以下、添付図面を参照して、本願の開示する基板処理方法および基板処理装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
(第1の実施形態)
まず、図1〜図5を参照して第1の実施形態に係る基板処理装置について説明する。
図1は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸を規定し、Z軸正方向を鉛直上向き方向とする。
図1に示すように、基板処理システム1は、搬入出ステーション2と、処理ステーション3とを備える。搬入出ステーション2と処理ステーション3とは隣接して設けられる。
搬入出ステーション2は、キャリア載置部11と、搬送部12とを備える。キャリア載置部11には、複数枚の基板、本実施形態では半導体ウェハ(以下ウェハW)を水平状態で収容する複数のキャリアCが載置される。
搬送部12は、キャリア載置部11に隣接して設けられ、内部に基板搬送装置13と、受渡部14とを備える。基板搬送装置13は、ウェハWを保持するウェハ保持機構を備える。また、基板搬送装置13は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いてキャリアCと受渡部14との間でウェハWの搬送を行う。
処理ステーション3は、搬送部12に隣接して設けられる。処理ステーション3は、搬送部15と、複数の処理ユニット16とを備える。複数の処理ユニット16は、搬送部15の両側に並べて設けられる。
搬送部15は、内部に基板搬送装置17を備える。基板搬送装置17は、ウェハWを保持するウェハ保持機構を備える。また、基板搬送装置17は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いて受渡部14と処理ユニット16との間でウェハWの搬送を行う。
処理ユニット16は、基板搬送装置17によって搬送されるウェハWに対して所定の基板処理を行う。
また、基板処理システム1は、制御装置4を備える。制御装置4は、たとえばコンピュータであり、制御部18と記憶部19とを備える。記憶部19には、基板処理システム1において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部18は、記憶部19に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム1の動作を制御する。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置4の記憶部19にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク(HD)、フレキシブルディスク(FD)、コンパクトディスク(CD)、マグネットオプティカルディスク(MO)、メモリカードなどがある。
上記のように構成された基板処理システム1では、まず、搬入出ステーション2の基板搬送装置13が、キャリア載置部11に載置されたキャリアCからウェハWを取り出し、取り出したウェハWを受渡部14に載置する。受渡部14に載置されたウェハWは、処理ステーション3の基板搬送装置17によって受渡部14から取り出されて、処理ユニット16へ搬入される。
処理ユニット16へ搬入されたウェハWは、処理ユニット16によって処理された後、基板搬送装置17によって処理ユニット16から搬出されて、受渡部14に載置される。そして、受渡部14に載置された処理済のウェハWは、基板搬送装置13によってキャリア載置部11のキャリアCへ戻される。
次に、処理ユニット16の構成について図2を参照して説明する。図2は、処理ユニット16の概略構成を示す図である。
図2に示すように、処理ユニット16は、チャンバ20と、基板保持機構30と、処理流体供給部40と、回収カップ50とを備える。
チャンバ20は、基板保持機構30と処理流体供給部40と回収カップ50とを収容する。チャンバ20の天井部には、FFU(Fan Filter Unit)21が設けられる。FFU21は、チャンバ20内にダウンフローを形成する。
基板保持機構30は、保持部31と、支柱部32と、駆動部33とを備える。保持部31は、ウェハWを水平に保持する。支柱部32は、鉛直方向に延在する部材であり、基端部が駆動部33によって回転可能に支持され、先端部において保持部31を水平に支持する。駆動部33は、支柱部32を鉛直軸まわりに回転させる。かかる基板保持機構30は、駆動部33を用いて支柱部32を回転させることによって支柱部32に支持された保持部31を回転させ、これにより、保持部31に保持されたウェハWを回転させる。
処理流体供給部40は、ウェハWに対して処理流体を供給する。処理流体供給部40は、処理流体供給源70に接続される。
