JP2677764B2

JP2677764B2 - 半導体製造装置および半導体素子の製造方法

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Publication number: JP2677764B2
Application number: JP6075956A
Authority: JP
Inventors: 敏朴; 珍根具
Original assignee: 財団法人韓国電子通信研究所
Priority date: 1993-04-15
Filing date: 1994-04-14
Publication date: 1997-11-17
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JPH06310496A; KR960008553B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の製造工程
においてウェハの上面に塗布される平坦化用膜を形成す
る方法を含む半導体素子の製造方法および半導体製造装
置に関するもので、特に、半導体素子の製造工程におい
て半導体層を平坦化する、すなわち、金属配線のための
層間絶縁膜を平坦化する方法およびそのための半導体製
造装置であるＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−ＯｎＧｌａｓｓ：塗
布膜）コーティング装置（ｃｏａｔｅｒ）の改良に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、ＳＯＧコーティング装置は、
装置内でモータにより回転するウェハ固定板に位置する
ウェハ上に、ＳＯＧ物質を塗布して、微細パターンの半
導体層を平坦化する装置として、６４メガＤＲＡＭ（Ｄ
ｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒ
ｙ）の製造に広く用いられる。

【０００３】図１に示されるように、半導体素子を製造
する工程において、ＳＯＧコーティング装置は、ウェハ
１１を平坦化するため、例えば、金属配線を形成するた
め、ウェハ１１上に形成された層間絶縁膜を平坦化する
ために、電源が印加されて動作するモータ（図示されて
いない）の回転力により回転されるウェハ固定板１３
に、ウェハ１１が固定された状態で、上記ウェハ固定板
１３を収容するハウジング（図示されていない）の内部
に注入されたＳＯＧ物質１２が、上記ウェハ１１の中心
部に投入される。

【０００４】この時、上記ウェハ固定板１３と共に矢印
Ｒ方向に（または反対方向に）回転される上記ウェハ１
１上のＳＯＧ物質１２は、遠心力により、上記ウェハ１
１の上部全面に広がりながら、矢印方向（Ｈ）に塗布さ
れる。

【０００５】しかし、上記ＳＯＧ物質１２は、液相で投
入されて塗布されるので、ウェハの表面張力により、上
記ウェハ１１の縁には、図１に示されるように、他の部
分（中心部を含む）より厚く塗布される。

【０００６】このように、ＳＯＧコーティング装置でウ
ェハ１１の表面にＳＯＧ物質１２を塗布する場合、ウェ
ハ１１の縁の厚さが相対的に厚くなるので、平坦化がな
されない。

【０００７】このようなウェハ上のＳＯＧ物質１２の非
平坦化は、引き続き行われる半導体素子の工程中、塗布
された物質を処理する過程においてクラック（ｃｒａｃ
ｋ）発生の要因として作用する。

【０００８】なお、ウェハ上のＳＯＧ物質１２の非平坦
化は、表面状態が不良であるので、他の物質との界面接
着力が低下し、結局、半導体素子の特性に影響を及ぼす
微粒子発生（ｐａｒｔｉｃｌｅｇｅｎｅｒａｔｉｏ
ｎ）原因として作用する。

【０００９】上記ウェハ上のＳＯＧ物質の非平坦化を解
消するための従来の技術は、ＳＯＧコーティング装置内
で、ウェハの縁（Ｅｄｇｅ）に相対的に厚く形成された
ＳＯＧ物質を、化学薬品を用いて選択的に融解させる方
法である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
化学的融解方法は、ＳＯＧ物質を回転されるウェハ上で
塗布した後、ＳＯＧコーティング装置のハウジング内で
化学的に処理しなければならないので、二つの工程が追
加される。

【００１１】すなわち、化学薬品を用いて、ウェハの縁
に厚く形成されたＳＯＧ物質を、他の部分のＳＯＧ物質
の厚さと一致するように、選択的に融解する工程、およ
び、上記融解された微粒子を洗浄する工程が追加され
る。

【００１２】このような二つの工程を追加すること以外
にも、上記融解工程から発生される微粒子により汚染が
発生されることもある。

【００１３】従って、本発明の主要目的は、半導体素子
の製造工程において、回転されるウェハ上に、平坦化用
物質がウェハの全表面上に均等に塗布されるようにする
方法を含む半導体素子の製造方法および半導体製造装置
を提供することにある。

