WO2017047625A1 - 基板処理方法、基板処理装置および記憶媒体 - Google Patents

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WO2017047625A1
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難波 宏光
達博 植木
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東京エレクトロン株式会社
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    • H01L21/02071Cleaning during device manufacture during, before or after processing of conductive layers, e.g. polysilicon or amorphous silicon layers the processing being a delineation, e.g. RIE, of conductive layers

Definitions

  • the present invention relates to a technique for performing wet etching on a film formed on a peripheral portion of a substrate.
  • bevel etching In the manufacture of semiconductor devices, a process called bevel etching is performed in which an unnecessary film is removed from a peripheral portion including a bevel portion of a substrate such as a semiconductor wafer using a chemical solution. There is often a film to be left below the film to be removed. In this case, when the etching selectivity of the film to be removed with respect to the film to be left is not sufficiently high, the etching rate needs to be kept low in order to minimize the etching amount of the film to be left.
  • Patent Document 1 when performing bevel etching, a high-concentration chemical solution such as hydrofluoric acid is supplied to the peripheral portion of the rotating substrate from the first nozzle when it is desired to increase the etching rate, and from the first nozzle when the etching rate is desired to be suppressed.
  • a substrate processing method that supplies a high concentration chemical solution to a peripheral portion of a rotating substrate and supplies pure water (DIW) from a second nozzle to a peripheral portion of the substrate to dilute the chemical solution supplied from the first nozzle.
  • DIW pure water
  • the method of controlling the etching rate by a combination of hydrofluoric acid and pure water cannot be applied when the film to be removed is made of SiGe, amorphous silicon, or polysilicon.
  • the present invention provides a technique for appropriately leaving a base film made of SiO 2 or the like existing under a removal target film when the removal target film made of SiGe, amorphous silicon, or polysilicon is removed from the peripheral portion of the substrate by wet etching. It is intended to provide.
  • a substrate processing method for processing a peripheral portion of a substrate wherein a base film is formed, and one of silicon germanium, amorphous silicon, and polysilicon is formed on the base film.
  • a substrate rotating step of holding and rotating a substrate on which a film to be removed made of one substance is formed, and a first treatment containing hydrofluoric acid and nitric acid at a first mixing ratio in a peripheral portion of the rotating substrate Supplying a liquid to etch the film to be removed; and supplying the first processing liquid to the substrate, and then supplying hydrofluoric acid to the peripheral portion of the rotating substrate more than the first processing liquid.
  • a substrate processing method comprising: a second processing step of supplying a second processing liquid containing hydrofluoric acid and nitric acid at a second mixing ratio with a low content ratio and a high nitric acid content ratio to etch the film to be removed.
  • a program for causing the control device to control the substrate processing apparatus and execute the substrate processing method is stored.
  • a storage medium is provided.
  • a base film is formed, and a removal target film made of any one of silicon germanium, amorphous silicon, and polysilicon is formed on the base film.
  • a substrate processing apparatus for processing a substrate wherein a substrate holding mechanism that holds and rotates a substrate, and a treatment liquid containing hydrofluoric acid and nitric acid is supplied to a peripheral portion of the substrate held by the substrate holding mechanism.
  • the processing liquid supply unit supplies a first processing liquid containing hydrofluoric acid and nitric acid at a first mixing ratio.
  • the second treatment liquid containing hydrofluoric acid and nitric acid can be supplied at a second mixing ratio that can be supplied and has a lower hydrofluoric acid content ratio and a higher nitric acid content ratio than the first treatment liquid.
  • Configured to The control unit controls the substrate holding mechanism to rotate the substrate, and controls the processing liquid supply unit to supply the first processing liquid to the peripheral portion of the rotating substrate. And a substrate processing apparatus for supplying the second processing liquid to a peripheral portion of the rotating substrate.
  • the removal target film made of SiGe, amorphous silicon, or polysilicon is removed from the peripheral portion of the substrate by wet etching, the underlying film existing under the removal target film is appropriately left. be able to.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the film shown in FIGS. 3 and 4 in more detail. It is a schematic sectional drawing for demonstrating supply of the process liquid to a wafer, and the flow of the process liquid on a wafer.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a substrate processing system according to the present embodiment.
  • the X axis, the Y axis, and the Z axis that are orthogonal to each other are defined, and the positive direction of the Z axis is the vertically upward direction.
  • the substrate processing system 1 includes a carry-in / out station 2 and a processing station 3.
  • the carry-in / out station 2 and the processing station 3 are provided adjacent to each other.
  • the loading / unloading station 2 includes a carrier placement unit 11 and a conveyance unit 12.
  • the transfer unit 12 is provided adjacent to the carrier placement unit 11 and includes a substrate transfer device 13 and a delivery unit 14 inside.
  • the substrate transfer device 13 includes a wafer holding mechanism that holds the wafer W. Further, the substrate transfer device 13 can move in the horizontal direction and the vertical direction and can turn around the vertical axis, and transfers the wafer W between the carrier C and the delivery unit 14 using the wafer holding mechanism. Do.
  • the processing station 3 is provided adjacent to the transfer unit 12.
  • the processing station 3 includes a transport unit 15 and a plurality of processing units 16.
  • the plurality of processing units 16 are provided side by side on the transport unit 15.
  • the transfer unit 15 includes a substrate transfer device 17 inside.
  • the substrate transfer device 17 includes a wafer holding mechanism that holds the wafer W. Further, the substrate transfer device 17 can move in the horizontal direction and the vertical direction and can turn around the vertical axis, and transfers the wafer W between the delivery unit 14 and the processing unit 16 using a wafer holding mechanism. I do.
  • the processing unit 16 performs predetermined substrate processing on the wafer W transferred by the substrate transfer device 17.
