(57)【要約】    酸化ケイ素のエッチング速度を安定させつつ高い選択性を提供する、酸化ケイ素に対する窒化ケイ素の選択エッチング装置（図５）及び方法。本発明は、プロセスチャンバ（１０）、注入ライン（２０、２１、２２）、供給ライン（３０、３１、３２）、再循環ライン（４０）、プロセス制御器（２００）、濃度センサー（５０）、粒子計数器（５５）、排出ライン（９０）、を含む。本発明は、少なくともひとつの基板の処理中に、使用されるエッチング液の構成要素の濃度比を動的制御し、および／または、エッチング液内の粒子数を動的制御する。結果として、エッチング液の液寿命は延び、エッチングプロセスパラメータは、よりしっかりと制御される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの基板から窒化ケイ素をエッチングする方法であって、
プロセスチャンバおよび該プロセスチャンバに液体が流れるように連結された再循環ラインを有する閉ループ循環装置を設け、
該閉ループ循環装置へ所定量の硫酸、リン酸、および水を注入して、所定の濃度比、および所定量の混合液を形成し、
前記混合液は、プロセスチャンバを満たし、前記再循環ラインへオーバーフローさせ、
少なくとも一つの基板を前記プロセスチャンバ内の前記混合液に浸漬させ、
前記閉ループ循環装置を介して混合液を循環させ、
濃度センサーを用いて前記混合液の濃度比を連続的に測定し、
測定された濃度比と所定の濃度値を比較して、測定された濃度値が、所定の濃度比の所定範囲内にあるかどうかを判定し、
前記測定された濃度比が前記所定の濃度比の範囲内にないと判断された場合、前記閉ループ循環装置から前記混合液を排出する一方で、実質的に等容積の硫酸、リン酸、および／または水を前記閉ループ循環装置に自動的に供給し、前記少なくとも1つの基板の処理中に、所定の範囲内に前記混合液の濃度比を戻す、
ことを特徴とする、エッチング方法。
【請求項２】
硫酸、リン酸、および水が、初めに注入ラインを介して前記プロセスチャンバに注入されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記供給ステップが、スパイクラインを介して提供されている間、硫酸、リン酸、および／または、水が前記混合液に加えられることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも1つのウエハを浸漬させる前に前記混合液を加熱することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記混合液は１６０℃―１８０℃程度まで加熱されることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記混合液が１６５℃程度に加熱されることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記所定の濃度比が、およそ硫酸２部、リン酸２部、水１部であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記オーバーフローした混合液を濾過することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
粒子計数器を用いて前記混合液内の粒子数を連続的に測定し、
測定された粒子数と所定の粒子数を比較して、前記測定された粒子数が前記所定の粒子数より多いかどうか判定し、
前記混合液に前記所定の粒子数より多い粒子数が検出された場合、自動的に前記閉ループ循環装置から前記混合液を排出し、実質的に等容積の硫酸、リン酸、および／または、水を前記閉ループ循環装置へ供給して、前記少なくとも1つの基板の処理中に、前記所定の粒子数またはそれより少なく、前記混合液の粒子数を戻す、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの基板から窒化ケイ素をエッチングする方法であって、
（ａ）硫酸、リン酸、および水を所定量プロセスチャンバへ注入して、所定の濃度比を有する所定量の混合液を形成し、
（ｂ）閉ループ循環装置内の前記プロセスチャンバを介して前記混合液を循環させ、
（ｃ）前記プロセスチャンバ内の前記混合液に少なくとも１つの基板を浸漬させ、
（ｄ）閉ループ循環装置から混合液を排出させ、前記循環する混合液内のエッチング副生成物の影響を減らし、
（ｅ）硫酸、リン酸、および／又は水を供給して、前記閉ループから排出された混合液の量を戻し、
前記所定の濃度比の所定範囲内に前記混合液の濃度比を維持するか、戻すために前記排出される量を選択すること、
を特徴とするエッチング方法。
【請求項１１】
前記排出、および供給ステップ（ｄ）、および（ｅ）を連続的または一定の間隔をあけて実行すること、
を特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
（ｆ）前記少なくとも１つの基板の処理中に濃度センサーを用いて前記混合液の前記濃度比を連続的に測定し、
（ｇ）前記測定された濃度比と前記所定の濃度値を比較して、測定された濃度値が前記所定の濃度比の所定範囲内にあるかどうか判定し、
（ｈ）前記測定された濃度比が前記所定の濃度比の前記所定範囲内に無いと判定された場合、自動的にステップ（ｄ）および（ｅ）を実行すること、
を特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの基板から窒化ケイ素をエッチングするための装置であって、
プロセスチャンバおよび該プロセスチャンバに液体が流れるように連結された再循環ラインを有する、閉ループ循環装置、
所定の濃度比を有する所定量の混合液を形成するために、硫酸、リン酸、および水を前記閉ループ循環装置へ注入する手段、
閉ループ循環装置を介して前記混合液を流れさせる手段、
前記プロセスチャンバ内での少なくとも１つの基板の処理中に、前記混合液の前記濃度比を連続的に測定し、該測定された濃度比を示す信号を生成する濃度センサー、
前記閉ループ循環装置へ硫酸、リン酸、および水を供給する手段、
前記閉ループ循環装置から前記混合液を排出する手段、及び、
前記濃度センサー、前記供給手段、および前記排出手段へ操作可能に連結された処理装置、
を有し、
少なくとも1つの基板の処理中に、前記濃度センサーから、所定の濃度比の所定範囲内に濃度比がないことを示す信号を受けたとき、自動的に前記供給手段を動かして、硫酸、リン酸、および／または、水を前記閉循環装置に加え、また、前記排出手段を動かして、前記閉ループ循環装置から実質的に等容積の前記混合液を抜き取り、前記所定の濃度比の所定範囲内に前記混合液の前記濃度比を戻すように、前記処理装置がプログラムされている、
ことを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記プロセスチャンバは、複数の基板を受け入れることが出来るように形成されている、ことを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記再循環ラインに操作可能に連結されたフィルターを有する、ことを特徴とする請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
前記再循環ラインに連結され、前記混合液を加熱するためのヒーターを有する、ことを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
