JP2018133560A - 半導体基板を電気化学的に処理するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各処理槽への容易なアクセスを維持したままツールフットプリントを減少させたウェハ処理システムの提供。【解決手段】メインチャンバ；ウェハをメインチャンバに導入するためのメインチャンバに接続された少なくとも１つのローディングポート；３つ又は４つ以上の実質的に鉛直方向にスタックされたウェハ処理モジュールを含むウェハ処理モジュールの少なくとも１つのスタック、前記スタックにおいて隣接するウェハ処理モジュールは５０ｃｍ未満の鉛直方向分離を有し、各処理モジュールは、ウェハ処理モジュール内にウェハの前面が上方に向いた状態でウェハが実質的に水平に配置されているときにウェハを処理するように構成されており、少なくとも１つのウェハ処理モジュールが電気化学的ウェハ処理モジュールである；及びローディングポートと処理モジュール間でウェハを搬送するための搬送機構を備える、半導体ウェハの前面を処理するための装置。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板を電気化学的に処理するための装置及び関連する電気化学的処理方法に関する。本発明は、特に、しかし決して限定するわけではないが、プレーティング装置に関し、及び、半導体基板上への関連する電気化学的及び無電解堆積方法に関する。

電気化学的又は無電解堆積方法は、半導体デバイスの製造において導電層を形成するためにしばしば使用されている。これらのエレクトロプレーティング技術は、特に高アスペクト比フィーチャーを得るための、例えばスルーシリコンビア（ＴＳＶ）などの、ビアのボイドフリー充填を達成するのに有用である。例えば、銅インターコネクトを、ダマシンプロセッシング中に電気化学的堆積により形成することができる。同様に、（金属の中でも）Ｃｕ、Ｎｉ、ＳｎＡｇ及びＡｕは、電気化学的又は無電解堆積方法を使用して半導体パッケージング用途においてシリコン又は化合物半導体上に堆積されることが知られている。これらのプレーティング技術は、例えばファンアウトウェハレベルパッケージング（ＦＯ−ＷＬＰ）におけるようにエポキシモールド中に半導体及びコンポーネントが埋め込まれる場合に適用可能である。例えばＦＯ−ＷＬＰのような埋め込みダイフォーマットの出現は、四角形のパネル基板の使用を可能にして製造コストを低減する。

半導体産業での電気化学的堆積（ＥＣＤ）法は、典型的には、個々の半導体ウェハを電解液中に浸漬することを含む。電解液中の化学種がウェハの前面に堆積するように、ウェハ（カソードとして作用）と第２の電極（アノードとして作用）との間に電位が印加される。典型的には、ウェハの裏面は電解液に曝されない。電気化学的エッチングであるインバース法の場合、ウェハがアノードとして作用し、第２の電極がカソードとして作用するときに、堆積層を除去することができる。

自動化ＥＣＤシステムでは、ロボットアームは、典型的には、ローディング／アンローディングポートから半導体ウェハを収集する。これは、カセット又はフロントオープニングユニファイドポッド（front opening unified pod）（ＦＯＵＰ）であることができる。ロボットアームは、ウェハとの電気的接触を生じるウェハ保持フィクスチャまでウェハを移動させる。電解質が電気コンタクト又はウェハの裏面を汚染することを防止するために、ウェハ保持フィクスチャとウェハの前面との間に流体シールが形成される。

電解液中にウェハを浸漬するために、２つの一般的アプローチ、「ファウンテンセル（fountain cell）」システムと「ラック（rack）」システムが使用されている。「ファウンテンセル」システムでは、ウェハは、処理の間、実質的に水平な平面内に保たれる。ウェハの前面（すなわち処理／堆積面）が下方に向いた状態で、堆積槽の上方からウェハが電解液中に入る。電解液をウェハの前面に向けて鉛直方向に流動させることができる。ウェハ表面にわたって均一な拡散層厚を達成するためにウェハを回転させてもよく、これにより均一な層の堆積が促進される。米国特許第８，５００，９６８号及び米国特許第６，８００，１８７は「ファンテンセル」システムを開示している。

「ラック」システムでは、ウェハは、実質的に鉛直方向の平面内に維持され、プロセッシングの間、電解液中に静的に保持される。

「ファウンテンセル」システム又は「ラック」システムのいずれの場合でも、ポンプによって、比較的高い流速、例えば８〜４０リットル毎分で電解液を電解液槽内で循環させることができる。

ウェハのスループットを最大限に高めるために複数の処理ステップを連続的に実施できるように、１つのウェハ処理システムに多数の処理槽が組み込むことができる。処理ステップは、複数の電着ステップ、例えばＮｉ／ＳｎＡｇキャップによる銅ピラーの堆積；化学エッチングステップ；及び多くのスピン−リンス−乾燥（ＳＲＤ）、ウェッティング及びクリーニングステップを含みうる。

