JP2008263048A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】製造装置筐体内部からの汚染物質をクリーンルームへ漏洩するのを防止すること、並びに、クリーンルームからの塵埃を製造装置筐体内部に侵入するのを防止する。
【解決手段】ミニエンバイロメント方式を採用した半導体製造装置が、台TE上に半導体ウエーハSWが配置され、半導体ウエーハSWを囲む複数の面を有する筐体BEと、複数の面のうちの少なくとも1つの面の近傍に対向して設置され、気体が通過する隙間STを有する板BDと、板BDと1つの面との間で形成された排気室VR内の気体を排気する排気系VSと、を有している。
【選択図】図2

Description

本発明は、半導体製造装置および半導体装置の製造技術に関し、特に、ミニエンバイロメント(Mini Environment)方式を用いた半導体装置の製造に適用して有効な技術に関する。
半導体装置の製造工程、特に、いわゆる前工程は、一定の清浄度に保たれたクリーンルーム内に設置された種々の半導体製造装置を用いることによって行われる。清浄度が高くなるに従い、クリーンルーム内に浮遊する微細な塵埃が半導体ウエーハに付着するのをより防止することができ、半導体装置の製造歩留まりを向上することができる。ここで、清浄度とは、1ft(1ft=30.48cm)の空気中に含まれる粒径0.1μm程度以上の塵埃の個数を指標として示したものである。例えば、クラス1000の清浄度のクリーンルーム内では、1ftの空気中に含まれる粒径0.1μm程度以上の塵埃が1000個以下である。
近年では、クリーンルーム全体を高清浄に保つ方式から、半導体ウエーハ周りを高清浄に保つミニエンバイロメント方式が採用されてきている。クリーンルーム全体を高清浄にするためには、建設費、維持費、運転費が嵩み半導体装置の製造コストを引き上げるからである。また、クリーンルーム全体を高清浄化しなくとも、塵埃の付着を嫌う半導体ウエーハの周辺のみを清浄化すれば充分と考えられるからである。
なお、本発明者らは、発明した結果に基づき、クリーンルーム内の圧力および前記クリーンルーム内に設置される半導体製造装置を構成する筐体内の圧力の他に、前記筐体内のある領域において圧力に差を持たせるという観点で先行技術調査を行った。その結果、クリーンルーム内に設置される半導体製造装置を構成する筐体内に別の領域(中間室)を形成する観点では、特開2005−283049号公報(特許文献1)が抽出された。特許文献1は、全体として、筐体内の空気を中間室に通して循環空気として一部を利用し、残部をクリーンルーム内に排出させるものであり、前述の圧力差を持たせる観点についての記載はない。
特開2005−283049号公報(例えば、段落[0014]〜[0021]、第1図〜第4図)
例えば300mmウエーハの世代では、ウエーハキャリアにFOUP(Front Opening Unified Pod)を用いたミニエンバイロメントが一般的に使用される。すなわちJISクラス6程度の中清浄度のクリーンルームに半導体製造装置を設置し、筐体で囲った製造装置内部をFFU(Fan Filter Unit)で陽圧にし、外部(クリーンルーム)からの塵埃の進入を防いでいる。このようにFFUを用いて清浄化した空間のみでウエーハをFOUPから取り出しプロセス処理を行っている。
一方、半導体製造プロセスでは様々な半導体材料(薬品を含む)を使用し、例えば、そのガス成分が半導体製造装置筐体内部に篭っている。このガス成分が筐体外部に漏洩(拡散)することは、半導体製造装置が設置されているクリーンルーム内を汚染することになる。このため、例えば200mmウエーハまでの世代のように、ミニエンバイロメントを使用しないで、半導体製造装置をJISクラス3程度の清浄なクリーンルームに設置した場合、半導体製造装置筐体内部をクリーンルームに対して陰圧にする事で、半導体材料から発生するガス成分を排気し、クリーンルーム内に漏洩するのを防止している。
しかしながら、300mmウエーハの世代のようにミニエンバイロメントを用いた場合であって製造装置筐体内部を陰圧にすると、半導体材料から発生するガス成分をクリーンルームに漏らすことを防止できるが、クリーンルームの塵埃が製造装置筐体内部に侵入し半導体ウエーハに異物として付着してしまう。この異物の付着は、200mmウエーハ世代と300mmウエーハ世代では300mmウエーハ世代のほうがより微細化が進んでいるため、より顕著となる。このため、300mmウエーハの世代ではミニエンバイロメントを用いた場合、製造装置筐体内部を単に陰圧にできない。
このように300mmウエーハの世代ではミニエンバイロメントを用いた場合、ガス成分汚染対策と塵埃付着とが相反するため、どちらかを犠牲にしなければならない。
本発明の目的は、製造装置筐体内部からの汚染物質をクリーンルームへ漏洩するのを防止すること、並びに、クリーンルームからの塵埃を製造装置筐体内部に侵入するのを防止することにある。
また、本発明の他の目的は、半導体装置の製造歩留まりの低下を防止することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明の一実施の形態は、半導体製造装置が、半導体ウエーハが配置され、前記半導体ウエーハを囲む複数の面を有する筐体と、前記複数の面のうちの少なくとも1つの面の近傍に対向して設置され、気体が通過する隙間を有する板と、前記板と前記1つの面との間で形成された排気室内の気体を排気する排気系と、を有するものである。
