JP7250566B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Description
本開示は、基板処理装置および基板処理方法に関する。
半導体装置の製造において、基板上には異なる種類の複数の膜が形成される。これら複数の膜にパターンを付与するためにウエットエッチングが施される。特許文献１には、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）の熱酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）に対するエッチング選択性を調節するために、フッ酸水溶液（ＤＨＦ）の濃度と温度をコントロールすることが記載されている。
本開示は、基板に形成された複数の膜のエッチング選択比を調整することができる技術を提供する。
基板処理装置の一実施形態は、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部により保持された前記基板に処理液を供給する処理液供給部と、前記処理液供給部に、前記処理液の構成成分としての薬液を供給する薬液供給部と、前記処理液供給部に、前記処理液の構成成分としての純水を供給する純水供給部と、前記処理液供給部に、前記処理液の構成成分としての低誘電率溶媒を供給する低誘電率溶媒供給部と、前記薬液供給部、前記純水供給部、前記低誘電率溶媒供給部を制御して、前記処理液中に含まれる前記薬液、前記純水および前記低誘電率溶媒の比率を調節する制御部と、を備える。
本開示によれば、基板に形成された複数の膜のエッチング選択比を調整することができる。
基板処理装置の一実施形態を、添付図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。
図１に示すように、基板処理システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２と処理ステーション３とは隣接して設けられる。
搬入出ステーション２は、キャリア載置部１１と、搬送部１２とを備える。キャリア載置部１１には、複数枚の基板、本実施形態では半導体ウエハ（以下ウエハＷ）を水平状態で収容する複数のキャリアＣが載置される。
搬送部１２は、キャリア載置部１１に隣接して設けられ、内部に基板搬送装置１３と、受渡部１４とを備える。基板搬送装置１３は、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１３は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウエハＷの搬送を行う。
処理ステーション３は、搬送部１２に隣接して設けられる。処理ステーション３は、搬送部１５と、複数の処理ユニット１６とを備える。複数の処理ユニット１６は、搬送部１５の両側に並べて設けられる。
搬送部１５は、内部に基板搬送装置１７を備える。基板搬送装置１７は、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１７は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウエハＷの搬送を行う。
処理ユニット１６は、基板搬送装置１７によって搬送されるウエハＷに対して所定の基板処理を行う。
また、基板処理システム１は、制御装置４を備える。制御装置４は、たとえばコンピュータであり、制御部１８と記憶部１９とを備える。記憶部１９には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１８は、記憶部１９に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム１の動作を制御する。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置４の記憶部１９にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
上記のように構成された基板処理システム１では、まず、搬入出ステーション２の基板搬送装置１３が、キャリア載置部１１に載置されたキャリアＣからウエハＷを取り出し、取り出したウエハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウエハＷは、処理ステーション３の基板搬送装置１７によって受渡部１４から取り出されて、処理ユニット１６へ搬入される。
