JP2020068275A - 半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents

半導体製造装置および半導体製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ウエハの大径化等で、物理的な限界が厳しくなっている動作条件の範囲においても、薬液処理における十分な面内均一性を確保することが可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】半導体製造装置は、チャックステージ２ｂと、ステージ回転機構２と、薬液ノズル６と、薬液ノズルスキャン機構７と、ウエハ１の下面側にガスを供給する下面ガスノズル２ｃと、下面ガスノズル２ｃに供給されるガスを温調するガス温調器１１ａと、ガス温調器１１ａを通らずに下面ガスノズル２ｃにガスを供給可能なガスバイパス配管１１ｂと、ガス温調器１１ａにより温調されたガス、およびガスバイパス配管１１ｂを通ったガスのいずれか一方を下面ガスノズル２ｃに供給可能に開閉する第１，第２開閉弁１１ｃ，１１ｄとを備えている。第１，第２開閉弁１１ｃ，１１ｄの操作により下面ガスノズル２ｃを通るガスの温度を変更できるようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハに薬液を吐出することによってなされるウエット処理技術に関するものである。
半導体の製造工程において、レジストを用いてリソグラフィー法により有機材料のパターンを形成した後に、ドライエッチ方法により数種類のガスに高周波の出力をかけてエネルギーを与えることで、酸化膜や金属材料のエッチング加工を行っている。
その後、レジストを除去するために、薬液を用いて溶解する方法を行っている。薬液を用いてレジストを除去する方法として、例えば特許文献１に記載の技術が開示されている。
従来の一般的な半導体製造装置では、半導体ウエハを所定の回転数で回転させながら、且つ薬液ノズルを所定の速度でスキャンさせながら、薬液を所定の流量で吐出することにより、薬液を半導体ウエハの上面に万遍なく行き渡らせて薬液処理を行っている。以降、「半導体ウエハ」を単に「ウエハ」と表現する。
特開２００５−２１７２２６号公報
例えば、硫酸過水でレジストを除去する等の反応律速の薬液処理では、処理時間を短縮するために、薬液温度を上げて反応性を高めるようにしている場合が多い。
しかし、上記のように、ウエハを所定の回転数で回転させながら、且つ薬液ノズルを所定の速度でスキャンさせながら、薬液を所定の流量で吐出するため、ウエハの上面側にある雰囲気がウエハ上面の薬液の熱を奪いながら排気される。更に、チャックステージの下面から供給している常温ガスが、熱伝導の良いウエハを介して、ウエハ上面の薬液の熱を奪いながら排気される。特にウエハの周辺部でのウエハ上面の薬液の温度が急激に低下してしまう。
このような薬液の温度低下を抑制するには、薬液の吐出流量を増やし、薬液ノズルのスキャン速度を上げてスキャン範囲を広げることが有効ではある。しかし、動作条件の範囲に物理的な限界がある場合は効果も限定的であり、その結果、薬液処理の面内均一性にも限界がある。また、薬液の流量を増やすことで、薬液に含まれる薬液成分の揮発および分解が加速されるため、原液の補充量を増やす必要があり、原液の消費量が増加する。
また、弗硝酸でＳｉウエハをエッチングする等の供給律速の薬液処理では、ウエハ上面の薬液をウエハの上面に万遍なく行き渡らせるだけでは不十分であり、ウエハの上面全域で薬液の活性を均一的に確保しなければならない。そのためには、ウエハの回転数、薬液の吐出流量、薬液ノズルのスキャン速度、および薬液ノズルのスキャン範囲等の動作条件を最適化する必要がある。しかし、動作条件の範囲に物理的な限界がある場合は最適化も不十分になる。そのため、特に弗硝酸でＳｉウエハをエッチングする等の反応熱が発生する薬液処理の場合、ウエハの中心部分に発生しやすい活性の強弱による加速的または減速的な反応に見合った反応をウエハの中心部分の周辺部に発生させる等の対応ができず、その結果、薬液処理の面内均一性にも限界がある。
また、特許文献１に記載の技術では、ウエハを設置台に固定して直接加熱しており、ウエハと設置台との密着不良による温度斑が発生することから、ウエハ全面に対して均一な温度で薬液処理を行うことができず、薬液処理の面内均一性を実現することは難しい。
