JP3418330B2 - スピンエッチ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造プロセ
スにおけるシリコン酸化膜の選択的な除去に用いられる
スピンエッチ方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体製造プロセスにおいて、基板の片
面のみに不純物拡散を行う場合、基板の両面にシリコン
酸化膜を形成した後に、不純物拡散を行う面にのみシリ
コン酸化膜の選択的な除去を行い、もう一方の面にはシ
リコン酸化膜をそのまま残すことが行われている。この
ような片面エッチング処理には、従来はディップ法かス
ピンエッチ法が用いられている。 【０００３】図６はディップ法による片面エッチング処
理を用いた不純物拡散プロセスを示す。このプロセスで
は、まず、同図（ａ）に示すように、シリコンからなる
ウェハ１０の両面表層部にシリコン酸化膜１１，１１を
形成する。次いで、不純物拡散を行う面に、不純物拡散
を行う部分を除いてレジスト膜１２を形成し、更に、不
純物拡散を行わない面には、全面的にレジスト膜１２を
形成する（同図（ｂ）、（ｃ）参照）。 【０００４】ウェハ１０の両面にレジスト膜１２，１２
が形成されると、ウェハ１０を複数枚を一組として支持
具２０にセットし、その支持具２０を処理槽３０内の薬
液４０（エッチング液）に浸漬する（同図（ｄ）参
照）。これにより、不純物拡散を行う面の、不純物拡散
を行う部分で、シリコン酸化膜１１が除去される（同図
（ｅ）参照）。薬液４０としては、フッ化水素とフッ化
アンモニウムを主成分とするバッファードフッ酸水溶液
が使用される。 【０００５】シリコン酸化膜１１の選択的なエッチング
が終わると、両面のレジスト膜１２，１２を除去し（同
図（ｆ）参照）、不純物拡散を行う面に不純物拡散処理
を行う。これにより、シリコン酸化膜１１の除去された
部分に不純物拡散部１３が形成される（同図（ｇ）参
照）。 【０００６】また、図７はスピンエッチ法による片面エ
ッチング処理を用いた不純物拡散プロセスを示す。この
プロセスでは、まず、同図（ａ）に示すように、シリコ
ンからなるウェハ１０の両面表層部にシリコン酸化膜１
１，１１を形成する。次いで、不純物拡散を行う面にの
み、不純物拡散を行う部分を除いてレジスト膜１２を形
成する。 【０００７】ウェハ１０の片面にレジスト膜１２が形成
されると（同図（ｂ）参照）、レジスト膜１２が形成さ
れた面を上にして、ウェハ１０を自動枚葉式のスピンエ
ッチ装置にセットする（同図（ｃ）参照）。自動枚葉式
のスピンエッチ装置は、チャック５０の上にウェハ１０
を固定し、これを回転させながら、ウェハ１０の表面
（上面）に薬液４０（エッチング液）を滴下する。これ
により、不純物拡散を行う面の、不純物拡散を行う部分
で、シリコン酸化膜１１が選択的に除去される（同図
（ｄ）参照）。滴下された薬液４０は回収され、循環使
用される。この薬液４０としては、やはりバッファード
フッ酸水溶液が使用される。 【０００８】シリコン酸化膜１１の選択的なエッチング
が終わると、両面のレジスト膜１２，１２を除去し（同
図（ｅ）参照）、不純物拡散を行う面に不純物拡散処理
を行う。これにより、シリコン酸化膜１１の除去された
部分に不純物拡散部１３が形成される（同図（ｆ）参
照）。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の不純物拡散プロセスには、その片面エッチング処理に
関連して次のような問題がある。 【００１０】ディップ法による片面エッチング処理で
は、シリコン酸化膜１１のエッチングに先立って、ウェ
ハ１０の不純物拡散を行う面に、パターニングされたレ
ジスト膜１２が形成され、更に、不純物拡散を行わない
面にもレジスト膜１２が形成される。そして、不純物拡
散を行わない面にレジスト膜１２を形成するとき、先に
形成された不純物拡散を行う面のパターニングされたレ
