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JP2583152B2 - 基板回転式表面処理方法 - Google Patents

基板回転式表面処理方法

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JP2583152B2
JP2583152B2 JP2301872A JP30187290A JP2583152B2 JP 2583152 B2 JP2583152 B2 JP 2583152B2 JP 2301872 A JP2301872 A JP 2301872A JP 30187290 A JP30187290 A JP 30187290A JP 2583152 B2 JP2583152 B2 JP 2583152B2
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    • C23C16/4583Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、半導体ウエハ等の各種基板を水平面内で
回転させながら、エッチング、洗浄等の表面処理用のガ
スや成膜用のガスなどを基板表面へ供給し、基板表面に
対してエッチング、洗浄、成膜などの各種表面処理を施
す基板回転式表面処理方法に関し、特に、半導体デバイ
スの製造工程における基板表面処理の均一性を向上させ
るための技術に係るものである。
[従来の技術] 半導体ウエハ等の基板を水平面内で回転させながら、
基板表面の全体にわたってエッチング、洗浄、成膜等の
各種表面処理用のガスを供給することにより、基板に対
し表面処理を施す場合において、基板の被処理表面の全
域に対して均一な処理を行なうための方法として、従
来、例えば特開昭62−165925号公報に開示されているよ
うな種々の形状の開口を有する拡散板が用いられてい
た。すなわち、同号公報に開示されているような拡散板
を被処理基板に対向し所定間隔をあけて配置し、その拡
散板に形成された種々の形状の開口を通し表面処理用ガ
スを流出させて、基板表面に向かって表面処理用ガスを
均一に供給するようにしていた。また、拡散板を設ける
とともに、表面処理用ガスの噴射部を回転させるように
したり、基板載置台を回転駆動させて基板を回転させる
ようにしたりして、試行錯誤的に均一処理を行なえる最
適条件を決定して表面処理を行なっていた。
[発明が解決しようとする課題] 特開昭62−165925号公報に開示されているように、被
処理基板に対向して拡散板を配置するようにし、その拡
散板に形成する開口形状を種々工夫したり、表面処理用
ガスの噴射部や基板を回転させたりして、基板の表面処
理の均一性を高めるための努力が従来からなされてき
た。しかしながら、従来の方法では、表面処理用ガスの
供給流量や表面処理室からの排気量などにより、表面処
理が均一に行なわれる条件が変化し、基板表面の全域に
わたって表面処理を均一に行なえるようにするための条
件設定が非常に難しく、その条件の数値化が困難であっ
た。
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたもの
であり、基板を回転させながらその表面に表面処理用ガ
スを供給して基板に対し表面処理を行なう場合におい
て、基板の被処理表面の全域にわたって均一な表面処理
を行なえるための条件を常に簡単に設定することがで
き、その最適条件で基板の表面処理を行なうことによ
り、基板の被処理表面全域にわたる処理の均一性を再現
性良く大いに高めることができる基板回転式表面処理方
法を提供することを技術的課題とする。
[課題を解決するための手段] この発明では、被処理基板を水平面内において鉛直軸
線回りに回転させるときの回転数を変化させてみた場
