複数の吐出孔は、Ｙ方向に等間隔に形成されている。
気体供給ノズル７１のそれぞれの各吐出孔から気体が吹き出すことで、内槽３１のエッチング液Ｅ内に浸漬されている複数の基板Ｗに向けて気泡が供給される。気体は、例えば不活性ガスである。具体的には、気体は、窒素であり得る。
気体供給配管７２は、複数の気体供給ノズル７１まで気体を流通させる。気体供給配管７２が気体を流通させることにより、内槽３１のエッチング液Ｅ内に浸漬されている複数の基板Ｗに向けて気泡が供給される。この結果、エッチング液Ｅにおけるシリコン濃度Ｃの不均一性が抑制されて、基板Ｗを均一にエッチングすることができる。
続いて図２を参照してエッチング液循環部８を説明する。エッチング液循環部８は、外槽３２と内槽３１との間でエッチング液Ｅを循環させる。詳しくは、エッチング液循環部８は、複数のエッチング液供給ノズル８１と、循環配管８２と、循環ポンプ８３と、循環ヒータ８４と、循環フィルタ８５とを有する。なお、本実施形態では、エッチング液循環部８は、２本のエッチング液供給ノズル８１を有するが、エッチング液循環部８は、１本のエッチング液供給ノズル８１を有してもよいし、３本以上のエッチング液供給ノズル８１を有してもよい。
複数のエッチング液供給ノズル８１は、内槽３１の底部側に配置される。エッチング液供給ノズル８１の各々は、中空の管状部材である。エッチング液供給ノズル８１の各々には、複数の吐出孔が形成されている。本実施形態において、エッチング液供給ノズル８１はＹ方向に延びる。エッチング液供給ノズル８１の複数の吐出孔は、Ｙ方向に等間隔に形成されている。
循環配管８２の一端は外槽３２に接続しており、外槽３２から循環配管８２にエッチング液Ｅが流入する。循環配管８２は、複数のエッチング液供給ノズル８１までエッチング液Ｅを流通させる。
循環ポンプ８３は、循環配管８２に介装されている。循環ポンプ８３は、循環配管８２を流通するようにエッチング液Ｅを流体の圧力により駆動する。この結果、循環配管８２を介して外槽３２から内槽３１へエッチング液Ｅが流れる。具体的には、エッチング液Ｅが循環配管８２を流通して、エッチング液供給ノズル８１の吐出孔から内槽３１内にエッチング液Ｅが吐出される。つまり、エッチング液供給ノズル８１から内槽３１内にエッチング液Ｅが供給される。また、エッチング液供給ノズル８１から内槽３１内にエッチング液Ｅが吐出されることにより、内槽３１の側壁の上端面を介して、内槽３１から外槽３２へ向かってエッチング液Ｅが流れる。
循環ヒータ８４、及び循環フィルタ８５は、循環配管８２に介装されている。循環ヒータ８４は、循環配管８２を流れるエッチング液Ｅを加熱する。詳しくは、循環ヒータ８４は、１２０℃以上１６０℃以下の温度でエッチング液Ｅを加熱する。循環フィルタ８５は、循環配管８２を流通するエッチング液Ｅから異物を除去する。
続いて図３を参照して燐酸補充機構４の構成について更に説明する。図３は、本実施形態の基板処理装置１００に含まれる燐酸補充機構４を示す図である。図３に示すように、燐酸補充機構４は、開閉弁４３を更に有する。開閉弁４３は、燐酸供給配管４２に介装されている。
開閉弁４３は、例えば電磁弁である。開閉弁４３は、燐酸供給配管４２の流路を開閉して、燐酸供給配管４２を流れる燐酸の流通を制御する。詳しくは、開閉弁４３が開くと、燐酸が燐酸供給配管４２を介して燐酸供給ノズル４１まで流れる。この結果、燐酸供給ノズル４１から燐酸が吐出される。一方、開閉弁４３が閉じると、燐酸の流通が遮断されて、燐酸供給ノズル４１による燐酸の吐出が停止する。
開閉弁４３は、制御装置１１０（制御部１１１）によって制御される。制御部１１１は、基板Ｗのエッチング中に開閉弁４３を開閉して、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを変化させる。具体的には、制御部１１１は、基板Ｗのエッチング中に開閉弁４３を開閉して、エッチング液Ｅに補充される燐酸の流量である燐酸補充流量Ｆを制御する。
詳しくは、燐酸補充機構４は、流量計４４を更に有する。流量計４４は、燐酸供給配管４２に介装されている。流量計４４は、燐酸供給配管４２を流通する燐酸の流量を計測する。流量計４４は、計測結果を示す信号を制御部１１１に出力する。流量計４４は、例えば、積算流量計であってもよい。
記憶部１１２は、燐酸補充流量Ｆの設定値を記憶している。制御部１１１は、流量計４４によって計測される燐酸の流量と、燐酸補充流量Ｆの設定値とに基づいて、開閉弁４３の開閉を制御する。換言すると、制御部１１１は、流量計４４によって計測される燐酸の流量と、燐酸補充流量Ｆの設定値とに基づいて、エッチング液Ｅに補充する燐酸の流量（燐酸補充流量Ｆ）を制御する。
続いて図４を参照して本実施形態の基板処理方法を説明する。図４は、本実施形態の基板処理方法を示すフロー図である。本実施形態の基板処理方法は、図１～図３を参照して説明した基板処理装置１００によって実施されてもよい。以下、図１～図３を参照して説明した基板処理装置１００によって実施される基板処理方法を説明する。図４に示すように、本実施形態の基板処理方法は、ステップＳ１～ステップＳ３を含む。
