特許 6322450 ウエハ状物品の表面を処理するための装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6322450

(24)【登録日】2018年4月13日

(45)【発行日】2018年5月9日

(54)【発明の名称】ウエハ状物品の表面を処理するための装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20180423BHJP

   H01L 21/306 20060101ALI20180423BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 648K

   H01L21/304 643A

   H01L21/306 J

【請求項の数】15

【外国語出願】

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-51469(P2014-51469)

(22)【出願日】2014年3月14日

(65)【公開番号】特開2014-187363(P2014-187363A)

(43)【公開日】2014年10月2日

【審査請求日】2017年3月13日

(31)【優先権主張番号】13/849,202

(32)【優先日】2013年3月22日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】510141648

【氏名又は名称】ラム・リサーチ・アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100096817

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 孝雄

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス・グライスナー

【審査官】 堀江 義隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２７３３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０３５０１９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の液体処理のための装置であって、
基板ホルダと、
前記基板ホルダを取り巻く液体収集器と、
を備え、
前記液体収集器は、基板を処理するために使用されていた液体を集めるための溝を含み、
前記溝は、吐き出し管と流体連通しており、
前記液体収集器は、更に、前記溝内の吐き出し開口から、前記溝よりも下方に位置決めされた前記吐き出し管の入口開口まで広がる凹状表面を含み、
前記溝内の前記吐き出し開口は、前記吐き出し管の前記入口開口の断面積の少なくとも２倍の大きさの断面積を有し、
前記凹状表面は、更に、前記吐き出し管の前記入口開口を挟んだ両側で概ね前記溝に沿って伸びる１対の二次凹所を含む、装置。

【請求項2】

請求項１に記載の装置であって、
前記基板ホルダ及び前記液体収集器は、基板の液体処理中に密閉するように構成されたプロセスチャンバ内にある、装置。

【請求項3】

請求項１に記載の装置であって、
前記基板ホルダは、ウエハ状物品を保持する及び回転させるためのスピンチャックである、装置。

【請求項4】

請求項１に記載の装置であって、
前記基板ホルダは、シャフトによって回転の形で駆動されるチャックであり、前記チャックは、基板の縁領域に接触するように円形に位置決めされた一連のピンを含む、装置。

【請求項5】

請求項１に記載の装置であって、
前記基板ホルダは、周囲を取り巻く電磁ステータによって回転の形で駆動される磁気ロータリングであり、前記磁気ロータリングは、前記磁気ロータリングから下向きに延びて基板の縁領域に接触するように円形に位置決めされた一連のピンを含む、装置。

【請求項6】

基板の液体処理のための装置であって、
基板ホルダと、
前記基板ホルダを取り巻く液体収集器と、
を備え、
前記液体収集器は、基板を処理するために使用されていた液体を集めるための溝を含み、
前記溝は、吐き出し管と流体連通しており、
前記液体収集器は、更に、前記溝内の吐き出し開口から、前記溝よりも下方に位置決めされた前記吐き出し管の入口開口まで広がる凹状表面を含み、
前記溝内の前記吐き出し開口は、前記吐き出し管の前記入口開口の断面積の少なくとも２倍の大きさの断面積を有し、
前記凹状表面は、前記吐き出し管の前記入口開口を挟んだ両側で前記溝に沿って伸びる１対の細長い窪みを含む、装置。

