半導体ウエハーの高圧処理チャンバー
【課題】改良されたシール手段を有する処理チャンバーを開示する。
【解決手段】処理チャンバー１０１は下部要素１５０と上部要素１１０とシール付勢器とを有する。シール付勢器は処理空間１４０を維持するために下部要素１５０に対して上部要素１１０を維持するように構成されている。シール付勢器はさらに処理空間１４０内で発生する処理圧力に対して非線形に変化するシール付勢空洞１１５内のシール圧力を発生させるように構成されている。一つの実施形態において、シール付勢器は上部要素１１０および下部要素１５０の一方に対して負ではない最終的な力を閾値以上において最小化するように構成されている。Ｐ１がシール圧力であり、Ｐ２が処理圧力であり、Ａ１がシール付勢空洞の断面積であり、Ａ２が処理空間の断面積であるとした場合に、最終的な力は、式Ｐ１＊Ａ１−Ｐ２＊Ａ２に従う。
【解決手段】処理チャンバー１０１は下部要素１５０と上部要素１１０とシール付勢器とを有する。シール付勢器は処理空間１４０を維持するために下部要素１５０に対して上部要素１１０を維持するように構成されている。シール付勢器はさらに処理空間１４０内で発生する処理圧力に対して非線形に変化するシール付勢空洞１１５内のシール圧力を発生させるように構成されている。一つの実施形態において、シール付勢器は上部要素１１０および下部要素１５０の一方に対して負ではない最終的な力を閾値以上において最小化するように構成されている。Ｐ１がシール圧力であり、Ｐ２が処理圧力であり、Ａ１がシール付勢空洞の断面積であり、Ａ２が処理空間の断面積であるとした場合に、最終的な力は、式Ｐ１＊Ａ１−Ｐ２＊Ａ２に従う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、「半導体ウエハーの高圧処理チャンバー」を発明の名称とした２００３年２月１０日に出願された米国特許出願第１０／３６４，２８４号の一部継続出願である。この「半導体ウエハーの高圧処理チャンバー」を発明の名称とした２００３年２月１０日に出願された米国特許出願第１０／３６４，２８４号を引用することによって本明細書の記載に替えることとする。
【０００２】
本発明は、処理チャンバーの分野に関する。特に、本発明は、高圧処理チャンバーを確実にシールする機構と方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体素子は、素子層を形成し、処理の残留物を除去し、その他の処理工程を行う処理チャンバー内に配置されて加工される。さらに、特定の処理チャンバーは、超臨界温度で且つ超臨界圧力で半導体ウエハーをクリーニングするために用いられる。
【０００４】
一般に、処理チャンバーは、上部要素と下部要素とを有する。これら二つの要素は、接合されると処理空間を形成し、処理中、この処理空間内にウエハーが入れられる。処理中においては、処理空間がシール状態にあって、処理空間が正常な動作状態、例えば、高圧状態または大気状態または超臨界状態に維持されることが非常に重要である。また、外の環境から処理空間をシールすることは、（ａ）処理されるウエハーがそれを使用不可能にするような混入物質に曝されず、（ｂ）処理空間内に注入される有害な化学物質のような処理物質が周囲に放出されないことを保証する。
【０００５】
処理空間は、ウエハーが処理されている間に処理空間内で発生する処理力に対抗するためにシール力を加えることによって保持されている。処理力は、上部要素と下部要素とを強制的に離し、処理空間シールを開け、処理空間を開放するように作用する。シール力は、油圧ピストンによって生じる。処理空間が処理力に関わらず維持されることを保証するために、ワークが処理される前にシール力が最大限に達成可能な処理力に設定される。この場合、達成可能な最大処理力が全く達成されなくても或いは処理サイクル全体のほんの一部でしか達成されなかったとしても、シール力は、この最大限に達成可能なレベルに維持されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願第０９／９１２，８４４号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１０／１２１，７９１号明細書
【特許文献３】米国特許出願第０９／７０４，６４１号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１０／２８９，８３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような処理チャンバーには、いくつかの欠点がある。第一に、非常に長い間、達成可能な最大シール力に耐えるシール部品であっても、シール力を繰り返し受けた後には故障する傾向がある。第二に、シール面の大きな接触力が、処理空間内に持ち込まれる粒子状物質を発生させ、ウエハーを汚染する。第三に、油圧油を加圧するのに用いられる設備は、処理チャンバーをシールするために用いられ、ウエハーを処理するために用いられないので、処理機構のコストが上がる。第四に、油圧部品を超臨界処理物質を用いている超臨界部品と置き換えるように設計されることもできるこれらの機構は高価である。これらの機構は、超臨界の処理物質が再利用される前に膨張および圧縮されなければならないので、複雑なリサイクル技術が必要となる。
【０００８】
従って、必要なものは、（１）処理空間を維持するために継続的な必要以上のシール力を必要とすることなく、（２）空間内に持ち込まれる混入物質の数を減らし、（３）処理空間シールを維持するための処理にすでに用いられている要素を使用し、（４）処理機構がコンパクトでより効率的に動作するために小さな付勢空間を使用する処理機構である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、最適なシールのためのアルゴリズムに追従するシール圧力を用いて処理空間を維持する半導体の処理機構を対象とする。本発明の第一の態様では、半導体処理機構は、上部要素と下部要素とシール手段とを有する。上部要素および下部要素は、接合されて処理空間を形成するように構成されている。シール付勢器は、処理空間を維持するために下部要素に対して上部要素を維持するように構成されている。さらに、シール付勢器は、処理空間内で発生する処理圧力に対して非線形に変化するようにシール付勢空洞内のシール圧力を制御するように構成されている。
【００１０】
本発明の一つの実施形態において、シール付勢器は、上部要素および下部要素の一方に対して負ではない最終的な力を閾値以上において最小化するように構成されている。Ｐ１がシール圧力であり、Ｐ２が処理圧力であり、Ａ１がシール付勢空洞の断面積であり、Ａ２が処理空間の断面積であるとした場合に、最終的な力は、式Ｐ１＊Ａ１−Ｐ２＊Ａ２に従う。好ましくは、シール付勢器は、処理サイクル中、圧力差Ｐ１−Ｐ２を略一定に維持するように構成されている。好ましくは、シール付勢器は、第一空洞とシール付勢空洞とを有する。第一空洞は、シール付勢空洞に連結されている。シール付勢器は、第一空洞内で発生する第一圧力が該第一圧力よりも大きいシール付勢空洞内の第二圧力を発生させるように構成されている。好ましくは、断面積Ａ１は、断面積Ａ２よりも大きい。
【００１１】
別の実施形態において、処理機構は、処理空間に連結された超臨界状態を発生させる手段をさらに有する。処理機構が処理空間に連結されたＣＯ2供給容器をさらに有してもよい。好ましくは、上部要素および下部要素は、超臨界処理チャンバーを形成する。好ましくは、シール付勢器は、下部要素に連結され且つ処理空間を維持するように構成された油圧ピストンを有する。
【００１２】
本発明の第二態様において、処理空間を維持する方法は、処理空間内の処理圧力を発生させることと、処理空間を形成すると共に該処理空間を維持するためにシール圧力を制御することとを含む。処理サイクル中、シール圧力は、処理圧力に対して非線形に変化する。好ましくは、Ｐ１がシール圧力であり、Ｐ２が処理圧力であり、Ａ１がシール付勢空洞の断面積であり、Ａ２が処理空間の断面積であるとした場合に、シール圧力は、式ΔＦ＝Ｐ１＊Ａ２−Ｐ２＊Ａ２による処理圧力に関連づけられる。シール圧力は、ΔＦを閾値よりも大きく維持するように変化する。好ましくは、処理空間の断面積は、シール付勢空洞の断面積よりも小さい。好ましくは、処理圧力を発生する工程は、処理空間内の高圧処理流体を収容することも含む。高圧処理流体は、超臨界二酸化炭素を含む。好ましくは、シール圧力を制御する工程は、シール付勢空洞内の油圧を発生させることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一つの実施形態の開位置にある処理機構の側断面図である。
【図２】本発明のシール付勢空洞および処理空間の両方を形成するために用いられるプレートの、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側断面図であり、（Ｃ）は下面図である。
【図３】閉位置にある図１の処理機構である。
【図４】閉位置にある図１の処理機構とヨークおよびスタンドの組立体である。
【図５】開位置にある図４のすべての処理機構とヨークおよびスタンドの組立体である。
【図６】本発明の一つの実施形態の正常処理中のバランスシリンダーの側断面図である。
【図７】異常処理中の図６のバランスシリンダーである。
【図８】本発明の一つの実施形態の処理チャンバーおよび対応するバルブ組立体の側断面図および概略図である。
【図９】本発明の別の実施形態の処理チャンバーおよびそれに対応するバルブ組立体の側断面図および概略図である。
【図１０】本発明の別の実施形態の処理チャンバーおよびそれに対応するバルブ組立体の側断面図および概略図である。
【図１１】本発明の別の実施形態の処理チャンバーおよびそれに対応するバルブ組立体の側断面図および概略図である。
【図１２】本発明の一つの実施形態の作動状態を示す圧力または力対時間のグラフである。
【図１３】本発明の一つの実施形態の作動状態を示す力の差分対処理圧力のグラフである。
【図１４】本発明の一つの実施形態の作動工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、素子の処理中に処理空間を効率的に維持する機構および方法を対象とする。半導体ウエハーは、処理チャンバー内で処理されるときに一連の処理温度および処理圧力を受ける。処理が正確に行われるように、つまり、半導体ウエハーが混入物質に曝されることなく処理されるように、処理空間は、処理中、密閉されてシールされた状態でなければならない。さらに、処理空間は、最低限必要な力でシールされた状態であるべきである。
【００１５】
ここで用いられる処理圧力とは、素子の処理中、処理空間内に生じる圧力を言い、従って、素子の処理中に変化する。処理力とは、処理圧力によって発生し、処理空間の面に働く力を言う。シール圧力とは、シール付勢空洞（後述）内で生じる圧力を言う。シール力とは、シール圧力によって発生し、シール付勢空洞の面に働く力を言う。本発明では、シール力は、処理力と釣り合いを取り、処理空間シールを維持するために用いられる。それ故、以下に述べるように、処理空間を効率的に維持するためには、シール力は、処理力よりもわずかばかり大きいものである必要がある。処理とは、限定するものではないが、（ａ）半導体ウエハーになされるクリーニング、蒸着、イオン注入、あるいは、他のタイプの処理を含む様々な素子加工工程中に半導体素子になされる処理と、（ｂ）半導体ウエハー以外の素子になされる処理とを言う。処理物質とは、処理空間内での処理に用いられる物質を言い、例えば、ＨＣＩ、ＣＯ2、および、超臨界ＣＯ2を含む。処理空間が維持されている間に行われる処理を通常処理と言う。処理空間が維持されていない間に行われる処理を異常処理と言う。処理空間シールとは、処理空間を形成するために用いられるシールを言う。処理空間シールは、シール要素の接触表面と、上部要素および下部要素の一方とによって形成される。
【００１６】
本発明の実施形態は、処理圧力をシール圧力と釣り合わせることによって処理空間を維持する。（ａ）シール付勢空洞の面の表面積が処理空間の面の表面積よりも十分に大きく、あるいは、（ｂ）シール圧力が処理圧力よりも十分に大きいことを保証することによって、シール力は処理力よりも十分に大きくなる。こうして、処理空間シールは、シール付勢空洞を予圧することなく、最高処理力に対抗する力を作り出すために必要なシール圧力を以て維持される。従って、処理圧力は、シール力が処理力と等しいかあるいはいくらか大きくなるように、処理圧力で追従し、あるいは、変動すると言える。こうして、それら力は、処理空間シールを維持するために釣り合っている。
【００１７】
従って、本発明の実施形態は、シール面の接触力が決して過度にならないので、シールの接触面の摩耗を減少させる。さらに、釣り合いの取れた力を受ける構成要素が、シール圧力のすべての力に耐えるように設計されている必要はない。構成要素は、釣り合いの取れた処理力を超えるシール力にだけ耐える必要がある。
【００１８】
また、本発明の実施形態は、設備の破損を防止する。例えば、ワークまたは他の異物がそれらシール面の間に何かの事情で置かれている場合、これらシール面は、ワークまたは他の異物に処理設備を破損するような過度の力を与えることはない。シール力がこのような環境において小さいことを保証することによって、処理設備への破損量が減少する。
【００１９】
また、本発明の実施形態は、シール付勢空洞がリークしあるいはシール流体で満たされていない場合のような、シール圧力が閾値以下の場合に、処理空間は、予め決められた方法で通気されることを保証する。従って、処理物質が周囲の環境に散布されない。
【００２０】
さらに、本発明の実施形態は、処理空間シールを維持するために付勢されなければならないシール付勢空洞の大きさを減少させる。シール圧力が処理圧力を大きく超えるというよりはむしろ釣り合うために、シール付勢空洞に作用する最終的な力が減少するので、他の実施形態はシール付勢空洞の大きさを減少させる。従って、処理空間をより効率的に維持することができる。
【００２１】
図１は、本発明の一つの実施形態による処理組立体１００の断面図を示している。図１は、後述するように、半導体ウエハーを処理組立体１００に挿入したり処理組立体１００から取り除いたりすることができる開位置にある処理組立体１００を示している。処理組立体１００は、処理チャンバー１０１に連結されたバランスシリンダー１７０を有する。以下で詳細に述べるように、バランスシリンダー１７０は、（ａ）通常処理中に処理空間１４０をしっかりとシールする（すなわち、維持する）ことと、（ｂ）シール付勢空洞内に臨界圧力が維持されていないときに処理チャンバー１０１を通気して処理を一時中断することとの両方を保証する。
【００２２】
バランスシリンダー１７０は、シリンダーキャビティを上部槽１７１と下部槽１７３とに分割するピストン１７２を有する。ピストン１７２のハウジングは、通風孔１７５を有する。そして、通風孔１７５は、ピストン１７２が図１の矢印１で示す方向に十分な距離をスライドしたときに下部槽１７３が通風孔１７５を通して通気されるように下部槽１７３に配置されている。上部槽１７１は、第一パイプ１８０の第一端部に接続される開口を有する。下部槽１７３は、第二パイプ１８１の第一端部に接続される開口を有する。さらに、バランスシリンダーは、第一端部および第二端部を有するパイプ１９０を受け入れるように構成されている。第一端部は、下部槽１７３内にあって、外側の供給源と下部槽１７３との間で流体の連通を可能にしている。
【００２３】
処理チャンバー１０１は、上部要素１１０と下部要素１５０とを有する。上部要素１１０は、該上部要素１１０の内部空洞をシール付勢空洞１１５と上部処理空洞１１６とに分割するプレート１２０を有する。また、上部要素１１０は、パイプ１８０の第二端部がシール付勢空洞１１５に作用関係をもって連結されるようにしてパイプ１８０を収容するように構成されている。このようにして、シール付勢空洞１１５は、上部槽１７１に連通している。さらに、後述のように、好ましくは、シール付勢空洞１１５と上部槽１７１とによって形成される空間は隔離されている。
【００２４】
また、上部要素１１０は、パイプ１８１の第二端部が上部処理空洞１１６に連通するようにしてパイプ１８１を収容するように構成されている。プレート１２０は、上部要素１１０の内部空洞内でスライド可能に取り付けられており、ピストンシール１２５を有する。従って、図１に示すように、プレート１２０が矢印１方向にスライドすると、シール付勢空洞１１５の容積が減少し、上部処理空洞１１６の容積が増加する。図１に示されているように、プレート１２０の断面は、逆さのＵ字型である。逆Ｕ字型の端部は、以下に詳述するＯリングのようなシール要素１３１を含むシール面１３０である。下部要素１５０は、圧盤１５５に連結された上面１５６を有する。
【００２５】
図２は、それぞれ、プレート１２０の（Ａ）上面図、（Ｂ）側断面図、（Ｃ）下面図を示している。図２（Ａ）は、シール付勢空洞１１５から見たプレート１２０を示している。また、図２（Ａ）は、シール付勢空洞１１５の表面を形成するプレート１２０の外面１３５を示している。外面１３５は、半径１３４とそれに相当する表面積とを有する。図２（Ｂ）は、プレート１２０の側断面図を示している。また、図２（Ｂ）は、プレート１２０の断面が逆Ｕ字型を有することを示している。また、図２（Ｂ）は、プレート１２０の内面１３６の半径を矢印１３２によって表している。内面１３６は、処理機構１００が閉位置にあるときに処理空間１４０（図３）の表面を形成する。また、図２（Ｂ）は、シール面１３０と、該シール面１３０のシール溝内に収容されたシール要素１３１とを示しており、両方とも以下に詳述する。図２（Ｃ）は、図３の処理空間１４０から見たプレート１２０の下面図を示している。図２（Ａ）から図２（Ｃ）に示すように、内面１３６と外面１３５とは、プレート１２０のそれぞれ反対側の面である。好ましくは、図２（Ａ）から図２（Ｃ）に示すように、半径１３４で示された外面１３５の表面積は、矢印１３２で示された内面１３６の表面積よりも大きい。一つの実施形態ではあるが、内面１３６と外面１３５とは、両方とも略平面である。