まず、基板Ｗのエッチング処理が開始されると、複数の基板Ｗがエッチング液Ｅに浸漬される（ステップＳ１）。具体的には、基板保持部１３０が処理位置まで移動する。この結果、基板保持部１３０に保持されている複数の基板Ｗが内槽３１内に収容されて、内槽３１のエッチング液Ｅ内に複数の基板Ｗが浸漬される。このとき、処理槽３に収容されているエッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃは、第１シリコン濃度Ｃ１である。
複数の基板Ｗがエッチング液Ｅに浸漬されると、各基板Ｗがエッチング液Ｅによってエッチングされる。制御部１１１は、基板Ｗのエッチング中に、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを変化させる。具体的には、制御部１１１は、燐酸補充機構４の開閉弁４３を制御して、処理槽３内のエッチング液Ｅに燐酸を補充することにより、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを変化させる（ステップＳ２）。より詳しくは、制御部１１１は、燐酸の補充により、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを第１シリコン濃度Ｃ１から第２シリコン濃度Ｃ２まで変化させる。
複数の基板Ｗがエッチング液Ｅに浸漬されてから所定時間が経過すると、複数の基板Ｗがエッチング液Ｅから引き上げられて（ステップＳ３）、図４に示すエッチング処理が終了する。具体的には、基板保持部１３０が処理位置から退避位置まで移動する。この結果、基板保持部１３０に保持されている複数の基板Ｗが内槽３１内のエッチング液Ｅから引き上げられる。
続いて図１～図６を参照してシリコン濃度Ｃの変化の一例を説明する。図５は、本実施形態の基板処理装置１００によるエッチング処理時におけるシリコン濃度Ｃの変化の一例を示す図である。図６は、本実施形態の基板処理装置１００によるエッチング処理時における燐酸補充流量Ｆの推移の一例を示す図である。
図５において、縦軸は、シリコン濃度Ｃを示す。横軸は、処理時間ｔを示す。また、グラフＣＰ１（実線）は、燐酸補充機構４がエッチング液Ｅに燐酸を補充する場合におけるシリコン濃度Ｃの変化の一例を示す。グラフＣＰ２（破線）は、エッチング液Ｅに燐酸が補充されない場合におけるシリコン濃度Ｃの変化を示す。図６において、縦軸は、燐酸補充流量Ｆを示す。横軸は、処理時間ｔを示す。また、グラフＦＰは、燐酸補充機構４がエッチング液Ｅに補充する燐酸の流量（燐酸補充流量Ｆ）の推移の一例を示す。
図５に示すように、エッチング開始時間ｔｓのシリコン濃度Ｃは第１シリコン濃度Ｃ１であり、エッチング終了時間ｔｅのシリコン濃度Ｃは第２シリコン濃度Ｃ２である。図５に示す例では、第１シリコン濃度Ｃ１は低濃度であり、第２シリコン濃度Ｃ２は高濃度である。例えば、低濃度は、エッチング液Ｅの温度が１６０℃の場合、４０ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下である。高濃度は、エッチング液Ｅが１６０℃の場合、６０ｐｐｍである。
エッチング処理が開始して複数の基板Ｗがエッチング液Ｅに浸漬された後、シリコン濃度Ｃは増加する。グラフＣＰ２に示すように、基板Ｗのエッチング中に燐酸がエッチング液Ｅに補充されない場合、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃは急激に増加する。これに対し、本実施形態では、基板Ｗのエッチング中に燐酸補充機構４が燐酸をエッチング液Ｅに補充して、補充された燐酸により、シリコン濃度Ｃを希釈する。この結果、グラフＣＰ１に示すように、シリコン濃度Ｃは緩やかに増加する。
例えば、図６のグラフＦＰに示すように、制御部１１１は、エッチング処理が開始すると、燐酸補充流量Ｆが第１補充流量Ｆ１（一定値）で維持されるように燐酸補充機構４の開閉弁４３を駆動する。その結果、図５に示すように、シリコン濃度Ｃが緩やかに増加する。なお、第１補充流量Ｆ１は、基板Ｗのエッチング開始時の燐酸補充流量Ｆを示す。図６に示す例において、第１補充流量Ｆ１は、シリコン濃度Ｃを低濃度から高濃度へ緩やかに増加させる流量に設定されている。
図５に示すように、シリコン濃度Ｃが第２シリコン濃度Ｃ２の手前まで増加すると、図６に示すように、制御部１１１は、燐酸補充流量Ｆが増加するように燐酸補充機構４の開閉弁４３を駆動する。その結果、図５に示すように、シリコン濃度Ｃは、第２シリコン濃度Ｃ２の手前においてより緩やかに増加する。
図５に示すように、処理時間ｔが、エッチング終了時間ｔｅの手前の時間ｔ１に達したとき、シリコン濃度Ｃは第２シリコン濃度Ｃ２に到達する。このとき、燐酸補充流量Ｆは、図６に示すように第２補充流量Ｆ２まで増加している。制御部１１１は、燐酸補充流量Ｆが第２補充流量Ｆ２に達した後、燐酸補充流量Ｆが第２補充流量Ｆ２で維持されるように燐酸補充機構４の開閉弁４３を駆動する。その結果、図５に示すように、シリコン濃度Ｃは第２シリコン濃度Ｃ２で維持される。換言すると、第２補充流量Ｆ２は、シリコン濃度Ｃを一定値に維持させる流量である。
