JP2019145686A - 半導体処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体基板の表面における処理速度を略均一化し、かつ、半導体基板の表面に副生成物が析出することを抑制できる半導体処理装置を提供する。【解決手段】本実施形態による半導体処理装置は、薬液を貯留し半導体基板を該薬液に浸漬可能な処理槽を備える。気体供給部は、処理槽内に収容された半導体基板の下方に設けられ、半導体基板の下方から薬液に気泡を供給する。薬液供給部は、気体供給部の上方かつ半導体基板の下方に設けられ、気体供給部から現れる気泡へ向かって、処理槽から循環された薬液を吐出する。【選択図】図１

Description

本実施形態は、半導体処理装置に関する。
バッチ式洗浄装置等の半導体処理装置において、処理槽内の薬液は、半導体基板の処理中においても、薬液の濃度等を均一に保つために循環されている。しかし、薬液の流速は、薬液を供給するノズルの近傍において速く、ノズルから離れるに従って遅くなる。このような薬液の流速のばらつきは、半導体基板の表面におけるエッチング速度等の処理速度のばらつきの原因となる。また、薬液の流速が遅い領域では、シリカのような副生成物が半導体基板の表面に析出するおそれもある。
特開２００６−１０８５１２号公報 特開平１０−３３５２９５号公報
半導体基板の表面における処理速度を略均一化し、かつ、半導体基板の表面に副生成物が析出することを抑制できる半導体処理装置を提供する。
本実施形態による半導体処理装置は、薬液を貯留し半導体基板を該薬液に浸漬可能な処理槽を備える。気体供給部は、処理槽内に収容された半導体基板の下方に設けられ、半導体基板の下方から薬液に気泡を供給する。薬液供給部は、気体供給部の上方かつ半導体基板の下方に設けられ、気体供給部から現れる気泡へ向かって、処理槽から循環された薬液を吐出する。
第１実施形態による半導体処理装置の構成例および動作例を示す概念図。 気体供給管および１対の薬液供給管の配置関係をより詳細に示す図。 気体供給管および１対の薬液供給管の構成例を示す斜視図。 第１実施形態による処理装置を用いた処理方法の一例を示すフロー図。 第１実施形態の変形例による処理装置の構成例および動作例を示す概念図。 第２実施形態による処理装置の構成例および動作例を示す概念図。 薬液供給管の構成をより詳細に示す斜視図。 第２実施形態による薬液Ｃの吐出停止期間の比率と副生成物の析出量との関係を示すグラフ。 第３実施形態による処理装置１の構成例を示す概念図。 リフタ６０の揺動幅および揺動速度を示すグラフ。 リフタ６０の速度および加速度を示すグラフ。 立体型メモリセルアレイの製造において、シリコン窒化膜を除去した後の断面を示す図。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１実施形態）
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、第１実施形態による半導体処理装置１の構成例および動作例を示す概念図である。半導体処理装置（以下、単に、処理装置という）１は、例えば、バッチ式の洗浄装置、ウェットエッチング装置等のように複数の半導体基板Ｗを薬液Ｃに浸漬して処理する装置である。
処理装置１は、処理槽１０と、気体供給管２０ａ、２０ｂと、薬液供給管３０ａ〜３０ｄと、循環槽４０と、コントローラ５０と、バルブＶ１、Ｖ２と、ポンプＰ１、Ｐ２と、配管ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ１０ａ、ＰＰ１０ｂ、ＰＰ２０ａ〜ＰＰ２０ｄと、フィルタＦとを備えている。
処理槽１０は、薬液Ｃを貯留しており、１または複数の半導体基板Ｗを略鉛直方向に立てた状態で収容可能である。半導体基板Ｗは、リフタ（図９の６０参照）に略鉛直方向に立て掛けるように載置され、処理槽１０内にリフタとともに収容される。半導体基板Ｗは、処理槽１０に収容されることによって、薬液Ｃに浸漬される。
気体供給部としての気体供給管２０ａ、２０ｂは、処理槽１０の底部近傍に設けられており、処理槽１０内に収容された半導体基板Ｗの下方に位置する。気体供給管２０ａ、２０ｂは、半導体基板Ｗの下方から薬液Ｃに気泡Ｂを供給する。
薬液供給部としての薬液供給管３０ａ〜３０ｄは、気体供給管２０ａ、２０ｂの上方かつ半導体基板Ｗの下方に設けられる。薬液供給管３０ａ〜３０ｄは、気体供給管２０ａ、２０ｂから現れる気泡Ｂへ向かって、薬液Ｃを吐出する。このとき、薬液Ｃは、矢印Ａ１またはＡ２に示す方向に吐出され、気泡Ｂの移動方向を曲げる。
