JP7366533B2 - 半導体ウエハの統合した分解および走査のためのシステム - Google Patents

半導体ウエハの統合した分解および走査のためのシステム Download PDF

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Description

（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６２／５９３６６５号明細書（２０１７年１２月１日出願、発明の名称（"VAPOR PHASE DECOMPOSITION SYSTEM WITH CHAMBER FOR INTEGRATED DECOMPOSITION AND SCANNING"））および、米国仮特許出願６２／６７６２３４号明細書（２０１８年５月２４日出願、発明の名称（"SEMICONDUCTOR WAFER DECOMPOSITION AND SCANNING SYSTEM"））に関する米国特許法第１１９条（ｅ）（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ））の利益を主張するものである。米国仮特許出願第６２／５９３６６５号明細書および第６２／６７６２３４号明細書は、参照によりその全体がここに組み込まれる。
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分光分析法は、液体サンプル中の微量元素濃度および同位体比を求めるために、一般に使用される分析技法である。ＩＣＰ分光分析法では、約７０００Ｋの温度に達する電磁的に発生した部分的にイオン化されたアルゴンプラズマを使用する。サンプルをプラズマに導入すると、高温によってサンプル原子がイオン化されるか、または発光する。化学元素はそれぞれ、特徴的な質量スペクトルまたは発光スペクトルを生成するため、放射された質量スペクトルまたは光スペクトルを測定することで、元のサンプルの元素組成を求めることができる。
サンプル導入装置を使用して、分析のために液体サンプルをＩＣＰ分光計（たとえば、誘導結合プラズマ質量分析計（ＩＣＰ／ＩＣＰ－ＭＳ）、または誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ）など）に導入することができる。たとえば、サンプル導入装置は、サンプルのアリコート（aliquot: 一定分量）をネブライザに送り、このネブライザはそのアリコートを、ＩＣＰ分光計によるプラズマでのイオン化に適した多分散エアロゾルに変換することができる。ネブライザによって生成されるエアロゾルは、次いでスプレーチャンバ内で振り分けられ、ここでより大きなエアロゾル粒子が除去される。スプレーチャンバを出ると、エアロゾルは分析のためにＩＣＰ－ＭＳまたはＩＣＰ－ＡＥＳ機器のプラズマトーチアセンブリによってプラズマに導入される。
半導体ウエハの統合した分解および走査のためのシステムならびに方法を記載しており、対象のウエハを分解して走査するために単一のチャンバが使用される。チャンバの実施形態は、下記のものに限定されないが、
内部領域およびチャンバの上部にある第１開口部を画定するチャンバ本体であって、チャンバ本体の内部領域の中に半導体ウエハを受容するチャンバ本体と、
チャンバ本体の上部とチャンバ本体の底部との間にあるチャンバ本体の中間部において内部領域内に突出しているレッジであって、中間部の内部領域内に第２開口部を画定するレッジ（ledge: 胴蛇腹）と、
半導体ウエハの少なくとも一部を保持するように構成されたウエハ支持体であって、少なくとも第１開口部に隣接する第１位置と、チャンバ本体の内部領域内の第２開口部に隣接する第２位置との間で位置決め可能であるウエハ支持体と、
ウエハ支持体に動作可能に連結されたモータシステムであって、チャンバ本体に対してウエハ支持体の垂直位置を制御し、少なくとも、走査ノズルによる半導体ウエハへのアクセスのための第１位置、および半導体ウエハの表面の分解のための第２位置に制御するように構成されたモータシステムと、
第１開口部と第２開口部との間に位置決めされたネブライザ(nebulizer: 噴霧器)であって、ウエハ支持体がモータシステムによって第２位置に位置決めされた場合、半導体ウエハの表面に分解液を噴霧するように構成されたネブライザと、を含む。
ノズルシステムの実施形態は、下記のものに限定されないが、
ノズルおよびノズルハウジングを備え、
ノズルは、
第１ノズルポートと流体連通している入口ポートを画定し、そして出口ポートと流体連通している第２ノズルポートを画定するノズル本体であって、入口ポートを介して流体を受け取り、第１ノズルポートを介して流体を送って、半導体ウエハの表面に流体を導入するように構成され、そして第２ノズルポートを介して半導体ウエハの表面から流体を除去し、かつ第２ノズルポートから出口ポートを介して流体を送るように構成されたノズル本体と、
第１ノズルポートおよび第２ノズルポートに隣接してノズル本体から延びており、かつ第１ノズルポートと第２ノズルポートとの間に配置されたチャネルを画定するノズルフードであって、半導体ウエハの表面に沿って第１ノズルポートから第２ノズルポートへ流体を送るように構成されたノズルフードとを含み、
ノズルハウジングは、内側部分、ならびに延長位置と後退位置との間で移行する場合にノズルの少なくとも一部が通過できる開口部を画定するハウジング本体を含む。
方法の実施形態は、下記のものに限定されないが、
ネブライザを用いて半導体ウエハの表面に分解液を噴霧するステップと、
ネブライザを用いて半導体ウエハの表面に分解液を噴霧した後に、半導体ウエハの表面の上方にノズルを位置決めするステップと、
ノズルの入口ポートに走査液を導入して、第１ノズルポートを介して走査液の流れを半導体ウエハの表面へ送るステップと、
ノズルの細長チャネルを経由して、半導体ウエハの表面に沿って、ノズルの第２ノズルポートに向けて走査液の流れを送るステップと、
ノズルの出口ポートと流体連通している第２ノズルポートを介して、半導体ウエハの表面から走査液の流れを除去するステップと、を含む。
いくつかの概念を選定したものを紹介するために、簡略な形式で本概要を記載しており、これらについては、以下の詳細な説明でさらに記載するものとする。本概要は、特許請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図しておらず、また特許請求される主題の範囲を決定する際の一助としてこれを使用することを意図するものでもない。
詳細な説明について、添付図面を参照しながら説明するものとする。説明および図で、種々の例において同一の参照番号を使用することにより、同様または同一の項目を示す場合がある。
本開示の実施形態に係る半導体ウエハの統合した分解および走査のためのシステムの等角図である。
半導体ウエハがチャンバ内に位置決めされた、図１Ａのシステムの等角図である。
半導体ウエハが走査位置に位置決めされた、図１Ａのシステムの断面図である。
半導体ウエハが分解位置に位置決めされた、図１Ａのシステムの断面図である。
半導体ウエハをリンス洗浄位置に位置決めされた、図１Ａのシステムの断面図である。
本開示の一実施形態に係る、図１Ａのシステムのチャンバ本体の一部の等角図である。
走査アームがノズルを、走査位置に位置決めされた半導体ウエハの表面上に位置決めしている、図１Ａのシステムの等角図である。
走査アームがノズルのためのリンス洗浄部に位置決めされた、図１Ａのシステムの部分等角図である。
本開示の一実施形態に係る半導体ウエハの走査工程中に、半導体ウエハ上の第１位置、およびこれに続く半導体ウエハの第２位置に走査アームが位置決めされる、走査アームの平面図である。
本開示の一実施形態に係る半導体ウエハ分解および走査システムのためのノズルの等角図である。
図７Ａのノズルの平面図である。
図７Ａのノズルの底面図である。
７Ｄ－７Ｄ線に沿った、図７Ｂのノズルの断面図である。
本開示の一実施形態に係る半導体ウエハの統合した分解および走査のためのシステムのためのノズル搭載アセンブリの部分断面図である。
表面と接触している、図８Ａのノズル搭載アセンブリの部分断面図である。
表面から引き上げられて水平にされた、図８Ａのノズル搭載アセンブリの部分断面図である。
本開示の一実施形態に係る半導体ウエハ分解および走査システムのための流体ハンドリングシステムの概略図である。
本開示の一実施形態に係る、ケミカルブランクのロード構成にある、図９Ａの流体ハンドリングシステムの概略図である。
本開示の一実施形態に係る、薬剤の注入構成にある、図９Ａの流体ハンドリングシステムの概略図である。
本開示の一実施形態に係る、ノズルループのロード構成にある、図９Ａの流体ハンドリングシステムの概略図である。
本開示の一実施形態に係る、ノズルのロード構成にある、図９Ａの流体ハンドリングシステムの概略図である。
本開示の一実施形態に係る、回収構成にある、図９Ａの流体ハンドリングシステムの概略図である。
