(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１圧力の処理室と、該処理室の前記第１圧力よりも高い第２圧力にある、前記処理室に隣接する第２室内の環境空間との間で第１ワークピースを移送する方法であって、
前記処理室内の圧力を前記第１圧力から、前記処理室内にガスの流れを供給することにより、前記環境空間の前記第２圧力に少なくとも等しい圧力レベルに上昇させ、
前記処理室と前記環境空間との間の流体連通を可能にするために、前記処理室と前記環境空間との間を相互接続する室均等化ポートを開放し、
前記環境空間から処理室の内部空間へのアクセスを可能にし、さらに、前記処理室と前記環境空間との間に第２の流体連通を可能にするために、前記処理室と前記環境空間との間を相互接続する室弁を開放し、
前記室均等化ポートと前記室弁が開放された後で、前記室弁を介して前記処理室と前記環境空間との間で前記第１ワークピースを移送する、各ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記処理室の圧力を上昇させるステップは、前記処理室に流体連通している超純粋ガス源から前記処理室内に均等に分配されたガスの流れを拡散することを含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記処理室内に均等に分配されたガスの流れを拡散するステップは、この処理室内に窒素ガスの流れを拡散させることを含んでいる請求項２記載の方法。
【請求項４】
均等に分配されたガスの流れを拡散するステップは、伸長ロッドを介してガスを分配することを含み、前記ロッドは、その伸長部分の全体に複数のガス供給開口を有し、さらに超純粋ガス源に連結され、このガスがロッド内を流れて通過するとき、ガス供給開口が均等に分配されたガスの流れを作り出すことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記ガスは、焼結されたニッケル製ロッドから分配されることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記処理室は、極低温流体源に流体連通されたノズルを含むエアゾル処理室であり、前記ノズルは、前記処理室が前記第１圧力にあるとき、前記処理室内に置かれた前記第１ワークピースの表面に向かって極低温流体の流れを分配するために設けられたことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項７】
前記処理室と前記環境空間との間で前記第１ワークピースを移送するステップは、前記環境空間から前記処理室に前記第１ワークピースを挿入することを含んでいる請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記処理室と前記環境空間との間で前記第１ワークピースを移送するステップは、前記処理室から前記環境空間に前記第１ワークピースを移動することを含んでいることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記第１ワークピースが前記処理室から取り除かれた後、前記室弁を介して前記環境空間から前記処理室に第２ワークピースを挿入するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第２ワークピースが前記処理室内に挿入された後、前記処理室を密閉し、
前記第２ワークピースを処理する準備のために、前記処理室内の圧力を前記第１圧力に減少させ、
前記処理室内に取り付けた前記ノズルを介して極低温流体の流れを分配することによって前記第２ワークピースを処理する、各ステップを有し、
前記極低温流体の流れは、前記第２ワークピースに向かって分配されて該第２ワークピースの表面に衝突し、前記第２ワークピースの表面上に含まれる汚染物質を取り除くことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第２ワークピースの処理と同時並行的に、前記処理室を介して均等に分配されたガスの流れを拡散させるステップを更に含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記第２ワークピースの処理と同時並行的に、前記処理室を介して均等に分配されたガスの流れを拡散させるステップは、伸長ロッドを介してガスを分配することを含み、前記ロッドは、その伸長部分の全体に複数のガス供給開口を有し、さらに超純粋ガス源に連結され、このガスがロッド内を流れて通過するとき、ガス供給開口が均等に分配されたガスの流れを作り出すことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記処理室と前記環境空間との間で前記第１ワークピースを移送するステップは、前記環境空間に配置されたロボットアームを用いて前記第１ワークピースを係合し、前記ロボットアームは、前記処理室と前記環境空間の間を相互接続する前記室弁を介して前記処理室にアクセスすることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項１４】
処理室内に第１ワークピースを支持するためのチャック、極低温エアゾルの流れを分配するノズル、及び前記処理室と、該処理室に隣接する第２室内の環境空間との間で前記第１ワークピースを移送可能にする室弁を備え、極低温洗浄装置によって前記第１ワークピースを処理するための方法であって、
前記処理室内に前記第１ワークピースを支持し、かつ前記処理室内の圧力を、前記第２室内の前記隣接する環境空間の第２圧力よりも低い処理圧力に減少させ、
前記処理室が前記処理圧力に保持されている間、前記第１ワークピースの表面に対して極低温エアゾルを指向させ、
前記処理圧力から、前記処理室内にガスの流れを供給することにより、前記隣接する環境空間の第２圧力に等しいか又はそれ以上の移送圧力に前記処理室内の圧力を上昇させ、
次に、前記処理室と前記隣接する環境空間の間を相互接続する室均等化ポートを開放して、前記処理室と前記隣接する環境空間との間の流体連通を可能にし、
前記環境空間から前記処理室の内部空間へのアクセスを可能にし、さらに、前記処理室と前記環境空間との間に流体連通を可能にするために、前記処理室が前記移送圧力にある間、前記室弁を開放し、