  • the substrate processing system 1 includes a control device 4.
  • the control device 4 is a computer, for example, and includes a control unit 18 and a storage unit 19.
  • the storage unit 19 stores a program for controlling various processes executed in the substrate processing system 1.
  • the control unit 18 controls the operation of the substrate processing system 1 by reading and executing the program stored in the storage unit 19.
  • Such a program may be recorded in a computer-readable storage medium and installed in the storage unit 19 of the control device 4 from the storage medium.
  • Examples of the computer-readable storage medium include a hard disk (HD), a flexible disk (FD), a compact disk (CD), a magnetic optical disk (MO), and a memory card.
  • the substrate transfer device 13 of the loading / unloading station 2 takes out the wafer W from the carrier C placed on the carrier placement unit 11 and receives the taken-out wafer W. Place on the transfer section 14.
  • the wafer W placed on the delivery unit 14 is taken out from the delivery unit 14 by the substrate transfer device 17 of the processing station 3 and carried into the processing unit 16.
  • the wafer W loaded into the processing unit 16 is processed by the processing unit 16, then unloaded from the processing unit 16 by the substrate transfer device 17, and placed on the delivery unit 14. Then, the processed wafer W placed on the delivery unit 14 is returned to the carrier C of the carrier platform 11 by the substrate transfer device 13.
  • the configuration of the processing unit 16 will be described with reference to FIG.
  • the processing unit 16 includes a chamber 20, a substrate holding mechanism 30, a processing fluid supply unit 40, and a recovery cup 50.
  • the substrate holding mechanism 30 includes a substrate holding part 31, a shaft part 32, and a driving part 33.
  • the drive unit 33 rotates the substrate holding unit 31 via the shaft unit 32, whereby the wafer W held horizontally by the substrate holding unit 31 rotates about the vertical axis.
  • the substrate holding part 31 is composed of, for example, a vacuum chuck.
  • the processing fluid supply unit (processing solution supply unit) 40 includes a chemical liquid nozzle 41 that supplies hydrofluoric acid to the peripheral portion of the upper surface of the wafer W, and a rinse that supplies, for example, pure water (DIW) as a rinse liquid to the peripheral portion of the upper surface of the wafer W.
  • a nozzle 42 and a pretreatment nozzle 43 for supplying an organic cleaning agent (for example, SC-1, SPM) as a pretreatment liquid to the peripheral portion of the upper surface of the wafer W are provided.
  • a first hydrofluoric acid supply source 44a and a second hydrofluoric acid supply source 45a are connected to the chemical nozzle 41.
  • a flow rate adjusting valve 44b and an opening / closing valve 44c are provided in a pipe line between the first hydrofluoric acid supply source 44a and the chemical liquid nozzle 41, and a pipe between the second hydrofluoric acid supply source 45a and the chemical liquid nozzle 41 is provided.
  • a flow rate adjusting valve 45b and an opening / closing valve 45c are interposed in the path. Therefore, hydrofluoric acid-rich hydrofluoric acid or nitric acid-rich hydrofluoric acid can be selectively and supplied to the chemical solution nozzle 41 at a controlled flow rate.
  • the rinse nozzle 42 is connected to a pure water supply source 46a through a pipe line provided with a flow rate adjusting valve 46b and an on-off valve 46c.
  • the pretreatment nozzle 43 is connected to the pretreatment liquid supply source 47a through a pipe line provided with a flow rate adjusting valve 47b and an on-off valve 47c.
  • the chemical nozzle 41, the rinsing nozzle 42 and the pretreatment nozzle 43 are held by a nozzle arm (not shown), and the processing position above the peripheral edge of the wafer W shown in FIG. It is possible to move between.
  • a chemical nozzle for supplying hydrofluoric acid rich hydrofluoric acid to the wafer W and a chemical nozzle for supplying nitric acid rich hydrofluoric acid to the wafer W may be provided separately.
  • the recovery cup 50 collects the processing liquid that is supplied to the rotating wafer W and then scatters from the wafer W. At the bottom of the recovery cup 50, a drain port 51 for discharging the processing liquid collected by the recovery cup 50 to the outside of the processing unit 16 and the atmosphere in the recovery cup 50 are discharged to the outside of the processing unit 16. An exhaust port 52 is provided.
  • a top plate 60 is provided.
  • the top plate 60 can be moved between a processing position near the front surface (upper surface) of the wafer W shown in FIG. 2 and a retracted position retracted from the processing position by a moving mechanism (not shown).
  • a purge gas for example, nitrogen gas, is supplied to the gap 62 between the top plate 60 and the wafer W via a gas supply path 61 provided in the center of the top plate 60. The purge gas flows out radially outward from the gap 62 and prevents the liquid from adhering to the central portion of the wafer W.
  • An under plate 64 is provided to prevent the liquid from adhering to the center of the back surface of the wafer.
  • the under plate 64 can be provided as part of the recovery cup.
  • a purge gas such as nitrogen gas is supplied to the gap 65 between the under plate 64 and the wafer W, and the purge gas flows out radially outward from the gap 65, so that the liquid adheres to the center of the back surface of the wafer W. Can be prevented.
  • the processing fluid supply unit 40 supplies a chemical solution nozzle 41 ′ for supplying hydrofluoric acid to the lower peripheral portion of the wafer W, and supplies pure water (DIW) as a rinse liquid to the lower peripheral portion of the wafer W, for example.
  • a pretreatment nozzle 43 ′ for supplying an organic cleaning agent as a pretreatment liquid to the peripheral portion of the lower surface of the wafer W.
  • the nozzles 41 ′, 42 ′, 43 ′ are provided with a processing liquid supply mechanism similar to the processing liquid supply mechanism attached to the nozzles 41, 42, 43 described above.