そこで、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ウエハの大径化等で、物理的な限界が厳しくなっている動作条件の範囲においても、薬液処理における十分な面内均一性を確保することが可能な技術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、ウエハを端部で挟持するチャックステージと、前記チャックステージを回転させるステージ回転機構と、前記ウエハの処理面に薬液を吐出する薬液ノズルと、前記薬液ノズルを前記ウエハの処理面上でスキャンさせる薬液ノズルスキャン機構と、前記ウエハの前記処理面とは反対側の面側にガスを供給するガスノズルと、前記ガスノズルに供給される前記ガスを温調するガス温調器と、前記ガス温調器を通らずに前記ガスノズルに前記ガスを供給可能なガスバイパス配管と、前記ガス温調器により温調された前記ガス、および前記ガスバイパス配管を通った前記ガスのいずれか一方を前記ガスノズルに供給可能に開閉する開閉弁とを備え、前記開閉弁の操作により前記ガスノズルを通る前記ガスの温度を変更できるようにしたものである。
本発明によれば、ウエハ全面に対してより均一な温度で薬液処理を行うことができるため、薬液処理の面内均一性を十分に確保することができる。
実施の形態１に係る半導体製造装置の処理チャンバでの薬液処理を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体製造装置の処理チャンバの制御機能を示す概略図である。 実施の形態１に係る半導体製造装置の処理チャンバでの水洗処理を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体製造装置の処理チャンバでの乾燥処理を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体製造装置で処理を施す工程を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る半導体製造装置の処理チャンバでの薬液処理を示す断面図である。 反応熱が発生する薬液処理において、活性が強い場合にウエハの中心部分で発生した加速的な反応を示す図である。 反応熱が発生する薬液処理において、活性が弱い場合にウエハの中心部分で発生した減速的な反応を示す図である。 前提技術に係る半導体製造装置の処理チャンバでの薬液処理を示す断面図である。 前提技術に係る半導体製造装置の処理チャンバの制御機能を示す概略図である。 前提技術に係る半導体製造装置で処理を施す工程を示すフローチャートである。
＜前提技術＞
本発明の実施形態を説明する前に、前提技術に係る半導体製造装置について説明する。図９は、前提技術に係る半導体製造装置の処理チャンバでの薬液処理を示す断面図である。
図９に示すように、前提技術に係る半導体製造装置は、ステージ回転機構２、チャック開閉機構３、定盤４、カップ上下機構５、薬液ノズル６、薬液ノズルスキャン機構７、水ノズル８、薬液温調循環吐出機構９、および第１気液分離器１０ａを備えている。
ステージ回転機構２は、ステージ回転モーター２ａ、チャックステージ２ｂ、および吐出口がウエハ１の中心部分に位置付けられた下面ガスノズル２ｃを備えている。チャックステージ２ｂは、ウエハ１を端部で挟持する。ステージ回転モーター２ａは、チャックステージ２ｂを回転させる。下面ガスノズル２ｃは、ウエハ１の処理面の対面側にガスを供給する。
チャック開閉機構３は、チャックピンベース３ａ、チャックピン３ｂ、および支持ピン３ｃを備えている。カップ上下機構５は、第１カップ５ａ、第２カップ５ｂ、カバー５ｃ、およびカップベース５ｄを備えている。
薬液ノズル６は、ウエハ１の処理面に薬液１４ａを吐出する。薬液ノズルスキャン機構７は、スキャンモーター７ａ、スキャンシャフト７ｂ、およびスキャンアーム７ｃを備え、薬液ノズル６をウエハ１の処理面上でスキャンさせる。薬液温調循環吐出機構９は、薬液循環タンク９ａ、第１原液タンク９ｂ、第２原液タンク９ｃ、薬液循環ポンプ９ｄ、および薬液温調器９ｅを備えている。
ここで、ウエハ１の処理面はウエハ１の上面である。ウエハ１の処理面の対面は、ウエハ１の処理面とは反対側の面であり、具体的にはウエハ１の下面である。
図１０は、前提技術に係る半導体製造装置の処理チャンバの制御機能を示す概略図である。図１０に示すように、操作用ＰＣ１０３は、タッチパネルディスプレイ等のＭＭ−ＩＦ（man machine interface）１０３ａと、ＰＣ（personal computer）１０３ｂで構成されている。
制御用ＰＬＣ１０４は、ＰＬＣ（programmable logic controller）１０４ａ、ステージ回転機構２を制御するステージ回転部１０４ｂ、チャック開閉機構３を制御するチャック開閉部１０４ｃ、カップ上下機構５を制御するカップ上下部１０４ｄ、薬液ノズルスキャン機構７を制御するノズルスキャン部１０４ｅ、薬液温調循環吐出機構９を制御する薬液温調循環吐出部１０４ｆ、水１５の吐出を制御する水吐出部１０４ｇ、および下面の常温ガス１６の吐出を制御する下面ガス吐出部１０４ｈで構成されている。
作業者は、ウエハ１を収納したキャリア（図示せず）をロードポート（図示せず）にセットし、ＭＭ−ＩＦ１０３ａ上で予めＰＣ１０３ｂに登録されているレシピを選択して処理開始を入力する。ＰＣ１０３ｂは、レシピに設定されている処理パラメータをＰＬＣ１０４ａに引き渡してＰＬＣ１０４ａの一連の制御動作を起動する。ＰＬＣ１０４ａは、搬送ロボット（図示せず）と処理チャンバ等を制御しており、搬送ロボットでキャリア内のウエハ実装スロットのマッピング、およびキャリアと処理チャンバ間のウエハ１の搬送を行い、処理チャンバでウエハ１への一連の処理を行う。
