JP2007288103A - エッチング処理装置およびエッチング処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薬液交換のコストの増大と排液処理の増大を防ぐとともにエッチング量を安定させることができるエッチング処理装置を得ること。
【解決手段】半導体基板上に形成された材料をフッ化水素酸および／またはフッ化アンモニウムを含有する水溶液である薬液を用いてエッチングするエッチング手段と、エッチングされた半導体基板を純水で洗浄する水洗手段と、を備えるエッチング処理装置において、エッチング手段は、半導体基板上に形成された材料に接触させる薬液を２０℃以下の温度で薬液が凍結しない範囲の温度に調整する薬液冷却機能を備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、フッ化水素酸やフッ化アンモニウムを含有する薬液を使用したエッチング、または洗浄を行うエッチング処理装置およびエッチング処理方法に関するものである。

半導体装置の製造における従来のＳｉ酸化膜（ＳｉＯ₂）のウェットエッチングは、希釈フッ酸（以下、ＤＨＦという）やバッファードフッ酸（以下、ＢＨＦという）の薬液を用いて、バッチ式処理装置または枚葉式処理装置で行われている。バッチ式処理装置としては、処理槽内に２５枚または５０枚のウェハを浸漬させるディップ式処理装置と、密閉チャンバ内で２５枚または５０枚のウェハを回転させながら、薬液をスプレーするバッチスプレー処理装置が一般的である。しかし、先端デバイスではＳｉ酸化膜のエッチング量を精密に制御する必要があるため、制御性の高い枚葉式処理装置が使用されることが多くなってきている。枚葉式処理装置は通常、洗浄カップ内でウェハを水平に保持、回転させ、上部または下部から薬液をウェハ全面に吐出させて洗浄する構造を有する。

これらのいずれの装置でも、薬液処理中に、薬液雰囲気（薬液ミスト）の飛散を防止するために排気が行われている。薬液の温度は、通常クリーンルームと同じ温度（室温、２０〜２５℃の範囲で、通常は２３℃前後）に設定されている。また、これらの装置は、通常薬液の循環ラインを備えており、フィルタや電子冷熱によるパーティクル除去（ろ過）や薬液温度制御が行われている。ウェハ処理を重ねていくと、または時間経過に伴って、薬液のエッチングレートが変動するため、ある頻度で薬液交換が行われている。

また、半導体装置の微細化に伴い、ＤＨＦやＢＨＦを用いたＳｉ酸化膜のエッチングにおいて、そのエッチング量の制御性の向上が求められている。特に、ＳｏＣ（System on a Chip）ではＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）形成プロセスにおいて、酸化膜のウェットエッチング量がＰチャネル電界効果型トランジスタとＮチャネル電界効果型トランジスタとの間で差があり、ディボットと呼ばれる窪みが形成され、デバイス特性の劣化を引き起こすことが確認されている（たとえば、特許文献１参照）。そのため、Ｐチャネル／Ｎチャネルでのエッチング量の差が少ないＢＨＦが用いられることが一般的であり、エッチング量も１０ｎｍ以下の微量なエッチングを制御性良く行うことが要求されている。