また、本発明の他の一実施の形態は、まず、(a)クリーンルーム内に設置された筐体を構成する複数の面のうちの少なくとも1つの面と、前記1つの面の近傍に対向して設置され、気体が通過する隙間を有する板と、の間で形成された排気室内の気体を前記クリーンルーム外へ排気する。次いで、(b)前記工程(a)を行うとともに、前記筐体内に配置した半導体ウエーハに対して半導体材料を用いて処理するものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
この一実施の形態によれば、筐体内で発生した汚染物質(汚染気体)が排気室に流れ込み排気され、また、筐体外の塵埃が筐体内に侵入する前に、排気室に流れ込み排気されるため、製造装置筐体内部からの汚染物質をクリーンルームへ漏洩するのを防止すること、並びに、クリーンルームからの塵埃を製造装置筐体内部に侵入するのを防止することができる。
また、このような半導体製造装置を用いることによって、半導体装置の製造歩留まりを向上することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
図1は、種々の半導体製造装置DD1〜DD4が設置されたクリーンルームCLを模式的に示す説明図である。このクリーンルームCLではミニエンバイロメント方式が採用されて、半導体装置のいわゆる前工程が行われる。
クリーンルームCL内の温度調整のために、供給ダクトD1を介して空気調整機AMが接続されており、クリーンルームCLの天井領域CAに温度調整された空気が供給される。天井領域CAには清浄な空気が吹き出される装置が設置されており、図1ではHEPAフィルタを備えた吹き出し装置JD1、JD2が示されている。一方、クリーンルームCLの床下領域FAにはクリーンルームCL内およびミニエンバイロメント方式を採用した半導体製造装置DD1〜DD4内を排気する排気系が設置されており、図1では排気ダクトD2が示されている。これら半導体製造装置DD1〜DD4は、例えば半導体ウエーハに対して種々の処理、加工を行うものである。
天井領域CAからの清浄空気はクリーンルームCL内に吹き出され、下降した空気は通気性の床FRから床下領域FAに吸い込まれ、その大部分の空気が循環して天井領域CAに戻り、残りの空気が排気ダクトD2から排気される。その一方で、クリーンルームCL内での空調バランスを保つために、空気調整機AMから空気が供給ダクトD1を介して供給される。
また、図1のクリーンルームCL内では、半導体製造装置間で半導体ウエーハを搬送するために搬送容器(例えばFOUP)FPが用いられ、所定の通路を走行する搬送台車CVによって搬送容器FPが搬送される様子が示されている。
図2は、本実施の形態1におけるミニエンバイロメント方式を採用した半導体製造装置(以下、ミニエン対応装置という)MD0を模式的に示す側壁図である。このミニエン対応装置MD0は、台TE上に半導体ウエーハSWが配置され、半導体ウエーハSWを囲む複数の面を有する筐体BEと、複数の面のうちの少なくとも1つの面の近傍に対向して設置され、気体が通過する隙間STを有する板BDと、板BDと1つの面との間で形成された排気室VR内の気体を排気する排気系VSと、を有している。
筐体BEの面は、一般に樹脂からなるパネルが複数枚、パッキングによって張り合わせて構成されている。また、板BDは例えばプラスチック、SUSあるいは樹脂からなり、板BDの隙間STはスリット、穴などで構成されている。この板BDと対向する筐体BEを構成する面との間で排気室VRが形成される。また、隙間STの開口率と排気系VSの排気量によって排気室VRの圧力P3を調整している。排気系VSの排気量は排気ダクトD2から排気する際にダンパーで調整することができる。
また、ミニエン対応装置MD0は、筐体BEの上部にHEPAフィルタHFを備えたファンFNを有しており、筐体BE内に外気(クリーンルームCL内の空気)を取り込む。このファンFNは、筐体BEを構成する複数の面のうち、板BDと対向する面(側壁面)とは異なる他の面(上部面)に設置されている。なお、図2には、ファンFNによって筐体BE内で生じる気流の進行方向を示している。
これに対し、気体が通過する隙間STを有する板BDなどを設置しない場合のミニエン対応装置MD10を図3に示す。クリーンルームCL内にミニエン対応装置MD10を設置した場合、クリーンルームCL内の塵埃がミニエン対応装置MD10の筐体BE内に入らないように、HEPAフィルタHFを介してファンFNによって清浄な空気を取り入れることによって、筐体BE内部の圧力P1を筐体BE外部の圧力(クリーンルームCLの圧力)P2より例えば1〜2Pa陽圧としている。
しかしながら、ミニエン対応装置MD10で半導体材料を用いて半導体ウエーハSWへの処理、加工を行った場合、その半導体材料の未反応物や化合物などの汚染物質が、筐体BE外部、すなわちクリーンルームCL内に漏洩してしまう。前述したように筐体BEの面が張り合わせられた複数のパネルから構成されることから、その繋ぎ目などから漏洩してきているものと考えられる。
このような問題は、本実施の形態1におけるミニエン対応装置MD0で解決されている。このミニエン対応装置MD0は、筐体BEを構成する面(図2では側壁面)の近傍に対向するように設置された板BDを有し、板BDとその面との間で排気室VRを形成している。また、ミニエン対応装置MD0は排気室VR内の気体を排気する排気系VSを有している。この排気系VSは図1に示した排気ダクトD2およびダンパーによって排気量が調整される。
