特許 6233564 基板処理装置および基板処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6233564

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】基板処理装置および基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/306 20060101AFI20171113BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/306 R

   H01L21/306 E

【請求項の数】13

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-184214(P2013-184214)

(22)【出願日】2013年9月5日

(65)【公開番号】特開2015-53333(P2015-53333A)

(43)【公開日】2015年3月19日

【審査請求日】2016年6月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100087701

【弁理士】

【氏名又は名称】稲岡 耕作

(74)【代理人】

【識別番号】100101328

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 実夫

(74)【代理人】

【識別番号】100137062

【弁理士】

【氏名又は名称】五郎丸 正巳

(72)【発明者】

【氏名】日野出 大輝

(72)【発明者】

【氏名】太田 喬

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０６６４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２１１７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２３３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０４７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０４８６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１７７９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１７２２２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４−２１／３０６３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０８

Ｈ０１Ｌ ２１／４６５−２１／４６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部が外部から密閉された密閉チャンバと、
前記密閉チャンバ内で、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を上面に含む基板を水平姿勢に保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板の上面にリン酸水溶液の液膜を形成するために、当該上面にリン酸水溶液を供給するリン酸供給手段と、
前記リン酸水溶液の液膜を加熱するためのリン酸液膜加熱手段と、
前記密閉チャンバ内を加圧するための加圧手段と、
前記リン酸液膜加熱手段および前記加圧手段を制御して、前記基板の上面に保持されている前記リン酸水溶液の液膜を加熱するリン酸液膜加熱ステップと、前記リン酸液膜加熱ステップに並行して、前記密閉チャンバ内を加圧する加圧ステップとを実行する制御手段とを含む、基板処理装置。

【請求項2】

前記基板の上面に水を供給するための水供給手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記水供給手段を制御して、前記リン酸水溶液の液膜の加熱に並行して、前記リン酸水溶液の液膜に水を供給させる水供給ステップを実行する、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記リン酸液加熱手段は、前記基板保持手段に保持されている基板の下方から当該基板を加熱する基板加熱手段を含む、請求項１または２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記制御手段は、前記基板の上面に保持されている基板の上面にリン酸水溶液を供給してパドル状のリン酸水溶液の液膜を形成する液膜形成ステップをさらに実行し、かつ前記リン酸液膜加熱ステップにおいて、基板の上面に保持されているパドル状の前記リン酸水溶液の液膜を加熱する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記制御手段は、前記密閉チャンバ内を所定圧に達するまで加圧した後に、前記リン酸水溶液の液膜の加熱を開始させる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記加圧手段による加圧時の前記密閉チャンバ内の気圧および前記リン酸水溶液加熱手段による加熱時の前記液膜の温度は、前記基板の上面に形成されるリン酸水溶液の液膜が沸騰することのない気圧および温度に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記密閉チャンバは、前記基板を前記内部空間に対して搬出入するための開口が形成されたカップ部と、当該カップ部の開口を閉塞可能な蓋部材と、前記蓋部材を昇降させる蓋部材昇降機構とを含み、
前記蓋部材昇降機構は、前記蓋部材が下降し前記密閉チャンバの内部空間が外部から密閉された閉状態と、前記蓋部材が上昇し前記密閉チャンバの内部空間が外部に開放された開状態との間で前記蓋部材を昇降させる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記リン酸供給手段は、前記蓋部材昇降機構により前記密閉チャンバの内部空間が外部に開放された状態で、前記基板保持手段に保持された前記基板の上面にリン酸水溶液の液膜を形成し、
前記加圧手段は、前記蓋部材昇降機構により前記密閉チャンバの内部空間が外部から密閉された状態で前記液膜が加圧されるように、前記密閉チャンバ内を加圧する、請求項７に記載の基板処理装置。

【請求項9】

密閉チャンバ内で基板保持手段に水平姿勢に保持された基板の上面であって、当該基板の上面にシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜が含まれた基板の上面にリン酸水溶液の液膜を形成するために、当該上面にリン酸水溶液を供給するリン酸供給ステップと、
前記リン酸水溶液の液膜を加熱するリン酸液膜加熱ステップと、
前記リン酸液膜加熱ステップに並行して実行され、前記密閉チャンバ内を加圧する加圧ステップとを含む、基板処理方法。

【請求項10】

前記リン酸供給ステップは、パドル状のリン酸水溶液の液膜を形成するステップを含み、
前記リン酸液膜加熱ステップは、基板の上面に保持されているパドル状の前記リン酸水溶液の液膜を加熱するステップを含む、請求項９に記載の基板処理方法。

【請求項11】

前記リン酸液膜加熱ステップに並行して実行され、前記リン酸水溶液の液膜に水を供給する水供給ステップをさらに含む、請求項９または１０に記載の基板処理方法。

【請求項12】

前記加圧ステップによる加圧により前記密閉チャンバ内を所定圧にまで達した後に、前記リン酸液膜加熱ステップの実行を開始する、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項13】

前記リン酸供給ステップにより前記基板の上面に前記リン酸水溶液の液膜が形成された後に、前記加圧ステップを開始する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リン酸水溶液を用いて基板の表面を処理するための基板処理装置および基板処理方法に関する。処理対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。

【背景技術】

【0002】

半導体装置や液晶表示装置などの製造工程では、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）とが形成された基板の表面にエッチング液としての高温のリン酸水溶液を供給して、シリコン窒化膜を選択的に除去するエッチング処理が必要に応じて実行される。特許文献１には、沸点付近のリン酸水溶液をスピンチャックに保持されている基板に供給する枚葉式の基板処理装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−０７４６０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の基板処理装置では、１００℃以上の高温のリン酸水溶液が基板に供給されるので、リン酸水溶液中から水分が徐々に蒸発する。その際、リン酸水溶液中で２Ｈ_３ＰＯ_４→Ｈ_４Ｐ_２Ｏ_７＋Ｈ_２Ｏの反応がおこり、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）からピロリン酸（pyrophosphoric acid：Ｈ_４Ｐ_２Ｏ_７）が生成される。このピロリン酸は、シリコン酸化膜と反応する性質を有しており、ＳｉＯ_２＋Ｈ_４Ｐ_２Ｏ_７→Ｈ_２ＳｉＰ_２Ｏ_８＋Ｈ_２Ｏの反応が起こってシリコン酸化膜をエッチングする。

【0005】

エッチング選択比（シリコン窒化膜のエッチング量／シリコン酸化膜のエッチング量）の値を高めるには、シリコン窒化膜のみをエッチングし、シリコン酸化膜はエッチングせずできるだけ多く残存させることが必要である。しかし、前記のピロリン酸が発生すると残存させたいシリコン酸化膜もエッチングされてしまうため、エッチング選択比を高くすることができない。

