KR20120100803A

KR20120100803A - 에칭 방법, 에칭 장치 및 기억 매체

Info

Publication number: KR20120100803A
Application number: KR1020120021826A
Authority: KR
Inventors: 요스케 하치야; 나오키 신도
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2012-09-12
Also published as: JP5280473B2; JP2012186221A; KR101774427B1

Abstract

실리콘 산화막에 대한 실리콘 질화막의 높은 에칭 선택비와, 실리콘 질화막의 높은 에칭 레이트를 양립시킬 수 있는 기술을 제공한다. 에칭 방법은 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막이 표면에 노출된 기판에 가열된 H₂SO₄를 공급하여 기판을 가열하는 프리히팅 공정과, 이 후, 상기 기판에 가열된 H₂SO₄와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나와, H₂O와의 혼합 액체를 공급하는 에칭 공정을 구비하고 있다.

Description

에칭 방법, 에칭 장치 및 기억 매체{ETCHING METHOD, ETCHING APPARATUS AND STORAGE MEDIUM}

본 발명은 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막이 표면에 노출된 기판에 대하여 실리콘 질화막을 선택적으로 에칭하는 기술에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 제조를 위한 처리 중 하나로서, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 형성된 실리콘 질화막을 에칭액에 의해 에칭하는 웨트 에칭 처리가 있다. 웨트 에칭 처리를 행함에 있어서, 실리콘 산화막을 거의 에칭하지 않고 실리콘 질화막을 선택적으로 에칭해야 하는 경우가 많이 있고, 이러한 경우에, 종래에는 에칭액으로서 인산 용액(H₃PO₄)이 이용되고 있었다. 그러나, 인산을 위하여 전용의 공급계를 설치할 필요가 있고, 인산에 의한 클린룸 분위기의 오염 방지를 배려할 필요가 있고, 고순도의 인산은 고가라는 등의 이유에 의해, 최근에는 인산을 이용하지 않는 에칭액이 사용되고 있다.

특허 문헌 1에는 이러한 인산을 이용하지 않는 에칭액의 일례로서, 황산, 불화물 및 물을 함유하는 에칭액이 기재되어 있고, 반도체 등의 전자 디바이스의 제조의 용도로는 상기 불화물로서 불화 수소산 및 불화 암모늄을 이용하는 것이 바람직하다는 것도 기재되어 있다. 황산, 불화물 및 물을 함유하는 에칭액에서는 에칭액 중의 불화물(예를 들면, 불산) 농도를 낮춤으로써, 실리콘 산화막의 에칭량에 대한 실리콘 질화막의 에칭량의 비(이하, ‘SiN / SiO₂ 선택비’라고도 칭함)를 높일 수 있는 것이 알려져 있다.

그러나, 에칭액 중의 불화물 농도를 너무 낮추면, 실리콘 질화막의 에칭 레이트가 공업적으로 허용할 수 없을 만큼 낮아진다. 이 때문에, 높은 SiN / SiO₂ 선택비와 높은 생산성을 양립시키는 것이 곤란하다.

일본특허공개공보 2010-147304호

본 발명은 실리콘 산화막에 대한 실리콘 질화막의 높은 에칭 선택비와, 실리콘 질화막의 높은 에칭 레이트를 양립시킬 수 있는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명은 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막이 표면에 노출된 기판으로 가열된 H₂SO₄를 공급하여 기판을 가열하는 프리히팅(pre-heating) 공정과, 이 후, 상기 기판으로 가열된 H₂SO₄와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나와, H₂O와의 혼합 액체를 공급하는 에칭 공정을 구비한 에칭 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 기판을 보지(保持)하는 기판 보지부와, 상기 기판 보지부에 보지된 기판으로 가열된 H₂SO₄를 공급할 수 있도록 구성되고, 가열된 H₂SO₄와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나와, H₂O와의 혼합 액체를 공급할 수 있도록 구성된 약액 공급 기구와, 상기 약액 공급 기구를 제어하여, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막이 표면에 노출된 기판으로 가열된 H₂SO₄를 공급하여 기판을 가열하는 프리히팅 공정과, 이 후, 상기 기판으로 가열된 H₂SO₄와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나와, H₂O와의 혼합 액체를 공급하는 에칭 공정이 실행되도록 하는 제어부를 구비한 에칭 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 에칭 장치의 제어부를 이루는 컴퓨터에 의해 판독 가능한 프로그램을 기록하는 기억 매체로서, 상기 에칭 장치는 기판으로 가열된 H₂SO₄를 공급할 수 있도록 구성되고, 가열된 H₂SO₄와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂중 적어도 어느 하나와, H₂O와의 혼합 액체를 공급할 수 있도록 구성된 약액 공급 기구를 가지고 있고, 상기 컴퓨터가 상기 프로그램을 실행시키면 상기 제어부가 상기 에칭 장치를 제어하여, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막이 표면에 노출된 기판으로 가열된 H₂SO₄를 공급하여 기판을 가열하는 프리히팅 공정과, 이 후, 상기 기판으로 가열된 H₂SO₄와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나와, H₂O와의 혼합 액체를 공급하는 에칭 공정을 실행시키는 기억 매체를 제공한다.