回収カップ50は、保持部31を取り囲むように配置され、保持部31の回転によってウェハWから飛散する処理液を捕集する。回収カップ50の底部には、排液口51が形成されており、回収カップ50によって捕集された処理液は、かかる排液口51から処理ユニット16の外部へ排出される。また、回収カップ50の底部には、FFU21から供給される気体を処理ユニット16の外部へ排出する排気口52が形成される。
第1の実施形態に係る処理ユニット16は、処理流体として、BHF水溶液(薬液の一例)およびDIW(リンス液の一例)を処理流体供給部40からウェハWに対して順次供給する。なお、BHF(バッファードフッ酸)は、HF(フッ酸)とNH4F(フッ化アンモニウム)の混合物である。また、DIWは、室温(25度程度)の純水である。
ここで、BHF水溶液を供給する薬液供給系の構成の一例について図3を参照して説明する。図3は、基板処理システム1が備える薬液供給系の構成の一例を示す図である。
図3に示すように、基板処理システム1が備える薬液供給系は、複数の処理ユニット16にBHF水溶液を供給する処理流体供給源70を有している。
処理流体供給源70は、BHF水溶液を貯留するタンク102と、タンク102から出てタンク102に戻る循環ライン104とを有している。循環ライン104にはポンプ106が設けられている。ポンプ106は、タンク102から出て循環ライン104を通りタンク102に戻る循環流を形成する。ポンプ106の下流側において循環ライン104には、BHF水溶液に含まれるパーティクル等の汚染物質を除去するフィルタ108が設けられている。必要に応じて、循環ライン104に補機類(例えばヒータ等)をさらに設けてもよい。
循環ライン104に設定された接続領域110には、1つまたは複数の分岐ライン112が接続されている。各分岐ライン112は、循環ライン104を流れるBHF水溶液を対応する処理ユニット16に供給する。各分岐ライン112には、必要に応じて、流量制御弁等の流量調整機構、フィルタ等を設けることができる。
また、処理流体供給源70は、回収ライン113を備える。回収ライン113は、各処理ユニット16に一端が接続されるとともに、他端がタンク102へ接続される。各処理ユニット16において使用されたBHF水溶液は、かかる回収ライン113を通ってタンク102に回収される。
薬液供給系は、新たなBHF水溶液をタンク102に補充するタンク液補充部116を有している。タンク102には、タンク102内の処理液を廃棄するためのドレン部118が設けられている。
次に、第1の実施形態に係る処理ユニット16により実行される一連の基板処理の手順について図4を参照して説明する。図4は、第1の実施形態に係る処理ユニット16により実行される一連の基板処理の手順を示すフローチャートである。なお、図4に示す一連の基板処理は、制御部18が処理ユニット16等を制御することによって実行される。制御部18は、たとえばCPU(Central Processing Unit)であり、記憶部19に記憶された図示しないプログラムに従って処理ユニット16等を制御する。
図4に示すように、処理ユニット16では、まず、ウェハWの搬入処理が行われる(ステップS101)。かかる搬入処理では、基板搬送装置17(図1参照)が保持部31(図2参照)の支持ピン(図示略)上にウェハWを載置した後、基板保持機構30(図2参照)に設けられ、ウェハWを側面から保持するチャック(図示略)がウェハWを保持する。
つづいて、処理ユニット16では、エッチング処理が行われる(ステップS102)。エッチング処理では、まず、駆動部33が保持部31を回転させることにより、保持部31に保持されたウェハWを所定の回転数で回転させる。つづいて、処理流体供給部40のノズルがウェハWの中央上方に位置する。
その後、タンク102から循環ライン104および分岐ライン112を介して供給されるBHF水溶液が、ノズルからウェハWの表面へ供給される。ウェハWへ供給されたBHF水溶液は、ウェハWの回転に伴う遠心力によってウェハWの表面の全面に広げられる。これにより、ウェハWの表面に形成された膜(たとえば熱酸化膜等)がBHF水溶液によってエッチングされる。
つづいて、処理ユニット16では、ウェハWの表面をDIWですすぐリンス処理が行われる(ステップS103)。かかるリンス処理では、図示略のDIW供給源から供給されるDIWが処理流体供給部40のノズルからウェハWの表面へ供給され、ウェハWに残存するBHF水溶液を洗い流す。
つづいて、処理ユニット16では、乾燥処理が行われる(ステップS104)。かかる乾燥処理では、ウェハWの回転速度を増速させることによってウェハW上のDIWを振り切ってウェハWを乾燥させる。
