JP6527690B2 - ウェハ形状物品の表面を処理するための装置 - Google Patents
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Description
本発明は、一般に、半導体ウェハなどウェハ形状物品の表面を処理するための装置であって、密閉型プロセスチャンバの内部から１つまたは複数の処理流体を回収することができる装置に関する。
半導体ウェハは、エッチング、洗浄、研磨、および材料堆積など様々な表面処理プロセスを施される。そのようなプロセスに対処するために、例えば米国特許第４，９０３，７１７号および第５，５１３，６６８号に記載されているように、回転可能なキャリアに関連付けられるチャックによって、単一のウェハを１つまたは複数の処理流体ノズルに対して支持することができる。
代替として、例えば国際公開第２００７／１０１７６４号および米国特許第６，４８５，５３１号に記載されているように、ウェハを支持するように適合されたリング状回転子の形状でのチャックを、密閉型プロセスチャンバ内部に位置させて、能動磁気軸受を介して物理的接触なく駆動させることができる。
密閉型チャンバ内で単一のウェハを湿式処理するための改良された設計が、本願と同一の所有者が所有する同時係属中の米国特許出願公開第２０１３／００６２８３９号に記載されており、ここでは、サイドドアが、プロセスチャンバへのウェハの装填およびプロセスチャンバからのウェハの脱装を可能にし、その一方で、プロセス液体およびガスは、密閉型プロセスチャンバの上に固定された蓋を通してチャンバ内に導入することができる。
ワークピースの表面上またはチャンバの内面上でのプロセス蒸気の凝縮は、プロセスパラメータの望ましくない変化をもたらすことがあり、凝縮された液体の液滴は、ワークピース上に形成された繊細なデバイス構造に影響を及ぼし、損壊を引き起こし、スループットを減少させることさえある。
本発明者らは、ウェハ形状物品を処理するための改良された方法および装置、ならびにそのような方法および装置と共に使用するための改良された蓋を開発した。
すなわち、本発明は、一態様において、ウェハ形状物品を処理するための装置であって、密閉型プロセスチャンバを備え、密閉型プロセスチャンバが、気密筐体を提供するハウジングを備える装置に関する。回転チャックが、密閉型プロセスチャンバの内部に位置され、ウェハ形状物品を上に保持するように適合される。蓋は、密閉型プロセスチャンバの上側部分に固定され、チャンバの内側に向いた下面と、下面を所望の温度に加熱するための少なくとも１つの加熱要素とを備える。
本発明による装置の好ましい実施形態では、少なくとも１つの加熱要素が、蓋の内部に取り付けられる。
本発明による装置の好ましい実施形態では、少なくとも１つの加熱要素が、蓋の下面が少なくとも１つの加熱要素によって加熱されるように、蓋と熱的に接触するように取り付けられる。
本発明による装置の好ましい実施形態では、蓋が下側プレートを備え、下側プレートが、下面を備え、化学的耐性を有するプラスチックから形成される。
本発明による装置の好ましい実施形態では、少なくとも１つの加熱要素が、電気加熱層を備える。
本発明による装置の好ましい実施形態では、少なくとも１つの加熱要素が、加熱された液体を供給される熱交換管路を備える。
本発明による装置の好ましい実施形態では、蓋が、繊維強化複合材料から形成された上側プレートと、下面を備え、化学的耐性を有するプラスチックから形成された下側プレートとを備え、少なくとも１つの加熱要素が、上側プレートと下側プレートとの間に挟持される。
本発明による装置の好ましい実施形態では、下側プレートが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスチレン／ポリエチルスチレン（ＰＳ／ＰＥＳ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、クロロトリフルオロエチレンのホモポリマー（ＰＣＴＦＥ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、およびエチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）からなる群から選択される化学的耐性を有するプラスチックから形成される。
