(57)【要約】【課題】スピン乾燥動作時に半導体ウエハをモニタする方法およびその装置を提供する。【解決手段】スピン処理動作時に半導体ウエハをモニタする方法であり、ウエハが回転している間に、キャパシタンスセンサ（１２４）とウエハ（１１６）との間の容量値を測定する。測定された容量値が、例えば実質的に一定などの所望のレベルに達したと決定されると、半導体ウエハの表面が乾燥状態などの所望の状態にあることを示す信号が生成される。別の方法では、ウエハが回転している間に、ウエハの表面に向けて光が照射される。この光は、ウエハの表面で反射する光がウエハの表面に実質的に垂直になるように方向付けられている。半導体ウエハの表面で反射された光の強さを測定する。ウエハの表面で反射された光の強さの測定値が、ウエハの表面が所望の状態にあるときにウエハの表面で反射された光の強さの測定値に対応する強さのレベルに達すると、ウエハの表面が所望の状態にあることを示す信号が生成される。半導体ウエハをスピン乾燥させる方法では、ウエハの回転は、この信号を受けて停止する。この他、キャパシタンスセンサまたは干渉センサのいずれかを含んだ半導体ウエハをスピン乾燥する装置も記載されている。【選択図】図３
2004538620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピン処理動作時に半導体ウエハをモニタする方法であって、
キャパシタンスセンサと半導体ウエハとの間の容量値を、前記半導体ウエハが回転している間に測定し、
前記測定された容量値がいつ所望のレベルに達するかを決定し、
前記半導体ウエハの前記表面が所望の状態に達したことを示す信号を生成する
方法。
【請求項２】
前記半導体ウエハの回転は、前記信号を受けて停止する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
半導体ウエハをスピン乾燥させる方法であって、
表面を乾燥させるために、半導体ウエハを回転させ、
前記半導体ウエハが回転している間に、キャパシタンスセンサと前記半導体ウエハとの間の容量値を測定し、
前記測定された容量値がいつ実質的に一定のレベルに達するかを決定し、
信号を生成し、
前記半導体ウエハの前記回転を、前記信号を受けて停止させる
半導体ウエハのスピン乾燥方法。
【請求項４】
スピン処理動作時に半導体ウエハをモニタする方法であって、
半導体ウエハの表面に向けて、前記半導体ウエハが回転している間に、前記半導体ウエハの前記表面で反射する前記光が前記半導体ウエハの前記表面に実質的に垂直であるように光を方向付け、
前記半導体ウエハの前記表面で反射された前記光の強さを測定し、
前記半導体ウエハの前記表面で反射された前記光の強さの測定値が、前記半導体ウエハの前記表面が所望の状態にあるときに前記表面で反射された光の強さの測定値に対応する強さレベルに達すると、前記半導体ウエハの前記表面が前記所望の状態にあることを示す信号を生成する
方法。
【請求項５】
前記信号を受けて、前記半導体ウエハの回転を停止する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記半導体ウエハの前記表面が前記所望の状態にあるときの前記表面で反射された前記光の強さの測定値は、較正動作において決定される請求項４に記載の方法。
【請求項７】
半導体ウエハをスピン乾燥させる方法であって、
表面を乾燥させるために、半導体ウエハを回転させ、
前記半導体ウエハが回転している間に、半導体ウエハの表面に向けて、前記半導体ウエハの前記表面で反射する光が前記半導体ウエハの前記表面に実質的に垂直になるように光を方向付け、
前記半導体ウエハの前記表面で反射された前記光の強さを測定し、
前記半導体ウエハの前記表面で反射された前記光の強さの測定値が、前記半導体ウエハの前記表面が乾燥しているときに前記表面で反射された光の強さの測定値に対応する強さレベルに達すると、前記半導体ウエハの前記表面が乾燥していることを示す信号を生成し、
該信号を受けて、前記半導体ウエハの前記回転を停止させる
方法。
【請求項８】
前記半導体ウエハの前記表面が乾燥しているときに前記表面で反射された前記光の強さの測定値は、較正動作において決定される請求項７記載の方法。
【請求項９】
半導体ウエハをスピン処理する装置であって、
中心に穴が開いている中空のスピンドルと、
前記スピンドルの上に搭載され、中心に穴が開いており、半導体ウエハをその端部で保持するグリッパを含むチャックアセンブリと、
前記中空スピンドルの前記中心の開口部の中に、上端が前記チャックアセンブリの前記中心の開口部の中に達するように設けられているスリーブと、
前記スリーブの前記上端の中に設けられているマニホールドと、
前記マニホールドに取り付けられているキャパシタンスセンサであって、前記半導体ウエハと前記キャパシタンスセンサとの間の容量値を測定するように構成されているキャパシタンスセンサと
