JP7113952B2 - 基板処理方法、および基板処理装置 - Google Patents

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Description

開示の実施形態は、基板処理方法、および基板処理装置に関する。
従来、基板処理装置において、リン酸処理液に基板を浸漬することで、基板上に形成されたシリコン窒化膜（ＳｉＮ）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）のうち、シリコン窒化膜を選択的にエッチングするエッチング処理を行うことが知られている（特許文献１参照）。
シリコン窒化膜を選択的にエッチングするためには、エッチング処理の後半において、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜のエッチングレートの比である選択比を向上させることが望ましい。
特開２０１３－２３２５９３号公報
しかしながら、上記基板処理装置では、エッチング処理が進むにつれて、基板からシリコン成分が溶出するため、シリコン酸化膜上にシリコン酸化物（ＳｉＯ２）が析出するおそれがある。
実施形態の一態様は、シリコン酸化物の析出を抑制しつつ、選択比を向上させて精度のよいエッチング処理を行う基板処理装置、基板処理方法およびプログラムを提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る基板処理方法は、リン酸とシリコン含有化合物とを含む処理液に基板を浸漬させてエッチング処理を行う際に、初期リン酸濃度、初期シリコン濃度、および初期処理液温度である処理液でエッチング処理を開始する工程と、エッチング処理を開始してから第１所定時間後にシリコン濃度を初期シリコン濃度よりも低くする工程と、シリコン濃度が初期シリコン濃度よりも低くされた後に、リン酸濃度を初期リン酸濃度よりも低くし、かつ処理液温度を初期処理液温度よりも低くする工程とを含む。
実施形態の一態様によれば、シリコン酸化物の析出を抑制しつつ、選択比を向上させて精度のよいエッチング処理を行うことができる。
図１は、基板処理装置の概略平面図である。 図２は、実施形態に係るエッチング用の処理槽の構成を示す概略ブロック図である。 図３Ａは、エッチング処理を行う前の基板の断面を示す概略図である。 図３Ｂは、エッチング処理が進んだ基板の状態を示す概略図である。 図３Ｃは、エッチング処理が終了した基板の状態を示す概略図である。 図４は、エッチング処理のリン酸濃度制御を説明するフローチャートである。 図５は、エッチング処理の温度制御を説明するフローチャートである。 図６は、エッチング処理のシリコン濃度制御を説明するフローチャートである。 図７は、エッチング液の温度とシリコン飽和量との関係を示すマップである。 図８は、処理時間に対するエッチング液の温度、リン酸濃度およびシリコン濃度を示すタイムチャートである。 図９は、変形例に係るエッチング用の処理槽の構成を示す概略ブロック図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する基板処理装置、基板処理方法およびプログラム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。
図１に示すように、実施形態に係る基板処理装置１は、キャリア搬入出部２と、ロット形成部３と、ロット載置部４と、ロット搬送部５と、ロット処理部６と、制御部１００とを有する。図１は、基板処理装置１の概略平面図である。ここでは、水平方向に直交する方向を上下方向として説明する。
キャリア搬入出部２は、複数枚（例えば、２５枚）の基板（シリコンウエハ）８を水平姿勢で上下に並べて収容したキャリア９の搬入、および搬出を行う。
キャリア搬入出部２には、複数個のキャリア９を載置するキャリアステージ１０と、キャリア９の搬送を行うキャリア搬送機構１１と、キャリア９を一時的に保管するキャリアストック１２，１３と、キャリア９を載置するキャリア載置台１４とが設けられている。
キャリア搬入出部２は、外部からキャリアステージ１０に搬入されたキャリア９を、キャリア搬送機構１１を用いてキャリアストック１２や、キャリア載置台１４に搬送する。すなわち、キャリア搬入出部２は、ロット処理部６で処理する前の複数枚の基板８を収容するキャリア９を、キャリアストック１２や、キャリア載置台１４に搬送する。
キャリアストック１２は、ロット処理部６で処理する前の複数枚の基板８を収容するキャリア９を、一時的に保管する。
キャリア載置台１４に搬送され、ロット処理部６で処理する前の複数枚の基板８を収容するキャリア９からは、後述する基板搬送機構１５によって複数枚の基板８が搬出される。
また、キャリア載置台１４に載置され、基板８を収容していないキャリア９には、基板搬送機構１５から、ロット処理部６で処理した後の複数枚の基板８が搬入される。
キャリア搬入出部２は、キャリア載置台１４に載置され、ロット処理部６で処理した後の複数枚の基板８を収容するキャリア９を、キャリア搬送機構１１を用いてキャリアストック１３や、キャリアステージ１０に搬送する。
キャリアストック１３は、ロット処理部６で処理した後の複数枚の基板８を一時的に保管する。キャリアステージ１０に搬送されたキャリア９は、外部へ搬出される。
ロット形成部３には、複数枚（例えば、２５枚）の基板８を搬送する基板搬送機構１５が設けられている。ロット形成部３は、基板搬送機構１５による複数枚（例えば、２５枚）の基板８の搬送を２回行い、複数枚（例えば、５０枚）の基板８からなるロットを形成する。
