JP6699996B2 - ウエハ状物品の液体処理のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハ状物品の液体処理のための方法及び装置に関する。

関連技術の説明

液体処理は、湿式エッチング及び湿式洗浄の両方を含み、処理対象とされるウエハの表面領域が処理液によって濡らされることによって、ウエハの層が除去される又は不純物が持ち去られる。液体処理のための装置は、米国特許第４，９０３，７１７号において説明されている。この装置では、ウエハにもたらされる回転運動が、液体の分配を助けることができる。

円盤状物品の表面をエッチングする及び洗浄するための技術は、半導体産業では、生産プロセスにおけるシリコンウエハの洗浄（例えば露光前の洗浄、ＣＭＰ後の洗浄、及びプラズマ処理後の洗浄）後に使用されるのが一般的である。しかしながら、このような方法は、コンパクトディスク、フォトマスク、レチクル、磁気ディスク、又はフラットパネルディスプレイなどのその他の板状物品にも適用可能である。このような方法は、半導体産業で使用されるときは、（例えばシリコン・オン・インシュレータプロセスにおける）ガラス基板、ＩＩＩ−Ｖ基板（例えばＧａＡｓ）、又は集積回路の生産に使用されるその他の任意の基板若しくはキャリアにも適用可能である。

米国特許第４，９０３，７１７号で説明されたような枚葉式ツールは、半導体ウエハ上に形成されるデバイス特徴のサイズの縮小が進むにつれて、及びそれらのデバイス特徴のアスペクト比の増大が続くにつれて、いっそう厳しい処理条件を満たすことを求められるようになっている。更に、より大直径のウエハへの転換は、損傷したウエハに関連して生じる経済的損失が大きくなることを意味する。例えば、きたる４５０ｍｍ直径の標準的なシリコンウエハの面積は、去りゆく３００ｍｍ直径の標準的なシリコンウエハの面積の１２５％の大きさであり、この去りゆくウエハ自体も、やはり、旧世代である２００ｍｍ直径の標準的なシリコンウエハの面積の１２５％の大きさであった。

本発明は、少なくとも一部には、上述されたタイプの処理機器で用いられる液体分配器から遊離する液滴が被加工物に深刻な損傷を及ぼす及び被加工物の損失を大きくする結果になりえるという、本発明の発明者らによる認識に基づくものである。発明者らは、この問題に対処することを目指して様々な技術を評価したうえで、本明細書で説明される技術の有効性を見いだした。

したがって、一態様において、本発明は、ウエハ状物品を処理するための装置であって、ウエハ状物品を保持し、回転させるためのスピンチャックを備える装置に関する。処理液の供給部には、液体分配器が接続され、スピンチャック上に位置決めされたときのウエハ状物品の表面へ処理液を分配するように位置決めされ、又は位置決め可能である。液体分配器は、液体分配器の吐出ノズルから処理液が滴り出ないように位置決めされているチェック弁を含む。チェック弁の弁座は、吐出ノズルの出口開口から２０ｍｍから１００ｍｍの範囲の距離にある。制御弁が、液体分配器への処理液供給のオン及びオフを切り替えるために提供され、チェック弁の上流に位置決めされる。

本発明にしたがう装置の好ましい実施形態では、制御弁は、チェック弁の上流における少なくとも５０ｃｍ、好ましくは少なくとも１００ｃｍに位置決めされる。

本発明にしたがう装置の好ましい実施形態では、チェック弁は、バネによって閉位置へ付勢される。

本発明にしたがう装置の好ましい実施形態では、チェック弁は、チェック弁の弁要素におけるバネとは反対側の面に掛か処理液の供給圧力によって開かれるように構成される。

本発明にしたがう装置の好ましい実施形態では、チェック弁は、その内部においてバネが弁要素の下流に位置決めされているインラインチェック弁である。

本発明にしたがう装置の好ましい実施形態では、液体分配器は、その内部において、吐出ノズルがスピンチャックに向かって垂下している概ね逆Ｕ字形の分配アームを含み、チェック弁は、分配アームの垂下部分にある。