各処理槽は、処理槽のメンテナンス及びクリーニングが可能であるように、ユーザーが利用しやすいものであることが好ましい。メンテナンスは、エレクトロプレーティングセル中のアノードを交換することを含む場合がある。「ファウンテンセル」システム及び「ラック」システム用の複数の処理槽は、典型的には、メンテナンスのために、ロボットアームがリニア軌道で、及び、ユーザーが、上方の高い位置から各処理槽にアクセスできるように、１列又は２列以上で配置される。「ファウンテンセル」型システム及び「ラック」型システムで使用されるウェハ搬送システムは複雑であることがあり、しばしば、ウェハ保持フィクスチャ、ＥＦＥＭ（装置フロントエンドモジュール（equipment front end module））ロボット、及び、処理槽とクリーンステーションとの間でウェハを搬送するためのオーバーヘッドロボットを備える。処理槽間でのウェハの搬送が単純化されることが望ましいであろう。

先進的なウェハ処理システムは、２０個を超える可能性のある多数の処理槽を必要とする。処理槽のリニア配置は、長さが６ｍを超える可能性のある大きなツールフットプリントを有するウェハ処理システムをもたらすことがある。

多数の処理ステップを高スループット及び最小限のツールフットプリントで実施できるようにウェハ作製又は半導体パッケージング設備におけるウェハ処理システムのフットプリントを減少させることが望ましい。

メンテナンス及びクリーニング目的のために各処理槽への容易なアクセスを維持したまま複数の処理槽を含むウェハ処理システムのツールフットプリントを減少させることも望ましい。

上記の特定の課題に加えて、ウェハ処理システムのツールフットプリントを減少させることが一般的に要望されており必要とされている。本発明は、その実施形態の少なくとも幾つかにおいて、これらの課題、要望及び必要性のうちの少なくとも幾つかに取り組んだものである。

本発明の第１の態様は、半導体ウェハの前面を処理するための装置であって、
メインチャンバ；
ウェハをメインチャンバに導入するための、メインチャンバに接続された少なくとも１つのローディングポート；
３つ又は４つ以上の実質的に鉛直方向にスタックされたウェハ処理モジュール（wafer processing modules）を含むウェハ処理モジュールの少なくとも１つのスタックであって、前記スタックにおいて隣接するウェハ処理モジュールは５０ｃｍ未満の鉛直方向分離を有し、各処理モジュールは、ウェハ処理モジュール内にウェハの前面が上方に向いた状態でウェハが実質的に水平に配置されているときにウェハを処理するように構成されており、少なくとも１つのウェハ処理モジュールが電気化学的ウェハ処理モジュールである、ウェハ処理モジュールの少なくとも１つのスタック；及び
ローディングポートと処理モジュールとの間でウェハを搬送するための搬送機構；
を備える装置である。

処理は、化学的及び／又は電気化学的処理を含むことができる。処理は、エッチング、堆積ステップ、リンシングステップ、クリーニングステップ、及び乾燥ステップのうちの１又は２つ以上を含むことができる。そのため、当該装置において使用される処理モジュールのうちの１つは、エッチング、電気化学的堆積、電気化学的研磨、無電解堆積、リンシング、クリーニング、又は乾燥モジュールであることができる。当該装置で使用される処理モジュールのうちの１つはスピンリンスドライモジュールであることができる。

半導体ウェハは、３００ｍｍシリコンウェハ、他の適切な半導体基板、又は四角形のパネルであることができる。当該装置は、複数の半導体ウェハを並列に処理するのに好適であることができる。ローディングポートは、カセット又はＦＯＵＰ（フロントオープニングユニファイドポッド）であることができる。

電気化学的ウェハ処理モジュールは、使用時に、表面に対して封止して密封キャビティを規定するシールを備えてもよく、当該密封キャビティ内で電気化学的処理が行われる。シールはエラストマーシールであることができる。

いくつかの実施形態において、シールは、使用時に、ウェハの表面に対して封止して密封キャビティを規定し、当該密封キャビティ内で電気化学的処理が行われる。好ましくは、シールが封止する対象のウェハの表面は、ウェハの上面である。

当該装置は、さらに、少なくとも１つのウェハキャリアアレンジメント（wafer carrier arrangement）を備えてもよく、当該ウェハキャリアアレンジメントにウェハをロードすることができる。ウェハキャリアアレンジメントは、使用時に、ウェハの表面に対して封止するシールを備えてもよい。好ましくは、このシールは、ウェハの上面に対して封止する。搬送機構は、ローディングポートと処理モジュールとの間でウェハをロードしたキャリアアレンジメントを搬送するように構成されたものであることができる。これらの実施形態において、電気化学的ウェハ処理モジュールのシールは、使用時に、ウェハキャリアアレンジメントの表面に対して封止して密封キャビティを規定し、当該密封キャビティ内で電気化学的処理が行われる。

