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1. Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Bearbeitung von Halbleiterwafern
und insbesondere das Erwärmen
von Fluiden in einem Nahkopf.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Die
Herstellung von Halbleiterwafern umfasst typischerweise vielfältige sich
wiederholende Herstellungsschritte, wie beispielsweise Implantiervorgänge, Materialabscheidung,
Planarisierung und Ätzen.
Nach jedem Herstellungsschritt können
Rückstände auf
einer Oberfläche
des Halbleiterwafers verbleiben. Daher wird typischerweise ein Reinigungsschritt
zwischen den Herstellungsschritten verwendet, um Partikel und anderes
unerwünschtes
Material, die auf der Oberfläche
des Halbleiterwafers verblieben sind, zu entfernen. Beispielhafte
Partikel können
Siliziumstaub, Siliziumdioxid, Überreste
von Aufschlämmmaterial,
Metallflocken und Silikatpartikel umfassen.
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Der
Reinigungsschritt kann einen Spülschritt,
einen Schleuder-Schritt und einen Trockenschritt umfassen. Während des
Spülschritts
kann eine Fluidzuführeinrichtung,
wie beispielsweise eine Sprühvorrichtung
oder eine Tauchvorrichtung ein Reinigungsfluid aufbringen, um die
Oberfläche
des Halbleiterwafers zu benetzen. Beispielsweise kann das Reinigungsfluid
durch die Sprühvorrichtung
auf die Oberfläche
des Halbleiterwafers aufgesprüht werden.
Als Alternative kann der Halbleiterwafer durch die Tauchvorrichtung
in das Reinigungsfluid eingetaucht werden. Nach dem Spülschritt
kann der Wafer rotiert werden, um die Partikel zusammen mit dem
Reinigungsfluid herunterzuschleudern. Anschließend kann ein Trockenschritt
auf der Oberfläche
des Halbleiterwafers verbliebene Tröpfchen trocknen. Während des
Reinigungsschritts oder während
anderer Halbleiterherstellungsschritte kann es erwünscht sein,
das auf die Oberfläche
des Halbleiterwafers aufzubringende Fluid zu erwärmen. Ein Beispiel einer Vorrichtung
nach dem Stand der Technik kann in der
WO 03/014416A (Ebara Corporation) mit
dem Titel „Plating
Device and Method" ("Plattierungsvorrichtung
und Verfahren")
und in der
WO 99/16109A (Interuniversitair
Micro-Electronica Centrum Vereniging Zonda Winstbej) mit dem Titel „Method
and Apparatus for Removing a Liquid From a Surface" ("Verfahren zum Entfernen
von Flüssigkeit von
einer Oberfläche") und weiter in der
JP 2001220688A (Matsushita
Electric Industrial Co. Ltd.) mit dem Titel „Thin Film Deposition System
and Thin Film Deposition Method" ("Dünnschicht-Abscheidungssystem
und Dünnschicht-Abscheidungsverfahren") und weiter in der
JP-A-09312314 (NEC Corporation)
mit dem Titel „Flip
Chip Mounting Mechanism" ("Flip-Chip-Montagemechanismus") gefunden werden.
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Typische
Heizmechanismen für
Halbleiterwafer-Bearbeitungssysteme umfassen eine mit einer Fluidquelle
verbundene Heizeinrichtung. Die Fluidquelle liefert Fluid, wie beispielsweise
das Reinigungsfluid, zu der Heizeinrichtung, die das Reinigungsfluid
auf eine gewünschte
Temperatur erwärmt. Anschließend strömt das Fluid
weiter zu der Sprühvorrichtung
oder der Tauchvorrichtung.
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Die
Verwendung der vorstehend beschriebenen Schritte für derzeitige
Halbleiterwafer-Bearbeitungssysteme kann jedoch ineffizient sein.
Beispielsweise kann es zu Wärmeverlusten
bei dem erwärmten
Reinigungsfluid kommen, während
es sich von der Heizeinrichtung zu der Fluidzuführeinrichtung bewegt. Wenn
das erwärmte
Reinigungsfluid dann in Kontakt mit der Oberfläche des Halbleiterwafers kommt,
kann die Temperatur des Reinigungsfluids niedriger als die gewünschte Temperatur
sein.
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Angesichts
der vorstehenden Ausführungen besteht
ein Bedarf an einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Erwärmen von
Fluid bei einem Halbleiterwafer-Bearbeitungssystem,
die es ermöglichen, dass
erwärmtes
Fluid mit einer gewünschten
Temperatur zu einem Halbleiterwafer geleitet wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Allgemein
ausgedrückt,
besteht die vorliegende Erfindung aus einer Vorrichtung und einem Verfahren
zum Erwärmen
von Fluid in einem Nahkopf gemäß den Patentansprüchen 1 und
9. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die vorliegende Erfindung
auf zahlreiche Arten umgesetzt werden kann, wie beispielsweise als
Prozess, als Vorrichtung, als System oder als Einrichtung. Mehrere
erfinderische Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend
beschrieben.
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Ein
Beispiel für
ein Verfahren zur Halbleiterwaferbearbeitung umfasst das Zuführen von
Fluid zu einem Nahkopf und das Erwärmen des Fluids innerhalb des
Nahkopfes. Das Verfahren umfasst auch das Zuführen des erwärmten Fluids
zu einer Oberfläche
eines Halbleiterwafers für
die Verwendung bei einem Waferbearbeitungsvorgang.
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Bei
einem Beispiel für
einen Nahkopf für
die Halbleiterwaferbearbeitung umfasst der Nahkopf einen Heizabschnitt,
der ausgebildet ist, eine Temperatur eines durch ihn strömenden Fluids
zu erhöhen. Der
Nahkopf umfasst auch einen in ihm an geordneten Sensor zum Messen
der Temperatur des durch den Heizabschnitt strömenden Fluids und einen in dem
Heizabschnitt angeordneten Kanal, wobei der Kanal zum Leiten des
Fluids durch den Heizabschnitt ausgebildet ist. Weiter umfasst der
Nahkopf eine Bodenoberfläche
mit mindestens einer Auslassöffnung und
mindestens einer Einlassöffnung,
wobei die mindestens eine Auslassöffnung strömungstechnisch mit dem in dem
Heizabschnitt angeordneten Kanal in Verbindung steht.
