JP7267426B2 - 基板処理装置、及び基板処理方法 - Google Patents

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Description

本開示は、基板処理装置、及び基板処理方法に関する。
例えば、処理時間が長く必要なプロセスの場合、特許文献１に記載されるような基板処理装置が用いられる。この基板処理装置は、基板を処理するための処理液を貯留する処理液貯留部を有する。処理液貯留部は処理液を貯留する処理槽を有し、処理槽に貯留された処理液に基板が所定時間浸漬される。基板は処理槽の内部に鉛直に保持され、処理液は基板の表面に沿って鉛直に流れる。
日本国特開２０１６－１４３６８４号公報
本開示は、基板を浸漬させず、水平な基板の上面に処理液を供給し、供給した処理液を基板の上面に沿って流す場合に、処理液の置換性を向上でき、基板から処理液に溶出する溶出成分の濃度勾配を低減できる、技術を提供する。
本開示の一態様に係る基板処理装置は、
シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを交互に含む積層膜を含む基板を水平に保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された状態の前記基板に対して上方から前記シリコン窒化膜を選択的にエッチングする処理液を供給する液供給部と、を含む液処理部と、
前記液処理部で使用する処理液を作製する液作製部と、
前記液供給部及び前記液作製部を制御する制御部と、を有し、
前記液処理部は、前記基板に供給された前記処理液を回収する回収部を更に含み、
前記液作製部は、前記処理液を貯留する供給タンクと、前記供給タンクに対して前記処理液を供給する供給器と、前記供給タンクから取り出した前記処理液を前記供給タンクに戻す循環路と、前記循環路の途中から前記液処理部の前記液供給部に前記処理液を送る送液路と、前記回収部から送られる前記処理液を貯留する回収タンクと、前記回収タンクに貯留した前記処理液を前記供給タンクに戻す還流路と、前記回収タンクに貯留した前記処理液を基板処理装置の外部に排出する排出路と、前記循環路に設けられ、前記基板から前記処理液に溶出する溶出成分の濃度を計測する濃度計と、を含み、
前記制御部は、
前記液供給部を制御して、前記液供給部から前記基板に向う前記処理液の鉛直方向流速が、前記基板の上面に沿って流れる前記処理液の水平方向流速よりも速くなるような前記処理液の供給速度とし、
前記液作製部を制御して、前記溶出成分の濃度の計測値が設定値を超えると、前記回収タンクに貯留した前記処理液を基板処理装置の外部に排出する。
本開示の一態様によれば、基板を浸漬させず、水平な基板の上面に処理液を供給し、供給した処理液を基板の上面に沿って流す場合に、処理液の置換性を向上でき、基板から処理液に溶出する溶出成分の濃度勾配を低減できる。
図１は、一実施形態に係る基板処理装置を示す図である。 図２Ａは、一実施形態に係る基板の処理開始直前の状態を示す断面図である。 図２Ｂは、一実施形態に係る基板の処理完了直前の状態を示す断面図である。 図３は、一実施形態に係るノズルを下方から見た図である。 図４は、変形例に係るノズルを下方から見た図である。 図５は、一実施形態に係る基板の処理方法を示すフローチャートである。 図６は、一実施形態に係る溶出成分の濃度調整を示すフローチャートである。 図７Ａは、実施例１に係る基板の処理後の状態を示す断面図である。 図７Ｂは、実施例２に係る基板の処理後の状態を示す断面図である。 図７Ｃは、比較例１に係る基板の処理後の状態を示す断面図である。
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。
図１は、一実施形態に係る基板処理装置を示す図である。図２Ａは、一実施形態に係る基板の処理開始直前の状態を示す断面図である。図２Ｂは、一実施形態に係る基板の処理完了直前の状態を示す断面図である。
基板処理装置１は、基板２を処理液３で処理する。基板２は、例えば図２Ａに示すように、シリコンウエハ２１と、シリコン酸化膜２２と、シリコン窒化膜２３とを含む。シリコン酸化膜２２とシリコン窒化膜２３とは、交互に繰り返し積層され、積層膜２４を形成する。積層膜２４とシリコンウエハ２１との間には、不図示の導電膜などが形成される。積層膜２４は、積層膜２４を厚さ方向に貫通する開口部２５を含む。
処理液３は、リン酸を含むもの（例えばリン酸水溶液）であり、積層膜２４の開口部２５に入り込み、図２Ｂに示すようにシリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３のうちのシリコン窒化膜２３を選択的にエッチングし、除去する。エッチングの選択比は、処理液３中のシリコン濃度などで決まる。シリコン濃度が高いほど、選択比が向上する。一方で、シリコン濃度が飽和濃度を超えてしまうと、シリカが析出してしまう。
