6454611 基板処理システム及び基板処理方法

(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】6454611

(24)【登録日】2018年12月21日

(45)【発行日】2019年1月16日

(54)【発明の名称】基板処理システム及び基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/306 20060101AFI20190107BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20190107BHJP

   H01L 21/308 20060101ALI20190107BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/306 J

   H01L21/304 642A

   H01L21/304 648G

   H01L21/308 E

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-123461(P2015-123461)

(22)【出願日】2015年6月19日

(65)【公開番号】特開2017-11051(P2017-11051A)

(43)【公開日】2017年1月12日

【審査請求日】2017年10月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】309042864

【氏名又は名称】株式会社ジェイ・イー・ティ

(74)【代理人】

【識別番号】100137800

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 正義

(74)【代理人】

【識別番号】100148253

【弁理士】

【氏名又は名称】今枝 弘充

(74)【代理人】

【識別番号】100148079

【弁理士】

【氏名又は名称】梅村 裕明

(72)【発明者】

【氏名】庄盛 博文

(72)【発明者】

【氏名】木村 敦夫

【審査官】 宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０００７８０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−０９９１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０４８６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２５３８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２６６０３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加熱した水溶液からなる処理液に基板を浸漬することにより基板表面の被膜を除去する基板処理システムにおいて、
前記処理液が貯留され、前記処理液に基板が浸漬される処理槽と、
前記処理槽から排出される前記処理液を前記処理槽に戻す循環部と、
前記処理槽内の前記処理液が目的温度を保つように、前記処理液を加熱する処理液加熱部と、
前記処理槽を密閉する密閉部と、
前記処理槽の内部圧力を測定する圧力センサと、
前記圧力センサで測定される前記内部圧力に基づいて、前記処理槽内から外部へ排出される水蒸気の排気量を増減することによって、前記処理槽の内部圧力を大気圧よりも高い目的圧力に調節する圧力調節部と、
前記循環部を介して前記処理液に純水を連続的に加水するとともに、純水の加水量を前記圧力センサで測定される前記内部圧力に基づいて増減することにより、処理液の濃度を一定に調節する濃度調節部と
を備え、
前記処理槽には、複数枚の前記基板が配列されており、
前記圧力調節部は、前記処理槽に貯蔵された前記処理液の上方の槽内空間に複数枚の前記基板に沿って配され、一端が前記外部に連通した管状の排気部を有し、
前記排気部は、複数枚の前記基板の配列範囲に、前記水蒸気を吸引する複数の開口が形成されていることを特徴とする基板処理システム。

【請求項2】

前記圧力調節部は、前記排気部に接続された排気弁と、前記圧力センサで測定される前記内部圧力に基づいて、前記排気弁の開度を増減する排気制御部とを有することを特徴とする請求項１に記載の基板処理システム。

【請求項3】

前記基板は、表面にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが形成されたシリコンウエハであり、前記処理液は、リン酸水溶液であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理システム。

【請求項4】

前記圧力調節部は、前記内部圧力の変動状態に基づいて、前記水蒸気の排気量を増減することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の基板処理システム。

【請求項5】

加熱した水溶液からなる処理液に基板を浸漬することにより基板表面の被膜を除去する基板処理方法において、
処理槽内に貯留された前記処理液に基板を複数枚配列して浸漬する浸漬ステップと、
前記処理槽を密閉する密閉ステップと、
前記処理槽から排出される前記処理液を前記処理槽に戻す循環ステップと、
前記処理槽内の前記処理液を目的温度に保つように、前記処理液を加熱する処理液加熱ステップと、
前記処理槽内から外部へ排出される水蒸気の排気量を前記処理槽の内部圧力に応じて増減し、前記処理槽の内部圧力を大気圧よりも高い目的圧力に調節する圧力調節ステップと、
前記循環ステップによって循環される前記処理液に純水を連続的に加水するとともに、前記処理槽の内部圧力を測定し、純水の加水量を測定した前記内部圧力に基づいて増減することにより、処理液の濃度を調節する濃度調節ステップと
を有し、
前記圧力調節ステップは、前記処理槽に貯留された前記処理液の上方の槽内空間に複数枚の前記基板に沿って配され一端が前記外部に連通した管状の排気部の、複数枚の前記基板の配列範囲に形成された複数の開口から前記水蒸気を吸引し、吸引した前記水蒸気を前記外部へ排出することを特徴とする基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウエハなどの基板処理システム及び基板処理方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

