(57)【要約】      （修正有）【課題】汚染を低減し、洗浄コストを低下させ、より効率的にウェーハ表面に流体を供給および除去する装置および手法の提供。【解決手段】処理流体は、ウェーハ表面に向けて供給され、出口３０４によって提供される真空により、ウェーハ上の流体と共に、ほぼ即座に除去される。ウェーハ表面に向けて供給され、ウェーハ表面上の任意の流体と共に、近接ヘッドとウェーハ表面との間の領域に一瞬存在する処理は、メニスカス１１６を形成し、メニスカス１１６の境界は、ＩＰＡ／処理流体界面１１８となる。したがって、メニスカス１１６は、表面に向けて供給され、実質的に同時に、ウェーハ表面上の任意の流体と共に除去される一定の流動となる。ウェーハ表面からの処理流体の即時に近い除去は、乾燥中のウェーハ表面領域での流体の小滴の形成を防止し、ウェーハ１０８上での汚染の可能性を低減する。【選択図】  図３
2005328039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法であって、
前記基板の表面上に、流体メニスカスを画定する流体層を生成するステップを備え、
前記生成するステップは、
前記基板に近接してヘッドを移動させるステップと、
前記流体層を画定するために、前記ヘッドが前記基板の前記表面に近接している状態で、前記ヘッドから前記表面に流体を供給するステップと、
真空により、前記近接ヘッドを介して前記表面から前記流体を除去するステップと、
を含み、
前記流体は、前記ヘッドが前記表面の近くにあるほど増加する速度で、前記ヘッドと前記基板との間の前記流体層に沿って移動する、
方法。
【請求項２】
前記ヘッドは、前記流体層の前記生成ステップ中、約５ミクロンないし約５００ミクロンの距離にあり、前記速度は、５ｃｍ／秒ないし２００ｃｍ／秒である、請求項１記載の基板を処理する方法。
【請求項３】
前記流体は、約５０ｍｌ／秒ないし約５００ｍｌ／秒の流量を有する、請求項２記載の基板を処理する方法。
【請求項４】
前記流体メニスカスは、エッチング工程、洗浄工程、めっき工程、又は乾燥工程のうちの一つを実行する、請求項１記載の基板を処理する方法。
【請求項５】
前記流体層を生成するステップは、流体入口を介して前記基板の前記表面に対して前記流体を供給するステップと、流体出口を介して前記基板の前記表面から前記流体を除去するステップとを含む、請求項１記載の基板を処理する方法。
【請求項６】
前記流体は、エッチング流体、めっき流体、洗浄流体、又はリンス流体のうちの一つである、請求項５記載の基板を処理する方法。
【請求項７】
前記流体を生成するステップは、前記流体メニスカスに対して表面張力低減流体を供給するステップを含む、請求項１記載の基板を処理する方法。
【請求項８】
前記流体を除去するステップは、前記流体出口を介して前記真空を提供するステップを含む、請求項５記載の基板を処理する方法。
【請求項９】
基板を処理する装置であって、
前記基板の表面に近接して移動可能であると共に、流体メニスカスを画定するために前記基板の前記表面上に流体層を生成可能なヘッドを備え、
前記近接ヘッドは、
前記流体層を画定するために前記基板の前記表面に流体を供給するように構成された少なくとも一つの入口と、
前記基板の前記表面から前記流体を除去するように構成された少なくとも一つの出口と、を含み、
前記ヘッドは、前記ヘッドが前記表面の近くにあるほど増加する速度で、前記ヘッドと前記基板との間の前記流体層に沿って前記流体を移動させることができる装置。
【請求項１０】
前記ヘッドは、動作時に、前記表面から約５ミクロンないし約５００ミクロンの距離へ移動するように構成される、請求項９記載の基板を処理する装置。
【請求項１１】
ヘッドは、約５０ｍｌ／秒ないし約４０００ｍｌ／秒の流量で前記表面に対して前記流体を供給できる、請求項９記載の基板を処理する装置。
【請求項１２】
前記流体メニスカスは、エッチング工程、洗浄工程、めっき工程、又は乾燥工程のうちの一つを実行する、請求項９記載の基板を処理する装置。
【請求項１３】
前記出口は、前記表面から前記流体を除去するために真空を提供する、請求項９記載の基板を処理する装置。
【請求項１４】
前記ヘッドは、１０ｃｍ／秒ないし１００ｃｍ／秒の速度で、前記入口から前記出口へ、前記基板の前記表面に沿って前記流体を移動させることが可能である、請求項９記載の基板を処理する装置。
【請求項１５】
前記流体層は、エッチング流体、めっき流体、洗浄流体、又はリンス流体のうちの一つを含む、請求項９記載の基板を処理する装置。
【請求項１６】
更に、前記流体メニスカスの境界に表面張力低減流体を供給することが可能な追加の入口を備える、請求項９記載の基板を処理する装置。
【請求項１７】
前記表面張力低減流体は、窒素ガス中のイソプロピルアルコール蒸気である、請求項９記載の基板を処理する装置。
【請求項１８】
動作時に基板表面に近接して移動可能なヘッドと、
前記ヘッドを介して前記基板表面に流体を送給する第一の流路と、
前記基板表面から前記流体を除去する第二の流路であって、動作時に、前記流体が前記基板表面の上に流体層を形成する第二の流路と、
を備える基板処理システムであって、
前記流体は、前記ヘッドが前記基板表面の近くにあるほど増加する速度で、前記ヘッドと前記基板表面との間の前記流体層に沿って移動する、
基板処理システム。
【請求項１９】
前記ヘッドは、動作時に前記基板表面から約５ミクロンないし約５００ミクロンの距離へ移動するように構成される、請求項１８記載の基板処理システム。
【請求項２０】
前記ヘッドは、約１０ｃｍ／秒ないし約１００ｃｍ／秒の流量で前記流体を供給できる、請求項１８記載の基板処理システム。
【請求項２１】
前記流体層は、エッチング工程、洗浄工程、めっき工程、又は乾燥工程のうちの一つを実行する、請求項１８記載の基板処理システム。
【請求項２２】
前記第二の流路は、前記基板表面から前記流体を除去するために真空を提供する、請求項１８記載の基板処理システム。
【請求項２３】
前記流体は、エッチング流体、めっき流体、洗浄流体、又はリンス流体のうちの一つである、請求項１８記載の基板処理システム。
【請求項２４】
更に、前記基板表面に表面張力低減流体を供給することが可能な追加入口を備える、請求項１８記載の基板処理システム。
【請求項２５】
前記表面張力低減流体は、窒素ガス中のイソプロピルアルコール蒸気である、請求項２４記載の基板処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ処理に関し、特に、汚染を低減し、ウェーハ洗浄コストを低下させる一方で、より効率的にウェーハ表面において流体を供給及び除去する装置及び手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップ製造プロセスでは、洗浄及び乾燥といった工程を使用してウェーハを処理する必要があることは周知である。こうしたタイプの工程のそれぞれでは、ウェーハ工程プロセスのために流体を効果的に供給及び除去する必要がある。
【０００３】
例えば、ウェーハの表面に不必要な残留物を残す製造工程が実行された際には、ウェーハ洗浄を実施しなくてはいけない場合がある。こうした製造工程の例には、プラズマエッチング（例えば、タングステンエッチバック（ＷＥＢ））及び化学機械研磨（ＣＭＰ）が含まれる。ＣＭＰにおいて、ウェーハは、ウェーハ表面を回転ベルト又は回転プラテンに押し付けるホルダに配置される。このベルトは、化学物質及び研磨材からなるスラリを使用して、研磨を行う。残念なことに、このプロセスは、ウェーハ表面にスラリ粒子及び残留物の蓄積を残す傾向にある。ウェーハ上に残った場合、不必要な残留物質及び粒子は、特に、ウェーハ表面のスクラッチや、金属配線構造間での不適切な相互作用のような欠陥を引き起こす恐れがある。場合によっては、こうした欠陥により、ウェーハ上のデバイスは、動作不能になり得る。したがって、動作不能デバイスを有するウェーハを廃棄する過度のコストを回避するために、不必要な残留物を残す製造工程後には、適切かつ効率的にウェーハを洗浄する必要がある。
【０００４】
ウェーハを湿式洗浄した後、ウェーハは、水又は洗浄流体の残りがウェーハ上に残留物を残すのを防止するために、効果的に乾燥させる必要がある。ウェーハ表面上の洗浄流体が蒸発可能である場合、小滴が形成された時に通常発生するように、洗浄流体に溶解していた残留物又は汚染物は、蒸発後にウェーハ表面上に残る（例えば、ウォータスポットを形成する）。蒸発の発生を防止するために、洗浄流体は、ウェーハ表面上に小滴を形成することなく、可能な限り素早く除去する必要がある。これを達成する試みでは、回転乾燥、ＩＰＡ、又はマランゴニ乾燥といった、数種類の乾燥手法の一つが利用される。こうした全ての乾燥手法では、ウェーハ表面上での何らかの形態の移動液体／気体界面を利用しており、これを適切に維持した場合、結果として、小滴の形成のないウェーハ表面の乾燥が生じる。残念なことに、前記の乾燥方法の全てにおいて往々にして発生するように、移動液体／気体界面が崩壊した場合には、小滴が形成され、蒸発が発生し、結果としてウェーハ表面に汚染物が残る。現在、最も広く使用されている乾燥手法は、スピンリンス乾燥（ＳＲＤ）である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１Ａは、ＳＲＤプロセス中のウェーハ１０上での流体の運動を例示している。この乾燥プロセスでは、濡れたウェーハを回転１４により高速で回転させる。ＳＲＤでは、遠心力を使用することで、ウェーハの濯ぎに使用された流体を、流体方向の矢印１６で図示したように、ウェーハの中心からウェーハの外側へ引っ張り、最終的にはウェーハから引き離す。流体をウェーハから引き離す際には、移動液体／気体界面１２が、ウェーハの中心に形成され、乾燥プロセスの進行と共にウェーハの外側へ移動する（即ち、移動液体／気体界面１２によって形成された円が大きくなる）。図１Ａの例において、移動液体／気体界面１２によって形成された円の内部区域には流体が存在せず、移動液体／気体界面１２によって形成された円の外部区域は、流体となる。そのため、乾燥処理が続くにつれ、移動液体／気体界面１２内部のセクション（乾燥区域）が増加し、一方、移動液体／気体界面１２外部の面積（湿潤区域）は減少する。以前に述べたように、移動液体／気体界面１２が崩壊した場合には、ウェーハ上に流体の小滴が形成され、小滴の蒸発により、汚染が発生する恐れがある。そのため、小滴の形成とその後の蒸発とを制限し、ウェーハ表面での汚染を防ぐことが必須となる。残念なことに、現在の乾燥方法は、移動液体界面の崩壊の防止について、部分的にしか成功していない。
【０００６】
加えて、ＳＲＤプロセスは、疎水性であるウェーハ表面の乾燥に関して難点を有する。疎水性ウェーハ表面は、乾燥させるのが困難な場合があり、これはこうした表面が水及び水ベースの（水性の）洗浄溶液を弾くためである。したがって、乾燥処理を継続し、洗浄流体をウェーハ表面から引き離す際に、残りの洗浄流体は（水性のものに基づく場合）ウェーハ表面に弾かれる。結果として、水性洗浄流体は、最小の面積で、疎水性ウェーハ表面と接触しようとする。加えて、水性洗浄溶液は、表面張力の結果として（即ち、分子水素の結合の結果として）、それ自体に密着する傾向にある。そのため、疎水性の相互作用と表面張力とにより、疎水性ウェーハ表面上では、水性洗浄流体の球（又は小滴）が、制御されない形で形成される。この小滴の形成は、以前に説明した有害な蒸発と汚染とを発生させる。ＳＲＤの制約は、小滴に作用する遠心力が最も小さいウェーハの中心で特に深刻になる。その結果として、ＳＲＤプロセスは現在最も一般的なウェーハの乾燥方法であるものの、この方法では、特に疎水性ウェーハ表面において使用される時、ウェーハ表面での洗浄流体の小滴の形成を低減するのが困難となる可能性がある。ウェーハの特定の部分は、異なる疎水性特性を有し得る。
【０００７】
図１Ｂは、例示的なウェーハ乾燥プロセス１８を例示している。この例において、ウェーハ１０の部分２０は、親水性区域を有し、部分２２は、疎水性区域を有する。部分２０は水を引き付けるため、流体２６は、この区域に溜まる。部分２２は疎水性であるため、この区域は水を弾き、したがって、ウェーハ１０のこの部分には、水の薄い膜が存在する。そのため、ウェーハ１０の疎水性部分は、親水性部分より迅速に乾燥する場合が多い。これは、汚染のレベルを増やし、したがってウェーハ生産歩留まりを低下させる一貫性のない水の乾燥につながり得る。
【０００８】
したがって、ウェーハ表面上の汚染堆積物を低減する最適化されたウェーハでの流体管理及び供給を可能にすることで、従来技術を回避する方法及び装置の必要性が存在する。こうした堆積物は、現在往々にして発生するように、許容可能なウェーハの歩留まりを低下させ、半導体デバイスの製造コストを増加させる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
大まかに言えば、本発明は、高速流体層によりウェーハ表面を処理すると同時にウェーハ汚染を大幅に低減できる基板処理装置を提供することで、こうした必要性を満たす。本発明は、プロセス、装置、システム、デバイス、又は方法を含む、多数の形で実施できると理解されたい。本発明のいくつかの発明実施形態について、下で説明する。
【００１０】
一実施形態では、基板の表面上で流体層を生成するステップを含む、基板を処理する方法が開示され、流体層は流体メニスカスを画定する。生成するステップは、ヘッドを表面に近接して移動させるステップと、流体層を画定するために、ヘッドが基板の表面に近接している状態で、ヘッドから表面に流体を供給するステップと、真空によって、近接ヘッドを介して表面から流体を除去するステップとを含む。流体は、ヘッドが表面の近くにあるほど増加する速度で、ヘッドと基板との間の流体層に沿って移動する。
【００１１】
別の実施形態では、基板の表面に近接して移動し、流体メニスカスを画定するために基板の表面上で流体層を生成できるヘッドを含む、基板を処理する装置が提供される。近接ヘッドは、流体層を画定するために基板の表面に流体を供給するように構成された少なくとも一つの入口と、基板の表面から流体を除去するように構成された少なくとも一つの出口とを含む。ヘッドは、ヘッドが表面の近くにあるほど大きくなる速度で、ヘッドと基板との間の流体層に沿って流体を移動させることができる。
【００１２】
更に別の実施形態では、動作中に基板表面に近接して移動可能なヘッドと、ヘッドを介して基板表面に流体を送給する第一の流路とを含む、基板処理システムが提供される。システムは、更に、基板表面から流体を除去する第二の流路を含み、動作時に、流体は基板表面の上に流体層を形成する。流体は、ヘッドが基板表面に極めて近接するにつれ増加する速度で、ヘッドと基板表面との間の流体層に沿って移動する。
【００１３】
発明の効果
本発明の利点は、数多く存在する。最も顕著なものとして、本明細書で説明する装置及び方法は、高速流体層を有する流体メニスカスを利用して、基板での流体の供給及び除去の最適な管理を伴うステップによって、基板の効率的な処理（例えば、洗浄、乾燥、その他）を行う一方で、ウェーハ表面に残る不必要な流体及び汚染物を低減する。一実施形態では、流体メニスカスを生成するために高速流体を使用することで、流体メニスカス／大気境界に対して表面張力低減ガスを利用する必要なく、流体メニスカスを基板／ウェーハに供給できる。結果として、効率的なウェーハ処理によって、ウェーハの処理及び生産を増大し、より高いウェーハの歩留まりを達成し得る。
【００１４】
本発明の他の態様及び利点は、本発明の原理を例として示す添付図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、添付図面と併せて、以下の詳細な説明から容易に理解されよう。この説明を容易にするため、同様の参照符号は、同様の構造要素を示す。
【００１６】
基板を処理する方法及び装置についての発明を開示する。以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細について述べる。しかしながら、こうした具体的な詳細の一部又全部を除外しても本発明を実施し得ることは、当業者には理解されよう。また、本発明を不必要に曖昧にしないために、周知のプロセスステップについては詳細な説明を省略する。
【００１７】
本発明について、いくつかの好適な実施形態の観点から説明しているが、当業者は、上の明細書を読み且つ図面を検討することで、その様々な変形例、追加例、置換例、及び均等物を認識すると理解されるであろう。したがって、本発明では、本発明の本来の趣旨及び範囲に含まれるこうした全ての変形例、追加例、置換例、及び均等物を包含するものである。
【００１８】
下の図では、高速流体層を使用して一つ以上の特定の形状、サイズ、及び位置の流体メニスカスを生成する近接ヘッド（群）を使用した、例示的なウェーハ処理システムの実施形態を例示ししている。一実施形態において、流体メニスカスを生成するために使用される高速流体は、流体メニスカスによって処理されているウェーハ上でベルヌーイ効果を生成できる。したがって、流体メニスカスによって処理されているウェーハ表面の領域は、流体メニスカスと接触していないウェーハの他の領域と比較して、少ない力によって影響される。結果として、こうした力は、事実上、近接ヘッドと流体メニスカスとの間に、ほぼ引力に似た力を生成する。したがって、このような効果は、流体メニスカスの強化を管理するために表面張力低減ガスを使用する必要なく、極めて管理しやすく安定した流体メニスカスを生成する。
【００１９】
本明細書で説明する技術は、例えば、乾燥、エッチング、めっき、その他といったウェーハ工程（群）の任意の適切なタイプ又はタイプの組み合わせを実行するのに利用し得る。本明細書で説明するようなシステム及び近接ヘッドは、例示的な性質のものであり、一つ以上のメニスカスの生成及び移動を可能にする他の任意の適切なタイプの構成を利用してよいと理解されたい。図示した実施形態において、近接ヘッド（群）は、ウェーハの中心部分からウェーハの縁部へ、直線的な形で移動し得る。近接ヘッド（群）がウェーハの一方の縁部からウェーハの直径に沿った反対側の縁部へ直線的な形で移動する他の実施形態を利用してもよく、或いは、例えば、半径方向運動、円運動、螺旋運動、ジグザグ運動、ランダム運動、その他といった、他の非線形的な移動を利用してもよいと理解されたい。加えて、運動も、ユーザの必要に応じて、任意の適切な指定された運動プロフィールにしてよい。更に、一実施形態においては、ウェーハを回転させ、近接ヘッドがウェーハの全ての部分を処理し得るように、近接ヘッドを直線的な形で移動させてもよい。更に、ウェーハを回転させずに、ウェーハの全ての部分を処理できる形でウェーハの上を移動するように近接ヘッドが構成された、他の実施形態を利用してもよいと理解されたい。加えて、本明細書で説明する近接ヘッド及びウェーハ処理システムは、例えば、２００ｍｍウェーハ、３００ｍｍウェーハ、フラットパネル、その他といった、任意の形状及びサイズの基板を処理するのに利用してよい。
【００２０】
また、近接ヘッドのサイズ、更にはメニスカス（又は実施形態に応じたメニスカス群）のサイズは、変化してもよい。一実施形態において、近接ヘッドのサイズと、メニスカス（又はメニスカス群）の（複数の）サイズとは、処理されているウェーハより大きくてもよく、別の実施形態において、近接ヘッドと、メニスカスのサイズとは、処理されているウェーハより小さくてもよい。更に、本明細書で説明するメニスカスは、例えば、ブラッシング、リソグラフィ、メガソニック、その他といった他の形態のウェーハ処理技術で利用してよい。流体メニスカスは、近接ヘッドにより支持し、（例えば、ウェーハ上へ、ウェーハから離れて、更にはウェーハ全体で）移動させることができる。本明細書で説明するシステムは、例示的な性質のものに過ぎず、本明細書で説明するような近接ヘッドは、任意の適切なシステムにおいて使用してよいと理解されたい。
【００２１】
図２は、本発明の一実施形態による、ウェーハ処理システム１００を図示する。システム１００は、ウェーハを保持し及び／又は回転させ、ウェーハ表面の処理を可能にするローラ１０２ａ及び１０２ｂを含む。システム１００は、更に、一実施形態において上部アーム１０４ａ及び下部アーム１０４ｂにそれぞれ取り付けられる近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂを含む。一実施形態において、近接ヘッド１０６ａ及び／又は１０６ｂは、図５Ａないし９を参照して下で説明するように、ウェーハに高速流体層を供給するように構成してよい。近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂは、例えば、本明細書で説明するような任意の近接ヘッド等、流体メニスカスを生成し得る任意の適切な装置にしてよい。別の実施形態において、近接ヘッド１０６ａ及び／又は１０６ｂは、本明細書で説明するような任意の適切な近接ヘッド（群）にしてよい。上部アーム１０４ａ及び下部アーム１０４ｂは、ウェーハの半径に沿った近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂの実質的に直線的な移動を可能にする組立体の一部にすることができる。更に別の実施形態において、組立体は、ユーザが定義した任意の適切な運動において、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂを移動させてよい。