つづいて、処理ユニット16では、搬出処理が行われる(ステップS105)。かかる搬出処理では、駆動部33によるウェハWの回転が停止した後、ウェハWが基板搬送装置17(図1参照)によって処理ユニット16から搬出される。かかる搬出処理が完了すると、1枚のウェハWについての一連の基板処理が完了する。
エッチングレートは薬液中のエッチング種や酸化剤の濃度に依存する。しかしながら、薬液中のエッチング種や酸化剤の濃度は、エッチング処理中にエッチング種や酸化剤の失活や揮発によって変化する。このため、エッチング処理においては、エッチング種や酸化剤の濃度変化によってエッチングレートが変動するおそれがある。
たとえば、第1の実施形態に係る処理ユニット16のように使用済みの薬液を回収して再利用する場合、ウェハWの処理枚数が増えていくと、薬液中のエッチング種の濃度が蒸発等によって変化してエッチングレートが変動することがある。これにより、処理単位間におけるエッチングレートの均一性が悪化するおそれがある。
また、第1の実施形態に係る処理ユニット16のようにウェハWを枚葉処理する場合には、薬液中のエッチング種または酸化剤の濃度がウェハW面内で変化することによって、エッチングレートの面内均一性が悪化するおそれもある。
また、薬液中のエッチング種や酸化剤が蒸発することにより、薬液中の液面に近い部分と液面から遠い部分とでエッチング種や酸化剤の濃度に差が生じることもある。このため、たとえば、ウェハWに凹凸状のパターン(いわゆるトレンチ構造)が形成されている場合に、パターンの上部と下部でのエッチングレートの均一性が悪化するおそれがある。
そこで、第1の実施形態に係る基板処理システム1では、ウェハWに供給された薬液がさらされる雰囲気を調整することによってウェハWに供給された薬液に含有されるエッチング種または酸化剤の濃度を制御することで、薬液中におけるエッチング種や酸化剤の濃度変化を抑えることとした。
かかる点について図5を参照して説明する。図5は、雰囲気供給系の構成の一例を示す図である。
図5に示すように、第1の実施形態に係る基板処理システム1は、処理ユニット16のチャンバ20(処理空間の一例)内に雰囲気を供給する雰囲気供給系として、空気を供給する空気供給系と、水分を供給する水分供給系と、NH3含有ガスを供給するNH3含有ガス供給系と、HF含有ガスを供給するHF含有ガス供給系とを備える。
空気供給系は、FFU21に一端が接続される空気供給路211と、空気供給路211の他端に接続される空気供給源212とを備える。
かかる空気供給系は、空気供給源212から供給される空気を空気供給路211経由でFFU21からチャンバ20の内部に供給する。なお、空気供給源212から供給される空気は、たとえば基板処理システム1が設置されるクリーンルーム内の空気(清浄空気、湿度30〜50%)であるものとするが、これに限らず、たとえばクリーンルーム内の空気よりも低湿度のドライエア等であってもよい。
水分供給系は、たとえば空気供給路211の中途部に一端が接続される水分供給路301aと、水分供給路301aの他端に接続されるH2O供給源302aと、水分供給路301aの中途部に設けられる水蒸気生成部303aとを備える。水蒸気生成部303aは、たとえば加湿器等である。
かかる水分供給系は、H2O供給源302aから供給される水(たとえばDIW)を水蒸気生成部303aに供給し、水蒸気生成部303aによって生成される水蒸気を水分供給路301a経由で空気供給路211に供給する。これにより、空気供給路211を流れる空気に水蒸気が追加される。
NH3含有ガス供給系は、たとえば空気供給路211の中途部に一端が接続されるNH3含有ガス供給路301bと、NH3含有ガス供給路301bの他端に接続されるNH3含有ガス供給源302bとを備える。また、NH3含有ガス供給系は、NH3含有ガス供給路301bの中途部に、NH3含有ガス供給路301bを開閉するバルブ303bと、NH3含有ガス供給路301bを流通するNH3含有ガスの流量を調整する流量調整部304bとを備える。
かかるNH3含有ガス供給系は、NH3含有ガス供給源302bから供給されるNH3ガスをNH3含有ガス供給路301b経由で空気供給路211に供給する。これにより、空気供給路211を流れる空気にNH3ガスが追加される。
なお、NH3含有ガス供給系によって供給されるNH3含有ガスは、少なくともNH3を含んでいればよく、必ずしもNH3ガスであることを要しない。たとえば、NH3含有ガス供給系は、NH3ガスに代えてNH4OHガスをチャンバ20内に供給してもよい。
HF含有ガス供給系は、たとえば空気供給路211の中途部に一端が接続されるHF含有ガス供給路301cと、HF含有ガス供給路301cの他端に接続されるHF含有ガス供給源302cとを備える。また、HF含有ガス供給系は、HF含有ガス供給路301cの中途部に、HF含有ガス供給路301cを開閉するバルブ303cと、HF含有ガス供給路301cを流通するHF含有ガスの流量を調整する流量調整部304cとを備える。
