JPH0831794A

JPH0831794A - 半導体ウェハの処理装置

Info

Publication number: JPH0831794A
Application number: JP18277194A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Sato; 薫佐藤; Atsushi Kawasaki; 篤川崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】大口径のウェハであっても、エッチング液や
洗浄剤をウェハの全面に均一に分布させる。【構成】高圧ポンプ１０において加圧されて均圧室８
の内部で均圧にされたエッチング液が、ノズル７を構成
する複数の細管の夫々に同等に供給され、細管からウェ
ハ４の全面に噴射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
において半導体ウェハに対しエッチング処理や洗浄処理
を行うための半導体ウェハの処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memo
ry）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programm
able Read Only Memory ）等の半導体装置の製造工程に
おいては、フォトレジスト等で作られたパターンを保護
マスクとして、その下にあるシリコン酸化膜や多結晶シ
リコン膜等を保護マスクと同じパターンに加工するエッ
チング技術が広く用いられている。このエッチング技術
の一つであるウエットエッチングを行う装置の一つとし
て、エッチング液をスプレーノズルから噴霧してエッチ
ングを行うスプレー式エッチング装置がある。以下、こ
のスプレー式エッチング装置について、図３を参照して
説明する。

【０００３】図３は、スプレー式エッチング装置の概略
構成図である。図３において、処理槽１０１下に設置さ
れたモータ１０２は、ウェハ支持台１０３上に載置され
た半導体ウェハ１０４を回転させ得るように構成されて
いる。容器１０５にはＫＯＨ、ＨＦ等のウエットエッチ
ング液が蓄えられており、このエッチング液は、配管１
０６によって高圧ポンプ１０７及びバルブ１０８を介し
て半導体ウェハ１０４中央部上に設けられたノズル１０
９に供給される。

【０００４】次に、図３に示すスプレー式エッチング装
置の動作を説明する。まず、半導体ウェハ１０４を例え
ば真空吸着によりウェハ支持台１０３上に固定し、しか
る後、モータ１０２を動作させて半導体ウェハ１０４を
回転させる。そして、バルブ１０８を開いて高圧ポンプ
１０７により所望の圧力に昇圧されたエッチング液をノ
ズル１０９から霧状に半導体ウェハ１０４に対してスプ
レーする。そして、スプレーされたエッチング液は、ウ
ェハの回転作用により、半導体ウェハ１０４上に均一に
分布するようになる。

【０００５】一方、ＤＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等の半導体
装置の製造工程において、半導体ウェハ表面の粒子、有
機物等の汚れは配線の短絡や断線の原因となるため、半
導体ウェハの表面は常に清浄に保つ必要がある。そこ
で、これらの汚れを液体又は気体の洗浄剤の物理的及び
化学的作用により除去する洗浄技術が用いられている。
この洗浄を行う際にも図３に示すものと同様の装置を用
いて、容器１０５に蓄えられた純水等の洗浄剤をノズル
１０９から霧状に半導体ウェハ１０４に対してスプレー
し、半導体ウェハ表面を清浄にしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図３に示す装
置でエッチングを行った場合、エッチング液が霧状に噴
霧されるに過ぎないため、ノズル１０９直下のウェハ中
心部分で半導体ウェハ１０４にスプレーされるエッチン
グ液が過多となり、ウェハ周辺部分で過少となるという
現象が半導体ウェハの大口径化に伴って顕著になり、ウ
ェハを高速で回転させたとしても、エッチング液を半導
体ウェハ１０４上に均一に分布させることができなくな
った。その結果、同一ウェハにおいて、ウェハ中心部分
でエッチング速度が大きく、ウェハ周辺部分で小さくな
るため、エッチング速度が半導体ウェハ上の場所によっ
て不均一になり、エッチング速度の制御も困難になっ
た。従って、従来の半導体ウェハの処理装置でエッチン
グを行った場合、エッチング速度の不均一性のために素
子の信頼性に悪影響を及ぼすという問題が生じていた。

【０００７】一方、図３に示す装置でウェハ洗浄を行っ
た場合、層間絶縁膜に形成した上下配線接続用等のコン
タクト孔のアスペクト比が素子の微細化により大きくな
ったことに伴って、コンタクト孔の底部には洗浄剤を十
分に供給することができなくなった。その結果、ウェハ
周辺部分において、コンタクト孔の底部を十分に洗浄で
きなくなり、エッチングの場合と同様に、素子の信頼性
に悪影響を及ぼすという問題が生じていた。また、コン
タクト孔洗浄と同様の問題は、ウェハ表面に形成したキ
ャパシタ用又は素子分離用等のトレンチ（溝）の底部を
洗浄する場合にも生じていた。

