TWI382447B - 用於半導體晶圓的薄層化學處理之方法及裝置 - Google Patents

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Description

用於半導體晶圓的薄層化學處理之方法及裝置
本發明大體上係關於處理半導體晶圓或相似工件，且尤其係關於用於化學分析半導體晶圓表面，以及清潔、蝕刻及另外藉由同步即時分析進行中之過程的能力來處理半導體晶圓的方法及裝置。
微晶片製造過程主要為表面問題。處理技術與基板材料之表面以下或以上之幾微米內的修改特性有關。藉由使用平面處理形成當前的錯合電子積體電路，平面處理中將超清潔、平整矽晶圓用作基板，且藉由多種氧化、光微影、移除、離子轟擊、沈積及其它過程將大量等同元件建置於基板上。
吾人熟知元件之晶圓表面上的化學污染物與微粒雜質的存在會嚴重影響矽電路之元件效能、可靠性及產品良率。由於表面直徑向300 mm延伸且結構尺寸收縮至次微米以下，在用於圖案化微電子元件之過程之前及之後的超清潔表面製備在現在比以前重要得多。
用於超清潔表面製備之現有方法可分為兩種主要類別：諸如浸沒與噴射技術之濕過程，及諸如基於化學氣相與電漿技術之乾過程。濕處理通常由藉由以適當化學溶液浸沒或噴射晶圓之一連串步驟組成。用於超清潔晶圓表面製備之濕過程已在過去三十年成功使用且仍為使用於當前積體電路製造之主要方法。然而，90與65 nm半導體處理之複雜 性(其要求諸如銅互連、低k介電質、高k電容器及更多金屬級之新材料與結構)需要建立量測及移除污染物及其它致命缺陷之新方式，以及非缺陷敏感之處理步驟的設計。此外，規定元件必須良率為中-高90%範圍之現代半導體製造業的經濟實體反映半導體業之揮發性與迴圈性質。同樣地，高級程序控制與現場過程監控將比基於最終測試與檢測資料之較長迴圈反饋的傳統方法重要得多。需要可靠的在線監控系統用以確保關鍵儀器效能及處理品質。
因此，需要在材料、時間及所需勞動方面有效清潔及處理半導體晶圓的能力，以及精確且在即時基礎上分析與監控半導體晶圓之清潔及/或處理的能力。本發明尋求解決此等需要。
一種用於化學處理半導體晶圓之裝置包括一在其內緊密地接收及處理半導體晶圓之微腔室。該微腔室包含：一第一或上區域，其具有界定一上工作表面以及一內部周邊的多個部分；及一第二或下區域，其具有界定一下工作表面之多個部分且亦具有界定一內部周邊之多個部分。該處理腔室可在供自其接收或移除半導體晶圓之開放位置與供緊密支撐半導體晶圓用於化學處理之關閉位置之間轉移。
當處理腔室處於關閉位置時，半導體晶圓定位於上工作表面與下工作表面之間以在上工作表面與半導體晶圓之相鄰表面之間界定一窄空隙，及/或在下工作表面與半導體晶圓之相鄰表面之間界定一窄空隙。此外，窄空隙可存在於 半導體晶圓之外周邊與腔室上與下區域之內周邊之間。
在腔室之第一或上區域及腔室之第二或下區域中提供至少一個入口開口供將處理流體導入腔室。可至少在腔室下區域之周邊部分進行造型來界定用於用過之處理流體之收集位置。自收集位置，處理流體可藉由出口離開腔室，進而將用過之處理流體引導至分析器，或用於儲存及最終處理。同樣，處理腔室包括供將氣體以某種方式導入腔室之至少一入口開口，使得氣體充當用於處理流體之載體，以將處理流體載入收集腔室下區域之造型部分且接著載出腔室出口。
根據本發明之另一態樣，將第二或下腔室之造型部分定位於下腔室之外周邊部分。另外，第二或下腔室之造型部分可界定自第二腔室相鄰區域向下延伸之至少一凹槽。在本發明之另一態樣中，凹槽可大體上圍繞第二腔室之周邊部分延伸。
根據本發明之另一態樣，腔室第二或下區域界定與凹槽連通以供收集用過之處理流體之貯槽。此外，一排水管與貯槽流體流動連通以供引導用過之流體遠離貯槽。
在另一態樣中，當前裝置進一步包括一供接收與支撐腔室第一或上區域之上盒結構，及一供接收與支撐腔室第二或下區域之下盒結構。該等上與下盒區域在腔室關閉期間可朝向彼此相對移動且在腔室開放期間可遠離彼此相對移動。
在本發明之另一態樣中，至少一流體囊狀物在腔室關閉 期間向上與下盒結構提供動力以使其朝向彼此相對移動，並在腔室開放期間收縮上與下盒結構以使其遠離彼此相對移動。
本發明亦包括供在緊密配合之處理腔室內部化學處理半導體晶圓的方法，該處理腔室具有一上工作表面、一下工作表面及一圍繞上與下工作表面延伸之周邊。該方法包括在上與下工作表面之間支撐晶圓，使得將窄空隙建立在晶圓之至少一表面的大體上整個區域與對應工作表面之間。亦將晶圓支撐於腔室內部使得將窄空隙建立於晶圓之外邊緣部分與腔室內部之周邊之間。
本發明之方法亦包括將選定處理流體藉由腔室內部之至少一入口開口噴入腔室。使處理流體流過晶圓與腔室之間的窄空隙，且接著通過晶圓之外邊緣部分。自腔室快速收集並移除已流過晶圓之外邊緣部分的因此用過的處理流體以用於分析及/或收集。
根據本發明之另一態樣，收集該處理流體之步驟包含在下工作表面的凹陷部分收集處理流體。下工作表面的凹陷部分可圍繞腔室內部之周邊延伸。
同樣，可藉由將加壓氣體引入腔室內部來執行快速收集用過之處理流體之步驟，氣體促進用過之處理流體的收集並離開腔室。在本發明之另一態樣中，快速收集用過之處理流體之步驟可包括採用真空輔助用過之處理流體之收集且使用過之處理流體離開腔室內部。
在圖1與2中分別以側面正視圖示意地展示處於開放與關閉位置的本發明之半導體晶圓化學處理及分析裝置20。簡言之，裝置20包括微處理腔室22，該微處理腔室22由用於在其間緊密接收半導體晶圓27之一第一或上腔室24及一第二或下腔室26組成。上腔室24藉由上盒結構28支撐且處於上盒結構28內，上盒結構28又連接至並藉由上支撐結構30支撐。相應地，下腔室26安置於下盒結構32內，下盒結構32又藉由下支撐結構34支撐及運載。
上支撐結構30與下支撐結構34可相對於彼此移動以當裝載及移除晶圓27時開放與關閉上盒結構28與下盒結構32以及開放與關閉上處理腔室24與下處理腔室26。當關閉微處理腔室22時，將化學試劑及其它流體引入腔室供化學分析、清潔、蝕刻及另外處理半導體晶圓且同時收集用過之化學試劑及其它流體供在線或離線分析、或供投送至廢物處理系統。
更詳細描述裝置20，下支撐結構34包括底板40及間隔在底板上方之中間板42，以及間隔在中間板上方之上板44。如以下更完全之描述，下氣袋46安置於中間板42與上板44之間以相對於中間板42擡起並放下上板44。另外參考圖3，藉由一支撐結構將中間板42支撐於底板40之上，支撐結構包括一對縱向桿48，其自底板40與中間板44之一個邊緣52至底板與中間板之相對邊緣54延伸穿過下支撐結構34。桿48形成用於中間板42之高強度支撐壁。中心組塊50在壁48之間延伸且相對於底板40在中心。若干對間隔中間橫向桿 56自壁48之中間部分至底板40之外邊緣58與60以間隔、平行之關係橫向延伸。繼續參考圖3，支撐組塊62定位於相鄰中間桿56之間且鄰接縱向桿48之外側以提高下支撐結構34之結構完整性。
