JP2017112364A - その場洗浄能力を備えたスピンチャック - Google Patents

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Abstract

【課題】洗浄能力を内蔵したスピンチャックを含む装置を提供する。【解決手段】ウエハ形状物品を処理するための装置において、スピンチャック１６が処理チャンバ１３内に配置される。スピンチャックは、ウエハＷ形状物品を所定の処理位置に保持するよう構成されている。カバー１４が、スピンチャックを覆っており、一緒に回転するように、スピンチャックに取り付けられるかまたはスピンチャックと一体化されている。カバーは、中央開口部を有する。放出端がカバーの中央開口部を貫通するように、固定されたノズルアセンブリが処理チャンバ内に伸びている。ノズルアセンブリは、リンス液をノズルアセンブリの半径方向外向きにカバーの下向きの面へ方向付けるよう構成されたリンスノズルを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、概略、半導体ウエハなどのウエハ形状物品を処理するための装置および方法に関し、特に、洗浄能力を内蔵したスピンチャックを含む装置および方法に関する。
半導体ウエハは、エッチング、洗浄、研磨、および、材料蒸着などの様々な表面処理を受ける。かかる処理を行う際には、米国特許第４，９０３，７１７号および５，５１３，６６８号に例として記載されているように、単一のウエハが、回転可能なキャリアに関連するチャックによって１または複数の処理流体ノズルに対して支持される場合がある。
あるいは、例えば、国際公開第ＷＯ２００７／１０１７６４号および米国特許第６，４８５，５３１号に記載されているように、ウエハを支持するよう適合されたリングロータの形状のチャックが、閉じた処理チャンバ内に配置され、アクティブ磁気ベアリングを通して物理的接触なしに駆動されてもよい。
様々な処理が、閉じたチャンバ内においてかかるスピンチャック上で高温で実行される。例えば、ウエハからフォトレジストを除去するための気相処理では、約４００℃の温度が適用される。かかる条件下では、フォトレジスト除去処理の副生成物が、チャンバの内面（チャックおよびチャンバ壁など）上に堆積する。これらの副生成物は、主にポリマであり、脱イオン水で溶解してリンス除去できるが、かかるリンス工程がなければ、チャンバは徐々に汚染がひどくなり、ウエハ表面上に許容不能な粒子状不純物を生じうる。
本発明者は、スピンチャック自身が洗浄能力を有するよう設計されたウエハ形状物品の処理のための改良装置および方法を開発した。
したがって、一態様において、本発明は、処理チャンバと処理チャンバ内に配置されたスピンチャックとを備えるウエハ形状物品処理装置に関する。スピンチャックは、ウエハ形状物品を所定の処理位置に保持するよう構成されている。カバーが、スピンチャックを覆っており、一緒に回転するように、スピンチャックに取り付けられるかまたはスピンチャックと一体化されている。カバーは、中央開口部を有する。放出端がカバーの中央開口部を貫通するように、固定ノズルアセンブリが処理チャンバ内に伸びている。ノズルアセンブリは、リンス液をノズルアセンブリの半径方向外向きにカバーの下向きの面へ方向付けるよう構成されたリンスノズルを備える。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、リンスノズルは、カバーの下向きの面に向かって半径方向に方向付けられた単一のノズルであってよい。あるいは、リンスノズルは環状であってもよいし、半径方向に向けられた環状配列の複数のノズルがあってもよい。かかる環状のリンスノズルは、半径方向外向きにリンス液を方向付けるよう構成されたショルダを提供することによって形成されうる。カバーは、平坦な円板であってよく、または、好ましくはドーム形状を有する。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、ノズルアセンブリは、さらに、最初にカバーに接触することなしに、スピンチャックに向かって下向きに処理液を方向付けるよう構成された少なくとも１つの処理液ノズルを備える。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、ノズルアセンブリは、さらに、スピンチャックに処理ガスまたは処理液を供給するための中央ノズルを備える。