JP2016164973A - 回転式ガスシャワーヘッドを備えたスピンチャック - Google Patents

Abstract

【課題】スピンチャック及び回転式ガスシャワーヘッドを備えたウエハ状物品を処理するための装置を提供する。【解決手段】ウエハ状物品Ｗを処理するための装置は、ウエハ状物品を所定の向きで保持するためのスピンチャック１６と、スピンチャック１６によって保持されたときのウエハ状物品Ｗの表面にプロセスガスを供給するための回転式シャワーヘッドとを含む。回転式シャワーヘッドは、中央領域及び周辺領域のそれぞれに複数の開口が形成された出口板を含む。プロセスガスをガス分布チャンバ１３に供給するために、プロセスガス供給部が提供される。ガス分布チャンバは、シャワーヘッドに形成された複数の開口と流体連通している。【選択図】図３

Description

本発明は、総じて、半導体ウエハなどのウエハ状物品を処理するための装置に関し、特に、スピンチャック及び回転式ガスシャワーヘッドを備えたそのような装置に関する。

半導体ウエハは、エッチング、洗浄、研磨、及び材料堆積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号及び第５，５１３，６６８号に記載されるように、回転式キャリアに関係付けられたチャックによって、１枚のウエハを１つ以上の処理流体ノズルに関連付けて支えることができる。

或いは、例えば国際公開第ＷＯ２００７／１０１７６４号及び米国特許第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を密閉プロセスチャンバ内に配し、物理的接触を伴うことなく能動磁気軸受けを通じて駆動することができる。

チャック上で処理を経ているウエハの表面に隣接する領域に可変雰囲気を導入するために、このようなチャックにガスシャワーヘッドを設けることが知られている。このようなシャワーヘッドの例は、共同所有の同時係属出願ＵＳ２０１４／００２６９２６号及び共同所有の米国特許第８，９２６，７８８号に示されている。しかしながら、チャックのタイプ及び周辺構造のタイプ次第では、所望の雰囲気を維持すること、及び従来のシャワーヘッドによってプロセスガスを効率良く用いることが難しい場合がある。

本発明者らは、回転式ガスシャワーヘッドに関連付けてスピンチャックが搭載された、ウエハ状物品を処理するための改善された装置を生み出した。

したがって、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装置であって、ウエハ状物品を所定の向きで保持するためのスピンチャックと、スピンチャックによって保持されたときのウエハ状物品の表面にプロセスガスを供給するための回転式シャワーヘッドとを含む装置に関する。回転式シャワーヘッドは、中央領域及び周辺領域のそれぞれに複数の開口が形成された出口板を含む。プロセスガスをガス分布チャンバに供給するために、プロセスガス供給部が提供される。ガス分布チャンバは、シャワーヘッドに形成された複数の開口と流体連通している。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、出口板は、スピンチャックに取り付けられ、その中央領域を覆っている。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、複数の開口のそれぞれは、０．３〜２．０ｍｍ²の、好ましくは０．５〜１．５ｍｍ²の、更に好ましくは０．７〜１．２ｍｍ²の断面積を有する。本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、複数の開口は、少なくとも５０の、好ましくは少なくとも８０の開口を含む。

好ましい実施形態では、複数の最外開口が、ガス分布チャンバ内に存在するかもしれない液体がそれらの最外開口を通って排出されるように、チャックと出口板との間の移行部に配置される。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、複数の開口は、ガス分布チャンバから流れる流体を複数の開口を経てスピンチャックの半径方向外向きに流れるように方向付けるために、傾斜している。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、出口板は、その中央領域がその周辺領域よりも、スピンチャック上に位置決めされたときのウエハ状物品から遠く離れているように、ドーム状である。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、出口板は、セラミック材料で形成される。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、出口板は、少なくともスピンチャックのリング部分と一体に形成される。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、スピンチャックの内向き環状表面は、そこに付着している液体がスピンチャックの回転時に上向き又は下向きのいずれかに運ばれるように、（上向きに又は下向きに）傾斜している。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、スピンチャックは、チャンバ内に配置される。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、チャンバは、密閉チャンバである。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、スピンチャックは、磁気ロータであり、装置は、更に、磁気ロータを取り囲む磁気ステータを含む。

