JP2005515890A - メガソニックプローブのエネルギ誘導器 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】基板を損傷させずに基板を効果的に清浄化する形態とされたメガソニック清浄化装置が提供される。該装置は、メガソニックプローブと、プローブを励起させる形態とされた変換器と、変換器とプローブとの間に配置された熱伝導要素とを有している。熱伝導要素は、変換器からプローブの特定の領域における音波エネルギを向け、小さい角度の波に比して垂直入射波の効果を減少させるような形態とすることができる。これと代替的に、プローブの後端面はこの目的に適した形態としてもよい。別の実施の形態は、音波エネルギを変換器からプローブの特定の領域に向け得るように熱伝導要素とプローブの後端面との間に配置されたカプラーを提供する。

Description

本発明は、半導体ウェハ又は極めて高水準の清浄度を必要とする物品を清浄化する装置に関する。より具体的には、このメガソニックプローブのエネルギ誘導器は、ウェハ上における傷付き易いデバイスの損傷を防止する形態とされたメガソニック清浄器に関する。

半導体ウェハは、メガソニックエネルギがその内部に伝搬する清浄化溶液中で清浄化されることが多い。超音波よりも２０倍以上高い周波数にて作動するメガソニック清浄化システムは、超音波清浄化に関係した好ましくない二次的効果を伴わずにパーティクルを材料から安全に且つ効率的に除去する。

メガソニック清浄化装置は、典型的に、発信機に結合された圧電変換器を備えている。該変換器は、電気的に励起されて、変換器が振動し、発信機は、高周波数エネルギを処理タンク内の液体に伝達する。メガソニックエネルギにより発生された清浄化液体の撹拌作用は、半導体ウェハ上におけるパーティクルを遊離させる。このようにして、汚染物質は、振動されてウェハの表面から分離される。１つの配置において、流体は、湿った処理タンクへと底部から入り、頂部にて該タンクから溢れ出る。このようにして、汚染物質は、タンクからの流体の溢れ出しを通じて、且つ、迅速に流体を排出することにより、除去することができる。

半導体ウェハは、最初、２００ｍｍであったのが、現在、３００ｍｍであるように直径が増大し、１つのウェハを１回で清浄化するという選択は、より望ましいものとなっている。単一の大径のウェハは、その上に多数のデバイスを有することができ、小径のウェハよりも価値がある。このため、大径のウェハは、小型のウェハを典型的にバッチ処理で清浄化するとき採られる注意よりも一層の注意を払うことが必要とされる。

カリフォルニア州、サンタ・アナのヴェルテック（Ｖｅｒｔｅｑ）・インコーポレーテッドは、近年、水平に配置されたウェハの上面に近接して細長いプローブが位置づけられるようになされたメガソニック清浄器を開発した。ウェハに加えられた清浄化溶液は、プローブとウェハとの間にメニスカスを形成する。プローブの一端に適用されるメガソニックエネルギは、メニスカスを通じてウェハに向けられるプローブの一連の振動をその長さに沿って発生させる。ウェハを回転させるといった、プローブとウェハとの間に相対的な動きを生じさせることは、ウェハの全面に亙ってパーティクルを遊離させるのに効果的な方法であり、パーティクルは、回転するウェハから洗い流されることが判明した。かかる仕組みの一例は、その内容を参考として引用し本明細書に含めた、ヴェルテック・インコーポレーテッドに譲渡された米国特許第６，１４０，７４４号に記載されている。

かかるシステムは、極めて効果的な清浄化効果を提供する。しかし、ウェハにおける堆積層の高さ及び密度が増すに伴い、かかるウェハの易損度も増す。米国特許第６，１４０，７４４号のデバイスを使用するものを含む、現在の清浄化方法は、ウェハ上に配置されたデバイスを損傷させる可能性がある。かかる損傷は、勿論、高度に精緻化されたデバイスの層がウェハ上に堆積された後、各ウェハは高価値であるため、重大な問題である。このため、これらの傷付き易いデバイスの損傷の虞れを軽減するような仕方にて、かかるメガソニックプローブシステムの清浄化能力を向上させることが必要とされている。

ヴェルテック・インコーポレーテッドは、試験を通じて、かかるウェハに対して生じた損傷の程度は、プローブに印加されたパワーすなわち音波のワット密度に直接比例することが分かった。次に、より低パワーを印加することで損傷を軽減することができる。しかし、試験の結果、印加されるパワーが減少することは、また、清浄化効果も低下させることになるから、この印加されるパワーを減少させることは、ウェハの損傷の問題点に対する最良の解決策ではないことが分かった。更に、ウェハの損傷を解消するため、印加されるパワーを減少させるだけでは、汎用的でない清浄化装置となる。例えば、５０Ｗまでの印加されたパワー負荷にて安全に清浄化することのできるプローブ組立体は、僅か１５Ｗでウェハを損傷させ始めるプローブ組立体よりも広い用途範囲を有する。

