JP4062419B2 - 処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ（例えば、シリコンウエハで、以下、「ウエハ」と記す）等の窒化珪素膜（以下、「窒化膜」と略称する）を熱燐酸（以下、「燐酸」と略称することもある）によってエッチング処理する処理装置に関し、特にエッチング処理に寄与した燐酸を回収して再利用可能にする再生部を有した処理装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
半導体製造等におけるウエハ処理には、ウエハに微細な窒化膜パターンをエッチングで形成することがある。このエッチングではドライエッチングが主流となっているが、形成された窒化膜を酸化マスクして選択的に酸化膜を形成し、不要となった窒化膜マスクの除去には窒化膜と酸化膜のエッチング選択比が大きい熱燐酸を用いて処理する方法が今日でも広く採用されている。このウエハ処理においては、窒化膜と酸化膜のエッチング選択比が大きい条件でエッチングを行えば、ウエハの窒化膜が水と反応して酸化珪素とアンモニアに分解するため、エッチングが適切に行われる。この反応では、燐酸が触媒として作用し、かつ消耗せずに水を補給するだけで永久的に触媒として利用できることが知られており、効率的なエッチングが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実際のウエハ処理においては、エッチング選択比を大きくするため、どうしても分解された酸化珪素が熱燐酸に高濃度に溶解した状態で使用せざるを得ないが、この条件で使用すると、この溶解量が飽和溶解量に達しその酸化珪素が微細な粒子となって析出することになり、これが微細なパーティクルとなってウエハを汚染したり、エッチング液を再利用するための循環濾過フィルタを詰まらせるといった種々の障害の原因となる。そこで、酸化珪素の溶解量が飽和溶解量に達する前に、例えばエッチング液を新しい燐酸に交換したり、燐酸中の酸化珪素濃度を下げなければならない。酸化珪素を多く含む燐酸はエッチング液として使用できず、廃液として廃棄処理しなければならないだけでなく、環境へ悪影響を与えかねない。
【０００４】
また、窒化膜マスクのエッチング速度は、燐酸温度が一定であれば酸化珪素濃度と関係なく一定であるが、酸化膜のエッチング速度は燐酸中の酸化珪素濃度に反比例し、酸化珪素濃度が高くなると減少する。このように、窒化膜と酸化膜のエッチング選択比は、酸化珪素膜濃度に応じて変化するため、処理ロット間で酸化膜厚がバラツク原因となり、品質低下を招くことになる。従って、その分だけ、ウエハ処理装置の設計や加工処理マージンを大きくする必要性があるが、ＩＣの微細化、高集積化の進展に伴って、許容されるマージンが小さくなってきている。このような背景から、選択比が大きく、処理ロット間バラツキが少なく、しかも燐酸廃液が排出されないウエハ処理装置の実現が望まれている。
【０００５】
本出願人らは、以上の状況から特開平１１−２９３４７９号や特開平９−４５６６０号等のウエハ処理装置構造や再生方法を開発してきた。本発明はそれらを更に改善したものであり、エッチング液の交換を自動化し易くし、装置の停止時間の短縮を図り、かつ燐酸中の不純物を低減したり一定に維持可能にすることを目的としている。そして、窒化膜と酸化膜のエッチング選択比を大きいままとし、かつ該選択比を一定とした燐酸により窒化膜エッチングを行うことができるようにする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の処理装置は、半導体ウエハを熱燐酸によってエッチング処理する溢流部付のエッチング槽と、前記溢流部に溢流した燐酸をエッチング槽外に導いて濾過、加熱及び純水を添加してエッチング槽内へ戻す循環濾過経路部と、エッチング処理を行なった燐酸を回収し、該燐酸にフッ酸を加えて加熱処理を行なう再生処理が行なわれる、燐酸再生装置と、前記燐酸再生装置で再生された燐酸を前記エッチング槽に補給する補給配管と、前記エッチング処理が行なわれた回数を計測し、該処理回数に基づき、燐酸の全量を交換するエッチング液交換手段とを含む。
【０００７】
本発明の処理装置によれば、エッチング槽の燐酸の交換を一回でまとめて行なうことができる。このことにより、エッチング槽に燐酸が補充されたときに、濃度や温度の調整のために装置を停止する時間を短縮することができる。本発明の処理装置は、たとえば、下記の態様をとることができる。
【０００８】
（Ａ）本発明の処理装置において、前記燐酸再生装置は、前記回収された燐酸を一旦入れる受け槽と、前記受け槽から導入される燐酸にフッ酸を加えて加熱する処理槽と、前記処理槽で再生処理された燐酸を一時貯留する貯留槽と、を含み、前記処理槽は、処理槽内から蒸発する蒸気を冷却して液化する冷却器と、前記冷却器で液化された液を一定温度に調整する恒温槽と、前記恒温槽で調整された液中のフッ素濃度を計測するフッ素計測手段を含む測定部と、を有することができる。
【０００９】
（Ｂ）本発明の処理装置において、前記補給配管は、前記エッチング槽に新しい燐酸を供給する新液供給部を含むことができる。
【００１０】
（Ｃ）本発明の処理装置において、前記循環濾過経路部は、燐酸を濾過する濾過部の手前に分岐配管を有し、前記濾過部へ流れる燐酸の循環液圧に応じて、前記燐酸再生装置側へ導入する燐酸の量を制御する手段を有することができる。
【００１１】
（Ｄ）本発明の処理装置において、前記補給配管は、前記貯留槽から取り出された再生燐酸を、前記エッチング槽又は前記溢流部へ送る経路と、再び貯留槽へ戻す循環経路とを切換可能に構成することができる。
【００１２】
（Ｅ）本発明の処理装置において、前記貯留槽は、前記処理槽から導入される再生された燐酸を所定温度に制御する加熱手段を有していると共に、前記溢流部との間を前記補給配管で接続することができる。
【００１３】
（Ｆ）本発明の処理装置において、前記貯留槽は、前記処理槽から導入される再生された燐酸を所定温度に制御する加熱手段を有していると共に、前記循環濾過経路部との間を前記補給配管で接続することができる。
【００１４】
（Ｇ）本発明の処理装置において、前記加熱手段は、前記貯留槽から、前記エッチング槽へ再生された燐酸を供給するタイミングにより制御されることができる。
【００１５】
（Ｈ）本発明の処理装置において、前記処理槽は、槽内の燐酸を循環させるための循環経路を有しており、該循環経路は、濾過部を有することができる。
【００１６】
（Ｉ）本発明の処理装置は、半導体装置の製造方法に用いることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態として示した図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の装置のうちエッチング槽及び循環濾過経路部を主体とした構成図であり、図２は同装置のうち燐酸再生装置を主体とした構成図である。以下の説明では、本発明装置の各部を説明した後、装置作動例について説明する。
【００１８】
（装置構造）
この処理装置は、エッチング部４と、循環濾過経路部５と、燐酸再生装置６とを主体として構成される。エッチング部４は、複数のウエハ１をウエハカセット２に収容した状態で熱燐酸（エッチング液）に浸して同ウエハ１の窒化膜をエッチングする箇所である。循環濾過経路部５は、エッチング槽３から溢流した燐酸を濾過、加熱及び純水添加工程を経て再びエッチング槽３へ戻す箇所である。燐酸再生装置６は、循環濾過経路部５から燐酸を分岐して同燐酸中の酸化珪素濃度を下げ、当該エッチング液に使用可能な一定の酸化珪素濃度の燐酸に再生してエッチング槽３の溢流部３ａへ戻す箇所である。
【００１９】
ａ．エッチング部
このエッチング部４では、エッチング槽３と共に不図示の自動移送ロボットやベルトコンベヤ等が配置され、ウエハ１がエッチング槽３の槽本体内に出し入れされてエッチング処理される。エッチング槽３は、内周壁３０及び底壁３１で槽本体を区画形成していると共に、内周壁３０の上端から溢れる燐酸を受け入れる溢流部３ａを外周に形成している。内周壁３０及び底壁３１には不図示の発熱体である面ヒータが内設されている。槽本体には、底内側に分散板であるメッシュ３２が設けられ、該メッシュ３２の上にウエハカセット２が保持される。
【００２０】
