JP2019140220A - 半導体処理装置および半導体処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体基板が大きく反っていても処理可能な半導体処理装置および半導体処理方法を提供する。【解決手段】本実施形態による半導体処理装置は、半導体基板を搭載し該半導体基板を回転可能とするステージを備える。複数の保持部は、ステージ上に設けられ、半導体基板の端部を保持する。複数のセンサは、複数の保持部のそれぞれに設けられ、半導体基板の端部を検出する。昇降機構は、保持部の高さを変更可能である。制御部は、複数のセンサが半導体基板の端部を検出するように、昇降機構を制御して保持部の高さを変更する。【選択図】 図2
Description
本実施形態は、半導体処理装置および半導体処理方法に関する。
NAND型EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等のように三次元的に積層された立体型構造を有する半導体装置が開発されている。このような立体型構造を有する半導体装置は、多くの材料を積層するので、平面型の半導体装置と比較して半導体基板の反りが大きくなる。
一方、枚葉式洗浄装置において処理可能な半導体基板の反りの許容範囲は、半導体基板を保持するチャックピンとステージとの間の間隙に基づいて設定されている。従って、半導体基板の反りがその許容範囲を超えると、洗浄装置は、半導体基板を処理することができなくなってしまう。
半導体基板が大きく反っていても処理可能な半導体処理装置および半導体処理方法を提供する。
本実施形態による半導体処理装置は、半導体基板を搭載し該半導体基板を回転可能とするステージを備える。複数の保持部は、ステージ上に設けられ、半導体基板の端部を保持する。複数のセンサは、複数の保持部のそれぞれに設けられ、半導体基板の端部を検出する。昇降機構は、保持部の高さを変更可能である。制御部は、複数のセンサが半導体基板の端部を検出するように、昇降機構を制御して保持部の高さを変更する。
以下、図面を参照して本発明に係る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。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、本実施形態による半導体洗浄装置1の構成例を示す概略図である。半導体処理装置としての半導体洗浄装置(以下、単に、洗浄装置ともいう)1は、枚葉式の洗浄装置1であり、半導体基板Wを収容可能なチャンバ2と、半導体基板Wに薬液を供給する薬液供給部3とを備えている。チャンバ2には、例えば、ステンレス等の薬液に対して耐腐食性のある材料を用いており、チャンバ2の内部は減圧可能となっている。薬液供給部3は、チャンバ2の内部の上面に設けられており、薬液を半導体基板Wへ向かって供給する。尚、本実施形態は、洗浄装置1に限定されず、ウェットエッチング装置、ドライエッチング装置、成膜装置等の枚葉式の半導体処理装置に適用することができる。
洗浄装置1は、ステージ10と、チャックピン20とを備えている。ステージ10は、円形状の上面を有し、チャンバ2の内部において半導体基板Wをその上方に搭載可能である。ステージ10の中心には軸15が接続されており、ステージ10は軸15を中心として回転可能に構成されている。ステージ10は、その上面からエアーを吹き出したり、あるいは、薬液を供給可能に構成されていてもよい。
保持部としての複数のチャックピン20は、ステージ10上に設けられている。複数のチャックピン20は、ステージ10の上面の外縁部に沿って略均等に配置されている。チャックピン20は、半導体基板Wの端部を保持(チャック)するために、少なくとも3つ設けられている。本実施形態では、6つのチャックピン20がステージ10の上面の外縁部に沿って略均等に配置されている。
チャックピン20は、例えば、真空チャック、静電チャック、スピンチャック等のいずれでもよい。また、チャックピン20には、例えば、ステンレス等の薬液に対して耐腐食性のある材料を用いている。
図2は、本実施形態によるチャックピン20および洗浄装置1の構成例を示す図である。チャックピン20は、第1支持部21と、第2支持部22と、昇降軸23とを備えている。