  • This configuration is effective when a removal target film (SiGe film) is formed on the entire peripheral portion of the front and back surfaces of the wafer W to be processed as shown in FIG.
  • a removal target film SiGe film
  • the nozzle 41 ' may not be provided (details will be described later).
  • control device 4 executes the control program stored in the storage unit 19 so that the processing parameters defined in the processing recipe stored in the storage unit 19 are realized for each component of the processing unit 16. To work.
  • the substrate to be processed (hereinafter also referred to as “wafer”) is obtained by forming a SiO 2 film 102 as a lower layer and a SiGe film 103 as an upper layer on a silicon wafer 101 as shown in FIG. 3 or FIG. .
  • the SiGe film 103 has a multilayer structure derived from the film formation method, and has a first layer 103a, a second layer 103b, and a third layer 103c in order from the bottom.
  • the upper layer has a higher Ge composition ratio.
  • both the SiO 2 film 102 and the SiGe film 103 are formed by a batch-type film forming apparatus and are continuously formed over the entire surface of the front surface and the back surface of the wafer W as shown in FIG.
  • the wafer W is loaded into the processing unit 16 and held in a horizontal posture by the holding unit 31.
  • the SiGe film 103 is etched by the following mechanism. First, Si in the SiGe film 103 is oxidized into nitric oxide by nitric acid contained in hydrofluoric acid according to the following reaction formula. Si + 2HNO 3 ⁇ SiO 2 + 2HNO 2 Next, silicon oxide is dissolved in accordance with the following reaction formula with hydrofluoric acid contained in hydrofluoric acid. SiO 2 + 6HF ⁇ H 2 SiF 6 + 2H 2 O
  • the hydrofluoric acid-rich hydrofluoric acid etches the SiGe film 103 at a relatively high etching rate.
  • this first hydrofluoric acid treatment step as shown in FIG. 7A, only the time necessary to remove almost all of the Ge-rich upper layers (second layer 103b and third layer 103c) of the SiGe film 103 is obtained. Done. This necessary time can be obtained in advance by experiments.
  • the thickness of the third layer 103c is 1100 to 1700 nm
  • the thickness of the second layer 103b is 270 to 550 nm.
  • the processing time of the first hydrofluoric acid processing step is about 80 seconds.
  • the SiO 2 film 102 is also etched by hydrofluoric acid, but the etching rate of the SiO 2 film 102 by nitric acid-rich hydrofluoric acid is also relatively low. For this reason, even if etching with hydrofluoric acid is continued until the SiGe film 103 is completely removed in the entire region A, damage to the SiO 2 film 102 can be suppressed to a low level.
  • the rotational speed of the wafer W is preferably increased, and the shake-off drying is performed in which the DIW remaining on the wafer W is shaken off by centrifugal force.
  • DIW remaining on the wafer W may be replaced with a drying organic solvent such as IPA (isopropyl alcohol) supplied from a solvent nozzle (not shown), or when performing the shake-off drying process.
  • a dry gas such as nitrogen gas or dry air supplied from a gas nozzle (not shown) may be sprayed around the site to be processed.
  • the etching can be completed in a short time and the damage to the underlying film can be suppressed by properly using hydrofluoric acid having different hydrofluoric acid / nitric acid mixing ratios. can do. That is, most of the SiGe film 103 can be removed in a short time by first performing etching at a high etching rate by using hydrofluoric acid-rich hydrofluoric acid. The thin SiGe film 103 is etched at a low etching rate by using nitric acid-rich hydrofluoric acid, and even if the underlying SiO 2 film 102 is exposed, damage to the exposed SiO 2 film 102 can be suppressed.
  • a SiGe film having a thickness of about 2 to 3 ⁇ m thicker than before may be formed. In such a case, the above-described SiGe film is removed in a short time without damaging the base.
  • the technology is beneficial.
  • the upper film is the SiGe film and the lower film (underlying) is the SiO 2 film (silicon oxide film).
  • the present invention is not limited to this.
  • the upper film may be formed of another material that is preferably etched with hydrofluoric acid, such as amorphous silicon or polysilicon. That is, according to the above-described embodiment, when both the upper film and the lower film (base) are materials that are easily etched by hydrofluoric acid, the upper film is suppressed while preventing damage to the lower film (base). The film can be removed in a short time.
  • the lower film may be another material such as a SiN film.
  • the etching by the 1st and 2nd hydrofluoric acid treatment processes can be performed uniformly. It can.
  • Organic substances adhering to the surface of the film to be etched by the fluorinated nitric acid such as a SiGe film, an amorphous silicon film, or a polysilicon film, inhibit the reaction between the fluorinated nitric acid and the film, resulting in non-uniform etching.
  • the nitric acid etching can be performed uniformly.
  • the nitric acid, the organic cleaning agent (SC-1), and the rinsing liquid are supplied to the same place, but the supply position of the organic cleaning agent is slightly inward in the radial direction from the supply position of the hydrofluoric acid.
  • the supply position of the rinse liquid may be set slightly inward in the radial direction from the supply position of the organic cleaning agent.
  • the substrate to be processed is a semiconductor wafer.
  • the substrate is not limited to this, and may be a glass substrate, a ceramic substrate, or the like.
  • the method described above can also be used when etching with nitric acid.
  • the SiGe film is formed on a susceptor in a single wafer processing apparatus, for example, the SiGe film is formed on the entire surface of the wafer W as shown in FIG. A relatively thin film adheres to the bevel portion on the back surface of the wafer W.
  • the SiGe film is not formed in a region closer to the center than the bevel portion on the back surface of the wafer W.
