(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端部と下端部とを有し、流体を貫通移送するための流路を画定する中空作動軸と、
上端部と下端部を有し、前記中空作動軸の周囲に同軸上に配置された中空スピンドル軸と、
前記中空スピンドル軸の上端部に配置された取り付けプレートと、
該取り付けプレートに装着された回転チャックと、
前記中空作動軸の前記上端部に配置されたウェハバッキングプレートと
を備え、
前記ウェハバッキングプレートが、少なくとも三本のバネ付きピストンを介して前記回転チャックに取り付けられているスピンドル。
【請求項２】
前記中空作動軸が、回転に加えて、半導体ウェハを支持するための回転チャックを作動させるために垂直に移動するように構成されている請求項１記載のスピンドル。
【請求項３】
前記中空スピンドル軸が、一対の高速軸受と、該軸受の上に取り付けられたハウジングとを有し、前記ハウジングが、前記一対の高速軸受を取り囲む位置に配置された請求項１記載のスピンドル。
【請求項４】
前記高速軸受のそれぞれの寸法が同一である請求項３記載のスピンドル。
【請求項５】
前記回転チャックに前記ウェハバッキングプレートが取り付けられた請求項１記載のスピンドル。
【請求項６】
前記ウェハバッキングプレートが、半導体ウェハの形状と略一致する形状を有する請求項１記載のスピンドル。
【請求項７】
ボウルと、
前記ボウル内に延出され、半導体ウェハの裏面に流体を送るために画定された流路を有する中空作動軸を備えると共に、前記中空作動軸の周囲に同軸上に配置されて、半導体ウェハを回転させるための中空コアスピンドルと
を備え、
前記中空コアスピンドルの上端部に取り付けプレートを配置し、
該取り付けプレートに回転チャックを装着し、
前記中空作動軸の前記上端部にウェハバッキングプレートを配置し、
前記ウェハバッキングプレートが、少なくとも三本のバネ付きピストンを介して前記回転チャックに取り付けられている
回転・すすぎ・乾燥モジュール。
【請求項８】
前記ウェハバッキングプレートが、半導体ウェハの裏面に粒子が接触することを阻止するように構成されている請求項７記載の回転・すすぎ・乾燥モジュール。
【請求項９】
前記流路内に配置された内部空気供給管と、
内部空気供給管と流体を流通可能に連通された空気供給源と
を更に備える請求項８記載の回転・すすぎ・乾燥モジュール。
【請求項１０】
前記空気供給源が、ＵＬＰＡフィルタユニットである請求項９記載の回転・すすぎ・乾燥モジュール。
【請求項１１】
半導体ウェハの下方に配置される前記ウェハバッキングプレートの半導体ウェハまでの距離が、１インチの約１０００分の８０ないし１インチの約１０００分の２７５の範囲にある請求項７記載の回転・すすぎ・乾燥モジュール。
【請求項１２】
前記ウェハバッキングプレートが、半導体ウェハの形状と略一致する形状を有する請求項１１記載の回転・すすぎ・乾燥モジュール。
【請求項１３】
流体を貫通移送する流路を画定する中空作動軸と、
前記作動軸の周囲に同心円状に配置された中空スピンドル軸と、
前記中空スピンドル軸上に取り付けられた一対の高速軸受と、
前記中空スピンドル軸上に取り付けられて、前記高速軸受を囲むハウジングと、
前記中空スピンドル軸の上端部に配置された取り付けプレートと、
前記取り付けプレートに取り付けられた半導体ウェハを支持し、作動軸によって作動する回転チャックと、
前記回転チャック上に取り付けられたウェハバッキングプレートと
を備え、
前記ウェハバッキングプレートが、少なくとも三本のバネ付きピストンを介して、回転チャックに取り付けられている
スピンドル。
【請求項１４】
前記高速軸受のそれぞれが等しい寸法を有する請求項１３記載のスピンドル。
【請求項１５】
前記ウェハバッキングプレートが、半導体ウェハの形状と略一致する形状を有する請求項１３記載のスピンドル。
【請求項１６】
前記中空作動軸が、回転に加えて、前記回転チャックを作動させるべく垂直に移動する機構を備えた請求項１３記載のスピンドル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、半導体の製造に関し、特に、中空コアスピンドルと、該中空コアスピンドルを含む回転・すすぎ・乾燥モジュールとに関する。