第1支持部21は、ステージ10の上面と略平行な(略水平な)支持面F21を有し、支持面F21上に半導体基板Wの端部を搭載する。これにより、第1支持部21は、半導体基板Wをステージ10の上面に接触させないように半導体基板Wの端部を下方から支持する。
第2支持部22は、ステージ10の上面と略垂直な支持面F22を有し、支持面F22に半導体基板Wの側面(ベベル部)が接触する。これにより、第2支持部22は、半導体基板Wの端部を側方から支持し、半導体基板Wをステージ10上で回転させている際に、半導体基板Wが横方向へ外れて飛んでいかないように半導体基板Wを側方から支持する。尚、3つ以上のチャックピン20をステージ10の外周に略均等に設けることによって、チャックピン20の第2支持部22は、半導体基板Wを少なくとも三方向から支持し、半導体基板Wが遠心力で飛んで行くことを抑制することができる。
昇降軸23は、第1支持部21の底面に接続されており、ステージ10の下方にある昇降機構40に接続されている。昇降軸23は、昇降機構40の動作を受けて、第1および第2支持部21、22をステージ10の上面に対して略垂直方向(略鉛直方向)へ移動させることができる。尚、第1および第2支持部21、22および昇降軸23は、個別に形成された後に組み立ててもよく、あるいは、第1および第2支持部21、22および昇降軸23のうち2つ以上が、一体形成されてもよい。
洗浄装置1は、センサ30と、昇降機構40と、モータ50と、制御演算部60とをさらに備えている。
センサ30は、複数のチャックピン20のそれぞれの第2支持部22に設けられ、半導体基板Wの端部が第1支持部21上に存在するか否かを検出する。センサ30は、例えば、光を放射し、半導体基板Wの端部に反射する反射光を検出する光学センサでよい。この場合、センサ30は、発光部と、受光部(いずれも図示せず)とを備えている。センサ30の発光部は、第2支持部22の下端部に配置されており、ステージ10の上面に対して略平行方向(略水平方向)に光を放射する。半導体基板Wが第1支持部21の支持面F21上に存在する場合、発光部からの光は、半導体基板Wの側面(ベベル部)に反射し、その反射光がセンサ30の受光部に受光される。センサ30の受光部は、半導体基板Wからの反射光を受光し、その反射光の強度を光電変換して電気信号として制御演算部60へ送る。一方、半導体基板Wが第1支持部21の支持面F21上に無い場合、発光部からの光は、半導体基板Wの側面(ベベル部)に反射することなく、チャンバ2内で散乱してしまう。従って、センサ30の受光部では、半導体基板Wからの反射光はほとんど検出されない。
センサ30は、例えば、半導体基板Wの自重による圧力を検出する圧力センサでもよい。この場合、センサ30は、例えば、ピエゾ素子等のような圧電素子(図示せず)でよい。センサ30は、第1支持部21の支持面F21上に配置されており、半導体基板Wが第1支持部21の支持面F21上に存在するか否かを検出する。この場合、半導体基板Wの端部が第1支持部21の支持面F21上に載置されると、センサ30が半導体基板Wの重みによって圧電変換し、電気信号を出力する。センサ30はこの電気信号を制御演算部60へ送る。尚、光学センサや圧力センサ等のセンサ30は、チャックピン20と一体形成されていてもよい。
昇降機構40は、チャックピン20の高さを変更することができる機構である。例えば、昇降機構40は、ネジ機構であってもよい。この場合、昇降軸23は、その側面にネジ山およびネジ溝を有するボルト状に形成され、昇降機構40が昇降軸23に対応するナット状に形成される。モータ50が、昇降機構40のナットを回転させることによって、昇降軸23を上下方向に伸縮させる。これにより、ステージ10の上面から突出する昇降軸23の長さを変更し、第1および第2支持部21、22の高さHを調節することができる。
昇降機構40は、ネジ機構に限定されず、例えば、空圧式ポンプあるいは油圧式ポンプであってもよい。この場合、ポンプの動作によって、第1および第2支持部21、22の高さHを調節する。昇降機構40が空圧式ポンプあるいは油圧式ポンプの場合、モータ50は設けなくてもよい。