本発明にしたがう装置の好ましい実施形態では、チェック弁は、液体分配器への処理液供給がオフに切り替えられることを受けて閉じるように構成される。

別の一態様では、本発明は、ウエハ状物品を処理するための装置で使用するための液体分配アセンブリであって、処理液の供給部に接続されてウエハ状物品の表面へ処理液を分配するように位置決めされてい液体分配アームを備えているアセンブリに関する。液体分配アームの吐出ノズルから処理液が滴り出ないように、チェック弁が、液体分配アーム内に又は液体分配アームに隣接して位置決めされる。チェック弁の弁座は、吐出ノズルの出口開口から２０ｍｍから１００ｍｍの範囲の距離にある。

本発明にしたがう液体分配アセンブリの好ましい実施形態では、チェック弁は、バネによって閉位置へ付勢される。

本発明にしたがう液体分配アセンブリの好ましい実施形態では、チェック弁は、チェック弁の弁要素におけるバネとは反対側の面に掛かる処理液の供給圧力によって開かれるように構成される。

本発明にしたがう液体分配アセンブリの好ましい実施形態では、チェック弁は、その内部においてバネが弁要素の下流に位置決めされているインラインチェック弁である。

本発明にしたがう液体分配アセンブリの好ましい実施形態では、チェック弁は、液体分配アセンブリ内を流れる処理液の全体的な方向に概ね垂直な方向に沿ってバネがピストン弁要素を閉位置へ付勢するリフトチェック弁である。

本発明にしたがう液体分配アセンブリの好ましい実施形態では、液体分配アセンブリは、吐出ノズルが垂下している概ね逆Ｕ字形の分配アームを含み、チェック弁は、分配アームの垂下部分にある。

尚も別の一態様では、本発明では、ウエハ状物品を処理するための装置で使用するためのノズルアセンブリであって、吐出出口を有するノズルボディを備えているノズルアセンブリに関する。処理液が吐出出口から滴り出ないように、チェック弁が、ノズルボディ内で吐出出口の上流に位置決めされる。チェック弁の弁座は、吐出ノズルの吐出出口から２０ｍｍから１００ｍｍの範囲の距離にある。

本発明にしたがうノズルアセンブリの好ましい実施形態では、チェック弁は、バネによって閉位置へ付勢される。

本発明にしたがうノズルアセンブリの好ましい実施形態では、チェック弁は、チェック弁の弁要素におけるバネとは反対側の面に掛かる処理液の供給圧力によって開かれるように構成される。

本発明にしたがうノズルアセンブリの好ましい実施形態では、チェック弁は、その内部においてバネが弁要素の下流に位置決めされているインラインチェック弁である。

本発明にしたがうノズルアセンブリの好ましい実施形態では、ノズルボディは、チェック弁を収容する上流部分と、吐出出口を形成する着脱式の下流部分とを備える。

本発明にしたがうノズルアセンブリの好ましい実施形態では、ノズルボディの液体入口は、吐出出口の直径よりも大きい直径を有する。好ましくは、出口は、入口の断面積よりも少なくとも５％小さい断面積を有する。

本発明にしたがうノズルアセンブリの好ましい実施形態では、ノズルボディの上流端は、入口管に取り付けられるように構成され、吐出出口を含むノズルボディの下流端は、吐出出口よりも下流において更に他の管に取り付けられるようには構成されない。

添付の図面を参照にして与えられる本発明の好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことによって、本発明のその他の目的、特徴、及び利点が更に明らかになる。

本発明の第１の実施形態にしたがう装置の概略図である。

図１の装置で使用されるノズルアセンブリの断面図である。

図１の装置で使用するのに適した代替のノズルアセンブリの断面図である。

図１を見ると、図１は、その上でウエハＷを所定の向きで保持するスピンチャック１を図示する。所定の向きは、好ましくは、主要配置面が水平又は水平から±２０°以内であるような向きである。例として、スピンチャック１は、例えば米国特許第４，９０３，７１７号で説明されるような、ベルヌーイの定理にしたがって動作するチャックである。あるいは、スピンチャック１は、使用の際にウエハＷの全重量を支えることができる一連の把持ピンを含んでいてよい。