【請求項7】

請求項１に記載の装置であって、
前記吐き出し管の前記入口開口は、覆われておらず、平面視において前記溝内の前記吐き出し開口によって取り囲まれている、装置。

【請求項8】

請求項１に記載の装置であって、
前記溝内の前記吐き出し開口は、前記吐き出し管の前記入口開口の断面積の少なくとも３倍の大きさの断面積を有する、装置。

【請求項9】

請求項１に記載の装置であって、
前記溝内の前記吐き出し開口は、前記吐き出し管の前記入口開口の断面積の少なくとも４倍の大きさの断面積を有する、装置。

【請求項10】

請求項１に記載の装置であって、
前記凹状表面は、前記溝内の前記吐き出し開口において前記溝とともに縁を形成する、装置。

【請求項11】

基板の液体処理のための装置で使用される液体収集器であって、
基板を処理するために使用された液体を集めるための溝を有するケースを備え、前記溝は、吐き出し管と流体連通しており、
前記液体収集器は、更に、
前記溝内の吐き出し開口から、前記溝よりも下方に位置決めされた前記吐き出し管の入口開口まで広がる凹状表面を備え、
前記溝内の前記吐き出し開口は、前記吐き出し管の前記入口開口の断面積の少なくとも２倍の大きさの断面積を有し、
前記凹状表面は、更に、前記吐き出し管の前記入口開口を挟んだ両側で概ね前記溝に沿って伸びる１対の二次凹所を含む、液体収集器。

【請求項12】

基板の液体処理のための装置で使用される液体収集器であって、
基板を処理するために使用された液体を集めるための溝を有するケースを備え、前記溝は、吐き出し管と流体連通しており、
前記液体収集器は、更に、
前記溝内の吐き出し開口から、前記溝よりも下方に位置決めされた前記吐き出し管の入口開口まで広がる凹状表面を備え、
前記溝内の前記吐き出し開口は、前記吐き出し管の前記入口開口の断面積の少なくとも２倍の大きさの断面積を有し、
前記凹状表面は、前記吐き出し管の前記入口開口を挟んだ両側で前記溝に沿って伸びる１対の細長い窪みを含む、液体収集器。

【請求項13】

請求項１１又は１２に記載の液体収集器であって、
前記吐き出し管の前記入口開口は、覆われておらず、平面視において前記溝内の前記吐き出し開口によって取り囲まれている、液体収集器。

【請求項14】

請求項１１又は１２に記載の液体収集器であって、
前記溝内の前記吐き出し開口は、前記吐き出し管の前記入口開口の断面積の少なくとも３倍の大きさの断面積を有する、液体収集器。

【請求項15】

請求項１１又は１２に記載の液体収集器であって、
前記溝内の前記吐き出し開口は、前記吐き出し管の前記入口開口の断面積の少なくとも４倍の大きさの断面積を有する、液体収集器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、総じて、半導体ウエハなどのウエハ状物品の表面を処理するための装置であって、閉じられたプロセスチャンバ内から１種以上の処理流体が回収されうる装置に関する。

【関連技術の説明】

【0002】

半導体ウエハは、エッチング、洗浄、研磨、及び材料蒸着などの様々な表面処理プロセスを経る。このようなプロセスに適応するためには、例えば米国特許第４，９０３，７１７号及び第５，５１３，６６８号に記載されるように、回転式キャリアに付随するチャックによって、１枚のウエハが、１種以上の処理流体ノズルに関係付けて支えられてよい。

【0003】

或いは、例えば国際公開第ＷＯ２００７／１０１７６４号及び米国特許第６，４８５，５３１号に記載されるように、ウエハを支えるように適応されたリングロータの形態をとるチャックが、閉じられたプロセスチャンバ内に配されて、物理的接触を伴うことなく能動型の磁気軸受けを通じて駆動されてよい。回転しているウエハの縁から遠心作用によって外向きに駆り立てられた処理流体は、廃棄のために、共通の排液管に送られる。

【0004】

改善された閉じられたプロセスチャンバが、共同所有の同時係属出願である米国公開第２０１３／００６２８３９号に記載されている。本発明の発明者は、しかしながら、該特許出願に記載されるようなプロセスチャンバからは、使用済みのプロセス液が常に完全に回収されるとは限らないことに気付いた。特に、本発明の発明者は、スピンしているチャックによって生成される空気流が、周囲を取り巻くチャンバの排液管に集められたプロセス液内に乱流を引き起こし、その結果、プロセス液が跳ね散ったり、使用済みプロセス液の液滴がプロセスチャンバのその他の内表面に付着したりすることに気付いた。

