JP6842391B2 - 半導体製造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、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。

ウェハを処理する際に、ウェハのべベル（端部）の処理を抑制することが必要となる場合がある。例えば、シリコンウェハ上のアモルファスシリコン層を薬液によりエッチングする際に、アモルファスシリコン層から露出したシリコンウェハのべベルのエッチングを抑制することが必要となる場合がある。

特開２０１６−７２３２４号公報

ウェハの端部の処理を抑制することが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。

一の実施形態によれば、半導体製造装置は、ウェハを支持する支持部を備える。前記装置はさらに、前記ウェハの上面の第１領域に対向する第１部分と、前記ウェハと前記第１部分との間に介在する第２部分とを有する第１部材を備える。前記装置はさらに、前記ウェハの上面の第２領域に対向する第３部分と、前記ウェハと前記第３部分との間に介在する第４部分とを有する第２部材を備える。前記装置はさらに、前記ウェハを処理する第１液体を前記第１領域に供給する第１液体供給部と、前記ウェハと前記第１部分との間に第１ガスを供給する第１ガス供給部と、前記ウェハと前記第２部分との間に第２ガスを供給する第２ガス供給部とを備える。

第１実施形態の半導体製造装置の構成を示す断面図と上面図である。 第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための断面図である。 第２実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体製造装置の構成を示す断面図と上面図である。図１(ａ)が断面図に相当し、図１(ｂ)が上面図に相当する。

この半導体製造装置は、第１部材の例である第１遮断部材１１と、第２部材の例である第２遮断部材１２と、第１液体供給部の例である薬液ノズル１３と、第１ガス供給部の例である第１ガスノズル１４と、第２ガス供給部の例である第２ガスノズル１５とを備えている。この半導体製造装置はさらに、回転部１６と、支持部１７と、制御部１８と、第２液体供給部の上面供給部の例である上面ノズル１９と、第２液体供給部の下面供給部の例である下面ノズル２０とを備えている。

この半導体製造装置は、ウェハ１上の被加工膜（図示せず）をエッチングするウェットエッチング装置である。ウェハ１の例はシリコンウェハであり、被加工膜の例はアモルファスシリコン層である。図１(ａ)と図１(ｂ)は、ウェハ１の上面や下面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、ウェハ１の上面や下面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。−Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。

図１(ａ)は、ウェハ１の上面の第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２と、ウェハ１のべベルＢとを示している。第１領域Ｒ１は、ウェハ１の中心部側に位置している。第２領域Ｒ２は、ウェハ１の周辺部側に位置している。本実施形態のべベルＢは、上述の被加工膜から露出している。そのため、被加工膜をエッチングする際に、べベルＢのエッチングを抑制することが望ましい。

第１遮断部材１１は、ウェハ１の上方に配置されて使用される。第１遮断部材１１は、ウェハ１の上面の第１領域Ｒ１に対向する対向部１１ａと、ウェハ１と対向部１１ａとの間に介在する介在部１１ｂとを有している。対向部１１ａは第１部分の例であり、介在部１１ｂは第２部分の例である。

対向部１１ａは、開口部Ａ１を有しており、図１(ｂ)に示すように環状の形状を有している。対向部１１ａはさらに、ウェハ１と対向部１１ａとの間の空間からガスを抜くための貫通孔Ｈを有している。介在部１１ｂは、対向部１１ａの下面に設けられ、筒状の形状を有している。よって、ウェハ１と対向部１１ａとの間の空間は、ウェハ１、対向部１１ａ、および介在部１１ｂにより包囲されている。

第２遮断部材１２も、ウェハ１の上方に配置されて使用される。第２遮断部材１２は、ウェハ１の上面の第２領域Ｒ２に対向する対向部１２ａと、ウェハ１と対向部１２ａとの間に介在する介在部１２ｂとを有している。対向部１２ａは第３部分の例であり、介在部１２ｂは第４部分の例である。

対向部１２ａは、開口部Ａ２を有しており、図１(ｂ)に示すように環状の形状を有している。第１遮断部材１１の対向部１１ａは、この開口部Ａ２内に収容されている。介在部１２ｂは、対向部１２ａの下面に設けられ、筒状の形状を有している。よって、ウェハ１と対向部１２ａとの間の空間は、ウェハ１、対向部１２ａ、介在部１２ｂ、および介在部１１ｂにより包囲されている。

薬液ノズル１３は、開口部Ａ１に挿入されており、ウェハ１上の被加工膜をエッチングする薬液を第１領域Ｒ１に供給する（符号Ｌ１参照）。薬液は例えば、エッチング剤としてコリンを含有するコリン水溶液である。薬液は、第１液体の例である。本実施形態の薬液ノズル１３は、ウェハ１の上面に垂直に薬液を吐出する。

