专利名称：用于半导体晶圆的薄层化学处理的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明大体上是关于处理半导体晶圆或相似工件，且尤其是关于用于化学分析半导体晶圆表面，以及清洁、蚀刻及其它处理半导体晶圆的方法及装置，该方法和装置具有同步即时分析进行中的过程的能力。
背景技术：
微晶片制造过程主要为表面问题。处理技术与基板材料的表面以下或以上的几微米内的修改特性有关。藉由使用平面处理形成当前的复杂电子集成电路，平面处理中将超清洁、平整硅晶圆用作基板，且藉由多种氧化、光刻(photolithography)、移除、离子轰击、沉积及其它过程将大量等同元件建置于基板上。
已经公知的是元件的晶圆表面上的化学污染物与微粒杂质的存在会严重影响硅电路的元件效能、可靠性及产品良率。由于表面直径向300mm延伸且结构尺寸收缩至次微米以下，在用于微电子元件的布线过程之前及之后的超清洁表面制备在现在比以前重要得多。
用于超清洁表面制备的现有方法可分为两种主要类别诸如浸没与喷射技术的湿过程，及诸如基于化学气相与等离子技术的干过程。湿处理通常由藉由以适当化学溶液浸没或喷射晶圆之一连串步骤组成。用于超清洁晶圆表面制备的湿过程已在过去三十年成功使用且仍为使用于当前积体电路制造的主要方法。然而，90与65nm半导体处理的复杂性(其要求诸如铜互连、低k介电质、高k电容器及更多金属级的新材料与结构)需要建立量测及移除污染物及其它致命缺陷的新方式，以及非缺陷敏感的处理步骤的设计。此外，要元件必须良率为中-高90％范围的现代半导体制造业的经济现实反映半导体业的多变性与循环性质。同样地，高级程序控制与现场过程监控将比基于最终测试与检测资料的较长闭环反馈的传统方法重要得多。需要可靠的在线监控系统用以确保关键仪器效能及处理品质。
因此，需要在材料、时间及所需劳动方面有效清洁及处理半导体晶圆的能力，以及精确且在即时基础上分析与监控半导体晶圆的清洁及/或处理的能力。本发明寻求解决此等需要。
发明内容
一种用于化学处理半导体晶圆的装置包括一在其内紧密地接收及处理半导体晶圆的微腔室。该微腔室包括一第一或上区域，其具有界定一上工作表面以及一内部周边的多个部分；及一第二或下区域，其具有界定一下工作表面的多个部分且亦具有界定一内部周边的多个部分。该处理腔室可在供自其接收或移除半导体晶圆的打开位置与供紧密支撑半导体晶圆用于化学处理的关闭位置之间转移。
当处理腔室处于关闭位置时，半导体晶圆定位于上工作表面与下工作表面之间以在上工作表面与半导体晶圆的相邻表面之间界定一窄空隙，及/或在下工作表面与半导体晶圆的相邻表面之间界定一窄空隙。此外，窄空隙可存在于半导体晶圆的外周边与腔室上与下区域之内周边之间。
在腔室之第一或上区域及腔室的第二或下区域中提供至少一个入口开口供将处理流体导入腔室。可至少在腔室下区域的周边部分进行造型来界定用于用过的处理流体的收集位置。自收集位置，处理流体可藉由出口离开腔室，进而将用过的处理流体引导至分析器，或用于储存及最终处理。同样，处理腔室包括供将气体以某种方式导入腔室的至少一入口开口，使得气体充当用于处理流体的载体，以将处理流体载入收集腔室下区域的造型部分且接着载出腔室出口。
根据本发明的另一态样，将第二或下腔室的造型部分定位于下腔室的外周边部分。另外，第二或下腔室的造型部分可界定自第二腔室相邻区域向下延伸的至少一凹槽。在本发明的另一态样中，凹槽可大体上围绕第二腔室的周边部分延伸。
根据本发明的另一态样，腔室第二或下区域界定与凹槽连通以供收集用过的处理流体的贮槽。此外，一排水管与贮槽流体流动连通以供引导用过的流体远离贮槽。
在另一态样中，当前装置进一步包括一供接收与支撑腔室第一或上区域的上盒结构，及一供接收与支撑腔室第二或下区域的下盒结构。该上与下盒区域在腔室关闭期间可朝向彼此相对移动且在腔室打开期间可远离彼此相对移动。
在本发明的另一态样中，至少一流体囊状物在腔室关闭期间向上与下盒结构提供动力以使其朝向彼此相对移动，并在腔室打开期间收缩上与下盒结构以使其远离彼此相对移动。
本发明亦包括供在紧密配合的处理腔室内部化学处理半导体晶圆的方法，该处理腔室具有一上工作表面、一下工作表面及一围绕上与下工作表面延伸的周边。该方法包括在上与下工作表面之间支撑晶圆，使得将窄空隙建立在晶圆的至少一表面的大体上整个区域与对应工作表面之间。亦将晶圆支持于腔室内部使得将窄空隙建立于晶圆的外边缘部分与腔室内部的周边之间。
本发明的方法亦包括将选定处理流体藉由腔室内部的至少一入口开口注入腔室。使处理流体流过晶圆与腔室之间的窄空隙，且接着通过晶圆的外边缘部分。自腔室快速收集并移除已流过晶圆的外边缘部分的因此用过的处理流体以用于分析和/或收集。
根据本发明的另一态样，收集该处理流体的步骤包括在下工作表面的凹陷部分收集处理流体。下工作表面的凹陷部分可围绕腔室内部的周边延伸。
同样，可藉由将加压气体引入腔室内部来执行快速收集用过的处理流体的步骤，气体促进用过的处理流体的收集并离开腔室。在本发明的另一态样中，快速收集用过的处理流体的步骤可包括采用真空辅助用过的处理流体的收集且使用过的处理流体离开腔室内部。
图1为处于打开位置的晶圆处理腔室的本发明的示意侧面正视图；
图2为相似于图1的视图，但展示于关闭位置的晶圆处理腔室；图3为沿图1的线3F与3所取的图1的横截面图；图4为沿图1的线4-4所取的图1的横截面图；图5为沿图1的线5-5所取的图1的横截面图；图6为沿图1的线6-6所取的图1的横截面图；图7为沿图1的线7-7所取的图1的横截面图；图8为上腔室24下侧的视图；图8A为展示处于关闭位置的本发明处理腔室一部分的放大片段图；图8B为本发明的另一放大片段图，其展示处于关闭位置的处理腔室的另一部分；图9为下腔室26的上侧的视图，下腔室设计为与上腔室24相啮合；图9A为大体上沿图9的线9A-9A所取的图9一部分的放大片断图；图10为名义上分离且大体上沿图9的线10-10所取的上腔室24与下腔室26的横截面图；图11为展示于图10中下腔室26的横截面图，其为90°于展示于图10中的视图，大体上沿图9的线11-11所取；图12为相似于图10的视图，但是本发明的替代实施例的截面图；图13亦为相似于图10的视图，但是本发明的另一实施例的截面图；图14A为在化学蚀刻过程中自半导体晶圆基板移除的材料浓度随时间变化的曲线；图14B相似于展示于图14A的曲线的曲线，但是关于自半导体晶圆基板移除的不同元素或材料；图14C为相似于图14A的曲线的曲线，其展示自半导体晶圆基板污染物的移除；图14D为相似于图14A的曲线的曲线，但关于自半导体基板移除的污染物材料；及图14E为相似于图14A的曲线的曲线，其展示自半导体晶圆基板移除之另一污染物材料。
