DE69913521T2

DE69913521T2 - Reaktor mit mikroumgebung zur verarbeitung eines mikroelektronischen werkstücks

Info

Publication number: DE69913521T2
Application number: DE69913521T
Authority: DE
Inventors: L. Gary CURTIS; F. Raymon THOMPSON; L. Steven PEACE
Original assignee: Semitool Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2019-03-16
Also published as: JP2002506294A; TW452828B; DE69913521D1; CN100342487C; EP1085948A4; WO1999046065A1; DE69926127T2; JP2003517364A; CN1167518C; EP1091811A4; KR20010052209A; ATE255962T1; JP4189125B2; ATE299402T1; TW471059B; WO1999046064A1; EP1091811A1; CN1599025A; CN1292736A; EP1085948B1

Description

Bereich der Erfindung
Die Industrie ist beständig darum bemüht, die zum Herstellen mikroelektronischer Schaltkreise und Bauteile eingesetzten Verfahren, wie etwa das Herstellen von integrierten Schaltkreisen aus Wafern, zu verbessern. Die Verbesserungen betreffen Verschiedenes, haben aber im Allgemeinen eine oder mehrere Aufgaben zum angestrebten Ziel. Die Aufgaben vieler dieser verbesserten Verfahren enthalten: 1) Vermindern des Zeitaufwandes, welcher zum Bearbeiten eines Wafers benötigt wird, um die gewünschten integrierten Schaltkreise auszubilden; 2) Erhöhen der Ausbeute an verwendbaren integrierten Schaltkreisen pro Wafer, beispielsweise durch Vermindern der Wahrscheinlichkeit einer Kontamination des Wafers während des Bearbeitens; 3) Vermindern der Anzahl der Arbeitsschritte, die benötigt werden, um einen Wafer in integrierte Schaltkreise zu transformieren; und 4) Reduzieren der Kosten des Bearbeitens der Wafer zu den gewünschten integrierten Schaltkreisen, beispielsweise Reduzieren der Kosten für die zur Bearbeitung benötigten Chemikalien.
Bei der Bearbeitung von Wafern ist es oft notwendig, eine oder mehrere Seiten des Wafers einem Fluid in entweder flüssiger, dampfförmiger oder gasförmiger Form auszusetzen. Solche Fluide werden beispielsweise eingesetzt zum Ätzen der Waferoberfläche, zum Reinigen der Waferoberfläche, zum Trocknen der Waferoberfläche, zum Passivieren der Waferoberfläche, zum Aufbringen von Schichten auf die Waferoberfläche und so weiter. Für den Erfolg der Bearbeitungs-Vorgänge ist häufig ein Steuern der physikalischen Parameter der Bearbeitungs-Fluide, wie deren Temperatur, molekulare Zusammensetzung, Dosierung und so weiter verhältnismäßig wichtig. Hierzu erfolgt das Zuführen solcher Fluide zu der Waferoberfläche in einer gesteuerten Umgebung. Typischerweise erfolgt ein solches Bearbeiten von Wafern in einer allgemein als Reaktor bekannt gewordenen Vorrichtung.
Verschiedene Reaktor-Konstruktionen und Konfigurationen (siehe beispielsweise US 5209180 , US 5591262 und US 5439519 ) sind in der Industrie bekannt und werden dort verwendet. Ein solcher Reaktor wird von der Firma Semitol verwendet und ist in ihren Bearbeitungs-Vorrichtungen der Marke Equinox^® eingesetzt. Allgemein ausgedrückt, weist der Reaktor eine Schalen-Anordnung auf, welche eine feststehende Schale enthält, welche aus einem Material hergestellt ist, welches nicht mit den für die einzelnen Wafer-Bearbeitungs-Schritte vorgesehenen Bearbeitungs-Fluiden chemisch reagiert. In der Schale sind eine Mehrzahl von Düsen oder anderen Vorrichtungen zum Einbringen von Fluid in die Schale angebracht. Die feststehende Schale hat einen offenen Oberteil-Abschnitt. Eine den Wafer haltende Rotorkopfanordnung wird dazu eingesetzt, das Oberteil der Schale derart abzuschließen, dass eine Bearbeitungskammer gebildet wird, in welche der Wafer zum Bearbeiten untergebracht ist. Über das Einbringen des Wafers in die Bearbeitungs-Kammer hinaus kann die Rotorkopfanordnung dazu verwendet werden, den Wafer während des Zuführens des Bearbeitungs-Fluids auf die Waferoberfläche zu rotieren, oder nach dem Bearbeiten, um hierdurch das Bearbeitungs-Fluid zu entfernen.
Während des Bearbeitens wird der Wafer der Rotorkopfanordnung durch eine Roboter-Vorrichtung präsentiert, welche in einer im Wesentlichen reinen Umgebung arbeitet, in welcher eine Anzahl von Bearbeitungs-Reaktoren vorhanden sind. Die Roboter-Vorrichtung präsentiert der Rotorkopfanordnung den Wafer in einem exponierten Zustand mit einer Orientierung, bei welcher die zu bearbeitende Wafer-Seite nach oben weist. Die Rotorkopfanordnung wendet den Wafer, greift in die Schale ein und dichtet zum Bearbeiten mit ihr ab. Während der Wafer bearbeitet wird, ist der Wafer derart ausgerichtet, dass die zu bearbeitende Wafer-Seite nach unten weist.
Der vorangehend beschriebene Reaktor-Aufbau und dessen Konfiguration ist für viele der bei der Produktion von integrierten Schaltkreisen eingesetzten Bearbeitungsschritte sehr nützlich. Dieser Erfinder hat allerdings festgestellt, dass die Anforderungen für zukünftige Verfahren zum Herstellen integrierter Schaltkreise letztlich eine verbesserte Steuerung und ökonomische Effizienz des Reaktors erfordern. Daher wurde ein im wesentlichen neuer Ansatz zum Bearbeiten und für eine Reaktor-Auslegung unternommen, welcher eine verbesserte Steuerung der derzeit im Zusammenhang mit Mikroelektronik-Herstellung verwendeten Fluid-Prozesse bietet, sowie ferner das Implementieren und Ausführen von weiterentwickelten und verbesserten Prozessen ermöglicht. Darüberhinaus weist der Reaktor mehrere vorteilhafte mechanische Eigenschaften auf, inklusive solcher, welche es erlauben, den Reaktor zusammen mit Roboter-Wafer-Tansfer-Ausrüstung einzusetzen, solcher, welche es erlauben, den Reaktor leicht für verschiedene Prozesse neu zu konfigurieren, und solcher, welche es erlauben, die Bearbeitungskammer des Reaktors leicht zu zerlegen und zu warten.
Eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks und ein Verfahren zum Zentrifugal-Bearbeiten eines Werkstücks gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 1, 13 beschrieben. Das Werkstück ist definiert als ein Objekt, welches wenigstens ein Substrat aufweist, und welches weitere Schichten aus Material oder bearbeiteten Bestandteilen, etwa einer oder mehreren (auf dem Substrat aufgebrachten) Metallisierungsschichten, enthalten kann. Die Vorrichtung enthält einen Rotor-Motor und ein Werkstück-Gehäuse. Das Werkstück-Gehäuse ist mit dem Rotor-Motor verbunden, um von diesem rotiert zu werden. Das Werkstück-Gehäuse bildet ferner in seinem Inneren eine im wesentlichen geschlossene Bearbeitungskammer, in welcher während einer Drehung des Gehäuses durch Zentripetalbeschleunigungen ein oder mehrere Bearbeitungs-Fluide über wenigstens eine Fläche des Werkstücks verteilt werden. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
1 ist eine Querschnitts-Ansicht eines Mikroelektronik-Werkstück-Gehäuses und einer Rotoranordnung, welche gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut sind.
2 ist eine Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Mikroelektronik-Werkstück-Gehäuses, welches gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindungen aufgebaut ist.
3 ist eine Draufsicht des Werkstück-Gehäuses von 2, wobei das Gehäuse sich im zusammengebauten Zustand befindet.
4 ist eine Querschnitts-Ansicht des Werkstück-Gehäuses entlang Linie IV-IV von 3.
5 ist eine Querschnitts-Ansicht des Werkstück-Gehäuses entlang Linie V-V von 3.
6 ist eine Querschnitts-Ansicht des Werkstück-Gehäuses entlang Linie VI-VI von 3.
7A und 7B sind Querschnitts-Ansichten, welche das Werkstück- Gehäuse in einem geschlossenen Zustand und mit einer Rotations-Antriebs-Anordnung verbunden zeigen.
8A und 8B sind Querschnitts-Ansichten, welche das Werkstück-Gehäuse in einem offenen Zustand und mit einer Rotations-Antriebs-Anordnung verbunden zeigen.
9 zeigt eine Ausführung einer Kanten-Konfiguration, welche sich gegenseitig ausschließendes Bearbeiten der oberen und der unteren Waferoberfläche in dem Werkstück-Gehäuse erleichtert.
10 zeigt eine Ausführungsform des Werkstück-Gehäuses, welche in Verbindung mit einer selbstpumpenden re-zirkulierenden Anordnung eingesetzt wird.
11 und 12 sind schematische Diagramme von exemplarischen Bearbeitungs-Einrichtungen, welche die vorliegende Erfindung verwenden.
13 beschreibt eine Stapel-Wafer-Bearbeitungs-Einrichtung, welches gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
14 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Reaktors mit Merkmalen, welche ihn gut geeignet machen zum Zusammenwirken mit Werkstück-Transfer-Automations-Ausrüstung, wobei der Reaktor sich in einem offenen Zustand zum Laden/Entladen eines zu bearbeitenden Werkstückes befindet.
15 zeigt die Ausführungsform des Reaktors von 14, wobei sich der Reaktor in einem geschlossenen Bearbeitungszustand befindet.
16 zeigt eine Ausführungsform eines Vorspann-Elements, welches in dem Reaktor gemäß 14 verwendet werden kann.
17 zeigt eine Anordnung, bei welcher der vorhergehend genannte Reaktor zum Implementieren eines Spülen/Trocknen-Prozesses verwendet wird.
18 ist eine perspektivische Schnittbildansicht des Reaktors, von einem anderen Blickwinkel aus gesehen.
19 ist eine Querschnitts-Ansicht des Reaktors, aufgenommen durch seine vertikale Mittelachse.
20 ist ein vergrößertes Detail von bestimmten Elementen des Reaktors, aufgenommen innerhalb des in 3 eingezeichneten Kreises.
21 und 22 sind weitere vergrößerte Details eines Abschnitts von dem, was in 20 gezeigt ist, aufgenommen an verschiedenen Stellen rings des Reaktors.
23 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht eines Rotors, wie er in dem Reaktor verwendet wird.
24 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht von einer unteren Kammerwand und von vier hebenden Hebeln, wie sie in dem Reaktor verwendet werden.
25 und 26 sind weitere vergrößerte Details eines hebenden Hebels, gesehen von zwei verschiedenen Positionen aus.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 ist eine Querschnitts-Ansicht einer Ausführungsform eines Reaktors, im Allgemeinen bei 10 zu sehen, welcher gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Ausführungsform des Reaktors 10 von 1 weist im Allgemeinen einen Rotorabschnitt 15 und ein Mikroelektronik-Werkstück-Gehäuse 20 auf. Der Rotorabschnitt 15 enthält eine Mehrzahl von Halte-Elementen 25, welche sich von dem Rotorabschnitt 15 aus nach unten erstrecken, um in die Werkstück-Halterung 20 einzugreifen. Jedes der Halteelemente 25 weist eine Rille 30 auf, welche derart dimensioniert ist, dass sie in einen sich radial erstreckenden Flansch 35 eingreift, welcher sich rings eines Umfangsbereiches der Werkstückhalterung 20 erstreckt. Der Rotorabschnitt 15 weist ferner eine Rotor-Motor-Anordnung 40 auf, welche dazu geeignet ist, einen Naben-Abschnitt 45 inklusive den Halteelementen 25 um eine Mittelachse 47 zu drehen. Das Werkstück-Gehäuse 20 ist in dieser Weise für ein gemeinsames Drehen mit dem Naben-Abschnitt 45 befestigt, wenn die Halteelemente 25 mit dem Flansch 35 im Eingriff sind. Es können auch andere Konstruktionen des Rotor-Abschnitts 15 und des zum Befestigen mit dem Werkstück-Gehäuse 20 verwendeten Eingreif-Mechanismus verwendet werden.
