JPH11293479A - エッチング液の再生処理装置及びそれを用いたエッチング装置 - Google Patents

エッチング液の再生処理装置及びそれを用いたエッチング装置

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JPH11293479A
JPH11293479A JP9583698A JP9583698A JPH11293479A JP H11293479 A JPH11293479 A JP H11293479A JP 9583698 A JP9583698 A JP 9583698A JP 9583698 A JP9583698 A JP 9583698A JP H11293479 A JPH11293479 A JP H11293479A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続エッチングにおいても効率的に運転する
ことが可能なエッチング液の再生処理装置及びそれを用
いたエッチング装置を実現する。 【解決手段】 珪素化合物を含む燐酸水溶液のエッチン
グ液をフッ化水素により再生処理する処理槽16が、エ
ッチング液を加温する加熱手段33と、蒸発ガスを排出
する排ガス用出口及び該出口に対応して設けられた凝縮
器35と、凝縮器35により凝縮された液中のフッ素を
分析する分析手段36とを有している構成である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板等の窒
化珪素膜を燐酸水溶液でエッチングする量産ラインに好
適な液再生処理装置及びそれを用いたエッチング装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】MOS型LSIの製造等における、半導
体基板等にパターン形成された窒化珪素膜の選択エッチ
ングとしては、熱燐酸水溶液を用いて、エッチング槽内
のエッチング液を濾過循環し、エッチング液中のゴミ等
の異物を除去しながら、エッチングを行う方法(米国特
許第4,980,017号等)がある。この方法では、
エッチング液を継続使用しているとエッチング生成物で
ある珪素化合物が析出し、濾過部材であるフィルターの
目詰まり、処理槽及び循環経路における析出、固着が生
じるため、エッチング液を定期的に交換する必要があ
る。また、このエッチングにおいては、燐酸濃度の他、
エッチング生成物であるエッチング液中の珪素化合物濃
度により、窒化珪素膜/二酸化珪素膜のエッチング選択
比が変化する。エッチング選択比が大きい条件でエッチ
ングを行う場合は、エッチング液中の珪素化合物濃度を
高くしてエッチングを行うため、前記のフィルターの目
詰まり等が特に問題となる。逆に、選択比が小さい条件
でエッチングを行う場合は、エッチング液の交換頻度を
高くすることが必要となる。
【0003】珪素化合物濃度の高くなったエッチング液
を再生する方法としては、本出願人が先に開発したエッ
チング液をフッ化水素により処理する方法(米国特許第
5,470,421号等)が知られている。この方法
は、エッチングにより生成した珪素化合物をフッ化水素
と反応させ、反応生成物である珪素フッ化物を水蒸気と
ともに除去しようとするものであるが、フッ化水素はエ
ッチング選択比に影響を及ぼす物質であるので、再生処
理の終了を確認するためには、珪素分の除去の状態とと
もに残留するフッ化水素濃度を測定する必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、燐酸をサン
プリングして前記の測定を行うことは、煩雑なものとな
る。即ち、危険な熱燐酸の取り扱い、燐酸の中和処理、
分析における燐酸イオンの妨害等の問題がある。このた
め、フッ化水素処理工程の終点管理又工業的プロセスへ
の適用が容易ではなかった。
【0005】本発明者らは、以上の背景から工業的プロ
セスにおける、前記のフッ化水素処理による燐酸水溶液
の再生方法及びその方法のエッチング装置への適用につ
いて種々検討してきた結果、連続エッチングにおいても
効率的に運転することが可能なエッチング液の再生処理
