JP2006278966A

JP2006278966A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP2006278966A
Application number: JP2005099581A
Authority: JP
Inventors: Katsuiku Shiba; 克育柴; Seita Fukuhara; 成太福原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12
Also published as: US20060236926A1

Abstract

【課題】絶縁膜形成用薬液の流れる配管が何らかの影響により損傷したとしても安全性を保つことができるようにする。
【解決手段】中心流路Ａ１の直ぐ外周囲に配設される主配管部Ｂ１により分断された第２液路Ａ２に絶縁膜形成用薬液Ｘと化学的に非反応性を有する温度調整用液体Ｘ３を配設可能に構成されている。絶縁膜形成用薬液Ｘ１は温度調整用液体Ｘ３と化学的に反応しない液体により形成されている。これにより、たとえ主配管部Ｂ１が破損したとしても、化学的に反応することがなく安全性を保つことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板に液体を塗布する機能を備えた半導体製造装置に関する。

半導体基板に液体を塗布するときには、一般に、液体貯蔵タンクに貯蔵された塗布用液体を、配管を通じて当該配管の吐出口から吐出し半導体基板に塗布する。このとき、塗布用液体が配管内を流れると、配管の温度が塗布用液体の温度変化に影響する。このため配管構造を工夫し、塗布用液体の温度を安定化した状態で吐出口から吐出する必要がある。そこで２重管構造を採用し、塗布用液体が流れる中心配管を包囲するように水を循環させ塗布用液体の温度の安定化を図る技術がある（例えば、特許文献１および２参照）。

ところで近年、半導体装置を構成するメモリセルの集積度が高くなってきているため、このセル間を絶縁分離するための素子分離領域についても縮小化が求められている。このため、素子分離領域としてＳＴＩ（シャロートレンチアイソレーション）構造が採用されている。このＳＴＩ構造の素子分離領域内に素子分離膜を形成するため、絶縁膜形成用薬液を半導体基板に塗布することがある。そこで、特許文献１および２の技術を採用し、中心配管に絶縁膜形成用薬液を供給した状態でこの中心配管を包囲するように水を循環させることにより、半導体基板に絶縁膜形成用薬液を塗布するときに当該薬液の温度安定化を図ることが考えられる。
特開平２−１８４０３１号公報特開平３−２４１８２０号公報

例えば定期メンテナンスのときに、配管を移動させることがある。このとき人的な不注意等により配管に対して物理的な衝撃を与えてしまうと、絶縁膜形成用薬液の流れる管が損傷する虞がある。例えば、万が一、絶縁膜形成用薬液の流れる管が損傷し絶縁膜形成用薬液が他の液体に接触すると有毒ガスや熱を発生する虞もある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体基板に絶縁膜形成用薬液を塗布するための装置であって、当該絶縁膜形成用薬液の流れる配管が何らかの影響により損傷したとしても安全性を保つことができる半導体製造装置を提供することにある。

本発明の半導体製造装置は、絶縁膜形成用薬液を半導体基板上に配液する主配管部と、主配管部を取り囲むように配設され、絶縁膜形成用薬液と化学的に非反応性を有する液体が流れる副配管部と、を具備したことを特徴としている。

本発明によれば、絶縁膜形成用薬液の流れる配管が何らかの影響により損傷したとしても安全性を保つことができるという効果を奏する。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、半導体製造装置の概略的な構成図を示している。

この半導体製造装置１は、循環器としてのチラー２と、配管３と、回転機構としてのスピンコータ４と、コーターカップ５と、流液機構用ポンプ６と、ポンプ７と、液体貯蔵タンク８と、洗浄リンス液貯蔵タンク９とを備えている。この半導体製造装置１は、半導体基板Ｗがスピンコータ４の上に載置された状態で、例えばポリシラザン薬液等による絶縁膜形成用薬液Ｘが貯蔵された液体貯蔵タンク８からポンプ７および配管３を通じて配管３の吐出口３ａから絶縁膜形成用薬液Ｘを吐出し、半導体基板Ｗの平面略中央に絶縁膜形成用薬液Ｘを滴下（供給）しモータ（図示せず）に基づいてスピンコータ４を一定回転数で回転することにより、半導体基板Ｗ上に塗布型絶縁膜Ｘ２を成膜する。