【００１４】本発明の他の目的は、ウェハ上に塗布され
た平坦化用物質を化学的に融解する工程および洗浄工程
を行わず、上記平坦化用物質の塗布工程だけで、上記物
質がウェハの全表面に均等に塗布されるようにする半導
体素子の製造方法および半導体製造装置を提供すること
にある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の半導体製造装置は、電源が印加されて回転す
るモータと、このモータにより回転され、ウェハを固定
する固定板と、上記固定板を収容するハウジングと、上
記ハウジングを通じて上記固定板に載置されたウェハの
上面に平坦化用ＳＯＧ物質を注入するＳＯＧ物質注入部
を含み、上記モータの回転力による固定板の回転によ
り、ＳＯＧ物質が上記ウェハ上に塗布されるようにする
ＳＯＧコーティング装置に、上記ウェハの縁面に熱エネ
ルギを供給する熱エネルギ供給手段を付加した構成を有
する。

【００１６】上記熱エネルギ供給手段は、電力を供給す
る電源供給部と、上記ウェハの縁面に所定の間隔で位置
し、上記電力により熱エネルギを発生する発熱部とで構
成される。この熱エネルギ供給手段には、上記発熱部が
上記ハウジングの側壁で支持されるようにした発熱部支
持手段を付加することもできる。

【００１７】上記発熱部は、上記ウェハの一方の上面ま
たは上下部面、または、ウェハの周縁部の対向する位置
（例えば、２ヵ所）で、その両面の縁に熱を供給するよ
うにして、ヒータコイルとランプおよびレーザ光源の中
で少なくとも一つで構成される。

【００１８】なお、上記ウェハの上面は、平坦化用ＳＯ
Ｇ物質が塗布される面と相応する。また、上記発熱部に
は、上記ウェハの縁から中心方向へ移動させる移動手段
を付加させることができる。

【００１９】また、本発明の他の態様によれば、半導体
ウェハの中心部に、ＳＯＧ物質を投入する処理と、ウェ
ハを回転させて、ＳＯＧ物質をウェハの中心部から縁部
に分散させる処理と、縁部に位置するＳＯＧ物質の粘性
係数を低下させるため、ウェハの縁部を、予め定めた温
度で加熱する処理とを含むことを特徴とする半導体素子
の製造方法が提供される。

【００２０】

【作用】このような熱エネルギ供給手段により熱エネル
ギを受けるウェハの縁では、熱エネルギが、ＳＯＧ物質
の回転塗布時の粘性係数を小さくするために、上記縁の
付近においての表面張力が低くなり、均等な厚さにＳＯ
Ｇ物質が塗布されるのである。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。

【００２２】まず、本発明の原理について、図２を参照
して説明する。図２は、本発明の半導体製造装置に適用
される原理を説明するためのグラフで、粘性係数値によ
り半導体製造装置のウェハ固定板の回転速度とＳＯＧ物
質の膜厚との関係を示している。

【００２３】回転されるウェハ上に塗布される平坦化用
ＳＯＧ物質は、各々固有の物理的特性である粘性係数を
有している。このような物理的な特性の粘性係数は、温
度変化により変化する。すなわち、粘性係数は、温度が
高くなるしたがって、次の式（１）のように、指数的
（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ）に減少することになる。

【００２４】

【数１】η＝Ａｅｘｐ（ΔＥ／ＲＴ）ここで、ηは粘性係数で、ＡおよびＲは常数であり、Ｅ
は物質のエネルギで、Ｔは温度である。

【００２５】例えば、エタノール（ｅｔｈａｎｏｌ）、
カーボン（ｃａｒｂｏｎ）、ベンゼン（ｂｅｎｚｅｎ
ｅ）等のような物質は、温度（Ｔ）が高くなるにしたが
って、粘性係数（η）が小さくなる。

【００２６】図２のように、粘性係数が互いに異なるＳ
ＯＧ物質（η_a＝１．５４，η_b＝１．５１，η_c＝１．
３８）をウェハ上で回転塗布させる時、回転速度により
塗布された膜の厚さ分布を示している。図面において、
グラフａ，ｂ，ｃの各粘性係数（η_a，η_b，η_c）は、
温度２５°の条件で、各々、η_a＝１．５４，η_b＝１．
５１，η_c＝１．３８であり、回転速度２０００ｒｐｍ
で塗布された各膜の厚さは、３２００Å，２２００Å，
１４００Åである。ここで、わかるように、粘性係数が
小さい程、回転塗布される膜の厚さも薄くなる。

