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課題・解決手段

半導体基板支持装置は、支持チャック通り延在する少なくとも一つのチャックマニフォールドを有する支持チャック、および支持チャックへ結合された回転可能なシャフトを備える。シャフトは、その中に配設され、支持チャックを通り延在する少なくとも一つのシャフトコンジットを有する。ハウジングは、シャフトを取囲みガス源へ接続するように構成されたハウジングコンジットを有する。複数個シールが、シャフトとハウジングとの間に配設され、それによって、回転する支持チャック上に配設されたウェーハの裏面へ裏面ガスを提供するために、少なくとも一つのシャフトコンジットとハウジングコンジットとの間にラジアル通路画成する。

概要

背景

概要

半導体基板支持装置は、支持チャック通り延在する少なくとも一つのチャックマニフォールドを有する支持チャック、および支持チャックへ結合された回転可能なシャフトを備える。シャフトは、その中に配設され、支持チャックを通り延在する少なくとも一つのシャフトコンジットを有する。ハウジングは、シャフトを取囲みガス源へ接続するように構成されたハウジングコンジットを有する。複数個シールが、シャフトとハウジングとの間に配設され、それによって、回転する支持チャック上に配設されたウェーハの裏面へ裏面ガスを提供するために、少なくとも一つのシャフトコンジットとハウジングコンジットとの間にラジアル通路画成する。

目的

チャンバ102の外部にある冷却流体源(図示せず)は、閉じた冷却流体系を形成するようスピンドル114を通り延在する1対の流体配管121(点線で示す)を介して冷却流体を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
3件

この技術が所属する分野

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請求項1

半導体基板支持装置であって:支持チャック通り延在する少なくとも一つのチャックマニフォールドを有する、前記支持チャックと;前記支持チャックへ結合された回転可能なシャフトであって、前記シャフトは、その中に配設され、前記少なくとも一つのチャックマニフォールドへ結合された少なくとも一つのシャフトコンジットを有する、前記回転可能なシャフトと;前記シャフトを取囲むハウジングであって、前記ハウジングはガス源へ接続するように構成されたハウジングコンジットを有する、前記ハウジングと;前記シャフトと前記ハウジングとの間に配設され、前記少なくとも一つのシャフトコンジットと前記ハウジングコンジットとの間にラジアル通路画成する、複数のシールと、を備える装置。

請求項2

前記シャフトを取囲む前記ハウジングは、その間に支持アセンブリチャネルを画成する、請求項1の装置。

請求項3

前記少なくとも一つのチャックマニフォールドは、前記支持チャックの表面から延在する少なくとも一つの孔を備える、請求項1の装置。

請求項4

前記支持チャックは、静電チャックである、請求項1の装置。

請求項5

前記シャフトは、そこを通り延在固定され、前記支持チャックへ結合され、回転のためにモータへ接続するよう構成されたスピンドルを備える、請求項1の装置。

請求項6

前記ハウジングは、更に、前記ハウジングとシャフトとの間に配設された複数の軸受を備える、請求項1の装置。

請求項7

前記少なくとも一つのシャフトコンジットは、三つのシャフトコンジットである、請求項1の装置。

請求項8

前記複数のシールは、リップ状シールである、請求項1の装置。

請求項9

前記複数のシールは内側対のシールを備え、各シールは、前記支持アセンブリチャネル中で、前記少なくとも一つのシャフトコンジットおよび前記ハウジングコンジットの対向側に配設され、それによって前記内側対のシールのその間に前記ラジアル通路を画成する、請求項2の装置。

請求項10

前記少なくとも一つのシャフトコンジットは、ガス遮断弁へ結合される、請求項1の装置。

請求項11

前記ハウジングコンジットは、裏面ガス弁へ結合される、請求項1の装置。

請求項12

前記複数のシールは、更に、少なくとも第3のシールを備え、前記第3シールは前記内側対のシールから半径方向に外方へ配設される、請求項10の装置。

請求項13

前記対の内側シールの少なくとも一つの内側シールおよび前記少なくとも第3のシールは、その間に少なくとも一つの差動圧力域を画成するよう前記支持アセンブリチャネル中に配設される、請求項12の装置。

請求項14

前記装置は、更に、少なくとも一つの前記差動圧力域から前記ハウジングを通り延在し、少なくとも一つの差動ポンプへ接続するように構成された少なくとも一つの差動ポンプ排出進路を備える、請求項13の装置。

