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JP2019012802A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

基板処理方法および基板処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ウェハの中心部から周縁部までのエッチング量の面内均一性を向上させること。【解決手段】実施形態に係る基板処理方法は、低温溶解工程と、エッチング工程とを含む。低温溶解工程は、室温より低い所定の温度に冷却したアルカリ性水溶液に酸素を溶解させる。エッチング工程は、酸素を溶解させたアルカリ性水溶液を基板に供給して基板をエッチングする。【選択図】図2

Description

開示の実施形態は、基板処理方法および基板処理装置に関する。
従来、半導体の製造工程において、半導体ウェハ(以下、ウェハとも呼称する。)等の基板にアルカリ性水溶液を供給することにより、基板上に形成されたポリシリコン層をエッチングする基板処理方法が知られている(特許文献1参照)。
特開平9−246254号公報
しかしながら、従来の基板処理方法では、ウェハの中心部から周縁部までのエッチング量の面内均一性が十分でないという課題がある。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、ウェハの中心部から周縁部までのエッチング量の面内均一性を向上させることができる基板処理方法および基板処理装置を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る基板処理方法は、低温溶解工程と、エッチング工程とを含む。前記低温溶解工程は、室温より低い所定の温度に冷却したアルカリ性水溶液に酸素を溶解させる。前記エッチング工程は、酸素を溶解させた前記アルカリ性水溶液を基板に供給して前記基板をエッチングする。
実施形態の一態様によれば、ウェハの中心部から周縁部までのエッチング量の面内均一性を向上させることができる。
図1は、実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す模式図である。 図2は、処理ユニットおよび低温溶解部の構成を示す模式図である。 図3は、処理ユニットの具体的な構成例を示す模式図である。 図4は、アルカリ性水溶液の酸素溶解温度とエッチング量の面内分布との関係を示す図である。 図5は、アルカリ性水溶液における酸素ガスのバブリング時間と溶存酸素濃度との関係を示す図である。 図6は、参考例1におけるウェハの表面状態について説明するための図である。 図7は、実施形態に係るウェハの表面状態について説明するための図である。 図8Aは、参考例2におけるエッチング量の面内分布を示す図である。 図8Bは、実施形態に係るエッチング量の面内分布を示す図である。 図9は、酸化膜除去処理後の待機時間とエッチング量との関係を示す図である。 図10は、酸化膜除去処理後の待機時間とエッチング量の面内分布との関係を示す図である。 図11は、基板処理システムが実行する基板処理の手順を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する基板処理方法および基板処理装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
<基板処理システムの概要>
まずは、図1を参照しながら、実施形態に係る基板処理システム1の概略構成について説明する。図1は、実施形態に係る基板処理システム1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、実施形態では半導体ウェハW(以下、ウェハWと呼称する。)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、ウェハWを保持するウェ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、ウェハ保持機構を用いてキャリアCと受渡部14との間でウェハ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、ウェハWを保持するウェ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、ウェハ保持機構を用いて受渡部14と処理ユニット16との間でウェハ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ェハWに対して所定の基板処理を行う。かかる処理ユニット16には、室温より低い所定の温度に冷却したアルカリ性水溶液Lに酸素を溶解させて処理ユニット16に供給する低温溶解部70が接続される。処理ユニット16および低温溶解部70の構成例については後述する。
