JP6427166B2 - 加熱されたエッチング液を提供するためのプロセシングシステムおよび方法 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
３７ Ｃ．Ｆ．Ｒ． § １．７８（ａ）（４）により、本願は、２０１３年３月１５日に出願された、既に出願された同時係属（co−pending）の米国仮出願整理番号６１／８０１，０７２；２０１４年１月８日に出願された、同時係属の米国仮出願整理番号６１／９２４，８３８；２０１４年１月８日に出願された、同時係属の米国仮出願整理番号６１／９２４，８４７；および２０１４年１月１７日に出願された、同時係属の米国仮出願整理番号６１／９２８，８９４の利益および優先権を主張する。これらの出願の全内容は、明示的に、参照により本明細書中に組み込まれる。
本発明の分野
本発明は、ウエハを処理するために使用されるプロセスチャンバに加熱されたエッチング液を供給する分野に、より特には、前記加熱されたエッチング液の温度および水濃度（水和レベル）制御を改善するためのプロセシングシステムおよび方法に関する。
本発明の背景
半導体デバイスの製造において、酸性エッチング液を、ウエハの処理およびエッチングのために使用する。リン酸（Ｈ３ＰＯ４）が、窒化ケイ素フィルムおよび他のフィルムをエッチングするために、浸漬ウエットベンチにおいて、エッチング液として数十年間使用されてきた。典型的な用途では、リン酸浴を、直列および／またはタンク壁ヒーター（tank wall heater）を使用して前記浴に熱を加えることおよび前記浴へ液体の水を加えることにより、沸騰することにより失われた水のバランスを保つこと、により、所望の沸騰条件に維持する。
リン酸は、典型的には、例えば、８５％のリン酸−１５％の水の混合物（重量パーセンテージ）などの水との混合物として、前記浴へ送達され、これは、大気圧で、約１５８℃の温度で沸騰する。これは、主に、従来の液体化学送達システムを使用して、製造設備中の前記エッチング液の送達を促進するレベルまで前記リン酸の粘度を低減させるためになされる。ヒーターを使用して、この液をその沸点まで持っていく。前記混合物が沸騰するにつれて、水蒸気が追い出され、温度（沸点）が所望のプロセシング温度（典型的には、１６０℃または１６５℃の沸点）に到達するまで上昇するので、水の濃度は低下する。いったんこの沸点になると、前記ヒーターは、典型的には、一定の出力レベルで駆動されて前記システムに熱を加えることを続行し、前記温度は、水の添加を調整することにより、所望の設定値で制御される。ウエハが浸漬される前記ウエットベンチプロセシングタンクを大気に開放して、それにより、前記液のこの沸騰が大気圧で生じる。一定の温度および沸騰条件を維持することにより、圧力はほぼ一定であるので、水の濃度も同様に一定レベルに維持される。
上記の沸点制御を、シングルウエハスピンクリーニングツールに適用する場合には、新たな課題のセットが生じる。シングルウエハツールにおいて、前記加熱されたエッチング液は、典型的には、供給タンク、ポンプ、ヒーターおよびフィルタを有する循環ループ中で循環され、前記ポンプによって加圧された、加熱されたエッチング液は、前記循環ループから引き出され、前記加熱されたエッチング液の制御されたフローは、ノズルまたはスプレーバーを通って導かれ（directed）、回転するウエハの表面上に分注される。浸漬ウエットベンチのための上記の沸点制御が、かかるシングルウエハツールに使用される場合には、前記ポンプにより生じた圧力がそこでの沸騰を抑制するので、前記加熱されたエッチング液の実際の物理的な沸騰は、前記循環ループ中の前記ヒーター中では生じない。その代わりに、沸騰は、圧力が減少する、前記循環ループの他の場所で生じ得る。前記循環ループ中のリン酸の温度または水の濃度（水和レベル）のいずれかに比較的小さな変化が生じる場合には、この沸騰が生じる位置または領域は、前記加熱されたエッチング液でウエハをプロセシングする際に、有害作用により前記ツール内でシフトし得る。さらに、前記加熱されたエッチング液の温度および水和レベルの不十分な制御により、大規模ウエハにわたる不十分なエッチング均一性に加えて、エッチングプロセスの乏しい安定性がもたらされ得る。
本発明の要約
一実施形態によれば、プロセスチャンバ中でウエハを処理するために使用されるエッチング液の独立した温度および水和制御のための方法が提供される。前記方法は、前記エッチング液を循環ループ中で循環させること、水を添加することまたは前記エッチング液から水を除去することにより、前記エッチング液を水和設定値に維持すること、前記循環ループ中で前記エッチング液の沸点より低い温度設定値に、前記エッチング液を維持すること、および前記ウエハを処理するために、前記プロセスチャンバ中に前記エッチング液を分注すること、を含む。一実施形態において、前記分注することには、前記プロセスチャンバ中で前記ウエハに近接するプロセシング領域中に前記エッチング液を分注すること、前記プロセスチャンバ中で前記ウエハから取り除かれた外部領域中に蒸気を導入すること、および前記エッチング液および前記蒸気で前記ウエハを処理すること、が含まれる。
