JP2015508570A - ウエハ状物品の表面を処理するための装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】ウエハ状物品を処理するための装置および方法は、プロセスチャンバと、該プロセスチャンバ内に位置付けられた回転式チャックとを含む。回転式チャックは、物理的接触を伴うことなく磁気軸受けを通じて駆動されるように構成される。回転式チャックは、回転式チャックから下向きに吊り下がる位置でウエハ状物品を保持するように構成された一連の把持ピンを含む。回転式チャックは、さらに、回転式チャックとともに回転する板を含む。板は、ウエハ状物品によって占められる領域の上方に配され、回転式チャックの使用中にウエハ状物品から振り落とされる液体からプロセスチャンバの上面を遮る。【選択図】図１

Description

本発明は、総じて、半導体ウエハなどのウエハ状物品の表面を処理するための装置であって、密閉プロセスチャンバ内から１種以上の処理流体が回収されうる装置に関する。

［関連技術の説明］
半導体ウエハは、エッチング、洗浄、研磨、および材料蒸着などの様々な表面処理プロセスを経る。このようなプロセスに適応するためには、例えば米国特許第４，９０３，７１７号および第５，５１３，６６８号に記載されるように、回転式キャリアに付随するチャックによって１枚のウエハが１つ以上の処理流体ノズルに関係付けられて支えられてよい。

あるいは、例えば国際公開第ＷＯ２００７／１０１７６４号および米国特許第６，４８５，５３１号に記載されるように、ウエハを支えるように構成されたリングロータの形態をとるチャックが、密閉プロセスチャンバ内に配されて、物理的接触を伴うことなく能動型の磁気軸受けを通じて駆動されてよい。回転しているウエハの縁から遠心作用によって外向きに動かされた処理流体は、廃棄のために、共通の排液管に送られる。

物理的接触を伴うことなく磁気軸受けを通じて駆動されるように構成された従来の回転式チャックは、ウエハの両面をプロセスチャンバ雰囲気に暴露するものであり、本発明の発明者らは、これが様々な不利益を引き起こす可能性があることに気付いた。

本発明は、一態様において、ウエハ状物品を処理するための装置であって、プロセスチャンバと、該プロセスチャンバ内に位置付けられた回転式チャックとを含む装置に関する。回転式チャックは、物理的接触を伴うことなく磁気軸受けを通じて駆動されるように構成される。回転式チャックは、回転式チャックから下向きに吊り下がる位置でウエハ状物品を保持するように構成された一連の把持ピンを含む。回転式チャックは、さらに、回転式チャックとともに回転する板を含む。板は、回転式チャックの使用時にウエハ状物品によって占められる領域の上方に配され、板は、回転式チャックの使用中にウエハ状物品から振り落とされる液体からプロセスチャンバの上面を遮る。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、板は、回転式チャックの使用中にウエハ状物品の主要面が存在することになる面に平行に配され、そうして、板と面との間に所定幅のギャップを形成する。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、所定幅は、約０．１〜５ｍｍであり、好ましくは約０．５〜２ｍｍである。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、板は、プロセスチャンバの覆い蓋に平行に配され、そうして、板と蓋との間に所定幅のギャップを形成する。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、所定幅は、約０．１〜１０ｍｍであり、好ましくは約０．５〜５ｍｍであり、より好ましくは約１〜３ｍｍである。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、プロセスチャンバは、板を覆う蓋と、蓋の上に搭載されたノズルアセンブリとを含み、ノズルアセンブリは、蓋と板の中央領域とにわたる放出端を有し、そうして、装置の使用中にノズルアセンブリを通じてウエハ状物品の上向き表面にプロセス流体が供給可能である。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、装置は、さらに、プロセスチャンバの外側に配されて板を覆う、少なくとも１つの赤外線（ＩＲ）ランプを含む。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、少なくとも１つのＩＲランプは、プロセスチャンバの蓋に隣接して配され、蓋の少なくとも一部分および板は、少なくとも１つのＩＲランプが発するＩＲ放射に対して透明な（ＩＲ放射を透過する）材料で形成される。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、プロセスチャンバは、プロセスチャンバ内に配された内部カバーを含み、内部カバーは、回転式チャックが密閉プロセスチャンバの外壁と通じる第１の位置と、回転式チャックに隣接するところで内部カバーが密閉プロセスチャンバの内表面に密着して気密性の内側プロセスチャンバを構成する第２の位置との間で可動である。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、内部カバーは、第２の位置にあるときに内側プロセスチャンバの下方部分を形成する。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、磁気軸受けは、密閉プロセスチャンバの外側に位置付けられたステータを含む。

