(57)【要約】半導体の製造に使用される従来のエッジ処理方法とシステムの制限を克服する基板エッジを処理するための方法と装置が開示される。本発明のエッジ処理方法と装置は、レーザ、及びチャックにより支持された回転する基板上へレーザ放射線を送るための光ファイバシステムを含む。レーザビームは光ファイバのバンドルへ伝えられ、光ファイバは、単一の処理工程で基板の上面エッジ、上側斜面エッジ、先端エッジ、下側斜面エッジ、及び下側エッジから有機または無機の薄膜、薄膜スタック、残渣または微粒子を大気中で除去または変形するために、ビームを正確に且つ精密に送る。反応副産物は反応部位を覆う排気チューブにより除去される。本発明は、エッジ除外領域幅の精密な制御を可能にし、ウェハー上の使用可能なダイの数の増加という結果になる。本発明を用いるウェハーエッジ処理は、大量の精製水、及び溶剤、酸、アルカリ、及び専用ストリッパを含む有害化学薬品を使用する既存の方法に取って代わる。【選択図】図６ａ
2014504004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板のエッジを処理するための装置であって、
レーザビームを供給するためのレーザと、
前記レーザビームを成形し且つ集束するための１つ又は複数のファイバ出力カプラーと、
前記基板を回転させるための装置と、
前記基板の上面エッジ、先端エッジ、下側エッジ、又は斜面エッジの２つ又はそれ以上に前記レーザビームを送るための光ファイバアセンブリとを含む、基板のエッジを処理するための装置。
【請求項２】
前記レーザの波長が１９０ｎｍから７７０ｎｍである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記レーザから前記レーザビームを受け取って２つ又はそれ以上の光ファイバに供給するように構成されたビームスプリッタを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
２つ又はそれ以上の出力カプラーが、回転する基板の２つ又はそれ以上のエッジにレーザビームを同時に送る、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
２つ又はそれ以上の光ファイバへレーザビームを逐次に送るためのビーム切り替えデバイスを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
２つ又はそれ以上の出力カプラーが、前記基板の２つ又はそれ以上のエッジにレーザビームを逐次に送る、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記出力カプラーが所定位置に固定されている、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
前記出力カプラーが移動可能である、請求項４に記載の装置。
【請求項９】
単一の出力カプラーが、前記基板の２つ又はそれ以上のエッジに平行の且つ当該エッジから等距離のトラックに沿って移動可能である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記出力カプラーがレンズを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項１１】
前記レンズが集束レンズである、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記レンズがビーム成形レンズである、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記ビーム成形レンズが、アナモルフィック屈折要素を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ビーム成形レンズが、回折光学要素を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記光ファイバアセンブリは、前記基板の２つ又はそれ以上のエッジが同時に露光されるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
反応副産物を除去するために配置され、２つ又はそれ以上の位置に軸方向に移動可能である排気アセンブリを更に含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
レーザ放射線にさらされている前記基板のエッジに流体の流れを送るために配置された噴射器アセンブリを更に含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置が、スタンドアロンの半導体ウェハーエッジ処理システムの一部である、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記光ファイバアセンブリが、半導体ウェハーエッジ処理システムで使用するためのモジュールへ組み込まれている、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
基板のエッジを処理するための方法であって、
光ファイバを介して、前記基板の上面エッジ、先端エッジ、下側エッジ、及び斜面エッジの２つ又はそれ以上にレーザ放射線のビームを加え、
前記光ファイバ手段および前記基板を互いに対して移動させ、
前記ビームが前記基板のエッジに加えられている間に、前記基板のエッジの反応領域に流体の流れを供給し、
排気流により反応副産物を除去することを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１０年１２月３日に出願された米国仮特許出願第６１／４１９，６０２号の恩典を主張する２０１１年２月２４日に出願された米国特許出願第１３／０３４，２０２号に対する優先権を主張する。上記の各特許出願の全教示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
技術分野
本特許出願は概して、集積回路の製造におけるウェハー処理に関し、処理の様々な段階において半導体基板から薄膜を除去するための方法および装置に関する。本開示は特に、シリコンウェハー又は他の基板のエッジから有機、無機および他の半導体薄膜、残渣、及び微粒子を除去するための光ファイバビーム送出システムに関する。これら材料は、集積回路の製造において優良なダイの減少をもたらす多数のエッジ関連不良を低減するために除去される。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
半導体の製造において、多数の異なる種類の不要な薄膜、微粒子および残渣が、シリコンウェハーのエッジ（端部）に形成される又は残される。関連したエッジは、ウェハーの上面（又は前面）エッジ、上側斜面エッジ、先端（又は側壁）エッジ、下側斜面エッジ、及び下側（又は裏面）エッジを含む（以降、「ウェハーエッジ」）。これらエッジは、カリフォルニア州サンノゼの半導体製造装置材料協会（ＳＥＭＩ）により発行され、ＳＥＭＩ Ｍ１−１１０９及びＳＥＭＩ Ｍ７３−０３０９仕様書と呼ばれる国際規格において更に規定されている。
【０００４】