請求項15

前記少なくとも一つの差動ポンプは、前記差動圧力域の外部の第2圧力より低い第1圧力に前記差動圧力域を維持する、請求項14の装置。

請求項16

前記差動圧力域中の前記第1圧力は、真空である、請求項15の装置。

請求項17

半導体ウェーハを処理する装置であって:処理チャンバと;支持チャックを通り延在する少なくとも一つのチャックマニフォールドを有する、前記支持チャックと;前記支持チャックへ結合された回転可能なシャフトであって、前記シャフトは、その中に配設され、前記少なくとも一つのチャックマニフォールドへ結合された少なくとも一つのシャフトコンジットを有する、前記回転可能なシャフトと;前記シャフトを取囲むハウジングであって、前記ハウジングはガス源へ接続するよう構成されたハウジングコンジットを有する、前記ハウジングと;前記シャフトと前記ハウジングとの間に配設され、前記少なくとも一つのシャフトコンジットと前記ハウジングコンジットとの間にラジアル通路を画成する、複数のシールと、を備える装置。

請求項18

前記シャフトを取囲む前記ハウジングは、その間に支持アセンブリチャネルを画成する、請求項17の装置。

請求項19

前記少なくとも一つのチャックマニフォールドは、前記支持チャックの表面から延在する少なくとも一つの孔を備える、請求項17の装置。

請求項20

前記支持チャックは、静電チャックである、請求項17の装置。

請求項21

前記シャフトは、そこを通り延在固定され、前記支持チャックへ結合され、回転のためにモータへ接続するよう構成されたスピンドルを備える、請求項17の装置。

請求項22

前記ハウジングは、更に、前記ハウジングとシャフトとの間に配設された複数の軸受を備える、請求項17の装置。

請求項23

前記少なくとも一つのシャフトコンジットは、三つのシャフトコンジットである、請求項17の装置。

請求項24

前記複数のシールは、リップ状シールである、請求項17の装置。

請求項25

前記複数のシールは内側対のシールを備え、各シールは、前記支持アセンブリチャネル中で、前記少なくとも一つのシャフトコンジットおよび前記ハウジングコンジットの対向側に配設され、それによって前記内側対のシールのその間に前記ラジアル通路を画成する、請求項18の装置。

請求項26

前記少なくとも一つのシャフトコンジットは、ガス遮断弁へ結合される、請求項17の装置。

請求項27

前記ハウジングコンジットは、裏面ガス弁へ結合される、請求項17の装置。

請求項28

前記複数のシールは、更に、少なくとも第3のシールを備え、前記第3シールは前記内側対のシールから半径方向に外方へ配設される、請求項25の装置。

請求項29

前記対の内側シールの少なくとも一つの内側シールおよび前記少なくとも第3のシールは、その間に少なくとも一つの差動圧力域を画成するよう前記支持アセンブリチャネル中に配設される、請求項28の装置。

請求項30

前記装置は、更に、少なくとも一つの前記差動圧力域から前記ハウジングを通り延在し、少なくとも一つの差動ポンプへ接続するよう構成された少なくとも一つの差動ポンプ排出進路を備える、請求項29の装置。

請求項31

前記少なくとも一つの差動ポンプは、前記差動圧力域の外部の第2圧力より低い第1圧力に前記差動圧力域を維持する、請求項30の装置。

請求項32

前記差動圧力域中の前記第1圧力は、真空である、請求項31の装置。

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0001

本出願は、2000年12月4日出願の米国仮出願第60/251,080号の特典を主張する。

0002

本発明は、半導体ウェーハ処理装置に関し、詳細には半導体ウェーハ処理装のための裏面ガス配送装置に関する。
背景技術の説明】

0003

多くの毎葉式ウェーハ処理装置では、処理中にウェーハを保持するために静電チャックESC)が使用されている。ウェーハとチャックとの間の熱伝導を改善するために、チャックの支持面とウェーハとの間に供給される裏面ガスが、熱伝達媒体として多用される。裏面ガス配送装置の設計は、特に、厳格圧力制御が必要とされる場合には、ウェーハ処理装置の性能に多大な影響を及ぼすことがある。

0004

例えば、本願と同一の譲受人に譲渡され、引用して本願に組み込まれた、1999年4月19日出願の Ruffell による米国特許出願第09/294,258号、発明の名称「半導体ウェーハ処理装置のための裏面ガス配送装置」、に記載のイオン注入装置は、選択されたイオン核種(例えばドーパントイオン)のビームを発生し、このビームを、ウェーハ支持アセンブリの静電チャック上に位置決めされたターゲットウェーハへ向けるイオン注入装置を教示している。注入操作は、典型的には、半導体ウェーハ中に、導電状態改変した区域を生成するために使用される。詳細に言えば、注入装置は、ドーパントのイオンをウェーハ表面の下に注入する。イオンビーム発生装置据置固定され、他方、ウェーハ支持アセンブリはイオンビーム発生装置に対面して移動可能に位置決めされる。加えて、ウェーハ支持アセンブリのチャックは回転可能である。イオン注入工程中に、チャックが回転して、イオンビームがウェーハの所定部分へ当たることができるようにする。チャックの係る回転動作は、チャックへ取着した内側および外側のチャック構成部品により制限される。