典型的には、ウェハキャリアアレンジメントは、ロードされたウェハとの電気的接触を生じさせるために電気コンタクトも含む。

当該装置は、さらに、ウェハキャリアアレンジメントにウェハをロードするためのウェハキャリアアレンジメントローディングステーションを備えることができる。典型的には、ウェハキャリアアレンジメントローディングステーションは、また、処理が完了したウェハをアンロードする。あるいは、ウェハキャリアアレンジメントローディングステーションは、ローディングポートと処理モジュールとの間に位置していてもよい。さらにあるいは、ウェハがメインチャンバ内に導入されるときに、ウェハが、ローディングポートを通過する前にウェハキャリアアレンジメントにロードされるように、ウェハキャリアアレンジメントローディングステーションは、ローディングポートより前に位置していてもよい。

スタックにおける隣接する処理モジュールは、好ましくは、２５ｃｍ未満の鉛直方向分離を有する。装置は、スタックの一部でない少なくとも１つの処理モジュールを含んでもよい。

搬送機構は、ローディングポートと複数の処理モジュールとの間でのウェハの自動化搬送のために少なくとも１つのエンドエフェクタを有する搬送ロボットを備えていてもよい。搬送機構は、ローディングポートと複数の処理モジュールのいずれかとの間でウェハを搬送することができる。

ウェハ処理モジュールのうちの少なくとも１つは、電気化学的堆積ウェハ処理モジュールを備えてもよい。ウェハの前面は電極を備えていてもよい。電気化学的処理モジュールは、さらに、第２の電極を備えていてもよい。ウェハに電気バイアスを印加することができる。ウェハの前面はカソードを備えていてもよい。

処理モジュールは、さらに、流体を収集するためにシールの下方に配置されたトレイを備えていてもよい。

処理モジュールは、スタックから取り出し可能であることができる。処理モジュールは、スタックから独立に取り出し可能であることができる。処理モジュールの取り出し可能な特徴によって、処理モジュールは、メンテナンス、整備及び修理の作業のために容易にアクセス可能なものとなる。

処理モジュールは、スタックから実質的に水平方向に取り出し可能であることができる。処理モジュールは、旋回、スライディングによって、又は任意の他の適切な手段によって、スタックから取り出し可能であることができる。

当該装置は、さらに、メインチャンバ内に層状空気流を維持するために送風機を備えていてもよい。

当該装置は、さらに、ウェハアライメントツールを備えていてもよい。

当該装置は、少なくとも３つのスタックを備えていてもよい。少なくとも３つのスタックは、複数の列で、又は、任意の他の適切な配置で配置されてもよい。

当該装置は、２つ又は３つ以上の半導体ウェハの前面を並列に処理するように構成されていてもよい。

本発明の第２の態様は、請求項１に記載の装置を使用して半導体ウェハを処理する方法であって、
ローディングポートを介してメインチャンバにウェハを導入するステップ；
搬送機構を使用してウェハをスタックにおける第１のウェハ処理モジュールに搬送し、ウェハを、その前面が上方に向いた状態で第１のウェハ処理モジュール内に実質的に水平に配置するステップ；及び
第１のウェハ処理モジュール内でウェハの前面に対して処理ステップを実施するステップ；
を含む方法である。

上記方法は、搬送機構を使用してスタックにおける第１のウェハ処理モジュールから第２のウェハ処理モジュールにウェハを搬送して、ウェハを第２のウェハ処理モジュール内に実質的に水平に配置するさらなるステップ、及び、第２のウェハ処理モジュール内でウェハの前面に対して処理ステップを実施するさらなるステップを含むことができる。

上記方法は、上記装置からのその後の搬出のために、搬送機構を使用してウェハ処理モジュールからローディングポートにウェハを搬送するさらなるステップを含むことができる。

ウェハの前面に対して実施される少なくとも１つの処理ステップは、化学的、電気化学的、リンシング、クリーニング、スピニング又は乾燥ステップを含む群から選択することができる。電気化学的処理ステップは、必要に応じて、電気化学的堆積又は電気化学的エッチングを含んでもよい。電気化学的処理ステップは、電気化学的ウェハ処理モジュール内で実施される。電気化学的ウェハ処理モジュールは、表面に対して封止して密封キャビティを規定するシールを備えてもよく、当該密封キャビティ内で電気化学的処理が行われる。シールは、ウェハの表面、好ましくはウェハの上面に対して封止して密封キャビティを規定することができ、当該密封キャビティ内で電気化学的処理が行われる。あるいは、上記装置は、さらに、ウェハキャリアアレンジメントを備えていてもよく、当該ウェハキャリアアレンジメントにウェハをロードすることができ、ウェハキャリアアレンジメントは、ウェハの表面、好ましくはウェハの上面に対して封止するシールを備え、搬送機構は、ローディングポートと処理モジュールとの間でウェハをロードしたキャリアアレンジメントを搬送する。電気化学的ウェハ処理モジュールのシールは、ウェハキャリアアレンジメントの表面に対して封止して密封キャビティを規定することができ、当該密封キャビティ内で電気化学的処理が行われる。