藉由沿中間板之外邊緣延伸以與自中間板42之每個角向內對角延伸之對角桿68交叉之角桿64與66相對於底板40支撐中間板42之轉角部分。應瞭解，藉由上述構造，中間板42大體上被支撐於底板40上，同時仍圍繞下支撐結構34之周邊部分界定空腔70、72、74及76使壓力泵、真空泵及其它儀器能夠安裝於下支撐結構內。
如圖所示(包括圖1與2)，柱狀物80自底板40之每一角部分向上延伸至上支撐結構30之頂部。柱狀物80不僅將上支撐結構30支撐於下支撐結構34上，而且如下文所描述，亦導引上盒結構28與下盒結構32之行進。下套筒或圓筒82包裹每一柱狀物80之下部分，進而加固柱狀物。理想情況下，圓筒82固定且牢固地附著於柱狀物80。柱狀物80之下端可藉由任何方便構件緊固於底板40，包括藉由使用向上延伸穿過提供於底板40上之間隙孔的螺紋硬體部件84以嚙合形成於柱狀物80之中心及下部分上的螺紋盲孔。雖然將柱狀物80描述為實心構造，但視柱狀物之尺寸與材料組合物而定，柱狀物可為中空或部分中空。
藉由下氣袋46調適中間板42及進而支撐之下盒結構32相對於上支撐結構30升起及降落，在圖1中展示下氣袋46夾於中間板42與上板44之間。空氣可供應至氣袋46並藉由未詳 細描述之標準儀器自氣袋排空。同樣，具有氣袋46之性質的氣袋為商用之標準商品。
為促進上板44之升起及降落，間隙孔在柱狀物80之位置形成於上板內。滑動環86在每一此等間隙孔處定位於上板44下側用以滑動嚙合於柱狀物80上。每一滑動環86包括固定於上板44之下表面的上法蘭部分88及自該法蘭部分88向下延伸以在滑動環86在柱狀物80上滑動運動期間充當導引的襯套部分90。應瞭解可利用其他類型之導引結構，例如，多種類型之軸襯或軸承。
另外參考圖4與5，下盒結構32包括位於下盒結構之下的下板100。如圖4所示，下板100大體平坦且具有對應下支撐結構34之上板44的形狀及尺寸。板100包括用於柱狀物80之間隙開口104。亦將中心與中間盲空腔106、108及110提供於板100之內部部分以容納排水管線、感測器或其他用於連結本發明之配件或儀器，其包括於下文之描述。向下延伸之切口112與114沿板100之側邊緣形成，其用於定位包含流體、液體或氣體分配系統之元件。
從上文可注意，下盒32被支撐於板100之頂部。藉由任何方便構件可將盒32緊固於板100。同樣，盒32包括用於柱狀物80之間隙開口116。盒32具有用於接收下腔室26之中心圓形空腔118，下文將更完全描述。下盒32亦包括對應於如上文所述形成於板100上的盲空腔106、108與110之位置的中心通孔120及中間通孔122與124。下盒32亦包括對應形成於板100上切口112與114之位置沿盒之側部分延伸之側切口 126與128。另外，盒32包括分別沿切口126與128安置且在其內側的側肩部分130與132。此等切口與肩部分係設計用於在本發明之裝置20之內定位諸如閥、流動控制器、感測器等元件。
可使用多種O環相對於下盒32來密封下腔室26，O環包括環繞開口120之中心下O環140及圍繞腔室26之下周邊延伸之外周邊下O環142。將至少一個O環144安置於腔室26之外邊緣與下盒結構32之間以在腔室結構與盒結構之中形成密封腔室。
同樣，可使用至少一個O環146相對於上盒28來密封下盒32。將O環146定位於下盒之上表面與上盒之下表面的介面處。以此方式，上盒28與下盒32在關閉時密封在一起，其又密封上與下腔室，此由於此等腔室又相對於其盒密封，如本文所說明。
接著描述如圖1、2、6與7所展示之上支撐結構30，藉由螺紋硬體部件162將頂板160附著於柱狀物80之上端，螺紋硬體部件162延伸穿過形成於板160上之緊密配合間隙孔以嚙合形成於柱狀物上之螺紋盲孔。可利用將頂板160附著於柱狀物80之其他構件。藉由一結構配置將中間板164隔開在頂板160之下，該結構配置相似於在底板40與中間板42之間的下支撐結構34上使用的結構配置。在此方面，如圖7所示，平行、間隔桿166自板之邊緣168至170延伸穿過板160與164之中間部分。若干對中間桿172自桿166以相似於以上圖3中展示之桿56的方式橫向延伸至板160與164之外邊緣 174與176。邊緣桿178、180、182與184圍繞板160與164之周邊延伸。此外，對角桿186自上支撐結構30之每個角向內對角延伸以切線地相交加固圓筒188，加固圓筒188圍繞柱狀物80之上部分延伸且自頂板160之下側垂直延伸至中間板164之上側以增大柱狀物80之柱及彎曲強度。為提供進一步結構完整性，加固圓筒可沿柱狀物80進一步向下延伸。如圖1與2所示，可在邊緣桿180-186上形成長圓形開口190用以提供流體通道及用於連結本發明的其他類型管線。
上盒28間隔於中間板164之下。如圖6所示，盒28包括被設計尺寸以緊密接收柱狀物80之間隙孔200。藉由圓筒202自中間板164支撐上盒28，圓筒202自中間板164之下側向下延伸以相交及支撐夾鉗板204。如圖7中虛線所示，夾鉗板204相應盒結構28之整體形狀在形狀上大體上呈長方形，但在整體尺寸上稍小，此係為了其可接收於形成於盒結構之上表面上的向下凹座206中。在圓周208上剪除夾鉗板204之內側部分以環繞盒結構28的內輪緣部分209。藉由複數個螺紋硬體部件(未圖示)將盒28附著於夾鉗板204之下側，螺紋硬體部件延伸穿過形成於夾鉗板上之間隙開口以嚙合於形成在盒28之上部分上的螺紋盲孔內。以此方式，上盒28緊固附著於上支撐結構30且可自其分開。
上盒28包括用於接收上腔室24之中心部分的中心開口210。上盒亦包括用於支撐上腔室24之上、大直徑部分214的圓形肩部分212。將一對O環216與218插入上腔室大直徑部分214之下側與上盒28之肩部分212之間。O環可為多種橫 截直徑，此係視晶圓27之表面與上腔室24及下腔室26之工作表面之間所需的空隙而定，如下文更徹底討論。應瞭解，隨著此等空隙之改變，可達成用於處理腔室之流體的不同流動圖案，例如，達成層狀流體流動對擾動流體流動的流動圖案。
將第二氣袋220插入中間板164之下側與上腔室24頂部之間以迫使上腔室向下且相對於下腔室26關閉上腔室，如下文更完全描述。上氣袋220位於下層板222上。同樣，圓形壁224自板222向上延伸以環繞及包含氣袋220。應瞭解，圓形壁224之上邊緣與中間板164之下表面之間存在空隙以使氣袋220能夠壓縮而不會使壁224之上邊緣下降至板164上。與氣袋46一致，可用此技術中熟知之方式膨脹及壓縮氣袋220。將薄塑膠片226插入板222之下側與上腔室24之頂面之間，從而防止板222與上腔室24表面之直接接觸，用以減少其間之相對磨損且幫助維持腔室22之清潔。同樣，薄片可減少當氣袋220被膨脹及壓縮時會發生之衝擊負載。
如圖6所示，若干對雙階梯凸緣(double-stepped ledge)或凹口230存在於沿上盒28之周邊側邊緣。本發明之元件，諸如閥、流動控制器、感測器等可定位於該等位置。