を備えた半導体ウエハスピン処理装置。
【請求項１０】
前記キャパシタンスセンサによって測定された前記容量値がいつ所望のレベルに達するかを決定するプロセッサを備える請求項９記載の装置。
【請求項１１】
半導体ウエハをスピン処理する装置であって、
スピンドルと、
前記スピンドルの上に搭載され、半導体ウエハをその端部で保持するグリッパを含むチャックアセンブリと、
キャパシタンスセンサが搭載され、前記グリッパによって保持される半導体ウエハによって占有される空間の上方に前記キャパシタンスセンサが位置するように配置されているアームであって、前記キャパシタンスセンサは、前記グリッパによって保持される半導体ウエハと前記キャパシタンスセンサとの間の容量値を測定するように構成されたアームと
を備える半導体ウエハスピン処理装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、さらに、
前記キャパシタンスセンサによって測定された前記容量値がいつ所望のレベルに達するかを決定するプロセッサを備える
半導体ウエハスピン処理装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の装置であって、
前記アームを移動可能とし、
前記グリッパによって保持される半導体ウエハによって占有される空間に対する前記キャパシタンスセンサの相対位置を変更可能とした
装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の装置であって、
前記アームは、複数のキャパシタンスセンサを搭載し、
前記各キャパシタンスセンサは、前記グリッパによって保持される半導体ウエハによって占有される空間の上方に設けられており、
前記各キャパシタンスセンサは、前記グリッパによって保持される半導体ウエハと前記キャパシタンスセンサとの間の容量値を測定するように構成された
装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、さらに、
前記キャパシタンスセンサによって測定された前記容量値がそれぞれいつ所望のレベルに達するかを決定するプロセッサを備える
装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の装置であって、
前記アームを移動可能とすることにより、前記グリッパによって保持される半導体ウエハによって占有される空間に対する前記各キャパシタンスセンサの相対位置を変更可能とした
装置。
【請求項１７】
半導体ウエハをスピン処理する装置であって、
スピンドルと、
前記スピンドル上に搭載され、半導体ウエハをその端部で保持するグリッパを含むチャックアセンブリと、を備え、
光源および検出器を搭載したアームにおいて、
該光源は、前記グリッパによって保持されている半導体ウエハの表面に向けて、前記半導体ウエハの前記表面で反射する光が前記半導体ウエハの前記表面に実質的に垂直になるように配置されており、
前記検出器は、前記半導体ウエハの前記表面で反射された前記光の強さを測定するように配置した
半導体ウエハのスピン処理装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、さらに、
前記半導体ウエハの前記表面で反射された前記光の強さの測定値が、前記半導体ウエハの前記表面が所望の状態にあるときに前記表面から反射された光の強さの測定値に対応する強さレベルにいつ達するか、を決定するプロセッサを備える
装置。
【請求項１９】
前記アームを移動可能とすることにより、前記半導体ウエハの前記表面に対する前記光源および前記検出器の相対位置を変更可能とした請求項１７記載の装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載の装置であって、
前記アームは、複数の光源と、該光源に対応する数の検出器とを搭載しており、
前記各光源は、前記グリッパによって保持されている半導体ウエハの表面に向けて、前記半導体ウエハの前記表面で反射する光が前記半導体ウエハの前記表面に実質的に垂直になるように配置されており、
前記各検出器は、前記半導体ウエハの前記表面で反射された対応する光源からの前記光の強さを測定するように配置された
装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置であって、さらに、
前記半導体ウエハの前記表面で反射された前記光の強さの各測定値が、前記半導体ウエハの前記表面が所望の状態にあるときに前記表面から反射された光の強さの測定値に対応する強さレベルにいつ達するか、を決定するプロセッサを備えた
装置。
【請求項２２】