【０００８】そこで、本発明の目的は、大口径の半導体
ウェハであっても半導体ウェハの全体を均一なエッチン
グ速度で効率よくエッチングすることができ、また、微
細化されたアスペクト比の高いコンタクト孔やトレンチ
等の底部を効率よく高清浄に洗浄することのできる半導
体ウェハの処理装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体ウェハの処理装置は、直径０．５ｍ
ｍ〜３．０ｍｍの開孔を複数有し、上記開孔の夫々を介
して半導体ウェハの全面にウェハ処理用流体を供給する
開口率５０％〜９０％のノズル手段と、上記ノズル手段
と一体に設けられており、内部において圧力を均一にさ
れたウェハ処理用流体を上記開孔の夫々に供給する均圧
室とを備えている。

【００１０】また、本発明の一態様においては、上記ノ
ズル手段が、内直径０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの管を束ね
ることにより構成されている。

【００１１】また、本発明の一態様においては、上記半
導体ウェハを所望の回転数で回転させるウェハ回転手段
を備えている。

【００１２】また、本発明の一態様においては、ウェハ
処理用流体を加圧する加圧手段を備えている。

【００１３】

【作用】エッチング液や洗浄剤等のウェハ処理用流体が
均圧室から開孔の夫々に同等に供給されるので、半導体
ウェハの大きさに関わらず半導体ウェハ上の全面にウェ
ハ処理用流体を均一に分布させることができる。また、
アスペクト比が高い場合であってもコンタクト孔やトレ
ンチの底部に処理用流体をウェハの真上から直接供給す
ることができて、これらの箇所を効率よく高清浄に洗浄
できるようになる。従って、エッチングや洗浄にムラが
生じることを防止できる。

【００１４】また、半導体ウェハを所望の回転数で回転
させることにより、ウェハ処理用流体を半導体ウェハ上
により一層均一に分布させることができるとともに、エ
ッチング液の濃度等を変化させることなくエッチング速
度及び洗浄速度の制御が容易にできるようになる。

【００１５】また、ウェハ処理用流体を加圧することに
より、エッチング液や洗浄剤の濃度を変化させることな
くエッチング速度及び洗浄速度の制御が容易にできるよ
うになる。特に、加圧圧力を適当に調節することによ
り、エッチング効率及び洗浄効率を非常に高くすること
ができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例につき図面を参照して
説明する。

【００１７】図１は、本実施例の半導体ウェハの処理装
置の概略構成図である。図１において、処理槽１下に設
置されたモータ２は、例えばフッ素樹脂で作られたウェ
ハ支持台３上に水平に載置された直径８インチの略円形
の半導体ウェハ４を回転させ得るように構成されてい
る。また、処理槽１の下部及び側部には、排液用及び排
気用の開口が夫々設けられている。また、処理槽１の上
部には、水平に保たれた処理液供給ノズル７及びこれと
一体に設けられた均圧室８が設置されている。

【００１８】ここで、処理液供給ノズル７について説明
する。図２に示すように、処理液供給ノズル７は、長さ
５ｍｍ〜５０ｍｍ程度、内直径０．５ｍｍ程度のフッ素
樹脂製の多数の細管２１を半導体ウェハ４の直径方向の
平面内に配列して束ねることによって、全体の開口率６
０％程度、直径８インチ程度の略円柱形に形成されてい
る。即ち、ノズル７は半導体ウェハ４と略同一形状を有
するように形成されているが、半導体ウェハ４よりも大
きく例えば直径９インチ程度の略円柱形に形成してもよ
い。また、ノズル７の形状は、半導体ウェハ４の形状に
あわせて適宜変更が可能であり、半導体ウェハ４の形状
が矩形の場合にはノズル７の形状もこれに合わせて矩形
にすればよい。また、細管２１の内直径及びノズル７の
開口率は適宜設計変更が可能であるが、細管２１の内直
径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ程度の範囲、ノズル７の開
口率が５０％〜９０％程度の範囲にあることがエッチン
グ液等を均一に供給する観点から好ましく、内直径０．
７ｍｍ〜２．０ｍｍ程度、開口率６０％〜７０％程度が
より好ましい。また、細管２１の材質は、不純物の発生
源とならないという点及びあらゆる薬品の使用が可能で
あるという耐酸性の点でフッ素樹脂が最も好ましいが、
フッ酸以外の薬品を使用するのであれば石英であっても
よい。尚、細管２１は、図２に示すような直管に限ら
ず、噴射口が半導体ウェハ４方向を向くようにすれば曲
管であってもよい。

