JP4625495B2 - スピンエッチング方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、スピンエッチング処理における処理速度の向上及び処理液の節約を図ることができるようにしたスピンエッチング方法及び装置に関する。

従来のスピン処理においては、処理液の温度を昇温し、スピン処理点でのウェーハ温度を保持する方法が用いられている。

この従来のスピン処理、例えば、スピンエッチング処理を行うための装置として、図５に示した装置が知られている。図５において、１０は従来のスピンエッチング装置で、回転軸１２を介して回転可能に設置されたスピンテーブル１４を有している。該スピンテーブル１４の上面にはウェーハＷを保持するウェーハ保持手段１６が設けられている。１８は、該ウェーハ保持手段１６の上方に設けられた薬液供給ノズルである。該薬液供給ノズル１８は薬液ポンプＰ１を設置した接続パイプＬ１を介して薬液循環加温タンク２２に接続されている。該薬液循環加温タンク２２は、エッチング液２０を貯留し循環加温する作用を果たす。

２４はエッチング液２０を貯留する薬液供給ボトルで、ポンプＰ２を設置した接続パイプＬ２を介して前記薬液循環加温タンク２２に接続されており、該薬液循環加温タンク２２内のエッチング液が減少すると補充するように作用する。２６は該薬液循環加温タンク２２に隣接して設けられたヒータ手段で、循環用ポンプＰ３を設置した薬液循環パイプＬ３に設けられており、薬液循環パイプＬ３内を循環するエッチング液を加温する作用を果たす。２８は温度センサーで、薬液循環加温タンク２２に内に浸漬可能に設置されており、該薬液循環加温タンク２２内のエッチング液２０の温度を検知する。

該温度センサー２８は、電線Ｅ１によって温度制御回路３０に電気的に接続されている。該温度制御回路３０は前記ヒータ手段２６に電線Ｅ２を介して電気的に接続され、該温度制御回路３０からの信号によって該ヒータ手段２６を制御し、エッチング液２０の温度を所定温度に制御できるようになっている。

上述したような構成により、前記薬液循環加温タンク２２内において循環されつつ所定温度に維持されたエッチング液２０は、前記薬液供給ノズル１８から所定量ずつウェーハＷの上面に供給され、所定のスピンエッチング処理が行われる。このスピンエッチング処理においては、薬液循環加温タンク２２内のエッチング液２０の温度は、温度センサー２８によって常時検知され、その検知温度信号は温度制御回路３０に送られ、この温度制御回路３０からの信号によりヒータ手段２６を制御し、エッチング液２０の温度は所定温度に維持される。

しかしながら、上記したスピンエッチング装置においては、ウェーハの処理枚数に対応できる分のエッチング液を加温待機させなければならず、この待機中のエッチング液の経時劣化が問題であった。また、エッチング液の高温での待機は経時劣化に加えて、安全面から見ても問題である。

また、スピンエッチング処理点（スピンテーブル１４の上面）での温度保持はエッチング液供給量の増量を必要とし、処理速度の向上はエッチング液使用量の増加に直結してしまうという問題もある。さらに、上記した従来の装置では、エッチング液供給回路が複雑でコストアップにつながるという問題があった。

スピンエッチング処理において、エッチング処理速度を上げるためには、エッチング液の温度を高温にし、スピンエッチング処理点での温度低下を少なくするため、薬液流量を多くする必要がある。しかし、エッチング処理速度を速くするためにエッチング液の温度を高く設定すると、使用していない待機中のエッチング液も時間とともに劣化してしまい、さらにエッチング処理点での温度低下を防止するため流量を増加させることとなり、処理に必要なエッチング液以上の量を供給しなければならなくなり、エッチング処理速度の向上とエッチング液の節約を両立させることができない状況であった。スピン洗浄処理等の他のスピン処理においても同様の問題があった。

上記したエッチング液等の処理液の温度制御を行う手法の他に、基板処理装置の容器内の雰囲気温度を制御する手法も知られている（特許文献１）。
特開２０００−３１５６７１号公報

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、スピンエッチング処理における処理速度の向上と処理液の節約の両立を可能とするスピンエッチング方法及び装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のスピンエッチング方法は、スピンテーブル上面にウェーハを保持固定し、該スピンテーブルを回転させつつ、該ウェーハ表面にエッチング液を所定量ずつ供給し、該ウェーハ表面をエッチングするスピンエッチング方法であって、該エッチング液として温度制御していないフッ酸を用い、該フッ酸の供給量が０．５Ｌ／ｍｉｎ〜０．０１Ｌ／ｍｉｎであり、該スピンテーブルの側上方に設置されかつ該スピンテーブル上面に支持固定されたウェーハの上面を加熱するウェーハ加熱手段を設け、該スピンテーブルの側上方に設置されかつ該ウェーハの温度を検知する赤外線放射温度計を設け、及び該赤外線放射温度計からの検知温度信号に基づいて前記ウェーハ加熱手段を制御する温度制御回路を設けることにより、該ウェーハ加熱手段によって該ウェーハを側上方から加熱し該ウェーハ温度を所定温度に維持した状態で該ウェーハ表面に該温度制御していないフッ酸を供給し該ウェーハ表面をエッチングすることを特徴とする。