本発明による装置の好ましい実施形態では、上側プレートが、炭素繊維強化プラスチックから形成される。
本発明による装置の好ましい実施形態では、炭素繊維強化プラスチックが、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、およびナイロンからなる群から選択される結合ポリマーを含む。
本発明による装置の好ましい実施形態では、装置はまた、液体を選択された温度で密閉型プロセスチャンバ内に供給するように構成された液体ディスペンサと、密閉型プロセスチャンバの内部の温度を検出するように位置決めされた少なくとも１つの温度センサと、液体ディスペンサによって供給される加熱された液体の温度よりも少なくとも５Ｋ高い温度に下面を維持するように少なくとも１つの加熱要素を制御するための制御装置とを含む。
別の態様では、本発明は、ウェハ形状物品を処理するために使用されるプロセスチャンバを閉じるための蓋であって、チャンバの内側に向いた下面と、下面を所望の温度に加熱するための少なくとも１つの加熱要素とを備える蓋に関する。
本発明による蓋の好ましい実施形態では、蓋が下側プレートを備え、下側プレートが、下面を備え、化学的耐性を有するプラスチックから形成される。
本発明による蓋の好ましい実施形態では、少なくとも１つの加熱要素が、電気加熱層を備える。
本発明による蓋の好ましい実施形態では、少なくとも１つの加熱要素が、加熱された液体を供給される熱交換管路を備える。
本発明による蓋の好ましい実施形態では、少なくとも１つの加熱要素が、蓋の下面が少なくとも１つの加熱要素によって加熱されるように、蓋の内部に取り付けられ、蓋と熱的に接触する。
本発明による蓋の好ましい実施形態では、蓋が、繊維強化複合材料から形成された上側プレートと、下面を備え、化学的耐性を有するプラスチックから形成された下側プレートとを備え、少なくとも１つの加熱要素が、上側プレートと下側プレートとの間に挟持される。
さらに別の態様では、本発明は、ディスク形状物品を湿式処理する方法であって、
プロセスチャンバ内へ下に向いた下面を有する蓋によって閉じられるプロセスチャンバ内に、ウェハ形状物品を位置決めするステップと、
加熱された液体をウェハ形状物品上に分注するステップと、
蓋の下面を、加熱された液体の温度よりも少なくとも５Ｋ高い温度に加熱するステップと
を含む方法に関する。
プロセスチャンバ内へ下に向いた下面を有する蓋によって閉じられるプロセスチャンバ内に、ウェハ形状物品を位置決めするステップと、
加熱された液体をウェハ形状物品上に分注するステップと、
蓋の下面を、加熱された液体の温度よりも少なくとも５Ｋ高い温度に加熱するステップと
を含む方法に関する。
本発明による方法の好ましい実施形態では、蓋の下面が、蓋の内部に取り付けられた少なくとも１つの電気加熱要素によって加熱される。
本発明による方法の好ましい実施形態では、加熱された液体の分注中に密閉型プロセスチャンバの内部温度が監視され、監視された温度に基づいて蓋の下面の加熱が制御される。
本発明の他の目的、特徴、および利点は、添付図面を参照して成される、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読めば明らかになろう。
ここで図１を参照すると、本発明の第１の実施形態によるウェハ形状物品の表面を処理するための装置が、外側プロセスチャンバ１を備え、外側プロセスチャンバ１は、好ましくは、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）樹脂でコーティングされたアルミニウムからなる。この実施形態でのチャンバは、主円筒壁１０と、下側部分１２と、上側部分１５とを有する。上側部分１５から、より細い円筒壁３４が延在し、円筒壁３４は、蓋３６によって閉じられる。
回転チャック３０が、チャンバ１の上側部分に配設され、円筒壁３４によって取り囲まれる。回転チャック３０は、装置の使用中にウェハＷを回転可能に支持する。回転チャック３０は、リングギア３８を備える回転駆動機構を組み込み、回転駆動機構は、選択的にウェハＷの周縁部への接触およびウェハＷの周縁部の解放を行うように、複数の偏心可動把持部材に係合して駆動させる。
