KR20160096540A - 회전하는 가스 샤워헤드를 가진 스핀 척 - Google Patents

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안드레아스 글라이스너
마르쿠스 준크
바스카 반다라푸
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램 리서치 아게
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Abstract

웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치는 미리 결정된 배향으로 웨이퍼-형상의 물품을 홀딩하기 위한 스핀 척, 및 스핀 척에 의해 홀딩될 때 웨이퍼-형상의 물품의 표면으로 프로세스 가스를 공급하기 위한 회전하는 샤워헤드를 포함한다. 회전하는 샤워헤드는 유출부 플레이트의 중심 및 주변 구역 각각 내에 형성된 복수의 개구들을 가진 유출부 플레이트를 포함한다. 프로세스 가스 피드는 가스 분배 챔버에 프로세스 가스를 공급하도록 제공된다. 가스 분배 챔버는 샤워헤드 내에 형성된 복수의 개구들과 유체로 연통한다.

Description

회전하는 가스 샤워헤드를 가진 스핀 척{SPIN CHUCK WITH ROTATING GAS SHOWERHEAD}
본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼들과 같은 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치에 관한 것이고, 보다 구체적으로 스핀 척 및 회전하는 가스 샤워헤드를 포함하는 이러한 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼들은 에칭, 세정, 폴리싱 및 재료 증착과 같은 다양한 표면 처리 프로세스들을 겪는다. 이러한 프로세스들을 수용하기 위해서, 예를 들어 미국 특허 제 4,903,717 호 및 미국 특허 제 5,513,668 호에 기술된 바와 같이, 단일의 웨이퍼는 회전 가능한 캐리어와 연관된 척에 의해 하나 이상의 처리 유체 노즐들에 대해 지지될 수도 있다.
대안적으로, 예를 들어 국제 공보 제 WO 2007/101764 호 및 미국 특허 제 6,485,531 호에 기술된 바와 같이, 웨이퍼를 지지하도록 구성된 링 회전자의 형태의 척은 폐쇄된 프로세스 챔버 내에 위치될 수도 있고 능동 자기 베어링을 통한 물리적인 콘택트 없이 구동될 수도 있다.
척 상에서 프로세싱을 겪는 웨이퍼의 표면에 인접하게, 제어된 분위기를 도입하도록 가스 샤워헤드를 가진 이러한 척들을 구비하는 것이 알려져 있다. 이러한 샤워헤드들의 예들은 공동-소유인 계류중인 미국 출원 제 2014/0026926 호 및 공동-소유인 미국 특허 제 8,926,788 호에 나타난다. 그러나, 척의 타입 및 둘러싸는 구조체의 타입에 따라, 목표된 분위기를 유지하는 것이 어려울 수 있고 종래의 가스 샤워헤드들로 효율적으로 프로세스 가스를 활용하는 것이 또한 어려울 수 있다.
본 발명자들은 장치 내부에 스핀 척이 회전하는 가스 샤워헤드에 대해 장착되는, 웨이퍼-형상의 물품들의 처리를 위한 개선된 장치를 개발하였다.
따라서, 일 양태에서, 본 발명은 미리 결정된 배향으로 웨이퍼-형상의 물품을 홀딩하기 위한 스핀 척, 및 스핀 척에 의해 홀딩될 때 웨이퍼-형상의 물품의 표면으로 프로세스 가스를 공급하기 위한 회전하는 샤워헤드를 포함하는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치에 관한 것이다. 회전하는 샤워헤드는 유출부 플레이트의 중심 구역 및 주변 구역 각각 내에 형성된 복수의 개구들을 가진 유출부 플레이트를 포함한다. 프로세스 가스 피드는 가스 분배 챔버에 프로세스 가스를 공급하도록 제공된다. 가스 분배 챔버는 샤워헤드 내에 형성된 복수의 개구들과 유체로 연통한다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 유출부 플레이트는 스핀 척에 부착되고 그리고 스핀 척의 중심 구역을 덮는다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 복수의 개구들 각각은 0.3 내지 2.0 ㎟, 바람직하게 0.5 내지 1.5 ㎟, 그리고 보다 바람직하게 0.7 내지 1.2 ㎟ 범위의 단면적을 갖는다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 복수의 개구들은 적어도 50개의 개구들, 그리고 바람직하게 적어도 80개의 개구들을 포함한다.
