JP2008523983A - 独立型カセット回転を用いたバッチスプレイ処理における改善された均一性 - Google Patents

Abstract

バッチスプレイ方法は、ターンテーブル上に搭載される基板を設置するステップと、ターンテーブルの中心軸まわりに基板を回転させるためにターンテーブルを回転させるステップと、ターンテーブルから独立して基板を回転させるステップであって、基板の回転がターンテーブルの回転と同時に生ずるステップと、少なくとも１つの固定位置から基板上に化学物質を定量供給するステップとを含む。ターンテーブルから独立して基板を回転させることは、基板の全周が化学物質の噴射に晒されることを可能とする。一実施例では、基板は、プロセスカセット内に装着されてもよく、プロセスカセットは、ターンテーブル上に搭載され、プロセスカセットは、ターンテーブルが回転している間、ターンテーブルから独立して回転してもよい。

Description

半導体ウエハ処理の分野では、バッチスプレイツールは、複数の上野の表面上に同時に効率的に化学物質を定量供給する方法を提供する。バッチスプレイツールは、バッチスプレイツールによりユーザが高いスループット若しくは短いサイクル時間のバッチで大量のバッチを処理することが可能となるバッチ浸漬システム及びウエットクリーニングシステムの双方の利点を提供する。バッチスプレイツールは、これらに限定されないが、フォトレジスト剥膜(ストリッピング)、無電解めっき及びウエハクリーニングを含めて、多様な半導体プロセスに対して用いることができる。バッチスプレイ処理で用いられる化学物質は、化学物質の消費を低減するために再循環されることができ、また、実行されている特定の半導体処理ステップに対して必要に応じて加熱若しくは冷却されることができる。

従来のバッチスプレイツールに対する１つ欠点は、不均一な化学物質の分布が、半導体ウエハの表面上にしばしば生ずることである。バッチスプレイツール室内では、半導体ウエハは、一般的に、化学物質を定量供給するために用いられる１つ以上のスプレイポストに対して回転が固定されるプロセスカセット上に搭載される。この固定された回転は、半導体ウエハの表面に亘って一方向の態様で化学物質を定量供給させ、これにより、ウエハ表面上への化学物質の不均一な分布をもたらす。半導体ウエハ表面のある領域は、大量の化学物質に晒される一方、ウエハ表面の他の領域は、非常に少量の化学物質に晒される。これは、典型的には、局所的な不均一性のみならず、半導体ウエハから切り出される集積回路ダイスに対する高い欠陥率をもたらす。

従来のバッチスプレイツールは、このウエハ表面上の化学物質の不均一な分布を低減若しくは無くすための実行可能な選択肢を有していない。従って、改善されたバッチスプレイツールが必要である。

ここでは、半導体ウエハの表面に亘って改善された分布の化学物質を提供するバッチスプレイツールシステム及び方法が説明される。次の説明では、例示的な実施例の種々の局面が、本分野の他の当業者に仕事の内容を伝達するために当業者に一般的に用いられている用語を用いて説明される。しかし、当業者にとっては、本発明が幾つかの説明される局面のみで実現できることは明らかだろう。説明の目的上、特定の数、材料及び構成は、例示的な実施例の完全な理解のために提供される。しかし、当業者にとっては、本発明が特定の詳細無しで実現できることは明らかだろう。他の例において、広く知られた構成は、例示的な実施例の邪魔とならないように割愛ないし簡易化される。

種々の動作は、本発明を理解するのに最も有用な態様で、多数の離散的な動作として説明されるが、説明の順番は、これらの動作が必然的に順番に依存することを暗示すると解釈されるべきでない。特に、これらの動作は、提示の順に実行される必要はない。

図１は、従来のバッチスプレイツール１００を示す。処理室（図示せず）内には、２以上のプロセスカセット１０２がターンテーブル１０４に搭載される。各プロセスカセット１０２は、半導体ウエハ１０６の１ロットをスタック（積層）態様で保持する。図１は、スタックの半導体ウエハ１０６の上部のみを示す。各ロットは、任意の適切な数の半導体ウエハ１０６、例えば２５個の半導体ウエハ１０６を含んでよい。当然ながら、プロセスカセット１０２は、２５個以上若しくは以下の半導体ウエハ１０６を保持してもよい。バッチスプレイツール１００は、また、１つ以上のスプレイポスト（spray posts）１０８を含んでよく、スプレイポスト１０８から、１以上の化学物質が、半導体ウエハ１０６上に定量供給(例えば噴射)される。スプレイポスト１０８は、サイドスプレイポスト１０８（Ａ）及び／又はセンタスプレイポスト１０８（Ｂ）を含んでよい。

