JP2007019212A - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェハ面内でエッチング分布をコントロールすることのできる、コンパクトな半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 被加工膜を有する半導体ウェハ１０は、その中心部が保持機構１１に真空保持される。モータ等、回転駆動部１２が配備され、回転駆動部１２と保持機構１１はシャフト１３により結合されている。ウェハ移動機構１４は、回転駆動部１２、シャフト１３及び保持機構１１のユニットと共に半導体ウェハ１０を上昇−下降方向に動作制御し、かつ上向き−垂直−下向きの間で傾度制御することができる。薬液循環装置１８と結合された薬液処理槽１５は、薬液１６としてエッチング液が入る。半導体ウェハ１０は移動機構１４に応じた態勢にされ、回転しながら薬液１６に浸漬される。基本的には、半導体ウェハ１０の一部領域が薬液１６面内外に出入りする状態となる処理を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置製造に係り、特に半導体ウェハに対する枚葉式のウェットエッチング加工を施す半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。

ウェットエッチング技術は、大きく分けて枚葉方式とディップ方式がある。
枚葉方式は、一般に、洗浄に使われる純水はもとより、エッチング薬液は使い捨てである。しかし最近では、薬液の回収システムをも含めた、環境にも優れる半導体ウェハエッチング装置の技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
ディップ方式は、キャリアに収納された複数枚のウェハを、エッチング液の入った処理槽に浸漬する。溢れたエッチング液はオーバーフロー槽に溜められ、回収循環系につながる。ディップ方式は、バッチ処理という利点があるが、キャリア形状や薬液の流動方向によりウェハ面内のエッチング分布が大きく変化する。このような問題を鑑み、エッチングの面内ばらつきを低減し、歩留り向上に寄与する工夫は様々考えられている（例えば、特許文献２参照）。

本発明とは技術分野が異なるが、めっき装置による銅成膜を行う場合、被成膜面をめっき液中で回転させる構成が考えられている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−２５７９２８号公報 特開２０００−２２３４７０号公報 特開２００２−１２１６９５号公報

従来では、エッチングに対しウェハ面内均一性を向上させる技術に終始している。ところが、エッチングされるウェハ上の被膜は、すでにウェハ面内で偏向している場合がある。これは、成膜される際の下地の状態や成膜装置固有の成膜偏倚などに起因する。
ウェハ面内で厚さが偏向している被膜をエッチバックする際、ウェハ面内同じエッチング量でエッチングしていては平坦化が損なわれ、問題である。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、ウェハ面内でエッチング分布をコントロールすることのできる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。

めっきによる成膜においては、被成膜面をめっき液への浸漬と取り出しを繰り返すと、膜質異常が生じる場合があるため、被成膜面は、めっき液中に浸漬させ続けた状態で処理されていた。

本発明に係る半導体製造装置は、半導体ウェハを中心部で保持する保持機構と、回転駆動部と、前記回転駆動部と前記保持機構とを結合させるシャフトと、前記半導体ウェハが上昇−下降方向制御及び上向き−垂直−下向きの間で傾度制御されるウェハ移動機構と、前記ウェハ移動機構に応じた態勢の前記半導体ウェハが回転しながら薬液に浸漬される薬液処理槽と、前記薬液処理槽と結合される薬液循環系と、を含む。

上記本発明に係る半導体製造装置によれば、半導体ウェハは、ウェハ移動機構によって、薬液に浸漬される態勢が制御される。これにより、半導体ウェハの被加工膜において、ウェハ面内任意の同心円領域で薬液浸漬時間が多い領域と少ない領域を作ることができる。薬液処理槽は薬液循環系により薬液の循環使用が可能である。

なお、上記本発明に係る半導体製造装置において、好ましくは次のいずれかの特徴を有することによって薬液処理槽の実用性を向上させる。
前記薬液処理槽は前記半導体ウェハの被加工膜に対するエッチング液が供給される形態を有することを特徴とする。
前記薬液処理槽の液面はレベル制御されることを特徴とする。
前記薬液処理槽中に配備される拡散制御板をさらに含むことを特徴とする。

本発明に係る半導体製造装置は、半導体ウェハを中心部で保持する保持機構と、回転駆動部と、前記回転駆動部と前記保持機構とを結合させるシャフトと、外部情報に応じて前記半導体ウェハが上昇−下降方向制御及び上向き−垂直−下向きの間で傾度制御されるウェハ移動機構と、前記回転駆動部及び前記ウェハ移動機構が構成されているメカニカル部と、前記メカニカル部周辺に配備され前記ウェハ移動機構に応じた態勢の前記半導体ウェハが回転しながら薬液に浸漬される薬液処理槽と、前記薬液処理槽と結合される薬液循環系と、前記メカニカル部周辺に配備され前記半導体ウェハに対する洗浄及び乾燥の処理系と、を含み、前記半導体ウェハは前記保持機構と共に前記シャフトを介して前記メカニカル部から導出され、前記ウェハ移動機構により前記薬液処理槽と前記洗浄及び乾燥の処理系の間を移動することを特徴とする。

上記本発明に係る半導体製造装置によれば、半導体ウェハは、ウェハ移動機構によって、薬液に浸漬される態勢が制御される。これにより、半導体ウェハの被加工膜において、ウェハ面内任意の同心円領域で薬液浸漬時間が多い領域と少ない領域を作ることができる。ウェハ移動機構は、回転駆動部と共にメカニカル部に構成されるが、半導体ウェハは保持機構と共にシャフトを介してメカニカル部から導出されている。半導体ウェハはウェハ移動機構により薬液処理槽にてウェハ面内の同心円領域で浸漬時間の制御可能な薬液処理がなされる。薬液処理槽は薬液循環系により薬液の循環使用が可能である。また、洗浄及び乾燥の処理系へ移動して洗浄や乾燥処理がなされる。ウェハ移動機構とシャフトによって洗浄及び乾燥系を設ける場所もコンパクトでより自由度が与えられる。