ジスト膜１２が支持具等により傷つき、ピンホールを生
じる危険性がある。このようなピンホールが発生する
と、シリコン酸化膜１１をエッチングするときに、シリ
コン酸化膜１１を残す部分でシリコン酸化膜１１にピン
ホールが発生し、これが不純物拡散時に異常拡散層を形
成し、特性不良を発生させる原因になる。 【００１１】これに対し、スピンエッチ法による片面エ
ッチング処理では、不純物拡散を行う面にのみ薬液４０
が接触し、不純物拡散を行わない面にレジスト膜１２を
形成する必要がないため、不純物拡散を行う面に形成さ
れたレジスト膜１２が損傷する危険性がない。このた
め、異常拡散層の形成による特性不良は生じない。 【００１２】しかし、スピンエッチ法による片面エッチ
ング処理に使用される自動枚葉式のスピンエッチ装置
は、薬液４０を循環使用する構成であり、しかも、処理
槽内にウェハ１０を固定するために、通常は、窒素ガス
を使用するベルヌーイ式のチャック５０を用いるため、
処理槽内がドライな雰囲気となる。このため、エッチン
グ処理中に、薬液４０であるバッファードフッ酸水溶液
の蒸発が進み、エッチング処理枚数が増加するに連れ
て、薬液４０中のフッ化アンモニウムが結晶化する。 【００１３】こうして発生した結晶は、チャック５０上
のウェハ１０を確認する誤載センサを誤動作させ、装置
を停止させる原因になる。加えて、薬液配管を詰まらせ
る原因になり、薬液回収ラインを詰まらせた場合は薬液
４０がカップ内に溢れ、装置が非常停止する。 【００１４】これらの問題のため、スピンエッチ装置の
稼働率が低下するのみならず、薬液４０の循環経路を頻
繁に清掃する必要性から、装置のメンテナンスが大変で
あった。 【００１５】また、薬液４０の蒸発に伴い、薬液４０中
のフッ化水素濃度が上昇し、エッチングレートが上がる
ために、そのレート管理が困難になる。このため、薬液
４０の使用回数（処理枚数）が制限される。 【００１６】更に、薬液４０の全体的な濃度上昇によ
り、その粘度が変化し、サックバック（Ｓｕｃｋ Ｂａ
ｃｋ）の制御範囲外となることにより、試料上に液滴れ
し結晶が付着するおそれがある。 【００１７】更にまた、その濃度上昇によって薬液量が
減少する点からも、薬液４０の使用回数（処理枚数）が
制限される。 【００１８】本発明は上記従来の問題を解決するもので
あり、その目的は、循環使用されるバッファードフッ酸
水溶液の蒸発に起因する諸問題、即ち結晶の発生、エッ
チングレートの上昇、試料上への液滴れによる結晶付着
及び薬液量の減少を全て解決できるスピンエッチ方法を
提供することにある。 【００１９】 【課題を解決するための手段】本発明のスピンエッチ方
法は、バッファードフッ酸水溶液を薬液として循環使用
する自動枚葉式のスピンエッチ装置を用いて、基板の表
面に形成されたシリコン酸化膜を選択的に除去する工程
と、該薬液の循環使用に伴って減少する液中の純水成分
を補給する工程とを包含しており、該純水成分を補給す
るために、該薬液によるエッチング処理の直後に、エッ
チング処理位置にて該基板上にリンス用の純水を滴下
し、そのことにより上記目的が達成される。 【００２０】 【００２１】 【００２２】まず、本発明の完成に至った経緯について
説明する。ディップ法による片面エッチング処理では、
不純物拡散を行わない面のレジストカバーを省略できな
いため、不純物拡散を行う面のレジスト膜が損傷する危
険性が高い。そこで、本発明では不純物拡散を行わない
面のレジストカバーを省略でき、この省略により、不純
物拡散を行う面のレジスト膜の損傷を回避できるスピン
エッチ法を採用した。 【００２３】そして、このスピンエッチ法での諸問題を
解決するために、その原因である薬液の蒸発現象を調査
した。具体的には、薬液タンク内の薬液のモル濃度の推
移を調査した。その結果、フッ化水素とフッ化アンモニ
ウムのモル比の変動は少なく、薬液の蒸発成分は殆どが
純水成分であることが判明した。 【００２４】また、薬液濃度が上昇するほど結晶の発生
