JP2023044244A - 半導体製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置の反りを抑制することである。【解決手段】第1の表面と、第1の表面の反対側の第2の表面と、を有する対象物を加工する半導体製造装置は、対象物を吸着する吸着面を有するとともに第1のチャンバ内に設けられたチャックを備え、吸着面が、吸着面の一方向に沿って互いに隣接して設けられるとともに第2の表面に押し当てられることにより一方向に沿って互いに隣接する複数の窪みを第2の表面に形成するための複数の突起を有する、第1の処理部と、第2のチャンバ内において、第2の表面を薬液に曝して複数の窪みを加工することにより一方向に沿って延在する溝を第2の表面に形成する第2の処理部と、を具備する。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、半導体製造装置に関する。
近年、3次元メモリ等の半導体記置が知られている。
特開昭62-079647号公報
発明が解決しようとする課題の一つは、半導体装置の反りを抑制することである。
第1の表面と、第1の表面の反対側の第2の表面と、を有する対象物を加工する、実施形態の半導体製造装置は、対象物を吸着する吸着面を有するとともに第1のチャンバ内に設けられたチャックを備え、吸着面が、吸着面の一方向に沿って互いに隣接して設けられるとともに第2の表面に押し当てられることにより一方向に沿って互いに隣接する複数の窪みを第2の表面に形成するための複数の突起を有する、第1の処理部と、第2のチャンバ内において、第2の表面を薬液に曝して複数の窪みを加工することにより一方向に沿って延在する溝を第2の表面に形成する第2の処理部と、を具備する。
半導体製造装置の構成例を示す模式図である。 処理部1の第1の構成例を示す断面模式図である。 吸着面210の構造例を示す上面模式図である。 処理部1の第2の構成例を示す断面模式図である。 吸着面210の構造例を示す上面模式図である。 処理部2の構成例を示す断面模式図である。 半導体製造装置10を用いた対象物Wの処理方法例を説明するためのフローチャートである。 第1の裏面処理工程S1の第1の例を説明するための模式図である。 第1の裏面処理工程S1の第2の例を説明するための模式図である。 第1の裏面処理工程S1により対象物Wの裏面に形成される窪みの例を示す模式図である。 第1の裏面処理工程S1により対象物Wの裏面に形成される窪みの例を示す模式図である。 第2の裏面処理工程S2により対象物Wの裏面に形成される溝の例を示す模式図である。 第2の裏面処理工程S2により対象物Wの裏面に形成される溝の例を示す模式図である。 対象物Wの例を示す断面模式図である スリットSTのレイアウト例を示す上面模式図である。 対象物Wの反りを説明するための模式図である。 対象物Wの反りを説明するための模式図である。 対象物Wの反りを説明するための模式図である。 対象物Wの変形例を示す断面模式図である。 対象物Wの変形例を示す断面模式図である
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。図面に記載された各構成要素の厚さと平面寸法との関係、各構成要素の厚さの比率等は現物と異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し適宜説明を省略する。
(半導体製造装置の構成例)
図1は、半導体製造装置の構成例を示す模式図である。半導体製造装置10は、枚葉式半導体製造装置であって、処理部1と、処理部2と、ロボット3と、ロードポート4と、を具備する。
処理部1は、対象物Wの裏面に複数の窪みを形成するための処理ユニットである。
処理部2は、対象物Wの裏面の複数の窪みを加工して溝(トレンチ)を形成するための処理ユニットである。
ロボット3は、例えば処理部1および処理部2と、ロードポート4と、の間に配置される。ロボット3は、ロードポート4、処理部1、および処理部2のそれぞれの間で対象物Wの搬送、およびロードポート4、処理部1、および処理部2のそれぞれに対する対象物Wのロードおよびアンロードを行うことができる。ロボット3の例は、ロボットアームである。
ロードポート4は、外部から搬送された対象物Wを収容する。ロードポート4は、複数の対象物Wを収容してもよい。
(処理部1の第1の構成例)
図2は、処理部1の第1の構成例を示す断面模式図である。処理部1は、チャンバ11と、ステージ21と、外壁31と、を具備する。
チャンバ11は、外壁31に囲まれた空間である。チャンバ11において、対象物Wの裏面に対して窪みを形成する加工を行う。対象物Wは、例えばシリコンウェハ等の半導体基板を含む。対象物Wは、表面(図2における対象物Wの上面)と、表面の反対側の裏面(図2における対象物Wの下面)と、を有する。
