JP2015506087A - ウエハ形状物の表面を処理する装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】ウエハ形状物を処理する装置は、密閉型処理チャンバを備える。密閉型処理チャンバは、気密エンクロージャを提供するハウジングと、密閉型処理チャンバ内に設置される回転チャックであって、回転チャック上に載置されるウエハ形状物を保持するように構成される回転チャックと、密閉型処理チャンバ内に配置される内側カバーと、を備える。内側カバーは、回転チャックが密閉型処理チャンバの外壁と連通する第１の位置と、回転チャックに隣接する密閉型処理チャンバの内表面に対して内側カバーをシールして、気密な内部処理チャンバを規定する第２の位置との間を移動可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、半導体ウエハ等のウエハ形状物の表面を処理する装置に関し、密閉型処理チャンバ内部から１つ以上の処理流体を回収可能な装置に関する。

半導体ウエハに対し、エッチング、洗浄、研磨、材料蒸着等、種々の表面処理が行われる。このような処理を可能にするために、たとえば、米国特許No.4,903,717及びNo.5,513,668に記載されるように、回転可能なキャリアを伴うチャックにより、１つ以上の処理流体ノズルに関連させて、個々のウエハを支持するようにしてもよい。

あるいは、たとえば、国際公開WO2007/101764及び米国特許No.6,485,531に記載されるように、ウエハを支持するように構成される環状ロータの形状のチャックを、密閉型処理チャンバ内に配置し、能動型磁気軸受を介した物理的接触なしに駆動されるようにしてもよい。遠心力の作用によって回転するウエハの端部から外側に駆動される処理流体は、廃棄用の共通排出管に送られる。

従来の密閉型処理チャンバは、チャンバが閉じている間ウエハ処理に用いられる有害物質を適宜収容しているが、ウエハのローディング及びアンローディングのためにはチャンバを開く必要があった。この際に、処理ガス、化学物質の煙霧、イソプロピルアルコール蒸気、オゾン蒸気等の熱蒸気などがツール環境に放出され、その結果、周囲の部品やツールに対して大きな安全性のリスク及びダメージを与える危険性がある。

本発明の発明者は、ウエハ形状物を処理する改良型の密閉型処理チャンバを開発した。この密閉型処理チャンバでは、外側チャンバ内に内側チャンバを備え、内側チャンバ及び外側チャンバは各々気密エンクロージャを備えるように構成される。

したがって、本発明の一つの態様は、密閉型処理チャンバを備える、ウエハ形状物を処理する装置に関する。密閉型処理チャンバは、気密エンクロージャを提供するハウジングと、密閉型処理チャンバ内に設置される回転チャックであって、回転チャック上でウエハ形状物を保持するように構成される回転チャックと、密閉型処理チャンバ内に配置される内側カバーと、を備える。内側カバーは、回転チャックが密閉型処理チャンバの外壁と連通する第１の位置と、回転チャックに隣接する密閉型処理チャンバの内表面に対して内側カバーをシールして、気密な内側処理チャンバを規定する第２の位置との間を移動可能である。第１の位置と第２の位置との間の移動は、回転チャックの回転軸に沿った軸方向の移動であることが望ましい。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、内側カバーが第２の位置にある場合に、内側カバーは内側処理チャンバの下部を形成する。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、内側カバーは、基部と、少なくとも１つの直立壁とを備え、基部は、シールを介して密閉型処理チャンバを貫通するシャフトに接続される。このシールは、外側処理チャンバの気密性を維持しつつ、シャフトと密閉型処理チャンバとの間の相対的な移動を可能にする。相対的な移動は、回転チャックの回転軸に沿った軸方向の移動であることが望ましい。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、少なくとも１つの処理流体捕集部が、内側カバーの下部に形成され、処理流体捕集部は、内側カバーから懸架される吐出管であってシールを介して密閉型処理チャンバを貫通する吐出管と連通する。このシールは、外側処理チャンバの気密性を維持しつつ、吐出管と密閉型処理チャンバとの間の相対的な移動を可能にする。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、密閉型処理チャンバは、独立に制御される複数の吐出口を備え、第１の吐出口は、内側カバーが第２の位置にある場合に、内側チャンバの内側の領域において、密閉型処理チャンバに対して開口し、第２の吐出口は、内側カバーが第２の位置にある場合に、内側チャンバの外側の領域において、密閉型処理チャンバに対して開口する。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、内側カバーは、内側カバーに対して独立に軸方向に変位可能な複数のスプラッシュガードを備え、スプラッシュガードと内側カバーとは、内側カバーが第２の位置にある場合に、内側チャンバ内に複数の別々の処理領域を規定するように構成される。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、別々の各処理領域は、これに流体接続される各液体吐出管を備える。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、軸方向に変位可能な各スプラッシュガードは、密閉型処理チャンバの外側から所定の鉛直方向の位置に選択的に駆動される。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、軸方向に変位可能な各スプラッシュガードは、回転チャックにより支持される回転するウエハから放出される所定の処理流体を捕集するように、選択的に位置決め可能である。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、回転チャックは、磁気軸受を介した物理的接触なしに駆動されるように構成され、回転チャックと内側カバーとは、互いに鉛直方向に移動可能である。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、磁気軸受は、密閉型処理チャンバの外側に位置するステータを備える。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、磁気軸受は、回転チャックにより支持される回転するウエハから放出される所定の処理流体が所定の流体捕集部に向かうように、選択的に位置決め可能である。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、磁気軸受は、能動型磁気軸受である。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、密閉型処理チャンバは、半導体ウエハの各ウエハを湿式処理するステーションにおけるモジュールである。