が促進されること、その結晶は薬液には溶けにくいが、
純水には溶けやすいことが判明した。 【００２５】以上の結果より、薬液から蒸発した純水成
分を補給することにより、スピンエッチ法での諸問題を
解決できることが明らかとなり、本発明を完成させるこ
とができた。 【００２６】以下に、本発明の作用を、本発明スピンエ
ッチ方法の実施形態に使用される図１のスピンエッチ装
置を参照して、具体的に説明する。 【００２７】両面表層部にシリコン酸化膜が形成され、
不純物拡散を行う面にのみ、不純物拡散を行う部分を除
いてレジスト膜が形成されたシリコンウェハ１０を、レ
ジスト膜を上にしてスピンエッチ装置のチャック５０上
に載置する。 【００２８】チャック５０はベルヌーイ式であり、窒素
ガスの吹き出しにより、載置されたウェハ１０を固定す
る。 【００２９】ウェハ１０のセットが終わると、チャック
５０を下段のエッチング処理位置に下降させ、軸回りに
回転させながら、薬液供給管７０からウェハ１０の表面
上に薬液４０を滴下する。この薬液４０はカップ６０の
下室６３を介して薬液タンクに回収されることにより、
循環使用される。 【００３０】薬液４０の滴下が終わると、従来方法で
は、チャック５０を上段の純水リンス位置へ上昇させ、
純水供給管８０からウェハ１０の表面上に純水を滴下し
ており、これにより、ウェハ１０の表面でのエッチング
反応が停止する。ウェハ１０の表面上に滴下された純水
はカップ６０の上室６２を経由してドレインに排出され
る。 【００３１】このようにして、ウェハ１０の不純物拡散
を行う面の、不純物拡散を行う部分で、シリコン酸化膜
が選択的に除去される。即ち、ウェハ１０の不純物拡散
を行う面が選択的にエッチングされる。 【００３２】このような片面エッチング処理では、薬液
４０であるバッファードフッ酸水溶液が循環使用され
る。しかも、チャック５０上にウェハ１０を保持するた
めに窒素ガスが使用されることから、処理槽内はドライ
な雰囲気となる。このため、薬液４０の循環使用中に薬
液４０中の純水成分の蒸発が進み、これが、結晶の発
生、エッチングレートの上昇、試料上への液滴れによる
結晶付着、及び薬液量の減少につながる。 【００３３】そこで、本発明スピンエッチ方法では、エ
ッチング処理位置で薬液４０の滴下を停止した後、チャ
ック５０をエッチング処理位置に固定したままで、純水
供給管８０からチャック５０上のウェハ１０の表面に純
水を滴下する。滴下された純水は、ウェハ１０の表面上
からカップ６０の下室６３を経由して薬液タンクに流入
する。これにより、循環使用される薬液４０から蒸発し
た純水成分が補給される。 【００３４】このようにして、ウェハ１０を１枚処理す
るごとに、或いは所定枚数処理するごとに、その処理で
蒸発した純水成分を補給することにより、薬液４０中の
フッ化アンモニウムの結晶化が防止される。また、仮に
結晶が発生しても、発生した結晶が溶けやすくなる。 【００３５】また、薬液４０中のフッ化水素濃度の上昇
が抑えられ、これによるエッチングレートの上昇が抑え
られると共に、薬液４０の全体的な濃度上昇による薬液
量の減少が抑えられる。 【００３６】更に、薬液４０の全体的な濃度上昇による
粘度の変化も抑えられる。 【００３７】 【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づき具体的に説明する。 【００３８】図１は本発明スピンエッチ方法の実施形態
に使用される自動枚葉式スピンエッチ装置の概略構成図
である。 【００３９】このスピンエッチ装置は、ウェハ１０を支
持するベルヌーイ式のチャック５０と、チャック５０を
収容するカップ６０と、チャック５０上に支持されたウ
ェハ１０の表面（上面）に薬液４０（エッチング液）を
滴下する薬液供給管７０と、薬液４０によるエッチング
処理に続いて純水リンスを行うための純水供給管８０と
を備えている。薬液４０としては、前述したバッファー