ロット形成部３は、基板搬送機構１５を用いて、キャリア載置台１４に載置されたキャリア９からロット載置部４へ複数枚の基板８を搬送し、複数枚の基板８をロット載置部４に載置することで、ロットを形成する。
ロットを形成する複数枚の基板８は、ロット処理部６によって同時に処理される。ロットを形成するときは、複数枚の基板８の表面にパターンが形成されている面を互いに対向するようにロットを形成してもよく、また、複数枚の基板８の表面にパターンが形成されている面がすべて一方を向くようにロットを形成してもよい。
また、ロット形成部３は、ロット処理部６で処理が行われ、ロット載置部４に載置されたロットから、基板搬送機構１５を用いて複数枚の基板８をキャリア９へ搬送する。
基板搬送機構１５は、複数枚の基板８を支持するための基板支持部として、処理前の複数枚の基板８を支持する処理前基板支持部（不図示）と、処理後の複数枚の基板８を支持する処理後基板支持部（不図示）の２種類を有している。これにより、処理前の複数枚の基板８等に付着したパーティクル等が処理後の複数枚の基板８等に転着することを防止することができる。
基板搬送機構１５は、複数枚の基板８の搬送途中で、複数枚の基板８の姿勢を水平姿勢から垂直姿勢、および垂直姿勢から水平姿勢に変更する。
ロット載置部４は、ロット搬送部５によってロット形成部３とロット処理部６との間で搬送されるロットをロット載置台１６で一時的に載置（待機）する。
ロット載置部４には、搬入側ロット載置台１７と、搬出側ロット載置台１８とが設けられている。
搬入側ロット載置台１７には、処理前のロットが載置される。搬出側ロット載置台１８には、処理後のロットが載置される。
搬入側ロット載置台１７、および搬出側ロット載置台１８には、１ロット分の複数枚の基板８が垂直姿勢で前後に並べて載置される。
ロット搬送部５は、ロット載置部４とロット処理部６との間や、ロット処理部６の内部間でロットの搬送を行う。
ロット搬送部５には、ロットの搬送を行うロット搬送機構１９が設けられている。ロット搬送機構１９は、ロット載置部４とロット処理部６とに沿わせて配置したレール２０と、ロットを保持しながらレール２０に沿って移動する移動体２１とを有する。
移動体２１には、垂直姿勢で前後に並んだ複数枚の基板８で形成されるロットを保持する基板保持体２２が設けられている。
ロット搬送部５は、搬入側ロット載置台１７に載置されたロットをロット搬送機構１９の基板保持体２２で受取り、受取ったロットをロット処理部６に受け渡す。
また、ロット搬送部５は、ロット処理部６で処理されたロットをロット搬送機構１９の基板保持体２２で受取り、受取ったロットを搬出側ロット載置台１８に受け渡す。
さらに、ロット搬送部５は、ロット搬送機構１９を用いてロット処理部６の内部においてロットの搬送を行う。
ロット処理部６は、垂直姿勢で前後に並んだ複数枚の基板８で形成されたロットにエッチングや、洗浄や、乾燥などの処理を行う。
ロット処理部６には、ロットにエッチング処理を行う２台のエッチング処理装置２３と、ロットの洗浄処理を行う洗浄処理装置２４と、基板保持体２２の洗浄処理を行う基板保持体洗浄処理装置２５と、ロットの乾燥処理を行う乾燥処理装置２６とが並べて設けられている。なお、エッチング処理装置２３の台数は、２台に限られることはなく、１台でもよく、３台以上であってもよい。
エッチング処理装置２３は、エッチング用の処理槽２７と、リンス用の処理槽２８と、基板昇降機構２９，３０とを有する。
エッチング用の処理槽２７には、エッチング用の処理液（以下、「エッチング液」という。）が貯留される。リンス用の処理槽２８には、リンス用の処理液（純水等）が貯留される。なお、エッチング用の処理槽２７の詳細については後述する。
基板昇降機構２９,３０には、ロットを形成する複数枚の基板８が垂直姿勢で前後に並べて保持される。
エッチング処理装置２３は、ロット搬送機構１９の基板保持体２２からロットを基板昇降機構２９で受取り、受取ったロットを基板昇降機構２９で降下させることでロットを処理槽２７のエッチング液に浸漬させてエッチング処理を行う。エッチング処理は、例えば、６０分間行われる。なお、エッチング処理が行われる時間は、６０分に限られることはなく、例えば、９０分や、１２０分などであってもよい。エッチング処理装置２３は、処理部を構成する。
その後、エッチング処理装置２３は、基板昇降機構２９を上昇させることでロットを処理槽２７から取り出し、基板昇降機構２９からロット搬送機構１９の基板保持体２２にロットを受け渡す。
そして、ロット搬送機構１９の基板保持体２２からロットを基板昇降機構３０で受取り、受取ったロットを基板昇降機構３０で降下させることでロットを処理槽２８のリンス用の処理液に浸漬させてリンス処理を行う。
その後、エッチング処理装置２３は、基板昇降機構３０を上昇させることでロットを処理槽２８から取り出し、基板昇降機構３０からロット搬送機構１９の基板保持体２２にロットを受け渡す。
洗浄処理装置２４は、洗浄用の処理槽３１と、リンス用の処理槽３２と、基板昇降機構３３,３４とを有する。
洗浄用の処理槽３１には、洗浄用の処理液（ＳＣ－１等）が貯留される。リンス用の処理槽３２には、リンス用の処理液（純水等）が貯留される。基板昇降機構３３,３４には、１ロット分の複数枚の基板８が垂直姿勢で前後に並べて保持される。
乾燥処理装置２６は、処理槽３５と、処理槽３５に対して昇降する基板昇降機構３６とを有する。
処理槽３５には、乾燥用の処理ガス（ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等）が供給される。基板昇降機構３６には、１ロット分の複数枚の基板８が垂直姿勢で前後に並べて保持される。
