JP2016501445A - ウェハの収容および載置用の収容具 - Google Patents

Abstract

本発明はウェハ（３）の上面（３ｏ）に流体（９）を塗布するためのウェハ（３）の収容および載置用の収容具に関し、ｄ）回転上縁（５）、ｅ）回転凹み（６）およびｆ）上縁（５）から凹み（６）まで延びている周壁（７）を有する回転リングセクション（４）と、ウェハ（３）の接触面（３ａ）にウェハ（３）を収容するためにリングセクション（４）内に配置されている接触平面（Ａ）とを具備し、リングセクション（４）はウェハ（３）の収容によって、前記ウェハとともに流体（９）を収容するための収容スペース（８）を形成することを特徴とする。

Description

本発明は、本発明が行われた日よりも前に有効な、Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙとＥＶ Ｇｒｏｕｐ，Ｉｎｃ．との共同研究契約書に従い行われた。

本発明は、請求項１に従うウェハを加工するためのウェハの収容および載置用の収容具に関する。

発明の背景
半導体業界では、様々な種類の収容具が使用されており、サンプルホルダまたはチャックとも呼ばれる。各塗布プロセスに応じて、表面全体または局部的に加熱でき、多様な形態およびサイズを有し、異なる保持原理に基づいている様々なサンプルホルダがある。ウェハを収容具に固定するために最も頻繁に使用される方法は、収容具の載置面の構造に真空を生むことにある。しばしば、チャックの目的は特に回転中にウェハを十分に固定することからなる。

いくつかの種類のウェハ加工中、ウェハの上面に所定の流体容量を塗布するが、流体がウェハの裏面に接触するのをできるだけ防止するのが望ましい。一方で、流体自体が裏面を汚染する可能性がある。他方で、流体によって裏面に搬送される生成物および反応生成物による裏面の汚染が考えられる。ウェハの上面に塗布される流体の加熱速度および温度の空間的均一性を精密に素早く反応制御することも望ましいことが多い。真空載置具はその上に置かれているウェハの裏面の表面のかなり大きな領域に触れるため、ヒートシンクとして作用する可能性がある。これが今度はウェハの上面の流体の加熱速度を減速させる可能性がある。さらに、真空載置具に接触しているウェハ裏面の領域は、載置具に接触していないウェハの裏面に面する流体よりも、ウェハを覆う流体を、対応する接触領域で冷却させる。ウェハの接触領域に対向する流体領域の加熱速度の減速およびウェハ上の流体の空間的な温度の均一性はどちらも、例えばフォトレジストの除去、エッチング、粒子の除去および同様なプロセスなど、複数の上側のウェハプロセスにとって望ましくないことが多い。

ピンおよび真空載置具の両方に見られるある問題は、一定の流体容量がウェハ表面に注がれるとき、流体がウェハの表面から流れ落ちる可能性があるということである。ウェハ加工中、これはウェハの少なくとも一部の流体厚さの減少につながる可能性があり、加工ステップが悪影響を受ける可能性がある。例えば、フォトレジストの除去中に流体厚さが減少すると、フォトレジストが一部だけ除去される可能性がある。ある場合には、ウェハの上面から流体が流出してなくなると、ウェハ上にドライエリアが生じる可能性があり、これがフォトレジスト除去中の熱の印加後に、ウェハの領域に熱集中点を生じさせる可能性がある。これが今度は仕上げプロセス中にフォトレジストの除去を妨げるか、またはプロセスの品質にその他の影響を及ぼす可能性がある。

そのため、本発明が取り組む問題は、温度および／または流体分布に関して流体の改善された塗布を可能にすると同時に、流体を塗布することになっていないウェハの側への流体の塗布をできる限り防止する収容具を規定するというものである。

発明の概要
この問題は、請求項１の特徴を用いて解決される。本発明の有利な展開は、従属請求項に明記される。また、明細書、請求項および／または図面で引用される少なくとも２つの特徴のすべての組合せも、本発明の範囲内にある。値の範囲の場合、指定される限界内にある値も限界として開示されるはずであり、あらゆる組合せで主張することができる。

本発明は、ウェハを収容するようになされた特別に形成されたかまたは特別な輪郭をもつリングセクション、特に、収容されるウェハとともに、ウェハに塗布する流体のための収容スペースを形成する、周方向に包囲されたリングセクションを収容具に備えることに基づく。本発明によると、ウェハはリングセクション内に収容することができ、「内」という語はリングの内部の中を意味する。このように形成される収容スペースは、特に上方に開放され、下方にしっかり密封されている。密封は、本発明により、特にリングセクションの内周、好ましくは周縁ならびに／またはウェハを収容するための凹みおよび／もしくは載置面に行う。載置面は、プロセス中、特に、ウェハの接触面の小さな、特に環状の表面セクション（有効接触面）にのみ接触する。