本発明に従う装置の好適な実施形態において、密閉型処理チャンバは、パーフルオロアルコキシ樹脂で被覆されたアルミニウムから形成される。

本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照する以下の本発明の好適な実施形態の詳細な説明からより明らかになるであろう。

本発明の第１の実施形態に従う処理チャンバを、第１の位置にある内側カバーと共に示す垂直断面説明図。 本発明の第１の実施形態に従う処理チャンバを、第２の位置にある内側カバーと共に示す垂直断面説明図。 本発明の第２の実施形態に従う処理チャンバを、第１の位置にある内側カバーと共に示す垂直断面説明図。 本発明の第２の実施形態に従う処理チャンバを、第２の位置にある内側カバーと第１の配置のスプラッシュガードと共に示す垂直断面説明図。 本発明の第２の実施形態に従う処理チャンバを、第２の位置にある内側カバーと第２の配置のスプラッシュガードと共に示す垂直断面説明図。 本発明の第２の実施形態に従う処理チャンバを、第２の位置にある内側カバーと第３の配置のスプラッシュガードと共に示す垂直断面説明図。 本発明の第３の実施形態に従う処理チャンバを、第１の位置にある内側カバーと共に示す垂直断面説明図。 本発明の第３の実施形態に従う処理チャンバを、第２の位置にある内側カバーと共に示す垂直断面説明図。 本発明の第４の実施形態に従う処理チャンバを、第１の位置にある内側カバーと共に示す垂直断面説明図。 本発明の第４の実施形態に従う処理チャンバを、第２の位置にある内側カバーと共に示す垂直断面説明図。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に従うウエハ形状物の表面を処理する装置は外側処理チャンバ１を備え、外側処理チャンバ１は、望ましくはＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）樹脂で被覆されたアルミニウムから形成される。本実施形態のチャンバは、主円筒形壁部１０と、下部１２と、上部１５と、を備える。上部１５から、より狭い円筒形壁部３４が伸長し、円筒形壁部３４は蓋部３６によって閉じられる。

回転チャック３０が、チャンバ１の上部に配置され、円筒形壁部３４により周りを取り囲まれる。回転チャック３０は、装置の使用時に、ウエハＷを回転可能に支持する。回転チャック３０には、リングギア３８を備える回転駆動部が内蔵される。リングギア３８は、ウエハＷの周縁部と選択的に接触し、また、接触を解除するように、複数の偏心可動把持部材を係合及び駆動する。