殆どのウェハの損傷は、ウェハを９０°の角度にて打撃する波に起因する。しかし、これらの波は、必ずしも最も効果的な清浄化効果を提供するものではない。９０°よりも小さい角度にてウェハを打撃する波は、効果的な清浄化効果を提供する。このため、より小さい角度の波の数を著しく減少させることなく、垂直入射波の数を少なくする米国特許第６，１４０，７４４号のデバイスを改変すれば、デバイスの清浄化能力を損なうことなく、ウェハの損傷の可能性を減少させることになろう。

メガソニックプローブのエネルギ誘導器は、幾つかの特徴部を有するが、その何れも、単独でその望ましい特性を得ることはできない。特許請求の範囲により表現されたメガソニックプローブのエネルギ誘導器の特徴に制限することなく、そのより顕著な特徴についても以下に簡単に説明する。この明細書を検討し且つ、特に、「詳細な説明」という項目の部分を読んだ後、このメガソニックプローブのエネルギ誘導器の特徴が、ウェハ上のデバイスに対する損傷を最小又は皆無の状態にしてウェハを効率的に清浄化することを含む、有利な効果を提供するものであることが理解されよう。

メガソニックプローブのエネルギ誘導器の好ましい実施の形態は、基板を損傷させることなく、基板を効果的に清浄化する。該装置は、メガソニックプローブと、プローブを励起させ得る形態とされた変換器とを備え、また、変換器とプローブとの間に配置されたカプラーを備えることができる。カプラーの有無を問わずに、装置の基部は、音波エネルギを変換器からプローブの特定の領域に向けて導き、垂直入射波と小さい角度の波との比を小さくするような形態とされている。垂直入射波は、プローブの下縁部の実質的に真下にある一方、小さい角度の波は、垂直入射波に隣接する。

垂直入射波と小さい角度の波との比は、プローブに対する伝導路の所望の領域内にてメガソニックエネルギに対する障壁を形成することにより小さくなる。好ましくは、この障壁は、変換器とプローブとの間の結合部内にあり、且つ、プローブの下縁部と整合されるものとする。好ましくは、障壁は、カプラーに又はプローブの後部に凹所を形成する等によって、結合部を通るメガソニックエネルギの経路内に空隙を形成することにより、形成されるものとする。その領域内の何れかの構成要素の表面を粗面化することによっても障壁は形成される。

この配置構成は、垂直入射波とプローブから出る小さい角度の波との比を小さくすることにより、プローブの真下にて基板上における傷付き易いデバイスの損傷を防止する。これと同時に、小さい角度の波のエネルギによるパーティクルの遊離化は、極めて効果的な清浄化効果を提供する。

好ましい実施の形態の詳細な説明

図１から図３には、米国特許第６，１４０，７４４号に従って形成されたメガソニックエネルギ清浄化装置が図示されている。細長いプローブ１０４は、処理タンク１０１の壁１００に挿入される。プローブ１０４の清浄化部分１０４ａは、ウェハ１０６のような基板の上方に近接して配置されている。プローブ１０４の一端は、タンク１０１の外部に支持されている。処理タンク１０１は、ウェハ１０６を汚染させない材料で出来ている。

タンク１０１は、流体をタンク１０１内に導入する入口（図示せず）と、ウェハ１０６から除去されたパーティクルを運び去る出口（図示せず）とを有することができる。図１に示したような、１つの好ましい実施の形態において、清浄化液体は、ノズル２１４を介してウェハ１０６に噴霧される。この配置において、タンク１０１は、単に噴霧液を閉じ込めるだけである。しかし、別の好ましい実施の形態（図示せず）において、タンク１０１は、清浄化流体にて少なくとも部分的に充填される。この実施の形態において、Ｏリング１０２は、プローブ１０４と処理タンク１０１との間に適正なシールを提供する。

ハウジング１２０内に保持された熱伝導部材１３４は、プローブ１０４に音響的に且つ機械的に結合されている。また、ハウジング１２０内には、熱伝導部材１３４に音響的に結合された圧電変換器１４０が保持されている。分離片１４１及び電気コネクタ１４２、１５４、１２６が変換器１４０と電気エネルギ源（図示せず）との間に接続されている。図示した実施の形態において、電気コネクタ１４２は、はんだの液滴を備え、また、電気コネクタ１５４は、線を備えている。