前記アームを移動可能とすることにより、前記半導体ウエハの前記表面に対する前記光源および前記検出器の相対位置を変更可能とした請求項２１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体製造に関し、より具体的には、スピン処理動作時に半導体ウエハをモニタする方法と、半導体ウエハをスピン乾燥させるための方法と、半導体ウエハをスピン乾燥する装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造では、様々なウエハ調製動作が実施される。従来のウエハ洗浄システムでは、第１のブラシボックスと第２のブラシボックスとを一般的に装備しているブラシステーションにおいて、ウエハのスクラブ（平坦化）が行われる。ウエハは、先ず第１のブラシボックスにおいて、特定の化学剤と脱イオン（ＤＩ)水とを含む溶液のなかでスクラブされる。ウエハは、次に第２のブラシボックスに移され、特定の化学剤と脱イオン水とを含む溶液のなかで再度スクラブされる。ウエハは、次いでスピン・リンス・乾燥（ＳＲＤ）ステーションに移され、回転している状態で上面および底面に脱イオン水を噴き付けられる。ウエハが充分にすすがれると、次にスピン乾燥動作が実施され、ウエハの上面および底面を乾燥させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スピン乾燥動作は、ウエハの上面および底面を完全に乾燥させなければならない。スピン乾燥動作が、時期尚早に、すなわちウエハの表面が完全に乾燥する前に停止すると、ウエハの表面に残留した流体が、後続の製造動作に悪影響を及ぼす恐れがある。反対に、ウエハの表面を完全に乾燥させるのに必要とされる長さ以上にスピン乾燥動作が持続すると、今度はウエハ洗浄システムのスループットが影響を被り生産性が低下する。従来のウエハ洗浄システムでは、スピン乾燥動作をモニタし、ウエハの表面がいつ完全に乾燥するかを正確に決定することが行われていなかった。したがって、これらのウエハ洗浄システムは、スピン乾燥動作を時期尚早に停止してしまうか、あるいはスピン乾燥動作の時間を不必要に延ばしてしまうリスクを冒していた。
【０００４】
以上から分かるように、スピン乾燥動作においてウエハの表面がいつ完全に乾燥するかを正確に決定する方法が必要とされている。また、半導体ウエハをスピン乾燥させるための方法および装置であって、半導体ウエハの表面が完全に乾燥した時点でスピン乾燥動作を正確に停止させることができる方法および装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、概して、例えばスピン乾燥などのスピン処理動作時において半導体ウエハをモニタし、ウエハの片面（または両面）が例えば乾燥状態などの所望の状態にいつなるかを正確に決定する方法を提供することによって、これらのニーズを満たすものである。本発明は、また、半導体ウエハをスピン処理する方法および装置であって、スピン処理動作の「終点」において、すなわちウエハの片面（または両面）が例えば乾燥状態などの所望の状態になる時点において、スピン処理動作を正確に停止させることができる方法および装置を提供する。
【０００６】
本発明の一形態として、スピン処理動作時に半導体ウエハをモニタする第１の方法が提供される。この方法では、ウエハが回転している間にキャパシタンスセンサとウエハとの間の容量値が測定される。そして、測定された容量値が例えば実質的に一定などの所望のレベルに達したと決定されたときに、ウエハの表面が例えば乾燥状態などの所望の状態にあることを示す信号が生成される。一実施形態において、ウエハの回転は、この信号を受けて停止する。
【０００７】
本発明の別の一形態として、半導体ウエハをスピン処理する第１の方法が提供される。この方法は、ウエハの表面を乾燥させるなどの目的でウエハを回転させることを含む。ウエハが回転している間に、キャパシタンスセンサとウエハとの間の容量値が測定される。そして、測定された容量値が例えば実質的に一定などの所望のレベルに達したと決定されたときに、信号が生成される。ウエハの回転は、この信号を受けて停止する。
【０００８】
本発明のさらに別の一形態として、スピン処理動作時に半導体ウエハをモニタする第２の方法が提供される。この方法では、ウエハが回転している間にウエハの表面に向けて光が照射される。この光は、ウエハの表面で反射する光がウエハの表面に実質的に垂直になるように方向付けられる。そして、ウエハの表面で反射された光の強さが測定される。そして、ウエハの表面で反射された光の強さの測定値が、ウエハの表面が所望の状態にあるときにウエハの表面で反射された光の強さの測定値に対応する強さレベルに達すると、ウエハの表面が所望の状態にあることを示す信号が生成される。
【０００９】
一実施形態において、半導体ウエハの回転は、この信号を受けて停止する。一実施形態において、ウエハの表面が例えば乾燥状態などの所望の状態にあるときにウエハの表面で反射された光の強さの測定値は、較正動作において決定される。