Das Werkstück-Gehäuse 20 der Ausführungsform von 1 bildet eine im Wesentlichen geschlossene Bearbeitungskammer. Bevorzugterweise ist die im Wesentlichen geschlossene Bearbeitungskammer 50 in der allgemeinen Form des Mikroelektronik-Werkstücks 55 ausgeführt und stimmt eng mit den Oberflächen des Werkstücks überein. Die spezielle Konstruktion von 1 enthält ein oberes Kammerteil 60 mit einer inneren Kammer-Fläche 65. Das obere Kammerteil 60 enthält in der inneren Kammerfläche 65 eine mittig angeordnete Fluid-Einlass-Öffnung 70. Die spezielle Konstruktion enthält ferner ein unteres Kammerteil 75 mit einer inneren Kammerfläche 80. Das untere Kammerteil 75 hat eine mittig angeordnete Fluid-Einlass-Öffnung 85 in der inneren Kammerfläche 80. Das obere Kammerteil 60 und das untere Kammerteil 75 greifen ineinander ein, um die Bearbeitungskammer 50 auszubilden. Das obere Kammerteil 60 enthält Seitenwände 90, welche von der inneren Kammerfläche 65 aus nach unten vorstehen. Einer oder mehrere Auslässe 100 sind in den Umfangsbereichen der Bearbeitungskammer 50 durch die Seitenwände 90 hindurch angeordnet, um innerhalb der Kammer 50 vorhandenem Fluid zu ermöglichen, mittels Zentripetalbeschleunigung, welche erzeugt wird, wenn das Gehäuse 20 um die Achse 47 gedreht wird, hieraus zu entweichen.
In der gezeigten Ausführungsform ist das Mikroelektronik-Werkstück 55 ein im Allgemeinen kreisförmiger Wafer mit ebenen oberen und unteren Oberflächen. Daher ist die Draufsicht der Bearbeitungskammer 50 im Allgemeinen kreisförmig, und die inneren Kammerflächen 65 und 80 sind im Allgemeinen eben und parallel zu der oberen und der unteren ebenen Oberfläche des Werkstücks 55. Der Zwischenraum zwischen den inneren Kammerflächen 65 und 80 und der oberen und der unteren ebenen Oberfläche des Werkstücks 55 ist im Allgemeinen recht klein. Solch ein Zwischenraum ist bevorzugterweise minimiert, um wesentliche Kontrolle über die physikalischen Eigenschaften eines durch die Zwischenraum-Bereiche fließenden Prozess-Fluids zu erhalten.
Der Wafer 55 ist von der Innenwandfläche 80 durch eine Mehrzahl von Abstandselementen 105 mit Abstand versehen, welche sich von der Innenwandfläche 80 aus erstrecken. Bevorzugterweise erstreckt sich ein weiterer Satz von Abstandselementen 110 von der Innenwandfläche 65 aus, und diese sind gegenüber den Abstandselementen 105 ausgerichtet, um zwischen sich den Wafer 55 einzuklemmen.
Die Fluid-Einlass-Öffnungen 70 und 85 stellen kommunizierende Durchgänge bereit, durch welche ein oder mehrere Verarbeitungs-Fluide in die Kammer 50 eintreten können, um die Waferoberflächen zu bearbeiten. In der gezeigten Ausführungsform werden Bearbeitungs-Fluide von oberhalb des Wafers 55 aus zum Einlass 70 durch ein Fluid-Zuführ-Rohr 115 zugeführt, welches eine Fluid-Auslass-Düse 120 aufweist, welche in der Nähe des Einlasses 70 angeordnet ist. Die Fluid-Zuführ-Röhre 115 erstreckt sich mittig durch den Rotor-Abschnitt 15 und ist bevorzugterweise konzentrisch zu der Rotationsachse 47 angeordnet. In ähnlicher Weise werden Bearbeitungs-Fluide von unterhalb des Wafers 55 aus durch eine Fluid-Zuführ-Röhre 125 zum Einlass 85 zugeführt. Die Fluid-Zuführ-Röhre 125 endet in einer in der Nähe von Einlass 85 angeordneten Düse 130. Obwohl Düsen 120 und 130 in einer Position enden, die einen Abstand von ihren zugehörigen Einlässen aufweist, ist anzumerken, dass die Röhren 115 und 125 so verlängert werden können, dass keine Spalte auftreten. Düsen 120 und 130 oder Röhren 115 und 125 können auch rotierende Dicht-Elemente aufweisen, welche in den Bereichen der Einlässe 70 beziehungsweise 85 an das obere Kammerteil 60 beziehungsweise das untere Kammerteil 75 andrücken und abdichten. Hierbei sollte beim Auslegen der rotierenden Verbindung sorgfältig vorgegangen werden, um jedwede aus Abnutzung rotierender Komponenten resultierende Kontaminierung zu minimieren.
Während der Bearbeitung werden ein oder mehrere Bearbeitungs-Fluide einzeln oder gleichzeitig durch die Fluid-Zuführ-Röhren 115 und 125, und die Einlässe 70 und 85 zugeführt, um mit den Oberflächen des Werkstücks 55 in der Kammer 50 in Kontakt zu treten. Bevorzugterweise wird das Gehäuse 2O während des Bearbeitens durch den Rotor-Abschnitt 15 um die Achse 47 gedreht, um mittels Zentripetalbeschleunigung einen kontinuierlichen Fluß von jedwedem Fluid in der Kammer 50 über die Oberflächen des Werkstücks 55 hinweg zu erreichen. Bearbeitungs-Fluid, welches an den Einlass-Öffnungen 70 und 85 eintritt, wird dadurch über die Werkstück-Oberflächen hin in einer radial vom Mittelpunkt des Werkstückes 55 aus auswärts weisenden Richtung zu dem äußeren Umfang des Werkstücks 55 hin getrieben. Am äußeren Umfang des Werkstücks 55 wird aufgrund der Zentripetalbeschleunigung 55 verbrauchtes Bearbeitungs-Fluid so geleitet, dass es die Kammer 50 durch Auslässe 100 verlässt. Verbrauchte Bearbeitungs-Fluide können in einem Schalen-Reservoir gesammelt werden, welches unterhalb des Werkstück-Halters 20 und/oder rings diesem angeordnet ist. Wie im Folgenden in einer alternativen Ausführungsform dargelegt werden wird, können die Umfangs-Bereiche des Werkstück-Gehäuses 20 so konstruiert sein, dass sie die durch Einlass 70 zugeführten Bearbeitungs-Fluide effektiv von den durch Einlass 85 zugeführten Bearbeitungs-Fluiden trennen, so dass entgegengesetzte Seiten des Wafers 55 unter Verwendung verschiedener Bearbeitungs-Fluide bearbeitet werden. In solch einer Anordnung können die Bearbeitungs-Fluide zum Entsorgen oder Rückführen in den Umfangs-Bereichen des Gehäuses 20 separat gesammelt werden.
Gemäß der Ausführungsform von 1 kann das Werkstückgehäuse 20 einen einzelnen Wafer-Behälter bilden, welcher dazu verwendet werden kann, das Werkstück 55 zwischen verschiedenen Bearbeitungs-Stationen und/oder Einrichtungen zu transportieren. Wenn ein Transport des Gehäuses 20 zwischen den Bearbeitungs-Stationen und/oder Einrichtungen in einer Reinraum-Umgebung stattfindet, müssen die verschiedenen Öffnungen des Gehäuses 20 nicht verschlossen sein. Wenn allerdings ein solcher Transport in einer Umgebung stattfinden soll, in welcher es Wafer-Verunreinigungen gibt, sollte ein Verschließen der verschiedenen Gehäuse-Öffnungen ausgeführt werden. Beispielsweise können die Einlässe 70 und 85 beide jeweils mit einer Polymermembran versehen werden, welche durch sie hindurch verlaufende Schlitze aufweist. Die Enden der Fluid-Zuführ-Röhren 115 und 125 können in diesen Fällen jeweils in einer "Tracor"-Anordnung enden, welche dazu verwendet werden kann, sich durch den Schlitz der jeweiligen Membran zu erstrecken, und welche das Bearbeitungs-Fluid in die Kammer 50 einführen kann. Solche "Tracor"/geschlitzte Membran-Anordnungen werden in der Medizin-Industrie bei intravenösen Versorgungs-Vorrichtungen verwendet. Die Auswahl des für die Membranen verwendeten Polymer-Materials sollte unter Berücksichtigung des hierdurch hindurch eingeführten speziellen Bearbeitungs-Fluids erfolgen. Die Auslässe 100 können in ähnlicher Weise verschlossen werden, wobei die "Tracor"-Anordnungen in die Membranen eingeführt werden, sobald das Gehäuse 20 sich in einer Reinraum-Umgebung befindet.
Alternativ hierzu können die Auslässe 100 selber so konstruiert sein, dass sie Fluiden erlauben, durch sie hindurch aus der Bearbeitungskammer auszutreten, während sie gleichzeitig die Fähigkeit von Fluiden hindern, von außerhalb des Gehäuses 20 in Kammer 50 hinein vorzudringen. Dieser Effekt kann beispielsweise erreicht werden, indem die Öffnungen 100 als Düsen konstruiert werden, bei welchen die Fluid-Fluss-Öffnung im Inneren der Kammer 50 einen größeren Durchmesser hat als der Durchmesser der Öffnung am Äußeren des Gehäuses 20. Bei einer weiteren Konstruktion kann ein Rotations-Ventil-Element in Verbindung mit einer Mehrzahl von Auslässen 100 verwendet werden. Das Ventil-Element, wie etwa ein Ring mit Öffnungen, welche den Positionen der Auslässe 100 zugeordnet sind, würden benachbart zu den Öffnungen 100 angeordnet werden, und würden gedreht werden, um während des Transportes die Auslässe 100 zu verschließen. Das Ventil-Element würde während des Bearbeitens in eine Position gedreht werden, in welcher die Auslässe 100 offen sind. Inertgas, wie etwa Stickstoff, kann unmittelbar vor dem Transport des Gehäuses zu einer nächsten Bearbeitungs-Einrichtung oder einer nächsten Bearbeitungs-Station durch Zuführ-Röhren 115 und 125 in die Kammer 50 eingeführt werden. Es können auch verschiedene andere Mechanismen zum Verschließen der Auslässe 100 und der Einlässe 70 und 85 verwendet werden.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Reaktor-Aufbaus, bei welchem der Reaktor in einer feststehenden Bearbeitungs-Station angeordnet ist und öffnen oder schließen kann, um ein Einsetzen und Entnehmen des Werkstücks zu erleichtern. Der Reaktor, im Allgemeinen bei 200 gezeigt, weist voneinander trennbare obere und untere Kammer-Teile 205 und 210 auf. Wie bei der ersten Ausführungsform weist das obere Kammerteil 205 eine im Allgemeinen ebene Kammerfläche 215 mit einem mittig angeordneten Einlass 220 auf. Obwohl in der Ansicht von 2 nicht dargestellt, weist das untere Kammerteil 210 in gleicher Weise eine im Allgemeinen ebene innere Kammerfläche 225 auf, mit einem hierdurch hindurch angeordneten mittigen Einlass 230. Das obere Kammerteil 205 enthält eine sich nach unten erstreckende Seitenwand 235, welche beispielsweise aus einem abdichtenden Polymer-Material hergestellt sein kann, oder welche einstückig mit anderen Abschnitten von Teil 205 ausgebildet sein kann.
