JP3813716B2 - 基板の表面処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、電子部品などの基板を、燐酸水溶液からなり加熱された処理液中に浸漬させて表面処理する方法、特に、基板の表面上に形成されたシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とのうちのシリコン窒化膜を選択的にエッチングする基板の表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板、例えば半導体ウエハを燐酸水溶液中に浸漬させて、半導体ウエハの表面上に形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）とシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）とのうちのシリコン窒化膜を選択的にエッチングする場合には、従来、図２に概略構成を模式図で示すような表面処理装置が使用されている。この装置は、底部に液導入口１２が形設され内部に燐酸水溶液１４が貯留される処理槽１０を有し、処理槽１０の内部には、投込みヒータ１６が配設されている。そして、処理しようとする半導体ウエハは、ウエハホルダ（図示せず）に複数枚収納されて、処理槽１０内へ投入され燐酸水溶液１４中に浸漬させられる。
【０００３】
処理槽１０には、溢流液受け部１８が付設されており、処理槽１０の上部から溢れ出た燐酸水溶液が溢流液受け部１８内へ流入するようになっている。溢流液受け部１８の内底部には、液循環用配管２０が連通しており、液循環用配管２０の先端は、処理槽１０の液導入口１２に連通接続されている。液循環用配管２０には、循環ポンプ２２、インラインヒータ２４およびフィルタ２６が介設されており、燐酸水溶液は、処理槽１０、溢流液受け部１８および液循環用配管２０により構成された循環経路を循環させられる。溢流液受け部１８には、純水２８が貯留された純水槽３０の内底部に一端が連通し定量ポンプ３４、流量調整弁５２および流量計３８が介設された純水供給管３２の他端吐出口が配置されている。また、処理槽１０の内部には、温度検出器４０が配置されており、温度検出器４０は温度調節器５４に接続され、温度調節器５４は投込みヒータ１６に接続されている。さらに、液循環用配管２０の途中に温度検出器４２が介挿され、温度検出器４２は温度調節器５６に接続され、温度調節器５６はインラインヒータ２４に接続されている。
【０００４】
図２に示した構成の装置を使用して半導体ウエハを表面処理する場合、燐酸水溶液１４は、投込みヒータ１６およびインラインヒータ２４によって１５０℃〜１８０℃程度の温度に加熱される。このため、処理槽１０内の燐酸水溶液１４から水分が蒸発し、燐酸水溶液１４の燐酸濃度が上昇する。そこで、定量ポンプ３４によって純水槽３０内から純水２８を、純水供給管３２を通して供給し、純水供給管３２の流出口から溢流液受け部１８内へ純水を滴下させ、循環経路を通って循環させられる燐酸水溶液に純水を補充するようにしている。
【０００５】
この場合、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜のエッチングレートを一定に保つために、処理槽１０内の燐酸水溶液１４の温度および燐酸濃度をそれぞれ一定に保つ必要があり、このため、純水供給管５０内を通して一定流量の純水を流して、処理槽１０内の燐酸水溶液１４から蒸発した水分量にほぼ相当する量の純水を常時補充するとともに、温度検出器４０、４２によって燐酸水溶液の温度を検出し、その検出信号に基づいて温度調節器５４、５６により投込みヒータ１６およびインラインヒータ２４を制御、通常はＰＩＤ制御して、処理槽１０内の燐酸水溶液１４を所定温度に保つようにしている。あるいは、図２に示した装置構成とは異なるが、ヒータの出力を一定にし、温度検出器によって検出される燐酸水溶液の温度が一定となるように、燐酸水溶液への純水の補充量を制御することにより、燐酸水溶液の温度と共に燐酸濃度を一定に保つようにしている。また、例えば特開平２−１３７２２８号公報に開示されているように、燐酸水溶液の比重を測定し、その比重の変位から蒸発水分量を算出し、その水分量に相当する純水を自動供給することも行われている。
【０００６】
ところで、シリコン酸化膜に対してシリコン窒化膜を選択的にエッチングする場合には、シリコン酸化膜のエッチングレートに対するシリコン窒化膜のエッチングレートの比、すなわち選択比が問題となる。燐酸水溶液の或る温度における選択比は、当該温度において燐酸水溶液が沸騰状態にあるときに最も大きくなることが知られている。このため、従来は、処理槽１０内の燐酸水溶液１４を常に沸騰状態に保ちながら、シリコン窒化膜の選択的エッチングを行っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比を大きくするために、処理槽１０内の燐酸水溶液１４を常に沸騰状態に保ちながらエッチングを行った場合、燐酸水溶液１４は激しいバブリング状態になっている。このため、ウエハホルダのスロット（保持溝）に挿入されて保持されている処理中のウエハが、次々と多量に発生して液面方向へ勢い良く上昇する泡によってウエハホルダ内において揺動させられ、スロットから抜け出て隣りのスロットへ入ったりする、といった問題がある。
