JP2016175065A - スリットノズル - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハ等のウェハ状物を処理するための装置において残留処理液を迅速かつ確実に排出し、繰り返し時に再現性が高いスリットノズルの提供。【解決手段】ウェハ表面上に液体を分注するためのスリットノズルは、その長さが１０〜１００ｍｍ、その幅が０．５〜５ｍｍである吐出口１１を有するノズル本体を備える。ノズル本体は、吐出口１１の上流に位置して吐出口１１まで及ぶ分注室２９と、分注室２９の上流に位置する液分配室２７と、を有し、分注室２９と液分配室２７とは、相互に流体連通しており、吐出口１１及び液分配室２７のそれぞれの断面積よりもその断面積が少なくとも２０％小さいノズル本体の縮小部３１によって隔てられているスリットノズル。【選択図】図４

Description

本発明は、スリットノズルに関し、より具体的には、半導体ウェハのようなウェハ状物品を処理するための装置および方法において有用なスリットノズルに関するものである。

半導体デバイスの製造において、デバイスが形成されるウェハ表面は、種々のプロセスを経るが、そのうちのいくつかは、ウェハ表面上への処理液および／またはリンス洗浄液の分注を伴う。従来のノズルは、円形出口開口を通して液体を分注するため、ウェハ表面に衝突する液体流は、略円柱状である。

しかしながら、いくつかのプロセスでは、それよりも、ノズルがスリット状の出口開口を有する場合に得られるようなカーテン状で、処理液を分注することが求められる。

ところが、半導体ウェハを処理するための装置は、液体供給をオンにした後に、どのくらい迅速に液体の分注が開始するのか、さらにはプロセスの完了時に、残留液滴がウェハ表面上に落下することなく、どのくらい迅速かつ完全に液体流を停止できるのか、に関して厳しい要件を有するので、このような装置の液体ディスペンサでの使用には、従来のスリットノズルは、うまく適合しない。また、これらの各領域におけるノズル性能は、次から次へのプロセスの繰り返しで、再現性が高くなければならない。

本発明者らは、上記領域におけるその性能を向上させることで、半導体ウェハのようなウェハ状物品を処理するための装置の液体ディスペンサで使用するのに、より良く適したスリットノズルを開発した。

そこで、一態様において、本発明は、ウェハ表面上に液体を分注するためのスリットノズルに関し、これは、その長さが１０〜１００ｍｍ、その幅が０．５〜５ｍｍである吐出口を有するノズル本体を備える。ノズル本体は、吐出口の上流に位置して吐出口まで及ぶ分注室と、分注室の上流に位置する液分配室と、を有する。分注室と液分配室とは、相互に流体連通しており、そして、吐出口および液分配室のそれぞれの断面積よりもその断面積が少なくとも２０％小さいノズル本体の縮小部によって隔てられている。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、分注室は、吐出口の形状に対応する断面形状を有し、吐出口ノズルの断面積とは１０％未満の差異で異なる断面積を有する。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、液分配室は、吐出口の形状に対応する断面形状を有し、吐出口ノズルの断面積とは１０％未満の差異で異なる断面積を有する。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、縮小部の断面積は、吐出口、分注室、液分配室のそれぞれの断面積よりも少なくとも５０％小さい。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、縮小部の断面積は、吐出口、分注室、液分配室のそれぞれの断面積よりも少なくとも７０％小さい。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、吐出口の長さは、２０〜５０ｍｍである。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、ノズル本体は、液分配室に少なくとも１つの第１の吸引口を有する。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、ノズル本体は、縮小部から５ｍｍ以下の距離で、液分配室に少なくとも１つの第１の吸引口を有する。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、少なくとも１つの第１の吸引口は、縮小部に平行かつ液分配室の長手方向に細長い。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、少なくとも１つの第２の吸引口が設けられており、それは分注室に配置されている。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、少なくとも１つの第２の吸引口が設けられており、それは、吐出口から１０ｍｍ以下の距離で、分注室に配置されている。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、少なくとも１つの第２の吸引口は、吐出口に平行かつ吐出口の長手方向に細長い。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、分注室の両側に１つずつ、少なくとも２つの第２の吸引口が設けられている。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、縮小部の幅は、分注室の幅よりも小さく、縮小部の長さは、分注室の長さと３０％未満の差異で異なる。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、液分配室は、ノズル本体に対して４５〜９０°の角度をなして給液管に接続するように構成された液入口を有する。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、液分配室は、その上部においてテーパ状である。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、液分配室は、その上部においてＲ形状である。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、液分配室は、その上部において、分配室の長さの５０％以下かつ分配室の幅以上の大きさの半径で、Ｒ形状である。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、ノズル本体は、１０〜１００ｍｍの範囲内の、縮小部の最狭領域から吐出口までの垂直方向の広がりｈ１を有する。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、分注室は、分注室の幅が縮小部の幅から吐出口の幅へと徐々に増加する遷移領域を有する。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、この遷移領域は、距離ｈ１の１０％〜１００％の範囲内である。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、縮小部は、０〜１００ｍｍの垂直方向の広がりｈ２を有する。