Das obere und das untere Kammerteil, 205 und 210, sind voneinander trennbar, um zwischen sich ein Werkstück aufzunehmen. Mit einem zwischen ihnen angeordneten Werkstück bewegen sich das obere und das untere Kammerteil 205 und 210 aufeinander zu, um eine Kammer zu bilden, in welcher das Werkstück in einer Position gehalten ist, in welcher es zu den ebenen inneren Kammerflächen 215 und 225 jeweils einen Zwischenraum aufweist. In der in 2–8B offenbarten Reaktor-Ausführungsform ist das Werkstück, wie etwa ein Halbleiter-Wafer, zwischen einer Mehrzahl von Halteelementen 240 und zugehörigen Abstands-Elementen 225 an seinem Ort festgeklemmt, wenn das obere und das untere Kammerteil vereint werden, um die Kammer auszubilden (siehe 7B). Axiales Bewegen des oberen und des unteren Kammerteils aufeinander zu und voneinander weg wird durch eine Mehrzahl von Befestigungsteilen 307 erleichtert, deren Aufbau im Folgenden detaillierter beschrieben wird. Bevorzugterweise spannen die Mehrzahl von Befestigungsteilen 307 die obere und die unter Klammer zu einer geschlossenen Position hin vor, wie in 7A dargestellt ist.
In der offenbarten Ausführungsform erstreckt sich die Mehrzahl von Wafer-Halteelementen 240 rings eines Umfangsbereiches des oberen Kammerteils 205, an Positionen, welche radial außerhalb der Seitenwand 235 angeordnet sind. Die Wafer-Halteelemente 240 sind bevorzugterweise für ein lineares Bewegen entlang jeweiliger Achsen 245 vorgesehen, um es den Halteelementen 240 zu erlauben, den Wafer gegen die Abstandselemente 255 zu klemmen, wenn sich das obere und das untere Kammerteil in einer geschlossenen Position befinden (siehe 7A), und um es den Halteelementen 240 zu erlauben, den Wafer aus diesem Klemmvorgang frei zu geben, wenn das obere und das untere Kammerteil getrennt sind (siehe 8A). Jedes Halteelement 240 weist einen Tragarm 250 auf, welcher sich radial auf die Mitte des oberen Kammerteils 205 zu erstreckt. Ein Endabschnitt jedes Arms 250 überragt ein zugehöriges Abstandselement 255, welches sich von der inneren Kammerfläche 215 aus erstreckt. Bevorzugterweise sind die Abstandselemente 255 jeweils kegelförmig mit einer Spitze, welche in der Nähe des Endes des Tragearms 250 endet. In Umfangs-Abschnitten des unteren Kammerteils 210 sind Nuten 295 angeordnet, und greifen in abgerundete untere Abschnitte 300 de Wafer-Halteelemente 240 ein. Wenn das untere Kammerteil 210 nach oben zur geschlossenen Position gezwungen wird, greifen die Nuten 295 in Endabschnitte 300 der Halteelemente 240 ein und treiben diese nach oben, um hierdurch den Wafer 55 zwischen den Armen 250 der Halteelemente 240 und den zugehörigen Abstandselementen 255 zu befestigen. Dieser geschlossene Zustand ist in 5 dargestellt. Im geschlossenen Zustand stellen die Nuten 295 und die zugehörigen Nuten 296 des oberen Kammerteils (siehe 2) eine Mehrzahl von Auslässen an den Umfangs-Bereichen des Reaktors 200 bereit. Radiale Ausrichtung des Arms 250 von jedem Halteelement 240 wird mittels eines Einstellstiftes 308 erreicht, welcher sich durch seitliche Rillen 309 erstreckt, welche durch einen oberen Abschnitt jedes Halteelements hindurch angeordnet sind.
Der Aufbau der Befestigungsteile 307, welche es erlauben, dass obere und untere Kammerteil aufeinander zu und voneinander weg zu bewegen, ist in den 2, 6 und 7B dargestellt. Wie gezeigt, weist das untere Kammerteil 210 eine Mehrzahl von Hohlzylindern 270 auf, welche an diesem befestigt sind und welche sich durch zugehörige Öffnungen 275 im Umfangsbereich des oberen Kammerteils 205 nach oben erstrecken, um untere Abschnitte jedes Befestigungsteils 307 auszubilden. Stäbe 280 erstrecken sich in den Hohlraum der Zylinder 270 und sind so befestigt, dass sie einen oberen Abschnitt jedes Befestigungsteils 307 ausbilden. Gemeinsam bilden die Stäbe 280 und Zylinder 270 die Befestigungsteile 307, welche zwischen der offenen und der geschlossenen Position zwischen dem oberen und dem unteren Kammerteil 205 und 210 eine lineare Relativbewegung entlang Achse 283 erlauben. Zwei Flansche 285 und 290 sind an einem oberen Abschnitt jedes Stabes 280 angeordnet. Flansch 285 dient als ein Stop-Element, welches in einer offenen Position das Ausmaß der Separation zwischen dem oberen Kammerteil 205 und dem unteren Kammerteil 210 begrenzt. Flansche 290 stellen eine Fläche bereit, gegen welche ein Vorspannelement, wie etwa eine Feder (siehe 6) oder dergleichen, arbeitet, um das obere Kammerteil 205 und das untere Kammerteil 210 zur geschlossenen Position hin vorzuspannen.
Bezug nehmend auf 6 weist die Feder 303 oder dergleichen ein erstes Ende auf, welches in einer Ringnut 305 angeordnet ist, welche sich rings jedes der jeweiligen Befestigungsteile 307 erstreckt. Ein zweites Ende jeder Feder ist dazu vorgesehen, in einem komprimierten Zustand an dem Flansch 290 des jeweiligen Befestigungsteils 307 anzugreifen, wodurch die Feder veranlasst wird, eine Kraft zu erzeugen, welche das Befestigungsteil 307 und das untere Kammerteil 210 nach oben in Eingriff mit dem oberen Kammerteil 205 treiben.
Der Reaktor 200 ist derart ausgelegt, dass er während des Bearbeitens des Werkstückes um eine Mittelachse gedreht werden kann. Hierzu erstreckt sich eine mittig angeordnete Welle 260 von einem oberen Abschnitt des oberen Kammerteils 205 aus. Wie unten anhand der 7A–7B detaillierter gezeigt werden wird, ist die Welle 260 mit einem Drehantriebsmotor eingreifend verbunden, um den Reaktor 200 drehend anzutreiben. Die Welle 260 ist so konstruiert, dass sie einen mittig angeordneten Fluid-Durchgang (siehe 4) aufweist, durch welchen ein Bearbeitungs-Fluid zum Einlass 220 zugeführt werden kann. Alternativ hierzu kann der mittige Durchgang als eine Führungsvorrichtung für eine gesonderte Einlass-Röhre oder dergleichen dienen.
Wie in 3 und 4 dargestellt ist, erstrecken sich eine Mehrzahl von Überlauf-Durchgängen 312 radial von einer Mitten-Position des oberen Kammerteils 205 aus. Welle 260 endet in einem erweiterten Endabschnitt 315 mit Einlass-Nuten 320, welche eine Fluid-Verbindung zwischen dem oberen Abschnitt der Bearbeitungskammer 310 und den Überlauf-Durchgängen 312 bereitstellen. Das erweiterte Ende 315 der Welle 260 ist an dem oberen Kammerteil 205 beispielsweise mittel einer Befestigungsplatte 312 befestigt. Die Befestigungsplatte 325 ist ihrerseits mit einer Mehrzahl von Befestigungselementen 330 an dem oberen Kammerteil 205 befestigt (5). Die Überlauf-Durchgänge 312 erlauben es dem Bearbeitungs-Fluid, die Kammer 310 zu verlassen, wenn der Fluid-Fluss zur Kammer 310 den Fluid-Fluss aus den Umfangs-Auslässen der Kammer übersteigt.
7A und 7B sind Querschnitts-Ansichten, welche den Reaktor 200 in einem geschlossenen Zustand, und mit einer Rotationsantriebsanordnung verbunden zeigen, welche allgemein mit 400 bezeichnet ist, wohingegen 8A und 8B ähnliche Querschnittsansichten sind, welche den Reaktor 200 in einem offenen Zustand zeigen. Wie gezeigt, erstreckt sich Welle 260 nach oben in die Rotations-Antriebseinheit 400 hinein. Welle 260 ist mit den notwendigen Komponenten versehen, um mit Stator 405 zusammenzuwirken, um eine Rotationsantriebsmotoranordnung 410 zu bilden.
Wie in der Ausführungsform von 1 gezeigt ist, verbinden sich das obere und das untere Kammerteil 205 und 210, um die im Wesentlichen geschlossene Bearbeitungskammer 310 zu bilden, welche in der bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen der Form des Werkstücks 55 entspricht. Bevorzugterweise ist der Wafer 55 innerhalb der Kammer 310 in einer Position gehalten, in welcher seine obere und untere Fläche von den inneren Kammerflächen 215 beziehungsweise 225 einen Zwischenraum aufweisen. Wie oben beschrieben, wird ein solches Halten durch die Halteelemente 240 und die Abstandselemente 255 erleichtert, welche zwischen sich die Umfangskanten des Wafers 55 einklemmen, wenn der Reaktor 200 sich in der in 7A und 7B gezeigten geschlossenen Position befindet.
Bearbeiten des Wafers 55 erfolgt in der in 7A und 7B gezeigten geschlossenen Position. Bei innerhalb der Bearbeitungskammer 310 befestigtem Wafer wird Bearbeitungsfluid durch ein Bearbeitungs-Zuführ-Rohr 415 von Welle 260 und Einlass 220 in das Innere der Kammer 310 zugeführt. In ähnlicher Weise wird auch durch das Bearbeitungs-Zuführ-Rohr 125, welches das Fluid durch Einlass 230 leitet, Bearbeitungs-Fluid zur Kammer 310 zugeführt. Wenn der Reaktor 200 von der Rotationsantriebsmotoranordnung 410 gedreht wird, wird jedwedes durch Einlässe 220 und 230 zugeführte Bearbeitungs-Fluid durch mittels Zentripetalbeschleunigung erzeugter Kräfte über die Oberflächen von Wafer 55 hinweg getrieben. Verbrauchtes Bearbeitungsfluid verlässt die Bearbeitungskammer 310 durch die Auslässe an den Umfangs-Bereichen des Reaktors 200, welche durch die Nuten 295 und 296 gebildet werden. Solche Auslässe existieren, da die Halteelemente 240 nicht so aufgebaut sind, dass sie den resultierenden Fluid-Fluss wesentlich stören. Alternativ hierzu oder zusätzlich können weitere Auslässe in den Umfangsbereichen vorgesehen sein.
Sobald das Bearbeiten beendet wurde, wird der Reaktor 200 geöffnet, um Zugriff auf den Wafer zu ermöglichen, wie in 8A und 8B gezeigt ist. Nach dem Bearbeiten wird Aktuator 425 verwendet, um einen Aktuator-Ring 430 nach unten in Eingriff mit oberen Abschnitten der Befestigungsteile 307 zu treiben. Die Befestigungsteile 307 werden gegen die Vorspannung von Feder 303 getrieben, was bewirkt, dass das untere Kammerteil 210 sich absenkt und sich von dem oberen Kammerteil 205 trennt. Während das untere Kammerteil 210 abgesenkt wird, folgen ihm die Befestigungselemente 240 unter den Einfluß der Schwerkraft, oder gegen den Einfluß der Schwerkraft, oder gegen den Einfluß eines Vorspann-Elementes, während sie gleichzeitig den Wafer 55 absenken. In einer tieferen Position wird die Bearbeitungskammer 310 geöffnet, hierbei den Wafer 55 zum Entfernen freigebend und/oder das Einsetzen eines neuen Wafers in den Reaktor 200 ermöglichend. Solch ein Einsetzen oder Herausnehmen kann entweder manuell oder durch einen automatischen Roboter erfolgen.