かかるHF含有ガス供給系は、HF含有ガス供給源302cから供給されるHFガスをHF含有ガス供給路301c経由で空気供給路211に供給する。これにより、空気供給路211を流れる空気にHFガスが追加される。なお、HF含有ガス供給系により供給されるHF含有ガスは、少なくともHFを含んでいればよく、必ずしもHFガスであることを要しない。
このように、第1の実施形態に係る基板処理システム1では、空気供給系に対し、水分供給系とNH3含有ガス供給系とHF含有ガス供給系とが接続される。これにより、FFU21からは、空気に対して水分とNH3ガスとHFガスとが追加された雰囲気がチャンバ20内に供給されることとなる。
制御部18は、図4に示すステップS101の搬入処理後、ステップS102のエッチング処理前に、空気供給系からチャンバ20内に供給される空気に対して水分、NH3ガスおよびHFガスを追加する。たとえば、制御部18は、ステップS101において基板搬送装置17(図1参照)をチャンバ20から退出させてチャンバ20の図示しないシャッターを閉じた後、水蒸気生成部303aによる水蒸気の生成を開始させるとともに、バルブ303b,303cを開いてチャンバ20内へのNH3ガスおよびHFガスの供給を開始させる。
この結果、ステップS102のエッチング処理において、処理流体供給部40のノズル41からウェハWに供給されたBHF水溶液は、BHF水溶液にエッチング種として含有されるNH3およびHFを含んだ雰囲気にさらされることとなる。
上述したように、枚葉処理を行う場合には、薬液中のエッチング種の濃度がウェハW面内で変化することによってエッチングレートの面内均一性が悪化するおそれがある。たとえば、薬液としてBHF水溶液を使用する場合、エッチング種であるNH3やHFが蒸発するが、特にNH3が蒸発しやすい傾向があり、相対的にHFの濃度が高くなるため、ウェハWの外周部におけるエッチングレートが、ウェハWの中心部におけるエッチングレートと比較して高くなるおそれがある。
これに対し、第1の実施形態に係る基板処理システム1では、ウェハWに供給されたBHF水溶液に対し、NH3およびHFを含んだ雰囲気を接触させることにより、雰囲気中のNH3およびHFをBHF水溶液中に取り込ませることができる。つまり、BHF水溶液に対し、NH3およびHFを補填することができる。これにより、ウェハWに供給されたBHF水溶液のウェハW面内におけるNH3およびHFの濃度変化を抑えることができる。したがって、第1の実施形態に係る基板処理システム1によれば、ウェハWの中心部におけるエッチングレートと外周部におけるエッチングレートとのバラツキを抑えることができる。すなわち、エッチングレートのウェハW面内における変動を抑制することができる。
また、NH3およびHFが補填されたBHF水溶液が回収されることで、循環によるNH3およびHFの濃度変化も抑えられるため、第1の実施形態に係る基板処理システム1によれば、処理単位間におけるエッチングレートの変動も抑えることができる。
また、第1の実施形態に係る基板処理システム1では、空気供給系から供給される空気に対し、エッチング種であるNH3およびHFだけでなく水分も追加することとしている。したがって、水分の蒸発に伴うNH3およびHFの濃度変化も抑えることができる。なお、水分供給系から供給される水分により、チャンバ20内の雰囲気は50%以上の湿度に調整される。
図5に示すように、第1の実施形態に係る基板処理システム1は、チャンバ20内の雰囲気の湿度を測定する湿度計401aと、チャンバ20内の雰囲気におけるNH3濃度を測定するNH3濃度計401bと、チャンバ20内の雰囲気におけるHF濃度を測定するHF濃度計401cとを備える。
湿度計401a、NH3濃度計401bおよびHF濃度計401cは、それぞれエッチング処理中におけるチャンバ20内の雰囲気の湿度(水分濃度)、NH3濃度、HF濃度を測定する。
制御部18は、これら湿度計401a、NH3濃度計401bおよびHF濃度計401cによる測定結果に応じて水蒸気生成部303aおよび流量調整部304b,304cを制御することにより、空気供給系からチャンバ20内に供給される空気に対して追加する水分、NH3ガス、HFガスの流量を調整する。
たとえば、制御部18は、湿度計401a、NH3濃度計401bおよびHF濃度計401cによる測定結果が一定となるように、つまり、チャンバ20内の雰囲気の湿度、NH3の濃度、HFの濃度が一定となるように、水蒸気生成部303aおよび流量調整部304b,304cを制御する。これにより、エッチングレートの変動をより高精度に抑えることができる。
ステップS102のエッチング処理を終えると、制御部18は、水蒸気生成部303aによる水蒸気の生成を停止させるとともに、バルブ303b,303cを閉じてチャンバ20内へのNH3ガスおよびHFガスの供給を停止させる。