具体实施例方式
在图1与2中分别以侧面正视图示意地展示处于打开与关闭位置的本发明的半导体晶圆化学处理及分析装置20。简言之，装置20包括微处理腔室22，该微处理腔室22由用于在其间紧密接收半导体晶圆27的一第一或上腔室24及一第二或下腔室26组成。上腔室24藉由上盒结构28支撑且处于上盒结构28内，上盒结构28又连接至并藉由上支撑结构30支撑。相应地，下腔室26安置于下盒结构32内，下盒结构32又藉由下支撑结构34支撑及运载。
上支撑结构30与下支撑结构34可相对于彼此移动以当装载及移除晶圆27时打开与关闭上盒结构28与下盒结构32以及打开与关闭上处理腔室24与下处理腔室26。当关闭微处理腔室22时，将化学试剂及其它流体引入腔室供化学分析、清洁、蚀刻及另外处理半导体晶圆且同时收集用过的化学试剂及其它流体供在线或离线分析、或供投送至废物处理系统。
更详细描述装置20，下支撑结构34包括底板40及间隔在底板上方的中间板42，以及间隔在中间板上方的上板44。如以下更完全的描述，下气袋46安置于中间板42与上板44之间以相对于中间板42抬起并放下上板44。另外参考图3，藉由一支撑结构将中间板42支撑于底板40之上，支撑结构包括一对纵向杆48，其自底板40与中间板44的一个边缘52至底板与中间板的相对边缘54延伸穿过下支撑结构34。杆48形成用于中间板42的高强度支撑壁。中心组块50在壁48之间延伸且相对于底板40在中心。若干对间隔中间横向杆56自壁48的中间部分至底板40的外边缘58与60以间隔、平行的关系横向延伸。继续参考图3，支撑组块62定位于相邻中间杆56之间且邻接纵向杆48的外侧以提高下支撑结构34的结构完整性。
藉由沿中间板的外边缘延伸以与自中间板42的每个角向内对角延伸的对角杆68交叉的角杆64与66相对于底板40支撑中间板42的转角部分。应了解，藉由上述构造，中间板42大体上被支撑于底板40上，同时仍围绕下支撑结构34的周边部分界定空腔70、72、74及76使压力泵、真空泵及其它仪器能够安装于下支撑结构内。
如图所示(包括图1与2)，柱状物80自底板40的每一角部分向上延伸至上支撑结构30的顶部。柱状物80不仅将上支撑结构30支撑于下支撑结构34上，而且如下文所描述，亦导引上盒结构28与下盒结构32的行进。下套筒或圆筒82包裹每一柱状物80的下部分，进而加固柱状物。理想情况下，圆筒82固定且牢固地附着于柱状物80。柱状物80的下端可藉由任何方便构件紧固于底板40。包括藉由使用向上延伸穿过提供于底板40上之间隙孔的螺纹硬体部件84以啮合形成于柱状物80的中心及下部分上的螺纹盲孔。虽然将柱状物80描述为实心构造，但视柱状物的尺寸与材料组合物而定，柱状物可为中空或部分中空。
藉由下气袋46调适中间板42及进而支撑的下盒结构32相对于上支撑结构30升起及降落，在图1中展示下气袋46夹于中间板42与上板44之间。空气可供应至气袋46并藉由未详细描述的标准仪器自气袋排空。同样，具有气袋46的性质的气袋为商用的标准商品。
为促进上板44的升起及降落，间隙孔在柱状物80的位置形成于上板内。滑动环86在每一此等间隙孔处定位于上板44下侧用以滑动啮合于柱状物80上。每一滑动环86包括固定于上板44的下表面的上法兰部分88及自该法兰部分88向下延伸以在滑动环86在柱状物80上滑动运动期间充当导引的衬套部分90。应能理解可利用其他类型的导引结构，例如，多种类型的轴衬或轴承。
另外参考图4与5，下盒结构32包括位于下盒结构之下方的下板100。如图4所示，下板100大体平坦且具有对应下支撑结构34的上板44的形状及尺寸。板100包括用于柱状物80的间隙开口104。亦将中心与中间盲空腔106、108及110提供于板100的内部部分以容纳排水管线、感测器或其他用于连结本发明的配件或仪器，其包括于下文的描述。向下延伸的切口112与114沿板100的侧边缘形成，其用于定位包括流体、液体或气体分配系统的元件。
从上文可注意，下盒32被支撑于板100的顶部。藉由任何方便构件可将盒32紧固于板100。同样，盒32包括用于柱状物80之间隙开口116。盒32具有用于接收下腔室26的中心圆形空腔118，下文将更完全描述。下盒32亦包括对应于如上文所述形成于板100上的盲空腔106、108与110的位置的中心通孔120及中间通孔122与124。下盒32亦包括对应形成于板100上切口112与114的位置沿盒的侧部分延伸的侧切口126与128。另外，盒32包括分别沿切口126与128安置且在其内侧的侧肩部分130与132。此等切口与肩部分是设计用于在本发明的装置20之内定位诸如阀、流动控制器、感测器等元件。
可使用多种O环相对于下盒32来密封下腔室26，O环包括环绕开口120的中心下O环140及围绕腔室26的下周边延伸的外周边下O环142。将至少一个O环144安置于腔室26的外边缘与下盒结构32之间以在腔室结构与盒结构之中形成密封腔室。
同样，可使用至少一个O环146相对于上盒28来密封下盒32。将O环146定位于下盒的上表面与上盒的下表面的介面处。以此方式，上盒28与下盒32在关闭时密封在一起，其又密封上与下腔室，这是因为这些腔室又相对于其盒密封，如本文所说明。
接着描述如图1、2、6与7所展示的上支持结构30，藉由螺纹硬体部件162将顶部160附着于柱状物80的上端，螺纹硬体部件162延伸穿过形成于板160上的紧密配合间隙孔以啮合形成于柱状物上的螺纹盲孔。可利用将顶板160附着于柱状物80的其他构件。藉由一结构配置将中间板164隔开在顶板160之下，该结构配置相似于在底板40与中间板42之间的下支撑结构34上使用的结构配置。在此方面，如图7所示，平行、间隔杆166自板的边缘168至170延伸穿过板160与164的中间部分。若干对中间杆172自杆166以相似于以上图3中展示的杆56的方式横向延伸至板160与164的外边缘174与176。边缘杆178、180、182与184围绕板160与164的周边延伸。此外，对角杆186自上支撑结构30的每个角向内对角延伸以切线地相交加固圆筒188，加固圆筒188围绕柱状物80的上部分延伸且自顶板160的下侧垂直延伸至中间板164的上侧以增大柱状物80的柱及弯曲强度。为提供进一步结构完整性，加固圆筒可沿柱状物80进一步向下延伸。如图1与2所示，可在边缘杆180-186上形成长圆形开口190用以提供流体通道及用于连结本发明的其他类型管线。