次に、薬液温調循環吐出機構９における薬液１４の準備について説明する。この例では２種の原液から所望の薬液１４を準備する。第１原液１２の規定量を第１原液タンク９ｂから薬液循環タンク９ａに供給し、第２原液１３の規定量を第２原液タンク９ｃから薬液循環タンク９ａに供給し、薬液循環ポンプ９ｄを作動させて薬液１４を循環させながら、薬液温調器９ｅで所定の温度に調節していく。薬液１４の循環流量と温度が規定の範囲になったとき、薬液１４の準備が完了する。なお、薬液成分の揮発、分解、および使用による減少と、液量の減少に応じて、随時第１原液１２と第２原液１３を補充していく動作は、一般的に行われている。
次に、処理チャンバの動作について説明する。ウエハ１は、チャック開閉機構３のチャックピンベース３ａを回転させてチャックピン３ｂを開閉させることにより、ステージ回転機構２のチャックステージ２ｂにウエハ１を載置できるようになっている。ステージ回転モーター２ａでチャックステージ２ｂを回転させることにより、チャックピン３ｂで挟持されたウエハ１を回転させることができる。薬液ノズル６は薬液ノズルスキャン機構７に組み付けられており、スキャンモーター７ａが往復回転することにより、スキャンシャフト７ｂとスキャンアーム７ｃを介して薬液ノズル６をウエハ１の上面でスキャンさせることができる。ウエハ１を所定の回転数で回転させながら、且つ薬液ノズル６を所定の速度でスキャンさせながら、薬液１４を所定の流量で吐出することにより、ウエハ１の上面の薬液１４ａをウエハ１の上面に万遍なく行き渡らせて薬液処理を行う。
ウエハ１の上面の薬液１４ａは、ウエハ１が回転していることにより、ウエハ１の端部から放出される。しかし、チャックステージ２ｂの周辺を囲むように配置されたカップ上下機構５の第１カップ５ａが上昇していることで、回収される薬液１４ｂとなって第１気液分離器１０ａを介して薬液循環タンク９ａに戻ってくる。
薬液処理が終了すると、薬液１４の吐出を止め、薬液ノズルスキャン機構７を待機位置に戻し、第２カップ５ｂを上昇させて水洗処理を開始する。ウエハ１を所定の回転数で回転させながら、水ノズル８からウエハ１の中心部分に水１５を所定の流量で吐出することにより、水１５をウエハ１の上面に万遍なく行き渡らせて水洗処理を行う。
水洗処理が終了すると、水１５の吐出を止め、乾燥処理を開始する。ウエハ１を所定の回転数で回転させることで、振切り乾燥を行う。
ところで、薬液処理から乾燥処理までの処理中は、ウエハ１の上面の薬液１４ａと水１５が表面張力でウエハ１の端部から下面に回り込むのを抑制するために、チャックステージ２ｂの中心部分に位置する下面ガスノズル２ｃから常温ガス１６を供給している。ウエハ１の下面の常温ガス１６ａは、ウエハ１の上面の雰囲気と共にカップで回収されて気液分離器を介して排気される常温ガス１６ｂになる。
図１１は、前提技術に係る半導体製造装置で処理を施す工程を示すフローチャートである。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２０１では、キャリアに収納されているウエハ１を搬送ロボットのロボットハンドでキャリアから払い出し、ステップＳ２０２では、チャックピンベース３ａを回転させてチャックピン３ｂを開く。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２０３では、ロボットハンドをチャックステージ２ｂ上の受渡し位置に位置付け、ステップＳ２０４では、ロボットハンドからチャックステージ２ｂにウエハ１を渡す。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２０５では、チャックピンベース３ａを回転させてチャックピン３ｂを閉じ、ステップＳ２０６では、ロボットハンドを処理チャンバ外に移動させる。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２０７では、第１カップ５ａを上げ、ステップＳ２０８ａでは、前記のように、ウエハ１を所定の回転数で回転させながら、且つ薬液ノズル６を所定の速度でスキャンさせながら、薬液１４を所定の流量で吐出することにより、ウエハ１の上面の薬液１４ａをウエハ１の上面に万遍なく行き渡らせて薬液処理を行う。処理中は、ウエハ１の上面の薬液１４ａが表面張力でウエハ１の端部から下面に回り込むのを抑制するために、チャックステージ２ｂの中心部分に位置する下面ガスノズル２ｃから常温ガス１６を供給している。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２０９では、第２カップ５ｂを上げ、ステップＳ２１０ａでは、前記のように、ウエハ１を所定の回転数で回転させながら、水ノズル８からウエハ１の中心部分に水１５を所定の流量で吐出することにより、水１５をウエハ１の上面に万遍なく行き渡らせて水洗処理を行う。