上記方法は、ウェハキャリアアレンジメントにウェハをロードするステップをさらに含むことができる。ウェハキャリアアレンジメントにウェハをロードするステップは、搬送機構を使用してウェハをスタックにおける第１ウェハ処理モジュールに搬送するステップの前又は当該ステップの一部として行うことができる。

ウェハの前面に対して行われる少なくとも１つの処理ステップの間に、電気バイアスをウェハに印加することができる。

２つ又は３つ以上の半導体ウェハを並列に処理することができる。

本発明の第３の態様は、本発明の第１の態様に従う装置を整備する方法であって、スタックから実質的に水平方向にウェハ処理モジュールを取り出してウェハ処理モジュールへのアクセスを提供するステップを含む方法である。

整備は、上記装置に対してメンテナンス及び／又は修理作業を行うことを含むことができる。

スタックから実質的に水平方向にウェハ処理モジュールを取り出す上記ステップは、処理モジュールを旋回又はスライドさせることを含んでもよい。

本発明を上で説明したが、本発明は、上記の又は以下の記載、図面又は特許請求の範囲に記載する特徴のいかなる発明的組み合わせにも拡張される。例えば、本発明の第１の態様に関連して説明したいかなる特徴も本発明の任意の他の態様に関して開示されたものとみなされる。

本発明に従う方法及び装置の実施形態を、単に例として、添付の図面を参照して説明する。

図１は、スタックされた処理モジュールを含むウェハ処理システムの概略図である。 図２は、メンテナンス目的のためのアクセスが可能となるように１つの処理モジュールが取り出された状態のウェハ処理システムの概略図である。 図３は、処理モジュールの概略図である。 図４は、処理モジュールの拡大概略図である。 図５は、処理モジュールの断面図である。 図６は、複数の列のスタックされた処理モジュールを含むウェハ処理システムの平面図である。 図７は、ウェハキャリアアレンジメントの側面図である。

異なる例示的実施形態で同じ参照番号を使用した場合は、当該参照番号は同じ特徴に対応する。

図１は、本発明の第１の実施形態に従うウェハ処理システム１０を示す。ウェハ処理システム１０は、フレーム１２、ローディング／アンローディングポート１４、ロボット１６及び複数のスタックした処理モジュール１８ａ〜１８ｄを備える。本発明の他の実施形態は、必要とされる処理ステップの数と搬送ロボット１６の鉛直方向搬送リーチに応じて４つよりも少ない又は多い処理モジュールを含むことができる。処理モジュールは、それぞれ個別に、湿式化学処理ステップ、例えば電気化学的堆積、電着、電解研磨、化学エッチングなど；並びにクリーニング、リンシング及び乾燥処理ステップに対して好適なものであることができる。スタックにおける全ての位置は、任意のモジュール構成に適応し、任意の処理ステップを行うことに適切なものであることができる。プロセス要求が変化した場合にハードウェアを容易に変更することができる。

ウェハ処理システム１０は、処理モジュール１８ａ〜ｄの下方に位置する局所的流体供給器２０を備えてもよい。局所的流体供給器２０は、処理流体、例えば電解液などを、各処理モジュール１８ａ〜ｄに供給することができる。処理モジュール１８ａ〜ｄの上方に、モジュールのための電気制御装置、監視回路機構及び電源（図示せず）が位置していてもよい。付随的な特徴（図示せず）、例えば、ウェハ処理システム１０用の配電、バルク電解液貯蔵容器及び監視装置は、ウェハ処理システム１から遠隔位置にあってもよい。

フレーム１２は、ウェハ処理システムの構成要素を取り囲んでおり、汚染物フリー（contaminant-free）環境をもたらし、当該汚染物フリー環境中でウェハ処理を行うことができる。メインチャンバ２４内でパーティキュレートフリー（particulate-free）環境を維持するためにファン又は送風機２２により層状空気流が生成される。

ローディング／アンローディングポート１４は、半導体ウェハ２８、例えば直径３００ｍｍのシリコンウェハをウェハ処理システム１０中にロードし、そしてウェハ処理システム１０からアンロードすることを可能にする。ローディング／アンローディングポート１４は、カセット又はＦＯＵＰ（フロントオープニングユニファイドポッド）であることができる。ポート１４は、処理ステップ間のウェハ保管場所として機能することもできる。

ロボット１６は、ウェハ２８の裏面（すなわち、ウェハの処理にかけられない面）と接触してそのウェハを処理モジュール１８ａ〜ｄのうちの１つに搬送するエンドエフェクタ２６を備える。一実施形態において、ウェハ２８は、全ての取り扱い及び処理ステップの間に、当該ウェハの前面（すなわち、処理される面）を上方に向けた状態で取り扱われる。本発明の一実施形態において、ウェハが処理モジュール１８ａ〜ｄのうちの１つに搬送される前に、ウェハアライメントステップ（図示せず）を含んでもよい。ウェハ搬送ロボット１６は、ポート１４と処理モジュール１８ａ〜ｄとの間の自動化ウェハ搬送を可能にする。

