JP4176485B2 - 表面張力を低減させるプロセスを実現する基板処理の装置および方法 - Google Patents

表面張力を低減させるプロセスを実現する基板処理の装置および方法 Download PDF

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Description

本発明は、一般に、基板および半導体ウエハの処理システムならびに処理方法に関し、特に、表面張力を低減させるプロセスを実現し且つ空間効率およびプロセス効率に優れたシステムを利用する基板および半導体ウエハの洗浄ならびに乾燥に関する。
半導体デバイスを製造する際は、製造プロセスの様々な段階で基板の湿式洗浄を実施する必要がある。集積回路デバイスは、一般に、多層構造の形態をとる。基板の層では、拡散領域を有するトランジスタデバイスが、シリコン基板の上部および内部に形成される。基板に続く層では、所望の機能デバイスを規定する目的で、相互接続用の金属配線がパターン形成され、トランジスタデバイスに電気的に接続される。周知のように、パターン形成された導電層は、二酸化珪素等の誘電物質によって、他の導電層から絶縁される。各金属配線の層では、金属または関連の誘電物質を平坦化する必要がある。平坦化を行わないと、表面形状の格差の拡大が原因で、さらなる金属配線層を製造することが大幅に困難になる。アプリケーションによっては、誘電物質の中に金属配線パターンを形成し、次いで、余分な金属配線の除去を目的とした金属CMP工程を実施する場合がある。
各CMP工程の後には、基板の湿式洗浄が実施される。湿式洗浄は、製造プロセスからのあらゆる副生成物を洗い流し、汚染物質を取り除き、後続の製造工程に進むために不可欠なレベルの清浄度を達成して維持するように設計される。トランジスタデバイス構造の小型化が進み、複雑度が増すにつれて、構造を規定してそれを維持するための精度も、全プロセス工程を通じて厳密に清浄度の基準を維持できるレベルにある必要がある。湿式洗浄が未完了もしくは非効果的である場合、または湿式洗浄後の乾燥が未完了もしくは非効果的である場合は、許容できない残留物すなわち汚染物質が処理環境に持ち込まれる。
ハードディスクドライブを製造する際も、同様に、ディスク基板を清浄に且つ滑らかに維持する目的で、平坦化および洗浄の工程を行う必要がある。ハードディスクを製造する際や類似の基板を利用した他のデバイスを製造する際に基板上に残留する残留物すなわち汚染物質も、やはり同様に許容することが不可能である。
リンスおよび乾燥の技術、方法、ならびに装置は、当該分野において豊富に知られており、このような工程は、ウエハを除いたり移したり、基板を乾燥させたりする目的で、リンス工程、スクラブ工程、浸漬工程、ならびに熱エネルギ、機械エネルギ、化学エネルギ、電気エネルギ、および音響エネルギ等を適用する工程として組み込まれる。スクラブ工程およびリンス工程の一部では、製造からの副生成物と活発に相互作用させる目的で酸または塩基が利用され、一方、所望の乾燥技術の実施前に行われる最終的なリンスでは、脱イオン水(DIW)が一般的に使用される。
一般的な乾燥技術の1つとしては、スピン・リンス・ドライ(SRD)が知られている。SRDは、機械的な遠心エネルギを使用し、基板が乾燥するまで同基板をスピンさせることによって、同基板から水分を取り除く。SRD装置は、一般に、ボウルの内部に設けられるとともにシャフトの上に搭載されている基板マウント板を含む。シャフトは、回転によって基板をスピンさせるように構成される。基板は、一般に、基板マウント板またはスピンチャックに取り付けられる。スピンチャックは、基板を水平方向に維持するように構成されたマウントピンを有する。したがって、スピンチャックの急速回転は、基板をスピンさせ、基板の表面から水分を追い払うことができる。DIWは、一般に、基板の上方に配置されるとともにDIW供給路に接続されているノズルから分配される。
SRDプロセスは、基本的に、DIWの供給および基板のスピン乾燥を含む。乾燥は、窒素等の不活性ガスまたは不活性ガスの蒸気を導入し、スピンでは完全には除去できない水分を排除することによって、強化を図ることができる。さらなるヴァリエーションとしては、DIWの加熱、SRD環境の加熱、不活性ガスの加熱等が挙げられる。
もう1つの一般的な乾燥技術としては、マランゴニ技術が知られている。マランゴニ乾燥は、一般に、イソプロピルアルコール(IPA)等の乾燥用の化学流体すなわち溶剤を使用して、好ましい勾配の表面張力を導入することによって、基板表面からの水分の除去を促進することを含む。また、マランゴニ技術のヴァリエーションとしては、IPA蒸気を送るためのキャリアガスとして、窒素等の不活性ガスを導入することも含まれる。
従来技術による乾燥は、また、マランゴニ技術とSRD装置とを組み合わせたものを含む。この方法は、スピンチャック上に搭載された基板の表面に、IPAまたはIPA蒸気を導入することを含む。スピンチャックが基板を回転させ、その遠心力が基板の表面から水分を追い出すにあたって、マランゴニ乾燥は、残留物すなわち汚染物質を最小限に抑えつつ、基板表面からの水分の除去を最大限に発揮することができる。
しかしながら、SRD技術とマランゴニ技術との組み合わせには、代表的な従来技術によるSRDがウエハまたは基板の片面リンスおよび片面乾燥を提供するものであるという制約がともなう。スピンチャック上に搭載された基板のうち、リンスおよび乾燥を受けるのは片面のみである。現行の製造環境において、望ましいレベルの清浄度を達成および維持するためには、両面を同時にリンスおよび乾燥する必要がある。
以上からわかるように、製造プロセスにおいて求められる厳しい要件の清浄度を満たすか或いは上回るかするためには、ウエハおよび他の基板の洗浄および乾燥を最大限に発揮できる基板処理のシステムおよび方法を提供する必要がある。
概して、本発明は、表面張力を低減させるプロセスによって基板の洗浄、乾燥、エッチング、または他の所望のプロセスを効果的に且つ効率的に行い、尚かつ、基板の上面すなわち活性表面および裏面の両方を同時に処理する、基板処理システムを提供することによって、これらのニーズを満たすものである。本発明は、プロセス、装置、システム、デバイス、または方法を含む様々なかたちで実現することができる。以下では、本発明の実施形態をいくつか取り上げて説明する。