【００２２】
一実施形態において、アーム１０４は、近接ヘッド１０６ａをウェーハ上方で、近接ヘッド１０６ｂをウェーハ下方で、ウェーハに極めて近接した状態で保持するように構成してよい。例えば、例示的な一実施形態において、これは、近接ヘッドがウェーハ処理を開始する位置まで水平に移動した後、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂをウェーハに極めて近接する位置まで垂直に移動できるように、上部アーム１０４ａ及び下部アーム１０４ｂを垂直に移動可能とすることにより達成してよい。別の実施形態において、上部アーム１０４及び下部アーム１０４ｂは、処理の前にメニスカスが生成される位置で近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂを始動させてよく、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂ間で既に生成されたメニスカスは、ウェーハ１０８の縁部区域から処理対象のウェーハ表面上へ移動させてよい。したがって、上部アーム１０４及び下部アーム１０４ｂは、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂを移動可能にして、本明細書で説明するウェーハ処理が可能になるように、任意の適切な形で構成してよい。更に、システム１００は、（複数の）近接ヘッドをウェーハに極めて近接して移動させ、メニスカスを生成及び制御し得る限り、任意の適切な形で構成してよいと理解されたい。更に、極めて近接した位置は、メニスカスを維持し得る限り、ウェーハから任意の適切な距離にしてよいと理解されたい。一実施形態において、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂ（及び本明細書で説明する他の任意の近接ヘッド）は、それぞれ、ウェーハ表面上で流体メニスカスを生成するために、ウェーハから約０．１ｍｍないし約１０ｍｍに配置してよい。好適な実施形態において、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂ（及び本明細書で説明する他の任意の近接ヘッド）は、それぞれ、ウェーハ表面上で流体メニスカスを生成するために、ウェーハから約５ミクロンないし約５００ミクロンに配置してよく、更に好適な実施形態において、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂ（及び本明細書で説明する他の任意の近接ヘッド）は、ウェーハ表面上で流体メニスカスを生成するために、ウェーハから約７０ミクロンに配置してよい。加えて、流体メニスカスとウェーハ表面との間の距離に応じて、流体メニスカスを作り出す流体の速度は、変化してよい。
【００２３】
一実施形態において、システム１００、アーム１０４は、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂをウェーハの処理済み部分から未処理部分へ移動できるように構成される。ウェーハを要望通りに処理する近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂの運動を可能にする任意の適切な形で移動可能にしてよいと理解されたい。一実施形態において、アーム１０４は、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂをウェーハの表面に沿って移動させるために、モータによって動かしてよい。ウェーハ処理システム１００は近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂと共に図示しているが、例えば、１台、２台、３台、４台、５台、６台、その他といった、任意の適切な数の近接ヘッドを利用してよいと理解されたい。ウェーハ処理システム１００の近接ヘッド１０６ａ及び／又は１０６ｂは、例えば、本明細書で説明する近接ヘッドのいずれかによって示したような、任意の適切なサイズ又は形状にしてもよい。本明細書で説明する様々な構成は、近接ヘッドとウェーハとの間で流体メニスカスを生成する。流体メニスカスは、ウェーハ表面に流体を供給し、表面から流体を除去することで、ウェーハを処理するために、ウェーハ全体で移動させてよい。こうした形で、ウェーハの供給する流体に応じて、洗浄、乾燥、エッチング、及び／又はめっきを達成してよい。したがって、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂは、本明細書で示したような多数の任意のタイプの構成、或いは本明細書で説明するプロセスを可能にするその他の構成を有することができる。更に、システム１００は、ウェーハの一方の表面、或いはウェーハの上面及び底面の両方を処理し得ると理解されたい。
【００２４】
更に、ウェーハの上面及び／又は底面を処理することに加え、システム１００は、あるタイプのプロセス（例えば、エッチング、洗浄、乾燥、めっき、その他）でウェーハの一方の側を処理し、同じプロセスを使用して、或いは、異なるタイプの流体を投入及び排出することで、若しくは異なる構成のメニスカスを使用することで、異なるプロセスを使用して、ウェーハの他方の側を処理してもよい。近接ヘッドは、更に、ウェーハの上面及び／又は底面を処理することに加え、ウェーハのベベルエッジを処理するように構成できる。これは、ベベルエッジを処理するメニスカスをウェーハの縁部から外れるように（又は縁部上へ向かうように）移動させることで達成できる。更に、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂは、同じタイプの装置又は異なるタイプの近接ヘッドにしてよいと理解されたい。
【００２５】
ウェーハ１０８は、所望の近接ヘッドが処理対象のウェーハ１０８の部分に極めて近接可能となる配向性となる限り、任意の適切な配向性で、ローラ１０２ａ及び１０２ｂによって保持し回転させてよい。一実施形態において、ローラ１０２ａ及び１０２ｂは、時計回りの方向で回転し、ウェーハ１０８を反時計回りの方向で回転させることができる。ローラは、望ましいウェーハの回転に応じて、時計回り又は反時計回りの方向で回転させてよいと理解されたい。一実施形態において、ローラ１０２ａ及び１０２ｂによってウェーハ１０８に与えられた回転は、処理されていないウェーハ区域を、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂに極めて近接する位置へ移動させる役割を果たす。しかしながら、回転自体は、ウェーハを乾燥させず、或いは、ウェーハ表面上の流体をウェーハの縁部へ向かって移動させない。したがって、例示的なウェーハ処理工程において、ウェーハの未処理区域は、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂの直線運動と、ウェーハ１０８の回転との両方を介して、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂに対して提供される。ウェーハ処理工程自体は、少なくとも一つの近接ヘッドによって実行してよい。結果として、一実施形態において、ウェーハ１０８の処理部分は、処理工程が進行するにしたがって、螺旋状の動きで、ウェーハ１０８の中央領域から縁部領域へ拡大する。別の実施形態において、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂは、ウェーハ１０８の外周からウェーハ１０８の中心へ移動され、ウェーハ１０８の処理済み部分は、ウェーハ１０８の縁部領域からウェーハ１０８の中央領域へ、螺旋状の動きで拡大する。
【００２６】
例示的な処理工程において、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂは、ウェーハ１０８を乾燥、洗浄、エッチング、及び／又はめっきするように構成してよいと理解されたい。例示的なウェーハ処理実施形態において、少なくとも一つの入口は、処理流体をウェーハ表面に供給するように構成してよく、少なくとも一つの出口は、真空を提供することで、ウェーハと特定の近接ヘッドとの間の領域から流体を除去するように構成してよい（真空出口としても知られる）。随意的な実施形態では、表面張力低減流体（例えば、窒素ガス中のイソプロピルアルコール蒸気）をウェーハ表面の流体に供給するために、追加的な入口を利用してよい。乾燥工程の一実施形態において、少なくとも一つの入口は、ウェーハ表面に脱イオン水を供給してよい。
【００２７】
例示的な洗浄実施形態では、洗浄溶液を、ＤＩＷの代わりとしてよい。例示的なエッチング実施形態は、エッチャントをＤＩＷの代わりとして実行してよい。追加的な実施形態において、処理流体と、めっき用に構成された近接ヘッドの構成とを使用することで、本明細書で説明するようにめっきを達成してよい。加えて、必要な処理工程に応じて、その他のタイプの溶液をウェーハ表面の流体メニスカスに投入し、流体メニスカスから除去してよい。
【００２８】
近接ヘッドの面に位置する入口及び出口は、本明細書で説明するような安定したメニスカスを利用し得る限り、任意の適切な構成にしてよいと理解されたい。一実施形態において、少なくとも一つの入口は、処理流体−真空の配向性を形成するために、少なくとも一つの真空出口に隣接してよく、少なくとも一つの出口は、少なくとも部分的に、少なくとも一つの入口を囲む。所望のウェーハ処理、及びどのタイプのウェーハ処理メカニズムの強化が求められるかに応じて、その他のタイプの配向性を利用してもよいと理解されたい。好適な実施形態では、近接ヘッドとウェーハとの間の位置するメニスカスを知的かつ強力に生成、制御、及び移動させ、ウェーハを処理するために、真空−処理流体の配向性を利用し得る。処理流体入口及び真空出口は、上の配向性が維持される場合、任意の最適な形で配列してよい。例えば、真空出口と処理流体入口とに加えて、付加的な実施形態では、所望の近接ヘッドの構成に応じて、処理流体入口及び／又は真空出口の付加的なセットが存在してもよい。真空−処理流体の配向性の正確な構成は、用途に応じて変化してよいと理解されたい。例えば、真空及び処理流体投入位置の間の距離は、距離に一貫性がある形で、或いは距離に一貫性がない形で、変化させてよい。加えて、真空出口と処理流体入口との間の距離は、近接ヘッド１０６ａのサイズ、形状、及び構成と、処理メニスカスの所望のサイズ（即ち、メニスカス形状及びサイズ）とに応じて、大きさが異なってもよい。
【００２９】
随意的な実施形態では、少なくとも一つのＮ2／ＩＰＡ蒸気入口が、少なくとも一つの真空出口に隣接してよく、少なくとも一つの真空出口は、次に、少なくとも一つの処理流体入口に隣接し、ＩＰＡ−真空−処理流体の配向性を形成する。
【００３０】
一実施形態において、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂは、それぞれウェーハ１０８の上面及び底面に極めて近接して位置決めしてよく、少なくとも一つの入口と少なくとも一つの出口とを利用して、ウェーハ１０８の上面及び底面を処理可能な、ウェーハ１０８と接触したウェーハ処理メニスカスを生成し得る。処理流体がウェーハ表面に供給されるのと実質的に同時に、真空をウェーハ表面に極めて近接して提供し、処理流体と、周囲の外気の一部及び／又はウェーハ表面に存在し得る流体とを除去してよい。近接ヘッドとウェーハとの間の領域に存在する処理流体の一部は、メニスカスである。本明細書での使用において、「排出」という用語は、ウェーハ１０８と特定の近接ヘッドとの間の領域からの流体の除去を指す可能性があり、「投入」という用語は、ウェーハ１０８と特定の近接ヘッドとの間の領域への流体の導入である可能性があると理解されたい。
【００３１】
図３は、本発明の一実施形態による、ウェーハ処理工程を実行する近接ヘッド１０６を提示する。図３ないし４Ｂは、ＩＰＡの供給を使用して流体メニスカスを生成する方法を図示している。図５Ａないし９は、ＩＰＡの供給なしで流体メニスカスを生成する方法及び装置を例示している。近接ヘッド１０６は、一実施形態において、ウェーハ１０８の上面１０８ａに極めて近接する間に移動し、ウェーハ処理工程を実行する。近接ヘッド１０６は、ウェーハ１０８の底面１０８ｂを処理（洗浄、乾燥、めっき、エッチング、その他）するために利用してもよいと理解されたい。一実施形態では、ウェーハ１０８は回転しているため、近接ヘッド１０６は、上面１０８ａが処理されている間に、ヘッドの動きに沿って直線的に移動させてよい。入口３０２を介してＩＰＡ３１０を供給し、出口３０４を介して真空３１２を提供し、入口３０６を介して処理流体３１４を供給することで、メニスカス１１６が生成され得る。図３に図示した入口／出口の配向性は、例示的な性質のものに過ぎず、本明細書で説明するような構成のように、安定した流体メニスカスを生成し得る任意の最適な入口／出口の配向性を利用してよいと理解されたい。一実施形態では、高速流体層を備えたメニスカス１１６を生成し得る。したがって、図６Ａを参照して更に説明するように、ウェーハ１０８上でベルヌーイ効果を生成し、これにより、流体メニスカス１１６の境界に表面張力低減流体（例えば、ガス、物質、液体、その他）を供給する必要性を低減又は除去し得る。
【００３２】
図４は、本発明の一実施形態による、近接ヘッド１０６ａによって実行し得るウェーハ処理工程を例示する。ＩＰＡの供給は随意的であり、図６Ａを参照して説明するような好適な実施形態において、流体メニスカス１１６は、ＩＰＡの供給なしで生成し得ると理解されたい。図４は処理中の上面１０８ａを図示しているが、ウェーハ処理は、ウェーハ１０８の底面１０８ｂについて、実質的に同じ形で達成し得ると理解されたい。一実施形態において、入口３０２は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）蒸気をウェーハ１０８の上面１０８ａに向けて供給するのに利用してよく、入口３０６は、処理流体をウェーハ１０８の上面１０８ａに向けて供給するのに利用してよい。加えて、出口３０４は、上面１０８ａの上又は近くに位置し得る流体又は蒸気を除去するために、ウェーハ表面に極めて近接する領域に真空を提供するのに利用してよい。上記のように、メニスカス１１６を形成し得る限り、入口及び出口の任意の適切な組み合わせを利用してよいと理解されたい。ＩＰＡは、例えば、ＩＰＡが蒸気の形態でＮ2ガスの使用を介して投入される場合のＩＰＡ蒸気等、任意の適切な形態にしてよい。更に、ウェーハ処理を可能にし得る、或いは強化し得る、ウェーハの処理に使用される任意の適切な流体（例えば、洗浄流体、乾燥流体、エッチング流体、めっき流体、その他）を利用してよい。一実施形態において、ＩＰＡの流入３１０は、入口３０２を介して提供され、真空３１２は、出口３０４を介して提供してよく、処理流体の流入３１４は、入口３０６を介して提供してよい。結果として、流体膜がウェーハ１０８上に存在する場合には、第一の流体圧力がＩＰＡの流入３１０によってウェーハ表面に加わり、第二の流体圧力が処理流体の流入３１４によってウェーハ表面に加わり、第三の流体圧力が真空３１２によって加わり、ウェーハ表面上の処理流体、ＩＰＡ、及び流体膜が除去され得る。
【００３３】
したがって、ウェーハ処理の一実施形態において、処理流体の流入３１４とＩＰＡの流入３１０とがウェーハ表面に向けて供給される際には、ウェーハ表面上の流体は（存在する場合）、処理流入３１４に混合される。この時、ウェーハ表面に向けて供給された処理流体の流入３１４は、ＩＰＡの流入３１０に遭遇する。ＩＰＡは、処理流体の流入３１４との界面１１８（ＩＰＡ／処理流体界面１１８としても知られる）を形成し、真空３１２と共に、ウェーハ１０８の表面からの処理流体の流入３１４と他の任意の流体との除去を助ける。一実施形態において、ＩＰＡ／処理流体界面１１８は、処理流体の張力面を減少させる。動作時に、処理流体は、ウェーハ表面に向けて供給され、出口３０４によって提供される真空により、ウェーハ上の流体と共に、ほぼ即座に除去される。ウェーハ表面に向けて供給され、ウェーハ表面上の任意の流体と共に、近接ヘッドとウェーハ表面との間の領域に一瞬存在する処理は、メニスカス１１６を形成し、メニスカス１１６の境界は、ＩＰＡ／処理流体界面１１８となる。したがって、メニスカス１１６は、表面に向けて供給され、実質的に同時に、ウェーハ表面上の任意の流体と共に除去される一定の流動となる。ウェーハ表面からの処理流体の即時に近い除去は、乾燥中のウェーハ表面領域での流体の小滴の形成を防止し、これにより、処理流体が工程（例えば、エッチング、洗浄、乾燥、めっき、その他）に応じた目的を達成した後のウェーハ１０８上での汚染の可能性を低減する。ＩＰＡの下向きの注入の（ＩＰＡの流量によって発生する）圧力も、メニスカス１１６を封じ込めるのを助ける。
【００３４】
ＩＰＡを含有するＮ2搬送ガスの流量は、近接ヘッドとウェーハ表面との間から出口３０４（真空出口）へ処理流体の流動を移動させる、或いは押し込むのを助けてよく、出口３０４を介して、流体は、近接ヘッドから排出されてよい。処理流体の流動の押し込みは、プロセスの要件ではないが、メニスカス境界制御を最適化するために使用可能であることに留意されたい。したがって、ＩＰＡ及び処理流体が出口３０４に引き込まれる際には、ガス（例えば、空気）が流体と共に出口３０４に引き込まれているため、ＩＰＡ／処理流体界面１１８を作り出す境界は、連続的な境界ではなくなる。一実施形態において、出口３０４からの真空が処理流体、ＩＰＡ、及びウェーハ表面上の流体を引き込む際には、流体３０４への流動は、不連続となる。この流動の不連続性は、流体とガスとの組み合わせに真空の影響を与えた時にストロを介して引き上げられる流体とガスとに類似する。結果として、近接ヘッド１０６ａが移動するにしたがって、メニスカスは、近接ヘッドと共に移動し、以前にメニスカスによって占有されていた領域は、ＩＰＡ／処理流体又は処理流体のみの界面１１８の移動によって、乾燥済みとなる。更に、装置の構成と所望のメニスカスのサイズ及び形状とに応じて、任意の適切な数の入口３０２、出口３０４、及び入口３０６を利用してよいと理解されたい。別の実施形態において、液体の流量及び真空の流量は、真空出口への液体流動全体が連続的となるようなものであるため、真空出口にはガスが流入しない。メニスカス１１６を作り出す高速流体層を維持できる限り、処理流体及び真空には任意の適切な流量を利用してよいと理解されたい。流体の流量は、流体メニスカス１１６がベルヌーイ型の効果をウェーハ表面上で維持できる限り、近接ヘッドのサイズに応じて変化させてよいと理解されたい。利用し得る特定の流量については、下の図６Ａを参照して更に詳細に説明する。一実施形態において、大きなヘッドは、小さな近接ヘッドより高い流体の流動速度を有してよい。これが生じ得るのは、一実施形態において、大きな近接ヘッドが多くの入口３０６及び出口３０４を有するためである。
【００３５】
利用する処理流体に応じて、メニスカスを使用して任意の適切なタイプのウェーハ処理工程を実行し得ると理解されたい。例えば、ＳＣ−１、ＳＣ−２、その他といった洗浄流体を処理流体として使用して、ウェーハ洗浄工程を発生させてよい。同様の形で、異なる流体を利用してよく、同様の入口及び出口の構成を利用してよいため、ウェーハ処理メニスカスは、ウェーハのエッチング及び／又はめっきも実行し得る。一実施形態では、例えば、ＨＦ、ＥＫＣ専売溶液、ＫＯＨ、その他といったエッチング流体を利用して、ウェーハをエッチングしてよい。別の実施形態では、例えば、硫酸銅、塩化金、硫酸銀、その他を、電気入力と併せて供給してよい。
【００３６】
図５Ａないし９は、ウェーハに処理流体を供給し、少なくとも一つの出口を介して処理流体を除去するために、少なくとも一つの入口を有し得る近接ヘッド１０６の実施形態を図示している。図５Ａないし９を参照して説明する好適な実施形態は、ＩＰＡを供給する必要なく、安定した移動可能な流体メニスカスを生成し得る。例示的な一実施形態において、近接ヘッドは、少なくとも一つの入口を介してウェーハ表面に高速流体層を供給し、少なくとも一つの出口を介して、高速流体層から流体を除去することで、流体メニスカスを生成し得る。高速流体層を近接ヘッドとウェーハ表面との間に供給することで、ベルヌーイ型の効果を生成し得るため、流体メニスカスと接触するウェーハ表面の領域上には、低ダウンフォース領域が形成され得る。流体がウェーハ表面に供給される際には、一実施形態において、出口からの真空と、近接ヘッド及びウェーハ表面間の小さな隙間との組み合わせは、高速流体層を作り出す流体の高い速度を発生させ得る。したがって、流体メニスカスの流体は、ウェーハ表面の上を高い速度で移動し、高い速度は、流体を除去する真空と、近接ヘッド及び基板表面間の小さな隙間を移動する流体とによって生成される。近接ヘッドとウェーハ表面との間で、隙間が小さくなると、高速流体層を作り出す流体の速度は増加し得る。結果として、低ダウンフォース領域は、ウェーハ表面と近接ヘッドの処理面との間で平衡距離が達成されるまで、近接ヘッドとウェーハとを互いに向けて引き付け得る。これにより生成された流体メニスカスは、流体の小滴を残すことなく、最適な形でウェーハの表面において流体を供給及び除去し、同時に、ウェーハ表面における汚染のレベルを大きく低減する。
【００３７】