本開示の一実施形態に係る、半導体ウエハの分解および走査システムのためのネブライザ流体ハンドリングシステムの概略図である。
（概要）
サンプル中の微量元素濃度または微量元素量を求めることにより、サンプルの純度、あるいは試薬、または反応成分などとしてその試薬を使用する際の許容性に関する指標が得られる。一例として、特定の生産または製造工程（たとえば、採掘、冶金、半導体製造、製剤過程など）では、不純物に対する許容値を、たとえば、およそ１０億分の１の割合で設定するなど、非常に厳密にする可能性がある。半導体ウエハを処理するために、ウエハに対して、金属不純物など、キャリア寿命の低下、およびウエハ部品の絶縁破壊などに起因してウエハの性能を低下させるか、またはウエハを動作不能にする恐れがある不純物の検査が行われている。
ウエハの気相分解（ＶＰＤ）およびその後の走査は、ウエハの組成を分析して金属不純物の有無を判定するための技法である。従来のＶＰＤおよび走査技法では、不純物分析に際し、シリコンウエハの処理および走査を円滑に進められる処理量が限られていた。たとえば、これらのシステムでは、ＶＰＤ工程および走査工程用に別々のチャンバを使用することが多い。ＶＰＤチャンバでは、表面に存在する二酸化ケイ素および他の金属不純物は蒸気（たとえば、フッ化水素酸（ＨＦ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、またはそれらの組み合わせ）と接触し、蒸気として（たとえば、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）として）表面から除去される。処理されたウエハは走査のために別のチャンバに送られ、そこで処理されたウエハの表面に液滴が導入されて、分解蒸気とウエハとの反応後の残渣を回収する。走査工程は、走査ヘッドを移動させるか、または走査ヘッドを静止させて、液滴を表面上へと移動させながら、走査ヘッドでウエハの表面上の液滴を保持し、かつウエハを回転させる工程を含み得る。ウエハを複数回回転させた後、液滴をウエハの所望の表面積と相互作用させて、分解後に接触面から残渣を引き離す。しかしながら、従来のウエハ処理技術では、走査中の液滴によるウエハ表面との相互作用が限られている走査ノズルを使用するなどして（すなわち、液滴を表面積全体またはその一部と相互作用させるのに、ウエハを複数回回転させる必要がある）、処理中に分解チャンバから走査チャンバ、そしてリンス洗浄チャンバへとウエハを移動させるかかる工程を通じて、ウエハを処理するためにかなりの時間と多くの装置とを必要とする。その上、かかるウエハを取り扱う技術者または他の個人が有毒なフッ化水素酸に暴露される恐れがあり、あるいは種々の処理チャンバ間でウエハが移送される間に、ウエハを環境汚染にさらす危険性が増す可能性があり、また、この移動に際し、装置および装置間の移送機構の円滑化を図るために、相当の物理的な処理フロアスペースが必要となる。
したがって、本開示は、単一のチャンバスペースを有するチャンバによって、半導体ウエハの分解および走査が円滑に進み、かつノズルが、流体の流れをウエハ表面に沿って送るための細長いチャネルを画定しているノズルフードによって誘導されながら、半導体ウエハの表面に沿ってノズルの第１ポートとノズルの第２ポートとの間に流体の流れを送る形態の、半導体ウエハの分解および走査のためのシステムならびに方法を少なくとも一部対象としている。チャンバは、ウエハ支持体および関連するモータシステムの動作を通じて半導体ウエハが通過できる少なくとも２つの開口部を、排水用途および二次汚染の防止など、チャンバ内の流体の移動を制御しながら、分解とリンス洗浄とを行う領域をチャンバ内に供給しているレッジと共に画定している。モータシステムは、ウエハをロードかつアンロードし、ノズルと接触させるなどの動作を行うためにモータシステムによって支持されるチャンバ本体の上方に位置決めを行いながら、チャンバ本体内で半導体を移動させる際の、チャンバ本体に対するウエハ支持体の垂直位置を制御している。チャンバはさらにネブライザを内蔵しており、ウエハ支持体が半導体ウエハを前記チャンバの内部領域内に位置決めしている間に、このネブライザによってエアロゾル化される分解液を半導体ウエハの表面へと直接送っている。チャンバは、チャンバに対して開閉可能とすることができ、分解工程中などに、チャンバの内部領域をチャンバの外部領域から隔離することができる蓋を内蔵し得る。回転式走査アームによって、ノズルをチャンバに対して位置決めすることができ、蓋の閉鎖を容易にするために（たとえば、分解工程中に）、またはリンス洗浄部でのノズルのリンス洗浄を容易にするために、前記ノズルをチャンバから離間させて位置決めすることができる。さらに、回転式走査アームは走査工程中、半導体ウエハ上にノズルを位置決めすることができる。本システムでは、ブランクの調製や、システム構成要素のリンス洗浄などのために、ウエハの表面からのノズルへの流体の導入を制御する、切り替え可能な切替弁および切替ポンプを含む、流体ハンドリングシステムを使用することができる。走査工程の後またはその間に走査液を回収し、走査液の組成を分析的に測定するために、これを分析装置（たとえば、ＩＣＰＭＳ装置）に送ることができる。
（例示的な実装形態）
図１Ａから図１０は、本開示の種々の実施形態による、半導体ウエハの統合した分解および走査のためのシステム（「システム１００」）の態様を示す。システム１００は概して、チャンバ１０２と、走査アームアセンブリ１０４と、ウエハへの分解液の導入を通じて、かつウエハ１０８の表面への走査液の導入、および前記表面からの走査液の除去を通じて、少なくとも半導体ウエハ１０８（本明細書では「ウエハ」と呼ぶ場合もある）の分解工程および走査工程を円滑に進めるための、流体ハンドリングシステム１０６（図９Ａから図１０に少なくとも一部示している）とを含む。チャンバ１０２は、単一のチャンバスペースでウエハ分解およびウエハ走査をそれぞれ行うための環境を提供しており、またウエハ１０８を保持するためのウエハ支持体１１０と、分解工程および走査工程、またはシステム１００の他の工程においてウエハ１０８を位置決めするにあたり、チャンバ１０２に対するウエハ支持体１１０の垂直位置を制御するための（たとえば、チャンバ１０２内、あるいはチャンバ１０２上など）モータシステム１１２とを含む。モータシステム１１２はさらに、システム１００の種々の工程においてウエハ１０８を回転させるにあたり、ウエハ支持体１１０を回転制御しており、また走査工程中にウエハ１０８上の位置へと走査アームアセンブリ１０４のノズルを移動させ、かつノズルリンス洗浄のためにリンス洗浄部１１４の位置へとこれを移動させるにあたり、走査アームアセンブリ１０４の回転制御および垂直制御を行っている。いくつかの実装形態では、ウエハ支持体１１０は、ウエハ支持体１１０の移動中などに、ウエハ１０８をウエハ支持体１１０に固定して保持するための真空テーブルを含む。
チャンバ１０２は、処理のためにウエハ１０８を受容するための内部領域１１８を画定している、チャンバ本体１１６を含む。チャンバ本体１１６の上部１２２とチャンバ本体１１６の底部１２４との間に位置する内部領域１１８内に、レッジ１２０が突出している。いくつかの実装形態では、チャンバ本体１１６は、内部領域１１８内にウエハ１０８を受容する際にこれを通過させることができる第１の開口部１２６を、上部１２２において画定している。いくつかの実装形態では、レッジ１２０は、上部１２２と底部１２４との間（たとえば、第１の開口部１２６と底部１２４との間）の内部領域１１８における中間部に、第２の開口部１２８を画定している。図１Ａに示す例示的な動作において、システム１００は、自動アーム５０によって前面作動統一ポッド（ＦＯＵＰ）または他の場所からウエハ１０８を選択し、かつ選択したウエハ１０８をウエハ支持体１１０上に挿入する（たとえば、ウエハ支持体１１０の中央に配置する）という動作などを通じて、半導体ウエハ１０８をウエハ支持体１１０上において受け取ることができる。モータシステム１１２は、ウエハ支持体１１０をチャンバ本体１２２の上部１２２、これの上方、またはこれに隣接して位置決めすることができ、これにより、自動アーム５０がウエハ１０８をウエハ支持体１１０上に設置するために、ウエハ支持体１１０と接触できるようにしている。たとえば、ウエハ１０８のロード中に、ウエハ支持体１１０を第１の開口部１２６に隣接する第１の位置（たとえば、図２Ａに示すような）に位置決めすることができる。いくつかの実装形態では、ウエハ支持体１１０の第１の位置は、ウエハ１０８を受容する内部領域１１８の外側（たとえば、第１の開口部１２６を通って延在する）に位置している。