前記プロセスチャンバへ硫酸、リン酸、および水を注入する手段が、弁を有する複数の注入ラインである、ことを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１８】
前記混合液へ硫酸、リン酸、および水を供給する手段が、弁を有する複数のスパイクライン（spike lines）である、ことを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記プロセスチャンバへ硫酸、リン酸、および水を注入する手段と、前記混合液へ硫酸、リン酸、および水を供給する手段が同一である、ことを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項２０】
前記排出手段は、排出ラインに操作可能に連結され排出弁を有する、ことを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項２１】
前記プロセスチャンバ内で少なくとも１つの基板の処理中に、前記混合液の粒子数を連続的に測定し、該測定された粒子数を示す信号を生成する粒子計数器を有し、
前記処理装置は前記粒子計数器にも操作可能に連結されており、
少なくとも１つの基板の処理中に、所定の粒子数以上の測定された粒子数を示す信号を受けたとき、自動的に前記供給手段を動かして、前記閉ループ循環装置へ硫酸、リン酸、および／または、水を加え、また前記排出手段を動かして、前記閉ループ循環装置から実質的に等容積の前記混合液を抜き取り、前記混合液の前記粒子数を前記所定の粒子数以下に戻すように、前記処理装置が更にプログラムされている、ことを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項２２】
少なくともひとつの基板から窒化ケイ素をエッチングする方法であって、
プロセスチャンバおよび該プロセスチャンバと液体が流れるように連結している再循環ラインを有する閉ループ循環装置を設け、
前記閉ループ循環装置へ所定量のエッチング液を注入し、該エッチング液で前記プロセスチャンバを満たし、前記再循環ラインへオーバーフローさせ、
前記プロセスチャンバ内の前記エッチング液に少なくとも１つの基板を浸漬させ、
前記閉ループ循環装置を介して前記混合液を循環させ、
粒子計数器によって前記エッチング液の粒子数を連続的に測定し、
少なくとも１つの基板処理中に、エッチング液の測定された粒子数が所定の粒子数以上であると検知したら、自動的に、前記閉ループ循環装置から汚染されたエッチング液を排出し、同時に、新鮮なエッチング液を前記閉ループ循環装置へ供給して容積を戻し、これにより、所定の粒子数にまたはそれ以下に前記閉ループ循環装置内のエッチング液の粒子数を戻すこと、
を特徴とするエッチング方法。
【請求項２３】
少なくとも１つの基板から窒化ケイ素をエッチングする装置であって、
プロセスチャンバおよび該プロセスチャンバと液体が流れるように連結されている再循環ラインを有する閉ループ循環装置、
該閉ループ循環装置へ所定量のエッチング液を注入する手段、
前記閉ループ循環装置を介して前記混合液を流れさせる手段、
前記プロセスチャンバ内で少なくとも１つの基板の処理中に、エッチング液内の粒子数を連続的に測定し、測定された粒子数を表示する信号を生成する粒子計数器、
前記閉ループ循環装置へエッチング液を供給する手段、
前記閉ループ循環装置から前記エッチング液を排出する手段、
前記粒子計数器、前記供給手段、および前記排出手段に操作可能に連結した処理装置を有し、
少なくとも１つの基板の処理中に、測定された粒子数が所定の粒子数より多いことを示す信号を受けると、前記処理装置は自動的に供給手段を動かして、前記閉ループ循環装置へ新鮮なエッチング液を加え、また前記排出手段を動かして、前記閉ループ循環装置から実質的に同量の前記エッチング液を排出させ、前記混合液の粒子数を前記所定の粒子数以下に戻すように、前記処理装置がプログラムされている、ことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本出願は、２００３年１２月３０日付けで出願された米国仮出願第６０／５３３，０９７号を記載することによりこの利益を主張する。
【０００２】
マイクロ電子デバイスの大きさは減少し続け、現在では小さなナノメーターにまでなっているので、ウエハ表面処理手順はＩＣ製造におけるますます重要な役割を果たす。処理化学薬品、順序、および多くの洗浄ステップは、必要な最終結果を出すことにおいて、非常に重要な意味を持つ。半導体製造が進歩し続けるのに従って、ますます小さいデバイスが、同じウエハ表面域でデザインされ、製造される。これらの微細構造は新しい一連の処理問題をマイクロチップ製作技術者と科学者に与えた。これらの問題の１つは、基礎をなす酸化ケイ素膜と比較した、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の選択エッチングである。
【０００３】
Ｓｉ３Ｎ４のエッチングは、現在、プラズマドライエッチングまたは反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）を含むさまざまな方法で達成される。しかしながら、Ｓｉ３Ｎ４のＲＩＥは、基礎をなす酸化膜に高い選択性を提供できない。さらに、表面孔食の形式で、Ｓｉ３Ｎ４のＲＩＥは基礎をなす膜またはシリコン基板を減らすことが出来る。他の既存のＳｉ３Ｎ４のエッチング方法は、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）の塗布である。Ｈ３ＰＯ４の使用は、二酸化ケイ素（ＳｉO２）と比べて、Ｓｉ３Ｎ４のエッチングの高い選択性を有するため、これまで用いられている。Ｈ３ＰＯ４を使用する典型的なＳｉ３Ｎ４エッチング反応について、以下の通り説明することができる。
【化１】
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【０００４】
この反応で、水はＳｉ３Ｎ４を加水分解し、含水シリカとアンモニアを形成する。アンモニアは、リン酸アンモニウムを形成するために溶液内に残る。この反応は、Ｓｉ３Ｎ４をエッチングするために水が化学反応の不可欠の部分であると示唆する。窒化物がエッチングされるとき、含水ＳｉO２（Ｈ２ＯＳｉO２）が溶液内で形成され、エッチングを妨げる。すなわち、高い選択性を生じさせる。図１，２に示すように、ＳｉO２のエッチングは、システム(リン酸液及びウエハ)が平衡となるまで（質量移動なく）減少し続け、その時に止まる。一度平衡になると、ＳｉO２膜は再び堆積する。基板構造がこの再堆積で許容することができる耐性に応じて、液寿命は決定する。この酸化物のエッチ速度の遅さは有益である（すなわち、高い選択性を有する）。しかし、この再堆積は、望ましくない、ウエハ上での高い粒子のカウントを生じさせる。この現象が非常に顕著であるので、それを予測することができる。図２に示したように、粒子レベルは、これらのカウントの大幅な増加が認められた後に、溶液中で処理された５０枚のウエハバッチの２１バッチまでが、約４０粒子程度の増加である。
【０００５】