液の導入・排出構造は、溢流部３ａの上側に設けられて燐酸（主に再生燐酸）を補給する補給口３３と、溢流部３ａの底壁に設けられて溢流した燐酸を循環濾過経路部５へ排出する排出口３４と、底壁３１に設けられて循環濾過経路部５で処理された燐酸を槽本体内に導入する供給口３５と、同様に底壁３１に設けられてエッチング槽３内の液の全量を排出するための排出口３６とが設けられている。
【００２１】
制御系としては、エッチング槽３内の燐酸の量を検出する液面センサ３７と、槽本体内の燐酸の液温度を検出する温度センサ３８と、温度センサ３８による検出温度を基にして前記した面ヒータを制御して燐酸を一定の所定温度に維持するヒータコントローラ３９とが設けられている。
【００２２】
ｂ．循環濾過経路部
循環濾過経路部５には、ポンプ５０と、濾過部であるフィルタ５１とが設けられている。溢流部３ａの排出口３４から排出された燐酸は、ポンプ５０により供給口３５からエッチング槽３の槽本体に戻され、フィルタ５１を経由することで濾過される。循環濾過経路部５は、他にはラインヒータ５２と、温度センサ５３と、ヒーターコントローラー５４と、純水供給するための計量ポンプ５５を備えている。ラインヒータ５２は、濾過した燐酸を一定の所定温度に保ち、温度センサ５３およびヒータコントローラ５４により制御されている。そして、計量ポンプ５５により、その一定温度に加温された燐酸に所定量の純水を添加される。即ち、ここでは、溢流部３ａから排出されたエッチング液つまり燐酸について、まず、フィルタ５１により燐酸を濾過する。次に、燐酸は、ラインヒータ５２で一定の温度まで加温された後、計量ポンプ５５で純水を添加して燐酸濃度が一定に保たれるよう調整されて槽本体内へ戻される。
【００２３】
ｃ．燐酸再生装置
燐酸再生装置６は、受け槽７０と処理槽１００および貯留槽１３０とを主体として構成され、エッチング処理を行なった燐酸の再生処理を行ない、再生後の燐酸をエッチング部４に供給する箇所である。
【００２４】
燐酸再生装置６の受け槽７０と、エッチング槽３の排出口３６との間は、排出配管６０で接続されている。排出配管６０には、自動弁６１が設けられており、自動弁６１が開状態になることにより、槽内の燐酸が排出される。
【００２５】
また、循環濾過経路部５のポンプ５０とフィルタ５１との間には、分岐配管６２が設けられている。分岐配管６２には、圧力計６３、ニードル弁６４及び自動弁６５が設けられている。ここで、圧力計６３は、ポンプ５０とフィルタ５１の間の配管部、つまりフィルタ５１の手前の液圧力（循環液圧又は濾過圧）を測定する。ニードル弁６４は流量調整弁であり、このニードル弁６４の弁開度を適宜に調整しておくことにより、分岐配管６２から分岐される燐酸の流量は前記した循環液圧に対応して自動的に制御される。自動弁６５は開閉弁である。そして、自動弁６５が開状態のとき、分岐配管６２から分岐された燐酸が受け槽７０に回収される。
【００２６】
受け槽７０は、複数の液面センサ７１を有し、前記回収量を常に計測している。計測されたデータは、後述する制御回路３００に送信され、制御回路３００は、回収量に基づき、自動弁１０１の開閉を制御する。すなわち、受け槽７０の燐酸の量が所定量に達した場合、自動弁１０１が開状態になり、燐酸は底部の排出口７２から処理槽１００へ導入される。
【００２７】
処理槽１００は、測定部７と組に構成されている。処理槽１００には、液面センサ１０２と、面ヒータ１０３および面ヒータ１０４等と、温度センサ１０５と、ヒータコントローラ１０６とが設けられている。槽内の燐酸は、温度センサ１０５の検出温度を基にして、ヒータコントローラ１０６が面ヒータ１０３，１０４等を制御することにより調整される。また、処理槽１００は、槽内に純水を添加する純水供給手段である計量ポンプ１０７および槽内の補給配管１０８と、ＨＦ（フッ酸、つまりフッ化水素）の必要量供給する薬液供給手段であるＨＦタンク１０９及び計量ポンプ１１０とを設けている。
【００２８】
液の導入、排出構造としては、処理槽１００の上部に、ＨＦを供給するための供給口１１２と、受け槽７０から燐酸を導入するための供給口１１４と、測定部７に必要な蒸気を取り出すための蒸気取り出し口１１３とが設けられている。処理槽１００の底部には、燐酸を排出するための排出口１１５が設けられている。
【００２９】
排出口１１５には、濾過配管１１６が設けられており、濾過配管１１６には、自動弁１１７と、ポンプ１１８と、フィルタ１１９と、ヒータ１２０とが設けられている。すなわち、排出口１１５から排出された燐酸は、ポンプ１１８により、供給口１１２から処理槽１００に戻されると共に、濾過部であるフィルタ１１９を経由することにより濾過され、ヒータ１２０で加熱される。濾過配管１１６には、分岐配管１２１が設けられている。分岐配管１２１には自動弁１２２が設けられており、再生が終了した燐酸は、分岐配管１２１を介して、貯留槽１３０へ排出される。
【００３０】
このように、濾過配管１１６にフィルタ１１９を設けることにより、再生された燐酸中の異物、パーティクルの除去を行なうことができる。
【００３１】
測定部７は、再生用として処理槽１００の燐酸に投入されたフッ酸の現在濃度を検出し、再生の進行及び終点を判定する箇所である。この形態では、処理槽１００の蒸気を冷却する冷却器２００と、ここで冷却された液体を一定の温度に調整するスパイラル管を含む恒温槽２０１及びその温度コントローラ２０２と、恒温槽２０１からの液体を受ける保温容器２０３と、処理槽１００内の燐酸のフッ素濃度を算出するために、保温容器２０３の液体の導電率を測定する導電率センサ２０４を有する導電率計２０５とを備えている。ここでの保温容器２０３は、導電率センサ２０４を用いていることから、ある程度の深さのものが用いられる。また、処理槽１００の燐酸中のフッ素濃度は、導電率計２０５で測定された導電率のデータを基にして当該装置のメイン制御手段である制御回路（マイクロコンピュータ等）３００で演算処理して算出される。なお、制御回路３００は、処理槽１００内の燐酸量に応じたフッ酸及び純水の投入量を算出し、各算出投入量を充足するよう計量ポンプ１１０，１０７を制御したり、前記フッ素濃度が所定値以下となったときその再生終了を知らせたり、上述した各部の自動弁、ニードル弁及び計量ポンプ等も必要に応じて制御したり、各部のヒータコントローラ等との間で必要な信号の授受を行ってウエハ処理装置全体を制御する。
【００３２】
貯留槽１３０は、処理槽１００内で再生処理された燐酸を分岐配管１２１を介してバッチ式に貯留し、その再生燐酸を補給配管１４０ａを介し前記溢流部３ａへ補給する箇所である。
【００３３】
貯留槽１３０は、面ヒータ１３１および面ヒータ１３２と、液面センサ１３３と、温度センサ１３４と、ヒータコントローラ１３５とを備えている。面ヒータ１３１及び面ヒータ１３２は、貯留された再生燐酸を所定温度に加熱し、温度センサ１３４は、槽内の燐酸の温度を検出し、ヒータコントローラ１３５は、検出された温度を基に面ヒータ１３１および面ヒータ１３２を制御している。また、貯留槽１３０は、槽内に純水を添加する純水供給手段である計量ポンプ１３６と槽内に補給配管１３７とを備えることができる。
【００３４】
従来、再生処理を終了した燐酸は、濃度や温度の調整が行なわれないまま、エッチング槽３に導入されていたため、エッチング槽３に導入された後、濃度および温度の調整を必要とし、装置の停止時間が長くなるという問題があった。しかし、本発明によれば、貯留槽１３０は、加熱手段および純水供給手段を設けているため、エッチング槽３に導入される前に、あらかじめ温度や濃度をプロセスでの処理に適した条件に調整することができる。このように調整された燐酸は、エッチング槽３に供給されてからすぐにプロセス処理を行なうことができ、装置の停止時間を短縮することができる。
【００３５】
また、加熱手段の制御は、エッチング槽３へ再生した燐酸を供給するタイミングに合わせて行なうことができる。たとえば、エッチング槽３へ再生された燐酸を供給する直前にのみ、加熱手段を使用する場合は、必要のない電力の消費を防ぐことができる。
【００３６】
