JP4288010B2 - 処理流体の流れ具合を向上させる処理チャンバを備えた加工物処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
〔関連出願の説明〕
本願は、１９９９年４月１３日に出願された以下の米国仮特許出願第６０／１２９，０５５号（発明の名称：WORKPIECE PROCESSOR HAVING IMPROVED PROCESSING CHAMBER）、（代理人事件番号：ＳＥＭ４４９２Ｐ０８３０ＵＳ）、１９９９年７月１２に出願された第６０／１４３，７６９号（発明の名称：WORKPIECE PROCESSOR HAVING IMPROVED PROCESSING CHAMBER）、（代理人事件番号：ＳＥＭ４４９２Ｐ０８３１ＵＳ）及び２０００年２月１４日に出願された第６０／１８２，１６０号（発明の名称：WORKPIECE PROCESSOR HAVING IMPROVED PROCESSING CHAMBER）、（代理人事件番号：ＳＥＭ４４９２Ｐ０８３２ＵＳ）の優先権主張出願である。
【０００２】
〔発明の背景〕
超小型電子加工物、例えば半導体ウェーハ基板、ポリマー基板等からの超小型電子部品の製造では、相当多岐にわたる処理が行われる。本願の開示内容の目的上、超小型加工物は、超小型回路又は素子、データ記憶素子又は層及び（又は）超小型機械要素が形成される基板から形成された加工物を含むものとする。
【０００３】
超小型部品を製造するには、多種多様な処理作業が加工物に対して行われる。かかる作業としては、例えば、物質堆積又は成膜、パターン形成、ドーピング、化学的機械研磨（ＣＭＰ）、電界研磨、熱処理が挙げられる。物質堆積法では、薄い材料の層を加工物の表面に堆積させる。パターン形成では、これら追加した層の選択された部分を除去する。超小型加工物のドーピングは、「ドーパント」と呼ばれる不純物を超小型加工物の選択された部分に付加して基板材料の電気的性質を変える処理方法である。超小型加工物の熱処理では、特定の処理結果が得られるよう超小型加工物を加熱すると共に（或いは）冷却する。化学的機械研磨では、化学的プロセスと機械的プロセスの組み合わせにより材料を除去し、電気めっきでは、電気化学反応を用いて加工物表面から材料を除去する。
【０００４】
処理「ツール」と呼ばれている多くの処理装置が、上述の処理作業を実行するために開発された。これらツールは、製造方法及びツールによって行われる１又は複数の処理で用いられる加工物の性状に応じて種々の形態をとっている。Equinox(R)湿式処理ツールとして知られていて、モンタナのカリスペル所在のセミツール・インコーポレーテッドから入手できる１つの形態のツールは、加工物ホルダ及び湿式処理作業を実行する処理ボウル又は容器を利用する１又は２以上の加工物処理ステーションを有している。かかる湿式処理作業は、電気めっき、エッチング、洗浄、無電気（無電解）めっき、電界研磨等を含む。
【０００５】
上述のEquinox(R)ツールの一形態によれば、加工物ホルダ及び処理容器は、互いに近接して配置されていて、加工物ホルダによって保持された超小型加工物と処理容器内に入れられた処理流体に接触させるよう機能し、それにより処理チャンバを形成する。しかしながら、処理流体を加工物の適当な部分に限定することは問題を生じる場合が多い。さらに、処理流体と加工物の表面との間の適正な物質移動を確保することは困難な場合がある。かかる物質移動の制御を行わなければ、加工物表面の処理は一様にならない場合が多い。
【０００６】
従来型加工物処理装置は、処理流体を加工物の表面に制御された方法で接触させる種々の技術を利用している。例えば、処理流体を制御されたスプレーを用いて加工物の表面に接触させる場合がある。他形式の方法、例えば、部分又は完全浸漬処理法では、処理流体は浴内に存在したままであり、加工物の少なくとも一方の表面を処理流体の表面と接触させ又はその表面下に配置する。電気めっき、無電気めっき、エッチング、洗浄、陽極化成等は、かかる部分又は完全浸漬処理法の例である。
【０００７】
既存の処理容器は、処理チャンバの底部のところに設けられた１又は２以上の入口を通って処理室に連続した処理溶液の流れをもたらす場合が多い。拡散層条件の厚さ及び一様性を制御するために加工物表面上に処理溶液を均等に分布させることは、例えば１又は２以上の入口と加工物表面との間に配置されたディフューザ等によって容易になる。かかるシステムの全体構成が図１Ａに示されている。ディフューザ１は、処理流体入口３から送られる流体の流れを加工物４の表面全体にわたってできるだけ均等に分配するよう設けられた複数の孔２を有している。
【０００８】
拡散層制御における大幅な技術的進歩がディフューザの使用により得られたが、かかる制御には制約がある。図１Ａを参照すると、ディフューザ１の使用にもかかわらず、超小型加工物の表面に垂直な流れ速度の増大した局所領域５が依然として存在する場合が多い。これら局所領域は一般に、ディフューザ１の孔２と一致している。この効果は、ディフューザ１を超小型加工物４に近づけて配置すると高まる。というのは、流体がディフューザから加工物に移動する際の流体の可能分配距離が短くなるからである。このように拡散距離を短くすると、その結果として、処理流体の流れが局所領域５のところに一層集中するようになる。
【０００９】
本発明者は、加工物の表面のところの流れ速度が増大したこれら局所領域が、拡散層条件に影響を及ぼし、その結果として、加工物の表面の非一様な処理が行われる恐れがあることを発見した。拡散層は、加工物表面の他の領域と比べた時に局所領域５のところにおいて薄くなる傾向がある。表面の反応は、拡散層の厚さが減少した局所領域において高速で生じ、その結果、加工物の半径方向に非一様な処理が行われることになる。ディフューザの穴パターン形状もまた、電気化学的処理、例えば電気めっきにおいて電界の分布に影響を及ぼし、その結果これまた同様に、加工物表面の非一様な処理（例えば、電気めっき材料の非一様な堆積）が生じる場合がある。
【００１０】
加工物の浸漬処理でしばしば起こるもう１つの問題は、加工物の表面のところでの気泡の閉じ込めに起因する拡散層の分断である。気泡は、処理機器の給排水及び圧送システム中で作られて処理チャンバに入る場合があり、この処理チャンバ内で、処理中の加工物の表面上の箇所に移動する。処理は、例えば拡散層の分断によりこれら箇所のところでは行われない。
【００１１】
超小型回路及び素子の製造業者が製造対象の素子及び回路のサイズを減少させるにつれて、処理溶液と加工物表面との間の拡散層条件の一層厳密な管理の必要性が一段と重要になっている。この目的のため、本発明者は、現在超小型部品製造業界で用いられている加工物処理ツールに存在する拡散層の非一様性及び外乱の問題を解決する改良型処理チャンバを開発した。以下に説明する改良型処理チャンバは、電気めっき向きの特定の実施形態と関連して説明しているが、この改良型チャンバは、加工物の表面全体にわたるプロセスの一様性が望まれる任意の加工物処理ツールに用いることができるということは理解されよう。
【００１２】
〔発明の概要〕
超小型加工物の少なくとも一方の表面の浸漬処理の際に処理流体の流れを提供する処理容器が開示される。処理容器は、処理流体の流れを加工物の少なくとも一方の表面にもたらす主流体流れチャンバと、処理流体の流れを主流体流れチャンバに提供するよう配置された複数のノズルとを有する。複数のノズルは、加工物の表面を半径方向に横切って実質的に一様な垂直流れ成分を生じさせるよう結合する垂直方向及び半径方向流体流れ成分を提供するような配向状態で設けられている。かかる処理容器を用いていて、電気化学処理、例えば電気めっきを実施するよう改造された例示の装置も又、開示される。本発明の別の特徴によれば、超小型加工物の浸漬処理中に流体を主流体流れチャンバから抜き出す改良型流体除去経路が設けられる。
【００１３】
本発明の更に別の特徴によれば、超小型加工物を浸漬処理する反応器であって、処理流体入口を備えた処理容器を有し、処理流体が、処理流体入口を通って処理容器内に流れるようになっている反応器が開示される。処理容器は、堰を形成する上方リムを更に有し、処理流体が、堰を越えて処理容器から流出するようになっている。少なくとも１つの螺旋流れチャンバが、堰を越えて処理容器から流出した処理流体を受け取るよう処理容器の外部に設けられている。かかる構成は、反応器の部分から使用済み処理流体を除去すると同時に除去中の乱流を減少させるのに役立ち、もし乱流が生じると、空気が流体の流れ中に同伴され、或いは空気と処理流体との望ましくない度合いの接触が生じることになる。