【０００８】
また、ウエハホルダは、処理中だけ燐酸水溶液中に浸漬させられるので、１５０℃〜１８０℃といった温度に常時加熱されている燐酸水溶液に比べて温度が低くなっている。このため、ウエハがウエハホルダに収納されて燐酸水溶液中に浸漬させられた状態において、処理中のウエハは、ウエハホルダの保持部と接触している部分の近辺の温度が燐酸水溶液の沸点より僅かに低くなっている。ここで、エッチングにおける選択比は、その上昇率（変化の程度）が燐酸水溶液の沸点直近において急峻となる。このため、ウエハ面のうち沸点でエッチングされている部分と沸点より僅かに低い温度でエッチングされている部分とにおいて、その温度差が比較的大きな選択比の差となって現われることとなる。この結果、ウエハの表面処理における面内均一性が損なわれる、といった問題点がある。
【０００９】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、酸の水溶液からなる処理液を加熱してその処理液中に基板を浸漬させ、基板の表面上に形成されたシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とのうちのシリコン窒化膜を選択的にエッチングする場合において、基板ホルダのスロットに保持された基板が処理中に基板ホルダ内で揺動してスロットから抜け出る、といったことが起こる心配が無く、また、基板の表面処理における面内均一性が得られるような基板の表面処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、酸の水溶液からなる処理液を加熱し、その加熱された処理液中に、表面上に少なくともシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが形成された基板を浸漬させて、基板の表面上に形成されたシリコン窒化膜を選択的にエッチングする基板の表面処理方法において、処理液の比重調節における目標値とすべき比重を設定し、その設定された処理液の比重における沸点より僅かに低い温度を、処理液の温度調節における目標値として設定し、処理液の比重が前記目標値を保つように、処理液からの水分蒸発によって失われる量に相当する量の水を処理液に補充するとともに、処理液の温度が前記目標値を保つように、処理液への水の補充に伴う処理液の温度の低下を補償するように処理液の温度をフィードフォワード制御しながら、基板の表面上に形成されたシリコン窒化膜のエッチングを行うことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、燐酸水溶液からなる処理液を加熱し、その加熱された処理液中に、表面上に少なくともシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが形成された基板を浸漬させて、基板の表面上に形成されたシリコン窒化膜を選択的にエッチングする基板の表面処理方法において、処理液の温度調節における目標値とすべき温度を設定し、その設定された処理液の温度が処理液の沸点となるような処理液の比重より僅かに大きい比重を、処理液の比重調節における目標値として設定し、処理液の比重が前記目標値を保つように、処理液からの水分蒸発によって失われる量に相当する量の水を処理液に補充するとともに、処理液の温度が前記目標値を保つように、処理液への水の補充に伴う処理液の温度の低下を補償するように処理液の温度をフィードフォワード制御しながら、基板の表面上に形成されたシリコン窒化膜のエッチングを行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項１に係る発明の方法によると、基板の処理中において、処理液の比重が目標値を保つように制御されるとともに、処理液の温度が、目標値とされる処理液の比重における沸点より僅かに低い温度を保つように制御されることにより、処理液が沸騰直前の状態に保たれる。また、請求項２に係る発明の方法によると、基板の処理中において、処理液の比重が、目標値とされる処理液の温度が処理液の沸点となるような処理液の比重より僅かに大きい比重を保つように制御されるとともに、処理液の温度が目標値を保つように制御されることにより、処理液が沸騰直前の状態に保たれる。この際に、処理液の温度は、処理液への水の補充に伴う処理液の温度の低下を補償するようにフィードフォワード制御されるので、処理液の温度制御の遅れを生じなくなる。