フォトレジストコーティング、プラズマエッチング、誘電体および金属堆積、ウエットエッチング、研削、及び化学機械研磨（ＣＭＰ）を含む多くの種類のプロセスを使用することは、係る不要な材料をもたらす。これら処理の全ては、ウェハーエッジに堆積されている又は残されている様々な薄膜、残渣および微粒子という結果になる。
【０００５】
ウェハーエッジ上の不要な材料は、フォトレジストエッジビーズのような有機ポリマー薄膜、又はプラズマエッチング工程後にウェハーのエッジ上に残存するエッチング後ポリマー薄膜のような残渣とすることができる。ウェハーエッジ上の不要な他の種類の材料には、金属、「ブラックシリコン」、シリコン粒子、及び研磨残渣が含まれる。
【０００６】
半導体製造中、ウェハーは、１つのツールから別のツールへカセットで移送され、ひとたびツールへローディングされれば、ロボットハンドラでもって処理ステーション間を移動する。その結果、ウェハーのエッジそのものにおける薄膜は、摩耗し、ひびが入り、破損する。割れた薄膜の破片および微粒子は、真空チャック、ロボットハンドラ及びカセットを汚染し、ツールの故障時間およびダイの歩留まり損失の原因となる。ウェハー裏面の汚染は、後続のイメージング中にウェハーを変形させる又は傾斜させる可能性があり、やはり歩留まり損失の原因となる。
【０００７】
ウェハーエッジ不良の別の原因は、ウェハーがリソグラフィーイメージングの前にスピンコーティングされる際に生じるフォトレジストエッジビーズの形成である。フォトレジストのスピンコーティングは、デバイスを作成するために使用されるリソグラフィーの段階の数に応じて、集積回路チップの製造中に再三繰り返される。フォトレジストの肥厚したビーズが、最も外側の上面エッジに形成される。また、余分なフォトレジストが、ウェハーの先端、面取りしたエッジ、及び下側エッジに移動する。エッジ上のフォトレジストビーズは、ウェハーを操作するロボットにより容易に割れて、優良なダイ上に再堆積するフォトレジストのフレークという結果になり、歩留まり損失の原因となる。また、ウェハーの下側エッジ上に残るあらゆるフォトレジストは、真空チャックにくっつき、リソグラフィーにおける水平化および歪みの問題の原因となり、フォトレジストのより多くの割れたフレークを生じる。現在、フォトレジストエッジビーズの薄膜の除去のために、２つの方法が使用されている。第１の方法は、ウェハーエッジ露光および現像（ＷＥＥ）と呼ばれ、従来技術の特許において後述される二段階プロセスである。ウェハーエッジからフォトレジストを除去するための第２の従来の方法は、溶剤スプレー又は溶剤クリーニングである。
【０００８】
別の例は、プラズマエッチングからの背後に残る残渣である。これらエッチング残渣は、ハロゲン化ポリマーのような薄くて丈夫な薄膜である。それらは、ウェハーの傾斜エッジ、先端エッジ、及び下側エッジに主に堆積される。それらは、従来のウエット化学手段により除去されることができず、現時点ではスラリーを作成するために流体と組み合わされてグラインダーで除去される。これは、背後に多くの不良（欠陥）を残す散らかし放題の微粒子生成プロセスである。これらエッチング残渣が除去されない場合、それらは、ひびが入り、崩壊し、ウェハーの使用可能部分に微粒子を残し、ダイの損失の原因となる。
【０００９】
エッジクリーニング問題に関する別の例は、銅メタライゼーション及びエッチング工程からの使い残しの銅薄膜をウェハーエッジから除去することである。ウェハーエッジ上に残る銅薄膜は、後続のウェハー処理工程中に、電気的短絡およびアーク放電を生じる。ウェハーエッジ上に残った銅薄膜は、例えばウエットエッチングの後に高純度水洗浄および乾燥工程が続く複雑なエッチング工程により除去されなければならない。
【００１０】
別のエッジクリーニングの問題は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスの結果である「ブラックシリコン」の針状構造体の取り扱いである。これら構造体は、現時点においてフッ化水素酸を用いるウエットエッチングプロセスにより除去され、その後に高純度水洗浄および乾燥工程が続く。
【００１１】
エッジクリーニング問題に関する別の例は、３Ｄ相互接続デバイスで一般に使用されるエッジシンニング工程からのシリコン粒子の発生である。研磨ホイールを用いる研削は、ウェハー対ウェハーのボンディング工程に妨害を与えるシリコンの大きな隆起部を残す。現在、これら隆起部を取り除く唯一の方法は、フッ化水素酸を用いる化学エッチング及び水洗浄によってである。
【００１２】
エッジクリーニング問題に関する別の例は、化学機械研磨（ＣＭＰ）の残渣から生じる不良である。ＣＭＰスラリーは、ウェハーの先端の周囲に及び下側エッジ上へ流れる。これら残渣および微粒子は、真空チャック、ロボットハンドラ及び他のウェハー処理機器上へ移動し、やはりダイの損失をまねく。
【００１３】
エッジクリーニング問題に関する更に別の例は、有機ポリマー層、炭素系の層、及びシリコン含有層からなる三層膜スタック（積層体）においてのようなシリコン含有フォトレジストの使用から生じる。シリコン含有量は一般に、ポリマー含量の５０％に及ぶことができ、ウェハーエッジ露光および現像（ＷＥＥ）又は溶剤クリーニングのような従来の除去方法は、これらシリコン系薄膜を完全に除去しない。現在、シリコン層の除去は、多数の水洗浄および乾燥工程が後続する、フッ素化ガスの混合物を用いる反応性イオンエッチャーシステムによるエッチング工程で実施される。
【００１４】
従来技術に関連する問題
ウェハーエッジから除去されるべき薄膜の多くの種類が存在し、それぞれは特定のクリーニング方法を必要とする。半導体製造におけるウェハーエッジ処理は、多くの異なる種類の化学薬品およびツールを必要とし、従って複雑でコストがかかる。これら従来の方法のそれぞれは、特定の従来技術に関連してより詳細に後述される。
【００１５】
従来技術に関連する問題の一例は、米国特許第５，３９２，９８９号及び米国特許出願公開第２０１０／００５１０７３Ａ１号に記載されているような、溶剤系エッジクリーニングプロセスにおいて液体を分配するための方法に関する。この問題は、液体溶剤の、クリーニングされるエッジの幾何学的形状を制御する能力の低下に関する。クリーニング流体がウェハー表面上に分配されて広げられ、数ミリメートルの幅とすることができるフォトレジストのテーパ状エッジが残される。エッジクリーニングに起因して失われるウェハーの周辺部上の領域の幅は、「エッジ除外領域」と呼ばれる。国際半導体技術ロードマップ（ＩＴＲＳ）は、将来に向けての集積回路製造のパラメータを規定し、半導体産業の会社はこの方針に従う。ＩＴＲＳは、現在の３〜５ｍｍから将来には１ｍｍ未満までのエッジ除外領域の低減を規定する。現時点で、溶剤系エッジクリーニングは、溶剤を有効に制御することができないことに起因して、この規格を満たすことができない。このできないことは、優良なダイ上への溶剤の飛び散りを含み、歩留まりの損失の原因となる。乳酸エチル又は酢酸セロソロブのような有機溶剤は、環境問題を引き起こし、安全に対する懸念を提起し、使用するのにコストがかかる。最後に、溶剤エッジクリーニングの後に、フォトレジストの薄い残渣が一般に残り、除去するために更なる化学的処理および洗浄を必要とする。
【００１６】