本実施形態において、回転チャック３０は、円筒形壁部３４の内表面に隣接して備えられる環状ロータである。ステータ３２は、円筒形壁部３４の外表面に隣接して、環状ロータの反対側に備えられる。ロータ３０及びステータ３４は、モータとして機能し、能動型磁気軸受を介して環状ロータ３０（及びそれに支持されるウエハＷ）を回転させることができる。たとえば、ステータ３４は、複数の電磁コイル又は巻線を備えるものでもよく、この電磁コイル又は巻線は、ロータ上に備えられる対応する永久磁石を介して回転チャック３０を回転可能に駆動するように能動的に制御されるものでもよい。ステータの能動的制御により、又は、永久磁石により、回転チャック３０のアキシャル軸受及びラジアル軸受を実現することもできる。したがって、回転チャック３０を、機械的に接触させることなく、浮揚させ、回転可能に駆動させることが可能である。あるいは、チャンバの外側の外側ロータ上に周方向に配置される対応する高温超電導磁石（ＨＴＳ（high temperature superconducting）磁石）によってローターの磁石が保持されるような受動型軸受によって、ロータを保持するようにしてもよい。この実施形態では、環状ロータの各磁石は、外側ロータの対応するＨＴＳ磁石に固定される。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。

蓋部３６は、外側に設置されるマニホールド４２を備え、マニホールド４２は、蓋部３６を貫通してウエハＷ上のチャンバに対して開口する媒体入口４４を提供する。この実施形態で留意すべきことは、入口４４から供給される流体がウエハＷの上向き表面上に衝突するように、ウエハＷが回転チャック３０から下方に懸架され、把持部材４０により支持されることである。

ウエハ３０が例えば直径３００ｍｍ又は４５０ｍｍの半導体ウエハである場合には、ウエハＷの上向き側は、装置側又はウエハＷの表側のいずれでもよく、回転チャック３０上でウエハがどのように位置決めされるかによって決まる。また、このウエハの位置は、チャンバ１内で実施されている特定の処理によって決まる。

図１の装置は、さらに、処理チャンバ１に対して移動可能な内側カバー２を備える。図１に示す状態では、内側カバー２は第１の位置すなわち開放位置にあり、この第１の位置では、回転チャック３０はチャンバ１の外側円筒形壁部１０に連通する。この実施形態において、カバー２は、通常カップ形状であって、垂直円筒形壁部２１によって周りを取り囲まれる基部２０を備える。カバー２は、さらに、基部２０を支持し、チャンバ１の下側壁部１４を貫通する中空シャフト２２を備える。

中空シャフト２２は、主チャンバ１内に形成されるボス１２によって周りを取り囲まれ、動的シールを介してこれらの構成要素が接続される。動的シールにより、チャンバ１に対する気密シールを維持しつつ、ボス１２に対して中空シャフト２２を移動させることができる。

円筒形壁部２１の上部に環状デフレクタ部材２４が取り付けられ、環状デフレクタ部材２４の上向き表面上にガスケット２６が支持される。カバー２は、チャンバ内でウエハＷの下向き表面上に処理流体及びリンス液が導入可能なように、基部２０を貫通する流動媒体入口２８を備えることが望ましい。

カバー２は、さらに、吐出管２５に対して開口する処理流体吐出口２３を備える。管２５は、カバー２の基部２０に強固に取り付けられる一方で、動的シール１７を介してチャンバ１の底壁部１４を貫通する。これにより、管２５は、気密シールを維持しつつ、底壁部１４に対して軸方向に摺動可能である。

排出口１６がチャンバ１の壁部１０を貫通する一方で、別の排出口４６は、回転チャック３０の内表面近傍で蓋部３６を貫通する。各排出口は、（図示しない）適当な排出管に接続され、排出管は、各バルブ及び通気装置を介して独立に制御されることが望ましい。

図１に示す位置は、ウエハＷのローディング又はアンローディング位置に対応する。具体的には、蓋部３６を介して、又は、より望ましくは、チャンバ壁部１０の（図示しない）サイドドアを介して、回転チャック３０上にウエハＷをローディングできる。ただし、蓋部３６が所定の位置にあり、サイドドアが閉じた状態では、チャンバ１は、気密であり、規定された内圧を維持可能である。