【0006】

そこで、本発明の目的は、リン酸エッチングにおいて、エッチングレート（単位時間当たりのシリコン窒化膜のエッチング量）を高めるとともに、エッチング選択比の低下を抑制できる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、内部が外部から密閉された密閉チャンバ（３）と、前記密閉チャンバ内で、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を上面に含む基板（Ｗ）を水平姿勢に保持する基板保持手段（４）と、前記基板保持手段に保持されている基板の上面にリン酸水溶液の液膜（６０）を形成するために、当該上面にリン酸水溶液を供給するリン酸供給手段（３５）と、前記リン酸水溶液の液膜を加熱するためのリン酸液膜加熱手段（２４）と、前記密閉チャンバ内を加圧するための加圧手段（５０）と、前記リン酸液膜加熱手段および前記加圧手段を制御して、前記基板の上面に保持されている前記リン酸水溶液の液膜を加熱するリン酸液膜加熱ステップと、前記リン酸液膜加熱ステップに並行して、前記密閉チャンバ内を加圧する加圧ステップとを実行する制御手段（５５）とを含む、基板処理装置（１）である。

【0008】

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。以下、この項において同じ。
この構成によれば、基板保持手段により水平姿勢に保持されている基板の上面にリン酸水溶液が供給され、基板の上面にリン酸水溶液の液膜が形成される。リン酸水溶液の液膜は、リン酸液膜加熱手段により加熱され、昇温させられる。これにより、リン酸水溶液のシリコン窒化膜に対する反応速度が高められる結果、エッチングレート（単位時間当たりのシリコン窒化膜のエッチング量）を高めることができる。

【0009】

また、リン酸水溶液の液膜の加熱に並行して、密閉チャンバ内の加圧が実行される。密閉チャンバ内が加圧されることにより、基板の上面に供給されたリン酸水溶液中に含まれる水の沸点を上昇させることができる。したがって、リン酸水溶液が１００℃以上の高温に昇温させられても、リン酸水溶液からの水の蒸発を抑制できる結果、リン酸からピロリン酸が生成されること（つまり、リン酸水溶液中で２Ｈ_３ＰＯ_４→Ｈ_４Ｐ_２Ｏ_７＋Ｈ_２Ｏの反応がおこること）を抑制できる。これにより、シリコン酸化膜のエッチング量を抑制することができる。その結果、エッチング選択比（シリコン窒化膜のエッチング量／シリコン酸化膜のエッチング量）の値を高くすることができる。

【0010】

請求項２に記載の発明は、前記基板の上面に水を供給するための水供給手段（４５）をさらに含み、前記制御手段は、前記水供給手段を制御して、前記リン酸水溶液の液膜の加熱に並行して、前記リン酸水溶液の液膜に水を供給させる水供給ステップを実行する、請求項１に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、リン酸水溶液の液膜の加熱に並行してリン酸水溶液の液膜に水が供給される。そのため、リン酸水溶液の液膜に含まれる水分量が増加する。これにより、リン酸水溶液中でＨ_４Ｐ_２Ｏ_７＋Ｈ_２Ｏ→２Ｈ_３ＰＯ_４の反応が起こり、リン酸水溶液中のピロリン酸をリン酸に変える反応を促進することができる。その結果、エッチング選択比の低下をより一層抑制できる。

【0011】

請求項３に記載の発明は、前記リン酸液加熱手段は、前記基板保持手段に保持されている基板の下方から当該基板を加熱する基板加熱手段（２４）を含む、請求項１または２に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、基板が、基板加熱手段によって下方側から加熱される。これにより、リン酸によるシリコン窒化膜のエッチングレートを向上させることができる。また、基板の上面とリン酸水溶液とが接する基板界面は界面以外の領域よりも極めて高温となり水分の蒸発によりピロリン酸が発生しやすい状態となる。しかし、基板界面以外の領域から基板界面への水分の補給により一旦発生したピロリン酸がリン酸に戻されるため、ピロリン酸によるシリコン酸化膜のエッチングを抑制することができる。

【0012】

このように基板界面温度を高めることにより、シリコン窒化膜のエッチングレートだけでなく、エッチング選択比も改善することができる。
請求項４に記載のように、前記制御手段は、前記基板の上面に保持されている基板の上面にリン酸水溶液を供給してパドル状のリン酸水溶液の液膜を形成する液膜形成ステップをさらに実行し、かつ前記リン酸液膜加熱ステップにおいて、基板の上面に保持されているパドル状の前記リン酸水溶液の液膜を加熱するようにしてもよい。
請求項５に記載の発明は、前記制御手段は、前記密閉チャンバ内を所定圧に達するまで加圧した後に、前記リン酸水溶液の液膜の加熱を開始させる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理装置である。

【0013】

この構成によれば、密閉チャンバ内を所定圧に達するまで加圧した後に、リン酸水溶液の液膜の加熱が実行される。換言すると、密閉チャンバ内が十分な高圧になってから、リン酸水溶液の液膜の加熱が開始される。そのため、リン酸水溶液の液膜の加熱の全期間に亘って、当該液膜に含まれる水の蒸発を抑制できる。その結果、リン酸水溶液中の水が蒸発してリン酸からピロリン酸が生成されることを効果的に抑制できる。

【0014】

請求項６に記載の発明のように、前記加圧手段による加圧時の前記密閉チャンバ内の気圧および前記リン酸水溶液加熱手段による加熱時の前記液膜の温度は、前記基板の上面に形成されるリン酸水溶液の液膜が沸騰することのない気圧および温度に設定されていることが好ましい。
請求項７に記載の発明は、前記密閉チャンバは、前記基板を前記内部空間に対して搬出入するための開口が形成されたカップ部と、当該カップ部の開口を閉塞可能な蓋部材と、前記蓋部材を昇降させる蓋部材昇降機構とを含み、前記蓋部材昇降機構は、前記蓋部材が下降し前記密閉チャンバの内部空間が外部から密閉された閉状態と、前記蓋部材が上昇し前記密閉チャンバの内部空間が外部に開放された開状態との間で前記蓋部材を昇降させる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理装置である。

【0015】

この構成によれば、蓋部材は、蓋部材昇降機構により、蓋部材が下降して内部空間が外部から密閉された閉状態と、蓋部材が上昇し密閉チャンバの内部空間が外部に開放された開状態との間で昇降可能に設けられている。そのため、密閉チャンバを開状態にすることにより、密閉チャンバ内に対する基板の搬出入を良好に行うことができ、また、密閉チャンバを閉状態にすることにより、当該密閉チャンバの内部空間を密閉状態に維持できる。

【0016】

請求項８に記載の発明のように、前記リン酸供給手段は、前記蓋部材昇降機構により前記密閉チャンバの内部空間が外部に開放された状態で、前記基板保持手段に保持された前記基板の上面にリン酸水溶液の液膜を形成し、前記加圧手段は、前記蓋部材昇降機構により前記密閉チャンバの内部空間が外部から密閉された状態で前記液膜が加圧されるように、前記密閉チャンバ内を加圧してもよい。

【0017】

請求項９に記載の発明は、密閉チャンバ（３）内で基板保持手段（４）に水平姿勢に保持された基板（Ｗ）の上面であって、当該基板の上面にシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜が含まれた基板の上面にリン酸水溶液の液膜（６０）を形成するために、当該上面にリン酸水溶液を供給するリン酸供給ステップと、前記リン酸水溶液の液膜を加熱するリン酸液膜加熱ステップと、前記リン酸液膜加熱ステップに並行して実行され、前記密閉チャンバ内を加圧する加圧ステップとを含む、基板処理方法である。