従来技術に関連する問題の別の例は、米国特許第７，２６７，７２６Ｂ２号及び米国特許第７，１８２，８２１Ｂ２号に記載されているような、チャンバ内でウェハーのエッジを酸でエッチングすることに関する。使用される酸の幾つかは、フッ化水素（ＨＦ）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、及び硝酸（ＨＮＯ３）である。これら化学薬品は、使用するのに危険であり、複雑で高価な機器の使用を必要とし、環境問題および安全に対する懸念を提起する。上述された溶剤方法に関して、エッジ除外領域帯の幅を有効に制御することは困難である。この方法は特に、金属薄膜を除去するために使用されるが、ウェハーのエッジにおけるこれら薄膜の不均一性に起因して、エッチング深さを制御することが困難である。また、この方法は、テフロン（登録商標）のような微粒子を除去するためにも使用されるが、フォトレジストを除去するには有効でない。
【００１７】
従来技術に関連する問題の別の例は、米国特許第６，４９５，３１２Ｂ１号、米国特許第７，４６０，２１１Ｂ２号及び米国特許出願公開第２０１０／０２８５３９９Ａ１号に記載されているような、フォトレジストエッジビーズ露光および現像（ＷＥＥ）に関する。この方法は、フォトレジストエッジビーズを除去するために２台の機器、即ち高輝度ランプである露光源、及び１回または２回の高純度水での洗浄が後続するアルカリ現像液を使用する別個のウエット現像システムを必要とする。複数台の機器が使用されるので、これはプロセスを完了するための時間を増大させ、スループットを低減する。露光工程は、非常に厚いエッジビーズの除去に適切でない場合が多く、従って、溶剤クリーニングプロセスの工程が必要とされる。この方法はフォトレジストエッジビーズに対処するが、除去される必要がある多くの他の種類のより困難な薄膜（例えば、エッチング後（post-etch：ポストエッチング）ポリマー）が存在し、ＷＥＥでは対処されることができない。最後に、ＷＥＥのみがウェハーの上面エッジから薄膜を除去するので、先端および下側エッジは、別の方法によりクリーニングされなければならない。
【００１８】
従来技術に関連する問題の別の例は、米国特許出願公開第２００７／００９３０６７Ａ１号及び米国特許第７，７４５，０９５Ｂ２号に記載されているようなリソグラフィーマスキング方法に関する。この方法は、ウェハーエッジをクリーニングするために少なくとも４つの個別の工程を必要とするという点で複雑である。当該工程は、プリクリーニング、有機コーティングの堆積および除去、リソグラフィー露光、現像、洗浄および乾燥を含むことができる。この方法は、複数台の高価な機器を必要とし、多量の溶剤および水を消費し、スループットを低減する。
【００１９】
従来技術に関連する問題の別の例は、米国特許第７，６５１，５８５Ｂ２号及び米国特許出願公開第２０１０／００９９２６５Ａ１号に記載されているような、反応性プラズマを用いる方法に関する。この方法は、真空チャンバ及び反応性ガスを用いる複雑なプラズマエッチングツールを必要とする。プラズマは、ウェハーエッジを取り囲むエネルギーイオンの非一様場であり、かくして鋭く画定されたエッジの代わりに、除去されている薄膜に斜面が設けられる。当該斜面の幅がエッジ除外領域帯に加わり、それにより使用可能なダイ面積が低減される。ツールの複雑性、並びに真空チャンバポンプの時間が多大の費用を追加してスループットを低減する。
【００２０】
従来技術に関連する問題の別の例は、米国特許出願公開第２０１０／０１９０４１６Ａ１号及び米国特許出願公開第２００９／００２９６２９Ａ１号に記載されているような、ウェハーエッジをクリーニングするための機械的な方法に関する。化学機械研磨（ＣＭＰ）は、ウェハーを研磨するために砥粒研磨パッドおよび湿式化学薬品を使用する。このプロセスの副産物は、ウェハーの裏面およびエッジ上に残る研磨スラリー残渣である。このスラリー残渣を除去するための現在の方法は、米国特許出願公開第２００９／００４４８３１Ａ１号に記載されているような、摩擦表面クリーニングである。この方法は、微粒子の発生に起因して使用可能なダイの損失につながる。
【００２１】
従来技術に関連する問題の別の例は、米国特許第７，２７０，１３６Ｂ２号に記載されているような、ウェハーエッジをクリーニングするための凍結二酸化炭素粒子の使用に関する。この方法に関連する問題は、このプロセスを実施するために使用される機器が極めて複雑で高価であり、凍結粒子の衝突が基板、及び他の場合なら使用可能なダイに損傷を与える可能性があることである。
【００２２】
従来技術に関連する問題の別の例は、米国特許出願公開第２００８／００１０８４５Ａ１号に記載されているような、ハロゲン及びオゾンを含む反応性ガスの存在下でウェハーのエッジに火炎を加えることに関する。例えば、酸素および三フッ化窒素（ＮＦ３）を用いる水素リッチ火炎は、ウェハーのエッジをエッチングするフッ化水素（ＨＦ）を発生する。三フッ化窒素は、半導体製造において堆積チャンバをクリーニングするために一般に使用される極めて有毒で高価なガスである。更に、この方法は、ダイの損失の原因となるウェハー上への副産物の凝結を防止するためにウェハーを予熱する必要がある可能性がある。説明された装置は、ガス配管および安全要件がこのエッジクリーニング方法のために提案されたガスの種類に対して究極であるため、非常に複雑である。最後に、当該方法は、単一の工程で全てのウェハーエッジから薄膜を除去することができず、フォトレジストの除去に有効でない。
【００２３】
従来技術に関連する問題の別の例は、米国特許出願公開第２００４／０１２６９２３Ａ１号に記載されているような、ウェハーエッジをクリーニングするために、ガスとすることができる非溶剤の加圧流の使用に関する。この方法に関連する予想される問題は、ウェハーの使用可能領域上へ、並びに周囲の機器上への微粒子の散乱である。更に、この特許出願は、当該非溶剤が除去される材料の溶媒ではいけないことを特許請求の範囲に記載しており、これは、その反応しない特徴に起因して様々な薄膜での使用を厳しく制限する。
【００２４】
最後に、従来技術に関連する問題の別の例は、米国特許第６，８７４，５１０Ｂ２号に記載されているような、不活性ガスと組み合わされたレーザビームを含む斜めに傾斜させたノズルを用いる方法に関する。この方法に関連する１つの問題は、ウェハーエッジをクリーニングするために使用されるビームがガス供給ノズルの内側にあり、その結果、材料がウェハーの中心に向かって優良なダイ上に落ちることを防止するようにガスを独立して方向付けることができないことである。係るレーザ反応は、デブリ雲を形成する。ガスノズルがウェハーの中心から離れるようにこの雲を移動させるために配置されない場合、デブリが優良なダイ上へ再堆積し、歩留まり損失の原因となる。この従来技術はチャンバを使用し、それは、デブリがチャンバ内に閉じ込められて、ウェハー上に再堆積し且つチャンバ壁上に蓄積する可能性があるので、デブリを除去するプロセスを更に複雑にする。この従来技術の方法に関する別の問題は、使用されるガスが不活性であり、それ故にウェハーエッジ上の薄膜との反応を可能にしないことである。この従来技術に関する更に別の問題は、この方法が上面の上のみをクリーニングすることを示すことである。しかしながら、このタイプの供給源が頂点に向け直される場合、反応副産物がウェハーの中心にある優良なダイ上へ吹き付けられ、大幅なダイの損失の原因となる。この従来技術に関連する更に別の問題は、斜めの角度でウェハーエッジに衝突するレーザビームを必要とすることであり、ウェハー平面におけるビーム歪み及び集束の問題を含む幾つかの問題をもたらす。