介在部１１ｂは、薬液が第１領域Ｒ１から第２領域Ｒ２に流出しにくくするために配置されている。これにより、薬液によるべベルＢのエッチングを抑制することができる。ウェハ１と介在部１１ｂとの距離は、例えば３．０〜１２．０ｍｍ程度に設定される。

第１ガスノズル１４は、開口部Ａ１に挿入されており、ウェハ１と対向部１１ａとの間の空間に第１ガスを供給する（符号Ｇ１参照）。第１ガスは、この空間から被加工膜のエッチング速度を低下させるガスを抜いて、この空間を第１ガスで満たすために使用される。本実施形態の第１ガスは、上記薬液による被加工膜のエッチング速度を増加させる作用を有するガスであり、例えばコリン蒸気を含有するガスである。コリン水溶液をコリン蒸気の雰囲気中に置くことで、コリン水溶液からコリンが揮発しにくくなり、エッチング速度が増加すると考えられる。

対向部１１ａと介在部１１ｂは、第１領域Ｒ１上の空間を第１ガスで満たすために配置されている。これにより、薬液による被加工膜のエッチングを促進することや、薬液が介在部１１ｂ付近に到達するまでに薬液成分が揮発することを抑制することができる。

第２ガスノズル１５は、対向部１１ａと対向部１２ａとの間の開口部Ａ２に挿入されており、ウェハと対向部１２ａとの間の空間に第２ガスを供給する（符号Ｇ２参照）。第２ガスは、この空間を第２ガスで満たすために使用される。本実施形態の第２ガスは、上記薬液による被加工膜のエッチング速度を減少させる作用を有するガスであり、例えば酸素を含有するガスである。コリン水溶液が第１領域Ｒ１から第２領域Ｒ２に流出してきたときに、コリン水溶液に酸素が溶解することで、エッチング速度が減少すると考えられる。

対向部１２ａ、介在部１２ｂ、および介在部１１ｂは、第２領域Ｒ２上の空間を第２ガスで満たすために配置されている。これにより、薬液による被加工膜のエッチングを抑制することができる。また、介在部１１ｂ等によれば、第１領域Ｒ１上の液体やガスの状態と、第２領域Ｒ２上の液体やガスの状態とを分断することができる。

なお、本実施形態の半導体製造装置はさらに、ウェハ１のエッチングを抑制するエッチング抑制液を、上面ノズル１９および下面ノズル２０からべベルＢに供給する（符号Ｌ２参照）。図１(ａ)に示す符号Ｐ１、Ｐ２は、上面ノズル１９からウェハ１の上面の第２領域Ｒ２に供給されるエッチング抑制液と、下面ノズル２０からウェハ１の下面に供給されるエッチング抑制液とを示している。上面ノズル１９は、対向部１１ａと対向部１２ａとの間の開口部Ａ２に挿入されている。上面ノズル１９は、ウェハ１の上面に垂直にエッチング抑制液を吐出し、下面ノズル２０は、ウェハ１の下面に垂直にエッチング抑制液を吐出する。上面ノズル１９と下面ノズル２０の詳細は、図２を参照して後述する。エッチング抑制液は、例えば過酸化水素水であり、第２液体の例である。

回転部１６は、ウェハ１の中心軸を中心に、第１遮断部材１１と第２遮断部材１２とを回転させる。回転部１６は、第１遮断部材１１と第２遮断部材１２とを同じ回転数で回転させても異なる回転数で回転させてもよい。本実施形態の回転部１６は、第１および第２遮断部材１１、１２を独立に回転させるように構成されているため、第１および第２遮断部材１１、１２を異なる回転数で回転させることができる。

支持部１７は、ウェハ１を半導体製造装置内で支持しており、ウェハ１の中心軸を中心にウェハ１を回転させることもできる。ウェハ１を回転させることで、薬液をウェハ１上に広げることができる。この際に、第１および第２遮断部材１１、１２も回転させることで、ウェハ１上の液体やガスの状態を所望の状態に調整することができる。

制御部１８は、半導体製造装置の種々の動作を制御する。例えば、制御部１８は、第１遮断部材１１の移動、第２遮断部材１２の移動、薬液ノズル１３、第１ガスノズル１４、第２ガスノズル１５、上面ノズル１９、下面ノズル２０からの液体やガスの吐出、回転部１６の回転動作、支持部１７の回転動作などを制御する。制御部１８は例えば、プロセッサ、電気回路、コンピュータなどにより構成されている。

図２は、第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための断面図である。

上述のように、本実施形態の半導体製造装置は、ウェハ１の上面の第２領域Ｒ２にエッチング抑制液を供給する上面ノズル１９と、ウェハ１の下面にエッチング抑制液を供給する下面ノズル２０とを備えている。これにより、ウェハ１のべベルＢがエッチング抑制液により保護される。