Die oben genannte Anordnung macht den Reaktor 200 insbesondere geeignet für automatisches Werkstück-Laden und -Entladen, beispielsweise mittels eines Roboter-Transfer-Mechanismus oder dergleichen. Wie aus einem Vergleich von 7A und 8A offensichtlich ist, variiert der Zwischenraum zwischen der oberen Oberfläche des Werkstücks und der inneren Kammerwand des oberen Kammerteils 205 abhängig davon, ob der Reaktor 200 sich in einem offenen oder geschlossenen Zustand befindet. Im offenen Zustand weist die obere Oberfläche des Werkstücks von der inneren Kammerwand des oberen Kammerteils 205 einen Abstand x1 auf, welcher einen ausreichenden Spielraum aufweist, um beispielsweise einen Werkstück-Transfer-Arm eines Roboter-Transfer-Mechanismus zu betätigen. Im geschlossenen Bearbeitungs-Zustand weist die obere Oberfläche des Werkstücks von der inneren Kammerwand des oberen Kammerteils 205 einen Abstand x2 auf, welcher kleiner ist als der Abstand x1. Der Abstand x2 kann in der offenbarten Ausführungsform derart gewählt sein, dass er dem Zwischenraum entspricht, welcher während Werkstück-Bearbeitungs-Vorgängen gewünscht wird.
9 zeigt eine Kantenanordnung, welche ein separates Bearbeiten jeder Seite von Wafer 55 erleichtert. Wie gezeigt, erstreckt sich ein Teilungs-Element 500 von der Seitenwand 235 der Bearbeitungskammer 310 aus zu einer unmittelbar der Umfangskante 505 des Wafers 55 benachbarten Position. Das Teilungs-Element 500 kann eine Vielzahl von Formen annehmen, von denen die dargestellte konische Form nur eine Anordnung ist. Das Teilungs-Element 500 erstreckt sich bevorzugt rings des gesamten Umfangs der Kammer 310. Ein erster Satz von einem oder mehreren Auslässen 510 ist oberhalb des Teilungs-Elements 500 angeordnet, um verbrauchtes Bearbeitungs-Fluid von der oberen Oberfläche des Wafers 55 aufzunehmen. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Satz von einem oder mehreren Auslässen 515 unterhalb des Teilungs-Elements 500 angeordnet, um verbrauchtes Beasrbeitungs-Fluid von der unteren Oberfläche des Wafers 55 aufzunehmen. Wenn der Wafer 55 während des Bearbeitens rotiert, wird das Fluid aus der Zuführung 415 der oberen Oberfläche des Wafers 55 zugeführt, und breitet sich durch den Einfluß von Zentripetal-Beschleunigung über die Oberfläche aus. In ähnlicher Weise wird das Fluid aus der Zuführ-Röhre 125 der unteren Oberfläche des Wafers 55 zugeführt, und breitet sich durch den Einfluß von Zentripetalbeschleunigung über die Oberfläche aus. Da die Kante des Teilungs-Elementes 500 sich so nahe an der Umfangs-Kante von Wafer 55 befindet, dringt kein Bearbeitungs-Fluid von der oberen Oberfläche des Wafers 55 nach unterhalb des Teilungs-Elements 500 vor, und es dringt kein Bearbeitungs-Fluid von der unteren Oberfläche des Wafers 55 nach oberhalb des Teilungs-Elements 500 vor. Daher ermöglicht es dieser Reaktor-Aufbau, gleichzeitig sowohl die obere als auch die untere Oberfläche des Wafers 55 in einer sich gegenseitig ausschließenden Weise mit verschiedenen Bearbeitungs-Fluiden und Arbeitsschritten zu bearbeiten.
9 zeigt auch eine Weise, in welcher die der oberen und der unteren Waferoberfläche zugeführten Bearbeitungs-Fluide in einer sich gegenseitig ausschließenden Weise gesammelt werden können. Wie dargestellt, ist rings des äußeren Umfangs des Reaktors 200 ein Fluid-Sammler 520 angeordnet. Der Fluid-Sammler 520 weist einen ersten Sammelbereich 525 mit einem Spritzschutz 530 und einer Fluid-Rinne 535 auf, welche derart eingerichtet sind, dass sie von den Auslässen 510 weg geschleudertes Fluid zu einem ersten Abfluß 540 leiten, wo das verbrauchte Fluid von der oberen Waferoberfläche zu einem Sammel-Behälter geleitet werden kann, um es zu entsorgen oder wieder zuzuführen. Der Fluid-Sammler 520 weist ferner einen zweiten Sammelbereich 550 mit einem weiteren Spritzschutz 555 und einer weiteren Fluid-Rinne 560 auf, welche derart eingerichtet sind, dass sie von den Auslässen 515 weg geschleudertes Fluid einem zweitem Abfluss 565 zuleiten, wo das verbrauchte Fluid von der unteren Waferoberfläche einem Sammel-Behälter zugeführt werden kann, um es zu entsorgen oder wieder zuzuführen.
10 zeigt eine Ausführungsform des Reaktors 200 mit einer alternativen Konfiguration zum Zuführen von Bearbeitungs-Fluid durch die Fluid-Einlassöffnung 230. Wie gezeigt, ist das Werkstückgehäuse 20 innerhalb einer Schale 570 angeordnet. Die Schale 570 weist außerhalb der Auslässe 100 Seitenwände 575 auf, um Fluid zu sammeln wenn es die Kammer 310 verlässt. Eine schräge Bodenfläche 580 leitet das gesammelte Fluid zu einem Sammelbehälter 585. Die Fluid-Zuführ-Leitung 587 ist angeschlossen, um dem Sammelbehälter 585 eine Fluid-Menge zuzuführen. Sammelbehälter 595 ist ferner bevorzugt mit einem Abfluß-Ventil 589 versehen. Ein Einlass-Stutzen 592 bildet einen Kanal 595 aus, welcher ein erstes Ende mit einer Öffnung 597 aufweist, welches an einer dessen Enden zum Sammelbehälter 585 hin öffnet, und ein zweites Ende, welches zu der Einlass-Öffnung 230 hin öffnet.
Im Betrieb der in 10 gezeigten Ausführungsform wird Bearbeitungs-Fluid durch die Versorgungsleitung 587 zum Sammelbehälter 585 zugeführt, während der Reaktor 200 rotiert. Sobald der Sammelbehälter 585 voll ist, wird der Fluid-Fluss zum Sammelbehälter durch die Versorgungsleitung 587 beendet. Von der Rotation des Reaktors herrührende Zentripetalbeschleunigung sorgt für eine Druckdifferenz, welche das Fluid durch Öffnungen 597 und 230 in die Kammer 310 treibt, um wenigstens die untere Oberfläche von Wafer 55 zu kontaktieren, und zu den Auslass-Öffnungen 100, wo das Fluid zur weiteren Benutzung in den Sammelbehälter 585 zurückgeführt wird.
Das in 10 gezeigte, selbstpumpende, rückführende System weist eine Anzahl von Vorteilen auf. Der enge Fluid-Kreislauf minimiert Verzögerungen der Prozessparametersteuerung, wodurch es einfacher wird, physikalische Parameter wie Fluid-Temperatur, Fluid-Fluß und so weiter zu steuern. Ferner gibt es keine Wärmeverluste an Rohrwerk, Tankwände, Pumpen und so weiter. Darüberhinaus verwendet das System keine gesonderte Pumpe, wodurch Pumpen-Ausfälle beseitigt werden, welche beim Pumpen heißer aggressiver Chemikalien häufig sind.
11 und 12 zeigen zwei verschiedene Arten von Bearbeitungs-Werkzeugeinrichtungen, von denen jede ein oder mehrere Bearbeitungs-Stationen mit den oben beschriebenen Reaktor-Konstruktionen einsetzen kann. 11 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Werkzeugeinrichtung, im Allgemeinen mit 600 bezeichnet, welche eine Mehrzahl von Bearbeitungsstationen 605 aufweist, welche entlang eines bogenförmigen Pfades 606 angeordnet sind. Die Bearbeitungs-Stationen 605 können alle ähnliche Bearbeitungs-Vorgänge an dem Wafer ausführen, oder können verschiedenartige, aber sich ergänzende Bearbeitungs-Vorgänge ausführen. Beispielsweise kann eine oder können mehrere Bearbeitungsstation(en) 605 einen elektrolytischen Abscheidungsprozess eines Metalls, wie etwa Kupfer, auf dem Wafer ausführen, während eine oder mehrere der anderen Bearbeitungsstationen ergänzende Prozesse, wie beispielsweise Reinigungs-/Tocknungs-Prozesse, Vor-Befeuchtungs-Prozese, Photolack-Prozesse und so weiter ausführen.
Zu bearbeitende Wafer werden der Werkzeugeinrichtung 600 an einer Eingangs-/Ausgangs-Station 607 zugeführt. Die Wafer können der Werkzeugeinrichtung 600 beispielsweise in S.M.I.F.-Behältern zugeführt werden, von denen jeder eine Mehrzahl darin angeordneter Wafer enthält. Alternativ hierzu können die Wafer der Werkzeugeinrichtung 600 in individuellen Werkstück-Behältern, wie etwa 20 in 1 angeboten werden.
Zu jeder Bearbeitungs-Station 605 hat ein Roboter-Arm 610 Zugang. Der Roboter-Arm 610 transportiert die Werkstück-Gehäuse oder einzelne Wafer zu der Eingangs-/Ausgangs-Station 607 und von diesen weg. Der Roboter-Arm 610 transportiert ferner die Wafer oder Gehäuse zwischen den verschiedenen Bearbeitungs-Stationen 605.
In der Ausführungsform von 11 rotiert der Roboter-Arm 610 um Achse 615, um die Transport-Vorgänge entlang Pfad 606 auszuführen. Im Gegensatz hierzu verwendet die in 12 allgemein mit 620 bezeichnete Werkzeugeinrichtung einen oder mehrere Roboterarme 625, welche sich entlang eines linearen Pfades 630 bewegen, um die benötigten Transport-Vorgänge auszuführen. Wie in der Ausführungsform von 10 wird eine Mehrzahl von einzelnen Bearbeitungs-Stationen 605 verwendet, aber mehrere Bearbeitungs-Stationen 605 können in einer einzelnen Bearbeitungs-Werkzeugeinrichtung dieser Anordnung bereitgestellt sein.
13 zeigt eine Weise eines Einsatzes einer Mehrzahl von Werkstück-Gehäusen 700, wie den oben beschriebenen, in einer Stapelverarbeitungs-Einrichtung 702. Wie dargestellt, sind die Werkstück-Gehäuse 700 vertikal übereinander gestapelt, und sind zum Drehen durch einen gemeinsamen Rotor-Motor 704 um eine gemeinsame Rotations-Achse 706 miteinander verbunden. Die Einrichtung 702 weist ferner ein Fluid-Zuliefersystem 708 auf. Das Zuliefersystem 708 weist eine stationäre Sammelleitung 710 auf, welche Bearbeitungs-Fluid von einer Fluid-Versorgung (nicht dargestellt) erhält. Die stationäre Sammelleitung 710 hat ein Auslass-Ende, welches mit einem Eingang einer rotierenden Sammelleitung 712 verbunden ist. Die rotierende Sammelleitung 712 ist zum gemeinsamen Rotieren mit den Gehäusen 700 verbunden, und ist dazu mit der stationären Sammelleitung 710 einer Rotations-Verbindung 714 verbunden. Eine Mehrzahl von Fluid-Versorgungs-Leitungen 716 erstrecken sich von der rotierenden Sammelleitung 712 aus und enden jeweils in Düsen-Abschnitten 718, welche Einlässen des Gehäuses 700 benachbart sind. Die Düsen-Abschnitte 718, welche zwischen zwei Gehäusen 700 angeordnet sind, sind so aufgebaut, dass sie sowohl nach oben wie nach unten gerichtete Fluid-Ströme bereitstellen. Im Gegensatz hierzu enthält die unterste Versorgungsleitung 716 einen Düsenabschnitt 718, welcher einen Fluid-Strom nur nach oben leitet. Der oberste Abschnitt der rotierenden Sammelleitung 712 weist einen Auslass 720 auf, welcher Bearbeitungs-Fluid zu dem Fluid-Einlass des obersten Gehäuses 700 bereitstellt.