參考圖1與2，將側O環236安置於上腔室24之上方大直徑部分214之外直徑與上盒之相應部分的內直徑之間。此外，將一對O環238與240安置於上盒28之肩部分212之下側與下腔室26之相應上周邊部分之間，以在其間提供密封。O環座可形成於下腔室之上周邊部分上，以在其內接收及回復O 環238與240。應瞭解，O環或相似密封機構可用於腔室24與26及盒結構28與32之間，以及本發明之其他元件之間的額外位置上，以防止吾人不欲之流體洩漏。
接著，如圖8-11所示，聚焦於微處理腔室22之構造，所示上腔室24與下腔室26大體上為碟形，但可形成為包括正方形、六邊形、八邊形等其他形狀。設計上腔室24之尺寸使其可緊密接收於形成於上盒28之中心開口210內。同樣地，參看圖5，選定下腔室26之直徑及形狀使其可緊密接收於形成於下盒結構32上之圓形空腔118內。同樣，如圖1與2所示，且如上文所說明，大O環236環繞上腔室24之圓周外部側壁250進而相對於上盒結構28之相應內側表面密封壁250。相應地，如上文所說明，大直徑O環144環繞下腔室26之外直徑252，以相對於下盒結構32之相應內側壁密封，從而在其間形成流體緊密密封。勝於使用單個O環236與144，可將多個O環用於該等位置。
應瞭解，設計上腔室24與下腔室26以分別匹配上盒結構28與下盒結構32之內部形狀，且以與其精密配合。在此方面，如圖10所示，上腔室24包括形成上腔室之最大直徑部分的上凸緣部分214。如上文所描述，此凸緣部分可在上盒結構28之肩部分212上被接收且藉由其被支撐。上腔室24亦包括嵌套於上盒肩部分212之內部直徑壁255的下方小直徑嚙合部分254。雖然未圖示，可將O環插入嚙合部分254之外直徑與壁255之間。
當關閉微處理腔室22時，如圖2所示，上腔室之嚙合部分 254之下表面256座落於下腔室26之相應部分之上表面258上。同樣，當處理腔室關閉時，下腔室26之減小直徑上中心部分260向上延伸，以與形成於上腔室24之中心下部分上的淺空腔262嚙合。被處理之半導體晶圓27座落於下腔室26之中心部分260的上/工作表面264上，如下文更完全討論。在約0.001 cm至0.5 cm之範圍內之很窄空隙存在於晶圓之上表面與空腔262之表面之間。在處理晶圓27期間，相似窄空隙可存在於晶圓27之下側與表面264之間。同樣，例如約0.1至10.0 mm之窄空隙存在於晶圓之外周邊與腔室22之內部之間。實質上，腔室22之內部大體上完全由晶圓填充。如本文所解釋，藉由此構造，僅需最小量處理流體來處理及/或清潔晶圓。同樣，由於每晶圓所需之處理或清潔流體體積很小，在清潔及/或處理期間，自晶圓移除之污染物或其他物質之程度或濃度比若處理/清潔晶圓27要求之處理及/或清潔流體之典型、極大體積時要大。
藉由在表面264上稍微向上延伸之輪緣266環繞上/工作表面264。上腔室24之相應部分在268處相對於上腔室之中心空腔部分262之下或工作表面272凹陷，如下文所討論。輪緣266較佳地在表面264上延伸一段距離，該距離足夠高以相對於表面264及下腔室26保持晶圓27，但不會過高使在接觸晶圓以用於移除變得困難。此高度可為自晶圓厚度之約三分之一至晶圓厚度之約四倍。但由於輪緣266之存在，當晶圓被裝載至表面264上時，晶圓可能不會留在適當位置，例如當意欲藉由使用空氣或氣體薄層將晶圓支撐於表 面264上時，若某些液體遺留在表面264上或若空氣或其他氣體洩漏或有目的地(例如，通過通道322)被引導至表面264上。
接著，特定參考圖10，上腔室24包括自上腔室之中心空腔部分262之下/工作表面272向下突出的圓形鄰接環270。在橫截面中，亦參看圖8A，鄰接環270界定大體上為直角三角形形狀，此三角形之斜邊部分向下延伸且相對於上腔室24之中心對角向外。亦可參看圖8，如下文更完全討論，指定為270A之鄰接環的小區段在橫截面上為長方形而非三角形。如圖8所示，此長方形區段270A定位於9點鍾位置。將下腔室之減小直徑中心部分260相對於表面264進行造型，以形成尺寸上緊密接收鄰接環270的圓周凹槽276。當鄰接環270嚙合於凹槽276時，鄰接環幫助將晶圓27安置或定位於下腔室26之中心部分之上表面264上。鄰接環270亦可用於將處理液體或氣體引導入凹槽276以及定位於凹槽276在直徑上向內之第二、內圓形凹槽278。如在凹槽276中，凹槽278係藉由低於表面264以下之高度的下腔室中心部分之造型部分來形成。然而，鄰接環部分270A妥貼地配合於凹槽276之相應部分內以防止處理液體或氣體進入凹槽276之該部分。如下文所討論，此促進凹槽276中之液體或氣體沿凹槽以遠離鄰接環區域270A之相反方向流動。在鄰接環區域270A處凹槽276為最小深度且在沿凹槽遠離環區域270A之兩個方向上增加深度，在凹槽之直徑相反部分增加至最大深度。
如圖8B所示，除了在位置278A處，內凹槽278大體上圍繞下腔室26之中心部分260之整個直徑延伸，在區段278A處無凹槽。此對應圖9中所展示之約9點鐘之位置。然而，凹槽278在遠離區段278A之兩個方向上增加深度，自凹槽區域278A之位置在凹槽278之直徑相反部分處達到最大深度。申請人已發現，藉由將凹槽278終止於位置278A且藉由在遠離位置278A之兩個方向上逐漸增加凹槽深度，收集於凹槽278內之流體被激勵流向在凹槽相反側之最小深度位置。在此等最大深度位置處，內凹槽278包括呈向下V形空腔之形式、具有大體上相應於凹槽276寬度之寬度的收集貯槽282。同樣地，參看圖11，在外凹槽276內提供收集貯槽280，其亦呈形成於凹槽中之向下V形空腔的形式。在圖9中，將收集貯槽280與282定位於3點鐘位置處。
繼續特定參考圖10與11，外收集貯槽280之底部與自貯槽280底部向下延伸之出口排水管284流體流動連通。排水管284可連接於能夠分析在使用本發明期間自晶圓27移除之污染物或其他材料的分析裝置。此種分析裝置為商用之熟知商品，因而此處未作詳細說明。內收集貯槽282之底部同樣包括導向收集系統之出口排水管286，該收集系統供收集在本發明之處理腔室22中使用之清潔流體、蝕刻流體或其他類型工作流體或氣體。同樣，排水管286可連接至能夠分析收集流體中之污染物或其他材料之適當分析裝置。
特定參考圖10，所展示之排泄出口290與292在收集貯槽之上高度處與收集貯槽280與282之側壁部分形成流體接收 連通。排泄出口290與292自收集貯槽280與282及其相應收集凹槽276與278收集溢出流體(氣體及液體)以快速將其移除。如下文描述，排泄出口290與292向下延伸朝向腔室26之底部且徑向向內，進而不僅避免干擾凹槽276與278，而且避免干擾形成於下腔室26內之額外凹槽。
特定參考圖10，上腔室24包括自鄰接環270徑向向外定位之向下延伸外環300。外環300定位於藉由嚙合部分254之下表面256界定的向內角部分，及上腔室之中心下部分之空腔262的內直徑。藉由對下腔室之上表面258進行造型使其低於表面258之剩餘部分的高度，來設計外環300之尺寸使其嚙合於形成於下腔室26內的密封凹槽302之向外部分內。如圖10所示，凹槽302相鄰於下腔室之減小直徑中心部分260之外直徑。凹槽302內之外環300之嚙合幫助相對於下腔室26對中上腔室24。此外，環300將可經過凹槽276洩漏之流體引導入凹槽302。