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Bei
einem Beispiel für
ein Halbleiterbearbeitungssystem umfasst das System eine Fluidquelle und
einen Nahkopf, der strömungstechnisch
mit der Fluidquelle in Verbindung steht. Weiter umfasst der Nahkopf
einen Heizabschnitt, der ausgebildet ist, eine Temperatur eines
durch ihn strömenden
Fluids zu erhöhen
und einen innerhalb des Nahkopfes angeordneten Sensor zum Messen
der Temperatur des durch den Heizabschnitt strömenden Fluids. Der Nahkopf
umfasst auch einen in dem Heizabschnitt angeordneten Kanal, wobei
der Kanal zum Leiten des Fluids durch den Heizabschnitt ausgebildet
ist. Der Nahkopf umfasst weiter eine Bodenoberfläche mit mindestens einer Auslassöffnung und
mindestens einer Einlassöffnung,
wobei die mindestens eine Auslassöffnung strömungstechnisch mit dem in dem Heizabschnitt
angeordneten Kanal in Verbindung steht. Das Beispiel für das System
umfasst auch ein erstes mit dem Nahkopf gekoppeltes Element, wobei das
erste Element zur Handhabung des Nahkopfes ausgebildet ist, und
ein zweites Element, das ausgebildet ist, den Halbleiterwafer zu
halten. Das zweite Element ist in der Lage, den Halbleiterwafer
in der Nähe
der Bodenoberfläche
des Nahkopfes zu platzieren.
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Andere
Aspekte der Erfindung werden durch die folgende genaue Beschreibung
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen deutlich, die in exemplarischer Weise die Prinzipien
der Erfindung darstellen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Beispiele
der Erfindung können
am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung im Zusammenhang
mit den beigefügten
Zeichnungen verstanden werden. In den Zeichnungen ist:
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1A eine
Seitenansicht, die einen Nahkopf mit einem Heizabschnitt gemäß einem
Beispiel der Erfindung zeigt;
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1B eine
Seitenansicht, die einen anderen Nahkopf mit einem Heizabschnitt
gemäß einem Beispiel
der Erfindung zeigt;
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1C eine
Seitenansicht, die ein Halbleiterwafer-Bearbeitungssystem mit dualen
Nahköpfen gemäß einem
Beispiel der Erfindung zeigt;
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1D eine
Seitenansicht, die ein Halbleiterwafer-Bearbeitungssystem mit einem
mit einer Energiequelle gekoppelten Nahkopf gemäß einem Beispiel der Erfindung
zeigt;
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2 eine
Seitenansicht, die einen Nahkopf mit einem Widerstandsheizelement
gemäß einem Beispiel
der Erfindung zeigt;
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3 eine
Seitenansicht, die einen anderen Nahkopf mit einem Widerstandsheizelement
gemäß einem
Beispiel der Erfindung zeigt;
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4 eine
Draufsicht, die einen Drähte
aufweisenden Heizabschnitt eines Nahkopfes gemäß einem Beispiel der Erfindung
zeigt;
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5 eine
Seitenansicht, die einen ein zirkulierendes Fluid aufweisenden Heizabschnitt
eines Nahkopfes gemäß einem
Beispiel der Erfindung zeigt;
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6 eine
weitere Seitenansicht, die einen ein zirkulierendes Fluid aufweisenden
Heizabschnitt eines anderen Nahkopfes gemäß einem Beispiel der Erfindung
zeigt;
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7A eine
Draufsicht, die ein Verfahren zum überstreichenden Bewegen eines
Nahkopfes gemäß einem
Beispiel der Erfindung zeigt;
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7B eine
Draufsicht, die ein Verfahren zum überstreichenden Bewegen eines
anderen Nahkopfes gemäß einem
Beispiel der Erfindung zeigt;
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7C eine
Draufsicht, die Bereiche eines Wafers zeigt, in denen der Heizabschnitt
eines Nahkopfes gemäß einem
Beispiel der Erfindung in Verwendung ist, und
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8 ein
Ablaufdiagramm, das Arbeitsvorgänge
zum Erwärmen
von Fluid in einem Nahkopf gemäß einem
Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Genaue Beschreibung
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Die
folgenden Beispiele beschreiben eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Erwärmen
von Fluid, das einer Oberfläche
eines Halbleiterwafers in einem Halbleiterwafer-Bearbeitungssystem
zugeführt
werden soll. Ein exemplarisches Halbleiterwafer-Bearbeitungssystem umfasst einen Nahkopf,
wie er in der
US-A-2004069329 mit
dem Titel „Method and
Apparatus for Drying Semiconductor Wafer Surfaces Using a Plurality
of Inlets and Outlets Held in Close Proximity to the Wafer Surfaces" ("Verfahren und Vorrichtung
zum Trocknen von Halbleiterwaferoberflächen mittels einer Vielzahl
von Ein- und Auslässen
in der Nähe
der Waferoberfläche") offenbart wird. Der
hier in den Zeichnungen dargestellte Nahkopf ist exemplarisch und
andere Beispiele können
einen Nahkopf mit jeder beliebigen Form umfassen, solange der Nahkopf
in der Lage ist, Fluid zu erwärmen.
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Für einen
Fachmann ist es jedoch ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung
ohne einige oder alle dieser speziellen Einzelheiten ausgeführt werden kann.
In anderen Fällen
wurden hinreichend bekannte Verfahrensschritte nicht im Einzelnen
beschrieben, um die Erfindung nicht unnötig zu verschleiern. Weiter
sind die hier beschriebenen Ausführungsformen exemplarischer
Natur. Ein Fachmann wird beim Lesen der Beschreibung und beim Studium
der Zeichnungen verstehen, dass verschiedene Änderungen, Zufügungen,
Vertauschungen und Entsprechungen möglich sind. Es ist daher beabsichtigt,
dass alle derartigen Änderungen,
Zufügungen,
Vertauschungen und Entsprechungen in den Sinn und Umfang der offenbarten
Ausführungsformen
fallen.
