JP4162997B2 - 半導体基板支持装置および半導体ウェーハ処理装置 - Google Patents

Description

関連出願との相互参照

本出願は、２０００年１２月４日出願の米国仮出願第６０／２５１，０８０号の特典を主張する。

発明の分野

本発明は、半導体ウェーハ処理装置に関し、詳細には半導体ウェーハ処理装のための裏面ガス配送装置に関する。

背景技術の説明

多くの毎葉式ウェーハ処理装置では、処理中にウェーハを保持するために静電チャック（ＥＳＣ）が使用されている。ウェーハとチャックとの間の熱伝導を改善するために、チャックの支持面とウェーハとの間に供給される裏面ガスが、熱伝達媒体として多用される。裏面ガス配送装置の設計は、特に、厳格な圧力制御が必要とされる場合には、ウェーハ処理装置の性能に多大な影響を及ぼすことがある。

例えば、本願と同一の譲受人に譲渡され、引用して本願に組み込まれた、１９９９年４月１９日出願の Ruffell による米国特許出願第０９／２９４，２５８号、発明の名称「半導体ウェーハ処理装置のための裏面ガス配送装置」、に記載のイオン注入装置は、選択されたイオン核種（例えばドーパントイオン）のビームを発生し、このビームを、ウェーハ支持アセンブリの静電チャック上に位置決めされたターゲットウェーハへ向けるイオン注入装置を教示している。注入操作は、典型的には、半導体ウェーハ中に、導電状態を改変した区域を生成するために使用される。詳細に言えば、注入装置は、ドーパントのイオンをウェーハ表面の下に注入する。イオンビーム発生装置は据置固定され、他方、ウェーハ支持アセンブリはイオンビーム発生装置に対面して移動可能に位置決めされる。加えて、ウェーハ支持アセンブリのチャックは回転可能である。イオン注入工程中に、チャックが回転して、イオンビームがウェーハの所定部分へ当たることができるようにする。チャックの係る回転動作は、チャックへ取着した内側および外側のチャック構成部品により制限される。

更に、この Ruffell 特許出願は、スピンドル内に配設されたガス遮断弁を持つ裏面ガス配送装置を教示している。詳細には、支持アセンブリへ供給される裏面ガスは、ガス源から可撓性配管を介してもたらされる。この可撓性配管は、チャックがどのような平面内であっても、回転あるいは移動できる長さを持っている。しかし、可撓性配管の完全性は、度重なるウェーハ処理およびチャック回転を行っているうちに劣化してしまう。例えば、チャックの回転とともに、可撓性配管は支持アセンブリの周りに巻付いたり、コイル状に巻かれ、それが可撓性配管へ構造上の応力および疲労を与える。いつかはガス洩れが生じることになり、これがウェーハ裏面へ配送される裏面ガスを減少させる。裏面ガスの減少は、それに対応してウェーハから伝達され得る熱の量を減少させ、最終的には、処理中にウェーハを損傷させることになるかもしれない。その上に、係るリークガスは真空チャンバに侵入し、その結果、処理中にウェーハを汚染する可能性がある。

従って、ウェーハ処理中にチャックのフル回転能力を許容しつつウェーハ裏面へ熱伝達ガスを供給する、信頼性の高い裏面ガス配送装置に対するニーズがある。

本発明の教示は、添付図面に関連させて上記詳細な説明を考慮することによって容易に理解できる。

理解を容易にするために、図で共通する同一の要素を指定することに、可能な場合、同一の参照番号を使用した。

発明の概要

従来技術に伴う欠点は、ガス配送装置を備えた半導体ウェーハ処理装置のための、ウェーハ支持チャック（例えば、静電チャック）へ取り付けられたウェーハの裏面から熱を伝達する装置の本発明によって克服される。具体的には、半導体基板支持装置は、支持チャックを貫通して延びる少なくとも一つのチャックマニホルドを有する支持チャックと、支持チャックへ結合された回転シャフトとを備える。シャフトは、その中に配設されて支持チャックを貫通して延びる少なくとも一つのシャフトコンジットを有する。ハウジングはシャフトを取囲み、ガス源へ接続するように構成されたハウジングコンジットをハウジングが含む。更に、複数個のシールをシャフトとハウジングとの間に配設することにより、少なくとも一つのシャフトコンジットとハウジングコンジットとの間に半径方向通路を画成する。

従って、裏面ガスは、ガス供給源から、ハウジングコンジット、半径方向通路、および少なくとも一つのシャフトコンジットを通って、回転する支持チャック上に配設されたウェーハの裏面へ配送されることが可能となる。