処理中は、ウエハ１の上面の水が表面張力でウエハ１の端部から下面に回り込むのを抑制するために、チャックステージ２ｂの中心部分に位置する下面ガスノズル２ｃから常温ガス１６を供給している。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２１１ａでは、ウエハ１を所定の回転数で回転させることで、振切り乾燥を行う。処理中は、ウエハ１の上面の水が表面張力でウエハ１の端部から下面に回り込んだり、カップ５ｂから跳ね返った飛沫が下面に回り込むのを抑制するために、チャックステージ２ｂの中心部分に位置する下面ガスノズル２ｃから常温ガス１６を供給している。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２１２では、第１カップ５ａと第２カップ５ｂを下げ、ステップＳ２１３では、ロボットハンドを受渡し位置に位置付け、ステップＳ２１４では、チャックピンベース３ａを回転させてチャックピン３ｂを開く。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２１５では、チャックステージ２ｂからロボットハンドにウエハ１を渡し、ステップＳ２１６では、ロボットハンドでウエハ１をキャリアに収納し、ステップＳ２１７では、チャックピンベース３ａを回転させてチャックピン３ｂを閉じる。
なお、説明を簡単にするために、各ステップを大枠で順番に記述したが、実際には細かい動作ステップが併行して進行しており、動作に関わる様々な入出力が作動していることは言うまでもない。
例えば、硫酸過水でレジストを除去する等の反応律速の薬液処理では、処理時間を短縮するために、薬液温度を上げて反応性を高めるようにしている場合が多い。しかし、前提技術に係る半導体製造装置は上記のように構成されているため、ウエハ１を所定の回転数で回転させながら、且つ薬液ノズル６を所定の速度でスキャンさせながら、薬液１４を所定の流量で吐出することにより、ウエハ１の上面の薬液１４ａをウエハ１の上面に万遍なく行き渡らせて薬液処理を行っていても、ウエハ１の上面側にある雰囲気がウエハ１の上面の薬液１４ａの熱を奪いながら第１カップ５ａを通って排気される。更に、チャックステージ２ｂの中心部分に位置する下面ガスノズル２ｃから供給している常温ガス１６が、熱伝導の良いウエハ１を介して、ウエハ１の上面の薬液１４ａの熱を奪いながら第１カップ５ａを通って排気され、特にウエハ１の周辺部でのウエハ１の上面の薬液１４ａの温度が急激に低下してしまう。
このような薬液１４ａの温度低下を抑制するには、薬液１４の吐出流量を増やし、薬液ノズル６のスキャン速度を上げてスキャン範囲を広げることが有効ではある。しかし、動作条件の範囲に物理的な限界がある場合は効果も限定的であり、その結果、薬液処理の面内均一性にも限界がある。また、薬液１４の流量を増やすことで、薬液１４に含まれる薬液成分の揮発、および分解が加速されるため、原液の補充量を増やす必要があり、原液の消費量が増加する。
また、弗硝酸でＳｉウエハをエッチングする等の供給律速の薬液処理では、ウエハ１の上面の薬液１４ａをウエハ１の上面に万遍なく行き渡らせるだけでは不十分であり、ウエハ１の上面全域で薬液１４ａの活性を均一的に確保しなければならない。そのためには、ウエハ１の回転数、薬液１４の吐出流量、薬液ノズル６スキャン速度、および薬液ノズル６スキャン範囲等の動作条件を最適化する必要がある。しかし、動作条件の範囲に物理的な限界がある場合は最適化も不十分になり、特に弗硝酸でＳｉウエハをエッチングする等の反応熱が発生する薬液処理の場合、前提技術に係る半導体製造装置は上記のように構成されているため、ウエハ１の中心部分に発生しやすい活性の強弱による加速的または減速的な反応に見合った反応をウエハ１の中心部分の周辺部に発生させる等の対応ができず、その結果、薬液処理の面内均一性にも限界がある。以下で説明する本発明の実施形態はこのような課題を解決するものである。
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。なお、実施の形態１において、前提技術で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。図１は、実施の形態１に係る半導体製造装置の処理チャンバでの薬液処理を示す断面図である。
図１に示すように、実施の形態１に係る半導体製造装置は、図９に示した前提技術に係る半導体製造装置に対して、下面ガス温調吐出機構１１を更に備えている。実施の形態１に係る半導体製造装置の構成は、下面ガス温調吐出機構１１以外については前提技術とほぼ同じであるため、ここでは下面ガス温調吐出機構１１について説明する。
下面ガス温調吐出機構１１は、ガス温調器１１ａ、ガスバイパス配管１１ｂ、第１開閉弁１１ｃ、および第２開閉弁１１ｄを備えている。
