(57)【要約】【課題】  毛細管パターン崩壊が起きる可能性がある前に、表面の液体を急速に沸騰させて液体を蒸発させることによって基板乾燥が達成されるプロセスおよび装置を提供する。【解決手段】  より具体的には、電磁誘導加熱を利用して、基板表面に横断する振動磁場を与え、基板内に基板を急速に加熱させる電気渦電流を誘導する。次いで、この液体は、パターン崩壊を生じさせることなく、急速に蒸発する。このような技術はＩＰＡ乾燥に特に有用である。【選択図】  図４
2019197893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を乾燥する方法であって、
前記基板上に流体を提供するステップと、
電磁誘導加熱の使用を通じて前記基板を加熱するステップと、
前記電磁誘導加熱の使用により前記基板の表面から前記流体を除去するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記流体を除去するステップは、前記基板上の毛細管パターン崩壊が起きる前に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板は、半導体ウェハである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電磁誘導加熱を達成するために１０ＭＨｚを超える周波数を有する電磁エネルギーが利用される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記流体がイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記電磁誘導加熱は、前記基板を４００℃から５００℃の範囲の温度に加熱する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記流体がイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記電磁誘導加熱は、前記基板を４００℃から５００℃の範囲の温度に加熱する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電磁誘導加熱のためにマグネトロンが使用される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記電磁誘導加熱のためにアンテナが使用される、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
コントローラが、毛細管応力効果による前記基板内の構造の変形または変更を回避するために、前記基板内の磁束を制御するように構成されている、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
基板を乾燥するための装置であって、
プロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバ内で前記基板を保持するためのチャックと、
エネルギー源と、
前記プロセスチャンバおよびエネルギー源に結合されており、電磁エネルギーを放出するように構成されているエネルギー送信機と、を含み、
前記エネルギー送信機から放出された前記電磁エネルギーは、前記基板を加熱して前記基板に乾燥効果を与えるように、前記基板内に磁束を誘導することによって前記基板に電磁誘導加熱を与える、装置。
【請求項１３】
前記プロセスチャンバの体積は、調節可能である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記プロセスチャンバの頂部は、調節可能である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記エネルギー送信機はマグネトロンである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記エネルギー送信機は、アンテナである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記アンテナは、格納可能である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置は、基板液体処理ツールである、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記電磁エネルギーは、１０ＭＨｚから１００ＧＨｚの範囲の周波数を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