別の実施形態によれば、前記方法は、循環ループ中で前記エッチング液を循環させること、前記エッチング液のための第１水和設定値を選択すること、前記エッチング液の水和レベルを測定すること、水を添加することまたは前記エッチング液から水を除去することにより、前記エッチング液を前記水和設定値に維持すること、温度設定値が前記循環ループ中で前記エッチング液の沸点より低い場合には、前記エッチング液について前記温度設定値を選択すること、前記エッチング液の温度を測定すること、前記エッチング液に熱を加えることにより、前記温度設定値で前記エッチング液を維持すること、および前記ウエハを処理するために、前記循環ループから前記プロセスチャンバ中に前記エッチング液を分注すること、を含む。
一実施形態によれば、プロセシングシステムが提供される。前記プロセシングシステムは、加熱されたエッチング液でウエハを処理するためのプロセスチャンバおよびエッチング液を提供するための第１循環ループを含み、ここで、前記第１循環ループは、ヒーター、前記エッチング液を加圧して循環させるためのポンプ、前記エッチング液の温度をモニタするための温度プローブ、前記加熱されたエッチング液の水分含有量をモニタするための水和センサ、および前記エッチング液に水を添加するための水供給部、を含む。
図面の詳細な説明
本発明のより完全で十分な理解およびそれらの付随する多くの利点は、それらが、添付の図面に関連して検討される場合には、以下の詳細な説明を参照してより良好に理解されるようになるため、容易に得られるであろう：
図１は、本発明の実施形態による、加熱されたエッチング液でウエハを処理するためのプロセシングシステムを図示し； 図２は、本発明の実施形態による、加熱されたエッチング液でウエハを処理するためのプロセスチャンバを図示し； 図３は、本発明の実施形態による、加熱されたエッチング液でウエハを処理するためのプロセスチャンバを図示し； 図４は、本発明の実施形態による、エッチングされた窒化ケイ素の量を示し； 図５は、本発明の実施形態による、エッチングされた窒化ケイ素の量を示し； 図６は、窒化ケイ素エッチング量およびウエハにわたるエッチング均一性についての、前記リン酸エッチング液の水和レベルの効果を示す。
いくつかの実施形態の詳細な説明
本発明の実施形態は、加熱されたエッチング液の温度および水分濃度制御を改善するためのプロセシングシステムおよび方法に関する。一実施形態によれば、前記エッチング液は、リン酸を含み得るが、本発明の実施形態を、他のエッチング液および混合物に適用してもよい。
一非限定的例において、熱リン酸エッチング液の温度および水分濃度（水和レベル）制御を改善するための方法を記載する。背景のセクションに記載したとおり、シングルウエハスピンクリーニングツールにおいて、前記加熱されたエッチング液の沸騰は、前記循環ループ中の圧力が減少する、前記ヒーターの下流を含む、前記循環ループの種々の位置または領域で生じ得る。沸騰は、前記循環ループから前記プロセスチャンバに前記加熱されたエッチング液を分注するためのウエハ分注フローコントローラの下流側で、または前記プロセスチャンバ中で前記ウエハ表面に前記加熱されたエッチング液を送達するノズルまたはスプレーバーの内側で生じ得る。沸騰はまた、前記フローが、前記循環するエッチング液の前記フローを供給タンク中に戻すことを制御するニードル弁またはオリフィスを通る場合には、前記循環ループ配管中で生じ得る。前記エッチング液の温度または水和レベルのいずれかに、比較的小さな変化が生じる場合には、この沸騰が生じる前記位置または領域はシフトし得、前記システム内の沸騰の量（発生する蒸気の量）が、劇的に変化し得る。
沸点のバリエーションに加え、リン酸温度または水和レベルの変化により、例えば、熱リン酸で処理される窒化ケイ素フィルムのエッチング速度などの、ウエハのエッチング速度の変化が引き起こされ得る。またこれらの変化により、種々のエッチング速度および前記ウエハにわたるエッチング非均一性をもたらし得る、他の物理的効果が引き起こされ得る。（ＴＥＬ ＦＳＩ、Ｃｈａｓｋａ、ミネソタから入手可能な）ＯＲＩＯＮ（商標）ツールにおいて、前記ウエハの上の直線状スプレーバー中に入る前記リン酸エッチング液の可変ガス（蒸気）含有量により、液体フローが、前記エスケープするガスフローにより塞がれる際に、前記スプレーバーの長さに向かって前記オリフィスを通る前記液体フロー速度の強変分（strong variation）が引き起こされ得る。前記蒸気が圧縮可能であるので、前記ウエハの上で前記スプレーバーが残されると、迅速に膨張する。これは、前記スプレーバーの長さに向かう効果的な速度のバリエーションを生じる。膨張したガスはまた、液滴を加速し、いくつの場合では、前記ウエハ上で感受性の高い構造に損傷を生じ得る。沸騰によりまた、前記液体が冷却され、前記スプレーバー中でまたは前記ウエハの表面上で、沸騰が均一に生じないために、この沸騰は、前記ウエハ上で、放射状の温度非均一性を推進し得る。前記フローコントローラへの背圧を増加させ、達成され得る最大フローを実際に減少させて、前記膨張する蒸気が、効率的に前記スプレーバーからのより高い背圧を生じるので、蒸気の可変量によりまた、前記分注された化学物質の前記フロー制御との問題を生じ得る。異なるウエハには、可変的沸騰効果によりもたらされる異なるセットの条件が予想されるので（as different wafers see different sets of conditions that result from the variable boiling effects）、これらのファクターの全てを組み合わせて、ウエハからウエハへのエッチングの非均一性と同様に、個別のウエハの表面にわたってエッチングの非均一性をもたらす。