ハウジング１２０は、冷却剤に対する入口導管１２２及び出口導管１２４をそれぞれ支持する開口部１４４、１４６を有している。ハウジング１２０は、また、図２に見ることのできる電気コネクタ１２６、１５４に対する開口部１５２も有している。開口部１４８、１５０は、気体状冷却剤がハウジング１２０に入り且つ、ハウジング１２０から出ることを許容する。ハウジング１２０は、冷却剤への熱伝導を容易にし得るようにアルミニウムで出来ていることが好ましい。

ハウジング１２０の開放端は、プローブ１０４が貫通して通る開口部１３２を有する環状板１１８によって部分的に閉じられている。環状板１１８は、ハウジング１２０を越えて伸びる外径を有し、また、外側リング１３０及び内側リング１３１に系統立てられた複数の穴を有している。ねじのような、複数のコネクタ１２８は、内側リング１３１を貫通して伸びて板１１８をハウジング１２０に取り付ける。環状板１１８は、外側リング１３０を貫通して伸び且つ、タンクの壁１００内にねじ込まれる複数のねじ付き締結具１１７によってタンク壁１００に取り付けられる。締結具１１７は、また、板１１８をタンク壁１００から隔てるスリーブ又はスペーサ１１６を貫通して伸びている。スペーサ１１６は、ハウジング１２０及び拡がったプローブの後側部分１０４ｂをタンク１０１の外側に配置し、プローブの清浄化部分１０４ａのみがタンク１０１内に伸びるようにする。また、スペーサ１１６は、板１１８及びハウジング１２０をタンク１０１から多少、隔離し、変換器１４０から壁１００への振動が最小限となるようにする。

処理タンク１０１内にて、支持体又は受容器１０８がプローブ１０４（図１）に対し平行に且つ、プローブ１０４に近接して配置されている。受容器１０８は、色々な形態をとることができる。図示した配置は、複数のスポーク１０８ｂによって支持された外縁部１０８ａを有している。スポークは、軸１１０上に支持されたハブ１０８ｃに接続されており、該軸１１０は、処理タンク１０１の底部壁を貫通して伸びている。タンク１０１の外部にて、軸１１０は、モータ１１２に接続されている。

プローブ１０４は、中実な細長いスピンドル状又はプローブ状の清浄化部分１０４ａと、基部又は後側部分１０４ｂとを備えている。プローブ１０４の断面は、円形とし、また、好ましくは、清浄化部分１０４ａの直径は、後側部分１０４ｂの直径よりも小さくする。１つの好ましい実施の形態において、プローブの後面１０４ｅの面積は、プローブの清浄化部分１０４ａの断面積の約２５倍とする。勿論、円形以外の断面形状を採用してもよい。

プローブ１０４は、音響エネルギを効率的に伝導する石英のような、比較的不活性な非汚染性材料で出来たものであることが好ましい。石英プローブを使用することは、殆どの清浄化溶液にとって満足し得るものであるが、フッ化水素酸を含む溶液は石英を食刻する可能性がある。このため、サファイア、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ガラス質炭素、ガラス様炭素被覆黒鉛、又はその他の適宜な材料で出来たプローブを石英に代えて採用することができる。また、石英は、炭化ケイ素、窒化ケイ素又はガラス質炭素のような、ＨＦに対して不活性な材料で被覆してもよい。

小径である円筒状の形状の清浄化部分１０４ａは、メガソニックエネルギをプローブ１０４の長さに沿って集中させることが望ましい。プローブ１０４の直径は、プローブ１０４により伝導されたメガソニックエネルギにより発生された機械的振動に十分耐え得ることが好ましい。要するに、プローブの直径は、プローブ１０４の長さに沿った隔たった位置にて僅かに拡張し且つ、収縮する。好ましくは、プローブの清浄化部分１０４ａの半径は、該部分に印加されたエネルギの周波数の波長に等しく又はより小さいものとする。この構造は、エネルギをプローブ１０４に接触する液体中に半径方向に導く所望の表面の常在波動作を生じさせる。１つの好ましい実施の形態において、プローブの清浄化部分１０４ａの半径は、約５．０８ｍｍ（０．２インチ）であり、プローブ１０４内のエネルギの波長は、約７．１１２ｍｍ（０．２８インチ）である。この形態は、プローブの長さに沿ってインチ当たり３から４の波長を発生させる。