前記ウェーハの加熱による所定温度は２５℃以上が好ましく、３０℃以上がさらに好ましく、３５℃以上が最も好ましい。この加熱によるウェーハ温度の上限値は、処理液が沸騰しない温度であればいくら高くてもかまわないが、通常のエッチング液や洗浄液では９９℃程度が上限となる。前記処理液の供給量は１Ｌ／ｍｉｎ〜０．００５Ｌ／ｍｉｎが適当である。前記供給量が１Ｌ／ｍｉｎを超えると供給する処理液の温度がウェーハの温度制御に影響するので好ましくなく、０．００５Ｌ／ｍｉｎ未満であると処理効果が充分でない場合がある。

本発明のスピンエッチング装置は、回転可能に設置されかつ上面にウェーハ保持手段を有するスピンテーブルと、該スピンテーブルの上面にエッチング液を供給するエッチング液供給ノズルと、該スピンテーブルの側上方に設置されかつ該スピンテーブル上面に支持固定されたウェーハの上面を加熱するウェーハ加熱手段と、該スピンテーブルの側上方に設置されかつ該ウェーハの温度を検知する赤外線放射温度計と、該赤外線放射温度計からの検知温度信号に基づいて前記ウェーハ加熱手段を制御する温度制御回路とからなり、前記エッチング液として温度制御していないフッ酸を用い、該フッ酸の供給量が０．５Ｌ／ｍｉｎ〜０．０１Ｌ／ｍｉｎであり、該ウェーハ加熱手段によって該ウェーハを側上方から加熱し該ウェーハ温度を所定温度に維持した状態で該ウェーハ表面に該温度制御していないフッ酸を供給し該ウェーハ表面をエッチングするようにしたことを特徴とする。

前記ウェーハ加熱手段としては、窒素ガスを加圧加熱して噴射するＮ₂ホットジェット手段、空気を加圧加熱して噴射するエアーホットジェット手段、赤外線をスポット状に照射する赤外線スポットライト手段を用いることができ、その他に前記ウェーハ保持手段に調温可能な加熱体（ヒータ）を設置することもできる。

本発明の眼目は、従来のようにエッチング液を高温で温調待機させておいてスピン処理点（スピンテーブル上面）に送る方式でなく、スピン処理点でのウェーハ処理面をウェーハ及び使用する処理液の上限に近い温度まで昇温させ処理する点にある。

本発明における処理液（薬液）供給量は、ウェーハ処理面が均一に処理できる最小限まで流量を絞り込み供給することとし、処理液（薬液）による処理面の温度低下を防止するようにした。このような手段を採用することにより、処理速度の高速化と処理液（薬液）使用量の節約を可能とした。

本発明によれば、スピンエッチング処理点での温度制御を行うため、処理液の経時劣化がなくなり、そのため、限界まで温度を上昇させることができ、化学反応が最速の条件で処理することができる。よって、本発明によれば生産能力を向上させることができるという効果が達成される。

さらに、本発明によれば、薬液流量を必要最小限にしても、スピンエッチング処理点の温度制御を行うため、温度低下がない。なお、薬液流量は少ないほどスピンエッチング処理点における温度制御が容易となり有利である。

また、本発明によれば、薬液自体の利用率を向上させることとなり、薬液使用量の減少となる。さらに、薬液供給回路がシンプルとなり、コストダウンが期待できる。

本発明のスピンエッチング装置の一つの構造例を示す概略側面説明図である。 本発明のスピンエッチング装置の他の構造例を示す一部断面概略説明図である。 実験例１におけるフッ酸流量とエッチングレートとの相関関係を示すグラフである。 実験例２におけるウェーハ表面温度とエッチングレートとの相関関係を示すグラフである。 従来のスピンエッチング装置の構造例を示す概略側面説明図である。

符号の説明

１０：従来のスピンエッチング装置、１１，１１ａ：本発明のスピンエッチング装置、１２：回転軸、１４：スピンテーブル、１６：ウェーハ保持手段、１８：薬液供給ノズル、２０：エッチング液、２２：薬液循環加温タンク、２４：薬液供給ボトル、２６：ヒータ手段、２８：温度センサー、３０：温度制御回路、３２：ウェーハ加熱手段、３４：ウェーハ温度検知手段、３５：外部電源、３６：給電ブラシ、３８：電線、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４：電線、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４：接続パイプ、Ｌ３：薬液循環パイプ、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４：薬液ポンプ、Ｐ３：循環用ポンプ、Ｗ：ウェーハ。

