JP2007081432A - Method and device for manufacturing of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および製造装置に関し、半導体装置の製造工程において全般に用いるウェット処理装置、特に半導体基板の洗浄装置等に係るものである。 The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a semiconductor device, and relates to a wet processing apparatus generally used in a manufacturing process of a semiconductor device, in particular, a semiconductor substrate cleaning apparatus.
半導体装置の微細化および高集積化に伴い、素子パターンの微細化は高まる一方である。また、半導体基板の大径化も進んでいる。したがって、半導体製造装置において、枚葉式処理装置が増加している(例えば、特許文献1と2を参照)。このような枚葉式の例えば洗浄装置においては、ウェットエッチング・洗浄(コンタミネーション除去、パーティクル除去)を短時間で終了させるため、高温薬液処理するために処理半導体基板および処理薬液の温度、処理雰囲気が正確に制御でき、洗浄を安定して行えることが求められている。特に、温度制御は、エッチングレートの変化やウェハの処理後の平坦度などに関るエッチング特性に非常に敏感であり、重要な制御が必要とされている。
しかしながら、従来の洗浄方法において、半導体基板を枚様式で高温薬液処理した場合、基板を高速自回転させても、面内で薬液温度のばらつきが発生する。つまり、薬液と基板が初めに接触する部分とそれ以外の部分とで温度分布が基板上で異なってしまい、先に述べた基板上での薬液の処理温度の制御を安定して行う事が困難であった。このように、半導体基板上の面内で処理薬液の温度分布が生じてしまい、基板へのエッチングレートが異なるなどのエッチングの面内均一性等、基板面内での薬液に対する反応均一性を低下させてしまうという問題があった。 However, in the conventional cleaning method, when a semiconductor substrate is processed in a high temperature chemical solution in a sheet mode, even if the substrate is rotated at a high speed, the chemical temperature varies within the surface. In other words, the temperature distribution differs between the part where the chemical solution and the substrate first contact each other and the other part, and it is difficult to stably control the treatment temperature of the chemical solution described above. Met. In this way, the temperature distribution of the processing chemical solution occurs on the surface of the semiconductor substrate, and the uniformity of the reaction to the chemical solution within the substrate surface, such as the in-plane uniformity of etching, such as the etching rate to the substrate being different, is reduced. There was a problem of letting it go.
本発明の目的は、半導体基板上の面内で処理薬液の温度差をなくし、基板面内での反応均一性を向上させて高温薬液処理できる半導体装置の製造方法および製造装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a manufacturing apparatus capable of eliminating a temperature difference of a processing chemical solution within a surface of a semiconductor substrate and improving a reaction uniformity within the substrate surface to perform high temperature chemical processing. is there.
本発明の請求項1に記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面に薬液を供給することにより半導体基板を薬液処理する半導体装置の製造方法であって、半導体基板を回転させながら、常温より高い所定の処理温度の薬液を、半導体基板の表面であって半導体基板の直径方向に異なる複数の位置に同時に供給することを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to
また、請求項2に記載の半導体装置の製造方法は、請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、処理温度の薬液を吐出する複数の薬液ノズルが半導体基板の直径方向に異なる複数の位置に対応して配置されたノズル支持アームを半導体基板の上方に配置し、ノズル支持アームを半導体基板の回転軸を中心に半導体基板の回転方向とは逆方向に回転させながら、複数の薬液ノズルより薬液を吐出することを特徴とする。
The semiconductor device manufacturing method according to
本発明の請求項3に記載の半導体装置の製造装置は、薬液処理される半導体基板を内部に載置する処理チャンバーと、処理チャンバー内で半導体基板を載置し半導体基板を所定方向に回転させる基板支持アームと、常温より高い所定の処理温度の薬液を、基板支持アーム上に載置されて回転する半導体基板の表面であって半導体基板の直径方向に異なる複数の位置に同時に供給する薬液供給手段とを備えている。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: a processing chamber in which a semiconductor substrate to be treated with a chemical solution is placed; and the semiconductor substrate is placed in the processing chamber and the semiconductor substrate is rotated in a predetermined direction. A chemical solution supply that simultaneously supplies a substrate support arm and a chemical solution having a predetermined processing temperature higher than normal temperature to a plurality of positions on the surface of the semiconductor substrate that is mounted on the substrate support arm and rotates in different diameter directions of the semiconductor substrate. Means.