ガス温調器１１ａは、常温ガス１６を温調し、下面ガスノズル２ｃに温調ガス１７を供給する。ガスバイパス配管１１ｂは、ガス温調器１１ａを通らずに下面ガスノズル２ｃに常温ガス１６を供給可能な配管である。
第１開閉弁１１ｃおよび第２開閉弁１１ｄは、ガス温調器１１ａにより温調された温調ガス１７、およびガスバイパス配管１１ｂを通った常温ガス１６のいずれか一方を下面ガスノズル２ｃに供給可能に開閉する開閉弁である。
第１開閉弁１１ｃはガス温調器１１ａの入口側に配置され、第２開閉弁１１ｄはガスバイパス配管１１ｂの途中部に配置されている。第１開閉弁１１ｃを開けて第２開閉弁１１ｄを閉じることで、常温ガス１６がガス温調器１１ａで温調されて温調ガス１７となり、温調ガス１７が下面ガスノズル２ｃに供給される。このとき、常温ガス１６はガスバイパス配管１１ｂを通らない。
他方、第１開閉弁１１ｃを閉じて第２開閉弁１１ｄを開けることで、常温ガス１６がガスバイパス配管１１ｂを介して下面ガスノズル２ｃに供給される。このとき、常温ガス１６はガス温調器１１ａを通らない。このように、第１開閉弁１１ｃおよび第２開閉弁１１ｄの操作により下面ガスノズル２ｃを通るガスを温調ガス１７と常温ガス１６で切り替えることができ、もちろん温調ガス１７の設定温度をレシピで変更できるため、温度を任意に変更することが可能である。かかる操作が、供給するガスの温度を変更する温調工程である。
図２は、処理チャンバの制御機能を示す概略図である。図２に示すように、操作用ＰＣ１０１は、タッチパネルディスプレイ等のＭＭ−ＩＦ（man machine interface）１０１ａと、ＰＣ（personal computer）１０１ｂで構成されている。制御用ＰＬＣ１０２は、ＰＬＣ（programmable logic controller）１０２ａ、ステージ回転機構２を制御するステージ回転部１０２ｂ、チャック開閉機構３を制御するチャック開閉部１０２ｃ、カップ上下機構５を制御するカップ上下部１０２ｄ、薬液ノズルスキャン機構７を制御するノズルスキャン部１０２ｅ、薬液温調循環吐出機構９を制御する薬液温調循環吐出部１０２ｆ、水１５の吐出を制御する水吐出部１０２ｇ、および下面ガス温調吐出機構１１を制御する下面ガス温調吐出部１０２ｈで構成されている。
作業者は、ウエハ１を収納したキャリア（図示せず）をロードポート（図示せず）にセットし、ＭＭ−ＩＦ１０１ａ上で予めＰＣ１０１ｂに登録されているレシピを選択して処理開始を入力する。ＰＣ１０１ｂは、レシピに設定されている処理パラメータをＰＬＣ１０２ａに引き渡してＰＬＣ１０２ａの一連の制御動作を起動する。ＰＬＣ１０２ａは、搬送ロボット（図示せず）と処理チャンバ等を制御しており、搬送ロボットでキャリア内のウエハ実装スロットのマッピング、およびキャリアと処理チャンバ間のウエハ１の搬送を行い、処理チャンバでウエハ１への一連の処理を行う。
次に、薬液温調循環吐出機構９における薬液１４の準備について説明する。この例では２種の原液から所望の薬液１４を準備する。第１原液１２の規定量を第１原液タンク９ｂから薬液循環タンク９ａに供給し、第２原液１３の規定量を第２原液タンク９ｃから薬液循環タンク９ａに供給する。薬液循環ポンプ９ｄを作動させて薬液１４を循環させながら、薬液温調器９ｅで所定の温度に調節していく。薬液１４の循環流量と温度が規定の範囲になったとき、薬液１４の準備が完了する。尚、薬液成分の揮発、分解、および使用による減少と、液量の減少に応じて、随時第１原液１２と第２原液１３を補充していく動作は、一般的に行われている。
次に、処理チャンバの動作について説明する。ウエハ１は、チャック開閉機構３のチャックピンベース３ａを回転させてチャックピン３ｂを開閉させることにより、ステージ回転機構２のチャックステージ２ｂに載置できるようになっている。ステージ回転モーター２ａでチャックステージ２ｂを回転させることにより、チャックピン３ｂで挟持されたウエハ１を回転させることができる。薬液ノズル６は薬液ノズルスキャン機構７に組み付けられており、スキャンモーター７ａが往復回転することにより、スキャンシャフト７ｂとスキャンアーム７ｃを介して薬液ノズル６をウエハ１の上面でスキャンさせることができる。ウエハ１を所定の回転数で回転させながら、且つ薬液ノズル６を所定の速度でスキャンさせながら、薬液１４を所定の流量で吐出することにより、ウエハ１の上面の薬液１４ａをウエハ１の上面に万遍なく行き渡らせて薬液処理を行う。
ウエハ１の上面の薬液１４ａは、ウエハ１が回転していることにより、ウエハ１の端部から放出されるが、チャックステージ２ｂの周辺を囲むように配置されたカップ上下機構５の第１カップ５ａが上昇していることで、回収される薬液１４ｂとなって第１気液分離器１０ａを介して薬液循環タンク９ａに戻ってくる。