なお、上記本発明に係る半導体製造装置において、好ましくは次のいずれかの特徴を有することによって半導体ウェハに対し汚染防止に寄与すると共に、信頼性を向上させる。
前記薬液処理槽と前記洗浄及び乾燥の処理系の間を隔離可能な開閉機構を備えることを特徴とする。
前記メカニカル部外装に設けられ、前記メカニカル部から導出される前記シャフトの移動経路を確保するためのスリットと、前記シャフトの移動に対応しつつ前記スリットをカバーする移動防壁部材と、を備えることを特徴とする。
前記シャフト周囲に取り付けられた耐薬液部材を備えることを特徴とする。
前記薬液処理槽中に、前記薬液循環系の作用を伴い前記薬液処理槽の液面レベルを高低制御または偏向制御する拡散制御板を備えることを特徴とする。

本発明に係る半導体製造装置は、複数の半導体ウェハのストック機構と、前記ストック機構から一つの半導体ウェハを搬送するウェハ搬送機構と、前記搬送機構により半導体ウェハを中心部で保持する保持機構と、回転駆動部と、前記回転駆動部と前記保持機構とを結合させるシャフトと、外部情報に応じて前記半導体ウェハが上昇−下降方向制御及び上向き−垂直−下向きの間で傾度制御されるウェハ移動機構と、前記回転駆動部及びウェハ移動機構が構成されているメカニカル部と、前記メカニカル部外装に設けられ、導出された前記シャフトが前記ウェハ移動機構により移動するためのスリットと、前記半導体ウェハに対する洗浄乾燥系が配備されている第１処理部と、薬液処理槽が配備され前記ウェハ移動機構に応じた態勢の前記半導体ウェハが回転しながら薬液に浸漬される第２処理部と、前記薬液処理槽と結合される薬液循環系と、前記薬液処理槽上の開閉蓋部材と、を含む。

また、本発明に係る半導体製造装置は、複数の半導体ウェハのストック機構と、前記ストック機構から一つの半導体ウェハを搬送するウェハ搬送機構と、前記搬送機構により半導体ウェハを中心部で保持する保持機構と、回転駆動部と、前記回転駆動部と前記保持機構とを結合させるシャフトと、外部情報に応じて前記半導体ウェハが上昇−下降方向制御及び上向き−垂直−下向きの間で傾度制御されるウェハ移動機構と、前記回転駆動部及びウェハ移動機構が構成されているメカニカル部と、前記半導体ウェハに対する乾燥処理系が配備されている第１処理部と、薬液処理槽が配備され前記ウェハ移動機構に応じた態勢の前記半導体ウェハが回転しながら薬液に浸漬される第２処理部と、前記薬液処理槽と結合される薬液循環系と、前記薬液処理槽上の開閉蓋部材と、前記第１処理部と前記第２処理部の間に設けられ前記ウェハ移動機構に応じた態勢の前記半導体ウェハが回転しながら洗浄処理される第３処理部と、を含む。

上記それぞれ本発明に係る半導体製造装置によれば、半導体ウェハは、ストック、搬送、各処理と、メカニカル部を中心にコンパクトにまとめられる構成となり得る。半導体ウェハは、ウェハ移動機構によって、薬液に浸漬される態勢が制御される。これにより、半導体ウェハの被加工膜において、ウェハ面内任意の同心円領域で薬液浸漬時間が多い領域と少ない領域を作ることができる。ウェハ移動機構は、回転駆動部と共にメカニカル部に構成され、半導体ウェハは保持機構と共にシャフトを介してメカニカル部周辺の第１処理部や第２処理部、または第３処理部に移動可能である。半導体ウェハはウェハ移動機構により第２処理部へ移動してウェハ面内の同心円領域で浸漬時間の制御可能な薬液処理がなされる。薬液処理槽は薬液循環系により薬液の循環使用が可能である。また、第１処理部へ、あるいは第３処理部を介して第１処理部へ移動し、洗浄及び乾燥処理がなされる。

なお、上記本発明に係る半導体製造装置において、好ましくは次のいずれかの特徴を有することによって半導体ウェハに対し汚染防止に寄与すると共に、処理の信頼性を向上させる。
前記第１処理部と前記搬送機構は隣り合い、前記第１処理部と前記搬送機構の間を開放、遮断するシャッター機構を備えることを特徴とする。
前記シャフトの貫通孔が設けられ前記シャフトの移動に対応しつつ前記スリットをカバーする移動防壁部材と、前記貫通孔より大きい径で前記シャフト周囲に設けられた前記貫通孔内への液伝播抑制部材と、を備えることを特徴とする。
前記薬液処理槽の液面のレベルは高低制御または偏向制御可能であることを特徴とする。
前記薬液処理槽の薬液として前記半導体ウェハ上の被加工膜に対するエッチング液が用いられ、前記ウェハ移動機構は、前記半導体ウェハ面内における前記被加工膜の膜厚の偏向に応じて前記半導体ウェハ面内任意の同心円領域で前記エッチング液に浸漬する時間を調整することを特徴とする。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウェハを中心部で保持する工程と、前記半導体ウェハを回転させる工程と、前記半導体ウェハの回転面を上昇−下降方向制御及び上向き−垂直−下向きの間で傾度制御する工程と、傾度制御された態勢の前記半導体ウェハを回転させながら薬液に浸漬し、前記半導体ウェハの一部領域が前記薬液面内外に出入りする状態となる処理を含む薬液処理工程と、前記半導体ウェハを回転させながら洗浄及び乾燥を行う洗浄乾燥工程と、を含む。

