TWI805695B

TWI805695B - 半導體製造裝置

Info

Publication number: TWI805695B
Application number: TW108105619A
Authority: TW
Inventors: 杉田智彦; 佐藤勝広; 蘆立浩明
Original assignee: 日商鎧俠股份有限公司
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2023-06-21
Also published as: CN110620060A; TW202002124A; JP2019220560A; CN110620060B; US12027380B2; US20210398825A1; US20190385867A1

Abstract

實施形態係關於一種半導體製造裝置及半導體裝置之製造方法。

根據一個實施形態，半導體製造裝置具備基板保持部，該基板保持部將複數個基板以上述基板彼此相互平行地排列之方式保持。上述裝置進而具備流體噴射部，該流體噴射部具有複數個開口部，且使自上述開口部噴射之上述流體之噴射方向於與上述基板之表面平行之面內藉由自激振盪而變動，上述開口部向與上述基板之表面相距之距離處於相互鄰接之上述基板間之中心間距離以內之區域，噴射流體。

Description

半導體製造裝置

於自噴嘴向晶圓供給液體或氣體等流體之情形時，存在流體供給量於晶圓上之區域間產生差異之問題。例如，存在晶圓上產生持續有流體流動之區域、及難以有流體流動之區域之問題。

實施形態提供一種能降低流體供給量於基板上之區域間之差異之半導體製造裝置及半導體裝置之製造方法。

實施形態之半導體製造裝置具備基板保持部，該基板保持部將複數個基板以上述基板彼此相互平行地排列之方式保持。上述裝置進而具備流體噴射部，該流體噴射部具有複數個開口部，且使自上述開口部噴射之上述流體之噴射方向於與上述基板之表面平行之面內藉由自激振盪而變動，上述開口部向與上述基板之表面相距之距離處於相互鄰接之上述基板間之中心間距離以內之區域，噴射流體。

1:基板

2:基板處理液

3:氣泡

11:基板處理槽

12:基板保持部

12':基板保持部

13:溢流部

14:循環流路

15:泵

16:加熱部

17:淨化部

18:噴嘴

19:控制部

20:水位感測器

21:第1配管

21a:第1孔

22:第2配管

22a:第2孔

22b:第3孔

22c:第3孔

23:第3配管

23a:第4孔

24:噴射構件

24a:入口

24b:出口

24c:第1噴射流路

24d:第2噴射流路

24e:第1循環流路

24f:第2循環流路

25:配管

26:配管

26a:第1孔

27:第1構件

27a:第2孔

28:第2構件

A0:箭頭

A1:箭頭

A2:箭頭

A3:箭頭

A4:箭頭

A5:箭頭

A6:箭頭

B1:箭頭

B2:箭頭

圖1係表示第1實施形態之半導體製造裝置之構成之模式圖。

圖2係表示第1實施形態之基板處理槽之構成之剖視圖。

圖3A~C係表示第1實施形態之噴嘴之結構之立體圖及剖視圖。

圖4A、B係用以對第1實施形態之噴嘴之功能進行說明之剖視圖。

圖5A、B係用以對第1實施形態之比較例之噴嘴之功能進行說明之剖視圖。

圖6A~C係表示第2實施形態之噴嘴之結構之立體圖及剖視圖。

圖7係用以對第2實施形態之噴嘴之功能進行說明之立體圖。

圖8A、B係表示第2實施形態之變化例之噴嘴之結構的立體圖。

圖9係表示第2實施形態之變化例之噴嘴之結構的立體圖。

圖10A~C係表示第3實施形態之噴嘴之結構之立體圖及剖視圖。

[相關申請]

本申請享受以日本專利申請2018-116357號(申請日期：2018年6月19日)為基礎申請之優先權。本申請藉由參照該基礎申請而包含基礎申請之全部內容。

以下，參照圖式對實施形態進行說明。於圖1至圖10中，對相同或類似之構成標註相同之符號，並省略重複之說明。

(第1實施形態)

圖1係表示第1實施形態之半導體製造裝置之構成之模式圖。圖1之半導體製造裝置係藉由基板處理液2處理複數個基板(晶圓)1之批次式基板處理裝置。

圖1之半導體製造裝置具備基板處理槽11、基板保持部 12、溢流部13、循環流路14、泵15、加熱部16、淨化部17、多根噴嘴18、控制部19及水位感測器20。噴嘴18係流體噴射部之例。