処理液３は、積層膜２４の開口部２５に入り込み、シリコン窒化膜２３をその面内方向にエッチングする。面内方向とは、厚さ方向と直交する方向である。シリコン窒化膜２３のエッチングが進むにつれ、積層膜２４の内部でシリコンが溶出する。溶出したシリコンは、積層膜２４の開口部２５を通り、積層膜２４の外部に拡散する。積層膜２４の表面２６からの深さが深いほど、また、開口部２５からの距離が遠いほど、拡散の距離が長くなるので、シリコン濃度が高くなる。
シリコン濃度は上記の通り場所によってばらつき、その最高値は基板２の処理液３によって処理されるパターン２７で決まる。処理されるパターン２７は、除去されるパターン、つまり、溶出したシリコンが拡散する通路のパターンである。パターン２７は、３次元的なパターンである。
基板２のパターン２７は、積層膜２４の積層数（つまり、シリコン酸化膜２２の数とシリコン窒化膜２３の数との合計数）を含む。積層膜２４の積層数が多いほど、拡散の距離が長くなるので、シリコン濃度の最高値が高くなる。
また、基板２のパターン２７は、個々のシリコン窒化膜２３の膜厚Ｔ、及び開口部２５の幅Ｗを含む。個々のシリコン窒化膜２３の膜厚Ｔが小さいほど、また、開口部２５の幅Ｗが狭いほど、シリコンが拡散する通路の幅が狭くなるので、シリコン濃度の最高値が高くなる。
基板処理装置１は、処理液３の置換性を向上し、処理液３中の溶出成分（例えばシリコン）の濃度勾配を低減し、溶出成分の析出を抑制するものである。以下、図１を再度参照して、基板処理装置１の構成について説明する。
基板処理装置１は、液処理部５と、液作製部６と、制御部９とを有する。液処理部５は、基板２を処理液３で処理する。液作製部６は、液処理部５で使用する処理液３を作製する。制御部９は、液処理部５及び液作製部６を制御する。
液処理部５は、枚葉式であって、基板２を水平に保持する基板保持部５１と、基板保持部５１に保持された状態の基板２に対して上方から処理液３を供給する液供給部５２とを含む。基板保持部５１は、基板２のパターン２７が形成される面を上に向けて、基板２を水平に保持する。基板保持部５１は、メカニカルチャック、真空チャック又は静電チャックである。
液供給部５２は、処理液３を吐出する第１ノズル５２１を含む。また、液供給部５２は、液作製部６で作製された処理液３を第１ノズル５２１まで送る送液路５２２を含み、送液路５２２の途中に、例えば、第１開閉弁５２３と、流量計５２４と、流量制御器５２５と、第２開閉弁５２６とを更に含む。
制御部９は、第１ノズル５２１から処理液３を吐出する時には、第１開閉弁５２３及び第２開閉弁５２６を開き、流量計５２４の計測値が設定値になるように流量制御器５２５を制御する。第１ノズル５２１から基板２への処理液３の供給量は、流量計５２４の計測値に等しい。一方、制御部９は、第１ノズル５２１からの処理液３の吐出を停止する時には、第１開閉弁５２３及び第２開閉弁５２６を閉じる。
制御部９は、図２Ｂに示すように、液供給部５２を制御して、液供給部５２の第１ノズル５２１から基板２に向う処理液３の鉛直方向流速Ｖ１が、基板２の上面に沿って流れる処理液３の水平方向流速Ｖ２よりも速くなるような処理液３の供給速度とする。鉛直方向流速Ｖ１及び水平方向流速Ｖ２は、基板２に固定された座標系で計測され、例えば基板２が回転する場合、基板２と共に回転する座標系で計測される。
鉛直方向流速Ｖ１は、第１ノズル５２１の吐出口直下のもので代表でき、吐出口から吐出される処理液３の流量（ｍ３／秒）、及び吐出口の面積（ｍ２）などから求められる。吐出口の数が複数である場合、処理液３の流量は合計流量であって且つ吐出口の面積は合計面積である。
水平方向流速Ｖ２は、例えばＶＯＦ（Volume Of Fluid）法などのコンピュータシミュレーション解析、又はカメラで撮像した画像の画像解析などによって計測される。水平方向流速Ｖ２は、第１ノズル５２１から吐出される処理液３の流量、基板２の回転数、基板２の回転中心からの距離などで決まる。
水平方向流速Ｖ２は、周方向流速Ｖ２Ａと、径方向流速Ｖ２Ｂとに分解できる。基板２が回転する場合、周方向流速Ｖ２Ａが支配的であるので、水平方向流速Ｖ２として周方向流速Ｖ２Ａのみを簡易的に用いることも可能である。
基板２が回転する場合、周方向流速Ｖ２Ａは基板２の回転中心からの距離に依存し、基板２の回転中心からの距離が大きくなるほど、周方向流速Ｖ２Ａが速くなる。それゆえ、基板２の外周にて鉛直方向流速Ｖ１が周方向流速Ｖ２Ａよりも速ければ、基板２の全体にて鉛直方向流速Ｖ１が周方向流速Ｖ２Ａよりも速くなる。
従って、基板２の上面のうちのパターン２７が形成される領域の外周にて、鉛直方向流速Ｖ１が水平方向流速Ｖ２よりも速ければよい。なお、パターン２７のエッチングが必要な領域においてＶ１がＶ２よりも速ければよく、必ずしもパターン２７の形成されない基板２の上面の外周において、Ｖ１がＶ２よりも速いことを要するものではない。