詳細な説明

本発明は、ウェーハ処理装置のチャンバ内に配設された回転可能な静電チャックへ裏面ガスを配送できるガス配送装置を有する半導体ウェーハ処理装置のための装置である。図１は、半導体ウェーハ処理装置１００における、本発明による裏面ガス配送装置１０５の概略図を示す。本発明の裏面ガス配送装置１０５はウェーハ支持アセンブリ１０６へ接続され、このウェーハ支持アセンブリアセンブリは半導体ウェーハ処理チャンバ１０２内へ部分的に配設される。本発明を検討するために、半導体ウェーハ処理チャンバ１０２はイオン注入装置として検討される。しかし、本発明が関与する技術に精通する者にとっては言うまでもなく、本発明の裏面ガス配送装置１０５は、化学的気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ、エッチングチャンバ、または、裏面ガスが熱をウェーハ１０１の裏面から、回転するウェーハ支持アセンブリ１０６へ伝達することを必要とする他のいずれのウェーハ処理装置で利用されてもよい。

具体的には、半導体ウェーハ処理装置１００は、イオン注入装置チャンバ１０２、イオン発生装置１０４、例えば静電チャック（ＥＳＣ）１０８である基板支持体を有するウェーハ支持アセンブリ１０６、および裏面ガス配送装置１０５を備える。ウェーハ支持アセンブリ１０６の基板支持体１０８は、処理チャンバ１０２内に配設され、ウェーハ支持アセンブリ１０６の残部はチャンバ１０２の外部にある。ウェーハ１０１は静電チャック１０８へチャックされ、チャンバ１０２中の空気はポンプ（図示せず）を介して真空環境になるまで排気される。ウェーハ１０１はイオン発生装置１０４に対面するように位置決めされ、イオン発生装置１０４がウェーハ中へイオンを注入するイオンビーム１０７を発生する。

ウェーハ支持アセンブリ１０６は、支持面１１０を持つ静電チャック１０８、スピンドル１１４、ハウジング１１２、シャフト１２０、および裏面ガス配送装置１０５を備える。一般的に、スピンドル１１４は、シャフト１２０内へ挿入固定され、チャック１０８へ結合される。ハウジング１１２は円筒形であってシャフト１２０を取囲み、中にあるシャフト１２０、スピンドル１１４、およびＥＳＣ１０８の回転動作を円滑にする。シリアル式イオン注入装置と共に使用されるスピンドル１１４およびシャフト１２０は、いくつかの方向に移動可能であるように、すなわち、スピンドル１１４およびシャフト１２０は、入射イオンビーム方向と直交する、経路１４６に沿う方向に並進移動でき、そして矢印１４４および１４６でそれぞれ表されるように回転ならびに傾斜することができる。これらの動きを組み合わせることにより、ウェーハをイオンビームへ均一に曝露させる。チャック１０８の回転および並進移動を詳細に理解するには、引用して本明細書に組み込まれた、１９９９年４月２７日発行の Smick 他の米国特許第５，８９８，１７９号の図面および説明を参照されたい。この特許は、カリフォルニア州サンタクララ市所在の Applied Materials, Inc. の WHISPER SCAN^TM 処理ステーションを備える SWIFT^TM イオン注入装置におけるウェーハ支持体１０８の並進および回転の動きを教示している。

静電チャック１０８は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化チタンを添加したアルミナ等のセラミック材料でできた円筒形平盤（パック）から製作され、チャック１０８の支持面１１０近傍に配設された１個以上のチャック電極１０９を有する。１個以上の電極１０９は、モリブデン、チタン等の導電性材料で製作される。１個以上の電極１０９は、ウェーハ１０１をチャック面１１０へ固定するとともに、処理中にウェーハ１０１を垂直位置に支持してチャック１０８の回転により生ずる遠心力に抗して支えるどのような構成であってもよい。詳細には、ウェーハ１０１は、電極１０９とウェーハ１０１の裏面との間のクーロン力を介して、少なくとも１個のチャック電極１０９によりウェーハ支持アセンブリ１０６へチャックされる。代替としては、ジョンセン・ラーベック効果によりウェーハ１０１はウェーハ支持アセンブリ１０６へチャックされる。

ウェーハ支持アセンブリ１０６へのウェーハ１０１のチャックを詳細に理解するには、本願と同一の譲受人に譲渡され、引用して本願に組み込まれた、１９９８年４月３日出願の Dahimene 他による米国出願第０９／０５４，５７５号、発明の名称「半導体ウェーハ処理装置内の静電チャックへチャック電圧を供給する装置および方法」、の図面および詳細な説明を参照されたい。この特許は、バイポーラチャッキング電極構成によるジョンセン・ラーベック効果を利用して、ウェーハ１０１をウェーハ支持面１１０へチャックすることを教示している。ジョンセン・ラーベック効果によって生成されるチャック力は、ウェーハ１０１の裏面とチャック１０８の表面１１０間にある。その間で逆極性電荷によって発生するーロン力は非常に強く、このクーロン力により、チャックを垂直方向に位置決めすることができ、そしてウェーハ１０１がチャック面１１０を横断することなく、水平方向位置から垂直方向位置へ機械的に移動させることができる。

更に、本発明が関与する技術に精通した者にとっては言うまでもなく、本実施の形態での静電チャック１０８の使用は単なる説明用に過ぎない。詳細には、本発明は、クランプリングを装備したウェーハプラテンなどを含め、様々なイオン注入装置に使用される、異なったウェーハ支持チャックで具体化できる。