半導体製造中に、酸化ケイ素と比べてより選択的にＳｉ３Ｎ４をエッチングしようとする試みで多くの加工処理が開発されているが、既存のシステムは最適とは言えず、多くの欠点がある。たとえば、米国特許６，３７６，２６１（第２６１特許）で、ウエハの表面におけるエッチ速度を予測する制御機構を有するシステムが開示されている。該システムは、ウエハ上の薄膜の厚さを測定し、先の膜厚の測定に基づくシステム・パラメータを調整する。エッチング液は汚染され、および／または、時間がたつと成分の濃度比は変化するので、ウエハのバッチ間で調整が行われると、製造休止時間が生じ、ウエハの各バッチ間でのエッチングの選択性が減少する。加えて、第‘２６１特許で開示されたシステムはＩＣ製作レベルで高度な工程管理システム（ＡＰＣ）を必要とする。
【０００６】
さらに、エッチングシステムは米国特許３，７１５，２４９（第‘２４９特許）、米国特許６，０８７，２７３（第‘２７３特許）、及び米国特許５，８８５，９０３（第‘９０３特許）で開示されている。これらのシステムは、硫黄とリン酸の混合液を使用して、選択エッチングの達成を試みているが、これらのシステムは、工程と混合液のパラメータを制御することによってエッチングの最大の選択性を確実にする制御システムを含まない。このように、エッチング液は汚染され、および／または、時間がたつと成分の濃度比は変化するので、これらのシステムは、ウエハの各バッチ間でのエッチング選択性を減少させる。
【０００７】
米国特許５，３１０，４５７では、酸化ケイ素への窒化物のエッチング選択性を増加させるため、リン酸へのＨＦ（フッ酸）と硝酸の添加を利用するエッチングシステムが開示されている。しかしながら、リン酸へのHFと硝酸の添加は性能において最適ではないと立証されている。
【０００８】
結局、先行技術のエッチングシステムと方法は、二酸化ケイ素への窒化ケイ素のエッチングで高い選択性を達成することができるが、エッチング選択性の最大化は十分な唯一の目的ではない。窒化ケイ素のエッチングと酸化ケイ素のエッチングの両方のための、一貫して安定したエッチ速度もまた望まれる。以上のように、図１は、１６５℃でリン酸（８５％ｗｔ）を使用する従来の窒化ケイ素のエッチングシステムから得られた結果を示す。見てわかるとおり、処理された多くのウエハによって酸化物のエッチ速度が減少している間、窒化物のエッチ速度は安定している。同様の作用は図２に示される。窒化物のエッチ速度と酸化物のエッチ速度は何時間もモニターされた。選択性（すなわち、窒化ケイ素のエッチ速度／酸化ケイ素のエッチ速度）は図３に描かれる。酸化ケイ素のエッチ速度の連続した低下によって、時間に伴い、選択性は明らかに増加する。酸化ケイ素の損失は最小となるので、この傾向は良いものであるが、それはまた加工処理することができるウエハのタイプを制限する。通常、ウエハはしばらく、エッチング酸に浸される。このように、窒化ケイ素のエッチ速度は固定されているが、取り除かれた酸化ケイ素の量はロット番号により異なる。そしてそれゆえに、装置の寸法は異なり、さまざまな性能をもたらす。みればわかるように、これは望ましくない。加えて、図４で示すように、この方法におけるウエハの連続した加工処理で、（エッチング副生成物からの）粒子は、溶液内、そしてゆくゆくはウエハ上の堆積物内で増加する。ウエハ上の粒子は、溶液内（１５００Ａは各ウエハから取り除かれた）で加工処理された２０ｘ５０ｘ２００ｍｍのウエハまで許容レベル（＜４０＠０．１６ｕｍ）で残る。その時、溶液は、新しい加工処理サイクルを始めるために排出され、再び新鮮な酸で満たされる必要がある。このシナリオでは、溶液を排出する／満たす／過熱するのに約２時間かかり、溶液の利用が最も少なくなる。このように、エッチ速度の可変性は、既存の窒化ケイ素のエッチングシステムと方法における主な欠点である。
【０００９】
発明の要旨
したがって、本発明の目的は、結果的に酸化ケイ素に対する窒化ケイ素のエッチング選択性を増加させる、少なくともひとつの基板から窒化ケイ素をエッチングするためのシステムと方法を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、加工処理条件とパラメータの動的制御を提供する、少なくとも1つの基板から窒化ケイ素のエッチングをするためのシステムと方法を提供することである。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、エッチング混合液の構成要素濃度比および／またはケイ酸塩濃度に基づく加工処理条件とパラメータの動的制御を提供する、少なくとも１つの基板から窒化ケイ素をエッチングするためのシステムと方法を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、ＡＰＣシステム（ＡＰＣ）をＩＣ製造レベルで必要とせず、むしろ窒化物エッチングツールレベルで必要とする、少なくとも１つの基板から窒化ケイ素をエッチングするシステムと方法を提供することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、リン（または、リンの／硫黄の）の溶液内で、粒子汚染物質のリアルタイムの測定を許容する、少なくとも１つの基板から、窒化ケイ素をエッチングするためのシステムと方法を提供することである。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は、安定した窒化ケイ素のエッチ速度を提供し、酸化物のエッチ速度での変化量を減少させ、および／またはエッチング液内で増加する粒子汚染物質を減少させる、少なくとも１つの基板から窒化ケイ素をエッチングするためのシステムと方法を提供することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、液寿命全てにわたるエッチングの高くて安定した選択性、安定した窒化ケイ素と酸化ケイ素のエッチ速度、最小の酸化物の損失、より長い液寿命（そしてそれによる低い所有コスト）、基板上の許容できる粒子レベル、および／またはいくらかの加工処理ステップの減少、を提供する、少なくとも１つの基板から窒化ケイ素をエッチングするためのシステムと方法を提供することである。
【００１６】
本発明によって、これらと他の目的は達成される。これは、１つの側面では、少なくとも１つの基板から窒化ケイ素をエッチングする方法であり、以下のものを含む。プロセスチャンバと、プロセスチャンバに液体が流れるように連結している再循環ラインを有する閉ループ循環システムを提供すること；所定の濃度比と所定の量を有する混合液を形成するため、所定の量で硫酸、リン酸、水を閉ループ循環システムに供給すること。混合液はプロセスチャンバを満たし、再循環ライン内へ流出する；プロセスチャンバ内の混合液に少なくともひとつの基板を沈める；閉ループ循環システムを介して混合液を循環させること；濃度センサーを用いて混合液の濃度比を連続的に測定する；測定された濃度値が所定の濃度比の範囲内にあるかどうか判断するために、測定された濃度比と所定の濃度値を比較すること；測定された濃度比が所定の濃度比の範囲内にないと判断された場合、閉ループ循環システムから混合液を排出している間に、自動的に実質的に等容積の硫酸、リン酸、および／または水を閉ループ循環システムに供給すること。閉ループ循環システムは少なくとも1つの基板の処理中に、所定の範囲内に混合液の濃度比を戻す。
【００１７】