本発明者らは、上記の問題への解決は、前記ウエハの表面上と同様に、前記分注配管（循環ループ）内のおよび前記ノズルまたはスプレーバー中の前記エッチング液の沸騰を排除することにあることを認識した。前記エッチング液を同様の高温で操作して、前記ウエハの所望のエッチング速度を達成することができるが、本発明の実施形態は、一般に使用されているものより低い水和レベルを考慮し、これにより、前記循環ループエッチング液温度および前記エッチング液の沸点間の分離が可能である。これにより、前記エッチング液温度および前記エッチング液の水和レベルの両方の独立した制御を提供することが可能となる。それらのシステムでは、前記エッチング液温度および水和レベルの制御が、前記エッチング液のための沸騰条件で操作されることにより一緒に固定されたので、この独立した制御は、前記浸漬ウエットベンチおよびシングルウエハツールが操作されてきた方法とは異なる。本発明者らは、前記エッチング液温度および前記水和レベルの両方が、独立して既知であって制御される場合には、エッチングプロセスの安定性を、著しく改善できるということをさらに認識した。本発明の実施形態により、より高いエッチング速度および大規模ウエハにわたる改善されたエッチング均一性がさらに可能となる。
前記エッチング液の水和レベルを制御するために、前記水和レベルの指標となるシグナルを提供する水和センサが必要である。これには、例えば、前記エッチング液の屈折率を測定する屈折計、近赤外分光計、自動滴定装置、伝導率計、または化学的濃度モニタリングに使用される多数のあらゆる同様の機器などが含まれる。このセンサからの出力をコントローラにより使用して、前記循環ループへの水の添加の制御すること、および前記エッチング液の所望の水和設定値を維持することができる。これは、水和レベルが標的レベルより低い場合には、水の添加をオンにし、水和レベルが標的レベルより高い場合には、水の添加をオフすることによる、オン／オフ方式で、または好ましくは、比例−積分−微分（ＰＩＤ）ループを使用して、水和レベルの変化に応答して、前記循環ループ中への水のフローを増加させておよび減少させる、より連続的な方式のいずれかで、なされ得る。よって、前記水の添加は、前記エッチング液の温度に基づくものではなく、代わりに、水和分析および所望の水和設定値に基づくものである。いったん水和レベルが制御されると、前記エッチング液の温度を、温度に基づく前記ヒーターの出力を調整することにより、リン酸以外の化学物質（例えば、硫酸など）には従来のやり方で制御し得る。再び、これは、オン／オフ方式で、または好ましくは、連続的ＰＩＤタイプアルゴリズムによりなされることができる。
いったんシステムコントローラを使用して温度とは独立して水和レベルを制御する２つの別々の制御ループがセットアップされると、前記エッチング液の温度を所望の設定値（例えば、１８０℃など）で制御して維持することができ、水和レベル（例えば、１０％のＨ２Ｏなど）を、循環圧下で、前記循環ループ中の前記エッチング液の沸点（例えば、２０ｐｓｉｇで１９０℃など）が、大気圧下での沸点より高くなるように制御して維持することができ、前記エッチング液の液体が前記ウエハの上の前記ノズルまたはスプレーバーを出る際に、圧力が大気圧または大気圧付近まで低下する場合には、沸点は低下する圧力により低下するが、沸点は、なお前記エッチング液の局所温度より高いままである。このようにして、前記循環ループ中の、前記ノズルまたは前記スプレーバー中の、および前記ウエハ上の前記エッチング液の沸騰を、排除することができる。
前記エッチング液の温度および水和レベルを独立して制御することの利点のうちのいくつかには、ａ）前記ウエハにわたる改善された放射状のエッチング均一性、ｂ）改善された、ウエハからウエハへのエッチング均一性、ｃ）前記ウエハ上での感受性の高い構造の減少された損傷、ｄ）プロセス最適化に使用され得る、新規で効果的な変数としての水和レベルを広げることにより認識され得るプロセス性能における他の潜在的利点（例えば、エッチング液の温度を上昇させてより高いエッチング速度を達成するための、プロセスチャンバ中で蒸気を吸着する低水和レベルでの前記エッチング液の能力など）、ｅ）前記循環ループ中の前記エッチング液の改善された温度制御（＋／− 許容（tolerance））、ｆ）前記循環ループ中の前記エッチング液の改善された全体の水和レベル制御、ｇ）前記ウエハ上への前記エッチング液の分注のための改善されたフロー制御、およびｈ）より高いエッチング速度をもたらし得る、増加された最大分注フロー、が含まれる。
