JP2936498B2 - エッチング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエッチング方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体ウエハの処理工程において
は、各工程間にてウエハ表面が空気中に曝されることに
よりウエハ表面上に自然酸化膜が形成されるが、この状
態で次の成膜が行われると所要の素子特性を得られない
ことがあるので、この自然酸化膜を除去することが必要
である。

【０００３】従来自然酸化膜を除去する方法としては、 （１）フッ酸溶液などの薬液中にウエハを浸漬するウェ
ットエッチングによる方法 （２）無水フッ酸溶液中に窒素などのキャリアガスを通
し、このキャリアガスによりフッ酸蒸気をプロセスチャ
ンバー内に導入してウエハ表面をドライエッチングする
方法などが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら薬液中に
ウエハを浸漬する方法にあっては、溶液中の重金属によ
る汚染や、離脱粒子の再付着によるパーティクルの増加
のおそれがあるし、更には回路パターンが微細になって
くると溶液がトレンチ構造の微小孔内部まで十分侵入し
ないおそれもある。

【０００５】一方無水フッ酸溶液や共沸フッ酸溶液の蒸
気を用いてエッチングを行う方法にあっては、重金属に
よる汚染や離脱粒子の再付着のおそれは少ないし、気相
反応を利用しているので微小孔の洗浄にも適している
が、蒸発源として例えばＮ_２などのガスをキャリアとし
て用いているため、エッチング量はキャリアガス流量に
強く依存する。この場合少流量を制御するのは難しく例
えば１０００〜２０００オングストローム／ｍｉｎと非
常に大きい。

【０００６】このため例えば自然酸化膜が１５〜２０オ
ングストローム程度と極めて薄い場合には、コントロー
ルが非常に難かしいし、更にウエハ表面の各部の気流の
状態の差がそのままエッチングレートの大きな差となっ
て現われるから、結局ウエハ表面において薄い自然酸化
膜を均一に除去することは極めて困難である。

【０００７】そしてまたこの方法では、洗浄後にウエハ
表面に水分が付着した場合には、その付着部分において
フッ酸によるエッチングが進行してしまい、これによっ
てエッチング処理の面内均一性が一層悪くなってしま
う。

【０００８】本発明はこのような事情のもとになされた
ものであり、その目的は、被処理体上に形成された自然
酸化膜などの薄い膜を均一にエッチングすることのでき
るエッチング方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、フッ酸溶液な
どの蒸気を用いて気相反応によりエッチングを行うにあ
たって、蒸発源のエッチング液の濃度を小さくするとい
う着想にもとずくと共に、この場合には例えば水とフッ
酸とが比重の差により均一な状態を維持できないことか
ら、エッチング液の均一性を維持するために工夫を凝ら
したものである。

【００１０】具体的には本発明は、エッチング液を貯留
する第１のエッチング液貯留槽と、この第１のエッチン
グ液貯留槽のエッチング液の上方空間に接続され、被処
理体を前記エッチング液の蒸気によりエッチングするた
めの処理槽と、前記エッチング液の上方空間と処理槽内
とを連通状態または遮断状態とするための開閉手段と、
を設けて被処理体をエッチングする方法において、純水
により希釈されたエッチング液を第１のエッチング液貯
留槽とこの第１のエッチング液貯留槽よりも容量の大き
い第２のエッチング液貯留槽との間で循環させることに
よって、純水とエッチング液との比重差による分離を抑
えて均一な混合を図る工程と、処理槽内と第１のエッチ
ング液貯留槽のエッチング液の上方空間との間を開閉手
段により遮断した状態で、前記処理槽内に被処理体を搬
入する工程と、前記エッチング液の循環及び被処理体の
搬入を行った後、前記開閉手段を開いて、第１のエッチ
ング液貯留槽から発生したエッチング液の蒸気により被
処理体の表面の自然酸化膜をエッチングする工程と、を
備えたことを特徴とする。また本発明では、第１のエッ
チング液貯留槽または第２のエッチング液貯留槽の少な
くとも一方に温度制御部を設けて、エッチング液の温度
を所定の温度範囲に維持することにより、エッチング液
の蒸気の濃度を安定化させるようにしてもよい。

【００１１】

【作用】例えば純水により所定濃度に希釈されたフッ酸
溶液をエッチング液として用い、２つのエッチング液貯
留槽の間でエッチング液を循環させると、水とフッ酸と
は比重差があるが、循環によりエッチング液は均一な濃
度に維持される。この均一な濃度のエッチング液が常時
あるいは定期的に第２のエッチング液貯留槽に供給され
るので、水とフッ酸とは分離することなく、蒸気中のフ
ッ酸濃度が常に一定に維持される。

【００１２】

【実施例】以下本発明をウエハ表面の自然酸化膜を除去
する方法に適用した実施例について説明する。

【００１３】図１はこの実施例に用いられる装置を示す
概略図であり、処理槽１の下方側には開閉手段である開
閉バルブ１１を介して、例えば約２００ｍｌのフッ酸溶
液を貯留する第１のエッチング液貯留槽２（以下「第１
の貯留槽」という。）が設置されている。前記処理槽１
の天井部は、図示しない昇降機構により昇降されて処理
槽１を密閉、開放する蓋体１２により構成されており、
この蓋体１２の中央部には、駆動部３１により鉛直軸の
まわりに回動する回動軸３２が磁気シール部３３を介し
て、処置槽１内に挿入されている。

