JP5025878B2 - 半導体ウエハを処理するためのチャンバ - Google Patents
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Description
(発明の属する技術分野)
本発明は、一般に、半導体回路を製造する装置に関し、より詳細には、半導体ウェハを処理する装置に関する。
【0002】
(発明の背景)
半導体回路の製造のためには、様々な輸送および処理工程が、半導体ウェハ(直径例えば300mm)に対して連続的に適用される。通常、ウェハは室温(例えば20〜30℃)でクリーンルームに輸送されるが、例えば薄膜を周知技術(例えば化学蒸着CVD)によって堆積させるには、実質的により高い処理温度(例えばプロセスによって300〜500℃)で処理されることが多い。処理のため、ウェハは通常は処理温度であるチャック上に配置される。
【0003】
しかしながら、室温から処理温度までウェハの環境温度を急速に変化させると、熱衝撃と広く呼ばれている即時のウェハ膨張が起こる。シリコン中に内在する不純物や汚染物質により、熱はウェハ中を不均一に伝わり、ウェハのたわみ、チャック上での置き違い、または故障のようなさらに望ましくない結果を引き起こす。つまり、熱いチャック表面に冷たいウェハを配置することは回避すべきである。
【0004】
クリーンルームと処理チャンバをつなぐロードロック方式は、ウェハの環境温度を段階的に上昇させることができる。しかしながら、予備加熱のためのロードロック方式の使用は望ましくない場合があるため、以下のスキームが代わりに使用される。
【0005】
第1の工程で、ウェハを処理チャンバへ輸送し、チャックの近くに配置する。第2の工程(浸漬、加熱)で、ウェハが処理温度に予め加熱(例えば90秒間)されるように、ウェハ付近の環境温度をヒーターブロックにより上昇させる。第3の工程で、ウェハをチャック上に配置し、処理する。
【0006】
このスキームは、ウェハの機械的ストレスと熱衝撃を低減するが、加熱工程でヒーターブロックが実質的に放射のみによって熱を伝えるように、チャンバは真空にされる。さらに、チャンバは一時的に処理を免れるので、それにより、スループットが減少する。言いかえれば、低い価値を付加する望ましくない長時間の加熱工程のために、高価なチャンバが使用される。本発明の目的は、そのようなおよび他の欠点や先行技術の制限を軽減または回避する装置を提供することにある。
この目的を達成するため、本発明の装置は、前面と裏面を有する半導体ウェハを処理するためのチャンバであって、
表面と複数の支持要素とを有するウェハチャックであって、該支持要素は、第1態様では前記ウェハを前記ウェハチャックの表面に対して所定距離を開けて前記ウェハの裏面で保持するために前記ウェハチャックの表面から一時的に延び、第2態様では前記ウェハの裏面が前記ウェハチャックの表面と直接接した状態で前記ウェハを配置するためにウェハチャックに格納される、ウェハチャックと、
ガスを前記ウェハの前記前面に放出するための、複数のノズルを有するシャワーヘッドと、
前記チャンバが前記ウェハを加熱すべく前記第1態様にあるときは加熱ガスを前記シャワーヘッドに供給するための、および、前記チャンバが前記第2態様にあるときは処理ガスを前記シャワーヘッドに供給するための手段と、
を備えている。
【0007】
(好ましい実施形態の詳細な説明)
本発明は、時間を浪費する加熱工程を、ウェハ前面に短時間高温ヘリウムのシャワーを浴びせる工程と置き換える。熱は強制対流により実質的に伝達される。そのため、ウェハの機械的ストレス、熱衝撃、およびたわみも回避される。
【0008】
図1〜2は、第1態様(図1)と第2態様(図2)における本発明の処理室すなわち処理チャンバ100の略側面図により、本発明の方法を示している。
図3に関して、配置工程210、放出工程220、移動工程230を有する方法200のための詳細が図3に関しても説明される。工程210,220はチャンバ100が第1態様である場合に行なわれ、工程230はチャンバ100が第2の態様に入る場合に行なわれる。
【0009】
半導体ウェハ150は前面151と裏面152を有する。チャンバ100は、上部表面115と複数の支持要素112とを備えたウェハチャック110を有する。好ましくは、要素112はニードルである。要素112は表面115まで垂直に(Z方向)延びるか、またはチャック110内の凹部111の中に格納される。ウェハ150がXまたはY方向へ移動するのを防止するリングなどの要素がよく知られているが、よく知られているので図示しない。
【0010】
さらに、チャンバ100は、好ましくはヘリウムである加熱ガス122を一時的に放出するための複数のノズル121(「シャワーホール」)を有するシャワーヘッド120を有する。図示されているように、ノズル121は例えば質量流量制御装置(MFC)130によって、ガス122を受け取ることができる。MFC130は、供給管131(圧力約25〜50psi(約1.7〜3.4×105Pa))からガスを受け取り、約8〜10sccm(標準立方メートル/秒)の合計ガス流をノズル121に供給する。任意選択で、MFCは、各ノズルに別々に作用することもできる。シャワーヘッド120は、例えばチャンバ100内のプラズマまたは処理ガスにより、連続的に処理温度まで加熱され、その結果、好ましくはガス122は供給管131からノズル121へ行くまでの間に熱くなる。