본 발명에 따르면, 가열된 H₂SO₄에 의해 에칭 공정에 앞서 기판을 프리히팅(pre-heating)함으로써, 실리콘 질화막의 높은 에칭 레이트와, 실리콘 산화막에 대한 실리콘 질화막의 높은 에칭 선택비를 양립시킬 수 있다.

도 1은 에칭 장치의 일 실시예를 도시한 개략 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 에칭 장치의 개략 평면도이다.
도 3은 에칭 대상 기판의 구조의 일례를 도시한 개략 단면도이다.
도 4는 에칭 대상 기판의 구조의 다른 일례를 도시한 개략 단면도이다.

이하에, 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 설명한다.

우선, 웨트 에칭 장치의 구성에 대하여 설명한다. 웨트 에칭 장치는 기판, 본 예에서는 반도체 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 보지(保持)하여 회전하는 스핀 척(10)을 가지고 있다. 스핀 척(10)은 기판의 주연부를 보지하는 복수의 보지 부재(12)에 의해 기판을 수평 자세로 보지하는 기판 보지부(14)와, 이 기판 보지부(14)를 회전 구동시키는 회전 구동부(16)를 가지고 있다. 기판 보지부(14)의 주위에는 웨이퍼(W)로부터 비산(飛散)된 처리액을 받는 컵(18)이 설치되어 있다. 또한, 도시하지 않은 기판 반송 암과 기판 보지부(14)의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 할 수 있도록 기판 보지부(14) 및 컵(18)은 상대적으로 상하 방향으로 이동할 수 있도록 되어 있다.

또한, 웨트 에칭 장치는 웨이퍼(W)로 약액을 공급하기 위한 약액 노즐(20)을 가지고 있다. 약액 노즐(20)로는 약액 공급 기구(26)로부터 약액이 공급된다. 약액 공급 기구(26)는 황산 공급계(제 1 약액 공급계)(30)와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나를 물, 여기서는 DIW(순수)로 희석한 수용액을 공급하는 공급계(40)(제 2 약액 공급계)(이하, 기재의 간략화를 위하여 ‘HF계 약액 공급계(40)’라고 칭함)를 가지고 있다.

황산 공급계(30)에 대하여 설명한다. 농황산(여기서는 농도 98%의 H₂SO₄, 잔부(殘部) 물(H₂O))을 저류하는 황산 탱크(31)에 순환 관로(32)가 접속되고, 순환 관로(32)에 펌프(33) 및 히터(34)가 설치되어 있다. 황산은 순환 관로(32) 내를 상시 순환하고 있고, 히터(34)에 의해 가열됨으로써 황산 탱크(31) 내의 황산이 소정 온도, 예를 들면 150℃ 이상, 바람직하게는 170℃ 이상으로 유지되어 있다. 또한, 황산의 온도는 황산 공급계(30)의 구성 부품에 문제가 되는 레벨의 데미지를 주지 않는 이상, 가능한 한 높은 온도로 하는 것이 바람직하다. 일례로서, 황산의 온도는 170℃로 된다. 황산 탱크(31)는 황산 관로(35)를 개재하여 약액 노즐(20)에 접속되어 있고, 황산 관로(35)에는 적당한 유량 조정기, 예를 들면 유량 조정 밸브(36)와 개폐 밸브(37)가 설치되어 있다. 또한, 황산 탱크(31)에 저류되는 황산은 농황산(90% 이상의 H₂SO₄, 잔부 물)에 한정되지 않고, 희황산(89% 이하의 H₂SO₄, 잔부 물)이어도 좋다. 단, 희황산에 포함되는 물의 양이 늘어나면 비점이 저하되어 프리히팅 액으로서 사용하기 어려워지기 때문에, 희황산을 이용할 경우라도 H₂SO₄ 함유량을 높게 하는 것이 바람직하다. 또한, 희황산을 이용할 경우에는 희황산 중의 물 함유량에 따라 후술하는 HF계 약액 중의 물 함유량이 적어진다.