基板上の被膜の一部を除去して所望とするパターンを形成したり、全部を除去したりするために、基板を処理槽内の処理液に浸漬してエッチングを行う基板処理システムが知られている（例えば特許文献１を参照）。半導体デバイスの製造プロセスにおいては、エッチングにより、シリコンウエハなどの基板上に形成されたシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）とのうちシリコン窒化膜の選択的な除去が多々行われている。シリコン窒化膜を除去する処理液としては、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）水溶液が多く利用されている。

【0003】

リン酸水溶液は、その性質上、シリコン窒化膜だけでなく、シリコン酸化膜も僅かであるがエッチングしてしまう。今日の半導体デバイスでは、微細なパターンが要求されるため、エッチング量を制御するためにエッチングレートを一定に保つこと、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との各エッチングレートの比率である選択比を一定に保つことが重要になる。エッチングレート、選択比を一定に保つ技術として、例えば、処理液が沸騰した状態となるように加熱しながら、周期的に一定の量の純水を処理液に加える手法が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−１５８２００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記のように、処理液を沸騰した状態に保ちながら処理液の濃度を一定に保つように、周期的に一定の量の純水を処理液に加えるようにしても、純水を加えた際の処理液の濃度、温度の変動が大きく、所期のエッチングレートや選択比が得られないことがある。また、処理液の濃度が変動し、所期のエッチングレートや選択比が得られない原因の１つとして大気圧の変化があることが分かってきた。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、所期のエッチングレートや選択比が得られ、安定した処理を行うことができる基板処理システム及び基板処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の基板処理システムは、加熱した水溶液からなる処理液に基板を浸漬することにより基板表面の被膜を除去する基板処理システムにおいて、前記処理液が貯留され、前記処理液に基板が浸漬される処理槽と、前記処理槽から排出される前記処理液を前記処理槽に戻す循環部と、前記処理槽内の前記処理液が目的温度を保つように、前記処理液を加熱する処理液加熱部と、前記処理槽を密閉する密閉部と、前記処理槽の内部圧力を測定する圧力センサと、前記圧力センサで測定される前記内部圧力に基づいて、前記処理槽内から外部へ排出される水蒸気の排気量を増減することによって、前記処理槽の内部圧力を大気圧よりも高い目的圧力に調節する圧力調節部と、前記循環部を介して前記処理液に純水を連続的に加水するとともに、純水の加水量を前記圧力センサで測定される前記内部圧力に基づいて増減することにより、処理液の濃度を一定に調節する濃度調節部とを備え、前記処理槽には、複数枚の前記基板が配列されており、前記圧力調節部は、前記処理槽に貯蔵された前記処理液の上方の槽内空間に複数枚の前記基板に沿って配され、一端が前記外部に連通した管状の排気部を有し、前記排気部は、複数枚の前記基板の配列範囲に、前記水蒸気を吸引する複数の開口が形成されているものである。

【0008】

また、本発明の基板処理方法は、加熱した水溶液からなる処理液に基板を浸漬することにより基板表面の被膜を除去する基板処理方法において、処理槽内に貯留された前記処理液に基板を複数枚配列して浸漬する浸漬ステップと、前記処理槽を密閉する密閉ステップと、前記処理槽から排出される前記処理液を前記処理槽に戻す循環ステップと、前記処理槽内の前記処理液を目的温度に保つように、前記処理液を加熱する処理液加熱ステップと、前記処理槽内から外部へ排出される水蒸気の排気量を前記処理槽の内部圧力に応じて増減し、前記処理槽の内部圧力を大気圧よりも高い目的圧力に調節する圧力調節ステップと、前記循環ステップによって循環される前記処理液に純水を連続的に加水するとともに、前記処理槽の内部圧力を測定し、純水の加水量を測定した前記内部圧力に基づいて増減することにより、処理液の濃度を調節する濃度調節ステップとを有し、前記圧力調節ステップは、前記処理槽に貯留された前記処理液の上方の槽内空間に複数枚の前記基板に沿って配され一端が前記外部に連通した管状の排気部の、複数枚の前記基板の配列範囲に形成された複数の開口から前記水蒸気を吸引し、吸引した前記水蒸気を前記外部へ排出するものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、密閉した処理槽の内部圧力に基づいて、水蒸気の排気量を調節して処理槽の内部圧力を大気圧よりも高い目的圧力に保つとともに、内部圧力に基づいて、循環する処理液に連続的に加える加水量を増減し、処理液を沸騰した状態に保って基板を処理する。これにより、処理液の濃度及び温度が高精度に一定に保たれるので、所期のエッチングレートや選択比で被膜の除去を行うことができ、安定した処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】基板処理システムの構成を示すブロック図である。