【００１０】
本発明のさらに別の一形態として、半導体ウエハをスピン処理する第２の方法が提供される。この方法は、ウエハの表面を乾燥させるなどの目的でウエハを回転させることを含む。ウエハが回転している間に、ウエハの表面には光が照射される。この光は、ウエハの表面で反射する光がウエハの表面に実質的に垂直になるように方向付けられる。そして、ウエハの表面で反射された光の強さが測定される。そして、ウエハの表面で反射された光の強さの測定値が、ウエハの表面が所望の状態にあるときにウエハの表面から反射された光の強さの測定値に対応する強さレベルに達すると、ウエハの表面が所望の状態にあることを示す信号が生成される。この信号を受けて、ウエハの回転は停止する。一実施形態において、ウエハの表面が例えば乾燥状態などの所望の状態にあるときにウエハの表面で反射された光の強さの測定値は、較正動作において決定される。
【００１１】
本発明のさらに別の一形態として、半導体ウエハをスピン処理する第１の装置が提供される。この装置は、中心に穴が開いている中空のスピンドルを含む。スピンドルの上には、チャックアセンブリが搭載される。チャックアセンブリは、中心に穴が開いており、且つ、ウエハをその端部で保持するグリッパを含む。中空スピンドルの中心の開口部の中にはスリーブが設けられ、その上端は、チャックアセンブリの中央の開口部の中に達する。スリーブの上端の中には、マニホールドが設けられる。マニホールドには、ウエハとの間の容量値を測定するように構成されるキャパシタンスセンサが取り付けられる。一実施形態において、この装置は、さらに、キャパシタンスセンサによって測定された容量値が例えば実質的に一定などの所望のレベルにいつ達するかを決定するプロセッサを含む。
【００１２】
本発明のさらに別の一形態として、半導体ウエハをスピン処理第２の装置が提供される。この装置は、スピンドルと、このスピンドルの上に搭載されているチャックアセンブリとを含む。チャックアセンブリは、ウエハをその端部で保持するグリッパを含む。そして、キャパシタンスセンサを上に搭載されているアームが、グリップによって保持されるウエハによって占有される空間の上方にキャパシタンスセンサが位置するように配置される。キャパシタンスセンサは、グリッパによって保持されるウエハと、キャパシタンスセンサとの間の容量値を測定するように構成される。
【００１３】
一実施形態において、この装置は、さらに、キャパシタンスセンサによって測定された容量値が例えば実質的に一定などの所望のレベルにいつ達するかを決定するプロセッサを含む。一実施形態において、アームは可動であるので、グリッパによって保持されるウエハによって占有される空間に対するキャパシタンスセンサの相対位置は可動である。一実施形態において、アームは、複数のキャパシタンスセンサを搭載されている。各キャパシタンスセンサは、グリッパによって保持されるウエハによって占有される空間の上方に設けられ、各キャパシタンスセンサは、グリッパによって保持されるウエハと、キャパシタンスセンサとの間の容量値を測定するように構成される。
【００１４】
本発明のさらに別の一形態として、半導体ウエハをスピン処理する第３の装置が提供される。この装置は、スピンドルと、このスピンドルの上に搭載されているチャックアセンブリとを含む。チャックアセンブリは、ウエハをその端部で保持するグリッパを含む。この装置は、さらに、光源および検出器を搭載されているアームを含む。光源は、グリッパによって保持されているウエハの表面に向けて、ウエハの表面で反射する光がウエハの表面に実質的に垂直であるように配置される。そして、検出器は、ウエハの表面で反射された光の強さを測定できるように配置される。
【００１５】
一実施形態において、この装置は、さらに、ウエハの表面で反射された光の強さの測定値が、ウエハの表面が例えば乾燥状態などの所望の状態にあるときにウエハの表面で反射された光の強さの測定値に対応する強さレベルにいつ達するか、を決定するプロセッサを含む。一実施形態において、アームは可動であるので、ウエハの表面に対する光源および検出器の相対位置は可変である。一実施形態において、アームは、複数の光源と、この光源の数に対応する数の検出器とを搭載している。各光源は、グリッパによって保持されているウエハの表面に向けて、ウエハの表面で反射する光が半導体ウエハの表面に実質的に垂直であるように光を方向付けるように配置される。そして、各検出器は、ウエハの表面で反射された対応する光源からの光の強さを測定するように配置される。
【００１６】
本発明による方法および装置は、スピン乾燥などのスピン処理動作を時期尚早に停止してしまうリスクを、あるいはスピン処理動作の時間を不必要に延ばしてしまうリスクを最小限に抑える。したがって、本発明による方法および装置は、半導体デバイスの製造における歩留まりおよびスループットを改善し、生産性を向上させる。