上盒28间隔于中间板164之下。如图6所示，盒28包括被设计尺寸以紧密接收柱状物80之间隙孔200。藉由圆筒202自中间板164支撑上盒28，圆筒202自中间板164的下侧向下延伸以相交及支撑夹钳板204。如图7中虚线所示，夹钳板204相应盒结构28的整体形状在形状上大体上呈长方形，但在整体尺寸上稍小，此是为了其可接收于形成于盒结构的上表面上的向下凹座206中。在圆周208上剪除夹钳板204的内侧部分以环绕盒结构28的内轮缘部分209。藉由复数个螺纹硬体部件(未图示)将盒28附着于夹钳板204的下侧，螺纹硬体部件延伸穿过形成于夹钳板上的间隙开口以啮合于形成在盒28的上部分上的螺纹盲孔内。以此方式，上盒28紧固附着于上支撑结构30且可自其分离。
上盒28包括用于接收上腔室24的中心部分的中心开口210。上盒亦包括用于支撑上腔室24之上、大直径部分214的圆形肩部分212。将一对O环216与218插入上腔室大直径部分214的下侧与上盒28的肩部分212之间。O环可为多种横截直径，此是视晶圆27的表面与上腔室24及下腔室26的工作表面之间所需的空隙而定，如下文更彻底讨论。应能理解，随着此等空隙的改变，可实现用于处理腔室的流体的不同流动图案，例如，实现层状流体流动对扰动流体流动的流动图案。
将第二气袋220插入中间板164的下侧与上腔室24顶部之间以迫使上腔室向下且相对于下腔室26关闭上腔室，如下文更完全描述。上气袋220位于下层板222上。同样，圆形壁224自板222向上延伸以环绕及包括气袋220。应能理解，圆形壁224的上边缘与中间板164的下表面之间存在空隙以使气袋220能够压缩而不会使壁224的上边缘下降至板164上。与气袋46一致，可用此技术中熟知的方式膨胀及压缩气袋220。将薄塑胶片226插入板222的下侧与上腔室24的顶面之间，从而防止板222与上腔室24表面的直接接触，用以减少其间的相对磨损且帮助维持腔室22的清洁。同样，薄片可减少当气袋220被膨胀及压缩时会发生的冲击负载。
如图6所示，若干对双阶梯凸缘(double-stepped ledge)或凹口230存在于沿上盒28的周边侧边缘。本发明的元件，诸如阀、流动控制器、感测器等可定位于该位置。
参考图1与2，将侧O环236安置于上腔室24的上方大直径部分214的外直径与上盒的相应部分的内直径之间。此外，将一对O环238与240安置于上盒28的肩部分212的下侧与下腔室26的相应上周边部分之间，以在其间提供密封。O环座可形成于下腔室的上周边部分上，以在其内接收及回复O环238与240。应了解，O环或相似密封机构可用于腔室24与26及盒结构28与32之间，以及本发明的其他元件之间的额外位置上，以防止不良的流体泄漏。
接着，如图8-11所示，聚焦于微处理腔室22的构造，所示上腔室24与下腔室26大体上为碟形，但可形成为包括正方形、六边形、八边形等其他形状。设计上腔室24的尺寸使其可紧密接收于形成于上盒28的中心开口210内。同样地，参看图5，选定下腔室26的直径及形状使其可紧密接收于形成于下盒结构32上的圆形空腔118内。同样，如图1与2所示，且如上文所说明，大O环236环绕上腔室24的圆周外部侧壁250进而相对于上盒结构28的相应内侧表面密封壁250。相应地，如上文所说明，大直径O环144环绕下腔室26的外直径252，以相对于下盒结构32的相应内侧壁密封，从而在其间形成流体紧密密封。胜于使用单个O环236与144，可将多个O环用于该位置。
应能理解，设计上腔室24与下腔室26以分别匹配上盒结构28与下盒结构32的内部形状，且以与其精密配合。在此方面，如图10所示，上腔室24包括形成上腔室的最大直径部分的上凸缘部分214。如上文所描述，此凸缘部分可在上盒结构28的肩部分212被接收且藉由其被支撑。上腔室24亦包括嵌套子上盒肩部分212的内部直径壁555的下方小直径啮合部分254。虽然未图示，可将O环插入啮合部分254的外直径与壁255之间。
当关闭微处理腔室22时，如图2所示，上腔室的啮合部分254的下表面256座落于下腔室26的相应部分的上表面258上。同样，当处理腔室关闭时，下腔室26的减小直径上中心部分260向上延伸，以与形成于上腔室24的中心下部分上的浅空腔262啮合。被处理的半导体晶圆27座落于下腔室26的中心部分260的上/工作表面264上，如下文更完全讨论。在约0.001cm至0.5cm的范围内的很窄空隙存在于晶圆的上表面与空腔262的表面之间。在处理晶圆27期间，相似窄空隙可存在于晶圆27的下侧与表面264之间。同样，例如约0.1至10.0mm的窄空隙存在于晶圆的外周边与腔室22的内部之间。实质上，腔室22的内部大体上完全由晶圆填充。如本文所解释，藉由此构造，仅需最小量处理流体来处理及/或清洁晶圆。同样，由于每晶圆所需的处理或清洁流体体积很小，在清洁及/或处理期间，自晶圆移除的污染物或其他物质的含量或浓度比若处理/清洁晶圆27要求的处理及/或清洁流体的典型、极大体积时要大。
藉由在表面264上稍微向上延伸的轮缘266环绕上/工作表面264。上腔室24的相应部分在268处相对于上腔室的中心空腔部分262之下或工作表面272凹陷，如下文所讨论。轮缘266较佳地在表面264上延伸一段距离，该距离足够高以相对于表面264及下腔室26保持晶圆27，但不会过高使在接触晶圆以用于移除变得困难。此高度可为自晶圆厚度的约三分之一至晶圆厚度的约四倍。但由于轮缘266的存在，当晶圆被装载至表面264上时，晶圆可能不会留在适当位置，例如当意欲藉由使用空气或气体薄层将晶圆支持于表面264上时，若某些液体遗留在表面264上或若空气或其他气体泄漏或有目的地(例如，通过通道322)被引导至表面264上。
接着，具体参考图10，上腔室24包括自上腔室的中心空腔部分262的下/工作表面272向下突出的圆形邻接环270。在横截面中，亦参看图8A，邻接环270界定大体上为直角三角形形状，此三角形的斜边部分向下延伸且相对于上腔室24的中心对角向外。亦可参看图8，如下文更完全讨论，标识为270A的邻接环的小区段在横截面上为长方形而非三角形。如图8所示，此长方形区段270A定位于9点钟位置。将下腔室的减小直径中心部分260相对于表面264进行造型，以形成尺寸上紧密接收邻接环270的圆周凹槽276。当邻接环270啮合于凹槽276时，邻接环帮助将晶圆27安置或定位于下腔室26的中心部分的上表面264上。邻接环270亦可用于将处理液体或气体引导入凹槽276以及定位于凹槽276在直径上向内的第二、内圆形凹槽278。如在凹槽276中，凹槽278是藉由低于表面264以下的高度的下腔室中心部分的造型部分来形成。然而，邻接环部分270A妥贴地配合于凹槽276的相应部分内以防止处理液体或气体进入凹槽276的该部分。如下文所讨论，此促进凹槽276中的液体或气体沿凹槽以远离邻接环区域270A的相反方向流动。在邻接环区域270A处凹槽276为最小深度且在沿凹槽远离环区域270A的两个方向上增加深度，在凹槽的直径相反部分增加至最大深度。