前記室弁が開放された後で、前記室弁を介して前記処理室から前記環境空間に前記第１ワークピースを移送する、各ステップを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記処理室内の圧力を減少するステップは、
前記室弁を閉鎖し、
真空ポンプと前記処理室の間を流体的に相互接続する真空ポンプ弁を作動させ、
前記処理室と前記環境空間との間を相互接続する室均等化ポートを閉鎖し、
前記真空ポンプを作動させて前記処理室内の室空間を排気し、これにより、前記処理室の圧力を所望のレベルに減少させることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記処理圧力から前記処理室内の圧力を移送圧力に上昇させるステップは、前記処理室における室の排気ポートを介して前記処理室内にガスの流れを分散することを含み、前記排気ポートは、ガス源と流体的に相互接続されていることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記排気ポートは、伸長ロッドを含み、その伸長部分の全体に複数のガス供給開口を有し、さらに前記伸長ロッドは、前記処理室内に配置され、ガスの流れは、前記伸長ロッドのガス供給開口を介して分配される均等に分配されたガスの流れであることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記ガス源は、超純粋ガスであり、ガスの流れを拡散するステップは、超純粋ガス源からのガスの流れを拡散することを含んでいる請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記処理室から前記隣接する環境空間に前記第１ワークピースを移送するステップは、前記環境空間に配置されたロボットアームを用いて前記第１ワークピースを係合し、前記ロボットアームは、前記室弁を介して前記処理室にアクセスすることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
前記室弁を介して前記移送圧力で前記隣接する環境空間から前記処理室に第２ワークピースを移送し、さらに、前記第１ワークピースが前記処理室から移送された後、前記処理室内に前記第２ワークピースを支持し、そして、前記処理室内の圧力を前記処理圧力に減少するステップを更に含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項２１】
前記処理室が前記処理圧力に保持されている間、前記第２ワークピースの表面に極低温エアゾルを指向し、
前記処理室の圧力を前記処理圧力から前記移送圧力に上昇し、
前記隣接する環境空間から前記処理室の内部空間へのアクセスを可能にし、さらに、前記処理室と前記環境空間との間に流体連通を可能にするために、前記処理室が前記移送圧力にある間、前記室弁を開放し、
前記室弁が開放された後で、前記室弁を介して前記処理室から前記環境空間に前記第１ワークピースを移送する、各ステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
ワークピースの表面部分を少なくとも洗浄するための極低温エアゾル洗浄装置であって、
外部の環境状態から密閉可能な内部室を有する処理室と、
前記処理室内に配置される前記ワークピースを支持するためのチャックと、
極低温エアゾル源と接続可能であり、極低温エアゾルの流れを分配するためのノズルと、
前記処理室と第２室内の隣接する環境空間との間で前記ワークピースを移送可能する室弁と、
前記処理室に流体連通されて前記内部室を排気し、かつその圧力を、前記第２室内の前記隣接する環境空間の第２圧力より低い処理圧力に減少させ、前記内部室との間で選択的に連通するように、真空ポンプ弁によって前記内部室に連結して作動する真空ポンプと、
前記内部室内に配置され、ガス源と接続可能となって、前記内部室にガスの流れを分配するための室排気ポートと、
前記内部室とこの室に隣接する環境空間との間に配置された室均等化ポートとを備え、
該室均等化ポートは、前記内部室と前記環境空間との間の流体連通を選択的に可能にするために開閉することができ、前記室弁を開く前に、前記処理室内にガスの流れを供給することにより、前記処理室内の圧力を前記隣接する環境空間の前記第２圧力に少なくとも等しい圧力レベルに上昇させ、前記室均等化ポートが開放されるとき、前記内部室の圧力が、前記環境空間の前記第２圧力に等しいか又はそれ以上の圧力となるようにしたことを特徴とする洗浄装置。
【請求項２３】
さらに、前記処理室と前記環境空間との間を相互接続し、前記処理室の圧力と前記環境空間の圧力とを比較する差圧ゲージを含むことを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記室排気ポートは、ガス源に流体連通可能な拡散器を含み、この拡散器は、前記処理室を介して均等に分散したガスの流れを作り出すことを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２５】
前記拡散器は、伸長部分全体に複数のガス供給開口を有する伸長ロッドからなり、前記ガス供給開口は、均等に分散したガスの流れを作り出すことを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
前記伸長ロッドは、前記処理室の全幅にわたって伸びており、ガスの流れが、前記処理室内で長手方向に分散されることを特徴とする請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
前記拡散器は、極低温エアゾルの流れを分配するためにノズルの上流側に配置されていることを特徴とする請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
前記拡散器は、焼結されたニッケル製ロッドであることを特徴とする請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
更に、外部環境状態から密閉可能なハンドリング室と組み合わされ、前記隣接する環境空間は、前記ハンドリング室の内部に配置されていることを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項３０】
さらに、前記ハンドリング室内に配置される少なくとも１つのワークピースを有することを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
