JP4693642B2

JP4693642B2 - 半導体装置の製造方法および洗浄装置

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Publication number: JP4693642B2
Application number: JP2006021024A
Authority: JP
Inventors: 村剛松; 住宜弘魚; 崎邦浩宮
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2011-06-01
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Description

本発明は、半導体装置の製造方法および洗浄装置に関する。

半導体装置の製造工程において、一般に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）が半導体基板のエッチングまたは半導体基板上に形成された構造体のエッチングに用いられている。半導体基板または構造体をＲＩＥでエッチングすると、半導体基板または構造体にエッチング残渣物（以下、単に、残渣物ともいう）が付着する。この残渣物は、一般に、ポリマーとも呼ばれている。

この残渣物を除去するために、ＲＩＥ工程後、半導体基板をポリマー除去液に晒す。従来、この工程では、複数の半導体基板をロットごと、あるいは、バッチごとに一括処理していた。即ち、半導体基板等に付着した残渣物の量に関わらず、複数の半導体基板を所定時間だけポリマー除去液に浸漬していた。

しかし、複数の半導体基板を一括処理すると、残渣物の付着量の相違によって半導体基板または構造物のパターン形状が変わってしまう。例えば、もし、層間絶縁膜に付着する残渣物の量が少なかった場合には、その層間絶縁膜が、ポリマー除去液によって過剰にエッチングされるおそれがある。これにより、ダマシン法により層間絶縁膜内に形成される配線を広くしてしまう。その結果、半導体装置の電気特性に大きな影響を与える。また、もし、層間絶縁膜およびＶＩＡの底に付着する残渣物の量が多かった場合、残渣物が完全に除去されずに残存するおそれがある。これは、配線のショートによる不良、配線のオープンによる不良、あるいは、ＶＩＡコンタクトの不良の原因となる。その結果、やはり半導体装置の電気特性に大きな影響を与える。

また、一般に、ボリマー除去液は、環境保全および低コスト化のために、使用後の液を循環させ、その液を再利用している。しかし、多数の半導体基板を同一のポリマー除去液を用いて処理した場合、半導体基板の処理枚数の増加に伴い、エッチングレートが変動する。これは、半導体基板から溶け出したポリマー成分がポリマー除去液に残留し、この除去液内のポリマー成分の濃度が上昇するからである。ポリマー除去液のエッチングレートが変化すると、上述のように、半導体装置の電気的特性に影響を与える。一方で、ポリマー除去液を頻繁に交換することは、環境に悪影響を与えるおそれがあり、かつ、コストを増加させる。
特開平０７−１９３０４５号公報

そこで、半導体基板または半導体基板上に形成された構造体に付着する残渣物を、各半導体基板に対して適切な条件で除去することができる半導体装置の製造方法および洗浄装置を提供する。

本発明に係る実施形態に従った半導体装置の製造方法は、半導体基板または該半導体基板上に形成された構造体をドライエッチングし、前記半導体基板を回転させつつ、液体を吐出するノズルを該半導体基板の端から中心へ向かって走査させるとともに前記半導体基板へ液体を供給し、供給後の前記液体の比抵抗または導電率を周期的または連続的に計測し、前記半導体基板または前記構造体に付着したエッチング残渣物を除去する際に、前記液体の比抵抗または導電率に基づいて前記半導体基板の少なくとも端部および中心部における温度をそれぞれ制御し、前記エッチング残渣物を除去する除去液を、前記半導体基板に供給する。

本発明に係るさらに他の実施形態に従った半導体装置の製造方法は、半導体基板または該半導体基板上に形成された構造体をドライエッチングし、前記半導体基板に液体を供給し、供給後の前記液体の比抵抗または導電率を計測し、前記液体の比抵抗または導電率に基づき、前記エッチング残渣物を除去する除去液を前記半導体基板上に滞留させるパドル時間を決定し、前記半導体基板の表面パターンの粗密に基づいて前記エッチング残渣物を除去する除去液と前記半導体基板との相対温度を決定し、前記半導体基板または前記構造体に付着したエッチング残渣物を除去する際に、前記半導体基板に対して前記相対温度だけ異なる前記除去液を前記半導体基板に供給し、前記パドル時間だけ前記除去液を前記半導体基板上に滞留させる。