合、基板表面に向かってその全面にわたり供給される表
面処理用気体の供給圧が基板の回転中心から周辺部へ向
かうほど高くなるようにすると、回転数が小さいときは
基板の周辺部における表面処理速度が中央部における表
面処理速度より大きいが、基板の回転数が大きくなると
遠心力の作用により基板の回転中心から周辺部へ向かう
ほど基板の表面付近の気体圧力が高くなるため、基板表
面に向かってその全面にわたり供給される表面処理用気
体が基板周辺部では供給され難くなることにより、基板
の中央部における表面処理速度が周辺部における表面処
理速度より大きくなることに着目し、被処理基板の中央
部における表面処理速度と周辺部における表面処理速度
との大小関係が逆転するときの回転数を見い出し、その
回転数で基板の表面処理を行なうようにすることを構成
の要旨とする。
被処理基板の表面処理を行なう上記回転数は、表面処
理用気体の流量、圧力及び温度を一定にした条件下にお
いて被処理基板の回転数と被処理基板の、その回転中心
を通る直線上に選定された複数の測定点における平均の
表面処理速度との関係を求める第1の段階と、第1の段
階で求められた前記関係から被処理基板の回転数に対す
る表面処理速度の変曲点を求める第2の段階とを経てそ
れを見い出すようにし、その第2の段階で求められた前
記変曲点における回転数で被処理基板の表面処理を行な
うようにすればよい。
また、上記した第1の段階で求められる被処理基板の
回転数と表面処理速度との関係を (但し、x:被処理基板の回転数 f(x):表面処理速度 A、B、C、mは表面処理用気体の流量、圧力、及び/
又は温度によって決まる定数。) の関係式で表わし、第2の段階において前記xの関数f
(x)の第2階微分係数f″(x)=0のときのx1=B
の値を求め、その回転数x1=Bで被処理基板の表面処理
を行なうようにすればよい。
[作用] 上記のように構成されたこの発明の表面処理方法で
は、被処理基板の中央部における表面処理速度と周辺部
における表面処理速度との大小関係が逆転するときの回
転数で被処理基板の表面処理を行なうようにしており、
そのときの回転数では、被処理基板の中央部と周辺部と
の間の表面処理速度の差が無くなり、被処理基板の被処
理面全域にわたって均一な表面処理を行なうことができ
る。そして、被処理基板の中央部と周辺部とにおける各
表面処理速度の大小関係が逆転するときの基板の回転数
を見い出すことにより、被処理基板表面の全域にわたっ
て均一な表面処理を行なうための条件を基板の回転数に
基づいて常に簡単に設定することができる。
[実 施 例] 以下、この発明の好適な実施例について図面を参照し
ながら説明する。
第1図は、この発明に係る表面処理方法を実施するた
めに使用される基板回転式表面処理装置の構成の1例を
示す縦断面図である。まず、この表面処理装置の説明を
する。この装置には、有底筒状の基板処理室10の内部
に、半導体ウエハ等の基板Wを保持するメカニカルチャ
ック12が設けられている。このメカニカルチャック12の
回転軸14は、基板処理室10の底板に、シール機能を有す
る軸受16を介して鉛直姿勢に支持されており、その回転
軸14の下端部がモータ18に連接されていて、メカニカル
チャック12に保持された基板Wを水平面内において鉛直
軸線回りに回転させることができるように構成されてい
る。
また、基板処理室10の上端開口を覆うように、テーパ
ー状をなす周壁部22と、この周壁部22の上部に水密に一
体化された天板24と、周壁部22の下部に水密に一体化さ
れたチャンバー26とから構成されたカップ状の蓋体20が
配設されている。この蓋体20の内部は恒温湯槽28となっ
ており、この恒温湯槽28に所定温度の温水を常時滞留さ
せておくための温水供給チューブ30及び温水排出チュー
ブ32が周壁部22に取り付けられている。
恒温湯槽28の内部には、基板Wの表面をエッチングす
