JPH11154665A - 基板の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理液を加熱してその処理液中に基板を浸漬
させ、基板の表面上に形成された複数種類の被膜のうち
の所定の被膜を選択的にエッチングする場合において、
基板ホルダのスロットに保持された基板が処理中に基板
ホルダ内で揺動してスロットから抜け出ることが起こる
心配が無く、基板の表面処理における面内均一性が得ら
れる方法を提供する。 【解決手段】 処理槽１０内の処理液１４を沸騰直前の
状態に保つように制御しながら、基板の表面上に形成さ
れた所定の被膜のエッチングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウエハ、
液晶表示装置用ガラス基板、電子部品などの基板を、燐
酸水溶液等の酸の水溶液からなり加熱された処理液中に
浸漬させて表面処理する方法、特に、基板の表面上に形
成された２種類もしくはそれ以上の種類の被膜のうちの
所定の被膜を選択的にエッチングする基板の表面処理方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板、例えば半導体ウエハを酸の水溶液
からなる処理液、例えば燐酸水溶液中に浸漬させて、半
導体ウエハの表面上に形成された２種類もしくはそれ以
上の種類の被膜のうちの所定の被膜、例えばシリコン酸
化膜（ＳｉＯ₂膜）とシリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）との
うちのシリコン窒化膜を選択的にエッチングする場合に
は、従来、図２に概略構成を模式図で示すような表面処
理装置が使用されている。この装置は、底部に液導入口
１２が形設され内部に燐酸水溶液１４が貯留される処理
槽１０を有し、処理槽１０の内部には、投込みヒータ１
６が配設されている。そして、処理しようとする半導体
ウエハは、ウエハホルダ（図示せず）に複数枚収納され
て、処理槽１０内へ投入され燐酸水溶液１４中に浸漬さ
せられる。

【０００３】処理槽１０には、溢流液受け部１８が付設
されており、処理槽１０の上部から溢れ出た燐酸水溶液
が溢流液受け部１８内へ流入するようになっている。溢
流液受け部１８の内底部には、液循環用配管２０が連通
しており、液循環用配管２０の先端は、処理槽１０の液
導入口１２に連通接続されている。液循環用配管２０に
は、循環ポンプ２２、インラインヒータ２４およびフィ
ルタ２６が介設されており、燐酸水溶液は、処理槽１
０、溢流液受け部１８および液循環用配管２０により構
成された循環経路を循環させられる。溢流液受け部１８
には、純水２８が貯留された純水槽３０の内底部に一端
が連通し定量ポンプ３４、流量調整弁５２および流量計
３８が介設された純水供給管３２の他端吐出口が配置さ
れている。また、処理槽１０の内部には、温度検出器４
０が配置されており、温度検出器４０は温度調節器５４
に接続され、温度調節器５４は投込みヒータ１６に接続
されている。さらに、液循環用配管２０の途中に温度検
出器４２が介挿され、温度検出器４２は温度調節器５６
に接続され、温度調節器５６はインラインヒータ２４に
接続されている。

【０００４】図２に示した構成の装置を使用して半導体
ウエハを表面処理する場合、燐酸水溶液１４は、投込み
ヒータ１６およびインラインヒータ２４によって１５０
℃〜１８０℃程度の温度に加熱される。このため、処理
槽１０内の燐酸水溶液１４から水分が蒸発し、燐酸水溶
液１４の燐酸濃度が上昇する。そこで、定量ポンプ３４
によって純水槽３０内から純水２８を、純水供給管３２
を通して供給し、純水供給管３２の流出口から溢流液受
け部１８内へ純水を滴下させ、循環経路を通って循環さ
せられる燐酸水溶液に純水を補充するようにしている。

【０００５】この場合、シリコン酸化膜やシリコン窒化
膜のエッチングレートを一定に保つために、処理槽１０
内の燐酸水溶液１４の温度および燐酸濃度をそれぞれ一
定に保つ必要があり、このため、純水供給管５０内を通
して一定流量の純水を流して、処理槽１０内の燐酸水溶
液１４から蒸発した水分量にほぼ相当する量の純水を常
時補充するとともに、温度検出器４０、４２によって燐
酸水溶液の温度を検出し、その検出信号に基づいて温度
調節器５４、５６により投込みヒータ１６およびインラ
インヒータ２４を制御、通常はＰＩＤ制御して、処理槽
１０内の燐酸水溶液１４を所定温度に保つようにしてい
る。あるいは、図２に示した装置構成とは異なるが、ヒ
ータの出力を一定にし、温度検出器によって検出される
燐酸水溶液の温度が一定となるように、燐酸水溶液への
純水の補充量を制御することにより、燐酸水溶液の温度
と共に燐酸濃度を一定に保つようにしている。また、例
えば特開平２−１３７２２８号公報に開示されているよ
うに、燐酸水溶液の比重を測定し、その比重の変位から
蒸発水分量を算出し、その水分量に相当する純水を自動
供給することも行われている。