ステージ21は、チャンバ11内に設けられる。ステージ21は、対象物Wを吸着するための静電チャックを形成する。ステージ21は、吸着面210と、内部電極220と、を有する。
吸着面210は、対象物Wを吸着するための面である。対象物Wとの接触部は、例えばセラミック材料等の絶縁材料により形成される。
内部電極220は、対象物Wの表面と交差するZ軸方向において吸着面210に重畳する。内部電極220は、ステージ21の内部に埋め込まれる。内部電極220は、直流電源41に接続される。直流電源41は、例えば対象物Wを吸着するための直流電圧を供給する。直流電源41は、スイッチを有し、スイッチにより直流電圧を供給の開始および停止を切り替えてもよい。
外壁31は、ガス導入口51を有し、ガス導入口51を介してガス供給源61から窒素やアルゴン等の不活性ガスを供給してもよい。ガス供給源61は、例えばガスタンクに接続されたマスフローコントローラを有し、マスフローコントローラによりガス流量を調整してもよい。また、外壁31は、図示しないガス導出口を有し、ガス導出口を介してガスをチャンバ11から排出してもよい。さらに、外壁31は、対象物Wのロードおよびアンロードを行うための搬入出口を有してもよい。
ステージ21、直流電源41、およびガス供給源61は、例えば図示しない制御回路により制御されてもよい。制御回路は、例えばプロセッサ等を用いたハードウェアを用いて構成されてもよい。なお、各動作を動作プログラムとしてメモリ等のコンピュータ読み取りが可能な記録媒体に保存しておき、ハードウェアにより記録媒体に記憶された動作プログラムを適宜読み出すことで各動作を実行してもよい。
図3は、吸着面210の構造例を示す上面模式図である。図3は、吸着面210に平行なX-Y平面を示す。吸着面210は、突起210aを有する。突起210aは、対象物Wと接触するための平坦部を有する。図3は、複数の突起210aを示す。複数の突起210aのそれぞれは、吸着面210と交差するZ軸方向において内部電極220に重畳する。なお、複数の突起210aの数は、図3に示す突起210aの数に限定されない。
突起210aは、対象物Wに接触する領域である。複数の突起210aは、吸着面210に平行なX軸方向およびY軸方向に配置されてマトリクスを形成する。複数の突起210aのX軸方向に隣接する突起210aの間隔P1は、複数の突起210aのY軸方向に隣接する突起210aの間隔P2よりも狭い。突起210aの径は、形成したい窪みのサイズに応じて適宜設定される。なお、複数の突起210aのレイアウトは、図3に示すレイアウトに限定されない。
(処理部1の第2の構成例)
図4は、処理部1の第2の構成例を示す断面模式図である。処理部1は、チャンバ11と、ステージ21と、外壁31と、を具備する。チャンバ11および外壁31は、処理部1の第1の構成例のチャンバ11および外壁31と同じであるため、第1の構成例の説明を適宜援用できる。
ステージ21は、対象物Wを吸着するための真空チャックを形成する。ステージ21は、吸着面210と、開口230と、を有する。
吸着面210は、対象物Wを吸着するための面である。対象物Wとの接触部は、例えばセラミック材料等の絶縁材料により形成される。
開口230は、対象物Wの表面と交差するZ軸方向において吸着面210に面する。開口230は、ステージ21の内部に設けられる。開口230は、真空ポンプ71に接続される。真空ポンプ71は、例えば開口230内を排気することにより開口231内を減圧して真空状態にする。真空ポンプ71は、スイッチを有し、スイッチにより排気の開始および停止を切り替えてもよい。また、開口230を真空状態にするため、固定具を用いて対象物Wを吸着面210に固定してもよい。
ステージ21および真空ポンプ71は、例えば図示しない制御回路により制御されてもよい。制御回路は、例えばプロセッサ等を用いたハードウェアを用いて構成されてもよい。なお、各動作を動作プログラムとしてメモリ等のコンピュータ読み取りが可能な記録媒体に保存しておき、ハードウェアにより記録媒体に記憶された動作プログラムを適宜読み出すことで各動作を実行してもよい。
図5は、吸着面210の構造例を示す上面模式図である。図5は、吸着面210に平行なX-Y平面を示す。吸着面210は、突起210aを有する。図5は、複数の突起210aを示す。複数の突起210aのそれぞれは、吸着面210と交差するZ軸方向において開口231に重畳する。なお、複数の突起210aの数は、図5に示す突起210aの数に限定されない。