【図2】排気部の配置を示した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１に示す基板処理システム１０は、基板１１に形成された被膜を除去するものである。この例においては、基板１１は、シリコンウエハ（半導体基板）であり、この基板１１の表面に形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）とシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜）とのうちシリコン窒化膜を、処理液１２を用いて選択的に除去（エッチング）する除去処理を行う。処理液１２としては、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）を純水（脱イオン水）に溶解したリン酸水溶液を用いている。この処理液１２としては、リン酸水溶液に限定されるものではなく、除去すべき被膜に応じたものを適宜用いることができる。

【0012】

基板処理システム１０は、大別して基板処理装置１５と、周辺装置１６とから構成されている。基板処理装置１５は、処理槽１４と、この処理槽１４内に配された一対の吐出部１７、一対の排気部１８、圧力センサ１９、温度センサ２０、及び処理槽１４の上部に設けたカバー部材２１ａ、２１ｂ、モータ２２等で構成される。この基板処理システム１０では、処理槽１４の内部圧力Ｐａと処理液１２の濃度（リン酸水溶液中の溶質（リン酸）の割合）を一定に保ち、さらに処理液１２の沸騰状態を保つことによって、処理液１２を目的とする濃度（以下、目的濃度という）Ｃｓ、目的とする温度（以下、目的温度という）Ｔｓに保ち、その処理液１２で基板１１を処理するものである。

【0013】

処理槽１４は、処理液１２が貯留され、上部が開口した箱形状の槽本体２３と、この槽本体２３の外側に一体に設けられた外槽２４とを有している。槽本体２３内には、複数枚の基板１１が配置され、それら基板１１が処理液１２に浸漬される。各基板１１は、互いに表面を対向した状態で保持具２５に保持され、それぞれが起立した姿勢で、図１中において紙面と垂直な方向に槽本体２３内に配列される。槽本体２３は、その外面にヒータ２６が取り付けられており、ヒータ２６は槽本体２３の処理液１２を加熱する。

【0014】

一対の吐出部１７は、槽本体２３の底部に配置されている。各吐出部１７は、それぞれ複数の開口１７ａ（図２参照）が形成されている。この吐出部１７に処理液１２が供給されることによって、各開口１７ａから槽本体２３内に処理液１２が供給される。

【0015】

外槽２４には、槽本体２３の上部開口からオーバーフーローした処理液１２が流れ込む。この外槽２４の底部に排液口２４ａを設けてある。この排液口２４ａを介して、外槽２４に流れ込んだ処理液１２が循環部３１に排出される。

【0016】

密閉部としてのカバー部材２１ａ、２１ｂは、モータ２２によって駆動され、図１に示すように、処理槽１４の上部開口を気密に閉じた閉じ位置と、処理槽１４の上部開口を開放した開き位置との間で回転する。カバー部材２１ａ、２１ｂを開き位置として処理槽１４の開放された上部開口を通して、基板１１を処理槽１４内の槽本体２３内に配置し、また槽本体２３からの基板１１を処理槽１４の外に取り出す。

【0017】

基板１１の処理時には、カバー部材２１ａ、２１ｂを閉じ位置とし、処理槽１４を密閉する。これにより、後述するように加熱された処理液１２から発生する水蒸気によって処理槽１４の内部を加圧し、その内部圧力Ｐａを大気圧よりも高くして処理液１２の沸点を高くする。なお、処理液１２としてのリン酸水溶液のリン酸と水とは共沸しない。本例で着目する沸点は、処理液１２中の水の沸点であり、処理液１２の沸点とは処理液１２中の水の沸点を意味するものとして使用する。

【0018】

カバー部材２１ａ、２１ｂは、内部圧力Ｐａで開くことがないように、基板１１の処理時には閉じ位置でロックされる。また、カバー部材２１ａ、２１ｂと処理槽１４とによる気密性は、高いことが好ましいが、内部圧力Ｐａとして、大気圧力よりも高く設定される圧力（以下、目的圧力という）Ｐｓを得ることができればよい。また、気密性を有したチャンバ内に処理槽１４を配した構成としてもよい。