【００２６】
もちろん、図２（Ａ）から図２（Ｃ）は、プレート１２０を円形で示しているが、プレート１２０は、他の幾何学的な形状であっても非幾何学的な形状であってもよい。さらに、図２（Ａ）から図２（Ｃ）は、プレート１２０上に配置されたシール要素１３１およびそれに対応するシール溝（図示略）を円形の形で示しているが、当然のことながら、シール要素１３１およびそれに対応する溝が他の幾何学的な形状であっても非幾何学的な形状であってもよいし、処理機構１００内の他の構成要素に配置されていてもよい。例えば、シール要素１３１とそれに対応する溝を下部構成要素１５０（図１）の表面１５６上、圧盤１５５（図１）上、あるいは、他の場所に配置することも可能である。
【００２７】
作動時には、図３に示したように、処理されるべき半導体ウエハー（図示略）が圧盤１５５上に配置され、後述するように、上部要素１１０と下部要素１５０とが処理空間１４０を形成するように接合されている。このとき、処理組立体１００は、閉位置にある。処理空間１４０は、プレート１２０の内面１３６とシールリング１３１と上面１５６の一部とによって形成されている。圧盤１５５は、処理空間１４０内に収容されている。以下に詳述するように、プレート１２０、したがって、シールリング１３１を下部要素１５０の上面１５６に押し付ける圧力をシール付勢空洞１１５内に発生させ、これにより、処理空間シールを形成することによって処理空間１４０が維持される。このとき、半導体ウエハーを処理するために処理物質が処理空間１４０内に注入される。なお、限定するものではないが、本発明では、クリーニング工程、蒸着工程、または、その他の半導体加工工程にて使用される真空処理、低圧処理、大気圧処理、高圧処理、および、超臨界処理を含む処理方法の幾つか或いはこれらの組合せを使用して半導体ウエハーを処理してもよい。
【００２８】
また、図３は、処理中に処理空間１４０を維持するのを補助するために下部要素１５０に上部要素１１０をしっかりと連結する付加的なクランプの役割を果たすヨーク１８８（図４）の断面１８５Ａ−Ｂおよび１８６Ａ−Ｂを示している。また、図３は、処理チャンバー１０１の片側を共に固定するヨーク１８８の左上部アーム１８５Ａおよび左下部アーム１８５Ｂと、処理チャンバー１０１の反対側を共に固定するヨーク１８８の右上部アーム１８６Ａおよび右下部アーム１８６Ｂとを示している。左上部アーム１８５Ａと左下部アーム１８５Ｂとは、左アーム１８５（図４）の一部を形成する。右上部アーム１８６Ａと右下部アーム１８６Ｂとは、右アーム１８６（図４）の一部を形成する。
【００２９】
図４は、処理チャンバー１０１とヨーク１８８と処理組立体１００（図１）を支持するために用いられるスタンド組立体２５０とを示している。また、図４は、閉位置にある図３の処理チャンバー１０１を示している。単純化のため、図４および図５は、バランスシリンダー１７０、または、パイプ１８０、ｌ８１、１９０を示していない。また、図４は、上部要素１１０を下部要素１５０にしっかりと連結するためにヨークアーム１８５，１８６が処理チャンバー１０１周りでどのように合体させているかを示している。ヨーク１８８は、当業者に公知の様々な構造を有する。例えば、ヨークアーム１８５、１８６は、それらが図４の矢印２に示す方向に移動したときに上部要素１１０と下部要素１５０とが互いに向かって押されて固定されると共にヨークアーム１８５、１８６が矢印３に示す方向に移動したときに上部要素１１０と下部要素１５０とが分離することができるように楔形にされている。
【００３０】
なお、上部要素１１０を下部要素１５０によりしっかりとクランプするためにヨーク以外の構造を用いてもよい。処理中に上部要素１１０を下部要素１５０にしっかりと連結する付加的な構造を提供するために、例えば、上部要素１１０および下部要素１５０の一方に配置されるＴボルトと上部要素１１０および下部要素１５０の他方に配置されるナットとを用いてもよい。
【００３１】
また、図４は、ベース２０９と、該ベース２０９に連結されており且つヨーク１８８の高さとそれに取り付けられた処理チャンバー１０１の高さとを調節可能なようにヨーク１８８がスライド可能に取り付けられている下方延長部２０７と、上部要素１１０を下部要素１５０に対して固定された状態にするために処理チャンバー１０１の中央に追加の力を共に与えるクランプ２０１および重り２０３と、これらクランプ２０１および重り２０３を着脱可能にする上方延長部２０５とを有するスタンド組立体を示している。
【００３２】
図５は、ヨーク１８８およびスタンド組立体２５０と開位置にある図４の処理チャンバー１０１とを示している。図５では、重り２０３がクランプ２０１から持ち上げられており、クランプ２０１がヨーク１８８から持ち上げられており、ヨーク１８８が矢印３で示す方向に移動することによって処理チャンバー１０１から取り外されている。半導体ウエハーを処理チャンバー１０１内に挿入したり処理チャンバー１０１から取り除いたりすることができるように、上部要素１１０は、下部要素１５０から離されている。
【００３３】
本発明の一つの実施形態の動作を説明するために再び図３を参照する。作動中、半導体ウエハー（図示略）は、圧盤１５５の上に置かれる。上部要素１１０が下部要素１５０と接合され、上部要素１１０を下部要素１５０にしっかりと保持するためにヨークアーム１８５Ａ−Ｂおよび１８６Ａ−Ｂが配置される。次に、水のような非圧縮性流体あるいは略非圧縮性流体のようなシール物質がバランスシリンダー１７０の上部槽１７１内に注入され、そして、シール付勢空洞１１５内へ流れる。もちろん、油のような他の非圧縮性流体をシール物質として用いてもよい。さらに、非圧縮性若しくは略非圧縮性の流体以外のシール物質を本発明に従って用いてもよい。もちろん、非圧縮性流体あるいは略非圧縮性流体を処理前、例えば、半導体処理機構１００が開位置にあるときの何時に注入してもよい。
【００３４】
次に、処理物質が下部槽１７３内に注入される。処理物質は、例えば、ドライクリーニング、ウェットクリーニング、超臨界クリーニング、あるいは、他のクリーニング方法で用いられるクリーニング物質である。あるいは、処理物質は、半導体素子または非半導体素子を処理するために用いられる物質でもよい。本発明の一つの実施形態において、クリーニング物質は、後に超臨界状態になって処理空間１４０内の半導体ウエハー表面からフォトレジストの残留物を取り除くために用いられるＣＯ2である。ＣＯ2は、例えば、パイプ１９０を通じて下部槽１７３内に注入され、その後、蓋をされる。そして、ＣＯ2は、パイプ１８１を通じて処理空間１４０内に移動する。それから、ＣＯ2は、処理空間１４０内に入ると超臨界状態になって超臨界ＣＯ2を形成する。そのとき、超臨界ＣＯ2は、処理空間１４０の至る所に循環して圧盤１５５上の半導体ウエハーの残留物を取り除く。
【００３５】
超臨界チャンバーの作用と超臨界ＣＯ2の使用は、「半導体ウエハーを処理するための超臨界処理チャンバー」を発明の名称とした２００１年７月２４日に出願された特許文献１と、「流れ促進特性を有する半導体基板の高圧処理チャンバー」を発明の名称とした２００２年４月１０日に出願された特許文献２と、「ワークの超臨界処理の方法と装置」を発明の名称とした２０００年１１月１日に出願された特許文献３とに記載されており、引用することによって本明細書の記載に替えることとする。
【００３６】
前述のように、本発明は、処理空間１４０（図３）が処理中に維持されることを保証する。図６は、処理空間１４０（図３）が維持されている時、つまり、通常処理中のバランスシリンダー１７０を示している図１および図３のバランスシリンダー１７０の詳細な概略図である。以下に詳述するように、図６および図７を参照すると、半導体素子が処理空間１４０内で処理されている間に処理空間１４０が維持されることを保証するために、バランスシリンダー１７０が用いられている。図６に示すように、上部槽１７１には、水または油のような非圧縮性流体１７７が入っている。非圧縮性流体１７７は、パイプ１８０を通って流れ、そして、完全にあるいは部分的にシール付勢空洞（例えば、図３に符号１１５で示されている空洞）を満たす。好ましくは、上部槽１７１とシール付勢空洞（図３に符号１１５で示されている空洞）とによって形成された空間は、隔離されている。また、好ましくは、超臨界状態になることが可能なクリーニング液１７８がパイプ１９０内に注入され、それによって、完全にあるいは部分的に下部槽１７３を満たし、そして、閉じた処理チャンバー１０１の処理空間１４０内に注入される。処理中、クリーニング液１７８は、処理空間１４０内の半導体ウエハーがクリーニングされるように超臨界状態になる。もちろん、流体を注入して該流体を超臨界状態または他の処理状態にする工程は、複数の処理サイクルにおいて何度も行われる。作動中に、ピストン１７２は、開口１７５を塞ぐように配置される。
【００３７】
バランスシリンダー１７０は、処理空間１４０がしっかりとシールされることを保証する。このことは、処理空間１４０内の処理圧力をシール付勢空洞１１５内のシール圧力と釣り合わせることによって達成される。一例として、図３および図６において、処理圧力がシール圧力よりも大きいとする。ここで、シール付勢空洞１１５がパイプ１８０を介して上部槽１７１に連通しているので、これら両方の圧力は等しく、処理空間１４０がパイプ１８１を介して下部槽１７３に連通しているので、これら両方の圧力は等しい。従って、処理圧力がシール圧力よりも大きい場合、ピストン１７２は、矢印４（図６）で示す方向に押しやられる。ここで、上部槽１７１とシール付勢空洞１１５とによって形成される空間が隔離されているので、矢印４の方向へのこの動きは、シール圧力を増加させ、処理圧力を減少させる。これは、処理圧力がシール圧力に等しくなるまで、または、釣り合うまで続く。同様に、処理圧力がシール圧力より小さい場合、ピストン１７２が矢印５（図６）で示す方向に押され、シール圧力を減少させ、処理圧力を増加させる。この場合もやはり、この押圧は、上部槽内の流体が非圧縮性流体または略非圧縮性流体であるので、処理圧力がシール圧力に等しくなるまでまたは釣り合うまで続く。従って、処理圧力は、シール圧力と釣り合い或いは追従し、シール圧力が最大限に可能な処理圧力に予圧される必要はない。
【００３８】
図７は、適切な圧力がシール付勢空洞１１５内に維持されていないとき、つまり、異常処理中の図６のバランスシリンダー１７０の詳細な概略図である。これは、いくつかの原因のため起きる可能性がある。例えば、シール付勢空洞１１５がリークして上部槽１７１から受け取る非圧縮性流体１７７を保持できない場合である。あるいは、上部槽１７１、従って、シール付勢空洞１１５が、何かの事情によって非圧縮性流体１７７で満たされていない場合である。いずれにしても、シール付勢空洞１１５内の圧力が十分でない（つまり、シール圧力が閾値圧力を下回っている）と、半導体クリーニング処理が損なわれる。また、処理空間１４０が維持されていないので、処理中、処理物質１７８が処理空間１４０（図３）からリークし、半導体ウエハーを汚染してしまう外部粒子が処理チャンバーに入るかもしれない。本発明の実施形態はこれが発生しないことを保証する。
【００３９】
図７に示すように、シール圧力が閾値を下回ると、ピストン１７２が矢印４で示す方向に移動する。すると、ピストン通風孔１７５が下部槽１７３に位置し、処理物質１７８が通風孔１７５を通じて排出され、支障なく、容器（図示略）、外気、あるいは、貯蔵可能な他の容器に送られる。従って、処理物質１７８が処理空間１４０に入らず、半導体処理が損なわれることはない。さらに、この通気処理が素子の処理を停止させたり一時停止させたりするために用いられる信号を送信してもよい。
【００４０】
図８〜図１０は、低圧チャンバー内で低い圧力を受け、それを増大させて大きいシール圧力を生成する増圧器を有する実施形態を示している。従って、図８〜図１０の実施形態は、シール圧力を生成するために比較的小さい圧力を発生させてこれを維持することを要求している。それ故に、これら実施形態は、処理空間を維持するのに少ないエネルギーと小さいスペースがあればよいので、より効率的である。
【００４１】
例えば、水のような非圧縮性流体を必要なシール圧力に圧縮するのに増圧器を用いることによって、高圧油圧機器の必要性がなくなる。増圧器の圧力は、超臨界処理流体が増圧器に入ったときに気相に拡張するように十分低く選択される。超臨界処理流体が気相に拡張するとその密度は減少し、増圧器によって非圧縮性流体を所要のシール圧力に圧縮するために必要とされる臨界処理流体の体積は、増圧が用いられない場合よりも小さい。このような構造は、処理空間シールを維持するために処理機構内に注入されなければならない臨界処理液体のコストを削減し、従って、処理機構の効率を増加させる。
【００４２】
図８は、本発明の一つの実施形態の処理チャンバーとそれに関連したバルブ組立体とを有する処理組立体３００の側断面図および概略図である。処理組立体３００は、処理チャンバー７００と、ＣＯ2供給容器３６０と、シールリーク検出器３４０と、水容器３２０と、排出口３２１と、空気作動バルブ３２３、３２４、３２５、３３０、３４２、３４３と、水フィルター３２２と、圧力比安全バルブ３４１と、電子制御装置３５０と、圧力変換器３７０、３７５と、セットポイント信号源３７９と、通風孔３６２、３７１と、圧力調整器３５２と、圧力リリーフバルブ３３１とを有する。一つの実施形態として、電子調整器３５０は、ミネソタ州エルクリバーのテスコムコーポレーションによって製造されたＥＲ３０００のような電子圧力制御装置である。
【００４３】
処理チャンバー７００は、上部要素３０２と下部要素３０４とを有する。上部要素３０２は、内面３０１を有する。下部要素３０４は、上部空間４０６とシール付勢空洞４１０と増圧器９０８とを有する。また、下部要素３０４は、ワーク受台３０５を収容する。ワーク受台３０５は、上部空間４０６に収容された圧盤３０６とシール付勢空洞４１０内に収容されたベース９８０とを備える。圧盤３０６は、ワーク受台３０５が矢印６の方向である上方と、矢印７の方向である下方にスライドできるように、ネック３１５にスライド可能に取り付けられたステムを有する。また、圧盤３０６は、シール要素５２０を含む。好ましくは、シール要素５２０は、Ｏリングのようなガスケットを有する。説明を簡略化するために、他の構成要素に対するシール要素５２０の高さは誇張されている。さらに、図８は、圧盤３０６上にある半導体ウエハー４００を示している。
【００４４】
図８に示すように、水容器３２０は、空気作動バルブ３２３に連結され、この空気作動バルブ３２３は、水フィルター３２２に連結されている。水フィルター３２２は、空気作動バルブ３２５に連結され、この空気作動バルブ３２５は、シール付勢空洞４１０に連結されている。排出口３２１は、空気作動バルブ３２５に連結され、この空気作動バルブ３２４は、シール付勢空洞４１０に連結されている。シールリーク検出器３４０は、ネック３１５とピストンシール８０９とに連結されている。圧力比安全バルブ３４１は、処理空間５１０と、通風孔３６２と、空気作動バルブ３４３と、増圧器９０８とに連結されている。圧力リリーフバルブ３３１は、通風孔３７１と、空気作動バルブ３３０と、圧力変換器３７５と、圧力調整器３５２とに連結されている。空気作動バルブ３３０は、増圧器９０８と、通風孔３７１と、圧力リリーフバルブ３３１と、圧力変換器３７５と、圧力調整器３５２とに連結されている。電子調整器３５０は、セットポイント信号源３７９と、圧力変換器３７５と、圧力調整器３５２とに連結されている。ＣＯ2供給容器３６０は、圧力調整器３５２と、空気作動バルブ３４３を介して処理空間５１０とに連結されている。圧力変換器３７０は、空気作動バルブ３４２によって通風孔３６２と圧力比安全バルブ３４１とに連結されている。
【００４５】
増圧器９０８は、低圧チャンバー７０５と、低圧チャンバー７０５の断面積よりも小さい断面積を備えるネック３０３と、低圧チャンバー７０５内に収容されたベース３９２およびネック３０３内に収容されたヘッド３９１を備えるピストン３１０と、ピストンシール８０９とを有する。ネック３０３がシール付勢空洞４１０に連通しているので、ヘッド３９１が矢印６の方向である上方に移動すると、シール付勢空洞４１０内の圧力が増加する。好ましくは、ベース３９２の断面積は、ヘッド３９１の断面積よりも大きい。
【００４６】
図８は、閉位置にある処理チャンバー７００を示している。処理空間５１０は、内面３０１と、シール要素５２０と、圧盤３０６の内面とによって形成される。図８に示すように、シール要素５２０は、好ましくは、処理空間５１０の断面積が圧盤３０６の断面積よりも小さくなるように圧盤３０６内に配置される。従って、処理空間シールは、内面３０１とシール要素５２０とによって形成されている。
【００４７】
ベース９８０が上方へ移動すると、処理組立体３００を閉位置にするようにシール要素５２０が内面３０１に押しつけられる。閉位置では、処理空間５１０が形成される。ベース９８０が下方へ移動すると、処理組立体３００を開位置にするようにシール要素５２０が内面３０１から離される。開位置では、処理空間５１０が解放されて半導体ウエハー４００を圧盤３０６上に挿入したり圧盤３０６から取り除いたりすることができる。
【００４８】