システム１００は、分解液の外部領域１３２への曝露を制限しながら、ウエハの分解を円滑に進めるために、内部領域１１８を外部領域１３２から隔離するための蓋１３０を含み得る。たとえば、蓋１３０は、第１の開口部１２６上に配置されたときに、第１の開口部１２６を覆う大きさおよび形状を有し得る。蓋１３０を、開放位置（たとえば、図１Ａに示すような）と閉鎖位置（たとえば、図１Ｂに示すような）との間に配置することができる。開放位置は、ウエハのロード中に自動アームと接触させる際に、また走査工程中に、さらにウエハのアンロード工程中などに使用することができる。いくつかの実装形態では、ウエハ支持体１１０が第１の開口部１２６に隣接する第１の位置にあるとき、蓋１３０は開放位置にあり、これによって走査アームアセンブリ１０４のノズルがウエハ１０８と接触できるようにしている。閉鎖位置を使用して、ウエハの分解工程中に、分解液が第１の開口部１２６を介してチャンバ１０２から流出するのを防止することができる。いくつかの実装形態では、蓋１３０の少なくとも一部がチャンバ本体１１６と接触して、内部領域１１８を外部領域１３２から隔離している。ウエハ１０８は、モータシステム１１２によるウエハ支持体１１０の垂直位置の制御によって、内部領域１１８内で第２の位置へと移動する。たとえば、モータシステム１１２は、蓋１３０が開放位置から閉鎖位置に移動する前または移動中に、ウエハ支持体１１０を内部領域１１８内で第２の位置に移動させる。いくつかの実装形態では、蓋１３０をチャンバ本体１１６に隣接して配置しており、また蓋アーム１３６を介してマウント部１３４に回転可能に連結して、蓋１３０を開放位置と閉鎖位置との間で移動させている。
ウエハ１０８をウエハ支持体１１に挿入した後、システム１００は、ウエハ１０８の１つ以上の表面またはエッジの分解を円滑に進めるために、分解構成に移行することができる。たとえば、モータシステム１１２は、ウエハ支持体１１０を第１の位置から第２の位置へと移動させて、ウエハ１０８をレッジ１２０の第２の開口部１２８に隣接して位置決めする（たとえば、図１Ｂおよび図２Ｂに示すように）。いくつかの実装形態では、チャンバ１０２は、ウエハ支持体１１０がモータシステム１１２によって第２の位置に位置決めされたときに、ウエハ１０８の表面上に分解液を噴霧するために、第１の開口部１２６と第２の開口部１２８との間に配置されるネブライザ１３８を含む。したがって、分解液はネブライザ１３８によってチャンバ１０２内へと直接噴霧される。分解液は、たとえばネブライザ１３８の少なくとも一部を収容しているアンテチャンバ１４２内へと通じる導管１４０を経由するなどして、流体ハンドリングシステム１０６からの１つ以上の流体ラインを介してネブライザ１３８に供給することができる。いくつかの実装形態では、ネブライザ１３８の少なくとも一部をチャンバ１０２の壁内に少なくとも部分的に配置している。たとえば、チャンバ本体１１６は、内部領域１１８とアンテチャンバ１４２との間に開口部１４４を画定し得、ここでネブライザ１３８の吐出口は、エアロゾル化分解液を、第１の開口部１２６と第２の開口部１２８との間の内部領域に吐出して、ウエハ１０８の少なくとも上面１４６に散布し、かつこれを分解することができる。
いくつかの実装形態では、チャンバ１０２は、分解中にウエハ１０８の下に圧力を誘起して、分解液がウエハ１０８のエッジとレッジ１２０との間を通過するのを防止している。たとえば、チャンバ１０２は、第２の開口部１２８とチャンバ本体１１６の底部１２４との間に位置する内部領域１１８内にガス吐出ポート１４８を含み、これによって、ネブライザ１３８から内部領域１１８内に分解液を導入している間に、ガスまたは他の流体を内部領域１１８内へと導入することができる。ガス吐出ポート１４８からのガスは、ネブライザ１３８から供給されるエアロゾル化分解液の圧力よりも高い圧力で導入されて、第２の開口部１２８を通過する（たとえば、ウエハ１０８のエッジとレッジ１２０との間を）ガスの上昇流をもたらし得、これによってウエハ１０８の下を分解液が通過するのが防止されている。いくつかの実装形態では、システム１００は、ウエハ支持体１１０が第２の位置に位置決めされ、ネブライザ１３８によって分解液がウエハ１０８の表面１４６上に導入されている間に、ガス源からガス吐出ポート１４８にガスを導入するためにガス源に連結されているコントローラを含む。たとえば、導管１４０およびアンテチャンバ１４２を通る流体ラインを介して、ガスをガス吐出ポート１４８に供給することができる。いくつかの実装形態では、モータシステム１１２は、エアロゾル化分解液が内部領域１１８を流れているとき、分解工程においてウエハ支持体１１０の回転を誘発して、ウエハ１０８を回転させる。
チャンバ１０２は、１つ以上のドレインと流体連通しているチャンバ本体１１６内の１つ以上のチャネルを介して、内部領域１１８からの流体の除去を円滑に行うことができ、かかる流体は、たとえば余分な分解液、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、ガス吐出ポート１４８によって供給されるガス、水、水蒸気、リンス液、または他の流体を含み得る。たとえば、チャンバ本体１１６は、互いに積み重なった（たとえば、連結溝を介して）基部２００と、中間部２０２と、上部２０４（たとえば、図２Ｂに示すような）とを含み得る。基部２００は、１つ以上のドレイン２０６（たとえば、ドレイン２０６Ａおよび２０６Ｂ）を画定して、チャンバ１０２の内部領域１１８からドレイン配管を介した１つ以上の排水受け（図示せず）への排出口を設けることができる。いくつかの実装形態では、ドレイン２０６Ａをチャンバ本体１１６のチャネルと流体連結させて、第１の開口部１２６と第２の開口部１２８との間に位置する流体がドレイン２０６Ａに移動できるようにしている。たとえば、中間部２０２は１つ以上のチャネル２０８を画定し、その少なくとも一部が中間部を通って延在して、基部２００によって形成された１つ以上のチャネル２１０の少なくとも一部と垂直に位置合わせされるようにすることができる。チャンバ本体１１６（たとえば、上部２０４、中間部２０２、またはそれらの組み合わせの）の内面２１２とレッジ１２０との間にチャネル２０８を配置することができ、これにより、蓋１３０と第２の開口部１２８またはウエハ１０８の表面１４６との間で内部領域１１８内に保持されている流体がチャネル２０８へと流入し、チャネル２１０に至り、かつドレイン２０６Ａから排出されるようにすることができる。いくつかの実装形態では、ドレイン２０６Ｂにより、リンス洗浄工程中（本明細書では、図２Ｃに関連して記載している）にリンス液または他の流体をチャンバ１０２の内部領域１１８から排出することが可能となる。
ウエハ１０８の分解後、システム１００は走査構成へと移行して、ウエハ１０８を別の走査システムに移送することなく、走査アームアセンブリ１０４がウエハ１０８の表面１４６と接触できるようにしている。走査構成に移行するために、モータシステム１１２は、第２の開口部１２８に隣接する第２の位置から、第１の開口部１２６に隣接する第１の位置まで、あるいはチャンバ本体１１６の上部１２２に近接するようにウエハ支持体１１０を位置決めし、これによって走査アームアセンブリ１０４がウエハ１０８の表面１４６と接触できるようにしている。走査アームアセンブリ１０４は概して、走査液をウエハ１０８の表面１４６に導入し、かつ走査液をウエハ１０８の表面１４６から回収するように構成されたノズル３０４を支持している、ノズルハウジング３０２に連結された回転式アーム支持体３００を含む。モータシステム１１２は、回転式アーム支持体３００の回転、回転式アーム支持体３００の垂直方向の位置決め、またはそれらの組み合わせを制御して、ノズルハウジング３０２およびノズル３０４をリンス洗浄部１１４の１つ以上の位置（たとえば、図２Ａに示すような）からウエハ１０８に隣接しているか、またはその上方にある１つ以上の位置（たとえば、図４に示すような）へと位置決めすることができる。ノズル３０４の例示的な実装形態については、本明細書では図７Ａから図７Ｄに関連してさらに記載している。いくつかの実装形態では、回転式アーム支持体３００はノズル３０４を回転させるか、あるいは移動させて、ウエハ支持体１１０がモータシステム１１２によって第１の位置に位置決めされたときに、ノズル３０４をウエハ１０８に隣接して位置決めし、ウエハ支持体１１０がモータシステム１１２によって第２の位置に位置決めされたときに、ノズル３０４を蓋１３０の経路の外側に、開放位置から閉鎖位置へと位置決めする。