如图8B所示，除了在位置278A处，内凹槽278大体上围绕下腔室26的中心部分260的整个直径延伸，在区段278A处无凹槽。此对应图9中所展示的约9点钟的位置。然而，凹槽278在远离区段278A的两个方向上增加深度，自凹槽区域278A的位置在凹槽278的直径相反部分处达到最大深度。申请人已发现，藉由将凹槽278终止于位置278A且藉由在远离位置278A的两个方向上逐渐增加凹槽深度，收集于凹槽278内的流体被激励流向在凹槽相反侧的最小深度位置。在此等最大深度位置处，内凹槽278包括呈向下V形空腔的形式、具有大体上相应于凹槽276宽度的收集贮槽282。同样地，参看图11，在外凹槽276z内提供收集贮槽280，其亦呈形成于凹槽中的向下V形空腔的形式。在图9中，将收集贮槽280与282定位于3点钟位置处。
继续具体参考图10与11，外收集贮槽280的底部与自贮槽280底部向下延伸的出口排水管284流体流动连通。排水管284可连接于能够分析在使用本发明期间自晶圆27移除的污染物或其他材料的分析装置。此种分析装置为商用的熟知商品，因而此处未作详细说明。内收集贮槽282的底部同样包括导向收集系统的出口排水管286，该收集系统供收集在本发明的处理腔室22中使用的清洁流体、蚀刻流体或其他类型工作流体或气体。同样，排水管286可连接至能够分析收集流体中的污染物或其他材料的适当分析装置。
具体参考图10，所展示的排泄出口290与292在收集贮槽的上高度处与收集贮槽280和282的侧壁部分形成流体接收连通。排泄出口290与292自收集贮槽280与282及其相应收集凹槽276与278收集溢出流体(气体及液体)以快速将其移除。如下文描述，排泄出口290与292向下延伸朝向腔室26的底部且径向向内，进而不仅避免干扰凹槽276与278，而且避免干扰形成于下腔室26内的额外凹槽。
具体参考图10，上腔室24包括自邻接环270径向向外定位的向下延伸外环300。外环300定位于藉由啮合部分254的下表面256界定的向内角部分，及上腔室的中心下部分的空腔262的内直径。藉由对下腔室的上表面258进行造型使其低于表面258的剩余部分的高度，来设计外环300的尺寸使其啮合于形成于下腔室26内的密封凹槽302的向外部分内。如图10所示，凹槽302相邻于下腔室的减小直径中心部分260的外直径。凹槽302内的外环300的啮合帮助相对于下腔室26对中上腔室24。此外，环300将可经过凹槽276泄漏的流体引导入凹槽302。
如图10所示，环300的横截面可形成相似于环270的形状，如上文所描述。同样，环300，以及环270可为其他横截面形状。与凹槽276与278一致，凹槽302亦可围绕其圆周变化深度。在此方面，凹槽302可在图9中9点钟位置上最浅且在图9中相邻3点钟位置上最深。同样，如在凹槽276与278中，收集贮槽304可形成于展示于图9中位于或接近3点种位置处的凹槽302内以收集结合本发明的装置20使用的液体及气体。贮槽304亦可形成为相似于贮槽280与282的向下延伸V形，如上文所描述。此外，出口排水管306与贮槽304的底部流体流动连通用于把收集流体引导远离贮槽及分析装置、收集箱或其他位置。
第四凹槽310自凹槽302径向向外形成于下腔室26内。与凹槽302一致，凹槽310自下腔室的上表面258向下延伸。凹槽310的一目的为收集经过凹槽276与302泄漏的任何流体。在此方面，可安置流体感测器使其与凹槽310流体流动连通。此等感测器可实际定位于凹槽310内或藉由(例如)未展示的流体通道远离凹槽310且与凹槽互连。此等感测器为商用的熟知商品。应能理解流体感测器亦可定位于除凹槽310外的其他位置或作为凹槽310的替代物。举例而言，此等感测器可与凹槽302的贮槽304流体流动连通。此等感测器可启动警报或停止正在进行的过程或在若流体泄漏发生时，意即若处理流体收集于凹槽310内时采取其他行动。
应能理解除利用环270与300外，可采用其他技术用于防止处理流体自关闭腔室22泄漏。在此方面，O环或其他类型密封可采用于上腔室24与下腔室26的接合处或介面，例如，感测凹槽310的径向外部。
藉由中心入口通道320将处理流体引导至晶圆27，通道320向下延伸穿过上腔室24并相对于该腔室居中。藉由中心入口通道322将处理流体引导至晶圆27的下侧，通道322向上延伸穿过下腔室26的中心，参看图8-11。藉由开口或入口320与322引入腔室22的处理流体一旦到达晶圆27，即沿晶圆径向向外迁移，直至到达晶圆周边或外边缘且接着流入收集凹槽276与278。亦可藉由入口通道324与326将处理流体引入腔室22，通道324与326向上延伸穿过下腔室26且进入处于或接近“9点钟”位置的收集凹槽276与278，展示于图9中。如图9A所展示，在通道324的上端，通道分离成通道326A与326B，进而在无凹槽存在的区段278A的相反侧与凹槽278相交。关于凹槽276，只要此等凹槽具有此定位于通道324与凹槽276相交的位置的邻接环270A更深的深度，则引入通道324的流体可流入处理腔室22。应了解亦可利用未展示的其他入口通道来将工作流体引入微处理腔室22。
除了处理流体外，本发明的装置利用气体帮助收集用过的处理流体且将其导出腔室22之外。此种气体(其可为惰性或活性的)可藉由入口通道330被引入腔室22，通道330向下延伸穿过上腔室24。藉由定位于中心的通道320进入腔室22的气体可相对于在上腔室24的下侧与晶圆27的顶面之间的处理腔室径向向外流动，直至到达邻接环270，在其上可将气体向下转移进入收集凹槽276与278以将其藉由收集贮槽280与282排出。藉由入口通道322进入腔室22的气体相对于在下腔室26的上侧与晶圆27的下侧表面之间的处理腔室径向向外流动，直至到达邻接环270，在其上可将气体向下转移进入收集凹槽276与278以将其藉由收集贮槽280与282排出。