【００１９】処理液供給ノズル７と一体に設けられた均
圧室８は、ノズル７と実質的に同一の断面形状を有する
空間であり、配管９から供給されたエッチング液等の処
理液の圧力をその内部において均一にする。そして、均
圧室８は、エッチング液等を半導体ウェハ４に供給する
際には、処理液供給ノズル７の各細管２１にエッチング
液等の処理液を同等に供給するという機能を有する。
尚、均圧室８の形状は、ノズル７の各細管２１にエッチ
ング液等を同等に供給し得るという機能を有する限り、
適宜設計変更が可能である。

【００２０】均圧室８に接続された配管９は２つに分岐
し、その一方は、高圧ポンプ１０、二酸化炭素バブラー
１１及びバルブ１２ａ、１２ｂを介してエッチング液が
蓄積されたエッチング液容器５に接続されており、他方
は、バルブ１２ｄを介して窒素等の不活性ガスを封入し
た不活性ガス容器１３に接続されている。また、配管９
はバルブ１２ａと１２ｂとの間でさらに２つに分岐し、
バルブ１２ｃを介して純水の供給源（図示せず）に接続
されている。エッチング液容器５内に蓄えられたフッ化
水素酸水溶液等のウエットエッチング液は、温調ヒータ
６によって所望の温度に温度調節される。

【００２１】次に、図１に示す半導体ウェハの処理装置
の動作を説明する。まず、半導体ウェハ４を例えば真空
吸着によりウェハ支持台３上に固定し、しかる後、モー
タ２を動作させて半導体ウェハ４を５００〜１５００ｒ
ｐｍ程度の回転速度で回転させる。そして、バルブ１２
ａ、１２ｂを開栓して温調ヒータ６により所望の温度に
温度調節されたエッチング液を高圧ポンプ１０を制御す
ることにより所望の圧力まで加圧し、これを配管９を介
して均圧室８に供給する。その結果、均圧室８内におけ
るエッチング液の圧力は、５ｋｇ／ｃｍ²〜１００ｋｇ
／ｃｍ²に維持される。このように、高圧ポンプ１０に
よってエッチング液の圧力を制御することにより、エッ
チング液の濃度を変化させることなくエッチング速度の
制御ができるようになる。特に、エッチング液の圧力を
被エッチング材に合わせて適度に加圧制御することによ
り、エッチング効率を非常に高くすることができる。

【００２２】さらに、エッチング液は、均圧室８からノ
ズル７を構成する細管２１の夫々に同等に供給され、細
管２１の夫々から等しい圧力で半導体ウェハ４の全面に
対して噴射される。これにより、エッチング液は、半導
体ウェハ４上にムラなく均一に分布する。そして、噴射
されたエッチング液は、モータ２によるウェハの回転作
用によって、半導体ウェハ４上により一層均一に分布す
るようになる。また、モータ２の回転速度を変化させる
ことにより、エッチング液の濃度を変化させることなく
エッチング速度の制御ができる。

【００２３】上記の例で用いられるエッチング液として
は、ＮＨ₄ＯＨ／Ｈ₂Ｏ₂／Ｈ₂Ｏ、ＨＦ及びＫＯＨな
どのウエットエッチング液やＨＦ蒸気を用いることもで
きる。