突起210aは、対象物Wに接触する領域である。突起210aは、針211を有する。針211は、駆動機構81に接続される。駆動機構81は、針211をZ軸方向に沿って上下に移動させることができる。駆動機構81は、上記制御回路により制御されてもよい。
複数の針211は、X軸方向およびY軸方向に沿って配置されてマトリクスを形成する。複数の針211のうちX軸方向に隣接する針211の間隔P3は、複数の針211のうちY軸方向に隣接する針211の間隔P4よりも狭い。間隔P3および間隔P4は、隣接する針211の中心間距離である。針211の径は、形成したい窪みのサイズに応じて適宜設定される。なお、複数の突起210aおよび複数の針211のレイアウトは、図5に示すレイアウトに限定されない。
(処理部2の構成例)
図6は、処理部2の構成例を示す断面模式図である。処理部2は、チャンバ12と、ステージ22と、外壁32と、を具備する。
チャンバ12は、外壁32に囲まれた空間である。チャンバ12において、対象物Wの裏面に対して薬液に曝す処理を行う。
ステージ22は、チャンバ12内に設けられる。ステージ22は、載置面221と、開口222と、を有する。
載置面221は、対象物Wを保持する面である。載置面221は、対象物Wの裏面に接する凸部を有していてもよい。
開口222は、X-Y平面において載置面221に囲まれる。開口222は、対象物Wの裏面に面する領域である。開口222は、外壁32を介して薬液供給源91に接続される。薬液供給源91は、薬液を供給する。薬液供給源91は、例えば薬液タンクに接続されたマスフローコントローラを有し、マスフローコントローラにより薬液の流量を調整してもよい。対象物Wは、薬液が対象物Wの表面に触れないように載置面221の突起に載置されることが好ましい。薬液の例は、アルカリ溶液が挙げられる。また、ステージ22は、図示しない薬液排出流路を有し、バルブ等を用いて開口222と薬液排出流路とを接続することにより、薬液を開口222から選択的に排出できる。また、固定具を用いて対象物Wを載置面221に固定してもよい。
(対象物Wの処理方法例)
図7は、半導体製造装置10を用いた対象物Wの処理方法例を説明するためのフローチャートである。対象物Wの処理方法例は、図7に示すように、第1の裏面処理工程S1と、第2の裏面処理工程S2と、を具備する。
[第1の裏面処理工程S1の第1の例]
図8は、第1の裏面処理工程S1の第1の例を説明するための模式図である。処理部1が第1の構成例を有する場合、第1の裏面処理工程S1の第1の例により、準備された対象物Wを処理部1のステージ21にロボット3を用いて載置する。対象物Wの裏面は、突起210aに接する。図8は、第1の裏面処理工程S1の第1の例における対象物Wおよびステージ21の一部を示す断面模式図である。
次に、図2に示す直流電源41を用いて内部電極220に電圧を印加する。内部電極220に直流電圧を印加すると、ステージ21と対象物Wとの間で正電荷と負電荷が引き合うことにより吸着力が発生する。この吸着力は、例えばステージ21と対象物Wとの間の空間で生じるジョンセン・ラーベック力(J-R力)や吸着面210と対象物Wとの間で生じるクーロン力によるものである。
突起210aは、上記吸着力を調整することにより、図8に示すように、対象物Wの裏面に押し当てられる。これにより、対象物Wの裏面に突起210aに対応する窪みを形成できる。
[第1の裏面処理工程S1の第2の例]
図9は、第1の裏面処理工程S1の第2の例を説明するための模式図である。処理部1が第2の構成例を有する場合、第1の裏面処理工程S1の第2の例により、準備された対象物Wを処理部1のステージ21にロボット3を用いて載置する。対象物Wの裏面は、突起210aに接する。図9は、第1の裏面処理工程S1の第2の例における対象物Wおよびステージ21の一部を示す断面模式図である。
次に、図4に示す真空ポンプ71を用いて開口230内を真空状態にする。開口230内を減圧して真空状態にすると、対象物Wがステージ21に引き付けられて吸着力が発生する。
さらに、対象物Wをステージ21の吸着面210に吸着させたまま、図4に示す駆動機構81を用いて針211を駆動する。針211は、図9に示すように、対象物Wの裏面に押し当てられる。これにより、対象物Wの裏面に窪みを形成できる。なお、針211を押し当てた際に、突起210aは、対象物Wの裏面に接していてもよい。
図10および図11は、第1の裏面処理工程S1により対象物Wの裏面に形成される窪み(デプレッション)の例を示す模式図である。図10は、対象物Wの裏面の上面の一部を示す模式図である。図11は、対象物Wの断面の一部を示す模式図である。
