JP5062934B2 - 半導体製品を処理する方法及び半導体ウェハ処理用反応炉 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、半導体ウェハの処理に利用する反応炉に関する。
【０００２】
（背景技術）
半導体製造業界では常時、ウェハから集積回路を製造するとか、微小電子回路と構成部品の製造に利用する方法の改良に励んでいる。その結果種々の改良がなされており、それには期待されている目標として一つかそれ以上の目的がある。共通する目的には、(１)所望の集積回路を形成するのにウェハを処理する時間を短縮すること、(２)例えば処理中にウェハが汚染される可能性を減らして、１枚のウェハ当りでの利用可能な集積回路の歩留りを上げること、(３)ウェハから所望の集積回路に至るまでの工程数を減らすこと、(４)例えば処理に必要な薬品類に伴うコストを減らすとかして、ウェハから所望の集積回路へと処理するコストを減らすことなどが挙げられる。
【０００３】
ウェハ処理では、場合によってはウェハの片面または両面を、液状、蒸気状、または、気体状の流体に曝す必要がある。このような流体は、例えばウェハ表面を食刻したり、清浄したり、乾燥したり、不動態化したり、被膜を施したりするとかなどに使われている。温度、分子組成、用量などの処理流体の物理的パラメータの制御が時として、処理操作が成功するかどうか、成り行きを左右する。従って、ウェハ表面に対する先述のような流体の適用は、一般に制御された環境下で行われている。斯かるウェハ処理は、一般に反応炉内で行われている。
【０００４】
前述の反応炉は一般に、反応カップ、反応容器ないし反応室を有しているものである。１枚のウェハまたは１バッチのウェハは反応室に置く。その後、液体と気体の何れか、または両方をウェハに導入して、種々の製造工程を実行する。各ウェハの前面に対して、また、工程毎に高度に均一な処理が施せるように反応室内の液体と気体の何れか、または両方の流量を制御することは難しいか、不可能なことである。また、処理液体と処理気体の何れか、または両方の消費量にも問題があるし、また、構成の効率についても問題がある。ウェハや母材の汚染を避けることも、そのような反応炉の設計を行う上での難問となっている。従って、半導体ウェハや類似の平坦媒体を処理する改良された反応炉が望まれているのである。
【０００５】
（発明の開示）
ここで用いる「母材」なる用語は、少なくとも基板ないし平坦表面域を有する物体を意味し、基板上の一つかそれ以上の金属化層の如く、材料または製造部品の層を含むものである。本発明の装置は、母材の少なくとも片面にわたり、ハウジングの回転に伴って発生する遠心力の作用で一種かそれ以上の処理流体が散布されるようになっている処理室を有する母材ハウジングからなる。
【０００６】
好ましくは、反応炉には、斯かる反応炉にロボット式ウェハ移送装置が設けられるようにするとか、斯かる反応炉を別のプロセスに合わせて再構築できるようにするとか、反応炉の処理室を取外し自在として、修理できるようにするとか、そのようなことができるようにするための機械的な特徴が備わっているのが望ましい。
【０００７】
従って、本発明は半導体製品の処理のための改良された反応炉と洗浄機/乾燥機を提供するのを目的とするものである。
【０００８】
（発明を実施するための最良の形態）
以後、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態を詳述する。先ず図１において、反応炉１０は、ロータ部１５と母材ハウジング２０とを備えている。ロータ部１５は、このロータ部１５から下方に延在して母材ハウジング２０に係合する複数の支持部材２５を含んでいる。隠しジブ材２５は、母材ハウジング２０の外側ないし周辺部分から半径方向に張り出したフランジ３５と係合する溝３０を有している。また、このロータ部１５には、支持部材２５を含むハブ部４５を中心軸４７を中心として回転させる回転モータ装置４０を備えている。従って、母材ハウジング２０は、支持部材２５がフランジ３５と係合しておれば、ハブ部４５と一体回転するように取り付けられる。ロータ部１５と、母材ハウジング２０をロータ部１５に連結する構成としては、その他の構成を採ることもできる。
【０００９】
図１に示した実施の形態における母材ハウジング２０は処理室５０を有しているが、この処理室５０はほぼ密閉されているのが望ましい。この処理室５０は、半導体ウェハないし母材５５とほぼ相似形状となるように形成されており、好ましくは母材の両面に密に倣うようになっているのが望ましい。図１に示す実施の形態では、室内面６５を有する上部ロータないし室部材６０が備わっていて、この上部室部材６０の中心に室内面６５で開口する流体入口７０が形成されている。室内面８０を有する下部ロータないし室部材７５も備わっていて、この下部室部材７５の中心にも室内面８０で開口する流体入口８５が形成されている。上部及び下部室部材６０、７５は互いに合体して、両者間に処理室５０を画成している。上部室部材６０の側壁９０はその室内面６５から下方に張り出している。処理室５０の周辺部には前記側壁９０を貫通する一つかそれ以上の流体出口１００が形成されており、処理出５０内の流体は、ハウジング２０が中心軸４７を中心として回転したときに生ずる向心加速度の作用で処理室５０から排出されるようになっている。
【００１０】
図示の実施の形態では、微小電子母材５５は一般に平坦な上面と下面とを有する円形ウェハである。従って、処理室５０は平面視で概ね円形であり、その室内面６５、８０はほぼ平坦であると共に、母材５５の平坦上面と下面と平行になっている。室内面６５、６０とそれぞれが対峙する母材５５の平坦上面と平坦下面との間の間隔は一般に非常に小さい。斯かる間隔は、当該間隔を流れる処理流体の物性を制御できる程度、できるだけ小さいのが望ましい。図示の実施の形態にあっては、各室内面と母材の上下面との間隔は、ウェハの厚みに大凡等しい、例えば０.５〜１.５ミリ、一般には約０.８ミリである。
【００１１】
ウェハ５５は室内面８０とは、当該室内面８０から突出する複数の隔離部材１０５を介して隔離されている。好ましくは、別の複数の隔離部材１１０をも室内面６５から突出形成して、前記隔離部材１０５との協働のもとで両者間においてウェハ５５を挟持するように調芯配置しておくのが望ましい。
【００１２】
流体入口７０、８５は、一種またはそれ以上の処理流体がウェハ表面を処理すべく処理室５０に流入する連通路を構成している。図示の実施の形態では、処理流体は、流体入口７０の近傍に配置した流体供給ノズル１２０を有する流体供給管１１５を介して、ウェハ５５の上方から流体入口７０へと供給される。流体供給管１１５はロータ部１５の中心を貫通して、好ましくは回転軸４７と同心であるのが望ましい。同様に、流体供給管１２５を介してウェハ５５の下方から流体入口８５へと処理流体が供給されるようになっている。この流体供給管１２５は流体入口８５の近傍に配置したノズル１３０で終端している。ノズル１２０、１３０は、それぞれに対応する流体入口から隔離した一で終端しているが、両者間に隙間が形成されないほど延在していても良いのは明らかであろう。それどころか、各ノズル１２０、１３０または各供給管１１５、１２５には、流体入口７０、８５のある部分において対応する室部材６０、７５に当接してシールする回転シール部材が備わっていても良い。その場合、回転自在連結部を設計するに当り、可動部品の摩耗により汚染が発生するのを最小限にするよう、注意すべきである。
【００１３】
処理時では、一種かそれ以上の処理流体を別々に、或いは同時に供給管１１５、１２５、そして流体入口７０、８５を介して処理室５０に供給することにより、処理室５０内の母材５５の表面と接触するようにする。好ましくは、この処理時にロータ部１５で軸４７を中心としてハウジング２０を回転させることにより、処理室５０内において向心加速の作用で流体が母材５５の表面にわたり連続して流れるようにするのが望ましい。この場合、流体入口７０、８５に流入した処理流体は母材表面に沿ってその中心からその外周へ向かって半径方向外側に駆り立てられるのである。母材の外周部においては、使われた処理流体は向心加速作用により流体出口１００を介して処理室５０から排出されるのである。このように使われた処理流体は、母材ハウジング２０の下方とその近傍の何れか、または両方において配置したカップ型リザーバに蓄積されるようにしても良い。
【００１４】
後述の別実施の形態について説明するように、母材ハウジング２０の外周部は、流体入口７０を介して流入した処理流体と流体入口を介して流入した処理流体とを効果的に分離して、ウェハ５５の両面が異なった処理流体で処理されるようにしても良い。その場合、排出した両方の処理流体はハウジング２０の外周部において別々に蓄積して、処分または再循環に供しても良い。
【００１５】