チャック１は、通常は、半導体ウエハの枚葉式湿式処理のためのプロセスモジュール内にあり、チャンバ２内に位置決めされてもされなくてもよい。チャック１の上方には、液体分配アセンブリが位置決めされ、制御弁６を通じて処理液の供給部５に接続されている液体分配アーム４を含む。液体分配アーム４は、その末端にノズルアセンブリ３を備えている。液体分配アーム及びノズルアセンブリ３は、スピンチャック１上に位置決めされているウエハＷの上方の使用位置にある状態で示されている。しかしながら、液体アームは、スピンチャック１へのウエハＷの搭載及びスピンチャック１からのウエハＷの取り外しを容易にするために、好ましくは、ウエハＷの上に来ない待機位置へ枢動可能である又は直線移動可能である。

スピンチャック１は、下方シャフトを介して回転され、このシャフトは、モータ７によって回転駆動される。コントローラ８は、チャックを回転させるためのモータ７の動きと、供給部７からの処理液の流れを開閉するための弁の動きとを協調させるなどのように、スピンチャック１の動作全体を制御する。

次に、図２を見ると、この実施形態における図１のノズルアセンブリ３は、ネジ切り部３５を通じて下流ボディ部品３３に係合される上流ボディ部品３１で構成されているノズルボディを備えている。チェック弁が、ノズルアセンブリ内に位置決めされ、らせんバネ３９によって弁座３８に向かって閉位置へ付勢される弁要素３７を含んでいる。弁座３８は、上流ボディ部品３１と一体的に形成され、図２に示された各部品３１、３３、３７、及び３９は、好ましくは、化学的に不活性なプラスチック材料で作成される。

弁座３８は、ノズルの出口開口３６から距離ｄに位置決めされ、該距離ｄは、好ましくは、２０ｍｍから１００ｍｍの範囲である。

更に、図１の制御弁６は、チェック弁の上流に好ましくは少なくとも５０ｃｍ、更に好ましくは少なくとも１００ｃｍに位置決めされる。

上流ボディ部品３１内に形成された入口通路３２は、好ましくは、下流ボディ部品３３内に形成された出口通路３４よりも大きい断面積を有する。好ましくは、出口通路３４の断面積は、入口通路３２の断面積よりも少なくとも５％小さい。

部品３１の上流端が、入口管に取り付けられるように構成されるのに対し、吐出穴３６を含む部品３３の下流端は、好ましくは、更に他の下流の管に取り付けられるようには構成されない。

パーツ３１、３３の着脱性は、下流部品を直径が異なる吐出出口３６を有するものに交換し、粘度が異なる処理液用にノズル性能を適応させることを容易にする。或いは、ノズルアセンブリ３全体も、分配アーム４に対して容易に着脱可能である。

使用の際に、ウエハＷは、スピンチャック１上に位置決めされ、コントローラ８は、選択されたｒｐｍでウエハを回転させるように、モータ７に信号で指示する。コントローラ８は、次に、分配アーム４への処理液供給部５を開くように、制御弁６に信号で指示する。

処理液は、上流ボディ部品３１内に形成された入口３２を通じてノズルアセンブリ３に入るのにともなって、それまでは図２に示されるような閉位置にあった弁要素３７に到達する。処理液の供給圧力は、この実施形態では、弁要素３７を下向きに変位させて弁座３８から離れさせ、処理液を出口通路３４を通りノズル穴３６を経てウエハＷ上まで流れさせるのに十分である。

処理液によるウエハＷの所望の処理が完了する際に、コントローラ８は、閉じるように、制御弁６に信号で指示する。ノズルアセンブリ内における処理液の圧力が降下するのにともなって、弁要素３７は、弁座３８に当たるその閉位置に戻るように、バネ３９によって付勢される。