るためのフッ化水素HFガスと純水H2Oとの混合蒸気(基
板表面処理用ガス)を供給するための混合蒸気供給チュ
ーブ34、キャリアガスとしての窒素N2ガスを供給するた
めのキャリアガス供給チューブ36、N2ガスの流動に伴っ
て生じる負圧で混合蒸気を吸引し、混合蒸気をN2ガスで
希釈するためのアスピレータ38、及びこのアスピレータ
38において希釈された基板表面処理用ガスをチャンバー
26内へ供給するための処理ガス供給チューブ40が設けら
れている。混合蒸気供給チューブ34及びキャリアガス供
給チューブ36は、それぞれ、周壁部22を貫通して配設さ
れ、図示しない混合蒸気供給源及び窒素ガス供給源に接
続されている。尚、混合蒸気供給チューブ34、アスピレ
ータ38及び処理ガス供給チューブ40を恒温湯槽28内に配
設しているのは、混合蒸気が液化するのを防止するため
であり、混合蒸気供給チューブ34は、恒温湯槽28の外部
においても、混合蒸気供給源に至るまでの間の全長にわ
たって温調が行なわれる。また、混合蒸気供給チューブ
34及びキャリアガス供給チューブ36はそれぞれ、恒温湯
槽28内部で螺旋状に曲げられたり蛇行させたりして、恒
温湯槽28内での流路を長くすることにより熱交換のため
の温水との接触面積をできるだけ大きくされ、混合蒸気
及びキャリアガスの各温度が安定化するようにされてい
る。
チャンバー26は、天板部42と周壁部44とを一体化して
形成され、天板部42にアスピレータ38が載置固定されて
いる。そして、天板部42の周辺部には、天板部42から周
壁部44にかけて形成された接続口に処理ガス供給チュー
ブ40のコネクタ46が気密に螺合されている。また、周壁
部44には、チャンバー26の半径方向に対して適当な角度
(例えば30゜)をなす方向にガス流入口48がチャンバー
26の内部に連通するように形成されており、このガス流
入口48はコネクタ46に連通している。また、周壁部44の
下面側に形成された段部に多孔板50が固着されており、
この多孔板50によってチャンバー26の底面が形成されて
いる。そして多孔板50には、直径が1〜2mm程度の多数
の小孔52が小ピッチで碁盤目状に形成されている。
また、チャンバー26には、コネクタ46とそれぞれ90゜
離れた角度位置(尚、図においては、90゜隔たっている
ガス流入口48と支持板54とを便宜上、同一面内で図示し
ている。)に一対の支持板54が取り付けられている。蓋
体20におけるテーパ状の周壁部22は、チャンバー26の周
壁部44の外周面に水密に接合され、支持板54が周壁部22
を水密に貫通し外側に突出している。
上記したように、この装置では、チャンバー26に対す
るガス流入口48を半径方向に対して傾斜した状態に形成
しているため、チャンバー26内では基板表面処理用ガス
は渦を巻くようにして回転し、チャンバー26内の中央よ
りも周壁部44側ほど、基板表面処理用ガスの気圧が高く
なるようになっている。
カップ状の蓋体20は、上下動自在に構成されており、
下降動作によって下端面が基板処理室10の上縁のパッキ
ング56に当接し、基板処理室10内を気密化する。蓋体20
を上下動させる機構として、上記一対の支持板54に昇降
用エアシリンダ58のピストンロッドが連接されている。
以上説明した基板処理室10、蓋体20等からなる主処理
部60は、ハウジング62によって覆われ、二重室構造とな
っている。そして、メカニカルチャック12の高さ位置に
対応する位置において、ハウジング62に基板搬入口64a
と基板搬出口64bとが形成されており、上下方向へのス
ライドによって搬入口64a、搬出口64bをそれぞれ開閉す
るラック付きのシャッタ66a、66b、各シャッタ66a、66b
のラックに噛合するピニオンギア68a、68b、並びに各ピ
ニオンギア68a、68bを駆動するモータ(図示せず)が設
けられている。