貯留槽１３０と溢流部３ａとの間は、溢流部３ａ側に自動弁１４３とニードル弁１４４を付設した補給配管１４０ａで接続されている。補給配管１４０ａには、自動弁１４３より上流側に分岐した循環配管１４０ｂが設けられている。すなわち、自動弁１４３が閉状態の場合、燐酸は補給配管１４０ａ、補給配管１４０ｂを介して貯留槽１３０に戻され循環される。そして、前述したようにエッチング槽３の液面センサ３７の検出結果を基にして、制御回路３００からポンプ１４１、ニードル弁１４４へ信号が伝達されることにより、貯留槽１３０内の再生された燐酸は、溢流部３ａへ補給される。また、補給配管１４０ａには、新液供給部８が設けられている。具体的には、補給配管１４０ａにおいて、ニードル弁１４４とエッチング槽３の供給口３３との間に分岐配管１５０が設けられており、分岐配管１５０は、補給配管１４０ａと新しい燐酸タンク１５３とを接続している。分岐配管１５０には、ポンプ１５２と自動弁１５１とが設けられており、必要に応じて分岐配管１５０を介して新しい燐酸液が供給される。
【００３７】
（装置稼動）
次に、以上のウエハ処理装置の稼動又は動作例について概説する。
【００３８】
まず、窒化膜を施したウエハ１は、ウエハカセット２に収納された状態で、加熱された燐酸で満たされたエッチング槽３に入れられると、その熱燐酸によってウエハ１の窒化膜がエッチング処理される。この処理過程では、エッチング槽３の本体から溢れ出る熱燐酸が溢流部３ａに集められ排出口３４から循環濾過経路部５へ排出され、ポンプ５０によってフィルタ５１側へ送られる。このフィルタ５１を通過した燐酸は、ラインヒータ５２で所望の温度（例えば燐酸の沸点直前の温度）に昇温されると共に、昇温された燐酸に計量ポンプ５５を介し所定量の純水が添加されて供給口３５からエッチング槽３の本体内に送られて循環される。このようにして、燐酸がエッチング槽３に循環されるため、ウエハ１の窒化膜が適切にエッチング処理される。
【００３９】
このエッチング過程では、エッチング処理が行なわれた回数を計測しており、処理回数が所定回数に達した場合、エッチング槽３内の燐酸の交換が行なわれる。エッチング処理の回数は、たとえば、ウエハカセット２の出し入れを計測することにより行なう。制御回路３００は、処理回数が所定回数に達した場合、自動弁６１を開状態にし、槽内の燐酸の全量が排出され受け槽７０に回収される。
【００４０】
次に、槽内の燐酸の全量が排出された後、制御回路３００からの信号により自動弁６１は閉状態になり、補給配管１４０ａの自動弁１４３を開状態にし、後述する貯留槽１３０の再生された燐酸が供給される。このとき、供給される燐酸の量は、液面センサ３７により計測されており、その結果に基づき自動弁１４３は閉状態になる。このようにして、エッチング槽３では、所定のエッチング処理を終えた燐酸を低酸化珪素濃度の燐酸に交換することができる。
【００４１】
エッチング槽３に燐酸を供給する際に、必要に応じて新液供給部８から新しい燐酸が供給される。たとえば、貯留槽１３０において燐酸が不足している場合、制御回路３００は、自動弁１５１を開状態にし、分岐配管１５０を介して新しい燐酸が供給される。
【００４２】
従って、この構造では、処理回数が所定回数に達した時点で、槽内の燐酸の全量を交換することにより、エッチング液の装置の空き時間を減らすことができる。また、次回の交換時までのエッチング処理においても、所定の濃度より高酸化珪素濃度になった燐酸の一部を排出し、低酸化珪素濃度の燐酸を補充することにより、エッチング槽３の燐酸の濃度が最適な状態で維持できる。さらに、循環濾過経路部５では、次回のエッチング液の交換までの間、プロセス処理に適した燐酸の濃度を保つために、高酸化珪素濃度の燐酸の一部を排出するため、分岐配管６２が設けられている。分岐配管６２には、圧力計６３が設けられており、圧力計６３はフィルタ５１の手前の循環液圧を測定している。燐酸中の酸化珪素濃度が高くなると、フィルタ５１の酸化珪素沈着が多くなるために循環液圧は高くなる。すなわち、循環液圧を測定することにより、燐酸の酸化珪素濃度を予測することができる。圧力計６３で計測される圧力値（循環液圧）は、制御回路３００へ伝達され、制御回路３００は、その計測結果が所定値以上であれば、自動弁６５を開状態にし、循環濾過経路部５を流れている燐酸の一部は、分岐配管６２を介して受け槽７０へ回収される。
【００４３】
前述のように、循環濾過経路部５から燐酸の一部が回収されて、エッチング槽３の燐酸が減少する場合、制御回路３００は、補給配管１４０ａの自動弁１４３を開状態にし、貯留槽１３０の再生された燐酸が補充される。
【００４４】
この場合、貯留槽１３０の再生燐酸は、処理槽１００で再生されて低酸化珪素濃度の燐酸であることから、エッチング槽３の燐酸中の酸化珪素濃度もそれに応じて低い値に維持可能にする。また、循環濾過経路部５では、その低酸化珪素濃度の燐酸がポンプ５０からフィルタ５１側へ送られるため、フィルタ５１の沈着酸化珪素を再溶解して除去する。この利点は、低酸化珪素濃度の燐酸であるため、フィルタ５１の沈着酸化珪素が再溶解してフィルタ５１を長期に使用可能にすることである。
【００４５】
受け槽７０では、液面センサ７１が計測したデータを制御回路３００に伝達し、制御回路３００は、計測されたデータを基に自動弁１０１を制御する。すなわち、受け槽７０の燐酸が所定の量に達した場合は、自動弁１０１は開状態となり、受け槽７０の燐酸は処理槽１００へ回収される。
【００４６】
処理槽１００に回収された燐酸は、再生処理が行なわれている間、排出口１１５から排出され濾過配管１１６を介して循環される。このように、処理槽１００内の燐酸は、濾過配管１１６を介して循環され、濾過部であるフィルタ１１９を通過することで、燐酸中の不純物やパーティクルを除去することができる。
【００４７】
この再生処理においては、ＨＦタンク１０９のフッ酸が計量ポンプ１１０によって処理槽１００内へ適量供給されると共に、純水が計量ポンプ１０７によって純水供給管１０８を介し処理槽１００内へ適量供給される。なお、前記フッ酸及び純水の供給量は、例えば、特開平１１ー２９３４７９号の関係箇所を参照されたい。そして、この再生処理では、面ヒータ１０３，１０４を制御して処理槽１００内の液温度を上げるようにし、蒸発した蒸気を蒸気取り出し口１１３から冷却器２００に導いて冷却して液体に戻す。この液体は、恒温槽２０１内のスパイラル管を通って、一定温度に調整されつつ保温容器２０３へ流し込まれる。なお、保温容器２０３には常に新たな液体が流入され、古い液体が溜まらないようになっている。保温容器２０３から流れ出した液体には必要な処理が施される。
【００４８】
続いて、保温容器２０３の液体の導電率を導電率計２０５（導電率センサ２０４）で計測し、該計測したデータが制御回路３００の記憶部に記憶される。制御回路３００では、そのデータを演算処理してフッ素濃度を算出し、該フッ素濃度が所望の値と対応する導電率になる時点を判断し、処理槽１００の燐酸中の酸化珪素濃度が所定値より低くなった時点を確定する。なお、処理槽１００内の燐酸は、上記したフッ酸を加え、純水を添加することにより、燐酸中の酸化珪素濃度が下がり、この燐酸がウエハ１の窒化膜エッチングに使用可能な低酸化珪素濃度になると、制御回路３００からの命令により、自動弁１２２が開状態となり、貯留槽１３０へ排出される。この貯留槽１３０内の燐酸は、液面センサ１３３によって検出されており、その検出結果により自動弁１２２の開時間が制御される。
【００４９】
貯留槽１３０内の燐酸は、面ヒータ１３１，１３２によって所定温度（例えば沸点の一歩手前の温度）に保たれ、溢流部３ａに補給された際、循環濾過経路部５及びエッチング槽３の本体にある燐酸の温度低下を起こさないように処理される。そして、溢流部３ａへの補給では、エッチング槽３の液面センサ３７の検出結果を基にして、自動弁１４３が開状態とされ、貯留槽１３０内の燐酸がポンプ１４１、自動弁１４３及びニードル弁１４４を介し供給される。なお、貯留槽１３０内の燐酸は、通常、補給配管１４０ａからニードル弁１４２及び循環配管１４０ｂを介して循環されている。ニードル弁１４２は、例えば、溢流部３ａへの補給時のみ弁開度が最少となるよう制御される。これは、貯留槽１３０内の燐酸温度を極力一定に維持するためである。
【００５０】
このとき、貯留槽１３０の液面センサ１３３や温度センサ１３４の計測結果は、制御回路３００に伝達されており、燐酸の量が不足している場合などは、新液供給部８の自動弁１５１が開状態になり新しい燐酸が供給される。
【００５１】
また、貯留槽１３０内の燐酸は上述のように加熱される他に、たとえば、エッチング槽３に液を供給するタイミングに合わせて加熱を行なうことができる。この方法は、特に、エッチング槽３で所定回数のエッチング処理を終え、エッチング液の全量を交換する場合、あらかじめエッチング槽３に供給するタイミングが分かっているため、そのタイミングに合わせて加熱することにより、無駄な加熱を防ぎ電力の消費を削減することができる。