図２に示す点線は、ウェハ１のべベルＢの最外部を示している。ここでは、上面ノズル１９からのエッチング抑制液がウェハ１の上面に着水する第１地点と、下面ノズル２０からのエッチング抑制液がウェハ１の下面に着水する第２地点について説明する。

本実施形態では、べベルＢの最外部と第２地点とのＸＹ平面内の距離は、一定値（例えば３．０ｍｍ）に固定されている。一方、べベルＢの最外部と第１地点とのＸＹ平面内の距離は、一定範囲内で変化させる。例えば、本実施形態の上面ノズル１９は、図２で矢印で示すように、べベルＢの最外部に対する第１地点の位置を＋５．５ｍｍ〜−２．５ｍｍの範囲内で０．１ｍｍ単位で変更でき、この範囲内でエッチング抑制液を吐出する。これにより、エッチング抑制液を供給する領域を調整することが可能となり、エッチング抑制液により薬液からべベルＢをより効果的に保護することが可能となる。

以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、ウェハ１の上方に第１および第２遮断部材１１、１２が配置された状態で、ウェハ１にエッチング用の薬液、第１ガス、第２ガス、およびエッチング抑制液を供給する。よって、本実施形態によれば、ウェハ１のべベルＢのエッチングを抑制することが可能となる。

なお、本実施形態の装置構成やウェハ処理は、ウェハ１を液体により処理する半導体製造装置であれば、ウェットエッチング装置以外の半導体製造装置に適用してもよい。これは、後述の第２実施形態でも同様である。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための模式図である。

本実施形態の半導体製造装置は、図１と図２に示す構成要素に加えて、第１タンク２１と、第２タンク２２と、第１流量制御部２３と、第２流量制御部２４とを備えている。これらの構成要素の動作も、制御部１８により制御される。第１タンク２１と第１流量制御部２３は、第１調整部の例である。第２タンク２２と第２流量制御部２４は、第２調整部の例である。

第１タンク２１は、第１ガスノズル１４に第１ガスを供給する。本実施形態の第１ガスは、窒素とコリン蒸気とを含有する混合ガスである。第２タンク２２は、第２ガスノズル１５に第２ガスを供給する。本実施形態の第２ガスも、窒素とコリン蒸気とを含有する混合ガスである。このように、第１ガスと第２ガスは、薬液ノズル１３から供給される薬液中のエッチング剤と同じエッチング剤（すなわちコリン）を含有している。

第１タンク２１と第２タンク２２は、いずれもコリン水溶液を収容している。第１タンク２１は、第１流量制御部２３から窒素ガスが供給される入口配管２１ａと、第１ガスノズル１４に混合ガスを供給する出口配管２１ｂと、第１タンク２１内のコリン水溶液を加熱するヒーター２１ｃとを備えている。第２タンク２２は、第２流量制御部２４から窒素ガスが供給される入口配管２２ａと、第２ガスノズル１５に混合ガスを供給する出口配管２２ｂと、第２タンク２２内のコリン水溶液を加熱するヒーター２２ｃとを備えている。

ヒーター２１ｃがコリン水溶液を加熱すると、コリン水溶液からコリン蒸気が発生し、第１流量制御部２３からの窒素ガスと混合される。その結果、第１タンク２１から第１ガスノズル１４に第１ガスとして混合ガスが供給される。第１ガス中のコリンの濃度は、ヒーター２１ｃの温度や第１流量制御部２３からの窒素ガスの流量を制御することで調整可能である。

これはヒーター２２ｃでも同様である。第２ガス中のコリンの濃度は、ヒーター２２ｃの温度や第２流量制御部２４からの窒素ガスの流量を制御することで調整可能である。

本実施形態の第１タンク２１、第２タンク２２、第１流量制御部２３、および第２流量制御部２４は、制御部１８からの制御により、第１ガス中のコリンの濃度を第２ガス中のコリンの濃度よりも高く調整する。すなわち、第１ガスは高濃度のコリンを含有し、第２ガスは低濃度のコリンを含有することとなる。本実施形態では例えば、第１タンク２１内のコリン水溶液の温度を、第２タンク２２内のコリン水溶液の温度よりも高く調整することで、このような濃度調整を実現する。

第１ガス中のコリンの濃度が高いと、第１領域Ｒ１上の薬液からコリンが揮発しにくくなる。これにより、第１領域Ｒ１上の被加工膜のエッチング速度が速くなる。一方、第２ガス中のコリンの濃度が第１ガスに比べて低いと、第２領域Ｒ２上の薬液からコリンが揮発しやすくなる。これにより、第２領域Ｒ２上の被加工膜のエッチング速度が第１領域Ｒ１に比べて遅くなる。これは、第２領域Ｒ２上の被加工膜のエッチングを、第１領域Ｒ１上の被加工膜のエッチングに比べて抑制したい場合に効果的である。