特開２００１−２５７２５８号公報

ところで、ＤＨＦは水分の蒸発によって、時間と共にエッチングレートが上昇する傾向がある。また、ＢＨＦの場合も、ウェハ処理を重ねていくとアンモニアの蒸発によってエッチングレートが上昇する。特に、ＮＨ₄Ｆ（４０％）：ＨＦ（５０％）＝１００：１より希釈されたＢＨＦ（ＨＦ濃度：０．５％以下）でアンモニアの蒸発によるエッチングレートの上昇が顕著である。たとえば、枚葉式処理装置で２００：１ＢＨＦ（ＨＦ濃度：０．２５％、１２００ＢＨＦ）を用いて１００枚程度のウェハを処理すると、５％以上のエッチングレートの上昇が確認されている。一方、５０：１ＢＨＦ（１５０ＢＨＦ）のようにＨＦ濃度が１％以上高い薬液の場合には、このようなエッチングレートの上昇は緩やかであり、実質的な問題とはならない。先端デバイスでは酸化膜のエッチング量が少なく、かつ高い制御性が求められているため、１２００ＢＨＦのようなエッチングレートの小さな薬液が使用されているが、そのエッチングレートが変動するとデバイスの特性劣化を引き起こしてしまうという問題点があった。また、エッチング量を安定させるために頻繁に薬液交換を行うと、コストの増大と排液処理の増大（環境負荷の増大）を引き起こしてしまうという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、薬液交換のコストの増大と排液処理の増大を防ぐとともにエッチング量を安定させることができるエッチング処理装置およびエッチング処理方法を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかるエッチング処理装置は、半導体基板上に形成された材料をフッ化水素酸および／またはフッ化アンモニウムを含有する水溶液である薬液を用いてエッチングするエッチング手段と、前記エッチングされた前記半導体基板を純水で洗浄する水洗手段と、を備えるエッチング処理装置において、前記エッチング手段は、前記半導体基板上に形成された材料に接触する前記薬液を２０℃以下の温度で前記薬液が凍結しない範囲の温度に調節する薬液冷却機能を備えることを特徴とする。

この発明によれば、エッチング処理を行う薬液の温度を室温の２０℃よりも低くしたので、薬液に含まれる水分やアンモニアの蒸発が抑えられ、エッチングレートの変動も抑えることができる。その結果、薬液の交換頻度を少なくすることができ、薬液コストの減少、および排液処理の減少（環境負荷低減）を実現することができるという効果を有する。さらに、室温に比べてエッチングレートが低くなるため、室温でのエッチングレートが高いが成分の蒸発によるエッチングレートの変動（経時変化）の少ないＨＦ濃度の高い薬液、たとえばＨＦ濃度１％以上のＢＨＦを用いて、制御性のよいエッチングを行うことができるという効果も有する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるエッチング処理装置とエッチング処理方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。ただし、以下では、最初にこの発明の概要を説明し、その後に実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

この発明は、フッ化水素酸（ＨＦ）やフッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）などのＨＦを含む水溶液を薬液として、半導体装置のＳｉ酸化膜などの所定の材料のエッチング処理を行う際に、薬液を室温よりも低い温度（２０℃以下）に制御してエッチングを行うことを特徴とする。これにより、薬液の蒸発が抑えられるとともに、室温の場合と比較してエッチングレートが抑えられる。

また、エッチング処理を行う際に、薬液と接する雰囲気（気体）の温度を薬液の温度と同じか、薬液の温度よりも低い温度に設定してもよい。これにより、エッチング処理時における薬液の蒸発が抑えられる。

さらに、エッチング処理した半導体装置を純水で洗浄処理する際に、純水を室温よりも低い温度（２０℃以下）に制御して半導体装置の洗浄を行うようにしてもよい。これにより、前のエッチング処理で半導体装置の表面に残った薬液が純水中で電離することによって生じるエッチングが抑えられる。

実施の形態１．
図１は、この発明にかかるエッチング処理装置の実施の形態１の構成を模式的に示す図である。この図１では、エッチング処理装置として、バッチ式浸漬処理装置（Ｄｉｐ式処理装置）にこの発明を適用した場合を示している。なお、この図は、装置を構成する主要部分のみを簡略化して示しており、ウェハ搬送機構やその他の構成部分については図示を省略している。

バッチ式浸漬処理装置１は、外気と遮断された薬液処理部２０、水洗処理部３０、および乾燥処理部４０から構成される。薬液処理部２０は、エッチング液を用いて半導体装置などの対象物のエッチングを行う部分であり、薬液処理槽２１と、薬液処理槽２１の排液口２２に接続された薬液循環ラインに、ポンプ２４、熱交換器２５、フィルタ２６を備える。また、薬液処理部２０は、エアフィルタユニット２７、エアコンディショナ２８および排気口２９を備える。この薬液処理部２０では、上述したように薬液の温度を室温以下の温度（２０℃以下）としている。また、薬液処理部２０内の気体雰囲気の温度を薬液と同じ温度かまたはこれよりも１０℃程度低い温度としている。この薬液処理部２０は、特許請求の範囲におけるエッチング手段に対応している。