以下に詳細に述べるように、処理組立体３００が開位置にあるときに半導体ウエハーが圧盤３０６上に配置される。そして、ワーク受台３０５、ひいては、圧盤３０６を矢印６の方向に動かすためにシール物質がシール付勢空洞４１０内に注入される。このとき、処理機構３００は、閉位置となる。それから、半導体ウエハーが処理空間５１０内で処理されている間に処理空間シール（ひいては、処理空間５１０）が維持されることを保証するために増圧器９０８が用いられる。処理が完了すると、処理機構３００を開位置に動かすためにシール物質がシール付勢空洞４１０から取り除かれる。そして、半導体ウエハーが圧盤３０６から取り外される。もちろん、半導体ウエハー以外の素子も本発明に従って処理することができる。
【００４９】
作動中、処理組立体３００は、低圧水を水容器３２０からシール付勢空洞４１０内に注入することによって閉位置とされる。低圧水は、水容器３２０から、空気作動バルブ３２３と水フィルター３２２とパイプ９１５および９１８と、空気作動バルブ３２５とパイプ９１６とを通してシール付勢空洞４１０内へ移動する。また、低圧水は、ヘッド３９１とベース９８０との間のシール付勢空洞４１０に入る。低圧水は、シール付勢空洞４１０内に流入するとベース９８０を上方へ移動させると共にヘッド３９１を下方へ移動させる。ベース９８０を上昇へ移動させることで、シール要素５２０を上面３０１に押し付け、それによって、処理空間５１０を形成する。このとき、処理組立体３００は、閉位置にある。圧盤３０６が処理空間５１０を形成するために上方へ移動し、ヘッド３９１がその限界まで（例えば、ピストンシール８０９に接するまで）下方に移動したことを位置センサー（図示略）が検知すると、空気作動バルブ３２３、３２５が閉じてこのとき低圧水で満たされているシール付勢空洞４１０を隔離する。
【００５０】
低圧水のような低圧物質を用いることで、シール付勢空洞４１０を素早く満たすためには比較的小さなエネルギー量があればよい。すなわち、水が低圧でシール付勢空洞４１０内に流入するので、水を供給する構成要素は、高圧水を移送したり保持したりすることを必要としない。従って、処理組立体３００は、シール付勢空洞４１０を満たして処理空間５１０を形成するために高圧設備を用いている処理組立体よりも効率的に動作する。
【００５１】
処理組立体３００が閉位置になると、低圧のＣＯ2ガスがＣＯ2供給容器３６０から低圧チャンバー７０５内へ注入される。ＣＯ2ガスは、ＣＯ2供給容器３６０から圧力調整器３５２を介し、パイプ９０１Ｃ、空気作動バルブ３３０、パイプ９０１Ａを通って低圧チャンバー７０５内へ移動する。ＣＯ2ガスを低圧チャンバー７０５内へ注入することは、ピストン３１０上にベース３９２、ひいては、ヘッド３９１を矢印６の方向である上方に押す力を及ぼす。ヘッド３９１上の低圧水は、隔離されているのでシール付勢空洞４１０から外へ流出することはない。そして、低圧水は、圧縮された状態になり、ヘッド９８０、ひいては、圧盤３０６を上方に押し、内面３０１にシール要素５２０を押し付け、処理空間５１０を維持する。
【００５２】
次に、素子の処理工程中、ＣＯ2が処理空間５１０内に注入され、それ故、処理圧力が増加する。ＣＯ2は、ＣＯ2供給容器３６０から空気作動バルブ３４３を介してパイプ９００Ａを越えて処理空間５１０内に移動する。また、セットポイント信号源３７９は、所要の処理圧力と等しい処理圧力セットポイントにセットされる。また、圧力変換器３７０は、処理圧力を監視する。圧力変換器３７０は、処理圧力が処理圧力セットポイントに等しいと検知すると、処理空間５１０内へのＣＯ2の流れを停止するために空気作動バルブ３４３に送信される信号を発する。
【００５３】
このとき、処理圧力が望ましい作動圧力にセットされ、半導体ウエハーが処理可能となる。処理圧力によって発生する処理力は、今述べたようなシール力によって釣り合っている。
【００５４】
圧力変換器３７０は、理圧力を監視し、関連する処理信号を電子制御装置３５０に送信する。また、圧力変換器３７５は、低圧チャンバー７０５内で生じる増圧器の圧力を監視し、関連するシール信号を電子制御装置３５０に送信する。これら処理信号およびシール信号が処理圧力がシール圧力よりも大きいことを示す場合、電子制御装置３５０は、圧力調整器３５２に信号を送信する。このとき、圧力調整器３５２は、ＣＯ2をＣＯ2供給容器３６０から低圧チャンバー７０５に送り、従って、増圧器圧力、ひいては、シール圧力を増加させる。
【００５５】
また、電子制御装置３５０は、処理圧力セットポイントが変化したときにシール力が処理力と釣り合うことも保証する。例えば、低い処理圧力が望ましい場合、処理圧力セットポイントを減少させることが可能である。空気作動バルブ３４２は、処理圧力を減少させるために開くことができる。圧力変換器３７０は、この処理圧力の低下を検知し、処理信号を電子制御装置３５０に送信する。そして、電子制御装置３５０は、圧力調整器３５２を稼働させ、通風孔３６２を介して低圧チャンバー７０５を通気し、それ故、増圧器圧力が減少する。通気は、シール力が処理力と等しくなるまで続けられる。
【００５６】
処理空間５１０内の処理が完了すると、処理組立体３００が開位置とされる。このことは、シール付勢空洞４１０内の低圧水をパイプ９１６および９１７と空気作動バルブ３２４とを介して排出口３２１から外へ排出することによって達成される。もちろん、空気作動バルブ３２３、３２４、３２５の動作は、（ａ）処理組立体３００を開位置とするためには低圧水が水供給容器３２０からシール付勢空洞４１０内へ移動され、（ｂ）処理機構３００を閉位置とするためには低圧水がシール付勢空洞４１０から排出口３２１を介して外へ移動されるように調整されていなければならない。
【００５７】
処理中、ＣＯ2は、半導体ウエハー４００の表面をクリーニングするために処理空間５１０内で循環する。その後、空気作動バルブ３４３が開かれて、処理空間５１０内で用いられたＣＯ2がＣＯ2供給容器３６０に戻され、その後に続く処理工程に用いられる。なお、ＣＯ2は、一つ又は複数の処理サイクルにおいて、単独で処理空間５１０内を循環せしめられてもよいし、他の処理物質と組み合わされて処理空間５１０内を循環せしめられてもよい。
【００５８】
圧力比安全バルブ３４１は、図１および図６のバランスシリンダー１７０と同様に機能する。圧力比安全バルブ３４１は、ピストン３３３を有する。ピストン３３３は、増圧器９０８によって増圧された増圧器圧力が処理力に等しい又は略等しいシール力を生成して処理空間５１０を維持するように、移動して処理圧力と増圧器圧力とをきめ細かく釣り合わせる。低圧チャンバー７０５内の圧力がこの値（低圧ポイント）を下回ると、処理空間５１０は、パイプ９００Ａ、９００Ｂ、９００Ｃを介して通風孔３６２を通って外へ通気される。従って、圧力比安全バルブ３４１は、処理力をシール力と釣り合わせるためにバルブ組立体を補完して処理空間５１０を維持する。
【００５９】
次に、処理組立体３００の安全機構について説明する。圧力リリーフバルブ３３１は、増圧器圧力が閾値圧力を絶対に超えないことを保証している。増圧器圧力が閾値圧力を超えた場合、圧力リリーフバルブ３３１が開いてパイプ９０１Ａ、９０１Ｃ、９０１Ｄ、９０２を介して低圧チャンバー７０５を通風孔３７１から外へ通気する。シールリーク検出器３４０は、ピストンシール８０９およびネック３１５を監視する。いずれかにリークが発生したとき、シールリーク検出器３４０は、例えば、点滅光を稼働してオペレータに警告したり、処理組立体３００を機能停止させて処理を中断したり、あるいは、他の措置を講じたりする予防措置を取ることができる。
【００６０】
図９は、本発明の別の実施形態の処理組立体４００の側断面図および概略図を示している。処理組立体４００は、該処理組立体４００が圧力調整器８０１、８０２を制御するために電子圧力制御装置８００を用いているという点で図８の処理組立体３００と異なる。図８と比較すると、同じ参照符号を付した要素は同じ機能を果たす。処理組立体４００は、圧力変換器３８０と、電子圧力制御装置８００と、圧力調整器８０１、８０２と、セットポイント信号源８１０とを有する。圧力変換器３８０は、処理空間５１０と電子圧力制御装置８００と圧力調整器８０１とに連結されている。電子圧力制御装置８００は、セットポイント信号源８１０と圧力調整器８０１、８０２とに連結されている。
【００６１】
電子圧力制御装置８００は、処理圧力と増圧器圧力との両方を制御する。また、電子圧力制御装置８００は、圧力調整器８０１および８０２を制御するためにセットポイント信号源８１０によって決定されたセットポイントを用いる。圧力調整器８０１は、処理圧力を制御し、圧力調整器８０２は、増圧器圧力を制御する。処理空間５１０内の圧力が処理セットポイントを超えた場合、処理組立体４００は、処理空間５１０と低圧チャンバー７０５との両方を通気する。電子圧力制御装置８００は、図８に示された構造を以て可能であるよりもさらに持続的かつ正確な処理圧力の制御を可能にする。
【００６２】
図１０は、本発明の別の実施形態の処理組立体５００の側断面図および概略図を示している。処理組立体５００は、該処理組立体５００が増圧器圧力を制御する圧力調整器９０２を制御するために電子圧力制御装置９００を用いているという点で図８の処理組立体３００と異なる。図８と比較すると、同じ参照符号を付した要素は同じ機能を果たす。処理組立体５００は、圧力変換器３８５と、電子圧力制御装置９００と、圧力調整器９０１、９０２と、セットポイント信号源９０９とを有する。圧力変換器３８５は、処理空間５１０と圧力調整器９０１と電子圧力制御装置９００とに連結されている。また、電子圧力制御装置９００は、セットポイント信号源９０９と圧力調整器９０２とに連結されている。圧力調整器９０１は、ＣＯ2供給容器３６０と、処理空間５１０と、通風孔３６２と、圧力比安全バルブ３４１と、低圧チャンバー７０５と、空気作動バルブ３３０とに連結されている。圧力調整器９０２は、ＣＯ2供給容器３６０と空気作動バルブ３３０と圧力リリーフバルブ３３１とに連結されている。
【００６３】
電子調整器９００は、セットポイント信号源９０９からの外部セットポイントを用いる。また、電子圧力制御装置９００は、圧力調整器９０２に信号を送り、増圧器圧力を制御する。増圧器圧力が上昇して処理圧力から生じる力との釣り合いを取るための力を発生すると、処理圧力をシール圧力に追従させるために、増圧器９０８から圧力信号が圧力調整器９０１に送信される。処理圧力は、電子圧力制御装置９００に連結された圧力変換器３８５によって監視される。
【００６４】
さらに別の実施形態（図示略）では、外部セットポイントに応答する電子圧力制御装置を備える圧力調整器は、処理圧力を監視し、シール圧力を制御する圧力調整器を調節する。その調節によってシール圧力が処理圧力を追従することが保証される。
【００６５】
図１１は、本発明の別の実施形態の処理機構６００の側断面図および概略図を示している。処理機構６００は、上板９２１および下板９２２を備える処理チャンバー９２０と、ピン位置センサー９２５と、複数のピン（図示略）を備える圧盤９８２と、ワーク受台位置センサー９２６と、ピストン９６５に連結されたワーク受台９８１と、差圧スイッチ９３２と、圧力スイッチ９３３と、シール付勢器９５０、増圧器９７５と、入力部９４４０、９４４１、９４４４および出力部９４４２、９４４３を備える圧力調整器ユニット９４４と、空気作動バルブ９５２と、圧力変換器９３０、９３１、９３４と、圧力リリーフバルブ９４５、９４７、９６８と、フィルター９６１と、ソレノイドバルブ９６０と、出力部９５１０および入力部９５１１、９５１２を備えるソレノイドバルブ９５１と、流方向制御装置９６６と、通気孔９７１と、油圧油容器９６７と、圧縮空気供給器９７２、９９９と外部セットポイント９４６とを有する。
【００６６】
上板９２１および下板９２２は、圧盤９８２を入れる処理空間９８０を形成する。また、上板９２１は、処理空間９８０の一部を形成する内面９８９を有する。圧盤９８２は、処理空間９８０内で処理される半導体ウエハー（図示略）のようなワークを支持する。ピストン９６５は、面９５０２を備えるヘッド９６２を有する。ヘッド９６２は、後述するように内部空洞９５０１内に収容されている。
【００６７】
流方向制御装置９６６は、チェックバルブ９６３とニードルバルブ９６４とを有する。増圧器９７５は、低圧チャンバー９４２と、高圧チャンバー９４１と、低圧チャンバー９４２を高圧チャンバー９４１に連結するピストン９４３とを有する。また、増圧器９７５は、低圧チャンバー９４２に連結された入力部９７５０と高圧チャンバー９４１に連結された出力部９７５１とを有する。図８の増圧器９０８と同様に、入力部９７５０で生じる低圧は、出力部９７５１で生じる高圧に変換される。一つの実施形態では、空気圧制御装置９４４は、ジョージア州３００８７、ストーンマウンテン、センターパークコート２２２０にあるＴＳＩソリューションから販売されているＭＡＣ ＰＰＣ９３Ａを含む。また、一つの実施形態では、フィルター９６１は、３ミクロンフィルターである。
【００６８】
増圧器９７５の出力部９７５１は、流方向制御装置９６６に連結され、チェックバルブ９６３の入力部とニードルバルブ９６４の入力部とに連結されている。流方向制御装置９６６の出力部、ひいては、チェックバルブ９６３の出力部およびニードルバルブ９６４の出力部は、圧力リリーフバルブ９４５に連結されている。圧力リリーフバルブ９４５は、フィルター９６１およびソレノイドバルブ９６０に連結されている。ソレノイドバルブ９６０の出力部は、フィルター９６１に連結されている。フィルター９６１は、低圧の油圧油を供給するために用いられる油圧油容器９６７に連結されている。ソレノイドバルブ９６０の出力部は、差圧スイッチ９３２およびシール付勢器９５０に連結されている。シール付勢器９５０の内部空洞９５０１（シール付勢空洞）は、ソレノイドバルブ９５１の出力部９５１０に配管されることによって連結されている。また、圧力リリーフバルブ９６１は、パイプに連結されている。ソレノイドバルブ９５１の第一出力部９５１１は、空気作動バルブ９５２の出力部に連結されている。空気作動バルブ９５２の入力部は、圧縮空気供給器９７２に連結されている。ソレノイドバルブ９５１の第二出力部９５２１は、通風孔９７１に連結されている。
【００６９】
図１１に示すように、処理空間９８０は、圧力変換器９３１および差圧スイッチ９３２に連結されている。圧力調整器ユニット９４４の第一入力部９４４０は、圧力変換器９３１に連結され、圧力調整器ユニット９４４の第二入力部９４４１は、外部セットポイント９４６に連結され、圧力調整器ユニット９４４の第三入力部９４４４は、圧縮空気供給器９９９に連結されている。圧力調整器ユニット９４４の第一出力部９４４２は、圧力リリーフバルブ９４７および通風孔（図示略）を介して外気に連結されている。圧力調整器ユニット９４４の第二出力部９４４３は、増圧器９７５の入力部９７５０に連結されている。圧力リリーフバルブ９４７は、パイプによって増圧器９７５の入力部９７５０に連結され、同様に圧力変換器９３４にも連結されている。圧力変換器は、空気作動バルブ９４７と増圧器９７５の入力部９７５０の間の圧力を監視するために用いられる。
【００７０】
作動中、ワーク（図示略）は、圧盤９８２の表面から延びるピン（図示略）に配置される。また、ワークは、ピンを引っ込めることによって圧盤９８２の表面に配置され、その後、ピンを伸ばすことによって表面から取り除かれる。ピンと圧盤の表面との関係は、ピン位置センサー９２５によって監視される。ピンの使用は、例えば、「リフト機構を有する半導体ウエハーの高圧互換バキュームチャック」を発明の名称とした２００２年１１月６日に出願された特許文献４に記載されており、これを引用することによって本明細書の記載に替えることとする。
【００７１】
次に、図８の処理組立体３００に関して前述したように、処理チャンバー９２０を閉じるために、低圧油が、油圧油容器９６７から空気作動バルブ９６０の入力部を介してシール付勢空洞９５０１内へ送られる。次に、ワークを処理するために、超臨界ＣＯ2のような処理物質が処理空間９８０内に注入される。処理空間９８０内の圧力（処理圧力）が圧力変換器９３１によって電気信号へ変換される。電気信号は、圧力調整器ユニット９４４に送信され、対応する圧力のような機械的な出力信号を発する。通常作動中、機械的出力信号は、増圧器９７５の入力部９７５０に送信される。そして、増圧器９７５は、その出力部９７５１に高圧出力を発生させる。図８の処理組立体３００に関して前述したように、処理チャンバー９２０をシールするために、高圧出力は、流方向制御装置９６６を介してシール付勢空洞９５０１へ送られる。
【００７２】
異常作動中、流方向制御装置９６６の出力部をフィルター９６１、ひいては、油圧油容器９６７に作用上の関係をもって連結するために圧力リリーフバルブ９４５が用いられる。あるいは、異常処理中、流方向制御装置９６６の出力部を油圧油容器９６７に作用上の関係をもって連結するためにソレノイドバルブ９６０が用いられてもよい。
【００７３】
圧力リリーフバルブ９４７は、入力部９７５０の圧力が設定値に達すると増圧器９７５の入力部９７５０を通気するように、増圧器９７５の低圧側でのフェイルセーフ機構として機能する。また、圧力リリーフバルブ９４５は、出力部９７５１の圧力が設定値に達すると増圧器９７５の出力部９７５１を通気するように、増圧器９７５の高圧側での同様の機能を果たす。
【００７４】
ワークが処理空間９８０内で処理されているときに、処理圧力が圧力変換器９３１によって圧力調整器ユニット９４４に送信される電気信号に変換される。すると、圧力調整器ユニット９４４は、増圧器９７５の入力部９７５０に送られる低圧を発生させる。低圧は、増圧器９７５の入力部９７５０に送られたときに出力部９７５１に発生する高圧に変換されて処理力に略等しいシール力を発生させる圧力である。作動中、圧力調整器ユニット９４４は、外部セットポイント９４６を圧力変換器９３１からの電気（フィードバック）信号と比較する。外部セットポイント９４６がフィードバック信号よりも小さい場合、圧力調整器ユニット９４４は、圧力リリーフバルブ９４７を介して増圧器９７５を外気に通気する。外部セットポイント９４６がフィードバック信号よりも大きい場合、圧力調整器ユニット９４４は、圧縮空気を圧縮空気供給器９９９から圧力調整器ユニット９４４の入力部９４４４に送り、出力部９４４３を介して増圧器９７５の入力部９７５０内へ送る。このようにして、シール力は処理力に追従して調整される。
