(57)【要約】【課題】半導体基板を高温の薬液で処理する際、半導体基板上の面内で処理薬液の温度分布により、基板面内での薬液に対する反応均一性の低下を防止する。【解決手段】  処理温度の薬液を吐出する複数の薬液ノズル４が半導体基板１の直径方向に異なる複数の位置に対応して配置されたノズル支持アーム１８を半導体基板１の上方に配置し、ノズル支持アーム１８を半導体基板１の回転軸を中心に半導体基板１の回転方向とは逆方向に回転させながら、複数の薬液ノズル４より薬液を吐出する。このように回転する半導体基板１の表面であって半導体基板１の直径方向に異なる複数の位置に同時に高温の薬液を供給することにより、基板面内の薬液温度のばらつきをなくし、薬液との基板面内での反応均一性を向上させることができる。【選択図】図２２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に薬液を供給することにより前記半導体基板を薬液処理する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板を回転させながら、常温より高い所定の処理温度の前記薬液を、前記半導体基板の表面であって前記半導体基板の直径方向に異なる複数の位置に同時に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記処理温度の薬液を吐出する複数の薬液ノズルが前記半導体基板の直径方向に異なる複数の位置に対応して配置されたノズル支持アームを前記半導体基板の上方に配置し、前記ノズル支持アームを前記半導体基板の回転軸を中心に前記半導体基板の回転方向とは逆方向に回転させながら、前記複数の薬液ノズルより前記薬液を吐出することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
薬液処理される半導体基板を内部に載置する処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内で前記半導体基板を載置し前記半導体基板を所定方向に回転させる基板支持アームと、
常温より高い所定の処理温度の薬液を、前記基板支持アーム上に載置されて回転する前記半導体基板の表面であって前記半導体基板の直径方向に異なる複数の位置に同時に供給する薬液供給手段とを備えた半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記薬液供給手段は、前記基板支持アームの上方に配置され前記半導体基板の直径相当の長さを有するノズル支持アームと、前記ノズル支持アームの下面に配置された複数の薬液ノズルとを備え、
前記ノズル支持アームは回転する前記半導体基板の回転軸を中心に前記半導体基板の回転方向とは逆方向に回転しながら、前記複数の薬液ノズルより前記薬液を吐出することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および製造装置に関し、半導体装置の製造工程において全般に用いるウェット処理装置、特に半導体基板の洗浄装置等に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化および高集積化に伴い、素子パターンの微細化は高まる一方である。また、半導体基板の大径化も進んでいる。したがって、半導体製造装置において、枚葉式処理装置が増加している（例えば、特許文献１と２を参照）。このような枚葉式の例えば洗浄装置においては、ウェットエッチング・洗浄（コンタミネーション除去、パーティクル除去）を短時間で終了させるため、高温薬液処理するために処理半導体基板および処理薬液の温度、処理雰囲気が正確に制御でき、洗浄を安定して行えることが求められている。特に、温度制御は、エッチングレートの変化やウェハの処理後の平坦度などに関るエッチング特性に非常に敏感であり、重要な制御が必要とされている。
【特許文献１】特開平５−１２１３８８号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００２−２３１６７４号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の洗浄方法において、半導体基板を枚様式で高温薬液処理した場合、基板を高速自回転させても、面内で薬液温度のばらつきが発生する。つまり、薬液と基板が初めに接触する部分とそれ以外の部分とで温度分布が基板上で異なってしまい、先に述べた基板上での薬液の処理温度の制御を安定して行う事が困難であった。