薬液処理の処理中は、ウエハ１の上面の薬液１４ａが表面張力でウエハ１の端部から下面に回り込むのを抑制し、更にウエハ１の中心部分の周辺部での温度変化を抑制するために、チャックステージ２ｂの中心部分に位置する下面ガスノズル２ｃからガス温調器１１ａにより薬液温度に見合った所定の温度に温調された温調ガス１７を供給している。これにより、薬液処理での十分な面内均一性を確保することが可能となる。ウエハ１の下面の温調ガス１７ａは、ウエハ１の上面の雰囲気と共にカップ５ａで回収されて第１気液分離器１０ａを介して排気される温調ガス１７ｂになる。
薬液処理が終了すると、薬液１４の吐出を止め、薬液ノズルスキャン機構７を待機位置に戻し、第２カップ５ｂを上昇させて水洗処理を開始する。
図３は、処理チャンバでの水洗処理を示す断面図である。ウエハ１を所定の回転数で回転させながら、水ノズル８からウエハ１の中心部分に水１５を所定の流量で吐出することにより、水をウエハ１の上面に万遍なく行き渡らせて水洗処理を行う。
水洗処理の処理中は、ウエハ１の上面の水１５ａが表面張力でウエハ１の端部から下面に回り込むのを抑制するために、チャックステージ２ｂの中心部分に位置する下面ガスノズル２ｃからガスバイパス配管１１ｂを通過した常温ガス１６を供給しているが、水洗処理においても必要が有れば温調ガス１７を供給してもよい。ウエハ１の下面の常温ガス１６ａは、ウエハ１の上面の雰囲気と共にカップ５ｂで回収されて第２気液分離器１０ｂを介して排気される常温ガス１６ｂになる。このとき、第２気液分離器１０ｂから水１５ｂが排水される。水洗処理が終了すると、水１５の吐出を止め、乾燥処理を開始する。
図４は、処理チャンバでの乾燥処理を示す断面図である。図４に示すように、ウエハ１を所定の回転数で回転させることで、振切り乾燥を行う。
乾燥処理の処理中は、ウエハ１の上面の水１５ａ（図３参照）が表面張力でウエハ１の端部から下面に回り込んだり、カップ５ｂから跳ね返った飛沫が下面に回り込むのを抑制し、更にウエハ１の乾燥を促進させるために、チャックステージ２ｂの中心部分に位置する下面ガスノズル２ｃからガス温調器１１ａにより乾燥に見合った所定の温度に温調された温調ガス１７を供給している。温調ガス１７を供給することでウエハ１を加熱している。ウエハ１の下面の温調ガス１７ａは、ウエハ１の上面の雰囲気と共にカップ５ｂで回収されて第２気液分離器１０ｂを介して排気される温調ガス１７ｂになる。例えば、常温よりも高い温度の温調ガス１７を供給することにより、乾燥時間を短縮することが可能となる。
図５は、実施の形態１に係る半導体製造装置で処理を施す工程を示すフローチャートである。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２０１では、キャリアに収納されているウエハ１を搬送ロボットのロボットハンドでキャリアから払い出し、ステップＳ２０２では、チャックピンベース３ａを回転させてチャックピン３ｂを開く。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２０３では、ロボットハンドをチャックステージ２ｂ上の受渡し位置に位置付け、ステップＳ２０４では、ロボットハンドからチャックステージ２ｂにウエハ１を渡す。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２０５では、チャックピンベース３ａを回転させてチャックピン３ｂを閉じ、ステップＳ２０６では、ロボットハンドを処理チャンバ外に移動させ、ステップＳ２０７では、第１カップ５ａを上げる。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２０８では、前記のように、ウエハ１を所定の回転数で回転させながら、且つ薬液ノズル６を所定の速度でスキャンさせながら、薬液１４を所定の流量で吐出することにより、ウエハ１の上面の薬液１４ａをウエハ１の上面に万遍なく行き渡らせて薬液処理を行う。処理中は、ウエハ１の上面の薬液１４ａが表面張力でウエハ１の端部から下面に回り込むのを抑制し、更にウエハ１の中心部分の周辺部での温度変化を抑制するために、チャックステージ２ｂの中心部分に位置する下面ガスノズル２ｃからガス温調器１１ａにより薬液温度に見合った所定の温度に温調された温調ガス１７を供給している。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２０９では、第２カップ５ｂを上げ、ステップＳ２１０では、前記のように、ウエハ１を所定の回転数で回転させながら、水ノズル８からウエハ１の中心部分に水１５を所定の流量で吐出することにより、水をウエハ１の上面に万遍なく行き渡らせて水洗処理を行う。処理中は、ウエハ１の上面の水が表面張力でウエハ１の端部から下面に回り込むのを抑制するために、チャックステージ２ｂの中心部分に位置する下面ガスノズル２ｃからガスバイパス配管１１ｂを通過した常温ガス１６を供給しているが、水洗処理においても必要が有れば温調ガス１７を供給してもよい。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２１１では、ウエハ１を所定の回転数で回転させることで、振切り乾燥を行う。