プローブの清浄化部分１０４ａは、十分に長く、ウェハの清浄化中、ウェハ１０６の全表面積がプローブ１０４に対して露呈されるようにすることが好ましい。１つの好ましい実施の形態において、ウェハ１０６は、プローブ１０４の下方にて回転するため、清浄化プローブ１０４ａは、少なくともウェハ１０６の中心に達するのに十分に長いことが好ましい。このため、ウェハ１０６がプローブ１０４の下方にて回転されるとき、ウェハ１０６の全表面積は、プローブ１０４の下方を通過することになる。プローブ１０４は、プローブ先端からのメガソニック振動は、ウェハの中心に向けてかなりの撹拌作用を提供するであろうから、ウェハ１０６の中心に達しない場合でさえ、多分、満足し得るように機能することができよう。好ましくは、プローブ１０４の長さは、清浄にすべきウェハの寸法に依存して変更できるものとする。更に、プローブ１０４がタンク１０１内に達する程度は、スペーサ１１６の長さを変化させることにより調節することができる。

また、プローブの清浄化部分１０４ａの長さは、波長の所望の数によっても決まる。通常、プローブの長さは、プローブ１０４に印加されるエネルギの半波長の増分量にて変化する。１つの実施の形態において、プローブの清浄化部分１０４ａの長さは、印加されたエネルギの３８の半波長に等しい。変換器内の変数によって、所望の波長が得られ変換器がその最も効果的な点にて機能するように変換器１４０を調整することが必要である。

タンク１０１の外部に配置されたプローブの後側部分１０４ｂは、清浄化部分１０４ａの直径よりも大きい直径に拡がる。図１から図３に示した実施の形態において、プローブの後側部分の直径は、漸進的に、円筒状部分１０４ｄまで増大する。プローブの端面１０４ｅの大きい表面積は、多量のメガソニックエネルギを伝導し、その後に、そのエネルギが小径の清浄化部分１０４ａ内に集中されるようにするために好ましい。

プローブの基部１０４ｄは、プローブ１０４を物理的に支持する熱伝導部材１３４に音響的に結合される。図１から図３の実施の形態において、プローブの端面１０４ｅは、適宜な接着剤によって熱伝導部材１３４に接着又は糊付けされている。接着剤に加えて、薄いスクリーン１４１（図３）をプローブの端面１０４ｅと部材１３４との間にて挟持することが好ましい。その小さい穴が接着剤にて充填されたスクリーン１４１は、接着剤だけで得られるものより恒久的な振動接続部を提供する。接着剤は、プローブの端面１０４ｅ及び熱伝導部材１３４の表面における凹凸を充填することにより均一な「接着線（ｂｏｎｄ ｌｉｎｅ）」を形成する。これらの凹凸部は、空気で充填してもよいが、空気は、以下に説明するように、支持体からプローブ１０４へのメガソニックエネルギの伝導を損なうであろう。

原型装置にて利用したスクリーンは、拡がったストランドの間の空所が接着剤を取り込む、約０．０５０８ｍｍ（０．００２インチ）厚さのエキスパンド金属型のものとした。スクリーン材料は、デルカー（Ｄｅｌｋａｒ）という米国の会社が販売するものである。これと代替的に、スクリーン１４１は、化学的フライス削り過程を使用して、色々な会社が製造する約０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）厚さのベリリウム銅で出来たものとしてもよい。

変換器１４０及び熱伝導部材１３４は、共に、円筒状の形状であることが好ましいハウジング１２０内に保持される。熱伝導部材１３４は、ハウジング１２０の内壁における環状凹所１３３内に取り込まれる。熱伝導部材１３４は、アルミニウムにて、又は、マグネシウムのような、熱及びメガソニックエネルギのその他の良導体にて出来たものである。図２及び図３に示した配置において、熱伝導部材１３４は、円筒状であり、また、冷却剤の管路として機能する環状溝１３６を有している。冷却剤溝１３６の両側部における小さい環状溝１３８、１３９には、Ｏリング１３５、１３７のような適宜なシールが取り付けられており、冷却剤を隔離し且つ、冷却剤が変換器１４０に対する電気的接続部と干渉するのを防止する。