如圖10所示，環300之橫截面可形成相似於環270之形狀，如上文所描述。同樣，環300，以及環270可為其他橫截面形狀。與凹槽276與278一致，凹槽302亦可圍繞其圓周變化深度。在此方面，凹槽302可在圖9中9點鐘位置上最淺且在圖9中相鄰3點鐘位置上最深。同樣，如在凹槽276與278中，收集貯槽304可形成於展示於圖9中位於或接近3點鍾位置處之凹槽302內以收集結合本發明之裝置20使用的液體及氣體。貯槽304亦可形成為相似於貯槽280與282之向下延伸V形，如上文所描述。此外，出口排水管306與貯槽304 之底部流體流動連通供引導所收集流體遠離貯槽及分析裝置、收集箱或其他位置。
第四凹槽310自凹槽302徑向向外形成於下腔室26內。與凹槽302一致，凹槽310自下腔室之上表面258向下延伸。凹槽310之一目的為收集經過凹槽276與302洩漏之任何流體。在此方面，可安置流體感測器使其與凹槽310流體流動連通。此等感測器可實際定位於凹槽310內或藉由(例如)未展示之流體通道遠離凹槽310且與凹槽互連。此等感測器為商用之熟知商品。應瞭解流體感測器亦可定位於除凹槽310外之其他位置或作為凹槽310之替代物。舉例而言，此等感測器可與凹槽302之貯槽304流體流動連通。此等感測器可啟動警報或停止正在進行的過程或在若流體洩漏發生時，意即若處理流體被收集於凹槽310內時採取其他行動。
應了解除利用環270與300外，可採用其他技術用於防止處理流體自關閉腔室22洩漏。在此方面，O環或其他類型密封可採用於上腔室24與下腔室26之接合處或介面，例如，感測凹槽310之徑向外部。
藉由中心入口通道320將處理流體引導至晶圓27，通道320向下延伸穿過上腔室24並相對於該腔室居中。藉由中心入口通道322將處理流體引導至晶圓27之下側，通道322向上延伸穿過下腔室26之中心，參看圖8-11。藉由開口或入口320與322引入腔室22之處理流體一旦到達晶圓27，即沿晶圓徑向向外遷移，直至到達晶圓周邊或外邊緣且接著流入收集凹槽276與278。亦可藉由入口通道324與326將處理 流體引入腔室22，通道324與326向上延伸穿過下腔室26且進入處於或接近"9點鐘"位置的收集凹槽276與278，展示於圖9中。如圖9A所展示，在通道324之上端，通道分離成通道326A與326B，進而在無凹槽存在之區段278A之相反側與凹槽278相交。關於凹槽276，只要此等凹槽具有比定位於通道324與凹槽276相交之位置的鄰接環270A更深之深度，則引入通道324之流體可流入處理腔室22。應瞭解亦可利用未展示之其他入口通道來將工作流體引入微處理腔室22。
除了處理流體外，本發明之裝置利用氣體幫助收集用過之處理流體且將其導出腔室22之外。此種氣體(其可為惰性或活性的)可藉由入口通道330被引入腔室22，通道330向下延伸穿過上腔室24。藉由定位於中心之通道320進入腔室22之氣體可相對於在上腔室24之下側與晶圓27之頂面之間的處理腔室徑向向外流動，直至到達鄰接環270，在其上可將氣體向下轉移進入收集凹槽276與278以將其藉由收集貯槽280與282排出。藉由入口通道322進入腔室22之氣體相對於在下腔室26之上側與晶圓27之下側表面之間的處理腔室徑向向外流動，直至到達鄰接環270，在其上可將氣體向下轉移進入收集凹槽276與278以將其藉由收集貯槽280與282排出。
亦可藉由一組入口通道332將氣體引入處理微腔室22，通道332向下延伸穿過上腔室24與上腔室之下表面相交於鄰接環270與外環300之間的徑向位置。如圖8所示，可利用許多此等通道，包括在約1點鐘、5點鐘、7點鐘、9點鐘及11 點鐘位置處。同樣，更多氣體入口通道334可向下延伸穿過上腔室以在腔室凸緣部分214與腔室之減小直徑嚙合部分254的相交點處離開腔室之下側。因此，此等通道將氣體引導至O環216與218之向內位置，參看圖1與2。藉由入口通道332與334引導入處理腔室22之氣體(例如惰性氣體)幫助防止處理流體經過凹槽276與278遷移或洩漏，且亦幫助引導收集於此等凹槽之處理流體向貯槽280與282移動。申請人已發現，由於氣體充當處理流體之載體，藉由使用此種氣體，處理流體在離開晶圓27後很快流動穿過收集凹槽且被收集於貯槽280與282內。
應瞭解，本發明可利用不同於關於圖8-11所描述之外的收集凹槽及/或流體入口通道。圖12中展示一此種替代實施例。在圖12中，相同或相似於關於圖8-11中說明及描述的本發明之特徵或元件被給出相同零件號碼但具有符號("'")標記。本發明之此等元件、特徵及態樣將不在此處作重複描述。
展示於圖12中之處理微腔室22'確實利用下腔室26'中直徑顯著小於凹槽278'之直徑的進一步向內的流體收集凹槽340。與凹槽278'一致，向內凹槽340在9點鐘位置為最淺(參考圖9)且圍繞凹槽之圓周路徑增加深度，在3點鐘位置處增加至最大深度。貯槽342提供於凹槽340內之3點鐘位置處。排水通道344自貯槽342向下延伸且可以相似於上文描述之排水管284'與286'之方式與分析裝置(未圖示)連接。同樣，排泄出口346可與貯槽342之上部分互連以使自貯槽溢出之 流體能夠被移除。可藉由定位於約9點鐘位置且對準凹槽340之入口通道348將處理流體引入腔室22'。當然凹槽340可不利用入口流體源，而可獨自被用以自處理過之晶圓下側移除處理流體。
圖13說明相似於展示於圖8-11中實施例之本發明的另一實施例，但使用用於收集凹槽之額外貯槽。圖13中展示相同或相似於圖8-11中展示之元件及特徵被給定具有雙符號(""")標記的相同零件號碼。此處將不再重複描述該等元件及特徵。
展示於圖13中之本發明之實施例不同於展示於圖8-11中之實施例之處在於：第一貯槽360結合外凹槽276"使用，且第二貯槽362結合外凹槽278"使用。出口排水管364結合貯槽360使用，且出口排水管366結合貯槽362使用。此外，排泄出口368結合貯槽360使用且排泄出口370結合貯槽362使用。
在圖13之實施例中，貯槽280"與282"可定位於約3點鐘位置，而與圖9相比，貯槽360與362可定位於9點鐘位置。在此方面，凹槽276"與278"在約12點鐘與6點鐘位置處為最淺且在朝向3點鐘與9點鐘位置之方向上加深。此外，對應於展示於圖10之入口通道324與326的入口通道(未展示)可定位於12點鐘與6點鐘位置處。吾人預期展示於圖13中之實施例能夠比展示於圖8-11中本發明之實施例處理更多的處理流體或以更快速率收集處理流體。同樣，展示於圖13中利用雙重分析裝置之實施例可提供能夠檢驗分析結果或快速 研究薄膜均勻性之冗餘系統。
為使用本發明來處理及/或清潔半導體晶圓，諸如晶圓27，藉由降低下盒結構32來打開處理微腔室22。此係藉由壓縮下氣袋46達成。在此壓縮下，下盒32與下腔室26之組合重量會引起下盒在柱80之導引下向下收縮。一旦腔室22被打開，可將半導體晶圓放置於下腔室26之頂面264上。其後藉由膨脹氣袋46而擡起下盒32來關閉盒結構。一旦膨脹，下盒結構32與相應下腔室26相對於上腔室24與上盒結構28向上升起。下盒結構32與相應下腔室26之向上運動持續至下盒之上表面緊密配合上盒之下表面為止，參看圖2。當此發生時，下腔室之圓周上表面256鄰接於插入此表面與上盒28肩部分212的下側之間的O環238與240。