また、請求項4に記載の半導体装置の製造装置は、請求項3に記載の半導体装置の製造装置において、薬液供給手段は、基板支持アームの上方に配置され半導体基板の直径相当の長さを有するノズル支持アームと、ノズル支持アームの下面に配置された複数の薬液ノズルとを備え、ノズル支持アームは回転する半導体基板の回転軸を中心に半導体基板の回転方向とは逆方向に回転しながら、複数の薬液ノズルより薬液を吐出することを特徴とする。
The semiconductor device manufacturing apparatus according to
本発明によれば、回転する半導体基板の表面であって半導体基板の直径方向に異なる複数の位置に同時に高温の薬液を供給することにより、基板面内の薬液温度のばらつきをなくし、薬液との基板面内での反応均一性を向上させることができる。 According to the present invention, by supplying a high-temperature chemical solution simultaneously to a plurality of positions that are different in the diameter direction of the semiconductor substrate on the surface of the rotating semiconductor substrate, variations in the chemical temperature within the substrate surface are eliminated, Reaction uniformity within the substrate surface can be improved.
以下、本発明の各実施形態に係る半導体装置の製造装置について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態では、枚葉式洗浄装置を例に挙げて説明する。 Hereinafter, a semiconductor device manufacturing apparatus according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, a single wafer cleaning apparatus will be described as an example.
以下の各実施形態では、半導体基板(ウェハ)の処理面に、TEOS(テトラエトキシシラン)から形成したシリコン酸化膜が成膜されているものとする。この半導体基板を500rpm以上で自回転させながら、その処理面にクリーンルーム内の温度より高い50℃のHF薬液を塗布する(薬液処理)。 In each of the following embodiments, a silicon oxide film formed from TEOS (tetraethoxysilane) is formed on the processing surface of a semiconductor substrate (wafer). While self-rotating the semiconductor substrate at 500 rpm or higher, a 50 ° C. HF chemical solution higher than the temperature in the clean room is applied to the processing surface (chemical solution treatment).
本発明の第1の実施形態について図1を参照しながら、説明する。この枚葉式洗浄装置は、半導体基板1を基板支持アーム2上に保持し、基板支持アーム2がモーター6により回転することで半導体基板1を自回転できる(以下の各実施形態でも同様)。第1の実施形態では、処理チャンバー3の外周に抵抗加熱方式のヒーター9を配置し、処理チャンバー3内の雰囲気を熱し、半導体基板1全体を薬液温度(HF:50℃)と同じ50℃相当にまで上昇させる。この後、自回転(500rpm以上)する半導体基板1上に薬液ノズル4から薬液(HF:50℃)を塗布すると、図2のようにエッチングレートの面内均一性を2.29%に向上させ得ることが出来る。なお、図2において、横軸のウェハ位置(Wafer Position)は基板1の直径方向の中心(0)から端部までの距離を示し、縦軸のエッチングレート(Etching Rate)は基板1処理面に成膜されているシリコン酸化膜のエッチングレートである。均一性の%値はその数値が小さいほどエッチングレートの面内均一性が高いことを示すものである。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This single wafer cleaning apparatus can hold the
この図2での均一性は以下のようにして算出している。ウェハ(基板)面内各17点それぞれのエッチング量をEn(n=1,2,3,・・・,17)とし、17点中最大のエッチング量をEmax、最小のエッチング量をEmin、平均値をEaveとし、均一性をUni.としたとき、
Uni.[%]=[(Emax−Emin)/(2・Eave)]×100
ただし、Eave=(E1+E2+E3+・・・+E17)/17である。
The uniformity in FIG. 2 is calculated as follows. The etching amount at each of 17 points in the wafer (substrate) plane is En (n = 1, 2, 3,..., 17), the maximum etching amount among 17 points is Emax, the minimum etching amount is Emin, and the average The value is Eave and the uniformity is Uni. When
Uni. [%] = [(Emax−Emin) / (2 · Eave)] × 100
However, Eave = (E1 + E2 + E3 +... + E17) / 17.