薬液処理槽２１は、ＤＨＦやＢＨＦなどの薬液２３で満たされ、搬送機構によって搬送されてきたウェハ５１のエッチングを行う。なお、上記したように、薬液処理槽２１へウェハ５１の搬送を行い、薬液２３へ浸漬する搬送機構の図示は省略している。

ポンプ２４は、薬液処理槽２１に設けられた排液口２２に接続され、排液口２２から薬液２３を吸引し、再び薬液処理槽２１へと送出する。これにより、薬液処理槽２１内の薬液は、常に循環される。フィルタ２６は、ポンプ２４によって循環される薬液２３に含まれる異物を除去する。

熱交換器２５は、ポンプ２４の出力側に配置され、ポンプ２４から送り出された薬液２３を所定の温度にする機能を有する。薬液２３の温度は薬液２３の種類によって最適な範囲に設定されるが、この実施の形態１では、薬液２３としてのＤＨＦやＢＨＦの温度を、薬液処理槽２１の空気との接触部における薬液成分の蒸発を少なくするために、室温以下の低温（２０℃以下）に制御する。具体的には、ＤＨＦの場合は０〜２０℃の範囲がよく、特に５〜１５℃の範囲に制御するのが好ましい。また、ＢＨＦの場合は−１０〜２０℃の範囲がよく、特に０〜１０℃の範囲に制御するのが好ましい。薬液２３の設定温度を、上記の設定範囲より高くすると、薬液成分の蒸発が速く、背景技術で説明したように、薬液の種類によってはエッチングレートの変動が大きくなり、薬液の交換を頻繁に行わなければならなくなってしまう。一方、薬液温度が低すぎると、薬液の凍結や薬液中に結晶などの析出物が生成され、エッチングレートの変動やパーティクル付着といった問題が生じてしまう。この熱交換器２５は、特許請求の範囲における薬液冷却機能に対応している。

エアフィルタユニット２７は、たとえば薬液処理部２０の上部に設置される。また、このエアフィルタユニット２７にはエアコンディショナ２８が接続される。エアコンディショナ２８は、薬液処理部２０の外部に設置され、エアフィルタユニット２７を介して薬液処理部２０内に所定の温度の気体（空気）を供給する。この実施の形態１では、エアコンディショナ２８は、薬液処理槽２１内の薬液２３の温度と同じか、またはそれよりも低温の状態に保つ。このように薬液処理部２０内の雰囲気の温度を２０℃以下の低温にすることで、薬液処理槽２１の空気との接触部での薬液成分の蒸発を少なくすることができる。ただし、気温が低すぎて薬液温度との差が大きくなると薬液温度の制御が難しくなり、極端に低温の場合は薬液２３の凍結や結晶物の析出といった問題が生じるので、薬液２３の凍結や結晶物の析出が生じない程度の温度に設定する必要がある。排気口２９は、薬液処理部２０内の薬液処理槽２１から蒸発したミストやフッ化水素、アンモニアなどの蒸発成分をバッチ式浸漬処理装置１の本体の外部へ漏れることを防ぐために、図示しない排気処理施設と接続され、所定量の排気が行われる。これらのエアフィルタユニット２７とエアコンディショナ２８は、特許請求の範囲における雰囲気気体冷却機能に対応している。

水洗処理部３０は、薬液処理部２０でエッチングされた対象物を水洗する部分であり、水洗槽３１、純水供給部３３、純水用熱交換器３４、エアフィルタユニット３５およびエアコンディショナ３６を備える。この水洗処理部３０では、内部の気体の温度を２０℃以下の低温に制御していることを特徴とする。この水洗処理部３０は、特許請求の範囲における水洗手段に対応している。

水洗槽３１は、純水３２で満たされ、搬送機構によって搬送されてきたウェハ５１の洗浄を行う。なお、上記したように、水洗槽３１へウェハ５１の搬送を行い、純水３２へ浸漬する搬送機構の図示は省略している。