ノズル３０４がウエハ１０８に隣接しているか、またはその上方の位置にある（たとえば、図４に示すような）と、流体ハンドリングシステム１０６はノズル３０４への、かつこれからの走査液の導入を制御して、ウエハ１０８の表面１４６に対する走査工程を円滑に進めることができる。図７Ａから図７Ｄを参照すると、ノズル３０４の例示的な実装形態が示されている。ノズル３０４は、ウエハ１０８の表面１４６全体に流体の流れを送るように構成されており、その際スポットサイズの液滴をウエハ１０８上で移動させるよりも短時間で、ウエハ１０８の表面積をより広く覆うことができる。流体の流れをノズル３０４によってウエハ１０８の表面１４６上に誘導して、ウエハ１０８の所望の表面積を制御可能に走査している。いくつかの実装形態では、ノズル３０４は、ウエハ１０８を一回転させることで、表面１４６のほぼ全体に流体の流れを誘導している。いくつかの実装形態では、表面１４６のウェッジ（たとえば、ウエハ１０８のセクタまたはその一部）を、ウエハ１０８をわずか一回転させるだけで走査することができる。ノズル３０４は、入口ポート５０２、出口ポート５０４、第１のノズルポート５０６、第２のノズルポート５０８、およびノズルフード５１０を画定しているノズル本体５００を含む。ノズル３０４は、ノズル３０４をノズルハウジング３０２内に取り付けるための１つ以上の取付孔をさらに含み得る。入口ポート５０２および出口ポート５０４は、システム１００の動作中にノズル３０４に流出入する流体の流れを送るための、流体ラインを収容している。たとえば、ノズル３０４は、流体を保持ラインまたは保持ループ（たとえば、サンプルの保持ループ）からノズル３０４へと押し込むという第１のポンプ（たとえば、シリンジポンプ）の作用によって流体を受け取り、そこから流体は入口ポート５０２内へと送られ、入口ポート５０２と第１のノズルポート５０６とを流体接続しているノズル本体５００のチャネル５０３を通過する。次いで流体を、第１のノズルポート５０６を介してウエハ１０８の表面１４６上に付着させる。流体は、ノズルフード５１０とノズル本体５００との間に画定されたチャネル５１２を介して一続きの流体流としてウエハ１０８の表面１４６に沿って送られ、その後流体は、ウエハ１０８の表面１４６から除去される。たとえば、ノズル本体５００における出口ポート５０４と第２のノズルポート５０８との流体連通を通じて、チャネル５１２で第１のノズルポート５０６から遠位にある第２のノズルポート５０８を介して流体を引き込むという第２のポンプ（たとえば、シリンジポンプ）の作用によって、流体を表面１４６から除去することができる。このように、第１のノズルポート５０６から第２のノズルポート５０８への移動中に、流体をウエハ１０８と接触させることができる。チャネル５１２では、ノズルフード５１０の補助を受けながら、一定量の流体をウエハ上に流すことができる。いくつかの実装形態では、チャネル５１２の容積は約３００μＬである。しかしながら、チャネル５１２の容積は３００μＬに限定されず、したがってその容積が３００μＬ未満となっても３００μＬを超えてもよい。たとえば、チャネル５１２の容積は、所望の量の流体（たとえば、走査液）を表面１４６に供給するために、システム１００によって処理されるウエハ１０８の大きさに依存し得る。チャネル５１２の長さは、システム１００によって処理されるウエハ１０８の大きさに基づいて選択することができ、いくつかの実装形態では、チャネル５１２の長さはウエハ１０８の半径にほぼ等しい。いくつかの実装形態では、チャネル５１２の長さを約２０ｍｍから約５００ｍｍまでとすることができる）。たとえば、チャネル５１２の長さを約１５０ｍｍ（たとえば、直径３００ｍｍのウエハを収容するために）、約１００ｍｍ（たとえば、直径２００ｍｍのウエハを収容するために）、または約２２５ｍｍ（たとえば、直径４５０ｍｍのウエハを収容するために）とすることができる。
ノズルフード５１０は、第１のノズルポート５０６および第２のノズルポート５０８のそれぞれに隣接してノズル本体５００から延在し、かつ第１のノズルポート５０６と第２のノズルポート５０８との間でノズルフード５１２とノズル本体５００との間にチャネル５１２を画定している。ノズルフード５１０がノズルフード５１０内で第１のノズルポート５０６と第２のノズルポート５０８とを包囲するように（たとえば、図７Ｃに示すように）、ノズルフード５１０はさらに延長して、チャネル５１２内に第１のノズルポート５０６および第２のノズルポート５０８をそれぞれ含み得る。いくつかの実装形態では、ノズル本体５００は、ノズル３０４を長手方向に横切って実質的に対向する側壁５１４を含む。対向する側壁５１４はそれぞれ、対向部５１８に連結されるか、あるいはこれをもたらすように延在するテーパ状の壁部５１６を含む。いくつかの実装形態では、対向部５１８は実質的に垂直であり、ノズルフード５１０の少なくとも一部を形成している。ノズル３０４は単一の一体部品から形成することができ、またはノズル３０４の一部を別々に形成して融合させるか、あるいは他の方法でこれらを連結させることができる。いくつかの実装形態では、ノズル３０４をクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、またはそれらの組み合わせから形成している。
ノズル３０４のチャネル５１２は、丸端部５１３Ａおよび５１３Ｂを備える細長い形状を有する。丸端部は、たとえばノズル３０４を通る流体をより一貫して供給したり、取り込んだりすることにより、傾斜端部と比較して優れた流体ハンドリング特性を発揮することができる。いくつかの実装形態では、第１のノズルポート５０６（ここで、流体がノズル３０４からウエハ１０８上に吐出される）を、チャネル５１２の丸端部５１３Ａのエッジに接するように配置している。かかる配置により、ひとたびすべての流体がウエハ１０８に導入されてから、第１のノズルポート５０６からの流体流が突然中断される際に補助を受けつつ、ウエハ１０８の表面上で流体が分断されるのを回避することができる。いくつかの実装形態では、回転式アーム支持体３００はノズルハウジング３０２を回転させて、ノズル３０２の丸端部５１３Ａをウエハ１０８のエッジ上に延在させ（たとえば、走査工程終了後に）、流体ハンドリングシステム１０６の動作により、第２のノズルポート５０８を介して流体流の取り込みを促進している。たとえば、図６に示すように、ノズルを第１の時間（ｔ１）において第１の位置（たとえば、走査位置）に位置決めし、これによってチャネル５１２は表面１４６上に位置決めされる。次いで、回転式アーム支持体３００は、第２の時間（ｔ２）においてノズルハウジング３０２を回転させて、丸端部５１３Ａを、第１の位置から約７度回転させた第２の位置で、ウエハ１０８のエッジを越えて延在させる（たとえば、エッジの上方に向かう）。いくつかの実装形態では、第２のノズルポート５０８を丸端部５１３Ｂのほぼ中央に、かつ第１のノズルポート５０６から遠位となるように配置している。第２のノズルポート５０８を丸端部５１３Ｂのエッジに近接させるのではなく、丸端部５１３Ｂの中央に配置することにより、流体の取り込みを容易にする一方で、流体流が分断されることなく表面１４６上の流体流の保持を促進しながら、ウエハ１０８の表面１４６上における流体の動きを正確に制御している。
ウエハ１０８の表面４１６上におけるノズル３０４の位置は、走査工程中にチャネル５１２内で保持される流体の量に影響する可能性がある。システム１００は、ノズルに走査液を導入する前に表面４１６上に所望の高さが確実に得られるようにして、ウエハ１０８の表面１４６に沿って、ノズルフード５１０によって所望の量の流体が誘導されるように促すゼロ点調整の工程を含み得る。例示的なゼロ点調整の工程を図８Ａから図８Ｃに関連して示しており、ここでは本開示の種々の実施形態による、走査アームアセンブリ１０４のいくつかの態様を示している。走査アームアセンブリ１０４は、第１のノズルポート５０６および第２のノズルポート５０８が、流体が散布され、かつそこから除去されるウエハ１０８の表面１４６に対して水平となるように、ウエハ１０８に対するノズル３０４の位置合わせを円滑に進める。システム１００は、ウエハ１０８がシステム１００によって処理される度に（たとえば、第１のウエハが走査されて、チャンバ１０２から取り出される時点と、第２のウエハがチャンバ１０２に導入されて、走査される時点との間に）、あるいは次の走査工程に移る前など、ノズル３０４を、チャンバ１０２によって保持されているウエハ１０８に対して確実に水平にする必要がある場合に、位置合わせまたは水平調整の工程を経ることができる。通常、ノズル３０４をノズルハウジング３０２に移動可能に連結して、ノズルハウジング３０２によって支持されている間に、ノズル３０４がノズルハウジング３０２に対して一連の動作を行うことができるようにしている。ノズルハウジング３０２は、延長位置（たとえば、図８Ａに示すような）と後退位置（たとえば、図８Ｂおよび図８Ｃに示すような）との間を移動するときに、ノズル３０４の少なくとも一部が通過できる開口部５２０を画定している。たとえば、ノズル３０４の上部をノズルハウジング３０２内に位置決めすることができ、ここでノズル３０４が延長位置から後退位置へと移動するときに、開口部５２０を介してノズルハウジング３０２の内部にノズル３０４の別の部分を導入することができる。たとえば、ノズル３０４がゼロ点調整した表面５２２と接触するように位置決めされると、ノズルフード１２８は表面５２２と接触して、ノズル３０４を表面５２２に対して水平となる位置に押圧することができる。次いでノズルハウジング３０２は、ノズル３０４が表面５２２から引き上げられたときに（たとえば、走査位置まで）、ノズル３０４を表面５２２に対して水平に保つために、ノズル３０４の位置を定位置にロックするように作動することができる。ノズルハウジング３０２は、ノズル３０４をノズルハウジング３０２に対して解放可能に固定するための機械的、電気的、または電気機械的ロック装置を含み得る。いくつかの実装形態では、表面５２２はウエハ１０８の表面１４６、ウエハ支持体１１０の表面（たとえば、ウエハ１０８をウエハ支持体１１０上にロードする前）、リンス洗浄部１１４の表面、または半導体ウエハの高さ特性と一致している構造を有する他の表面を含み、これによって、ノズル３０４が表面５２２と接触すると、ノズルフード１２８、第１のノズルポート５０６、および第２のノズルポート５０８などがウエハ１０８に対して適切に位置決めされるようにしている。