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、環状リンスノズルは中央ノズルを囲んでいる。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、環状リンスノズルのショルダは、中央ノズルの外面と一体的に形成されている。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、カバーと処理チャンバの上側部分が、ガス分配チャンバを規定し、カバーは、その中央領域および周辺領域の各々に形成された複数の開口部を備え、それにより、ガス分配チャンバからスピンチャックによって保持されたウエハ形状物品の表面に処理ガスを供給する。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、複数の開口部の各々は、０．３〜２．０ｍｍ2、好ましくは０．５〜１．５ｍｍ2、さらに好ましくは０．７〜１．２ｍｍ2の範囲の断面積を有する。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、複数の開口部は、少なくとも２０の開口部、より好ましくは少なくとも５０の開口部、さらに好ましくは少なくとも８０の開口部を含む。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、少なくとも１つのガス供給ノズルが、ノズルアセンブリの半径方向外側に配置されており、処理ガスをガス分配チャンバに供給する。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、カバーは、その下面全体にわたって連続的に湾曲している。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、リンスノズルの放出口およびノズルアセンブリの下面が、カバーの中央開口部の下端に隣接して位置する鋭角で交わっている。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、スピンチャックは磁気ロータを備え、装置は、さらに、処理チャンバの外側に取り付けられて磁気ロータを囲む磁気ステータを備える。
別の態様において、本発明は、ウエハ形状物品を処理するための方法であって：処理チャンバ内に配置されたスピンチャック上に取り付けられた回転するウエハ形状物品上に処理液を供給する工程であって、処理液は、固定ノズルアセンブリを通して供給され、固定ノズルアセンブリは、固定ノズルアセンブリの放出端が、スピンチャックを覆い一緒に回転するようにスピンチャックに取り付けられたカバーの中央開口部を貫通するように処理チャンバ内に伸びる工程と；ノズルアセンブリに組み込まれたリンスノズルにリンス液を供給することによってカバーの下向きの面をリンスする工程であって、リンスノズルは、リンス液をノズルアセンブリの半径方向外向きにカバーの下向きの面へ方向付けるよう構成されている工程とを備える方法に関する。
本発明に従った方法の好ましい実施形態において、処理液を供給する工程の後に、ウエハ形状物品の上向きの面が、ノズルアセンブリに組み込まれた中央ノズルにリンス液を供給することによってリンスされる。
本発明に従った方法の好ましい実施形態において、カバーの下向きの面をリンスする工程およびウエハ形状物品の上向きの面をリンスする工程は、同時に実行される。
本発明に従った方法の好ましい実施形態において、カバーの下向きの面をリンスする工程の後に、カバーの下向きの面を乾燥させるために、スピンチャックが回転される。
本発明に従った方法の好ましい実施形態において、カバーの下向きの面をリンスする工程およびウエハ形状物品の上向きの面をリンスする工程の後に、カバーの下向きの面およびウエハ形状物品の上向きの面を同時に乾燥させるために、スピンチャックが回転される。
添付の図面を参照しつつ、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めば、本発明の他の課題、特徴、および、利点が明らかになる。
本発明の第１実施形態に従った装置を説明する断面図。
図１の実施形態で用いられるガスシャワーヘッドの流出口カバーを示す平面図。
図１の実施形態のさらなる詳細を示す部分断面斜視図。
図３のＩＶの部分の拡大図。