本発明に係る実施形態に従った洗浄装置は、エッチング残渣物が付着した半導体基板を搭載し、この半導体基板を回転させることができ、尚且つ、前記半導体基板の温度を制御可能なステージと、前記半導体基板の端から中心へ向かって走査しつつ、前記半導体基板の表面に液体を吐出する第１のノズルと、前記半導体基板に吐出した後の液体の比抵抗または導電率を測定する測定部と、前記半導体基板に付着したエッチング残渣物を除去する除去液を吐出する第２のノズルと、前記液体の比抵抗または導電率に基づき、前記半導体基板に前記除去液を供給するときの前記半導体基板の少なくとも端部および中心部における温度をそれぞれ決定する演算部と、前記ステージを前記演算部によって決定された温度に制御する温度制御部とを備えている。

本発明による半導体装置の製造方法および洗浄装置は、半導体基板または半導体基板上に形成された構造体に付着する残渣物を、各半導体基板に対して適切な条件で除去することができる。

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。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る実施形態に従った半導体基板の洗浄装置１００の概略図である。尚、図１の実線は信号の送受信を示し、破線は、純水または薬液の移動を示している。洗浄装置１００は、ＲＩＥによるエッチング残渣物（以下、ポリマーともいう）を除去するために、半導体基板５にポリマー除去液を供給するように構成されている。例えば、洗浄装置１００は、ステージ１０、第１のノズル２０、測定部３０、第２のノズル４０、温度制御装置５０、演算部６０およびドレン７０を備えている。

ステージ１０は、半導体基板５を搭載し、この半導体基板５を回転させることができる。さらに、ステージ１０は、温度制御装置５０に従って半導体基板５の温度を制御することができるように構成されている。

第１のノズル２０は、純水槽２２から供給された純水を半導体基板５の表面に吐出しつつ、ステージ１０の端とその中心部との間を移動することができる。ポリマーにはイオンが含まれている。第１のノズル２０から半導体基板５に供給された純水は、残渣物からイオンを除去してドレン７０へ流れ落ちる。

ドレン７０は、半導体基板５から流れ落ちた液体を収容するように配置されている。測定部３０は、このドレン７０に流れ落ちた液体の導電率を測定し、この導電率の情報を演算部６０へ送信する。液体の導電率は液体中のイオン濃度と相関関係にあり、尚且つ、液体中のイオン濃度は、エッチング残渣物の量と相関関係にある。従って、液体の導電率が判明すると、半導体基板５に付着したポリマーの量が判明する。そこで、演算部６０は、液体の導電率に基づいて、半導体基板５をポリマー除去液に晒す時間を決定する。液体の導電率とポリマー除去液に晒す時間との相関関係は、予めメモリ８０に格納しておけばよい。なお、このとき、ドレン７０に流れ落ちた液体は廃棄される。

第２のノズル４０は、ポリマー除去液を吐出する。第２のノズル４０は、第１のノズル２０と同様にステージ１０の端とその中心部との間を移動することができる。第２のノズル４０は、演算部６０で決定された時間だけ除去液を半導体基板５へ供給する。半導体基板５からドレン７０に流れ落ちたポリマー除去液は、循環槽４２に回収される。フィルタ等（図示せず）を用いてこのポリマー除去液から不純物を回収した後、ポリマー除去液は再利用される。

温度制御装置５０は、ステージ１０、純水槽２２内の純水および循環槽４２内のポリマー除去液のそれぞれの温度を制御する。本実施形態では、純水およびポリマー除去液の各温度は一定とする。

図２は、洗浄装置１００の動作の流れを示すフロー図である。洗浄装置１００とは異なるエッチング装置（図示せず）において、ＲＩＥを用いて半導体基板５をドライエッチングし、あるいは、半導体基板５上に形成された構造体をドライエッチングする（Ｓ１０）。次に、洗浄装置１００のステージ１０上に半導体基板５を真空吸着させ、ステージ１０を半導体基板５とともに回転させる。このとき、温度制御装置５０は、ステージ１０および半導体基板５の温度を一定に維持する。次に、第１のノズル２０が半導体基板５へ純水を供給する（Ｓ２０）。このとき、第１の実施形態では、第１のノズル２０は、半導体基板５の中心に位置付けられ、純水を所定の流量で供給する。この純水は、半導体基板５の表面を洗浄し、その後、ドレン７０へ流れ落ちる。