【００１４】
〔実施形態の詳細な説明〕
反応器の基本構成要素
図１Ｂを参照すると、超小型加工物２５、例えば半導体ウェーハを浸漬処理するための反応器組立体２０が示されている。一般的に言って、反応器組立体２０は、反応器ヘッド３０及び処理流体を収容する全体を符号３７で示し、以下に相当詳細に説明する対応の処理ベースで構成されている。具体的に示した実施形態の反応器組立体は、特に、半導体ウェーハ等の加工物の電気化学処理を行うようになっている。しかしながら、図１Ｂの全体構成の反応器は、他のタイプの加工物及び処理方法にも適していることは理解されよう。
【００１５】
反応器組立体２０の反応器ヘッド３０は、静止組立体７０及び回転又はロータ組立体７５で構成されたものであるのがよい。ロータ組立体７５は、関連の超小型加工物２５を受け入れて支持し、この加工物を処理側を下に向けた状態で処理ベース３７内の処理容器内に位置決めし、そして、加工物を回転又はスピンさせるように構成されている。図示の特定の実施形態は電気めっき用なので、ロータ組立体７５は、超小型加工物の表面に電気めっき電力を供給するカソード接点組立体８５をさらに有している。しかしながら、反応器ヘッド３０上の加工物の裏側接点及び（又は）支持体を、図示の前側接点及び／支持体に代えて用いてもよいことは理解されよう。
【００１６】
反応器ヘッド３０は代表的には、持上げ／回転装置に取り付けられ、この持上げ／回転装置は、反応器ヘッド３０を、これがめっきされるべき超小型加工物を受け入れる上向き位置から、めっきされるべき超小型加工物の表面が、これを処理ベース３７の処理容器内に入れられている処理流体と接触できるよう位置決めされる下向き位置に回転させるよう構成されている。好ましくはエンドエフェクタのついたロボットアームが代表的には、超小型加工物２５をロータ組立体７５上の定位置に配置したり、めっき済みの超小型加工物をロータ組立体内から取り出すために用いられる。超小型加工物の積込み中、組立体８５を超小型加工物をロータ組立体７５上に配置できる開放状態と、超小型加工物を次に行う処理のためにロータ組立体に固定する閉鎖状態との間で動作させることができる。電気めっき用反応器の場合、かかる作業はまた、接点組立体８５の導電性部品をめっきされるようになっている超小型加工物の表面に電気的に係合させる。
【００１７】
他の形態をした反応器組立体を本明細書において開示する反応器チャンバに関する本発明の特徴と共に用いることができ、以下は例示に過ぎないことは理解されよう。
処理容器
図２は、処理ベース３７の基本構成及びこれに対応して処理容器構造から得られる等流れ速度パターンを示している。図示のように、処理ベース３７は主要構成要素として、主流体流れチャンバ５０５、副チャンバ５１０、流体入口５１５、プレナム５２０、プレナム５２０と副チャンバ５１０とを分離するフローディフューザ５２５及びプレナム５２０と主流体流れチャンバ５０５を分離するノズル／スロット組立体５３０を有している。これら構成要素は、超小型加工物２５のところに実質的に半径方向に独立した垂直成分を持つ流れ（ここでは、電気めっき溶液の流れ）を生じさせるよう互いに協働する。図示の実施形態では、衝突流の中心は中央軸線５３７に位置し、この衝突流は、超小型加工物２５の表面に垂直なほぼ一様な成分を備えている。この結果、超小型加工物表面に対して実質的に一様な質量束が与えられ、これにより、その実質的に一様な処理が可能となる。
【００１８】
処理流体は、容器３５の底部のところに設けられた流体入口５１５を通って提供される。流体入口５１５からの流体は流体入口から比較的高速で副チャンバ５１０中へ差し向けられる。図示の実施形態では、副チャンバ５１０は、加速チャネル５４０を有し、処理流体はこの加速チャネル５４０を通って流体入口５１５から副チャンバ５１０の流体流れ領域５４５に向かって半径方向に流れる。流体流れ領域５４５は、全体として逆Ｕ字形の断面を有し、これは、加速チャネル５４０に近いその入口領域よりもフローディフューザ５２５に近いその出口領域のところの方が実質的に幅が広い。断面のこの変化により、処理流体が主流体流れチャンバ５０５に入る前に、気泡が処理流体から取り出されやすくなる。もしそうでなければ主流体流れチャンバ５０５に入った気泡は、副チャンバ５１０の上方部分に設けられたガス出口（図２には示していないが、図３〜図５の実施形態においては示されている）を通って処理ベース３７から出る。
【００１９】
副チャンバ５１０内の処理流体は最終的には、主流体流れチャンバ５０５に供給される。この目的のため、まず最初に、処理流体を副チャンバ５１０の比較的高圧領域５５０からフローディフューザ５２５を通って比較的低圧のプレナム５２０に流れるよう差し向ける。ノズル組立体５３０は、水平線に対して僅かな角度をなして設けられた複数のノズル又はスロット５３５を有している。処理流体は、垂直方向及び半径方向の流体速度成分を持ってノズル５３５を通ってプレナム５２０から出る。
【００２０】
主流体流れチャンバ５０５は、異形側壁５６０及び傾斜側壁５６５によってその上方部分が形成されている。異形側壁５６０は、処理流体がノズル５３５（特に、最も上に位置するノズル）を出て超小型加工物２５の表面の方に向きを変える際の流体の流れの剥離を防止するのを助ける。流体の流れの剥離は、ブレークポイント５７０を越えたところでは法線流れの一様性に実質的に影響を及ぼさないであろう。したがって、傾斜側壁５６５は一般に任意の形状を有してもよく、かかる形状としては、異形側壁５６０の形状の延長をなすものが挙げられる。本明細書において開示する特定の実施形態では、側壁５６５は傾斜していて、電気化学処理を含む用途では、１又は２以上のアノード／電気導体を支持するのに用いられる。
【００２１】
処理流体は、全体として環状の出口５７２を通って主流体流れチャンバ５０５から流出する。環状出口５７２から出た流体を処分のために別の外部チャンバに送ってもよく、或いは、処理流体供給系を通って再循環できるよう補給してもよい。
【００２２】
処理ベース３７が電気めっき反応器の一部をなす場合には、処理ベース３７は、１又は２以上のアノードを備える。図示の実施形態では、中央アノード５８０は、主流体流れチャンバ５０５の下方部分内に設けられている。超小型加工物２５の表面の周縁部が異形側壁５６０の広がりを半径方向に越えて延びる場合、周縁部は、中央アノード５８０から電気的に絶縁され、これら領域中のめっきの度合が減少することになろう。しかしながら、周辺部のめっきが望ましい場合、１又は２以上の別のアノードを周辺部に近接して用いるのがよい。本実施形態では、複数の環状アノード５８５が、周辺部への電気めっき電流の流れを生じさせるよう傾斜側壁５６５上に全体として同心状に設けられている。変形実施形態では、異形側壁から超小型加工物の縁部への遮蔽を行わないで単一アノード又は複数のアノードが設けられる。
【００２３】
アノード５８０，５８５には種々の方法で電気めっき電力を供給することができる。例えば、同一又は異なるレベルの電気めっき電力をアノード５８０，５８５に多重化するのがよい。変形例として、アノード５８０，５８５を全て同一電源から同一レベルの電気めっき電力を受け取るよう接続してもよい。さらに、アノード５８０，５８５をそれぞれ、めっき膜の抵抗のばらつきを補償するよう互いに異なるレベルの電気めっき電力を受け取るよう接続してもよい。アノード５８５を超小型加工物２５に密接して配置することによって得られる利点は、これにより、各アノードから生じる半径方向膜成長の制御の度合が高くなるということである。
【００２４】