上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体ウェハは、中心部が保持され、ある傾度に制御されて回転し、薬液処理工程を経る。半導体ウェハは、薬液に浸漬される態勢が制御されている。従って、被加工膜において、ウェハ面内任意の同心円領域で薬液浸漬時間が多い領域と少ない領域を作ることができる。

なお、上記本発明に係る半導体装置の製造方法において、好ましくは次のいずれかの特徴を有することによって、被加工膜におけるウェハ面内の同心円領域で所望のエッチング分布を制御することができる。
前記薬液処理工程は、薬液として前記半導体ウェハ上の被加工膜に対するエッチング液を用いるウェットエッチング処理を含み、前記半導体ウェハは半径以下から半径以上の領域へ、または半径以上から半径以下の領域へとエッチング液内に浸漬する領域を移行することを特徴とする。
前記薬液処理工程は、薬液として前記半導体ウェハ上の被加工膜に対するエッチング液を用いるウェットエッチング処理を含み、エッチング液の液面を隆起させることにより、前記半導体ウェハは中央から外周領域へとエッチング液内に浸漬する領域を移行することを特徴とする。

発明を実施するための形態

図１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の第１実施形態に係る半導体製造装置の要部構成を示す概観図である。被加工膜を有する半導体ウェハ１０は、その中心部が保持機構１１に真空保持される（図１（ａ））。モータ等、回転駆動部１２が配備され、回転駆動部１２と保持機構１１はシャフト１３により結合されている。ウェハ移動機構１４は、回転駆動部１２、シャフト１３及び保持機構１１のユニットと共に半導体ウェハ１０を上昇−下降方向に動作制御することができる（図１（ａ））。さらに、ウェハ移動機構１４は、半導体ウェハ１０を上向き−垂直−下向きの間で傾度制御することができる（図１（ｂ），（ｃ））。

図１（ｂ），（ｃ）に示すように、薬液処理槽１５は、薬液循環装置１８と結合され、稼動中は清浄な薬液が循環するようになっている。薬液１６は、例えば上記半導体ウェハ１０の被加工膜に対するエッチング液とする。半導体ウェハ１０は移動機構１４に応じた態勢にされ、回転しながら薬液（エッチング液）に浸漬される。基本的には、半導体ウェハ１０の一部領域が薬液１６面内外に出入りする状態となる処理を含む。

図１（ｂ）に示すように、薬液処理槽１５に浸漬される半導体ウェハ１０は、ウェハ移動機構１４により傾度が制御され、半径以下から半径以上の領域へと薬液（エッチング液）１６内に浸漬する領域を移行する。すると、ウェハ外周部付近の方がウェハ中心部付近に比べてエッチング液に接触する時間が長くなる。よって、ウェハ外周部付近はウェハ中心部付近に比べてエッチング量を大きくすることができる。なお、ウェハ移動機構１４による半導体ウェハ１０の薬液処理槽１５への浸漬の制御は、傾度制御だけによる動作、または、制御した傾度を固定した後、上昇−下降方向制御に移行する動作が考えられる。さらに、薬液処理槽１５は、薬液循環装置１８の作用によって薬液１６の液面がレベル制御されるようにしてもよい。薬液処理槽１５は、薬液（エッチング液）１６の流動を適宜制御するため数種類の拡散制御板１７を配備してもよい。

図１（ｃ）に示すように、薬液処理槽１５に浸漬される半導体ウェハ１０は、ウェハ移動機構１４により傾度が制御され、始めから半径以上の領域を薬液（エッチング液）１６内に浸漬する。すると、ウェハ中心付近が薬液１６に連続して浸漬し、ウェハ中心付近の方がウェハ外周部付近に比べてエッチング液に接触する時間が長くなる。よって、ウェハ中心部付近はウェハ外周部付近に比べてエッチング量を大きくすることができる。なお、ウェハ移動機構１４による半導体ウェハ１０の薬液処理槽１５への浸漬の制御は、傾度制御だけによる動作、または、制御した傾度を固定した後、上昇−下降方向制御に移行する動作が考えられる。さらに、薬液処理槽１５は、薬液循環装置１８の作用によって薬液１６の液面がレベル制御されるようにしてもよい。薬液処理槽１５は、薬液（エッチング液）１６の流動を適宜制御するため数種類の拡散制御板１７を配備してもよい。

図２は、本発明の第２実施形態に係る半導体製造装置の要部構成を示す概観図である。第１実施形態の変形例であり、第１実施形態と同様の箇所には同一の符号を付す。第１実施形態と同様に、半導体ウェハ１０は、その中心部が保持機構１１に真空保持される。ウェハ移動機構１４は、回転駆動部１２、シャフト１３及び保持機構１１のユニットと共に半導体ウェハ１０を上昇−下降方向に動作制御することができる（図１（ａ））。さらに、ウェハ移動機構１４は、半導体ウェハ１０を上向き−垂直−下向きの間で傾度制御することができる。ここでは図示のように、半導体ウェハ１０を下向きに制御し、上昇−下降方向で動作制御する。薬液処理槽１５では、薬液１６の液面が一部隆起するようにレベル制御される。これにより、半導体ウェハ１０の中心部付近を隆起した薬液１６に接触させる。