処理ユニット１６へ搬入されたウエハＷは、処理ユニット１６によって処理された後、基板搬送装置１７によって処理ユニット１６から搬出されて、受渡部１４に載置される。そして、受渡部１４に載置された処理済のウエハＷは、基板搬送装置１３によってキャリア載置部１１のキャリアＣへ戻される。
次に処理ユニット１６の概略構成および処理ユニット１６に処理液を供給する処理液供給系（処理液供給部）の実施形態について図２～図４を参照して説明する。
図２に概略的に示すように、処理ユニット１６は、ウエハＷを水平姿勢で保持して鉛直軸線周りに回転させる基板保持部であるスピンチャック１６Ｓ（基板保持回転機構）を有する。スピンチャック１６Ｓの周囲には、ウエハＷに供給された後にウエハＷから飛散する処理液を受け止めて回収する液受けカップ１６Ｃが設けられている。スピンチャック１６Ｓおよび液受けカップ１６Ｃは、図２では図示されていない処理チャンバ（ハウジング）内に収容されている。
図２に示す第１実施形態に係る処理液供給系３０Ａは、処理液を貯留するタンク３１と、タンク３１から出てタンク３１に戻る循環ライン３２とを有している。タンク３１および循環ライン３２により、処理液が循環する循環系が構成される。循環ライン３２には、温調器３３、ポンプ３４およびフィルタ３５が順次介設されている。ポンプ３４は、タンク３１から出て循環ライン３２を通りタンク３１に戻る循環流を形成する。温調器３３は、当該温調器３３を通過する処理液を加熱または冷却する。フィルタ３５は、当該フィルタ３５を通過する処理液からパーティクル等の汚染物質を除去する。
循環ライン３２に設定された接続領域３６に、１つまたは複数の分岐ライン３７が接続されている。各分岐ライン３７の下流端には、処理液をウエハＷに向けて吐出するノズル５１が設けられている。各分岐ライン３７は、循環ライン３２を流れる処理液を対応する処理ユニット１６に供給する。各分岐ライン３７には流れ制御機器が設けられており、このため、ノズル５１から制御された流量で処理液をウエハＷに供給することができる。図１には、流れ制御機器として開閉弁３８およびリキッドフローコントローラ３９が図示されている。リキッドフローコントローラ３９は、例えば、フローメータ、電空レギュレータにより制御されるエアオペバルブの組み合わせから構成することができる。流れ制御機器の構成は、必要に応じて適宜改変することができる。
処理液供給系３０Ａは、タンク３１に、処理液構成成分を供給または補充するタンク液供給部４０Ａを備えている。
タンク液供給部４０Ａは、タンク３１に、処理液の構成成分としての薬液（例えば希釈前の原液）を供給する薬液供給部４１と、処理液の構成成分としての純水（ＤＩＷ）を供給する純水供給部４２と、処理液の構成成分としての低誘電率溶媒供給部を供給する低誘電率溶媒供給部４３と、を有している。
薬液は、ＤＩＷと混合することにより解離してエッチング因子を生成するものであれば任意であるが、本例ではフッ酸（ＨＦ）を用いるものとする。
「低誘電率溶媒」という用語は、ＤＩＷより比誘電率が低い溶媒という意味で用いられ、とりわけ添付図面においては、簡便のためＬＤＣＳ（Low Dielectric Constant Solvent）と記すこともある。低誘電率溶媒としては、ＤＩＷと相溶性があり、ＤＩＷよりも誘電率が低いものであれば任意のものを用いることができる。低誘電率溶媒の比誘電率は、好ましくはＤＩＷの比誘電率の１／２以下である。本例では、常温における比誘電率がＤＩＷの比誘電率の１／４程度であるＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を用いるものとする。
薬液供給部４１は、薬液供給源４１１に接続された薬液ライン４１２（配管）と、薬液ライン４１２に介設された流れ制御機器と、を有する。図２には、流れ制御機器として開閉弁４１３およびリキッドフローコントローラ４１４が図示されている。
純水供給部４２は、純水供給源４２１に接続された純水ライン４２２（配管）と、純水ライン４２２に介設された流れ制御機器と、を有する。図２には、流れ制御機器として開閉弁４２３およびリキッドフローコントローラ４２４が図示されている。