ＲＩＥで用いたエッチングガスによってポリマーに含まれるイオン成分が異なる。例えば、ＣＦ系のガスを含むエッチングガスを用いた場合、フッ素イオンがポリマーに含まれる。よって、この場合、ドレン７０へ流れ落ちた水の中には、フッ素イオンが含まれる。例えば、アンモニアガスを含むエッチングガスを用いた場合、アンモニウムイオンがポリマーに含まれる。よって、この場合、ドレン７０へ流れ落ちた水の中には、アンモニウムイオンが含まれる。さらに、例えば、ＨＢｒガスを含むエッチングガスを用いた場合、臭素イオンがポリマーに含まれる。よって、この場合、ドレン７０へ流れ落ちた水の中には、臭素イオンが含まれる。

測定部３０は、ドレン７０へ流れ落ちた水の導電率を周期的または連続的にリアルタイムで測定する（Ｓ３０）。ドレン７０へ流れ落ちた水に含まれるイオン成分によって水の導電率が変化するので、水の導電率を測定することによって、半導体基板５に付着したポリマー量を推測することができる。尚、水の導電率の計測方法は公知の方法を用いてよい。

図３は、純水での洗浄時間とこの水の導電率との関係を示すグラフである。このグラフによると、洗浄開始から徐々に導電率が上昇している。これは、ポリマーに含まれたイオンが半導体基板５上に供給された純水に徐々に溶解しているからである。グラフの最大値Ｐにおいて、水に含まれるイオンの量が最大となる。その後、徐々に導電率が低下している。これは、ポリマー中のイオンが減少し、それにより、水に溶解するイオンの量が低下するからである。測定部３０は、この測定結果を演算部６０に送信する。

第１のノズル２０が純水の供給を停止した後、ステージ１０は、半導体基板５をさらに回転し、半導体基板５に付着する水分を除去する。これにより、ポリマー除去液が水分で希釈されることを防止する。半導体基板５に発生するウォータマークを防止するために、窒素パージを行いながら水分を除去してもよい。ポリマー除去液として水分の多い水溶液を用いる場合には、半導体基板５は、完全に乾燥させる必要はない。

図２を再度参照する。演算部６０は、導電率の最大値Ｐに基づいて、半導体基板５をポリマー除去液に晒す時間を決定する。即ち、演算部６０は、第２のノズル４０がポリマー除去液を半導体基板５へ供給する時間を決定する（Ｓ４０）。導電率の最大値Ｐは、半導体基板５に付着したポリマー量と比例関係にある。従って、導電率の最大値Ｐによって、ポリマー量が判明する。また、ポリマー除去液がポリマーを除去するときのエッチングレートは、予め判明している。よって、導電率の最大値Ｐとポリマー除去液の供給時間との相関関係は、予め設定することができる。この相関関係を示すテーブルは、洗浄装置１００の内部またはその外部に設けられたメモリ８０に予め格納してもよく、これに代えて、演算部６０内のメモリ（図示せず）に予め格納してもよい。演算部６０は、導電率のピーク値Ｐに対応するポリマー除去液の供給時間のデータをメモリから獲得し、この供給時間だけ半導体基板５へポリマー除去液を供給するように第２のノズル４０を制御することができる。

次に、第２のノズル４０は、演算部６０の決定した供給時間に従って、ポリマー除去液を半導体基板５へ供給する（Ｓ５０）。本実施形態では、第２のノズル４０は、半導体基板５の中心に位置付けられ、ポリマー除去液を所定の流量で供給する。このポリマー除去液の温度は一定に維持されている。ポリマー除去液は、半導体基板５または半導体基板５上に設けられた構造体に付着したポリマーを除去し、続いて、ドレン７０へ流れ落ちる。使用後のポリマー除去液は循環槽４２によって回収され、ポリマー除去のために再度利用される。

次に、半導体基板５に残存するポリマー除去液を純水で洗浄し、振り切り乾燥によって乾燥させる（Ｓ６０）。乾燥手段は、ＩＰＡベーパー乾燥でも良い。その後、半導体基板５は従来の工程を経てよい。それにより、半導体基板５上に半導体装置が形成される。

第１の実施形態において、ポリマー除去液は複数種類用いてもよい。

第１の実施形態では、測定部３０は水の導電率を測定した。しかし、測定部３０は水の比抵抗を測定してもよい。比抵抗は、導電率と反比例する。従って、演算部６０は、比抵抗の最小値に基づいてポリマー除去液の供給時間を決定すればよい。さらに、測定部３０はこの水の中のイオン濃度を検出してもよい。イオン濃度は導電率と比例するので、イオン濃度の最大値に基づいてポリマー除去液の供給時間を決定することができる。