【００５２】
さらに貯留槽１３０では、計量ポンプ１３６および補給配管１３７を介して純水を添加することなどにより槽内の燐酸の濃度や温度を調整しプロセスの処理に用いられる燐酸と同様の状態にすることができる。このことにより、貯留槽１３０の燐酸は、エッチング槽３に供給された後すぐにプロセス処理を開始することができる。
【００５３】
以上のように、この構造では、処理槽１００内の燐酸中のフッ素濃度が温度変化や空気中の二酸化炭素の影響を受けない状態で測定されるため、処理槽１００で再生処理される燐酸に残留するフッ素濃度を高精度で計測可能となり、引いては燐酸中の酸化珪素濃度をフッ素濃度の計測値から高精度に推定できる。また、燐酸液再生装置６としては、廃液となる燐酸が極力抑えられるようになり、コスト低減だけでなく、環境への悪影響も抑えることができる。
【００５４】
本発明は以上の実施の形態に何ら制約されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々変形したり、展開することも可能であり，たとえば、下記の態様をとることができる。なお、図３は、変形例の一例を示したものである。
【００５５】
エッチング処理を適切な条件で行なうために、循環濾過経路部５から燐酸の一部を排出する際、ウエハカセット２をエッチング槽３に投入した際に溢れた燐酸の全量を直接受け槽７０に回収することができる。この場合、ウエハカセット２がエッチング槽３に投入された時、制御回路３００は、分岐配管６２の自動弁６５を開状態にする。これにより、溢流部３ａに溢れた燐酸は、分岐配管６２を介して直接受け槽７０に回収され、高酸化珪素濃度の燐酸の一部を確実に排出することができる。
【００５６】
貯留槽１３０内の再生燐酸を溢流部３ａではなく、循環濾過経路部５へ供給したり、エッチング槽３の本体内へ供給するようにしてもよい。この場合について、図３を参照しつつ説明する。循環濾過経路部５へ供給する場合には、図３に示すように補給配管１４０ａに分岐補給配管１６０を設けることができる。分岐補給配管１６０は、循環濾過経路部５のフィルタ５１より上流側に接続することができ、自動弁１６１を有する。自動弁１６１を開状態にすると、再生された燐酸は、分岐補給配管１６０を介して、循環濾過経路部５の濾過部（フィルタ５１）の手前に供給される。このような構造にすると、供給した燐酸は、循環濾過経路部５のフィルタ５１やラインヒータ５２等を通過して、供給口３５から、エッチング槽３に供給される間に、温度や濃度の調整がされる。また、フィルタ５１を通過しているため、再生後の燐酸にパーティクルが含まれている場合に、そのようなパーティクルの除去を行なうことができるという利点がある。
【００５７】
エッチング槽３の容量が大きい場合等においては、処理槽１００を対に設けておき、受け槽７０の回収燐酸を両処理槽１００へ切換方式で導入し再生処理するようにしてもよい。
【００５８】
排出配管６０および分岐配管６２に流量計を設けて、回収された燐酸の量を計測し、その量に基づきエッチング槽３に再生された燐酸、あるいは新しい燐酸を供給することができる。
【００５９】
循環濾過経路部５と処理槽１００へ供給される純水は、実際には同じ純水溜部から図示された配管を通じてそれぞれ送られることができる。
【００６０】
エッチング槽３から燐酸を排出するための構造としては、底壁３１に排出口３６を設けることなく行なう態様について、図３を参照しつつ説明する。図３に示すように、分岐配管６２に排出用ポンプ１７０を設けることができる。この場合、エッチング槽３の底壁３１に排出口３６を設ける必要がない。エッチング槽３から燐酸を排出する際には、分岐配管６２に設けられた排出用ポンプ１７０を作動させると、まず、循環濾過経路部５の燐酸は、逆流し分岐配管６２を介して、受け槽７０に回収される。さらに、エッチング槽３内の燐酸は、供給口３５から排出され、循環濾過経路部５を逆流し、分岐配管６２を介して受け槽７０に回収される。このようにして、エッチング槽３内の燐酸を排出することができる。
【００６１】
排出用ポンプを使用しない場合、重力落下方式で回収を行なうため、液の回収に時間を要し、さらに装置の配置上の制限があるという問題がある。上述のように、排出用ポンプ１７０を設けていることにより、液の回収時間を短縮でき、装置の配置上の制限が減少する。また、この場合、エッチング槽３の底壁３１の供給口３５は、循環濾過経路部５の燐酸を供給する際の供給口の役割と、エッチング槽３の燐酸を排出する際の排出口の役割とを果すことができる。
【００６２】
また、たとえば、図１および図２に示すように、排出口３６を設けて排出配管６０により、排出口３６と受け槽７０とを接続した場合であっても、排出配管６０に排出用ポンプを設けることにより、液の回収時間を短縮でき、装置の配置上の制限を減少させることができる。
【００６３】
この排出用ポンプは、分岐配管６２に設ける他に、受け槽７０と処理槽１００とを接続する配管、および、処理槽１００と貯留槽１３０とを接続する配管などの燐酸を流入させる際に用いられる配管に使用することができる。
【００６４】
以上説明したように、本発明のウエハ処理装置にあっては、エッチング槽３での燐酸の交換を全量でまとめて行なうことにより、装置の停止時間を短くすることができる。また、必要に応じて新しい燐酸が供給され、エッチング槽３内の燐酸の液面を一定に保つことができ、安定したエッチング処理ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる処理装置のエッチング部及び循環濾過経路部を主体とした構成図である。
【図２】本実施の形態にかかる処理装置の燐酸再生部を主体とした構成図である。
【図３】本実施の形態の変形例にかかる処理装置のエッチング部及び循環濾過経路部を主体とした構成図である。
【符号の説明】
１ 半導体ウエハ（ウエハ）
３ エッチング槽
３ａ 溢流部
４ エッチング部
５ 循環濾過経路部
６ 燐酸再生装置
７ 測定部
８ 新液供給部
５１ フィルタ（濾過部）
６０ 排出配管
６２ 分岐配管
７０ 受け槽
１００ 処理槽
１０９ フッ酸タンク（ＨＦタンク）
１１６ 濾過配管
１１９ フィルタ（濾過部）
１３０ 貯留槽
１４０ａ 補給配管
１４０ｂ 循環配管
１５０ 分岐配管
２００ 冷却器
２０１ 恒温槽（スパイラル管を含む）
２０３ 保温容器
２０４ 導電率センサ
２０５ 導電率計（フッ素計測器）
３００ 制御回路（制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ（例えば、シリコンウエハで、以下、「ウエハ」と記す）等の窒化珪素膜（以下、「窒化膜」と略称する）を熱燐酸（以下、「燐酸」と略称することもある）によってエッチング処理する処理装置に関し、特にエッチング処理に寄与した燐酸を回収して再利用可能にする再生部を有した処理装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
半導体製造等におけるウエハ処理には、ウエハに微細な窒化膜パターンをエッチングで形成することがある。このエッチングではドライエッチングが主流となっているが、形成された窒化膜を酸化マスクして選択的に酸化膜を形成し、不要となった窒化膜マスクの除去には窒化膜と酸化膜のエッチング選択比が大きい熱燐酸を用いて処理する方法が今日でも広く採用されている。このウエハ処理においては、窒化膜と酸化膜のエッチング選択比が大きい条件でエッチングを行えば、ウエハの窒化膜が水と反応して酸化珪素とアンモニアに分解するため、エッチングが適切に行われる。この反応では、燐酸が触媒として作用し、かつ消耗せずに水を補給するだけで永久的に触媒として利用できることが知られており、効率的なエッチングが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実際のウエハ処理においては、エッチング選択比を大きくするため、どうしても分解された酸化珪素が熱燐酸に高濃度に溶解した状態で使用せざるを得ないが、この条件で使用すると、この溶解量が飽和溶解量に達しその酸化珪素が微細な粒子となって析出することになり、これが微細なパーティクルとなってウエハを汚染したり、エッチング液を再利用するための循環濾過フィルタを詰まらせるといった種々の障害の原因となる。そこで、酸化珪素の溶解量が飽和溶解量に達する前に、例えばエッチング液を新しい燐酸に交換したり、燐酸中の酸化珪素濃度を下げなければならない。酸化珪素を多く含む燐酸はエッチング液として使用できず、廃液として廃棄処理しなければならないだけでなく、環境へ悪影響を与えかねない。
