KR20210027472A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210027472A
KR20210027472A KR1020217003571A KR20217003571A KR20210027472A KR 20210027472 A KR20210027472 A KR 20210027472A KR 1020217003571 A KR1020217003571 A KR 1020217003571A KR 20217003571 A KR20217003571 A KR 20217003571A KR 20210027472 A KR20210027472 A KR 20210027472A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
etching
substrate
etchant
liquid
inhibitory substance
Prior art date
Application number
KR1020217003571A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102544412B1 (ko
Inventor
세이 네고로
겐지 고바야시
Original Assignee
가부시키가이샤 스크린 홀딩스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 filed Critical 가부시키가이샤 스크린 홀딩스
Priority claimed from PCT/JP2019/026609 external-priority patent/WO2020044789A1/ja
Publication of KR20210027472A publication Critical patent/KR20210027472A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102544412B1 publication Critical patent/KR102544412B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67075—Apparatus for fluid treatment for etching for wet etching
    • H01L21/6708—Apparatus for fluid treatment for etching for wet etching using mainly spraying means, e.g. nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02043—Cleaning before device manufacture, i.e. Begin-Of-Line process
    • H01L21/02052—Wet cleaning only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02057—Cleaning during device manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/0223—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
    • H01L21/02233—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer
    • H01L21/02236—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor
    • H01L21/02238—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor silicon in uncombined form, i.e. pure silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/32055—Deposition of semiconductive layers, e.g. poly - or amorphous silicon layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32134—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by liquid etching only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67023—Apparatus for fluid treatment for general liquid treatment, e.g. etching followed by cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68764—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a movable susceptor, stage or support, others than those only rotating on their own vertical axis, e.g. susceptors on a rotating caroussel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Weting (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Circuit Boards (AREA)

Abstract

제4급 암모늄 수산화물과, 물과, 제4급 암모늄 수산화물로부터 생긴 수산화물 이온과 에칭 대상물(P1~P3)의 접촉을 저해하는 저해 물질을 포함하는 알칼리성의 에칭액을 작성한다. 작성된 에칭액을, 폴리실리콘을 포함하는 에칭 대상물(P1~P3)과 에칭 대상물(P1~P3)과는 상이한 비에칭 대상물(O1~O3)이 노출된 기판에 공급함으로써, 비에칭 대상물(O1~O3)의 에칭을 억제하면서 에칭 대상물(P1~P3)을 에칭한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
이 출원은, 2018년 8월 31일 제출된 일본국 특허 출원 2018-163796호와, 2019년 4월 11일 제출된 일본국 특허 출원 2019-075345호에 의거하는 우선권을 주장하고 있으며, 이 출원의 전체 내용은 여기에 인용에 의해 편입되는 것으로 한다.
본 발명은, 기판을 처리하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다. 처리 대상의 기판에는, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치나 유기 EL(electroluminescence) 표시 장치 등의 FPD(Flat Panel Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판, 태양 전지용 기판 등이 포함된다.
반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 제조 공정에서는, 반도체 웨이퍼나 액정표시 장치용 유리 기판 등의 기판을 처리하는 기판 처리 장치가 이용된다. 특허 문헌 1에는, TMAH를 기판에 공급하여, 기판에 형성된 폴리실리콘막을 에칭하는 기판 처리 장치가 개시되어 있다.
일본국 특허공개 2013-258391호 공보
반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 제조 공정에서는, 폴리실리콘막 및 산화 실리콘막이 노출된 기판에 TMAH 등의 에칭액을 공급하여, 산화 실리콘막의 에칭을 억제하면서, 폴리실리콘막을 에칭하는 경우가 있다. 이 경우, 선택비(폴리실리콘막의 에칭 속도/산화 실리콘막의 에칭 속도)를 높은 값으로 유지하면서, 폴리실리콘막을 균일하게 에칭하는 것이 요구된다.
폴리실리콘막은, 다수의 미소한 실리콘 단결정으로 구성되어 있다. 실리콘 단결정은, TMAH에 대해서 이방성을 나타낸다. 즉, 실리콘 단결정에 TMAH를 공급했을 때의 에칭 속도(단위 시간당 에칭량)는, 실리콘의 결정면마다 상이하다(에칭의 이방성). 폴리실리콘막의 표면에서 노출되는 결정면의 방위는 다양하며, 폴리실리콘막의 장소마다 상이하다. 또한, 폴리실리콘막의 표면에서 노출되는 결정면의 방위는, 폴리실리콘막마다 상이하다.
실리콘 단결정에 이방성이 있으므로, 폴리실리콘막을 TMAH로 에칭하면, 미소하지만, 폴리실리콘막의 에칭량이, 폴리실리콘막의 장소마다 상이하다. 복수 장의 폴리실리콘막을 TMAH로 에칭할 때에도, 미소하지만, 폴리실리콘막의 에칭량이, 폴리실리콘막마다 상이하다. 기판 상에 형성되는 패턴의 미세화에 수반하여, 이 정도의 에칭의 불균일도 허용되지 않는 경우가 있다.
그래서, 본 발명의 목적 중 하나는, 실리콘 단결정 또는 폴리실리콘과는 상이한 비(非)에칭 대상물의 에칭을 억제하면서, 폴리실리콘을 포함하는 에칭 대상물을 균일하게 에칭할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시 형태는, 폴리실리콘을 포함하는 에칭 대상물과, 상기 에칭 대상물과는 상이한 비에칭 대상물이 노출된 기판에 알칼리성의 에칭액을 공급하는 기판 처리 방법으로서, 제4급 암모늄 수산화물과, 물과, 상기 제4급 암모늄 수산화물로부터 생긴 수산화물 이온과 상기 에칭 대상물의 접촉을 저해하는 저해 물질을 포함하는 알칼리성의 상기 에칭액을 작성하는 에칭액 작성 공정과, 상기 에칭액 작성 공정에서 작성된 상기 에칭액을, 상기 에칭 대상물과 상기 비에칭 대상물이 노출된 상기 기판에 공급함으로써, 상기 비에칭 대상물의 에칭을 억제하면서 상기 에칭 대상물을 에칭하는 선택 에칭 공정을 포함하는, 기판 처리 방법을 제공한다.
이 구성에 의하면, 제4급 암모늄 수산화물과 물과 저해 물질을 포함하는 알칼리성의 에칭액을, 폴리실리콘을 포함하는 에칭 대상물과 에칭 대상물과는 상이한 비에칭 대상물이 노출된 기판에 공급한다. 제4급 암모늄 수산화물이 물에 녹으면, 제4급 암모늄 수산화물은, 양이온(카티온)과 수산화물 이온으로 분리된다. 에칭 대상물에 포함되는 실리콘 단결정은, 수산화물 이온과 반응하여, 에칭액에 녹는다. 에칭 대상물의 에칭 속도는, 비에칭 대상물의 에칭 속도보다 크다. 이로써, 에칭 대상물이 선택적으로 에칭된다.
저해 물질은, 수산화물 이온과 에칭 대상물의 접촉을 저해한다. 즉, 저해 물질은, 수산화물 이온에 있어서 입체적인 장벽이 되어, 에칭 대상물과 반응하는 수산화물 이온의 수를 감소시킨다. 이로써, 에칭 대상물의 에칭 속도가 저하한다. 또한, 에칭 속도는, 실리콘 단결정의 복수의 결정면에 있어서 균일하게 감소하는 것이 아니라, 이들 중 에칭 속도가 높은 결정면에서 상대적으로 크게 저하한다. 이로써, 복수의 결정면에 있어서의 에칭 속도의 차가 감소하여, 에칭액에 대한 실리콘 단결정의 이방성이 저하한다. 즉, 에칭 대상물에 포함되는 실리콘 단결정의 에칭이 등방성 에칭에 가까워져, 에칭 대상물이 어떠한 장소에서도 균일한 에칭량으로 에칭된다.
상기 에칭 대상물은, 상기 기판 자체의 일부여도 되고, 상기 기판(실리콘 웨이퍼 등의 모재) 상에 형성된 적층물의 일부 또는 전부여도 된다. 결정면의 방위나 온도 등의 에칭 조건이 같으면, 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질을 포함하는 알칼리성의 에칭액을 공급했을 때의 실리콘 단결정의 에칭 속도는, 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물을 포함하고, 상기 저해 물질을 포함하지 않는 알칼리성의 에칭액을 공급했을 때의 실리콘 단결정의 에칭 속도보다 작다.
상기 실시 형태에 있어서, 이하의 특징 중 적어도 하나가, 상기 기판 처리 방법에 더해져도 된다.
상기 에칭액 작성 공정은, 상기 폴리실리콘을 구성하는 실리콘 단결정의 복수의 결정면에 있어서의 에칭 속도의 차에 의거하여 상기 에칭액에 있어서의 상기 저해 물질의 농도를 결정하는 농도 결정 공정을 포함한다.
상기 에칭액 작성 공정에서 작성되는 상기 에칭액에 있어서의 상기 저해 물질의 농도는, 20질량퍼센트 농도 이상, 100질량퍼센트 농도 미만이다.
상기 저해 물질의 분자는, 상기 수산화물 이온보다 크다.
상술한 바와 같이, 에칭액 중의 수산화물 이온은, 에칭액 중의 저해 물질에 차단된다. 에칭액 중에 존재하는 저해 물질의 분자의 수가 같으면, 저해 물질의 분자가 클수록, 수산화물 이온이 에칭 대상물에 도달하기 어렵다. 이 구성과 같이, 1개의 분자가 수산화물 이온보다 큰 저해 물질을 이용하면, 에칭 대상물에 접촉하는 수산화물 이온의 수를 효과적으로 줄일 수 있다.
상기 에칭액 작성 공정은, 상기 에칭액이 토출구로부터 토출되기 전에, 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질을 혼합하는 토출 전 혼합 공정을 포함하고, 상기 선택 에칭 공정은, 상기 에칭액 작성 공정에서 작성된 상기 에칭액을 상기 기판을 향해서 상기 토출구로 하여금 토출하게 하는 토출 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 제4급 암모늄 수산화물과 물과 저해 물질을, 토출구로부터 토출된 후가 아니라, 토출구로부터 토출되기 전에 혼합한다. 이로써, 제4급 암모늄 수산화물과 물과 저해 물질이 균일하게 섞인 에칭액이 작성된다. 그 후, 에칭액이 기판을 향해서 토출구로부터 토출되어, 기판에 공급된다. 따라서, 토출구로부터 토출된 후에 제4급 암모늄 수산화물과 물과 저해 물질을 혼합하는 경우에 비해, 기판을 균일하게 처리할 수 있다.
상기 토출 전 혼합 공정은, 배관을 통해 상기 토출구에 접속된 탱크 중에서 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질을 혼합하는 탱크 내 혼합 공정이어도 되고, 상기 토출구 쪽으로 액체를 안내하는 유로(배관 또는 노즐) 내에서 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질을 혼합하는 유로 내 혼합 공정이어도 된다. 상기 에칭액 작성 공정은, 상기 토출 전 혼합 공정을 대신하여, 상기 토출구와 상기 기판 사이의 공간에서 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질을 혼합하는 공중 혼합 공정과, 상기 기판 상에서 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질을 혼합하는 기판상 혼합 공정 중 어느 한쪽을 포함하고 있어도 된다.
상기 기판 처리 방법은, 상기 선택 에칭 공정의 전에, 산화막 제거액을 상기 기판에 공급하여, 상기 에칭 대상물의 자연 산화막을 제거하는 자연 산화막 제거 공정을 더 포함한다.
이 구성에 의하면, 산화막 제거액이 기판에 공급되어, 에칭 대상물의 자연 산화막이 에칭 대상물의 표층으로부터 제거된다. 그 후, 에칭액이 기판에 공급되어, 에칭 대상물이 선택적으로 에칭된다. 에칭 대상물의 자연 산화막은, 주로 산화 실리콘으로 구성되어 있다. 에칭액은, 산화 실리콘을 에칭하지 않거나 혹은 대부분 에칭하지 않으며, 에칭 대상물을 에칭하는 액체이다. 이것은, 수산화물 이온이 규소와 반응하지만, 산화 실리콘과는 반응하지 않거나 혹은 대부분 반응하지 않기 때문이다. 따라서, 에칭 대상물의 자연 산화막을 미리 제거함으로써, 에칭 대상물을 효율적으로 에칭할 수 있다.
상기 에칭 대상물은, 폴리실리콘을 퇴적시키는 퇴적 공정과, 상기 퇴적 공정에서 퇴적한 상기 폴리실리콘을 가열하는 열처리 공정을 포함하는 복수의 공정을 실행함으로써 얻어진 박막이다.
이 구성에 의하면, 퇴적한 폴리실리콘을 가열하는 열처리 공정이 행해진 에칭 대상물을, 알칼리성의 에칭액으로 에칭한다. 퇴적한 폴리실리콘을 적절한 조건하에서 가열하면, 폴리실리콘의 입도(그레인 사이즈)가 증가한다. 따라서, 열처리 공정이 행해지지 않은 경우와 비교하여, 에칭 대상물에 포함되는 실리콘 단결정이 대형화하고 있다. 이것은, 에칭 대상물의 표면에서 노출되는 실리콘 단결정의 수가 감소하여, 이방성의 영향이 높아지는 것을 의미한다. 따라서, 이러한 에칭 대상물에 제4급 암모늄 수산화물과 물과 저해 물질을 포함하는 에칭액을 공급함으로써, 이방성의 영향을 효과적으로 저하시킬 수 있다.
상기 에칭액 작성 공정은, 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질 중 적어도 하나의 용존 산소 농도를 저하시키는 용존 산소 농도 변경 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 제4급 암모늄 수산화물과 물과 저해 물질 중 적어도 하나의 용존 산소 농도를 저하시킨다. 따라서, 이들로부터 작성되는 에칭액의 용존 산소 농도가 저하한다. 용존 산소 농도가 높은 에칭액이 기판에 공급되면, 에칭 대상물의 표층의 일부가 산화되어, 산화 실리콘으로 변화한다. 이것은, 에칭 대상물의 에칭 속도가 더 저하하는 것을 의미한다. 따라서, 용존 산소 농도가 낮은 에칭액을 기판에 공급함으로써, 에칭 대상물의 에칭 속도의 저하를 억제하면서, 실리콘 단결정의 이방성을 저하시킬 수 있다.
상기 용존 산소 농도 변경 공정은, 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질 중 적어도 하나에, 공기 중의 산소 농도(약 21vol%(체적퍼센트 농도))보다 낮은 산소 농도를 갖는 저산소 가스를 용해시키는 가스 용해 공정이어도 되고, 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질 중 적어도 하나를 저류하는 탱크 내의 기압을 저하시키는 감압 공정 등의 상기 가스 용해 공정 이외의 공정이어도 된다.
상기 기판 처리 방법은, 상기 기판에 유지되어 있는 상기 에칭액에 접하는 분위기 중의 산소 농도를 저하시키는 분위기 산소 농도 변경 공정을 더 포함한다.
이 구성에 의하면, 분위기 중의 산소 농도가 낮은 상태로 에칭액이 기판에 공급된다. 이로써, 분위기로부터 에칭액에 녹아드는 산소가 감소하고, 용존 산소 농도의 상승이 억제된다. 용존 산소 농도가 높은 에칭액이 기판에 공급되면, 에칭 대상물의 에칭 속도가 더 저하해 버린다. 따라서, 분위기 중의 산소 농도를 저하시킴으로써, 에칭 속도의 추가 저하를 억제할 수 있다.
상기 저해 물질은, 글리콜이다.
상기 에칭액 작성 공정은, 상기 제4급 암모늄 수산화물로서의 TMAH(테트라메틸암모늄하이드로옥사이드)와, 상기 물과, 상기 글리콜로서의 프로필렌글리콜을 포함하는 알칼리성의 상기 에칭액을 작성하는 공정이다.