望ましくないことに、ガスが処理システムを通って循環している時に処理流体中に同伴される場合がある。これらガスは、気泡を生じさせる場合があり、これら気泡は最終的には拡散層に至り、それにより、加工物の表面で生じる処理の一様性を損なう。この問題を軽減すると共に主流体流れチャンバ５０５内への気泡の流入の恐れを減少させるため、処理ベース３７は、幾つかのユニークな特徴を備えている。中央アノード５８０に関し、ベンチュリ流路５９０が、中央アノード５８０の上側と、加速チャネル５４０の比較的低圧領域との間に設けられている。中央軸線５３７に沿う流れ効果に望ましい影響を及ぼすことに加えて、この流路が設けられていることにより、ベンチュリ効果が生じ、このベンチュリ効果により、例えば中央アノード５８０の表面のところのチャンバの下方部分に位置した表面に近接した処理流体を加速チャネル５４０に引き込まれ、またこのベンチュリ効果は、気泡をアノードの表面から払うようにして取り除くのに役立つ。具体的に説明すると、このベンチュリ効果は、中央軸線５３７に沿って超小型加工物の表面の中央部分のところの衝突流の一様性に影響を及ぼす吸引流を生じさせる。同様に、処理流体は、チャンバの上方部分のところの表面、例えばアノード５８５の表面を横切って環状出口５７２に向かって半径方向に流れ、それにより、かかる表面のところに存在している気泡を取り除く。さらに、超小型加工物の表面のところの流体の流れの半径方向成分は、気泡をこれから払い取るのに役立つ。
【００２５】
反応器チャンバを通る図示の流れに関し多くの処理上の利点がある。図示のように、ノズル／スロット５３５を通る流れは、超小型加工物の表面から遠ざかるように差し向けられ、したがって、流体の流れ成分のうち拡散層の実質的一様性を妨害する実質的な局所垂直流れ成分は存在しない。拡散層は完全には一様でない場合があるが、結果として生じる非一様性は比較的穏やかである。さらに、超小型加工物を回転させる場合、処理上の目的を首尾一貫して達成しながら拡散層中のかかる残存している非一様性を許容できる場合が多い。
【００２６】
また、上述の設計の反応器から自明なように、超小型加工物に垂直な流れ成分は、超小型加工物の中央の近くでは大きさが僅かに大きい。これにより、超小型加工物が存在していない場合には何時でも（即ち、超小型加工物を流体中へ加工させる前においては）ドーム状のメニスカスが生じる。ドーム状のメニスカスは、超小型加工物を処理溶液中に加工させた時の気泡の閉じ込め量を最小限に抑えるのに役立つ。
【００２７】
ベンチュリ流路から得られる主流体流れチャンバ５０５の底部の流れは、その中心線のところの流体の流れに影響を及ぼす。もしそのように構成していなければ、中心線に沿う流れ速度の実現及び制御は困難である。しかしながら、ベンチュリ流の強さは、流れのこの特徴に影響を及ぼすのに用いられる場合のある設計上あっても邪魔にならない（non-intrusive ）変数となる。
【００２８】
上述した設計の反応器のさらに別の利点は、かかる反応器が、チャンバ入口に向かって進む気泡が超小型加工物に到達しないようにするのを助けることにある。この目的のため、フローパターンは、溶液が主流体流れチャンバに入る直前に下に移動するようなものである。したがって、気泡は、副チャンバ内に止まり、その頂部のところに設けられた穴を通って逃げ出る。さらに、気泡は、ベンチュリ流路を覆う遮蔽体を用いることによりベンチュリ流路を通って主流体流れチャンバに入るのが防止される（これについては、図３〜図５に示す反応器の実施形態の説明を参照されたい）。さらに、副チャンバに通じる上方に傾斜した入口経路（図５及びその説明文を参照されたい）は、気泡がベンチュリ流路を通って主流体流れチャンバに入るのを防止する。
【００２９】
図３〜図５は、特に半導体超小型加工物の電気化学的処理向きに構成された処理チャンバ組立体６１０一式の具体的な構成を示している。より具体的には、図示の実施形態は、電気めっき法を用いて一様な材料層を加工物の表面上に堆積させるように特別に構成されている。
【００３０】
図示のように、図１Ｂに示す処理ベース３７は、処理チャンバ組立体６１０で構成され、これと関連して外部カップ６０５が設けられている。処理チャンバ組立体６１０は、外部カップ６０５が、処理チャンバ組立体６１０からオーバーフローした使用済み処理流体を受け入れることができるよう外部カップ６０５内に設けられている。フランジ６１５が、例えば対応関係をなすツールのフレームに固定できるよう組立体６１０の周りに延びている。
【００３１】
特に図４及び図５を参照すると、外部カップ６０５のフランジは、反応器ヘッド３０のロータ組立体７５（図１Ｂに示す）に係合し又は別の方法で受け入れ、超小型加工物２５と主流体流れチャンバ５０５内の処理溶液、例えば電気めっき溶液とを接触させることができるよう形づくられている。外部カップ６０５は、ドレンカップ部材６２７が収納される主円筒形ハウジング６２５をさらに有している。ドレンカップ部材６２７は、チャネル６２９を備えた外面を有し、これらチャネルは、主円筒形ハウジング６２５の内壁と協働して１又は２以上の螺旋流れチャンバ６４０を形成し、かかる螺旋流れチャンバは、処理溶液の出口として役立つ。処理カップ３５の頂部のところに設けられた堰部材７３９をオーバーフローした処理流体は、螺旋流れチャンバ６４０内へ流れ、そして出口（図示せず）から出て、ここで処分されるか或いは補給及び再循環される。この形態は、流体再循環方式のシステムに特に適している。というのは、この形態は、ガスと処理溶液との混合の度合を減少させるのに役立ち、それにより、気泡が加工物表面のところの拡散層の均一性を妨害する恐れを減少させるからである。
【００３２】
図示の実施形態では、副チャンバ５１０は、複数の別々の部品の壁によって構成される。具体的に説明すると、副チャンバ５１０は、ドレンカップ部材６２７、アノード支持部材６９７の内壁、中間チャンバ部材６９０の内壁及び外壁、フローディフューザ５２５の外壁によって構成されている。
【００３３】
図３Ｂ及び図４は、上述の部品を結合して反応器を形成する方法を示している。この目的のため、中間チャンバ部材６９０が、ドレンカップ部材６２７の内部に設けられていて、複数の脚部支持体６９２を有し、これら脚部支持体は、その底壁の上に載っている。アノード支持部材６９７は、ドレンカップ部材６２７の内部にぐるりと設けられたフランジに係合する外壁を有している。アノード支持部材６９７は、フローディフューザ５２５の上方部分に載った状態でこれに係合するチャネル７０５及びノズル組立体５３０の上方リムに載った状態でこれに係合する別のチャネル７１０をさらに有している。中間チャンバ部材６９０は、中央に設けられた受け具７１５をさらに有し、この受け具は、ノズル組立体５３０の下方部分を受け入れるような寸法に設定されている。同様に、環状チャネル７２５が、フローディフューザ５２５の下方部分に係合するよう環状受け具７１５の半径方向外部に設けられている。
【００３４】
図示の実施形態では、フローディフューザ５２５は、単一部品として形成されていて、複数の垂直方向に差し向けられたスロット６７０を有している。同様に、ノズル組立体５３０は、単一部品として形成され、ノズル５３５を構成する複数の水平方向に差し向けられたスロットを有している。
【００３５】
アノード支持部材６９７は、環状アノード組立体７８５を受け入れるような寸法に設定された複数の環状溝を有している。各アノード組立体７８５は、アノード５８５（好ましくは、白金チタン又は他の不活性金属で作られている）及びアノード５８５の中央部分から延びる導管７３０を有し、この導管を通って、金属導体を各組立体７８５のアノード５８５と外部電源を電気的に接続するよう設けるのがよい。導管７３０は、処理チャンバ組立体６１０を完全に貫通するように示されていて、その底部がそれぞれの取付け具７３３によって固定されている。このように、アノード組立体７８５は、アノード支持部材６９７を効果的に下方に押してフローディフューザ５２５、ノズル組立体５３０、中間チャンバ部材６９０及びドレン（部材）６２７を外部カップ６０５の底部７３７にクランプする。これにより、処理チャンバ６１０の取付け取外しが容易になる。しかしながら、他の手段を用いてチャンバの構成要素を互いに固定すると共に必要な電力をアノードに導いてもよいことは理解されよう。
【００３６】
