JP2006344792A - 半導体ウェハ処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理液の濃度の不均性を生じることなく、処理槽からのパーティクル排出効果を高めることができる半導体ウェハ処理装置を提供する。
【解決手段】 半導体ウェハ４０を収納し、上面が開放された処理槽１０と、半導体ウェハ４０を処理する処理液を貯蔵する処理液供給源２４に接続され、処理槽１０内に処理液を供給する処理液供給手段２０と、処理槽１０の内壁の上部に配置され、半導体ウェハ４０に気泡を当てないように処理液中に気泡を生成する気泡生成手段３０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウェハの製造に関し、特に処理薬液中のパーティクルを効果的に排出する半導体ウェハ処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。

半導体プロセスにおけるエッチング工程及び洗浄工程等において、処理槽中で半導体ウェハから除去されたパーティクル（ダスト）は、処理槽中から排出しなければならない。そこで、パーティクルを処理槽中から排出させる効果を高めるためには、処理槽中へ処理液供給（アップフロー）する供給流量を増やすことが考えられる。しかしながら、循環速度を高めるには限界があり、循環以外にパーティクル排出効果を高める方法が望まれている。更に、ウェハの直径が２００ｍｍから３００ｍｍへスケールアップした際の処理槽の容積は約３倍となり、循環流量を３倍に増やすには巨大なポンプが必要となる。その結果として処理装置は巨大化してしまう。また、別の方法として、処理槽の上面の処理液が排出される部分の形状を通常の直線にするのではなく、凹凸形状にすることにより、パーティクルの排出速度を高めることができる報告もある（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この凹凸形状の処理槽では、飛躍的にパーティクル排出効果を高めることができない。
特開２０００−１５０４３８号公報

本発明は、処理液の濃度の不均性を生じることなく、処理槽からのパーティクル排出効果を高めることができる半導体ウェハ処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、（イ）半導体ウェハを立てて収納し、上面が開放された処理槽と、（ロ）半導体ウェハを処理する処理液を貯蔵する処理液供給源に接続され、処理槽内に処理液を供給する処理液供給手段と、（ハ）半導体ウェハの中心から処理液の液面までの間の処理槽の内壁に配置され、処理液中に気泡を生成する気泡生成手段とを備える半導体ウェハ処理装置であることを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、（イ）設計パターンを生成する工程と、（ロ）設計パターンを用いてマスクデータを生成し、マスクデータをマスク基板にマスクパターンを形成してフォトマスクを作成する工程と、（ハ）半導体ウェハにレジスト膜を塗布する工程と、（ニ）フォトマスクを用いてマスクパターンをレジスト膜に転写し、加工用マスクを形成する工程と、（ホ）加工用マスクを用いて半導体ウェハをエッチングし加工する工程、或いは加工用マスクを用いて半導体ウェハにイオン注入をする工程と、（ヘ）半導体ウェハを上面が開放された処理槽に立てて収納し、半導体ウェハの中心から処理液の液面までの間の処理槽の内壁から処理液中に気泡を生成しながら、加工用マスクに用いたレジスト膜付きの半導体ウェハを処理し、レジスト膜を剥離する工程とを含む半導体装置の製造方法であることを要旨とする。

本発明によれば、処理液の濃度の不均性を生じることなく、処理槽からのパーティクル排出効果を高めることができる半導体ウェハ処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

本発明の実施の形態に係るウェハ処理装置は、図１に示すように、半導体ウェハ４０を立てて収納し、上面が開放された処理槽１０と、半導体ウェハ４０を処理する処理液を貯蔵する処理液供給源２４に接続され、処理槽１０内に処理液を供給する処理液供給手段２０と、半導体ウェハ４０の中心から処理液の液面までの間の処理槽１０の内壁に配置され、処理液中に気泡を生成する気泡生成手段３０とを備える。

処理槽１０は、半導体ウェハ４０を保持する保持部１２を有する。処理槽１０に備える保持部１２は、図２に示すように、複数の半導体ウェハ４０を所定の間隔を隔てて平行に配列して保持する。保持部１２は、液体の流れを妨げない構造を用いれば良い。保持部１２には、例えばメッシュ状の材料等を用いることができる。処理槽１０は、図１及び図２に示すように、外周に処理液排除手段２２を備える。処理槽１０は上面が開放されているために、処理液が容積を超えて供給された場合には上面から溢れ出る。溢れ出た処理液は、処理液排除手段２２に回収される。処理液排除手段２２は、回収した処理液をウェハ処理装置外部に排出したり、浄化して循環させて再使用したりする。処理槽１０は、塩酸（ＨＣｌ）、フッ酸（ＨＦ）、過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）、アンモニア水（ＮＨ₄ＯＨ）、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）、純水（ＤＩＷ）、温純水（ホットＤＩＷ）、オゾン（Ｏ₃）水又はそれらの混合液等の薬液を収納可能な槽である。