一実施形態では、基板をリンスおよび乾燥するためのシステムが開示される。システムは、基板の端部を把持するためのフィンガを有するチャックを含む。チャックは、基板を回転させるように構成される。システムは、さらに、基板の活性表面の上方に配置された上方分配アームと、基板の裏面の下方に配置された下方分配アームとを含む。上方分配アームは、基板の活性表面の中央領域と外周との間を移動することができ、下方分配アームは、基板の裏面の中央領域と外周との間を移動することができる。各分配アームは、さらに、基板の活性表面および裏面にそれぞれ流体を送るための供給ライン対を含む。システムは、また、上方分配アームを下方分配アームに連結する接続部を含むので、上方分配アームおよび下方分配アームは、基板の中央領域と外周との間を移動するあいだ、基板の両側に揃った状態に維持される。
別の一実施形態では、基板をリンスおよび乾燥するためのシステムが開示される。システムは、基板を回転させるように構成されるとともに基板の端部を把持するためのフィンガを有するチャックを含む。システムは、さらに、基板の活性表面に隣接して配置された第1の分配アームと、基板の裏面に隣接して配置された第2の分配アームとを含む。第1の分配アームは、基板の活性表面の中央領域と周辺端部との間を移動することができ、基板の活性表面に流体を送るための供給ライン対を含む。第2の分配アームは、基板の裏面の中央領域と周辺端部との間を移動することができ、基板の裏面に流体を送るための供給ライン対を含む。システムは、また、チャックの中で基板を取り囲むスプレーシールドを含む。スプレーシールドは、スライディングドアを備えるように構成される。スライディングドアが開位置にあるときは、チャックのフィンガに対して基板を挿入したり取り外したりするアクセスが可能である。
さらに別の一実施形態では、基板を処理するためのシステムが開示される。システムは、基板の端部を把持するためのフィンガを有するとともに基板を回転させるように構成されているチャックを含む。システムにおいて、第1の分配アームは、基板の活性表面の傍に配置される。第1の分配アームは、基板の活性表面の中央領域と周辺端部との間を移動することができる。第1の分配アームは、さらに、基板の活性表面に流体を送るための第1の供給ライン対を含む。第1の供給ライン対は、周辺端部の方向に角度付けられる。システムは、さらに、基板の裏面の傍に配置された第2の分配アームを含む。第2の分配アームは、基板の裏面の中央領域と周辺端部との間を移動することができる。第2の分配アームは、さらに、基板の裏面に流体を送るための第2の供給ライン対を含む。第2の供給ライン対は、周辺端部の方向に角度付けられる。
本発明によって、数多くの利点がもたらされる。本発明によって得られる顕著な効果および利点の1つは、基板の上面すなわち活性表面および裏面の両方を同時に処理できる点にある。スピンドルおよびチャックが中空に設計されているので、本発明では、洗浄、乾燥、または他の処理を目的として、基板の活性表面および裏面の両方にアクセスすることが可能である。
もう1つの効果は、本発明が複数サイズの基板用に容易に構成可能である点にある。あるサイズの基板チャックを別のサイズのものに交換する手続によって、統合型のプロセスシステムは、複数のアプリケーションと最短のダウンタイムとを高速に且つ効率的に実現することができる。また、この設計は、スピンドルモータの位置を調節することによって、ベルトを容易に変更したり引っ張ったりすることができる。
さらなる効果は、システムを既存のプロセス装置に組み入れることによって、汚染による欠陥または切り屑を減少させると同時に製品の質および量を増大させられる点にある。スプレーシールドおよびスプレーシールドドアは、多くのシステムにおいて薄型であることが望ましく、なかでも空気圧ドアは、作成が容易であり尚かつシステム内に微粒子を生じない。
本発明によるその他の利点は、本発明の原理を例示した添付の図面と併せて行われる以下の詳細な説明から明らかになる。
本発明は、添付の図面と併せて行われる以下の詳細な説明によって、容易に理解することが可能である。図中、類似の構成要素は同一の参照符号で示される。
基板処理のための発明が開示される。好ましい実施形態では、装置および方法は、表面張力を低減させるプロセスを実現し、尚かつ、正確に制御されたプロセスによってウエハまたは他の基板の上面すなわち活性表面および底面すなわち裏面を同時にリンスおよび乾燥する、基板のリンスおよび乾燥の装置を含む。基板のリンスおよび乾燥の装置は、ブラシボックスによる処理につづいて基板のリンスおよび乾燥を行う本発明の実施形態にしたがって、1つまたはそれ以上のブラシボックススクラブ装置と1つまたはそれ以上の基板ドライヤとを含み得る基板の洗浄および乾燥のシステムの形で実現される。
以下の説明では、本発明が十分に理解されるように、数々の詳細が具体的に設定されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細の一部または全部を設定しなくても実施され得る。また、本発明が不必要に不明瞭化される事態を回避するため、周知のプロセス工程の詳細な説明は省略した。
図1は、本発明の一実施形態による基板乾燥システム100を示している。基板乾燥システム100は、基板128を把持するように構成された中空チャック122を取り付けられるとともにドリップトレイ138内の上方に設けられている中空スピンドル123を含む。上方分配アーム110は、基板128の上面の上方に配置され、下方分配アーム112は、上方分配アーム110と対称を成す形で基板128の底面すなわち裏面の下方に配置される。上方分配アーム110は、分配アーム駆動軸ハウジング118内に設けられた分配アーム駆動軸に機械的に接続されている(不図示)上方分配アーム支柱114によって支えられる。下方分配アーム112は、上方分配アーム支柱114に磁気的に接続されている(不図示)下方分配アーム支柱116によって支えられる。
基板128は、フィンガ126によって中空チャック122に取り付けられる。中空チャック122は、中空チャック122を取り付けられた中空スピンドル123の回転にともなって回転するように構成される。スピンドルモータ120は、駆動ベルト132によって中空スピンドル123に回転エネルギを供給するように構成される。駆動ベルト132は、中空スピンドル123と、中空チャック122と、中空チャック122のフィンガ126内に固定された基板128とをスピンさせる。