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からウェハWを取り出し、取り出したウェハWを受渡部14に載置する。受渡部14に載置されたウェハ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へ搬入されたウェハ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ェハ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。
<処理ユニットおよび低温溶解部の概要>
次に、処理ユニット16および低温溶解部70の概要について、図2を参照しながら説明する。図2は、処理ユニット16および低温溶解部70の構成を示す模式図である。図2に示すように、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。
チャンバ20は、基板保持機構30と処理流体供給部40と回収カップ50とを収容する。チャンバ20の天井部には、FFU(Fan Filter Unit)21が設けられる。FFU21は、チャンバ20内にダウンフローを形成する。
基板保持機構30は、保持部31と、支柱部32と、駆動部33とを備える。保持部31は、ウェハWを水平に保持する。支柱部32は、鉛直方向に延在する部材であり、基端部が駆動部33によって回転可能に支持され、先端部において保持部31を水平に支持する。駆動部33は、支柱部32を鉛直軸まわりに回転させる。
かかる基板保持機構30は、駆動部33を用いて支柱部32を回転させることによって支柱部32に支持された保持部31を回転させ、これにより、保持部31に保持されたウェハWを回転させる。
処理流体供給部40は、供給部の一例であり、ウェハWに対して処理流体を供給する。また、処理流体供給部40は、低温溶解部70に接続される。
回収カップ50は、保持部31を取り囲むように配置され、保持部31の回転によってウェハ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、排液口51が形成されており、回収カップ50によって捕集された処理液は、かかる排液口51から処理ユニット16の外部へ排出される。また、回収カップ50の底部には、FFU21から供給される気体を処理ユニット16の外部へ排出する排気口52が形成される。
低温溶解部70は、薬液貯蔵容器71と、循環ライン72と、ポンプ73と、温度調節器74と、バブリングライン75とを有する。
薬液貯蔵容器71には、エッチング液として用いられるアルカリ性水溶液Lが貯蔵される。かかるアルカリ性水溶液Lは、たとえば、TMAH(TetraMethylAmmonium Hydroxide:水酸化テトラメチルアンモニウム)、コリン水溶液、KOH(水酸化カリウム)水溶液、およびアンモニア水のうち少なくとも1つを含む。
薬液貯蔵容器71には、貯留されたアルカリ性水溶液Lを循環する循環ライン72が接続される。この循環ライン72が、上述の処理流体供給部40に接続される。
循環ライン72には、ポンプ73と温度調節器74とが設けられる。そして、かかる温度調節器74により室温より低い所定の温度に冷却されたアルカリ性水溶液Lが、ポンプ73により循環ライン72を循環する。さらに、薬液貯蔵容器71には、貯留されたアルカリ性水溶液Lに酸素ガスをバブリングすることにより酸素を溶解させるバブリングライン75が設けられる。
ここまで説明した低温溶解部70によって、室温より低い所定の温度に冷却されたアルカリ性水溶液Lに酸素を溶解させる低温溶解処理が行われる。また、かかる低温溶解部70から処理流体供給部40まで接続されるアルカリ性水溶液Lの供給ラインには、かかる供給ラインを通過するアルカリ性水溶液Lを昇温するインラインヒータ80が設けられる。
次に、処理ユニット16の具体的な構成例について図3を参照して説明する。図3は、処理ユニット16の具体的な構成例を示す模式図である。なお、図3では、インラインヒータ80の記載を省略する。
図3に示すように、基板保持機構30が備える保持部31の上面には、ウェハWを側面から保持する保持部材311が設けられる。ウェハWは、かかる保持部材311によって保持部31の上面からわずかに離間した状態で水平保持される。なお、ウェハWは、エッチング処理が行われる表面を上方に向けた状態で保持部31に保持される。
処理流体供給部40は、複数(ここでは3つ)のノズル41a、41b、41cと、かかるノズル41a、41b、41cを水平に支持するアーム42と、アーム42を旋回および昇降させる旋回昇降機構43とを備える。