【発明の概要】

【0005】

したがって、本発明は、一態様において、基板の液体処理のための装置であって、基板ホルダと、該基板ホルダを取り巻く液体収集器とを含む装置に関する。液体収集器は、基板を処理するために使用されていた液体を集めるための溝を含む。該溝は、吐き出し管と流体連通しており、液体収集器は、更に、溝内の吐き出し開口から、溝よりも下方に位置決めされた吐き出し管の入口開口まで広がる凹状表面を含む。溝内の吐き出し開口は、吐き出し管の入口開口の断面積の少なくとも２倍の大きさの断面積を有する。

【0006】

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、ホルダ及び液体収集器は、基板の液体処理中に密閉することができるプロセスチャンバ内にある。

【0007】

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、ホルダは、ウエハ状物品を保持する及び回転させるためのスピンチャックである。

【0008】

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、ホルダは、シャフトによって回転の形で駆動されるチャックであり、該チャックは、基板の縁領域に接触するように円形に位置決めされた一連のピンを含む。

【0009】

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、ホルダは、周囲を取り巻く電磁ステータによって回転の形で駆動される磁気ロータリングであり、該磁気ロータリングは、磁気ロータリングから下向きに吊り下がり基板の縁領域に接触するように円形に位置決めされた一連のピンを含む。

【0010】

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、凹状表面は、吐き出し管の入口開口を挟んだ両側で溝に沿って伸びる１対の細長い窪みを含む。

【0011】

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、吐き出し管の入口開口は、覆われておらず、平面視において溝内の吐き出し開口によって取り囲まれている。

【0012】

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、溝内の吐き出し開口は、吐き出し管の入口開口の断面積の少なくとも３倍の大きさの断面積を有する。

【0013】

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、溝内の吐き出し開口は、吐き出し管の入口開口の断面積の少なくとも４倍の大きさの断面積を有する。

【0014】

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、凹状表面は、溝内の吐き出し開口において溝とともに縁を形成する。

【0015】

本発明にしたがった装置の好ましい実施形態では、凹状表面は、更に、吐き出し管の入口開口を挟んだ両側で概ね溝に沿って伸びる１対の二次凹所を含む。

【0016】

別の一態様において、本発明は、基板の液体処理のための装置で使用される液体収集器に関する。液体収集器は、基板を処理するために使用される液体を集めるための内周溝を有するケースを含む。該溝は、吐き出し管と流体連通しており、液体収集器は、更に、溝内の吐き出し開口から、溝よりも下方に位置決めされた吐き出し管の入口開口まで広がる凹状表面を含む。溝内の吐き出し開口は、吐き出し管の入口開口の断面積の少なくとも２倍の大きさの断面積を有する。