処理液供給手段２０は、図１に示すように、処理槽１０の対向する内壁の下部に対で配置される。処理液供給手段２０は、処理槽１０に収容されている半導体ウェハ４０に向かって処理液をそれぞれ供給することが可能なノズル等を用いる。処理液供給手段２０は、処理槽１０外部の処理液供給源２４に接続されている。処理液供給源２４は、例えば図１に示すような、理液供給手段２０を介して処理槽１０に供給する、ＨＣｌ、ＨＦ、Ｈ₂Ｏ₂、ＮＨ₄ＯＨ、ＤＩＷ、ホットＤＩＷ、及びＯ₃水等の処理液の供給源である。処理液供給源２４から処理槽１０へ供給する処理液の種類と量は、各処理液を貯蔵する各容器２６に設けられたバルブ２８で制御する。

気泡生成手段３０は、窒素（Ｎ₂）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、及びＯ₃等のガスを処理槽１０に供給された処理液中に送り、気泡を生成する。気泡生成手段３０の形態としては、例えば筒状の石英管等に穴を開けて気泡を生成する形態が挙げられる。気泡生成手段３０は、筒状の石英管等に限られず、半導体ウェハ４０に気泡を当てないように処理液中に気泡を生成することが可能であればどのような形態でも構わない。気泡生成手段３０で生成された気泡が、半導体ウェハ４０に当たらないようにする代表的な理由を以下に示す。処理槽１０でエッチング工程が行われる場合、気泡生成手段３０で生成された気泡が半導体ウェハ４０に当たると処理液の濃度の不均性を生じるために好ましくない。また、気泡生成手段３０で生成した気泡が半導体ウェハ４０の付近に存在する場合、ＭＨｚ帯の超音波洗浄処理中に気泡がＭＨｚ帯の周波数の音波伝達を阻害し、超音波洗浄を効果的にできない。したがって、気泡生成手段３０は、半導体ウェハ４０に気泡を当てないように処理槽１０の上面近傍に配置されることが好ましい。

次に、本発明の実施の形態に係るウェハ処理装置が、エッチング工程等によって半導体ウェハ４０から除去されたパーティクルを処理槽１０中から排出する工程を説明する。

まず、図３に示すように、半導体ウェハ４０を処理槽１０の保持部１２に保持する。そして、処理液供給手段２０から処理液を図３の矢印で示すように、処理槽１０に収容されている半導体ウェハ４０に向かって供給する。処理槽１０に収容されている半導体ウェハ４０に向かって処理液を供給し続けることで処理槽１０内の処理液の液流は、図４の矢印で示すように、処理槽１０の底部中央でぶつかって上昇し、気液界面へと向かう。気液界面まで上昇した処理液の液流は処理槽１０の壁方向へ向かい、処理槽１０から溢れ出し処理液排除手段２２へ流れ出る液流と壁沿いで下降する液流とに別れる。処理液供給手段２０は、処理槽１０に処理液を供給し続けるので図４の矢印で示す対流ができる。パーティクルは一部を除いて、処理液の対流及び浮力の影響を受けて気液界面に浮き上がってくる。

上記した処理液の対流を維持した状況で、気泡生成手段３０は半導体ウェハに気泡を当てないように処理液中に気泡を生成する。気泡は浮力を受けて気液界面に浮くので、処理液排除手段２２へ流れ出る液流に乗って処理槽１０の外に排出される。パーティクルは生成した気泡と接触しているときに自由エネルギーが低くなり安定するので、パーティクルと気泡は接触した状態を継続する。すなわち、パーティクルは気泡と一緒に処理槽１０の外に排出される。