図１に示した実施の形態では、母材ハウジング２０は、母材５５を種々の処理ステーション及び/またはツールの間で搬送するのに利用できる単一の着脱式ウェハ用ポッドとして構成されていても良い。処理ステーション及び/またはツールの間でのハウジング２０の搬送がクリーン・ルーム内で行われるのであれば、ハウジング２０に形成されている種々の開口は密封しなくても良い。しかし、前述の如くの搬送が汚染物質のある環境で行われるのであれば、ハウジングにある種々の開口は密封しておくべきである。例えば、流体入口７０、８５のそれぞれは、スリットのあるポリマー製ダイヤフラムで被冠させておいても良い。この場合、流体供給管１１５、１２５の端部は、前記ダイヤフラムのスリットに差し込める牽引構造体(tractor structure)で終端させておいて、処理流体が処理室５０に供給できるようにする。このような牽引構造体とスリット付きダイヤフラムとを利用した構成は、医学分野での静脈内注入装置でよく使われているところである。このダイヤフラムに利用するポリマー材を選択するに当っては、導入される処理流体の種類を鑑みて行うべきである。流体出口１００での同様なシールも、ハウジング２０がクリーン・ルーム内に搬入されると牽引構造体がダイヤフラムに差し込めるようにしてもよい。
【００１６】
別の方法としては、流体出口１００そのものを、導入した流体がハウジング２０の外周部から処理室５０の法へと流れるのを阻止しながら、当該流体出口を介して処理室から排出するように構成しても良い。これは、例えば各流体出口１００の開口形状を、処理室５０側での直径をハウジング２０の外側での直径よりも大きくしたノズルとして構成することにより達成できる。別の構成としては、複数の流体出口１００に対して一つの回転弁部材を利用することによっても達成できる。この弁部材は、複数の流体出口１００と調芯する箇所に開口を有するリングとなし、これを流体出口１００を開閉自在に覆うようにして、搬送時にはこの弁部材を回して流体出口１００を密閉するようにすればよい。処理時にあっては、この弁部材を流体出口１００が開成する位置へ回せばよいのである。ハウジングを次の処理ステーションないしツールへ搬送する直前に、供給管１１５、１２５を介して窒素の如くの不活性ガスを処理室５０に導入しても良い。尚、流体出口１０や流体入口７０、８５をシールする機構には種々に機構が利用できる。
【００１７】
図２は反応炉の別の構成を斜視図にて示すものであり、この反応炉は定位置処理ステーションに配置されるものにして、母材の装填、取出しの際は開閉できるようになっている。この反応炉２００は、別個の上部及び下部ロータないし室部材２０５、２１０からなる。先ほどの実施の形態におけるのと同様に、上部室部材２０５には、流体入口２２０が中心に形成されたほぼ平坦な室内面２１５を有している。図２には示していないが、下部室部材２１０も同様に、流体入口２３０が中心に形成されているほぼ平坦な室内面２２５を有している。上部室部材２０５には下方に張り出した側壁２３５が形成されており、この側壁２３５も、シール用ポリマー材で形成してあっても良いし、または、室部材２０５の他の部分と一体形成されたものであってもよい。
【００１８】
上部及び下部室部材２０５、２１０は互いに別個のものであって、両者間に母材を受け入れるようになっている。このように母材５５が両者間に介在させると、上部及び下部ロータないし室部材２０５、２１０は互いに密着する方向の動かして両者間に処理室を画成する。このように画成された処理室にあっては、母材は、平坦室内面２１５、２２５から隔てた状態で支持されることになる。図２から図８Ｂに示すそれぞれの実施の形態においては、半導体ウェハの如くの母材は、上部及び下部室部材を互いに密着して処理室を画成している状態(図７Ｂを参照のこと)にあっては、複数の支持部材２４０とそれぞれに対応するスペーサ部材２５５との間に挟持されるようになっている。上部及び下部室部材を合体させたり、離間させることは、後述する複数の締結具３０７を操作することでそれを行うことができる。好ましくはこれらの締結具３０７で、上部及び下部室部材が図７Ａに示すように合体位置に付勢されるようになっているのが望ましい。
【００１９】
図示の実施の形態では、複数のウェハ支持部材２４０は上部室部材２０５の外周部において延在しており、側壁２３５からして半径方向外側に位置決めされている。これらのウェハ支持部材２４０は、好ましくはそれぞれの長手軸２４５に沿って移動自在となして、上部及び下部室部材が合体位置(図７Ａ)にあると支持部材２４０がスペーサ部材２５５の方へ変位して両者間でウェハを挟持するが、上部及び下部室部材が隔離していると(図８Ａ)、支持部材２４０はスペーサ部材２５５と協働して挟持していたウェハを解放するように構成するのが望ましい。各支持部材２４０は、上部室部材２０５の中心の方へと半径方向に延在する支持アーム２５０を備えている。この支持アーム２５０の端部は、室内面２１５から延在する対応するスペーサ部材２５５と重なっている。このスペーサ部材２５５は、円錐形にして、その頂部が対応する支持アーム２５０の端部近傍で終端しているのが望ましい。下部室部材２１０の外周部に切欠き２９５が形成されており、これにはウェハ支持部材２４０の半球形下端３００が係入するようになっている。下部室部材２１０を合体位置へと上方に押勢すると、切欠き２９５には支持部材２４０の下端３００が係入して支持部材２４０を上方へと押し上げ、これによりウェハ５５を支持部材２４０のアーム２５０と対応するスペーサ部材２５５との間で挟持するようになる。このように合体位置に設定した状態を図５に示す。この状態にあっては、切欠き２９５と上部室部材に形成されている対応切欠き２６５(図２)とが、反応炉２００の外周部に流体出口を画成する。各支持部材２４０のアーム２５０は、各支持部材の上部に形成した横溝３０９を延在する取付けピン３０８により、常時半径方向を向くように維持されている。
【００２０】
上部及び下部室部材を合体位置と分離位置との間に動かせるようにする締結具３０７の構成を図２、図６、図７Ｂに示す。図示のように、下部ロータないし室部材２１０には複数の筒体２７０が固着されていると共に、当該室部材２１０から上方へ延在して、上部ロータないし室部材２０５の外周部に形成されている貫通孔２７５を貫通することで、各締結具３０７の下部を画成している。この筒体２７０の内部には棒体２８０が挿入されて、各締結具３０７の上部を画成するように連結されている。棒体２８０と筒体２７０とは、合体位置と分離位置との間での軸芯２８３に沿う上部及び下部室部材２０５、２１０の相対直線移動を許容する締結具３０７を構成しているのである。各棒体２８０の頂部には二つのフランジ２８５、２９０が設けられており、フランジ２８５は、上部及び下部室部材２０５、２１０とが分離位置にあるときでの分離行程を制限する係止部材として作用するものであり、フランジ２９０は、上部及び下部室部材２０５、２１０を合体位置へ付勢する、例えばバネ(図６を参照)の如くの付勢部材が着座する座面を画成するものである。
【００２１】
図６において、付勢部材としてのバネ３０３には互いに対向する第１端と第２端とがあって、その第１端は各締結具３０７を中心とする円形溝３０５に挿入されて着座しており、第２端は対応する締結具３０７のフランジ２９０に当接している。この状態でのバネ３０３はそれ自身が圧縮された状態になっていて、締結具３０７と下部室部材２１０を上方に引上げる付勢力を醸し出しており、これにより下部室部材２１０は上部室部材２０５と合体位置において係合している。
【００２２】
反応炉２００は、母材の処理時では中心軸を中心として回転されるようになっている。そのために、上部室部材２０５の上部中心からシャフト２６０が上方に延在している。図７Ａから図８Ｂに詳細に示すように、このシャフト２６０は回転駆動モータと連結されるようになっていて、これにより反応炉２００は回転駆動されるのである。このシャフト２６０はその長手軸に沿って中心流体路が形成されていて(図４)、この中心流体路を介して処理流体が流体入口２２０へ供給されるようになっている。別の方法としては、この中心流体路は別個の流体供給管などを収容するダクトとして作用するようにしても良い。
【００２３】
図３と図４とに示すように、上部室部材２０５の中心部から半径方向に延在する溢流路３１２が所望により複数本形成されている。前述のシャフト２６０の下端は末広がり端３１５となっていて、処理室３１０の上部と溢流路３１２とを連通させる入口切欠き３２０がその末広がり端３１５に設けられている。シャフト２６０の末広がり端３１５は、例えば取付け板３２５を介して上部室部材２０５に取り付けられている。この取付け板３２５は複数の締付け具３３０(図５)を介して上部室部材２０５に固着されている。前述の溢流路３１２は、処理室３１０への流体の供給流量が当該処理室の外周部にある流体出口からの排出流量を超えた場合に、溢れた分だけが処理室３１０から流出できるようにしている。
【００２４】
図７Ａと図７Ｂとは、反応炉２００が閉成されて回転駆動装置４００と連結されている状態を示す横断面図であり、図８Ａと図８Ｂとは、当該反応炉２００が開成されている状態を示す同様な横断面図である。図示のように、シャフト２６０は回転駆動装置４００へと上方に延在している。このシャフト２６０には、回転駆動モータ４１０の一部を構成する固定子４０５と協働するのに必要な部品を具備している。
【００２５】
図１に示した実施の形態と同様に、上部及び下部室部材２０５、２１０とは互いに合体してほぼ密閉処理室３１０を画成するが、この処理室３１０は好ましくは母材５５の形状に合わせるのが望ましい。また、ウェハ５５は処理室３１０内にあっては、その上面と下面とがそれぞれに対峙する室内面２１５、２２５とは隔離された状態で支持されるようになっているのが望ましい。このように支持する方法としては、前述したように反応炉２００が図７Ａと図７Ｂに示すように閉成状態になっていると支持部材２４０とスペーサ部材２５５とでウェハ５５の外周縁が挟持されるようにする。