別の一態様において、本発明は、ウエハ状物品を処理するための方法に関する。該方法は、ウエハ状物品を、該ウエハ状物品が回転式チャックによって該回転式チャックから下向きに吊り下がる位置に保持されるように、プロセスチャンバ内において回転式チャック上に配することと、ウエハ状物品の上面と、回転式チャックに載せられた板との間のギャップ内に液体の膜を形成することとを含み、板は、ウエハ状物品を覆ってウエハ状物品に平行に広がり、そうして、所定幅のギャップを形成する。

本発明にしたがった方法の好ましい実施形態では、所定幅は、約０．１〜５ｍｍであり、好ましくは約０．５〜２ｍｍである。

本発明にしたがった方法の好ましい実施形態では、回転式チャックは、物理的接触を伴うことなく磁気軸受けを通じて駆動されるように構成される。

本発明にしたがった方法の好ましい実施形態では、方法は、プロセスチャンバの外側に配された少なくとも１つの赤外線（ＩＲ）ランプを使用してウエハ状物品を加熱することも含み、ウエハ状物品を覆っているプロセスチャンバおよび板の部分は、少なくとも１つのＩＲランプが発するＩＲ放射に対して透明な材料で形成される。

添付の図面を参照にして与えられる本発明の好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことによって、本発明のその他の目的、特徴、および利点がさらに明らかになる。

本発明の第１の実施形態にしたがったプロセスチャンバを説明した側断面図であり、内部カバーがその第１の位置で示されている。 本発明の第１の実施形態にしたがったプロセスチャンバを説明した側断面図であり、内部カバーがその第２の位置で示されている。 第１の実施形態の蓋およびチャックを説明した断面斜視図であり、ウエハが所定位置にある。 図１の細部ＩＶの拡大図である。

図１を参照すると、本発明の第１の実施形態にしたがった、ウエハ状物品の表面を処理するための装置は、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ）樹脂でコーティングされたアルミニウムで作成されることが好ましい外側プロセスチャンバ１を含む。この実施形態におけるチャンバは、主円筒壁１０と、下方部分１２と、上方部分１５とを有する。上方部分１５からは、蓋３６によって閉じられる狭い円筒壁３４が伸びている。

チャンバ１の上方部分には、回転式チャック３０が配され、円筒壁３４によって取り囲まれる。回転式チャック３０は、装置の使用中にウエハＷを回転可能に支える。回転式チャック３０は、リングギア３８を含む環状駆動部を組み入れており、これは、ウエハＷの周縁への接触およびウエハＷの周縁の解放を選択的に行うための偏心可動式の複数の把持部材４０に係合してそれらを駆動する。

この実施形態では、回転式チャック３０は、円筒壁３４の内表面に隣接して提供されるリングロータである。リングロータの反対側には、円筒壁３４の外表面に隣接してステータ３２が提供される。ロータ３０およびステータ３２は、能動型の磁気軸受けを通じてリングロータ３０（およびそれによって支えられているウエハＷ）を回転させうるモータとして、機能する。例えば、ステータ３２は、ロータ上に提供された対応する永久磁石を通じて回転式チャック３０を回転可能に駆動するように、能動的に制御されうる複数の電磁コイルまたは電磁巻き線を、含むことができる。回転式チャック３０の軸方向および半径方向の軸受けも、やはりステータの能動的制御によってまたは永久磁石によって達成されてよい。こうして、回転式チャック３０は、機械的な接触無しに浮揚されてよい、および回転するように駆動されてよい。あるいは、ロータは、受動型の軸受けによって保持されてもよく、この場合は、ロータの磁石は、チャンバの外の外側ロータ上で周に沿って配置された対応する高温超電導磁石（ＨＴＳ磁石）によって、保持される。この代替の実施形態によって、リングロータの各磁石は、それに対応する外側ロータのＨＴＳ磁石に留め付けられる。したがって、内側ロータは、物理的に接続されることなく外側ロータと同じ動きをする。