毛細管応力効果による前記基板内の構造の変形または前記構造の変更を回避するために、前記基板内の磁束を制御するように構成されているコントローラをさらに含む、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１８年５月９日に出願の「Rapid  Wafer  Drying  Using  Induction  Heating」と題する米国仮特許出願第６２／６６８，８４１号」に対する優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に明示的に援用される。本出願は、２０１８年６月２５日に出願の「Rapid  Wafer  Drying  Using  Induction  Heating」と題する米国仮特許出願第６２／６８９，３０２号に対する優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に明示的に援用される。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、基板の処理に関する。特に、それは、基板を乾燥するための装置および方法を提供する。例示的な一実施形態では、半導体ウェハの乾燥を説明する。
【０００３】
基板処理は、基板プロセスフローを形成する多種多様な処理ステップを伴う。基板プロセスフローは、当業者に周知のように、基板内および／または基板上に層を形成する、層をパターニングする、層を除去する、層を平坦化する、ある種のものを埋め込むことを含み得るが、これらに限定されない。基板プロセスフロー中の多くのポイントで、基板を乾燥する必要がある。例えば、多くの処理ステップは、すすぎおよび乾燥動作の使用を必要とする。基板プロセスフローの様々な段階において、基板表面は、広範囲の露出表面材料およびパターンを有することがある。種々の処理段階で基板を乾燥するときに使用する種々の技術が知られており、スピン乾燥、蒸気乾燥、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）乾燥、マランゴニ（Marangoni）乾燥、超臨界乾燥等を含むがこれらに限定されない。
【０００４】
従来技術には様々な問題が見出されている。例えば、ＩＰＡ乾燥において、最後の液体ステップは、流体分配および流体の乾燥を含むことがある。このような乾燥の一例では、利用する最後の液体ステップは、ＩＰＡの分配を含むことがあり、次いで、ＩＰＡを乾燥させるために空気／窒素を基板上に吹き付けながら、基板を急速に回転させることがある。しかし、このような技術は、毛細管応力効果（capillary  stress  effect）により基板上のパターンが変形または変更される毛細管パターン崩壊をもたらすことがある。このような変形および変更の問題は、高アスペクト比、小さなジオメトリ構造において特によく見られる。別の乾燥技術では、二酸化炭素を用いた超臨界乾燥が使用され得るが、そのような技術は低速で高価である。
【０００５】
本明細書で説明するように、コスト効率の高い方法で従来技術のパターン崩壊を回避する乾燥技術を提供する。
【発明の概要】
【０００６】
毛細管パターン崩壊（capillary  pattern  collapse）が起きる可能性がある前に、表面の液体を急速に沸騰させて液体を蒸発させることによって基板乾燥が達成されるプロセスおよび装置を提供する。より具体的には、電磁誘導加熱を利用して、基板表面に横断する振動磁場を与え、基板内に基板を急速に加熱させる電気渦電流を誘導する。次いで、この液体は、パターン崩壊を生じさせることなく、急速に蒸発する。このような技術はＩＰＡ乾燥に特に有用である。
【０００７】
一実施形態では、基板を乾燥する方法を説明する。本方法は、基板上に流体を提供するステップを含むことができる。この方法は、電磁誘導加熱の使用を通じて基板を加熱するステップと、電磁誘導加熱の使用により基板の表面から流体を除去するステップとをさらに含むことができる。
【０００８】
例示的な一実施形態では、基板を乾燥するための装置を説明する。本装置は、プロセスチャンバと、プロセスチャンバ内で基板を保持するためのチャックとを含むことができる。本装置は、エネルギー源と、プロセスチャンバおよびエネルギー源に結合されたエネルギー送信機とをさらに含むことができ、エネルギー送信機は、電磁エネルギーを放出するように構成されている。エネルギー送信機から放出される電磁エネルギーは、基板を加熱して基板に乾燥効果を与えるように、基板内に磁束を誘導することによって基板に電磁誘導加熱を与える。
【０００９】
別の実施形態では、基板を乾燥するための装置を説明する。装置は、円筒形プロセスチャンバと、円筒形プロセスチャンバ内で基板を保持するためのチャックと、マイクロ波エネルギー源と、マイクロ波エネルギー源および円筒形プロセスチャンバに結合されたマグネトロンを含むことができ、ここで、マグネトロンからのエネルギーは、基板に電磁誘導加熱を与えることができる。
【００１０】