続いて図７を参照して、本実施形態の基板処理装置１００によってエッチングされる基板Ｗについて説明する。図７は、本実施形態の基板処理装置１００によってエッチングされる前の基板Ｗを示す図である。本実施形態の基板処理装置１００によってエッチングされる基板Ｗは、例えば、三次元フラッシュメモリー（例えば三次元ＮＡＮＤフラッシュメモリー）に用いられる。
図７に示すように、基板Ｗは、基材Ｓと、積層構造Ｍとを含む。基材Ｓは、ＸＺ平面に広がる薄膜状である。基材Ｓは、例えば、シリコンからなる。積層構造Ｍは、基材Ｓの上面に形成される。積層構造Ｍは、基材Ｓの上面からＹ方向に延びるように形成される。積層構造Ｍは、Ｙ方向に沿って交互に積層されたシリコン酸化膜Ｍａとシリコン窒化膜Ｍｂとを有する。シリコン酸化膜Ｍａのそれぞれは、基材Ｓの上面と平行に延びる。シリコン窒化膜Ｍｂのそれぞれは、基材Ｓの上面と平行に延びる。
積層構造Ｍは、１以上の凹部ＲＥを有する。凹部ＲＥは、積層構造Ｍの上面から基材Ｓにまで達しており、基材Ｓの上面の一部が凹部ＲＥから露出している。また、凹部ＲＥの界面から、シリコン酸化膜Ｍａ及びシリコン窒化膜Ｍｂの側面が露出している。凹部ＲＥは、基板Ｗが半導体製品に用いられる場合、例えばトレンチ又はホールとして機能する。
続いて図７及び図８を参照して、本実施形態の基板処理装置１００によるエッチング処理を説明する。図８は、本実施形態の基板処理装置１００によってエッチングされた後の基板Ｗの一例を示す図である。
基板Ｗがエッチング液Ｅに浸漬されると、エッチング液Ｅが凹部ＲＥに浸入する。その結果、エッチング液Ｅが、凹部ＲＥの界面においてシリコン酸化膜Ｍａ及びシリコン窒化膜Ｍｂに接触する。
エッチング液Ｅによるシリコン酸化膜Ｍａ及びシリコン窒化膜Ｍｂのエッチング量（選択比）は、エッチング液Ｅの温度と燐酸の比重値（濃度）とが一定の条件下において、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃによって制御することができる。具体的には、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃが高濃度の場合、シリコン酸化膜Ｍａのエッチング量は十分に小さく、積層構造Ｍにおいて、ほぼシリコン窒化膜Ｍｂのみがエッチングされる。一方、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃが高濃度より低い濃度である場合、シリコン窒化膜Ｍｂと共にシリコン酸化膜Ｍａがエッチングされる。シリコン酸化膜Ｍａのエッチング量は、シリコン濃度Ｃが高いほど減少する。なお、シリコン窒化膜Ｍｂのエッチング量は、シリコン濃度Ｃの影響を受けず、略一定である。
例えば、図５及び図６を参照して説明したようにシリコン濃度Ｃを低濃度か高濃度に変化させた場合、エッチング処理の初期段階では、シリコン濃度Ｃが低濃度であるため、シリコン窒化膜Ｍｂと共にシリコン酸化膜Ｍａがエッチングされる。具体的には、シリコン酸化膜Ｍａ及びシリコン窒化膜Ｍｂは、エッチング液Ｅに接触している凹部ＲＥ側の部分から順次エッチングされる。但し、シリコン酸化膜Ｍａよりもシリコン窒化膜Ｍｂの方がエッチング速度が速いため、シリコン酸化膜Ｍａのエッチング量は、シリコン窒化膜Ｍｂのエッチング量よりも少ない。
その後、シリコン濃度Ｃが緩やかに増加することにより、シリコン酸化膜Ｍａは、凹部ＲＥから遠い部分ほど、シリコン濃度Ｃがより高いエッチング液Ｅと接触する。その結果、図８に示すように、シリコン酸化膜Ｍａは、凹部ＲＥ側の部分のＹ方向の幅が小さくなり、凹部ＲＥから遠い部分ほどＹ方向の幅が大きくなる。換言すると、エッチング後の基板Ｗにおいて、積層方向に隣り合うシリコン酸化膜Ｍａ間の隙間Ｇが、凹部ＲＥに近いほど広くなり、凹部ＲＥから遠いほど狭くなる。
続いて図９を参照して制御装置１１０の構成について更に説明する。図９は、本実施形態の基板処理装置１００に含まれる制御装置１１０の構成を示すブロック図である。図９に示すように、制御装置１１０は、入力部１１３を更に含む。
入力部１１３は、作業者によるデータの入力を受け付ける。入力部１１３は、作業者が操作するユーザーインターフェース装置である。入力部１１３は、作業者の操作に応じたデータを制御部１１１に入力する。制御部１１１は、入力部１１３によって入力されたデータを記憶部１１２に記憶させる。入力部１１３は、例えば、キーボード及びマウスを有する。入力部１１３は、タッチセンサーを有してもよい。
入力部１１３は、燐酸補充流量Ｆの設定値の入力を受け付ける。具体的には、作業者は、入力部１１３を操作して、基板処理装置１００によって処理された後の基板Ｗを用いて製造される半導体デバイスの構造に応じた設定値を入力する。例えば、作業者は、図８を参照して説明した隙間Ｇの大きさに応じた燐酸補充流量Ｆの設定値を入力する。