【０００２】
半導体産業では、ウェハは、その寸法について、直径は例えば３００ｍｍとより大きく、厚さは例えば０．１８μｍとより小さくなる方向に向かっており、ウェハ製作作業中のウェハの裏面、すなわち下面のウェハの汚染を制御することがますます重要になりつつある。通常のウェハ製作においては、回転、すすぎ、および乾燥（ＳＲＤ）モジュール内で、回転しつつすすぎを行なうことがなされている。この回転すすぎ作業中に、ウェハは高速回転しつつ、純水（ＤＩ）がウェハの上面と裏面に吹き付けられる。この回転すすぎ作業に伴う問題の一つは、ウェハ上方からの循環空気により、しばしばウェハの裏面上に粒子が付着する再汚染を引き起こすことである。
【０００３】
図１は、通常のボウルにおけるウェハ周囲の気流を示す単純化された構成１０を示しており、このボウルはＳＲＤモジュールの一部をなしている。そこに示されているように、ウェハ１２は、ボウル１４内に配置されている。説明図を簡単にするために、ウェハを回転させるスピンドルおよびウェハをスピンドル上方で支えるスピンドルフィンガは、図１では省略している。ウェハ１２がボウル１４内で回転すると、ウェハの回転運動は、ウェハ上面への気流にエネルギを伝達する。伝達されたこのエネルギが、図１の矢印によって示されるように、ウェハ１２の上面に気流を引き起こし、乱気流となり、空気循環、すなわち渦流を作り出す。ウェハ１２上面の上部の気流に伝達されたエネルギ量は、ウェハの面積と回転スピードに依存する。一般的には、空気に伝達されるエネルギが大きいほど、渦流は上面上部により高く達し、そして更に渦流は、ウェハ１２の裏面に達する。ウェハから離れた粒子あるいは純粋の水滴が、渦流内で循環しウェハの裏面に再び降りてきて、それによって再汚染を引き起こすので、ウェハ１２裏面の渦流の存在は、望ましくない。
【０００４】
上述した観点から、回転処理中にウェハ下部の渦流内で循環する粒子および純水の水滴によって引き起こされる再汚染を最小限にするために、ウェハ裏面上の気流を制御するための装置が要請される。
【０００５】
【発明の概要】
概略を言えば、本発明は、それを通じて流体が半導体ウェハの裏面に運ばれる中空コアを有するスピンドルを提供することにより、上記の要請を満たす。ウェハバッキングプレートと組み合わせると、中空コアスピンドルは、ウェハの裏面の気流を制御することを可能にする。本発明は、また中空コアスピンドルを含む回転・すすぎ・乾燥モジュールを提供する。
【０００６】
本発明の一態様によれば、スピンドルが提供される。スピンドルは、上端部と下端部を有する中空中心軸を備える。中空中心軸は、流体がそれを通じて伝えられる流路を画定する。ウェハバッキングプレートは、中空中心軸の上端部に配置される。
【０００７】
一実施形態において、中空中心軸は、作動軸であり、中空スピンドル軸は作動軸の周囲に同心円状に配置される。一実施形態においては、中空スピンドル軸は、一対の高速軸受とその上に取り付けられたハウジングを有する。この実施形態においては、ハウジングが、一対の高速軸受を囲んでいる。一実施形態において、各高速軸受は、同じ寸法である。
【０００８】
一実施形態において、取り付けプレートは、中空スピンドル軸の上端部に配置され、回転チャックは取り付けプレートの上に取り付けられる。一実施形態においては、作動軸は、回転するだけでなく、ウェハを支持するための回転チャックを作動させるために、垂直に移動するよう構成される。一実施形態においては、ウェハバッキングプレートは、回転チャックに取り付けられる。一実施形態においては、ウェハバッキングプレートは、少なくとも三つの、バネ付きピストンによって回転チャックに取り付けられる。一実施形態においては、ウェハバッキングプレートは、実質的にウェハの形状に一致する形状を有する。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、回転、すすぎ、および乾燥（ＳＲＤ）モジュールが提供される。ＳＲＤモジュールは、ボウルおよびボウルの中に広がる半導体ウェハを回転させるための中空コアスピンドルを含む。中空コアスピンドルは、その中で画定された、流体をウェハの裏面とウェハの上端部に配置されたウェハバッキングプレートに伝えるための流路を有する。一実施形態においては、ウェハのバッキングプレートは、粒子がウェハの裏面に接触するのを阻止するように構成される。
