JP5837829B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Description
そこで、この発明の目的は、ランニングコストを低減しつつ、基板を均一にエッチングできる基板処理方法および基板処理装置を提供することである。
溶媒蒸気は、溶媒物質の蒸気(固体または液体の溶媒物質を蒸発させた気体)であってもよいし、溶媒物質の蒸気またはミスト(霧状の溶媒物質)に加えて、キャリアガス(たとえば、不活性ガス)を含む蒸気であってもよい。同様に、エッチング蒸気は、フッ化水素の蒸気であってもよいし、フッ化水素の蒸気またはミストに加えて、キャリアガスを含む蒸気であってもよい。
さらに、この方法によれば、溶媒蒸気の供給とエッチング蒸気の供給とが交互に繰り返される。エッチング蒸気は、溶媒物質を含む液膜によって覆われている基板の表面に供給される。基板上の液膜は、エッチング蒸気の供給によって徐々に蒸発していく。したがって、基板へのエッチング蒸気の供給を中断して、溶媒蒸気を再び基板に供給することにより、溶媒物質を基板に補充できる。そのため、基板表面の一部が露出している状態で、エッチング蒸気が基板に供給されることを抑制または防止できる。これにより、エッチングの均一性の低下を抑制または防止できる。
この場合、溶媒物質は、フッ化水素だけでなく、水も溶け込ませることができるので、吸着水分が基板の表面に部分的に付着しているとしても、この吸着水分は、基板上の溶媒物質に溶け込んで、液膜中に拡散する。そのため、基板の表面状態は、水分が部分的に付着している状態から、均一な厚みの液膜によって覆われている状態に変更される。これにより、基板の表面状態が整えられる。そして、基板の表面状態が整えられた状態で、エッチング蒸気が基板の表面に供給される。
この方法によれば、フッ化水素と溶媒物質とを含むエッチング蒸気が、溶媒物質を含む液膜によって覆われている基板の表面に供給される。すなわち、基板上の物質と同種の物質を含むエッチング蒸気が基板の表面に供給される。そのため、基板上の液体と親和性の高いエッチング蒸気が基板の表面に供給される。基板の表面に供給されたエッチング蒸気は、基板の表面に吸着し、フッ化水素を含む凝集相を形成する。本願発明者らの研究によると、エッチング蒸気の吸着は、基板の濡れ性に依存することが分かった。さらに、本願発明者らの研究によると、フッ化水素と溶媒物質とを含むエッチング蒸気を供給することにより、フッ化水素だけを含むエッチング蒸気を供給した場合よりもフッ化水素を含む凝集相を基板上に均一に形成できることが分かった。したがって、フッ化水素と溶媒物質とを含むエッチング蒸気を基板の表面に供給することにより、エッチングの均一性をさらに向上させることができる。
この方法によれば、溶媒物質を含む液膜によって基板表面の窒化膜が覆われている状態で、エッチング蒸気が基板の表面に供給される。窒化膜は、エッチング蒸気によってエッチングされる。したがって、窒化膜を均一にエッチングできる。
この方法によれば、溶媒物質を含む液膜によって基板表面の窒化膜および酸化膜が覆われている状態で、エッチング蒸気が基板の表面に供給される。エッチングレート(単位時間あたりのエッチング量)、すなわち、エッチング速度は、窒化膜よりも酸化膜の方が低い。さらに、本願発明者らの研究によると、基板の表面を液膜によって覆って、基板の表面状態を整えることにより、酸化膜の過剰なエッチングを抑制または防止できることが分かった。したがって、溶媒物質を含む液膜によって基板表面の窒化膜および酸化膜が覆われている状態で、エッチング蒸気を基板の表面に供給することにより、選択比(窒化膜のエッチングレート/酸化膜のエッチングレート)を高めることができる。
請求項9に記載の発明は、前記溶媒蒸気供給手段は、フッ化水素および水が溶解可能であり、水よりも沸点が低い、前記溶媒物質としての有機化合物を含む前記溶媒蒸気を前記基板保持手段に保持されている基板の表面に供給する、請求項8に記載の基板処理装置である。この構成によれば、請求項3の発明に関して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
図1は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置1の概略構成を示す模式図である。
基板処理装置1は、半導体ウエハ等の円板状の基板Wを一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置である。基板処理装置1は、基板Wを処理する処理ユニット2と、基板処理装置1に備えられた装置の動作やバルブの開閉を制御する制御装置3(制御手段)とを備えている。