対象物Wの裏面は、窪み250を有する。図10および図11は、複数の窪み250を示す。複数の窪み250は、X軸方向およびY軸方向に沿って配置されてマトリクスを形成する。複数の窪み250のうちX軸方向に隣接する窪み250の間隔P5は、複数の窪み250のうちY軸方向に隣接する窪み250の間隔P6よりも狭い。窪み250の寸法は、突起210aまたは針211の寸法に応じて決定される。
[第2の裏面処理工程S2]
第2の裏面処理工程S2により、図6に示す薬液供給源91から開口222に薬液を供給して対象物Wの裏面を薬液に曝す。これにより、薬液が窪み250に染み込んで裏面がエッチングされる。X軸方向に隣接する窪み250の間は、エッチングにより除去されることにより繋がって溝(トレンチ)251を形成する。
図12および図13は、第2の裏面処理工程S2により対象物Wの裏面に形成される溝の例を示す模式図である。図12は、対象物Wの裏面の上面の一部を示す模式図である。図13は、対象物Wの断面の一部を示す模式図である。
対象物Wの裏面は、X軸方向に延在する溝251を有する。図12および図13は、複数の溝251を示す。複数の溝251は、Y軸方向に沿って配置される。
以上のように、本実施形態では、処理部1において対象物Wの裏面に突起を押し当てることにより一方向に沿って互いに隣接する複数の窪みを形成し、処理部2において裏面を薬液に曝して複数の窪みを加工することにより、一方向に延在する溝を形成できる。
ここで、対象物Wの例について説明する。図14は、対象物Wの例を示す断面模式図である。対象物Wの例は、3次元メモリを製造する途中に形成される構造体である。
対象物Wは、表面と裏面とを有する基板300と、基板300の表面側に設けられたトランジスタTRと、積層体311と、メモリピラーMPと、層間絶縁膜312と、を具備する。この場合、対象物Wの裏面は、基板300の裏面である。なお、図14では、便宜のため、トランジスタTRを有する領域とメモリピラーMPを有する領域との間の領域の図示を省略する。
基板300は、例えばシリコンウェハ等の半導体基板である。
トランジスタTRは、Nチャネル型電界効果トランジスタまたはPチャネル型電界効果トランジスタである。図14は、2つのトランジスタTRを図示するが、複数のトランジスタTRの数は、図14に示すトランジスタTRの数に限定されない。
複数のトランジスタTRは、例えば半導体記憶装置の周辺回路を形成する。複数のトランジスタTRは、例えばShallow Trench Isolation(STI)等の素子分離体により電気的に互いに分離される。複数のトランジスタTRは、プラグや多層配線を介して半導体記憶装置のメモリセルアレイに接続される。
積層体311は、基板300の表面の上方に設けられる。積層体311は、複数の絶縁層と複数の導電層とを有し、複数の絶縁層のそれぞれおよび複数の導電層のそれぞれが、Z軸方向に交互に積層されている。Z軸方向は、例えば基板300の厚さ方向である。複数の導電層は、例えばメモリセルアレイのワード線を形成する。
層間絶縁膜312は、トランジスタTR、積層体311、およびメモリピラーMPを覆う。
メモリピラーMPは、図14に示すように、積層体311内をZ軸方向に貫通して延在する。図14は、2つのメモリピラーMPを図示するが、複数のメモリピラーMPの数は、図14に示すメモリピラーMPの数に限定されない。積層体311および複数のメモリピラーMPは、半導体記憶装置のメモリセルアレイを形成する。なお、図1では、Z軸方向において、メモリピラーMPを含むメモリセルアレイは、トランジスタTRを含む周辺回路に重畳していてもよい。
複数のメモリピラーMPは、スリットSTにより、複数のグループに分離される。スリットSTは、積層体311内をZ軸方向に貫通して基板300まで延在する。
図15は、スリットSTのレイアウト例を示す上面模式図である。図15は、複数のスリットSTを示す。複数のスリットSTは、X軸方向に延在する。
図16ないし図18は、対象物Wの反りを説明するための模式図である。図16ないし図18は、対象物WのX軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向の反りの大きさを示す。図15は、対象物Wの反りが無い状態を示す。このような対象物Wにおいて、表面に形成される層の数が増加すると、反りが大きくなる。これに対し、基板300の裏面に酸化シリコン膜等の膜を形成することにより、図17に示すように、対象物WのX軸方向およびY軸方向の反りを抑制できる。しかしながら、層の数の増加に伴い、高アスペクト比を有するとともに一方向に延在する複数のスリットSTを形成する場合、X軸方向の反りとY軸方向の反りとの差が大きくなるため、図18に示すように、一方向に沿って反りが大きくなるため、対象物Wの裏面に膜を形成する場合であっても一方向の反りを十分に抑制することが困難である。
