JP7116694B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、基板処理装置に関する。

基板に形成された膜を処理する工程の一つに、薬液に基板を浸漬させて膜をエッチングする工程がある。このエッチング工程で用いられる装置には、基板表面における薬液の流速を高めるために、薬液内に気泡を吐出する基板処理装置がある。

上述した基板処理装置では、気泡を吐出する配管の吐出口の上方に気泡が集まりやすい。そのため、基板面内における流速が不均一になる場合がある。

特許第４３３８６１２号公報

本発明の実施形態は、基板面内における流速の均一性を向上させることが可能な基板処理装置を提供することである。

一実施形態に係る基板処理装置は、基板を処理する薬液を貯留する処理槽と、処理槽の底部から基板に向けて気泡を吐出する吐出口を有する配管と、吐出口と基板との間に配置され、気泡を分割する棒状体と、を備える。

第１実施形態に係る基板処理装置の概略的な模式図である。 半導体基板の保持形態の一例を示す斜視図である。 配管、第１棒状体、および第２棒状体の構造を概略的に示す斜視図である。 第１実施形態に係る基板処理装置の一部を拡大した図である。 （ａ）はエッチング前の半導体装置の平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す切断線Ａ－Ａに沿った断面図である。 エッチング後の半導体装置の断面図である。 第２実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す斜視図である。 第２実施形態に係る基板処理装置の一部を拡大した図である。 第２実施形態の変形例を示す拡大図である。 第３実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す斜視図である。 第３実施形態の変形例に係る基板処理装置の概略的な構成を示す斜視図である。 第４実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１実施形態）
図１は、一実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す模式図である。図１に示す基板処理装置１は、複数の半導体基板１００の各々に形成されたシリコン窒化膜(不図示)を、薬液２００で一括して選択的にエッチングするバッチ式のウェットエッチング処理装置である。本実施形態に係る基板処理装置１は、処理槽１１と、循環路１２と、ポンプ１３と、リフター１４と、配管１５と、第１棒状体１６と、第２棒状体１７と、を備える。

処理槽１１は、内槽１１１および外槽１１２を有する。内槽１１１の上端および外槽１１２の上端は開口している。内槽１１１には、薬液２００が貯留される。本実施形態では、約１６０℃に加熱されたリン酸溶液が内槽１１１に貯留される。外槽１１２は、内槽１１１からオーバーフローした薬液２００を回収する。

循環路１２は、外槽１１２の底部および内槽１１１の底部に連通して、内槽１１１と外槽１１２との間で薬液２００を循環させる。外槽１１２に流出した薬液２００は、循環路１２を通じて内槽１１１に還流される。

ポンプ１３は、循環路１２に設けられている。ポンプ１３は、外槽１１２から薬液２００を吸引し、吸引した薬液２００を加圧する。これにより、外槽１１２に回収された薬液２００が内槽１１１へ戻る。

図２は、半導体基板１００の保持形態の一例を示す斜視図である。内槽１１１では、リフター１４が、Ｙ方向（第１方向）に列状に並べられた複数の半導体基板１００を保持する。また、リフター１４は、保持した半導体基板１００を内槽１１１に対してＺ方向に昇降させる。Ｚ方向は、Ｙ方向に直交する鉛直方向である。この昇降動作によって、エッチング処理前の半導体基板１００を、内槽１１１に貯留された薬液２００に自動的に浸漬させることができるとともに、エッチング処理後の半導体基板１００を、内槽１１１から自動的に取り出すことができる。

複数の配管１５は、図１に示すように、内槽１１１の底部でＸ方向（第２方向）に沿って並べられている。Ｘ方向は、Ｙ方向およびＺ方向に直交する方向である。各配管１５は、例えば石英管である。

配管１５の上方には、複数の第１棒状体１６が配管１５と並行してＸ方向に配列されている。第１棒状体１６の上方には、複数の第２棒状体１７が、Ｘ方向に配列されている。第１棒状体１６の両端および第２棒状体１７の両端は、内槽１１１の側面に固定されている。