純水供給部３３は、水洗槽３１に純水３２を供給する。また、純水用熱交換器３４は、純水供給部３３から水洗槽３１に送られる純水３２を所定の温度にして送る機能を有する。具体的には、純水３２の温度を室温以下の低温（２０℃以下）に制御して、水洗槽３１に供給する。なお、純水３２の温度としては、０〜２０℃の範囲がよく、特に０〜１０℃が好ましい。これは、２０℃より純水３２の温度が高い場合には、薬液処理部２０における処理でウェハ５１に付着した薬液中のＨＦイオンによる水洗槽３１内での酸化膜のエッチングの進行を抑制させることができず、また、０℃より低温では純水３２が凍結してしまうため設定することはできないからである。

従来、ＨＦやＮＨ₄Ｆを含有する薬液での処理後の水洗中にＳｉ酸化膜がエッチングされる現象が確認されている。特に、ＢＨＦなどのフッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）を含有する薬液は粘度が高いため、薬液浸漬後にウェハに付着した多くの薬液が水洗槽３１に持ち込まれ、水洗による置換効率が悪い。そのため、水洗槽３１内にはＮＨ₄Ｆが長い時間存在し、純水３２中でＮＨ₄Ｆが電離し、電離したＨＦイオン（Ｈ⁺、ＨＦ₂ ^-）による酸化膜のエッチングが進行する。その結果、Ｓｉ酸化膜のエッチング量のウェハ面内均一性を劣化させるという問題が生じていた。しかし、この実施の形態１では、純水用熱交換器３４によって２０℃以下に制御された純水３２を水洗槽３１に供給することで、水洗中のＨＦイオンの反応速度を低下させることができる。なお、純水用熱交換器３４は、特許請求の範囲における純水冷却機能に対応している。

エアフィルタユニット３５は、たとえば水洗処理部３０の上部に設置される。また、このエアフィルタユニット３５にはエアコンディショナ３６が接続される。エアコンディショナ３６は、水洗処理部３０の外部に設置され、エアフィルタユニット３５を介して水洗処理部３０内に所定の温度の気体（空気）を供給する。この実施の形態１では、エアコンディショナ３６は、水洗処理部３０内の気体（空気）を、水洗処理槽３１内の純水３２の温度と同じかまたはそれよりも低温の状態に保つ。

乾燥処理部４０は、水洗処理部３０で洗浄したウェハ５１を乾燥させるところである。乾燥処理として、たとえば、ウェハ５１を高速回転させるスピン乾燥や、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を使用したＩＰＡ蒸気乾燥またはＩＰＡ直接置換乾燥（通称、マランゴーニ乾燥）などの方式を用いることができる。

つぎに、このようなバッチ式浸漬処理装置１の動作処理について説明する。まず、所定の枚数（たとえば、最大２５枚または５０枚）のウェハ５１を載置することができるカセットにウェハ５１を載置し、これを１バッチとして、図示しない搬送機構によってバッチ式浸漬処理装置１の薬液処理部２０内に搬送し、薬液処理槽２１に所定時間浸漬させる。このとき、薬液の温度は、室温以下の温度（２０℃以下）に設定されるとともに、薬液処理部２０内の温度を薬液と同じ温度かそれよりも低い温度に設定される。薬液処理槽２１に所定時間浸漬させた後、ウェハ５１（カセット）を薬液処理槽２１から引き上げ、搬送機構によって薬液処理部２０から水洗処理部３０内に搬送し、水洗槽１２に浸漬させる。通常、水洗中は大流量の純水３２が純水供給部３３から純水用熱交換器３４を介して水洗槽３１に供給され、水洗槽３１をオーバフロさせてウェハ５１に付着している薬液を置換し、除去する。このとき、純水の温度は、室温と同じかそれ以下の温度（２０℃以下）に設定されている。ウェハ５１（カセット）を水洗槽３１に所定時間浸漬させた後、ウェハ５１（カセット）を水洗槽３１から引き上げ、搬送機構によって水洗処理部３０から乾燥処理部４０内に搬送する。そして、乾燥処理部４０にてウェハ５１を乾燥させ、ウェハ５１のエッチングおよび水洗処理が終了する。