このように、半導体基板上の面内で処理薬液の温度分布が生じてしまい、基板へのエッチングレートが異なるなどのエッチングの面内均一性等、基板面内での薬液に対する反応均一性を低下させてしまうという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、半導体基板上の面内で処理薬液の温度差をなくし、基板面内での反応均一性を向上させて高温薬液処理できる半導体装置の製造方法および製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面に薬液を供給することにより半導体基板を薬液処理する半導体装置の製造方法であって、半導体基板を回転させながら、常温より高い所定の処理温度の薬液を、半導体基板の表面であって半導体基板の直径方向に異なる複数の位置に同時に供給することを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に記載の半導体装置の製造方法は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、処理温度の薬液を吐出する複数の薬液ノズルが半導体基板の直径方向に異なる複数の位置に対応して配置されたノズル支持アームを半導体基板の上方に配置し、ノズル支持アームを半導体基板の回転軸を中心に半導体基板の回転方向とは逆方向に回転させながら、複数の薬液ノズルより薬液を吐出することを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項３に記載の半導体装置の製造装置は、薬液処理される半導体基板を内部に載置する処理チャンバーと、処理チャンバー内で半導体基板を載置し半導体基板を所定方向に回転させる基板支持アームと、常温より高い所定の処理温度の薬液を、基板支持アーム上に載置されて回転する半導体基板の表面であって半導体基板の直径方向に異なる複数の位置に同時に供給する薬液供給手段とを備えている。
【０００８】
また、請求項４に記載の半導体装置の製造装置は、請求項３に記載の半導体装置の製造装置において、薬液供給手段は、基板支持アームの上方に配置され半導体基板の直径相当の長さを有するノズル支持アームと、ノズル支持アームの下面に配置された複数の薬液ノズルとを備え、ノズル支持アームは回転する半導体基板の回転軸を中心に半導体基板の回転方向とは逆方向に回転しながら、複数の薬液ノズルより薬液を吐出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転する半導体基板の表面であって半導体基板の直径方向に異なる複数の位置に同時に高温の薬液を供給することにより、基板面内の薬液温度のばらつきをなくし、薬液との基板面内での反応均一性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の各実施形態に係る半導体装置の製造装置について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態では、枚葉式洗浄装置を例に挙げて説明する。
【００１１】
以下の各実施形態では、半導体基板（ウェハ）の処理面に、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）から形成したシリコン酸化膜が成膜されているものとする。この半導体基板を５００ｒｐｍ以上で自回転させながら、その処理面にクリーンルーム内の温度より高い５０℃のＨＦ薬液を塗布する（薬液処理）。
【００１２】
本発明の第１の実施形態について図１を参照しながら、説明する。この枚葉式洗浄装置は、半導体基板１を基板支持アーム２上に保持し、基板支持アーム２がモーター６により回転することで半導体基板１を自回転できる（以下の各実施形態でも同様）。第１の実施形態では、処理チャンバー３の外周に抵抗加熱方式のヒーター９を配置し、処理チャンバー３内の雰囲気を熱し、半導体基板１全体を薬液温度（ＨＦ：５０℃）と同じ５０℃相当にまで上昇させる。この後、自回転（５００ｒｐｍ以上）する半導体基板１上に薬液ノズル４から薬液（ＨＦ：５０℃）を塗布すると、図２のようにエッチングレートの面内均一性を２．２９％に向上させ得ることが出来る。なお、図２において、横軸のウェハ位置（Ｗａｆｅｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）は基板１の直径方向の中心（０）から端部までの距離を示し、縦軸のエッチングレート（Ｅｔｃｈｉｎｇ Ｒａｔｅ）は基板１処理面に成膜されているシリコン酸化膜のエッチングレートである。均一性の％値はその数値が小さいほどエッチングレートの面内均一性が高いことを示すものである。
【００１３】
この図２での均一性は以下のようにして算出している。ウェハ（基板）面内各１７点それぞれのエッチング量をＥｎ（ｎ＝１，２，３，・・・，１７）とし、１７点中最大のエッチング量をＥｍａｘ、最小のエッチング量をＥｍｉｎ、平均値をＥａｖｅとし、均一性をＵｎｉ．としたとき、
Ｕｎｉ．［％］＝［（Ｅｍａｘ−Ｅｍｉｎ）／（２・Ｅａｖｅ）］×１００
ただし、Ｅａｖｅ＝（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３＋・・・＋Ｅ１７）／１７である。
【００１４】