HF계 약액 공급계(40)에 대하여 설명한다. HF계 약액 탱크(41)에는 HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나를 물(H₂O), 여기서는 DIW(순수)로 희석한 수용액이 저류되어 있다. HF계 약액 탱크(41)에 저류되는 HF계 약액의 구체적인 예로서, (a) 중량%로 30.8%인 NH₄HF₂ 및 8.9%인 HF를 포함하는 수용액(스텔라케미파 주식회사에 의해 제공되는 LAL5000에 상당)을 물(순수)로 250 ~ 500 배로 희석한 용액 및 (b) 중량%로 7.1%인 NH₄HF₂ 및 15.4%인 NH₄F를 포함하는 수용액(스텔라케미파 주식회사에 의해 제공되는 LAL500에 상당)을 물(순수)로 50 ~ 200 배로 희석한 용액 등을 예시할 수 있는데, 이들에 한정되지 않는다. HF계 약액 탱크(41)는 HF계 약액 관로(42)를 개재하여 약액 노즐(20)에 접속되어 있고, HF계 약액 관로(42)에는 적당한 유량 조정기, 예를 들면 유량 조정 밸브(43)와 개폐 밸브(44)가 설치되어 있다. HF계 약액 관로(42)는 약액 노즐(20)의 가까운 위치에 있는 합류점에서 황산 관로(35)와 합류하고 있다.

약액 노즐(20)은 노즐 이동 기구(50)에 의해 구동된다. 노즐 이동 기구(50)는 가이드 레일(51)과, 가이드 레일(51)을 따라 이동 가능한 구동 기구 내장형의 이동체(52)와, 그 기단(基端)이 이동체(52)에 장착되고, 그 선단에 약액 노즐(20)을 보지하는 노즐 암(53)을 가지고 있다. 노즐 이동 기구(50)는 약액 노즐(20)을 기판 보지부(14)에 보지된 웨이퍼(W)의 중심의 바로 위의 위치와 웨이퍼(W)의 주연(周緣)의 바로 위의 위치와의 사이에서 이동시킬 수 있고, 약액 노즐(20)을 평면에서 봤을 때 컵(18)의 외측의 대기 위치까지 이동시킬 수도 있다.

또한, 웨트 에칭 장치는 린스 처리를 위하여 웨이퍼(W)로 순수(DIW)를 공급하는 린스 노즐(22)과, 건조 처리를 위하여 웨이퍼(W)로 이소프로필 알코올(IPA)을 공급하는 IPA 노즐(24)을 가지고 있다. 린스 노즐(22)로는 DIW 공급원으로부터 적당한 유량 조정기, 예를 들면 유량 조정 밸브(22a)와 개폐 밸브(22b)가 설치된 DIW 관로(22c)를 거쳐 DIW가 공급된다. IPA 노즐(24)로는 IPA 공급원으로부터 적당한 유량 조정기, 예를 들면 유량 조정 밸브(24a)와 개폐 밸브(24b)가 설치된 IPA 관로(24c)를 거쳐 IPA가 공급된다. 린스 노즐(22) 및 IPA 노즐(24)도 노즐 암(53)에 장착되어 있다. 따라서, 린스 노즐(22) 및 IPA 노즐(24)도 기판 보지부(14)에 보지된 웨이퍼(W)의 중심의 바로 위의 위치와 웨이퍼(W)의 주연의 바로 위의 위치와의 사이에서 이동시킬 수 있고, 컵(18)의 외측의 대기 위치까지 이동시킬 수도 있다.

웨트 에칭 장치는 그 전체의 동작을 통괄 제어하는 제어부(100)를 가지고 있다. 제어부(100)는 웨트 에칭 장치의 모든 기능 부품(예를 들면, 회전 구동부(16), 약액 공급 기구(22)의 밸브(36, 37, 43, 44), 노즐 이동 기구(50) 등)의 동작을 제어한다. 제어부(100)는 하드웨어로서, 예를 들면 범용 컴퓨터와, 소프트웨어로서 당해 컴퓨터를 동작시키기 위한 프로그램(장치 제어 프로그램 및 처리 레시피 등)을 포함한다. 소프트웨어는 컴퓨터에 고정적으로 설치된 하드 디스크 드라이브 등의 기억 매체에 저장되거나 혹은 CDROM, DVD, 플래쉬 메모리 등의 착탈 가능하게 컴퓨터에 세팅되는 기억 매체에 저장된다. 이러한 기억 매체가 참조 부호 101로 나타나 있다. 프로세서(102)는 필요에 따라 도시하지 않은 유저 인터페이스로부터의 지시 등에 기초하여 소정의 처리 레시피를 기억 매체(101)로부터 호출하여 실행시키고, 이에 의해 제어부(100)의 제어 하에서 웨트 에칭 장치의 각 기능 부품이 동작하여 소정의 처리가 행해진다.