본 발명의 다른 실시 형태는, 폴리실리콘을 포함하는 에칭 대상물과, 상기 에칭 대상물과는 상이한 비에칭 대상물이 노출된 기판에 알칼리성의 에칭액을 공급하는 기판 처리 장치로서, 제4급 암모늄 수산화물과, 물과, 상기 제4급 암모늄 수산화물로부터 생긴 수산화물 이온과 상기 에칭 대상물의 접촉을 저해하는 저해 물질을 포함하는 알칼리성의 상기 에칭액을 작성하는 에칭액 작성 수단과, 상기 에칭액 작성 수단이 작성한 상기 에칭액을, 상기 에칭 대상물과 상기 비에칭 대상물이 노출된 상기 기판에 공급함으로써, 상기 비에칭 대상물의 에칭을 억제하면서 상기 에칭 대상물을 에칭하는 선택 에칭 수단을 포함하는, 기판 처리 장치를 제공한다. 이 구성에 의하면, 상술의 효과와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 이하의 특징 중 적어도 하나가, 상기 기판 처리 장치에 더해져도 된다.
상기 에칭액 작성 수단은, 상기 폴리실리콘을 구성하는 실리콘 단결정의 복수의 결정면에 있어서의 에칭 속도의 차에 의거하여 상기 에칭액에 있어서의 상기 저해 물질의 농도를 결정하는 농도 결정 수단을 포함한다.
상기 에칭액 작성 수단이 작성한 상기 에칭액에 있어서의 상기 저해 물질의 농도는, 20질량퍼센트 농도 이상, 100질량퍼센트 농도 미만이다.
상기 저해 물질의 분자는, 상기 수산화물 이온보다 크다. 이 구성에 의하면, 상술의 효과와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
상기 선택 에칭 수단은, 상기 에칭액 작성 수단이 작성한 상기 에칭액을 상기 기판을 향해서 토출하는 토출구를 포함하고, 상기 에칭액 작성 수단은, 상기 에칭액이 상기 토출구로부터 토출되기 전에, 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질을 혼합하는 혼합 수단을 포함한다. 이 구성에 의하면, 상술의 효과와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 에칭액 작성 수단이 작성한 상기 에칭액이 상기 기판에 공급되기 전에, 산화막 제거액을 상기 기판에 공급하여, 상기 에칭 대상물의 자연 산화막을 제거하는 자연 산화막 제거 수단을 더 포함한다. 이 구성에 의하면, 상술의 효과와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
상기 에칭액 작성 수단은, 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질 중 적어도 하나의 용존 산소 농도를 저하시키는 용존 산소 농도 변경 수단을 포함한다. 이 구성에 의하면, 상술의 효과와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 기판에 유지되어 있는 상기 에칭액에 접하는 분위기 중의 산소 농도를 저하시키는 분위기 산소 농도 변경 수단을 더 포함한다. 이 구성에 의하면, 상술의 효과와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
상기 저해 물질은, 글리콜이다.
상기 에칭액 작성 수단은, 상기 제4급 암모늄 수산화물로서의 TMAH(테트라메틸암모늄하이드로옥사이드)와, 상기 물과, 상기 글리콜로서의 프로필렌글리콜을 포함하는 알칼리성의 상기 에칭액을 작성하는 수단이다.
본 발명에 있어서의 상술의, 또는 다른 목적, 특징 및 효과는, 첨부 도면을 참조하여 다음에 말하는 실시 형태의 설명에 의해 명백해진다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시 형태에 따르는 기판 처리 장치를 위에서 본 모식도이다.
도 1b는 기판 처리 장치를 측방에서 본 모식도이다.
도 2는 기판 처리 장치에 구비된 처리 유닛의 내부를 수평으로 본 모식도이다.
도 3은 도 2의 일부를 확대한 확대도이다.
도 4는 기판에 공급되는 약액을 작성하는 약액 작성 유닛과, 약액의 용존 산소 농도를 조정하는 용존 산소 농도 변경 유닛을 도시한 모식도이다.
도 5는 제어 장치의 하드웨어를 도시한 블럭도이다.
도 6은 도 7에 도시한 처리가 행해지기 전후의 기판의 단면의 일례를 도시한 모식도이다.
도 7은 기판 처리 장치에 의해서 실행되는 기판 처리의 일례에 대해 설명하기 위한 공정도이다.
도 8a는 수산화물 이온과 폴리실리콘의 접촉이 저해 물질에 의해서 저해될 때에 상정되는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 수산화물 이온과 폴리실리콘의 접촉이 저해 물질에 의해서 저해될 때에 상정되는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 실리콘 단결정의 3개의 결정면의 에칭 속도와 에칭액 중의 프로필렌글리콜의 농도의 관계의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 따르는 기판 처리 장치에 구비된 약액 처리 유닛을 도시한 모식도이다.
도 11은 새로운 에칭액을 작성하고 나서 사용이 끝난 에칭액을 침지조로부터 배출할 때까지의 흐름의 일례를 도시한 공정도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 형태에 따르는 약액 작성 유닛을 도시한 모식도이다.
도 1a는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따르는 기판 처리 장치(1)를 위에서 본 모식도이다. 도 1b는, 기판 처리 장치(1)를 측방에서 본 모식도이다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼 등의 원판 형상의 기판(W)을 1장씩 처리하는 매엽식의 장치이다. 기판 처리 장치(1)는, 기판(W)을 수용하는 캐리어(C)를 유지하는 로드 포트(LP)와, 로드 포트(LP) 상의 캐리어(C)로부터 반송된 기판(W)을 처리하는 복수의 처리 유닛(2)과, 로드 포트(LP) 상의 캐리어(C)와 처리 유닛(2) 사이에서 기판(W)을 반송하는 반송 로봇과, 기판 처리 장치(1)를 제어하는 제어 장치(3)를 구비하고 있다.
반송 로봇은, 로드 포트(LP) 상의 캐리어(C)에 대해서 기판(W)의 반입 및 반출을 행하는 인덱서 로봇(IR)과, 복수의 처리 유닛(2)에 대해서 기판(W)의 반입 및 반출을 행하는 센터 로봇(CR)을 포함한다. 인덱서 로봇(IR)은, 로드 포트(LP)와 센터 로봇(CR) 사이에서 기판(W)을 반송하고, 센터 로봇(CR)은, 인덱서 로봇(IR)과 처리 유닛(2) 사이에서 기판(W)을 반송한다. 센터 로봇(CR)은, 기판(W)을 지지하는 핸드(H1)를 포함하고, 인덱서 로봇(IR)은, 기판(W)을 지지하는 핸드(H2)를 포함한다.
복수의 처리 유닛(2)은, 평면에서 봤을 때 센터 로봇(CR) 둘레에 배치된 복수의 타워(TW)를 형성하고 있다. 도 1a는, 4개의 타워(TW)가 형성되어 있는 예를 도시하고 있다. 센터 로봇(CR)은, 어느 타워(TW)에도 액세스 가능하다. 도 1b에 도시한 바와 같이, 각 타워(TW)는, 상하로 적층된 복수(예를 들어 3개)의 처리 유닛(2)을 포함한다.
도 2는, 기판 처리 장치(1)에 구비된 처리 유닛(2)의 내부를 수평으로 본 모식도이다. 도 3은, 도 2의 일부를 확대한 확대도이다. 도 2는, 승강 프레임(32) 및 차단 부재(33)가 하측 위치에 위치하고 있는 상태를 도시하고 있고, 도 3은, 승강 프레임(32) 및 차단 부재(33)가 상측 위치에 위치하고 있는 상태를 도시하고 있다. 이하의 설명에 있어서, TMAH는, 특별히 거절이 없는 한, TMAH의 수용액을 의미한다.
처리 유닛(2)은, 내부 공간을 갖는 상자형의 챔버(4)와, 챔버(4) 내에서 1장의 기판(W)을 수평으로 유지하면서 기판(W)의 중앙부를 지나는 연직인 회전 축선(A1) 둘레로 회전시키는 스핀 척(10)과, 회전 축선(A1) 둘레로 스핀 척(10)을 둘러싸는 통형상의 처리 컵(23)을 포함한다.
챔버(4)는, 기판(W)이 통과하는 반입 반출구(6b)가 설치된 상자형의 격벽(6)과, 반입 반출구(6b)를 개폐하는 셔터(7)를 포함한다. 챔버(4)는, 추가로, 격벽(6)의 천정면에서 개구하는 송풍구(6a)의 하방에 배치된 정류판(8)을 포함한다. 클린 에어(필터에 의해 여과된 공기)를 보내는 FFU(5)(팬·필터·유닛)는, 송풍구(6a) 위에 배치되어 있다. 챔버(4) 내의 기체를 배출하는 배기 덕트(9)는, 처리 컵(23)에 접속되어 있다. 송풍구(6a)는, 챔버(4)의 상단부에 설치되어 있고, 배기 덕트(9)는, 챔버(4)의 하단부에 배치되어 있다. 배기 덕트(9)의 일부는, 챔버(4)의 밖에 배치되어 있다.
정류판(8)은, 격벽(6)의 내부 공간을 정류판(8)의 상방의 상측 공간(Su)과 정류판(8)의 하방의 하측 공간(SL)으로 나누고 있다. 격벽(6)의 천정면과 정류판(8)의 상면 사이의 상측 공간(Su)은, 클린 에어가 확산하는 확산 공간이다. 정류판(8)의 하면과 격벽(6)의 마루면 사이의 하측 공간(SL)은, 기판(W)의 처리가 행해지는 처리 공간이다. 스핀 척(10)이나 처리 컵(23)은, 하측 공간(SL)에 배치되어 있다. 격벽(6)의 마루면으로부터 정류판(8)의 하면까지의 연직 방향의 거리는, 정류판(8)의 상면으로부터 격벽(6)의 천정면까지의 연직 방향의 거리보다 길다.
FFU(5)는, 송풍구(6a)를 통해 상측 공간(Su)에 클린 에어를 보낸다. 상측 공간(Su)에 공급된 클린 에어는, 정류판(8)에 닿아 상측 공간(Su)을 확산한다. 상측 공간(Su) 내의 클린 에어는, 정류판(8)을 상하로 관통하는 복수의 관통 구멍을 통과하여, 정류판(8)의 전역으로부터 하방으로 흐른다. 하측 공간(SL)에 공급된 클린 에어는, 처리 컵(23) 내로 흡입되어, 배기 덕트(9)를 통해서 챔버(4)의 하단부로부터 배출된다. 이로써, 정류판(8)으로부터 하방으로 흐르는 균일한 클린 에어의 하강류(다운 플로우)가, 하측 공간(SL)에 형성된다. 기판(W)의 처리는, 클린 에어의 하강류가 형성되어 있는 상태로 행해진다.
스핀 척(10)은, 수평인 자세로 유지된 원판 형상의 스핀 베이스(12)와, 스핀 베이스(12)의 상방에서 기판(W)을 수평 자세로 유지하는 복수의 척 핀(11)과, 스핀 베이스(12)의 중앙부로부터 하방으로 연장되는 스핀축(13)과, 스핀축(13)을 회전시킴으로써 스핀 베이스(12) 및 복수의 척 핀(11)을 회전시키는 스핀 모터(14)를 포함한다. 스핀 척(10)은, 복수의 척 핀(11)을 기판(W)의 외주면에 접촉시키는 협지식의 척에 한정하지 않으며, 비디바이스 형성면인 기판(W)의 이면(하면)을 스핀 베이스(12)의 상면(12u)에 흡착시킴으로써 기판(W)을 수평으로 유지하는 진공식의 척이어도 된다.
스핀 베이스(12)는, 기판(W)의 하방에 배치되는 상면(12u)을 포함한다. 스핀 베이스(12)의 상면(12u)은, 기판(W)의 하면과 평행하다. 스핀 베이스(12)의 상면(12u)은, 기판(W)의 하면에 대향하는 대향면이다. 스핀 베이스(12)의 상면(12u)은, 회전 축선(A1)을 둘러싸는 원환형이다. 스핀 베이스(12)의 상면(12u)의 외경은, 기판(W)의 외경보다 크다. 척 핀(11)은, 스핀 베이스(12)의 상면(12u)의 외주부로부터 상방으로 돌출되어 있다. 척 핀(11)은, 스핀 베이스(12)에 유지되어 있다. 기판(W)은, 기판(W)의 하면이 스핀 베이스(12)의 상면(12u)으로부터 떨어진 상태로 복수의 척 핀(11)에 유지된다.
처리 유닛(2)은, 기판(W)의 하면 중앙부를 향해서 처리액을 토출하는 하면 노즐(15)을 포함한다. 하면 노즐(15)은, 스핀 베이스(12)의 상면(12u)과 기판(W)의 하면 사이에 배치된 노즐 원판부와, 노즐 원판부로부터 하방으로 연장되는 노즐 통형부를 포함한다. 하면 노즐(15)의 액 토출구(15p)는, 노즐 원판부의 상면 중앙부에서 개구하고 있다. 기판(W)이 스핀 척(10)에 유지되어 있는 상태로는, 하면 노즐(15)의 액 토출구(15p)가, 기판(W)의 하면 중앙부에 상하로 대향한다.
기판 처리 장치(1)는, 하면 노즐(15)에 린스액을 안내하는 하측 린스액 배관(16)과, 하측 린스액 배관(16)에 개재하여 설치된 하측 린스액 밸브(17)를 포함한다. 하측 린스액 밸브(17)가 열리면, 하측 린스액 배관(16)에 의해서 안내된 린스액이, 하면 노즐(15)로부터 상방으로 토출되어, 기판(W)의 하면 중앙부에 공급된다. 하면 노즐(15)에 공급되는 린스액은, 순수(탈이온수：DIW(Deionized Water))이다. 하면 노즐(15)에 공급되는 린스액은, 순수에 한정하지 않으며, IPA(이소프로필알코올), 탄산수, 전해 이온수, 수소수, 오존수, 및 희석 농도(예를 들어, 1~100ppm 정도)의 염산수 중 어느 하나여도 된다.
도시하지 않으나, 하측 린스액 밸브(17)는, 액체가 흐르는 내부 유로와 내부 유로를 둘러싸는 환형의 벨브 시트가 설치된 밸브 보디와, 벨브 시트에 대해서 이동 가능한 밸브 본체와, 밸브 본체가 벨브 시트에 접촉하는 닫힘 위치와 밸브 본체가 벨브 시트로부터 떨어진 열림 위치 사이에서 밸브 본체를 이동시키는 액추에이터를 포함한다. 다른 밸브에 대해서도 동일하다. 액추에이터는, 공압 액추에이터 또는 전동 액추에이터여도 되고, 이들 이외의 액추에이터여도 된다. 제어 장치(3)는, 액추에이터를 제어함으로써, 하측 린스액 밸브(17)를 개폐시킨다.
하면 노즐(15)의 외주면과 스핀 베이스(12)의 내주면은, 상하로 연장되는 하측 통형상 통로(19)를 형성하고 있다. 하측 통형상 통로(19)는, 스핀 베이스(12)의 상면(12u)의 중앙부에서 개구하는 하측 중앙 개구(18)를 포함한다. 하측 중앙 개구(18)는, 하면 노즐(15)의 노즐 원판부의 하방에 배치되어 있다. 기판 처리 장치(1)는, 하측 통형상 통로(19)를 통해 하측 중앙 개구(18)에 공급되는 불활성 가스를 안내하는 하측 가스 배관(20)과, 하측 가스 배관(20)에 개재하여 설치된 하측 가스 밸브(21)와, 하측 가스 배관(20)으로부터 하측 통형상 통로(19)에 공급되는 불활성 가스의 유량을 변경하는 하측 가스 유량 조정 밸브(22)를 구비하고 있다.