装置及びそれを用いたエッチング装置を完成した。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明のエッ
チング液の再生処理装置は、珪素化合物を含む燐酸水溶
液のエッチング液をフッ化水素により再生処理する再生
処理槽であって、前記再生処理槽が、前記エッチング液
を加温する加熱手段と、蒸発ガスを排出する排ガス用出
口及び該出口に対応して設けられた凝縮器と、前記凝縮
器により凝縮された液中のフッ素を分析する分析手段と
を有しているものである。また、本発明のエッチング装
置は、前記した再生処理装置を用いてエッチングを連続
運転可能に構成したものであり、燐酸水溶液を入れるエ
ッチング槽と、フイルターを経由するエッチング液の循
環濾過経路と、再生処理槽を経由するエッチング液の循
環再生経路とを備え、前記再生処理槽が、前記エッチン
グ液を加温する加熱手段と、蒸発ガスを排出する排ガス
用出口及び該出口に対応して設けられた凝縮器と、前記
凝縮器により凝縮された液中のフッ素を分析する分析手
段とを有していると共に、前記再生処理槽又は循環再生
経路の一部にフッ化水素を導入可能な供給部を有してい
る。
【0007】以上の本発明は、前述のエッチング液の精
製方法(米国特許第5,470,421号)を適用する
ことができる、運転管理の容易な工業的装置を提供する
ものである。即ち、本発明のエッチング液の再生処理装
置によれば、再生処理の終点を確認するための、煩雑な
作業となる熱燐酸中のフッ素イオン及び珪素分の分析を
行う必要がなく、簡単な操作で終点管理を行うことがで
きる。
【0008】なお、前記した精製方法において、エッチ
ング液にフッ化水素を添加した場合の反応を正確に特定
することはできないが、次式(1)及び(2)の反応式
に従い、珪素化合物(式中、珪素化合物は[−Si−」
と表す)は四フッ化珪素、更にはフルオロ珪酸に変化す
るものと推定される。 −Si− + 4HF → SiF4 (1) SiF4 + 2HF → H2SiF6 (2) 前記四フッ化珪素及びフルオロ珪酸は、加温された高温
エッチング液から水分が蒸発し、この蒸発する水分に同
伴されて系外に除去される。フッ化水素の添加量等につ
いては、特開平9−45660号にも記載した如くフッ
化水素が未反応で系外に留出しやすいので理論値よりも
多く加える必要があり、連続的又は断続的に添加する。
この場合、水分を純水又は水蒸気の形態で同時に加える
が、この添加量は除去しようとする珪素分(Si換算)
に対して1千倍以上である。
【0009】本発明の再生処理装置は次のような運転条
件で用いられる。先ず、処理槽中のエッチング液にHF
を加える。HFの添加は、フッ化水素ガスであってもよ
いし、フッ化水素と純水とを用いたフッ化水素酸として
の添加であってもよい。HF及び/又は純水の添加は、
通常、前記のように当該処理槽において行われるが、こ
れに限られず、予めHF及び/又は純水を添加したエッ
チング液を当該処理槽に導入してもよい。そして、エッ
チング液を加熱手段により加温し、水蒸気とともに珪素
フッ化物を留出させる。この場合、不活性ガス(及び/
又は水蒸気)をエッチング中に吹き込み珪素フッ化物を
効率よく留出させることが好ましい。留出ガスは、処理
槽内から排ガスとして出口を通じて凝縮器に入り、凝縮
器内で凝縮される。そして、凝縮液中のフッ素を分析
し、分析値がゼロ又は規定値(例えば20ppm)以下
になったら再生処理を終了する。排ガスの凝縮は、排ガ
ス全部の凝縮であっても、分析に必要な一部の凝縮であ
ってもよい。
【0010】また、本発明のエッチング装置は次のよう
な運転条件で用いられる。エッチング槽及び循環濾過経
路の運転は従来と同じ。つまり、エッチング槽では半導
体基板等のエッチング処理が行われ、循環濾過経路では
エッチング槽内の燐酸水溶液の一部を連続的に抜き出
し、濾過した後、加温すると共に、純水を補給して、エ
ッチング槽内へ戻す。これに対し、再生循環経路では、
エッチング液の一部が再生処理槽に抜き入れられて、前
述した再生処理装置と同様な要領で処理操作された後、
エッチング槽に直接又は循環濾過経路を通じて再びエッ
チング槽内へ戻される。この構造では、再生処理槽の前
後に受槽を有していることが好ましく、その場合には次
のようになる。エッチング槽の一部を連続的又は断続的