さらに、前記ハンドリング室内に配置されたロボットアームを有することを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３２】
さらに、室排気ポートと流体的に相互連通するガス源と組み合わされることを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項３３】
前記ガス源は、超純粋ガス源であることを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項３４】
前記ガス源は、窒素であることを特徴とする請求項３３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空状態に排気された中でワークピースを処理する処理室から、あるいは処理室内にワークピースを移送するための装置及び方法に関する。このワークピースの処理室内外への移送は、処理室に隣接する周囲環境の中で（処理条件に関して測定されるように）より高い圧力下でなされる。更に、特定すれば、本発明は、真空状態下でシリコンウエハを処理する際（例えば、エアゾル(aerosol)処理装置によってウエハの表面を洗浄する作業）に有益となる装置に関する。この処理装置内において、処理室および／またはワークピースの一体化を損なうことなく、処理室を囲むハンドリング環境のより高い大気圧下の中で、この装置の処理室にウエハを挿入及び排出することができる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ等のマイクロエレクトロニクス素子を製造する場合に、処理装置は、洗浄のため、または基板（例えば、半導体ウエハ）の表面を処理するのに、しばしば使用される。半導体ウエハ及び他のマイクロエレクトロニクス素子は、一般的に、湿気及び他の汚染物質に非常に敏感である。例えば、半導体ウエハは、一般的に、汚染粒子と大きさが匹敵しうる回路としての特徴を有する。それゆえ、湿気及び他の汚染物質が、処理装置、あるいはマイクロエレクトロニクス素子が保存及び／または処理される他の環境空間に侵入するのを防止することが重要である。
【０００３】
特定の処理特性を与えるために、特定装置内でのウエハ処理は、処理室の環境空間において、真空状態に排気された条件の下で、しばしば実行され、処理されるウエハが、この特定装置を取り囲む環境の中の圧力よりも低い圧力に保持される。例えば、エアゾル洗浄装置は、ウエハの表面に極低温流体の流れを当てることによって半導体ウエハの表面を洗浄するのに使用される。極低温流体は、キャリアガスおよび氷結粒子(frozen particles)を含むエアゾルスプレーからなり、氷結粒子は、アルゴン等のガスから作り出される急速に凍るエアゾル小滴(droplets)によって作られる。極低温流体の流れはウエハ上に配置されたノズルから噴射され、氷結粒子がウエハの表面に衝突し、ウエハの表面から汚染物質を除去する。
【０００４】
ウエハが洗浄される処理室の圧力は、所望の物理的特性を有する極低温流体の流れを供給するために制御される。例えば、よく知られるように、洗浄ノズルから排出される極低温流体のトリプル点以下の圧力で処理することにより、氷結粒子を効果的に作り出すことを確実にし、さらに、液体の極低温小滴がワークピース上に落ちるのを防止する。また、液体小滴内に元々包含される粒子から残留物を蒸発作用によって取り除く。言い換えれば、処理室の圧力は、室内で実行される処理ステップを最適化するために制御される。エアゾル処理装置の場合、一般的に、処理室の圧力が装置を取巻く環境の圧力以下になるように制御される。半導体ウエハの処理を制御して行うエアゾル処理装置は、本出願の出願人に譲渡され、発明の名称が「エアロダイナミックなエアゾル室」という米国特許第5,810,942号明細書に記載されている。この開示内容は、ここに参考文献として包含される。
【０００５】
このような装置では、マイクロエレクトロニクス素子の処理は、周囲環境の圧力以下である圧力で起こるので、処理室の内外にマイクロエレクトロニクス素子を移送する間に、処理室内に湿気または他の汚染物質の導入を制御する（即ち、防止）ことが難しい。処理室を単純に開放すると、ウエハを処理するのに使用する室内の圧力が低下し、周囲環境からのエアが処理室内に入り込むことになる。このエアは、湿気及び他の汚染物質を含み、これらが処理室内に入ることを許すと、処理室内のウエハ及び他の表面上に凝結することになる。極低温エアゾル処理室の場合には、配送するのに極端に冷たい表面が使用され、あるいは、極低温流体に晒されるかまたは接触するこれらの表面は、特に湿気および他の汚染物質が凝結しやすい。
【０００６】
こうして、極低温エアゾル処理室内又は室外へのウエハの移送は、処理室の入口ポート／出口ポートに隣接する、一般的に密封されたハンドリング環境内で行われる。処理されるべき複数のウエハは、一般的に、分離した真空室内に配置され、この室は、ハンドリング環境とされ、ロボットアームが、ハンドリング環境にある別の分離した真空室内に配置されており、このロボットアームは、ポートを介してウエハを処理室から取り出したり、複数のウエハから新しいウエハを把持したり、ポートを介して新しいウエハを処理室内に挿入したりする。このハンドリング環境内の圧力は、ウエハが処理される圧力よりも低いレベルに保たれている。即ち、ハンドリング環境は、一般的に10〜30ミリトル(milli-torr)のオーダーで、洗浄中の処理室の圧力は、一般的に約５０トルである。
【０００７】
このような極低温の洗浄装置において、ウエハを処理室から排出又は搬入するために、処理されるウエハ上に湿気または汚染物質が導入されることを少なくする。そして、この処理室、ロボットが含まれる室、及び複数のウエハを含む室は、これらの室の１つからウエハを他の室に移送するために、ほぼ均等化されなければならない。すなわち、処理室へ流入する流体の流れを阻止することが望ましいばかりでなく、処理室から排出される流体の流れも阻止することが望ましい。
【０００８】