いくつかの実装形態では、ノズル搭載アセンブリ５００は、ノズル３０４を回転式アーム支持体３００に連結するためのノズルハウジング３０２を含む。ノズルハウジング３０２の突起部５２８と相互作用する開口部５２６を画定しているカプラ５２４を介して、ノズル３０４をノズルハウジング３０２に連結することができる。突起部５２８は、開口部５２６の幅もしくは直径よりも小さい幅もしくは直径を有するファスナ、ピン、または他の構造体を含み、これによって走査アームアセンブリ１０４が第１の状態（たとえば、水平状態）にあるとき、開口部５２６の上部が突起部５２８上に載置されるようにし、その結果、カプラ５２４を介してノズル３０４を、ノズルハウジング３０２に対して下方位置または延長位置へと位置決めできるようにしている（たとえば、図８Ａに示すように）。システム１００は、回転式アーム支持体３００にノズルハウジング３０２を降下させて、ノズル３０４を表面５２２と接触させることにより（たとえば、図８Ｂに示すように）、位置合わせまたは水平調整の工程を実施することができる。たとえば、ノズル３０４が表面５２２と接触すると、突起部５２８が開口部５２６の上部と接触することによってカプラ５２４を支持しないように、カプラ５２４が突起部５２８に対して上方に押圧される。ノズル３０４が表面５２２と接触した後、ノズル３０４は後退位置へと移動し、システム１００はロック構造体５３０（たとえば、ノズルハウジング３０２内で一体化された）を作動させて、ノズルハウジング３０２に対してノズル３０４の位置を固定することができる。たとえばカプラ５２４は、ロック構造体５３０内に組み込まれた電磁石により発生させた磁界によって固定できる、鉄鋼材料を含み得る。例示的な実施形態では電磁石がロック構造体５３０の一部として示されているが、空気圧式ソレノイドアクチュエータ、機械的ロック、または電気機械的ロックなどを含むが、これらに限定されない他のロック構造体を使用することができる。
ノズルハウジング３０２は、ノズル３０４が延長状態にあるのか、後退状態にあるのか、または異なる位置にあるのかについての判定などを行うために、ノズルハウジング３０２に対するノズル３０４の位置をモニタリングするためのセンサを含み得る。たとえば、いくつかの実装形態では、ノズルハウジング３０２は、カプラ５２４の有無を検出し、かつシステム１００のコントローラが受信する信号を生成し、または生成を中止するためのセンサ５３２を含む。センサ５３２は、カプラ５２４の第１の側面上に光源を有する光スイッチと、カプラ５２４において対向する第２の側面上に検出器とを含み得る。カプラ５２４は位置合わせ切欠きを含み得、その一部はセンサ５３２の光源と検出器との間を通過している。ノズル３０４が延長位置にあるとき（たとえば、ロック構造体５２０が係合していないとき）、光源からの光はカプラ５２４の位置合わせ切欠きを通過し、カプラ５２４において反対側にある検出器によって検出される。次いでセンサ５３２は、信号を出力するか、または信号の出力を中止して、光を検出したことを示すことにより、ノズル３０４が延長位置にあることをシステム１００に示す。表面５２２上で水平にされた後など、ノズル３０４が後退位置にあるとき、カプラ５２４の本体はセンサ５３２の光源と検出器との間に位置決めされ、光が検出器に到達するのを阻止する。センサ５３２は、信号を出力し、または信号の出力を中止して、光源を検出しなかったことを示す。かかる信号の出力または非出力により、ノズル３０４が後退位置にある（たとえば、ロック構造体５３０によってノズルハウジング３０２内に支持されている）ことがシステム１００に示される。センサ５３２を操作することにより、ノズル３０４が作動後も依然として後退および水平位置にあるかどうかを確認するためのシステムチェックを実施することができる。センサ５３２からの出力に変化が生じた場合は、再度の水平調整の工程が適切に行われていることや、ロック構造体５３０の判定を実施すべきであることなどを示している可能性がある。あるいは、位置合わせ切欠きを再配置して、ノズル３０４が後退位置にあるときに、検出器が位置合わせ切欠きと位置合わせされるようにし、またノズル３０４が延長位置にあるときに、カプラ５２４の本体が光を遮断するようにすることができる。
ノズル３０４が表面５２２に対して水平にされ、ロック構造体５３０を介して定位置にロックされると、回転式アーム支持体３００はノズル３０４を水平位置に維持しながら、ノズル３０４を表面５２２から引き上げることができる（たとえば、図８Ｃに示すように）。回転式アーム支持体３００は、次いでノズル３０４を走査位置に位置決めするか、あるいはノズル３０４を移動させることができる（たとえば、ノズル３０４を水平にするために使用する表面５２２が支持体１０６である場合、ウエハ１０８をウエハ支持体１１０上に位置決めすることができる）。
ノズルハウジング３０２は、ノズル３０４への流体の導入と、ノズル３０４からの流体の除去とを円滑に進めるための、１つ以上のセンサを含み得る。たとえば、いくつかの実装形態では、ノズルハウジング３０２は、ノズル３０４の入口ポート５０２および出口ポート５０４のまたは複数に隣接する１つ以上のセンサ（センサ５３４Ａおよび５３４Ｂを示している）を含み、これによって流体ハンドリングシステム１０６の動作を制御して、ノズル３０４に流出入する流体の流れを制御している。センサ５３４Ａおよび５３４Ｂは、システム１００の流体ライン内の液体の流れまたはその不在を検知するための光学センサ、容量センサ、超音波センサ、または他のセンサ、あるいはそれらの組み合わせを含み得る。たとえばシステム１００は、流体ラインカプラ５３６Ａおよび５３６Ｂに連結された、流体ハンドリングシステムからの流体ラインを含み得、これらを介してセンサ５３４Ａおよび５３４Ｂはそれぞれ、流体ライン内の流体の有無を検出することができる。信号を出力するか、またはこれを出力しないことにより、ノズル３０４への流体の導入、またはノズル３０４からの流体の除去に使用されるポンプを含むが、これに限定されない、流体ハンドリングシステム１０６の１つ以上の構成要素の動作を制御することができる。
システム１００は、走査工程終了後などに、ウエハ１０８およびノズル３０４に対するリンス洗浄工程を円滑に進める。図２Ｃを参照すると、チャンバ１０２は、ウエハ１０８のリンス洗浄を促進するためのリンス洗浄構成にある状態で示されている。リンス洗浄構成に移行するために、モータシステム１１２は、ウエハ支持体１１０を第１の開口部１２６に隣接する第１の位置（たとえば、走査位置）または他の位置から、レッジ１２０とチャンバ本体１１６の底部１２４との間のリンス洗浄位置へと位置決めすることができる。ノズルハウジング３０２上のリンス洗浄ポート、あるいはシステム１００に設けられている他の手段などを介して、リンス液をウエハ１０８に導入することができ、これによってモータシステム１１２はウエハ１０８を回転させて、リンス液の除去を行うことができる。リンス液は、次いでチャンバ本体１１６の内部に突き当たり、その後ドレイン２０６Ｂへと流れてチャンバ１０２の内部領域１１８から排出される。ノズル３０４をリンス洗浄するために、回転式アーム支持体３００は、リンス洗浄部１１４の１つ以上のトラフ（trough: 樋）に対してノズル３０４を位置決めすることができる。たとえば、リンス洗浄部１１４は、ノズルフード５１０、チャネル５１２、またはノズル３０４の他の部分と相互作用させるために、リンス液源からリンス液がその内部に導入される細長いチャネルを有する、第１のトラフ１１５Ａ（たとえば、図５に示すような）を含み得る。図１Ａおよび図１Ｂでは、ノズル３０４を第１のトラフ１１５Ａ内に位置決めした状態で示している。リンス洗浄部１１４は、乾燥ガス源（たとえば、窒素または他の不活性ガス）に連結された細長いチャネルを有しており、これの内部に乾燥ガスを導入して、ノズル３０４に突き当たるようにしている第２のトラフ１１５Ｂをさらに含み得る。図５では、ノズル３０４を第２のトラフ１１５Ｂ内に位置決めした状態で示している。