乾燥処理の処理中は、ウエハ１の上面の水１５ａが表面張力でウエハ１の端部から回り込んだり、カップ５ｂから跳ね返った飛沫が下面に回り込むのを抑制し、更にウエハ１の乾燥を促進させるために、チャックステージ２ｂの中心部分に位置する下面ガスノズル２ｃからガス温調器１１ａにより乾燥に見合った所定の温度に温調された温調ガス１７を供給している。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２１２では、第１カップ５ａと第２カップ５ｂを下げ、ステップＳ２１３工程では、ロボットハンドを受渡し位置に位置付ける。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２１４では、チャックピンベース３ａを回転させてチャックピン３ｂを開き、ステップＳ２１５では、チャックステージ２ｂからロボットハンドにウエハ１を渡す。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２１６では、ロボットハンドでウエハ１をキャリアに収納し、ステップＳ２１７では、チャックピンベース３ａを回転させてチャックピン３ｂを閉じる。
なお、説明を簡単にするために、各ステップを大枠で順番に記述したが、実際には細かい動作ステップが併行して進行しており、動作に関わる様々な入出力が作動していることは言うまでもない。
＜効果＞
以上のように、実施の形態１に係る半導体製造装置では、第１開閉弁１１ｃおよび第２開閉弁１１ｄの操作により下面ガスノズル２ｃを通るガスを温調ガス１７と常温ガス１６で切り替えることができ、もちろん温調ガス１７の設定温度をレシピで変更できるため、温度を任意に変更することが可能である。例えば、硫酸過水でレジストを除去する等の反応律速の薬液処理では、処理時間を短縮するために、薬液温度を上げて反応性を高めるようにしている場合が多いが、薬液の温度と同等の温度に均一にすることが可能となり、ウエハ１全面に対してより均一な温度で薬液処理を行うことができるため、薬液処理の面内均一性を十分に確保することができる。
また、弗酸で酸化膜を所定量エッチングする等の反応律速の薬液処理では、一般的に温調されていない常温ガス１６が供給されるが、温調されていない常温ガス１６を供給するのではなく、常温に温調されている薬液の温度と同等の温度に温調された温調ガス１７を供給することにより室温等の環境の変化に影響されることなく、中心部分を含むウエハ１全面の温度を均一にすることが可能となり、ウエハ１全面に対してより均一な温度で薬液処理を行うことができるため、薬液処理の面内均一性を十分に確保することができる。
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係る半導体製造装置について説明する。図６は、実施の形態２に係る半導体製造装置の処理チャンバでの薬液処理を示す断面図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
図６に示すように、実施の形態２に係る半導体製造装置は、下面ガスノズル２ｃに代えて、下面ガスノズル２ｄを備えている。下面ガスノズル２ｄの吐出口はウエハ１の中心部分を囲む部分に位置している。
下面ガスノズル２ｄは、実施の形態１で示した吐出口がウエハ１の中心部分に位置付けられた下面ガスノズル２ｃとは構造が異なり、吐出口がウエハ１の中心部分を囲むように位置付けられているため、ウエハ１の中心部分に発生しやすい活性の強弱による加速的または減速的な反応に見合った反応をウエハ１の中心部分の周辺部に発生させることが可能になる。
図７は、反応熱が発生する薬液処理において、活性が強い場合にウエハ１の中心部分で発生した加速的な反応を示す図である。図８は、反応熱が発生する薬液処理において、活性が弱い場合にウエハ１の中心部分で発生した減速的な反応を示す図である。なお、図７と図８において、縦軸はエッチング量を示し、横軸はウエハ１の中心を１００とした直径方向の位置を示している。
図７に示すように、ウエハ１の中心部分で発生した加速的な反応に見合った反応をウエハ１の中心部分の周辺部に発生させるため、吐出口がウエハ１の中心部分を囲むように位置付けられている下面ガスノズル２ｄからガス温調器１１ａにより薬液温度よりも高い所定の温度に温調された温調ガス１７を供給する。ウエハ１の下面の温調ガス１７ａがウエハ１の中心部分の周辺部の温度を上昇させることでウエハ１の上面の薬液１４ａによるエッチングレートが高くなり、矢印のようにエッチング量が増加するように作用する。
また、図８に示すように、ウエハ１の中心部分で発生した減速的な反応に見合った反応をウエハ１の中心部分の周辺部に発生させるため、吐出口がウエハ１の中心部分を囲むように位置付けられている下面ガスノズル２ｄからガス温調器１１ａにより薬液温度よりも低い所定の温度に温調された温調ガス１７を供給する。ウエハ１の下面の温調ガス１７ａがウエハ１の中心部分の周辺部の温度を下降させることでウエハ１の上面の薬液１４ａによるエッチングレートが低くなり、矢印のようにエッチング量が減少するように作用する。