바람직한 실시예들에서, 가스 분배 챔버 내에 존재할 수도 있는 액체가 복수의 최외측 개구들을 통해 배출되도록 척과 유출부 플레이트 사이의 전이부 내에 배치된 이러한 최외측 개구들이 있다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 복수의 개구들은 가스 분배 챔버로부터 스핀 척의 방사상으로 외향으로 복수의 개구들을 통과하는 유체를 지향시키도록 경사진다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 유출부 플레이트는 스핀 척 상에 배치될 때 유출부 플레이트의 중심 구역이 유출부 플레이트의 주변 구역보다 웨이퍼-형상의 물품으로부터 보다 멀리 배치되도록 돔 형상이다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 유출부 플레이트는 세라믹 재료로 형성된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 유출부 플레이트는 적어도 스핀 척의 링 부분과 원피스로 형성된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 스핀 척의 내향으로 향하는 환형 표면은 내향으로 향하는 환형 표면에 부착된 액체가 스핀 척이 스핀할 때 상향으로 또는 하향으로 이송되도록 경사진다 (상향으로 또는 하향으로).
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 스핀 척은 챔버 내에 배치된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 챔버는 폐쇄된 챔버이다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 스핀 척은 자기 회전자이고, 장치는 자기 회전자를 둘러싸는 자기 고정자를 더 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 미리 결정된 배향으로 웨이퍼-형상의 물품을 홀딩하기 위한 스핀 척, 및 스핀 척에 의해 홀딩될 때 웨이퍼-형상의 물품의 표면으로 프로세스 가스를 공급하기 위한 회전하는 샤워헤드를 포함하는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치에 관한 것이다. 프로세스 가스 피드는 가스 분배 챔버에 프로세스 가스를 공급하도록 제공된다. 가스 분배 챔버는 샤워헤드 내에 형성된 복수의 개구들과 유체로 연통한다. 스핀 척은 자기 회전자이고, 그리고 장치는 자기 회전자를 둘러싸는 자기 고정자를 더 포함한다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 회전하는 샤워헤드는 내부에 형성된 배출 개구들을 가진 유출부 플레이트를 포함하고, 유출부 플레이트는 자기 회전자에 부착되고 자기 회전자의 중심 구역을 덮는다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 유출부 플레이트는 스핀 척 상에 배치될 때 유출부 플레이트의 중심 구역이 유출부 플레이트의 주변 구역보다 웨이퍼-형상의 물품으로부터 보다 멀리 배치되도록 돔 형상이다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 스핀 척은 자기 회전자 위에 배치된 주변 구역 및 자기 회전자 내에서 하향으로 연장하는 중심 구역을 가진 상단 벽을 포함한 폐쇄된 챔버 내에 배치되고, 유출부 플레이트 및 상단 벽의 내측 표면은 가스 분배 챔버를 규정한다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 상단 벽은 고정된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 차단 가스 피드는 자기 회전자의 주변 표면과 챔버의 내측 표면 사이에 규정된 갭에 차단 가스를 공급하도록 제공되고, 갭은 가스 분배 챔버 내에 프로세스 가스를 한정하도록 배치된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 가스 주입 헤드는 상단 벽 내에 배치되고 유출부 플레이트 내의 중심 개구를 통해 통과한다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 회전하는 샤워헤드는 액체가 웨이퍼-형상의 물품을 향해 공급될 수 있는 중심 개구를 포함한다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 주어진, 본 발명의 바람직한 실시예들의 다음의 상세한 기술을 읽은 후에 보다 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 장치의 설명하기 위한 측단면도이다.
도 2는 도 1의 실시예에서 사용된 가스 샤워헤드의 유출부 플레이트의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 장치의 설명하기 위한 측단면도이다.
도 4는 도 3의 상세사항 IV의 확대도이다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 웨이퍼-형상의 물품들의 표면들을 처리하기 위한 장치는, 내부에 환형 스핀 척 (16) 이 배치되는, 폐쇄된 프로세스 챔버 (13) 를 포함한다. 자기 회전자가 챔버 벽들을 터치하지 않으면서 챔버 (13) 내에서 자유롭게 회전하고 공중부양하도록, 스핀 척 (16) 은 챔버 외부에 배치된 자기 고정자 (17) 에 의해 둘러싸인 자기 회전자이다. 챔버 (13) 는 챔버에 단단히 고정된 리드 (14) 에 의해 챔버의 상부 단부에서 폐쇄된다.