하측 가스 배관(20)으로부터 하측 통형상 통로(19)에 공급되는 불활성 가스는, 질소 가스이다. 불활성 가스는, 질소 가스에 한정하지 않으며, 헬륨 가스나 아르곤 가스 등의 다른 불활성 가스여도 된다. 이들 불활성 가스는, 공기 중의 산소 농도(약 21vol%)보다 낮은 산소 농도를 갖는 저산소 가스이다.
하측 가스 밸브(21)가 열리면, 하측 가스 배관(20)으로부터 하측 통형상 통로(19)에 공급된 질소 가스가, 하측 가스 유량 조정 밸브(22)의 개도에 대응하는 유량으로, 하측 중앙 개구(18)로부터 상방으로 토출된다. 그 후, 질소 가스는, 기판(W)의 하면과 스핀 베이스(12)의 상면(12u) 사이의 공간을 모든 방향으로 방사형으로 흐른다. 이로써, 기판(W)과 스핀 베이스(12) 사이의 공간이 질소 가스로 채워져, 분위기 중의 산소 농도가 저감된다. 기판(W)과 스핀 베이스(12) 사이의 공간의 산소 농도는, 하측 가스 밸브(21) 및 하측 가스 유량 조정 밸브(22)의 개도에 따라 변경된다. 하측 가스 밸브(21) 및 하측 가스 유량 조정 밸브(22)는, 기판(W)에 접하는 분위기 중의 산소 농도를 변경하는 분위기 산소 농도 변경 유닛에 포함된다.
처리 컵(23)은, 기판(W)으로부터 외방으로 배출된 액체를 받는 복수의 가드(25)와, 복수의 가드(25)에 의해서 하방으로 안내된 액체를 받는 복수의 컵(26)과, 복수의 가드(25)와 복수의 컵(26)을 둘러싸는 원통형상의 외벽 부재(24)를 포함한다. 도 2는, 2개의 가드(25)와 2개의 컵(26)이 설치되어 있는 예를 도시하고 있다.
가드(25)는, 스핀 척(10)을 둘러싸는 원통형상의 가드 통형부(25b)와, 가드 통형부(25b)의 상단부로부터 회전 축선(A1)을 향해 비스듬하게 상측으로 연장되는 원환형의 가드 천정부(25a)를 포함한다. 복수의 가드 천정부(25a)는, 상하로 겹쳐져 있으며, 복수의 가드 통형부(25b)는, 동심원 형상으로 배치되어 있다. 복수의 컵(26)은, 각각, 복수의 가드 통형부(25b)의 하방에 배치되어 있다. 컵(26)은, 상측 방향으로 열린 환형의 수액홈을 형성하고 있다.
처리 유닛(2)은, 복수의 가드(25)를 개별적으로 승강시키는 가드 승강 유닛(27)을 포함한다. 가드 승강 유닛(27)은, 상측 위치로부터 하측 위치까지의 임의의 위치에 가드(25)를 위치시킨다. 상측 위치는, 가드(25)의 상단(25u)이 스핀 척(10)에 유지되어 있는 기판(W)이 배치되는 유지 위치보다 상방에 배치되는 위치이다. 하측 위치는, 가드(25)의 상단(25u)이 유지 위치보다 하방에 배치되는 위치이다. 가드 천정부(25a)의 원환형의 상단은, 가드(25)의 상단(25u)에 상당한다. 가드(25)의 상단(25u)은, 평면에서 봤을 때 기판(W) 및 스핀 베이스(12)를 둘러싸고 있다.
스핀 척(10)이 기판(W)을 회전시키고 있는 상태로, 처리액이 기판(W)에 공급되면, 기판(W)에 공급된 처리액이 기판(W)으로부터 뿌려진다. 처리액이 기판(W)에 공급될 때, 적어도 하나의 가드(25)의 상단(25u)이, 기판(W)보다 상방에 배치된다. 따라서, 기판(W)으로부터 배출된 약액이나 린스액 등의 처리액은, 어느 한 가드(25)에 받아들여지고, 이 가드(25)에 대응하는 컵(26)으로 안내된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 처리 유닛(2)은, 스핀 척(10)의 상방에 배치된 승강 프레임(32)과, 승강 프레임(32)으로부터 매달린 차단 부재(33)와, 차단 부재(33)에 삽입된 중심 노즐(45)과, 승강 프레임(32)을 승강시킴으로써 차단 부재(33) 및 중심 노즐(45)을 승강시키는 차단 부재 승강 유닛(31)을 포함한다. 승강 프레임(32), 차단 부재(33), 및 중심 노즐(45)은, 정류판(8)의 하방에 배치되어 있다.
차단 부재(33)는, 스핀 척(10)의 상방에 배치된 원판부(36)와, 원판부(36)의 외주부로부터 하방으로 연장되는 통형부(37)를 포함한다. 차단 부재(33)는, 상측 방향으로 파인 컵형상의 내면을 포함한다. 차단 부재(33)의 내면은, 원판부(36)의 하면(36L)과 통형부(37)의 내주면(37i)을 포함한다. 이하에서는, 원판부(36)의 하면(36L)을, 차단 부재(33)의 하면(36L)으로 하는 경우가 있다.
원판부(36)의 하면(36L)은, 기판(W)의 상면에 대향하는 대향면이다. 원판부(36)의 하면(36L)은, 기판(W)의 상면과 평행하다. 통형부(37)의 내주면(37i)은, 원판부(36)의 하면(36L)의 외주연으로부터 하방으로 연장되어 있다. 통형부(37)의 내경은, 통형부(37)의 내주면(37i)의 하단에 가까워짐에 따라서 증가하고 있다. 통형부(37)의 내주면(37i)의 하단의 내경은, 기판(W)의 직경보다 크다. 통형부(37)의 내주면(37i)의 하단의 내경은, 스핀 베이스(12)의 외경보다 커도 된다. 차단 부재(33)가 후술하는 하측 위치(도 2에 도시한 위치)에 배치되면, 기판(W)은, 통형부(37)의 내주면(37i)에 의해서 둘러싸인다.
원판부(36)의 하면(36L)은, 회전 축선(A1)을 둘러싸는 원환형이다. 원판부(36)의 하면(36L)의 내주연은, 원판부(36)의 하면(36L)의 중앙부에서 개구하는 상측 중앙 개구(38)를 형성하고 있다. 차단 부재(33)의 내주면은, 상측 중앙 개구(38)로부터 상방으로 연장되는 관통 구멍을 형성하고 있다. 차단 부재(33)의 관통 구멍은, 차단 부재(33)를 상하로 관통하고 있다. 중심 노즐(45)은, 차단 부재(33)의 관통 구멍에 삽입되어 있다. 중심 노즐(45)의 하단의 외경은, 상측 중앙 개구(38)의 직경보다 작다.
차단 부재(33)의 내주면은, 중심 노즐(45)의 외주면과 동축이다. 차단 부재(33)의 내주면은, 경방향(회전 축선(A1)과 직교하는 방향)에 간격을 두고 중심 노즐(45)의 외주면을 둘러싸고 있다. 차단 부재(33)의 내주면과 중심 노즐(45)의 외주면은, 상하로 연장되는 상측 통형상 통로(39)를 형성하고 있다. 중심 노즐(45)은, 승강 프레임(32) 및 차단 부재(33)로부터 상방으로 돌출되어 있다. 차단 부재(33)가 승강 프레임(32)으로부터 매달려 있을 때, 중심 노즐(45)의 하단은, 원판부(36)의 하면(36L)보다 상방에 배치되어 있다. 약액이나 린스액 등의 처리액은, 중심 노즐(45)의 하단으로부터 하방으로 토출된다.
차단 부재(33)는, 원판부(36)로부터 상방으로 연장되는 통형상의 접속부(35)와, 접속부(35)의 상단부로부터 외방으로 연장되는 환형의 플랜지부(34)를 포함한다. 플랜지부(34)는, 차단 부재(33)의 원판부(36) 및 통형부(37)보다 상방에 배치되어 있다. 플랜지부(34)는, 원판부(36)와 평행하다. 플랜지부(34)의 외경은, 통형부(37)의 외경보다 작다. 플랜지부(34)는, 후술하는 승강 프레임(32)의 하측 플레이트(32L)에 지지되어 있다.
승강 프레임(32)은, 차단 부재(33)의 플랜지부(34)의 상방에 위치하는 상측 플레이트(32u)와, 상측 플레이트(32u)로부터 하방으로 연장되어 있고, 플랜지부(34)를 둘러싸는 사이드 링(32s)과, 사이드 링(32s)의 하단부로부터 내방으로 연장되어 있으며, 차단 부재(33)의 플랜지부(34)의 하방에 위치하는 환형의 하측 플레이트(32L)를 포함한다. 플랜지부(34)의 외주부는, 상측 플레이트(32u)와 하측 플레이트(32L) 사이에 배치되어 있다. 플랜지부(34)의 외주부는, 상측 플레이트(32u)와 하측 플레이트(32L) 사이에서 상하로 이동 가능하다.
승강 프레임(32) 및 차단 부재(33)는, 차단 부재(33)가 승강 프레임(32)에 지지되어 있는 상태로, 둘레 방향(회전 축선(A1) 둘레의 방향)으로의 승강 프레임(32) 및 차단 부재(33)의 상대 이동을 규제하는 위치 결정 돌기(41) 및 위치 결정 구멍(42)을 포함한다. 도 2는, 복수의 위치 결정 돌기(41)가 하측 플레이트(32L)에 설치되어 있고, 복수의 위치 결정 구멍(42)이 플랜지부(34)에 설치되어 있는 예를 도시하고 있다. 위치 결정 돌기(41)가 플랜지부(34)에 설치되고, 위치 결정 구멍(42)이 하측 플레이트(32L)에 설치되어도 된다.
복수의 위치 결정 돌기(41)는, 회전 축선(A1) 상에 배치된 중심을 갖는 원 위에 배치되어 있다. 마찬가지로, 복수의 위치 결정 구멍(42)은, 회전 축선(A1) 상에 배치된 중심을 갖는 원 위에 배치되어 있다. 복수의 위치 결정 구멍(42)은, 복수의 위치 결정 돌기(41)와 동일한 규칙성으로 둘레 방향으로 배열되어 있다. 하측 플레이트(32L)의 상면으로부터 상방으로 돌출하는 위치 결정 돌기(41)는, 플랜지부(34)의 하면으로부터 상방으로 연장되는 위치 결정 구멍(42)에 삽입되어 있다. 이로써, 승강 프레임(32)에 대한 둘레 방향으로의 차단 부재(33)의 이동이 규제된다.
차단 부재(33)는, 차단 부재(33)의 내면으로부터 하방으로 돌출하는 복수의 상측 지지부(43)를 포함한다. 스핀 척(10)은, 복수의 상측 지지부(43)를 각각 지지하는 복수의 하측 지지부(44)를 포함한다. 복수의 상측 지지부(43)는, 차단 부재(33)의 통형부(37)에 의해서 둘러싸여 있다. 상측 지지부(43)의 하단은, 통형부(37)의 하단보다 상방에 배치되어 있다. 회전 축선(A1)부터 상측 지지부(43)까지의 경방향의 거리는, 기판(W)의 반경보다 크다. 마찬가지로, 회전 축선(A1)부터 하측 지지부(44)까지의 경방향의 거리는, 기판(W)의 반경보다 크다. 하측 지지부(44)는, 스핀 베이스(12)의 상면(12u)으로부터 상방으로 돌출되어 있다. 하측 지지부(44)는, 척 핀(11)보다 외측에 배치되어 있다.
복수의 상측 지지부(43)는, 회전 축선(A1) 상에 배치된 중심을 갖는 원 위에 배치되어 있다. 마찬가지로, 복수의 하측 지지부(44)는, 회전 축선(A1) 상에 배치된 중심을 갖는 원 위에 배치되어 있다. 복수의 하측 지지부(44)는, 복수의 상측 지지부(43)와 동일한 규칙성으로 둘레 방향으로 배열되어 있다. 복수의 하측 지지부(44)는, 스핀 베이스(12)와 함께 회전 축선(A1) 둘레로 회전한다. 스핀 베이스(12)의 회전각은, 스핀 모터(14)에 의해서 변경된다. 스핀 베이스(12)가 기준 회전각에 배치되면, 평면에서 볼 때, 복수의 상측 지지부(43)가, 각각 복수의 하측 지지부(44)에 겹친다.
차단 부재 승강 유닛(31)은, 승강 프레임(32)에 연결되어 있다. 차단 부재(33)의 플랜지부(34)가 승강 프레임(32)의 하측 플레이트(32L)에 지지되어 있는 상태로, 차단 부재 승강 유닛(31)이 승강 프레임(32)을 하강시키면, 차단 부재(33)도 하강한다. 평면에서 봤을 때 복수의 상측 지지부(43)가 각각 복수의 하측 지지부(44)에 겹치는 기준 회전각에 스핀 베이스(12)가 배치되어 있는 상태로, 차단 부재 승강 유닛(31)이 차단 부재(33)를 하강시키면, 상측 지지부(43)의 하단부가 하측 지지부(44)의 상단부에 접촉한다. 이로써, 복수의 상측 지지부(43)가 각각 복수의 하측 지지부(44)에 지지된다.
차단 부재(33)의 상측 지지부(43)가 스핀 척(10)의 하측 지지부(44)에 접촉한 후에, 차단 부재 승강 유닛(31)이 승강 프레임(32)을 하강시키면, 승강 프레임(32)의 하측 플레이트(32L)가 차단 부재(33)의 플랜지부(34)에 대해서 하방으로 이동한다. 이로써, 하측 플레이트(32L)가 플랜지부(34)로부터 떨어져, 위치 결정 돌기(41)가 위치 결정 구멍(42)으로부터 빠져나온다. 또한, 승강 프레임(32) 및 중심 노즐(45)이 차단 부재(33)에 대해서 하방으로 이동하므로, 중심 노즐(45)의 하단과 차단 부재(33)의 원판부(36)의 하면(36L)의 고저차가 감소한다. 이때, 승강 프레임(32)은, 차단 부재(33)의 플랜지부(34)가 승강 프레임(32)의 상측 플레이트(32u)에 접촉하지 않는 높이(후술하는 하측 위치)에 배치된다.
차단 부재 승강 유닛(31)은, 상측 위치(도 3에 도시한 위치)로부터 하측 위치(도 2에 도시한 위치)까지의 임의의 위치에 승강 프레임(32)을 위치시킨다. 상측 위치는, 위치 결정 돌기(41)가 위치 결정 구멍(42)에 삽입되어 있고, 차단 부재(33)의 플랜지부(34)가 승강 프레임(32)의 하측 플레이트(32L)에 접촉하고 있는 위치이다. 즉, 상측 위치는, 차단 부재(33)가 승강 프레임(32)으로부터 매달린 위치이다. 하측 위치는, 하측 플레이트(32L)가 플랜지부(34)로부터 떨어져 있고, 위치 결정 돌기(41)가 위치 결정 구멍(42)으로부터 빠져나온 위치이다. 즉, 하측 위치는, 승강 프레임(32) 및 차단 부재(33)의 연결이 해제되어, 차단 부재(33)가 승강 프레임(32) 중 어느 부분에도 접촉하지 않는 위치이다.
승강 프레임(32) 및 차단 부재(33)를 하측 위치로 이동시키면, 차단 부재(33)의 통형부(37)의 하단이 기판(W)의 하면보다 하방에 배치되고, 기판(W)의 상면과 차단 부재(33)의 하면(36L) 사이의 공간이, 차단 부재(33)의 통형부(37)에 의해서 둘러싸인다. 그로 인해, 기판(W)의 상면과 차단 부재(33)의 하면(36L) 사이의 공간은, 차단 부재(33)의 상방의 분위기뿐만 아니라, 차단 부재(33)의 둘레의 분위기로부터도 차단된다. 이로써, 기판(W)의 상면과 차단 부재(33)의 하면(36L) 사이의 공간의 밀폐도를 높일 수 있다.