図２に示すように、薬液処理槽１５内には所定の拡散制御板１７１が設けられる。拡散制御板１７１及び薬液循環装置１８の作用を伴い、薬液１６の液面レベルが半導体ウェハ１０の中央付近に対向して隆起するよう制御される。ウェハ移動機構１４は、半導体ウェハ１０を下向きにし、降下してウェハ中心部付近を薬液（エッチング液）１６に浸漬させる。その後、さらに降下してウェハ全域を薬液（エッチング液）１６に浸漬させる。これにより、ウェハ中心部付近の方がウェハ外周部付近に比べてエッチング液に接触する時間が長くなる。よって、ウェハ中心部付近はウェハ外周部付近に比べてエッチング量を大きくすることができる。さらに、薬液処理槽１５は、薬液循環装置１８の作用によって薬液１６の液面がレベル制御されるようにしてもよい。

上記それぞれ実施形態の構成によれば、半導体ウェハ１０は、ウェハ移動機構１４によって、薬液１６に浸漬される態勢が制御される。これにより、半導体ウェハの被加工膜において、ウェハ面内任意の同心円領域で薬液浸漬時間が多い領域と少ない領域を作ることができる。薬液１６がエッチング液であれば、ウェハ面内任意の同心円領域でエッチング量をコントロールできる。また、薬液処理槽１５は薬液循環装置１８により薬液１６の循環使用が可能である。また、薬液処理槽１５に拡散制御板１７１を配備することにより、薬液１６の液面レベルの制御により自由度が与えられる。

図３は、本発明の第３実施形態に係る半導体製造装置の要部を示すブロック構成図である。第１実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明する。
ストック機構２１は、ウェハカセット２２が載置されたカセットエレベータ２３を配備している。ウェハカセット２２には複数の半導体ウェハ１０が収容可能である。ここではウェハカセット２２が１つしか示されていないが、複数配備されていてもよい。例えばロード側、アンロード側の２カセットが配備されていることも考えられる。

ウェハ搬送機構２５は、搬送ロボット２６を配し、ウェハカセット２２から一つの半導体ウェハ１０を保持機構１１へ搬送する。保持機構１１は、搬送ロボット２６により、半導体ウェハ１０を中心部で真空保持する。第１処理部３１は、このように半導体ウェハ１０が受け渡しされ、保持機構１１がイニシャル状態に置かれるセクションである。第１処理部３１は、半導体ウェハ１０に対する洗浄乾燥系が配備されている処理部でもある。例えば純水洗浄用ノズル２７１，２７２は、半導体ウェハ１０上方及び下方に配備され、回転する半導体ウェハ１０表裏に純水を供給し洗浄する。また、図示しないがドライエアーが供給される構成が付加されていてもよい。シャッター機構２８は、隣り合う第１処理部３１とウェハ搬送機構２５の間を開放、遮断制御する。

一方、メカニカル部３４は、モータ等、回転駆動部１２、さらにウェハ移動機構１４が配備されている。シャフト１３は、スリット３５を介してメカニカル部３４外に導出され回転駆動部１２と保持機構１１とを結合している。カバー３７は、スリット３５からメカニカル部３４内に薬液が浸入しないように設けられる。カバー３７はシャフト１３の貫通孔３７Ｈを有したフレキシブルなフィルム状の移動防壁部材である。サポートローラ３６は、メカニカル部３４の外装３４１周辺に設けられ、カバー３７の動きをサポートする。ウェハ移動機構１４は、外部情報に応じて回転駆動部１２、シャフト１３及び保持機構１１のユニットと共に半導体ウェハ１０を上昇−下降方向制御、及び、上向き−垂直−下向きの間で傾度制御することができる。

第２処理部３２は、薬液処理槽１５が配備され、ウェハ移動機構１４に応じた態勢の半導体ウェハ１０が回転しながら薬液１６に浸漬されるセクションである。薬液処理槽１５は、薬液循環装置１８と結合され、稼動中は清浄な薬液が循環するようになっている。薬液処理槽１５内には所定の拡散制御板１７（１７１や多種類のものを含む）が配備されている。開閉蓋部材１９は、薬液処理槽１５上の蓋であり、半導体ウェハ１０が浸漬処理しない間に蓋がされる。開閉蓋部材１９は、例えば二重蓋（１９１，１９２）で構成される。蓋１９１は、半導体ウェハ１０とそれに伴う保持機構１１やシャフト１３の一部が浸漬される領域近傍を除く全域を蓋する。蓋１９２は上記浸漬領域の開閉蓋で、半導体ウェハ１０が浸漬処理する際に開けられる。また、開閉機構２９は、第１処理部３１と第２処理部３２の間を開放、遮断制御する。半導体ウェハ１０はウェハ移動機構１４により、保持機構１１と共にシャフト１３を介して第１処理部３１と第２処理部３２の間を移動する。

なお、図示しないが、空調系もそれぞれ上記各室内で整えられている。また、メカニカル部３４に関するスリット３５やカバー３７は、必ずしも必須ではない。メカニカル部３４自体が耐薬液性の部材で覆われたコンパクトな構成で、カバー３７だけ、あるいはスリット３５だけあればよい構成も考えられる。あるいはスリット３５もカバー３７も必要のない構成を考えてもよい。

図４は、図３の一部の構成を説明するための拡大図である。図３及び図４を参照しながら説明する。スリット３５はシャフト１３の移動経路を確保するためにメカニカル部３４の外装３４１に設けられている。上述のように、カバー３７は、メカニカル部３４の外装３４１周辺に設けられ、シャフト１３の貫通孔３７Ｈを有する。カバー３７はフッ素系樹脂部材（ポリテトラフルオロエチレン製等）等、耐薬液性能の円筒状フィルム部材が横向きに配置されシャフト１３の移動に対応しつつメカニカル部３４内への薬液汚染を防止する。従って、カバー３７は、仕切りを兼ねたドレーンボックス３４２に設けられたスロット３４３を潜り連続している。カバー３７の貫通孔３７Ｈ縁部は、シャフト１３に接触するため、他の部分より強化されていることが好ましい。しかし、シャフト１３は貫通孔３７Ｈ縁部との接触部においては外観的に回転は見えず、回転は内部軸（図示せず）でなされる。シャフト１３は貫通孔３７Ｈ縁部より半導体ウェハ側の、薬液に漬からない部分で外観的な回転部分との境（１３１）がある。