乾燥処理装置２６は、ロット搬送機構１９の基板保持体２２からロットを基板昇降機構３６で受取り、受取ったロットを基板昇降機構３６で降下させて処理槽３５に搬入し、処理槽３５に供給した乾燥用の処理ガスでロットの乾燥処理を行う。そして、乾燥処理装置２６は、基板昇降機構３６でロットを上昇させ、基板昇降機構３６からロット搬送機構１９の基板保持体２２に、乾燥処理を行ったロットを受け渡す。
基板保持体洗浄処理装置２５は、処理槽３７を有し、処理槽３７に洗浄用の処理液、および乾燥ガスを供給できるようになっており、ロット搬送機構１９の基板保持体２２に洗浄用の処理液を供給した後、乾燥ガスを供給することで基板保持体２２の洗浄処理を行う。
次に、エッチング用の処理槽２７について、図２を参照し説明する。図２は、実施形態に係るエッチング用の処理槽２７の構成を示す概略ブロック図である。
エッチング用の処理槽２７では、エッチング液を用いて、基板８上に形成されたシリコン窒化膜（ＳｉＮ）８Ａ（図３Ａ参照）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）８Ｂ（図３Ａ参照）のうち、シリコン窒化膜８Ａを選択的にエッチングする。
窒化膜のエッチング処理では、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）水溶液にシリコン（Ｓｉ）含有化合物を添加してシリコン濃度を調整した溶液が、エッチング液として一般的に用いられる。シリコン濃度の調整手法としては、既存のリン酸水溶液にダミー基板を浸漬させてシリコンを溶解させる方法（シーズニング）や、コロイダルシリカなどのシリコン含有化合物をリン酸水溶液に溶解させる方法がある。また、リン酸水溶液にシリコン含有化合物水溶液を添加してシリコン濃度を調整する方法もある。
エッチング用の処理槽２７は、リン酸水溶液供給部４０と、リン酸水溶液排出部４１と、純水供給部４２と、シリコン供給部４３と、内槽４４と、外槽４５と、温調タンク４６とを有する。
リン酸水溶液供給部４０は、リン酸水溶液供給源４０Ａと、リン酸水溶液供給ライン４０Ｂと、第１流量調整器４０Ｃとを有する。
リン酸水溶液供給源４０Ａは、リン酸水溶液を貯留するタンクである。リン酸水溶液供給ライン４０Ｂは、リン酸水溶液供給源４０Ａと温調タンク４６とを接続し、リン酸水溶液供給源４０Ａから温調タンク４６にリン酸水溶液を供給する。
第１流量調整器４０Ｃは、リン酸水溶液供給ライン４０Ｂに設けられ、温調タンク４６へ供給されるリン酸水溶液の流量を調整する。第１流量調整器４０Ｃは、開閉弁や、流量制御弁や、流量計などから構成される。
純水供給部４２は、純水供給源４２Ａと、純水供給ライン４２Ｂと、第２流量調整器４２Ｃとを有する。純水供給部４２は、エッチング液を加熱することにより蒸発した水分を補給するために外槽４５に純水（ＤＩＷ）を供給する。また、純水供給部４２は、エッチング液の一部を入れ替える場合に、外槽４５に純水を供給する。
純水供給ライン４２Ｂは、純水供給源４２Ａと外槽４５とを接続し、純水供給源４２Ａから外槽４５に所定温度の純水を供給する。
第２流量調整器４２Ｃは、純水供給ライン４２Ｂに設けられ、外槽４５へ供給される純水の流量を調整する。第２流量調整器４２Ｃは、開閉弁、流量制御弁、流量計などから構成される。
シリコン供給部４３は、シリコン供給源４３Ａと、シリコン供給ライン４３Ｂと、第３流量調整器４３Ｃとを有する。
シリコン供給源４３Ａは、シリコン含有化合物水溶液を貯留するタンクである。シリコン供給ライン４３Ｂは、シリコン供給源４３Ａと温調タンク４６とを接続し、シリコン供給源４３Ａから温調タンク４６にシリコン含有化合物水溶液を供給する。
第３流量調整器４３Ｃは、シリコン供給ライン４３Ｂに設けられ、温調タンク４６へ供給されるシリコン含有化合物水溶液の流量を調整する。第３流量調整器４３Ｃは、開閉弁や、流量制御弁や、流量計などから構成される。
シリコン含有化合物水溶液は、エッチング処理が終了し、エッチング液を全て入れ替える際に供給される予備液を生成する場合に供給される。なお、シリコン供給部４３は、シリコン含有化合物水溶液を外槽４５に供給可能としてもよい。この場合、シリコン供給部４３は、エッチング処理中に、エッチング液中のシリコン濃度が低下した場合に、シリコン含有化合物水溶液を外槽４５に供給することができる。
内槽４４は、上部が開放され、エッチング液が上部付近まで供給される。内槽４４では、基板昇降機構２９によってロット（複数枚の基板８）がエッチング液に浸漬され、基板８にエッチング処理が行われる。
外槽４５は、内槽４４の上部周囲に設けられるとともに上部が開放される。外槽４５には、内槽４４からオーバーフローしたエッチング液が流入する。また、外槽４５には、予備液が温調タンク４６から供給される。また、外槽４５には、純水供給部４２から純水が供給される。
外槽４５と内槽４４とは第１循環ライン５０によって接続される。第１循環ライン５０の一端は、外槽４５に接続され、第１循環ライン５０の他端は、内槽４４内に設置された処理液供給ノズル４９に接続される。
第１循環ライン５０には、外槽４５側から順に、第１ポンプ５１、第１ヒーター５２およびフィルタ５３が設けられる。外槽４５内のエッチング液は第１ヒーター５２によって加温されて処理液供給ノズル４９から内槽４４内に流入する。第１ヒーター５２は、内槽４４に供給されるエッチング液の温度を調整する。
