JP2020068276A - 半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents

半導体製造装置および半導体製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】薄く加工されたウエハであっても、ウエハ全面に渡って十分な異物除去性が得られる半導体製造装置および半導体製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】半導体製造装置は、チャックステージ８と、スクラバーノズル２と、スクラバーノズルスキャン機構１１と、ステージ回転機構１２と、ウエハ１の処理面とは反対側の面側に保持流体５を吐出する保持流体ノズル４１ａと、保持流体ノズル４１ａを周縁部よりも中心側に配置し、一方主面をウエハ１の反対側の面に向けたトッププレート４１ｂとを有する保持ステージ４１とを備えている。保持流体ノズル４１ａから吐出された保持流体５をウエハ１の反対側の面とトッププレート４１ｂの一方主面との間の領域に通すことで、領域に保持力を発生させ、保持力により、スクラバーノズル２から吐出されるスクラブ流体３によりウエハ１の処理面に掛かる圧力を反対側の面で保持させる。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウエハに流体を吐出することによってなされる異物除去技術に関するものである。
半導体の製造工程において、微粒子および塵埃などの異物が半導体ウエハの処理面に付着することがある。異物は回路の不具合等を引き起こすため、半導体ウエハの処理面に付着した異物を除去する必要がある。半導体ウエハの処理面に付着した異物を除去する方法として、半導体ウエハの処理面に流体を吐出する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
一般に用いられる半導体ウエハの処理面に流体を吐出する技術について説明する。以降、「半導体ウエハ」を単に「ウエハ」と表現する。説明を簡単にするために、ウエハとチャックピンの関係を示す部分に限定して説明する。ウエハは、支持ピンで重力に対して支持されており、チャックピンで径方向に挟持されている。この状態でチャックステージごとウエハを回転させながら、ウエハに処理を施す。
特開２０１７−１８８６９５号公報
ウエハが薄く加工されたものである場合、スクラバーノズルからウエハの処理面上に吐出されるスクラブ流体の圧力でウエハが容易に反ってしまい、処理面の対面側がチャックステージに接触し、接触によって破損するリスクがある。そのため、スクラブ流体を異物除去に十分な圧力まで上げられず、十分な異物除去性が得られないという問題がある。ここで、ウエハの処理面の対面側は、ウエハの処理面とは反対側の面側である。
特に、スクラバーノズルがウエハ端部の近くにある場合には、スクラブ流体の圧力で支持ピンを起点にウエハの割れが発生しやすい。そのため、スクラバーノズルをウエハ端部まで寄せられず、ウエハ端部に残留した異物が後の工程で問題になることもある。
また、特許文献１に記載の技術では、流体供給路から導入された圧力流体は支持ステージの支持面の全体に広がり、基板に印加された荷重を受けるようになっている。しかし、支持ステージは基板の端部近傍までを支持しないため、基板の端部近傍に印加された荷重を受けることができず、ウエハ全面に渡って十分な異物除去性を得ることはできない。
そこで、本発明は、上記のような課題を解決させるためになされたものであり、薄く加工されたウエハであっても、ウエハ全面に渡って十分な異物除去性が得られる半導体製造装置および半導体製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体製造装置は、ウエハを端部で挟持するチャックステージと、前記ウエハの処理面にスクラブ流体を吐出するスクラバーノズルと、前記スクラバーノズルを前記ウエハの前記処理面上でスキャンさせるスクラバーノズルスキャン機構と、前記チャックステージを回転させるステージ回転機構と、前記ウエハの前記処理面とは反対側の面側に保持流体を吐出する保持流体ノズルと、前記保持流体ノズルを周縁部よりも中心側に配置し、一方主面を前記ウエハの前記反対側の面に向けたトッププレートとを有する保持ステージとを備え、前記保持流体ノズルから吐出された前記保持流体を前記ウエハの前記反対側の面と前記トッププレートの前記一方主面との間の領域に通すことで、前記領域に保持力を発生させ、前記保持力により、前記スクラバーノズルから吐出される前記スクラブ流体により前記ウエハの前記処理面に掛かる圧力を前記反対側の面で保持させるものである。
本発明によれば、薄く加工されたウエハであっても、ウエハ全面に渡って十分な異物除去性が得られる。
実施の形態１に係る半導体製造装置のスクラブ流体とその圧力分布を示す概略図である。 実施の形態１に係る半導体製造装置のウエハ保持圧力とウエハ保持引力を示す概略図である。 実施の形態１に係る半導体製造装置のスクラブ範囲内外でのウエハ保持圧力とウエハ保持引力を示す概略図である。 実施の形態１に係る半導体製造装置の処理チャンバの一部を示す概略図である。 実施の形態１に係る半導体製造装置の処理チャンバでウエハにスクラブ処理を施す工程を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る半導体製造装置のチャックステージに保持ステージを組み込んだステージ構造を示す概略図である。 図６に示した範囲を平面的に見た概略図である。 実施の形態１に係る半導体製造装置のチャックステージに保持ステージを組み込んだステージ構造を示す概略図である。 図８に示した範囲を平面的に見た概略図である。 実施の形態２に係る半導体製造装置の処理チャンバの一部を示す概略図である。 実施の形態２に係る半導体製造装置の処理チャンバでウエハにスクラブ処理を施す工程を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る半導体製造装置のチャックステージと保持ステージのステージ構造を示す概略図である。 図１２に示した範囲を平面的に見た概略図である。 実施の形態２に係る半導体製造装置のスクラバーノズルスキャン動作と保持ステージスキャン動作の１実施例を示す概略図である。 実施の形態２に係る半導体製造装置のスクラバーノズルスキャン動作と保持ステージスキャン動作の他の実施例を示す概略図である。 前提技術に係る半導体製造装置のステージ構造を示す概略図である。 前提技術に係る半導体製造装置のスクラバーノズルがウエハ端部以外にある場合を示す概略図である。 前提技術に係る半導体製造装置のスクラバーノズルがウエハ端部近傍にある場合を示す概略図である。
