JP7632330B2

JP7632330B2 - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP7632330B2
Application number: JP2022012954A
Authority: JP
Inventors: 俊貴松冨
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2025-02-19
Anticipated expiration: 2042-01-31
Also published as: JP2023111210A

Description

本開示は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１には、現像装置が開示されている。この現像装置においてローラは、表面上を露呈するように半導体基板の外周囲を保持し、半導体基板を回転させる。半導体基板の両面側には、現像液滴下ノズルとフォトレジスト噴射ノズルが配置される。これにより、フォトレジストの現像と裏面へのフォトレジストの塗布を行う。

特開平５－１０２０２７号公報

特許文献１の現像装置は、半導体基板の裏面にフォトレジストを塗布するため、半導体基板の外周囲を保持している。半導体基板は、半導体基板を回転させるローラと、半導体基板に予圧を与えながら回転するローラで直接保持される。ここで、ウエハである半導体基板には、一般にオリエンテーションフラットと呼ばれる結晶軸の方向を示す直線の切れこみ、もしくはノッチと呼ばれるＶ字型の切れ込みが形成される。このため、予圧を与えながらの回転により、オリエンテーションフラットもしくはノッチの角部に負荷がかかることで、ウエハの欠けが発生する可能性がある。

また、一般にＳｉＣ基板はＳｉ基板と比較して初期状態でのウエハの反りが大きい。また、製造工程が進むにつれ、ウエハの反りは大きくなる傾向にある。このため、ウエハの初期厚および製造工程が進むことによる薄化によっては、ローラによる予圧を与えながらの挟み込みによりウエハが割れるおそれがある。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、ウエハの損傷を抑制できる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。

本開示に係る半導体製造装置は、円筒形の空間が形成された筐体と、前記空間を形成する前記筐体の側壁から前記空間の内部に延びるアームと、前記アームに固定され、前記空間内でウエハの処理面が前記空間の軸方向を向くように、前記ウエハを保持するウエハ搭載部と、前記側壁に設けられ、前記軸方向を回転軸として前記アームを回転させることで、前記ウエハを回転させる回転部と、前記処理面に薬液を吐出するノズルと、を備える。

本開示に係る半導体装置の製造方法は、円筒形の空間が形成された筐体と、前記空間を形成する前記筐体の側壁から前記空間の内部に延びるアームと、前記アームに固定されたウエハ搭載部と、を備える半導体製造装置の前記ウエハ搭載部で、前記空間内でウエハの処理面が前記空間の軸方向を向くように前記ウエハを保持し、前記軸方向を回転軸として前記アームを回転させることで、前記ウエハを回転させ、前記ウエハを回転させながら前記処理面に薬液を吐出する。

本開示に係る半導体製造装置および半導体装置の製造方法では、回転部はウエハ搭載部およびアームを介してウエハを回転させる。従って、ウエハの損傷を抑制できる。

実施の形態１に係る半導体製造装置の断面図である。実施の形態１に係るアームとウエハ搭載部の平面図である。実施の形態１に係るウエハ支持部の断面図である。実施の形態１に係る回転部の機能を説明する図である。実施の形態１に係るシャワー部の配置を説明する図である。実施の形態１の半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。

本実施の形態に係る半導体製造装置および半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体製造装置１００の断面図である。半導体製造装置１００は円筒形の空間１１が形成された筐体１０を備える。アーム１２は、空間１１を形成する筐体１０の側壁１０ａから空間１１の内部に延びる。ウエハ搭載部１４は、アーム１２に固定されている。ウエハ搭載部１４は、空間１１内で半導体基板であるウエハの処理面が空間１１の軸方向Ａ１を向くように、ウエハを保持する。アーム１２は伸縮し、軸方向Ａ１から見た、ウエハ搭載部１４に搭載されたウエハの位置を変更可能である。ウエハ搭載部１４は、軸方向Ａ１にずれた位置に複数設けられる。本実施の形態では５つのウエハ搭載部１４が設けられているが、ウエハ搭載部１４の数は限定されない。