ハウジング62の外側には、基板Wを吸着保持した状態
で搬入口64aを通して基板Wをハウジング62内へ搬入す
るとともに、蓋体20が上昇して基板処理室10が開放され
ている状態において基板Wをメカニカルチャック12に移
載する屈伸アーム式の基板搬入機構70aと、搬出口64bを
通してハウジング62から外部へ基板Wを搬出する同様な
構造の基板搬出機構70bとが設けられている。
図中の72は基板処理室10の排気チューブ、74はハウジ
ング62の排気チューブである。
次に、上記のように構成された基板回転式表面処理装
置の動作について説明する。
温水供給チューブ30から所定温度の温水を供給し、熱
交換後の温水を温水排出チューブ32から排出することに
より、恒温湯槽28内の温度を一定に維持しておく。
ピニオンギア68aを駆動してシャッタ66aを下降させ、
基板搬入口64aを開く。他方の基板搬出口64bはシャッタ
66bにより閉塞したままにしておく。次に、昇降用エア
シリンダ58を伸長させて蓋体20を上昇させ、蓋体20とメ
カニカルチャック12との間に基板搬入機構70aが進入し
得る空間を確保する。そして、基板搬入機構70aに基板
Wを載置して真空吸引で基板Wを保持させてから、基板
搬入機構70aを伸長駆動することにより、基板Wを搬入
口64aからハウジング62内へ搬入し、メカニカルチャッ
ク12に移載した後、基板搬入機構70aを屈折動作させて
搬入口64aから退避させ、シャッタ66aを上昇させて搬入
口64aを閉塞する。
続いて、昇降用エアシリンダ58を収縮させて蓋体20を
下降させ、基板処理室10のパッキング56に蓋体20の下端
面を圧接させて基板処理室10内を密閉する。次いで、モ
ータ18を駆動させることにより、メカニカルチャック12
とともに基板Wを回転させる。そして、キャリアガス供
給チューブ36を介してアスピレータ38にN2ガスを送入す
ることにより、アスピレータ38内に負圧を発生させて、
混合蒸気供給チューブ34を通してフッ化水素HFガスと純
水H2Oとの混合蒸気をアスピレータ38に吸引し、N2ガス
と混合して希釈する。その希釈された基板表面処理用ガ
スを、処理ガス供給チューブ40を通してガス流入口48か
らチャンバー26内へ供給する。このとき、基板表面処理
用ガスは、チャンバー26内において渦流となり、基板W
の回転中心から離れる周辺部ほど基板表面処理用ガスの
流出圧が高くなる。この状態において、基板表面処理用
ガスにより基板Wの表面をエッチングする。
所要のエッチングが終了すると、N2ガス及び混合蒸気
の供給を停止するとともに、モータ18を停止させ、昇降
用エアシリンダ58を伸長させて蓋体20を上昇させ、基板
処理室10を開放する。次いで、ピニオンギア68bを駆動
させてシャッタ66bを開き、基板搬出機構70bを伸長動作
させて基板Wを受け取り、屈折動作により搬出口64bを
通して基板Wを外部へ搬出する。そして、シャッタ66b
を上昇させて搬出口64bを閉塞する。
以上説明した構成の基板回転式表面処理装置を使用
し、基板Wの回転数を種々に違えて基板表面をエッチン
グした実験結果を第2図に示す。実験では、試料基板と
して約10,000Åの厚みのシリコン熱酸化膜が形成された
直径が6インチのP型(100)シリコンウエハを使用
し、フッ化水素酸HFと純水H2Oとの混合液の蒸発によっ
て発生した混合蒸気を窒素N2ガスで希釈したものを表面
処理用ガスの供給源とし、その供給源の温度を40℃とす
るとともに、その温度でのチャンバー26への混合蒸気の
供給流量を10/minとし、さらに基板処理室10内の圧力
を一定にし、この条件の下で基板Wの回転数を10rpm、1
00rpm、250rpm、300rpm、500rpmと変えて、1分間のエ
ッチング処理を行ない、基板Wの回転中心からの距離
(mm)とその位置でのエッチング深さ(Å)との関係を
調べた。