変換器１４０は、熱伝導部材１３４の平坦な後面に接着、糊付け又はその他の方法で音響的に結合されている。適宜な接着材料は、カリフォルニア州、ランチョ・ドミンゲスのエイブルスティック（Ａｂｌｅｓｔｉｃｋ）からＥＣＦ５５８という名称で販売されている材料である。変換器１４０は、円板状の形状であり、また、変換器１４０からプローブ１０４への音響エネルギの伝導を最大にし得るように、プローブの後側部分１０４ｄの直径よりも大きい直径を有することが好ましい。熱伝導部材１３４は、アルミニウムの酸化を防止し得るようにその端面にて金めっきが施され、これにより変換器１４０及びプローブ１０４の双方とのより優れた接着状態を提供することが好ましい。部材１３４は、プローブ１０４に印加すべきエネルギの半波長の倍数にほぼ等しい軸方向厚さを有することが好ましい。

プローブ１０４を部材１３４に結合する１つの代替的な配置が図４に図示されている。プローブの端面１０４ｅを部材１３４に接着するものではなくて、真空グリースをスクリーン１４１に施し、プローブ１０４をコイルばね１４３によって部材１３４に押し付ける。真空グリースは、漏洩したり又は容易に変位せずに、継手の両側部の圧力に耐えることのできる粘性グリースである。原型の配置において、採用したグリースは、イタリア、ボーレイトのオースミント（Ａｕｓｉｍｏｎｔ）から販売されているフォムブリン過フッ化添加グリース（Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ Ｇｒｅａｓｅ）とした。

図４の実施の形態において、ハウジング１２０を板１１８に直接、取り付けることに代えて、ハウジング１２０は、リング１４７に取り付けられる一方、該リング１４７は、分離片１４５により板１１８に取り付けられる。この形態は、ハウジング１２０と板１１８との間に空隙を形成する。コイルばね１４３は、この空隙内に配置され且つ、板１１８とプローブ１０４ｂのテーパー付き部分との間で圧縮される。このため、ばね１４３は、プローブ１０４を部材１３４に向けて加圧する。テフロン（登録商標）スリーブ１４９がプローブ１０４に当接するばね１４３のコイルを包むように配置され、金属ばね１４３が石英プローブ１０４を損傷させないようにすることが好ましい。図４の実施の形態において、導電体１２６は、ハウジング１２０の一側部に配置される。

プローブ１０４を熱伝導部材１３４に音響的に結合するその他の形態も可能である。例えば、プローブ１０４は、熱伝導部材１３４に締結することができる。プローブ１０４が物理的に十分に支持され、メガソニックエネルギがプローブ１０４に効率的に伝導される任意の形態がメガソニックプローブのエネルギ誘導器の精神の範囲に属するものである。

半導体ウェハの寸法が増すに伴い、ウェハのカセットを一回、清浄化することに代えて、一時に１つのウェハを清浄化する清浄化装置及び方法を使用することがより実際的で且つより経済的である。清浄化すべき半導体ウェハ１０６又はその他の製品をタンク１０１内で支持体１０８の上に配置する。ウェハ１０６は、プローブとウェハとの間に流体メニスカスを形成し得るようにプローブ１０４に十分に近接する位置に配置し、プローブ１０４とウェハ１０６の間の流体の攪拌作用によりウェハ１０６の表面におけるパーティクルが遊離するようにする。好ましくは、プローブ１０４とウェハ１０６の表面との間の距離は、約２．５４ｍｍ（約０．１インチ）の範囲にあるようにする。

モータ１１２は、支持体１０８をプローブ１０４の下方にて回転させ、ウェハ１０６の上面の全体が振動するプローブ１０４の真下を進むようにする。回転速度はウェハの寸法に依存して変化することになる。しかし、直径２０．３２ｃｍ（８インチ）のウェハの場合、好ましい回転速度は、分当たり５から３０回転であり、１５から２０ｒｐｍであることがより好ましい。

より長い清浄化時間であれば、より清浄なウェハが製造されることになる。しかし、より短い清浄化時間は処理能力を増し、これにより、生産性を向上させることになる。メガソニックプローブエネルギの誘導器の好ましい実施の形態に対する好ましい清浄化時間は５秒から３分であり、より好ましくは、１５秒から１分である。

圧電変換器１４０が電気的に励起されたとき、該変換器は高周波数にて振動する。好ましくは、変換器１４０は、プローブの寸法及び実施すべき作業に合った所望の電圧にてメガソニック周波数で作動されるものとする。振動は、熱伝導部材１３４を通じて細長いプローブ１０４に伝導される。その後、プローブ１０４は、高周波数エネルギをプローブ１０４とウェハ１０６との間の清浄化流体内に伝導する。この構成の重要な有利な効果の１つは、大きいプローブ後側部分１０４ｄが大きい変換器１４０を受け入れることができ、小さいプローブ清浄化部分１０４ａはメガソニック振動を小さい領域に集中させ、パーティクルを遊離させる能力を最大にすることである。プローブ１０４とウェハ１０６との間の十分な流体は、エネルギをプローブ１０４とウェハ１０６との間の小さい空隙を亙って効果的に伝導し、所望の清浄化効果を発生させる。ウェハ１０６の領域の各々がプローブ１０４に接近し且つプローブ１０４を通過するとき、プローブ１０４とウェハ１０６との間の流体の攪拌作用は、半導体ウェハ１０６におけるパーティクルを遊離させる。このように、汚染物質はウェハ表面から振動によって除去される。遊離したパーティクルは連続的な流体の流れによって運び去ることができる。