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装置であって、ウエハ状物品を所定の向きで保持するためのスピンチャックと、スピンチャックによって保持されたときのウエハ状物品の表面にプロセスガスを供給するための回転式シャワーヘッドとを含む装置に関する。プロセスガスをガス分布チャンバに供給するために、プロセスガス供給部が提供される。ガス分布チャンバは、シャワーヘッドに形成された複数の開口と流体連通している。スピンチャックは、磁気ロータであり、装置は、更に、磁気ロータを取り囲む磁気ステータを含む。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、回転式シャワーヘッドは、排出開口が形成された出口板を含み、該出口板は、磁気ロータに取り付けられ、その中央領域を覆っている。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、出口板は、その中央領域がその周辺領域よりも、スピンチャック上に位置決めされたときのウエハ状物品から遠く離れているように、ドーム状である。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、スピンチャックは、磁気ロータの上方に位置決めされた周縁領域と、磁気ロータ内で下方へ伸びる中央領域とを有する上壁を含む密閉チャンバ内に配置され、上壁の内表面と、出口板とが、ガス分布チャンバを形成している。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、上壁は、固定されている。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、磁気ロータの周縁表面とチャンバの内表面との間に形成された間隙にブロックガスを供給するために、ブロックガス供給部が提供され、間隙は、ガス分布チャンバ内にプロセスガスを閉じ込めるように位置決めされる。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、ガス注入ヘッドが上壁内に位置決めされ、出口板の中央開口に通される。

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、回転式シャワーヘッドは、ウエハ状物品に向かって液体を供給することができる中央開口を含む。

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、及び利点が更に明らかになる。

本発明の第１の実施形態にしたがった装置の側断面説明図である。 図１の実施形態で使用されるガスシャワーヘッドの出口板の平面図である。 本発明の第２の実施形態にしたがった装置の側断面説明図である。 図３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、密閉プロセスチャンバ１３を含み、該チャンバ内には、環状スピンチャック１６が配置されている。スピンチャック１６は、チャンバ壁に触れることなくチャンバ１３内で自由に回転及び浮遊することができるように、チャンバの外側に位置決めされた磁性ステータ１７によって取り囲まれた、磁性ロータである。チャンバ１３は、その上端を、そこに堅く固定された蓋１４によって密閉される。

このような磁性ロータチャックの更なる構造的詳細は、例えば、共同所有の米国特許出願公開第２０１３／０１３４１２８号で説明されている。

環状スピンチャック１６は、回状に配置されて下向きに吊り下がった一連の把持ピン１９を有し、これらの把持ピンは、処理時にウエハＷを解放可能式に保持する。チャンバ１３内で下を向いているウエハＷ面に液体及び／又は気体を供給するために、下方吐出ユニット２２が提供される。実施されているプロセスに応じて所望の温度にウエハＷを加熱するために、チャンバ１３内にヒータ３１が配される。ヒータ３１は、多数の青色ＬＥＤランプを含むことが好ましく、その放射出力は、チャンバ１３のコンポーネントよりもシリコンウエハによって優先的に吸収される傾向がある。

上方吐出ユニットは、外側ガス導管２７と、該外側ガス導管２５内に同軸に配置された内側液体導管２５とを含む。導管２５、２７は、ともに、蓋１４を突き抜け、チャンバ１３内で上を向いているウエハＷ面に液体及び気体が供給されることを可能にする。

ガスシャワーヘッドは、その下側を、図２の平面図にも示されている出口板２８によって区切られる。出口板２８は、多数の排出穴２９を含み、これらの穴は、プロセスガスがガスシャワーヘッドを経て、ガス分布チャンバ３７からウエハＷの上向き面に隣接する領域へ出ていくことを可能にする。この実施形態における排出穴２９は、それぞれ、０．３〜２．０ｍｍ、好ましくは０．５〜１．５ｍｍ、更に好ましくは０．７〜１．２ｍｍの範囲の断面積を有する。好ましくは少なくとも２０の、更に好ましくは少なくとも８０の、よりいっそう好ましくは少なくとも３００の、穴２９がある。