この排気系VSによって排気室VR内の気体を排気することによって、排気室VR内の圧力P3は筐体BE内部の圧力P1および筐体BE外部の圧力(クリーンルームCL内の圧力)P2より陰圧となるようにしている。このため、筐体BE内部で発生した汚染物質がクリーンルームCLに漏れる前に、板BDの隙間STを、汚染物質を含んだ気体が通過し、排気室VRから排気されてしまう。したがって、汚染物質が筐体BE外部すなわちクリーンルームCL内に漏れることを防止することができる。また、クリーンルームCL内の塵埃が筐体BE内に侵入した場合であっても、その前に排気室VRから排気されてしまう。したがって、クリーンルームCL内の塵埃が筐体BE内部に侵入することを防止することができる。
また、ミニエン対応装置MD0の筐体BE内の排気室VRは、図2に示したように側壁の他に、図4に示すように底部、図5に示すように側壁および底部、図6に示すように側壁の一部および底部に形成しても良い。
以下に、ミニエン対応装置(半導体製造装置)として塗布/現像装置に適用した場合について説明する。図7に本発明者らが検討した塗布/現像装置MD11の上面図、図8に図7のX−X線の側面図を示す。なお、図7および図8の塗布/現像装置は図3のミニエン対応装置MD10に対応しており、図2のような排気室VRは設けられていない。
塗布/現像装置MD11は、搬送容器FPが配置されるロードポートLPと、筐体BEとロードポートLPとの間に設置され半導体ウエーハSWの受け渡し時に塵埃の付着を防止するEFEM(Equipment Front End Module)からなるモジュールEMとを有している。また、塗布/現像装置MD11は、筐体BE内で半導体ウエーハSWを搬送する搬送機構CMと、筐体BE内に設けられ塗布工程が行われる塗布室CRと、筐体BE内に設けられ現像工程が行われる現像室DRと、筐体BE内に設けられベーク工程が行われるベーク室BRとを有している。また、塗布/現像装置MD11は、塗布室CR内で塗布しきれなかったフォトレジストおよび現像室DR内で塗布しきれなかった現像液を集めるカップCPと、を有している。
塗布/現像装置MD11がクリーンルームCL(図1参照)内に設けられた場合、その動作は、まず、搬送台車CVによって搬送されてきた搬送容器FPがロードポートLPに置かれる。この搬送容器FPには半導体ウエーハSWが搭載されており、搬送容器FPのドアが閉じた状態では外部の塵埃が内部へ侵入し、半導体ウエーハSWに付着することを防止している。次いで、半導体ウエーハSWを塗布/現像装置MD11の筐体BE内に搬送するにあたり、搬送容器FPのドアを開ける必要があることから、モジュールEMによって局所的清浄環境、いわゆるミニエンバイロメントを作り出す。
次いで、筐体BE内に搬送された半導体ウエーハSWを、塗布室CRでフォトレジスト塗布した後、ベーク室BRでベークする。次いで、塗布/現像装置と一貫接続された露光装置に半導体ウエーハSWを搬送した後、塗布したフォトレジスト膜を感光させる。次いで、再び塗布/現像装置に搬送された半導体ウエーハSWを、現像室DRで現像液塗布してフォトレジストパターンを形成した後、ベーク室BRでベークする。次いで、塗布/現像装置での処理が終了した後、モジュールEMを介して半導体ウエーハSWを搬送容器FPに搭載した後、搬送容器のドアを閉じる。
ここで、塗布/現像装置MD11では、図8に示すように、例えばフォトレジスト塗布のカップCPに専用の排気系が設けられており、フォトレジストの揮発成分(汚染物質)がカップCPの外に漏れない構造としている。例えば、塗布/現像装置MD11の筐体BE内で発生する成分を図9に示す。前述したように、クリーンルームCL内の塵埃が、筐体BE内に入らないように、ファンFNによって清浄な空気を取り入れることによって、筐体BE内部の圧力P1を筐体BE外部の圧力(クリーンルームCLの圧力)P2より高くしている。また、図8に示すように筐体BEの底部はパネルが張られない場合もある。これはフォトレジストの揮発成分がカップCP専用の排気系で十分排気できると考えられていたからである。しかしながら、筐体BEで発生した汚染物質が、筐体BE外部、すなわちクリーンルームCL内に漏洩してしまう。
図10は塗布/現像装置MD11の筐体BE外の側壁面内における汚染物質の量を測定した結果であり、(b)は(a)に対してカップCPの排気圧力を高めた場合を示す。なお、数値が高いほど汚染物質がより漏洩していることを示す。
図10から判るように、塗布/現像装置MD11の筐体BEの側壁面内で漏れ量のばらつきはあるが、パネルが張られた側壁面全体であっても汚染物質が漏洩している。また、図10(a)と図10(b)とを比較した場合、カップCPの排気圧力を高めることによって汚染物質の漏れを低減することができる。しかしながら、図11に示すように、排気圧力を高くしすぎると、半導体ウエーハSWに塗布される膜の均一性が悪くなってしまう。そこで、図2のミニエン対応装置MD0に対応して、図12に示すように、本実施の形態1における塗布/現像装置MD1は排気室VRを備えている。なお、本実施の形態1における塗布/現像装置MD1は、本発明者らが検討した塗布/現像装置MD11に対して、排気室VRを備えている違いがあるが、その他の構成、動作は塗布/現像装置MD11と同様であるのでその説明は略する。
図12に筐体BEの側壁に排気室VRが設けられた塗布/現像装置MD1の上面図を示す。この塗布/現像装置MD1では、カップCPの排気の他に、排気室VRの排気が追加された構造である。なお、カップCPの排気圧力は半導体ウエーハSWに塗布される膜の均一性を保持できる圧力としている。
塗布/現像装置MD1は、筐体BEを構成する面(図12では側壁面)の近傍に対向するように設置された板BDを有し、板BDとその面との間で排気室VRを形成している。また、塗布/現像装置MD1は排気室VR内の気体を排気する排気系VSを有している。
