(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体形成工程において、部材の取り扱いによって生じる汚染の危険性が低い、あるいは従来法よりも大幅に低減される、部材の取り扱い方法を提供する。【解決手段】特に、半導体形成工程において、把持部１０を用いて部材を取り扱う、特に把持する方法に関する。上記部材の取り扱い時において、上記把持部は、氷結された液体によって上記部材から完全に離されることによって、把持部と上記部材との直接的な接触が回避される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体形成工程において、把持部（１０）を用いて部材（article）（２００）を取り扱う方法、特に把持する方法であって、
上記把持部は、上記部材の取り扱い中に、氷結した液体（１１０）によって上記部材（２００）から完全に離されたたままである、方法。
【請求項２】
上記部材は、クリーンルーム条件下において取り扱われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記部材として、半導体基板、特に半導体ウェハ、ウェハカセット、マスクまたはマスクカセットが取り扱われる、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記液体（１００）として高純度水が氷結される、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
上記液体（１００）として汚染除去液が氷結される、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
上記汚染除去液として希酸が氷結される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
上記希酸として、ＨＣ１、ＨＮＯ３、および／またはＨＦを含有した酸が氷結される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記氷結した液体は上記部材の取り扱い後に解凍され、当該解凍されていく液体は、上記氷結した液体の下に空間的に配置された回収用開口部（９０）によって回収される、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
上記回収用開口部として、上記液体が吸引によって抽出される吸引抽出用開口部（９０）が用いられる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
上記解凍されていく液体（１００）は、溝（２０）によって上記回収用開口部（９０）に向けられる、請求項８または請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
上記液体は、氷結前に、供給装置（４０）によって上記溝内へ注入され、上記溝内において冷却装置（６０）によって冷却される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記供給装置は上記溝の上部領域（３０）内に配置されており、上記回収用開口部は上記溝の下部領域（７０）内に配置されており、上記冷却装置は上記溝の中部領域（５０）内に配置されている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記液体は、上記把持部の外面（４１０）に液体の氷結リングが形成されるように氷結される、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
上記把持部上に上記部材を保持する陰圧、好ましくは真空が、上記液体の氷結リング内に生成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
把持部を用いて部材を取り扱う、特に把持する方法であって、
上記液体（１００）は、上記把持部の外面（４１０）に液体の氷結リング（１１０）が形成されるように氷結され、
上記液体の氷結リング（１１０）は、上記部材の上に配置され、
上記部材を上記把持部上に保持する陰圧が、上記液体の氷結リング内において上記部材と上記把持部との間に生成される、方法。
【請求項１６】
部材を取り扱うための把持部であって、上記部材の把持中に、氷結された液体（１１０）によって当該部材から完全に離される、把持部。
【請求項１７】