ドフッ酸水溶液が使用される。 【００４０】ベルヌーイ式のチャック５０は、カップ６
０の底部を貫通して設けられている。このチャック５０
は、ウェハ載置面から窒素ガスを吹き出すためのガス供
給路５１を有し、窒素ガスの吹き出しにより、ウェハ載
置面上にウェハ１０を保持すると共に、ウェハ１０の裏
面（下面）に薬液４０が付着するのを防止する。また、
チャック５０は、ウェハ１０を回転させるために軸回り
に回転すると共に、後述するエッチング位置と純水リン
ス位置の切り替えを行うために軸方向に駆動される。こ
のチャック５０の詳細は、例えば特開平１−２４０６８
２号公報（特許第２６４８４４９号）に記載されてい
る。 【００４１】チャック５０を収容するカップ６０は、仕
切り板６１によって内部が上室６２と下室６３に分割さ
れている。 【００４２】エッチングを行うときは、チャック５０上
のウェハ１０の表面に滴下された薬液４０が下室６３内
に回収されるように、チャック５０は下段に位置する。
下室６３に回収された薬液４０は、図示されない薬液タ
ンクに戻り、再び薬液供給管７０からチャック５０上の
ウェハ１０の表面に滴下される。このようにして薬液４
０は循環使用される。 【００４３】エッチングに続く純水リンスでは、チャッ
ク５０は上段に位置する。これにより、チャック５０上
のウェハ１０の表面に滴下された純水は上室６２内に流
入し、図示されないドレインに排出される。 【００４４】チャック５０を昇降させる代わりに、カッ
プ６０を昇降させることもできるが、いずれにしても、
チャック５０上のウェハ１０の表面に滴下された液体を
下室６３によって受ける位置がエッチング位置であり、
その液体を上室６２によって受ける位置が純水リンス位
置である。 【００４５】次に、上記自動枚葉式のスピンエッチ装置
を使用した本発明スピンエッチ方法の実施形態を説明す
る。 【００４６】両面表層部にシリコン酸化膜が形成された
シリコンウェハ１０の、不純物拡散を行う面にのみ、不
純物拡散を行う部分を除いてレジスト膜を形成する。そ
のレジスト膜を上にして、ウェハ１０をスピンエッチ装
置のチャック５０上に載置し、窒素ガスの吹き出しによ
りウェハ１０をチャック５０上に固定する。チャック５
０を下段のエッチング位置に下降させ、軸回りに回転さ
せながら、薬液供給管７０からウェハ１０の表面上に薬
液４０を滴下する。滴下された薬液４０はカップ６０の
下室６３を介して薬液タンクに回収され、循環使用され
る。 【００４７】薬液４０の滴下が終わると、チャック５０
をエッチング処理位置に固定したままで、純水供給管８
０からチャック５０上のウェハ１０の表面に純水を滴下
する。滴下された純水は、ウェハ１０の表面上からカッ
プ６０の下室６３を経由して薬液タンクに流入する。こ
れにより、循環使用される薬液４０から蒸発した純水成
分が補給される。 【００４８】ここにおける純水の滴下量は、純水成分の
補充を行わない場合の薬液タンク内の薬液減少量をウェ
ハ１０の総処理枚数で等分して、ウェハ１０を１枚処理
した場合の薬液蒸発量を求め、更に、この薬液蒸発量の
うちの純水成分量を算出することにより求められる。 【００４９】また、純水滴下量の管理は、純水の流量と
滴下時間の管理により行われる。 【００５０】エッチング処理位置での純水滴下が終わる
と、チャック５０を上段の純水リンス位置へ上昇させ、
純水供給管８０からウェハ１０の表面上に純水を滴下し
て、本来の純水リンスを行う。ここでウェハ１０の表面
上に滴下された純水は、カップ６０の上室６２を経由し
てドレインに排出される。 【００５１】このようにして、ウェハ１０の不純物拡散
を行う面の、不純物拡散を行う部分で、シリコン酸化膜
が選択的に除去される。即ち、ウェハ１０の不純物拡散
を行う面が選択的にエッチングされる。 【００５２】このような片面エッチング処理では、薬液
４０であるバッファードフッ酸水溶液が循環使用される
上に、チャック５０上にウェハ１０を保持するために窒