【００７５】
もちろん、圧力リリーフバルブ９４５、９４７、９６８は、構成要素間に伝達される圧力が決して既定値を超えないことを保証している。また、圧力変換器９３０、９３４は、処理機構６００内で用いられるパイプに沿って圧力を表示し、監視するために用いられている。
【００７６】
また、本発明の他の構成は、処理圧力とシール力との間の関係を有効に使うことによって、図１１の処理空間９８０のような処理空間を効率的に維持するためにも使用可能である。本発明の一つの実施形態は、処理圧力を処理力に関連づける式を用い、最低限のシール力を算出するためにその式を用いる。この最小値にシール力を制限することによって、処理空間は、最低限必要とされるエネルギーを有効に用いることで維持される。
【００７７】
（１）プレートの第一面の断面積とプレートの第二面の断面積とが異なり、（２）第一面に働く圧力と第二面に働く圧力との間の圧力差が一定である場合、（３）プレート上の最終的な力は一定でなく可変であると考えられる。従って、例えば、圧力Ｐ１が断面積Ａ１の第一面に生じ、圧力Ｐ２が断面積Ａ２の第二面に生じる場合、プレート上の最終的な力（ΔＦ）は、式１によって与えられる。
ΔＦ＝Ｐ１＊Ａ１−Ｐ２＊Ａ２ …（１）
ここで、ΔＦは、プレートの片側の、プレートの反対側よりも大きい割増力に相当する。プレートが完全に釣り合っている場合、ΔＦは、０に等しい。もちろん、プレートが処理空間を形成するために用いられる場合には、プレートを釣り合わせることによって（すなわち、ΔＦ＞０を保つことによって）処理空間が維持される。ΔＦが０よりも大きい場合、処理空間は、必要以上の余分で不必要なエネルギーを必要とする大きい力を用いて維持されている。
【００７８】
式１を再び参照すると、Ａ１がＡ２に等しい場合、ΔＦは、Ａ１＊（Ｐ１−Ｐ２）に等しく、したがって、圧力差Ｐ１−Ｐ２（＝ΔＰ）が一定である場合、ΔＦは、一定である。ΔＰが一定でない場合、ΔＦは、ΔＰに関して直線的に変化する。Ａ１がＡ２に等しくない場合には、ΔＦとΔＰとの間の関係は異なり、本発明によって有効に用いられる関係である。実際には、最終的な力ΔＦは、必ずしも圧力差Ｐ１−Ｐ２に比例するとは限らないと考えられる。従って、例えば、Ａ１＝１００ｉｎ2、Ａ２＝２００ｉｎ2、Ｐ１＝３，０００ｌｂｆ／ｉｎ2、Ｐ２＝１，６００ｌｂｆ／ｉｎ2の場合に、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）またはΔＰ＝３，０００ｌｂｆ／ｉｎ2−１，６００ｌｂｆ／ｉｎ2＝１，４００ｐｓｉｄ（「ｐｓｉｄ」はポンド／平方インチ差圧力を意味する）となる。そのとき、最終的な力ΔＦは、Ｐ２＊Ａ２−Ｐ１＊Ａ１＝１，６００ｌｂｆ／ｉｎ2＊２００ｉｎ2−３，０００ｌｂｆ／ｉｎ2＊１００ｉｎ2＝２０，０００ｌｂｆｄ（「ｌｂｆｄ」は重量ポンド差圧力を意味する）となる。しかし、ΔＰが変化しないように（すなわち、１，４００ｐｓｉｄの状態であるように）Ｐ１＝２，５００ｌｂｆ／ｉｎ2とＰ２＝１，１００ｌｂｆ／ｉｎ2である場合に、ΔＦはＰ２＊Ａ２−Ｐ１＊Ａ１＝１，１００ｌｂｆ／ｉｎ2＊２００ｉｎ2−２，５００ｌｂｆ／ｉｎ2＊１００ｉｎ2＝−３０，０００ｌｂｆｄとなる。従って、圧力が変化するときに、たとえ、ΔＰが一定の状態でも、ΔＦは、大きさと方向を変更することができる。図１１の処理機構６００のような処理機構において、ΔＦは、処理空間９８０のような処理空間内の圧力（Ｐｖｏｌ）と共に変化する。
【００７９】
後述するように、本発明の実施形態は、処理空間を効率的に維持するために、この関係を有効に使用する。上述した例を用いると、Ｐ１が増加すれば、ΔＦも増加する。図１１を参照すると、Ｐ１は、処理空間９８０内の圧力（Ｐｖｏｌ）に相当し、Ｐ２は、シール圧力（Ｐｓｅａｌ）に相当する。従って、Ｐｖｏｌが増加し且つΔＰが一定に維持されるときには、ΔＦが不必要に増加する。ΔＦ（ひいては、Ｐｓｅａｌ）は、処理空間を維持する間、エネルギーを節約するために減少する。（ＰｓｅａｌがＰｖｏｌに追従しなくてもよい）この非線形関係が、処理空間を維持するのに用いられる処理機構内へのエネルギー入力を減らすために用いられる。エネルギーは、例えば、図１１のＭＡＣバルブ９４４の入力部９４４４で処理機構内へ注入される。
【００８０】
先の検討および以下のグラフが、圧力差ΔＰが略一定である処理機構を表している。この限定は、主に、議論を単純化するために用いられる。また、ＭＡＣバルブ９４４を制御するアルゴリズムを単純化するためにも用いられる。もちろん、ΔＰは、本発明の実施形態に従って変更することができる。
【００８１】
図１２を本発明の背後にある原理を説明するために用いる。図１２は、時間ｔ1をｔ8に増加させる一つまたは複数の処理サイクルに関する、図１１の処理機構１１の圧力または力対時間のグラフ１２００である。グラフ１２００は、左側の縦軸と右側の縦軸との二つの縦軸を有する。「圧力」とラベル表示しているｐｓｉｇまたはｐｓｉｄの単位の左側の縦軸は、以下に詳述するように、線２１０、２１５、２２０によって表される値を測るために用いられる。「力」とラベル表示しているｌｂｆまたはｌｂｆｄの単位の右側の縦軸は、同様に以下により詳述するように、線２２５、２３０、２３５で表された値を測るために用いられる。なお、グラフ１２００は、横軸に時間を示しているが、グラフ１２００は、圧力差と力差との間の関係を説明するために用いられ、同様に、力対圧力のグラフとして参照することができる。
【００８２】
図１１を参照すると、処理機構６００は、処理空間９８０を有する。処理空間９８０は、（１）処理空間９８０の面９８９に働く処理力と、（２）油圧ピストン９６５の面９５０２に働くシール力とを釣り合わせることによって維持される。ΔＦが処理空間９８０を維持するために必要とされる先の割増力に相当する。一つの実施形態において、面９５０２の断面積は、面９８９の断面積よりも大きい。好ましくは、処理機構６００は、高圧処理を行うように構成されている。例えば、処理機構６００は、超臨界ＣＯ2を処理空間９８０内に注入し、あるいは、超臨界ＣＯ2を処理空間９８０内で発生させるように構成される。好ましくは、処理空間９８０は、超臨界温度と超臨界圧力とに耐えるように構成され、ＣＯ2供給容器のような超臨界物質を供給するための容器に連結されている。
【００８３】
グラフ１２００は、測定に左側の縦軸を用いて、時間に対する圧力のプロットを三本の線で示している。すなわち、Ｐｖｏｌがｐｓｉｇで測定されるＰｖｏｌ対時間の線２１０と、Ｐｓｅａｌがｐｓｉｇで測定されるＰｓｅａｌ対時間の線２１５と、そして、ｐｓｉｄで測定され、ΔＰがＰｓｅａｌ−Ｐｖｏｌと等しいΔＰ対時間の線２２０である。同様に、グラフ１２００は、時間に対する力のプロットを三本の線で示している。すなわち、ｌｂｆで測定され、面９８９に働く力対時間の線２２５と、ｌｂｆで測定され、面９５０２に働く計算された油圧力対時間の線２３０と、ｌｂｆｄで測定され、線２２５と線２３０の間の差分であって計算されたシール力であるΔＦ対時間の線２３５である。線２２０は、ΔＰが略一定の状態である場合に、ΔＦが圧力の減少に応じて減少することを示している。
【００８４】
表１は、図１２のグラフ１２００をプロットするために用いられる値を一覧表にしている。表１を参照すると、「処理圧力」と表示された第二列には、Ｐｖｏｌの値が入っている。「シール圧力」と表示された第三列には、処理空間９８０を維持するために十分なＰｓｅａｌの値が入っている。「ＭＡＣ圧力」と表示された第一列には、処理空間９８０を維持するのに十分な力を発生させるために十分なシール圧力（Ｐｓｅａｌ）に変換されるＭＡＣバルブ９４４によって発生される圧力の値が入っている。「ΔＰ」と表示された第四列には、第二列および第三列の対応する値の間の差分（ΔＰ＝Ｐｓｅａｌ−Ｐｖｏｌ）の値が入っている。「処理力」と表示された第五列には、面９８９に生じる力の値が入っている。「シール力」と表示された第六列には、面９５０２に生じる力の値が入っている。「ΔＦ」と表示された第七列には、第五列および第六列の対応する値の間の差分の各値が入っている。
【００８５】
図１３は、表１におけるいくつかの点において、１０００ｌｂｆｄ単位系の力の差分ΔＦ対ｐｓｉｇ単位系のＰｖｏｌをプロットしたグラフ１３００を示している。グラフ１３００は、ΔＰが略一定である場合には、ΔＦは、Ｐｖｏｌと共に直接的に変化することを示している。もちろん、この関係は、ΔＰが略一定でなく変化する場合であっても、同様に保たれる。例として、グラフ１３００は、ΔＰが１９６ｐｓｉｄと２２６ｐｓｉｄとの間で変化するが略一定であるときに処理圧力が２８ｐｓｉｇと１２１８ｐｓｉｇとの間にあることを示している。
【００８６】
この関係は、二つの結論を有している。第一に、処理空間を維持するため（すなわち、処理シールを維持するため）に最低限必要な力が存在する場合、最小の圧力であっても処理空間を維持するために十分な力があるようにΔＰを選択しなければならない。この場合、圧力が上昇するにつれ、最終的な力ΔＦが、先のこの最低限のレベル（ΔＦｔｈｒｅｓｈ）を超えて非効率の処理を増加させる。その代わりに、ＭＡＣバルブ９４４は、ΔＦがΔＦｔｈｒｅｓｈを決して超えないように、処理空間を維持するのに最低限のエネルギーを用いて制御されるように最適化される。第二の結論は、所要のシール力（すなわち、Ｐｓｅａｌ）が処理力（すなわち、Ｐｖｏｌ）よりも緩やかな割合で増加する場合、Ｐｓｅａｌは、Ｐｖｏｌに後れを取り、まだ処理空間を維持することが可能である。従って、シール力を発生させるために用いられるＭＡＣバルブ９４４の応答時間は、処理圧力における変化と同じくらい早い必要はない。
【表１】
再び図１１を参照すると、ＭＡＣバルブ９４４は、上式１の関係に従うように制御される。例えば、ＭＡＣバルブ９４４は、本発明に従ってＰｓｅａｌ（すなわち、シール力）を効率的に変更するようにプログラムされ或いはＭＡＣバルブ９４４を制御する制御装置に連結されている。ＭＡＣバルブ９４４は、上述したように、最終的に必要なＰｓｅａｌ、すなわち、シール力に変換される圧力を発生させるようにプログラムされる。
【００８７】
また、ＭＡＣバルブ９４４は、ΔＦが閾値ΔＦｔｈｒｅｓｈを下回らないように制御される。ΔＦｔｈｒｅｓｈは、例えば、わずかな圧力の揺れを許容し、たとえ、ＭＡＣバルブ９４４がＰｖｏｌの変化に応じてＰｓｅａｌをゆっくりと増加させても、処理空間が維持されることを保証する力の差分に相当する。もちろん、ＭＡＣバルブ９４４は、処理空間９８０を一定に維持するのに十分素早く圧力間を切り替わるように構成されていなければならない。
【００８８】
図１４は、本発明の一つの実施形態のシール工程１４００を示している。第一工程１４０１、すなわち、スタート工程では、初期化工程が実行される。図１１を参照すると、第一工程１４０１では、ウエハーが圧盤９８２に配置され、処理空間９８０が形成される。他の初期化工程は、処理空間９８０内で達成される最大処理圧力を決定したり、他の処理パラメーターを算出したりすること等を含む。次に、工程１４０２において、処理空間９８０を維持するために最小力差分（ΔＦｔｈｒｅｓｈ）が必要とされているか否かが判断される。最小力差分が必要であるときには、工程１４１０が実行され、さもなければ、工程１４０５が実行される。
【００８９】
工程１４１０では、最小力差分が算出される。工程１４０５では、ΔＦｔｈｒｅｓｈが０ｌｂｆに設定される。なお、工程１４０５において、ΔＦｔｈｒｅｓｈが環境に適した別の値に設定されてもよい。工程１４１０または工程１４０５の後に、工程１４１５が実行される。
【００９０】
工程１４１５では、ウエハーが処理空間９８０内で処理される。次に、工程１４２０において、ＰｖｏｌおよびＰｓｅａｌが読み込まれ、Ｐｓｅａｌが処理空間９８０を維持するように変更される。本発明の一つの実施形態では、Ｐｓｅａｌが処理空間９８０を効率的に維持するように上式１に従って変更される。つまり、Ｐｓｅａｌは、Ｐｖｏｌに遅れを取り、確実にΔＦ＞ΔＦｔｈｒｅｓｈとなるようにすることによって処理空間９８０をまだ維持するように設定される。なお、単純化のため、図１４は、工程１４２０が工程１４１５の後に実行されるように示しているが、当然のことながら、工程１４２０は、工程１４１５中、つまり、ウエハーが処理されている間に実行される。
【００９１】
次に、工程１４３０において、ウエハーの処理が完了したか否かが判断される。処理が完了していないときには、工程１４２０が再び実行される。処理が完了しているときには、工程１４３５が実行される。工程１４３５では、処理空間９８０が非処理状態に戻り、処理空間９８０が開放され、ウエハーが圧盤９８２から取り除かれる。次に、工程１４４０において、処理工程が完了する。
【００９２】
前述のように、Ｐｓｅａｌは、本発明に従って、工程１４２０を実行するようにプログラムされたＭＡＣバルブ９４４によって制御される。前述のように、ＭＡＣバルブ９４４は、上式１に記載の通り、シール力に変換される圧力を発生させるようにプログラムされるか、さもなければ、制御される。
【００９３】
特許請求の範囲によって定めされる本発明の意図と範囲から逸脱することなく他の様々な改良が実施形態にできることは、当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００９４】
１０１ 処理チャンバー
１１０ 上部要素
１４０ 処理空間
１５０ 下部要素
【技術分野】
【０００１】
本願は、「半導体ウエハーの高圧処理チャンバー」を発明の名称とした２００３年２月１０日に出願された米国特許出願第１０／３６４，２８４号の一部継続出願である。この「半導体ウエハーの高圧処理チャンバー」を発明の名称とした２００３年２月１０日に出願された米国特許出願第１０／３６４，２８４号を引用することによって本明細書の記載に替えることとする。
【０００２】
本発明は、処理チャンバーの分野に関する。特に、本発明は、高圧処理チャンバーを確実にシールする機構と方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体素子は、素子層を形成し、処理の残留物を除去し、その他の処理工程を行う処理チャンバー内に配置されて加工される。さらに、特定の処理チャンバーは、超臨界温度で且つ超臨界圧力で半導体ウエハーをクリーニングするために用いられる。
【０００４】
一般に、処理チャンバーは、上部要素と下部要素とを有する。これら二つの要素は、接合されると処理空間を形成し、処理中、この処理空間内にウエハーが入れられる。処理中においては、処理空間がシール状態にあって、処理空間が正常な動作状態、例えば、高圧状態または大気状態または超臨界状態に維持されることが非常に重要である。また、外の環境から処理空間をシールすることは、（ａ）処理されるウエハーがそれを使用不可能にするような混入物質に曝されず、（ｂ）処理空間内に注入される有害な化学物質のような処理物質が周囲に放出されないことを保証する。
【０００５】
処理空間は、ウエハーが処理されている間に処理空間内で発生する処理力に対抗するためにシール力を加えることによって保持されている。処理力は、上部要素と下部要素とを強制的に離し、処理空間シールを開け、処理空間を開放するように作用する。シール力は、油圧ピストンによって生じる。処理空間が処理力に関わらず維持されることを保証するために、ワークが処理される前にシール力が最大限に達成可能な処理力に設定される。この場合、達成可能な最大処理力が全く達成されなくても或いは処理サイクル全体のほんの一部でしか達成されなかったとしても、シール力は、この最大限に達成可能なレベルに維持されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願第０９／９１２，８４４号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１０／１２１，７９１号明細書
【特許文献３】米国特許出願第０９／７０４，６４１号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１０／２８９，８３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような処理チャンバーには、いくつかの欠点がある。第一に、非常に長い間、達成可能な最大シール力に耐えるシール部品であっても、シール力を繰り返し受けた後には故障する傾向がある。第二に、シール面の大きな接触力が、処理空間内に持ち込まれる粒子状物質を発生させ、ウエハーを汚染する。第三に、油圧油を加圧するのに用いられる設備は、処理チャンバーをシールするために用いられ、ウエハーを処理するために用いられないので、処理機構のコストが上がる。第四に、油圧部品を超臨界処理物質を用いている超臨界部品と置き換えるように設計されることもできるこれらの機構は高価である。これらの機構は、超臨界の処理物質が再利用される前に膨張および圧縮されなければならないので、複雑なリサイクル技術が必要となる。
【０００８】