モータ50は、昇降機構40を駆動させ、第1および第2支持部21、22の高さHを変更させることができる。モータ50は、制御演算部60とともにサーボモータとして構成されてもよい。
尚、センサ30、昇降機構40およびモータ50は、複数のチャックピン20のそれぞれに対応して設けられている。従って、センサ30は、チャックピン20ごとに半導体基板Wの端部を検出することができる。昇降機構40およびモータ50は、チャックピン20ごとに第1支持部21の高さHを変更することができる。
制御演算部60は、全てまたは一部のチャックピン20のセンサ30が半導体基板Wの端部を検出するように、昇降機構40を制御してチャックピン20の第1支持部21の高さHを変更する。そのために、制御演算部60は、全てまたは一部のチャックピン20に対して共通に設けられており、該全てまたは一部のチャックピン20のセンサ30からの検出結果を受けて対応するモータ50を制御する。このように、制御演算部60は、センサ30からのフィードバックを受けてモータ50の制御を行う。制御演算部60は、半導体基板Wを処理前や処理中においてリアルタイムでモータ50をフィードバック制御してよい。
例えば、全てのチャックピン20において半導体基板Wの端部が支持面F21上で検出されている場合、半導体基板Wは、チャックピン20によって正常にチャックされている。従って、制御演算部60は、モータ50を駆動することなく、第1支持部21の高さHを維持する。
一方、いずれかのチャックピン20において半導体基板Wが支持面F21上に無い場合、半導体基板Wは、反っている(歪曲している)可能性がある。この場合、半導体基板Wは、チャックピン20によって正常にチャックされていないおそれがある。例えば、図3は、反りを有する半導体基板Wの一例を示す図である。尚、図3は、半導体基板Wの反りを理解し易くするために誇張して描かれている、このような反りを有する半導体基板Wは、ステージ10上に載置されたときに、その端部は一部のチャックピン20の支持面F21から浮いてしまう。従って、その一部のチャックピン20のセンサ30は、半導体基板Wの端部を検出することができない。このような反りのある半導体基板Wは、チャックピン20によって正常にチャックできないため、処理を開始すると、半導体基板Wがチャックピン20から外れて飛んで行ったり、チャンバ2の内部で欠けたり、半導体基板Wが傷ついたりする。また、反りのある半導体基板Wは、ステージ10の上面に接触する場合がある。この場合、半導体基板Wに傷が付いたり、割れや破損の原因となる。
そこで、本実施形態による洗浄装置1において、制御演算部60は、半導体基板Wを検出していないセンサ30からの信号を受けながら、モータ50をフィードバック制御し、半導体基板Wの反り適合するようにチャックピン20の高さHを調節する。
図4は、チャックピン20の高さの調節の様子を示す概念図である。ここで、半導体基板Wを検出していないチャックピン20を20aとし、半導体基板Wを検出しているチャックピン20を20bとする。
制御演算部60は、半導体基板Wの端部を検出していないチャックピン20aのセンサ(第1センサ)30からの信号に応じて、モータ50をフィードバック制御し、チャックピン20aを上昇させる。チャックピン20aが上昇している様子は、図4の破線で示されている。その後、チャックピン20aのセンサ30が半導体基板Wの端部を検出した時点またはその直後に、制御演算部60はチャックピン20aに対応するモータ50の駆動を停止させる。これにより、他のチャックピン20bにおいて半導体基板Wを浮かせることなく、チャックピン20aの支持面F21に半導体基板Wの端部を接触させることができる。
図示しないが、制御演算部60は、半導体基板Wの端部を検出していないチャックピン20aのセンサ30からの信号に応じて、半導体基板Wの端部を検出しているチャックピン20bのセンサ(第2センサ)30に対応するモータ50をフィードバック制御し、チャックピン20bを低下させてもよい。この場合、チャックピン20bの低下に従って半導体基板Wが徐々に低下し、チャックピン20aのセンサ30aが半導体基板Wの端部を検出した時点またはその直後に、制御演算部60はチャックピン20bに対応するモータ50の駆動を停止させる。これにより、チャックピン20b上にある半導体基板Wを浮かせることなく、チャックピン20aの支持面F21に半導体基板Wの端部を接触させることができる。