【0019】

処理槽１４の上部開口、すなわち処理槽１４（外槽２４）の外壁の上端は、処理槽１４内に貯留される処理液１２の液面よりも上方にしてある。これにより、貯留された処理液１２の液面の上方に、その液面、カバー部材２１ａ、２１ｂ及び処理槽１４の外壁で囲まれた空間（以下、槽内空間という）を形成している。この槽内空間には、一対の排気部１８と圧力センサ１９とを配してある。

【0020】

圧力センサ１９は、槽内空間の圧力、すなわち処理槽１４の内部圧力Ｐａを測定する。この圧力センサ１９は、測定した内部圧力Ｐａを排気制御部２７、加水制御部２８にそれぞれ送る。内部圧力Ｐａを測定する１つの目的は、大気圧の影響を受けることなく内部圧力Ｐａを一定にすることである。このため、圧力センサ１９が測定する内部圧力Ｐａは、変動する大気圧を基準とした相対な圧力ではなく、一定な圧力を基準にして測定する圧力、例えば絶対圧である。なお、排気部１８については後述する。

【0021】

温度センサ２０は、槽本体２３内に配されており、処理液１２の温度Ｔａを測定する。温度センサ２０で測定された温度Ｔａは、加熱制御部２９に送られ、処理液１２の加熱の制御に用いられる。

【0022】

周辺装置１６は、処理液１２を循環させる循環部３１、処理液１２を供給する処理液供給部３２等で構成されている。循環部３１は、処理槽１４から排出される処理液１２を処理槽１４に戻すものである。この循環部３１は、外槽２４の排液口２４ａと槽本体２３内の吐出部１７との間を繋ぐ配管３３と、配管３３の途中に接続されたダンパ３４、循環ポンプ３５、フィルタ３６、バブルカッタ３７で構成されている。また、配管３３の途中には、処理液加熱部を構成するインラインヒータ３８が接続されている。

【0023】

循環ポンプ３５は、排液口２４ａから排出された処理液１２を適当な圧力で吐出部１７に向けて送る。これにより、吐出部１７の各開口１７ａから処理液１２が槽本体２３内に吐出される。ダンパ３４は、循環ポンプ３５の上流側（排液口２４ａ側）に設けられている。このダンパ３４は、排液口２４ａから排出される処理液１２の排出量が変動しても、常に一定量の処理液１２を供給できるようにするためのものであり、排液口２４ａから排出された適当な量の処理液１２を貯めておき、貯められている処理液１２を循環ポンプ３５に供給する。

【0024】

循環ポンプ３５の下流側にインラインヒータ３８が接続されており、このインラインヒータ３８によって槽本体２３に供給する処理液１２を加熱する。インラインヒータ３８は、加熱制御部２９によって制御される。インラインヒータ３８の下流側にフィルタ３６、バブルカッタ３７が順番に接続されている。フィルタ３６は、処理液１２中のパーティクルを除去し、バブルカッタ３７は、処理液１２中の気泡を除去する。

【0025】

処理液供給部３２は、新規の処理液１２を供給するためのものであり、一定の濃度に調整された処理液１２が貯められた処理液タンク３２ａと供給バルブ３２ｂとで構成される。処理液タンク３２ａは、供給バルブ３２ｂを介して、循環ポンプ３５の上流側で配管３３に接続されている。槽本体２３に処理液１２を新規に貯留する場合には、供給バルブ３２ｂを開き、循環ポンプ３５によって圧送する。

【0026】

排気部１８、圧力センサ１９、排気制御部２７、排気弁４１は、圧力調節部を構成する。槽内空間に配された排気部１８は、複数の開口１８ａ（図２参照）が形成された管状となっている。排気弁４１は、処理槽１４の外側に設けられており、各排気部１８の一端が排気弁４１に接続され、この排気弁４１を介して処理槽１４の外部に連通している。また、排気弁４１には、排気ダクト（図示せず）が接続されている。処理槽１４の内部圧力Ｐａと処理槽１４の外側の圧力（排気ダクト側の圧力）との差により、処理槽１４内の水蒸気が排気部１８と排気弁４１を介して処理槽１４の外部に排出される。

【0027】

排気制御部２７は、圧力センサ１９で測定された内部圧力Ｐａに基づき、排気弁４１の開度を調節することで、処理槽１４の内部から排出される水蒸気量を増減する。これにより、大気圧に影響されることなく内部圧力Ｐａを一定な目的圧力Ｐｓに保たれるようにするとともに、処理液１２の沸点を高くする。目的圧力Ｐｓは、前述のように大気圧よりも高く設定されている。