実験の結果を示す第2図から明らかな通り、基板Wの
回転数が小さいときには、基板Wの中央部より周辺部の
方が強くエッチングされるのに対し、基板Wの回転数が
大きくなると、逆に、基板Wの中央部の方が周辺部より
強くエッチングされる。そして、エッチング程度が基板
Wの中央部と周辺部とで逆転するときの回転数、この実
験の条件下では250rpmの回転数において基板Wの全面に
わたってエッチング深さがほぼ均一になる。
以上の結果より、基板Wの中央部にかけるエッチング
速度と周辺部におけるエッチング速度との大小関係が逆
転するときの回転数、上記実験条件の下では250rpmの回
転数で基板Wを回転させながらエッチング処理を行なう
ようにすれば、エッチング処理の面内均一性が最良にな
ることが分かる。この発明の表面処理方法は、各種条件
の下での当該回転数を実験により見い出して、以後、同
一条件の下では、その見い出した回転数で基板Wの表面
処理を行なおうとするものである。
第3図は、この発明の方法を実施する基板回転式表面
処理装置の別の構成例を示す模式図であり、この装置を
使用してエッチング処理の面内均一性が最良になる基板
回転数を見い出す方法について以下に説明する。
まず、第3図に示した表面処理装置の構成について簡
単に説明する。この装置は、外側ハウジング76内にフッ
化樹脂製の蒸気発生器(内室)78を内設した二重構造を
有している。蒸気発生器78内には、フッ酸タンク80が配
設されており、フッ酸タンク80内には、フッ酸供給源か
ら適宜供給される共沸組成のフッ酸82が貯留されてい
る。また、フッ酸タンク80の内部空間にはキャリアガス
としてのN2ガスの供給路84が連通しており、フッ酸タン
ク80の蒸気流出口86には開閉バルブ88が設けられてい
る。さらに、蒸気発生器78の内部には、希釈用N2ガスの
供給路90が連通接続されている。フッ酸タンク80の下方
には、平板に多数の開孔が形成されたフッ酸蒸気供給ノ
ズル92が配設されている。このフッ酸蒸気供給ノズル92
の下方に、それと対向して基板Wが配置される。基板W
は、ホットプレートを備えたメカニカルチャック94に支
持固定され、モータ96を駆動させることによりメカニカ
ルチャック94と一緒に回転するようになっている。ま
た、外側ハウジング76内には、蒸気発生器78の下方に開
閉蛇腹98が設けられており、その開閉蛇腹98の外側にフ
ッ化水素HF濃度センサ100が付設されている。そして、
外側ハウジング76の内部には、排気路102を通して排気
されるように構成されている。
上記構成の基板回転式表面処理装置を使用して行なっ
た以下に説明する一連の実験においては、試料基板Wと
して直径が6インチのP型(100)シリコンウエハ上に
5,000Åの厚みにシリコン熱酸化膜を形成したものを用
い、基板表面に供給されるフッ酸蒸気の温度及びフッ酸
タンク80内の蒸気供給源の温度はそれぞれ23℃に固定
し、基板Wの温度もホットプレートによって23℃に調節
した。また、排気は内室78のみから行なうようにし、マ
ノメータで静圧を測定してモニタリングすることにより
排気量を調節制御できるようにした。そして、マスフロ
ーコントローラで流量制御されたキャリアN2ガスをフッ
酸タンク80内へ送り込むことによりフッ酸タンク80の蒸
気供給源からフッ酸蒸気を供給するようにし、渦状気流
となったハッ酸蒸気をフッ酸蒸気供給ノズル92から流出
させ、その供給ノズル92に対向して配置された回転する
基板Wの片側全表面にフッ酸蒸気を供給し、エッチング
処理を行なうようにした。また、反応生成物としてのフ
ルオロケイ酸蒸気や余分なフッ酸蒸気は排気路102を通
して排気するようにした。
まず最初に、フッ酸蒸気流量を10SLM(Standard Lite
r/Minute;0℃、1気圧の標準状態における1分間当たり
の流量())と一定にし、排気量と基板Wの回転数と