第１ポンプ５１を駆動させることにより、エッチング液は、外槽４５から第１循環ライン５０を経て内槽４４内に送られる。また、エッチング液は、内槽４４からオーバーフローすることで、再び外槽４５へと流出する。このようにして、エッチング液の循環路５５が形成される。すなわち、循環路５５は、外槽４５、第１循環ライン５０、内槽４４によって形成される。循環路５５では、内槽４４を基準として外槽４５が第１ヒーター５２よりも上流側に設けられる。
温調タンク４６では、リン酸水溶液供給部４０から供給されたリン酸水溶液が予備液として貯留される。また、温調タンク４６では、リン酸水溶液供給部４０から供給されたリン酸水溶液と、シリコン供給部４３から供給されたシリコン含有化合物水溶液とが混合された予備液が生成され、貯留される。
例えば、温調タンク４６では、内槽４４および外槽４５のエッチング液を全て入れ替える場合には、リン酸水溶液とシリコン含有化合物水溶液とが混合された予備液が生成され、貯留される。また、温調タンク４６では、エッチング処理中にエッチング液の一部を入れ替える場合には、リン酸水溶液が予備液として貯留される。
温調タンク４６には、温調タンク４６内の予備液を循環させる第２循環ライン６０が接続される。また、温調タンク４６には、供給ライン７０の一端が接続される。供給ライン７０の他端は、外槽４５に接続される。
第２循環ライン６０には、第２ポンプ６１および第２ヒーター６２が設けられている。第２ヒーター６２をＯＮにした状態で第２ポンプ６１を駆動させることにより、温調タンク４６内の予備液が加温されて循環する。第２ヒーター６２は、予備液の温度を調整する。
供給ライン７０には、第３ポンプ７１と、第４流量調整器７２とが設けられる。第４流量調整器７２は、外槽４５へ供給される予備液の流量を調整する。第４流量調整器７２は、開閉弁や、流量制御弁や、流量計などから構成される。
温調タンク４６に貯留された予備液は、エッチング液の全部、または一部を入れ替える際に、供給ライン７０を介して外槽４５に供給される。
リン酸水溶液排出部４１は、エッチング処理で使用されたエッチング液の全部、または一部を入れ替える際にエッチング液を排出する。リン酸水溶液排出部４１は、排出ライン４１Ａと、第５流量調整器４１Ｂと、冷却タンク４１Ｃとを有する。
排出ライン４１Ａは、第１循環ライン５０に接続される。第５流量調整器４１Ｂは、排出ライン４１Ａに設けられ、排出されるエッチング液の排出量を調整する。第５流量調整器４１Ｂは、開閉弁や、流量制御弁や、流量計などから構成される。冷却タンク４１Ｃは、排出ライン４１Ａを流れてきたエッチング液を一時的に貯留するとともに冷却する。
なお、第１流量調整器４０Ｃ～第５流量調整器４１Ｂを構成する開閉弁の開閉や、流量制御弁の開度は、制御部１００からの信号に基づいてアクチュエータ（不図示）が動作することで、変更される。すなわち、第１流量調整器４０Ｃ～第５流量調整器４１Ｂを構成する開閉弁や、流量制御弁は、制御部１００によって制御される。
図１に戻り、制御部１００は、基板処理装置１の各部（キャリア搬入出部２、ロット形成部３、ロット載置部４、ロット搬送部５、ロット処理部６）の動作を制御する。制御部１００は、スイッチなどからの信号に基づいて、基板処理装置１の各部の動作を制御する。
制御部１００は、例えばコンピュータからなり、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体３８を有する。記憶媒体３８には、基板処理装置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１００は、記憶媒体３８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装置１の動作を制御する。なお、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３８に記憶されていたものであって、他の記憶媒体から制御部１００の記憶媒体３８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３８としては、例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。
ここで、エッチング処理について図３Ａ～図３Ｃを参照し説明する。図３Ａは、エッチング処理を行う前の基板８の断面を示す概略図である。図３Ｂは、エッチング処理が進んだ基板８の状態を示す概略図である。図３Ｃは、エッチング処理が終了した基板８の状態を示す概略図である。
図３Ａに示すように、エッチング処理を行う前の基板８には、シリコン窒化膜８Ａとシリコン酸化膜８Ｂとが交互に複数積層されている。また、基板８には、エッチング液が浸入し、積層されたシリコン窒化膜８Ａをエッチングするための溝８Ｃが複数形成されている。
基板８を内槽４４に浸漬し、エッチング処理を開始すると、図３Ｂに示すように、まず、溝８Ｃ付近のシリコン窒化膜８Ａがエッチングされる。すなわち、エッチング処理では、溝８Ｃに近いシリコン窒化膜８Ａから順にエッチングされる。
エッチングによりエッチング液に溶出したシリコン窒化膜８Ａの成分は、シリコン窒化膜８Ａがエッチングされることで形成される隙間８Ｄから溝８Ｃに排出され、溝８Ｃから基板８の外へ排出される。溝８Ｃや、隙間８Ｄのエッチング液が新しいエッチング液に置換されることで、エッチングが進行する。
なお、シリコン酸化膜８Ｂの溝８Ｃ側の端部８Ｅは、角がエッチングにより削られることで、丸みを帯びた形状となる。
そして、エッチング処理がさらに進むと、図３Ｃに示すように、両側の隙間８Ｄが連通する。
本実施形態に係る基板処理装置１では、以下で説明する方法によりエッチング処理を行っている。