中空チャック122、フィンガ126、そして基板128は、スプレーシールド124によって取り囲まれる。スプレーシールド124は、リンスおよび乾燥のプロセスから得られるあらゆる液体を中空チャック122の周囲に収容するように構成される。本発明の一実施形態では、スプレーシールド124は、半円状の空気圧システムに磁気的に結合することによって、中空チャック122に横からアクセスして基板128の挿入および取り出しを行うことを可能にする、スライディングドア(図4A,4B,4Cを参照せよ)をともなうように構成される。スプレーシールド124およびそのドアの構成ならびに工程は、図4Aを参照にして後ほど詳述される。
一実施形態では、ウエハセンサアーム130aは、上方分配アーム支柱114とスプレーシールド124との間に配置されるとともに、基板128の表面の上方にウエハセンサ130bを配置するように構成される。ウエハセンサ130bは、基板128の存在を感知し、フィンガ126内に設けられた基板128の正しい位置付けおよび方向付けを決定するように構成される。一実施形態では、可動フィンガ127(図4A,4B,4Cを参照)を固定し、尚かつ基板乾燥システム100での基板処理を進めるためには、基板128を正確に配置することが求められる。ウエハセンサ130bは、基板128の水平な方向付けおよび正確な位置付けの感知ならびに保証を行うことによって、可動フィンガ127による基板位置の固定と、リンス、乾燥、または他の基板処理の続行とを可能にする。
本発明の一実施形態では、基板128の活性表面および裏面に乾燥剤が供給される。乾燥剤の例としては、IPA、IPA蒸気、窒素(N2)ガス、および他の不活性ガスまたは気化化学物質等が含まれる。乾燥剤によっては、ドリップトレイ138内に捕らわれる恐れがある副生成物や過剰な蒸気を生じるものもある。このため、空気によって運ばれる化学物質または蒸気を放出する排気口134と、洗浄剤および乾燥剤から生じるあらゆる液状残留物を排出する排液路136とが設けられる。
上方分配アーム110および下方分配アーム112は、上方分配ノズル111aおよび下方分配ノズル111bを通じて、洗浄剤、乾燥剤、リンス剤、または他の作用物もしくは流体を、中空チャック122上のフィンガ126内に配置された基板の活性表面および裏面に、それぞれ要望通りに供給する。一実施形態では、上方分配アーム110および下方分配アーム112は、互いに鏡像対称を成した状態で、基板128の両側の実質同じ位置に配置される。
図2は、本発明の一実施形態による基板乾燥システム100を示している。図2の透視図は、基板乾燥システム100のチャック122内に配置されたウエハ128を示している。スプレーシールド(図4Aを参照にして後ほど詳述される)の開口部は、チャック122に対してウエハ128を挿入したり取り外したりするためのアクセスを可能にする。上方分配アーム支柱114によって支えられる上方分配アーム110は、ウエハ128の上方に配置される。排気口134を有するドリップトレイ138は、図2に示された基板乾燥システム100の下方の特徴を取り囲む。
図3Aは、本発明の一実施形態による分配アームアセンブリ102を詳細に示している。図示された実施形態では、乾燥剤供給路109aおよび洗浄剤供給路109bは、上方分配アーム110に沿って、洗浄剤および乾燥剤を基板(図2Aでは不図示)の活性表面に加える上方分配ノズル111aへと経路設定される。乾燥剤供給路113aおよび洗浄剤供給路113bは、下方分配アーム112に沿って、洗浄剤および乾燥剤を基板(図2Aでは不図示)の裏面に加える下方分配ノズル111bへと経路設定される。他の実施形態では、任意の所望の作用物、蒸気、または他の流体が、供給路109a,109b,113a,113bを通じて送られ、分配ノズル111a,111bを通して分配される。
一実施形態では、上方分配アーム110および下方分配アーム112を基板の活性表面および裏面に対してどのように位置決めするかは、分配アーム駆動軸ハウジング118内に収容された分配アームコントローラ(不図示)および分配アーム駆動軸(不図示)によって制御される。分配アーム駆動軸ハウジング118の外側に設けられた電気コネクタ119は、ハウジング内に設けられた分配アームコントローラへの電力接続を提供する。
一実施形態では、分配アーム駆動軸は、上方分配アーム支柱114に機械的に接続することによって、同駆動軸と上方分配アーム110とを直接に機械的に接続し、それによって上方分配アーム110の位置決めを行う。上方分配アーム110は、上方分配アーム支柱114を中心に旋回して移動することによって、基板の活性表面(上面)に対する上方分配ノズル111aの位置決めを行う。本発明の一実施形態では、リンスおよび乾燥のプロセスは、基板の半径に沿って、基板の中央領域から周辺領域へと洗浄剤および乾燥剤を分配する。したがって、上方分配アーム110は、スピンしている基板の表面に沿って、基板の中央領域から周辺領域へと外向きに移動する。
下方分配アーム112は、上方分配アーム110の運動と実質鏡像対称を成すように構成される。したがって、上方分配アーム110が、スピンしている基板の表面に沿って、基板の中央領域から周辺領域へと外向きに移動するとき、下方分配アーム112は、同基板の反対側すなわち裏面において、上方分配アーム110と実質相対するように配置され、上方分配アーム110とともに同基板の中央領域から周辺領域へと移動する。しかしながら、一実施形態では、下方分配アーム112は、分配アーム駆動軸に機械的に接続されていない。
本発明の一実施形態では、下方分配アーム112は、上方分配アーム支柱114および下方分配アーム支柱116を通じて上方分配アーム110に磁気的に結合される。この磁気結合は、下方分配アーム112と鏡像対称を成す上方分配アーム110を積極的に機械操作することを可能にする。一実施形態では、磁気結合は、下方分配アーム112の運動の度合いを操作する磁石によって実現される。例えば、下方分配アーム112は、中空スピンドル123の内壁に近づきつつ基板の周辺の近くで停止することができる。下方分配アーム112が、基板128の裏面の周辺領域の近くで静止しているあいだ、上方分配アーム110は、同基板の外周に向かって移動を続けることができる。図1および後述される図4A,6からわかるように、下方分配アーム112の運動が、中空スピンドル123の範囲内に制約されているあいだ、上方分配アーム110は、フィンガ126に達するまで運動を続けることができる。