気泡Ｂは、薬液Ｃ中を略鉛直上方向へ上昇しようとする。しかし、薬液供給管３０ａ〜３０ｄからの薬液Ｃの流圧によって、気泡Ｂは、矢印Ａ１またはＡ２の方向に押されて移動しながら上昇する。
例えば、図１（Ａ）では、薬液供給管３０ｂ、３０ｄが矢印Ａ１の方向へ薬液Ｃを吐出し、気泡Ｂは、矢印Ａ１の方向へ曲がりながら上昇する。図１（Ｂ）では、薬液供給管３０ａ、３０ｃが矢印Ａ２の方向へ薬液Ｃを吐出し、気泡Ｂは、矢印Ａ２の方向へ曲がりながら上昇する。このように、薬液供給管３０ａ〜３０ｄは、薬液Ｃを吐出することによって、気泡Ｂの移動方向を或る程度制御することができる。
循環槽４０は、処理槽１０から溢れた薬液Ｃを貯留する。循環槽４０内の薬液Ｃは、配管ＰＰ１、ＰＰ２、ポンプＰ１、Ｐ２およびバルブＶ１、Ｖ２を介して処理槽１０へ戻される。これにより、薬液Ｃは、処理槽１０と循環槽４０との間で循環される。薬液Ｃは、循環中にフィルタＦでろ過されてもよい。
循環槽４０は、配管ＰＰ１を介してバルブＶ１に接続され、配管ＰＰ２を介してバルブＶ２に接続されている。配管ＰＰ１には、ポンプＰ１が設けられている。ポンプＰ１は、循環槽４０からバルブＶ１へ薬液Ｃを送る。配管ＰＰ２には、ポンプＰ２が設けられている。ポンプＰ２は、循環槽４０からバルブＶ２へ薬液Ｃを送る。フィルタＦは、薬液Ｃ中に混在する不純物を取り除く。フィルタＦは、配管ＰＰ１、ＰＰ２にそれぞれ設けられていてもよく、あるいは、配管ＰＰ１、ＰＰ２に共有されていてもよい。
バルブＶ１は、配管ＰＰ１０ａを介して気体供給管２０ａに接続され、配管ＰＰ１０ｂを介して気体供給管２０ｂに接続されている。バルブＶ１は、薬液Ｃに気体を混合し、気体供給管２０ａ、２０ｂに略均等に薬液Ｃおよび気体を供給する。これにより、気体供給管２０ａ、２０ｂは、ほぼ等しい量の気泡Ｂを吐出することができる。気体には、例えば、窒素等の不活性ガスを用いている。薬液Ｃには、例えば、シリコン窒化膜を除去する場合には、熱リン酸溶液を用い、シリコン酸化膜を除去する場合には、フッ酸溶液を用いる。薬液Ｃは、被除去膜の種類によって任意に選択可能であり、これらに限定されない。
また、バルブＶ１を調節することによって、薬液Ｃに混合する気体の量を調節することができる。気体供給管２０ａ、２０ｂから吐出される気泡Ｂの量が偏っている場合、バルブＶ１は、気体供給管２０ａ、２０ｂからほぼ等しい量の気泡Ｂを吐出するように調節される。これにより、気体供給管２０ａ、２０ｂから吐出される気泡Ｂの量およびバランスが調節され得る。
バルブＶ２は、それぞれ配管ＰＰ２０ａ〜ＰＰ２０ｄを介して薬液供給管３０ａ〜３０ｄに接続されている。バルブＶ２は、薬液供給管３０ａ〜３０ｄのそれぞれに供給する薬液Ｃの量を調節する。例えば、図１（Ａ）に示すように、薬液Ｃを矢印Ａ１の方向に吐出する場合、バルブＶ２は、薬液供給管３０ｂ、３０ｄへ薬液Ｃを供給し、薬液供給管３０ａ、３０ｃへの供給を停止する。これにより、薬液供給管３０ｂ、３０ｄが、薬液Ｃを気泡Ｂへ向かって吐出する。一方、図１（Ｂ）に示すように、薬液Ｃを矢印Ａ２の方向に吐出する場合、バルブＶ２は、薬液供給管３０ａ、３０ｃへ薬液Ｃを供給し、薬液供給管３０ｂ、３０ｄへの供給を停止する。これにより、薬液供給管３０ａ、３０ｃが、薬液Ｃを気泡Ｂへ向かって吐出する。このように、バルブＶ２を調節することによって、薬液供給管３０ａ〜３０ｄから吐出される薬液Ｃの吐出方向を切り替えることができる。さらに、バルブＶ２を調節することによって、薬液供給管３０ａ〜３０ｄから吐出される薬液Ｃの流速または流圧を変更することもできる。尚、薬液Ｃの流速または流圧は、ポンプＰ２の出力を変更することによって調節してもよい。
また、図１（Ａ）の状態と図１（Ｂ）の状態との間の切り替えは、短時間に瞬時に行ってもよい。しかし、半導体基板Ｗの表面処理の均一性を向上させるために、図１（Ａ）の状態と図１（Ｂ）の状態との切り替えは、或る程度長い時間を掛けて行ってもよい。この場合、コントローラ５０は、バルブＶ２またはポンプＰ２の調節によって、薬液供給管３０ａ〜３０ｄから吐出される薬液Ｃの量や流圧を徐々に変化させればよい。
コントローラ５０は、バルブＶ１、Ｖ２、ポンプＰ１、Ｐ２の動作を制御する。
このように、薬液Ｃは、半導体基板Ｗの処理に用いられるだけでなく、気体供給管２０ａ、２０ｂからの気泡Ｂに向かって吐出され、気泡Ｂの移動方向の制御にも用いられる。