【0018】

この発明の方法によれば、請求項１の発明に関して述べた効果と同様な効果を奏することができる基板処理方法を提供することができる。
請求項１０に記載のように、前記リン酸供給ステップは、パドル状のリン酸水溶液の液膜を形成するステップを含み、前記リン酸液膜加熱ステップは、基板の上面に保持されているパドル状の前記リン酸水溶液の液膜を加熱するステップを含んでいてもよい。
また、請求項１１に記載のように、前記リン酸液膜加熱ステップに並行して実行され、前記リン酸水溶液の液膜に水を供給する水供給ステップをさらに含んでいてもよい。
請求項１２に記載の発明は、前記加圧ステップによる加圧により前記密閉チャンバ内を所定圧にまで達した後に、前記リン酸液膜加熱ステップの実行を開始する、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の基板処理方法である。

【0019】

この発明の方法によれば、請求項５の発明に関して述べた効果と同様な効果を奏することができる基板処理方法を提供することができる。
また、請求項１３に記載の発明のように、前記リン酸供給ステップにより前記基板の上面に前記リン酸水溶液の液膜が形成された後に、前記加圧ステップを開始してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を示す模式的な断面図である。

【図2】図１に示す基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図3】図１に示す基板処理装置によるエッチング処理の処理例を示すフローチャートである。

【図4】図３に示す処理例の主要な工程を説明するためのタイムチャートである。

【図5A-5B】図３に示す処理例の一工程を説明するための図解的な図である。

【図5C-5D】図５Ｂに次いで実行される工程を説明するための図解的な図である。

【図5E-5F】図５Ｄに次いで実行される工程を説明するための図解的な図である。

【図5G】図５Ｆに次いで実行される工程を説明するための図解的な図である。

【図6】図１に示す内部空間の気圧および加熱温度の第１の設定方法を示すフローチャートである。

【図7】図６に示す第１の設定方法の気圧とリン酸水溶液の沸点との関係を示すグラフである。

【図8】図１に示す内部空間の気圧および加熱温度の第２の設定方法を示すフローチャートである。

【図9】図８に示す第２の設定方法の気圧とリン酸水溶液の沸点との関係を示すグラフである。

【図10】図１に示す内部空間の気圧および加熱温度の第３の設定方法を示すフローチャートである。

【図11】図１０に示す第３の設定方法の気圧とリン酸水溶液の沸点との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１の構成を示す模式的な断面図である。
基板処理装置１は、基板の一例としての円形の半導体ウエハ（以下、単に「ウエハＷ」という）におけるデバイス形成領域側の表面（上面）に対して、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）のエッチング処理を施すための枚葉型の装置である。このエッチング処理は、ウエハＷの表面から、シリコン窒化膜を選択的にエッチングするための処理であり、エッチング液としてリン酸水溶液が用いられる。

【0022】

図１に示すように、基板処理装置１は、隔壁（図示せず）により区画された処理室６内に、１枚のウエハＷを水平に保持して回転させるスピンチャック４（基板保持手段）と、処理室６内で、スピンチャック４を収容し、内部に密閉空間を形成可能な密閉カップ３（密閉チャンバ）と、スピンチャック４に保持されているウエハＷの下面に対向配置され、ウエハＷを下方から加熱するためのホットプレート２４（基板加熱手段）とを備えている。

【0023】

基板処理装置１は、さらに、スピンチャック４に保持されているウエハＷの表面にリン酸水溶液を供給するためのリン酸供給機構３５（リン酸供給手段）と、スピンチャック４に保持されているウエハＷの表面にリンス液を供給するためのリンス液供給機構４０と、スピンチャック４に保持されているウエハＷの表面にＤＩＷ（脱イオン水）を供給するためのＤＩＷ供給機構４５（水供給手段）と、密閉カップ３の内部空間２に窒素ガスを供給して、当該内部空間２を加圧するための窒素ガス供給機構５０（加圧手段）とを備えている。

【0024】

スピンチャック４は、この実施形態では、挟持式のものが採用されている。スピンチャック４は、鉛直に延びる筒状の回転軸１８と、回転軸１８の上端に水平姿勢に取り付けられた円板状のスピンベース１９と、スピンベース１９に等間隔で配置された複数個（少なくとも３個。たとえば６個）の挟持部材２０と、回転軸１８に連結された回転駆動機構２１を備えている。

【0025】

各挟持部材２０は、側面視Ｌ形の支持アーム２５の先端に、ウエハＷの周縁部を挟持するための挟持ピン２６を下向きに配設して構成されている。複数の挟持ピン２６には、挟持ピン駆動機構２７が結合されている。挟持ピン駆動機構２７は、複数の挟持ピン２６を、ウエハＷの周縁部と当接してウエハＷを挟持することができる挟持位置と、この挟持位置よりもウエハＷの径方向外方の開放位置とに導くことができるようになっている。スピンチャック４は、各挟持ピン２６をウエハＷの周縁部に当接させて挟持することにより、ウエハＷがスピンチャック４に強固に保持される。

【0026】

なお、挟持部材として、挟持部材２０に代えて、上向きの挟持ピン（下側が支持された挟持ピン）を有する挟持部材を採用することもできる。
回転駆動機構２１は、たとえば電動モータである。挟持部材２０によって保持されたウエハＷは、回転駆動機構２１からの回転駆動力が回転軸１８に伝えられることにより、ウエハＷの中心を通る鉛直な回転軸線Ｌまわりにスピンベース１９と一体的に回転させられる。

【0027】

ホットプレート２４は、たとえば水平平坦な表面を有する円板状に形成されており、ウエハＷの外径と同等の外径を有している。ホットプレート２４は、円形を有する表面（上面）が、スピンチャック４に保持されたウエハＷの下面に対向している。ホットプレート２４は、スピンベース１９の上面と、スピンチャック４に保持されるウエハＷの下面との間に水平姿勢で配置されている。ホットプレート２４は、セラミックや炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いて形成されており、その内部にヒータ３２が埋設されている。ヒータ３２の加熱によりホットプレート２４全体が温められて、ホットプレート２４がウエハＷを加熱するように機能する。ホットプレート２４の上面の全域において、ヒータ３２のオン状態における当該上面の単位面積当たりの発熱量は均一に設定されている。ホットプレート２４は、スピンベース１９および回転軸１８を上下方向に貫通する貫通穴３０を回転軸線Ｌに沿って鉛直方向（スピンベース１９の厚み方向）に挿通する支持ロッド３１により支持されている。

【0028】

貫通孔３０の内壁には複数のシール３１ａが上下方向に適宜の間隔をあけて配設され、貫通孔３０の内部で支持ロッド３１を支持するとともに、密閉カップ３の内部空間２を処理室６における密閉カップ３外の空間から遮断（密閉）している。シール３１ａは例えば磁気流体シールである。シール３１は支持ロッド３１を、貫通穴３０においてスピンベース１９または回転軸１８から離隔させている。支持ロッド３１の下端は、スピンチャック４の下方の周辺部材に固定され、これにより、支持ロッド３１が姿勢保持されている。このように、ホットプレート２４がスピンチャック４に支持されていないので、ウエハＷの回転中であっても、ホットプレート２４は回転せずに静止（非回転状態）している。

