(57)【要約】半導体ウェハ処理および分析装置（２０）は、半導体ウェハ（２７）をその中に緊密に受容するための処理用マイクロチャンバ（２２）を含む。チャンバは、半導体ウェハを装填しかつ取り出すために開き、次いで、化学試薬および他の流体がチャンバ内に導入されると、ウェハを処理するために閉じることができる。ウェハの上面、下面、および周縁と処理チャンバの対応する部分との間に、小さい隙間が設けられる。使用済み試薬および流体を回収し、オンラインまたはオフラインのいずれかの分析のためまたは排液処理のために、チャンバから取り出すための高速回収システムが設けられる。
2007502550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハを化学的に処理するための装置であって、
（ａ）半導体ウェハがその中で緊密に受容されて処理されるマイクロチャンバを含み、該チャンバは、上部作業面および上部内側周辺を画定する部分を有する第一部分と、下部作業面および下部内側周辺を画定する部分を有する第二部分とを含み、該処理チャンバは、半導体ウェハを受容しかつそこから取り出すための開位置と、化学処理のために半導体ウェハを緊密に受容するための閉位置との間で切替可能であり；
（ｂ）前記チャンバが閉位置にあるときに、半導体ウェハは上部作業面と下部作業面との間に配置されて、上部作業面と半導体ウェハの隣接面との間の狭い間隙、および／または、下部作業面と半導体ウェハの隣接面との間の狭い間隙、および／または、半導体ウェハの外周とチャンバの第一および／または第二部分の内側周辺との間の狭い間隙を画定しており；
（ｃ）処理流体を前記チャンバ内に差し向けるための、前記チャンバの第一部分および／またはチャンバの第二部分における少なくとも一つの入口開口を含み；
（ｄ）下部作業面の部分を下部作業面の残りの部分よりも低い高さにして、使用済み処理流体の回収場所として役立てるように、前記チャンバの第二部分に輪郭付けを行い；
（ｅ）使用済み処理流体を前記チャンバから離れるように差し向けるために前記チャンバの第二部分の輪郭付け部分と流体流動連通する出口を含み；
（ｆ）チャンバ内にガスを差し向けるためのチャンバの少なくとも一つの入口開口を含み、該ガスは、処理流体を該コレクタチャンバの第二部分の該輪郭付け部分内およびチャンバの出口外に運ぶためのキャリアとして働く；
半導体ウェハを化学的に処理するための装置。
【請求項２】
ガスをチャンバ内に差し向けるためのチャンバの少なくとも一つの入口開口は、前記チャンバの第一部分および／または第二部分の少なくとも一つの入口開口を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記チャンバの第二部分に形成される輪郭付けが、前記下部作業面の外周部に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記チャンバの第二部分に形成される輪郭付けが、前記第二部分の前記下部作業面の隣接領域から下方に延びる少なくとも一つの溝を画定する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記溝が前記チャンバの第二部分の外周部の周りに延びる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記チャンバの第二部分の輪郭付け部分が、前記溝に流入する使用済み流体を回収するために前記溝と連通するサンプを画定する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
使用済み流体を該サンプから離れるように差し向けるために該サンプと流体流動連通するドレンをさらに含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記溝が半導体ウェハの半径方向に外側に配置される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記チャンバの第二部分の輪郭付け部分が、処理される半導体ウェハの外周に沿って延び使用済み処理流体を受け取るための少なくとも一つの溝と、
該回収溝に回収された処理流体を速やかに除去するための排液システムと、
を画定する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
出口が前記溝と連通する位置から離れた位置で、半導体ウェハの外周の一部分用の溝が終端する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第一チャンバが主に半導体ウェハの上に配置され、前記第二チャンバが主に半導体ウェハの下に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記処理チャンバを開閉するための閉鎖システムをさらに含み、前記閉鎖システムは、前記チャンバの第二部分を前記チャンバの第一部分の下の閉位置へと上昇させ、および前記チャンバの第二部分を前記チャンバの第一部分から後退させて該チャンバを開くための昇降サブシステムを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記チャンバの第二部分を前記チャンバの第一部分に対して上昇させて前記チャンバを閉じるため、および前記チャンバの第二部分を前記チャンバの第一部分に対して下降させて前記チャンバを開くために、前記チャンバの第二部分の下に配置された流体袋をさらに含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記流体袋は、前記チャンバの第二部分の下に配置されたエアバッグを含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記チャンバが閉位置にあるときにチャンバの大きさを制御するため、チャンバの頂部に力を加えるために前記チャンバの第一部分の上に配置された第二エアバッグ装置をさらに含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記装置が、前記チャンバの第一部分を受容しかつ支持するための上部箱構造と、前記チャンバの第二部分を受容しかつ支持するための下部箱構造とをさらに含み、前記上部および下部箱部分が、前記チャンバの閉鎖中に相互に相手に向かって移動可能であり、かつ前記チャンバの開放中に相互に相手から離れるように移動可能である、請求項１に記載の構造。
【請求項１７】
前記チャンバの開閉時に前記上部および下部チャンバ箱部分の相対的移動中に、前記チャンバの上部および下部箱部分を支持しかつ案内するためのガイドシステムをさらに含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記チャンバの閉鎖中に前記上部および下部箱構造を相互に向かって動作させ、かつ前記チャンバの開放中に前記上部および下部チャンバを互に相手から離れるように後退させるために、少なくとも一つの流体袋をさらに含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記流体袋は、前記チャンバを閉鎖する場合には前記下部箱構造および対応するチャンバの第二部分を上部箱部分およびチャンバの第一部分に向かって上昇させ、それに対して前記チャンバの開放中には前記下部箱構造および対応するチャンバの第二部分を下方に後退させるように、前記下部箱構造に対して配置された少なくとも一つのエアバッグを含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記チャンバを閉鎖する場合には前記上部箱構造および対応するチャンバの第一部分を前記下部箱部分およびチャンバの第二部分に向かって下方に押しやり、それに対して前記チャンバの開放中には前記上部箱構造および対応するチャンバの第一部分を上方に後退させるように、前記上部箱構造に対して配置された別のエアバッグをさらに含む、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
半導体ウェハを化学的に処理するための装置であって、
（ａ）半導体ウェハがその中で処理されるチャンバを含み、該チャンバは、内側上部作業面と、内側下部作業面と、内側周辺とを含み、該処理チャンバは、半導体ウェハを受容しかつそこから取り出すために開放可能であり、かつ半導体ウェハを化学処理のために緊密に受容するために閉鎖可能であり；
（ｂ）前記チャンバが閉位置にあるときに、半導体ウェハは上部作業面と下部作業面との間に緊密に配置されて、上部作業面と半導体ウェハの隣接面との間、および、下部作業面と半導体ウェハの隣接面との間、の少なくとも一つに狭い間隙を画定し、かつ半導体ウェハの外周とチャンバの内側周辺との間に狭い間隙を画定しており；
（ｃ）処理流体を前記チャンバ内に差し向けるための、前記チャンバの少なくとも一つの入口開口を含み；
（ｄ）使用済み処理流体を前記チャンバから速やかに排出するための排出システムを含み、該取り出しシステムは、
（ｉ）使用済み処理流体の回収場所として機能する、下部作用面に設けられ、下部作業面の残りの部分より低い高さの少なくとも一つの凹部と、
（ｉｉ）使用済み処理流体を速やかに前記チャンバから離れるように差し向けるために下部作業面の該凹部と流体流動連通する少なくとも一つの出口と、を含む；
半導体ウェハを化学的に処理するための装置。
【請求項２２】