本発明の実施の形態に係るウェハ処理装置を用いて処理槽１０内のパーティクル数の循環依存性を調べる。処理槽１０には、直径３００ｍｍの半導体ウェハ４０を収納可能な容積が５５ｌの槽を用いる。この処理槽１０の中に処理液供給流量３０ｌ／ｍｉｎにて処理液を供給する。処理槽１０中からのパーティクル排出挙動は、液中パーティクルカウンターにて調べる。処理槽１０内のパーティクル数の循環依存性の結果を図５のグラフに示す。まず、気泡生成手段３０から気泡が生成されない場合、初期のパーティクル量から１／１０００に低減させるためには、１０分間の処理液供給（アップフロー）が必要となる。一方、気泡生成手段３０に不活性ガスを１０ｌ／ｍｉｎで供給して、気泡生成手段３０から気泡が生成されている場合、初期のパーティクル量から１／１０００に低減させるためには、７分間の処理液供給が必要となる。つまり、気泡を生成しているときは、気泡を生成していないときと比して７／１０の処理液供給時間で同じ量のパーティクルを排出することができる。したがって、本発明の実施の形態に係るウェハ処理装置は、単純な処理液供給による槽内液置換効率を１．４倍以上に高めることができる。

以下に、本発明の実施の形態に係るウェハ処理装置を用いた半導体装置製造方法を図６のフローチャートを参照しながら説明する。

（イ）まず、ステップＳ１００において、プロセス・マスクシミュレーションやデバイスシミュレーションにより、電気的特性を得る。電気的特性を用いてＬＳＩの回路シミュレーションが行われ、設計パターンのレイアウトデータ（設計データ）を生成する。

（ロ）次に、ステップＳ２００において、ステップＳ１００で生成されたレイアウトデータの設計パターンに対して、マスクパターンのマスクデータを生成する。マスクパターンがマスク基板に形成され、フォトマスクが作製される。なお、フォトマスクはＬＳＩの製造工程の各段階に対応した各層分作製されてフォトマスクのセットが用意される。

（ハ）ステップＳ３０２におけるフロントエンド工程（ウェハ工程）では、ステップＳ３１０における酸化工程、ステップＳ３１１におけるレジスト塗布工程が実施される。そして、ステップＳ３１２におけるフォトリソグラフィ工程が実施された後、ステップＳ３１３ａにおけるエッチング工程、或いはステップＳ３１３ｂにおけるイオン注入工程のいずれかが実施される。その後、ステップＳ３１４におけるアッシング工程、ステップＳ３１５における洗浄工程、及びステップＳ３１６における熱処理工程等が実施される。ステップＳ３１０〜ステップＳ３１６の工程は、繰り返して実施される。一連の工程が終了すると、ステップＳ３０３へ進む。ステップＳ３１２のフォトリソグラフィ工程では、フォトマスクを用いてレジスト膜に転写して加工用マスクを形成する。そして、加工用マスクを用いてステップＳ３１３ａのエッチング工程でドライエッチングにより半導体ウェハ或いは半導体ウェハ上に成膜された各種の膜を加工する。ステップＳ３１３ｂのイオン注入工程では、加工用マスクを用いて半導体ウェハにリン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、及びヒ素（Ａｓ）等をドーピングする。ステップＳ３１４では、レジスト膜を灰化して除去する。ステップＳ３１５における洗浄工程は、本発明の実施の形態に係るウェハ処理装置を用いて、効果的に処理槽の外に灰化したレジスト膜等のパーティクルを排出する。

（ニ）ステップＳ３０３において、ウェハ表面に対して配線処理が施されるバックエンド工程（表面配線工程）が行われる。バックエンド工程では、ステップＳ３１７における成膜工程、ステップＳ３１８における洗浄工程、ステップＳ３１９におけるレジスト塗布工程、ステップＳ３２０におけるフォトリソグラフィ工程、ステップＳ３２１におけるエッチング工程、ステップＳ３２２における金属堆積工程等が繰り返し実施される。一連の工程により多層配線構造が完成したら、ステップＳ３０４へ進む。ステップＳ３１８における洗浄工程、及びステップＳ３２１におけるエッチング工程は、本発明の実施の形態に係るウェハ処理装置を用いる。

（ホ）ステップＳ３０４において、ダイヤモンドブレード等のダイシング装置により、所定のチップサイズに分割される。そして、金属若しくはセラミックス等のパッケージング材料にマウントされ、チップ上の電極パッドとリードフレームのリードを金線で接続された後、樹脂封止などの所要のパッケージ組み立ての工程が実施される。ステップＳ４００において、半導体集積回路の性能・機能に関する特性検査、リード形状・寸法状態、信頼性試験などの所定の検査を経て、半導体集積回路が完成される。ステップＳ５００において、以上の工程をクリアした半導体集積回路は、水分、静電気などから保護するための包装を施され、出荷される。