本発明によるスリットノズルの好ましい実施形態では、液分配室は、分配室の幅以上の大きさの、縮小部から液分配室の上端までの垂直方向の広がりｈ３を有する。

別の態様において、本発明は、ウェハ状物品を処理するための装置で使用する液体ディスペンサに関し、これは、水平面内で可動である分注アームと、分注アームの遠位端に装着されたスリットノズルと、を有し、そのスリットノズルは、上記のようなものである。

さらに別の態様において、本発明は、ウェハ状物品を処理するための装置に関し、これは、処理対象のウェハ状物品を保持するためのチャックと、液体ディスペンサと、を備え、液体ディスペンサは、水平面内で可動である分注アームと、分注アームの遠位端に装着されたスリットノズルと、を有し、そのスリットノズルは、上記のようなものである。

本発明の他の目的、特徴、ならびに効果は、添付の図面を参照して提示される本発明の好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を読解することで、より明らかになるであろう。

ウェハウェット処理のための装置の概略平面図であり、本発明の一実施形態によるスリットノズルを備えた液体ディスペンサを含んでいる。 本発明の好ましい実施形態によるスリットノズルの斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図３の断面図の平面に垂直な平面かつ開口１５を二等分する平面における断面図である。 図３と同じ平面における、スリットノズルの反対側の断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。 図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。 図５のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。

図１において、枚葉式半導体ウェハウェット処理のための装置は、ウェハＷを支持して矢印Ｒの方向に回転させるスピンチャック１を備える。スピンチャック１は、ウェハＷをその周縁のみにおいて支持するように機能する円形配列された一連の把持ピン３を有する。液体ディスペンサは、チャック１およびウェハＷの上方に距離をおいて位置決めされる分注アーム５を有する。本実施形態における分注アーム５は、垂直軸Ａの周りで枢動するように取り付けられていることによって、水平面内で水平弧Ｃに沿って可動である。あるいは、分注アームは、水平面内で直線動するように取り付けることができる。分注アーム５は、その遠位端にスリットノズル７を保持しており、そのスリットノズル７の出口は、ウェハＷの上向き面の上方に所定距離で位置決めされる。

図２で分かるように、好ましい実施形態のスリットノズル７は、その下端において分注開口１１で終端しているノズル本体１０を備え、これは、その上端で頂部１２に結合されており、頂部は、本体１０に堅固に固定されるか、またはそれと一体に形成されることができる。ノズル本体１０は、分注アーム５内の適切な供給管路を介して導入される液体が通る液入口１３を有し、一方、頂部１２は、分注アーム５内の吸引管路と連通する吸引口１５と、スリットノズル７を分注アーム５に正しく位置決めおよび取り付けするために用いられる止まり穴１７と、を有する。