以下に本発明の実施の形態を図１に基づいて説明するが、これら実施の形態は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。なお、図１において、図５における部材と同一又は類似部材は、同一の符号を用いて説明する。

図１において、１１は本発明のスピンエッチング装置で、回転軸１２を介して回転可能に設置されたスピンテーブル１４を有している。該スピンテーブル１４の上面には、ウェーハＷを保持するウェーハ保持手段１６が設けられている。１８は該ウェーハ保持手段１６の上方に設けられた薬液供給ノズルである。該薬液供給ノズル１８は、薬液ポンプＰ４を設置した接続パイプＬ４を介してエッチング液２０を貯留する薬液供給ボトル２４に接続されている。該薬液供給ボトル２４内に貯留されるエッチング液２０は、温度制御される必要はなく、図１にはエッチング液の温度制御を行っていない例が示されている。

３２はウェーハ加熱手段で、前記スピンテーブル１４の側上方に設置されている。このウェーハ加熱手段３２としては、空気（エアー）又は窒素ガス（Ｎ₂）を加圧加熱して噴射するエアーホットジェット手段又はＮ₂ホットジェット手段や赤外線をスポット状に照射する赤外線スポットライト手段等を挙げることができる。また、ウェーハ加熱処理手段としては、後述するように、前記ウェーハ保持手段１６に調温可能な加熱体（ヒータ）を設ける構成を採用することもできる。

３４は、ウェーハ温度検知手段、例えば、赤外線放射温度計で、前記スピンテーブル１４の側上方でかつ前記ウェーハ加熱手段３２に対向する位置に設けられている。該ウェーハ温度検知手段３４は電線Ｅ３によって温度制御回路３０に電気的に接続されている。該温度制御回路３０は前記ウェーハ加熱手段３２に電線Ｅ４を介して電気的に接続され、該温度制御回路３０からの信号によって該ウェーハ加熱手段３２を制御し、ウェーハＷの温度を所定温度に制御できるようになっている。

上記した構成により、前記スピンテーブル１４上にウェーハ保持手段１６によって保持されたウェーハＷを前記ウェーハ加熱手段３２によって、所定温度に加熱した状態で、前記薬液供給ボトル２４に貯留されているエッチング液がウェーハＷの上面に供給され所定のスピンエッチング処理が行われる。このスピンエッチング処理において、ウェーハWの温度は、ウェーハ温度検知手段３４によって常時検知され、その検知温度信号は温度制御回路３０に送られ、この温度制御回路３０からの信号によってウェーハ加熱手段３２を制御し、ウェーハWの温度は所定温度に維持される。

図１に示したウェーハ加熱手段３２としては、エアーホットジェット手段やＮ₂ホットジェット手段、赤外線スポットライト手段等の、別体としてウェーハ加熱手段３２を設けた例を示したが、ウェーハ保持手段１６を直接加熱することによって、ウェーハＷの加熱を行う構成を採用することもできるので、以下に説明する。

図２に、本発明の処理装置の他の例を示して説明する。図２において、図１における部材と同一又は類似部材は、同一の符号を用いて説明する。

図２において、１１ａは本発明のスピン処理装置、例えば、スピンエッチング装置で、回転軸１２を介して回転可能に設置されたスピンテーブル１４を有している。該スピンテーブル１４の上面には、ウェーハＷを保持するウェーハ保持手段１６が設けられている。

３３はウェーハＷを加熱するための該ウェーハ保持手段１６に設けられた加熱体（電気ヒータ）である。該加熱体３３には、外部電源３５から給電ブラシ３６，３６及び電線３８，３８を介して電流が供給され、ウェーハ保持手段１６並びに該ウェーハ保持手段１６に保持固定されるウェーハＷを加熱することができるようになっている。その他の構成は図１と同様であるので再度の説明は省略する。上記のような構成とすることによって、図１に示した別体としてウェーハ加熱手段３２を設けた場合と同様の作用効果を達成することができる。

本発明のスピン処理方法及び装置は、後述する実施例に示すように、Ｓｉウェーハ上の酸化膜除去に用いられる他、レジスト膜除去、窒化膜除去、金属膜除去等に適用することが可能である。

以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。

本実施例ではウェーハの加熱手段として図１に示したスピンエッチング装置にあるＮ₂ガスを使用するホットジェットヒーターによりウェーハを加熱制御した。

（実験例１）
フッ酸によるＳｉウェーハ上の熱酸化膜除去時間をフッ酸流量（Ｌ／ｍｉｎ）を変えて測定し、エッチングレート（Å／ｓｅｃ）との関係を求めた。なお、ウェーハ加熱手段によるウェーハ加熱は行わなかった。また、酸化膜除去の完了は目視によるウェーハ処理面の撥水化で判断した。

