JPH0774140A - 半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、シリコンウェハ上の不要な膜を高速
回転をともなってエッチングするスピンエッチング装置
において、エッチングプロセスを安定化できるようにす
ることを最も主要な特徴とする。 【構成】たとえば、シリコンウェハ保持用カップ１２に
保持されて高速回転されるシリコンウェハＳＷの裏面の
中央部に、その上方より、熱交換器１４で約５０度に加
温されたエッチング液を供給する。同時に、シリコンウ
ェハＳＷの下方より、熱交換器１４で約６０度に加温さ
れた高圧のＮ2 ガスを供給する。これにより、シリコン
ウェハＳＷの冷却にともなう、シリコンウェハＳＷの中
央部から周辺部にかけてのエッチング液の温度の低下を
防止して、シリコンウェハＳＷの面内におけるエッチン
グレートの均一化を図る構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえばシリコンウ
ェハ上に形成された窒化膜をエッチングにより除去する
半導体装置の製造装置に関するもので、特にシリコンウ
ェハを高速回転させながらエッチング処理を行うスピン
エッチング装置に使用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造プロセスにおい
ては、プロセスの途中でシリコンウェハの裏面に作り込
まれる不要な膜を除去する必要があった。この、シリコ
ンウェハ上の膜を除去する装置として、水平に保持され
ているシリコンウェハを高速に回転させながらエッチン
グ処理を行うスピンエッチング装置が開発されている。

【０００３】スピンエッチング装置は、たとえば図２に
示すように、保持用カップ（ベルヌイチャック）１によ
り裏面を上にして水平に保持されたシリコンウェハＳＷ
を高速回転させ、そのシリコンウェハＳＷの上方向より
エッチング液を供給するとともに、このエッチング液の
供給時に、シリコンウェハＳＷの下方向より室温の超純
水もしくは室温の高圧窒素（Ｎ2 ) ガスを供給するもの
であった。

【０００４】この場合、上記エッチング液がシリコンウ
ェハＳＷの中央部に対して垂直に供給されることによ
り、そのエッチング液は遠心力によって瞬時にシリコン
ウェハＳＷの周辺部へ拡散されて、膜のエッチングが行
われる。

【０００５】しかしながら、従来のエッチング装置で
は、チャック部分とシリコンウェハＳＷとを非接触に保
つため、エッチング時にシリコンウェハＳＷの下方向か
ら室温の超純水もしくは室温のＮ2 ガスを供給し、シリ
コンウェハＳＷを持ち上げるようになっている。このた
め、エッチング処理時にあっては、シリコンウェハＳＷ
は常に冷やされている。特に、高速回転しているシリコ
ンウェハＳＷの中央部から周辺部に向かい、超純水もし
くはＮ2 ガスの流れが生じるため、シリコンウェハＳＷ
の周辺部では中央部よりもエッチング液の冷却効率が増
すことになる。

【０００６】たとえば、窒化膜をエッチングする場合、
エッチング液としては、加温された５０％の弗化水素酸
溶液（ＨＦ）が用いられる。この結果、シリコンウェハ
ＳＷの中央部に供給された５０度のエッチング液は、中
央部では５０度を維持するが、シリコンウェハＳＷの周
辺部ではエッチング液温が下がり、これがシリコンウェ
ハＳＷの周辺部でのエッチングレートの低下を招くとい
う問題があった。

【０００７】すなわち、エッチングレートはエッチング
液の温度に大きく依存するため、シリコンウェハＳＷの
面内におけるエッチング液の温度のばらつきは、特に窒
化膜に関し、エッチング残し（膜残り）を生じるなど、
エッチングプロセスを非常に不安定なものとする。

【０００８】このように、シリコンウェハＳＷの周辺部
でのエッチング液の温度の低下は、シリコンウェハＳＷ
の周辺部に特に窒化膜の膜残りを生じさせることになる
ため、以降の半導体製造プロセスにおいて、残った窒化
膜のはがれによるパーティクルが増加する、また、以降
の酸化プロセスにおいて、窒化膜が残った部分は酸化さ
れないためにシリコンウェハＳＷの面内に歪みが発生す
るといった欠点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、シリコンウェハの面内におけるエッチング
液の温度のばらつきにより、窒化膜のエッチング残しを
生じるなど、エッチングプロセスが不安定なものとなっ
ていた。

【００１０】そこで、この発明は、シリコンウェハの面
内におけるエッチングレートを均一化でき、エッチング
プロセスを安定化することが可能な半導体装置の製造装
置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体装置の製造装置にあっては、半
導体ウェハ上に形成された膜を除去するものにおいて、
前記半導体ウェハを水平に保持しつつ高速回転する回転
保持体と、この回転保持体により高速回転される前記半
導体ウェハに対し、その一方面より垂直に処理液を供給
する処理液供給手段と、前記回転保持体により高速回転
される前記半導体ウェハに対し、その他方面より高圧か
つ高温のガスを供給するガス供給手段とから構成されて
いる。

