(57)【要約】【課題】  スピンチャックによって回転するウェーハ上に供給されるウェーハ処理溶液の温度変化を最小化することで処理工程の均一度を向上させる半導体素子製造用ウェーハ処理装置を提供する。【解決手段】  回転軸と、回転軸４によって支持され、処理されるウェーハＷが固定されるチャック１０８、ウェーハＷ上にウェーハ処理溶液を供給するための溶液ノズル２５、並びに溶液ノズル２５と所定間隔離隔され、溶液ノズル２５の左右に形成された所定のガスを供給するためのガスノズル１３０とを設ける。【選択図】    図９
2005191597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸によって支持され、処理されるウェーハが固定されるチャックと、
前記ウェーハ上に前記ウェーハ処理溶液を供給するための溶液ノズルと、
前記溶液ノズルと所定間隔離隔され、前記溶液ノズルの左右に形成された所定のガスを供給するためのガスノズルと、
を備えることを特徴とする半導体素子製造用ウェーハ処理装置。
【請求項２】
前記チャックの内部には、固定されたウェーハを加熱するための熱線が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用ウェーハ処理装置。
【請求項３】
前記ガスは、３０〜１５０℃の範囲の温度であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用ウェーハ処理装置。
【請求項４】
前記ガスは非活性ガスであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用ウェーハ処理装置。
【請求項５】
前記非活性ガスは、窒素ガスであることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子製造用ウェーハ処理装置。
【請求項６】
前記チャック、溶液ノズル及びガスノズルを収納する所定の空間を有するチャンバーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用ウェーハ処理装置。
【請求項７】
前記チャンバーの外部は、熱線に包まれていることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子製造用ウェーハ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子製造装置に関するもので、より詳しくはスピンチャックに安着されたウェーハ上に供給されるウェーハ処理溶液の温度変化を最小化にすることで、エッチング工程または洗浄工程等のような処理工程の均一度を向上させることができる半導体素子製造用ウェーハ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体素子の製造工程は、半導体基板に使用されるウェーハ上に多結晶膜、酸化膜、窒化膜及び金属膜等のような複数の薄膜を形成する薄膜形成工程、前記薄膜形成工程の間に遂行される写真工程、エッチング工程、洗浄工程及びイオン注入工程等を含めてなる。
【０００３】
半導体素子製造工程の内、エッチング工程及び洗浄工程等のようなウェーハ処理工程は、大部分ウェーハを回転させることができるスピンチャックが備えられたウェーハ処理装置を使用する。
【０００４】
ウェーハ処理装置を使用したウェーハ処理工程は、スピンチャック上に処理するウェーハを固定させた後、スピンチャックを回転させてウェーハを回転させ、ウェーハ上に目的に合う処理溶液を供給することでスピンチャックの回転によるウェーハの遠心力と処理溶液の溶液供給圧力を利用してウェーハ上に形成された所定の膜をエッチングするか、ウェーハ上に存在するパーティクルを除去する。
【０００５】
ウェーハ処理工程で重要な工程要素は、スピンチャックの回転速度、ウェーハ処理溶液の種類及びウェーハ処理溶液の工程温度等である。ウェーハ処理溶液は、半導体素子の大量生産の側面で処理対象物と処理溶液の反応速度を促進させて処理時間を短縮させるために常温以上に維持して使用している。
【０００６】