ここで図９Ａから図１０を参照すると、本開示の種々の実施形態による、システム１００の例示的な流体ハンドリングシステム１０６が記載されている。たとえば、流体ハンドリングシステム１０６は、分析システムによる分析のためにシステム１００が使用する薬剤のケミカルブランクの調製を円滑に進めることができ、要求に応じて、かつチャンバ１０２で使用する際の所望の比率に従って、分解液の調製を円滑に進めることができ、要求に応じて、かつチャンバ１０２で使用する際の所望の比率に従って、走査液の調製を円滑に進めることができ、かつそれらの組み合わせを行うことができる。図のように、流体ハンドリングシステム１０６は、流体ハンドリングシステムを介して流体を引き込み、かつ押し出して、システム１００の他の構成要素（たとえば、ノズル３０４）、および分析システムなどと相互作用させるためのポンプ６００、６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、および６１２を有するポンプシステムを含む。このポンプシステムを、シリンジポンプを組み込んだ状態で示しているが、システム１００では異なるポンプタイプまたはシステム、およびポンプタイプまたはシステムの組み合わせなどを使用することができる。ウエハ１０８の分解工程中にチャンバ１０２のネブライザ１３８に分解液を導入するための、流体ハンドリングシステム１０６の例示的な構成を図１０に示す。ポンプ６１２は、第１の構成のバルブ６１６および第１の構成のバルブ６１８を用いて、フッ化水素酸（ＨＦ）または他の分解液（複数可）を分解液源６１３から保持ライン（たとえば、分解液保持ループ６１４）へと引き込むことができる。バルブ６１６の第２の構成では、分解液を保持している流体ライン内にガス源６１９からのガスを導入して、分解液をネブライザ１３８に対して押し出すために使用される作動液間に、バリアを設けることができる。バルブ６１８の第２の構成では、ポンプ６１２は作動液（たとえば、脱イオン水または他の流体）を吸引することができ、これによってバルブ６１８は第１の位置に切り替わり、またバルブ６１６はポンプ６１２とネブライザ１３８との流体連通をもたらすために第３の構成に切り替わることができ、これによってポンプ６１２は、分解液保持ループ６１４内に保持されている分解液に対して作動液を押し出して（たとえば、任意の中間空隙を介して）、分解液をネブライザ１３８へと導入することができる。ウエハ１０８の分解に続いて、システム１００は、不純物の有無を判定するためにウエハ１０８を走査することができる。
図９Ａを参照すると、流体ハンドリングシステム１０６が例示的な薬剤のロード構成にある状態で示されている。ポンプ６０４、６０６、および６０８はそれぞれ、第１のバルブ構成のバルブ６２６を介して、薬剤源６２０、６２２、および６２４から薬剤を吸引する。これらの薬剤は、たとえばフッ化水素酸（ＨＦ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、脱イオン水（ＤＩＷ）、または他の流体を含み得る。バルブ６２６の第２のバルブ構成（図９Ａに示すような）では、ポンプ６０４、６０６、および６０８をそれぞれ流体ラインコネクタ（たとえば、マニホールド６２８または他のコネクタ）と流体連結させており、これにより、各ポンプによって吸引される薬剤が結合されて、混ざり合うことができる。結合された流体はバルブ６３０へと送られ、このバルブ６３０は、第１のバルブ構成では結合された流体を保持ライン（たとえば、保持ループ６３２）へと送る。いくつかの実装形態では、システムコントローラは、ポンプ６２０、６２２、および６２４のそれぞれの動作を別々に制御して、それぞれのポンプが処理する各流体の流速を制御し、これによって混合後に保持ループ６３２に送られる混合流体の組成を制御している。いくつかの実装形態では、第１の混合流体を第１の走査工程中にウエハ１０８と相互作用させるために使用することができ、またポンプシステム６２０、６２２、および６２４を各自動作制御することによって第２の混合流体を導入し、これを第２の走査工程中にウエハ１０８と相互作用させることにより、必要に応じて第２の混合流体を調製することができる。追加の混合流体を必要に応じて調製し、これらを所望の通りにウエハ１０８へと導入することができる。いくつかの実装形態では、保持ループ６３２は、補充する必要なしに複数のウエハに対する走査工程をサポートできる容積を有する。たとえば、走査液（たとえば、「ブランク」サンプル）の一部を分析システムに送り、ウエハ上で使用するにあたり、当該液が動作上の制約内にあることを検証するという形態において、この走査液を調製することができる。次いで、保持ループ６３２内の走査液の残部を複数の走査工程で使用することができ、その際、この走査液は使用に適していると事前に検証されている。分析時におけるケミカルブランクの例示的なロードについては、図９Ｂに関連して示している。
図９Ｂを参照すると、流体ハンドリングシステム１０６が、分析時におけるケミカルブランクをノズル３０４を通過させずに送るという、例示的なノズルのバイパス構成にある状態で示されている。このノズルのバイパス構成では、ポンプ６１０は保持ループ６３２と流体連通して（たとえば、第２のバルブ構成のバルブ６３０を用いて）、保持ループ６３２に保持されている流体を、第１のバルブ構成のバルブ６３６および第１のバルブ構成のバルブ６３８を介してサンプル保持ライン（たとえば、サンプル保持ループ６３４）に押し出している。流体がサンプル保持ループ６３４内に隔離されると、流体ハンドリングシステム１０６はその構成をサンプルの注入構成へと切り替えて、分析を行うためにサンプルを分析システムに移送することができる。この分析システムは、微量元素組成を求めるための誘導結合プラズマ分光計を含み得るが、これに限定されない。
図９Ｃを参照すると、流体ハンドリングシステム１０６が例示的な薬剤の注入構成にある状態で示されており、これによって保持ループ６３２は１つ以上の移送機構と流体連通している。たとえば、一実装形態では、バルブ６３８は第２の構成（図９Ｃで破線で示しているような）にあり、保持ループ６３２をガス移送源（たとえば、窒素圧力源６４０）と流体連結させて、保持ループ６３２内に保持されているサンプルを、第１のバルブ構成のバルブ６４４および第１のバルブ構成のバルブ６４６を介して、サンプル分析システムへの移送ライン６４２に押し出している。一実装形態では、バルブ６３８は、第３のバルブ構成（図９Ｃで実線で示しているような）にあり、第１のバルブ構成のバルブ６４８（図９Ｃで実線で示しているような）を介して保持ループ６３２をポンプ６０２と流体連結させて、保持ループ６３２内に保持されているサンプルを、第１のバルブ構成のバルブ６４４および第１のバルブ構成のバルブ６４６を介して、サンプル分析システムへの移送ライン６４２に押し出している。ポンプ６０２では、作動液（たとえば、ＤＩＷ源６５０からの脱イオン水）を使用して、サンプルを移送ライン６４２へと押し出すことができる。いくつかの実装形態では、流体ハンドリングシステム１０６は、たとえば作動液を押し出す前に、保持ループ６３２内に気泡（たとえば、窒素圧力源６４０からの）を導入することによって、作動液とサンプルとの間に流体間隙を導入している。いくつかの実装形態では、流体ハンドリングシステム１０６は、移送ライン６４２内の流体の有無を検出するためのセンサ６５２を、移送ライン６４２に隣接して含む。たとえば、センサ６５２は、保持ループ６３２から押し出されたサンプルの後端を検出することができ（たとえば、ライン内の気泡を検出することによって）、その際センサ信号を出力するか、またはこれを出力しないことにより、流体ハンドリングシステム１０６のコントローラに対して、バルブ６４６および６４８の構成を第２のバルブ構成（図９Ｃで破線で示しているような）に切り替えて、流体ライン６５４を介してポンプ６０２を移送ライン６４２に流体接続するように通知することができる。かかる構成では、流体ハンドリングシステム１０６の他の部分は、サンプル移送中にこれらの他の部分をリンス洗浄できるようにするために、サンプルのサンプル分析装置への移送時には隔離される。
図９Ｄを参照すると、流体ハンドリングシステム１０６が例示的なノズルループのロード構成にある状態で示されており、これによって保持ループ６３２はノズル保持ライン（たとえば、ノズル保持ループ６５６）と流体連通して、ノズル３０４に流体を導入する準備をする。このノズルループのロード構成では、ポンプ６１０は保持ループ６３２と流体連通して（たとえば、第２のバルブ構成のバルブ６３０を用いて）、保持ループ６３２内に保持されている流体を、第２のバルブ構成のバルブ６３６および第１のバルブ構成のバルブ６５８を介してノズル保持ループ６３２に押し出している。いくつかの実装形態では、ノズル保持ループ６３２は約５００μＬの容積を有する一方、保持ループ６３２は約５～２０ｍＬの容積を有し、これにより、走査液を調製する度に、ポンプ６０４、６０６、および６０８の作動を通じてノズル保持ループ６３２を充填することができる。流体がノズル保持ループ６５６内に隔離されると、流体ハンドリングシステム１０６はその構成をノズルのロード構成へと切り替えて、ウエハ１０８の走査工程を実施するために流体をノズル３０４に移送するか、またはノズルのブランクサンプルを得ることができる（たとえば、リンス洗浄部１１４の表面などの不活性な表面に流体を導入し、かつ分析のために不活性な表面からサンプルを除去する）。