こうするために、処理室は、ハンドリング環境の圧力に等しい圧力に排気され、処理室からハンドリング環境内にガスの移送を防止する。これは、処理室とハンドリング環境の間の差圧により、処理室を出るとき、より高い圧力領域からより低い圧力領域へのいくつかの環境内への移送が生じることによるものである。このような流体流によって、処理されたウエハか、またはまさに処理されようとしているハンドリング環境において、汚染物質の再循環が生じる。そこで、処理室がハンドリング環境の圧力レベルに減圧されると、処理室は、入力ポート及び出力ポートを開放することにより通過できる。そして、処理されるウエハは、取り除くことができ、処理室とハンドリング環境との間で最小限度の環境交換を伴って、新しいウエハを挿入することができる。この処理室は、再シールすることができ、その圧力は、所望の処理圧力に上昇させることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、半導体ウエハが配置されるどのような環境に対しても、湿気と汚染物質の導入を制御することは重要である。これは、上述した処理室の内外にウエハを移送する際の処理サイクル中、ウエハを配置した環境空間が排気されることから特に言えることである。これは、圧力が減圧されることにより、湿気及びその回りを取巻く汚染物質が生じてウエハ上及び装置の極低温要素上に凝結するからである。エアゾル処理装置において、極低温の流体の流れが処理室内に分配されるときに、この装置の構成要素が極低温度により非常に冷たくなっており、この点が、特に、緊急の問題となる。
【００１０】
処理室を通過する前に、処理室の圧力をこの処理圧力からハンドリング環境のレベルに減圧するステップは、時間を短くする必要があるが、これは、ウエハを処理するのにかかる全時間の大部分を占め、しばしば、２０秒あるいはそれ以上の時間がかかる。これは、所定の時間内で処理されるウエハの数（即ち、処理室を通るウエハの処理能力）に影響し、ウエハの製造工程全体の効率を低下させる。さらに、これらの室間でウエハを移送する間のハンドリング環境と処理室における種々の室内の圧力レベルを適切に制御するための従来の設備では、時間が多く消費される。さらに、従来の設備は、処理室を個別の圧力に維持しながら、ハンドリング環境の室内を低圧力に維持するには、複雑な構成が必要となる。これは、全体のシステムを構成しかつ維持するには、コストが増大するとともに複雑になる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来の処理装置の欠点を克服するもので、ワークピースを処理するための装置及びその方法が与えられている。本発明は、処理室に隣接する環境空間の圧力レベルと少なくとも同一の圧力に室圧を増加させるために、処理室を加圧及び排気する。この処理室の加圧と排気は、本発明に従って制御され、隣接する環境空間から処理室内に、または処理室から環境空間内に、処理室内に汚染物質が導入されないようにしながら、ワークピースを移送する。
【００１２】
すなわち、ワークピースは、処理室を隣接する環境空間の圧力またはそれより僅かに高い圧力（処理が行われる圧力に対して測定された圧力）にしながら、処理室から隣接する環境空間に、（またはその逆に）移送することができる。これは、より早いワークピース移送（即ち、圧力を減じる時間を浪費する必要がない）を可能にし、その結果、洗浄装置の処理能力を増加させる。この装置は、また、従来の装置に比較して複雑でなく、また、製造、使用、及びメンテナンスに対してより効率的となる。
【００１３】
第１の構成によれば、本発明は、第１圧力の処理室と、第１圧力より高い第２圧力の隣接する環境空間との間で第１ワークピースを移送する方法である。この方法は、前記処理室内の圧力を第１圧力から、前記処理室内にガスの流れを供給することにより、隣接する環境空間の第２圧力に少なくとも等しい圧力レベルに上昇させ、前記処理室と隣接する環境空間との間を相互接続する室均等化ポートを開放する。室均等化ポートは、処理室と隣接する環境空間との間の流体連通を可能にする。処理室と隣接する環境空間との間を相互接続する室弁が、前記環境空間から処理室の内部空間へのアクセスを可能にし、さらに、前記処理室と前記環境空間との間に第２の流体連通を可能にするために、前記処理室と隣接する環境空間との間を相互接続する室弁が開放される。第１ワークピースは、
前記室均等化ポートと室弁が開放された後で、前記室弁を介して前記処理室と前記環境空間との間で移送される。
【００１４】
第２の構成によれば、本発明は、処理室を有する極低温の洗浄装置によって第１ワークピースを処理するための方法である。この装置は、処理室内に第１ワークピースを支持するためのチャック、極低温エアゾルの流れを分配するノズルを有する。この装置は、さらに、前記処理室と隣接する環境空間との間で前記第１ワークピースを移送可能にする室弁を含んでいる。この方法は、前記処理室内に第１ワークピースを支持し、かつ前記処理室内の圧力を、前記第２室内の前記隣接する環境空間の第２圧力よりも低い処理圧力に減少させるステップを有する。前記処理室が前記処理圧力に保持されている間、前記第１ワークピースの表面に対して極低温エアゾルを指向させ、前記処理圧力から、前記処理室内にガスの流れを供給することにより、前記隣接する環境空間の第２圧力に等しいか又はそれ以上の移送圧力に上昇させる。次に、前記処理室と前記隣接する環境空間の間を相互接続する室均等化ポートを開放して、前記処理室と前記隣接する環境空間との間の流体連通を可能にする。前記室弁は、前記環境空間から処理室の内部空間へのアクセスを可能にし、さらに、前記処理室と前記環境空間との間に流体連通を可能にするために、前記処理室が前記移送圧力にある間、開放され、そして、前記室弁を介して前記処理室から前記環境空間に前記第１ワークピースが移送される。
【００１５】
第３の構成によれば、本発明は、第１ワークピースの表面部分を少なくとも洗浄するための極低温エアゾル洗浄装置である。この装置は、外部の環境状態から密閉可能な内部室を有する処理室と、前記処理室内に配置されるワークピースを支持するためのチャックとを有する。さらに、この装置は、極低温エアゾル源と接続可能であり、極低温エアゾルの流れを分配するためのノズルを有する。室弁がこの装置に設けられ、処理室と隣接する環境空間との間にワークピースを移送させることができ、また、真空ポンプが、前記処理室に流体連通され、内部室を排気し、かつその圧力を隣接する環境空間の第２圧力より低い処理圧力に減少させる。
【００１６】