圖1顯示與半導體製造裝置之設置面大體平行且相互垂直之X方向及Y方向、以及與半導體製造裝置之設置面大體垂直之Z方向。於本說明書中，將+Z方向視為上方向，將-Z方向視為下方向。再者，-Z方向可與重力方向一致，亦可與重力方向不一致。

基板處理槽11收容複數個基板1與基板處理液2。該等基板1浸漬於基板處理槽11內之基板處理液2中，藉此利用基板處理液2加以處理。基板保持部12將該等基板1保持於基板處理槽11內。該等基板1係以各基板1之表面(第1及第2主面)與Y方向垂直，基板1彼此相互平行地排列之方式受到保持。

自基板處理槽11溢出之基板處理液2貯存於溢流部13中，自溢流部13向循環流路14排出。泵15、加熱部16及淨化部17串聯設置於循環流路14。泵15經由循環流路14搬送基板處理液2。加熱部16將於循環流路14中流動之基板處理液2加熱。淨化部17藉由過濾器等將於循環流路14中流動之基板處理液2淨化。

通過泵15、加熱部16及淨化部17之基板處理液2自循環流路14經由噴嘴18再次向基板處理槽11供給。如此地，基板處理液2於基板處理槽11與循環流路14之間循環。噴嘴18向基板1間之間隙或基板1之表面附近噴射基板處理液2。噴嘴18於圖1中係設置於基板處理槽11之外部，但亦可如下文所述般，配置於基板處理槽11之內部。

控制部19控制半導體製造裝置之動作。控制部19之例為處理器、電氣電路、PC(Personal Computer，個人電腦)等。例如，控制部 19控制泵15，從而控制基板處理液2之流通或流量。又，控制部19控制加熱部16之動作，從而控制基板處理液2之溫度。又，控制部19具有如下功能：基於來自監視溢流部13之水位之水位感測器20之水位下降信號，使半導體製造裝置之動作停止。

基板處理液2例如為處理基板1之水溶液或藥液，具體而言，為清洗液、沖洗液、蝕刻液等。基板處理液2亦可替換成液體以外之流體(例如，氣體、氣液混合流體、超臨界流體、固液混合流體等)。其中，於該情形時，要將構成半導體製造裝置之液體用之構成要素(溢流部13等)替換成氣體用、氣液混合流體用、超臨界流體用、固液混合流體用等之構成要素。

圖2係表示第1實施形態之基板處理槽11之構成之剖視圖。

圖2顯示收容於基板處理槽11內之8片基板1、及設置於1根噴嘴18之7個開口部。該等基板1係以基板1彼此相互平行地排列之方式受到保持，其結果，8片基板1之間設置有7處間隙。

如圖2中之箭頭所示，噴嘴18之7個開口部向7處間隙噴射基板處理液2。具體而言，開口部與間隙一對一地對應，各開口部僅向該等間隙中之對應間隙噴射基板處理液2。例如，某基板1用之開口部向與該基板1之表面相距之距離處於相互鄰接之基板1間之中心間距離以內之區域，噴射基板處理液2。藉此，對各基板1之表面供給基板處理液2。再者，所謂相互鄰接之基板1間之中心間距離，大體為圖2所示之基板1彼此之距離。

再者，各基板1具備形成有電晶體或記憶單元之第1主面、及第1主面之相反側之第2主面作為表面。於本實施形態中，第1主面係利用基板處理液2實施處理之對象，第2主面非利用基板處理液2實施處理之對象。因此，本實施形態之基板處理液2需向各基板1之至少第1主面噴射。

圖2所示之8片基板1係以各基板1之第1主面朝向左側，各基板1之第2主面朝向右側之方式受到保持。因此，各基板1之第1主面與鄰接之基板1之第2主面對向，各基板1之第2主面與鄰接之基板1之第1主面對向。藉此，各開口部向對應之1片基板1之至少第1主面噴射基板處理液2。於該情形時，需於噴嘴18上再設置1個向最左邊之基板1之第1主面噴射基板處理液2之開口部。該開口部向與該基板1之表面相距之距離處於相互鄰接之基板1間之中心間距離以內之區域，噴射基板處理液2。

另一方面，圖2所示之8片基板1亦能以各基板1之第1主面與鄰接之基板1之第1主面對向，各基板1之第2主面與鄰接之基板1之第2主面對向之方式予以保持。於該情形時，各開口部向對應之2片基板1之第1主面噴射基板處理液2。因此，該情形時之噴嘴18只要具備4個開口部供8片基板1使用即已足夠。