図５Ａは、本発明の一実施形態による、近接ヘッド１０６’の平面図を例示する。近接ヘッド１０６’は、複数の入口３０６と複数の出口３０４とを備えた区域を含む処理領域３２０を含む。一実施形態において、複数の入口３０６は、ウェーハ表面上に高速度の流体層を生成する流量で、ウェーハ表面に対して処理流体を供給できるように構成される。複数の出口３０４は、一実施形態において、流体メニスカスの境界に真空を提供し、複数の入口３０６によって投入された流体メニスカスから流体の一部を除去する。図６Ａを参照して更に詳細に説明するように、ウェーハ表面上の高速流体は、利用される処理流体に応じて任意の適切なタイプのウェーハ表面処理を生成可能なウェーハ表面上の流体メニスカスとなる。加えて、近接ヘッド１０６’がウェーハ１０８上方にある実施形態において、表面張力とベルヌーイ型の効果との両方による高速流体層は、流体メニスカスを生成するために処理領域の下で所定の位置に保持される。したがって、流体メニスカス内で移動する流体は非常に急速に移動しているため、近接ヘッドとウェーハ１０８との間には低圧が存在し、この低圧は、流体ベアリングとして機能する流体メニスカスによる近接ヘッドに対するウェーハ１０８の吸着を発生させる。加えて、こうした安定した非常に薄い流体メニスカスの生成は、例えば、ＩＰＡ蒸気のような表面張力低減流体を供給する別のソース出口の必要性を除去する。
【００３８】
図５Ｂは、本発明の一実施形態による、近接ヘッド１０６’の斜視図を図示する。一実施形態において、近接ヘッド１０６’は、複数の出口３０４によって実質的に囲まれた入口３０６の列を含む。したがって、処理流体が入口３０６の列からウェーハ表面に供給される際には、高速度の流体は、ウェーハ表面に層を形成し、ベルヌーイ型の効果を発生させる。近接ヘッド１０６’は、高速流体による流体メニスカスが生成され得る限り、任意の適切なサイズ及び形状にしてよいと理解されたい。一実施形態において、近接ヘッド１０６’は、ウェーハより小さくしてよく、処理工程のためにウェーハ上を走査してよい。別の実施形態において、近接ヘッド１０６’は、ウェーハの直径より長い長さを有してよい。こうした実施形態では、図７を参照して説明するように、近接ヘッド１０６は、ウェーハ上を一度走査することで、ウェーハの表面全体を処理できる。加えて、近接ヘッド１０６’は、プラスチック、サファイア、石英、金属といった任意の適切な材料で作成してよいと理解されたい。加えて、近接ヘッド１０６’は、複数の材料で作成してよい。一実施形態では、図９を参照して下に示したように、近接ヘッド１０６’の処理領域は、例えば、サファイア等の構造的及び化学的に極めて安定した材料で作成可能であり、近接ヘッドの残りは、プラスチックで作成できる。
【００３９】
図６Ａは、本発明の一実施形態による、ウェーハ表面上の高速流体層により流体メニスカス１１６を生成する近接ヘッド１６０’の側面図を例示する。近接ヘッド１０６’は、処理流体の供給３３６によって図示したように、入口３０６を介してウェーハ表面に処理流体を供給する。処理流体は、高速で供給されるため、本質的に流体メニスカス１１６である高速流体層が形成される。流体層の高速での移動は、方向矢印３４４によって図示している。ウェーハ表面に供給された処理流体は、出口３０４を介して、真空３３４によって除去される。
【００４０】
別の実施形態において、真空３３４は、図示したソース出口３０４の一方のみにおいて使用できる。入口３０６を介して単位時間当たりに供給される処理流体の体積は、出口３０４を介して単位時間当たりに除去される処理流体と実質的に等しいと理解されたい。本質的に、流体メニスカスが近接ヘッド１０６’とウェーハ１０８との間で確立すると、一実施形態において、ソース入口３０６を介した流体の流入と、ソース出口３０４を介した流体の流出との定常状態は、メニスカスの安定を維持し得る。したがって、出口３０４を介して提供される真空と、入口３０６を介して供給される処理の流量とは、単位時間当たりに流体メニスカス１１６から除去される流体の量と実質的に同じ量の流体が単位時間当たりに流体メニスカス１１６に投入されるように調整してよい。
【００４１】
方向３４４における流体の流量は、流体の速度に高さ（例えば、近接ヘッド１０６’とウェーハ１０８との間の空間の高さ）を乗じたものに比例する。したがって、ソース入口３０６への流量を増加させ、ソース出口３０４からの流体除去を増加させることで、近接ヘッド１０６’とウェーハ１０８との間に高速度の流体を発生させ、これにより、流体速度により変化する高さを得られる。加えて、高さを特定のポイントに設定し、流動を一定に維持することで、流体速度を増加させ、ウェーハ１０８と近接ヘッド１０６’との間に低圧領域を生成し得る。したがって、流体の速度が大きくなると、高さは小さくなる。したがって、流量が一定に維持されると仮定する場合、近接ヘッドとウェーハ表面との間の隙間が小さくなると、ウェーハ表面上の流体の速度の割合は高くなる。したがって、一実施形態において、入口３０６と出口３０４との間の領域では、流体は、高速流体領域３４８において、より高い速度で移動する。結果として、これにより、流体メニスカス１１６によって処理されているウェーハ表面に低圧区域が生成される。この領域を取り囲む高圧区域と比較して低圧であるこの区域は、近接ヘッド１０６’とウェーハ１０８との間に引力を発生させる。
【００４２】
高速流体層によって発生させたベルヌーイ型の効果と、表面張力とにより、流体メニスカス１１６は、メニスカスの劣化なくウェーハ表面全体で移動可能な、極めて安定したものにできる。加えて、ウェーハ表面上で発生させたベルヌーイ型の効果は、近接ヘッド１０６’とウェーハ１０８との間に、近接ヘッド１０６をウェーハ１０８に極めて近接した状態に維持する力３４６を生成する。したがって、一実施形態では、流体メニスカス１１６を作り出す流体層における流体の速度に応じて、近接ヘッド１１６とウェーハ１０８との間の距離３８２は、変化してよい。
【００４３】
特定の経路内の特定の流体速度は、異なるタイプの低圧域を生成し得る。したがって、流量を更に高くして流体メニスカスへ流体を供給することで、低圧区域を更に低圧の区域にしてよく、これにより、ウェーハ１０８と近接ヘッド１０６’との間の引力は増加する。したがって、流体メニスカス１１６内での流体速度を制御することで、ウェーハ１０８と近接ヘッド１０６’との間の低圧の量を調節し得る。結果として、流体メニスカス１１６を介して特定の速度で流体を供給することで、特定のレベルの低圧を達成し得る。結果として、ウェーハの背面に対する圧力は一定となり得るのに対して、正面（流体メニスカスを有する側）における圧力は低下する。したがって、ウェーハ１０８背面の圧力は、近接ヘッド１０６’に対する方向へウェーハを押し付ける。
【００４４】
低圧の量は近接ヘッド１０６’と流体メニスカス１１６との間の引力の量に相関するため、近接ヘッド１０６とウェーハ１０８との間の空間は、流体速度によって変化させ得る。異なる実施形態では、距離３８２を設定し、方向３４４における最適な処理流体速度を利用して、最適な流体メニスカスの凝集性を発生させてよい。
【００４５】
更に、流体メニスカス１１６を生成するために高速流体を供給することで、高速流体によって生成された低圧領域は、ウェーハ１０８を移動させ、ウェーハ１０８を位置決めし、ウェーハ１０８を整合させることができる。
【００４６】
加えて、高さを非常に短い距離に減少させることで、流量を低くし、依然として高速度の流体を得ることができる。したがって、より少ない量の流体を、ウェーハ処理に使用できる。更に、近接ヘッド１０６’は、任意の適切なタイプの流体を使用して、流体メニスカス１１６を生成し得ると理解されたい。結果として、利用された流体に応じて、例えば、エッチング、洗浄、リンス、乾燥、その他といった、任意の適切なタイプのウェーハ処理工程を実行し得る。更に、流体メニスカス１１６は、近接ヘッド１０６’の処理面での流路の構成に応じて、乾燥又は湿潤面を処理し得る。
【００４７】
したがって、所望のウェーハ処理工程に応じて、距離３８２は、近接ヘッド１０６とウェーハ１０８との間に高速流体層を備えた流体メニスカス１１６を生成し得る限り、任意の適切な距離にしてよい。一実施形態において、距離３８２は、約５ミクロンないし約５００ミクロンである。別の実施形態において、距離３８２は、約５０ミクロンないし約２００ミクロンであり、一方、好適な実施形態において、距離３８２は、約７０ミクロンにしてよい。加えて、入口と出口との間を移動する時の流体の速度は、５ｃｍ／秒ないし２００ｃｍ／秒にしてよい。別の実施形態において、近接ヘッドは、流体をウェーハ表面に沿って、入口から出口へ、１０ｃｍ／秒ないし１００ｃｍ／秒の速度で移動させることができる。
【００４８】
流体の流量と、流体メニスカスの高さ（例えば、近接ヘッド１０６’とウェーハ１０８との間の距離）とは、表１において下に示すような関係を有する。
表１
速度＝流量／２（ＬＨ）
表１に図示した式で利用されるものとして、Ｌは、メニスカス１１６の長さであり、Ｈは、流体メニスカスの高さである。所望のウェーハ処理工程に応じて、流体メニスカス１１６は、任意の適切な寸法にしてよいと理解されたい。以下の流体メニスカス１１６の寸法は、純粋に例示的な目的で利用されており、流体メニスカスをこうした寸法に制限すると解釈されるべきではない。一実施形態において、流体メニスカス１１６は、５０ｍｍの長さと、約０．２５インチ（６．３５ｍｍ）の幅とを有してよい。表１に示した式を使用することで、高さＨが１．５ｍｍである場合には、流量１０００ｍｌ／分において速度１０ｃｍ／秒が得られ、流量５００ｍｌ／分において速度５ｃｍ／秒が得られ、流量１００ｍｌ／分において速度１ｃｍ／秒が得られる。別の例において、流体メニスカスの高さ（例えば、近接ヘッド１０６とウェーハ１０８との間の隙間）が約０．００５ｃｍである場合、流量１Ｌ／分において速度１６７ｃｍ／秒が得られ、流量５００ｍｌ／分において速度８３ｃｍ／秒が得られ、流量１００ｍｌ／分において速度１７ｃｍ／秒が得られる。例示的な計算は、純粋に例示的な目的で行われたものであり、流体メニスカス１１６の寸法に応じて、上の計算は変化し得ると理解されたい。
【００４９】
図６Ｂは、本発明の一実施形態による、ウェーハ１０８の平面と比較して角度の付いた近接ヘッド１０６’を図示している。一実施形態において、近接ヘッド１０６’には、角度θ452だけ角度が付いており、ここで、近接ヘッド１０６’とウェーハ１０８との間の距離は、構成及び所望のプロセス工程に応じて変化できる。角度θ452は、流体メニスカスをウェーハ表面上に形成し得る限り、任意の適切な角度にしてよい。一実施形態において、角度θ452は、０ないし２度にしてよい。別の実施形態において、角度θ452は、２ないし１０度にしてよく、好適な実施形態において、θ452は、約０．３度の角度である。
【００５０】
角度θ452を有することで、メニスカス１１６の形状は、変化させてよい。一実施形態では、角度θ452を含めることで、近接ヘッド１０６’は、特定の方向での動作に最適化し得る。例えば、図６Ｂに図示したように、近接ヘッド１０６’の右側は、近接ヘッド１０６’の左側より高く持ち上げられる。したがって、近接ヘッド１０６’によって生成された流体メニスカス３１６は、左側より右側で、より大きな高さを有する。こうした実施形態において、流体メニスカス３１６は、左側への最適な移動パターン（例えば、流体メニスカス３１６の薄い端部が先端部となる）を有する可能性があり、処理対象のウェーハ表面は、流体メニスカス３１６の左側に最初に遭遇する。この場合、流体メニスカス３１６の右側は、処理区域から最後に離れる。
【００５１】
図示したような流体メニスカス３１６の右側の境界での流体−空気の相互作用のため、ウェーハ表面の処理済み領域は、流体メニスカス３１６の右側が処理領域に最後に接触した場合よりも効果的な形で乾燥されて残される。加えて、図６Ｂに図示した構成において、流体メニスカス３１６の先端部が、より薄い流体の層を有する側である時、近接ヘッド１０６’は、より高速で移動させ得るため、一定の時間の長さで、より多くのウェーハ面積を処理できる。一実施形態において、ウェーハ１０８は固定した形で保持し得るため、近接ヘッド１０６’の任意の部分とウェーハ１０８との間の距離は変化しない。このようにして、処理環境は、一定に維持し得る。
【００５２】
図７は、本発明の一実施形態による、ウェーハ１０８の直径に渡って延びる近接ヘッド１０６’’を図示している。一実施形態において、近接ヘッド１０６’’は、ウェーハ１０８の一端部から開始し、方向５０２でウェーハ１０８の直径に沿って移動してウェーハ１０８を処理できる。一実施形態において、近接ヘッドはウェーハの上方及び下方に存在し得るため、流体メニスカス１１６は、近接ヘッドの間に形成できる。
【００５３】
図８は、本発明の一実施形態による、ウェーハ１０８上で動作する過程にある近接ヘッド１０６ａ’’及び１０６ｂ’’を示している。近接ヘッド１０６ａ’’及び１０６ｂ’’の一実施形態において、近接ヘッド１０６ａ’’及び１０６ｂ’’の入口３０６は、処理流体の供給により、近接ヘッド１０６ａ’’及び１０６ｂ’’の間の高速流体層、流体メニスカス１１６を生成する。距離３４６は、近接ヘッド１０６ａ’’及び１０６ｂ’’を分かつ距離であってよく、したがって、流体メニスカスは、距離３４６の高さで生成してよい。高速流体層は、近接ヘッド１０６ａ’’及び１０６ｂ’’の間に低圧領域を生成可能であり、これにより、近接ヘッド１０６ａ’’及び１０６ｂ’’の間には引力が発生する。したがって、近接ヘッド１０６ａ’’によって生成された流体メニスカスは、流体メニスカスを作り出す流体の速度に応じて、極めて薄くなり得る。近接ヘッド１０６ａ’’及び１０６ｂ’’の間に生成された低圧領域のため、流体メニスカスは、極めて安定し、移動可能となる。加えて、移動中の生成済み流体メニスカスは、水の小滴を残さず、汚染なしで、処理済みの表面を乾燥した状態のままとし、これにより、ウェーハ処理工程を強化する。
【００５４】
図９は、本発明の一実施形態による、第一の部品と第二の部品とを有する近接ヘッド１０６’’’を例示する。一実施形態において、近接ヘッド１０６’’’は、ウェーハ１０８に極めて近接するように構成された第一の部品６００と、第一の部品６００を囲み得る第二の部品６０２とを含んでよい。こうした実施形態において、第一の部品６００は、例えば、サファイアのような、厳密な公差性能を有する材料にしてよい。第二の部品６０２は、例えば、プラスチック、ＰＥＴ、その他のような、構成するのが容易な材料にしてよい。第一の部品６００と第二の部品６０２とは、共にボルト留めするか、或いは接着剤により共に接着してよい。一実施形態において、第一の部品６００と第二の部品６０２とは、第一の部品６００が第二の部品６０２よりもウェーハ１０８に極めて近接するように構成してよい。この方法において、最も高い寸法公差を備えた近接ヘッド１０６’’’のセクションは、流体メニスカス１１６が生成される処理領域に配置してよい。
【００５５】
一実施形態において、近接ヘッド１０６’’’は、少なくとも一つの入口３０６と、少なくとも一つのソース出口３０４とを含んでよい。少なくとも一つのソース入口３０６は、ウェーハ１０８の表面に処理流体を供給してよい。流体は、その後、ウェーハ１０８の表面から流体を除去するために真空を利用し得るソース出口３０４へ向かう高速層内を移動する間に、流体メニスカス１１６を形成し得る。このようにして、薄い高速層を、ウェーハ表面上でウェーハと近接ヘッド１０６’’’との間に生成してよい。したがって、ウェーハ表面上ではベルヌーイ効果が発生可能であり、これにより、流体メニスカスを安定させ、ウェーハ表面からの流体の最適な除去を介して、小滴又は汚染を残すことなく、ウェーハ表面での流体メニスカスの移動が可能となる。
【００５６】
以下の図では、流体メニスカスを生成可能な例示的な近接ヘッドを備えた例示的なウェーハ処理システムを説明する。流体メニスカスを生成可能な任意の適切なタイプの近接ヘッドを備えた任意の適切なタイプのシステムを、本明細書で説明する本発明の実施形態で使用し得ると理解されたい。
【００５７】
図１０は、本発明の一実施形態によるウェーハ処理システム１１００を示す。例えば、ローラ、ピン、プラテン、その他といった、ウェーハを保持又は移動させる任意の最適な形を使用できると理解されたい。システム１１００は、ウェーハ表面の処理が可能となるようにウェーハを保持し回転させることができるローラ１１０２ａ、１１０２ｂ、及び１１０２ｃを含んでよい。システム１１００は、更に、一実施形態において上部アーム１１０４ａ及び下部アーム１１０４ｂにそれぞれ取り付け可能となる近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂを含んでもよい。上部アーム１１０４ａ及び下部アーム１１０４ｂは、ウェーハの半径に沿った近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂの実質的に直線的な移動を可能にする近接ヘッドキャリヤ組立体１１０４の一部にすることができる。一実施形態において、近接ヘッドキャリヤ組立体１１０４は、近接ヘッド１０６ａをウェーハ上方で、近接ヘッド１０６ｂをウェーハ下方で、ウェーハに極めて近接した状態で保持するように構成してよい。これは、近接ヘッドがウェーハ処理を開始する位置まで水平に移動した後、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂをウェーハに極めて近接する位置まで垂直に移動できるように、上部アーム１１０４ａ及び下部アーム１１０４ｂを垂直に移動可能とすることにより達成してよい。別の実施形態では、流体メニスカスを二つの近接ヘッド１０４ａ及び１０４ｂの間に形成し、ウェーハの上面及び底面に移動させてよい。上部アーム１１０４ａ及び下部アーム１１０４ｂは、近接ヘッド１０６ａ及び１０６ｂを移動可能にして、本明細書で説明するウェーハ処理が可能になるように、任意の適切な形で構成してよい。システム１００は、（複数の）近接ヘッドをウェーハに極めて近接した位置に移動させ、ウェーハ表面上でメニスカスを生成及び制御し得る限り、任意の適切な形で構成してよいと理解されたい。別の例示的な実施形態において、近接ヘッド１０６は、アームの第二の端部によって画定される軸線を中心に回転するアームの第一の端部に位置してよい。したがって、こうした実施形態において、近接ヘッドは、ウェーハの表面全体で円弧状に移動させてよい。更に別の実施形態において、アームは、回転運動と直線運動とを組み合わせて移動させてよい。ウェーハのそれぞれの側に近接ヘッド１０６が存在する状態が図示されているが、単一のヘッドを、ウェーハの片側で使用することができる。近接ヘッド１０６が使用されない側では、ウェーハスクラブブラシ等、他の表面準備プロセスを実行できる。
【００５８】
別の実施形態において、システム１１００は、ウェーハに隣接する移行面を有する近接ヘッドドッキングステーションを含んでもよい。こうした実施形態において、流体メニスカスは、制御及び管理された状態で、ドッキングステーションとウェーハの表面との間で移行してよい。同じく、ウェーハの片面のみを処理するのが望ましい場合には、一つの近接ヘッドを備えた一本のアームを利用してよい。
【００５９】
図１１Ａは、本発明の一実施形態による、ウェーハ処理工程を実行する近接ヘッド１０６を例示する。近接ヘッド１０６は、一実施形態において、ウェーハ１０８の上面１０８ａに極めて近接する間に移動して、ウェーハ処理工程を実行する。ウェーハ１０８に供給する流体のタイプに応じて、近接ヘッド１０６によってウェーハ表面１０８ａで生成された流体メニスカスは、例えば、洗浄、リンス、乾燥、エッチング、めっき、その他といった、任意の適切なウェーハ処理工程にしてよいと理解されたい。近接ヘッド１０６は、ウェーハ１０８の底面１０８ｂを処理するために利用してもよいと理解されたい。一実施形態では、流体メニスカスが上面１０８ａを処理する間に近接ヘッド１０６が移動できるように、ウェーハ１０８を回転させてよい。別の実施形態では、近接ヘッド１０６がウェーハ表面上で流体メニスカスを生成する間、ウェーハ１０８を静止状態に維持してよい。その後、近接ヘッドは、ウェーハ表面全体を移動又は走査してよく、したがって、ウェーハの表面に沿って流体メニスカスを移動させてよい。更に別の実施形態において、近接ヘッド１０６は、流体メニスカスがウェーハ全体の表面積を包含するように、十分に大きくしてよい。こうした実施形態では、ウェーハの表面に流体メニスカスを供給することで、近接ヘッドの移動なしで、ウェーハの表面全体を処理し得る。
【００６０】
一実施形態において、近接ヘッド１０６は、ソース入口１３０２及び１３０６とソース出口１３０４とを含む。こうした実施形態では、ソース入口１３０２を介して、窒素ガス中のイソプロピルアルコール蒸気ＩＰＡ／Ｎ2  １３１０をウェーハ表面に供給してよく、ソース出口１３０４を介して、真空１３１２をウェーハ表面に提供してよく、ソース入口１３０６を介して、処理流体１３１４をウェーハ表面に供給してよい。
【００６１】
一実施形態において、ＩＰＡ／Ｎ2  １３１０及び処理流体１３１４の供給は、処理流体１３１４及びＩＰＡ／Ｎ2  １３１０をウェーハ表面１０８ａから除去する真空１３１２の提供と共に、流体メニスカス１１６を生成できる。流体メニスカス１１６は、近接ヘッド１０６とウェーハ表面との間に画定され、安定した制御可能な形でウェーハ表面１０８ａ全体を移動可能な流体層にしてよい。一実施形態において、流体メニスカス１１６は、処理流体１３１４の一定した供給及び除去によって定めてよい。流体メニスカス１１６を画定する流体層は、ソース入口１３０６、ソース出口１３０４、及びソース入口１３０２のサイズ、数、形状、及び／又はパターンに応じて、任意の適切な形状及び／又はサイズにしてよい。