図１は、本発明の実施形態による、加熱されたエッチング液でウエハを処理するためのプロセシングシステム１００を図示する。前記ウエハは、半導体製造において使用する、２００ｍｍの、３００ｍｍの、４５０ｍｍの、またはそれよりなお大きなＳｉウエハであってもよい。しかしながら、本発明の実施形態を、他のタイプのウエハおよび基板に容易に適用してもよい。前記プロセシングシステム１００は、第１循環ループ１、第２循環ループ２、および１つまたはそれより多いプロセスチャンバ４を含む。一例では、前記１つまたはそれより多いプロセスチャンバ４は、それぞれ一度に１つのウエハをプロセシングするように構成された、１つまたはそれより多いシングルウエハプロセスチャンバを含み得る。一例では、前記プロセシングシステム１００は、８個までのプロセスチャンバを含み得る。前記第１循環ループ１は、加熱されたエッチング液、供給タンク１２中にＮ２ガス（および水蒸気）を流通させるための手段およびＮ２ガスを前記供給タンク１２から排出するための手段を備える供給タンク１２、前記エッチング液を加圧するためのポンプ３９、前記第１循環ループ１中へのＤＩ水のフローを制御するためのＤＩ水フローコントローラを含むＤＩ水供給システム４９を含む。前記第１循環ループ１は、水和センサ３６をさらに含み、フィルタ１８が、前記エッチング液からの不純物および粒子をフィルタするために提供され、直列ヒーター１６および１７は、前記エッチング液を加熱するために提供される。前記第１循環ループ１中の前記エッチング液の圧力を、前記ポンプ３９および前記圧力プローブ２２を使用して調整することができる。温度プローブ２０は、前記エッチング液の温度をモニタするために提供される。ウエハ分注フローコントローラ１９は、前記プロセスチャンバ４のそれぞれへの前記エッチング液のフローを制御し、ループバイパスは、前記供給タンク１２へ前記循環するエッチング液を戻すように構成される。前記第１循環ループは、熱エッチング液を前記１つまたはそれより多いプロセスチャンバ４へ提供し、再利用ドレイン（reclaim drain）６９は、前記エッチング液を前記第２循環ループ２へ戻す。
前記第２循環ループ２は、前記第１循環ループ１と同様の構成要素を含み得る。これは、追加の加熱されたエッチング液を前記第１循環ループ１に提供し、ここで、前記追加の加熱されたエッチング液が、前記第１循環ループ１に提供される場合に、前記追加の加熱されたエッチング液の温度および水和レベルを、前記第１循環ループ１中の前記加熱されたエッチング液に厳密に合うように選択されてもよく、これにより、前記循環ループ１中の前記加熱されたエッチング液の水和レベルおよび温度の外乱を最小化する。前記追加の加熱されたエッチング液の温度および水和レベルの両方に対する独立した制御により、前記第１循環ループと同様な方法で、前記第２循環ループ２を操作してもよい。代替的に、前記追加の加熱されたエッチング液温度および水和レベルの制御が前記追加の加熱されたエッチング液についての沸騰条件で操作することにより一緒に固定される、「沸点」モードで、前記第２循環ループ２を操作してもよい。
前記第２循環ループ２は、追加の加熱されたエッチング液、前記供給タンク５３中にＮ２ガスを流通させるための手段およびＮ２ガス（および水蒸気）を前記供給タンク５３から排出するための手段を備える供給タンク５３、前記エッチング液を加圧するためのポンプ４８、前記第２循環ループ２中へのＤＩ水のフローを制御するためのＤＩ水添加フローコントローラを含むＤＩ水供給システム４７を含む。前記第２循環ループ２は、水和センサ５５をさらに含み、フィルタ５０が、前記エッチング液からの不純物および粒子をフィルタするために提供され、直列ヒーター４１および４３は、前記エッチング液を加熱するために提供される。前記第２循環ループ中の前記エッチング液の圧力を、前記ポンプ４８および圧力プローブ５１を使用して調整することができる。温度プローブ５２は、前記エッチング液の温度をモニタするために提供される。前記第２循環ループ２は、新しいエッチング液供給部４２、前記第２循環ループ２中へのＤＩ水のフローを制御するためのＤＩ水フローコントローラを含むＤＩ水供給システム４７を含む。温度プローブ（センサ）５２は、前記追加の加熱されたエッチング液の温度をモニタするために提供される。ループバイパスラインは、前記追加の加熱されたエッチング液を、前記供給タンク５３へ戻すように構成される。計量バルブ７０は、前記第２循環ループ２から前記第１循環ループ１へ、追加の加熱されたエッチング液を導入するように構成される。
一実施形態によれば、前記第２循環ループ２は、室温から沸騰するまで追加のエッチング液（例えば、リン酸／水の混合物など）を加熱し、沸点が前記第１循環ループ１について所望の制御温度に到達するまで水を沸騰させて取り除く（boil off water）。前記追加の加熱されたエッチング液を、前記第２循環ループ２内で連続的に再循環させてもよい。正確な沸点および水の濃度での追加の加熱されたエッチング液を、次いで、前記第１循環ループ１を再充填するために、前記第２循環ループ２から引き出してもよく、ここで、さらなる加熱および水和レベル制御を生じさせることができる。