この排気系VSによって排気室VR内に入り込んだ汚染物質を排気する。具体的には、排気室VR内の圧力P3を筐体BE内部の圧力P1および筐体BE外部の圧力(クリーンルームCL内の圧力)P2より陰圧となるようにしている。また、筐体BEを構成する複数の面のうち底部(底面)とは異なる上部(上面)に設置され、筐体BE内に外気を取り込むファンFNによって筐体BE内部の圧力P1を筐体BE外部の圧力(クリーンルームCL内の圧力)P2より陽圧となるようにしている。すなわち、塗布/現像装置MD1はP1>P2>P3の関係となる構造となっている。
このため、筐体BE内部で発生した汚染物質がクリーンルームCLに漏れる前に、板BDの隙間STを、汚染物質を含んだ気体が通過し、排気室VRから排気されてしまう。したがって、汚染物質が筐体BE外部すなわちクリーンルームCL内に漏れることを防止することができる。また、クリーンルームCL内の塵埃が筐体BE内に侵入した場合であっても、その前に排気室VRから排気されてしまう。したがって、クリーンルームCL内の塵埃が筐体BE内部に侵入することを防止することができる。
また、図13に筐体BEの底部に排気室VRが設けられた塗布/現像装置M1の側面図を示す。この塗布/現像装置MD1においてもP1>P2>P3の関係となる構造となっている。また、塗布/現像装置MD1の底部には、ファンFNによって筐体BE内で生じる気流の進行方向に対して垂直な方向に排気室VRが形成されている。これにより、筐体BE内で発生した汚染物質を含んだ空気を効率的に排気することができる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2では、ミニエン対応装置(半導体製造装置)として洗浄装置に適用した場合について説明する。図14に本実施の形態2における洗浄装置MD2の上面図を示す。
洗浄装置MD2は、半導体ウエーハSWが配置され、半導体ウエーハSWを囲む複数の面を有する筐体BEと、複数の面のうちの少なくとも1つの面(側壁面)の近傍に対向して設置され、気体が通過する隙間STを有する板BDと、板BDとその側壁面の間で形成された排気室VR内の気体を排気する排気系VSと、を有している。また、洗浄装置MD2は、搬送容器FPが置かれるロードポートLPと、筐体BEとロードポートLPとの間に設けられ半導体ウエーハSWの受け渡し時に塵埃の付着を防止するEFEMからなるモジュールEMと、筐体BE内に設けられ洗浄工程が行われる洗浄室RRと、を有している。
洗浄装置MD2がクリーンルームCL(図1参照)内に設けられた場合、その動作は、まず、搬送台車CVによって搬送されてきた搬送容器FPがロードポートLPに置かれる。この搬送容器FPには半導体ウエーハSWが搭載されている。次いで、モジュールEMによるミニエンバイロメント(局所的清浄環境)を作り出した後、筐体BE内に搬送された半導体ウエーハSWを、洗浄室RRで洗浄する。次いで、洗浄処理が終了した後、モジュールEMを介して半導体ウエーハSWを搬送容器FPに搭載した後、搬送容器FPのドアを閉じる。なお、洗浄装置MD2では、モジュールEMの他に、筐体BEでもミニエンバイロメントが形成される。
ここで、半導体ウエーハSWの洗浄の際に、洗浄装置MD2の筐体BE内で、例えばNH、HFガスなどの汚染物質が発生した場合であっても、洗浄装置MD2がP1>P2>P3の関係となる構造となっているため、筐体BE内部からの汚染物質をクリーンルームCLへ漏洩するのを防止すること、並びに、クリーンルームCLからの塵埃を筐体BE内部に侵入するのを防止することができる。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3では、ミニエン対応装置(半導体製造装置)としてCMP(Chemical Mechanical Polishing)装置に適用した場合について説明する。図15に本実施の形態3におけるCMP装置MD3の上面図を示す。
CMP装置MD3は、半導体ウエーハSWが配置され、半導体ウエーハSWを囲む複数の面を有する筐体BEと、複数の面のうちの少なくとも1つの面(側壁面)の近傍に対向して設置され、気体が通過する隙間STを有する板BDと、板BDとその側壁面の間で形成された排気室VR内の気体を排気する排気系VSと、を有している。また、CMP装置MD3は、搬送容器FPが置かれるロードポートLPと、筐体BEとロードポートLPとの間に設けられ、CMP処理前後において一時保管されるインプットステーションISおよびアウトプットステーションOSと、半導体ウエーハSWを移動させるロボットRTと、処理後に半導体ウエーハSWを洗浄する洗浄室RRと、を有している。また、CMP装置MD3は、その筐体BE内に設けられたプラテンPNと、筐体BEに設置され、筐体BE内を開閉するためのドアDORと、を有している。このドアDORの近傍には排気室VRが形成されている。
クリーンルームCL(図1参照)内に設けられたCMP装置MD3の動作は、まず、搬送台車CVによって搬送されてきた搬送容器FPがロードポートLPに置かれる。この搬送容器FPには半導体ウエーハSWが搭載されている。次いで、ロボットRTによって半導体ウエーハSWをインプットステーションISに一時蓄積する。次いで、インプットステーションISから搬送された半導体ウエーハSWに対して、筐体BE内でそれぞれのプラテンPNを回って研磨処理する。次いで、半導体ウエーハSWを洗浄した後、アウトプットステーションOSに一時蓄積する。次いで、半導体ウエーハSWを搬送容器FPに搭載した後、搬送容器FPのドアを閉じる。