ここでは、チャンバ20内に水分、NH3ガスおよびHFガスを供給することとしたが、基板処理システム1は、必ずしも水分、NH3ガスおよびHFガスの全てをチャンバ20内に供給することを要しない。たとえば、基板処理システム1は、水分、NH3ガスおよびHFガスのうちの何れか1つまたは何れか2つをチャンバ20内に供給することとしてもよい。
上述してきたように、第1の実施形態に係る基板処理システム1(基板処理装置の一例)は、保持部31と、処理流体供給部40(薬液供給部の一例)と、FFU21を含む雰囲気供給系(ガス供給部の一例)と、制御部18とを備える。保持部31は、ウェハW(基板の一例)を保持する。処理流体供給部40は、保持部31に保持されたウェハWに対してBHF水溶液(薬液の一例)を供給する。雰囲気供給系は、空気、水分、NH3含有ガスおよびHF含有ガスを供給する。制御部18は、処理流体供給部40および雰囲気供給系を制御して、保持部31に保持されたウェハWに処理流体供給部40からBHF水溶液を供給することによってウェハWをエッチングするエッチング処理と、エッチング処理において、ウェハWに供給されたBHF水溶液がさらされる雰囲気を雰囲気供給系から供給される水分、NH3ガスおよびHFガスによって調整することによってBHF水溶液に含有されるNH3およびHF(エッチング種または酸化剤の一例)の濃度を制御する雰囲気調整処理と実行させる。
したがって、第1の実施形態に係る基板処理システム1によれば、エッチングレートの変動を抑制することができる。
なお、ここでは、水分供給系、NH3含有ガス供給系およびHF含有ガス供給系を空気供給系に接続して水分、NH3ガスおよびHFガスをFFU21からチャンバ20内に供給することとしたが、水分、NH3ガスおよびHFガスは、必ずしもFFU21から供給されることを要しない。すなわち、FFU21以外の場所に水分、NH3ガスおよびHFガスの供給口を設け、かかる供給口からチャンバ20内に水分、NH3ガスおよびHFガスを供給してもよい。
(第2の実施形態)
上述した第1の実施形態では、ウェハWを枚葉処理する場合の例について説明したが、本願の開示する基板処理方法は、複数枚のウェハWを1つの処理単位としてまとめて処理するバッチ処理を行う場合にも適用可能である。そこで、以下では、バッチ処理の例について説明する。
図6は、第2の実施形態に係る処理ユニットの概略構成を示す図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図6に示すように、第2の実施形態に係る処理ユニット16Aは、チャンバ20Aと、チャンバ20Aの内部に設けられた処理槽60および外槽80とを有しており、処理槽60内に薬液としてのBHF水溶液が貯留される。そして、後述するBHF水溶液供給源61から処理槽60内に設けられたノズル62を介して処理槽60内にBHF水溶液を供給することにより、処理槽60の内部にBHF水溶液が貯留される。そして、処理槽60に貯留されたBHF水溶液中に、後述する保持部31Aによって保持された複数枚のウェハWを浸漬させ、処理槽60からBHF水溶液をオーバーフローさせながらエッチング処理が行われる。処理槽60からオーバーフローしたBHF水溶液は、外槽80によって受け止められた後、ノズル62から再び処理槽60へ供給される。
チャンバ20Aには、FFU21が設けられている。FFU21には、空気供給路211を介して空気供給源212が接続されており、空気供給源212から供給される空気が空気供給路211を介してFFU21からチャンバ20A内に供給される。
保持部31Aは、たとえば50枚のウェハWを垂直に且つ互いに間隔をあけて保持する。保持部31Aは、図示しない駆動機構により上下動することによって複数枚のウェハWを処理槽60に対して出し入れすることができる。
処理槽60には、処理槽60上部の開口部を覆う蓋体63が開閉自在に設けられている。蓋体63は分割片63a,63bに2分割されている。蓋体63によって処理槽60が閉じられることにより、処理槽60の内部には略密閉された閉空間が形成される。
処理槽60と蓋体63とによって形成される閉空間内には、ノズル42が配置される。ノズル42には、第1の実施形態において説明したものと同様の水分供給系、NH3含有ガス供給系およびHF含有ガス供給系が接続される。
また、処理ユニット16Aには、第1の実施形態において説明したものと同様の湿度計401a、NH3濃度計401bおよびHF濃度計401cが設けられる。湿度計401a、NH3濃度計401bおよびHF濃度計401cは、それぞれ、処理槽60と蓋体63とによって形成される閉空間内の雰囲気の湿度、NH3濃度およびHF濃度を測定する。