この装置は、さらに、前記内部室内に配置され、この室にガスの流れを分配するための室排気ポートを有する。このポートは、この目的のためにガス源に接続可能である。室均等化ポートが、前記内部室とこの室に隣接する環境空間との間に配置されて作動する。室均等化ポートは、前記内部室と前記環境空間との間の流体連通を選択的に可能にするために開閉することができ、前記室弁を開く前に、前記処理室内にガスの流れを供給することにより、前記処理室内の圧力を前記隣接する環境空間の前記第２圧力に少なくとも等しい圧力レベルに上昇させ、前記室均等化ポートが開放されるとき、内部室の圧力が前記環境空間の第２圧力に等しいか又はそれ以上の圧力となるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図面において、同一の参照番号は、いくつかの図において同一の部品を表し、装置１０は、半導体ウエハ１８等のワークピースの表面を処理するために図示されている。本発明は、マイクロエレクトロニクス素子、コンピュータハードドライブ部品、マルチチップモジュール、及び同類物を含む種々のワークピースを取り扱うのに有益である。
【００１８】
本発明は、Ｘ線マスク、および半導体基板を含むマイクロリソグラフィー処理のために使用されるマスクを取り扱うために使用することができる。この半導体基板は、ガリウム砒化物または半導体ウエハに制限されないものを含んでいる。
【００１９】
本発明の特定の記述を提供するために、装置１０は、半導体ウエハの表面から汚染物質を洗浄するために使用される極低温エアゾル洗浄装置として記載されている。この出願における従来技術の部分で説明したように、このような装置には、非常に低温の環境によって、汚染物質は、特に、ワークピースの移送中に生じる流体の流れの問題及び環境条件に影響されやすい。しかし、真空状態の下でワークピースの表面を処理または取り扱うのに使用する他の装置は、ここで記述する本発明の原理に適合している。
【００２０】
装置１０は、一般的に、密封可能な内部空間（内部室）１４を有する処理室１２を含んでいる。チャック１６は、内部空間１４に配置され、かつ処理室１２の長さに沿って長手方向に往復運動するように取り付けられている。さらに、装置１０は、チャック２０の上方にある処理室内に取り付けられたジェット衝突ノズル２０を含んでいる。ノズル２０は、その長さに沿って複数のオリフィス(図示略)を含み、ライン２６を介して極低温流体源２４に流体的に接続されている。流体源２４は、加圧され、かつライン２６を介して公知の方法でノズル２０に向けられている。ノズル２０は、そのオリフィスから極低温の流体の流れ２５を分配する。この流れ２５がウエハに加えられている間の処理室１２の圧力は、公知のように、極低温流体の所望の流れを生じるように制御される。
【００２１】
すなわち、この流れの分配は、ウエハ１８の洗浄中、室１２の圧力が制御されることによって、凍結した極低温粒子のジェットを与えるために制御される。窒素、アルゴン、または、超純粋のドライエア等の多くの極低温流体が、この場合に用いられ、概略アルゴンと窒素を3：1の割合で混合したものが、好ましい極低温流体である。このような極低温エアゾルスプレー自体を作り出す方法は、本発明の主たるものではなく、またこのようなノズル及び他の装置の設計、さらに、その制御技術は、譲渡された米国特許第5,810,942号明細書に論じられているように公知である。この開示内容は、ここに参考文献として包含される。公知のまたは開発されたノズル、供給源、あるいは制御回路及び機構は、いずれも本発明の処理室に対応して利用することができる。
【００２２】
また良く知られているように、最初、処理室１２に置かれる（以下で詳細に説明する）場合の、ウエハ１８は、チャック１６の頂部表面から上方に伸びるエア作動のリフト(図示略)によって把持される。ウエハ１８を受け入れた後、リフトは、ウエハ１８をチャック１６の頂部表面上に配置するために降下する。そして、ウエハ１８とチャック１６の間に真空が作り出され、ウエハ１８がチャック１６に固定される。チャック１６とウエハ１８は、チャック１６に機械的に相互連結しているモータ(図示略)を介して極低温流体の流れ２５の下側に運ばれる。そして、流れ２５は、ウエハ１８の表面に衝突し、ウエハの表面から汚染物質を取り除く。
【００２３】
チャック１６が極低温流体の流れ２５の下側を並進移動するとき、ウエハ１８とチャック１６の間の相対的動きが、これらの部品間の真空により防止される。さらに、処理室１２内のワークピースを支持しかつ移動する方法は、特に、本発明の構成ではない。公知のまたは開発されたどのような装置および／または制御回路ならびに機構は、本発明の処理室に対応して利用することができる。
【００２４】
極低温流体の流れ２５の下でウエハ１８を支持しかつ移動するための他の構造として、ウエハ１８を横切って流れ２５を分配するために前後に旋回する回転チャックまたはノズル２０を用いることができることは想像される。さらに、ウエハ１８をチャック１６に固定するための他の方法は、上記部品間に保持される電磁力またはウエハ１８に設けられたエッジグリップ等を使用することができる。
【００２５】
本発明によれば、拡散器３２がノズル２０の上流に配置されている。この拡散器（室排気ポート）３２は、ライン３６を介して純粋なドライガス源３４に流体連結されている。この実施形態で示すように、拡散器３２は、ノズル２０（より詳細には下方に図示されている）の上流で処理室１２の底部の固定位置に配置されている。拡散器３２は、特定の利用のために望まれるように、処理室１２内の色々な位置に配置することができる。さらに、拡散器３２は、処理室１２内に調整可能に取り付けることができる。ドライガス源３４は、加圧され、ライン３６に設けた制御弁(図示略)を介して拡散器３２に設けられる。ガス３０の流れは、ウエハ１８の処理中、処理室１２内に拡散器３２から分配され、極低温流体の流れの衝突によってウエハ１８の表面から取り除かれる汚染物質を運ぶことができる。同様に、譲渡された米国特許第5,810,942号明細書に記載のように、ガスの流れは、種々の方法により制御することができ、ウエハ１８の表面上の汚染物質を排出することができる。
【００２６】
処理室１２の内部１４は、真空ポンプ弁４２を介して処理室１２に接続される真空ポンプ４０を用いて所望の処理圧力に排気される。真空ポンプ４０は、特定の利用によって必要とされる所望の室圧力に処理室１２を排気する。スロットル弁４４は、制御可能な可変流体流機構を有し、この機構は、処理室１２と真空ポンプ弁４２の間に直列に配置される。スロットル弁４４は、室圧力を所望のレベルに維持するために使用される。この点に関して、室圧力ゲージ４６が処理室１２の内部１４内の圧力を監視するために設けられ、図１において、ライン４９を介して示されるように、スロットル弁４４に連結されて作動する。室圧力ゲージ４６は、スロットル弁にフィードバック信号を与えて、その流体流機構を調整し、かつ公知の方法で室圧力を所望のレベルに維持することができるようにする。