亦可藉由一组入口通道332将气体引入处理微腔室22，通道332向下延伸穿过上腔室24与上腔室的下表面相交于邻接环270与外环300之间的径向位置。如图8所示，可利用许多此等通道，包括在约1点钟、5点钟、7点钟、9点钟及11点钟位置处。同样，更多气体入口通道334可向下延伸穿过上腔室以在腔室凸缘部分214与腔室的减小直径啮合部分254的相交点处离开腔室的下侧。因此，此等通道将气体引导至O环216与218的向内位置，参看图1与2。藉由入口通道332与334引导入处理腔室22的气体(例如惰性气体)帮助防止处理流体经过凹槽276与278迁移或泄漏，且亦帮助引导收集于此等凹槽的处理流体向贮槽280与282移动。申请人已发现，由于气体充当处理流体的载体，藉由使用此种气体，处理流体在离开晶圆27后很快流动穿过收集凹槽且被收集于贮槽280与282内。
应了解，本发明可利用不同于关于图8-11所描述之外的收集凹槽及/或流体入口通道。图12中展示一此种替代实施例。在图12中，相同或相似于关于图8-11中说明及描述的本发明的特征或元件被给出相同零件号码但具有符号(“′”)标记。本发明的此等元件、特征及各方面将不在此处作重复描述。
展示于图12中的处理微腔室22′确实利用下腔室26′中直径显著小于凹槽278′的直径的进一步向内的流体收集凹槽340。与凹槽278′一致，向内凹槽340在9点钟位置为最浅(参考图9)且围绕凹槽的圆周路径增加深度，在3点钟位置处增加至最大深度。贮槽342提供于凹槽340内的3点钟位置处。排水通道344自贮槽342向下延伸且可以相似于上文描述的排水管284′与286′的方式与分析装置(未图示)连接。同样，排泄出口346可与贮槽342的上部分互连以使自贮槽溢出的流体能够被移除。可藉由定位于约9点钟位置且对准凹槽340的入口通道348将处理流体引入腔室22′。当然凹槽340可不利用入口流体源，而可独自被用以自处理过的晶圆下侧移除处理流体。
图13说明相似于展示于图8-11中实施例的本发明的另一实施例，但使用用于收集凹槽的额外贮槽。图13中展示相同或相似于图8-11中展示的元件及特征被给定具有双符号(“″”)标记的相同零件号码。此处将不再重复描述该元件及特征。
展示于图13中的本发明的实施例不同于展示于图8-11中的实施例之处在于第一贮槽360结合外凹槽276″使用，且第二贮槽362结合外凹槽278″使用。出口排水管364结合贮槽360使用，且出口排水管366结合贮槽362使用。此外，排泄出口368结合贮槽360使用且排泄出口370结合贮槽362使用。
在图13的实施例中，贮槽280″与282″可定位于约3点钟位置，而与图9相比，贮槽360与362可定位于9点钟位置。在此方面，凹槽276″与278″在约12点钟与6点钟位置处为最浅且在朝向3点钟与9点钟位置的方向上加深。此外，对应于展示于图10的入口通道324与326的入口通道(未展示)可定位于12点钟与6点钟位置处。可以预期展示于图13中的实施例能够比展示于图8-11中本发明的实施例处理更多的处理流体或以更快速率收集处理流体。同样，展示于图13中利用双重分析装置的实施例可提供能够检验分析结果或快速研究薄膜均匀性的冗余系统。
为使用本发明来处理和/或清洁半导体晶圆，诸如晶圆27，藉由降低下盒结构32来打开处理微腔室22。此是藉由压缩下气袋46达成。在此压缩下，下盒32与下腔室26的组合重量会引起下盒在柱80的导引下向下收缩。一旦腔室22被打开，可将半导体晶圆放置于下腔室26的顶面264上。其后藉由膨胀气袋46而抬起下盒32来关闭盒结构。一旦膨胀，下盒结构32处相应下腔室26相对于上腔室24与上盒结构28向上升起。下盒结构32与相应下腔室26的向上运动持续至下盒的上表面紧密配合上盒的下表面为止，参看图2。当此发生时，下腔室的圆周上表面256邻接于插入此表面与上盒28肩部分212的下侧之间的O环238与240。
在此方面，微腔室22实际上为关闭的且约处于其最大体积，图2。微腔室的关闭以两种方式达成。作为第一方式，藉由O环146A将上盒28与下盒32相对于彼此密封。此外，藉由O环236相对于上盒来密封上腔室的侧壁，藉由O环144相对于下盒来密封下腔室26的侧壁。以此方式，相对于外部密封腔室。作为第二方式，O环216与218相对于上盒28密封上腔室24，且O环238与240相对于上盒密封下腔室，上盒又建立用于腔室内部的第二密封。
因此，将微腔室内部密封。另外，可藉由使用上气袋220选择性改变微腔室内部的体积。为减少晶圆27的上表面与空腔262的表面之间，及晶圆27的下侧与表面264之间的空隙的体积或尺寸，将上气袋220膨胀，其接着向下压在上腔室24的上表面上，迫使上腔室朝向下腔室26向下。此引起上腔室之上、大直径部分214朝向上腔室盒结构28的肩部分212向下。如图1与2所展示，插入上腔室大直径部分214的下侧与上盒的肩212的上表面之间的O环216与218随着上腔室朝向下腔室向下移动而压缩。当因此减小微腔室22的尺寸时，上腔室24的下表面与下腔室26的上表面之间仍存在足够空隙以容纳晶圆27。晶圆表面与腔室的相应表面之间的间隙空隙可视发生的处理或清洁类型而变化，但虽然如此总是很窄且通常为一致的。举例而言，此空隙可为自0.5cm至0.001cm之间。
接着，可藉由定位于上腔室24与下腔室26的中心的入口管线320与322将处理流体引入微腔室22。如上文所说明，可利用替代或额外入口管线。入口管线可将处理流体(流体或气体)以及清洁及干燥流体(液体或气体)传递至微腔室22。一旦进入腔室，此等流体相对于微腔室及半导体晶圆朝向其外周边径向向外流动。当需要使腔室真空或固持该晶圆时，入口管线亦可连接至真空系统。
在处理流体流入微腔室22起始之前或之后，可藉由入口通道330及/或320和322，及/或其他通道将气体引入腔室。申请人已发现以此方式使用气体会引起用过的处理流体快速径向移动远离晶圆外边缘且进入收集凹槽276与278，且亦引起收集凹槽内的流体朝向收集贮槽280与282快速移动。自此等贮槽，可藉由适当工具分析收集的流体。申请人已发现处理流体穿过微腔室22、收集凹槽276与278，且进入贮槽280与282的流动如此迅速，使得对晶圆的化学处理或清洁的分析发生于即时基础上。此具有超过已有技术系统的显著优势，已有技术系统中收集处理流体并接着在“事后”分析。在彼等状况中，必须估计而不可如本发明中在即时基础上控制处理时间。
本发明亦涵盖例如藉由排泄出口290及排泄出口292将真空施加至微腔室22的出口排水管的可能性。若将真空施加至此等排泄出口，则可促使用过的处理流体自晶圆27流入收集凹槽(例如凹槽276与278)，穿过凹槽进入收集贮槽280与282，接着穿过出口排水管284与286。此用过的流体则可用于立即分析。或者，可储存如此收集的用过的处理流体供随后的分析或处理。