또한, 승강 프레임(32) 및 차단 부재(33)가 하측 위치에 배치되면, 승강 프레임(32)에 대해서 차단 부재(33)를 회전 축선(A1) 둘레로 회전시켜도, 차단 부재(33)는, 승강 프레임(32)에 충돌하지 않는다. 차단 부재(33)의 상측 지지부(43)가 스핀 척(10)의 하측 지지부(44)에 지지되면, 상측 지지부(43) 및 하측 지지부(44)가 맞물려, 둘레 방향으로의 상측 지지부(43) 및 하측 지지부(44)의 상대 이동이 규제된다. 이 상태로, 스핀 모터(14)가 회전하면, 스핀 모터(14)의 토크가 상측 지지부(43) 및 하측 지지부(44)를 통해 차단 부재(33)에 전달된다. 이로써, 차단 부재(33)는, 승강 프레임(32) 및 중심 노즐(45)이 정지한 상태로, 스핀 베이스(12)와 동일한 방향으로 동일한 속도로 회전한다.
중심 노즐(45)은, 액체를 토출하는 복수의 액 토출구와, 가스를 토출하는 가스 토출구를 포함한다. 복수의 액 토출구는, 제1 약액을 토출하는 제1 약액 토출구(46)와, 제2 약액을 토출하는 제2 약액 토출구(47)와, 린스액을 토출하는 상측 린스액 토출구(48)를 포함한다. 가스 토출구는, 불활성 가스를 토출하는 상측 가스 토출구(49)이다. 제1 약액 토출구(46), 제2 약액 토출구(47), 및 상측 린스액 토출구(48)는, 중심 노즐(45)의 하단에서 개구하고 있다. 상측 가스 토출구(49)는, 중심 노즐(45)의 외주면에서 개구하고 있다.
제1 약액 및 제2 약액은, 예를 들어, 황산, 질산, 염산, 불산, 인산, 아세트산, 암모니아수, 과산화수소수, 유기산(예를 들어 구연산, 옥살산 등), 유기 알칼리(예를 들어 TMAH：테트라메틸암모늄하이드로옥사이드 등), 계면활성제, 다가 알코올, 및 부식 방지제 중 적어도 1개를 포함하는 액이다. 황산, 질산, 염산, 불산, 인산, 아세트산, 암모니아수, 과산화수소수, 구연산, 옥살산, 및 TMAH는, 에칭액이다.
제1 약액 및 제2 약액은, 동종의 약액이어도 되고, 서로 상이한 종류의 약액이어도 된다. 도 2 등은, 제1 약액이 DHF(희불산)이며, 제2 약액이 TMAH와 프로필렌글리콜의 혼합액인 예를 도시하고 있다. 또, 도 2 등은, 중심 노즐(45)에 공급되는 린스액이 순수이고, 중심 노즐(45)에 공급되는 불활성 가스가 질소 가스인 예를 도시하고 있다. 중심 노즐(45)에 공급되는 린스액은, 순수 이외의 린스액이어도 된다. 중심 노즐(45)에 공급되는 불활성 가스는, 질소 가스 이외의 불활성 가스여도 된다.
기판 처리 장치(1)는, 제2 약액에 상당하는 알칼리성의 에칭액을 작성하는 약액 작성 유닛(61)을 구비하고 있다. 에칭액은, 예를 들어 pH(수소이온 지수)가 12 이상의 액체이다. 에칭액은, 제4급 암모늄 수산화물과, 물(H2O)과, 저해 물질을 포함하는 용액이다. 도 2 등은, 제4급 암모늄 수산화물이 TMAH이며, 저해 물질이 PG(프로필렌글리콜)인 예를 도시하고 있다. 기판(W)의 표면(모재의 표면) 또는 기판(W) 상에 형성된 적층체의 표면을 산화하는 산화제가 아니면, 에칭액은, 제4급 암모늄 수산화물, 물, 및 저해 물질 이외의 물질을 더 포함하고 있어도 된다.
제4급 암모늄 수산화물은, TMAH, TBAH(테트라부틸암모늄하이드록사이드), TPeAH(테트라펜틸암모늄하이드록사이드), THAH(테트라헥실암모늄하이드록사이드), TEAH(테트라에틸암모늄하이드록사이드), 및 TPAH(테트라프로필암모늄하이드록사이드) 중 적어도 하나여도 되고, 이들 이외여도 된다. 이들은 모두 유기 알칼리에 포함된다. 또한, 이 단락에서는, TMAH는, 수용액이 아닌, 무수물을 나타내고 있다. 이것은, TBAH 등의 다른 제4급 암모늄 수산화물에 대해서도 동일하다.
제4급 암모늄 수산화물이 물에 녹으면, 제4급 암모늄 수산화물은, 양이온(카티온)과 수산화물 이온으로 분리된다. 저해 물질은, 제4급 암모늄 수산화물로부터 생긴 수산화물 이온과 폴리실리콘을 포함하는 에칭 대상물의 접촉을 저해하는 물질이다. 저해 물질의 분자는, 수산화물 이온보다 큰 것이 바람직하다. 또, 저해 물질은, 물에 녹는 수용성 물질인 것이 바람직하다. 저해 물질은, 친수기 및 소수기의 양쪽 모두를 갖는 계면활성제여도 된다. 제4급 암모늄 수산화물과 물을 포함하는 용액에 균일하게 분산한다면, 저해 물질은, 물에 녹지 않는 불용성 물질이어도 된다.
저해 물질은, 예를 들어, 글리콜이다. 글리콜은, 예를 들어, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜 중 적어도 하나이다. 저해 물질은, 글리세린 등의 글리콜 이외의 물질이어도 된다. 글리콜은, 규소(Si)와 수산화물 이온(OH－)의 반응에 관여하지 않는 물질의 일례이다. 즉, 글리콜은, 규소와 수산화물 이온의 반응에 관여하는 원자 등과 반응하지 않는 물질의 일례이다. 글리콜은, 이 반응에 촉매로서도 작용하지 않는 물질의 일례이다. 글리콜은, 프로필렌글리콜인 것이 바람직하다.
기판 처리 장치(1)는, 중심 노즐(45)에 제1 약액을 안내하는 제1 약액 배관(50)과, 제1 약액 배관(50)에 개재하여 설치된 제1 약액 밸브(51)와, 중심 노즐(45)에 제2 약액을 안내하는 제2 약액 배관(52)과, 제2 약액 배관(52)에 개재하여 설치된 제2 약액 밸브(53)와, 중심 노즐(45)에 린스액을 안내하는 상측 린스액 배관(54)과, 상측 린스액 배관(54)에 개재하여 설치된 상측 린스액 밸브(55)를 구비하고 있다. 기판 처리 장치(1)는, 추가로, 중심 노즐(45)에 가스를 안내하는 상측 가스 배관(56)과, 상측 가스 배관(56)에 개재하여 설치된 상측 가스 밸브(57)와, 상측 가스 배관(56)으로부터 중심 노즐(45)에 공급되는 가스의 유량을 변경하는 상측 가스 유량 조정 밸브(58)를 구비하고 있다.
제1 약액 밸브(51)가 열리면, 제1 약액이 중심 노즐(45)에 공급되고, 중심 노즐(45)의 하단에서 개구하는 제1 약액 토출구(46)로부터 하방으로 토출된다. 제2 약액 밸브(53)가 열리면, 약액 작성 유닛(61)에서 생성된 제2 약액이 중심 노즐(45)에 공급되어, 중심 노즐(45)의 하단에서 개구하는 제2 약액 토출구(47)로부터 하방으로 토출된다. 상측 린스액 밸브(55)가 열리면, 린스액이 중심 노즐(45)에 공급되어, 중심 노즐(45)의 하단에서 개구하는 상측 린스액 토출구(48)로부터 하방으로 토출된다. 이로써, 약액 또는 린스액이 기판(W)의 상면에 공급된다.
상측 가스 밸브(57)가 열리면, 상측 가스 배관(56)에 의해서 안내된 질소 가스가, 상측 가스 유량 조정 밸브(58)의 개도에 대응하는 유량으로, 중심 노즐(45)에 공급되어, 중심 노즐(45)의 외주면에서 개구하는 상측 가스 토출구(49)로부터 비스듬한 하방으로 토출된다. 그 후, 질소 가스는, 상측 통형상 통로(39) 내를 둘레 방향으로 흐르면서, 상측 통형상 통로(39) 내를 하방으로 흐른다. 상측 통형상 통로(39)의 하단에 이른 질소 가스는, 상측 통형상 통로(39)의 하단으로부터 하방으로 흘러나온다. 그 후, 질소 가스는, 기판(W)의 상면과 차단 부재(33)의 하면(36L) 사이의 공간을 모든 방향으로 방사형으로 흐른다. 이로써, 기판(W)과 차단 부재(33) 사이의 공간이 질소 가스로 채워져, 분위기 중의 산소 농도가 저감된다. 기판(W)과 차단 부재(33) 사이의 공간의 산소 농도는, 상측 가스 밸브(57) 및 상측 가스 유량 조정 밸브(58)의 개도에 따라 변경된다. 상측 가스 밸브(57) 및 상측 가스 유량 조정 밸브(58)는, 분위기 산소 농도 변경 유닛에 포함된다.
도 4는, 기판(W)에 공급되는 약액을 작성하는 약액 작성 유닛(61)과, 약액의 용존 산소 농도를 조정하는 용존 산소 농도 변경 유닛(67)을 도시한 모식도이다.
약액 작성 유닛(61)은, 제2 약액에 상당하는 알칼리성의 에칭액을 저류하는 탱크(62)와, 탱크(62) 내의 에칭액을 순환시키는 환형의 순환로를 형성하는 순환 배관(63)을 포함한다. 약액 작성 유닛(61)은, 추가로, 탱크(62) 내의 에칭액을 순환 배관(63)으로 보내는 펌프(64)와, 순환로를 흐르는 에칭액으로부터 파티클 등의 이물을 제거하는 필터(66)를 포함한다. 약액 작성 유닛(61)은, 이들에 더해, 에칭액의 가열 또는 냉각에 의해서 탱크(62) 내의 에칭액의 온도를 변경하는 온도 조절기(65)를 포함하고 있어도 된다.
순환 배관(63)의 상류단 및 하류단은, 탱크(62)에 접속되어 있다. 제2 약액 배관(52)의 상류단은, 순환 배관(63)에 접속되어 있고, 제2 약액 배관(52)의 하류단은, 중심 노즐(45)에 접속되어 있다. 펌프(64), 온도 조절기(65), 및 필터(66)는, 순환 배관(63)에 개재하여 설치되어 있다. 온도 조절기(65)는, 실온(예를 들어 20~30℃)보다 높은 온도로 액체를 가열하는 히터여도 되고, 실온보다 낮은 온도로 액체를 냉각하는 쿨러여도 되며, 가열 및 냉각의 양쪽의 기능을 갖고 있어도 된다.
펌프(64)는, 상시, 탱크(62) 내의 에칭액을 순환 배관(63) 내로 보낸다. 에칭액은, 탱크(62)로부터 순환 배관(63)의 상류단으로 보내지고, 순환 배관(63)의 하류단으로부터 탱크(62)로 돌아온다. 이로써, 탱크(62) 내의 에칭액이 순환로를 순환한다. 에칭액이 순환로를 순환하고 있는 동안에, 에칭액의 온도가 온도 조절기(65)에 의해서 조절된다. 이로써, 탱크(62) 내의 에칭액은, 일정한 온도로 유지된다. 제2 약액 밸브(53)가 열리면, 순환 배관(63) 내를 흐르는 에칭액의 일부가, 제2 약액 배관(52)을 통해 중심 노즐(45)에 공급된다. 중심 노즐(45)에 공급되는 에칭액의 온도는, 실온이어도 되고, 실온과는 상이해도 된다.
기판 처리 장치(1)는, 에칭액의 용존 산소 농도를 조정하는 용존 산소 농도 변경 유닛(67)을 구비하고 있다. 용존 산소 농도 변경 유닛(67)은, 탱크(62) 내에 가스를 공급함으로써 탱크(62) 내의 에칭액에 가스를 녹아들게 하는 가스 공급 배관(68)을 포함한다. 용존 산소 농도 변경 유닛(67)은, 추가로, 불활성 가스를 가스 공급 배관(68)에 공급하는 불활성 가스 배관(69)과, 불활성 가스 배관(69)으로부터 가스 공급 배관(68)에 불활성 가스가 흐르는 열림 상태와 불활성 가스가 불활성 가스 배관(69)에서 막힌 닫힘 상태 사이에서 개폐하는 불활성 가스 밸브(70)와, 불활성 가스 배관(69)으로부터 가스 공급 배관(68)에 공급되는 불활성 가스의 유량을 변경하는 불활성 가스 유량 조정 밸브(71)를 포함한다.
가스 공급 배관(68)은, 탱크(62) 내의 에칭액 중에 배치된 가스 토출구(68p)를 포함하는 버블링 배관이다. 불활성 가스 밸브(70)가 열리면, 즉, 불활성 가스 밸브(70)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 전환되면, 질소 가스 등의 불활성 가스가, 불활성 가스 유량 조정 밸브(71)의 개도에 대응하는 유량으로 가스 토출구(68p)로부터 토출된다. 이로써, 탱크(62) 내의 에칭액 중에 다수의 기포가 형성되어, 불활성 가스가 탱크(62) 내의 에칭액에 녹아든다. 이때, 용존 산소가 에칭액으로부터 배출되어, 에칭액의 용존 산소 농도가 저하한다. 탱크(62) 내의 에칭액의 용존 산소 농도는, 가스 토출구(68p)로부터 토출되는 질소 가스의 유량을 변경함으로써 변경된다.
용존 산소 농도 변경 유닛(67)은, 불활성 가스 배관(69) 등에 더해, 클린 에어 등의 산소를 포함하는 산소 함유 가스를 가스 공급 배관(68)에 공급하는 산소 함유 가스 배관(72)과, 산소 함유 가스 배관(72)으로부터 가스 공급 배관(68)에 산소 함유 가스가 흐르는 열림 상태와 산소 함유 가스가 산소 함유 가스 배관(72)에서 막힌 닫힘 상태 사이에서 개폐하는 산소 함유 가스 밸브(73)와, 산소 함유 가스 배관(72)으로부터 가스 공급 배관(68)에 공급되는 산소 함유 가스의 유량을 변경하는 산소 함유 가스 유량 조정 밸브(74)를 포함하고 있어도 된다.
산소 함유 가스 밸브(73)가 열리면, 산소 함유 가스의 일례인 공기가, 산소 함유 가스 유량 조정 밸브(74)의 개도에 대응하는 유량으로 가스 토출구(68p)로부터 토출된다. 이로써, 탱크(62) 내의 에칭액 중에 다수의 기포가 형성되어, 공기가 탱크(62) 내의 에칭액에 녹아든다. 공기는, 약 21vol%의 비율로 산소를 포함하는 것에 비해, 질소 가스는, 산소를 포함하지 않거나 혹은 극미량 밖에 산소를 포함하지 않는다. 따라서, 탱크(62) 내에 공기를 공급하지 않는 경우에 비해, 단시간에 탱크(62) 내의 에칭액의 용존 산소 농도를 상승시킬 수 있다. 예를 들어 에칭액의 용존 산소 농도가 설정값보다 너무 낮아진 경우에는, 탱크(62) 내의 에칭액에 의도적으로 공기를 녹아들게 해도 된다.
