JP2019019361A - 半導体製造装置および半導体装置の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を抑制しつつ、より均一な膜厚および膜質の基板表面処理が可能な半導体製造装置および半導体装置の処理方法を提供すること。【解決手段】処理液Ｌを用いて半導体基板ＷＡＦの表面処理を行う半導体製造装置１０であって、底面部２４と底面部２４に接続された側面部２２とを備えるとともに処理液Ｌを蓄え、表面処理を行う処理槽１２と、底面部２４に設けられるとともに処理液を排液する排液口１８と、処理槽１２の側面部２２に接して設けられるとともに処理液Ｌを蓄えるバッファ槽１４と、バッファ槽１４に設けられるとともに処理液Ｌを還流させる還流口３４と、を備え、排液口１８から排液された処理槽１２内の処理液Ｌを、還流口３４およびバッファ槽１４を介して処理槽１２に供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置および半導体装置の処理方法、特に半導体基板の表面処理を行う半導体製造装置、および該半導体製造装置を用いた半導体装置の処理方法に関するものである。

半導体基板の表面処理を行う半導体製造装置に関する文献として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１に開示された無電解メッキ処理装置は、複数枚の半導体基板を同時に無電解メッキ処理する装置である。当該無電解メッキ処理装置は、めっき槽の側壁に設けられた薬液供給口、めっき槽の薬液供給口が設けられた側壁と相対する側壁に設けられた薬液排水口を備えている。薬液供給口からめっき槽中に薬液を供給し、薬液排水口から薬液を排出することによって、薬液の流れを薬液表面と平行にしている。複数の被処理ウェハを搭載したカセットが、被処理ウェハが薬液表面に対し垂直でかつ薬液の流れに対して平行になるようにしてめっき槽内に配置される。また、特許文献１に開示された無電解メッキ処理装置では、ウェハカセットの置かれる場所と薬液供給口との間、およびウェハカセットの置かれる場所と薬液排水口との間に設けられた２つのバンチング板（バッファ板）を供えており、薬液の流れが薬液供給口側から薬液排水口側へ向かう一様な層流にされている。

ここで、図５を参照して、無電解メッキ処理についてより詳細に説明する。図５は、無電解メッキ処理を行うための比較例に係る半導体製造装置５０を示している。図５に示すように、半導体製造装置５０は、処理液Ｌ（「メッキ液」、あるいは「薬液」ともいう）で満たされるとともに処理液Ｌによるメッキ処理を行う処理槽５２（メッキ槽）、処理槽５２からオーバーフローした処理液Ｌを回収するバッファ槽５４（外槽）、処理液Ｌを噴出させて供給する処理液供給ノズル５６、処理液Ｌを循環させるポンプ７０、および処理液Ｌから異物を除去するフィルタ７２を含んで構成されている。図示しないウェハカセットに搭載された被処理ウェハＷＡＦは処理液表面と垂直になるように、処理槽に浸漬されている。

図５（ａ）に示すように、処理槽５２の底部と被処理ウェハＷＡＦとの間には、処理液供給ノズル５６が設けられている。処理液供給ノズル５６は開口部６０（噴出し口）を備え、ポンプ７０からフィルタ７２を介して送られてきた処理液Ｌが開口部６０から噴出され、処理槽５２内の処理液Ｌの表面（液面）に向けて供給される（図５には、処理液Ｌの循環方向を符号Ｄ４で示している）。これによって、処理液Ｌの液面に対して垂直に配置された被処理ウェハＷＡＦの間に処理液が流れる。

処理槽５２から符号Ｄ５で示された方向にオーバーフローした処理液Ｌは、処理槽５２の外側に設けられたバッファ槽５４によって回収される。バッファ槽５４には処理液Ｌを排水する図示しない排水口が設けられており、この排水口によって排水された処理液Ｌは、バッファ槽５４と連通しているポンプ７０によって再び処理液供給ノズル５６から処理槽５２内へ供給される。半導体製造装置５０では、以上のようにして処理液Ｌを循環させている。

特開２０１１−４２８３２号公報

ここで、被処理ウェハＷＡＦに膜厚および膜質が均一な層を析出させるためには、被処理ウェハＷＡＦの表面に均一な速度で薬液を供給することが重要である。しかしながら、上記比較例に係る半導体製造装置５０の場合、被処理ウェハＷＡＦに垂直な面での処理液の流れを考えると、処理液供給ノズル５６からの処理液の供給を被処理ウェハＷＡＦを並べた方向に一様にすることは困難である。すなわち、被処理ウェハＷＡＦ間の処理液の流速を場所にかかわらず一定にすることは一般に困難である。