前記下部作業面に形成された前記凹部が、前記下部作業面の外周部に配置される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記下部作業面に形成された前記凹部が、記下部作業面の隣接領域から下方に延びる少なくとも一つの溝を画定する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記溝が前記下部作業面の周りに延在する、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記排出システムが前記チャンバに形成されたサンプをさらに含み、前記凹部に流入する使用済み処理流体を回収するために、前記サンプが前記凹部と連通する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２６】
前記排出システムが、使用済み流体を速やかに前記サンプから離れるように差し向けるために前記サンプと流体流動連通するドレンをさらに含む、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記下部作業面の前記凹部が半導体ウェハの半径方向に外側に配置される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２８】
前記チャンバは、前記内側上部作業面を画定する部分を有する頂部と、前記内側下部作業面を画定する部分を有する底部とをさらに含み、
前記処理チャンバを開閉するための閉鎖システムをさらに含み、前記閉鎖システムは、前記チャンバの底部を前記チャンバの頂部の下の閉位置へと上昇させ、かつ前記チャンバの底部を前記チャンバの頂部から後退させて前記チャンバを開くための昇降サブシステムを含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２９】
前記チャンバの底部を前記チャンバの頂部に対して上昇させて前記チャンバを閉じるため、および前記チャンバの底部を前記チャンバの頂部に対して下降させて前記チャンバを開くために、前記チャンバの底部の下に配置された流体袋をさらに含む、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記流体袋は、前記チャンバの底部の下に配置されたエアバッグを含む、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記チャンバが閉位置にあるときに、チャンバの大きさまたは前記ウェハ表面と前記上部および／または下部作業面との間の間隙の高さを低減するため、前記チャンバの頂部に力を加えるために前記チャンバの頂部の上に配置された第二エアバッグ装置をさらに含む、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記装置が、前記チャンバの頂部を受容しかつ支持するための上部箱構造と、前記チャンバの底部を受容しかつ支持するための下部箱構造とをさらに含み、前記上部および下部箱部分が、前記チャンバの閉鎖中に相互に相手に向かって移動可能であり、かつ前記チャンバの開放中に相互に相手から離れるように移動可能である、請求項２８に記載の構造。
【請求項３３】
前記チャンバの開閉時に前記上部および下部チャンバ箱部分の相対的移動中に、前記チャンバの上部および下部箱部分を支持しかつ案内するためのガイドシステムをさらに含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記チャンバの閉鎖中に前記上部および下部箱構造を相互に向かって動作させ、かつ前記チャンバの開放中に前記上部および下部チャンバを互に相手から離れるように後退させるために、少なくとも一つの流体袋をさらに含む、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記流体袋は、前記チャンバを閉鎖する場合には前記下部箱構造および対応するチャンバの底部を上部箱部分およびチャンバの頂部に向かって上昇させ、それに対して前記チャンバの開放中には前記下部箱構造および対応するチャンバの底部を下方に後退させるように、前記下部箱構造に対して配置された少なくとも一つのエアバッグを含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
上部作業面と、下部作業面と、前記上部および下部作業面の周りに延出する外周と、を有する密嵌処理チャンバの内部内で、半導体ウェハを化学的に処理するための方法であって、
（ａ）ウェハの少なくとも一面の実質的全領域と、対応する作業面の対応する領域と、の間に狭い間隙が形成されるように、かつ、ウェハの外縁部とチャンバ内部の外周との間に狭い間隙が形成されるように、チャンバ内部の上部作業面と下部作業面との間にウェハを支持し；
（ｂ）選択された処理流体を処理チャンバ内部の少なくとも一つの入口開口を通して処理チャンバ内部に注入し；
（ｃ）選択された処理流体を狭い間隙内、およびウェハの対応する表面上に流動させ、ついで、ウェハの外縁部を通過させ；
（ｄ）ウェハの外縁部を通過して流動した使用済み作業流体を速やかに回収し、分析および／または回収に利用できるように、チャンバから回収された使用済み作業流体を速やかに除去する；
半導体ウェハを化学的に処理するための方法。
【請求項３７】
前記選択された処理流体が、前記上部作業面、前記下部作業面、または前記上部および下部作業面の両方のいずれかにおける少なくとも一つの入口開口を通して、前記チャンバ内部に注入される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記選択された処理流体が、前記ウェハの上にある少なくとも一つの入口開口を通して、前記チャンバ内部に注入される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記選択された処理流体が、前記ウェハの上にある少なくとも一つの入口開口、および前記ウェハの下にある少なくとも一つの入口開口を通して、前記チャンバ内部に注入される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記処理流体を０．０１から１０．１ｍｍまでの間の間隙を通して流動させる、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記処理流体を０．０１から５．０ｍｍまでの間の間隙を通して流動させる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記処理流体を回収するステップが、前記処理流体を前記下部作業面の凹部に回収することを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４３】
前記下部作業面の前記凹部が前記チャンバ内部の外周の周りに延びる、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記下部作業面の前記凹部が前記ウェハの外周の外側に配置される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記使用済み処理流体を速やかに回収するステップは、前記チャンバ内部に加圧ガスを導入することによって実行され、前記ガスは前記使用済み処理流体を回収のために押しやり、チャンバから排出させる、請求項３６に記載の方法。
【請求項４６】
前記使用済み処理流体を速やかに回収するステップは、前記使用済み処理流体の回収を支援するために真空を使用し、前記使用済み処理流体を前記チャンバ内部から排出させることをさらに含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記使用済み処理流体を速やかに回収し、かつ前記使用済み処理流体を速やかに前記処理チャンバから除去するステップは、前記使用済み処理流体に真空を作用させて、前記使用済み処理流体を速やかに回収させ、かつ前記処理チャンバの内部から排出させることを含む、請求項４６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２００３年６月１３日に出願した米国特許仮出願第６０／４７８，３８４号の優先権の利益を主張し、それを参照によって本明細書に組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般的に半導体ウェハまたは同様のワークピースの処理に関し、特に、進行中のプロセスを同時に実時間分析する能力による、半導体ウェハの洗浄、エッチング、およびその他の処理のみならず、半導体ウェハ表面の化学分析をも行なうための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロチップ製造プロセスは概して表面の問題である。処理技術は、基板材の表面の上下数ミクロン未満の特性を変成することに関係する。現在の複雑な電子集積回路はプレーナプロセスを使用することによって形成され、そこではシリコンの超清浄で平坦なウェハが基板として使用され、その上に多数の同一デバイスが、様々な酸化、フォトリソグラフィ、除去、イオン衝撃、堆積、およびその他のプロセスによって構築される。
【０００４】
シリコン回路のデバイス性能、信頼性、および製品歩留まりが、デバイスのウェハ表面上の汚染化学物質および粒子状不純物の存在によって大きく影響されることは、周知である。表面の直径が３００ｍｍに向かって拡張し、構造の寸法がサブミクロン未満に縮小しているので、超小型電子デバイスのパターン形成に使用されるプロセス前後の超清浄な表面調整は今や、以前にも増して重要になっている。
【０００５】