【0029】

支持ロッド３１には、ホットプレート２４を昇降させるためのヒータ昇降機構３４が結合されている。ホットプレート２４は、ヒータ昇降機構３４により水平姿勢を維持したまま昇降される。ヒータ昇降機構３４は、たとえばボールねじやモータによって構成されている。ホットプレート２４は、ヒータ昇降機構３４の駆動により、スピンチャック４に保持されたウエハＷの下面から離間する下位置（図５Ａ等参照）と、スピンチャック４に保持されたウエハＷの下面に微小間隔を隔てて接近する上位置（図５Ｅ等参照）との間で昇降させられる。

【0030】

ホットプレート２４の上面が上位置にある状態で、スピンチャック４に保持されたウエハＷの下面とホットプレート２４の上面との間の間隔は、たとえば３．０ｍｍ程度に設定されている。このように、ホットプレート２４とウエハＷとの間隔を変更させることができ、これにより、ホットプレート２４がウエハＷに与える熱量を調整することができる。
リン酸供給機構３５は、リン酸ノズル３６を含む。リン酸ノズル３６は、たとえば連続流の状態で液を吐出するストレートノズルによって構成されていて、その吐出口を、ウエハＷの表面中央部に向けた状態で、処理室６内の密閉カップ３の外側に固定的に配置されている。リン酸ノズル３６には、リン酸水溶液供給源から沸点（たとえば約１４０℃）近くのリン酸水溶液が供給されるリン酸配管３７が接続されている。リン酸配管３７には、リン酸配管３７を開閉するためのリン酸バルブ３８が介装されている。リン酸バルブ３８が開かれると、リン酸配管３７からリン酸ノズル３６にリン酸水溶液が供給され、また、リン酸バルブ３８が閉じられると、リン酸配管３７からリン酸ノズル３６へのリン酸水溶液の供給が停止される。

【0031】

なお、この実施形態では、リン酸ノズル３６は、処理室６内の密閉カップ３の外側に固定的に配置されている例を示しているが、リン酸ノズル３６は、必ずしも処理室６内の密閉カップ３の外側に固定的に配置されている必要はなく、たとえば、スピンチャック４の上方において水平面内で揺動可能なアームに取り付けられて、このアームの揺動によりウエハＷの表面におけるリン酸水溶液の着液位置がスキャンされる、いわゆるスキャンノズルの形態が採用されてもよい。

【0032】

リンス液供給機構４０は、リンス液ノズル４１を含む。リンス液ノズル４１は、たとえば連続流の状態で液を吐出するストレートノズルによって構成されていて、その吐出口を、ウエハＷの表面中央部に向けた状態で、処理室６内の密閉カップ３の外側に固定的に配置されている。リンス液ノズル４１には、リンス液供給源からリンス液が供給されるリンス液配管４２が接続されている。リンス液配管４２には、リンス液配管４２を開閉するためのリンス液バルブ４３が介装されている。リンス液バルブ４３が開かれると、リンス液配管４２からリンス液ノズル４１にリンス液が供給され、また、リンス液バルブ４３が閉じられると、リンス液配管４２からリンス液ノズル４１へのリンス液の供給が停止される。リンス液は、たとえばＤＩＷであるが、ＤＩＷに限らず、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水および希釈濃度（たとえば、１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水のいずれかであってもよい。

【0033】

なお、リンス液ノズル４１についても、リン酸ノズル３６の場合と同様に、必ずしも処理室６内の密閉カップ３の外側に固定的に配置されている必要はなく、いわゆるスキャンノズルの形態が採用されてもよい。
密閉カップ３は、上面に円形の開口５を有し、略円筒の有底容器状をなすカップ１０と、開口５を開閉するための蓋部材１１とを備えている。蓋部材１１がカップ１０の開口５を閉塞した状態で、密閉カップ３の内部空間２が外部から密閉される。

【0034】

カップ１０は、略円板状の底壁部１４と、底壁部１４の周縁部から上方に立ち上がる周壁部１５とを一体的に含む隔壁１３を備えている。周壁部１５は、スピンチャック４の周囲を取り囲んでいる。底壁部１４は、周壁部１５により取り囲まれた領域を下側から閉塞している。底壁部１４の中央部には、スピンチャック４の回転軸１８を挿通させるための挿通穴１４ａが形成されている。回転軸１８の外周面における当該挿通穴１４ａと対応する位置には、円環状の第１シール部材９が固定的に配置されている。

【0035】

第１シール部材９は、回転軸１８が底壁部１４と接触することなく回転軸線Ｌ周りに回転可能となるように、回転軸１８の外周面と底壁部１４の挿通穴１４ａとをシールしている。第１シール部材９の一例としては磁性流体シールが挙げられる。つまり、カップ１０（密閉カップ３）は、回転軸１８と一体的に回転しない構造となっている。また、第１シール部材９により、密閉カップ３の内部空間２を、処理室６における密閉カップ３外の空間から遮断（密閉）することができる。

【0036】

周壁部１５の周囲には、スピンチャック４に保持されたウエハＷから飛び散るエッチング液を捕獲するための捕獲用カップ（図示せず）が配設され、当該捕獲用カップは機外の廃液設備（図示せず）に接続されている。
蓋部材１１は、ウエハＷよりもやや大径の略円板状をなし、スピンチャック４の上方において、ほぼ水平な姿勢で配置されている。蓋部材１１は、その中心がウエハＷの回転軸線Ｌ上に位置するように配置されている。蓋部材１１の周縁部には、当該周縁部から下方に垂下する円筒状の鍔部１６が形成されている。鍔部１６の下面は、カップ１０の周壁部１５の上面に対向している。蓋部材１１は、カップ１０の開口５をスピンチャック４の上側から閉塞可能に構成されている。蓋部材１１の鍔部１６の下端面には、第２シール部材１２が固定的に配置されている。第２シール部材１２は、たとえばシール環である。第２シール部材１２は、たとえば樹脂製の弾性材料を用いて形成されている。

【0037】

蓋部材１１には、蓋部材１１をカップ１０に対して昇降させるための蓋部材昇降機構１７が取り付けられている。蓋部材昇降機構１７の駆動により、蓋部材１１は、蓋部材１１がカップ１０の開口５を閉塞する閉位置（図１に示す位置）と、蓋部材１１がカップ１０から所定の間隔を隔てて離間する開位置（図５Ａに示す位置）との間で昇降可能となる。蓋部材１１が閉位置にある状態（以下、この状態を、「閉状態」という。）で、蓋部材１１の鍔部１６の下端面に配置された第２シール部材１２が、その周方向全域において、カップ１０の周壁部１５の上端面に当接し、これにより、カップ１０と蓋部材１１との間を上下にシールできる。この閉状態では、密閉カップ３の内部空間２が、処理室６における密閉カップ３外の空間から遮断（密閉）される。