在此方面，微腔室22實際上為關閉的且約處於其最大體積，圖2。微腔室之關閉以兩種方式達成。作為第一方式，藉由O環146A將上盒28與下盒32相對於彼此密封。此外，藉由O環236相對於上盒來密封上腔室之側壁，藉由O環144相對於下盒來密封下腔室26之側壁。以此方式，相對於外部密封腔室。作為第二方式，O環216與218相對於上盒28密封上腔室24，且O環238與240相對於上盒密封下腔室，上盒又建立用於腔室內部之第二密封。
因此，將微腔室內部密封。另外，可藉由使用上氣袋220選擇性改變微腔室內部之體積。為減少晶圓27之上表面與空腔262之表面之間，及晶圓27之下側與表面264之間的空隙的體積或尺寸，將上氣袋220膨脹，其接著向下壓在上腔 室24之上表面上，迫使上腔室朝向下腔室26向下。此引起上腔室之上、大直徑部分214朝向上腔室盒結構28之肩部分212向下。如圖1與2所展示，插入上腔室大直徑部分214之下側與上盒之肩212的上表面之間的O環216與218隨著上腔室朝向下腔室向下移動而壓縮。當因此減小微腔室22之尺寸時，上腔室24之下表面與下腔室26之上表面之間仍存在足夠空隙以容納晶圓27。晶圓表面與腔室之相應表面之間的間隙空隙可視發生之處理或清潔類型而變化，但雖然如此總是很窄且通常為一致的。舉例而言，此空隙可為自0.5 cm至0.001 cm之間。
接著，可藉由定位於上腔室24與下腔室26之中心的入口管線320與322將處理流體引入微腔室22。如上文所說明，可利用替代或額外入口管線。入口管線可將處理流體(液體或氣體)以及清潔及乾燥流體(液體或氣體)傳遞至微腔室22。一旦進入腔室，此等流體相對於微腔室及半導體晶圓朝向其外周邊徑向向外流動。當需要使腔室真空或固持該晶圓時，入口管線亦可連接至真空系統。
在處理流體流入微腔室22起始之前或之後，可藉由入口通道330及/或320及322，及/或其他通道將氣體引入腔室。申請人已發現以此方式使用氣體會引起用過之處理流體快速徑向移動遠離晶圓外邊緣且進入收集凹槽276與278，且亦引起收集凹槽內之流體朝向收集貯槽280與282快速移動。自此等貯槽，可藉由適當工具分析收集之流體。申請人已發現處理流體穿過微腔室22、收集凹槽276與278，且 進入貯槽280與282之流動如此迅速，使得對晶圓之化學處理或清潔之分析發生於即時基礎上。此具有超過先前技術系統之顯著優勢，先前技術系統中收集處理流體並接著在"事後"分析。在彼等狀況中，必須估計而不可如本發明中在即時基礎上控制處理時間。
本發明亦涵蓋例如藉由排泄出口290及排泄出口292將真空施加至微腔室22之出口排水管的可能性。若將真空施加至此等排泄出口，則可促使用過之處理流體自晶圓27流入收集凹槽(例如凹槽276與278)，穿過凹槽進入收集貯槽280與282，接著穿過出口排水管284與286。此用過之流體則可用於立即分析。或者，可儲存如此收集之用過之處理流體供隨後之分析或處理。
亦可藉由定位於鄰接環270與外環300之間的入口管線332及定位於密封O環216與218之正內側的入口管線334將氣體(例如惰性氣體)供應至處理微腔室22。如上文所解釋，在入口管線332與334中引入之氣體幫助防止處理流體在微腔室22之周邊處洩漏。然而，若處理流體確實越過鄰接環270與外環300而洩漏，則當此種流體到達感測凹槽310時，可偵測出此種流體之存在。此可導致選定事件，諸如警告器發聲、自動切斷至微腔室22之處理流體等。
可使用上述方法以連續將不同處理/清潔流體引入微腔室22，且可藉由使用本發明在即時基礎上分析某些或所有該等處理流體。
一旦完成晶圓27之處理或清潔，可藉由壓縮上氣袋220 以及下氣袋46將晶圓自處理腔室移除，進而引起下盒結構32與相應下腔室26相對於上盒結構28與相應上腔室24下降，從而提供進入處理腔室內部的入口。可方便移除其中之晶圓27並由另一晶圓將其置換。
同樣，本發明涵蓋處理及/或清潔不同尺寸之晶圓。此可要求由其他能夠容納不同尺寸晶圓之腔室置換上腔室24及下腔室26。藉由本發明之構造，可快速完成上與下腔室的移除。在此方面，藉由下氣袋46壓縮，可將下腔室26提升至下盒32外。此外，上盒28可自夾鉗板204分離以使上盒能夠相對於柱80向下滑動使得上腔室24可被提升至上盒28外。
本發明可用於多個目的。舉例而言，藉由組合其他偵測元件或系統，本發明可用於判定或分析有機或無機、在晶圓表面上或晶圓內以及在晶圓之前側或後側或邊緣上的微量污染或材料。可採用本發明在即時基礎上研究或分析發生於處理流體與晶圓之間的反應，此係由於處理流體被快速收集而非僅積聚於收集凹槽內。因此，有可能在即時基礎上監控在處理流體與晶圓之間的反應隨時間的改變。
作為具體使用之實例，可採用本發明監控使用電感耦合電漿質譜分析(ICP-MS)或電感耦合電漿飛行時間質譜分析(ICP-TOFMS)的薄膜銅的濕式化學蝕刻。在此過程中，由所需化學物品、過氧化氫、硝酸及氫氟酸之混合物組成的蝕刻流體藉由入口通道322及/或320被引入處理微腔室22，此視將要分析晶圓之哪一側而定，或藉由入口通道324 與326引入以用於分析晶圓之邊緣。當蝕刻流體以徑向向外朝向收集凹槽276與278流動時，其與銅薄膜起反應。將收集於收集貯槽280及/或282之用過之流體引導至在線ICP-MS測試單位。此監控及分析結果用曲線圖表示於圖14A至圖14E中。此等圖式給出了關於被測試之薄膜的資訊。在圖14A之曲線圖中，值A(銅之濃度)直接關於特定流體之蝕刻速率，特定流體意即在銅薄膜上過氧化氫、硝酸及氫氟酸的混合物。在圖14A之曲線圖中，值B係關於薄膜之厚度，因為其代表自基板移除的最大濃度銅開始減少所需之時間。值C為在排出物中銅濃度降低達到最大濃度一半所花之時間，其係關於基板上薄膜之密度。此外，形狀或斜面D係關於基板上薄膜之黏結強度。黏結越強，斜面D越不陡峭。應瞭解在圖14A之曲線圖中繪製之薄膜濕式蝕刻曲線可用於研究蝕刻過程。此曲線亦可用於藉由分析在過程上不同因數之結果來判定改良過程良率之方式以控制過程之品質，以及監控用於過程中之儀器運行。
本發明亦可用於監控存在於基板上之微量污染物或其他元素。在此方面，參看圖14B及14C之曲線。圖14B之曲線對應所監控之第二元素，而圖14C之曲線在分析過程之早期為尖峰，指示薄膜表面上污染物的存在。
圖14D之曲線指示另一污染物。然而，因為貫穿蝕刻過程偵測到其存在，此污染物存在於整個銅層上。本發明亦可分辨是否污染物存在於銅薄膜過程的開端。舉例而言，圖14E之曲線展示僅在蝕刻過程之最末端偵測到污染物的存 在。