以下，對本實施形態之各噴嘴18之詳細情況進行說明。於以下說明中，將基板處理液2酌情簡記作「液體2」。

圖3係表示第1實施形態之噴嘴18之結構之立體圖及剖視圖。

如圖3(a)所示，本實施形態之噴嘴18具備：第1配管21，其具有1行第1孔21a；第2配管22，其具有1行第2孔22a與2行第3孔22b、22c；及第3配管23，其具有1行第4孔23a。第2配管22包圍第1配管21，第3配管23包圍第2配管22。再者，第4孔23a相當於圖2所示之噴嘴18之開口部。

該等孔於每個XZ截面上分別被分成複數組孔。圖3(b)顯示1個第1孔21a、1個第2孔22a、2個第3孔22b、22c、及1個第4孔23a作為1組孔。箭頭A0至A6表示液體2經由該等孔之流動。

如圖3(b)所示，本實施形態之噴嘴18使自第4孔23a噴射之液體2之噴射方向於與基板1之表面平行之面內(XZ平面內)藉由自激振盪而變動。圖3(b)顯示液體2之噴射方向於箭頭A1與箭頭A2之間變動之狀況(噴流之振盪)。本實施形態之噴嘴18不具備用以激發此種變動之機械或振子。該變動係藉由向具有第1至第4孔21a~23a之噴嘴18供給液體2而自激。以下，對該變動自激之過程進行說明。

噴嘴18內之空間被分類成第1配管21內之第1空間、第1配管21與第2配管22之間之第2空間、及第2配管22與第3配管23之間之第3空間。液體2於第1配管21內之第1空間流動，經由第1孔21a自第1空間向第2空間流入，經由第2孔22a自第2空間向第3空間流入(箭頭A0)。

流入至第3空間之液體2例如如箭頭A1所示，經由第4孔23a自第3空間噴射。此時，由於箭頭A1所示之液體2係於第2孔22a或第4孔23a之左端附近流動，故而液體2之一部分不自第4孔23a噴射，而是經由第3孔22b自第3空間返回至上述第2空間(箭頭A3)。該液體2藉由流動勢之作用，向第2孔22a或第4孔23a之右端附近流入(箭頭A5)。其結果，該液體2如箭頭A2所示般流動。

另一方面，流入至第3空間之液體2例如如箭頭A2所示，經由第4孔23a自第3空間噴射。此時，由於箭頭A2所示之液體2係於第2孔22a或第4孔23a之右端附近流動，故而液體2之一部分不自第4孔23a噴射，而是經由第3孔22c自第3空間返回至上述第2空間(箭頭A4)。該液體2藉由流動勢之作用，向第2孔22a或第4孔23a之左端附近流入(箭頭A6)。其結果，該液體2如箭頭A1所示般流動。

如此地，箭頭A1所示之流動逐漸變化成箭頭A2所示之流動。另一方面，箭頭A2所示之流動逐漸變化成箭頭A1所示之流動。其結果，自第4孔23a噴射之液體2之噴射方向於箭頭A1與箭頭A2之間變動。該變動係藉由第3空間內之液體2經由第3孔22b、22c反饋至第2空間而自激。

一般而言，於自噴嘴向基板供給液體之情形時，會存在液體供給量於基板上之區域間產生差異之問題。例如，存在基板上產生持續有液體流動之區域、及難以有液體流動之區域之問題。另一方面，本實施形態之噴嘴18使液體2之噴射方向藉由自激振盪而變動。藉此，根據本實施形態，能向基板1上之各個區域供給液體2，從而能降低液體2之供給量於基板1上之區域間之差異。於噴射液體2以外之流體之情形時亦同樣如此。

本實施形態之噴嘴18使液體2之噴射方向於與基板1之表面平行之面內(XZ平面內)週期性地變動。具體而言，液體2之噴射方向於箭頭A1與箭頭A2之間反覆變動。該週期性變動之週期例如為10秒以下。

本實施形態之液體2之噴射方向於與基板1之表面平行之面內(XZ平面內)變動，但於與基板1之表面垂直之面內(YZ平面內等)幾乎不變動。其狀況見圖3(c)所例示。於圖3(c)中，自3個第4孔23a噴射之液體2之噴射方向均於XZ平面內變動。換言之，各第4孔23a中之液體2之流速矢量之X成分或Z成分變動，但各第4孔23a中之液體2之流速矢量之Y成分不變動。其結果，來自1個第4孔23a之液體2僅向基板1間之1個間隙噴射，而不向基板1間之其他間隙噴射(參照圖2)。