  • the process after the first hydrofluoric acid treatment process can be performed according to the following procedure (the process before the first hydrofluoric acid treatment process may be performed in the same manner as in the above-described embodiment).
  • hydrofluoric acid-rich hydrofluoric acid is supplied only to the aforementioned position P1 on the wafer surface, and the SiGe film on the peripheral portion of the wafer surface is etched and supplied to the wafer surface.
  • the SiGe film on the wafer edge WE and the bevel portion on the back surface of the wafer is etched by hydrofluoric acid that wraps around the back surface of the wafer due to surface tension.
  • the range covered with the hydrofluoric acid can be adjusted.
  • the upper layers of the relatively thin SiGe films (for example, the second layer 103b and the third layer 103c described above) on the wafer edge WE and the bevel portion on the back surface of the wafer disappear first.
  • the lower layer of the SiGe film for example, the first layer 103a and the second layer 103b described above
  • the rinse nozzle 42 ′ moves to the position P2 described above on the wafer back surface. DIW is supplied and DIW that wraps around toward the front side of the wafer blocks HF that tends to wrap around toward the edge WE and the back side of the wafer.
  • a substrate to be processed (hereinafter also referred to as “wafer”) in which a SiN film 104 and an amorphous silicon film 105 as lower layers were formed on a silicon wafer 101 was prepared.
  • the wafer is rotated around the vertical axis in a horizontal posture, and the SC-1 solution is supplied from the pretreatment nozzle shown in FIG.
  • DIW is supplied from 42 'to the peripheral edge of the wafer to perform a rinsing step, and then hydrofluoric acid is supplied from the chemical nozzles 41, 41' to the peripheral edge of the wafer to approximately 2 in the radial direction from the wafer edge (Apex) WE.
  • a hydrofluoric acid treatment process for removing the amorphous silicon film 5 up to an inner position of about 5 to 3 mm was performed, then a rinse process was performed again, and finally a shake-off drying process was performed. This is an example.
  • the organic substance removing step and the first rinsing step were omitted from the above series of steps.
  • FIG. 10E shows the etching range, and the jagged line is the outline of the outer peripheral edge of the amorphous silicon film 105.
  • large irregularities are recognized in the outline of the outer peripheral edge of the amorphous silicon film 105 as shown in FIG.
  • no large unevenness is recognized in the outline of the outer peripheral edge of the amorphous silicon film 105 as shown in FIG. That is, it was confirmed that the amorphous silicon film 105 is uniformly etched by the fluorinated nitric acid by performing the organic substance removing step before the fluorinated nitric acid treatment step.