0005

更に、この Ruffell 特許出願は、スピンドル内に配設されたガス遮断弁を持つ裏面ガス配送装置を教示している。詳細には、支持アセンブリへ供給される裏面ガスは、ガス源から可撓性配管を介してもたらされる。この可撓性配管は、チャックがどのような平面内であっても、回転あるいは移動できる長さを持っている。しかし、可撓性配管の完全性は、度重なるウェーハ処理およびチャック回転を行っているうちに劣化してしまう。例えば、チャックの回転とともに、可撓性配管は支持アセンブリの周りに巻付いたり、コイル状に巻かれ、それが可撓性配管へ構造上の応力および疲労を与える。いつかはガス洩れが生じることになり、これがウェーハ裏面配送される裏面ガスを減少させる。裏面ガスの減少は、それに対応してウェーハから伝達され得る熱の量を減少させ、最終的には、処理中にウェーハを損傷させることになるかもしれない。その上に、係るリークガス真空チャンバ侵入し、その結果、処理中にウェーハを汚染する可能性がある。

0006

従って、ウェーハ処理中にチャックのフル回転能力許容しつつウェーハ裏面へ熱伝達ガスを供給する、信頼性の高い裏面ガス配送装置に対するニーズがある。

技術分野

0007

本発明の教示は、添付図面に関連させて上記詳細な説明を考慮することによって容易に理解できる。

0008

理解を容易にするために、図で共通する同一の要素を指定することに、可能な場合、同一の参照番号を使用した。

発明の概要

0009

従来技術に伴う欠点は、ガス配送装置を備えた半導体ウェーハ処理装置のための、ウェーハ支持チャック(例えば、静電チャック)へ取り付けられたウェーハの裏面から熱を伝達する装置の本発明によって克服される。具体的には、半導体基板支持装置は、支持チャックを貫通して延びる少なくとも一つのチャックマニホルドを有する支持チャックと、支持チャックへ結合された回転シャフトとを備える。シャフトは、その中に配設されて支持チャックを貫通して延びる少なくとも一つのシャフトコンジットを有する。ハウジングはシャフトを取囲み、ガス源へ接続するように構成されたハウジングコンジットをハウジングが含む。更に、複数個シールをシャフトとハウジングとの間に配設することにより、少なくとも一つのシャフトコンジットとハウジングコンジットとの間に半径方向通路画成する。

0010

従って、裏面ガスは、ガス供給源から、ハウジングコンジット、半径方向通路、および少なくとも一つのシャフトコンジットを通って、回転する支持チャック上に配設されたウェーハの裏面へ配送されることが可能となる。

0011

本発明は、ウェーハ処理装置のチャンバ内に配設された回転可能な静電チャックへ裏面ガスを配送できるガス配送装置を有する半導体ウェーハ処理装置のための装置である。図1は、半導体ウェーハ処理装置100における、本発明による裏面ガス配送装置105の概略図を示す。本発明の裏面ガス配送装置105はウェーハ支持アセンブリ106へ接続され、このウェーハ支持アセンブリアセンブリは半導体ウェーハ処理チャンバ102内へ部分的に配設される。本発明を検討するために、半導体ウェーハ処理チャンバ102はイオン注入装置として検討される。しかし、本発明が関与する技術に精通する者にとっては言うまでもなく、本発明の裏面ガス配送装置105は、化学的気相堆積CVD)チャンバ、物理蒸着PVD)チャンバ、エッチングチャンバ、または、裏面ガスが熱をウェーハ101の裏面から、回転するウェーハ支持アセンブリ106へ伝達することを必要とする他のいずれのウェーハ処理装置で利用されてもよい。

0012

具体的には、半導体ウェーハ処理装置100は、イオン注入装置チャンバ102、イオン発生装置104、例えば静電チャック(ESC)108である基板支持体を有するウェーハ支持アセンブリ106、および裏面ガス配送装置105を備える。ウェーハ支持アセンブリ106の基板支持体108は、処理チャンバ102内に配設され、ウェーハ支持アセンブリ106の残部はチャンバ102の外部にある。ウェーハ101は静電チャック108へチャックされ、チャンバ102中の空気はポンプ(図示せず)を介して真空環境になるまで排気される。ウェーハ101はイオン発生装置104に対面するように位置決めされ、イオン発生装置104がウェーハ中へイオンを注入するイオンビーム107を発生する。