図２では、内側カバー２は、第２の位置すなわち閉鎖位置に動かされている。この第２の位置は、ウエハＷの処理位置に対応する。すなわち、回転チャック３０上にウエハＷをローディング後、中空シャフト２２上で作動する（図示しない）適当なモータにより、チャンバ１に対して上向きにカバー２を動かす。チャンバ１の上部１５の内表面にデフレクタ部材２４が接触するまで、内側カバー２を上向きに動かし続ける。具体的には、デフレクタ２４に支持されるガスケット２６が上部１５の下側をシールする一方で、上部１５に支持されるガスケット１８がデフレクタ２４の上側表面をシールする。

内側カバー２が図２に示す第２の位置に到達すると、密閉型処理チャンバ１内に第２のチャンバ４８が形成される。内側チャンバ４８は、チャンバ１の残りの部分から気密になるようにシールされる。さらに、チャンバ４８は、チャンバ１の残りの部分とは別に通気されることが望ましい。本実施形態では、通常はチャンバ１に対して作用し、図２の配置ではチャンバ１の残りの部分に作用する排出口１６とは独立に、チャンバ４８に開口する排出口４６を備えることにより、別々の通気が可能になる。

ウエハ処理の際に、処理中のウエハのエッチング、洗浄、リンスやその他任意の所望の表面処理など、種々の処理を実行するために、媒体入口４４及び／又は２８を介して、回転するウエハＷに処理流体を向けるようにしてもよい。

外側処理チャンバ１内に内側チャンバ４８を設けることで、処理チャンバの外部環境からウエハ処理に用いられるガスや液体を隔離することが可能になるため、環境に対して密閉されるチャンバの安全性を向上させ、処理ガス、化学薬品の煙霧、イソプロピルアルコール蒸気、オゾン蒸気等の熱蒸気などがツール環境に放出される危険を抑制することができる。

図３〜図６は、本発明の第２の実施形態を示す。第２の実施形態では、内側カバー２が、内側チャンバ４８内に別々の処理領域を規定可能な一組の分割部を備える。具体的には、内側カバー２内に、１つ以上の鉛直方向に移動可能なスプラッシュガード３７、３９を備える。２つの円形スプラッシュガード３７及び３９が図３〜図６に図示されているが、当然のことながら、任意の所望の数のスプラッシュガードを備えるようにしてもよい。スプラッシュガードの実際の数は、部分的に、別々に捕集されるはずの種類の異なる処理流体の数によって決まるものでもよい。

外側スプラッシュガード３７は、内側スプラッシュガード３９の周りに同心円状に配置される。したがって、内側スプラッシュガード３９は、その内部に内側処理流体捕集部を規定する。中央処理流体捕集部は、内側スプラッシュガード３９の外表面と外側スプラッシュガード３７の内表面との間に形成される環状領域によって規定される。外側処理流体捕集部は、外側スプラッシュガード３７の外表面と円筒形壁部２１の内表面との間に形成される環状領域によって規定される。

このような各流体捕集部に伴って、各流体捕集部から密閉型処理チャンバの外側に捕集した処理媒体を送るための排出管を備える。図３に示すように、排出管３１、３３及び３５は、各々、内側カバーの基部２０を通って、また、主チャンバ１の底壁部１４を通って、伸長する。排出管３１、３３及び３５の集合体は、上述したように、動的シールを介して底壁部１４と接続されて、気密シールを維持しつつ、内側カバー２が移動する際の排出管と外側チャンバ１との間の相対的な移動を可能にする。

本実施形態におけるデフレクタ２７は、スプラッシュガード３７及び３９の上側部分を収容するようにいくぶん伸長されているが、それ以外は、第１の実施形態に関連して上述した構成と同様である。