より詳しくは、作業者は、燐酸補充流量Ｆの設定値として、エッチング処理の処理時間ｔと燐酸補充流量Ｆとの関係を示すデータを入力する。例えば、作業者は、燐酸補充流量Ｆの設定値として、図６を参照して説明したグラフＦＰに対応するデータを入力してもよい。詳しくは、作業者は、第１補充流量Ｆ１を示すデータと、第２補充流量Ｆ２を示すデータと、第１補充流量Ｆ１から第２補充流量Ｆ２に変化させるタイミングを示すデータとを入力する。この場合、制御部１１１は、流量計４４によって計測される燐酸の流量と、燐酸補充流量Ｆの設定値とに基づいて、図６のグラフＦＰに示すように燐酸補充流量Ｆが推移するように燐酸補充機構４の開閉弁４３を制御する。この結果、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃが図５のグラフＣＰ１に示すように変化して、基板Ｗの形状が図８に示す形状となる。
続いて図１～図１４を参照してシリコン濃度Ｃの変化の第１例～第３例を説明する。図１０は、本実施形態の基板処理装置１００によるエッチング処理時におけるシリコン濃度Ｃの変化の第１例～第３例を示す図である。図１１は、本実施形態の基板処理装置１００によるエッチング処理時における燐酸補充流量Ｆの推移の第１例～第３例を示す図である。図１２～図１４はそれぞれ、本実施形態の基板処理装置１００によってエッチングされた後の基板Ｗの第１例～第３例を示す図である。
図１０において、縦軸は、シリコン濃度Ｃを示す。横軸は、処理時間ｔを示す。また、グラフＣＰ１１～ＣＰ１３はそれぞれシリコン濃度Ｃの変化の第１例～第３例を示す。図１１において、縦軸は、燐酸補充流量Ｆを示す。横軸は、処理時間ｔを示す。また、グラフＦＰ１～ＦＰ３はそれぞれ、燐酸補充機構４がエッチング液Ｅに補充する燐酸の流量（燐酸補充流量Ｆ）の推移の第１例～第３例を示す。
図１０に示すように、第１例～第３例（グラフＣＰ１１～ＣＰ１３）は、第２シリコン濃度Ｃ２（Ｃ２１～Ｃ２３）が互いに異なる。具体的には、第１例（グラフＣＰ１１）の第２シリコン濃度Ｃ２１は、第２例（グラフＣＰ１２）の第２シリコン濃度Ｃ２２よりも高く、第２例（グラフＣＰ１２）の第２シリコン濃度Ｃ２２は、第３例（グラフＣＰ１３）の第２シリコン濃度Ｃ２３よりも高い。図１１に示すように、第１例～第３例（グラフＦＰ１～ＦＰ３）は、第１補充流量Ｆ１（Ｆ１１～Ｆ１３）が互いに異なる。具体的には、第１例（グラフＦＰ１）の第１補充流量Ｆ１１は、第２例（グラフＦＰ２）の第１補充流量Ｆ１２よりも小さく、第２例（グラフＦＰ２）の第１補充流量Ｆ１２は、第３例（グラフＦＰ３）の第１補充流量Ｆ１３よりも小さい。
図１０及び図１１に示すように、第１補充流量Ｆ１が大きいほど、第２シリコン濃度Ｃ２が小さくなる。その結果、図１２～図１４に示すように、第２シリコン濃度Ｃ２が小さいほど、隙間Ｇが広くなる。具体的には、第２シリコン濃度Ｃ２が小さいほど、シリコン酸化膜Ｍａのエッチング量が増加する。したがって、エッチング液Ｅとの接触時間がより長くなる凹部ＲＥ側ほどシリコン酸化膜Ｍａのエッチング量が多くなり、隙間Ｇの凹部ＲＥ側がより広くなる。例えば、図１２に示す第１例の基板Ｗは、図１３に示す第２例の基板Ｗと比べて、隙間Ｇの凹部ＲＥ側が狭くなる。図１３に示す第２例の基板Ｗは、図１４に示す第３例の基板Ｗと比べて、隙間Ｇの凹部ＲＥ側が狭くなる。
続いて図１５及び図１６を参照してシリコン濃度Ｃの変化の第４例を説明する。図１５は、本実施形態の基板処理装置１００によるエッチング処理時におけるシリコン濃度Ｃの変化の第４例を示す図である。図１６は、本実施形態の基板処理装置１００によってエッチングされた後の基板Ｗの第４例を示す図である。
図１５において、縦軸は、シリコン濃度Ｃを示す。横軸は、処理時間ｔを示す。また、グラフＣＰ１４は、シリコン濃度Ｃの変化の第４例を示す。図１５に示すように、第４例では、第１シリコン濃度Ｃ１が第２シリコン濃度Ｃ２よりも高い。具体的には、第１シリコン濃度Ｃ１は高濃度であり、第２シリコン濃度Ｃ２は低濃度である。この場合、エッチング処理の初期段階では、シリコン濃度Ｃが高濃度であるため、積層構造Ｍにおいて、ほぼシリコン窒化膜Ｍｂのみがエッチングされる。その後、シリコン濃度Ｃが緩やかに減少する。その結果、図１６に示すように、エッチング液Ｅとの接触時間がより長くなる凹部ＲＥ側ほどシリコン酸化膜Ｍａのエッチング量がより多くなる。その結果、シリコン酸化膜Ｍａは、凹部ＲＥ側の部分のＹ方向の幅が小さくなり、凹部ＲＥから遠い部分ほどＹ方向の幅が大きくなる。
以上、図１～図１６を参照して本発明の実施形態１を説明した。本実施形態によれば、基板Ｗのエッチング中にエッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを変化させることができる。したがって、本実施形態によれば、シリコン酸化膜Ｍａの形状を制御して、基板Ｗを特殊な形状に加工することができる。
［実施形態２］
続いて図１７を参照して本発明の実施形態２を説明する。但し、実施形態１と異なる事項を説明し、実施形態１と同じ事項についての説明は割愛する。実施形態２は、基板処理装置１００がシリコン濃度計８６を備える点で実施形態１と異なる。