【0038】

なお、密閉カップ３において第１シール部材９および第２シール部材１２を設け、これにより内部空間２内の密閉状態を維持している。しかし、窒素ガス供給機構５０が十分な供給容量を有していれば、密閉カップ３に第１シール部材９および第２シール部材１２がなく、密閉カップ３が密閉されていなくても、密閉カップ３の内部空間２を加圧状態に遷移させることができる。したがって、密閉カップ３に第１シール部材９および第２シール部材１２は必須の構成ではなく、第１シール部材９および第２シール部材１２を省略することも可能である。

【0039】

ＤＩＷ供給機構４５は、ＤＩＷノズル４６を含む。ＤＩＷノズル４６は、密閉カップ３の蓋部材１１の中心部に固定的に取り付けられており、当該中心部を、鉛直方向に挿通するように延びている。ＤＩＷノズル４６には、ＤＩＷ供給源からＤＩＷが供給されるＤＩＷ配管４７が接続されている。ＤＩＷ配管４７には、ＤＩＷ配管４７を開閉するためのＤＩＷバルブ４８が介装されている。ＤＩＷバルブ４８が開かれると、ＤＩＷ配管４７からＤＩＷノズル４６に供給されたＤＩＷが、ＤＩＷノズル４６の下端に設定された吐出口から吐出される。ＤＩＷ配管４７に供給されるＤＩＷの流量は、ＤＩＷノズル４６の吐出口からＤＩＷが液滴として吐出される（滴下される）ような流量に設定されている。また、ＤＩＷバルブ４８が閉じられると、ＤＩＷ配管４７からＤＩＷノズル４６へのＤＩＷの供給が停止される。

【0040】

窒素ガス供給機構５０は、窒素ガスノズル５１を含む。窒素ガスノズル５１は、密閉カップ３の蓋部材１１の中心部に、ＤＩＷノズル４６に隣接して固定的に取り付けられており、当該中心部を、鉛直方向に挿通するように延びている。窒素ガスノズル５１には、窒素ガス供給源から窒素ガスが供給される窒素ガス配管５２が接続されている。窒素ガス配管５２には、窒素ガス配管５２を開閉するための窒素ガスバルブ５３が介装されている。窒素ガスバルブ５３が開かれると、窒素ガス配管５２から窒素ガスノズル５１に窒素ガスが供給され、また、窒素ガスバルブ５３が閉じられると、窒素ガス配管５２から窒素ガスノズル５１への窒素ガス供給が停止される。

【0041】

図２は、基板処理装置１の電気的構成を示すブロック図である。
基板処理装置１は、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置５５を備えている。制御装置５５には、蓋部材昇降機構１７、回転駆動機構２１、挟持ピン駆動機構２７、ヒータ３２、ヒータ昇降機構３４、リン酸バルブ３８、リンス液バルブ４３、ＤＩＷバルブ４８、窒素ガスバルブ５３等が制御対象として接続されている。

【0042】

図３は、図１に示す基板処理装置１によるエッチング処理の処理例を示すフローチャートである。
図３を参照すれば、基板処理装置１は、ウエハＷの表面にリン酸水溶液を供給して、シリコン窒化膜をリン酸エッチングするステップＳ１のリン酸エッチング処理と、ウエハＷの表面にリンス液を供給してウエハＷの表面に付着したリン酸を洗い流すステップＳ２のリンス処理と、ウエハＷを高速に回転させてウエハＷの表面に付着したリンス液を乾燥させるステップＳ３のスピンドライとを順に実行する。

【0043】

以下、図１〜図５Ｇを参照しつつ、基板処理装置１によるエッチング処理の処理例についてより具体的に説明する。
図４は、図３に示すステップＳ１のリン酸エッチング処理およびステップＳ２のリンス処理を説明するためのタイムチャートである。図５Ａ〜図５Ｇは、図３に示す処理例の一工程を説明するための図解的な図である。

【0044】

まず、リン酸によるエッチング処理を開始するに際して、制御装置５５は、搬送ロボット（図示せず）を制御して、その表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）が部分的に積層されたウエハＷを密閉カップ３内に搬入させる。密閉カップ３内に搬入されたウエハＷは、挟持ピン２６が開放位置から挟持位置に駆動するように挟持ピン駆動機構２７が制御されることにより、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜が形成された表面を上方に向けた状態で挟持ピン２６に挟持される。図５Ａに示すように、エッチング処理の開始時には、密閉カップ３の蓋部材１１は、カップ１０から所定の間隔を隔てて離間する開位置に配置されている。また、ホットプレート２４は、ウエハＷの下面から離間する下位置に配置されている。なお、このとき、ヒータ３２のオフ状態である。

【0045】

スピンチャック４にウエハＷが保持された後、制御装置５５は、回転駆動機構２１を制御して、ウエハＷを回転開始させる。ウエハＷは予め定める第１回転速度ω１（たとえば、２０ｒｐｍ）まで上昇され、その第１回転速度ω１に維持される。また、制御装置５５は、ヒータ３２を制御してヒータ３２をオン状態にする。ヒータ３２の発熱によりホットプレート２４の表面（上面）温度が予め定める所定の温度（たとえば、２００℃以上）まで昇温させられる。なお、ヒータ３２のオンによりホットプレート２４の表面は高温状態になるのであるが、ホットプレート２４が、下位置に配置されているので、ホットプレート２４からの熱によってウエハＷが過度に温められることはない。

【0046】

ウエハＷの回転開始から予め定める時間が経過すると、図５Ｂに示すように、制御装置５５は、リン酸バルブ３８を開いて、リン酸ノズル３６から高温のリン酸水溶液をウエハＷの表面中央部に向けて吐出させる（図３のステップＳ１：リン酸エッチング処理（リン酸供給ステップ））。このとき、ウエハＷは低速の第１回転速度ω１で回転しているため、ウエハＷの表面中央部に着液したリン酸水溶液は、ウエハＷの表面中央部からウエハＷの表面周縁部に拡がり、パドル状のリン酸水溶液の液膜６０が形成される。

【0047】

リン酸水溶液の供給開始から予め定める時間が経過すると、制御装置５５は、リン酸バルブ３８を閉じて、ウエハＷの表面へのリン酸水溶液の供給を停止する。
リン酸水溶液の供給停止に併せて、制御装置５５は、回転駆動機構２１を制御して、ウエハＷの回転速度を第１回転速度ω１から第１回転速度ω１よりも速い第２回転速度ω２（たとえば４０ｒｐｍ）に上昇させる。その後、ウエハＷの回転速度は、第２回転速度ω２に維持される。