本実施形態によれば、鉛直方向流速Ｖ１が水平方向流速Ｖ２よりも速いので、例えば積層膜２４の開口部２５の真上から処理液３を供給する時に、開口部２５の内部に流れ込む処理液３の流量が、開口部２５の内部に流れ込むことなく積層膜２４の表面２６に沿って流れる処理液３の流量よりも多い。
ところで、特許文献１によれば、上記の通り、基板２は処理槽の内部に鉛直に保持され、処理液３は基板２の表面に沿って鉛直に流れる。この場合、鉛直方向流速Ｖ１を速くしても、開口部２５は水平方向に延びるので、開口部２５に流れ込む処理液３の量はほとんど変わらない。
これに対し、本実施形態によれば、上記の通り、基板２は水平に保持され、且つ鉛直方向流速Ｖ１が水平方向流速Ｖ２よりも速いので、鉛直方向に延びる開口部２５の内部に流れ込む処理液３の流量が多い。その結果、基板２のパターン２７内部における処理液３の置換性を向上でき、基板２から処理液３に溶出する溶出成分の過度な濃度上昇を低減できる。従って、溶出成分の最高値を低減でき、溶出成分の析出を抑制できる。
図３は、一実施形態に係るノズルを下方から見た図である。図３に示すように、第１ノズル５２１は、処理液３の吐出口５２１ａが二次元的に分散配置されたシャワーヘッドノズルであってよい。シャワーヘッドノズルは、複数の吐出口５２１ａから基板２に、シャワー状の処理液３を吐出する。
シャワーヘッドノズルは、基板２の上面の多点に処理液３を供給するので、基板２の上面の多点で、基板２のパターン２７内部における処理液３の置換性を向上でき、基板２から処理液３に溶出する溶出成分の過度な濃度上昇を低減できる。従って、基板２の上面の多点で、溶出成分の最高値を低減でき、溶出成分の析出を抑制できる。
シャワーヘッドノズルの下面のうち、円形状の領域Ａに複数の吐出口５２１ａが二次元的に分散配置される。領域Ａの直径が基板２の直径よりも小さければ、基板２に当たることなく、基板２の外を流れ落ちる無駄な処理液３の使用を防止でき、処理液３の使用量を低減できる。領域Ａの直径は、例えば、基板２の直径の９０％以上１００％未満である。
図４は、変形例に係るノズルを下方から見た図である。図４に示すように、第１ノズル５２１は、処理液３の吐出口５２１ａが一列に並んで配置されるバーノズルであってよい。バーノズルは基板２の直径に沿って配置され、基板２の直径に沿って処理液３の供給点が配置される。なお、バーノズルに形成される吐出口５２１ａの列の数は、一つには限定されず、複数であってもよい。
バーノズルは、回転する基板２の上面の多点に処理液３を供給するので、基板２の上面の多点で、基板２のパターン２７内部における処理液３の置換性を向上でき、基板２から処理液３に溶出する溶出成分の過度な濃度上昇を低減できる。従って、基板２の上面の多点で、溶出成分の最高値を低減でき、溶出成分の析出を抑制できる。
バーノズルの下面のうち、棒状の領域Ａに複数の吐出口５２１ａが一列又は複数列に並んで配置される。領域Ａの長さが基板２の直径よりも小さければ、基板２に当たることなく、基板２の外を流れ落ちる無駄な処理液３の使用を防止でき、処理液３の使用量を低減できる。領域Ａの長さは、例えば、基板２の直径の９０％以上１００％未満である。
図１に示すように、液供給部５２は、第１ノズル５２１とは別に、ＤＩＷ（Deionized Water）などのリンス液を吐出する第２ノズル５２７を有してもよい。第２ノズル５２７は、第１ノズル５２１と同様にシャワーヘッドノズルであってもよいが、通常のノズルであってよく、つまり、基板２の上面の一点にリンス液を供給するものであってよい。第１ノズル５２１が基板２に処理液３を供給する間、第２ノズル５２７は基板２の径方向外方の待機位置にて待機する。その後、第１ノズル５２１が基板２の径方向外方の待機位置に移動すると、第２ノズル５２７が基板２の中心の真上の位置に移動し、リンス液を基板２に供給し、基板２に残る処理液３を洗い流す。第１ノズル５２１が処理液３とリンス液との両方を吐出する場合とは異なり、第１ノズル５２１の内部にて液置換が不要であり、その液置換にかかる待ち時間が不要になる。
また、液供給部５２は、第１ノズル５２１とは別に、処理液３以外の薬液を吐出する第３ノズル５２８を有してもよい。第３ノズル５２８は、第１ノズル５２１と同様にシャワーヘッドノズルであってもよいが、第２ノズル５２７と同様に通常のノズルであってよく、つまり、基板２の上面の一点に薬液を供給するものであってよい。処理液３がリン酸水溶液である場合、処理液３以外の薬液として、例えば、ＤＨＦ（希フッ酸）、ＳＣ１（過酸化水素及び水酸化アンモニウムを含む水溶液）、並びにＳＣ２（過酸化水素及び塩酸を含む水溶液）などから選ばれる１つ以上が使用される。複数の薬液が使用される場合、薬液毎に第３ノズル５２８が用意されてもよい。
液処理部５は、基板２の上面における処理液３の供給点が経時的に変位するように、基板保持部５１の回転及び移動、並びに液供給部５２の回転及び移動のうちの少なくとも１つの動きを行う駆動部５３を更に含む。供給点は、吐出口５２１ａをその吐出方向に延長した延長線と、基板２の上面との交点である。