ノズル62には供給配管64の一端部が接続され、供給配管64の他端側には、BHF水溶液供給源61が配置されている。供給配管64には、BHF水溶液供給源61から延びる配管65が接続される。配管65の中途部には、バルブ66が設けられる。
供給配管64は、外槽80へオーバーフローしたBHF水溶液を処理槽60内へ戻す循環経路を形成する。かかる供給配管64には、上流側から順にポンプ67、フィルタ68およびバルブ69が設けられている。
処理槽60の底部には、排出配管81が接続されており、排出配管81にはバルブ82が設けられている。BHF水溶液を入れ替える際には、バルブ82を開にして処理槽60に貯留されているBHF水溶液を排出配管81から排出し、その後バルブ82を閉じて次のBHF水溶液を処理槽60内に供給する。
処理ユニット16Aの蓋体63ならびにバルブ66,69,82やポンプ67等は、制御部18Aによって制御される。
上記のように構成された処理ユニット16Aにおいて、エッチング処理は以下のように実施される。まず、処理ユニット16Aでは、図示しない基板搬送装置を用いて複数枚のウェハWを処理ユニット16Aのチャンバ20A内に搬入して保持部31Aに受け渡す。
つづいて、処理槽60の蓋体63を開き、図示しない駆動機構により保持部31Aを降下させて、複数枚のウェハWを処理槽60に貯留されたBHF水溶液に浸漬させる。その後、蓋体63を閉じて、処理槽60と蓋体63との間に閉空間を形成する。
つづいて、ノズル62から処理槽60内にBHF水溶液を供給し、BHF水溶液を処理槽60からオーバーフローさせながら、複数枚のウェハWをBHF水溶液に浸漬させた状態を所定時間維持することにより、複数枚のウェハWをエッチングする。
上記エッチング処理において、制御部18Aは、たとえば処理槽60の蓋体63を閉じた後、すなわち、処理槽60と蓋体63とによって閉空間が形成された後、かかる閉空間に対し、水分、NH3ガスおよびHFガスの混合ガスをノズル42から供給する。
これにより、処理槽60に貯留されたBHF水溶液がNH3およびHFを含んだ雰囲気にさらされることとなり、かかる雰囲気中のNH3およびHFがBHF水溶液中に取り込まれることで、蒸発等によってBHF水溶液から失われたNH3およびHFが補填される。そして、NH3およびHFが補填されたBHF水溶液が回収されることで、循環回収に伴うNH3およびHFの濃度変化が抑えられる。これにより、処理単位間におけるエッチングレートの変動を抑制することができる。
また、エッチング種であるNH3およびHFだけでなく水分も追加することで、水分の蒸発によるNH3およびHFの濃度変化も抑えることができる。
このように、本願の開示する基板処理方法は、枚葉処理に限らずバッチ処理にも適用可能である。
なお、処理ユニット16Aにおいては、処理槽60に貯留されたBHF水溶液から水分、NH3およびHFが絶えず蒸発していく可能性がある。このため、水分、NH3ガスおよびHFガスをエッチング処理中に限らず常時供給することとしてもよい。
また、ここでは、水分、NH3ガスおよびHFガスを処理槽60と蓋体63とによって形成される閉空間に供給することとしたが、水分、NH3ガスおよびHFガスは、たとえばFFU21からチャンバ20A内に供給することとしてもよい。
(第3の実施形態)
上述した第1および第2の実施形態では、BHF水溶液を用いてウェハWをエッチングする場合に、BHF水溶液に含有される水分、NH3およびHFのガスを空気雰囲気に追加することにより、BHF水溶液中のNH3およびHFの濃度変化を抑えることとした。しかし、本願の開示する基板処理方法は、BHF水溶液以外の薬液を使用する場合にも適用可能である。そこで、以下では、BHF水溶液以外の薬液を使用する場合の例について説明する。
図7は、使用する薬液と空気雰囲気に追加する成分との組合せの例を示す図である。図7に示すように、エッチング処理に使用される薬液としては、上述したBHF水溶液以外に、たとえば、HF水溶液、混酸水溶液、SC1およびTMAH水溶液がある。
HF水溶液のうち、HF濃度が1wt%未満のHF水溶液(以下、「低HF水溶液」と記載する)は、水分が蒸発しやすい。そこで、薬液として低HF水溶液を使用する場合には、空気供給系から供給される空気に対して水分を追加することが好ましい。これにより、低HF水溶液にエッチング種として含有されるHFの濃度が水分の蒸発によって変化することを抑制することができる。
薬液として低HF水溶液を使用する場合の処理ユニットの構成は、たとえば、処理ユニット16,16AからNH3含有ガス供給系、HF含有ガス供給系、NH3濃度計401bおよびHF濃度計401cを除去した構成とすることができる。
一方、HF水溶液のうち、HF濃度が10wt%超のHF水溶液(以下、「高HF水溶液」と記載する)は、水分に加えてHFも蒸発しやすい。そこで、薬液として高HF水溶液を使用する場合には、空気供給系から供給される空気に対し、水分およびHF含有ガスを追加することが好ましい。これにより、高HF水溶液にエッチング種として含有されるHFの濃度が水分およびHFの蒸発によって変化することを抑制することができる。