１つの実施例では、発明の方法の態様はさらに以下のものを含むことができる；粒子計数器で混合液内の粒子数を連続して測定すること；測定された粒子数が所定の粒子数より多いかどうか判断するため、測定された粒子数と所定の粒子数を比較すること；混合液に所定の粒子数より多い粒子数が検出された場合、自動的に閉ループ循環システムから混合液を排出し、実質的に等容積の硫酸、リン酸、および／または、水を閉ループ循環システムへ供給すること。閉ループ循環システムは少なくとも1つの基板の処理中に、所定の粒子数またはそれより少ない粒子数に混合液の粒子数を戻す。
【００１８】
他の態様では、本発明は少なくとも１つの基板から窒化ケイ素をエッチングする方法であり、以下のものを含む；（ａ）所定の濃度比を有する所定の量の混合液を形成するために、所定の量で硫酸、リン酸、および水をプロセスチャンバへ供給すること；（ｂ）閉ループ循環システム内でプロセスチャンバを介して混合液を循環させること；（ｃ）プロセスチャンバ内で混合液の中に少なくとも１つの基板を沈めること；（ｄ）循環する混合液内でエッチング副生成物の影響を減少させるため、閉ループシステムから混合液を排出すること；（ｅ）閉ループから排出した混合液の量を元に戻すため、硫酸、リン酸、および／または水を供給すること；排出した量は、所定の濃度比の所定の範囲内まで混合液の濃度比を戻すか維持するために選択される。
【００１９】
この態様では、いくつかの実施例で本発明は実施することができるので、連続で、または一定の間隔をあけて、ステップ（ｄ）と（ｅ）の排出と供給が行われる。他の実施例では、本発明の態様は以下のステップを含む；（ｆ）少なくとも１つの基板の処理をする間、濃度センサーを用いて混合液の濃度比を連続的に測定すること；（ｇ）測定された濃度値が所定の濃度比の所定範囲内にあるかどうか判断するため、測定された濃度比と所定の濃度値を比較すること；（ｈ）測定された濃度比が、所定の濃度比の所定範囲内にないと判断された場合、自動的にステップ（ｄ）と（ｅ）を実行すること。
【００２０】
さらに別の態様では、本発明は、少なくとも１つの基板から窒化ケイ素をエッチングするためのシステムであり、以下のものを含む；プロセスチャンバと、プロセスチャンバに液体が流れるように連結している再循環ラインを有する閉ループ循環システム；所定の濃度比を有する所定量の混合液を形成するための、硫酸、リン酸、および水の供給手段；閉ループ循環システムを介して混合液を流れさせる手段；プロセスチャンバ内で少なくとも１つの基板を処理する間に、混合液の濃度比を連続的に測定し、測定された濃度比の信号表示をする濃度センサー；閉ループ循環システムへ、硫酸、リン酸、および水を供給する手段；閉ループ循環システムからの混合液の排出手段；濃度センサー、供給手段、および排出手段と操作可能に連結している処理装置；少なくとも1つの基板の処理中に、濃度センサーから、所定の濃度比の所定範囲内に濃度比がないという信号表示を受けたとき、自動的に、硫酸、リン酸、および／または、水を閉循環システムに加えるよう供給手段を動かし、閉ループ循環システムから実質的に等容積の混合液を抜き取るよう排出手段を動かすことによって、所定の濃度比の所定範囲内に混合液の濃度比を戻すように、処理装置はプログラムされる。
【００２１】
いくつかの実施例では、本発明のシステムはさらに以下のものを含んでいてもよい；プロセスチャンバ内で少なくとも１つの基板の処理中に混合液の粒子数を連続的に測定し、測定された粒子数の信号表示をする粒子計数器；処理装置は粒子計数器にも操作可能に連結している；また、少なくとも１つの基板の処理中に、所定の粒子数以上の測定された粒子数の信号表示を受けたとき、自動的に閉ループ循環システムへ硫酸、リン酸、および／または、水を加えるよう供給手段を動かし、閉ループ循環システムから実質的に等容積の混合液を抜き取るよう排出手段を動かすことによって、混合液の粒子数を所定の粒子数以下に戻すように、処理装置はプログラムされている。
【００２２】
さらに別の態様では、本発明は、少なくとも１つの基板から窒化ケイ素をエッチングする方法であり、以下のものを含む；プロセスチャンバと、プロセスチャンバに液体が流れるように連結する再循環ラインを有する、閉ループ循環システムを提供すること；所定量のエッチング液を閉ループ循環システムへ供給し、エッチング液はプロセスチャンバを満たし、再循環ライン内へ流出すること；プロセスチャンバ内で、エッチング液の中へ少なくとも１つの基板を沈めること；閉ループ循環システムを介して混合液を循環させること；粒子計数器を用いてエッチング液の粒子数を連続的に測定すること；少なくとも１つの基板処理中に、エッチング液の測定された粒子数が所定の粒子数以上であると検知したら、自動的に、閉ループ循環システムからある量の汚染されたエッチング液を排出し、同時に、該量の新鮮なエッチング液を閉ループ循環システムへ供給することによって量を戻すこと。これにより、所定の粒子数にまたはそれ以下に閉ループ循環システム内のエッチング液の粒子数を戻す。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、従来技術の単に混ぜただけのリン酸を用いて処理されたウエハの数を関数として、窒化物と酸化物のエッチ速度を比較するグラフである。
【図２】図２は、従来技術の単に混ぜただけのリン酸を利用する２００ｍｍのウエハ５０枚のバッチを時間の関数として、窒化物と酸化物のエッチ速度を比較するグラフである。
【図３】図３は、従来技術の単に混ぜただけのリン酸を用いた、２００ｍｍのウエハ５０枚のバッチを時間の関数として、酸化ケイ素のエッチ速度に対する窒化ケイ素のエッチ速度の選択性を示したグラフである。
【図４】図４は、従来技術の単に混ぜただけのリン酸を用いて処理されたウエハの数を関数として粒子数とエッチ速度を比較するグラフである。
【図５】図５は、本発明の一実施例による、選択エッチング装置の略図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例による、図５の選択エッチング装置を運転する際の、システム制御装置により実行される高レベルフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の一実施例による、粒子汚染レベルを測定する図５の窒化物エッチング装置の制御方式と代表的な操作を表したグラフである。
【図８】図８は、本発明の一実施例による、リン酸のみのエッチング液についての供給および排出アルゴリズムを用いた、窒化ケイ素および酸化ケイ素のエッチ速度の安定性を示したグラフである。
【図９】図９は、本発明の一実施例による、リン酸と硫酸の混合エッチング液についての供給、排出アルゴリズムを用いた、窒化ケイ素と酸化ケイ素のエッチ速度の安定性を示したグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例によって処理された際の、ウエハの粒子汚染の安定性を示したグラフである。
【００２４】
図１は、本発明の一実施例による、基板エッチングシステム１００の略図である。基板エッチングシステム１００は、プロセスチャンバ１０、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）注入ライン２１、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）注入ライン２２、水（Ｈ２Ｏ）注入ライン２０、Ｈ２ＳＯ４供給ライン３０、Ｈ３ＰＯ４供給ライン３１、Ｈ２Ｏ供給ライン３２、再循環ライン４０、プロセス制御器２００、濃度センサー５０、粒子計数器５５、ポンプ６０、ヒーター７０、フィルター８０、排出ライン９０、を含む。それらを介した各流動体の流れを制御するため、加減弁２３−２５は、注入ライン２０−２２に操作可能に連結している。同様に、各流動体の流れを制御するため、加減弁３３−３５は、供給ライン３０−３２に操作可能に連結している。