駆動部５３は、モータであって、例えば基板保持部５１の回転のみを行う。その回転中心は基板２の中心を通るように配置される。基板保持部５１と共に基板２が回転するので、基板２の上面における処理液３の供給点が経時的に変位する。
駆動部５３は、本実施形態では基板保持部５１の回転のみを行うが、上記の通り、基板保持部５１の回転及び移動、並びに液供給部５２の回転及び移動のうちの少なくとも１つの動きを行えばよい。基板２の上面における処理液３の供給点が経時的に変位すればよい。
基板２の上面における処理液３の供給点が経時的に変位すれば、基板２の上面のより多くの点で、基板２のパターン２７内部における処理液３の置換性を向上でき、基板２から処理液３に溶出する溶出成分の過度な濃度上昇を低減できる。従って、基板２の上面のより多くの点で、溶出成分の最高値を低減でき、溶出成分の析出を抑制できる。
ところで、駆動部５３が基板保持部５１の回転を行う場合、基板保持部５１と共に基板２が回転するので、基板２の上面に形成される処理液３の液膜に遠心力が作用する。遠心力は、水平方向流速Ｖ２を増大させてしまう。このように、駆動部５３によって行われる動作によって、水平方向流速Ｖ２を増大させてしまうことがある。
そこで、制御部９は、液供給部５２と駆動部５３とを制御して、鉛直方向流速Ｖ１が水平方向流速Ｖ２よりも速くなるような処理液３の供給速度と動きの速さとにする。動きは、上記の通り、基板保持部５１の回転及び移動、並びに液供給部５２の回転及び移動のうちの少なくとも１つである。例えば、制御部９は、基板保持部５１の回転数を小さくすれば、水平方向流速Ｖ２を遅くできる。
駆動部５３は、水平方向流速Ｖ２の増大を抑制すべく、基板保持部５１を停止した状態で、液供給部５２の回転及び移動のうちの少なくとも１つの動きを行ってもよい。駆動部５３によって行う動作のうち、液供給部５２の回転及び移動は、基板保持部５１の回転及び移動に比べて、水平方向流速Ｖ２をほとんど増大させない。例えば、液供給部５２の回転が行われても、基板保持部５１の回転が行われなければ、基板２の上面に形成される処理液３の液膜に遠心力は作用しないからである。
なお、基板２を処理液３で処理する間、基板保持部５１の回転及び移動、並びに液供給部５２の回転及び移動の全てが実施されなくてもよい。この場合、基板２の上面における処理液３の供給点が経時的に変位しない反面、鉛直方向流速Ｖ１を水平方向流速Ｖ２よりも確実に速くできる。
なお、基板２を処理液３で処理する間、基板保持部５１の回転及び移動、並びに液供給部５２の回転及び移動の全てが実施されなくても、処理液３は基板２の上面に沿って流れ、基板２の外周からこぼれ落ちる。新しい処理液３が基板２の上面に供給されると、基板２の上面に元々存在する処理液３が押し出されるからである。
液処理部５は、液供給部５２から基板２に供給された処理液３を回収する回収部５４を更に含む。回収部５４は、例えば、基板保持部５１で保持された状態の基板２を収容するカップ５４１を有する。カップ５４１は、基板２からこぼれ落ちる処理液３を、カップ５４１の内部に回収する。
カップ５４１は、円筒部５４２と、底蓋部５４３と、傾斜部５４４とを含む。円筒部５４２は、基板２の直径よりも大きい内径を有し、鉛直に配置される。底蓋部５４３は、円筒部５４２の下端の開口を塞ぐ。傾斜部５４４は、円筒部５４２の上端全周に亘って形成され、円筒部５４２の径方向内側に向うほど上方に傾斜する。
回収部５４は、カップ５４１の底蓋部５４３に、排液管５４５と、排気管５４６とを有する。排液管５４５は、カップ５４１の内部から液処理部５の外部に、処理液３を排出する。また、排気管５４６は、カップ５４１の内部から液処理部５の外部に、気体を排出する。
液作製部６は、上記の通り、液処理部５で使用する処理液３を作製するものである。液作製部６は、例えば、供給タンク６１と、第１供給器６２と、循環路６３と、送液路６４とを含む。供給タンク６１は、処理液３を貯留する。第１供給器６２は、供給タンク６１に対して処理液３を供給する。循環路６３は、供給タンク６１から取り出した処理液３を供給タンク６１に戻す。送液路６４は、循環路６３の途中から分岐し、液処理部５の送液路５２２につながり、その送液路５２２に処理液３を送る。
なお、液処理部５は、図１では１つであるが、複数であってもよい。この場合、液作製部６は、複数の液処理部５で使用される処理液３を作製する。液処理部５ごとに供給タンク６１等が設けられる場合に比べて、供給タンク６１等の数を低減でき、基板処理装置１を小型化できる。
第１供給器６２は、処理液３の供給源６２１と、供給源６２１から供給タンク６１まで延びる配管６２２とを含む。また、第１供給器６２は、配管６２２の途中に、例えば、流量計６２３と、流量制御器６２４と、開閉弁６２５とを更に含む。
制御部９は、供給源６２１から供給タンク６１に処理液３を供給する時には、開閉弁６２５を開き、流量計６２３の計測値が設定値になるように流量制御器６２４を制御する。供給源６２１から供給タンク６１への処理液３の供給量は、流量計６２３の計測値に等しい。一方、制御部９は、供給源６２１から供給タンク６１への処理液３の供給を停止する時には、開閉弁６２５を閉じる。