図３は、配管１５、第１棒状体１６、および第２棒状体１７の構造を概略的に示す斜視図である。また、図４は、基板処理装置１の一部を拡大した図である。

図３に示すように、配管１５は、Ｙ方向に延び、その外周面には、複数の吐出口１５ａがＹ方向に沿って形成されている。配管１５内には、装置外部から供給された窒素ガスが流れる。また、図４に示すように、窒素ガスから生成された気泡３００が、各吐出口１５ａから半導体基板１００に向けて吐出される。

第１棒状体１６は、図３に示すように、Ｙ方向に延び、吐出口１５ａ上に配置される。第１棒状体１６によって、図４に示すように、吐出口１５ａから吐出された気泡３００が、複数の気泡３０１に分割される。本実施形態では、第１棒状体１６の断面形状は、楔形である。ただし、第１棒状体１６の断面形状は、吐出口１５ａから吐出された気泡３００を分割できる形状であればよく、楔形に限定されない。

第２棒状体１７は、図３に示すように、第１棒状体１６と同様にＹ方向に延びる一方で、第１棒状体１６に対してＸ方向にずれて配置される。第２棒状体１７によって、図４に示すように、第１棒状体１６で分割された気泡３０１が、さらに複数の気泡３０２に分割される。本実施形態では、第２棒状体１７の断面形状は、第１棒状体１６と同様に、楔形である。また、第２棒状体１７のＸ方向の幅Ｗ２は、第１棒状体１６のＸ方向の幅Ｗ１よりも小さい。ただし、第２棒状体１７の断面形状は、第１棒状体１６で分割された気泡をさらに分割できる形状であればよく、楔形に限定されない。

以下、本実施形態に係る基板処理装置１を用いた半導体装置の製造工程について説明する。具体的には、電極層が積層された３次元積層型半導体記憶装置の製造工程の一部について説明する。

図５（ａ）は、エッチング前の半導体装置の平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す切断線Ａ－Ａに沿った断面図である。図５（ｂ）に示すように、半導体基板１００上には、窒化シリコン膜１０１と酸化シリコン膜１０２とが交互に積層されている。窒化シリコン膜１０１と酸化シリコン膜１０２とからなる積層体は、スリット１０３によって分断されている。また、この積層体には、複数の柱状のメモリ膜１０４が形成されている。

上記半導体基板１００を、リフター１４を用いて内槽１１１に貯留された薬液２００に浸漬させると、薬液２００がスリット１０３から積層体内に浸入する。その結果、図６に示す断面図のように、窒化シリコン膜１０１が酸化シリコン膜１０２に対して選択的にエッチングされる。窒化シリコン膜１０１のエッチングが終了すると、リフター１４によって半導体基板１００は、内槽１１１から搬出される。

上述した窒化シリコン膜１０１のこのエッチング中に、気泡３００が配管１５の吐出口１５ａから吐出される。仮に、基板処理装置１が、第１棒状体１６および第２棒状体１７を備えていないと、気泡３００は、吐出口１５ａの上方に集まりやすくなり、吐出口１５ａの上方のみで気泡３００が上昇してしまい吐出口１５ａがない箇所のＺ方向では気泡３００がないため、半導体基板１００の面内において流速が不均一になりやすい。

また、気泡３００の直径が大きいと、流速が高くなりすぎる。この場合、酸化シリコンに対する窒化シリコンの選択比が低くなる。すなわち、メモリ膜１０４の膜厚が不均一になる。これによりエッチング不良が起こり、半導体装置の電気的特性のばらつきが悪化するおそれがある。

そこで、気泡３００の直径を小さくするために、配管１５の吐出口１５ａの口径を小さくすることが考えられる。しかし、配管１５が石英管の場合、口径の小さい穴を加工するのは困難である。