別の実施形態では、基板を乾燥するための装置を提供する。本装置は、プロセスチャンバと、プロセスチャンバ内に延びるアンテナと、アンテナに結合された無線周波数（ＲＦ）源とを含むことができ、ここで、アンテナで励起されたＲＦ磁束は、基板を加熱して基板乾燥効果を与えるように、基板内に磁束を誘導する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明およびその利点のより完全な理解は、添付の図面と関連して取り上げた以下の説明を参照することによって得ることができ、ここで、同様の参照番号は同様の特徴を示す。しかし、添付の図面は、開示した概念の例示的な実施形態のみを示しており、従って、開示された概念は、他の等しく有効な実施形態を認めるため、範囲を制限するものとはみなされないことに留意されたい。
【００１２】
【図１】本明細書で説明する基板乾燥機の一実施形態を示す。
【図２】本明細書で説明する基板乾燥機の別の実施形態を示す。
【図３】図２の乾燥機によって生成された磁力線の表示を示す。
【図４】本明細書で説明する技術を利用するための例示的な方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
毛細管パターン崩壊が起きる可能性がある前に、表面の液体を急速に沸騰させて液体を蒸発させることによって基板乾燥が達成されるプロセスおよび装置を提供する。より具体的には、電磁誘導加熱を利用して、基板表面に横断する振動磁場を与え、基板内に基板を急速に加熱させる電気渦電流を誘導する。次いで、この液体は、パターン崩壊を生じさせることなく、急速に蒸発する。このような技術はＩＰＡ乾燥に特に有用である。
【００１４】
例示的な一実施形態において、本明細書で説明する概念は、ＩＰＡを利用する基板乾燥プロセスに関連して説明する。しかし、認識されるように、本明細書で開示する概念は、ＩＰＡを利用しない乾燥技術と共に利用可能である。従って、本明細書で説明する概念は、基板から乾燥されるべき他の材料に関連して利用することができる。この点に関して、本明細書で提供する開示の利点を有する、本明細書で説明する技術は、広範囲の乾燥用途において基板を加熱するために利用され得ることが認識されるであろう。例えば、本明細書で説明する乾燥技術は、ＩＰＡを使用せずに基板から水を乾燥するときに利用され得る。
【００１５】
上述したように、例示的な一実施形態では、ＩＰＡを乾燥されるべき基板に適用することができる。一実施形態では、ＩＰＡを、基板を回転させることなく、基板上に分配されるＩＰＡの厚い流体層として適用することができ、上面全体がＩＰＡで濡れたままであることを確実にする。しかし、本明細書で説明する技術は、ＩＰＡの非回転流体用途に限定されない。説明する例示的な実施形態では、ＩＰＡの適用後、基板は磁束に暴露される。アンペアの法則とファラデーの法則により、これは基板中の電流を誘導する。電子と格子の間のオーム衝突により、これらの渦電流は急速に熱エネルギーに変換され、基板温度を上昇させる。例示的な実施形態では、基板は、半導体基板であってもよく、より特定の例では、シリコン基板、例えばシリコンウェハとすることができる。（以下の）式１は、基板がシリコンウェハである場合の基板の電力吸収を記述する。他の基板を利用して、異なる電力吸収を提供し得ることが認識されるであろう。スキン深さは、磁束が進入する基板の深さとみなすことができる。シリコンウェハに対するスキン深さは、式２で与えられる。
式１：
【数１】
2019197893.tif 000003
式２：
【数２】
2019197893.tif 000004
ここで、ｒは、ウェハ半径［ｍ］、ｔは、ウェハ厚さ［ｍ］、ρは、Ｓｉ抵抗率［Ω・ｍ］、δは、スキン深さ［ｍ］、Ｈ０は、磁界強度［Ａ／ｍ］、ωは、周波数［ラジアン］、μは、Ｓｉは浸透率［Ｈ／ｍ］である。
【００１６】
基板に磁束を提供するために、多種多様な技術のいずれを使用してもよい。一実施形態では、マグネトロンを使用することができる。別の実施形態では、アンテナを利用することができる。また、システムに磁束を与える他の技術を利用することができる。一実施形態では、基板は、ウェハ表面に横断する振動磁束に暴露される。振動磁束は、１０ＭＨｚ未満から１００ＧＨｚを超える周波数を有することができる。基板の導電性および半導体ウェハについて典型的に遭遇する基板の厚さのために、このプロセスは、より高い周波数波長においてより効率的とすることができる。半導体ウェハと共に使用するための一実施形態では、１０ＭＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数、または１０ＭＨｚを超える周波数を使用することができ、いくつかの実施形態では、１３．５６ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚを使用することができるが、そのような範囲は単に例示的なものであり、他の周波数を使用することができる。磁束は、基板を乾燥するのに有益に利用され得る基板の磁気誘導加熱をもたらす。従って、電磁エネルギーは、基板を乾燥させるために電磁誘導加熱を達成するために利用される。
【００１７】