ここで、図１を参照すると、本発明の第１実施形態に従ったウエハ形状物品の表面処理のための装置は、環状スピンチャック１６を中に配置された閉処理チャンバ１３を備える。スピンチャック１６は、チャンバ外に配置された磁気ステータ１７によって囲まれた磁気ロータであり、その結果、磁気ロータは、チャンバ壁に触れることなしにチャンバ１３内で自由に回転および浮上する。チャンバ１３は、チャンバ１３にしっかりと固定された蓋１４によって上端で閉じられる。
かかる磁気ロータチャックの構造的な詳細については、例えば、同一出願人による米国特許第８，６４６，７６７号に記載されている。
環状スピンチャック１６は、処理中にウエハＷを解放可能に保持する円形列の下向きのグリップピン１９を有する。下側供給ユニット２２が、チャンバ１３内で下に向いたウエハＷの面に液体および／または気体を供給するために設けられている。ヒータ３１が、実行中の処理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内に配置されている。ヒータ３１は、複数の青色ＬＥＤランプを備えることが好ましく、それらの放射出力は、チャンバ１３の構成要素よりもシリコンウエハによって選択的に吸収される傾向がある。
上側供給ユニットが、外側のガス導管２７と、外側のガス導管２７内に同軸的に配列された内側の液体導管２５とを備える。導管２５、２７は両方とも、蓋１４を横切り、チャンバ１３内で上に向いたウエハＷの面に液体および気体が供給されることを可能にする。上側供給ユニットは、以下で詳述するように、少なくとも１つのサイドノズルが形成された環状ノズル２４にガスを供給する導管２３も備える。
上側供給ユニットは、以下でも詳述するように、その場洗浄のためのリンス液を供給する導管３６も備える。
ガスシャワーヘッドは、図２の平面図にも示されている流出口カバー２８によって、その下側が規定されている。この実施形態における流出口カバー２８は、ドーム形状を有しており、複数の放出オリフィス２９を備え、これらのオリフィスは、ガスシャワーヘッドを出てガス分配チャンバ３７からウエハＷの上面に隣接する領域へ処理ガスを通すことができる。この実施形態における放出オリフィス２９は各々、０．３〜２．０ｍｍ、好ましくは０．５〜１．５ｍｍ、より好ましくは０．７〜１．２ｍｍの範囲の断面積を有する。少なくとも２０のオリフィス２９があることが好ましく、より好ましくは少なくとも５０、さらに好ましくは少なくとも８０、さらにまた好ましくは３００である。
流出口ドーム２８は、スピンチャック１６にしっかりと固定されるか、または、一体的に形成されているため、スピンチャック１６と共に回転する。一方、導管２５、２７は、チャンバ１３の蓋１４に固定的に取り付けられており、ドーム２８に形成された中央開口部を通して若干のクリアランスをもって貫通する。
図２に示すように、ドーム２８の中央領域および周辺領域の各々に複数のこれらのオリフィス２９があり、中央領域は、ドーム２８の半径の半分３０の内側の領域として定義され、周辺領域は、半径の半分３０の外側の領域として定義される。
図１に戻ると、ガス分配チャンバ３７は、好ましい実施形態ではオゾンを含むガスである処理ガスのガス源（図示せず）と連通する処理ガス供給導管３４を通して処理ガスを供給されることがわかる。
さらなるガス導管４０が、チャンバ１３の外周付近に提供されており、スピンチャック１６の外周とチャンバ１３の周囲の円筒壁との間に規定されたギャップにＮ２などのパージガスを方向付ける。また、ノズル４０からのガスは、ノズル３４から供給された処理ガスが分配チャンバ３７内に閉じこめられるように境界を形成する。
図３に示すように、この実施形態のドーム２８は、スピンチャック１６と一体的に形成されている。ノズルアセンブリ２１の下端が、ドーム２８の中央開口部を通っており、環状ギャップ２６が、これら２つの構成要素間に規定される。
スピンチャック１６は、例えば、同一出願人による米国特許第８，６４６，７６７号および米国特許出願公開第２０１５／０００８６３２号に記載されているように、上述のグリップピン１９と、ピン１９の上端のギアホイールが共通リングギア１５の歯の部分と連続的にかみ合ったままになるように下向きにピン１９を付勢するニードルベアリング１８とを備える。
クリアランスすなわち環状ギャップ２６は、一体的なドーム２８を備えたスピンチャック１６が、装置の蓋１４に取り付けられた固定ノズルヘッド２１に対して回転することを可能にするために必要である。
ノズルアセンブリ２１は、さらに、導管２３からガスを供給されるノズルブロック２４を備えており、ノズルブロック２４内には、図４に示すように、この環状ギャップ２６に隣接してガスを方向付ける少なくとも１つのサイドノズル３２が形成されている。サイドノズル３２は、ギャップ３３および２６を通る望ましくない処理ガス流を抑制または防ぐために、Ｎ2 などの不活性ガスを供給されることが好ましい。