【0048】

また、制御装置５５は、図５Ｃに示すように、蓋部材昇降機構１７を制御して、密閉カップ３の蓋部材１１を開位置（図５Ｂ参照）から閉位置（図５Ｃ参照）まで下降させる。これにより、蓋部材１１が閉位置に配置され、密閉カップ３が閉状態となる。この閉状態において、密閉カップ３の内部空間２は密閉状態になる。
密閉カップ３が閉状態に遷移させられると、制御装置５５は、図５Ｄに示すように、窒素ガスバルブ５３を開いて密閉カップ３の内部空間２に窒素ガスを供給する（加圧ステップ）。このとき、窒素ガスノズル５１から吐出された窒素ガスは、当該内部空間２に滞留するため、密閉カップ３内（内部空間２）は、継続的な窒素ガスの供給に伴って加圧される。これにより、密閉カップ３内の気圧は、大気圧（１０１３．２５ｈｐａ）よりも高い気圧に上昇させられる。この実施形態では、窒素ガスの供給の結果、密閉カップ３内の気圧がたとえば５８００ｈｐａ程度にまで達する。密閉カップ３内の気圧の上昇により、密閉カップ３内では、液体の沸点が上昇する。密閉カップ３内の気圧がたとえば５８００ｈｐａ程度にまで高まると、密閉カップ３内では、水の沸点がたとえば１６０℃程度にまで上昇する。なお、密閉カップ３内の気圧およびウエハＷの加熱温度は、使用するリン酸水溶液の濃度に基づいてリン酸水溶液の液膜の沸騰が防止できる限度で設定される。密閉カップ３内の気圧およびウエハＷの加熱温度の設定方法については後述する。

【0049】

密閉カップ３内の気圧が所望の高圧にまで上昇させられた後、制御装置５５は、図５Ｅに示すように、ヒータ昇降機構３４を制御して、ホットプレート２４が下位置（図５Ｄ参照）から上位置（図５Ｅ参照）まで上昇させる。また、制御装置５５は、図５Ｅに示すように、ＤＩＷバルブ４８を開き、ＤＩＷノズル４６からＤＩＷの液滴をウエハＷの表面上に、パドル状態のリン酸水溶液の液膜６０に向けて滴下させる。

【0050】

ホットプレート２４が上位置（図５Ｅ参照）に配置されることにより、上位置にあるホットプレート２４の表面からの熱輻射によりウエハＷが加熱される。ウエハＷは、たとえば約１６０℃まで昇温させられる。また、ウエハＷが高温に熱せられるから、ウエハＷの表面のリン酸水溶液の液膜６０も高温に昇温される。これにより、ウエハＷとの境界部分のリン酸水溶液にウエハＷの表面に近づくほど高くなる温度勾配が形成される結果、ウエハＷの表面とリン酸水溶液とが接する境界において、局所的には極めて高温（一例として約１６０℃）を実現することができる。

【0051】

また、リン酸水溶液の液膜６０へのＤＩＷの液滴の供給により、リン酸水溶液の液膜６０に含まれる水分の量が多くなる。しかも、前述のように密閉カップ３内は加圧されており、そのため、密閉カップ３内における水の沸点はたとえば１６０℃程度である。したがって、リン酸水溶液が１６０℃程度の高温にまで加熱されても、当該リン酸水溶液に含まれる水の蒸発を抑制できる。また、ステップＳ１のリン酸エッチング処理において、リン酸水溶液の液膜６０に含まれる水分の量を多く保つことができる。そして、リン酸水溶液の液膜に含まれる水分の量が多いから、リン酸水溶液の液膜６０においてＨ_４Ｐ_２Ｏ_７＋Ｈ_２Ｏ→２Ｈ_３ＰＯ_４の反応が促進される。

【0052】

次いで、予め定めるリン酸水溶液の液膜６０の加熱時間が経過すると、制御装置５５は、図５Ｆに示すように、窒素ガスバルブ５３およびＤＩＷバルブ４８を閉じて窒素ガスおよびＤＩＷの供給を停止させる。その後、制御手段５５は図示しないリーク手段により内部空間２内の雰囲気を外気に放出させることにより、内部空間２の気圧を大気圧まで下げる。また、制御装置５５は、蓋部材昇降機構１７を制御して、蓋部材１１の位置を閉位置（図５Ｄ参照）から開位置（図５Ｆ参照）まで上昇させる。また、制御装置５５は、ヒータ昇降機構３４を制御して、ホットプレート２４の位置を上位置（図５Ｄ参照）から下位置（図５Ｆ参照）まで下降させる。これにより、ホットプレート２４によるウエハＷの加熱は終了する。

【0053】

次いで、制御装置５５は、図５Ｇに示すように、回転駆動機構２１を制御して、ウエハＷの回転速度を第２回転速度ω２から第２回転速度ω２よりも高速の第３回転速度ω３（たとえば５００ｒｐｍ）まで上昇させる。また、制御装置５５は、リンス液バルブ４３を開いて、リンス液ノズル４１からウエハＷの表面中央部に向けてリンス液を吐出させる（図３のステップＳ２：リンス処理）。

【0054】

ウエハＷの表面に供給されたリンス液は、ウエハＷの回転遠心力によりウエハＷの表面中央部からウエハＷの表面周縁部に拡がる。これにより、リンス液は、ウエハＷの表面の全域に行き渡り、ウエハＷの表面に残留したリン酸水溶液を洗い流す。
予め定める洗浄時間が経過すると、制御装置５５は、リンス液バルブ４３を閉じて、ウエハＷの表面へのリンス液の供給を停止する。その後、制御装置５５は、回転駆動機構２１を制御して、ウエハＷの回転速度を第３回転速度ω３よりも高速の回転速度（たとえば１５００ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍ）に上昇させて、ウエハＷに付着しているリンス液を振り切って乾燥されるスピンドライ処理が行われる（図３のステップＳ３：スピンドライ）。

【0055】

ステップＳ３のスピンドライが実行された後、制御装置５５は、搬送ロボットを制御して、処理済みのウエハＷを密閉カップ３の内部空間２から搬出させる。
以上のように、この実施形態によれば、ウエハＷの表面に形成されたリン酸水溶液の液膜６０は、ホットプレート２４により加熱され、昇温させられる。これにより、リン酸水溶液のシリコン窒化膜に対する反応速度が高められる結果、エッチングレート（単位時間当たりのシリコン窒化膜のエッチング量）を高めることができる。

【0056】

また、リン酸水溶液の液膜６０の加熱に並行して、密閉カップ３の内部空間２の加圧が実行される。密閉カップ３の内部空間２が加圧されることによりウエハＷの表面に供給されたリン酸水溶液中に含まれる水の沸点を上昇（たとえば１６０℃近程度まで上昇）させることができる。したがって、リン酸水溶液が沸点近くの高温（たとえば、約１６０℃）に昇温させられても、リン酸水溶液からの水の蒸発を抑制できる結果、リン酸からピロリン酸が生成されること（つまり、リン酸水溶液中で２Ｈ_３ＰＯ_４→Ｈ_４Ｐ_２Ｏ_７＋Ｈ_２Ｏの反応がおこること）を抑制できる。これにより、シリコン酸化膜のエッチング量を抑制することができる。その結果、エッチング選択比（シリコン窒化膜のエッチング量／シリコン酸化膜のエッチング量）の値を高くすることができる。