この実施形態では、回転チャック３０は、円筒壁３４の内面に隣接して提供されたリング状回転子である。固定子３２が、円筒壁３４の外面に隣接して、リング状回転子に対置して提供される。回転子３０と固定子３２は、モータとして働き、このモータによって、能動磁気軸受を介してリング状回転子３０（およびそれにより、支持されたウェハＷ）を回転させることができる。例えば、固定子３２は、複数の電磁コイルまたは巻線を備えることができ、電磁コイルまたは巻線を能動制御して、回転子に提供された対応する永久磁石を介して回転チャック３０を回転可能に駆動させることができる。回転チャック３０の軸方向および径方向軸受は、固定子の能動制御によっても、または永久磁石によっても達成することができる。したがって、回転チャック３０を浮揚させ、機械的接触なしで回転可能に駆動させることができる。代替として、回転子を受動軸受によって保持することもでき、このとき、回転子の磁石が、チャンバの外側にある外側回転子上に円周方向に配置された対応する高温超伝導磁石（ＨＴＳ磁石）によって保持される。この代替実施形態によって、リング状回転子の各磁石は、外側回転子の対応するＨＴＳ磁石にピン止めされる。したがって、内側回転子は、物理的に接続されることなく、外側回転子と同じ運動を行う。
蓋３６は、改良された設計のものであり、繊維強化複合材料から形成された上側プレート５０と、プロセスチャンバ内に向き、化学的耐性を有するプラスチック、この実施形態ではＥＣＴＦＥから形成される下側プレート６０とを備える。図３により明瞭に示されるように、この実施形態では、上側プレート５０と下側プレート６０の間に加熱要素６２が挟持される。
加熱要素６２は、好ましくは、プロセスチャンバ内に面するプレート６０の表面上でプロセス蒸気の凝縮が生じるのを防止する温度まで下側プレート６０を加熱するための電気加熱層６２である。電気加熱層６２は、好ましくは、シリコーンゴムヒータである。
蓋３６は中心開口５６を備え、中心開口５６を通して、プロセス液体またはリンス液体を、選択された温度でウェハＷ上に分注することができる。温度センサ６３が、密閉型プロセスチャンバ内部の温度を検出するために位置決めされ、加熱要素６２を制御するための制御装置（図示せず）にその出力を提供して、下側プレート６０の内向きの下面を、液体ディスペンサによって供給される加熱された液体の温度よりも少なくとも５Ｋ高い温度に保つ。
代替として、加熱要素６２は、加熱された液体がプロセスチャンバ内に供給されるときに、加熱された液体自体の温度を監視することによって制御することができ、それにより、下側プレート６０の内向きの下面を、液体ディスペンサによって供給される加熱された液体の温度よりも少なくとも５Ｋ高い温度に保つ。
スペーサプレート６４が、下側プレート６０と接触するようにヒータ層６２を押圧して維持する働きをし、環状スペーサ６６も同様に働き、この後者の要素は、好ましくは、ステンレス鋼から形成される。
この構成は、加熱されたプロセス蒸気がプロセスチャンバ内に面する蓋３６の面上で凝縮するのを防止し、それにより、生じる小滴の好ましくない影響を防止するのに効果的である。
上述したように蓋の内向きの表面を加熱することによって、加熱要素６２がウェハを加熱しないことを理解されたい。したがって、ウェハの温度は、望まれる場合には、プロセスチャンバ内部に取り付けられた別個のヒータによって独立して制御することができる。
任意選択のステンレス鋼プレート７０が、蓋に細長いスロット５３が設けられている領域内で蓋３６の剛性をさらに高める働きをする。
蓋３６は、穴５８を通過するボルト５７によってプロセスチャンバに固定することができる。
この実施形態でのウェハＷは、把持部材４０によって支持されて、回転チャック３０から下方向に垂下し、それにより、入口５６を通して供給される流体がウェハＷの上向きの表面に当たることに留意されたい。
ウェハ３０が、例えば直径３００ｍｍまたは４５０ｍｍの半導体ウェハである場合、ウェハＷの上向きの側は、ウェハＷのデバイス側または観察側となり得る。デバイス側または観察側は、回転チャック３０上でのウェハの位置決めの仕方によって決まり、さらに、位置決めの仕方は、チャンバ１内部で行われる特定のプロセスによって定められる。
図１の装置は、内部カバー２をさらに備え、内部カバー２は、プロセスチャンバ１に対して可動である。内部カバー２は、図１では、その第１の位置または開位置で示されており、この位置では、回転チャック３０がチャンバ１の外側円筒壁１０と連絡する。この実施形態でのカバー２は、概してカップ形状であり、直立円筒壁２１によって取り囲まれたベース２０を備える。カバー２は、ベース２０を支持し、チャンバ１の下壁１４を貫通する中空シャフト２２をさらに備える。