＜前提技術＞
本発明の実施形態を説明する前に、前提技術に係る半導体製造装置について説明する。図１６は、前提技術に係る半導体製造装置のステージ構造を示す概略図である。図１７は、前提技術に係る半導体製造装置のスクラバーノズル２がウエハ端部１ａ以外にある場合を示す概略図である。図１８は、前提技術に係る半導体製造装置のスクラバーノズル２がウエハ端部１ａ近傍にある場合を示す概略図である。説明を簡単にするために、ウエハ１とチャックピン５１ｂとの関係を示す部分に限定して説明する。
図１６と図１７に示すように、前提技術に係る半導体製造装置は、チャックステージ５１およびスクラバーノズル２を備えている。
チャックステージ５１は円状であり、チャックステージ５１の周縁部にチャックピンベース５１ａ、チャックピン５１ｂ、および支持ピン５１ｃが複数配置されている。ウエハ１は、支持ピン５１ｃで重力に対して支持されており、チャックピン５１ｂで径方向に挟持されている。この状態でチャックステージ５１ごとウエハ１を回転させながら、ウエハ１に処理を施す。
図１７に示すように、ウエハ１が薄く加工されたものである場合、スクラバーノズル２から処理面上に吐出されるスクラブ流体３の圧力でウエハ１が容易に反ってしまい、処理面の対面側がチャックステージ５１に接触し、接触によって破損するリスクがある。そのため、スクラブ流体３を異物除去に十分な圧力まで上げられず、十分な異物除去性が得られないという問題があった。
特に、図１８に示すように、スクラバーノズル２がウエハ端部１ａの近傍にある場合には、スクラブ流体３の圧力で支持ピン５１ｃを起点にウエハ１の割れが発生しやすい。そのため、スクラバーノズル２をウエハ端部１ａまで寄せられず、ウエハ端部１ａに残留した異物が後の工程で問題になることもあった。以下で説明する本発明の実施形態はこのような課題を解決するものである。
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。最初に図１〜図３を用いて、実施の形態１に係る半導体製造装置の特徴を簡単に説明する。図１（ａ）は、実施の形態１に係る半導体製造装置のスクラブ流体３を示す概略図であり、図１（ｂ）は、スクラブ流体３の圧力分布を示す概略図である。図２は、ウエハ保持圧力６とウエハ保持引力７を示す概略図である。図３は、スクラブ範囲内外でのウエハ保持圧力６ａ，６ｂ，６ｃとウエハ保持引力７ａ，７ｂを示す概略図である。
実施の形態１に係る半導体製造装置は、ウエハ１の対面側に保持流体５を吐出する保持流体ノズル４ａと、保持流体ノズル４ａを周縁部よりも中心側に配置し、一方主面である平坦面をウエハ１の対面に向けたトッププレート４ｂとを有する保持ステージ４とを備えている。保持流体ノズル４ａから吐出された保持流体５をウエハ１の対面とトッププレート４ｂの平坦面との間の領域に通すことで、領域に保持力を発生させる。保持力により、スクラバーノズル２から吐出されるスクラブ流体３によりウエハ１の処理面に掛かる圧力を対面で保持させる。換言すると、領域は、スクラバーノズル２から吐出されるスクラブ流体３によりウエハ１の処理面における局所的に所定以上の圧力が掛かる範囲に対応する部分を含むものである。
ここで、ウエハ１の処理面はウエハ１の上面である。ウエハ１の処理面の対面は、ウエハ１の処理面とは反対側の面であり、具体的にはウエハ１の下面である。
保持力は、保持流体５の圧力、および保持流体５の流速によって発生する引力で構成されており、ウエハ１の対面とトッププレート４ｂの平坦面との間の距離は、圧力と引力とのバランスでほぼ決まっていると考えてよい。圧力と引力は保持流体ノズル４ａからの距離によって異なるため、ウエハ１の対面とトッププレート４ｂの平坦面との間の距離も保持流体ノズル４ａからの距離によって異なっていることになる。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、スクラバーノズル２から吐出されるスクラブ流体３は、液体、気体、または液体と気体の混合物が考えられる。代表的なものとして、液体は純水、または純水に二酸化炭素を溶解した水、気体は窒素または空気である。液体と気体を混合する手段としては、２流体ノズルを用いて純水または純水に二酸化炭素を溶解した水と、窒素または空気を混合することが一般的である。いずれにおいても、スクラバーノズル２の吐出口が円形の場合、スクラブ流体の圧力分布３ａは、吐出口の円形の中心から離れるほど圧力が弱くなる。そのため、薄く加工されたウエハ１にダメージを与える所定圧力以上の範囲も吐出口の中心を中心とした円形の範囲となる。以降、スクラバーノズル２として、吐出口が円形である２流体ノズルを例に説明を進める。
図２に示すように、保持ステージ４は、保持流体ノズル４ａとトッププレート４ｂから構成されている。保持流体５を供給すると、保持流体５は保持流体ノズル４ａを通り、保持流体ノズル４ａのトッププレート４ｂとの接続部に形成された保持流体吐出口４ｃからウエハ１とトッププレート４ｂとの間を流れる保持流体５ａとなる。保持流体５には供給するための圧力が掛けられており、その圧力がウエハ保持圧力６となり、保持流体５ａがウエハ１とトッププレート４ｂとの間を流れる流速によって発生する引力がウエハ保持引力７となる。保持流体５ａが通る面は、ウエハ１では処理面の対面であり、トッププレート４ｂでは平坦面である。トッププレート４ｂの上面が平坦面であることにより、ウエハ保持圧力６とウエハ保持引力７の斑が抑制され、ウエハ保持圧力６とウエハ保持引力７で構成されている保持力の斑も抑制される。
図３に示すように、薄く加工されたウエハ１上でスクラブ流体３の圧力が掛かる部分では、ウエハ１が反ってウエハ１の処理面の対面とトッププレート４ｂの平坦面との間の距離が狭くなるが、これにより圧損が高くなり、流体が流れ難くなる。そのため、スクラブ範囲内でのウエハ保持引力７ｂのように引力が低下すると共にスクラブ範囲内上流側のウエハ保持圧力６ｂおよびスクラブ中心でのウエハ保持圧力６ｃのように上流側の流体の圧力が上がり、スクラブ流体の圧力分布３ａを支えるように作用すると考えられる。なお、図３において、６ａはスクラブ範囲外でのウエハ保持圧力、７ａはスクラブ範囲外でのウエハ保持引力である。