図3Bは、本発明の一実施形態による上方分配ノズル111aおよび下方分配ノズル111bの詳細を示している。図示された実施形態では、上方分配ノズル111aは、上方分配アームヘッド140aに取り付けられるとともに概して下方に方向付けられている、乾燥剤供給路109aからのノズルおよび洗浄剤供給路109bからのノズルを含む。同様に、下方分配ノズル111bは、下方分配アームヘッド140bに取り付けられるとともに概して上方に方向付けられている、乾燥剤供給路113aからのノズルおよび洗浄剤供給路113bからのノズルを含む。
本発明の一実施形態では、回転される中空スピンドル123に取り付けられた中空チャック122の上に基板が搭載される。上方分配ノズル111aは、基板128の上面すなわち活性表面に方向付けられ、下方分配ノズルは、基板128の底面すなわち裏面に方向付けられる。一実施形態では、上方分配ノズル111aおよび下方分配ノズル111bのそれぞれは、基板128の周辺領域に向かって角度付けられる。上方分配アーム110および下方分配アーム112が、チャック122に取り付けられるとともに同チャックとともに回転している基板128の中心から周辺領域に向けて方向142に移動するにつれて、基板128の活性表面および裏面は、上方分配アームヘッド140aに設けられた洗浄剤供給路109bからのノズルおよび下方分配アームヘッド140bに設けられた洗浄剤供給路113bからのノズルを通して、それぞれに洗浄剤を供給される。後ほど詳述されるように、一実施形態では、上方分配アームヘッド140a上の乾燥剤供給路109aからのノズルおよび下方分配アームヘッド140b上の乾燥剤供給路113aからのノズルを通して、洗浄剤に続いてすぐに乾燥剤が供給される。したがって、洗浄剤および乾燥剤は、上方分配アーム110および下方分配アーム112が基板の表面を方向142に移動するにつれて、チャック122に取り付けられた回転している基板の上面および底面の両方に供給される。
図4Aは、本発明の一実施形態による中空チャック122を示している。中空チャック122は、基板乾燥システム100(図1)に結合することによって、基板の活性表面および裏面を支え、回転させ、されにこれらへのアクセスを可能にするように構成される。図4Aは、中空チャック122を上から見た図である。一実施形態では、環状の中空チャック122は、中空スピンドル123に結合するように構成される。中空スピンドル123は、前述のように、回転するように駆動され、環状のチャック122は、中空チャック122に取り付けられた基板128を自由回転によってスピンさせる。円筒状の中空スピンドル123は、駆動ベルト132(例えば図1を参照せよ)を取り付けられ、それによって回転力を提供するように構成される。一実施形態では、中空スピンドル123は、基板乾燥システム100に取り付けるための静止部分と、チャック122に取り付けるための回転部分とを含む。基板128の活性表面および背面の両方がアクセス可能であるので、上方分配アーム110および下方分配アーム112は、洗浄剤、乾燥剤、および他の作用物をスピンしている基板128の両面に同時に供給することが可能である。
一実施形態では、スプレーシールド124は、チャック122を取り囲む。スプレーシールド124は、洗浄、乾燥、または他のプロセスで使用されたあらゆる液体を、中空スピンドル123およびそれに取り付けられたチャック122を含むキャビティ内の空間に閉じこめるように構成される。洗浄剤、乾燥剤、または他の作用物が処理中に基板に供給されると、スピンしている基板から放出されるあらゆる液滴は、スプレーシールド124によってブロックされ、中空スピンドル123およびそれに取り付けられたチャック122を有する内側のキャビティ内に閉じこめられる。スプレーシールド124は、強度および形状を提供でき、容易に洗浄可能であるようにし、尚かつクリーンルームの用途に適するべく、PET、プラスチック、ポリウレタン、または任意の適切な軽量材料で構成することができる。
本発明の一実施形態では、スライディングスプレーシールドドア152は、中空スピンドル123およびそれに取り付けられたチャック122を有する内側の領域すなわちキャビティへのアクセスを可能にするように構成される。一実施形態では、スライディングスプレーシールドドア152は、スプレーシールド124の一部として構成され、スライドして開くことによって内側の領域すなわちキャビティへのアクセスを可能にするとともに、スライドして閉じることによって中空スピンドル132およびチャック122を取り囲む、実質的に中実のスプレーシールド124を形成する。スプレーシールドドア152が開位置にあるときは、チャック122に対して基板128を挿入したり取り外したりすることが可能である。スライディングスプレーシールドドア152が開き、アクセスが可能になると、ロボット(不図示)は、基板128を適切な位置および方向でフィンガ126内に収めることが可能になる。スライディングスプレーシールドドア152は、基板がフィンガ126に挿入され取り付けられると同時に閉じることによって、中空スピンドル123およびチャック122のキャビティ内の環状の空間に、あらゆる流体を閉じこめることができる。一実施形態では、ウエハセンサ130bが、フィンガ126内に挿入された基板128を感知し、方向および位置が適切であるかの確認を行う。方向および位置が適切であることが確認されると、基板128は、可動フィンガ127(図4Aを参照せよ)によって正しい位置に固定される。ロボット(不図示)が撤退し、スライディングスプレーシールドドア152が閉じると、スピンドル123は回転することが可能になる。したがって、スピンドル123は、チャック122およびその上に搭載された基板128を回転させる。
本発明の一実施形態では、スライディングスプレーシールドドア152を開位置または閉位置に位置付ける操作は、空気圧アクチュエータ(不図示)によって行われる。空気圧チューブ150は、スプレーシールド124の一部の外周に沿って、スプレーシールド124の基部すなわち下部を通る。一実施形態では、空気圧チューブ150は、その内部に磁気ボールすなわち磁気軸受けを有するように構成される。空気圧アクチュエータは、空気圧チューブ150の内側に沿って磁気ボールを移動させる。空気圧チューブ150の第1端に空気圧が加えられるとき、空気圧チューブ150の第2端では排気(通気)すなわち減圧が行われるので、磁気ボールは、加圧部分から排気(通気)部分すなわち減圧部分に至る経路に沿って、空気圧チューブ150の中を移動することが可能になる。一実施形態では、空気圧アクチュエータは、空気圧チューブ150の第1端および第2端の両方に圧力を加えるように、そして同じく空気圧チューブ150の第1端および第2端の両方で排気すなわち減圧を行うように構成される。このように、磁気ボールは、矢印154によって示されるいずれの方向にも空気圧チューブの長さ分だけ移動できるように構成される。スライディングスプレーシールドドア152は、磁気ボールに磁気的に取り付けるための磁気ラッチ(不図示)を有するように構成される。磁気ボールが、空気圧チューブ150に沿ってその中を移動するのにともなって、磁気ラッチは、スライディングスプレーシールドドア152を磁気ボールに取り付け、同ドア152を開閉させることによって、同ドア152を空気圧チューブ150の中の磁気ボールの位置に結合された開位置または閉位置へとスライドさせる。一実施形態では、スライディングスプレーシールドドア152の状態を示すために、ドア位置センサ158が提供される。