スプラッシュガード３７及び３９は、空気圧シリンダ、空気圧シリンダ及び油圧シリンダの組み合わせ、リニアモーター、ボーデンワイヤ等、適当なアクチュエータにより、内側カバー２に対して上下動する。添付図面には図示されていないが、スプラッシュガード３７及び３９用のアクチュエータも、同様に、動的シールを介して底壁部１４を貫通して取り付けられる。

各スプラッシュガードは、独立に鉛直方向に移動可能である。したがって、各スプラッシュガードを、回転チャック３０に対して、他のスプラッシュガードに対して、また、内側カバー２に対して、選択的に上げる、及び／又は、下げることができる。この結果、回転チャック３０の後縁から放出される過剰の処理流体が、選択された流体捕集部の方に向かう。

図３及び図４では、スプラッシュガード３７及び３９は両方とも上がった状態であり、図４に示す動作位置では、回転チャック３０の後縁から放出される過剰の処理流体は、内側スプラッシュガード３９の内表面に向けられ、内側流体捕集部３１内に入る。したがって、処理中のウエハ表面から放出される過剰な流体を、排出管３１を介して選択的に回収でき、必要に応じてリサイクルや再生することができる。

図５では、スプラッシュガード３７及び３９は両方とも内側カバー２に対して下がった位置にあり、内側カバー２は、第２の位置すなわち閉鎖位置にある。この配置では、回転チャック３０の後縁から放出される過剰の処理流体は、円筒形壁部２１の内表面に向けられ、外側流体捕集部３５内に入る。したがって、処理中のウエハ表面から放出される過剰な流体を、排出管３５を介して選択的に回収でき、必要に応じてリサイクルや再生することができる。

図６では、内側カバー２に対して、スプラッシュガード３９は下がった位置で、一方、スプラッシュガード３７は上がった位置にあり、内側カバー２は、第２の位置すなわち閉鎖位置にある。この配置では、回転チャック３０の後縁から放出される過剰の処理流体は、外側スプラッシュガード３７の内表面に向けられ、中央流体捕集部３３内に入る。したがって、処理中のウエハ表面から放出される過剰な流体を、排出管３３を介して選択的に回収でき、必要に応じてリサイクルや再生することができる。

図７及び図８は、本発明の第３の実施形態を示す。第３の実施形態では、第１の実施形態のチャンバ設計が、スピンチャックと共に用いられるように改変される。スピンチャックでは、中心シャフト上のモータの動作によって回転するチャックの上側にウエハＷが載置される。

具体的には、内側カバー２が図７に示すローディング／アンローディング位置にある時に、ウエハＷがスピンチャック５０上にローディングされ、ウエハＷは、把持部材４０によってチャック５０に対して所定の姿勢で固定される。その後、内側カバー２が第２の位置に動くと、第１の実施形態に関して上述したように、内側チャンバ４８が規定される。

この実施形態において、スピンチャック５０も、内側カバー２に対して鉛直方向に移動可能であり、チャンバ４８内の最適な処理位置までスピンチャック５０を上げることができる。その後、シャフト５５上で作動する（図示しない）モーターにより、スピンチャック５０を回転させる。

図９及び図１０は、本発明の第４の実施形態を示す。第４の実施形態では、先の実施形態と異なり、スピンチャック５０は、内側カバー２に対して回転するものの、内側カバー２に対して軸方向には動かない。

したがって、内側カバー２が図９に示すローディング／アンローディング位置にある時に、ウエハＷがスピンチャック５０上にローディングされ、ウエハＷは、把持部材４０によってチャック５０に対して所定の姿勢で固定される。その後、内側カバー２が第２の位置に動くと、図１０に示すように、また、第１の実施形態に関して上述したように、内側チャンバ４８が規定される。

本実施形態のスピンチャック５０は、内側カバー２に対して鉛直方向に移動しないため、内側カバー２の動きにより、同時に、チャンバ４８内における最終的な処理位置にウエハＷが位置決めされる。その後、シャフト５５上で作動する（図示しない）モーターにより、スピンチャック５０を回転させる。

Claims (15)