低誘電率溶媒供給部４３は、低誘電率溶媒供給源４３１に接続された低誘電率溶媒ライン４３２（配管）と、低誘電率溶媒ライン４３２に介設された流れ制御機器と、を有する。図２には、流れ制御機器として開閉弁４３３およびリキッドフローコントローラ４３４が図示されている。
リキッドフローコントローラ４１４，４２４，４３４の構成は前述したリキッドフローコントローラ３９の構成と同じでよい。各供給部４１，４２，４３の流れ制御機器の構成は、必要に応じて適宜改変することができる。各供給源４１１，４２１，４３１は、基板処理装置が設置される半導体装置製造工場の用力であってもよく、基板処理装置に設けられたタンク等の液貯留部であってもよい。なお、図２の実施形態では、処理液の構成成分がタンク３１内で混合された後に処理ユニット１６に供給されるため、各供給部４１，４２，４３の流れ制御機器は、各液の定量機能を有してさえいればよい。
図２に示す第１実施形態では、純水ライン４２２が主ラインとして設けられ、純水ライン４２２上に設定された第１合流部（第１混合部）４２２１において、純水ライン４２２に薬液ライン４１２が合流する。純水ライン４２２の第１合流部４２２１より下流側に設定された第２合流部（第２混合部）４２２２において、純水ライン４２２に低誘電率溶媒ライン４３２が合流する。純水、薬液および低誘電率溶媒の混合を促進するために、純水ライン４２２に、例えば第２合流部４２２２若しくはその下流側部分に、インラインミキサーを設けてもよい。
第１実施形態では、安定した濃度（混合比）の処理液を用いて処理を行うことができる。
図３に示す第２実施形態に係る処理液供給系３０Ｂは、タンク液供給部４０Ｂが低誘電率溶媒供給部４３を有しておらず、低誘電率溶媒が分岐ライン３７に供給される点だけが、第１実施形態に係る処理液供給系３０Ａと異なる。図３において、図２に示した構成要素と同一の構成要素については同一符号を付し、重複説明は省略する。
第２実施形態に係る処理液供給系３０Ｂの低誘電率溶媒供給部４３は、低誘電率溶媒供給源４３１に接続された低誘電率溶媒ライン（主ライン）４３２（配管）と、低誘電率溶媒ライン４３２から分岐する複数の分岐ライン（低誘電率溶媒分岐ライン）４３２ｂとを有する。各分岐ライン４３２ｂには、流れ制御機器（４３３，４３４）が介設されている。各分岐ライン３７の流れ制御機器（３８，３９）よりも下流側に設定された合流部３７１において、分岐ライン４３２ｂの一つが合流している。
第２実施形態では、タンク液供給部４０Ｂが、制御された混合比で純水と薬液とを混合することにより得た希釈薬液（本例ではＤＨＦ（希フッ酸））をタンク３１に供給する。希釈薬液は、循環ライン３２から分岐ライン３７に流入する。分岐ライン３７に設けられた流れ制御機器（３８，３９）により流量制御された希釈薬液と、分岐ライン４３２ｂに設けられた流れ制御機器（４３３，４３４）により流量制御された低誘電率溶媒とが合流部（第２混合部）３７１において混合され、これにより処理液が生成される。処理液は、ノズル５１からウエハＷに向けて吐出される。希釈薬液と低誘電率溶媒との混合を促進するために、各分岐ライン３７の合流部３７１若しくはその下流側部分に、インラインミキサーを設けてもよい。
この第２実施形態では、処理液中の希釈薬液含有量をフレキシブルに調節することが容易である。
図４に示す第３実施形態に係る処理液供給系３０Ｃは、希釈薬液（本例ではＤＨＦ）と低誘電率溶媒とが別々のノズル（５１，５２）でウエハＷの表面に供給される点だけが第２実施形態と異なる。図３において、図１および図２に示した構成要素と同一の構成要素については同一符号を付し、重複説明は省略する。
第３実施形態では、分岐ライン（低誘電率溶媒分岐ライン）４３２ｂは分岐ライン３７に合流しない。分岐ライン４３２ｂの先端にはノズル５２が設けられている。つまり、この第３実施形態では、ノズル５１から制御された流量で希釈薬液がウエハＷに吐出され、ノズル５２から制御された流量で低誘電率溶媒がウエハＷに吐出され、ウエハＷの表面上で希釈薬液と低誘電率溶媒とが混合されることにより処理液が生成される。第３実施形態のタンク液供給部は、第２実施形態のタンク液供給部４０Ｂと同一である。
この第３実施形態では、処理液中の希釈薬液含有量をフレキシブルに調節することが容易である。また、一連の液処理（リンス工程、乾燥工程を含む）で使用するノズルの数を減少させることができる。
次に、図１～図４に記載された基板処理装置を用いて行われる液処理である、ウエハＷ上に形成された膜のウエットエッチングについて説明する。液処理は、制御装置４が、基板処理装置１の様々な動作可能な構成要素（例えば、薬液供給部、純水供給部、低誘電率溶媒供給部の流れ制御機器、スピンチャック等）を制御することにより実行される。