塗布型絶縁膜Ｘ２は、例えばポリシラザン膜であり、近年ではＳＴＩ（Shallow Trench Isolation)構造の素子分離領域に対する埋込用途に使用されている。これは、従来よりＴＥＯＳ（Tetra ethoxy silane）膜等が素子分離領域に埋込み形成されていたが、設計ルールの縮小化に伴い素子の活性領域を分離するための素子分離領域も狭くなってきているためである。個々の半導体チップの素子分離領域に対して塗布型絶縁膜Ｘ２を均等に埋込み形成するためには、半導体基板Ｗ上に塗布型絶縁膜Ｘ２を面内均一に形成する必要がある。面内均一性を制御するためには、絶縁膜形成用薬液Ｘを塗布するときの温度制御が特に重要である。そこで、絶縁膜形成用薬液Ｘを塗布するときには、絶縁膜形成用薬液Ｘの温度を一定に保つ必要がある。例えば特許文献１および２に開示されている構成を適用し、絶縁膜形成用薬液Ｘの温度を一定に保つように構成すると、絶縁膜形成用薬液Ｘを配液するための主配管部Ｂ１の周囲に水路を配設する必要がある。

この場合、絶縁膜形成用薬液Ｘとして、特にポリシラザン薬液を適用した場合、万が一主配管部Ｂ１が破裂し水と反応してしまうと水素やアンモニアガス、ＳｉＨ₄ガスや熱を発生すると共にＳｉＯ₂粒子を形成してしまう。すると、周囲に危険が引き起こされる可能性もあり、さらにＳｉＯ₂粒子が配管を詰まらせる原因となる。
そこで、温度を極力一定（例えば、２３℃±０．５℃）にすると共に周囲の安全性を確保しつつ絶縁膜形成用薬液Ｘを半導体基板Ｗ上に塗布するため、本実施形態においては、絶縁膜形成用薬液Ｘを半導体基板Ｗ上に供給するための配管３の構造に特徴を備えている。

図２（ａ）は、配管の吐出口付近の縦断面構造を模式的に示している。また、図２（ｂ）は、配管の横断面構造を模式的に示している。この図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、配管３は、同心円状の３重管構造をなしている。この配管３は、当該配管３の例えば略横断面中央に配設された主配管部Ｂ１（分断管部、中央配管部、第１配管部）と、主配管部Ｂ１の例えば少なくとも吐出口３ａ近辺に対して横断面外周囲を取り囲むように配設された副配管部Ｂ２（第２配管部）とを備えている。

主配管部Ｂ１は、絶縁膜形成用薬液Ｘを供給するための供給口（図示せず）がポンプ７に接続されている。このポンプ７は、液体貯蔵タンク８から主配管部Ｂ１内の中心流路Ａ１（第１液路に相当）および吐出口３ａを通じて半導体基板Ｗ上に絶縁膜形成用薬液Ｘを滴下（供給）する。主配管部Ｂ１の吐出口３ａは、半導体基板Ｗの上方例えば２ｃｍ離間した位置に固定されている。

また、副配管部Ｂ２はチラー２に接続されている。このチラー２は、その内部で温度調整用液体Ｘ３を冷却し、副配管部Ｂ２を通じて温度調整用液体Ｘ３を吐出口３ａ近辺に至る位置（例えば、半導体基板Ｗの上方例えば３ｃｍ離間した位置）まで常時循環制御するように設けられている。温度調整用液体Ｘ３は、絶縁膜形成用薬液Ｘと化学的に非反応性を有する材料により形成されていることが望ましい。これは、万が一、主配管部Ｂ１が破損したとしても化学的に悪影響が引き起こされることがないためである。また、温度調整用液体Ｘ３は、水と化学的に非反応性を有する材料により形成されていることが望ましい。これは、たとえ何らかの影響により水分が配管３に付着すると共に配管３の副配管部Ｂ２に亀裂を生じ水分が温度調整用液体Ｘ３に混合されたとしても化学的に悪影響が引き起こされる可能性がなくなるためである。