용존 산소 농도 변경 유닛(67)은, 추가로, 에칭액의 용존 산소 농도를 측정하는 산소 농도계(75)를 포함하고 있어도 된다. 도 4는, 산소 농도계(75)가 측정 배관(76)에 개재하여 설치되어 있는 예를 도시하고 있다. 산소 농도계(75)는, 순환 배관(63)에 개재하여 설치되어 있어도 된다. 측정 배관(76)의 상류단은, 필터(66)에 접속되어 있고, 측정 배관(76)의 하류단은, 탱크(62)에 접속되어 있다. 측정 배관(76)의 상류단은, 순환 배관(63)에 접속되어 있어도 된다. 순환 배관(63) 내의 에칭액의 일부는, 측정 배관(76)에 흘러들어, 탱크(62)로 돌아온다. 산소 농도계(75)는, 측정 배관(76) 내에 유입한 에칭액의 용존 산소 농도를 측정한다. 불활성 가스 밸브(70), 불활성 가스 유량 조정 밸브(71), 산소 함유 가스 밸브(73), 및 산소 함유 가스 유량 조정 밸브(74) 중 적어도 하나의 개도는, 산소 농도계(75)의 측정값에 따라 변경된다.
약액 작성 유닛(61)은, 탱크(62)에 공급되는 제4급 암모늄 수산화물을 안내하는 수산화물 배관(78)과, 수산화물 배관(78)을 개폐하는 수산화물 밸브(79)와, 수산화물 배관(78)으로부터 탱크(62)에 공급되는 제4급 암모늄 수산화물의 유량을 변경하는 수산화물 유량 조정 밸브(80)를 포함한다. 약액 작성 유닛(61)은, 추가로, 탱크(62)에 공급되는 저해 물질을 안내하는 저해 물질 배관(81)과, 저해 물질 배관(81)을 개폐하는 저해 물질 밸브(82)와, 저해 물질 배관(81)으로부터 탱크(62)에 공급되는 저해 물질의 유량을 변경하는 저해 물질 유량 조정 밸브(83)를 포함한다.
수산화물 밸브(79)가 열리면, 제4급 암모늄 수산화물이, 수산화물 유량 조정 밸브(80)에 대응하는 유량으로 탱크(62)에 공급된다. 마찬가지로, 저해 물질 밸브(82)가 열리면, 저해 물질이, 저해 물질 유량 조정 밸브(83)에 대응하는 유량으로 탱크(62)에 공급된다. 수산화물 배관(78)으로부터 탱크(62)에 공급되는 제4급 암모늄 수산화물은, 제4급 암모늄 수산화물의 액체여도 되고, 제4급 암모늄 수산화물의 수용액이어도 된다. 마찬가지로, 저해 물질 배관(81)으로부터 탱크(62)에 공급되는 저해 물질은, 저해 물질의 액체여도 되고, 저해 물질의 수용액이어도 된다. 약액 작성 유닛(61)은, 탱크(62) 내의 액체를 교반하는 교반기를 더 구비하고 있어도 된다.
제4급 암모늄 수산화물 및 저해 물질 중 적어도 한쪽이 탱크(62)에 공급되면, 탱크(62) 내의 에칭액에 포함되는 저해 물질의 농도가 바뀐다. 수산화물 밸브(79), 수산화물 유량 조정 밸브(80), 저해 물질 밸브(82), 및 저해 물질 유량 조정 밸브(83)를 포함하는 저해 물질 농도 변경 유닛은, 제어 장치(3)에 의해서 제어된다. 에칭액을 작성할 때나, 저해 물질의 농도를 변경할 때 이외는, 수산화물 밸브(79) 및 저해 물질 밸브(82)는 닫혀 있다. 바꾸어 말하면, 에칭액을 작성할 때나, 저해 물질의 농도를 변경할 때에는, 수산화물 밸브(79) 및 저해 물질 밸브(82) 중 적어도 한쪽이 열려, 에칭액에 있어서의 저해 물질의 농도가 적절한 값으로 변경된다.
도 5는, 제어 장치(3)의 하드웨어를 도시한 블럭도이다.
제어 장치(3)는, 컴퓨터 본체(3a)와, 컴퓨터 본체(3a)에 접속된 주변 장치(3d)를 포함하는, 컴퓨터이다. 컴퓨터 본체(3a)는, 각종의 명령을 실행하는 CPU(3b)(central processing unit：중앙 처리 장치)와, 정보를 기억하는 주기억 장치(3c)를 포함한다. 주변 장치(3d)는, 프로그램(P) 등의 정보를 기억하는 보조 기억 장치(3e)와, 리무버블 미디어(RM)로부터 정보를 읽어내는 판독 장치(3f)와, 호스트 컴퓨터 등의 다른 장치와 통신하는 통신 장치(3g)를 포함한다.
제어 장치(3)는, 입력 장치 및 표시 장치에 접속되어 있다. 입력 장치는, 유저나 메인터넌스 담당자 등의 조작자가 기판 처리 장치(1)에 정보를 입력할 때에 조작된다. 정보는, 표시 장치의 화면에 표시된다. 입력 장치는, 키보드, 포인팅 디바이스, 및 터치 패널 중 어느 하나여도 되고, 이들 이외의 장치여도 된다. 입력 장치 및 표시 장치를 겸하는 터치 패널 디스플레이가 기판 처리 장치(1)에 설치되어 있어도 된다.
CPU(3b)는, 보조 기억 장치(3e)에 기억된 프로그램(P)을 실행한다. 보조 기억 장치(3e) 내의 프로그램(P)은, 제어 장치(3)에 미리 인스톨된 것이어도 되고, 판독 장치(3f)를 통해서 리무버블 미디어(RM)로부터 보조 기억 장치(3e)에 보내진 것이어도 되며, 호스트 컴퓨터 등의 외부 장치로부터 통신 장치(3g)를 통해서 보조 기억 장치(3e)에 보내진 것이어도 된다.
보조 기억 장치(3e) 및 리무버블 미디어(RM)는, 전력이 공급되어 있지 않아도 기억을 유지하는 불휘발성 메모리이다. 보조 기억 장치(3e)는, 예를 들어, 하드 디스크 드라이브 등의 자기 기억 장치이다. 리무버블 미디어(RM)는, 예를 들어, 콤팩트 디스크 등의 광디스크 또는 메모리 카드 등의 반도체 메모리이다. 리무버블 미디어(RM)는, 프로그램(P)이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 일례이다. 리무버블 미디어(RM)는, 일시적이 아닌 유형의 기록 매체(non-transitory tangible recording medium)이다.
보조 기억 장치(3e)는, 복수의 레시피를 기억하고 있다. 레시피는, 기판(W)의 처리 내용, 처리 조건, 및 처리 순서를 규정하는 정보이다. 복수의 레시피는, 기판(W)의 처리 내용, 처리 조건, 및 처리 순서 중 적어도 하나에 있어서 서로 상이하다. 제어 장치(3)는, 호스트 컴퓨터에 의해서 지정된 레시피에 따라서 기판(W)이 처리되도록 기판 처리 장치(1)를 제어한다. 후술하는 각 공정은, 제어 장치(3)가 기판 처리 장치(1)를 제어함으로써 실행된다. 바꾸어 말하면, 제어 장치(3)는, 각 공정을 실행하도록 프로그램되어 있다.
도 6은, 도 7에 도시한 처리가 행해지는 전후의 기판(W)의 단면의 일례를 도시한 모식도이다.
도 6의 좌측은, 도 7에 도시한 처리(에칭)가 행해지기 전의 기판(W)의 단면을 도시하고 있고, 도 6의 우측은, 도 7에 도시한 처리(에칭)가 행해진 후의 기판(W)의 단면을 도시하고 있다. 도 6의 우측에 도시한 바와 같이, 기판(W)이 에칭 되면, 기판(W)의 면 방향(기판(W)의 두께 방향(Dt)과 직교하는 방향)으로 파인 복수의 리세스(R1)가 오목부(92)의 측면(92s)에 형성된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 기판(W)은, 실리콘 웨이퍼 등의 모재 위에 형성된 적층막(91)과, 기판(W)의 최표면(Ws)으로부터 기판(W)의 두께 방향(Dt)(기판(W)의 모재의 표면과 직교하는 방향)으로 파인 오목부(92)를 포함한다. 적층막(91)은, 복수의 폴리실리콘막(P1, P2, P3)과 복수의 산화 실리콘막(O1, O2, O3)을 포함한다. 폴리실리콘막(P1~P3)은, 에칭 대상물의 일례이며, 산화 실리콘막(O1~O3)은, 비에칭 대상물의 일례이다. 산화 실리콘은, 제4급 암모늄 수산화물을 포함하는 알칼리성의 에칭액에 용해되지 않거나 혹은 대부분 용해되지 않는 물질이다.
복수의 폴리실리콘막(P1~P3) 및 복수의 산화 실리콘막(O1~O3)은, 폴리실리콘막과 산화 실리콘막이 교호로 교체되도록 기판(W)의 두께 방향(Dt)으로 적층되어 있다. 폴리실리콘막(P1~P3)은, 기판(W) 상에 폴리실리콘을 퇴적시키는 퇴적 공정과, 퇴적한 폴리실리콘을 가열하는 열처리 공정이 행해진 박막이다(도 7 참조). 폴리실리콘막(P1~P3)은, 열처리 공정이 행해지지 않은 박막이어도 된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 오목부(92)는, 복수의 폴리실리콘막(P1~P3) 및 복수의 산화 실리콘막(O1~O3)을 기판(W)의 두께 방향(Dt)으로 관통하고 있다. 폴리실리콘막(P1~P3) 및 산화 실리콘막(O1~O3)의 측면은, 오목부(92)의 측면(92s)에서 노출되어 있다. 오목부(92)는, 트렌치, 비아홀, 및 컨택트홀 중 어느 하나여도 되고, 이들 이외여도 된다.
도 7에 도시한 처리(에칭)가 개시되기 전은, 폴리실리콘막(P1~P3) 및 산화 실리콘막(O1~O3)의 표층에 자연 산화막이 형성되어 있다. 도 6의 좌측의 이점쇄선은, 자연 산화막의 윤곽을 나타내고 있다. 이하에서는, 산화막 제거액의 일례인 DHF의 공급에 의해서 폴리실리콘막(P1~P3) 및 산화 실리콘막(O1~O3)의 자연 산화막을 제거하고, 그 후, 에칭액의 공급에 의해서 폴리실리콘막(P1~P3)을 선택적으로 에칭하는 처리에 대해 설명한다.
도 7은, 기판 처리 장치(1)에 의해서 실행되는 기판(W)의 처리의 일례에 대해 설명하기 위한 공정도이다.
이하에서는, 도 1a, 도 2, 도 3, 및 도 7을 참조하여, 기판 처리 장치(1)에 의해서 실행되는 기판(W)의 처리의 일례에 대해 설명한다. 기판 처리 장치(1)에서는, 도 7 중의 시작 이후의 공정이 실행된다.
기판 처리 장치(1)에 의해서 기판(W)이 처리될 때에는, 챔버(4) 내에 기판(W)을 반입하는 반입 공정이 행해진다(도 7의 단계 S1).
구체적으로는, 승강 프레임(32) 및 차단 부재(33)가 상측 위치에 위치하고 있으며, 모든 가드(25)가 하측 위치에 위치하고 있는 상태로, 센터 로봇(CR)이, 기판(W)을 핸드(H1)로 지지하면서, 핸드(H1)를 챔버(4) 내에 진입시킨다. 그리고, 센터 로봇(CR)은, 기판(W)의 표면이 상측을 향한 상태로 핸드(H1) 상의 기판(W)을 복수의 척 핀(11) 위에 둔다. 그 후, 복수의 척 핀(11)이 기판(W)의 외주면에 눌려, 기판(W)이 파지된다. 센터 로봇(CR)은, 기판(W)을 스핀 척(10) 위에 둔 후, 핸드(H1)를 챔버(4)의 내부로부터 퇴피시킨다.
이어서, 상측 가스 밸브(57) 및 하측 가스 밸브(21)가 열려, 차단 부재(33)의 상측 중앙 개구(38) 및 스핀 베이스(12)의 하측 중앙 개구(18)가 질소 가스의 토출을 개시한다. 이로써, 기판(W)에 접하는 분위기 중의 산소 농도가 저감된다. 또한, 차단 부재 승강 유닛(31)이 승강 프레임(32)을 상측 위치로부터 하측 위치로 하강시키고, 가드 승강 유닛(27)이 어느 한 가드(25)를 하측 위치로부터 상측 위치로 상승시킨다. 이때, 스핀 베이스(12)는, 평면에서 봤을 때 복수의 상측 지지부(43)가 각각 복수의 하측 지지부(44)와 겹치는 기준 회전각으로 유지되어 있다. 따라서, 차단 부재(33)의 상측 지지부(43)가 스핀 베이스(12)의 하측 지지부(44)에 지지되어, 차단 부재(33)가 승강 프레임(32)으로부터 떨어진다. 그 후, 스핀 모터(14)가 구동되어, 기판(W)의 회전이 개시된다(도 7의 단계 S2).
이어서, 제1 약액의 일례인 DHF를 기판(W)의 상면에 공급하는 제1 약액 공급 공정이 행해진다(도 7의 단계 S3).
구체적으로는, 차단 부재(33)가 하측 위치에 위치하고 있는 상태로 제1 약액 밸브(51)가 열려, 중심 노즐(45)이 DHF의 토출을 개시한다. 중심 노즐(45)로부터 토출된 DHF는, 기판(W)의 상면 중앙부에 충돌한 후, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 따라서 외방으로 흐른다. 이로써, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 DHF의 액막이 형성되고, 기판(W)의 상면 전역에 DHF가 공급된다. 제1 약액 밸브(51)가 열리고 나서 소정 시간이 경과하면, 제1 약액 밸브(51)가 닫혀, DHF의 토출이 정지된다.
이어서, 린스액의 일례인 순수를 기판(W)의 상면에 공급하는 제1 린스액 공급 공정이 행해진다(도 7의 단계 S4).
구체적으로는, 차단 부재(33)가 하측 위치에 위치하고 있는 상태로 상측 린스액 밸브(55)가 열려, 중심 노즐(45)이 순수의 토출을 개시한다. 기판(W)의 상면 중앙부에 충돌한 순수는, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 따라서 외방으로 흐른다. 기판(W) 상의 DHF는, 중심 노즐(45)로부터 토출된 순수에 의해서 씻겨나간다. 이로써, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 순수의 액막이 형성된다. 상측 린스액 밸브(55)가 열리고 나서 소정 시간이 경과하면, 상측 린스액 밸브(55)가 닫혀, 순수의 토출이 정지된다.
이어서, 제2 약액의 일례인 에칭액을 기판(W)의 상면에 공급하는 제2 약액 공급 공정이 행해진다(도 7의 단계 S5).
구체적으로는, 차단 부재(33)가 하측 위치에 위치하고 있는 상태로 제2 약액 밸브(53)가 열려, 중심 노즐(45)이 에칭액의 토출을 개시한다. 에칭액의 토출이 개시되기 전에, 가드 승강 유닛(27)은, 기판(W)으로부터 배출된 액체를 받는 가드(25)를 바꾸기 위해서, 적어도 하나의 가드(25)를 연직으로 이동시켜도 된다. 기판(W)의 상면 중앙부에 충돌한 에칭액은, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 따라서 외방으로 흐른다. 기판(W) 상의 순수는, 중심 노즐(45)로부터 토출된 에칭액으로 치환된다. 이로써, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 에칭액의 액막이 형성된다. 제2 약액 밸브(53)가 열리고 나서 소정 시간이 경과하면, 제2 약액 밸브(53)가 닫혀, 에칭액의 토출이 정지된다.
이어서, 린스액의 일례인 순수를 기판(W)의 상면에 공급하는 제2 린스액 공급 공정이 행해진다(도 7의 단계 S6).