また、液作製部６は、循環路６３の途中に、例えば、ポンプ６５と、フィルター６６と、加熱器６７とを含む。ポンプ６５は、循環路６３に沿って処理液３を圧送し、また、循環路６３の途中から液処理部５に処理液３を圧送する。フィルター６６は、処理液３中に含まれるパーティクルを捕集する。加熱器６７は、処理液３を所望の温度に加熱する。
処理液３がリン酸水溶液である場合、加熱器６７はリン酸水溶液を沸点又は沸点よりも僅かに低い温度に加熱する。処理液３は、加熱器６７によって所望の温度に加熱されたうえで、液処理部５に供給される。
液作製部６は、循環路６３の途中に第１濃度計６８を更に含む。第１濃度計６８は、処理液３中の第１成分の濃度を計測する。第１成分は、基板２から処理液３に溶出する溶出成分であり、例えばシリコンである。第１濃度計６８は、循環路６３の途中に設けられるので、液処理部５に対して供給する直前の、処理液３のシリコン濃度を計測できる。
液作製部６は、循環路６３の途中に第２濃度計６９を更に含む。第２濃度計６９は、処理液３中の第２成分の濃度を計測する。第２成分は、基板２をエッチングするエッチング成分であり、例えばリン酸である。第２濃度計６９は、循環路６３の途中に設けられるので、液処理部５に対して供給する直前の、処理液３のリン酸濃度を計測できる。
ところで、処理液３は、第２成分よりも低い沸点の第３成分を含む。第３成分は、例えば水である。水の沸点はリン酸の沸点よりも低く、処理液３は加熱器６７によって加熱されるので、時間の経過と共に、処理液３中の水濃度が下がり、処理液３中のリン酸濃度が上がる。
そこで、液作製部６は、第１供給器６２の他に、第２供給器７１を含む。第２供給器７１は、供給タンク６１に対して第３成分である水を供給し、処理液３中の第２成分であるリン酸濃度を所望の値に維持する。制御部９は、リン酸濃度の計測値が設定値になるように、第２供給器７１から供給タンク６１に対して水を供給する。
第２供給器７１は、水の供給源７１１と、供給源７１１から供給タンク６１まで延びる配管７１２とを含む。また、第２供給器７１は、配管７１２の途中に、例えば、流量計７１３と、流量制御器７１４と、開閉弁７１５とを含む。
制御部９は、供給源７１１から供給タンク６１に水を供給する時には、開閉弁７１５を開き、流量計７１３の計測値が設定値になるように流量制御器７１４を制御する。供給源７１１から供給タンク６１への水の供給量は、流量計７１３の計測値に等しい。一方、制御部９は、供給源７１１から供給タンク６１への水の供給を停止する時には、開閉弁７１５を閉じる。
液作製部６は、液処理部５の回収部５４から送られる処理液３を貯留する回収タンク７２を含む。回収タンク７２は、例えば排液管５４５を介してカップ５４１と接続されており、カップ５４１から送られる処理液３を貯留する。
液作製部６は、回収タンク７２に貯留した処理液３を供給タンク６１に戻す還流路７３を含む。回収タンク７２に貯留した処理液３を、還流路７３を介して供給タンク６１に還流でき、処理液３の廃棄量を低減できる。
液作製部６は、還流路７３の途中に、例えば開閉弁７４とポンプ７５とを含む。制御部９は、回収タンク７２から供給タンク６１に処理液３を還流する時には、開閉弁７４を開き、ポンプ７５を作動させ、処理液３を圧送する。一方、制御部９は、回収タンク７２から供給タンク６１への処理液３の還流を停止する時には、開閉弁７４を閉じ、ポンプ７５を停止させる。
ところで、処理液３は、供給タンク６１から液処理部５に供給され、液処理部５にて基板２に供給され、基板２からの溶出成分の濃度を増やした後、回収タンク７２に回収され、再び供給タンク６１に戻される。従って、基板２の処理枚数が増えるにつれ、基板２からの溶出成分が処理液３に蓄積し、処理液３中の溶出成分の濃度が増える。
そこで、液作製部６は、回収タンク７２に貯留した処理液３を基板処理装置１の外部に排出する排出路７６を含む。溶出成分の濃度の高過ぎる処理液３を、回収タンク７２から排出路７６を介して基板処理装置１の外部に排出できる。
液作製部６は、排出路７６の途中に、例えば開閉弁７７と排出源７８とを含む。排出源７８は、エジェクタ又はポンプである。制御部９は、回収タンク７２から基板処理装置１の外部に処理液３を排出する時には、開閉弁７７を開き、排出源７８を作動させ、処理液３を圧送する。一方、制御部９は、回収タンク７２から基板処理装置１の外部への処理液３の排出を停止する時には、開閉弁７７を閉じ、排出源７８を停止させる。
制御部９は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリなどの記憶媒体９２とを備える。記憶媒体９２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９は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、基板処理装置１の動作を制御する。また、制御部９は、入力インターフェース９３と、出力インターフェース９４とを備える。制御部９は、入力インターフェース９３で外部からの信号を受信し、出力インターフェース９４で外部に信号を送信する。