【００２５】
現在のエッジクリーニング方法の制限に起因して、ウェハーの周辺部の使用可能なスペースが浪費されている。一例として、７．５ｍｍ×７．５ｍｍのダイサイズの場合、５．０ｍｍから０．６ｍｍまでエッジ除外領域の幅を減らすことによって３００ｍｍウェハー上で使用可能なスペースを増加させることにより、ウェハー当たり６４個のダイの増加の可能性という結果になる。従って、エッジ除外領域と呼ばれるエッジクリーニング領域を最小限に保つための相当な努力が払われている。ＩＴＲＳは特に、エッジ除外領域において、現在の３〜５ｍｍのエッジ除外領域から今後２年間に１ｍｍ以下まで下げる必要性を示している。従来のウエット式エッジビーズクリーニング方法は、高度に研磨されたシリコンウェハーのような滑らかな表面上での液体の自然移動に起因して、エッジ除外領域をこのレベルまで制御することはできない。当業者は、ＩＴＲＳ指針を満たすために、エッジクリーニングの非液体性手段が必要であることを認識している。
【００２６】
かくして、引用された従来技術の前述の制限を克服する、シリコンウェハーのような基板のエッジをクリーニングするための改善された方法および装置が必要とされている。また、溶剤、腐食性化学薬品、又は大量の高純度水の使用を必要としない方法および装置も必要とされている。また、使用可能なダイ上へプロセスの副産物が再堆積することを防止する方法および装置も必要とされている。各薄膜の種類毎に異なるシステムを必要とすることを取り除く、多種多様な薄膜に対処することができるエッジクリーニング用の改善された方法および装置が更に必要とされている。また、単一のツールにおいてウェハーエッジの全て（上面、上側斜面、先端、下側斜面、及び裏面）を正確にクリーニングすることができ、それによりクリーニングプロセスのコスト及び複雑性を低減するエッジクリーニングの方法および装置も必要とされている。最後に、基板のエッジでクリーニングされる領域の幅を１ｍｍ以下まで正確に制御して、ダイの歩留まりを増大させ且つ将来の半導体製造要件を満たすことができるエッジクリーニングの方法および装置が更に必要とされている。
【００２７】
概要
本開示は、シリコンウェハーのような基板のエッジ上の不要な薄膜、微粒子、及び残渣を、基板の上面エッジ、上側斜面部分、先端部分、下側斜面部分、及び下側エッジ部分（以降、「ウェハーエッジ」）に対して空気または他の流体の存在下でレーザ放射線を送ることにより除去または変形することを対象とする。副産物は、真空排気により除去される。
【００２８】
より具体的には、好適な実施形態において、単一のファイバが、曲線状のトラックに取り付けられた出力カプラーに供給し、それによりウェハーエッジの何れか又は全てにビームが連続的に送られる。別の実施形態において、ビーム分配モジュールがレーザに結合され、１つ又は複数のレーザビームを対応する光ファイバへ送る。次いで、光ファイバは対応する出力カプラーに供給する。出力カプラーは、永久的に所定位置に固定される又は位置決めデバイスに取り付けられて、レーザビームを２つ以上のウェハーエッジに逐次に又は同時に送ることができる。
【００２９】
本明細書における１つの目的は、単一のドライプロセスでもって単一のツールにおいて多種多様の材料に対処するために、回転する基板の全エッジ上にレーザビームを送ることである。好適な実施形態は、各エッジにレーザビームを送るための光ファイバビーム送出アセンブリの使用により、単一のツールにおいて全ウェハーエッジ上の材料を処理する。
【００３０】
別の目的は、レーザビームよりも広いウェハーエッジ上の円周帯を処理することである。好適な実施形態において、出力カプラーは、この目的のために曲線状のトラックに沿って移動する。別の実施形態において、複数の出力カプラーがこの目的のために位置決めデバイス上に取り付けられる。更に別の実施形態において、アレイ出力カプラーが、この目的のためにウェハーエッジに沿って異なる点にビームを送る。
【００３１】
本明細書における別の目的は、溶剤、腐食性化学薬品、又は大量の高純度水の使用を必要とせず、且つ環境を損なうことのないエッジ処理システムに組み込まれ得る装置を提供することである。好適な実施形態によれば、システムは、ウェハーエッジから材料を除去するために、大気圧で動作し、空気または無害なガス混合物のようなガスの存在下でレーザ放射線を使用する。このシステムは、ドライプロセスの使用を可能にし、大量の高純度水、濃酸、高アルカリ性溶液、専用ストリッパ、又は溶剤の必要性を取り除く。
【００３２】
本明細書における別の目的は、プロセスの副産物が、使用可能なダイ上へ再堆積することを防止することである。好適な実施形態によれば、レーザ、及び真空排気システムと連係した光ファイバビーム送出アセンブリが、使用可能なダイ上へ副産物を再堆積せずにウェハーエッジから不要な薄膜、微粒子および残渣を除去する。好適な実施形態は、円筒形の排気チューブを使用し、当該チューブは、基板のエッジを覆い、基板用の長手方向のスロット及びレーザビーム用の円周方向のスロット、並びに反応区域から離れるように副産物および薄膜の残渣を運ぶための空気流を生成するための真空排気源を備え、あらゆる残留物（デブリ）が基板上のどこかよそへ落ちることが防止される。
【００３３】
本明細書における別の目的は、単一のドライプロセスでもって単一のツールにおいて全ウェハーエッジ上の多種多様な材料を除去または変形することであり、各材料の種類毎に異なるシステムが必要となることを取り除き、それにより現在の処理方法のコスト及び複雑性が低減される。好適な実施形態によれば、以下に限定されないが、フォトレジストエッジビーズ、フォトレジスト残渣、シリコン系ポリマ薄膜、エッチング後ポリマ残渣、多層薄膜スタック、研磨残渣、微粒子、金属薄膜、及び誘電体薄膜を含む多数の薄膜タイプ、残渣および微粒子を有効に除去または変形するためにエッジ処理装置へ組み込まれ得る光ファイバビーム送出アセンブリが提供される。これは、全ウェハーエッジ上の不要な薄膜、残渣または微粒子、及び周囲ガスとレーザ放射線との相互作用により達成される。
【００３４】
別の目的は、基板のエッジ上で処理される領域の幅を精密に制御して、使用可能なダイの数を増加させて将来の半導体製造要件を満たすことである。これは、正確に画定されたレーザビームをウェハーエッジの全てに送る高精度光ファイバビーム送出アセンブリの使用により達成される。
【００３５】
更なる目的、技術、並びに方法および装置の適用可能性の分野が、以下に提供される詳細な説明から明らかになるであろう。理解されるべきは、詳細な説明および特定の例は、本発明の好適な実施形態を示すが、例示の目的のみに意図されており、本発明の範囲を制限することを意図されていない。本発明の範囲は、本明細書の様々な請求項によってのみ定義される。
【００３６】