また温度調整用液体Ｘ３として、ＯＨ基を含まない薬液、例えばＣ₁₀Ｈ₈、Ｃ₁₀Ｈ₁₂、Ｃ₁₁Ｈ₁₄、Ｃ₁₂Ｈ₁₆、Ｃ₁₃Ｈ₁₈、Ｃ₁₄Ｈ₂₀のうち少なくとも何れか一種類を有効成分とした液体を用いることが望ましい。また、温度調整用液体Ｘ３として、Ｃ₈Ｈ₁₈Ｏ（ジブチルエーテル）を有効成分とした液体を適用することも望ましい。この場合、温度を効率よく安定化することができる。

具体的には、図２（ａ）に示すように、チラー２により冷却された温度調整用液体Ｘ３は、チラー２から内側の第２液路Ａ２を通じて吐出口３ａ近辺まで流れると共に、第２液路Ａ２の外側に配設される第３流路Ａ３を通じてチラー２まで戻ることで循環する。尚、主配管部Ｂ１内を中心流路Ａ１とすると、第２液路Ａ２は中心流路Ａ１の横断面直ぐ外周囲に配設される主配管部Ｂ１により分断された液路（流路）であり、第３液路Ａ３は、第２液路Ａ２の横断面直ぐ外周囲に配設された副配管部Ｂ２により流路制限された液路である。

また、図１に示すように、スピンコータ４は、半導体基板Ｗを回転するために設けられている。このスピンコータ４は、その下部に配設されたモータ（図示せず）に基づいて半導体基板Ｗを回転する。絶縁膜形成用薬液Ｘが半導体基板Ｗ上に滴下された後、スピンコータ４が半導体基板Ｗを回転すると、滴下された絶縁膜形成用薬液Ｘは半導体基板Ｗに形成された所定の溝部（図示せず）内に埋込み形成されると共に、残液が外部にスピンアウトする。

このとき、スピンアウトされた液滴を受けるため、コーターカップ５が設置されている。このコーターカップ５は、スピンコータ４の周囲に配設されている。一方、ポンプ６は、洗浄リンス液の循環器としての機能を有しており、洗浄リンス液貯蔵タンク９に貯蔵された洗浄リンス液をコーターカップ５の上部（少なくとも半導体基板Ｗの設置位置の上方位置）に供給する。これにより、コーターカップ５に付着した残液を洗浄することができる。

尚、この洗浄リンス液としては、ＯＨ基を含まない薬液、例えばＣ₁₀Ｈ₈、Ｃ₁₀Ｈ₁₂、Ｃ₁₁Ｈ₁₄、Ｃ₁₂Ｈ₁₆、Ｃ₁₃Ｈ₁₈、Ｃ₁₄Ｈ₂₀のうち少なくとも何れか一種類を有効成分として含有した液体を適用することが望ましい。また、洗浄リンス液として、Ｃ₈Ｈ₁₈Ｏ（ジブチルエーテル）を有効成分として含有する液体を適用することも望ましい。この場合、コーターカップ５に付着した絶縁膜形成用薬液Ｘの残液を効率よく洗浄できる。

コーターカップ５がスピンアウトされた絶縁膜形成用薬液Ｘの残液を受けると、当該残液と洗浄リンス液がコーターカップ５下部に溜込まれる。ポンプ６は、コーターカップ５下部に溜込まれた洗浄リンス液および残液をコーターカップ５の上部まで汲み上げる。これにより再度洗浄リンス液として使用することができる。このようにして、ポンプ６が洗浄リンス液を循環するため、洗浄リンス液をリサイクル使用することができる。発明者らは、Ｃ₁₀Ｈ₈、Ｃ₁₀Ｈ₁₂、Ｃ₁₁Ｈ₁₄、Ｃ₁₂Ｈ₁₆、Ｃ₁₃Ｈ₁₈、Ｃ₁₄Ｈ₂₀を全て含む液（ＨＣ−３００）を洗浄リンス液に適用して実験を行った。発明者らの実験によれば、ポンプ６による循環機能を付加していない構成では、半導体基板Ｗに塗布型絶縁膜Ｘ２を３０００枚塗布した時点から半導体基板Ｗ上に発生するパーティクルは５０個を超えて増加していたが、循環機能を追加したコーターカップ５を使用すると、半導体基板Ｗに塗布型絶縁膜Ｘ２を６０００枚塗布したとしても半導体基板Ｗ上に発生するパーティクルが１０個以下であることが確認された。これにより、歩留まりを向上できることが確認された。

