特許 7408445 半導体製造装置および半導体装置の製造方法

(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】

(24)【登録日】2023-12-22

(45)【発行日】2024-01-05

(54)【発明の名称】半導体製造装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/306 20060101AFI20231225BHJP

【ＦＩ】

H01L21/306 J

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020046623

(22)【出願日】2020-03-17

(65)【公開番号】P2021150381

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2022-09-13

(73)【特許権者】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100213654

【弁理士】

【氏名又は名称】成瀬 晃樹

(72)【発明者】

【氏名】村木 信介

(72)【発明者】

【氏名】中岡 聡

【審査官】小▲高▼ 孔頌

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－２１２６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６９５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９２７０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する薬液を貯留するタンクと、
前記薬液を加熱する加熱部と、
前記タンク内の前記薬液に気泡を供給する気泡供給部と、
前記薬液の濃度、前記薬液の水濃度、前記薬液の比重、および、前記タンクから排出される気体の水蒸気濃度の少なくとも１つを検出するセンサと、
前記センサの検出結果に基づいて、前記気泡供給部による気泡の供給を制御する制御部と、を備え、
前記気泡供給部は、
前記薬液の外部の気体が通過する吸気路と、
前記薬液が通過する流路であって、前記薬液と前記吸気路を通過する気体とを混合する流路と、を有し、
前記流路は、前記吸気路の一端と接続される接続部を有し、
前記流路の流路径は、前記接続部よりも上流側から前記接続部にかけて小さくなり、前記接続部から前記接続部よりも下流側にかけて大きくなり、
前記吸気路は、前記接続部内に気体を引き込む、半導体製造装置。

【請求項2】

前記タンクに対して前記薬液を循環させる循環路をさらに備え、
前記加熱部は、循環する前記薬液を加熱し、
前記気泡供給部は、循環する前記薬液を気体と混合して前記タンク内に供給することにより、前記タンク内の前記薬液に気泡を供給する、請求項１に記載の半導体製造装置。

【請求項3】

前記タンクは、前記薬液を貯留する第１槽と、該第１槽からオーバーフローする前記薬液を受ける第２槽と、を有し、
前記循環路は、前記第１槽と前記第２槽との間で前記薬液を循環させ、
前記気泡供給部は、循環する前記薬液を気体と混合して前記第１槽内に供給する、請求項２に記載の半導体製造装置。

【請求項4】

前記気泡供給部は、前記吸気路の経路上に設けられ、気体の通過を調整する調整部をさらに有し、
前記制御部は、前記調整部を制御することにより、前記気泡供給部による気泡の供給を制御する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体製造装置。

【請求項5】

前記タンク内を排気する排気部をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体製造装置。

【請求項6】

前記タンク内の前記薬液に水を供給する水供給部をさらに備え、
前記制御部は、前記センサの検出結果が所定値になるように、前記気泡供給部による気泡の供給および前記水供給部による水の供給を制御する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体製造装置。

【請求項7】

前記気泡供給部は、前記タンクの下部に設けられる、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明による実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造工程では、例えば、薬液を基板に供給し、基板上に形成された膜をエッチングする場合がある。この場合、所望のエッチングレートになるように、事前に薬液の濃度の調整が行われる。

【0003】

しかし、大量の薬液の濃度を調整するために、長い時間を要する場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－１４７６３７号公報

【文献】特許第６３２４７７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

薬液の濃度の調整時間を短縮することができる半導体製造装置および半導体装置の製造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】

【0006】

本実施形態による半導体製造装置は、タンクと、加熱部と、気泡供給部と、センサと、制御部と、を備える。タンクは、基板を処理する薬液を貯留する。加熱部は、薬液を加熱する。気泡供給部は、タンク内の薬液に気泡を供給する。センサは、薬液の濃度、薬液の水濃度、薬液の比重、および、タンクから排出される気体の水蒸気濃度の少なくとも１つを検出する。制御部は、センサの検出結果に基づいて、気泡供給部による気泡の供給を制御する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態による半導体製造装置の構成を示す模式図。

【図2】第１実施形態によるタンクおよびその周辺の構成を示す図。

【図3】第１実施形態による気泡供給部の構成を示す図。

【図4】第１実施形態による半導体製造装置の動作を示すフロー図。

【図5】第２実施形態による処理部およびその周辺の構成を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。以下の実施形態において、半導体基板の上下方向は、半導体素子が設けられる面を上とした場合の相対方向を示し、重力加速度に従った上下方向と異なる場合がある。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0009】