上記氷結された液体によって形成された把持領域（５０）の下に空間的に配置されていると共に、解凍されていく液体（１００）を回収する回収用開口部（９０）を備えている、請求項１６に記載の把持部。
【請求項１８】
上記回収用開口部は、解凍されていく液体を吸引によって抽出する吸引抽出用開口部（９０）によって形成されている、請求項１７に記載の把持部。
【請求項１９】
上記溝（２０）は上記把持領域内にある、請求項１６〜請求項１８のいずれか一項に記載の把持部。
【請求項２０】
上記液体（１００）を上記溝（２０）内に導入する供給装置（４０）、および上記液体を氷結させる冷却装置（６０）は、上記溝内にある、請求項１９に記載の把持部。
【請求項２１】
上記供給装置は上記溝の上部領域内に配置されており、上記回収用開口部は上記溝の下部領域内に配置されており、上記冷却装置は上記溝の中部領域内に配置されている、請求項２０に記載の把持部。
【請求項２２】
部材を取り扱う把持部であって、
液体の氷結リングが上記把持部の外面に形成されるように液体を氷結させる冷却装置を備えている、特に請求項１６〜請求項２１のいずれか１つに記載の、把持部。
【請求項２３】
取り扱われる部材の上に上記液体の氷結リングが配置されるとすぐに、上記液体の氷結リング内に陰圧、好ましくは真空を生成することを可能にする、吸引取り込み装置が備えられている、請求項２２に記載の把持部。
【請求項２４】
設備扉（installation door）を有する半導体処理設備であって、
上記設備扉は、閉鎖部（closure）によって閉鎖可能であり、
上記閉鎖部は、氷結装置が備えられているか、あるいは氷結装置に接続されており、
上記氷結装置によって、上記閉鎖部を少なくとも部分的に覆う液体の氷結膜が形成される、半導体処理設備。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、半導体形成工程において部材（article）を取り扱う方法、特に把持する方法に関する。
【０００２】
半導体形成工程において、例えばウェハを取り扱うために、把持部を用いることが知られている。本明細書において用いられる場合、「取り扱い」という用語は、把持、前方への移動（advancing）、あるいは単なる保持または固定による、任意の応用機械的な行為を意味するものと理解される。以下では、「把持部」という用語は、上記のような取り扱いが可能な任意の装置を意味し、ひいては任意の種類の「取り扱い装置」を意味するものと理解される。
【０００３】
半導体形成の領域において今日知られている取り扱い方法は、把持によって粒子の汚れあるいは汚染が生じる可能性があるという問題を有している。この汚染の問題に対応するために、例えば銅または高誘電率材料などの材料が水処理のための設備内において用いられる場合は、設備を専用にすることが知られている。このように設備を専用にすることによって、用いられる設備の使用または収容能力が大幅に制限され、半導体製品の製造コストが増す。半導体の製造において、チャンバ内または設備内においてウェハの汚染が生じないように、あるいは少なくとも汚染の少ないようにウェハを取り扱うことによって、稼働率および柔軟性が大いに改善される。さらに、用途によっては、設備を用いずとも汚染の危険が少ない場合、これらの設備のための領域が不要となるため、コストの高いクリーンルーム領域が不要となる。
【０００４】
従って本発明は、半導体形成工程において、部材の取り扱いによって生じる汚染の危険性が低い、あるいは少なくとも従来の取り扱い方法よりも大幅に低減される、部材の取り扱い方法を提供するという目的に基づいている。
【０００５】
この目的は、部材の取り扱い中に、氷結した液体によって部材から完全に離された状態を維持する把持部によって取り扱われる部材によって特定される方法に基づいて、本発明によって達成される。
【０００６】
本発明による上記方法の主要な利点の一つとして、氷結した液体によって確実に分離させることによって、把持部と部材との直接的な接触が回避されるという点が挙げられる。液体を、汚染されていない新しい液体と容易に取り替えることができるため、この場合は液体のあらゆる汚染と無縁である。汚染のあらゆる危険を回避するために、各取り扱い時に、毎回新しいまたは清浄な液体を用いることが望ましい。
【０００７】
本発明による上記方法の別の主要な利点は、把持位置における温度が比較的低いため、材料の拡散などを介した汚染の可能性がさらに低減されるという点である。
【０００８】