蓋３６は、その外側にノズルアセンブリ４２を取り付けられ、該ノズルアセンブリ４２は、蓋３６を突っ切ってウエハＷの上方においてチャンバ内に開く媒質入口４４を提供する。なお、この実施形態におけるウエハＷは、入口４４を通じて供給される流体がウエハＷの上向き表面に突き当たるように、回転式チャック３０から下向きに吊り下がって把持部材４０によって支えられることに留意せよ。

回転式チャック３０は、チャック３０の使用時にウエハＷの上方に配される板５２も含む。板５２は、ノズルアセンブリ４２の放出端を通すために板５２が開いているところを除き、ウエハＷの上面全体を覆っていることが好ましい。

この実施形態における蓋３６は、また、一群のＩＲ加熱素子６２も含む。これらは、介在する蓋３６および板５２の厚みを経てウエハＷが急速に加熱されることを可能にし、したがって、この実施形態では、蓋３６および板５２は、ともに、加熱素子６２が発するＩＲ放射に対して実質的に透明な、石英ガラスなどの材料で作成される。

ウエハ３０が、例えば直径３００ｍｍまたは４５０ｍｍの半導体ウエハである場合は、ウエハＷの上向き面側は、ウエハＷの素子側または表側のいずれかであってよく、これは、ウエハが回転式チャック３０上にどのように配されるかによって決定され、そして、どのように配されるかは、チャンバ１内で実施されている具体的なプロセスによって決定付けられる。

図１の装置は、さらに、プロセスチャンバ１に相対的に可動である内部カバー２を含む。内部カバー２は、図１では、その第１の位置、すなわち開いた位置で示されており、この位置では、回転式チャック３０は、チャンバ１の外側円筒壁１０と通じている。この実施形態におけるカバー２は、概ねカップ状であり、直立する円筒壁２１によって取り囲まれた基部２０を含む。カバー２は、さらに、基部２０を支えてチャンバ１の下方壁１４を通る中空シャフト２２を含む。

中空シャフト２２は、主チャンバ１内に形成された突出部１２によって取り囲まれ、これらの要素は、中空シャフト２２がチャンバ１との間に気密シールを維持しつつ突出部１２に相対的にずらされることを可能にするダイナミックシールを通じて接続されている。

円筒壁２１の頂部には、環状反らせ部材２４が取り付けられ、これは、その上向き表面上にガスケット２６を載せている。カバー２は、プロセス流体およびすすぎ液がチャンバに導入されてウエハＷの下向き表面に到達するように、基部２０を通る流体媒質入口２８を含むことが好ましい。

カバー２は、さらに、吐出管２５内に開くプロセス液吐出開口２３を含む。吐出管２５は、カバー２の基部２０に堅く取り付けられ、その一方では、気密シールを維持しつつ底壁１４に相対的に軸方向に滑動しうるように、ダイナミックシール１７を通じてチャンバ１の底壁１４を通る。

排気開口１６が、チャンバ１の壁１０を通るのに対し、壁３６を通るのは、別の排気開口（不図示）である。各排気開口は、適切な排気管（不図示）につながれ、これらの管は、それぞれの弁および通気装置を通じて独立に制御されることが好ましい。

図１に描かれている位置は、ウエハＷの搭載または取り出しに対応している。具体的には、ウエハＷは、チャンバ壁１０のサイドドア４６を通って回転式チャック３０に搭載することができる。しかしながら、蓋３６がその所定位置にあって、サイドドア４６が閉じられているときは、チャンバ１は、気密状態にあり、既定の内圧を維持することができる。

図２では、内部カバー２が、ウエハＷの処理に対応するその第２の位置、すなわち閉じた位置に移動されている。すなわち、ウエハＷが回転式チャック３０に搭載された後、カバー２は、適切なモータ（不図示）が中空シャフト２２に作用することによって、チャンバ１に相対的に上方へ移動される。内部カバー２の上方移動は、反らせ部材２４がチャンバ１の上方部分１５の内表面に接触するまで続く。具体的には、反らせ部材２４に載せられたガスケット２６が、上方部分１５の下側に密着し、その一方で、上方部分１５に載せられたガスケット１８は、反らせ部材２４の上表面に密着する。