【0017】

本発明にしたがった液体収集器の好ましい実施形態では、凹領域は、吐き出し管の入口開口を挟んだ両側で溝に沿って伸びる１対の細長い窪みを含む。

【0018】

本発明にしたがった液体収集器の好ましい実施形態では、吐き出し管の入口開口は、覆われておらず、平面視において溝内の吐き出し開口によって取り囲まれている。

【0019】

本発明にしたがった液体収集器の好ましい実施形態では、溝内の吐き出し開口は、吐き出し管の入口開口の断面積の少なくとも３倍の大きさの断面積を有する。

【0020】

本発明にしたがった液体収集器の好ましい実施形態では、溝内の吐き出し開口は、吐き出し管の入口開口の断面積の少なくとも４倍の大きさの断面積を有する。

【0021】

本発明にしたがった液体収集器の好ましい実施形態では、凹状表面は、更に、吐き出し管の入口開口を挟んだ両側で概ね溝に沿って伸びる１対の二次凹所を含む。

【図面の簡単な説明】

【0022】

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。

【0023】

【図1】本発明の第１の実施形態にしたがったプロセスチャンバを説明した側断面図であり、内部カバーがその第１の位置で示されている。

【図2】本発明の第１の実施形態にしたがったプロセスチャンバを説明した側断面図であり、内部カバーがその第２の位置で示されている。

【図3】図１の細部ＩＩＩの拡大図である。

【図4】図１及び図２に示された実施形態の液体収集器を説明した断面斜視図である。

【図5】図１及び図２に示された実施形態の液体収集器の上方からの斜視図である。

【図6】図５の細部ＸＩの拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１を参照すると、本発明の第１の実施形態にしたがった、ウエハ状物品の表面を処理するための装置は、ＰＦＡ（ペル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で作成されることが好ましい外側プロセスチャンバ１を含む。この実施形態におけるチャンバは、主円筒壁１０と、下方部分１２と、上方部分１５とを有する。上方部分１５からは、蓋３６によって閉じられる狭い円筒壁３４が伸びている。

【0025】

チャンバ１の上方部分には、回転式チャック３０が配され、円筒壁３４によって周囲を取り囲まれる。回転式チャック３０は、装置の使用中に、ウエハＷを回転可能方式で支える。回転式チャック３０は、リングギア３８を含む回転駆動機構を組み入れており、これは、ウエハＷの周縁への接触及びウエハＷの周縁の解放を選択的に行うための偏心可動式の複数の把持部材に係合してそれらを駆動する。

【0026】

この実施形態では、回転式チャック３０は、円筒壁３４の内表面に隣接して提供されるリングロータである。リングロータの反対側には、円筒壁３４の外表面に隣接してステータ３２が提供される。ロータ３０及びステータ３４は、能動型の磁気軸受けを通じてリングロータ３０（及びそれによって支えられているウエハＷ）を回転させうるモータとして機能する。例えば、ステータ３４は、ロータ上に提供された対応する永久磁石を通じて回転式チャック３０を回転可能方式で駆動するように能動的に制御されうる複数の電磁コイル又は電磁巻き線を含むことができる。回転式チャック３０の軸方向及び半径方向の軸受けも、やはり、ステータの能動的制御によって又は永久磁石によって達成されうる。したがって、回転式チャック３０は、機械的な接触を伴うことなく浮揚されうる及び回転可能式に駆動されうる。或いは、ロータは、受動型の軸受けによって保持されてもよく、この場合は、ロータの磁石は、チャンバの外の外側ロータ上に周沿いに配置された対応する高温超電導磁石（ＨＴＳ磁石）によって保持される。この代替の磁石によって、リングロータの各磁石は、それに対応する外側ロータのＨＴＳ磁石に留め付けられる。したがって、内側ロータは、物理的な接続を伴うことなく外側ロータと同じ動きをする。

【0027】

蓋３６は、その外側に取り付けられたマニホールド４２を有し、該マニホールド４２は、蓋３６を貫通してウエハＷの上方でチャンバ内へ開かれた媒質入口４４を提供する。なお、この実施形態におけるウエハＷは、入口４４を通じて供給される流体がウエハＷの上向きの面に突き当たるように、回転式チャック３０から下向きに吊り下がり把持部材４０によって支えられることに留意せよ。

【0028】

ウエハ３０が、例えば直径が３００ｍｍ又は４５０ｍｍの半導体ウエハである場合は、ウエハＷの上向きの面は、ウエハＷの素子側又は表側のいずれかであってよく、これは、ウエハが回転式チャック３０上にどのように位置決めされるかによって決定され、そして、どのように位置決めされるかは、チャンバ１内で実施されている特定のプロセスにしたがう。

【0029】

図１の装置は、更に、プロセスチャンバ１に相対的に可動である内部カバー２を含む。内部カバー２は、図１では、その第１の位置、すなわち開かれた位置で示されており、該位置では、回転式チャック３０は、チャンバ１の円筒壁１０と連通している。