一例では、前記第２循環ループ２中の前記追加の加熱されたエッチング液を、前記第１循環ループ１中の前記加熱されたエッチング液より高い温度および／または前記第１循環ループ１中の前記加熱されたエッチング液より低い水和レベルで維持してもよい。
前記プロセシングシステム１００により、前記第１循環ループ１中の厳格な温度制御および前記第２循環ループ２からの加熱された追加のエッチング液による、前記第１循環ループ１の再充填中および前記第１循環ループ１の再充填後の、追加の加熱されたエッチング液の連続的入手可能性を可能にする。本明細書においては、リン酸−水の混合物を含む、加熱されたエッチング液が記載されるが、当業者は、本発明の実施形態を、容易に他のエッチング液および酸に適用することができることを、すぐに認識するであろう。
いくつかのエッチング用途のための化学物質のコストを削減するために、エッチング液を前記第２循環ループ２を通して再びプロセシングすること、前記エッチング液を追加のエッチング液と混合すること、および再使用のために前記第１循環ループ１へ再び戻すことにより、前記１つまたはそれより多いプロセスチャンバ４から排出される、前記エッチング液を再利用することが有利であり得る。前記分注された、加熱されたエッチング液を、前記１つまたはそれより多いプロセスチャンバ４ドレインから、重力または吸い上げポンプを介して排出して、前記第２循環ループ２の前記供給タンク５３中に戻してもよい。
システムコントローラ２３（例えば、コンピュータなど）は、前記ヒーター１６および１７、前記温度プローブ２０、前記圧力プローブ２２、前記ポンプ３７、前記ＤＩ水供給システム４９、前記水和センサ３６、前記ウエハ分注フローコントローラ１９を含む前記第１循環ループ１、および前記第１循環ループ１の他の構成要素と通信する。図１には示されないが、前記システムコントローラ２３を、図１中の前記プロセシングシステムの他の構成要素と通信するように構成することができ、これは、前記第２循環ループ２および前記プロセスチャンバ４を含む。前記システムコントローラ２３は、前記温度プローブ２０を使用することおよび前記ヒーター１６および１７の加熱出力を制御することにより、前記加熱されたエッチング液の温度を測定することにより、所望の温度に前記加熱されたエッチング液の温度を維持する。さらに、前記システムコントローラ２３は、水和レベルを測定することおよび前記ＤＩ水供給システム４９を使用して必要に応じてＤＩ水を添加することにより、水和設定値で前記エッチング液の水和レベルを維持する。前記加熱されたエッチング液の水和レベルが、前記設定値よりも低くなる場合には、ＤＩ水を前記第１循環ループ１に添加する。このようにして、前記加熱されたエッチング液の温度および水和レベルを、独立して制御し、これにより、前記加熱されたエッチング液は、前記第１循環ループ中で、前記ノズルまたはスプレーバー中で、または処理されるべき前記ウエハ上で、沸騰しない。
前記第１循環ループ１中の前記加熱されたエッチング液についての例示的な圧力は、前記ポンプで約３０ｐｓｉ、前記制限オリフィス（restricting orifice）２１の上で約２５〜３０ｐｓｉ、および前記制限オリフィス２１および前記供給タンク１２の間で約大気圧である。前記プロセスチャンバ４中の前記加熱されたエッチング液の例示的圧力は、図３の前記スプレーバー２２０の内部で約２ｐｓｉ、および図３の前記プロセスチャンバ３００および図２のプロセスチャンバ２００中の前記ウエハ２０６の上の前記プロセシング領域２４０中で約大気圧であり得る。よって、これらの例において、前記加熱されたエッチング液の圧力は、前記プロセシングシステム１００中で、約３０ｐｓｉから約大気圧まで変化し得る。いくつかの実施形態によれば、前記第１循環ループ１中の前記エッチング液の圧力は、約３０ｐｓｉ、約３０ｐｓｉ〜約１０ｐｓｉ、約２０ｐｓｉ〜約１０ｐｓｉ、または１０ｐｓｉより小さいものであり得る。
図２は、本発明の実施形態による、加熱されたエッチング液で基板またはウエハを処理するためのプロセスチャンバ２００を図示する。前記加熱されたエッチング液は、前記送達ライン２１６を通って前記第１循環ループ１からノズル２０８へ分注される。前記加熱されたエッチング液は、ホルダ２０４により支持される前記回転するウエハ２０６上に分注され、ドレイン２１０を使用して前記プロセスチャンバ２００から排出される。前記プロセスチャンバ２００は、ガス（例えば、窒素（Ｎ２）など）および蒸気（水）を別々に導入するように、さらに構成される。図２に描かれるとおり、前記加熱されたエッチング液は、前記ウエハ２０６に近接するプロセシング領域２４０中に導入されてもよく、前記Ｎ２および前記蒸気は、前記ウエハ２０６から取り除かれた外部領域２４２中に導入されてもよい。前記Ｎ２および蒸気は、前記分注ヘッド取込マニホールド２３０中のポート２１２Ａ、２１２Ｂ、２１４Ａ、および２１４Ｂを使用して導入されてもよい。図３に示すとおり、前記ポート２１２Ａ、２１２Ｂ、２１４Ａ、および２１４Ｂを、前記ウエハ２０６の端部領域にわたって（over an edge region of the wafer 206）位置させてもよい。前記プロセスチャンバ２００は、追加の蒸気を前記ノズル２０８中の前記加熱されたエッチング液に添加するように、さらに構成されてもよい。いくつかの実施形態によれば、前記ノズル２０８を通って分注されるリン酸エッチング液の水和レベルは、約１５％未満、約１４％未満、約１３％未満、約１２％未満、約１１％未満、または約１０％未満であり得る。