図4Bは、本発明の一実施形態による基板乾燥システム100のチャック122およびスプレーシールド124を示している。図4Bの透視図では、スライディングスプレーシールドドア152は閉位置にあり、チャック122およびスピンドル(図4Bでは見えない)の内側のキャビティを完全に取り囲むことによって、処理領域の周りのスプレーシールド124の完全性を維持している。
スライディングスプレーシールドドア152が開位置にあるときは、基板128を挿入したり取り外したりするアクセスが可能である。フィンガ126は、中空スピンドル123およびチャック122の上方で基板128を受け取り且つ支えるように構成される。一実施形態では、基板128を正しい場所に固定する目的で可動フィンガ127が提供される。基板128が挿入されると、少なくとも2つのフィンガ126が、その基板128を受け取るように構成される。基板128がロボット(不図示)によってフィンガ126内に配置されるとき、可動フィンガ127は開位置すなわち解除位置にある。基板128がフィンガ126内で適切に配置されると、可動フィンガ127は、基板128の端部に向かって旋回し、その基板128を正しい場所に固定する。したがって、適切に配置された基板は、その端部をフィンガ126および可動フィンガ127によって支えられる。一実施形態では、フィンガ126および可動フィンガ127は、基板128を中空スピンドル123およびチャック122の回転軸から僅かに逸らして配置するように構成される。このように僅かに逸らして配置するのは、基板128をフィンガ126に対してさらに固定し、中空スピンドル123の回転中に可動フィンガ127に対して生じる圧力を最小限に抑えるためである。
一実施形態では、可動フィンガ127のためのアクチュエータ125(図4Cを参照のこと)が、中空スピンドル123に隣接する位置において、中空スピンドル123の静止部分に取り付けられる。図4Cは、本発明の一実施形態による可動フィンガアクチュエータ125を示している。可動フィンガアクチュエータ125は、可動フィンガ127が開位置すなわち解除位置にあるときに、中空スピンドル123の回転部分の運動すなわち回転を阻止するように構成される。可動フィンガアクチュエータは、基板が配置され、可動フィンガ127がその基板を正しい位置に固定したときに、中空スピンドル123の回転部分の運動および回転を可能にするように構成される。一実施形態では、さらに、中空スピンドル123の回転が、ドア位置センサ158によってスライディングスプレーシールドドア152が閉位置にあることが示されるまで阻止されるので、基板を挿入したり取り出したりするために使用されるどのロボットも、中空スピンドル123およびチャック122から撤退する。
図4Dは、本発明の一実施形態による、ウエハ128を上に配置されたチャック122を示している。図4Dに示された実施形態では、ウエハ128は、可動フィンガ127によってフィンガ126内の正しい位置に固定されている。したがって、ウエハ128は、その端部をフィンガ126および可動フィンガ127によって正しい場所に保持される。本発明の一実施形態にしたがうと、ウエハ128が可動フィンガ127によって正しい場所に固定され、その存在および方向の適切さがウエハセンサ130bによって示されると、スライディングスプレーシールドドア152は閉じ、スピンドル(不可視である)、チャック122、およびウエハ128を取り囲む連続したスプレーシールド124を提供する。一実施形態では、ドア位置センサ158は、スライディングスプレーシールドドア152の位置を、閉位置または非閉位置のいずれかとして感知する。
図5は、本発明の一実施形態によるチャック122の取り外しを示している。本発明の一実施形態では、チャック122は交換可能であり、複数の基板サイズに適応することができる。上述されたように、中空スピンドル123は、回転部分と静止部分とを含む。ピン126および可動ピン127を有するチャック122は、中空スピンドルの回転部分に接続するように構成されるので、中空スピンドル123の回転は、チャック122およびその上に配置された基板128をスピンさせる。本発明の一実施形態では、チャック122は、PET、プラスチック、ポリウレタン、または他の適切な材料からなる実質中実の部品からなり、基板を受け取るためのピン126および可動ピン127と、回転するように構成された中空スピンドル123内のリングまたは軸受けにチャック122を取り付けるための取付ポイント156(図4Aを参照せよ)とを含む。一実施形態では、チャック122は、特定の基板サイズに対応するように構成されるので、特定の基板サイズに対応する基板乾燥システム100を構成するには、その所望の基板サイズに対応するチャック122を取り付けるだけで良い。例えば、一般的な半導体ウエハのサイズとしては、200mmおよび300mmが挙げられる。本発明の一実施形態は、200mm構成と300mm構成とを含んでいるので、所望のウエハサイズに対応できるように再構成するには、取付ポイント156において、チャック122を中空スピンドル123から外し、それを所望の基板サイズに対応するチャック122に交換するだけで良い。
図6は、本発明の一実施形態による基板乾燥システム100の底面すなわち下面を示している。図示された実施形態は、基板乾燥システム100をひっくり返し、ドリップトレイ138を取り外したものである。また、基板乾燥システム100に一般的に設けられている駆動ベルトカバーが取り外され、中空スピンドル123とスピンドルモータ120の底部に取り付けられたプーリとが駆動ベルト132によって取り囲まれる様子が示されている。図6からわかるように、本発明の一実施形態では、駆動ベルト132は、スピンドル123の回転部分123aに巻き付いており、スピンドルモータ120によって駆動されることによって、スピンドル123およびそれに取り付けられたチャック(図6では不可視である)をスピンさせる回転力を提供する。スピンドル123の静止部分123bも、やはり、基板乾燥システム100に取り付けられ且つ可動フィンガアクチュエータ125を取り付けられた状態で図示されている。排気口134は、ドリップトレイ138(図6では取り外されている)によって封じられた空間を通気する。説明のため、下方分配アーム支柱116からは下方分配アーム112が外されている。