これに対し、本実施形態のように、例えば対象物Wの裏面にスリットSTの延在方向と同じ方向に延在する溝を形成することにより、一方向の反りが大きい場合であっても反りを十分に抑制することができる。なお、一方向の反りを十分抑制するためには、対象物Wの表面の表面積と裏面の表面積との可能な限り同じにすることが好ましい。
また、本実施形態では、チャックを用いて対象物Wの裏面に複数の窪みを形成し、その後複数の窪みを加工して溝を形成する。これにより、対象物Wの表面(素子形成面)に接触せずに裏面を加工できる。これにより、素子形成面へのダストの付着やコンタミネーションを防止でき、また、素子構造の変形を抑制できる。
(対象物Wの変形例)
図19および図20は、対象物Wの変形例を示す断面模式図である。図19に示すように、第1の裏面処理工程S1により基板300の裏面に膜321を有する対象物Wの裏面に複数の窪み250を形成して、その後第2の裏面処理工程S2により窪みを加工して溝251を形成してもよい。膜321を有する場合、対象物Wの裏面は、膜321の基板300と反対側の表面である。
膜321の例は、酸化シリコン膜等が挙げられる。膜321を形成することにより、基板300を保護することができる。なお、酸化シリコン膜の窪み250を加工する場合には、フッ化水素等の薬液を用いてもよい。また、基板300の表面側に周辺回路およびメモリセルアレイ等の素子を形成する前に、第1の裏面処理工程S1および第2の裏面処理工程S2を行ってもよい。
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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。
1…処理部、2…処理部、3…ロボット、4…ロードポート、10…半導体製造装置、11…チャンバ、12…チャンバ、21…ステージ、22…ステージ、31…外壁、32…外壁、41…直流電源、51…ガス導入口、61…ガス供給源、71…真空ポンプ、81…駆動機構、91…薬液供給源、210…吸着面、210a…突起、211…針、220…内部電極、221…載置面、222…開口、230…開口、231…開口、250…窪み、251…溝、300…基板、311…積層体、312…層間絶縁膜、321…膜、MP…メモリピラー、P1…間隔、P2…間隔、P3…間隔、P4…間隔、P5…間隔、P6…間隔、S1…第1の裏面処理工程、S2…第2の裏面処理工程、ST…スリット、TR…トランジスタ、W…対象物。

Claims (6)

  1. 第1の表面と、前記第1の表面の反対側の第2の表面と、を有する対象物を加工する半導体製造装置であって、
    前記対象物を吸着する吸着面を有するとともに第1のチャンバ内に設けられたチャックを備え、前記吸着面が、前記吸着面の一方向に沿って互いに隣接して設けられるとともに前記第2の表面に押し当てられることにより前記一方向に沿って互いに隣接する複数の窪みを前記第2の表面に形成するための複数の突起を有する、第1の処理部と、
    第2のチャンバ内において、前記第2の表面を薬液に曝して前記複数の窪みを加工することにより前記一方向に沿って延在する溝を前記第2の表面に形成する第2の処理部と、
    を具備する、半導体製造装置。
  2. 前記チャックは、静電チャックであり、
    前記複数の突起のそれぞれは、前記第2の表面と接触する平坦部を有する、請求項1に記載の半導体製造装置。
  3. 前記チャックは、真空チャックであり、
    前記複数の突起のそれぞれは、前記第2の表面と接触する針を有する、請求項1に記載の半導体製造装置。
  4. 前記対象物は、前記第2の表面を有する半導体基板を含む、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
  5. 前記対象物は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられるとともに前記第2の表面を有する膜と、含む、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
  6. 前記複数の窪みは、前記吸着面の第1方向に沿って配置されるとともに前記吸着面の前記第1方向と交差する第2方向に沿って配置されてマトリクスを形成し、
    前記複数の窪みの前記第1方向に隣接する窪みの間隔は、前記複数の窪みの前記第2方向に隣接する窪みの間隔よりも狭い、請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
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