JP2006253447A - 半導体製造方法及び半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＳＰＭ薬液混合時の希釈熱の過剰発生及び薬液容積、薬液比率の変動を抑え、安定性良く被処理膜のＳＰＭ剥離処理を行うことが可能な半導体製造方法及び半導体製造装置を提供する。
【解決手段】 硫酸と過酸化水素水を含む薬液を夫々供給する工程と、供給された前記薬液を混合する工程と、混合された前記薬液の温度を予め設定された温度範囲に制御する工程と、温度制御された前記薬液を処理槽に導入する工程と、前記処理槽に導入された前記薬液に半導体ウエハを浸漬し、前記半導体ウエハに形成された被処理膜の剥離処理を行う工程を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ＳＰＭ（硫酸過水）を用いた剥離工程を備える半導体製造方法及び半導体製造装置に関する。

半導体製造工程における剥離プロセス、例えばレジストマスクを用いて半導体ウエハを加工した後、レジストを剥離するプロセスや、半導体ウエハにメタルコンタクト形成後、余剰メタルを剥離するプロセスにおいて、硫酸と過水の混合液によるＳＰＭ処理が用いられている（例えば特許文献１参照）。

ＳＰＭ処理は、例えば、図５に示すような半導体製造装置において、硫酸供給手段１０１より硫酸を、過水供給手段１０２より過水を、夫々ＳＰＭ槽１０６に供給し、混合された薬液１０５中に、被処理膜の形成された半導体ウエハ（図示せず）を浸漬することにより処理するものである。

このＳＰＭ処理において、硫酸と過水との混合時に、硫酸自体の強い吸水力のため、希釈熱が発生する。希釈熱量は混合条件により変動するが、混合比に依存し、例えば、図６に示すように、硫酸（９８ｗｔ％）、過水（３５ｗｔ％）の各混合比（体積比）における最大到達温度（希釈熱発生量の最大値）は、硫酸：過水＝２：１〜１：１近傍で最大１６０℃以上となる。

このように希釈熱が過剰に発生してしまうと、過水の分解が促進され、生成した水分の蒸発による薬液容積の減少や、薬液比率の変動により、剥離能力の劣化、変動が生じる、という問題があった。そして、液混入後の混合が十分でない場合、一部で生じた過剰な希釈熱が更なる過剰な希釈熱の発生を誘発することから、装置が破損してしまう恐れがあった。また、処理前に温度管理を行う必要があるものについては、温度調整（希釈熱により上昇した薬液温度からの降温・安定化）に数時間以上放置する必要がある等、時間がかかるため、スループットが低下する、という不具合が生じていた。

そのため、例えば過水中に硫酸を滴下供給する等、薬液の混合順序、投入速度を制限する、混合比を制限する等の手法により、希釈熱の過剰発生を抑えることが検討されたが、薬液調製に時間がかかる、十分な剥離処理能力が得られない等の問題があった。
特開２００１−１１８８２１号公報

本発明は、ＳＰＭ薬液混合時の希釈熱の過剰発生及び薬液容積、薬液比率の変動を抑え、安定性良く被処理膜のＳＰＭ剥離処理を行うことが可能な半導体製造方法及び半導体製造装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一態様によれば、硫酸と過酸化水素水を含む薬液を夫々供給する工程と、供給された前記薬液を混合する工程と、混合された前記薬液の温度を予め設定された温度範囲に制御する工程と、温度制御された前記薬液を処理槽に導入する工程と、前記処理槽に導入された前記薬液に半導体ウエハを浸漬し、前記半導体ウエハに形成された被処理膜の剥離処理を行う工程を備えることを特徴とする半導体製造方法が提供される。

また、本発明の一態様によれば、硫酸と過酸化水素水を含む薬液を、夫々前記硫酸の供給比を増大させながら供給する工程と、供給された前記薬液を混合する工程と、混合された前記薬液の温度を予め設定された温度範囲に制御する工程と、温度制御された前記薬液に半導体ウエハを浸漬し、前記半導体ウエハに形成された被処理膜の剥離処理を行う工程を備えることを特徴とする半導体製造方法が提供される。

また、本発明の一態様によれば、硫酸と過酸化水素水を含む薬液を夫々供給する手段と、供給された前記薬液を混合する手段と、混合された前記薬液の温度を、予め設定された温度範囲に制御する手段と、温度制御された前記薬液が導入され、前記薬液に半導体ウエハを浸漬して前記半導体ウエハに形成された被処理膜の剥離処理を行う処理槽を備えることを特徴とする半導体製造装置が提供される。

本発明の一実施態様によれば、ＳＰＭ薬液混合時の希釈熱の過剰発生及び薬液容積、薬液比率の変動を抑え、安定性良く被処理膜のＳＰＭ剥離処理を行うことが可能となる。

以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

（実施形態１）
図１に本実施形態における半導体製造装置を示す。図に示すように、硫酸の流量を制御して供給する硫酸供給手段１と、過水の流量を制御して供給する過水供給手段２が、放熱機構となる空冷用フィンを備え、例えば内部にらせん状経路を設けた攪拌器３に接続され、さらに供給配管４を介して、薬液５が導入されＳＰＭ処理が行われるＳＰＭ槽６と接続されている。