ノズル３２の内径は、ノズル３２の流入口および流出口での流路の面積よりも大幅に狭いことに注意されたい。また、ノズル３２は、ギャップ２６のさらに半径方向外側に隣接して配置される。したがって、不活性ガスは、ノズル３２を通ってそこから放出される時に、ノズル３２内で加速され、その結果、ベンチュリ効果で、環状ギャップ２６の上端で減圧を生み出す。この減圧は、上記の構成でなければ発生しうるギャップ２６へのあらゆる望ましくない処理ガス流を妨げるまたは防止する。
導管３６は、リンス液体供給部（図示せず）から脱イオン水などのリンス液を供給される。導管３６は、同軸のノズル２５、２７を囲むノズルアセンブリ２１に形成された環状凹部３８にリンス液を放出する。次いで、リンス液は、図４の下向き破線矢印で示すように、ノズル２７の外側の垂直面に沿って下方に流れる。
この実施形態のノズルペア２５、２７は、半径方向外向きに突出したショルダを有するよう形成されており、ショルダは、リンス液がノズルアセンブリのハウジング２１を出る時に衝突する実質的に水平な環状面３９を提供する。リンス液は、ショルダ面３９に衝突すると、図４の破線矢印で示すように、半径方向外向きに方向転換される。
特に、偏向ショルダ面３９の位置および傾斜角度は、チャンバ１３内でのウエハ処理中にドーム２８の下向きの面に蓄積したポリマ系の残留物を溶解してリンス除去するために、リンス液がドーム２８の下向きの面に噴霧されるように選択される。
凹部３８および流出面３９は環状である必要はなく、その代わり、ノズルペア２５、２７の周囲の限られた部分のみに各々が形成されてもよいことがわかる。なぜなら、その場合でも、チャック１６が一体的なドーム２８と共に回転する時に、リンス液がドーム２８の下向きの面全体に広がるからである。
この実施形態の同軸周囲ノズル２７は、脱イオン水などのリンス液の供給部（図示せず）にも接続され、中央ノズル２５は、ウエハの乾燥のための処理ガスまたは不活性ガスであってよいガスを供給される。
導管３６およびノズル２７は、リンス液が、これらの要素の一方または両方を通して自在に供給されうるように、互いに独立してリンス液を供給されることが好ましい。
図４からわかるように、偏向面３９は、ノズルペア２５、２７の隣接する傾斜面と鋭角を成すことが好ましく、これは、ギャップ２６にリンス液が入り込むのを防ぐのに役立つ。さらに、チャンバ１３内へ下に向いたノズルアセンブリ面およびドーム２８の下向きの面は、それらの面のリンスおよび乾燥に役立つように、親水性の材料で形成されるか、または、親水性のコーティングまたは表面処理を提供されることが好ましい。
上述したリンス能力の利点は、装置を停止することなしに、アクセスし難いドーム２８の下向きの面を洗浄できることである。実際、導管３６、凹部３８、および、偏向ショルダ３９を用いたドーム２８の下面のリンス動作は、ウエハＷがスピンチャック１６上に配置されていても、必要に応じて、ノズル２７を用いてウエハをリンスするのと同時に、実行されてもよい。ウエハＷおよび／またはドーム２８の下面がこのようにリンスされた後、リンスされた面を乾燥させるために、スピンチャックの回転数が上げられ、その間、リンス液は少なくとも導管３６には供給されず（ドーム面のみを乾燥させる場合）、ガスが導管２５を通して任意選択的に供給される。
本発明は様々な好ましい実施形態に関連して説明されているが、それらの実施形態は、本発明の例示のために提供されているに過ぎないこと、そして、本発明はそれらの実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の真の範囲および精神によって網羅されるものを含む。

Claims (20)

  1. ウエハ形状物品を処理するための装置であって、
    処理チャンバと、
    前記処理チャンバ内に配置され、ウエハ形状物品を所定の処理位置に保持するよう構成されたスピンチャックと、
    前記スピンチャックを覆うカバーであって、前記スピンチャックと共に回転するように前記スピンチャックに固定されるかまたは一体的に形成され、中央開口部を有するカバーと、
    放出端が前記カバーの前記中央開口部を貫通するように前記処理チャンバ内に伸びる固定されたノズルアセンブリと
    を備え、
    前記ノズルアセンブリは、リンス液を前記ノズルアセンブリの半径方向外向きに前記カバーの下向きの面へ方向付けるよう構成されたリンスノズルを備える装置。