超清浄な表面調整のための既存の方法は、浸漬および噴霧技術のような湿式プロセスと、化学蒸着およびプラズマに基づく技術のような乾式プロセスとの二つの主要カテゴリに分けることができる。湿式処理は一般的に、ウェハに適切な化学溶液を浸漬または噴霧する一連のステップから構成される。超清浄なウェハ表面調整のための湿式プロセスは、過去三十年間にわたって成功裏に使用されてきており、依然として現在の集積回路の製造で使用される有力な方法である。しかし、銅配線、低誘電率誘電体、高誘電率キャパシタ、およびより多くの金属レベルのような新しい材料および構造を必要とする、９０および６５ｎｍの半導体プロセスの複雑性は、欠陥に影響されないプロセスステップの設計のみならず、汚染および他の致命的欠陥を測定しかつ除去する新しい方法を編み出すことをも要求してきた。加えて、デバイスが９０％代半ばないし高位の範囲の歩留まりを達成しなければならないことが必須である最新の半導体製造の経済的現実は、半導体事業の不安定さおよび循環性を反映する。そのようなものとして、最終試験および検査データに基づく長いループのフィードバックの伝統的な手法より、高度プロセス制御およびインサイチュプロセス監視がずっと重要になる。重要な機器の性能およびプロセスの品質を確保するために、信頼できるインライン監視システムを有する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、要求される材料、時間、および労働力の点で効率的に半導体ウェハを洗浄および処理する能力が、半導体ウェハの洗浄および／または処理を正確にかつ実時間ベースで分析および監視する能力と同様に必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
半導体ウェハを化学的に処理するための装置はマイクロチャンバを含み、その中で半導体ウェハは緊密に受容されて処理される。マイクロチャンバは、上部作業面のみならず内側周辺をも画定する部分を有する第一または上方部分と、下部作業面を画定する部分を有し、かつ内側周辺を画定する部分をも有する第二または下方部分とを備える。処理チャンバは、半導体ウェハを受容しまたはそこから取り出すための開位置と、半導体ウェハを化学処理のために緊密に支持するための閉位置との間で切替可能である。
【０００８】
処理チャンバが閉位置にあるときに、半導体ウェハは上部作業面と下部作業面との間に配置され、上部作業面と半導体ウェハの隣接面との間に狭い間隙、および／または下部作業面と半導体ウェハの隣接面との間の狭い間隙を画定する。加えて、狭い間隙は半導体ウェハの外周とチャンバの上方および下方部分の内側周辺との間にも存在することがある。
【０００９】
処理流体をチャンバ内に差し向けるために、チャンバの第一または上方部分およびチャンバの第二または下方部分に少なくとも一つの入口開口が設けられる。チャンバの下方部分の少なくとも外周部は、使用済み処理流体用の回収場所を画定するように輪郭付ける（起伏を形成する）ことができる。回収場所から処理流体は出口を通してチャンバを流出し、それによって使用済み処理流体は分析器に、または貯蔵および最終的な処分用に差し向けられる。また、処理チャンバは、ガスが処理流体用のキャリアとして働き、処理流体を回収用のチャンバ下方部分の輪郭付け部分内に搬送し、次いでチャンバ出口から外に搬送するたように、ガスをチャンバ内に差し向けるための少なくとも一つの入口開口を含む。
【００１０】
本発明のさらなる態様では、第二または下部チャンバの輪郭付け部分は下部チャンバの外周部に配置される。さらに、第二または下部チャンバの起伏部分は、第二チャンバの隣接領域から下方に延びる少なくとも一つの溝を画定することができる。本発明のさらなる態様では、溝は第二チャンバの外周部の周りに実質的に延びることができる。
【００１１】
本発明のさらなる態様では、チャンバの第二または下方部分は、使用済み処理流体を回収するために溝と連通するサンプを画定する。加えて、使用済み流体をサンプから離れるように差し向けるために、ドレンがサンプと流体流動連通する。
【００１２】
さらなる態様では、本装置は、チャンバの第一または上方部分を受容しかつ支持するための上部箱構造と、チャンバの第二または下方部分を受容しかつ支持するための下部箱構造とをさらに含む。上部および下部箱部分は、チャンバの閉鎖中に相互に向かって相対的に移動可能であり、かつチャンバの開放中に相互から離れるように相対的に移動可能である。
【００１３】
本発明のさらなる態様では、少なくとも一つの流体袋が、チャンバの閉鎖中に上部および下部箱構造を相対的に相互に相手方向に動作させ、かつチャンバの開放中に上部および下部チャンバを相対的に相互に相手から離れるように後退させる。
【００１４】
本発明はまた、上部作業面、下部作業面、ならびに上部および下部作業面の周りに延びる外周を有する密嵌処理チャンバの内部内で、半導体ウェハを化学的に処理するための方法をも含む。該方法は、ウェハの少なくとも一面の実質的全領域と対応する作業面との間に狭い間隙が形成されるように、上部および下部作業面の間にウェハを支持することを含む。ウェハはまた、ウェハの外縁部とチャンバ内部の外周との間に狭い間隙が形成されるように、チャンバの内部内に支持される。
【００１５】
本発明の方法はまた、選択された処理流体をチャンバ内部の少なくとも一つの入口開口を通してチャンバ内に注入することを含む。処理流体はウェハとチャンバとの間の狭い間隙内を流れ、次いでウェハの外縁部を通過する。ウェハの外縁部を通過して流れたこうした使用済み処理流体は、速やかに回収され、分析および／または回収に利用できるようにチャンバから除去される。
【００１６】
本発明のさらなる態様では、処理流体を回収するステップは、下部作業面の凹部に処理流体を回収することを含む。下部作業面の凹部は、チャンバ内部の外周の周りに延在することができる。
【００１７】
また、使用済み処理流体を速やかに回収するステップは、チャンバ内部に加圧ガスを導入することによって実行することができ、ガスは使用済み処理流体を回収するように駆り立て、チャンバから排出させる。本発明のさらなる態様では、使用済み処理流体を速やかに回収するステップは、使用済み処理流体の回収を補助するために真空を使用し、かつ使用済み処理流体をチャンバ内部から排出させることを含むことができる。
【００１８】
上記の態様および本発明の付随する利点の多くは、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによっていっそうよく理解するようになるにつれて、いっそう容易に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の半導体ウェハの化学処理および分析装置２０を、図１および２の側面図にそれぞれ開位置および閉位置で概略的に示す。手短に言うと、装置２０は、半導体ウェハ２７を間に緊密に受容するための第一または上部チャンバ２４および第二または下部チャンバ２６から構成される、マイクロ処理チャンバ２２を含む。上部チャンバ２４は上部箱構造２８によってその中に支持され、該構造は次に上部支持構造３０に接続され、それによって支持される。相応して、下部チャンバ２６は下部箱構造３２内に配置され、該構造は次に下部支持構造３４によって支持され担持される。
【００２０】
上部および下部支持構造３０および３４は、上部および下部箱構造２８および３２を開閉するためだけでなく、ウェハ２７を装填したりそこから取り出すときに、上部および下部処理チャンバ２４および２６を開閉するためにも、相互に対して移動可能である。マイクロ処理チャンバ２２が閉じられると、半導体ウェハの化学分析、洗浄、エッチング、およびその他の処理を行うため、ならびにオンラインまたはオフラインいずれかの分析のため、または廃液処理システムへの送出しのために、使用済み化学試薬および他の流体を同時に回収するために、化学試薬および他の流体がチャンバ内に導入される。
【００２１】
装置２０をより詳細に説明すると、下部支持構造３４は、底板４０、および該底板の上に間隔を置いて配置された中間板４２、および該中間板の上に間隔を置いて配置された上板４４を含む。下でさらに詳述するように、上板４４を中間板４２に対して上昇および下降させるために、中間板４２と上板４４との間に下部エアバッグ４６が配置される。さらに図３を参照すると、中間板４２は、底および中間板４０および４４の一縁５２から底および中間板の反対側の縁５４まで下部支持構造３４を横切って延びる一対の長手棒４８を含む支持構造によって、底板４０の上に支持される。棒４８は、中間板４２用の高強度支持壁を形成する。中心ブロック５０は壁４８の間を底板４０に対して中心に延びる。間隔を置いて配置された中間横棒５６の対は、壁４８の中間部から底板４０の外縁５８および６０まで相隔たる平行な関係に横方向に延びる。引き続き図３を参照すると、下部支持構造３４の構造的完全性を増強するために、支持ブロック６２が隣接中間棒５６の間に、横棒４８の外面に当接して配置される。
【００２２】
中間板４２の隅部は、中間板の外縁に沿って延びかつ中間板４２の隅の各々から対角方向に内向きに延びる対角棒６８と交差する隅棒６４および６６によって、底板４０に対して支持される。上記の構成によって、中間板４２が底板４０の上に実質的に支持される一方で、依然として下部支持構造３４の外周部の周りの空洞７０、７２、７４および７６を画定し、圧力ポンプ、真空ポンプ、および他の機器を下部支持構造内に設置することを可能にすることは理解されるであろう。
【００２３】
支柱８０は、図１および２を含め、図に示す通り、底板４０の各隅部から上部支持構造３０の頂部まで上方に延びる。支柱８０は上部支持構造３０を下部支持構造３４の上に支持するだけでなく、下述するように、上部箱構造２８および下部箱構造３２の移動をも誘導する。下部ソケットまたはシリンダ８２は各支柱８０の下方部分を収容し、それによって支柱を強化する。理想的には、シリンダ８２は支柱８０に不動かつ確実に取り付けられる。支柱８０の下端は、支柱８０の中心および下方部分に形成されたねじ付きめくら穴に係合するように底板４０に設けられた逃げ穴を通して上方に延びるねじ付き金物部材８４の使用を含め、いずれかの便利な手段によって底板４０に固定することができる。支柱８０は中実構成として記載するが、それらの大きさおよび材料の組成によって、支柱は中空または部分的に中空とすることができる。