処理モジュール１８ａ〜ｄは、鉛直方向スタック１０で配置されている。処理モジュール１８ａ〜ｄを鉛直方向にスタッキングすることによって、等しい数の処理モジュールを使用する公知のシステムと比べて、ウェハ処理システム１０のツールフットプリントが著しく減少する。低プロファイル処理モジュール、すなわちおよそ３０ｃｍ未満の高さを有する処理モジュールを使用することが好ましい。より好ましくは、低プロファイルモジュールは、２２ｃｍ未満の高さを有する。低プロファイル処理モジュールの使用は、より有効な鉛直方向スタッキングを可能とする。公知のファウンテンセル及びラック型システムは、基板を上方から処理モジュールに入れるのに大きなオーバーヘッド体積を必要とする。その結果、公知のファウンテンセル及びラック型システムは、有効な鉛直方向スタッキングにとってあまり適切でない。

図２に示されているように、処理モジュールを鉛直方向スタック１９の外にスライディング又は旋回させることにより各処理モジュール１８ａ〜ｄに対するアクセスを得ることができる。各処理モジュールは、スタックから独立に取り出し可能であることができる。これは、システム介入が必要である場合、例えばアノードを変更する場合又はモジュール内の手動清掃を行う場合に必要であろう。分離された処理モジュール１８は、当該分離された処理モジュールの交換を助けるために伸縮可能なフィクスチャ５０によりウェハ処理システム１０に接続されたままであってもよい。伸縮可能なフィクスチャは、フレーム１２に取り付けられていてもよい。このように個々の処理モジュールを取り出すことによって、分離されたモジュールへの完全で容易なアクセスが可能となる。

ウェハ処理システム１０への組み込みに好適な湿式化学処理モジュール３０が図３、４及び５に示されている。ウェハ処理システム１０への組み込みに好適なウェハ処理モジュールは、欧州特許第２７８１６３０号及び欧州特許第２６５２１７８号にも記載されている。ウェハは、エントリスロット３４を介してロボットアームのエンドエフェクタ２６から可動プラテンアセンブリ３２に搬送される。可動プラテンアセンブリ３２は、回転可能なプラテンアセンブリであることができる。

プラテンアセンブリ３２は、ウェハの前面がアノードチャンバ３５と接合するように上昇される。ウェハの前面とエラストマーシール３６との間に流体シールが形成される。信頼性のある流体密封シールが得られるように、エラストマーシールは円錐台形状であることができる。さらに、この形状のシールは、重力又は濡れたウェハの表面による表面張力によってチャンバから落下することはない。エラストマーシールは、アノードチャンバ３５に取り付けられてもよい。

流体密封シールは、処理ステップ中の処理モジュールからの流体の漏れを防止するために必要である。収容トレイ３８は、生じうる流体の漏れを阻止するために、プラテン３２の下方に位置していてもよい。

もし必要であれば、ウェハが電極としての役割を果たすように、ウェハ２８への電気コンタクトを形成してもよい。電気コンタクトは、アノードチャンバ３５に取り付けられてもよい。電気コンタクトは、チタン電極、Ｐｔ被覆チタン電極、又は任意の他の好適な電気伝導性材料から製造された電極であることができる。電極は、エッジ除外領域（edge exclusion area）でウェハ表面と接触してもよい。エッジ除外領域は、典型的には、ウェハエッジから２〜３ｍｍ未満である。流体密封シールは、電気コンタクトが処理流体に曝されること又は処理流体により汚染されることを防止する。

ウェハは、処理ステップに応じて、カソード又はアノードであることができる。単に例として、ウェハが電気化学的堆積プロセスにおいてカソードとして作用する場合に、ＤＣバイアスをウェハに印加することができる。このプロセスでは、アノードは、消耗性金属、例えばＣｕ、ＮｉもしくはＳｎなど、又は、不活性コンタクト、例えばＰｔ被覆Ｔｉもしくは混合金属酸化物（ＭＭＯ）であることができる。

ウェハ２８及びアノードチャンバ３５は、密封キャビティ４０を規定し、当該密封キャビティ内で湿式化学処理を行うことができる。湿式化学処理は、特に、電気化学的又は無電解堆積、電気化学的エッチング、及び化学エッチングのうちの１つ又は２つ以上を含むことができる。ウェハ２８とアノードチャンバ３５との間の流体シールは、キャビティ４０内に流体が入る前に作製される。流体は、行われる処理ステップに応じて電解液又は他の好適な流体であることができる。一実施形態において、コネクタ４２は流体入口であり、一方、コネクタ４４は流体出口である。別の実施形態において、コネクタ４２は流体出口であり、一方、コネクタ４４は流体入口である。処理モジュールを流れる流体の流量が高いことが必要である場合には、１つより多くの流体コネクタを組み込むことが好ましい。複数の流体入口は、流体の流量を正確に制御することを助け、また、キャビティ４０内にガス／エアポケットが形成されないようにすることを助ける。これによって、処理ステップのクオリティに影響を及ぼし得る。例えば、電着ステップでは、エアポケットは得られる堆積物の均一性に影響を及ぼし得る。