リングセクションおよび／または収容具は特に少なくとも概ね環状であり、収容スペースはリングセクションに同心円状に構成されるのが好ましい。低圧によってウェハを固定するために、載置面に真空吸引路を組み込むことが考えられるであろう。しかし、載置面は他の固定状態を呈することもできる。例えば、静電固定エレメント、接着エレメント、クランプ、表面研磨等の使用が考えられる。

本発明は、載置具に接触するウェハの上面に塗布される流体の加熱速度を速めることができ、さらに流体温度の空間的均一性を改善する単一のウェハ加工アプリケーションで使用するウェハ支持具を他の語または代替表現で説明する。ウェハの上面に出された流体容量の十分な部分を保持する媒体をさらに含み、その結果、そうでなければウェハの上面から流体の流出によって低下するおそれのある、ウェハ加工の性能を向上させることができる。

本発明は、上述した問題を解決し、複数の異なるウェハ加工ステップ中にウェハの遅い回転と速い回転の両方を可能にする。ウェハ載置具は、半導体、微小電気機械コンポーネント、発光ダイオード、太陽光発電、ウェハレベルパッケージングの分野および他の同様な分野で見られる典型的なウェハの形状およびサイズを支持するように構成することができる。本発明はさらに、ウェハの上面および裏面での温度モニタリングを可能にする。

本発明のある重要な利点は、厚膜ドライフィルムフォトレジストの除去に役立つことのできる共通の真空載置具またはピン載置具を用いて可能な流体容量よりも大きな流体容量でウェハを被覆できる可能性である。特定の好適な実施形態では、本発明は、０．１ｍｍを超える、１．０ｍｍを超える、１．５ｍｍを超える、またはさらに５ｍｍまでの流体厚さをウェハ上に収容できるように特に構成される。代替の、より好適ではない実施形態では、本発明は、１０ｍｍを超える、またはさらに１５ｍｍを超える流体厚さをウェハ上に収容できるように構成される。載置具の寸法は、本発明により、０．１ｍｍを超える、１．０ｍｍを超える、１．５ｍｍを超える、またはさらに５ｍｍまでのウェハ上の流体の厚さを許容する流体容量を収容できるように選択されるのが好ましい。より好適ではない実施形態では、載置具の寸法は、本発明により、垂直方向で１０ｍｍを超える、またはさらに１５ｍｍを超えるウェハ上の流体の厚さを許容する流体容量を収容できるように選択される。

本発明の有利な実施形態によると、周壁がウェハの周縁に従った輪郭をもつようにされている。この結果として、一方では収容具に対するウェハの最適なアライメントが確保される。他方で、リングセクションの内周の密封接触が可能になる。ウェハは少なくとも概ね環状に構成することができる（アライメント用切欠きまたは平坦なセクションを有する）。この場合、ウェハに沿ったアライメントが必要なだけでなく、回転方向のアライメントも必要である。

本発明の実施形態による別の発明による手段は、収容具が、上縁によって形成される接触平面とは異なる、特に接触平面に平行なオーバーフロー平面を呈することにある。この結果として、ウェハと所定の収容スペース容量との完璧な接触と載置が可能になる。同時に、収容具は取扱いやすくなる。

プロセスにおいては、接触平面とオーバーフロー平面との距離が収容するウェハの厚さよりも大きい場合、特に有利である。

本発明の別の有利な実施形態によると、収容具が、上縁および周壁によって形成されるウェハの収容のための収容開口を呈するようにされている。そのため、ウェハは効率的に収容でき、同時に流体は収容開口から供給することができる。

収容具を、周壁および／または凹みもしくは少なくとも凹みに設けられている収容用突起によって少なくとも部分的に形成される載置面を呈するようにすることにより、特に収容具へのウェハの密封、載置が、取扱いやすいようにできる。本発明によると、ウェハと載置面との間の密封性を確保するために、対応する、特に個別の、密封コンポーネントを使用することが特に考えられる。プロセスにおいて、これは密封リングであることが好ましい。

本発明による別のアイデアは、載置面を接触面の５０％未満、特に接触面の２５％未満、好ましくは接触面の１０％未満にすることにある。このように、ウェハと収容具との間の主有効接触面への熱伝達はより均一になるので、ウェハ表面に沿った熱の変動／差はわずかになる。それに応じて、ウェハの変形が少なくなる。それに応じて、対流熱伝達を低下させるために、またはそれをできるだけ防止するために、最適な熱伝導率の材料、好ましくはできるだけ低い熱伝導率の材料が選択される。