また、上記の実施形態では、演算部６０はポリマー除去液の供給時間を決定した。しかし、演算部６０は、ポリマー除去液の供給量を決定してもよい。第２のノズル４０はポリマー除去液を所定の流量で供給するので、ポリマー除去液の供給量を決定すれば、ポリマー除去液の供給時間が自ずと決まる。

このように、本実施形態は、ポリマー除去液による洗浄を実施する前に、純水を用いた洗浄工程を導入し、各半導体基板に付着したポリマー量を推定する。このポリマー量に対応した時間だけ半導体基板をポリマー除去液に晒す。これにより、半導体基板ごとにポリマーの付着量が異なる場合であっても、各半導体基板に対して適切な洗浄を行うことができる。

また、ポリマー除去液による処理を実施する前に純水を用いた洗浄工程（プレ洗浄ともいう）を導入すると、この純水が、ポリマー中のイオン成分を除去する。これにより、ポリマー除去液のエッチングレートが半導体基板の処理枚数によらず安定化する（図４参照）。

図４は、ポリマー除去液のエッチングレートと半導体基板の処理枚数との関係を示すグラフである。棒グラフが処理枚数を示し、折れ線グラフがエッチングレートを示す。左縦軸がエッチングレート（オングストローム／３分）を示し、右縦軸が処理枚数を示す。横軸は、日付を示している。矢印で示した日付は、ポリマー除去液を交換した日を示している。

３／２２にポリマー除去液を交換し、３／２２〜４／１９の間、本実施形態に従って半導体基板を処理した。次に、５／５にポリマー除去液を交換し、５／５〜６／１の間、従来例に従って半導体基板を処理した。ポリマー除去液は、次回交換されるまでの間、洗浄装置１００内を循環し、フィルタ等を用いて不純物を取り除いた後にポリマー除去液として再度利用される。

まず、従来例に従った洗浄装置の場合（５／５〜６／１）、処理枚数が増加するに伴い、ポリマー除去液のエッチングレート（Ｅ／Ｒ）が上昇している。例えば、エッチングレートの許容範囲が３オングストローム／３分であるとすると、処理枚数が約６００枚を超えると、エッチングレートは、その許容範囲を超えるおそれがある。従来では、プレ洗浄を行なうことなく、半導体基板５をポリマー除去液に浸漬している。これにより、ポリマー除去液内のイオン濃度が上昇し、エッチングレートが上昇する。

一方で、本実施形態による洗浄装置の場合（３／２２〜４／１９）、処理枚数が増加しても、ポリマー除去液のエッチングレートは、ほとんど変化していない。例えば、ポリマー除去液の交換当初（３／２２）のエッチングレートは約１．７オングストローム／３分である。これに対し、１２００枚以上の半導体基板を処理した後のエッチングレートは約１．９オングストローム／３分である。これは、本実施形態では、プレ洗浄を行なっているので、ポリマー除去液のイオン濃度がほとんど変化しないからである。このように、本実施形態によれば、ポリマー除去液の交換周期を従来と同程度以上にしつつ、ポリマー除去液のエッチングレートをほぼ一定に維持することができる。その結果、ポリマー除去液の寿命を従来よりも長くすることができるので、本実施形態は、環境に悪影響を与えず、かつ、コストを低下させることができる。勿論、本実施形態は、ポリマー除去液を循環利用せずに、１回の使用でポリマー除去液を廃棄する場合であっても適用可能である。

本実施形態は、ＲＩＥの処理後にポリマー除去を行なう総ての工程に適用可能である。例えば、本実施形態は、ダマシンプロセスまたはデュアルダマシンプロセスにおいて、層間絶縁膜に配線溝やＶＩＡを形成した後のポリマー除去工程に適用することができる。また、本実施形態は、ゲート電極をエッチングした後のポリマー除去工程にも適用することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、半導体基板５に付着したポリマー量の分布に基づいて、ポリマー除去工程における半導体基板５の端部の温度とその中心部の温度とを相違させる。これにより、半導体基板５の端部とその中心部とにおいてポリマー除去液のエッチングレートを相違させる。