ここで比較例として、図1の方法(第1の実施形態)において、ヒーター9を設けず半導体基板1を加熱しなかった場合で、それ以外は第1の実施形態と同じ条件とした方法で、同じ半導体基板1を同じ薬液(HF:50℃)で処理した場合の基板面内のエッチングレートの分布は図24(図2と同様に表示)のようになり、半導体基板のセンター部・エッジ部など各所で基板上の薬液の温度が異なるため、エッチングレートが異なってしまう(均一性:10.27%)。本実施形態では、半導体基板1全体を予め薬液温度相当に昇温させておくことで半導体基板1面内の薬液の温度に差を生じないようにし、このような不均一性を改善できる。
Here, as a comparative example, in the method of FIG. 1 (first embodiment), the
本発明の第2の実施形態について図3を参照しながら、説明する。処理チャンバー3の側面にマイクロウェーブ発生装置11を配置する。薬液処理前、純水ミストノズル12から純水ミストを処理チャンバー3に充満させる。この充満させたミストにマイクロウェーブ発生装置11から周波数2450MHzのマイクロウェーブを照射し、処理チャンバー3の雰囲気を加熱させ、基板1温度を薬液温度(HF:50℃)相当まで上昇させる。この際、チャンバー内の温度分布は、ヒーター加熱で行った場合に比べ、温度分布が均一になる効果を持つ。図4(a)はこの第2の実施形態のマイクロウェーブ発生装置11を用いて加熱した場合の処理チャンバー3内の温度分布を現した図であり、図4(b)は第1の実施形態でのヒーター9を用いて加熱した場合の処理チャンバー3内の温度分布を現した図(この場合、第1の実施形態であるので処理チャンバー3内に純水ミストを充満させていない)であり、第2の実施形態での効果を確認できる。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A
その後、薬液処理前に、純水ミストはドレイン10で処理チャンバー3から追い出し、自回転(500rpm以上)する半導体基板1上に薬液ノズル4から薬液(HF:50℃)を塗布する。薬液処理する前に、薬液温度相当まで半導体基板1の温度を上昇させるので、処理時の自回転する基板1上のエッチングレートの面内均一性を図5(図2と同様に表示)のように1.15%に向上させ得ることが出来る。また、純水ミストを効率的に処理チャンバー3に充満させるために、あらかじめ処理チャンバー3を減圧させておくこともできる。また、処理チャンバー3を純水ミストで充満させた後に、チャンバー3を減圧させるようにしてもよい。この場合チャンバー3内の純水ミストを減圧させることにより、早くチャンバー3内から追い出すことと、チャンバー3側壁及び、半導体基板1に着いた純水を揮発させやすくすることができる。
Thereafter, before the chemical treatment, the pure water mist is driven out of the
本発明の第3の実施形態について図6を参照しながら、説明する。前処理チャンバー14の外周に抵抗加熱方式のヒーター9を配置し、チャンバー14内の雰囲気を熱し、半導体基板1全体を薬液温度50℃相当にまで上昇させる。その後、基板1を前処理チャンバー14から処理チャンバー3に移し、薬液処理を行う。この薬液処理で、自回転(500rpm以上)する半導体基板1上に薬液ノズル4から薬液(HF:50℃)を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図7(図2と同様に表示)のように1.80%に向上させ得ることが出来る。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A resistance
本発明の第4の実施形態について図8を参照しながら、説明する。前処理チャンバー14の外周にハロゲンランプ15を配置し、チャンバー14内の雰囲気を熱し、半導体基板1全体を薬液温度50℃相当にまで上昇させる。その後、半導体基板1を前処理チャンバー14から処理チャンバー3に移し、薬液処理を行う。この薬液処理で、回転する基板1上に薬液ノズル4から薬液(HF:50℃)を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図9(図2と同様に表示)のように2.36%に向上させ得ることが出来る。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A
本発明の第5の実施形態について図10を参照しながら、説明する。前処理チャンバー14の側面にマイクロウェーブ発生装置11を配置する。純水ミストノズル12から純水ミストをチャンバー14に充満させる。この充満させたミストにマイクロウェーブ発生装置11から周波数2450MHzのマイクロウェーブを照射し、チャンバー14の雰囲気を加熱させ、基板1温度を薬液処理温度50℃相当まで上昇させる。その後、基板1を前処理チャンバー14から処理チャンバー3に移し、薬液処理を行う。この薬液処理で、自回転(500rpm以上)する半導体基板1上に薬液ノズル4から薬液(HF:50℃)を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図11(図2と同様に表示)のように2.91%に向上させ得ることが出来る。また、純水ミストを効率的にチャンバー14に充満させるために、あらかじめチャンバー14を減圧させておくこともできる。また、前処理チャンバー14を純水ミストで充満させた後に、チャンバー14を減圧させるようにしてもよい。この場合、前処理チャンバー14内の純水ミストを減圧させることにより、早く前処理チャンバー14内から追い出すことと、チャンバー側壁及び、半導体基板1上に着いた純水を揮発させやすくすることができる。
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
本発明の第6の実施形態について図12を参照しながら、説明する。前処理チャンバー14内の純水槽16に入っている純水温度は、薬液温度(HF:50℃)に対して、50±5℃の範囲に設定してある。この前処理チャンバー14内の純水槽16に半導体基板1を挿入し、基板1全体を薬液温度50℃相当にまで上昇させる。その後、基板1をチャンバー14から処理チャンバー3に移し、薬液処理を行う。この薬液処理で、自回転(500rpm以上)する半導体基板1上に薬液ノズル4から薬液(HF:50℃)を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図13(図2と同様に表示)のように3.48%に向上させ得ることが出来る。
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The temperature of pure water contained in the
以上の第3〜第6の実施形態では、前処理チャンバー14を用いて半導体基板1を昇温させておくことで、処理チャンバー3内で薬液処理前に半導体基板1を昇温させる必要がないため、時間短縮を図ることができる。
In the above third to sixth embodiments, by heating the