に再生処理槽の前方にある前方側受槽に貯留する。そし
て、前方側受槽のエッチング液を再生処理槽に移し、上
記要領にて再生処理した後、その再生されたエッチング
液を再生処理槽の後方にある後方側受槽に移す。後方側
受槽内のエッチング液は、連続的又は断続的にエッチン
グ槽内へ戻される。
【0011】このような本発明のエッチング装置では、
燐酸水溶液による窒化珪素膜のエッチングと併行して、
循環再生経路における再生処理槽においてエッチング液
の再生処理が行われるため、エッチング槽におけるエッ
チング液組成の変動を小さくすることができ、長時間に
わたり一定なエッチングを行うことが可能となり、装置
の稼動率を高めることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の形態を添付図面に
基づいて詳細に説明する。なお、この形態は、好適な具
体例であり、種々の限定が付けられているが、本発明の
範囲を制約するものではない。
【0013】図1は本発明を適用したエッチング装置の
全体構成図であり、図2は図1の再生処理装置部を拡大
して示している。このエッチング装置1は、機械要素と
して、エッチング槽2を主体としたエッチング部1A
と、フイルター3及び加熱器4を主体としたエッチング
液の循環濾過経路部1Bと、再生処理装置5を主体とし
たエッチング液の循環再生経路部1Cとを備えている。
【0014】エッチング部1Aは、半導体ウエハ6等を
エッチング槽2内にてエッチング処理する箇所である。
エッチング槽2は、上外周に設けられた溢流堰7と、溢
流堰7の底部に接続された配管8と、エッチング槽2の
底部内に設けられた分散板9と、エッチング槽2の底部
に接続された配管10と、図示を省略しているエッチン
グ槽2の外周に設けられた加熱用ヒータ等と、エッチン
グ液の温度を検出する温度コントローラ11等を備え、
槽内にエッチング液が不図示の供給手段より充填され
る。ここで、分散板9は多数の小孔を有し、配管10の
接続口と対向した状態にエッチング槽2の低部側に付設
されている。配管8は、ポンプ12を介して循環濾過経
路部1Bに接続されている。温度コントローラ11は、
エッチング槽2のエッチング液の温度検出用及び後述す
る水注入部13の駆動制御用であり、この検出結果に基
づいて前記加熱用ヒータを所定の温度にコントロールす
ると共に、検出温度に基づいて水注入部13の駆動を制
御する。
【0015】循環濾過経路部1Bは、配管8を通じて取
り出されてポンプ12を介して送られてくるエッチング
液について、フイルター3により濾過した後、加熱器4
により必要温度まで加温して再び配管10を通じてエッ
チング槽2の下部側へ圧送する。この循環過程では、純
水が水注入部13から自動開閉弁14を介し必要に応じ
濾過及び加温された配管10内のエッチング液中に適量
だけ補充されて、槽内のエッチング液である燐酸水溶液
の濃度が一定に保つよう調整される。要は、開閉弁14
が流量調整式であり、温度コントローラ11の信号に基
づいて水注入部13から純水の適量を補充する。
【0016】循環再生経路部1Cは、循環濾過経路部1
Bに循環されているエッチング液の一部を断続的又は連
続的に取り出して再生処理装置5により再生処理する箇
所である。再生処理装置5は、再生処理槽16がメイン
部となり、この前方側に設置された受槽17と、後方側
に設置された受槽18とからなる。このうち、受槽17
は、槽本体17Aが蓋17Bにより閉じられており、配
管8に接続される配管19及び開閉弁20と、液面計2
1aとを有している。配管19は、一端側がポンプ12
とフイルター3との間の管部分に接続し、他端側が蓋1
7Bに貫通した状態で槽内に組み込まれている。そし
て、管途中に設けられた開閉弁20を介し配管8を流れ
るエッチング液の一部を槽内に取り入れる。液面計21
aは、受槽17内に入れられたエッチング液の高さを検
出するものである。受槽18は、槽本体18Aが蓋18
Bにより閉じられ、配管22及び開閉弁23と、ポンプ
24と、内部ヒータ25と、液面計21aと同様な目的
で設けられた液面計21bとを有している。配管22
は、一端側が槽本体18Aの底面に設けられた出口に連
結され、他端側が省力しているが、ポンプ12及びフイ