上記プログラムは、例えばコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶され、その記憶媒体から制御部９の記憶媒体９２にインストールされる。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、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スク（ＭＯ）、メモリーカードなどが挙げられる。なお、プログラムは、インターネットを介してサーバからダウンロードされ、制御部９の記憶媒体９２にインストールされてもよい。
図５は、一実施形態に係る基板の処理方法を示すフローチャートである。図５に示す処理は、制御部９による制御下で実施される。先ず、不図示の搬送装置が、液処理部５の内部に基板２を搬入する（Ｓ１０１）。次いで、基板保持部５１が、搬送装置から基板２を受け取り、基板２を水平に保持する。その後、搬送装置が液処理部５の外部に退出する。
次いで、液供給部５２が、基板保持部５１に保持された状態の基板２に対してＤＨＦを供給し、ＤＨＦによって基板２を処理する（Ｓ１０２）。ＤＨＦは、第３ノズル５２８から吐出され、基板保持部５１と共に回転する基板２の中心に供給され、遠心力によって基板２の全体に濡れ広がる。その後、液供給部５２は、基板２に対するＤＨＦの供給を停止する。
次いで、液供給部５２が、基板保持部５１に保持された状態の基板２に対してリンス液を供給し、基板２に残るＤＨＦをリンス液によって洗い流す（Ｓ１０３）。リンス液は、第２ノズル５２７から吐出され、基板保持部５１と共に回転する基板２の中心に供給され、遠心力によって基板２の全体に濡れ広がり、ＤＨＦと置換される。その後、液供給部５２は、基板２に対するリンス液の供給を停止する。
次いで、液供給部５２が、基板保持部５１に保持された状態の基板２に対して処理液３を供給し、処理液３に含まれるリン酸によって基板２を処理する（Ｓ１０４）。処理液３は、第１ノズル５２１から吐出され、基板保持部５１と共に低速で回転する基板２に対して全体的に供給される。処理液３は、積層膜２４の開口部２５に入り込み、シリコン窒化膜２３をその面内方向にエッチングする。
制御部９は、液供給部５２と駆動部５３とを制御して、基板２に対して処理液３を供給する間、鉛直方向流速Ｖ１が水平方向流速Ｖ２よりも速くなるような処理液３の供給速度と、基板保持部５１の回転数とにする。基板保持部５１の回転数を小さくすれば、遠心力を小さくでき、水平方向流速Ｖ２を遅くできる。その後、液供給部５２は、基板２に対する処理液３の供給を停止する。
次いで、液供給部５２が、基板保持部５１に保持された状態の基板２に対してリンス液を供給し、基板２に残る処理液３をリンス液によって洗い流す（Ｓ１０５）。リンス液は、第２ノズル５２７から吐出され、基板保持部５１と共に回転する基板２の中心に供給され、遠心力によって基板２の全体に濡れ広がり、処理液３と置換される。その後、液供給部５２は、基板２に対するリンス液の供給を停止する。
次いで、液供給部５２が、基板保持部５１に保持された状態の基板２に対してＳＣ１を供給し、ＳＣ１によって基板２を処理する（Ｓ１０６）。ＳＣ１は、第３ノズル５２８から吐出され、基板保持部５１と共に回転する基板２の中心に供給され、遠心力によって基板２の全体に濡れ広がる。その後、液供給部５２は、基板２に対するＳＣ１の供給を停止する。
次いで、液供給部５２が、基板保持部５１に保持された状態の基板２に対してリンス液を供給し、基板２に残るＳＣ１をリンス液によって洗い流す（Ｓ１０７）。リンス液は、第２ノズル５２７から吐出され、基板保持部５１と共に回転する基板２の中心に供給され、遠心力によって基板２の全体に濡れ広がり、ＳＣ１と置換される。その後、液供給部５２は、基板２に対するリンス液の供給を停止する。
次いで、液供給部５２が、基板保持部５１と共に基板２を高速で回転し、基板２に残るリンス液を遠心力によって吹き飛ばし、基板２を乾燥する（Ｓ１０８）。その後、液供給部５２は、基板保持部５１の回転を停止する。
最後に、搬送装置が、基板保持部５１から基板２を受け取り、液処理部５の外部に基板２を搬出する（Ｓ１０９）。
なお、基板２の乾燥（Ｓ１０８）は、本実施形態ではスピン乾燥であるが、ＩＰＡ乾燥、又は超臨界乾燥などであってもよい。また、基板２の乾燥（Ｓ１０８）は、基板２の搬出（Ｓ１０９）の後に行われてもよい。
ところで、上記の通り、処理液３は、供給タンク６１から液処理部５に供給され、液処理部５にて基板２に供給され、基板２からの溶出成分の濃度を増やした後、回収タンク７２に回収され、再び供給タンク６１に戻される。従って、基板２の処理枚数が増えるにつれ、基板２からの溶出成分が処理液３に蓄積し、処理液３中の溶出成分の濃度が増える。そこで、制御部９は、処理液３中の溶出成分の濃度調整を行う。