半導体製造装置１００は、ウエハの処理面に薬液を吐出するノズル３０を備える。この薬液は、現像処理のための現像液である。複数のウエハ搭載部１４に対応するように複数のノズル３０が設けられる。さらに、半導体製造装置１００は、純水を吐出するシャワー部３２を備える。シャワー部３２は空間１１の天井部分に設けられている。シャワー部３２は、現像後の洗浄を行う際に、ウエハ上に純水を吐出する。

側壁１０ａには、軸方向Ａ１を回転軸としてアーム１２を回転させることで、ウエハ搭載部１４およびウエハを回転させる回転部２０が設けられる。回転部２０は、駆動モータ２２と、駆動モータ２２の上下に設けられ、駆動モータ２２によって回転する回転体２４を有する。回転体２４は、例えば錆に耐性のある合金から形成される。

図２は、実施の形態１に係るアーム１２とウエハ搭載部１４の平面図である。アーム１２は、側壁１０ａから延びる第１アーム１２ａと、側壁１０ａから延びる第２アーム１２ｂとを有する。また、ウエハ搭載部１４は、第１アーム１２ａに固定された第１搭載部１４ａと、第２アーム１２ｂに固定された第２搭載部１４ｂを有する。第１搭載部１４ａと第２搭載部１４ｂは、ウエハを軸方向Ａ１から見て両側から挟む。第１搭載部１４ａと第２搭載部１４ｂは、組み合わされることで環状となる。ウエハはウエハ搭載部１４によって、空間１１内において中空状態で支えられている。

ドーナツ形状のウエハ搭載部１４の内周側には、ウエハを載置するためのウエハ支持部１６が設けられる。図３は、実施の形態１に係るウエハ支持部１６の断面図である。ウエハ支持部１６は断面視でＬ字型であり、台座部分がウエハの裏面を指示する。ウエハの裏面外周を安定して支えるために、少なくとも８つのウエハ支持部１６が、ウエハ搭載部１４の内周側に均等に配置されると良い。ウエハ支持部１６の数は、ウエハを安定して支えることができれば限定されない。

ウエハ支持部１６は、現像処理の際に現像液などの液体に曝される。このため、ウエハ支持部１６の一部に例えば錆に耐性のある合金を使用しても良い。また、ウエハ搭載部１４のうちウエハ支持部１６等のウエハと接触する部分は、摩擦係数が高く錆に強いゴムまたは樹脂材料で形成されても良い。これにより、ウエハ回転時の慣性を抑制できる。また、回転時の振動によるウエハ外周の欠けを抑制できる。また、ウエハ支持部１６は断面視で、ウエハの中心方向に向かって開口したＵ字型であっても良い。

第１アーム１２ａと第２アーム１２ｂは、軸方向Ａ１と垂直な方向に伸縮可能である。これにより、ウエハを挟んだ状態で、ウエハ搭載部１４の水平方向の位置を任意に調整できる。アーム１２は、モータまたは油圧シリンダーで稼働しても良い。また、アーム１２は入れ子構造であっても良い。

図４は、実施の形態１に係る回転部２０の機能を説明する図である。図４では、便宜上アーム１２およびウエハ搭載部１４のうち片側のみが図示されている。駆動モータ２２の上下に取り付けられた回転体２４は、側壁１０ａの内部に形成され凹部１０ｃにはめ込まれている。回転体２４は駆動モータ２２を支持している。空間１１は回転部２０が回転できるように円筒状である。また凹部１０ｃは環状である。回転体２４が駆動モータ２２によってＤ１に示される方向に回転することで、回転体２４は凹部１０ｃ内を移動する。アーム１２は駆動モータ２２に固定されている。回転体２４の移動により、Ｄ２に示される方向にアーム１２およびウエハ搭載部１４が回転する。

なお、回転部２０を回転させるためのプログラムは処理開始時にあらかじめ用意される。回転部２０は、プログラムに基づき、ウエハ処理時に予め定められた回転を行う。ここでは、アーム１２およびウエハ搭載部１４のうち一方の側の運動について説明したが、アーム１２およびウエハ搭載部１４のうち他方の側も同様の運動を行う。これにより、ウエハ搭載部１４が回転した際にウエハも同様に回転することができる。