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Die 1A ist
eine Seitenansicht, die einen Nahkopf 110 mit einem Heizabschnitt 190 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Bei einem exemplarischen Halbleiterwafer-Bearbeitungssystem 100 ist
der Nahkopf 110 über
ein Verbindungsstück 130 mit
einer Fluidquelle 120 verbunden. Die Fluidquelle 120 liefert
ein Fluid, das in Halbleiterwafer-Herstellungsvorgängen verwendet
wird. Beispiele für
Fluide können
deionisiertes Wasser (DIW), eine Chemikalie, eine Kombination aus
der Chemikalie und DIW und eine Kombination aus der Chemikalie und
Wasser umfassen. Für
einen Fachmann ist es jedoch selbstverständlich, dass jedes Fluid, das
für eine
Verwendung bei der Halbleiterwaferbearbeitung geeignet ist, in dem
Halbleiterwafer-Bearbeitungssystem 100 verwendet
werden kann.
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Obwohl
die 1A die Fluidquelle 120 dahingehend darstellt,
dass sie das Verbindungsstück 130 aufweist,
um das Fluid zu dem Nahkopf 110 zu leiten, kann bei einer
anderen Ausführungsform
die Fluidquelle 120 direkt mit dem Nahkopf 110 gekoppelt
sein. Nachdem der Nahkopf 110 das Fluid erhalten hat, strömt das Fluid
in den Heizabschnitt 190. Der Heizabschnitt 190 erwärmt das
Fluid auf eine eingestellte Temperatur. Weiter regelt der Nahkopf 110 die
Temperatur des Fluids, indem er Wärme zuführt oder wartet, bis das Fluid
in dem Heizabschnitt 190 die eingestellte Temperatur erreicht
hat. Bei Erreichen der eingestellten Temperatur strömt das Fluid durch
einen oder mehrere Auslassöffnungen
in einer Bodenoberfläche
des Nahkopfes 110. Das erwärmte Fluid kommt dann in Kontakt
mit einer Oberfläche
eines Wafers 150, der von einem Waferhalter 140 platziert
wurde. Der Waferhalter 140 ist in der Lage, den Wafer 150 in
der Nähe
der Bodenoberfläche
des Nahkopfes 110 zu halten.
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Bei
einigen Ausführungsformen
können
Substrate während
der Halbleiterwafer-Herstellungsvorgänge bearbeitet werden. Zum
Beispiel können
Substrate verschiedene Formen aufweisen, wie beispielsweise quadratische
oder rechteckige Formen, wie sie bei flachen Paneelsubstraten verwendet
werden. Aus Gründen
der Vereinfachung wird jedoch auf einen kreisförmigen Wafer, wie den Wafer 150,
Bezug genommen. Weiter kann der Wafer 150 rotieren oder
sich linear relativ zu dem Nahkopf 110 bewegen. Der tatsächliche
Durchmesser des Wafers 150 kann variieren. Die vorliegenden
Beispiele umfassen 200 mm-Wafer und 300 mm-Wafer. Für einen
Fachmann ist es jedoch klar, dass alle Wafergrößen und -formen möglich sind,
solange der Wafer 150 in der Nähe der Bodenoberfläche des
Nahkopfes 110 platziert werden kann.
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Das
dem Wafer 150 durch eine erste Auslassöffnung 192 zugeführte erwärmte Fluid
kann mit einem nicht erwärmten
Fluid kombiniert werden, das durch eine zweite Auslassöffnung 191 zugeführt wird. Dementsprechend
kann eine dritte Auslassöffnung 196 Isopropylalkohol
(IPA) zuführen,
während
eine Vakuumeinlassöffnung 194 sämtliche
Fluide von der Oberfläche
des Wafer 150 entfernt. Bei einigen Ausführungsformen
ist es möglich,
dass die dritte Auslassöffnung 196 keinen
IPA zuführt.
Somit entfernt die Vakuumeinlassöffnung 194 bei
einigen Ausführungsformen
nur das erwärmte
Fluid und das nicht erwärmte
Fluid. Jedes der Oberfläche
des Wafers 150 zugeführte
Fluid kann jede beliebige Ausdehnungsfläche haben. Beispielsweise kann
die Ausdehnungsfläche des
Fluids ungefähr
zwei Quadratzoll betragen. Jedoch ist jede Fluidausdehnungsfläche möglich, solange
das Fluid durch die Vakuumöffnung 194 von der
Oberfläche
des Wafers 150 entfernt wird.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann der Wafer 150 stationär sein, während sich der Nahkopf 110 relativ
zu dem Wafer 150 bewegt. Beispielsweise ist die 1B eine
Seitenansicht, die einen anderen Nahkopf 110 mit dem Heizabschnitt 190 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Der Nahkopf 110 kann sich in einer
Richtung 160 über
die Oberfläche
des Wafers 150 bewegen. Während der Bewegung liefert
der Nahkopf 110 durch eine Vielzahl von Öffnungen,
die in der Bodenoberfläche
des Nahkopfes 110 angeordnet sind, von dem Heizabschnitt 190 erwärmtes Fluid.
Für einen
Fachmann ist es klar, dass sich der Nahkopf 110 in jede
Richtung bewegen kann, solange der Nahkopf 110 nicht mit
dem Wafer 150 zusammenstößt.
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Während ein
Nahkopf 110 einer Oberfläche des Wafers 150 Fluid
zuführen
kann, ist die 1C eine Seitenansicht, die ein
Halbleiterwafer-Bearbeitungssystem 100 mit dualen Nahköpfen gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Die Nahköpfe 110 können sich
in die angedeuteten Richtungen, wie beispielsweise die Richtung 160,
bewegen. Die Nahköpfe 110 können sich
jedoch unterscheiden, wie mittels der dualen Nahköpfe gezeigt
wird. Beispielsweise zeigt der obere dargestellte Nahkopf 110 einen Heizabschnitt 190,
der einen kompletten oberen Abschnitt des Nahkopfes 110 einnimmt.