また、被処理ウェハＷＡＦと平行な面での薬液の流れを考えると、図５に示すように、処理液Ｌの供給は一定の幅を有する処理液供給ノズル５６から行われるので、処理液Ｌの供給が比較的狭い領域から行われることになる。そのため、処理液供給ノズル５６の開口部６０と被処理ウェハＷＡＦとのクリアランス（距離）の相違、および処理液供給ノズル５６から吹き出す圧力の分散化により、被処理ウェハＷＡＦの間に流れる処理液Ｌにむらが生じ、被処理ウェハＷＡＦの面内、および複数の被処理ウェハＷＡＦの間でのメッキ膜厚、あるいは膜質にばらつきが発生することが懸念される。

さらに、処理液Ｌのオーバーフローによる排液は処理槽５２の上端部周辺から行われるため、処理槽５２内で局所的な渦や対流（以下、「乱流」）が発生する。したがって、被処理ウェハＷＡＦの表面に一様な速度で薬液を流すのは困難であるという問題がある。そのため、半導体製造装置５０では、被処理ウェハＷＡＦに膜厚および膜質が均一な層を析出させることが困難であるという問題がある。

図６を参照し、半導体製造装置における乱流の発生についてより詳細に説明する。図６は、無電解メッキ処理を行うための比較例に係る半導体製造装置８０を示している。半導体製造装置８０では、半導体製造装置５０における処理槽５２の処理液供給ノズル５６による底部からの処理液Ｌの供給上の問題を改善するために、特許文献１のバンチング板と同様の、開口部９０を有するバンチング板８６を備えている。その他の構成は半導体製造装置５０と共通なので、同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図６に示すように、処理槽５２の図示しない供給口から供給された処理液Ｌは、バンチング板８６によって一定程度整流され、処理槽５２の処理液Ｌの液面にむけて符号Ｄ６で示された方向に上昇する。半導体製造装置８０でも処理槽５２からオーバーフローした処理液Ｌはバッファ槽５４に流れるが、その際、図６に示すように、処理槽５２の処理液Ｌの表面付近の広範囲にわたって乱流ＴＦが発生することが懸念される。つまり、半導体製造装置８０において処理槽５２にバンチング板８６を設けることで処理液Ｌの流れを整流しても、処理槽５２を垂直に上昇したメッキ液は、処理液Ｌの液面において広範囲の乱流ＴＦを発生させるため、メッキにより形成される金属の膜厚および膜質の均一性を得ることが困難である。

一方、特許文献１に開示される複数枚の被処理ウェハに対してバンチング板を設けることで薬液の乱流を抑制する無電解メッキ処理装置では、被処理ウェハの左右にバンチング板を設けるために装置が大型化するという課題を生じる。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、装置の大型化を抑制しつつ、より均一な膜厚および膜質の基板表面処理が可能な半導体製造装置および半導体装置の処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体製造装置は、処理液を用いて半導体基板の表面処理を行う半導体製造装置であって、底面部と前記底面部に接続された側面部とを備えるとともに前記処理液を蓄え、前記表面処理を行う処理槽と、前記底面部に設けられるとともに前記処理液を排液する排液口と、前記処理槽の側面部に接して設けられるとともに前記処理液を蓄えるバッファ槽と、前記バッファ槽に設けられるとともに前記処理液を還流させる還流口と、を備え、前記排液口から排液された前記処理槽内の処理液を、前記還流口および前記バッファ槽を介して前記処理槽に供給するものである。

一方、本発明に係る半導体装置の処理方法は、処理液を蓄え半導体基板の表面処理を行う処理槽、および前記処理槽の側面部に接して設けられるとともに液面を前記処理槽の液面より高い位置として前記処理液を蓄えるバッファ槽を備えた半導体製造装置を用いた半導体装置の処理方法であって、前記処理槽に設けられるとともに前記処理液を排液する排液口から、前記バッファ槽に設けられるとともに前記排液口からの前記処理液を還流させる還流口へ前記処理液を還流させ、前記還流によって前記バッファ槽の液面をオーバーフローさせ前記処理液を前記処理槽に供給するものである。

本発明によれば、装置の大型化を抑制しつつ、より均一な膜厚および膜質の基板表面処理が可能な半導体製造装置および半導体装置の処理方法が提供される、という効果を奏する。