その後、CMP装置MD3のメンテナンスなどにより筐体BEのドアDORを開閉する際に、半導体ウエーハSWの研磨時に発生したNHガスなどの汚染物質が研磨パッドに付着していた場合であっても、筐体BEのドアDORの近傍に排気室VRが設けられているため汚染物質が排気室VRからすぐに排気される。すなわち、P1>P2>P3の関係となる構造をCMP装置MD3が備えているため、CMP装置MD3の筐体BE内部からの汚染物質をクリーンルームCLへ漏洩するのを防止すること、並びに、クリーンルームCLからの塵埃を筐体BE内部に侵入するのを防止することができる。
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4では、ミニエン対応装置(半導体製造装置)としてプラズマエッチング装置に適用した場合について説明する。図16に本実施の形態4におけるプラズマエッチング装置MD4の側面図を示す。
プラズマエッチング装置MD4は、半導体ウエーハSWが配置され、半導体ウエーハSWを囲む複数の面を有する筐体BEと、複数の面のうちの少なくとも1つの面(底面)の近傍に対向して設置され、気体が通過する隙間STを有する板BDと、板BDとその底面の間で形成された排気室VR内の気体を排気する排気系VSと、を有している。また、プラズマエッチング装置MD4は、搬送容器FPが置かれるロードポートLPと、ロード/ロット室LLRとロードポートLPとの間に設けられ半導体ウエーハSWの受け渡し時に塵埃の付着を防止するEFEMからなるモジュールEMと、プラズマエッチング処理される複数のプロセスチャンバーPCと、複数のプロセスチャンバーPCのうちの1つを選択するためのトランスファーチャンバーTCと、を有している。
クリーンルームCL(図1参照)内に設けられたプラズマエッチング装置の動作は、まず、搬送台車CVによって搬送されてきた搬送容器FPがロードポートLPに置かれる。この搬送容器FPには半導体ウエーハSWが搭載されている。次いで、モジュールEMによってミニエンバイロメントを作り出した後、モジュールEMのドアDORを開き、ロボットRTによって、半導体ウエーハSWをロード/ロット室LLRに搬送する。次いで、トランスファーチャンバーTCによって複数のプロセスチャンバーPCのうちの1つを選択し、そのプロセスチャンバーPCに半導体ウエーハSWを搬送した後、プラズマエッチング処理する。次いで、プラズマエッチング処理が終了した後、トランスファーチャンバーTC、ロード/ロット室LLR、モジュールEMを介して半導体ウエーハSWを搬送容器FPに搭載した後、ドアDORを閉じる。
例えば、フッ素を含む混合ガスを用いた半導体ウエーハSWのプラズマエッチングの際に、プラズマエッチング装置MD4の筐体BE内で、例えばフッ素(F)などの汚染物質が発生した場合がある。この場合であっても、プラズマエッチング装置MD4がP1>P2>P3の関係となる構造となっているため、筐体BE内部からの汚染物質をクリーンルームCLへ漏洩するのを防止すること、並びに、クリーンルームCLからの塵埃を筐体BE内部に侵入するのを防止することができる。
(実施の形態5)
本発明の実施の形態5における半導体装置の製造方法について図17に示すプロセスフローを追って説明する。なお、ここでのプロセスフローは、いわゆる前工程であり、クリーンルームCL(図1参照)内で行われる。
まず、図18に示すように、半導体ウエーハSWの基板主面(デバイス形成面)上に絶縁膜を下層から順に堆積する。下層の絶縁膜は例えば酸化シリコン(SiO等)OF1、上層の絶縁膜は例えば窒化シリコン(Si等)NFにより形成されている。次いで、上記構造の半導体ウエーハSWを搬送容器FP(図1参照)に収納し、搬送台車CVで前記実施の形態1で示した塗布/現像装置MD1(図12参照)に搬送する。
続いて、塗布/現像装置MD1では搬送容器FPのドアを開け、半導体ウエーハSWをレジスト塗布用のカップCPに搬送し、レジスト材料(半導体材料)を滴下しスピンにより膜厚均一化を行う。次いで、半導体ウエーハSWを、TARC膜塗布用のカップCPに搬送し、TARC材料(半導体材料)を滴下しスピンにより膜厚均一化を行う。
ここで、これらレジスト材料、TARC材料塗布の際、クリーンルームCL内に設置された塗布/現像装置MD1の筐体BEを構成する複数の面のうちの少なくとも1つの面(側壁面)と、その側壁面の近傍に対向して設置され、気体が通過する隙間STを有する板BDと、の間で形成された排気室VR内の気体をクリーンルームCL外へ排気する。
具体的に、排気室VRの排気は、排気室VR内の圧力P3が、筐体BE外の圧力P2および排気室VR以外の筐体BE内の圧力P1より低くなるように行う。また、排気室VR以外の筐体BE内の圧力P1が、筐体BE外の圧力P2より高くなるように側壁面とは異なる他の面(上部面)によって配置されたファンFNによって筐体BE内に、クリーンルームCL内の気体を取り込む。なお、排気室VR内の排気およびクリーンルームCLの気体の取り込みは、塗布工程の前後の期間を含めて行っても良い。
続いて、ベーク室BRでベークし、その後一貫接続された露光装置に半導体ウエーハSWを搬送する。露光装置内で半導体ウエーハSWは所定のレチクルを用い、ステップ露光によりレジスト膜を感光させる。具体的には、ケミカルフィルタを介して外気が取り込まれる内部と、その内部に設置されたレンズおよび光源と、を備えた露光装置において、露光装置の内部に半導体ウエーハSWを配置した後、その光源およびレンズを用いて半導体ウエーハSWに対して露光処理する。