処理ステップが完了した後であって、ウェハ２８とアノードチャンバ３５との間の流体シールが破られる前に、処理モジュール３０から流体が除去される。流体コネクタ４２及び４４を介して流体を除去することができる。処理モジュール３０は、傾斜ブラケット４６を使用して、流体除去を助けるように傾いていてもよい。傾斜ブラケット４６は支持プレート４８上に取り付けられる。支持プレート４８は、一連の保持ボルト（図示せず）によりアノードチャンバ３５に固定されていてもよい。流体は、将来の処理ステップでの使用のために再循環されてもよい。必要に応じて、処理モジュール３０からウェハ２８を取り出す前にリンスステップを行うことができる。

処理モジュールは、クリーニング、リンシング、ウェッティング又は乾燥プロセスに使用することができる。リンシング、クリーニング又は乾燥の場合、回転可能なプラテンアセンブリを使用してウェハ２８を回転させることができる。クリーニング及び／又はウェッティングの目的のために、クリーニング流体をウェハ表面の前面に向けて噴射することができる。クリーニング流体をキャビティ４０から除去した後、後続の高速乾燥ステップが開始される。プラテンアセンブリを例えば最大３０００回転毎分（ｒｐｍ）で回転させることによって、乾燥プロセスを促進することができる。回転可能なプラテン及び１つ以上のスプレーを有するスピンリンスドライ（ＳＲＤ）モジュールが備えられてもよい。

処理モジュール３２からウェハ２８を取り出すために、プラテンアセンブリ３２を下降させると、流体シールが破られる。ロボットアームのエンドエフェクタ２６はウェハ２８を収集することができる。ウェハ２８を、一時的貯蔵のため又はウェハ処理システム１０からの取り出しのために、さらなる処理モジュールに、又は、ローディングポート１４に搬送することができる。

支持プレート４８は、伸縮可能なフィクスチャ５０に取り付けられていてもよい。処理モジュールがフレーム１２から取り出されるときに、伸縮可能なフィクスチャ５０は、処理モジュール３０に接続されたままであってもよい。伸縮可能なフィクスチャは、処理モジュール３０に電気化学的処理ステップを行うために必要な電力を供給する手段を備えていてもよい。

フレーム１２から処理モジュール３０を分離した後、当該処理モジュールに対してメンテナンスを実施することができる。アノードチャンバ３５をモジュール３０から脱着することができるように保持ボルト及び取付具（図示せず）を除去することができる。次いで、アノードチャンバ３５を、新しいチャンバと交換するか、修理調整するか、あるいは、適切に交換することができる。

アノードチャンバ３５を取り外したのち、プラテンアセンブリ３２へのアクセスがもたらされる。プラテンアセンブリ３２へのアクセスは、収容トレイ３８の取り外しによっても達成される。

ウェハ処理システム１０の処理モジュール１８ａ〜ｄは、鉛直方向スタック１０で配置される。これは、例えば「ファウンテンセル」及び「ラック」型のシステムなどの公知のウェハ処理システムでは実施的な配置ではない。これらの公知のシステムの場合、電解液槽が、オープントップを有するとともにウェハを完全に浸漬することが可能な大きな深度を有することが必要である。複数のオープントップ型処理槽の鉛直方向にスタックした配置は、上の槽中の処理流体からの汚染を受けやすいであろう。さらに、そのような公知の処理槽をスタックするには大きな鉛直方向分離（又はピッチ）が必要である。大きな鉛直方向分離がなければ、電解液槽中にウェハが上から入るのを上方の槽が少なくとも部分的にブロックするであろう。さらに、メンテナンス及びクリーニング目的のための処理槽へのユーザーのアクセスも少なくとも部分的に制限されるであろう。メンテナンスは、電着セル内のアノードを交換することを含む場合がある。

処理モジュール３０の上記設計によって、各処理モジュールへのウェハの進入を制限せずに処理モジュールを著しくより有効に且つコンパクトな配置で鉛直方向にスタックすることが可能となる。また、鉛直方向スタック１９から処理モジュールを取り出すことによって、各処理モジュールに、容易にアクセスすることができる。これによって、プロセス要求が変化したときにハードウェアを容易に変更することもできる。

全ての流体湿潤表面は、典型的には、プラスチック材料、例えばＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）又はＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）などを使用して作製される。好ましい材料は、化学的適合性、機械的特性及びコストによって決定される。

単純化されたハンドリングシステム及び処理モジュール配置の結果、ウェハ処理システム１０を費用効果の高い様式で構築することができる。

図６は、処理モジュール１８ａ〜ｄの鉛直方向スタック５２ａ〜ｃを複数の列で配置することができるウェハ処理システム２１０の第２の実施形態の平面図を示す。図３〜５に関連して上で説明したタイプの処理モジュール３０は、ウェハ処理システム２１０における使用に好適であることができる。各処理モジュールは、より多数の処理手順の一部として異なる処理ステップに対して用いてもよい。