晶圓清潔對於半導體製造而言為基本的。其為最頻繁實施的過程步驟之一。現在併入半導體之中的更小的零件外型，更薄閘極堆疊的使用及新材料的使用正迫使建立清潔及乾燥半導體晶圓之新方式。本發明亦可用於在諸如閘極氧化物清潔之關鍵過程之前或之後製備晶圓上之超清潔表面，且可用於監控晶圓清潔過程之進行。在此過程中，藉由入口通道320與322連續或同時將可為液體、氣體、有機溶劑或無機化學混合物之清潔流體引入處理腔室。在清潔過程期間，清潔液體(或其他流體)徑向向外流向收集凹槽276與278。可藉由電腦可程式化泵精密控制流體流動速率及流動運動特徵，且可藉由自氣袋220施加於上腔室之力影響晶圓與腔室之工作表面之間的空隙尺寸。可在過程期間利用加熱及真空技術以提高清潔及乾燥效率。
如上文所說明，到達晶圓27之徑向外部邊緣的清潔流體被快速收集於內與外收集貯槽282與280中。在本發明之此種使用中，不僅可同時清潔晶圓表面之兩側，而且亦可清潔晶圓之邊緣。若將收集於內與外收集貯槽282與280之一者或兩者中的流體引導至測試裝置，則可藉由測試儀器即時監控自晶圓移除之污染物，且一旦清潔流體中之污染物降至所要程度，即可終止清潔過程。藉由在線偵測器，可藉由化學物品之最小使用及最小處理時間達成晶圓27之清潔。在過去，僅可估計適當清潔晶圓所需之時間長度，按需要，持續時間必須符合最差狀況情形。同樣地，在許多 實例中，清潔過程持續時間比所要求的長得多，此不僅導致低效率，而且浪費清潔流體。
亦可有利地利用本發明之另一態樣來清潔半導體晶圓。在現代半導體設計中，相對較深之孔或空腔形成於需要清潔之半導體結構中。若僅傳輸清潔流體跨越半導體表面，則此等空腔可抵抗清潔。在此方面，截留在孔或空腔中之空氣或其他氣體不會允許清潔流體完全進入孔或空腔。然而，可藉由膨脹及壓縮上氣袋220將抽汲動作(pumping action)施加至腔室22來增強孔或空腔的清潔。此種抽汲動作可輔助釋放截留在孔或空腔中較深部分的氣體並迫使清潔流體深入半導體晶圓之空腔以增加對其之清潔。
本發明亦可用於其他處理目的，諸如化學蝕刻。處理腔室之微小體積不僅實質上減少了處理化學物品與超純水的使用，其導致產生的需處理之廢物減少，而且提供所使用過程之更好控制。藉由使用不同化學流體或流體之不同狀態置換微腔室中之流體可快速(可能在幾秒內)停止或改變所使用之化學反應。在此方面，來自蝕刻過程之某些排出物被收集於收集貯槽內，例如貯槽280，並接著藉由在線偵測器對其即時分析。當完成蝕刻之所需量時，自晶圓27移除之材料的組份將改變進而指示蝕刻已完成或接近完成，且過程可在彼時或固定時間內終止。
如應瞭解，對於自蝕刻過程之排出物的即時分析使某些製造程式成為可能。舉例而言，若存在對於將特定薄膜精密蝕刻至其一半厚度之過程的需要，則在一致基礎上使用 現有處理技術將此達成是很困難的。藉由本發明之在線偵測器系統，可緊密監控蝕刻出之薄膜材料的量。當在線測試/監控展示已蝕刻到起始材料之一半時，本發明之偵測器系統可提供過程之終點。
應瞭解本發明可在即時基礎上提供迄今為止還不可能的關於清潔及/或處理半導體晶圓的有價值資訊。
除了其在半導體工業中之廣泛應用外，本發明亦可應用於除半導體工業外之其他領域。一種此類領域為藉由色譜技術分離物質之混合物。
色譜法為現代科學中最強大分離技術之一。色譜法與多數其他物理及化學分離方法區別之特徵為其使兩種互相不可混溶相接觸：一種相為固定的且另一種相為可移動的。在色譜法中，將待分離之樣品引入可移動相並接著向前運載穿過含有分佈固定相或由施加至管柱表面之固定相組成的薄膜塗層的管柱。當行進穿過管柱時，樣品中之物質在可移動相與固定相之間經受重複分離。當適當選擇兩種相時，樣品中之物質逐漸分為出現作為可移動相中之帶的多個群。在固定相中分離最少的物質首先從管柱出來，在固定相中分離最多的物質最後從管柱出來。
在本發明中，上腔室24之下表面262與下腔室26之上表面264，或晶圓27之表面都可在通常色譜法中用作管柱且因而塗佈有固定相材料之薄膜。流體可用作可移動相。可藉由連接至入口通道320或322之噴射閥自中心入口通道320或322引入樣品。運載樣品之流體徑向流向並越過晶圓27之邊 緣且接著被快速收集於內或外收集貯槽282與280內。可藉由減小液相流動穿過之空隙尺寸、藉由增加固定相之直徑及藉由最優化液相之化學性質來改良分離效率。
本發明用於色譜法之奇特特徵之一為其要求很低運行壓力，對於約300 mm之晶圓直徑而言約0.01至0.05 mm之空隙尺寸小於200 psi。相比較，通常液體色譜方法使用300 mm長度之2 mm直徑管柱，且在大於1000 psi之壓力下運行。而且，可移動相流動速率僅為約1 ml/min。
此外，當前色譜法系統之高運行壓力要求可承受高壓力之元件及儀器。此種儀器很貴。同樣，此種儀器之設計及運行複雜。因此，本發明在低壓力下執行色譜法之能力提供顯著優勢。
雖然已說明及描述本發明之較佳實施例，應瞭解無需脫離本發明之精神及範疇即可在彼處做出多種改變。
20‧‧‧半導體晶圓化學處理及分析裝置
22‧‧‧處理微腔室
22'‧‧‧處理微腔室
24‧‧‧上腔室
26‧‧‧下腔室
26'‧‧‧下腔室
27‧‧‧半導體晶圓
28‧‧‧上盒結構
30‧‧‧上支撐結構
32‧‧‧下盒結構
34‧‧‧下支撐結構
40‧‧‧底板
44‧‧‧上板
46‧‧‧下氣袋
48‧‧‧縱向桿
50‧‧‧中心組塊
56‧‧‧橫向桿
62‧‧‧支撐組塊
80‧‧‧柱狀物
82‧‧‧圓筒
84‧‧‧螺紋硬體部件
86‧‧‧滑動環
88‧‧‧上法蘭部分
90‧‧‧襯套部分
100‧‧‧下板
118‧‧‧中心圓形空腔
120‧‧‧中心通孔
64,66‧‧‧角桿
140‧‧‧中心下O環
142‧‧‧外周邊下O環
144‧‧‧大直徑O環
160‧‧‧頂板
162‧‧‧螺紋硬體部件
166‧‧‧平行、間隔桿
172‧‧‧中間桿
188‧‧‧加固圓筒
190‧‧‧長圓形開口
200‧‧‧間隙孔
202‧‧‧圓筒
204‧‧‧夾鉗板
42,164‧‧‧中間板
206‧‧‧向下凹座
208‧‧‧圓周
209‧‧‧內輪緣部分
210‧‧‧中心開口
212‧‧‧圓形肩部分
214‧‧‧上腔室大直徑部分
104,116‧‧‧間隙開口
220‧‧‧上氣袋
222‧‧‧下層板
224‧‧‧圓形壁
112,114‧‧‧切口
226‧‧‧薄塑膠片
230‧‧‧凹口
122,124‧‧‧中間通孔
250‧‧‧圓周外部側壁
252‧‧‧外直徑
68,186‧‧‧對角桿
126,128‧‧‧側切口
254‧‧‧直徑嚙合部分
255‧‧‧內部直徑壁
256‧‧‧下表面
258‧‧‧上表面
260‧‧‧上中心部分
130,132‧‧‧側肩部分
262‧‧‧淺空腔
264‧‧‧上/工作表面
266‧‧‧輪緣
270‧‧‧圓形鄰接環
270A‧‧‧長方形區段
272‧‧‧下/工作表面
278A‧‧‧凹槽區域
70,72,74,76‧‧‧空腔
300‧‧‧外環
302‧‧‧密封凹槽
310‧‧‧第四凹槽
106,108,110‧‧‧遮蔽空腔
340‧‧‧向內凹槽
342‧‧‧貯槽
344‧‧‧排水通道
360‧‧‧第一貯槽
362‧‧‧第二貯槽
52,54,168,170‧‧‧邊緣
58,60,174,176‧‧‧外邊緣
276,276"‧‧‧圓周凹槽
326A,326B‧‧‧通道
178,180,182,184‧‧‧邊緣桿