【００２７】
装置１０は、さらに、移送ロボット５０（その端部部分が図１に示されている）等のハンドリング装置を含んでいる。このロボットは、処理室１２に隣接するハンドリング環境５２内に配置される。装置１０において、処理されるべき１つまたはそれ以上のウエハ（図示略）が、ハンドリング環境５２内に配置され、ロボット５０は、ウエハが配置されるハンドリング環境５２から処理室１２内にウエハ１８を搬入及び搬出するのに使用される。このようなロボットは、よく知られており、また良く知られあるいは開発中のロボットが本発明において使用することができる。これらのロボットは、Ｘ−Ｙ方向の移動及びＺ方向に移動（特定の利用による）が含まれている。
【００２８】
実施形態で示すように、ハンドリング環境５２は、装置１０を取り囲む環境から密閉されうるハンドリング室５４内に包含される。密閉室５４は、装置１０を取り囲む環境下にあるハンドリング環境５２へのダスト及び他の汚染物質の導入を妨げる。これにより、装置１０内で処理されるべきウエハへの汚染を最小限に抑える。しかし、ハンドリング室５４は、所望であれば、周囲環境に対して開放されている状態であり、ロボット５０及び処理されるウエハは、所望ならば分離して包含されるハンドリング室内に配置されることなく、処理室１２に隣接して配置することができる。これは、装置１０がクリーンルーム環境等の汚染物質から解放されている環境に配置される場合に、真実となる。
【００２９】
チャンバー弁（室弁）２８は、ハンドリング室（第２室）５４から処理室１２にアクセスできるようにする。好ましい実施形態では、ハンドリング室５４内のハンドリング環境（環境空間）は、装置１０を取巻く環境の圧力よりも僅かに高い圧力か同一の圧力に維持される。もちろん、他の圧力環境も、以下に設定される本発明の作業に合致すると思われる。例えば、ハンドリング室５４内のハンドリング環境５２は、所望の周囲環境の圧力よりも高いかまたは低い圧力に維持することができる。しかし、以下で示される本発明の原理に従えば、ハンドリング環境５２の圧力は、ウエハ１８が洗浄されるとき処理室１２において維持される圧力よりも高くなっている。図１でライン６３で示すように、室の圧力を均等に制御するためのポート４８が、処理室１２とハンドリング環境５２の間に接続されている。このポートにより、室１２の内部１４をハンドリング環境５２と均等化にする。
【００３０】
更に、ウエハ１８が処理室１２内に搬入された後、（例えば、ウエハ１８が極低温流体の流れ２５によって洗浄された後）ロボット５０は、処理室１２からウエハ１８を取り除き、新しいウエハをチャック１６上に挿入するために使用される。上述したように、ハンドリング環境５２は、ウエハが洗浄されるときの、処理室１２の圧力よりも少なくとも、好ましくは、高い圧力に維持されている。本発明によれば、これらの環境間の圧力差によって生じたハンドリング環境５２から処理室１２へのガスの移送は、処理室１２からウエハ１８への移送中には実質的に妨げられる。それは、処理室１２がその処理圧力から増加した圧力に排気され、増加した圧力が、チャンバー弁２８の開放及びウエハが排出される前のハンドリング環境５２の圧力（即ち、ハンドリング室５４内の圧力）よりも僅かに高い圧力または同一の圧力となるからである。これは、移送中、ハンドリング環境が、処理室１２内への流れを防止することになる。
【００３１】
処理室１２の排気及び圧力は、弁４２,４４,２８及びポート４８を用いた制御の下で、拡散器３２によって分配される、好ましくは、超純粋なドライガスの流れ３０によって達成される。図２〜図４には、処理室１２を加圧し、処理室１２を排気し、更に、ウエハを処理室から移送し、新しいウエハを処理室１２内に搬入し、処理室１２を新しいウエハを処理するために準備する所望の圧力に減圧させる、各ステップがそれぞれ概略図示されている。単純化のために、装置１０のノズル２０とチャック１６は、図２〜図４に説明していない。これは、装置１０のこれらの構成部品は、図示及び記載されたステップ中、作動しないからである。
【００３２】
図２〜図３において、エアゾル流２５を用いてウエハ１８を洗浄したとき、処理室１２は、加圧され、そしてスロットル弁４４を閉じることにより排気される。さらに、弁４２を介して真空ポンプ４０からの引き出しをなくし、拡散器３２のガスの流れ３０を維持しながら、所望の方法で、室均等化ポート４８とチャンバー弁４２を開放する。図５に関連して以下で説明するように、ウエハ１８の処理中室１２内に分配されるガスの流れ３０に比較して減少した流量で拡散器３２から分配できることが決定される。ガスの流れ３０は、もちろん他の所望の流量で分配することができ、ウエハ１８の処理中と、ここで記載したウエハ移送手順の両方とも、特定の利用のための処理パラメータに依存する。
【００３３】
好ましくは、スロットル弁４４と真空ポンプ弁４２は、ウエハ１８を洗浄したときに最初、閉鎖されており、処理室１２を効果的に密閉する。拡散器３２からのガスの流れ３０は、維持され（上述しかつ以下で説明するように、ウエハ１８の洗浄中、ガスの流れに比較して減速した流量に維持される。）、こうして、処理室１２の内部空間１４は、流れ３０によって加圧される。差圧ゲージ６０が、処理室の内部空間１４とハンドリング環境５２の間を相互接続しており、処理室の圧力がハンドリング環境５２の圧力レベルに接近したときを決定するために使用される。
【００３４】
処理室１２の圧力が、ハンドリング環境５２の圧力、または僅かに超えた圧力になると、処理室１２は、室均等化ポート４８を開放することにより排気される。拡散器３２からのガスの流れ３０は、室均等化ポート４８を介して処理室１２を通って流れ、そして、ハンドリング環境５２内に排出される。このようにして、処理室１２内の圧力は、ハンドリング環境５２の圧力またはそれより僅かに高い圧力に維持することができ、処理室の内外へのウエハの移送が行われる。拡散器３２から室均等化ポートを通って流れるガスの流れ３０は、処理室１２を通過する有効な流れが作り出され、処理室１２内に配置されまたはそこから移送されるウエハ１８の再循環及び再汚染を防止する。
【００３５】