１対の薬液供給管３０ａ、３０ｂは、１つの気体供給管２０ａに対応して設けられている。薬液供給管３０ａ、３０ｂは、気体供給管２０ａの上方の両側に略対称の位置に配置されている。即ち、薬液供給管３０ａは、気体供給管２０ａの直上から略水平方向の一方側へずれた位置に配置されており、薬液供給管３０ｂは、気体供給管２０ａの直上から略水平方向の他方側へずれた位置に配置されている。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すような垂直断面において、薬液供給管３０ａ、３０ｂおよび気体供給管２０ａは、薬液供給管３０ａと薬液供給管３０ｂとを結ぶ直線を底辺とする略二等辺三角形の頂点に配置される。
同様に、１対の薬液供給管３０ｃ、３０ｄは、１つの気体供給管２０ｂに対応して設けられている。薬液供給管３０ｃ、３０ｄは、気体供給管２０ｂの上方の両側に略対称の位置に配置されている。即ち、薬液供給管３０ｃは、気体供給管２０ｂの直上から略水平方向の一方側へずれた位置に配置されており、薬液供給管３０ｄは、気体供給管２０ｂの直上から略水平方向の他方側へずれた位置に配置されている。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すような垂直断面において、薬液供給管３０ｃ、３０ｄおよび気体供給管２０ｂは、薬液供給管３０ｃと薬液供給管３０ｄとを結ぶ直線を底辺とする略二等辺三角形の頂点に配置される。
尚、本実施形態において、気体供給管および１対の薬液供給管のセットは、２セット設けられている。しかし、この組み合わせは、１つだけ設けられてもよいし、３つ以上設けられてもよい。
図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、気体供給管２０ａおよび１対の薬液供給管３０ａ、３０ｂの配置関係をより詳細に示す図である。ここでは、薬液供給管３０ｃ、３０ｄおよび気体供給管２０ｂの配置関係は、薬液供給管３０ａ、３０ｂおよび気体供給管２０ａの配置関係と同様でよい。
薬液供給管３０ａ、３０ｂは、気体供給管２０ａの直上から略水平方向へずれて配置されており、気泡Ｂへ向かって略水平方向（矢印Ａ３０＿１）または傾斜方向（矢印Ａ３０＿２）に薬液Ｃを吐出する。これにより、気泡Ｂは、矢印Ａ２０に示すように、気体供給管２０ａの直上から薬液Ｃの吐出方向（矢印Ａ３０＿１、Ａ３０＿２）へ曲げられながら上昇する。
図３は、気体供給管２０ａおよび１対の薬液供給管３０ａ、３０ｂの構成例を示す斜視図である。尚、気体供給管２０ｂおよび薬液供給管３０ｃ、３０ｄの構成は、気体供給管２０ａおよび薬液供給管３０ａ、３０ｂの構成と同様でよいので、その図示を省略する。
気体供給管２０ａは、複数の半導体基板Ｗの配列方向Ｄ１に延在する管である。また、気体供給管２０ａは、上方Ｄ２に向かって設けられた孔Ｈ２０ａを有する。気泡Ｂは、孔Ｈ２０ａから上方Ｄ２にある半導体基板Ｗへ向かって供給される。
薬液供給管３０ａ、３０ｂは、複数の半導体基板Ｗの配列方向Ｄ１に延在する管である。また、薬液供給管３０ａ、３０ｂは、略水平方向Ｄ３または水平方向Ｄ３から斜め上方向へ向かって開口する孔Ｈ３０ａ、Ｈ３０ｂを有する。これにより、薬液供給管３０ａ、３０ｂは、薬液Ｃを気体供給管２０ａからの気泡Ｂへ向かって吐出する。
ここで、薬液供給管３０ａ、３０ｂは、交互に薬液Ｃを吐出する。即ち、図２（Ａ）の状態と図２（Ｂ）に示す状態とを交互に繰り返す。これにより、気泡Ｂを略水平方向Ｄ３に揺動させ、半導体基板Ｗの表面の全体に当てることができる。
もし、気泡Ｂが半導体基板Ｗの表面の局所にのみ当たると、薬液Ｃの流速が半導体基板Ｗの表面においてばらつき、それにより処理速度（例えば、エッチング速等）も半導体基板Ｗの表面においてばらつく。この場合、半導体基板Ｗの表面が局所的に過剰に処理されたり、あるいは、逆に処理不足になり得る。また、薬液Ｃの流速が半導体基板Ｗの表面においてばらつくと、薬液Ｃの流速が遅い箇所において、副生成物（例えば、シリカ）が半導体基板Ｗの表面に析出してしまう。
これに対し、本実施形態による処理装置１は、半導体基板Ｗの表面の全体に気泡Ｂを当てることができるので、半導体基板Ｗの表面全体の処理速度を略均一にすることができる。これにより、半導体基板Ｗの表面における処理速度を略均一化し、かつ、副生成物が半導体基板Ｗの表面に析出することを抑制することができる。
薬液供給管３０ａ、３０ｂにおいて、薬液Ｃを吐出する周期は、特に限定しない。しかし、半導体基板Ｗの表面に気泡Ｂを略均一に当てるために、薬液供給管３０ａの吐出期間と薬液供給管３０ｂの吐出期間は、ほぼ等しいことが好ましい。
尚、図３では、気体供給管２０ａ、２０ｂおよび薬液供給管３０ａ〜３０ｄは、円形の断面を有する管である。しかし、気体供給管２０ａ、２０ｂおよび薬液供給管３０ａ〜３０ｄの断面形状は、これに限定されず、楕円、多角形等であってもよい。また、孔Ｈ２０ａ、Ｈ３０ａ、Ｈ３０ｂの形状も円形の他、楕円、多角形であってもよい。