図５は、実施の形態１に係るシャワー部３２の配置を説明する図である。半導体製造装置１００は、シャワー部３２を複数備える。複数のウエハ搭載部１４は、アーム１２の伸縮により、複数のシャワー部３２に対応する位置に移動可能である。これにより、一度に処理可能なウエハの枚数を増やすことができる。例えば、複数のウエハ搭載部１４を対応するシャワー部３２の下にそれぞれ配置することで、ウエハを効率的に処理できる。また、ウエハの洗浄漏れを抑制できる。

図１に示されるように、筐体１０には、空間１１の底部に繋がる排水口４０が設けられる。空間１１の底部１０ｂは排水口４０に向かって傾斜している。これにより、現像液および純水を効率よく収集して、排水口４０を介して図示しない廃液タンクに流すことができる。底部１０ｂは、筐体１０の底面が傾斜することで提供されても良い。また、筐体１０の底面に、斜面を提供する傾斜部が別部品として取り付けられても良い。

次に、半導体装置の製造方法について説明する。図６は実施の形態１の半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。まず、準備工程Ｓ１では、アーム１２を動かしてウエハを載置する。この際、ウエハ搭載部１４で、空間１１内でウエハの処理面が空間１１の軸方向Ａ１を向くようにウエハを保持する。次に、現像処理工程Ｓ２では、軸方向Ａ１を回転軸としてアーム１２を回転させることでウエハを回転させ、ウエハを回転させながら処理面に薬液を吐出する。次に、洗浄工程Ｓ３では、薬液を吐出した後に、ウエハに純水を吐出してウエハの洗浄を行う。

準備工程Ｓ１において、ウエハの径に合わせてウエハ搭載部１４の径を変更しても良い。この際、ウエハ搭載部１４は完全な円形とならなくても良い。つまり、第１搭載部１４ａと第２搭載部１４ｂの間に隙間が設けられても良い。また、工程間でウエハを移動させるためのウエハカセットから、搬送アームで待機室等の一時保管場所にウエハを移動させ、アーム１２の調整が完了した後に、一時保管場所から搬送アームでウエハ搭載部１４にウエハを載置してもよい。また、ウエハカセットから直接、ウエハ搭載部１４にウエハを載置しても良い。本実施の形態ではアーム１２が伸縮するため、搬送されたウエハをウエハ搭載部１４で精度よく受け取ることができる。

次に、現像処理工程Ｓ２では、ノズル３０からウエハに現像液を吐出する。この際、回転部２０によってウエハを回転させながら現像処理を行う。これにより、現像液が均一にウエハに供給され、現像ムラを抑制できる。従って、ウエハの微細加工が可能になる。なお、ノズル３０も伸縮可能であっても良い。これにより、微細加工を必要とするウエハの現像ムラを、ノズル３０の水平方向の移動によっても抑えることができる。

次に、洗浄工程Ｓ３では、シャワー部３２からウエハに純水が吐出される。この際、ウエハの洗浄と同時に、現像処理時の回転によって半導体製造装置１００内に飛び散った現像液を洗い流すことができる。なお、半導体製造装置１００は、ウエハを吸着するステージがなく、ウエハを中空状態で保持する。このため、ウエハから漏れた現像液でステージを汚染せず、次に処理されるウエハのステージによる汚染を防止できる。

次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態では、回転部２０はウエハを直接回転させるのではなく、ウエハ搭載部１４とアーム１２を介して回転させる。このため、例えばウエハに予圧を与えながら直接回転させる場合と比較して、ウエハの損傷を抑制できる。特に、オリエンテーションフラットまたはノッチ部を起点とする割れ、欠けを抑制できる。

ウエハは、ワイドバンドギャップ半導体で形成されていても良い。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドである。特に、ウエハが炭化珪素で形成される場合、Ｓｉ基板と比較して反りが大きくなり易い。本実施の形態では、大きな反りを有するウエハを直接回転させないため、ウエハに加わる応力を抑制できる。従って、ウエハの損傷を抑制できる。