ノズル41aは、バルブ44aと流量調整器45aとを介して上述の低温溶解部70に接続される。ノズル41bは、バルブ44bと流量調整器45bとを介してDIW供給源46bに接続される。DIW(DeIonized Water:脱イオン水)は、たとえば、リンス処理に用いられる。ノズル41cは、バルブ44cと流量調整器45cとを介してDHF供給源46cに接続される。DHF(Diluted HydroFluoric acid:希フッ酸水溶液)は、たとえば、酸化膜除去処理に用いられる。
ノズル41aからは、低温溶解部70より供給されるアルカリ性水溶液Lが吐出される。ノズル41bからは、DIW供給源46bより供給されるDIWが吐出される。ノズル41cからは、DHF供給源46cより供給されるDHFが吐出される。なお、図2に示したインラインヒータ80を動作させることによって、アルカリ性水溶液Lを昇温させて吐出することができる。
処理ユニット16は、下面供給部60をさらに備える。下面供給部60は、保持部31および支柱部32の中空部321に挿通される。下面供給部60の内部には上下方向に延在する流路61が形成されており、かかる流路61には、流量調整器63a、加熱部65aおよびバルブ62aを介してDIW供給源64aが接続される。また、かかる流路61には、流量調整器63b、加熱部65bおよびバルブ62bを介してTMAH供給源64bが接続される。
DIW供給源64aから供給されるDIWは、加熱部65aによって室温よりも高い温度に加熱されて流路61に供給される。また、TMAH供給源64bから供給されるTMAHは、加熱部65bによって室温よりも高い温度に加熱されて流路61に供給される。
ここまで説明した処理ユニット16を用いて、アルカリ性水溶液LによるウェハWのエッチング処理が行われる。ここで、実施形態に係るエッチング処理は、低温溶解部70で室温より低い所定の温度に冷却され、かかる冷却された状態で酸素を溶解させたアルカリ性水溶液LをウェハWに供給して行われる。
図4は、アルカリ性水溶液Lの酸素溶解温度とエッチング量の面内分布との関係を示す図であり、エッチング処理後のウェハW表面におけるエッチング量を径方向に測定した結果を示している。なお、図4は、アルカリ性水溶液LとしてTMAHを用いた場合の結果であり、ノズル41aをウェハWの中央上方に固定して、かかるノズル41aからアルカリ性水溶液Lを吐出した場合のエッチング量を示している。
図4に示すように、室温(25℃)で酸素溶解処理されたアルカリ性水溶液Lを用いた場合に比べて、室温より低い温度である20℃および18℃で酸素溶解処理されたアルカリ性水溶液Lを用いることによって、ウェハWの中心部から周縁部までのエッチング量の面内均一性を向上させることができる。とりわけ、より低温である18℃で酸素溶解処理されたアルカリ性水溶液Lを用いた場合には、エッチング量の面内均一性をさらに向上させることができる。
つづいて、図4に示した結果が得られた要因について、図5〜図7を参照しながら説明する。図5は、アルカリ性水溶液Lにおける酸素ガスのバブリング時間と溶存酸素濃度との関係を示す図であり、アルカリ性水溶液LとしてTMAHを用いた場合の結果である。
図5に示すように、循環温度がいずれの場合においても、15分〜20分程度酸素ガスをバブリングすると、アルカリ性水溶液L中の溶存酸素が飽和状態となる。そして、かかる溶存酸素の飽和状態において、循環温度を室温(25℃)より低い温度にした場合には、循環温度を室温以上にした場合と比べて、溶存酸素濃度を増加させることができる。
図6は、参考例1におけるウェハWの表面状態について説明するための図である。図6は、たとえば、循環温度が室温以上であり、アルカリ性水溶液L中の溶存酸素量が十分でない場合について示した図である。先に説明したように、ウェハWの中心部に向けてアルカリ性水溶液Lを吐出した場合、ウェハWの中心部ではアルカリ性水溶液L中の酸素濃度が比較的濃くなっている。
一方で、かかるアルカリ性水溶液LがウェハWの周縁部に向かって広がる際に、液中の酸素はウェハW表面のポリシリコン層と反応してSiO膜を形成し、酸素濃度が徐々に薄くなる。ここで、参考例1では、アルカリ性水溶液L中の溶存酸素量が十分でないことから、図6の(a)に示すように、少なくともウェハWの周縁部側では液中の酸素がほぼ枯渇してしまう。これにより、ウェハWの周縁部側ではポリシリコン層の表面にSiO膜が形成されず、ポリシリコン層が露出した状態となる。