本発明の実施の形態に係る半導体ウェハ処理装置によれば、気泡生成手段３０の生成した気泡が半導体ウェハ４０に当たらないので、処理液の濃度の不均性を生ることなく、処理する半導体ウェハに影響を及ぼさないで洗浄できる。更に、実施の形態に係る半導体ウェハ処理装置によれば、気泡生成手段３０の生成した気泡とパーティクルが接触した状態を継続することで、パーティクルは気泡と一緒に図４に示す対流に乗りやすくなり、効果的に処理槽１０の外にパーティクルを排出することができる。

また、実施の形態に係る半導体ウェハ処理装置の気泡生成手段３０が処理槽１０の内壁の上部に配置されているため、気泡生成手段３０は処理する半導体ウェハを処理槽１０に出し入れするウェハ保持昇降機（図示せず）に干渉することなく半導体ウェハ４０を出し入れすることができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

例えば、実施の形態に係る半導体ウェハ処理装置において、気泡生成手段３０は、図２に示すように、処理槽１０の内壁の全周に配置されているように記載したが、処理槽１０の内壁の一部に配置するようにしても構わない。具体的には気泡生成手段３０は、図７に示すように、処理槽１０の対向する２辺に設けても良く、処理液の気液界面に気泡が存在させられればどのような配置でも良い。

また、実施の形態に係る半導体ウェハ処理装置はレジスト付の半導体ウェハをレジスト剥離する目的で記載しているが、レジスト膜をドライアッシング装置にて剥離した後の後処理として実施することも可能である。言い換えると、半導体ウェハのすべてのウエット処理にて実施することが可能であり、具体的には酸化、拡散、成膜等の熱処理工程の前処理、エッチング処理として実施することも可能である。

この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の実施の形態に係る半導体ウェハ処理装置の模式的断面図である。 本発明の実施の形態に係る半導体ウェハ処理装置の上面図である。 本発明の実施の形態に係る半導体ウェハ処理装置の液流を示す模式的断面図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る半導体ウェハ処理装置の液流を示す模式的断面図（その２）である。 本発明の実施の形態に係る半導体ウェハ処理装置の処理槽内のパーティクル数の循環依存性を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 本発明のその他の実施の形態に係る半導体ウェハ処理装置の上面図である。

符号の説明

１０…処理槽
１２…保持部
２０…処理液供給手段
２２…処理液排除手段
２４…処理液供給源
２６…容器
２８…バルブ
３０…気泡生成手段
４０…半導体ウェハ

Claims (5)

1. 半導体ウェハを立てて収納し、上面が開放された処理槽と、
   前記半導体ウェハを処理する処理液を貯蔵する処理液供給源に接続され、前記処理槽内に前記処理液を供給する処理液供給手段と、
   前記半導体ウェハの中心から前記処理液の液面までの間の前記処理槽の内壁に配置され、前記処理液中に気泡を生成する気泡生成手段
   とを備えることを特徴とする半導体ウェハ処理装置。
2. 前記処理液供給手段は、前記処理槽の対向する内壁の下部に対で配置され、前記半導体ウェハに向かって前記処理液をそれぞれ供給することを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハ処理装置。
3. 前記処理液供給源は、
   複数の前記処理液を貯蔵する複数の容器と、
   前記処理液の種類と量を制御する前記容器に設けられたバルブ
   とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウェハ処理装置。
4. 設計パターンを生成する工程と、
   前記設計パターンを用いてマスクデータを生成し、前記マスクデータをマスク基板にマスクパターンを形成してフォトマスクを作成する工程と、
   半導体ウェハにレジスト膜を塗布する工程と、
   前記フォトマスクを用いて前記マスクパターンを前記レジスト膜に転写し、加工用マスクを形成する工程と、
   前記加工用マスクを用いて前記半導体ウェハをエッチングし加工する工程、或いは前記加工用マスクを用いて前記半導体ウェハにイオン注入をする工程と、
   前記半導体ウェハを上面が開放された処理槽に立てて収納し、前記半導体ウェハの中心から処理液の液面までの間の前記処理槽の内壁から前記処理液中に気泡を生成しながら、前記加工用マスクに用いた前記レジスト膜付きの前記半導体ウェハを処理し、前記レジスト膜を剥離する工程
   とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記レジスト膜を剥離する工程は、前記処理槽の対向する内壁の下部に対で配置される処理液供給手段から前記半導体ウェハに向かって前記処理液をそれぞれ供給することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

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