第１の実施の形態に係る半導体製造装置の構成の一例を示す、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 第１の実施の形態に係る半導体製造装置の構成の一例を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係る半導体製造装置の作用を説明する断面図である。 第２の実施の形態に係る半導体製造装置の構成の一例を示す断面図である。 比較例に係る半導体製造装置の、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 比較例に係る半導体製造装置の作用を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１から図３を参照して、本実施の形態に係る半導体製造装置および半導体装置の処理方法について説明する。なお、以下では、本発明の半導体製造装置の一例として、半導体装置の製造工程において用いられる無電解メッキ処理装置（基板表面処理装置）を例示し説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る半導体製造装置１０は、処理槽１２、バッファ槽１４、バンチング板１６、ポンプ３０、およびフィルタ３２を含んで構成されている。
半導体製造装置１０では、後述するように、処理液Ｌがポンプ３０によって処理槽１２からバッファ槽１４へ還流する構成となっている。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る処理槽１２は、被処理ウェハＷＡＦに対し無電解メッキ処理を行う槽であり、側面部２２と底面部２４とで構成される処理槽１２は処理液Ｌによってほぼ満たされている。本実施の形態に係る処理槽１２は、複数の被処理ウェハＷＡＦを一括処理する構成となっている。処理槽１２の底部には排液口１８が設けられており、処理に用いられた後の処理液Ｌはこの排液口１８から後述のバッファ槽１４へ還流される。また、図１（ｂ）に示すように、処理槽１２は平面視で略矩形形状とされている。ただし、処理槽１２の外形は矩形形状に限定されない。配置スペース等を勘案して適宜な形状としてよく、例えば円形状、楕円形状等であってもよい。このように本実施の形態に係る処理槽１２、あるいは後述するバッファ槽１４の形状は特に限定されず、従って処理槽１２、あるいはバッファ槽１４における「槽」なる用語は「液体を入れる容器」程度の意味で用いている。

バンチング板１６（「バッファ板」と称されることもある）は、図１（ｂ）に示すように、平面視で多数の開口部２０（液抜き穴）が設けられた板状部材であり、処理液Ｌを整流する機能を有している。換言すると、処理槽１２は、バンチング板１６を境界板として上下の２槽（２筐体、以下、バンチング板１６より上側の槽を「上槽」、下側の槽を「下槽」という）に分けられている。

バッファ槽１４は、処理槽１２からポンプ３０およびフィルタ３２を介して還流された処理液Ｌを還流口３４から取り込む。つまり、半導体製造装置１０は、図１（ａ）に符号Ｄ１で示す方向の処理液Ｌの循環経路を備えている。図１（ｂ）および図２に示すように、本実施の形態に係るバッファ槽１４は、処理槽１２の側面部２２の外壁に沿って全周にわたって設けられている。被処理ウェハＷＡＦとの反応で成分の一部を消費した処理液Ｌは、バッファ槽１４でメッキ処理に使用されていない処理液Ｌと混ざることで所定の成分比となった後、図１（ａ）、（ｂ）に符号Ｄ２で示す方向にオーバーフローして、再度処理槽１２に供給される。バッファ槽１４は、本実施の形態のように、処理槽１２の形状に合わせて処理槽１２の側面部２２の外壁に沿って全周にわたって設けることが好ましい。
しかしながら、処理液Ｌがオーバーフローする方向を制限したい等の理由から、処理槽１２の側面部２２の外壁の一部に沿って設けてもよい。

ポンプ３０は、処理槽１２の排液口１８から排液された処理液Ｌをバッファ槽１４の還流口３４に移送する。フィルタ３２は該移送の経路の途中に配置され、処理液Ｌから異物を除去する。

次に、図３を参照して、本実施の形態に係る半導体製造装置１０の作用について説明する。図３は、図１（ａ）と同じ図に処理液Ｌの流れの方向を追加した図である。

図３に方向Ｄ３で示すように、バッファ槽１４からオーバーフローし処理槽１２に注入された処理液Ｌは、バンチング板１６に向けて被処理ウェハＷＡＦの間を上方から下方に整流された状態で流れる。つまり、半導体製造装置１０では、処理槽１２の底面部２４に設けられた排液口１８から排液される処理液Ｌを補う処理液Ｌを、バッファ槽１４からオーバーフローにより供給する構成とすることで、処理液Ｌの流れが半導体製造装置１０の上方から下方に向けの整流となり、被処理ウェハの間を流れる処理液Ｌも流量のむらが抑制され均一に近い状態となる。また、処理液Ｌに対する整流効果により、処理液Ｌ中のパーティクル（異物）が処理槽１２の内部に滞留してしまうという問題も抑制され、その結果被処理ウェハＷＡＦへの異物付着も抑制される。