＜効果＞
以上のように、実施の形態２に係る半導体製造装置では、下面ガスノズル２ｄの吐出口はウエハ１の中心部分を囲む部分に位置する。したがって、供給律速の薬液処理等で、ウエハ１の中心部分の周辺部の温度を均一にすることが可能となり、十分な面内均一性を確保することができる。
また、実施の形態１，２に係る半導体製造装置では、例えばウエハ１の大径化等で、物理的な限界が厳しくなっている動作条件の範囲においても、薬液処理における十分な面内均一性を確保でき、処理時間を短縮し、更に製品の歩留まりを向上させる効果がある。
＜その他の変形例＞
なお、実施の形態１で水洗処理の処理中に下面ガスノズル２ｃから常温ガス１６を供給しているとしたが、水洗の置換効果を高めるために水洗処理を温水で行う場合には、温水温度に見合った所定の温度に温調された温調ガス１７を供給することが適していることは言うまでもない。
また、薬液処理の処理中と乾燥処理の処理中に下面ガスノズル２ｃから供給される温調ガス１７の温度は、同じである必要はなく、更に処理の途中から温度を変更する等、必要により処理の段階に応じてガスの温度を変更することは十分に考えられることであり、勿論本発明の実施の形態に含まれるものである。
また、薬液の例として、２種の原液を混合するものを取り上げたが、勿論その限りでなく、原液のみであっても、多種の原液を混合するものであっても、無機であっても、有機であっても、温度が処理に影響するものであれば、いずれも本発明の実施の形態の対象となり得る。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１ ウエハ、２ ステージ回転機構、２ｂ チャックステージ、２ｃ，２ｄ 下面ガスノズル、６ 薬液ノズル、７ 薬液ノズルスキャン機構、１１ａ ガス温調器、１１ｂ ガスバイパス配管、１１ｃ 第１開閉弁、１１ｄ 第２開閉弁。

Claims (8)

  1. 半導体ウエハを端部で挟持するチャックステージと、
    前記チャックステージを回転させるステージ回転機構と、
    前記半導体ウエハの処理面に薬液を吐出する薬液ノズルと、
    前記薬液ノズルを前記半導体ウエハの処理面上でスキャンさせる薬液ノズルスキャン機構と、
    前記半導体ウエハの前記処理面とは反対側の面側にガスを供給するガスノズルと、
    前記ガスノズルに供給される前記ガスを温調するガス温調器と、
    前記ガス温調器を通らずに前記ガスノズルに前記ガスを供給可能なガスバイパス配管と、
    前記ガス温調器により温調された前記ガス、および前記ガスバイパス配管を通った前記ガスのいずれか一方を前記ガスノズルに供給可能に開閉する開閉弁と、
    を備え、
    前記開閉弁の操作により前記ガスノズルを通る前記ガスの温度を変更できるようにした、半導体製造装置。
  2. 前記ガスノズルの吐出口は前記半導体ウエハの中心部分に位置する、請求項１に記載の半導体製造装置。
  3. 前記ガスノズルの吐出口は前記半導体ウエハの中心部分を囲む部分に位置する、請求項１に記載の半導体製造装置。
  4. 半導体ウエハの処理面に薬液を行き渡らせる薬液処理工程と、
    供給するガスの温度を変更する温調工程と、
    を備え、
    前記薬液処理工程において、前記半導体ウエハの前記処理面とは反対側の面側に前記温調工程で温度を変更したガスを供給して前記半導体ウエハを加熱または冷却する、半導体製造方法。
  5. 前記薬液処理工程の後、前記半導体ウエハの前記処理面を洗浄する水洗処理工程を更に備え、
    前記水洗処理工程において、前記半導体ウエハの前記処理面とは反対側の面側に前記温調工程で温度を変更したガスを供給して前記半導体ウエハを加熱または冷却する、請求項４に記載の半導体製造方法。
  6. 半導体ウエハの処理面を乾燥させる乾燥処理工程と、
    供給するガスの温度を変更する温調工程と、
    を備え、
    前記乾燥処理工程において、前記半導体ウエハの前記処理面とは反対側の面側に前記温調工程で温度を変更したガスを供給して前記半導体ウエハを加熱する、半導体製造方法。
  7. 前記半導体ウエハの前記処理面とは反対側の面側の中心部分に温度を変更した前記ガスを供給して、前記半導体ウエハを加熱または冷却する、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の半導体製造方法。
  8. 前記半導体ウエハの前記処理面とは反対側の面側の中心部分を囲む部分に温度を変更した前記ガスを供給して、前記半導体ウエハの中心部分を除く部分を加熱または冷却する、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の半導体製造方法。
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