JP4337589B2 - 半導体ウェハの表面処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスの製造装置に係り、より特別には半導体ウェハの表面処理装置に関する。

半導体デバイスは多くの工程により製造される。半導体デバイスの製造工程において、マスキング及びエッチング処理は一般的に複数の工程において行われるので、マスキング及びエッチング処理を適切且つ速く実施することは、該製造工程において重要であると共に、半導体デバイス自体の製造コストの面でも影響は小さくない。

半導体圧力センサや加速度センサのセンシング部であるダイヤフラムの形成には、ウェハ面を窒化膜等でマスクし、ＫＯＨ等のエッチング液でエッチング処理を行う。処理後のマスクは不要であるため弗酸等のエッチング液を用いてエッチング処理し除去している。
従来は図６に示す様に、ウェハの回路面にワックスやレジストなどの保護材を塗布して回路面を保護し、エッチング処理を行っていたが、保護材の塗布、剥離工程において回路にキズを付けてしまいやすいという問題があった。

この問題の解決手段として開示されている従来技術がある（例えば、特許文献１参照）。この技術では微粒子化したエッチング液(以下フォグと称する)を用いてエッチング処理を行っており、回路面の保護はフォグを溶かしにくい純水等の保護液をウェハとチャックの間に満たすことでフォグの回路面への浸透を防止している。
これは回路面をキズ付けることを防止してエッチング処理を行うには有効であるが、多数のウェハを一度に処理するキャリア処理方式で処理を行う場合には、回路面の保護に用いている保護液が飛散しウェハの処理面に付着する場合があり、付着部はエッチングが進行せずエチング残りが発生してしまう為、保護液がウェハ処理面に付着しない様にウェハを配置したり、保護液を均一に保護面に行き渡らせる為に、ウェハを水平にセットする必要があるなど装置構成上の制約が多いという問題がある。

フォグ発生器は既知の技術であり、例えば下記の如き従来例が開示されている（例えば、特許文献２及び３参照）。

特開2002-190 465（第１頁） 特開2002-255 187（第２頁） 特開2003-149 428（第２頁）

本発明は上述した事情に鑑みなされたもので、隣接するウェハにエッチング残りを発生させないという点と、ウェハのセット姿勢に制約がないという点を兼ね備えた、回路面保護方法を提供可能な半導体ウェハの表面処理装置を提供することを目的とする。

本発明のその他の目的は、従来回路保護に液体を使用していたのに対し、気体を使用し、保護気体をウェハとプレート状のチャックの間にベルヌーイ効果を発生する様に供給することにより、ウェハとチャックのすき間を一定に保ち安定的に、フォグの表面処理の非処理面への進入を防止することを目的としている。
また、非処理面の保護に気体を用いることにより、保護材がウェハ処理面に付着して表面処理を阻害することが無い多数のウェハを一度に処理する、キャリア方式の表面処理装置を提供する。

本発明の請求項１の形態では、上述した目的を達成するために、半導体ウェハの表面処理装置は、前記ウェハを保持するためのキャリアと、前記キャリアを内部に収容可能であるチャンバとを具備する。前記チャンバは、前記ウェハの表面を処理するためのフォグを前記チャンバ内に供給するためのフォグ供給口と、前記フォグを排出するための排気口とを具備しており、前記キャリアは、前記ウェハを直接的に保持するための少なくとも一つのチャックプレートを具備する。フォグは、微粒子化したエッチング液である。フォグ供給口は、チャンバの底部付近に配置され、フォグ排気口は、チャンバの頂部付近に配置され、フォグ供給口とフォグ排気口は、チャンバにおいて、対角線上において対向する状態で配置される。前記チャックプレートには気体が吐出される少なくとも一つのノズルが設けられており、前記キャリアは前記ノズルに前記気体を供給するための配管装置を具備しており、前記ノズルは、前記ウェハの前記チャックプレート側の面を実質的に完全に覆うように前記気体を吐出するように配置されることを特徴とする。