サポートローラ３６は、メカニカル部３４外装３４１周辺に設けられ、カバー３７の動きをサポートする。カバー３７はシャフト１３の動作範囲以上の余裕が持てるよう大きく構成されている。従って、カバー３７とサポートローラ３６それぞれは、接触している状態もあれば、非接触の状態もある。また、シャフト１３のスリット３５からの導出近辺を貫通孔３７Ｈの径より大きくすれば、貫通孔３７Ｈへの薬液、洗浄液浸入防止に寄与する（１３２）。少なくとも、メカニカル部３４内部のユニット構造、メカニカル部３４外装やサポートローラ３６、シャフト１３、及び保持機構１１は耐薬液性能に富むフッ素系樹脂部材等で覆われる。図３の第２処理部３２内部や開閉機構２９もフッ素系樹脂等で構成される。

本発明の第４実施形態に係る半導体装置の製造方法として、上記図３の実施形態を用いた半導体ウェハのエッチング処理について説明する。
ストック機構２１のウェハカセット２２から搬送ロボット２６によって取り出された半導体ウェハ１０は、第１処理部３１へ搬送される。このとき、シャッター機構２８は開放され、半導体ウェハ１０は保持機構１１にてその中心部が真空保持される。シャッター機構２８が閉じ、ウェハ１０の移動が始まる。メカニカル部３４におけるウェハ移動機構１４は、予め外部より制御データを取得しており、そのデータに従って半導体ウェハ１０の移動を制御する。開閉機構２９、開閉蓋部材１９の蓋１９２が開放され第２処理部３２への経路が確保される。まず、上向きだった半導体ウェハ１０は、矢印Ａ１に示す弧を描くように上向き−垂直−下向きへと進み、下向きの適当な傾度で制御される。開閉機構２９が閉じた後、前記第１実施形態で説明したように、図１（ｂ）または図１（ｃ）のごとく、傾度制御された態勢の半導体ウェハ１０が回転しながら薬液（エッチング液）１６に浸漬する。すなわち、半導体ウェハ１０の一部領域が薬液面内外に出入りする状態となるエッチング処理を含む。

例えば層間の絶縁膜をＣＶＤ（化学気相成長）成膜し、エッチバックする際、本発明を適用する。使用されたＣＶＤ成膜装置の成膜時点ですでにウェハ面内で成膜厚さが偏向している場合がある。これは、成膜される際の下地の状態や成膜装置固有の成膜偏倚などに起因する。このような被加工膜の成膜分布は同心円状に偏向していることが少なくない。成膜厚さ分布の情報をウェハ移動機構１４の動作制御に反映させ、図１（ｂ）または図１（ｃ）のようにウェハ面内でエッチング時間を異ならせ、エッチング分布コントロールを実現する。また、図２に示すような技術を用いてウェハ面内でエッチング時間を異ならせ、エッチング分布コントロールを実現するようにしてもよい。

次に、ウェハ移動機構１４は、半導体ウェハ１０を第１処理部３１へと戻す。すなわち、下向きだった半導体ウェハ１０は、第２処理部３２で薬液面から僅かに離れ、薬液が十分に振り切られるよう回転する。その後、開閉機構２９が開放され矢印Ａ１に示す弧を描くように下向き−垂直−上向きへと進み、図のごとく再び上向きで制御される。開閉機構２９が閉じ、第１処理部３１内において洗浄工程が実施される。純水洗浄用ノズル２７１，２７２は、回転する半導体ウェハ１０表裏に純水を供給し洗浄する。その際、保持機構１１、シャフト１３及びカバー３７表面も洗浄される。図示しないが排水も第１処理部３１内で行われる。例えばドレーンボックス３４２も排水に寄与する。その後、純水供給が停止し、半導体ウェハ１０の回転速度を上げて乾燥工程に移行する。このとき、ドライエアーが供給されるようにしてもよい。

半導体ウェハ１０の乾燥工程終了後、シャッター機構２８が開放される。ウェハ搬送機構２５の動作制御により、第１処理部３１における上記処理済みの半導体ウェハ１０が取り出され、ストック機構２１へ収容される。また、ストック機構２１から次の新たな半導体ウェハ１０が搬送され、第１処理部３１の保持機構１１にセットされる。

上記実施形態及び方法によれば、半導体ウェハ１０は中心部が保持され、ある傾度、あるいは下向きに制御されて回転し、薬液処理工程を経る。半導体ウェハ１０は、薬液１６に浸漬される態勢が制御されている。従って、被加工膜において、ウェハ面内任意の同心円領域で薬液浸漬時間が多い領域と少ない領域を作ることができる。上記薬液１６がエッチング液でエッチング処理を施す場合、被加工膜におけるウェハ面内所望の同心円領域でエッチング分布を制御することができる。

また、ウェハ移動機構１４は、回転駆動部１２と共にメカニカル部３４に構成される。半導体ウェハ１０は保持機構１１と共にシャフト１３を介してメカニカル部３４から導出されている。メカニカル部３４周辺に第１処理部３１、第２処理部３２とコンパクトに配備できる。半導体ウェハ１０は、イニシャルの第１処理部３１からウェハ移動機構１４により第２処理部３２へ移動してウェハ面内の同心円領域で浸漬時間の制御可能な薬液処理（エッチング処理）がなされる。薬液処理槽１５は薬液循環装置１８により薬液１６の循環使用が可能である。また、第１処理部３１へ戻って洗浄乾燥処理がなされる。ウェハ移動機構１４とシャフト１３によって洗浄乾燥系を設ける場所もコンパクトでより自由度が与えられる。