【0028】

例えば、排気制御部２７は、内部圧力Ｐａの変動状態を監視しており、その変動状態に基づいて排気弁４１の開度を調節する。これにより、目的圧力Ｐｓに対して排気弁４１の開度が適切になるように調節する。より具体的には、例えば一定の期間ごとに、その期間中の内部圧力Ｐａの平均圧力と標準偏差とを求め、標準偏差が閾値を超えている場合は、平均圧力と目的圧力Ｐｓとの差に応じた調節量で排気弁４１の開度を増減する。平均圧力が目的圧力Ｐｓよりも高いときには、その差に応じて比例的に排気弁４１の開度を大きくし、低いときには、その差に応じて比例的に排気弁４１の開度を小さくする。標準偏差が所定値以下の場合には、排気制御部２７は、そのときの排気弁４１の開度を維持する。

【0029】

圧力センサ１９、加水制御部２８、純水供給部４３、給水弁４４とは、濃度調節部を構成している。純水供給部４３は、例えば純水（脱イオン水）を貯めたタンク等で構成されている。給水弁４４は、圧力センサ１９で測定された内部圧力Ｐａに基づく加水制御部２８の制御によって開度が調節され、加水すなわち処理液１２に対して純水を加える際の単位時間当たりに加える純水の量（以下、この単位時間当たりに加える純水の量を、加水量という）を調節する。この例では、フィルタ３６とバブルカッタ３７との間の配管３３を流れている処理液１２に対して加水する。

【0030】

加水制御部２８は、常に給水弁４４を開いた状態に維持しつつ、その開度を増減する。これにより、処理液１２に純水を連続的に加水しながら、その加水量を増減する。処理液１２に連続的に加水することで、加水による処理液１２の濃度の変化を小さく抑えている。このよう処理液１２のへの連続的な加水と、加水量の増減によって処理液１２の濃度の変動を抑えながら処理液１２の濃度を目的濃度Ｃｓに保つようにしている。なお、純水を加熱してから処理液１２に加水してもよい。

【0031】

この基板処理システム１０における内部圧力Ｐａは、大気圧、排気弁４１の開度、処理液１２の濃度、ヒータ２６から投入される熱エネルギーの大きさ等によって決まる圧力まで上昇する。ところで、内部圧力Ｐａは、処理液１２が沸騰することによって発生する水蒸気によって上昇ないし維持され、処理液１２の濃度が同じであれば内部圧力Ｐａが高いほど処理液１２の沸点が高くなる。さらに、周知のように、同じ内部圧力Ｐａの下では、処理液１２の濃度が高くなることで沸点が上昇する。

【0032】

このため、基板処理システム１０では、処理液１２の濃度が内部圧力Ｐａ及び処理液１２の沸点に対し支配的なポジションとなり得える。ここで、処理液１２が沸騰している状態においては、処理液１２の温度Ｔａは沸点に一致する。すなわち、処理液１２を沸騰している状態に保つようにしている基板処理システム１０では、処理液１２の濃度の変化が、内部圧力Ｐａ及び処理液１２の温度Ｔａを変化させる主要因となり得る。なお、処理液１２は、目的温度Ｔｓを目標としてその温度が制御されるから、温度Ｔａが取り得る範囲は、内部圧力Ｐａが過剰に高くなったと仮定しても目的温度Ｔｓを大きく超えることはない。

【0033】

そこで、基板処理システム１０では、上記のような現象を逆に利用して、内部圧力Ｐａに応じて加水量を増減し、処理液１２の濃度を目的濃度Ｃｓに保つようにしている。具体的には、まず内部圧力Ｐａが目的圧力Ｐｓに達するまで加水量を増加し、目的圧力ＰＳに達した段階で内部圧力Ｐａが一定になるように加水量を調整する。この初期の状態では、処理液１２中の水が過多の状態となり、処理液１２の濃度が目的濃度Ｃｓよりも低く、内部圧力Ｐａが目的圧力Ｐｓよりも高い状態となる。このように初期の状態とした後に、この初期の状態における加水量を初期加水量として、加水量の調節を行う。加水量の調節では、内部圧力Ｐａが測定されるごとに、内部圧力Ｐａと目的圧力Ｐｓとを比較し、内部圧力Ｐａが目的圧力Ｐｓよりも低い場合には、初期加水量よりも加水量を増やし、内部圧力Ｐａが目的圧力Ｐｓより高い場合には、初期加水量より加水量を減らす。この加水量の増減は、初期加水量を基準に、例えば内部圧力Ｐａと目的圧力Ｐｓとの差分に対して比例的に行う。