【００２４】
中間板４２およびそれによって支持される下部箱構造３２は、図１で中間板４２と上板４４との間に挟み込まれるように示された下部エアバッグ４６によって、上部支持構造３０に対して上昇および下降するように適応される。空気は、詳述しない標準機器によってエアバッグ４６に供給し、かつエアバッグから排出することができる。また、エアバッグ４６の性質のエアバッグは標準的市販品である。
【００２５】
上板４４の上昇および下降を容易にするために、上板の支柱８０の位置に逃げ穴が形成される。摺動リング８６が、支柱８０上に摺動自在に係合するように、上板４４の下面のこれらの逃げ穴の各々に配置される。摺動リング８６の各々は、上板４４の下面に固定される上方フランジ部８８と、フランジ部分８８から下方に延びて、支柱８０上の摺動リング８６の摺動移動中にガイドとして働くハブ部９０とを含む。他の型のガイド構造、例えば様々な型のブシュまたは軸受を利用することができることを理解されたい。
【００２６】
さらに図４および５を参照すると、下部箱構造３２は、下部箱構造の下にある下板１００を含む。図４に示す通り、下板１００は略平面状であり、下部支持構造３４の上板４４に対応する形状および大きさである。板１００は支柱８０用の逃げ穴１０４を含む。また、板１００の内部には、排液管路、センサ、または下述するものを含め本発明と共に利用される他の取付け物または機器を受け入れるために、中心および中間めくら空洞１０６、１０８、および１１０が設けられる。流体、液体、またはガス分配システムを構成する構成部品を配置するために、下方に延びる切欠き１１２および１１４が板１００の側縁に沿って形成される。
【００２７】
上述の通り、下部箱３２は板１００の頂面に支持される。箱３２は、いずれかの便利な手段によって板１００に固定することができる。また、箱３２は支柱８０用の逃げ穴１１６を含む。箱３２は、下でさらに詳述するように、下部チャンバ２６を受容するための中心円形空洞１１８を有する。下部箱３２はまた、上述の通り、板１００に形成されためくら空洞１０６、１０８、および１１０の位置に対応する、中心貫通穴１２０ならびに中間貫通穴１２２および１２４をも含む。下部箱３２はまた、板１００に形成された切欠き１１２および１１４の位置に対応して、箱の側部に沿って延びる側部切欠き１２６および１２８をも含む。加えて、箱３２は切欠き１２６および１２８に沿って内部にそれぞれ配置された、側部肩部１３０および１３２を含む。これらの切欠きおよび肩部は、弁、流量制御装置、センサ等のような構成部品を本発明の装置２０内に配置するために設計される。
【００２８】
下部チャンバ２６を下部箱３２に対して密閉するために、開口１２０を取り囲む中心下方Ｏリング１４０およびチャンバ２６の下方外周の周りに延在する外周下方Ｏリング１４２をはじめ、様々なＯリングを使用することができる。チャンバ構造および箱構造内に密閉チャンバを形成するために、少なくとも一つのＯリング１４４が、チャンバ２６の外縁と下部箱構造３２との間に配置される。
【００２９】
また、少なくとも一つのＯリング１４６は、上部箱２８に対して下部箱３２を密閉するために使用することができる。Ｏリング１４６は、下部箱の上面および上部箱の下面の界面に配置される。この方法により、上部および下部箱２８および３２は閉じられたときに密閉され、本明細書に記載する通り上部および下部チャンバが次にこれらの箱に対して密閉されるので、それは次にこれらのチャンバを密閉する。
【００３０】
次に図１、２、６、および７に示す上部支持構造３０について述べる。頂板１６０は、支柱に形成されたねじ付きめくら穴と係合するように、板１６０に形成された密嵌逃げ穴内に延びるねじ付き金物部材１６２によって、支柱８０の上端に取り付けられる。頂板１６０を支柱８０に取り付けるための他の手段を利用することができる。中間板１６４は、底板４０と中間板４２との間の下部支持構造３４で利用されたものと同様の構造配置によって、頂板１６０の下に間隔を置いて配置される。これに関して、図７に示す通り、平行な相隔たる棒１６６が、板１６０および１６４の中間部分に板の縁１６８から１７０まで延びる。中間棒１７２の対は、上記の図３に示す棒５６と同様の仕方で、棒１６６から板１６０および１６４の外縁１７４および１７６まで横方向に延びる。縁棒１７８、１８０、１８２、および１８４は、板１６０および１６４の外周の周りに延びる。加えて、対角棒１８６は上部支持構造３０の隅の各々から対角方向に内向きに延びて、支柱８０の上方部分の周りに延びかつ頂板１６０の下面から中間板１６４の上面まで垂直方向に延びて支柱および支柱８０の曲げ強度を補強する強化シリンダ１８８と、接線方向に交差する。さらなる構造的完全性をもたらすために、強化シリンダは、支柱８０に沿ってさらに下方に延びることができる。図１および２に示すように、本発明と共に利用される流体用の流路および他の型の管路を提供するために、長円形の開口１９０を縁棒１８０〜１８６に形成することができる。
【００３１】
上部箱２８は、中間板１６４の下に間隔を置いて配置される。図６に示す通り、箱２８は、支柱８０を緊密に受容する大きさに作られた逃げ穴２００を含む。上部箱２８は、中間板１６４の下面から下方に垂下して締付け板２０４と交差しかつそれを支持するシリンダ２０２によって、中間板１５４から支持される。図７に破線で示すように、締付け板２０４は、箱構造２８の全体的形状に対応して略矩形の形状であるが、箱構造の上面に形成される下向き凹部２０６内に受容できるように、全体的大きさが少し小さい。締付け板２０４の内側部分は、箱構造２８の内縁部２０９を取り囲むように、円形２０８を切り欠く。箱２８は、締付け板に形成された逃げ穴内に延びて箱２８の上方部分に形成されたねじ付きめくら穴内に係合する複数のねじ付き金物部材（図示せず）によって、締付け板２０４の下面に取り付けられる。この方法により、上部箱２８は上部支持構造３０に確実に取り付けられ、かつそこから取外し可能である。
【００３２】
上部箱２８は、上部チャンバ２４の中心部を受容するための中心開口２１０を含む。上部箱はまた、上部チャンバ２４の上方のより大きい直径部分２１４を支持するための円形肩部２１２をも含む。一対のＯリング２１６および２１８が、上部チャンバのより大きい直径部分２１４の下面と上部箱２８の肩部２１２との間に挿置される。Ｏリングは、下でさらに詳述するように、ウェハ２７の表面と上部および下部チャンバ２４および２６の作業面との間の間隙に応じて、様々な断面直径のものとすることができる。理解される通り、そのような間隙の変化により、処理チャンバで使用される流体の様々な流動パターン、例えば流体層流対流体乱流を達成する流動パターンを達成することができる。
【００３３】
下でさらに詳述するように、上部チャンバを下方に押し下げて、下部チャンバ２６に対して上部チャンバを閉じるために、第二エアバッグ２２０が中間板１６４の下面と上部チャンバ２４の頂部との間に挿置される。上部エアバッグ２２０は下にある板２２２の上に着座する。また、円形壁２２４が板２２２から上方に延び、エアバッグ２２０を取り囲んで、収納する。壁２２４の上縁を板１６４に「底付け」することなくエアバッグ２２０を収縮させるために、円形壁２２４の上縁と中間板１６４の下面との間に間隙が存在することは理解されるであろう。エアバッグ４６の場合と同様に、エアバッグ２２０は、当分野で周知の方法で膨張および収縮することができる。板２２２の下面と上部チャンバ２４の頂面との間に薄いプラスチックシート２２６が挿置され、それによって板２２２と上部チャンバ２４の表面との直接接触が防止され、それらの間の相対的磨耗が低減され、チャンバ２２の清浄さの維持を助ける。また、シートは、エアバッグ２２０が膨張および収縮するときに発生してもよい衝撃負荷を低減することができる。
【００３４】
図６に示すように、二重段付きレッジまたはノッチ２３０の対が、上部箱２８の外周側縁に沿って見られる。弁、流量制御装置、センサ等のような本発明の構成部品は、これらの位置に配置することができる。
【００３５】
図１および２を参照すると、上部チャンバ２４の上方のより大きい直径部分２１４の外径と、上部箱の対応する部分の内径との間に、側部Ｏリング２３６が配置される。加えて、上部箱２８の肩部２１２の下面と、対応する下部チャンバ２６の外周上方部との間には、それらの間の密封を達成するために、一対のＯリング２３８および２４０が配置される。Ｏリング座を下部チャンバの外周上方部に形成して、その中にＯリング２３８および２４０を受容し戻すことができる。流体の望ましくない漏れを防止するために、チャンバ２４および２６と箱構造２８および３２との間ならびに本発明の他の構成要素間の追加位置に、Ｏリングまたは同様の密封機構を利用することができることは理解されるであろう。
次に、マイクロ処理チャンバ２２の構成に焦点を当てると、図８〜１１に示す通り、上部チャンバ２４および下部チャンバ２６は略円板形状として示されているが、方形、六角形、八角形等を含め、他の形状に形成することができる。上部チャンバ２４は、上部箱２８に形成された中心開口２１０内に緊密に受容可能となるような大きさに作られる。同様に、下部チャンバ２６の直径および形状は、下部箱構造３２に形成された円形空洞１１８内に緊密に受容可能となるように選択される。図５を参照されたい。また、図１および２に示すように、かつ上述の通り、大きいＯリング２３６は上部チャンバ２４の周方向外部側壁２５０を取り囲み、それによって側壁２５０を上部箱構造２８の対応する内面に対して密封する。相応して、上述の通り、大径のＯリング１４４は下部チャンバ２６の外径２５２を取り囲んで、下部箱構造３２の対応する内壁に対して密封し、それらの間に流体密シールを形成する。単一のＯリング２３６および１４４を使用するのではなく、複数のＯリングをこれらの位置に使用することができる。