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Abstract

基板処理方法は、回転している前記基板の周縁部分に、第1混合比でフッ酸及び硝酸を含有する第1処理液を供給して前記除去対象膜をエッチングする第1処理工程と、前記基板に前記第1処理液を供給した後に、回転している前記基板の周縁部分に第1処理液よりもフッ酸の含有比が低く硝酸の含有比が高い第2混合比でフッ酸及び硝酸を含有する第2処理液を供給して前記除去対象膜をエッチングする第2処理工程と、を備える。基板の周縁部分からSiGe,アモルファスシリコンまたはポリシリコンからなる除去対象膜をウエットエッチングにより除去するにあたって、除去対象膜の下に存在する下地膜、例えばSiOからなる膜を適切に残すことが可能となる。

Description

基板処理方法、基板処理装置および記憶媒体
 本発明は、基板の周縁部分に形成された膜をウエットエッチングする技術に関する。
 半導体デバイスの製造においては、薬液を用いて半導体ウエハ等の基板のベベル部を含む周縁部分から不要な膜を除去するベベルエッチングという工程が行われる。除去すべき膜の下層には、残すべき膜がしばしば存在している。この場合、残すべき膜に対する除去すべき膜のエッチング選択比が十分に高くない場合には、残すべき膜のエッチング量を最小とするため、エッチングレートを低めに抑える必要がある。
 特許文献1には、ベベルエッチングを行うにあたって、エッチングレートを高めたいときには第1ノズルから回転する基板の周縁部分に高濃度の薬液例えばフッ酸を供給し、エッチングレートを抑制したいときには第1ノズルから回転する基板の周縁部分に高濃度の薬液を供給するとともに第2ノズルから基板の周縁部分に純水(DIW)を供給して第1ノズルから供給された薬液を希釈する、基板処理方法が開示されている。
 しかし、フッ酸と純水との組み合わせによりエッチングレートを制御する方法は、除去対象膜が、SiGe,アモルファスシリコン、ポリシリコンからなる場合には適用することができない。
特開2008-47629号公報
 本発明は、基板の周縁部分からSiGe、アモルファスシリコンまたはポリシリコンからなる除去対象膜をウエットエッチングにより除去するにあたって、除去対象膜の下に存在するSiO等からなる下地膜を適切に残す技術を提供することを目的としている。
 本発明の一実施形態によれば、基板の周縁部分を処理する基板処理方法であって、下地膜が形成され、前記下地膜の上に、シリコンゲルマニウム、アモルファスシリコン、及びポリシリコンのうちいずれか1つの物質からなる除去対象膜が形成された基板を保持して回転させる基板回転工程と、回転している前記基板の周縁部分に、第1混合比でフッ酸及び硝酸を含有する第1処理液を供給して前記除去対象膜をエッチングする第1処理工程と、前記基板に前記第1処理液を供給した後に、回転している前記基板の周縁部分に第1処理液よりもフッ酸の含有比の低く硝酸の含有比が高い第2混合比でフッ酸及び硝酸を含有する第2処理液を供給して前記除去対象膜をエッチングする第2処理工程と、を備えた基板処理方法が提供される。
 本発明の他の実施形態によれば、基板処理装置の制御装置をなすコンピュータにより実行されたときに、前記制御装置が前記基板処理装置を制御して上記の基板処理方法を実行させるプログラムが格納された記憶媒体が提供される。
 本発明のさらに他の実施形態によれば、下地膜が形成され、前記下地膜の上に、シリコンゲルマニウム、アモルファスシリコン、及びポリシリコンのうちいずれか1つの物質からなる除去対象膜が形成された基板を処理するための基板処理装置であって、基板を保持して回転させる基板保持機構と、前記基板保持機構により保持された基板の周縁部分にフッ酸及び硝酸を含有する処理液を供給する処理液供給部と、前記基板保持機構および前記処理液供給部を制御する制御部と、を備え、前記処理液供給部は、第1混合比でフッ酸及び硝酸を含有する第1処理液を供給することができ、かつ、第1処理液よりもフッ酸の含有比が低く硝酸の含有比が高い第2混合比でフッ酸及び硝酸を含有する第2処理液を供給することができるように構成され、前記制御部は、前記基板保持機構を制御して前記基板を回転させ、かつ、前記処理液供給部を制御して、回転している前記基板の周縁部分に前記第1処理液を供給させ、その後、回転している前記基板の周縁部分に前記第2処理液を供給させる基板処理装置が提供される。
 上記の本発明の実施形態によれば、基板の周縁部分からSiGe,アモルファスシリコンまたはポリシリコンからなる除去対象膜をウエットエッチングにより除去するにあたって、除去対象膜の下に存在する下地膜を適切に残すことができる。
本発明の一実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す平面図である。 図1の基板処理システムに含まれる処理ユニットの概略構成を示す縦断面図である。 ウエハ上に形成された膜の一例を示す概略断面図である。 ウエハ上に形成された膜の他の例を示す概略断面図である。 図3および図4に示した膜の構成をより詳細に示した概略断面図である。 ウエハへの処理液の供給およびウエハ上での処理液の流れを説明するための概略断面図である。 第1および第2フッ硝酸処理工程終了後の膜の状態を示す概略断面図である。 図4に示したように膜が形成されている場合の処理方法について説明する概略断面図である。 実験に用いたウエハについて説明するための概略断面図である。 実験におけるエッチング後の膜の状態を示す模式図である。
 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。
 処理ユニット16の構成について図2を参照して説明する。処理ユニット16はチャンバ20と、基板保持機構30と、処理流体供給部40と、回収カップ50とを備える。
 基板保持機構30は、基板保持部31と、軸部32と、駆動部33とを有する。駆動部33は、軸部32を介して基板保持部31を回転させ、これにより基板保持部31により水平に保持されたウエハWが鉛直軸線周りに回転する。基板保持部31は例えばバキュームチャックからなる。