図１７は本実施形態の基板処理装置１００の構成を示す断面図である。図１７に示すように、本実施形態の基板処理装置１００は、シリコン濃度計８６を更に備える。シリコン濃度計８６は、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを計測する。シリコン濃度計８６は、計測結果を示す信号を制御部１１１に出力する。
本実施形態において、シリコン濃度計８６は、循環配管８２に介装される。したがって、シリコン濃度計８６は、循環配管８２を流通するエッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを計測する。詳しくは、シリコン濃度計８６は、循環フィルタ８５に対して下流側（内槽３１側）に配置される。したがって、シリコン濃度計８６は、異物が除去された後のエッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを計測する。よって、シリコン濃度計８６によるエッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃの計測結果の精度を高めることができる。
本実施形態において、制御部１１１は、シリコン濃度計８６によって計測されるシリコン濃度Ｃに基づいて、燐酸補充機構４の開閉弁４３（図３参照）の開閉を制御する。換言すると、制御部１１１は、シリコン濃度計８６によって計測されるシリコン濃度Ｃに基づいて、燐酸補充機構４からエッチング液Ｅに補充する燐酸の流量（燐酸補充流量Ｆ）を制御する。
より具体的には、制御部１１１は、記憶部１１２に記憶されているシリコン濃度Ｃに関する設定値と、シリコン濃度計８６によって計測されるシリコン濃度Ｃとに基づいて、燐酸補充流量Ｆを制御する。
詳しくは、記憶部１１２は、シリコン濃度Ｃに関する設定値として、エッチング処理の処理時間ｔとシリコン濃度Ｃとの関係を示すデータを記憶する。あるいは、記憶部１１２は、エッチング処理の処理時間ｔとシリコン濃度Ｃの変化率との関係を示すデータを記憶する。例えば、記憶部１１２は、図５を参照して説明したグラフＣＰ１に対応するデータを記憶してもよい。この場合、制御部１１１は、シリコン濃度計８６によって計測されるシリコン濃度Ｃが図５のグラフＣＰ１に示すシリコン濃度Ｃの変化に追従するように、燐酸補充機構４の開閉弁４３（図３参照）の開閉を制御する。この結果、基板Ｗの形状が図８に示す形状となる。
以上、図１７を参照して本発明の実施形態２を説明した。本実施形態によれば、実施形態１と同様に、基板Ｗのエッチング中にエッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを変化させることができる。したがって、本実施形態によれば、シリコン酸化膜Ｍａの形状を制御して、基板Ｗを特殊な形状に加工することができる。
［実施形態３］
続いて図１８～図２４を参照して本発明の実施形態３を説明する。但し、実施形態１、２と異なる事項を説明し、実施形態１、２と同じ事項についての説明は割愛する。実施形態３は、基板処理装置１００がシリコン供給機構４５を備える点で実施形態１、２と異なる。
図１８は本実施形態の基板処理装置１００の構成を示す断面図である。図１８に示すように、本実施形態の基板処理装置１００は、シリコン供給機構４５を更に備える。シリコン供給機構４５は、エッチング液Ｅに補充する燐酸に、シリコンを含有するシリコン含有液を供給する。なお、シリコン含有液は、例えば、シリコンを含有する懸濁液である。以下、エッチング液Ｅに補充する燐酸を、「補充燐酸」と記載する場合がある。
具体的には、シリコン供給機構４５は、シリコン供給配管４５１を有する。シリコン供給配管４５１の一端は、燐酸供給配管４２に接続している。シリコン供給配管４５１は、燐酸供給配管４２までシリコン含有液を流通させる。したがって、燐酸供給配管４２を流通する補充燐酸にシリコン含有液が供給される。その結果、燐酸供給ノズル４１から外槽３２に向けて、シリコンを含有する補充燐酸が吐出される。以下、シリコンを含有する補充燐酸を、「シリコン含有燐酸」と記載する場合がある。
続いて図１９を参照してシリコン供給機構４５の構成について更に説明する。図１９は、本実施形態の基板処理装置１００に含まれる燐酸補充機構４及びシリコン供給機構４５を示す図である。図１９に示すように、シリコン供給機構４５は、開閉弁４５２を更に有する。開閉弁４５２は、シリコン供給配管４５１に介装されている。なお、以下の説明において、燐酸補充機構４の開閉弁４３を「第１開閉弁４３」と記載し、シリコン供給機構４５の開閉弁４５２を「第２開閉弁４５２」と記載する場合がある。
第２開閉弁４５２は、例えば電磁弁である。第２開閉弁４５２は、シリコン供給配管４５１の流路を開閉して、シリコン供給配管４５１を流れるシリコン含有液の流通を制御する。詳しくは、第２開閉弁４５２が開くと、シリコン含有液がシリコン供給配管４５１を介して燐酸供給配管４２まで流れる。この結果、燐酸供給ノズル４１から、シリコン含有燐酸が吐出される。一方、第２開閉弁４５２が閉じると、シリコン含有液の流通が遮断されて、燐酸供給配管４２を流通する燐酸へのシリコン（シリコン含有液）の供給が停止する。