亦可藉由定位于邻接环270与外环300之间的入口管线332及定位于密封O环216与218的正内侧的入口管线334将气体(例如惰性气体)供应至处理微腔室22。如上文所解释，在入口管线332与334中引入的气体帮助防止处理流体在微腔室22之周边处泄漏。然而，若处理流体确实越过邻接环270与外环300而泄漏，则当此种流体到达感测凹槽310时，可侦测出此种流体的存在。此可导致选定事件，诸如警告器发声、自动切断至微腔室22的处理流体等。
可使用上述方法以连续将不同处理/清洁流体引入微腔室22，且可藉由使用本发明在即时基础上分析某些或所有该处理流体。
一旦完成晶圆27的处理或清洁，可藉由压缩上气袋220以及下气袋46将晶圆自处理腔室移除，进而引起下盒结构32与相应下腔室26相对于上盒结构28与相应上腔室24下降，从而提供进入处理腔室内部的入口。可方便移除其中的晶圆27并由另一晶圆将其置换。
同样，本发明涵盖处理及/或清洁不同尺寸的晶圆。此可要求由其他能够容纳不同尺寸晶圆的腔室置换上腔室24和下腔室26。藉由本发明的构造，可快速完成上与下腔室的移除。在此方面，藉由下气袋46压缩，可将下腔室26提升至下盒32外。此外，上盒28可自夹钳板204分离以使上盒能够相对于柱80向下滑动使得上腔室24可被提升至上盒28外。
本发明可用于多个目的。举例而言，藉由组合其他侦测元件或系统，本发明可用于判定或分析有机或无机、在晶圆表面上或晶圆内以及在晶圆的前侧或后侧或边缘上的微量污染或材料。可采用本发明在即时基础上研究或分析发生于处理流体与晶圆之间的反应，此是由于处理流体被快速收集而非仅积聚于收集凹槽内。因此，有可能在即时基础上监控在处理流体与晶圆之间的反应随时间的改变。
作为具体使用的实例，可采用本发明监控使用电感耦合电浆质谱分析(ICP-MS)或电感耦合电浆飞行时间质谱分析(ICP-TOFMS)的薄膜铜的湿式化学蚀刻。在此过程中，由所需化学物品、过氧化氢、硝酸及氢氟酸的混合物组成的蚀刻流体藉由入口通道322和/或320被引入处理微腔空22，此视将要分析晶圆的哪一侧而定，或藉由入口通道324与326引入以用于分析晶圆的边缘。当蚀刻流体以径向向外朝向收集凹槽276与278流动时，其与铜薄膜起反应。将收集于收集贮槽280及/或282的用过的流体引导至在线ICP-MS测试单位。此监控及分析结果用曲线图表示于图14A至图14E中。此等图式给出了关于被测试的薄膜的资讯。在图14A的曲线图中，值A(铜的浓度)直接关于特定流体的蚀刻速率，特定流体意即在铜薄膜上过氧化氢、硝酸及氢氟酸的混合物。在图14A的曲线图中，值B是关于薄膜的厚度，因为其代表自基板移除的最大浓度铜开始减少所需的时间。值C为在排出物中铜浓度降低达到最大浓度一半所花的时间，其是关于基板上薄膜的密度。此外，形状或斜面D是关于基板上薄膜的黏结强度。黏结越强，斜面D越不陡峭。应了解在图14A的曲线图中绘制的薄膜湿式蚀刻曲线可用于研究蚀刻过程。此曲线亦可用于藉由分析在过程上不同因数的结果来判定改良过程良率的方式以控制过程的品质，以及监控用于过程中的仪器运行。
本发明亦可用于监控存在于基板上的微量污染物或其他元素。在此方面，参看图14B及14C的曲线。图14B的曲线对应所监控的第二元素，而图14C的曲线在分析过程的早期为尖峰，指示薄膜表面上污染物的存在。
图14D的曲线指示另一污染物。然而，因为贯穿蚀刻过程侦测到其存在，此污染物存在于整个铜层上。本发明亦可分辨是否污染物存在于铜薄膜过程的开端。举例而言，图14E的曲线展示仅在蚀刻过程的最末端侦测到污染物的存在。
晶圆清洁对于半导体制造而言为基本的。其为最频繁实施的过程步骤之一。现在并入半导体之中的更小的零件外型，更薄闸极堆叠的使用及新材料的使用正迫使建立清洁及干燥半导体晶圆的新方式。本发明亦可用于在诸如闸极氧化物清洁的关键过程之前或之后制备晶圆上的超清洁表面，且可用于监控晶圆清洁过程的进行。在此过程中，藉由入口通道320与322连续或同时将可为液体、气体、有机溶剂或无机化学混合物的清洁流体引入处理腔室。在清洁过程期间，清洁液体(或其他流体)径向向外流向收集凹槽276与278。可藉由电脑可程式化泵精密控制流体流动速率及流动运动特征，且可藉由自气袋220施加于上腔室的力影响晶圆与腔室的工作表面之间的空隙尺寸。可在过程期间利用加热及真空技术以提高清洁及干燥效率。
如上文所说明，到达晶圆27的径向外部边缘的清洁流体被快速收集于内与外收集贮槽282与280中。在本发明的此种使用中，不仅可同时清洁晶圆表面的两侧，而且亦可清洁晶圆的边缘。若将收集于内与外收集贮槽282与280的一者或两者中的流体引导至测试装置，则可藉由测试仪器即时监控自晶圆移除的污染物，且一旦清洁流体中的污染物降至所要程度，即可终止清洁过程。藉由在线侦测器，可藉由化学物品的最小使用及最小处理时间达成晶圆27的清洁。在过去，仅可估计适当清洁晶圆所需的时间长度，按需要，持续时间必须符号最差状况情形。同样地，在许多实例中，清洁过程持续时间比所要求的长得多，此不仅导致低效率，而且浪费清洁流体。
亦可有利地利用本发明的另一态样来清洁半导体晶圆。在现代半导体设计中，相对较深的孔或空腔形成于需要清洁的半导体结构中。若仅传输清洁流体跨越半导体表面，则此等空腔可抵抗清洁。在此方面，截留在孔或空腔中的空气或其他气体不会允许清洁流体完全进入孔或空腔。然而，可藉由膨胀及压缩上气袋220将抽汲动作(pumpingaction)施加至腔室22来增强孔或空腔的清洁。此种抽汲动作可辅助释放截留在孔或空腔中较深部分的气体并迫使清洁流体深入半导体晶圆的空腔以增加对其的清洁。
本发明亦可用于其他处理目的，诸如化学蚀刻。处理腔室的微小体积不仅实质上减少了处理化学物品与超纯水的使用，其导致产生的需处理的废物减少，而且提供所使用过程的更好控制。藉由使用不同化学流体或流体的不同状态置换微腔室中的流体可快速(可能在几秒内)停止或改变所使用的化学反应。在此方面，来自蚀刻过程的某些排出物被收集于收集贮槽内，例如贮槽280，并接着藉由在线侦测器对其即时分析。当完成蚀刻的所需量时，自晶圆27移动的材料的组分将改变进而指示蚀刻已完成或接近完成，且过程可在彼时或固定时间内终止。
如应了解，对于自蚀刻过程的排出物的即时分析使某些制造程式成为可能。举例而言，若存在对于将特定薄膜精密蚀刻至其一半厚度的过程的需要，则在一致基础上使用现有处理技术将此达成是很困难的。藉由本发明的在线侦测器系统，可紧密监控蚀刻出的薄膜材料的量。当在线测试/监控展示已蚀刻到起始材料之一半时，本发明的侦测器系统可提供过程的终点。