静電チャック１０８は、スピンドル１１４の第１端１１６へ結合される。図４は、図２の半導体ウェーハ処理装置における基板支持アセンブリの平面図である。具体的には、図４は、上にウェーハ１０１が置かれていないチャック１０８の支持面１１０を示す。図１および４を参照すると、スピンドル１１４の第１端１１６は、複数の締結具、例示では静電チャック１０８を貫通して延びてスピンドル１１４にある複数の対応ネジ孔（図示せず）に螺合する複数のボルト４０２、により静電チャック１０８の中心部へ結合固定される。

順次、スピンドル１１４は静電チャック１０８の背後に配設された冷却プレート１１１へ、そしてチャック１０８は冷却プレート１１１へ結合される。冷却プレート１１１は、内部に配置したチャネル（図示せず）を介して水等の冷却液を供給する。チャンバ１０２の外部にある冷却流体源（図示せず）は、閉じた冷却流体系を形成するようスピンドル１１４を通り延在する１対の流体配管１２１（点線で示す）を介して冷却流体を提供する。併せて、裏面ガス装置１０５と閉じた冷却流体系は、静電チャック１０８のための温度制御を提供する。

スピンドル１１４の第２端１１８はモータ１２４へ結合される。モータ１２４は、ＡＣ電源（図示せず）で電力供給され、それはスピンドル１１４とチャック１０８を毎分１２０回転（ｒｐｍ）で回転させることができる。しかし、この技術に精通した者は認知するであろうように、ＤＣ電源もまた利用されてよい。モータ１２４は、経路１４４に沿って表されるように、時計回りまたは反時計回りどちらの方向にもチャック１０８を回転できる。

スピンドル１１４は、アルミニウム、ステンレス鋼、など等の高い引張強さを有する材料で製作される。スピンドル１１４は、シャフト１２０と同軸であり、その中に収納され、シャフト１２０はスピンドル１１４の第１端１１６から第２端１１８までの長さに延在し、モータ１２４の近傍で終結する。シャフト１２０は、アルミニウム、ステンレス鋼、などのグループから選択された材料、好ましくは硬化特殊鋼で製作される。シャフト１２０はスピンドル１１４を取囲み堅固し、それによりモータ１２４は、スピンドル１１４、シャフト１２０、およびチャック１０８を一緒に単体のウェーハチャック構成要素として回転させる。具体的には、スピンドル１１４は、シャフト１２０の中へ圧入され、その間に、電導性および断熱性スリーブを設けるために ULTEM（登録商標）など等のスリーブ材（図示せず）を含んでもよい。代替として、シャフト１２０は、スピンドル１１４へボルト締めまたは溶接されてもよい。

シャフト１２０およびスピンドル１１４を取囲むのは円筒形ハウジング１１２である。ハウジング１１２は、アルミニウム、ステンレス鋼、などのグループから選択された材料で製作される。その上に、ハウジング１１２とシャフト１２０とは、その間に支持アセンブリチャネル１２２を画成し、チャネル１２２はシャフト１２０の長さに延在する。支持アセンブリチャネル１２２内でシャフト１２０を支持するのは、１対の軸受１２６である。軸受１２６は硬化特殊鋼等の材料で製作される。１対の軸受１２６はハウジング１１２中でモータ１２４の近傍に配設される。その上に、対の軸受１２６の各々は、チャネル１２２の中へ延在し、シャフト１２０を取囲むことによってシャフト１２０と連通する。このようにして、軸受１２６は、シャフト１２０を支持するだけでなく、ハウジング１１２内での一体化したシャフト１２０とスピンドル１１４の回転を円滑にもする。従って、スピンドル１１４とシャフト１２０は、チャック１０８の種々の構成要素に対する種々のコンジット、配管、および信号経路を収納することだけでなく、チャック１０８を回転させることも容易にする。

支持アセンブリ１０６を制御するのは制御電子機器１４２であり、制御電子機器１４２は、コントローラ、電源、支援回路、など（図示せず）等の電気的構成要素を含む。電気的接続を必要とする種々の構成要素は、整流子（図示せず）、または、回転している素子にある構成要素へ電源および信号を連続的に印加することを容易にするようないずれか他の素子を介して制御電子機器１４２へ結合される。制御電子機器１４２は、ウェーハのチャックを制御する、温度検知を提供する、および圧力調整、モータ１２４の速度、などを制御することに利用される。

裏面ガス配送装置１０５は、ウェーハ１０１の裏面からの熱伝達を促進する。裏面ガス配送装置１０５は、ガス源１１６、ガス弁１３６（点線で描く）、ハウジングコンジット１３４、および少なくとも一つのシャフトコンジット１３２を備える。ガス源１３０は、チャンバ１０２の外部にあり、ヘリウム等の熱伝達ガスを含有する。ガス源１３０は、可撓性チューブ等のガスコンジット１３８を介してハウジングコンジット１３４へ結合される。ハウジングコンジット１３４は、ハウジング１１２を通り支持アセンブリチャネル１２２へ延在する。少なくとも一つのシャフトコンジット１３２が、シャフト１２０中に配設され、静電チャック１０８を通りウェーハ１０１の裏面へ延在する。