ルター3を介して溢流堰7側まで延びている。そして、
受槽18内のエッチング液は、内部ヒータ25で加温さ
れており、配管22の途中に設けられた開閉弁23を開
放し、ポンプ24を介し溢流堰7の側へ送り込まれる。
【0017】これに対し、再生処理槽16は、各受槽1
7,18との間が配管26,27及び開閉弁28,29
を介して接続されており、純水及びフッ化水素用の供給
口30と、ガス供給口31と、液面計21aと同様な目
的で設けられた液面計21cと、加熱手段としての内部
ヒータ32及び外部の加熱器33と、排ガス用出口及び
該出口に接続している凝縮器35と、分析手段としての
分析器36とを有している。
【0018】ここで、再生処理槽16は、槽本体16A
が蓋16Bにより閉じられており、蓋16Bに対し前記
した供給口30等が設けられている。内部のエッチング
液は、配管37、ポンプ38、配管39,40とを介し
て循環され、この循環過程で内部ヒータ32と加熱器3
3により不図示の温度コントローラで制御された温度ま
で加温される。また、配管40から槽内に戻される際
は、純水注入部41及びフッ化水素注入部42から配管
43、開閉弁44,45,46等を介して配管40を流
れる加温されたエッチング液中に純水とフッ化水素が予
め設定された量及び形態で加えられる。なお、各注入部
41,42は、例えば、フッ化水素がフッ化水素酸とし
て付加される場合等、特に分ける必要はないものであ
る。
【0019】ガス供給口31は、ガス注入部47から槽
本体16Aの内底部側に不活性ガス又は水蒸気を送り込
むものである。この形態では、蓋16Bに保持されて槽
本体16A内の下部に垂下された導入管48を有し、導
入管18に対し不活性ガス又は水蒸気がガス注入部47
から配管49及び開閉弁50を介し槽内底部へ送り込ま
れるようにしている。凝縮器35は、再生処理槽16内
において、高温エッチング液から水分が蒸発し、注入さ
れるフッ化水素にて成形される四フッ化珪素,フルオロ
珪酸等の珪素フッ化物を、前記の蒸気に同伴させて槽内
からここに導き、液化するものである。分析器36は、
凝縮器35内で生成した凝縮液中のフッ素を計測するも
のであり、この計測値がゼロ又は規定値以下になったこ
とにより、エッチング液の再生処理の終了を確認するも
のである。
【0020】なお、配管関係の細部を述べておく。配管
26は、一端側が槽本体17Aの底面に設けられた出口
に接続され、他端側が蓋16Bの中央部に貫通した状態
で槽内に導入されている。そして、受槽17内のエッチ
ング液は、管途中に設けられた開閉弁28を介し槽本体
16A内へ入れられる。配管27は、一端側が槽本体1
6Aの底面に設けられた出口に接続され、他端側が蓋1
8Bに貫通した状態で槽内に導入されている。そして、
受槽16内の再生後のエッチング液は、管途中に設けら
れた開閉弁29を介し槽本体18A内へ入れられる。配
管37は、槽本体16Aの底面に設けられた出口とポン
プ38とを接続している。配管39は、ポンプ38と配
管40との間に位置し、途中に加熱器33を介在した状
態に設けられている。配管40は、一端側が蓋16Bの
供給口30から槽内に導入され、他端側が配管39,4
3の対応端に連通している。配管43は、純水注入部4
1及びフッ化水素注入部42に対し開閉弁44,45を
介し接続しており、純水とフッ化水素とを管内で合流
し、その合流で混合したフッ化水素酸を開閉弁46を介
し配管40内のエッチング液に入れる。配管49は、ガ
ス注入部47と導入管48との間を接続し、開閉弁50
を介して不活性ガス又は水蒸気を槽内底部へ送り込む。
以上の各機器や配管類は、エッチング液として高温及び
高濃度の燐酸水溶液を用い、高純度の半導体を製造する
ものであるから、その材質としては、弗素樹脂、ポリプ
ロピレンなど耐食性および耐久性に十分に富んだ材料を
使用することはいうまでもない。
【0021】次に、以上のエッチング装置1の運転例を
概説する。エッチング液としては燐酸水溶液が用いられ
る。このエッチング液は、エッチング槽2内に入れられ
て、例えば、158℃まで加温されて沸騰状態に保たれ
る。また、溢流堰7に溢流したエッチング液は、ポンプ
12を介して配管8に抜き出し、フィルタ3にて異物を