一方、本実施形態の第１タンク２１、第２タンク２２、第１流量制御部２３、および第２流量制御部２４は、制御部１８からの制御により、第１ガス中のコリンの濃度を第２ガス中のコリンの濃度よりも低く調整してもよい。この場合、第１ガスは低濃度のコリンを含有し、第２ガスは高濃度のコリンを含有することとなる。本実施形態では例えば、第１タンク２１内のコリン水溶液の温度を、第２タンク２２内のコリン水溶液の温度よりも低く調整することで、このような濃度調整を実現する。

このような濃度調整は例えば、ウェハ１の面内のエッチング速度を均一に制御したい場合に効果的である。一般に、ウェハ１上の薬液中のコリンの濃度は、薬液からコリンが揮発することで、ウェハ１の中心部から離れるほど低下する。この場合、ウェハ１の中心部から離れるほど、エッチング速度が低下する。そこで、第１ガス中のコリンの濃度を第２ガス中のコリンの濃度よりも低く調整すれば、このようなエッチング速度の低下を抑制することが可能となり、エッチング速度の均一性を高めることが可能となる。

以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、ウェハ１の上方に第１および第２遮断部材１１、１２が配置された状態で、ウェハ１にエッチング用の薬液、第１ガス、第２ガス、およびエッチング抑制液を供給する。また、本実施形態では、第１および第２ガスの成分を第１タンク２１、第２タンク２２、第１流量制御部２３、および第２流量制御部２４により調整する。よって、本実施形態によれば、エッチングの促進や抑制をより高精度に実行することが可能となる。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：ウェハ、
１１：第１遮断部材、１１ａ：対向部、１１ｂ：介在部、
１２：第２遮断部材、１２ａ：対向部、１２ｂ：介在部、
１３：薬液ノズル、１４：第１ガスノズル、１５：第２ガスノズル、１６：回転部、
１７：支持部、１８：制御部、１９：上面ノズル、２０：下面ノズル、
２１：第１タンク、２１ａ：入口配管、２１ｂ：出口配管、２１ｃ：ヒーター、
２２：第２タンク、２２ａ：入口配管、２２ｂ：出口配管、２２ｃ：ヒーター、
２３：第１流量制御部、２４：第２流量制御部

Claims (8)

1. ウェハを支持する支持部と、
   前記ウェハの上面の第１領域に対向する第１部分と、前記ウェハと前記第１部分との間に介在する第２部分とを有する第１部材と、
   前記ウェハの上面の第２領域に対向する第３部分と、前記ウェハと前記第３部分との間に介在する第４部分とを有する第２部材と、
   前記ウェハを処理する第１液体を前記第１領域に供給する第１液体供給部と、
   前記ウェハと前記第１部分との間に第１ガスを供給する第１ガス供給部と、
   前記ウェハと前記第３部分との間に第２ガスを供給する第２ガス供給部と、
   を備え、
   前記第１領域は、前記ウェハの中心部側に位置し、前記第２領域は、前記ウェハの外周部側に位置し、
   前記第１部分と前記第３部分は、環状の形状を有し、前記第２部分と前記第４部分は、筒状の形状を有する、
   半導体製造装置。
2. 前記第１および第２部材を独立に回転させる回転部をさらに備える、請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記第１液体供給部は、前記ウェハ上の膜をエッチングする前記第１液体を供給し、
   前記第１ガス供給部は、前記エッチングの速度を増加させる前記第１ガスを供給し、
   前記第２ガス供給部は、前記エッチングの速度を減少させる前記第２ガスを供給する、
   請求項１または２に記載の半導体製造装置。
4. 前記第１および第２ガス供給部はそれぞれ、前記第１液体中のエッチング剤と同じエッチング剤を含有する前記第１および第２ガスを供給する、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
5. 前記第１ガス中の前記エッチング剤の濃度を調整する第１調整部と、
   前記第２ガス中の前記エッチング剤の濃度を調整する第２調整部と、
   をさらに備える請求項４に記載の半導体製造装置。
6. 前記ウェハに第２液体を供給する第２液体供給部をさらに備え、
   前記第２液体供給部は、前記ウェハの上面の前記第２領域に前記第２液体を供給する上面供給部を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
7. 前記第２液体供給部はさらに、前記ウェハの下面に前記第２液体を供給する下面供給部を含む、請求項６に記載の半導体製造装置。
8. 前記上面および下面供給部は、前記ウェハの端部に前記第２液体を供給する、請求項７に記載の半導体製造装置。

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