ここで、上述した乱流ＴＦについて検討する。半導体製造装置１０における処理液Ｌの乱流ＴＦは、図３に示すように、バッファ槽１４からオーバーフローした処理液Ｌが処理槽１２の液面に流入する箇所で発生することが想定される。しかしながら、バッファ槽１４の液面と処理槽１２の液面との高低差ｈは予め定められた長さ以内に抑えられているので、処理槽１２の処理液Ｌの液面で発生する乱流ＴＦも最小限に抑えられている。従って、処理槽１２内の被処理ウェハＷＡＦの面内での、あるいは被処理ウェハＷＡＦ間でのメッキ金属の膜厚の均一化、および膜質の均質化がより向上する。

なお、バッファ槽１４の液面と処理槽１２の液面との高低差ｈは、シミュレーション等によって、被処理ウェハＷＡＦに対する乱流ＴＦの影響度が許容される程度となるような値を予め設定しておいてもよい。また、バッファ槽１４の液面と処理槽１２の液面との高低差ｈの制御は、バッファ槽１４と処理槽１２とに満たされる処理液Ｌの総量、ポンプ３０の処理液Ｌの移送能力等を勘案して行えばよい。

さらに、本実施の形態に係る半導体製造装置１０では、処理槽１２の底部にバンチング板１６を設けることで、処理槽１２の内部を機能の異なる２つの領域に分けている。すなわち、バンチング板１６の上側の上槽では、バッファ槽１４からオーバーフローした処理液が整流された状態でバンチング板１６に向かって流れる（方向Ｄ３で示された流れ）。
一方、バンチング板１６の下側の下槽では、排液口１８に向かう処理液Ｌの流れによって乱流ＴＦが発生する可能性があるが、仮に発生したとしてもバンチング板１６が存在することにより該乱流ＴＦが被処理ウェハＷＡＦへ影響することが極力抑制されている。換言すれば、被処理ウェハＷＡＦは、処理液Ｌの乱流ＴＦから隔離されている。このことによっても、処理槽１２内の被処理ウェハＷＡＦの面内での、あるいは被処理ウェハＷＡＦ間でのメッキ金属の膜厚の均一化、および膜質の均質化がより向上する。

以上を要するに、本実施の形態に係る半導体製造装置１０では、処理槽１２の側面部２２の一部または全周にわたって設けられたバッファ槽１４からオーバーフローにより処理槽１２に処理液Ｌを供給する構成を採用することで、処理槽１２の全体に処理液Ｌが均一に供給される。さらに、均一に供給された処理液Ｌはバンチング板１６により被処理ウェハＷＡＦに対して均一な流れとされつつ排液口１８から排液される。このように、本実施の形態に係る半導体製造装置１０によれば、バッファ槽１４による効果と、バンチング板１６による効果とが相乗的に奏されて、処理槽１２内の被処理ウェハＷＡＦの面内での、あるいは被処理ウェハＷＡＦ間でのメッキ金属の膜厚がより均一化され、膜質がより均質化されている。

なお、本実施の形態では、バッファ槽１４とともにバンチング板１６を備える形態の半導体製造装置１０を例示して説明したがこれに限られない。各槽の大きさ、被処理ウェハＷＡＦに形成するメッキの膜厚、膜質等を勘案して、バンチング板１６を省略した形態としてもよい。

［第２の実施の形態］
図４を参照して、本実施の形態に係る半導体製造装置１０Ａについて説明する。半導体製造装置１０Ａは、上述した半導体製造装置１０に対して、処理槽１２の形状が異なる形態の無電解メッキ処理装置である。従って、半導体製造装置１０と同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図４に示すように、半導体製造装置１０Ａは、処理槽１２Ａおよびバッファ槽１４Ａを備えている。平面視での半導体製造装置１０Ａの形状は図１（ｂ）に示す平面図と同様の構成となっており、バッファ槽１４Ａは処理槽１２Ａの側面部２６の内壁に沿い全周にわたって設けられている。また、処理槽１２はバッファ槽１４の底部まで延伸されて設けられ、処理槽１２の外周とバッファ槽１４の外周とは共通の側面部２６となっている。半導体製造装置１０Ａの排液口１８は、半導体製造装置１０と同様に底面部２８に設けられている。