【００２７】しかし、従来の半導体製造装置を用いる場
合、ウェハの縁には、中心部とは異なり２〜３倍厚いＳ
ＯＧ物質の厚さを有する。その理由は、ＳＯＧ物質自体
の物理的特性である凝集力のみでなく、回転による遠心
力およびウェハの表面張力が存在するからである。

【００２８】そこで、ウェハの縁にも其の他の部分と均
等な膜厚で、ＳＯＧを形成するためには、縁に位置する
ＳＯＧ物質の粘性係数を低下させて、上記縁のＳＯＧ物
質の凝集力とウェハの表面張力を低下させればよい。そ
れによって、ＳＯＧ物質の回転塗布時、ウェハの縁に
は、ＳＯＧ物質の一定の量のみが残ることになり、余分
のＳＯＧ物質が、遠心力によりウェハから離脱される。
従って、ウェハの縁でも、均等な膜厚でＳＯＧ物質が塗
布される。

【００２９】上述した如く、ＳＯＧコーティング装置の
回転塗布時、ウェハの縁にあるＳＯＧ物質の粘性係数を
減少させるためには、式（１）で示されるように温度を
高くすればできる。例えば、図２のグラフ（ａ）に示さ
れるように、粘性係数（η）が１．５４であるＳＯＧ物
質を、温度７０℃程度に加熱した時、その粘性係数は
１．３８に低下する。そして、２０００ｒｐｍの回転速
度では、塗布される膜の厚さも、約３２００Åから約１
５００Åに低下する。

【００３０】次に、本発明の半導体製造装置の一実施例
について、図３を参照して説明する。

【００３１】図３は、本発明の一実施例である半導体製
造装置の概略的構造を示した断面図である。なお、図３
において、図１に図示された構成部分と同一なものに対
しては、同一の参照番号を用いる。

【００３２】本実施例の半導体製造装置は、一般的なＳ
ＯＧコーティング装置に熱エネルギ供給手段１４を付加
したものである。

【００３３】図３で、熱エネルギ供給手段１４は、ヒー
タコイルまたはランプで構成される発熱部１４ａ，１４
ｂと、この発熱部１４ａ，１４ｂに電力を供給する電源
供給部（図示されていない）とで構成される。

【００３４】上記発熱部１４ａ，１４ｂは、上記電源供
給部から提供された電力により熱を発生してウェハ１１
の縁表面に加える。上記ウェハ１１の縁表面に位置した
ＳＯＧ物質は、上記発熱部１４ａ，１４ｂから提供され
た熱エネルギにより加熱されて、結局、その粘性係数が
低くなる。従って、ウェハ固定板１３により固定された
ウェハ１１が回転されつつ、その表面上にＳＯＧ物質が
塗布される時、縁に位置したＳＯＧ物質は、上記発熱部
１４ａ，１４ｂにより提供された熱エネルギにより、そ
の粘性係数が低下されて、一定分量のみが残り、余り
は、ウェハ１１から離脱されて均等になる。

【００３５】本実施例は、上記発熱部１４ａ，１４ｂ
を、ハウジングの側壁（図示せず）で支持するための発
熱部支持手段として、支持部材１４ｆと、これを側壁に
取り付けるための機構（図示せず）とをさらに有する。

【００３６】発熱部１４ａ，１４ｂは、それぞれ発熱部
支持部材１４ｆで、支持される。この発熱部支持部材１
４ｆは、その一部が、図示していないハウジングに、後
述する取り付け機構により、変位可能に取り付けられ
る。この発熱部支持部材１４ｆには、発熱部を、ウェハ
の半径方向に移動させる移動手段が連結される。すなわ
ち、発熱部は、発熱部支持部材を介して、移動手段によ
りウェハの半径方向に移動できる。

【００３７】この移動手段は、例えば、モータと、この
モータの回転を減速するギア機構と、回転運動を直線運
動に変換する変換機構、例えば、ラック・ピニオンとで
構成することができる。そして、例えば、ラックを、発
熱部支持部材１４ｆの一部に取り付けることにより、発
熱部支持部材を半径方向に往復運動させるようにするこ
とができる。

【００３８】移動手段は、上記の例に限られない。例え
ば、移動手段をエアシリンダで構成し、このエアシリン
ダのピストンを、発熱部支持部材に連結する構成とする
ことができる。また、発熱部をアームの先端に取り付
け、該アームを、ウェハの半径方向に変位するように、
揺動させる構造としてもよい。