上記構成について、塗布型絶縁膜形成時の作用について説明する。ポンプ７は、液体貯蔵タンク８から主配管部Ｂ１を通じて吐出口３ａから絶縁膜形成用薬液Ｘを半導体基板Ｗ上に供給する。半導体基板Ｗに供給された絶縁膜形成用薬液Ｘは、スピンコータ４により半導体基板Ｗ上に均一に塗布される。このときチラー２は、その内部で温度調整用液体Ｘ３を冷却すると共に副配管部Ｂ２内に温度調整用液体Ｘ３を循環するが、主配管部Ｂ１を介して温度調整用液体Ｘ３の温度が絶縁膜形成用薬液Ｘに熱伝導し、絶縁膜形成用薬液Ｘの温度が一定に保たれる。ここで副配管部Ｂ２は、吐出口３ａの近辺の周囲に至るまで配設されているため、配管３から吐出される直前まで絶縁膜形成用薬液Ｘの温度を一定に保つことができる。

以上説明したように、第１の実施形態においては、配管３が、中心流路Ａ１の直ぐ外周囲に配設される主配管部Ｂ１により分断された第２液路Ａ２に絶縁膜形成用薬液Ｘと化学的に非反応性を有する温度調整用液体Ｘ３が配設されており、主配管部Ｂ１内の中心流路Ａ１に絶縁膜形成用薬液Ｘ１を流液して半導体基板Ｗに当該液を供給することができるため、絶縁膜形成用薬液Ｘ１の温度を一定に保つことができる。しかも、絶縁膜形成用薬液Ｘ１は温度調整用液体Ｘ３と化学的に反応しないため、たとえ主配管部Ｂ１が破損したとしても、化学的に反応することがなく安全性を保つことができる。

また、温度調整用液体Ｘ３として水分と化学的に反応しない液体を適用した場合には、たとえ何らかの影響により水分が配管３に付着すると共に配管３の副配管部Ｂ２に亀裂を生じ水分が温度調整用液体Ｘ３に混合したとしても化学的に反応しないため、さらに安全性を向上することができる。

また、配管３を通じて絶縁膜形成用薬液Ｘが半導体基板Ｗ上に滴下された後、スピンコータ４が半導体基板Ｗを回転すると、コーターカップ５は、スピンコータ４により半導体基板Ｗからスピンアウトされた絶縁膜形成用薬液Ｘの液滴を受け、洗浄リンス液がポンプ６によりコーターカップ５の上部に汲み上げられコーターカップ５に付着した絶縁膜形成用薬液Ｘを洗浄するため、コーターカップ５に付着した残液を洗浄することができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、配管が４重管構造をなしているところにある。第１の実施形態と同一部分について同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。

図３に示すように、配管３に代わる配管１０は、４重管構造をなしている。この配管１０は、配管３と同様に主配管部Ｂ１および副配管部Ｂ２を備えると共に、これらの主配管部Ｂ１および副配管部Ｂ２を滞留路１１を介して分離する分離管部Ｂ３を備えている。この分離管部Ｂ３は、主配管部Ｂ１の横断面直ぐ外周囲に配設された滞留路１１と、当該分離管部Ｂ３の横断面外周囲に配設された第４液路Ａ４とを分離するように構成されている。尚、滞留路１１は、主配管部により分断された液路および分離路として機能する。