図５は処理対象基板であるウエハＷ上に形成された積層膜の構成の一例を示す概略断面図である。下層１０１の上に、ＢＰＳＧ(Boron Phosphor Silicate Glass)膜１０２および熱酸化膜１０３が形成されている。下層１０１は、例えばポリシリコン膜あるいはタングステン膜である。ＢＰＳＧ膜１０２は、ＢＳＧ(Boron Silicate Glass)膜またはＰＳＧ(Phosphor Silicate Glass)膜であってもよい。熱酸化膜１０３はＣＶＤ法により形成された酸化膜であってもよい。なお、層間にＳｉＮ膜（図示せず）が介在していてもよい。
ドライエッチングにより、積層膜を厚さ方向に貫く深穴１０４が形成されている。ドライエッチングにより形成した深穴の穴径は、入口側の穴径φ１の方が広く、奥側の穴径φ２の方が小さい（図５（Ａ）を参照）。深穴１０４の穴径を、穴径φ１と穴径φ２との差を可能な限り小さくすることを目的として（図５（Ｂ）を参照）、エッチング液としてＤＨＦ（希フッ酸）を用いたウエットエッチングが行われる。この目的のためには、ＢＰＳＧ膜１０２のエッチングレートの方が熱酸化膜１０３のエッチングレートよりも高くなくてはならない。
ＨＦ水溶液中のＨＦの平衡状態は下記のようになる。
ＨＦ ⇔ Ｈ＋ ＋ Ｆ－
ＨＦ ＋ Ｈ２Ｏ ⇔ Ｈ３Ｏ＋ ＋ Ｆ－
ＨＦ ＋Ｆ－ ⇔ ＨＦ２ －
ＨＦ ⇔ Ｈ＋ ＋ Ｆ－
ＨＦ ＋ Ｈ２Ｏ ⇔ Ｈ３Ｏ＋ ＋ Ｆ－
ＨＦ ＋Ｆ－ ⇔ ＨＦ２ －
ＨＦ２
－は熱酸化膜およびＢＰＳＧ膜の両方のエッチング因子である。非解離のＨＦはＢＰＳＧのエッチング因子である。従って、処理液中の非解離ＨＦの量を増やすことにより、熱酸化膜１０３に対するＢＰＳＧ膜１０２のエッチング選択比（エッチング選択比（ＢＰＳＧ／ＴＥＯＳ））を高めることができる。非解離ＨＦの量を増やすにはＤＨＦ中のＨＦ濃度を増せばよいが、この手法によるＢＰＳＧ膜１０２のエッチング選択比の向上には限界がある。
ＤＩＷのような誘電率が高い（分極が大きい）溶媒中では溶媒和が生じ、ＨＦはＦ－あるいはＨＦ２
－などのイオン状態を取りうる。それに対し、低誘電率溶媒（分極が小さい）溶媒中では、溶媒和がおこらず、ＨＦは非解離の状態をとる。本実施形態では、この現象を利用して、ＨＦまたはＤＨＦに低誘電率溶媒を添加することにより、非解離ＨＦの量を増やし、熱酸化膜１０３に対するＢＰＳＧ膜１０２のエッチング選択比を高めている。
なお、ＢＰＳＧ膜がＰＳＧ膜またはＢＳＧ膜である場合、および熱酸化膜がＣＶＤ法により形成された酸化膜である場合にも上記の説明と同じことが言える。
＜第１、第２実施形態の場合の動作＞
以下に、図２に示す第１実施形態に係る処理液供給系３０Ａ、あるいは、図３に示す第２実施形態に係る処理液供給系３０Ｂを用いてウエハＷに施される一連の液処理について説明する。
以下に、図２に示す第１実施形態に係る処理液供給系３０Ａ、あるいは、図３に示す第２実施形態に係る処理液供給系３０Ｂを用いてウエハＷに施される一連の液処理について説明する。
［基板搬入工程］
図５に記載された積層膜構造を有するウエハＷが、基板搬送装置１７（図１参照）により処理ユニット１６内に搬入され、スピンチャック１６Ｓにより保持される。
図５に記載された積層膜構造を有するウエハＷが、基板搬送装置１７（図１参照）により処理ユニット１６内に搬入され、スピンチャック１６Ｓにより保持される。
［薬液処理工程］
スピンチャック１６Ｓは、ウエハＷを予め定められた回転速度で鉛直軸線周りに回転させる。ウエハＷの回転は、ウエハＷに対する一連の液処理が終了するまで継続する。ウエハＷの回転速度は、必要に応じて変化させられる。
スピンチャック１６Ｓは、ウエハＷを予め定められた回転速度で鉛直軸線周りに回転させる。ウエハＷの回転は、ウエハＷに対する一連の液処理が終了するまで継続する。ウエハＷの回転速度は、必要に応じて変化させられる。
図示しないノズルアームにより保持されたノズル５１が、ウエハＷの上方に位置する。ノズル５１から、回転するウエハＷの中心部に向かって、予め定められた混合比で混合された純水、薬液および低誘電率溶媒からなる処理液（混合処理液）が吐出される。処理液によりウエハＷ上に形成された膜がエッチングされる。