凹みに隣接する接触エレメントが設けられ、特に筋交いの形状で、好ましくは収容具の中心に、さらに好ましくは径方向に収束する接触エレメントとして設けられる結果、本発明により、収容具の安定性、特に剛性が改善される。

回転方向におけるウェハの固定のために周壁に少なくとも１つの突起が設けられる場合、ウェハの回転は簡単かつ確実に可能になる。

ウェハの表面を洗浄する効率は、追加装置を使用して、開示される実施形態の１つを拡張すると、大幅に高めることができる。

第１拡張は、ウェハの回転中にウェハの表面に接触する機械的ブラシであろう。ブラシはあらゆる形状にすることができるが、円筒形形状が最も好ましい。ブラシの円筒軸はウェハの表面に平行である。平らで回転対称のブラシの場合、回転軸は必ずウェハの表面に垂直である。平らな全面ブラシの場合、ブラシの対称軸はなおもウェハの垂直対称軸に一致する（ウェハに切欠きがないかまたは平らであると想定すると、完全な回転対称となる）。平らでウェハよりも小さい面積のブラシの場合、ブラシはウェハの周りで並進運動を行うことができる。ブラシ自体が常にその対称軸の周りを回転することができる。

第２拡張は、ウェハの表面に対してガスおよび／または液体を適用するノズルであろう。ガスおよび／または液体の圧力および／または速度は、外部ハードウェアおよび／またはソフトウェアコントローラを使用して、精密に制御することができる。また、ウェハの法線とノズルからのガスおよび／または流体の噴射との間の角度は調整することができる。

第３拡張はソニックデバイス、おそらく、ウェハおよび／またはウェハの表面を濡らす液体に少なくとも接触するメガソニックデバイスであろう。メガソニックデバイスは、パイのような形状にするか、または全面デバイスである。

すべての拡張は、ウェハ表面の洗浄を改善および迅速化するために、ウェハ表面のウェッティングの前、その最中およびその後に使用することができる。

本発明の追加の利点、特徴および詳細は、好適な例示的な実施形態の説明から、また図面の助けを借りて生じる。図面は以下のことを示す。

発明による収容具の第１実施形態の図である。 図１ａから交線Ａ−Ａの線に沿った一部断面側面図で、ウェハを取り付けた状態の図１ａによる収容具である。 発明による収容具の第２実施形態の図である。 図２ａから交線Ｂ−Ｂの線に沿った一部断面側面図で、ウェハを取り付けた状態の図１ａによる収容具である。 発明による収容具の第３実施形態の図である。 図３ａから交線Ｃ−Ｃの線に沿った一部断面側面図で、ウェハを取り付けた状態の図１ａによる収容具である。 発明による収容具の第４実施形態の一部断面側面図である。 図４ａから交線Ｄ−Ｄの線に沿った一部断面側面図で、ウェハを取り付けた状態の図４ａによる収容具である。

好適な実施形態の詳細な説明
図面において、同一のコンポーネントまたは同じ機能を果たすコンポーネントは、同じ参照符号を付している。

図面は、ウェハ３の収容および載置用の収容具１の様々な実施形態を示す。ウェハ３の収容は、例えば、図面に図示していないロボットアームがウェハスタックまたはカセットからウェハ３を取り上げて、それを載置面２に置くことによって、載置面２、２’、２’’、２’’’にウェハ３の接触面３ａが接触することによって起こる。

少なくとも概ね環状なリングセクション４は、互いに異なる少なくとも２つの平面、すなわち接触平面Ａを有し、そこにウェハ３を収容し、必要なら固定する。プロセスにおいて、ウェハ３の接触面３ａの一部だけが、特に好ましくは環状の、周壁が触れるようにすることができる（ウェハ３と収容具１との接触面）。

ウェハに存在しうる凹みまたは平坦な場所の周囲の裏面境界は境界と見なされ、特に同様に接触平面Ａに触れるであろう。ウェハ３の周縁３ｋは、特に周壁７に接触することができる。周壁７はウェハ３の接触平面Ａに直角に、またはウェハの主面（接触面３ａ）に対して角度を成して延びることができる。接触平面Ａの高さの周りの周壁７の円形リングの径Ｂ_１はウェハ３のウェハ径よりも大きいかまたはウェハ３のウェハ径と等しいが、リングセクション４の内径Ｂ_２はウェハ径よりも小さい。これは対応する輪郭をもつ実施形態、特に平らもしくは切欠き、またはウェハ３が非環状設計の場合にも同様に適用される。そのため、円形リングの径Ｂ_１は業界標準で決定されるウェハ径１’’、２’’、３’’、４’’、５’’、６’、８’’、１２’’または１８’’を有することが好ましい。しかし、円形リングの径Ｂ_１はこの業界標準から逸脱した径を有することもできる。