ここで、アルカリ性水溶液LとしてTMAHを用いる場合、かかるTMAHにおけるポリシリコンのエッチングレートは、SiOのエッチングレートよりも大きいことから、図6の(b)に示すように、SiO膜ではエッチングがあまり進行しない一方、露出したポリシリコン層ではエッチングが進行する。すなわち、参考例1では、ウェハWの中心部に比べて周縁部側でエッチングが進行することから、エッチング量の面内均一性を向上させることが困難である。
図7は、実施形態に係るウェハWの表面状態について説明するための図である。図7は、たとえば、アルカリ性水溶液Lの循環温度が室温より低い所定の温度であり、アルカリ性水溶液L中の溶存酸素量が十分である場合について示した図である。
参考例1と同様、実施形態でも、アルカリ性水溶液LがウェハWの中心部から周縁部に向かって広がる際に、液中の酸素はウェハW表面のポリシリコン層と反応してSiO膜を形成し、酸素濃度が徐々に薄くなる。しかしながら、実施形態では、アルカリ性水溶液L中の溶存酸素量が十分であることから、ウェハWの周縁部側でも液中の酸素が枯渇することはない。
これにより、図7の(a)に示すように、ウェハWの全域においてポリシリコン層上にSiO膜が均等に形成され、図7の(b)に示すように、ウェハWの全域においてかかるSiO膜が均等に成長する。したがって、実施形態では、ウェハWの中心部から周縁部までエッチングを均等に進行させることができることから、エッチング量の面内均一性を向上させることができる。
<エッチング処理の処理条件>
つづいては、実施形態におけるエッチング処理の処理条件について説明する。図8Aは、参考例2におけるエッチング量の面内分布を示す図であり、図8Bは、実施形態に係るエッチング量の面内分布を示す図である。
ここで、図8Aは、エッチング処理が酸素を含有しない雰囲気下(ここでは、窒素雰囲気下)で行われた場合の面内分布を示し、図8Bは、エッチング処理が酸素を含有する雰囲気下(ここでは、大気条件下)で行われた場合の面内分布を示している。なお、かかるエッチング処理は、上述と同様に、アルカリ性水溶液LとしてTMAHを用いて行っている。
図8Aおよび図8Bに示すように、酸素を含有しない雰囲気下でエッチング処理が行われた場合に比べ、酸素を含有する雰囲気下でエッチング処理を行うことにより、ウェハWの中心部から周縁部までのエッチング量の面内均一性を向上させることができる。これは、図7の(a)などに示したように、アルカリ性水溶液Lの表面からも雰囲気に含有する酸素が溶け込むことにより、アルカリ性水溶液L中に酸素が補充され、ウェハWの周縁部側で液中の酸素が枯渇することを抑制していることを示している。
すなわち、実施形態によれば、酸素を含有する雰囲気下でエッチング処理を行うことにより、ウェハWの中心部から周縁部までのエッチング量の面内均一性をさらに向上させることができる。
図9は、酸化膜除去処理後の待機時間とエッチング量との関係を示す図であり、アルカリ性水溶液LとしてTMAHを用いた場合の例である。先に説明したように、アルカリ性水溶液LとしてTMAHを用いる場合、かかるTMAHにおけるポリシリコンのエッチングレートは、SiOのエッチングレートよりも大きいことから、ポリシリコン層の表面に形成される自然酸化膜の影響が無視できない。
したがって、図9に示すように、エッチング処理の前にかかる自然酸化膜の除去処理を行った後、TMAHによるエッチング処理を行うまでの待機時間が長くなるほど、エッチング量が低下してしまう。
図10は、酸化膜除去処理後の待機時間とエッチング量の面内分布との関係を示す図である。図10に示すように、エッチング処理の前に自然酸化膜の除去処理を行った後、TMAHによるエッチング処理を行うまでの待機時間が長くなるほど、エッチング量の面内均一性も低下してしまう。
したがって、実施形態によれば、エッチング処理が行われる処理ユニット16において、エッチング処理の前に自然酸化膜の除去処理を行えばよい。これにより、ポリシリコン層の表面に形成される自然酸化膜の影響を抑えられることから、TMAHによるエッチング処理を安定して行うことができる。
さらに、実施形態によれば、処理ユニット16において、自然酸化膜の除去処理を行った後、予め設定された時間内にTMAHによるエッチング処理を行えばよい。これにより、自然酸化膜の影響を最小限に抑えられることから、TMAHによるエッチング処理をさらに安定して行うことができる。
実施形態では、アルカリ性水溶液Lとして、TMAHを用いるのが好ましい。TMAHを用いることにより、低温溶解処理で低温状態となったエッチング液をそのまま用いた場合でも、高いエッチングレートでポリシリコン層をエッチングすることができる。
さらに、実施形態では、低温溶解処理後、エッチング処理の前またはエッチング処理と同時に、アルカリ性水溶液Lを昇温させる昇温処理を行うとよい。これにより、エッチング反応の反応速度定数を増加させることができることから、エッチングレートをさらに増加させることができる。