この様に構成することにより、隣接するウェハにエッチング残りを発生させないという点と、ウェハのセット姿勢に制約がないという点を兼ね備えた、回路面保護方法を提供する。更に、従来回路保護に液体を使用していたのに対し、気体を使用し、保護気体をウェハとプレート状のチャックの間にベルヌーイ効果を発生する様に供給することにより、ウェハとチャックのすき間を一定に保ち安定的に、フォグの表面処理の非処理面への進入を防止する。また、非処理面の保護に気体を用いることにより、保護材がウェハ処理面に付着して表面処理を阻害することが無い、多数のウェハを一度に処理するキャリア方式の表面処理装置を提供する。数多くのウェハの表面処理が素速く且つ適切に実施可能である。上記したように本実施の形態では、回路面保護に隣接するウェハの処理に影響を与えない気体を使用するので、ウェハの配置に制約がなく、比重が小さいウェハの姿勢にも制約されることのない装置を構成することが可能である。

本発明の請求項２の形態では、上記請求項１の形態において、前記キャリアは、前記ウェハの周囲の一部を支えるウェハ支持バーを更に具備することを特徴とする。
本形態によれば、半導体ウェハの表面処理装置におけるウェハの支持形態をより具体化する。

本発明の請求項３の形態では、上記請求項２の形態において、前記ウェハ支持バーはそれ自身の軸線を中心に回転し、それにより前記ウェハを回転することを特徴とする。
本形態によれば、ウェハ支持バーを回転させることによりウェハを回転し、フォグを均等にウェハ処理面に作用させ、更なる処理時間の短縮及び処理の均一化を図ることが出来る。

本発明の請求項４の形態では、上記請求項１から３のいずれか一項の形態において、前記チャンバは実質的に気密であることを特徴とする。
本形態によれば、周囲環境に対して、汚染する等の悪影響を与えない。

本発明の請求項５の形態では、上記請求項１から４のいずれか一項の形態において、前記フォグ供給口は、前記ウェハの処理面付近に配置されるフォグノズルに流体連絡しており、前記フォグノズルは、前記ウェハの処理面であって前記チャックプレートに面する側の反対側の面に、前記フォグノズルから均等にフォグを供給するように配置されることを特徴とする。
本形態によれば、ウェハの処理面にフォグを均等に供給可能な形態をより具体化し、隣接するウェハにエッチング残りを発生させない形態をより具体化する。

また、本発明の請求項６の形態では、上記請求項１から５のいずれか一項の形態において、前記チャックプレートは垂直方向に対し角度を持って傾けられることを特徴とする。
本形態によれば、保護材がウェハ処理面に付着して表面処理を阻害することを防止可能であり、且つキャリア内に多数のウェハを効率的に配置可能であるので、多数のウェハを一度に処理可能である。また、該表面処理装置のキャリアは、よりコンパクトに構成できる。

本発明の請求項７の形態では、上記請求項１から６のいずれか一項の形態において、前記チャックプレートに設けられた前記少なくとも一つのノズルは、前記チャックプレートのウェハ保持面に対して実質的に６０度の角度で傾斜することを特徴とする。
本形態によれば、ウェハとチャックのすき間を一定に保ち安定的に表面処理の非処理面への進入を防止する、より好適な形態を開示する。

本発明の請求項８の形態では、上記請求項１から７のいずれか一項の形態において、前記少なくとも一つのノズルから吐出される気体は窒素であることを特徴とする。
本形態によれば、ウェハとプレート状のチャックの間に供給されてベルヌーイ効果を発生する保護気体を具体化する。

本発明の請求項９の形態では、上記請求項１から８のいずれか一項の形態において、前記キャリアは、前記キャリアの構造をなすエンドプレートと、前記チャックプレートにそれぞれ接続する保持プレートと、前記保持プレートを支持する連結ロッドであって、前記エンドプレートに支持される連結ロッドと、前記各保持プレートに流体的に接続する連結管とを具備する。前記少なくとも一つのノズルから吐出される気体は、前記連結管と前記保持プレートとを介して前記ノズルに供給されることを特徴とする。
本形態によれば、キャリアの構成及び保護気体の供給機構の構成をより具体化する形態を開示する。