予め実験により求めた適切な純水、薬液および低誘電率溶媒の混合比を有する処理液を用いることにより、熱酸化膜１０３に対するＢＰＳＧ膜１０２のエッチング選択比を好ましい値に調整することができる。これにより、目標とする深穴１０４の穴径の均一化が可能となる。
［リンス工程］
上記薬液処理工程を予め定められた時間だけ実行したら、ノズル５１からの処理液の供給が停止されるとともに、別のノズル５４からリンス液例えばＤＩＷがウエハＷに供給される。このリンス液により、薬液処理工程で用いた処理液および反応生成物が洗い流される。図面の簡略化のため、ノズル５４およびこのノズル５４にＤＩＷを供給する別の純水供給部４４は、図２の最も左側の処理ユニット１６にのみ表示している。
上記薬液処理工程を予め定められた時間だけ実行したら、ノズル５１からの処理液の供給が停止されるとともに、別のノズル５４からリンス液例えばＤＩＷがウエハＷに供給される。このリンス液により、薬液処理工程で用いた処理液および反応生成物が洗い流される。図面の簡略化のため、ノズル５４およびこのノズル５４にＤＩＷを供給する別の純水供給部４４は、図２の最も左側の処理ユニット１６にのみ表示している。
［乾燥工程］
上記リンス工程を予め定められた時間だけ実行したら、ウエハＷを引き続き回転させたまま（好ましくは回転速度を増し）ノズル５４からのリンス液を停止し、ウエハＷの振り切り乾燥が行われる。振り切り乾燥の前に、さらに別のノズル（ノズル５４と同様のノズル）から乾燥用液体例えばＩＰＡをウエハＷに供給して、ウエハＷ上にあるＤＩＷをＩＰＡに置換しておいてもよい。乾燥方法は上記には限定されず、ウエハＷ上にあるＤＩＷをＩＰＡに置換した後に、振り切り乾燥を行う代わりに、他の処理ユニットで超臨界乾燥を行ってもよい。
［基板搬出工程］
乾燥工程が終了したら、基板搬送装置１７が、スピンチャック１６ＳからウエハＷを受け取り、処理ユニット１６外に搬出する。
上記リンス工程を予め定められた時間だけ実行したら、ウエハＷを引き続き回転させたまま（好ましくは回転速度を増し）ノズル５４からのリンス液を停止し、ウエハＷの振り切り乾燥が行われる。振り切り乾燥の前に、さらに別のノズル（ノズル５４と同様のノズル）から乾燥用液体例えばＩＰＡをウエハＷに供給して、ウエハＷ上にあるＤＩＷをＩＰＡに置換しておいてもよい。乾燥方法は上記には限定されず、ウエハＷ上にあるＤＩＷをＩＰＡに置換した後に、振り切り乾燥を行う代わりに、他の処理ユニットで超臨界乾燥を行ってもよい。
［基板搬出工程］
乾燥工程が終了したら、基板搬送装置１７が、スピンチャック１６ＳからウエハＷを受け取り、処理ユニット１６外に搬出する。
なお、図２に概略的に示すように、上述した「別のノズル」（５４など）は液供給源（リンス液供給源、乾燥用液体供給源等）に接続され、当該「別のノズル」に流れ制御機器が介設された液ラインを介して制御された流量で液（リンス液、乾燥用液体）が供給される。上述した「別のノズル」を用いずに、リンス液をノズル５１から供給してもよい。この場合、リンス液供給源に接続されるとともに流れ制御機器が介設されたリンス液ラインが、分岐ライン３７の流れ制御機器（３８，３９）の下流側に接続されるか（図２の実施形態の場合）、合流部３７１の下流側に接続される（図３の実施形態の場合）。
＜第３実施形態の場合の動作＞
次に、図４に示す第３実施形態に係る処理液供給系３０Ｃを用いてウエハＷに施される一連の液処理について説明する。この場合も、ウエハＷは処理開始から処理終了までの間回転し続ける。基板搬入工程、リンス工程、乾燥工程および基板搬出工程は、第１、第２実施形態の場合の動作と同じであるため、説明は省略する。なお、以下の説明においては、プリウエット液として供給されるＤＩＷ、およびリンス液として供給されるＤＩＷは、ＤＨＦを供給するためのノズル５１から供給されるものとする。この場合、純水供給源に接続されるとともに流れ制御機器が介設された純水ラインが、分岐ライン３７のリキッドフローコントローラ３９の下流側に接続される。
次に、図４に示す第３実施形態に係る処理液供給系３０Ｃを用いてウエハＷに施される一連の液処理について説明する。この場合も、ウエハＷは処理開始から処理終了までの間回転し続ける。基板搬入工程、リンス工程、乾燥工程および基板搬出工程は、第１、第２実施形態の場合の動作と同じであるため、説明は省略する。なお、以下の説明においては、プリウエット液として供給されるＤＩＷ、およびリンス液として供給されるＤＩＷは、ＤＨＦを供給するためのノズル５１から供給されるものとする。この場合、純水供給源に接続されるとともに流れ制御機器が介設された純水ラインが、分岐ライン３７のリキッドフローコントローラ３９の下流側に接続される。