【０００４】
また、窒化膜マスクのエッチング速度は、燐酸温度が一定であれば酸化珪素濃度と関係なく一定であるが、酸化膜のエッチング速度は燐酸中の酸化珪素濃度に反比例し、酸化珪素濃度が高くなると減少する。このように、窒化膜と酸化膜のエッチング選択比は、酸化珪素膜濃度に応じて変化するため、処理ロット間で酸化膜厚がバラツク原因となり、品質低下を招くことになる。従って、その分だけ、ウエハ処理装置の設計や加工処理マージンを大きくする必要性があるが、ＩＣの微細化、高集積化の進展に伴って、許容されるマージンが小さくなってきている。このような背景から、選択比が大きく、処理ロット間バラツキが少なく、しかも燐酸廃液が排出されないウエハ処理装置の実現が望まれている。
【０００５】
本出願人らは、以上の状況から特開平１１−２９３４７９号や特開平９−４５６６０号等のウエハ処理装置構造や再生方法を開発してきた。本発明はそれらを更に改善したものであり、エッチング液の交換を自動化し易くし、装置の停止時間の短縮を図り、かつ燐酸中の不純物を低減したり一定に維持可能にすることを目的としている。そして、窒化膜と酸化膜のエッチング選択比を大きいままとし、かつ該選択比を一定とした燐酸により窒化膜エッチングを行うことができるようにする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の処理装置は、半導体ウエハを熱燐酸によってエッチング処理する溢流部付のエッチング槽と、前記溢流部に溢流した燐酸をエッチング槽外に導いて濾過、加熱及び純水を添加してエッチング槽内へ戻す循環濾過経路部と、エッチング処理を行なった燐酸を回収し、該燐酸にフッ酸を加えて加熱処理を行なう再生処理が行なわれる、燐酸再生装置と、前記燐酸再生装置で再生された燐酸を前記エッチング槽に補給する補給配管と、前記エッチング処理が行なわれた回数を計測し、該処理回数に基づき、燐酸の全量を交換するエッチング液交換手段とを含む。
【０００７】
本発明の処理装置によれば、エッチング槽の燐酸の交換を一回でまとめて行なうことができる。このことにより、エッチング槽に燐酸が補充されたときに、濃度や温度の調整のために装置を停止する時間を短縮することができる。本発明の処理装置は、たとえば、下記の態様をとることができる。
【０００８】
（Ａ）本発明の処理装置において、前記燐酸再生装置は、前記回収された燐酸を一旦入れる受け槽と、前記受け槽から導入される燐酸にフッ酸を加えて加熱する処理槽と、前記処理槽で再生処理された燐酸を一時貯留する貯留槽と、を含み、前記処理槽は、処理槽内から蒸発する蒸気を冷却して液化する冷却器と、前記冷却器で液化された液を一定温度に調整する恒温槽と、前記恒温槽で調整された液中のフッ素濃度を計測するフッ素計測手段を含む測定部と、を有することができる。
【０００９】
（Ｂ）本発明の処理装置において、前記補給配管は、前記エッチング槽に新しい燐酸を供給する新液供給部を含むことができる。
【００１０】
（Ｃ）本発明の処理装置において、前記循環濾過経路部は、燐酸を濾過する濾過部の手前に分岐配管を有し、前記濾過部へ流れる燐酸の循環液圧に応じて、前記燐酸再生装置側へ導入する燐酸の量を制御する手段を有することができる。
【００１１】
（Ｄ）本発明の処理装置において、前記補給配管は、前記貯留槽から取り出された再生燐酸を、前記エッチング槽又は前記溢流部へ送る経路と、再び貯留槽へ戻す循環経路とを切換可能に構成することができる。
【００１２】
（Ｅ）本発明の処理装置において、前記貯留槽は、前記処理槽から導入される再生された燐酸を所定温度に制御する加熱手段を有していると共に、前記溢流部との間を前記補給配管で接続することができる。
【００１３】
（Ｆ）本発明の処理装置において、前記貯留槽は、前記処理槽から導入される再生された燐酸を所定温度に制御する加熱手段を有していると共に、前記循環濾過経路部との間を前記補給配管で接続することができる。
【００１４】
（Ｇ）本発明の処理装置において、前記加熱手段は、前記貯留槽から、前記エッチング槽へ再生された燐酸を供給するタイミングにより制御されることができる。
【００１５】
（Ｈ）本発明の処理装置において、前記処理槽は、槽内の燐酸を循環させるための循環経路を有しており、該循環経路は、濾過部を有することができる。
【００１６】
（Ｉ）本発明の処理装置は、半導体装置の製造方法に用いることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態として示した図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の装置のうちエッチング槽及び循環濾過経路部を主体とした構成図であり、図２は同装置のうち燐酸再生装置を主体とした構成図である。以下の説明では、本発明装置の各部を説明した後、装置作動例について説明する。
【００１８】
（装置構造）
この処理装置は、エッチング部４と、循環濾過経路部５と、燐酸再生装置６とを主体として構成される。エッチング部４は、複数のウエハ１をウエハカセット２に収容した状態で熱燐酸（エッチング液）に浸して同ウエハ１の窒化膜をエッチングする箇所である。循環濾過経路部５は、エッチング槽３から溢流した燐酸を濾過、加熱及び純水添加工程を経て再びエッチング槽３へ戻す箇所である。燐酸再生装置６は、循環濾過経路部５から燐酸を分岐して同燐酸中の酸化珪素濃度を下げ、当該エッチング液に使用可能な一定の酸化珪素濃度の燐酸に再生してエッチング槽３の溢流部３ａへ戻す箇所である。
【００１９】
ａ．エッチング部
このエッチング部４では、エッチング槽３と共に不図示の自動移送ロボットやベルトコンベヤ等が配置され、ウエハ１がエッチング槽３の槽本体内に出し入れされてエッチング処理される。エッチング槽３は、内周壁３０及び底壁３１で槽本体を区画形成していると共に、内周壁３０の上端から溢れる燐酸を受け入れる溢流部３ａを外周に形成している。内周壁３０及び底壁３１には不図示の発熱体である面ヒータが内設されている。槽本体には、底内側に分散板であるメッシュ３２が設けられ、該メッシュ３２の上にウエハカセット２が保持される。
【００２０】
液の導入・排出構造は、溢流部３ａの上側に設けられて燐酸（主に再生燐酸）を補給する補給口３３と、溢流部３ａの底壁に設けられて溢流した燐酸を循環濾過経路部５へ排出する排出口３４と、底壁３１に設けられて循環濾過経路部５で処理された燐酸を槽本体内に導入する供給口３５と、同様に底壁３１に設けられてエッチング槽３内の液の全量を排出するための排出口３６とが設けられている。
【００２１】
制御系としては、エッチング槽３内の燐酸の量を検出する液面センサ３７と、槽本体内の燐酸の液温度を検出する温度センサ３８と、温度センサ３８による検出温度を基にして前記した面ヒータを制御して燐酸を一定の所定温度に維持するヒータコントローラ３９とが設けられている。
【００２２】
ｂ．循環濾過経路部
循環濾過経路部５には、ポンプ５０と、濾過部であるフィルタ５１とが設けられている。溢流部３ａの排出口３４から排出された燐酸は、ポンプ５０により供給口３５からエッチング槽３の槽本体に戻され、フィルタ５１を経由することで濾過される。循環濾過経路部５は、他にはラインヒータ５２と、温度センサ５３と、ヒーターコントローラー５４と、純水供給するための計量ポンプ５５を備えている。ラインヒータ５２は、濾過した燐酸を一定の所定温度に保ち、温度センサ５３およびヒータコントローラ５４により制御されている。そして、計量ポンプ５５により、その一定温度に加温された燐酸に所定量の純水を添加される。即ち、ここでは、溢流部３ａから排出されたエッチング液つまり燐酸について、まず、フィルタ５１により燐酸を濾過する。次に、燐酸は、ラインヒータ５２で一定の温度まで加温された後、計量ポンプ５５で純水を添加して燐酸濃度が一定に保たれるよう調整されて槽本体内へ戻される。
【００２３】
ｃ．燐酸再生装置
燐酸再生装置６は、受け槽７０と処理槽１００および貯留槽１３０とを主体として構成され、エッチング処理を行なった燐酸の再生処理を行ない、再生後の燐酸をエッチング部４に供給する箇所である。
