JP6609231B2 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。

ウェハ状の複数の基板を薬液が貯留された容器内に収容することによって、これらの基板を同時にエッチング処理する場合がある。この場合、薬液は、各基板の表面を流れる。このとき、各基板の表面を流れる薬液の流速が基板間で不均一であると、基板間でエッチング量がばらつきやすくなる。

各基板間で薬液の流速を均一にするための方法として、例えば、薬液中に気泡を発生させる方法が考えられる。この方法を用いる場合、気泡の発生状態が制御されていないと、薬液の流速の不均一が解消されず、基板間でエッチング量が依然としてばらつくおそれがある。

特開２００１−１２７０３４号公報

本発明の実施形態は、基板処理に用いる液体中の気泡の発生状態を制御することができる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供する。

本実施形態に係る基板処理装置は、容器と、複数の気泡発生器と、測定器と、制御機器と、を備える。容器は、複数の基板を収容可能で、かつ、複数の基板をエッチング処理する液体を貯留可能である。複数の気泡発生器は、複数の基板のそれぞれに対応して設けられ、液体内に気泡を発生させる。測定器は、複数の気泡発生器の気泡の発生状態を測定する。制御機器は、測定器の測定結果に基づいて、複数の気泡発生器を個別に制御する。

第１実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す模式図である。 第１実施形態に係る基板処理工程のフローを示すフローチャートである。 第２実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す模式図である。 図３に示す基板処理装置の側面図である。 （ａ）は図４に示す液面の拡大図であり、（ｂ）は気泡が均一に発生しているときの液面の形状を示す図である。 第２実施形態に係る基板処理工程のフローを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の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実施形態)
図１は、第１実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す模式図である。本実施形態に係る基板処理装置１は、例えば、ウェハ状の複数の基板２０を液体３０で同時にエッチング処理するウェットエッチング処理装置である。基板２０は、例えば、ワードラインを積層した３次元メモリに用いられる。

図１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置１は、容器１０と、複数の気泡発生器１２と、複数の発光部１３と、複数の受光部１４と、制御機器１５と、を備える。

容器１０には、液体３０が貯留される。液体３０は、例えばリン酸を含む薬液である。容器１０には、複数の基板２０が収容される。

各気泡発生器１２は、ノズル１２１と、配管１２２と、流量調整部１２３と、を含む。ノズル１２１は、容器１０の底部に設置されている。ノズル１２１は、容器１０の上部に向けて気泡４０を吐出する。

配管１２２は、ノズル１２１に連通する。配管１２２内には、気体が流れる。この気体には、例えば窒素が用いられる。配管１２２には、流量調整部１２３が取り付けられている。

流量調整部１２３は、制御機器１５の制御に基づいて配管１２２内を流れる気体の流量を調整する。この気体の流量は、気泡４０の発生量に対応している。すなわち、流量調整部１２３で気体の流量を調整することによって、ノズル１２１から吐出される気泡４０の発生量（吐出量）を調整することができる。

複数の発光部１３および複数の受光部１４は、複数の気泡発生器１２の気泡４０の発生状態を測定する測定器に相当する。複数の発光部１３は、容器１０の外側面に設置され、各ノズル１２１から吐出される気泡４０の移動経路に向けて光を放出する。各発光部１３は、例えば発光ダイオードを用いて構成される。

複数の受光部１４は、上記移動経路を挟んで複数の発光部１３と個別に対向するように容器１０の他の内側面に設置される。各受光部１４は、例えばフォトダイオードを用いて構成される。各受光部１４は、検出した受光強度を制御機器１５へ出力する。この受光強度は、気泡４０の発生状態に対応している。すなわち各受光部１４の受光強度に基づいて、各気泡発生器１２の気泡４０の発生状況を認識することができる。

制御機器１５は、各受光部１４の受光強度に基づいて各流量調整部１２３を制御する。このとき、制御機器１５は、各ノズル１２１から吐出される気泡４０の発生量が均一になるように各流量調整部１２３を制御する。

以下、本実施形態に係る半導体装置の製造工程について説明する。ここでは、図２を参照して、製造工程の一つである基板処理工程について説明する。図２は、基板処理工程のフローを示すフローチャートである。