  2. 請求項１に記載の装置であって、前記リンスノズルは、環状の放出口を備える装置。
  3. 請求項２に記載の装置であって、前記リンスノズルは、前記ノズルアセンブリの半径方向外向きにリンス液を偏向する環状ショルダを備える装置。
  4. 請求項１に記載の装置であって、前記カバーはドーム形状である装置。
  5. 請求項１に記載の装置であって、前記ノズルアセンブリは、さらに、最初に前記カバーに接触することなしに、前記スピンチャックに向かって下向きに処理液を方向付けるよう構成された少なくとも１つの処理液ノズルを備える装置。
  6. 請求項１に記載の装置であって、前記ノズルアセンブリは、さらに、前記スピンチャックに処理ガスまたは処理液を供給するための中央ノズルを備える装置。
  7. 請求項６に記載の装置であって、前記リンスノズルは前記中央ノズルを環状に囲んでいる装置。
  8. 請求項７に記載の装置であって、前記環状のリンスノズルの前記ショルダは、前記中央ノズルの外面と一体的に形成されている装置。
  9. 請求項１に記載の装置であって、前記カバーと前記処理チャンバの上側部分が、ガス分配チャンバを規定し、前記カバーは、その中央領域および周辺領域の各々に形成された複数の開口部を備え、それにより、前記ガス分配チャンバから前記スピンチャックによって保持されたウエハ形状物品の表面に処理ガスを供給する装置。
  10. 請求項９に記載の装置であって、前記複数の開口部の各々は、０．３〜２．０ｍｍ２の範囲の断面積を有する装置。
  11. 請求項９に記載の装置であって、前記複数の開口部は、少なくとも２０の前記開口部を含む装置。
  12. 請求項９に記載の装置であって、さらに、前記ノズルアセンブリの半径方向外側に配置された少なくとも１つのガス供給ノズルを備え、前記少なくとも１つのガス供給ノズルは、処理ガスを前記ガス分配チャンバに供給する装置。
  13. 請求項１に記載の装置であって、前記カバーは、その下面全体にわたって連続的に湾曲している装置。
  14. 請求項１に記載の装置であって、前記リンスノズルの放出口および前記ノズルアセンブリの下面が、前記カバーの前記中央開口部の下端に隣接して位置する鋭角で交わっている装置。
  15. 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を備え、前記装置は、さらに、前記処理チャンバの外側に取り付けられて前記磁気ロータを囲む磁気ステータを備える装置。
  16. ウエハ形状物品を処理するための方法であって、
    処理チャンバ内に配置されたスピンチャック上に取り付けられた回転するウエハ形状物品上に処理液を供給する工程であって、
    前記処理液は、固定されたノズルアセンブリを通して供給され、前記固定されたノズルアセンブリは、前記固定されたノズルアセンブリの放出端が、前記スピンチャックを覆って一緒に回転するように前記スピンチャックに取り付けられたカバーの中央開口部を貫通するように前記処理チャンバ内に伸びる工程と、
    前記ノズルアセンブリに組み込まれたリンスノズルにリンス液を供給することによって前記カバーの下向きの面をリンスする工程であって、前記リンスノズルは、前記ノズルアセンブリの半径方向外向きに前記カバーの前記下向きの面へリンス液を方向付けるよう構成されている工程と
    を備える方法。
  17. 請求項１６に記載の方法であって、さらに、前記処理液を供給する工程の後に、前記ノズルアセンブリに組み込まれた中央ノズルにリンス液を供給することによって前記ウエハ形状物品の上向きの面をリンスする工程を備える方法。
  18. 請求項１７に記載の方法であって、前記カバーの前記下向きの面をリンスする工程および前記ウエハ形状物品の前記上向きの面をリンスする工程は、同時に実行される方法。
  19. 請求項１６に記載の方法であって、さらに、前記カバーの前記下向きの面をリンスする工程の後に、前記カバーの前記下向きの面を乾燥させるために、前記スピンチャックを回転させる工程を備える方法。
  20. 請求項１５に記載の方法であって、さらに、前記カバーの前記下向きの面をリンスする工程および前記ウエハ形状物品の前記上向きの面をリンスする工程の後に、前記カバーの前記下向きの面および前記ウエハ形状物品の前記上向きの面を同時に乾燥させるために、前記スピンチャックを回転させる工程を備える方法。
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