図２は、図１の半導体ウェーハ処理装置の基板支持アセンブリの第１の実施の形態の断面図を表す。図２は、図１および４と関連させて参照されたい。図２を参照すると、シャフトコンジット１３２は、実質的にＬ字形であり、下側脚部分２０６、および上側脚部分２０８を備える。下側脚部分２０６は、シャフト１２０中に配設され、ハウジングコンジット１３４と軸方向に位置合せされる。具体的には、下側脚部分２０６とハウジングコンジット１３４とは、支持アセンブリチャネル１２２の対向側に配置される。

Ｌ字形シャフトコンジット１３２の上側脚部分２０８は、シャフト１２０を通り静電チャック１０８中に配設されたチャックマニフォールド２０４へ延在する。一般的に、チャックマニフォールド２０４は、チャック表面１１０から静電チャック１０８を通り延在し、そしてシャフトコンジット１３２の上側脚部分２０８と軸方向に位置合せされる、少なくとも一つの孔２０７を備える。図２と４は、実例として２本以上の孔、すなわち、３本のマニフォールド孔２０７₁から２０７₃（集合的にマニフォールド孔２０７）を備えるチャックマニフォールド２０４を表す。各々のマニフォールド孔２０７は、チャック表面１１０から静電チャック１０８を通り延在し、そしてチャック１０８内のマニフォールド接合部２０５で相互連結する。マニフォールド接合部２０５は、上側脚部分２０８と軸方向に位置合せされ、種々の孔２０７へガスを提供する。チャックマニフォールド孔２０７はチャック１０８内の種々の場所に分配され、ウェーハ１０１の裏面にわたり裏面ガスの的確な分配を容易にする。

シャフトコンジットＯ−リング２１０が、チャック１０８とシャフト１２０との間で上側脚部分２０８およびチャックマニフォールド２０４を取囲み、その間でガス洩れからシャフトコンジット１３２をシールする。冷却プレート１１１がチャック１０８の下に配設される実施の形態では、冷却プレート１１１は冷却プレートコンジット１１３を設けられる。冷却プレートコンジット１１３は、冷却プレート１１１を通り延在する孔であり、チャックマニフォールド２０４とシャフトコンジット１３２の上側脚部分２０８との間で軸方向に位置合せされる。その際に、シャフトコンジットＯ−リング２１０が、上記で説明したような同様の様式で冷却プレート１１１とシャフト１２０との間に配設される。

加えるに、複数個のシール１２８₁から１２８_n（集合的にシール１２８）が、基板支持チャネル１２２中に配設される。具体的には、第１シール１２８₁および第２シール１２８₂が、基板支持チャネル１２２中で、ハウジングコンジット１３４および少なくとも一つのシャフトコンジット１３２の対向側に配設される。その際に、第１と第２シール１２８₁と１２８₂は、内側対のシール１２８_1-2を形成し、それはハウジングコンジット１３４と少なくとも一つのシャフトコンジット１３２との間のラジアル通路を画成する。シール１２８は、好ましくはラジアルのリップ状シールであり、その中に配設されたばねを有する。代替として、シャフト１２０がハウジング１１２内で回転する際に、ラジアル通路１４０内で裏面ガスを最少の洩れでシールできる、Ｏ−リングまたは同様なシール素子が利用されてもよい。その上に、シール１２８は最少の摩擦係数（例えば、０．３未満で好ましくは０．１８未満）を有し、それによってシャフト１２０およびシール１２８自体の磨耗を低減する。普通には、シール１２８は、TEFLON（登録商標）、充填 TEFLON（登録商標）、などを含むグループから選択された材料、好ましくは超高分子量のポリエチレンで製作される。

基板支持アセンブリ１０６は、更に、ガス取入口２０２を備え、それはガスコンジット１３８をハウジングコンジット１３４へ結合することを容易にする。ガス配送装置１０５は、１から２０ Torr の範囲の圧力を有する熱伝達ガスを提供する。このようにして、裏面ガスは、ガス源１１６から、ガスコンジット１３８、ハウジングコンジット１３４、ラジアル通路１４０、少なくとも一つのシャフトコンジット１３２を通り、ウェーハ１０１の裏面へ提供される。具体的には、熱伝達ガスは、裏面ガス経路１４８を表現する矢印によって表されるように、シャフトコンジット１３２の小型脚部分２０６、大型脚部分２０８、およびチャックマニフォールド２０４を通り進行する。