従って、必要なものは、（１）処理空間を維持するために継続的な必要以上のシール力を必要とすることなく、（２）空間内に持ち込まれる混入物質の数を減らし、（３）処理空間シールを維持するための処理にすでに用いられている要素を使用し、（４）処理機構がコンパクトでより効率的に動作するために小さな付勢空間を使用する処理機構である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、最適なシールのためのアルゴリズムに追従するシール圧力を用いて処理空間を維持する半導体の処理機構を対象とする。本発明の第一の態様では、半導体処理機構は、上部要素と下部要素とシール手段とを有する。上部要素および下部要素は、接合されて処理空間を形成するように構成されている。シール付勢器は、処理空間を維持するために下部要素に対して上部要素を維持するように構成されている。さらに、シール付勢器は、処理空間内で発生する処理圧力に対して非線形に変化するようにシール付勢空洞内のシール圧力を制御するように構成されている。
【００１０】
本発明の一つの実施形態において、シール付勢器は、上部要素および下部要素の一方に対して負ではない最終的な力を閾値以上において最小化するように構成されている。Ｐ１がシール圧力であり、Ｐ２が処理圧力であり、Ａ１がシール付勢空洞の断面積であり、Ａ２が処理空間の断面積であるとした場合に、最終的な力は、式Ｐ１＊Ａ１−Ｐ２＊Ａ２に従う。好ましくは、シール付勢器は、処理サイクル中、圧力差Ｐ１−Ｐ２を略一定に維持するように構成されている。好ましくは、シール付勢器は、第一空洞とシール付勢空洞とを有する。第一空洞は、シール付勢空洞に連結されている。シール付勢器は、第一空洞内で発生する第一圧力が該第一圧力よりも大きいシール付勢空洞内の第二圧力を発生させるように構成されている。好ましくは、断面積Ａ１は、断面積Ａ２よりも大きい。
【００１１】
別の実施形態において、処理機構は、処理空間に連結された超臨界状態を発生させる手段をさらに有する。処理機構が処理空間に連結されたＣＯ2供給容器をさらに有してもよい。好ましくは、上部要素および下部要素は、超臨界処理チャンバーを形成する。好ましくは、シール付勢器は、下部要素に連結され且つ処理空間を維持するように構成された油圧ピストンを有する。
【００１２】
本発明の第二態様において、処理空間を維持する方法は、処理空間内の処理圧力を発生させることと、処理空間を形成すると共に該処理空間を維持するためにシール圧力を制御することとを含む。処理サイクル中、シール圧力は、処理圧力に対して非線形に変化する。好ましくは、Ｐ１がシール圧力であり、Ｐ２が処理圧力であり、Ａ１がシール付勢空洞の断面積であり、Ａ２が処理空間の断面積であるとした場合に、シール圧力は、式ΔＦ＝Ｐ１＊Ａ２−Ｐ２＊Ａ２による処理圧力に関連づけられる。シール圧力は、ΔＦを閾値よりも大きく維持するように変化する。好ましくは、処理空間の断面積は、シール付勢空洞の断面積よりも小さい。好ましくは、処理圧力を発生する工程は、処理空間内の高圧処理流体を収容することも含む。高圧処理流体は、超臨界二酸化炭素を含む。好ましくは、シール圧力を制御する工程は、シール付勢空洞内の油圧を発生させることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一つの実施形態の開位置にある処理機構の側断面図である。
【図２】本発明のシール付勢空洞および処理空間の両方を形成するために用いられるプレートの、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側断面図であり、（Ｃ）は下面図である。
【図３】閉位置にある図１の処理機構である。
【図４】閉位置にある図１の処理機構とヨークおよびスタンドの組立体である。
【図５】開位置にある図４のすべての処理機構とヨークおよびスタンドの組立体である。
【図６】本発明の一つの実施形態の正常処理中のバランスシリンダーの側断面図である。
【図７】異常処理中の図６のバランスシリンダーである。
【図８】本発明の一つの実施形態の処理チャンバーおよび対応するバルブ組立体の側断面図および概略図である。
【図９】本発明の別の実施形態の処理チャンバーおよびそれに対応するバルブ組立体の側断面図および概略図である。
【図１０】本発明の別の実施形態の処理チャンバーおよびそれに対応するバルブ組立体の側断面図および概略図である。
【図１１】本発明の別の実施形態の処理チャンバーおよびそれに対応するバルブ組立体の側断面図および概略図である。
【図１２】本発明の一つの実施形態の作動状態を示す圧力または力対時間のグラフである。
【図１３】本発明の一つの実施形態の作動状態を示す力の差分対処理圧力のグラフである。
【図１４】本発明の一つの実施形態の作動工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、素子の処理中に処理空間を効率的に維持する機構および方法を対象とする。半導体ウエハーは、処理チャンバー内で処理されるときに一連の処理温度および処理圧力を受ける。処理が正確に行われるように、つまり、半導体ウエハーが混入物質に曝されることなく処理されるように、処理空間は、処理中、密閉されてシールされた状態でなければならない。さらに、処理空間は、最低限必要な力でシールされた状態であるべきである。
【００１５】
ここで用いられる処理圧力とは、素子の処理中、処理空間内に生じる圧力を言い、従って、素子の処理中に変化する。処理力とは、処理圧力によって発生し、処理空間の面に働く力を言う。シール圧力とは、シール付勢空洞（後述）内で生じる圧力を言う。シール力とは、シール圧力によって発生し、シール付勢空洞の面に働く力を言う。本発明では、シール力は、処理力と釣り合いを取り、処理空間シールを維持するために用いられる。それ故、以下に述べるように、処理空間を効率的に維持するためには、シール力は、処理力よりもわずかばかり大きいものである必要がある。処理とは、限定するものではないが、（ａ）半導体ウエハーになされるクリーニング、蒸着、イオン注入、あるいは、他のタイプの処理を含む様々な素子加工工程中に半導体素子になされる処理と、（ｂ）半導体ウエハー以外の素子になされる処理とを言う。処理物質とは、処理空間内での処理に用いられる物質を言い、例えば、ＨＣＩ、ＣＯ2、および、超臨界ＣＯ2を含む。処理空間が維持されている間に行われる処理を通常処理と言う。処理空間が維持されていない間に行われる処理を異常処理と言う。処理空間シールとは、処理空間を形成するために用いられるシールを言う。処理空間シールは、シール要素の接触表面と、上部要素および下部要素の一方とによって形成される。
【００１６】
本発明の実施形態は、処理圧力をシール圧力と釣り合わせることによって処理空間を維持する。（ａ）シール付勢空洞の面の表面積が処理空間の面の表面積よりも十分に大きく、あるいは、（ｂ）シール圧力が処理圧力よりも十分に大きいことを保証することによって、シール力は処理力よりも十分に大きくなる。こうして、処理空間シールは、シール付勢空洞を予圧することなく、最高処理力に対抗する力を作り出すために必要なシール圧力を以て維持される。従って、処理圧力は、シール力が処理力と等しいかあるいはいくらか大きくなるように、処理圧力で追従し、あるいは、変動すると言える。こうして、それら力は、処理空間シールを維持するために釣り合っている。
【００１７】
従って、本発明の実施形態は、シール面の接触力が決して過度にならないので、シールの接触面の摩耗を減少させる。さらに、釣り合いの取れた力を受ける構成要素が、シール圧力のすべての力に耐えるように設計されている必要はない。構成要素は、釣り合いの取れた処理力を超えるシール力にだけ耐える必要がある。
【００１８】
また、本発明の実施形態は、設備の破損を防止する。例えば、ワークまたは他の異物がそれらシール面の間に何かの事情で置かれている場合、これらシール面は、ワークまたは他の異物に処理設備を破損するような過度の力を与えることはない。シール力がこのような環境において小さいことを保証することによって、処理設備への破損量が減少する。
【００１９】
また、本発明の実施形態は、シール付勢空洞がリークしあるいはシール流体で満たされていない場合のような、シール圧力が閾値以下の場合に、処理空間は、予め決められた方法で通気されることを保証する。従って、処理物質が周囲の環境に散布されない。
【００２０】
さらに、本発明の実施形態は、処理空間シールを維持するために付勢されなければならないシール付勢空洞の大きさを減少させる。シール圧力が処理圧力を大きく超えるというよりはむしろ釣り合うために、シール付勢空洞に作用する最終的な力が減少するので、他の実施形態はシール付勢空洞の大きさを減少させる。従って、処理空間をより効率的に維持することができる。
【００２１】
図１は、本発明の一つの実施形態による処理組立体１００の断面図を示している。図１は、後述するように、半導体ウエハーを処理組立体１００に挿入したり処理組立体１００から取り除いたりすることができる開位置にある処理組立体１００を示している。処理組立体１００は、処理チャンバー１０１に連結されたバランスシリンダー１７０を有する。以下で詳細に述べるように、バランスシリンダー１７０は、（ａ）通常処理中に処理空間１４０をしっかりとシールする（すなわち、維持する）ことと、（ｂ）シール付勢空洞内に臨界圧力が維持されていないときに処理チャンバー１０１を通気して処理を一時中断することとの両方を保証する。
【００２２】
バランスシリンダー１７０は、シリンダーキャビティを上部槽１７１と下部槽１７３とに分割するピストン１７２を有する。ピストン１７２のハウジングは、通風孔１７５を有する。そして、通風孔１７５は、ピストン１７２が図１の矢印１で示す方向に十分な距離をスライドしたときに下部槽１７３が通風孔１７５を通して通気されるように下部槽１７３に配置されている。上部槽１７１は、第一パイプ１８０の第一端部に接続される開口を有する。下部槽１７３は、第二パイプ１８１の第一端部に接続される開口を有する。さらに、バランスシリンダーは、第一端部および第二端部を有するパイプ１９０を受け入れるように構成されている。第一端部は、下部槽１７３内にあって、外側の供給源と下部槽１７３との間で流体の連通を可能にしている。
【００２３】
処理チャンバー１０１は、上部要素１１０と下部要素１５０とを有する。上部要素１１０は、該上部要素１１０の内部空洞をシール付勢空洞１１５と上部処理空洞１１６とに分割するプレート１２０を有する。また、上部要素１１０は、パイプ１８０の第二端部がシール付勢空洞１１５に作用関係をもって連結されるようにしてパイプ１８０を収容するように構成されている。このようにして、シール付勢空洞１１５は、上部槽１７１に連通している。さらに、後述のように、好ましくは、シール付勢空洞１１５と上部槽１７１とによって形成される空間は隔離されている。
【００２４】
また、上部要素１１０は、パイプ１８１の第二端部が上部処理空洞１１６に連通するようにしてパイプ１８１を収容するように構成されている。プレート１２０は、上部要素１１０の内部空洞内でスライド可能に取り付けられており、ピストンシール１２５を有する。従って、図１に示すように、プレート１２０が矢印１方向にスライドすると、シール付勢空洞１１５の容積が減少し、上部処理空洞１１６の容積が増加する。図１に示されているように、プレート１２０の断面は、逆さのＵ字型である。逆Ｕ字型の端部は、以下に詳述するＯリングのようなシール要素１３１を含むシール面１３０である。下部要素１５０は、圧盤１５５に連結された上面１５６を有する。
【００２５】
図２は、それぞれ、プレート１２０の（Ａ）上面図、（Ｂ）側断面図、（Ｃ）下面図を示している。図２（Ａ）は、シール付勢空洞１１５から見たプレート１２０を示している。また、図２（Ａ）は、シール付勢空洞１１５の表面を形成するプレート１２０の外面１３５を示している。外面１３５は、半径１３４とそれに相当する表面積とを有する。図２（Ｂ）は、プレート１２０の側断面図を示している。また、図２（Ｂ）は、プレート１２０の断面が逆Ｕ字型を有することを示している。また、図２（Ｂ）は、プレート１２０の内面１３６の半径を矢印１３２によって表している。内面１３６は、処理機構１００が閉位置にあるときに処理空間１４０（図３）の表面を形成する。また、図２（Ｂ）は、シール面１３０と、該シール面１３０のシール溝内に収容されたシール要素１３１とを示しており、両方とも以下に詳述する。図２（Ｃ）は、図３の処理空間１４０から見たプレート１２０の下面図を示している。図２（Ａ）から図２（Ｃ）に示すように、内面１３６と外面１３５とは、プレート１２０のそれぞれ反対側の面である。好ましくは、図２（Ａ）から図２（Ｃ）に示すように、半径１３４で示された外面１３５の表面積は、矢印１３２で示された内面１３６の表面積よりも大きい。一つの実施形態ではあるが、内面１３６と外面１３５とは、両方とも略平面である。
【００２６】
もちろん、図２（Ａ）から図２（Ｃ）は、プレート１２０を円形で示しているが、プレート１２０は、他の幾何学的な形状であっても非幾何学的な形状であってもよい。さらに、図２（Ａ）から図２（Ｃ）は、プレート１２０上に配置されたシール要素１３１およびそれに対応するシール溝（図示略）を円形の形で示しているが、当然のことながら、シール要素１３１およびそれに対応する溝が他の幾何学的な形状であっても非幾何学的な形状であってもよいし、処理機構１００内の他の構成要素に配置されていてもよい。例えば、シール要素１３１とそれに対応する溝を下部構成要素１５０（図１）の表面１５６上、圧盤１５５（図１）上、あるいは、他の場所に配置することも可能である。
【００２７】
作動時には、図３に示したように、処理されるべき半導体ウエハー（図示略）が圧盤１５５上に配置され、後述するように、上部要素１１０と下部要素１５０とが処理空間１４０を形成するように接合されている。このとき、処理組立体１００は、閉位置にある。処理空間１４０は、プレート１２０の内面１３６とシールリング１３１と上面１５６の一部とによって形成されている。圧盤１５５は、処理空間１４０内に収容されている。以下に詳述するように、プレート１２０、したがって、シールリング１３１を下部要素１５０の上面１５６に押し付ける圧力をシール付勢空洞１１５内に発生させ、これにより、処理空間シールを形成することによって処理空間１４０が維持される。このとき、半導体ウエハーを処理するために処理物質が処理空間１４０内に注入される。なお、限定するものではないが、本発明では、クリーニング工程、蒸着工程、または、その他の半導体加工工程にて使用される真空処理、低圧処理、大気圧処理、高圧処理、および、超臨界処理を含む処理方法の幾つか或いはこれらの組合せを使用して半導体ウエハーを処理してもよい。
【００２８】
また、図３は、処理中に処理空間１４０を維持するのを補助するために下部要素１５０に上部要素１１０をしっかりと連結する付加的なクランプの役割を果たすヨーク１８８（図４）の断面１８５Ａ−Ｂおよび１８６Ａ−Ｂを示している。また、図３は、処理チャンバー１０１の片側を共に固定するヨーク１８８の左上部アーム１８５Ａおよび左下部アーム１８５Ｂと、処理チャンバー１０１の反対側を共に固定するヨーク１８８の右上部アーム１８６Ａおよび右下部アーム１８６Ｂとを示している。左上部アーム１８５Ａと左下部アーム１８５Ｂとは、左アーム１８５（図４）の一部を形成する。右上部アーム１８６Ａと右下部アーム１８６Ｂとは、右アーム１８６（図４）の一部を形成する。
【００２９】
図４は、処理チャンバー１０１とヨーク１８８と処理組立体１００（図１）を支持するために用いられるスタンド組立体２５０とを示している。また、図４は、閉位置にある図３の処理チャンバー１０１を示している。単純化のため、図４および図５は、バランスシリンダー１７０、または、パイプ１８０、ｌ８１、１９０を示していない。また、図４は、上部要素１１０を下部要素１５０にしっかりと連結するためにヨークアーム１８５，１８６が処理チャンバー１０１周りでどのように合体させているかを示している。ヨーク１８８は、当業者に公知の様々な構造を有する。例えば、ヨークアーム１８５、１８６は、それらが図４の矢印２に示す方向に移動したときに上部要素１１０と下部要素１５０とが互いに向かって押されて固定されると共にヨークアーム１８５、１８６が矢印３に示す方向に移動したときに上部要素１１０と下部要素１５０とが分離することができるように楔形にされている。
【００３０】
なお、上部要素１１０を下部要素１５０によりしっかりとクランプするためにヨーク以外の構造を用いてもよい。処理中に上部要素１１０を下部要素１５０にしっかりと連結する付加的な構造を提供するために、例えば、上部要素１１０および下部要素１５０の一方に配置されるＴボルトと上部要素１１０および下部要素１５０の他方に配置されるナットとを用いてもよい。
【００３１】
また、図４は、ベース２０９と、該ベース２０９に連結されており且つヨーク１８８の高さとそれに取り付けられた処理チャンバー１０１の高さとを調節可能なようにヨーク１８８がスライド可能に取り付けられている下方延長部２０７と、上部要素１１０を下部要素１５０に対して固定された状態にするために処理チャンバー１０１の中央に追加の力を共に与えるクランプ２０１および重り２０３と、これらクランプ２０１および重り２０３を着脱可能にする上方延長部２０５とを有するスタンド組立体を示している。
【００３２】
図５は、ヨーク１８８およびスタンド組立体２５０と開位置にある図４の処理チャンバー１０１とを示している。図５では、重り２０３がクランプ２０１から持ち上げられており、クランプ２０１がヨーク１８８から持ち上げられており、ヨーク１８８が矢印３で示す方向に移動することによって処理チャンバー１０１から取り外されている。半導体ウエハーを処理チャンバー１０１内に挿入したり処理チャンバー１０１から取り除いたりすることができるように、上部要素１１０は、下部要素１５０から離されている。
【００３３】