［プリウエット工程］
ウエハＷを保持するスピンチャック１６ＳがウエハＷを予め定められた回転速度（例えば１０００rpm程度）で回転させる。ウエハＷの回転速度は、乾燥工程が開始されるまでの間ずっと１０００rpm程度に維持される（但し、変化させても構わない）。
ウエハＷを保持するスピンチャック１６ＳがウエハＷを予め定められた回転速度（例えば１０００rpm程度）で回転させる。ウエハＷの回転速度は、乾燥工程が開始されるまでの間ずっと１０００rpm程度に維持される（但し、変化させても構わない）。
図示しないノズルアームにより保持されたノズル５１が、ウエハＷの中心の真上に位置する。ウエハＷの中心部にノズル５１からＤＩＷを供給し（例えば、吐出流量１５００ml/min程度で６～７秒程度）、ウエハＷの表面（パターンの凹部の内表面も含む）がＤＩＷの液膜に覆われるようにする（図６（Ａ）を参照）。
次に、ノズル５１をウエハＷの中心の真上からややずれた位置に移動させるとともに、図示しないノズルアームにより保持されたノズル５２をウエハＷの中心の真上からややずれた位置に配置する。これにより、ノズル５１とノズル５２との中間点が概ねウエハＷの中心の真上に位置するようにする。ノズル５１からのＤＩＷの吐出流量を７００ml/min程度まで減少させるとともに、ノズル５２からウエハＷの中心部にプリウエット液としてのＩＰＡ（これは低誘電率溶媒でもある）を供給する（例えば、吐出流量３００ml/min程度）。この状態を、例えば９～１０秒程度継続し、ウエハＷの表面がＤＩＷとＩＰＡとの混合液体の液膜に覆われるようにする（図６（Ｂ）を参照）。
次に、ノズル５２をウエハＷの中心の真上に移動させるとともに、ノズル５１をウエハＷの中心の真上からさらにずれた位置に移動させる。この状態で、ノズル５２からのＩＰＡの吐出を継続したままで、ノズル５１からのＤＩＷの吐出を停止する。この状態を例えば４～５秒程度継続し、ウエハＷの表面がＩＰＡの液膜に覆われるようにする（図６（Ｃ）を参照）。以上によりプリウエット工程が完了する。
プリウエット工程は、深穴１０４を形成するドライエッチングの際に形成され、深穴１０４の内面に付着しているドライエッチングポリマーの除去を促進する上で有効である。ドライエッチングポリマーと下地との間にＩＰＡを浸透させておくことにより、次工程で用いられる薬液によりドライエッチングポリマーを下地ごと効率良く除去することができる。なお、前述した＜第１、第２実施形態の場合の動作＞における［薬液処理工程］の前に、上記のプリウエット工程を実行してもよい。
［薬液処理工程（第１薬液処理工程）］
次に、ノズル５１とノズル５２との中間点が概ねウエハＷの中心の真上に位置するようにノズル５１およびノズル５２を移動させる。この状態で、ノズル５２からのＩＰＡ吐出流量を例えば300ml/min程度まで減少させるとともに、ノズル５１からウエハＷの中心部にＤＨＦを供給し（吐出流量は例えば700ml/min程度）する。この状態を例えば3秒程度継続し、ウエハＷの表面がＤＨＦとＩＰＡとの混合液体の液膜に覆われるようにする（図６（Ｄ）を参照）。つまりこの実施形態では、低誘電率溶媒であるＩＰＡは、ウエハＷに供給された後にＤＨＦと混合され、純水、薬液（ＨＦ）および低誘電率溶媒からなる処理液が生成されることになる。ノズル５１からのＤＨＦの吐出流量およびノズル５２からのＩＰＡ吐出流量は、予め実験により求めた適切な純水、薬液および低誘電率溶媒の混合比が得られるような値に制御される。
次に、ノズル５１とノズル５２との中間点が概ねウエハＷの中心の真上に位置するようにノズル５１およびノズル５２を移動させる。この状態で、ノズル５２からのＩＰＡ吐出流量を例えば300ml/min程度まで減少させるとともに、ノズル５１からウエハＷの中心部にＤＨＦを供給し（吐出流量は例えば700ml/min程度）する。この状態を例えば3秒程度継続し、ウエハＷの表面がＤＨＦとＩＰＡとの混合液体の液膜に覆われるようにする（図６（Ｄ）を参照）。つまりこの実施形態では、低誘電率溶媒であるＩＰＡは、ウエハＷに供給された後にＤＨＦと混合され、純水、薬液（ＨＦ）および低誘電率溶媒からなる処理液が生成されることになる。ノズル５１からのＤＨＦの吐出流量およびノズル５２からのＩＰＡ吐出流量は、予め実験により求めた適切な純水、薬液および低誘電率溶媒の混合比が得られるような値に制御される。