以下、図面に基づいて本発明の第１の実施の形態の装置を詳細に説明する。
図１から図３は、本発明に係る半導体ウェハの表面処理装置の第１の実施の形態を図解的に示しており、図１は第１の実施の形態の装置の全体的な構成を示す説明図であり、図２は図１の表面処理装置の主にウェハ付近の詳細を図解的に示しており、図３は図２のウェハへの窒素吹き出しノズル付近の拡大詳細説明図である。

まず図１を参照すると、本実施の形態の表面処理装置１が示されており、表面処理装置１は、各種処理を行うチャンバ３と、ウェハの保持・回路面保護を行うキャリア(本実施例では５枚用)４と、エッチング処理面にフォグを供給するフォグノズル５とを具備する。キャリア４は図２と３に示すように、ウェハ形状の複数のチャックプレート１１(本実施例では５基)を具備しており、チャックプレート１１は保持プレート１２により、ウェハ２０に面する側の反対側の面の実質的に中心部を機械的に保持され、保持プレート１２は連結ロッド１３により機械的に保持される。連結ロッド１３は、連結されていることが好ましく、エンドプレート１４により機械的に保持される。連結ロッド１３は、複数のチャックプレート１１がキャリア４に関して同じレベルに保持するように構成されることが好ましい。チャックプレート１１は図２に示されるように、垂直方向に対して幾分傾斜するように配置されることが好ましい。

やはりキャリア４が具備する連結管１８は、両端を気密状態で保持プレート１２と給気管１９に接続して保持されると共に、圧力流体が流れる気圧回路を形成する。連結ロッド１３、ウェハ支持バー１６及び給気管１９は、エンドプレート１４で挟み込むように保持される。本実施の形態においては図２に示されるように、給気管１９の両端に雄ネジ部を設け、ナット２１を前記雄ネジ部にねじ込むことにより、エンドプレート１４を両側から挟み込むように給気管１９に固定するが、これ以外の既知な方法で固定しても良い。本実施の形態において複数のチャックプレート１１は、垂直方向において実質的に同じレベルで配置されるので、ウェハ２０は実質的に同じ高さレベルにある。従って、直線状のウェハ支持バー１６により、ウェハ２０を下から支持するようにして図中上下方向の位置決めを行う。給気管１９は各チャックプレート１１への保護気体の分配を行う。本実施の形態では保護気体として窒素を使用する。

次に、本実施の形態の処理装置の作動について図１から図３を参照して説明する。先ずチャックプレート１１上にウェハ２０をセットされたキャリア４をチャンバ３に投入し、窒素接続口２２に図示しない窒素供給源を接続する。供給される窒素は給気管１９から各連結管１８及び保持プレート１２を通り、チャックプレート１１に設けたノズル１７からウェハ面に向って吐出する。本実施の形態ではウェハ１枚あたりの窒素流量が３NL/minであることが好ましい。ノズル１７は図３に示されるように、複数個設けられ、ウェハ面に対して傾斜(本実施の形態では60°が好ましい)させることで、窒素の流線をウェハ面に沿った流れとしている。これによりウェハ２０はベルヌイ効果により、一定のギャップeを保ってチャックプレート１１上に保持され、ウェハ２０外周から均等に窒素が流出し、ウェハ回路面はフォグをウェハ外周部から吸い込むこと無く確実にフォグから保護される。

次に図示しないフォグ発生器により、微粒子化された弗酸のフォグをチャンバ３に設けられたフォグ供給口６からチャンバ３内に供給する。フォグは、一端がウェハ外周よりウェハ側に突き出るように設けられた各フォグノズル５を通りウェハ２０の処理面に供給される。これにより回路面保護に用いている窒素の気流の影響を受けること無くウェハ反応（処理）面にフォグを供給可能となる。供給され処理に係わったフォグはチャンバ３の排気口７より排気される。一定時間経過後、エッチング処理が終了すると、図示しない洗浄液供給・排出手段によりチャンバ内に洗浄液(本実施の形態では純水が好ましい)を供給し、ウェハ２０及びチャンバ３を洗浄する。洗浄が終了するとキャリア３から窒素供給源を取り外しキャリア４を取り出し処理を終了する。