図６は、一実施形態に係る溶出成分の濃度調整を示すフローチャートである。図６に示す動作は、制御部９による制御下で例えば定期的に実施される。先ず、第１濃度計６８が、処理液３中の溶出成分の濃度を計測する（Ｓ２０１）。溶出成分は、例えばシリコンである。
次に、制御部９は、溶出成分濃度の計測値Ｃ１が設定値Ｃ１０を超えたか否かをチェックする（Ｓ２０２）。設定値Ｃ１０は、基板２を処理液３で処理する際に溶出成分が析出しないように、予め実験等で設定される。設定値Ｃ１０は、基板２のパターン２７毎に設定されてよい。
計測値Ｃ１が設定値Ｃ１０以下である場合（Ｓ２０２、ＮＯ）、基板２を処理液３で処理する際に溶出成分が析出しない程度に溶出成分の濃度が低いので、制御部９は今回の処理を終了する。なお、制御部９は、今回の処理を終了する前に、回収タンク７２内の液面高さを液面計７２１によって計測し、その計測値が上限値を超える場合、液作製部６を制御して回収タンク７２から供給タンク６１に処理液３を還流してよい。還流する量は、回収タンク７２内の全てでもよいし、回収タンク７２内の一部でもよい。
一方、計測値Ｃ１が設定値Ｃ１０を超える場合（Ｓ２０２、ＹＥＳ）、溶出成分の濃度が高過ぎるので、制御部９は液作製部６を制御して回収タンク７２から基板処理装置１の外部に処理液３を排出する（Ｓ２０３）。排出する量は、回収タンク７２内の全てでもよいし、回収タンク７２内の一部でもよい。
回収タンク７２内の処理液３は、供給タンク６１内の処理液３に比べて、高い溶出成分濃度を有する。上記の通り、処理液３は、供給タンク６１から液処理部５に供給され、液処理部５にて基板２に供給され、基板２からの溶出成分の濃度を増やした後、回収タンク７２に回収されるからである。
本実施形態によれば、制御部９は、液作製部６を制御して、計測値Ｃ１が設定値Ｃ１０を超える場合（Ｓ２０２、ＹＥＳ）、供給タンク６１内の処理液３ではなく、回収タンク７２内の処理液３を、基板処理装置１の外部に排出する。溶出成分の濃度が高い処理液３を排出することで、溶出成分の濃度調整のための処理液３の廃棄量を低減できる。
なお、上記の通り、排出する量は、回収タンク７２内の全てでもよいし、回収タンク７２内の一部でもよい。後者の場合、回収タンク７２内の残部のうちの、少なくとも一部が供給タンク６１に還流されてもよい。
次いで、制御部９は、液作製部６を制御して、第１供給器６２から供給タンク６１に処理液３を補給する（Ｓ２０４）。補給する処理液３中の溶出成分の濃度は、設定値Ｃ１０よりも低ければよく、例えばゼロであってもよい。処理液３の補給（Ｓ２０４）によって、計測値Ｃ１が再び設定値Ｃ１０以下になるので、基板２を処理液３で処理する際に溶出成分が析出するのを抑制できる。
なお、溶出成分の濃度調整の制御は、図６に示す制御には限定されない。
例えば、制御部９は、計測値Ｃ１と設定値Ｃ１０との偏差がゼロになるように、回収タンク７２から基板処理装置１の外部への処理液３の排出と、第１供給器６２から供給タンク６１への処理液３の補給とをフィードバック制御してもよい。この場合も、計測値Ｃ１が設定値Ｃ１０を超える場合（Ｓ２０２、ＹＥＳ）、制御部９は、液作製部６を制御して、処理液３の排出（Ｓ２０３）と、処理液３の補給（Ｓ２０４）と実施する。
また、制御部９は、第１濃度計６８によって溶出成分の濃度を計測する代わりに、基板２の処理枚数をカウントし、その処理枚数が設定枚数を超えると、処理液３の排出（Ｓ２０３）と、処理液３の補給（Ｓ２０４）とを実施してもよい。処理枚数が設定枚数を超えると、計測値Ｃ１が設定値Ｃ１０を超えるように、設定枚数が設定される。
以下、実験データについて説明する。実施例１、２及び比較例１の処理条件を表１に示す。
Figure 0007267426000001
実施例１、２及び比較例１では、基板２の回転数を変更した以外、同じ処理条件で基板２を処理した。具体的には、半径２５ｍｍの基板２を回転させると共に基板２の中心の真上に配置した一つの吐出口からリン酸水溶液を供給した。基板２として、シリコン酸化膜２２とシリコン窒化膜２３とをシリコンウエハ２１の上に交互に繰り返し積層し、その積層膜２４を厚さ方向に貫通する開口部２５を形成したものを用いた。リン酸水溶液の供給量は１Ｌ／分であり、処理時間は４０分であった。周方向流速Ｖ２Ａ、及び径方向流速Ｖ２Ｂは、基板２の回転中心から１５ｍｍ離れた位置でのものを、ＶＯＦ法により求めた。鉛直方向流速Ｖ１は、吐出口から吐出されるリン酸水溶液の流量を、吐出口の面積で割った値として求めた。
表１から明らかなように、実施例１、２及び比較例１において、水平方向流速Ｖ２のうち、周方向流速Ｖ２Ａが支配的であった。また、実施例１、２では鉛直方向流速Ｖ１が水平方向流速Ｖ２に比べて速かったのに対し、比較例１では鉛直方向流速Ｖ１が水平方向流速Ｖ２に比べて遅かった。