（第１実施形態）
本実施の形態に係る基板処理装置（半導体製造装置）は、基板を一枚ずつ処理する枚葉式の半導体製造装置である。その半導体製造装置においては、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなるシリコン酸化膜および窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）からなるシリコン窒化膜が形成された基板に、処理液としてシリコンを含む高温のリン酸水溶液（Ｈ_３ＰＯ_４＋Ｈ_２Ｏ）が供給される。この場合、リン酸水溶液がシリコンを含むことによりシリコン酸化膜のエッチングレートが低下する。それにより、シリコン窒化膜が選択的にエッチングされる。

【0010】

シリコンは、例えばリン酸水溶液によるシリコン窒化膜のエッチングが行われることにより、またはリン酸水溶液にシリコン微粒子を含む濃縮液が混合されることにより、そのリン酸水溶液に存在している。

【0011】

図１は、第１実施形態による半導体製造装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、半導体製造装置１００は、主として処理部１、タンク５、タンク６、タンク７、新液供給装置８および制御部９を含む。また、処理部１は、スピンチャック２、処理液ノズル３、加熱装置４およびカップＣＵを含む。処理部１では、複数の基板Ｗが一枚ずつ順番に基板処理される。

【0012】

スピンチャック２は、スピンモータ２ａ、スピンベース２ｂおよび複数のチャックピン２ｃを有する。スピンモータ２ａは、回転軸が鉛直方向と平行になるように設けられる。スピンベース２ｂは、円板形状を有し、スピンモータ２ａの回転軸の上端部に水平姿勢で取り付けられる。複数のチャックピン２ｃは、スピンベース２ｂの上面上に設けられ、基板Ｗの周縁部を保持する。複数のチャックピン２ｃが基板Ｗを保持する状態でスピンモータ２ａが動作する。それにより、基板Ｗが鉛直軸の周りで回転する。

【0013】

上記のように、本例では、基板Ｗの周縁部を保持する機械式のスピンチャック２が用いられる。これに限らず、機械式のスピンチャックに代えて、基板Ｗの下面を吸着保持する吸着式のスピンチャックが用いられてもよい。

【0014】

処理液ノズル３および加熱装置４は、スピンチャック２により保持される基板Ｗの上方の位置と基板Ｗの側方の待機位置との間で移動可能に設けられる。処理液ノズル３は、タンク５から供給されるリン酸水溶液をスピンチャック２により回転される基板Ｗに
供給する。

【0015】

処理液ノズル３から基板Ｗにリン酸水溶液が供給される際には、加熱装置４が基板Ｗの上面に対向する位置に配置される。加熱装置４は、赤外線を発生するランプヒータを含み、輻射熱により基板Ｗおよびその基板Ｗ上に供給される処理液を加熱する。ランプヒータとしては、例えばタングステンハロゲンランプ、キセノンアークランプまたはグラファイトヒータ等を用いることができる。

【0016】

加熱装置４による基板Ｗの加熱温度は、リン酸水溶液のリン酸濃度における沸点よりも高い温度（例えば、１４０℃以上１６０℃以下）に設定される。それにより、基板Ｗ上のリン酸水溶液の温度がそのリン酸濃度における沸点まで上昇し、リン酸水溶液によるシリコン窒化膜のエッチングレートが増加する。

【0017】

一方、リン酸水溶液におけるシリコン濃度が適切な範囲内にある場合には、リン酸水溶液によるシリコン酸化膜のエッチングレートは、シリコン窒化膜のエッチングレートよりも十分に低く保たれる。その結果、上記のように、基板Ｗ上のシリコン窒化膜が選択的にエッチングされる。

【0018】

スピンチャック２を取り囲むようにカップＣＵが設けられている。カップＣＵは、スピンチャック２への基板Ｗの搬入時およびスピンチャック２からの基板Ｗの搬出時に下降し、基板Ｗへのリン酸水溶液の供給時に上昇する。

【0019】

回転する基板Ｗへのリン酸水溶液の供給時に、カップＣＵの上端部は基板Ｗよりも上方に位置する。それにより、基板Ｗから振り切られるリン酸水溶液がカップＣＵにより受け止められる。カップＣＵにより受け止められるリン酸水溶液は、後述するようにタンク６またはタンク７に送られる。