【００２４】
燐酸再生装置６の受け槽７０と、エッチング槽３の排出口３６との間は、排出配管６０で接続されている。排出配管６０には、自動弁６１が設けられており、自動弁６１が開状態になることにより、槽内の燐酸が排出される。
【００２５】
また、循環濾過経路部５のポンプ５０とフィルタ５１との間には、分岐配管６２が設けられている。分岐配管６２には、圧力計６３、ニードル弁６４及び自動弁６５が設けられている。ここで、圧力計６３は、ポンプ５０とフィルタ５１の間の配管部、つまりフィルタ５１の手前の液圧力（循環液圧又は濾過圧）を測定する。ニードル弁６４は流量調整弁であり、このニードル弁６４の弁開度を適宜に調整しておくことにより、分岐配管６２から分岐される燐酸の流量は前記した循環液圧に対応して自動的に制御される。自動弁６５は開閉弁である。そして、自動弁６５が開状態のとき、分岐配管６２から分岐された燐酸が受け槽７０に回収される。
【００２６】
受け槽７０は、複数の液面センサ７１を有し、前記回収量を常に計測している。計測されたデータは、後述する制御回路３００に送信され、制御回路３００は、回収量に基づき、自動弁１０１の開閉を制御する。すなわち、受け槽７０の燐酸の量が所定量に達した場合、自動弁１０１が開状態になり、燐酸は底部の排出口７２から処理槽１００へ導入される。
【００２７】
処理槽１００は、測定部７と組に構成されている。処理槽１００には、液面センサ１０２と、面ヒータ１０３および面ヒータ１０４等と、温度センサ１０５と、ヒータコントローラ１０６とが設けられている。槽内の燐酸は、温度センサ１０５の検出温度を基にして、ヒータコントローラ１０６が面ヒータ１０３，１０４等を制御することにより調整される。また、処理槽１００は、槽内に純水を添加する純水供給手段である計量ポンプ１０７および槽内の補給配管１０８と、ＨＦ（フッ酸、つまりフッ化水素）の必要量供給する薬液供給手段であるＨＦタンク１０９及び計量ポンプ１１０とを設けている。
【００２８】
液の導入、排出構造としては、処理槽１００の上部に、ＨＦを供給するための供給口１１２と、受け槽７０から燐酸を導入するための供給口１１４と、測定部７に必要な蒸気を取り出すための蒸気取り出し口１１３とが設けられている。処理槽１００の底部には、燐酸を排出するための排出口１１５が設けられている。
【００２９】
排出口１１５には、濾過配管１１６が設けられており、濾過配管１１６には、自動弁１１７と、ポンプ１１８と、フィルタ１１９と、ヒータ１２０とが設けられている。すなわち、排出口１１５から排出された燐酸は、ポンプ１１８により、供給口１１２から処理槽１００に戻されると共に、濾過部であるフィルタ１１９を経由することにより濾過され、ヒータ１２０で加熱される。濾過配管１１６には、分岐配管１２１が設けられている。分岐配管１２１には自動弁１２２が設けられており、再生が終了した燐酸は、分岐配管１２１を介して、貯留槽１３０へ排出される。
【００３０】
このように、濾過配管１１６にフィルタ１１９を設けることにより、再生された燐酸中の異物、パーティクルの除去を行なうことができる。
【００３１】
測定部７は、再生用として処理槽１００の燐酸に投入されたフッ酸の現在濃度を検出し、再生の進行及び終点を判定する箇所である。この形態では、処理槽１００の蒸気を冷却する冷却器２００と、ここで冷却された液体を一定の温度に調整するスパイラル管を含む恒温槽２０１及びその温度コントローラ２０２と、恒温槽２０１からの液体を受ける保温容器２０３と、処理槽１００内の燐酸のフッ素濃度を算出するために、保温容器２０３の液体の導電率を測定する導電率センサ２０４を有する導電率計２０５とを備えている。ここでの保温容器２０３は、導電率センサ２０４を用いていることから、ある程度の深さのものが用いられる。また、処理槽１００の燐酸中のフッ素濃度は、導電率計２０５で測定された導電率のデータを基にして当該装置のメイン制御手段である制御回路（マイクロコンピュータ等）３００で演算処理して算出される。なお、制御回路３００は、処理槽１００内の燐酸量に応じたフッ酸及び純水の投入量を算出し、各算出投入量を充足するよう計量ポンプ１１０，１０７を制御したり、前記フッ素濃度が所定値以下となったときその再生終了を知らせたり、上述した各部の自動弁、ニードル弁及び計量ポンプ等も必要に応じて制御したり、各部のヒータコントローラ等との間で必要な信号の授受を行ってウエハ処理装置全体を制御する。
【００３２】
貯留槽１３０は、処理槽１００内で再生処理された燐酸を分岐配管１２１を介してバッチ式に貯留し、その再生燐酸を補給配管１４０ａを介し前記溢流部３ａへ補給する箇所である。
【００３３】
貯留槽１３０は、面ヒータ１３１および面ヒータ１３２と、液面センサ１３３と、温度センサ１３４と、ヒータコントローラ１３５とを備えている。面ヒータ１３１及び面ヒータ１３２は、貯留された再生燐酸を所定温度に加熱し、温度センサ１３４は、槽内の燐酸の温度を検出し、ヒータコントローラ１３５は、検出された温度を基に面ヒータ１３１および面ヒータ１３２を制御している。また、貯留槽１３０は、槽内に純水を添加する純水供給手段である計量ポンプ１３６と槽内に補給配管１３７とを備えることができる。
【００３４】
従来、再生処理を終了した燐酸は、濃度や温度の調整が行なわれないまま、エッチング槽３に導入されていたため、エッチング槽３に導入された後、濃度および温度の調整を必要とし、装置の停止時間が長くなるという問題があった。しかし、本発明によれば、貯留槽１３０は、加熱手段および純水供給手段を設けているため、エッチング槽３に導入される前に、あらかじめ温度や濃度をプロセスでの処理に適した条件に調整することができる。このように調整された燐酸は、エッチング槽３に供給されてからすぐにプロセス処理を行なうことができ、装置の停止時間を短縮することができる。
【００３５】
また、加熱手段の制御は、エッチング槽３へ再生した燐酸を供給するタイミングに合わせて行なうことができる。たとえば、エッチング槽３へ再生された燐酸を供給する直前にのみ、加熱手段を使用する場合は、必要のない電力の消費を防ぐことができる。
【００３６】
貯留槽１３０と溢流部３ａとの間は、溢流部３ａ側に自動弁１４３とニードル弁１４４を付設した補給配管１４０ａで接続されている。補給配管１４０ａには、自動弁１４３より上流側に分岐した循環配管１４０ｂが設けられている。すなわち、自動弁１４３が閉状態の場合、燐酸は補給配管１４０ａ、補給配管１４０ｂを介して貯留槽１３０に戻され循環される。そして、前述したようにエッチング槽３の液面センサ３７の検出結果を基にして、制御回路３００からポンプ１４１、ニードル弁１４４へ信号が伝達されることにより、貯留槽１３０内の再生された燐酸は、溢流部３ａへ補給される。また、補給配管１４０ａには、新液供給部８が設けられている。具体的には、補給配管１４０ａにおいて、ニードル弁１４４とエッチング槽３の供給口３３との間に分岐配管１５０が設けられており、分岐配管１５０は、補給配管１４０ａと新しい燐酸タンク１５３とを接続している。分岐配管１５０には、ポンプ１５２と自動弁１５１とが設けられており、必要に応じて分岐配管１５０を介して新しい燐酸液が供給される。
【００３７】
（装置稼動）
次に、以上のウエハ処理装置の稼動又は動作例について概説する。
【００３８】
まず、窒化膜を施したウエハ１は、ウエハカセット２に収納された状態で、加熱された燐酸で満たされたエッチング槽３に入れられると、その熱燐酸によってウエハ１の窒化膜がエッチング処理される。この処理過程では、エッチング槽３の本体から溢れ出る熱燐酸が溢流部３ａに集められ排出口３４から循環濾過経路部５へ排出され、ポンプ５０によってフィルタ５１側へ送られる。このフィルタ５１を通過した燐酸は、ラインヒータ５２で所望の温度（例えば燐酸の沸点直前の温度）に昇温されると共に、昇温された燐酸に計量ポンプ５５を介し所定量の純水が添加されて供給口３５からエッチング槽３の本体内に送られて循環される。このようにして、燐酸がエッチング槽３に循環されるため、ウエハ１の窒化膜が適切にエッチング処理される。
【００３９】
このエッチング過程では、エッチング処理が行なわれた回数を計測しており、処理回数が所定回数に達した場合、エッチング槽３内の燐酸の交換が行なわれる。エッチング処理の回数は、たとえば、ウエハカセット２の出し入れを計測することにより行なう。制御回路３００は、処理回数が所定回数に達した場合、自動弁６１を開状態にし、槽内の燐酸の全量が排出され受け槽７０に回収される。