図９Ｅを参照すると、流体ハンドリングシステム１０６が例示的なノズルのロード構成にある状態で示されており、これによってポンプ６００はノズル保持ループ６５６と流体連通しており、ノズル３０４はバルブ６５８を介した第２のバルブ構成となり、流体をノズル保持ループ６５６からノズル３０４へと押し出している。いくつかの実装形態では、走査工程中、ノズル３０４がポンプ６００によってロードされている間、ウエハ１０８は静止状態に保たれている。いくつかの実装形態では、システム１００は、ノズル３０４に流体を充填する前に、ノズル３０４のゼロ点操作を実施する（たとえば、図８Ａから図８Ｃに関連して記載しているように）。その後、ノズルをウエハ１０８上の走査位置に位置決めし、ポンプ６００は、ノズル保持ループ６５６からノズル３０４の入口ポート５０６に、次いでノズル本体５００を経て第１のノズルポート５０６およびウエハ１０８の表面１４６に至る（または、ノズルのブランク分析時の不活性な表面上へと）まで、流体を押し出すように動作することができる。いくつかの実装形態では、流体ハンドリングシステム１０６のコントローラは、ノズル３０４が充填されたことを示す、ノズル３０４への流体の導入またはこれからの流体の流出の有無を検出しているセンサ５３４Ａおよび５３４Ｂからの検知信号が発信されたか否かに基づいて、ポンプ６００の動作を制御している。いくつかの実装形態では、センサ５３４Ａによって流体の先端が検出されると、ポンプ６００は、ノズル３０４に導入される流体の流速を低下させる（たとえば、約５０μＬ／分の流速から１０～２０μＬ／分の流速へと低下させる）。いくつかの実装形態では、ポンプ６００は、流体の後端がセンサ５３４Ｂによって記録されるまで、ノズル３０４を充填するように動作する。ポンプ６００は、次いで流体の後端をノズル３０４内に押し込むように一定の時間動作し、その後動作を停止し、これによって、以前ノズル保持ループ６５６によって保持されていたすべての流体がウエハ１０８の表面１４６上に配置される （または、ノズルのブランクを実施している場合は不活性な表面上に）。次いで、流体はノズル３０４によって表面１４６上に支持される。いくつかの実装形態では、流体の一部はノズルフード５１０から突出する可能性があるが、これを接着力などによって、チャネル５１２内の流体の残部と接触した状態に維持することができる。システム１００は、次いでウエハ１０８の表面１４６上でノズル３０４を走査する段階に移行する。走査工程中、モータシステム１１２はウエハ１０８を回転させ（たとえば、約２ｒｐｍで）、これにより、ノズル３０４が支持している流体はウエハ１０８の表面１４６上へと移行する。いくつかの実装形態では、流体は、ウエハ１０８を一回転させることでウエハ１０８の表面１４６のほぼ全体と相互作用するが、これをさらに回転させることもできる。たとえば、本走査工程では、流体がウエハ１０８の表面全体に２回接触できるようにするために、モータシステム１１２がウエハ１０８を二回転させることを含み得る。走査終了後、ノズルを回転させて、ノズルの端部をウエハのエッジ上に延長させることにより（たとえば、図６に関連して記載しているように）、たとえば表面からノズル３０４への流体の取り込みを、第２のノズルポート５０８を介して補助することができる。
図９Ｆを参照すると、流体ハンドリングシステム１０６が例示的な回収構成にある状態で示されており、これによってポンプ６０２は、第１の構成のバルブ６４８、第３の構成のバルブ６３８、および第２の構成のバルブ６４４を介してノズル３０４と流体連通している。この回収構成では、ポンプ６０２は、ウエハ１０８の表面１４６から第２のノズルポート５０８を介して流体を吸引し、かつ出口ポート５０４を介してノズル３０４の外に放出するように動作し、そこで流体はサンプル保持ループ６３４へと引き込まれる。センサ（たとえば、センサ６６０）を使用して、センサ５３４Ａまたは５３４Ｂの出力によってポンプ６００を制御するのと同様に、ポンプ６０２の動作を制御することができる。たとえば、センサ６６０は、サンプル保持ループ６３４に流入する流体の後端を検出し、これによってポンプ６０２に動作を停止するように通知することができる（たとえば、流体ハンドリングシステム１０６のコントローラを介して）。ひとたび流体がサンプル保持ループ６３４に保持されると、流体ハンドリングシステム１０６は、移送ライン６４２を介して流体をサンプル分析装置に導入するために、図９Ｃに関連して記載した薬剤の注入構成へと移行することができる。いくつかの実装形態では、サンプル保持ループ６３４は、走査後の流体をすべて回収できるようにするために、ノズル３０４に供給される流体の容積（たとえば、５００μＬ）よりも大きい容積（たとえば、１．５ｍＬ）を有する。
電気機械装置（たとえば、電気モータ、サーボ、またはアクチュエータなど）をシステム１００の構成要素と連結するか、またはその内部に搭載して、システム１００内に組み込まれているか、またはシステム１００を外部から駆動する制御ロジックによる自動操作を容易に行うことができる。これらの電気機械装置を、本明細書に記載の工程などの種々の工程に従って、装置および流体を移動させるように構成することができる。システム１００は、非一時的なキャリア媒体（たとえば、フラッシュドライブ、ハードディスクドライブ、ソリッド・ステート・ディスク・ドライブ、ＳＤカード、または光ディスクなどの記憶媒体）からのコンピュータ可読プログラム命令（すなわち、制御ロジック）を実行するように構成された、プロセッサまたは他のコントローラを有するコンピューティングシステムを含むか、またはこれによって制御されてもよい。このコンピューティングシステムをシステム１００の種々の構成要素に対して、直接接続によっても、１つ以上のネットワーク接続（たとえば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、無線エリアネットワーク（ＷＡＮまたはＷＬＡＮ）、および１つ以上のハブ接続（たとえば、ＵＳＢハブ）など）によっても接続することができる。たとえば、このコンピューティングシステムをチャンバ１０２、モータシステム１１２、本明細書に記載のバルブ、本明細書に記載のポンプ、本明細書に記載の他の構成要素、それらの制御を指示する構成要素、またはそれらの組み合わせに対して通信可能に連結することができる。プログラム命令は、プロセッサまたは他のコントローラによって実行されると、コンピュータシステムに、本明細書に記載しているような１つ以上の動作モードに従って、システム１００を制御させることができる（たとえば、ポンプの制御、バルブ、アクチュエータ、およびスプレーノズルの選定や、装置の位置決めなど）。
本開示全体を通して記載している種々の機能、制御動作、処理ブロック、または工程をハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェアの任意の組み合わせによって実行してもよいことを認識すべきである。いくつかの実施形態では、種々の工程または機能を電子回路、論理ゲート、マルチプレクサ、プログラム可能論理回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、コントローラまたはマイクロコントローラ、もしくはコンピューティングシステムのうちの１つ以上によって実行している。コンピューティングシステムは、パーソナル・コンピューティング・システム、モバイルコンピューティング装置、メインフレーム・コンピューティング・システム、ワークステーション、画像コンピュータ、並列プロセッサ、または当技術分野で知られている他の任意の装置を含み得るが、これらに限定されない。一般に、「コンピューティングシステム」という用語は、キャリア媒体からの命令を実行する、１つ以上のプロセッサまたは他のコントローラを有する任意の装置を包含するように、幅広く定義されている。
本明細書に記載の実施形態によって明示されるものなどの機能、制御動作、処理ブロック、または工程を実行するプログラム命令を、キャリア媒体を介して送信するか、またはキャリア媒体上にこれらを格納してもよい。このキャリア媒体は、以下のものに限定しないが、ワイヤ、ケーブル、または無線伝送リンクなどの伝送媒体であってもよい。このキャリア媒体は、以下のものに限定しないが、読み取り専用メモリ、ランダム・アクセス・メモリ、磁気ディスクまたは光ディスク、ソリッドステート装置もしくはフラッシュメモリ装置、または磁気テープなどの非一時的な信号搬送媒体または記憶媒体をさらに含んでいてもよい。
また、本発明は添付の特許請求の範囲によって定義されることを理解すべきである。本発明のいくつかの実施形態を例示したが、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく、当業者によって種々の修正がなされ得ることは明らかである。

Claims (17)