ウエハ１の処理面の対面とトッププレート４ｂの平坦面との間で保持力を発生させる領域は、スクラブ流体３によりウエハ１の処理面における局所的に所定以上の圧力が掛かる範囲を含めることで、上記の作用を利用して、スクラブ流体３の圧力によって処理面の対面が対向するチャックステージ等の機構部品に接触しないステージ構造が実現できる。さらに、ウエハ１の処理面の対面とトッププレート４ｂの平坦面との間の距離が圧力と引力のバランスでほぼ決まっていることを踏まえて、割れの起点となる支持ピンを必要としないチャック構造も実現できることになる。以下、具体的な実施の形態を示す。
図４は、実施の形態１に係る半導体製造装置の処理チャンバの一部を示す概略図である。なお、図を見やすくするために、異物除去技術に直接関係しない部分は図から省略しており、説明を簡単にするために、異物除去技術に関係する部分に限定して説明する。
図４に示すように、半導体製造装置は、チャックステージ８、スクラバーノズル２、スクラバーノズルスキャン機構１１、ステージ回転機構１２、保持ステージ４１、保持流体供給配管１３、操作用ＰＣ１０１、および制御用ＰＬＣ１０２を備えている。または、半導体製造装置は、保持ステージ４１の代わりに保持ステージ４２を備えている。ここでは、半導体制御装置が保持ステージ４１を備える場合について説明する。
チャックステージ８は、平面視にて円状であり、ウエハ１を端部で挟持する。具体的には、チャックステージ８の周縁部には、所定の間隔を空けて複数のチャックピンベース８ａが配置され、複数のチャックピンベース８ａに複数のチャックピン８ｂがそれぞれ立設されている。各チャックピン８ｂは外周側と内周側との間で移動可能である。複数のチャックピン８ｂを外周側に移動させて開くことで、ウエハ１をチャックステージ８に載置することが可能である。また、複数のチャックピン８ｂを内周側に移動させて閉じることで、ウエハ１の端部が複数のチャックピン８ｂで挟持される。
スクラバーノズル２は、チャックステージ８の上側に配置され、ウエハ１の処理面にスクラブ流体３を吐出する。スクラバーノズルスキャン機構１１は、スクラバーノズル２が接続され、スクラバーノズル２をウエハ１の処理面上でスキャンさせる。ステージ回転機構１２は、チャックステージ８の下側に配置され、チャックステージ８を回転させる。
保持ステージ４１は、ウエハ１の処理面の対面側に保持流体５を吐出する保持流体ノズル４１ａ（図６参照）と、保持流体ノズル４１ａを周縁部よりも中心側に配置し、平坦面をウエハ１の対面に向けたトッププレート４１ｂとを備えている。最も簡単には、トッププレート４１ｂは保持流体ノズル４１ａを中心に配置している。保持ステージ４１はチャックステージ８に組み込まれ、保持流体ノズル４１ａは回転せず、トッププレート４１ｂはチャックステージ８と共に回転するようになっている。
操作用ＰＣ１０１は、タッチパネルディスプレイ等のＭＭ−ＩＦ（man machine interface）１０１ａと、ＰＣ（personal computer）１０１ｂで構成されている。制御用ＰＬＣ１０２は、ＰＬＣ（programmable logic controller）１０２ａ、保持流体供給配管１３用のガス供給バルブ１０２ｂと水供給バルブ１０２ｃ、スクラバーノズル２用のガス供給バルブ１０２ｄと水供給バルブ１０２ｅ、ステージ回転機構１２用のモータードライバー１０２ｆ、およびスクラバーノズルスキャン機構１１用のモータードライバー１０２ｇで構成されている。
作業者は、ウエハ１を収納したキャリア（図示せず）をロードポート（図示せず）にセットし、ＭＭ−ＩＦ１０１ａ上で予めＰＣ１０１ｂに登録されているレシピを選択して処理開始を入力する。ＰＣ１０１ｂは、レシピに設定されている処理パラメータをＰＬＣ１０２ａに引き渡してＰＬＣ１０２ａの一連の制御動作を起動する。
ＰＬＣ１０２ａは、搬送ロボット（図示せず）と処理チャンバ等を制御している。ＰＬＣ１０２ａは、搬送ロボットによってキャリア内のウエハ実装スロットのマッピング、およびキャリアと処理チャンバ間のウエハ１の搬送を行い、処理チャンバでウエハ１へのスクラブ処理を行う。
本実施の形態１で行われるスクラブ処理とは、ウエハ１を回転させながらスクラバーノズル２をウエハ１の中心を通る円弧上または直線上にスキャンさせて、ウエハ１の処理面に万遍なくスクラブ流体３を当てることにより、ウエハ１の処理面に付着している異物を除去する処理である。そのため、図４に示すように、スクラバーノズル２と、スクラバーノズル２をウエハ１の処理面上でスキャンさせるスクラバーノズルスキャン機構１１と、ウエハ１を端部で挟持するチャックステージ８と、チャックステージ８を回転させるステージ回転機構１２が必要である。
次に、処理チャンバでウエハ１にスクラブ処理を施す工程について説明する。図５は、処理チャンバでウエハ１にスクラブ処理を施す工程を示すフローチャートである。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２０１では、キャリアに収納されているウエハ１を搬送ロボットのロボットハンドでキャリアから払い出し、ステップＳ２０２では、チャックピンベース８ａを回転させてチャックピン８ｂを開く。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２０３では、ロボットハンドをチャックステージ８上の受渡し位置に位置付け、ステップＳ２０４では、ガス供給バルブ１０２ｂを開いて保持ステージ４１（または保持ステージ４２）上に保持流体５を供給する。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２０５では、ロボットハンドから保持ステージ４１（または保持ステージ４２）にウエハ１を渡し、ステップＳ２０６では、チャックピンベース８ａを回転させてチャックピン８ｂを閉じる。これにより、保持ステージ４１（または保持ステージ４２）上にウエハ１が載置される。