次に、本実施形態による洗浄装置1を用いた洗浄方法を説明する。
図5は、本実施形態による洗浄方法の一例を示すフロー図である。
まず、チャンバ2内に半導体基板Wを搬入し、半導体基板Wをステージ10の上方に載置する(S10)。このとき、チャックピン20は、ほぼ同じ高さに設定されており、半導体基板Wは、チャックピン20上に載置される。
次に、各チャックピン20においてセンサ30が半導体基板Wの端部を検出する(S20)。半導体基板Wに反りがある場合、半導体基板Wの端部は、一部のチャックピン20から浮いてしまう。この場合、後述のように、一部のチャックピン20においてセンサ30が半導体基板Wの端部を検出することができない。
例えば、全てのチャックピン20において、センサ30が半導体基板Wの端部を検出した場合(S30のYES)、制御演算部60は、チャックピン20の高さを変更することなく、半導体基板Wを回転させ洗浄処理を実行する(S40)。このとき、全てのセンサ30は、半導体基板Wの端部を検出しているので、第2支持部22は、半導体基板Wの側面(ベベル部)を適切に保持(チャック)している。従って、そのまま洗浄処理を実行しても問題は生じないと考えられる。
一方、一部のチャックピン20においてセンサ30が半導体基板Wの端部を検出していない場合(S30のNO)、その一部のチャックピン20では、半導体基板Wの端部が浮いていると考えられる。従って、制御演算部60は、センサ30の信号を受けながら、モータ50をフィードバック制御し、支持面F21が半導体基板Wの端部に接触するようにチャックピン20の高さを調節する(S50)。
例えば、制御演算部60は、半導体基板Wの端部を検出していないセンサ30からの信号に応じて、それに対応するチャックピン20を高くする。その後、センサ30が半導体基板Wの端部を検出した時点またはその直後に、制御演算部60はモータ50の駆動を停止させる。これにより、チャックピン20の支持面F21に半導体基板Wの端部を接触させることができる。
逆に、制御演算部60は、半導体基板Wの端部を検出していないセンサ30からの信号に応じて、半導体基板Wの端部を検出しているセンサ30に対応するチャックピン20を低下させてもよい。この場合、半導体基板Wの端部を検出しているセンサ30を低下させるので、チャックピン20の低下に従って半導体基板Wも徐々に低下する。そして、センサ30が半導体基板Wの端部を検出した時点またはその直後に、制御演算部60はモータ50の駆動を停止させる。これにより、半導体基板Wの端部を検出していないチャックピン20の支持面F21に半導体基板Wの端部を接触させることができる。
ただし、チャックピン20を低下させると、半導体基板Wの歪みによって、半導体基板Wがステージ10の上面に接触するおそれがある。従って、制御演算部60は、チャックピン20の支持面F21が充分に高い位置にある場合、あるいは、支持面F21の高さが上限近傍であり、それ以上支持面F21を上昇させることができない場合に、チャックピン20を低下させるように制御することが好ましい。
このようにして全てのチャックピン20の支持面F21に半導体基板Wの端部を接触させた後(S30のYES)、洗浄装置1は、洗浄処理を実行する(S40)。洗浄装置1は、洗浄処理中にステップS20〜S50を繰り返しながらリアルタイムでチャックピン20の高さを調節する。
半導体基板Wの反りの原因は、半導体基板W上に成膜された材料からの応力によることが多い。従って、半導体基板W上の材料が洗浄またはエッチングにより除去されたり、あるいは、半導体基板W上に材料が成膜されることによって、半導体基板Wの反りは処理中に変化する場合がある。このような処理中における半導体基板Wの反りの変化に対応するために、制御演算部60は、上述のように、半導体基板Wを処理前や処理中においてリアルタイムでモータ50をフィードバック制御する。これにより、チャックピン20の支持面F21は、処理中においてもリアルタイムで半導体基板Wの端部に追従し、その端部を支持することができる。