除去され、加熱器4にて当初の温度まで加温されてか
ら、配管10を通じてエッチング槽2の底部に循環させ
る。なお、この循環では、水注入部13が温度コントロ
ーラ11の検出温度に基づいて駆動され、電磁弁等の開
閉弁14を開閉制御しつつ補給用純水を配管10を流れ
るエッチング液に入れる。純水の補給量は、エッチング
槽2内で蒸発した水分の量に相当する量である。 半導
体ウエハ6は、以上の操作によって循環系が安定したと
ころで、不図示のホルダーに支持された状態で、エッチ
ング槽2のエッチング液に浸漬されてエッチング処理さ
れる。
【0022】このような、エッチング処理の進行におい
て、エッチング液中の珪素化合物が増加してきた時点
で、循環再生路部1Cは駆動される。ここでは、エッチ
ング液の一部が配管8から配管19及び開閉弁20を介
して受槽17に抜き入れられ、また、配管26及び開閉
弁28を介して所定の量を再生処理槽16に貯める。そ
の後、開閉弁28が閉じられ、再生処理槽16内のエッ
チング液について再生処理が行われる。この再生処理で
は、槽内のエッチング液が配管37、ポンプ38、配管
39,49の経路で循環されつつ、内部ヒータ32及び
外部の加熱器33により加温される。
【0023】そして、槽内に戻されるエッタング液に
は、純水及びフッ化水素が純水注入部41及びフッ化水
素注入部42から配管43、開閉弁44,45,46等
を介して配管40内のエッチング液中に(実質的にフッ
化水素酸の形態にて)入れられる。また、槽内のエッチ
ング液には、ガス注入部47から不活性ガス(又は水蒸
気)が導入される。槽からの排ガスは凝縮器35におい
て凝縮水となる。その中には、エッチング液に含まれた
珪素化合物とフッ化水素との反応により形成される珪素
フッ化物と未反応のフッ化水素とが含まれている。この
凝縮液は、分析器36の計測部に導入され液中のフッ素
濃度が分析されて、フッ素がゼロ又は規定値に達した段
階で再生処理を終了することになる。再生されたエッチ
ング液は、受槽18内に配管27及び開閉弁29を介し
て移し換えられる。なお、再生処理槽16では、この移
し換えが完了し開閉弁29を閉じた状態から、その間に
受槽17に貯まったエッチング液について、上記した要
領で次の再生操作が繰り返し行われる。受槽18内のエ
ッチング液は、開閉弁23、配管22、ポンプ24を介
して、エッチング槽2の溢流堰7に戻される。このよう
にエッチングと併行してエッチング液の循環再生を行う
ことにより、エッチング液の組成を一定に維持し、均一
なエッチングを継続することができる。
【0024】なお、以上の説明において、循環再生経路
部1Cはエッチング部1A及び循環濾過経路部1Bと共
にエッチング装置1の要素として説明したが、循環再生
経路部1Cを独立に設置することは当然に可能である。
その場合は、循環再生経路部1Cの再生処理槽16が再
生処理装置となり、例えば、エッチング液を継続使用し
て再生処理が必要となった時点で、再生処理槽16にエ
ッチング液を取り出し、一括して再生処理を行う。ま
た、再生処理槽16にエッチング槽として必要な手段を
付加し、エッチング槽と再生処理槽とを兼ねた装置とす
ることもできる。
【0025】次に、本発明の再生処理装置によるエッチ
ング液の再生処理試験の一例を示す。 窒化珪素膜のエ
ッチングに使用された85%燐酸水溶液(Si濃度11
0mg/L)40Lに、10%HF水溶液400mLを
加え、150mL/分の純水を加えながら、160℃に
加熱した。所定時間毎に蒸発凝縮水100mLをサンプ
リングし、フッ素濃度(HF換算)を測定した。また、
同時に燐酸50mLをサンプリングし、Si濃度とフッ
素濃度(HF換算)を測定した。測定結果は表1に示
す。なお、表1中、lはリットルである。
【0026】更に、再生処理後の燐酸の再生度を確認す
るため、再生燐酸を用いて窒化珪素膜/酸化珪素膜のエ
ッチング処理を行い、新燐酸及び再生処理前の燐酸によ
る同一条件でのエッチング処理の結果と比較した。その
結果、表1に示した4時間以上の再生処理燐酸、即ち、
凝縮水中のHF濃度が約20mg/L以下であれば、新
燐酸と同程度のエッチング性能を有していることが確認
された。その結果を表2に示す。なお、表2中、 A.