1. ウエハ形状物を処理する装置であって、
   密閉型処理チャンバを備え、
   前記密閉型処理チャンバは、
   気密エンクロージャを提供するハウジングと、
   前記密閉型処理チャンバ内に設置される回転チャックであって、前記回転チャック上で前記ウエハ形状物を保持するように構成される回転チャックと、
   前記密閉型処理チャンバ内に配置される内側カバーと、を備え、
   前記内側カバーは、前記回転チャックが前記密閉型処理チャンバの外壁と連通する第１の位置と、前記回転チャックに隣接する前記密閉型処理チャンバの内表面に対して前記内側カバーをシールして、気密な内側処理チャンバを規定する第２の位置と、の間を移動可能である、装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記内側カバーが前記第２の位置にある場合に、前記内側カバーは、前記内側処理チャンバの下部を形成する、装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、
   前記内側カバーは、基部と、少なくとも１つの直立壁とを備え、
   前記基部は、シールを介して前記密閉型処理チャンバを貫通するシャフトに接続され、
   前記シールは、前記外側処理チャンバの気密性を維持しつつ、前記シャフトと前記密閉型処理チャンバとの間の相対的な移動を可能にする、装置。
4. 請求項１に記載の装置であって、さらに、
   前記内側カバーの下部に形成される少なくとも１つの処理流体捕集部を備え、
   前記処理流体捕集部は、前記内側カバーから懸架される吐出管であってシールを介して前記密閉型処理チャンバを貫通する吐出管と連通し、
   前記シールは、前記外側処理チャンバの気密性を維持しつつ、前記吐出管と前記密閉型処理チャンバとの間の相対的な移動を可能にする、装置。
5. 請求項１に記載の装置であって、
   前記密閉型処理チャンバは、独立に制御される複数の吐出口を備え、
   第１の吐出口は、前記内側カバーが前記第２の位置にある場合に、前記内側チャンバの内側の領域において、前記密閉型処理チャンバに対して開口し、
   第２の吐出口は、前記内側カバーが前記第２の位置にある場合に、前記内側チャンバの外側の領域において、前記密閉型処理チャンバに対して開口する、装置。
6. 請求項１に記載の装置であって、
   前記内側カバーは、前記内側カバーに対して独立に軸方向に変位可能な複数のスプラッシュガードを備え、
   前記スプラッシュガードと前記内側カバーとは、前記内側カバーが前記第２の位置にある場合に、前記内側チャンバ内に複数の別々の処理領域を規定するように構成される、装置。
7. 請求項６に記載の装置であって、
   別々の各前記処理領域は、これに流体接続される各液体吐出管を備える、装置。
8. 請求項６に記載の装置であって、
   軸方向に変位可能な各前記スプラッシュガードは、前記密閉型処理チャンバの外側から所定の鉛直方向の位置に選択的に駆動される、装置。
9. 請求項６に記載の装置であって、
   軸方向に変位可能な各前記スプラッシュガードは、前記回転チャックにより支持される回転するウエハから放出される所定の処理流体を捕集するように、選択的に位置決め可能である、装置。
10. 請求項１に記載の装置であって、
    前記回転チャックは、磁気軸受を介した物理的接触なしに駆動されるように構成され、
    前記回転チャックと前記内側カバーとは、互いに鉛直方向に移動可能である、装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、
    前記磁気軸受は、前記密閉型処理チャンバの外側に位置するステータを備える、装置。
12. 請求項１０に記載の装置であって、
    前記磁気軸受は、前記回転チャックにより支持される回転するウエハから放出される所定の処理流体が所定の流体捕集部に向かうように、選択的に位置決め可能である、装置。
13. 請求項１０に記載の装置であって、
    前記磁気軸受は、能動型磁気軸受である、装置。
14. 請求項３に記載の装置であって、さらに、
    前記内側カバーの基部を貫通する流動媒体入口を備え、前記内側チャンバ内でウエハの下向き表面上に処理流体を導入可能とする、装置。
15. 請求項１に記載の装置であって、
    前記密閉型処理チャンバは、パーフルオロアルコキシ樹脂で被覆されたアルミニウムから形成される、装置。

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