【００１０】
一実施形態においては、ＳＲＤモジュールは、流路内に配置された内部空気供給管と、内部空気供給管と流体連通する空気供給源を備える。一実施形態において、空気供給源は、超低浸透空気（ＵＬＰＡ）フィルタユニットである。一実施形態において、ウェハバッキングプレートがウェハの下方に配置される距離は、１インチの約１０００分の８０ないし１インチの約１０００分の２７５の範囲とすることができる。
【００１１】
本発明の中空コアスピンドルは、流体すなわち空気や薬剤が回転処理のためにスピンドル上に配置された半導体ウェハの裏面に、スピンドルを通して直接に供給されることを可能にする。これは、薬剤が、回転するスピンドルコンポーネントを通じてウェハの裏面の上に噴出されるときに起こる噴霧化の問題を避けるゆえに、本質的にそれ自体で有益である。本発明のウェハバッキングプレートと組み合わせると、中空コアスピンドルは、汚染された空気がウェハとウェハバッキングプレートによって画定されたボリューム内に再循環しないように、ウェハの裏面の気流を制御することを可能にするので、さらに有益である。さらに、本発明のウェハバッキングプレートは、粒子がウェハ裏面に接触するのを防ぐことによって粒子再汚染を減少するので有益である。
【００１２】
前述の全般的説明と下記の詳細な説明は、単に例示的かつ説明的なものであり、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではないことは理解されたい。
【００１３】
本明細書と共に組み込まれ、かつ本願の一部を構成する添付図面は、本発明の例示的実施形態を示し、その説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの例示的実施形態を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、「発明の背景」の部で既に検討されている。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態に従った、回転、すすぎ、および乾燥（ＳＲＤ）モジュール１００の単純化された模式図である。図中に示すように、モジュール１００は、ボウル１０２、中空コアスピンドル１０４、ウェハバッキングプレート１０８、モータ１１０、駆動機構１１０ａ、および超低浸透空気（ＵＬＰＡ）フィルタユニット１１２を備える。半導体ウェハ１１４は、中空コアスピンドル１０４およびウェハバッキングプレート１０８の上方で、何らかの適当な支持機構、例えば中空コアスピンドルに結合されたスピンドルアームから上方に延びるスピンドルフィンガによって支持され得る。スピンドルフィンガとスピンドルアームは、当業者には周知であり、図を簡単にするため図２では省略した。
【００１６】
ウェハバッキングプレート１０８は、その中に形成された中央開口部を有し、適当なメカニカルファスナ、例えばネジ、によって中空中心軸１０６の上端部に取り付けられる。流路１０６ａは、中空中心軸１０６の中央部分貫いて延びている。内部空気供給管１１６は、流路１０６ａ内に配置される。内部空気供給管１１６は、流路１０６ａ内で中空中心軸１０６の上端部の軸受（図示せず）およびこの軸の下端部のブラケットによって固定される。駆動機構１１０ａは、モータ１１０によって駆動され、スピンドルを回転するために中空コアスピンドル１０４の下端部に結合される。一実施形態においては、駆動機構１１０ａは、ベルト、例えばタイミングベルトである。空気供給管１１８は、内部空気供給管１１６と流体連通する超低浸透空気（ＵＬＰＡ）フィルタユニット１１２とを結合する。
【００１７】