【0030】

この実施形態におけるカバー２は、概ねカップ状であり、直立する円筒壁２１によって周囲を取り囲まれた基部２０を含み、使用済みプロセス液のための収集器もあわせて構成している。収集器は、使用済みプロセス液が集まる環状溝２７を含み、使用済みプロセス液は、そこから吐き出し管２５へ導かれる。カバー２は、更に、チャンバ１の下方壁１４を貫通して基部２０を支える中空シャフト２２を含む。

【0031】

中空シャフト２２は、主チャンバ１内に形成された突出部１２によって取り囲まれ、これらの要素は、中空シャフト２２がチャンバ１との間に気密シールを維持しつつ突出部１２に相対的にずらされることを可能にするダイナミックシールを通じて接続されている。

【0032】

円筒壁２１の頂部には、環状の反らせ部材２４が取り付けられ、該部材２４は、その上向きの面上にガスケット２６を載せている。カバー２は、プロセス流体及びすすぎ液がチャンバ内へ導入されてウエハＷの下向きの面に達するように、基部２０を貫通する少なくとも１つの流体媒質入口２８を含むことが好ましい。

【0033】

カバー２は、更に、図３との関連で更に詳しく説明されるように、使用済みプロセス液を吐き出し管２５内へ向かわせるプロセス液吐き出し開口２３を含む。吐き出し管２５は、カバー２の基部２０に堅く取り付けられる一方で、気密シールを維持しつつ底壁１４に相対的に軸方向に滑動しうるようにダイナミックシール１７を通じてチャンバ１の底壁１４を貫通している。

【0034】

排気開口１６が、チャンバ１の壁１０を貫通する一方で、回転式チャック３０の内表面の近くでは、別の排気開口４６が蓋３６を貫通している。各排気開口は、適切な排気管（不図示）につながれており、これらの排気管は、それぞれの弁及び通気機器を通じて独立に制御されることが好ましい。

【0035】

図１に描かれた位置は、ウエハＷの搭載又は取り出しに対応している。具体的には、ウエハＷは、蓋３６を通じて、又はより好ましくはチャンバ壁１０の側面にある扉（不図示）を通して回転式チャック３０上に搭載される。しかしながら、蓋３６がその所定の位置にあり、いずれの側面の扉も閉じられているときは、チャンバ１は、気密状態にあり、所望の内圧を維持することができる。

【0036】

図２では、内部カバー２がその第２の位置、すなわち閉じられた位置に移動されており、これは、ウエハＷの処理に対応している。すなわち、ウエハＷが回転式チャック３０に搭載された後、カバー２は、中空シャフト２２に作用する適切なモータ（不図示）によって、チャンバ１に相対的に上方へ移動される。内部カバー２の上方移動は、反らせ部材２４がチャンバ１の上方部分１５の内表面に接触するまで続く。具体的には、反らせ部材２４に載せられたガスケット２６が、上方部分１５の下側に密着し、上方部分１５に載せられたガスケット１８が、反らせ部材２４の上表面に密着する。

【0037】

図２に描かれるように、内部カバー２がその第２の位置に達すると、閉じられたプロセスチャンバ１内に、第２のチャンバ４８が形成される。内側チャンバ４８は、チャンバ１の残りの部分から尚も更に気密方式で密閉される。更に、チャンバ４８は、チャンバ１の残りの部分とは別々に通気されることが好ましく、これは、この実施形態では、通常はチャンバ１のためにそして図２の構成ではチャンバ１の残りの部分のために働く通気口１６とは独立してチャンバ４８に排気口４６を提供することによって達成される。

【0038】

ウエハの処理中は、エッチング、洗浄、すすぎ、及び処理を経ているウエハにとって所望のその他の任意の処理などの様々なプロセスを実施するために、回転しているウエハＷに対して媒質入口４４及び／又は２８を通じて処理流体が向けられてよい。