図1〜6からわかるように、基板乾燥システム100の一実現形態は、基板128を洗浄および乾燥するための有進歩性の方法を提供する。所望のチャック122の選択および構成は、洗浄および乾燥を施される基板128のサイズに応じて行われる。実現形態としては、同じサイズの基板128を複数枚まとめて処理する方が効率的であるが、構成が容易であることから、複数サイズの基板を処理することも可能である。
スライディングスプレーシールドドア152は、上述されたように、空気圧チューブ150内での空気圧アクチュエータによる磁気ボールすなわち磁気軸受けの移動によって、開位置に配置される。スライディングスプレーシールドドア152は、磁気ラッチによって磁気ボールに磁気結合される。したがって、スライディングスプレーシールドドア152は、空気圧チューブ150内での磁気ボールの移動にともなって開位置へとスライドする。ドアセンサ158は、スライディングスプレーシールドドア152が開位置に入るとともに「非閉じ」状態を感知する。
ロボット(不図示)は、基板128をチャック122の上に挿入する。基板128は、フィンガ126によって受け取られ、可動フィンガ127は、基板128をチャック122上の正しい位置に取り付けて固定するようにアクチュエータ125によって位置決めされ、基板128は、その端部をフィンガ126および可動フィンガ127によって保持される。ロボットが撤退すると、スライディングスプレーシールドドア152は閉位置へとスライドする。閉じ状態は、ドアセンサ158によって感知される。
ウエハセンサアーム130aに取り付けられたウエハセンサ130bは、基板128の存在および方向を感知する。基板128が存在し且つ正しく方向付けられている(例えば水平である)場合は、中空スピンドル123は、取り付けられたチャック122とともにスピンすることを許される。中空スピンドル123は、所望の用途に応じ、下は300RPM以下から上は3000RPMで回転するように構成することができる。中空スピンドル123の回転は、駆動ベルト132を使用して中空スピンドル123を回転させるスピンドルモータ120によって生じる。一実施形態では、スピンドルモータ120は、駆動ベルト132の張力を調整するように構成される。例えば、スピンドルモータ132の位置を中空スピンドル132に近づくまたは中空スピンドル132から遠ざかる方向に調整し、駆動ベルト132の張力を減少または増大させることが可能である。
中空スピンドル123は、自由にスピンするように構成され、そのうち回転部分123aは、チャック122を回転させ且つチャック122に取り付けられるように構成され、固定された静止部分123bは、基板乾燥システム100に取り付けられるように構成される。また、可動フィンガアクチュエータ125は、中空スピンドル123の静止部分123bに取り付けられる。自由スピン部分すなわち回転部分123aは、静止ハウジングの中で自由にスピンできる、内側が中空の軸受けと同様に構成することができる。駆動ベルト132は、中空スピンドル123の回転部分123aの下方領域に構成される。フィンガ126および可動フィンガ127を含むチャック122は、取付ポイント156において中空スピンドル123の回転部分123aの上方領域に取り付けられるので、容易に構成可能なチャック122を提供して複数の基板サイズを許容することが可能である。
本発明の一実施形態によって、基板128が基板乾燥システム100の中に配置されているとき、上方分配アーム110および下方分配アーム112は、スピンしている基板128のほぼ中央に位置している。上方分配アーム110は、上方分配ノズル111aを基板128の上面すなわち活性表面に方向付け、下方分配アーム112は、下方分配ノズル111bを基板128の底面すなわち裏面に方向付ける。磁気結合された上方分配アーム110および下方分配アーム112は、基板128の両側の実質同じ位置に配置される。
一実施形態では、回転している基板128の活性表面および裏面に、洗浄剤供給路109b,113bを通じて洗浄剤が分配される。乾燥剤は、回転している基板128の活性表面および裏面に、乾燥剤供給路109a,113bを通じて分配される。一実施形態では、上方分配アームヘッド140aは、上方分配アーム110が基板128の活性表面の上方を回転基板128の中央領域から外周へと移動するにつれて、洗浄剤が乾燥剤に先行して分配されるように、上方分配ノズル111aを方向付ける。同様に、下方分配アームヘッド140bは、上方分配アーム112が基板128の裏面を回転基板の中央領域から外周へと移動するにつれて、洗浄剤が乾燥剤に先行して分配されるように、下方分配ノズル111bを方向付ける。一実施形態では、上方分配ノズル111aおよび下方分配ノズル111bは、基板の中心から端部に向けて、基板処理時における一般的なノズル移動方向に曲がるように方向付けられる。洗浄剤は、所望の用途に応じ、複数の化学剤またはDIWのなかから選択される。本発明は、基板の洗浄、エッチング、およびリンスの実施形態を含む。洗浄剤の例としては、例えば、DIW、またはHF、NH4OH、もしくはH22の溶液、またはHCl、HNO3、H2CO3、HBr、H3PO4、もしくはH2SO4等の任意の酸が含まれる。乾燥剤の例としては、例えば、IPA、ジアセトン、乳酸エチル、エチルグリコール、メチルピロリドン等が含まれる。上述されたように、洗浄剤に続いて乾燥剤が分配されるとき、洗浄剤の表面張力は低減され、これは、スピンしている基板の端部へと外向きに液体を移動させることによって、液体の除去を促進する。
図7は、本発明の一実施形態による洗浄および乾燥のプロセスを示している。洗浄剤は、スピンしている基板の中央領域から外周領域への移動にともなって、基板の上面および裏面に、乾燥剤に先行して加えられる。洗浄剤は、基板の表面を洗浄、エッチング、またはリンスするように構成される。そして、領域170に乾燥剤が導入されると、液体の表面張力が低減されるとともに液体および残留物の運動が増進され、それによって基板表面が乾燥される。