【００３６】
理解される通り、上部および下部チャンバ２４および２６は、それぞれ上部箱構造２８および下部箱構造３２の内部の形状に合致し、かつそれらと密嵌するように設計される。これに関して、図１０に示す通り、上部チャンバ２４は、上部チャンバの最大直径部分を形成する上方レッジ部２１４を含む。上述の通り、このレッジ部は上部箱構造２８の肩部２１２上に受容可能であり、かつそれによって支持される。上部チャンバ２４はまた、上部箱の肩部２１２の内部直径方向壁２５５と嵌り合う、下方のより小径の係合部２５４をも含む。図示しないが、Ｏリングは係合部２５４の外径と壁２５５との間に挿置することができる。
【００３７】
図２に示すように、マイクロ処理チャンバ２２を閉じると、上部チャンバの係合部２５４の下面２５６は、下部チャンバ２６の対応部の上面２５８に載置する。また、処理チャンバを閉じると、下部チャンバ２６の低減された直径を備えた上方中心部２６０は上方に延びて、上部チャンバ２４の中心下方部分に形成された浅い空洞２６２と係合する。処理される半導体ウェハ２７は、下でさらに詳述するように、下部チャンバ２６の中心部２６０の上部作業面２６４上に載置する。約０．００１ｃｍから０．５ｃｍの範囲の非常に狭い間隙が、ウェハの上面と空洞２６２の表面との間に存在する。ウェハ２７の処理中に、同様の狭い間隙がウェハ２７の下面と表面２６４との間に存在することができる。また、例えば約０．１から１０．０ｍｍの狭い間隙が、ウェハの外周とチャンバ２２の内部との間に存在する。基本的に、チャンバ２２の内部は実質的に完全にウェハによって満たされる。本明細書で説明するように、この構成によって、最小限の処理流体がウェハを処理しかつ／または洗浄するために必要になる。また、ウェハ一枚当たりに必要な処理または洗浄流体の量は非常に少量であるので、洗浄および／または処理中にウェハから除去される汚染物質または他の物質のレベルまたは濃度は、典型的なかなり大量の処理および／または洗浄流体がウェハ２７を処理／洗浄するために要求される場合より、高くなる。
【００３８】
上部作業面２６４は、表面２６４より少し上方に延びるリム２６６によって環状に囲まれる。上部チャンバ２４の対応する部分は、下述する上部チャンバの中心空洞部２６２の下面または作業面２７２に対して２６８部分が凹状に形成されている。リム２６６は、ウェハ２７を表面２６４および下部チャンバ２６に対して保持するのに充分に高いが、取出しのためにウェハにアクセスすることが難しくなるほど高すぎない距離で、表面２６４の上を延びることが好ましい。この高さは、ウェハの厚さの約三分の一からウェハの厚さの約四倍までとすることができる。しかし、例えば表面２６４に多少の液体が残っている場合、または薄層の空気またはガスの使用によってウェハを表面２６４より上に支持することを希望するときに、空気もしくは他のガスが漏出しているか、例えば流路３２２を通して意図的に表面２６４に差し向けられる場合、リム２６６の存在のため、ウェハは表面２６４上に載せたときに、所定の位置に維持されないことがある。
【００３９】
次に、特に図１０を参照すると、上部チャンバ２４は、上部チャンバの中心空洞部２６２の下部作業面２７２から下方に突出する、円形当接リング２７０を含む。断面図では、当接リング２７０は略直角三角形の形状を画定し、三角形の斜辺部は下方にかつ上部チャンバ２４の中心に対して対角方向に外向きに延長される。図８Ａも参照されたい。２７０Ａと指定された当接リングの小部分は、下でさらに詳述するように、断面が三角形ではなく、矩形である。図８も参照されたい。この矩形部分２７０Ａは、図８に示すように、９時の位置に配置される。下部チャンバの低減直径の中心部２６０は、表面２６４に対して当接リング２７０を緊密に受容する大きさの周方向の溝２７６の形に輪郭付けられる。当接リング２７０が溝２７６と係合すると、当接リングは、下部チャンバ２６の中心部の上面２６４にウェハ２７を位置決めまたは配置するのに役立つ。当接リング２７０はまた、処理液またはガスを溝２７６内のみならず、溝２７６の直径方向に内側に配置された第二の内側円形溝２７８内にも差し向けるように働く。溝２７６の場合と同様に、溝２７８は、下部チャンバ中心部の部分を表面２６４より低い高さまで下方に輪郭付けることによって形成される。しかし、当接リング部分２７０Ａは溝２７６の対応する部分内にしっくりと嵌合して、処理液またはガスが溝２７６のその部分内に侵入するのを防止する。下述するように、これは、溝２７６内の液体およびガスが溝に沿って、当接リング部分２７０Ａから離れるように正反対の方向に流動するのを促進する。溝２７６は、当接リング部分２７０Ａが最小深さであり、溝に沿ってリング部分２７０Ａから両方向に遠ざかるにつれて深さが増し、溝と直径方向に対向する位置で最大深さになる。
【００４０】
内側溝２７８は、位置２７８Ａを除き、下部チャンバ２６の中心部２６０の全直径の周りに実質的に延在する。図８Ｂに示すように、部分２７８Ａには溝が無い。これは図９に示す大体９時の位置に対応する。しかし、溝２７８は部分２７８Ａから両方向に離れるにつれて深さが徐々に増大し、溝部分２７８Ａの位置から溝２７８の半径方向に対向する位置で最大深さに達する。出願人は、溝２７８を位置２７８Ａで終端することにより、かつ位置２７８Ａから両方向に離れるにつれて溝の深さを徐々に増大することによって、溝２７８内に回収される流体が、溝の反対側の最小深さの位置に向かって流動するように促されることを発見した。そのような最大深さ位置に、内側溝２７８は、溝２７６の幅に一般的に一致する幅を有する下向きのＶ字形空洞の形の回収サンプ２８２を含む。同様に、回収サンプ２８０は外側溝２７６にも設けられ、それもまた溝に形成された下向きのＶ字形空洞の形である。図１１を参照されたい。図９では、回収サンプ２８０および２８２は３時の位置に配置される。
【００４１】
引き続き、特に図１０および１１を参照すると、外側回収サンプ２８０の底は、サンプ２８０の底から下方に延びる出口ドレン２８４と流体流動連通する。ドレン２８４は、本発明の使用中にウェハ２７から除去された汚染物質または他の物質を分析することのできる分析装置に接続することができる。そのような分析装置は周知の市販品であり、したがってここでは詳述しない。内側回収サンプ２８２の底は同様に、本発明の処理チャンバ２２で使用される洗浄流体、エッチング流体、または他の種類の作業流体またはガスを回収するための回収システムにつながる出口ドレン２８６を含む。また、ドレン２８６は、回収された流体内の汚染物質または他の物質を分析することのできる適切な分析装置に接続することができる。
【００４２】
特に図１０を参照すると、回収サンプの上部で回収サンプ２８０および２８２の側壁部分と流体授受連通している排出口２９０および２９２が示されている。排出口２９０および２９２は、溢出流体（ガスおよび液体）を回収サンプ２８０および２８２ならびにそれらの対応する回収溝２７６および２７８から回収して速やかに除去する。排出口２９０および２９２は、チャンバ２６の底に向かって下方に、かつ半径方向に内側に延び、それによって溝２７６および２７８との干渉だけでなく、下述する下部チャンバ２６に形成された追加の溝との干渉をも回避する。
【００４３】
特に図１０を参照すると、上部チャンバ２４は、当接リング２７０から半径方向に外側に配置された、下方に伸びる外側リング３００を含む。外側リング３００は、係合部２５４の下部表面２５６および上部チャンバの中心下方部分の空洞２６２の内径によって画定される内側隅部に配置される。外側リング３００は、下部チャンバ２５８の上面に表面２５８の残部より低い高さに輪郭付けることによって、下部チャンバ２６に形成された密閉溝３０２の外側部分内に係合する大きさに作られる。図１０に示すように、溝３０２は、下部チャンバの低減直径の中心部２６０の外径に隣接する。溝３０２における外側リング３００の係合は、下部チャンバ２６に対して上部チャンバ２４の中心を合わせるのに役立つ。加えて、リング３００は、溝２７６を超えて溝３０２内に漏出するかもしれない流体を方向付ける。
【００４４】
図１０に示す通り、リング３００の断面は、上述したリング２７０と同様の形状にすることができる。また、リング３００はリング２７０と同様に、他の断面形状とすることができる。溝２７６および２７８の場合と同様に、溝３０２もまた、その周方向の深さが変化する。これに関して、溝３０２は図９の９時の位置を最も浅く、かつ図９の３時の位置の隣接を最も深くすることができる。また、溝２７６および２７８の場合と同様に、回収サンプ３０４は、本発明の装置２０と共に使用される液体およびガスを回収するために、図９に示す３時の位置またはその付近で溝３０２に形成することができる。サンプ３０４はまた、上述したサンプ２８０および２８２と同様の下方に延びるＶ字形に形成することができる。加えて、出口ドレン３０６は、回収された流体をサンプおよび分析装置、回収タンク、または他の位置から離れるように差し向けるために、サンプ３０４の底部と流体流動連通する。
【００４５】