 処理流体供給部(処理液供給部)40は、ウエハWの上面周縁部分にフッ硝酸を供給する薬液ノズル41と、ウエハWの上面周縁部分にリンス液として例えば純水(DIW)を供給するリンスノズル42と、ウエハWの上面周縁部分に前処理液としての有機物洗浄剤(例えばSC-1,SPM)を供給する前処理ノズル43と、を有している。
 薬液ノズル41には、第1フッ硝酸供給源44aおよび第2フッ硝酸供給源45aが接続されている。第1フッ硝酸供給源44aはフッ酸リッチ(例えば体積比でHF:HNO=1:10)のフッ硝酸を供給する。第2フッ硝酸供給源45aは硝酸リッチ(例えば体積比でHF:HNO=1:100)のフッ硝酸を供給する。第1フッ硝酸供給源44aと薬液ノズル41との間の管路には流量調整弁44bおよび開閉弁44cが介設されており、第2フッ硝酸供給源45aと薬液ノズル41との間の管路には流量調整弁45bおよび開閉弁45cが介設されている。従って、薬液ノズル41に、フッ酸リッチなフッ硝酸または硝酸リッチなフッ硝酸を、選択的に、かつ制御された流量で供給することができる。
 リンスノズル42は、流量調整弁46bおよび開閉弁46cが介設された管路を介して純水供給源46aに接続されている。前処理ノズル43は、流量調整弁47bおよび開閉弁47cが介設された管路を介して前処理液供給源47aに接続されている。
 薬液ノズル41、リンスノズル42および前処理ノズル43は、図示しないノズルアームにより保持されており、図2に示したウエハW周縁部分上方の処理位置と、回収カップ50よりも半径方向外側の待機位置との間で移動可能である。
 フッ酸リッチなフッ硝酸をウエハWに供給するための薬液ノズルと、硝酸リッチなフッ硝酸をウエハW供給するための薬液ノズルとを別々に設けてもよい。
 回収カップ50は、回転するウエハWに供給された後にウエハWから飛散する処理液を捕集する。回収カップ50の底部には、回収カップ50によって捕集された処理液を処理ユニット16の外部へ排出するための排液口51と、回収カップ50内の雰囲気を処理ユニット16の外部へ排出する排気口52とが設けられている。
 薬液ノズル41、リンスノズル42および前処理ノズル43から吐出された液がウエハWの中央部に付着することを防止するために、トッププレート60が設けられる。トッププレート60は、図示しない移動機構により、図2に示したウエハWの表面(上面)の近傍上方の処理位置と、この処理位置から退避した退避位置との間で移動可能である。トッププレート60の中央に設けられたガス供給路61を介して、トッププレート60とウエハWとの間の隙間62にパージガス例えば窒素ガスが供給される。パージガスは隙間62から半径方向外側に流出し、ウエハWの中央部に液が付着することを防止する。
 ウエハの裏面中央部に液が付着することを防止するために、アンダープレート64が設けられる。アンダープレート64は回収カップの一部として設けることができる。アンダープレート64とウエハWとの間の隙間65にパージガス例えば窒素ガスを供給し、このパージガスを隙間65から半径方向外側に流出させることにより、ウエハWの裏面の中央部に液が付着することを防止することができる。
 図2に示すように、処理流体供給部40は、ウエハWの下面周縁部分にフッ硝酸を供給する薬液ノズル41’と、ウエハWの下面周縁部分にリンス液として例えば純水(DIW)を供給するリンスノズル42’と、ウエハWの下面周縁部分に前処理液としての有機物洗浄剤を供給する前処理ノズル43’と、をさらに有していてもよい。この場合、ノズル41’,42’,43’には、上述したノズル41,42,43に付属する処理液供給機構と同様の処理液供給機構が設けられる。
 この構成は、図3に示すように処理対象のウエハWの表面および裏面の周縁部分全体に除去対象膜(SiGe膜)が形成されている場合に有効である。図4に示すように、ウエハWの表面およびウエハ裏面のベベル部付近のみに除去対象膜(SiGe膜)が形成されている場合には、ノズル41’は設けなくてもよい(詳細後述)。
 次に上述の処理ユニット16を用いて行われるウエハWの処理(ベベルエッチング)について説明する。以下に説明する各工程は、制御装置4の制御の下で自動的に行われる。このとき制御装置4は、記憶部19に格納された制御プログラムを実行して、処理ユニット16の各構成要素を、記憶部19に格納された処理レシピに定義された処理パラメータが実現されるように動作させる。
 処理対象基板(以下「ウエハ」とも呼ぶ)は、図3または図4に示すように、シリコンウエハ101上に、下層としてのSiO膜102と、上層としてのSiGe膜103を形成したものである。図5に示すように、SiGe膜103は、成膜方法に由来して複層構造を有し、下から順に第1層103a、第2層103bおよび第3層103cを有する。成膜方法に由来して、上側の層ほどGeの組成比が高くなっている。ここでは、SiO膜102およびSiGe膜103はいずれもバッチ式の成膜装置により形成され、図3に示すようにウエハWの表面および裏面の全域に連続的に形成されているものとする。 
 まず、ウエハWが、処理ユニット16に搬入されて、保持部31に水平姿勢で保持される。
 [ウエハ回転工程]
 その後、ウエハWが鉛直軸線周りに回転させられる。ウエハWは、後述する一連の工程が終了するまでの間、継続的に回転させられる。
 [有機物除去工程]
 次に、図6に示すように、回転しているウエハWの表面(デバイス形成面)のベベル部WBを含むウエハWの周縁部分内の位置P1,P2に、前処理ノズル43,43’からSC-1が供給される。SC-1は、ウエハWの端縁WE(Apexと呼ばれる部分)まで回り込む。このため位置P1,P2との間の領域Aの全体がSC-1液(PL)により覆われる。SC-1液により、ウエハWのエッチング対象部位である領域Aに付着している有機物が除去される。最終的に、SC-1は遠心力によりウエハWから離脱して飛散する。なお、以下の液がウエハWに供給される各工程において、液(フッ硝酸およびDIW)の動きは上記のSC-1の動きと同じであるので、重複説明は省略する。
 [第1リンス工程]
 前処理ノズル43,43’からのSC-1液の吐出を停止した後、回転しているウエハW上の位置P1,P2にリンスノズル42,42’からDIWが供給される。これによりウエハ表裏面の周縁部分に残留していたSC-1液および反応生成物が洗い流される。
 [第1フッ硝酸処理工程(第1処理工程)]
 リンスノズル42,42’からのDIWの吐出を停止した後、回転しているウエハW上の位置P1,P2に、薬液ノズル41、41’から予め定められた流量でフッ酸リッチのフッ硝酸が供給される。
 SiGe膜103は下記のメカニズムによりエッチングされる。