を変化させて、シリコン熱酸化膜のエッチングを行なっ
たときのエッチングレート(以下、「エッチレート」と
いう)の変化を第4図ないし第7図に示す。第4図は、
排気量が−5mmAq(内室開放時)[−25mmAq(内室閉塞
時)、−23mmAq(蒸気供給時)]のときの基板Wの回転
数とエッチレートとの関係を示す図、第5図は、排気量
が−10mmAq(内室開放時)[−40mmAq(内室閉塞時)、
−38mmAq(蒸気供給時)]のとき、第6図は、排気量が
−15mmAq(内室開放時)[−55mmAq(内室閉塞時)、−
53mmAq(蒸気供給時)]のとき、第7図は、排気量が−
20mmAq(内室開放時)[−65mmAq(内室閉塞時)、−63
mmAq(蒸気供給時)]のとき、それぞれ基板Wの回転数
とエッチレートとの関係を示す図である。これらの図に
おいて、「o」で示した点は、基板Wの回転中心を通る
直線上に5mm間隔で29個所選定した各測定位置における
エッチレートの平均値を表わし、「〜」で示した点は、
基板Wの回転中心に対応する測定位置におけるエッチレ
ートの値を表わし、また「−」で示した点は、基板Wの
周縁端部の測定位置におけるエッチレートの値を表わし
ている。また、縦方向の線分は、エッチレートの最大値
と最小値との差を表わしている。
第8図は、第4図ないし第7図に示したそれぞれのエ
ッチレート平均値曲線を重ね合わせた図である。この第
8図から分かるように、エッチレート平均値曲線は、排
気量が増加するのに従って、曲線の基本形状をほとんど
変えずにグラフの右方向(基板の回転数が大きくなる方
向)へシフトしてゆく。また、第4図ないし第7図か
ら、基板Wの低速回転域及び高速回転域では、基板Wの
表面処理における面内均一性が悪いが、中速回転域で
は、面内均一性が良好であることが分かる。そして、中
速回転域において基板Wの面内均一性が最良になるとき
には、エッチレートの変化の幅が±1.2%以下になる。
次に、フッ酸蒸気流量を20SLMとし、排気量を−5mmAq
(内室開放時)[−25mmAq(内室閉塞時)、−22mAq
(蒸気供給時)]、及び−10mmAq(内室開放時)[−45
mmAq(内室閉塞時)、−42mmAq(蒸気供給時)]とした
ときの基板回転数とエッチレートとの関係を第9図に示
す。同図において、前者の条件のときのエッチレート平
均値曲線を実線で、後者の条件のときのエッチレート平
均値曲線を破線でそれぞれ示す。この第9図に示した結
果からも、エッチレート平均値曲線は、排気量の増加と
ともに曲線の基本形状をほとんど変えずに基板回転数が
大きくなる方向へシフトすることが分かる。また、基板
処理の面内均一性についても、第4図ないし第7図に示
した結果と同様の結果が得られることが分かる。一方、
第9図に示したエッチレート平均値曲線と第4図ないし
第7図にそれぞれ示したエッチレート平均値曲線とを比
較すると、蒸気流量が変化することに伴い、エッチレー
ト平均値曲線の基本形状が変化していることが分かる。
また、第10図は、排気量が共に−5mmAq(−25mmAq)
で、蒸気流量がそれぞれ10SLM、20SLMのときの、第4図
に示したエッチレート平均値曲線と第9図に実線で示し
たエッチレート平均値曲線とを重ね合わせた図である。
この第10図から、基板処理の面内均一性が最良になる中
速回転域の回転数は、両者でほとんど変わらないことが
分かる。
さらに、第11図は、蒸気流量を5SLMとし、排気量を−
10mmAq(内室開放時)[−40mmAq(内室閉塞時)]とし
たときの基板回転数とエッチレートとの関係を示した図
である。
第4図〜第7図、第9図及び第11図にそれぞれ示した
エッチレート平均値曲線をみると、基板の回転数[x]
(rpm)とエッチレート[f(x)](Å/min)との間
には、次式で表わすことができる一定の関係があること
が分かる。
(1)式において、Aの値は、フッ酸蒸気流量[v]