【００２６】
ウェハ５５の処理は図７Ａと図７Ｂに示した閉成状態にあるときに行われる。即ち、ウェハが処理室３１０内にあって支持されているときに、シャフト２６０内の中心流体路４１５を介して流体入口２２０から処理室３１０へと処理流体を供給する。同様に、処理流体供給管１２５からも処理流体が流体入口２３０を介して処理室３１０へと供給される。反応炉２００が回転駆動モータ４１０により回転させられると、流体入口２２０、２３０から流入した処理流体は、向心加速作用により醸し出された力の作用によりウェハ５５の表面を横切って流れる。使用済み処理流体は、切欠き２９５、２９６により反応炉２００の外周部に画成されている流体出口を介して処理室３１０から排出される。この流体出口は、流体の流れが支持部材２４０により著しく妨げられるようには構成されていないから切欠き２９５、２９６により前述のように画成されるのである。別の方法としては、或いはそれに加わって、外周部に別に流体出口を形成しても良い。
【００２７】
ウェハの処理が済むと、図８Ａと図８Ｂに示すように反応炉２００を開成してウェハにアクセスできるようにする。即ち、処理後にアクチュエータ４２５を利用して作動リング４３０を押し下げることで、当該作動リング４３０が締結具３０７の上端と係合するようにする。すると締結具３０７はバネ３０３の付勢力のこうして押し下げられ、かくて下部室部材２１０が下降すると共に、それに伴って上部室部材２０５から離れる。このように下部室部材２１０が下降すると、支持部材２４０も重力作用で、或いは付勢部材の力にこうして追従する一方、それと同時にウェハ５５も下降する。このように下降すると、反応処理室３１０は開成したことになり、ウェハ５５の取り出しが可能になると共に、次のウェハを反応炉２００に装填することができるようになる。ウェハの取出し、装填は手動によりそれを行っても良く、または、自動ロボットで行うようにしても良い。
【００２８】
前述の構成の反応炉２００は、例えばロボット式搬送機構で母材の自動装填、取出しに特に適したものである。図７Ａと図８Ａとを比較すれば明らかなように、母材の上面と上部室部材２０５の内部室壁との間の間隔が、反応炉２００が開成しているか、閉成しているかによって変わっている。開成していると、母材の上面は、例えばロボット式搬送機構の母材搬送アームが作用するのに充分な隙間に相当する距離ｘ１だけ上部室部材２０５の内部室壁から隔離している。他方、閉成していると、母材の上面は、前記距離ｘ１よりも小さい距離ｘ２だけ上部室部材２０５の内部室壁から隔てているに過ぎない。図示の実施の形態における前記距離ｘ２は、、母材処理操作時に望まれている間隔に対応するように選定しても良い。
【００２９】
図９は、ウェハ５５の両表面を別々に処理できるようにするエッジ構成を示す。図示のように、処理室３１０の側壁２３５からウェハ５５の外周縁５０５のすぐ近くの位置まで区画部材５００が延在している。この区画部材５００の形状としてはどのような形状であっても良く、図示の如くのテーパー状もその一例である。好ましくは、この区画部材５００は処理室３１０の全周にわたって半径方向内側に延在しているのが望ましい。この区画部材５００の上方にウェハ５５の上面から使用済み処理流体が流出する一つかそれ以上の流体出口５１０を、また、その下方に同じウェハ５５の下面から使用済み処理流体が流出する一つかそれ以上の流体出口５１５をそれぞれ形成しておく。従って、ウェハ５５が処理中に回転させられていると、中心流体路４１５からの処理流体はウェハ５５の上面に供給されて、向心加速作用によりその上面に沿って拡散する。同様に、供給管１２５からの処理流体はウェハ５５の下面に供給されて、向心加速作用によりその下面に沿って拡散する。ところが、区画部材５００のエッジがウェハ５５の外周エッジにかなり近接しているから、ウェハ５５の上面に沿って拡散した処理流体は区画部材５００の下方へ流れるようなことはないし、同様にウェハ５５の下面に沿って拡散した処理流体は区画部材５００の上方へ流れるようなことはない。従って、この反応炉は、ウェハ５５の上面と下面とを互いに排他的に異なった処理流体で処理することができるようになっている。
【００３０】
図９は、ウェハの上面と下面とに供給した処理流体を互いに排他的に回収できるようにする構成も示している。即ち、図示のように、流体回収器５２０を反応炉２００の外周近傍に配置する。この流体回収器５２０は第１回収域５２５と第２回収域５５０とを有している。第１回収域５２５は、跳ね返し５３０と、流体出口５１０から排出された流体を第１ドレイン５４０へと案内するように構成した流体トレンチ５３５とで画成されている。この第１ドレイン５４０へ案内された使用済み処理流体は回収容器に回収して、処分するか、または、再循環に供しても良い。他方、第２回収域５５０は、跳ね返し５５０と、流体出口５１５から排出された流体を第２ドレイン５６５へと案内するように構成した流体トレンチ５６０とで画成されている一方、この第２ドレイン５６５へ案内された使用済み処理流体は回収容器に回収して、処分するか、または、再循環に供しても良い。
【００３１】
図１０は、流体入口２３０を介して処理流体を供給する部分を別の構成とした反応炉２００の実施の形態を示す。同図において、母材ハウジング２０はカップ５７０に装入されている。このカップ５７０は、流体出口１００の外部に臨み、処理室３１０から出てくる流体を回収する側壁５７５を備えている。カップ５７０の内部底面５８０は中心に向かって傾斜しており、回収した流体を流体溜め５８５へ仕向けるようになっている。流体供給管５８７が、流体溜め５８５に流体を供給するように接続されている。また、この流体溜め５８５には排出弁５８９が備わっているのが望ましい。供給口ステム５９２は、流体溜め５８５に連通する開口５９７を有する第１端と、流体入口２３０に開口する第２端とを有するチャンネル５９５を形成している。
【００３２】
図１０の実施の形態の操作においては、反応炉２００がスピン回転しているときに、処理流体は流体供給管５８７を介して流体溜め５８５に先ず供給される。流体溜め５８５が満杯になると、流体供給管５８７から流体溜め５８５への流体供給を遮断する。他方、反応炉２００のスピン回転による向心加速作用で差圧が発生し、この差圧により流体溜め５８５の流体が開口５９７を介してチャンネル５９５に吸込まれ、かくて流体入口２３０を介して反応室３１０に流入してウェハ５５の少なくとも下面に接触し、その後流体出口１００を介して排出されると共に、再使用に備えて流体溜め５８５に戻される。
【００３３】
図１０に示したものは自動汲上げ式再循環システムであり、これには種々の利点がある。密閉流体ループ回路により処理パラメータの制御における遅延を最小限にすることができるので、流体温度や流量など斯かる物理的パラメータを制御するのが容易である。また、配管やタンク壁、ポンプなどに対する熱損失もない。更に、システムでは別にポンプを利用するようなことはしていないので、加熱した乾燥性の化学薬品を使うとよく見られるようなポンプの故障はない。
【００３４】
図１１と図１２とは、それぞれ異なった処理ツールを示しており、それぞれの処理ツールには、前述の構成の反応炉を含む一つかそれ以上の処理ステーションが含まれている。図１１は、円弧状軌道６０６に沿って配置した複数の処理ステーション６０５を含む処理ツール６００の概略ブロック図である。処理ステーション６０５では、全てのウェハに対して同じ処理を施すようになっていても良く、または、ウェハ毎に違っているが、互いに相補的な処理を施すようになっていても良い。例えば、一つかそれ以上の処理ステーション６０５で、銅の如くの金属をウェハに電着する処理を施し、一つかそれ以上の他の処理ステーションで、例えば清浄/乾燥処理、予備湿潤化処理、フォトレジスト処理などの相補的処理を施すようにしても良い。
【００３５】
処理すべきウェハは、入出力ステーション６０７においてツール６００に供給される。ウェハは、例えばSMIFポッドに入れた状態でツール６００に搬入しても良い。別の方法としては、図１において２０で示した如くの個々の母材ハウジングに入れた状態でツール６００に搬入しても良い。各処理ステーション６０５には、ロボットアーム６１０でアクセスすることができる。このロボットアーム６１０が、母材ハウジングまたは個々のウェハを入出力ステーション６０７から出したり、戻したりする。また、このロボットアーム６１０がウェハないしハウジングを種々の処理ステーション６０５の間で搬送することになる。
【００３６】
図１１に示した実施の形態では、ロボットアーム６１０は回動軸６１５を中心として回動しながら、軌道６０６に沿って搬送を行う。それに対して図１２に示したツール６２０では、一つかそれ以上のロボットアーム６２５を利用して、これらを直線軌道６３０に沿って移動させることにより所要の搬送を行うようにしている。図１０に示した実施の形態におけるのと同様に、ここでも複数の処理ステーション６０５を利用しているが、一つの処理ツールのこの配列でもっと処理ステーション６０５を設けてもよい。