上記方法は、半導体形成の任意の工程において、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、あるいはプラチナ（Ｐｔ）など、汚染の危険が高い元素に対して用いられることが好ましい。このような元素は、数百度という低い温度においても、例えばシリコン内へ非常に容易に拡散するため、汚染という点において特に危険性が高い。このような物質をウェハに塗布する設備（例えば、銅めっきチャンバ、銅およびプラチナのシード層スパッタ装置等）は、今日では通常、それ以外のウェハ（例えば銅以外のウェハ）の処理が行われない専用の特別領域（銅ライン）、または少なくとも銅専用の設備内に配置される。上記の取り扱い方法が用いられた場合は、例えば、銅を含むウェハと含まないウェハとの両方のウェハを、同一の機械または同一のプロセスチャンバ内において処理することが可能になる。つまり、専用にする必要がなくなる。半導体の製造ライン（semiconductor line）全体を、例えば「銅」「銅以外」に分ける必要もなくなる。上記方法はまた、銅以外にも、汚染という点に関して危険性の高い上述の元素全てに対しても適用することができる。結果的に、コストのかかるクリーンルーム領域、および追加的な設備への投資が不要になり、さらには物流が簡素化される。
【０００９】
上記取り扱い方法はまた、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、およびコバルト（Ｃｏ）等の、いわゆる高誘電率物質（誘電体）を用いた半導体形成工程においても用いることができる。半導体デバイスのパターン幅の微細化に伴って、半導体産業では、半導体の層構造において絶縁を行うために、上記のような化合物が益々用いられるようになってきている。上述した物質、第３遷移金属／遷移金属酸化物と一般的に類似した元素、およびこれらの化合物の組み合わせは、例えこれら元素の汚染の危険性が上述の金属ほどには高くないとしても、これら化合物内の元素の汚染によって半導体製品が破壊される可能性がある。なぜなら、これらはシリコン物質内に速やかに拡散できないからである。それにも関わらず、これらのプロセスにおいて専用装置が頻繁に導入されているが、上記取り扱い方法を用いることによってそれを回避することができる。
【００１０】
さらに上記取り扱い方法は、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）、および鉄（Ｆｅ）など、汚染に関して「一般的に」危険性の高い元素を用いた半導体形成工程においても用いることができる。これらの元素もまた同様に、自然界（例えば地殻内）において非常に広範に発見される元素であるため汚染の危険性が高く、またパターン幅の微細化に伴って、半導体デバイス、太陽電池、データ記憶媒体（例えばＣＤ、ＤＶＤ、ハードディスク）、あるいは医薬品などの製造に用いられるあらゆるクリーンルームの汚染対策に対する課題が提示される。半導体産業では、説明する「低温把持部（cryogenic gripping）」を用いることによって、汚染の危険性を大幅に低減することが可能であり、反対に電気的な特性の不良（electrical yields）を大いに改善することが可能である。半導体産業の国際ロードマップが準拠されれば、微量元素の汚染物質に対する制限は、今後数年間でｐｐｂ（１０億分の１）の範囲からｐｐｔ（１兆分の１）の範囲へと移行するであろう。半導体形成工程において「低温把持部」の原則を提示することによって、将来的に上記のような制限を達成する手助けとなる。
【００１１】
上述の特に低い汚染に関しては、部材がクリーンルーム条件下において取り扱われると有利であるとみなされる。
【００１２】
扱うことのできる部材の例としては、半導体物質、特にシリコン、シリコンゲルマニウム、または関連する材料からなる半導体ウェハ、ウェハカセット、マスクあるいはマスクカセット、およびその他の感受性デバイスが挙げられる。
【００１３】
液体による汚染を回避するためには、高純度水を氷結させて用いることが好ましい。
【００１４】
あるいは汚染除去液、すなわち、例えば既に存在している汚染物質を除去する洗浄液として機能する液体を氷結させて用いることも可能である。例えば、汚染除去液として希酸を氷結させることができる。適切な例としては、ＨＣ１、ＨＮＯ３、および／またはＨＦを含有した酸または溶液が挙げられる。
【００１５】