【００１７】
なお、上述した発明の概要および以下の詳細な説明は、例示的で且つ説明的なものであり、特許請求の範囲に記載した発明を限定するものではない。
【００１８】
明細書の一部を構成するものとして組み込まれた添付の図面は、本発明の代表的な実施形態を例示するものであり、発明の説明とともに本発明の原理を説明する役割を担うものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下では、添付の図面を参照にしながら、本発明のいくつかの代表的な実施形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一形態である代表的なチャックアセンブリとキャパシタンスセンサを含む中空スピンドルとを、一部を断面図で、残りを透視図で示した側面図である。図に示したように、チャックアセンブリ１００は、中空スピンドル１０２の上に搭載されている。チャックアセンブリ１００は、複数のスポークを含むチャックボディ１０４と、チャックボディ１０４のスポークの中に位置する結合アーム１０６とを含む。各結合アーム１０６の内端は、ウェッジ１０８の側壁に沿ってスライドするように構成される。ウェッジ１０８は、後ほど詳述するように、スリーブ１１０の上にスライド可能な形で搭載される。チャック天板１１２は、チャックボディ１０４の上に位置し、結合アーム１０６の可動部分を覆う。ウエハ裏板１１４は、チャック天板１１２に取り付けられ、半導体ウエハ１１６の表面のすぐ下に位置する。チャックボディ１０４の上に旋回可能な形で搭載されているグリッパ１１８は、ウエハ１１６をその端部で保持する。ウエハ１１８を解放するには、ウェッジ１０８をスリーブ１１０に沿って上向きにスライドさせ、グリッパ１１８を開位置まで旋回させる。ウェッジ１０８が上向きに運動するとき、結合アーム１０６は、ウェッジの側壁に沿って内向きにスライドし、グリッパ１１８を開位置まで旋回させる。チャックアセンブリ１００の構造および動作に関するさらなる詳細は、２０００年１２月２２日に出願された米国特許出願第０９／７４７，６６５号「Chuck Assembly for use in a Spin, Rinse, and Dry Module and Methods for Making and Implementing the Same（スピン・リンス・乾燥モジュールにおいて使用するためのチャックアセンブリならびに同アセンブリを作成および使用するための方法）」に記載されている。本出願の譲受人であるラム・リサーチ・コーポレーションに譲渡される上記出願の開示内容は、参考文献として必要に応じて参照されたい。
【００２１】
中空スピンドル１０２は、回転軸１０２ａと、回転軸１０２ａに同軸に且つ回転軸１０２ａの内部に設けられている直線軸１０２ｂとを含む。当業者ならば周知のように、中空スピンドル１０２は、回転軸１０２ａに回転動力を提供するモータ（不図示）に結合される。作動時は、回転軸１０２ａに供給された回転動力がピン１２０によって直線軸１０２ｂに伝達されるので、回転軸１０２ａおよび直線軸１０２ｂの両方が回転する。ウェッジ１０８に結合されている直線軸１０２ｂは、上下に運動してウェッジの位置を調整することによって、上述したように、開位置と閉位置との間でグリッパを旋回させる。中空スピンドルの構造および動作に関するさらなる詳細は、１９９９年１２月２３日に出願された米国特許出願第０９／４７０，６９０号「Hollow Core Spindle and Spin, Rinse, and Dry Module Including the Same（中空スピンドルおよび同スピンドルを含むスピン・リンス・乾燥モジュール）」に記載されている。本出願の譲受人であるラム・リサーチ・コーポレーションに譲渡される上記出願の開示内容は、参考文献として必要に応じて参照されたい。
【００２２】
さらに図１を参照すると、スリーブ１１０は、中空スピンドル１０２の中心の開口部の中に設けられている。スリーブ１１０の上部は、中空スピンドル１０２を超えてウェッジ１０８の中心の開口部の中に達するので、スリーブ１１０の上端は、ウエハ裏板１１４の上面と同一平面に位置する。スリーブ１１０の上端の中には、マニホールド１２０が設けられる。マニホールド１２０は、空気や化学剤などの流体をウエハ１１６の裏面に送るために使用可能であるポート１２０ａを含む。これらの流体は、スリーブ１１０に収容されている供給ライン（不図示）を通してマニホールド１２０に供給して良い。キャパシタンスセンサ１２４は、後ほど詳述するように、マニホールド１２０の上に設けられる。もし必要ならば、ウエハ存在センサ１２２（図２を参照）をマニホールド１２０に取り付けても良い。
【００２３】