【００６２】
加えて、生成するべき所望の流体メニスカスのタイプに応じて、任意の適切な流量の真空、ＩＰＡ／Ｎ2、及び処理流体を使用してよい。更に別の実施形態では、近接ヘッド１０６とウェーハ表面との間の距離に応じて、流体メニスカス１０６を生成及び利用する時に、ＩＰＡ／Ｎ2を除外してもよい。こうした実施形態において、近接ヘッド１０６は、ソース入口１３１２を含まなくてよく、したがって、ソース入口１３０６による処理流体１３１４の供給及びソース出口１３０４による処理流体１３１４の除去のみによって、流体メニスカス１１６を生成する。
【００６３】
近接ヘッド１０６のその他の実施形態において、近接ヘッド１０６の処理面（ソース入口及びソース出口が位置する近接ヘッドの領域）は、生成するべき流体メニスカスの構成に応じて、任意の適切な構成を有してよい。一実施形態において、近接ヘッドの処理面は、周囲の表面から凹んでおり或いは突出してよい。
【００６４】
図１１Ｂは、本発明の一実施形態による、近接ヘッド１０６の一部の平面図を示す。図８Ｂを参照して説明した近接ヘッド１０６の構成は、例示的な性質のものであると理解されたい。したがって、処理流体をウェーハ表面に供給し、ウェーハ表面から除去して、ウェーハ表面上に安定したメニスカスを生成できる限り、その他の近接ヘッドの構成を利用して、流体メニスカスを生成してもよい。加えて、上記のように、近接ヘッド１０６のその他の実施形態では、Ｎ2／ＩＰＡを使用することなく流体メニスカスを生成するように近接ヘッド１０６が構成される時、ソース入口１３１６を有する必要がない。
【００６５】
一実施形態の平面図では、左から右に、一組のソース入口１３０２と、一組のソース出口１３０４と、一組のソース入口１３０６と、一組のソース出口１３０４と、一組のソース入口１３０２とが存在する。したがって、近接ヘッド１０６とウェーハ１０８との間の領域にＮ2／ＩＰＡ及び処理化学物質を投入する際には、真空が、ウェーハ１０８上に存在し得る任意の流体膜及び／又は汚染物と共に、Ｎ2／ＩＰＡ及び処理化学物質を取り除く。本明細書で説明するソース入口１３０２と、ソース入口１３０６と、ソース出口１３０４とは、例えば、円形開口部、三角形開口部、正方形開口部、その他といった、任意の適切なタイプの形状を有してよい。一実施形態において、ソース入口１３０２及び１３０６とソース出口１３０４とは、円形開口部を有する。近接ヘッド１０６は、生成する必要のある流体メニスカスのサイズ及び形状に応じて、任意の適切なサイズ、形状、及び／又は構成にしてよいと理解されたい。一実施形態において、近接ヘッドは、ウェーハの半径より短く延びてよい。別の実施形態において、近接ヘッドは、ウェーハの半径より長く延びてよい。別の実施形態において、近接ヘッドは、ウェーハの直径より長く延びてよい。したがって、流体メニスカスのサイズは、一定の時間に処理する必要があるウェーハ表面積のサイズに応じて、任意の適切なサイズにしてよい。加えて、近接ヘッド１０６は、ウェーハ処理工程に応じて、例えば、水平、垂直、又はその中間である他の任意の適切な位置といった、任意の適切な配向性で位置決めしてよいと理解されたい。近接ヘッド１０６は、一つ以上のタイプのウェーハ処理工程を実行し得るウェーハ処理システムに組み込んでもよい。
【００６６】
図１１Ｃは、本発明の一実施形態による、近接ヘッド１０６の入口／出口パターンを例示する。この実施形態において、近接ヘッド１０６は、ソース入口１３０２及び１３０６と、ソース出口１３０４とを含む。一実施形態において、ソース出口１３０４は、ソース入口１３０６を取り囲んでよく、ソース入口１３０２は、ソース出口１３０４を取り囲んでよい。
【００６７】
図１１Ｄは、本発明の一実施形態による、近接ヘッド１０６の別の入口／出口パターンを例示する。この実施形態において、近接ヘッド１０６は、ソース入口１３０２及び１３０６と、ソース出口１３０４とを含む。一実施形態において、ソース出口１３０４は、ソース入口１３０６を取り囲んでよく、ソース入口１３０２は、ソース出口１３０４を少なくとも部分的に取り囲んでよい。
【００６８】
図１１Ｅは、本発明の一実施形態による、近接ヘッド１０６の更なる入口／出口パターンを例示する。この実施形態において、近接ヘッド１０６は、ソース入口１３０２及び１３０６と、ソース出口１３０４とを含む。一実施形態において、ソース出口１３０４は、ソース入口１３０６を取り囲んでよい。一実施形態では近接ヘッド１０６がＩＰＡ／Ｎ2の供給なしで流体メニスカスを生成できるため、一実施形態において、近接ヘッド１０６は、ソース入口１３０２を含まない。上記の入口／出口パターンは、例示的な性質のものであり、安定した制御可能な流体メニスカスを生成できる限り、任意の適切なタイプの入口／出口パターンを使用してよいと理解されたい。
【００６９】
以上、本発明についていくつかの好適な実施形態の観点から説明してきたが、当業者は、上の明細書を読み且つ図面を検討することで、その様々な変形例、追加例、置換例、及び均等物を実現し得ることは理解されよう。したがって、本発明は、本発明の本来の趣旨及び範囲に含まれるこうした全ての変形例、追加例、置換例、及び均等物を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１Ａ】ＳＲＤ乾燥プロセス中のウェーハ上での洗浄流体の運動を例示する図
【図１Ｂ】例示的なウェーハ乾燥プロセスを示す図
【図２】本発明の一実施形態による、ウェーハ処理システムを示す図
【図３】本発明の一実施形態による、ウェーハ処理工程を実行する近接ヘッドを例示する図
【図４】本発明の一実施形態による、近接ヘッドによって実行し得るウェーハ処理工程を例示する図
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、近接ヘッドを示す平面図
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による、近接ヘッドを示す斜視図
【図６Ａ】本発明の一実施形態による、ウェーハ表面上の高速流体層を有する流体メニスカスを生成する近接ヘッドを示す側面図
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による、ウェーハの平面と比較して角度の付いた近接ヘッドを示す図
【図７】本発明の一実施形態による、ウェーハの直径に渡って延びる近接ヘッドを示す図
【図８】本発明の一実施形態による、ウェーハ上で動作する過程にある近接ヘッドを示す図
【図９】本発明の一実施形態による、第一の部品と第二の部品とを有する近接ヘッドを例示する図
【図１０】本発明の一実施形態による、ウェーハ処理システムを示す図
【図１１Ａ】本発明の一実施形態による、乾燥工程を実行する近接ヘッドを例示する図
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態による、近接ヘッドの一部の平面図
【図１１Ｃ】本発明の一実施形態による、近接ヘッドの入口／出口パターンを例示する図
【図１１Ｄ】本発明の一実施形態による、近接ヘッドの別の入口／出口パターンを例示する図
【図１１Ｅ】本発明の一実施形態による、近接ヘッドの更なる入口／出口パターンを例示する図
【図１Ａ】
2005328039.tif 000003
【図１Ｂ】
2005328039.tif 000004
【図２】
2005328039.tif 000005
【図３】
2005328039.tif 000006
【図４】
2005328039.tif 000007
【図５Ａ】
2005328039.tif 000008
【図５Ｂ】
2005328039.tif 000009
【図６Ａ】
2005328039.tif 000010
【図６Ｂ】
2005328039.tif 000011
【図７】
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【図８】
2005328039.tif 000013
【図９】
2005328039.tif 000014
【図１０】
2005328039.tif 000015
【図１１Ａ】
2005328039.tif 000016
【図１１Ｂ】
2005328039.tif 000017
【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
2005328039.tif 000019
【図１１Ｅ】
2005328039.tif 000020
【外国語明細書】
1. TITLE OF THE INVENTION
Method and Apparatus for Processing Wafer Surfaces Using Thin, High Velocity Fluid Layer
2. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Background of the Invention
Field of the Invention
[0001]The present invention relates to semiconductor wafer processing and, more particularly, to apparatuses and techniques for more efficiently applying and removing fluids from wafer surfaces while reducing contamination and decreasing wafer cleaning cost.
Description of the Related Art 
[0002]In the semiconductor chip fabrication process, it is well-known that there is a need to process a wafer using operations such as cleaning and drying.  In each of these types of operations, there is a need to effectively apply and remove fluids for the wafer operation process.
[0003]For example, wafer cleaning may have to be conducted where a fabrication operation has been performed that leaves unwanted residues on the surfaces of wafers.  Examples of such a fabrication operation include plasma etching (e.g., tungsten etch back (WEB)) and chemical mechanical polishing (CMP).  In CMP, a wafer is placed in a holder, which pushes a wafer surface against a rolling belt or a rotating platen.  This belt uses a slurry, which consists of chemicals and abrasive materials to cause the polishing.  Unfortunately, this process tends to leave an accumulation of slurry particles and residues at the wafer surface.  If left on the wafer, the unwanted residual material and particles may cause, among other things, defects such as scratches on the wafer surface and inappropriate interactions between metallization features.  In some cases, such defects may cause devices on the wafer to become inoperable.  In order to avoid the undue costs of discarding wafers having inoperable devices, it is therefore necessary to clean the wafer adequately yet efficiently after fabrication operations that leave unwanted residues.     
[0004]After a wafer has been wet cleaned, the wafer must be dried effectively to prevent water or cleaning fluid remnants from leaving residues on the wafer.  If the cleaning fluid on the wafer surface is allowed to evaporate, as usually happens when droplets form, residues or contaminants previously dissolved in the cleaning fluid will remain on the wafer surface after evaporation (e.g., and form water spots).  To prevent evaporation from taking place, the cleaning fluid must be removed as quickly as possible without the formation of droplets on the wafer surface.  In an attempt to accomplish this, one of   several different drying techniques are employed such as spin drying, IPA, or Marangoni drying.  All of these drying techniques utilize some form of a moving liquid/gas interface on a wafer surface which, if properly maintained, results in drying of a wafer surface without the formation of droplets.  Unfortunately, if the moving liquid/gas interface breaks down, as often happens with all of the aforementioned drying methods, droplets form and evaporation occurs resulting in contaminants being left on the wafer surface. The most prevalent drying technique used today is spin rinse drying (SRD).   
[0005]Figure 1A illustrates movement of fluids on a wafer 10 during an SRD process.  In this drying process, a wet wafer is rotated at a high rate by rotation 14.  In SRD, by use of centrifugal force, the fluid used to rinse the wafer is pulled from the center of the wafer to the outside of the wafer and finally off of the wafer as shown by fluid directional arrows 16.  As the fluid is being pulled off of the wafer, a moving liquid/gas interface 12 is created at the center of the wafer and moves to the outside of the wafer (i.e., the circle produced by the moving liquid/gas interface 12 gets larger) as the drying process progresses.  In the example of Figure 1A, the inside area of the circle formed by the moving liquid/gas interface 12 is free from the fluid and the outside area of the circle formed by the moving liquid/gas interface 12 is the fluid.  Therefore, as the drying process continues, the section inside (the dry area) of the moving liquid/gas interface 12 increases while the area (the wet area) outside of the moving liquid/gas interface 12 decreases.  As stated previously, if the moving liquid/gas interface 12 breaks down, droplets of the fluid form on the wafer and contamination may occur due to evaporation of the droplets.  As such, it is imperative that droplet formation and the subsequent evaporation be limited to keep contaminants off of the wafer surface.   Unfortunately, the present drying methods are only partially successful at the prevention of moving liquid interface breakdown.
[0006]In addition, the SRD process has difficulties with drying wafer surfaces that are hydrophobic.  Hydrophobic wafer surfaces can be difficult to dry because such surfaces repel water and water based (aqueous) cleaning solutions.  Therefore, as the drying process continues and the cleaning fluid is pulled away from the wafer surface, the remaining cleaning fluid (if aqueous based) will be repelled by the wafer surface.  As a result, the aqueous cleaning fluid will want the least amount of area to be in contact with the hydrophobic wafer surface.  Additionally, the aqueous cleaning solution tends cling to itself as a result of surface tension (i.e., as a result of molecular hydrogen bonding).  Therefore, because of the hydrophobic interactions and the surface tension, balls (or droplets) of aqueous cleaning fluid forms in an uncontrolled manner on the hydrophobic wafer surface.  This formation of droplets results in the harmful evaporation and the contamination discussed previously.  The limitations of the SRD are particularly severe at the center of the wafer, where centrifugal force acting on the droplets is the smallest.  Consequently, although the SRD process is presently the most common way of wafer drying, this method can have difficulties reducing formation of cleaning fluid droplets on the wafer surface especially when used on hydrophobic wafer surfaces.  Certain portion of the wafer may have different hydrophobic properties.  