前述のことは、添付図面に示されたような本発明の例示的な実施形態に関する以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。添付図面において、同様の参照符号は様々な図面の全体にわたって同じ部品を参照する。図面は、一律の縮尺に従う必要はなく、それよりむしろ本発明の実施形態を示すことに重点が置かれている。好適な実施形態の構造および動作の構成と態様、並びにその上記の及び更なる目的と利点は、添付図面に関連してなされる以下の説明を参照することにより最も良く理解されることができる。添付図面において、同様の参照符号が要素を特定する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】レーザビームにより対処される表面を明らかにするウェハーの断面図である。
【図２】ウェハー上へビームを集束する光ファイバヘッドの略図である。
【図３ａ】回転するウェハーの上面、先端部、及び裏面にわたってレーザビームを加えるために３つの光ファイバヘッドを移動させる３つの機構を示す略側面図である。
【図３ｂ】ウェハーのエッジを走査するビームの断面図である。
【図３ｃ】ウェハーのエッジを走査するビームの断面図である。
【図３ｄ】ウェハーのエッジを走査するビームの断面図である。
【図４ａ】回転するウェハーの上面、上側斜面、先端部、下側斜面、及び裏面にわたってレーザビームを加えるために５つの光ファイバヘッドを移動させる５つの機構を示す略側面図である。
【図４ｂ】ウェハーのエッジを走査するビームの断面図である。
【図４ｃ】ウェハーのエッジを走査するビームの断面図である。
【図４ｄ】ウェハーのエッジを走査するビームの断面図である。
【図４ｅ】ウェハーのエッジを走査するビームの断面図である。
【図４ｆ】ウェハーのエッジを走査するビームの断面図である。
【図５ａ】回転するウェハーの全てのエッジにレーザビームを加えるためにトラック上に取り付けられた単一の光ファイバヘッドを示す略側面図である。
【図５ｂ】ウェハーの全てのエッジを走査するビームの断面図である。
【図６ａ】回転するウェハーのエッジにレーザビームを加える複数の固定光ファイバヘッドを示す略側面図である。
【図６ｂ】ウェハーの複数のエッジに供給される複数の固定ビームの断面図である。
【図６ｃ】図６ａに示された構成と共に使用される複数の排気ノズルを示す略側面図である。
【図７ａ】図２ａ、図３ａ、図４ａ及び図５ａに示された構成と共に使用される排気チューブを示す等角図である。
【図７ｂ】図２ａ、図３ａ、図４ａ及び図５ａに示された構成と共に使用される排気チューブを示す略上面図である。
【図７ｃ】ウェハーのローディングのために排気チューブが引っ込められた状態の排気システム構成を示す等角図である。
【図７ｄ】ウェハーをローディング又はアンローディングするために排気チューブが引っ込められた状態の排気システム構成を示す上面図である。
【図８ａ】エッジ処理システムのオプションのガス噴射システムの側面図である。
【図８ｂ】エッジ処理システムのオプションのガス噴射システムに関する第２の構成の等角図である。
【図８ｃ】エッジ処理システムのオプションのガス噴射システムに関する第３の構成の等角図である。
【図９】ウェハー処理システムへ組み込まれた光ファイバビーム送出アセンブリの側面図である。
【図１０ａ】従来技術のエッジ除外領域でもって失われた使用可能なダイの一例を示す図である。
【図１０ｂ】本明細書で開示されたエッジ処理方法および装置でもって失われた使用可能なダイの一例を示す図である。
【００３８】
例示的な実施形態の詳細な説明
本発明の例示的な実施形態を以下に説明する。
【００３９】
本明細書において他の部分で提示される特許請求の範囲に列挙されたような本発明は、異なる形態で実施形態に可能であるが、図面に示され、本明細書で詳細に説明され、１つ又は複数の特定の実施形態は、本開示が本発明の原理の単なる１つの例示であると考えられるべきであると理解されるべきであり、本発明を本明細書で図示および説明されたようなものに限定することは意図されていない。従って、本明細書の全体にわたって「本発明」及び「本開示」という何れかの言及は、本明細書で説明および開示された多くの発明の単なる１つの態様に関する１つの特定の制限しない例示的な実施形態に対する言及としてのみ解釈されるべきである。
【００４０】
本開示は、半導体基板の上面、上側斜面、先端、下側斜面、及び裏面（以降、「ウェハーエッジ」）から不要な薄膜、残渣、及び微粒子を除去または変形（転換）するための装置および方法（単数または複数）を説明する。
【００４１】
本発明は、ウェハーエッジの全てから不要な有機または無機薄膜、微粒子、又は残渣を除去または変形するために使用される光ファイバ送出アセンブリを提供する。ウェハーはロータリチャック上に搭載され、それによりウェハーの全周囲がクリーニングされることが可能になる。
【００４２】
図１は、本発明により対処されるウェハー３０のエッジを明らかにし、続いて本明細書で参照される。対処される表面は、上面３１、上側斜面３２、先端部３３、下側斜面３４、及び裏面３５である。
【００４３】
図２は、入来ファイバ２３からのレーザビーム１２をウェハー３０のエッジ上へ収束する光ファイバヘッド２４を示す。それは、ファイバ２３の端部における出力カプラー２７、及び出力カプラー２７とウェハー３０のエッジとの間に設けられた１つ又は複数の要素を含む集束レンズ２８を含む。
【００４４】
図３ａに示された実施形態は、ビーム１１を放出するレーザ源１０を利用し、ビーム１１は光ファイバケーブル２１の入力カプラー２０に入射する。光ファイバケーブル２１は、光ファイバビーム送出アセンブリ８１に入る。光ファイバビーム送出アセンブリ８１は、分配モジュール２２を含む。一実施形態において、分配モジュール２２は、３つの位置決めデバイス２５に取り付けられた３つの光ファイバケーブル２３及び３つの光ファイバヘッド２４を通過する３つの別個のビームへビーム１１を分割する。別の実施形態において、分配モジュール２２は、３つの位置決めデバイス２５に取り付けられた、３つの別個の光ファイバケーブル２３と光ファイバヘッド２４との間でビームを切り替える。位置決めデバイス２５は、光ファイバヘッド２４を正確に配置し、ウェハー３０の全エッジにわたってビーム１２、１４、及び１６を走査する。ウェハー３０は、サーボモータアセンブリ６１により回転するチャック６０上に配置される。反応副産物は、排気チューブ４０によって除去される。図３ｂは、半径方向に内向きにウェハー３０を走査するビーム１２を示し、図１に示されたようなウェハー３０の上側斜面３２および上面３１から薄膜、残渣または微粒子３６を除去する。図３ｃは、軸方向に下方にウェハー３０を走査するビーム１４を示し、図１に示されたようなウェハー３０の上側斜面３２、先端部３３および下側斜面３４から薄膜、残渣または微粒子３６を除去する。図３ｄは、半径方向に内向きにウェハー３０を走査するビーム１６を示し、図１に示されたようなウェハー３０の下側斜面３４及び裏面３５から薄膜、残渣または微粒子３６を除去する。
【００４５】