素ガスが使用されることから、処理槽内はドライな雰囲
気となる。このため、薬液４０の循環使用中に薬液４０
中の純水成分の蒸発が進み、これが、結晶の発生、エッ
チングレートの上昇、試料上への液滴れによる結晶付
着、及び薬液量の減少につながることは前述した通りで
ある。 【００５３】しかし、本実施形態では、ウェハ１０を１
枚処理するごとにその処理で蒸発した純水成分が補給さ
れるので、薬液４０中のフッ化アンモニウムの結晶化が
防止される。 【００５４】この結晶化防止により、チャック５０上の
ウェハ１０を確認する誤載センサの誤動作が回避され、
その誤動作による装置の停止がなくなる。薬液配管の詰
まりがなくなり、その詰まりによる薬液４０の溢出及び
これによる装置の非常停止がなくなる。従って、装置の
稼働率が上がり、且つ装置のメンテナンス回数が減少す
る。 【００５５】また、薬液４０中のフッ化水素濃度の上昇
が抑えられ、これによるエッチングレートの上昇が抑え
られる。薬液４０の全体的な濃度上昇による薬液量の減
少が抑えられる。これらにより、薬液４０の使用回数が
増大する。 【００５６】更に、薬液４０の全体的な濃度上昇による
粘度の変化が抑えられる。このため、サックバックの制
御範囲外となることによる試料上への液滴れ、及びこれ
による結晶の付着が防止される。 【００５７】加えて、本実施形態では、純水成分を補給
するために、薬液４０によるエッチング処理の直後に、
エッチング処理位置にてウェハ１０上にリンス用の純水
を滴下する構成をとる。このため、純水供給管８０を含
む既存の装置設備をそのまま使用して、簡単かつ経済的
に純水成分の補給を行うことができる。 【００５８】図２〜図５は薬液タンク内の水位変動、エ
ッチングレートの推移、薬液中のフッ化水素及びフッ化
アンモニウムの各モル濃度の推移、薬液中のフッ化水素
とフッ化アンモニウムのモル比の推移を、本実施形態と
従来方法について示したグラフである。 【００５９】図２から分かるように、薬液から蒸発する
純水成分を補充しない従来方法では、薬液タンク内の水
位低下が顕著であるのに対し、ウェハを処理するごとに
この補充を行う本実施形態では、この水位低下が非常に
穏やかである。 【００６０】エッチングレートの推移については、図３
に示すように、従来方法ではそのレートの上昇が顕著で
あるが、本実施形態ではこのレートの上昇は見られず、
むしろ低下の傾向が見られる。 【００６１】薬液中のフッ化水素及びフッ化アンモニウ
ムの各モル濃度については、図４から分かるように、従
来方法ではウェハの処理を繰り返すに従って各モル濃度
とも急激に上昇するが、本実施形態では各モル濃度とも
濃度上昇は見られず、むしろ低下の傾向が見られる。 【００６２】薬液中のフッ化水素とフッ化アンモニウム
のモル比は、図５に示すように、従来方法及び本実施形
態ともに一定である。これは、薬液から蒸発する成分の
多くが純水であることを表す。 【００６３】そして、これらの結果、従来方法では約５
００枚であった薬液の使用回数（処理枚数）が、本実施
形態では約１９００枚に増加した。また、スピンエッチ
装置のメンテナンス頻度は、従来方法では２５枚に１回
を必要としていたのに対し、本実施形態では１９００枚
までメンテナンスを必要としなくなった。 【００６４】なお、上記実施形態では、ウェハ１０を１
枚処理するごとに純水を補給したが、１枚に限らず、所
定枚数ごとに純水の補給を行うことも可能である。 【００６５】また、上記実施形態では、純水成分を補給
するために、薬液４０によるエッチング処理の直後に、
エッチング処理位置にてウェハ１０上にリンス用の純水
を滴下する構成をとったが、薬液４０の循環系統に設け
られた薬液タンクでタンク内の薬液４０のｐＨ値を測定
し、その測定値が目標値となるように、タンク内に純水
を添加する構成もとることができる。 【００６６】即ち、薬液４０のｐＨ値は、薬液４０中の
フッ化水素及びフッ化アンモニウムの合計モル濃度に対