本明細書で検討したように、少なくとも一つのシャフトコンジット１３２は、２本以上のシャフトコンジットであってよい。図３は、図１の半導体ウェーハ処理装置の基板支持アセンブリの第２の実施の形態の断面図を表す。図３は、また、図４と関連させて考察されたい。図４は、図３の半導体ウェーハ処理装置１００の基板支持アセンブリの平面図を表す。図３を参照すると、３本のシャフトコンジット１３２₁から１３２₃がチャック支持アセンブリ１０６の断面図に表されている。詳細には、３本のシャフトコンジット１３２は、シャフト１２０を通り３本の対応する軸方向に位置合せされたチャック孔３０７₁から３０７₃（集合的にチャック孔４０７）へ延在する。

図４を参照すると、チャック支持面１１０は複数本の溝４０４を備え、溝４０４はウェーハ１０１の裏面表面領域から熱を最も効果的に移転する編成を有する。例えば、図４では、溝４０４は、外方へ広がる同心円に編成され、支持面１１０の中心部４０６近傍から外周部４０８近傍へ延在する放射状延在溝によって交差されている。この例では、３本のチャック孔３０７₁から３０７₃が、相互に１２０°離れて編成され、異なる同心円溝と交差している。これは、図１に表された第１の実施の形態のチャックマニフォールド２０４および対応する孔２０７と同じ構成である。

裏面ガスは、各々のシャフトコンジット１３２_1-3からチャック表面１１０の異なる領域へ流入する。従って、シャフトコンジット１３２は、放射状に離れて、そしてチャック支持面１１０の中心部４０６から異なる距離に配設される。具体的には、３本のシャフトコンジットに対する上側脚部分２０８は同じ長さを有する。しかし、下側脚部分２０６は変化した長さを有し、それにより支持面１１０の外周部４０８へ最も近く、ハウジング１１２へ最も近い上側脚部分２０６が最も短い長さを有する。対照的に、支持面１１０の中心部４０６およびスピンドル１１４へ最も近い上側脚部分２０６は、３本の下側脚部分のなかで最も長い長さを有する。

その上に、本発明が関与する技術に精通した者が理解するであろうように、溝４０４および対応するシャフトコンジット１３２は、ウェーハ１０１の裏面からの熱の十分な移転を促進するいずれか他の様式に編成されてもよい。例えば、シャフト１２０を通る単一本の下側脚部分２０６および分岐している複数本の上側脚部分２０８を有する単独のシャフトコンジット１３２が利用されてもよい。同じように、スピンドル１１４を通り延在し、複数本のチャック孔または単一本のチャック孔２０７を有するチャックマニフォールド２０４へ結合された、一つの上側脚部分２０８を有する単独のシャフトコンジット１３２、または、いずれか他の組合せおよび／または編成が利用されてもよい。

上記で検討したようないずれの編成においても、ウェーハ１０１がウェーハ処理中に「チャックされる」ときに、ウェーハ１０１の裏面と静電チャック１０８の表面１１０との間にシールが形成される。ウェーハ１０１の裏面と支持面１１０にある溝４０４との間のスペースを充満する裏面ガスは、ウェーハ１０１とチャック１０８との間の良好な熱伝導を確実にする。

支持アセンブリ１０６中に配設される溝４０４の詳細な理解のために、同一譲受人の１９９６年６月４日出願の Steger による米国特許第５，５２２，１３１号で発明の名称「溝付き表面を有する静電チャック」、引用して本明細書に組込まれる、にある図面および詳細な説明を参照されたい。その特許は、特定のパターンに編成された溝を持つチャックを製作する方法を教示する。加えるに、本発明が関与する技術に精通した者が理解するであろうように、シャフトコンジット１３２は、形状を変形させてもよい。例えば、下側脚部分と上側脚部分２０６と２０８は、鈍角のシャフトコンジット１３２、または、支持面１１０へガスを配送できるいずれか他の形状を画成してもよい。

図１を参照すると、ガス弁１３６（点線で描く）は、チャンバ１０２の外部にあり、ウェーハの裏面への基板支持アセンブリを通るガスの流量を制御する。図２を参照すると、ガス弁に対する第２の実施の形態として、シャフトコンジット１３２中に配設されたガス遮断弁２１２（点線で描く）が表されている。ガス遮断弁２１２は、静電チャック１０８のごく近傍（例えば、２センチメートル以内）に設置されるよう設計される。長い長さのガス配管の使用が回避でき、従って、弁２１２とウェーハ１０１の裏面との間に捕捉される裏面ガスの容量が最少化できる。２本以上のシャフトコンジット１３２が利用される場合、対応するガス遮断弁２１２が、その中でチャック１０８の近傍に配設される。それ故に、処理が完了後のウェーハ伝達中に、裏面ガスのごく少量だけが処理チャンバ１０２の中へ入れられ、イオンビーム性能への悪影響が回避できる。この設計は弁２１２の小型サイズによって可能になり、弁をチャック１０８のごく近傍に設置することを許容する。従って、そうでなければ長い長さの接続ガス配管が必要になることが排除され得る。