【0039】

代替の実施形態では、カバー２は、共同所有の同時係属である出願米国公開第２０１３／００６２８３９号の図３〜６に示されるように、垂直可動式の跳ね止め及び同心円状の複数の排水溝を備えていてよい。更に代替の実施形態では、共同所有の同時係属出願である米国公開第２０１３／００６２８３９号の図７〜１０に示されるように、磁気ロータチャック３０がシャフト駆動式のチャックに置き換えられてよい。

【0040】

次に、図３を参照すると、溝２７を吐き出し管２５につなぐ凹状移行表面が示されている。具体的には、溝２７は、この実施形態ではおおよそ一部円形の断面を有し、その中に開口２３を形成されており、該開口２３は、内向きに傾斜する凹表面を通じて吐き出し管２５の入口につながっている。吐き出し開口２３は、吐き出し管２５よりも断面積が大幅に大きく、具体的には、断面積が少なくとも２倍の大きさであり、好ましくは少なくとも３倍の大きさであり、更に好ましくは少なくとも４倍の大きさである。

【0041】

更に、溝２７の下且つ吐き出し管２５の上方にある凹空間は、吐き出し管を挟んだ両側に形成されて図３の図面の面に概ね垂直な方向に伸びる１対のスロット、すなわち二次凹所２３１によって、更に増加する。図３では、一方の二次凹所２３１のみが見えている。

【0042】

溝２７から吐き出し管２５の入口までの距離は、垂直に測って好ましくは少なくとも３ｍｍである。

【0043】

この構造は、溝２７の下流且つ吐き出し管２５の上流に使用済みプロセス液のための二次収集容器を提供する働きをする。重要なのは、この凹空間が、高速回転しているチャックによって形成されるしばしば強い空気流又は気体流から格段に保護されていることである。したがって、この構造は、上述された先の特許出願において生じる恐れがある使用済みプロセス液の跳ね散りを阻止するのに効果的であり、使用済みプロセス液は、むしろ、溝２７から吐き出し管２５内へ滑らかに流れ込む。

【0044】

図４に示されるように、収集器構造は、様々な化学組成、すすぎ液、及び不活性ガスをウエハＷの下向きの面に供給するために、複数の液体導管２８１、２８２と、ガス導管２８５とを含むことが好ましい。これらは、図５において、液体導管２８１〜２８４及びガス導管２８５〜２８７として更によく見えている。

【0045】

図６は、本実施形態にしたがった、凹状移行表面の及び該凹状移行表面によって定められる凹体積の輪郭を、より完全に示している。溝２７の底は、トーラスの下半分に概ね合致する。この凹状表面は、表面の方向が急激に変化して吐き出し開口において比較的鋭い縁を形成する形で、吐き出し開口２３において溝２７の底と合流する。

【0046】

この鋭い縁は、溝２７のドーナツ形表面に沿った空気流の流れを促し、凹体積に入る空気流を最小限に抑える。凹状表面の二次凹所２３１は、溝２７の下且つ吐き出し管２５の上方において使用済みプロセス液のために利用可能である総体積を増加させるために提供されている。このような二次凹所２３１のための余地は、溝２７の周方向の方が多く、溝２７の半径方向では大幅に少ない。

【0047】

この構造は、したがって、先行する設計との関連で説明された跳ね散りの問題を軽減し、収集器からの使用済みプロセス液の回収を向上させ、収集器を通るプロセス液の流速を高める。

【0048】

また、本発明にしたがった、使用済みプロセス液の取り扱いの改善は、添付の図面に示されるように、閉じられたプロセスチャンバに適用されることが好ましいが、例えば米国特許第４，９０３，７１７号に記載されるような、垂直方向に積み重ねられたプロセスレベルを有する開かれた収集器によって周囲を取り囲まれたスピンチャックなどの、開かれた処理ユニットに適用されてもよい。

【0049】

本発明は、その好ましい各種の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、単に、発明を解説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ための名目として使用されてはならない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】