この実施の形態１によれば、薬液処理槽２１および循環ラインの薬液２３は熱交換器２５によって２０℃以下の低温に制御するようにしたので、薬液処理槽２１内の薬液２３の蒸発を抑えることができる。また、エアコンディショナ２８によって薬液処理部２０内の気温も２０℃以下の低温に保たれているので、薬液処理槽２１の空気との接触部での薬液成分の蒸発を少なくすることができる。そのため、薬液のエッチングレートの変動を抑え、薬液の交換を少なくし、薬液処理コストの増大と排液処理の増大（環境負荷の増大）を抑制することができるという効果を有する。

また、室温ではエッチングレートが高いため使用できなかった薬液を、薬液温度を低温にすることで、エッチングレートを低くすることができるために使用可能となるという効果を有する。たとえば、ＨＦ濃度が１％以上のＢＨＦ（たとえば、１５０ＢＨＦや１１５ＢＨＦ）は、ＨＦ濃度が低いＢＨＦに比べてエッチングレートが高いが、アンモニアの蒸発があった場合でもエッチングレートの変動は少ないことが確認されている。従来では、薬液を室温で処理しているため、先端デバイスで必要となる微量なエッチング量を制御するためには、ＨＦ濃度が１％以下でエッチングレートの低いＢＨＦ（たとえば、１１００ＢＨＦや１２００ＢＨＦ）が用いられていた。このようなＨＦ濃度が１％以下でエッチングレートの低いＢＨＦは、アンモニアの蒸発によってエッチングレートの変動が激しいので、課題で述べたように、薬液の交換を頻繁に行わなければならなかった。しかし、この実施の形態１のように、薬液を低温にすることで、エッチングレートが下がるため、ＨＦ濃度が１％以上のエッチングレートの高いＢＨＦでも使用することができる。つまり、エッチングレートが高いがエッチングレートの経時変化の少ない薬液を低温で使用することで、エッチングレートを落とすことができるとともに、エッチングレートの変動を少なくすることが可能となる。その結果、薬液の交換を行う回数を従来に比べて減らすことができ、コスト増大を抑制することができるとともに、環境負荷の増大を抑えることができるという効果を有する。

また、水洗処理部３０において、純水３２の温度を、室温以下（２０℃以下）に制御するようにしたので、薬液処理部２０でのウェハ５１に付着した薬液（ＨＦ）が純水３２で置換されて形成されたＨＦイオンによるウェハ５１上の酸化膜のエッチングが抑えられる。その結果、Ｓｉ酸化膜のエッチング量のウェハ面内の均一性を改善することができ、微量なエッチング制御が可能となる。

実施の形態２．
図２は、この発明にかかるエッチング処理装置の実施の形態２の構成を模式的に示す図である。この図２では、エッチング処理装置として、枚葉式処理装置１０１にこの発明を適用した場合を示している。なお、この図は、装置を構成する主要部分のみを簡略化して示しており、ウェハ搬送機構やその他の構成部分については図示を省略している。

枚葉式処理装置１０１の本体は、外気と遮断された処理室１１０を備えており、その中に洗浄カップ１１１が設置されている。洗浄カップ１１１内には、排気口１１３と、ウェハ５１を保持するステージ１２０と、洗浄カップ１１１内に溜まった薬液を排出する排液口１１２と、が設けられる。ステージ１２０の上部側周縁の所定の位置には、ウェハ５１を保持するウェハ保持部材１２１が設けられ、またステージ１２０の上部側中央部付近の位置には、ウェハ５１の裏面（下方）に向けて低温のガスを吹き出すガスノズル１２２が備えられている。ステージ１２０は、処理中にその面内中央における垂直方向の軸を中心にして、面内で回転することができるようにモータ１２３と接続されている。排液口１１２は、後述する薬液タンク１３２とパイプなどの管を介して接続されている。なお、ステージ１２０とウェハ保持部材１２１とモーと１２３は、特許請求の範囲における基板保持手段に対応し、ガスノズル１２２は、同じく冷却ガス吹き付け手段に対応している。