0013

ウェーハ支持アセンブリ106は、支持面110を持つ静電チャック108、スピンドル114、ハウジング112、シャフト120、および裏面ガス配送装置105を備える。一般的に、スピンドル114は、シャフト120内へ挿入固定され、チャック108へ結合される。ハウジング112は円筒形であってシャフト120を取囲み、中にあるシャフト120、スピンドル114、およびESC108の回転動作を円滑にする。シリアル式イオン注入装置と共に使用されるスピンドル114およびシャフト120は、いくつかの方向に移動可能であるように、すなわち、スピンドル114およびシャフト120は、入射イオンビーム方向と直交する、経路146に沿う方向に並進移動でき、そして矢印144および146でそれぞれ表されるように回転ならびに傾斜することができる。これらの動きを組み合わせることにより、ウェーハをイオンビームへ均一に曝露させる。チャック108の回転および並進移動を詳細に理解するには、引用して本明細書に組み込まれた、1999年4月27日発行の Smick 他の米国特許第5,898,179号の図面および説明を参照されたい。この特許は、カリフォルニアサンタクララ市所在の Applied Materials, Inc. の WHISPERSCANTM処理ステーションを備える SWIFTTM イオン注入装置におけるウェーハ支持体108の並進および回転の動きを教示している。

0014

静電チャック108は、窒化アルミニウム酸化アルミニウム窒化ホウ素酸化チタンを添加したアルミナ等のセラミック材料でできた円筒形平盤パック)から製作され、チャック108の支持面110近傍に配設された1個以上のチャック電極109を有する。1個以上の電極109は、モリブデンチタン等の導電性材料で製作される。1個以上の電極109は、ウェーハ101をチャック面110へ固定するとともに、処理中にウェーハ101を垂直位置に支持してチャック108の回転により生ずる遠心力に抗して支えるどのような構成であってもよい。詳細には、ウェーハ101は、電極109とウェーハ101の裏面との間のクーロン力を介して、少なくとも1個のチャック電極109によりウェーハ支持アセンブリ106へチャックされる。代替としては、ジョンセンラーベック効果によりウェーハ101はウェーハ支持アセンブリ106へチャックされる。

0015

ウェーハ支持アセンブリ106へのウェーハ101のチャックを詳細に理解するには、本願と同一の譲受人に譲渡され、引用して本願に組み込まれた、1998年4月3日出願の Dahimene 他による米国出願第09/054,575号、発明の名称「半導体ウェーハ処理装置内の静電チャックへチャック電圧を供給する装置および方法」、の図面および詳細な説明を参照されたい。この特許は、バイポーラチャッキング電極構成によるジョンセン・ラーベック効果を利用して、ウェーハ101をウェーハ支持面110へチャックすることを教示している。ジョンセン・ラーベック効果によって生成されるチャック力は、ウェーハ101の裏面とチャック108の表面110間にある。その間で逆極性電荷によって発生するーロン力は非常に強く、このクーロン力により、チャックを垂直方向に位置決めすることができ、そしてウェーハ101がチャック面110を横断することなく、水平方向位置から垂直方向位置機械的に移動させることができる。

0016

更に、本発明が関与する技術に精通した者にとっては言うまでもなく、本実施の形態での静電チャック108の使用は単なる説明用に過ぎない。詳細には、本発明は、クランプリング装備したウェーハプラテンなどを含め、様々なイオン注入装置に使用される、異なったウェーハ支持チャックで具体化できる。

0017

静電チャック108は、スピンドル114の第1端116へ結合される。図4は、図2の半導体ウェーハ処理装置における基板支持アセンブリの平面図である。具体的には、図4は、上にウェーハ101が置かれていないチャック108の支持面110を示す。図1および4を参照すると、スピンドル114の第1端116は、複数の締結具、例示では静電チャック108を貫通して延びてスピンドル114にある複数の対応ネジ孔(図示せず)に螺合する複数のボルト402、により静電チャック108の中心部へ結合固定される。

0018

順次、スピンドル114は静電チャック108の背後に配設された冷却プレート111へ、そしてチャック108は冷却プレート111へ結合される。冷却プレート111は、内部に配置したチャネル(図示せず)を介して水等の冷却液を供給する。チャンバ102の外部にある冷却流体源(図示せず)は、閉じた冷却流体系を形成するようスピンドル114を通り延在する1対の流体配管121(点線で示す)を介して冷却流体を提供する。併せて、裏面ガス装置105と閉じた冷却流体系は、静電チャック108のための温度制御を提供する。

0019

スピンドル114の第2端118はモータ124へ結合される。モータ124は、AC電源(図示せず)で電力供給され、それはスピンドル114とチャック108を毎分120回転(rpm)で回転させることができる。しかし、この技術に精通した者は認知するであろうように、DC電源もまた利用されてよい。モータ124は、経路144に沿って表されるように、時計回りまたは反時計回りどちらの方向にもチャック108を回転できる。