ここで比較例として、図１の方法（第１の実施形態）において、ヒーター９を設けず半導体基板１を加熱しなかった場合で、それ以外は第１の実施形態と同じ条件とした方法で、同じ半導体基板１を同じ薬液（ＨＦ：５０℃）で処理した場合の基板面内のエッチングレートの分布は図２４（図２と同様に表示）のようになり、半導体基板のセンター部・エッジ部など各所で基板上の薬液の温度が異なるため、エッチングレートが異なってしまう（均一性：１０．２７％）。本実施形態では、半導体基板１全体を予め薬液温度相当に昇温させておくことで半導体基板１面内の薬液の温度に差を生じないようにし、このような不均一性を改善できる。
【００１５】
本発明の第２の実施形態について図３を参照しながら、説明する。処理チャンバー３の側面にマイクロウェーブ発生装置１１を配置する。薬液処理前、純水ミストノズル１２から純水ミストを処理チャンバー３に充満させる。この充満させたミストにマイクロウェーブ発生装置１１から周波数２４５０ＭＨｚのマイクロウェーブを照射し、処理チャンバー３の雰囲気を加熱させ、基板１温度を薬液温度（ＨＦ：５０℃）相当まで上昇させる。この際、チャンバー内の温度分布は、ヒーター加熱で行った場合に比べ、温度分布が均一になる効果を持つ。図４（ａ）はこの第２の実施形態のマイクロウェーブ発生装置１１を用いて加熱した場合の処理チャンバー３内の温度分布を現した図であり、図４（ｂ）は第１の実施形態でのヒーター９を用いて加熱した場合の処理チャンバー３内の温度分布を現した図（この場合、第１の実施形態であるので処理チャンバー３内に純水ミストを充満させていない）であり、第２の実施形態での効果を確認できる。
【００１６】
その後、薬液処理前に、純水ミストはドレイン１０で処理チャンバー３から追い出し、自回転（５００ｒｐｍ以上）する半導体基板１上に薬液ノズル４から薬液（ＨＦ：５０℃）を塗布する。薬液処理する前に、薬液温度相当まで半導体基板１の温度を上昇させるので、処理時の自回転する基板１上のエッチングレートの面内均一性を図５（図２と同様に表示）のように１．１５％に向上させ得ることが出来る。また、純水ミストを効率的に処理チャンバー３に充満させるために、あらかじめ処理チャンバー３を減圧させておくこともできる。また、処理チャンバー３を純水ミストで充満させた後に、チャンバー３を減圧させるようにしてもよい。この場合チャンバー３内の純水ミストを減圧させることにより、早くチャンバー３内から追い出すことと、チャンバー３側壁及び、半導体基板１に着いた純水を揮発させやすくすることができる。
【００１７】
本発明の第３の実施形態について図６を参照しながら、説明する。前処理チャンバー１４の外周に抵抗加熱方式のヒーター９を配置し、チャンバー１４内の雰囲気を熱し、半導体基板１全体を薬液温度５０℃相当にまで上昇させる。その後、基板１を前処理チャンバー１４から処理チャンバー３に移し、薬液処理を行う。この薬液処理で、自回転（５００ｒｐｍ以上）する半導体基板１上に薬液ノズル４から薬液（ＨＦ：５０℃）を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図７（図２と同様に表示）のように１．８０％に向上させ得ることが出来る。
【００１８】
本発明の第４の実施形態について図８を参照しながら、説明する。前処理チャンバー１４の外周にハロゲンランプ１５を配置し、チャンバー１４内の雰囲気を熱し、半導体基板１全体を薬液温度５０℃相当にまで上昇させる。その後、半導体基板１を前処理チャンバー１４から処理チャンバー３に移し、薬液処理を行う。この薬液処理で、回転する基板１上に薬液ノズル４から薬液（ＨＦ：５０℃）を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図９（図２と同様に表示）のように２．３６％に向上させ得ることが出来る。
【００１９】
本発明の第５の実施形態について図１０を参照しながら、説明する。前処理チャンバー１４の側面にマイクロウェーブ発生装置１１を配置する。純水ミストノズル１２から純水ミストをチャンバー１４に充満させる。この充満させたミストにマイクロウェーブ発生装置１１から周波数２４５０ＭＨｚのマイクロウェーブを照射し、チャンバー１４の雰囲気を加熱させ、基板１温度を薬液処理温度５０℃相当まで上昇させる。その後、基板１を前処理チャンバー１４から処理チャンバー３に移し、薬液処理を行う。この薬液処理で、自回転（５００ｒｐｍ以上）する半導体基板１上に薬液ノズル４から薬液（ＨＦ：５０℃）を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図１１（図２と同様に表示）のように２．９１％に向上させ得ることが出来る。また、純水ミストを効率的にチャンバー１４に充満させるために、あらかじめチャンバー１４を減圧させておくこともできる。また、前処理チャンバー１４を純水ミストで充満させた後に、チャンバー１４を減圧させるようにしてもよい。この場合、前処理チャンバー１４内の純水ミストを減圧させることにより、早く前処理チャンバー１４内から追い出すことと、チャンバー側壁及び、半導体基板１上に着いた純水を揮発させやすくすることができる。