図示の実施形態は、アノード支持部材６９７の上方外部にスナップ動作で着脱自在に嵌まり又は固定しやすいようになった堰部材７３９をさらに有している。図示のように、堰部材７３９は、堰を形成するリム７４２を有し、この堰を越えて、処理溶液が螺旋流れチャンバ６４０内に流入することができる。堰部材７３９は横方向に延びるフランジ７４４をさらに有し、かかるフランジは、半径方向内方に延びていて、アノード５８５のうち１又は２以上のすべて又は一部を覆う電界遮蔽体を形成している。堰部材７３９を容易に取り外して交換できるので、処理チャンバ組立体６１０を種々の電界の形状を生じさせるよう容易に再構成したり改造することができる。かかる種々の電界形状は２種類以上のサイズ又は形状の加工物を処理するよう反応器を構成しなければならないような場合に特に有利である。さらに、これにより、反応器を、サイズが同一であるがめっき面積に関する要件の異なる加工物に対応するよう構成することができる。
【００３７】
アノード５８５が定位置に設けられたアノード支持部材６９７は、図２に示す異形側壁５６０及び傾斜側壁５６５を形成する。上述のように、アノード支持部材６９７の下方領域は、副チャンバ５１０の上方内壁を構成するような輪郭形状になっており、好ましくは、１又は２以上のガス出口６６５を有し、これらガス出口は、気泡が副チャンバ５１０から外部環境に出られるようアノード支持部材を貫通して設けられている。
【００３８】
特に図５を参照すると、流体入口５１５が、全体を符号８１０で示す入口流体ガイドによって構成されており、この入口流体ガイドは、１又は２以上の締結具８１５によって中間チャンバ部材６９０に固定されている。入口流体ガイド８１０は、複数の開放チャネル８１７を有し、これらチャネルは、流体入口５１５のところで受け取った流体を中間チャンバ部材６９０の下の領域に案内する。図示の実施形態のチャネル８１７は、上方に傾斜した壁８１９によって構成されている。チャネル８１７から出た処理流体は、このチャネルから１又は２以上の別のチャネル８２１に流れ、これらチャネル８２１は同様に、上方に傾斜した壁によって構成されている。
【００３９】
中央アノード５８０は、ノズル組立体５３０、中間チャンバ部材６９０及び入口流体ガイド８１０に形成された中央孔を通って処理チャンバ組立体６１０の外部に延びる電気接続ロッド５８１を有している。図２に符号５９０で示したベンチュリ流路領域が、図５において垂直チャネル８２３によって形成されており、これら垂直チャネルは、ドレンカップ部材６２７及びノズル部材５３０の底壁を貫通して延びている。図示のように、流体入口ガイド８１０及び具体的にいえば上方に傾斜した壁８１９は、遮蔽された垂直チャネル８２３を半径方向に越えて延びて入口に入った気泡が垂直チャネル８２３内へではなく上方チャネル８２１中へ進むようになっている。
【００４０】
上述の反応器組立体は、加工物、例えば半導体超小型加工物への複数の処理を行うことができる処理ツール内に容易に組み込むことができる。かかる処理ツールの一例は、モンタナ州カリスペル所在のセミツール・インコーポレーテッドから入手できるＮＴ−２１０（登録商標）電気めっき装置である。図６及び図７は、かかる組込み状態を示している。図６のシステムは、複数の処理ステーション１６１０を有している。好ましくは、これら処理ステーションは、１又は２以上の水洗／乾燥ステーション及び１又は２以上の電気めっきステーション（１又は２以上の電気めっき反応器、例えば上述した反応器を含む）を有している。ただし、本発明にしたがって構成された別の浸漬式化学処理ステーションを採用してもよい。かかるシステムは好ましくは、例えば符号１６１５で示す熱処理ステーションをさらに有し、かかる熱処理ステーションは、ＲＴＰ（rapid thermal process ）向きの少なくとも１つの熱的反応器を有している。
【００４１】
加工物は、１又は２以上のロボット移送機構１６２０を用いて処理ステーション１６１０とＲＴＰステーション１６１５との間で移送され、かかるロボット移送機構は、中央軌道１６２５に沿って直線運動可能に設けられている。ステーション１６１０のうち１又は２以上もまた、現場水洗を行うよう改造された構造体をさらに有するのがよい。好ましくは、処理ステーション及びロボット移送機構はすべて、キャビネット内に設けられ、このキャビネットは、濾過された空気が正圧状態で満たされ、それにより、超小型加工物の処理の有効性を損なう場合のある空中浮揚の汚染要因物が入らないようにする。
【００４２】
図７は、ＲＴＰステーション１６３５がツールセットの状態に組み込まれた処理ツールの別の実施形態を示しており、このＲＴＰステーションは、部分１６３０内に配置されていて、少なくとも１つの熱的反応器を有している。図６の実施形態とは異なり、この実施形態では、少なくとも１つの熱的反応器が専用ロボット機構１６４０によって賄われる。専用ロボット機構１６４０は、ロボット移送機構１６２０によって移送された加工物を受け取る。移送は、中間段階式ドア／領域１６４５を介して行われるのがよい。したがって、処理ツールのＲＴＰ部分１６３０をツールの他の部分から清潔な状態で分離することができるようになる。加うるに、かかる構造を用いると、図示のアニール又は熱処理ステーションを、既存のツールセットをアップグレードするために取り付けられる別個のモジュールとして具体化できる。他の形式の処理ステーションをＲＴＰステーション１６３５に加えて又はこの代わりに部分１６３０内に設けてもよいことは理解されよう。
【００４３】
本発明の基本的な協議から逸脱することなく上記システムの多くの設計変更を行うことができる。本発明を１又は２以上の特定の実施形態と関連してかなり詳細に説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、かかる実施形態の変更例を想到できることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 処理流体の流れを加工物の表面全体にわたって分配するディフューザを有する浸漬処理反応器組立体の略図である。
【図１Ｂ】 本発明を組み込むことができる反応器組立体の一実施形態の断面図である。
【図２】 図１Ｂの反応器組立体に用いることができる反応器チャンバの一実施形態の略図であり、反応器チャンバを通る処理流体の流れと関連した速度流れ線を示す図を含む図である。
【図３Ａ】 特に半導体ウェーハの電気化学処理向きに改造されていて、図２に記載された速度流れ線を達成するよう具体化された処理チャンバ組立体一式の構造示す図である。
【図３Ｂ】 特に半導体ウェーハの電気化学処理向きに改造されていて、図２に記載された速度流れ線を達成するよう具体化された処理チャンバ組立体一式の構造示す図である。
【図４】 特に半導体ウェーハの電気化学処理向きに改造されていて、図２に記載された速度流れ線を達成するよう具体化された処理チャンバ組立体一式の構造示す図である。
【図５】 特に半導体ウェーハの電気化学処理向きに改造されていて、図２に記載された速度流れ線を達成するよう具体化された処理チャンバ組立体一式の構造示す図である。
【図６】 本発明の教示に従って構成された１又は２以上の処理ステーションを有することができる処理ツールの一実施形態を示す図である。
【図７】 本発明の教示に従って構成された１又は２以上の処理ステーションを有することができる処理ツールの別の実施形態を示す図である。
〔関連出願の説明〕
本願は、１９９９年４月１３日に出願された以下の米国仮特許出願第６０／１２９，０５５号（発明の名称：WORKPIECE PROCESSOR HAVING IMPROVED PROCESSING CHAMBER）、（代理人事件番号：ＳＥＭ４４９２Ｐ０８３０ＵＳ）、１９９９年７月１２に出願された第６０／１４３，７６９号（発明の名称：WORKPIECE PROCESSOR HAVING IMPROVED PROCESSING CHAMBER）、（代理人事件番号：ＳＥＭ４４９２Ｐ０８３１ＵＳ）及び２０００年２月１４日に出願された第６０／１８２，１６０号（発明の名称：WORKPIECE PROCESSOR HAVING IMPROVED PROCESSING CHAMBER）、（代理人事件番号：ＳＥＭ４４９２Ｐ０８３２ＵＳ）の優先権主張出願である。
【０００２】
〔発明の背景〕
超小型電子加工物、例えば半導体ウェーハ基板、ポリマー基板等からの超小型電子部品の製造では、相当多岐にわたる処理が行われる。本願の開示内容の目的上、超小型加工物は、超小型回路又は素子、データ記憶素子又は層及び（又は）超小型機械要素が形成される基板から形成された加工物を含むものとする。