0020

スピンドル114は、アルミニウムステンレス鋼、など等の高い引張強さを有する材料で製作される。スピンドル114は、シャフト120と同軸であり、その中に収納され、シャフト120はスピンドル114の第1端116から第2端118までの長さに延在し、モータ124の近傍で終結する。シャフト120は、アルミニウム、ステンレス鋼、などのグループから選択された材料、好ましくは硬化特殊鋼で製作される。シャフト120はスピンドル114を取囲み堅固し、それによりモータ124は、スピンドル114、シャフト120、およびチャック108を一緒単体ウェーハチャック構成要素として回転させる。具体的には、スピンドル114は、シャフト120の中へ圧入され、その間に、電導性および断熱性スリーブを設けるために ULTEM(登録商標)など等のスリーブ材(図示せず)を含んでもよい。代替として、シャフト120は、スピンドル114へボルト締めまたは溶接されてもよい。

0021

シャフト120およびスピンドル114を取囲むのは円筒形ハウジング112である。ハウジング112は、アルミニウム、ステンレス鋼、などのグループから選択された材料で製作される。その上に、ハウジング112とシャフト120とは、その間に支持アセンブリチャネル122を画成し、チャネル122はシャフト120の長さに延在する。支持アセンブリチャネル122内でシャフト120を支持するのは、1対の軸受126である。軸受126は硬化特殊鋼等の材料で製作される。1対の軸受126はハウジング112中でモータ124の近傍に配設される。その上に、対の軸受126の各々は、チャネル122の中へ延在し、シャフト120を取囲むことによってシャフト120と連通する。このようにして、軸受126は、シャフト120を支持するだけでなく、ハウジング112内での一体化したシャフト120とスピンドル114の回転を円滑にもする。従って、スピンドル114とシャフト120は、チャック108の種々の構成要素に対する種々のコンジット配管、および信号経路を収納することだけでなく、チャック108を回転させることも容易にする。

0022

支持アセンブリ106を制御するのは制御電子機器142であり、制御電子機器142は、コントローラ電源支援回路、など(図示せず)等の電気的構成要素を含む。電気的接続を必要とする種々の構成要素は、整流子(図示せず)、または、回転している素子にある構成要素へ電源および信号を連続的に印加することを容易にするようないずれか他の素子を介して制御電子機器142へ結合される。制御電子機器142は、ウェーハのチャックを制御する、温度検知を提供する、および圧力調整、モータ124の速度、などを制御することに利用される。

0023

裏面ガス配送装置105は、ウェーハ101の裏面からの熱伝達を促進する。裏面ガス配送装置105は、ガス源116、ガス弁136(点線で描く)、ハウジングコンジット134、および少なくとも一つのシャフトコンジット132を備える。ガス源130は、チャンバ102の外部にあり、ヘリウム等の熱伝達ガスを含有する。ガス源130は、可撓性チューブ等のガスコンジット138を介してハウジングコンジット134へ結合される。ハウジングコンジット134は、ハウジング112を通り支持アセンブリチャネル122へ延在する。少なくとも一つのシャフトコンジット132が、シャフト120中に配設され、静電チャック108を通りウェーハ101の裏面へ延在する。

0024

図2は、図1の半導体ウェーハ処理装置の基板支持アセンブリの第1の実施の形態の断面図を表す。図2は、図1および4と関連させて参照されたい。図2を参照すると、シャフトコンジット132は、実質的にL字形であり、下側脚部分206、および上側脚部分208を備える。下側脚部分206は、シャフト120中に配設され、ハウジングコンジット134と軸方向に位置合せされる。具体的には、下側脚部分206とハウジングコンジット134とは、支持アセンブリチャネル122の対向側に配置される。

0025

L字形シャフトコンジット132の上側脚部分208は、シャフト120を通り静電チャック108中に配設されたチャックマニフォールド204へ延在する。一般的に、チャックマニフォールド204は、チャック表面110から静電チャック108を通り延在し、そしてシャフトコンジット132の上側脚部分208と軸方向に位置合せされる、少なくとも一つの孔207を備える。図2と4は、実例として2本以上の孔、すなわち、3本のマニフォールド孔2071から2073(集合的にマニフォールド孔207)を備えるチャックマニフォールド204を表す。各々のマニフォールド孔207は、チャック表面110から静電チャック108を通り延在し、そしてチャック108内のマニフォールド接合部205で相互連結する。マニフォールド接合部205は、上側脚部分208と軸方向に位置合せされ、種々の孔207へガスを提供する。チャックマニフォールド孔207はチャック108内の種々の場所に分配され、ウェーハ101の裏面にわたり裏面ガスの的確な分配を容易にする。

0026

シャフトコンジットO−リング210が、チャック108とシャフト120との間で上側脚部分208およびチャックマニフォールド204を取囲み、その間でガス洩れからシャフトコンジット132をシールする。冷却プレート111がチャック108の下に配設される実施の形態では、冷却プレート111は冷却プレートコンジット113を設けられる。冷却プレートコンジット113は、冷却プレート111を通り延在する孔であり、チャックマニフォールド204とシャフトコンジット132の上側脚部分208との間で軸方向に位置合せされる。その際に、シャフトコンジットO−リング210が、上記で説明したような同様の様式で冷却プレート111とシャフト120との間に配設される。