구체적으로는, 차단 부재(33)가 하측 위치에 위치하고 있는 상태로 상측 린스액 밸브(55)가 열려, 중심 노즐(45)이 순수의 토출을 개시한다. 기판(W)의 상면 중앙부에 충돌한 순수는, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 따라서 외방으로 흐른다. 기판(W) 상의 에칭액은, 중심 노즐(45)로부터 토출된 순수에 의해서 씻겨나간다. 이로써, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 순수의 액막이 형성된다. 상측 린스액 밸브(55)가 열리고 나서 소정 시간이 경과하면, 상측 린스액 밸브(55)가 닫혀, 순수의 토출이 정지된다.
이어서, 기판(W)의 회전에 의해서 기판(W)을 건조시키는 건조 공정이 행해진다(도 7의 단계 S7).
구체적으로는, 차단 부재(33)가 하측 위치에 위치하고 있는 상태로 스핀 모터(14)가 기판(W)을 회전 방향으로 가속시켜, 제1 약액 공급 공정으로부터 제2 린스액 공급 공정까지의 기간에 있어서의 기판(W)의 회전 속도보다 큰 고회전 속도(예를 들어 수천 rpm)로 기판(W)을 회전시킨다. 이로써, 액체가 기판(W)으로부터 제거되어, 기판(W)이 건조한다. 기판(W)의 고속 회전이 개시되고 나서 소정 시간이 경과하면, 스핀 모터(14)가 회전을 정지한다. 이때, 스핀 모터(14)는, 기준 회전각으로 스핀 베이스(12)를 정지시킨다. 이로써, 기판(W)의 회전이 정지된다(도 7의 단계 S8).
이어서, 기판(W)을 챔버(4)로부터 반출하는 반출 공정이 행해진다(도 7의 단계 S9).
구체적으로는, 차단 부재 승강 유닛(31)이 승강 프레임(32)을 상측 위치까지 상승시키고, 가드 승강 유닛(27)이 모든 가드(25)를 하측 위치까지 하강시킨다. 또한, 상측 가스 밸브(57) 및 하측 가스 밸브(21)가 닫혀, 차단 부재(33)의 상측 중앙 개구(38)와 스핀 베이스(12)의 하측 중앙 개구(18)가 질소 가스의 토출을 정지한다. 그 후, 센터 로봇(CR)이, 핸드(H1)를 챔버(4) 내에 진입시킨다. 센터 로봇(CR)은, 복수의 척 핀(11)이 기판(W)의 파지를 해제한 후, 스핀 척(10) 상의 기판(W)을 핸드(H1)로 지지한다. 그 후, 센터 로봇(CR)은, 기판(W)을 핸드(H1)로 지지하면서, 핸드(H1)를 챔버(4)의 내부로부터 퇴피시킨다. 이로써, 처리가 끝난 기판(W)이 챔버(4)로부터 반출된다.
도 8a 및 도 8b는, 수산화물 이온과 폴리실리콘의 접촉이 저해 물질에 의해서 저해될 때에 상정되는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다. 도 8a 및 도 8b는, 저해 물질이 프로필렌글리콜인 예를 도시하고 있다.
제4급 암모늄 수산화물이 물에 녹으면, 제4급 암모늄 수산화물은, 양이온(카티온)과 수산화물 이온(OH－)으로 분리된다. 폴리실리콘에 포함되는 규소는, 식 「Si＋4OH－→Si(OH)4＋4e－」으로 나타내는 바와 같이, 수산화물 이온과 반응한다. 이로써, 폴리실리콘에 포함되는 규소가 에칭액에 용해되어, 에칭 대상물인 폴리실리콘의 에칭이 진행된다.
저해 물질이 에칭액에 포함되는 경우, 저해 물질이, 수산화물 이온에 있어서 입체적인 장벽이 되어, 수산화물 이온이, 에칭액 중에 부유하거나 또는 폴리실리콘에 흡착 또는 배위한 저해 물질에 의해서, 폴리실리콘을 향해 이동하는 것이 차단된다. 그로 인해, 폴리실리콘에 도달하는 수산화물 이온의 수가 감소하여, 폴리실리콘의 에칭 속도가 저하한다. 이러한 메커니즘으로, 수산화물 이온과 폴리실리콘의 접촉이 저해 물질에 의해서 저해된다고 생각된다.
에칭 속도의 저하는 폴리실리콘에 포함되는 실리콘 단결정의 복수의 결정면에서 발생하지만, 에칭 속도는, 실리콘 단결정의 복수의 결정면 중 에칭 속도가 높은 결정면에서 상대적으로 크게 저하한다. 이로써, 복수의 결정면에 있어서의 에칭 속도의 차가 감소하여, 에칭액에 대한 실리콘 단결정의 이방성이 저하한다. 즉, 폴리실리콘의 표면에서 노출되는 실리콘 단결정의 면 방위에 관계없이, 폴리실리콘이 균일하게 에칭된다. 이러한 메커니즘으로, 폴리실리콘이 어느 장소에서도 균일한 에칭량으로 에칭된다고 생각된다.
도 9는, 실리콘 단결정의 3개의 결정면의 에칭 속도와 에칭액 중의 프로필렌글리콜의 농도의 관계의 일례를 도시한 그래프이다.
도 9는, 프로필렌글리콜의 농도가 상이한 3종류의 TMAH(농도 제로, 제1 농도, 제2 농도)를 이용하여 실리콘 단결정을 에칭했을 때의, (110)면, (100)면, 및 (111)면의 에칭 속도의 측정값을 나타내고 있다. 도 9에 도시한 측정값이 얻어졌을 때의 에칭 조건은, TMAH 중의 프로필렌글리콜의 농도를 제외하고 동일하다. 예를 들어, TMAH의 온도는 40℃이며, 프로필렌글리콜이 첨가되어 있지 않은 TMAH의 농도는 5wt%(질량퍼센트 농도)이다. TMAH는, 미리 용존 산소 농도가 저하되어 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 프로필렌글리콜의 농도가 제로인 경우, (110)면의 에칭 속도가 가장 크고, (111)면의 에칭 속도가 가장 작다. 도 9 중의 3개의 곡선을 보면 알 수 있듯이, 프로필렌글리콜을 TMAH에 더하면, 에칭 속도가 감소하고 있다. 또한, 어떠한 결정면도, 프로필렌글리콜의 농도가 증가함에 따라 에칭 속도가 감소하고 있다.
그러나, 프로필렌글리콜의 농도가 제로부터 제1 농도까지의 범위에서는, (110)면 및 (100)면의 에칭 속도가 급격하게 감소하고 있는 한편, (111)면의 에칭 속도는 매우 완만하게 감소하고 있다. 그로 인해, 이 범위에서는, 프로필렌글리콜의 농도가 증가함에 따라, 에칭 속도의 최대값과 에칭 속도의 최소값의 차가 감소하고 있다.
프로필렌글리콜의 농도가 제1 농도를 초과하면, 에칭 속도의 감소율(프로필렌글리콜의 농도의 변화량의 절대값에 대한 에칭 속도의 변화량의 절대값의 비율)이 저하되고 있지만, 제1 농도와 제2 농도의 중간 부근의 값까지는, (110)면 및 (100)면의 에칭 속도의 감소율이, (111)면의 에칭 속도의 감소율보다 크다. 따라서, 프로필렌글리콜의 농도가 제1 농도와 제2 농도의 중간 부근의 값까지의 범위에서도, 프로필렌글리콜의 농도가 증가함에 따라, 에칭 속도의 최대값과 에칭 속도의 최소값의 차가 감소하고 있다.
이와 같이, 실리콘 단결정에 대해서 이방성을 나타내는 TMAH에 프로필렌글리콜을 첨가하면, 면 방위 선택성, 즉, 에칭 속도의 최대값과 에칭 속도의 최소값의 차가 감소하여, TMAH에 대한 실리콘 단결정의 이방성이 저하한다. 그 한편, 프로필렌글리콜의 농도가 제1 농도와 제2 농도의 중간 부근의 값까지의 범위에서는, 프로필렌글리콜의 농도가 증가함에 따라, (110)면 및 (100)면의 에칭 속도가 큰 감소율로 감소한다. 따라서, 요구되는 에칭의 균일성과 에칭 속도에 따라 프로필렌글리콜의 농도를 설정하면 된다.
예를 들어, 프로필렌글리콜 등의 저해 물질을 에칭액에 과잉 투여해도 된다. 도 9에 도시한 측정 결과에 의하면, 프로필렌글리콜을 소량(예를 들어 5~10wt% 정도) 더했을 때에는, 이방성의 완화의 효과가 상대적으로 작기는 하지만, 프로필렌글리콜을 다량(예를 들어 20wt% 이상) 더했을 때, 즉, 프로필렌글리콜을 과잉 투여했을 때에는, 현저한 이방성의 완화 효과가 인정된다.
프로필렌글리콜의 과잉 투여에 의해 현저한 이방성의 완화 효과가 얻어지는 반면, 에칭 레이트가 감소하는 불리한 점도 있기 때문에, 프로필렌글리콜을 어느 정도 과잉 투여할지는, 이방성의 완화 요청과, 스루풋의 요청의 밸런스로부터 결정하면 된다. 예를 들어, 제어 장치(3)는, 폴리실리콘을 구성하는 실리콘 단결정의 복수의 결정면에 있어서의 에칭 속도의 차의 목표값에 의거하여, 에칭액에 있어서의 저해 물질의 농도를 결정해도 된다. 에칭 속도의 차의 목표값은, 레시피로 지정되어 있어도 되고, 호스트 컴퓨터 등의 외부 장치로부터 제어 장치(3)에 입력되어도 된다.
이상과 같이 본 실시 형태에서는, 제4급 암모늄 수산화물과 물과 저해 물질을 포함하는 알칼리성의 에칭액을, 에칭 대상물(P1~P3)(도 6 참조)과 에칭 대상물(P1~P3)과는 상이한 비에칭 대상물(O1~O3)(도 6 참조)이 노출된 기판(W)에 공급한다. 제4급 암모늄 수산화물이 물에 녹으면, 제4급 암모늄 수산화물은, 양이온(카티온)과 수산화물 이온으로 분리된다. 에칭 대상물(P1~P3)에 포함되는 실리콘 단결정은, 수산화물 이온과 반응하여, 에칭액에 녹는다. 에칭 대상물(P1~P3)의 에칭 속도는, 비에칭 대상물(O1~O3)의 에칭 속도보다 크다. 이로써, 에칭 대상물(P1~P3)이 선택적으로 에칭된다.
저해 물질은, 수산화물 이온과 에칭 대상물(P1~P3)의 접촉을 저해한다. 즉, 저해 물질은, 수산화물 이온에 있어서 입체적인 장벽이 되어, 에칭 대상물(P1~P3)과 반응하는 수산화물 이온의 수를 감소시킨다. 이로써, 에칭 대상물(P1~P3)의 에칭 속도가 저하한다. 또한, 에칭 속도는, 실리콘 단결정의 복수의 결정면에 있어서 균일하게 감소하는 것이 아니라, 이들 중 에칭 속도가 높은 결정면에서 상대적으로 크게 저하한다. 이로써, 복수의 결정면에 있어서의 에칭 속도의 차가 감소하고, 에칭액에 대한 실리콘 단결정의 이방성이 저하한다. 즉, 에칭 대상물(P1~P3)에 포함되는 실리콘 단결정의 에칭이 등방성 에칭에 가까워져, 에칭 대상물(P1~P3)이 어느 장소에서도 균일한 에칭량으로 에칭된다.
상술과 같이, 에칭액 중의 수산화물 이온은, 에칭액 중에 부유하거나 또는 폴리실리콘에 흡착 또는 배위한 저해 물질에 의해서, 폴리실리콘을 향해 이동하는 것이 차단된다. 에칭액 중에 존재하는 저해 물질의 분자의 수가 동일하면, 저해 물질의 분자가 클수록, 수산화물 이온이 에칭 대상물(P1~P3)에 도달하기 어렵다. 본 실시 형태와 같이, 1개의 분자가 수산화물 이온보다 큰 저해 물질을 이용하면, 에칭 대상물(P1~P3)에 접촉하는 수산화물 이온의 수를 효과적으로 줄일 수 있다.
본 실시 형태에서는, 제4급 암모늄 수산화물과 물과 저해 물질을, 토출구(47)로부터 토출된 후가 아닌, 토출구(47)로부터 토출되기 전에 혼합한다. 이로써, 제4급 암모늄 수산화물과 물과 저해 물질이 균일하게 서로 섞인 에칭액이 작성된다. 그 후, 에칭액이 기판(W)을 향해서 토출구(47)로부터 토출되어, 기판(W)에 공급된다. 따라서, 토출구(47)로부터 토출된 후에 제4급 암모늄 수산화물과 물과 저해 물질을 혼합하는 경우에 비해, 기판(W)을 균일하게 처리할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 산화막 제거액의 일례인 DHF가 기판(W)에 공급되어, 에칭 대상물(P1~P3)의 자연 산화막이 에칭 대상물(P1~P3)의 표층으로부터 제거된다. 그 후, 에칭액이 기판(W)에 공급되어, 에칭 대상물(P1~P3)이 선택적으로 에칭된다. 에칭 대상물(P1~P3)의 자연 산화막은, 주로 산화 실리콘으로 구성되어 있다. 에칭액은, 산화 실리콘을 에칭하지 않거나 혹은 대부분 에칭하지 않으며, 에칭 대상물(P1~P3)을 에칭하는 액체이다. 이것은, 수산화물 이온이 규소와 반응하지만, 산화 실리콘과는 반응하지 않거나 혹은 대부분 반응하지 않기 때문이다. 따라서, 에칭 대상물(P1~P3)의 자연 산화막을 미리 제거함으로써, 에칭 대상물(P1~P3)을 효율적으로 에칭할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 퇴적된 폴리실리콘을 가열하는 열처리 공정이 행해진 에칭 대상물(P1~P3)을, 알칼리성의 에칭액으로 에칭한다. 퇴적된 폴리실리콘을 적절한 조건하에서 가열하면, 폴리실리콘의 입도(그레인 사이즈)가 증가한다. 따라서, 열처리 공정이 행해지지 않은 경우와 비교하여, 에칭 대상물(P1~P3)에 포함되는 실리콘 단결정이 대형화하고 있다. 이것은, 에칭 대상물(P1~P3)의 표면에서 노출되는 실리콘 단결정의 수가 감소하여, 이방성의 영향이 높아지는 것을 의미한다. 따라서, 이러한 에칭 대상물(P1~P3)에 제4급 암모늄 수산화물과 물과 저해 물질을 포함하는 에칭액을 공급함으로써, 이방성의 영향을 효과적으로 저하시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는, 제4급 암모늄 수산화물과 물과 저해 물질 중 적어도 하나의 용존 산소 농도를 저하시킨다. 따라서, 이들로부터 작성되는 에칭액의 용존 산소 농도가 저하한다. 용존 산소 농도가 높은 에칭액이 기판(W)에 공급되면, 에칭 대상물(P1~P3)의 표층의 일부가 산화되어, 산화 실리콘으로 변화한다. 이것은, 에칭 대상물(P1~P3)의 에칭 속도가 더 저하하는 것을 의미한다. 따라서, 용존 산소 농도가 낮은 에칭액을 기판(W)에 공급함으로써, 에칭 대상물(P1~P3)의 에칭 속도의 저하를 억제하면서, 실리콘 단결정의 이방성을 저하시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는, 분위기 중의 산소 농도가 낮은 상태로 에칭액이 기판(W)에 공급된다. 이로써, 분위기로부터 에칭액에 녹아드는 산소가 감소하여, 용존 산소 농도의 상승이 억제된다. 용존 산소 농도가 높은 에칭액이 기판(W)에 공급되면, 에칭 대상물(P1~P3)의 에칭 속도가 더 저하해 버린다. 따라서, 분위기 중의 산소 농도를 저하시킴으로써, 에칭 속도의 추가 저하를 억제할 수 있다.