U.はオングストロームの略である。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の再生処理
装置によれば、直接、熱燐酸中の残留珪素分及びフッ素
を測定することなく、工業的に容易に再生処理の終点管
理を行うことができ、この再生処理装置を従来のエッチ
ング装置と組み合わせ、エッチングと併行して再生処理
を行い、エッチング精度及び稼働率の向上を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したエッチング装置例を模式的に
示す構成図である。
【図2】図1の再生処理装置側を模式的に示す構成図で
ある。
【符号の説明】
1はエッチング装置 1Aはエッチング部 1Bは循環濾過経路部 1Cは循環再生経路部 2はエッチング槽 3はフイルター 4,33は加熱器(加熱手段) 5は再生処理装置 6は半導体ウエハー 16は再生処理槽 17,18は受槽 30は純水及びフッ化水素用の供給口(供給部) 31はガス供給口 35は凝縮器 36は分析器(分析手段)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 珪素化合物を含む燐酸水溶液のエッチン
    グ液をフッ化水素により再生処理する再生処理槽であっ
    て、 前記再生処理槽が、前記エッチング液を加温する加熱手
    段と、蒸発ガスを排出する排ガス用出口及び該出口に対
    応して設けられた凝縮器と、前記凝縮器により凝縮され
    た液中のフッ素を分析する分析手段とを有している、こ
    とを特徴とするエッチング液の再生処理装置。
  2. 【請求項2】 珪素化合物を含む燐酸水溶液のエッチン
    グ液を再生処理する再生処理槽であって、 前記再生処理槽が、純水及びフッ化水素を槽内に導入す
    る供給口と、前記エッチング液を加温する加熱手段と、
    蒸発ガスを排出する排ガス用出口及び該出口に対応して
    設けられた凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された液中
    のフッ素を分析する分析手段とを有している、ことを特
    徴とするエッチング液の再生処理装置。
  3. 【請求項3】 燐酸水溶液を入れるエッチング槽と、フ
    イルターを経由するエッチング液の循環濾過経路と、再
    生処理槽を経由するエッチング液の循環再生経路とを備
    え、 前記再生処理槽が、前記エッチング液を加温する加熱手
    段と、蒸発ガスを排出する排ガス用出口及び該出口に対
    応して設けられた凝縮器と、前記凝縮器により凝縮され
    た液中のフッ素を分析する分析手段とを有していると共
    に、 前記再生処理槽又は循環再生経路の一部にフッ化水素を
    導入可能な供給部を有していることを特徴とするエッチ
    ング装置。
  4. 【請求項4】 前記循環再生経路において、前記再生処
    理槽の前後にそれぞれ受槽を有している請求項3に記載
    のエッチング装置。
  5. 【請求項5】 前記槽内底部側に不活性ガス又は水蒸気
    を導入するガス供給口を有している請求項3又は4に記
    載のエッチング装置。
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