次に、処理装置１の動作について説明する。
図４は、第１実施形態による処理装置１を用いた処理方法の一例を示すフロー図である。処理槽１０は薬液Ｃを貯留しているものとする。
まず、半導体基板Ｗをリフタに搭載して、半導体基板Ｗを処理槽１０内へ入れて、薬液Ｃに浸漬させる（Ｓ１０）。
次に、コントローラ５０がバルブＶ１、Ｖ２、ポンプＰ１、Ｐ２を制御して気泡Ｂおよび薬液Ｃの吐出を開始する。このとき、気体供給管２０ａ、２０ｂはそれぞれ気泡Ｂを上方の半導体基板Ｗへ供給する。薬液供給管３０ａ、３０ｂは、薬液Ｃを交互に周期的に吐出する。薬液供給管３０ｃ、３０ｄも、薬液Ｃを交互に周期的に吐出する（Ｓ２０）。これにより、気泡Ｂは、略水平方向へ揺動しながら上方へ移動する。
所定の時間が経過するまで（Ｓ３０のＮＯ）、ステップＳ２０を継続する。
所定の時間が経過すると（Ｓ３０のＹＥＳ）、リフタが半導体基板Ｗを処理槽１０から引き上げる（Ｓ４０）。これにより、一連の処理が終了する。
以上のように、本実施形態による処理装置１は、気泡Ｂに薬液Ｃを吐出することによって気泡Ｂを揺動させ、半導体基板Ｗの表面全体に気泡Ｂを略均一に当てることができる。これにより、半導体基板Ｗの表面における処理速度を略均一化し、かつ、副生成物が半導体基板Ｗの表面に析出することを抑制することができる。
（変形例）
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、第１実施形態の変形例による処理装置１の構成例および動作例を示す概念図である。本変形例による処理装置１は、薬液供給管が各気体供給管２０ａ、２０ｂに対して１つずつ設けられている点で第１実施形態と異なる。例えば、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示す例では、気体供給管２０ａに対して薬液供給管３０ｂが設けられており、気体供給管２０ｂに対して薬液供給管３０ｃが設けられている。よって、薬液供給管３０ａ、３０ｄ、配管ＰＰ２０ａ、ＰＰ２０ｄは設けられていない。
薬液供給管３０ｂは、気体供給管２０ａの上方の片側にずれて配置されており、薬液供給管３０ｃは、気体供給管２０ｂの上方の片側にずれて配置されている。薬液供給管３０ｂと気体供給管２０ａとの配置関係および薬液供給管３０ｃと気体供給管２０ｂの配置関係は、第１実施形態のそれらと同様でよい。
さらに、薬液供給管３０ｂ、３０ｃは、交互に周期的に薬液Ｃを気泡Ｂへ吐出する。例えば、図５（Ａ）に示すように、薬液供給管３０ｂが薬液Ｃを矢印Ａ１方向へ吐出しているときには、薬液供給管３０ｃは、薬液Ｃの吐出を停止している。従って、気体供給管２０ａからの気泡Ｂは、矢印Ａ１方向へ曲げられているが、気体供給管２０ｂからの気泡Ｂは、あまり曲げられていない。一方、図５（Ｂ）に示すように、薬液供給管３０ｃが薬液Ｃを矢印Ａ２方向へ吐出しているときには、薬液供給管３０ｂは、薬液Ｃの吐出を停止している。従って、気体供給管２０ｂからの気泡Ｂは、矢印Ａ２方向へ曲げられているが、気体供給管２０ａからの気泡Ｂは、あまり曲げられていない。
このように薬液供給管３０ｂ、３０ｃは、交互に薬液Ｃを吐出する。即ち、図５（Ａ）の状態と図５（Ｂ）に示す状態とを交互に繰り返す。このようにしても、気泡Ｂを略水平方向に揺動させることができ、半導体基板Ｗの表面の処理速度のばらつきを或る程度緩和することができる。
代替的に、薬液供給管３０ｂ、３０ｃは、同時に周期的に薬液Ｃを気泡Ｂへ吐出してもよい。例えば、薬液供給管３０ｂが薬液Ｃを矢印Ａ１方向へ吐出するのと同時に、薬液供給管３０ｃも薬液Ｃを矢印Ａ２方向へ吐出する。この場合、気体供給管２０ａからの気泡Ｂは、矢印Ａ１方向へ曲げられ、気体供給管２０ｂからの気泡Ｂは、矢印Ａ２方向へ曲げられる。一方、薬液供給管３０ｂが薬液Ｃの吐出を停止するときには、薬液供給管３０ｃも薬液Ｃの吐出を停止する。従って、気体供給管２０ａおよび気体供給管２０ｂからの気泡Ｂは略鉛直上方へ上昇していく。
このように薬液供給管３０ｂ、３０ｃは、同時に薬液Ｃを吐出してもよい。このようにしても、気泡Ｂを略水平方向に揺動させることができ、半導体基板Ｗの表面の処理速度のばらつきを或る程度緩和することができる。
（第２実施形態）
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、第２実施形態による処理装置１の構成例および動作例を示す概念図である。第１実施形態では、気泡Ｂの移動方向を薬液供給管３０ａ〜３０ｄからの薬液Ｃで揺動させ、気泡Ｂで半導体基板Ｗの表面における薬液Ｃの流速を略均一化している。これに対し、第２実施形態による処理装置１は、気泡Ｂを用いず、薬液供給管３０ａ、３０ｂからの薬液Ｃで半導体基板Ｗの表面における薬液Ｃの流速を略均一化する。従って、第２実施形態による処理装置１は、薬液供給管３０ａ、３０ｂを備えるが、気体供給管２０ａ、２０ｂを有しない。