【0020】

タンク５は、循環槽５ａおよび貯留槽５ｂを含む。循環槽５ａおよび貯留槽５ｂは隣接するように配置され、一方の槽（例えば循環槽５ａ）で溢れる液体が他方の槽（例えば貯留槽５ｂ）に流れ込むように構成される。循環槽５ａには、リン酸濃度計Ｓ１およびシリコン濃度計Ｓ２が設けられる。リン酸濃度計Ｓ１はリン酸水溶液のリン酸濃度を出力し、シリコン濃度計Ｓ２はリン酸水溶液のシリコン濃度を出力する。貯留槽５ｂには、リン酸水溶液の液面高さを出力する液面センサＳ３が設けられる。貯留槽５ｂには、ＤＩＷ（脱イオン水：Deionized Water）供給系９１、窒素（Ｎ２）ガス供給系９２およびリン酸水溶液供給系９３が接続されている。

【0021】

タンク５の貯留槽５ｂと処理部１の処理液ノズル３とをつなぐように供給配管１０が設けられる。供給配管１０には、貯留槽５ｂから処理液ノズル３に向かって、ポンプ１５、ヒータ１４、フィルタ１３、バルブ１２およびヒータ１１がこの順で介挿されている。

【0022】

フィルタ１３とバルブ１２との間の供給配管１０の部分と循環槽５ａとをつなぐように循環配管１６が設けられる。循環配管１６には、バルブ１７が介挿されている。また、ヒータ１１と処理液ノズル３との間の供給配管１０の部分には、ＤＩＷ供給系９１が接続されている。

【0023】

タンク６，７の各々は、タンク５と同じ構成を有し、循環槽６ａ，７ａおよび貯留槽６ｂ，７ｂを含む。循環槽６ａ，７ａの各々には、リン酸濃度計Ｓ１およびシリコン濃度計Ｓ２が設けられる。貯留槽６ｂ，７ｂの各々には、液面センサＳ３が設けられるとともにＤＩＷ供給系９１、窒素ガス供給系９２およびリン酸水溶液供給系９３が接続されている。

【0024】

タンク５の貯留槽５ｂとタンク６，７の貯留槽６ｂ，７ｂとをつなぐように供給配管２０が設けられる。供給配管２０は、１本の主管２０ａおよび２本の枝管２０ｂ，２０ｃを有する。枝管２０ｂ，２０ｃは主管２０ａに接続される。主管２０ａがタンク５の貯留槽５ｂに接続され、２本の枝管２０ｂ，２０ｃがそれぞれタンク６，７の貯留槽６ｂ，７ｂに接続される。

【0025】

一方の枝管２０ｂには、貯留槽６ｂから主管２０ａに向かって、ポンプ２４、ヒータ２３、フィルタ２２およびバルブ２１がこの順で介挿されている。フィルタ２２とバルブ２１との間の枝管２０ｂの部分と循環槽６ａとをつなぐように循環配管２５が設けられる。循環配管２５には、バルブ２６が介挿されている。

【0026】

他方の枝管２０ｃには、貯留槽７ｂから主管２０ａに向かって、ポンプ３４、ヒータ３３、フィルタ３２およびバルブ３１がこの順で介挿されている。フィルタ３２とバルブ３１との間の枝管２０ｃの部分と循環槽７ａとをつなぐように循環配管３５が設けられる。循環配管３５には、バルブ３６が介挿されている。

【0027】

処理部１のカップＣＵとタンク６，７の貯留槽６ｂ，７ｂとをつなぐように回収配管５０が設けられる。回収配管５０は、１本の主管５０ａおよび２本の枝管５０ｂ，５０ｃを有する。枝管５０ｂ，５０ｃは主管５０ａに接続される。回収配管５０の主管５０ａがカップＣＵに接続され、２本の枝管５０ｂ，５０ｃがそれぞれタンク６，７の貯留槽６ｂ，７ｂに接続される。枝管５０ｂにバルブ５１が介挿され、枝管５０ｃにバルブ５２が介挿されている。

【0028】

新液供給装置８は、混合タンク８ａおよびその混合タンク８ａ内の液体を外部に供給する供給装置を有する。新液供給装置８には、リン酸水溶液供給系９３およびシリコン（Ｓｉ）濃縮液供給系９４が接続されている。また、混合タンク８ａには、シリコン濃度計Ｓ２が設けられている。

【0029】

新液供給装置８の混合タンク８ａ内では、リン酸水溶液供給系９３およびシリコン濃縮液供給系９４から供給されるリン酸水溶液およびシリコン濃縮液が予め定められた比率で混合される。それにより、予め定められたシリコン濃度（以下、基準シリコン濃度と呼ぶ。）を有するリン酸水溶液が新たな処理液として生成され、所定の温度に保持される。本例では、シリコン濃縮液としてリン酸水溶液にシリコン微粒子を溶解させた液体が用いられる。