例えば、スピンチャックの運動によって回転する常温のウェーハＷ上に約１００℃の工程温度を有する処理溶液の供給時、ウェーハＷと処理溶液の温度差によって処理溶液は１００℃の工程温度を維持しないという問題点があった。即ち、処理溶液が最初にウェーハＷと接触する時の温度と、処理溶液がスピンチャックの回転による遠心力によってウェーハＷの縁部位方向に移動した時の温度間に温度差が発生する。温度差は、最初にウェーハ上に供給される時の処理溶液は常温以上の工程温度を維持しているが、常温のウェーハと接触して表面に沿って移動することで発生する。従って、温度差はウェーハの口径が１２インチのように大口径化されるほどさらに深刻になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、温度差はウェーハ上の各地点の間の処理溶液の反応速度を変化させて処理対象ウェーハのエッチング均一度及び洗浄対象ウェーハの洗浄均一度を低下させる問題を生じ、この問題は伝導性物質を利用したスピンエッチング方式のコンタクトプラグ形成のようなエッチング対象物の中で一定の部分のみを除去するエッチング工程の遂行時、さらに深刻になる。
【０００８】
半導体素子がだんだん微細化することによって、さらに精密なエッチング工程及び洗浄工程が要求されることでエッチング工程または洗浄工程の対象物であるウェーハ自体と半導体ウェーハ処理溶液の間の温度差を最小化する必要性が台頭した。
【０００９】
本発明の目的は、スピンチャックによって回転するウェーハ上に処理溶液を供給しながらエッチング工程及び洗浄工程等のようなウェーハ処理工程時、ウェーハ上に供給されるウェーハ処理溶液の温度変化を最小化することで処理工程の均一度を向上させる半導体素子製造用ウェーハ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１記載の半導体素子製造用ウェーハ処理装置は、回転軸と、回転軸によって支持され、処理されるウェーハが固定されるチャックと、ウェーハ上にウェーハ処理溶液を供給するための溶液ノズルと、溶液ノズルと所定間隔離隔され、溶液ノズルの左右に形成された所定のガスを供給することができるガスノズルと、を備えてなる。
【００１１】
本発明の請求項２記載の半導体素子製造用ウェーハ処理装置によると、チャックの内部には、固定されたウェーハを加熱することができるように熱線が設けられている。
本発明の請求項３記載の半導体素子製造用ウェーハ処理装置によると、ガスは、３０〜１５０℃の範囲の温度である。
【００１２】
本発明の請求項４記載の半導体素子製造用ウェーハ処理装置によると、ガスは非活性ガスである。
本発明の請求項５記載の半導体素子製造用ウェーハ処理装置によると、非活性ガスは、窒素ガスである。
【００１３】
本発明の請求項６記載の半導体素子製造用ウェーハ処理装置によると、チャック、溶液ノズル及びガスノズルを収納する所定の空間を有するチャンバーがさらに備えられる。
本発明の請求項７記載の半導体素子製造用ウェーハ処理装置によると、チャンバーの外部は、熱線に包まれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的な一実施例を、添付した図面を参照して詳しく説明する。
（第１実施例）
図１は、本発明による半導体素子製造用ウェーハ処理装置の一実施例を示す図面である。
【００１５】
図１を参照すると、本発明によるウェーハ処理装置１は、駆動モータ６によって回転可能であるし、内部に所定のガスが供給できるようにガス供給通路４が形成されている回転軸２、回転軸２によって支持されるし、処理されるウェーハＷが安着するチャック８、チャック８に安着したウェーハＷの側面を固定するクランプ１６、ウェーハＷ上にウェーハ処理溶液を供給するための溶液ノズル２５、チャック８を囲んで、チャック８の回転時、ウェーハＷ上に溶液ノズル２５を通じて供給されるウェーハ処理溶液が外部に散ることを防止するボール２０、チャック８、溶液ノズル２５及びボール２０を含むし、所定の空間をなすチャンバー２２、チャンバー２２の外部を包む熱線２４、ウェーハＷの裏面に所定のガスを供給することができるように回転軸２のガス供給通路４に連結されたガス供給管２９と流量計（表示しない）を含めて構成されるガス供給手段及びガス供給管２９に付着されるし供給されるガスを加熱するためのヒータ３０を備えてなる。
【００１６】
チャック８を詳しく説明するために図２及び図５を参照すると、チャック８の表面下部には回転軸２のガス供給通路４と連結されたバッファー空間１０が形成されており、バッファー空間１０と、チャック８の表面の間には安着されたウェーハＷを加熱することができるように螺旋型で熱線１４が内蔵されている。また、チャック８の表面には、バッファー空間１０と連結される孔１２が複数個形成されている。孔１２は、チャック８の中心から放射状型に配列されることが好ましい。孔１２の直径は１ｍｍ〜７ｍｍであるし、好ましくは３ｍｍであり得る。チャック８の表面には安着されたウェーハＷを感知することができるウェーハセンサー１７が形成されている。