[0007]Figure 1B illustrates an exemplary wafer drying process 18.  In this example a portion 20 of the wafer 10 has a hydrophilic area and a portion 22 has a hydrophobic area. The portion 20 attracts water so a fluid 26 pools in that area.  The portion 22 is hydrophobic so that area repels water and therefore there can be a thinner film of water on that portion of the wafer 10.  Therefore, the hydrophobic portions of the wafer 10 often dries more quickly than the hydrophilic portions.  This may lead to inconsistent wafer drying that can increase contamination levels and, therefore, decrease wafer production yields.  
[0008]Therefore, there is a need for a method and an apparatus that avoids the prior art by enabling optimized fluid management and application to a wafer that reduces contaminating deposits on the wafer surface.  Such deposits as often occur today reduce the yield of acceptable wafers and increase the cost of manufacturing semiconductor devices.
Summary of the Invention
[0009]Broadly speaking, the present invention fills these needs by providing a substrate processing apparatus that is capable of processing wafer surfaces with a high velocity fluid layer while significantly reducing wafer contamination.  It should be appreciated that the present invention can be implemented in numerous ways, including as a process, an apparatus, a system, a device or a method.  Several inventive embodiments of the present invention are described below.
[0010]In one embodiment, a method for processing a substrate is disclosed which includes generating a fluid layer on a surface of the substrate, the fluid layer defining a fluid meniscus. The generating includes moving a head in proximity to the surface, applying a fluid from the head to the surface while the head is in proximity to the surface of the substrate to define the fluid layer, and removing the fluid from the surface through the proximity head by a vacuum.  The fluid travels along the fluid layer between the head and the substrate at a velocity that increases as the head is in closer proximity to the surface.
[0011]In another embodiment, an apparatus for processing a substrate is provided which includes a head capable of moving in proximity to a surface of the substrate and generating a fluid layer on the surface of the substrate to define a fluid meniscus.  The proximity head includes at least one inlet configured to apply a fluid to the surface of the substrate to define the fluid layer, and at least one outlet configured to remove the fluid from the surface of the substrate.  The head is capable of moving the fluid along the fluid layer between the head and the substrate at a velocity that increases as the head is in closer proximity to the surface.
[0012]In yet another embodiment, a substrate preparation system is provided which includes a head being capable of being moved in proximity to a substrate surface when in operation, and   a first conduit for delivering a fluid to the substrate surface through the head.  The system further includes a second conduit for removing the fluid from the substrate surface where the fluid forms a fluid layer over the substrate surface in operation.  The fluid travels along the fluid layer between the head and the substrate surface at a velocity that increases as the head is in closer proximity to the substrate surface.
[0013]The advantages of the present invention are numerous.  Most notably, the apparatuses and methods described herein utilize a fluid meniscus with a high velocity fluid layer to efficiently process (e.g., clean, dry, etc.) substrates by operations which involve optimal management of fluid application and removal from the substrate while reducing unwanted fluids and contaminants remaining on a wafer surface.  In one embodiment, by using the high velocity fluid to generate the fluid meniscus, the fluid meniscus can be applied to a substrate/wafer without having to utilize a surface tension reducing gas against a fluid meniscus/atmosphere border.  Consequently, wafer processing and production may be increased and higher wafer yields may be achieved due to efficient wafer processing.   
[0014]Other aspects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, illustrating by way of example the principles of the present invention.
[0015]The present invention will be readily understood by the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.  To facilitate this description, like reference numerals designate like structural elements.
Detailed Description 
[0016]An invention for methods and apparatuses for processing a substrate is disclosed.  In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention.  It will be understood, however, by one of ordinary skill in the art, that the present invention may be practiced without some or all of these specific details.  In other instances, well known process operations have not been described in detail in order not to unnecessarily obscure the present invention.
[0017]While this invention has been described in terms of several preferable embodiments, it will be appreciated that those skilled in the art upon reading the preceding specifications and studying the drawings will realize various alterations, additions, permutations and equivalents thereof.  It is therefore intended that the present invention includes all such alterations, additions, permutations, and equivalents as fall within the true spirit and scope of the invention.
[0018]The figures below illustrate embodiments of an exemplary wafer processing system using proximity head(s) using a high velocity fluid layer to generate one or more of a specific shape, size, and location fluid menisci.  In one embodiment, the high velocity fluid used to generate the fluid meniscus can generate a Bernoulli effect upon the wafer being processed by the fluid meniscus.  Therefore, the region of the wafer surface being processed by the fluid meniscus is affected by less force as compared with other regions of the wafer that are not in contact with the fluid meniscus.  Consequently, such a force, in effect, generates an almost attractive-like force between the proximity head and the fluid meniscus.  Therefore, such as an effect generates a highly manageable and stable fluid meniscus without the need for usage of a surface tension reducing gas to manage the border of the fluid meniscus.  
[0019]The technology described herein may be utilized to perform any suitable type of combination of types of wafer operation(s) such as, for example drying, etching, plating, etc.  It should be appreciated that the systems and proximity heads as described herein are exemplary in nature, and that any other suitable types of configurations that would enable the generation and movement of one or more meniscus may be utilized.  In the embodiments shown, the proximity head(s) may move in a linear fashion from a center portion of the wafer to the edge of the wafer.  It should be appreciated that other embodiments may be utilized where the proximity head(s) move in a linear fashion from one edge of the wafer to another diametrically opposite edge of the wafer, or other non-linear movements may be utilized such as, for example, in a radial motion, in a circular motion, in a spiral motion, in a zig-zag motion, in a random motion, etc.  In addition, the motion may also be any suitable specified motion profile as desired by a user.  Moreover, in one embodiment, the wafer may be rotated and the proximity head moved in a linear fashion so the proximity head may process all portions of the wafer.  It should also be understood that other embodiments may be utilized where the wafer is not rotated but the proximity head is configured to move over the wafer in a fashion that enables processing of all portions of the wafer.  In addition, the proximity head and the wafer processing system as described herein may be utilized to process any shape and size of substrates such as for example, 200 mm wafers, 300 mm wafers, flat panels, etc.  
[0020]Moreover, the size of the proximity head and in turn the size of the meniscus (or menisci depending on the embodiment) may vary.  In one embodiment, the size of the proximity head and the size(s) of the meniscus (or menisci) may be larger than a wafer being processed, and in another embodiment, the proximity head and the size of the meniscus may be smaller than the wafer being processed.  Furthermore, the meniscus as discussed herein may be utilized with other forms of wafer processing technologies such as, for example, brushing, lithography, megasonics, etc.  A fluid meniscus can be supported and moved (e.g., onto, off of and across a wafer) with a proximity head.  It should be appreciated that the system described herein is just exemplary in nature, and the proximity head as described herein may be used in any suitable system. 