【００３７】
図１３は、前述した母材ハウジング如くの母材ハウジング７００を複数用いてバッチ処理装置７０２を構成する一例を示す。同図において、母材ハウジング７００は複数上下方向に積層されており、共通の回転軸７０６を中心として共通の回転モータ７０４により駆動されるように連結されている。この処理装置７０２には、処理流体供給システム７０８があって、この供給システム７０８は流体供給源(図示せず)から処理流体が供給されるようになっている固定マニホルド７１０を備えている。この固定マニホルド７１０の出口端は回転マニホルド７１２の入力端に接続してある。回転マニホルド７１２は、ハウジング７００と一体回転するように取り付けられているので、固定マニホルド７１０とは回転式継手７１４を介して連結されている。回転マニホルド７１２からは複数の流体供給管７１６がハウジングの流体入口近傍のノズル部７１８まで延在している。角のずる部７１８は互いに隣接するハウジング７００の間に配置されていて、上方と下方の両方向に流体が流れるように構成されている。それに対して、最下段の供給管７１６に接続したノズル部７１８は、上方だけに流体が流れるように構成されている。また、回転マニホルド７１２の最上部には流体出口７２０が形成されていて、この流体出口９７２０を介して最上段のハウジング７００の流体入口へ処理流体を供給するようにしている。
【００３８】
図１３に示したバッチ処理装置７０２は、各ハウジング７００の上部及び下部流体入口の両方に同一処理流体が同時に供給されるように構成している。しかし、それ以外の構成も可能であり、例えばノズル部７１８に弁部材を設けて、処理流体の導入を各ハウジング７００の上部流体入口と下部流体入口の何れか、または両方を介して行うべきかどうかに応じて、選択的に開閉できるようにしても良い。この場合では、図９に示した如くのエッジ構成を各ハウジング７００に採用するのが望ましく、そのようにすることでウェハ５５の上面と下面とに導入する流体を互いに別種のものとすることができる。また、異なった処理流体を、ハウジング７００の上部及び下部流体入口にそれぞれ連なる供給管に同時に供給する同心型マニホルドを処理装置７０２に設けることも可能である。
【００３９】
自動処理ツールに組み込むのに特に適した反応炉の実施の形態を図１４に示す。同図において８００を以て示す反応炉は、ロボットアームないしそのようなものが母材の装填、取出し時に当該母材を反応炉８００に対して装入、取出しを行う一方、処理時に母材と反応炉の内部室壁との間の間隔を確実に維持できるように、ユニークな態様で互いに協働する機構を備えている。
【００４０】
前述の反応炉の実施の形態と図１４に示す反応炉８００との主たる相異点の一つは、母材支持機構の構成にある。即ち、図示のように反応炉８００には、下部室部材２１０に関連して母材支持機構が備わっている。この母材支持機構は、下部室部材２１０を貫通延在する複数の母材支持部材８１０を備えている。この各母材支持部材８１０の下端は押勢部材８１５で支持されており、その上端には母材支持面８２０と案内構造体８２５とが備わっている。図１５において、案内構造体８２５は母材支持面８２０から延在して截頭円錐部８３０のところで終端している。この案内構造体８２５は、母材の外周縁が母材支持面８２０と整合するように押勢するもので、これにより処理時に母材が適切に調芯されるようにしている。また、この案内構造体８２５は、上部室部材２０５の内部室壁と母材の上面との間の間隔を画成するスペーサとしての機能を果たすようにしても良い。
【００４１】
図示の実施の形態における押勢部材８１５は、上部及び下部室部材２０５、２１０が図示のように分離位置にあって、反応炉８００に対して母材の装填、取り出しができる状態になっているときに、母材支持部材８１０を上方に押勢する役をなす。この押勢部材８１５は種々の形状をとることができ、例えば全ての母材支持部材８１０に対して一つの押勢構造体を利用することも可能である。別の方法としては、図示の実施の形態に示されるように、個々の母材支持部材８１０に合わせてそれぞれの押勢構造体を利用しても良く、この場合での各押勢構造体は板バネ８３５の形にしても良いが、別の方法としては例えばコイルバネ型アクチュエータの形であっても良い。
【００４２】
前述の反応炉の実施の形態におけるが如く、反応炉８００の上部及び下部室部材２０５、２１０は図１４に示した分離位置と図１５に示した合体位置との間を相対移動自在である。これらの室部材２０５、２１０が互いに近接する方向に移動させられると、母材支持部材８１０の截頭円錐部８３０が上部室部材２０５の内部室壁に係合する。両室部材２０５、２１０が更に近接する方向に移動するにつれて、母材支持部材８１０は板バネ８３５に抗して、母材が母材支持部材８１０の支持面８２０と、上部室部材２０５の内部室壁から突出する対応する突起８４０との間で挟持されるまで移動させられる。
【００４３】
図１４に示した反応炉８００には、上部及び下部室部材２０５、２１０が合体されるに伴い両部材２０５、２１０が互いに適切に調芯されるように、それを確実にする調芯構造体が備わっている。図示の実施の形態では、この調芯構造体は、何れかの室部材から突出して、他方の室部材に形成されている孔に係入するリードピン８４５からなる。ここでは、このリードピン８４５は複数あって、下部室部材２１０から上方に延在して、上部室部材２０５に形成した対応する孔(図示せず)に係入するようにしている。各リードピン８４５は、案内面となすようにその自由端が截頭円錐端となるように、下部室部材２１０から直立する部材としている。
【００４４】
前記構成により、前記構成の反応炉８００を、例えばロボット式搬送機構、特に母材を弾かせることなく当該母材を反応炉に直接装入する搬送機構で母材を自動的に装入、取出しするのに適したものとすることができる。図１４と図１５とを比較すると明らかになるように、母材の下面と下部室部材２１０の内部室壁との間の間隔は、反応炉が開成しているか、閉成しているかに応じて変わっている。開成状態にあれば、母材の下面は、例えばロボット式搬送機構の母材搬送アームが作用するのに充分な隙間に相当する距離ｘ１だけ下部室部材２１０の内部室壁から隔離している。他方、閉成していると、母材の下面は、前記距離ｘ１よりも小さい距離ｘ２だけ下部室部材２１０の内部室壁から隔てているに過ぎない。図示の実施の形態における前記距離ｘ２は、母材処理操作時に望まれている間隔に対応している。
【００４５】
前述の押勢部材８１５の一実施の形態を図１６に示す。図示のように、この押勢部材８１５は、中心ハブ部８５０から放射状に延在する複数の板バネ８３５からなり、これらの板バネ８３５のそれぞれの自由端は対応する母材支持部材８１０の下端面と接触する位置に臨んでいる。中心ハブ部８５０には径方向部材８５５も設けられていて、それぞれの自由端は対応するリードピン８４５の下端面と接触する位置に臨んでいる。この径方向部材８５５は、板バネ８３５とは違って、上部及び下部室部材２０５、２１０の合体位置への相対移動に伴って弾性屈曲するように構成する必要はない。押勢部材８１５は、処理環境で利用する化学物質に対して耐性のあるポリマー材または類似の材料で形成しても良い。このような材料で形成した場合、母材支持部材８１０とリードピン８４５とは、それぞれと協働する板バネ８３５と径方向部材８５５と一体形成してあっても良い。
【００４６】
図示の実施の形態では、中心バブ部８５０には、押勢部材８１５を下部室部材２１０の外表面に連結させる固定部材９０５が貫通する中心孔９００が形成されている。ここでず１４と図１５とを参照するとして、この固定部材９０５は、下部室部材２１０を貫通する処理流体入口を画成するように形成されていても良い。この固定部材９０５をこのように形成すれば、異なった処理に合わせて異なった流体入口を反応炉８００に設けるのが迅速化できると共に、容易になる。
【００４７】
時としては、ヘッド部８６０から反応炉８００を取り出すのが望ましいことがある。例えば、反応炉８００を保守点検や、他の処理に合わせて、または、異種の母材の処理に合わせて取り替えたりするようなことがあり、その場合に備えて取り出せるのが望ましい。
【００４８】
図１４に示すように、反応炉８００とヘッド部８６０とは、連結用ハブ組立体８６５のところで互いに連結されているが、この連結用ハブ組立体８６５は、反応炉８００とヘッド部８６０に対して容易に連結したり、外したりできるようにしている。図１５に示した実施の形態では、この連結用ハブ組立体８６５は、処理用ヘッド部８６０に固定したヘッド用連結ハブ８７０と、反応炉８００に固定した反応炉用連結ハブ８７５とからなる。これら両連結ハブ８７０、８７５は通常の操作時では、例えばネジ溝継手８８０により互いに連結されるようになっている。ロック用ネジ８８５がヘッド用連結ハブ８７０を貫通しており、それを回すことで反応炉用連結ハブ８７５の表面、または、それに形成してある孔に係合することで、一旦連結した連結用ハブ８７０、８７５が互いに弛んで外れないようにしている。
【００４９】