図５は、図４の変形例を示す拡大図である。メカニカル部３４外装周辺に設けられるサポートローラ３６及びカバー３７は同様の構成でよい。この例では液受け盤１３３をシャフト１３の周囲に設けている。液受け盤１３３はシャフト１３の外観的回転軸と一体化している。液受け盤１３３は、カバー３７の貫通孔３７Ｈの径より十分大きく、回転するシャフト１３への薬液や洗浄液を振り切る。これにより、シャフト１３の貫通孔３７Ｈへの薬液、洗浄液浸入防止に寄与する。

図６は、本発明の第５実施形態に係る半導体製造装置の要部を示す構成図である。前記第３実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明する。
この実施形態は、第３実施形態と比べて洗浄及び乾燥の処理系を別々の処理部に分けた構成となっている。その他の構成は第３実施形態と同様であるため、異なる箇所のみ説明する。

保持機構１１は、搬送ロボット２６により、半導体ウェハ１０を中心部で真空保持する。第１処理部３１は、半導体ウェハ１０が受け渡しされ、保持機構１１がイニシャル状態に置かれるセクションである。ここでは第１処理部３１は、半導体ウェハ１０に対する乾燥処理部として利用される。図示しないがドライエアーが供給される構成が付加されていてもよい。

薬液処理する第２処理部３２と上記第１処理部３１の間に、洗浄処理系を配備した第３処理部３３が配備されている。第３処理部３３は、ウェハ移動機構１４に応じた態勢、略垂直にされた半導体ウェハ１０が回転しながら洗浄されるセクションである。シャフト１３の領域が空いたシャッター機構３８は、上下からシャフト１３の外観的に回転しない領域を挟み、半導体ウェハ１０を密閉する。純水洗浄用ノズル４７１，４７２は、回転する半導体ウェハ１０表裏に純水を供給し洗浄する。図示しないが排水も第３処理部３３内で行われる。第３処理部３３表面はすべて耐薬液性能に富むフッ素系樹脂部材等で覆われている。

一方、メカニカル部３４は、モータ等、回転駆動部１２、さらにウェハ移動機構４４が配備されている。このメカニカル部３４は、表面はすべて耐薬液性能に富むフッ素系樹脂部材等で覆われている。シャフト１３はメカニカル部３４外周側に導出され回転駆動部１２と保持機構１１とを結合している。ウェハ移動機構４４は、外部情報に応じて回転駆動部１２、シャフト１３及び保持機構１１のユニットと共に半導体ウェハ１０を上昇−下降方向制御、及び、上向き−垂直−下向きの間で傾度制御することができる。このように、メカニカル部３４は、外装３４１やスリット３５、カバー３７等を配備しなくても耐薬液性能等、信頼性を保つことができる。

本発明の第６実施形態に係る半導体装置の製造方法として、上記図６の実施形態を用いた半導体ウェハのエッチング処理について説明する。
ストック機構２１のウェハカセット２２から搬送ロボット２６によって取り出された半導体ウェハ１０は、第１処理部３１へ搬送される。このとき、シャッター機構２８は開放され、半導体ウェハ１０は保持機構１１にてその中心部が真空保持される。シャッター機構２８が閉じ、ウェハ１０の移動が始まる。メカニカル部３４におけるウェハ移動機構１４は、予め外部より制御データを取得しており、そのデータに従って半導体ウェハ１０の移動を制御する。第３処理部３３におけるシャッター機構３８及び開閉蓋部材１９の蓋１９２が開放され第２処理部３２への経路が確保される。まず、上向きだった半導体ウェハ１０は、矢印Ａ１に示す弧を描くように上向き−垂直−下向きへと進み、下向きの適当な傾度で制御される。この時点で、第３処理部３３におけるシャッター機構３８は閉じてもよい。その後、前記第１実施形態で説明したように、図１（ｂ）または図１（ｃ）のごとく、傾度制御された態勢の半導体ウェハ１０が回転しながら薬液（エッチング液）１６に浸漬する。すなわち、半導体ウェハ１０の一部領域が薬液面内外に出入りする状態となるエッチング処理を含む。また、図２に示すような技術を用いてウェハ面内でエッチング時間を異ならせ、エッチング分布コントロールを実現するようにしてもよい。

次に、ウェハ移動機構４４は、半導体ウェハ１０を第３処理部３３へと移す。すなわち、下向きだった半導体ウェハ１０は、第２処理部３２で薬液面から僅かに離れ、薬液が十分に振り切られるよう回転する。その後、蓋１９２が閉じ、シャッター機構３８が開放される。半導体ウェハ１０は矢印Ａ１に示す弧の一部に沿うように略垂直に立てられた状態に制御され、第３処理部３３内へ入る。シャッター機構３８が閉じ、第３処理部３３内において洗浄工程が実施される。純水洗浄用ノズル４７１，４７２は、回転する半導体ウェハ１０表裏に純水を供給し洗浄する。図示しないが排水も第３処理部３３内で行われる。

その後、純水供給が停止し、ウェハ移動機構４４は、半導体ウェハ１０を第１処理部３１へと移す。すなわち、垂直向きだった半導体ウェハ１０は、第３処理部３３における回転である程度水分が振り切られる。その後、シャッター機構３８が開放され矢印Ａ１に示す弧の一部に沿うように上向きの状態に制御される。半導体ウェハ１０の回転速度を上げて乾燥工程が実施される。このとき、ドライエアーが供給されるようにしてもよい。乾燥工程時に第３処理部３３も開放して室内の乾燥を兼ねてもよい。