Alternativ dazu zeigt der untere dargestellte Nahkopf 110 einen
Heizabschnitt 190, der einen Teil des oberen Abschnitts des
Nahkopfes 110 einnimmt. Weiter ist der untere dargestellte
Nahkopf 110 mit einem Vorheizelement 170 gekoppelt.
Das Vorheizelement 170 ist in der Lage, die Temperatur
des in den Heizabschnitt 190 strömenden Fluids zu erhöhen. Damit
strömt
ein vorgewärmtes
Fluid in den Heizabschnitt 190, um schließlich auf
die eingestellte Temperatur erwärmt
zu werden. Das Vorheizelement 170 gestattet dem Fluid, höhere Temperaturen
zu erreichen. Weiter kann der Nahkopf 110 durch das Vorwärmen des
Fluids das Erwärmen
des vorgewärmten
Fluids in einer kürzeren
Zeitspanne besser regeln.
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Die 1D ist
eine Seitenansicht, die das Halbleiterwafer-Bearbeitungssystem 100 mit
dem mit einer Stromquelle 180 gekoppelten Nahkopf 110 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Im Gegensatz zu dem Nahkopf, der eine Vielzahl
von Auslassöffnungen
zum Zuführen
des erwärmten
Fluids aufweist, kann das erwärmte
Fluid bei einer anderen Ausführungsform
der Oberfläche
des Wafers 150 durch eine Auslassöffnung 192 zugeführt werden. Der
Heizabschnitt 190 ist in irgendeinem Teil des Nahkopfes 110 angeordnet.
Wie von den 1A bis 1D und
in den nachfolgenden Zeichnungen gezeigt ist, kann der Heizabschnitt 190 jede
Größe und Form
haben. Weiter kann der Heizabschnitt 190 einen Teil oder
einen kompletten Bereich des Nahkopfes 110 umgeben. Während der
Heizabschnitt 190 vollständig in dem Nahkopf 110 untergebracht
ist, kann der Heizabschnitt 190 darüber hinaus bei anderen Ausführungsformen
nur teilweise (nicht dargestellt) in dem Nahkopf 110 untergebracht
sein. Der Heizabschnitt 190 jeder Größe und Form kann jedoch in
jeder beliebigen Weise in dem Nahkopf 110 untergebracht
sein, solange der Heizabschnitt 190 in der Lage ist, das
Fluid zu erwärmen
und das erwärmte
Fluid dem Wafer 150 zuzuführen.
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Die
Fluide können
durch Verbindungsstücke, wie
beispielsweise das Verbindungsstück 130 in
den Heizabschnitt 190 strömen. Weiter können ein
oder mehrere Verbindungsstücke
mehrere Fluide in den Heizabschnitt 190 befördern. Beispielsweise
können Fluide
für einen
Reinigungsvorgang in das Verbindungsstück 130, das als das
erste Verbindungsstück 130 bezeichnet
werden kann, strömen.
In entsprechender Weise können
Fluide, wie beispielsweise Ätzchemikalien
für einen Ätzvorgang,
in ein zweites Verbindungsstück 132 strömen und
Fluide für
einen Plattierungsvorgang kön nen
in ein drittes Verbindungsstück 134 strömen. Für einen
Fachmann ist es natürlich
selbstverständlich,
dass ein oder mehrere Verbindungsstücke für jede Anzahl und Art von Fluiden
verwendet werden können.
Beispielsweise kann DIW in das erste Verbindungsstück 130 strömen und die
Chemikalie kann in das zweite Verbindungsstück 132 strömen. Somit
kann jede beliebige Anzahl Verbindungsstücke dem Heizabschnitt 190 Fluid
zuführen,
solange der Heizabschnitt 190 ausgebildet ist, das Fluid
zu erwärmen.
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Der
Nahkopf 110 ist mit der Stromquelle 180 verbunden.
Die Stromquelle 180 leitet einen Strom in den Nahkopf 110.
Ein elektrisch leitendes Material leitet den Strom in den Heizabschnitt 190,
um das Fluid zu erwärmen.
Bei anderen Ausführungsformen ist
es möglich,
dass keine Stromquelle 180 vorhanden ist. Wie beispielsweise
in den 5 und 6 gezeigt ist, wird die Stromquelle 180 nicht
benötigt, um
das Fluid in dem Heizabschnitt 190 zu erwärmen. Wenn
das Fluid mittels der Stromquelle 180 erwärmt wird,
kann die Stromquelle 180 ungefähr 3 kW produzieren, um das
Fluid zu erwärmen.
Dieser Wert ist jedoch lediglich exemplarisch und jeder andere Wert
ist möglich,
solange die Stromquelle 180 ausreichend Leistung produzieren
kann, um das Fluid in dem Heizabschnitt 190 zu erwärmen.
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Bei
anderen exemplarischen Ausführungsformen
ist jede Art von Energiequelle 180 möglich, die nicht auf Elektrizität beruht.
Beispielsweise ist es bekannt, dass Laser die Oberfläche von
Gegenständen
erwärmen.
Somit ist jede Art von Energiequelle 180 möglich, solange
die Energiequelle 180 in der Lage ist, dem Heizabschnitt 190 Wärme zuzuführen.
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Eine
Ausführungsform
umfasst auch einen Sensor 185 und eine Steuereinrichtung 188.
Der Sensor 185 ist in dem Nahkopf 110 angeordnet,
um die Temperatur des durch den Heizabschnitt 190 strömenden Fluids
zu messen. Ferner kann der Sensor 185 in dem Heizabschnitt 190 oder
außerhalb
des Heizabschnitts 190 angeordnet sein. Für einen
Fachmann ist klar, dass der Sensor 185 an jeder Stelle
angeordnet sein kann, solange der Sensor 185 die Temperatur
des Fluids messen kann. Bei einer Ausführungsform ist der Sensor 185 ein
Thermoelement. Es ist jedoch jede Art von Sensor 185 möglich, solange der
Sensor die Temperatur des Fluids messen kann.