【００１７】
バッファー空間１０は、回転軸２のガス供給通路４を通過したガスが一定な圧力を形成するようにして、それぞれの孔１２で通過するガスの量を均一にすることができる。
従って、回転軸２のガス供給通路４から、バッファー空間１０に供給されたヒータ３０によって加熱されたガスを孔１２を通じてウェーハＷの裏面に供給することでチャック８と、チャック８に安着されたウェーハＷの間にガスクッション１８を形成することができる。
ヒータ３０は、ガス供給管２９を通過するガスを３０〜１５０℃に加熱することができるし、好ましくは６５〜８５℃である。ガスは、非活性ガスであり得るし、窒素ガス（Ｎ2Ｇａｓ）が好ましい。
【００１８】
図６は、チャック内の熱線の有無によるチャック表面の温度変化を説明するためのグラフである。
図６を参照すると、Ｈ線はチャック８内部に熱線１４が内蔵された場合にチャック表面が特定温度Ｔ4まで到達する時間の変化を示すもので、Ｌ線はチャック８内部に熱線１４が内蔵されない場合にチャック表面が特定温度Ｔ4まで到達する時間の変化を示すものである。Ｈ線とＬ線を比較してみると、熱線１４をチャック８内部に内蔵した場合のＨ線が特定温度Ｔ4まで到達する時間が減少することが分かる。従って、工程時間を（ｄ−ｃ）時間差分短縮することができる。
【００１９】
（他の実施例）
図３及び図４は、本発明のチャック８の他の実施例を示す。図３及び図４は全て図２のようにバッファー空間１０、熱線１４及びウェーハセンサー１７が形成されていることは同一であるがチャック８の表面構造が相違している。
【００２０】
図３を参照すると、チャック８の表面にはチャック８の中心を基準に放射型で複数個の長方形状であるし、所定の深さを有する溝１１が形成されている。溝１１の内部には図２と同一の形と大きさを有する孔１２が一定の間隔になって形成されている。溝１１の深さは２ｍｍ〜５ｍｍであり得る。また、溝１１の幅は２ｍｍ〜１０ｍｍであり得るし、好ましくは５ｍｍであるし、溝１１の長さは５ｃｍ〜１５ｃｍである。溝１１の長さは、ウェーハＷの直径によって異なることがある。即ち、２００ｍｍの直径のウェーハＷの場合には約１０ｃｍが好ましいし、３００ｍｍの直径のウェーハＷの場合は１５ｃｍが好ましい。
【００２１】
従って、熱線１４は、溝１１の下部に位置するし、好ましくはチャック表面から６ｍｍ〜１０ｍｍに位置することができる。
図４を参照すると、チャック８の表面には螺旋型の熱線１４に沿って螺旋型ホール１３が形成されている。螺旋型ホール１３の幅は１ｍｍ〜７ｍｍであり得るし、好ましくは３ｍｍである。
【００２２】
溶液ノズル２５は、ウェーハ処理溶液を供給する処理溶液ノズル２６と処理工程後、ウェーハＷを洗浄するための脱イオン水を供給する脱イオン水ノズル２８を含むし、必要によっては複数個の余分の溶液ノズル２５が設置され得る。
処理溶液ノズル２６と脱イオン水ノズル２８は、ウェーハＷの中心を基準に左右に運動しながら処理溶液または脱イオン水を供給することができる。
【００２３】
図７は、処理溶液ノズル２６と連結された処理溶液供給手段の概略的な構成図である。
図７で見るように処理溶液供給手段は、処理溶液が入った容器４０、容器４０外部に形成されるし、容器４０の中の処理溶液の温度を維持させるための熱線４２、容器４０内に特定の加圧されたガスを供給するガス供給管５０及び処理溶液ノズル２６と連結される処理溶液供給管４４を備えてなる。即ち、ガス供給管５０で加圧された窒素ガスを供給して窒素ガスの圧力で適正量の処理溶液を処理溶液供給管４４に押し出してフローさせる。
【００２４】
処理溶液供給管４４には、流量計４６が介在されているし、流量計４６の次には処理溶液供給管４４の断面積を調節する断面積調節手段４８が介在されている。断面積調節手段４８は図８で見るように内部に絞り４９が形成されており、絞り４９を調節して処理溶液供給管４４を通過する処理溶液の流量を微細に調節することができる。勿論、流量計４６だけでも流量の調節が可能であるが、断面積調節手段４８を介在することでさらに微細に流量を調節することができる。
加圧ガスを使用する処理溶液の供給方法は、ピストン運動の不良有無によって処理溶液の供給が可変されるポンプ式方法より工程の正確さという面で効果的である。
【００２５】
チャンバー２２は、ウェーハの処理工程時、ウェーハＷを外部環境からの接触を最小化するために設置した。好ましくはウェーハＷに供給されるウェーハ処理溶液の温度変化を最小化するためである。従って、チャンバー２２の外部に熱線２４を付着することができるし、場合によっては、チャンバー２２の内部の上部に熱線を設置することができる（表示しない）。チャンバー２２の内部の上部の熱線は、チャンバー２２の処理溶液が発生させるガスと直接的に接触することを防止するためにチューブ内に設置させることができる。