【００４０】
次に、槽内の燐酸の全量が排出された後、制御回路３００からの信号により自動弁６１は閉状態になり、補給配管１４０ａの自動弁１４３を開状態にし、後述する貯留槽１３０の再生された燐酸が供給される。このとき、供給される燐酸の量は、液面センサ３７により計測されており、その結果に基づき自動弁１４３は閉状態になる。このようにして、エッチング槽３では、所定のエッチング処理を終えた燐酸を低酸化珪素濃度の燐酸に交換することができる。
【００４１】
エッチング槽３に燐酸を供給する際に、必要に応じて新液供給部８から新しい燐酸が供給される。たとえば、貯留槽１３０において燐酸が不足している場合、制御回路３００は、自動弁１５１を開状態にし、分岐配管１５０を介して新しい燐酸が供給される。
【００４２】
従って、この構造では、処理回数が所定回数に達した時点で、槽内の燐酸の全量を交換することにより、エッチング液の装置の空き時間を減らすことができる。また、次回の交換時までのエッチング処理においても、所定の濃度より高酸化珪素濃度になった燐酸の一部を排出し、低酸化珪素濃度の燐酸を補充することにより、エッチング槽３の燐酸の濃度が最適な状態で維持できる。さらに、循環濾過経路部５では、次回のエッチング液の交換までの間、プロセス処理に適した燐酸の濃度を保つために、高酸化珪素濃度の燐酸の一部を排出するため、分岐配管６２が設けられている。分岐配管６２には、圧力計６３が設けられており、圧力計６３はフィルタ５１の手前の循環液圧を測定している。燐酸中の酸化珪素濃度が高くなると、フィルタ５１の酸化珪素沈着が多くなるために循環液圧は高くなる。すなわち、循環液圧を測定することにより、燐酸の酸化珪素濃度を予測することができる。圧力計６３で計測される圧力値（循環液圧）は、制御回路３００へ伝達され、制御回路３００は、その計測結果が所定値以上であれば、自動弁６５を開状態にし、循環濾過経路部５を流れている燐酸の一部は、分岐配管６２を介して受け槽７０へ回収される。
【００４３】
前述のように、循環濾過経路部５から燐酸の一部が回収されて、エッチング槽３の燐酸が減少する場合、制御回路３００は、補給配管１４０ａの自動弁１４３を開状態にし、貯留槽１３０の再生された燐酸が補充される。
【００４４】
この場合、貯留槽１３０の再生燐酸は、処理槽１００で再生されて低酸化珪素濃度の燐酸であることから、エッチング槽３の燐酸中の酸化珪素濃度もそれに応じて低い値に維持可能にする。また、循環濾過経路部５では、その低酸化珪素濃度の燐酸がポンプ５０からフィルタ５１側へ送られるため、フィルタ５１の沈着酸化珪素を再溶解して除去する。この利点は、低酸化珪素濃度の燐酸であるため、フィルタ５１の沈着酸化珪素が再溶解してフィルタ５１を長期に使用可能にすることである。
【００４５】
受け槽７０では、液面センサ７１が計測したデータを制御回路３００に伝達し、制御回路３００は、計測されたデータを基に自動弁１０１を制御する。すなわち、受け槽７０の燐酸が所定の量に達した場合は、自動弁１０１は開状態となり、受け槽７０の燐酸は処理槽１００へ回収される。
【００４６】
処理槽１００に回収された燐酸は、再生処理が行なわれている間、排出口１１５から排出され濾過配管１１６を介して循環される。このように、処理槽１００内の燐酸は、濾過配管１１６を介して循環され、濾過部であるフィルタ１１９を通過することで、燐酸中の不純物やパーティクルを除去することができる。
【００４７】
この再生処理においては、ＨＦタンク１０９のフッ酸が計量ポンプ１１０によって処理槽１００内へ適量供給されると共に、純水が計量ポンプ１０７によって純水供給管１０８を介し処理槽１００内へ適量供給される。なお、前記フッ酸及び純水の供給量は、例えば、特開平１１ー２９３４７９号の関係箇所を参照されたい。そして、この再生処理では、面ヒータ１０３，１０４を制御して処理槽１００内の液温度を上げるようにし、蒸発した蒸気を蒸気取り出し口１１３から冷却器２００に導いて冷却して液体に戻す。この液体は、恒温槽２０１内のスパイラル管を通って、一定温度に調整されつつ保温容器２０３へ流し込まれる。なお、保温容器２０３には常に新たな液体が流入され、古い液体が溜まらないようになっている。保温容器２０３から流れ出した液体には必要な処理が施される。
【００４８】
続いて、保温容器２０３の液体の導電率を導電率計２０５（導電率センサ２０４）で計測し、該計測したデータが制御回路３００の記憶部に記憶される。制御回路３００では、そのデータを演算処理してフッ素濃度を算出し、該フッ素濃度が所望の値と対応する導電率になる時点を判断し、処理槽１００の燐酸中の酸化珪素濃度が所定値より低くなった時点を確定する。なお、処理槽１００内の燐酸は、上記したフッ酸を加え、純水を添加することにより、燐酸中の酸化珪素濃度が下がり、この燐酸がウエハ１の窒化膜エッチングに使用可能な低酸化珪素濃度になると、制御回路３００からの命令により、自動弁１２２が開状態となり、貯留槽１３０へ排出される。この貯留槽１３０内の燐酸は、液面センサ１３３によって検出されており、その検出結果により自動弁１２２の開時間が制御される。
【００４９】
貯留槽１３０内の燐酸は、面ヒータ１３１，１３２によって所定温度（例えば沸点の一歩手前の温度）に保たれ、溢流部３ａに補給された際、循環濾過経路部５及びエッチング槽３の本体にある燐酸の温度低下を起こさないように処理される。そして、溢流部３ａへの補給では、エッチング槽３の液面センサ３７の検出結果を基にして、自動弁１４３が開状態とされ、貯留槽１３０内の燐酸がポンプ１４１、自動弁１４３及びニードル弁１４４を介し供給される。なお、貯留槽１３０内の燐酸は、通常、補給配管１４０ａからニードル弁１４２及び循環配管１４０ｂを介して循環されている。ニードル弁１４２は、例えば、溢流部３ａへの補給時のみ弁開度が最少となるよう制御される。これは、貯留槽１３０内の燐酸温度を極力一定に維持するためである。
【００５０】
このとき、貯留槽１３０の液面センサ１３３や温度センサ１３４の計測結果は、制御回路３００に伝達されており、燐酸の量が不足している場合などは、新液供給部８の自動弁１５１が開状態になり新しい燐酸が供給される。
【００５１】
また、貯留槽１３０内の燐酸は上述のように加熱される他に、たとえば、エッチング槽３に液を供給するタイミングに合わせて加熱を行なうことができる。この方法は、特に、エッチング槽３で所定回数のエッチング処理を終え、エッチング液の全量を交換する場合、あらかじめエッチング槽３に供給するタイミングが分かっているため、そのタイミングに合わせて加熱することにより、無駄な加熱を防ぎ電力の消費を削減することができる。
【００５２】
さらに貯留槽１３０では、計量ポンプ１３６および補給配管１３７を介して純水を添加することなどにより槽内の燐酸の濃度や温度を調整しプロセスの処理に用いられる燐酸と同様の状態にすることができる。このことにより、貯留槽１３０の燐酸は、エッチング槽３に供給された後すぐにプロセス処理を開始することができる。
【００５３】
以上のように、この構造では、処理槽１００内の燐酸中のフッ素濃度が温度変化や空気中の二酸化炭素の影響を受けない状態で測定されるため、処理槽１００で再生処理される燐酸に残留するフッ素濃度を高精度で計測可能となり、引いては燐酸中の酸化珪素濃度をフッ素濃度の計測値から高精度に推定できる。また、燐酸液再生装置６としては、廃液となる燐酸が極力抑えられるようになり、コスト低減だけでなく、環境への悪影響も抑えることができる。
【００５４】
本発明は以上の実施の形態に何ら制約されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々変形したり、展開することも可能であり，たとえば、下記の態様をとることができる。なお、図３は、変形例の一例を示したものである。
【００５５】
エッチング処理を適切な条件で行なうために、循環濾過経路部５から燐酸の一部を排出する際、ウエハカセット２をエッチング槽３に投入した際に溢れた燐酸の全量を直接受け槽７０に回収することができる。この場合、ウエハカセット２がエッチング槽３に投入された時、制御回路３００は、分岐配管６２の自動弁６５を開状態にする。これにより、溢流部３ａに溢れた燐酸は、分岐配管６２を介して直接受け槽７０に回収され、高酸化珪素濃度の燐酸の一部を確実に排出することができる。