これに対し、本実施形態では、図４に示すように、吐出口１５ａから吐出された気泡３００は、第１棒状体１６によって複数の気泡３０１に分割される。さらに、気泡３０１は、第２棒状体１７によって複数の気泡３０２に分割される。これにより、直径の小さな気泡３０２を半導体基板１００に向けて放出することができる。よって、半導体基板１００の面内における流速の均一性を向上させることが可能となる。

また、酸化シリコンに対する窒化シリコンの選択比を高めることができるので、メモリ膜１０４の膜厚が不均一になるエッチング不良を回避することができる。さらに、吐出口１５ａの口径を小さくする必要がないので、配管１５への高度な穴加工も不要になる。

なお、本実施形態に係る基板処理装置１は、気泡を分割するために、第１棒状体１６および第２棒状体１７で構成される２段の棒状体を備えているが、棒状体の段数は、少なくとも１つであればよればよい。また、第１棒状体１６と第２棒状体１７との間で、棒状体の断面形状は、本実施形態のように同じであってもよいし、異なっていてもよい。

(第２実施形態)
図７は、第２実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す斜視図である。図７では、上述した第１実施形態と異なる要部の構成を示し、同様の構成については記載を省略している。すなわち、図７では、外槽１１２、循環路１２、ポンプ１３、リフター１４、および配管１５の記載を省略している。

上述した第１実施形態では、第１棒状体１６および第２棒状体１７は、ウェハ状の半導体基板１００に対して垂直な方向、すなわちＹ方向に延びている。一方、本実施形態では、第１棒状体１６および第２棒状体１７は、図７に示すように、半導体基板１００に対して平行な方向、すなわちＸ方向に延びている。なお、不図示の配管１５は、第１実施形態と同様に、内槽１１１の底部で第１棒状体１６に並行している。

図８は、基板処理装置２の一部を拡大した図である。図８に示すように、基板処理装置２では、複数の第１棒状体１６が、吐出口１５ａ上でＹ方向に配列されている。また、複数の第２棒状体１７が、第１棒状体１６に対してＹ方向にずれて配列されている。複数の半導体基板１００は、複数の第２棒状体１７の直上でリフター１４（図８では不図示）によって、保持されている。

上記のように構成された基板処理装置２でも、第１実施形態と同様に、半導体基板１００に形成された窒化シリコン膜１０１のエッチング中に、気泡３００が各吐出口１５ａから吐出される。この気泡３００は、第１棒状体１６によって複数の気泡３０１に分割される。さらに、気泡３０１は、第２棒状体１７によって複数の気泡３０２に分割される。これにより、直径の小さな気泡３０２を半導体基板１００間に挿入することができる。

したがって、本実施形態によれば、配管１５に高度な穴加工を施さなくても、半導体基板１００の面内における流速の均一性を向上させることが可能となる。

(変形例)
図９は、第２実施形態の変形例を示す拡大図である。上述した第２実施形態では、複数の半導体基板１００が、複数の第２棒状体１７の直上で保持されている。一方、本変形例では、図９に示すように、複数の半導体基板１００が、第２棒状体１７の間で保持されている。

上記のように構成された変形例においても、配管１５から放出された気泡３００は、第１棒状体１６によって複数の気泡３０１に分割され、さらに、各気泡３０１は、第２棒状体１７によって複数の気泡３０２に分割される。そのため、複数の半導体基板１００が、第２棒状体１７の間で保持されていても、直径の小さな気泡３０２を半導体基板１００間に挿入することができる。

したがって、本変形例においても、配管１５に高度な穴加工を施さなくても、半導体基板１００の面内における流速の均一性を向上させることが可能となる。

(第３実施形態)
図１０は、第３実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す斜視図である。図１０では、上述した第１実施形態と異なる要部の構成を示し、同様の構成については記載を省略している。すなわち、図１０では、外槽１１２、循環路１２、ポンプ１３、リフター１４、および配管１５の記載を省略している。