処理室１２の加圧中、いつでも、ウエハ１８をチャック１６に保持するために使用する真空を、処理室１２の排気及びウエハ１８の取り出しのために排気することができる。室均等化ポート４８が一旦開放されると、処理室１２とハンドリング環境５２の間の室弁２８が開放される。このとき、本発明の実施形態の１つによれば、リフト(図示略)が作動してウエハ１８をチャック１６から持ち上げ、ロボット５０が弁２８を介して処理室１２内に移動し、ウエハ１８を取り出す。ロボット５０は、ウエハ１８を取り除いて、隣接する環境空間５２内に配置されたウエハの供給源又はカセットから新しいウエハを把持する。そして、新しいウエハを処理室１２内に挿入して、リフトに持ち上げてチャック１６上に降ろすように（以下で説明するように一般的に減圧中に）動作させる。
【００３６】
次に、図４において、新しいウエハが処理室１２内に挿入された後、処理室１２は、室弁２８、ポンプ弁４２、室均等化ポート４８、及びスロットル弁４４を制御して動作させることにより、所望の処理圧力に減圧される。これらの弁の好ましい動作手順は、第１に、処理室１２を密閉するために室弁４２を閉鎖することを含んでいる。真空ポンプ弁４２は、次に開かれる。そして、スロットル弁を通るブリード通路が形成される。室均等化ポート４８が、次に閉鎖され、そして、スロットル弁４４が、設定ポイントを与えられ、真空ポンプ４０を用いて所望の圧力レベルに処理室１２の排気を始める。弁動作におけるこの手順により、減圧を制御して、処理室１２の急激な減圧を可能にしながら、ハンドリング環境から処理室１２へガスが不注意に吸引されるのを防止する。
【００３７】
処理室１２内に配置された新しいウエハは、洗浄装置１０によって意図するように洗浄されるか又は処理される。ウエハが処理されると、上述したステップ及び図２〜４で説明したステップが繰り返され処理室１２からハンドリング環境５２にウエハを移動し、別のウエハをハンドリング室５２から処理室１２に挿入する。このサイクルは、所望のウエハの全てが処理されるまで繰り返される。
【００３８】
装置１０は、ガス源３４からガスの流れ３０を作り出すのに使用される拡散器３２を備えているが、ガス源３４からのガスの流れ３０は、種々の室排気ポートを用いて処理室１２内に導くことができる。例えば、処理室１２の内面側に配置された制御可能な弁が、ライン３６を介してガス源３４に流体連結しており、ガスの流れ３０を用いて処理室１２を加圧するのに使用することができる。さらに、ガス源３４と流体的に連通したノズル２０により、ウエハ１８が、極低温流体源と、必要な超純粋ガス源との間を切り替える構造の適切な弁を用いて処理された後、処理室１２を加圧するために、ノズル２０を適応させることができる。
【００３９】
極低温流体の流れ２５によって衝突した汚染物質を取り除く処理中、および処理室１２の排気中、及び処理室１２からウエハ１８を移送中（順次新しいウエハを処理室１２に挿入すること）において、処理室１２の幅を横切って均等に分配されたガスの流れ３０を維持することは有益でありかつ好ましい。均等に分配されたガスの流れは、処理室１２の幅を横切って測定されるように処理室１２内で下流側に水平に均一な速度を有するガスの流れを意味している。
【００４０】
しかし、処理室１２内のガスの流れは、下流側への水平速度成分を付加した垂直速度成分を有していることが理解される。好ましい実施形態では、拡散器３２は、ガスのカーテン流として言及される均等に分配したガスの流れ３０を作り出すのに用いられる。更に、好ましくは、拡散器３２は、ライン３６を介してガス源３４に流体連通される焼結されたニッケル製ロッドであり、処理室１２の内部１４を横切って全体に伸長しており、ロッドは、極低温流体の流れ２５が進行する方向およびチャック１６が移送される方向にそれぞれ直交している（すなわち、処理室１２の全幅を横切る）。
【００４１】
拡散器３２としての焼結ロッドは、好ましく、このようなロッド３２は、その全長にわたりかつその周囲のまわりに本来的に多孔性であり、これは、ロッドの長さに沿って複数のガス供給開口を与える。その結果、ガスを分配し、処理室１２の幅を横切るカーテン流３０を作り出す。複数のガス供給開口を有する他の伸長ロッド、例えば、セラミック製またはステンレス製のロッドを用いることもできる。これらのロッドは、ロッドの長さに沿って複数の開口を有し、また、セラミック製ロッドは、本来的に多孔性である。ウエハの処理が完了し、真空ポンプ弁４２及びスロットル弁４４が閉鎖されると、拡散器３２からのガスのカーテン流３０は、処理室１２を均一に加圧する。これは、処理室１２を急速に加圧して、ウエハ１８を取り除くために処理室１２を開くために処理室１２の排気を行う。
【００４２】
更に、処理室１２が室弁２８を開くことによって一旦開放され、処理室をハンドリング環境の圧力に等しいか僅かに高くなるように、処理室１２を加圧することにより、ガスのカーテン流３０は、ウエハの移送中、室弁２８を介して部分的に処理室１２からハンドリング環境５２内に流れ出す。ウエハの移送中、処理室１２からハンドリング環境５２へのガスの流れが、受け入れ可能になり、実際、ハンドリング環境内に存在する湿気または汚染物質が処理室内に導入されるのを防止することが望ましい。さらに、ガスのカーテン流３０は、超純粋ドライガスのガス源３４から作り出されることが望ましいので、環境空間５２へのガスの流れ３０は、環境空間５２内に汚染物質を移送させないようにする。
【００４３】
上述したように、ウエハ移送中、処理室１２内に汚染物質を導入しないようにすることにより、新しいウエハが処理室１２内に挿入されるとき、処理室１２の急速な減圧（ポンプダウン）を可能にする。拡散器３２からの均等に分配されるガスの流れ３０により、処理室１２内に好ましい動的流れが形成され、ウエハ１８および洗浄装置１０の他の構成要素における再循環及び潜在的な再汚染を防止する。
【００４４】
図５は、極低温エアゾル室を介して洗浄作業の１つの完全なサイクルを表すグラフで、処理室１２内の圧力７４と、時間の関数としてのガスのカーテン流３０の流量７８とを比較している。ライン７６は、ハンドリング環境５２の圧力を表す。ハンドリング環境５２の圧力状態からウエハが処理される処理室の圧力への処理室１２の減圧が、参照番号８２で示されている。ウエハの処理は、参照番号８４で示されている。ウエハの処理後およびウエハ移送前におけるハンドリング環境への圧力状態に対する処理室１２の排気及び加圧が参照番号８６で示されている。処理室１２からのウエハ１８の移送は、参照番号８８で示されている。点８９は、処理室１２内に新しいウエハを処理するための、処理室１２における他の減圧の開始を示している。
【００４５】