なお、エッチング処理を開始する際には、エッチング液のリン酸濃度は初期リン酸濃度に設定され、エッチング液の温度は初期温度に設定され、エッチング液のシリコン濃度は初期シリコン濃度に設定されている。
初期リン酸濃度は、予め設定された濃度であり、例えば、８６％である。初期温度は、予め設定され、エッチング液が所定の沸騰状態となる温度である。初期シリコン濃度は、予め設定された濃度であり、例えば、１２０ｐｐｍである。
まず、エッチング処理のリン酸濃度制御について図４を参照し説明する。図４は、エッチング処理のリン酸濃度制御を説明するフローチャートである。
制御部１００は、リン酸濃度低下タイミングであるか否かを判定する（Ｓ１０）。制御部１００は、予め設定された情報に基づいてリン酸濃度低下タイミングであるか否かを判定する。具体的には、制御部１００は、エッチング処理の処理時間が、予め設定されたリン酸濃度低下時間となったか否かを判定する。
リン酸濃度低下時間は、エッチング処理を行う時間を分割して複数設定される。例えば、リン酸濃度低下時間は、第１リン酸濃度低下時間～第６リン酸濃度低下時間の６つ設定される。第１リン酸濃度低下時間～第６リン酸濃度低下時間は、例えば、各リン酸濃度低下時間の間隔が、均等になるように設定される。
制御部１００は、エッチング処理を開始してからの処理時間が第１リン酸濃度低下時間になると、リン酸濃度低下タイミングであると判定する。また、制御部１００は、処理時間が第１リン酸濃度低下時間よりも長い第２リン酸濃度低下時間になると、リン酸濃度低下タイミングであると判定する。このように、制御部１００は、処理時間が、各リン酸濃度低下時間を経過する度に、リン酸濃度低下タイミングであると判定する。
制御部１００は、リン酸濃度低下タイミングではない場合には（Ｓ１０；Ｎｏ）、今回の処理を終了する。
制御部１００は、リン酸濃度低下タイミングである場合には（Ｓ１０；Ｙｅｓ）、リン酸濃度低下タイミングに応じてエッチング液のリン酸濃度を所定リン酸濃度に設定する（Ｓ１１）。
所定リン酸濃度は、第１所定リン酸濃度～第６所定リン酸濃度の６段階設定される。所定リン酸濃度は、第１所定リン酸濃度から第６所定リン酸濃度となるにつれて低くなるように設定される。第６所定リン酸濃度は、最終リン酸濃度であり、例えば、８２％である。
例えば、制御部１００は、処理時間が第１リン酸濃度低下時間になると、エッチング液のリン酸濃度を、初期リン酸濃度よりも低い第１所定リン酸濃度に設定する。また、制御部１００は、処理時間が第２リン酸濃度低下時間になると、エッチング液のリン酸濃度を第１所定リン酸濃度よりも低い第２所定リン酸濃度に設定する。
このように、制御部１００は、処理時間が、各リン酸濃度低下時間を経過する度に、リン酸濃度が低くなるように所定リン酸濃度を段階的に設定する。
制御部１００は、エッチング液のリン酸濃度が設定した所定リン酸濃度となるように、リン酸濃度制御信号を出力する（Ｓ１２）。例えば、制御部１００は、エッチング液の一部を排出する信号を出力する。また、制御部１００は、新たな液として、例えば、ＤＩＷを供給する信号を出力する。また、制御部１００は、リン酸濃度を調整するために、温調タンク４６から予備液を供給する信号を出力してもよい。
このように、エッチング処理が進むにつれて、エッチング液のリン酸濃度を低くすることで、エッチング処理の後半においても、シリコン窒化膜８Ａを選択的にエッチングする選択比を向上させることができる。
なお、制御部１００は、エッチング処理を開始してから所定時間の間は、リン酸濃度が所定濃度以上となるように、リン酸濃度を制御する。所定濃度は、図３Ｂに示すように、シリコン酸化膜８Ｂの溝８Ｃ側の端部８Ｅが丸みを帯びた形状となるように、シリコン酸化膜８Ｂの端部８Ｅをエッチングする濃度である。これにより、エッチング処理の後に、シリコン酸化膜８Ｂの間に形成される隙間８Ｄに、溶液を浸入させる処理を行う場合に、溶液を容易に浸入させることができる。
例えば、所定時間は、第１リン酸濃度低下時間であり、所定濃度は、第１所定リン酸濃度である。なお、所定時間は、第２リン酸濃度低下時間などであってもよく、所定濃度は、第２所定リン酸濃度などであってもよい。
次に、エッチング処理の温度制御について図５を参照し説明する。図５は、エッチング処理の温度制御を説明するフローチャートである。
制御部１００は、温度低下タイミングであるか否かを判定する（Ｓ２０）。制御部１００は、予め設定された情報に基づいて温度低下タイミングであるか否かを判定する。具体的には、制御部１００は、エッチング処理の処理時間が、予め設定された温度低下時間となったか否かを判定する。
温度低下時間は、エッチング処理を行う時間を分割して複数設定される。例えば、温度低下時間は、第１温度低下時間～第６温度低下時間の６つ設定される。第１温度低下時間～第６温度低下時間は、例えば、各温度低下時間の間隔が、均等になるように設定される。
制御部１００は、エッチング処理を開始してからの処理時間が第１温度低下時間になると、温度低下タイミングであると判定する。また、制御部１００は、処理時間が第１温度低下時間よりも長い第２温度低下時間になると、温度低下タイミングであると判定する。このように、制御部１００は、処理時間が、各温度低下時間を経過する度に、温度低下タイミングであると判定する。
制御部１００は、温度低下タイミングではない場合には（Ｓ２０；Ｎｏ）、今回の処理を終了する。
制御部１００は、温度低下タイミングである場合には（Ｓ２０；Ｙｅｓ）、温度低下タイミングに応じてエッチング液の温度を所定温度に設定する（Ｓ２１）。