【００２５】
図示しないが、Ｈ２ＳＯ４注入ライン２１と、Ｈ２ＳＯ４供給ライン３０は、補助ドラムまたは貯留槽のようなＨ２ＳＯ４の発生源と操作可能に連結している。Ｈ２ＳＯ４注入ライン２１とＨ２ＳＯ４供給ライン３０は、処理の必要性、および／または、空間の制限しだいで、それぞれ同じまたは異なったＨ２ＳＯ４の発生源と連結し得る。同様に、Ｈ３PＯ４注入ライン２２とＨ３PＯ４供給ライン３１は、それぞれＨ３PＯ４の発生源と操作可能に連結する。Ｈ３PＯ４注入ライン２２とＨ３PＯ４供給ライン３１は、処理の必要性、および／または、空間の制限しだいで、それぞれ同じまたは異なったＨ３PＯ４の発生源と連結し得る。Ｈ２Ｏ注入ライン２０とＨ２Ｏ供給ライン３２は、それぞれＨ２Ｏの発生源と操作可能に連結する。Ｈ２Ｏ注入ライン２０とＨ２Ｏ供給ライン３２は、処理の必要性、および／または、空間の制限しだいで、それぞれ同じまたは異なったＨ２Ｏの発生源と連結し得る。
【００２６】
プロセスチャンバ１０は、再循環ダム（recirculation
weir）１１と処理槽（processing volume）１２を含む。一組の吸入マニフォールド１３は、処理槽（processing volume）１２へ流体を案内するため、プロセスチャンバ１０の処理槽１２の底部に備えられる。処理槽（processing volume）１２は、そこに多数のウエハ１４を支持することができる十分なサイズである。ウエハ１４は垂直に支持されていると図示されているが、水平方向にも設置可能である。さらに、プロセスチャンバ１０は、単一ウエハ処理のためにも作られ得る。
【００２７】
プロセスチャンバ１０はまた、排出ライン９０を含む。排出ライン９０は、ウエハ処理中にプロセスチャンバ１０の処理槽（processing volume）１２から液体を排出することができるように、プロセスチャンバ１０の排出口（図示せず）と液体が流れるように連結している。排出ライン９０を介した、および閉ループ循環システムから外への、流体の流速（質量のまたは容積測定の）を制御し得るように、排出加減弁９１は、排出ライン９０と操作可能に連結している。
【００２８】
処理槽（processing volume）１２から再循環ダム（recirculation weir）１１へ流出するいくらかの液体を、必要に応じて再循環ライン４０へ引き込むことができるように、再循環ライン４０の一端は、再循環ダム（recirculation weir）１１の底部の穴に、液体が流れるように連結している。再循環ライン４０の他端は吸入マニフォールド１３と液体が流れるように連結している。再循環ライン４０は、再循環ダム（recirculation weir）１１からプロセスチャンバ１０の処理槽（processing volume）１２へ液路を形成する。このように、プロセスチャンバ１０と結合している再循環ライン４０は閉ループ循環システムを形成する。
【００２９】
ポンプ６０、ヒーター７０、およびフィルター８０は、全て再循環ライン４０と操作可能に、液体が流れるように連結している。そのようなものとして、再循環ライン４０を通る液体はヒーター７０によって望まれる温度へ加熱され得る。フィルター８０は、液体が再循環ライン４０を通るときに、液体からイオンの、および／または、粒子状の汚染物質を取り除く事ができる。濃度センサー５０、および粒子計測器５５は、再循環ライン４０に操作可能に連結しているので、再循環ライン４０を通る液体の適切な測定をすることができる。濃度センサー５０は、構成要素の濃度比を判断するため、ＮＩＲ分光計または、ＦＴ−ＮＩＲ分光計のような、混合液を分析することのできる機器であればどのようなものでもよい。粒子計測器５５は、本技術分野で一般的である、たとえば液体微粒子カウンタのような、液体内の粒子を計測することができる機器であればどのようなものでもよい。
【００３０】
プロセス制御器２００は、それらとの通信のために、加減弁３３−３５、濃度センサー５０、粒子計測器５５、および排出弁９１と操作可能に連結している。これらの操作可能な連結は、適切な電気の、光ファイバーの、ケーブルの、又は他の適当な接続を介して容易となり得る。図５に、構成要素３３−３５、５０、５５、９１とプロセス制御器２００の操作可能な連結を破線で示す。プロセス制御器２００は、プログラマブル論理制御装置、パーソナル・コンピュータ、またはプロセス制御のための同様のものを基礎とする適切なマイクロプロセッサであり、制御され、および／または連通される必要があるエッチングシステム１００の多様な構成要素３３−３５、５０、５５、９１へ連結するのに使用される多様な入力／出力口を含むことが好ましい。
【００３１】
また、プロセス制御器２００は、処理手段、パラメータ、及び他のデータ、たとえば、所定の（すなわち目標の）濃度比、所定の粒子数、所定の範囲、流速、処理時間、作業条件、及び同様のものを記憶するために、十分なメモリを有することが好ましい。プロセス制御器２００は、自動的に作業条件、たとえば、供給ライン３０−３２のどれか１つ単独または組み合わせを介した流れの活性化、排出ライン９０を介した流れの活性化、ポンプ活性化、熱の利用、および濾過、に適合するように、操作可能に連結したエッチングシステム１００のありとあらゆる構成要素と連通することができる。図示しないが、プロセス制御器２００はまた、必要に応じて、ヒーター７０、ポンプ６０、吸入マニフォールド１３、および加減弁２３−２５と接続し得る。
【００３２】
また、濃度センサー５０および粒子計数器５５からデータ信号を受け、入ってきたデータ信号を分析し、値と範囲を記憶するため、入ってきたデータ信号によって表示された値を比較し、エッチング液混合液内の所定の特性を得るために、ライン３０−３２を介して新たなエッチング液構成要素を循環内へ供給することによって、及び／または排出ライン９０を介して汚染された／古いエッチング液を排出することによって、自動的にウエハの処理に使用されるエッチング液への適切な調節をするように、プロセス制御器２００は適切なアルゴリズムでプログラムされている。たとえば、プロセス制御器２００は、濃度比と粒子数のための所定の値と所定の許容できる動作範囲を記憶し得る。これについては、システム１００の操作に関して以下で詳細に述べる。使用されるプロセス制御器の種類は、それが組み込まれたシステムの正確なニーズによって決まる。
【００３３】
本発明の一実施例によるエッチングシステムの操作について論じる。議論を簡略化するために、エッチング処理を行うために使用される他のバリエーション、改良、およびエッチングシステムについては簡単に説明するとともに、この方法を図５のエッチングシステム１００に関して論じる。
【００３４】
エッチングを必要とする多数のウエハ１４を用意する。ウエハ１４はＩＣ製造のためのシリコンウエハが好ましく、その上に窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）と酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の両方の層を含むことが好ましい。しかしながら、他の種類の基板、たとえばＭＥＭＳ基板、フラットパネルディスプレー等も使用可能である。処理工程の始めには、全ての弁２３−２５、３３−３５、９０は閉鎖位置にある。