実施形態に係る昇温処理は、たとえば、アルカリ性水溶液Lの供給ラインに設けられるインラインヒータ80を昇温することにより、アルカリ性水溶液Lを供給する供給ラインを昇温させて行えばよい。また、実施形態に係る昇温処理は、たとえば、アルカリ性水溶液Lを供給するウェハWを昇温して行ってもよい。
かかるウェハWの昇温は、たとえば、加熱部65aにより加熱されたDIWをウェハWの裏面に吐出して行ってもよいし、加熱部65bにより加熱されたTMAHをウェハWの裏面に吐出して行ってもよい。これらの手法を用いることにより、基板処理システム1の構成を大幅に変更することなく、アルカリ性水溶液Lの昇温処理を行うことができる。したがって、実施形態によれば、低コストでアルカリ性水溶液Lの昇温処理を行うことができる。
なお、アルカリ性水溶液Lを昇温することにより、液中の溶存酸素濃度が減少することが考えられるが、供給ライン内ではアルカリ性水溶液Lは周囲が供給管に覆われていることから、溶存酸素が外部に放出されることはない。また、ウェハW上では溶存酸素が外部に放出される前にエッチングが進行することから、液中の溶存酸素濃度低下の影響を最小限に抑えることができる。
また、実施形態にかかるエッチング処理は、アルカリ性水溶液Lを吐出するノズル41aをウェハWの中央上方に固定して行ってもよいし、かかるノズル41aを所定の動作で移動させながらアルカリ性水溶液Lを吐出して行ってもよい。
なお、実施形態では、ノズル41aをウェハWの中央上方に固定して行った場合でも、図4に示したように、ウェハWの中心部から周縁部までのエッチング量の面内均一性を良好に保つことができる。したがって、実施形態によれば、ノズル41aをウェハWの中央上方に固定してエッチング処理を行うことにより、エッチング処理のレシピを簡素化することができる。
<基板処理の手順>
つづいて、実施形態に係る基板処理の手順について、図11を参照しながら説明する。図11は、基板処理システム1が実行する基板処理の手順を示すフローチャートである。
図11に示すように、処理ユニット16では、まず、搬入処理が行われる(ステップS101)。搬入処理では、制御部18が、基板搬送装置17を制御して、処理ユニット16のチャンバ20内にウェハWを搬入させる。ウェハWは、エッチング処理される表面を上方に向けた状態で保持部材311に保持される。その後、制御部18は、駆動部33を制御して、基板保持機構30を所定の回転速度で回転させる。
次に、処理ユニット16では、酸化膜除去処理が行われる(ステップS102)。酸化膜除去処理では、制御部18が、処理流体供給部40のノズル41cをウェハWの中央上方に移動させる。その後、制御部18が、バルブ44cを所定時間開放することにより、ウェハWの表面に対してエッチング液であるDHFを供給する。
ウェハWの表面に供給されたDHFは、ウェハWの回転に伴う遠心力によってウェハWの表面全体に広がる。これにより、ウェハWのポリシリコン層に形成された自然酸化膜がDHFによって除去される。かかる酸化膜除去処理では、たとえば、ポリシリコン層に形成された自然酸化膜を20(Å)程度除去すればよい。
次に、処理ユニット16では、リンス処理が行われる(ステップS103)。リンス処理では、制御部18が、処理流体供給部40のノズル41bをウェハWの中央上方に移動させ、バルブ44bを所定時間開放することにより、ウェハWの表面にDIWを供給する。
ウェハWの表面に供給されたDIWは、ウェハWの回転に伴う遠心力によってウェハWの表面全体に広がる。これにより、ウェハWの表面に残存するDHFがDIWに置換される。
ここまで説明したステップS101〜S103の処理と平行して、低温溶解部70では、低温溶解処理が行われる(ステップS104)。低温溶解処理では、制御部18が、ポンプ73、温度調節器74およびバブリングライン75などを制御して、室温より低い所定の温度に冷却されたアルカリ性水溶液Lに酸素を溶解させる。
かかる低温溶解処理では、アルカリ性水溶液L内の溶存酸素が飽和するように酸素を溶解させるとよい。これにより、ウェハWの周縁部側で液中の酸素が枯渇することを抑制することができることから、エッチング量の面内均一性をさらに向上させることができる。
かかる低温溶解処理につづいて、基板処理システム1では、昇温処理が行われる(ステップS105)。昇温処理では、たとえば、制御部18が、インラインヒータ80を昇温させることにより、供給ラインを通ってウェハWに吐出されるアルカリ性水溶液Lを昇温させる。この場合、昇温処理は、図11に示すように、後述するエッチング処理の前に行われる。
なお、かかる昇温処理は、後述するエッチング処理と同時に行ってもよい。この場合は、制御部18が、バルブ62aやバルブ62bを所定時間開放することにより、ウェハWの裏面に加熱されたDIWやTMAHを供給すればよい。