(SLM)に依存し、例えば蒸気流量が5SLMでは19.10、10
SLMでは17.46〜19.76、20SLMでは49.70〜51.00の値をそ
れぞれとる。
A=g(v) ……(2) 次に、Bの値は、排気量(チャンバー内圧力)[p]
(mmAq)に依存し、例えば排気量が−5mmAqでは312、−
10mmAqでは404、−15mmAqでも404、−20mmAqでは450の
値をそれぞれとる。
B=h(p) ……(3) また、Cの値は、蒸気流量[v](SLM)に依存し、
例えば蒸気流量が5SLMでは505、10SLMでは595〜600、20
SLMでは650〜760の値をそれぞれとる。また、上記実験
では、温度条件(ホットプレートの温度及びフッ酸蒸気
の温度)を一定(23℃)にして行なったが、Cの値は、
後述するように、温度[t](℃)にも依存する。
C=i(v,t) ……(4) そして、mの値も、A、Cと同様、蒸気流量[v]
(SLM)に依存し、例えば5SLMでは1、10SLMでも1、20
SLMでは2の値をそれぞれとる。
m=j(v) ……(5) 上記(1)式の変数A、B、C、mに適当な値を入
れ、第4図〜第7図、第9図及び第11図にそれぞれ示し
たエッチレート平均値曲線と照らし合わせながら、それ
ぞれの条件の下でのエッチレート関数f(x)を決定
し、その各関数曲線を上記各図に二点鎖線でそれぞれエ
ッチレート平均値曲線に重ね合わせて示した。図から分
かるように、排気量が多くなると、次第に基板の低速回
転域において関数に従わなくなる。また、蒸気流量が少
ないときも、低速回転域で関数に従わなくなり、関数に
従うようにするには、蒸気の供給と排気のバランスが問
題となるようである。
第12図に示したエッチレート平均値曲線Iは、フッ酸
蒸気流量を10SLM、排気量を−10mmAq(内室開放時)
[−40mmAq(内室閉塞時)]とし、フッ酸蒸気の温度を
30℃、基板Wの温度(ホットプレートの温度)を23℃と
したときのものである。また、同図に、曲線IIとして第
5図に示したエッチレート平均値曲線を重ね合わせて示
した。この第12図より、温度条件は、上記(1)式で示
したエッチレート関数における変数Cの値のみを変える
ことが分かり、また、温度の上昇に伴ってエッチレート
平均値曲線がほとんど形状を変えずにエッチレートの高
い方へシフトすることが分かる。
以上の一連の実験結果より、基板の表面処理における
面内均一性が最も良好になるのは、基板の回転数とエッ
チレートとの関係を表わす関数f(x)の変曲点である
ことが分かり、その変曲点において、基板の中央部にお
けるエッチレートと周辺部におけるエッチレートとの大
小関係が逆転することが分かる。そして、関数f(x)
の変曲点は、f(x)の第2階微分係数f″(x)=0
となるところであり、上記(1)式で言うと、x=B、
f(x)=Cの点である。従って、蒸気流量[v]、チ
ャンバー内圧力[p]及び温度[t]を設定することに
より、上記(2)、(3)、(4)、(5)の各式から
(1)式中のA、B、C、mの値をそれぞれ決定し、そ
れによって関数f(x)を求め、その関数f(x)の2
階微分値が0となる変曲点における基板回転数x1=Bを
求めて、その回転数でエッチング処理を行なうようにす
れば、基板の表面処理における面内均一性を最良にする
ことができる。第13図に、その一連の手順のフローチャ
ートを示す。
尚、上記実施例では、フッ酸蒸気を用いたシリコンウ
エハ上の熱酸化膜のエッチング処理を例にとって説明し
たが、この発明は、各種基板に対する表面洗浄や成膜処
理などにも適用し得るものである。また、被処理膜とし
ては熱酸化膜以外の絶縁膜その他の膜でもよい。さらに
使用する蒸気はフッ酸蒸気に限らず(塩酸HCl)蒸気、
硝酸(HNO3)蒸気その他の薬液の蒸気でもよく、さらに
オゾン(O3)等の気体でもよい。