【００３５】
はじめに、液体のＨ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、およびＨ２Ｏを、プロセスチャンバ１０の処理槽（processing volume）１２へ、ライン２０−２２を介して注入するために、加減弁２３−２５を開放位置へ切り替える。Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、およびＨ２Ｏが、プロセスチャンバ１０の処理槽（processing volume）１２へ供給されるとき、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、およびＨ２Ｏは混合液（すなわちエッチング溶液）を形成するために混合される。Ｈ２ＳＯ４：Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏの所定の／望まれる濃度比を有するよう混合液を作成するために、加減弁２３−２５は注入ライン２０−２２を通るＨ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、およびＨ２Ｏの流速を制御する。一実施例では、混合液は、Ｈ２ＳＯ４（９６重量％）  ２部、Ｈ３ＰＯ４（８５重量％）  ２部、Ｈ２Ｏ  １部の濃度比を有することが好ましい。しかしながら、必要に応じて、どんな濃度比でも使用できる。さらに、必要に応じて、本発明のいくつかの実施例では、エッチング液としてＨ３ＰＯ４のみのエッチング液のような、一種類の化学薬品しか使用していない。
【００３６】
混合液が処理槽（processing
volume）１２から再循環ダム１１（recirculation weir）へ、および再循環ライン４０へと流出するまで、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、およびＨ２Ｏはライン２０−２２を介して、処理槽（processing volume）１２へと供給され続ける。いったん所定量のエッチング液の混合液が、閉ループ循環システム（すなわち、プロセスチャンバ１０および再循環ライン４０）内で供給され、形成されると、弁２３−２５は閉じられ、それによってプロセスチャンバへのＨ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、およびＨ２Ｏの供給は止まる。
【００３７】
この時点で、ポンプ６０は動かされ、再循環ライン４０を通る、プロセスチャンバ１０（ダム１１を介して）からの混合液の循環的な流れを引き起こし、プロセスチャンバ１０へ（吸入マニフォールド１３を介して）戻す。混合液は、再循環ライン４０を通るときにヒーター７０とフィルター８０を通る。ヒーター６０は、混合液を約１６０から１８０℃の範囲内で加熱することが好ましく、最も好ましいのは１６５℃である。また混合液は、濃度センサー５０と粒子計数器５５を通る。濃度センサー５０と粒子計数器５５は共に再循環ライン４０と操作可能に連結している。
【００３８】
混合液が再循環ライン４０を通り過ぎるとき、濃度センサー５０は混合液の濃度比（すなわち、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏの比）を連続的に測定する。所定のパターンに従って、基本的に連続的、または周期的となるように、濃度レベルの連続的な測定は１秒間に何回も行うことができる。濃度センサー５０は、電気的な接続を介した処理のため、測定された混合液の濃度比のデータ信号表示を作成し、これらの信号をプロセス制御器２００へ連続的に送信する。同様に、粒子計数器５５は、混合液が再循環ライン４０を通りすぎるときに、混合液内の粒子レベルを連続的に測定する。電気的な接続を介した処理のため、粒子計数器５５は、混合液内で測定された粒子数／粒子レベルのデータ信号表示を作成し、これらの信号をプロセス制御器２００に連続的に送信する。
【００３９】
濃度センサー５０と粒子計数器５５からデータ信号を受け取ると、プロセス制御器２００はデータ信号を分析し、測定された値と、メモリ内に記憶されている所定の／望ましい値とを比較する。具体的には、測定された濃度比が、所定の濃度比の、所定の／許容できる範囲内にあるかどうか判断するために、測定された濃度比は、記憶されている所定の／望ましい濃度比と比較される。測定された粒子数が所定の粒子数より多いかどうか判断するために、測定された粒子数は、記憶された所定の／望ましい粒子数と比較される。測定された濃度比は、リン酸８５重量％から５０重量％、硫酸０重量％から３０重量％、水１５重量％から２０重量％、の範囲内にあることが好ましい。濃度比の所定の／許容できる範囲は、＋／−５重量％が好ましい。所定の粒子数は、１ｍｌ（ミリリットル）あたり１０から１０００カウントが好ましく、０．２μｍで約１００カウント／ｍｌが最も好ましい。
【００４０】
再循環ライン４０を介して流れる混合液の測定された濃度比と、所定の／望ましい濃度比を比較すると、プロセス制御器２００は、測定された濃度比が、所定の濃度比の所定の範囲内にあるかどうか判断する。同様に、プロセス制御器は、混合液の測定された粒子数が所定の粒子数より多いかどうか判断する。
【００４１】
プロセス制御器２００が、（１）測定された濃度比が所定の濃度比の所定の範囲内にあり、（２）測定された粒子数が所定の粒子数と等しいもしくはそれより少ない、と判断したなら、何も作動せず、ウエハ１４の処理の準備が整う。しかしながら、（１）測定された濃度比が所定の濃度比の所定の範囲内に無い、または（２）測定された粒子数が所定の粒子数と等しくなく、それより多い場合には、プロセス制御器は、混合液内で許容できる濃度比と許容できる粒子数にするため、適切な供給と排出を行う。供給と排出の動きについては後に詳細に述べる。
【００４２】
（１）測定された濃度比が所定の濃度比の所定範囲内にあり、（２）測定された粒子数が所定の粒子数と同等またはそれより少ない、とすれば、プロセス制御器は、溶液がウエハエッチング／処理の準備ができたと表す信号をユーザーインターフェースへ送る。この時、ウエハ１４のバッチは、完全に混合液内に沈むまで、処理槽（processing volume）１２へ入れられる。ポンプ６０は、ローディングと処理時間の間ずっと、閉ループ循環システムを介して混合液を流れさせ続ける。濃度センサー５０と粒子計数器５５は両方とも、ウエハ処理とローディングの間、それぞれの測定機能を実行し続ける。
【００４３】
ウエハ１４が混合液（すなわちエッチング液）にさらされるとき、窒化ケイ素は、酸化ケイ素に対して選択的にエッチングされる。標準状態（１６５℃）の窒化ケイ素の処理は、窒化物のエッチ速度が５５±５Ａ／分である。新たに準備されたタンクの典型的な選択性はおよそ４０：１である。この選択性は現在の浅溝素子分離（ＳＴＩ）処理には不十分である。多くの機構は、酸化物の損失を数オングストロームにとどめることを欲する。混合液が使用されると、ホスホシリケート（phosphosilicates）が混合液内で増加し、酸化物のエッチングで逆反応を起こす、すなわち、酸化物のエッチ速度が減少し、選択性が増加する。これは、ホスホシリケート（phosphosilicates）が飽和状態になるまで続く。この時、酸化物の堆積が生じ、飽和効果によってウエハ１４上に、光ドープされた酸化物の層が配置される。このように、８０：１以上の選択性、および１００：１以上の選択性の可能性をもってウエハを処理するために、飽和状態および“十分に注入された”溶液の間には、処理するのにタイミングのいい機会がある。しかしながら、混合液は、生産性を低下させる擬似窒化物を緩和する必要性があり、生産性を損なう飽和した混合液の液寿命は更に短いために、問題が生じる。