上記の構成に付随して、本実施の形態に係るバッファ槽１４の還流口３４は側面部２６に設けられている。さらに、半導体製造装置１０と同様バンチング板１６を設けてもよい。バンチング板１６を設ける上下方向の位置は特に限定されないが、図４に示すように、バッファ槽１４Ａの底部２９より下側に設けると半導体製造装置がより小型化されるので好ましい。

半導体製造装置１０Ａによれば、半導体製造装置１０と比較して外形が同じサイズである場合に、処理槽１２に蓄えられる処理液Ｌの量が多くなるので、より効率的なメッキ処理が可能となる。また、図４に示すように、バンチング板１６により区画される下槽の体積が増加するので、下槽における乱流ＴＦの発生がより抑制される。

１０、１０Ａ 半導体製造装置
１２、１２Ａ 処理槽
１４、１４Ａ バッファ槽
１６ バンチング板
１８ 排液口
２０ 開口部
２２ 側面部
２４ 底面部
２６ 側面部
２８ 底面部
２９ 底面
３０ ポンプ
３２ フィルタ
３４ 還流口
５０ 半導体製造装置
５２ 処理槽
５４ バッファ槽
５６ 処理液供給ノズル
６０ 開口部
７０ ポンプ
７２ フィルタ
８０ 半導体製造装置
８６ バンチング板
９０ 開口部
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６ 方向
Ｌ 処理液
ＴＦ 乱流
ＷＡＦ 被処理ウェハ

Claims (9)

1. 処理液を用いて半導体基板の表面処理を行う半導体製造装置であって、
   底面部と前記底面部に接続された側面部とを備えるとともに前記処理液を蓄え、前記表面処理を行う処理槽と、
   前記底面部に設けられるとともに前記処理液を排液する排液口と、
   前記処理槽の側面部に接して設けられるとともに前記処理液を蓄えるバッファ槽と、
   前記バッファ槽に設けられるとともに前記処理液を還流させる還流口と、を備え、
   前記排液口から排液された前記処理槽内の処理液を、前記還流口および前記バッファ槽を介して前記処理槽に供給する
   半導体製造装置。
2. 前記バッファ槽の前記処理液の液面が、前記処理槽の前記処理液の液面より予め定められた長さだけ高く、前記バッファ槽の液面から前記処理槽の液面へオーバーフローさせることによって前記処理液を前記処理槽に供給する
   請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記バッファ槽が前記処理槽の側面部の外壁に沿って全周にわたって設けられている
   請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
4. 前記処理液を通過させる複数の開口部を有するとともに前記底面部と平行に前記処理槽の内部に設けられたバンチング板をさらに備え、
   前記処理槽は、前記バンチング板により前記バンチング板より上側の上槽と、前記バンチング板より下側の下槽とに区画され、前記表面処理に際して前記半導体基板が前記上槽に配置される
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
5. 前記バッファ槽が前記処理槽の側面部の内壁に沿って全周にわたって設けられている
   請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
6. 前記バッファ槽の底部の高さは前記処理槽の前記底面部よりも高く、
   前記処理槽は前記バッファ槽の底部の下側まで延伸して設けられている
   請求項５に記載の半導体製造装置。
7. 前記処理液を通過させる複数の開口部を有するとともに前記底面部と平行に前記処理槽の内部に設けられたバンチング板をさらに備え、
   前記処理槽は、前記バンチング板により前記バンチング板より上側の上槽と、前記バンチング板より下側の下槽とに区画され、前記表面処理に際して前記半導体基板が前記上槽に配置される
   請求項５または請求項６に記載の半導体製造装置。
8. 前記バンチング板は、前記底面部と平行にかつ前記バッファ槽の底部の下側まで延伸して前記処理槽の内部に設けられる
   請求項７に記載の半導体製造装置。
9. 処理液を蓄え半導体基板の表面処理を行う処理槽、および前記処理槽の側面部に接して設けられるとともに液面を前記処理槽の液面より高い位置として前記処理液を蓄えるバッファ槽を備えた半導体製造装置を用いた半導体装置の処理方法であって、
   前記処理槽に設けられるとともに前記処理液を排液する排液口から、前記バッファ槽に設けられるとともに前記排液口からの前記処理液を還流させる還流口へ前記処理液を還流させ、
   前記還流によって前記バッファ槽の液面をオーバーフローさせ前記処理液を前記処理槽に供給する
   半導体装置の処理方法。