支持アセンブリ１０６中に配設されるガス遮断弁の詳細な理解のために、同一譲受人の１９９９年４月１９日出願の Ruffell 著による米国特許出願第０９／２９４，２５８号で発明の名称「半導体ウェーハ処理装置用の裏面ガス配送装置」、引用して本明細書に組込まれる、にある図面および詳細な説明を参照されたい。その特許は、スピンドル１１４中に配設されたガス遮断弁を有する裏面ガス配送装置１０５を教示する。

図２を参照すると、少なくとも一つのシャフトコンジット１３２が、図１に表された位置から１８０°回転して表されている。その際に、裏面ガス経路１４８は、支持アセンブリチャネル１２２を通りシャフトを取囲み、そして少なくとも一つのシャフトコンジット１３２を通り、溝４０４とウェーハ裏面との間に出る。従って、チャック１０８とシャフト１２０の回転は、チャネル１２２が少なくとも一つのシャフトコンジットおよび真空チャンバより高い圧力のガスで常に充満されているので、ガスの流量に影響を及ぼさない。

図１と２は、更に２個の追加のシール１２８₃と１２８₄を表し、それは第２対つまり外側対のシール１２８_3-4を形成する。具体的には、外側対のシール１２８_3-4は、基板支持チャネル１２２中に配設され、内側対のシール１２８_1-2から外方でシャフト１２０を取囲む。

第１および第２差動圧力域２１４₁および２１４₂（集合的に差動圧力域２１４）が、各々隣接する内側シールと外側シールとの間それぞれ１２８_1-3および１２８_2-4に画成される。具体的には、第１と第３シール１２８₁と１２８₃、およびその間のシャフト１２０とハウジング１１２の部分が、第１差動圧力域２１４₁を画成する。同じように、第２と第４シール１２８₂と１２８₄、およびその間のシャフト１２０とハウジング１１２の部分が、第２差動圧力域２１４₂を画成する。ハウジング１１２から半径方向外方へ延在するのは、１対の排気取出口２１６₁および２１６₂（集合的に排気取出口２１６）であり、各々が排気取出口チャネルそれぞれ２１８₁および２１８₂（集合的に排気取出口チャネル２１８）を有する。

少なくとも１台の真空ポンプ２２０が、処理チャンバ１０２の外部に配置され、イオン注入装置チャンバ１０２中でのウェーハ支持アセンブリ１０６の移動を許容するために、排気取出口２１６の各々へ可撓性ホース材（図示せず）を介して結合される。複数個のシール１２８は完璧なシールでなく、すなわち、回転するシャフト１２０およびチャック１０８へ裏面ガスを提供する間に、シール１２８を通して常にいくらかの洩れがある。外側対のシール１２８_3-4は、内側対のシール１２８_1-2のどちら側からも脱出するガスがあれば捕獲することに利用される。詳細には、脱出した裏面ガスは差動圧力域２１４に捕捉される。真空ポンプ２２０が、チャンバ１０２の外での回収のために差動圧力域２１４の外へ脱出ガスを排気する。このようにして、どんな脱出裏面ガスも、チャンバ１０２から除去され、そして処理中にウェーハ１０１を汚染するリスクを避ける。この技術に精通した者は理解するであろうように、１個だけのシール１２８が単一個の差動圧力域１１４を画成することに利用されてもよい、しかし、好ましくは、２個以上の差動圧力域を画成する２個以上のシール１２８が１対の内側シール１２８_1-2の両側に利用される。

加えるに、少なくとも１台のポンプ２２０が、段階的に差動ポンプ排出もまた提供し、大気ガスが高真空処理チャンバの中へ脱入することを阻止する。詳細には、基板支持アセンブリ１０６は、大部分は圧力の１気圧等の大気圧にある。ハウジング１１２、シャフト１２０、支持アセンブリチャネル１２２、などは、大気圧にある。チャックアセンブリ１０６のチャック部分１０８およびウェーハ１０１だけが、チャンバ１０２中の真空環境へ曝される。裏面ガスおよび大気ガスはチャンバ中の真空環境より高い圧力にあるので、裏面ガスおよび大気ガスは低圧環境へ流入することになる。その際に、真空ポンプ２２０が段階的に構成され、最高圧力を最初に有する差動圧力域２１４からガスを排気する。

例えば、第１差動圧力域２１４₁は真空チャンバ１０２からさらに遠くに配置されており、その一方で第２差動圧力域２１４₂は真空チャンバ１０２に隣接しているので、第１差動圧力域２１４₁は第２差動圧力域２１４₂より大きい圧力を有することになる。そのような構成では、真空ポンプ２２０は、第１差動ポンプ排出段階で第１差動圧力域２１４₁から大量のガスを排気することになる。次に、真空ポンプ２２０が第２差動圧力域２１４₂から不要のガスを除去する際に、すなわち、第２差動ポンプ排出段階で、真空ポンプ２２０はより低い基底真空を達成できることになる。裏面ガスの洩れ度合は除去されるガスに比べて少量であるので、差動段階ポンプ排出は、チャンバ１０２の中へ脱入する全ガス注入量を低減できる。