【０００６】ところで、シリコン酸化膜に対してシリコ
ン窒化膜を選択的にエッチングする場合には、シリコン
酸化膜のエッチングレートに対するシリコン窒化膜のエ
ッチングレートの比、すなわち選択比が問題となる。燐
酸水溶液の或る温度における選択比は、当該温度におい
て燐酸水溶液が沸騰状態にあるときに最も大きくなるこ
とが知られている。このため、従来は、処理槽１０内の
燐酸水溶液１４を常に沸騰状態に保ちながら、シリコン
窒化膜の選択的エッチングを行っていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】シリコン酸化膜に対す
るシリコン窒化膜の選択比を大きくするために、処理槽
１０内の燐酸水溶液１４を常に沸騰状態に保ちながらエ
ッチングを行った場合、燐酸水溶液１４は激しいバブリ
ング状態になっている。このため、ウエハホルダのスロ
ット（保持溝）に挿入されて保持されている処理中のウ
エハが、次々と多量に発生して液面方向へ勢い良く上昇
する泡によってウエハホルダ内において揺動させられ、
スロットから抜け出て隣りのスロットへ入ったりする、
といった問題がある。

【０００８】また、ウエハホルダは、処理中だけ燐酸水
溶液中に浸漬させられるので、１５０℃〜１８０℃とい
った温度に常時加熱されている燐酸水溶液に比べて温度
が低くなっている。このため、ウエハがウエハホルダに
収納されて燐酸水溶液中に浸漬させられた状態におい
て、処理中のウエハは、ウエハホルダの保持部と接触し
ている部分の近辺の温度が燐酸水溶液の沸点より僅かに
低くなっている。ここで、エッチングにおける選択比
は、その上昇率（変化の程度）が燐酸水溶液の沸点直近
において急峻となる。このため、ウエハ面のうち沸点で
エッチングされている部分と沸点より僅かに低い温度で
エッチングされている部分とにおいて、その温度差が比
較的大きな選択比の差となって現われることとなる。こ
の結果、ウエハの表面処理における面内均一性が損なわ
れる、といった問題点がある。

【０００９】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、酸の水溶液からなる処理液を加熱し
てその処理液中に基板を浸漬させ、基板の表面上に形成
された２種類もしくはそれ以上の種類の被膜のうちの所
定の被膜を選択的にエッチングする場合において、基板
ホルダのスロットに保持された基板が処理中に基板ホル
ダ内で揺動してスロットから抜け出る、といったことが
起こる心配が無く、また、基板の表面処理における面内
均一性が得られるような基板の表面処理方法を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
酸の水溶液からなる処理液を加熱し、その加熱された処
理液中に基板を浸漬させて、基板の表面上に形成された
２種類もしくはそれ以上の種類の被膜のうちの所定の被
膜を選択的にエッチングする基板の表面処理方法におい
て、前記処理液を沸騰直前の状態に保つように制御しな
がら、基板の表面上に形成された所定の被膜のエッチン
グを行うことを特徴とする。

【００１１】請求項１に係る発明の方法によると、基板
の処理中において処理液が沸騰直前の状態に保たれるよ
うに制御されるので、処理液が激しく発泡することがな
い。このため、基板ホルダのスロットに保持された基板
が、処理液中で発生した泡によってホルダ内において揺
動しスロットから抜け出て隣りのスロットへ入る、とい
ったようなことは起こらない。また、処理液が沸騰直前
の状態において基板の処理が行われるので、処理液が沸
騰している状態で基板の処理が行われる場合に比べて、
エッチングの選択比は僅かに低下するが、選択比の変化
率は、沸点直近に比べて緩やかになる。このため、基板
面において、エッチングされている温度が位置によって
僅かに変化しても、その温度差が選択比の差となって現
われる程度は小さくなり、基板の表面処理における面内
均一性が得られることとなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
について図１を参照しながら説明する。