【００２６】
チャンバー２２の材質は、処理工程の特性上、高温に耐える耐熱性ガラスで、表面は反射性金属でコーティング処理することができるし、好ましくは金でコーティング処理する。金でコーティングされたチャンバー２２は、内部の熱をチャンバー２２の外部に放出させることを最小化するし、可視光線を効果的に透過させて作業者が肉眼でチャンバー２２の内部を円滑に観察することができるようにする。
熱線２４は、電流調節装置（表示しない）と、電流調節装置の適正電流によって熱を発生させる。従って、チャンバー２２がなす内部空間の温度を上昇させてウェーハ処理工程時、供給される処理溶液の工程温度を効果的に維持することができる。
【００２７】
上述したように本発明による半導体素子製造用処理装置の特徴は、ウェーハＷの裏面にガスを供給するガス供給管２９にガス供給管２９を通じて流れるガスを加熱することができるヒータ３０を付着することと、チャンバー２２の外部及びチャック８表面下部に熱線２４を装着することにある。
【００２８】
従って、ウェーハＷとウェーハＷ上に供給される処理溶液の温度差を克服することで処理溶液の温度変化を最小化させて処理工程の均一度を向上することができる。
また、本発明は、処理溶液が処理工程中ウェーハの裏面にフローされてウェーハの裏面が汚染されることを防止することができる。
【００２９】
（第２実施例）
図９は、本発明による半導体素子製造用ウェーハ処理装置の第２実施例を示す図面である。
まず、説明した第１実施例と同一機能をする構成要素は同一番号を記入したし、説明も省略した。しかし、同一機能を有しているが、構成形態が変わった場合には異なる番号を記入して説明した。
【００３０】
図９を参照すると、本発明によるウェーハ処理装置１０１は、駆動モータ６によって回転可能な回転軸４、回転軸４によって支持され、処理されるウェーハＷが安着するし、安着したウェーハＷを加熱することができるように螺旋型の熱線１４が内蔵されたチャック１０８と、チャック１０８に安着されたウェーハＷの側面を固定するクランプ１６と、ウェーハＷ上にウェーハ処理溶液を供給するための溶液ノズル２５、溶液ノズル２５と所定の間隔離隔されて溶液ノズル２５の左右に形成されるし、所定のガスを供給することができるガスノズル１３０、チャック１０８を囲みながらチャック１０８の回転時、ウェーハＷ上に溶液ノズル２５を通じて供給されるウェーハ処理溶液が外部に散ることを防止するボール２０及びチャック１０８、溶液ノズル２５、ガスノズル１３０及びボール２０を含むし、所定の空間をなしながら外部に熱線２４が形成されているチャンバー２２を備えてなる。
【００３１】
前述したように本発明の特徴は、溶液ノズル２５の左右に加熱された所定のガスを供給することができるガスノズル１３０を形成させることで、ガスノズル１３０を通じて供給されるガスは非活性ガスであり得るし、好ましくは窒素ガスであるし、窒素ガスの温度は３０〜１５０℃であり得るし、好ましくは６５〜８５℃である。
【００３２】
溶液ノズル２５と、ガスノズル１３０の間の離隔距離は、工程条件及びウェーハの直径によって調節することができるし、溶液ノズル２５とガスノズル１３０は互いに平行に連結台１３２に付着されている。
また、溶液ノズル２５と、ガスノズル１３０の配列は、一側を基準にガスノズル１３０、溶液ノズル２５、ガスノズル１３０、溶液ノズル２５及びガスノズル１３０の順に配列することができる。
【００３３】
ガスノズル１３０を適用した処理方法の実施例を調べて見ると、まずガスノズル１３０をウェーハの中心に位置するように整列した後、ガスノズル１３０が加熱された窒素ガスの供給と同時に回転中であるウェーハの縁部位方向に移動させる。継続して、溶液ノズル２５をウェーハの中心に位置するように整列した後、処理溶液の供給と同時に回転中であるウェーハの縁部位方向に移動させながら処理工程を遂行する。ガスノズル１３０を適用した処理方法は当業者によって多様な方法で実施することができるのは当然である。
【００３４】
従って、ガスノズル１３０を通じて加熱された窒素ガスを回転するチャック１０８上の処理されるウェーハ上にフローさせてウェーハＷを加熱することでウェーハ上に供給される処理溶液とウェーハの間の温度差による処理溶液の温度変化を最小化することで処理工程の均一度を向上させることができる。
【００３５】