【００４４】
エッチングシステム１００は、溶液内のケイ酸塩のレベルを管理／制御し、ケイ酸塩を安定したレベルに保つことによって、生産性の損失を取り戻すよう設計されている。エッチングシステム１００は、（１）濃度センサー５０および粒子計数器５５を用いて混合液の濃度比、および／または粒子レベルを厳密にモニターすること、および／または（２）自動的な供給、排出により、濃度比および／または混合液濃度比の粒子レベルをしっかりと制御すること、によってこれを行う。標準的な供給、排出工程では、多量の新鮮な混合液（またはその構成要素）は、同量の古い混合液が除去される間に溶液に加えられる。結果として、ホスホシリケート（phosphosilicates）の飽和率はほぼ一定である。混合液の溶液を“調整”する必要性を減少させるのに加えて、保持すべき飽和液の既知の容積に対して新鮮な溶液が加えられるので、初期の選択性さえ比較的高い。
【００４５】
本発明の一実施例に従った供給、排出の制御概念の一例について論じる。ウエハ１４が混合液にさらされ、窒化ケイ素と酸化ケイ素の層が選択的にエッチングされるとき、粒子を含む、エッチング副生成物は混合液の中で増加し、混合液の濃度比は変化する。この処理時間中、濃度センサー５０と粒子計数器５５はそれぞれの測定機能を実行しつづけ、プロセス制御器２００は、上述したようなデータ分析機能を実行する。プロセス制御器２００が（１）測定された濃度比が所定の濃度比の所定範囲内に無い、または（２）測定された粒子数が所定の粒子数と同等ではなく、それより多い、と判断するまで、混合液は閉ループ循環システムを通って流れ続け、少しの変更も無くウエハ１４を処理し続ける。
【００４６】
最初に粒子レベル制御について、プロセス制御器２００が測定された粒子数をモニターし、測定された粒子数が所定の粒子数より多いと検出したと仮定する。この時点で、プロセス制御器２００は、弁３３−３５と排出弁９１へ同時に適切な制御信号を送る。制御信号を受け取ると、弁３３−３５と排出弁９１は、開位置へ切り替わる。弁９１が開くと、排出ライン９０を介して閉ループ循環システムから、古い／汚染された混合液が排出される（すなわち抜き取られる）。弁３３−３５が開くと、新しいＨ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、およびＨ２Ｏが、望ましい比で、供給／スパイクライン３０−３２を介して、閉ループ循環システムへ供給される（すなわち加えられる）。各ライン９０、３０−３２上で、供給、排出の流速を正確に制御するように、プロセス制御器２００は、弁３３−３５と排出弁９１を開ける。
【００４７】
排出弁９１は、閉ループ循環システムから、古い混合液を必要な量取り除くまで、開位置で維持される。弁３３−３５はまた、閉ループ循環システムへ混合液（またはその構成要素）が加えられるまで、開位置で維持される。排出ライン９０を介して閉ループ循環システムから排出された古い混合液の量と、供給ライン３０−３２を介して閉ループ循環システムへ加えられた混合液（またはその構成要素）の量は実質的に等しい。ウエハ１４の処理が続いている間、望ましい量の混合液が排出され、取り替えられるまで供給と排出は続き、所定の粒子数以下に、閉ループ循環システム内の混合液の粒子数／レベルが戻る。最初にプロセスチャンバ１０へ供給された所定量の混合液全体の量と測定された粒子レベルに基づく多様な状態に適した量を排出し、供給するようにユーザはプログラムする。このように、（ケイ酸塩レベルを表す）混合液内の粒子レベルは、ウエハ処理中に動的に制御され得る。
【００４８】
濃度制御について、プロセス制御器２００が再循環ライン４０を通って流れる混合液の測定された濃度比をモニターし、測定された濃度比が所定の濃度比の所定範囲内に無いと判断したと仮定する。この時点で、プロセス制御器２００は弁３３、３４、および／または３５、および排出弁９１へ同時に適切な制御信号を送る。制御信号を受け取ると、適切な弁３３、３４および／または３５、および排出弁９１は開位置へ切り替わる。排出弁９１が開くと、排出ライン９０を介して閉ループ循環システムから古い混合液が排出される（すなわち抜かれる）。減少している比率の混合液の構成要素しだいで、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、Ｈ２Ｏのすべてまたはどれかが、適切な弁３３、３４および／または３５を作動させることによって、供給／スパイクラインを介して閉ループ循環システム内の混合液へ供給される（すなわち加えられる）。各ライン９０、３０−３２上で供給、および排出の流速を正確に制御するように、プロセス制御器２００は、弁３３、３４および／または３５、および排出弁９１を開ける。
【００４９】
Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、および／またはＨ２Ｏの量が、閉ループ循環システム内に残っている混合液の濃度比を、所定の濃度比からの所定の範囲内に戻すために必要とされる量となるまで、適切な弁３３、３４および／または３５は開位置で維持される。加えられたＨ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４および／またはＨ２Ｏの量と実質的に等しい量の古い混合液が閉ループ循環システムから取り除かれるまで、排出弁９１は開位置で保持される。ウエハ１４の処理が続いている間、供給と排出は続けられる。測定された濃度比の所定範囲からの偏差、および最初にプロセスチャンバ１０に供給された所定量の混合液全体に基づく多様な状況に適した量を排出、供給するように、ユーザはプログラムする。このように、混合液内の濃度比は、ウエハ処理中に動的に制御され得る。
【００５０】
図６は、本発明によるエッチングシステム２００のプロセス制御器２００によって実施されるプログラム機能を表した高水準のフローチャートである。図７は、どのようにプロセス制御器２００がモニターし、測定された粒子数と、所定の粒子数、範囲、及び許容値とを比較するかについての例である。
【００５１】
処理の必要性に従って、粒子レベルと濃度比のための、上述した供給と排出の制御は、エッチングシステムで別々または組み合わせて使用される。さらに、粒子レベルの供給と排出の制御は、Ｈ３ＰＯ４のみのような単一の化学薬品のエッチング液を用いたエッチングシステムおよび方法を用いた装置にも適用が可能である。本発明は、水濃度と同様にホスホシリケート（phosphosilicates）の飽和水準を維持するのに必要なソフトウェア及びハードウェアの制御の仕組みを開発したものであり、これは、温度と共に、窒化物、エッチング速度の主要な要素である。
【００５２】