中空シャフト２２は、主チャンバ１内に形成されたボス１２によって取り囲まれ、これらの要素は、運動用シールを介して接続され、この運動用シールは、チャンバ１との気密封止を維持しながら、中空シャフト２２をボス１２に対して変位させることができるようにする。
円筒壁２１の上に環状偏向器部材２４が取り付けられ、環状偏向器部材２４は、その上向きの表面上にガスケット２６を担持する。カバー２は、好ましくは、ベース２０を貫通する流体媒体入口２８を備え、それにより、プロセス流体およびリンス液体をチャンバ内へ、ウェハＷの下向きの表面上に導入することができる。
カバー２は、プロセス液体放出開口２３をさらに含み、開口２３は、放出パイプ２５に通じている。パイプ２５は、カバー２のベース２０にしっかりと取り付けられるが、運動用シール１７を介してチャンバ１の底壁１４を貫通し、それにより、パイプ２５は、気密封止を維持しながら、底壁１４に対して軸方向に摺動することができる。
排気開口１６が、チャンバ１の壁１０を貫通し、適切な排気管路に接続される。
図１に示される位置は、ウェハＷの装填または脱装に対応する。特に、ウェハＷは、蓋３６を通して、またはより好ましくはチャンバ壁１０のサイドドア（図示せず）を通して回転チャック３０上に装填することができる。しかし、蓋３６が所定位置にあるとき、およびサイドドアが閉じられているときには、チャンバ１は気密であり、所定の内圧を保つことができる。
図２で、内部カバー２は、その第２の位置または閉位置に移動されており、この位置は、ウェハＷの処理に対応する。すなわち、ウェハＷが回転チャック３０上に装填された後、カバー２は、中空シャフト２２に作用する適切なモータ（図示せず）によって、チャンバ１に対して上方向に移動される。内部カバー２の上方向への移動は、偏向器部材２４がチャンバ１の上側部分１５の内面と接触するまで続く。特に、偏向器２４によって担持されるガスケット２６は、上側部分１５の下側に接して封止を行い、一方、上側部分１５によって担持されるガスケット１８は、偏向器２４の上面に接して封止を行う。
図２に示されるように内部カバー２がその第２の位置に到達すると、それにより、密閉型プロセスチャンバ１の内部に第２のチャンバ４８が形成される。さらに、内部チャンバ４８は、チャンバ１の残りの部分から気密封止される。さらに、チャンバ４８は、好ましくはチャンバ１の残りの部分とは別に換気され、この換気は、この実施形態では、一般にチャンバ１用、図２の構成ではチャンバ１の残りの部分用の排気ポート１６とは別に、チャンバ４８内に通じている排気ポート４６を提供することによって実現される。
ウェハの処理中、回転するウェハＷに媒体入口５６および／または２８を通して処理流体を流して、処理対象のウェハのエッチング、洗浄、リンス、および他の望まれる表面処理など、様々なプロセスを行うことができる。
したがって、全体のプロセスチャンバ１の中に内部チャンバ４８を提供することは、ウェハ処理のために使用される気体および液体をプロセスチャンバの外部環境からより良く隔離することによって、環境的に密閉されたチャンバの安全性を高め、プロセスガス、化学的煙霧、高温蒸気、例えば気化したイソプロピルアルコールやオゾンなどがツール環境に解放される危険を減少させる。
図４に、代替の蓋構造３６’が示されており、ここで、蓋３６’は、前述の実施形態の挟持構造を有さず、代わりに単一の主材料から形成され、この材料は、例えば、パーフルオロアルキル（ＰＦＡ）でコーティングされたステンレス鋼、またはパーフルオロアルキル（ＰＦＡ）でコーティングされた繊維強化複合材料、または上述したものなど化学的耐性を有するプラスチックである。この実施形態の蓋構造は、前述の実施形態で述べた蓋構造の代替として使用することができ、逆も可能である。
この実施形態でも、少なくとも１つの加熱要素が、熱交換液体を供給される熱交換管路６２’の形態を取る。温度センサや関連の制御回路など前述の実施形態の他の機能は、この実施形態に関連付けて図示されていないが、そのような機能を含むこともできることを理解されたい。
本明細書で示す前述の説明および具体的な実施形態は、本発明およびその原理の単なる例示にすぎず、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者が変形および追加を容易に施すことができることが理解されよう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが理解されよう。