【００１３】図１は、この発明に係る基板の表面処理方
法を実施するのに使用される表面処理装置の概略構成の
１例を示す模式図である。図１において、図２で使用し
た符号と同一符号を付した構成要素は、図２に示した装
置と共通するものであり、それらの説明を省略する。

【００１４】この装置では、処理槽１０の内部に比重検
出器４４が配設されてり、その比重検出器４４と接続さ
れた比重調節器４６が設けられている。そして、純水２
８が貯留された純水槽３０の内底部に一端が連通し他端
流出口が溢流液受け部１８に配置され定量ポンプ３４が
介設された純水供給管３２に、図２に示した装置の流量
調整弁５２に代えて、自動的に流量調節することができ
る流量制御弁３６が介挿されており、その流量制御弁３
６に比重調節器４６が接続されている。また、温度検出
器４０と接続され投込みヒータ１６に接続された温度調
節器４８、および、温度検出器４２と接続されインライ
ンヒータ２４に接続された温度調節器５０が設けられて
いて、それぞれの温度調節器４８、５０にも比重調節器
４６が接続されている。そして、比重検出器４４の検出
信号が比重調節器４６へ入力され、比重調節器４６から
の出力信号が流量制御弁３６のほか、温度調節器４８、
５０へ入力されるようになっている。

【００１５】図１に示した構成の装置により基板を表面
処理するには、例えば表面上にシリコン酸化膜とシリコ
ン窒化膜とが形成された半導体ウエハを燐酸水溶液によ
って選択エッチングするには、目標とすべき燐酸水溶液
の濃度、したがって比重を比重調節器４６に設定してお
くとともに、目標とすべき燐酸水溶液の温度を温度調節
器４８、５０に設定しておく。このとき、設定された燐
酸水溶液の濃度（比重）および温度において、燐酸水溶
液が沸騰する直前の状態となるように、それぞれの目標
値を設定する。すなわち、比重調節器４６に設定された
燐酸水溶液の比重（濃度）における沸点より僅かに低い
温度を温度調節器４８、５０に設定し、また、温度調節
器４８、５０に設定された燐酸水溶液の温度が燐酸水溶
液の沸点となるような燐酸濃度（比重）より僅かに高い
濃度（大きい比重）を比重調節器４６に設定するように
する。

【００１６】所望濃度に調製された燐酸水溶液１４を処
理槽１０内に収容し、溢流液受け部１８および液循環用
配管２０を通してその燐酸水溶液を循環させながら、投
込みヒータ１６およびインラインヒータ２４によって燐
酸水溶液を加熱し、温度検出器４０、４２からの検出信
号に基づいて温度調節器４８、５０によりヒータ１６、
２４の出力を制御して、処理槽１０内の燐酸水溶液１４
の温度を、例えば１５０℃〜１８０℃の範囲内の所定温
度に保つ。そして、所定の濃度および温度に調節されて
沸騰直前の状態に保たれた燐酸水溶液１４中に、ウエハ
ホルダに保持された半導体ウエハを浸漬させて、ウエハ
の選択エッチングが行われる。

【００１７】このとき、処理槽１０内の燐酸水溶液１４
は、ヒータ１６、２４で加熱されることにより水分が蒸
発して、燐酸濃度（比重）が上昇する。この燐酸水溶液
１４の比重の上昇は、比重検出器４４によって検出さ
れ、その検出信号が比重調節器４６へ送られる。比重調
節器４６では、比重検出器４４から送られた検出信号に
基づいて燐酸水溶液１４の比重上昇分、したがって燐酸
水溶液１４からの水分蒸発量に相当する制御値が演算さ
れ、比重調節器４６から流量制御弁３６へ制御信号が送
られる。そして、制御信号により流量制御弁３６の開度
が自動調節されて、燐酸水溶液１４からの蒸発によって
失われた量に相当する量の純水が、純水槽３０から純水
供給管３２を通って溢流液受け部１８へ供給され、循環
する燐酸水溶液に補充される。また、燐酸水溶液への純
水の注入によって燐酸水溶液の温度が低下することにな
るため、温度調節器４８、５０により、投込みヒータ１
６およびインラインヒータ２４で燐酸水溶液を加熱して
燐酸水溶液を所定温度に保つようにヒータ１６、２４を
制御する。この場合、図１に示した実施形態では、ヒー
タ１６、２４による燐酸水溶液の加熱における温度制御
の遅れを或る程度緩和させるために、比重調節器４６か
ら流量制御弁３６へ制御信号を送ると同時に、比重調節
器４６から温度調節器４８、５０へも制御信号が送られ
るようにしている。そして、温度調節器４８、５０は、
燐酸水溶液への純水の補充に伴う温度の低下を補償する
ように、比重調節器４６からの制御信号に基づいてヒー
タ１６、２４をフィードフォワード制御する。なお、装
置立上げ時などのように燐酸水溶液への純水の補充を行
わないときには、ヒータ１６、２４は、温度検出器４
０、４２の検出信号に基づいて温度調節器４８、５０に
より通常通りフィードバック制御される。