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２０７では、ロボットハンドを処理チャンバ外に移動させ、ステップＳ２０８では、スクラブ処理時の飛沫回収のためのカップ（図示せず）をチャックステージ８の周辺まで上げる。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２０９では、ステージ回転機構１２によりチャックステージ８ごとウエハ１を回転させ、ガス供給バルブ１０２ｄと水供給バルブ１０２ｅを開いてスクラバーノズル２からスクラブ流体３を吐出させ、スクラバーノズルスキャン機構１１によりスクラバーノズル２をスキャンさせてウエハ１の処理面をスクラブ処理する。また、必要に応じて水供給バルブ１０２ｃを開いてガスである保持流体５に水を混合させることにより処理面の対面も同時にスクラブ処理する。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２１０では、ガス供給バルブ１０２ｄ、水供給バルブ１０２ｅ、および水供給バルブ１０２ｃを閉じてスクラブ流体３と保持流体５に混合した水を停止し、スクラバーノズル２を待機位置に戻してウエハ１を回転乾燥させる。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２１１では、カップを下げ、ステップＳ２１２では、ロボットハンドを受渡し位置に位置付け、ステップＳ２１３では、チャックピンベース８ａを回転させてチャックピン８ｂを開く。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２１４では、保持ステージ４１または保持ステージ４２からロボットハンドにウエハ１を渡し、ステップＳ２１５では、ガス供給バルブ１０２ｂを閉じて保持流体５の供給を停止させる。
ＰＬＣ１０２ａは、ステップＳ２１６では、ロボットハンドでウエハ１をキャリアに収納し、ステップＳ２１７では、チャックピンベース８ａを回転させてチャックピン８ｂを閉じる。
なお、説明を簡単にするために、各ステップを大枠で順番に記述したが、実際には細かい動作ステップが併行して進行しており、動作に関わる様々な入出力が作動していることは言うまでもない。
また、ステップＳ２０９では、スクラバーノズルスキャン動作１１ａとステージ回転動作１２ａにより、ウエハ１の処理面に万遍なくスクラブ流体３が当たり、ウエハ１の処理面に付着している異物を除去できる。また、異物の除去性は落ちるものの、必要に応じてガスである保持流体５に水を混合させることにより処理面の対面にも微細化した水滴が当たり同時にスクラブ処理を行うことができる。
次に、チャックステージ８に保持ステージ４１を組み込んだステージ構造と、チャックステージ８に保持ステージ４２を組み込んだステージ構造について説明する。図６は、チャックステージ８に保持ステージ４１を組み込んだステージ構造を示す概略図である。
図６に示すように、保持ステージ４１は、保持流体ノズル４１ａ、トッププレート４１ｂ、および保持流体吐出口４１ｃを備えている。保持流体ノズル４１ａとトッププレート４１ｂは重なるように配置され、トッププレート４１ｂのうち保持流体ノズル４１ａと重なる部分が開口された構造になっている。
図４と図６に示すように、保持ステージ４１の構成要素である保持流体ノズル４１ａは、チャックステージ８と分離してチャックステージ８の中心に位置付けられている。保持流体ノズル４１ａは、ステージ回転機構１２のモーターの中空シャフト（図示せず）を貫通している保持流体供給配管１３と接続され、回転しない。また、保持ステージ４１の構成要素であるトッププレート４１ｂは、チャックステージ８に固定されており、チャックステージ８と共に回転する。
保持流体ノズル４１ａは回転しないため、保持流体ノズル４１ａの範囲に被っているウエハ１との擦れを避けるためにウエハ１の処理面の対面との距離をトッププレート４１ｂよりも多く設けておく必要があり、保持力は小さくなってしまう。つまり、中心部の保持力を高めるために、トッププレート４１ｂの範囲を保持流体ノズル４１ａの範囲のギリギリまで寄せておくことが重要となる。
図７は、図６に示した範囲を平面的に見た概略図である。図７において、ウエハ１内部でのスクラブ流体圧力分布３ｂ、およびウエハ端部１ａでのスクラブ流体圧力分布３ｃが示されている。
本実施の形態１でのトッププレート４１ｂの外形は円状であり、チャックピンベース８ａの上面側でチャックピン８ｂがウエハ端部１ａを挟持している位置の近くまで張り出すように、ウエハ１の外径からトッププレート４１ｂの外径を引いた値は４ｍｍ以下である。つまり、ウエハ１とトッププレート４１ｂの中心が合っていれば、ノッチおよびオリフラの部分を除き、ウエハ端部１ａから最大２ｍｍ内側までの範囲にトッププレート４１ｂの端部があることになる。これにより、スクラバーノズル２をデバイス取得有効領域の一般的な最外位置（約３ｍｍ）にスキャンさせた場合でも、十分に保持できる状態にしている。
ところで、ウエハ保持圧力６は、保持流体吐出口４１ｃから遠ざかるにつれて保持流体５に掛かる圧損が低下していくために小さくなり、ウエハ保持引力７は、保持流体吐出口４１ｃから遠ざかるにつれて保持流体５ａの流速が低下していくために小さくなり、ウエハ保持圧力６とウエハ保持引力７で構成されている保持力は、保持流体吐出口４１ｃから遠ざかるにつれて低下することになる。
本実施の形態１での実績として、スクラバーノズル２が液体と気体を混合吐出する２流体ノズルで、保持流体ノズル４１ａが気体を吐出するノズルの場合、６インチで１００μｍ程度に薄く加工したウエハ１では、スクラバーノズル２から吐出される気体の流量が５０Ｌ／ｍｉｎ以上、１５０Ｌ／ｍｉｎ以下の範囲において、保持流体ノズル４１ａから吐出される気体の保持流体５の流量が、スクラバーノズル２から吐出される気体の流量の半分以上であれば、ウエハ１の処理面の対面がトッププレート４１ｂに接触することはなかった。
ウエハ１の大径化を考えた場合、ウエハ端部１ａでの保持力を確保する為に、単純に保持流体５の供給圧力を上げて保持流体５ａの流量を拡大することが考えられる。しかし、保持ステージ４１のように保持流体吐出口４１ｃが保持流体ノズル４１ａの中心１箇所のみの場合、中心にガスの吐出が集中するため、特に薄く加工されたウエハ１へのダメージが懸念される。