このような半導体製造装置を用いて、以下のような方法によりＳＰＭ処理が行われる。先ず、予め設定された硫酸／過水の濃度比率となるように、硫酸供給手段１、過水供給手段２を調整して、硫酸、過水を夫々供給する。これら薬液は、攪拌器３に導入され、攪拌されるとともに、混合により発生した希釈熱が空冷用フィンにより放熱される。攪拌器３において放熱され、予め設定された温度に安定した薬液は、供給配管４を介してＳＰＭ槽５に導入される。そして、ＳＰＭ槽６に所定量の薬液５が導入されると、被処理膜の形成された半導体ウエハを投入、浸漬し、ＳＰＭ処理が行われる。

本実施形態によれば、薬液がＳＰＭ槽６に導入される前に、流量を制御して混合・攪拌しながら放熱され、予め設定された温度となるように調整されるため、これ以上希釈熱の発生のない安定した状態でＳＰＭ槽に供給することができる。従って、希釈熱の過剰発生を抑えることが可能となることから、薬液容積、薬液比率の変動が抑えられ、温度調整時間の短縮によるスループットの向上を図ることが可能となる。

さらに、複数ロットをＳＰＭ処理した後に、薬液が交換されるが、交換前後での薬液比率の変動を抑えることができるため、プロセスの安定性を向上させることが可能となる。

（実施形態２）
図２に本実施形態における半導体製造装置を示す。図に示すように、硫酸の流量を制御して供給する硫酸供給手段１１と、過水の流量を制御して供給する過水供給手段１２が、例えば水等の冷媒を導入・排出することにより冷却する冷却機構を備えた攪拌器１３に接続されている。そして供給配管１４を介して、薬液１５が導入されＳＰＭ処理が行われるＳＰＭ槽１６と接続されている。

このような半導体製造装置を用いて、以下のような方法によりＳＰＭ処理が行われる。先ず、実施形態１と同様に、予め設定された硫酸／過水の濃度比率となるように、硫酸供給手段１１、過水供給手段１２を調整して、硫酸、過水を夫々供給する。これら薬液は、攪拌器１３に導入され、攪拌されるとともに、混合により発生した希釈熱が、冷却機構により強制的に冷却される。攪拌器１３において冷却され、予め設定された温度に安定した薬液は、供給配管１４を介してＳＰＭ槽１６に導入される。そして、実施形態１と同様に、ＳＰＭ槽１６に所定量の薬液１５が導入されると、被処理膜の形成された半導体ウエハを投入、浸漬し、ＳＰＭ処理が行われる。

本実施形態において、冷却機構を備えた攪拌機を用いたが、その形状は制限されるものではなく、実施形態1と同様のらせん状経路を有する攪拌機を用い、その外周に冷却機構を備えても、攪拌機内部にらせん状にチューブ様の冷却機構を配置しても良い。

本実施形態によれば、実施形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに薬液を強制的に冷却することにより、温度調整時間が短縮され、スループットの向上を図ることが可能となる。

これら実施形態１、２において、ＳＰＭ槽及び／又はその前段の供給配管に温度測定手段を設け、測定結果を硫酸供給手段、過水供給手段にフィードバックすることも可能である。これにより、何らかの理由により希釈熱が異常発生しても、硫酸、過水の供給を抑えることにより、早期にＳＰＭ槽内の薬液温度の上昇を抑えることが可能となる。また、攪拌機の放熱・冷却能力を可変として、同様に温度測定手段からの測定結果をフィードバックすることも可能である。これにより、何らかの理由により希釈熱が異常発生しても、放熱・冷却能力を向上させることにより、早期にＳＰＭ槽内の薬液温度の上昇を抑えることが可能となる。

（実施形態３）
図３に本実施形態における半導体製造装置を示す。図に示すように、硫酸の流量を制御して供給する硫酸供給手段２１と、過水の流量を制御して供給する過水供給手段２２が、夫々供給配管２４ａ、２４ｂを介して、薬液２５が導入されＳＰＭ処理が行われるＳＰＭ槽２６と接続されている。ＳＰＭ槽２６には攪拌手段２７と、温度測定手段２８が設置されており、温度測定手段は硫酸供給手段２１、過水供給手段２２と接続されている。

このような半導体製造装置を用いて、以下のような方法によりＳＰＭ処理が行われる。先ず、硫酸供給手段２１、過水供給手段２２を調整して、硫酸、過水を夫々ＳＰＭ槽２５に攪拌手段２７により攪拌しながら供給する。このとき、例えば図４に示すように、供給開始時には、過水の薬液供給比率を高く設定し、時間とともに徐々に硫酸の供給比率を高く変動させながら、薬液を供給する。