第四の溝３１０が下部チャンバ２６に溝３０２から半径方向に外側に形成される。溝３０２の場合と同様に、溝３１０は下部チャンバの上面２５８から下方に延びる。溝３１０の一つの目的は、溝２７６および３０２を超えて漏出するかもしれない任意の流体を回収することである。これに関して、流体センサを溝３１０と流体流動連通状態に配置することができる。そのようなセンサは実際に溝３１０内に配置するか、あるいは溝３１０から遠隔的に配置して、例えば図示しない流体流路によって溝と相互接続することができる。そのようなセンサは周知の市販品である。溝３１０に加えて、またはそれに代わって、他の位置に流体センサを配置することもできることは理解されるであろう。例えば、そのようなセンサは溝３０２のサンプ３０４と流体流動連通することができる。そのようなセンサは、流体漏出が発生した場合、つまり処理流体が溝３１０内で回収された場合、アラームを起動するか、あるいは進行中のプロセスを停止するか、あるいは他の措置を講じることができる。
【００４６】
密閉チャンバ２２からの処理流体の漏出を防止するために、リング２７０および３００を利用することに加えて、他の技術を使用することができることは理解されるであろう。これに関して、上部チャンバ２４の下部チャンバ２６との接合部または界面に、例えば検知溝３１０の半径方向に外側に、Ｏリングまたは他の型のシールを使用することができる。
【００４７】
処理流体は、チャンバに対して中心位置で上部チャンバ２４内を下方に延びる中心入口流路３２０によって、ウェハ２７へ差し向けられる。処理流体は、下部チャンバ２６の中心を上方に延びる中心入口流路３２２によって、ウェハ２７の下面に差し向けられる。図８〜１１を参照されたい。開口または入口３２０および３２２を通してチャンバ２２に導入された処理流体は、ウェハ２７に到達すると、ウェハに沿ってその外縁または外周に到達するまで速やかに外向きに移動し、次いで回収溝２７６および２７８内に流入する。処理流体はまた、下部チャンバ２６内を上方に延びる入口流路３２４および３２６を通してチャンバ２２内へ、および回収溝２７６および２７８の図９に示す「９時の」位置または大体その位置に導入することもできる。図９Ａに示す通り、流路３２４の上端で、流路は流路３２６Ａおよび３２６Ｂに分岐し、それによって溝が存在しない部分２７８Ａの反対側で溝２７８と交差する。溝２７６に関して、流路３２４が溝２７６と交差する位置に配置された当接リング２７０Ａより、そのような溝が深い深さである限り、流路３２４を通して導入される流体は処理チャンバ２２内に流入することができる。図示しない他の入口流路もまた、作業流体をマイクロ処理チャンバ２２内に導入するために利用することができることは、理解されるであろう。
【００４８】
処理流体に加えて、本発明の装置は、使用済み処理流体を回収してそれをチャンバ２２から外に差し向けるのを助けるために、ガスを利用する。不活性または活性とすることのできるそのようなガスは、上部チャンバ２４内を下方に延びる入口流路３３０を通してチャンバ２２内に導入することができる。中心に位置する流路３２０を通してチャンバ２２に流入するガスは、上部チャンバ２４の下面とウェハ２７の頂面との間で、処理チャンバに対して半径方向に外側に、当接リング２７０に到達するまで流動し、その後ガスは下方に方向転換して回収溝２７６および２７８内に入り、回収サンプ２８０および２８２を通して排出される。入口流路３２２を通してチャンバ２２内に流入するガスは、下部チャンバ２６の上面とウェハ２７の下面との間で、処理チャンバに対して半径方向に外側に、当接リング２７０に到達するまで流動し、その後ガスは方向転換して回収溝２７６および２７８内に入り、回収サンプ２８０および２８２を通して排出される。
【００４９】
ガスはまた、上部チャンバ２４内を下方に延びて半径方向に当接リング２７０と外側リング３００との間の位置で上部チャンバの下面と交差する、一組の入口流路３３２を通して処理マイクロチャンバ２２内に導入することができる。図８に示す通り、大体１時、５時、７時、９時、および１１時の位置にあるものを含め、多数のそのような流路を利用することができる。また、さらなるガス入口流路３３４は、上部チャンバ内を下方に延びて、チャンバのレッジ部２１４とチャンバの低減直径の係合部２５４との交差部でチャンバの下面に出ることもできる。したがって、これらの流路はガスをＯリング２１６および２１８の少し内側の位置へ差し向ける。図１および２を参照されたい。入口流路３３２および３３４を通して処理チャンバ２２に差し向けられるガス、例えば不活性ガスは、処理流体が溝２７６および２７８を超えて移動または漏出するのを防止するのに役立ち、またこれらの溝内に回収された処理液をサンプ２８０および２８２の方向に移動するように差し向けるのにも役立つ。出願人は、そのようなガスの使用により、ガスは処理流体のキャリアとして働くので、ウェハ２７から離れた後の処理流体が非常に急速に回収溝内を流動し、サンプ２８０および２８２内に回収されることを発見した。
【００５０】
本発明は、図８〜１１に関連して上述したものに加えて、回収溝および／または流体入口流路を利用することができることは、理解されるであろう。一つのそのような代替実施形態を図１２に示す。図１２では、図８〜１０に関連して説明し記載したものと同一または非常に類似の本発明の特徴または構成部品には、ダッシュ（「’」）記号付きではあるが、同一部品番号が掲げられている。本発明のこれらの構成部品、特徴、および態様については、ここで再記述しない。
【００５１】
図１２に示す処理マイクロチャンバ２２’は、溝２７８’の直径よりかなり小さい直径の底チャンバ２６’のさらなる内側流体回収溝３４０を利用する。溝２７８’の場合と同様に、内側溝３４０は９時の位置（図９に関連して）が最も浅く、溝の円形経路を巡って３時の位置における最大深さまで深さが増大する。サンプ３４２が溝３４０の３時の位置に設けられる。ドレン流路３４４がサンプ３４２から下方に延び、上述したドレン２８４’および２８６’の場合と同様の方法で、図示しない分析装置に接続することができる。また、サンプからの溢出流体を取り出すことを可能にするために、排出口３４６をサンプ３４２の上方部分と相互接続することができる。処理流体は、大体９時の位置に、溝３４０と整列して配置された入口流路３４８を通してチャンバ２２’内に導入することができる。言うまでもなく、溝３４０は入口流体源を利用しなくてもよく、むしろ、処理されるウェハの下面から処理流体を除去するためにだけ使用することができる。
【００５２】
図１３は、図８〜１１に示した実施形態と同様であるが、回収溝のために追加のサンプを使用する、本発明の別の実施形態を示す。図８〜１１に示したものと同一または同様である、図１３に示す構成部品および特徴には、二重ダッシュ（「”」）記号付きで同一部品番号が掲げられている。これらの構成部品および特徴については、ここで再記述しない。
【００５３】
図１３に示す本発明の実施形態は、図８〜１１に外側溝２７６”と共に第二サンプ３６０が使用され、かつ内側溝２７８”と共に第二サンプ３６２が使用される点で、図８〜１１に示すものとは異なる。出口ドレン３６４がサンプ３６０と共に使用され、出口ドレン３６６がサンプ３６２と共に使用される。加えて、排出口３６８がサンプ３６０と共に使用され、排出口３７０がサンプ３６２と共に使用される。
【００５４】
図１３の実施形態では、サンプ２８０”および２８２”は、図９に関連して大体３時の位置に配置することができる一方、サンプ３６０および３６２は９時の位置に配置することができる。これに関して、溝２７６”および２７８”はほぼ１２時および６時の位置で最も浅く、３時および９時の位置に向かう方向に深くなるようにすることができる。さらに、図１０に示す入口流路３２４および３２６に対応する図示しない入口流路を１２時および６時の位置に配置することができる。図１３に示す実施形態は、図８〜１１に示した本発明の実施形態より多くの処理流体を取り扱い、あるいはより速い速度で処理流体を回収することができることが期待される。また、重複分析装置を利用する図１３に示した実施形態は、分析結果を検証し、あるいは薄膜の均一性を迅速に調べることのできる冗長システムを提供することができる。
【００５５】
本発明を使用してウェハ２７のような半導体ウェハを処理および／または洗浄するために、処理マイクロチャンバ２２は下部箱構造３２を下降させることによって開かれる。これは、下部エアバッグ４６を収縮させることによって達成される。そのような収縮により、下部箱３２および下部チャンバ２６の総合重量は、支柱８０によって案内されて、下部箱を下方に後退させる。ひとたびチャンバ２２が開くと、半導体ウェハを下部チャンバ２６の頂面２６４に載置することができる。その後、エアバッグ４６を膨張させることによって下部箱３２を上昇させることにより、箱構造は閉じられる。膨張により、下部箱構造３２および対応する下部チャンバ２６は、上部チャンバ２４および上部箱構造２８に対して上方に上昇する。下部箱構造３２および対応する下部チャンバ２６の上方移動は、下部箱の上面が上部箱の下面と接合するまで続く。図２を参照されたい。これが起きると、下部チャンバの周方向上面２５６は、そのような表面と上部箱２８の肩部２１２の下面との間に挿置されたＯリング２３８および２４０と当接する。
【００５６】
この時点で、マイクロチャンバ２２は事実上閉鎖され、大体その最大容積の状態になる（図２）。マイクロチャンバの閉鎖は二通りの方法で達成される。第一の方法として、上部および下部箱２８および３２は、Ｏリング１４６Ａによって相互に対して密閉される。加えて、上部チャンバの側壁は、Ｏリング２３６によって上部箱に対して密閉され、下部チャンバ２６の側壁は、Ｏリング１４４によって下部箱に対して密閉される。この方法で、チャンバは外部に対して密閉される。第二の方法として、Ｏリング２１６および２１８は上部チャンバ２４を上部箱２８に対して密閉し、Ｏリング２３８および２４０は下部チャンバを上部箱に対して密閉し、それは次にチャンバの内部のための第二シールを形成する。
【００５７】