【０００３】
超小型部品を製造するには、多種多様な処理作業が加工物に対して行われる。かかる作業としては、例えば、物質堆積又は成膜、パターン形成、ドーピング、化学的機械研磨（ＣＭＰ）、電界研磨、熱処理が挙げられる。物質堆積法では、薄い材料の層を加工物の表面に堆積させる。パターン形成では、これら追加した層の選択された部分を除去する。超小型加工物のドーピングは、「ドーパント」と呼ばれる不純物を超小型加工物の選択された部分に付加して基板材料の電気的性質を変える処理方法である。超小型加工物の熱処理では、特定の処理結果が得られるよう超小型加工物を加熱すると共に（或いは）冷却する。化学的機械研磨では、化学的プロセスと機械的プロセスの組み合わせにより材料を除去し、電気めっきでは、電気化学反応を用いて加工物表面から材料を除去する。
【０００４】
処理「ツール」と呼ばれている多くの処理装置が、上述の処理作業を実行するために開発された。これらツールは、製造方法及びツールによって行われる１又は複数の処理で用いられる加工物の性状に応じて種々の形態をとっている。Equinox(R)湿式処理ツールとして知られていて、モンタナのカリスペル所在のセミツール・インコーポレーテッドから入手できる１つの形態のツールは、加工物ホルダ及び湿式処理作業を実行する処理ボウル又は容器を利用する１又は２以上の加工物処理ステーションを有している。かかる湿式処理作業は、電気めっき、エッチング、洗浄、無電気（無電解）めっき、電界研磨等を含む。
【０００５】
上述のEquinox(R)ツールの一形態によれば、加工物ホルダ及び処理容器は、互いに近接して配置されていて、加工物ホルダによって保持された超小型加工物と処理容器内に入れられた処理流体に接触させるよう機能し、それにより処理チャンバを形成する。しかしながら、処理流体を加工物の適当な部分に限定することは問題を生じる場合が多い。さらに、処理流体と加工物の表面との間の適正な物質移動を確保することは困難な場合がある。かかる物質移動の制御を行わなければ、加工物表面の処理は一様にならない場合が多い。
【０００６】
従来型加工物処理装置は、処理流体を加工物の表面に制御された方法で接触させる種々の技術を利用している。例えば、処理流体を制御されたスプレーを用いて加工物の表面に接触させる場合がある。他形式の方法、例えば、部分又は完全浸漬処理法では、処理流体は浴内に存在したままであり、加工物の少なくとも一方の表面を処理流体の表面と接触させ又はその表面下に配置する。電気めっき、無電気めっき、エッチング、洗浄、陽極化成等は、かかる部分又は完全浸漬処理法の例である。
【０００７】
既存の処理容器は、処理チャンバの底部のところに設けられた１又は２以上の入口を通って処理室に連続した処理溶液の流れをもたらす場合が多い。拡散層条件の厚さ及び一様性を制御するために加工物表面上に処理溶液を均等に分布させることは、例えば１又は２以上の入口と加工物表面との間に配置されたディフューザ等によって容易になる。かかるシステムの全体構成が図１Ａに示されている。ディフューザ１は、処理流体入口３から送られる流体の流れを加工物４の表面全体にわたってできるだけ均等に分配するよう設けられた複数の孔２を有している。
【０００８】
拡散層制御における大幅な技術的進歩がディフューザの使用により得られたが、かかる制御には制約がある。図１Ａを参照すると、ディフューザ１の使用にもかかわらず、超小型加工物の表面に垂直な流れ速度の増大した局所領域５が依然として存在する場合が多い。これら局所領域は一般に、ディフューザ１の孔２と一致している。この効果は、ディフューザ１を超小型加工物４に近づけて配置すると高まる。というのは、流体がディフューザから加工物に移動する際の流体の可能分配距離が短くなるからである。このように拡散距離を短くすると、その結果として、処理流体の流れが局所領域５のところに一層集中するようになる。
【０００９】
本発明者は、加工物の表面のところの流れ速度が増大したこれら局所領域が、拡散層条件に影響を及ぼし、その結果として、加工物の表面の非一様な処理が行われる恐れがあることを発見した。拡散層は、加工物表面の他の領域と比べた時に局所領域５のところにおいて薄くなる傾向がある。表面の反応は、拡散層の厚さが減少した局所領域において高速で生じ、その結果、加工物の半径方向に非一様な処理が行われることになる。ディフューザの穴パターン形状もまた、電気化学的処理、例えば電気めっきにおいて電界の分布に影響を及ぼし、その結果これまた同様に、加工物表面の非一様な処理（例えば、電気めっき材料の非一様な堆積）が生じる場合がある。
【００１０】
加工物の浸漬処理でしばしば起こるもう１つの問題は、加工物の表面のところでの気泡の閉じ込めに起因する拡散層の分断である。気泡は、処理機器の給排水及び圧送システム中で作られて処理チャンバに入る場合があり、この処理チャンバ内で、処理中の加工物の表面上の箇所に移動する。処理は、例えば拡散層の分断によりこれら箇所のところでは行われない。
【００１１】
超小型回路及び素子の製造業者が製造対象の素子及び回路のサイズを減少させるにつれて、処理溶液と加工物表面との間の拡散層条件の一層厳密な管理の必要性が一段と重要になっている。この目的のため、本発明者は、現在超小型部品製造業界で用いられている加工物処理ツールに存在する拡散層の非一様性及び外乱の問題を解決する改良型処理チャンバを開発した。以下に説明する改良型処理チャンバは、電気めっき向きの特定の実施形態と関連して説明しているが、この改良型チャンバは、加工物の表面全体にわたるプロセスの一様性が望まれる任意の加工物処理ツールに用いることができるということは理解されよう。
【００１２】
〔発明の概要〕
超小型加工物の少なくとも一方の表面の浸漬処理の際に処理流体の流れを提供する処理容器が開示される。処理容器は、処理流体の流れを加工物の少なくとも一方の表面にもたらす主流体流れチャンバと、処理流体の流れを主流体流れチャンバに提供するよう配置された複数のノズルとを有する。複数のノズルは、加工物の表面を半径方向に横切って実質的に一様な垂直流れ成分を生じさせるよう結合する垂直方向及び半径方向流体流れ成分を提供するような配向状態で設けられている。かかる処理容器を用いていて、電気化学処理、例えば電気めっきを実施するよう改造された例示の装置も又、開示される。本発明の別の特徴によれば、超小型加工物の浸漬処理中に流体を主流体流れチャンバから抜き出す改良型流体除去経路が設けられる。
【００１３】
本発明の更に別の特徴によれば、超小型加工物を浸漬処理する反応器であって、処理流体入口を備えた処理容器を有し、処理流体が、処理流体入口を通って処理容器内に流れるようになっている反応器が開示される。処理容器は、堰を形成する上方リムを更に有し、処理流体が、堰を越えて処理容器から流出するようになっている。少なくとも１つの螺旋流れチャンバが、堰を越えて処理容器から流出した処理流体を受け取るよう処理容器の外部に設けられている。かかる構成は、反応器の部分から使用済み処理流体を除去すると同時に除去中の乱流を減少させるのに役立ち、もし乱流が生じると、空気が流体の流れ中に同伴され、或いは空気と処理流体との望ましくない度合いの接触が生じることになる。
【００１４】
〔実施形態の詳細な説明〕
反応器の基本構成要素
図１Ｂを参照すると、超小型加工物２５、例えば半導体ウェーハを浸漬処理するための反応器組立体２０が示されている。一般的に言って、反応器組立体２０は、反応器ヘッド３０及び処理流体を収容する全体を符号３７で示し、以下に相当詳細に説明する対応の処理ベースで構成されている。具体的に示した実施形態の反応器組立体は、特に、半導体ウェーハ等の加工物の電気化学処理を行うようになっている。しかしながら、図１Ｂの全体構成の反応器は、他のタイプの加工物及び処理方法にも適していることは理解されよう。
【００１５】
反応器組立体２０の反応器ヘッド３０は、静止組立体７０及び回転又はロータ組立体７５で構成されたものであるのがよい。ロータ組立体７５は、関連の超小型加工物２５を受け入れて支持し、この加工物を処理側を下に向けた状態で処理ベース３７内の処理容器内に位置決めし、そして、加工物を回転又はスピンさせるように構成されている。図示の特定の実施形態は電気めっき用なので、ロータ組立体７５は、超小型加工物の表面に電気めっき電力を供給するカソード接点組立体８５をさらに有している。しかしながら、反応器ヘッド３０上の加工物の裏側接点及び（又は）支持体を、図示の前側接点及び／支持体に代えて用いてもよいことは理解されよう。