Die Stapel-Bearbeitungs-Einrichtung 702 von 13 ist so aufgebaut, dass sie gleichzeitig das gleiche Fluid dem oberen und unteren Einlass jedes Gehäuses 700 zuzuführt. Es können allerdings auch andere Konfigurationen eingesetzt werden. Beispielsweise können Düsenabschnitte 718 Ventilelemente aufweisen, welche gezielt öffnen oder schließen, in Abhängigkeit davon, ob das Fluid durch die obere und/oder untere Öffnung(en) jedes Gehäuses 700 zuzuführen ist. In diesen Fällen kann es wünschenswert sein, in jedem der Gehäuse 700 eine Kantenkonfiguration wie die in 9 gezeigte, einzusetzen, um die den oberen beziehungsweise unteren Oberflächen der Wafer 55 zugeführten Fluide voneinander zu isolieren. Fernerhin kann Vorrichtung 702 konzentrische Sammelleitungen aufweisen, um zwei verschiedene Fluide gleichzeitig separaten Versorgungs-Leitungen zuzuleiten, welche jeweils mit dem oberen beziehungsweise unteren Einlass der Gehäuse 700 verbunden sind.
In 14 ist eine Ausführungsform des Reaktors dargestellt, welche besonders gut zum Integrieren in eine automatische Bearbeitungs-Werkzeugeinrichtung geeignet ist. Der Reaktor, allgemein mit 800 bezeichnet, weist Merkmale auf, welche in einzigartiger Weise zusammenwirken, um es einem Roboterarm oder dergleichen zu erlauben, während der Lade- und Entlade-Vorgänge ein Werkstück in den Reaktor 800 einzuführen oder aus diesem zu entnehmen, während außerdem während des Bearbeitens relativ enge Spielräume zwischen dem Werkstück und den inneren Kammerwänden des Reaktors eingehalten werden.
Einer der grundlegenden Unterschiede zwischen den oben beschriebenen Reaktor-Ausführungsformen und dem Reaktor 800 von 14 liegt in der Natur der Werkstück-Halte-Anordnung. Wie gezeigt, weist Reaktor 800 eine Werkstück-Halte- Anordnung auf, allgemein mit 805 bezeichnet, welche mit dem unteren Kammerteil 210 verbunden ist. In Übereinstimmung mit dem dargestellten Ausführungsform weist die Werkstück-Halte-Baugruppe 805 eine Mehrzahl von Werkstück-Halte-Elementen 810 auf, welche sich durch das untere Kammerteil 210 erstrecken. Die Werkstück-Halteelemente 810 sind an einem unteren Ende von ihnen von einem Vorspann-Element 815 gehalten. An dem vom Vorspann- Element 815 wegweisenden Ende endet das Werkstück-Haltelement 810 bei einer Werkstück-Haltefläche 820 und einer Leitstruktur 825. Die Leitstruktur 825 erstreckt sich von der Werkstück-Haltefläche 820 aus und endet in einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 830. Die Leitstruktur 825 hilft beim Zwingen der Umfangs-Kanten des Werkstücks in ordnungsgemäße Ausrichtung mit der Werkstück-Halterungsfläche 820, wodurch eine ordnungsgemäße Justierung des Werkstücks während des Bearbeitens sichergestellt wird. Die Leitstruktur 825 kann ferner als ein Abstandhalter dienen, welcher den Freiraum zwischen der inneren Wand des oberen Kammerteils 205 und der oberen Oberfläche des Werkstücks bestimmt.
Das Vorspann- Element 815 der gezeigten Ausführungsform dient dazu, die Werkstück-Haltelemente 810 in einer nach oben weisenden Richtung vorzuspannen, wenn sich das obere und das untere Kammerteil 205 und 210 in der gezeigten offenen Stellung befinden, in welcher der Reaktor 800 zum Laden oder Entladen eines Werkstücks bereit ist. Das Vorspann- Element 815 kann verschieden Formen annehmen. Beispielsweise kann eine einzelne vorspannende Struktur verwendet werden, welche allen Werkstück-Haltelementen 810 gemeinsam ist. Alternativ hierzu, wie in der offenbarten Ausführungsform gezeigt, können individuelle vorspannende Strukturen jeweils individuellen Werkstück-Halteelementen 810 einzeln zugeordnet sein. Die individuellen vorspannenden Strukturen sind in Form von Blattfedern 835 ausgeführt, können aber alternativ auch beispielsweise in Form von Spiralfeder-Aktuatoren oder dergleichen ausgeführt sein.
Wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform des Reaktors sind das obere und das untere Kammerteil 205 und 210 des Reaktors 800 zwischen dem offenen Zustand von 14 und zu dem geschlossenen Bearbeitungs-Zustand hin, wie er in 15 dargestellt ist, gegeneinander bewegbar. Während sich die Kammerteile 205 und 210 aufeinander zu bewegen, greifen die kegelstumpfförmigen Abschnitte 830 der Werkstück-Halteelemente 810 in die innere Kammerwand des oberen Kammerteils 205 ein. Weiteres Bewegen zwischen Kammerteilen 205 und 210 treibt die Werkstück-Halte-Elemente 810 gegen die Blattfedern 835, bis das Werkstück zwischen den Halteflächen 820 der Werkstück-Halteelemente 810 und zugehörigen Vorsprüngen 840 eingeklemmt ist, welche sich von der inneren Kammerwand des oberen Kammerteils 205 aus erstrecken. In diesem geschlossenen Zustand ist der Reaktor bereit, das Werkstück zu bearbeiten.
Der Reaktor 800 von 14 enthält ferner Strukturen, welche helfen, ordnungsgemäße Passung zwischen dem oberen und dem unteren Kammerteil 210 und 205 sicherzustellen, wenn sie auf ihre Bearbeitungsposition hin einander angenähert werden. In der gezeigten Ausführungsform sind diese Strukturen in der Form von Einführ-Stiften 845 ausgeführt, welche von einem der Kammerteile abstehen, um in zugehörige Öffnungen des anderen Kammerteils einzugreifen. Hier erstrecken sich die Einführ-Stifte 845 von dem unteren Kammerteil 210 aus, um in korrespondierende Öffnungen (nicht gezeigt) in dem oberen Kammerteil 205 einzugreifen. Die Einführstifte 845 haben die Form von abstehenden Elementen, welche jeweils in einem zugehörigen Kegelstumpfförmigen Abschnitt enden, welcher als eine Leitfläche dient.
Die vorhergehend genannte Anordnung macht der Reaktor 800 insbesondere geeignet für ein automatisches Werkstück-Laden und -Entladen, beispielsweise durch einen Roboter Transfer-Mechanismus oder dergleichen, insbesondere einen, bei welchem das Werkstück direkt in den Reaktor eingesetzt wird, ohne das Werkstück zu wenden. Wie durch einen Vergleich von 14 und 15 offensichtlich ist, variiert der Zwischenraum zwischen der unteren Oberfläche des Werkstücks und der inneren Kammerwand des unteren Kammerteils 210 in Abhängigkeit davon, ob sich der Reaktor 800 in einem offenen oder einem geschlossenen Zustand befindet. Im offenen Zustand weist die untere Oberfläche des Werkstücks von der inneren Kammerwand des unteren Kammerteils 210 einen Abstand X1 auf, welcher genug Spielraum aufweist, um beispielsweise einen Werkstück-Transfer-Arm eines Roboter-Transfer-Mechanismus zu betätigen. Im geschlossenen Zustand weist die untere Oberfläche des Werkstücks von der inneren Kammerwand des unteren Kammerteils 210 einen Abstand X2 auf, welcher kleiner ist als der Abstand X1. Der Abstand X2 entspricht in den offenbarten Ausführungsformen dem Zwischenraum, welcher während Bearbeitungs-Prozessen gewünscht ist.
In 16 ist eine Ausführungsform des Vorspann-Elements 815 gezeigt. wie dargestellt, weist das Vorspann-Element 815 eine Mehrzahl von Blattfedern 835 auf, welche sich radial von einem mittleren Naben-Abschnitt 850 aus zu Positionen erstrecken, in welchen sie die Unterseite zugehöriger Werkstück-Haltelemente 810 kontaktieren. Eine weitere Mehrzahl radialer Elemente 855 erstrecken sich von der Nabe 850 aus zu Positionen, in welchen sie die Unterseite zugehöriger Einführ-Stifte 845 kontaktieren. Im Gegensatz zu den Blattfedern 835 ist die weitere Mehrzahl von radialen Elementen 855 nicht notwendigerweise dazu vorgesehen, sich zu biegen, wenn das obere und das untere Kammerteil 210 und 205 sich auf die Bearbeitungsposition zu bewegen. Das Vorspann-Element 825 kann aus einem Polymermaterial oder dergleichen hergestellt sein, welches widerstandsfähig gegenüber der in der Prozess-Umgebung verwendeten Chemie ist. Wenn sie aus solch einem Material hergestellt sind, können die Werkstück-Haltelemente 810 und die Einführ-Stifte 845 einstückig mit ihren zugehörigen Blattfedern 835 und radialen Elementen 855 ausgeführt sein.
In der gezeigten Ausführungsform weist der mittlere Naben-Abschnitt 850 eine mittlere Öffnung 900 auf, welche ein Befestigungselement 905 beherbergt, welches das Vorspann-Element 815 an der Unterseite des unteren Kammerteils 210 befestigt. Mit Bezug zu 14 und 15 kann das Befestigungselement 905 derart ausgebildet sein, dass es den Bearbeitungs-Fluid-Einlass durch das untere Kammerteil 210 darstellt. Wenn das Befestigungselement 905 in dieser Weise ausgebildet ist, weist der Reaktor 800 eine schnelle und einfachen Weise auf, verschiedene Einlass-Konfigurationen für verschiedene Prozesse bereitzustellen.
Gelegentlich kann es wünschenswert sein, den Reaktor 800 vom Kopf-Abschnitt 860 zu entfernen. Beispielsweise kann der Reaktor 800 entfernt werden, um ihn zu warten, oder um ihn gegen einen anderen Reaktor auszutauschen, welcher zum Ausführen anderer Prozesse oder zum Bearbeiten anderer Werkstück-Arten ausgebildet ist.
Wie in 14 gezeigt, sind der Reaktor 800 und der Kopfabschnitt 860 über eine Verbindungs-Naben-Anordnung 865 im Eingriff miteinander, was es erlaubt, den Reaktor 800 auf einfache Weise mit dem Kopfabschnitt 860 zu verbinden und von diesem abzutrennen. In der Ausführungsform von 15 weist die Verbindungs-Naben-Anordnung 865 auf: eine Kopf-Verbindungs-Nabe 870, welche an den Bearbeitungs-Kopfabschnitt 860 fixiert ist, und eine Reaktor-Verbindungs-Nabe 875, welche an dem Reaktor 800 fixiert ist. Die Verbindungs-Naben 870 und 875 sind während des normalen Betriebs miteinander beispielsweise durch eine Schraubverbindung 880 verbunden. Eine Einstellschraube 885 erstreckt sich durch die Kopf-Verbindungs-Nabe 870 und kann gedreht werden, um in eine Fläche oder eine zugehörige Öffnung der Reaktor-Verbindungs-Nabe 875 einzugreifen, wodurch ein Aufschrauben der Verbindungs-Nabes 870 und 875 verhindert ist.
Wenn ein Entfernen des Reaktors 800 gewünscht ist, wird der Reaktor gedreht, um die Einstellschraube 885 gegenüber einer zugehörigen Kanal-Buchse 890 auszurichten, welche an dem Kopf-Abschnitt 860 fixiert ist. Die Kanal-Buchse 890 ist derart eingerichtet, dass sie es einem Anwender erlaubt, durch sie hindurch ein Werkzeug zu erstrecken, um in die Einstellschraube 885 einzugreifen. Die Einstellschraube wird gedreht, um sie anzuheben, bis sie in einen Schraubenkopfblock 895 eingreift und mit diesem sichert. Einmal in dieser Weise befestigt, ist die Kopf-Verbindungs-Nabe 870 gegenüber Drehen mit dem Kopfabschnitt 860 verriegelt, was es erlaubt, den Reaktor 800 und die zugehörige Verbindungs-Nabe 875 von der Kopf-Verbindungs-Nabe 870 abzuschrauben, um den Reaktor zu entfernen.