【００１８】以上のように、比重検出器４４の検出信号
に基づいて比重調節器４６により流量制御弁３６が制御
されて、燐酸水溶液１４の濃度（比重）が所定濃度に保
持されるとともに、比重調節器４６からの制御信号に基
づいて温度調節器４８、５０によるヒータ１６、２４の
制御が行われて、燐酸水溶液１４の温度が所定温度に保
持されることにより、処理槽１０内の燐酸水溶液１６
は、常に沸騰直前の状態に保たれることとなる。そし
て、沸騰直前の状態に保たれた燐酸水溶液１４中へ半導
体ウエハが浸漬されて、ウエハ上のシリコン窒化膜が選
択的にエッチングされる。

【００１９】なお、上記実施形態では、比重調節器４６
からの制御信号を温度調節器４８、５０に入力させ、温
度調節器４８、５０によりヒータ１６、２４をフィード
フォワード制御して、燐酸水溶液１４の温度を所定温度
に保つようにしているが、温度検出器４０、４２の検出
信号に基づいて温度調節器４８、５０によりヒータ１
６、２４をフィードバック制御して、燐酸水溶液１４の
温度を所定温度に保つ（この場合には、多少の温度制御
の遅れを生じるが）ようにしてもよい。また、この発明
に係る方法は、燐酸水溶液等の処理液を沸騰直前に保っ
て半導体ウエハ等の基板の選択エッチングを行うことを
要旨とするものであり、したがって、燐酸水溶液を沸騰
直前の状態に保つための制御方法は、上記した実施形態
の方法に限らず、図２に示した構成の装置におけるよう
に、燐酸水溶液に蒸発水分量に相当する量の純水を常時
補充するとともに、温度検出器４０、４２の検出信号に
基づいて燐酸水溶液１４を所定温度に保つように温度調
節器５４、５６によりヒータ１６、２４を制御するよう
にしてもよいし、また、ヒータの出力を一定にし、温度
検出器の検出信号に基づいて燐酸水溶液を所定温度に保
つように燐酸水溶液への純水の補充量を制御するように
してもよく、さらには、燐酸水溶液の比重を測定して、
その測定値に基づいて純水補充量を制御するようにして
もよい。

【００２０】

【発明の効果】請求項１に係る発明の方法により、酸の
水溶液からなる処理液を加熱してその処理液中に基板を
浸漬させ、基板の表面上に形成された２種類もしくはそ
れ以上の種類の被膜のうちの所定の被膜を選択的にエッ
チングするときには、基板ホルダのスロットに保持され
た基板が処理中に発泡により基板ホルダ内で揺動してス
ロットから抜け出る、といったことが起こる心配が無
く、また、基板の表面処理における面内均一性が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る基板の表面処理方法を実施する
のに使用される表面処理装置の概略構成の１例を示す模
式図である。

【図２】従来の基板の表面処理方法を実施するのに使用
されている表面処理装置の概略構成の１例を示す模式図
である。

【符号の説明】

１０ 処理槽 １２ 処理槽の液導入口 １４ 燐酸水溶液 １６ 投込みヒータ １８ 溢流液受け部 ２０ 液循環用配管 ２２ 循環ポンプ ２４ インラインヒータ ２６ フィルタ ２８ 純水 ３０ 純水槽 ３２ 純水供給管 ３４ 定量ポンプ ３６ 流量制御弁 ３８ 流量計 ４０、４２ 温度検出器 ４４ 比重検出器 ４６ 比重調節器 ４８、５０ 温度調節器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸の水溶液からなる処理液を加熱し、そ
   の加熱された処理液中に基板を浸漬させて、基板の表面
   上に形成された２種類もしくはそれ以上の種類の被膜の
   うちの所定の被膜を選択的にエッチングする基板の表面
   処理方法において、 前記処理液を沸騰直前の状態に保つように制御しなが
   ら、基板の表面上に形成された所定の被膜のエッチング
   を行うことを特徴とする基板の表面処理方法。