【００１６】
反応器ヘッド３０は代表的には、持上げ／回転装置に取り付けられ、この持上げ／回転装置は、反応器ヘッド３０を、これがめっきされるべき超小型加工物を受け入れる上向き位置から、めっきされるべき超小型加工物の表面が、これを処理ベース３７の処理容器内に入れられている処理流体と接触できるよう位置決めされる下向き位置に回転させるよう構成されている。好ましくはエンドエフェクタのついたロボットアームが代表的には、超小型加工物２５をロータ組立体７５上の定位置に配置したり、めっき済みの超小型加工物をロータ組立体内から取り出すために用いられる。超小型加工物の積込み中、組立体８５を超小型加工物をロータ組立体７５上に配置できる開放状態と、超小型加工物を次に行う処理のためにロータ組立体に固定する閉鎖状態との間で動作させることができる。電気めっき用反応器の場合、かかる作業はまた、接点組立体８５の導電性部品をめっきされるようになっている超小型加工物の表面に電気的に係合させる。
【００１７】
他の形態をした反応器組立体を本明細書において開示する反応器チャンバに関する本発明の特徴と共に用いることができ、以下は例示に過ぎないことは理解されよう。
処理容器
図２は、処理ベース３７の基本構成及びこれに対応して処理容器構造から得られる等流れ速度パターンを示している。図示のように、処理ベース３７は主要構成要素として、主流体流れチャンバ５０５、副チャンバ５１０、流体入口５１５、プレナム５２０、プレナム５２０と副チャンバ５１０とを分離するフローディフューザ５２５及びプレナム５２０と主流体流れチャンバ５０５を分離するノズル／スロット組立体５３０を有している。これら構成要素は、超小型加工物２５のところに実質的に半径方向に独立した垂直成分を持つ流れ（ここでは、電気めっき溶液の流れ）を生じさせるよう互いに協働する。図示の実施形態では、衝突流の中心は中央軸線５３７に位置し、この衝突流は、超小型加工物２５の表面に垂直なほぼ一様な成分を備えている。この結果、超小型加工物表面に対して実質的に一様な質量束が与えられ、これにより、その実質的に一様な処理が可能となる。
【００１８】
処理流体は、容器３５の底部のところに設けられた流体入口５１５を通って提供される。流体入口５１５からの流体は流体入口から比較的高速で副チャンバ５１０中へ差し向けられる。図示の実施形態では、副チャンバ５１０は、加速チャネル５４０を有し、処理流体はこの加速チャネル５４０を通って流体入口５１５から副チャンバ５１０の流体流れ領域５４５に向かって半径方向に流れる。流体流れ領域５４５は、全体として逆Ｕ字形の断面を有し、これは、加速チャネル５４０に近いその入口領域よりもフローディフューザ５２５に近いその出口領域のところの方が実質的に幅が広い。断面のこの変化により、処理流体が主流体流れチャンバ５０５に入る前に、気泡が処理流体から取り出されやすくなる。もしそうでなければ主流体流れチャンバ５０５に入った気泡は、副チャンバ５１０の上方部分に設けられたガス出口（図２には示していないが、図３〜図５の実施形態においては示されている）を通って処理ベース３７から出る。
【００１９】
副チャンバ５１０内の処理流体は最終的には、主流体流れチャンバ５０５に供給される。この目的のため、まず最初に、処理流体を副チャンバ５１０の比較的高圧領域５５０からフローディフューザ５２５を通って比較的低圧のプレナム５２０に流れるよう差し向ける。ノズル組立体５３０は、水平線に対して僅かな角度をなして設けられた複数のノズル又はスロット５３５を有している。処理流体は、垂直方向及び半径方向の流体速度成分を持ってノズル５３５を通ってプレナム５２０から出る。
【００２０】
主流体流れチャンバ５０５は、異形側壁５６０及び傾斜側壁５６５によってその上方部分が形成されている。異形側壁５６０は、処理流体がノズル５３５（特に、最も上に位置するノズル）を出て超小型加工物２５の表面の方に向きを変える際の流体の流れの剥離を防止するのを助ける。流体の流れの剥離は、ブレークポイント５７０を越えたところでは法線流れの一様性に実質的に影響を及ぼさないであろう。したがって、傾斜側壁５６５は一般に任意の形状を有してもよく、かかる形状としては、異形側壁５６０の形状の延長をなすものが挙げられる。本明細書において開示する特定の実施形態では、側壁５６５は傾斜していて、電気化学処理を含む用途では、１又は２以上のアノード／電気導体を支持するのに用いられる。
【００２１】
処理流体は、全体として環状の出口５７２を通って主流体流れチャンバ５０５から流出する。環状出口５７２から出た流体を処分のために別の外部チャンバに送ってもよく、或いは、処理流体供給系を通って再循環できるよう補給してもよい。
【００２２】
処理ベース３７が電気めっき反応器の一部をなす場合には、処理ベース３７は、１又は２以上のアノードを備える。図示の実施形態では、中央アノード５８０は、主流体流れチャンバ５０５の下方部分内に設けられている。超小型加工物２５の表面の周縁部が異形側壁５６０の広がりを半径方向に越えて延びる場合、周縁部は、中央アノード５８０から電気的に絶縁され、これら領域中のめっきの度合が減少することになろう。しかしながら、周辺部のめっきが望ましい場合、１又は２以上の別のアノードを周辺部に近接して用いるのがよい。本実施形態では、複数の環状アノード５８５が、周辺部への電気めっき電流の流れを生じさせるよう傾斜側壁５６５上に全体として同心状に設けられている。変形実施形態では、異形側壁から超小型加工物の縁部への遮蔽を行わないで単一アノード又は複数のアノードが設けられる。
【００２３】
アノード５８０，５８５には種々の方法で電気めっき電力を供給することができる。例えば、同一又は異なるレベルの電気めっき電力をアノード５８０，５８５に多重化するのがよい。変形例として、アノード５８０，５８５を全て同一電源から同一レベルの電気めっき電力を受け取るよう接続してもよい。さらに、アノード５８０，５８５をそれぞれ、めっき膜の抵抗のばらつきを補償するよう互いに異なるレベルの電気めっき電力を受け取るよう接続してもよい。アノード５８５を超小型加工物２５に密接して配置することによって得られる利点は、これにより、各アノードから生じる半径方向膜成長の制御の度合が高くなるということである。
【００２４】
望ましくないことに、ガスが処理システムを通って循環している時に処理流体中に同伴される場合がある。これらガスは、気泡を生じさせる場合があり、これら気泡は最終的には拡散層に至り、それにより、加工物の表面で生じる処理の一様性を損なう。この問題を軽減すると共に主流体流れチャンバ５０５内への気泡の流入の恐れを減少させるため、処理ベース３７は、幾つかのユニークな特徴を備えている。中央アノード５８０に関し、ベンチュリ流路５９０が、中央アノード５８０の上側と、加速チャネル５４０の比較的低圧領域との間に設けられている。中央軸線５３７に沿う流れ効果に望ましい影響を及ぼすことに加えて、この流路が設けられていることにより、ベンチュリ効果が生じ、このベンチュリ効果により、例えば中央アノード５８０の表面のところのチャンバの下方部分に位置した表面に近接した処理流体を加速チャネル５４０に引き込まれ、またこのベンチュリ効果は、気泡をアノードの表面から払うようにして取り除くのに役立つ。具体的に説明すると、このベンチュリ効果は、中央軸線５３７に沿って超小型加工物の表面の中央部分のところの衝突流の一様性に影響を及ぼす吸引流を生じさせる。同様に、処理流体は、チャンバの上方部分のところの表面、例えばアノード５８５の表面を横切って環状出口５７２に向かって半径方向に流れ、それにより、かかる表面のところに存在している気泡を取り除く。さらに、超小型加工物の表面のところの流体の流れの半径方向成分は、気泡をこれから払い取るのに役立つ。
【００２５】