本発明の第7の実施形態について図14を参照しながら、説明する。基板支持アーム2の直下に抵抗加熱方式のヒーター9を配置することにより、半導体基板1裏面から直接温度制御しやすくし、基板1全体を薬液温度50℃相当にまで上昇させる。この後、自回転(500rpm以上)する半導体基板1上に薬液ノズル4から薬液(HF:50℃)を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図15(図2と同様に表示)のように1.66%に向上させ得ることが出来る。
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. By disposing a resistance
本発明の第8の実施形態について図16を参照しながら、説明する。基板支持アーム2の直下にハロゲンランプ15を配置することにより、半導体基板1裏面から直接温度制御しやすくし、基板1全体を薬液温度50℃相当にまで上昇させる。この後、自回転(500rpm以上)する半導体基板1上に薬液ノズル4から薬液(HF:50℃)を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図17(図2と同様に表示)のように1.10%に向上させ得ることが出来る。
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. By disposing the
本発明の第9の実施形態について図18を参照しながら、説明する。基板支持アーム2は半導体基板1と水平な平板型であり、基板支持アーム2の中央から高温純水を吐出する純水ノズル21を設けている。純水ノズル21から吐出される純水温度は、薬液温度(HF:50℃)に対して、50±5℃の範囲に設定されている。この純水ノズル21から吐出された高温純水で、そのアーム2と基板1の間の空間を埋めて、基板1裏面から直接温度制御しやすくし、基板1全体を薬液温度50℃相当にまで上昇させる。この後、自回転(500rpm以上)する半導体基板1上に薬液ノズル4から薬液(HF:50℃)を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図19(図2と同様に表示)のように2.81%に向上させ得ることが出来る。
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
本発明の第10の実施形態について図20を参照しながら、説明する。基板支持アーム2は半導体基板1と水平な平板型であり、基板支持アーム2の中央から高温のN2ガスを吐出するN2ノズル22を設けている。N2ノズル22から吐出されるN2ガスの温度は、薬液温度(HF:50℃)に対して、50±5℃の範囲に設定されている。このN2ノズル22から吐出された高温N2で、そのアーム2と基板1の間の空間を埋めて、基板1裏面から直接温度制御しやすくし、基板1全体を薬液温度50℃相当にまで上昇させる。この後、自回転(500rpm以上)する半導体基板1上に薬液ノズル4から薬液(HF:50℃)を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図21(図2と同様に表示)のように3.35%に向上させ得ることが出来る。
A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
なお、以上の第1〜第10の実施形態では、処理チャンバー3の外部の加熱手段(図示せず)によって高温に加熱されている薬液(HF:50℃)が、薬液処理の際には薬液ノズル4から半導体基板1の中央部に向けて吐出されるようになっている。
In the first to tenth embodiments described above, the chemical liquid (HF: 50 ° C.) heated to a high temperature by a heating means (not shown) outside the
また、図18、図20の場合、基板1が浮いたように示されているが、ウェハベベル部に点接触する(チャック)ピンでウェハ(基板1)を固定させている。このピンは基板支持アーム2上に3本以上存在している(図示せず)。
18 and 20, the
本発明の第11の実施形態について図22を参照しながら、説明する。図22(b)は、図22(a)の薬液ノズル支持アーム18の上方から見た図である。薬液ノズル支持アーム18は半導体基板1の直径相当のアーム長を持ち、アーム18の下面に複数の薬液ノズル4が配置されている。この薬液ノズル支持アーム18が、自回転(500rpm以上)する半導体基板1上で、基板1の中央部の位置を回転軸として、基板1および基板支持アーム2の回転方向20とは逆方向19に自回転しながら薬液ノズル4から薬液(HF:50℃)を塗布することで、基板1面内上で薬液温度に差が生じず、エッチングレートの面内均一性を図23(図2と同様に表示)のように1.73%に向上させ得ることが出来る。
An eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 22B is a view from above of the chemical
なお、この第11の実施形態では、処理チャンバー3の外部の加熱手段(図示せず)によって高温に加熱されている薬液(HF:50℃)が、薬液処理の際には薬液ライン17を介して複数の薬液ノズル4から半導体基板1上に吐出されるようになっている。
In the eleventh embodiment, the chemical liquid (HF: 50 ° C.) heated to a high temperature by a heating means (not shown) outside the
また、第11の実施形態のように、薬液ノズル支持アーム18を回転させる方がエッチングレートの面内均一性をより向上させることができるが、薬液ノズル支持アーム18を回転させなくても従来よりは向上させることができる。また、回転させずに、図22(b)のように直線状の薬液ノズル支持アーム18ではなく、直線状の複数の薬液ノズル支持アーム18を基板1の回転軸上で交差させたような薬液ノズル支持アームを用いてもよい。例えば2本の直線状の薬液ノズル支持アーム18を十字状に交差させたようなもので回転しないものでもよい。
Further, as in the eleventh embodiment, the in-plane uniformity of the etching rate can be further improved by rotating the chemical liquid
なお、各実施形態において、基板の自回転数、薬液の種類・温度、及び基板の膜質・温度、マイクロウェーブの周波数、ヒーター・ランプの種類は上記のものに限らないことはいうまでもない。 In each embodiment, it goes without saying that the number of rotations of the substrate, the type / temperature of the chemical solution, the film quality / temperature of the substrate, the frequency of the microwave, and the type of the heater / lamp are not limited to those described above.