此處，將與基板1之表面平行之面稱作「平行面」，將與基板1之表面垂直之面稱作「垂直面」。如上所述，本實施形態之液體2之噴射方向於平行面內變動，但於垂直面內幾乎不變動。藉此，噴射方向於平行面內變動之角度大於噴射方向於垂直面內變動之角度。前者之角度大體為圖3(b)所示之箭頭A1與箭頭A2之間之角度，例如10度至80度左右。另一方面，後者之角度例如為0度或接近0度之值。

圖4係用以對第1實施形態之噴嘴18之功能進行說明之剖視圖。

圖4(a)顯示噴射液體2之2根噴嘴18。圖4(b)顯示噴射含有氣泡3之液體2之4根噴嘴18。於圖4(a)中，藉由液體2之噴射方向變動，基板1上之各個區域均被供給有液體2。同樣地，於圖4(b)中，藉由液體2之噴射方向變動，基板1上之各個區域均被供給有氣泡3。

圖5係用以對第1實施形態之比較例之噴嘴18之功能進行說明之剖視圖。

圖5(a)顯示噴射液體2之2根噴嘴18。圖5(b)顯示噴射含有氣泡3之液體2之4根噴嘴18。於圖5(a)中，由於液體2之噴射方向不變動，故而基板1上產生了持續有液體2流動之區域、及難以有液體2流動之區域。同樣地，由於液體2之噴射方向不變動，故而基板1上產生了持續有氣泡3流動之區域、及難以有氣泡3流動之區域。該等問題如圖4(a)或圖4(b)所示，能藉由液體2之噴射方向之變動而解決。

如上所述，本實施形態之噴嘴18使自各開口部(第4孔23a) 噴射之液體2之噴射方向於與基板1之表面平行之面內藉由自激振盪而變動。藉此，根據本實施形態，能降低液體2之供給量於基板1上之區域間之差異。

再者，本實施形態之處理較理想為應用於用以製造例如三維半導體記憶體之基板1。其理由在於：製造三維記憶體時，大多對基板1之特性之面內均一性要求嚴格。於下述第2及第3實施形態中亦同樣如此。

(第2實施形態)

圖6係表示第2實施形態之噴嘴18之結構之立體圖及剖視圖。

本實施形態之噴嘴18具備圖6(a)~圖6(c)所示之噴射構件24、及圖6(c)所示之配管25。如圖6(c)所示，噴射構件24安裝於配管25之側面。本實施形態之液體2於配管25內流動，自配管25向噴射構件24流入，再自噴射構件24向各基板1之表面噴射。

如圖6(a)所示，噴射構件24具備1行入口24a、1行出口24b、第1噴射流路24c、第2噴射流路24d、第1循環流路24e及第2循環流路24f。第1及第2噴射流路24c、24d係第1流路之例，第1及第2循環流路24e、24f係第2流路之例。再者，出口24b相當於圖2所示之噴嘴18之開口部。

圖6(b)顯示噴射構件24之XZ截面，且顯示位於該XZ截面內之1個入口24a與1個出口24b。第1及第2噴射流路24c、24d將液體2自入口24a向出口24b移送。第1噴射流路24c之X方向之寬度固定，第2噴射流路24d之X方向之寬度自液體2之上游向下游慢慢變寬。第1及第2循環流路24e、24f使第1及第2噴射流路24c、24d內之液體2自出口24b側之地點返回至入口24a側之地點。出口24b側之地點位於出口24b附近，入口24a側之地點位於第1噴射流路24c與第2噴射流路24d之間。噴射構件24之其他XZ截面亦具有與圖6(b)所示之XZ截面相同之結構。

如此地，本實施形態之液體2與第1實施形態之情況同樣地，自出口24b側之地點反饋至入口24a側之地點。藉此，自出口24b噴射之液體2之噴射方向於與基板1之表面平行之面內(XZ平面內)藉由自激振盪而變動。

圖7係用以對第2實施形態之噴嘴18之功能進行說明之立體圖。

箭頭B1表示自配管25向入口24a流入之液體2之流入方向。箭頭B2表示自出口24b噴射之液體2之噴射方向。本實施形態之液體2之噴射方向如箭頭B2所示，於與基板1之表面平行之面內(XZ平面內)變動，但於與基板1之表面垂直之面內(YZ平面內等)幾乎不變動。關於變動之週期，與第1實施形態之情況相同。

圖8係表示第2實施形態之變化例之噴嘴18之結構的立體圖。

為了使圖式容易看懂，圖8(a)與圖8(b)省略了噴射構件24之整體圖示，而僅圖示出了噴射構件24之入口24a與出口24b。於圖8(a)中，噴射構件24配置於配管25內，出口24b位於配管25之側面。於圖8(b)中，噴射構件24配置於配管25外，入口24a位於配管25之側面。

本實施形態之噴嘴18可採用圖8(a)與圖8(b)所示之任一種構成。圖8(a)之構成例如具有能使噴嘴18小型化之優點。另一方面，圖8(b)之構成例如具有噴射構件24相對於配管25之裝卸較為容易之優點。再者，於本實施形態中，可於1根配管25上僅安裝1個噴射構件24，亦可於1根配管25上安裝複數個噴射構件24。

圖9係表示第2實施形態之變化例之噴嘴18之結構的立體圖。

於本變化例中，圖1之半導體製造裝置成為藉由基板處理液2處理1片基板1之單片式基板處理裝置。上述基板保持部12被替換成將1片基板1水平保持之基板保持部12'。基板保持部12'之例為供載置基板1之平台。

本變化例之噴嘴18具備配管25、及安裝於配管25前端之噴射構件24。噴射構件24具有圖6(a)所示之結構。其中，該噴射構件24之入口24a之個數可為1個亦可為複數個。同樣地，該噴射構件24之出口24b之個數可為1個亦可為複數個。

本變化例之噴嘴18向基板1之表面噴射液體2。此時，自出口24b噴射之液體2之噴射方向於與基板1之表面平行之面內(XY平面內)藉由自激振盪而變動。

如上所述，本實施形態之噴嘴18使自各開口部(出口24b)噴射之液體2之噴射方向於與基板1之表面平行之面內藉由自激振盪而變動。藉此，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地，能降低液體2之供給量於基板1上之區域間之差異。

(第3實施形態)

圖10係表示第3實施形態之噴嘴18之結構之立體圖及剖視圖。

如圖10(a)~圖10(c)所示，本實施形態之噴嘴18具備：1根配管26，其具有管狀之形狀；1片第1構件27，其具有板狀之形狀；及2根第2構件28，其具有棒狀之形狀。

如圖10(a)所示，配管26內之空間被劃分成作為移送液體2之第1流路發揮作用之下部空間、及作為供液體2自第1流路流入之第2流路發揮作用之上部空間。第1流路與第2流路藉由設置於配管26內之第1構件27而劃分。另一方面，2根第2構件28相互平行地設置於第2流路內。

如圖10(c)所示，配管26具備1行第1孔26a，第1構件27具備1行第2孔27a。第1孔26a設置於配管26之第2流路側，相當於圖2所示之噴嘴18之開口部。

圖10(b)顯示噴嘴18之XZ截面，且顯示位於該XZ截面內之1個第1孔26a與1個第2孔27a。第1流路內之液體2經由第2孔27a向第2流路流入。2根第2構件28形成了使該液體2自第1孔26a側之地點返回至第2孔側27a之地點之流路。第1孔26a側之地點位於第1孔26a附近，第2孔27a側之地點位於第2孔27a附近。本實施形態之噴嘴18之其他XZ截面亦具有與圖10(b)所示之XZ截面相同之結構。

如此地，本實施形態之液體2與第1及第2實施形態之情況同樣地，自第1孔26a側之地點反饋至第2孔27a側之地點。藉此，自第1孔26a噴射之液體2之噴射方向於與基板1之表面平行之面內(XZ平面內)藉由自激振盪而變動。再者，本實施形態之噴嘴18之功能與參照圖7所說明之第2實施形態之噴嘴18之功能相同。

如上所述，本實施形態之噴嘴18使自各開口部(第1孔26a)噴射之液體2之噴射方向於與基板1之表面平行之面內藉由自激振盪而變動。藉此，根據本實施形態，與第1及第2實施形態同樣地，能降低液體2 之供給量於基板1上之區域間之差異。

對本發明之若干實施形態進行了說明，但該等實施形態僅作為示例而提出，並非意圖限定發明之範圍。該等新穎之實施形態可藉由其他各種方式而實施，於不脫離發明主旨之範圍內，可進行各種省略、替換、變更。該等實施形態及其變化包含於發明之範圍及主旨中，並且包含於申請專利範圍所記載之發明及其同等之範圍內。