変換器１４０にかなりの量の電圧を印加すれば、変換器１４０を損傷させる可能性のある顕著な熱が発生する。変換器１４０が石英プローブ１０４を損傷させるのに十分な熱を発生させる可能性はないが、極度の温度によってプローブ１０４と熱伝導要素１３４との間の接着剤又はグリースの物理的性質が影響を受ける可能性がある。このため、冷却剤は、ハウジング１２０を通じて圧送され、部材１３４従って変換器１４０を冷却する。

水のような液体であることが好ましい第一の冷却剤は、開口部１４４を通じてハウジング１２０の一側部に導入され、熱伝導部材１３４の周りで管路１３６を通じて循環し、開口部１４６を通ってハウジング１２０の下端から出る。熱伝導部材１３４は優れた熱伝導率を有するから、かなりの量の熱を液体冷却剤によって容易に運び去ることができる。勿論、冷却剤の流量及び（又は）温度を変化させることで冷却率は容易に変更することができる。

第二の選択可能な冷却剤は、ハウジング１２０の閉じた端部にて開口部１４８、１５０を通ってハウジング１２０に入り且つハウジング１２０から出ることで変換器１４０上を循環する。変換器１４０及び電気的配線１４２、１５４が存在するため、ハウジング１２０のこの部分に窒素のような不活性な気体が冷却剤として使用される。

使用時、プローブ１０４が音響的に作動している間、ノズル２１４から脱イオン水又はその他の清浄化溶液をウェハの上面に噴霧することができる。清浄化溶液をノズルからウェハ１０６に噴霧することの１つの代替例として、タンク１０１は清浄化溶液にて充填することができる。噴霧方法において、液体はプローブ１０４の下側部分と回転するウェハ１０６の隣接する上面との間にメニスカス２１６を形成する。図５に概略図的に示したメニスカス２１６はプローブの断面の下側部分を湿らせる。断面の湿った部分により画成される円弧の寸法は、清浄化溶液中で使用される液体の性質、プローブ１０４を製造するために使用される材料、ウェハ１０６とプローブ１０４の下縁部との間の垂直距離に従って変化する。ウェハ１０６とプローブ１０４の下縁部との間の垂直距離は、清浄化溶液中の音波エネルギの約１つの波長であることが好ましい。清浄化溶液として脱イオン水を使用し、石英プローブ１０４を使用し、また、ウェハ１０６とプローブ１０４の下縁部との間の距離を１．７７８ｍｍ（０．０７インチ）とする場合、プローブの断面の湿った部分により画成された円弧は、約９０°であることが好ましい。

清浄化溶液は、プローブ１０４内のメガソニックエネルギがプローブ１０４から且つメニスカスを通じてウェハの表面に横断状に伝導されてパーティクルを遊離させる媒質を提供する。これらの遊離したパーティクルは連続的に流れる噴霧液及び回転するウェハ１０６によって洗い流される。液体の流れが乱されたとき、液体がウェハ１０６から放り出される遠心力によって特定程度の乾燥作用が得られる。

典型的なケイ素ウェハ１０６に存在する構成要素はかなり傷付き易いため、これら構成要素の何れも損傷されないことを保証し得るように清浄化過程中、注意しなければならない。プローブ１０４に印加されるパワーの量が増大するのに伴い、プローブ１０４から清浄化溶液に伝導されるエネルギの量は、増大し、また、清浄化溶液からウェハ１０６に伝導されるエネルギの量も増大する。一般的な法則として、ウェハ１０６に印加されるパワーが大きければ大きい程、ウェハが損傷する可能性は益々、増大する。このため、ウェハの損傷を少なくする１つの方法は、変換器１４０に供給されるパワーを減少させ、これにより、プローブ１０４に伝導されるパワーを制限することである。