【0034】

温度センサ２０、加熱制御部２９、ヒータ２６、インラインヒータ３８は、処理液１２を加熱する処理液加熱部を構成している。加熱制御部２９は、ヒータ２６、インラインヒータ３８の駆動を制御する。ヒータ２６は、一定の出力（熱エネルギー）で槽本体２３内の処理液１２を加熱する。一方のインラインヒータ３８は、温度センサ２０で測定された処理液１２の温度Ｔａに基づいて、処理液１２が目的温度Ｔｓに保たれるように、その出力が加熱制御部２９によって制御される。具体的には、インラインヒータ３８は、処理液１２の温度Ｔａが目的温度Ｔｓに達していない場合には、温度Ｔａが上昇するように出力が高くされ、処理液１２の温度Ｔａが目的温度Ｔｓを超えている場合には、放熱等で温度Ｔａが下がるように出力が低くされる。処理液１２の温度Ｔａが目的温度Ｔｓと同じ場合には、温度Ｔａが保たれるように放熱等を考慮した所定の出力にインラインヒータ３８は制御される。目的温度Ｔｓは、内部圧力Ｐａが目的圧力Ｐｓであるときの、目的濃度Ｃｓの処理液１２中の水の沸点（飽和温度）である。

【0035】

図２に示すように、各吐出部１７は、管状であり、配列された複数枚の基板１１に沿って配されている。吐出部１７には、基板１１が配列される範囲に、複数の開口１７ａが形成されており、これにより各基板１１の表面に均一に処理液が常に流れるようにしてある。同様に、排気部１８は、管状であり、配列された複数枚の基板１１に沿って配されている。排気部１８には、基板１１が配列される範囲に対応した部分に複数の開口１８ａが形成されている。このように複数の開口１８ａを形成した排気部１８を用いることによって、槽内空間の基板１１が配列される範囲に対応した領域から均一に水蒸気を吸引し、その領域の圧力を均一にする。これにより、基板１１が配列している範囲内における処理液１２の沸点を均一にしている。排気部１８の構成は、上記のものに限定されない。なお、図２では、保持具２５、圧力センサ１９などを省略して描いてある。

【0036】

次に上記構成の作用について説明する。予め処理液供給部３２から循環部３１を介して槽本体２３に処理液１２が供給されている。そして、槽本体２３に処理液１２が満たされるとともに、循環部３１によって処理液１２が循環している状態にされている。カバー部材２１ａ、２１ｂが開き位置とされて、処理槽１４の上部開口が開放された状態とされる。このとき、インラインヒータ３８は、例えば加熱制御部２９の制御下で目的温度Ｔｓとなるように処理液１２を加熱しているから、大気圧の下で処理液１２は沸騰した状態になっている。また、処理槽１４の上部開口が開放された状態では、予め決められた加水量で連続的に加水が行われている。

【0037】

保持具２５に保持された状態の処理対象となる各基板１１が、処理槽１４の上部開口から処理槽１４内に搬入されて、槽本体２３内に配置される。これにより、処理液１２に各基板１１が浸漬される。処理液１２に基板１１を浸漬することによって、処理液１２に温度低下が生じるが、その温度低下を受けて加熱制御部２９がインラインヒータ３８の出力を高くする。このため、短時間で処理液１２は、その温度Ｔａが現在の内部圧力Ｐａ（大気圧とほぼ同じ）に対応する沸点に達して沸騰した状態になる。

【0038】

基板１１の浸漬後、カバー部材２１ａ、２１ｂが閉じ位置に回転され、処理槽１４が密閉される。このとき、排気弁４１は、例えば通常開度にされている。また、ヒータ２６及びインラインヒータ３８によって、処理槽１４が密閉後にも処理液１２に対する加熱が継続され、処理液１２が目的温度Ｔｓとなるように、インラインヒータ３８の出力が加熱制御部２９によって制御される。