上方分配アーム110は、上方分配アーム支柱114および下方分配アーム支柱116を通じて下方分配アーム112に磁気結合されており、尚かつ、分配アーム駆動軸ハウジング118内に含まれる分配アーム駆動軸に機械的に接続されている。一実施形態では、スピンしている基板128の上面を中央領域から外周にかけて移動する上方分配アーム110の運動は、分配アーム駆動軸ハウジング118内に含まれる分配アームコントローラによって方向付けられる。つまり、分配アームコントローラが分配アーム駆動軸を方向付け、その方向付けが上方分配アーム110を位置決めする。磁気結合された下方分配アーム112は、上方分配アーム110の運動と鏡像対称を成しつつ、スピンしている基板128の裏面を中央領域から外周にかけて移動する。このようにすれば、上面および裏面の洗浄ならびに乾燥を同時に行うことができる。
本発明の一実施形態は、ブレーキ(制動部)すなわちガバナー(調速部)を下方分配アーム112に設けることによって、下方分配ノズル111bと中空スピンドル123の内面とが接触するのを阻止する。上述されたように、基板処理は、回転している基板の中心から外周に向けて進行する。上方分配アーム110および下方分配アーム112は、回転している基板の活性表面および裏面を、所定の地点または基板の端部近くに達するまで同期的に移動する。所定の地点に達すると、下方分配アーム112の移動が停止する一方で、上方分配アーム110は移動を続ける。上方分配アーム110は、上方分配ノズル111aを所望通りに基板の端部まで移動させたり、あるいはその端部を超えさせたりする。図8は、本発明の一実施形態による、所定の地点で停止した状態の下方分配アーム112と、移動を続けられる状態の上方分配アーム110とを示している。一実施形態では、別のブレーキすなわちガバナーを上方分配アーム110に設けることによって、スピンドル123およびチャック122のキャビティ内で上方分配アーム110が移動する範囲を定める。上方分配アーム110が処理範囲の中央領域に戻り、上方分配アーム110と下方分配アーム112とが再び揃うと、磁気結合は回復するので、上方分配アーム110および下方分配アーム112は、再び共に移動しはじめる、すなわち再び共に運ばれるようになる。
洗浄剤および乾燥剤から生じる余分な液体は、スプレーシールド124によって基板乾燥システム100から溢れるのをブロックされ、スピンドル123およびチャック122の中空キャビティ内に実質封じられる。図1および図2を参照にして上述されたように、液状残留物は、ドリップトレイ138に回収され、排液口136を通じて排出される。実施形態によっては、気化ガスが乾燥剤として使用される場合もあり、このときにヒュームすなわちガスが滞留した場合には、このようなヒュームすなわちガスをドリップトレイ138による閉じ込めから解放するための排気口134が設けられる。
図9は、本発明の一実施形態による基板処理ステーション200を示している。一実施形態では、少なくとも1つの基板乾燥システム100を少なくとも1つのブラシボックススクラバ202に統合することによって、基板の移送および露出ならびにクリーンルームの床面積に関する要件を最低限に抑えられる高効率処理の基板処理ステーションが作成される。この実施形態では、少なくとも1つの基板乾燥システム100と少なくとも1つのブラシボックス202とが共に設けられるので、基板は、少なくとも1つのブラシボックス202の中で1つまたはそれ以上の操作によって第1の処理を施された後、リンス、乾燥、または他のプロセスのために少なくとも1つの基板乾燥システム100へと移される。基板乾燥システム100は、例えばブラシボックス202の上に搭載することによって、移送距離およびシステムすなわちツールのフットプリントを最小限に抑えても良い。さらに、クリーンルーム環境の濾過システムでは、高度が増すとともに清浄度が高まる状態を維持することが可能である。したがって、清浄度の低いスクラブは低い位置で実施され、より清浄度の高い基板のリンスおよび乾燥は高い位置で実施される。
別の一実施形態では、基板処理ステーション200を、クラスタツールまたは統合型基板処理クラスタモジュールとしても知られる一群の基板処理ツールに組み込むことによって、クリーンルームの床面積を最大限に効率的に利用し、基板処理方法および基板処理システムを経済的に且つ効率的に実現できるようにする。一例に過ぎないが、本発明の一実施形態は、例えばウエハ取り扱いシステムと、ロード・アンロードモジュールと、結合エッチングロードロックを有するエッチングプロセスモジュールと、化学機械平坦化(CMP)プロセスモジュールとを含む統合型の基板処理クラスタモジュールに組み込まれる。本発明の一実施形態は、クラスタモジュールに、ポストCMP洗浄操作およびポストエッチング洗浄操作を扱うことができる洗浄プロセスモジュールとして組み込まれる。
以上の説明では、発明の明瞭な理解を促す目的で一部の項目を特定したが、添付した特許請求の範囲の範囲内ならば、一定の変更および修正を加えられることは明らかである。したがって、上述した実施形態は、例示的なものであって限定的なものではなく、本発明は、上述した詳細に限定されることなく、添付した特許請求の範囲およびその同等物の範囲内で変更を加えることが可能である。
本発明の一実施形態による基板乾燥システムを示した図である。 本発明の一実施形態による基板乾燥システムを示した図である。 本発明の一実施形態による分配アームアセンブリを詳細に示した図である。 本発明の一実施形態による上方分配ノズルおよび下方分配ノズルの詳細を示した図である。 本発明の一実施形態による中空チャックを示した図である。 本発明の一実施形態による基板乾燥システムのチャックおよびスプレーシールドを示した図である。 本発明の一実施形態による可動のフィンガアクチュエータを示した図である。 本発明の一実施形態による、ウエハを上に配置されたチャックを示した図である。 本発明の一実施形態によるチャックの取り外しを示した図である。 本発明の一実施形態による基板乾燥システムの底面すなわち下面を示した図である。 本発明の一実施形態による洗浄および乾燥のプロセスを示した図である。 本発明の一実施形態による、所定の地点で停止した状態の下方分配アームと、移動を続けられる状態の上方分配アームとを示した図である。 本発明の一実施形態による基板処理ステーションを示した図である。
符号の説明
100…基板乾燥システム
102…分配アームアセンブリ