[0021]Figure 2 shows a wafer processing system 100 in accordance with one embodiment of the present invention.  The system 100 includes rollers 102a and 102b which may hold and/or rotate a wafer to enable wafer surfaces to be processed.  The system 100 also includes proximity heads 106a and 106b that, in one embodiment, are attached to an upper arm 104a and to a lower arm 104b respectively.  In one embodiment, the proximity heads 106a and/or 106b may be configured to apply a high velocity fluid layer to a wafer as described below in reference to Figures 5A through 9.  The proximity heads 106a and 106b may be any suitable apparatus that may generate a fluid meniscus such as, for example, any proximity head as described herein.  In another embodiment, the proximity heads 106a and/or 106b may be any suitable proximity head(s) as described herein.  The upper arm 104a and the lower arm 104b can be part of an assembly which enables substantially linear movement of the proximity heads 106a and 106b along a radius of the wafer.  In yet another embodiment, the assembly may move the proximity heads 106a and 106b in any suitable user defined movement.
[0022]In one embodiment the arms 104 are configured to hold the proximity head 106a above the wafer and the proximity head 106b below the wafer in close proximity to the wafer.  For example, in one exemplary embodiment this may be accomplished by having the upper arm 104a and the lower arm 104b be movable in a vertical manner so once the proximity heads are moved horizontally into a location to start wafer processing, the proximity heads 106a and 106b can be moved vertically to a position in close proximity to the wafer.  In another embodiment, the upper arm 104a and the lower arm 104b may be configured to start the proximity heads 106a and 106b in a position where a meniscus is generated before processing and the meniscus that has already been generated between the proximity heads 106a and 106 may be moved onto the wafer surface to be processed from an edge area of a wafer 108.  Therefore, the upper arm 104a and the lower arm 104b may be configured in any suitable way so the proximity heads 106a and 106b can be moved to enable wafer processing as described herein.  It should also be appreciated that the system 100 may be configured in any suitable manner as long as the proximity head(s) may be moved in close proximity to the wafer to generate and control a meniscus.  It should also be understood that close proximity may be any suitable distance from the wafer as long as a meniscus may be maintained.  In one embodiment, the proximity heads 106a and 106b (as well as any other proximity head described herein) may each be located between about 0.1 mm to about 10 mm from the wafer to generate the fluid meniscus on the wafer surface.  In a preferable embodiment, the proximity heads 106a and 106b (as well as any other proximity head described herein) may each be located bout 5 microns to about 500 microns from the wafer to generate the fluid meniscus on the wafer surface, and in more preferable embodiment, the proximity heads 106a and 106b (as well as any other proximity head described herein) may be located about 70 microns from the wafer to generate the fluid meniscus on the wafer surface.  In addition, depending on the distance between the fluid meniscus and the wafer surface, the velocity of the fluid that makes up the fluid meniscus may vary.  
[0023]In one embodiment, the system 100, the arms 104 are configured to enable the proximity heads 106a and 106b to be moved from processed to unprocessed portions of the wafer.  It should be appreciated that the arms 104 may be movable in any suitable manner that would enable movement of the proximity heads 106a and 106b to process the wafer as desired.  In one embodiment, the arms 104 may be motivated by a motor to move the proximity head 106a and 106b along the surface of the wafer.  It should be understood that although the wafer processing system 100 is shown with the proximity heads 106a and 106b, that any suitable number of proximity heads may be utilized such as, for example, 1, 2, 3, 4, 5, 6, etc.  The proximity heads 106a and/or 106b of the wafer processing system 100 may also be any suitable size or shape as shown by, for example, any of the proximity heads as described herein.  The different configurations described herein generate a fluid meniscus between the proximity head and the wafer.  The fluid meniscus may be moved across the wafer to process the wafer by applying fluid to the wafer surface and removing fluids from the surface.  In such a way, depending on the fluids applied to the wafer, cleaning, drying, etching, and/or plating may be accomplished.  Therefore, the proximity heads 106a and 106b can have any numerous types of configurations as shown herein or other configurations that enable the processes described herein.  It should also be appreciated that the system 100 may process one surface of the wafer or both the top surface and the bottom surface of the wafer.   
[0024]In addition, besides processing the top and/or bottom surfaces of the wafer, the system 100 may also be configured to process one side of the wafer with one type of process (e.g., etching, cleaning, drying, plating, etc.) and process the other side of the wafer using the same process or a different type of process by inputting and outputting different types of fluids or by using a different configuration meniscus.  The proximity heads can also be configured to process the bevel edge of the wafer in addition to processing the top and/or bottom of the wafer.  This can be accomplished by moving the meniscus off (or onto) the edge the wafer which processes the bevel edge.  It should also be understood that the proximity heads 106a and 106b may be the same type of apparatus or different types of proximity heads.
[0025]The wafer 108 may be held and rotated by the rollers 102a and 102b in any suitable orientation as long as the orientation enables a desired proximity head to be in close proximity to a portion of the wafer 108 that is to be processed.  In one embodiment, the rollers 102a and 102b can rotate in a clockwise direction to rotate the wafer 108 in a counterclockwise direction.  It should be understood that the rollers may be rotated in either a clockwise or a counterclockwise direction depending on the wafer rotation desired.  In one embodiment, the rotation imparted on the wafer 108 by the rollers 102a and 102b serves to move a wafer area that has not been processed into close proximity to the proximity heads 106a and 106b.  However, the rotation itself does not dry the wafer or move fluid on the wafer surfaces towards the edge of the wafer.  Therefore, in an exemplary wafer processing operation, the unprocessed areas of the wafer would be presented to the proximity heads 106a and 106b through both the linear motion of the proximity heads 106a and 106b and through the rotation of the wafer 108.  The wafer processing operation itself may be conducted by at least one of the proximity heads.  Consequently, in one embodiment, processed portions of the wafer 108 would expand from a center region to the edge region of the wafer 108 in a spiral movement as the processing operation progresses.  In another embodiment, when the proximity heads 106a and 106b are moved from the periphery of the wafer 108 to the center of the wafer 108, the processed portions of the wafer 108 would expand from the edge region of the wafer 108 to the center region of the wafer 108 in a spiral movement.  
[0026]In an exemplary processing operation, it should be understood that the proximity heads 106a and 106b may be configured to dry, clean, etch, and/or plate the wafer 108.  In an exemplary wafer processing embodiment, at least one inlet may be configured to apply a processing fluid to the wafer surface, and at least one outlet a may be configured to remove fluids from a region between the wafer and a particular proximity head by applying vacuum (also known as vacuum outlet).  In an optional embodiment, additional inlets may be utilized to apply a surface tension reducing fluid (e.g., isopropyl alcohol vapor in nitrogen gas) to the fluid on the wafer surface.  In one embodiment of a drying operation, the at least one inlet may apply deionized water to the wafer surface.  
[0027]In an exemplary cleaning embodiment, a cleaning solution may be substituted for the DIW.  An exemplary etching embodiment may be conducted where an etchant may be substituted for the DIW.  In an additional embodiment, plating may be accomplished as described herein by using a processing fluid and configuration of a proximity head configured for plating.  In addition, other types of solutions may be inputted into a fluid meniscus on the wafer surface and removed from the fluid meniscus depending on the processing operation desired.  
[0028]It should be appreciated that the inlets and outlets located on a face of the proximity head may be in any suitable configuration as long as a stable meniscus as described herein may be utilized.  In one embodiment, the at least one inlet may be adjacent to the at least one vacuum outlet to form a processing fluid-vacuum orientation where the at least one outlet at least partially surrounds the at least one inlet.  It should be appreciated that other types of orientations may be utilized depending on the wafer processes desired and what type of wafer processing mechanism is sought to be enhanced.  In a preferable embodiment, the vacuum-processing fluid orientation may be utilized to intelligently and powerfully generate, control, and move the meniscus located between a proximity head and a wafer to process wafers.  The processing fluid inlets and the vacuum outlets may be arranged in any suitable manner if the above orientation is maintained.   For example, in addition to the vacuum outlet, and the processing fluid inlet, in an additional embodiment, there may be additional sets of processing fluid inlets and/or vacuum outlets depending on the configuration of the proximity head desired.  It should be appreciated that the exact configuration of the vacuum-processing fluid orientation may be varied depending on the application.  For example, the distance between the vacuum and processing fluid input locations may be varied so the distances are consistent or so the distances are inconsistent.  In addition, the distances between the vacuum outlet and processing fluid inlet may differ in magnitude depending on the size, shape, and configuration of the proximity head 106a and the desired size of a process meniscus (i.e., meniscus shape and size).  
[0029]In an optional embodiment, at least one N2/IPA vapor inlet may be adjacent to the at least one vacuum outlet which is in turn adjacent to the at least one processing fluid inlet to form an IPA-vacuum-processing fluid orientation.  
[0030]In one embodiment, the proximity heads 106a and 106b may be positioned in close proximity to a top surface and a bottom surface respectively of the wafer 108 and may utilize the at least one inlet and the at least one outlet to generate wafer processing meniscuses in contact with the wafer 108 which are capable of processing the top surface and the bottom surface of the wafer 108.  At substantially the same time the processing fluid is applied to the wafer surface, a vacuum may be applied in close proximity to the wafer surface to remove the processing fluid and some of the surrounding atmosphere, and/or the fluids that may be on the wafer surface.  The portion of the processing fluid that is in the region between the proximity head and the wafer is the meniscus.   It should be appreciated that as used herein, the term "output" can refer to the removal of fluid from a region between the wafer 108 and a particular proximity head, and the term "input" can be the introduction of fluid to the region between the wafer 108 and the particular proximity head.  
[0031]Figure 3 illustrates a proximity head 106 performing a wafer processing operation in accordance with one embodiment of the present invention.  Figures 3 through 4B show a method of generating a fluid meniscus by using IPA application.  Figures 5A through 9 illustrate methods and apparatuses for generating the fluid meniscus without IPA application.  The proximity head 106, in one embodiment, moves while in close proximity to a top surface 108a of the wafer 108 to conduct a wafer processing operation.  It should be appreciated that the proximity head 106 may also be utilized to process (e.g., clean, dry, plate, etch, etc.) a bottom surface 108b of the wafer 108.   In one embodiment, the wafer 108 is rotating so the proximity head 106 may be moved in a linear fashion along the head motion while the top surface 108a is being processed.  By applying the IPA 310 through the inlet 302, the vacuum 312 through outlet 304, and the processing fluid 314 through the inlet 306, the meniscus 116 may be generated.  It should be appreciated that the orientation of the inlets/outlets as shown in Figure 3 is only exemplary in nature, and that any suitable inlets/outlets orientation that may produce a stable fluid meniscus may be utilized such as those configurations as described herein.  In one embodiment, the meniscus 116 with a high velocity fluid layer may be generated.   Therefore, as explained further in reference to Figure 6A, a Bernoulli effect may be generated on the wafer 108 thereby lessening or obviating the need to apply a surface tension reducing fluid (e.g., gas, substance, liquid, etc.) to the boundary of the fluid meniscus 116.
[0032]Figure 4 illustrates a wafer processing operation that may be conducted by a proximity head 106a in accordance with one embodiment of the present invention.  It should be appreciated that the application of IPA is optional and that in a preferable embodiment as discussed in reference to Figure 6A, the fluid meniscus 116 may be produced without application of IPA.  Although Figure 4 shows a top surface 108a being processed, it should be appreciated that the wafer processing may be accomplished in substantially the same way for the bottom surface 108b of the wafer 108.  In one embodiment, the inlet 302 may be utilized to apply isopropyl alcohol (IPA) vapor toward a top surface 108a of the wafer 108, and the inlet 306 may be utilized to apply a processing fluid toward the top surface 108a of the wafer 108.  In addition, the outlet 304 may be utilized to apply vacuum to a region in close proximity to the wafer surface to remove fluid or vapor that may located on or near the top surface 108a.  As described above, it should be appreciated that any suitable combination of inlets and outlets may be utilized as long as the meniscus 116 may be formed.  The IPA may be in any suitable form such as, for example, IPA vapor where IPA in vapor form is inputted through use of a N2 gas.  Moreover, any suitable fluid used for processing the wafer (e.g., cleaning fluid, drying fluid, etching fluid, plating fluid, etc.) may be utilized that may enable or enhance the wafer processing.  In one embodiment, an IPA inflow 310 is provided through the inlet 302, a vacuum 312 may be applied through the outlet 304 and processing fluid inflow 314 may be provided through the inlet 306.  Consequently, if a fluid film resides on the wafer 108, a first fluid pressure may be applied to the wafer surface by the IPA inflow 310, a second fluid pressure may be applied to the wafer surface by the processing fluid inflow 314, and a third fluid pressure may be applied by the vacuum 312 to remove the processing fluid, IPA and the fluid film on the wafer surface.
[0033]Therefore, in one embodiment of a wafer processing, as the processing fluid inflow 314 and the IPA inflow 310 is applied toward a wafer surface, fluid (if any) on the wafer surface is intermixed with the processing inflow 314.  At this time, the processing fluid inflow 314 that is applied toward the wafer surface encounters the IPA inflow 310.  The IPA forms an interface 118 (also known as an IPA/processing fluid interface 118) with the processing fluid inflow 314 and along with the vacuum 312 assists in the removal of the processing fluid inflow 314 along with any other fluid from the surface of the wafer 108.  In one embodiment, the IPA/processing fluid interface 118 reduces the surface of tension of the processing fluid.  In operation, the processing fluid is applied toward the wafer surface and almost immediately removed along with fluid on the wafer surface by the vacuum applied by the outlet 304.  The processing that is applied toward the wafer surface and for a moment resides in the region between a proximity head and the wafer surface along with any fluid on the wafer surface forms a meniscus 116 where the borders of the meniscus 116 are the IPA/processing fluid interfaces 118.  Therefore, the meniscus 116 is a constant flow of fluid being applied toward the surface and being removed at substantially the same time with any fluid on the wafer surface.  The nearly immediate removal of the processing fluid from the wafer surface prevents the formation of fluid droplets on the region of the wafer surface being dried thereby reducing the possibility of contamination on the wafer 108 after the processing fluid has accomplished its purpose depending on the operation (e.g., etching, cleaning, drying, plating, etc.).  The pressure (which is caused by the flow rate of the IPA) of the downward injection of IPA also helps contain the meniscus 116.  
[0034]The flow rate of the N2 carrier gas containing the IPA may assist in causing a shift or a push of processing fluid flow out of the region between the proximity head and the wafer surface and into the outlets 304 (vacuum outlets) through which the fluids may be outputted from the proximity head.  It is noted that the push of processing fluid flow is not a process requirement but can be used to optimize meniscus boundary control.  Therefore, as the IPA and the processing fluid is pulled into the outlets 304, the boundary making up the IPA/processing fluid interface 118 is not a continuous boundary because gas (e.g., air) is being pulled into the outlets 304 along with the fluids.  In one embodiment, as the vacuum from the outlets 304 pulls the processing fluid, IPA, and the fluid on the wafer surface, the flow into the outlets 304 is discontinuous.  This flow discontinuity is analogous to fluid and gas being pulled up through a straw when a vacuum is exerted on combination of fluid and gas.  Consequently, as the proximity head 106a moves, the meniscus moves along with the proximity head, and the region previously occupied by the meniscus has been dried due to the movement of the IPA/processing fluid or processing fluid only interface 118.  It should also be understood that the any suitable number of inlets 302, outlets 304 and inlets 306 may be utilized depending on the configuration of the apparatus and the meniscus size and shape desired.  In another embodiment, the liquid flow rates and the vacuum flow rates are such that the total liquid flow into the vacuum outlet is continuous, so no gas flows into the vacuum outlet.  It should be appreciated that any suitable flow rate may be utilized for the processing fluid and vacuum as long as the high velocity fluid layer making up the meniscus 116 can be maintained.  It should be understood that the flow rate of fluids may vary depending on the size of the proximity head as long as the fluid meniscus 116 can maintain a Bernoulli type effect on the wafer surface.  Specific flow rates that may be utilized is discussed in further detail in reference to Figure 6A below.  In one embodiment a larger head may have a greater rate of fluid flow than smaller proximity heads.  This may occur because larger proximity heads, in one embodiment, have more inlets 306 and outlets 304.