前述した構成からなる図１の半導体製造用処理装置１を使用したウェーハ処理方法の一実施例として、タングステンプラグ形成方法を調べてみると、まず酸化膜上に形成されたコンタクトホールを埋没させるしタングステン膜が所定の厚さ形成されているウェーハを熱線１４が内蔵されたチャック８上に安着させて、孔１２を通じてウェーハの裏面に７０℃の温度を有する窒素ガスを供給する。また、チャンバー２２の外部の熱線２４を作動させてチャンバー２２がなす空間の温度を上昇させ工程雰囲気を最適化させる。
【００３６】
次に、チャック８を回転させながらウェーハ上にタングステン膜をエッチングすることができるエッチング液を供給しながらエッチング工程を遂行して、コンタクトホール内にのみタングステン膜が存在するようにしてタングステンプラグを完成する。
【００３７】
エッチングに使用するエッチング溶液は、Ｈ2Ｏ2，Ｏ2，ＩＯ4-，ＢｒＯ3，ＣｌＯ3，Ｓ2Ｏ8-，ＫＩＯ3，Ｈ5ＩＯ6，ＫＯＨ及びＨＮＯ3からなるグループの中から選択された少なくとも一つ以上の酸化剤、ＨＦ，ＮＨ4ＯＨ，Ｈ3ＰＯ4，Ｈ2ＳＯ4，ＮＨ4Ｆ及びＨＣｌからなるグループの中から選択された少なくとも一つ以上の増強剤及び緩衝液が所定の比率で混合されてなることが好ましい。
エッチング液にエッチングされる薄膜は、実施例にあるタングステン膜だけではなく、工程によって使用できる銅膜、チタン膜、チタンナイトライド膜、タンタリウム膜、タンタリウムナイトライド膜及び酸化膜であり得る。
【００３８】
本発明のウェーハ処理方法は、従来のＣＭＰ方法によって発生するマイクロスクラッチ及びウェーハの割れ等のような問題点を解決しながらタングステンプラグのような伝導体プラグを形成することができる。
また、ウェーハ処理方法は、伝導体プラグを形成工程にだけ限定することではなく、凹凸形状を有する薄膜の平坦化工程にも適用することができるのは当然である。
【００３９】
（発明の効果）
従って、伝導体プラグ形成工程及び平坦化工程を効率的に遂行することができるし、工程中処理溶液の工程温度変化を最小化して工程の均一度を向上させる効果がある。
以上で、本発明は記載された具体例についてのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想範囲内で多様な変形および修正が可能であることは当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が本願発明の技術的範囲に属するのは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による半導体素子製造用ウェーハ処理装置の実施例を示す概略的な構成図である。
【図２】図１のチャックの実施例を示す図面である。
【図３】図１のチャックの実施例を示す図面である。
【図４】図１のチャックの実施例を示す図面である。
【図５】図２のIII−III’線の断面図である。
【図６】チャック内に熱線の内蔵有無によるチャック表面の温度変化を説明するためのグラフである。
【図７】処理溶液供給手段の概略的な構成図である。
【図８】図７のVI−VI’線の断面図である。
【図９】本発明による半導体素子製造用ウェーハ処理装置の他の実施例を示す概略的な構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１、１０１  半導体素子製造用ウェーハ処理装置、２  回転軸、４  ガス供給通路、６  モータ、８、１０８  チャック、１０  バッファー空間、１１  溝、１２  ホール、１３  螺旋型ホール、１４、２４、４２  熱線、１６  クランプ、１７  ウェーハセンサー、１８  窒素ガスクッション、２０  ボール、２２  チャンバー、２５  溶液ノズル、２６  処理溶液ノズル、２８  脱イオン水ノズル、３０  ヒータ、４０  容器、４４  処理溶液供給管、４６  流量計、４８  断面積調節手段、４９  絞り、５０  ガス供給管、１３０  窒素ガスノズル、１３２  連結台、Ｗ  ウェーハ
【図１】
2005191597.tif 000003
【図２】
2005191597.tif 000004
【図３】
2005191597.tif 000005
【図４】
2005191597.tif 000006
【図５】
2005191597.tif 000007
【図６】
2005191597.tif 000008
【図７】
2005191597.tif 000009
【図８】
2005191597.tif 000010
【図９】
2005191597.tif 000011