ウェハ処理システム２１０は、１つ又は２つ以上のローディング／アンローディングポート２１４ａ〜ｃを有することができる。ポート２１４ａ〜ｃは、半導体ウェハ、例えば直径３００ｍｍのシリコンウェハをウェハ処理システム中にロードし、そしてウェハ処理システムからアンロードすることを可能にする。ローディング／アンローディングポート２１４ａ〜ｃは、個別にカセット又はＦＯＵＰであることができる。ポート２１４ａ〜ｃは、処理ステップ間のウェハ保管場所として機能することもできる。

搬送ロボット２１６は１つ又は２つ以上のエンドエフェクタ２２６を備え、各エンドエフェクタは、ウェハの裏面（すなわち、ウェハの処理にかけられない面）と独立に接触してウェハを処理モジュール１８ａ〜ｄのうちの１つに搬送することができる。搬送ロボット２１６は、各鉛直方向スタック５２ａ〜ｃにおける各処理モジュール１８ａ〜ｄへのアクセスが可能であるように、軌道２５４に沿って移動することができる。

ロボット２１６及び鉛直方向スタック５２ａ〜ｃはフレーム１２内に収容されている。フレーム１２は、汚染物フリー環境をもたらし、当該汚染物フリー環境中でウェハ処理を行うことができる。メインチャンバ２２４内でパーティキュレートフリー環境を維持するためにファン又は送風機により層状空気流が生成される。

ウェハ搬送中の正確なウェハアライメントを確保するために、メインチャンバ２２４内にウェハアライメントツール２５６が組み込まれていてもよい。

図６は、３つの隣接する鉛直方向スタック５２ａ〜ｃを含むウェハ処理システム２１０を示しているが、より多くの又はより少ない鉛直方向スタックを使用できることが想定される。さらに、有効なツールフットプリントを達成するために、単純なリニアシステムではない他の空間的配置も想定される。

図１〜６に関連して上で説明した実施形態において、ウェハ自体が処理モジュール中に導入される。代わりに、ウェハキャリアアレンジメント上に載置された処理モジュール中にウェハを導入することができる。図７は、半導体ウェハ７０がウェハキャリアフィクスチャ７２上に位置している、かかる実施形態を示している。図７に示されている実施形態において、ウェハキャリアフィクスチャ７２は、フレーム７４、シール７６、及びフレーム７４と連絡している基板支持体７８を備える。フレーム７４は上面７４ａを備え、シール７６を有する。ウェハキャリアフィクスチャ７２は、さらに、電気コンタクト８０及び電気コンタクト用のフィードスルー８２を備える。ウェハ７０が適切に配置された場合、電気コンタクト８０がウェハ７０との電気的接触を生じ、シール７６がウェハ７０に対して封止して流体密封シールを生じる。ウェハキャリアフィクスチャ７２の構成要素は、任意の適切な材料から形成することができる。例えば、フレーム７４は、典型的には、誘電材料から形成され、シール７６は、典型的には、エラストマー材料、例えばＶｉｔｏｎ（登録商標）などである。

ウェハ７０を有するウェハキャリアフィクスチャ７２が処理モジュール、例えば電気化学的ウェハ処理モジュール中に装填される場合には、当該モジュールとフレーム７４の上面７４ａとの間に流体シールを生じさせる。このシールについてのアライメントの制約は、ウェハ表面に対する流体シールの場合よりも厳しくない。当業者は、上面７４ａに対して信頼性のあるシール作製する多くの手法があることを容易に理解するであろう。

ウェハキャリアフィクスチャ７２／ウェハ７０アセンブリは、システムの一般的なレイアウトに大きな変更を加えずに、図１〜６と関連して説明した装置に容易に組み込むことができる。ウェハ７０は、ローディング／アンローディングポート１４を去った後、フィクスチャ７２中に挿入させることができる。最終処理ステップの実施後まで、ウェハキャリアフィクスチャ７２にウェハ７０が留まる。ウェハキャリアフィクスチャへのローディング及びウェハキャリアフィクスチャからのアンローディングのためのローディング／アンローディングポート１４の後にさらなるステーション又は他の機構を備えることができる。ウェハを運搬するため及びキャリアにウェハをロードするための多くの他の配置が可能である。このアプローチの利点は、ウェハ表面上にたった１回だけシール及びコンタクトが作られる点である。

Claims (23)