完全なサイクルの１つの特定の例によれば、点８０は、上述したように、図４に示したポンプダウン部分８２の開始を表す。点８０は、スロット弁４４および真空ポンプ弁４２の開放に関連して、室弁２８と室均等化ポート４８の閉鎖を表す。スロット弁４４と真空ポンプ弁４４が開放されると、真空ポンプ４０は、処理室１２を所望の圧力に（参照番号８４で示す）減圧する。図５の代表的な処理において、開始時の室圧（即ち、ハンドリング環境５２の圧力）は、約１気圧、即ち、約760トルであり、処理室１２は、約50トルの圧力に減圧される。点８３では、ウエハが洗浄された後、処理室１２の加圧がスロットル弁４４及び真空ポンプ弁を閉鎖することにより開始される。処理室１２は、ライン７６で示されたハンドリング環境５２の圧力か、またはそれより僅かに高い圧力に急速に加速される（例えば、約760トルか、またはそれより僅かに高い圧力）。点８５は、処理室１２が排気されてハンドリング環境５２の圧力に等しいかまたはそれより僅かに高い圧力になるように室均等化ポートの開放を表す。ロボット５０が処理室１２にアクセスできる位置に移動され、あるいは、処理室に入ろうとするときに、室弁２８が開く。図５に示すように、部分８２の間、処理室１２をポンプダウンする動作を約５秒で完了させることができ、ここに記載したサイクルの部分８６の間で処理室１２の排気と加圧動作が約５秒で完了させることができる。
【００４６】
図５は、拡散器３２によって分配されるガスのカーテン流３０における流量７８の特定の一例を示している。サイクルの処理工程部分８４の間、ガスの流れ３０は、一分間当り標準約400リッターで処理室１２内に分配される。この流量は、極低温流体の洗浄流２５によって、ウエハ１８に付着している汚染物質を取り除くのに効果的となるように実験的に決定されたものであり、また、ウエハ１８上に汚染物質が戻る再循環を防止するのに効果的である。他の流量も、もちろん使用することもできる。点８３で示すように、拡散器３２からガスの流れ３０は、処理室１２の加圧及び排気中に１分間あたり標準約150リッターの流量に減少することができる。
【００４７】
これは、上述したように、処理室１２がサイクルのこの工程部分の間、効果的に密閉され、上記説明した実施形態で望まれるように、急速に処理室を50トルから約760トルに加圧するのに、１分間当り標準150リッターの流量のガスで十分であることがわかった。ウエハの移送が（点８８で示すように）実行され、スロットル弁４４と真空ポンプ弁４２が開放（例えば、点８０に示すように）されると、ガスの流量は、所望のレベルの処理動作のために増加する（例えば、１分間当り標準約400リッター）。
【００４８】
本発明における特別な実施形態において、機械加工されたアルミニウム製の処理室１２が使用された。通常の大気中でのハンドラーは、適当な真空エンドエフェクタを備える移送ロボットとして使用された。コネチカット州ファーミングトンにあるＭottコーポレーションの高純度部門で販売されているＭott高純度ｐ/ｎ1400−3/8-1/4-11/94-20-CLS100の焼結ニッケルロッドが、拡散器３２として使用された。この拡散器は、焼結ニッケルロッドを有し、高純度の窒素ガスのガス源に流体連通されている。この典型的な実施形態では、窒素ガスは、純度が99.998％よりも高い。十分に純度が高いどのような不活性ガスでももちろん使用可能である。マサチューセッツ州ヴィルミングトンにあるＢＯＣエドワードカンパニーから販売されているエドワードモデルGV400/EH2600の真空ポンプが、ＭＫＳインストルメンツのモデル180-0080Pの真空ポンプ弁と、同社のモデル153Eのスロットル弁と共に使用された。これらの２つの弁は、マサチューセッツ州アンドーバーのＭＫＳインストルメンツカンパニーから販売されている。また、マサチューセッツ州ヴォーバーンのＶＡＴインコーポレイテッド社から販売されているVATモデル07512-UA24-AAUI装置が、室弁２８として使用された。使用された室均等化ポート４８は、ＭＫＳインストルメンツのモデル153-0025Kの弁であり、かつ使用された処理室の圧力ゲージ４６は、ＭＫＳインストルメンツのモデル850であった。これら２つもまた、ＭＫＳインストルメンツカンパニーから販売されている。使用された処理室の差圧ゲージ６０は、ＭＫＳモデル223の差圧変換器であり、ＭＫＳインストルメンツカンパニーから販売されている。所望の大きさの洗浄装置１０に適合する他の適切な構成部品もまた使用することができることは想像される。
【００４９】
図５において上述しかつ示されるように、処理室１２の加圧と排気およびそれに続く処理室１２の処理圧力への減圧は、各々約５秒で実行することができ、全体で１０秒間で、ウエハの移送と処理操作の準備がなされる。これは、従来技術で説明した通常のエアゾル洗浄装置と比較されるが、従来の洗浄装置では、ウエハを移送する前にハンドリング室の処理圧力から真空圧力に処理室の減圧を実行するためには２０秒またはそれ以上必要とされる。言い換えれば、本発明は、ウエハを移送しかつ処理するために処理室１２の準備操作にかかる時間を従来の半分に短縮することができる。これは、洗浄装置１０を介してウエハの処理能力を増加させ、半導体ウエハの製造工程全体の効率を向上させる。さらに、洗浄装置１０は、ハンドリング環境が低圧力で維持することを必要としないので、従来の装置よりも簡単となりかつコストが低下する。これは、洗浄装置１０の構成と維持がより効率的となる。
【００５０】
本発明は、好ましい実施形態に関して記述してきたが、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱しないでその形状及び細目を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明に従う処理装置の概略図である。
【図２】  図２は、本発明に従ってウエハを処理室の内外に移送する前に、処理室を加圧するために処理室が排気されるステップを説明するための概略説明図である。
【図３】  図３は、本発明に従って、処理室の内外にウエハを移送するためのステップを説明する概略図である。
【図４】  図４は、本発明に従ってウエハを処理する前に、ウエハが処理室内に移送されたのち、所望の真空圧力に処理室を減圧するステップを説明する概略図である。
【図５】  本発明に従う装置において、時間の関数として、あるガスの流れる流量と、処理室の圧力を示すグラフ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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