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Mit
dem Sensor 185 ist die Steuereinrichtung 188 gekoppelt.
Die Steuereinrichtung 188 ist ausgebildet, die Temperatur
des Fluids in dem Heizabschnitt 190 zu regeln. Beispielsweise
kann ein Proportional-Differential-Integral-Regler (PID-Regler)
die Temperatur des Fluids regeln. Nach dem Einstellen der vorgegebenen
Temperatur, bei der es sich um eine Temperatur des Fluids handelt,
die die Oberfläche
des Wafers 150 erreichen soll, kann die Steuereinrichtung 188 die
Differenz zwischen einer aktuel len Temperatur des Fluids und der
eingestellten Temperatur ermitteln, indem sie Messwerte von dem
Sensor 185 erhält.
Die Steuereinrichtung 188 bestimmt dann die Menge des Stroms,
die dem Heizabschnitt 190 von der Stromquelle 180 zuzuführen ist.
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Eine
Software in einem mit der Steuereinheit 188 verbundenen
Computersystem kann ebenfalls die Steuereinrichtung 188 regeln.
Während
des Betriebs kann die Software beispielsweise die eingestellte Temperatur
auf 60°C
festlegen. Der Sensor 185 kann die Fluidtemperatur messen
und bestimmen, ob die Fluidtemperatur weniger als 60°C beträgt. Die
Software kann dann die Steuereinrichtung 188 verwenden,
um eine Temperaturdifferenz zu ermitteln und nach Bedarf Strom zuzuführen. Wenn
die Fluidtemperatur höher
als 60°C
ist, kann die Software untätig
bleiben und abwarten, bis das Fluid die eingestellte Temperatur
erreicht hat. Für
einen Fachmann ist klar, dass die zuzuführende Strommenge und die Wartezeit
zum Abkühlen
in die Software einprogrammiert sein kann. Bei anderen Ausführungsformen
ist jedes Verfahren zum Regeln der Fluidtemperatur möglich, entweder
unter Verwendung von Hardware oder von Software, solange der Heizabschnitt 190 in dem
Nahkopf 110 die Temperatur des Fluids erhöht.
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Die 2 ist
eine Seitenansicht, die den Nahkopf 110 mit einem Widerstandsheizelement
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Der Heizabschnitt 190 kann aus einem
Widerstandsheizelement bestehen. Beispiele für Widerstandsheizelemente können Materialien
wie Siliziumkarbid (SiC), Molybdändisilicid
(MoSi2) oder andere elektrisch leitende
Materialien einschließen.
Ein exemplarisches Material, wie Siliziumkarbid, ist in der Lage
auf über ungefähr 100°C erwärmt zu werden.
Das Widerstandsheizelement kann jedoch aus jedem Material bestehen,
solange das Material in der Lage ist, auf eine gleiche oder höhere als
die eingestellte Temperatur erwärmt
zu werden.
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Wie
in der 2 gezeigt ist, kann das Widerstandsheizelement
einen Abschnitt des Nahkopfes 110 einbeziehen. Beispielsweise
kann ein Abschnitt in der Nähe
der Bodenoberfläche
des Nahkopfes 110 das Fluid erwärmen, bevor es der Oberfläche des Wafers 150 zugeführt wird.
Bei anderen Ausführungsformen
kann der gesamte Nahkopf 110 aus dem Widerstandsheizelement
bestehen. Somit ist jede Zusammensetzung und Konfiguration des Widerstandsheizelements
möglich,
solange das Widerstandsheizelement in der Lage ist, das Fluid zu
erwärmen.
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Die
hier beschriebenen Ausführungsformen erzeugen
einen Fluidmeniskus 210 zwischen dem Nahkopf 110 und
der Oberfläche 150 des
Wafers. Der Fluidme niskus 210 kann über den Wafer 150 geführt werden,
um den Wafer 150 im Zusammenhang mit Halbleiterwafer-Herstellungsvorgängen zu
reinigen und zu trocknen. Beispielsweise kann der das erwärmte Fluid
umfassende Fluidmeniskus 210 bei Ätz- und Plattierungsvorgängen verwendet
werden. Für
einen Fachmann ist klar, das der das erwärmte Fluid umfassende Fluidmeniskus 210 bei
jedem Halbleiterwafer-Herstellungsvorgang
verwendet werden kann, solange der Nahkopf 110 das Fluid
erwärmt.
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Wenn
die Fluidquelle 120 dem Heizabschnitt 190 Fluid
zum Erwärmen
zuführt,
misst der Sensor 185 die Temperatur des Fluids. Eine oder
mehrere in Verbindung mit der Steuereinrichtung 188 durchgeführte Temperaturmessungen überprüfen die
Temperatur des Fluids. Der Zeitraum von dem Zuführen des Fluids zu dem Nahkopf 110 bis
zu dem Zuführen
des erwärmten
Fluids zu dem Wafer 150 variiert. Beispielsweise kann es
einen längeren
Zeitraum in Anspruch nehmen, die Temperatur des Fluids auf die eingestellte
Temperatur zu erhöhen
als abzuwarten, bis die Temperatur des Fluids auf die eingestellte Temperatur
abgesunken ist. Somit ist jeder Zeitraum möglich, solange die Temperatur
des Fluids die eingestellte Temperatur erreicht, bevor das erwärmte Fluid
dem Wafer 150 zugeführt
wird.
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Bei
dem Fluidmeniskus
210, der eine Temperatur von ungefähr 40°C bis ungefähr 95°C aufweist, umfasst
das erwärmte
Fluid hauptsächlich
Chemikalien auf Wasserbasis, wie beispielsweise DIW. Jedoch sind
bei anderen Ausführungsformen
andere Chemikalien möglich.