0027

加えるに、複数個のシール1281から128n(集合的にシール128)が、基板支持チャネル122中に配設される。具体的には、第1シール1281および第2シール1282が、基板支持チャネル122中で、ハウジングコンジット134および少なくとも一つのシャフトコンジット132の対向側に配設される。その際に、第1と第2シール1281と1282は、内側対のシール1281-2を形成し、それはハウジングコンジット134と少なくとも一つのシャフトコンジット132との間のラジアル通路を画成する。シール128は、好ましくはラジアルリップ状シールであり、その中に配設されたばねを有する。代替として、シャフト120がハウジング112内で回転する際に、ラジアル通路140内で裏面ガスを最少の洩れでシールできる、O−リングまたは同様なシール素子が利用されてもよい。その上に、シール128は最少の摩擦係数(例えば、0.3未満で好ましくは0.18未満)を有し、それによってシャフト120およびシール128自体の磨耗を低減する。普通には、シール128は、TEFLON(登録商標)、充填TEFLON(登録商標)、などを含むグループから選択された材料、好ましくは超高分子量ポリエチレンで製作される。

0028

基板支持アセンブリ106は、更に、ガス取入口202を備え、それはガスコンジット138をハウジングコンジット134へ結合することを容易にする。ガス配送装置105は、1から20 Torr の範囲の圧力を有する熱伝達ガスを提供する。このようにして、裏面ガスは、ガス源116から、ガスコンジット138、ハウジングコンジット134、ラジアル通路140、少なくとも一つのシャフトコンジット132を通り、ウェーハ101の裏面へ提供される。具体的には、熱伝達ガスは、裏面ガス経路148を表現する矢印によって表されるように、シャフトコンジット132の小型脚部分206、大型脚部分208、およびチャックマニフォールド204を通り進行する。

0029

本明細書で検討したように、少なくとも一つのシャフトコンジット132は、2本以上のシャフトコンジットであってよい。図3は、図1の半導体ウェーハ処理装置の基板支持アセンブリの第2の実施の形態の断面図を表す。図3は、また、図4と関連させて考察されたい。図4は、図3の半導体ウェーハ処理装置100の基板支持アセンブリの平面図を表す。図3を参照すると、3本のシャフトコンジット1321から1323がチャック支持アセンブリ106の断面図に表されている。詳細には、3本のシャフトコンジット132は、シャフト120を通り3本の対応する軸方向に位置合せされたチャック孔3071から3073(集合的にチャック孔407)へ延在する。

0030

図4を参照すると、チャック支持面110は複数本の溝404を備え、溝404はウェーハ101の裏面表面領域から熱を最も効果的に移転する編成を有する。例えば、図4では、溝404は、外方へ広がる同心円に編成され、支持面110の中心部406近傍から外周部408近傍へ延在する放射状延在溝によって交差されている。この例では、3本のチャック孔3071から3073が、相互に120°離れて編成され、異なる同心円溝と交差している。これは、図1に表された第1の実施の形態のチャックマニフォールド204および対応する孔207と同じ構成である。

0031

裏面ガスは、各々のシャフトコンジット1321-3からチャック表面110の異なる領域へ流入する。従って、シャフトコンジット132は、放射状に離れて、そしてチャック支持面110の中心部406から異なる距離に配設される。具体的には、3本のシャフトコンジットに対する上側脚部分208は同じ長さを有する。しかし、下側脚部分206は変化した長さを有し、それにより支持面110の外周部408へ最も近く、ハウジング112へ最も近い上側脚部分206が最も短い長さを有する。対照的に、支持面110の中心部406およびスピンドル114へ最も近い上側脚部分206は、3本の下側脚部分のなかで最も長い長さを有する。

0032

その上に、本発明が関与する技術に精通した者が理解するであろうように、溝404および対応するシャフトコンジット132は、ウェーハ101の裏面からの熱の十分な移転を促進するいずれか他の様式に編成されてもよい。例えば、シャフト120を通る単一本の下側脚部分206および分岐している複数本の上側脚部分208を有する単独のシャフトコンジット132が利用されてもよい。同じように、スピンドル114を通り延在し、複数本のチャック孔または単一本のチャック孔207を有するチャックマニフォールド204へ結合された、一つの上側脚部分208を有する単独のシャフトコンジット132、または、いずれか他の組合せおよび/または編成が利用されてもよい。

0033

上記で検討したようないずれの編成においても、ウェーハ101がウェーハ処理中に「チャックされる」ときに、ウェーハ101の裏面と静電チャック108の表面110との間にシールが形成される。ウェーハ101の裏面と支持面110にある溝404との間のスペース充満する裏面ガスは、ウェーハ101とチャック108との間の良好な熱伝導を確実にする。