第２平面（オーバーフロー平面Ｃ）はウェハ表面の上面３ｏと同一平面で終わることができ、またはウェハ３上の流体９が、前記流体が収容具１を超えて広範に流れることなく収容されるように、ウェハの上面３ｏを超えて張り出すのが好ましい。流体９はウェハ３とリングセクション４とによって形成される収容スペース８に収容され、流体９は収容開口１０を介して（したがって、上から）、（図には図示していない）ディスペンシングデバイスによって収容スペース８に供給することができる。ウェハ３の接触は凹み６にだけ起こるのではなく、特に接触エレメント１２にも起こり、これが収容具１の中心から放射状にまたは星形のパターンで凹み６につながる。プロセスにおいて、ウェハ３の接触面３ａが少なくとも主に露出し、そのため収容具１を介してできるだけ最小限の熱の放散が起こるように、３つから９つ、好ましくは６つの収容エレメント１２が設けられると有利である。特別な実施形態では、接触エレメント１２は凹み６の下にも配置することができるので、その表面がウェハに接触しないように、そのため本発明によると、更なる断熱が起こるようにすることができる。

接触平面Ａとオーバーフロー平面Ｃとの距離Ｄは、第１平面と第２平面（接触平面Ａとオーバーフロー平面Ｃ）との分離距離を表し、収容具１によって収容スペース８に収容することのできる流体容量に比例して挙動する。厚さｄのウェハ３の容量は、この関係において差し引かれることになる。距離Ｄは特にウェハ３の厚さｄよりも大きくなるよう選択される。

接触平面Ａは載置面２、２’、２’’、２’’’によって形成される。さらに、リングセクションは周壁７につながる凹み６を呈する。他方で、オーバーフロー平面Ｃは周壁の反対端でつながる上縁５によって形成され、周壁７は上縁５まで角を丸めた移行部分を有することができる。

特に周壁７の領域において、ウェハ３の方向を向いている径方向の形成物（図面には図示せず）は、その速度が収容具１の速度に適合するようにウェハを回転保持することができ、したがってウェハ３が収容具１内でずれない。

収容具１は少なくとも部分的に、好ましくは主として、ポリマー、金属、セラミックスもしくは他の材料または材料の組合せから作ることができる。いくつかの表面、特に加工流体に接触することになる可能性のある表面は、耐薬品性になるように、またはその表面エネルギを変更するように被覆することができる。収容具１の個々のコンポーネントは多数のこれらの材料から構成することができる。結果として、システムに最適に適応させた所定の物理的および／または化学的特性をもつコンポーネントを使用することが可能である。例えば、異なる材料の組合せにより、熱伝導率およびそれに伴う熱伝達を最小限にすることができる。

図１ａおよび図１ｂによる本発明の第１実施形態の特異点は、収容具１はここではちょうど２つの平面（接触平面Ａとオーバーフロー平面Ｃ）を具備するということにある。この実施形態では、接触平面Ａは凹み６によって形成されている。したがって、本発明のこの実施形態はコスト効率よく簡単に生産することができる。

図２ａおよび図２ｂは、本発明の第２実施形態を示す。この実施形態は、接触平面Ａが、凹み６から張り出している少なくとも３つ、好ましくは（ここでは）６つの突起１３（支持エレメント）の上部、特に尖頂によって画成されているという特徴を有する。支持エレメントは円錐形のピンとして構成されることが好ましい。ウェハ３は支持エレメントに整列して配置される。したがって、この実施形態はちょうど３つの平面（接触平面Ａ、オーバーフロー平面Ｃおよび凹み６によって画成される）を呈する。突起１３は、ウェハ３の厚さｄと合計して距離Ｄよりも小さい高さＨ_１を呈する。

図３ａおよび図３ｂは第３の好適な実施形態を示す。この実施形態では、接触平面Ａは、第１実施形態と同様に、凹み６によって形成される。しかし、第３実施形態は、凹み６から張り出している少なくとも３つ、好ましくは（ここでは）６つの突起１３’が外周上に同心円状に分散して配置されているという特別な特徴を呈する。これらは、特にウェハ３の周縁３ｋに触れることにより、収容具１に対してウェハ３を位置付けるために使用される。突起１３’はその位置で固定することができ、または中心をずらして取り付けることができるので、それらによって形成される内部寸法を調整することができる。突起１３’は特にウェハ３の厚さｄよりも大きい、および／または距離Ｄよりも小さい高さＨ_２を呈する。