内部カバー２が、図２に描かれているようなその第２の位置に達すると、密閉プロセスチャンバ１内に、第２のチャンバ４８が形成される。該内側チャンバ４８は、チャンバ１のその他の部分から、さらに気密式に密閉される。さらに、チャンバ４８は、チャンバ１のその他の部分とは別個に通気されることが好ましく、これは、この実施形態では、通常はチャンバ１のために、そして図２の構成ではチャンバ１のその他の部分のために働く通気口１６とは独立に排気開口をチャンバ４８に提供することによって達成される。

ウエハの処理中は、処理を受けているウエハのエッチング、洗浄、すすぎ、およびその他の任意の所望の処理などの。様々なプロセスを実施するために、処理流体が、ノズルアセンブリ４２を通り板５２の中央開口を経て回転ウエハＷ上に至るように方向付けられてよい。

チャック３０と一体化された板５２を、ウエハＷとチャンバ１の頂部３６との間に提供することによって、幾つかの利点が得られる。媒質（例えば硫酸）を加熱するためにＩＲランプが使用される場合は、この板５２は、ＩＲ透過性を保証するために石英であってよい。

使用時の板５２は、チャックとともに、チャックと同じ速度で回転しており、したがって、チャック３０によって把持されているウエハＷともともに、やはりウエハ３０と同じ速度で回転している。この設計は、したがって、用いられているプロセス流体内の乱れを最小限に抑える働きをする。

さらに、ＩＲ加熱ランプが使用されるときに、板５２は、残留熱伝達の阻止を可能にする。なぜならば、チャック３０とランプとの間のギャップ、すなわち板５２の上で且つ蓋３６の下のギャップは、（例えば窒素および／または脱イオン水によって）能動的に冷却することができるからである。

さらに、板５２を脱イオン水によって冷却することによって、乾燥プロセス中の温度差を最小限に抑えることが可能である。なおもさらには、例えば跳ね散りおよび／または凝縮によって引き起こされる、板５２の下側におけるウエハＷ上方の残留プロセス媒質を、上記の脱イオン水によるすすぎ中に同時にすすぐ、または上記プロセスの完了後に脱イオン水によってすすぐことが可能である。

板５２は、チャンバ内部をウエハＷの上向き面側から隔離するので、これは、跳ね返りおよび／または粒子による汚染を最小限に抑えられる。板５２は、さらに、ウエハの上方における高度な雰囲気制御を可能にする。なおもさらに、この設計は、また、ギャッププロセス、すなわちウエハとチャックとの間が液体で満たされるプロセスも可能にする。

図３は、図１および図２の蓋３６およびチャック３０のみを、ウエハＷが所定位置にある状態で示している。ＩＲランプ６２は、一連の同心円状の素子として形成されており、ウエハＷの調整加熱を提供するために個々に制御可能である。この実施形態におけるノズルアセンブリ４２は、対応するプロセス流体供給部にそれぞれ接続された３つの別々の導管５４、５６、５８を含む。例えば、１本目の導管は、脱イオン水を供給してよく、別の１本は、窒素ガスを供給してよく、３本目は、濃硫酸などのプロセス流体を供給してよい。

板５２などの、少なくとも蓋３６の下方部分６８は、ＩＲランプ６２の波長に対して実質的に透明な材料で形成され、蓋部分６８および板５２に用いられる材料の一例は、この実施形態では石英である。ＩＲランプ６２が使用されないときは、板６２および蓋部分６８は、ともに、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）樹脂でコーティングされたアルミニウムなどの、その他の材料で形成されてよい。

図４の細部では、板５２が、下に横たわるウエハＷから小ギャップ６４で隔てられていることがわかる。このギャップは、好ましくは約０．１〜５ｍｍであり、より好ましくは約０．５〜２ｍｍである。ギャップ６４は、上記のようなギャッププロセス、すなわちウエハとチャックとの間のギャップが液体で満たされるプロセスの実施を可能にする。

図４は、また、板５２が、上を覆っている蓋部分６８から小ギャップ６６で隔てられていることも示している。このギャップは、好ましくは約０．１〜１０ｍｍであり、より好ましくは約０．５〜５ｍｍであり、なおもさらに好ましくは約１〜３ｍｍである。ギャップ６６は、板５２が、したがってウエハＷが、例えば窒素および／または脱イオン水によって能動的に冷却されることを可能にし、そうして、ＩＲランプ６２を使用して加熱された後における、ウエハＷからの残留熱伝達が阻止される。乾燥プロセス中の温度差を最小限に抑えるにも、同じ能動冷却技術を用いることができる。