이러한 자기 회전자 척의 추가의 구조 상세사항들은 예를 들어, 공동-소유인 미국 특허 출원 공보 제 2013/0134128 호에 기술된다.
환형 스핀 척 (16) 은 프로세싱 동안 웨이퍼 (W) 를 해제 가능하게 홀딩하는, 일련의 원형인 하향으로-매달린 파지 핀들 (19) 을 갖는다. 하부 디스펜스 유닛 (22) 은 챔버 (13) 내에서 하향으로 향하는 웨이퍼 (W) 의 측면으로 액체 및/또는 가스를 공급하도록 제공된다. 히터 (31) 는 수행되는 프로세스에 따라 목표된 온도로 웨이퍼 (W) 를 가열하도록, 챔버 (13) 내에 배치된다. 히터 (31) 는 바람직하게 복수의 블루 LED 램프들을 포함하고, 블루 LED 램프의 방사선 출력은 챔버 (13) 의 컴포넌트들 (components) 에 비해 실리콘 웨이퍼들에 의해 우선적으로 흡수되는 경향이 있다.
상부 디스펜스 유닛은 외부 가스 도관 (27) 및 외부 가스 도관 (27) 내에 동축으로 배치된 내부 액체 도관 (25) 을 포함한다. 도관들 (25, 27) 양자는 리드 (14) 를 가로지르고, 그리고 액체 및 가스로 하여금 챔버 (13) 내에서 상향으로 향하는 웨이퍼 (W) 의 측면으로 공급되게 한다.
가스 샤워헤드는 유출부 플레이트 (28) 에 의해 가스 샤워헤드의 하부 측에서 경계가 정해지고, 이것은 또한 도 2의 평면도에 도시된다. 유출부 플레이트 (28) 는 프로세스 가스로 하여금 가스 분배 챔버 (37) 로부터 웨이퍼 (W) 의 상향으로 향하는 측면에 인접한 구역으로 가스 샤워헤드의 외부로 통과하게 하는, 복수의 배출 오리피스들 (29) 을 포함한다. 이 실시예에서 배출 오리피스들 (29) 각각은 0.3 내지 2.0 ㎟, 바람직하게 0.5 내지 1.5 ㎟, 그리고 보다 바람직하게 0.7 내지 1.2 ㎟ 범위의 단면적을 갖는다. 바람직하게 적어도 20개의 오리피스들 (29), 그리고 보다 바람직하게 적어도 80개의 오리피스들 (29); 훨씬 보다 바람직하게 300개의 오리피스들 (29) 이 있다.
유출부 플레이트 (28) 는 스핀 척 (16) 에 단단히 고정되고, 따라서 스핀 척 (16) 과 함께 회전한다. 다른 한편으로, 도관들 (25, 27) 은 챔버 (13) 의 리드 (14) 에 고정되게 장착되고, 약간의 간격을 갖고서 플레이트 (28) 내에 형성된 중심 개구를 통과한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 플레이트 (28) 의 중심 구역 및 주변 구역 각각 내에 이러한 복수의 오리피스들 (29) 이 있고, 중심 구역은 플레이트 (28) 의 절반-반경 (30) 내의 영역으로서 규정되고, 주변 구역은 절반-반경 (30) 의 외부의 영역으로서 규정된다.
도 1을 다시 참조하면, 프로세스 가스 공급 도관 (34) 을 통해 프로세스 가스가 가스 분배 챔버 (37) 에 공급되고 가스 분배 챔버 (37) 는 바람직한 실시예들에서 오존인, 프로세스 가스의 소스 (미도시) 와 결국 연통한다는 것을 알 것이다.
챔버 (13) 의 리드 (14) 는 또한 이 실시예에서 바람직하게 질소 가스인, 퍼지 가스, 또는 차단 가스가 공급되는 하나 이상의 노즐들 (40) 로 가로질러진다. 이러한 노즐들을 포함한 리드의 가능한 구성들의 보다 상세한 기술은 공동-소유인 계류중인 공개된 출원 미국 제 2013/0134128 호, 뿐만 아니라 공동-소유인 계류중인 출원 일련번호 제 14/145,241 호에 제시된다.