循環槽４０、配管ＰＰ１、ポンプＰ１、フィルタＦは、第１実施形態のそれらと同様の構成でよい。
バルブＶ１は、配管ＰＰ１０ａを介して薬液供給管３０ａに接続され、配管ＰＰ１０ｂを介して薬液供給管３０ｂに接続されている。バルブＶ１は、薬液供給管３０ａ、３０ｂに略均等に薬液Ｃを供給する。第２実施形態によるバルブＶ１は、薬液Ｃに気体を混合しない。これにより、薬液供給管３０ａ、３０ｂは、ほぼ等しい量の薬液Ｃを吐出する。薬液供給管３０ａ、３０ｂから吐出される薬液Ｃの量が偏っている場合、バルブＶ１は、薬液供給管３０ａ、３０ｂからほぼ等しい量の薬液Ｃを吐出するように調節され得る。
１対の薬液供給管３０ａ、３０ｂは、半導体基板Ｗの下方の両側に略対称の位置に配置されている。薬液供給管３０ａ、３０ｂは、薬液Ｃに浸漬された半導体基板Ｗの斜め下方から半導体基板Ｗへ向かって薬液Ｃを吐出する。
図７は、薬液供給管３０ａ、３０ｂの構成をより詳細に示す斜視図である。薬液供給管３０ａ、３０ｂは、半導体基板Ｗまたは処理槽１０の中心へ向かって開口する孔Ｈ３０ａ、Ｈ３０ｂをそれぞれ有する。換言すると、孔Ｈ３０ａ、Ｈ３０ｂは、鉛直方向Ｄ２から互いに向き合う側（対向方向）へ傾斜させたＤａ方向およびＤｂ方向へそれぞれ開口している。これにより、薬液供給管３０ａ、３０ｂは、薬液Ｃを半導体基板Ｗの中心へ向かって吐出することができる。
第２実施形態において、コントローラ５０は、１対の薬液供給管３０ａ、３０ｂから交互に薬液Ｃを半導体基板Ｗへ吐出するようにバルブＶ１を制御する。即ち、図６（Ａ）に示す状態と図６（Ｂ）に示す状態とを交互に繰り返す。この場合、短期的には薬液供給管３０ａ、３０ｂの一方が薬液Ｃを吐出しているので、半導体基板Ｗの表面における薬液Ｃの流速は局所的に異なる。しかし、処理全体として長期的に平均化すると、薬液Ｃの流速は、半導体基板Ｗの表面において均一に近づけることができる。
例えば、もし、薬液供給管３０ａ、３０ｂの両方が同時に薬液Ｃを吐出した場合、薬液供給管３０ａからの薬液Ｃの流れと薬液供給管３０ｂからの薬液Ｃの流れとが半導体基板Ｗの中心近傍で衝突し、その流れを互いに打ち消し合う。従って、薬液Ｃの流速は、半導体基板Ｗの中心部までは比較的速いが、半導体基板Ｗの上部において遅くなる。これにより、処理の面内均一性が悪化する。
また、薬液供給管３０ａ、３０ｂは継続的に薬液Ｃを吐出するので、薬液Ｃの流速は薬液供給管３０ａ、３０ｂの近傍において速くなっている。従って、半導体基板Ｗの表面うち薬液供給管３０ａ、３０ｂ近傍の領域において、処理が進み易くなる。よって、処理の面内均一性がさらに悪化する。
これに対し、第２実施形態では、薬液供給管３０ａ、３０ｂは、交互に薬液Ｃを半導体基板Ｗへ吐出する。この場合、薬液供給管３０ａからの薬液Ｃの流れおよび薬液供給管３０ｂからの薬液Ｃの流れの一方は、他方に影響を与えず、その流れを阻害しない。従って、薬液Ｃの流速は、半導体基板Ｗの中心部からその先まで届き、半導体基板Ｗの下部の流速と上部の流速との差が小さくなる。これにより、処理の面内均一性を改善することができる。
また、薬液供給管３０ａ、３０ｂは、交互かつ周期的に薬液Ｃを吐出する。従って、薬液Ｃの流速は薬液供給管３０ａ、３０ｂの近傍において断続的に速くなるものの、処理全体としては、薬液Ｃの平均流速は、半導体基板Ｗの表面において均一に近づく。よって、処理の面内均一性をさらに改善することができる。従って、第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
尚、図６（Ａ）の状態と図６（Ｂ）の状態との間の切り替えは、短時間に瞬時に行ってもよい。しかし、半導体基板Ｗの表面処理の均一性を向上させるために、図６（Ａ）の状態と図６（Ｂ）の状態との切り替えは、或る程度長い時間を掛けて行ってもよい。この場合、コントローラ５０は、バルブＶ１またはポンプＰ１の調節によって、薬液供給管３０ａ、３０ｂから吐出される薬液Ｃの量や流速を徐々に変化させればよい。
（薬液Ｃの吐出期間および吐出停止期間）