その上、上記で説明したように、支持アセンブリ１０６へさらに多くのシール１２８を追加することは、追加の差動ポンプ排出段階を画成することになる。従って、差動ポンプ排出が追加の差動ポンプ排出段階の各々へ設けられてよく、それによりポンプ排出される第１段階は、低減された圧力の環境を達成できることになり、そこで、それに続く各段階は、逐次に低圧力環境を有することになる。このようにして、チャンバ１０２へ最も近く配置された差動圧力域は、差動ポンプ排出域がチャンバ１０２の真空環境に近づくように排気される。

処理中に３６０°回転できる、静電チャック１０８を通る裏面ガス配送装置１０５を組込む本発明は、イオン注入装置に使用するために好適であるとはいえ、他のウェーハ処理装置で使用されるようにも成され得る。その上に、本発明の裏面ガス配送装置１０５は、基板支持アセンブリのシャフト１２０を通り配設される。そのような設計の選定により、静電チャック１０８とシャフト１２０との間に配設される冷却プレートへ結合される流体冷却配管を配備するために選択肢としてスピンドル１１４を利用することが予期される。しかし、この技術に精通した者は認知するであろうように、スピンドル１１４は裏面ガス配送装置１０５を配備することにも同様にうまく成され得る。その故に、本発明の教示を組込む実施の形態が本明細書に示され、詳細に説明されたけれども、この技術に精通した者は、これらの教示を依然として組込む他の多くの変形された実施の形態を容易に考案できる。

本発明による半導体ウェーハ処理装置における裏面ガス配送装置の概略実例図を表す。 図１の半導体ウェーハ処理装置の基板支持アセンブリの第１の実施の形態の断面図を表す。 図１の半導体ウェーハ処理装置の基板支持アセンブリの第２の実施の形態の断面図を表す。 図２および３の半導体ウェーハ処理装置の基板支持アセンブリの平面図を表す。

符号の説明

１００ 半導体ウェーハ処理装置
１０１ ウェーハ
１０２ イオン注入装置チャンバ
１０４ イオン発生装置
１０５ 裏面ガス配送装置
１０６ ウェーハ支持アセンブリ
１０７ イオンビーム
１０８ 静電チャック
１０９ チャック電極
１１０ チャック支持面
１１１ 冷却プレート
１１２ ハウジング
１１３ 冷却プレートコンジット
１１４ スピンドル
１１６，１１８ スピンドル端
１２０ シャフト
１２１ 流体配管
１２２ 支持アセンブリチャネル
１２４ モータ
１２６ 軸受
１２８，１２８₁〜１２８ｎ シール
１３０ ガス源
１３２，１３２₁ シャフトコンジット
１３４ ハウジングコンジット
１３６ ガス弁
１３８ ガスコンジット
１４０ ラジアル通路
１４２ 制御電子機器
１４６ 経路
１４８ 裏面ガス経路
２０２ ガス取入口
２０４ チャックマニフォールド
２０５ マニフォールド接合部
２０６ 上側脚部分
２０７ チャックマニフォールド孔
２１０ リング
２１２ ガス遮断弁
２１４，２１４₁，２１４₂ 差圧域
２１６，２１６₁，２１６₂ 排気取出口
２１８，２１８₁，２１８₂ 排気取出口チャネル
２２０ 真空ポンプ
４０２ ボルト
４０４ 溝
４０６ 中心部
４０７ チャック孔
４０８ 外周部

Claims (25)