第２開閉弁４５２は、制御装置１１０（制御部１１１）によって制御される。制御部１１１は、基板Ｗのエッチング中に第１開閉弁４３及び第２開閉弁４５２を開閉して、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを変化させる。具体的には、制御部１１１は、基板Ｗのエッチング中に第２開閉弁４５２を開閉して、補充燐酸に供給するシリコン含有液の流量であるシリコン供給流量Ｒを制御する。また、制御部１１１は、基板Ｗのエッチング中に第１開閉弁４３を開閉して、シリコン含有燐酸の流量と、補充燐酸（新液）の流量とを制御する。
詳しくは、シリコン供給機構４５は、流量計４５３を更に有する。流量計４５３は、シリコン供給配管４５１に介装されている。流量計４５３は、シリコン供給配管４５１を流通するシリコン含有液の流量を計測する。流量計４５３は、計測結果を示す信号を制御部１１１に出力する。流量計４５３は、例えば、積算流量計であってもよい。
記憶部１１２は、シリコン供給流量Ｒの設定値を記憶している。制御部１１１は、流量計４５３によって計測されるシリコン含有液の流量と、シリコン供給流量Ｒの設定値とに基づいて、第２開閉弁４５２の開閉を制御する。換言すると、制御部１１１は、流量計４５３によって計測されるシリコン含有液の流量と、シリコン供給流量Ｒの設定値とに基づいて、補充燐酸に供給するシリコン含有液の供給流量（シリコン供給流量Ｒ）を制御する。
続いて図１８～図２４を参照して、シリコン濃度Ｃの変化の第１例～第３例を説明する。図２０は、本実施形態の基板処理装置１００によるエッチング処理時におけるシリコン濃度Ｃの変化の第１例～第３例を示す図である。図２１は、本実施形態の基板処理装置１００によるエッチング処理時におけるシリコン供給流量Ｒの推移の第１例～第３例を示す図である。図２２～図２４はそれぞれ、本実施形態の基板処理装置１００によってエッチングされた後の基板Ｗの第１例１～第３例を示す図である。
図２０において、縦軸は、シリコン濃度Ｃを示す。横軸は、処理時間ｔを示す。また、グラフＣＰ２１～ＣＰ２３はそれぞれ、シリコン濃度Ｃの変化の第１例～第３例を示す。図２１において、縦軸は、シリコン供給流量Ｒを示す。横軸は、処理時間ｔを示す。また、グラフＲＰ１～ＲＰ３はそれぞれ、シリコン含有液の供給流量（シリコン供給流量Ｒ）の推移の第１例～第３例を示す。
図２０に示すように、シリコン濃度Ｃは、基板Ｗのエッチング時に第１シリコン濃度Ｃ１から第２シリコン濃度Ｃ２に変化する。図２０に示す例では、第２シリコン濃度Ｃ２は、第１シリコン濃度Ｃ１よりも高い濃度を示す。
エッチング処理が開始して複数の基板Ｗがエッチング液Ｅに浸漬された後、シリコン濃度Ｃは増加する。第１例～第３例は、シリコン濃度Ｃが第１シリコン濃度Ｃ１から第２シリコン濃度Ｃ２まで変化するのに要する時間の長さが互いに異なる。以下、シリコン濃度Ｃが第１シリコン濃度Ｃ１から第２シリコン濃度Ｃ２まで変化するのに要する時間の長さを、「シリコン濃度変化期間」と記載する場合がある。
具体的には、第１例（グラフＣＰ２１）のシリコン濃度変化期間（ｔｓ～ｔ１１）は、第２例（グラフＣＰ２２）のシリコン濃度変化期間（ｔｓ～ｔ２１）よりも短い。換言すると、第１例は、第２例よりも早いタイミングでシリコン濃度Ｃが第１シリコン濃度Ｃ１から第２シリコン濃度Ｃ２に到達する。したがって、第１例のシリコン濃度Ｃの変化率は、第２例のシリコン濃度Ｃの変化率よりも大きい。
第２例（グラフＣＰ２２）のシリコン濃度変化期間（ｔｓ～ｔ２１）は、第３例（グラフＣＰ２３）のシリコン濃度変化期間（ｔｓ～ｔ３１）よりも短い。換言すると、第２例は、第３例よりも早いタイミングでシリコン濃度Ｃが第１シリコン濃度Ｃ１から第２シリコン濃度Ｃ２に到達する。したがって、第２例のシリコン濃度Ｃの変化率は、第３例のシリコン濃度Ｃの変化率よりも大きい。
図２１に示すように、シリコン含有液は、エッチング開始時（エッチング開始時間ｔｓ）から補充燐酸に供給される。したがって、エッチング開始時（エッチング開始時間ｔｓ）から、エッチング液Ｅにシリコン含有燐酸が補充される。具体的には、シリコン供給機構４５は、エッチング処理が開始されて複数の基板Ｗがエッチング液Ｅに浸漬されると、一定の供給流量でシリコン含有液を補充燐酸に供給し、既定時間が経過するとシリコン含有液の供給を停止する。
グラフＲＰ１～ＲＰ３に示すように、第１例～第３例は、シリコン含有液を供給する時間の長さであるシリコン供給期間と、シリコン供給流量Ｒとが互いに異なる。
具体的には、第１例（グラフＲＰ１）のシリコン供給期間（ｔｓ～ｔ１１）は、第２例（グラフＲＰ２）のシリコン供給期間（ｔｓ～ｔ２１）よりも短く、第１例（グラフＲＰ１）のシリコン供給流量Ｒ１は、第２例（グラフＲＰ２）のシリコン供給流量Ｒ２よりも大きい。この結果、図２０を参照して説明したように、第１例は、第２例よりも早いタイミングでシリコン濃度Ｃが第１シリコン濃度Ｃ１から第２シリコン濃度Ｃ２に到達し、第１例のシリコン濃度Ｃの変化率は、第２例のシリコン濃度Ｃの変化率よりも大きくなる。