Der Einsatz der offenbarten Reaktor-Konfiguration bewirkt viele wesentliche Vorteile. Viele dieser Vorteile gehen direkt davon aus, dass die Fluid-Fluss-Bereiche in den Reaktor-Kammern verkleinert sind. Im Allgemeinen werden die Bearbeitungs-Fluide effizienter ausgenutzt, da nur sehr wenig von den Fluiden verbraucht wird. Es ist ferner unter Verwendung der reduzierten Fluid-Fluss-Bereiche der Reaktorkammern häufig einfacher, die physikalischen Parameter des Fluid-Flusses, wie Temperatur, Massefluss usw. zu steuern. Dies führt zu konsistenten Resultaten und macht diese Resultate reproduzierbar.
Die vorhergehend beschriebenen Anordnungen ermöglichen auch ein sequenzielles Bearbeiten eines einzelnen Wafers unter Verwendung zweier oder mehrerer Bearbeitungs-Fluide, welche aufeinanderfolgend durch einen einzelnen Einlass der Reaktionskammer zugeführt werden. Fernerhin ermöglicht die Fähigkeit, gleichzeitig verschiedene Fluide zu der oberen und der unteren Waferoberfläche zuzuführen die Möglichkeit, neue Bearbeitungs-Vorgänge zu implementieren. Beispielsweise kann ein Bearbeitungs-Fluid, wie flüssiges HF, dem unteren Fluid-Einlass der Reaktionskammer zugeführt werden, um die untere Waferoberfläche zu bearbeiten, während ein anderes Fluid, wie etwa Stickstoff-Gas, dem oberen Fluid-Einlass zugeführt werden kann. Dadurch wird es dem flüssigen HF ermöglicht, mit der unteren Waferoberfläche zu reagieren, während die obere Oberfläche des Wafers wirksam von HF-Reaktionen isoliert ist. Viele andere neue Prozesse können ebenfalls implementiert werden.
Dieser Erfinder hat festgestellt, dass die Anforderungen an Spül-/Trennungs-Prozesse von integrierten Schaltkreisen ferner ein verbessertes Steuern und eine verbesserte ökonomische Effizienz des Spülers/Trockners fordern können. Daher wurde ein im Wesentlichen neuer Ansatz zum Spülen und Trocknen des Halbleiter-Wafers unternommen, welcher ein verbessertes Steuern der physikalischen Eigenschaften der Spül- und Trocknungs-Fluide bewirkt. Ferner können Wafer im Vergleich zum Trocknen gemäß einem der vorhergehenden Prozesse auf einer individuellen Basis schneller gespült und getrocknet werden.
17 zeigt eine Weise, das Zuführen von Spül-/Trocknungsfluiden zu steuern, welche dem Spüler/Trockner irgendeiner der vorhergehenden Ausführungsformen zugeführt werden. Wie gezeigt, weist das Fluid-Zuführ-System, allgemein mit 1800 bezeichnet, auf: eine Stickstoff-Gas-Zuführung 1805, eine IPA-Zuführung 1810, einen IPA-Verdampfer 1815, eine DI-Wasser-Zuführung 1820, optionale Heizelemente 1825, optionale Flussmesser 1830, optionale Flussregulatoren/Temperatursensoren 1835 und eine Ventilvorrichtung 1840. Alle verschiedenen Komponenten der Vorrichtung 1800 können unter der Steuerung einer Steuervorrichtung 845 stehen, welche mit der hierzu geeigneten Software-Programmierung versehen ist.
Beim Betrieb des Spülers/Trockners ist der Ventil-Mechanismus 1840 zum Zuliefern von DI-Wasser von der Zulieferung 1820 sowohl mit dem oberen wie mit dem unteren Einlass des Spüler-/Trockner-Kammer verbunden. Beim Einlassen des Wassers wird der Wafer beispielsweise mit einer Drehzahl von 200 RPM rotiert. Dies bewirkt, dass das Wasser unter dem Einfluss von Zentripetal-Beschleunigung über jede Waferoberfläche hinwegfließt. Sobald eine ausreichende Wassermenge der Kammer zugeführt wurde, um die Waferoberflächen zu spülen, wird der Ventilmechanismus 1840 betätigt, um ein Trocknungs-Fluid, welches bevorzugterweise Stickstoff und IPA-Dampf aufweist, sowohl dem oberen als auch dem unteren Einlass der Spüler-/Trockner-Kammer zuzuführen. Ventil-Mechanismus 1840 wird bevorzugterweise so betätigt, dass das vordere Ende des Tocknungs-Fluids unmittelbar auf das hintere Ende des DI-Wassers folgt. Beim Eintritt des Trocknungs-Fluids in die Kammer treibt von dem Rotieren des Wasser herrührende Zentripetal-Beschleunigung das Trocknungs-Fluid über die Waferoberfläche hinweg und und folgt einem Meniskus über die von dem DI-Wasser gebildete Wasser-Oberfläche. Der IPA-Dampf hilft ein Trocknen der Waferoberfläche an der Kante des Meniskus zu bewirken. Trocknen des Wafers kann durch Erhitzen des DI-Wassers und/oder des Stickstoff/IPA-Dampfes mittels Heizelement 1825 weiter verbessert werden. Die spezielle Temperatur, bei welcher diese Fluide zugeführt werden, kann durch die Steuervorrichtung 1845 gesteuert werden. In ähnlicher Weise können Flusssteuervorrichtungen 1835 und Flussmesser 1830 von der Steuervorrichtung 1845 verwendet werden, um den Fluss des DI-Wassers und/oder des Stickstoff/IPA-Dampfes zur Spül-/Trocknungs-Kammer zu steuern.
Mit einigen Modifikationen können die vorgenannten Reaktor-Anordnungen dazu geeignet sein, mehrere einzelne Prozesse auszuführen, bei welchen ein Kontakt zwischen dem Mikroelektronik-Werkstück und einem oder mehreren Bearbeitungs-Fluiden gesteuert und auf ausgewählte Bereiche des Werkstücks beschränkt ist. Eine Ausführungsform einer solchen Reaktor-Anordnung ist in 18–22 gezeigt.
Mit Bezug auf 18–22 ist ein Reaktor 2100 zum Bearbeiten eines Mikroelektronik-Werkstücks, wie etwa einem Silizium-Wafer 10 mit einer Oberseite 12, einer Unterseite 14, und einem kreisförmigen äußeren Umfang 16 in einer Mikro-Umgebung gezeigt. Für bestimmte Anwendungen ist die Oberseite 12 die Vorderseite, welche andererseits auch Bautteil-Seite genannt werden kann, und die Unterseite 14 ist die Hinterseite, welche auch Nicht-Bautteil-Seite genannt werden kann. Für andere Anwendungen ist der Silizium-Wafer 10 allerdings umgedreht.
Im Allgemeinen, außer so wie hierin offenbart, ist der Reaktor 2100 ähnlich zu den oben gezeigten und beschriebenen Reaktoren. Allerdings ist der Reaktor 2100, wie in den Zeichnungen gezeigt und hierin beschrieben, dahingehend verbessert, dass er im Ausüben ausgewählter Mikroelektronik-Herstellungs-Prozesse vielseitiger ist.
Der Reaktor 2100 hat ein oberes Kammerteil, welches eine obere Kammerwand 2120 aufweist und ein unteres Kammerteil, welches eine untere Kammerwand 2140 aufweist. Diese Wände 2120, 2140 sind derart angeordnet, dass sie öffnen, um zum Bearbeiten ein Laden eines Wafers 10 mittels eines (nicht dargestellten) Lade-/Entlade-Mechanismus, welcher beispielsweise die Form eines Roboters mit einem End-Effektor haben kann, in den Reaktor 100 zu ermöglichen. Diese Wände 2120, 2140 sind derart angeordnet, dass sie schließen, um zwischen diesen Wänden 2120, 2140 eine einen Wafer in einer Bearbeitungsposition haltende Kapsel 2160 auszubilden.
Der Reaktor, welcher eine Rotationsachse A bestimmt, hat einen Kopf 2200, welcher einen Rotor 2210 aufweist, welcher die oberer Kammerwand 2120 trägt, und welcher einen Motor 2220 trägt, um den Rotor 2210 und die obere und untere Kammerwand 2120, 2140 im geschlossenen Zustand gemeinsam mit einem in der Bearbeitungsposition gehaltenen Wafer 10 um die Achse A zu rotieren. Der Motor 2220 ist derart angeordnet, dass er eine Hülse 2222 antreibt, welche radial von Lagern 2224 mit rollenden Elementen in dem Kopf 2200 gehalten ist. Der Kopf 2200 ist derart angeordnet, dass er zum Öffnen dieser Wände 2120, 2140 angehoben, und zum Schließen dieser Wände 2120, 2140 abgesenkt wird.
Die obere Kammerwand 2120 hat einen Einlass 2122 für Bearbeitungs-Fluide, welche flüssig, dampfförmig oder gasförmig sein können, und die untere Kammerwand 2140 hat einen Einlass 2142 für solche Fluide, welche für eine gegebene Anwendung ähnliche oder abweichende Fluide sein können. Der Kopf 2200 trägt eine obere Düse 2210, welche sich axial durch die Hülse 2222 hindurch erstreckt, damit sie nicht mit der Rotation der Hülse 2222 interferiert. Die obere Düse 2210 leitet Bearbeitungs-Fluid-Ströme nach unten durch den Einlass 2122 der oberen Kammerwand 2120.
Die obere Kammerwand 2120 weist eine Anordnung von ähnlichen Auslässen 2124 auf, welche in ähnlicher Weise mit einheitlichen Winkel-Abständen um die Vertikalachse A herum angeordnet sind. In der offenbarten Ausführungsform sind sechsunddreißig solcher Auslässe 2124 im Einsatz. Jeder Auslass 2124 weist von der Vertikalachse A aus außen liegend einen vergleichsweise größeren radialen Abstand auf, und weist von dem äußeren Umfang 16 eines in der Bearbeitungsposition gehaltenen Wafer 10 aus innen liegend einen verhältnismäßig kleineren radialen Abstand auf, wie etwa ein Abstand von ungefähr 1,5 mm.
Wenn die obere und die untere Kammerwand 2120, 2140 geschlossen sind, bilden sie einen Mikro-Umgebungs-Reaktor 2160 aus, mit einer oberen Bearbeitungs-Kammer 2126, welche von der oberen Kammerwand 2120 und von einer ersten, im allgemeinen ebenen Fläche des gehaltenen Wafers 10 begrenzt ist, und einer unteren Bearbeitungs-Kammer 2146, welche von der unteren Kammerwand 2140 und einer zweiten, im Allgemeinen ebenen und der ersten Seite gegenüberliegenden Fläche des getragten Wafers begrenzt ist. Die obere und die untere Bearbeitungskammer 2126, 2146 sind in einem ringförmigen Bereich 2130 außerhalb des äußeren Umfangs 16 des gehaltenen Wafers 10 Fluid-kommunizierend miteinander, und sind abgedichtet durch eine ringförmige, komprimierbare Dichtung (zum Beispiel ein O-Ring) 2132 abgedichtet, welche rings eines unteren Abschnittes 2134 des ringförmigen Bereiches 2130 verläuft. Die Dichtung 2132 erlaubt es Bearbeitungs-Fluiden, welche durch den unteren Einlass 2142 eintreten, unter einem ausreichenden Druck zu verbleiben, um auf die Auslässe 2134 zu zu fließen.