【００３９】発熱部支持部材１４ｆを側壁に取り付ける
ための取り付け機構は、発熱部を移動させる機構の構造
によっても異なるが、例えば、発熱部を直線的に移動さ
せる機構を有する場合には、この直線運動を行う部材
を、変位自在に支持する機構であればよい。また、発熱
部を支持するアームを揺動する形式であれば、回転軸を
支持する構造であればよい。

【００４０】次に、本実施例の装置を用いて、半導体装
置の製造を行う方法の一例について説明する。なお、こ
こでは、ＳＯＧ物質をコーティングすることについて説
明する。このコーティングの前後の工程は、一般的な工
程であり、説明を省略する。

【００４１】本実施例では、ＳＯＧ物質のコーティング
のため、ＳＯＧ物質投入処理、ＳＯＧ物質分散処理、お
よび、ＳＯＧ物質加熱処理が行われる。これらの処理
は、現象的には、記載の順に作用するが、処理の操作と
しては、実質的に並行的に行うことができる。

【００４２】まず、ＳＯＧ物質投入処理では、半導体ウ
ェハ１１を、ウェハ固定板１３に固定し、半導体ウェハ
１１の中心部に、ＳＯＧ物質を投入する。

【００４３】また、ＳＯＧ物質分散処理では、ウェハ固
定板１３を図示しないモータを駆動して回転させ、ウェ
ハ１１を回転させる。これにより、ＳＯＧ物質を、ウェ
ハ１１の中心部から縁部に分散させる。この工程は、前
記のＳＯＧ物質投入工程の後に行ってもよい。

【００４４】さらに、ＳＯＧ物質加熱処理では、発熱部
１４ａ，１４ｂを、支持部材１４ｆを介して、図示しな
い駆動機構により、半径方向に移動させ、ウェハ１１の
縁部に位置させる。そして、図示しない電源供給部から
の通電等により、発熱部１４ａ，１４ｂを発熱させる。
具体的には、例えば、発熱部１４ａ，１４ｂがヒータコ
イルで構成されている場合、これに、一定の電流を供給
して発熱させる。この電流は、予め定めた加熱温度とな
るように設定しておく。具体的には、例えば、実験によ
り予め決定しておいた電流値とする。

【００４５】これにより、上記発熱部１４ａ，１４ｂか
ら提供された熱エネルギによって、ウェハ１１の縁部に
位置するＳＯＧ物質が加熱されて、その粘性係数が低下
する。縁に位置したＳＯＧ物質は、粘性係数が低下して
いるので、その一部は、ウェハの回転に伴う遠心力でウ
ェハ１１から離脱する。この結果、ウェハ１１の縁部に
は一定分量のみが残る。従って、縁部にＳＯＧ物質が余
分には溜らないので、ウェハ全体として、均一な膜厚で
ＳＯＧ物質がコーティングできる。

【００４６】なお、発熱部１４ａ，１４ｂによる加熱
は、上記のＳＯＧ物質の分散処理と併せて行う。

【００４７】上記実施例では、図３に図示されたよう
に、発熱効果を高くするために発熱部１４ａ，１４ｂが
上記ウェハ１１の縁の上下部面を全部加熱させる構造に
なっている。しかし、本発明は、これに限定されるもの
ではない。例えば、ウェハ１１の上面にのみ、発熱部１
４ａを設置して、加熱させる構造としても、上記実施例
と殆ど類似した効果を期待することができる。

【００４８】上記実施例よりも高い加熱効果を得るため
に、図４（ａ）と（ｂ）に図示されるように、本発明の
半導体製造装置は、上記ウェハ１１の１箇所に形成され
た発熱部１４ａ，１４ｂと、これと対向する位置にある
他の箇所に形成された発熱部１４′ａ，１４′ｂとを備
えることもできる。

【００４９】図４（ｂ）で、参照番号１５は、ＳＯＧコ
ーティング装置のハウジングで、このハウジング１５
に、上記発熱部１４ａ，１４ｂ、１４′ａ，１４′ｂが
取り付けられる。

【００５０】上記熱エネルギ供給手段１４は、上記図３
に示した例と同様に、電源供給部および発熱部１４ａ，
１４ｂ、１４′ａ，１４′ｂの外に、上記発熱部を上記
ハウジング１５の側壁で支持するための発熱部支持手段
として、支持部材１４ｆ，１４′ｆと、これを側壁に取
り付けるための機構（図示せず）とを付加することがで
きる。