解凍後の液体を簡素に除去することに関しては、解凍中の液体が、氷結した液体によって形成された把持部の下に空間的に配置された回収用開口部（collecting opening）によって回収される場合は、有利であると見なされる。このような構成によって、液体が重力によって自発的に除去される。
【００１６】
完全かつ迅速な回収を可能にするために、液体が吸引によって抽出される吸引抽出用開口部が回収用開口部として用いられると有利であると見なされる。吸引抽出によって、液体が不適切に失われて汚れの原因となるようなことがない。このような吸引抽出用開口部は、原則的には、所望の任意の方法によって配置することができる。なぜなら、重力の助けは、有用ではあるが、液体を除去するために絶対的に必要ではないからである。
【００１７】
解凍されていく液体は、チャネル様の凹部または溝によって、回収用開口部に向けられると有利である。
【００１８】
液体は、供給装置によって上記溝内へと導かれ、この溝内において冷却装置によって氷結されることが好ましい。供給装置は溝の上部領域内に配置され、回収用開口部は溝の下部領域内に配置され、そして冷却装置は溝の中部領域内に配置されていることが特に好ましい。このような構成によって、液体が重力によって冷却装置の領域内に運ばれ、この領域内において氷結され、そして解凍時には冷却装置から回収用開口部まで重力によって運ばれるという効果が非常に簡素に達成される。好ましくは、上記溝は液体によって満たすことができるように水平に保たれ、解凍中において重力の影響を利用するために、部材の取り扱い前または後に関わらず、液体の氷結後にのみ垂直位置に置かれる。
【００１９】
液体は、部材と把持部との間に液体の氷結リング（frozen ring of liquid）が形成されるように氷結されることが特に好ましい。このようなリングによって、例えば、液体の氷結リング内に陰圧（好ましくは真空）が生成され、部材が把持部上にさらに保持される。液体の氷結リングは、その輪郭線が１つにつながっているのであれば、円形、楕円形、あるいは枠形状（三角形、長方形等）など、所望の任意の形状であってよい。
【００２０】
本発明はさらに、取り扱いが半導体形成工程において行われるのか否かを問わない部材の取り扱い方法、特に把持方法に関する。本発明によると、この点に関して、部材と把持部との間に液体の氷結リングが形成され、この液体の氷結リング内に、把持部上に部材を保持する陰圧が生成されるように、液体が氷結される。この方法の利点に関しては、上述の内容を参照されたい。
【００２１】
本発明はさらに、部材を把持する把持部に関する。本発明によると、この点に関して、部材の把持中において、氷結した液体によって当該把持部が部材から完全に離される。この把持部の利点については、冒頭にて説明した本発明による方法に関連する上記内容を参照されたい。
【００２２】
上記把持部は、氷結した液体によって形成された把持領域の下に空間的に配置された回収用開口部を備えており、解凍されていく液体を重力によって回収することが好ましい。例えば、上記回収用開口部は、解凍されていく液体を吸引によってさらに取り込みおよび抽出する、吸引抽出用開口部によって形成されている。
【００２３】
把持領域内において、解凍されていく液体を吸引抽出用開口部に向ける溝が形成されていることが好ましい。液体を溝へと導く供給装置、および液体を氷結させる冷却装置もまた同様に、溝領域内にあることが好ましい。この場合、供給装置は溝の上部領域内に配置され、吸引抽出用開口部は溝の下部領域内に配置され、冷却装置は溝の中部領域内に配置されていることが好ましい。上記「上部」および「下部」という表現は、例えば、少なくとも液体の解凍のために把持部が内部にもたらされる溝の垂直位置に関連している。冷却装置は、例えばペルチェモジュールを備えていてよい。
【００２４】
把持部は、外側、少なくとも把持領域内において、テフロン（登録商標）あるいはチタニウム／アルミニウム合金によって形成されていることが好ましい。
【００２５】
液体の氷結リングが部材と把持部との間に形成されるように液体を氷結させる冷却装置が備えられていると、有利であると見なされる。把持部のこのような構成もまた、部材の把持中において、氷結された液体によって当該把持部が部材から完全に離されているか否かに関わらず、独立発明と見なされる。
【００２６】
液体の氷結リング内に陰圧（好ましくは真空）を生成する、吸引取り込み装置がさらに備えられていることが好ましい。
【００２７】