薬液として高HF水溶液を使用する場合の処理ユニットの構成は、たとえば、処理ユニット16,16AからNH3含有ガス供給系およびNH3濃度計401bを除去した構成とすることができる。
混酸水溶液は、水分の他、酢酸(CH3COOH)および硝酸(HNO3)も蒸発しやすい。そこで、薬液として混酸水溶液を使用する場合には、空気供給系から供給される空気に対し、水分、酢酸および硝酸を追加することが好ましい。これにより、混酸水溶液にエッチング種として含有される酢酸および硝酸の濃度が、水分、酢酸および硝酸の蒸発によって変化することを抑制することができる。
混酸水溶液を使用する場合の処理ユニットの構成は、たとえば、処理ユニット16,16AからNH3含有ガス供給系、HF含有ガス供給系、NH3濃度計401bおよびHF濃度計401cを除外し、酢酸を含有する酢酸含有ガス(たとえば酢酸ガス)を供給する酢酸含有ガス供給系、硝酸を含有する硝酸含有ガス(たとえば硝酸ガス)を供給する硝酸含有ガス供給系、処理雰囲気中の酢酸濃度を測定する酢酸濃度計および処理雰囲気中の硝酸濃度を測定する硝酸濃度計を追加した構成とすることができる。なお、混酸水溶液は、たとえば、タングステンやチタン等の金属膜をエッチングする場合に用いられる。
SC1およびTMAH水溶液は、たとえば、ポリシリコン膜をエッチングする場合に用いられる薬液であり、SC1に含まれるNH3やTMAH水溶液に含まれるTMAHは、シリコンを溶解するエッチング種である。しかし、エッチング種だけではエッチングレートのシリコン結晶面方位の依存性が大きく、ポリシリコン膜の表面荒れやシリコン残渣が生じるおそれがある。そこで、SC1およびTMAHには、酸化剤としてH2O2およびO2がそれぞれ含有される。これらの酸化剤により、ポリシリコン膜の表面が酸化されて、シリコン結晶面方位のエッチング量のバラツキが緩和されることで、ポリシリコン膜の表面荒れやシリコン残渣の発生を防止することができる。
SC1は、エッチング種がNH3であり、酸化剤がH2O2である。NH3は揮発し易く、H2O2は分解し易いため、これらNH3およびH2O2の濃度変化によってエッチングレートがウェハWの面内で変化する。そこで、薬液としてSC1を使用する場合、空気供給系から供給される空気に対し、水分、NH3ガスおよびH2O2ガスを追加することが好ましい。これにより、ウェハWに供給されたSC1中のNH3およびH2O2の濃度変化が抑えられるため、ウェハW面内におけるエッチングレートの変動を抑制することができる。
薬液としてSC1を使用する場合の処理ユニットの構成は、たとえば、処理ユニット16,16AからHF含有ガス供給系およびHF濃度計401cを除外し、H2O2を含有するH2O2含有ガス(たとえばH2O2ガス)を供給するH2O2含有ガス供給系、および、処理雰囲気中のH2O2濃度を測定するH2O2濃度計を追加した構成とすることができる。
TMAH水溶液は、エッチング種がTMAHであり、酸化剤がO2である。かかるTMAH水溶液によるポリシリコン膜のエッチングレートは、TMAH水溶液中の溶存O2濃度に依存する。
この点について図8〜図10を参照して説明する。図8は、TMAH水溶液中の溶存O2濃度とポリシリコン膜のエッチングレートとの関係を示す図である。図9は、TMAH水溶液中の溶存O2濃度とポリシリコン膜のエッチングレートのウェハ面内分布とを示す図である。図10は、処理雰囲気中のO2濃度とポリシリコン膜のエッチングレートのウェハ面内分布との関係を示す図である。
なお、図8および図9は、TMAH水溶液を用いた枚葉処理によるポリシリコン膜のエッチングを空気雰囲気中で行った場合の結果を示している。
図8および図9に示すように、ポリシリコン膜のエッチングレートは、TMAH水溶液中の溶存O2濃度が高いほど低くなる傾向がある。これは、TMAH水溶液中の溶存O2濃度が高いと、ポリシリコン膜の表面に酸化膜が形成されてポリシリコン膜が保護されることにより、TMAHによるポリシリコン膜のエッチングが抑制されるためと考えられる。
また、TMAH水溶液を用いたポリシリコン膜のエッチングを空気雰囲気下およびN2雰囲気下でそれぞれ行ったところ、空気雰囲気下とN2雰囲気下とでポリシリコン膜のエッチングレートのウェハW面内分布が変化することがわかった。
具体的には、図10に示すように、空気雰囲気下でエッチングを行った場合、ポリシリコン膜のエッチングレートは、ウェハWの中心部と比較して外周部が低くなることがわかった。これは、空気雰囲気のように処理雰囲気中のO2濃度が比較的高い場合には、TMAH水溶液がウェハWの中心部から外周部に流れるにつれて、処理雰囲気中のO2がTMAH水溶液中に取り込まれることにより、TMAH水溶液中の溶存O2濃度が高くなるためと考えられる。TMAH水溶液中の溶存O2濃度が高くなるほどエッチングレートは低くなるのは図8に示す通りである。