続いて、図19に示すように、レジスト膜PRを感光させた後、半導体ウエーハSWは再び塗布/現像装置MD1に戻り、現像用のカップCPで現像液処理する事でレジストパターンが形成される。その後、ベーク室BRでベークし、レジストパターンを安定化させる。その後、半導体ウエーハSWをモジュールEM経由で搬送容器FPに戻し、そのドアを閉め、次工程(プラズマエッチング装置)へ払い出す。なお、パターニングされたフォトレジストPRが素子分離溝形成用のマスクとなる。
塗布/現像装置MD1を用いた製造工程では、レジスト塗布、TARC塗布のカップCPがそれぞれ専用の排気が取られた構造としているため、揮発成分がカップCP外に漏洩しないようになっている。しかしながら、排気が不十分で有機物(汚染物質)が装置外のクリーンルームCLに漏洩してしまう場合がある。そこで、前記実施の形態1で示した塗布/現像装置MD1のように、排気室VRを設け、クリーンルームCLに漏洩する前に、汚染物質を排気している。
ここで、本発明者らが検討した塗布/現像装置MD11のように、排気室を設けない場合の影響について、図24を参照して説明する。図24に露光装置およびその筐体内で生じている気流を示す。
露光装置は内部を清浄に保つ為、図24に示すような無機、並びに有機除去用のケミカルフィルタ(活性炭フィルタ)を具備し、レンズが存在する領域にSO、NH等の無機物、シロキ酸等の有機物が浸入しない構造となっている。しかし、露光装置への取り込み外気に、排気室VRを設けていないような塗布/現像装置MD11から漏れた有機汚染が取り込まれると短期間でケミカルフィルタを劣化させてしまい、透過した有機物がレンズ曇りを引き起す。レンズ曇りは使用する光のエネルギーが大きいArF露光、KrF露光で顕著で、進入したシロキ酸等の有機物がレンズ表面において光反応で重合するものと考えられる。レンズ曇りが起こると結像が正常に行われなくなる事からパターン形成が正常に行われなくなり、製造歩留低下を引き起こす。
この解決手段として、ケミカルフィルタを頻繁に交換する事が考えられる。しかしながら、ケミカルフィルタは一般に高価であり、かつケミカル成分の除去容量が比較的少ない。このため、ケミカルフィルタの寿命が短くなり頻繁な交換を余儀なくされ、ダウンタイムの悪化また保守費の増大となり、半導体装置の製造コストを引き上げる要因となる。
そこで、前記実施の形態1で示した塗布/現像装置MD1を用いて、クリーンルームCL内に設置された筐体BEを構成する複数の面のうちの側壁面と、その側壁面の近傍に対向して設置され、気体が通過する隙間STを有する板BDと、の間で形成された排気室VR内の気体をクリーンルームCL外へ排気するとともに、筐体BE内に配置した半導体ウエーハSWに対してフォトレジスト、TARC(半導体材料)を塗布する。
これにより、筐体BE内部からの汚染物質であるSO、NH等の無機物、シロキ酸等の有機物をクリーンルームCLへ漏洩するのを防止し、レンズ曇りのない露光をすることによって、半導体装置の製造歩留まりの低下を防止することができる。また、高価なケミカルフィルタの交換回数を少なくすることによって、半導体装置の製造コストを低減することができる。
続いて、上記構造の半導体ウエーハSWを搬送容器FPに収納し、搬送台車CVで前記実施の形態4で示したプラズマエッチング装置MD4(図16参照)に搬送する。次いで、プラズマエッチング装置MD4では搬送容器FPのドアを開け、半導体ウエーハSWをロード/ロット室LLRを通じプロセスチャンバーPCに運ぶ。
続いて、図20に示すように、パターニングされたフォトレジストPRから露出する窒化シリコン膜NFを、プラズマエッチング処理によりエッチングした後、レジストパターンをアッシング処理により除去する。
続いて、図21に示すように、窒化シリコン膜NFから露出される酸化シリコン膜OF1および半導体ウエーハSWを、例えば四フッ化炭素(CF)またはCHFとアルゴン(Ar)との混合ガスを用いたプラズマエッチング処理によりエッチングする。これにより、半導体ウエーハSWに素子分離溝を形成する。この段階では、半導体ウエーハSWの表面にフッ素(F)が吸着した状態となっている。
続いて、半導体ウエーハSWをプラズマ処理装置のプロセスチャンバーPCから搬出し、プラズマ処理装置のロード/ロック室LLRから搬出し、モジュールEM内の半導体ウエーハSWを搬送ロボットRTで搬送容器FPに収容する。
このプラズマエッチング装置を用いた製造工程では、製造過程で半導体ウエーハSWに付着したフッ素(F)がモジュールEM内で放出(乖離)されるが、排気室VRを設けていないようなプラズマエッチング装置を用いた場合、フッ素がクリーンルームCL内に漏洩する場合がある。このフッ素(汚染物質となる)は、粉塵除去用に用いられているHEPAフィルタHFのガラス繊維と反応しボロン(B)を放出する。このボロンはシリコン(Si)に対し、3価のドーパタンとなるため、HEPAフィルタHFからのボロンがシリコン半導体ウエーハSWに付着するとトランジスタの閾値(Vth)電圧のシフトを引き起こし、製造歩留まり低下を引き起こす。
ここで、前記実施の形態4で説明した排気室VRが設けられたプラズマエッチング装置MD4を用いて、クリーンルームCL内に設置された筐体BEを構成する複数の面のうちの側壁面と、その側壁面の近傍に対向して設置され、気体が通過する隙間を有する板BDと、の間で形成された排気室VR内の気体をクリーンルームCL外へ排気するとともに、筐体BE内に配置した半導体ウエーハSWを、プラズマエッチングし、モジュールEMを介して搬送する。具体的に、排気室VRの排気は、排気室VR内の圧力P3が、筐体BE外の圧力P2および排気室VR以外の筐体BE内の圧力P1より低くなるように行う。