또한, 도시된 스핀 척(10)의 기판 보지부(14)는 가동의 보지 부재(12)에 의해 웨이퍼(W)의 주연부를 파지(把持)하는 이른바 메커니컬 척 타입이었지만, 이에 한정되지 않고, 웨이퍼(W)의 이면 중앙부를 진공 흡착하는 이른바 진공 척 타입이어도 좋다. 또한, 도시된 노즐 이동 기구(50)는 노즐을 병진 운동시키는 이른바 리니어 모션 타입이었지만, 수직축선을 중심으로 회동하는 암의 선단에 노즐이 보지되어 있는 이른바 스윙 암 타입이어도 좋다. 또한, 도시예에서는 3 개의 노즐(20, 22, 24)이 공통의 암에 의해 보지되어 있었지만, 각각 다른 암에 보지되어 독립적으로 이동할 수 있도록 되어 있어도 좋다.

이어서, 상기한 웨트 에칭 장치를 이용하여 행해지는, 에칭 처리를 포함하는 액처리 방법의 일련의 공정에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일련의 공정은 기억 매체(101)에 기억된 프로세스 레시피에서 정의되는 각종의 프로세스 파라미터가 실현되도록 제어부(100)가 웨트 에칭 장치의 각 기능 부품을 제어함으로써 실행된다.

처리 대상이 되는 웨이퍼(W)는 그 표면(‘표면’이란 웨이퍼(W)에 형성된 홀 내지 오목부의 내표면을 포함함)에 SiN막(실리콘 질화막)과 SiO₂막(실리콘 산화막)이 노출되어 있는 것이며, SiN막을 선택적으로 제거할 필요가 있는 것이다. 처리 대상이 되는 웨이퍼(W)의 단면 구조로서는, 도 3의 (a)에 개략적으로 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(Si) 상에 열산화막인 SiO₂막과 SiN막이 적층되고, 트렌치가 형성되어 있는 것이 예시된다. 이 경우, 도 3의 (a)에 도시한 상태로부터 SiN막이 선택적으로 에칭되어 도 3의 (b)에 도시한 상태로 된다. 처리 대상이 되는 웨이퍼(W)의 다른 단면 구조로서는, 도 4에 개략적으로 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면인 웨이퍼(W)의 상면에 SiO₂막 및 SiN막의 양방이 노출되어 있는 것이어도 된다.

우선, 상기와 같은 단면 구조를 가지는 웨이퍼(W)가 도시하지 않은 반송 암에 의해 웨트 에칭 장치로 반입되어, 스핀 척(10)의 기판 보지부(14)에 보지된다.

［프리히팅 공정］

이어서, 노즐 이동 기구(50)에 의해 약액 노즐(20)이 웨이퍼(W)의 중심의 바로 위로 이동한다. 또한, 회전 구동부(16)가 웨이퍼(W)를 소정 회전수, 예를 들면 100 rpm으로 회전시킨다. 이 상태에서 황산 공급계(30)의 유량 조정 밸브(36)가 소정 개방도로 조정되고, 개폐 밸브(37)가 열려, 이에 의해 약액 노즐(20)로부터 소정 온도, 예를 들면 170℃로 가열된 농황산이 소정 유량, 예를 들면 1 L(1000 mL)/min로 웨이퍼(W)의 중심으로 공급되고, 공급된 농황산은 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 주연을 향해 확산된다. 이 때, 농황산은 웨이퍼(W)의 표면의 SiN막 및 SiO₂막의 양방을 에칭하지 않고, 전적으로 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 가열 매체로서 작용한다. 농황산의 공급은 소정 시간, 예를 들면 10 초간 계속되고, 이에 의해 웨이퍼(W)가 예열된다.