そこで、保持流体吐出口４１ｃの周辺部分での保持力の低下を補うように適所に保持流体５ａの吐出口を分散させて保持流体５ａの流量を増やすことが有効となる。
図８は、チャックステージ８に保持ステージ４２を組み込んだステージ構造を示す概略図である。
図８に示すように、保持ステージ４２は、保持流体ノズル４２ａ、トッププレート４２ｂ、保持流体吐出口４２ｃ、トッププレート中央吐出口４２ｄ、およびトッププレート周辺吐出口４２ｅを備えている。
保持流体ノズル４２ａとトッププレート４２ｂは隙間を空けて重なるように配置され、隙間を介してトッププレート４２ｂの他方主面側である平坦面の対面側に保持流体５を通し、トッププレート４２ｂに設けられた複数の穴であるトッププレート中央吐出口４２ｄおよびトッププレート周辺吐出口４２ｅを介してトッププレート４２ｂの対面側から平坦面側に保持流体５を通す。
保持ステージ４２の構成要素である保持流体ノズル４２ａは、チャックステージ８と分離してチャックステージ８の中心に位置付けられている。保持流体ノズル４２ａは、ステージ回転機構１２のモーターの中空シャフト（図示せず）を貫通している保持流体供給配管１３と接続され、回転しない。また、保持ステージ４２の構成要素であるトッププレート４２ｂは、チャックステージ８に固定されており、チャックステージ８と共に回転する。
図９は、図８に示した範囲を平面的に見た概略図である。本実施の形態１でのトッププレート４２ｂの外形は円状であり、チャックピンベース８ａの上面側でチャックピン８ｂがウエハ端部１ａを挟持している位置の近くまで張り出すように、ウエハ１の外径からトッププレート４２ｂの外径を引いた値は４ｍｍ以下である。つまり、ウエハ１とトッププレート４２ｂの中心が合っていれば、ノッチおよびオリフラの部分を除き、ウエハ端部１ａから最大２ｍｍ内側までの範囲にトッププレート４２ｂの端部があることになり、スクラバーノズル２をデバイス取得有効領域の一般的な最外位置（約３ｍｍ）にスキャンさせた場合でも、十分に保持できる状態にしている。
保持流体５は、トッププレート中央吐出口４２ｄを通ってウエハ１とトッププレート４２ｂの間を流れる保持流体５ａになる分の他に、トッププレート周辺吐出口４２ｅを通って途中から保持流体５ａに合流する分があり、合流する毎に保持流体５ａが増えていく。
なお、トッププレート周辺吐出口４２ｅを通って途中から保持流体５ａの合流する分は、保持流体５ａの流れを大きく妨げない流量にしなければならないため、小さなトッププレート周辺吐出口４２ｅを多数分散させて配置することが望ましい。保持ステージ４１よりも保持ステージ４２の方が、周辺部分での保持流体５ａの流量を増やせるため、保持流体５ａの圧力、および保持流体５ａの流速によって発生する引力の低下を抑制して保持流体吐出口４２ｃの周辺部分での保持力の低下を補うことができるようになる。
＜効果＞
以上のように、実施の形態１に係る半導体製造装置では、保持流体ノズル４１ａ，４２ａから吐出された保持流体５をウエハ１の処理面の対面とトッププレート４１ｂ，４２ｂの平坦面との間の領域に通すことで、領域に保持力を発生させ、保持力により、スクラバーノズル２から吐出されるスクラブ流体３によりウエハ１の処理面に掛かる圧力を対面で保持させる。したがって、薄く加工されたウエハ１であっても、ウエハ全面に渡って十分な異物除去性が得られる。
保持力は、保持流体５ａの圧力、および保持流体５ａの流速によって発生する引力で構成されているため、ウエハ１を安定して保持できる。
保持ステージ４１，４２はチャックステージ８に組み込まれ、保持流体ノズル４１ａ，４２ａは回転せず、トッププレート４１ｂ，４２ｂはチャックステージ８と共に回転する。したがって、チャックステージ８と保持ステージ４１，４２を一体化することで、構造がシンプルになる。
トッププレート４１ｂ，４２ｂの外形は円状であり、ウエハ１の外径からトッププレート４１ｂ，４２ｂの外径を引いた値は４ｍｍ以下である。したがって、トッププレート４１ｂ，４２ｂの外形がウエハ１のほぼ全体を網羅することで、保持ステージ４１，４２のスキャン機能が不要になる。
保持流体ノズル４１ａとトッププレート４１ｂは重なるように配置され、トッププレート４１ｂのうち保持流体ノズル４１ａと重なる部分が開口された。したがって、固定された保持流体ノズル４１ａと重なる部分以外の領域を全て回転するトッププレート４１ｂの範囲とすることで、トッププレート４１ｂの中心部の保持力を高めることができる。
保持流体ノズル４２ａとトッププレート４２ｂは隙間を空けて重なるように配置され、隙間を介してトッププレート４２ｂの平坦面の対面側に保持流体５を通し、トッププレート４２ｂに設けられたトッププレート中央吐出口４２ｄおよびトッププレート周辺吐出口４２ｅを介してトッププレート４２ｂの平坦面の対面側から平坦面側に保持流体５を通す。したがって、周辺部分での保持流体５ａの流量を増やすことにより、ウエハ１の大径化に対応することができる。
スクラバーノズル２は、液体と気体を混合吐出する２流体ノズルであり、保持流体ノズル４１ａ，４２ａは、気体のみの吐出、または気体と液体の混合吐出が可能なノズルであり、ウエハ１の処理面と対面の両面にスクラブ処理が施される。したがって、ウエハ１の処理面と対面の両面に付着した異物を効果的に除去することができる。
スクラバーノズル２は、液体と気体を混合吐出する２流体ノズルであり、保持流体ノズル４１ａは、気体のみの吐出、または気体と液体の混合吐出が可能ノズルであり、保持流体ノズル４１ａから吐出される気体の流量は、スクラバーノズル２から吐出される気体の流量の半分以上である。したがって、ウエハ１の処理面の対面がトッププレート４１ｂに接触することを抑制できる。
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係る半導体製造装置について説明する。図１０は、実施の形態２に係る半導体製造装置の処理チャンバの一部を示す概略図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。なお、図を見やすくするために、異物除去技術に直接関係しない部分は図から省略しており、説明を簡単にするために、異物除去技術に関係する部分に限定して説明する。