이어서, 제2 실시 형태에 대해 설명한다.
제1 실시 형태에 대한 제2 실시 형태의 주요한 차이점은, 기판 처리 장치(101)가 복수 장의 기판(W)을 일괄하여 처리하는 배치(Batch)식의 장치인 것이다.
도 10은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따르는 기판 처리 장치(101)에 구비된 약액 처리 유닛(102)을 도시한 모식도이다. 도 10 및 도 11에 있어서, 상술의 도 1~도 9에 도시된 구성과 동등의 구성에 대해서는, 도 1 등과 동일한 참조 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
기판 처리 장치(101)는, 복수 장의 기판(W)에 처리액을 동시에 공급하는 복수의 처리 유닛과, 복수 장의 기판(W)을 동시에 처리 유닛에 반입하는 반입 동작과 복수 장의 기판(W)을 동시에 처리 유닛으로부터 반출하는 반출 동작을 행하는 반송 유닛과, 기판 처리 장치(101)를 제어하는 제어 장치(3)를 구비하고 있다.
복수의 처리 유닛은, 제2 약액에 상당하는 알칼리성의 에칭액을 복수 장의 기판(W)에 동시에 공급하는 약액 처리 유닛(102)을 포함한다. 약액 처리 유닛(102)은, 에칭액을 저류함과 더불어 복수 장의 기판(W)이 동시에 반입되는 침지조(103)와, 침지조(103)로부터 넘친 에칭액을 받는 오버플로우조(104)를 포함한다. 도시하지 않으나, 복수의 처리 유닛은, 에칭액이 공급된 복수 장의 기판(W)에 린스액을 동시에 공급하는 린스액 처리 유닛과, 린스액이 공급된 복수 장의 기판(W)을 동시에 건조시키는 건조 처리 유닛을 더 포함한다.
약액 처리 유닛(102)은, 침지조(103) 및 오버플로우조(104)에 더해, 침지조(103) 및 오버플로우조(104)를 수용하는 하우징(105)과, 하우징(105)의 상부에 설치된 반입 반출구(105a)를 개폐하는 셔터(106)와, 반입 반출구(105a)가 셔터(106)로 닫히는 닫힘 위치와 반입 반출구(105a)가 열리는 열림 위치 사이에서 셔터(106)를 이동시키는 개폐 유닛(107)을 포함한다. 복수 장의 기판(W)은, 반입 반출구(105a)를 상하로 통과한다. 반송 유닛은, 복수 장의 기판(W)이 침지조(103) 내의 에칭액에 침지되는 하측 위치와 복수 장의 기판(W)이 침지조(103) 내의 에칭액의 상방에 위치하는 상측 위치 사이에서 복수 장의 기판(W)을 동시에 유지하면서 승강하는 리프터(108)를 포함한다.
약액 처리 유닛(102)은, 제2 약액에 상당하는 알칼리성의 에칭액을 토출하는 제2 약액 토출구(47)가 설치된 2개의 약액 노즐(109)과, 침지조(103) 내의 액체를 배출하는 배액 배관(116)을 포함한다. 약액 노즐(109)이 에칭액을 토출하면, 에칭액이 침지조(103) 내에 공급됨과 더불어, 상승류가 침지조(103) 내의 에칭액 중에 형성된다. 또, 배액 배관(116)에 개재하여 설치된 배액 밸브(117)가 열리면, 에칭액 등의 침지조(103) 내의 액체가 배액 배관(116)에 배출된다. 배액 배관(116)의 상류단은, 침지조(103)의 저부에 접속되어 있다.
약액 작성 유닛(61)의 탱크(62) 내의 에칭액을 순환시키는 순환 배관(63)은, 약액 배관(110)을 통해 2개의 약액 노즐(109)에 접속되어 있다. 약액 배관(110)은, 순환 배관(63)으로부터 공급된 에칭액을 2개의 약액 노즐(109)을 향해서 안내하는 공통 배관(110c)과, 공통 배관(110c)으로부터 공급된 에칭액을 2개의 약액 노즐(109)에 각각 안내하는 2개의 분기 배관(110b)을 포함한다. 분기 배관(110b)의 상류단은, 공통 배관(110c)에 접속되어 있고, 분기 배관(110b)의 하류단은, 약액 노즐(109)에 접속되어 있다.
비어 있는 침지조(103)를 에칭액으로 채울 때에는, 공통 배관(110c)에 개재하여 설치된 약액 밸브(114)가 열린다. 이로써, 공통 배관(110c) 내의 에칭액이, 2개의 분기 배관(110b)을 통해 2개의 약액 노즐(109)에 공급되어, 2개의 약액 노즐(109)로부터 토출된다. 그리고, 침지조(103)의 안이 에칭액으로 채워지면, 약액 밸브(114)가 닫혀, 탱크(62)로부터 침지조(103)로의 에칭액의 공급이 정지된다. 약액 밸브(114)는, 비어 있는 침지조(103)를 에칭액으로 채울 때 이외는 닫혀 있다.
오버플로우조(104)는, 리턴 배관(115)을 통해 공통 배관(110c)에 접속되어 있다. 리턴 배관(115)의 상류단은, 오버플로우조(104)에 접속되어 있고, 리턴 배관(115)의 하류단은, 약액 밸브(114)의 하류의 위치에서 공통 배관(110c)에 접속되어 있다. 침지조(103)로부터 오버플로우조(104)로 넘친 에칭액은, 펌프(113)에 의해서 다시 2개의 약액 노즐(109)에 보내짐과 더불어, 2개의 약액 노즐(109)에 이르기 전에 필터(111)에 의해 여과된다. 약액 처리 유닛(102)은, 에칭액의 가열 또는 냉각에 의해서 침지조(103) 내의 에칭액의 온도를 변경하는 온도 조절기(112)를 포함하고 있어도 된다.
에칭액의 용존 산소 농도를 조정하는 용존 산소 농도 변경 유닛(67)은, 공기 중의 산소 농도(약 21vol%)보다 낮은 산소 농도를 갖는 저산소 가스를 침지조(103) 내의 에칭액에 용해시키는 적어도 하나의 가스 노즐(118)을 더 포함한다. 도 10은, 2개의 가스 노즐(118)이 설치되어 있고, 저산소 가스가 질소 가스인 예를 도시하고 있다. 2개의 가스 노즐(118)은, 침지조(103)에 장착되어 있고, 침지조(103)의 내부에서 질소 가스를 토출한다.
용존 산소 농도 변경 유닛(67)은, 적어도 하나의 가스 노즐(118)에 질소 가스를 공급하는 가스 공급 배관(119)과, 가스 공급 배관(119)으로부터 적어도 하나의 가스 노즐(118)에 질소 가스가 흐르는 열림 상태와 질소 가스가 가스 공급 배관(119)에서 막힌 닫힘 상태 사이에서 개폐하는 가스 밸브(120)와, 가스 공급 배관(119)으로부터 적어도 하나의 가스 노즐(118)에 공급되는 질소 가스의 유량을 변경하는 가스 유량 조정 밸브(121)를 포함한다.
에칭액이 침지조(103)의 안에 있을 때에 가스 밸브(120)가 열리면, 질소 가스가, 가스 유량 조정 밸브(121)의 개도에 대응하는 유량으로 2개의 가스 노즐(118)로부터 토출된다. 이로써, 침지조(103) 내의 에칭액 중에 다수의 기포가 형성되어, 질소 가스가 침지조(103) 내의 에칭액에 녹아든다. 이때, 용존 산소가 에칭액으로부터 배출되어, 에칭액의 용존 산소 농도가 저하한다. 이로써, 침지조(103) 내의 에칭액에 있어서의 용존 산소 농도의 상승이 억제된다.
용존 산소 농도 변경 유닛(67)은, 추가로, 질소 가스 등의 저산소 가스를 하우징(105) 안에 공급하는 퍼지 가스 공급 배관(122)과, 퍼지 가스 공급 배관(122)으로부터 하우징(105)에 질소 가스가 흐르는 열림 상태와 질소 가스가 퍼지 가스 공급 배관(122)에서 막힌 닫힘 상태 사이에서 개폐하는 퍼지 가스 밸브(123)를 포함한다. 용존 산소 농도 변경 유닛(67)은, 추가로, 하우징(105) 내의 기체를 하우징(105)의 밖으로 안내하는 가스 배출 배관(124)과, 하우징(105) 내의 기압이 상한 압력을 웃돌면, 가스 배출 배관(124)을 통해서 하우징(105) 내의 기체를 배출하는 릴리프 밸브(125)를 포함한다.
퍼지 가스 밸브(123)가 열려 있을 때에, 셔터(106)가 닫히면, 반입 반출구(105a)를 통과하여 배출되는 기체의 양이 감소하므로, 하우징(105) 내의 기압이 상승한다. 하우징(105) 내의 기압이 상한 압력을 웃돌면, 릴리프 밸브(125)가 열려, 하우징(105) 내의 기체가 가스 배출 배관(124)에 배출된다. 이로써, 공기가 하우징(105) 중으로부터 배출되어, 하우징(105) 안이 질소 가스로 채워진다. 그로 인해, 하우징(105) 내의 분위기로부터 침지조(103) 내의 에칭액에 녹아드는 산소가 감소하여, 용존 산소 농도의 상승이 억제된다.
도 11은, 새로운 에칭액을 작성하고 나서 사용이 끝난 에칭액을 침지조(103)로부터 배출할 때까지의 흐름의 일례를 도시한 공정도이다.
후술하는 동작은, 제어 장치(3)가 기판 처리 장치(101)를 제어함으로써 실행된다. 바꾸어 말하면, 제어 장치(3)는, 이하의 동작을 기판 처리 장치(101)에 실행시키도록 프로그램되어 있다. 이하에서는, 도 10 및 도 11을 참조한다.
약액 처리 유닛(102)의 침지조(103)에 공급되는 에칭액은, 약액 작성 유닛(61)에서 작성된다(도 11의 단계 S11). 구체적으로는, TMAH가, 수산화물 배관(78)으로부터 탱크(62) 안으로 공급되고, 프로필렌글리콜이 저해 물질 배관(81)으로부터 탱크(62) 안으로 공급된다. 이로써, TMAH 및 프로필렌글리콜이, 탱크(62) 내에서 혼합되어, 에칭액이 작성된다. 또한, 질소 가스 등의 불활성 가스가, 가스 공급 배관(68)으로부터 탱크(62) 안에 공급된다. 이로써, 탱크(62) 내의 에칭액의 용존 산소 농도가 저하한다(도 11의 단계 S12).
에칭액의 작성이 완료하면, 퍼지 가스 밸브(123)가 열려, 퍼지 가스 공급 배관(122)으로부터 하우징(105)으로의 질소 가스의 공급이 개시된다(도 11의 단계 S13). 이로써, 하우징(105) 안이 불활성 가스로 채워진다. 그 후, 약액 밸브(114)가 열려, 탱크(62)로부터 침지조(103)로의 에칭액의 공급이 개시된다(도 11의 단계 S14). 침지조(103)의 안이 에칭액으로 채워지면, 약액 밸브(114)가 닫혀, 탱크(62)로부터 침지조(103)로의 에칭액의 공급이 정지된다. 그 후, 가스 밸브(120)가 열려, 침지조(103) 내의 에칭액에 대한 질소 가스의 용해가 개시된다(도 11의 단계 S15). 이로써, 침지조(103) 내의 에칭액에 있어서의 용존 산소 농도의 상승이 억제된다.
가스 노즐(118)로부터의 질소 가스의 토출이 개시된 후에는, 리프터(108)가, 복수 장의 기판(W)을 유지하면서, 상측 위치로부터 하측 위치로 하강한다. 그 후, 개폐 유닛(107)이 셔터(106)를 열림 위치로부터 닫힘 위치로 이동시킨다. 이로써, 1개의 배치에 포함되는 모든 기판(W)이 침지조(103) 내의 에칭액에 잠긴다(도 11의 단계 S16). 그로 인해, 에칭액이 복수 장의 기판(W)에 동시에 공급되어, 폴리실리콘막(P1~P3)(도 6 참조) 등의 에칭 대상물이 에칭된다. 리프터(108)가 하측 위치로 이동하고 나서 소정 시간이 경과하면, 개폐 유닛(107)이 셔터(106)를 열림 위치로 이동시켜, 리프터(108)가 상측 위치까지 상승한다.
이와 같이 하여, 1개의 배치에 포함되는 모든 기판(W)이, 침지조(103) 내의 에칭액에 침지되고, 그 후, 침지조(103)로부터 반출된다. 이 일련의 흐름이 배치마다 반복된다. 즉, 1개의 배치에 포함되는 모든 기판(W)이 침지조(103)로부터 반출되면, 상기와 마찬가지로, 다른 배치에 포함되는 모든 기판(W)이 침지조(103) 내의 에칭액에 침지되고, 에칭된다. 그리고, 침지조(103) 내의 에칭액의 사용 횟수 또는 사용 시간이 상한값에 이르면, 침지조(103) 내의 에칭액이 새로운 에칭액으로 교환된다.
구체적으로는, 가스 밸브(120)가 닫혀, 침지조(103) 내의 에칭액에 대한 질소 가스의 용해가 정지된다(도 11의 단계 S17). 또한, 퍼지 가스 밸브(123)가 닫혀, 퍼지 가스 공급 배관(122)으로부터 하우징(105)으로의 질소 가스의 공급이 정지된다(도 11의 단계 S18). 그 후, 배액 밸브(117)가 열려, 침지조(103) 내의 에칭액이 배액 배관(116)에 배출된다(도 11의 단계 S19). 침지조(103)의 안이 비게 되면, 미리 작성된 새로운 에칭액이, 침지조(103)에 공급된다(도 11의 단계 S11~단계 S14).
다른 실시 형태
본 발명은, 상술의 실시 형태의 내용에 한정되는 것이 아니며, 여러 가지의 변경이 가능하다.
예를 들어, TMAH와 프로필렌글리콜을, 중심 노즐(45)의 토출구(47)와 기판(W) 사이의 공간에서 혼합해도 되고, 기판(W) 상에서 혼합해도 된다. 혹은, 탱크(62)의 내부가 아닌, 탱크(62)와 중심 노즐(45)의 토출구(47) 사이에서, TMAH와 프로필렌글리콜을 혼합해도 된다. 구체적으로는, 프로필렌글리콜을 안내하는 저해 물질 배관(81)을, 탱크(62)가 아닌, 탱크(62)로부터 중심 노즐(45)의 토출구(47)까지의 약액의 유로에 접속해도 된다.
도 12는, 저해 물질 배관(81)이 제2 약액 배관(52)에 접속되어 있는 예를 도시하고 있다. 도 12에 도시한 예에서는, TMAH가 탱크(62)에 저류되어 있고, 프로필렌글리콜의 수용액이 탱크(131)에 저류되어 있다. 저해 물질 배관(81)은, 중심 노즐(45)에 접속되어 있어도 된다. 프로필렌글리콜의 수용액이 아닌, 프로필렌글리콜의 액체가 탱크(131)에 저류되어 있어도 된다.
저해 물질 배관(81)이 제2 약액 배관(52) 및 중심 노즐(45) 중 어느 하나에 접속되어 있는 경우에도, 탱크(131) 내의 프로필렌글리콜은, 펌프(132)에 의해서 탱크(131)로부터 저해 물질 배관(81)으로 보내지고, 제2 약액 배관(52) 내 또는 중심 노즐(45) 내에서 TMAH와 혼합된다. 이로써, TMAH와 프로필렌글리콜과 물을 포함하는 알칼리성의 에칭액이, 중심 노즐(45)의 토출구(47)로부터 토출된다.