【0057】

次に、密閉カップ３の内部空間２の気圧およびリン酸水溶液の液膜６０（図５Ｂ〜図５Ｅ参照）の加熱温度（以下、「加熱温度」と言う。）の設定方法について説明する。内部空間２の気圧および加熱温度は三通りの方法で設定することができる。図６は第１の設定方法、図８は第２の設定方法、図１０は第３の設定方法を示すフローチャートである。
図６は、内部空間２の気圧および加熱温度の第１の設定方法を示すフローチャートである。図７は、図６に示す第１の設定方法の気圧とリン酸水溶液の沸点との関係を示すグラフである。

【0058】

図７において、横軸は密閉カップ３の内部空間２の気圧（ｈｐａ）を表し、縦軸はリン酸水溶液の沸点温度（℃）を表している。なお、図７には、リン酸濃度が０％の溶液（純水）の曲線ａと、リン酸濃度８５％のリン酸水溶液の曲線ｂと、リン酸濃度９０％の曲線ｃとが例示的にプロットされている。図７には３本の曲線しか示されていないが、実際にはより多くのリン酸濃度の曲線をプロットすることが望ましい。

【0059】

まず、作業者は、図６に示すように、所望するエッチングレート等に基づいてこの基板処理装置１で使用するリン酸水溶液の濃度を決定する（ステップＳ１１）。
次に、作業者は、ステップＳ１１で決定されたリン酸水溶液の濃度に基づいて、当該濃度に対応する気圧・沸点曲線（例えば、図７に示す曲線ｂ）を選択する（ステップＳ１２）。

【0060】

次に、作業者は、密閉カップ３に適用する上限の気圧（以下、「上限気圧」という。）を密閉カップ３の耐圧性能等を考慮して決定し、気圧・沸点曲線にプロットする（ステップＳ１３）。ここでは例えば、上限気圧を５ｈｐａに決定する（ステップＳ１３）。
次に、作業者は、図７に示すグラフに基づいて、上限気圧（５ｈｐａ）の環境下において、リン酸水溶液の液膜６０が沸騰しない上限の温度（以下、「上限温度」という。）を設定する（ステップＳ１４）。上限温度は、ステップＳ１３において決定された上限気圧（５ｈｐａ）と曲線ｂとの交点Ｐ１０により求めることができる。図７に示す曲線ｂを参照することにより、上限気圧（５ｈｐａ）の環境下では、使用するリン酸濃度が８５％のとき、リン酸水溶液が約２１５℃以上で沸騰することが分かる。したがって、この例における上限温度は、約２１５℃となる。

【0061】

作業者は、この温度を最大圧力（５ｈｐａ）下での上限温度に設定し、ウエハＷ上のリン酸水溶液の液膜６０がこの温度以上に加熱されないように、ステップＳ１のリン酸エッチング処理時におけるホットプレート２４の温度やホットプレート２４とウエハＷとの間隔を設定する。これにより、リン酸水溶液の液膜６０が使用中に沸騰することを防止することができる。図７に図式的に示すと、交点Ｐ１０から垂直に降ろした直線Ｌ１０上でリン酸水溶液の液膜６０の温度を調整することになる。作業者は、直線Ｌ１０上で、リン酸水溶液からの水の蒸発を効果的に抑制できる温度を探索し、加熱温度を設定する（ステップＳ１５）。

【0062】

ウエハＷ上のリン酸水溶液の液膜６０の沸騰を防止しているのは、リン酸水溶液の液膜６０が沸騰していると、液膜６０の上方から滴下された液滴が液膜６０の表面ではじかれて液膜６０に液滴が良好に吸収されなくなるためである。また、液膜６０が沸騰していると、リン酸水溶液のエッチングレートが不安定となり、ウエハＷのエッチング均一性が損なわれるという問題も生じる。

【0063】

なお、リン酸エッチング処理をステップＳ１３で決定した上限気圧（５ｈｐａ）以下の気圧下で実施する場合には、作業者は、その気圧と曲線ｂとの交点Ｐ１１を改めて求め、交点Ｐ１１から垂直に降ろした直線Ｌ１１上で加熱温度を調整すればよい（ステップＳ１６）。
図８は、内部空間２の気圧および加熱温度の第２の設定方法を示すフローチャートである。図９は、図８に示す第２の設定方法の気圧とリン酸水溶液の沸点との関係を示すグラフである。なお、図９には、前述の図７と同様に、リン酸濃度が０％の溶液（純水）の曲線ａと、リン酸濃度８５％のリン酸水溶液の曲線ｂと、リン酸濃度９０％のリン酸水溶液の曲線ｃとが例示的にプロットされている。

【0064】

作業者は、所望するエッチングレート等に基づいてこの基板処理装置１で使用するリン酸水溶液の濃度を決定する（ステップＳ２１）。
次に、作業者は、ステップＳ２１で決定されたリン酸水溶液の濃度に基づいて、当該濃度に対応する気圧・沸点曲線（例えば、図９に示す曲線ｂ）を選択する（ステップＳ２２）。

【0065】

次に、作業者は、ホットプレート２４の加熱能力等を考慮してリン酸水溶液の液膜６０の上限温度を決定し、気圧・沸点曲線にプロットする（ステップＳ２３）。ここでは例えば、上限温度を２００℃に決定する。
次に、作業者は、上限温度（２００℃）の環境下において、リン酸水溶液が沸騰しない下限の気圧（以下、「下限気圧」という。）を設定する（ステップＳ２４）。下限気圧は、ステップ２３において決定された上限温度（２００℃）と曲線ｂとの交点Ｐ２０を求めるができる。図９に示す曲線ｂを参照することにより、上限温度（２００℃）の環境下では、使用するリン酸濃度が８５％のとき、リン酸水溶液が約３．５ｈｐａ以下の気圧で沸騰することが分かる。したがって、この例における下限気圧は、約３．５ｈｐａとなる。

【0066】

作業者はこの気圧を下限圧力に設定し、密閉カップ３内の内部空間２がこの気圧以下とならないように、窒素ガス供給機構５０の供給容量やステップＳ１のリン酸エッチング処理時における窒素ガスバルブ５３の開度を設定する。これによりリン酸水溶液の液膜６０が使用中に沸騰することを防止することができる。図９に図式的に示すと、作業者は、交点Ｐ２０から水平に伸ばした直線Ｌ２０上でリン酸水溶液からの水の蒸発を効果的に抑制できる気圧を探索し、使用する気圧に設定する（ステップＳ２５）。

【0067】

なお、リン酸エッチング処理をステップＳ２３で決定した上限温度（２００℃）以下の温度で実施する場合には、作業者は、その使用温度と曲線ｂとの交点Ｐ２１を改めて求め、交点Ｐ２１水平に伸ばした直線Ｌ２１上で気圧を調整すればよい（ステップＳ２６）。
図１０は、内部空間２の圧力および加熱温度の第３の設定方法を説明するフローチャートである。図１１は、図１０に示す第３の設定方法の気圧とリン酸水溶液の沸点との関係を示すグラフである。なお、図１１には、前述の図７と同様に、リン酸濃度が０％の溶液（純水）の曲線ａと、リン酸濃度８５％のリン酸水溶液の曲線ｂと、リン酸濃度９０％のリン酸水溶液の曲線ｃとが例示的にプロットされている。