エッチング処理条件は次の通りである。フッ酸濃度：４９．５％、スピン回転数：１０００ｒｐｍ、薬液ノズル：ウェーハセンターで停止、フッ酸温度：２１℃。

上記処理条件において、図３に示したように、フッ酸流量を１Ｌ〜０．０１Ｌ／ｍｉｎまで変化させ、フッ酸流量に対するエッチングレートの変動の有無を調べたが、エッチングレートは２１０Å／ｓｅｃ〜２２０Å／ｓｅｃの範囲で変動はなかった。したがって、フッ酸流量の変化によってエッチングレートが影響を受けないことを確認した。

（実験例２）
フッ酸流量（Ｌ／ｍｉｎ）を０．０１Ｌ／ｍｉｎとし、ウェーハをウェーハ加熱手段で加熱し、図４に示したようにウェーハ表面温度を変化させた以外は実験例１と同一の処理条件を用い、フッ酸によるＳｉウェーハ上の熱酸化膜除去時間を測定し、 ウェーハ表面温度（℃）とエッチングレート（Å／ｓｅｃ）との関係を求めて、その結果を図４に示した。酸化膜除去の完了の確認は実験例１と同様に行った。

上記処理条件において、ウェーハ表面温度を上昇させることによりエッチングレートは図４のように上昇した。したがって、ウェーハ表面温度をあげればあげる程、エッチングレートが上昇することを確認した。

本発明によれば、スピンエッチング処理において、薬液自体の利用率を向上させることにより、薬液の使用量を大幅に減少させることができる上、薬液供給回路のシンプル化を実現し、コストダウンを図ることができる。

Claims (7)

1. スピンテーブル上面にウェーハを保持固定し、該スピンテーブルを回転させつつ、該ウェーハ表面にエッチング液を所定量ずつ供給し、該ウェーハ表面をエッチングするスピンエッチング方法であって、該エッチング液として温度制御していないフッ酸を用い、該フッ酸の供給量が０．５Ｌ／ｍｉｎ〜０．０１Ｌ／ｍｉｎであり、該スピンテーブルの側上方に設置されかつ該スピンテーブル上面に支持固定されたウェーハの上面を加熱するウェーハ加熱手段を設け、該スピンテーブルの側上方に設置されかつ該ウェーハの温度を検知する赤外線放射温度計を設け、及び該赤外線放射温度計からの検知温度信号に基づいて前記ウェーハ加熱手段を制御する温度制御回路を設けることにより、該ウェーハ加熱手段によって該ウェーハを側上方から加熱し該ウェーハ温度を所定温度に維持した状態で該ウェーハ表面に該温度制御していないフッ酸を供給し該ウェーハ表面をエッチングすることを特徴とするスピンエッチング方法。
2. 前記ウェーハの加熱による所定温度が２５℃〜４０℃であることを特徴とする請求項１記載のスピンエッチング方法。
3. 回転可能に設置されかつ上面にウェーハ保持手段を有するスピンテーブルと、該スピンテーブルの上面にエッチング液を供給するエッチング液供給ノズルと、該スピンテーブルの側上方に設置されかつ該スピンテーブル上面に支持固定されたウェーハの上面を加熱するウェーハ加熱手段と、該スピンテーブルの側上方に設置されかつ該ウェーハの温度を検知する赤外線放射温度計と、該赤外線放射温度計からの検知温度信号に基づいて前記ウェーハ加熱手段を制御する温度制御回路とからなり、前記エッチング液として温度制御していないフッ酸を用い、該フッ酸の供給量が０．５Ｌ／ｍｉｎ〜０．０１Ｌ／ｍｉｎであり、該ウェーハ加熱手段によって該ウェーハを側上方から加熱し該ウェーハ温度を所定温度に維持した状態で該ウェーハ表面に該温度制御していないフッ酸を供給し該ウェーハ表面をエッチングするようにしたことを特徴とするスピンエッチング装置。
4. 前記ウェーハ加熱手段が、窒素ガスを加圧加熱して噴射するＮ_２ホットジェット手段であることを特徴とする請求項３記載のスピンエッチング装置。
5. 前記ウェーハ加熱手段が、空気を加圧加熱して噴射するエアーホットジェット手段であることを特徴とする請求項３記載のスピンエッチング装置。
6. 前記ウェーハ加熱手段が、赤外線をスポット状に照射する赤外線スポットライト手段であることを特徴とする請求項３記載のスピンエッチング装置。
7. 前記ウェーハ保持手段に調温可能な加熱体を設置することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項記載のスピンエッチング装置。

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