1. 半導体ウェハの前面を処理するための装置であって、
   メインチャンバ；
   前記ウェハを前記メインチャンバに導入するための、前記メインチャンバに接続された少なくとも１つのローディングポート；
   ３つ又は４つ以上の実質的に鉛直方向にスタックされたウェハ処理モジュールを含むウェハ処理モジュールの少なくとも１つのスタックであって、前記スタックにおいて隣接する前記ウェハ処理モジュールは５０ｃｍ未満の鉛直方向分離を有し、各処理モジュールは、前記ウェハ処理モジュール内に前記ウェハの前面が上方に向いた状態で前記ウェハが実質的に水平に配置されているときに前記ウェハを処理するように構成されており、少なくとも１つのウェハ処理モジュールが電気化学的ウェハ処理モジュールである、ウェハ処理モジュールの少なくとも１つのスタック；及び
   前記ローディングポートと前記処理モジュールとの間で前記ウェハを搬送するための搬送機構；
   を備える装置。
2. 前記電気化学的ウェハ処理モジュールが、使用時に、表面に対して封止して密封キャビティを規定するシールを備え、当該密封キャビティ内で電気化学的処理が行われる、請求項１に記載の装置。
3. 前記シールが、使用時に、前記ウェハの表面、好ましくは前記ウェハの上面に対して封止して密封キャビティを規定し、当該密封キャビティ内で電気化学的処理が行われる、請求項２に記載の装置。
4. さらに、少なくとも１つのウェハキャリアアレンジメントを備え、当該ウェハキャリアアレンジメントに前記ウェハをロードすることができ、前記ウェハキャリアアレンジメントは、使用時に、前記ウェハの表面、好ましくは前記ウェハの上面に対して封止するシールを備え、前記搬送機構は、前記ローディングポートと前記処理モジュールとの間でウェハをロードしたキャリアアレンジメントを搬送するように構成されている、請求項１又は２に記載の装置。
5. 前記電気化学的ウェハ処理モジュールの前記シールが、使用時に、前記ウェハキャリアアレンジメントの表面に対して封止して密封キャビティを規定し、当該密封キャビティ内で電気化学的処理が行われる、請求項２に従属した場合の請求項４に記載の装置。
6. さらに、前記ウェハキャリアアレンジメントにウェハをロードするためのウェハキャリアアレンジメントローディングステーションを備える、請求項４又は５に記載の装置。
7. 前記スタックにおいて隣接する処理モジュールが２５ｃｍ未満の鉛直方向分離を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記搬送機構が、前記ローディングポートと前記処理モジュールとの間での前記ウェハの自動化搬送のために少なくとも１つのエンドエフェクタを有する搬送ロボットを備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記ウェハ処理モジュールのうちの少なくとも１つが電気化学的堆積ウェハ処理モジュールを備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記ウェハの前面が電極を備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記処理モジュールが前記スタックから取り出し可能である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記処理モジュールが、前記スタックから実質的に水平方向に取り出し可能である、請求項１１に記載の装置。
13. 前記処理モジュールは、旋回、スライディングによって、又は任意の他の適切な手段によって、前記スタックから取り出し可能である、請求項１１又は１２に記載の装置。
14. ２つ又は３つ以上の半導体ウェハの前面を並列に処理するように構成された、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 請求項１に記載の装置を使用して半導体ウェハを処理する方法であって、
    前記ローディングポートを介して前記メインチャンバに前記ウェハを導入するステップ；
    前記搬送機構を使用して前記ウェハを前記スタックにおける第１のウェハ処理モジュールに搬送し、前記ウェハを、その前面が上方に向いた状態で第１のウェハ処理モジュール内に実質的に水平に配置するステップ；及び
    第１のウェハ処理モジュール内で前記ウェハの前面に対して処理ステップを実施するステップ；
    を含む方法。
16. 前記搬送機構を使用して前記スタックにおける第１のウェハ処理モジュールから第２のウェハ処理モジュールに前記ウェハを搬送して、前記ウェハを第２のウェハ処理モジュール内に実質的に水平に配置させるさらなるステップ；及び、
    第２のウェハ処理モジュール内で前記ウェハの前面に対して処理ステップを実施するさらなるステップ；
    を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記装置からのその後の搬出のために前記搬送機構を使用してウェハ処理モジュールから前記ローディングポートに前記ウェハを搬送するさらなるステップを含む、請求項１５又は１６に記載の方法。
18. 前記ウェハの前面に対して実施される少なくとも１つの処理ステップが、化学的、電気化学的、リンシング、クリーニング、スピニング又は乾燥ステップを含む群から選択される、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記ウェハの前面に対して実施される処理ステップが前記電気化学的ウェハ処理モジュール内で実施される電気化学的処理ステップであり、前記電気化学的ウェハ処理モジュールが、表面に対して封止して密封キャビティを規定するシールを備え、当該密封キャビティ内で電気化学的処理が行われる、請求項１８に記載の方法。
20. 前記ウェハの前面に対して行われる少なくとも１つの処理ステップの間に、前記ウェハに電気バイアスが印加される、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. ２つ又は３つ以上の半導体ウェハが並列に処理される、請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記ウェハ処理モジュールへのアクセスを提供するために前記スタックから実質的に水平方向にウェハ処理モジュールを取り出すステップを含む、請求項１に記載の装置を整備する方法。
23. 前記スタックから実質的に水平方向に前記ウェハ処理モジュールを取り出すステップが、前記処理モジュールを旋回又はスライドさせることを含む、請求項２２に記載の方法。