ターンテーブル１０４は、反時計方向(図１に示すように)若しくは時計方向のいずれかで処理室内を回転することができる。スプレイポスト１０８は、化学物質１１０を定量供給する際、回転せず、処理室内の固定位置に留まる。ターンテーブル１０４が回転すると、半導体ウエハ１０６は、ターンテーブル１０４の中心軸まわりに回転し、スプレイポスト１０８を通過し、そこで、定量供給されている化学物質を受ける。ある知られたシステムでは、サイドスプレイポスト１０８（Ａ）のみが用いられる。他の知られたシステムでは、(図１に示すように)サイドスプレイポスト１０８（Ａ）及びセンタスプレイポスト１０８（Ｂ）の双方が用いられる。

プロセスカセット１０２は、ターンテーブル１０４とプロセスカセット１０２の間の相対的に動きがないように、ターンテーブル１０４に取り付けられる。その結果、各半導体ウエハ１０６の外向きの縁部１１２（即ち、ターンテーブル１０４の中心に対して外向きの縁部）は、ターンテーブル１０４の回転の際に常に外に向き、各半導体ウエハ１０６の内向きの縁部１１４(即ち、ターンテーブル１０４の中心に対して内向きの縁部)は、ターンテーブル１０４の回転の際に常に内に向く。例えば、半導体ウエハ１０６が、そのウエハノッチがターンテーブル１０４の中心に向くように装着される場合、ターンテーブル１０４の回転の際、ウエハノッチは、ターンテーブル１０４の中心を向き続ける。

唯一のサイドスプレイポスト１０８（Ａ）を用いるシステムでは、ターンテーブル１０４の回転は、外向きの縁部１１２を、化学物質１１０が噴射される半導体ウエハ１０６の部分のみに連続的にする。内向きの縁部１１４は、半導体ウエハ１０６の全体表面に亘って化学物質１１０が移動した後だけ化学物質１１０を受ける。化学物質１１０の各半導体ウエハ１０６の表面に亘る正確な経路は、噴射力、回転速度、及び、法線に対するウエハの角度のようなパラメータにより影響されるが、化学物質１１０は、全体として、外向きの縁部１１２から内向きの縁部１１４への実質的に単一の方向でウエハ１０６に亘って主に移動するといえる。この一方向の移動は、半導体ウエハ１０６の表面に亘った化学物質１１０の不均一な分布を引き起こす傾向にある。

サイドスプレイポスト１０８（Ａ）及びセンタスプレイポスト１０８（Ｂ）の双方を用いるシステムでは、化学物質１１０は、半導体ウエハ１０６に亘って２方向に移動することができる。プロセスカセット１０２がサイドスプレイポスト１０８（Ａ）を通過する際、外向きの縁部１１２は、依然として化学物質１１０を受ける半導体ウエハ１０６の第１の部分である。また、プロセスカセット１０２がセンタスプレイポスト１０８（Ｂ）を通過する際、内向きの縁部１１４は、化学物質１１０を受ける半導体ウエハ１０６の第１の部分である。化学物質１１０は、この度は、半導体ウエハ１０６の表面に亘って２方向で分散されるが、不均一性は依然として存在する。

図２は、プロセスカセット１２０への半導体ウエハ１０６の搭載の仕方を示す。図に示すように、プロセスカセット１０２は、半導体ウエハ１０６のスタックを固定するために複数の支柱マウント２００を用いる。ターンテーブル１０４が回転し、各半導体ウエハ１０６が化学物質１１０の１方向若しくは２方向の塗布を受ける際、支柱マウント２００は、支柱マウント２００の近傍の一以上の領域２０２にてウエハの不均一性を生む前縁作用及び後縁作用を引き起こす。これは、従来のバッチスプレイツールで発生する更なるその他の問題である。

これらの不均一性の問題を軽減するため、本発明により製作されるバッチスプレイツールは、半導体ウエハ１０６がターンテーブル１０４から独立して回転されるバッチスプレイ処理を提供する。即ち、バッチスプレイ処理中にターンテーブル１０４が回転する際、半導体ウエハ１０６は、ターンテーブル１０４から独立してターンテーブル１０４に対して回転する。これにより、各半導体ウエハ１０６は、外向きの縁部１１２若しくは内向きの縁部１１４だけでなく、その全周部がスプレイポスト１０８に晒されることが可能となる。