ウェハバッキングプレート１０８およびウェハ１１４の間には、所定の空隙１２０が形成される。回転処理中、中空コアスピンドル１０４、ウェハバッキングプレート１０８、およびウェハ１１４は、それらが一つに結合されているので、実質的に同じ速度で回転する。中空コアスピンドル１０４、ウェハバッキングプレート１０８およびウェハ１１４が回転すると、清浄な空気がＵＬＰＡユニット１１２から、内部空気供給管１１６を通じて上方に流れる。一実施形態において、内部空気供給管１１６は、空気がウェハ１１４の裏面の中央部分に最も近い空隙１２０に供給されるよう、流路１０６ａ内に配置される。内部空気供給管１１６から空隙１２０に入る清浄な空気は、ウェハ１１４の裏面の中央部分から外に向かって流れ、ウェハ１１４およびウェハバッキングプレート１０８の外縁で空隙１２０から外に出る。ウェハ１１４の裏面上の気流に関する補足的詳細は、本願と共に同日に出願され、「回転処理中の半導体ウェハ裏面への気流制御方法」と題された米国特許出願第０９／４７１，５９０号（代理人整理番号ＬＡＭ２Ｐ１２６）の中で説明されている。譲受人であるラムリサーチコーポレーションＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡されたこの出願の開示は、出典を明記することによりその内容全体を本願明細書において参照するものとする。
【００１８】
ウェハバッキングプレート１０８がウェハ１１４の下方に配置される間隔すなわちＸ、および内部空気供給管１１６から空隙１２０への気流は、汚染された空気が空隙１２０に再循環しないよう制御され得る。一般的に、間隔Ｘは、空隙１２０に供給される空気の圧力、ウェハ１１４の表面に下る気流の速度、およびスピンドルの速さの関数となる。例として、空隙１２０に供給される空気の差圧ΔＰは、ウェハ１１４の表面上に下る気流の速度の関数となり、水柱で０ないし１０インチの圧力の範囲内で変化する。一実施形態において、ウェハバッキングプレート１０８がウェハ１１４の下方に配置される間隔Ｘは、１インチの約１０００分の８０ないし１インチの約１０００分の２７５の範囲にある。
【００１９】
ウェハバッキングプレート１０８は、空隙１２０を画定する境界の一つとして働くが、更に、微粒子がウェハ１１４の裏面に接触するのを阻止するためも働く。例えば、ウェハバッキングプレート１０８は、ウェハ１１４の下方に広がる渦流の中で再循環する粒子の到達を阻止する。一実施形態において、ウェハバッキングプレート１０８の形状は、ウェハの裏面全体が再循環する粒子から保護されるよう、実質的にウェハ１１４の形状に一致する。しかし、ウェハバッキングプレート１０８の形状が、効果的な保護を依然として与えながらも、ウェハ１１４と僅かに異なり得ることは、当業者には明らかであろう。例えば、ウェハバッキングプレート１０８の形状は、結晶軸方位およびドーパントタイプを示すために通常ウェハの中にはめこまれたフラットエッジの形状に対応する必要はない。
【００２０】
図３は、本発明に従う中空コアスピンドル１０４´の断面図である。図中に示したように、中空コアスピンドル１０４´は、中空作動軸１２２および中空作動軸１２２の周囲に同心円状に配置されている中空スピンドル軸１２４を含む。中空作動軸１２２は、中空スピンドル軸１２４内にブッシング１２３によって取り付けられている。一実施形態において、ブッシング１２３は、高耐性ポリマブッシングである。中空作動軸１２２の内部表面は、流路１０６ａ´を画定し、中空コアスピンドル１０４´を貫いて延びている。一実施形態において、流路１０６ａ´の直径は、約１．５インチである。高速軸受１２６ａおよび１２６ｂは、中空スピンドル１２４に取り付けられている。一実施形態において、高速軸受１２６ａおよび１２６ｂは、同じ寸法の大直径、深溝軸受で、軸受の限界速度、例えば約５０００ｒｐｍで回転するよう構成されている。高速軸受１２６ａおよび１２６ｂは、超高速および加速での軸受寿命を延ばすために、重量軸受予荷重装置１２８によって比較的高いレベル、例えば約２００ポンドにまで予め荷重を加えられている。ハウジング１３０は、中空スピンドル軸１２４に取り付けられており、高速軸受１２６ａと１２６ｂおよび重量軸受予荷重装置１２８を取り囲んでいる。
【００２１】