したがって、マイクロチャンバの内部は密閉される。さらに、マイクロチャンバの内部の容積は、上部エアバッグ２２０の使用により、選択的に変化させることができる。ウェハ２７の上面と空洞２６２の表面との間、およびウェハ２７の下面と表面２６４との間の間隙の容積または大きさを低減するために、上部エアバッグ２２０は膨張され、それは次いで上部チャンバ２４の上面を下方に押圧し、上部チャンバを下部チャンバ２６に向かって下方に押し込む。これは、上部チャンバの上方のより大きい直径部分２１４を上部チャンバの箱構造２８の肩部２１２に向かって下方に移動させる。図１および２に示す通り、上部チャンバのより大きい直径部分２１４の下面と上部箱のショルダ２１２の上面との間に挿置されたＯリング２１６および２１８は、上部チャンバが下部チャンバに向かって下方に移動するときに、圧縮する。こうしてマイクロチャンバ２２の大きさが低減さするときに、依然としてウェハ２７を受け入れるのに充分な間隙が上部チャンバ２４の下面と下部チャンバ２６の上面との間に存在する。ウェハの表面とチャンバの対応する表面との間の隙間は、行われるプロセスまたは洗浄の種類によって異なるが、それでもなお常に非常に狭く、通常は一貫（一定）している。例えばこの間隙は、０．５ｃｍから０．００１ｃｍの間とすることができる。
【００５８】
次に処理流体を、上部および下部チャンバ２４および２６の中心に配置された入口管路３２０および３２２を通して、マイクロチャンバ２２内に導入することができる。上述の通り、代替的または追加の入口管路を利用することができる。入口管路は、処理流体（液体またはガス）のみならず洗浄および乾燥流体（液体またはガス）をも、マイクロチャンバ２２に送ることができる。これらの流体は、チャンバ内に流入した後、マイクロチャンバおよび半導体ウェハに対して半径方向に外側に、それらの外周に向かって流動する。入口管路はまた、チャンバの真空排気またはウェハの保持が必要な場合、真空システムに接続することもできる。
【００５９】
処理流体のマイクロチャンバ２２への流動を開始する前または後のいずれかに、入口流路３３０および／または３２０および３２２、および／または他の流路を通して、チャンバ内にガスを導入することができる。出願人は、この方法でのガスの使用が、使用済み処理流体をウェハ外縁から離れるようにそして回収溝２７６および２７８内へ急速に移動させ、かつ回収溝内の流体をも回収サンプ２８０および２８２に向かって急速に移動させることを発見した。これらのサンプから、回収流体は適切な器具によって分析することができる。出願人は、マイクロチャンバ２２、回収溝２７６および２７８を通してサンプ２８０および２８２内への処理流体の流動は非常に急速であるので、ウェハの化学処理または洗浄の分析は実時間ベースで行われることを発見した。これは、処理流体が回収され、次いで「事後に」分析される先行技術のシステムより、著しく有利である。これらの状況では、処理時間を予測しなければならず、本発明のように実時間ベースで制御することはできない。
【００６０】
本発明はまた、例えば排出口２９０および排出口２９２を通してマイクロチャンバ２２の出口ドレンに真空をもたらす可能性も考えられる。これらの排出口に真空がもたらされる場合、使用済み処理流体はウェハ２７から回収溝、例えば溝２７６および２７８内へ入り、溝を通り、回収サンプ２８０および２８２内へ入り、次いで出口ドレン２８４および２８６を通って流動するように促される。そのような使用済み流体は次いで、即座に分析するために利用可能である。代替的に、そのような回収された使用済み処理流体は、後で分析または処分するために貯蔵することができる。
【００６１】
当接リング２７０と外側リング３００との間に配置された入口管路３３２を通してだけでなく、封止Ｏリング２１６および２１８のすぐ内側に配置された入口管路３３４をも通して、処理マイクロチャンバ２２へガス、例えば不活性ガスを供給することができる。上で説明した通り、入口管路３３２および３３４内のガスの導入は、マイクロチャンバ２２の外周における処理流体の漏出を防止するのに役立つ。しかし、処理流体が当接リング２７０および外側リング３００を超えて漏出した場合、そのような流体が検知溝３１０に達すると、そのような処理流体の存在が検知される。この結果、アラーム音の発生、マイクロチャンバ２２への処理流体の自動停止等のような選択された事象を発生させることができる。
【００６２】
上記の方法は、異なる処理／洗浄流体をマイクロチャンバ２２へ順次導入するために使用することができ、本発明の使用により、これらの処理流体の一部または全部を実時間ベースで分析することができる。
【００６３】
ひとたびウェハ２７の処理または洗浄が完了すると、上部エアバッグ２２０のみならず下部エアバッグ４６をも収縮させ、それによって下部箱構造３２および対応する下部チャンバ２６を上部箱構造２８および対応する上部チャンバ２４に対して下降させ、それによって、処理チャンバの内部へのアクセスを達成することにより、ウェハを処理チャンバから取り出すことができる。その中のウェハ２７を簡便に取り出して、別のウェハと交換することができる。
【００６４】
また、本発明は異なる大きさのウェハを処理および／または洗浄することを考えている。これは、上部および下部チャンバ２４および２６を、異なる大きさのウェハを受け入れることのできる他のチャンバと交換することを必要としてもよい。本発明の構成により、上部および下部チャンバの取外しは容易に達成することができる。これに関連して、下部エアバッグ４６が収縮した状態で、下部チャンバ２６を下部箱３２から上昇させることができる。加えて、上部箱２８を締付け板２０４から切り離して、上部箱を支柱８０に対して下方に摺動させることができるので、次いで上部チャンバ２４を上部箱２８から上昇させることができる。
【００６５】
本発明は幾つかの目的を果たすことができる。例えば、他の検知部品またはシステムと組み合わせることにより、本発明は、ウェハ表面上またはウェハ内のみならず、ウェハの前面または裏面または縁においても、有機または無機の痕跡汚染または物質を決定または分析するために使用することができる。本発明は、処理流体が単に回収溝に蓄積されるというよりむしろ速やかに回収されるので、処理流体とウェハとの間で発生する反応を実時間ベースで調査または分析するために使用することができる。したがって、処理流体とウェハとの間の反応の経時的な変化を実時間ベースで監視することが可能である。
【００６６】
特定の用途の一例として、本発明は、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）または誘導結合プラズマ飛行時間型質量分析法（ＩＣＰ−ＴＯＦＭＳ）を使用する薄膜銅の湿式化学エッチングを監視することができる。このプロセスでは、所望の化学物質、過酸化水素、硝酸、およびフッ化水素酸の混合物から構成されたエッチング流体が、ウェハのどちらの面を分析するかによって入口流路３２２および／または３２０を通して、またはウェハの縁を分析する場合には入口流路３２４および３２６を通して、処理マイクロチャンバ２２内へ導入される。このエッチング流体は、回収溝２７６および２７８に向かって半径方向に外側に減速しながら、銅薄膜と反応する。回収サンプ２８０および／または２８２に回収された使用済み流体は、オンラインＩＣＰ−ＭＳ試験ユニットに差し向けられる。この監視および分析の結果を図１４Ａから１４Ｅにグラフ化する。これらの図は、試験される薄膜に関する情報を与える。図１４Ａのグラフで、値Ａつまり銅の濃度は、銅薄膜での特定の流体、つまり過酸化水素、硝酸、およびフッ化水素酸の混合物によるエッチング速度に直接関係する。図１４Ａのグラフで、値Ｂは基板から除去される銅の最大濃度が減少し始めるのに要する時間を表わすので、これは薄膜の厚さに関係する。排出液中の銅の濃度が最大の濃度の半分に達するのに掛かる時間である値Ｃは、基板上の薄膜の密度に関係する。さらに、形状または勾配Ｄは、基板上の薄膜の結合強度に関係する。結合が強ければ強いほど、勾配Ｄはより穏やかになる。図１４Ａのグラフにプロットされた薄膜湿式エッチングのプロファイルは、エッチングプロセスを調べるために使用することができることを理解されるであろう。このプロットは、プロセスにおける様々な因子の結果を分析して、プロセスの品質を管理すると共に、プロセスで使用される機器の動作を監視することによって、プロセスの歩留まりを向上するための方法を決定するのにも使用することができる。
【００６７】
本発明はまた、基板上に存在する痕跡汚染物質または他の要素について監視するためにも使用することができる。これに関連して、図１４Ｂおよび１４Ｃのプロットを参照されたい。図１４Ｂのプロットは監視される第二要素に対応する一方、分析プロセスにおける早期のスパイクである図１４Ｃのプロットは、薄膜の表面における汚染の存在を示す。
図１４Ｄのプロットはさらなる汚染物質を示す。しかし、この汚染物質は、エッチングプロセス中ずっとその存在が検知されるので、銅層全体に存在する。本発明はまた、銅薄膜プロセスの最初に汚染が発生した場合に、知らせることもできる。例えば、図１４Ｅのプロットは、エッチングプロセスの一番最後になって初めて検知された汚染物質の存在を示す。
【００６８】