【0030】

また、新液供給装置８においては、混合タンク８ａ内のシリコン濃度を基準シリコン濃度とは異なる値に調整することも可能である。例えば、混合タンク８ａ内に基準シリコン濃度を有するリン酸水溶液が貯留された状態で混合タンク８ａ内にシリコン濃縮液を追加する。それにより、混合タンク８ａ内のシリコン濃度を基準シリコン濃度よりも高くすることができる。また、混合タンク８ａ内に基準シリコン濃度を有するリン酸水溶液が貯留された状態で混合タンク８ａ内にリン酸水溶液を追加する。それにより、混合タンク８ａ内のシリコン濃度を基準シリコン濃度よりも低くすることができる。

【0031】

新液供給装置８とタンク６，７の貯留槽６ｂ，７ｂとをつなぐように第３の供給配管４０が設けられる。第３の供給配管４０は、１本の主管４０ａおよび２本の枝管４０ｂ，４０ｃを有する。枝管４０ｂ，４０ｃは主管４０ａに接続される。第３の供給配管４０の主管４０ａが新液供給装置８に接続され、２本の枝管４０ｂ，４０ｃがそれぞれタンク６，７の貯留槽６ｂ，７ｂに接続される。枝管４０ｂにバルブ４１が介挿され、枝管４０ｃにバルブ４２が介挿されている。

【0032】

制御部９は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ、またはマイクロコンピュータ等からなる。制御部９のメモリにはシステムプログラムが記憶される。制御部９は、半導体製造装置１００の各構成要素の動作を制御する。

【0033】

次に、図１に示す半導体製造装置１００の基板処理の動作について説明する。

【0034】

初期状態においては、予め定められたリン酸濃度（以下、基準リン酸濃度と呼ぶ。）を有するとともに基準シリコン濃度を有するリン酸水溶液が、タンク５，６に貯留されている。

【0035】

さらに、基準リン酸濃度および基準シリコン濃度を有しないリン酸水溶液が、タンク７に貯留されている。図１に示される全てのバルブ１２，１７，２１，２６，３１，３６，４１，４２，５１，５２は閉じられている。

【0036】

初期状態から半導体製造装置１００の電源がオン状態になると、図１のヒータ１１，１４，２３，３３、ポンプ１５，２４，３４および新液供給装置８の動作が開始される。この状態で、処理部１のスピンチャック２に１枚目の基板Ｗが搬入される。また、スピンチャック２により基板Ｗが保持され、回転される。

【0037】

その後、図１の制御部９は、図１のバルブ１２，１７を開く。これにより、貯留槽５ｂ内のリン酸水溶液がポンプ１５により吸引され、ヒータ１４を通してフィルタ１３に送られる。ヒータ１４は、供給配管１０を通るリン酸水溶液を所定温度（例えば１５０℃）に加熱する。フィルタ１３は、リン酸水溶液をろ過することにより不要な析出物等を除去する。

【0038】

ヒータ１４およびフィルタ１３を通過したリン酸水溶液の一部は、さらにヒータ１１を通して加熱されつつ処理液ノズル３に送られる。それにより、基準リン酸濃度および基準シリコン濃度を有するリン酸水溶液が、ＤＩＷとともに処理液ノズル３から基板Ｗに供給される。なお、ヒータ１１と処理液ノズル３との間には、ＤＩＷ供給系９１から適宜ＤＩＷが供給される。

【0039】

一方、ヒータ１４およびフィルタ１３を通過したリン酸水溶液の残りは、循環配管１６を通してタンク５の循環槽５ａに戻される。タンク５内では、循環槽５ａから溢れるリン酸水溶液が貯留槽５ｂに流れ込む。このように、貯留槽５ｂ内のリン酸水溶液が、加熱およびろ過されつつ供給配管１０、循環配管１６および循環槽５ａを通って貯留槽５ｂ内に戻される。それにより、貯留槽５ｂ内のリン酸水溶液の温度および清浄度がほぼ一定に保たれる。

【0040】

上記のように、貯留槽５ｂに貯留されたリン酸水溶液の一部を加熱およびろ過しつつ再び貯留槽５ｂに戻すことにより、貯留槽５ｂ内のリン酸水溶液の温度および清浄度を一定に保つ動作を循環温調と呼ぶ。

【0041】

次に、図１に示す半導体製造装置１００の溶液処理の動作について説明する。

【0042】

図１の制御部９はさらに図１のバルブ５２を開く。これにより、処理部１のカップＣＵにより回収される使用済みのリン酸水溶液が、主管５０ａおよび枝管５０ｃを通してタンク７の貯留槽７ｂに送られる。このように、基板Ｗに供給された使用済みのリン酸水溶液を貯留槽７ｂに送る動作を液回収と呼ぶ。