278,278',278"‧‧‧內凹槽
146,216,218,236,238,240‧‧‧O環
284,286,364,284',286'‧‧‧出口排水管
290,292,346,368,370‧‧‧排泄出口
280,282,304,306,280",282"‧‧‧收集貯槽
320,322,324,326,330,332,334,348‧‧‧入口通道
圖1為處於開放位置之晶圓處理腔室的本發明之示意側面正視圖；圖2為相似於圖1之視圖，但展示於關閉位置之晶圓處理腔室；圖3為沿圖1之線3F與3所取之圖1的橫截面圖；圖4為沿圖1之線4-4所取之圖1的橫截面圖；圖5為沿圖1之線5-5所取之圖1的橫截面圖；圖6為沿圖1之線6-6所取之圖1的橫截面圖；圖7為沿圖1之線7-7所取之圖1的橫截面圖； 圖8為上腔室24下側之視圖；圖8A為展示處於關閉位置之本發明處理腔室一部分的放大片段圖；圖8B為本發明之另一放大片段圖，其展示處於關閉位置之處理腔室的另一部分；圖9為下腔室26之上側的視圖，下腔室設計為與上腔室24相嚙合；圖9A為大體上沿圖9之線9A-9A所取之圖9一部分的放大片斷圖；圖10為名義上分離且大體上沿圖9之線10-10所取之上腔室24與下腔室26的橫截面圖；圖11為展示於圖10中下腔室26的橫截面圖，其為90°於展示於圖10中之視圖，大體上沿圖9之線11-11所取；圖12為相似於圖10之視圖，但係本發明之替代實施例之截面圖；圖13亦為相似於圖10之視圖，但係本發明之另一實施例之截面圖；圖14A為在化學蝕刻過程中自半導體晶圓基板移除之材料濃度隨時間變化的曲線；圖14B為相似於展示於圖14A之曲線的曲線，但係關於自半導體晶圓基板移除之不同元素或材料；圖14C為相似於圖14A之曲線的曲線，其展示自半導體晶圓基板污染物的移除；圖14D為相似於圖14A之曲線的曲線，但關於自半導體基 板移除之污染物材料；及圖14E為相似於圖14A之曲線的曲線，其展示自半導體晶圓基板移除之另一污染物材料。
20‧‧‧半導體晶圓化學處理及分析裝置
22‧‧‧處理微腔室
24‧‧‧上腔室
26‧‧‧下腔室
28‧‧‧上盒結構
30‧‧‧上支撐結構
32‧‧‧下盒結構
34‧‧‧下支撐結構
40‧‧‧底板
42‧‧‧中間板
44‧‧‧上板
46‧‧‧下氣袋
80‧‧‧柱狀物
82‧‧‧圓筒
84‧‧‧螺紋硬體部件
86‧‧‧滑動環
88‧‧‧上法蘭部分
90‧‧‧襯套部分
100‧‧‧下板
130‧‧‧側肩部分
140‧‧‧中心下O環
142‧‧‧外周邊下O環
144‧‧‧大直徑O環
146‧‧‧O環
160‧‧‧頂板
162‧‧‧螺紋硬體部件
164‧‧‧中間板
188‧‧‧加固圓筒
190‧‧‧長圓形開口
202‧‧‧圓筒
204‧‧‧夾鉗板
206‧‧‧向下凹座
209‧‧‧內輪緣部分
212‧‧‧圓形肩部分
214‧‧‧上腔室大直徑部分
216‧‧‧O環
218‧‧‧O環
220‧‧‧上氣袋
222‧‧‧下層板
224‧‧‧圓形壁
226‧‧‧薄塑膠片
236‧‧‧O環
238‧‧‧O環
240‧‧‧O環
250‧‧‧圓周外部側壁
252‧‧‧外直徑
254‧‧‧直徑嚙合部分
255‧‧‧內部直徑壁

Claims (47)

  1. 一種供化學處理一半導體晶圓之裝置，包含：(a)在其中緊密接收並處理一半導體晶圓之微腔室，該腔室包含一具有界定一上工作表面及一上內部周邊之多個部分的第一區域，及一具有界定一下工作表面及一下內部周邊之多個部分的第二區域，該處理腔室可在一供自其接收及移除該半導體晶圓的開放位置與一供緊密接收該半導體晶圓以供化學處理之關閉位置之間移動，(b)其中當該腔室處於關閉位置時，半導體晶圓安置於該上工作表面與下工作表面之間，以界定該上工作表面與該半導體晶圓之相鄰表面之間的一窄空隙及/或該下工作表面與該半導體晶圓之相鄰表面之間的一窄空隙及/或該半導體晶圓之外周邊與該腔室第一及/或第二區域之內周邊之間的一窄空隙；(c)在該腔室第一區域及/或該腔室第二區域上之至少一入口開口供引導處理流體進入該腔室；(d)其中對該腔室第二區域進行造型，使得該下工作表面之多個部分在低於該下工作表面之剩餘部分的高度處，以充當用於用過之處理流體之一收集位置；(e)一與該腔室第二區域之該等造型部分流體流動連通之出口，用以引導用過之處理流體離開該腔室，及(f)至少一在該腔室中之入口開口供引導氣體進入該腔室，該氣體充當一用於該處理流體之載體，用以將該處理流體運載入該控制器腔室第二區域之該等造型部分且運 載出該腔室出口。
  2. 如請求項1之裝置，其中在該腔室中用於將氣體引導入該腔室之該至少一入口開口，包含在該腔室之該第一區域及/或第二區域中之至少一入口開口。
  3. 如請求項1之裝置，其中形成於該腔室第二區域之該造型定位於該下工作表面之外周邊部分。
  4. 如請求項1之裝置，其中該腔室第二區域之該等造型部分界定自該第二區域之該下工作表面的相鄰區域向下延伸的至少一凹槽。
  5. 如請求項4之裝置，其中該凹槽圍繞該腔室第二區域之周邊部分延伸。
  6. 如請求項5之裝置，其中該腔室第二區域之該等造型部分界定一與該凹槽連通之貯槽，以供收集進入該凹槽之用過之處理流體。
  7. 如請求項6之裝置，進一步包含一與該貯槽流體流動連通之排水管，以供引導用過之流體離開該貯槽。
  8. 如請求項6之裝置，其中該凹槽定位於該半導體晶圓之徑向外部。
  9. 如請求項1之裝置，其中該腔室第二區域之該等造型部分界定沿該待處理之半導體晶圓之周邊延伸之至少一凹槽，以供接收該用過之處理流體；及一排水系統，以供快速移除收集於該收集凹槽內之處理流體。
  10. 如請求項9之裝置，其中該凹槽終止於該半導體晶圓之周 邊的一區段上遠離該出口與該凹槽連通之位置的位置上。
  11. 如請求項1之裝置，其中該第一腔室主要安置於該半導體晶圓之上且該第二腔室主要安置於該半導體晶圓之下。
  12. 如請求項1之裝置，進一步包含一用於開放及關閉該處理腔室之閉合系統，該閉合系統包含一提升子系統，該提升子系統用於將該腔室第二區域提升入在該腔室第一區域之下的關閉位置，且亦用於自該腔室第一區域收縮該腔室第二區域以打開該腔室。
  13. 如請求項12之裝置，進一步包含一定位於該腔室第二區域之下的流體囊狀物，其用於相對於該腔室第一區域向上升起該腔室第二區域，以關閉該腔室；且用於相對於該腔室第一區域降下該腔室第二區域，以打開該腔室。
  14. 如請求項13之裝置，其中該流體囊狀物包含一定位於該腔室第二區域之下的氣袋。
  15. 如請求項14之裝置，進一步包含一定位於該腔室第一區域之上的第二氣袋裝置，其用於在當該腔室處於關閉位置時，將力施加至該腔室頂區域以控制該腔室之尺寸。
  16. 如請求項1之結構，其中該裝置進一步包含：一用於接收及支撐該腔室第一區域之上盒結構；及一用於接收及支撐該腔室第二區域之下盒結構，該上與下盒結構在該腔室閉合期間可朝向彼此相對移動，且在該腔室開放期間可遠離彼此移動。
  17. 如請求項16之裝置，進一步包含一導引系統，其用於在 該腔室開放及關閉期間在該上與下腔室盒區域相對移動時，支撐及導引該腔室上與下盒區域。