図８は、第２実施形態による薬液Ｃの吐出停止期間の比率と副生成物の析出量との関係を示すグラフである。このグラフの縦軸は、副生成物として、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）の析出量を示す。横軸は、処理中に薬液供給管３０ａ、３０ｂが薬液Ｃの吐出を停止している期間の比率を示す。例えば、薬液供給管３０ａ、３０ｂがそれぞれ或る吐出周期で薬液Ｃを吐出しているものとする。また、薬液供給管３０ａ、３０ｂが薬液Ｃを吐出している吐出期間をＴｏｎとし、薬液Ｃの吐出を停止している吐出停止期間をＴｏｆｆとする。この場合、吐出周期は、吐出期間Ｔｏｎおよび吐出停止期間Ｔｏｆｆの和（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）となる。横軸は、１吐出周期（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）に対する吐出停止期間Ｔｏｆｆの比率（Ｔｏｆｆ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ））を示す。
図８によれば、比率（Ｔｏｆｆ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ））が低下すると、シリカの析出量が増大していることが分かる。例えば、ＮＡＮＤ型ＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)は、三次元的にメモリセルを配列した立体型メモセルアレイを有する場合がある。この場合、シリコン酸化膜とシリコン酸化膜との積層体の積層方向に溝ＴＲを形成し、積層体のシリコン窒化膜を金属に置換する。溝ＴＲを介してシリコン窒化膜を横方向（積層方向に対して垂直方向）に一旦除去する必要がある。例えば、図１２は、立体型メモリセルアレイの製造において、シリコン窒化膜を除去した後の断面を示す図である。シリコン窒化膜の除去後に、シリコン酸化膜１０１の層間に横方向に延びる空隙Ｇが形成されるが、副生成物ＳＰがシリコン酸化膜１０１の端部に堆積するため、溝ＴＲ近傍において空隙Ｇが狭くなる。図８に示す副生成物の析出量は、このシリコン酸化膜１０１に堆積した副生成物ＳＰの積層方向の膜厚ＴＨである。即ち、副生成物ＳＰの析出量は、溝ＴＲ近傍における積層方向の空隙Ｇの幅と溝ＴＲから離れた箇所における積層方向の空隙Ｇの幅との差の約半分である。この副生成物ＳＰの析出量は、約３ｎｍ以下にすることが好ましい。多くの副生成物ＳＰが析出すると、配線（例えば、ワード線等）のオープン不良またはショート不良に繋がる。従って、上記の例では、副生成物ＳＰの析出量は、約３ｎｍ以下にすることが好ましい。この場合、比率（Ｔｏｆｆ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ））は、０．７６５以上とする。即ち、１吐出周期（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）において、薬液供給管３０ａ、３０ｂの吐出停止期間Ｔｏｆｆの比率は０．７６５以上であり、薬液供給管３０ａ、３０ｂの吐出期間Ｔｏｎの比率は０．２３５以下とすることが好ましい。ただし、吐出停止期間Ｔｏｆｆの長さに比例して副生成物の析出量が増加してしまう。従って、吐出停止期間Ｔｏｆｆの比率の下限は、処理時間に基づいて設定される。
このように、薬液供給管３０ａ、３０ｂの吐出周期に対する吐出停止期間の比率（Ｔｏｆｆ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ））は、０．７６５以上とすることによって、半導体基板Ｗの処理の面内均一性を改善し、かつ、副生成物の析出を抑制することができる。
尚、図８のグラフは、第１実施形態の変形例についても適用することができる。即ち、薬液供給管３０ｂ、３０ｃが交互または同時に薬液Ｃを吐出する際に、薬液供給管３０ｂ、３０ｃが薬液Ｃを吐出する期間を吐出期間Ｔｏｎとし、薬液供給管３０ｂ、３０ｃが薬液Ｃの吐出を停止する期間を吐出停止期間Ｔｏｆｆとした場合に、比率（Ｔｏｆｆ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ））は、０．７６５以上であることが好ましい。このように、吐出期間Ｔｏｎおよび吐出停止期間Ｔｏｆｆを設定することによって、上記変形例においても、半導体基板Ｗの処理の面内均一性を改善し、かつ、副生成物の析出を抑制することができる。
（第３実施形態）
図９は、第３実施形態による処理装置１の構成例を示す概念図である。第３実施形態では、リフタ６０が半導体基板Ｗを処理槽１０内において略鉛直方向に揺動させる。これにより、半導体基板Ｗの表面における薬液Ｃの流速のばらつきを低減させる。
第３実施形態による処理装置１は、半導体基板Ｗを略鉛直方向に立て掛けるように載置可能なリフタ６０を備えている。半導体基板Ｗは、リフタ６０に載置された状態で処理槽１０内に収容可能であり、半導体基板Ｗを薬液Ｃに浸漬させることができる。搭載部としてのリフタ６０は、リフタ支持部７０に接続されており、リフタ支持部７０とともに略鉛直方向Ｄ２へ移動可能である。