図４においては、本発明の第２の実施の形態の半導体ウェハの表面処理装置３０の構成の概要が示されている。図４を参照すると、図１から３に開示される第１の実施の形態の表面処理装置１の要素部分と同じ又は同様である図４の表面処理装置３０の要素部分は、同じ参照符号により指定されている。第２の実施の形態の表面処理装置３０は、処理時間を短縮し、ウェハ面内処理速度の均一化を図る目的で構成されている。図４に示すように表面処理装置３０は、第１の実施の形態のウェハ支持バー１６の代わりに回転可能な駆動ロッド３６を具備する。本実施の形態においては、キャリア４は駆動ロッド３６を具備しており、キャリアセット状態でウェハ２０に接するように駆動ロッド３６は配置される。駆動ロッド３６を図示されない例えばモータ等の駆動装置により回転させることで、駆動ロッド３６に接するウェハ２０を回転し、フォグを均等にウェハ処理面に作用させ処理時間の短縮及び処理の均一化を図ることが出来る。また、エッチング反応速度は処理温度を上げれば速くなることから、回路面保護気体を加熱して供給すればさらに処理時間を短縮することが出来る。駆動ロッド３６は、エンドプレート１４により回転可能に２点支持されており、一方のエンドプレート１４を貫通してその端部に前記駆動装置（図示されない）が接続される。前記第１の実施の形態との相違は上記の点のみである。駆動ロッド３６は、キャリア４に付属するのではなく、チャンバ３に付属して設けても良い。

図５においては、第３の実施の形態の表面処理装置４０が示されており、本実施例は本発明のより簡素な実施の形態である。図５を参照すると、図１から３に開示される第１の実施の形態の表面処理装置１の要素部分と同じ又は同様である図５の表面処理装置４０の要素部分は、同じ参照符号により指定されている。本実施の形態ではチャンバ３内に穴の開いたプレート４１が具備される。本実施の形態では、プレート４１上にキャリア４をセットするだけでウェハ２０を処理可能である。第１の実施の形態のフォグノズル５が削除されており、プレート４１を具備する点が第１の実施の形態との相違点である。本実施の形態において、第２の実施の形態のキャリア４が使用されても良い。

次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の第１の実施の形態の半導体ウェハの表面処理装置１により以下の効果が期待できる。
・隣接するウェハにエッチング残りを発生させないという点と、ウェハのセット姿勢に制約がないという点を兼ね備えた、回路面保護方法を提供する。
・本発明の特徴は、従来回路保護に液体を使用していたのに対し、気体を使用し、保護気体をウェハとプレート状のチャックの間にベルヌーイ効果を発生する様に供給することにより、ウェハとチャックのすき間を一定に保ち安定的に、フォグの表面処理の非処理面への進入を防止する。
・また、非処理面の保護材として気体を用いることにより、保護材がウェハ処理面に付着して表面処理を阻害することが無い多数のウェハを一度に処理する、キャリア方式の表面処理装置を提供する。
・多数のウェハの表面処理が素速く且つ良好に実施可能である。
・上記したように本実施の形態では、回路面保護に隣接するウェハの処理に影響を与えない気体を使用するので、ウェハの配置に制約がなく、比重が小さいウェハの姿勢にも制約されることのない装置を構成することが可能である。

本発明の第２の実施の形態の半導体ウェハの表面処理装置３０により、第１の実施の形態の効果に加えて、以下の効果が期待できる。
・駆動ロッド３６を回転させることによりウェハ２０を回転し、フォグを均等にウェハ処理面に作用させ、更なる処理時間の短縮及び処理の均一化を図ることが出来る。

本発明の第３の実施の形態の半導体ウェハの表面処理装置４０により、第１の実施の形態の効果に加えて、以下の効果が期待できる。
・装置の構造がより簡素で、フォグノズル５が削除出来るので部品点数が少ないため、コストダウン可能である。