［薬液処理工程（第２薬液処理工程）］
次に、ノズル５１をウエハＷの中心の真上に移動させるとともに、ノズル５２をウエハＷの中心の真上からさらにずれた位置に移動させる。この状態で、ノズル５１からのＤＨＦの吐出を維持したまま（吐出流量は例えば1500ml/min程度）、ノズル５２からのＩＰＡの吐出を停止する。この状態を例えば3秒程度継続し、ウエハＷの表面がＤＨＦの液膜に覆われるようにする（図６（Ｅ）を参照）。
次に、ノズル５１をウエハＷの中心の真上に移動させるとともに、ノズル５２をウエハＷの中心の真上からさらにずれた位置に移動させる。この状態で、ノズル５１からのＤＨＦの吐出を維持したまま（吐出流量は例えば1500ml/min程度）、ノズル５２からのＩＰＡの吐出を停止する。この状態を例えば3秒程度継続し、ウエハＷの表面がＤＨＦの液膜に覆われるようにする（図６（Ｅ）を参照）。
上記第２薬液処理工程では、熱酸化膜１０３およびＢＰＳＧ膜１０２のエッチングレートを近くするかあるいは概ね同じにすることができる。この第２薬液処理工程は、ノズル５２からの低誘電率溶媒としてのＩＰＡの吐出を完全に停止させるものには限定されない。ノズル５１からのＤＨＦの吐出流量とノズル５２からのＩＰＡの吐出流量との比率を変化させて、熱酸化膜１０３およびＢＰＳＧ膜１０２のエッチングレートの比率を変化させてもよい。
［リンス工程］
上記薬液処理工程を予め定められた時間だけ実行したら、ノズル５１からのＤＨＦの吐出およびノズル５２からのＩＰＡの吐出を停止し、ウエハＷの中心の真上に位置させたノズル５１からＤＩＷを吐出することにより、リンス処理を行うことができる（図６（Ａ）を参照）。
上記薬液処理工程を予め定められた時間だけ実行したら、ノズル５１からのＤＨＦの吐出およびノズル５２からのＩＰＡの吐出を停止し、ウエハＷの中心の真上に位置させたノズル５１からＤＩＷを吐出することにより、リンス処理を行うことができる（図６（Ａ）を参照）。
リンス処理の終了後、前述した乾燥工程および基板搬出工程を行うことができる。乾燥工程時には、振り切り乾燥に先立ち、図６（Ｂ）および（Ｃ）の手順を実行することにより、ウエハＷ上のＤＩＷをＩＰＡに置換しておいてもよい。この場合、乾燥工程で用いられる乾燥用液体（ＤＩＷよりも高揮発性及び低表面張力の溶剤）と、薬液処理工程で用いられる低誘電率溶媒とが同じＩＰＡであるため、処理ユニット１６に設けるノズルおよび流れ制御機器の数を減少させることができる。
上記の実施形態によれば、低誘電率溶媒の含有量を調整することにより複数の膜のエッチングレートの比率を調節することができる。
上記の実施形態では、純水と混合することにより解離する薬液（薬液成分）としてＨＦ（フッ酸）を用い、薬液成分の解離を抑制する低誘電率溶媒としてＩＰＡを用いたが、これには限定されない。上記の実施形態は、薬液、純水および低誘電率溶媒の混合比に応じて薬液成分の解離度が変化し、これにより２種類以上のエッチング対象膜間におけるエッチング選択比が変化するのであれば、薬液およびエッチング対象膜はどのようなものであってもよい。処理液中に含まれる薬液は上記実施形態のように１種類のみ（ＨＦのみ）である場合に限定されず、複数種類の薬液成分を含むもの、例えばＳＣ１（薬液成分として水酸化アンモニウムおよび過酸化水素を含む）であってもよい。
一具体例において、処理液は、薬液としての４９％ＨＦと、ＤＩＷ（純水）と、低誘電率溶媒としてＩＰＡとの混合液とすることができる。混合液中におけるＨＦ：（ＤＩＷ＋ＩＰＡ）の比率は、１：１００～１：１０００であり、ＤＩＷ：ＩＰＡの比率は０：１～１：２程度の範囲内である。このような混合液によりエッチングされるエッチング対象膜は、上述した熱酸化膜およびＢＰＳＧ膜に限定されるものではない。エッチング対象膜は、ＢＰＳＧ膜を含む複数の膜から構成されていればよく、また、熱酸化膜の代わりに、ＳｉＮ（ナイトライド）膜、ポリシリコン膜、タングステン膜であってもよい。
低誘電率溶媒としては、ＤＩＷと比較して誘電率が低い溶媒を用いることができる。具体的には、低誘電率溶媒として、ＩＰＡ以外には、エタノール、メタノール、アセトン、エチレングリコール、プロピレングリコール、シクロヘキサン、ＰＧＭＡ、ＰＧＭＥＡ、酢酸、酢酸ブチル、ｔ－ペンタノール等を用いることもできる。