本発明の一実施形態において、キャパシタンスセンサ１２４は、スピン処理動作時に半導体ウエハをモニタする目的でマニホールド１２０の上に設けられる。図２は、図１のマニホールド１２０を簡略に示した平面図である。図２に示したように、キャパシタンスセンサ１２４は、マニホールド１２０の中央部分に取り付けられる。キャパシタンスセンサ１２４は、任意の適切な技術を使用してマニホールド１２０に取り付けて良い。一実施形態において、キャパシタンスセンサ１２４は、マニホールドを形成している材料にキャパシタンスセンサを埋め込むことによってマニホールド１２０に取り付けられる。当業者ならばわかるように、マニホールドには、キャパシタンスセンサの全体が組み込まれても良いし、あるいはキャパシタンスセンサの一部のみが組み込まれても良い。適当なキャパシタンスセンサが、米国ミネソタ州ミネアポリス所在のバナー・エンジニアリング・コーポレーションおよび日本国東京都所在のオムロン・コーポレーションから市販されている。
【００２４】
図３は、スピン乾燥動作時に半導体ウエハをモニタする代表的な手順を、本発明の一実施形態として、簡略に示した説明図である。図に示したように、キャパシタンスセンサ１２４は、ウエハ１１６の裏面に向けてアナログエネルギ信号を伝送し、キャパシタンスセンサとウエハの裏面との間に集中しているエネルギを検出する。検出されたエネルギレベルに基づいて、キャパシタンスセンサ１２４は、ウエハ１１６とキャパシタンスセンサとの間の容量値を決定する。誘電率ε0 は、ウエハ１１６の裏面とキャパシタンスセンサ１２４の上面との間の空間によって規定される。誘電率ε0  は、スピン乾燥動作時には、ウエハ１１６の上面から流体境膜１２６が除去されるのに伴って変化する。図３に示すように、ウエハ１１６は、その上面にのみ流体境膜を有する。他のスピン処理動作では、ウエハは、その上面および底面の両方に流体境膜を有して良い。キャパシタンスセンサ１２４によって決定された容量値は、信号プロセッサ１２８に次々と供給される。信号プロセッサ１２８は、後ほど詳述するように、ウエハの表面が乾燥しているときに信号１３０を生成するように構成される。信号１３０は、任意の適切な形態をとって良い。一実施形態において、信号１３０は、モータを停止させてスピン乾燥動作を終了させるフラグの形態をとる。
【００２５】
図４Ａおよび図４Ｂは、キャパシタンスセンサによって提供された容量値が、ウエハの表面がいつ乾くかを決定するためにどのように使用されるかを、本発明の一実施形態にしたがって示している。図４Ａは、代表的なスピン乾燥動作に関し、容量と時間との関係を示したグラフである。図４Ｂは、図４Ａに示した各段階Ａ，Ｂ，Ｃにおける流体境膜の状態を示した表である。図４Ａに示したように、ウエハの回転が開始する直前の期間である段階Ａでは、ウエハの表面上に流体境膜が存在することから、ウエハとキャパシタンスセンサとの間の容量は、比較的高い値を示す。ウエハが回転している期間である段階Ｂでは、キャパシタンスは、ウエハの表面から流体境膜が除去されるのに伴って減少する。段階Ｃでは、ウエハの表面から既に流体境膜が除去されているので、キャパシタンスは、実質的に一定のレベルに維持される。したがって、段階Ｃの始まり近くの領域、すなわちキャパシタンスが一定のレベルに達する地点に近い領域は、ウエハの表面が乾燥していることを示す信頼できる指標となる。したがって、本発明の一実施形態において、信号プロセッサ１２８（図３を参照）は、測定された容量値が実質的に一定のレベルに達する時点で信号を生成するように構成される。
【００２６】
本発明の説明に関連して使用される、「測定された容量値が実質的に一定のレベルに達する」という表現は、測定された容量値が時間とともに大きく変化することがなくなる時点を意味する。なお、測定された容量値が時間と共に大きく変化することがなくなるとされる時点は、状況毎のニーズに応じて異なる。例えば、図４Ａに示した曲線の「平坦な」部分が開始する時点である時点Ｅ１を、このような時点として規定することができる。時点Ｅ１およびこの時点より右に位置する曲線上のあらゆる時点では、測定された一連の容量値間の差が原則的にゼロである。あるいは、図４Ａに示した曲線上において時点Ｅ１よりも前に生じる時点Ｅ２を、測定された容量値が時間と共に大きく変化することがなくなるとされる時点として規定することができる。時点Ｅ２では、測定された一連の容量値間の差がゼロを僅かに上回る。
【００２７】