そこで反応炉８００を外す場合、反応炉を回してロック用ネジ８８５を、ヘッド部８６０に固着してある対応するチャンネルスリーブ８９０と調芯させる。チャンネルスリーブ８９０は、ユーザがロック用ネジ８８５まで工具を通せるように構成されている。その後、ロック用ネジがネジ用ヘッドブロック８９５と係合して連結されるまで、当該ロック用ネジを回して上昇させる。このように連結されると、ヘッド用連結ハブ８７０はヘッド部８６０に対して回転しないようにロックされ、従って反応炉８００とその反応炉用連結ハブ８７５とがヘッド用連結ハブ８７０に対して回せるようになって、これにより反応炉をヘッド部から外すことができるのである。
【００５０】
反応炉８００のもう一つの構成上の特徴を説明すれば、例えばアルミ製の硬化部材(stiffening member)９１０が上部室部材２０５に固着されている。上部と下部の何れか、または両方の室部材の剛性を増やせば、回転速度をもっと速くすることができ、また、処理時での内部室壁の平坦性を増強することができる。
【００５１】
前述した構成の反応炉を利用すると、種々の利点が得られるものである。これらの利点の大部分は、反応炉の様々な室での流体の流れ面積を減少したことから直接もたらされるものである。一般に、利用する処理流体に無駄が生じないので、当該処理流体をより効率的に利用できるのである。また、反応炉の様々な室での流体の流れ面積を減少したことから、温度や流量などの流体の流れの物理的なパラメータを制御するのも容易である。これによりより一貫した成果が得られ、しかもその成果を繰返し再現することができるのである。
【００５２】
また、前述した構成により、反応室の単一の流体入口を介して二種かそれ以上の処理流体を順次供給することにより、単一のウェハに対して順次処理を施すことができる。更に、ウェハの上面と下面とに異種処理流体を同時に供給できることから、新規な処理操作を施す機会が開いて来るであろう。例えば、ＨＦ液の如くの処理流体を反応室の下部流体入口に供給してウェハの下面を処理する一方で、窒素ガスの如くの不活性流体を上部流体入口へ供給しても良いのである。従って、ウェハ上面をＨＦ反応から効果的に隔離しておきながら、ウェハ下面をＨＦ液と反応させることができるのである。
【００５３】
更に、ウェハは、前述の処理法を利用すれば、個々のウェハを乾燥する場合に比べて、それぞれのウェハを迅速に洗浄して乾燥することができる。
【００５４】
図１７は、前述の実施の形態の洗浄機/乾燥機に供給する洗浄/乾燥流体の供給を制御する一形態を示す。図示のように、流体供給システム1800は、窒素ガス供給源1805、ＩＰＡ供給源1810、ＩＰＡ蒸発器1815、ＤＩ水供給源1820、所望により加熱素子1825、所望により流量計1830、所望により流量調整器/温度センサー1835、弁機構1840からなる。この供給システム1800の全ての構成部品は、適当なソフトウェアでプログラミングされる制御装置１８４５の制御の下で稼働するものであってもよい。
【００５５】
洗浄機/乾燥機の作用について説明すれば、弁機構1840を介して、供給源1820からＤＩ水を洗浄機/乾燥機室の上部及び下部入口の両方へ供給できるようにする。このように室へ水が供給されるに伴い、例えば２００rpmの回転速度でウェハをスピンする。これにより供給された水は向心加速度の作用によりウェハの両面に沿って拡散しながら流れる。充分な量の水が室へ送られてウェハの両面が洗浄されると、今度は弁機構1840を、好ましくは窒素とＩＰＡ蒸気とからなる乾燥流体を洗浄機/乾燥機室の上部及び下部流体入口へ供給するように設定する。この弁機構1840は、乾燥流体の流れの先頭がＤＩ水の流れの後尾の直後に続くように作用させるのが望ましい。乾燥流体が室に流入するに従い、ウェハのスピンにより生じた向心加速度で乾燥流体がウェハの表面に沿って流れ、ＤＩ水がウェハ表面に形成したメニスカスの追従する。ＩＰＡ蒸気はメニスカスのエッジの所でのウェハ表面の乾燥が行われるように助長する。ウェハのこの乾燥は、加熱素子1825を利用してＤＩ水と窒素/ＩＰＡ蒸気の何れか、または両方を加熱すれば促進されることになる。これらの流体を供給するときでの温度が、制御装置1845により調節できるようにしても良い。同様に、流量調節器1835と流量計1830とは、制御装置1845がそれらを利用して、洗浄機/乾燥機室へのＤＩ水と窒素/ＩＰＡ蒸気の何れか、または両方の流れを制御できるようにしても良い。
【００５６】
前述の反応炉の構成は、僅かな改変を施せば、微小電子母材と一種かそれ以上の処理液との接触を制御すると共に、母材の選ばれた領域だけにかかるようにする幾つかの独特のプロセスを実行できるようにすることができる。そのような反応炉の構成の一実施の形態を図１８から図２２に示す。
【００５７】
図１８から図２２に、上面１２と下面１４とを有し、円形の外周縁１６をも有するシリコンウェハ５５の如くの微小電子母材をミクロ環境で処理するに適した反応炉2100を示す。ある用途では、上面１２が前面となり、デバイス面と呼ばれることもあり、その場合下面１４は背面となり、非デバイス面と呼ばれることがある。他の用途ではシリコンウェハ５５が反転使用されて、呼び方が変わることもある。
【００５８】
一般に、特に断りがない限り、反応炉2100は、ここまで説明した反応炉と同一ないし類似構成である。しかしながら、図面に示し、ここで説明するように、反応炉2100は、選択された微小電子製作プロセスが実行できるほど汎用性を持つように改良されている。
【００５９】
反応炉2100は、上部ないし室壁2120を有する上部室部材ないしロータと、下部室壁2140を有する下部室部材ないしロータとを具備している。これらの室壁2120、2140は、処理を行うに当り反応炉2100にウェハ５５が装入できるように互いに開成するようになっている。ウェハ５５の装入は、例えば末端作動体(end effector)を有するロボットの如くの装填・取出し機構(図示せず)により行われる。これらの室壁2120、2140は、両室壁2120、2140の間においてウェハ５５を処理位置に支持するカプセル2160を画成するように閉成できるようになっている。
【００６０】
回転軸芯Ａを有する反応炉2100には、上部室壁2120に装着したロータ2210を囲繞し、ロータ2210と閉成したときの上部及び下部室壁2120、2140とを軸芯Ａを中心として、処理位置に支持されているウェハ５５と共に回転させるモータ2220を支持するヘッド2200を備えている。モータ2220は、ヘッド2200内で転がり軸受け2224を介して径方向に支持されているスリーブ2222を駆動するようになっている。ヘッド2200は、室壁2120、2140の開成に当っては上昇、閉成に当っては下降できるようになっている。
【００６１】
上部室壁2120には、液体、蒸気、ガスの何れでも良い処理流体の流体入口2122が形成されており、他方、下部室壁2140にも斯かる処理流体の流体入口2142が形成されている。尚、流体入口2122と流体入口2142に流入する流体は、用途に応じて同一であっても良く、または異種であっても良い。ヘッド2200は、スリーブ2222の回転の邪魔にならないように当該スリーブ2222をその長手方向に沿って延在する上部ノズル2210を支持している。この上部ノズル2210は、上部室壁2120における流体入口2122に流入した流体を下方へ仕向ける作用をなす。
【００６２】
上部室壁2120には、垂直軸芯Ａを中心として回転方向に均等に隔離した同一構成の流体出口２１２４が形成されている。図示の実施の形態では、流体出口2124の数は３６個あるものとして示している。流体出口2124は、母材の半径よりも僅かに小さい距離だけ垂直軸芯Ａから外側に隔てている。また、この流体出口2124は、処理位置で支持されているウェハ５５の外周縁から半径方向内側に僅かだけ、例えば約１〜５ミリ程度、隔てている。
【００６３】
上部及び下部ロータを閉成すると、室壁2120,2140とが両者間にミクロ環境反応炉2160を画成することになるが、このミクロ環境反応炉にあっては、上部処理室2126が上部室壁2120と支持されているウェハ５５のほぼ平坦な第１面との間に画成され、下部処理室2146が下部室壁2140と支持されているウェハ５５の、前記第１面とは反対側のほぼ平坦な第２面との間に画成される。これらの上部及び下部処理室2126、2146は、支持されているウェハ５５の外周縁の外側において互いに連通していると共に、環状域2130の下部2134を画成する圧縮自在な環状シール2132(例えばＯ-リング)によりシールされている。このシール2132により、下部流体入口2142に流入した処理流体は、充分加圧された状態に保って流体出口2124へと流出できるのである。
【００６４】
前述した実施例における構成の反応炉に比べて、反応炉2100は、広範囲の微小製作プロセスを実行するのに特に適したものである。例えば、反応炉2100は、母材の第１面とは前面にわたって処理流体が接触する一方、母材の第２面に関してはその外周部だけに接触する処理を実行するのに特に適している。このような処理は、下部室壁2140に形成されている流体入口2142に流入する処理流体は流体出口2124に達するまでに、支持されているウェハ５５の下面１４に作用し、その後当該ウェハ５５の外周縁１６に作用し、最後に当該ウェハの上面１２の外周部１８に作用すること、また、下部室壁2120に形成されている流体入口2122に流入する処理流体は流体出口2124に達するまでに、支持されているウェハ５５の上面１２の外周部１８以外の表面に作用することから可能なのである。