また、上述実施形態では、温度調整用液体Ｘ３として絶縁膜形成用薬液Ｘと化学的に非反応性を有する液体を適用したが、本実施形態では、温度調整用液体Ｘ３に代わる温度調整用液体Ｘ４として水を適用する。これは、チラー２から供給する液体としては水が一般的であるからである。尚、温度調整用液体Ｘ４としては、上述実施形態と同様に絶縁膜形成用薬液Ｘと化学的に非反応性を有する液体を適用しても良い。

すなわち、チラー２は、副配管部Ｂ２および分離管部Ｂ３により流路制限された第４液路Ａ４および第５液路Ａ５に対して温度調整用液体Ｘ４を供給する。尚、第４液路Ａ４および第５液路Ａ５の流路構造は、それぞれ第２液路Ａ２および第３液路Ａ３の流路構造と略同様のためその説明を省略する。

この場合、上述実施形態に比較して主配管部Ｂ１および副配管部Ｂ２間の距離が離間するため、たとえ第４液路Ａ４および第５液路Ａ５に対して温度調整用液体Ｘ４として水を供給したとしても、絶縁膜形成用薬液Ｘと水とが接触する可能性が低くなり安全性を極力確保することができる。

尚、滞留路１１には、図示しないがバッファー液が滞留している。このバッファー液として、絶縁膜形成用薬液Ｘと化学的に非反応性を有する液体、例えば、Ｃ₁₀Ｈ₈、Ｃ₁₀Ｈ₁₂、Ｃ₁₁Ｈ₁₄、Ｃ₁₂Ｈ₁₆、Ｃ₁₃Ｈ₁₈、Ｃ₁₄Ｈ₂₀のうち少なくとも何れか一種類を有効成分とした液体を滞留することが望ましい。また、滞留路１１に、Ｃ₈Ｈ₁₈Ｏ（ジブチルエーテル）を滞留させることが望ましい。この場合、主配管部Ｂ１に万が一亀裂が生じ破損したとしても絶縁膜形成用薬液Ｘが温度調整用液体Ｘ４と混合することがなく、従来に比較して安全性を向上することができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下の変形もしくは拡張が可能である。
主配管部Ｂ１を配管３の中心部に構成した実施形態を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、主配管部を同心円状に内管および外管を備えるように構成し、当該内管および外管内を通じて絶縁膜形成用薬液Ｘが流れるようにしても良い。この場合、内管の内側の液路、および外管の外側の液路に温度調整用液体Ｘ３を流すようにすると良い。
３重管構造の配管３、４重管構造の配管１０に適用したが、これに限定されるものではなく、２重管もしくは５重管以上の配管構造に適用しても良い。

本発明の第１の実施形態の概略的な構成図（ａ）は配管の吐出口付近の縦断面図、（ｂ）は配管の吐出口付近の横断面図本発明の第２の実施形態の図２相当図

符号の説明

図面中、１は半導体製造装置、Ｘは絶縁膜形成用薬液、Ｘ４は温度調整用液体、Ｂ１は主配管部、Ｂ２は副配管部、Ｗは半導体基板である。

Claims

絶縁膜形成用薬液を半導体基板上に配液する主配管部と、
前記主配管部を取り囲むように配設され、前記絶縁膜形成用薬液と化学的に非反応性を有する液体が流れる副配管部と、を具備したことを特徴とする半導体製造装置。
前記副配管部に流れる液体は、温度調整用液体であり、この温度調整用液体は前記副配管部内を循環することを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
前記温度調整用液体として、水分と化学的に非反応性を有する液体を適用することを特徴とする請求項２記載の半導体製造装置。
前記温度調整用液体として、Ｃ₁₀Ｈ₈、Ｃ₁₀Ｈ₁₂、Ｃ₁₁Ｈ₁₄、Ｃ₁₂Ｈ₁₆、Ｃ₁₃Ｈ₁₈、Ｃ₁₄Ｈ₂₀のうち少なくとも何れか一種類を有効成分とした液体を適用することを特徴とする請求項２または３記載の半導体製造装置。
前記温度調整用液体として、Ｃ₈Ｈ₁₈Ｏ（ジブチルエーテル）を有効成分として含有する液体を適用することを特徴とする請求項２ないし４の何れかに記載の半導体製造装置。