0034

支持アセンブリ106中に配設される溝404の詳細な理解のために、同一譲受人の1996年6月4日出願の Steger による米国特許第5,522,131号で発明の名称「溝付き表面を有する静電チャック」、引用して本明細書に組込まれる、にある図面および詳細な説明を参照されたい。その特許は、特定のパターンに編成された溝を持つチャックを製作する方法を教示する。加えるに、本発明が関与する技術に精通した者が理解するであろうように、シャフトコンジット132は、形状を変形させてもよい。例えば、下側脚部分と上側脚部分206と208は、鈍角のシャフトコンジット132、または、支持面110へガスを配送できるいずれか他の形状を画成してもよい。

0035

図1を参照すると、ガス弁136(点線で描く)は、チャンバ102の外部にあり、ウェーハの裏面への基板支持アセンブリを通るガスの流量を制御する。図2を参照すると、ガス弁に対する第2の実施の形態として、シャフトコンジット132中に配設されたガス遮断弁212(点線で描く)が表されている。ガス遮断弁212は、静電チャック108のごく近傍(例えば、2センチメートル以内)に設置されるよう設計される。長い長さのガス配管の使用が回避でき、従って、弁212とウェーハ101の裏面との間に捕捉される裏面ガスの容量が最少化できる。2本以上のシャフトコンジット132が利用される場合、対応するガス遮断弁212が、その中でチャック108の近傍に配設される。それ故に、処理が完了後のウェーハ伝達中に、裏面ガスのごく少量だけが処理チャンバ102の中へ入れられ、イオンビーム性能への悪影響が回避できる。この設計は弁212の小型サイズによって可能になり、弁をチャック108のごく近傍に設置することを許容する。従って、そうでなければ長い長さの接続ガス配管が必要になることが排除され得る。

0036

支持アセンブリ106中に配設されるガス遮断弁の詳細な理解のために、同一譲受人の1999年4月19日出願の Ruffell 著による米国特許出願第09/294,258号で発明の名称「半導体ウェーハ処理装置用の裏面ガス配送装置」、引用して本明細書に組込まれる、にある図面および詳細な説明を参照されたい。その特許は、スピンドル114中に配設されたガス遮断弁を有する裏面ガス配送装置105を教示する。

0037

図2を参照すると、少なくとも一つのシャフトコンジット132が、図1に表された位置から180°回転して表されている。その際に、裏面ガス経路148は、支持アセンブリチャネル122を通りシャフトを取囲み、そして少なくとも一つのシャフトコンジット132を通り、溝404とウェーハ裏面との間に出る。従って、チャック108とシャフト120の回転は、チャネル122が少なくとも一つのシャフトコンジットおよび真空チャンバより高い圧力のガスで常に充満されているので、ガスの流量に影響を及ぼさない。

0038

図1と2は、更に2個の追加のシール1283と1284を表し、それは第2対つまり外側対のシール1283-4を形成する。具体的には、外側対のシール1283-4は、基板支持チャネル122中に配設され、内側対のシール1281-2から半径方向に外方でシャフト120を取囲む。

0039

第1および第2差動圧力域2141および2142(集合的に差動圧力域214)が、各々隣接する内側シール外側シールとの間それぞれ1281-3および1282-4に画成される。具体的には、第1と第3シール1281と1283、およびその間のシャフト120とハウジング112の部分が、第1差動圧力域2141を画成する。同じように、第2と第4シール1282と1284、およびその間のシャフト120とハウジング112の部分が、第2差動圧力域2142を画成する。ハウジング112から半径方向外方へ延在するのは、1対の排気取出口2161および2162(集合的に排気取出口216)であり、各々が排気取出口チャネルそれぞれ2181および2182(集合的に排気取出口チャネル218)を有する。

0040

少なくとも1台の真空ポンプ220が、処理チャンバ102の外部に配置され、イオン注入装置チャンバ102中でのウェーハ支持アセンブリ106の移動を許容するために、排気取出口216の各々へ可撓性ホース材(図示せず)を介して結合される。複数個のシール128は完璧なシールでなく、すなわち、回転するシャフト120およびチャック108へ裏面ガスを提供する間に、シール128を通して常にいくらかの洩れがある。外側対のシール1283-4は、内側対のシール1281-2のどちら側からも脱出するガスがあれば捕獲することに利用される。詳細には、脱出した裏面ガスは差動圧力域214に捕捉される。真空ポンプ220が、チャンバ102の外での回収のために差動圧力域214の外へ脱出ガスを排気する。このようにして、どんな脱出裏面ガスも、チャンバ102から除去され、そして処理中にウェーハ101を汚染するリスクを避ける。この技術に精通した者は理解するであろうように、1個だけのシール128が単一個の差動圧力域114を画成することに利用されてもよい、しかし、好ましくは、2個以上の差動圧力域を画成する2個以上のシール128が1対の内側シール1281-2の両側に利用される。