要旨において、本発明は、前述の制御構造を使用することによって、先行技術のエッチングシステムおよび方法の問題を打開すると述べた。混合液の溶液を一部排出し、新しい混合液を供給すると、溶液内のケイ酸塩濃度は一定のままであり、結果として酸化物のエッチ速度もまた一定になる。述べたように、液体微粒子カウンタはケイ酸塩をモニターすることができる。粒子数が必要な値以上にまで増加すると、システムは混合液の溶液を一部排出し、新しい混合液を供給する。ユーザは、ロードされたシステムに基づいて、これらの周期及び継続時間を入力しなければならず、その結果としての汚染物質は粒子センサー（ＰＳ）によって検知される。酸化物のエッチ速度が減少している間、結果として生じる窒化物のエッチ速度は安定したままである。いったん酸化物のエッチ速度が許容エッチ速度レベル（または粒子数）の下限に達すると、混合液の溶液は部分的に排出され、粒子数（およびその後許容レベルに達する酸化物のエッチ速度）をもたらす、既知量の新鮮な酸で再び満たされる。この工程は理論的には無限に連続し、ユーザは新しいサイクルを開始することを決定する。
【００５３】
例
本発明の２つの実施例の有効性をテストするために実験が行われた。実験を行う際に、窒化ケイ素ウエハをエッチングするために酸の溶液を使用した。溶液は濾過され、加熱され、そして濾過される。処理順序は、化学エッチングステップ、続いて純水での洗浄処理、そしてその後の乾燥である。化学的ステップは以下のものから成る：硫酸９６％：リン酸（８５％ｗｔ）：水又はリン酸（８５％ｗｔ）：水。化学的ステップは、硫酸（９６％ｗｔ）、リン酸（８５％ｗｔ）および水の混合、または、リン酸（８５％ｗｔ）および１５％ｗｔの水の混合、から成る。以下のパラメータおよび状態が存在し、及び／又はセットされた。
−溶液中の混合比を維持するための濃度制御
−供給及び排出アルゴリズムが活用される
−熱窒化及び酸化膜を有する２００ｍｍのウエハ
−再循環およびろ過によって構成されたシステム
−浴温＝１６５℃
−テストの前に、ウエハは表面正常化のために洗浄する、希薄なＨＦまたはＳＣＩを通過する
【００５４】
エッチング速度の計測は、５ｍｍの端部除く４９点計測のラドルフ（Ｒｕｄｏｌｐｈ）Ｓ３００を使用して行った。長時間にわたって、窒化物のウエハのフルロットを処理することにより、窒化物の負荷効果がテストされる。
【００５５】
以下の制御方法が使用される：
−供給および排出：エッチング副生成物の影響を減少させること。既知量の溶液が排出され、既知量の化学薬品の供給が行われる。ユーザは、注入された化学物質および／または水の頻度と量をプログラムする。
−液体微粒子計測器：エッチング処理で生じる液体微粒子をモニターする。
−濃度センサー、例えば、ＮＩＲ、ＦＴ−ＮＩＲ：該システムは、硫酸、リン酸、および水の濃度をモニターする。ユーザは、設定値を選択し、システムは、調整のため正しい成分を注入することによって設定値を維持する。たとえば、特定された値より低くなると、システムは硫酸を注入する。
−調整された酸の供給（リン酸、および／または硫酸）
−調整された純水の供給
−化学物質の濃度センサー
−液体微粒子カウンタ
−制御アルゴリズム
【００５６】
上述の方法に続いて、ウエハは２つの異なるエッチング液を用いて処理される。１つの実験では、リン酸のみのエッチング液のための供給および排出アルゴリズムを用いてウエハは処理される。他の実験ではリン酸と硫酸の混合エッチング液のための供給および排出アルゴリズムを用いてウエハは処理される。
【００５７】
リン酸のみのエッチング例
図８は、本発明の一実施例に従った、リン酸のみのエッチング液のための供給および排出アルゴリズムを用いた、窒化ケイ素及び酸化ケイ素のエッチ速度の安定性を示したグラフである。図８に示すように、窒化物のエッチ速度は５０Ａ／分である。酸化物のエッチ速度が２．４７Ａである間、４００：１の選択性をもたらす。これは、従来の新鮮な硫酸溶液で通常得られるものより極めて高い。図８に示すように、いくつかのウエハが処理されるのとともに、酸化物のエッチ速度は減少し始める。いったん酸化物が許容範囲の下限に到達すると、供給／排出システムは溶液内に既知量のリン酸を注入するために動かされ、エッチ速度を必要なゼロ値にする。システムは供給／排出を続け、エッチ速度を平均〜−０．０８Ａ／分に維持する（または、理論上の無限の選択性）（マイナスのエッチ速度は仮想の膜堆積を示す）。
【００５８】
リン酸および硫酸の混合液のエッチング例
図９は、本発明の実施例に従った、リン酸及び硫酸の混合エッチング液のための供給および排出アルゴリズムを用いた、窒化ケイ素及び酸化ケイ素のエッチ速度の安定性を示したグラフである。図８で示したように、（ライン中の粒子計数によって示される）ケイ酸塩の既知濃度は、望ましい選択性を得るために維持される。これは、溶液（未使用の溶液）が最初に使用される時に“旬”であることを必要とする。ケイ酸塩を望ましい選択性を保証するレベルへ至らせるために、溶液内で擬似窒化物のウエハのバッチが処理された場合に、この問題を打開することができる。この処理は、これらのウエハを処理する時間を必要とし、従って、より実用性が低い。
【００５９】
この問題（旬）の他の打開策は、酸化物のエッチ速度を抑える化学物質をリン酸に注入することであり、それにより望ましい選択性がもたらされる。強力な酸化剤として硫酸はリン酸に加えられ、その結果は図９に示す。図９に示すように、酸化物のエッチ速度は、最初から最小である。加えて、酸化物のエッチ速度は、（窒化物のエッチングは常に一定であるが）減少傾向になく、最初から高い選択性をもたらす。供給、排出システムは、値を安定させるよう、ケイ酸塩の濃度（または粒子数）を維持するために既知量のリン（または硫黄）が加えられるのを可能とする。
【００６０】
一般的に、粒子洗浄システムは、全ての処理ステップの一部として導入される。この粒子除去ステップは、水酸化アンモニウム、過酸化水素、および水の混合物内でのウエハの処理から成るＳＣ１（Standard  Clean  １）であり、メガソニックによって補助される。このステップは、これらの汚染物質を除去するのにとても効果的であるが、汚染レベルが非常に高いと、粒子除去効果は減少する。
【００６１】
上述した両方の例において、溶液内の粒子レベルが最小レベルで維持されると、ウエハ上の粒子添加はまた、可能な低い値に維持される。結果は図１０に示す。図１０では、平均的な粒子添加はゼロ値に近い状態で維持される。これらの結果は図４で示されるものより良い。図４では、平均的な粒子増加は４０よりも大きい。加えて、リン酸（またはリン酸と硫酸の混合液）を用いた溶液の補給によって粒子数は安定した状態に維持されるので、粒子数の急増はない。
【００６２】
以上の議論は、単に本発明の典型的な実施例を開示し、説明するものにすぎない。当業者には理解されていることだが、本発明の精神および本質的な特徴から離れることなく、他の特定の形態で具体化されてもよい。特に、化学的構成および、または濃度比にかかわらず、使用されるエッチング液はどんな化学的構成であっても制限されず、いくつかのエッチング液の組み合わせで使用されることも可能である。加えて、本発明はさらに濃度制御だけ、粒子数制御だけ、または両方の組み合わせを実行するのに必要な能力を有するシステムと装置を含むことができる。それに応じて、本発明の開示は、制限されないが、本発明の範囲の例証を意図し、以下の特許請求の範囲に記述する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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