应了解本发明可在即时基础上提供迄今为止还不可能的关于清洁和/或处理半导体晶圆的有价值资讯。
除了其在半导体工业中的广泛应用外，本发明亦可应用于除半导体工业外的其他领域。一种此类领域为藉由色谱技术分离物质的混合物。
色谱法为现代科学中最强大分离技术之一。色谱法与多数其他物理及化学分离方法区别的特征为其使两种互相不可混溶相接触一种相为固定的且另一种相为可移动的。在色谱法中，将待分离的样品引入可移动相并接着向前运载穿过含有分布固定相或由施加至管柱表面的固定相组成的薄膜涂层的管柱。当行进穿过管柱时，样品中的物质在可移动相与固定相之间经受重复分离。当适当选择两种相时，样品中的物质逐渐分为出现作为可移动相中的带的多个群。在固定相中分离最少的物质首先从管柱出来，在固定相中分离最多物质最后从管柱出来。
在本发明中，上腔室24的下表面262与下腔室26的上表面264，或晶圆27的表面都可在通常色谱法中用作管柱且因而涂布有固定相材料的薄膜。流体可用作可移动相。可藉由连接至入口通道320或322的喷射阀自中心入口通道320或322引入样品。运载样品的流体径向流向并越过晶圆27的边缘且接着被快速收集于内或外收集贮槽282与280内。可藉由减小液相流动穿过的空隙尺寸、藉由增加固定相的直径及藉由最优化液相的化学性质来改良分离效率。
本发明用于色谱法的奇特特征之一为其要求很低运行压力，对于约300mm的晶圆直径而言约0.01至0.05mm的空隙尺寸小于200psi。相比较，通常液体色谱方法使用300mm长度的2mm直径管柱，且在大于1000psi的压力下运行。而且，可移动相流动速率仅为约1ml/min。
此外，当前色谱法系统的高运行压力要求可承受高压力的元件及仪器。此种仪器很贵。同样，此种仪器的设计及运行复杂。因此，本发明为在低压力下执行色谱法的能力提供显著优势。
虽然已说明及描述本发明的较佳实施例，应了解无需脱离本发明的精神及范畴即可在彼处做出多种改变。
权利要求
1.一种用于化学处理一半导体晶圆的装置，包括(a)在其中紧密接收并处理一半导体晶圆的微腔室，该腔室包括一具有界定一上工作表面及一上内部周边的多个部分的第一区域，及一具有界定一下工作表面及一下内部周边的多个部分的第二区域，该处理腔室可在一供自其接收及移除该半导体晶圆的打开位置与一供紧密接收该半导体晶圆以供化学处理的关闭位置之间移动，(b)其中当该腔室处于关闭位置时，半导体晶圆安装于该上工作表面与下工作表面之间，以界定该上工作表面与该半导体晶圆的相邻表面之间的一窄空隙及/或该下工作表面与该半导体晶圆的相邻表面之间的一窄空隙及/或该半导体晶圆的外周边与该腔室第一及/或第二区域的内周边之间的一窄空隙；(c)在该腔室第一区域及/或该腔室第二区域上的至少一入口开口供引导处理流体进入该腔室；(d)其中对该腔室第二区域进行造型，使得该下工作表面的多个部分在低于该下工作表面的剩余部分的高度处，以充当用于用过的处理流体之一收集位置；(e)一与该腔室第二区域的该造型部分流体流动连通的出口，用以引导用过的处理流体离开该腔室，及(f)至少一在该腔室中的入口开口供引导气体进入该腔室，该气体充当一用于该处理流体的载体，用以将该处理流体运载入该腔室第二区域的该造型部分且运载出该腔室出口。
2.如权利要求1的装置，其中在该腔室中用于将气体引导入该腔室的该至少一入口开口，包括在该腔室的该第一区域和/或第二区域中的至少一入口开口。
3.如权利要求1的装置，其中形成于该腔空第二区域的该造型定位于该下工作表面的外周边部分。
4.如权利要求1的装置，其中该腔室第二区域的该造型部分界定自该第二区域的该下工作表面的相邻区域向下延伸的至少一凹槽。
5.如权利要求4的装置，其中该凹槽围绕该腔室第二区域的周边部分延伸。
6.如权利要求5的装置，其中该腔室第二区域的该造型部分界定一与该凹槽连通的贮槽，以供收集进入该凹槽的用过的处理流体。
7.如权利要求6的装置，进一步包括一与该贮槽流体流动连通的排水管，以供引导用过的流体离开该贮槽。
8.如权利要求6的装置，其中该凹槽定位于该半导体晶圆的径向外部。
9.如权利要求1的装置，其中该腔室第二区域的该造型部分界定沿该待处理的半导体晶圆的周边延伸的至少一凹槽，以供接收该用过的处理流体；及一排水系统，以供快速移除收集于该收集凹槽内的处理流体。
10.如权利要求9的装置，其中该凹槽终止于该半导体晶圆的周边的一区段上远离该出口与该凹槽连通的位置的位置上。
11.如权利要求1的装置，其中该第一腔室主要安置于该半导体晶圆之上且该第二腔室主要安置于该半导体晶圆之下。
12.如权利要求1的装置，进一步包括一用于打开及关闭该处理腔室的闭合系统，该闭合系统包括一提升子系统，该提升子系统用于将该腔室第二区域提升入在该腔室第一区域之下的关闭位置，且亦用于自该腔室第一区域收缩该腔室第二区域以打开该腔空。
13.如权利要求12的装置，进一步包括一定位于该腔室第二区域之下的流体囊状物，其用于相对于该腔室第一区域向上升起该腔室第二区域，以关闭该腔室；且用于相对于该腔室第一区域降下该腔室第二区域，以打开该腔室。
14.如权利要求13的装置，其中该流体囊状物包括一定位于该腔室第二区域之下的气袋。
15.如权利要求14的装置，进一步包括一定位于该腔室第一区域之上的第二气袋装置，其用于在当该腔室处于关闭位置时，将力施加至该腔室顶区域以控制该腔室的尺寸。
16.如权利要求1的结构，其中该装置进一步包括一用于接收及支撑该腔室第一区域的上盒结构；及一用于接收及支撑该腔室第二区域的下盒结构，该上与下盒结构在该腔室闭合期间可朝向彼此相对移动，且在该腔室打开期间可远离彼此移动。
17.如权利要求16的装置，进一步包括一导引系统，其用于在该腔室打开及关闭期间在该上与下腔室盒区域相对移动时，支撑及导引该腔室上与下盒区域。
18.如权利要求17的装置，进一步包括至少一流体囊状物，其用于在该腔室关闭期间向该上与下盒结构提供动力以使其朝向彼此运动，并在该腔室打开期间收缩该上与下盒结构以使其远离彼此运动。
19.如权利要求18的装置，其中该流体囊状物包括相对于该下盒结构安置的至少一个气袋，用以朝向该上盒区域及腔室第一区域向上升起该下盒结构及相应腔室第二区域，以用于该腔室的闭合，且相应地在该腔室打开期间用以向下收缩该下盒结构及相应腔室第二区域。
20.如权利要求19的装置，进一步包括相对于该上盒结构安置的另一气袋，用以迫使该上盒结构及相应腔室第一区域向下朝向该下盒区域及腔室第二区域，以用于该腔室的关闭，且相应地在该腔室打开期间用以向上收缩该上盒结构及相应腔室第一区域。