図５は、本発明に係る第２の実施形態に従った洗浄装置の動作の流れを示すフロー図である。第２の実施形態は、図１に示した洗浄装置１００を用いて実施することができる。

図２と同様にステップＳ１０の後、洗浄装置１００のステージ１０上に半導体基板５を吸着させ、ステージ１０を半導体基板５とともに回転させる。このとき、温度制御装置５０は、ステージ１０および半導体基板５の温度を一定に維持する。次に、第１のノズル２０が半導体基板５の端部から中心部に向かって走査しつつ半導体基板５へ純水を供給する（Ｓ２２）。この純水の温度は一定に維持されている。この純水は、ポリマー中のイオン成分を溶解し、その後、ドレン７０へ流れ落ちる。よって、上述の通り、ドレン７０へ流れ落ちた水の中にはイオンが含まれる。

測定部３０は、ドレン７０へ流れ落ちた水の導電率を周期的または連続的にリアルタイムで測定する（Ｓ３２）。図６は、第１のノズル２０の移動距離と水の導電率との関係を示すグラフである。第２の実施形態では、第１のノズル２０は、半導体基板５の端部から中心に向かって走査する。よって、洗浄開始時から第１のノズル２０が半導体基板５の端部を走査している間、半導体基板５の端部を洗浄した水の導電率が測定される。これにより、半導体基板５の端部に付着するポリマー量を推測することができる。第１のノズル２０が半導体基板５の中心部に接近したときに、半導体基板５の中心部近傍を洗浄した水の導電率が測定される。第１のノズル２０が半導体基板５の中心部に接近したときには、純水は、半導体基板５の中心部だけでなく、その端部をも通過する。しかし、このときには既に、半導体基板５の端部のイオンは洗浄済みであるので、この水は、半導体基板５の中心部にあるイオン成分のみを含んでいる。これにより、半導体基板５の中心部の付着するポリマー量を推測することができる。

図６では、半導体基板５の端部に付着するポリマーが比較的多く、半導体基板５の中央部に付着するポリマーが比較的少ない例を示している。測定部３０は、この測定結果を演算部６０に送信する。

図５を再度参照する。演算部６０は、第１のノズル２０の移動距離およびこの水の導電率に基づいて、ステージ１０の温度分布を決定する（Ｓ４２）。より詳細には、演算部６０は、水の導電率に比例するようにステージ１０の温度を決定する。例えば、演算部６０は、図６に示す導電率に従って、ステージ１０の端部の温度を高く設定し、その中央部の温度を低くするように設定する。水の導電率とステージ温度との相関関係を示すテーブルは、洗浄装置１００の内部またはその外部に設けられたメモリ８０に予め格納してよく、演算部６０内のメモリ（図示せず）に予め格納してもよい。演算部６０は、導電率に対応するステージ温度のデータをメモリから獲得し、このステージ温度に半導体基板５を維持するように温度制御装置５０を制御してもよい。

次に、第２のノズル４０は、ポリマー除去液を半導体基板５へ供給する（Ｓ５２）。第２の実施形態では、第２のノズル４０は、第１のノズル２０と同様に動作する。即ち、第２のノズル４０はポリマー除去液を所定の流量で供給しつつ、半導体基板５の端部からその中心部に向かって第１のノズルと同じ速度で移動する。このとき、温度制御装置５０は、ステージ１０の温度分布を演算部６０の決定に従って制御する。例えば、温度制御装置５０は、ポリマーの付着量の多い半導体基板５の端部では温度を比較的高く制御し、ポリマーの付着量の少ない半導体基板５の中央部では温度を比較的低く制御する。これにより、第２の実施形態によれば、ポリマー除去液のエッチングレートは、ステージ１０の端部において比較的速く、ステージ１０の中央部において比較的遅くなる。

その後、半導体基板５に残存するポリマー除去液を純水で洗浄し、乾燥させる（Ｓ６０）。さらに、半導体基板５は従来の工程を経て半導体基板５上に半導体装置が形成される。

図７は、ポリマー除去液の温度とそのエッチングレートとの関係を示すグラフである。ポリマー除去液の温度が３５℃の場合、ポリマー除去液のエッチングレートは、０．８〜１．０ｎｍ／分である。これに対し、ポリマー除去液の温度が２５℃の場合、ポリマー除去液のエッチングレートは、０．５〜０．６ｎｍ／分である。このように、温度が高いほど、ポリマー除去液のエッチングレートは高くなる。第２の実施形態は、ポリマー除去液のこの特性を利用している。

第２の実施形態によれば、ポリマーの付着量が半導体基板５の面内においてばらついている場合であっても、ポリマーの付着量の分布に従ってポリマーを適切に除去することができる。さらに、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