【0043】

図１の制御部９はさらに図１のバルブ２６，３６を開く。これにより、タンク６およびタンク７においてもタンク５と同様の循環温調が行われる。

【0044】

ここで、タンク７において液回収および循環温調が行われる際に、貯留槽７ｂに貯留されるリン酸水溶液のリン酸濃度は基準リン酸濃度とは異なる。そこで、図１の制御部９は、タンク７のリン酸濃度計Ｓ１の出力に基づいて、貯留槽７ｂ内のリン酸濃度が基準リン酸濃度に近づくようにする。尚、濃度の調整の詳細については、図２～図４を参照して、後で説明する。

【0045】

また、例えば、タンク７が液回収を行う間、タンク６は、リン酸濃度を調整し、主管２０ａと通してタンク５にリン酸を供給する。その後、タンク７とタンク６との動作が切り替わる。すなわち、タンク６は、液回収を行い、タンク７は、リン酸濃度を調整し、主管２０ａと通してタンク５にリン酸を供給する。このように、タンク６、７は、所定の時間ごとに、液回収とリン酸濃度の調整とを交互に行う。

【0046】

尚、タンク５から処理液ノズル３へのリン酸水溶液の供給は、基板Ｗの処理が終了されるまで継続される。また、タンク５、タンク６およびタンク７における循環温調も基板Ｗの処理が終了されるまで継続される。

【0047】

図２は、第１実施形態によるタンク７およびその周辺の構成を示す図である。尚、図２は、図１に対して、ヒータ３３とポンプ３４との順番が異なっている。

【0048】

半導体製造装置１００は、タンク（容器）７と、ヒータ３３と、循環配管（循環路）３５と、ポンプ３４と、気泡供給部３８と、排気部３７と、ＤＩＷ供給系９１と、センサと、制御部９と、を備える。

【0049】

タンク７は、基板Ｗを処理する薬液を貯留する。薬液は、基板Ｗ上に設けられる被処理膜を処理する。薬液は、例えば、リン酸水溶液等の、エッチング液である。この場合、例えば、シリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）および金属膜等を処理することができる。尚、薬液は、例えば、フッ酸水溶液であってもよい。この場合、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等を除去することができる。タンク７は、例えば、４０Ｌの薬液を貯留する。

【0050】

また、より詳細には、タンク７は、循環槽７ａと、貯留槽７ｂと、を有する。

【0051】

循環槽７ａは、薬液を貯留する。

【0052】

貯留槽７ｂは、循環槽７ａからオーバーフローする（溢れる）薬液を受ける。貯留槽７ｂは、例えば、循環槽７ａの外周に設けられてもよい。

【0053】

循環配管３５は、タンク７に対して薬液を循環させる。より詳細には、循環配管３５は、循環槽７ａと貯留槽７ｂとの間で薬液を循環させる。また、循環配管３５は、一端が貯留槽７ｂと接続し、他端が循環槽７ａ内の気泡供給部３８と接続する。尚、循環配管３５は、図２に示す枝管２０ｃを含んでいてもよい。

【0054】

ポンプ３４は、循環配管３５（枝管２０ｃ）の経路上に設けられ、貯留槽７ｂ内の薬液を吸引して、循環槽７ａに薬液を環流させる。

【0055】

加熱部としてのヒータ３３は、薬液を加熱する。これにより、薬液中の水が蒸発し、薬液の濃度が上昇させることができる。ヒータ３３は、循環配管３５（枝管２０ｃ）の経路上に設けられる。すなわち、ヒータ３３は、循環する薬液を加熱する。ヒータ３３は、タンク７内の薬液の温度を略一定に保つようにする。制御部９は、例えば、循環配管３５に設けられる温度計（図示せず）の検出結果に基づいて、ヒータ３３をＰＩＤ制御する。薬液の温度は、例えば、１００℃以上になるように調整される。

【0056】

気泡供給部３８は、タンク７内の薬液に気泡Ｂを供給する。気泡Ｂの表面において、薬液中の水が蒸発する。従って、気泡Ｂにより薬液の表面積を大きくすることができ、水の蒸発を促進することができる。これにより、薬液の濃度の調整時間を短縮することができる。気泡供給部３８は、調整時間を短縮するように、大量の気泡Ｂを供給できることが好ましい。

【0057】

また、気泡供給部３８は、タンク７内に設けられる。また、気泡供給部３８は、タンク７の下部に設けられる。これにより、タンク７の下方から気泡が発生し、水がより蒸発しやすくなる。