突起１３’の少なくとも１つの上でウェハ３の方向を向いている径方向形成物は、その速度が収容具１の速度に適合するように、ウェハ３を回転保持することができる。形成物の代わりに、突起１３’の１つは、ウェハ３を収容した後、前記突起を径方向内側に、つまりウェハ３の方向にシフトすることによって、機能を呈することもできる。

第４および同様な好適な実施形態を、図４ａおよび図４ｂに見ることができる。この実施形態は本質的に第３実施形態に対応するが、ここでの突起１３’’は周壁７の凹み６への移行部分に、特にリングセクション４の形成物として配置されているという違いがある。突起は回転段として構成されるのが好ましい。突起１３’’は、特にウェハ３の厚さｄにほぼ等しく、および／または距離Ｄよりも小さい高さＨ_３を呈する。

上で説明したすべての実施形態は放射対称であるが、実施形態は任意の形状を有することができ、例えば矩形とすることができることは明らかである。そのため、同じ機能的な特徴を有する矩形の実施形態も開示されるものとする。

１ 収容具
２、２’、２’’、２’’’ 載置面
３ ウェハ
３ａ 接触面
３ｋ 周縁
３ｏ 上面
４ リングセクション
５ 上縁
６ 凹み
７ 周壁
８ 収容スペース
９ 流体
１０ 収容開口
１１ 収容用突起
１２ 接触エレメント
１３、１３’、１３’’ 突起
ｄ ウェハの厚さ
Ｄ 距離
Ａ 接触平面
Ｃ オーバーフロー平面
Ｒ 回転方向
Ｂ_１ 円径
Ｂ_２ 内径
Ｈ_１、Ｈ_２、Ｈ_３ 高さ

Claims (10)

1. ウェハ（３）の上面（３ｏ）に流体（９）を塗布するためのウェハ（３）の収容および載置用収容具であって、
   ａ）回転上縁（５）、
   ｂ）回転凹み（６）、および
   ｃ）前記上縁（５）から前記凹み（６）まで延びている周壁（７）、
   を有する回転リングセクション（４）と、
   前記ウェハ（３）の接触面（３ａ）に前記ウェハ（３）を収容するために、前記リングセクション（４）内に配置されている接触平面（Ａ）と、
   を具備し、
   前記リングセクション（４）は、前記ウェハ（３）の収容によって、前記ウェハとともに前記流体（９）を収容するための収容スペース（８）を形成することを特徴とする、収容具。
2. 前記周壁（７）は前記ウェハ（３）の周縁（３ｋ）に従った輪郭をもつことを特徴とする、請求項１に記載の収容具。
3. 前記上縁（５）によって形成される前記接触平面（Ａ）とは異なる、特に前記接触平面（Ａ）に平行なオーバーフロー平面（Ｃ）を呈することを特徴とする、請求項１に記載の収容具。
4. 前記接触平面（Ａ）と前記オーバーフロー平面（Ｃ）との距離（Ｄ）は、収容するウェハ（３）の厚さｄよりも大きいことを特徴とする、請求項３に記載の収容具。
5. 前記ウェハ（３）を収容するために、前記上縁（５）および前記周壁（７）によって形成される収容開口（１０）を呈することを特徴とする、請求項１に記載の収容具。
6. 少なくとも部分的に、
   前記周壁（７）、および／または
   前記凹み（６）、または
   前記凹み（６）に設けられる少なくとも１つの収容用突起（１１）
   によって形成される載置面（２）を呈することを特徴とする、請求項１に記載の収容具。
7. 前記載置面（２）は前記接触面（３ａ）の５０％未満、特に前記接触面（３ａ）の２５％未満、好ましくは前記接触面（３ａ）の１０％未満として構成されることを特徴とする、請求項６に記載の収容具。
8. 前記リングセクション（４）は周方向に包囲されて構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の収容具。
9. 前記凹み（６）につながる接触エレメント（１２）が設けられ、特に筋交いの形態で設けられ、好ましくは前記収容具（１）の中心に収束することを特徴とする、請求項１に記載の収容具。
10. 前記ウェハ（３）を回転方向（Ｒ）に固定するために、前記周壁（７）に少なくとも１つの突起（１３）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の収容具。

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