【００５１】また、上記発熱部１４ａ，１４ｂ、１４′
ａ，１４′ｂは、また、上記した例と同様に、上記ハウ
ジング１５からウェハ１１の中心方向へ移動するための
移動手段と有機的に結合されている。すなわち、発熱部
は、発熱部支持部材１４ｆ，１４′ｆを介して、移動手
段によりウェハの半径方向に移動できる構造となってい
る。

【００５２】上記発熱部は、ランプまたは電気ヒータで
構成されるものを実施例に提供しているが、図５に示さ
れるように、レーザ光源１４ｅのような発熱する発熱体
で、構成しても、望ましい効果を期待することができ
る。

【００５３】図５で、参照番号１４ｆは、上記レーザ光
源１４ｅを支持しながら、上記ハウジング１５に支持さ
れるようにする発熱部支持部材である。この例の場合に
も、上述した例と同様に、レーザ光源１４ｅを、ウェハ
の半径方向に移動させる手段が設けられる。

【００５４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、ウェ
ハ上にＳＯＧ物質を塗布する時、縁の部分にも中心部と
同じく均等な厚さに塗布することができる。また、従来
のような化学処理工程が不要で、簡単な工程により、平
坦化用ＳＯＧ物質を均等に塗布することができる。

【００５５】これにより、追って行われる工程の終了で
製造される半導体素子は、クラック発生の抑制により、
良好な動作特性を有することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の半導体製造装置であるＳＯＧ（Ｓｐｉｎ
−ＯｎＧｌａｓｓ）コーティング装置の一部構造を示
した断面図。

【図２】本発明による半導体製造装置に適用される原理
を説明するためのグラフ。

【図３】本発明の一実施例による半導体製造装置の構造
を示した断面図。

【図４】（ａ）と（ｂ）は本発明の他の実施例による半
導体製造装置の構造を示した断面図および平面図。

【図５】本発明のまた他の実施例による半導体製造装置
の構造を示した断面図。

【符号の説明】

１１ウェハ１２ＳＯＧ物質１３ウェハ固定板１４熱エネルギ供給部１５ハウジング

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電源が印加されて回転力を発生するモー
タと、このモータにより回転しながらウェハを固定する
固定板と、上記固定板を収容するハウジングと、上記ハ
ウジングを通じて上記固定板に載置されたウェハに平坦
化用ＳＯＧ物質を注入するＳＯＧ物質注入部を含み、上
記固定板の回転によりＳＯＧ物質を上記ウェハ上に塗布
する半導体製造装置において、上記ウェハの縁面に、熱エネルギを供給する熱エネルギ
供給手段を含み、上記熱エネルギ供給手段は、電力を供給する電源供給部
と、上記ウェハの縁面に所定間隔で位置し、上記電力に
より熱エネルギを発生する発熱部で構成され、上記発熱部は、上記ウェハの上面または上下部面の縁に
熱を供給することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】請求項１において、上記ウェハの上面
は、平坦化用ＳＯＧ物質が塗布されることを特徴とする
半導体製造装置。
【請求項３】請求項１において、上記発熱部は、上記
ウェハの上面に熱を供給するものであり、当該発熱部を
上記ウェハの縁から中心方向へ移動するための移動手段
を付加したことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】請求項１において、上記発熱部は、上記
ウェハの周縁部の対向する位置で、熱エネルギを発生す
ることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】請求項１において、上記熱エネルギ供給
手段は、上記発熱部を、上記ハウジングの側壁から上記
ウェハの中心方向へ移動するための発熱部支持手段を含
むことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】請求項１または請求項５において、上記
発熱部は、ヒータコイルで構成されることを特徴とする
半導体製造装置。
【請求項７】請求項１または請求項５において、上記
発熱部は、ランプで構成されることを特徴とする半導体
製造装置。
【請求項８】請求項１または請求項５において、上記
発熱部は、レーザ光源で構成されることを特徴とする半
導体製造装置。
【請求項９】半導体ウェハの中心部に、ＳＯＧ物質を
投入する処理と、ウェハを回転させて、ＳＯＧ物質をウ
ェハの中心部から縁部に分散させる処理と、縁部に位置するＳＯＧ物質の粘性係数を低下させるた
め、発熱部を上記ウェハの縁面に所定間隔で位置させ、
ウェハの上面または上下部面の縁部を、予め定めた温度
で加熱する処理とを含むことを特徴とする半導体素子の
製造方法。