  18. 如請求項17之裝置，進一步包含至少一流體囊狀物，其用於在該腔室關閉期間向該上與下盒結構提供動力以使其朝向彼此運動，並在該腔室開放期間收縮該上與下盒結構以使其遠離彼此運動。
  19. 如請求項18之裝置，其中該流體囊狀物包含相對於該下盒結構安置之至少一個氣袋，用以朝向該上盒區域及腔室第一區域向上升起該下盒結構及相應腔室第二區域，以用於該腔室之閉合，且相應地在該腔室開放期間用以向下收縮該下盒結構及相應腔室第二區域。
  20. 如請求項19之裝置，進一步包含相對於該上盒結構安置之另一氣袋，用以迫使該上盒結構及相應腔室第一區域向下朝向該下盒區域及腔室第二區域，以用於該腔室之關閉，且相應地在該腔室開放期間用以向上收縮該上盒結構及相應腔室第一區域。
  21. 一種用於化學處理一半導體晶圓之裝置，包含：(a)一在其中處理一半導體晶圓之腔室，該腔室包含一內部上工作表面、一內部下工作表面及一內部周邊，該處理腔室可開放用於自其接收及移除該半導體晶圓；且可關閉用於緊密接收該半導體晶圓，以用於化學處理，(b)其中當該腔室處於關閉位置時，該半導體晶圓被緊密安置於該上工作表面與下工作表面之間，以界定一在該上工作表面與該半導體晶圓之相鄰表面及在該下工作表 面與該半導體晶圓之相鄰表面之間的至少一個之間的一窄空隙，且亦界定在該半導體晶圓之外周邊與該腔室之內周邊之間的一窄空隙；(c)在該腔室上之至少一入口開口，其用於將處理流體引導入該腔室；及(d)一排泄系統，其供自該腔室快速排出該用過之處理流體，該萃取系統包含：(i)在該下工作表面上低於該下工作表面之剩餘部分之高度處的至少一凹座，其用於充當用於用過之處理流體之一收集位置；及(ii)與在該下工作表面上之該凹座流體流動連通之至少一出口，其用於快速引導用過之處理流體離開該腔室。
  22. 如請求項21之裝置，其中形成於該下工作表面之該凹座定位於該下工作表面之外周邊部分。
  23. 如請求項22之裝置，其中形成於該下工作表面之該凹座界定自該下工作表面之相鄰區域向下延伸之至少一凹槽。
  24. 如請求項23之裝置，其中該凹槽圍繞該下工作表面延伸。
  25. 如請求項21之裝置，其中該排泄系統進一步包含一形成於該腔室上之貯槽，該貯槽與該凹座連通，以供收集進入該凹座之用過之處理流體。
  26. 如請求項25之裝置，其中該排泄系統進一步包含一與該貯槽流體流動連通之排水管，以供快速引導用過之流體 離開該貯槽。
  27. 如請求項21之裝置，其中在該下工作表面之該凹座定位於該半導體晶圓之徑向外部。
  28. 如請求項21之裝置：其中該腔室進一步包含一具有界定該內部上工作表面之多個部分的頂區域及一具有界定該內部下工作表面之多個部分的底區域；及進一步包含一用於開放及關閉該處理腔室之閉合系統，該閉合系統包含一提升子系統，其用於將該腔室底區域提升入該腔室頂區域之下的關閉位置，且亦用於自該腔室頂區域收縮該腔室底區域以開放該腔室。
  29. 如請求項28之裝置，進一步包含一定位於該腔室底區域下之流體囊狀物，用於相對於該腔室頂區域向上升起該腔室底區域，以關閉該腔室；及用於相對於該腔室頂區域降下該腔室底區域，以開放該腔室。
  30. 如請求項29之裝置，其中該流體囊狀物包含一定位於該腔室底區域之下之氣袋。
  31. 如請求項30之裝置，進一步包含一定位於該腔室頂區域上之第二氣袋裝置，其用於在當該腔室處於關閉位置時，將力施加至該腔室頂區域，以減小該腔室之尺寸或在該晶圓表面與該上及/或下工作表面之間的空隙的高度。
  32. 如請求項28之裝置，其中該裝置進一步包含：一供接收及支撐該腔室頂區域之上盒結構及一供接收 及支撐該腔室底區域之下盒結構，該上與下盒區域在該腔室閉合期間可朝向彼此相對移動，且在該腔室開放期間可遠離彼此移動。
  33. 如請求項32之裝置，進一步包含一導引系統，其用於在該腔室開放及關閉期間，在該上與下腔室盒區域相對移動時支撐及導引該腔室上與下盒區域。
  34. 如請求項33之裝置，進一步包含至少一流體囊狀物，其用於在該腔室關閉期間向該上與下盒結構提供動力以使其朝向彼此運動，並在該腔室開放期間收縮該上與下盒腔室以使其遠離彼此運動。
  35. 如請求項34之裝置，其中該流體囊狀物包含相對於該下盒結構安置之至少一氣袋，用以朝向該上盒區域及腔室頂區域向上升起該下盒結構及相應腔室底區域，以用於該腔室之關閉，且相應地在該腔室開放期間用以向下收縮該下盒結構及相應腔室底區域。
  36. 一種在一緊密配合處理腔室內部化學處理一半導體晶圓之方法，該處理腔室具有一上工作表面、一下工作表面及一圍繞該上與下工作表面延伸之周邊，該方法包含：(a)在該腔室內部之上工作表面與下工作表面之間支撐晶圓，使得在該晶圓之至少一個表面的大體上整個區域與該相應工作表面之相應區域之間建立一窄空隙，且使得在該晶圓之外邊緣部分與該腔室內部之周邊之間建立一窄空隙；(b)經由在該腔室內部之至少一個入口開口將選定處理 流體噴入該處理腔室內部；(c)使得該選定處理流體流動穿過該窄空隙且越過該晶圓之相應表面且接著越過該晶圓之外邊緣部分；及(d)快速收集流動越過該晶圓之外邊緣部分的該用過之工作流體，並自該腔室快速移除該所收集之用過之處理流體，以用於分析及/或收集。
  37. 如請求項36之方法，其中經由至少一個入口開口將該等選定處理流體噴入該腔室內部，該至少一個入口開口在該上工作表面、該下工作表面，或者該上與下工作表面之兩者上。
  38. 如請求項37之方法，其中經由在該晶圓以上之至少一個入口開口將該等選定處理流體噴入該腔室內部。
  39. 如請求項38之方法，其中經由在該晶圓以上之至少一個入口開口及在該晶圓之下之至少一個入口開口將該等選定處理流體噴入該腔室內部。
  40. 如請求項36之方法，其中迫使該處理流體流動穿過包括0.01至10.1 mm之空隙。
  41. 如請求項40項之方法，其中迫使該處理流體流動穿過包括0.01至5.0 mm之空隙。
  42. 如請求項36之方法，其中收集該處理流體之步驟包含收集在該下工作表面之一凹陷部分的該處理流體。
  43. 如請求項42之方法，其中該下工作表面之該凹陷部分圍繞該腔室內部之周邊延伸。
  44. 如請求項43之方法，其中該下工作表面之該凹陷部分定 位於該晶圓周邊之外部。
  45. 如請求項36之方法，其中藉由將加壓氣體引入該腔室內部，執行快速收集該用過之處理流體之步驟，該氣體驅動該用過之處理流體以利收集及離開該腔室。
  46. 如請求項45之方法，其中快速收集該用過之處理流體之步驟進一步包含採用一真空，以輔助收集該用過之處理流體及導致該用過之處理流體離開該腔室內部。
  47. 如請求項46之方法，其中自該處理腔室快速收集該用過之處理流體及快速移除該用過之處理流體之步驟包含將一真空施加至該用過之處理流體以導致該用過之處理流體之快速收集及離開該處理腔室之內部。
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