第２例（グラフＲＰ２）のシリコン供給期間（ｔｓ～ｔ２１）は、第３例（グラフＲＰ３）のシリコン供給期間（ｔｓ～ｔ３１）よりも短く、第２例（グラフＲＰ２）のシリコン供給流量Ｒ２は、第３例（グラフＲＰ３）のシリコン供給流量Ｒ３よりも大きい。この結果、図２０を参照して説明したように、第２例は、第３例よりも早いタイミングでシリコン濃度Ｃが第１シリコン濃度Ｃ１から第２シリコン濃度Ｃ２に到達し、第２例のシリコン濃度Ｃの変化率は、第３例のシリコン濃度Ｃの変化率よりも大きくなる。
なお、シリコン供給期間の終了後は、シリコン濃度Ｃを第２シリコン濃度Ｃ２に維持するために、燐酸補充機構４からエッチング液Ｅに燐酸の新液が供給される。
図２０及び図２１を参照して説明したように、第１例は、第２例よりも早いタイミングでシリコン濃度Ｃが第１シリコン濃度Ｃ１から第２シリコン濃度Ｃ２に到達する。この結果、図２２及び図２３に示すように、第１例の基板Ｗ（図２２）の隙間Ｇが、第２例の基板Ｗ（図２３）の隙間Ｇよりも狭くなる。また、第２例は、第３例よりも早いタイミングでシリコン濃度Ｃが第１シリコン濃度Ｃ１から第２シリコン濃度Ｃ２に到達する。この結果、図２３及び図２４に示すように、第２例の基板Ｗ（図２３）の隙間Ｇが、第３例の基板Ｗ（図２４）の隙間Ｇよりも狭くなる。
ここで、図９を参照して、作業者によって制御装置１１０に入力されるデータを説明する。本実施形態では、作業者は、シリコン供給流量Ｒの設定値として、エッチング処理の処理時間ｔとシリコン供給流量Ｒとの関係を示すデータを入力する。例えば、作業者は、シリコン供給流量Ｒの設定値として、図２１を参照して説明したグラフＲＰ１に対応するデータを入力してもよい。この場合、制御部１１１は、シリコン供給機構４５の流量計４５３によって計測されるシリコン含有液の流量と、シリコン供給流量Ｒの設定値とに基づいて、図２１のグラフＲＰ１に示すようにシリコン供給流量Ｒを制御する。この結果、エッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃが図２０のグラフＣＰ２１に示すように変化して、基板Ｗの形状が図２２に示す形状となる。
以上、図１８～図２４を参照して本発明の実施形態３を説明した。本実施形態によれば、実施形態１と同様に、基板Ｗのエッチング中にエッチング液Ｅのシリコン濃度Ｃを変化させることができる。したがって、本実施形態によれば、シリコン酸化膜Ｍａの形状を制御して、基板Ｗを特殊な形状に加工することができる。
なお、基板処理装置１００は、実施形態２と同様に、シリコン濃度計８６を備えてもよい。この場合、制御部１１１は、シリコン濃度計８６によって計測されるシリコン濃度Ｃに基づいて、シリコン供給機構４５の開閉弁４５２の開閉を制御する。換言すると、制御部１１１は、シリコン濃度計８６によって計測されるシリコン濃度Ｃに基づいて、補充燐酸に供給するシリコン含有液の流量（シリコン供給流量Ｒ）を制御する。
より具体的には、制御部１１１は、記憶部１１２に記憶されているシリコン濃度Ｃに関する設定値と、シリコン濃度計８６によって計測されるシリコン濃度Ｃとに基づいて、シリコン供給流量Ｒを制御する。
詳しくは、記憶部１１２は、シリコン濃度Ｃに関する設定値として、エッチング処理の処理時間ｔとシリコン濃度Ｃとの関係を示すデータを記憶する。あるいは、記憶部１１２は、エッチング処理の処理時間ｔとシリコン濃度Ｃの変化率との関係を示すデータを記憶する。例えば、記憶部１１２は、図２０を参照して説明したグラフＣＰ２１に対応するデータを記憶してもよい。この場合、制御部１１１は、シリコン濃度計８６によって計測されるシリコン濃度Ｃが図２０のグラフＣＰ２１に示すシリコン濃度Ｃの変化に追従するように、シリコン供給機構４５の開閉弁４５２の開閉を制御する。
以上、図面（図１～図２４）を参照して本発明の実施形態について説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施できる。また、上記の実施形態に開示される複数の構成要素は適宜改変可能である。例えば、ある実施形態に示される全構成要素のうちのある構成要素を別の実施形態の構成要素に追加してもよく、又は、ある実施形態に示される全構成要素のうちのいくつかの構成要素を実施形態から削除してもよい。
図面は、発明の理解を容易にするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚さ、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の構成は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、図１～図２４を参照して説明した実施形態では、補充燐酸は処理槽３の外方から処理槽３内のエッチング液Ｅに補充されたが、補充燐酸は処理槽３の内側においてエッチング液Ｅに供給されてもよい。
本発明は、基板を処理する分野に有用である。
３ ：処理槽
４ ：燐酸補充機構
４１ ：燐酸供給ノズル
４２ ：燐酸供給配管
４３ ：開閉弁、第１開閉弁
４４ ：流量計