図３は、吸引口１５が、本体１０と頂部１２が接する位置にあるチェンバ１９と連通していることを示している。そしてチェンバ１９は、７つの細孔２１からなる第１の列と連通しており、これらの細孔は、その上端でチェンバ１９内に開口するとともに、その下端でノズル本体１０の内部ボリュームの上部に開口している。さらに図３に見られるのは、ノズル本体１０の内面に凹部として形成された細長開口２３であり、この機能については、以降の図面に関連して説明する。

図４に示すように、ノズル本体１０の内部ボリュームは、縮小部３１によって、上側の液分配室２７と下側の液分注室２９とに分割されている。縮小部は、上流側と下流側の室２７、２９に比して、ノズル本体１０の内部ボリュームの断面積が縮小されている領域である。本実施形態では、図３に示すように、ノズル本体１０の内部ボリュームの長さＬ（すなわち、水平長手寸法）は、Ｒ形状の上部領域を除いて、内部ボリュームの垂直方向の全範囲にわたって基本的に一定であるが、一方、図４に示すように、その内部ボリュームの幅（すなわち、直交水平短手寸法）は、縮小部３１において、上方の液分配室２７および下方の液分注室２９の幅と比較して著しく小さい。

具体的には、吐出口１１、液分配室２７、液分注室２９の長さＬは、好ましくは、それぞれ約１０〜１００ｍｍであり、より好ましくは２０〜５０ｍｍである。液分注室２９の断面積は、吐出口１１の断面積とは、好ましくは１０％未満の差異で、より好ましくは５％未満の差異で、異なる。

一方、これらの要素の各々の幅は、好ましくは０．５〜５ｍｍである。縮小部では、ノズル本体１０の内部ボリュームの断面積は、液分配室２７および液分注室２９のそれぞれの断面積と比較して、好ましくは少なくとも２０％小さく、より好ましくは少なくとも５０％小さく、最も好ましくは少なくとも７０％小さい。

図４に示すように、縮小部３１は、好ましくは、テーパ領域３３を介して分注室２９へと徐々に幅広になっている。一方、本実施形態における縮小部３１は、その上端では急に終端しており、そこで、液分配室はその完全な幅を有している。

図４は、さらに、ノズル本体１０の内面に凹部として形成された２つの追加の細長開口、すなわち、液分注室２９内の開口２３に対向した開口２５と、液分配室２７内で縮小部３１の直ぐ上方に形成された開口３５を示している。好ましくは、少なくとも１つの第２の吸引口が、分注室内に設けられる。開口２３、２５の下縁は、好ましくは吐出口１１の上方１０ｍｍ以内にあり、より好ましくは上方５ｍｍ以内にある。開口３５の下縁は、好ましくは縮小部３１の上方５ｍｍ以内にあり、より好ましくは上方２ｍｍ以内にある。

次に図５を参照すると、スリットノズルの一部の要素について、いくつかの好適な寸法関係を示している。具体的には、液分注室２９は、好ましくは１０〜１００ｍｍの範囲内の、出口開口１１から縮小部３１の下縁まで測定された垂直方向の広がりｈ１を有する。

縮小部３１は、好ましくは０〜１００ｍｍの範囲内の垂直方向の広がりｈ２を有する。垂直方向の広がりｈ２が０ｍｍである場合、これは、縮小部３１が、テーパ領域３３の上端に形成された縁のみからなることを意味し、これは、そこで水平方向に、液分配室２７の完全な幅へとステップバックしている。

寸法ｈ３は、縮小部３１の上縁から液分配室２７の最頂面まで測定された、液分配室２７の垂直方向の広がりを指す。この寸法ｈ３は、好ましくは、少なくとも液分配室２７の長さと同じ大きさである。