  1. 半導体ウエハの表面を分解して走査するためのチャンバであって、
    内部領域およびチャンバの上部にある第１開口部を画定するチャンバ本体であって、チャンバ本体の内部領域の中に半導体ウエハを受容するチャンバ本体と、
    チャンバ本体の上部とチャンバ本体の底部との間にあるチャンバ本体の中間部において内部領域内に突出しているレッジであって、中間部の内部領域内に第２開口部を画定するレッジと、
    半導体ウエハの少なくとも一部を保持するように構成されたウエハ支持体であって、少なくとも第１開口部に隣接する第１位置と、チャンバ本体の内部領域内の第２開口部に隣接する第２位置との間で位置決め可能であるウエハ支持体と、
    ウエハ支持体に動作可能に連結されたモータシステムであって、チャンバ本体に対してウエハ支持体の垂直位置を制御し、少なくとも、走査ノズルによる半導体ウエハへのアクセスのための第１位置、および半導体ウエハの表面の分解のための第２位置に制御するように構成されたモータシステムと、
    チャンバ本体の壁の開口部内に位置決めされ、分解液をチャンバ本体の内部領域の中に噴霧するように構成された噴霧器であって、チャンバ本体の壁に対して所定位置に固定された噴霧器と、
    チャンバ本体の内部領域内で第２開口部の下方にあるガス吐出ポートと、
    ガス源に連結されたコントローラであって、ウエハ支持体が第２位置に位置決めされた場合、噴霧器によるチャンバ本体の内部領域の中への分解液の導入時の際に、ガス源からガス吐出ポートにガスを導入するように構成されたコントローラと、を備えるチャンバ。
  2. 第１開口部および第２開口部は、同軸に配置される請求項１に記載のチャンバ。
  3. モータシステムは、チャンバ本体に対してウエハ支持体の垂直位置を、第２開口部とチャンバの底部との間にある第３位置に制御するようにさらに構成される請求項１に記載のチャンバ。
  4. モータシステムは、半導体ウエハのリンス洗浄工程または半導体ウエハの乾燥工程のうちの少なくとも一方において、第３位置においてウエハ支持体を回転させるようにさらに構成される請求項３に記載のチャンバ。
  5. モータシステムは、第１位置および第２位置の少なくとも一方において、ウエハ支持体を回転させるようにさらに構成される請求項１に記載のチャンバ。
  6. チャンバ本体は、チャンバ本体の内面とレッジとの間に１つ以上のチャネルを画定し、該１つ以上のチャネルは、第１開口部と第２開口部との間にある流体へのアクセスを提供する請求項１に記載のチャンバ。
  7. １つ以上のチャネルと流体連結された１つ以上のドレインであって、該１つ以上のドレインは、チャンバ本体の内部領域からの流体用出口を提供する請求項６に記載のチャンバ。
  8. チャンバ本体の底部に連結された１つ以上のドレインをさらに備える請求項１に記載のチャンバ。
  9. 半導体ウエハの表面を分解して走査するためのシステムであって、
    半導体ウエハを受容するように構成されたチャンバを備え、
    該チャンバは、チャンバの上部にある第１開口部を画定し、チャンバの内部領域の中に半導体ウエハを受容するものであり、該チャンバは、
    ・チャンバの上部とチャンバの底部との間にあるチャンバの中間部にあるレッジであって、中間部において第２開口部を画定するレッジと、
    ・半導体ウエハの少なくとも一部を保持するように構成されたウエハ支持体であって、少なくとも第１開口部に隣接する第１位置と、第２開口部に隣接する第２位置との間で位置決め可能であるウエハ支持体と、
    ・ウエハ支持体に動作可能に連結されたモータシステムであって、チャンバに対してウエハ支持体の垂直位置を、少なくとも第１位置および第２位置に制御するように構成されたモータシステムと、
    ・チャンバの壁の開口部内に位置決めされ、分解液をチャンバの内部領域の中に噴霧するように構成された噴霧器であって、チャンバ本体の壁に対して所定位置に固定された噴霧器と、を含み、
    前記システムはさらに、
    開放位置と閉鎖位置との間で位置決め可能な蓋であって、閉鎖位置にある場合、第１開口部を覆うようなサイズおよび形状を有する蓋と、
    ノズルと連結された走査アームであって、ウエハ支持体がモータシステムによって第１位置に位置決めされた場合、ノズルを半導体ウエハに隣接して位置決めし、そして、ウエハ支持体がモータシステムによって第２位置に位置決めされた場合、ノズルを蓋の経路の外側に、開放位置から閉鎖位置へ位置決めするように回転可能である走査アームと、
    チャンバの内部領域内で第２開口部の下方にあるガス吐出ポートと、
    ガス源に連結されたコントローラであって、ウエハ支持体が第２位置に位置決めされた場合、噴霧器によるチャンバ本体の内部領域の中への分解液の導入時の際に、ガス源からガス吐出ポートにガスを導入するように構成されたコントローラと、を備えるシステム。
  10. ウエハ支持体が第２位置にある場合、蓋は、閉鎖位置にあり、第１開口部を経由した流体通過を防止する請求項９に記載のシステム。
  11. ウエハ支持体が第１位置にある場合、蓋は、開放位置にあり、ノズルによる半導体ウエハへのアクセスを提供する請求項９に記載のシステム。
  12. ノズルを受容するための細長チャネルを有するリンストラフをさらに備え、
    該細長チャネルは、リンス液源と連結され、リンス液を細長チャネルに導入して、ノズルをリンス洗浄するように構成される請求項９に記載のシステム。
  13. リンストラフは、ノズルを受容するための第２細長チャネルをさらに備え、
    該細長チャネルは、乾燥ガス源と連結され、乾燥ガスを細長チャネルに導入して、ノズルを乾燥させるように構成される請求項１２に記載のシステム。
  14. モータシステムは、チャンバに対してウエハ支持体の垂直位置を、第２開口部とチャンバの底部との間にある第３位置に制御するようにさらに構成される請求項９に記載のシステム。
  15. モータシステムは、半導体ウエハのリンス洗浄工程または半導体ウエハの乾燥工程のうちの少なくとも一方において、第３位置においてウエハ支持体を回転させるようにさらに構成される請求項１４に記載のシステム。
  16. モータシステムは、第１位置および第２位置の少なくとも一方において、ウエハ支持体を回転させるようにさらに構成される請求項９に記載のシステム。
  17. 半導体ウエハの表面を分解して走査するためのシステムであって、
    半導体ウエハを受容するように構成されたチャンバを備え、
    該チャンバは、チャンバの上部にある第１開口部を画定し、チャンバの内部領域の中に半導体ウエハを受容するものであり、該チャンバは、
    ・チャンバの上部とチャンバの底部との間にあるチャンバの中間部にあるレッジであって、中間部において第２開口部を画定するレッジと、
    ・半導体ウエハの少なくとも一部を保持するように構成されたウエハ支持体であって、少なくとも第１開口部に隣接する第１位置と、第２開口部に隣接する第２位置との間で位置決め可能であるウエハ支持体と、
    ・ウエハ支持体に動作可能に連結されたモータシステムであって、チャンバに対してウエハ支持体の垂直位置を、少なくとも第１位置および第２位置に制御するように構成されたモータシステムと、
    ・チャンバの壁の開口部内に位置決めされ、分解液をチャンバの内部領域の中に噴霧するように構成された噴霧器であって、チャンバ本体の壁に対して所定位置に固定された噴霧器と、を含み、
    前記システムはさらに、
    開放位置と閉鎖位置との間で位置決め可能な蓋であって、閉鎖位置にある場合、第１開口部を覆うようなサイズおよび形状を有する蓋と、
    ノズルと連結された走査アームであって、ウエハ支持体がモータシステムによって第１位置に位置決めされた場合、ノズルを半導体ウエハに隣接して位置決めし、そして、ウエハ支持体がモータシステムによって第２位置に位置決めされた場合、ノズルを蓋の経路の外側に、開放位置から閉鎖位置へ位置決めするように回転可能である走査アームと、を備え、
    ノズルは、
    第１ノズルポートと流体連通している入口ポートを画定し、そして出口ポートと流体連通している第２ノズルポートを画定するノズル本体であって、入口ポートを介して分解液を受け取り、第１ノズルポートを介して流体を送って、半導体ウエハの表面に流体を導入するように構成され、そして第２ノズルポートを介して半導体ウエハの表面から流体を除去し、かつ第２ノズルポートから出口ポートを介して流体を送るように構成されたノズル本体と、
    第１ノズルポートおよび第２ノズルポートに隣接してノズル本体から延びており、かつ第１ノズルポートと第２ノズルポートとの間に少なくとも部分的に配置されたチャネルを画定するノズルフードであって、半導体ウエハの表面に沿って第１ノズルポートから第２ノズルポートへ流体を送るように構成されたノズルフードと、を含むシステム。
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