しかし、試験の結果、印加されるパワーを減少させることは清浄化効果も減少させるから、印加されるパワーを減少させることは、ウェハの損傷の問題点に対する最良の解決策ではないことも分かった。更に、ウェハの損傷を無くすために単に印加されたパワーを減少させることは、汎用的でない清浄化溶液を形成することになる。例えば、５０Ｗまでの印加されたパワーにて安全に清浄にすることのできるプローブ組立体は、僅か１５Ｗでウェハを損傷させ始めるプローブ組立体よりも広い用途範囲を有する。

図５に概略図的に示すように、ウェハの最大損傷領域２１７は、円筒状プローブ１０４の中心の真下にある。プローブ１０４からの音波の放出パターンは、このウェハの損傷パターンを生じさせる。円形のプローブ断面の場合、波は、円の全ての点から半径方向に又は垂直に出る。このため、円の底辺付近から出る波は、ほぼ９０°角度にてウェハの表面を打撃する。これらの垂直入射波は、そのエネルギが最小限の面積に亙って拡がるため、最大の強さにてウェハ表面を打撃する。エネルギが相対的に小さい面積に集中することは、ウェハ表面の傷付き易い構成要素を損傷させる可能性がある。

底辺から隔てた円に沿った点から出る波は、ウェハ表面をより小さい角度にて打撃する。これらの波によってウェハ１０６に伝導されたエネルギは、底辺付近から出る波によって伝導されたエネルギよりも弱く、それは、これらの波からのエネルギは、より広い面積に亙って拡げられるからである。波の各々に対し、波が出るのが円の底辺から離れれば離れる程、波がウェハ表面を打撃する角度は益々、小さくなり、従って、ウェハ１０６に伝導されるエネルギは益々、弱くなる。

これらの小さい角度の波は、全体として、垂直入射波の特徴である損傷を生じることなく、ウェハ表面を効果的に清浄化するのに十分な強さを提供する。このため、メガソニックプローブのエネルギ誘導器の１つの好ましい実施の形態は、所望の面積内で伝導されるエネルギを減少させる障壁をエネルギの伝導経路内に形成することを含む。かかる障壁は、空隙２１８（図６）を有するカプラー２２２を熱伝導要素１３４とプローブ基部１０４ｄとの間に挿入することにより形成することができる。空隙２１８は、プローブ１０４へのメガソニックエネルギの伝導を妨げ、このため、プローブ１０４からの音波の放出パターンを変化させる。好ましくは、この変化したタパターンは、小さい角度の波に比して、垂直入射波によって発生される清浄化効果を低下させるものとする。しかし、望ましくは、カプラー２２２の特定の部分は、メガソニックエネルギがプローブ１０４内に進むのを許容するものとする。このため、熱伝導要素１３４と同様に、カプラー２２２は、例えば、アルミニウム、マグネシウムのような、メガソニックエネルギの良導体である材料にて製造されることが好ましい。

図７ａ及び図７ｂには、メガソニックプローブのエネルギ誘導器の背景となる原理が概略図的に示してある。図７ａにおいて（その配置は、図６に分解斜視図で図示）、環状カプラー２２２が熱伝導要素１３４とプローブ１０４との間に配置されている。カプラー２２２は、その中心部分に円形の凹所２１８を有している。このように、円形の凹所２１８は、熱伝導要素１３４の一部分とプローブの端面１０４ｅの一部分との間に空隙を形成する。この円形の凹所２１８は、真空圧を保持し又は空気又はその他の気体にて充填されている。真空圧及び気体は、メガソニックエネルギの極めて劣等な導体である。このように、図７ａが示すように、熱伝導要素１３４の中心部分を通って進むメガソニック波２２０は、熱伝導要素−気体の境界面にて妨害され、プローブ１０４に達することはない。同様に、図７ｂの形態において、熱伝導要素１３４から伸びる円板形状のカプラー２２２は、カプラー２２２の周りで熱伝導要素１３４の環状部分とプローブ１０４とを物理的に分離させ、これら領域の間にてメガソニック波が伝導するのを妨害する。

図８ａから図８ｄには、カプラー２２２に対する好ましい断面形状が図示されている。図８ａから図８ｃの各々には、切欠いた部分があり、これにより、空隙２１９を形成するパイに類似している。組み立てたメガソニックエネルギの清浄化装置において、この空隙２１９は、プローブ基部１０４ｄの下方伸長部に配置されることが好ましい。この形態において、空隙２１９は、さもなければプローブの清浄化部分１０４ａの下縁部に伝導されるであろうメガソニック波を妨害する。このように、清浄化部分１０４ａからの波の放出パターンは、上述した従来技術の装置の特徴である半径方向パターンと相違する。好ましくは、垂直入射波の量は減少し、ウェハの損傷が減少する結果となるようにする。