【００２０】
本発明の第６の実施形態について図１２を参照しながら、説明する。前処理チャンバー１４内の純水槽１６に入っている純水温度は、薬液温度（ＨＦ：５０℃）に対して、５０±５℃の範囲に設定してある。この前処理チャンバー１４内の純水槽１６に半導体基板１を挿入し、基板１全体を薬液温度５０℃相当にまで上昇させる。その後、基板１をチャンバー１４から処理チャンバー３に移し、薬液処理を行う。この薬液処理で、自回転（５００ｒｐｍ以上）する半導体基板１上に薬液ノズル４から薬液（ＨＦ：５０℃）を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図１３（図２と同様に表示）のように３．４８％に向上させ得ることが出来る。
【００２１】
以上の第３〜第６の実施形態では、前処理チャンバー１４を用いて半導体基板１を昇温させておくことで、処理チャンバー３内で薬液処理前に半導体基板１を昇温させる必要がないため、時間短縮を図ることができる。
【００２２】
本発明の第７の実施形態について図１４を参照しながら、説明する。基板支持アーム２の直下に抵抗加熱方式のヒーター９を配置することにより、半導体基板１裏面から直接温度制御しやすくし、基板１全体を薬液温度５０℃相当にまで上昇させる。この後、自回転（５００ｒｐｍ以上）する半導体基板１上に薬液ノズル４から薬液（ＨＦ：５０℃）を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図１５（図２と同様に表示）のように１．６６％に向上させ得ることが出来る。
【００２３】
本発明の第８の実施形態について図１６を参照しながら、説明する。基板支持アーム２の直下にハロゲンランプ１５を配置することにより、半導体基板１裏面から直接温度制御しやすくし、基板１全体を薬液温度５０℃相当にまで上昇させる。この後、自回転（５００ｒｐｍ以上）する半導体基板１上に薬液ノズル４から薬液（ＨＦ：５０℃）を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図１７（図２と同様に表示）のように１．１０％に向上させ得ることが出来る。
【００２４】
本発明の第９の実施形態について図１８を参照しながら、説明する。基板支持アーム２は半導体基板１と水平な平板型であり、基板支持アーム２の中央から高温純水を吐出する純水ノズル２１を設けている。純水ノズル２１から吐出される純水温度は、薬液温度（ＨＦ：５０℃）に対して、５０±５℃の範囲に設定されている。この純水ノズル２１から吐出された高温純水で、そのアーム２と基板１の間の空間を埋めて、基板１裏面から直接温度制御しやすくし、基板１全体を薬液温度５０℃相当にまで上昇させる。この後、自回転（５００ｒｐｍ以上）する半導体基板１上に薬液ノズル４から薬液（ＨＦ：５０℃）を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図１９（図２と同様に表示）のように２．８１％に向上させ得ることが出来る。
【００２５】
本発明の第１０の実施形態について図２０を参照しながら、説明する。基板支持アーム２は半導体基板１と水平な平板型であり、基板支持アーム２の中央から高温のＮ２ガスを吐出するＮ２ノズル２２を設けている。Ｎ２ノズル２２から吐出されるＮ２ガスの温度は、薬液温度（ＨＦ：５０℃）に対して、５０±５℃の範囲に設定されている。このＮ２ノズル２２から吐出された高温Ｎ２で、そのアーム２と基板１の間の空間を埋めて、基板１裏面から直接温度制御しやすくし、基板１全体を薬液温度５０℃相当にまで上昇させる。この後、自回転（５００ｒｐｍ以上）する半導体基板１上に薬液ノズル４から薬液（ＨＦ：５０℃）を塗布すると、エッチングレートの面内均一性を図２１（図２と同様に表示）のように３．３５％に向上させ得ることが出来る。
【００２６】
なお、以上の第１〜第１０の実施形態では、処理チャンバー３の外部の加熱手段（図示せず）によって高温に加熱されている薬液（ＨＦ：５０℃）が、薬液処理の際には薬液ノズル４から半導体基板１の中央部に向けて吐出されるようになっている。
【００２７】
また、図１８、図２０の場合、基板１が浮いたように示されているが、ウェハベベル部に点接触する（チャック）ピンでウェハ（基板１）を固定させている。このピンは基板支持アーム２上に３本以上存在している（図示せず）。
【００２８】