【００１４】前記回動軸３２の下端には、吸引あるいは
把持爪などの把持によってウエハを保持する保持盤３が
取り付けられており、ウエハはこの保持盤３によって例
えば１〜２０００ｒｐｍの回転数で回転する。

【００１５】前記処理槽１には、前記蓋体１２を開いた
ときに、処理槽１内のフッ酸蒸気の外部への拡散を抑え
るためにシャッタ１３により開閉される排気口１４が形
成されており、この排気口１４の外側は図示しない排気
手段例えば排気ポンプなどにより負圧になっていて、シ
ャッタ１３を開くことにより処理槽１内の気体が排気口
１４により排気される。

【００１６】前記蓋体１２、及び保持盤３の下方側にお
ける処理槽１の側壁には、夫々窒素ガスの導入孔１５及
び排気孔１６が形成されており、これら導入孔１５及び
排気孔１６を介して窒素ガスを通流することによって、
フッ酸蒸気に対する磁気シール部３３の保護を行うと共
に、シャッタ１３を開いて処理槽１内を排気するときに
ガスを置換するようにしている。

【００１７】前記第１の貯留槽２の下方側には、例えば
約４１のフッ酸溶液を貯留するための第２のエッチング
貯留槽（以下「第２の貯留槽」という。）４が設置され
ており、これら貯留槽２、４の間には、希釈されたエッ
チング液である例えば濃度１〜５％のフッ酸溶液を第２
の貯留槽４から第１の貯留槽２へ供給するための供給管
４１と、第１の貯留槽２から第２の貯留槽４に返送する
ための返送管４２とが連結されている。この例では前記
供給管４１及び返送管４２によって循環路が構成され
る。

【００１８】前記供給管４１には、第２の貯留槽４内の
フッ酸溶液を吸い上げるためのポンプＰ１及びフッ酸溶
液中のパーティクルを除去するためのフィルタＦが設け
られると共に、前記返送管４２の上端は第１の貯留槽２
内に突入されていて、これをオーバーフローしたフッ酸
溶液が流下することによりフッ酸溶液の交換及び液面レ
ベルの一定化を図っている。

【００１９】前記第２の貯留槽４には、エッチング原液
例えば濃度５０％の高濃度のフッ酸溶液を容器５からポ
ンプＰ２を介して導入するための第１の導入管５１、及
び純水を導入するための第２の導入管６が設けられると
共に、フッ酸溶液の温度を例えば２０〜２５℃の範囲に
維持するために冷却水パイプ７及びヒータ８が取り付け
られている。

【００２０】次に上述の装置を用いてウエハの自然酸化
膜を除去する様子について説明する。先ず容器５内のエ
ッチング原液（５０％フッ酸溶液）及び純水を例えば１
〜５％程度のフッ酸溶液が得られるように、夫々導入管
５１、６を介して第２の貯留槽４内に所定量導入し、ポ
ンプＰ１により第１の貯留槽２内に吸い上げて、フッ酸
溶液を貯留槽２、４の間を例えば約２０分間循環させる
ことにより撹拌し、これにより純水とエッチング原液と
を均一に混合する。

【００２１】このときには開閉バルブ１１は閉じられて
おり、処理槽１内と第１の貯留槽２との間を連通する空
間が遮断されている。また蓋体１２は鎖線の位置に置か
れていて処理槽１内は解放されている。次いで図示しな
い搬送アームにより搬送された被処理体であるウエハＷ
を、エッチングすべき面を下方に向けて保持盤３に保持
し、その後図示しない昇降機構により蓋体１２を閉じて
処理槽１内を密閉状態とする。

【００２２】しかる後駆動部３１により保持盤３をウエ
ハＷと共に回転させ、例えば所定の回転数に達した後開
閉バルブ１１を開き、これによって第１の貯留槽２より
のフッ酸蒸気を処理槽１内に取り込んでウエハＷに巻き
込み、フッ酸のエッチング作用によってウエハＷの自然
酸化膜を除去する。蓋体１２が閉じられている間は先述
したように導入孔１５から導入された窒素ガスが保持盤
３と処理槽１の内壁との間を通って排気孔１６より排気
され、これによってフッ酸蒸気の磁気シール部３３への
侵入を防いでいる。

【００２３】１枚のウエハＷに対するエッチング処理時
間は、自然酸化膜の厚さやフッ酸溶液の濃度にも依存す
るが、例えば５オングストローム程度の自然酸化膜を除
去する場合約３０秒である。

【００２４】このようなエッチングが終了した後、開閉
バルブ１１を閉じると共に、有害なフッ酸蒸気が大気中
に放散するのを防ぐためにシャッタ１３を開いて図示し
ない排気ポンプなどにより処理槽１内を吸引排気し、導
入孔１５よりの窒素ガスによって処理槽１内のガスをあ
る程度置換する。続いて図示しない昇降機構により蓋体
１２を開いて鎖線の位置まで上昇させ、保持盤３に保持
されているウエハＷを、図示しない搬送アームによって
次の未処理のウエハＷと交換し、同様の操作を繰り返
す。