本明細書で説明する乾燥技術は、特定の乾燥装置に限定されるものではない。図１および図２は、例示的な２つの装置を提供する。しかし、基板に磁束を提供するために、多種多様な他の装置および技術を利用することができる。図１に示すように、乾燥機１００は、チャンバ側壁１０５を有するプロセスチャンバ１０２を含み、一実施形態においては、プロセスチャンバ１０２は円筒形とすることができる。基板１１０（例えば、半導体ウェハ）は、プロセスチャンバ１０２の底部にチャック１１５と共に適所に保持され得る。一実施形態では、チャック１１５は石英とすることができる。チャック１１５は、回転するように構成されてもよく、あるいは回転しないように構成されてもよい。プロセスチャンバ１０２の片側では、エネルギー源１５０に結合されてプロセス空間１２５内に振動電磁エネルギー（例えば、マイクロ波エネルギー）を供給するマグネトロン１３０に導波路１４０が接続されている。マグネトロン１３０から供給される電磁エネルギーの周波数および位相を調整するためにラジアルチューナ１３５が設けられ得る。
【００１８】
プロセス空間１２５の高さは、図に示すように上下に動くことができる調節可能な頂部１２０の使用を通じて調節可能である。調節可能な頂部１２０を調節することにより、プロセス空間１２５の体積を変化させることができる。プロセスチャンバ１０２の調節可能な頂部１２０は、基板１１０内の設計された誘導モードを調整するために、高さが調節可能である。より具体的には、チャンバのジオメトリは、ウェハ内の磁力線に影響を及ぼし、調節可能な高さは、これらの磁場を調整するために利用され得る。図１の乾燥機１００のような乾燥機設計の利点は、乾燥機１００が非常に高い周波数の使用を可能にし、電磁波および磁束を微調整して、基板１１０内に所望の誘導モード（振動モードと同様）を生じさせることができることである。図１の装置のいくつかの実施形態では、チャンバは大きくてもよく、液体分配アーム、スピンチャック、ドレインなどのような他のツールの固有の特徴により、そのような設計を他のプロセスツールと機械的に統合するのは困難であることがある。従って、図１の実施形態は、独立した形成を必要としないものの、独立して形成されるのにより適している。乾燥機１００は、さらに、プロセスチャンバ１０２（と、例えば、調節可能な頂部１２０、チャック１１５などのプロセスチャンバ１０２内の様々な構成要素）、マグネトロン１３０、エネルギー源１５０、ラジアルチューナ１３５および乾燥機１００の他の構成要素とのフィードバックおよび制御を与えるように結合されたコントローラ１４５を含むことができる。例示的な一実施形態において、コントローラ１４５は、メモリ、Ｉ／Ｏポートなどの他の回路と組み合わせたプロセッサ、マイクロコントローラ、またはプログラマブル論理デバイスとすることができる。一実施形態では、プロセッサ、マイクロコントローラ、またはプログラマブル論理デバイスは、命令又はコンフィグレーションファイルを実行して、本明細書で説明する誘導加熱機能を行うように構成され得る。
【００１９】
代替的な装置を、プロセスチャンバ２０２を有する乾燥機２００の図２に示す。図２の乾燥機２００の設計では、ウェハの上方に吊らされたアンテナ２０５が存在する。アンテナ２０５は、例えば、高周波数で動作する交流発電機のような電源２１０に接続されている。一例では、螺旋状銅アンテナを利用することができる。一実施形態では、アンテナ２０５は、誘電体材料に埋め込むことができる。螺旋状銅アンテナは単に例示に過ぎないため、多種多様なタイプのアンテナおよび広範囲のアンテナ設計を利用することができると認識されるであろう。従って、広範囲のアンテナ形状および設計を利用して、電磁エネルギーを乾燥機２００に与えることができ、示した特定の実施形態は単に例示に過ぎない。図１の実施形態と同様に、コントローラ１４５は、本明細書で説明する機能を行うために乾燥機２００の種々の構成要素とのフィードバックおよび制御を与えることができる。
【００２０】
図３は、図２の実施形態に対して、基板１１０内に磁束を与えるための磁力線３０５の形成を表す。図１の実施形態は、同様に、基板１１０内に磁束を与える磁場を有すると認識されるだろう。図３に示すように、電源２１０およびアンテナ２０５は、基板１１０に延びる磁力線を生成する。
【００２１】
図２の実施形態では、無線周波数（ＲＦ）磁束は、基板内に磁束を誘導するために、基板１１０（例えば、シリコンウェハ）の上方のアンテナ２０５で励起される。このような設計は、従来の基板液体処理ツールの一部である他の機械装置、すなわち液体ストリーム分配機構、スプレー分配機構、ドレイン機構、回転チャック機構、ガス流入口および流出口などとより容易に統合することができるという点で有利であり得る。例えば、アンテナは、他の処理ステップの間、上方の邪魔にならないところに移動することができるように実装され得る。従って、他の液体プロセスツール内に乾燥機２００を組み込むのを支援するために、格納可能なアンテナを設けることができる。しかし、図１および図２の設計の特定の実装に依存して、図２の設計は、基板内に均一な磁束を形成することに困難を付加する可能性があり、最大周波数は、専用の円筒形チャンバアプローチよりも制限される可能性がある。しかし、磁束の均一性は、アンテナ設計を特定のツール用途に適合させることによって改善することができる。