制御演算部60は、各チャックピン20を個別に制御してもよい。しかし、制御演算部60は、複数のチャックピン20ごとに同じ制御を行ってもよい。例えば、制御演算部60は、隣接する2つのチャックピン20ごとに同時に同じ制御を行ってもよい。あるいは、制御演算部60は、ステージ10の上面の中心を挟んで対向している2つのチャックピン20について同時に同じ制御を行ってもよい。半導体基板Wの反りは、ステージ10の中心において略対称であることが多い。従って、このように隣接あるいは対向する複数のチャックピン20を同時に同じだけ動作させることは有用である。
以上のように、本実施形態による洗浄装置1は、半導体基板Wの反り形状や反り量に関係なく、チャックピン20で半導体基板Wを確実にチャックすることができる。また、チャックピン20は、フィードバック制御によって洗浄処理中においてもリアルタイムで半導体基板Wの端部に追従して半導体基板Wを支持することができる。これにより、洗浄装置1は、半導体基板Wが反っていても、半導体基板Wを正常に回転させながら処理することができる。
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 洗浄装置、10 ステージ、20 チャックピン、21 第1支持部、22 第2支持部、23 昇降軸、30 センサ、40 昇降機構、50 モータ、60 制御演算部
Claims (8)
- 半導体基板を搭載し該半導体基板を回転可能とするステージと、
前記ステージ上に設けられ、前記半導体基板の端部を保持する複数の保持部と、
前記複数の保持部のそれぞれに設けられ、前記半導体基板の端部を検出する複数のセンサと、
前記保持部の高さを変更可能な昇降機構と、
前記複数のセンサが前記半導体基板の端部を検出するように、前記昇降機構を制御して前記保持部の高さを変更する制御部と、を備えている半導体処理装置。 - 前記複数の保持部は、
前記半導体基板の端部を下方から支持する第1支持部と、
前記半導体基板の端部を側方から支持する第2支持部とを備えている、請求項1に記載の半導体処理装置。 - 前記複数のセンサは、前記ステージが前記半導体基板を回転させている期間中に、前記半導体基板の端部を検出し、
前記制御部は、前記ステージが前記半導体基板を回転させている期間中に、前記保持部の高さを変更する、請求項1または請求項2に記載の半導体処理装置。 - 前記複数のセンサは、光を放射し、前記半導体基板の端部に反射する反射光を検出する光学センサである、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体処理装置。
- 前記複数のセンサは、前記半導体基板の自重による圧力を検出する圧力センサである、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体処理装置。
- 前記複数のセンサのうち第1センサが前記半導体基板の端部を検出していない場合、前記制御部は、前記複数のセンサのうち前記半導体基板の端部を検出している第2センサのある前記保持部を下方へ下降させる、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の半導体処理装置。
- 前記複数のセンサのうち第1センサが前記半導体基板の端部を検出していない場合、前記制御部は、前記第1センサのある前記保持部を上昇させる、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の半導体処理装置。
- 半導体基板を搭載し該半導体基板を回転可能とするステージと、前記ステージ上に設けられ、前記半導体基板の端部を保持する複数の保持部と、前記複数の保持部のそれぞれに設けられ前記半導体基板の端部を検出する複数のセンサと、前記保持部の高さを変更可能な昇降機構と、前記昇降機構を制御して前記保持部の高さを変更する制御部と、を備えた半導体処理装置を用いた半導体処理方法であって、
前記ステージに搭載された前記半導体基板の端部を前記複数のセンサにおいて検出し、
前記複数のセンサが前記半導体基板の端部を検出するように、前記昇降機構を制御して前記保持部の高さを前記制御部によって変更することを具備する半導体処理方法。
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