駆動部８０は、リフタ支持部７０とともにリフタ６０を略鉛直方向Ｄ２に移動させることができる。駆動部８０は、コントローラ５０によって制御される。
コントローラ５０は、半導体基板Ｗの表面に対する薬液Ｃの流速が所定の閾値（第１閾値）以上となり、かつ、半導体基板Ｗがリフタ６０から浮かないような速度および加速度でリフタ６０を往復動作（揺動）させる。
薬液Ｃ中において半導体基板Ｗを揺動させることによって、半導体基板Ｗの表面を薬液Ｃに対して相対的に移動させる。これにより、薬液Ｃが半導体基板Ｗの表面を流れている状態と同じ状態となる。半導体基板Ｗに対する薬液Ｃの流れは、半導体基板Ｗの表面全体において生じるので、半導体基板Ｗの表面における薬液Ｃの流速のばらつきは低減する。
演算部９０は、半導体基板Ｗの表面に対する薬液Ｃの流速が所定の閾値（第１閾値）以上となり、かつ、半導体基板Ｗがリフタ６０から浮かないような速度および加速度を算出する。
第３実施形態のその他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。尚、第３実施形態は、気体供給管および薬液供給管を備えていなくてもよい。また、第３実施形態は、第１実施形態の変形例または第２実施形態と組み合わせてもよい。これにより、第３実施形態は、第１実施形態、変形例または第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
（リフタの速度および加速度）
図１０は、リフタ６０の揺動幅および揺動速度を示すグラフである。このグラフの縦軸は、リフタ６０の往復運動の速度を示す。横軸は、リフタ６０の往復幅を示す。速度は、リフタ６０を略鉛直方向に往復運動させたときのリフタ６０の最大速度である。往復幅は、リフタ６０の往復運動の移動幅（揺動幅）である。
また、ラインＬ１は、半導体基板Ｗの表面に対する薬液Ｃの流速（相対流速）を０．０７ｍ／ｓにするために必要な往復幅および速度を示す。ラインＬ２は、半導体基板Ｗの表面に対する薬液Ｃの相対流速を０．１ｍ／ｓにするために必要な往復幅および速度を示す。ラインＬ１、Ｌ２を参照すると、往復幅を小さくすると、薬液Ｃの相対流速を維持するためにリフタ６０の速度を上昇させる必要があることが分かる。
ここで、副生成物の析出を抑制するためには、半導体基板Ｗの表面における薬液Ｃの相対流速は、０．１ｍ／ｓ以上であることが好ましいことが分かっている。従って、薬液Ｃの相対流速の閾値（第１閾値）は、０．１ｍ／ｓとし、ラインＬ２を参照する。半導体基板Ｗの往復運動における往復幅をｘとし、半導体基板Ｗの往復運動における速度をｙとし、半導体基板Ｗの往復運動における加速度をｚとしたときに、ラインＬ２は、近似的に、ｙ＝２．８×ｘ−０．１３と表される。従って、半導体基板Ｗの表面における薬液Ｃの相対流速が０．１ｍ／ｓ以上となるためには、式１を満たす必要がある。
ｙ＞２．８×ｘ−０．１３ （式１）
図１１は、リフタ６０の速度および加速度を示すグラフである。このグラフの縦軸は、リフタ６０の往復運動における加速度を示す。横軸は、リフタ６０の往復運動における速度を示す。ラインＬ３は、半導体基板Ｗがリフタ６０から浮かない領域Ｒ１を示す境界を示す。従って、グラフの領域Ｒ１においては、リフタ６０は、半導体基板Ｗを浮かせることなく往復運動させることができる。一方、領域Ｒ２においては、半導体基板Ｗは往復運動によって浮いてしまうので、リフタ６０は、半導体基板Ｗを往復運動に追従させることができない。また、半導体基板Ｗがリフタ６０から浮くと、半導体基板Ｗがリフタ６０から脱落してしまうおそれがある。
ここで、ラインＬ３は、近似的に、ｚ＝−３８．８×ｙ２＋３．９×ｙ＋８．８と表される。従って、グラフの領域Ｒ１は、式２を満たす必要がある。
ｚ＜−３８．８×ｙ２＋３．９×ｙ＋８．８ （式２）
往復幅ｘを設定すれば、式１に基づいて、薬液Ｃの相対流速を０．１ｍ／ｓ以上とするための速度ｙが算出される。さらに、式２を用いて、半導体基板Ｗを浮かせることなく往復運動可能な加速度ｚが算出される。
演算部９０は、往復幅ｘから式１および式２を用いて、速度ｙおよび加速度ｚを算出する。往復幅ｘは、外部からユーザが入力してもよく、あるいは、予めメモリ９１に格納しておいてもよい。例えば、往復幅ｘが３０ｍｍである場合、式１から速度ｙは、約０．１８ｍ／ｓ以上と算出される。また、式２から加速度ｚは、約８ｍ／ｓ２以下と算出される。