応する。このため、そのｐＨ値が目標値となるように、
タンク内に純水を添加することにより、フッ化水素及び
フッ化アンモニウムの合計モル濃度が高精度に管理され
る。 【００６７】従って、この構成によると、純水成分の補
給精度が向上する。また、所定の処理枚数当たりの純水
補給量を事前に算出する手間が不要となる。 【００６８】 【発明の効果】以上、本発明スピンエッチ方法による場
合には、薬液としてバッファードフッ酸水溶液を循環使
用するにもかかわらず、薬液から蒸発する純水成分が補
給されるので、薬液中のフッ化アンモニウムの結晶化が
防止される。このため、チャック上の基板を確認する誤
載センサの誤動作が回避され、この誤動作による装置の
停止がなくなる。薬液配管の結晶による詰まりがなくな
り、その詰まりによる薬液の溢出、及びこれによる装置
の非常停止もなくなる。従って、装置の稼働率が上が
り、且つ、装置のメンテナンス回数が減少する。 【００６９】また、薬液中のフッ化水素濃度の上昇が抑
えられ、これによるエッチングレートの上昇が抑えられ
る。薬液の全体的な濃度上昇による薬液量の減少も抑え
られる。これらにより、薬液の使用回数が増大する。 【００７０】更に、薬液の全体的な濃度上昇による粘度
の変化が抑えられる。このため、サックバックの制御範
囲外となることによる試料上への液滴れ及びこれによる
結晶の付着が防止される。 【００７１】また、特に請求項１のスピンエッチ方法に
よれば、純水成分を補給するために、薬液によるエッチ
ング処理の直後に、エッチング処理位置にてウェハ上に
リンス用の純水を滴下する手法を採用するので、純水供
給管を含む既存の装置設備をそのまま使用して、簡単か
つ経済的に純水成分の補充が行われる。 【００７２】また、スピンエッチ方法によれば、薬液の
循環系統に設けられた薬液タンクでタンク内の薬液のｐ
Ｈ値を測定し、その測定値が目標値となるように、タン
ク内に純水を添加する手法を採用するので、純水成分の
補給精度が向上すると共に、所定の処理枚数当たりの純
水補給量を事前に算出する手間が不要となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】図１は本発明スピンエッチ方法の実施形態に使
用される自動枚葉式スピンエッチ装置の概略構成図。 【図２】薬液タンク内の水位変動を、本発明スピンエッ
チ方法の実施形態と従来方法について示したグラフ。 【図３】エッチングレートの推移を、本発明スピンエッ
チ方法の実施形態と従来方法について示したグラフ。 【図４】薬液中のフッ化水素及びフッ化アンモニウムの
各モル濃度の推移を、本発明スピンエッチ方法の実施形
態と従来方法について示したグラフ。 【図５】薬液中のフッ化水素とフッ化アンモニウムのモ
ル比の推移を、本発明スピンエッチ方法の実施形態と従
来方法について示したグラフである。 【図６】ディップ法による片面エッチング処理を用いた
不純物拡散プロセスを示す工程図。 【図７】スピンエッチディップ法による片面エッチング
処理を用いた不純物拡散プロセスを示す工程図。 【符号の説明】 １０ ウェハ（基板） １１ シリコン酸化膜 １２ レジスト膜 １３ 不純物拡散部 ４０ 薬液（バッファードフッ酸水溶液） ５０ チャック ６０ カップ ６２ 上室 ６３ 下室 ７０ 薬液供給管 ８０ 純水供給管

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 バッファードフッ酸水溶液を薬液として
   循環使用する自動枚葉式のスピンエッチ装置を用いて、
   基板の表面に形成されたシリコン酸化膜を選択的に除去
   する工程と、 該薬液の循環使用に伴って減少する液中の純水成分を補
   給する工程と を包含するスピンエッチ方法であって、 該純水成分を補給するために、該薬液によるエッチング
   処理の直後に、エッチング処理位置にて該基板上にリン
   ス用の純水を滴下するスピンエッチ方法。