図７Ａは、実施例１に係る基板の処理後の状態を示す断面図である。図７Ｂは、実施例２に係る基板の処理後の状態を示す断面図である。図７Ｃは、比較例１に係る基板の処理後の状態を示す断面図である。実施例１、２では、比較例１と異なり、鉛直方向流速Ｖ１が水平方向流速Ｖ２に比べて速かったので、比較例１に比べて、リン酸水溶液から析出する析出物２８が少なく、析出物２８によるパターン２７の閉塞が少なかった。
以上、本開示に係る基板処理装置及び基板処理方法の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。
例えば図１等に示す第１ノズル５２１は、鉛直下方に処理液３を吐出するが、斜めに処理液３を吐出してもよい。処理液３の吐出方向の水平方向成分を、基板２の回転方向に向ければ、基板２上での処理液３の水平方向流速Ｖ２（特に周方向流速Ｖ２Ａ）を遅くできる。
上記実施形態の処理液３はリン酸水溶液であり、第１成分がシリコンであり、第２成分がリン酸であり、第３成分が水であるが、本開示の技術はリン酸水溶液以外の処理液にも適用可能である。処理液３は、基板２をエッチングするものであればよく、例えばアンモニア水であってもよい。また、水の代わりに、有機溶媒が用いられてもよい。
上記実施形態の基板２はシリコンウエハ２１、シリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３を含むが、基板２の構成は特に限定されない。例えば、基板２は、シリコンウエハ２１の代わりに、炭化珪素基板、酸化ガリウム基板、窒化ガリウム基板、サファイア基板、又はガラス基板などを含んでもよい。
本出願は、２０１９年７月２５日に日本国特許庁に出願した特願２０１９－１３７２１４号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０１９－１３７２１４号の全内容を本出願に援用する。
１ 基板処理装置
２ 基板
３ 処理液
５ 液処理部
５１ 基板保持部
５２ 液供給部
６ 液作製部
９ 制御部

Claims (6)

  1. シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを交互に含む積層膜を含む基板を水平に保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された状態の前記基板に対して上方から前記シリコン窒化膜を選択的にエッチングする処理液を供給する液供給部と、を含む液処理部と、
    前記液処理部で使用する処理液を作製する液作製部と、
    前記液供給部及び前記液作製部を制御する制御部と、を有し、
    前記液処理部は、前記基板に供給された前記処理液を回収する回収部を更に含み、
    前記液作製部は、前記処理液を貯留する供給タンクと、前記供給タンクに対して前記処理液を供給する供給器と、前記供給タンクから取り出した前記処理液を前記供給タンクに戻す循環路と、前記循環路の途中から前記液処理部の前記液供給部に前記処理液を送る送液路と、前記回収部から送られる前記処理液を貯留する回収タンクと、前記回収タンクに貯留した前記処理液を前記供給タンクに戻す還流路と、前記回収タンクに貯留した前記処理液を基板処理装置の外部に排出する排出路と、前記循環路に設けられ、前記基板から前記処理液に溶出する溶出成分の濃度を計測する濃度計と、を含み、
    前記制御部は、
    前記液供給部を制御して、前記液供給部から前記基板に向う前記処理液の鉛直方向流速が、前記基板の上面に沿って流れる前記処理液の水平方向流速よりも速くなるような前記処理液の供給速度とし、
    前記液作製部を制御して、前記溶出成分の濃度の計測値が設定値を超えると、前記回収タンクに貯留した前記処理液を基板処理装置の外部に排出する、基板処理装置。
  2. 前記制御部は、前記液作製部を制御して、前記溶出成分の濃度の計測値が前記設定値を超えると、前記溶出成分の濃度が前記設定値よりも低い前記処理液を前記供給器から前記供給タンクに供給する、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記液供給部は、前記処理液の吐出口が二次元的に分散配置されたシャワーヘッドノズルを有する、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 前記液供給部は、前記処理液の吐出口が一列又は複数列で並ぶバーノズルを有する、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  5. 前記液処理部は複数であって、
    前記液作製部は、複数の前記液処理部のそれぞれの前記液供給部に対して、前記処理液を供給する、請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の基板処理装置を用いて、前記基板を処理することを含む、基板処理方法。
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