洗浄カップ１１１の上部には薬液吐出ノズル１３１と純水吐出ノズル１４１が設けられている。薬液吐出ノズル１３１に接続された薬液循環ラインには、薬液を薬液タンク１３２から送出するポンプ１３３と、薬液の温度を所定の温度に設定する熱交換器１３４と、薬液中の不純物を除去するフィルタ１３５と、ウェハ５１に供給する薬液を貯蔵する薬液タンク１３２と、が接続されており、さらに、薬液タンクは洗浄カップ１１１の排液口１１２と接続されている。また、この実施の形態２では、薬液タンク１３２→熱交換器１３４→ポンプ１３３→フィルタ１３５→薬液吐出ノズル１３１→洗浄カップ１１１の排液口１１２→薬液タンク１３２と薬液が循環するウェハ処理中の動作モードと、薬液タンク１３２→熱交換器１３４→ポンプ１３３→フィルタ１３５→薬液タンク１３２と薬液が循環する待機中の動作モードとを切換えるために、フィルタ１３５と薬液吐出ノズル１３１との間の管路に切換弁１３６が設けられている。ポンプ１３３は、常に駆動状態にあり、薬液が上記のウェハ処理中または待機中のいずれかの状態で循環される。なお、薬液吐出ノズル１３１、薬液タンク１３２、ポンプ１３３、熱交換器１３４、フィルタ１３５は、特許請求の範囲におけるエッチング手段に対応し、薬液吐出ノズル１３１とポンプ１３３は、同じく薬液吐出手段に対応し、熱交換器１３４は、同じく薬液冷却手段に対応している。

この実施の形態２でも、熱交換器１３４によって薬液温度を所定の温度に制御することを特徴とする。薬液の温度は薬液の種類によって最適な範囲に設定されるが、この実施の形態２でも、薬液としてＤＨＦやＢＨＦを用いる場合には、温度を室温以下の低温（２０℃以下）に制御する。具体的には、ＤＨＦの場合は０〜２０℃の範囲がよく、特に５〜１５℃の範囲に制御するのが好ましい。また、ＢＨＦの場合は−１０〜２０℃の範囲がよく、特に０〜１０℃の範囲に制御するのが好ましい。

純水吐出ノズル１４１には純水用熱交換器１４３が接続されており、低温の純水が純水吐出ノズル１４１に供給される。純水用熱交換器１４３は、純水供給部１４２から純水吐出ノズル１４１に送られる純水を所定の温度にして送る機能を有する。具体的には、純水の温度を室温以下の低温（２０℃以下）に制御して、純水吐出ノズル１４１に供給する。なお、純水の温度としては、０〜２０℃の範囲がよく、特に０〜１０℃が好ましい。これは、２０℃より純水の温度が高い場合には、薬液吐出ノズル１３１での薬液処理でウェハに付着したＨＦイオンによる酸化膜のエッチングの進行を抑制させることができず、また、０℃より低温では純水が凍結してしまうため設定することはできないからである。これらの純水吐出ノズル１４１、純水供給部１４２および純水用熱交換器１４３は、特許請求の範囲の水洗手段に対応し、また、純水用熱交換器１４３は、同じく純水冷却機能に対応している。

処理室１１０の上部には、エアフィルタユニット１５１と、これに接続され低温の気体（空気）を供給するエアコンディショナ１５２と、が備えられる。エアコンディショナ１５２は、処理室１１０の外部に設置され、エアフィルタユニット１５１を介して処理室１１０内に所定の温度の気体（空気）を供給する。この実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、エアコンディショナ１５２は、処理室１１０内の薬液の温度と同じか、またはそれよりも低温の状態に保つ。また、排気口１１３は、処理室１１０内から蒸発したミストやフッ化水素、アンモニアなどの蒸発成分が枚葉式処理装置１０１の本体の外部へ漏れることを防ぐために、図示しない排気処理施設と接続され、所定量の排気が行われる。これらのエアフィルタユニット１５１とエアコンディショナ１５２は、特許請求の範囲における雰囲気気体冷却機能に対応している。

つぎに、このような枚葉式処理装置１０１の動作処理について説明する。まず、枚葉式処理装置１０１は待機中の状態にあり、切換弁１３６によって薬液タンク１３２→熱交換器１３４→ポンプ１３３→フィルタ１３５→薬液タンク１３２というように薬液が循環される状態にある。その後、処理室１１０内に、図示しない搬送機構によってウェハ５１を搬送する。ついで、ウェハ表面を上向きにしてウェハ５１をウェハ保持部材１２１によってステージ１２０上に固定した後、モータ１２３によってステージ１２０を面内方向で回転させる。