【００６５】
そのような処理の有意的な一例としては、処理流体を母材の第１面と接触させ、その後外周縁と第２面の外周部と接触させるようにした処理を実行するために、それぞれの流体入口2122に流入する処理流体の圧力を制御しながら当該反応炉2100を利用することが挙げられる。このような処理流体の流量/接触では、反対面の外周部から当該反対面に処理流体が及ぶのを避けているものとみることができる。そのようなプロセスの一実施の形態によれば、母材の第１面と外周縁と当該母材の反対面の外周部から材料の薄膜をエッチングできるのである。
【００６６】
前述のようなプロセスの具体的な実施の形態としては、半導体ウェハなどに微小電子部品と相互接続構造体の何れか、または両方を形成する金属化プロセスが挙げられる。このためには、シード層の如くの薄膜を前面のバリア層の上と外周の少なくとも一部分に形成する。例えば銅泊を形成する電気メッキなど一つかそれ以上の経過処理の後に、電解メッキ材や薄膜材、バリア層材の何れか、またはそれらを食刻しうるエッチャントを、それが第１面の半径内側の部分に流れ込むのを防ぎながら第１面の外周部だけに選択的に流れるようにする。このようにして、第１面の外周部から一層かそれ以上の層を除去することができ、その外周部から半径方向内側に臨む第１面の部分における層は除去されることなくそのまま残されるのである。このエッチャントが反対面と外周縁へと、また、第１面の外周部へと流れ込んだら、ウェハの外周縁から一層かそれ以上の層が除去され、エッチャントが除去しうる汚染物が背面から剥がされてしまう。
【００６７】
前述のプロセスの説明からして、処理流体が母材の外周部と反対面の何れか、または両方と選択的に接触することから、他の層と材料の何れか、または両方が選択的に食刻され、清浄化され、付着され、保護されるとか言ったようなことができるのは明らかであろう。例えば、フッ化水素酸の如くの酸化エッチャントとの選択的接触により、母材の第１面とは反対側の面とその第１面の外周部から酸化物を除去することができる。同様に、母材の前面の外周部を省く全面に酸化エッチャントが接触するようにして、当該外周部にある酸化物をそのまま残すように酸化エッチャントを反応炉において制御することも可能である。また、流体出口2124をなくせば、外周部の選択的な堆積や除去が不必要か、または望ましくないとされているプロセスにこの反応炉2100を利用することもできる。
【００６８】
図１９から図２０に示すように、反応炉が実行するようになっている特定のプロセスに応じて、また、できるとすれば、それと同時に利用できる自動化に応じて、前述の各構成の反応炉に付加的な構造を設けることもできる。これらの付加的構造の一つとして、下部室壁2140の上面2144において、流体入口2142の回りに環状液溜め2146を形成しても良い。この液溜め2146は、流体入口2142を介して供給した残留処理流体や液状副生成物を回収するのに利用する。例えば液体がウェハ５５にぶつかって落下すれば、反応炉２１００の回転により向心加速度の影響で流体出口2124の方へと落下する液体が案内される。
【００６９】
反応炉2100に追加するもう一つの付加的構造は下部ノズルの構成に関わっている。図示のように、下部室壁2140の流体入口2142の下方にもうけた下部ノズル2260には、図１９に示すように二つかそれ以上のポート2262が形成されており、これらのポート2262を介して処理流体の噴流を流体入口2142を介して上方に流れるように仕向けている。これらのポート2262は、それぞれのポート2262を介して仕向けられた噴流がウェハ５５の下面に達する箇所の近傍で合流するように設計されている。反応炉2100にはパージ用ノズル2280も備わっており、このパージ用ノズル2280は下部ノズル2260の側方に配置されていて、窒素ガスの如くのパージ用ガスの流れを下部ノズル2260を横切って流れるように仕向けている。
【００７０】
また、反応炉2100にはベース2300があって、このベース2300に下部ノズル2260とパージ用ノズル2280とが装着されていると共に、このベース2300が環状同心プレナム2320を画成している。このプレナム2320には複数(例えば、四つ)のドレイン2322(一つのみ図示)があって、各ドレイン2322には、該ドレイン2322を開閉する空圧式ポペット弁2340が備わっている。これらのドレイン2322は異種の処理流体を、貯蔵システム、処理システム、ないし再循環システムの如くの適当なシステム(図示せず)へと送り込む送給路を形成している。
【００７１】
プレナム2320の上方において、上部室壁2120からそれを中心として下方に延在する環状スカート2360が設けられており、この環状スカート2360も上部室壁2140と一体回転するようになっている。各流体出口2124は、該流体出口2124にある処理液を、環状スカート2360の内側表面2362の方へと流体路2364を介して仕向けるようにその向きが定められている。内側表面2362は図示のように下方外向きに末広がり形状になっているので、この内側表面2362に達する処理流体は、反応炉の回転に伴う向心加速度の影響でプレナム2320の方へと下方外向きに流れるようになっている。従って、処理流体はプレナム2320を介して掃引されてドレイン2322へと流れるのである。
【００７２】
ロータ2210にはリブ付き表面2215があって、このリブ付き表面2215は、プレナム2320と連通する環状領域2204においてヘッド2200の平滑な下面に対峙していると共に、僅かだけ隔離されている。そこで、ロータ2210が回転すると、このリブ付き表面2215は環状領域2204における空気を渦流となす傾向があり、これによりプレナム2320を介してドレイン2322の方へを処理流体を追いやることができるのである。
【００７３】
上部室壁2120にはスペーサ2128が設けられており、これらのスペーサ2128は下方に突出して、支持されているウェハ５５が処理位置から浮き上がって上部室壁2120に接触するのを防いでいる。他方、下部室壁2140にはスペーサ2148とポスト2150とが設けられている。これらのスペーサ2148は上方に突出して、ウェハ５５を下部室壁2140の上方に所定距離だけ隔てて支持しており、他方、ポスト2150は、このように支持されているウェハ５５の外周縁１６から上方に突出して、当該ウェハ５５が垂直軸芯Ａの中心から変位しないようにウェハ５５の偏心を防いでいる。
【００７４】
図２４から図２６において、下部室壁2140には、処理位置に設定されているウェハ５５を上昇位置へと上昇させる昇降機構2400が装着されていても良い。この昇降機構は、上部及び下部室壁2120、2140を互いに開成すべくヘッド2200をベース2300の上方へ上昇させる際にウェハ５５を上昇位置へ移動させるものである。このように支持されているウェハ５５を上昇位置へ上昇させると、例えば末端作動体(end effector)を有するロボット・アームの如くの装填・取出し機構(図示せず)によるウェハの取り出しが容易になる。
【００７５】
この昇降機構2400は、一群の昇降レバー2420からなる。各昇降レバー2420は枢支ピン2422を介して下部室壁2140に枢動自在に取り付けられているが、この枢支ピン2422は、作動位置と不作動位置との間を枢動自在となるように下部室壁2140におけるソケット2424へと対応する昇降レバー2420から延在している。各枢動レバー2420は、上部及び下部室壁2120、2140を互いに閉成する時に上部室壁2120に係合する不作動位置に設定されるように配置されている。他方、この各昇降レバー2420は、後述のように付勢されているので、上部室壁2120と係合していないときは常時作動位置へと枢動されている。
【００７６】
従って、各昇降レバー2420は、上部及び下部室壁2120、2140が互いに閉成されるにつれて作動位置から不作動位置へと枢動させられるが、上部及び下部室壁2120、2140が互いに開成されるにつれて不作動位置から作動位置へと枢動させられるようになっている。各昇降レバー2420に設けられているピン2424は、処理位置に設定されているウェハ５５の下方へと延在していて、対応する昇降レバー2420が不作動位置から作動位置へと枢動させられると昇降位置へとウェハを持ち上げるようになっている。
【００７７】
昇降レバー2420は弾性部材2440(例えばＯリング)により付勢されていても良く、その場合での弾性部材2440は下部室壁2140を囲繞していると共に、昇降レバー2420から垂下するフック2425を介して昇降レバー2420と係合している。各昇降レバー2420において、ピン2422が、径方向に対向するピン2426とフック2425との間の軸芯を画成している。弾性部材2440は、上部及び下部室壁2120、2140が互いに閉成してると比較的高引張状態に維持されているが、上部及び下部室壁2120、2140が互いに開成していると比較的低引張状態に維持される。
【００７８】