出口板２８は、スピンチャック１６に堅く固定され、したがって、スピンチャック１６に沿って回転する。他方、導管２５、２７は、チャンバ１３の蓋１４に固定式に取り付けられ、板２８に形成された中央開口に、僅かな隙間をもたせた状態で通される。

図２に示されるように、板２８の中央領域及び周縁領域のそれぞれに、これらの穴２９が複数ずつあり、中央領域は、板２８の半径の２分の１以内の領域として定義され、周縁領域は、その２分の１半径よりも外の領域として定義される。

図１に戻り、ガス分布チャンバ３７は、プロセスガス供給導管３４を通してプロセスガスを供給され、プロセスガス供給導管３４は、好ましい実施形態ではオゾンであるプロセスガス（不図示）のガス源と連通している。

チャンバ１３の蓋１４には、この実施形態では好ましくは窒素ガスであるパージガス、即ちブロックガスを供給される１本以上のノズル４０が突き抜けている。このようなノズルを組み込まれた蓋として考えられる構成に関する更に詳細な説明が、共同所有の同時係属出願公開ＵＳ２０１３／０１３４１２８及び共同所有の同時係属出願第１４／１４５，２４１号に記載されている。

ノズル４０を通して供給されるブロックガスは、１本以上のノズル３４を通して送られたプロセスガスが、板２８の穴２９をより完全に通り抜け、チャック１６の外周とチャンバ壁１３の内表面との間の環状の間隙を通って逃げることがほぼないように、ガス分布チャンバ内にプロセスガスを閉じ込める働きをするという意味で、この実施形態において、重要な役割を果たしている。

他方、発明者らによって行われた実験は、このようなブロックガスの供給がない状態では、プロセスガスの大部分、場合によってはその大半が、磁気ロータの外周とチャンバ壁との間の間隙を通って逃げたこと、及びそれゆえにプロセスガスが、ウエハＷの上向き面に接触することなく排気口４６を通ってチャンバから排気されたことを示した。

図１における破線４３は、この実施形態で示された構造のおかげでプロセスガスとブロックガスとの間に形成される境界の、おおよその場所を示している。プロセスガスを分布チャンバ３７内に閉じ込めるためのガス−ガス境界の提供は、取り付け先のチャンバに接触せずしたがって従来のガスシールを備えることができない磁気ロータチャックに照らして、革新的な解決策である。

次に、図３及び図４を参照すると、ウエハＷの上向き面に隣接する目標領域内へチャンバ３７を経てプロセスガスを供給するための効率を更に向上させることを見出された幾つかの特徴を含む、本発明の別の実施形態が示されている。

具体的には、図３及び図４の実施形態における出口板２８は、その周縁領域よりもその中央領域の方がウエハＷから遠く離れているように、上向きにドーム状である。反対に、チャンバ１３の蓋１４は、その中間領域が下方へ伸びて、磁気ロータ１５によって取り囲まれた領域内に入り込むように、再構成されている。それによって、ガス分布チャンバ３７の軸方向の範囲は、図１及び図２の実施形態と比べて大幅に縮小され、発明者らは、これが、プロセスガス供給の効率を更に向上させることを見出した。

また、図３に示されるように、この実施形態の排出穴２９は、これらの穴の向きがスピンチャック１６の半径方向に外向きであるように、スピンチャック１６の垂直回転軸に対して斜角に方向付けられている。発明者らは、この構成が、導管３４を通して供給されるプロセスガスをウエハＷに隣接する目標領域に到達可能にしつつ分布チャンバ３７内のあらゆる液体をウエハＷの上向き表面から逸らせるのに有用であることを見出した。

本発明は、その好ましい実施形態に関連付けて説明されてきたが、これらの実施形態が、発明の例示ために提供されたにすぎないこと、並びに発明が、これらの実施形態に限定されず、むしろ、添付の特許請求の範囲の真の範囲及び趣旨によって定められた内容を含むことが理解される。

Claims (19)