【0058】

また、より詳細には、気泡供給部３８は、循環する薬液を気体と混合してタンク７内に供給することにより、タンク７内の薬液に気泡Ｂを供給する。また、より詳細には、気泡供給部３８は、循環する薬液を気体と混合して循環槽７ａ内に供給する。尚、気泡供給部３８の詳細については、図３を参照して、後で説明する。

【0059】

排気部３７は、タンク７内を排気する。タンク７内では、濃度調整のために水が蒸発するため、水蒸気を排出する必要がある。より詳細には、排気部３７は、排気管３７１と、ポンプ３７２と、気液分離部３７３と、を有する。

【0060】

排気管３７１は、タンク７から排気される気体が通過する。

【0061】

ポンプ３７２は、タンク７内の気体を吸引して、外部に排気する。

【0062】

気液分離部３７３は、排気管３７１の経路上に設けられる。気液分離部３７３は、排気管３７１を通過する気体を冷却する。これは、タンク７から排出される気体には高温の水蒸気が含まれ、通常の排気系の配管等に悪影響を与える場合があるためである。また、気液分離部３７３は、結露した水を外部に排出する。

【0063】

水供給部としてのＤＩＷ供給系９１は、タンク７内の薬液にＤＩＷ（水）を供給する。より詳細には、ＤＩＷ供給系９１は、貯留槽７ｂにＤＩＷを供給する。これにより、例えば、水の蒸発量が多く薬液の濃度が高い場合に、薬液の濃度を低くすることができる。

【0064】

センサは、薬液の濃度、薬液の水濃度、薬液の比重、および、タンク７から排出される気体の水蒸気濃度の少なくとも１つを検出する。センサは、複数設けられていてもよい。センサは、例えば、濃度計Ｓ１、比重計Ｓ４および水蒸気濃度計Ｓ５の少なくとも１つであればよい。濃度計Ｓ１は、薬液濃度を検出してもよく、水濃度を検出してもよい。比重計Ｓ４は、例えば、圧力センサまたは光センサである。比重によっても、薬液の濃度を求めることができる。濃度計Ｓ１および比重計Ｓ４は、例えば、循環槽７ａに設けられる。水蒸気濃度計Ｓ５は、例えば、気液分離部３７３の手前の排気管３７１の経路上に設けられる。上記のように、水の蒸発によって薬液の濃度が調整されるため、排気される気体の水蒸気濃度は、タンク７内の薬液の濃度と相関がある。また、センサは、検出結果を制御部９に送信する。

【0065】

尚、以下では、特に断りのない限り、センサはリン酸濃度を検出する濃度計Ｓ１であるとして説明する。

【0066】

制御部９は、濃度計Ｓ１の検出結果に基づいて、気泡供給部３８による気泡Ｂの供給を制御する。すなわち、制御部９は、濃度計Ｓ１の検出結果を用いてフィードバック制御する。これにより、所定の濃度となるように薬液の濃度を調整することができる。また、より詳細には、制御部９は、濃度計Ｓ１の検出結果が所定値になるように、気泡供給部３８による気泡の供給およびＤＩＷ供給系９１によるＤＩＷの供給を制御する。所定値は、例えば、薬液の所望のエッチングレートに対応して設定される。所定値は、基準濃度（基準リン酸濃度）であり、例えば、濃度約９０％である。

【0067】

図３は、第１実施形態による気泡供給部３８の構成を示す図である。尚、矢印は、薬液および気体の流れる向きを示す。

【0068】

気泡供給部３８は、吸気管（吸気路）３８１と、配管（流路）３８２と、調整部３８３と、を有する。気泡供給部３８は、例えば、エジェクタである。

【0069】

吸気管３８１には、薬液の外部の気体が通過する。吸気管３８１の一端は、配管３８２と接続する。また、図２に示すように、吸気管３８１の他端は、薬液の水面の上方に設けられる。

【0070】

配管３８２には、薬液が通過する。また、配管３８２は、薬液と吸気管３８１を通過する気体とを混合する。また、配管３８２は、導入部３８２ａと、ノズル部３８２ｂと、導出部３８２ｃと、を有する。

【0071】

導入部３８２ａは、循環配管３５から薬液を導入する。また、ノズル部３８２ｂは、吸気管３８１と接続する。また、導出部３８２ｃは、薬液をタンク７内に導出する。

【0072】

配管３８２の流路径は、導入部３８２ａからノズル部３８２ｂにかけて小さくなり、ノズル部３８２ｂから導出部３８２ｃにかけて大きくなる。最も狭くなるノズル部３８２ｂは、循環する薬液の流速が最も速くなるため、ベンチュリ効果により減圧状態となる。従って、薬液が配管３８２を通過すると、薬液の水面の上方から、気体（空気）が減圧状態のノズル部３８２ｂ内に引き込まれる。さらに、ノズル部３８２ｂから導出部３８２ｃにかけて、気体は薬液に混合される。従って、導出部３８２ｃを通過する薬液には、気泡Ｂが含まれる。