노즐들 (40) 을 통해 공급된 차단 가스는, 하나 이상의 노즐들 (34) 을 통해 전달된 프로세스 가스가 플레이트 (28) 의 오리피스들 (29) 을 통해 보다 완전히 통과하고 척 (16) 의 외측 주변과 챔버 벽 (13) 의 내측 표면 사이의 환형 갭을 통해 나가는 것이 대체로 방지되도록 차단 가스가 가스 분배 챔버 내에 프로세스 가스를 한정하는 역할을 한다는 점에서, 이 실시예에서 중요한 기능을 수행한다.
다른 한편으로, 발명자들에 의해 실시된 실험들은, 이러한 차단 가스의 공급 부재 시에, 프로세스 가스가 웨이퍼 (W) 의 상향으로-향하는 측과 콘택트하지 않고 배기구 (46) 를 통해 챔버로부터 배기되도록, 프로세스 가스의 많은 부분, 일부 예들에서 프로세스 가스의 대부분이 자기 회전자의 외측 주변과 챔버 벽 사이의 갭을 통해 나가는 것을 나타낸다.
도 1의 파선 (43) 은 이 실시예에서 도시된 구조에 기인하여 프로세스 가스와 차단 가스 사이에 형성된 경계의 대략적인 위치를 나타낸다. 분배 챔버 (37) 내에 프로세스 가스를 한정하기 위한 가스-가스 경계의 제공은, 내부에 자기 회전자 척이 장착되고 따라서 종래의 가스 시일들이 구비될 수 없는 챔버와 콘택트하지 않는 자기 회전자 척의 맥락에서 혁신적인 해결책이다.
이제 도 3 및 도 4를 참조하면, 챔버 (37) 를 통한 그리고 웨이퍼 (W) 의 상향으로 향하는 측면에 인접한 타깃 구역 내로의 프로세스 가스 공급의 효율을 더 개선하도록 발견된 몇몇의 특징들을 포함하는 본 발명의 또 다른 실시예가 나타난다.
특히, 도 3의 실시예 및 도 4의 실시예에서 유출부 플레이트 (28) 는 유출부 플레이트의 중심 구역이 웨이퍼 (W) 로부터 유출부 플레이트의 주변 구역보다 보다 멀도록, 상향으로 돔 형상이다. 대조적으로, 챔버 (13) 의 리드 (14) 는 리드의 중간 구역이 자기 회전자 (16) 에 의해 둘러싸인 구역 내로 하향으로 연장하도록 재구성된다. 이에 따라, 가스 분배 챔버 (37) 의 축 정도는 도 1 및 도 2의 실시예에 비해 상당히 감소되고, 발명자들은 프로세스 가스 공급의 효율을 더 개선하는 것을 발견하였다.
부가적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 배출 오리피스들 (29) 은 오리피스들이 스핀 척 (16) 의 방사상으로 외향으로 지향되도록, 스핀 척 (16) 의 회전의 수직 축에 대해 사각으로 배향된다. 발명자들은 도관 (34) 을 통해 공급된 프로세스 가스가 여전히 웨이퍼 (W) 에 인접한 타깃 구역에 도달하게 허용하는 동안, 이 구성이 웨이퍼 (W) 의 상향으로 향하는 표면으로부터 멀어지게 분배 챔버 (37) 내의 임의의 액체들을 방향 전환하는 것을 돕는다는 것을 발견했다.
본 발명은 본 발명의 다양한 바람직한 실시예들과 관련되어 기술되지만, 이러한 실시예들은 단지 본 발명을 예시하도록 제공되고, 본 발명은 이러한 실시예들로 제한되지 않지만, 첨부된 청구항들의 참된 범위 및 정신에 의해 포괄된다는 것을 포함한다는 것이 이해된다.