上述の低温原理は、半導体機器の設備扉（installation door）の閉鎖部の領域において利用することができる。これは、例えば、扉の閉鎖に際して液体の氷結膜（frozen film of liquid）を用いた後、解凍を特異的に制御することによって、清潔に且つ粒子を寄せ付けないように扉を閉鎖する一助となる洗浄効果を利用することができるからである。従って、冷却装置に設置あるいは接続された設備扉の、液体の氷結膜を用いた閉鎖部は、独立発明と見なされる。
【００２８】
本発明について、典型的な実施形態に基づいてさらに詳しく説明する。典型的な実施形態は以下の通りである。
【００２９】
図１は、本発明による低温把持部の第１の典型的な実施形態を示す図である。この実施形態に基づいて、本発明による方法を例として説明する。
【００３０】
図２は、図１に示されている低温把持部であって、液体の氷結膜が形成された後の状態を示す図である。
【００３１】
図３は、真空補助される（vacuum-assisted）把持領域を３つ備えた、本発明による低温把持部の第２の典型的な実施形態を示す図である。
【００３２】
図４は、図３に示されている低温把持部の分解図である。
【００３３】
図５は、図３に示されている低温把持部が備えている、真空補助される３つの把持領域のうちの１つを示す図である。
【００３４】
図１には、低温把持部１０（以下では略して把持部と称する）の典型的な一実施形態が示されている。把持部１０は、把持部筐体の外面に構成されており、凹部または溝２０を有している。この凹部または溝２０は、部材の取り扱いのために把持部１０が用いられるときには、垂直位置に置くことができる。
【００３５】
溝２０の上部領域３０内には、溝２０内に液体を導くことのできる供給装置４０が備えられている。
【００３６】
溝２０の中部領域５０内には、液体を冷却させる冷却装置６０が備えられている。冷却装置６０は、例えば、ペルチェ素子（図示せず）によって冷却可能なアルミ線６５を備えていてよい。
【００３７】
溝２０の下部領域７０内には、解凍していく液体を吸引によって抽出することのできる吸引抽出用開口部９０を有するチャネル８０が備えられている。
【００３８】
把持部１０は、例えば以下のように動作させることができる。
【００３９】
半導体形成工程において、クリーンルーム条件下において部材２００（例えばウェハ）を移動させる場合は、未使用の新しい液体１００（図２参照）が、供給装置４０によって溝２０内に導入されることが好ましい。この液体は、ＨＣ１、ＨＮＯ３、および／またはＨＦを含有した溶液または酸ベースの高純度水または汚染除去液であることが好ましい。
【００４０】
液体１００は、重力の影響下において、溝２０の中部領域５０内へと流れ落ちていき、そして中部領域５０内において冷却装置６０によって氷結される。これによって、液体の氷結層が形成される。この液体の氷結層は、以下では略して「氷層」１１０と称する。あるいは、液体１００による充填は、溝２０の水平位置で行われるようにしてもよい。
【００４１】
次に、氷層１１０のみがウェハ２００と接触するように、ウェハ２００が把持部１０によって把持される。従ってその他の部位、特に把持部１０の部位は、ウェハとは接触しない。
【００４２】
ウェハが、所望の方法によって取り扱われ（例えば、把持および／または移動され）、そして氷層１１０がウェハから離されると、氷層１１０は解凍される。これは、冷却装置６０をオフにすることによって行うことができる。あるいは、またはさらに、加熱装置（さらには図示せず）によってアルミ線６５を加熱するようにしてもよい。このような加熱装置も同様に、例えば、前述のペルチェ素子によって形成することができる。ペルチェ素子によって加熱装置も形成する場合は、加熱のために、単にその極性を反転させる。
【００４３】
氷層１１０が溶解するとすぐに、液体１００は、重力の影響下においてチャネル８０へ流れ、そしてチャネル８０から吸引抽出用開口部９０へ流れ、最終的にはこの吸引抽出用開口部９０を用いて吸引によって抽出される。
【００４４】
吸引によって抽出された液体は、そこから回収容器（さらには図示せず）に流れる。汚染許容制限が高い場合は、回収された液体は、新しい把持動作のために供給装置４０を用いて溝２０内に再度導入されて、再利用される。汚染許容制限が低い場合は、液体１００は再利用されないか、あるいは少なくとも、さらなる利用前に洗浄または汚染除去が行われる。
【００４５】
図３には、低温把持部１０の別の典型的な実施形態が示されている。
【００４６】