半導体ウェハ１０の乾燥工程終了後、シャッター機構２８が開放される。これにより、ウェハ搬送機構２５の動作制御により、第１処理部３１における上記処理済みの半導体ウェハ１０が取り出され、ストック機構２１へ収容される。また、ストック機構２１から次の新たな半導体ウェハ１０が搬送され、第１処理部３１の保持機構１１にセットされる。

上記実施形態及び方法においても前述した第１〜第４各実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、半導体ウェハ１０は中心部が保持され、ある傾度、あるいは下向きに制御されて回転し、薬液処理工程を経る。半導体ウェハ１０は、薬液がエッチング液でエッチング処理を施す場合、被加工膜におけるウェハ面内所望の同心円領域でエッチング分布を制御することができる。ウェハ移動機構４４は、回転駆動部１２と共にメカニカル部３４を構成する。半導体ウェハ１０は保持機構１１と共にシャフト１３を介してメカニカル部３４から導出されている。メカニカル部３４周辺に第１処理部３１、第２処理部３２及び第３処理部３３とコンパクトに配備できる。半導体ウェハ１０は、イニシャルの第１処理部３１からウェハ移動機構４４により第２処理部３２へ移動してウェハ面内の同心円領域で浸漬時間の制御可能な薬液処理（エッチング処理）がなされる。薬液処理槽１５は薬液循環装置１８により薬液１６の循環使用が可能である。また、ウェハ移動機構４４により第３処理部３３へ移動して洗浄処理、第１処理部３１へ移動して乾燥処理がなされる。

なお、ウェハの処理以外のとき、シャッター機構１８及び開閉蓋部材１９を閉めた状態で、第３処理部３３のシャッター機構２８を開放する。純水洗浄用ノズル４７１，４７２から、より高圧の純水を噴出させれば、処理室内全体の洗浄を兼ねることもできる。

以上説明したように本発明によれば、薬液循環系により薬液の循環使用が可能な薬液処理槽とウェハ移動機構を備える。半導体ウェハはウェハ移動機構により薬液に浸漬される態勢が制御される。これにより、半導体ウェハの被加工膜において、ウェハ面内任意の同心円領域で薬液浸漬時間が多い領域と少ない領域を作ることができる。この結果、ウェハ面内でエッチング分布をコントロールすることのできる、コンパクトな半導体製造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。

また、本発明は、めっき等の成膜においても適用することができる。しかし、めっき液面の上下を繰返し移動する被成膜面では、安定した膜質を得ることは難しい。従って、半導体などの微細加工が必要とされる技術分野においては、適さない一面もある。一方、半導体をウェットエッチングに用いた場合には、成膜の安定などには関係しない。そのため、半導体などの微細加工が必要とされる技術分野においても本発明をウェットエッチングに用いることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態及び方法に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変更、応用を実施することが可能である。

第１実施形態に係る半導体製造装置の要部構成を示す各概観図。 第２実施形態に係る半導体製造装置の要部構成を示す概観図。 第３実施形態に係る半導体製造装置の要部を示すと共に、第４実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明するためのブロック構成図。 図３の一部の構成を説明するための拡大図。 図４の変形例を示す拡大図。 第５実施形態に係る半導体製造装置の要部を示すと共に、第６実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明するためのブロック構成図。

符号の説明

１０…半導体ウェハ、１１…保持機構、１２…回転駆動部、１３，１３１，１３２…シャフト、１３３…液受け盤、１４，４４…ウェハ移動機構、１５…薬液処理槽、１６…薬液、１７，１７１…拡散制御板、１８…薬液循環装置、１９…開閉蓋部材、１９１，１９２…蓋、２１…ストック機構、２２…ウェハカセット、２３…カセットエレベータ、２５…ウェハ搬送機構、２６…搬送ロボット、２７１，２７２…純水洗浄用ノズル、２８，３８…シャッター機構、２９，３０…開閉機構、３１…第１処理部、３２…第２処理部、３３…第３処理部、３４…メカニカル部、３５…スリット、３６…サポートローラ、３７…カバー、３７Ｈ…貫通孔。

Claims (18)