図４ａに示された実施形態は、ビーム１１を放出するレーザ源１０を利用し、ビーム１１は光ファイバケーブル２１の入力カプラー２０に入射する。光ファイバケーブル２１は、光ファイバビーム送出アセンブリ８１に入る。光ファイバビーム送出アセンブリ８１は、分配モジュール２２を含む。一実施形態において、分配モジュール２２は、５つの位置決めデバイス２５に取り付けられた５つの光ファイバケーブル２３及び５つの光ファイバヘッド２４を通過する５つの別個のビームへビーム１１を分割する。別の実施形態において、分配モジュール２２は、５つの位置決めデバイス２５に取り付けられた５つの別個の光ファイバケーブル２３と５つの光ファイバヘッド２４との間でビームを切り替える。位置決めデバイス２５は、光ファイバヘッド２４を正確に配置し、ウェハー３０の全エッジにわたってビーム１２、１３、１４、１５、及び１６を走査する。ウェハー３０は、サーボモータアセンブリ６１により回転するチャック６０上に配置される。反応副産物は、排気チューブ４０によって除去される。図４ｂは、半径方向に内向きにウェハー３０を走査するビーム１２を示し、図１に示されたようなウェハー３０の上側斜面３２および上面３１から薄膜、残渣または微粒子３６を除去する。図４ｃは、斜めにウェハー３０を走査するビーム１３を示し、図１に示されたようなウェハー３０の上面３１、上側斜面３２および先端部３３から薄膜、残渣または微粒子３６を除去する。図４ｄは、軸方向に下方にウェハー３０を走査するビーム１４を示し、図１に示されたようなウェハー３０の上側斜面３２、先端部３３および下側斜面３４から薄膜、残渣または微粒子３６を除去する。図４ｅは、斜めにウェハー３０を走査するビーム１５を示し、図１に示されたようなウェハー３０の裏面３５、下側斜面３４および先端部３３から薄膜、残渣または微粒子３６を除去する。図４ｆは、半径方向に内向きにウェハー３０を走査するビーム１６を示し、図１に示されたようなウェハー３０の下側斜面３４及び裏面３５から薄膜、残渣または微粒子３６を除去する。
【００４６】
図５ａに示された好適な実施形態は、ビーム１１を放出するレーザ源１０を利用し、ビーム１１は光ファイバケーブル２３の入力カプラー２０に入射する。光ファイバケーブル２３は、それが光ファイバヘッド２４に接続される光ファイバビーム送出アセンブリ８１に入る。光ファイバヘッド２４はトラック２６に沿って摺動する。ウェハー３０のエッジの回りの全ての点において同じビームプロファイルを提供するために、トラック２６は、光ファイバヘッド２４がトラック２６の回りに移動してウェハー３０のエッジの回りでビーム１７を走査する際に、ウェハー３０のエッジから且つ当該エッジに垂直に正確に同じ距離に光ファイバヘッド２４を配置するように、形作られている。ウェハー３０は、サーボモータアセンブリ６１により回転するチャック６０上に配置される。反応副産物は、排気チューブ４０によって除去される。図５ｂは、ウェハー３０のエッジの回りに上面から裏面まで走査されるビーム１７を示し、薄膜、残渣または微粒子３６を除去する。
【００４７】
図６ａに示された実施形態は、ビーム１１を放出するレーザ源１０を利用し、ビーム１１は光ファイバケーブル２１の入力カプラー２０に入射する。光ファイバケーブル２１は、光ファイバビーム送出アセンブリ８１に入る。光ファイバビーム送出アセンブリ８１は、分配モジュール２２を含む。一実施形態において、分配モジュール２２は、ウェハー３０のエッジの回りの固定位置に取り付けられた、対応する光ファイバケーブル２３及び光ファイバヘッド２４を通過する複数の別個のビームへビーム１１を分割する。別の実施形態において、分配モジュール２２は、ウェハー３０のエッジの回りの固定位置に取り付けられた、対応する光ファイバケーブル２３及び光ファイバヘッド２４を通過する複数の別個のビームへビーム１１を切り替える。各光ファイバヘッドは、ウェハー３０のエッジの一部に対処するビーム１７を放出する。ウェハー３０は、チャック６０上に配置され、サーボモータアセンブリ６１により回転する。反応副産物は、排気チューブ４０によって除去される。図６ｂは、ウェハー３０の多数のエッジに方向付けられているビーム１７を示し、薄膜、残渣または微粒子３６を除去する。
【００４８】
図６ｃは、図６ａの光ファイバ構成に関する代替の排気システムを示す。この構成において、複数の排気チューブ５０が、副産物５５をウェハー３０のエッジから外部排気システムへと引き抜くために使用される。
【００４９】
図７ａ及び図７ｂに示された排気システムは、ウェハー３０の反応場所から反応副産物４５を運び出す。サーボモータアセンブリ６１が、排気チューブ４０の側面のスロット４１を通してウェハー３０を回転させる。レーザビーム１２、１３、１４、１５及び１６は、スロット４２を通してウェハー３０の全エッジに送られる。外部排気源が、排気チューブ４０の吸入口端部４３を介して周囲ガスを吸い込み、かくして反応副産物４５を運び出す。別の実施形態において、回転を排気の流れの方向と反対に逆にすることにより、ウェハー表面における相対的流速を増加させることができ、それにより排気システムの性能が改善される。
【００５０】
図７ｃ及び図７ｄは、ロボットがウェハー３０をローディング又はアンローディングすることを可能にする引っ込み位置に排気チューブ４０をおいた、図７ａ及び図７ｂに示されたものと同じ排気システムを示す。
【００５１】
図８ａ、図８ｂ、及び図８ｃに示されたオプションのガス噴射システムは、レーザビームと処理されている材料との間の反応を強化することができる。ガスが外部源からシステム内へ供給される。係る噴射ガスは、不要な薄膜、残渣または微粒子を処理する際に役に立つことができる。好適な実施形態において、噴射ガスは酸化気体である。また、水素のようなガスを低減することは、フォトレジストを除去する際に効果的でもある。別の実施形態において、酸化被膜の形成を防止するために、水素の噴射が使用されてもよい。また、ガス噴射システムは、不要な副産物の除去も強化することができる。
【００５２】
図８ａに示された一実施形態において、ガス流９５及び／又は９６は、ガスライン９９により供給される上側噴射器９０及び／又は下側噴射器９１により生じる。反応を最適化するために、噴射器９０及び／又は９１の角度は、真空チャック上に搭載されてサーボモータアセンブリ６１により回転するウェハー３０の表面に対して調整され得る。レーザビーム１２、１３、１４、１５及び１６がウェハー３０のエッジを処理すると同時に、ガス流９５及び／又は９６が流れる。
【００５３】
図８ｂに示されたオプションのガス噴射システムに関する別の実施形態において、ガス流９７は、ガスライン９９によって排気チューブ４０の吸入口端部４３へと供給される軸方向噴射器９２により生じる。この構成は、反応場所の周囲の環境にガスを追加する。レーザビーム１２、１３、１４、１５及び１６がウェハー３０のエッジを処理すると同時に、ガス流９７が流れる。
【００５４】
図８ｃに示された第３の実施形態において、ガス流９８は、排気チューブ４０の側面のオリフィスに取り付けられてガスライン９９により供給される噴射器９３により生じ、その結果、ガスの流れは、ウェハー３０の反応場所にねらいをつけられる。レーザビーム１２、１３、１４、１５及び１６がウェハー３０のエッジを処理すると同時に、ガス流９８が流れる。
【００５５】
上記の噴射方法および／または排気バッフルを組み合わせる他の構成を用いて、反応を強化することができる。
【００５６】