これにより、筐体BE内部からの汚染物質であるフッ素をクリーンルームCLへ漏洩するのを防止し、HEPAフィルタHFからボロンの発生を防止することによって、半導体装置の製造歩留まりの低下を防止することができる。
続いて、図22に示すように、素子分離溝の表面を薄く酸化し、その後溝を埋め込む為に、CVD法によって酸化シリコン(SiO)膜OF2を成膜する。次いで、アニールにより酸化シリコン膜OF2を焼き閉める。
続いて、図23に示すように、前記実施の形態3で示したCMP装置MD3で半導体ウエーハSWの平坦化を行う。ここでは、まず、搬送台車CVで上記半導体ウエーハSWが入った搬送容器FPをCMP装置に搬送する。次いで、CMP装置では搬送容器FPのドアを開け、半導体ウエーハSWを、インプットステーションISを通じて処理室に搬送し、半導体ウエーハSWの表面を研磨パッドに押し付け研磨を行う。酸化シリコン膜OF2の研磨にはSiO系のスラリー(半導体材料)を使用し、酸化シリコン膜OF2を削り易くする為、NHOH等のアルカリ溶液(半導体材料)を用いpHを7〜11程度で行う。次いで、半導体ウエーハSW表裏面を洗浄した後、アウトプットステーションOS、モジュールEMを通じ、搬送容器FP内に半導体ウエーハSWが戻される。
このCMP装置MD3を用いた製造工程では、研磨に使用する研磨パッドに付いたNHOHよりNHガスが出て、処理室内には高濃度のNHが存在する。このため排気室VRを設けていないようなCMP装置を用いた場合、メンテナンス等で筐体BEのドアDORを開閉した際に、NHがクリーンルームCLに漏洩する。このNH(汚染物質となる)はフォトレジストと反応し、パターン形成不良を引き起こす事が知られており、製造歩留まり低下を引き起こす。
ここで、前記実施の形態3で説明した排気室VRが設けられたCMP装置MD3を用いて、クリーンルームCL内に設置された筐体BEを構成する複数の面のうちの側壁面と、その側壁面の近傍に対向して設置され、気体が通過する隙間を有する板BDと、の間で形成された排気室VR内の気体をクリーンルームCL外へ排気するとともに、筐体BE内に配置した半導体ウエーハSWを、研磨した後、メンテナンスなどのためにドアDORを開閉する。
具体的に、排気室VRの排気は、排気室VR内の圧力P3が、筐体BE外の圧力P2および排気室VR以外の筐体BE内の圧力P1より低くなるように行う。また、排気室VR以外の筐体BE内の圧力P1が、筐体BE外の圧力より高くなるように側壁面とは異なる他の面(上部面)によって配置されたファンFNによって筐体BE内に、クリーンルームCL内の気体を取り込む。なお、CMP装置MD3の排気系VS内の排気およびクリーンルームCLの気体の取り込みは、メンテナンスの前後の期間を含めて行っても良い。
これにより、筐体BE内部からの汚染物質であるNHをクリーンルームCLへ漏洩するのを防止し、フォトレジストのパターン不良の発生を防止することによって、半導体装置の製造歩留まりの低下を防止することができる。
その後、周知の方法を用いて、例えばトランジスタ、多層配線などを形成することによって半導体装置が略完成する。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、ミニエンバイロメント方式を用いた半導体製造装置として、イオン注入装置、熱処理装置などにも適用することができる。
また、例えば前記実施の形態1では、隙間を有する板を、筐体内に設置した場合について説明したが、排気室を形成することができるのであれば、筐体外に設置することもできる。
本発明は、ミニエンバイロメント方式を用いた半導体装置の製造の製造業に幅広く利用されるものである。
種々の半導体製造装置が設置されたクリーンルームの側面からみた説明図である。 本発明の実施の形態1におけるミニエンバイロメント方式を採用した半導体製造装置の一例の側面からみた説明図である。 本発明者らが検討したミニエンバイロメント方式を採用した半導体製造装置の側面からみた説明図である。 本発明の実施の形態1におけるミニエンバイロメント方式を採用した半導体製造装置の他の一例の側面からみた説明図である。 本発明の実施の形態1におけるミニエンバイロメント方式を採用した半導体製造装置の他の一例の側面からみた説明図である。 本発明の実施の形態1におけるミニエンバイロメント方式を採用した半導体製造装置の他の一例の側面からみた説明図である。 本発明者らが検討した塗布/現像装置の上面からみた説明図である。 本発明者らが検討した塗布/現像装置の側面からみた説明図である。 塗布/現像装置の筐体内で発生する成分の説明図である。 塗布/現像装置の筐体外の側壁面内における汚染物質の量を測定した結果であり、(a)はカップ排気圧力が低い場合、(b)はカップ排気圧力が高い場合を示す。 塗布/現像装置におけるカップ排気圧力と漏洩した汚染物質の量との関係のグラフである。 本発明の実施の形態1における塗布/現像装置の一例の上面からみた説明図である。 本発明の実施の形態1における塗布/現像装置の他の一例の側面からみた説明図である。 本発明の実施の形態2における洗浄装置の上面からみた説明図である。 本発明の実施の形態3におけるCMP装置の上面からみた説明図である。 本発明の実施の形態4におけるプラズマエッチング装置の側面からみた説明図である。 本発明の実施の形態5における半導体装置のプロセスフローである。 本発明の実施の形態5における製造工程中の半導体装置を模式的に示す要部断面図である。 図18に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す要部断面図である。 図19に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す要部断面図である。 図20に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す要部断面図である。 図21に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す要部断面図である。 図22に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す要部断面図である。 露光装置および露光装置の筐体内で生じている気流の説明図である。