ついで、薬液を待機中の状態からウェハ処理中の状態となるように切換弁１３６を切り換え、薬液は、薬液タンク１３２→熱交換器１３４→ポンプ１３３→フィルタ１３５→薬液吐出ノズル１３１と送出され、薬液吐出ノズル１３１から薬液を所定時間吐出させる。これにより、ウェハ表面のＳｉ酸化膜のエッチングが行われる。なお、このとき、洗浄カップ１１１にたまった薬液は排液口１１２から薬液タンク１３２へと戻る。また、ウェハ全面を均一にエッチングさせるため、薬液吐出ノズル１３１は、たとえば図中に矢印Ａで示したように、ウェハ中央から周辺までの間を横方向に移動可能な構成とするのが好ましい。また、少なくとも薬液吐出中は、ガスノズル１２２からウェハ裏面へ低温のガスを噴出させてウェハ５１の温度を薬液の温度と同じ程度に冷却させるようにしてもよい。

所定時間の薬液のウェハ５１表面上への吐出が終わった後、切換弁１３６を切り換えて再び薬液を待機中の状態とする。その後、純水供給部１４２から供給され、純水用熱交換器１４３で室温以下の温度（２０℃以下）にして、純水吐出ノズル１４１から低温の純水を吐出させて、ウェハ表面の薬液を置換、除去する水洗処理を行う。水洗処理が終了した後、純水の供給を停止させ、最後に、ウェハ５１をモータ１２３で高速回転させてウェハ表面を乾燥させる。なお、高速回転による乾燥（スピン乾燥）ではウォータマークが形成されやすいため、ＩＰＡを使用した乾燥（通称、ロタゴーニ乾燥）などの方式を用いてもよい。以上で、ウェハのエッチング処理が終了する。

なお、上述した説明では、薬液を吐出した後に低温の純水をウェハ５１に吐出するようにしているが、薬液吐出の前に、低温の純水をウェハ５１に吐出した後、ウェハ５１に薬液を吐出し、さらに低温の純水を吐出してもよい。このように予め低温の純水をウェハ５１に吐出してウェハ５１の温度を薬液と同じ低温に保つことで、薬液吐出初期のエッチング量を抑え、かつエッチングの面内均一性を良好にすることができるので、より好ましい。

この実施の形態２によれば、薬液タンク１３２および循環ラインの薬液は熱交換器１３４によって室温以下の低温（２０℃以下）に制御されているので、薬液吐出時の薬液成分の蒸発を抑制することができる。また、エアコンディショナ１５２によって処理室１１０内は薬液と同じかそれよりも低い温度に保たれているため、薬液吐出時に空気との接触による薬液成分の蒸発をさらに少なくすることができる。ここで、枚葉式処理装置の場合には、薬液がウェハ表面全面を覆い、ウェハ外周から水滴状に飛散するため、薬液が空気と接触する面積が大きいので、バッチ式処理装置よりも枚葉式処理装置の方が薬液成分の蒸発が激しいことが確認されている。しかし、この実施の形態２では、そのような枚葉式処理装置においても、薬液成分の蒸発を抑えることが可能である。

さらに、純水用熱交換器１４３により室温以下（２０℃以下）に制御された純水を用いるようにしたので、枚葉式処理の場合でも、水洗中のＨＦイオンの反応速度を低下させて、薬液吐出後の水洗（純水の吐出）中にＳｉ酸化膜が微量エッチングされることを抑制することが可能になるという効果を有する。

また、薬液吐出前に低温の純水を吐出させるようにしたので、ウェハ５１全体が吐出される薬液とほぼ同じ温度になり、エッチング制御性を高めることが可能になるという効果も有する。薬液吐出前にウェハ５１の温度が室温の場合、ウェハ表面には薬液が濡れた部分と濡れていない部分とで温度差が生じるためにエッチングの面内均一性が劣化するが、予め低温純水を吐出してウェハ５１を全面的に冷却しておくことで、薬液吐出初期のエッチングむらを抑制し、面内均一性を改善することが可能となる。