【００１２】

【作用】この発明は、上記した手段により、半導体ウェ
ハの周辺部でのエッチング液の温度の低下を防止できる
ようになるため、半導体ウェハの面内におけるエッチン
グ液の温度を略一定に維持することが可能となるもので
ある。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１は、本発明にかかるスピンエッチ
ング装置の構成を概略的に示すものである。

【００１４】すなわち、このエッチング装置は、たとえ
ばエッチングケース１１内に設けられた回転保持体とし
てのシリコンウェハ保持用カップ（ベルヌイチャック）
１２、エッチング液タンク１３、熱交換器１４、および
各種のライン２１〜３２からなっている。

【００１５】シリコンウェハ保持用カップ１２は、エッ
チング処理を行うシリコンウェハ（半導体ウェハ）ＳＷ
を、その裏面を上にして水平に保持するとともに、この
保持したシリコンウェハＳＷを高速回転するものであ
る。

【００１６】エッチング液タンク１３は、上記エッチン
グケース１１と上記熱交換器１４との間に設けられ、上
記シリコンウェハＳＷ上の不要な膜をエッチングするた
めのエッチング液（処理液）を蓄えるものであり、さら
に、エッチング液のエッチング排液を再生使用するため
の回収機能をも有している。

【００１７】このエッチング液としては、たとえば５０
％の弗化水素酸溶液（ＨＦ）が用いられる。熱交換器１
４は、上記エッチングケース１１と上記エッチング液タ
ンク１３との間に設けられ、上記エッチング液タンク１
３から供給されるエッチング液、たとえばＨＦを約５０
度に加温するとともに、このエッチング液ＨＦの加温時
に排出される排熱を利用して１気圧以上の高圧の窒素
（Ｎ2 ）ガスを約６０度に加温するものである。

【００１８】ライン２１は、上記エッチング液タンク１
３内に蓄えられたエッチング液を上記熱交換器１４に供
給するエッチング液ラインである。ライン２２は、エッ
チング処理時に、上記熱交換器１４で加温されたエッチ
ング液を、たとえば上記シリコンウェハＳＷの上方より
その中央部に供給するエッチング液供給ラインである。

【００１９】ライン２３は、非エッチング時に、上記熱
交換器１４で加温されたエッチング液を、上記エッチン
グ液タンク１３を介して循環するエッチング液循環ライ
ンである。

【００２０】ライン２４は、上記熱交換器１４に対して
高圧のＮ2 ガスを供給する高圧Ｎ2ガスラインである。
ライン２５は、エッチング処理を行う際に、上記熱交換
器１４で加温された高圧のＮ2 ガスを、たとえば上記シ
リコンウェハＳＷの下方より供給する高圧Ｎ2ガス供給
ラインである。

【００２１】ライン２６は、非エッチング時に、上記熱
交換器１４で加温された高圧のＮ2ガスを循環する高圧
Ｎ2 ガス循環ラインである。ライン２７は、エッチング
処理の終了した上記シリコンウェハＳＷ上に残るエッチ
ング液を排除するための、高圧のエアーを供給する高圧
エアー供給ラインである。

【００２２】ライン２８は、エッチング処理が終了し、
上記高圧エアーにより表面のエッチング液が排除された
上記シリコンウェハＳＷに対し、洗浄用の超純水を供給
する超純水供給ラインである。

【００２３】ライン２９は、エッチング処理が終了し、
上記超純水により洗浄されたリンス後の上記シリコンウ
ェハＳＷに対し、乾燥用の高圧のＮ2 ガスを、上記熱交
換器１４を介して供給する乾燥用高圧Ｎ2 ガス供給ライ
ンである。

【００２４】ライン３０は、上記エッチング処理で使用
されたエッチング液ＨＦなどの薬液を、上記エッチング
ケース１１内より回収し、上記エッチング液タンク１３
内で精製させるための回収ラインである。

【００２５】ライン３１は、上記エッチング液タンク１
３内での精製により不要となった薬液を廃棄するための
排液ラインである。ライン３２は、上記エッチング処理
で発生するガスを、上記エッチングケース１１内より排
気するための排気ラインである。

【００２６】さて、実際にシリコンウェハＳＷ上の窒化
膜をエッチング処理する場合は、まず、エッチングケー
ス１１内のシリコンウェハ保持用カップ１２により保持
されたシリコンウェハＳＷが水平を保ちつつ高速回転さ
れる。

【００２７】この状態において、高速回転されるシリコ
ンウェハＳＷに対し、その上方より、エッチング液タン
ク１３内よりエッチング液ライン２１を介して供給さ
れ、熱交換器１４により約５０度に加温されたエッチン
グ液ＨＦがエッチング液供給ライン２２を経て供給され
る。

【００２８】また、このとき、高速回転されるシリコン
ウェハＳＷに対しては、その下方より、高圧Ｎ2 ガスラ
イン２４を介して供給され、熱交換器１４により約６０
度に加温された高圧Ｎ2 ガスが高圧Ｎ2 ガス供給ライン
２５を経て供給される。