1. 半導体基板支持装置であって、
   支持チャックを通り延在する少なくとも一つのチャックマニフォールドを有する、前記支持チャックと、
   前記支持チャックへ結合された回転可能なシャフトであって、内部に少なくとも一つのシャフトコンジットが配設され、前記少なくとも一つのシャフトコンジットは、前記少なくとも一つのチャックマニフォールドへ結合されている、前記シャフトと、
   前記シャフトを取囲むハウジングであって、前記ハウジングはガス源へ接続するように構成されたハウジングコンジットを有し、前記シャフトとの間に支持アセンブリチャネルを画成する、前記ハウジングと、
   前記シャフトと前記ハウジングとの間に配設され、前記少なくとも一つのシャフトコンジットと前記ハウジングコンジットとの間にラジアル通路を画成する、複数のシールであって、
   互いに隣接する一対のシールを備え、前記一対のシールの各シールは、前記支持アセンブリチャネル中で、前記少なくとも一つのシャフトコンジットおよび前記ハウジングコンジットの間に配設されて前記ラジアル通路を画成し、
   前記少なくとも一つのシャフトコンジットは、ガス遮断弁へ結合され、
   前記複数のシールは、更に、少なくとも第３のシールを備え、前記第３シールは前記一対のシールから外方へ前記シャフトを取囲むように配設される、前記複数のシールと、
   を備え、
   前記ハウジングコンジット、前記ラジアル通路、前記シャフトコンジットは、連続的に、前記ガス源から前記チャックマニフォールドまでガスを供給する為のチャネルを形成する、
   前記装置。
2. 前記少なくとも一つのチャックマニフォールドは、前記支持チャックの表面から延在する少なくとも一つの孔を備える、請求項１の装置。
3. 前記支持チャックは、静電チャックである、請求項１の装置。
4. 前記シャフトは、スピンドルを備え、前記スピンドルは、前記シャフト内に挿入固定され、前記支持チャックへ結合され、回転のためにモータへ接続するよう構成されている、請求項１の装置。
5. 前記ハウジングは、更に、前記ハウジングとシャフトとの間に配設された複数の軸受を備える、請求項１の装置。
6. 前記少なくとも一つのシャフトコンジットは、三つのシャフトコンジットである、請求項１の装置。
7. 前記複数のシールは、リップ状シールである、請求項１の装置。
8. 前記ハウジングコンジットは、ガス弁へ結合される、請求項１の装置。
9. 前記第３のシールと、前記一対のシールとの間に少なくとも一つの差動圧力域を画成するよう、前記第３のシールおよび前記一対のシールが、前記支持アセンブリチャネル中に配設される、請求項２の装置。
10. 前記装置は、更に、少なくとも一つの前記差動圧力域から前記ハウジングを通り延在し、少なくとも一つの差動ポンプへ接続するように構成された少なくとも一つの差動ポンプ排出進路を備える、請求項９の装置。
11. 前記少なくとも一つの差動ポンプは、前記差動圧力域の外部の第２圧力より低い第１圧力に前記差動圧力域を維持する、請求項１０の装置。
12. 前記差動圧力域中の前記第１圧力は、真空である、請求項１１の装置。
13. 半導体ウェーハを処理する装置であって、
    処理チャンバと、
    支持チャックを通り延在する少なくとも一つのチャックマニフォールドを有する、前記支持チャックと、
    前記支持チャックへ結合された回転可能なシャフトであって、内部に少なくとも一つのシャフトコンジットが配設され、前記少なくとも一つのシャフトコンジットは、前記少なくとも一つのチャックマニフォールドへ結合されている、前記シャフトと、
    前記シャフトを取囲むハウジングであって、前記ハウジングはガス源へ接続するよう構成されたハウジングコンジットを有し、前記シャフトとの間に支持アセンブリチャネルを画成する、前記ハウジングと、
    前記シャフトと前記ハウジングとの間に配設され、前記少なくとも一つのシャフトコンジットと前記ハウジングコンジットとの間にラジアル通路を画成する、複数のシールであって、互いに隣接する一対のシールを備え、前記一対のシールの各シールは、前記支持アセンブリチャネル中で、前記少なくとも一つのシャフトコンジットおよび前記ハウジングコンジットの間に配設されて前記ラジアル通路を画成し、
    前記複数のシールは、更に、少なくとも第３のシールを備え、前記第３のシールは前記一対のシールから外方へ前記シャフトを取囲むように配設される、前記複数のシールと、
    を備え、
    前記ハウジングコンジット、前記ラジアル通路、前記シャフトコンジットは、連続的に、前記ガス源から前記チャックマニフォールドまでガスを供給する為のチャネルを形成する、
    前記装置。
14. 前記少なくとも一つのチャックマニフォールドは、前記支持チャックの表面から延在する少なくとも一つの孔を備える、請求項１３の装置。
15. 前記支持チャックは、静電チャックである、請求項１３の装置。
16. 前記シャフトは、スピンドルを備え、前記スピンドルは、前記シャフト内に挿入固定され、前記支持チャックへ結合され、回転のためにモータへ接続するよう構成されたスピンドルを備える、請求項１３の装置。
17. 前記ハウジングは、更に、前記ハウジングとシャフトとの間に配設された複数の軸受を備える、請求項１３の装置。
18. 前記少なくとも一つのシャフトコンジットは、三つのシャフトコンジットである、請求項１３の装置。
19. 前記複数のシールは、リップ状シールである、請求項１３の装置。
20. 前記少なくとも一つのシャフトコンジットは、ガス遮断弁へ結合される、請求項１３の装置。
21. 前記ハウジングコンジットは、ガス弁へ結合される、請求項１３の装置。
22. 前記第３のシールと、前記前記一対のシールとの間に少なくとも一つの差動圧力域を画成するよう、前記第３のシールおよび前記一対のシールが、前記支持アセンブリチャネル中に配設される、請求項１３の装置。
23. 前記装置は、更に、少なくとも一つの前記差動圧力域から前記ハウジングを通り延在し、少なくとも一つの差動ポンプへ接続するよう構成された少なくとも一つの差動ポンプ排出進路を備える、請求項２２の装置。
24. 前記少なくとも一つの差動ポンプは、前記差動圧力域の外部の第２圧力より低い第１圧力に前記差動圧力域を維持する、請求項２３の装置。
25. 前記差動圧力域中の前記第１圧力は、真空である、請求項２４の装置。

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