第２の実施形態では、測定部３０は水の導電率を測定した。しかし、測定部３０は水の比抵抗を測定してもよい。この場合、水の導電率と比抵抗とは反比例するので、この水の比抵抗が低い部分の温度を高く設定すればよい。さらに、測定部３０はこの水の中のイオン濃度を検出してもよい。イオン濃度は導電率と比例するので、イオン濃度の最大値に基づいてポリマー除去液の供給時間を決定すればよい。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、ポリマー除去工程において、半導体基板５に付着したポリマー量の分布および半導体基板５上に形成された表面パターンの粗密に基づいて、半導体基板５とポリマー除去液との相対温度を決定する。半導体基板５の表面パターンの粗密に基づいて、ポリマー除去液の温度を変化させるために、第２のノズル４０は、ポリマー除去液を供給し続けるのではなく、表面張力を利用してポリマー除去液を半導体基板５の表面に滞留させる。この動作をパドルという。ポリマー除去液を半導体基板５の表面に滞留させる時間をパドル時間という。

図８は、本発明に係る第３の実施形態に従った洗浄装置１００の動作の流れを示すフロー図である。第３の実施形態は、図１に示した洗浄装置１００を用いて実施することができる。

第３の実施形態は、図２のステップＳ１０〜Ｓ３０まで、第１の実施形態と同様である。これにより、測定部５０は、半導体基板５に付着したポリマー量を算出することができる。演算部６０は、このポリマー量に基づいて、上記パドル時間を決定する（Ｓ４３）。例えば、ポリマー付着量が全体的に多い場合には、パドル時間を長くし、ポリマー付着量が全体的に少ない場合には、パドル時間を短くする。

また、演算部６０は、半導体基板５に付着するポリマー量と半導体基板５の表面パターンの密度とに基づいて、半導体基板５とポリマー除去液との相対温度を決定する（Ｓ４５）。半導体基板５の温度Ｔｓとし、ポリマー除去液の温度をＴｐとすると、相対温度は、｜Ｔｓ−Ｔｐ｜である。

半導体基板５の表面パターンの密度は、予めフォトマスク等の情報から判明している。表面パターンの粗密の情報は、メモリ８０に予め格納しておけばよい。また、表面パターンの密度とポリマーの付着量との関係は、経験上判明している。即ち、通常、ＲＩＥを用いてエッチングを行なうと、表面パターンの密度が高い領域ではポリマーの付着量が少ない。逆に、表面パターンの密度が低い領域ではポリマーの付着量が多い。このような場合、演算部６０は、ポリマー除去工程において、半導体基板５の温度Ｔｓよりもポリマー除去液の温度Ｔｐを高くする（Ｔｐ＞Ｔｓ）。

図９（Ａ）は、半導体基板５上に形成されたダマシン工程時の溝パターンを示す。図９（Ｂ）は、半導体基板５上に形成された配線パターンを示す。図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すように、表面パターンの密度が高い領域では、半導体基板５とポリマー除去液との接触面積が大きく、表面パターンの密度が低い領域では、半導体基板５とポリマー除去液との接触面積が小さい。従って、ポリマー除去液の温度が半導体基板５の温度へ比較的速く低下するので、ポリマーの付着量が少ない領域においてエッチングレートが遅くなる。一方、表面パターンの密度が低い領域では、半導体基板５とポリマー除去液との接触面積が小さい。従って、ポリマー除去液の温度は、比較的遅く低下するので、ポリマーの付着量が多い領域におけるエッチングレートは比較的速い。

もし、表面パターンの密度が高い領域において、ポリマーの付着量が多く、表面パターンの密度が低い領域においてポリマーの付着量が少ない場合には、演算部６０は、ポリマー除去工程において、ポリマー除去液の温度Ｔｐよりも半導体基板５の温度Ｔｓを高くする（Ｔｓ＞Ｔｐ）。

この場合、表面パターンの密度が高い領域では、ポリマー除去液の温度が半導体基板５の温度へ比較的速く上昇するので、ポリマーの付着量が多い領域においてエッチングレートが速くなる。一方、表面パターンの密度が低い領域では、ポリマー除去液の温度は、比較的遅く上昇するので、ポリマーの付着量が少ない領域におけるエッチングレートは比較的遅くなる。

図８を再度参照する。温度制御装置５０は、ステージ１０の温度をＴｓに設定し、ポリマー除去液の温度をＴｐに設定する。そして、第２のノズル４０は温度Ｔｐのポリマー除去液を半導体基板５へ供給する（Ｓ５３）。このとき、ポリマー除去液は、半導体基板５上に所定時間滞留する。次に、半導体基板５を回転させることによってポリマー除去液をドレン７０へ振るい落とす。その後、第１の実施形態と同様の工程を経て半導体装置が形成される。