［에칭 공정］

이어서, 계속 웨이퍼(W)를 회전시키고, 황산 공급계(30)에 의한 농황산의 공급을 계속한 상태에서, HF계 약액 공급계(40)의 유량 조정 밸브(43)가 소정 개방도로 조정되고, 개폐 밸브(44)가 열린다. 이에 의해, HF계 약액(이는 상온임)이 HF계 약액 공급 관로(42)를 흘러, 황산 관로(35)를 흐르는 농황산과 합류하여, 농황산과 HF계 약액을 혼합하여 이루어지는 혼합 액체가 에칭액으로서 약액 노즐(20)로 공급된다. 일례로서, HF계 약액은 중량%로 30.8%인 NH₄HF₂ 및 8.9%인 HF를 포함하는 수용액을 순수로 500 배로 희석한 수용액이며, 농황산의 유량은 1 L/min, HF계 약액의 유량은 250 mL/min이다. 농황산과 HF계 약액이 혼합됨으로써 얻어진 에칭액의 온도는 혼합에 수반되는 발열에 의해, 예를 들면 약 210℃까지 상승한다. 이러한 고온의 에칭액이 웨이퍼(W)의 중심의 상방에 있는 약액 노즐(20)로부터 웨이퍼(W)의 중심으로 공급된다. 이 에칭 공정은 소정 시간, 예를 들면 60 초간 계속된다. 또한, 프리히팅 공정의 종료 후, 일단 황산 공급계(30)에 의한 농황산의 공급을 정지하고, 이 후 에칭 공정의 개시 시에 황산 공급계(30)로부터의 농황산의 공급 및 HF계 약액 공급계(40)로부터의 HF계 약액의 공급을 동시에 개시해도 좋다. 또한, 황산과 HF계 약액과의 혼합의 결과 얻어진 혼합 액체의 조성은 상기한 혼합비로부터 특정되는 것에 한정되지 않고, 예를 들면 중량%로 H₂SO₄가 50 ~ 90%, 바람직하게는 60 ~ 80%, HF계 성분(HF, NH₄F 및 NH₄HF₂의 함유량의 합)이 0.5% 이하, 바람직하게는 0.1% 이하, H₂O가 5 ~ 50%, 바람직하게는 10 ~ 30%로 할 수 있다.

에칭 공정에서는 웨이퍼(W)의 온도가 공급되는 에칭액의 온도보다 낮기 때문에, 에칭액이 웨이퍼(W)의 중심으로부터 주연을 향해 확산되는 과정에서 웨이퍼(W)에 의해 냉각된다. 이 때문에, 웨이퍼(W) 중심부는 고온의 액으로 에칭되는 한편, 주연부는 냉각된 저온의 액으로 에칭되게 되어, 에칭 조건이 상이해질 가능성이 있다. 또한, 웨이퍼(W) 중심부가 미반응의 신선한 액으로 에칭되는 반면에, 주연부에서는 반응 생성물을 포함하는 액으로 에칭되어, 에칭 조건이 상이해질 가능성이 있다. 웨이퍼(W) 중심부와 주연부에서 에칭 조건이 상이하면, 웨이퍼(W) 표면을 균일하게 에칭할 수 없을 우려가 있다. 여기서, 웨이퍼(W) 중심부란 에칭액이 고온으로 유지되어 에칭이 빨리 진행되는 영역을 말하고, 예를 들면 웨이퍼(W)의 중심으로부터 50 mm의 영역이다. 또한, 웨이퍼(W) 주연부란 에칭액이 냉각되어 에칭이 진행되기 어려운 영역을 말하고, 예를 들면 웨이퍼(W)의 주연으로부터 50 mm의 영역이다. 상기한 문제를 해결하기 위하여, 에칭 공정 동안, 노즐 이동 기구(50)에 의해 약액 노즐(20)을 후술하는 제 1 노즐 위치와 제 2 노즐 위치의 사이에서 웨이퍼(W) 반경 방향으로 이동(스캔)시켜도 좋다. 약액 노즐(20)의 이동은 1 회여도 좋고, 복수 회 왕복해도 좋다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 표면 상에서의 에칭 조건을 동일하게 할 수 있어, 보다 면내 균일성이 높은 처리를 행할 수 있다. 여기서, 제 1 노즐 위치는 웨이퍼(W)의 회전 중심의 바로 위이며, 에칭액의 공급 위치가 웨이퍼(W)의 회전 중심이 되는 위치이다. 제 2 노즐 위치는 에칭액의 공급 위치가 웨이퍼(W)의 주연 가장자리로부터 소정 거리(예를 들면, 10 mm)만큼 반경 방향 내측이 되는 위치이다. 또한, 제 1 노즐 위치와 제 2 노즐 위치의 사이로서, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 소정 거리(예를 들면, 15 mm)만큼 반경 방향 외측이 되는 위치를 제 3 노즐 위치로 하고, 제 1 노즐 위치로부터 제 2 노즐 위치까지 약액 노즐(20)을 이동시킨 다음, 제 2 노즐 위치와 제 3 노즐 위치와의 사이에서 약액 노즐을 왕복시켜도 좋다. 제 3 노즐 위치는 공급된 에칭액이 웨이퍼(W) 중심을 통과하는 범위이면 된다. 약액 노즐(20)을 제 1 노즐 위치가 아닌 제 3 노즐 위치까지 되돌림으로써,웨이퍼(W) 중심부의 에칭량이 과대해지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 약액 노즐(20)을 웨이퍼(W)의 주연 가장자리(에지)까지 이동시키지 않고 상기 제 2 위치까지 이동시킴으로써, 에칭액의 낭비를 없앨 수 있다. 또한, 스캔을 행할 시에는 약액 노즐은 일정 속도, 예를 들면 5 ~ 30 m/sec로 이동시킬 수 있다.