低温把持部には、３つの真空補助される把持領域３００、３１０、および３２０が備えられている。これら３つの真空補助される把持領域３００、３１０、および３２０はそれぞれ、輪状溝３４０を有している。各溝３４０には、液体を供給するための複数の供給用開口部３５０が備えられている。供給用開口部３５０は図５に示されている。図５には、３つの真空補助される把持領域の１つである３００が詳細に示されている。
【００４７】
３つの真空補助される把持領域３００、３１０、および３２０は、それぞれ開口部３６０を備えている。この開口部３６０には、吸引取り入れ装置（さらには図示せず）が接続される。この吸引取り入れ装置は、例えば真空ポンプであってよい。
【００４８】
図４には、図３に示されている把持部１０の分解図が示されている。２つの板部品４００および４１０が示されており、これらの間には３つのペルチェ素子４２０が留められている。各ペルチェ素子４２０は、割り当てられた輪状溝３４０内にある液体を氷結させるための冷却装置を形成する。
【００４９】
図３〜図５に示されている典型的な実施形態の場合では、板部品４１０は、把持される部材に面しており、結果的に、部材に面する把持部１０の外面を形成している。
【００５０】
図３〜図５に示されている低温把持部１０は、例えば以下のように動作させることができる。
【００５１】
まず、輪状溝３４０が、供給用開口部３５０を介して液体（例えば高純度水）によって満たされる。このためには、溝３４０は水平に並んでいることが好ましい。ペルチェ素子によって上記高純度水が氷結される。この結果、氷の盛り上がったリング、または板部品４１０の外面から外側へ突出した氷のリングが溝３４０内に形成される。次に、把持されるウェハ上に上記氷のリングが配置され、これによって上記氷のリングのみがウェハに接触し、板部分４１０は接触しない。上記氷のリングによって範囲が決定される輪状領域から、開口部３６０を介して空気を抽出するために、吸引によって真空が生成される。これによって、ウェハおよび板部品４１０が共に把持され、氷のリングは側方シール（lateral seal）として機能する。機械的接触は氷のリングによってのみなされるため、板部分４１０とウェハとの接触は起こらない。
【００５２】
把持接続（gripping connection）は、真空をオフにすることによって離され、ウェハが所望の位置に堆積された後に、氷結処理は終了となる。その後、把持部は後に戻される。
【００５３】
解凍後、上記高純度水は、把持部１０がほぼ水平に維持されている間、正確には板部品４１０が上方に向けられている間は、例えば、重力の影響下において供給用開口部３５０を介して流れ去ることができる。あるいは、上記高純度水は、供給用開口部３５０または図示されていない別の追加的な装置を用いて吸引することによって抽出することもできる。ウェハ上に残留した水分は、さらなる処理工程中において、クリーンルーム内の大気湿度が常時低いため、例えば蒸発によって外気に消散する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明による低温把持部の第１の典型的な実施形態を示す図である。
【図２】図１に示されている低温把持部であって、液体の氷結膜が形成された後の状態を示す図である。
【図３】真空補助される（vacuum-assisted）把持領域を３つ備えた、本発明による低温把持部の第２の典型的な実施形態を示す図である。
【図４】図３に示されている低温把持部の分解図である。
【図５】図３に示されている低温把持部が備えている、真空補助される３つの把持領域のうちの１つを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０    把持部
２０    溝
３０    上部領域
４０    供給装置
５０    中部領域／把持領域
６０    冷却装置
６５    アルミ線
７０    下部領域
８０    チャネル
９０    吸引抽出用開口部
１００  液体
１１０  「氷層」
２００  ウェハ
３００  真空補助される把持領域
３１０  真空補助される把持領域
３２０  真空補助される把持領域
３４０  溝
３５０  供給用開口部
３６０  開口部
４００  板部品
４１０  板部品
４２０  ペルチェ素子
【図１】
2008072099.tif 000003
【図２】
2008072099.tif 000004
【図３】
2008072099.tif 000005
【図４】
2008072099.tif 000006
【図５】
2008072099.tif 000007
【外国語明細書】
2008072099000001.pdf