Im Vergleich zu Reaktoren des in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen offenbarten Typs ist Reaktor 2100 besonders für die Ausführung einer Reihe von einzigartigen Mikrofabrikations-Prozessen geeignet. Beispielsweise ist Reaktor 2100 besonders zur Ausführung eines Prozesses geeignet, welcher vollständigen Kontakt eines Bearbeitungs-Fluids an einer ersten Seite eines Werkstücks und nur einem Umfangs-Rand-Abschnitt dessen zweite Seite benötigt. Solche Prozesse können realisiert werden, weil Bearbeitungs-Fluide, welche durch Einlass 2142 der unteren Kammerwand 2140 eintreten, auf die Unterseite 14 eines gehaltenen Wafers 10, auf den äußeren Umfang 16 des gehaltenen Wafers 10 und auf einen äußeren Rand 18 von der Oberseite 12 des gehaltenen Wafers 10 wirken können, bevor sie die Auslässe 2124 erreichen, und weil Bearbeitungs-Fluide, welche durch Einlässe 2122 der oberen Kammerwand 2120 eintreten, auf die Oberseite 12 des gehaltenen Wafers 10 mit Ausnahme des äußeren Rands 18 der Oberseite 12 wirken können, bevor sie die Auslässe 2124 erreichen.
Als ein signifikantes Beispiel eines solchen Prozesses kann der Reaktor 2100 zum Ausführen eines Prozesses verwendet werden, bei welchem es einem Bearbeitungs-Fluid erlaubt ist, eine erste Werkstück-Seite, die Umfangs-Kante des Werkstücks und einen Umfangs-Bereich der gegenüberliegenden Werkstückseite zu kontaktieren, wobei die zugehörigen Drücke der durch die jeweiligen Einlässe 2122, 2142 eintretenden Bearbeitungs-Fluide gesteuert werden. Ein solcher Fluid-Fluß/-Kontakt kann auch als eine Vorgehensweise aufgefasst werden, um ein Bearbeitungs-Fluid, welches auf die gegenüberliegende Seite einwirkt, von einem Umfangs-Bereich dieser Seite fernzuhalten. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform solch eines Prozesses wird eine dünne Material-Schicht von der ersten Seite, der Unfangs-Kante des Werkstücks und von einem Umfangs-Bereich der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks weggeätzt.
Gemäß einer spezielleren Ausführungsform solch eines Prozesses, kann der Prozess in einem Metallisierungs-Prozess angewendet werden, welcher dazu verwendet wird, eine Mikroelektronik-Komponente und/oder Verbindungs-Strukturen auf einem Halbleiter-Wafer oder dergleichen auszubilden. Hierzu wird eine dünne Schicht, wie etwa eine Impfschicht ("seed layer") über eine Barrieren-Schicht auf die Vorderseite und auf wenigstens einen Abschnitt des äußeren Umfangs aufgebracht. Nach einem oder mehreren zwischengeschalteten Schritten, wie etwa Elektroplattieren einer Kupferschicht oder dergleichen hierüber, wird ein zum Ätzen des Elektroplattier-Materials, des Dünnschicht-Materials und/oder des Barrieren-Schicht-Materials geeignetes Ätzmittel dazu veranlasst, selektiv nur über einen äußeren Rand der ersten Seite zu fließen, während es gleichzeitig daran gehindert wird, über andere, radial innenliegende Abschnitte der ersten Seite zu fließen. Es werden daher eine oder mehrere Schichten vom äußeren Rand der ersten Seite entfernt, während die Schichten in denjenigen Abschnitten der ersten Seite intakt bleiben, die innerhalb des äußeren Rands angeordnet sind. Wenn das Ätzmittel über die gegenüberliegende Seite und über den äußeren Umfang sowie über den äußeren Rand der ersten Seite getrieben wird, werden die eine oder die mehreren Schichten auch von dem äußeren Umfang des Wafers entfernt, und ferner wird jedwede Verunreinigung, welche durch das Ätzmittel entfernt werden kann, von der Hinterseite entfernt.
Basierend auf der Beschreibung des vorhergehenden Prozesses ist es offensichtlich, dass, basierend auf einem selektiven Kontakt eines Bearbeitungs-Fluids mit dem äußeren Rand und/oder der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks andere Schichten und/oder Materialien selektiv geätzt, gereinigt, aufgebracht, geschützt und so weiter werden können. Beispielsweise kann Oxid von der gegenüberliegenden Seite und dem äußeren Rand der ersten Seite eines Werkstücks durch selektiven Kontakt mit einem Oxid-Ätzmittel, wie etwa Fluorwasserstoffsäure, entfernt werden. In ähnlicher Weise kann des Oxid-Ätzmittel in dem Reaktor derart gesteuert werden, dass es die gesamte Vorderseite des Werkstücks mit Ausnahme des äußeren Rands kontaktiert, wodurch es das Oxid am äußeren Rand intakt lässt. Es ist ferner offensichtlich, dass ein Entfernen der Auslässe 2124 es erlaubt, den Reaktor 2100 für Prozesse einzusetzen, in denen ein selektives Einschließen oder Ausschließen des äußeren Randes unnötig oder in anderer Weise nicht wünschenswert ist.
Wie in 19–20 gezeigt, können in Abhängigkeit von den/dem speziellen Prozess(en), für deren Implementierung der Reaktor ausgelegt ist, sowie von der hierzu verwendeten Automatisierung, falls eine solche verwendet wird, zusätzliche Strukturen bei irgendeinem der vorhergehenden Reaktoren eingearbeitet sein. Gemäß einer solchen strukturellen Ergänzung weist die untere Kammerwand 2140 eine obere Fläche 2144 auf, welche derart geformt ist, dass sie einen ringförmigen Sammelbehälter 2146 rings des Einlasses 2142 bildet. Der Sammelbehälter 2146 wird dazu verwendet, flüssige Beimengungen und/oder durch den Einlass 2142 zugeführte Bearbeitungs-Fluid-Rückstände zu sammeln. Wenn eine Flüssigkeit beispielsweise auf Wafer 10 trifft und von diesem abtropft, wird sie unter dem Einfluss von Zentripetal-Beschleunigung zum Auslass 2124 geleitet, wenn der Reaktor 100 rotiert wird.
Eine weitere, in Verbindung mit dem Reaktor 2100 gezeigte strukturelle Ergänzung betrifft die Auslegung der unteren Düse. Wie gezeigt, weist die untere Düse 2260, welche unterhalb des Einlasses 2142 der unteren Kammerwand 2140 angeordnet ist, zwei oder mehr Öffnungen 2262 auf, wie in 19 gezeigt, um zwei oder mehr Bearbeitungs-Fluid-Ströme nach oben durch Einlass 2142 zu leiten. Die Öffnungen 2262 sind derart orientiert, dass sie bewirken, dass die geleiteten Ströme ungefähr dort zusammenkommen, wo die geleiteten Ströme die untere Oberfläche des Wafers 10 erreichen. Der Reaktor 2100 weist ferner eine Reinigungs-Düse 2280 auf, welche an einer Seite der unteren Düse 2260 angeordnet ist, um einen Strom von Reinigungs-Gas, wie etwa Stickstoff über die untere Drüse 2260 hinweg zu leiten.
Fernerhin kann der Reaktor 2100 eine Basis 2300 aufweisen, welche die untere Düse 2260 und die Reinigungs-Düse 2280 trägt, und welche eine ringförmige, koaxiale Kammer 2320 bildet. Die Kammer 2320 hat mehrere (beispielsweise vier) Abflüsse 2322 (nicht gezeigt), von denen jeder zum Öffnen und Schließen des Abflusses 2322 mit einem pneumatisch zu betätigenden Ring-/Tellerventil ("poppet valve") 2340 versehen ist. Diese Abflüsse 2322 bieten separate Pfade, um Bearbeitungs-Fluide von verschiedenen Arten von geeigneten Speicher-, Entsorgungs- oder Re-Zirkulations-Systemen (nicht gezeigt) zu leiten.
Eine ringförmige Einfassung 2360 erstreckt sich rings der oberen Kammerwand 2120, oberhalb der Kammer 2320, nach unten, um gemeinsam mit der oberen Kammerwand 2140 drehbar zu sein. Jeder Auslass 2124 ist derart orientiert, dass er einen solchen Auslass 2124 verlassende Bearbeitungs-Fluide durch Fluid-Durchgänge 2364 gegen eine Innenfläche 2362 der ringförmigen Einfassung 2360 leitet. Wie gezeigt, ist die Innenfläche 2362 nach außen und nach unten erweitert, um bei rotierendem Reaktor durch den Einfluss von Zentripetal-Beschleunigung Bearbeitungs-Fluide, welche die Innenflächen 2362 erreichen, zu veranlassen, nach außen und nach unten auf die Kammer 2320 zu zu fließen. Daher neigen Bearbeitungs-Fluide dazu, durch die Kammer 2320 auf die Abflüsse 2322 zu gefegt zu werden.
Der Rotor 2210 hat eine gerippte Fläche 2215, welche einer glatten unteren Fläche des Kopfes 2200 gegenüberliegt und mit dieser in einem ringförmigen Bereich 2204, welcher mit der Kammer 2320 kommuniziert einen geringen Zwischenraum aufweist. Bei rotierendem Motor 2210 neigt die gerippte Fläche 2215 dazu, Luft in dem ringförmigen Bereich 2204 zu verwirbeln, um dadurch zu helfen, Bearbeitungs-Fluide durch die Kammer 2320 auf die Abflüsse 2322 zu zu fegen.
Die obere Kammerwand 2120 hat Abstandhalter 2128, welche sich nach unten erstrecken, um zu verhindern, dass ein gehaltener Wafer 10 von der Bearbeitungs-Position abhebt und die obere Kammerwand 2120 berührt. Die untere Kammerwand 2140 hat Abstandhalter 2148, welche sich nach oben erstrecken, um einen gehaltenen Wafer 10 bei einem gegebenen Abstand oberhalb der unteren Kammerwand 2140 zu halten, und Öffnungen 2150, welche sich nach oben über den äußeren Umfang 16 eines gehaltenen Wafers 10 hinaus erstrecken, um ein Aus-der Mitte-Verschieben von der vertikalen Achse A zu verhindern.
Bezugnehmend auf 24–26 kann die untere Kammerwand 2140 einen Anhebe-Mechanismus 2400 zum Anheben eines in der Bearbeitungs-Position gehaltenen Wafers 10 in eine angehobene Position tragen. Der Anhebe-Mechanismus hebt den Wafer 10 in die angehobene Position, wenn der Kopf 2200 über die Basis 2300 angehoben ist, um die obere und untere Kammerwand 2120, 2140 zu öffnen. Anheben eines gehaltenen Wafers 10 zu der angehobenen Position erleichtert es, ihn mittels eines Lade- und Entlade-Mechanismus (nicht dargestellt), wie etwa einem Roboter-Arm mit einem End-Effektor zu entladen.
Der Anhebe-Mechanismus 2400 weist eine Anordnung von anhebenden Hebeln 2420 auf. Jeder anhebende Hebel 2420 ist mittels eines Schwenk-Zapfens 2422, welcher sich von einem solchen anhebenden Hebel 2420 aus in eine Buchse 2424 in der unteren Kammerwand 2140 erstreckt, schwenkbar an der unteren Kammerwand 2140 befestigt, um zwischen einer Betriebs-Position und einer Nicht-Betriebs-Position geschwenkt werden zu können. Jeder schwenkbare Hebel 2420 ist derart angeordnet, dass er mit der oberen Kammerwand 2120 im Eingriff ist, wenn die obere und die untere Kammerwand 2120, 2140 geschlossen sind, wobei ein solcher schwenkbarer Hebel 2420 in die Nicht-Betriebs-Position geschwenkt ist. Jeder anhebende Hebel 2420 ist, wie oben beschrieben, vorgespannt, um in die Betriebs-Position zu schwenken, wenn er nicht mit der oberen Kammerwand 2120 im Eingriff ist.
Daher ist jeder anhebende Hebel 2420 dazu geeignet, von der Betriebs-Position in die Nicht-Betriebs-Position zu schwenken, wenn die obere und die untere Kammerwand 2120, 2140 geschlossen werden, und er ist dazu geeignet, von der Nicht-Betriebs-Position in die Betriebs-Position zu schwenken, wenn die untere und die obere Kammerwand 2120, 2140, geöffnet werden. Jeder anhebende Hebel 2420 hält einen Stift 2424, welcher sich unterhalb eines in der Bearbeitungs-Position gehaltenen Wafers 10 erstreckt, und welcher den gehaltenen Wafer in die angehobene Position hebt, wenn ein solcher anhebender Hebel 2420 von der Nicht-Betriebs-Position in die Betriebs-Position geschwenkt wird.