本実施形態に係る基板処理装置３では、図１０に示すように、複数の第１棒状体１６が、格子状に配置されている。すなわち、Ｘ方向に延びる複数の第１棒状体１６とＹ方向に延びる複数の第１棒状体１６とが、直交している。Ｘ方向に延びる複数の第１棒状体１６と、Ｙ方向に延びる複数の第１棒状体１６とは接触していてもよく、離れていてもよい。

本実施形態によれば、第１棒状体１６の隙間が小さくなるので、配管１５から放出された気泡３００をより細かな気泡３０１に分割することができる。これにより、半導体基板１００の面内における流速の均一性をより一層向上させることが可能となる。

なお、本実施形態では、図１１に示すように、格子状に並べられた複数の第２棒状体１７を複数の第１棒状体１６上に配置してもよい。この場合、第１棒状体１６によって細かく分割された気泡３０１を、第２棒状体１７によってさらに細かく分割することができる。

(第４実施形態)
図１２は、第４実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す斜視図である。図１２では、上述した第１実施形態と異なる要部の構成を示し、同様の構成については記載を省略している。すなわち、図１２では、外槽１１２、循環路１２、ポンプ１３、および配管１５の記載を省略している。

上述した第１実施形態～第３実施形態では、第１棒状体１６は、内槽１１１の側面に固定される。

一方、図１２に示す基板処理装置４では、複数の第１棒状体１６が、リフター１４に固定されている。リフター１４は、Ｙ方向に延びる一対の支持棒１４１と、支持棒１４１の下でＹ方向に延びる一対の板状部材１４２と、を有する。複数の半導体基板１００は、一対の支持棒１４１の間に保持されている。また、Ｘ方向に延びる複数の第１棒状体１６の両端が、一対の板状部材１４２に固定されている。

上述した本実施形態においても、配管１５から放出された気泡を第１棒状体１６によって分割して半導体基板１００の間に挿入することができる。これにより、半導体基板１００の面内における流速の均一性を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態においても、他の実施形態と同様に、第２棒状体１７が第１棒状体１６と半導体基板１００との間に配置されてもよい。この場合、気泡をさらに細かく分割することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１～４：基板処理装置、１１：処理槽、１５：配管、１５ａ：吐出口、１６ 第１棒状体、１７：第２棒状体、１００：半導体基板、２００：薬液

Claims (6)

1. 基板を処理する薬液を貯留する処理槽と、
   前記処理槽の底部から前記基板に向けて気泡を吐出する吐出口を有する配管と、
   前記吐出口と前記基板との間に配置され、前記気泡を分割する棒状体と、
   を備える基板処理装置。
2. 第１方向に沿って並べられた複数の前記基板が、前記処理槽内で保持され、
   複数の前記棒状体が、前記第１方向に延び、かつ、前記第１方向に直交する第２方向に沿って配列されている、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 第１方向に沿って配列された複数の前記基板が、前記処理槽内で保持され、
   複数の前記棒状体が、前記第１方向に直交する第２方向に延び、かつ、前記第１方向に沿って配列されている、請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記吐出口上で前記第１方向または前記第２方向に配列された複数の第１棒状体と、
   前記複数の第１棒状体と前記基板との間で、前記複数の第１棒状体に対して前記第１方向または前記第２方向にずれて配列された複数の第２棒状体と、
   を備える、請求項２または３に記載の基板処理装置。
5. 前記複数の第１棒状体および前記複数の第２棒状体が、前記第１方向に沿って配列され、
   前記複数の基板が、前記複数の第２棒状体の直上で保持されている、請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記複数の第１棒状体および前記複数の第２棒状体が、前記第１方向に沿って配列され、
   前記複数の基板が、前記複数の第２棒状体の間で保持されている、請求項４に記載の基板処理装置。

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