［린스 공정］

이어서, 약액 노즐(20)로부터의 농황산과 HF계 약액으로 이루어지는 상기 혼합 액체(혼합산)의 공급을 정지시키고, 웨이퍼(W)의 회전을 계속한 채로 DIW 노즐(22)로부터 DIW를 웨이퍼(W)의 중심으로 공급한다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 표면에 잔존하는 혼합 액체 및 에칭 잔사를 제거한다. 또한, DIW는 상온이어도 좋지만, 예를 들면 80℃의 핫 DIW를 이용함으로써, 신속하게 웨이퍼(W)의 표면에 잔존하는 혼합 액체 및 에칭 잔사를 제거할 수 있어, 린스 시간을 단축할 수 있다.

［건조 공정］

이어서, DIW 노즐(22)로부터의 DIW의 공급을 정지시키고, 웨이퍼(W)의 회전을 계속한 채로 IPA 노즐(24)로부터 IPA를 웨이퍼(W)의 중심으로 공급한다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 표면에 잔존하는 DIW를 IPA로 치환한다. 이어서, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 증가시키고, IPA의 공급을 정지시켜, 웨이퍼(W) 표면의 IPA를 제거한다. 또한, 이 건조 공정 시에, 드라이 에어의 공급 혹은 N₂ 가스의 공급을 행하여, 웨이퍼(W)의 건조를 촉진시켜도 좋다. 또한, IPA에 의한 DIW의 치환을 행하지 않고, 린스 공정 후에 즉시 스핀 건조(털어내기 건조)를 행해도 좋다.

이상에 의해, 일련의 액처리가 종료된다. 처리 완료된 웨이퍼(W)는 도시하지 않은 반송 암에 의해 웨트 에칭 장치로부터 반출된다.

[실시예]

이어서, 상기 실시예의 효과를 확인하는 시험의 결과에 대하여 설명한다. 표면에 SiN막과 SiO₂막이 노출된 반도체 웨이퍼(W)를 마련하고, 웨트 에칭 처리를 행했다. 에칭 처리의 흐름은 전술한 실시예에 기재한 바(단, 조건 1, 2는 프리히팅 공정 없음)와 같다. 프리히팅 공정은 웨이퍼(W)를 100 rpm으로 회전시키면서, 170℃로 가열된 농황산(농도 98%)을 1 L/min의 유량으로 10 초간, 약액 노즐로부터 웨이퍼(W) 중심으로 토출시킴으로써 행했다. 프리히팅 공정은 조건 3의 경우에만 행했다. 에칭 공정은 웨이퍼(W)를 100 rpm으로 회전시키면서, 170℃로 가열된 농황산(농도 98%)을 1 L/min의 유량으로 약액 노즐로 공급하고, 전술한 LAL5000을 순수로 250 배(조건 1의 경우), 500 배(조건 2, 3의 경우)로 희석한 수용액을 250 mL/min의 유량으로 약액 노즐로 공급하여, 농황산, LAL5000 및 순수의 혼합 액체를 1250 mL/min의 유량으로 약액 노즐로부터 웨이퍼(W)로 60 초간 공급했다. 또한, 약액 노즐로부터 토출된 혼합 액체의 온도는 210℃였다. 에칭 공정에서는 약액 노즐의 스캔을 행하고, 약액 노즐을 전술한 제 1 노즐 위치(웨이퍼(W) 중심의 바로 위)로부터 제 2 노즐 위치(웨이퍼(W) 주연으로부터 10 mm 내측)로 이동시킨 다음, 제 3 노즐 위치(웨이퍼(W) 중심으로부터 15 mm 외측)로 되돌리고, 이 후, 제 2 노즐 위치와 제 3 노즐 위치와의 사이에서 왕복시켰다.

시험 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 또한, ‘에칭 균일성’이란 웨이퍼(W) 상의 복수 개소에서 측정된 에칭량에 기초하여, 식 ‘［(에칭량의 최대치 - 에칭량의 최소치) / (에칭량의 평균치 × 2)］× 100’에 의해 산출된 것이다.