[0035]It should be appreciated that any suitable type of wafer processing operation may be conducted using the meniscus depending on the processing fluid utilized.   For example, a cleaning fluid such as, for example, SC-1, SC-2, etc., may be used for the processing fluid to generate wafer cleaning operation.  In a similar fashion, different fluids may be utilized and similar inlet and outlet configurations may be utilized so the wafer processing meniscus may also etch and/or plate the wafer.  In one embodiment, etching fluids such as, for example, HF, EKC proprietary solution, KOH etc., may be utilized to etch the wafer.  In another embodiment, plating fluids such as, for example, Cu Sulfate, Au Chloride, Ag Sulfate, etc. in conjunction with electrical input may be applied.
[0036]Figure 5A through 9 shows embodiments of the proximity head 106 that may have at least one inlet for applying a processing fluid to the wafer and removing the processing fluid through at least one outlet.  The preferable embodiments as discussed in reference to Figures 5A to 9 may produce a stable and movable fluid meniscus without the need for application of IPA.  In one exemplary embodiment, the proximity head may generate the fluid meniscus by applying a high velocity fluid layer on the wafer surface through the at least one inlet and removing the fluid from the high velocity fluid layer though the at least one outlet.  By applying the high velocity fluid layer between the proximity head and the wafer surface, a Bernoulli type effect may be generated so a low downforce region may be created on the region of the wafer surface in contact with the fluid meniscus.  As the fluid is applied to the wafer surface, in one embodiment, the combination of the vacuum from the outlet and the small gap between the proximity head and the wafer surface may generate the higher velocity of the fluid making up the high velocity fluid layer.  Therefore, the fluid of the fluid meniscus travels at a high velocity over the wafer surface where the higher velocity is generated by a vacuum removing the fluid and by the fluid traveling in a small gap between the proximity head and the substrate surface.  As the gap becomes between the proximity head and the wafer surface becomes smaller, the velocity of the fluid making up the high velocity fluid layer may increase.  Consequently, the low downforce region may in effect pull the proximity head and the wafer towards each other until an equilibrium distance is achieved between the wafer surface and the processing surface of the proximity head.  The fluid meniscus thereby generated can apply and remove fluid from the surface of the wafer in an optimal manner without leaving fluid droplets while leaving highly reduced levels of contamination on the wafer surface.    
[0037]Figure 5A illustrates a top view of a proximity head 106' in accordance with one embodiment of the present invention.  The proximity head 106' includes a processing region 320 that includes an area with a plurality of inlets 306 and a plurality of outlets 304.  In one embodiment, the plurality of inlets 306 is configured to be capable of applying a processing fluid to the wafer surface at a flow rate to generate a fluid layer of high velocity on the wafer surface.  The plurality of outlets 304, in one embodiment, applies vacuum to a border of the fluid meniscus and removes some of the fluid from the fluid meniscus that was inputted by the plurality of inlets 306.  As described in further detail in reference to Figure 6A, the high velocity fluid on the wafer surface is a fluid meniscus on the wafer surface that can generate any suitable type of wafer surface processing depending on the processing fluid utilized.  In addition, in an embodiment where the proximity head 106' is above the wafer 108, the high velocity fluid layer through both surface tension and the Bernoulli type effect is held in place under the processing region to generate the fluid meniscus.  Therefore there is low pressure in between the proximity head and the wafer 108 because the fluid moving in the fluid meniscus is moving so rapidly, and this low pressure generates attachment of the wafer 108 to the proximity head with the fluid meniscus operating as a fluid bearing.  In addition, this generation of a stable and very thin fluid meniscus obviates the need for another source outlet to apply a surface tension reducing fluid such as for example, IPA vapor.
[0038]Figure 5B shows a perspective view of the proximity head 106' in accordance with one embodiment of the present invention.  In one embodiment, the proximity head 106' includes a row of inlets 306 that is substantially surrounded by the plurality of outlets 304.  Therefore, as the processing fluid is applied to the wafer surface from the row of inlets 306, the fluid with a high velocity forms a layer on the wafer surface to generate the Bernoulli-type effect.  It should be appreciated that the proximity head 106' may be any suitable size and shape as long as a fluid meniscus with a high velocity fluid layer may be generated.  In one embodiment, the proximity head 106' may be smaller than a wafer and may be scanned on the wafer for processing operations.  In another embodiment, the proximity head 106' may have a length that is longer than a diameter of the wafer.  In such an embodiment, as discussed in reference to Figure 7, the proximity head 106 can process an entire surface of the wafer by scanning once over the wafer.  In addition, it should be appreciated that the proximity head 106' may be made from any suitable material such as, plastics, sapphire, quartz, metal.  In addition, the proximity head 106' may be made from multiple materials.  In one embodiment, as shown below in reference to Figure 9, the process region of the proximity head 106' can be made from an extremely structurally and chemically stable material such as, for example, sapphire, and the rest of the proximity head can be made from plastics.  
[0039]Figure 6A illustrates a side view of the proximity head 106' generating the fluid meniscus 116 with a high velocity fluid layer on the wafer surface in accordance with one embodiment of the present invention.  The proximity head 106' applies a processing fluid to the wafer surface through the inlets 306 as shown by processing fluid application 336.  The processing fluid is applied at a high velocity so a high velocity fluid layer is formed which in essence is the fluid meniscus 116.  The movement of the fluid layer at a high velocity is shown by the direction arrows 344.  The processing fluid that has been applied to the wafer surface is removed by a vacuum 334 through the outlets 304.  
[0040]In another embodiment, the vacuum 334 can only be used in one of the source outlets 304 that is shown.  It should be appreciated that the volume of the processing fluid applied per unit time through the inlets 306 is substantially equivalent to the processing fluid removed per unit time through the outlets 304.  In essence, once the a fluid meniscus 116 has been established between the proximity head 106' and the wafer 108, in one embodiment, a steady state of fluid inflow through the source inlet 306 and fluid outflow through source outlet 304 may keep the meniscus stable.  Therefore, the vacuum applied through the outlets 304 and the flow rate of the processing applied through the inlets 306 may be coordinated so substantially the same amount of fluid is inputted into the fluid meniscus 116 per unit time as the amount of fluid removed from the fluid meniscus 116 per unit time.  
[0041]The flow rate of fluid in direction 344 is proportional to velocity of the fluid multiplied by the height (e.g., height of the space between the proximity head 106' and the wafer 108).  Therefore, by increasing the flow rate into the source inlets 306 and increasing the fluid removal from the source outlets 304, a high velocity of fluid may be generated between the proximity head 106' and the wafer 108 thereby obtaining the height which varies with fluid velocity.  In addition, the height may be set at a certain point and the flow may be kept constant thereby increasing fluid velocity to generate a low pressure region between the wafer 108 and the proximity head 106'.  Therefore, the higher the velocity of the fluid the smaller the height.  Therefore, the smaller the gap between the proximity head and the wafer surface, the higher the velocity rate of the fluid on the wafer surface assuming the flow rate is kept constant.  Therefore, in one embodiment, in the region between the inlets 306 and the outlets 304, the fluid travels at a higher velocity in a higher velocity fluid region 348.  Consequently, this generates a low pressure area over the wafer surface that is being processed by the fluid meniscus 116.  This low pressure area compared to the high pressure area surrounding this region generates an attractive force between the proximity head 106' and the wafer 108.  
[0042]Through the Bernoulli type effect generated by the high velocity fluid layer and through surface tension, the fluid meniscus 116 can be extremely stable and moveable across the wafer surface without meniscus degradation.  In addition, the Bernoulli-type effect generated on the wafer surface generates a force 346 between the proximity head 106' and the wafer 108 that keeps the proximity head 106 within close proximity of the wafer 108.  Therefore, in one embodiment, depending on the velocity of the fluid in the fluid layer making up the fluid meniscus 116, a distance 382 between the proximity head 116 and the wafer 108 may be varied.  
[0043]A particular fluid velocity within a particular path may generate different types of low pressure zones.  Therefore, by applying fluid at a higher and higher flow rate into the fluid meniscus 116, the low pressure area may be made into an even lower pressure area, thereby, increasing the attraction between the wafer 108 and the proximity head 106'.  Therefore, by controlling the fluid velocity within the fluid meniscus 116, the amount of low pressure between the wafer 108 and the proximity head 106' may be regulated.  As a result, by applying a fluid at a particular velocity through the fluid meniscus 116, a particular level of low pressure may be attained.  Consequently, the pressure against the backside of the wafer may stay constant but the pressure on the front side (the side with the fluid meniscus) is lowered.  Therefore, the pressure on the backside of the wafer 108 pushes the wafer in the direction against the proximity head 106'.
[0044]Because the amount of low pressure correlates to the amount of attractive force between the proximity head 106' and the fluid meniscus 116, the space between the proximity head 106 and the wafer 108 may be varied by fluid velocity.  In a different embodiment, the distance 382 may be set and an optimal processing fluid velocity in the direction 344 may be utilized to generate optimal fluid meniscus cohesion.  
[0045]Moreover, by applying the high velocity fluid to generate the fluid meniscus 116, the low pressure region generated by the high velocity fluid can move the wafer 108, positioning the wafer 108, and aligning the wafer 108.
[0046]In addition, by decreasing the height to a very short distance, the flow rates can be low and still obtain a high velocity fluid.  Therefore, a smaller amount of fluid can be used for wafer processing.  This can save costs of wafer processing and enhance wafer processing operations.  It should also be appreciated that the proximity head 106' may use any suitable type of fluid to generate the fluid meniscus 116.  Consequently, depending on the fluid utilized any suitable type of wafer processing operation may be conducted such as, for example, etching, cleaning, rinsing, drying, etc.  Moreover, the fluid meniscus 116 may process a dry or a wet surface depending on the conduit configuration on the processing surface of the proximity head 106'.
[0047]Therefore, depending on the wafer processing operation desired, the distance 382 may be any suitable distance as long as the fluid meniscus 116 with the high velocity fluid layer may be generated between the proximity head 106 and the wafer 108.  In one embodiment, the distance 382 is between about 5 microns and about 500 microns.  In another embodiment, the distance 382 may be about 50 microns to about 200 microns while in a preferable embodiment, the distance 382 may be about 70 microns.  In addition, the velocity of the fluid when traveling between the inlet and the outlet may be between 5 cm/sec and 200 cm/sec.  In another embodiment, proximity head is capable of moving the fluid along the wafer surface from the inlet to the outlet with a velocity of between 10 cm/sec and 100 cm/sec.
[0048]The flow rate of fluids and the height (e.g., distance between the proximity head 106' and the wafer 108) of the fluid meniscus have a relationship as shown below in Table 1.
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As utilized in the equation as shown in Table 1, L is the length of the meniscus 116 and the H is the height of the fluid meniscus.  It should be appreciated that depending on the wafer processing operation desired, the fluid meniscus 116 may be of any suitable dimensions.  The following dimensions for the fluid meniscus 116 is utilized purely for exemplary purposes and should not be construed to limit the fluid meniscus to such dimensions.  In one embodiment, the fluid meniscus 116 may have a length of 50 mm and the width is about 0.25 inch.  By using the equation as shown in Table 1, if the height H is 1.5 mm a velocity of 10cm/s is obtained at a flow rate of 1000 ml/min, a velocity of 5 cm/sec is obtained at a flow rate of 500 ml/min and a velocity of 1 cm/s is obtained at a flow rate of 100 ml/min.  In another example, if the height of the fluid meniscus (e.g., the gap between the proximity head 106 and the wafer 108) is about 0.005 cm then a velocity of 167 cm/s is obtained at a flow rate of 1 L/min, a velocity of 83 cm/s is obtained for a flow rate of 500 ml/min and a velocity of 17 cm/sec is obtained for a flow rate of 100 ml/min.  The exemplary calculations were made purely for exemplary purposes and it should be appreciated that depending on the dimensions of the fluid meniscus 116, the above calculations may change.
[0049]Figure 6B shows a proximity head 106' that is angled in comparison to a plane of the wafer 108 in accordance with one embodiment of the present invention.  In one embodiment, the proximity head 106' is angled at an angle θ452 where the distance between the proximity head 106' and the wafer 108 can vary depending on the configuration and process operation desired.  The angle θ452 may be any suitable angle as long as the fluid meniscus 116 may be formed on the wafer surface.  In one embodiment, the angle θ452 may be between 0 and two degrees.  In another embodiment, the angle θ452 may be between 2 and 10 degrees and in a preferable embodiment, the θ452 is about 0.3 degree angle.  
[0050]By having an angle θ452, the shape of the meniscus 116 may be changed.  In one embodiment, by including the angle θ452, the proximity head 106' may be optimized to operate in a particular direction.  For example, as shown in Figure 6B, the right side of the proximity head 106' is raised higher than the left side of the proximity head 106'.  Therefore, the fluid meniscus 316 generated by the proximity head 106' has a larger height on the right side than the left side.  In such an embodiment, the fluid meniscus 316 may have an optimal movement pattern to the left (e.g., thinner end of the fluid meniscus 316 is the leading end) and the wafer surface to be processed will encounter the left side of the fluid meniscus 316 first.  In that case, the right side of the fluid meniscus 316 would leave the processed area last.  
[0051]Because of the fluid-air interaction at the border 374 of the right side of the fluid meniscus 316 as shown, the processed region of the wafer surface is left is dried in a more effective manner than if the right side of the fluid meniscus 316 were the last to contact the processed region.  In addition, in the configuration shown in Figure 6B, when the leading edge of the fluid meniscus 316 is the side with the thinner layer of fluid, the proximity head 106' may be moved in a faster manner so more wafer area can be processed in a certain span of time.  In one embodiment, the wafer 108 may be held in a rigid manner so the distance between any part of the proximity head 106' and the wafer 108 does not change.  In this way, the processing environment may be kept at a constant.
[0052]Figure 7 shows a proximity head 106'' that extends over a diameter of the wafer 108 in accordance with one embodiment of the present invention.  In one embodiment, the proximity head 106'' can start from one end of the wafer 108 and move down the diameter of the wafer 108 in a direction 502 to process the wafer 108.  In one embodiment there may be a proximity head above and below the wafer so the fluid meniscus 116 can be formed between the proximity heads.  
[0053]Figure 8 depicts the proximity heads 106a'' and 106b'' that are in the process of operating on the wafer 108 in accordance with on embodiment of the present invention.  In one embodiment of the proximity heads 106a'' and 106b'', the inlets 306 of the proximity heads 106a'' and 106b'' generate the high velocity fluid layer between the proximity heads 106a'' and 106b'' fluid meniscus 116 through the processing fluid application.   A distance 346 may separate the proximity head 106a'' and 106b'' and therefore, the fluid meniscus may be generated with a height that is the distance 346.  The high velocity fluid layer may generate a low pressure region between the proximity heads 106a'' and 106b'' thereby generating an attractive force between the proximity heads 106a'' and 106b''.  Therefore, the fluid meniscus generated by the proximity heads 106a'' may be extremely thin depending on the velocity of the fluid that makes up the fluid meniscus.  Because of the low pressure region generated between the proximity heads 106a'' and 106b'', the fluid meniscus is extremely stable and moveable.  In addition, the generated fluid meniscus in motion does not leave water droplets and leaves a processed surface dry and without contaminants thereby enhancing wafer processing operations.
[0054]Figure 9 illustrates a proximity head 106''' with a first piece and a second piece in accordance with one embodiment of the present invention.  In one embodiment, the proximity head 106''' may include a first piece 600 that is configured to be in close proximity to the wafer 108 and a second piece 602 that may surround the first piece 600.  In such an embodiment, the first piece 600 may be a material with tight tolerance capabilities such as, for example, sapphire.  The second piece 602 may be a material that is easier to configure such as, for example, plastics, PET, etc.  The first piece 600 and the second piece 602 may be either bolted together or glued together by adhesives.  In one embodiment, the first piece 600 and the second piece 602 may be configured so the first piece 600 is in closer proximity to the wafer 108 than the second piece 602.  In this fashion, the section of the proximity head 106''' with the highest dimensional tolerance may be placed in the processing region where the fluid meniscus 116 is generated.
[0055]In one embodiment, the proximity head 106''' may include at least one source inlet 306 and at least one source outlet 304.  The at least one source inlet 306 may apply a processing fluid to a surface of the wafer 108.  The fluid may then form the fluid meniscus 116 while traveling in a high velocity layer towards the source outlet 304 which may utilize vacuum to remove the fluid from the surface of the wafer 108.   In this way a high velocity layer that is thin may be generated on the wafer surface between the wafer and the proximity head 106'''.  Therefore, a Bernoulli effect may be generated on the wafer surface thereby stabilizing the fluid meniscus 116 and enabling movement of the fluid meniscus 116 over the wafer surface without leaving droplets or contaminants through the optimal removal of fluid from the wafer surface.
[0056]The following figures describe an exemplary wafer processing system with an exemplary proximity head that can generate a fluid meniscus.  It should be appreciated that any suitable type of system with any suitable type of proximity head that can generate a fluid meniscus can be used with the embodiments of the present invention described herein.     