これに対し、N2雰囲気下でエッチングを行った場合、ポリシリコン膜のエッチングレートは、ウェハWの中心部と比較して外周部が高くなることがわかった。これは、N2雰囲気のように処理雰囲気中のO2濃度が低い場合には、TMAH水溶液がウェハWの中心部から外周部に流れるにつれて、TMAH水溶液中の溶存O2が揮発によりTMAH水溶液から処理雰囲気中に抜け出ていくことにより、TMAH水溶液中の溶存O2濃度が低下するためと考えられる。
このように、ウェハWに供給されたTMAH水溶液の溶存O2濃度はウェハW面内で変化するが、その変化の態様は処理雰囲気中のO2濃度によって変化する。したがって、処理雰囲気中のO2濃度を調整することにより、TMAH水溶液中の溶存O2のウェハW面内における濃度変化を抑制することが可能である(図10の実線参照)。
処理雰囲気中のO2濃度は、たとえば空気雰囲気に対してN2ガス等の不活性ガスを追加することによって調整することができる。空気中のO2濃度は約21%であることから、不活性ガスの追加により、処理雰囲気中のO2濃度を0%超21%未満の範囲で調整することが可能である。TMAH水溶液中の最適な溶存O2濃度は1〜10ppmであり、処理雰囲気中のO2濃度を上記の範囲(0〜21%)で調整することにより、TMAH水溶液中の溶存O2濃度をウェハW面内で一定にすることができる。
このように、処理雰囲気中のO2濃度を調整してTMAH水溶液中の溶存O2の濃度変化を抑制することで、ウェハW面内におけるエッチングレートの変動を抑制することが可能である。
薬液としてTMAH水溶液を使用する場合の処理ユニットの構成は、たとえば、処理ユニット16,16AからNH3含有ガス供給系、HF含有ガス供給系、NH3濃度計401bおよびHF濃度計401cを除去し、N2ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、処理雰囲気中のO2濃度を測定するO2濃度計を追加した構成とすることができる。なお、O2ガスを供給するO2ガス供給系を設けることで、処理雰囲気中のO2濃度を21%以上に上昇させることも可能である。
(その他の実施形態)
ウェハWを枚葉処理する場合、空気供給系から供給される空気に対して追加するガスを、ウェハWに供給された薬液に対して直接供給するようにしてもよい。かかる点について図11を参照して説明する。図11は、変形例に係る雰囲気供給系の構成を示す図である。
図11に示すように、変形例に係る処理ユニット16Bにおいて、水分供給系、NH3含有ガス供給系およびHF含有ガス供給系は、チャンバ20内に配置されるノズル42に接続される。また、湿度計401a、NH3濃度計401bおよびHF濃度計401cは、回収カップ50内における雰囲気の湿度、NH3濃度およびHF濃度をそれぞれ測定する。
変形例に係る処理ユニット16Bでは、エッチング処理において、ノズル42をウェハWの上方に配置させ、水分、NH3ガスおよびHFガスの混合ガスをノズル42からウェハWに供給されたBHF水溶液に対して直接供給する。これにより、第1の実施形態に係る処理ユニット16のようにFFU21から供給する場合と同じように、ウェハWに供給されたBHF水溶液中のNH3およびHFの濃度変化を抑えることができる。
また、変形例に係る処理ユニット16Bでは、ウェハW面内におけるノズル42の位置(ガスの吐出位置)を調整することで、処理雰囲気中に含まれる水分、NH3およびHFの濃度をウェハWの面内で変化させることができる。これにより、たとえば、エッチングレートをウェハW面内において局所的に高くしたり低くしたりすることも可能である。
ここでは、薬液がBHF水溶液である場合を例に挙げて説明したが、BHF水溶液以外の薬液を用いる場合についても同様である。たとえば、薬液としてTMAH水溶液を使用する場合には、不活性ガス供給系をノズル42に接続して、ウェハWに供給されたTMAH水溶液に対してノズル42から不活性ガスを直接供給してもよい。
また、たとえば薬液としてBHF水溶液を使用する場合に、水分、NH3ガスおよびHFガスを空気とともにFFU21からチャンバ20内に供給しつつ、ウェハWに供給されたBHF水溶液に対してノズル42から不活性ガスを直接供給してもよい。この場合、たとえばノズル42からウェハWの中心部に向けて不活性ガスを供給することで、水分、NH3およびHFの濃度をウェハWの中心部において低くし、ウェハWの外周部において高くすることが可能である。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。