TMAH와 프로필렌글리콜을 포함하는 알칼리성의 에칭액을, 기판(W)의 상면이 아닌, 기판(W)의 하면에 공급해도 된다. 혹은, 기판(W)의 상면 및 하면의 양쪽에 에칭액을 공급해도 된다. 이러한 경우, 하면 노즐(15)에 에칭액을 토출시키면 된다.
용존 산소 농도 변경 유닛(67)이 기판 처리 장치로부터 생략되어도 된다. 즉, 용존 산소 농도를 저하시키지 않은 에칭액을 기판(W)에 공급해도 된다.
차단 부재(33)로부터 통형부(37)가 생략되어도 된다. 상측 지지부(43) 및 하측 지지부(44)가 차단 부재(33) 및 스핀 척(10)으로부터 생략되어도 된다.
차단 부재(33)가 처리 유닛(2)으로부터 생략되어도 된다. 이 경우, 제1 약액 등의 처리액을 기판(W)을 향해서 토출하는 노즐을 처리 유닛(2)에 설치하면 된다. 노즐은, 챔버(4) 내에서 수평으로 이동 가능한 스캔 노즐이어도 되고, 챔버(4)의 격벽(6)에 대해서 고정된 고정 노즐이어도 된다. 노즐은, 기판(W)의 경방향으로 떨어진 복수의 위치를 향해서 동시에 처리액을 토출함으로써, 기판(W)의 상면 또는 하면에 처리액을 공급하는 복수의 액 토출구를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 토출되는 처리액의 유량, 온도, 및 농도 중 적어도 하나를, 액 토출구마다 변화시켜도 된다.
적층막(91)에 포함되는 폴리실리콘막의 매수는 1장여도 된다. 마찬가지로, 적층막(91)에 포함되는 산화 실리콘막의 매수는 1장여도 된다.
폴리실리콘막 상에 산화 실리콘막이 형성되어 있는 경우, 오목부(92)는, 산화 실리콘막만을 기판(W)의 두께 방향(Dt)으로 관통하고 있어도 된다. 즉, 폴리실리콘막의 표면이 오목부(92)의 저면이어도 된다. 이 경우, 복수의 오목부(92)가 기판(W)에 설치되어 있어도 된다.
비에칭 대상물은, 산화 실리콘 이외의 물질이어도 된다.
기판 처리 장치는, 원판 형상의 기판(W)을 처리하는 장치에 한정하지 않으며, 다각형의 기판(W)을 처리하는 장치여도 된다.
상술의 모든 구성의 2개 이상이 조합되어도 된다. 상술의 모든 공정의 2개 이상이 조합되어도 된다.
그 외, 특허 청구의 범위에 기재된 사항의 범위에서 여러 가지의 설계 변경을 실시하는 것이 가능하다.
약액 작성 유닛(61)은, 에칭액 작성 수단 및 에칭액 메이커의 일례이다. 중심 노즐(45)은, 선택 에칭 수단 및 선택 에칭 노즐의 일례이다. 제2 약액 토출구(47)는, 토출구의 일례이다. 제2 약액 배관(52), 탱크(62), 수산화물 배관(78), 및 저해 물질 배관(81)은, 혼합 수단 및 믹서의 일례이다. 중심 노즐(45), 특히, 제1 약액 토출구(46)는, 자연 산화막 제거 수단 및 자연 산화막 리무버의 일례이다. 용존 산소 농도 변경 유닛(67)은, 용존 산소 농도 변경 수단 및 용존 산소 농도 체인저의 일례이다. 하측 가스 밸브(21), 하측 가스 유량 조정 밸브(22), 상측 가스 밸브(57), 및 상측 가스 유량 조정 밸브(58)는, 분위기 산소 농도 변경 수단 및 분위기 산소 농도 체인저의 일례이다.
본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명해 왔으나, 이들은 본 발명의 기술적 내용을 분명히 하기 위해서 이용된 구체예에 지나지 않으며, 본 발명은 이들 구체예에 한정하여 해석되어야 하는 것이 아니며, 본 발명의 정신 및 범위는 첨부된 청구의 범위에 의해서만 한정된다.
1： 기판 처리 장치 15： 하면 노즐
18： 하측 중앙 개구 21： 하측 가스 밸브
22： 하측 가스 유량 조정 밸브 45： 중심 노즐
46： 제1 약액 토출구 47： 제2 약액 토출구
49： 상측 가스 토출구 52： 제2 약액 배관
57： 상측 가스 밸브 58： 상측 가스 유량 조정 밸브
61： 약액 작성 유닛 62： 탱크
67： 용존 산소 농도 변경 유닛 78： 수산화물 배관
81： 저해 물질 배관 91： 적층막
92： 오목부 101： 기판 처리 장치
109： 약액 노즐 118： 가스 노즐
O1~O3： 산화 실리콘막 P1~P3： 폴리실리콘막
W： 기판

Claims (21)

  1. 폴리실리콘을 포함하는 에칭 대상물과, 상기 에칭 대상물과는 상이한 비(非)에칭 대상물이 노출된 기판에 알칼리성의 에칭액을 공급하는 기판 처리 방법으로서,
    제4급 암모늄 수산화물과, 물과, 상기 제4급 암모늄 수산화물로부터 생긴 수산화물 이온과 상기 에칭 대상물의 접촉을 저해하는 저해 물질을 포함하는 알칼리성의 상기 에칭액을 작성하는 에칭액 작성 공정과,
    상기 에칭액 작성 공정에서 작성된 상기 에칭액을, 상기 에칭 대상물과 상기 비에칭 대상물이 노출된 상기 기판에 공급함으로써, 상기 비에칭 대상물의 에칭을 억제하면서 상기 에칭 대상물을 에칭하는 선택 에칭 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 에칭액 작성 공정은, 상기 폴리실리콘을 구성하는 실리콘 단결정의 복수의 결정면에 있어서의 에칭 속도의 차의 목표값에 의거하여 상기 에칭액에 있어서의 상기 저해 물질의 농도를 결정하는 농도 결정 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 에칭액 작성 공정에서 작성되는 상기 에칭액에 있어서의 상기 저해 물질의 농도는, 20질량퍼센트 농도 이상, 100질량퍼센트 농도 미만인, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저해 물질의 분자는 상기 수산화물 이온보다 큰, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭액 작성 공정은, 상기 에칭액이 토출구로부터 토출되기 전에, 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질을 혼합하는 토출 전 혼합 공정을 포함하고,
    상기 선택 에칭 공정은, 상기 에칭액 작성 공정에서 작성된 상기 에칭액을 상기 기판을 향해서 상기 토출구로 하여금 토출하게 하는 토출 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택 에칭 공정 전에, 산화막 제거액을 상기 기판에 공급하여, 상기 에칭 대상물의 자연 산화막을 제거하는 자연 산화막 제거 공정을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭 대상물은, 폴리실리콘을 퇴적시키는 퇴적 공정과, 상기 퇴적 공정에서 퇴적한 상기 폴리실리콘을 가열하는 열처리 공정을 포함하는 복수의 공정을 실행함으로써 얻어진 박막인, 기판 처리 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭액 작성 공정은, 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질 중 적어도 하나의 용존 산소 농도를 저하시키는 용존 산소 농도 변경 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 유지되어 있는 상기 에칭액에 접하는 분위기 중의 산소 농도를 저하시키는 분위기 산소 농도 변경 공정을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저해 물질은 글리콜인, 기판 처리 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 에칭액 작성 공정은, 상기 제4급 암모늄 수산화물로서의 TMAH(테트라메틸암모늄하이드로옥사이드)와, 상기 물과, 상기 글리콜로서의 프로필렌글리콜을 포함하는 알칼리성의 상기 에칭액을 작성하는 공정인, 기판 처리 방법.
  12. 폴리실리콘을 포함하는 에칭 대상물과, 상기 에칭 대상물과는 상이한 비에칭 대상물이 노출된 기판에 알칼리성의 에칭액을 공급하는 기판 처리 장치로서,
    제4급 암모늄 수산화물과, 물과, 상기 제4급 암모늄 수산화물로부터 생긴 수산화물 이온과 상기 에칭 대상물의 접촉을 저해하는 저해 물질을 포함하는 알칼리성의 상기 에칭액을 작성하는 에칭액 작성 수단과,
    상기 에칭액 작성 수단이 작성한 상기 에칭액을, 상기 에칭 대상물과 상기 비에칭 대상물이 노출된 상기 기판에 공급함으로써, 상기 비에칭 대상물의 에칭을 억제하면서 상기 에칭 대상물을 에칭하는 선택 에칭 수단을 포함하는, 기판 처리 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 에칭액 작성 수단은, 상기 폴리실리콘을 구성하는 실리콘 단결정의 복수의 결정면에 있어서의 에칭 속도의 차의 목표값에 의거하여 상기 에칭액에 있어서의 상기 저해 물질의 농도를 결정하는 농도 결정 수단을 포함하는, 기판 처리 장치.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 에칭액 작성 수단이 작성한 상기 에칭액에 있어서의 상기 저해 물질의 농도는, 20질량퍼센트 농도 이상, 100질량퍼센트 농도 미만인, 기판 처리 장치.
  15. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저해 물질의 분자는 상기 수산화물 이온보다 큰, 기판 처리 장치.
  16. 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택 에칭 수단은, 상기 에칭액 작성 수단이 작성한 상기 에칭액을 상기 기판을 향해서 토출하는 토출구를 포함하고,
    상기 에칭액 작성 수단은, 상기 에칭액이 상기 토출구로부터 토출되기 전에, 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질을 혼합하는 혼합 수단을 포함하는, 기판 처리 장치.
  17. 청구항 12 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭액 작성 수단이 작성한 상기 에칭액이 상기 기판에 공급되기 전에, 산화막 제거액을 상기 기판에 공급하여, 상기 에칭 대상물의 자연 산화막을 제거하는 자연 산화막 제거 수단을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  18. 청구항 12 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭액 작성 수단은, 상기 제4급 암모늄 수산화물과 상기 물과 상기 저해 물질 중 적어도 하나의 용존 산소 농도를 저하시키는 용존 산소 농도 변경 수단을 포함하는, 기판 처리 장치.
  19. 청구항 12 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 유지되어 있는 상기 에칭액에 접하는 분위기 중의 산소 농도를 저하시키는 분위기 산소 농도 변경 수단을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  20. 청구항 12 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저해 물질은 글리콜인, 기판 처리 장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 에칭액 작성 수단은, 상기 제4급 암모늄 수산화물로서의 TMAH(테트라메틸암모늄하이드로옥사이드)와, 상기 물과, 상기 글리콜로서의 프로필렌글리콜을 포함하는 알칼리성의 상기 에칭액을 작성하는 수단인, 기판 처리 장치.
KR1020217003571A 2018-08-31 2019-07-04 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 KR102544412B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2018-163796 2018-08-31
JP2018163796 2018-08-31
JPJP-P-2019-075345 2019-04-11
JP2019075345A JP7170578B2 (ja) 2018-08-31 2019-04-11 基板処理方法および基板処理装置
PCT/JP2019/026609 WO2020044789A1 (ja) 2018-08-31 2019-07-04 基板処理方法および基板処理装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210027472A true KR20210027472A (ko) 2021-03-10
KR102544412B1 KR102544412B1 (ko) 2023-06-16

Family

ID=69738207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217003571A KR102544412B1 (ko) 2018-08-31 2019-07-04 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11670517B2 (ko)
JP (1) JP7170578B2 (ko)
KR (1) KR102544412B1 (ko)
CN (1) CN112602179A (ko)
TW (1) TWI774970B (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7382164B2 (ja) * 2019-07-02 2023-11-16 東京エレクトロン株式会社 液処理装置および液処理方法
US11715656B2 (en) * 2019-12-26 2023-08-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Chemical liquid supplying system and method of supplying chemical liquid
JP7397736B2 (ja) 2020-03-31 2023-12-13 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス エッチング方法および基板処理方法
JP2022041076A (ja) * 2020-08-31 2022-03-11 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 基板処理方法および基板処理装置
JP2022041075A (ja) 2020-08-31 2022-03-11 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 基板処理方法および基板処理装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006005261A (ja) * 2004-06-21 2006-01-05 Renesas Technology Corp 処理液中不純物の検出方法
JP2008277715A (ja) * 2007-04-26 2008-11-13 Mallinckrodt Baker Inc 低温ポリ−シリコン薄膜パネルを平坦化するためのポリシリコン平坦化溶液
JP2012199521A (ja) * 2011-03-04 2012-10-18 Fujifilm Corp キャパシタ構造の形成方法及びこれに用いられるシリコンエッチング液
JP2013258391A (ja) 2012-05-15 2013-12-26 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板処理用の薬液生成方法、基板処理用の薬液生成ユニット、および基板処理システム
KR20180083375A (ko) * 2015-11-14 2018-07-20 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 묽은 tmah을 사용하여 마이크로전자 기판을 처리하는 방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7563670B2 (en) * 2006-11-13 2009-07-21 International Business Machines Corporation Method for etching single-crystal semiconductor selective to amorphous/polycrystalline semiconductor and structure formed by same
CN103081075A (zh) * 2010-08-31 2013-05-01 三菱瓦斯化学株式会社 硅蚀刻液以及使用其的晶体管的制造方法
JP5960511B2 (ja) 2012-06-01 2016-08-02 東京応化工業株式会社 シリコン異方性エッチング方法
US20160218012A1 (en) * 2013-10-22 2016-07-28 Hitachi Kokusai Electric Inc. Method of forming fine pattern, method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus and recording medium
US9502258B2 (en) * 2014-12-23 2016-11-22 Applied Materials, Inc. Anisotropic gap etch
US10400167B2 (en) * 2015-11-25 2019-09-03 Versum Materials Us, Llc Etching compositions and methods for using same
US10179878B2 (en) * 2016-12-15 2019-01-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Wet etch chemistry for selective silicon etch
SG11202108330UA (en) * 2019-01-31 2021-08-30 Fujifilm Electronic Materials Usa Inc Etching compositions

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006005261A (ja) * 2004-06-21 2006-01-05 Renesas Technology Corp 処理液中不純物の検出方法
JP2008277715A (ja) * 2007-04-26 2008-11-13 Mallinckrodt Baker Inc 低温ポリ−シリコン薄膜パネルを平坦化するためのポリシリコン平坦化溶液
JP2012199521A (ja) * 2011-03-04 2012-10-18 Fujifilm Corp キャパシタ構造の形成方法及びこれに用いられるシリコンエッチング液
JP2013258391A (ja) 2012-05-15 2013-12-26 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板処理用の薬液生成方法、基板処理用の薬液生成ユニット、および基板処理システム
KR20180083375A (ko) * 2015-11-14 2018-07-20 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 묽은 tmah을 사용하여 마이크로전자 기판을 처리하는 방법

Also Published As

Publication number Publication date
TWI774970B (zh) 2022-08-21
JP2020038956A (ja) 2020-03-12
CN112602179A (zh) 2021-04-02
US11670517B2 (en) 2023-06-06
JP7170578B2 (ja) 2022-11-14
KR102544412B1 (ko) 2023-06-16
TW202013480A (zh) 2020-04-01
US20210313191A1 (en) 2021-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7064905B2 (ja) 基板処理方法および基板処理装置
KR102544412B1 (ko) 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
KR102182116B1 (ko) 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
KR20190095887A (ko) 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
TWI769416B (zh) 基板處理方法及基板處理裝置
WO2020044789A1 (ja) 基板処理方法および基板処理装置
WO2022044639A1 (ja) 基板処理方法および基板処理装置
JP7176936B2 (ja) 基板処理方法および基板処理装置
TWI796744B (zh) 基板處理方法及基板處理裝置
JP2024060140A (ja) 基板処理方法および基板処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant