JP2007201048A - 半導体基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理量に面内ばらつきが生じることを抑制できる半導体基板処理装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る半導体基板処理装置は、半導体基板１を保持するステージ１０と、ステージ１０を回転させるためにステージ１０の下面に取り付けられ、かつ取付位置が可変である回転軸１２と、ステージ１０に保持された半導体基板１上に薬液を供給する薬液供給手段１６とを具備する。この半導体基板処理装置によれば、半導体基板を薬液で処理している時に半導体基板を回転させることにより、薬液を攪拌する。回転中心に位置する薬液の攪拌量は他の領域と比較して小さいが、この半導体基板処理装置では、ステージ１０に対する回転軸１２の取り付け位置を変更することができる。従って、薬液を攪拌する処理の間で回転中心を変更することにより、薬液の処理量に面内ばらつきが生じることを抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、薬液を用いて半導体基板を処理する半導体基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。特に本発明は、処理量に面内ばらつきが生じることを抑制できる半導体基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。

図６は、従来の半導体基板処理装置の構成を説明する為の側面図である。この半導体基板処理装置は、シリコンウェハ１０１に形成されたフォトレジスト膜（図示せず）を現像するための装置である。シリコンウェハ１０１はステージ１１０上に保持される。シリコンウェハ１０１上には、吐出ノズル１１６から現像液が吐出される。吐出ノズル１１６から吐出された現像液は、現像液の表面張力によってシリコンウェハ１０１上に保持され、パドル１０２を形成する。

ステージ１１０の下面の中心には回転軸１１２が取り付けられている。回転軸１１２にはモータ１１４からの動力が伝達される。これにより、ステージ１１０、及びシリコンウェハ１０１は回転軸１１２を中心として回転する。シリコンウェハ１０１が回転することにより、パドル１０２を形成している現像液には遠心力が働き、現像液が攪拌される。このため、フォトレジスト膜の現像量に面内ばらつきが生じることが抑制される。
特開平１１−５４４２７号公報（図１）

上記した従来技術において、パドルを形成している現像液は、遠心力によって攪拌される。一方、回転中心に位置する現像液には遠心力が働かない。このため、回転中心に位置する現像液は攪拌量が小さくなり、回転中心に位置するフォトレジスト膜の現像量が、他の部分と比較して小さくなってしまう。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、従来と比較して薬液による処理量に面内ばらつきが生じることを抑制できる半導体基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る半導体基板処理装置は、半導体基板を保持するステージと、
前記ステージを回転させるために前記ステージの下面に取り付けられ、かつ取り付け位置が可変である回転軸と、
前記ステージに保持された半導体基板上に薬液を供給する薬液供給手段とを具備する。

この半導体基板処理装置によれば、半導体基板を薬液で処理している時に半導体基板を回転させることにより、薬液を攪拌する。回転中心に位置する薬液の攪拌量は他の領域と比較して小さいが、この半導体基板処理装置では、前記ステージに対する前記回転軸の取り付け位置を変更することができる。従って、薬液を攪拌する処理の間で回転中心を変更することにより、薬液の処理量に面内ばらつきが生じることを抑制できる。

前記回転軸に対して前記ステージを持ち上げるステージ持ち上げ手段と、前記回転軸を横方向に移動させる回転軸移動手段とを更に具備してもよい。この場合、前記ステージ持ち上げ手段が前記ステージを持ち上げている間に、前記回転軸移動手段が前記回転軸を移動させるにより、前記ステージに対する前記回転軸の取り付け位置を変更することができる。

前記薬液は、例えばフォトレジスト膜の現像液、又はフォトレジスト溶液である

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板を、下面に回転軸が取り付けられたステージに保持させる工程と、
前記半導体基板上に薬液を供給する工程と、
前記回転軸を回転させることにより前記ステージ及び前記半導体基板を回転させる工程と、
前記ステージに対する前記回転軸の取り付け位置を変更する工程と、
前記回転軸を再び回転させることにより、前記ステージ及び前記半導体基板を再び回転させる工程とを具備する。

前記回転軸の取り付け位置を変更する工程は、前記回転軸に対して前記ステージを持ち上げる工程と、前記回転軸を横方向に移動させる工程と、前記ステージを下ろす工程とを具備してもよい。

本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記フォトレジスト膜を露光する工程と、
前記フォトレジスト膜を現像する工程と、
現像後の前記フォトレジスト膜をマスクとして前記半導体基板に不純物を注入する工程と、
を具備し、
前記フォトレジスト膜を現像する工程は、
前記フォトレジスト膜が塗布された半導体基板を、下面に回転軸が取り付けられたステージに保持する工程と、
前記半導体基板上に現像液を供給する工程と、
前記回転軸を回転させることにより前記ステージ及び前記半導体基板を回転させることにより、前記半導体基板上の現像液を攪拌する工程と、
前記ステージに対する前記回転軸の取り付け位置を変更する工程と、
前記回転軸を再び回転させることにより、前記ステージ及び前記半導体基板を再び回転させることにより、前記半導体基板上の現像液を攪拌する工程とを具備する。

この半導体装置の製造方法によれば、前記フォトレジスト膜を現像する工程において、現像量に面内ばらつきが生じることが抑制される。従って、前記フォトレジスト膜が厚い場合（例えば０．５μｍ以上）であっても、該フォトレジスト膜に形成される開口部の寸法精度が高くなり、前記半導体基板のうち不純物が注入される領域の寸法精度が高くなる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体基板処理装置の構成を説明する為の側面図である。この半導体基板処理装置は、シリコンウェハ１に形成されたフォトレジスト膜（図示せず）を現像するための装置である。シリコンウェハ１は円板状のステージ１０上に保持される。シリコンウェハ１の表面には、吐出ノズル１６から現像液が吐出される。吐出ノズル１６から吐出された現像液は、現像液の表面張力によってシリコンウェハ１上に保持され、パドル２０を形成する。

ステージ１０の下面には回転軸１２が取り付けられている。回転軸１２は、ステージ１０の下面に設けられた溝１０ａに嵌め込まれている。回転軸１２にはモータ２２からの動力が伝達される。これにより、ステージ１０及びシリコンウェハ１は回転軸１２を中心として回転する。シリコンウェハ１が回転することにより、パドル２０を形成している現像液には遠心力が働き、現像液が攪拌される。このため、フォトレジスト膜の現像量に面内ばらつきが生じることが抑制される。

また、ステージ１０の下面に対する回転軸１２の取り付け位置は可変である。詳細には、回転軸１２は、ステージ１０の中心、及びステージ１０の中心から少し離れた場所（例えば半径の１０％以上５０％以下ほど離れた場所）に取り付けることができるようになっている。

また、半導体基板処理装置には、ステージ１０を持ち上げるための複数（例えば４本）のリフトピン１４、及び回転軸１２を横方向に移動させるための移動機構２４が設けられている。移動機構２４は、動力源となるモータ（図示せず）と、ラックや歯車等の動力伝達機構を組み合わせたものである。

図１（Ｂ）は、ステージ１０に対する回転軸１２の取り付け位置を変える方法を説明する為の側面図である。ステージ１０に対する回転軸１２の取り付け位置を変えるとき、リフトピン１４は上方に移動してステージ１０の下面の縁を上方に押し上げる。これにより、ステージ１０は回転軸１２に対して上方に持ち上げられる。この状態において、移動機構２４は回転軸１２を横方向に移動させる。その後、リフトピン１４は下方に移動して、ステージ１０の溝１０ａに回転軸１２を嵌め込む。

図２（Ａ）はステージ１０の下面を示す平面図であり、図２（Ｂ）は回転軸１２の上面図である。ステージ１０の下面に設けられた溝１０ａは、平面形状が略長方形であり、ステージ１０の中心を通っている。溝１０ａの短辺の長さは、回転軸１２の直径に略等しい。溝１０ａの２つの長辺それぞれには、凹部１０ｂが、長辺の両端部及び中心部それぞれに設けられている。

回転軸１２の上端には、凹部１０ｂに嵌る凸部１２ａが２つ設けられている。２つの凸部１２ａは回転軸１２の中心を挟んで互いに対向する位置に設けられており、溝１０ａの凹部１０ｂに嵌る形状をしている。図１に示したリフトピン１４及び移動機構２４は、２つの凸部１２ａが嵌め込まれる凹部１０ｂを変えることにより、ステージ１０に対する回転軸１２の位置を変える。

図３は、図１に示した半導体基板処理装置を用いて、シリコンウェハ１に形成されたフォトレジスト膜を現像する方法を説明するフローチャートである。図４（Ａ）は、図３のＳ４におけるパドル２０の状態を示す図であり、図４（Ｂ）は、図３のＳ８におけるパドル２０の状態を示す図である。

まず、回転軸１２をステージ１０の下面の中心に取り付ける。次いで、フォトレジスト膜が塗布されたシリコンウェハ１をステージ１０上に保持させる。フォトレジスト膜の膜厚は、０．５μｍ以上である。このとき、シリコンウェハ１とステージ１０が同心になるようにする。次いで、吐出ノズル１６からシリコンウェハ１上に現像液を吐出する。これにより、シリコンウェハ１の表面にはパドル２０が形成される（Ｓ２）。

次いで、モータ２２を動作させ、ステージ１０及びシリコンウェハ１を回転させる。このとき、パドル２０を形成している現像液が遠心力によってシリコンウェハ１上から飛び出ないようにする。これにより、パドル２０を形成する現像液が攪拌される（Ｓ４）。なお、図４（Ａ）に示すように、この状態では、回転中心はシリコンウェハ１の中心であるため、シリコンウェハ１の中心上に位置する現像液は、攪拌量が少ない。

次いで、モータ２２を停止させ、ステージ１０及びシリコンウェハ１を静止させる。次いで、リフトピン１４及び移動機構２４を用いて、ステージ１０に対する回転軸１２の取り付け位置を、ステージ１０の中心から他の場所へ移動させる（Ｓ６）。

次いで、モータ２２を再び動作させ、ステージ１０及びシリコンウェハ１を回転させる。このとき、パドル２０を形成している現像液が遠心力によってシリコンウェハ１上から飛び出ないようにする。これにより、パドル２０を形成する現像液が攪拌される（Ｓ８）。

図４（Ｂ）に示すように、Ｓ８の処理において、回転中心はシリコンウェハ１の中心以外の場所に移動しているため、Ｓ４の処理において現像液の攪拌量が少なかった部分においても、Ｓ６の処理では十分に攪拌される。このため、フォトレジスト膜の現像量にばらつきが生じることが、シリコンウェハ１の全面にわたって抑制される。

その後、回転速度を上昇させ、パドル２０を形成している現像液を遠心力によりシリコンウェハ１の表面から除去する（Ｓ１０）。なお、Ｓ１０の処理を行う前に、Ｓ６及びＳ８に示した処理を複数回繰り返しても良い。

以上、本発明の第１の実施形態によれば、ステージ１０の下面に取り付けられた回転軸１２を複数の場所に取り付けることができる。従って、パドル２０を形成する現像液を攪拌する処理を行っている間に回転軸１２を移動させることにより、パドル２０の全体にわたって現像液を十分に攪拌することができる。このため、フォトレジスト膜の現像量にばらつきが生じることが、シリコンウェハ１の全面にわたって抑制される。

次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、図１に示した半導体処理装置を、シリコンウェハ１上にフォトレジスト膜を形成する装置として使用するものである。この場合、吐出ノズル１６からはフォトレジスト溶液が吐出される。

本半導体処理装置を用いてフォトレジスト膜を形成する場合、フォトレジスト溶液をシリコンウェハ１上に吐出した後、ステージ１０及びシリコンウェハ１を回転させる処理を、回転軸１２の位置を変更しながら複数回行う。これにより、フォトレジスト膜の膜厚の面内ばらつきが抑制される。

図５は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の断面図である。本実施形態は、第１及び第２の実施形態で示した半導体基板処理装置を用いてフォトレジスト膜を形成及び現像し、このフォトレジスト膜を用いて半導体装置を製造する方法である。

まず、図５（Ａ）に示すように、シリコンウェハ１上にフォトレジスト膜５０を形成し、フォトレジスト膜５０を露光及び現像する。これにより、フォトレジスト膜５０には開口部５０ａが形成される。フォトレジスト膜５０の厚さは０．５μｍ以上である。なお、フォトレジスト膜５０を形成する処理は、第２の実施形態で示した半導体基板処理装置を用いて行われ、フォトレジスト膜５０を現像する処理は、第１の実施形態で示した半導体基板処理装置を用いて行われる。このため、フォトレジスト膜５０の膜厚の面内ばらつきは抑制され、かつフォトレジスト膜５０の現像量の面内ばらつきは抑制される。従って、フォトレジスト膜５０が厚くても、開口部５０ａの寸法精度は高くなる。

次いで、フォトレジスト膜５０をマスクとしてシリコンウェハ１にＮ型不純物イオンを注入する。これにより、開口部５０ａ内に位置するシリコンウェハ１にはＮ型ウェル１ａが形成される。開口部５０ａの寸法精度が高いため、Ｎ型ウェル１ａの寸法精度も高くなる。

その後、図５（Ｂ）に示すように、フォトレジスト膜５０を除去する。次いで、シリコンウェハ１上にフォトレジスト膜５１を形成し、フォトレジスト膜５１を露光及び現像する。これにより、フォトレジスト膜５１には、Ｎ型ウェル１ａの一部上に位置する開口部５１ａが形成される。なお、フォトレジスト膜５１を形成する処理は、第２の実施形態で示した半導体基板処理装置を用いて行われ、フォトレジスト膜５１を現像する処理は、第１の実施形態で示した半導体基板処理装置を用いて行われる。このため、フォトレジスト膜５１の膜厚の面内ばらつきは抑制され、かつフォトレジスト膜５１の現像量の面内ばらつきは抑制される。従って、フォトレジスト膜５１が厚くても、開口部５１ａの寸法精度は高くなる。

次いで、フォトレジスト膜５１をマスクとしてシリコンウェハ１にＰ型不純物イオンを注入する。このとき、Ｐ型不純物の濃度がＮ型ウェル１ａのＮ型不純物濃度より高くなるようにする。これにより、開口部５１ａ内に位置するシリコンウェハ１には、Ｎ型ウェル１ａ内に位置するＰ型ウェル１ｂが形成される。開口部５１ａの寸法精度が高いため、Ｐ型ウェル１ｂの寸法精度も高くなる。なお、図５（Ａ），（Ｂ）に示した処理において、Ｐ型不純物イオン及びＮ型不純物イオンの注入エネルギーを調節して、Ｐ型ウェル１ｂがＮ型ウェル１ａより浅くなるようにする。

その後、図５（Ｃ）に示すように、フォトレジスト膜５１を除去する。次いで、素子分離膜２を形成し、Ｎ型ウェル１ａが形成された領域及びＰ型ウェル１ｂが形成された領域を相互に分離する。素子分離膜２は、例えばＬＯＣＯＳ酸化法により形成されるが、トレンチアイソレーション法によりシリコンウェハ１に埋め込まれても良い。

次いで、シリコンウェハ１を熱酸化する。これにより、Ｎ型ウェル１ａが形成されたシリコンウェハ１にはゲート酸化膜３ａが形成され、Ｐ型ウェル１ｂが形成されたシリコンウェハ１にはゲート酸化膜３ｂが形成される。次いで、ゲート酸化膜３ａ，３ｂ上を含む全面上にポリシリコン膜を形成する。次いで、ポリシリコン膜上にレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてポリシリコン膜を選択的にエッチングする。これにより、ゲート酸化膜３ａ上に位置するゲート電極４ａ、及びゲート酸化膜３ｂ上に位置するゲート電極４ｂが形成される。その後、レジストパターンを除去する。

次いで、Ｎ型ウェル１ａが形成された領域、及びＰ型ウェル１ｂが形成された領域それぞれを含む全面上にフォトレジスト膜（図示せず）を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、フォトレジスト膜には、Ｎ型ウェル１ａが形成された領域上に位置する開口部が形成される。次いで、フォトレジスト膜、素子分離膜２、及びゲート電極４ａをマスクとして シリコンウェハ１にＰ型不純物を注入する。これにより、Ｎ型ウェル１ａには、Ｐ型トランジスタの低濃度不純物領域６ａが形成される。その後、フォトレジスト膜を除去する。

次いで、Ｎ型ウェル１ａが形成された領域、及びＰ型ウェル１ｂが形成された領域それぞれを含む全面上に、再びフォトレジスト膜（図示せず）を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、フォトレジスト膜には、Ｐ型ウェル１ｂが形成された領域上に位置する開口部が形成される。次いで、フォトレジスト膜、素子分離膜２、及びゲート電極４ｂをマスクとして シリコンウェハ１にＮ型不純物を注入する。これにより、Ｐ型ウェル１ｂには、Ｎ型トランジスタの低濃度不純物領域６ｂが形成される。その後、フォトレジスト膜を除去する。

次いで、ゲート電極４ａ，４ｂを含む全面上に酸化シリコン膜をＣＶＤ法により形成し、この酸化シリコン膜をエッチバックする。これにより、ゲート電極４ａ，４ｂの側壁にはサイドウォール５ａ，５ｂが形成される。

次いで、Ｎ型ウェル１ａが形成された領域、及びＰ型ウェル１ｂが形成された領域それぞれを含む全面上にフォトレジスト膜（図示せず）を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、フォトレジスト膜には、Ｎ型ウェル１ａが形成された領域上に位置する開口部が形成される。次いで、フォトレジスト膜、素子分離膜２、ゲート電極４ａ、及びサイドウォール５ａをマスクとして シリコンウェハ１にＰ型不純物を注入する。これにより、Ｎ型ウェル１ａには、Ｐ型トランジスタのソース及びドレインとなる不純物領域７ａが形成される。その後、フォトレジスト膜を除去する。

次いで、Ｎ型ウェル１ａが形成された領域、及びＰ型ウェル１ｂが形成された領域それぞれを含む全面上に、再びフォトレジスト膜（図示せず）を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、フォトレジスト膜には、Ｐ型ウェル１ｂが形成された領域上に位置する開口部が形成される。次いで、フォトレジスト膜、素子分離膜２、ゲート電極４ｂ、及びサイドウォール５ｂをマスクとして シリコンウェハ１にＮ型不純物を注入する。これにより、Ｐ型ウェル１ｂには、Ｎ型トランジスタのソース及びドレインとなる不純物領域７ｂが形成される。その後、フォトレジスト膜を除去する。
このようにして、Ｐ型トランジスタ及びＮ型トランジスタが形成される。

以上、本発明の第３の実施形態によれば、Ｎ型ウェル１ａ及びＰ型ウェル１ｂを形成するときのフォトレジスト膜５０，５１を、第２の実施形態で説明した装置を用いて形成し、第１の実施形態で説明した装置を用いて現像している。従って、フォトレジスト膜５０，５１に形成される開口部５０ａ，５１ａの寸法精度が高くなり、Ｎ型ウェル１ａ及びＰ型ウェル１ｂの寸法精度が高くなる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば第３の実施形態において、Ｐ型トランジスタ及びＮ型トランジスタそれぞれは、他の形式のトランジスタであっても良い。また、第１の実施形態において、吐出ノズル１６から吐出される薬液は、現像液及びフォトレジスト溶液以外の薬液（例えばエッチング液）であってもよい。

（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体基板処理装置の構成を説明する為の側面図、（Ｂ）はステージ１０に対する回転軸１２の取り付け位置を変える方法を説明する為の側面図。 （Ａ）はステージ１０の下面を示す平面図、（Ｂ）は回転軸１２の上面図。 フォトレジスト膜を現像する方法を説明するフローチャート。 （Ａ）は図３のＳ４におけるパドル２０の状態を示す図、（Ｂ）は図３のＳ８におけるパドル２０の状態を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の断面図。 従来の半導体基板処理装置の構成を説明する為の側面図。

符号の説明

１，１０１…シリコンウェハ、１ａ…Ｎ型ウェル、１ｂ…Ｐ型ウェル、２…素子分離膜、３ａ，３ｂ…ゲート酸化膜、４ａ，４ｂ…ゲート電極、５ａ，５ｂ…サイドウォール、６ａ，６ｂ…低濃度不純物領域、７ａ，７ｂ…不純物領域、１０，１１０…ステージ、１０ａ…溝、１０ｂ…凹部、１２，１１２…回転軸、１２ａ…凸部、１４…リフトピン、１６，１１６…吐出ノズル、２０，１０２…パドル（現像液）、２２，１１４…モータ、２４…移動機構、５０，５１…フォトレジスト膜、５０ａ，５０ｂ…開口部

Claims (8)

1. 半導体基板を保持するステージと、
   前記ステージを回転させるために前記ステージの下面に取り付けられ、かつ取り付け位置が可変である回転軸と、
   前記ステージに保持された半導体基板上に薬液を供給する薬液供給手段と、
   を具備する半導体基板処理装置。
2. 前記回転軸に対して前記ステージを持ち上げるステージ持ち上げ手段と、
   前記回転軸を横方向に移動させる回転軸移動手段と、
   を更に具備する請求項１に記載の半導体基板処理装置。
3. 前記薬液はフォトレジスト膜の現像液である請求項１又は２に記載の半導体基板処理装置。
4. 前記薬液はフォトレジスト溶液である請求項１又は２に記載の半導体基板処理装置。
5. 半導体基板を、下面に回転軸が取り付けられたステージに保持させる工程と、
   前記半導体基板上に薬液を供給する工程と、
   前記回転軸を回転させることにより前記ステージ及び前記半導体基板を回転させる工程と、
   前記ステージに対する前記回転軸の取り付け位置を変更する工程と、
   前記回転軸を再び回転させることにより、前記ステージ及び前記半導体基板を再び回転させる工程と、
   を具備する半導体装置の製造方法。
6. 前記回転軸の取り付け位置を変更する工程は、
   前記回転軸に対して前記ステージを持ち上げる工程と、
   前記回転軸を横方向に移動させる工程と、
   前記ステージを下ろす工程と、
   を具備する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 半導体基板上にフォトレジスト膜を形成する工程と、
   前記フォトレジスト膜を露光する工程と、
   前記フォトレジスト膜を現像する工程と、
   現像後の前記フォトレジスト膜をマスクとして前記半導体基板に不純物を注入する工程と、
   を具備し、
   前記フォトレジスト膜を現像する工程は、
   前記フォトレジスト膜が塗布された半導体基板を、下面に回転軸が取り付けられたステージに保持する工程と、
   前記半導体基板上に現像液を供給する工程と、
   前記回転軸を回転させることにより前記ステージ及び前記半導体基板を回転させることにより、前記半導体基板上の現像液を攪拌する工程と、
   前記ステージに対する前記回転軸の取り付け位置を変更する工程と、
   前記回転軸を再び回転させることにより、前記ステージ及び前記半導体基板を再び回転させることにより、前記半導体基板上の現像液を攪拌する工程と、
   を具備する半導体装置の製造方法。
8. 前記フォトレジスト膜の厚さは０．５μｍ以上である請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
   

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