【0073】

調整部３８３は、吸気管３８１の経路上に設けられる。また、調整部３８３は、気体の通過を調整する。調整部３８３は、例えば、開度が調整可能な弁である。例えば、調整部３８３の開き量が大きいほど、吸気管３８１を通過する気体が多く、気泡Ｂの供給量が多くなる。また、制御部９は、調整部３８３を制御することにより、気泡供給部３８による気泡の供給を制御する。

【0074】

次に、半導体装置の製造方法について説明する。

【0075】

図４は、第１実施形態による半導体製造装置１００の動作を示すフロー図である。尚、図４は、薬液の濃度調整および基板処理の工程を示す。

【0076】

まず、ヒータ３３は、薬液を加熱する（Ｓ１０）。すなわち、基板Ｗを処理する薬液を貯留するタンク７内の薬液をヒータ３３により加熱する。例えば、ポンプ３４が薬液を循環させ、ヒータ３３は、循環する薬液を加熱する。

【0077】

次に、濃度計Ｓ１は、薬液の濃度を検出する（Ｓ２０）。濃度計Ｓ１は、検出結果を制御部９に送信する。

【0078】

次に、制御部９は、薬液が基準濃度であるか否かを判定する（Ｓ３０）。薬液が基準濃度ではない場合（Ｓ３０のＮＯ）、制御部９は、気泡供給部３８およびＤＩＷ供給系９１を制御する。例えば、薬液の濃度が基準濃度よりも低い場合、制御部９は、気泡の供給量を増加させるように気泡供給部３８を制御する。一方、薬液の濃度が基準濃度よりも高い場合、制御部９は、水の供給量を増加させるようにＤＩＷ供給系９１を制御する。その後、ステップＳ２０が実行される。従って、薬液の濃度が基準濃度になるまで、ステップＳ２０～Ｓ４０が繰り返し実行される。すなわち、濃度計Ｓ１の検出結果に基づいて、タンク７内の薬液に気泡Ｂを供給する気泡供給部３８による気泡Ｂの供給を制御部９により制御する。より詳細には、濃度計Ｓ１の検出結果が所定値になるように、気泡供給部３８による気泡の供給およびＤＩＷ供給系９１によるＤＩＷの供給を制御部９により制御する。

【0079】

薬液がリン酸水溶液である場合、薬液の濃度を、例えば、半導体製造装置１００への投入時の約８５％から基準濃度である約９０％に調整する。

【0080】

薬液の濃度が基準濃度である場合（Ｓ３０のＹＥＳ）、半導体製造装置１００は、薬液供給により基板Ｗを処理する（Ｓ５０）。すなわち、タンク７内の薬液により基板Ｗを処理する。これにより、薬液の濃度を所望のエッチングレートになるよう調整して、基板Ｗ上の被処理膜であるシリコン窒化膜を除去することができる。尚、基板Ｗの処理は、図１を参照して説明したように行われる。従って、例えば、濃度調整の開始から所定の時間後に、濃度が所定の範囲内である場合、タンク７からタンク５に薬液が供給される。

【0081】

以上のように、第１実施形態によれば、気泡供給部３８は、タンク７内の薬液に気泡Ｂを供給する。また、制御部９は、濃度計Ｓ１の検出結果に基づいて、気泡供給部３８による気泡Ｂの供給を制御する。これにより、薬液内に気泡Ｂを導入し、水の蒸発を促進することができる。すなわち、薬液の濃度の上昇速度が向上する。この結果、薬液の濃度の調整時間を短縮することができる。さらに、半導体製造装置１００の単位時間あたりの処理能力を向上させることができる。

【0082】

一般に、濃度調整する薬液の量が多くなるほど、濃度調整の時間がかかってしまう。この待ち時間によって、スループットが悪化してしまう。また、濃度調整のためのタンクを新たに設けると、装置のフットプリントが大きくなってしまう。

【0083】

また、水の蒸発を促進する他の方法として、タンクの面積を広くし、薬液の表面積を増やすことが知られている。しかし、この場合も、装置のフットプリントが大きくなってしまう可能性がある。従って、単位面積あたりの半導体製造装置の処理効率が悪化する可能性がある。