本発明の一つの実施形態の動作を説明するために再び図３を参照する。作動中、半導体ウエハー（図示略）は、圧盤１５５の上に置かれる。上部要素１１０が下部要素１５０と接合され、上部要素１１０を下部要素１５０にしっかりと保持するためにヨークアーム１８５Ａ−Ｂおよび１８６Ａ−Ｂが配置される。次に、水のような非圧縮性流体あるいは略非圧縮性流体のようなシール物質がバランスシリンダー１７０の上部槽１７１内に注入され、そして、シール付勢空洞１１５内へ流れる。もちろん、油のような他の非圧縮性流体をシール物質として用いてもよい。さらに、非圧縮性若しくは略非圧縮性の流体以外のシール物質を本発明に従って用いてもよい。もちろん、非圧縮性流体あるいは略非圧縮性流体を処理前、例えば、半導体処理機構１００が開位置にあるときの何時に注入してもよい。
【００３４】
次に、処理物質が下部槽１７３内に注入される。処理物質は、例えば、ドライクリーニング、ウェットクリーニング、超臨界クリーニング、あるいは、他のクリーニング方法で用いられるクリーニング物質である。あるいは、処理物質は、半導体素子または非半導体素子を処理するために用いられる物質でもよい。本発明の一つの実施形態において、クリーニング物質は、後に超臨界状態になって処理空間１４０内の半導体ウエハー表面からフォトレジストの残留物を取り除くために用いられるＣＯ2である。ＣＯ2は、例えば、パイプ１９０を通じて下部槽１７３内に注入され、その後、蓋をされる。そして、ＣＯ2は、パイプ１８１を通じて処理空間１４０内に移動する。それから、ＣＯ2は、処理空間１４０内に入ると超臨界状態になって超臨界ＣＯ2を形成する。そのとき、超臨界ＣＯ2は、処理空間１４０の至る所に循環して圧盤１５５上の半導体ウエハーの残留物を取り除く。
【００３５】
超臨界チャンバーの作用と超臨界ＣＯ2の使用は、「半導体ウエハーを処理するための超臨界処理チャンバー」を発明の名称とした２００１年７月２４日に出願された特許文献１と、「流れ促進特性を有する半導体基板の高圧処理チャンバー」を発明の名称とした２００２年４月１０日に出願された特許文献２と、「ワークの超臨界処理の方法と装置」を発明の名称とした２０００年１１月１日に出願された特許文献３とに記載されており、引用することによって本明細書の記載に替えることとする。
【００３６】
前述のように、本発明は、処理空間１４０（図３）が処理中に維持されることを保証する。図６は、処理空間１４０（図３）が維持されている時、つまり、通常処理中のバランスシリンダー１７０を示している図１および図３のバランスシリンダー１７０の詳細な概略図である。以下に詳述するように、図６および図７を参照すると、半導体素子が処理空間１４０内で処理されている間に処理空間１４０が維持されることを保証するために、バランスシリンダー１７０が用いられている。図６に示すように、上部槽１７１には、水または油のような非圧縮性流体１７７が入っている。非圧縮性流体１７７は、パイプ１８０を通って流れ、そして、完全にあるいは部分的にシール付勢空洞（例えば、図３に符号１１５で示されている空洞）を満たす。好ましくは、上部槽１７１とシール付勢空洞（図３に符号１１５で示されている空洞）とによって形成された空間は、隔離されている。また、好ましくは、超臨界状態になることが可能なクリーニング液１７８がパイプ１９０内に注入され、それによって、完全にあるいは部分的に下部槽１７３を満たし、そして、閉じた処理チャンバー１０１の処理空間１４０内に注入される。処理中、クリーニング液１７８は、処理空間１４０内の半導体ウエハーがクリーニングされるように超臨界状態になる。もちろん、流体を注入して該流体を超臨界状態または他の処理状態にする工程は、複数の処理サイクルにおいて何度も行われる。作動中に、ピストン１７２は、開口１７５を塞ぐように配置される。
【００３７】
バランスシリンダー１７０は、処理空間１４０がしっかりとシールされることを保証する。このことは、処理空間１４０内の処理圧力をシール付勢空洞１１５内のシール圧力と釣り合わせることによって達成される。一例として、図３および図６において、処理圧力がシール圧力よりも大きいとする。ここで、シール付勢空洞１１５がパイプ１８０を介して上部槽１７１に連通しているので、これら両方の圧力は等しく、処理空間１４０がパイプ１８１を介して下部槽１７３に連通しているので、これら両方の圧力は等しい。従って、処理圧力がシール圧力よりも大きい場合、ピストン１７２は、矢印４（図６）で示す方向に押しやられる。ここで、上部槽１７１とシール付勢空洞１１５とによって形成される空間が隔離されているので、矢印４の方向へのこの動きは、シール圧力を増加させ、処理圧力を減少させる。これは、処理圧力がシール圧力に等しくなるまで、または、釣り合うまで続く。同様に、処理圧力がシール圧力より小さい場合、ピストン１７２が矢印５（図６）で示す方向に押され、シール圧力を減少させ、処理圧力を増加させる。この場合もやはり、この押圧は、上部槽内の流体が非圧縮性流体または略非圧縮性流体であるので、処理圧力がシール圧力に等しくなるまでまたは釣り合うまで続く。従って、処理圧力は、シール圧力と釣り合い或いは追従し、シール圧力が最大限に可能な処理圧力に予圧される必要はない。
【００３８】
図７は、適切な圧力がシール付勢空洞１１５内に維持されていないとき、つまり、異常処理中の図６のバランスシリンダー１７０の詳細な概略図である。これは、いくつかの原因のため起きる可能性がある。例えば、シール付勢空洞１１５がリークして上部槽１７１から受け取る非圧縮性流体１７７を保持できない場合である。あるいは、上部槽１７１、従って、シール付勢空洞１１５が、何かの事情によって非圧縮性流体１７７で満たされていない場合である。いずれにしても、シール付勢空洞１１５内の圧力が十分でない（つまり、シール圧力が閾値圧力を下回っている）と、半導体クリーニング処理が損なわれる。また、処理空間１４０が維持されていないので、処理中、処理物質１７８が処理空間１４０（図３）からリークし、半導体ウエハーを汚染してしまう外部粒子が処理チャンバーに入るかもしれない。本発明の実施形態はこれが発生しないことを保証する。
【００３９】
図７に示すように、シール圧力が閾値を下回ると、ピストン１７２が矢印４で示す方向に移動する。すると、ピストン通風孔１７５が下部槽１７３に位置し、処理物質１７８が通風孔１７５を通じて排出され、支障なく、容器（図示略）、外気、あるいは、貯蔵可能な他の容器に送られる。従って、処理物質１７８が処理空間１４０に入らず、半導体処理が損なわれることはない。さらに、この通気処理が素子の処理を停止させたり一時停止させたりするために用いられる信号を送信してもよい。
【００４０】
図８〜図１０は、低圧チャンバー内で低い圧力を受け、それを増大させて大きいシール圧力を生成する増圧器を有する実施形態を示している。従って、図８〜図１０の実施形態は、シール圧力を生成するために比較的小さい圧力を発生させてこれを維持することを要求している。それ故に、これら実施形態は、処理空間を維持するのに少ないエネルギーと小さいスペースがあればよいので、より効率的である。
【００４１】
例えば、水のような非圧縮性流体を必要なシール圧力に圧縮するのに増圧器を用いることによって、高圧油圧機器の必要性がなくなる。増圧器の圧力は、超臨界処理流体が増圧器に入ったときに気相に拡張するように十分低く選択される。超臨界処理流体が気相に拡張するとその密度は減少し、増圧器によって非圧縮性流体を所要のシール圧力に圧縮するために必要とされる臨界処理流体の体積は、増圧が用いられない場合よりも小さい。このような構造は、処理空間シールを維持するために処理機構内に注入されなければならない臨界処理液体のコストを削減し、従って、処理機構の効率を増加させる。
【００４２】
図８は、本発明の一つの実施形態の処理チャンバーとそれに関連したバルブ組立体とを有する処理組立体３００の側断面図および概略図である。処理組立体３００は、処理チャンバー７００と、ＣＯ2供給容器３６０と、シールリーク検出器３４０と、水容器３２０と、排出口３２１と、空気作動バルブ３２３、３２４、３２５、３３０、３４２、３４３と、水フィルター３２２と、圧力比安全バルブ３４１と、電子制御装置３５０と、圧力変換器３７０、３７５と、セットポイント信号源３７９と、通風孔３６２、３７１と、圧力調整器３５２と、圧力リリーフバルブ３３１とを有する。一つの実施形態として、電子調整器３５０は、ミネソタ州エルクリバーのテスコムコーポレーションによって製造されたＥＲ３０００のような電子圧力制御装置である。
【００４３】
処理チャンバー７００は、上部要素３０２と下部要素３０４とを有する。上部要素３０２は、内面３０１を有する。下部要素３０４は、上部空間４０６とシール付勢空洞４１０と増圧器９０８とを有する。また、下部要素３０４は、ワーク受台３０５を収容する。ワーク受台３０５は、上部空間４０６に収容された圧盤３０６とシール付勢空洞４１０内に収容されたベース９８０とを備える。圧盤３０６は、ワーク受台３０５が矢印６の方向である上方と、矢印７の方向である下方にスライドできるように、ネック３１５にスライド可能に取り付けられたステムを有する。また、圧盤３０６は、シール要素５２０を含む。好ましくは、シール要素５２０は、Ｏリングのようなガスケットを有する。説明を簡略化するために、他の構成要素に対するシール要素５２０の高さは誇張されている。さらに、図８は、圧盤３０６上にある半導体ウエハー４００を示している。
【００４４】
図８に示すように、水容器３２０は、空気作動バルブ３２３に連結され、この空気作動バルブ３２３は、水フィルター３２２に連結されている。水フィルター３２２は、空気作動バルブ３２５に連結され、この空気作動バルブ３２５は、シール付勢空洞４１０に連結されている。排出口３２１は、空気作動バルブ３２５に連結され、この空気作動バルブ３２４は、シール付勢空洞４１０に連結されている。シールリーク検出器３４０は、ネック３１５とピストンシール８０９とに連結されている。圧力比安全バルブ３４１は、処理空間５１０と、通風孔３６２と、空気作動バルブ３４３と、増圧器９０８とに連結されている。圧力リリーフバルブ３３１は、通風孔３７１と、空気作動バルブ３３０と、圧力変換器３７５と、圧力調整器３５２とに連結されている。空気作動バルブ３３０は、増圧器９０８と、通風孔３７１と、圧力リリーフバルブ３３１と、圧力変換器３７５と、圧力調整器３５２とに連結されている。電子調整器３５０は、セットポイント信号源３７９と、圧力変換器３７５と、圧力調整器３５２とに連結されている。ＣＯ2供給容器３６０は、圧力調整器３５２と、空気作動バルブ３４３を介して処理空間５１０とに連結されている。圧力変換器３７０は、空気作動バルブ３４２によって通風孔３６２と圧力比安全バルブ３４１とに連結されている。
【００４５】
増圧器９０８は、低圧チャンバー７０５と、低圧チャンバー７０５の断面積よりも小さい断面積を備えるネック３０３と、低圧チャンバー７０５内に収容されたベース３９２およびネック３０３内に収容されたヘッド３９１を備えるピストン３１０と、ピストンシール８０９とを有する。ネック３０３がシール付勢空洞４１０に連通しているので、ヘッド３９１が矢印６の方向である上方に移動すると、シール付勢空洞４１０内の圧力が増加する。好ましくは、ベース３９２の断面積は、ヘッド３９１の断面積よりも大きい。
【００４６】
図８は、閉位置にある処理チャンバー７００を示している。処理空間５１０は、内面３０１と、シール要素５２０と、圧盤３０６の内面とによって形成される。図８に示すように、シール要素５２０は、好ましくは、処理空間５１０の断面積が圧盤３０６の断面積よりも小さくなるように圧盤３０６内に配置される。従って、処理空間シールは、内面３０１とシール要素５２０とによって形成されている。
【００４７】
ベース９８０が上方へ移動すると、処理組立体３００を閉位置にするようにシール要素５２０が内面３０１に押しつけられる。閉位置では、処理空間５１０が形成される。ベース９８０が下方へ移動すると、処理組立体３００を開位置にするようにシール要素５２０が内面３０１から離される。開位置では、処理空間５１０が解放されて半導体ウエハー４００を圧盤３０６上に挿入したり圧盤３０６から取り除いたりすることができる。
【００４８】
以下に詳細に述べるように、処理組立体３００が開位置にあるときに半導体ウエハーが圧盤３０６上に配置される。そして、ワーク受台３０５、ひいては、圧盤３０６を矢印６の方向に動かすためにシール物質がシール付勢空洞４１０内に注入される。このとき、処理機構３００は、閉位置となる。それから、半導体ウエハーが処理空間５１０内で処理されている間に処理空間シール（ひいては、処理空間５１０）が維持されることを保証するために増圧器９０８が用いられる。処理が完了すると、処理機構３００を開位置に動かすためにシール物質がシール付勢空洞４１０から取り除かれる。そして、半導体ウエハーが圧盤３０６から取り外される。もちろん、半導体ウエハー以外の素子も本発明に従って処理することができる。
【００４９】
作動中、処理組立体３００は、低圧水を水容器３２０からシール付勢空洞４１０内に注入することによって閉位置とされる。低圧水は、水容器３２０から、空気作動バルブ３２３と水フィルター３２２とパイプ９１５および９１８と、空気作動バルブ３２５とパイプ９１６とを通してシール付勢空洞４１０内へ移動する。また、低圧水は、ヘッド３９１とベース９８０との間のシール付勢空洞４１０に入る。低圧水は、シール付勢空洞４１０内に流入するとベース９８０を上方へ移動させると共にヘッド３９１を下方へ移動させる。ベース９８０を上昇へ移動させることで、シール要素５２０を上面３０１に押し付け、それによって、処理空間５１０を形成する。このとき、処理組立体３００は、閉位置にある。圧盤３０６が処理空間５１０を形成するために上方へ移動し、ヘッド３９１がその限界まで（例えば、ピストンシール８０９に接するまで）下方に移動したことを位置センサー（図示略）が検知すると、空気作動バルブ３２３、３２５が閉じてこのとき低圧水で満たされているシール付勢空洞４１０を隔離する。
【００５０】
低圧水のような低圧物質を用いることで、シール付勢空洞４１０を素早く満たすためには比較的小さなエネルギー量があればよい。すなわち、水が低圧でシール付勢空洞４１０内に流入するので、水を供給する構成要素は、高圧水を移送したり保持したりすることを必要としない。従って、処理組立体３００は、シール付勢空洞４１０を満たして処理空間５１０を形成するために高圧設備を用いている処理組立体よりも効率的に動作する。
【００５１】
処理組立体３００が閉位置になると、低圧のＣＯ2ガスがＣＯ2供給容器３６０から低圧チャンバー７０５内へ注入される。ＣＯ2ガスは、ＣＯ2供給容器３６０から圧力調整器３５２を介し、パイプ９０１Ｃ、空気作動バルブ３３０、パイプ９０１Ａを通って低圧チャンバー７０５内へ移動する。ＣＯ2ガスを低圧チャンバー７０５内へ注入することは、ピストン３１０上にベース３９２、ひいては、ヘッド３９１を矢印６の方向である上方に押す力を及ぼす。ヘッド３９１上の低圧水は、隔離されているのでシール付勢空洞４１０から外へ流出することはない。そして、低圧水は、圧縮された状態になり、ヘッド９８０、ひいては、圧盤３０６を上方に押し、内面３０１にシール要素５２０を押し付け、処理空間５１０を維持する。
【００５２】
次に、素子の処理工程中、ＣＯ2が処理空間５１０内に注入され、それ故、処理圧力が増加する。ＣＯ2は、ＣＯ2供給容器３６０から空気作動バルブ３４３を介してパイプ９００Ａを越えて処理空間５１０内に移動する。また、セットポイント信号源３７９は、所要の処理圧力と等しい処理圧力セットポイントにセットされる。また、圧力変換器３７０は、処理圧力を監視する。圧力変換器３７０は、処理圧力が処理圧力セットポイントに等しいと検知すると、処理空間５１０内へのＣＯ2の流れを停止するために空気作動バルブ３４３に送信される信号を発する。
【００５３】
このとき、処理圧力が望ましい作動圧力にセットされ、半導体ウエハーが処理可能となる。処理圧力によって発生する処理力は、今述べたようなシール力によって釣り合っている。
【００５４】
圧力変換器３７０は、理圧力を監視し、関連する処理信号を電子制御装置３５０に送信する。また、圧力変換器３７５は、低圧チャンバー７０５内で生じる増圧器の圧力を監視し、関連するシール信号を電子制御装置３５０に送信する。これら処理信号およびシール信号が処理圧力がシール圧力よりも大きいことを示す場合、電子制御装置３５０は、圧力調整器３５２に信号を送信する。このとき、圧力調整器３５２は、ＣＯ2をＣＯ2供給容器３６０から低圧チャンバー７０５に送り、従って、増圧器圧力、ひいては、シール圧力を増加させる。
【００５５】
また、電子制御装置３５０は、処理圧力セットポイントが変化したときにシール力が処理力と釣り合うことも保証する。例えば、低い処理圧力が望ましい場合、処理圧力セットポイントを減少させることが可能である。空気作動バルブ３４２は、処理圧力を減少させるために開くことができる。圧力変換器３７０は、この処理圧力の低下を検知し、処理信号を電子制御装置３５０に送信する。そして、電子制御装置３５０は、圧力調整器３５２を稼働させ、通風孔３６２を介して低圧チャンバー７０５を通気し、それ故、増圧器圧力が減少する。通気は、シール力が処理力と等しくなるまで続けられる。
【００５６】
処理空間５１０内の処理が完了すると、処理組立体３００が開位置とされる。このことは、シール付勢空洞４１０内の低圧水をパイプ９１６および９１７と空気作動バルブ３２４とを介して排出口３２１から外へ排出することによって達成される。もちろん、空気作動バルブ３２３、３２４、３２５の動作は、（ａ）処理組立体３００を開位置とするためには低圧水が水供給容器３２０からシール付勢空洞４１０内へ移動され、（ｂ）処理機構３００を閉位置とするためには低圧水がシール付勢空洞４１０から排出口３２１を介して外へ移動されるように調整されていなければならない。
【００５７】
処理中、ＣＯ2は、半導体ウエハー４００の表面をクリーニングするために処理空間５１０内で循環する。その後、空気作動バルブ３４３が開かれて、処理空間５１０内で用いられたＣＯ2がＣＯ2供給容器３６０に戻され、その後に続く処理工程に用いられる。なお、ＣＯ2は、一つ又は複数の処理サイクルにおいて、単独で処理空間５１０内を循環せしめられてもよいし、他の処理物質と組み合わされて処理空間５１０内を循環せしめられてもよい。