図１０に示すように、半導体製造装置は、チャックステージ９、スクラバーノズル２、スクラバーノズルスキャン機構１４、保持ステージスキャン機構１５、ステージ回転機構１６、保持ステージ４３、操作用ＰＣ１０３、および制御用ＰＬＣ１０４を備えている。
チャックステージ９は、平面視にて円環状であり、ウエハ１を端部で挟持する。具体的には、チャックステージ９の周縁部には、所定の間隔を空けて複数のチャックピンベース９ａが配置され、複数のチャックピンベース９ａに複数のチャックピン９ｂがそれぞれ設けられている。各チャックピン９ｂは外周側と内周側との間で移動可能である。複数のチャックピン９ｂを外周側に移動させて開くことで、ウエハ１をチャックステージ９に載置することが可能である。また、複数のチャックピン９ｂを内周側に移動させて閉じることで、ウエハ１の端部が複数のチャックピン９ｂで挟持される。
スクラバーノズルスキャン機構１４は、スクラバーノズル２が接続され、スクラバーノズル２をウエハ１の処理面上でスキャンさせる。ステージ回転機構１６は、チャックステージ９の外周側に配置され、チャックステージ９を回転させる。
保持ステージ４３は、ウエハ１の処理面の対面側に保持流体５を吐出する保持流体ノズル４３ａ（図１２参照）と、保持流体ノズル４３ａを周縁部よりも中心側に配置し、平坦面をウエハ１の対面に向けたトッププレート４３ｂとを備えている。最も簡単には、トッププレート４３ｂは保持流体ノズル４３ａを中心に配置している。トッププレート４３ｂの外形は円状であり、チャックステージ９は保持ステージ４３の外周側に配置されている。保持ステージスキャン機構１５は、保持ステージ４３が接続され、保持ステージ４３をスキャンさせる。
操作用ＰＣ１０３は、タッチパネルディスプレイ等のＭＭ−ＩＦ（man machine interface）１０３ａと、ＰＣ（personal computer）１０３ｂで構成されている。制御用ＰＬＣ１０４は、ＰＬＣ（programmable logic controller）１０４ａ、保持ステージ４３用のガス供給バルブ１０４ｂと水供給バルブ１０４ｃ、スクラバーノズル２用のガス供給バルブ１０４ｄと水供給バルブ１０４ｅ、ステージ回転機構１６用のモータードライバー１０４ｆ、スクラバーノズルスキャン機構１４用のモータードライバー１０４ｇ、および保持ステージスキャン機構１５用のモータードライバー１０４ｈで構成されている。
作業者は、ウエハ１を収納したキャリア（図示せず）をロードポート（図示せず）にセットし、ＭＭ−ＩＦ１０３ａ上で予めＰＣ１０３ｂに登録されているレシピを選択して処理開始を入力する。ＰＣ１０３ｂは、レシピに設定されている処理パラメータをＰＬＣ１０４ａに引き渡してＰＬＣ１０４ａの一連の制御動作を起動する。
ＰＬＣ１０４ａは、搬送ロボット（図示せず）と処理チャンバ等を制御しており、搬送ロボットでキャリア内のウエハ実装スロットのマッピング、およびキャリアと処理チャンバ間のウエハ１の搬送を行い、処理チャンバでウエハ１へのスクラブ処理を行う。
本実施の形態２で行われるスクラブ処理とは、ウエハ１を回転させながらスクラバーノズル２をウエハ１の中心を通る円弧上または直線上にスキャンさせて、ウエハ１の処理面に万遍なくスクラブ流体３を当てることにより、ウエハ１の処理面に付着している異物を除去する処理である。そのため、図１０に示すように、スクラバーノズル２と、スクラバーノズル２をウエハ１の処理面上でスキャンさせるスクラバーノズルスキャン機構１４と、ウエハ１を端部で挟持するチャックステージ９と、チャックステージ９を回転させるステージ回転機構１６が必要である。
次に、処理チャンバでウエハ１にスクラブ処理を施す工程について説明する。図１１は、処理チャンバでウエハ１にスクラブ処理を施す工程を示すフローチャートである。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２５１では、キャリアに収納されているウエハ１を搬送ロボットのロボットハンドでキャリアから払い出し、ステップＳ２５２では、チャックピンベース９ａを回転させてチャックピン９ｂを開く。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２５３では、ロボットハンドをチャックステージ９上の受渡し位置に位置付け、ステップＳ２５４では、ガス供給バルブ１０４ｂを開いて保持ステージ４３上に保持流体５を供給する。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２５５では、ロボットハンドから保持ステージ４３とチャックピン９ｂにウエハ１を渡し、ステップＳ２５６では、チャックピンベース９ａを回転させてチャックピン９ｂを閉じる。これにより、保持ステージ４３上にウエハ１が載置される。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２５７では、ロボットハンドを処理チャンバ外に移動させ、ステップＳ２５８では、スクラブ処理時の飛沫回収のためのカップ（図示せず）をチャックステージ９の周辺まで上げる。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２５９では、ステージ回転機構１６によりチャックステージ９ごとウエハ１を回転させ、ガス供給バルブ１０４ｄと水供給バルブ１０４ｅを開いてスクラバーノズル２からスクラブ流体３を吐出させ、スクラバーノズルスキャン機構１４によりスクラバーノズル２をスキャンさせてウエハ１の処理面をスクラブ処理する。このとき、保持ステージ４３が保持力を発生させる領域が、スクラバーノズル２から吐出されるスクラブ流体３によりウエハ１の処理面における局所的に所定以上の圧力が掛かる範囲に対応する部分を含むように、保持ステージスキャン機構１５により保持ステージ４３をスキャンさせる。また、必要に応じて水供給バルブ１０４ｃを開いてガスである保持流体５に水を混合させることによりウエハ１の処理面の対面にも同時にスクラブ処理する。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２６０では、ガス供給バルブ１０４ｄ、水供給バルブ１０４ｅ、および水供給バルブ１０４ｃを閉じてスクラブ流体３と保持流体５に混合した水を停止し、スクラバーノズル２を待機位置に戻してウエハ１を回転乾燥させる。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２６１では、カップを下げ、ステップＳ２６２では、ロボットハンドを受渡し位置に位置付け、ステップＳ２６３では、チャックピンベース９ａを回転させてチャックピン９ｂを開く。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２６４では、保持ステージ４３とチャックピン９ｂからロボットハンドにウエハ１を渡し、ステップＳ２６５では、ガス供給バルブ１０４ｂを閉じて保持流体５を停止させる。