[発明の効果] この発明は以上説明したように構成されかつ作用する
ので、基板を回転させながらその表面に表面処理用気体
を供給して基板に対し表面処理を行なう場合において、
この発明に係る方法によれば、基板の被処理表面の全域
にわたって均一な表面処理を行なえるようにするための
条件を常に簡単に設定することができ、その設定された
最適条件の下で基板の表面処理を行なうことにより、基
板の表面処理における面内均一性を再現性良く高めるこ
とができ、この発明は、例えば半導体デバイス等の品質
を向上させることに大いに寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明に係る表面処理方法を実施するため
に使用される基板回転式表面処理装置の構成の1例を示
す縦断面図、第2図は、その表面処理装置を使用して行
なった実験結果を示し、基板の回転数を種々に変化させ
たときの、基板の回転中心からの距離とエッチング深さ
との関係を表わした図、第3図は、この発明の方法を実
施するために使用される基板回転式表面処理装置の別の
構成例を示す模式図、第4図ないし第12図はそれぞれ、
第3図に示した構成の表面処理装置を使用して行なった
実験結果を示し、種々の条件の下での基板の回転数とエ
ッチングレートとの関係を表わした図、第13図は、この
発明に係る表面処理方法を実施する手順を示すフローチ
ャートである。 W……基板、10……基板処理室、 12、94……メカニカルチャック、 18、96……モータ、26……チャンバー、 34……混合蒸気供給チューブ、 48……処理ガス供給チューブ、 50……多孔板、78……蒸気発生器、 92……フッ酸蒸気供給ノズル。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理基板を水平面内において鉛直軸線回
    りに定速で回転させながら、被処理基板の被処理表面に
    向かってその全面にわたり表面処理用気体を、その供給
    圧が基板の回転中心から周辺部へ向かうほど高くなるよ
    うに供給して、被処理基板の表面に対し所要の表面処理
    を施す基板回転式表面処理方法において、 被処理基板の回転数を変化させた場合に、被処理基板の
    中央部における表面処理速度と周辺部における表面処理
    速度との大小関係が逆転するときの回転数を見い出し、
    その回転数で被処理基板の表面処理を行なうようにする
    ことを特徴とする基板回転式表面処理方法。
  2. 【請求項2】被処理基板の表面処理を行なう回転数を、
    表面処理用気体の流量、圧力及び温度を一定にした条件
    下において被処理基板の回転数と被処理基板の、その回
    転中心を通る直線上に選定された複数の測定点における
    平均の表面処理速度との関係を求める第1の段階と、 この第1の段階で求められた前記関係から被処理基板の
    回転数に対する表面処理速度の変曲点を求める第2の段
    階とを経て見い出すようにし、 その第2の段階で求められた前記変曲点における回転数
    で被処理基板の表面処理を行なうようにする請求項1記
    載の基板回転式表面処理方法。
  3. 【請求項3】第1の段階で求められる被処理基板の回転
    数と表面処理速度との関係を (但し、x:被処理基板の回転数 f(x):表面処理速度 A、B、C及びmは表面処理用気体の流量、圧力、及び
    /又は温度で決まる定数。) の関係式で表わし、 第2の段階において前記xの関数f(x)の第2階微分
    係数f″(x)=0のときのx1=Bの値を求め、その回
    転数x1=Bで被処理基板の表面処理を行なうようにする
    請求項2記載の基板回転式表面処理方法。
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