【００２４】次に、エッチング液による所定量のエッチ
ングが終了した段階で、バルブ１２ｂを閉栓するととも
にバルブ１２ｃを開栓し、配管９から均圧室８に純水を
供給する。その結果、均圧室８において均圧に維持され
た純水は、均圧室８からノズル７を構成する細管の夫々
に同等に供給され、細管２１の夫々からウェハ面に対し
て直角に等しい圧力で半導体ウェハ４の全面に対して均
一に噴射される。このとき、純水を半導体ウェハ４上に
高圧で噴射した際の静電気の発生を防止するために二酸
化炭素バブラー１１を稼働させて、純水の比抵抗を低下
させた。これにより、半導体ウェハの表面に残留してい
るエッチング液及びエッチング時の反応生成物を除去す
る。このように、純水を半導体ウェハ４の真上からウェ
ハ４の全面に直接噴射するので、アスペクト比の高いコ
ンタクト孔やトレンチの底部にまで純水を供給すること
ができ、高い清浄度で効率よくエッチング液や反応生成
物を除去することができる。尚、洗浄を行う場合も高圧
ポンプ１０により純水の圧力を制御することにより、洗
浄速度の制御ができるようになる。特に、純水の圧力を
被エッチング材に合わせて適度に制御することにより、
洗浄効率を非常に高くすることができる。また、このと
き、半導体ウェハ４は静止させることが好ましいが、適
当な回転速度で回転させることにより洗浄速度を制御す
ることもできる。

【００２５】本実施例では、洗浄剤として純水を用いた
が、超純水やフッ酸水溶液などの液体洗浄剤のほか、化
学薬品蒸気やガスを不活性ガスで希釈した気体洗浄剤を
用いることもできる。

【００２６】次に、純水の噴射によるウェハ洗浄が終了
した後、バルブ１２ａ、１２ｃを閉栓して純水の供給を
停止する。しかる後、バルブ１２ｄを開栓し、半導体ウ
ェハ４を４０００ｒｐｍ程度の回転速度で回転させなが
ら、例えば窒素等の不活性ガスを不活性ガス容器１３か
ら配管９に導入する。これによって、均圧室８からノズ
ル７を構成する細管の夫々に不活性ガスが同等に供給さ
れ、細管２１の夫々から等しい圧力で半導体ウェハ４の
全面に対して不活性ガスが均一に噴射される。その結
果、半導体ウェハ４を迅速に乾燥させることが可能にな
る。

【００２７】以上説明したように、本実施例によると、
エッチング液や純水が均圧室８からノズル７を構成する
複数の細管２１の夫々を経て半導体ウェハ４の全面に均
一に供給されるので、ウェハ上のどの部分にもエッチン
グ液等を均一に分布させることができるとともに、コン
タクト孔やトレンチの底部に真上から直接純水を供給す
ることができて高清浄な洗浄処理を効率よく行えるよう
になる。従って、エッチングや洗浄にムラが生じなくな
り、エッチングや洗浄の制御が容易になる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によると、エッチング液や洗浄剤
等のウェハ処理用流体が均圧室から開孔の夫々に同等に
供給されるので、半導体ウェハの大きさに関わらず半導
体ウェハ上の全面にウェハ処理用流体を均一に分布させ
ることができる。また、ウェハ処理用流体をウェハの真
上から供給することによりアスペクト比が高いコンタク
ト孔やトレンチの底部にウェハ処理用流体を供給できる
ので、これらの箇所を効率よく高清浄に洗浄できるよう
になる。従って、エッチングや洗浄にムラが生じること
を防止できるので、エッチングや洗浄の制御が容易にな
り、高い信頼性の半導体素子を安定性よく且つ高いスル
ープットで形成できる半導体ウェハの処理を行うことが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の半導体ウェハの処理装置の概
略構成図である。

【図２】本発明の実施例において用いられる処理液供給
ノズルの外観を示す斜視図である。

【図３】従来の半導体ウェハの処理装置の概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１処理槽２モータ３ウェハ支持台４半導体ウェハ５エッチング液容器６温調ヒータ７処理液供給ノズル８均圧室９配管１０高圧ポンプ１１二酸化炭素バブラー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄバルブ１３不活性ガス容器２１細管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直径０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの開孔を複
数有し、上記開孔の夫々を介して半導体ウェハの全面に
ウェハ処理用流体を供給する開口率５０％〜９０％のノ
ズル手段と、上記ノズル手段と一体に設けられており、内部において
圧力を均一にされたウェハ処理用流体を上記開孔の夫々
に供給する均圧室とを備えていることを特徴とする半導
体ウェハの処理装置。
【請求項２】上記ノズル手段が、内直径０．５ｍｍ〜
３．０ｍｍの管を束ねることにより構成されていること
を特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハの処理装
置。
【請求項３】上記半導体ウェハを所望の回転数で回転
させるウェハ回転手段を備えていることを特徴とする請
求項１又は２に記載の半導体ウェハの処理装置。
【請求項４】ウェハ処理用流体を加圧する加圧手段を
備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
項に記載の半導体ウェハの処理装置。