まず、複数の基板２０のエッチング処理を開始する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１では、複数の基板２０が、液体３０を貯留した容器１０内に収容される。このとき、液体３０の温度は例えば１６０℃に加熱されている。これらの基板２０が液体３０に浸漬されると、各基板２０に設けられたシリコン窒化膜(不図示)が、シリコン酸化膜（不図示）に対して選択的にエッチングされる。

次に、複数の発光部１３および複数の受光部１４を用いて各気泡発生器１２の気泡発生状態を測定する(ステップＳ１２)。ステップＳ１２では、各発光部１３から照射される光を各受光部１４が受光する(ステップＳ１２)。各受光部１４は、検出した受光強度を制御機器１５へ出力する。この受光強度は、気泡４０の発生状態に対応している。すなわち、各気泡発生器１２により発生した気泡４０により反射または散乱されることで各発光部１３から照射される光の強度と各受光部１４で検出される光の強度に差が生じる。

次に、制御機器１５は、各受光部１４から取得した受光強度を予め設定されたしきい値と比較する(ステップＳ１３)。この比較によって、制御機器１５は、気泡４０の発生量が多い気泡発生器１２と、気泡４０の発生量が少ない気泡発生器１２とを識別することができる。すなわち、制御機器１５は、各気泡発生器１２の気泡発生量のばらつきを検知することができる。

ステップＳ１３に続いて、制御機器１５は、各気泡発生器１２の気泡４０の発生量を調整する（ステップＳ１４）。ステップＳ１３で気泡４０の発生量が少ないと判断した気泡発生器１２については、制御機器１５は、気泡４０の発生量を増加させるために流量調整部１２３を用いて気体の流量を増加させる。

反対に、気泡４０の発生量が多いと判断した気泡発生器１２については、制御機器１５は、気泡４０の発生量を減少させるために流量調整部１２３を用いて気体の流量を減少させる。

以上説明した本実施形態によれば、複数の発光部１３および複数の受光部１４を用いて各気泡発生器１２の気泡４０の発生状態を測定し、その測定結果に基づいて各気泡発生器１２の気泡４０の発生量を調整している。そのため、各基板２０の表面を流れる液体３０の流速の不均一性が改善される。よって、基板間のエッチング量のばらつきを抑制することが可能となる。

(第２実施形態)
図３は、第２実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す模式図である。図３では、第１実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図３に示すように、本実施形態に係る基板処理装置２は、発光部１３および受光部１４の代わりに光源２３および撮像機器２４を備える点で第１実施形態に係る基板処理装置１と異なる。本実施形態では、光源２３および撮像機器２４が、複数の気泡発生器１２の気泡４０の発生状態を測定する測定器に相当する。

光源２３は、容器１０の上方に配置され、液体３０の液面へ光を照射する。撮像機器２４は、光源２３の光が照射された液面を撮像する。撮像機器２４は、撮像画像を制御機器１５へ出力する。

図４は、図３に示す基板処理装置２の側面図である。図５（ａ）は、図４に示す液面３０ａの拡大図である。図５（ｂ）は、気泡４０が均一に発生しているときの液面３０ａの形状を示す図である。

図４に示すように、液面３０ａにおいて、気泡４０の発生量が多い領域は凸状になっているのに対し、気泡４０の発生量が少ない領域は平坦になっている。撮像機器２４の撮像画像は、図５（ａ）に示す液面３０ａの形状に対応している。また、本実施形態では、図５（ｂ）に示すような液面３０ａの形状に対応する基準画像が、制御機器１５に格納されている。本実施形態では、制御機器１５でこれら２つの画像を比較することによって、液面３０ａの形状を特定して気泡４０の発生状態を判断する。すなわち、画像処理を用いて液面３０ａの形状を識別する。

以下、本実施形態に係る半導体装置の製造工程について説明する。ここでは、図６を参照して、製造工程の一つである基板処理工程について説明する。図６は、本実施形態に係る基板処理工程のフローを示すフローチャートである。

まず、複数の基板２０のエッチング処理を開始する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１の動作は、上述した第１実施形態のステップＳ１１の動作と同様なので説明を省略する。

次に、光源２３および撮像機器２４を用いて各気泡発生器１２の気泡発生状態を測定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２では、光源２３が制御機器１５の制御に基づいて液体３０の液面３０ａに光を照射すると、撮像機器２４が、液面３０ａの画像を撮像する。撮像機器２４は、撮像画像を制御機器１５へ出力する。この撮像画像には、液面３０ａの形状、すなわち各気泡発生器１２の気泡４０の発生状態が示されている。