조건	SiN / SiO₂ 선택비	SiN 에칭 레이트[Å/min]	SiN 에칭 균일성[%]	SiO₂ 에칭 레이트[Å/min]	SiO₂ 에칭 균일성[%]
1	44.54	175.49	5.41	3.94	54.98
2	55.00	134.32	5.29	2.44	54.73
3	59.92	151.59	4.78	2.53	52.88

조건 1과 조건 2의 상위(相違)는 LAL5000의 희석률뿐이며, 조건 2가 LAL5000의 농도가 낮다(즉, 에칭액 중의 NH₄HF₂ 및 HF의 농도가 낮음). 이 상위에 따라, 조건 2가 SiN / SiO₂ 선택비가 높아진 반면에, SiN막의 에칭 레이트는 저하되었다. 이 결과는 선행 기술 문헌이 교시하는 바와 같다. 조건 2와 조건 3의 상위는 프리히팅 공정의 유무뿐이다. 프리히팅 공정이 있는 조건 3에서는, 조건 2와 비교하여, SiN막의 에칭 레이트가 매우 높아졌다. 또한, 조건 3에서는 조건 2와 비교하여 SiN / SiO₂ 선택비는 더 높게 되어 있고, SiN막의 에칭 균일성도 높아졌다.

상기한 시험 결과로부터, 에칭 공정을 HF계 약액의 농도가 낮은 약액으로 행할 경우에 프리히팅 공정을 마련함으로써, SiN막의 에칭 레이트가 향상되었다. 또한, 프리히팅 공정을 마련함으로써, SiN / SiO₂ 선택비가 향상되었다. 또한, SiN막과 SiO₂막의 에칭 균일성이 함께 향상되었다.

상기한 시험 결과로부터도 명백한 바와 같이, 상기한 실시예에 따르면, 에칭 공정에 앞서 가열된 농황산에 의해 웨이퍼(W)를 예비 가열하는 프리히팅 공정을 마련함으로써, 에칭 공정에서의 SiN막의 에칭 레이트를 높일 수 있다. 이 때문에, 에칭 공정을 HF계 약액의 농도가 낮은 약액으로 행할 경우, SiN막의 에칭 레이트가 저하되는 것을 억제하고, 스루풋이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 프리히팅 공정을 마련함으로써 SiN / SiO₂ 선택비를 향상시킬 수 있다. 이에 의해, SiO₂막을 거의 에칭하지 않고 SiN막을 선택적으로 에칭할 수 있다. 즉, 높은 SiN / SiO₂ 선택비와 높은 SiN막의 에칭 레이트를 양립시킬 수 있다. 또한, SiN막과 SiO₂막의 에칭 균일성이 함께 향상됨으로써 웨이퍼(W)의 표면을 균일하게 에칭할 수 있다. 또한, 농황산은 비점이 순수보다 높기 때문에, 공급 배관계의 내구(耐久) 온도 이하라면 100℃ 이상에서의 웨이퍼(W)로 공급할 수 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)를 효율적으로 가열할 수 있다. 또한, 농황산은 에칭 공정에 이용하는 에칭액의 한 성분이기 때문에, 프리히팅 공정을 위하여 전용의 가열 수단(가열 램프, 히터 등) 또는 전용의 가열 유체의 공급계를 설치할 필요는 없고, 중간 공정(예를 들면, 황산을 제거하는 린스 공정)을 사이에 두지 않고 프리히팅 공정으로부터 에칭 공정으로 직접 이행할 수 있다.

상기 실시예에서는 처리 대상 기판은 반도체 웨이퍼였지만, 이에 한정되지 않고, SiN막 및 SiO₂막을 가지는 다른 종류의 기판, 예를 들면 FPD(플랫 패널 디스플레이)용의 기판 또는 MEMS(마이크로 일렉트로 메커니컬 시스템)용의 기판이어도 좋다.

10 : 스핀 척
14 : 기판 보지부
16 : 회전 구동부
20 : 약액 노즐
26 : 약액 공급 기구
30 : 제 1 약액 공급계(황산 공급계)
40 : 제 2 약액 공급계(HF계 약액 공급계)
100 : 제어부
101 : 기억 매체