図６〜９は、本実施形態のスリットノズル７内に設けられた吸引管路を、より詳しく示している。上述の７つの管路２１からなる列に加えて、追加の３列の細管路列が設けられており、これらの４つの列は、互いに平行に配置されている。具体的には、４つの管路３９からなる第１の列は、ノズル本体の片側の壁に貫通して（図６および７を参照）、それらの近位端でチェンバ１９内に開口しており（図９を参照）、それらの遠位端で細長水平凹開口２３内に開口している（図８を参照）。同様に、４つの管路４１からなる第２の列は、ノズル本体の反対側の壁に貫通して（図６および７を参照）、それらの近位端でチェンバ１９内に開口しており（図９を参照）、それらの遠位端で細長水平凹開口２５内に開口している（図８を参照）。

本実施形態における最後の吸引管路列は、６つの管路３７からなる群であって、これらの管路は、ノズル本体の片側の壁に貫通しているが、ただし、その上部の範囲内においてのみ貫通している。つまり、管路３７は、それらの近位端でチェンバ１９内に開口しており（図９を参照）、それらの遠位端で細長水平凹開口３５内に開口している（図６を参照）。従って、図９に示すように、上記の２１本すべての吸引管路は、それらの近位端でチェンバ１９内に開口しており、一方、４つの列それぞれの管路は、上記のように、それらの遠位端でそれぞれ異なる位置で開口している。

使用時には、３００ｍｍ径または４５０ｍｍ径のシリコンウェハなどの半導体ウェハＷをチャック１の上方に位置決めし、ウェハＷをその外縁のみで把持するように、把持ピン３を、それ自体周知である方法で径方向内側に動かし、そしてチャック１のモータをオンにすることで、チャックおよびウェハＷを矢印Ｒの方向に所定速度で回転させる。

次に、処理液を、分注アーム５内の供給管路を通して、スリットノズル７の入口開口１３内に供給する。こうして、処理液は液分配室２７内に流入し、そこで縮小部３１によって、処理液は液分配室２７の長さＬ全体に分散させられて、そこから縮小部３１を通過して分注室２９に入り、出口開口１１を通して、半導体ウェハＷの上向き面に吐出される。分注アーム５は、典型的には、この分注の最中に軸Ａの周りに枢動することで、回転するウェハＷの表面にわたってスリットノズルを円弧Ｃに沿って移動させる。

上述のようなスリットノズル７の内部構成によって、スリットノズルから吐出される液体は、ディスペンサをオンにした後に１秒未満で、安定した形状を有するようになり、これは、従来のスリットノズルに対する改善である。

処理が完了すると、液体ディスペンサはオフにされ、それと同時に、吸引口１５に、さらに必要に応じて液入口１３に、吸引が施される。上述のような細長開口２３、２５、３５、管路２１、３７、３９、４１、チェンバ１９、吸引口１５の構成によって、スリットノズル７内の残留処理液を、従来のスリットノズルの場合よりも迅速かつ確実に排出させることが可能となる。

残留処理液をスリットノズルから迅速かつ確実に排出することは、枚葉式半導体ウェハウェット処理の文脈において重要であり、なぜなら、もし残留処理液の液滴が処理完了後（または次のプロセス繰り返しの開始前）のウェハ表面上にノズルから落下することを許すと、ウェハ上に既に形成されたナノスケールのデバイス構造体は損傷を受ける可能性があり、その結果、チップ歩留まりが低下するか、またはウェハ全体が仕損品となるからである。

本発明について、その様々な好ましい実施形態に関連して説明したが、理解されるべきことは、それらの実施形態は、単に本発明を例示するために提供されるものにすぎず、本発明はそれらの実施形態に限定されることなく、添付の請求項の真の範囲および趣旨に包含される実施形態を含むということである。

Claims (20)