さらに、薬液吐出中に薬液と同じ温度に設定されたガスをウェハ５１に吹き付けるようにしたので、ウェハ５１の温度を全面的に薬液と同じ温度に保つことができ、エッチングの面内均一性を一層よくすることができるという効果を有する。

なお、上述した実施の形態１，２ではエッチング処理装置として、バッチ式浸漬処理装置や枚葉式処理装置について説明したが、このほかにバッチ式スプレー処理装置やその他のエッチング処理装置に対してこの発明の思想を適用することができる。また、このほかにも、ＨＦやＮＨ₄Ｆを含有するポリマー除去洗浄液を使用する場合にも適用することができる。

以上のように、この発明にかかるエッチング処理装置は、フッ化水素酸またはフッ化アンモニウムを含有する薬液を用いたエッチングおよび洗浄のプロセスに適している。

この発明によるエッチング処理装置の実施の形態１の構成を模式的に示す図である。 この発明によるエッチング処理装置の実施の形態２の構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１，１０１ エッチング処理装置
２０ 薬液処理部
２１ 薬液処理槽
２２，１１２ 排液口
２３ 薬液
２４，１３３ ポンプ
２５，１３４ 熱交換器
２６，１３５ フィルタ
２７，３５，１５１ エアフィルタユニット
２８，３６，１５２ エアコンディショナ
２９，１１３ 排気口
３０ 水洗処理部
３１ 水洗槽
３２ 純水
３３，１４２ 純水供給部
３４，１４３ 純水用熱交換器
４０ 乾燥処理部
５１ ウェハ
１１０ 処理室
１１１ 洗浄カップ
１２０ ステージ
１２１ ウェハ保持部材
１２２ ガスノズル
１２３ モータ
１３１ 薬液吐出ノズル
１３２ 薬液タンク
１３６ 切換弁
１４１ 純水吐出ノズル

Claims (6)

1. 半導体基板上に形成された材料をフッ化水素酸および／またはフッ化アンモニウムを含有する水溶液である薬液を用いてエッチングするエッチング手段と、
   前記エッチングされた前記半導体基板を純水で洗浄する水洗手段と、
   を備えるエッチング処理装置において、
   前記エッチング手段は、前記半導体基板上に形成された材料と接触する前記薬液の温度を２０℃以下の温度で前記薬液が凍結しない範囲の温度に調整する薬液冷却機能を備えることを特徴とするエッチング処理装置。
2. 前記エッチング手段は、前記半導体基板をエッチングする薬液の周囲の気体の温度を２０℃以下の温度に保つ雰囲気気体冷却機能をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のエッチング処理装置。
3. 前記水洗手段は、前記純水を２０℃以下の温度に冷却する純水冷却機能を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング処理装置。
4. 前記エッチング手段の前記薬液冷却機能は、前記薬液がフッ化水素酸およびフッ化アンモニウムを含有する水溶液である場合に、−１０℃〜２０℃の範囲の温度に冷却することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のエッチング処理装置。
5. 処理室内に半導体基板をその基板面が水平となるように１枚ずつ保持し、前記基板面に垂直な方向を軸として回転可能な基板保持手段と、
   前記基板保持手段上に保持された半導体基板の上部に設けられ、前記半導体基板表面に形成された材料をフッ化水素酸またはフッ化アンモニウムを含有する水溶液である薬液を吹き付ける薬液吐出手段と、
   前記薬液を２０℃以下の温度で前記薬液が凍結しない範囲の温度に設定して、前記薬液吐出手段に供給する薬液冷却手段と、
   前記基板保持手段に保持された前記半導体基板の裏面に２０℃以下のガスを吹き付ける冷却ガス吹き付け手段と、
   を備えることを特徴とするエッチング処理装置。
6. 半導体基板上に形成された材料をフッ化水素酸および／またはフッ化アンモニウムを含有する水溶液である薬液を用いてエッチングするエッチング処理方法において、
   前記薬液を２０℃以下の温度で前記薬液が凍結しない範囲の温度に設定して、前記半導体基板上に形成された材料に接触させてエッチングを行うことを特徴とするエッチング処理方法。

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