処理ユニット2によって基板Wが処理されるときには、処理ユニット2に基板を搬入する基板搬入工程が行われる(S1)。具体的には、制御装置3は、搬送ロボットによって基板Wを処理ユニット2内に搬入させる。その後、制御装置3は、ベローズ11が密閉位置(実線で示す位置)に配置されており、排気装置13が駆動されている状態で、第2バルブ24を開く。これにより、第2配管25から流路18に窒素ガスが供給され、この窒素ガスが、パンチングプレート7からベローズ11内に供給される。ベローズ11内の雰囲気は、排気装置13の吸引力によって排気管12に排出されると共に、ベローズ11内に供給された窒素ガスによって排気管12に押し出される。これにより、ベローズ11内の雰囲気が窒素ガスに置換される。制御装置3は、ベローズ11内の雰囲気が窒素ガスに置換された後、第2バルブ24を閉じる。
第1処理例と第2処理例との主な相違点は、前述の液膜形成工程(S2)およびエッチング工程(S3)が繰り返されることである。
具体的には、第2処理例では、第1処理例と同様に、基板搬入工程(S1)、液膜形成工程(S2)、およびエッチング工程(S3)が順次行われる。その後、液膜形成工程(S2)およびエッチング工程(S3)が再び行われる。すなわち、第2処理例では、液膜形成工程(S2)からエッチング工程(S3)までの1つのサイクルが繰り返される。そして、液膜形成工程(S2)およびエッチング工程(S3)が複数回行われた後、第1処理例と同様に、基板搬出工程(S4)が行われ、処理済みの基板Wが搬送ロボットによって処理ユニット2から搬出される。2回目以降の液膜形成工程(S2)で基板Wに供給されるベーパは、1回目の液膜形成工程(S2)で基板Wに供給されるベーパと同種のベーパであってもよいし、異なる種類のベーパであってもよい。たとえば、1回目の液膜形成工程(S2)でIPAベーパが基板Wに供給され、2回目以降の液膜形成工程(S2)でDIWベーパが基板Wに供給されてもよい。
第1処理例と第3処理例との主な相違点は、HFベーパに加えて、IPAベーパまたはDIWベーパを含む混合ベーパが基板Wに供給されることである。
具体的には、第3処理例では、第1処理例と同様に、基板搬入工程(S1)および液膜形成工程(S2)が順次行われる。その後、HFベーパと、IPAベーパまたはDIWベーパとを同時に基板Wに供給するエッチング工程が行われる(S5)。具体的には、制御装置3は、連通バルブ17、第1バルブ20、および第2バルブ24を開く。さらに、制御装置3は、第3バルブ28または第4バルブ35を開く。これにより、HFベーパと、IPAベーパまたはDIWベーパとが流路18に供給され、流路18で混合される。そのため、HFベーパと、IPAベーパまたはDIWベーパとを含む混合ベーパが、パンチングプレート7の貫通孔を通過し、ホットプレート8によって一定の温度に維持されている回転状態の基板Wに吹き付けられる。制御装置3は、基板Wへの混合ベーパの供給が所定時間にわたって行われた後、全てのバルブ17、20、24、28、35を閉じて、基板Wへの混合ベーパの供給を停止させる。その後、第1処理例と同様に、基板搬出工程(S4)が行われ、処理済みの基板Wが搬送ロボットによって処理ユニット2から搬出される。
第3処理例と第4処理例との主な相違点は、液膜形成工程(S2)およびエッチング工程(S5)が繰り返されることである。
具体的には、第4処理例では、第3処理例と同様に、基板搬入工程(S1)、液膜形成工程(S2)、およびエッチング工程(S5)が順次行われる。その後、液膜形成工程(S2)およびエッチング工程(S5)が再び行われる。すなわち、第4処理例では、液膜形成工程(S2)からエッチング工程(S5)までの1つのサイクルが繰り返される。そして、液膜形成工程(S2)およびエッチング工程(S5)が複数回行われた後、第3処理例と同様に、基板搬出工程(S4)が行われ、処理済みの基板Wが搬送ロボットによって処理ユニット2から搬出される。2回目以降のエッチング工程(S5)で基板Wに供給される混合ベーパの組成は、1回目のエッチング工程(S5)で基板Wに供給される混合ベーパの組成と同じであってもよいし、異なっていてもよい。たとえば、1回目のエッチング工程(S5)でHFベーパとIPAベーパとを含む混合ベーパが基板Wに供給され、2回目以降のエッチング工程(S5)でHFベーパとDIWベーパとを含む混合ベーパが基板Wに供給されてもよい。
図8は、エッチング工程を行う前に基板WにIPAベーパを供給した場合と供給していない場合のエッチングの均一性を示すグラフであり、図9は、エッチング工程を行う前に基板WにDIWベーパを供給した場合と供給していない場合のエッチングの均一性を示すグラフである。