ここで、薬液の温度上昇Δｔは、Δｔ＝ΔＱ／ｃ・Ｗ（ΔＱ：希釈熱量、ｃ：比熱、Ｗ:薬液量）で表される。供給開始直後の混合薬液の希釈熱量をΔＱ１、比熱をｃ１、量をＷ１とすると、供給開始直後ではＷ１は小さいが、希釈熱量ΔＱは硫酸に対する過水の相対量に依存するため、過水比率を高く設定する供給開始直後では希釈熱量ΔＱ１も低く、温度上昇Δｔ１は抑えられる。そして、図４に示すように、硫酸の供給比率を時間とともに増大させながら薬液を供給してゆくと、硫酸の供給比率の増大により発生する希釈熱量ΔＱ２は増大するが、供給された薬液量Ｗ２（図４においては、薬液量比率：供給された薬液量／総薬液量で表す）も増大しているので、温度上昇Δｔ２は抑えられる。

このようにして、硫酸の供給比率を徐々に高く変動させることにより、希釈熱量を制御しながら、例えば１２０℃に温度制御された薬液をＳＰＭ槽２５に供給する。このとき、ＳＰＭ槽２６における薬液２５の温度を温度測定手段２８により測定し、温度管理幅を超えて上昇した場合、温度測定手段２８と接続された硫酸供給手段２１、過水供給手段２２において、硫酸、過水の供給速度を抑える方向に制御することにより、希釈熱の発生を抑えることができる。

そして、実施形態１、２と同様に、ＳＰＭ槽２６に予め設定された温度に制御された所定量の薬液が導入されると、被処理膜の形成された半導体ウエハを投入、浸漬し、ＳＰＭ処理が行われる。

本実施形態によれば、効率的に希釈熱の発生を抑えながら薬液を混合させることが可能となる。従って、実施形態１、２と同様に、薬液容積、薬液比率の変動が抑えられ、温度調整時間の短縮によるスループットの向上を図ることが可能となる。さらに、同様に、複数ロットをＳＰＭ処理した後に、薬液が交換されるが、交換前後での薬液比率の変動を抑えることができるため、プロセスの安定性を向上させることが可能となる。

本実施形態においては、ＳＰＭ槽２６に直接硫酸、過水を供給し、ＳＰＭ槽２６槽内で攪拌しているが、実施形態１、２と同様に、ＳＰＭ槽２６に供給する前段に攪拌器を設けて放熱、冷却しながら攪拌したものを供給しても良い。これにより、さらに温度調整時間が短縮され、スループットの向上を図ることが可能となる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一態様における半導体製造装置を示す図。 本発明の一態様における半導体製造装置を示す図。 本発明の一態様における半導体製造装置を示す図。 本発明の一態様における薬液の供給比率の時系列変動を示す図。 従来の半導体製造装置を示す図を示す図。 薬液混合比による最大到達温度の変動を示す図。

符号の説明

１、１１、２１、１０１ 硫酸供給手段
２、１２、２２、１０２ 過水供給手段
３、１３ 攪拌器
４、１４、２４ 供給配管
５、１５、２５、１０５ 薬液
６、１６、２６、１０６ ＳＰＭ槽
２７ 攪拌手段
２８ 温度測定手段

Claims (5)

1. 硫酸と過酸化水素水を含む薬液を夫々供給する工程と、
   供給された前記薬液を混合する工程と、
   混合された前記薬液の温度を予め設定された温度範囲に制御する工程と、
   温度制御された前記薬液を処理槽に導入する工程と、
   前記処理槽に導入された前記薬液に半導体ウエハを浸漬し、前記半導体ウエハに形成された被処理膜の剥離処理を行う工程を備えることを特徴とする半導体製造方法。
2. 前記混合された前記薬液の温度を予め設定された温度範囲に制御する工程は、放熱及び／又は冷却する工程を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体製造方法。
3. 前記混合された前記薬液の温度を予め設定された温度範囲に制御する工程は、供給される前記薬液の量を制御する工程を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体製造方法。
4. 硫酸と過酸化水素水を含む薬液を、夫々前記硫酸の供給比を増大させながら供給する工程と、
   供給された前記薬液を混合する工程と、
   混合された前記薬液の温度を予め設定された温度範囲に制御する工程と、
   温度制御された前記薬液に半導体ウエハを浸漬し、前記半導体ウエハに形成された被処理膜の剥離処理を行う工程を備えることを特徴とする半導体製造方法。
5. 硫酸と過酸化水素水を含む薬液を夫々供給する手段と、
   供給された前記薬液を混合する手段と、
   混合された前記薬液の温度を、予め設定された温度範囲に制御する手段と、
   温度制御された前記薬液が導入され、前記薬液に半導体ウエハを浸漬して前記半導体ウエハに形成された被処理膜の剥離処理を行う処理槽を備えることを特徴とする半導体製造装置。

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