109a…乾燥剤供給路
109b…洗浄剤供給路
110…上方分配アーム
111a…上方分配ノズル
111b…下方分配ノズル
112…下方分配アーム
113a…乾燥剤供給路
113b…洗浄剤供給路
114…上方分配アーム支柱
116…下方分配アーム支柱
118…分配アーム駆動軸ハウジング
119…電気コネクタ
120…スピンドルモータ
122…中空チャック
123…中空スピンドル
123a…回転部分
123b…静止部分
124…スプレーシールド
125…可動フィンガアクチュエータ
126…フィンガ、ピン
127…可動フィンガ
128…基板
130a…ウエハセンサアーム
130b…ウエハセンサ
132…駆動ベルト
134…排気口
136…排液路
138…ドリップトレイ
140a…上方分配アームヘッド
140b…下方分配アームヘッド
150…空気圧チューブ
152…スライディングスプレーシールドドア
156…取付ポイント
158…ドアセンサ
200…基板処理ステーション
202…ブラシボックススクラバ

Claims (13)

  1. 基板の洗浄とリンスと乾燥とを行うシステムであって、
    記基板の端部を把持するためのフィンガを有するとともに前記基板を回転させるように構成されているチャックと、
    記基板の活性表面に隣接して配置され、前記基板の前記活性表面の中央領域と外周との間を移動することができ、さらに、前記基板の前記活性表面に流体を送るための供給ライン対を有する第1の分配アームと、
    記基板の裏面に隣接して配置され、前記基板の前記裏面の中央領域と周辺端部との間を移動することができ、さらに、前記基板の前記裏面に流体を送るための供給ライン対を有する第2の分配アームと、
    記第1の分配アームと前記第2の分配アームが、前記基板の前記中央領域と前記周辺端部との間を移動する間において、前記基板の両側に揃った状態で維持されるように前記第1の分配アームを前記第2の分配アームに磁気的に結合する磁気結合部と、
    前記基板の前記裏面の前記中央領域と前記周辺端部との間に前記第2の分配アームの移動範囲を制限するガバナ
    記チャック内で支持された前記基板を取り囲み、スライディングドアを有するシールドであって、前記スライディングドアが前記シールドの外周に沿ってスライドするように構成されているスプレーシールドと、
    を備え、
    前記スライディングドアが開位置にあるときは、前記チャックの前記フィンガに対して前記基板の挿入と取り外しのためのアクセスが可能である、システム。
  2. 請求項1に記載の基板の洗浄とリンスと乾燥とを行うシステムであって、さらに、
    前記スプレーシールドの外周の一部であって前記スライディングドアを含む部分に沿って配置された空気圧チューブと、
    前記空気圧チューブの中に設けられた磁気ボールと、
    前記スライディングドアに設けられた磁気ラッチと、
    を備え、
    前記磁気ラッチは、前記空気圧チューブ内における前記磁気ボールの移動が前記スライディングドアのスライドによって前記開位置と閉位置のいずれかに配置されるように、前記スライディングドアをスライド可能に前記空気圧チューブに取り付けるように構成されている、システム。
  3. 請求項1に記載の基板の洗浄とリンスと乾燥とを行うシステムであって、
    前記チャックは、複数の基板サイズの各サイズに応じて特定のサイズのチャックと交換可能であるように構成されている、システム。
  4. 請求項1に記載の基板の洗浄とリンスと乾燥とを行うシステムであって、
    前記チャックは、前記基板の前記活性表面と前記裏面の両方を同時にアクセス可能であるようにする中空チャックである、システム。
  5. 請求項1に記載の基板の洗浄とリンスと乾燥とを行うシステムであって、
    前記第1の分配アームの前記供給ライン対の各ラインおよび前記第2の分配アームの前記供給ライン対の各ラインは、エッチング液、洗浄液、リンス液、および乾燥剤のうちの1つを供給するように構成される、システム。
  6. 請求項5に記載の基板の洗浄とリンスと乾燥とを行うシステムであって、
    前記洗浄液は、HF、NH4OH、H22、HCl、HNO3、H2CO3、HBr、H3PO4、およびH2SO4の1つを含む、システム。
  7. 請求項5に記載の基板の洗浄とリンスと乾燥とを行うシステムであって、
    前記乾燥剤は、イソプロピルアルコール、ジアセトン、乳酸エチル、エチルグリコール、およびメチルピロリドンの1つを含む、システム。
  8. 請求項1に記載の基板の洗浄とリンスと乾燥とを行うシステムであって、さらに、
    前記チャックのフィンガ内での基板の正確な位置付けを決定するように構成された基板センサを備えるシステム。
  9. 請求項1に記載の基板の洗浄とリンスと乾燥とを行うシステムであって、
    前記第1の分配アームの前記供給ライン対の各ラインは、前記基板の前記活性表面に向けて方向付けられるとともに前記基板の前記周辺端部に向けて角度付けられているノズルを有し、
    前記第2の分配アームの前記供給ライン対の各ラインは、前記基板の前記裏面に向けて方向付けられるとともに前記基板の前記周辺端部に向けて角度付けられているノズルを有する、システム。
  10. 請求項1に記載の基板の洗浄とリンスと乾燥とを行うシステムであって、
    前記システムは、統合型の基板処理モジュールとして少なくとも1つのブラシボックススクラバに統合されている、システム。
  11. 請求項10に記載の基板の洗浄とリンスと乾燥とを行うシステムであって、
    前記システムは、ウエハ取り扱いシステムと、ロード・アンロードモジュールと、エッチングプロセスモジュールとを含む基板処理クラスタモジュールに統合されているシステム。
  12. 請求項10に記載の基板の洗浄とリンスと乾燥とを行うシステムであって、
    前記システムは、ウエハ取り扱いシステムと、ロード・アンロードモジュールと、化学機械平坦化プロセスモジュールとを含む基板処理クラスタモジュールに統合されているシステム。
  13. 請求項10に記載の基板の洗浄とリンスと乾燥とを行うシステムであって、
    前記システムは、ウエハ取り扱いシステムと、ロード・アンロードモジュールと、エッチングプロセスモジュールと、化学機械平坦化プロセスモジュールとを含む基板処理クラスタモジュールに統合されているシステム。
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