図２０に戻って、上部及び下部室壁2120、2140は互いに閉成して合体位置にあるとラッチ機構2500により互いに解放自在にクランプされるようになっていても良い。図１９、図２０Ａ、図２０Ｂに示すように、このラッチ機構は、下部室壁2140に保持されていて、上部室壁2120に設けた補完形状の凹部2540に係入するようになっているラッチ用リング2520からなる。このラッチ用リング2520は弾性バネ材(例えばフッ化ポリビニリデン)からなり、ラッチ用リング2520が第１直径を呈する未変形状態から同じラッチ用リング2520が比較的小さい直径を呈する変形状態へと変形させる、内側に階段状になっている一群の段部2350がラッチ用リング2520に一体形成されている。ラッチ用リング2520の斯かる変形は、段部2530に半径方向内側に作用する力が作用したときに発生する。この力がなくなると、ラッチ用リング2520は元の未変形状態に戻る。
【００７９】
前述のラッチ機構2500は、段部2530毎にラッチ用カム2540が備わっている。各ラッチ用カム2540は、対応する段部2530に半径方向の力をさせるようになっている。
【００８０】
図１９に示すように、ラッチ機構2500には作動リング2560も備わっており、この作動リング2560は、当該作動リング2560が所定の移動範囲内で昇降運動を行うとラッチ用カム2540を作動させるようになっている。即ち、作動リング2560は、上昇させられるとラッチ用カム2540を作動させるが、下降させられるとラッチ用カムを不作動させるようになっている。この作動リング2560をこのように昇降させるのに、空圧式リフター2580(例えば３台のリフター)を用いている。作動リング2560が上昇させられると、上部及び下部室壁2120、2140は互いに解放されるので、ヘッド2200は上部及び下部室壁2120、2140を開成すべくベース2300から上昇させられ、或いは、上部及び下部室壁2120、2140を閉成すべくベース2300へと下降させられる。
【００８１】
図２０Ａに示すように、作動リング2560に設けたピン2562(一つだけを図示)は上方に突出して、作動リング2560が上昇しているときに整合リング2570にある孔2570に係入している。整合リング2570は下部室壁2140に連結されていて、その下部室壁と一体回転する。作動リング2560が下降すると、ピン2562は孔2564から抜けて、整合リング2570から離れる。このピン2562が対応する孔2564に係入していると、当該ピン2562は、処理位置に支持されているウェハ５５と整合するので、前述のようにロボットシステムでウェハ５５を取り出すのが容易になる。
【００８２】
図２７から図３０までは、環状外周域を処理すると共に、図２０と図２１を参照しながら説明した処理ステップを実行するのに有用なロータのエッジ構成を示す。
【００８３】
図２７と図２８とにおいて、別実施の形態による反応炉2600において、上部ロータ2602には側部2608と連接する上部2606が備わっている。この上部2606は、前述したシャフト２６０の如くのシャフトと駆動モータとに連結されている上部ウェブ板2610に連結されているか、または一体形成されている。
【００８４】
下部ロータ2604は、ベース2612から上方に延在する垂直壁2614を備えている。この垂直壁2614は内表面2616と外表面2618とを有している。外表面2618に形成されているＯリング溝2620にはＯリング2622が着座していて、上部ロータ2602の側部2608の内表面2624に対して下部ロータ2604をシールしている。反応炉２６は、ヘッド2200内、またはその他の囲繞体に回転自在に装着されている。
【００８５】
ウェハ５５ないしその他の母材は、その外周部が下部ロータ2604のベース2612から上方に延在する下部隔離部材ないしピン１０５と、上部ロータ2602の上部2606から下方に延在する上部隔離部材ないしピン１１０との間に挟持された形で支持される。ウェハ５５の端面ないしエッジ５８は垂直壁2614の内表面2616から僅かだけ隔離されている。ピン１０５、１１０は、何れも直径は小さく、ウェハ５５と接触する接触面もできるだけ小さくされている。従って、ウェハ５５の上表面５７全体と下表面５９全体とは、反応炉2600の構造体からほぼ隔離されている。
【００８６】
図２８を参照するとして、上部及び下部ロータ2602,2604は、ロータがウェブ状構造になっていることから、ほぼ開いている。ピン１０５、１１０はロータの外周に沿って半径方向に隔離されている。
【００８７】
使用に当っては、ウェハ５５の上表面５７に、前述した実施の形態におけるのと同様に好ましくは中心域において処理流体を供給する。すると流体2630は上表面５７を半径方向外側へと流れ、かくて上部及び下部ロータ2602、2604とが画成するリザーバ2650へと流入する。特に、このリザーバ2650の上部は上部2606により、その底部はベース２６１２により、更にその外側は垂直壁2614の内表面2616によりそれぞれ画成されている。このリザーバ2650の内面、即ち、スピン軸Ａに近接する表面は開放されている。従って、このリザーバ2650は上壁、底壁、外壁からなる三側面溝として形成されており、内壁は備わっていない。
【００８８】
使用に当っては、上部及び下部ロータは先ず垂直方向に隔離されている、即ち、分離されている。その状態で、手動により、或いはロボットを利用して下部ロータ2604にウェハ５５ないしその他の母材を載置する。すると、ウェハは下部隔離部材ないしピン１０５に着座する。その後上部及び下部ロータを合体させる。このように合体させると、ウェハ５５は上部隔離部材１１０により上方から支えられることになる。従って、ウェハ５５は確実にロータ間に保持されるのである。同時に、Ｏリングが上部ロータ2602と摺動接触してシールする。
【００８９】
その後、反応炉2600を処理に適したスピン速度まで加速を掛ける。他方、処理流体2630を遠心力の作用で半径方向外側へ流してリザーバ2650に流入するようにする。図２８に戻って、ピン１０５、１１０は、リザーバ2650が反応炉2600の外周全体にわたって延在している一方、ピンは極めて小領域を占有しているに過ぎないから、リザーバ2650への流体2630の流れを妨げるようなことはない。
【００９０】
ウェハを流れた流体2630はリザーバ2650に溜まる。この流体は遠心力により半径方向外側に追いやられているので、リザーバに留まったままであり、リザーバの開放されている内表面(即ち、スピン軸Ａに対峙する側)から流出するようなことはない。一般に、上部ロータ2602と下部ロータ2604との間には小さな隙間2626が残されている。流体はこの隙間を介して流れるものの、Ｏリング2622のところで阻止される。リザーバ2650が満杯になり、流体が続けて上面５７に沿って外方に流れ、かくてリザーバに流入すると同時に、流体は下部ロータ2604におけるベース2612の内側リップないしエッジ2615から出てくる流出流2632としてリザーバから出てくる。この流出流2632は下方に流れた後、半径方向外側に流れ、かくてロータから流出してしまう。このように流れた流出流2632は、ヘッドないし囲繞体2200により回収されるか、偏向される。
【００９１】
スピン速度と流体供給量が大凡一定になると、ウェハ５５の下面５９に比較的シャープな、一貫した分離線(sharply defined and consistent separation line)2634が形成される。従って、上面５７全体と外縁部５８と、下面５９における外側の環状外周域(縁部５８から分離線2634へと半径方向内側に展開する部分)とは、流体2630で覆われて処理されることになる。底面５９において処理された環状外周域の幅、即ち、縁部５８と分離線2634との間の寸法は、典型的には約１〜５ミリであり、通常は約３ミリである。下面５９の中心域全体には流体は接触しないから、その中心域全体は処理されることはない。
【００９２】
図２９は、上部ロータ2702と下部ロータ2704とを有する別実施の形態による反応炉2700の構成を示すものである。図２７に示した反応炉2600とは異なって、図２９の反応炉2700には、連続してディスク状ないし板状の上部及び下部ロータが使われている。詳述すれば、上部ロータ2702は、円形上部板2706に直交して連接する側部ないし脚2708からなる。同様に、下部ロータ2704も、円形下部ロータ板ないしディスク2712に直交して連接する直立脚2710からなる。この上部及び下部ロータが互いに係合すると、上部ロータ2702の側部2708は、当該側部2708に形成したＯリング溝2720に着座するＯリング2622を介して下部ロータ2704の直立脚2710にシールされる。
【００９３】
使用に当っては、ウェハ５５は支持体ないしピン１０５、１１０の間に挟持された形でロータに支持される。このウェハ５５の外周縁５８は側部2708の内表面2710から僅かだけ隔離されている。
【００９４】
処理流体は、反応炉2700が回転している間にウェハ５５の上面５７に供給される。この流体は半径方向外側に流れてリザーバ2750に流入することは、反応炉2600について前述した作用と同様である。上部及び下部ロータの間の隙間2726を介して流れる流体はＯリング2622で阻止される。下部ロータ2704には、外周縁５８から半径方向内側に約３ミリだけ隔てた箇所において排出口2730が形成されている。流体2630はこの排出口2730を介して流出するが、その際の流出流2732は下部ロータ2704の底面に沿って流れ、その後、ヘッドないし囲繞体2200へと流出する。排出口2730から出る流体は、シャープな円周分離線2734を形成する。従って、ウェハ５５の下面５９の環状外周域だけが処理され、残りの中心域(例えば、２００ミリ径ウェハの場合では１９４ミリの直径域)は未処理のまま残されるのである。