Bei einem Plattierungsvorgang beispielsweise, wie er in der
US-A-2004178060 mit dem
Titel „Apparatus
and Method for Depositing and Planarizing Thin Films of Semiconductor
Wafers" ("Vorrichtung und Verfahren
für die
Abscheidung und Planarisierung von Dünnfilmschichten von Halbleiterscheiben") offenbart wird,
kann der Fluidmeniskus
210 das eine Plattierungschemikalie
enthaltende erwärmte
Fluid der Oberfläche
des Wafers
150 zuführen.
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Nach
dem Anlegen von Strom an den Heizabschnitt 190 kann ein
Elektronentransfer das Fluid beeinflussen. Die 3 ist
beispielsweise eine Seitenansicht, die einen anderen Nahkopf 110 mit
einem Widerstandsheizelement 330 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Der Nahkopf 110 umfasst zwei Heizabschnitte 190,
die aus dem Widerstandsheizelement 320 und einem Isolator 330 bestehen.
Wenn dem Widerstandsheizelement 320 Strom zugeführt wird,
verhindert der Isolator 330 einen Elektronentransfer in
das Fluid, das der Oberfläche
des Wafers 150 zugeführt
wird. Beispiele für
den Isolator umfassen Polytetrafluorethylen (PTFE), das allgemein
als Teflon® bekannt
ist, sowie ein Saphirmaterial. Das PTFE kann eine Beschichtung sein,
die das Widerstandsheizelement 320 bedeckt, während das
Saphirmaterial Platten sein können,
die das Widerstandsheizelement 320 von dem Fluid trennen. Es
ist jedoch jede Art von Isolator möglich, solange der Isolator 330 in
der Lage ist, den Transfer von Elektronen in das Fluid zu verhindern.
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Wie
bei der Ausführungsform
der 3 dargestellt ist, kann der Heizabschnitt 190 eine
Auslassöffnung
umgeben. Obwohl ein vertikaler Heizabschnitt 190 dargestellt
wurde, sind auch horizontale Heizabschnitte 190, die das
Fluid leitende Kanäle umgeben,
möglich,
solange die Heizabschnitte 190 das Fluid in den Kanälen erwärmen. Alternative
Ausführungsformen
können
ausgewählte
Auslassöffnungen
umgeben, wodurch eine selektive Erwärmung von Fluiden ermöglicht wird.
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Die 4 ist
eine Draufsicht, die einen Drähte 420 aufweisenden
Heizabschnitt 190 des Nahkopfes 110 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Das Widerstandsheizelement kann auch Festkörperwiderstände wie
die Drähte 420 umfassen.
Die Drähte 420 können ein
Drahtnetz sein oder sie können
eine ungleichmäßige Form
aufweisen. Ungeachtet der Konfiguration der Drähte 420 sind die Drähte 420 ebenfalls
isoliert, um einen Elektronentransfer in das Fluid zu verhindern.
Beispielsweise kann ein Isolator 430, zum Beispiel Keramik,
das Fluid gegenüber den
Drähten 420 isolieren.
Wenn Strom an die Drähte 420 angelegt
wird, wird das durch den Heizabschnitt 190 strömende Fluid
auf die eingestellte Temperatur erwärmt. Wenn das erwärmte Fluid
die Oberfläche
des Wafers 150 erreicht, bildet der Nahkopf 110 den
Fluidmeniskus 210 (siehe 2). Wenn
sich der Wafer somit in einer Richtung 400 dreht, erzeugt eine
vorn liegende Kante 480 einen nassen Bereich auf dem Wafer 150 und
eine hintere Kante 490 erzeugt einen trockenen Bereich
auf dem Wafer 150. Der nasse Bereich wird durch das Zuführen von
erwärmtem
Fluid zu dem Wafer 150 erzeugt. Dementsprechend erzeugen
die Bewegung des Wafers 150 und des Nahkopfes 110 im
Zusammenhang mit dem Absaugen des erwärmten Fluids in den Nahkopf 110 den
trockenen Bereich.
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Die 5 ist
eine Seitenansicht, die einen ein zirkulierendes Fluid aufweisenden
Heizabschnitt 190 des Nahkopfes 110 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Bei einer exemplarischen Ausführungsform
kann ein erster Kanal 510 Fluid zu dem in dem Nahkopf 110 angeordneten
Heizabschnitt 190 leiten. Innerhalb des Heizabschnitts 190 wälzt ein
zweiter Kanal 520 das zirkulierende Fluid um, wobei verhindert
wird, das sich das Fluid in dem ersten Kanal 510 und das
zirkulierende Fluid in dem zweiten Kanal 520 vermischen.
Das zirkulierende Fluid kann die Temperatur des von dem ersten Kanal 510 zugeführten Fluids
durch Wärmeaustausch
erhöhen.
Bei spiele für
zirkulierende Fluide können Chemikalien
auf Wasserbasis sein, die durch eine Pumpe (nicht dargestellt) zugeführt werden.
Jedoch kann das zirkulierende Fluid bei anderen Ausführungsformen
durch ein neues zirkulierendes Fluid ersetzt werden, wenn das zirkulierende
Fluid die Fähigkeit
zur Wärmeübertragung
verliert. Dementsprechend ist jedes Verfahren zum Zuführen und
Handhaben des zirkulierenden Fluids möglich, solange der Heizabschnitt 190 Fluid
erwärmen
kann.
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Bei
einer anderen exemplarischen Ausführungsform kann ein Widerstandsheizelement,
wie beispielsweise Siliziumkarbid, mit Kanälen für einen Wärmeaustausch kombiniert werden.
Bei einer derartigen Ausführungsform
gibt es keine Stromquelle 180 und somit wird kein Strom
an das SiC angelegt. Siliziumkarbid hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit.