所定温度は、第１所定温度～第６所定温度の６段階設定されている。所定温度は、第１所定温度～第６所定温度となるにつれて低くなるように設定されている。第６所定温度は、最終エッチング液温度である。所定温度は、上記したリン酸濃度制御によりエッチング液のリン酸濃度が低下した場合であっても、エッチング液が所定の沸騰状態に維持されるように設定される。
例えば、制御部１００は、処理時間が第１温度低下時間になると、エッチング液の温度を、初期温度よりも低い第１所定温度に設定する。また、制御部１００は、処理時間が第２温度低下時間になると、エッチング液の温度を、第１所定温度よりも低い第２所定温度に設定する。
このように、制御部１００は、処理時間が、各温度低下時間を経過する度に、エッチング液の温度が低くなるように所定温度を段階的に設定する。
制御部１００は、エッチング液の温度が設定した所定温度となるように、温度制御信号を出力する（Ｓ２２）。例えば、制御部１００は、第１ヒーター５２によるエッチング液の加熱量を低下させる信号を出力する。また、制御部１００は、リン酸濃度制御と同様に、エッチング液の一部を排出する信号を出力する。また、制御部１００は、ＤＩＷを供給する信号を出力する。また、制御部１００は、温調タンク４６から予備液を供給する信号を出力してもよい。また、制御部１００は、温調タンク４６から予備液を供給する場合に備えて、第２ヒーター６２により予備液の温度を調整する信号を出力してもよい。
上記したリン酸濃度制御により、エッチング液のリン酸濃度が低くなると、エッチング液は沸騰し易くなる。そのため、制御部１００は、処理時間が経過して、エッチング液のリン酸濃度が低くなるにつれて、エッチング液の温度を低くすることで、エッチング液を所定の沸騰状態に維持する。これにより、基板８に対して所定の沸騰状態でエッチング処理を行うことができ、基板８の処理にむらが生じることを抑制することができる。
次に、エッチング処理のシリコン濃度制御について図６を参照し説明する。図６は、エッチング処理のシリコン濃度制御を説明するフローチャートである。
制御部１００は、シリコン濃度低下タイミングであるか否かを判定する（Ｓ３０）。制御部１００は、予め設定された情報に基づいてシリコン濃度低下タイミングであるか否かを判定する。具体的には、制御部１００は、エッチング処理の処理時間が、予め設定されたシリコン濃度低下時間となったか否かを判定する。
シリコン濃度低下時間は、エッチング処理を行う時間を分割して複数設定される。例えば、シリコン濃度低下時間は、第１シリコン濃度低下時間～第７シリコン濃度低下時間の７つ設定される。第１シリコン濃度低下時間～第７シリコン濃度低下時間は、例えば、各シリコン低下時間の間隔が、均等になるように設定される。
制御部１００は、エッチング処理を開始してからの処理時間が第１シリコン濃度低下時間になると、シリコン濃度低下タイミングであると判定する。また、制御部１００は、処理時間が第１シリコン濃度低下時間よりも長い第２シリコン濃度低下時間になると、シリコン濃度低下タイミングであると判定する。このように、制御部１００は、処理時間が、各シリコン濃度低下時間を経過する度に、シリコン濃度低下タイミングであると判定する。
制御部１００は、シリコン濃度低下タイミングではない場合には（Ｓ３０；Ｎｏ）、今回の処理を終了する。
制御部１００は、シリコン濃度低下タイミングである場合には（Ｓ３０；Ｙｅｓ）、シリコン濃度低下タイミングに応じてエッチング液のシリコン濃度を所定シリコン濃度に設定する（Ｓ３１）。
所定シリコン濃度は、第１所定シリコン濃度～第７所定シリコン濃度の７段階設定されている。所定シリコン濃度は、第１所定シリコン濃度から第７所定シリコン濃度となるにつれて低くなるように設定される。第７所定シリコン濃度は、最終シリコン濃度であり、例えば、１００ｐｐｍである。
例えば、制御部１００は、処理時間が第１シリコン濃度低下時間になると、エッチング液のシリコン濃度を、初期シリコン濃度よりも低い第１所定シリコン濃度に設定する。また、制御部１００は、処理時間が第２シリコン濃度低下時間になると、エッチング液のシリコン濃度を第１所定シリコン濃度よりも低い第２所定シリコン濃度に設定する。
このように、制御部１００は、処理時間が、各シリコン濃度低下時間となる度に、シリコン濃度が低くなるように所定シリコン濃度を段階的に設定する。
制御部１００は、エッチング液のシリコン濃度が設定した所定シリコン濃度となるように、シリコン濃度制御信号を出力する（Ｓ３２）。例えば、制御部１００は、リン酸濃度制御と同様に、エッチング液の一部を排出する信号を出力する。また、制御部１００は、ＤＩＷを供給する信号を出力する。また、制御部１００は、温調タンク４６から予備液を供給する信号を出力してもよい。
エッチング処理では、エッチング処理が進むにつれて、シリコン窒化膜８Ａ（図３Ｂ参照）がエッチングされ、シリコン窒化膜８Ａがエッチング液に溶出することで、エッチング液のシリコン濃度は全体的に高くなる。そこで、制御部１００は、エッチング液の一部を排出し、例えば、ＤＩＷを供給する。
また、エッチング液におけるシリコン飽和量は、図７に示すように、エッチング液の温度が低くなるにつれて小さくなる。すなわち、エッチング液の温度が低くなると、シリコン酸化物が析出し易くなる。図７は、エッチング液の温度とシリコン飽和量との関係を示すマップである。
そのため、制御部１００は、上記した温度制御によりエッチング液の温度が低くなるにつれて、すなわち、エッチング処理が進むにつれて、所定シリコン濃度を低い濃度に設定する。