以上のように本実施形態では、HFベーパが基板Wに供給される前に、IPAベーパまたはDIWベーパが基板Wに供給される。これにより、厚みが極めて薄い液膜が基板W上に形成され、基板Wの表面状態が整えられる。したがって、HFベーパは、基板Wの表面状態が整えられた状態で基板Wに供給される。前述のように、水分や有機物などの異物が基板Wの表面に部分的に付着している状態でHFベーパが基板Wに供給されると、異物が付着している部分がエッチングされ易くなり、エッチングの均一性が低下してしまう場合がある。また、基板Wの表面に異物が付着していなかったとしても、HFベーパが基板Wに供給される初期の段階では、凝集相が基板Wの表面の一部だけにしか形成されないので、エッチングの均一性が低下してしまう。したがって、基板Wの表面状態を整えた状態でHFベーパを基板Wに供給することにより、エッチングの均一性を向上させることができる。
たとえば、前述の第1処理例〜第4処理例では、窒化膜および酸化膜が形成された基板を処理する場合について説明した。しかし、第1処理例〜第4処理例において、窒化膜および酸化膜の一方だけが形成された基板が処理されてもよい。当然、窒化膜および酸化膜以外の薄膜が形成された基板が処理されてもよいし、薄膜が形成されていない基板(ベアウエハ)が処理されてもよい。
また、第1処理例〜第4処理例では、回転状態の基板にIPAベーパ、DIWベーパ、およびHFベーパを供給する場合について説明した。しかし、静止状態の基板にIPAベーパ、DIWベーパ、およびHFベーパを供給してもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
3 :制御装置
4 :HFベーパ発生容器
8 :ホットプレート
18 :流路
29 :第3配管
36 :第4配管
W :基板
Claims (10)
- フッ化水素が溶解可能な溶媒物質を含む溶媒蒸気を基板の表面に供給し、前記溶媒物質を含む液膜によって基板の表面を覆う液膜形成工程と、
前記溶媒物質を含む液膜によって覆われている基板の表面にフッ化水素を含むエッチング蒸気を供給するエッチング工程と、
を含む1つのサイクルを複数回行う、基板処理方法。 - 前記溶媒物質は、フッ化水素および水が溶解可能な物質である、請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記溶媒物質は、フッ化水素および水が溶解可能であり、水よりも沸点が低い有機化合物である、請求項2に記載の基板処理方法。
- 前記エッチング工程は、フッ化水素と前記溶媒物質とを含む前記エッチング蒸気を前記液膜によって覆われている基板の表面に供給する工程を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記基板は、窒化膜が表面に形成された基板である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記基板は、窒化膜および酸化膜が表面に形成された基板である、請求項5に記載の基板処理方法。
- 基板を保持する基板保持手段と、
フッ化水素が溶解可能な溶媒物質を含む溶媒蒸気を前記基板保持手段に保持されている基板の表面に供給する溶媒蒸気供給手段と、
フッ化水素を含むエッチング蒸気を前記基板保持手段に保持されている基板の表面に供給するエッチング蒸気供給手段と、
前記溶媒蒸気供給手段を制御することにより、前記溶媒蒸気を基板の表面に供給し、前記溶媒物質を含む液膜によって基板の表面を覆う液膜形成工程と、前記エッチング蒸気供給手段を制御することにより、前記溶媒物質を含む液膜によって覆われている基板の表面に前記エッチング蒸気を供給するエッチング工程と、を含む1つのサイクルを複数回実行する制御手段とを含む、基板処理装置。 - 前記溶媒蒸気供給手段は、フッ化水素および水が溶解可能な前記溶媒物質を含む前記溶媒蒸気を前記基板保持手段に保持されている基板の表面に供給する、請求項7に記載の基板処理装置。
- 前記溶媒蒸気供給手段は、フッ化水素および水が溶解可能であり、水よりも沸点が低い、前記溶媒物質としての有機化合物を含む前記溶媒蒸気を前記基板保持手段に保持されている基板の表面に供給する、請求項8に記載の基板処理装置。
- 前記エッチング蒸気供給手段は、前記溶媒蒸気と前記エッチング蒸気とを混合することにより、前記溶媒蒸気と前記エッチング蒸気とを含む混合蒸気を生成し、前記混合蒸気を前記基板保持手段に保持されている基板に導く混合手段を含み、
前記制御手段は、前記溶媒物質を含む液膜によって覆われている基板の表面に前記混合蒸気を供給する工程を含む前記エッチング工程を実行する、請求項7〜9のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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