1. ウェハ表面上に液体を分注するためのスリットノズルであって、
   ノズル本体を備え、該ノズル本体は、
   その長さが１０〜１００ｍｍ、その幅が０．５〜５ｍｍである吐出口と、
   前記吐出口の上流に位置して前記吐出口まで及ぶ分注室と、
   前記分注室の上流に位置する液分配室と、を有し、
   前記分注室と前記液分配室とは、相互に流体連通しており、そして、前記吐出口および前記液分配室のそれぞれの断面積よりもその断面積が少なくとも２０％小さい該ノズル本体の縮小部によって隔てられている、スリットノズル。
2. 前記分注室は、前記吐出口の形状に対応する断面形状を有し、前記吐出口のノズルの断面積とは１０％未満の差異で異なる断面積を有する、請求項１に記載のスリットノズル。
3. 前記液分配室は、前記吐出口の形状に対応する断面形状を有し、前記吐出口のノズルの断面積とは１０％未満の差異で異なる断面積を有する、請求項１に記載のスリットノズル。
4. 前記縮小部の断面積は、前記吐出口、前記分注室、前記液分配室のそれぞれの断面積よりも少なくとも５０％小さい、請求項１に記載のスリットノズル。
5. 前記縮小部の断面積は、前記吐出口、前記分注室、前記液分配室のそれぞれの断面積よりも少なくとも７０％小さい、請求項１に記載のスリットノズル。
6. 前記吐出口の長さは、２０〜５０ｍｍである、請求項１に記載のスリットノズル。
7. 前記ノズル本体は、前記液分配室に少なくとも１つの第１の吸引口を有する、請求項１に記載のスリットノズル。
8. 前記ノズル本体は、前記縮小部から５ｍｍ以下の距離で、前記液分配室に少なくとも１つの第１の吸引口を有する、請求項１に記載のスリットノズル。
9. 前記少なくとも１つの第１の吸引口は、前記縮小部に平行かつ前記液分配室の長手方向に細長い、請求項７に記載のスリットノズル。
10. 前記分注室に少なくとも１つの第２の吸引口をさらに備える、請求項７に記載のスリットノズル。
11. 前記吐出口から１０ｍｍ以下の距離で、前記分注室に少なくとも１つの第２の吸引口をさらに備える、請求項７に記載のスリットノズル。
12. 前記少なくとも１つの第２の吸引口は、前記吐出口に平行かつ前記吐出口の長手方向に細長い、請求項１０に記載のスリットノズル。
13. 前記分注室の両側に１つずつ、少なくとも２つの第２の吸引口を備える、請求項１０に記載のスリットノズル。
14. 前記縮小部の幅は、前記分注室の幅よりも小さく、前記縮小部の長さは、前記分注室の長さと３０％未満の差異で異なる、請求項１に記載のスリットノズル。
15. 前記液分配室は、前記ノズル本体に対して４５〜９０°の角度をなして給液管に接続するように構成された液入口を有する、請求項１に記載のスリットノズル。
16. 前記液分配室は、その上部においてテーパ状である、請求項１に記載のスリットノズル（好ましくは、前記分配室は、Ｒ形状である。好ましくは、前記分配室は、該分配室の広がりｂの５０％以下かつ該分配室の幅以上の大きさの半径で、Ｒ形状である）。
17. 前記ノズル本体は、１０〜１００ｍｍの範囲内の、前記縮小部の最狭領域から前記吐出口までの垂直方向の広がりｈ１を有する、請求項１に記載のスリットノズル。
18. 前記分注室は、該分注室の幅が前記縮小部の幅から前記吐出口の幅へと徐々に増加する遷移領域を有する、請求項１に記載のスリットノズル（前記遷移領域は、距離ｈ１の１０％〜１００％の範囲内である）。
19. 前記縮小部は、０〜１００ｍｍの垂直方向の広がりｈ２を有する、請求項１に記載のスリットノズル。
20. 前記液分配室は、該分配室の幅以上の大きさの、前記縮小部から該液分配室の上端までの垂直方向の広がりｈ３を有する、請求項１に記載のスリットノズル。

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