ＰＬＣ１０４ａは、ステップＳ２６６では、ロボットハンドでウエハ１をキャリアに収納し、ステップＳ２６７では、チャックピンベース９ａを回転させてチャックピン９ｂを閉じる。
なお、説明を簡単にするために、各ステップを大枠で順番に記述したが、実際には細かい動作ステップが併行して進行しており、動作に関わる様々な入出力が作動していることは言うまでもない。
なお、ステップＳ２５９では、スクラバーノズルスキャン動作１４ａとステージ回転動作１６ａにより、ウエハ１の処理面に万遍なくスクラブ流体３が当たり、ウエハ１の処理面に付着している異物を除去できる。また、異物の除去性は落ちるものの、必要に応じてガスである保持流体５に水を混合させることによりウエハ１の処理面の対面にも微細化した水滴が当たり同時にスクラブ処理を行うことができる。
図１２は、チャックステージ９と保持ステージ４３のステージ構造を示す概略図である。図１２に示すように、保持ステージ４３は、保持流体ノズル４３ａ、トッププレート４３ｂ、および保持流体吐出口４３ｃを備えている。
チャックピン９ｂはウエハ端部１ａを広く下から支えるつばが有る構造をしており、ロボットハンドとの受渡し時にウエハ１の反りおよび脱落を防止している。保持ステージ４３の構成要素である保持流体ノズル４３ａとトッププレート４３ｂは一体化されており、保持ステージ４３はチャックステージ９から独立している。すなわち、保持ステージ４３はチャックステージ９に組み込まれていない。
図１３は、図１２に示した範囲を平面的に見た概略図である。図１３に示すように、本実施の形態１でのトッププレート４３ｂの外形は円状であり、トッププレート４３ｂの平坦面として、スクラバーノズル２から吐出されるスクラブ流体３によりウエハ１の処理面における局所的に所定以上の圧力が掛かる範囲に対応する部分よりも十分に広い面積が確保されている。
保持ステージスキャン機構１５は、スクラバーノズルスキャン動作１４ａに合わせて、保持ステージ４３が保持力を発生させる領域が、スクラバーノズル２から吐出されるスクラブ流体３によりウエハ１の処理面における局所的に所定以上の圧力が掛かる範囲に対応する部分を含むように、保持ステージスキャン動作１５ａを行う。この場合、保持流体５ａがウエハ１の処理面側に吹き上げてスクラブ流体３に影響を与えないように、保持流体ノズル４３ａの保持流体吐出口４３ｃはウエハ１の範囲を超えないようにしなければならない。
図１４は、スクラバーノズルスキャン動作１４ａと保持ステージスキャン動作１５ａの１実施例を示す概略図である。図１５は、スクラバーノズルスキャン動作１４ａと保持ステージスキャン動作１５ａの他の実施例を示す概略図である。図１４と図１５において、１ｂはウエハ中心部の位置、１ｃはウエハ端部の位置、１４ｂはスクラバーノズルスキャン動作１４ａの軌跡、１５ｂと１５ｃは保持ステージスキャン動作１５ａの軌跡、２０は時間軸である。
図１４に示すように、スクラバーノズル２がウエハ中心部の位置１ｂ側からウエハ端部の位置１ｃ側に移動する場合、はじめはスクラバーノズル２と保持ステージ４３が中心を揃えて軌跡１４ｂで移動していくが、途中から保持ステージ４３が軌跡１５ｂに変わり、それ以上ウエハ１の端部側には移動しない。スクラバーノズル２がウエハ端部の位置１ｃ側からウエハ中心部の位置１ｂ側に移動する場合は、その逆の動作をする。
図１５に示すように、ウエハ中心部の位置１ｂでスクラバーノズル２と保持ステージ４３が中心を揃えているが、保持ステージ４３がウエハ端部の位置１ｃ側に移動するにつれてスクラバーノズル２から離れていき、スクラバーノズル２がウエハ端部の位置１ｃに来ても保持ステージ４３は途中までしか移動せず、それ以上ウエハ１の端部側には移動しない。保持ステージ４３がウエハ端部の位置１ｃ側からウエハ中心部の位置１ｂに移動する場合は、その逆の動作をする。
図１４と図１５に示したどちらの動作であっても、保持ステージ４３が保持力を発生させる領域が、スクラバーノズル２から吐出されるスクラブ流体３によりウエハ１の処理面における局所的に所定以上の圧力が掛かる範囲に対応する部分を含むように動作している。
＜効果＞
以上のように、実施の形態２に係る半導体製造装置は、保持ステージ４３をスキャンさせる保持ステージスキャン機構１５をさらに備え、保持ステージスキャン機構１５は、スクラバーノズル２のスキャンに合わせて保持ステージ４３をスキャンさせる際に、保持流体ノズル４３ａの保持流体吐出口４３ｃがウエハ１の外形の範囲を超えないようにスキャンさせる。したがって、実施の形態１の場合と比べて構造が複雑になるものの、トッププレート４３ｂを小さくできるため、トッププレート４３ｂの中心とその周辺での保持力の差を小さくすることができる。
チャックステージ９の外形は円環状であり、トッププレート４３ｂの外形は円状であり、チャックステージ９は保持ステージ４３の外周側に配置されたため、スクラバーノズル２のスキャンに合わせて保持ステージ４３をスムーズにスキャンさせることができる。
実施の形態１，２のいずれにおいても、スクラバーノズル２から吐出されるスクラブ流体３によりウエハ１の処理面における局所的に所定以上の圧力が掛かる範囲では、ウエハの処理面の対面に保持力が掛かっているため機構部品に接触しないステージ構造となっている。さらに、割れの起点となる支持ピンも使用していないため、薄く加工されたウエハであっても、ウエハ全面に渡って十分な異物除去性が得られる半導体製造装置および半導体製造方法を実現することができる。
なお、実施の形態１，２の大きな違いは、トッププレートの大きさと保持ステージをスキャンするか否かであるが、実施の形態１は、従来から行われているステージ回転の中心に回転軸を設けた構造のものであり、保持ステージのスキャン機構も不要で、構造がシンプルである。一方で、実施の形態２は、構造が複雑になるものの、トッププレートを小さくできるため、トッププレートの中心と周辺での保持力の差を小さくでき、トッププレートの周辺での保持力を同じとした場合は、トッププレートが小さいほど保持流体の流量を少なくすることができる。