図３は、本発明の一実施例によるバッチスプレイツール３００を示す。バッチスプレイツール３００は、処理室（図示せず）内に搭載されるターンテーブル１０４を含む。ターンテーブル１０４は、時計方向若しくは反時計方向に回転することができる。バッチスプレイツール３００は、また、化学物質１１０を搬送するためのスプレイポスト３０８を含み、これに限定されないが、サイドスプレイポスト３０８（Ａ）及びセンタスプレイポスト３０８（Ｂ）を含む。

１つ以上のプロセスカセット３０２は、ターンテーブル１０４に搭載される。本発明によれば、ターンテーブル３０２は、ターンテーブル１０４から独立して回転することができる。この回転は、図３に示すような反時計回り若しくは時計回りであってよい。ある実施例では、プロセスカセット３０２の回転は、ターンテーブル１０４と同一の方向であってよく、他の実施例では、プロセスカセット３０２の回転は、ターンテーブル１０４の反対方向であってよい。ある実施例では、各プロセスカセット３０２は、同一のターンテーブル１０４に搭載される他のプロセスカセット３０２から独立して回転してもよい。

プロセスカセット３０２は、半導体ウエハ１０６の１ロットをそれぞれ保持してよい。半導体ウエハ１０６は、プロセスカセット３０２に対して固定であり、プロセスカセット３０２に対して移動しない。しかし、プロセスカセット３０２の独立型の回転は、ターンテーブル１０４に対して半導体ウエハ１０６を回転させる。半導体ウエハ１０６は、自身の中心軸若しくはプロセスカセット３０２の中心軸まわりに回転する。外向きの縁部１１２若しくは内向きの縁部１１４のみが直接噴射される従来のシステムとは異なり、プロセスカセット３０２の回転との組み合わせによるターンテーブル１０４の回転により、各半導体ウエハ１０６の全周が、スプレイポスト３０８により直接噴射されることが可能となる。半導体ウエハ１０６をその全周に沿って噴射することは、化学物質１１０の１方向若しくは２方向の塗布から生ずる問題を最小化し、支柱マウント２００の作用を最小化し、半導体ウエハ１０６の表面に亘る均一性を改善するといった、多くの効果を提供する。

本発明の幾つかの実施例では、ターンテーブル１０４は、毎分３００回転（３００ＲＰＭ）までの範囲の速度で回転してもよい。ある実施例では、プロセスカセット３０２は、２００ＲＰＭまでの範囲の速度で回転してもよい。他の実施例では、多くの他のＲＰＭ範囲が、ターンテーブル１０４若しくはプロセスカセット３０２に対して用いられてもよい。

図４は、プロセスカセット３０２を回転させる機構を含むバッチスプレイツール３００の一実施例の断面図である。バッチスプレイツール３００は、スプレイポスト３０８（Ａ）及び３０８（Ｂ）及びプロセスカセット３０２を収容する処理室４００を含んでよい。図示のように、プロセスカセット３０２は、それぞれ、半導体ウエハ１０６のスタックを保持する。各プロセスカセット３０２は、プロセスカセット３０２を保持し回転させる中央支持ポスト４０２上に搭載されてもよい。ある実施例では、中央支持ポスト４０２は、鍵付きロッキング機構によりプロセスカセット３０２に取り付けられてもよい。ある実施例では、中央支持ポスト４０２は、中央支持ポスト４０２に回転を誘導するために用いられるモータユニットに取り付けられてもよい。モータユニット４０４は、それ故に、中央支持ポスト４０２によりプロセスカセット３０２を回転させる。

本発明の実施例では、モータユニット４０４は、ターンテーブル１０４に搭載されてもよい。ターンテーブル１０４は、このとき、軸４０６まわりに回転してよい。ターンテーブル１０４は、モータユニット４０４がプロセスカセット３０２を回転させている間にモータユニット４０４を回転させることができる。ある実施例では、ターンテーブル１０４及びモータユニット４０４は、図４に示すように、処理室内に収容されてもよい。ある実施例では、モータユニット４０４は、処理室内に収容されてもよく、プロセスカセット３０２は、ターンテーブル１０４の頂部に搭載される。