【００９５】
図３０は、また別の実施の形態による反応炉2800を示すもので、この反応炉2800は上部中心開口2808を有する上部ロータ2802を備えている。下部ロータ2804は、図２８に示した如くのウェブ構造であっても良く、または、取付具2809を介して上部ロータ2802に機械的に取り付けられていても良い。上部ロータ2802のフランジ2810は、下部ロータ2804に形成した溝2820に着座しているＯリング2622を介して下部ロータ2804にシールされている。ウェハないしその他の母材５５は、前述したのと同様に支持体１０５、１１０の間に挟持された形でロータ間に支持されている。排出口2830は、上部ロータ2802のフランジ2810と下部ロータ2804とにより画成されているリザーバ2850の内側において上部ロータ2802に、当該上部ロータを貫通するように形成されている。
【００９６】
使用に当っては、中心部(軸Ａ)においてウェハ５５の下面５９へと処理流体2630を導入する。好ましくは、この処理流体は複ジェット１３２を有するノズル１３０を介して導入するのが望ましい。流体2630は底面５９に沿って半径方向外側に流れ、リザーバ2850を充満する。その後、この流体は排出口2830を介して流出することで、ウェハ５５の上面５７において処理済み環状外周域と未処理の内側面とを区画する分離線2834を形成する。上部中央開口2808を介してパージガスを導入し、これが排出口2830から排気されるようにするのが望ましい。パージガスは上面５７の領域に流体蒸気がかからないようにする。尚、このパージガスは反応炉2600や反応炉2700においても利用できる。
【００９７】
図２９と図３０に示した実施の形態では、単一の排出口、または、複数の排出口を利用することも出きる。図２７から図３０に示した反応炉は、図２７から図３０を参照しながら説明した点を省き、図１、図２、図１４、図１８に示した反応炉と同一態様(例えば、流体の供給、ロータのスピン、ロータ構成など)で稼働する。
【００９８】
以上の本発明の説明においてはウェハを一例に挙げた。しかしながら、本発明の用途は広範囲にわたるものであるのは明らかである。例えば、本発明は、ディスクやヘッド、扁平パネル表示装置、微小電子マスク、それに、効果的な調節された湿式処理を要するその他の装置にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態の母材ハウジングとロータの横断面図。
【図２】 母材ハウジングの別実施に形態の分解斜視図。
【図３】 図２の母材ハウジングの上面図。
【図４】 図３における線ＩＶ−ＩＶに沿う母材ハウジングの横断面図。
【図５】 図３における線Ｖ−Ｖに沿う母材ハウジングの横断面図。
【図６】 図３における線ＶＩ−ＶＩに沿う母材ハウジングの横断面図。
【図７Ａ】 合体位置にあって回転駆動装置に連結されている母材ハウジングを示す横断面図。
【図７Ｂ】 合体位置にあって回転駆動装置に連結されている母材ハウジングを示す横断面図。
【図８Ａ】 離間位置にあって回転駆動装置に連結されている母材ハウジングを示す横断面図。
【図８Ｂ】 離間位置にあって回転駆動装置に連結されている母材ハウジングを示す横断面図。
【図９】 上部及び下部ウェハ表面を別々に処理するエッジ構成の部分断面図。
【図１０】 自動汲上げ式循環システムを有する母材ハウジングの断面図。
【図１１】 図１から図１０にそれぞれ示した反応炉を利用する処理ツールの概略図。
【図１２】 図１から図１０にそれぞれ示した反応炉を利用する処理ツールの概略図。
【図１３】 バッチ式ウェハ処理システムの概略図。
【図１４】 母材の装填、取り出しのために離間状態にある別の反応炉を示す断面図。
【図１５】 合体位置にある図１４の反応炉の断面図。
【図１６】 図１４の反応炉で利用できる付勢部材の上面図。
【図１７】 洗浄/乾燥処理に利用する前述の反応炉のシステム図。
【図１８】 別の反応炉の実施の形態の切欠き図。
【図１９】 図１８に示した反応炉の断面図。
【図２０Ａ】 図１８の反応炉のある機素の拡大詳細図。
【図２０Ｂ】 図１９に示した下部処理室の底部斜視図。
【図２１】 図２０に示した特徴の拡大詳細図。
【図２２】 図２０に示した特徴の拡大詳細図。
【図２３】 図１８の反応炉で利用した形でのロータの拡大斜視図。
【図２４】 別の下部室の実施の形態の拡大斜視図。
【図２５】 図２４に示した昇降レバーの拡大斜視図。
【図２６】 図２４に示した昇降レバーの拡大斜視図。
【図２７】 別のエッジ構造の実施の形態の断面図。
【図２８】 図２７に示したロータの上面図。
【図２９】 別のエッジ構造の実施の形態の断面図。
【図３０】 別のエッジ構造の実施の形態の断面図。
【符号の説明】
10、200、800、2100、2600、2800…反応炉
40、410…回転モータ
55…ウェハ
60、2602…上部ロータ
75、2604…下部ロータ
240、810…ウェハ支持体
2650…リザーバ
2730…排出口

Claims (11)

1. 円盤状の半導体製品を処理する方法であって、
   半導体製品の軸心（Ａ）の方向に互いに対向するリング状の上部ロータ（２６０２、２８０２）とリング状の下部ロータ（２６０４、２８０４）の間に、前記半導体製品を挟持するステップと、
   前記半導体製品を、前記半導体製品の軸心（Ａ）の回りで回転させるステップと、
   前記半導体製品の上面に処理流体を宛がうステップと、
   回転に伴って発生する遠心力の作用で前記半導体製品の上面から半径方向外側に前記処理流体を流すステップと、
   前記半導体製品の外周において上部ロータ（２６０２）と下部ロータ（２６０４）によって形成されるリザーバ（２６５０）に前記処理流体を含ませて、前記半導体製品の下面の外側環状域に前記処理流体が流れるステップとからなる方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、上部及び下部ロータ（２６０２、２６０４）上のピン（１１０、１０５）に前記半導体製品を支持させて、前記半導体製品の上面のほぼ全体を前記処理流体に曝すステップを更に設けた方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記処理流体を専ら遠心力の作用により下面の外側環状域に閉じ込めるステップを更に設けた方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記半導体製品の中心域に前記処理流体を宛がうステップを更に設けた方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、上部ロータ（２６０２、２８０２）を下部ロータ（２６０４、２８０４）に対してシールするステップを更に設けた方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、所定流量で前記処理流体を宛がって前記半導体製品の外周に環状リサーバ（２６５０）を形成し、その後所定流量で前記環状リザーバ（２６５０）から前記処理流体を排出することにより、前記環状リザーバ（２６５０）には一定量の前記処理流体が残るようにするステップを更に設けた方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、
   前記半導体製品の外周に臨む開口（２７３０）を介してリザーバ（２６５０）から前記処理流体を取出すステップを更に設けた方法。
8. 円盤状の半導体製品を処理する装置であって、
   リング状の第１ロータ（２６０２、２８０２）と、
   前記第１ロータ（２６０２、２８０２）に対してシールし得るように、前記半導体製品の軸心（Ａ）の方向に前記第１ロータ（２６０２、２８０２）と対向するリング状の第２ロータ（２６０４、２８０４）と、
   前記第１及び第２ロータ（２６０２、２６０４）の間に前記半導体製品を挟持するように、前記第１及び第２ロータ（２６０２、２６０４）に設けられた複数の隔離部材（１０５、１１０）とからなり、
   環状リザーバ（２６５０）が、前記半導体製品の外周において前記第１及び第２ロータ（２６０２、２６０４）の間に形成されている装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、前記半導体製品の中心域に処理流体を導入すべく配置したノズルを更に設けた装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、前記環状リザーバ（２６５０）が、前記第１及び第２ロータ（２６０２、２６０４）により形成される上面と、底面と、外壁面とを有する装置。
11. 請求項８に記載の装置であって、前記隔離部材（１０５、１１０）が、前記環状リザーバ（２６５０）内に配置されている装置。

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