ウェハの洗浄は半導体製造にとって重要である。それは最も頻繁に実施される工程段階の一つである。今半導体に組み込まれているより小さいフィーチャー、より薄いゲートスタックの使用、および新素材の使用は、半導体ウェハの洗浄および乾燥の新しい方法を編み出すことを強いている。本発明はまた、ゲート酸化物の洗浄のような重要なプロセスの前または後にウェハの超清浄な表面を調整するためにも使用することができ、かつウェハ洗浄プロセスの進捗を監視するためにも使用することができる。このプロセス中に、液体、ガス、有機溶剤、または無機化学物質混合物とすることのできる洗浄流体は、入口流路３２０および３２２を通して順次または同時に処理チャンバ内に導入される。洗浄プロセス中に、洗浄液（または他の流体）は順次、回収溝２７６および２７８に向かって半径方向に外側に流動する。流体の流量および流動特性は、コンピュータプログラム可能なポンプによって正確に制御することができ、ウェハとチャンバの作業面との間の間隙の大きさは、エアバッグ２２０から上部チャンバに加えられる圧力によって影響される。プロセス中に、洗浄および乾燥効率を高めるために、加熱および真空技術を利用することができる。
【００６９】
上述の通り、ウェハ２７の半径方向に外側の縁に到達する洗浄流体は、内側および外側回収サンプ２８２および２８０に速やかに回収される。本発明のこの使用では、ウェハ表面の両面を同時に洗浄することができるだけでなく、ウェハの縁も洗浄することができる。内側および外側回収サンプ２８２および２８０の一方または両方に回収された流体が試験装置に差し向けられると、ウェハから除去される汚染物質を試験装置によって実時間で監視することができ、ひとたび洗浄流体中の汚染物質が所望のレベルになると、洗浄プロセスを停止することができる。オンライン検出器により、化学物質の最小限の使用および最小限の処理時間で、ウェハ２７の洗浄を達成することができる。過去には、ウェハを適切に洗浄するために必要な時間の長さは推定することしかできず、その時間は必然的に最悪のシナリオを考慮しなければならなかった。そういうものとして、多くの場合、洗浄プロセスは、必要とされるよりかなり長く続けられ、非効率性だけでなく、洗浄流体の無駄をも生じてきた。
【００７０】
本発明のさらなる態様も、半導体ウェハを洗浄するために有利に利用することができる。最新の半導体設計では、洗浄を必要とする半導体構造に比較的深い穴または空洞が形成される。洗浄流体が単に半導体表面に送られるだけである場合、これらの空洞は洗浄に抵抗することができる。これに関連して、穴または空洞内に捕捉された空気または他のガスは、洗浄流体を穴または空洞内に充分に流入させない。しかし、穴または空洞の洗浄は、上部エアバッグ２２０を膨張および収縮させることによってチャンバ２２にポンプ作用を加えることにより、強化することができる。そのようなポンプ作用は、穴または空洞のより深い部分に捕捉されたガスを放出することを助け、かつ洗浄流体を半導体ウェハの空洞内に深く押しやり、その洗浄を補強することができる。
【００７１】
本発明はまた、化学エッチングのような他の処理目的にも使用することができる。微小容積の処理チャンバは、処理化学物質および超純水の使用を実質的に低減して、処理を必要とする廃水の発生の低減を導くだけでなく、使用されるプロセスのより優れた管理をも達成する。使用される化学反応は、単にマイクロチャンバ内の流体を異なる化学反応流体または異なる状態の流体と交換するだけで、非常に迅速に（おそらく数秒以内に）停止または変化させることができる。これに関連して、エッチングプロセスからの排出液の一部が回収サンプ、例えばサンプ２８０に回収され、次いでオンライン検出器により実時間で分析される。所望の量のエッチングが完了すると、ウェハ２７から除去される物質の組成が変化し、それによってエッチングが完了したかまたは完了間近であることを示し、そのときにまたは定められた時間内にプロセスを停止することができる。
理解される通り、エッチングプロセスからの排出液の実時間分析は、幾つかの製造手順を可能にする。例えば、特定の薄膜をその半分の厚さに正確にエッチングするプロセスが必要である場合、既存の処理技術を使用してこれを一貫して達成することは非常に難しい。本発明のオンライン検出器システムにより、エッチングで除去された薄膜の物質の量は綿密に監視することができる。本発明の検出器システムは、オンライン試験／監視により、開始材料の半分がエッチングで除去されたことが示されたときに、プロセスの終点を提供することができる。
【００７２】
本発明は、これまでは不可能であった、半導体ウェハの洗浄および／または処理に関する貴重な情報を実時間ベースで提供することができることは理解されるであろう。
半導体産業におけるその幅広い用途以外に、本発明は半導体産業以外の分野にも適用可能である。一つのそのような分野は、クロマトグラフィ技術によって物質の混合物を分離することにある。
【００７３】
クロマトグラフィは、現代科学における最も強力な分離技術の一つである。クロマトグラフィを多くの他の物理的および化学的な分離の方法から区別する特徴は、二つの相互非混和相を接触させることである。一方の相は固定相であり、他方の相は移動相である。クロマトグラフィでは、分離すべき試料が移動相に導入され、次いで分散固定相またはカラム表面に塗布された固定相を構成する薄膜のコーティングを含むカラムに沿ってその中を移動する。試料中の種は、カラム内を移動しながら、移動相と固定相との間で反復分離を受ける。両方の相を適切に選択すると、試料中の種が徐々に移動相の帯として現われるグループに分離される。固定相で最も小さく分配される種は最初にカラムから流出し、固定相で最も大きく分配される種は最後にカラムから流出する。
【００７４】
本発明では、上部チャンバ２４の下面２６２および下部チャンバ２６の上面２６４、またはウェハ２７の表面を全て、一般的クロマトグラフィのカラムとして利用し、したがって固定相の材料の薄膜を被覆することができる。流体は移動相として利用することができる。試料は、入口流路３２０または３２２に接続された注入弁によって、中心入口流路３２０または３２２から導入することができる。試料を運ぶ流体は半径方向にウェハ２７の縁に向かって流動しかつそれを通過し、次いで内側または外側回収サンプ２８２および２８０に速やかに回収される。液相が流動する間隙の大きさを縮小することにより、固定相の直径を増大することにより、かつ液相の化学的性質を最適化することにより、分離効率を改善することができる。
【００７５】
クロマトグラフィに使用する場合の本発明の独自の特徴の一つは、約３００ｍｍのウェハ直径に対し約０．０１から０．０５ｍｍの間隙サイズで、必要になり得る動作圧力が非常に低く、２００ｐｓｉ未満であることである。対照的に、一般的な液体クロマトグラフィ法は長さ３００ｍｍで直径２ｍｍのカラムを使用し、１０００ｐｓｉを超える圧力で動作する。それでもなお、移動相の流量はわずか約１ｍｌ／分にすぎない。
【００７６】
さらに、現在のクロマトグラフィシステムの高い動作圧力は、高圧に耐えることのできる構成部品および機器を必要とする。そのような機器は非常に高価である。また、そのような機器は設計および操作が複雑である。したがって、本発明により低圧でクロマトグラフィを実行する能力は、著しい利点をもたらす。
【００７７】
本発明の好ましい実施形態を示しかつ説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに様々な変化を施すことができることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】開位置にあるウェハ−処理チャンバと共に示す本発明の略側面図である。
【図２】ウェハ−処理チャンバが閉位置にある状態を示す、図１と同様の図である。
【図３】図１の線３Ｆおよび３に沿って切った断面図である。
【図４】図１の線４−４に沿って切った断面図である。
【図５】図１の線５−５に沿って切った断面図である。
【図６】図１の線６−６に沿って切った断面図である。
【図７】図１の線７−７に沿って切った断面図である。
【図８】上部チャンバ２４の下面の図である。
【図８Ａ】閉位置にある状態を示す本発明の処理チャンバの一部分の拡大部分図である。
【図８Ｂ】閉位置にある処理チャンバの別の部分を示す、本発明のさらなる拡大部分図である。
【図９】上部チャンバ２４と係合するように設計された下部チャンバ２６の上部の図である。
【図９Ａ】図９の線９Ａ−９Ａに実質的に沿って切った図９の一部分の拡大部分図である。
【図１０】わずかに分離された上部および下部チャンバ２４および２６を図９の線１０−１０に実質的に沿って切った断面図である。
【図１１】図１０に示す下部チャンバ２６を、図１０に対して９０°で、図９の線１１−１１に実質的に沿って切った断面図である。
【図１２】本発明の代替的実施形態の図１０と同様の図である。
【図１３】本発明の更なる実施形態の図１０と同様の図である。
【図１４Ａ】化学的エッチングプロセスで半導体ウェハ基板から除去される物質の濃度の経時的プロットである。
【図１４Ｂ】半導体ウェハ基板から除去される異なる元素または物質の、図１４Ａに示すものと同様のプロットである。
【図１４Ｃ】半導体ウェハ基板からの汚染の除去を示す、図１４Ａと同様のプロットである。
【図１４Ｄ】半導体基板から除去される汚染物質の図１４Ａと同様のプロットである。
【図１４Ｅ】半導体ウェハ基板から除去されるさらなる汚染物質を示す、図１４Ａと同様のプロットである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
2007502550.tif 000020
【図１４Ｃ】
2007502550.tif 000021
【図１４Ｄ】
2007502550.tif 000022
【図１４Ｅ】
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【国際調査報告】
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2007502550.tif 000025
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