ドエルピン１３２は、中空スピンドル軸１２４に差し込まれており、中空作動軸１２２が中空スピンドル軸１２４と別個に回転するのを防ぐ。ドエルピン１３２は、後により詳しく説明するように、中空作動軸１２２が垂直に、すなわち上下に移動することを可能にする。作動軸軸受１３４は、適切な組立部品によって押さえられており、中空作動軸１２２の下端部に設けられている。作動軸軸受１３４は、中空作動軸１２２が軸を回転しつつ垂直に移動することを可能にする。
【００２２】
取り付けプレート１３６は、中空スピンドル軸１２４の上端部に設けられている。ウェハ１１４を支持するための回転チャック１３８は、取り付けプレート１３６に取り付けられている。回転チャック１３８は、当業者には周知のように、そこから上方に延び、ウェハ１１４をつかむ回転チャックフィンガ（図３では示されていない）を含む。ターカイトナット１４０は、直線運動を回転運動に変換し、回転チャック１３８に取り付けられている。中空エアシリンダ（図示せず）が中空作動軸１２２を上下に移動させると、中空作動軸１２２は、ターカイトナット１４０を作動させ、今度はそれが、ウェハ１１４をつかむよう回転チャック１３８を作動させる。より詳細には、中空作動軸１２２が上下に移動すると、ターカイトナット１４０は、この直線運動を回転運動に転換し、回転チャックフィンガが、ウェハ１１４をつかむか放すかどちらかするように、回転チャック１３８を作動させる。
【００２３】
続けて図３に言及すると、ウェハバッキングプレート１０８は、中空作動軸１２２の上端部に配置される。ウェハバッキングプレート１０８は、何らかの適当な手段で回転のために支持される。一実施形態において、ウェハバッキングプレート１０８は、以下で図４を参照してより詳細に説明されるように、回転チャック１３８に取り付けられている。懸垂スリーブ１４２は、その中に形成されたラビリンスシールを有しており、中空作動軸１２２の上端部に配置されている。懸垂スリーブ１４２は、バランスのとれた回転のために、中空コアスピンドル１０４´の中央にウェハバッキングプレート１０８を置く。加えて、懸垂スリーブ１４２内で形成されているラビリンスシールは、ウェハバッキングプレート１０８の中央開口部１０８ａ通じて流路１０６ａ´に流れ込むどんな液体も、回転チャック１３８の機構部分に入らないようシールしている。
【００２４】
中空コアスピンドル１０４´は、タイミングベルト（図３では示されていない）あるいは他の適当な駆動機構に結合されているタイミングプリー１４４によって回転される。回転する中空コアスピンドル１０４´のコンポーネントは、中空スピンドル軸１２４、中空作動軸１２２、取り付けプレート１３６、回転チャック１３８、および懸垂スリーブ１４２を備える。加えて、ウェハバッキングプレート１０８およびウェハ１１４は、その両方共、中空コアスピンドル１０４´上に取り付けられており、実質的に中空コアスピンドルと同じ速さで回転する。回転中は、ウェハ１１４の裏面上の気流は、流路１０６ａ´を通じて空気を空隙１２０に運ぶことによって制御される。必要であれば、空気は、図２に関して上記で説明されたように、流路１０６ａ´と共に配置された内部空気供給管を通じて空隙１２０に供給され得る。
【００２５】
空気に加え、他の流体、例えばウェハ１１４をすすぎ洗浄する薬剤も、流路１０６ａ´を通じてウェハ１１４の裏面の中央に運ぶことが可能である。必要であれば、ウェハ１１４の裏面に薬剤を運ぶために、流路１０６ａ´の上端部にノズルを設けることができる。同じ処理サイクル中に、流路１０６ａ´を通じてウェハ１１４の裏面に、複数の薬剤が運ばれ得ることは、当業者には明らかであろう。流路１０６ａ´を通じてウェハ１１４の裏面へ薬剤を運ぶようにすれば、回転するスピンドルコンポーネントを通じて薬剤をウェハの裏面に噴射する際に生じる噴霧化の問題を回避することができる。
【００２６】