【００２５】ここで例えば開閉バルブ１１を閉じている
間、フッ酸溶液を第１の貯留槽２及び第２の貯留槽４間
を循環させ、例えば第１の貯留槽２内に、１分間当り当
該貯留槽２内の液量の３倍のフッ酸溶液を流入させるよ
うにしている。従ってフッ酸溶液はこの循環により常に
撹拌されており、しかも第１の貯留槽２内には常に新た
なフッ酸溶液が入ってくるので、フッ酸と水とが分離す
ることなくフッ酸の蒸気濃度が安定し、自然酸化膜に対
して均一なエッチング処理が行われる。

【００２６】この場合、開閉バルブ１１が閉じられてい
るときのみならず、開閉バルブ１１を開いてエッチング
を行なっているときにおいても循環させるようにしても
よく、また循環の方法としては、フッ酸溶液を連続して
循環させてもよいし、あるいは間欠的に循環させてもよ
い。

【００２７】更に上述実施例において、第１の貯留槽２
内に撹拌手段及び温度制御手段を設けるようにしてもよ
いし、あるいは第２の貯留槽４内に撹拌手段を設けても
よく、第１の貯留槽２内を撹拌しながら例えば０、１℃
の精度の温度制御を行えば、フッ酸蒸気の濃度がより一
層安定する。

【００２８】また本発明では第２の貯留槽４内に高濃度
のフッ酸と純水を導入して混合する代りに、別途均一に
希釈したフッ酸溶液を作っておき、これを第２の貯留槽
４内に導入してもよく、この場合システムの立上げ時や
フッ酸溶液の交換時に直ちに処理を開始することができ
る。

【００２９】そしてまた本発明は、ウエハの自然酸化膜
以外の薄膜を除去する方法に適用してもよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、容量の小さい第１の貯
留槽と容量の大きい第２の貯留槽との間を、希釈された
エッチング液を循環させ、第１の貯留槽をエッチング蒸
気の蒸発源としているため、例えば予め循環路を介して
撹拌することにより、均一に希釈されたエッチング液を
第２の貯留槽に貯留しておくことによって、第１の貯留
槽には常に均一な濃度のエッチング液が満たされるか
ら、エッチング液の蒸気濃度は常に安定している。しか
も希釈されたエッチング液を用いて小さなエッチングレ
ートでエッチングするようにしているので、制御性が良
く、また被処理体に付着する水分の影響も受けないの
で、この結果自然酸化膜などの薄膜に対して面方向の均
一性の高いエッチングを行うことができる。

【００３１】これに対して第１の貯留槽のみを用いた場
合には、容量がある程度大きくないと均一に混合するこ
とが困難である上、時間が立つにつれてエッチング原液
と溶媒とが比重差で分離するので安定したエッチングが
できないし、また第１の貯留槽を仮に大きくすると、洗
浄装置の配置に制限が加わりシステムの設計上得策では
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に用いる装置構成の概略を示す
縦断側面図である。

【符号の説明】

１ 処理槽 １１ 開閉バルブ １２ 蓋体 ２ 第１のエッチング液貯留槽 ３ 保持盤 ４ 第２のエッチング液貯留槽 ４１ 供給管 ４２ 返送管 Ｗ ウエハ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−148820（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−56220（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−106927（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−80540（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−9518（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−252135（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/306 H01L 21/308 H01L 21/304 H01L 21/302

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エッチング液を貯留する第１のエッチン
   グ液貯留槽と、この第１のエッチング液貯留槽のエッチ
   ング液の上方空間に接続され、被処理体を前記エッチン
   グ液の蒸気によりエッチングするための処理槽と、前記
   エッチング液の上方空間と処理槽内とを連通状態または
   遮断状態とするための開閉手段と、を設けて被処理体を
   エッチングする方法において、 純水により希釈されたエッチング液を第１のエッチング
   液貯留槽とこの第１のエッチング液貯留槽よりも容量の
   大きい第２のエッチング液貯留槽との間で循環させるこ
   とによって、純水とエッチング液との比重差による分離
   を抑えて均一な混合を図る工程と、 処理槽内と第１のエッチング液貯留槽のエッチング液の
   上方空間との間を開閉手段により遮断した状態で、前記
   処理槽内に被処理体を搬入する工程と、 前記エッチング液の循環及び被処理体の搬入を行った
   後、前記開閉手段を開いて、第１のエッチング液貯留槽
   から発生したエッチング液の蒸気により被処理体の表面
   の自然酸化膜をエッチングする工程と、を備えたことを
   特徴とするエッチング方法。
2. 【請求項２】 第１のエッチング液貯留槽または第２の
   エッチング液貯留槽の少なくとも一方に温度制御部を設
   けて、エッチング液の温度を所定の温度範囲に維持する
   ことにより、エッチング液の蒸気の濃度を安定化させる
   ことを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。