図３では、ノズルアセンブリ３の一代替構成が示されており、該構成では、ノズルボディ３０は、弁座３８が流れの全体的な方向に概ね垂直な向きであるように構成される。距離ｄは、やはり、図２との関連で説明されたとおりであり、この実施形態のチェック弁は、図２との関連で説明されたように動作する。

上述されたような装置、液体分配アセンブリ、及びノズルアセンブリは、枚葉式ツールにおける半導体ウエハの処理に関係するこれまで未解決であった幾つかの問題に成功裏に対処できることを見いだされた。具体的に言うと、中でも特に、表面張力が低い処理液による処理では、流れの開始及び終了の際に、並びに分配アームがその定位置に移動するときに、処理液が滴る傾向がある。また、重力ゆえの処理液の滴りが原因で、化学剤の配管に空気が進入する。

これは、ウエハ上に、ウエハの損失を招く欠陥をもたらす恐れがある。配管に進入する空気は、飛び散りの影響による跳ねを助長する不均等な流れが調整供給ステップによって発生するゆえの問題も提起する。

これらの問題に対処するために、様々な技術が開発された。開発されたこれらの技術には、処理液がノズルから漏れ出ないようにするために、処理の完結時に吸引を使用して処理液を「吸い戻す」こと、正圧を使用して、ノズルから余分な処理液を吹き飛ばすこと、内部表面張力を増加させられるように、管径を小さくすること、及びノズルの出口近くに、制御式のオン／オフ弁を位置決めすることが挙げられる。しかしながら、これらの技術のいずれも、上記の問題を適切に解決できなかった。

これに対し、本発明にしたがう装置、液体分配アセンブリ、及びノズルアセンブリは、流れが許されるときにのみ開く使用場所にチェック弁があるゆえに、上記の問題を解決できることがわかった。チェック弁は、流れが停止するとすぐに閉じ、したがって、分配アームの移動中に処理液を滴らせない。本明細書で説明されるチェック弁の更なる利点は、流れの停止後に分配アームに空気が進入しないという点にある。

本発明は、その好ましい様々な実施形態との関連で説明されてきたが、これらの実施形態は、もっぱら発明を例示するために提供されたものであり、添付の特許請求の範囲の真の範囲及び趣旨によって与えられる保護範囲を制限する口実として使用されるべきではない。

Claims (20)