Daher kann mindestens ein zweiter Kanal 520 Fluid für einen
Wärmeaustausch
umwälzen,
da der zweite Kanal 520 in ein Material eingebettet ist,
das Wärme
gut überträgt. Wenn
ein Material jedoch geringe Wärmeleitfähigkeit
besitzt, wie beispielsweise Keramik, kann ein Netzwerk aus zweiten
Kanälen 520 erforderlich
sein, um den Wärmeaustausch
durchzuführen.
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Neben
der weggelassenen Stromquelle 180 in 5 umfasst
der Nahkopf 110 auch keine elektrische Isolierung. Genauer
gesagt, da das zirkulierende Fluid Wärme für das Fluid liefert, findet
kein Elektronentransfer statt, da es keinen Strom gibt. Wenn ein
Heizabschnitt 190 eine Kombination aus der Stromquelle 180 und
den Kanälen
zum Umwälzen des
Fluids aufweist, kann der Nahkopf natürlich eine Isolierung aufweisen.
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Die 6 ist
eine weitere Seitenansicht, die den ein zirkulierendes Fluid aufweisenden
Heizabschnitt 190 eines anderen Nahkopfes 110 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Insbesondere im Gegensatz zu dem zweiten Kanal 520 weist der
zweite Kanal 620 dieser exemplarischen Ausführungsform
eine ungleichmäßige Form
auf. Weiter kann ein Zwischenraum den zweiten Kanal 620 von dem
ersten Kanal 510 trennen. Wenn das Fluid durch den ersten
Kanal 510 in den Heizabschnitt 190 strömt, tauscht
das zirkulierende Fluid in dem zweiten Kanal 620 Wärme mit
dem Fluid in dem ersten Kanal 510 aus. Aufgrund des die
beiden Kanäle
trennenden Zwischenraums kann das die beiden Kanäle umgebende Material ein Material
mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit
sein.
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Es
ist jedes Verfahren zum Erwärmen
des Fluids möglich.
Beispielsweise zeigen die 2 bis 4 Heizverfahren
unter Verwendung von Widerstandsheizelementen. Als Alternative zeigen
die 5 und 6 exemplarische Heizverfahren
unter Verwendung eines Wärmetauschers.
Weiter sind exemplarische Kombinationen aus Widerstandsheizung und
Wärmetausch
möglich.
Dementsprechend ist jedes Verfahren zum Erwärmen von Fluid möglich, solange
das Fluid innerhalb des Heizabschnitts 190 des Nahkopfes 110 erwärmt wird.
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Um
das erwärmte
Fluid auf die Oberfläche des
Wafers 150 aufzubringen, kann sich der Nahkopf 110 relativ
zu dem Wafer 150 bewegen. Beispielsweise ist die 7A eine
Draufsicht, die ein Verfahren zum überstreichenden Bewegen eines
Nahkopfes gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Der Nahkopf 110 kann einen Heizabschnitt 190 umfassen.
Weiter kann der Nahkopf 110 mit einem Element zum Handhaben
des Nahkopfes gekoppelt sein. Beispielsweise kann das Element ein
Arm 720 sein, der in der Lage ist, Fluid zuzuführen, Fluid
zu entfernen und den Nahkopf 110 zu bewegen. Beispielsweise
kann der Arm 720 den Nahkopf 110 entlang einer
radialen Richtung 712 bewegen. Als Alternative kann der
Arm 729 den Nahkopf nach Art einer Rasterabtastung 714 bewegen.
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Als
Alternative ist die 7B eine Draufsicht, die ein
anderes Verfahren zum überstreichenden
Bewegen eines Nahkopfes gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Bei einer Ausführungsform kann der Nahkopf 110 länger als
der Durchmesser des Wafers 150 sein. Daher kann ein zirkulierendes
Fluid einem zweiten Kanal 754 zugeführt werden und das zu erwärmende Fluid
kann einem ersten Kanal 752 zugeführt werden. Somit bewegt sich
der Nahkopf 110 in einer vertikalen Richtung 740,
wenn das erwärmte
Fluid der Oberfläche des
Wafers 150 zugeführt
wird. Natürlich
ist eine horizontale Richtung (nicht dargestellt) möglich, wenn der
Nahkopf 110 eine vertikale Ausrichtung hat. Darüber hinaus
ist unter Bezugnahme auf die 7A und 7B jedes
Verfahren zum Überstreichen
des Wafers 150 möglich,
solange der Nahkopf 110 das erwärmte Fluid der Oberfläche des
Wafers 150 zuführen
kann.
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Die 7C ist
eine Draufsicht, die Bereiche des Wafers 150 zeigt, in
denen der Heizabschnitt 190 des Nahkopfes 110 gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung in Verwendung ist. Bei einer Ausführungsform umfasst der Nahkopf 110 eine
Vielzahl von Öffnungen
zum Zuführen
und Entfernen von Fluiden. Beispielsweise kann der Körper des
Nahkopfes 110 aus Siliziumkarbid bestehen. In das Siliziumkarbid
ist eine Vielzahl von Öffnungen
eingebettet, wie eine erste Öffnung 762,
eine zweite Öffnung 764,
eine dritte Öffnung 766 und
eine vierte Öffnung 768.
Beispielsweise kann eine erste Öffnung 762 eine
Chemikalie zuführen,
während
die zweite Öffnung 764 DIW zuführen kann.
Die dritte Öffnung 766 kann
eine Absaugung sein und die vierte Öffnung 768 kann IPA zuführen. Bei
anderen Ausführungsformen
ist jede Anzahl und Kombination von Öffnungen möglich, solange die Vielzahl
von Öffnungen
ein erwärmtes
Fluid aus dem Nahkopf 110 zuführen kann.
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Wenn
sich der Wafer 150 in der Richtung 700 dreht,
führt der
Nahkopf 110 das erwärmte
Fluid zu, um einen nassen Bereich 780 zu erzeugen. Der
Nahkopf 110 erzeugt einen trockenen Bereich 785,
indem er das erwärmte
Fluid von der Oberfläche
des Wafers 150 absaugt. Weiter kann erwärmtes Fluid von der Oberfläche des
Wafers 150 heruntergeschleudert werden, wenn sich der Wafer 150 dreht.