Claims (15)

1. ウエハ状物品を処理するための装置であって、
   プロセスチャンバと、
   前記プロセスチャンバ内に位置付けられた回転式チャックと、
   を備え、
   前記回転式チャックは、物理的接触を伴うことなく磁気軸受けを通じて駆動されるように構成され、
   前記回転式チャックは、前記回転式チャックから下向きに吊り下がる位置でウエハ状物品を保持するように構成された一連の把持ピンを含み、
   前記回転式チャックは、さらに、前記回転式チャックとともに回転する板を含み、
   前記板は、前記回転式チャックの使用時にウエハ状物品によって占められる領域の上方に配され、
   前記板は、前記回転式チャックの使用中にウエハ状物品から振り落とされる液体から前記プロセスチャンバの上面を遮る、装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記板は、前記回転式チャックの使用中にウエハ状物品の主要面が存在する面に平行に配され、そうして、前記板と前記面との間に所定幅のギャップを形成する、装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、
   前記所定幅は、約０．１〜５ｍｍであり、好ましくは約０．５〜２ｍｍである、装置。
4. 請求項１に記載の装置であって、
   前記前記板は、前記プロセスチャンバの覆い蓋に平行に配され、そうして、前記板と前記蓋との間に所定幅のギャップを形成する、装置。
5. 請求項４に記載の装置であって、
   前記所定幅は、約０．１〜１０ｍｍであり、好ましくは約０．５〜５ｍｍであり、より好ましくは約１〜３ｍｍである、装置。
6. 請求項１に記載の装置であって、
   前記プロセスチャンバは、前記板を覆う蓋と、前記蓋の上に搭載されたノズルアセンブリとを含み、前記ノズルアセンブリは、前記蓋と前記板の中央領域とを通る放出端を有し、そうして、前記装置の使用中に前記ノズルアセンブリを通じてウエハ状物品の上向き表面にプロセス流体が供給可能である、装置。
7. 請求項１に記載の装置であって、さらに、
   前記プロセスチャンバの外側に配されて前記板を覆う、少なくとも１つの赤外線（ＩＲ）ランプを備える装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、
   前記少なくとも１つのＩＲランプは、前記プロセスチャンバの蓋に隣接して配され、前記蓋の少なくとも一部分および前記板は、前記少なくとも１つのＩＲランプが発するＩＲ放射に対して透明な材料で形成される、装置。
9. 請求項１に記載の装置であって、
   前記プロセスチャンバは、前記プロセスチャンバ内に配された内部カバーを含み、前記内部カバーは、前記回転式チャックが前記密閉プロセスチャンバの外壁と通じる第１の位置と、前記回転式チャックに隣接するところで前記内部カバーが前記密閉プロセスチャンバの内表面に密着して気密性の内側プロセスチャンバを構成する第２の位置と、の間で可動である、装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、
    前記内部カバーは、前記第２の位置にあるときに前記内側プロセスチャンバの下方部分を形成する、装置。
11. 請求項１に記載の装置であって、
    前記磁気軸受けは、前記密閉プロセスチャンバの外側に位置付けられたステータを含む、装置。
12. ウエハ状物品を処理するための方法であって、
    ウエハ状物品を、前記ウエハ状物品が回転式チャックによって前記回転式チャックから下向きに吊り下がる位置に保持されるように、プロセスチャンバ内において前記回転式チャック上に配することと、
    前記ウエハ状物品の上面と、前記回転式チャックに載せられた板と、の間のギャップ内に液体の膜を形成することと、を備え、
    前記板は、前記ウエハ状物品を覆って前記ウエハ状物品に平行に広がり、そうして、所定幅のギャップを形成する、方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記所定幅は、約０．１〜５ｍｍであり、好ましくは約０．５〜２ｍｍである、方法。
14. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記回転式チャックは、物理的接触を伴うことなく磁気軸受けを通じて駆動されるように構成される、方法。
15. 請求項１２に記載の方法であって、さらに、
    前記プロセスチャンバの外側に配された少なくとも１つの赤外線（ＩＲ）ランプを使用して、前記ウエハ状物品を加熱することを備え、
    前記ウエハ状物品を覆っている前記プロセスチャンバおよび前記板の部分は、前記少なくとも１つのＩＲランプが発するＩＲ放射に対して透明な材料で形成される、方法。

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