次に、制御機器１５は、撮像機器２４の撮像画像を上記基準画像と比較する（ステップＳ２３）。この比較によって、制御機器１５は、液面３０ａにおいて、気泡発生量が少ない領域を特定することができる。すなわち、制御機器１５は、気泡発生量が少ない気泡発生器１２を特定することができる。

ステップＳ２３に続いて、制御機器は、各気泡発生器１２の気泡４０の発生量を調整する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４では、制御機器１５は、気泡発生量が少ないと判断した気泡発生器１２に対して気泡４０の発生量を増加させるために流量調整部１２３を用いて気体の流量を増加させる。すなわち、制御機器１５は、液面３０ａの形状が図５（ｂ）に示す形状になるように気泡４０の発生量を調整する。

以上説明した本実施形態によれば、気泡４０の発生量が液体３０の液面３０ａの形状に影響を及ぼすことに着目し、この液面３０ａの形状を、光源２３および撮像機器２４を用いて特定している。そして、特定した液面３０ａの形状に基づいて各気泡発生器１２の気泡４０の発生量を調整している。そのため、このような方法によっても、各基板２０の表面を流れる液体３０の流速の不均一性を改善し、基板間のエッチング量のばらつきを抑制することが可能となる。

本実施形態では、１台の撮像機器２４で液面３０ａを撮像しているが撮像機器２４の数は特に限定されない。例えば、液面３０ａを複数の領域に分割し、各領域をそれぞれ異なる撮像機器２４で撮像することとしてもよい。この場合、制御機器１５は、各撮像機器２４から送られた撮像画像に基づいて各気泡発生器１２の気泡４０の発生量を調整する。

なお、各気泡発生器１２の気泡４０の発生状態を測定する測定器は、上述した発光部１３、受光部１４、光源２３および撮像機器２４に限定されない。例えば、気泡４０の有無に応じて液体３０の比重が変化することを利用して、液面３０ａの位置を検知する液位計を上記測定器として用いることとしてもよい。

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同様に、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ものである。

１０ 容器、１２ 気泡発生器、１３ 発光部、１４ 受光部、１５ 制御機器、２０ 基板、２３ 光源、 ２４ 撮像機器、３０ 液体、３０ａ 液面、４０ 気泡、１２１ ノズル、１２２ 配管、 １２３ 流量調整部

Claims (7)

1. 複数の基板を収容可能で、かつ、前記複数の基板をエッチング処理する液体を貯留可能な容器と、
   前記複数の基板のそれぞれに対応して設けられ、前記液体内に気泡を発生させる複数の気泡発生器と、
   前記複数の気泡発生器の前記気泡の発生状態を測定する測定器と、
   前記測定器の測定結果に基づいて、前記複数の気泡発生器を個別に制御する制御機器と、
   を備える基板処理装置。
2. 前記測定器は、各気泡発生器からの前記気泡の移動経路に向けて光を放出する複数の発光部と、前記移動経路を挟んで前記複数の発光部と個別に対向する複数の受光部と、を含み、
   前記制御機器は、各受光部の受光強度に基づいて前記複数の気泡発生器を制御する、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記制御機器は、前記受光強度と予め設定されたしきい値とを比較し、その比較結果に基づいて各気泡発生器の前記気泡の発生量を調整する、請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記測定器は、前記液体の液面を撮像する撮像機器を含み、
   前記制御機器は、前記撮像機器の撮像画像と基準画像とを比較し、その比較結果に基づいて各気泡発生器の前記気泡の発生量を調整する、請求項１に記載の基板処理装置。
5. 各気泡発生器は、前記容器の底部に設置され、前記容器の上部に向けて前記気泡を吐出するノズルと、前記ノズルに連通する配管と、前記配管内を流れる気体の流量を調整する流量調整部と、を含み、
   前記制御機器は、前記測定器の測定結果に基づいて前記流量調整部を制御する、請求項１から４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記液体がリン酸を含む、請求項１から５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 液体が貯留された容器内に複数の基板を収容して前記複数の基板に対してエッチング処理を行い、
   前記複数の基板のそれぞれに対応して設けられた複数の気泡発生器を用いて前記液体内に気泡を発生させ、
   前記複数の気泡発生器の前記気泡の発生状態を測定し、
   前記気泡の発生状態の測定結果に基づいて、前記複数の気泡発生器を個別に制御する、半導体装置の製造方法。