Die anhebenden Hebel 2420 können durch ein elastisches Element 2440 (beispielsweise einen O-Ring) vorgespannt sein, welches die untere Kammerwand 2140 umgibt, und welches mittels eines von jedem anhebenden Hebel 2420 abstehenden Hakens 2426 an den anhebenden Hebeln 2420 angreift. Bei jedem anhebenden Hebel 2420 definiert der Zapfen 2422 eine Achse, in Bezug auf welche der Stift 2424 und der Haken 2426 sich einander diametral gegenüberliegen. Das elastische Element 2440 steht unter vergleichsweise hoher Zugspannung, wenn die obere und untere Kammerwand 2120, 2140 geschlossen sind, und unter vergleichsweise niedriger Zugspannung, wenn die obere und untere Kammerwand 2120, 2140 geöffnet sind.
Die obere und untere Kammerwand 2120, 2140 können auch durch einen Verriegelungs-Mechanismus 2500 lösbar aneinander geklemmt sein. Gemäß einer Ausführungsform weist der Verriegelungs-Mechanismus einen Verriegelungs-Ring 2520 auf, welcher von der unteren Kammerwand 2140 zurückgehalten wird, und welcher dazu geeignet ist, in eine komplementär hierzu geformte Aussparung 2540 einzugreifen, welche in der unteren Kammerwand 2120 angeordnet ist. Der Verriegelungs-Ring 2520 ist aus einem elastischen Feder-Material (beispielsweise Polyvinylidenfluorid) hergestellt, und weist eine Anordnung von nach innen gestuften Abschnitten 2530 auf. Diese gestuften Abschnitte 2530 erlauben es dem Verriegelungs-Ring 2520, sich von einem un-deformierten Zustand, in welchem der Verriegelungs-Ring 2520 einen ersten Durchmesser hat, in einen deformierten Zustand zu deformieren, in welchem der Verriegelungs-Ring 2520 einen vergleichsweise kleineren Durchmesser hat. Ein solches Deformieren erfolgt, wenn die gestuften Abschnitte 2530 radial nach innen gerichteten Kräften unterliegen. Bei Entfernen der Kräfte kehrt der Verriegelungs-Ring 2520 in den undeformierten Zustand zurück.
Der Verriegelungs-Mechanismus 2500 weist ferner eine Anordnung von Verriegelungsnocken 2540 auf, von denen jeder einem zughörigen gestuften Abschnitt 2530 zugeordnet ist. Jeder Verriegelungsnocken 2540 ist dazu geeignet, radiale Kräfte auf den zugehörigen gestuften Abschnitt 2530 auszuüben.
Der Verriegelungs-Mechanismus 2500 weist ferner einen Betätigungsring 2560 auf, welcher dazu geeignet ist, die Verriegelungsnocken 2540 zu betätigen, wenn der Betätigungsring 2560 innerhalb eines vorbestimmten, begrenzten Bewegungs-Bereiches angehoben und abgesenkt wird. In der dargestellten Ausführungsform ist der Betätigungsring 2560 dazu geeignet, wenn er angehoben ist, die Verriegelungsnocken 2540 zu betätigen, und wenn er abgesenkt ist, die Verriegelungsnocken freizugeben. Der Verriegelungs-Mechanismus 2500 weist ferner eine Anordnung von pneumatischen Vorrichtungen 2580 (beispielsweise drei solcher Vorrichtungen) auf, welche dazu geeignet sind, den Betätigungsring 2560 anzuheben und abzusenken. Wenn der Betätigungsring 2560 angehoben wird, werden die obere und untere Kammerwand 2120, 2140 voneinander gelöst, so dass der Kopf 2200 von der Basis 2300 abgehoben werden kann, um die obere und untere Kammerwand 2120, 2140 zu öffnen, oder auf die Basis 2300 abgesenkt werden kann, um die obere und untere Kammerwand 2120, 2140 zu schließen.
Der Betätigungsring 2560 trägt sich nach oben erstreckende Stifte 2562 (einer dargestellt), welche sich jeweils in zugeordnete Öffnungen 2564 in einem Ausricht-Ring 2570 erstrecken, wenn der Betätigungsring 2560 angehoben wird. Der Ausricht-Ring 2570 ist so gehalten, dass er gemeinsam mit der unteren Kammerwand 2140 rotiert. Wenn der Betätigungsring 2560 abgesenkt wird, werden die Stifte 2562 aus den Öffnungen 2564 zurückgezogen und geben den Ausricht-Ring 2570 frei. Beim Vorschieben in die zugehörigen Öffnungen 2564 richten die Stifte 2562 einen Wafer 10 aus, der in der Bearbeitungs-Position getragen worden war, um ein Entladen des Wafers 10 mittels eines Roboter-Systems zu erleichtern, wie oben beschrieben.
Die vorliegende Erfindung wurde in Bezug auf einen Wafer erläutert. Es ist allerdings offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung einen breiteren Anwendungsbereich hat. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung auf das Bearbeiten von Scheiben und Köpfen, Flachbildschirme ("flat panel displays"), Mikroelektronik-Masken und von anderen Bauteilen anwendbar, welche effektives und kontrolliertes Feucht-Bearbeiten benötigen.
An dem vorgenannten System können vielfältige Modifikationen ausgeführt werden, ohne von seinen grundlegenden Lehren abzuweichen. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf eine oder mehrere spezielle Ausführungsformen in wesentlichen Detail beschrieben worden ist, werden Fachleute bemerken, das Veränderungen daran angebracht werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem oberen Kammerteil und einem unteren Kammerteil, welches aus einer offenen Position zum Beladen und Entladen eines Werkstücks in eine geschlossene Position bewegbar ist, in welcher geschlossenen Position sie eine Bearbeitungskammer zum Bearbeiten des Werkstücks bilden, wobei die Bearbeitungskammer einen Auslass zum Ablassen von Flüssigkeit aus der Bearbeitungskammer über Zentrifugalkraft aufweist und das untere Kammerteil (75, 210, 2140) Abstandshalter (105, 240, 2148) beinhaltet, welche nach oben zum mit Abstand Anordnen des Werkstücks (10, 55) über das untere Kammerteil (2140) hervorstehen, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Kammerteil (60, 205, 2120) Abstandshalter (110, 255, 2128) hat, welche nach unten zum Vermeiden eines Anhebens des Werkstücks während der Bearbeitung hervorstehen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Pfosten (2150), welche von dem unteren Kammerteil nach oben über den äußeren Umfang eines Werkstücks hervorstehen, um ein exzentrisches Verschieben des Werkstücks zu verhindern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das obere und untere Kammerteil sich linear und vertikal von der offenen Belade-/Entlade-Position in die geschlossene Bearbeitungs-Position zusammen und auseinander bewegen und dass das Werkstück mittels Bewegens des Werkstücks horizontal in die Vorrichtung in eine Richtung senkrecht zu der Drehachse beladen und entladen wird, wenn sich die Vorrichtung in der offenen Belade-/Entlade-Position befindet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch einen oberen Einlass (70, 220, 2122) in dem oberen Kammerteil zum Zuführen einer Flüssigkeit zu einer oberen Oberfläche des Werkstücks und einen unteren Einlass (85, 230, 2142) in dem unteren Kammerteil zum Zuführen einer Flüssigkeit zu einer unteren Oberfläche des Werkstücks.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Abstandshalter (105, 240, 2148) auf dem unteren Kammerteil und die Abstandshalter (110, 255, 2128) auf dem oberen Kammerteil das Werkstück an der Stelle festklemmen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das obere und untere Kammerteil ein transportablen Behälter bilden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch: einen Ausrichtring (2570) mit einer Mehrzahl von Öffnungen (2564), wobei der Ausrichtring an dem unteren Kammerteil befestigt ist und mit diesem konzentrisch ist; einen Betätigungsring (2560) unter dem Ausrichtring, wobei der Betätigungsring eine Mehrzahl von sich nach oben erstreckenden Stiften (2562) hat, wobei jeder Stift auf eine der Öffnungen in dem Ausrichtring ausgerichtet ist; und ein Stellglied (2580) zum Hochheben und Absenken des Betätigungsrings.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, ferner gekennzeichnet durch einen Verriegelungsmechanismus aufweisend: einen Verriegelungsring (2520) aufgenommen in dem unteren Kammerteil, wobei der Verriegelungsring eine Mehrzahl von radial verschiebbaren, treppenförmigen Abschnitten (2530) zum Eingreifen in und außer Eingriff Bringen aus Aussparungen in dem oberen Kammerteil hat; eine Mehrzahl von Verriegelungsnocken (2540), wobei ein einzelner Verriegelungsnocken jedem der treppenförmigen Abschnitte des Verriegelungsrings zugeordnet ist; und den in die Verriegelungsnocken eingreifbaren Betätigungsring (2560) zum Bewegen der Nocken in die oder aus den Aussparungen in dem oberen Kammerteil.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Kammer eine der Form des Werkstücks entsprechende Form hat.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, ferner gekennzeichnet durch ein mit einer Umfangskante des Werkstückes ausgerichtetes Teilungsteil (500) an einer Position, an welcher das Teilungsteil einen von dem oberen Einlass verursachten ersten Flüssigkeitsfluss von einem von dem unteren Einlass verursachten zweiten Flüssigkeitsfluss trennt, wobei der erste Flüssigkeitsfluss hauptsächlich auf Kontaktieren der oberen Oberfläche des Werkstücks beschränkt ist und der zweite Flüssigkeitsfluss hauptsächlich auf Kontaktieren der unteren Oberfläche des Werkstücks beschränkt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von überlauf-Durchgängen in dem oberen oder unteren Kammerteil, welche sich von einem Zentralbereich des Kammerteils radial nach außen erstrecken.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch: eine das untere Kammerteil umgebende Schale (570); einen Sammelbehälter (585) in der Schale; eine den Sammelbehälter mit einem Flüssigkeits-Einlass (85, 230, 2142) in dem unteren Kammerteil verbindende Flüssigkeits-Versorgungsleitung (587).
Verfahren zum zentrifugalen Bearbeiten eines Werkstücks in einer Kammer mit oberen und unteren Kammerteilen, aufweisend: Anordnen des Werkstücks in der Bearbeitungskammer; Abstützen des Werkstücks in der Kammer mit sich von dem oberen und unteren Kammerteil erstreckenden Stützen; Zuführen eines ersten Flusses von Flüssigkeit auf das Werkstück; und Rotieren des Werkstücks zum Erzeugen von zentrifugaler Beschleunigung, welche den ersten Fluss von Flüssigkeit über mindestens eine Oberfläche des Werkstücks verteilt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, ferner gekennzeichnet durch Zuführen eines zweiten Flusses von Flüssigkeit auf die zweite Seite des Werkstücks.
Verfahren gemäß Anspruch 13, ferner gekennzeichnet durch getrennt Halten des ersten Flusses von Flüssigkeit von dem zweiten Fluss von Flüssigkeit, während der erste und zweite Fluss von Flüssigkeiten sich von dem Werkstück wegbewegen.
Verfahren gemäß Anspruch 13, ferner gekennzeichnet durch Begrenzen der Flüssigkeit eng um das Werkstück herum.
Verfahren gemäß Anspruch 13, ferner gekennzeichnet durch sequentielles Einbringen einer Spül-Flüssigkeit in die Kammer gefolgt von einer Trocknungs-Flüssigkeit.
Verfahren gemäß Anspruch 13, ferner gekennzeichnet durch: Zuführen des ersten Flusses von Flüssigkeit auf eine untere Oberfläche des Werkstücks; Beschränken der Flüssigkeit auf ein Gebiet um die untere, äußere Umfangskante und den oberen Randabschnitt des Werkstücks; und Zurückziehen der Flüssigkeit weg von dem Werkstück an einer Position über dem Werkstück und angrenzend zu dem Randabschnitt des Werkstücks.