また、実施の形態１，２の良いとこ取りで、実施の形態２から、保持ステージのスキャン機構を無くし、保持ステージの保持流体吐出口をスクラバーノズルのスキャン動作の軌道上に複数配置し、トッププレートの形状を複数の保持流体吐出口の周辺を網羅するように構成すること等も考えられることであり、本発明の実施の形態に含まれるものである。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１ 半導体ウエハ、２ スクラバーノズル、８，９ チャックステージ、１１，１４ スクラバーノズルスキャン機構、１２，１６ ステージ回転機構、１５ 保持ステージスキャン機構、４１，４２，４３ 保持ステージ、４１ａ，４２ａ，４３ａ 保持流体ノズル、４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ トッププレート、４２ｄ トッププレート中央吐出口、４２ｅ トッププレート周辺吐出口。

Claims (12)

  1. 半導体ウエハを端部で挟持するチャックステージと、
    前記半導体ウエハの処理面にスクラブ流体を吐出するスクラバーノズルと、
    前記スクラバーノズルを前記半導体ウエハの前記処理面上でスキャンさせるスクラバーノズルスキャン機構と、
    前記チャックステージを回転させるステージ回転機構と、
    前記半導体ウエハの前記処理面とは反対側の面側に保持流体を吐出する保持流体ノズルと、前記保持流体ノズルを周縁部よりも中心側に配置し、一方主面を前記半導体ウエハの前記反対側の面に向けたトッププレートとを有する保持ステージと、
    を備え、
    前記保持流体ノズルから吐出された前記保持流体を前記半導体ウエハの前記反対側の面と前記トッププレートの前記一方主面との間の領域に通すことで、前記領域に保持力を発生させ、
    前記保持力により、前記スクラバーノズルから吐出される前記スクラブ流体により前記半導体ウエハの前記処理面に掛かる圧力を前記反対側の面で保持させる、半導体製造装置。
  2. 前記保持力は、前記保持流体の圧力、および前記保持流体の流速によって発生する引力で構成されている、請求項１に記載の半導体製造装置。
  3. 前記保持ステージは前記チャックステージに組み込まれ、
    前記保持流体ノズルは回転せず、前記トッププレートは前記チャックステージと共に回転する、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
  4. 前記トッププレートの外形は円状であり、
    前記半導体ウエハの外径から前記トッププレートの外径を引いた値は４ｍｍ以下である、請求項３に記載の半導体製造装置。
  5. 前記保持流体ノズルと前記トッププレートは重なるように配置され、前記トッププレートのうち前記保持流体ノズルと重なる部分が開口された、請求項３に記載の半導体製造装置。
  6. 前記保持流体ノズルと前記トッププレートは隙間を空けて重なるように配置され、前記隙間を介して前記トッププレートの他方主面側に前記保持流体を通し、前記トッププレートに設けられた複数の穴を介して前記トッププレートの前記他方主面側から前記一方主面側に保持流体を通す、請求項３に記載の半導体製造装置。
  7. 前記保持ステージをスキャンさせる保持ステージスキャン機構をさらに備え、
    前記保持ステージスキャン機構は、前記スクラバーノズルのスキャンに合わせて前記保持ステージをスキャンさせる際に、前記保持流体ノズルの保持流体吐出口が前記半導体ウエハの外形の範囲を超えないようにスキャンさせる、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
  8. 前記チャックステージの外形は円環状であり、
    前記トッププレートの外形は円状であり、
    前記チャックステージは前記保持ステージの外周側に配置された、請求項７に記載の半導体製造装置。
  9. 前記スクラバーノズルは、液体と気体を混合吐出する２流体ノズルであり、
    前記保持流体ノズルは、気体のみの吐出、または気体と液体の混合吐出が可能なノズルであり、前記半導体ウエハの前記処理面と前記反対側の面の両面にスクラブ処理が施される、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
  10. 前記スクラバーノズルは、液体と気体を混合吐出する２流体ノズルであり、
    前記保持流体ノズルは、気体のみの吐出、または気体と液体の混合吐出が可能ノズルであり、
    前記保持流体ノズルから吐出される気体の流量は、前記スクラバーノズルから吐出される気体の流量の半分以上である、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
  11. 請求項３に記載の半導体製造装置を用いた半導体製造方法であって、
    （ａ）前記保持ステージ上に前記保持流体を供給する工程と、
    （ｂ）前記保持ステージ上に前記半導体ウエハを載置する工程と、
    （ｃ）前記半導体ウエハを回転させながら前記スクラバーノズルをスキャンしてスクラブ処理する工程と、
    （ｄ）前記保持ステージから前記半導体ウエハを取り出す工程と、
    （ｅ）前記保持流体の供給を停止する工程と、
    を備える、半導体製造方法。
  12. 請求項７に記載の半導体製造装置を用いた半導体製造方法であって、
    （ｆ）前記保持ステージ上に前記保持流体を供給する工程、
    （ｇ）前記保持ステージ上に前記半導体ウエハを載置する工程と、
    （ｈ）前記半導体ウエハを回転させながら前記スクラバーノズルと前記保持ステージをスキャンしてスクラブ処理する工程と、
    （ｉ）前記保持ステージから前記半導体ウエハを取り出す工程と、
    （ｊ）前記保持流体の供給を停止する工程と、
    を備える、半導体製造方法。
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