本発明の半導体装置の製造方法および製造装置は、基板面内の薬液温度のばらつきをなくし、薬液との基板面内での反応均一性を向上させることができるという効果を有し、半導体装置の製造工程において全般に用いるウェット処理装置、特に半導体基板の洗浄装置として有用である。 The method and apparatus for manufacturing a semiconductor device of the present invention have the effect of eliminating variations in the temperature of the chemical solution in the substrate surface and improving the reaction uniformity in the substrate surface with the chemical solution. It is useful as a wet processing apparatus generally used in the manufacturing process, particularly as a semiconductor substrate cleaning apparatus.
1 半導体基板
2 基板支持アーム
3 処理チャンバー
4 薬液ノズル
5 回転軸
6 モーター
7 N2ノズル
8 純水ノズル
9 ヒーター
10 ドレイン
11 マイクロウェーブ発生装置
12 純水ミストノズル
13 温度帯表記
14 前処理チャンバー
15 ランプ
16 純水槽
17 薬液ライン
18 薬液ノズル支持アーム
19 アーム18の回転方向
20 アーム2の回転方向
21 純水ノズル
22 N2ガスノズル
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記半導体基板を回転させながら、常温より高い所定の処理温度の前記薬液を、前記半導体基板の表面であって前記半導体基板の直径方向に異なる複数の位置に同時に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device for chemical processing a semiconductor substrate by supplying a chemical to the surface of the semiconductor substrate,
A semiconductor device characterized in that, while rotating the semiconductor substrate, the chemical solution having a predetermined processing temperature higher than normal temperature is simultaneously supplied to a plurality of positions on the surface of the semiconductor substrate and different in the diameter direction of the semiconductor substrate. Manufacturing method.
前記処理チャンバー内で前記半導体基板を載置し前記半導体基板を所定方向に回転させる基板支持アームと、
常温より高い所定の処理温度の薬液を、前記基板支持アーム上に載置されて回転する前記半導体基板の表面であって前記半導体基板の直径方向に異なる複数の位置に同時に供給する薬液供給手段とを備えた半導体装置の製造装置。 A processing chamber for placing therein a semiconductor substrate to be treated with a chemical solution;
A substrate support arm for placing the semiconductor substrate in the processing chamber and rotating the semiconductor substrate in a predetermined direction;
A chemical supply means for simultaneously supplying a chemical solution having a predetermined processing temperature higher than normal temperature to a plurality of positions on the surface of the semiconductor substrate which are placed on the substrate support arm and rotate and which are different in the diameter direction of the semiconductor substrate; A device for manufacturing a semiconductor device.
前記ノズル支持アームは回転する前記半導体基板の回転軸を中心に前記半導体基板の回転方向とは逆方向に回転しながら、前記複数の薬液ノズルより前記薬液を吐出することを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造装置。 The chemical solution supply means includes a nozzle support arm disposed above the substrate support arm and having a length corresponding to the diameter of the semiconductor substrate, and a plurality of chemical solution nozzles disposed on the lower surface of the nozzle support arm,
4. The chemical solution is ejected from the plurality of chemical solution nozzles while the nozzle support arm rotates about a rotation axis of the rotating semiconductor substrate in a direction opposite to a rotation direction of the semiconductor substrate. The manufacturing apparatus of the semiconductor device as described in 2. above.
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---|---|---|---|
A761 | Written withdrawal of application |
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