21.一种用于化学处理一半导体晶圆的装置，包括(a)一在其中处理一半导体晶圆的腔室，该腔室包括一内部上工作表面、一内部下工作表面及一内部周边，该处理腔室可打开用于自其接收及移除该半导体晶圆；且可关闭用于紧密接收该半导体晶圆，以用于化学处理，(b)其中当该腔室处于关闭位置时，该半导体晶圆被紧密安置于该上工作表面与下工作表面之间，以界定一在该上工作表面与该半导体晶圆的相邻表面及在该下工作表面与该半导体晶圆的相邻表面之间的至少一个之间的一窄空隙，且亦界定在该半导体晶圆的外周边与该腔室的内周边之间的一窄空隙；(c)在该腔室上的至少一入口开口，其用于将处理流体引导入该腔室；及(d)一排泄系统，其供自该腔室快速排出该用过的处理流体，该萃取系统包括(i)在该下工作表面上低于该下工作表面的剩余部分的高度处的至少一凹座，其用于充当用于用过的处理流体的收集位置；及(ii)与在该下工作表面上的该凹座流体流动连通的至少一出口，其用于快速引导用过的处理流体离开该腔室。
22.如权利要求21的装置，其中形成于该下工作表面的该凹座定位于该下工作表面的外周边部分。
23.如权利要求22的装置，其中形成于该下工作表面的该凹座界定自该下工作表面的相邻区域向下延伸的至少一凹槽。
24.如权利要求23的装置，其中该凹槽围绕该下工作表面延伸。
25.如权利要求21的装置，其中该排泄系统进一步包括一形成于该腔室上的贮槽，该贮槽与该凹座连通，以供收集进入该凹座的用过的处理流体。
26.如权利要求25的装置，其中该排泄系统进一步包括一与该贮槽流体流动连通的排水管，以供快速引导用过的流体离开该贮槽。
27.如权利要求21的装置，其中在该下工作表面的该凹座定位于该半导体晶圆的径向外部。
28.如权利要求21的装置其中该腔室进一步包括一具有界定该内部上工作表面的多个部分的顶区域及一具有界定该内部下工作表面的多个部分的底区域；及进一步包括一用于打开及关闭该处理腔室的闭合系统，该闭合系统包括一提升子系统，其用于将该腔室底区域提升入该腔室顶区域之下的关闭位置，且亦用于自该腔室顶区域收缩该腔室底区域以打开该腔室。
29.如权利要求28的装置，进一步包括一定位于该腔室底区域下的流体囊状物，用于相对于该腔室顶区域向上升起该腔室底区域，以关闭该腔室；及用于相对于该腔室顶区域降下该腔室底区域，以打开该腔室。
30.如权利要求29的装置，其中该流体囊状物包括一定位于该腔室底区域之下的气袋。
31.如权利要求30的装置，进一步包括一定位于该腔室顶区域上的第二气袋装置，其用于在当该腔室处于关闭位置时，将力施加至该腔室顶区域，以减小该腔室的尺寸或在该晶圆表面与该上和/或下工作表面之间的空隙的高度。
32.如权利要求28的装置，其中该装置进一步包括一供接收及支撑该腔室顶区域的上盒结构及一供接收及支撑该腔室底区域的下盒结构，该上与下盒区域在该腔室闭合期间可朝向彼此相对移动，且在该腔室打开期间可远离彼此移动。
33.如权利要求32的装置，进一步包括一导引系统，其用于在该腔室打开及关闭期间，在该上与下腔室盒区域相对移动时支撑及导引该腔室上与下盒区域。
34.如权利要求33的装置，进一步包括至少一流体囊状物，其用于在该腔室关闭期间向该上与下盒结构提供动力以使其朝向彼此运动，并在该腔室打开期间收缩该上与下盒腔室以使其远离彼此运动。
35.如权利要求34的装置，其中该流体囊状物包括相对于该下盒结构安置的至少一气袋，用以朝向该上盒区域及腔室顶区域向上升起该下盒结构及相应腔室底区域，以用于该腔室的关闭，且相应地在该腔室打开期间用以向下收缩该下盒结构及相应腔室底区域。
36.一种在一紧密配合处理腔室内部化学处理一半导体晶圆的方法，该处理腔室具有一上工作表面、一下工作表面及一围绕该上与下工作表面延伸的周边，该方法包括(a)在该腔室内部的上工作表面与下工作表面之间支撑晶圆，使得在该晶圆的至少一个表面的大体上整个区域与该相应工作表面的相应区域之间建立一窄空隙，且使得在该晶圆的外边缘部分与该腔室内部的周边之间建立一窄空隙；(b)经由在该腔室内部的至少一个入口开口将选定处理流体注入该处理腔室内部；(c)使得该选定处理流体流动穿过该窄空隙且越过该晶圆的相应表面且接着越过该晶圆的外边缘部分；及(d)快速收集流动越过该晶圆的外边缘部分的该用过的工作流体，并自该腔室快速移除该所收集的用过的处理流体，以用于分析及/或收集。
37.如权利要求36的方法，其中经由至少一个入口开口将该选定处理流体注入该腔室内部，该至少一个入口开口在该上工作表面、该下工作表面，或者该上与下工作表面的两者上。
38.如权利要求37的方法，其中经由在该晶圆以上的至少一个入口开口将该选定处理流体注入该腔室内部。
39.如权利要求38的方法，其中经由在该晶圆以上的至少一个入口开口及在该晶圆之下的至少一个入口开口将该选定处理流体注入该腔室内部。
40.如权利要求36的方法，其中迫使该处理流体流动穿过包括0.01至10.1mm的空隙。
41.如权利要求40的方法，其中迫使该处理流体流动穿过包括0.01至5.0mm的空隙。
42.如权利要求33的方法，其中收集该处理流体的步骤包括收集在该下工作表面之一凹陷部分的该处理流体。
43.如权利要求42的方法，其中该下工作表面的该凹陷部分围绕该腔室内部的周边延伸。
44.如权利要求43的方法，其中该下工作表面的该凹陷部分定位于该晶圆周边的外部。
45.如权利要求36的方法，其中藉由将加压气体引入该腔室内部，执行快速收集该用过的处理流体的步骤，该气体驱动该用过的处理流过以利收集及离开该腔空。
46.如权利要求45的方法，其中快速收集该用过的处理流体的步骤进一步包括采用一真空，以辅助收集该用过的处理流体及导致该用过的处理流体离开该腔室内部。
47.如权利要求46的方法，其中自该处理腔室快速收集该用过的处理流体及快速移除该用过的处理流体的步骤包括将一真空施加至该用过的处理流体以导致该用过的处理流体的快速收集及离开该处理腔室的内部。
全文摘要
一种半导体晶圆处理及分析装置(20)包括一在其内紧密接收半导体晶圆(27)的处理微腔室(22)。可打开该腔室供装载与移除半导体晶圆，且接着将其关闭用于晶圆的处理，其中将化学试剂及其它流体引入该腔室。将小间隙提供于上表面、下表面与晶圆的周边边缘及处理腔室的对应部分之间。提供高速收集系统以自腔室收集及移除用过的试剂及流体用于在线或离线分析或用于废物处理。
文档编号H01L21/00GK1806312SQ200480016599
公开日2006年7月19日 申请日期2004年6月10日 优先权日2003年6月13日
发明者温子瑛 申请人:温子瑛