Claims

실리콘 질화막 및 실리콘 산화막이 표면에 노출된 기판으로 가열된 H₂SO₄를 공급하여 기판을 가열하는 프리히팅 공정과,
이 후, 상기 기판으로 가열된 H₂SO₄와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나와 H₂O와의 혼합 액체를 공급하는 에칭 공정
을 구비한 에칭 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 프리히팅 공정은, 상기 기판을 수평 자세로 수직축선을 중심으로 회전시키면서, 상기 기판의 중심부로 상기 가열된 H₂SO₄를 공급함으로써 실행되고,
상기 에칭 공정은, 상기 기판을 수평 자세로 수직축선을 중심으로 회전시키면서, 상기 기판으로 상기 혼합 액체를 공급함으로써 실행되는 에칭 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 에칭 공정은, 상기 기판으로의 상기 혼합 액체의 공급 위치를 기판 중심부와 기판 주연부의 사이에서 복수 회 왕복시키면서 실행되는 에칭 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 에칭 공정은, 상기 기판으로의 상기 혼합 액체의 공급 위치를 기판 회전 중심과 기판 주연의 사이에서 복수 회 왕복시키면서 실행되는 에칭 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 에칭 공정은, 상기 기판으로의 상기 혼합 액체의 공급 위치를, 상기 기판의 회전 중심과 상기 기판의 주연 가장자리의 사이의 위치로서, 상기 기판의 회전 중심으로부터 소정 거리 반경 방향 외측의 위치와 상기 기판의 주연 가장자리로부터 소정 거리 반경 방향 내측의 위치와의 사이에서 복수 회 왕복시키면서 실행되는 에칭 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 프리히팅 공정에서 상기 가열된 H₂SO₄의 공급과, 상기 에칭 공정에서의 상기 혼합 액체의 공급은 동일한 약액 노즐에 의해 행해지는 에칭 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 에칭 공정은, 상기 프리히팅 공정에서의 상기 가열된 H₂SO₄가 흐르는 유로에서상기 가열된 H₂SO₄와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 상기 적어도 어느 하나와 H₂O를 혼합하여 얻어진 상기 혼합 액체를 상기 약액 노즐로부터 토출시킴으로써 실행되는 에칭 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열된 H₂SO₄의 온도가 150℃ 이상인 에칭 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열된 H₂SO₄의 온도가 170℃ 이상인 에칭 방법.
기판을 보지(保持)하는 기판 보지부와,
상기 기판 보지부에 보지된 기판으로 가열된 H₂SO₄를 공급할 수 있도록 구성되고, 가열된 H₂SO₄와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나와 H₂O와의 혼합 액체를 공급할 수 있도록 구성된 약액 공급 기구와,
상기 약액 공급 기구를 제어하여,
실리콘 질화막 및 실리콘 산화막이 표면에 노출된 기판으로 가열된 H₂SO₄를 공급하여 기판을 가열하는 프리히팅 공정과,
이 후, 상기 기판으로 가열된 H₂SO₄와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나와 H₂O와의 혼합 액체를 공급하는 에칭 공정
이 실행되도록 하는 제어부
를 구비한 에칭 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 기판 보지부는 기판을 수평 자세로 보지하도록 구성되어 있고,
상기 에칭 장치는, 상기 기판 보지부를 수직축선을 중심으로 회전시키는 회전 구동부를 더 구비하고 있고,
상기 제어부는, 상기 프리히팅 공정 및 상기 에칭 공정에서, 기판을 보지한 상기 기판 보지부가 회전하도록 상기 회전 구동부를 제어하도록 구성되어 있는 에칭 장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 약액 공급 기구는, 상기 가열된 H₂SO₄를 공급할 수 있도록 구성된 제 1 약액 공급계와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나와 H₂O를 공급할 수 있도록 구성된 제 2 약액 공급계를 가지고 있고, 상기 제 1 약액 공급계와 상기 제 2 약액 공급계는 공통의 약액 노즐에 접속되고, 상기 제 1 약액 공급계가 상기 가열된 H₂SO₄를 상기 약액 노즐로 공급하고, 상기 제 2 약액 공급계가 HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나와 H₂O를 상기 약액 노즐로 공급하고 있지 않는 제 1 상태와, 상기 제 1 약액 공급계가 상기 가열된 H₂SO₄를 상기 약액 노즐로 공급하고, 상기 제 2 약액 공급계가 HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나와 H₂O를 상기 약액 노즐로 공급하고 있는 제 2 상태를 전환 가능하게 구성되어 있는 에칭 장치.
에칭 장치의 제어부를 이루는 컴퓨터에 의해 판독 가능한 프로그램을 기록하는 기억 매체로서,
상기 에칭 장치는, 기판으로 가열된 H₂SO₄를 공급할 수 있도록 구성되고, 가열된 H₂SO₄와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나와 H₂O와의 혼합 액체를 공급할 수 있도록 구성된 약액 공급 기구를 가지고 있고, 상기 컴퓨터가 상기 프로그램을 실행시키면 상기 제어부가 상기 에칭 장치를 제어하여,
실리콘 질화막 및 실리콘 산화막이 표면에 노출된 기판으로 가열된 H₂SO₄를 공급하여 기판을 가열하는 프리히팅 공정과,
이 후, 상기 기판으로 가열된 H₂SO₄와, HF, NH₄F 및 NH₄HF₂ 중 적어도 어느 하나와 H₂O와의 혼합 액체를 공급하는 에칭 공정을 실행시키는 기억 매체.