【００５６】
貯留槽１３０内の再生燐酸を溢流部３ａではなく、循環濾過経路部５へ供給したり、エッチング槽３の本体内へ供給するようにしてもよい。この場合について、図３を参照しつつ説明する。循環濾過経路部５へ供給する場合には、図３に示すように補給配管１４０ａに分岐補給配管１６０を設けることができる。分岐補給配管１６０は、循環濾過経路部５のフィルタ５１より上流側に接続することができ、自動弁１６１を有する。自動弁１６１を開状態にすると、再生された燐酸は、分岐補給配管１６０を介して、循環濾過経路部５の濾過部（フィルタ５１）の手前に供給される。このような構造にすると、供給した燐酸は、循環濾過経路部５のフィルタ５１やラインヒータ５２等を通過して、供給口３５から、エッチング槽３に供給される間に、温度や濃度の調整がされる。また、フィルタ５１を通過しているため、再生後の燐酸にパーティクルが含まれている場合に、そのようなパーティクルの除去を行なうことができるという利点がある。
【００５７】
エッチング槽３の容量が大きい場合等においては、処理槽１００を対に設けておき、受け槽７０の回収燐酸を両処理槽１００へ切換方式で導入し再生処理するようにしてもよい。
【００５８】
排出配管６０および分岐配管６２に流量計を設けて、回収された燐酸の量を計測し、その量に基づきエッチング槽３に再生された燐酸、あるいは新しい燐酸を供給することができる。
【００５９】
循環濾過経路部５と処理槽１００へ供給される純水は、実際には同じ純水溜部から図示された配管を通じてそれぞれ送られることができる。
【００６０】
エッチング槽３から燐酸を排出するための構造としては、底壁３１に排出口３６を設けることなく行なう態様について、図３を参照しつつ説明する。図３に示すように、分岐配管６２に排出用ポンプ１７０を設けることができる。この場合、エッチング槽３の底壁３１に排出口３６を設ける必要がない。エッチング槽３から燐酸を排出する際には、分岐配管６２に設けられた排出用ポンプ１７０を作動させると、まず、循環濾過経路部５の燐酸は、逆流し分岐配管６２を介して、受け槽７０に回収される。さらに、エッチング槽３内の燐酸は、供給口３５から排出され、循環濾過経路部５を逆流し、分岐配管６２を介して受け槽７０に回収される。このようにして、エッチング槽３内の燐酸を排出することができる。
【００６１】
排出用ポンプを使用しない場合、重力落下方式で回収を行なうため、液の回収に時間を要し、さらに装置の配置上の制限があるという問題がある。上述のように、排出用ポンプ１７０を設けていることにより、液の回収時間を短縮でき、装置の配置上の制限が減少する。また、この場合、エッチング槽３の底壁３１の供給口３５は、循環濾過経路部５の燐酸を供給する際の供給口の役割と、エッチング槽３の燐酸を排出する際の排出口の役割とを果すことができる。
【００６２】
また、たとえば、図１および図２に示すように、排出口３６を設けて排出配管６０により、排出口３６と受け槽７０とを接続した場合であっても、排出配管６０に排出用ポンプを設けることにより、液の回収時間を短縮でき、装置の配置上の制限を減少させることができる。
【００６３】
この排出用ポンプは、分岐配管６２に設ける他に、受け槽７０と処理槽１００とを接続する配管、および、処理槽１００と貯留槽１３０とを接続する配管などの燐酸を流入させる際に用いられる配管に使用することができる。
【００６４】
以上説明したように、本発明のウエハ処理装置にあっては、エッチング槽３での燐酸の交換を全量でまとめて行なうことにより、装置の停止時間を短くすることができる。また、必要に応じて新しい燐酸が供給され、エッチング槽３内の燐酸の液面を一定に保つことができ、安定したエッチング処理ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる処理装置のエッチング部及び循環濾過経路部を主体とした構成図である。
【図２】本実施の形態にかかる処理装置の燐酸再生部を主体とした構成図である。
【図３】本実施の形態の変形例にかかる処理装置のエッチング部及び循環濾過経路部を主体とした構成図である。
【符号の説明】
１ 半導体ウエハ（ウエハ）
３ エッチング槽
３ａ 溢流部
４ エッチング部
５ 循環濾過経路部
６ 燐酸再生装置
７ 測定部
８ 新液供給部
５１ フィルタ（濾過部）
６０ 排出配管
６２ 分岐配管
７０ 受け槽
１００ 処理槽
１０９ フッ酸タンク（ＨＦタンク）
１１６ 濾過配管
１１９ フィルタ（濾過部）
１３０ 貯留槽
１４０ａ 補給配管
１４０ｂ 循環配管
１５０ 分岐配管
２００ 冷却器
２０１ 恒温槽（スパイラル管を含む）
２０３ 保温容器
２０４ 導電率センサ
２０５ 導電率計（フッ素計測器）
３００ 制御回路（制御手段）
Claims (9)
- 半導体ウエハを熱燐酸によってエッチング処理する溢流部付のエッチング槽と、
前記溢流部に溢流した燐酸をエッチング槽外に導いて濾過、加熱及び純水を添加してエッチング槽内へ戻す循環濾過経路部と、
エッチング処理を行なった燐酸を回収し、該燐酸にフッ酸を加えて加熱処理を行なう再生処理が行なわれる、燐酸再生装置と、
前記燐酸再生装置で再生された燐酸を前記エッチング槽に補給する補給配管と、
前記エッチング処理が行なわれた回数を計測し、該処理回数に基づき、燐酸の全量を交換するエッチング液交換手段とを含み、
前記燐酸再生装置は、
前記回収された燐酸を一旦入れる受け槽と、
前記受け槽から導入される燐酸にフッ酸を加えて加熱する処理槽と、
前記処理槽で再生処理された燐酸を一時貯留する貯留槽と、
を含み、
前記処理槽は、
処理槽内から蒸発する蒸気を冷却して液化する冷却器と、
前記冷却器で液化された液を一定温度に調整する恒温槽と、
前記恒温槽で調整された液中のフッ素濃度を計測するフッ素計測手段を含む測定部と、
を有している、処理装置。 - 半導体ウエハを熱燐酸によってエッチング処理する溢流部付のエッチング槽と、
前記溢流部に溢流した燐酸をエッチング槽外に導いて濾過、加熱及び純水を添加してエッチング槽内へ戻す循環濾過経路部と、
エッチング処理を行なった燐酸を回収し、該燐酸にフッ酸を加えて加熱処理を行なう再生処理が行なわれる、燐酸再生装置と、
前記燐酸再生装置で再生された燐酸を前記エッチング槽に補給する補給配管と、
前記エッチング処理が行なわれた回数を計測し、該処理回数に基づき、燐酸の全量を交換するエッチング液交換手段とを含み、
前記循環濾過経路部は、燐酸を濾過する濾過部の手前に分岐配管を有し、前記濾過部へ流れる燐酸の循環液圧に応じて、前記燐酸再生装置側へ導入する燐酸の量を制御する手段を有している、処理装置。 - 請求項１または２において、
前記補給配管は、前記エッチング槽に新しい燐酸を供給する新液供給部を含む、処理装置。 - 請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記補給配管は、前記貯留槽から取り出された再生燐酸を、前記エッチング槽又は前記溢流部へ送る経路と、再び貯留槽へ戻す循環経路とを切換可能に構成している、処理装置。 - 請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記貯留槽は、前記処理槽から導入される再生された燐酸を所定温度に制御する加熱手段を有していると共に、前記溢流部との間が前記補給配管で接続されている、処理装置。 - 請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記貯留槽は、前記処理槽から導入される再生された燐酸を所定温度に制御する加熱手段を有していると共に、前記循環濾過経路部との間を前記補給配管で接続されている、処理装置。 - 請求項５または６において、
前記再生された燐酸は、前記貯留槽から前記エッチング槽へ供給される前に前記加熱手段によって所定温度に加熱される、処理装置。 - 請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記処理槽は、槽内の燐酸を循環させるための循環経路を有しており、該循環経路は、濾過部を有している、処理装置。 - 請求項１〜８のいずれかに記載の処理装置を用いる、半導体装置の製造方法。
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