このように、エッチング処理が進むにつれて、エッチング液のシリコン濃度を低くすることで、シリコン酸化物の析出を抑制することができる。
上記するように、リン酸濃度制御、温度制御、およびシリコン濃度制御が行われることで、処理時間に応じて、エッチング液のリン酸濃度、温度、およびシリコン濃度は、図８に示すように低くなる。図８は、処理時間に対するエッチング液のリン酸濃度、温度、およびシリコン濃度を示すタイムチャートである。なお、エッチング液の実際のリン酸濃度、温度、シリコン濃度は、設定された各値に追従して変化する。
時間ｔ０において、エッチング処理を開始する際には、エッチング液の温度は、初期温度となっており、エッチング液のリン酸濃度は、初期リン酸濃度となっており、エッチング液のシリコン濃度は、初期シリコン濃度となっている。
時間ｔ１において、処理時間が第１シリコン濃度低下時間になると、シリコン濃度は、第１所定シリコン濃度（ｃｓ１）に設定される。
時間ｔ２において、処理時間が、第１リン酸濃度低下時間、第１温度低下時間、および第２シリコン濃度低下時間になると、リン酸濃度が第１所定リン酸濃度（ｃａ１）に設定され、エッチング液の温度が第１所定温度（Ｔ１）に設定され、シリコン濃度が第２所定シリコン濃度（ｃｓ２）に設定される。
なお、本実施形態において、最初にリン酸濃度を低下させるタイミングは、最初にシリコン濃度を低下させるタイミングよりも遅い。これは、上記したように、リン酸濃度を所定濃度よりも高い状態に維持し、シリコン酸化膜８Ｂの端部８Ｅ（図３Ｂ参照）をエッチングし、丸みを帯びた形状にするためである。
その後、処理時間に基づき、各時間ｔ３～ｔ６において、リン酸濃度が第２所定リン酸濃度（ｃａ２）～第５所定リン酸濃度（ｃａ５）に、エッチング液の温度が第２所定温度（Ｔ２）～第５所定温度（Ｔ５）に、シリコン濃度が第３所定シリコン濃度（ｃｓ３）～第６所定シリコン濃度（ｃｓ６）にそれぞれ設定される。
そして、時間ｔ７において、処理時間が第６リン酸濃度低下時間、第６温度低下時間、および第７シリコン濃度低下時間になると、リン酸濃度が、第６所定リン酸濃度（ｃａ６）に設定され、エッチング液の温度が第６所定温度（Ｔ６）に設定され、シリコン濃度が第７所定シリコン濃度（ｃｓ７）に設定される。
時間ｔ７から時間ｔ８においては、オーバーエッチングが行われる。これにより、基板８にシリコン窒化膜８Ａのエッチング漏れが生じることを抑制することができる。
なお、リン酸濃度低下タイミング、温度低下タイミング、およびシリコン濃度低下タイミングは、異なるタイミングであってもよい。例えば、第１リン酸濃度低下時間、第１温度低下時間、および第２シリコン濃度低下時間は、異なる時間であってもよい。
また、リン酸濃度低下タイミング、温度低下タイミング、およびシリコン濃度低下タイミングのうち、１つのタイミングが異なるタイミングであってもよい。例えば、第１リン酸濃度低下時間と第１温度低下時間とが同じ時間であり、第２シリコン濃度低下時間が異なる時間であってもよい。
基板処理装置１は、エッチング処理の或る第１処理時間において、第１リン酸濃度であるエッチング液でエッチング処理を行い、第１処理時間よりも後の第２処理時間において、第１リン酸濃度よりも低い第２リン酸濃度であるエッチング液でエッチング処理を行う。すなわち、基板処理装置１は、エッチング処理が進むにつれて、エッチング液のリン酸濃度を低くする。これにより、エッチング処理の後半であっても、シリコン窒化膜８Ａを選択的にエッチングする選択比を向上させることができる。そのため、精度のよいエッチング処理を行うことができる。
また、基板処理装置１は、第１処理時間において、第１シリコン濃度であるエッチング液でエッチング処理を行い、第２処理時間において、第１シリコン濃度よりも低い第２シリコン濃度であるエッチング液でエッチング処理を行う。すなわち、基板処理装置１は、エッチング処理が進みにつれて、エッチング液のシリコン濃度を低くする。これにより、シリコン酸化物の析出を抑制することができる。そのため、精度のよいエッチング処理を行うことができる。
また、基板処理装置１は、第１処理時間において、第１温度であるエッチング液でエッチング処理を行い、第２処理時間において、第１温度よりも低い第２温度であるエッチング液でエッチング処理を行う。具体的には、基板処理装置１は、エッチング液が所定の沸騰状態を維持する温度でエッチング処理を行う。
これにより、基板処理装置１は、リン酸濃度が低くなった場合であっても、エッチング液を所定の沸騰状態に維持することができる。そのため、所定の沸騰状態でエッチング処理を行うことができ、基板８の処理にむらが生じることを抑制することができる。
また、基板処理装置１は、予め設定された情報である処理時間に基づいてエッチング液の一部を排出し、ＤＩＷなどを新たに供給する。これにより、処理時間に基づいて容易にエッチング液のリン酸濃度などを制御することができる。
また、基板処理装置１は、エッチング処理を開始してから所定期間の間、エッチング液のリン酸濃度を所定濃度以上に維持する。これにより、基板８のシリコン酸化膜８Ｂの端部８Ｅをエッチングし、シリコン酸化膜８Ｂの端部８Ｅを、丸みを帯びた形状にすることができる。そのため、エッチング処理の後に、シリコン酸化膜８Ｂの間に形成される隙間８Ｄに、溶液を浸入させる処理を行う場合に、溶液を容易に浸入させることができる。
変形例に係る基板処理装置１は、供給ライン７０を内槽４４に接続し、温調タンク４６から予備液を内槽４４に供給可能としてもよい。