上記の実施例においては回路面の保護気体として窒素を用いたが、処理やウェハに影響を及ぼさない気体であれば窒素以外の気体を用いても良い。
また、同時に処理可能なウェハの数は、上記において記載した、あるいは添付図面に示した実施の形態に示す数に限定されず、これ以外の数であっても良い。

上記の実施の形態は本発明の例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。

図１は、本発明に係る半導体ウェハの表面処理装置の第１の実施の形態の全体的な構成を示す説明図である。 図２は、図１の表面処理装置の主にキャリアの構成を図解的に示す。 図３は、図２のウェハへの窒素吹き出しノズル付近の拡大詳細説明図である。 図４は、本発明に係る半導体ウェハの表面処理装置の第２の実施の形態の全体的な構成を示す説明図である。 図５は、本発明に係る半導体ウェハの表面処理装置の第３の実施の形態の全体的な構成を示す説明図である。 図６は、従来例の半導体ウェハの表面処理装置の概要及びそれによる処理工程の説明図である。

符号の説明

１…表面処理装置
３…チャンバ
４…キャリア
５…フォグノズル
６…フォグ供給口
７…排気口
１１…チャックプレート
１２…保持プレート
１３…連結ロッド
１４…エンドプレート
１６…ウェハ支持バー
１７…ノズル
１８…連結管
１９…給気管
２０…ウェハ

Claims (9)

1. 半導体ウェハの表面処理装置において、この表面処理装置は、
   前記ウェハを保持するためのキャリアと、
   前記キャリアを内部に収容可能であるチャンバと、を具備しており、
   前記チャンバは、前記ウェハの表面を処理するためのフォグを前記チャンバ内に供給するためのフォグ供給口と、前記フォグを排出するための排気口と、を具備しており、
   前記フォグは、微粒子化したエッチング液であり、
   前記フォグ供給口は、前記チャンバの底部付近に配置され、前記フォグ排気口は、前記チャンバの頂部付近に配置され、前記フォグ供給口と前記フォグ排気口は、前記チャンバにおいて、対角線上において対向する状態で配置されており、
   前記キャリアは、前記ウェハを保持するための少なくとも一つのチャックプレートを具備しており、
   前記チャックプレートには気体が吐出される少なくとも一つのノズルが設けられており、前記キャリアは前記ノズルに前記気体を供給するための配管装置を具備しており、前記ノズルは、前記ウェハの前記チャックプレート側の面を実質的に完全に覆うように前記気体を吐出するように配置されることを特徴とする表面処理装置。
2. 前記キャリアは、前記ウェハの周囲の一部を支えるウェハ支持バーを更に具備することを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
3. 前記ウェハ支持バーはそれ自身の軸線を中心に回転し、それにより前記ウェハを回転することを特徴とする請求項２に記載の表面処理装置。
4. 前記チャンバは実質的に気密であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の表面処理装置。
5. 該表面処理装置において、前記フォグ供給口は、前記ウェハの処理面付近に配置されるフォグノズルに流体連絡しており、
   前記フォグノズルは、前記ウェハの処理面であって前記チャックプレートに面する側の反対側の面に、前記フォグノズルから均等にフォグを供給するように配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の表面処理装置。
6. 前記チャックプレートは垂直方向に対し角度を持って傾けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の表面処理装置。
7. 前記チャックプレートに設けられた前記少なくとも一つのノズルは、前記チャックプレートのウェハ保持面に対して実質的に６０度の角度で傾斜することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の表面処理装置。
8. 前記少なくとも一つのノズルから吐出される気体は窒素であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の表面処理装置。
9. 前記キャリアは、
   前記キャリアの構造をなすエンドプレートと、
   前記チャックプレートにそれぞれ接続する保持プレートと、
   前記保持プレートを支持する連結ロッドであって、前記エンドプレートに支持される連結ロッドと、
   前記各保持プレートに流体的に接続する連結管と、
   を具備しており、
   前記少なくとも一つのノズルから吐出される気体は、前記連結管と前記保持プレートとを介して前記ノズルに供給されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。

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