図３は、本発明の実施形態による、加熱されたエッチング液でウエハを処理するためのプロセスチャンバを図示する。図３中の前記プロセスチャンバは、図２中の前記プロセスチャンバと同様であるが、ホール２２２を通って前記ウエハ２０６上に前記加熱されたエッチング液を分注するためのスプレーバー２２０を含む。前記プロセスチャンバ３００は、前記スプレーバー２２０中で追加の蒸気を添加するように、さらに構成され得る。
第１プロセス例において、加熱されたリン酸エッチング液および蒸気が、前記スプレーバーを通って、上に窒化ケイ素フィルムを有する３００ｍｍのウエハ上に分注された。前記加熱されたリン酸エッチング液を、上記のとおりの従来の方法を使用して調製し、ここで、沸点および水和レベルが、前記エッチング液についての沸騰条件で操作することにより一緒に固定される。前記加熱されたリン酸エッチング液を、図３に描かれるとおり、前記ウエハの上の前記プロセシング領域中へ導入した。追加の蒸気を、前記加熱されたエッチング液の導入の間、前記スプレーバーに添加した。図４は、中心から前記ウエハの端部への放射状ライン走査について、エッチングされた窒化ケイ素の量を示す。前記エッチングプロセスは、１６５℃で、１５０秒間のリン酸の分注を利用した。曲線４０２の上部のセットは、Ｎ２を含まない蒸気（steam but no N2）を、プロセスチャンバの外部領域に、前記分注ヘッド取込マニホールド中のポートを使用して前記リン酸分注の間に添加した場合の窒化物エッチング量を示し、曲線４０４の下部のセットは、蒸気を含まないＮ２（N2 but no steam）を、プロセスチャンバの外部領域に、前記分注ヘッド取込マニホールド中のポートを使用して前記プロセスチャンバに前記リン酸分注の間に添加した場合の窒化物エッチング量を示す。図４における結果は、前記プロセスチャンバの外部領域への蒸気の添加により、窒化物エッチング量を大いに増加させ、前記ウエハにわたるエッチング均一性が改善されたことを示す。
第２プロセス例において、前記分注されたリン酸エッチング液の水和レベルは、上記の前記第１プロセス例におけるものより低いものであった。前記リン酸エッチング液を、いかなるＤＩ水も添加することなく、前記第１循環ループ中で数時間前記エッチング液を循環させることにより、低水和レベルで調製した。しかしながら、かかるリン酸エッチング液をまた、上記の水和レベルおよび温度の独立した制御を使用して低水和レベルで調製してもよい。図５は、中心から前記３００ｍｍのウエハの端部への放射状ライン走査について、エッチングされた窒化ケイ素の量を示す。前記エッチングプロセスは、１８０℃で６０秒間のリン酸分注を利用した。曲線５０２の上部のセットは、低水和レベルを有する前記リン酸を使用する場合の、窒化物エッチング量を示す。曲線５０４の下部のセットは、上記のとおりの従来の方法を使用して調製された、加熱されたエッチング液についての窒化物エッチング量を示し、ここで、沸点および水和レベルが、前記エッチング液についての沸騰条件で操作することにより一緒に固定される。前記分注ヘッド取込マニホールド中の前記スプレーバーおよび前記ポートに、全ての運転について（for all the runs）蒸気が添加された。図５における結果は、前記リン酸の水和レベルを低下させることにより、特に、前記ウエハの端部に向かって、窒化物エッチング量が大いに増加したことを示す。
上記のとおり、加熱されたリン酸エッチング液の水和レベルを、前記エッチング液の屈折率を測定する屈折計を使用してモニタしてもよい。図６は、窒化ケイ素エッチング量および３００ｍｍのウエハにわたるエッチング均一性についての、前記リン酸エッチング液の水和レベルの効果を示す。前記分注ヘッド取込マニホールド中の前記スプレーバーおよび前記ポートに、全ての運転について蒸気が添加された。異なるリン酸エッチング液の屈折率は、１．４４１４（曲線６０８）、１．４４２６（曲線６０６）、１．４４３４（曲線６０４）、および１．４４３８（曲線６０２）であり、ここで、より高い屈折率は、前記リン酸エッチング液のより低い水和レベルに対応する。図６は、屈折率の増加により、前記ウエハにわたるエッチング均一性の大きな改善がもたらされたことを示す。屈折率１．４４１４および１．４４２６（より高い水和レベル）のエッチング液についてのエッチング速度は、前記ウエハの中心において最も大きかったが、中心から離れた放射状の方向に向かって低下した。対照的に、屈折率１．４４３４および１．４４３８（より低い水和レベル）のエッチング液についてのエッチング速度は高く、前記ウエハ全体にわたって高い均一性を有した。これは、前記リン酸エッチング液の水和レベルを選択して、前記ウエハにわたって所望のエッチング均一性を提供し得ることを示す。比較のために、いかなるＤＩ水も添加することなく、数時間前記エッチング液を循環させることにより調製された、前記リン酸エッチング液は、図６における前記全てのエッチング液より低い水和レベルを有すると思われる。