1. ウエハ状物品を処理するための装置であって、
   ウエハ状物品を所定の向きで保持するためのスピンチャックと、
   前記スピンチャックによって保持されたときのウエハ状物品の表面にプロセスガスを供給するための回転式シャワーヘッドであって、その中央領域及び周辺領域のそれぞれに複数の開口が形成された出口板を含む回転式シャワーヘッドと、
   プロセスガスをガス分布チャンバに供給するためのプロセスガス供給部であって、前記ガス分布チャンバは、前記シャワーヘッドに形成された複数の開口と流体連通している、プロセスガス供給部と、
   を備える装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記出口板は、前記スピンチャックに取り付けられ、その中央領域を覆っている、装置。
3. 請求項１に記載の装置であって、
   前記出口板は、少なくとも前記スピンチャックのリング部分と一体に形成される、装置。
4. 請求項１に記載の装置であって、
   前記複数の開口のそれぞれは、０．３〜２．０ｍｍ²の、好ましくは０．５〜１．５ｍｍ²の、更に好ましくは０．７〜１．２ｍｍ²の断面積を有する、装置。
5. 請求項１に記載の装置であって、
   前記複数の開口は、少なくとも５０の、好ましくは少なくとも８０の開口を含む、装置。
6. 請求項１に記載の装置であって、
   前記複数の開口は、流体を前記ガス分布チャンバから流れる流体を前記複数の開口を経て前記スピンチャックの半径方向外向きに流れるように方向付けるために、傾斜している、装置。
7. 請求項１に記載の装置であって、
   前記出口板は、その中央領域がその周辺領域よりも、前記スピンチャック上に位置決めされたときのウエハ状物品から遠く離れているように、ドーム状である、装置。
8. 請求項１に記載の装置であって、
   前記出口板は、セラミック材料で形成される、装置。
9. 請求項１に記載の装置であって、
   前記スピンチャックは、チャンバ内に配置される、装置。
10. 請求項８に記載の装置であって、
    前記チャンバは、密閉チャンバである、装置。
11. 請求項１に記載の装置であって、
    前記スピンチャックは、磁気ロータであり、前記装置は、更に、前記磁気ロータを取り囲む磁気ステータを備える装置。
12. ウエハ状物品を処理するための装置であって、
    ウエハ状物品を所定の向きで保持するためのスピンチャックと、
    前記スピンチャックによって保持されたときのウエハ状物品の表面にプロセスガスを供給するための回転式シャワーヘッドと、
    前記プロセスガスをガス分布チャンバに供給するためのプロセスガス供給部であって、前記ガス分布チャンバは、前記シャワーヘッドに形成された複数の開口と流体連通している、プロセスガス供給部と、
    を備え、前記スピンチャックは、磁気ロータであり、前記装置は、更に、前記磁気ロータを取り囲む磁気ステータを備える装置。
13. 請求項１２に記載の装置であって、
    前記回転式シャワーヘッドは、排出開口が形成された出口板を含み、前記出口板は、前記磁気ロータに取り付けられ、その中央領域を覆っている、装置。
14. 請求項１２に記載の装置であって、
    前記出口板は、その中央領域がその周辺領域よりも、前記スピンチャック上に位置決めされたときのウエハ状物品から遠く離れているように、ドーム状である、装置。
15. 請求項１２に記載の装置であって、
    前記チャンバは、前記磁気ロータの上方に位置決めされた周縁領域と、前記磁気ロータ内で下方へ伸びる中央領域とを有する上壁を含み、前記上壁の内表面と、前記出口板とが、前記ガス分布チャンバを形成している、装置。
16. 請求項１５に記載の装置であって、
    前記上壁は、固定されている、装置。
17. 請求項１２に記載の装置であって、更に、
    前記磁気ロータの周縁表面と、前記チャンバの内表面との間に形成された間隙に部六ガスを供給するためのブロックガス供給部を備え、前記間隙は、前記ガス分布チャンバ内にプロセスガスを閉じ込めるように位置決めされる、装置。
18. 請求項１２に記載の装置であって、更に、
    前記上壁内に位置決めされ、前記出口板の中央開口に通されるガス注入ヘッドを備える装置。
19. 請求項１２に記載の装置であって、
    前記回転式シャワーヘッドは、前記ウエハ状物品に向かって液体を供給することができる中央開口を含む、装置。

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