４５ ：シリコン供給機構
８６ ：シリコン濃度計
１００ ：基板処理装置
１１０ ：制御装置
１１１ ：制御部
１１２ ：記憶部
１１３ ：入力部
４５１ ：シリコン供給配管
４５２ ：開閉弁、第２開閉弁
４５３ ：流量計
Ｅ ：エッチング液
Ｇ ：隙間
Ｍ ：積層構造
Ｍａ ：シリコン酸化膜
Ｍｂ ：シリコン窒化膜
Ｗ ：基板

Claims (14)

  1. 交互に積層されたシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを有する基板を、処理槽において、燐酸を含有するエッチング液でエッチングする基板処理方法であって、
    前記エッチング液中に前記基板を浸漬させる工程と、
    前記基板のエッチング中に前記処理槽内の前記エッチング液に燐酸を補充して、前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる工程と
    を包含する、基板処理方法。
  2. 前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる工程において、前記基板を用いて製造される半導体デバイスの構造に応じて設定された燐酸の補充流量の設定値に基づいて、前記エッチング液に補充する前記燐酸の補充流量が制御される、請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる工程において、前記基板のエッチング中に計測される前記エッチング液のシリコン濃度に基づいて、前記燐酸の補充流量が制御される、請求項１に記載の基板処理方法。
  4. 前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる工程において、前記エッチング液に補充する前記燐酸に、シリコンを含有するシリコン含有液を供給する、請求項１に記載の基板処理方法。
  5. 前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる工程において、前記基板を用いて製造される半導体デバイスの構造に応じて設定されたシリコン含有液の供給流量の設定値に基づいて、前記燐酸に供給する前記シリコン含有液の供給流量が制御される、請求項４に記載の基板処理方法。
  6. 前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる工程において、前記基板のエッチング中に計測される前記エッチング液のシリコン濃度に基づいて、前記シリコン含有液の供給流量が制御される、請求項４に記載の基板処理方法。
  7. 前記半導体デバイスの前記構造は、前記半導体デバイスにおいて積層方向に隣り合う前記シリコン酸化膜間の隙間の大きさを示す、請求項２又は請求項５に記載の基板処理方法。
  8. 交互に積層されたシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを有する基板を、燐酸を含有するエッチング液でエッチングする基板処理装置であって、
    前記エッチング液を貯留する処理槽と、
    前記処理槽に貯留されている前記エッチング液内で前記基板を保持する基板保持部と、
    前記処理槽内の前記エッチング液に燐酸を補充する燐酸補充機構と、
    前記基板のエッチング中に前記燐酸補充機構を制御して、前記エッチング液のシリコン濃度を変化させる制御部と
    を備える、基板処理装置。
  9. 前記制御部は、前記基板を用いて製造される半導体デバイスの構造に応じて設定された燐酸の補充流量の設定値に基づいて、前記基板のエッチング中に前記燐酸補充機構を制御する、請求項８に記載の基板処理装置。
  10. 前記エッチング液のシリコン濃度を計測するシリコン濃度計を更に備え、
    前記制御部は、前記基板のエッチング中に前記シリコン濃度計によって計測されるシリコン濃度に基づいて、前記基板のエッチング中に前記燐酸補充機構を制御する、請求項８に記載の基板処理装置。
  11. 前記エッチング液に補充する前記燐酸に、シリコンを含有するシリコン含有液を供給するシリコン供給機構を更に備える、請求項８に記載の基板処理装置。
  12. 前記制御部は、前記基板を用いて製造される半導体デバイスの構造に応じて設定されたシリコン含有液の供給流量の設定値に基づいて、前記基板のエッチング中に前記シリコン供給機構を制御する、請求項１１に記載の基板処理装置。
  13. 前記エッチング液のシリコン濃度を計測するシリコン濃度計を更に備え、
    前記制御部は、前記基板のエッチング中に前記シリコン濃度計によって計測されるシリコン濃度に基づいて、前記基板のエッチング中に前記シリコン供給機構を制御する、請求項１１に記載の基板処理装置。
  14. 前記半導体デバイスの前記構造は、前記半導体デバイスにおいて積層方向に隣り合う前記シリコン酸化膜間の隙間の大きさを示す、請求項９又は請求項１２に記載の基板処理装置。
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