表Ｉは、測定された屈折率の関数としての、図６における前記窒化物エッチング量についての％での均一性を示す。屈折率１．４４１４のエッチング液についての％での均一性は、約１２％、屈折率１．４４２６のエッチング液についての％での均一性は、約５％、および屈折率１．４４３４および１．４４３８のエッチング液についての％での均一性は、約２％であった。本発明の一実施形態によれば、３００ｍｍのウエハにわたる窒化ケイ素エッチングの％での均一性は、３％より良好である。
Figure 0006427166
前記プロセスチャンバ中の前記ウエハから取り除かれる外部領域中に導入された前記蒸気と混合される場合には、低い水和レベルの加熱されたリン酸エッチング液の使用により、前記エッチング液について温度の上昇がもたらされることが予期される。この温度上昇は、前記ウエハ上の前記フィルムのエッチング速度を増加させる。さらに、エッチング均一性は、前記蒸気と前記ウエハの端部領域付近での前記加熱されたリン酸との強い相互作用により改善される。
加熱されたエッチング液の温度および水の濃度制御を改善するための実施形態を開示した。本発明の前記実施形態の上記説明を、例示および説明の目的のために提示した。これは、包括的（exhaustive）であることまたは開示された正確な形態に本発明を限定することを意図するものではない。この記載および以下の特許請求の範囲は、説明の目的のみに使用され、限定するものと解釈されてはならない表現を含む。
関連技術分野の当業者は、上記の教示に照らし、多くの変更およびバリエーションが可能であること十分に理解することができる。当該技術分野の当業者は、図面に示された種々の構成要素について種々の等価な組み合わせおよび置換を認識するであろう。したがって、本発明の範囲は、この詳細な説明により限定されるのではなく、むしろこれに添付された特許請求の範囲により限定されることが意図される。

Claims (21)

  1. プロセスチャンバ中でウエハを処理するために使用されるエッチング液の独立した温度および水和制御を提供する方法であって、前記方法は、以下：
    前記エッチング液を第１循環ループ中で循環させること；
    水を添加することまたは前記エッチング液から水を除去することにより、前記エッチング液を水和設定値に維持すること；
    前記第１循環ループ中で前記エッチング液の沸点より低い温度設定値に、前記エッチング液を維持すること；および
    前記ウエハを処理するために、前記プロセスチャンバ中に前記エッチング液を分注すること、
    を含み、
    前記分注することには、以下：
    前記プロセスチャンバ中で前記ウエハに近接するプロセシング領域中に前記エッチング液を分注すること；
    前記プロセスチャンバ中に蒸気を導入すること；および
    前記エッチング液および前記蒸気で前記ウエハを処理すること、
    が含まれ、
    前記エッチング液は、リン酸を含む、方法。
  2. 前記ウエハの上のノズルまたはスプレーバーから分注される場合には、前記エッチング液が、その沸点より低い温度である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記分注することには、以下：
    前記プロセスチャンバ中で前記ウエハの外部領域中に蒸気を導入すること、
    が含まれる、請求項１に記載の方法。
  4. 前記第１循環ループ中の前記エッチング液の圧力が、３０ｐｓｉ〜１０ｐｓｉであり、前記プロセスチャンバ中の前記圧力が、大気圧である、請求項１に記載の方法。
  5. さらに、以下：
    前記第１循環ループに流体連通された第２循環ループ中で、追加のエッチング液を循環させること；および
    前記第２循環ループから前記第１循環ループ中に前記追加のエッチング液を導入すること、
    を含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記追加の加熱されたエッチング液が、前記加熱されたエッチング液より低い水分含有量を有する、請求項５に記載の方法。
  7. 前記追加の加熱されたエッチング液が、前記加熱されたエッチング液より高い温度に維持される、請求項５に記載の方法。
  8. プロセスチャンバ中でウエハを処理するために使用されるエッチング液のための独立した温度および水和制御を提供する方法であって、前記方法は、以下：
    前記エッチング液を第１循環ループ中で循環させること；
    前記エッチング液について水和設定値を選択すること；
    前記エッチング液の水和レベルを測定すること；
    水を添加することまたは前記エッチング液から水を除去することにより、前記エッチング液を前記水和設定値に維持すること；
    前記エッチング液についての温度設定値を選択し、前記温度設定値が、前記第１循環ループ中で前記エッチング液の沸点より低いこと；
    前記エッチング液の温度を測定すること；
    前記エッチング液に熱を加えることにより前記温度設定値で前記エッチング液を維持すること；および