 まず、SiGe膜103中のSiがフッ硝酸中に含まれる硝酸により下記反応式に従い酸化され酸化シリコンとなり、
  Si + 2HNO → SiO + 2HNO
 次いで、酸化シリコンがフッ硝酸中に含まれるフッ酸により下記反応式に従い溶解する。
  SiO + 6HF → HSiF + 2H
 フッ酸リッチのフッ硝酸は、比較的高いエッチングレートでSiGe膜103をエッチングする。この第1フッ硝酸処理工程は、図7(a)に示すように、SiGe膜103のGeリッチの上層(第2層103bおよび第3層103c)のほぼ全てを除去するために必要な時間だけ行われる。この必要な時間は、予め実験により求めておくことができる。一例として、第3層103cの膜厚が1100~1700nm、第2層103bの膜厚が270~550nmであり、このときの第1フッ硝酸処理工程の処理時間は約80秒である。
 [第2リンス工程]
 薬液ノズル41,41’からのフッ硝酸の吐出を停止した後、回転しているウエハW上の位置P1,P2にリンスノズル42,42’からDIWが供給される。これによりウエハ表裏面の周縁部分に残留していたフッ硝酸および反応生成物が洗い流される。
 [第2フッ硝酸処理工程(第2処理工程)]
 リンスノズル42,42’からのDIWの吐出を停止した後、回転しているウエハW上の位置P1,P2に、薬液ノズル41,41’から予め定められた流量で硝酸リッチのフッ硝酸が供給される。硝酸リッチのフッ硝酸は、比較的低いエッチングレートでSiGe膜103をエッチングする。この第2フッ硝酸処理工程は、SiGe膜103のSiリッチの下層(第1層103a)の全てを除去するために必要な時間だけ行われる。この必要な時間は、予め実験により求めておくことができる。一例として、第1層の膜厚は70nmであり、このときの第2フッ硝酸処理工程の処理時間は約120秒である。
 SiGe膜103が除去されて下地のSiO膜102が露出した部位では、SiO膜102もフッ硝酸によりエッチングされるが、硝酸リッチのフッ硝酸によるSiO膜102のエッチングレートも比較的低い。このため、領域Aの全体でSiGe膜103が完全に除去されるまでフッ硝酸によるエッチングを継続したとしても、SiO膜102のダメージを低く抑えることができる。
 [第3リンス工程]
 薬液ノズル41,41’からのフッ硝酸の吐出を停止した後、回転しているウエハW上の位置P1,P2にリンスノズル42,42’からDIWが供給される。これによりウエハ表裏面の周縁部分に残留していたフッ硝酸および反応生成物が洗い流される。
 [振り切り乾燥工程]
 リンスノズル42、42’からのDIWの吐出を停止した後、好ましくはウエハWの回転速度を増し、ウエハW上に残留しているDIWを遠心力により振り切る振り切り乾燥が行われる。振り切り乾燥工程の前にウエハW上に残留しているDIWを図示しない溶剤ノズルから供給されたIPA(イソプロピルアルコール)等の乾燥用有機溶剤と置換してもよいし、振り切り乾燥工程を行う際に図示しないガスノズルから供給された窒素ガスまたはドライエア等の乾燥ガスを処理対象部位のあたりに吹き付けてもよい。
 上記の実施形態によれば、SiGe膜103をエッチングするにあたって、フッ酸/硝酸混合比の異なるフッ硝酸を使い分けることにより、短時間でエッチングを終了させることができ、かつ、下地膜のダメージを抑制することができる。すなわち、最初にフッ酸リッチなフッ硝酸を用いることにより高いエッチングレートでエッチングを行うことにより、SiGe膜103の大部分を短時間で除去することができる。そして薄く残したSiGe膜103を硝酸リッチなフッ硝酸を用いることにより低いエッチングレートでエッチングを行い、下地のSiO膜102が露出したとしてもこの露出したSiO膜102のダメージを抑制することができる。近年、従来よりも厚い厚さ2~3μm程度のSiGe膜が形成される場合があり、このような場合に、下地にダメージを与えずにベベル部のSiGe膜を短時間で除去するために上記の技術は有益である。
 上記実施形態においては、上側の膜がSiGe膜で下側の膜(下地)がSiO膜(シリコン酸化膜)であったが、これには限定されない。例えば、上側の膜は、フッ硝酸によりエッチングすることが好ましい他の材料、例えばアモルファスシリコン、ポリシリコンにより形成されていてもよい。すなわち、上記実施形態によれば、上側の膜および下側の膜(下地)が両方ともフッ硝酸によりエッチングされやすい材料である場合に、下側の膜(下地)のダメージを抑制しつつ上側の膜を短時間で除去することができる。また、下側の膜もSiN膜等の他の材料であっても良い。
 また、上記実施形態によれば、フッ硝酸処理工程(第1フッ硝酸処理工程)の前に有機物除去工程を行っているので、第1および第2フッ硝酸処理工程によるエッチングを均一に行うことができる。SiGe膜、アモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜等のフッ硝酸によりエッチングすべき膜の表面に付着した有機物は、フッ硝酸と膜との反応を阻害するので、エッチングが不均一になってしまう。このような有機物を予め除去しておくことにより、フッ硝酸エッチングを均一に行うことができる。
 上記実施形態においては、フッ硝酸、有機物洗浄剤(SC-1)、リンス液を同じ場所に供給していたが、有機物洗浄剤の供給位置をフッ硝酸の供給位置よりも半径方向やや内側に、リンス液の供給位置を有機物洗浄剤の供給位置よりも半径方向やや内側に設定してもよい。
 上記実施形態においては、処理対象となる基板が半導体ウエハであったが、これに限定されず、ガラス基板、セラミック基板等であってもよく、このような基板の上に形成された膜をフッ硝酸によりエッチングする際にも、上述した手法を用いることができる。
 なお、SiGe膜を例えば枚葉式処理装置においてサセプタ上で形成した場合、図4に示すように、ウエハWの表面全体にSiGe膜が形成されることに加えて、ウエハWの端縁WEおよびウエハW裏面のベベル部に比較的薄い膜が付着する。ウエハWの裏面のベベル部よりも中心側の領域にはSiGe膜は形成されない。この場合には、以下の手順に従い、第1フッ硝酸処理工程以降の処理を行うことができる(第1フッ硝酸処理工程より前の工程は前述した実施形態と同じように行ってかまわない)。