図４は、本発明の一実施形態に従って、回転チャック上に、ウェハバッキングプレートが取り付けられる様態を示す単純化された模式図である。そこに示されているように、バネ付きピストンアセンブリ１４６は、回転チャック１３８の上方でウェハバッキングプレートを支持し、回転力を生成する。バネ付きピストンアセンブリ１４６の上端部と下端部は、ウェハバッキングプレート１０８´と回転チャック１３８に、それぞれ接合されている。一実施形態において、約１２０度の間隔をあけられた三つの、バネ付きピストンアセンブリ１４６が、ウェハバッキングプレート１０８を支持する。バネ付きピストンアセンブリ１４６の数を、個別の応用例の必要に適合するように変え得るということは、当業者には明らかであろう。
【００２７】
図４に示されているように、ウェハバッキングプレート１０８´は、中空作動軸１２２の上端部に延びる懸垂スリーブの一部１４２´と一体化されて形成されている。懸垂スリーブの一部１４２´は、その下端部に縁部１４２´´を有する。作動ロッド１４８は、中空コアスピンドルの下方に配置されているエアシリンダ１５０に結合されており、回転しない。エアシリンダ１５０が作動すると、作動ロッド１４８が、縁部１４２をかみ、ウェハバッキングプレート１０８´を、図４に示されている本来の「上」の位置から、エンドエフェクタがウェハを回転チャックから取り除くことを可能にする「下」の位置に引く。ウェハバッキングプレート１０８´が「上」の位置にあるとき、作動ロッド１４８の走行は、縁部１４２を越えるので、中空コアスピンドルの回転中にロッドと縁部は接触しない。
【００２８】
ウェハバッキングプレート１０８は、用途に適合する不活性の非金属素材から形成され得る。例示的素材としては、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、およびポリエチレンテレフタル酸塩（ＰＥＴ）などを挙げることができる。一実施形態において、ウェハバッキングプレート１０８は、ＴＥＣＨＴＲＯＮ  ＰＰＳから形成され、これはペンシルバニア州レディングのＤＭＳエンジニアリングプラスチックプロダクツから発売されている。例として、中空コアスピンドル１０４のコンポーネント、例えば中空作動軸１２２、中空スピンドル軸１２４、およびハウジング１３０は、ステンレス鋼、例えば３０３ステンレス鋼、すなわちハステロイ（商標）から形成され得る。
【００２９】
本発明の中空コアスピンドル１０４´は、流体、例えば空気および薬剤が回転処理のためにスピンドル上方に配置された半導体ウェハの裏面に、スピンドルを通じて直接運ばれることを可能にする。これは、薬剤が、回転するスピンドルコンポーネントを通じてウェハの裏面に噴射されたとき生じる噴霧化の問題を回避するので、本質的にそれ自体で有益である。本発明のウェハバッキングプレート１０８と組み合わせると、中空コアスピンドルは、汚染された空気がウェハとウェハバッキングプレートによって画定された空隙内に再循環しないように、ウェハの裏面の気流を制御することを可能にするので、更に有益である。さらに、本発明のウェハバッキングプレートは、粒子がウェハ裏面に接触するのを防ぐことによって粒子の再汚染を減少するので有益である。
【００３０】
要約すれば、本発明は、中空コアスピンドルおよび中空コアスピンドルを含むＳＲＤモジュールを提供する。本発明は、本明細書においていくつかの例示的実施形態に基づき説明された。本発明の他の実施形態も、本発明の明細書と実施を考慮すれば、当業者には明らかであろう。本発明は前記特許請求の範囲により限定されるので、上述された実施形態と好適な特徴は例示的と考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  通常のボウルにおけるウェハ周囲の気流を示す単純化された模式図である。
【図２】  本発明の一実施形態に従った、回転、すすぎ、および乾燥（ＳＲＤ）モジュールを示す単純化された模式図である。
【図３】  本発明の一実施形態に従った、中空コアスピンドルの単純化された模式図である。
【図４】  本発明の一実施形態に従った、回転チャック上にウェハバッキングプレートが取り付けられる様態を示す単純化された模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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