図５Ａは、キャパシタンスセンサを搭載され且つ代表的なチャックアセンブリの上方に配置されている、本発明の一実施形態にしたがったアームを、一部を断面図で、残りを透視図で示した側面図である。図に示したように、キャパシタンスセンサ１２４’を搭載されているアーム１３２は、チャックアセンブリ１００のグリッパ１１８によって保持されているウエハ１１６の上方に設けられる。チャックアセンブリ１００の構成要素に関しては、図１を参照にして説明済みである。当業者ならばわかるように、図１に示したスピンドル１０２は、図５では省略されている。アーム１３２は、スピン・リンス・乾燥モジュールのフレーム部分や側壁などの任意の適切なサポート部材に固定して良い。一実施形態において、アーム１３２は、図５Ｂを参照にして後述するように、ポジショナによって保持される。キャパシタンスセンサ１２４′は、ウエハ１１６の上面に向けてアナログエネルギ信号を伝送し、キャパシタンスセンサとウエハの上面との間に集中しているエネルギを検出する。検出されたエネルギレベルに基づいて、キャパシタンスセンサ１２４′は、ウエハ１１６とキャパシタンスセンサとの間の容量値を決定する。キャパシタンスセンサ１２４′によって決定された容量値は、信号プロセッサ１２８に次々と供給される。信号プロセッサ１２８は、上述したように、ウエハの表面が乾燥しているときに信号１３０を生成するように構成される（信号プロセッサ１２８および信号１３０は、図３に示されている）。
【００２８】
図５Ｂは、キャパシタンスセンサを搭載され且つ位置決めデバイスに結合された本発明の一実施形態としてのアームを、簡略に示した平面図である。図に示したように、アーム１３２は、旋回可能な形でポジショナ１３４に結合されており、ポジショナ１３４は、アーム１３２を矢印の方向に旋回させることによって、アーム１３２に搭載されているキャパシタンスセンサ１２４′によりウエハ１１６の表面を走査する。図５Ｂの点線は、キャパシタンスセンサ１２４′が辿る操作経路を示している。なお、当業者ならば明らかなように、ウエハ１１６に対するアーム１３２の相対運動は、他の異なる形で行われても良い。例えば、アーム１３２をポジショナ１３４に固定し、ポジショナをウエハ１１６に対して相対運動させても良い。ポジショナ１３４がアーム１３２を旋回させる場合は、ポジショナは、スピン・リンス・乾燥モジュールのフレーム部分や側壁などの任意の適切なサポート部材に搭載することができる。ポジショナ１３４がウエハ１１６に対して相対運動するのであれば、ポジショナは、適切に駆動される移動体上に搭載して良い。
【００２９】
図６Ａは、複数のキャパシタンスセンサを搭載され且つ代表的なチャックアセンブリの上方に配置された本発明の一実施形態であるアームを、一部を断面図で、残りを透視図で示した側面図である。図に示したように、複数のキャパシタンスセンサ１２４′を搭載されているアーム１３２は、チャックアセンブリ１００のグリッパ１１８によって保持されているウエハ１１６の上方に設けられる。複数のキャパシタンスセンサ１２４′を使用すると、ウエハ１１６の表面をより広範囲でモニタすることが可能になる。各キャパシタンスセンサ１２４′によって決定された容量値は、信号プロセッサ１２８に次々と供給される。信号プロセッサ１２８は、各キャパシタンスセンサ１２４′によってウエハの表面が乾燥している旨が示されるときに、信号１３０を生成する（信号プロセッサ１２８および信号１３０は、図３に示されている）。
【００３０】
図６Ｂは、複数のキャパシタンスセンサを搭載され且つ位置決めデバイスに結合された本発明の一実施形態であるアームを、簡略に示した平面図である。図に示したように、アーム１３２は、旋回可能な形でポジショナ１３４に結合されており、ポジショナ１３４は、アーム１３２を矢印の方向に旋回させることによって、アーム１３２に搭載された各キャパシタンスセンサ１２４′によりウエハ１１６の表面を走査する。複数のキャパシタンスセンサのそれぞれの走査運動と、ウエハの回転とを組み合わせると、スピン乾燥動作時に基本的にウエハの全表面をモニタすることが可能になる。
【００３１】
図７は、干渉センサを搭載した本発明の１実施形態であるアームを、簡略に示した説明図である。図に示したように、アーム１３２の上には、光源と検出器とを含む干渉センサ１３６が搭載されている。光源は、ウエハ１１６の上面に向けて、ウエハの上面で反射する光がウエハの上面に実質的に垂直になるように、その光の方向を決めている。この方向に光を向けることにより、光の散乱を最小限に抑えることができる。検出器は、ウエハ１１６の上面で反射する光の強さを測定する。
【００３２】
当業者ならば明らかなように、こうした干渉センサでは、光ファイバを用いた光伝送器、レーザ、または発光ダイオード（ＬＥＤ）などの任意の適切な光源を使用することができる。ウエハの表面に向けられる光は、約１００ナノメータ（ｎｍ）〜約１，０００ｎｍの範囲の波長を有することが好ましく、約５００ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲の波長を有することがさらに好ましい。一実施形態において、光は約６８０ｎｍの波長を有する。紫外光も使用でき、ウエハ１１６上の銅が光によって腐食されないように用いればよい。当業者ならば、ウエハ１１６の表面で反射する光の強さの測定に適した検出器には、精通しており、適宜選択できよう。
【００３３】