また、真空ステージを用いた現像装置では、ＳｉＣ基板で発生する貫通穴から現像液が漏れて、ステージおよび次に処理されるウエハを汚染するおそれがある。本実施の形態では、ウエハは中空状態で処理されるため、ステージおよび次に処理されるウエハの汚染を防ぐことができる。このように、本実施の形態はウエハがＳｉＣ基板である場合に特に効果的である。

また、ウエハの表面または裏面にスパッタまたはイオン注入を行った後に、ウエハ搭載部１４でウエハを保持してウエハを回転させても良い。特にウエハが炭化珪素で形成される場合、イオン注入後に反りが大きくなることが多い。このように、ウエハがイオン注入工程を経ていると、本実施の形態はさらに効果的である。

本実施の形態の変形例として、ウエハ搭載部１４は、第１搭載部１４ａと第２搭載部１４ｂに分割されていなくても良い。つまり、ウエハ搭載部１４は１部品として環状であっても良い。また、ウエハ搭載部１４は３つ以上に分割されていても良い。

本実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。

１０筐体、１０ａ側壁、１０ｂ底部、１０ｃ凹部、１１空間、１２アーム、１２ａ第１アーム、１２ｂ第２アーム、１４ウエハ搭載部、１４ａ第１搭載部、１４ｂ第２搭載部、１６ウエハ支持部、２０回転部、２２駆動モータ、２４回転体、３０ノズル、３２シャワー部、４０排水口、１００半導体製造装置

Claims

円筒形の空間が形成された筐体と、
前記空間を形成する前記筐体の側壁から前記空間の内部に延びるアームと、
前記アームに固定され、前記空間内でウエハの処理面が前記空間の軸方向を向くように、前記ウエハを保持するウエハ搭載部と、
前記側壁に設けられ、前記軸方向を回転軸として前記アームを回転させることで、前記ウエハを回転させる回転部と、
前記処理面に薬液を吐出するノズルと、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
前記アームは伸縮し、前記軸方向から見た前記ウエハの位置を変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
前記ウエハ搭載部は環状であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体製造装置。
前記アームは、前記側壁から延びる第１アームと、前記側壁から延びる第２アームと、を有し、
前記ウエハ搭載部は、前記第１アームに固定された第１搭載部と、前記第２アームに固定された第２搭載部と、を有し、
前記第１搭載部と前記第２搭載部は、前記ウエハを前記軸方向から見て両側から挟むことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の半導体製造装置。
前記第１搭載部と前記第２搭載部は、組み合わされることで環状となることを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
前記ウエハ搭載部は、前記軸方向にずれた位置に複数設けられることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の半導体製造装置。
前記複数のウエハ搭載部に対応するように複数の前記ノズルが設けられることを特徴とする請求項６に記載の半導体製造装置。
純水を吐出するシャワー部を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体製造装置。
前記シャワー部を複数備え、
前記複数のウエハ搭載部は、前記複数のシャワー部に対応する位置に移動可能であることを特徴とする請求項８に記載の半導体製造装置。
前記ウエハ搭載部のうち前記ウエハと接触する部分はゴムで形成されることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の半導体製造装置。
前記筐体には、前記空間の底部に繋がる排水口が設けられ、
前記空間の底部は前記排水口に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の半導体製造装置。
前記ウエハは、ワイドバンドギャップ半導体で形成されていることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の半導体製造装置。
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドであることを特徴とする請求項１２に記載の半導体製造装置。
円筒形の空間が形成された筐体と、前記空間を形成する前記筐体の側壁から前記空間の内部に延びるアームと、前記アームに固定されたウエハ搭載部と、を備える半導体製造装置の前記ウエハ搭載部で、前記空間内でウエハの処理面が前記空間の軸方向を向くように前記ウエハを保持し、
前記軸方向を回転軸として前記アームを回転させることで、前記ウエハを回転させ、
前記ウエハを回転させながら前記処理面に薬液を吐出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記薬液を吐出した後に、前記ウエハに純水を吐出することを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
前記ウエハにイオン注入を行った後に前記ウエハ搭載部で前記ウエハを保持することを特徴とする請求項１４または１５に記載の半導体装置の製造方法。
前記ウエハは炭化珪素で形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。