図９は、ウェハーエッジ処理システム８０の実施形態へ組み込まれた光ファイバビーム送出アセンブリ８１及びその支持コンポーネントの全てを示す。ロボット７２が、ロードポートモジュール７０の上面に位置するフープ（ＦＯＵＰ）７１からウェハー３０を持ってきて、ウェハー３０を真空チャック６０上へ配置する。次いで、排気チューブ４０がウェハー３０の周りの所定位置に摺動する。レーザ１０がビーム１１を放出し、ビーム１１は入力カプラー２０を介して光ファイバケーブル２１に入射し、次いで光ファイバビーム送出アセンブリ８１に入射する。ウェハー３０がサーボモータアセンブリ６１により回転する際、図３ｂ〜図３ｄ、図４ｂ〜図４ｆ、図５ｂ及び図６ｂに示されたように、光ファイバビーム送出アセンブリ８１がビームを１つ又は複数のウェハーエッジに送る。排気チューブ４０は、反応部分から副産物４５を運び出す。ウェハー３０が処理された後、排気チューブ４０がウェハー３０から離れるように摺動し、ロボット７２が真空チャック６０からウェハー３０を取り外し、それをＦＯＵＰ７１へ戻す。
【００５７】
好適な実施形態は、廃棄処理副産物のない全ドライ（乾燥）プロセスである。また、エッジ処理、又はウェハーの上側斜面エッジ、先端エッジ、下側斜面エッジ及び下側エッジからのエッジ薄膜除去は、同じプロセスサイクル中に達成され得る。この方法および装置は、ウェハーの底面側まで移動したフォトレジストを除去するために、下側エッジから０〜２５ｍｍまで＋／−０．１ｍｍの精度で処理することができる。同様に、方法および装置は、上面エッジから０〜２５ｍｍまで＋／−０．１ｍｍの精度で処理することができる。また、先端部をクリーニングすることは、ウェハーのこのエッジが製造ラインでの搬送中に使用されるウェハーカセットの側面およびロボットハンドラに接触するので、重要である。除去されないエッジビーズのあらゆる破損またはひびは、他のカセット及び他のウェハーへ移される可能性がある微粒子を発生させる可能性があり、使用可能なダイの欠陥および損失を生じる。
【００５８】
フォトレジストエッジビーズを除去するために使用される現在の溶剤投与方法は、制御することが難しい。本明細書で説明されたシステムを用いることにより、エッジ除外領域の幅は、現在の３〜５ｍｍから１ｍｍ未満まで低減され得る。図１０ａは、５．０ｍｍのエッジ除外領域の幅を有するウェハー３０の例を示す。エッジ除外領域により交差されるあらゆるダイは失われる。この例において、８０個の失われたダイ３８が存在する。本明細書で説明された実施形態を用いることにより、エッジ除外領域の幅は、ビーム配置の精度によってのみ制限される０．６ｍｍまで低減されることができ、それは０．１ｍｍより大きい。これは、図１０ｂに示されるように、１６個だけ失われたダイ３９という結果になる。
【００５９】
好適な実施形態において、レーザは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザであり、３５５ｎｍの波長でパルス放射線を放出するように構成され、１０，０００Ｈｚから１００，０００Ｈｚのパルス繰り返し速度の範囲を有し、可変パワーレベル及びパルスエネルギーという結果になる。他のＹＡＧレーザが、１，０００Ｈｚから５００，０００Ｈｚの範囲の他の繰り返し速度で、他の波長（例えば、２１３ｎｍ、２６６ｎｍ、５３２ｎｍ及び１０６４ｎｍ）で放射線を放出するように構成されることができる。これらの特徴は、処理される材料によるより大きなエネルギー吸収を提供するために役に立つことができ、より完全な反応、より大きなスループットにつながり、３５５ｎｍで効果のないプロセスを可能にすることができる。エキシマーレーザにより生成される他の波長（例えば、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、又は３０８ｎｍ）は、特定の応用形態に有用であるかもしれない。更に他の応用形態は、３６４ｎｍのアルゴンイオンレーザのような連続波（ＣＷ）レーザの使用から恩恵を受けるかもしれない。
【００６０】
ビーム成形光学部品類を用いて、レーザビームのプロファイルを変更することができる。一実施形態において、回折ビーム成形光学部品類を用いて、走査方向においてシルクハットのプロファイル（分布、形状）を有するが垂直方向においてガウス分布を有するビームを生成する。別の実施形態において、回折ビーム成形光学部品類を用いて、双方の方向においてシルクハットのプロファイルを有する長方形ビームを生成する。更に別の実施形態において、ホモジナイザーを用いて均一なビームプロファイルを生成する。このようにビームプロファイルを平らにすることにより、より広いプロセス許容度、選択的材料除去、及びより鮮明なエッジ精細度が達成され得る。
【００６１】
本明細書で説明されるシステム及び方法の１つの応用形態は、フォトレジストのサブミクロンの層がシリコンウェハー上へスピンコーティングされてベーキングされた後の結果として生じる問題を取り除くことである。このプロセスにより、ウェハーエッジにフォトレジストの肥厚したビーズが生じる。イメージングツール（例えば、ＡＳＭＬ社の１９３ｎｍレーザベースのStep & Scanシステム）で使用される浸漬液による剥離および層間剥離を防止するために、結果として生じるウェハーエッジ上のフォトレジストビーズは、リソグラフィーの工程前に除去されなければならない。本発明は、このエッジビーズを除去するための方法および装置を提供する。フォトレジストビーズが除去されない場合、露光中に流体がウェハー上に流れ、フォトレジスト層をアンダーカットし、それによってそれが接着力を失い、エッジにおいて持ち上がり、崩壊してウェハー上へ再堆積する。これは、使用可能なダイの損失という結果になる。このビーズが除去されない場合、それはロボットハンドラに付着し、フォトレジストのフレークを他のツール及び他のウェハーへ移動させる可能性があり、ツールの故障時間およびダイの損失の原因となる。
【００６２】
本明細書の技術を用いるフォトレジストエッジビーズの除去に関する別の応用形態の例において、例えば２．５μｍ（ミクロン）の非常に厚いコーティングが、あらゆる検出可能な残渣を残さずに除去され得る。この応用形態において、ウェハーの上面から０．６ｍｍ幅のエッジビーズが、５秒未満のプロセス時間で除去され、この場合、レーザビームは、１０：１より大きいアスペクト比および周方向に長軸を有する細長い楕円へ成形されていた。これにより、レーザビームが、クリーニングされたフォトレジストとクリーニングされていないフォトレジストとの間の狭い変わり目を残しながら、厚いフォトレジストのコーティングへ鋭く切り込むことが可能になる。この変わり目の特徴は、入射レーザビームの形状およびエッジのプロファイルを変化させることにより変更され得る。このフォトレジストエッジビーズ除去の応用形態は、開放された雰囲気において、１７ｋＨｚでパルス動作された１２ＷのＮｄ：ＹＡＧ（ネオジウムドープドイットリウムアルミニウムガーネット）レーザの第三高調波からの３５５ｎｍで、５０％のパルス間の重なりを有する０．１×１．５ｍｍのガウスビームで、３５０ｍＪ／ｃｍ２のピークエネルギー密度の放射線、及び１２７０ｒｐｍのウェハースピン速度を用いて、２００ｍｍウェハーに実施された。
【００６３】