Claims (15)
- ウェハ形状物品を処理するための装置であって、
気密筐体を提供するハウジングを備える密閉型プロセスチャンバと、
前記密閉型プロセスチャンバ内部に位置された回転チャックであって、ウェハ形状物品を上に保持するように適合された回転チャックと、
前記密閉型プロセスチャンバの上部に固定された蓋であって、
前記密閉型プロセスチャンバの内側に向いた下面、および
前記下面を所望の温度に加熱するための少なくとも１つの加熱要素を備える蓋と
を備え、
前記蓋は、
上側プレートと、
前記下面を備え、化学的耐性を有するプラスチックから形成された下側プレートとを備え、
前記少なくとも１つの加熱要素が、前記上側プレートと前記下側プレートとの間に挟持された
装置。 - 前記少なくとも１つの加熱要素が、前記蓋の内側に取り付けられる請求項１に記載の装置。
- 前記蓋の前記下面が前記少なくとも１つの加熱要素によって加熱されるように、前記少なくとも１つの加熱要素が、前記蓋と熱的に接触して取り付けられる請求項１に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの加熱要素が、電気加熱層を備える請求項１に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの加熱要素が、加熱された液体を供給される熱交換管路を備える請求項１に記載の装置。
- 前記上側プレートは、繊維強化複合材料から形成された請求項１に記載の装置。
- 前記下側プレートが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスチレン／ポリエチルスチレン（ＰＳ／ＰＥＳ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、クロロトリフルオロエチレンのホモポリマー（ＰＣＴＦＥ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、およびエチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）からなる群から選択される化学的耐性を有するプラスチックから形成される請求項６に記載の装置。
- 前記上側プレートが、炭素繊維強化プラスチックから形成される請求項６に記載の装置。
- 前記炭素繊維強化プラスチックが、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、およびナイロンからなる群から選択される結合ポリマーを含む請求項８に記載の装置。
- 請求項１に記載の装置であって、さらに、
液体を選択された温度で前記密閉型プロセスチャンバ内に供給するように構成された液体ディスペンサと、
前記密閉型プロセスチャンバの内部の温度を検出するように位置決めされた少なくとも１つの温度センサと、
前記液体ディスペンサによって供給される加熱された液体の温度よりも少なくとも５Ｋ高い温度に前記下面を維持するように前記少なくとも１つの加熱要素を制御する制御装置と
を備える装置。 - ウェハ形状物品を処理するために使用されるプロセスチャンバを閉じるための蓋であって、
前記プロセスチャンバの内側に向いた下面と、
前記下面を所望の温度に加熱するための少なくとも１つの加熱要素と
を備え、
前記蓋が、
上側プレートと、
前記下面を備え、化学的耐性を有するプラスチックから形成された下側プレートと、を備え、
前記少なくとも１つの加熱要素が、前記上側プレートと前記下側プレートとの間に挟持された
蓋。 - 前記少なくとも１つの加熱要素が、電気加熱層を備える請求項１１に記載の蓋。
- 前記少なくとも１つの加熱要素が、加熱された液体を供給される熱交換管路を備える請求項１１に記載の蓋。
- 前記蓋の前記下面が前記少なくとも１つの加熱要素によって加熱されるように、前記少なくとも１つの加熱要素が、前記蓋の内部に取り付けられ、前記蓋と熱的に接触する請求項１１に記載の蓋。
- 前記上側プレートは、繊維強化複合材料から形成された請求項１１に記載の蓋。
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