    前記ウエハを処理するために、前記プロセスチャンバ中に前記第１循環ループから前記エッチング液を分注すること、
    を含み、
    前記分注することには、以下、
    前記プロセスチャンバ中で前記ウエハに近接するプロセシング領域中に前記エッチング液を分注すること；
    前記プロセスチャンバ中に蒸気を導入すること；および
    前記エッチング液および前記蒸気で前記ウエハを処理すること、
    が含まれ、
    前記エッチング液は、リン酸を含む、方法。
  9. 前記分注することには、以下、
    前記プロセスチャンバ中で前記ウエハの外部領域中に蒸気を導入すること、
    が含まれる、請求項８に記載の方法。
  10. 前記水和設定値および前記温度設定値で前記エッチング液を維持することを、システムコントローラにより制御する、請求項８に記載の方法。
  11. 前記ウエハの上のノズルまたはスプレーバーから分注される場合には、前記エッチング液が、その沸点より低い温度である、請求項８に記載の方法。
  12. さらに、以下、
    前記第１循環ループに流体連通された第２循環ループ中で、追加のエッチング液を循環させること；および
    前記第２循環ループから前記第１循環ループ中に前記追加のエッチング液を導入すること、
    を含む、請求項８に記載の方法。
  13. 以下：
    加熱されたエッチング液でウエハを処理するためのプロセスチャンバ；および
    エッチング液を提供するための第１循環ループ、
    を含む、プロセシングシステムであって、
    前記第１循環ループは、
    ヒーター、
    前記エッチング液を加圧して循環させるためのポンプ、
    前記エッチング液の温度をモニタするための温度プローブ、
    前記加熱されたエッチング液の水分含有量をモニタするための水和センサ、および
    前記エッチング液に水を添加するための水供給部、
    を含み、
    前記プロセスチャンバが、以下：
    前記プロセスチャンバ中で前記ウエハに近接するプロセシング領域中に前記加熱されたエッチング液を分注するための手段；および
    前記プロセスチャンバ中に蒸気を導入するための手段、
    をさらに含み、
    前記エッチング液は、リン酸を含む、プロセシングシステム。
  14. 前記プロセスチャンバが、以下：
    前記プロセスチャンバ中で前記ウエハの外部領域中に蒸気を導入するための手段、
    をさらに含む、請求項１３に記載のプロセシングシステム。
  15. 前記エッチング液の温度および水和レベルを独立して制御するように構成されたシステムコントローラをさらに含む、請求項１３に記載のプロセシングシステム。
  16. 前記システムコントローラが、以下：
    前記エッチング液の水和レベルを測定すること；
    水を添加することまたは前記エッチング液から水を除去することにより、前記エッチング液を水和設定値に維持すること；
    前記エッチング液についての温度設定値を選択し、前記温度設定値が、前記第１循環ループ中で前記エッチング液の沸点より低いこと；
    前記エッチング液の温度を測定すること；および
    前記エッチング液に熱を加えることにより前記温度設定値で前記エッチング液を維持すること、
    により独立して前記エッチング液の温度および水和レベルを制御する、請求項１５に記載のプロセシングシステム。
  17. 前記第１循環ループに追加のエッチング液を提供するための第２循環ループをさらに含む、請求項１３に記載のプロセシングシステム。
  18. 前記第２循環ループが、以下：
    ヒーター、
    前記追加のエッチング液を加圧して循環させるためのポンプ、
    前記追加のエッチング液の温度をモニタするための温度プローブ、
    新しいエッチング液供給部、および
    前記追加のエッチング液に水を添加するための水供給部、
    を含む、請求項１７に記載のプロセシングシステム。
  19. 前記追加のエッチング液の水分含有量をモニタするための水和モニタをさらに含む、請求項１８に記載のプロセシングシステム。
  20. 前記追加のエッチング液の温度および水和レベルを独立して制御するように構成されたシステムコントローラをさらに含む、請求項１７に記載のプロセシングシステム。
  21. 前記システムコントローラが、以下：
    前記追加のエッチング液の水和レベルを測定すること；
    水を添加することまたは前記追加のエッチング液から水を除去することにより、前記追加のエッチング液を水和設定値に維持すること；
    前記追加のエッチング液についての温度設定値を選択し、前記温度設定値が、前記第２循環ループ中で前記追加のエッチング液の沸点より低いこと；
    前記追加のエッチング液の温度を測定すること；
    前記エッチング液に熱を加えることにより前記温度設定値で前記追加のエッチング液を維持すること、
    により独立して前記追加のエッチング液の温度および水和レベルを制御する、請求項２０に記載のプロセシングシステム。
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