また、変形例に係る基板処理装置１は、シリコン酸化物の析出を抑制するために、ＳｉＯ２析出防止剤を供給してもよい。ＳｉＯ２析出防止剤としては、リン酸水溶液に溶解したシリコンイオンを溶解した状態で安定化させ、シリコン酸化物の析出を抑止する成分を含むものであれば良く、例えばフッ素成分を含むヘキサフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）水溶液を用いることができる。また、水溶液中のヘキサフルオロケイ酸を安定化させるため、アンモニア等の添加物を含んでも良い。
例えば、ＳｉＯ２析出防止剤は、ヘキサフルオロケイ酸アンモニウム（ＮＨ４）２ＳｉＦ６や、ヘキサフルオロケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＦ６）などである。
変形例に係る基板処理装置１は、図９に示すように、エッチング液の温度を温度センサ８０によって検出し、エッチング液のリン酸濃度をリン酸濃度センサ８１によって検出し、エッチング液のシリコン濃度をシリコン濃度センサ８２によって検出してもよい。そして、変形例に係る基板処理装置１は、検出した値に基づいて、エッチング液の温度や、リン酸濃度や、シリコン濃度を調整し、制御してもよい。図９は、変形例に係るエッチング用の処理槽２７の構成を示す概略ブロック図である。これにより、例えば、エッチング液のリン酸濃度を精度よく制御することができ、さらに精度のよいエッチング処理を行うことができる。なお、シリコン濃度センサ８２は、第１循環ライン５０に設けられてもよい。
また、変形例に係る基板処理装置１は、所定リン酸濃度、所定温度、および所定シリコン濃度を連続的に低下させてもよい。例えば、所定リン酸濃度を直線的に、または曲線的に連続して低下させてもよい。また、変形例に係る基板処理装置１は、エッチング処理中の或る区間では段階的に、別の区間では連続的に、所定リン酸濃度、所定温度、および所定シリコン濃度を低下させてもよい。すなわち、基板処理装置１は、所定リン酸濃度、所定温度、および所定シリコン濃度を、処理時間が経過するにつれて低くすればよい。これによっても、精度のよいエッチング処理を行うことができる。
また、変形例に係る基板処理装置１は、エッチング処理中に、シリコン濃度を所定のシリコン濃度に維持してもよい。
また、変形例に係る基板処理装置１は、オーバーエッチング時には、エッチング液の温度を高くし、リン酸濃度およびシリコン濃度を高くしてもよい。これは、オーバーエッチング時には、シリコン窒化膜８Ａの溶出がほぼなくなるためである。これにより、オーバーエッチングのために必要な時間を短くすることができ、エッチング処理時間を短くすることができる。なお、エッチング液の温度を高くするタイミング、リン酸濃度を高くするタイミング、シリコン濃度を高くするタイミングは、異なるタイミングであってもよい。
上記基板処理装置１は、複数枚の基板８を同時に処理する装置であるが、基板８を１枚ずつ洗浄する枚葉式の装置であってもよい。
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。
１ 基板処理装置
６ ロット処理部
８ 基板
２３ エッチング処理装置（処理部）
２７ エッチング用の処理槽
８０ 温度センサ
８１ リン酸濃度センサ
８２ シリコン濃度センサ
１００ 制御部

Claims (5)

  1. リン酸とシリコン含有化合物とを含む処理液に基板を浸漬させてエッチング処理を行う際に、初期リン酸濃度、初期シリコン濃度、および初期処理液温度である処理液で前記エッチング処理を開始する工程と、
    前記エッチング処理を開始してから第１所定時間後にシリコン濃度を前記初期シリコン濃度よりも低くする工程と、
    前記シリコン濃度が前記初期シリコン濃度よりも低くされた後に、リン酸濃度を前記初期リン酸濃度よりも低くし、かつ処理液温度を前記初期処理液温度よりも低くする工程と
    を含む、基板処理方法。
  2. 前記シリコン濃度が前記初期シリコン濃度よりも低くされてから第２所定時間後に、前記リン酸濃度が前記初期リン酸濃度よりも低くされ、かつ前記処理液温度が前記初期処理液温度よりも低くされる、請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記シリコン濃度、前記リン酸濃度、および前記処理液温度は、前記エッチング処理の処理時間が長くなるにつれて低くされる、請求項１または２に記載の基板処理方法。
  4. リン酸とシリコン含有化合物とを含む処理液に基板を浸漬させてエッチング処理を行う処理部と、
    前記処理液のリン酸濃度、シリコン濃度、および処理液温度を制御する制御部と
    を備え、
    前記エッチング処理では、初期リン酸濃度、初期シリコン濃度、および初期処理液温度である処理液で前記基板の処理が開始され、
    前記制御部は、
    前記エッチング処理が開始されてから第１所定時間後にシリコン濃度を前記初期シリコン濃度よりも低くし、
    前記シリコン濃度を前記初期シリコン濃度よりも低くした後に、リン酸濃度を前記初期リン酸濃度よりも低くし、かつ処理液温度を前記初期処理液温度よりも低くする、基板処理装置。
  5. 前記制御部は、
    リン酸濃度センサによって検出されるリン酸濃度に基づいて前記処理液中のリン酸濃度を調整し、
    シリコン濃度センサによって検出されるシリコン濃度に基づいて前記処理液中のシリコン濃度を調整し、
    温度センサによって検出される処理液温度に基づいて前記処理液の温度を調整する、請求項４に記載の基板処理装置。
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