Claims (19)

  1. 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치에 있어서,
    미리 결정된 배향으로 상기 웨이퍼-형상의 물품을 홀딩하기 위한 스핀 척,
    상기 스핀 척에 의해 홀딩될 때 상기 웨이퍼-형상의 물품의 표면으로 프로세스 가스를 공급하기 위한 회전하는 샤워헤드로서, 상기 회전하는 샤워헤드는 유출부 플레이트의 중심 구역 및 주변 구역 각각 내에 형성된 복수의 개구들을 가진 상기 유출부 플레이트를 포함하는, 상기 회전하는 샤워헤드, 및
    가스 분배 챔버에 프로세스 가스를 공급하기 위한 프로세스 가스 피드로서, 상기 가스 분배 챔버는 상기 샤워헤드 내에 형성된 상기 복수의 개구들과 유체로 연통하는, 상기 프로세스 가스 피드를 포함하는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유출부 플레이트는 상기 스핀 척에 부착되고 그리고 상기 스핀 척의 중심 구역을 덮는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유출부 플레이트는 적어도 상기 스핀 척의 링 부분과 원피스로 형성되는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 개구들 각각은 0.3 내지 2.0 ㎟, 바람직하게 0.5 내지 1.5 ㎟, 그리고 보다 바람직하게 0.7 내지 1.2 ㎟ 범위의 단면적을 갖는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 개구들은 적어도 50개의 개구들, 그리고 바람직하게 적어도 80개의 개구들을 포함하는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 개구들은 상기 가스 분배 챔버로부터 상기 스핀 척의 방사상으로 외향으로 상기 복수의 개구들을 통과하는 유체를 지향시키도록 경사진, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유출부 플레이트는 상기 스핀 척 상에 배치될 때 상기 유출부 플레이트의 중심 구역이 상기 유출부 플레이트의 주변 구역보다 웨이퍼-형상의 물품으로부터 보다 멀리 배치되도록 돔 형상인, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유출부 플레이트는 세라믹 재료로 형성되는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스핀 척은 챔버 내에 배치되는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 챔버는 폐쇄된 챔버인, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 스핀 척은 자기 회전자이고,
    상기 장치는 상기 자기 회전자를 둘러싸는 자기 고정자를 더 포함하는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  12. 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치에 있어서,
    미리 결정된 배향으로 상기 웨이퍼-형상의 물품을 홀딩하기 위한 스핀 척,
    상기 스핀 척에 의해 홀딩될 때 상기 웨이퍼-형상의 물품의 표면으로 프로세스 가스를 공급하기 위한 회전하는 샤워헤드, 및
    가스 분배 챔버에 프로세스 가스를 공급하기 위한 프로세스 가스 피드로서, 상기 가스 분배 챔버는 상기 샤워헤드 내에 형성된 복수의 개구들과 유체로 연통하는, 상기 프로세스 가스 피드를 포함하고,
    상기 스핀 척은 자기 회전자이고, 상기 장치는 상기 자기 회전자를 둘러싸는 자기 고정자를 더 포함하는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 회전하는 샤워헤드는 내부에 형성된 배출 개구들을 가진 유출부 플레이트를 포함하고, 상기 유출부 플레이트는 상기 자기 회전자에 부착되고 상기 자기 회전자의 중심 구역을 덮는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 유출부 플레이트는 상기 스핀 척 상에 배치될 때 상기 유출부 플레이트의 중심 구역이 상기 유출부 플레이트의 주변 구역보다 상기 웨이퍼-형상의 물품으로부터 보다 멀리 배치되도록 돔 형상인, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 자기 회전자 위에 배치된 주변 구역 및 상기 자기 회전자 내에서 하향으로 연장하는 중심 구역을 가진 상단 벽을 포함하고, 상기 유출부 플레이트 및 상기 상단 벽의 내측 표면은 상기 가스 분배 챔버를 규정하는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 상단 벽은 고정된, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 자기 회전자의 주변 표면과 상기 챔버의 내측 표면 사이에 규정된 갭에 차단 가스를 공급하기 위한 차단 가스 피드를 더 포함하고, 상기 갭은 상기 가스 분배 챔버 내에 프로세스 가스를 한정하도록 배치되는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 상단 벽 내에 배치되고 상기 유출부 플레이트 내의 중심 개구를 통과하는 가스 주입 헤드를 더 포함하는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 회전하는 샤워헤드는 액체가 상기 웨이퍼-형상의 물품을 향해 공급될 수 있는 중심 개구를 포함하는, 웨이퍼-형상의 물품들을 프로세싱하기 위한 장치.
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