反応器チャンバを通る図示の流れに関し多くの処理上の利点がある。図示のように、ノズル／スロット５３５を通る流れは、超小型加工物の表面から遠ざかるように差し向けられ、したがって、流体の流れ成分のうち拡散層の実質的一様性を妨害する実質的な局所垂直流れ成分は存在しない。拡散層は完全には一様でない場合があるが、結果として生じる非一様性は比較的穏やかである。さらに、超小型加工物を回転させる場合、処理上の目的を首尾一貫して達成しながら拡散層中のかかる残存している非一様性を許容できる場合が多い。
【００２６】
また、上述の設計の反応器から自明なように、超小型加工物に垂直な流れ成分は、超小型加工物の中央の近くでは大きさが僅かに大きい。これにより、超小型加工物が存在していない場合には何時でも（即ち、超小型加工物を流体中へ加工させる前においては）ドーム状のメニスカスが生じる。ドーム状のメニスカスは、超小型加工物を処理溶液中に加工させた時の気泡の閉じ込め量を最小限に抑えるのに役立つ。
【００２７】
ベンチュリ流路から得られる主流体流れチャンバ５０５の底部の流れは、その中心線のところの流体の流れに影響を及ぼす。もしそのように構成していなければ、中心線に沿う流れ速度の実現及び制御は困難である。しかしながら、ベンチュリ流の強さは、流れのこの特徴に影響を及ぼすのに用いられる場合のある設計上あっても邪魔にならない（non-intrusive ）変数となる。
【００２８】
上述した設計の反応器のさらに別の利点は、かかる反応器が、チャンバ入口に向かって進む気泡が超小型加工物に到達しないようにするのを助けることにある。この目的のため、フローパターンは、溶液が主流体流れチャンバに入る直前に下に移動するようなものである。したがって、気泡は、副チャンバ内に止まり、その頂部のところに設けられた穴を通って逃げ出る。さらに、気泡は、ベンチュリ流路を覆う遮蔽体を用いることによりベンチュリ流路を通って主流体流れチャンバに入るのが防止される（これについては、図３〜図５に示す反応器の実施形態の説明を参照されたい）。さらに、副チャンバに通じる上方に傾斜した入口経路（図５及びその説明文を参照されたい）は、気泡がベンチュリ流路を通って主流体流れチャンバに入るのを防止する。
【００２９】
図３〜図５は、特に半導体超小型加工物の電気化学的処理向きに構成された処理チャンバ組立体６１０一式の具体的な構成を示している。より具体的には、図示の実施形態は、電気めっき法を用いて一様な材料層を加工物の表面上に堆積させるように特別に構成されている。
【００３０】
図示のように、図１Ｂに示す処理ベース３７は、処理チャンバ組立体６１０で構成され、これと関連して外部カップ６０５が設けられている。処理チャンバ組立体６１０は、外部カップ６０５が、処理チャンバ組立体６１０からオーバーフローした使用済み処理流体を受け入れることができるよう外部カップ６０５内に設けられている。フランジ６１５が、例えば対応関係をなすツールのフレームに固定できるよう組立体６１０の周りに延びている。
【００３１】
特に図４及び図５を参照すると、外部カップ６０５のフランジは、反応器ヘッド３０のロータ組立体７５（図１Ｂに示す）に係合し又は別の方法で受け入れ、超小型加工物２５と主流体流れチャンバ５０５内の処理溶液、例えば電気めっき溶液とを接触させることができるよう形づくられている。外部カップ６０５は、ドレンカップ部材６２７が収納される主円筒形ハウジング６２５をさらに有している。ドレンカップ部材６２７は、チャネル６２９を備えた外面を有し、これらチャネルは、主円筒形ハウジング６２５の内壁と協働して１又は２以上の螺旋流れチャンバ６４０を形成し、かかる螺旋流れチャンバは、処理溶液の出口として役立つ。処理カップ３５の頂部のところに設けられた堰部材７３９をオーバーフローした処理流体は、螺旋流れチャンバ６４０内へ流れ、そして出口（図示せず）から出て、ここで処分されるか或いは補給及び再循環される。この形態は、流体再循環方式のシステムに特に適している。というのは、この形態は、ガスと処理溶液との混合の度合を減少させるのに役立ち、それにより、気泡が加工物表面のところの拡散層の均一性を妨害する恐れを減少させるからである。
【００３２】
図示の実施形態では、副チャンバ５１０は、複数の別々の部品の壁によって構成される。具体的に説明すると、副チャンバ５１０は、ドレンカップ部材６２７、アノード支持部材６９７の内壁、中間チャンバ部材６９０の内壁及び外壁、フローディフューザ５２５の外壁によって構成されている。
【００３３】
図３Ｂ及び図４は、上述の部品を結合して反応器を形成する方法を示している。この目的のため、中間チャンバ部材６９０が、ドレンカップ部材６２７の内部に設けられていて、複数の脚部支持体６９２を有し、これら脚部支持体は、その底壁の上に載っている。アノード支持部材６９７は、ドレンカップ部材６２７の内部にぐるりと設けられたフランジに係合する外壁を有している。アノード支持部材６９７は、フローディフューザ５２５の上方部分に載った状態でこれに係合するチャネル７０５及びノズル組立体５３０の上方リムに載った状態でこれに係合する別のチャネル７１０をさらに有している。中間チャンバ部材６９０は、中央に設けられた受け具７１５をさらに有し、この受け具は、ノズル組立体５３０の下方部分を受け入れるような寸法に設定されている。同様に、環状チャネル７２５が、フローディフューザ５２５の下方部分に係合するよう環状受け具７１５の半径方向外部に設けられている。
【００３４】
図示の実施形態では、フローディフューザ５２５は、単一部品として形成されていて、複数の垂直方向に差し向けられたスロット６７０を有している。同様に、ノズル組立体５３０は、単一部品として形成され、ノズル５３５を構成する複数の水平方向に差し向けられたスロットを有している。
【００３５】
アノード支持部材６９７は、環状アノード組立体７８５を受け入れるような寸法に設定された複数の環状溝を有している。各アノード組立体７８５は、アノード５８５（好ましくは、白金チタン又は他の不活性金属で作られている）及びアノード５８５の中央部分から延びる導管７３０を有し、この導管を通って、金属導体を各組立体７８５のアノード５８５と外部電源を電気的に接続するよう設けるのがよい。導管７３０は、処理チャンバ組立体６１０を完全に貫通するように示されていて、その底部がそれぞれの取付け具７３３によって固定されている。このように、アノード組立体７８５は、アノード支持部材６９７を効果的に下方に押してフローディフューザ５２５、ノズル組立体５３０、中間チャンバ部材６９０及びドレン（部材）６２７を外部カップ６０５の底部７３７にクランプする。これにより、処理チャンバ６１０の取付け取外しが容易になる。しかしながら、他の手段を用いてチャンバの構成要素を互いに固定すると共に必要な電力をアノードに導いてもよいことは理解されよう。
【００３６】
図示の実施形態は、アノード支持部材６９７の上方外部にスナップ動作で着脱自在に嵌まり又は固定しやすいようになった堰部材７３９をさらに有している。図示のように、堰部材７３９は、堰を形成するリム７４２を有し、この堰を越えて、処理溶液が螺旋流れチャンバ６４０内に流入することができる。堰部材７３９は横方向に延びるフランジ７４４をさらに有し、かかるフランジは、半径方向内方に延びていて、アノード５８５のうち１又は２以上のすべて又は一部を覆う電界遮蔽体を形成している。堰部材７３９を容易に取り外して交換できるので、処理チャンバ組立体６１０を種々の電界の形状を生じさせるよう容易に再構成したり改造することができる。かかる種々の電界形状は２種類以上のサイズ又は形状の加工物を処理するよう反応器を構成しなければならないような場合に特に有利である。さらに、これにより、反応器を、サイズが同一であるがめっき面積に関する要件の異なる加工物に対応するよう構成することができる。
【００３７】
アノード５８５が定位置に設けられたアノード支持部材６９７は、図２に示す異形側壁５６０及び傾斜側壁５６５を形成する。上述のように、アノード支持部材６９７の下方領域は、副チャンバ５１０の上方内壁を構成するような輪郭形状になっており、好ましくは、１又は２以上のガス出口６６５を有し、これらガス出口は、気泡が副チャンバ５１０から外部環境に出られるようアノード支持部材を貫通して設けられている。
【００３８】