尚、パドルは、複数回繰り返してもよい。例えば、半導体基板５とポリマー除去液との温度差がパターンの粗密に関わらず全体的に低下した場合、一端、半導体基板５からポリマー除去液を振るい落とし、再度、パドルの動作を行なってもよい。

第３の実施形態によれば、半導体基板５を過度にエッチングすることなく、ポリマーのみを除去することができる。よって、半導体基板５に与えるダメージが抑制される。さらに、第３の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
第１から第３の実施形態では、ポリマー除去の前に、プレ洗浄として純水を半導体基板５へ供給した（図２のステップＳ２０および図５のステップＳ２２）。

しかし、例えば、Ｖｉａの底に配線用の銅が露出している場合、純水が銅をエッチングし、あるいは、銅が析出するという問題がある。

そこで、第４の実施形態では、ポリマー除去の前に、プレ洗浄として酸化力の小さい液体を半導体基板５へ供給する。酸化力の小さい液体とは、酸化還元電位が０．５Ｖ以下の液体である。酸化還元電位が０．５Ｖよりも大きくなると、下地材料の成分のほとんどに銅を用いた場合に、下地材料がエッチングされる可能性が高くなるからである。この時、下地材料のエッチングをより抑制する為に、酸化還元電位が０．５Ｖ以下の液体はｐＨが９以下程度の中性〜酸性であることが望ましい。

第４の実施形態による洗浄装置のその他の構成およびその他の動作は、第１から第３の実施形態のいずれかと同様でよい。従って、第４の実施形態による洗浄装置は、図１に示す洗浄装置１００を用いて実施することができる。但し、第１のノズル２０は、酸化還元電位が０．５Ｖ以下の液体を半導体基板５へ供給するように構成されている。また、第４の実施形態による洗浄装置は、図２、図５または図８の動作フローに従って動作することができる。但し、ステップＳ２０またはＳ２２において、純水の代わりに、酸化還元電位が０．５Ｖ以下の液体が半導体基板５へ供給される。

酸化力が小さく、かつ酸性の液体としては、例えば、塩酸、塩素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、過塩素酸、弗化水素酸、シアン化水素酸、炭酸、亜炭酸、硫酸、亜硫酸、硝酸、亜硝酸、りん酸などの無機酸、あるいは、ギ酸、シュウ酸、酢酸、クエン酸、マレイン酸、マロン酸、オレイン酸、酒石酸、グリオキシル酸などの有機酸の少なくともいずれかを含む液体である。

第４の実施形態のように、酸化力の小さい液体でプレ洗浄を行うと、銅がエッチングされず、また、銅が析出しない。また、第４の実施形態は、第１から第３の実施形態のいずれかと組み合わせることによって第１から第３の実施形態のいずれかの効果を得ることができる。

第４の実施形態では、純水でのプレ洗浄に代えて、酸化力の小さい液体でのプレ洗浄を実行した。しかし、純水でのプレ洗浄と併せて、純水でのプレ洗浄の前に、酸化力の小さい液体でのプレ洗浄を実行してもよい。即ち、第４の実施形態は、図２、図５および図８のステップＳ２０またはＳ２２の前に、酸化力の小さい液体でプレ洗浄を実行するステップを追加していてもよい。これにより、ポリマー除去の前に、酸化力の小さい液体を半導体基板５の表面から取り除くことができる。

酸化力が小さく、かつ酸性の液体は、水に溶解すると酸性の液体になる気体を溶存させた薬液であってもよい。水に溶解すると酸性の液体になる気体は、例えば、ＨＣｌ、ＨＦ、ＣＯ、ＣＯ_２、ＮＯ、ＮＯ_２、ＳＯ_２、ＳＯ_３等である。このような気体を溶存させた水（以下、ガス水という）は、ガスが気化すると、溶存した気体の濃度が低濃度になる。従って、ガス水でプレ洗浄を実行した後に、半導体基板５の表面を純水でリンスする必要がない。その結果、処理時間も短縮できる。

例えば、０．０１〜０．０２ＭΩ・ｃｍ程度の比抵抗を有するＣＯ_２を溶存させたガス水でプレ洗浄を実行しても、銅のエッチングおよび銅の析出は生じない。

（第４の実施形態の変形例）
第４の実施形態は、第１から第３の実施形態と組み合わせて実行された。しかし、第１から第３の実施形態との組み合わせは必ずしも必須ではない。