本発明のその他の実施例では、プロセスカセット３０２は、回転する磁石を用いて回転されてもよい。各プロセスカセット３０２の底面は、磁化されてよく、回転する磁石は、処理室４００の内部若しくは外部に搭載されてもよい。回転磁石は、プロセスカセット３０２に回転を誘導する。この実施例では、プロセスカセット３０２は、プロセスカセット３０２が自由に回転することを可能とする機構を用いてターンテーブル１０４に搭載されてもよい。

図５は、本発明により形成されるバッチスプレイツール５００を示し、ここでは、半導体ウエハ１０６のスタックは、半導体ウエハ１０６のスタックが搭載されるプロセスカセット５０２及びターンテーブル１０４の双方から独立して回転する。この実施例では、プロセスカセット５０２は、ターンテーブル１０４に固定され、独立して回転しない。半導体ウエハ１０６のスタックは、しかしながら、プロセスカセット５０２内で回転する。半導体ウエハ１０６のスタックが、プロセスカセット５０２及びターンテーブル１０４の双方から独立して回転できるので、各半導体ウエハ１０６は、同様に、その全周を化学物質の噴射１１０に晒す。ある実施例では、半導体ウエハ１０６は、(図５に示すように)時計方向に回転してよく、ある実施例では、半導体ウエハ１０６は、反時計方向に回転してもよい。半導体ウエハ１０６は、ターンテーブル１０４と同一若しくは反対の方向に回転してもよい。

図６は、半導体ウエハ１０６のスタックが独立的に回転できるプロセスカセット５０２の一実施例を示す。プロセスカセット５０２は、半導体ウエハ１０６のスタックを係止し回転させる複数の回転する支柱６００を含む。各回転支柱６００は、半導体ウエハ１０６のスタックを回転させるために、時計方向若しくは反時計方向の同一の方向に回転する必要がある。従って、プロセスカセット５０２は、ターンテーブル１０４に対して回転しないが、半導体ウエハ１０６のスタックは、回転する。他の実施例では、ボールベアリングのような代替的な回転機構が、半導体ウエハ１０６のスタックを係止し回転させるために用いられてもよい。

図７は、プロセスカセット７０２及び半導体ウエハ１０６の双方がターンテーブル１０４から独立して回転するバッチスプレイツール７００の更なるその他の実施例を示す。ターンテーブル１０４、プロセスカセット７０２及び半導体ウエハ１０６の各回転は、半導体ウエハ１０６に亘る化学物質１１０の所望の流れに依存して、すべて同一方向若しくは異なる方向であってよい。

本発明のシステム及び方法は、これらに限定されないが、無電解めっき（例えば無電解コバルトめっき）及び金属エッチングを含む多様な処理に用いられることができる。本発明のバッチスプレイツールは、半導体ウエハの表面に亘る改善された化学物質の塗布の均一性を提供でき、フォットレジスト剥膜後に半導体ウエハ上にしばしば生ずる縞を低減でき、また、無電解めっき処理を用いてめっきされるウエハ若しくはウエット洗浄の水内均一性を改善する。

本発明の図示された実施例の上述の説明は、要約書に説明されたものを含めて、排他的な意図で無く、また、開示される正確な形態に本発明を限定する意図でない。本発明の特別な実施例及び例がここでは説明の目的で記載されているが、当業者が認識するような、種々の等価的な修正は、本発明の範囲内で可能である。

これらの修正は、上述の詳細な説明に照らして本発明に対してなされうる。添付の特許請求の範囲で用いられる用語は、明細書及び特許請求の範囲に開示される特定の実施例に本発明を限定するものと解釈されるべきでない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により全体として判断されるべきであり、クレーム解釈の確立されたドクトリンで解釈されるべきである。

従来のバッチスプレイツールの図。 プロセスカセットへの半導体ウエハの搭載の仕方を示す図。 本発明により構成されたバッチスプレイツールの図。 本発明により構成されたバッチスプレイツールの断面図。 本発明により構成されたその他のバッチスプレイツールの図。 本発明により構成された半導体ウエハマウントの図。 本発明により構成された更なるその他のバッチスプレイツールの図。

Claims (30)