1. ウエハ状物品を処理するための装置であって、
   ウエハ状物品を保持し、回転させるためのスピンチャックと、
   処理液の供給部に接続され、前記スピンチャック上に位置決めされたときのウエハ状物品の表面へ処理液を分配するように位置決めされている又は位置決め可能である液体分配器であって、前記液体分配器の吐出ノズルから処理液が滴り出ないように位置決めされているチェック弁を備える液体分配器と、前記チェック弁の弁座は、前記吐出ノズルの出口開口から２０ｍｍから１００ｍｍの範囲の距離にあり、前記チェック弁および前記弁座は化学的に不活性なプラスチック材料で形成され、
   前記チェック弁の上流に位置決めされ、前記液体分配器への前記処理液の供給のオン及びオフを切り替えるための制御弁と、
   を備える装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記制御弁は、前記チェック弁の上流の少なくとも５０ｃｍに位置決めされている、装置。
3. 請求項１に記載の装置であって、
   前記チェック弁は、バネによって閉位置へ付勢されている、装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、
   前記チェック弁は、前記チェック弁の弁体における前記バネとは反対側の面に掛かる前記処理液の供給圧力によって開かれるように構成される、装置。
5. 請求項４に記載の装置であって、
   前記チェック弁は、その内部において前記バネが前記弁体の下流に位置決めされているインラインチェック弁である、装置。
6. 請求項１に記載の装置であって、
   前記液体分配器は、前記吐出ノズルが前記スピンチャックに向かって垂下している概ね逆Ｕ字形の分配アームを含み、前記チェック弁は、前記分配アームの垂下部分にある、装置。
7. 請求項１に記載の装置であって、
   前記チェック弁は、前記液体分配器への前記処理液供給がオフに切り替えられることを受けて閉じるように構成されている、装置。
8. ウエハ状物品を処理するための装置で使用するための液体分配アセンブリであって、
   処理液の供給部に接続され、ウエハ状物品の表面へ処理液を分配するように位置決めされている液体分配アームと、
   前記液体分配アームの吐出ノズルから処理液が滴り出ないように前記液体分配アーム内に又は前記液体分配アームに隣接して位置決めされているチェック弁と、前記チェック弁の弁座は、前記吐出ノズルの出口開口から２０ｍｍから１００ｍｍの範囲の距離にあり、前記チェック弁および前記弁座は化学的に不活性なプラスチック材料で形成されていること、
   を備える液体分配アセンブリ。
9. 請求項８に記載の液体分配アセンブリであって、
   前記チェック弁は、バネによって閉位置へ付勢されている、液体分配アセンブリ。
10. 請求項９に記載の液体分配アセンブリであって、
    前記チェック弁は、前記チェック弁の弁体における前記バネとは反対側の面に掛かる処理液の供給圧力によって開かれるように構成されている、液体分配アセンブリ。
11. 請求項１０に記載の液体分配アセンブリであって、
    前記チェック弁は、その内部において前記バネが前記弁体の下流に位置決めされているインラインチェック弁である、液体分配アセンブリ。
12. 請求項１０に記載の液体分配アセンブリであって、
    前記チェック弁は、前記液体分配アセンブリ内を流れる処理液の流動方向に概ね垂直な方向に沿って前記バネがピストン弁体を閉位置へ付勢するリフトチェック弁である、液体分配アセンブリ。
13. 請求項８に記載の液体分配アセンブリであって、
    前記液体分配アセンブリは、前記吐出ノズルが垂下されている概ね逆Ｕ字形の分配アームを含み、前記チェック弁は、前記分配アームの垂下部分にある、液体分配アセンブリ。
14. ウエハ状物品を処理するための装置で使用するためのノズルアセンブリであって、
    吐出出口を有するノズルボディと、
    前記吐出出口から処理液が滴り出ないように前記ノズルボディにおける前記吐出出口の上流に位置決めされているチェック弁と、前記チェック弁の弁座は、前記吐出出口から２０ｍｍから１００ｍｍの範囲の距離にあり、前記チェック弁および前記弁座は化学的に不活性なプラスチック材料で形成されていること、
    を備えるノズルアセンブリ。
15. 請求項１４に記載のノズルアセンブリであって、
    前記チェック弁は、バネによって閉位置へ付勢されている、ノズルアセンブリ。
16. 請求項１５に記載のノズルアセンブリであって、
    前記チェック弁は、前記チェック弁の弁体における前記バネとは反対側の面にかかる処理液の供給圧力によって開かれるように構成されている、ノズルアセンブリ。
17. 請求項１５に記載のノズルアセンブリであって、
    前記チェック弁は、その内部において前記バネが前記弁体の下流に位置決めされているインラインチェック弁である、ノズルアセンブリ。
18. 請求項１４に記載のノズルアセンブリであって、
    前記ノズルボディは、前記チェック弁を収容する上流部分と、前記吐出出口を形成する着脱式の下流部分とを含む、ノズルアセンブリ。
19. 請求項１４に記載のノズルアセンブリであって、
    前記ノズルボディの液体入口は、前記吐出出口の直径よりも大きい直径を有する、ノズルアセンブリ。
20. 請求項１４に記載のノズルアセンブリであって、
    前記ノズルボディの上流端は、入口管に取り付けられるように構成され、前記吐出出口を含む前記ノズルボディの下流端は、前記吐出出口よりも下流において更に他の管に取り付けられるようには構成されていない、ノズルアセンブリ。

Images