そして、処理ユニット16では、エッチング処理が行われる(ステップS106)。エッチング処理では、制御部18が、処理流体供給部40のノズル41aをウェハWの中央上方に移動させる。その後、制御部18が、バルブ44aを所定時間開放することにより、ウェハWの表面に対してエッチング液であるアルカリ性水溶液Lを供給する。
ウェハWの表面に供給されたアルカリ性水溶液Lは、ウェハWの回転に伴う遠心力によってウェハWの表面全体に広がる。これにより、ウェハWのポリシリコン層がアルカリ性水溶液Lによってエッチングされる。
なお、実施形態に係るエッチング処理は、ステップS103の処理後、所定の時間内に行うとよく、また、酸素を含有する雰囲気下で行うとよい。
次に、処理ユニット16では、リンス処理が行われる(ステップS107)。リンス処理では、制御部18が、処理流体供給部40のノズル41bをウェハWの中央上方に移動させ、バルブ44bを所定時間開放することにより、ウェハWの表面にDIWを供給する。
ウェハWの表面に供給されたDIWは、ウェハWの回転に伴う遠心力によってウェハWの表面全体に広がる。これにより、ウェハWの表面に残存するアルカリ性水溶液LがDIWに置換される。
つづいて、処理ユニット16では、ウェハWを乾燥させる乾燥処理が行われる(ステップS108)。乾燥処理では、たとえば、制御部18が、駆動部33を制御して基板保持機構30を所定の回転速度で回転させることにより、保持部材311に保持されるウェハWをスピン乾燥させる。
なお、かかる乾燥処理はDIWを直接スピン乾燥する場合に限られない。たとえば、図示しないIPA供給部によりウェハWの表面にIPA(IsoPropyl Alcohol)を供給して、ウェハWの表面に残存するDIWをIPAに置換し、かかるIPAをスピン乾燥するIPA乾燥を行ってもよい。
その後、処理ユニット16では、搬出処理が行われる(ステップS109)。搬出処理では、制御部18が、駆動部33を制御して、ウェハWの回転を停止させた後、基板搬送装置17を制御して、ウェハWを処理ユニット16から搬出させる。かかる搬出処理が完了すると、1枚のウェハWについての一連の基板処理が完了する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、実施形態では、循環ライン72によりアルカリ性水溶液Lを循環させながら低温溶解処理を行う例について示したが、アルカリ性水溶液Lを循環させずに低温溶解処理を行ってもよい。
また、実施形態では、アルカリ性水溶液Lの昇温処理として、アルカリ性水溶液LをウェハWに供給する供給ラインを昇温する処理や、アルカリ性水溶液Lが供給されるウェハWを昇温する処理について示したが、かかる2つの処理を両方行ってもよい。
実施形態に係る基板処理方法は、低温溶解処理(ステップS104)と、エッチング処理(ステップS106)とを含む。低温溶解処理(ステップS104)は、室温より低い所定の温度に冷却したアルカリ性水溶液Lに酸素を溶解させる。エッチング処理(ステップS106)は、酸素を溶解させたアルカリ性水溶液Lを基板(ウェハW)に供給して基板(ウェハW)をエッチングする。これにより、ウェハWの中心部から周縁部までのエッチング量の面内均一性を向上させることができる。
また、実施形態に係る基板処理方法において、アルカリ性水溶液Lは、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)、コリン水溶液、KOH(水酸化カリウム)水溶液、およびアンモニア水のうち少なくとも1つを含む。これにより、ウェハW上のポリシリコン層をエッチング処理することができる。
また、実施形態に係る基板処理方法は、エッチング処理(ステップS106)の前に、基板(ウェハW)の表面に形成された自然酸化膜を除去する酸化膜除去処理(ステップS102)を含む。これにより、自然酸化膜の影響を抑えられることから、TMAHによるエッチング処理を安定して行うことができる。
また、実施形態に係る基板処理方法において、エッチング処理(ステップS106)は、酸化膜除去処理(ステップS102)の後、予め設定された時間内に行う。これにより、自然酸化膜の影響を最小限に抑えられることから、TMAHによるエッチング処理をさらに安定して行うことができる。
また、実施形態に係る基板処理方法は、低温溶解処理(ステップS104)の後、かつエッチング処理(ステップS106)の前またはエッチング処理(ステップS106)と同時に、アルカリ性水溶液Lを昇温させる昇温処理(ステップS105)を含む。これにより、エッチングレートをさらに増加させることができる。