特に図５を参照すると、流体入口５１５が、全体を符号８１０で示す入口流体ガイドによって構成されており、この入口流体ガイドは、１又は２以上の締結具８１５によって中間チャンバ部材６９０に固定されている。入口流体ガイド８１０は、複数の開放チャネル８１７を有し、これらチャネルは、流体入口５１５のところで受け取った流体を中間チャンバ部材６９０の下の領域に案内する。図示の実施形態のチャネル８１７は、上方に傾斜した壁８１９によって構成されている。チャネル８１７から出た処理流体は、このチャネルから１又は２以上の別のチャネル８２１に流れ、これらチャネル８２１は同様に、上方に傾斜した壁によって構成されている。
【００３９】
中央アノード５８０は、ノズル組立体５３０、中間チャンバ部材６９０及び入口流体ガイド８１０に形成された中央孔を通って処理チャンバ組立体６１０の外部に延びる電気接続ロッド５８１を有している。図２に符号５９０で示したベンチュリ流路領域が、図５において垂直チャネル８２３によって形成されており、これら垂直チャネルは、ドレンカップ部材６２７及びノズル部材５３０の底壁を貫通して延びている。図示のように、流体入口ガイド８１０及び具体的にいえば上方に傾斜した壁８１９は、遮蔽された垂直チャネル８２３を半径方向に越えて延びて入口に入った気泡が垂直チャネル８２３内へではなく上方チャネル８２１中へ進むようになっている。
【００４０】
上述の反応器組立体は、加工物、例えば半導体超小型加工物への複数の処理を行うことができる処理ツール内に容易に組み込むことができる。かかる処理ツールの一例は、モンタナ州カリスペル所在のセミツール・インコーポレーテッドから入手できるＮＴ−２１０（登録商標）電気めっき装置である。図６及び図７は、かかる組込み状態を示している。図６のシステムは、複数の処理ステーション１６１０を有している。好ましくは、これら処理ステーションは、１又は２以上の水洗／乾燥ステーション及び１又は２以上の電気めっきステーション（１又は２以上の電気めっき反応器、例えば上述した反応器を含む）を有している。ただし、本発明にしたがって構成された別の浸漬式化学処理ステーションを採用してもよい。かかるシステムは好ましくは、例えば符号１６１５で示す熱処理ステーションをさらに有し、かかる熱処理ステーションは、ＲＴＰ（rapid thermal process ）向きの少なくとも１つの熱的反応器を有している。
【００４１】
加工物は、１又は２以上のロボット移送機構１６２０を用いて処理ステーション１６１０とＲＴＰステーション１６１５との間で移送され、かかるロボット移送機構は、中央軌道１６２５に沿って直線運動可能に設けられている。ステーション１６１０のうち１又は２以上もまた、現場水洗を行うよう改造された構造体をさらに有するのがよい。好ましくは、処理ステーション及びロボット移送機構はすべて、キャビネット内に設けられ、このキャビネットは、濾過された空気が正圧状態で満たされ、それにより、超小型加工物の処理の有効性を損なう場合のある空中浮揚の汚染要因物が入らないようにする。
【００４２】
図７は、ＲＴＰステーション１６３５がツールセットの状態に組み込まれた処理ツールの別の実施形態を示しており、このＲＴＰステーションは、部分１６３０内に配置されていて、少なくとも１つの熱的反応器を有している。図６の実施形態とは異なり、この実施形態では、少なくとも１つの熱的反応器が専用ロボット機構１６４０によって賄われる。専用ロボット機構１６４０は、ロボット移送機構１６２０によって移送された加工物を受け取る。移送は、中間段階式ドア／領域１６４５を介して行われるのがよい。したがって、処理ツールのＲＴＰ部分１６３０をツールの他の部分から清潔な状態で分離することができるようになる。加うるに、かかる構造を用いると、図示のアニール又は熱処理ステーションを、既存のツールセットをアップグレードするために取り付けられる別個のモジュールとして具体化できる。他の形式の処理ステーションをＲＴＰステーション１６３５に加えて又はこの代わりに部分１６３０内に設けてもよいことは理解されよう。
【００４３】
本発明の基本的な協議から逸脱することなく上記システムの多くの設計変更を行うことができる。本発明を１又は２以上の特定の実施形態と関連してかなり詳細に説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、かかる実施形態の変更例を想到できることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 処理流体の流れを加工物の表面全体にわたって分配するディフューザを有する浸漬処理反応器組立体の略図である。
【図１Ｂ】 本発明を組み込むことができる反応器組立体の一実施形態の断面図である。
【図２】 図１Ｂの反応器組立体に用いることができる反応器チャンバの一実施形態の略図であり、反応器チャンバを通る処理流体の流れと関連した速度流れ線を示す図を含む図である。
【図３Ａ】 特に半導体ウェーハの電気化学処理向きに改造されていて、図２に記載された速度流れ線を達成するよう具体化された処理チャンバ組立体一式の構造示す図である。
【図３Ｂ】 特に半導体ウェーハの電気化学処理向きに改造されていて、図２に記載された速度流れ線を達成するよう具体化された処理チャンバ組立体一式の構造示す図である。
【図４】 特に半導体ウェーハの電気化学処理向きに改造されていて、図２に記載された速度流れ線を達成するよう具体化された処理チャンバ組立体一式の構造示す図である。
【図５】 特に半導体ウェーハの電気化学処理向きに改造されていて、図２に記載された速度流れ線を達成するよう具体化された処理チャンバ組立体一式の構造示す図である。
【図６】 本発明の教示に従って構成された１又は２以上の処理ステーションを有することができる処理ツールの一実施形態を示す図である。
【図７】 本発明の教示に従って構成された１又は２以上の処理ステーションを有することができる処理ツールの別の実施形態を示す図である。
Claims (7)
- 超小型電子加工物の電気化学的処理装置であって、
円筒状の処理チャンバと、
該処理チャンバ内に設けられた第１電極と、
前記処理チャンバ内に設けられ前記第１電極と同軸の第２電極と、
前記処理チャンバ内に設けられ、一部が前記第１電極と前記第２電極との間に位置決めされた誘電構造体と、
前記処理チャンバ外に設けられ、前記処理チャンバからオーバーフローした処理溶液を受け入れるオーバーフローコレクタと、
前記処理チャンバ内に設けられ主流体流れチャンバ（５０５）と同軸のプレナム（５２０）とを備え、
前記処理チャンバが、前記プレナムと主流体流れチャンバとの間にスロット組立体（５３０）を備え、該スロット組立体（５３０）が処理流体の少なくとも一部分を前記主流体流チャンバに向けて半径方向内方に偏向する、
ことを特徴とする電気化学的処理装置。 - 前記スロット組立体が、複数の水平スロットを含んでいる、
請求項１に記載の装置。 - 加工物ホルダと少なくとも一方の電極の間に設けられたフィールドシールドを備え、該フィールドシールドが加工物の少なくとも一部を前記少なくとも一方の電極からシールドするように構成されている、
請求項１に記載の装置。 - 前記誘電構造体が、前記第１および第２電極を機械的に支持するように構成された電極支持体を備えている、
請求項１に記載の装置。 - 前記誘電構造体が、中央開口を備え、該中央開口を通して、前記処理流体が流れ出口に向かって上方に流れる、
請求項１に記載の装置。 - 前記処理チャンバを覆って設けられるヘッド組立体を備え、
該ヘッド組立体が、加工物の周縁部に係合するように構成された接触組立体を含む加工物ホルダを備えている、
請求項１に記載の装置。 - 超小型電子加工物の電気化学的処理方法であって、
加工物を円筒状の処理チャンバに配置するステップと、
処理流体を前記処理チャンバに供給するステップであって、
前記処理流体の少なくとも一部分が前記処理チャンバの主流体流チャンバの中に半径方向内方に流れこみ、前記処理流体が前記加工物の導電性表面に接触し、前記処理流体は前記処理チャンバからオーバーフローするステップと、
電流を２または３以上の電極から前記処理流体を通して前記加工物の導電性方面に流し、前記加工物上に金属層をメッキさせるステップであって、各電極の電流が独立して制御されるステップと、を備えている、
ことを特徴とする電気化学的処理方法。
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