別の応用形態の例において、３層膜が除去された。これは、リソグラフィー中に生じる反射を最小限にするために設計され得る薄膜のスタック（積層体）であり、これにより、高性能な半導体デバイスを製造するためのより高いイメージング解像度が可能になる。一例は、本発明により首尾よく除去される３層膜であり、それは下側の有機反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）、中間のシリコンＡＲＣ層、及び上側のフォトレジスト層からなる。この３層膜スタックの除去の応用形態は、開放された雰囲気において、１５ｋＨｚでパルス動作された１２ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザの第三高調波からの３５５ｎｍで、５０％のパルス間の重なりを有する０．１×１．５ｍｍのガウスビームで、４００ｍＪ／ｃｍ２のピークエネルギー密度の放射線、及び７２８ｒｐｍのウェハースピン速度を用いて、３００ｍｍウェハーに実施された。このプロセスは、８秒で１ｍｍの幅を除去する。
【００６４】
本明細書で説明されたレーザエッジビーズ除去方法および装置により、化学薬品の方法、プラズマの方法、又は機械的方法を用いる従来技術で達成され得るものに比べて、除去された薄膜と除去されていない薄膜との間のはるかに良好に画定されて先鋭な変わり目区域が可能になる。より重要な点は、クリーニング後の薄膜においてより先鋭に画定された側壁を形成するための能力が、使用可能なダイのより多くのシリコン領域に施され、それ故に各ウェハー上のダイの歩留まりを増加させることができ、それにより半導体メーカーにとって大きな収入増という結果になることができる。
【００６５】
別の応用形態において、研磨用コンパウンドのスラリーの残渣は、熱的にカプセル化される。係る残渣は、半導体デバイスの製造において複数の工程で使用される化学機械研磨（ＣＭＰ）と呼ばれるプロセスの結果である。ＣＭＰ残渣は、シリコンよりも硬質である酸化セリウムを一般に含有する研磨用コンパウンドからの不要な粒状の微粒子からなる。従来技術において、係る残渣は、最初に水酸化アンモニウムと過酸化水素の混合物（ＳＣ１）、次いで硫酸と過酸化水素の混合物（ＳＣ２）、続いて脱イオン水の洗浄および乾燥サイクルを用いる４工程のプロセスを用いてエッチング除去される。これら混合物は、加熱されて高度に腐食性になり、その結果、操作者に対する保護具および有害な廃棄物処理のための特別な設備と共に、特別な施設が必要とされる。
【００６６】
本明細書で説明された実施形態によれば、この研磨残渣を除去するためのプロセスの一例は、シリコン表面を溶融してリフローすることによりウェハーエッジ上のスラリー残渣を熱的にカプセル化するために、１０００から２４００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度を伝えるＹＡＧレーザの第三高調波を使用する。このプロセスは一般に、３００ｍｍウェハーの下側エッジの１ｍｍをカプセル化するために１０秒かかる。腐食性化学薬品、水、又は乾燥サイクルが必要とされず、上記従来技術の方法のように有害廃棄物が存在しない。別の例において、ビームは、残渣を含むウェハーの領域のみを溶融するが、周囲のシリコン表面を溶融しないことを可能にするためにより低いエネルギー密度で使用される。
【００６７】
別の応用形態の例において、エッチング後ポリマ（ＰＥＰ）の残渣が、ウェハーエッジから除去される。この例において、反応性イオンドライエッチング工程が、エッチング工程の副産物として薄いＰＥＰ残渣を残す。テフロン（登録商標）様のクロロフルオロポリマであるこの残渣は、その化学的性質に起因して除去することが困難である。これら残渣がウェハーの底部側に存在する場合、それらにより、リソグラフィー中にイメージの歪みという結果になる真空チャック上のウェハーのワーピングを生じる。一実施形態において、これら残渣の１ｍｍのアニュラス（環帯）は、５００から１２００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度を有する１２ｗのＮｄ：ＹＡＧレーザの第三高調波を用いて３００ｍｍウェハー上で１０秒で除去され得る。プロセスは、反応ガス混合物として空気のみを使用し、大気圧で動作し、あらゆる熱蓄積を生じない。更に、高倍率（１５０，０００×）ＳＥＭ分析に基づいて、検出可能な残留物または副産物は存在しなかった。
【００６８】
別の応用形態の例において、銅薄膜が、３００ｍｍシリコンウェハーのエッジから除去される。この応用形態は、除去される銅の１ｍｍ毎に１４秒を必要とし、開放された雰囲気において、２２ｋＨｚでパルス動作された１２ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザの第三高調波からの３５５ｎｍで、７５％のパルス間の重なりを有する０．２５×０．１７ｍｍのガウスビームで、１０００ｍＪ／ｃｍ２のピークエネルギー密度の放射線、及び６０ｒｐｍのウェハースピン速度を用いて実施された。
【００６９】
別の応用形態において、半導体処理中に生成される有機および無機の粒子が除去される。処理中の、ロボットのエンドエフェクタ、ウェハーカセット、イオン注入または他の発生源からの微粒子は、結局ウェハーエッジ上で終わり、除去される必要がある。
【００７０】
広範囲にわたる応用形態に関して、使用されるレーザエネルギー密度は、１５０から２５００ｍＪ／ｃｍ２の範囲にわたる。３０ｎｓから６０ｎｓのパルス幅を有するＮｄ：ＹＡＧレーザの第三高調波からの３５５ｎｍ放射線が一般に使用されるが、他の波長および他のレーザも利用され得る。一例は、１Ｗ当たり３３％の低コストのＮｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波からの５３２ｎｍ放射線である。代案として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第四高調波からの２６６ｎｍ放射線、又はＡｒＦエキシマーレーザからの１９３ｎｍ放射線のような、より短い波長を用いて、金属および酸化物のようなより困難な材料を除去することができる。本発明に利用され得るレーザの他の例には、連続波（ＣＷ）アルゴンイオンレーザ、パルスＫｒＦエキシマーレーザ、及び１〜６ｎｓパルス幅のＹｂ：ＹＡＧレーザ（イッテルビウムドープドイットリウムアルミニウムガーネット）が含まれる。所与のエネルギー密度に関して、より短いパルス幅は、より高い局所的な瞬間的基板温度という結果になる。このより高い温度は反応を高めるので、幾つかの応用形態において非常に短いパルス幅のレーザを使用することは有利である。上記の開示に鑑みて、当業者には明らかなように、多種多様のパルス及びＣＷレーザ、ガス及び固体レーザが使用され得る。
【００７１】
本明細書で引用された全特許、公開特許出願および文献の教示は、参照により全体として組み込まれる。
【００７２】
本発明は、その例示的な実施形態に関連して特に図示されて説明されたが、当業者には理解されるように、形態および細部の様々な変更が、添付の特許請求の範囲により包含される本発明の範囲から逸脱せずに当該実施形態に行われ得る。現在、本発明（単数または複数）の好適な実施形態（単数または複数）が図示されて説明されたが、当業者が、添付の特許請求の範囲の思想および範囲から逸脱せずに様々な変形を考案すると考えられることができ、従って、特許請求の範囲のみが、本発明の法的な範囲を定義する。
【図１】
2014504004.tif 000003
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
2014504004.tif 000029
【国際調査報告】
2014504004.tif 000030