また、実施形態に係る基板処理方法において、昇温処理(ステップS105)は、アルカリ性水溶液Lを基板(ウェハW)に供給する供給ラインを昇温する処理、およびアルカリ性水溶液Lが供給される基板(ウェハW)を昇温する処理のうち少なくとも1つを含む。これにより、低コストでアルカリ性水溶液Lの昇温処理を行うことができる。
また、実施形態に係る基板処理方法において、低温溶解処理(ステップS104)は、アルカリ性水溶液L内の溶存酸素が飽和するように酸素を溶解させる。これにより、エッチング量の面内均一性を向上させることができる。
また、実施形態に係る基板処理方法において、エッチング処理(ステップS106)は、酸素を含有する雰囲気下で行われる。これにより、エッチング量の面内均一性をさらに向上させることができる。
また、実施形態に係る基板処理装置は、低温溶解部70と、供給部(処理流体供給部40)とを備える。低温溶解部70は、室温より低い所定の温度に冷却したアルカリ性水溶液Lに酸素を溶解させる。供給部(処理流体供給部40)は、酸素を溶解させたアルカリ性水溶液Lを基板(ウェハW)に供給する。そして、基板(ウェハW)に対して供給部(処理流体供給部40)からアルカリ性水溶液Lを供給することにより、基板(ウェハW)をエッチングする。これにより、ウェハWの中心部から周縁部までのエッチング量の面内均一性を向上させることができる。
また、実施形態に係る基板処理装置において、低温溶解部70と供給部(処理流体供給部40)との間に設けられるアルカリ性水溶液Lの供給ラインには、ヒータ(インラインヒータ80)が設けられる。これにより、エッチングレートをさらに増加させることができる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
W ウェハ
L アルカリ性水溶液
1 基板処理システム
16 処理ユニット
18 制御部
40 処理流体供給部
70 低温溶解部

Claims (10)

  1. 室温より低い所定の温度に冷却したアルカリ性水溶液に酸素を溶解させる低温溶解工程と、
    酸素を溶解させた前記アルカリ性水溶液を基板に供給して前記基板をエッチングするエッチング工程と、
    を含むことを特徴とする基板処理方法。
  2. 前記アルカリ性水溶液は、
    TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)、コリン水溶液、KOH(水酸化カリウム)水溶液、およびアンモニア水のうち少なくとも1つを含むこと
    を特徴とする請求項1に記載の基板処理方法。
  3. 前記エッチング工程の前に、前記基板の表面に形成された自然酸化膜を除去する酸化膜除去工程を含むこと
    を特徴とする請求項1または2に記載の基板処理方法。
  4. 前記エッチング工程は、
    前記酸化膜除去工程の後、予め設定された時間内に行うこと
    を特徴とする請求項3に記載の基板処理方法。
  5. 前記低温溶解工程の後、かつ前記エッチング工程の前または前記エッチング工程と同時に、前記アルカリ性水溶液を昇温させる昇温工程を含むこと
    を特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の基板処理方法。
  6. 前記昇温工程は、
    前記アルカリ性水溶液を前記基板に供給する供給ラインを昇温する工程、および前記アルカリ性水溶液が供給される前記基板を昇温する工程のうち少なくとも1つを含むこと
    を特徴とする請求項5に記載の基板処理方法。
  7. 前記低温溶解工程は、
    前記アルカリ性水溶液内の溶存酸素が飽和するように酸素を溶解させること
    を特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の基板処理方法。
  8. 前記エッチング工程は、
    酸素を含有する雰囲気下で行われること
    を特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の基板処理方法。
  9. 室温より低い所定の温度に冷却したアルカリ性水溶液に酸素を溶解させる低温溶解部と、
    酸素を溶解させた前記アルカリ性水溶液を基板に供給する供給部と、
    を備え、
    前記基板に対して前記供給部から前記アルカリ性水溶液を供給することにより、前記基板をエッチングすること
    を特徴とする基板処理装置。
  10. 前記低温溶解部と前記供給部との間に設けられる前記アルカリ性水溶液の供給ラインには、ヒータが設けられること
    を特徴とする請求項9に記載の基板処理装置。
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