【００５８】
圧力比安全バルブ３４１は、図１および図６のバランスシリンダー１７０と同様に機能する。圧力比安全バルブ３４１は、ピストン３３３を有する。ピストン３３３は、増圧器９０８によって増圧された増圧器圧力が処理力に等しい又は略等しいシール力を生成して処理空間５１０を維持するように、移動して処理圧力と増圧器圧力とをきめ細かく釣り合わせる。低圧チャンバー７０５内の圧力がこの値（低圧ポイント）を下回ると、処理空間５１０は、パイプ９００Ａ、９００Ｂ、９００Ｃを介して通風孔３６２を通って外へ通気される。従って、圧力比安全バルブ３４１は、処理力をシール力と釣り合わせるためにバルブ組立体を補完して処理空間５１０を維持する。
【００５９】
次に、処理組立体３００の安全機構について説明する。圧力リリーフバルブ３３１は、増圧器圧力が閾値圧力を絶対に超えないことを保証している。増圧器圧力が閾値圧力を超えた場合、圧力リリーフバルブ３３１が開いてパイプ９０１Ａ、９０１Ｃ、９０１Ｄ、９０２を介して低圧チャンバー７０５を通風孔３７１から外へ通気する。シールリーク検出器３４０は、ピストンシール８０９およびネック３１５を監視する。いずれかにリークが発生したとき、シールリーク検出器３４０は、例えば、点滅光を稼働してオペレータに警告したり、処理組立体３００を機能停止させて処理を中断したり、あるいは、他の措置を講じたりする予防措置を取ることができる。
【００６０】
図９は、本発明の別の実施形態の処理組立体４００の側断面図および概略図を示している。処理組立体４００は、該処理組立体４００が圧力調整器８０１、８０２を制御するために電子圧力制御装置８００を用いているという点で図８の処理組立体３００と異なる。図８と比較すると、同じ参照符号を付した要素は同じ機能を果たす。処理組立体４００は、圧力変換器３８０と、電子圧力制御装置８００と、圧力調整器８０１、８０２と、セットポイント信号源８１０とを有する。圧力変換器３８０は、処理空間５１０と電子圧力制御装置８００と圧力調整器８０１とに連結されている。電子圧力制御装置８００は、セットポイント信号源８１０と圧力調整器８０１、８０２とに連結されている。
【００６１】
電子圧力制御装置８００は、処理圧力と増圧器圧力との両方を制御する。また、電子圧力制御装置８００は、圧力調整器８０１および８０２を制御するためにセットポイント信号源８１０によって決定されたセットポイントを用いる。圧力調整器８０１は、処理圧力を制御し、圧力調整器８０２は、増圧器圧力を制御する。処理空間５１０内の圧力が処理セットポイントを超えた場合、処理組立体４００は、処理空間５１０と低圧チャンバー７０５との両方を通気する。電子圧力制御装置８００は、図８に示された構造を以て可能であるよりもさらに持続的かつ正確な処理圧力の制御を可能にする。
【００６２】
図１０は、本発明の別の実施形態の処理組立体５００の側断面図および概略図を示している。処理組立体５００は、該処理組立体５００が増圧器圧力を制御する圧力調整器９０２を制御するために電子圧力制御装置９００を用いているという点で図８の処理組立体３００と異なる。図８と比較すると、同じ参照符号を付した要素は同じ機能を果たす。処理組立体５００は、圧力変換器３８５と、電子圧力制御装置９００と、圧力調整器９０１、９０２と、セットポイント信号源９０９とを有する。圧力変換器３８５は、処理空間５１０と圧力調整器９０１と電子圧力制御装置９００とに連結されている。また、電子圧力制御装置９００は、セットポイント信号源９０９と圧力調整器９０２とに連結されている。圧力調整器９０１は、ＣＯ2供給容器３６０と、処理空間５１０と、通風孔３６２と、圧力比安全バルブ３４１と、低圧チャンバー７０５と、空気作動バルブ３３０とに連結されている。圧力調整器９０２は、ＣＯ2供給容器３６０と空気作動バルブ３３０と圧力リリーフバルブ３３１とに連結されている。
【００６３】
電子調整器９００は、セットポイント信号源９０９からの外部セットポイントを用いる。また、電子圧力制御装置９００は、圧力調整器９０２に信号を送り、増圧器圧力を制御する。増圧器圧力が上昇して処理圧力から生じる力との釣り合いを取るための力を発生すると、処理圧力をシール圧力に追従させるために、増圧器９０８から圧力信号が圧力調整器９０１に送信される。処理圧力は、電子圧力制御装置９００に連結された圧力変換器３８５によって監視される。
【００６４】
さらに別の実施形態（図示略）では、外部セットポイントに応答する電子圧力制御装置を備える圧力調整器は、処理圧力を監視し、シール圧力を制御する圧力調整器を調節する。その調節によってシール圧力が処理圧力を追従することが保証される。
【００６５】
図１１は、本発明の別の実施形態の処理機構６００の側断面図および概略図を示している。処理機構６００は、上板９２１および下板９２２を備える処理チャンバー９２０と、ピン位置センサー９２５と、複数のピン（図示略）を備える圧盤９８２と、ワーク受台位置センサー９２６と、ピストン９６５に連結されたワーク受台９８１と、差圧スイッチ９３２と、圧力スイッチ９３３と、シール付勢器９５０、増圧器９７５と、入力部９４４０、９４４１、９４４４および出力部９４４２、９４４３を備える圧力調整器ユニット９４４と、空気作動バルブ９５２と、圧力変換器９３０、９３１、９３４と、圧力リリーフバルブ９４５、９４７、９６８と、フィルター９６１と、ソレノイドバルブ９６０と、出力部９５１０および入力部９５１１、９５１２を備えるソレノイドバルブ９５１と、流方向制御装置９６６と、通気孔９７１と、油圧油容器９６７と、圧縮空気供給器９７２、９９９と外部セットポイント９４６とを有する。
【００６６】
上板９２１および下板９２２は、圧盤９８２を入れる処理空間９８０を形成する。また、上板９２１は、処理空間９８０の一部を形成する内面９８９を有する。圧盤９８２は、処理空間９８０内で処理される半導体ウエハー（図示略）のようなワークを支持する。ピストン９６５は、面９５０２を備えるヘッド９６２を有する。ヘッド９６２は、後述するように内部空洞９５０１内に収容されている。
【００６７】
流方向制御装置９６６は、チェックバルブ９６３とニードルバルブ９６４とを有する。増圧器９７５は、低圧チャンバー９４２と、高圧チャンバー９４１と、低圧チャンバー９４２を高圧チャンバー９４１に連結するピストン９４３とを有する。また、増圧器９７５は、低圧チャンバー９４２に連結された入力部９７５０と高圧チャンバー９４１に連結された出力部９７５１とを有する。図８の増圧器９０８と同様に、入力部９７５０で生じる低圧は、出力部９７５１で生じる高圧に変換される。一つの実施形態では、空気圧制御装置９４４は、ジョージア州３００８７、ストーンマウンテン、センターパークコート２２２０にあるＴＳＩソリューションから販売されているＭＡＣ ＰＰＣ９３Ａを含む。また、一つの実施形態では、フィルター９６１は、３ミクロンフィルターである。
【００６８】
増圧器９７５の出力部９７５１は、流方向制御装置９６６に連結され、チェックバルブ９６３の入力部とニードルバルブ９６４の入力部とに連結されている。流方向制御装置９６６の出力部、ひいては、チェックバルブ９６３の出力部およびニードルバルブ９６４の出力部は、圧力リリーフバルブ９４５に連結されている。圧力リリーフバルブ９４５は、フィルター９６１およびソレノイドバルブ９６０に連結されている。ソレノイドバルブ９６０の出力部は、フィルター９６１に連結されている。フィルター９６１は、低圧の油圧油を供給するために用いられる油圧油容器９６７に連結されている。ソレノイドバルブ９６０の出力部は、差圧スイッチ９３２およびシール付勢器９５０に連結されている。シール付勢器９５０の内部空洞９５０１（シール付勢空洞）は、ソレノイドバルブ９５１の出力部９５１０に配管されることによって連結されている。また、圧力リリーフバルブ９６１は、パイプに連結されている。ソレノイドバルブ９５１の第一出力部９５１１は、空気作動バルブ９５２の出力部に連結されている。空気作動バルブ９５２の入力部は、圧縮空気供給器９７２に連結されている。ソレノイドバルブ９５１の第二出力部９５２１は、通風孔９７１に連結されている。
【００６９】
図１１に示すように、処理空間９８０は、圧力変換器９３１および差圧スイッチ９３２に連結されている。圧力調整器ユニット９４４の第一入力部９４４０は、圧力変換器９３１に連結され、圧力調整器ユニット９４４の第二入力部９４４１は、外部セットポイント９４６に連結され、圧力調整器ユニット９４４の第三入力部９４４４は、圧縮空気供給器９９９に連結されている。圧力調整器ユニット９４４の第一出力部９４４２は、圧力リリーフバルブ９４７および通風孔（図示略）を介して外気に連結されている。圧力調整器ユニット９４４の第二出力部９４４３は、増圧器９７５の入力部９７５０に連結されている。圧力リリーフバルブ９４７は、パイプによって増圧器９７５の入力部９７５０に連結され、同様に圧力変換器９３４にも連結されている。圧力変換器は、空気作動バルブ９４７と増圧器９７５の入力部９７５０の間の圧力を監視するために用いられる。
【００７０】
作動中、ワーク（図示略）は、圧盤９８２の表面から延びるピン（図示略）に配置される。また、ワークは、ピンを引っ込めることによって圧盤９８２の表面に配置され、その後、ピンを伸ばすことによって表面から取り除かれる。ピンと圧盤の表面との関係は、ピン位置センサー９２５によって監視される。ピンの使用は、例えば、「リフト機構を有する半導体ウエハーの高圧互換バキュームチャック」を発明の名称とした２００２年１１月６日に出願された特許文献４に記載されており、これを引用することによって本明細書の記載に替えることとする。
【００７１】
次に、図８の処理組立体３００に関して前述したように、処理チャンバー９２０を閉じるために、低圧油が、油圧油容器９６７から空気作動バルブ９６０の入力部を介してシール付勢空洞９５０１内へ送られる。次に、ワークを処理するために、超臨界ＣＯ2のような処理物質が処理空間９８０内に注入される。処理空間９８０内の圧力（処理圧力）が圧力変換器９３１によって電気信号へ変換される。電気信号は、圧力調整器ユニット９４４に送信され、対応する圧力のような機械的な出力信号を発する。通常作動中、機械的出力信号は、増圧器９７５の入力部９７５０に送信される。そして、増圧器９７５は、その出力部９７５１に高圧出力を発生させる。図８の処理組立体３００に関して前述したように、処理チャンバー９２０をシールするために、高圧出力は、流方向制御装置９６６を介してシール付勢空洞９５０１へ送られる。
【００７２】
異常作動中、流方向制御装置９６６の出力部をフィルター９６１、ひいては、油圧油容器９６７に作用上の関係をもって連結するために圧力リリーフバルブ９４５が用いられる。あるいは、異常処理中、流方向制御装置９６６の出力部を油圧油容器９６７に作用上の関係をもって連結するためにソレノイドバルブ９６０が用いられてもよい。
【００７３】
圧力リリーフバルブ９４７は、入力部９７５０の圧力が設定値に達すると増圧器９７５の入力部９７５０を通気するように、増圧器９７５の低圧側でのフェイルセーフ機構として機能する。また、圧力リリーフバルブ９４５は、出力部９７５１の圧力が設定値に達すると増圧器９７５の出力部９７５１を通気するように、増圧器９７５の高圧側での同様の機能を果たす。
【００７４】
ワークが処理空間９８０内で処理されているときに、処理圧力が圧力変換器９３１によって圧力調整器ユニット９４４に送信される電気信号に変換される。すると、圧力調整器ユニット９４４は、増圧器９７５の入力部９７５０に送られる低圧を発生させる。低圧は、増圧器９７５の入力部９７５０に送られたときに出力部９７５１に発生する高圧に変換されて処理力に略等しいシール力を発生させる圧力である。作動中、圧力調整器ユニット９４４は、外部セットポイント９４６を圧力変換器９３１からの電気（フィードバック）信号と比較する。外部セットポイント９４６がフィードバック信号よりも小さい場合、圧力調整器ユニット９４４は、圧力リリーフバルブ９４７を介して増圧器９７５を外気に通気する。外部セットポイント９４６がフィードバック信号よりも大きい場合、圧力調整器ユニット９４４は、圧縮空気を圧縮空気供給器９９９から圧力調整器ユニット９４４の入力部９４４４に送り、出力部９４４３を介して増圧器９７５の入力部９７５０内へ送る。このようにして、シール力は処理力に追従して調整される。
【００７５】
もちろん、圧力リリーフバルブ９４５、９４７、９６８は、構成要素間に伝達される圧力が決して既定値を超えないことを保証している。また、圧力変換器９３０、９３４は、処理機構６００内で用いられるパイプに沿って圧力を表示し、監視するために用いられている。
【００７６】
また、本発明の他の構成は、処理圧力とシール力との間の関係を有効に使うことによって、図１１の処理空間９８０のような処理空間を効率的に維持するためにも使用可能である。本発明の一つの実施形態は、処理圧力を処理力に関連づける式を用い、最低限のシール力を算出するためにその式を用いる。この最小値にシール力を制限することによって、処理空間は、最低限必要とされるエネルギーを有効に用いることで維持される。
【００７７】
（１）プレートの第一面の断面積とプレートの第二面の断面積とが異なり、（２）第一面に働く圧力と第二面に働く圧力との間の圧力差が一定である場合、（３）プレート上の最終的な力は一定でなく可変であると考えられる。従って、例えば、圧力Ｐ１が断面積Ａ１の第一面に生じ、圧力Ｐ２が断面積Ａ２の第二面に生じる場合、プレート上の最終的な力（ΔＦ）は、式１によって与えられる。
ΔＦ＝Ｐ１＊Ａ１−Ｐ２＊Ａ２ …（１）
ここで、ΔＦは、プレートの片側の、プレートの反対側よりも大きい割増力に相当する。プレートが完全に釣り合っている場合、ΔＦは、０に等しい。もちろん、プレートが処理空間を形成するために用いられる場合には、プレートを釣り合わせることによって（すなわち、ΔＦ＞０を保つことによって）処理空間が維持される。ΔＦが０よりも大きい場合、処理空間は、必要以上の余分で不必要なエネルギーを必要とする大きい力を用いて維持されている。
【００７８】
式１を再び参照すると、Ａ１がＡ２に等しい場合、ΔＦは、Ａ１＊（Ｐ１−Ｐ２）に等しく、したがって、圧力差Ｐ１−Ｐ２（＝ΔＰ）が一定である場合、ΔＦは、一定である。ΔＰが一定でない場合、ΔＦは、ΔＰに関して直線的に変化する。Ａ１がＡ２に等しくない場合には、ΔＦとΔＰとの間の関係は異なり、本発明によって有効に用いられる関係である。実際には、最終的な力ΔＦは、必ずしも圧力差Ｐ１−Ｐ２に比例するとは限らないと考えられる。従って、例えば、Ａ１＝１００ｉｎ2、Ａ２＝２００ｉｎ2、Ｐ１＝３，０００ｌｂｆ／ｉｎ2、Ｐ２＝１，６００ｌｂｆ／ｉｎ2の場合に、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）またはΔＰ＝３，０００ｌｂｆ／ｉｎ2−１，６００ｌｂｆ／ｉｎ2＝１，４００ｐｓｉｄ（「ｐｓｉｄ」はポンド／平方インチ差圧力を意味する）となる。そのとき、最終的な力ΔＦは、Ｐ２＊Ａ２−Ｐ１＊Ａ１＝１，６００ｌｂｆ／ｉｎ2＊２００ｉｎ2−３，０００ｌｂｆ／ｉｎ2＊１００ｉｎ2＝２０，０００ｌｂｆｄ（「ｌｂｆｄ」は重量ポンド差圧力を意味する）となる。しかし、ΔＰが変化しないように（すなわち、１，４００ｐｓｉｄの状態であるように）Ｐ１＝２，５００ｌｂｆ／ｉｎ2とＰ２＝１，１００ｌｂｆ／ｉｎ2である場合に、ΔＦはＰ２＊Ａ２−Ｐ１＊Ａ１＝１，１００ｌｂｆ／ｉｎ2＊２００ｉｎ2−２，５００ｌｂｆ／ｉｎ2＊１００ｉｎ2＝−３０，０００ｌｂｆｄとなる。従って、圧力が変化するときに、たとえ、ΔＰが一定の状態でも、ΔＦは、大きさと方向を変更することができる。図１１の処理機構６００のような処理機構において、ΔＦは、処理空間９８０のような処理空間内の圧力（Ｐｖｏｌ）と共に変化する。
【００７９】
後述するように、本発明の実施形態は、処理空間を効率的に維持するために、この関係を有効に使用する。上述した例を用いると、Ｐ１が増加すれば、ΔＦも増加する。図１１を参照すると、Ｐ１は、処理空間９８０内の圧力（Ｐｖｏｌ）に相当し、Ｐ２は、シール圧力（Ｐｓｅａｌ）に相当する。従って、Ｐｖｏｌが増加し且つΔＰが一定に維持されるときには、ΔＦが不必要に増加する。ΔＦ（ひいては、Ｐｓｅａｌ）は、処理空間を維持する間、エネルギーを節約するために減少する。（ＰｓｅａｌがＰｖｏｌに追従しなくてもよい）この非線形関係が、処理空間を維持するのに用いられる処理機構内へのエネルギー入力を減らすために用いられる。エネルギーは、例えば、図１１のＭＡＣバルブ９４４の入力部９４４４で処理機構内へ注入される。
【００８０】
先の検討および以下のグラフが、圧力差ΔＰが略一定である処理機構を表している。この限定は、主に、議論を単純化するために用いられる。また、ＭＡＣバルブ９４４を制御するアルゴリズムを単純化するためにも用いられる。もちろん、ΔＰは、本発明の実施形態に従って変更することができる。
【００８１】
図１２を本発明の背後にある原理を説明するために用いる。図１２は、時間ｔ1をｔ8に増加させる一つまたは複数の処理サイクルに関する、図１１の処理機構１１の圧力または力対時間のグラフ１２００である。グラフ１２００は、左側の縦軸と右側の縦軸との二つの縦軸を有する。「圧力」とラベル表示しているｐｓｉｇまたはｐｓｉｄの単位の左側の縦軸は、以下に詳述するように、線２１０、２１５、２２０によって表される値を測るために用いられる。「力」とラベル表示しているｌｂｆまたはｌｂｆｄの単位の右側の縦軸は、同様に以下により詳述するように、線２２５、２３０、２３５で表された値を測るために用いられる。なお、グラフ１２００は、横軸に時間を示しているが、グラフ１２００は、圧力差と力差との間の関係を説明するために用いられ、同様に、力対圧力のグラフとして参照することができる。