【００２９】これにより、供給されたエッチング液ＨＦ
はその温度を維持しつつ、シリコンウェハＳＷの中央部
より周辺部に拡散され、その際にシリコンウェハＳＷ上
の窒化膜が均一にエンチングされる。

【００３０】すなわち、シリコンウェハＳＷが高温の高
圧Ｎ2 ガスの供給により温められることにより、シリコ
ンウェハＳＷの周辺部においてもエッチング液ＨＦの温
度は中央部とほぼ同じ温度に保たれ、この結果、シリコ
ンウェハＳＷの面内で均一なエッチングが可能となる。

【００３１】この場合、つまり約５０度に加温されたエ
ッチング液ＨＦの供給と同時に、約６０度に加温された
高圧のＮ2 ガスを供給してハーフエッチング（窒化膜の
すべてを除去するフルエッチングに対して、窒化膜の半
分を除去する）を行った際のエッチングの均一性は約５
％であった。

【００３２】ちなみに、約５０度に加温された高圧のＮ
2 ガスを同時に供給した場合のハーフエッチングの均一
性は約１０％であり、このことからも、高圧Ｎ2 ガスを
エッチング液ＨＦの温度よりも高くした方がエッチング
の均一性は向上する。

【００３３】また、エッチング液ＨＦの供給と同時に約
６０度の高圧Ｎ2 ガスを供給する場合に比して、あらか
じめ高温の高圧Ｎ2 ガスを供給するようにした場合に
は、エッチングの均一性としてより高い値を得ることが
できる。

【００３４】たとえば、エッチング液ＨＦの供給よりも
１０秒前から約６０度の高圧Ｎ2 ガスの供給を開始する
ようにした場合、エッチングの均一性は２％程度向上す
る。こうして、シリコンウェハＳＷ上の窒化膜のエッチ
ングが終了すると、高圧エアー供給ライン２７を介して
高圧のエアーが供給され、シリコンウェハＳＷ上のエッ
チング液ＨＦの排除が行われる。

【００３５】また、超純水供給ライン２８を介してリン
ス用の超純水が供給され、シリコンウェハＳＷの洗浄が
行われる。さらに、乾燥用高圧Ｎ2 ガス供給ライン２９
を介して乾燥用の高圧のＮ2 ガスが供給され、シリコン
ウェハＳＷの乾燥が行われることにより、一連のエッチ
ングプロセスは完了される。

【００３６】上記したように、シリコンウェハの周辺部
でのエッチング液の温度の低下を防止できるようにして
いる。すなわち、高速回転しながら水平に保持されたシ
リコンウェハに対して、エッチング液を供給するととも
に、そのシリコンウェハを挟んだ反対側から高温の高圧
Ｎ2 ガスを供給するようにしている。これにより、シリ
コンウェハを加温できるようになるため、シリコンウェ
ハの面内におけるエッチング液の温度を略一定に維持す
ることが可能となる。したがって、シリコンウェハの中
央部から周辺部にかけてエッチング液の温度がばらつく
のを防止することが可能となり、窒化膜のエッチング残
しなどを生じることなく、安定したエッチングプロセス
を実行できるようになるものである。

【００３７】また、本実施例方式の場合、エッチング時
にシリコンウェハの下方からの超純水の供給を必要とし
ないため、超純水の使用量および排水量を大幅に削減で
き、低コスト化なども図れるものである。

【００３８】さらに、シリコンウェハの下方から超純水
を供給する方式の装置に比べ、シリコンウェハの保持面
を濡らさずに処理できるといった利点もある。なお、こ
の発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の
要旨を変えない範囲において、種々変形実施可能なこと
は勿論である。

【００３９】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、シリコンウェハの面内におけるエッチングレートを
均一化でき、エッチングプロセスを安定化することが可
能な半導体装置の製造装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかるスピンエッチング
装置の概略を示す構成図。

【図２】従来技術とその問題点を説明するために示すス
ピンエッチング装置の要部の構成図。

【符号の説明】

１１…エッチングケース、１２…シリコンウェハ保持用
カップ、１３…エッチング液タンク、１４…熱交換器、
２１〜３２…ライン、ＳＷ…シリコンウェハ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェハ上に形成された膜を除去す
   る半導体装置の製造装置において、 前記半導体ウェハを水平に保持しつつ高速回転する回転
   保持体と、 この回転保持体により高速回転される前記半導体ウェハ
   に対し、その一方面より垂直に処理液を供給する処理液
   供給手段と、 前記回転保持体により高速回転される前記半導体ウェハ
   に対し、その他方面より高圧かつ高温のガスを供給する
   ガス供給手段とを具備したことを特徴とする半導体装置
   の製造装置。
2. 【請求項２】 前記ガス供給手段により供給されるガス
   は、その圧力が１気圧以上で、かつ温度が前記処理液よ
   りも高いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置
   の製造装置。