【００２２】
図１および図２の乾燥機の両方の場合において、エネルギー源に結合されたエネルギー送信機は、プロセスチャンバ内に電磁エネルギーを与える。図１の場合、導波路およびマグネトロンが電磁エネルギーをプロセスチャンバ内に結合する送信機として動作する。図２の場合、アンテナ２０５が電磁エネルギーをプロセスチャンバ内に結合するエネルギー送信機として動作する。電磁誘導加熱が基板乾燥プロセスの一部として基板を加熱するように、電磁エネルギーをプロセスチャンバに結合するために、多くの他のエネルギー送信機が利用され得ることが認識されるだろう。
【００２３】
基板への磁束の印加（利用される技術は何であれ）により、基板は、例示的な一実施形態において、所望の設定温度まで１００℃／秒より大きい速度で急速に加熱され得る。従って、磁気誘導加熱は、例えば半導体ウェハのような基板を急速に加熱することができる。一例において、加熱のために利用される設定温度は、２００℃から５００℃の範囲、または４００℃から５００℃の範囲とすることができる。いくつかの実施形態では、４００℃の設定温度を利用することができる。しかし、使用される温度は、基板が何から形成されるか、基板表面から乾燥されている液体は何か、磁束を印加するために使用される装置等に依存し得ることが認識されるだろう。この急速加熱により、基板表面に接触している液体が瞬時に沸騰し、基板と液体の残りの部分の間に薄い蒸気層が形成されることが生じる。急速な沸騰と薄い蒸気層の生成は、ライデンフロスト効果として知られており、残りの液体は、基板の実質的に摩擦のない表面上に浮遊しているため、基板表面から流れ去る。基板表面からの液体が流れ去るのは、基板を回転させることによって補助されるが、回転は必要ではない。従って、誘導加熱は、有利には、ライデンフロスト効果を利用して、基板に乾燥を与えることができる。すべての液体が蒸発するか、または表面から流れ去ることにより、基材は完全に乾燥しており、毛細管力による構造の変形または構造の変更の危険がない。次いで、基板は、その後の処理ステップのために乾燥機から除去することができる。ＩＰＡの場合、急速沸騰は薄いＩＰＡ蒸気層を生成し、ＩＰＡは蒸発するか、または基板表面から流れ去る。
【００２４】
本明細書で説明したように、乾燥技術は、基板プロセスフローにおいて利用される任意の多種多様なプロセスステップで利用され得る。一実施形態では、基板は、半導体ウェハとすることができる。乾燥技術は、半導体ウェハプロセスステップのバック・エンド・オブ・ライン（back  end  of  line）およびフロント・エンド・オブ・ライン（Front  end  of  line）を含む、任意の数のプロセスステップで実装することができる。
【００２５】
上述の方法は単に例示的なものであり、多くの他のプロセスおよび用途は、本明細書で開示する技術を有利に利用することができると認識されるであろう。図４は、本明細書で説明する処理技術の使用のための例示的な方法を示す。図４の実施形態は、単に例示的なものであり、追加の方法は、本明細書で説明する技術を利用することができると認識されるであろう。さらに、説明したステップは排他的であることを意図していないため、図４に示す方法に追加の処理ステップを追加することができる。さらに、ステップの順序は、異なる順序が発生することがあり、かつ／あるいは種々のステップを組み合わせて、あるいは同時に行うことがあるため、図に示す順序に限定されない。
【００２６】
図４では、基板を乾燥する方法を示す。本方法は、基板上に流体を提供するステップ４０５を含むことができる。本方法は、電磁誘導加熱の使用を通じて基板を加熱するステップ４１０をさらに含むことができる。また、本方法は、電磁誘導加熱の使用により基板の表面から流体を除去するステップ４１５を含む。
【００２７】
本発明のさらなる修正および代替の実施形態は、この説明に照らして当業者には明らかであろう。従って、本明細書は、単に例示的なものと解釈されるべきであり、本発明の実施方法を当業者に教示するためのものである。本明細書において示され、説明される本発明の形式および方法は、現在好ましい実施形態として取得されるべきものと理解されたい。本明細書において示され、説明されたものに対して均等な技術を代用することができ、本発明のいくつかの特徴は、すべて本発明のこの説明の利益を得た後に当業者に明らかなように、他の特徴の使用とは独立して利用することができる。
【図１】
2019197893.tif 000005
【図２】
2019197893.tif 000006
【図３】
2019197893.tif 000007
【図４】
2019197893.tif 000008
【外国語明細書】
2019197893000001.pdf