上記の実施形態では、処理対象の基板は半導体ウエハであったが、これには限定されない。基板は、ガラス基板、セラミック基板等、半導体装置製造の分野で用いられている任意の種類の基板であってよい。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
Ｗ 基板（ウエハ）
４ 制御部（制御装置）
１６Ｓ 基板保持部
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ 処理液供給部（処理液供給系）
４１ 薬液供給部
４２ 純水供給部
４３ 低誘電率溶媒供給部
４ 制御部（制御装置）
１６Ｓ 基板保持部
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ 処理液供給部（処理液供給系）
４１ 薬液供給部
４２ 純水供給部
４３ 低誘電率溶媒供給部
Claims (7)
- 複数の膜が形成された基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部により保持された前記基板に処理液を供給する処理液供給部と、
前記処理液供給部に、前記処理液の構成成分としての薬液を供給する薬液供給部と、
前記処理液供給部に、前記処理液の構成成分としての純水を供給する純水供給部と、
前記処理液供給部に、前記処理液の構成成分としての低誘電率溶媒を供給する低誘電率溶媒供給部と、
前記薬液供給部、前記純水供給部、前記低誘電率溶媒供給部を制御して、前記処理液中に含まれる前記薬液、前記純水および前記低誘電率溶媒の比率を調節する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記基板に前記処理液を供給している間に、前記処理液中の前記薬液、前記純水および前記低誘電率溶媒の混合比を変化させることにより、前記複数の膜のうちの一つの膜の他の膜に対するエッチング選択比を変化させる、基板処理装置。 - 前記処理液供給部は、
前記薬液、前記純水および前記低誘電率溶媒を混合して前記処理液を生成する混合部と、
前記混合部により生成された前記処理液を、前記基板保持部により保持された前記基板に吐出するノズルと、
を有している請求項１記載の基板処理装置。 - 前記混合部は、
前記薬液供給部から供給された前記薬液と前記純水供給部から供給された前記純水とを混合して純水希釈薬液を生成する第１混合部と、
前記第１混合部で生成された前記純水希釈薬液と前記低誘電率溶媒供給部から供給された前記低誘電率溶媒とを混合して前記処理液を生成する第２混合部と、を含み、
前記ノズルは、前記第２混合部で生成された前記処理液を吐出する、請求項２記載の基板処理装置。 - 前記処理液供給部は、
前記薬液および前記純水を混合して純水希釈薬液を生成する混合部と、
前記混合部により生成された前記純水希釈薬液を、前記基板保持部により保持された前記基板に吐出する第１ノズルと、
前記低誘電率溶媒供給部から供給された前記低誘電率溶媒を、前記基板保持部により保持された前記基板に吐出する第２ノズルと、
を有し、
前記純水希釈薬液と前記低誘電率溶媒とが前記基板上で混合されることにより前記処理液が生成される
請求項１記載の基板処理装置。 - 基板に形成された複数の膜をエッチングする基板処理方法であって、
前記基板に、薬液、純水および低誘電率溶媒を混合してなる処理液を供給し、前記基板上に形成された前記複数の膜をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程の後に、前記基板にリンス液を供給するリンス工程と、
を備え、
前記基板に前記処理液を供給している間に、前記処理液中の前記薬液、前記純水および前記低誘電率溶媒の混合比を変化させることにより、前記複数の膜のうちの一つの膜の他の膜に対するエッチング選択比を変化させる、基板処理方法。 - 前記エッチング工程において、前記薬液、前記純水および前記低誘電率溶媒が混合された後に、ノズルから前記処理液として前記基板に吐出される、請求項５記載の基板処理方法。
- 前記エッチング工程において、前記薬液および前記純水を混合することにより生成された純水希釈薬液と、前記低誘電率溶媒と、が別々のノズルから前記基板に吐出され、前記基板上で混合されて前記処理液が生成される、請求項５記載の基板処理方法。
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