コントローラ５０は、算出された速度ｙおよび加速度ｚに従って半導体基板Ｗを往復幅ｘで往復運動させるように駆動部８０を制御する。これにより、リフタ６０は、半導体基板Ｗの表面における薬液Ｃの流速を０．１ｍ／ｓ以上にしながら、薬液Ｃの流速の面内均一性を向上させることができる。その結果、半導体基板Ｗの処理の面内均一性を改善し、かつ、副生成物の析出を抑制することができる。
コントローラ５０は、半導体基板Ｗの往復運動の実行と該往復運動の停止とを交互に繰り返してもよい。このようにしても、処理装置１は、或る程度、半導体基板Ｗの処理の面内均一性を改善し、かつ、副生成物の析出を抑制することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１ 処理装置、１０ 処理槽、２０ａ，２０ｂ 気体供給管、３０ａ〜３０ｄ 薬液供給管、４０ 循環槽、５０ コントローラ、６０ リフタ、７０ リフタ支持部、８０ 駆動部、９０ 演算部、Ｖ１，Ｖ２ バルブ、Ｐ１，Ｐ２ ポンプ、ＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ１０ａ，ＰＰ１０ｂ，ＰＰ２０ａ〜２０ｄ 配管、Ｆ フィルタ、Ｈ２０ａ，Ｈ３０ａ，Ｈ３０ｂ 孔、Ｂ 気泡、Ｃ 薬液、Ｗ 半導体基板

Claims (7)

  1. 薬液を貯留し半導体基板を該薬液に浸漬可能な処理槽と、
    前記処理槽内に収容された前記半導体基板の下方に設けられ、前記半導体基板の下方から前記薬液に気泡を供給する気体供給部と、
    前記気体供給部の上方かつ前記半導体基板の下方に設けられ、前記気体供給部から現れる気泡へ向かって、前記処理槽から循環された前記薬液を吐出する薬液供給部とを備えた半導体処理装置。
  2. 前記薬液供給部は、前記気体供給部の直上から略水平方向へずれて配置されており、前記気泡へ略水平方向または傾斜方向から前記薬液を吐出する、請求項１に記載の半導体処理装置。
  3. １対の前記薬液供給部が、１つの前記気体供給部の上方の両側に略対称の位置に配置されており、
    前記１対の薬液供給部は、交互に前記薬液を吐出する、請求項２に記載の半導体処理装置。
  4. １つの前記薬液供給部が、１つの前記気体供給部の上方の片側にずれて配置されており、
    前記薬液供給部は、周期的に前記薬液を前記気泡へ吐出する、請求項２に記載の半導体処理装置。
  5. 前記薬液供給部が前記薬液の吐出を停止する吐出停止期間をＴｏｆｆとし、前記薬液供給部が前記薬液を吐出する吐出期間をＴｏｎとしたときに、或る吐出周期における前記吐出停止期間の比率Ｔｏｆｆ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）は、０．７６５以上である、請求項４に記載の半導体処理装置。
  6. 薬液を貯留し半導体基板を該薬液に浸漬可能な処理槽と、
    前記半導体基板の下方の両側に略対称の位置に配置された１対の薬液供給部であって、前記薬液に浸漬された前記半導体基板の斜め下方から該半導体基板へ向かって前記薬液を吐出する１対の薬液供給部と、を備え、
    前記１対の薬液供給部は、交互に前記薬液を前記半導体基板へ吐出し、
    前記薬液供給部が前記薬液の吐出を停止する吐出停止期間をＴｏｆｆとし、前記薬液供給部が前記薬液を吐出する吐出期間をＴｏｎとしたときに、或る吐出周期における前記吐出停止期間の比率Ｔｏｆｆ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）は、０．７６５以上である、半導体処理装置。
  7. 薬液を貯留し半導体基板を該薬液に浸漬可能な処理槽と、
    前記処理槽内において前記半導体基板を略鉛直方向に立て掛けるように搭載可能な搭載部と、
    前記搭載部を略鉛直方向に往復運動させる駆動部と、
    前記半導体基板の表面に対する前記薬液の流速が第１閾値以上となり、かつ、前記半導体基板が前記搭載部から浮かないような速度および加速度で前記搭載部を動作させるように前記駆動部を制御する制御部とを備え、
    前記第１閾値は、０．１ｍ／ｓであり、
    前記半導体基板の往復運動における往復幅をｘとし、前記半導体基板の往復運動における速度をｙとし、前記半導体基板の往復運動における加速度をｚとしたときに、
    ｙ＞２．８×ｘ−０．１３ （式１）
    ｚ＜−３８．８×ｙ２＋３．９×ｙ＋８．８ （式２）
    前記制御部は、予め設定された前記往復幅ｘから前記式１および式２を用いて算出された速度ｙおよび加速度ｚに従って前記半導体基板を往復運動させるように、前記駆動部を制御する、半導体処理装置。
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