Somit ist jedes Verfahren zum Erzeugen des nassen Bereichs 780 und
des trockenen Bereichs 785 möglich, solange sich der Nahkopf 110 auf
eine bestimmte überstreichende
Art relativ zu der Bewegung des Wafers 150 bewegen kann.
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Die 8 ist
ein Ablaufdiagramm, das Arbeitsvorgänge zum Erwärmen von Fluid in einem Nahkopf 110 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die folgenden exemplarischen Arbeitsvorgänge können mit
den zuvor in den 1D bis 4 offenbarten
Ausführungsformen durchgeführt werden.
Bei einem exemplarischen Arbeitsvorgang, der mit dem Vorgang 810 beginnt,
wird eine eingestellte Temperatur festgelegt. Dann kann die Fluidquelle 120 im
Vorgang 820 dem Nahkopf 110 Fluid zuführen. Nachdem
das Fluid den Nahkopf 110 erreicht hat, kann der Sensor 185 innerhalb
des Nahkopfes 110 die Temperatur des Fluids im Vorgang 830 messen.
Die Steuereinrichtung 188 kann dann im Vorgang 840 eine
Temperaturdifferenz zwischen der aktuellen Fluidtemperatur und der
eingestellten Temperatur erfassen. Im Vorgang 850 kann
die Steuereinrichtung 188 auch die Temperatur durch Zuführen von
Wärme oder
durch Warten regeln.
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Bei
einem Widerstandsheizverfahren kann beispielsweise der Heizabschnitt 190 Drähte 420 und Materialien
wie Siliziumkarbid umfassen, die mit einer Stromquelle 180 verbunden
sind. Die Stromquelle 180 kann Strom an den Heizabschnitt 190 anlegen, um
das durch ihn hindurch strömende
Fluid zu erwärmen.
Als Alternative können
mehrere Kanäle
mit einem zirkulierenden Fluid einen Wärmeaustausch mit dem zu erwärmenden
Fluid durchführen.
Ungeachtet des Verfahrens zum Erwärmen des Fluids kann die Steuereinrichtung 188 die
Fluidtemperatur regeln, bis die Temperatur des Fluids die eingestellte
Temperatur erreicht hat.
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Im
Vorgang 860 leitet der Nahkopf 110 dann das erwärmte Fluid
durch die auf der Bodenoberfläche
des Nahkopfes 110 angeordneten Auslassöffnungen. Das erwärmte Fluid
wird bei verschiedenen Halbleiterwafer-Herstellungsvorgängen verwendet, wie
zum Beispiel bei Reinigungs- und Ätzvorgängen. Danach endet der Vorgang,
nachdem das erwärmte Fluid
von der Oberfläche
des Wafers 150 entfernt wurde.
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Für einen
Fachmann ist klar, dass die hier beschriebenen und in den Zeichnungen
dargestellten Vorgänge
exemplarisch sind. Weiter können
die Vorgänge
in jeder Reihenfolge durchgeführt
werden, um das Erwärmen
des Fluids in dem Nahkopf 110 zu gestatten. Beispielsweise
kann der Sensor 185 die Temperatur des Fluids parallel
zu dem Zuführen
des Fluids kontinuierlich messen. Somit ist die Reihenfolge der
Vorgänge
nicht auf einen bestimmten Ablauf beschränkt.
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Darüber hinaus
beziehen sich die hier beschriebenen Ausführungsformen auf die folgenden Patentanmeldungen.
Insbesondere sind die folgenden verwandten Anmeldungen betroffen
1) US-A-2004060580 mit dem Titel „Meniscus, Vacuum, IPA Vapor,
Drying Manifold" ("Meniskus, Vakuum, IPA-Dampf,
Trocknungs-Sammelrohr"),
2) US-A-2004060573 mit dem Titel „System for Substrate Processing
with Meniscus, Vacuum, IPA Vapor, Drying Manifold" ("System zur Substratbehandlung mit
Meniskus, Vakuum, IPA-Dampf, Trocknungs-Sammelrohr"), 3) US-A-2004060581
mit dem Titel „Vertical
Proximity Processor" ("Vertikaler Nahprozessor"), 4) US-A-2004060195
mit dem Titel „Methods
and Systems for Processing a Substrate Using a Dynamic Liquid Meniscus" ("Verfahren und Systeme
zur Bearbeitung eines Substrates mit einem dynamischen flüssigen Meniskus"), 5) US-A-2004069326
mit dem Titel „Methods
and Systems for Processing a Bevel Edge of a Substrate Using a Dynamic
Liquid Meniscus" ("Verfahren und Systeme
zur Bearbeitung einer Schrägkante
eines Substrates mit einem dynamischen flüssigen Meniskus"), 6) US-A-2004182422
mit dem Titel „System and
Method for Integrating In-Situ Metrology Within a Wafer Process" ("System und Verfahren
zur Integration von In-Situ Messung bei einem Waferprozess"). 7) US-A-2004069319
mit dem Titel „Method
and Apparatus for Cleaning a Substrate Using Megasonic Power" ("Verfahren und Vorrichtung
zur Reinigung eines Substrates unter Verwendung von Megaschallenergie") und 8) US-A-2005132515
mit dem Titel „Proximity
Brush Unit Apparatus and Method" ("Vorrichtung mit naher
Bürsteneinheit
und Verfahren").
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Obwohl
die vorstehende Erfindung aus Gründen
der Erleichterung des Verstehens mit bestimmten Einzelheiten beschrieben
wurde, ist offensichtlich, dass bestimmte Änderungen und Modifikationen
im Umfang der beigefügten
Ansprüche
durchgeführt
werden können.
Dementsprechend sind die vorliegenden Ausführungsformen als erläuternd und nicht
als einschränkend
anzusehen und die Erfindung ist nicht auf die hier angegebenen Einzelheiten beschränkt, sondern
kann im Umfang und gemäß den Entsprechungen
der beigefügten
Ansprüche
modifiziert werden.