【0039】

処理槽１４が密閉されると、処理槽１４内で処理液１４が沸騰することによって発生する水蒸気で内部圧力Ｐａが上昇する。内部圧力Ｐａが上昇すると、内部圧力Ｐａと処理槽１４の外側の圧力の差により、処理槽１４内の水蒸気が排気部１８、排気弁４１を通して処理槽１４の外に排出される。このときに、処理槽１４内の水蒸気は、排気部１８の各開口１８ａから排気部１８内に吸引される。したがって、槽内空間の基板１１が配列された範囲に対応した領域から均一に水蒸気が吸引される。

【0040】

排気部１８から排出される水蒸気量は、排気弁４１の開度に応じて制限されるので、内部圧力Ｐａは徐々に上昇する。また、内部圧力Ｐａの上昇にともなって、処理液１４の沸点が上昇し、その沸点の上昇とともに処理液１２の温度Ｔａが上昇して、処理液１２が沸騰した状態になる。前述のように、内部圧力Ｐａは、大気圧、排気弁４１の開度、処理液１２の濃度等によって決まる圧力まで上昇し、その内部圧力Ｐａに応じた沸点で処理液１２が沸騰した状態になる。なお、このときインラインヒータ３８による加熱は、目的温度Ｔｓを目標に制御されているから、処理液１２の濃度が高くても処理液１２の温度Ｔａが目的温度Ｔｓを大きく超えて高くなることはなく、それに応じて内部圧力Ｐａも制限される。

【0041】

例えば、処理槽１４が密閉されてから目的温度Ｔｓに達すると想定される適当な時間の経過後に、圧力センサ１９による内部圧力Ｐａの測定が開始され、圧力センサ１９によって順次に測定される内部圧力Ｐａが排気制御部２７と加水制御部２８とに送られる。この測定される内部圧力Ｐａに基づき、排気制御部２７による排気弁４１の開度の調節と、加水制御部２８による給水弁４４の開度の調節がそれぞれ開始される。

【0042】

加水制御部２８は、測定される内部圧力Ｐａを監視しながら、給水弁４４の開度を徐々に大きくして加水量を増加させる。目的圧力Ｐｓに達したならば、続いて、内部圧力Ｐａが一定になるように加水量を調整し、調整後の加水量を初期加水量として、処理液１２の濃度が目的濃度Ｃｓとするために加水量の調節を開始する。前述のように、このように加水量が調節された初期の状態では、処理液１２中の水が過多の状態となり、処理液１２の濃度が目的濃度Ｃｓよりも低く、内部圧力Ｐａが目的圧力Ｐｓよりも高い状態となっている。

【0043】

加水量の調節を開始すると、加水制御部２８は、測定された内部圧力Ｐａと目的圧力Ｐｓとを比較する。そして、内部圧力Ｐａが目的圧力Ｐｓよりも低ければ、現在加水している初期加水量から増やした新たな加水量で処理液１２に加水するように、給水弁４４の開度を調節する。逆に、内部圧力Ｐａが目的圧力Ｐｓよりも高ければ、初期加水量から減らした新たな加水量で処理液１２に加水するように、給水弁４４の開度を調節する。加水制御部２８は、測定された内部圧力Ｐａと目的圧力Ｐｓとを比較し、内部圧力Ｐａが目的圧力Ｐｓよりも低ければ、現在加水している初期加水量から増やした新たな加水量で処理液１２に加水するように、給水弁４４の開度を調節する。逆に、内部圧力Ｐａが目的圧力Ｐｓよりも高ければ、初期加水量から減らした新たな加水量で処理液１２に加水するように、給水弁４４の開度を調節する。

【0044】

一方、排気制御部２７は、入力される内部圧力Ｐａに基づいて、一定期間ごとにその期間の内部圧力Ｐａの平均圧力と標準偏差を求める。そして、１期間の平均圧力と標準偏差とを求めるごとに、標準偏差を閾値と比較し、標準偏差が閾値を超えている場合には、排気制御部２７は、次に平均圧力と目的圧力Ｐｓとを比較する。この比較で、排気制御部２７は、平均圧力が目的圧力Ｐｓよりも大きければ、排気弁４１の開度を大きくし、処理槽１４から排出される水蒸気量を多くする。逆に、平均値が目的圧力Ｐｓよりも小さければ排気弁４１の開度を小さくして、処理槽１４から排出される水蒸気量を少なくする。一方、標準偏差が閾値以下であれば、その時点の排気弁４１の開度を維持する。