したがって、請求項１および請求項２に係る各発明の方法によると、処理液が激しく発泡することがない。このため、基板ホルダのスロットに保持された基板が、処理液中で発生した泡によってホルダ内において揺動しスロットから抜け出て隣りのスロットへ入る、といったようなことは起こらない。また、処理液が沸騰直前の状態において基板の処理が行われるので、処理液が沸騰している状態で基板の処理が行われる場合に比べて、エッチングの選択比は僅かに低下するが、選択比の変化率は、沸点直近に比べて緩やかになる。このため、基板面において、エッチングされている温度が位置によって僅かに変化しても、その温度差が選択比の差となって現われる程度は小さくなり、基板の表面処理における面内均一性が得られることとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図１を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、この発明に係る基板の表面処理方法を実施するのに使用される表面処理装置の概略構成の１例を示す模式図である。図１において、図２で使用した符号と同一符号を付した構成要素は、図２に示した装置と共通するものであり、それらの説明を省略する。
【００１４】
この装置では、処理槽１０の内部に比重検出器４４が配設されており、その比重検出器４４と接続された比重調節器４６が設けられている。そして、純水２８が貯留された純水槽３０の内底部に一端が連通し他端流出口が溢流液受け部１８に配置され定量ポンプ３４が介設された純水供給管３２に、図２に示した装置の流量調整弁５２に代えて、自動的に流量調節することができる流量制御弁３６が介挿されており、その流量制御弁３６に比重調節器４６が接続されている。また、温度検出器４０と接続され投込みヒータ１６に接続された温度調節器４８、および、温度検出器４２と接続されインラインヒータ２４に接続された温度調節器５０が設けられていて、それぞれの温度調節器４８、５０にも比重調節器４６が接続されている。そして、比重検出器４４の検出信号が比重調節器４６へ入力され、比重調節器４６からの出力信号が流量制御弁３６のほか、温度調節器４８、５０へ入力されるようになっている。
【００１５】
図１に示した構成の装置により基板を表面処理するには、例えば表面上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが形成された半導体ウエハを燐酸水溶液によって選択エッチングするには、目標とすべき燐酸水溶液の濃度、したがって比重を比重調節器４６に設定しておくとともに、目標とすべき燐酸水溶液の温度を温度調節器４８、５０に設定しておく。このとき、設定された燐酸水溶液の濃度（比重）および温度において、燐酸水溶液が沸騰する直前の状態となるように、それぞれの目標値を設定する。すなわち、比重調節器４６に設定された燐酸水溶液の比重（濃度）における沸点より僅かに低い温度を温度調節器４８、５０に設定し、また、温度調節器４８、５０に設定された燐酸水溶液の温度が燐酸水溶液の沸点となるような燐酸濃度（比重）より僅かに高い濃度（大きい比重）を比重調節器４６に設定するようにする。
【００１６】
所望濃度に調整された燐酸水溶液１４を処理槽１０内に収容し、溢流液受け部１８および液循環用配管２０を通してその燐酸水溶液を循環させながら、投込みヒータ１６およびインラインヒータ２４によって燐酸水溶液を加熱し、温度検出器４０、４２からの検出信号に基づいて温度調節器４８、５０によりヒータ１６、２４の出力を制御して、処理槽１０内の燐酸水溶液１４の温度を、例えば１５０℃〜１８０℃の範囲内の所定温度に保つ。そして、所定の濃度および温度に調節されて沸騰直前の状態に保たれた燐酸水溶液１４中に、ウエハホルダに保持された半導体ウエハを浸漬させて、ウエハの選択エッチングが行われる。
【００１７】
このとき、処理槽１０内の燐酸水溶液１４は、ヒータ１６、２４で加熱されることにより水分が蒸発して、燐酸濃度（比重）が上昇する。この燐酸水溶液１４の比重の上昇は、比重検出器４４によって検出され、その検出信号が比重調節器４６へ送られる。比重調節器４６では、比重検出器４４から送られた検出信号に基づいて燐酸水溶液１４の比重上昇分、したがって燐酸水溶液１４からの水分蒸発量に相当する制御値が演算され、比重調節器４６から流量制御弁３６へ制御信号が送られる。そして、制御信号により流量制御弁３６の開度が自動調節されて、燐酸水溶液１４からの蒸発によって失われた量に相当する量の純水が、純水槽３０から純水供給管３２を通って溢流液受け部１８へ供給され、循環する燐酸水溶液に補充される。また、燐酸水溶液への純水の注入によって燐酸水溶液の温度が低下することになるため、温度調節器４８、５０により、投込みヒータ１６およびインラインヒータ２４で燐酸水溶液を加熱して燐酸水溶液を所定温度に保つようにヒータ１６、２４を制御する。この場合、図１に示した実施形態では、ヒータ１６、２４による燐酸水溶液の加熱における温度制御の遅れを或る程度緩和させるために、比重調節器４６から流量制御弁３６へ制御信号を送ると同時に、比重調節器４６から温度調節器４８、５０へも制御信号が送られるようにしている。そして、温度調節器４８、５０は、燐酸水溶液への純水の補充に伴う温度の低下を補償するように、比重調節器４６からの制御信号に基づいてヒータ１６、２４をフィードフォワード制御する。なお、装置立上げ時などのように燐酸水溶液への純水の補充を行わないときには、ヒータ１６、２４は、温度検出器４０、４２の検出信号に基づいて温度調節器４８、５０により通常通りフィードバック制御される。