[0057]Figure 10 shows a wafer processing system 1100 in accordance with one embodiment of the present invention.  It should be appreciated that any suitable manner of holding or moving the wafer can be used such as, for example, rollers, pins, platen, etc.  The system 1100 may include rollers 1102a, 1102b, and 1102c which can hold and rotate a wafer to enable wafer surfaces to be processed.  The system 1100 may also include proximity heads 106a and 106b that, in one embodiment, can be attached to an upper arm 1104a and to a lower arm 1104b respectively.  The upper arm 1104a and the lower arm 1104b can be a part of a proximity head carrier assembly 1104 which enables substantially linear movement of the proximity heads 106a and 106b along a radius of the wafer.   In one embodiment the proximity head carrier assembly 1104 may be configured to hold the proximity head 106a above the wafer and the proximity head 106b below the wafer in close proximity to the wafer.  This may be accomplished by having the upper arm 1104a and the lower arm 1104b be movable in a vertical manner so once the proximity heads are moved horizontally into a location to start wafer processing, the proximity heads 106a and 106b can be moved vertically to a position in close proximity to the wafer.  In another embodiment, the fluid meniscus may be formed between the two proximity heads 106a and 106b and moved onto the top and bottom surface of the wafer. The upper arm 1104a and the lower arm 1104b may be configured in any suitable way so the proximity heads 106a and 106b can be moved to enable wafer processing as described herein.  It should also be appreciated that the system 1100 may be configured in any suitable manner as long as the proximity head(s) may be moved in close proximity to the wafer to generate and control a meniscus on the wafer surface.  In another exemplary embodiment, the proximity head 106 may be located at a first end of an arm which rotates around an axis defined by a second end of the arm.  Therefore, in such an embodiment, the proximity head may be moved in an arc over the surface of the wafer.  In yet another embodiment, the arm may be moved in a combination of a rotational movement and a linear movement.  Although shown with a proximity head 106 for each side of the wafer, a single head can be used for a single side of a wafer.  Other surface preparation processes can be performed on sides where no proximity head 106 is used, such as a wafer scrub brush.
[0058]In another embodiment, the system 1100 may include a proximity head docking station that has a transition surface adjacent to the wafer.  In such an embodiment, the fluid meniscus may transition between a docking station and the surface of the wafer while in a controlled and managed state.  Again, if only one side of the wafer is desired to be processed, one arm with one proximity head may be utilized.
[0059]Figure 11A illustrates a proximity head 106 performing a wafer processing operation in accordance with one embodiment of the present invention.  The proximity head 106, in one embodiment, moves while in close proximity to the top surface 108a of the wafer 108 to conduct the wafer processing operation.  It should be appreciated that depending on the type of fluid applied to the wafer 108, the fluid meniscus 116 generated by the proximity head 106 on the wafer surface 108a may be any suitable wafer processing operation such as, for example, cleaning, rinsing, drying, etching, plating, etc.  It should be appreciated that the proximity head 106 may also be utilized to process the bottom surface 108b of the wafer 108.   In one embodiment, the wafer 108 may be rotated so the proximity head 106 may be moved while fluid meniscus processes the top surface 108a.  In another embodiment, the wafer 108 may be held still while the proximity head 106 generates the fluid meniscus on the wafer surface.  Then the proximity head may move or scan over the wafer surface and therefore move the fluid meniscus along the surface of the wafer.  In yet another embodiment, the proximity head 106 may be made large enough so the fluid meniscus encompasses the surface area of the entire wafer.  In such an embodiment, by applying the fluid meniscus to the surface of the wafer the entire surface of the wafer may be processed without movement of the proximity head.  
[0060]In one embodiment, the proximity head 106 includes source inlets 1302 and 1306 and a source outlet 1304.  In such an embodiment, isopropyl alcohol vapor in nitrogen gas IPA/N2 1310 may be applied to the wafer surface through a source inlet 1302, vacuum 1312 may be applied to the wafer surface through a source outlet 1304, and a processing fluid 1314 may be applied to the wafer surface through a source inlet 1306.  
[0061]In one embodiment, the application of the IPA/N2 1310 and the processing fluid 1314 in addition to the application of the vacuum 1312 to remove the processing fluid 1314 and the IPA/N2 1310 from the wafer surface 108a can generate the fluid meniscus 116.  The fluid meniscus 116 may be a fluid layer defined between the proximity head 106 and the wafer surface that can be moved across a wafer surface 108a in a stable and controllable manner.  In one embodiment, the fluid meniscus 116 may be defined by a constant application and removal of the processing fluid 1314.  The fluid layer defining the fluid meniscus 116 may be any suitable shape and/or size depending on the size, number, shape, and/or pattern of the source inlets 1306, source outlets 1304 and source inlets 1302.  
[0062]In addition, any suitable flow rates of the vacuum, IPA/N2, vacuum, and the processing fluid may be used depending on the type of fluid meniscus desired to be generated.  In yet another embodiment, depending on the distance between the proximity head 106 and the wafer surface, the IPA/N2 may be omitted when generating and utilizing the fluid meniscus 116.  In such an embodiment, the proximity head 106 may not include the source inlet 1312 and therefore only the application of the processing fluid 1314 by the source inlet 1306 and the removal of the processing fluid 1314 by the source outlet 1304 generates the fluid meniscus 116.
[0063]In other embodiments of the proximity head 106, the processing surface of the proximity head 106 (the region of the proximity head where the source inlets and source outlets are located) may have any suitable topography depending on the configuration of the fluid meniscus to be generated.  In one embodiment, the processing surface of the proximity head may be either indented or may protrude from the surrounding surface.
[0064]Figure 11B shows a top view of a portion of a proximity head 106 in accordance with one embodiment of the present invention.  It should be appreciated that the configuration of the proximity head 106 as described in reference to Figure 8B is exemplary in nature.  Therefore, other configurations of proximity heads may be utilized to generate the fluid meniscus as long as the processing fluid can be applied to a wafer surface and removed from the wafer surface to generate a stable fluid meniscus on the wafer surface.  In addition, as discussed above, other embodiments of the proximity head 106 do not have to have the source inlet 1316 when the proximity head 106 is configured to generate the fluid meniscus without usage of N2/IPA.  
[0065]In the top view of one embodiment, from left to right are a set of the source inlet 1302, a set of the source outlet 1304, a set of the source inlet 1306, a set of the source outlet 1304, and a set of the source inlet 1302.  Therefore, as N2/IPA and processing chemistry are inputted into the region between the proximity head 106 and the wafer 108, the vacuum removes the N2/IPA and the processing chemistry along with any fluid film and/or contaminants that may reside on the wafer 108.  The source inlets 1302, the source inlets 1306, and the source outlets 1304 described herein may also be any suitable type of geometry such as for example, circular opening, triangle opening, square opening, etc.   In one embodiment, the source inlets 1302 and 1306 and the source outlets 1304 have circular openings.  It should be appreciated that the proximity head 106 may be any suitable size, shape, and/or configuration depending on the size and shape of the fluid meniscus 116 desired to generated.  In one embodiment, the proximity head may extend less than a radius of the wafer.  In another embodiment, the proximity head may be extend more than the radius of the wafer.  In another embodiment, the proximity head may extend greater than a diameter of the wafer.  Therefore, the size of the fluid meniscus may be any suitable size depending on the size of a wafer surface area desired to be processed at any given time.  In addition, it should be appreciated that the proximity head 106 may be positioned in any suitable orientation depending on the wafer processing operation such as, for example, horizontally, vertically, or any other suitable position in between.  The proximity head 106 may also be incorporated into a wafer processing system where one or more types of wafer processing operations may be conducted.   
[0066]Figure 11C illustrates an inlets/outlets pattern of a proximity head 106 in accordance with one embodiment of the present invention. In this embodiment, the proximity head 106 includes the source inlets 1302 and 1306 as well as source outlets 1304.  In one embodiment, the source outlets 1304 may surround the source inlets 1306 and the source inlets 1302 may surround the source outlets 1304.
[0067]Figure 11D illustrates another inlets/outlets pattern of a proximity head 106 in accordance with one embodiment of the present invention.  In this embodiment, the proximity head 106 includes the source inlets 1302 and 1306 as well as source outlets 1304.  In one embodiment, the source outlets 1304 may surround the source inlets 1306 and the source inlets 1302 may at least partially surround the source outlets 1304.
[0068]Figure 11E illustrates a further inlets/outlets pattern of a proximity head 106 in accordance with one embodiment of the present invention.  In this embodiment, the proximity head 106 includes the source inlets 1302 and 1306 as well as source outlets 1304.  In one embodiment, the source outlets 1304 may surround the source inlets 1306.  In one embodiment, the proximity head 106 does not include source inlets 1302 because, in one embodiment, the proximity head 106 is capable of generating a fluid meniscus without application of IPA/N2.  It should be appreciated that the above described inlets/outlets patterns are exemplary in nature and that any suitable type of inlets/outlets patterns may be used as long as a stable and controllable fluid meniscus can be generated.
[0069]While this invention has been described in terms of several preferred embodiments, it will be appreciated that those skilled in the art upon reading the preceding specifications and studying the drawings will realize various alterations, additions, permutations and equivalents thereof.  It is therefore intended that the present invention includes all such alterations, additions, permutations, and equivalents as fall within the true spirit and scope of the invention.
3. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0070]Figure 1A illustrates movement of cleaning fluids on a wafer during an SRD drying process.
[0071]Figure 1B illustrates an exemplary wafer drying process.  
[0072]Figure 2 shows a wafer processing system in accordance with one embodiment of the present invention.  
[0073]Figure 3 illustrates a proximity head performing a wafer processing operation in accordance with one embodiment of the present invention.  
[0074]Figure 4 illustrates a wafer processing operation that may be conducted by a proximity head in accordance with one embodiment of the present invention.  
[0075]Figure 5A illustrates a top view of a proximity head in accordance with one embodiment of the present invention.  
[0076]Figure 5B shows a perspective view of the proximity head in accordance with one embodiment of the present invention.
[0077]Figure 6A illustrates a side view of the proximity head generating the fluid meniscus with a high velocity fluid layer on the wafer surface in accordance with one embodiment of the present invention.  
[0078]Figure 6B shows a proximity head that is angled in comparison to a plane of the wafer in accordance with one embodiment of the present invention.  
[0079]Figure 7 shows a proximity head that extends over a diameter of the wafer in accordance with one embodiment of the present invention.  
[0080]Figure 8 depicts the proximity heads that are in the process of operating on the wafer in accordance with on embodiment of the present invention.  
[0081]Figure 9 illustrates a proximity head with a first piece and a second piece in accordance with one embodiment of the present invention.  
[0082]Figure 10 shows a wafer processing system in accordance with one embodiment of the present invention.  
[0083]Figure 11A illustrates a proximity head performing a drying operation in accordance with one embodiment of the present invention.  
[0084]Figure 11B shows a top view of a portion of a proximity head in accordance with one embodiment of the present invention.  
[0085]Figure 11C illustrates an inlets/outlets pattern of a proximity head in accordance with one embodiment of the present invention.
[0086]Figure 11D illustrates another inlets/outlets pattern of a proximity head in accordance with one embodiment of the present invention.
[0087]Figure 11E illustrates a further inlets/outlets pattern of a proximity head in accordance with one embodiment of the present invention.   
1.  A method for processing a substrate, comprising:
generating a fluid layer on a surface of the substrate, the fluid layer defining a fluid meniscus, the generating including,
moving a head in proximity to the surface;  
applying a fluid from the head to the surface while the head is in proximity to the surface of the substrate to define the fluid layer; and
removing the fluid from the surface through the proximity head by a vacuum;
wherein the fluid travels along the fluid layer between the head and the substrate at a velocity that increases as the head is in closer proximity to the surface. 
2.  A method for processing a substrate as recited in claim 1, wherein the head is between about 5 microns and about 500 microns in distance during the generating of the fluid layer, and the velocity is between 5 cm/sec and 200 cm/sec. 
3.  A method for processing a substrate as recited in claim 2, wherein the fluid has a flow rate of between about 50ml/sec to about 500 ml/sec. 
4.  A method for processing a substrate as recited in claim 1, wherein the fluid meniscus conducts one of an etching operation, cleaning operation, plating operation, or a drying operation.
5.  A method for processing a substrate as recited in claim 1, wherein generating the fluid layer includes applying the fluid to the surface of the substrate through a fluid inlet and removing the fluid from the surface of the substrate through a fluid outlet.
6.  A method for processing a substrate as recited in claim 5, wherein the fluid is one of an etching fluid, a plating fluid, a cleaning fluid, or a rinsing fluid.
7.  A method for processing a substrate as recited in claim 1, wherein generating the fluid layer includes applying a surface tension reducing fluid to the fluid meniscus.
8.  A method for processing a substrate as recited in claim 5, wherein removing the fluid includes applying the vacuum through the fluid outlet.
9.  An apparatus for processing a substrate, comprising:
a head capable of moving in proximity to a surface of the substrate and generating a  fluid layer on the surface of the substrate to define a fluid meniscus, the proximity head including,
at least one inlet configured to apply a fluid to the surface of the substrate to define the fluid layer,
at least one outlet configured to remove the fluid from the surface of the substrate;
wherein the head is capable of moving the fluid along the fluid layer between the head and the substrate at a velocity that increases as the head is in closer proximity to the surface.
10.  An apparatus for processing a substrate as recited in claim 9, wherein the head is configured to move to between about 5 microns and about 500 microns in distance from the surface in operation.
11.  An apparatus for processing a substrate as recited in claim 9, wherein head is capable of applying the fluid to the surface at a flow rate of between about 50 ml/sec to about 4000 ml/sec.   
12.  An apparatus for processing a substrate as recited in claim 9, wherein the fluid meniscus conducts one of an etching operation, cleaning operation, plating operation, or a drying operation.
13.  An apparatus for processing a substrate as recited in claim 9 wherein the outlet applies vacuum to remove the fluid from the surface.
14.  An apparatus for processing a substrate as recited in claim 9, wherein the head is capable of moving the fluid along the surface of the substrate from the inlet to the outlet with a velocity of between 10 cm/sec and 100 cm/sec.  
15.  An apparatus for processing a substrate as recited in claim 9, wherein the fluid layer includes one of an etching fluid, a plating fluid, a cleaning fluid, or a rinsing fluid.
16.  An apparatus for processing a substrate as recited in claim 9, further comprising,
an additional inlet capable of applying a surface tension reducing fluid to a border of the fluid meniscus.
17.  An apparatus for processing a substrate as recited in claim 9, wherein the surface tension reducing fluid is an isopropyl alcohol vapor in nitrogen gas.
18.  A substrate preparation system, comprising:
a head being capable of being moved in proximity to a substrate surface when in operation;
a first conduit for delivering a fluid to the substrate surface through the head; and
a second conduit for removing the fluid from the substrate surface, the fluid forming a fluid layer over the substrate surface in operation;  
wherein the fluid travels along the fluid layer between the head and the substrate surface at a velocity that increases as the head is in closer proximity to the substrate surface.
19.  A substrate preparation system as recited in claim 18, wherein the 
head is configured to move to between about 5 microns and about 500 microns in distance from the substrate surface in operation.
20.  A substrate preparation system as recited in claim 18, wherein the head is capable of applying the fluid at a flow rate of between about 10 cm/sec to about 100 cm/sec.   
21.  A substrate preparation system as recited in claim 18, wherein the fluid layer conducts one of an etching operation, cleaning operation, plating operation, or a drying operation.
22.  A substrate preparation system as recited in claim 18 wherein the second conduit applies vacuum to remove the fluid from the substrate surface.
23.  A substrate preparation system as recited in claim 18, wherein the fluid is one of an etching fluid, a plating fluid, a cleaning fluid, or a rinsing fluid.
24.  A substrate preparation system as recited in claim 18, further comprising,
an additional inlet capable of applying a surface tension reducing fluid to the substrate surface.
25.  A substrate preparation system as recited in claim 24, wherein the surface tension reducing fluid is an isopropyl alcohol vapor in nitrogen gas.
1. ABSTRACT
Among the many embodiment, in one embodiment, a method for processing a substrate is disclosed which includes generating a fluid layer on a surface of the substrate, the fluid layer defining a fluid meniscus. The generating includes moving a head in proximity to the surface, applying a fluid from the head to the surface while the head is in proximity to the surface of the substrate to define the fluid layer, and removing the fluid from the surface through the proximity head by a vacuum.  The fluid travels along the fluid layer between the head and the substrate at a velocity that increases as the head is in closer proximity to the surface.
2. REPRESENTATIVE DRAWING
Fig. 2
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