【0045】

例えば、大気圧などを加味したときに、排気弁４１の開度が目的圧力Ｐｓに対して大きい場合には、内部圧力Ｐａが下がりやすく、加水制御部２８の加水量の増減幅が大きくなるので、内部圧力Ｐａの変動すなわち標準偏差が大きくなり、また内部圧力Ｐａの平均圧力が目的圧力Ｐｓよりも小さくなる傾向を示す。この場合には、排気弁４１の開度が小さくされる。この結果、それまでよりも内部圧力Ｐａが下がり難い状態となるので、加水制御部２８の加水量の増減幅が小さくなって内部圧力Ｐａの変動が小さくなるとともに、内部圧力Ｐａの平均圧力が目的圧力Ｐｓに近づく。

【0046】

逆に、排気弁４１の開度が目的圧力Ｐｓに対して小さい場合には、内部圧力Ｐａが上がりやすく、加水制御部２８の加水量の増減幅が大きくなるので、やはり内部圧力Ｐａの変動すなわち標準偏差が大きくなるが、内部圧力Ｐａの平均圧力が目的圧力Ｐｓよりも大きくなる傾向を示す。したがって、この場合には、排気弁４１の開度が大きくされる。この結果、それまでよりも内部圧力Ｐａが上がり難い状態となるので、加水制御部２８の加水量の増減幅が小さくなって内部圧力Ｐａの変動が小さくなるとともに、内部圧力Ｐａの平均圧力が目的圧力Ｐｓに近づく。

【0047】

上記のようにして、継続的な加水量の調節とともに、一定期間ごとに求めた平均圧力と標準偏差に応じた排気弁４１の開度の調節とを繰り返すことより、内部圧力Ｐａは目的圧力Ｐｓに、また処理液１２の濃度が目的濃度Ｃｓに収束していく。また、内部圧力Ｐａが目的圧力Ｐｓに収束していくことにより、処理液１２の沸点が一定な目的温度Ｔｓに収束していく。

【0048】

内部圧力Ｐａが目的圧力Ｐｓになった後にも、圧力センサ１９による内部圧力Ｐａの測定が継続され、その測定結果に基づいて、排気弁４１による排気量の調節と、処理液１２に対する加水量の調節が上記と同様に繰り返し行われる。これにより、内部圧力Ｐａが目的圧力Ｐｓに保たれるとともに、連続的な加水の加水量が増減され処理液１２の濃度が目的濃度Ｃｓに保たれる。

【0049】

また、上記のように、内部圧力Ｐａが大気圧によらず一定な目的圧力Ｐｓに保たれ、また処理液１２が一定な目的濃度Ｃｓに保たれるから、処理液１２の沸点が一定な目的温度Ｔｓに保たれる。そして、処理液１２は、加熱されて沸騰した状態が保たれるので、処理液１２は、目的温度Ｔｓに保たれる。結果として、目的温度Ｔｓ及び目的濃度Ｃｓに保たれた処理液１２で基板１１が処理される。

【0050】

また、処理槽１４内から水蒸気を排出する排気部１８は、基板１１が配列された範囲に対応する部分に設けた複数の開口１８ａから処理槽１４内から水蒸気を吸引して排出している。このため、基板１１が配列された範囲に対応する槽内空間の領域から均一に水蒸気が吸引される。したがって、その槽内空間の領域の圧力が不均一になることはなく、当該領域の直下の処理液１２の沸点が不均一になることもない。したがって、各基板１１のいずれもが同じ目的温度Ｔｓの処理液１２で処理される。

【0051】

所定の時間が経過したならば、カバー部材２１ａ、２１ｂを開放位置に移動した後、保持具２５とともに各基板１１を処理槽１４から取り出す。取り出された各基板１１は、上記のように目的温度Ｔｓ及び目的濃度Ｃｓに保たれた処理液１２で処理されているから、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜のうち所期のエッチングレート、選択比でシリコン窒化膜が除去されている。なお、カバー部材２１ａ、２１ｂを開放位置に移動すると、予め決められた加水量で連続的に加水が行われるようになる。

【符号の説明】

【0052】

１０ 基板処理システム
１１ 基板
１２ 処理液
１４ 処理槽
１８ 排気部
１９ 圧力センサ
２１ａ、２１ｂ カバー部材
２６ ヒータ
２７ 排気制御部
２８ 加水制御部
３１ 循環部
３８ インラインヒータ
４１ 排気弁
４３ 純水供給部
４４ 給水弁

【図1】

【図2】