 まず、図8(a)に示すように、ウエハ表面の前述した位置P1だけにフッ酸リッチなフッ硝酸を供給し、ウエハ表面の周縁部分にあるSiGe膜をエッチングするとともに、ウエハ表面に供給された後に表面張力によりウエハ裏面側に回り込むフッ硝酸により、ウエハ端縁WEおよびウエハ裏面のベベル部にあるSiGe膜をエッチングする。このとき、フッ硝酸の供給流量およびウエハWの回転数を適宜調節することにより、フッ硝酸により覆われる範囲を調節することができる。エッチングを続けてゆくと、ウエハ端縁WEおよびウエハ裏面のベベル部にある比較的薄いSiGe膜の上層(例えば前述した第2層103bおよび第3層103c)が先に消失する。そうなったら、SiGe膜の下層(例えば前述した第1層103aおよび第2層103b)が消失する前に、図8(b)に示すようにリンスノズル42’からウエハ裏面の前述した位置P2にDIWを供給して、ウエハ表面側に向かって回り込むDIWにより、ウエハの端縁WEおよび裏面に向かって回り込もうとするフッ硝酸をブロックする。これにより、ウエハ端縁WEおよびウエハ裏面のベベル部にあるSiGe膜のエッチングを停止させる。その後、ウエハ表面の周縁部分にあるSiGe膜の上層が消失したら、前述した位置P1に硝酸リッチなフッ硝酸を供給し、再び図8(a)に示すようにフッ硝酸がウエハ表面の周縁部分、端縁WEおよび裏面のベベル部WBを覆うようにして、SiGe膜の下層が完全に消失するまでエッチングを行う。
 以下に、アモルファスシリコン膜をフッ硝酸を用いてエッチングする前に行われる有機物除去工程の効果を確認する実験の結果について説明する。図9に示すようにシリコンウエハ101上に下層としてのSiN膜104およびアモルファスシリコン膜105を形成した被処理基板(以下「ウエハ」とも呼ぶ)を用意した。このウエハを水平姿勢で鉛直方向軸線周りに回転させ、図2に示す前処理ノズルから43,43’ウエハ周縁部分にSC-1液を供給して有機物除去工程を行い、その後、リンスノズル42,42’からウエハ周縁部分にDIWを供給してリンス工程を行い、その後、薬液ノズル41,41’からウエハ周縁部分にフッ硝酸を供給してウエハの端縁(Apex)WEから半径方向に概ね2.5~3mm程度内側の位置までのアモルファスシリコン膜5を除去するフッ硝酸処理工程を行い、その後再びリンス工程を行い、最後に振り切り乾燥工程を行った。これを実施例とする。比較例として、上記一連の工程から有機物除去工程と1回目のリンス工程を省いた処理を行った。
 処理後のウエハのベベル部を走査型電子顕微鏡により撮影した画像の写しを図10にイラストで示した。ウエハの周縁部分に沿って連続的に撮影した画像を、円弧状のウエハ端縁(Apex)WEの輪郭が直線となるように展開した。図10「E」はエッチング範囲であり、ギザギザの線はアモルファスシリコン膜105の外周縁の輪郭である。有機物除去工程無しの場合には、図10(a)に示すようにアモルファスシリコン膜105の外周縁の輪郭に大きな凹凸が認められる。一方、有機物除去工程有りの場合には、図10(b)に示すように、アモルファスシリコン膜105の外周縁の輪郭に大きな凹凸は認められない。すなわち、フッ硝酸処理工程の前に有機物除去工程を行うことにより、フッ硝酸によりアモルファスシリコン膜105が均一にエッチングされるようになることが確認された。

Claims (8)

  1.  基板の周縁部分を処理する基板処理方法であって、
     下地膜が形成され、前記下地膜の上に、シリコンゲルマニウム、アモルファスシリコン、及びポリシリコンのうちいずれか1つの物質からなる除去対象膜が形成された基板を保持して回転させる基板回転工程と、
     回転している前記基板の周縁部分に、第1混合比でフッ酸及び硝酸を含有する第1処理液を供給して前記除去対象膜をエッチングする第1処理工程と、
     前記基板に前記第1処理液を供給した後に、回転している前記基板の周縁部分に第1処理液よりもフッ酸の含有比が低く硝酸の含有比が高い第2混合比でフッ酸及び硝酸を含有する第2処理液を供給して前記除去対象膜をエッチングする第2処理工程と、
    を備えることを特徴とする、基板処理方法。
  2.  前記第1処理工程の前に、回転している前記基板の周縁部分に有機物洗浄剤を供給する前処理工程をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の基板処理方法。
  3.  前記除去対象膜は、上層と、前記上層よりも下にあり前記上層よりも薄い下層を含み、
     前記第1処理工程は、前記上層がエッチングされる時間だけ実行され、
     前記第2処理工程は、前記下層がエッチングされる時間だけ実行される
    ことを特徴とする、請求項1に記載の基板処理方法。
  4.  前記第1処理工程の終了後であって前記第2処理工程の開始前に、DIWを用いて前記基板のリンスを行うリンス工程をさらに有することを特徴とする、請求項3に記載の基板処理方法。
  5.  前記基板は、前記除去対象膜の下にSiOからなる下地膜を有することを特徴とする、請求項1に記載の基板処理方法。
  6.  基板処理装置の制御装置をなすコンピュータにより実行されたときに、前記制御装置が前記基板処理装置を制御して請求項1に記載の基板処理方法を実行させるプログラムが格納された記憶媒体。
  7.  下地膜が形成され、前記下地膜の上に、シリコンゲルマニウム、アモルファスシリコン、及びポリシリコンのうちいずれか1つの物質からなる除去対象膜が形成された基板を処理するための基板処理装置であって、
     基板を保持して回転させる基板保持機構と、
     前記基板保持機構により保持された基板の周縁部分にフッ酸及び硝酸を含有する処理液を供給する処理液供給部と、
     前記基板保持機構および前記処理液供給部を制御する制御部と、を備え、
     前記処理液供給部は、第1混合比でフッ酸及び硝酸を含有する第1処理液を供給することができ、かつ、第1処理液よりもフッ酸の含有比が低く硝酸の含有比が高い第2混合比でフッ酸及び硝酸を含有する第2処理液を供給することができるように構成され、
     前記制御部は、前記基板保持機構を制御して前記基板を回転させ、かつ、前記処理液供給部を制御して、回転している前記基板の周縁部分に前記第1処理液を供給させ、その後、回転している前記基板の周縁部分に前記第2処理液を供給させることを特徴とする基板処理装置。
  8.  前記処理液供給部は、前記基板保持機構により保持された基板の周縁部分に有機物洗浄剤を供給することができるようにも構成され、前記制御部は、前記第1処理液を供給する前に、前記処理液供給部に、回転している前記基板の周縁部分に前記有機物洗浄剤を供給させることを特徴とする、請求項7記載の基板処理装置。
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