【００１８】
以上のように、比重検出器４４の検出信号に基づいて比重調節器４６により流量制御弁３６が制御されて、燐酸水溶液１４の濃度（比重）が所定濃度に保持されるとともに、比重調節器４６からの制御信号に基づいて温度調節器４８、５０によるヒータ１６、２４の制御が行われて、燐酸水溶液１４の温度が所定温度に保持されることにより、処理槽１０内の燐酸水溶液１６は、常に沸騰直前の状態に保たれることとなる。そして、沸騰直前の状態に保たれた燐酸水溶液１４中へ半導体ウエハが浸漬されて、ウエハ上のシリコン窒化膜が選択的にエッチングされる。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１および請求項２に係る各発明の方法により、燐酸水溶液からなる処理液を加熱してその処理液中に基板を浸漬させ、基板の表面上に形成されたシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とのうちのシリコン窒化膜を選択的にエッチングするときには、基板ホルダのスロットに保持された基板が処理中の発泡により基板ホルダ内で揺動してスロットから抜け出る、といったことが起こる心配が無く、また、基板の表面処理における面内均一性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る基板の表面処理方法を実施するのに使用される表面処理装置の概略構成の１例を示す模式図である。
【図２】 従来の基板の表面処理方法を実施するのに使用されている表面処理装置の概略構成の１例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 処理槽
１２ 処理槽の液導入口
１４ 燐酸水溶液
１６ 投込みヒータ
１８ 溢流液受け部
２０ 液循環用配管
２２ 循環ポンプ
２４ インラインヒータ
２６ フィルタ
２８ 純水
３０ 純水槽
３２ 純水供給管
３４ 定量ポンプ
３６ 流量制御弁
３８ 流量計
４０、４２ 温度検出器
４４ 比重検出器
４６ 比重調節器
４８、５０ 温度調節器
Claims (2)
- 燐酸水溶液からなる処理液を加熱し、その加熱された処理液中に、表面上に少なくともシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが形成された基板を浸漬させて、基板の表面上に形成されたシリコン窒化膜を選択的にエッチングする基板の表面処理方法において、
処理液の比重調節における目標値とすべき比重を設定し、その設定された処理液の比重における沸点より僅かに低い温度を、処理液の温度調節における目標値として設定し、
処理液の比重が前記目標値を保つように、処理液からの水分蒸発によって失われる量に相当する量の水を処理液に補充するとともに、処理液の温度が前記目標値を保つように、処理液への水の補充に伴う処理液の温度の低下を補償するように処理液の温度をフィードフォワード制御しながら、基板の表面上に形成されたシリコン窒化膜のエッチングを行うことを特徴とする基板の表面処理方法。 - 燐酸水溶液からなる処理液を加熱し、その加熱された処理液中に、表面上に少なくともシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが形成された基板を浸漬させて、基板の表面上に形成されたシリコン窒化膜を選択的にエッチングする基板の表面処理方法において、
処理液の温度調節における目標値とすべき温度を設定し、その設定された処理液の温度が処理液の沸点となるような処理液の比重より僅かに大きい比重を、処理液の比重調節における目標値として設定し、
処理液の比重が前記目標値を保つように、処理液からの水分蒸発によって失われる量に相当する量の水を処理液に補充するとともに、処理液の温度が前記目標値を保つように、処理液への水の補充に伴う処理液の温度の低下を補償するように処理液の温度をフィードフォワード制御しながら、基板の表面上に形成されたシリコン窒化膜のエッチングを行うことを特徴とする基板の表面処理方法。
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