【0068】

まず、作業者は、所望するエッチングレート等に基づいてこの基板処理装置１で使用するリン酸水溶液の濃度を決定する（ステップＳ３１）。
次に、作業者は、ステップＳ１１で決定されたリン酸水溶液の濃度に基づいて、当該濃度に対応する気圧・沸点曲線（例えば、図１１に示す曲線ｂ）を選択する（ステップＳ３２）。

【0069】

次に、作業者は、ホットプレート２４の加熱能力等を考慮してリン酸水溶液の液膜６０の上限温度を決定する。ここでは例えば、上限温度を２００℃に決定する（ステップＳ３３）。
次に、作業者は、密閉カップ３に適用する上限気圧を密閉カップ３の耐圧性能等を考慮して決定する。ここでは例えば、上限気圧を５ｈｐａに決定する（ステップＳ３４）。

【0070】

次に、作業者は、図１１に示す曲線ｂ上の任意の点よりも低温かつ低圧の点からなる領域であって、上限気圧（５ｈｐａ）よりも低圧で、かつ上限温度（２００℃）よりも低温の領域Ａを画定する（ステップＳ３５）。
作業者は、領域Ａの中でリン酸水溶液からの水の蒸発を効果的に抑制できる、気圧および加熱温度の組み合わせ（例えば点Ｐ３）を探索し、その気圧および加熱温度の組み合わせを、使用する気圧と加熱温度とに設定する（ステップＳ３６）。

【0071】

以上により、エッチングレートを高めるとともに、エッチング選択比の低下を抑制できる基板処理装置１および基板処理方法を提供することができる。
さらには、リン酸水溶液の液膜６０において、ウエハＷの表面との境界部分のリン酸水溶液に、ウエハＷの表面に近づくほど高くなる温度勾配が形成される。これにより、ウエハＷの表面とリン酸水溶液とが接する境界において、局所的には極めて高温（一例として約１６０℃）を実現することができる。しかも、このような境界においても、リン酸濃度は、当該境界以外の領域と同程度に低く維持されている。このような高温かつ低濃度のリン酸水溶液を、ウエハＷの表面に作用させることができる。その結果、エッチングレートを非常に高めることができ、同時にエッチング選択比を高くすることができる。

【0072】

また、密閉カップ３の内部空間２が十分な高圧になってから、リン酸水溶液の液膜６０の加熱が開始されるので、リン酸水溶液の液膜６０の加熱の全期間に亘って、当該液膜６０に含まれる水の蒸発を抑制できる。その結果、リン酸水溶液中の水が蒸発してリン酸からピロリン酸が生成されることを効果的に抑制できる。
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。

【0073】

たとえば、前述の実施形態では、ウエハＷの外径と同等の外径を有しているホットプレート２４の例について説明したが、ウエハＷの外径よりも大きい外径を有するホットプレート２４を採用してもよい。このような構成であれば、より確実に、ウエハＷの下面全域を加熱することができる。
また、ホットプレート２４に代えて、ウエハＷの上方側からリン酸水溶液の液膜６０を加熱するためのヒータを設けてもよい。この場合、ウエハＷの上方側からウエハＷの表面に対して赤外線を照射する赤外線ヒータであってもよい。赤外線ヒータを採用する場合、当該赤外線ヒータをウエハＷの表面に対向配置しつつ、ウエハＷの表面に沿って移動させることが好ましい。

【0074】

この場合には、ウエハＷの下方側にホットプレート２４を配置する必要がないので、スピンチャック４に代えて、ウエハＷの裏面を真空吸着することにより、ウエハＷを水平な姿勢で保持し、さらにその状態で回転軸線Ｌまわりに回転することによって、その保持したウエハＷを回転させる真空吸着式のスピンチャックが採用されてもよい。
また、前述の実施形態では、ＤＩＷの液滴をウエハＷの表面中央部に吐出（滴下）するためのＤＩＷ供給機構４５について説明したが、ＤＩＷ供給機構４５は、水の液滴を吐出（滴下）する多数の吐出口を有する多孔ノズルを含んでいてもよい。この場合、多数の吐出口のそれぞれからＤＩＷの液滴が吐出（滴下）されるので、ウエハＷの表面に形成されたリン酸水溶液の液膜６０に、ほぼ均一にＤＩＷを供給することができる。これにより、リン酸水溶液のリン酸濃度を均一に保つことができるので、ウエハＷの全域でエッチング選択比を一様に保つことができる。また、ＤＩＷ供給機構４５は、スプレー状のＤＩＷを噴射するスプレーノズルを含んでいてもよい。

【0075】

また、前述の実施形態では、リン酸水溶液がウエハＷに供給された後に、ホットプレート２４によるウエハＷの加熱が開始される場合について説明したが、リン酸水溶液がウエハＷに供給される前にホットプレート２４を上位置（図５Ｄに示す位置）に配置させて、ホットプレート２４によるウエハＷの加熱が開始されてもよい。この場合、ウエハＷが加熱されている状態で、リン酸水溶液がウエハＷに供給されるので、リン酸水溶液の温度を所定温度まで上昇させる時間を短縮できる。

【0076】

また、前述の実施形態では、処理室６内における密閉カップ３外に固定的に配置されたリン酸ノズル３６の例について説明したが、リン酸ノズル３６は、ＤＩＷノズル４６および窒素ガスノズル５１と同様に、密閉カップ３の蓋部材１１の中心部に固定的に取り付けられており、当該中心部を、鉛直方向に挿通するように延びている構成であってもよい。また、リンス液ノズル４１についても、処理室６内における密閉カップ３外に、固定的に配置されている必要はなく、ＤＩＷノズル４６および窒素ガスノズル５１と同様に、密閉カップ３の蓋部材１１の中心部に固定的に取り付けられており、当該中心部を、鉛直方向に挿通するように延びている構成であってもよい。

【0077】

また、前述の実施形態では、ウエハＷの表面にパドル状のリン酸水溶液の液膜６０を形成してステップＳ１のリン酸エッチング処理を実施する場合について説明したが、リン酸水溶液を貯留するための貯留槽を備えたスピンチャックを採用して、リン酸水溶液で満たされた貯留槽内にウエハＷを浸漬させた状態で、ステップＳ１のリン酸エッチング処理を実施してもよい。

【0078】

また、前述の実施形態では、処理室６内に、内部に密閉空間を形成可能な密閉カップ３を設け、密閉カップ３内で、ウエハＷにエッチング処理を施す場合を例に挙げて説明したが、処理室６全体が、密閉チャンバに形成されており、その内部が外部から密閉された構成が採用されていてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

【符号の説明】

【0079】

１ 基板処理装置
２ 内部空間（内部空間）
３ 密閉カップ（密閉チャンバ）
４ スピンチャック（基板保持手段）
２４ ホットプレート（基板加熱手段）
３５ リン酸供給機構（リン酸供給手段）
４５ ＤＩＷ供給機構（水供給手段）
５０ 窒素ガス供給機構（加圧手段）
５５ 制御装置（制御手段）
６０ リン酸水溶液の液膜
Ｗ ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A-5B】

【図5C-5D】

【図5E-5F】

【図5G】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】