1. 半導体ウェハを中心部で保持する保持機構と、
   回転駆動部と、
   前記回転駆動部と前記保持機構とを結合させるシャフトと、
   前記半導体ウェハが上昇−下降方向制御及び上向き−垂直−下向きの間で傾度制御されるウェハ移動機構と、
   前記ウェハ移動機構に応じた態勢の前記半導体ウェハが回転しながら薬液に浸漬される薬液処理槽と、
   前記薬液処理槽と結合される薬液循環系と、
   を含む半導体製造装置。
2. 前記薬液処理槽は前記半導体ウェハの被加工膜に対するエッチング液が供給される形態を有する請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記薬液処理槽の液面はレベル制御される請求項１または２に記載の半導体製造装置。
4. 前記薬液処理槽中に配備される拡散制御板をさらに含む請求項１〜３いずれか一つに記載の半導体製造装置。
5. 半導体ウェハを中心部で保持する保持機構と、
   回転駆動部と、
   前記回転駆動部と前記保持機構とを結合させるシャフトと、
   外部情報に応じて前記半導体ウェハが上昇−下降方向制御及び上向き−垂直−下向きの間で傾度制御されるウェハ移動機構と、
   前記回転駆動部及び前記ウェハ移動機構が構成されているメカニカル部と、
   前記メカニカル部周辺に配備され前記ウェハ移動機構に応じた態勢の前記半導体ウェハが回転しながら薬液に浸漬される薬液処理槽と、
   前記薬液処理槽と結合される薬液循環系と、
   前記メカニカル部周辺に配備され前記半導体ウェハに対する洗浄及び乾燥の処理系と、
   を含み、
   前記半導体ウェハは前記保持機構と共に前記シャフトを介して前記メカニカル部から導出され、前記ウェハ移動機構により前記薬液処理槽と前記洗浄及び乾燥の処理系の間を移動する半導体製造装置。
6. 前記薬液処理槽と前記洗浄及び乾燥の処理系の間を隔離可能な開閉機構を備える請求項５に記載の半導体製造装置。
7. 前記メカニカル部外装に設けられ、前記メカニカル部から導出される前記シャフトの移動経路を確保するためのスリットと、前記シャフトの移動に対応しつつ前記スリットをカバーする移動防壁部材と、を備える請求項５または６に記載の半導体製造装置。
8. 前記シャフト周囲に取り付けられた耐薬液部材を備える請求項５〜７いずれか一つに記載の半導体製造装置。
9. 前記薬液処理槽中に、前記薬液循環系の作用を伴い前記薬液処理槽の液面レベルを高低制御または偏向制御する拡散制御板を備える請求項５〜８いずれか一つに記載の半導体製造装置。
10. 複数の半導体ウェハのストック機構と、
    前記ストック機構から一つの半導体ウェハを搬送するウェハ搬送機構と、
    前記搬送機構により半導体ウェハを中心部で保持する保持機構と、
    回転駆動部と、
    前記回転駆動部と前記保持機構とを結合させるシャフトと、
    外部情報に応じて前記半導体ウェハが上昇−下降方向制御及び上向き−垂直−下向きの間で傾度制御されるウェハ移動機構と、
    前記回転駆動部及びウェハ移動機構が構成されているメカニカル部と、
    前記メカニカル部外装に設けられ、導出された前記シャフトが前記ウェハ移動機構により移動するためのスリットと、
    前記半導体ウェハに対する洗浄乾燥系が配備されている第１処理部と、
    薬液処理槽が配備され前記ウェハ移動機構に応じた態勢の前記半導体ウェハが回転しながら薬液に浸漬される第２処理部と、
    前記薬液処理槽と結合される薬液循環系と、
    前記薬液処理槽上の開閉蓋部材と、
    を含む半導体製造装置。
11. 複数の半導体ウェハのストック機構と、
    前記ストック機構から一つの半導体ウェハを搬送するウェハ搬送機構と、
    前記搬送機構により半導体ウェハを中心部で保持する保持機構と、
    回転駆動部と、
    前記回転駆動部と前記保持機構とを結合させるシャフトと、
    外部情報に応じて前記半導体ウェハが上昇−下降方向制御及び上向き−垂直−下向きの間で傾度制御されるウェハ移動機構と、
    前記回転駆動部及びウェハ移動機構が構成されているメカニカル部と、
    前記半導体ウェハに対する乾燥処理系が配備されている第１処理部と、
    薬液処理槽が配備され前記ウェハ移動機構に応じた態勢の前記半導体ウェハが回転しながら薬液に浸漬される第２処理部と、
    前記薬液処理槽と結合される薬液循環系と、
    前記薬液処理槽上の開閉蓋部材と、
    前記第１処理部と前記第２処理部の間に設けられ前記ウェハ移動機構に応じた態勢の前記半導体ウェハが回転しながら洗浄処理される第３処理部と、
    を含む半導体製造装置。
12. 前記第１処理部と前記搬送機構は隣り合い、前記第１処理部と前記搬送機構の間を開放、遮断するシャッター機構を備える請求項１０または１１に記載の半導体製造装置。
13. 前記シャフトの貫通孔が設けられ前記シャフトの移動に対応しつつ前記メカニカル部をカバーする移動防壁部材と、前記貫通孔より大きい径で前記シャフト周囲に設けられた前記貫通孔内への液伝播抑制部材と、を備える請求項１０〜１２いずれか一つに記載の半導体製造装置。
14. 前記薬液処理槽の液面のレベルは高低制御または偏向制御可能である請求項１０〜１３いずれか一つに記載の半導体製造装置。
15. 前記薬液処理槽の薬液として前記半導体ウェハ上の被加工膜に対するエッチング液が用いられ、前記ウェハ移動機構は、前記半導体ウェハ面内における前記被加工膜の膜厚の偏向に応じて前記半導体ウェハ面内任意の同心円領域で前記エッチング液に浸漬する時間を調整する請求項１０〜１４いずれか一つに記載の半導体製造装置。
16. 半導体ウェハを中心部で保持する工程と、
    前記半導体ウェハを回転させる工程と、
    前記半導体ウェハの回転面を上昇−下降方向制御及び上向き−垂直−下向きの間で傾度制御する工程と、
    傾度制御された態勢の前記半導体ウェハを回転させながら薬液に浸漬し、前記半導体ウェハの一部領域が前記薬液面内外に出入りする状態となる処理を含む薬液処理工程と、
    前記半導体ウェハを回転させながら洗浄及び乾燥を行う洗浄乾燥工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
17. 前記薬液処理工程は、薬液として前記半導体ウェハ上の被加工膜に対するエッチング液を用いるウェットエッチング処理を含み、前記半導体ウェハは半径以下から半径以上の領域へ、または半径以上から半径以下の領域へとエッチング液内に浸漬する領域を移行する請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
18. 前記薬液処理工程は、薬液として前記半導体ウェハ上の被加工膜に対するエッチング液を用いるウェットエッチング処理を含み、エッチング液の液面を隆起させることにより、前記半導体ウェハは中央から外周領域へとエッチング液内に浸漬する領域を移行する請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。

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