第４の実施形態の変形例は、第１の実施形態と異なり、ポリマー除去液の供給時間の制御やステージ温度の制御を実行しない。

第４の実施形態の変形例では、図２のステップＳ１０と同様に半導体基板５または該半導体基板５上に形成された構造体をドライエッチングする。その後、半導体基板５に酸化力の小さい液体を供給することによって、半導体基板５の表面をプレ洗浄する。さらに、ポリマー除去液を半導体基板５に供給することによって半導体基板または構造体に付着したエッチング残渣を除去する。

酸化力が小さい液体は、第４の実施形態における酸化力が小さい液体でよい。第４の実施例と同様にｐＨが９以下程度の中性〜酸性が望ましい。酸化力が小さく、かつ酸性の液体は、例えば、比抵抗０．１〜０．２ＭΩ・ｃｍ程度のＣＯ_２を溶存させた水でよい。

この変形例によれば、純水でプレ洗浄を実行した場合よりも、ポリマー除去液のエッチングレートの上昇が抑制される。即ち、酸化力が小さく、かつ酸性の液体でプレ洗浄を実行することによって、多くの半導体基板を処理したとしても、ポリマー除去液のエッチングレートの上昇の度合いが従来よりも低く抑えられる。

本発明に係る実施形態に従った半導体基板の洗浄装置１００の概略図。洗浄装置１００の動作の流れを示すフロー図。純水での洗浄時間と水の導電率との関係を示すグラフ。ポリマー除去液のエッチングレートと半導体基板の処理枚数との関係を示すグラフ。本発明に係る第２の実施形態に従った洗浄装置の動作の流れを示すフロー図。第１のノズル２０の移動距離と水の導電率との関係を示すグラフ。ポリマー除去液の温度とそのエッチングレートとの関係を示すグラフ。本発明に係る第３の実施形態に従った洗浄装置１００の動作の流れを示すフロー図。半導体基板５上に形成されたダマシン工程時の溝パターンおよび配線パターンを示す図。

符号の説明

１００洗浄装置
１０ステージ
２０第１のノズル
２２純水槽
３０測定部
４０第２のノズル
４２循環槽
５０温度制御装置
６０演算部
７０ドレン

Claims

半導体基板または該半導体基板上に形成された構造体をドライエッチングし、
前記半導体基板を回転させつつ、液体を吐出するノズルを該半導体基板の端から中心へ向かって走査させるとともに前記半導体基板へ液体を供給し、
供給後の前記液体の比抵抗または導電率を周期的または連続的に計測し、
前記半導体基板または前記構造体に付着したエッチング残渣物を除去する際に、前記液体の比抵抗または導電率に基づいて前記半導体基板の少なくとも端部および中心部における温度をそれぞれ制御し、前記エッチング残渣物を除去する除去液を、前記半導体基板に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
半導体基板または該半導体基板上に形成された構造体をドライエッチングし、
前記半導体基板に液体を供給し、
供給後の前記液体の比抵抗または導電率を計測し、
前記液体の比抵抗または導電率に基づき、前記エッチング残渣物を除去する除去液を前記半導体基板上に滞留させるパドル時間を決定し、
前記半導体基板の表面パターンの粗密に基づいて前記エッチング残渣物を除去する除去液と前記半導体基板との相対温度を決定し、
前記半導体基板または前記構造体に付着したエッチング残渣物を除去する際に、前記半導体基板に対して前記相対温度だけ異なる前記除去液を前記半導体基板に供給し、前記パドル時間だけ前記除去液を前記半導体基板上に滞留させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
エッチング残渣物が付着した半導体基板を搭載し、この半導体基板を回転させることができ、尚且つ、前記半導体基板の温度を制御可能なステージと、
前記半導体基板の端から中心へ向かって走査しつつ、前記半導体基板の表面に液体を吐出する第１のノズルと、
前記半導体基板に吐出した後の液体の比抵抗または導電率を測定する測定部と、
前記半導体基板に付着したエッチング残渣物を除去する除去液を吐出する第２のノズルと、
前記液体の比抵抗または導電率に基づき、前記半導体基板に前記除去液を供給するときの前記半導体基板の少なくとも端部および中心部における温度をそれぞれ決定する演算部と、
前記ステージを前記演算部によって決定された温度に制御する温度制御部とを備えたことを特徴とする洗浄装置。