符号の説明
AM 空気調整機
BE 筐体
BD 板
BR ベーク室
CA 天井領域
CL クリーンルーム
CF1、CF2 ケミカルフィルタ
CM 搬送機構
CV 搬送台車
D1 供給ダクト
D2 排気ダクト
DD1、DD2、DD3、DD4 半導体製造装置
DOR ドア
DR 現像室
EM モジュール
FA 床下領域
FN ファン
FP 搬送容器
FR 床
HF HEPAフィルタ
IS インプットステーション
JD1、JD2 吹き出し装置
MD0、MD1、MD2、MD3、MD4、MD10、MD11 ミニエン対応装置
NF 窒化シリコン膜
OF1、OF2 酸化シリコン膜
OS アウトプットステーション
P1、P2、P3 圧力
RT ロボット
ST 隙間
TE 台
VR 排気室
VS 排気系

Claims (11)

  1. 半導体ウエーハが配置され、前記半導体ウエーハを囲む複数の面を有する筐体と、
    前記複数の面のうちの少なくとも1つの面の近傍に対向して設置され、気体が通過する隙間を有する板と、
    前記板と前記1つの面との間で形成された排気室内の気体を排気する排気系と、
    を有する半導体製造装置。
  2. 前記複数の面のうち前記1つの面とは異なる他の面に設置され、前記筐体内に外気を取り込むファンを更に有し、
    前記ファンによって前記筐体内で生じる気流の進行方向に対して垂直な方向に前記排気室が形成されている請求項1記載の半導体製造装置。
  3. 前記筐体に設置され、前記筐体内を開閉するためのドアを更に有し、
    前記ドアの近傍に前記排気室が形成されている請求項1記載の半導体製造装置。
  4. 以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
    (a)クリーンルーム内に設置された筐体を構成する複数の面のうちの少なくとも1つの面と、前記1つの面の近傍に対向して設置され、気体が通過する隙間を有する板と、の間で形成された排気室内の気体を前記クリーンルーム外へ排気する工程、
    (b)前記工程(a)を行うとともに、前記筐体内に配置した半導体ウエーハに対して半導体材料を用いて処理する工程。
  5. 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(b)では、前記排気室内の圧力が、前記筐体外の圧力および前記排気室以外の前記筐体内の圧力より低くなるように前記工程(a)を行う。
  6. 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
    (c)前記複数の面のうち前記1つの面とは異なる他の面に配置されたファンによって前記筐体内に、前記クリーンルーム内の気体を取り込む工程、
    を更に含み、
    前記工程(b)では、前記排気室内の圧力が、前記筐体外の圧力および前記排気室以外の前記筐体内の圧力より低くなるように前記工程(a)を行うとともに、前記排気室以外の前記筐体内の圧力が、前記筐体外の圧力より高くなるように前記工程(c)を行う。
  7. 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
    (d)前記工程(b)の後、前記筐体に設置されたドアによって前記筐体内を開閉する工程、
    を更に含み、
    前記工程(d)を行うとともに、前記排気室内の圧力が、前記筐体外の圧力および前記排気室以外の前記筐体内の圧力より低くなるように前記工程(a)を行う。
  8. 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
    前記半導体材料はフォトレジストであり、
    前記工程(b)では、前記半導体ウエーハに対して前記フォトレジストを塗布処理する。
  9. 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
    前記半導体材料はフッ素を含む混合ガスであり、
    前記工程(b)では、前記混合ガス中で前記半導体ウエーハに対してプラズマエッチング処理する。
  10. 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
    前記半導体材料はアルカリ溶液であり、
    前記工程(b)では、前記半導体ウエーハに対して前記アルカリ溶液を用いてCMP処理する。
  11. 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、以下の工程を更に含む:
    (e)ケミカルフィルタを介して外気が取り込まれる内部と、前記内部に設置されたレンズおよび光源と、を備えた露光装置において、前記内部に前記半導体ウエーハを配置した後、前記光源および前記レンズを用いて前記半導体ウエーハに対して露光処理する工程。
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