【0011】
第1態様(図1参照)では、要素112はチャック110の表面115から延び、チャック110がその表面115に対して所定距離D1を開けてウェハ150を保持するように、要素112がウェハ150を裏面152で保持する。好ましくは、距離D1 (ウェハ裏面152とチャック110の表面115の間の距離)は、すべてのXおよびY座標に関して実質的に等しい。ノズル121は、ウェハ150を所定の処理温度まで加熱するために、ウェハ150の前面151に加熱ガス122を放出する。
【0012】
第2態様(図2参照)では、ウェハ150がチャック110の表面115の上に直接接触配置される(つまりD1=0)ように、要素112はチャック110の凹部111の中に格納される。ノズル121は実質的にガスを放出しない。ウェハ150はその処理温度に達しており、処理を開始することができる。
【0013】
都合のよい場合には、第1態様でのヘッド120の表面125とチャック110の表面115間の距離D2は、第2態様でよりも短い。これはチャック110またはヘッド120をZ方向に変位させることにより遂行される。
両方の態様で、チャンバ100の圧力は低真空(約2トル(約2.6×102Pa))に維持されることが望ましい。
【0014】
図3は、処理チャンバ100にて半導体ウェハ150を加熱する方法200についての簡略化した方法のフローチャート図を示す。工程は以下のように行なわれる。配置工程210では、ウェハ150が、その裏面152がチャック110(図1参照)から延びる複数の支持要素112の上に接触した状態で配置される。これは例えば当該技術分野において周知のロボットによって遂行することができる。
【0015】
放出工程220では、シャワーヘッド120(チャンバ100内に配置、ノズル121を介して)から前面151へと加熱ガス122が放出される。この時点でウェハ150の温度は、所定の処理温度まで上昇している。工程220は、例えば所定の期間にわたって継続される。あるいは工程220は、ウェハ150が処理温度に近い所定閾値温度に達するまで継続される。ウェハ温度の監視は当該技術分野では周知であり、ここでさらに詳しく説明しなくても遂行することができる。
【0016】
移動工程230では、支持要素112が、ウェハ裏面152がチャック110と表面150で接触するようにチャック100内の凹部111へ入る(距離D1=0)。
【0017】
先行技術に従う上述の方法と比較して、ウェハの処理温度への加熱は、対流により遂行され、所要時間はより少ない(例えば7〜10秒)。
当業者は、例えば加熱ガスがCVDに使用されるプロセスガスに干渉しないよう(工程210の後に)加熱ガスを送出する工程のような、さらなる工程を追加することができる。
【0018】
本発明を特定の構造、デバイスおよび方法の点から説明しているが、当業者は本願の説明に基づいて、本発明はそのような例にのみ制限されるわけではなく、本発明の全範囲は特許請求の範囲により適切に決定されることを、理解するだろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1態様における本発明の処理チャンバの略側面図により、本発明の方法を示す。
【図2】第2態様における本発明の処理チャンバの略側面図により、本発明の方法を示す。
【図3】方法についての簡略化した方法のフローチャート図を示す。
Claims (2)
- 前面と裏面を有する半導体ウェハ(150)を処理するためのチャンバであって、
該チャンバ(100)が、表面(115)と複数の支持要素(112)とを有するウェハチャック(110)であって、該支持要素(112)は、第1態様では前記ウェハを前記ウェハチャック(110)の表面(115)に対して所定距離を開けて前記ウェハ(150)の裏面で保持するために前記ウェハチャック(110)の表面(115)から一時的に延び、第2態様では前記ウェハ(150)の裏面が前記ウェハチャック(110)の表面と直接接した状態で前記ウェハを配置するためにウェハチャック(110)に格納される、ウェハチャック(110)と、
ガスを前記ウェハの前記前面に放出するための、複数のノズルを有するシャワーヘッド(120)と、
前記チャンバが前記ウェハを加熱すべく前記第1態様にあるときは加熱ガスを前記シャワーヘッドに供給するための、および、前記チャンバが前記第2態様にあるときは処理ガスを前記シャワーヘッドに供給するための手段と、
を備えたチャンバ。 - 前記支持要素がニードルであり、前記加熱ガスがヘリウムである、請求項1に記載のチャンバ。
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