0041

加えるに、少なくとも1台のポンプ220が、段階的に差動ポンプ排出もまた提供し、大気ガス高真空処理チャンバの中へ脱入することを阻止する。詳細には、基板支持アセンブリ106は、大部分は圧力の1気圧等の大気圧にある。ハウジング112、シャフト120、支持アセンブリチャネル122、などは、大気圧にある。チャックアセンブリ106のチャック部分108およびウェーハ101だけが、チャンバ102中の真空環境へ曝される。裏面ガスおよび大気ガスはチャンバ中の真空環境より高い圧力にあるので、裏面ガスおよび大気ガスは低圧環境へ流入することになる。その際に、真空ポンプ220が段階的に構成され、最高圧力を最初に有する差動圧力域214からガスを排気する。

0042

例えば、第1差動圧力域2141は真空チャンバ102からさらに遠くに配置されており、その一方で第2差動圧力域2142は真空チャンバ102に隣接しているので、第1差動圧力域2141は第2差動圧力域2142より大きい圧力を有することになる。そのような構成では、真空ポンプ220は、第1差動ポンプ排出段階で第1差動圧力域2141から大量のガスを排気することになる。次に、真空ポンプ220が第2差動圧力域2142から不要のガスを除去する際に、すなわち、第2差動ポンプ排出段階で、真空ポンプ220はより低い基底真空を達成できることになる。裏面ガスの洩れ度合は除去されるガスに比べて少量であるので、差動段ポンプ排出は、チャンバ102の中へ脱入する全ガス注入量を低減できる。

詳細な説明

0043

その上、上記で説明したように、支持アセンブリ106へさらに多くのシール128を追加することは、追加の差動ポンプ排出段階を画成することになる。従って、差動ポンプ排出が追加の差動ポンプ排出段階の各々へ設けられてよく、それによりポンプ排出される第1段階は、低減された圧力の環境を達成できることになり、そこで、それに続く各段階は、逐次に低圧力環境を有することになる。このようにして、チャンバ102へ最も近く配置された差動圧力域は、差動ポンプ排出域がチャンバ102の真空環境に近づくように排気される。

0044

処理中に360°回転できる、静電チャック108を通る裏面ガス配送装置105を組込む本発明は、イオン注入装置に使用するために好適であるとはいえ、他のウェーハ処理装置で使用されるようにも成され得る。その上に、本発明の裏面ガス配送装置105は、基板支持アセンブリのシャフト120を通り配設される。そのような設計の選定により、静電チャック108とシャフト120との間に配設される冷却プレートへ結合される流体冷却配管配備するために選択肢としてスピンドル114を利用することが予期される。しかし、この技術に精通した者は認知するであろうように、スピンドル114は裏面ガス配送装置105を配備することにも同様にうまく成され得る。その故に、本発明の教示を組込む実施の形態が本明細書に示され、詳細に説明されたけれども、この技術に精通した者は、これらの教示を依然として組込む他の多くの変形された実施の形態を容易に考案できる。

0045

図1
本発明による半導体ウェーハ処理装置における裏面ガス配送装置の概略実例図を表す。
図2
図1の半導体ウェーハ処理装置の基板支持アセンブリの第1の実施の形態の断面図を表す。
図3
図1の半導体ウェーハ処理装置の基板支持アセンブリの第2の実施の形態の断面図を表す。
【図4】
図2および3の半導体ウェーハ処理装置の基板支持アセンブリの平面図を表す。
【符号の説明】

図面の簡単な説明

0046

100半導体ウェーハ処理装置
101ウェーハ
102イオン注入装置チャンバ
104イオン発生装置
105裏面ガス配送装置
106ウェーハ支持アセンブリ
107イオンビーム
108静電チャック
109チャック電極
110チャック支持面
111冷却プレート
112ハウジング
113 冷却プレートコンジット
114スピンドル
116,118 スピンドル端
120シャフト
121流体配管
122支持アセンブリチャネル
124モータ
126軸受
128,1281〜128nシール
130ガス源
132,1321シャフトコンジット
134ハウジングコンジット
136ガス弁
138ガスコンジット
140ラジアル通路
142制御電子機器
146経路
148裏面ガス経路
202ガス取入口
204チャックマニフォールド
205マニフォールド接合部
206 上側脚部分
207 チャックマニフォールド孔
210リング
212ガス遮断弁
214,2141,2142差圧
216,2161,2162排気取出口
218,2181,2182 排気取出口チャネル
220真空ポンプ
402ボルト
404 溝
406 中心部
407チャック孔
408 外周部

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