【００８２】
図１１を参照すると、処理機構６００は、処理空間９８０を有する。処理空間９８０は、（１）処理空間９８０の面９８９に働く処理力と、（２）油圧ピストン９６５の面９５０２に働くシール力とを釣り合わせることによって維持される。ΔＦが処理空間９８０を維持するために必要とされる先の割増力に相当する。一つの実施形態において、面９５０２の断面積は、面９８９の断面積よりも大きい。好ましくは、処理機構６００は、高圧処理を行うように構成されている。例えば、処理機構６００は、超臨界ＣＯ2を処理空間９８０内に注入し、あるいは、超臨界ＣＯ2を処理空間９８０内で発生させるように構成される。好ましくは、処理空間９８０は、超臨界温度と超臨界圧力とに耐えるように構成され、ＣＯ2供給容器のような超臨界物質を供給するための容器に連結されている。
【００８３】
グラフ１２００は、測定に左側の縦軸を用いて、時間に対する圧力のプロットを三本の線で示している。すなわち、Ｐｖｏｌがｐｓｉｇで測定されるＰｖｏｌ対時間の線２１０と、Ｐｓｅａｌがｐｓｉｇで測定されるＰｓｅａｌ対時間の線２１５と、そして、ｐｓｉｄで測定され、ΔＰがＰｓｅａｌ−Ｐｖｏｌと等しいΔＰ対時間の線２２０である。同様に、グラフ１２００は、時間に対する力のプロットを三本の線で示している。すなわち、ｌｂｆで測定され、面９８９に働く力対時間の線２２５と、ｌｂｆで測定され、面９５０２に働く計算された油圧力対時間の線２３０と、ｌｂｆｄで測定され、線２２５と線２３０の間の差分であって計算されたシール力であるΔＦ対時間の線２３５である。線２２０は、ΔＰが略一定の状態である場合に、ΔＦが圧力の減少に応じて減少することを示している。
【００８４】
表１は、図１２のグラフ１２００をプロットするために用いられる値を一覧表にしている。表１を参照すると、「処理圧力」と表示された第二列には、Ｐｖｏｌの値が入っている。「シール圧力」と表示された第三列には、処理空間９８０を維持するために十分なＰｓｅａｌの値が入っている。「ＭＡＣ圧力」と表示された第一列には、処理空間９８０を維持するのに十分な力を発生させるために十分なシール圧力（Ｐｓｅａｌ）に変換されるＭＡＣバルブ９４４によって発生される圧力の値が入っている。「ΔＰ」と表示された第四列には、第二列および第三列の対応する値の間の差分（ΔＰ＝Ｐｓｅａｌ−Ｐｖｏｌ）の値が入っている。「処理力」と表示された第五列には、面９８９に生じる力の値が入っている。「シール力」と表示された第六列には、面９５０２に生じる力の値が入っている。「ΔＦ」と表示された第七列には、第五列および第六列の対応する値の間の差分の各値が入っている。
【００８５】
図１３は、表１におけるいくつかの点において、１０００ｌｂｆｄ単位系の力の差分ΔＦ対ｐｓｉｇ単位系のＰｖｏｌをプロットしたグラフ１３００を示している。グラフ１３００は、ΔＰが略一定である場合には、ΔＦは、Ｐｖｏｌと共に直接的に変化することを示している。もちろん、この関係は、ΔＰが略一定でなく変化する場合であっても、同様に保たれる。例として、グラフ１３００は、ΔＰが１９６ｐｓｉｄと２２６ｐｓｉｄとの間で変化するが略一定であるときに処理圧力が２８ｐｓｉｇと１２１８ｐｓｉｇとの間にあることを示している。
【００８６】
この関係は、二つの結論を有している。第一に、処理空間を維持するため（すなわち、処理シールを維持するため）に最低限必要な力が存在する場合、最小の圧力であっても処理空間を維持するために十分な力があるようにΔＰを選択しなければならない。この場合、圧力が上昇するにつれ、最終的な力ΔＦが、先のこの最低限のレベル（ΔＦｔｈｒｅｓｈ）を超えて非効率の処理を増加させる。その代わりに、ＭＡＣバルブ９４４は、ΔＦがΔＦｔｈｒｅｓｈを決して超えないように、処理空間を維持するのに最低限のエネルギーを用いて制御されるように最適化される。第二の結論は、所要のシール力（すなわち、Ｐｓｅａｌ）が処理力（すなわち、Ｐｖｏｌ）よりも緩やかな割合で増加する場合、Ｐｓｅａｌは、Ｐｖｏｌに後れを取り、まだ処理空間を維持することが可能である。従って、シール力を発生させるために用いられるＭＡＣバルブ９４４の応答時間は、処理圧力における変化と同じくらい早い必要はない。
【表１】
再び図１１を参照すると、ＭＡＣバルブ９４４は、上式１の関係に従うように制御される。例えば、ＭＡＣバルブ９４４は、本発明に従ってＰｓｅａｌ（すなわち、シール力）を効率的に変更するようにプログラムされ或いはＭＡＣバルブ９４４を制御する制御装置に連結されている。ＭＡＣバルブ９４４は、上述したように、最終的に必要なＰｓｅａｌ、すなわち、シール力に変換される圧力を発生させるようにプログラムされる。
【００８７】
また、ＭＡＣバルブ９４４は、ΔＦが閾値ΔＦｔｈｒｅｓｈを下回らないように制御される。ΔＦｔｈｒｅｓｈは、例えば、わずかな圧力の揺れを許容し、たとえ、ＭＡＣバルブ９４４がＰｖｏｌの変化に応じてＰｓｅａｌをゆっくりと増加させても、処理空間が維持されることを保証する力の差分に相当する。もちろん、ＭＡＣバルブ９４４は、処理空間９８０を一定に維持するのに十分素早く圧力間を切り替わるように構成されていなければならない。
【００８８】
図１４は、本発明の一つの実施形態のシール工程１４００を示している。第一工程１４０１、すなわち、スタート工程では、初期化工程が実行される。図１１を参照すると、第一工程１４０１では、ウエハーが圧盤９８２に配置され、処理空間９８０が形成される。他の初期化工程は、処理空間９８０内で達成される最大処理圧力を決定したり、他の処理パラメーターを算出したりすること等を含む。次に、工程１４０２において、処理空間９８０を維持するために最小力差分（ΔＦｔｈｒｅｓｈ）が必要とされているか否かが判断される。最小力差分が必要であるときには、工程１４１０が実行され、さもなければ、工程１４０５が実行される。
【００８９】
工程１４１０では、最小力差分が算出される。工程１４０５では、ΔＦｔｈｒｅｓｈが０ｌｂｆに設定される。なお、工程１４０５において、ΔＦｔｈｒｅｓｈが環境に適した別の値に設定されてもよい。工程１４１０または工程１４０５の後に、工程１４１５が実行される。
【００９０】
工程１４１５では、ウエハーが処理空間９８０内で処理される。次に、工程１４２０において、ＰｖｏｌおよびＰｓｅａｌが読み込まれ、Ｐｓｅａｌが処理空間９８０を維持するように変更される。本発明の一つの実施形態では、Ｐｓｅａｌが処理空間９８０を効率的に維持するように上式１に従って変更される。つまり、Ｐｓｅａｌは、Ｐｖｏｌに遅れを取り、確実にΔＦ＞ΔＦｔｈｒｅｓｈとなるようにすることによって処理空間９８０をまだ維持するように設定される。なお、単純化のため、図１４は、工程１４２０が工程１４１５の後に実行されるように示しているが、当然のことながら、工程１４２０は、工程１４１５中、つまり、ウエハーが処理されている間に実行される。
【００９１】
次に、工程１４３０において、ウエハーの処理が完了したか否かが判断される。処理が完了していないときには、工程１４２０が再び実行される。処理が完了しているときには、工程１４３５が実行される。工程１４３５では、処理空間９８０が非処理状態に戻り、処理空間９８０が開放され、ウエハーが圧盤９８２から取り除かれる。次に、工程１４４０において、処理工程が完了する。
【００９２】
前述のように、Ｐｓｅａｌは、本発明に従って、工程１４２０を実行するようにプログラムされたＭＡＣバルブ９４４によって制御される。前述のように、ＭＡＣバルブ９４４は、上式１に記載の通り、シール力に変換される圧力を発生させるようにプログラムされるか、さもなければ、制御される。
【００９３】
特許請求の範囲によって定めされる本発明の意図と範囲から逸脱することなく他の様々な改良が実施形態にできることは、当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００９４】
１０１ 処理チャンバー
１１０ 上部要素
１４０ 処理空間
１５０ 下部要素
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部要素と下部要素とを具備し、これら上部要素および下部要素が接合されて処理空間を形成するように構成されており、下部要素に対して上部要素を維持して処理空間を維持するように構成されたシール付勢器をさらに具備し、該シール付勢器が処理空間内で発生する処理圧力に対して非線形に変化するシール付勢空洞内のシール圧力を制御するように構成されている装置。
【請求項２】
前記シール付勢器が前記上部要素および下部要素の一方に対する負ではない最終的な力を閾値以上において最小化するように構成されており、Ｐ１がシール圧力であり、Ｐ２が処理圧力であり、Ａ１がシール付勢空洞の断面積であり、Ａ２が処理空間の断面積であるとした場合に前記最終的な力が式Ｐ１＊Ａ１−Ｐ２＊Ａ２に従う請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記シール付勢器が処理サイクル中に圧力差Ｐ１−Ｐ２を略一定に維持するように構成されている請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記シール付勢器が第一空洞と前記シール付勢空洞とを有し、該第一空洞が前記シール付勢空洞に連結され、前記シール付勢器が前記第一空洞内で発生する第一圧力が該第一圧力よりも大きい前記シール付勢空洞内の第二圧力を発生させるように構成されている請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記断面積Ａ１が前記断面積Ａ２よりも大きい請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記処理空間に連結された超臨界状態を発生させる手段をさらに具備する請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記処理空間に連結されたＣＯ2供給容器をさらに具備する請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記上部要素と下部要素とが超臨界処理チャンバーを形成する請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記シール付勢器が前記下部要素に連結され且つ前記処理空間を維持するように構成された油圧ピストンを有する請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
上部要素と下部要素とを具備し、これら上部要素および下部要素が接合されて処理空間を形成するように構成されており、処理空間を維持するために上部要素および下部要素間のシールを維持する手段をさらに具備し、該シールを維持する手段が処理空間内で発生する処理圧力に対して非線形に変化するシール付勢空洞内のシール圧力を制御するように構成されている装置。
【請求項１１】
処理空間を維持する方法であって、処理空間内で処理圧力を発生させる工程と、処理空間を形成すると共に該処理空間を維持するようにシール圧力を制御する工程とを具備し、前記シール圧力が処理サイクル中に前記処理圧力に対して非線形に変更される方法。
【請求項１２】
Ｐ１がシール圧力であり、Ｐ２が処理圧力であり、Ａ１がシール付勢空洞の断面積であり、Ａ２が処理空間の断面積であるとした場合に前記シール圧力が式ΔＦ＝Ｐ１＊Ａ１−Ｐ２＊Ａ２によって前記処理圧力に関連づけられ、ΔＦを閾値よりも大きく維持するように前記シール圧力が変更される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記処理空間の断面積が前記シール付勢空間の断面積よりも小さい請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記処理圧力を発生させる工程が前記処理空間内の高圧処理流体を収容することを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記高圧処理流体が超臨界二酸化炭素を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記シール圧力を制御する工程が前記シール付勢空間内の油圧を発生させることを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１】
上部要素と下部要素とを具備し、これら上部要素および下部要素が接合されて処理空間を形成するように構成されており、下部要素に対して上部要素を維持して処理空間を維持するように構成されたシール付勢器をさらに具備し、該シール付勢器が処理空間内で発生する処理圧力に対して非線形に変化するシール付勢空洞内のシール圧力を制御するように構成されている装置。
【請求項２】
前記シール付勢器が前記上部要素および下部要素の一方に対する負ではない最終的な力を閾値以上において最小化するように構成されており、Ｐ１がシール圧力であり、Ｐ２が処理圧力であり、Ａ１がシール付勢空洞の断面積であり、Ａ２が処理空間の断面積であるとした場合に前記最終的な力が式Ｐ１＊Ａ１−Ｐ２＊Ａ２に従う請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記シール付勢器が処理サイクル中に圧力差Ｐ１−Ｐ２を略一定に維持するように構成されている請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記シール付勢器が第一空洞と前記シール付勢空洞とを有し、該第一空洞が前記シール付勢空洞に連結され、前記シール付勢器が前記第一空洞内で発生する第一圧力が該第一圧力よりも大きい前記シール付勢空洞内の第二圧力を発生させるように構成されている請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記断面積Ａ１が前記断面積Ａ２よりも大きい請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記処理空間に連結された超臨界状態を発生させる手段をさらに具備する請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記処理空間に連結されたＣＯ2供給容器をさらに具備する請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記上部要素と下部要素とが超臨界処理チャンバーを形成する請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記シール付勢器が前記下部要素に連結され且つ前記処理空間を維持するように構成された油圧ピストンを有する請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
上部要素と下部要素とを具備し、これら上部要素および下部要素が接合されて処理空間を形成するように構成されており、処理空間を維持するために上部要素および下部要素間のシールを維持する手段をさらに具備し、該シールを維持する手段が処理空間内で発生する処理圧力に対して非線形に変化するシール付勢空洞内のシール圧力を制御するように構成されている装置。
【請求項１１】
処理空間を維持する方法であって、処理空間内で処理圧力を発生させる工程と、処理空間を形成すると共に該処理空間を維持するようにシール圧力を制御する工程とを具備し、前記シール圧力が処理サイクル中に前記処理圧力に対して非線形に変更される方法。
【請求項１２】
Ｐ１がシール圧力であり、Ｐ２が処理圧力であり、Ａ１がシール付勢空洞の断面積であり、Ａ２が処理空間の断面積であるとした場合に前記シール圧力が式ΔＦ＝Ｐ１＊Ａ１−Ｐ２＊Ａ２によって前記処理圧力に関連づけられ、ΔＦを閾値よりも大きく維持するように前記シール圧力が変更される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記処理空間の断面積が前記シール付勢空間の断面積よりも小さい請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記処理圧力を発生させる工程が前記処理空間内の高圧処理流体を収容することを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記高圧処理流体が超臨界二酸化炭素を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記シール圧力を制御する工程が前記シール付勢空間内の油圧を発生させることを含む請求項１２に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−９７１０１（Ｐ２０１１−９７１０１Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１４２９０（Ｐ２０１１−１４２９０）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【分割の表示】特願２００６−５３４２１０（Ｐ２００６−５３４２１０）の分割
【原出願日】平成１６年１０月１日（２００４．１０．１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４２９０（Ｐ２０１１−１４２９０）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【分割の表示】特願２００６−５３４２１０（Ｐ２００６−５３４２１０）の分割
【原出願日】平成１６年１０月１日（２００４．１０．１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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