本発明の第１１の実施形態について図２２を参照しながら、説明する。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）の薬液ノズル支持アーム１８の上方から見た図である。薬液ノズル支持アーム１８は半導体基板１の直径相当のアーム長を持ち、アーム１８の下面に複数の薬液ノズル４が配置されている。この薬液ノズル支持アーム１８が、自回転（５００ｒｐｍ以上）する半導体基板１上で、基板１の中央部の位置を回転軸として、基板１および基板支持アーム２の回転方向２０とは逆方向１９に自回転しながら薬液ノズル４から薬液（ＨＦ：５０℃）を塗布することで、基板１面内上で薬液温度に差が生じず、エッチングレートの面内均一性を図２３（図２と同様に表示）のように１．７３％に向上させ得ることが出来る。
【００２９】
なお、この第１１の実施形態では、処理チャンバー３の外部の加熱手段（図示せず）によって高温に加熱されている薬液（ＨＦ：５０℃）が、薬液処理の際には薬液ライン１７を介して複数の薬液ノズル４から半導体基板１上に吐出されるようになっている。
【００３０】
また、第１１の実施形態のように、薬液ノズル支持アーム１８を回転させる方がエッチングレートの面内均一性をより向上させることができるが、薬液ノズル支持アーム１８を回転させなくても従来よりは向上させることができる。また、回転させずに、図２２（ｂ）のように直線状の薬液ノズル支持アーム１８ではなく、直線状の複数の薬液ノズル支持アーム１８を基板１の回転軸上で交差させたような薬液ノズル支持アームを用いてもよい。例えば２本の直線状の薬液ノズル支持アーム１８を十字状に交差させたようなもので回転しないものでもよい。
【００３１】
なお、各実施形態において、基板の自回転数、薬液の種類・温度、及び基板の膜質・温度、マイクロウェーブの周波数、ヒーター・ランプの種類は上記のものに限らないことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の半導体装置の製造方法および製造装置は、基板面内の薬液温度のばらつきをなくし、薬液との基板面内での反応均一性を向上させることができるという効果を有し、半導体装置の製造工程において全般に用いるウェット処理装置、特に半導体基板の洗浄装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態の洗浄装置を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態のウェハ面内のエッチングレートを示す分布図。
【図３】本発明の第２の実施形態の洗浄装置を示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態のマイクロウェーブ加熱による効果を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態のウェハ面内のエッチングレートを示す分布図。
【図６】本発明の第３の実施形態の洗浄装置を示す断面図。
【図７】本発明の第３の実施形態のウェハ面内のエッチングレートを示す分布図。
【図８】本発明の第４の実施形態の洗浄装置を示す断面図。
【図９】本発明の第４の実施形態のウェハ面内のエッチングレートを示す分布図。
【図１０】本発明の第５の実施形態の洗浄装置を示す断面図。
【図１１】本発明の第５の実施形態のウェハ面内のエッチングレートを示す分布図。
【図１２】本発明の第６の実施形態の洗浄装置を示す断面図。
【図１３】本発明の第６の実施形態のウェハ面内のエッチングレートを示す分布図。
【図１４】本発明の第７の実施形態の洗浄装置を示す断面図。
【図１５】本発明の第７の実施形態のウェハ面内のエッチングレートを示す分布図。
【図１６】本発明の第８の実施形態の洗浄装置を示す断面図。
【図１７】本発明の第８の実施形態のウェハ面内のエッチングレートを示す分布図。
【図１８】本発明の第９の実施形態の洗浄装置を示す断面図。
【図１９】本発明の第９の実施形態のウェハ面内のエッチングレートを示す分布図。
【図２０】本発明の第１０の実施形態の洗浄装置を示す断面図。
【図２１】本発明の第１０の実施形態のウェハ面内のエッチングレートを示す分布図。
【図２２】（ａ）は本発明の第１１の実施形態の洗浄装置を示す断面図、（ｂ）はその薬液ノズル支持アームを示す平面図。
【図２３】本発明の第１１の実施形態のウェハ面内のエッチングレートを示す分布図。
【図２４】比較例のウェハ面内のエッチングレートを示す分布図。
【符号の説明】
【００３４】
１  半導体基板
２  基板支持アーム
３  処理チャンバー
４  薬液ノズル
５  回転軸
６  モーター
７  Ｎ２ノズル
８  純水ノズル
９  ヒーター
１０  ドレイン
１１  マイクロウェーブ発生装置
１２  純水ミストノズル
１３  温度帯表記
１４  前処理チャンバー
１５  ランプ
１６  純水槽
１７  薬液ライン
１８  薬液ノズル支持アーム
１９  アーム１８の回転方向
２０  アーム２の回転方向
２１  純水ノズル
２２  Ｎ２ガスノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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