干渉センサ１３６によって測定された強さレベルは、信号プロセッサ１２８′に連続的に供給される。信号プロセッサ１２８′は、ウエハの表面が乾燥しているときに信号１３０′を生成するように構成される。一実施形態において、信号プロセッサ１２８′は、ウエハ１１６の表面で反射された光の強さの測定値が、ウエハの表面が乾燥しているときにその表面で反射された光の強さの測定値に対応する強さレベルに達するときに、信号１３０′を生成する。ウエハの表面が乾燥しているときにウエハの表面で反射された光の強さの測定値は、較正動作において決定すれば良い。この較正動作が実行される湿度などの環境条件は、スピン乾燥動作が実施される環境条件と同じであることが望ましい。そうすれば、完全に乾燥している表面状態または他の所望の表面状態を、較正動作において決定された光の強さの測定値によって表すことができる。
【００３４】
当業者ならばわかるように、干渉センサ１３６を搭載されているアーム１３２は、図５Ｂを参照にしてキャパシタンスセンサに関して上述したように、旋回することによって、干渉センサでウエハ１１６の表面を「走査」して良い。また、図６Ａおよび図６Ｂを参照にしてキャパシタンスセンサに関して上述したように、アーム１３２は、複数の干渉センサ１３６を搭載していて良い。
【００３５】
本発明は、要するに、スピン処理動作時に半導体ウエハをモニタする方法と、半導体ウエハをスピン処理する方法および装置とを提供する。以上では、いくつかの代表的な実施形態に基づいて本発明を説明した。しかしながら、当業者ならば、本発明の説明および実施を考慮することによって、本発明の他の実施形態を容易に思いつくことができる。例えば、当業者ならばわかるように、キャパシタンスセンサは、説明された代表的なチャックアセンブリおよび中空スピンドルとは異なる構造を有したチャックアセンブリおよびスピンドルとともに使用しても良い。また、当業者ならば明らかなように、本明細書において図示され説明された干渉センサは、反射光の代わりに偏光の使用を伴う偏光解析法または他の適切な干渉技術を使用してスピン乾燥動作の終点を検知するように変更しても良い。したがって、上述した実施形態および好ましい特徴は、例示的であるとみなすことが望ましく、本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその等価物によって規定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態にしたがった、代表的なチャックアセンブリとキャパシタンスセンサを含む中空スピンドルとを、一部を断面図で、残りを透視図で示した側面図である。
【図２】図１のマニホールドを簡略に示した平面図である。
【図３】スピン乾燥動作時に半導体ウエハをモニタする代表的な手順を、本発明の一実施形態にしたがって簡略に示した説明図である。
【図４Ａ】代表的なスピン乾燥動作に関し、容量と時間との関係を示したグラフである。
【図４Ｂ】図４Ａに示した各段階Ａ，Ｂ，Ｃにおける流体境膜の状態を示した説明図である。
【図５Ａ】キャパシタンスセンサを搭載され且つ代表的なチャックアセンブリの上方に配置されている、本発明の一実施形態にしたがったアームを、一部を断面図で、残りを透視図で示した側面図である。
【図５Ｂ】キャパシタンスセンサを搭載され且つ位置決めデバイスに結合されている、本発明の一実施形態にしたがったアームを、簡略に示した平面図である。
【図６Ａ】複数のキャパシタンスセンサを搭載され且つ代表的なチャックアセンブリの上方に配置されており、本発明の一実施形態にしたがったアームを、一部を断面図で、残りを透視図で示した側面図である。
【図６Ｂ】複数のキャパシタンスセンサを搭載し且つ位置決めデバイスに結合された本発明の一実施形態であるアームを、簡略に示した平面図である。
【図７】干渉センサを搭載した本発明の１実施形態であるアームを、簡略に示した説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００…チャックアセンブリ
１０２…中空スピンドル
１０２ａ…回転軸
１０２ｂ…直線軸
１０４…チャックボディ
１０６…結合アーム
１０８…ウェッジ
１１０…スリーブ
１１２…チャック天板
１１４…ウエハ裏板
１１６…半導体ウエハ
１１８…グリッパ
１２０…ピン，マニホールド
１２０ａ…ポート
１２２…ウエハ存在センサ
１２４…キャパシタンスセンサ
１２４′…キャパシタンスセンサ
１２６…流体境膜
１２８…信号プロセッサ
１２８′…信号プロセッサ
１３０…信号
１３０′…信号
１３２…アーム
１３４…ポジショナ
１３６…干渉センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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