【0084】

これに対して、第１実施形態では、気泡供給部３８により、タンク面積を変える（大きくする）ことなく、水の蒸発を促進することができる。また、気泡供給部３８は、タンク７内設けられている。従って、タンク７周辺の構成を大きく変えることなく、調整時間を短縮することができる。

【0085】

尚、濃度計Ｓ１は、薬液の水濃度を検出する水濃度計であってもよい。

【0086】

また、上記のように、センサは、濃度計Ｓ１に限られず、比重計Ｓ４または水蒸気濃度計Ｓ５であってもよい。この場合、図４のステップＳ２０では、薬液の濃度、薬液の水濃度、薬液の比重、および、タンク７から排出される気体の水蒸気濃度の少なくとも１つをセンサにより検出する。制御部９は、計測された比重または水蒸気濃度が、薬液の基準濃度に対応する比重または水蒸気濃度（所定値）であるか否かにより判定すればよい。また、制御部９は、リン酸濃度計Ｓ１、比重計Ｓ４および水蒸気濃度計Ｓ５の検出結果のうち複数を組み合わせて気泡Ｂの供給を制御してもよい。

【0087】

また、タンク７に限られず、図１に示すタンク５、６、７の少なくとも一つのタンクにおいて、上記の濃度調整が行われればよい。すなわち、図２に示すタンク７は、例えば、図１に示すタンク５、６であってもよい。この場合、枝管２０ｃは、例えば、図１に示す供給配管１０または枝管２０ｂである。ヒータ３３は、例えば、図１に示すヒータ１４、２３である。ポンプ３４は、例えば、図１に示すポンプ１５、２４である。循環配管３５は、例えば、図１に示す循環配管１６、２５である。

【0088】

また、制御部９は、例えば、ポンプ３４を制御して、気泡の供給を調整してもよい。例えば、ポンプ３４により循環する薬液の流速が増加すると、吸気管３８１から引き込まれる空気の量が増加するため、気泡供給部３８における気泡の供給量が増加する。

【0089】

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態による処理部１ａおよびその周辺の構成を示す模式図である。第２実施形態は、複数の基板Ｗを一括して処理するバッチ式の半導体製造装置１００である点で、第１実施形態と異なる。

【0090】

半導体製造装置１００は、タンク４００をさらに備える。

【0091】

タンク４００は、内槽４０１と、外槽４０２と、を有する。また、タンク４００では、内槽４０１と外槽４０２との間に設けられる循環配管（図示せず）等により、タンク５、６、７と同様に循環温調が行われてもよい。

【0092】

内槽４０１は、薬液を貯留する。内槽４０１は、図１と同様の供給配管１０が接続されている。また、供給配管１０の経路上に、図１と同様のヒータ１１が設けられる。従って、タンク５から薬液が内槽４０１内に供給される。

【0093】

外槽４０２は、内槽４０１の全周を囲むように設けられ、内槽４０１からオーバーフローした薬液を受けて回収する。外槽４０２は、図１と同様の主管５０ａが接続されている。従って、外槽４０２の薬液が図１に示すタンク６またはタンク７に回収される。

【0094】

第２実施形態による半導体製造装置１００のその他の構成は、第１実施形態による半導体製造装置１００の対応する構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

【0095】

第２実施形態においても、タンク６およびタンク７は、液回収と薬液濃度の調整とを交互に行う。従って、第１実施形態と同様に、タンク７は、薬液の濃度調整を行えばよい。

【0096】

次に、第２実施形態による半導体製造装置１００の基板処理の動作について説明する。

【0097】

まず、供給配管１０を介して、タンク４００内に薬液が貯留される。すなわち、所望のエッチングレートになるように調整された薬液が、タンク４００内に貯留される。次に、基板Ｗが内槽４０１に貯留された薬液に浸漬される。例えば、複数の基板Ｗを保持する保持部（図示せず）が鉛直方向に下降することにより、基板Ｗを薬液に浸漬する。これにより、基板Ｗ上のシリコン窒化膜が除去される。

【0098】

第２実施形態による半導体製造装置１００は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0099】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0100】

１００ 半導体製造装置、３ 処理液ノズル、７ タンク、７ａ 循環槽、７ｂ 貯留槽、９ 制御部、３３ ヒータ、３５ 循環配管、３７ 排気部、３８ 気泡供給部、３８１ 吸気管、３８２ 配管、３８３ 調整部、９１ ＤＩＷ供給系、Ｂ 気泡、Ｓ１ 濃度計、Ｓ４ 比重計、Ｓ５ 水蒸気濃度計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】