1. ターンテーブル上に搭載される基板を設置するステップと、
   前記ターンテーブルの中心軸まわりに前記基板を回転させるために前記ターンテーブルを回転させるステップと、
   前記ターンテーブルから独立して前記基板を回転させるステップであって、前記基板の回転が前記ターンテーブルの回転と同時に生ずるステップと、
   少なくとも１つの固定位置から前記基板上に化学物質を定量供給するステップとを含む、方法。
2. 前記基板は、半導体ウエハを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記基板は、前記基板の中心軸まわりに回転する、請求項１に記載の方法。
4. 前記基板は、プロセスカセットにより前記ターンテーブル上に搭載され、前記基板は、前記プロセスカセットの中心軸まわりに回転する、請求項１に記載の方法。
5. 前記基板は、３００ＲＰＭ以下の速度で回転する、請求項１に記載の方法。
6. 前記基板は、２００ＲＰＭ以下の速度で回転する、請求項１に記載の方法。
7. 前記基板は、プロセスカセットにより前記ターンテーブル上に搭載され、前記ターンテーブルから独立して前記基板を回転させるステップは、前記ターンテーブルから独立して前記プロセスカセットを回転させることを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記基板は、プロセスカセットにより前記ターンテーブル上に搭載され、前記ターンテーブルから独立して前記基板を回転させるステップは、前記プロセスカセットに前記基板を係止するのに用いられる複数の支柱を回転させることを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記化学物質を定量供給するステップは、前記基板上に化学物質を噴射することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記化学物質は、無電解めっき溶液を含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記化学物質は、フォトレジスト剥膜用の化学物質を含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記化学物質は、金属若しくは誘電体エッチング用の化学物質を含む、請求項９に記載の方法。
13. ターンテーブル上に搭載される基板を設置するステップと、
    第１軸周りに前記基板を回転させる第１の回転を前記基板に与えるステップと、
    第２軸周りに前記基板を回転させる第２の回転であって、前記第１の回転から独立した第２の回転を前記基板に与えるステップと、
    少なくとも１つの固定位置から前記基板上に化学物質を定量供給するステップとを含む、方法。
14. 前記基板は、半導体ウエハを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１軸は、前記ターンテーブルの中心軸を含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記第２軸は、前記基板の中心軸を含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記第２軸は、前記基板が装着されるプロセスカセットの中心軸を含む、請求項１３に記載の方法。
18. 前記第１の回転は、前記ターンテーブルを回転させることにより前記基板に付与される、請求項１３に記載の方法。
19. 前記第２の回転は、前記ターンテーブルから独立して前記基板を回転させることにより前記基板に付与される、請求項１３に記載の方法。
20. 前記基板は、前記ターンテーブル上に搭載されるプロセスカセット内に装着され、前記第２の回転は、前記ターンテーブルから独立して前記プロセスカセットを回転させることにより前記基板に付与される、請求項１３に記載の方法。
21. 処理室と、
    前記処理室内に収容されるターンテーブルと、
    前記ターンテーブル上に搭載され、前記ターンテーブルから独立して回転するように構成された少なくとも１つのプロセスカセットと、
    前記処理室内に収容され、化学物質を定量供給する少なくとも１つのスプレイポストと、
    前記ターンテーブルから独立して前記プロセスカセットを回転させる少なくとも１つの機構とを含む、装置。
22. 前記ターンテーブルを回転させる少なくとも１つの機構を更に含む、請求項２１に記載の装置。
23. 前記プロセスカセットを回転させる前記機構は、前記プロセスカセットを回転させるように構成されるモータを含む、請求項２１に記載の装置。
24. 前記プロセスカセットを回転させる前記機構は、前記プロセスカセットに回転を誘導する磁石を用いる、請求項２１に記載の装置。
25. 前記ターンテーブルを回転させる前記機構は、前記ターンテーブルを回転させるように構成されるモータを含む、請求項２２に記載の装置。
26. 前記プロセスカセットを回転させる前記機構は、前記処理室内に収容される、請求項２１に記載の装置。
27. 処理室と、
    前記処理室内に収容されるターンテーブルと、
    前記ターンテーブル上に搭載され、少なくとも１つの基板を係止し前記ターンテーブルから独立して回転させる少なくとも１つの機構を含む少なくとも１つのプロセスカセットと、
    前記処理室内に収容され、化学物質を定量供給する少なくとも１つのスプレイポストとを含む、装置。
28. 前記少なくとも１つの基板を係止し前記ターンテーブルから独立して回転させる前記機構は、複数の回転する支柱を含む、請求項２７に記載の装置。
29. 前記ターンテーブルを回転させる機構を更に含む、請求項２７に記載の装置。
30. 前記少なくとも１つの基板を係止し回転させる前記機構は、前記基板のスタックを係止し回転させる機構を含む、請求項２７に記載の装置。

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