図８ｄの形状は、実質的に楕円形である。楕円体の長軸は、垂直方向に向き決めされることが好ましい。図６ａから図６ｃの断面形状と同様に、楕円形のカプラー２２２は、プローブの清浄化部分からの波の放出パターンを変化させ、ウェハの損傷を減少させる。

図示した形状は、ウェハの損傷を減少させるのに十分適しているが、等しく十分に適した等価的形状の範囲がある。当該技術分野の当業者には、図示した例は、適用範囲を何ら限定することを意図するものではないことが理解されよう。

図１の従来技術の組立体と同様に、１つの好ましい実施の形態において、カプラー２２２は、接着剤を使用して熱伝導要素１３４及びプローブの端面１０４ｅの双方に接着される。図９に示すように、薄い網１４１が双方の境界面の間に挟持されることが好ましい。網１４１は、接着強度を増し且つ、メガソニック振動に起因するであろう損傷に対して接着部をより抵抗性があるようにする。別の好ましい実施の形態において、カプラー２２２と熱伝導要素１３４との間、及びカプラー２２２とプローブの端面１０４ｅとの間の境界面は、薄い網１４１及び真空グリースを含み、これら境界面のメガソニックエネルギの伝導効率を向上させる。この実施の形態において、図４におけるばね１４３又はその他の適宜な装置によってプローブ１０４は、カプラー２２２に押付けられ、また、カプラー２２２は、熱伝導要素１３４に押付けられる。

カプラー２２２を熱伝導要素１３４に接着又はその他の方法で固着することに代えて、カプラー２２２は、熱伝導要素１３４の一体の表面造作部を備えることができる。変換器１４０と対向する熱伝導要素１３４の面は、例えば、図８ａから図８ｄのものと同様の断面を有する突出した表面造作部を有するように機械加工することができる。かかる実施の形態において、カプラー２２２が熱伝導要素１３４と一体であり、又は熱伝導要素１３４と同一の材料片にて形成される点を除いて、プローブ組立体の構造は、図９の構造と同様である。図９にてこれらの要素の間に見られる網１４１は、勿論、この実施の形態にては存在しない。

１つの代替的な実施の形態において、熱伝導要素１３４の面における凹所（図示せず）又は、プローブの端面１０４ｅにおける凹所２１５（図１０）は、カプラー２２２に置換する。しかし、熱伝導要素１３４における空隙は、Ｏリング１３５、１３７により形成されたシールを損なわないように、熱伝導要素１３４の縁部から十分な距離に配置されることが好ましい。何れの実施の形態においても、熱伝導要素１３４の一部分とプローブの端面１０４ｅの一部分との間に空隙が形成される。これらの形態は、プローブの清浄化部分１０４ａからの音波の伝導パターンに同様の乱れを生じさせる。プローブの端面１０４ｅ又は熱伝導要素１３４には、図８ａから図８ｄに示した切欠き形状体又は図示しない任意のその他の形状体を設けることができる。

発明の範囲

上記の説明は、メガソニックプローブのエネルギ誘導器の好ましい実施の形態に関して考えられる最良の形態及び本発明の関係する技術分野の全ての当業者がこのメガソニックプローブのエネルギ誘導器を使用することを可能にするような完全で、明確、的確で且つ正確な用語で本発明を製造し且つ使用する方法及び過程を記述するものである。しかし、このメガソニックプローブのエネルギ誘導器は、完全に等価的である、上述したものの改変例及び代替的な構造にて具体化可能である。そのため、このメガソニックプローブのエネルギ誘導器を開示した特定の実施の形態に限定することを意図するものではない。これに反して、メガソニックプローブのエネルギ誘導器の主題事項を具体的に指摘し且つ明確に権利請求する特許請求の範囲により全体的に表現されたメガソニックプローブのエネルギ誘導器の精神及び範囲に属する全ての改変例及び代替的な構造を包含することを意図するものである。

従来技術のメガソニックエネルギ清浄化システムの概略側面図である。 図１に示したシステムの側面断面図である。 図１に示したプローブ組立体の分解斜視図である。 別の従来技術のメガソニックエネルギ清浄化システムの側面断面図である。 プローブとケイ素ウェハとの間に液体メニスカスを形成する状態を示す図１のプローブの概略正面図である。 図７ａのプローブ、カプラー及び熱伝導要素の分解図である。 ７ａは、カプラーがプローブに対するメガソニックエネルギの伝導を選択的に乱す仕方を示す、図１のプローブ、カプラー、熱伝導要素及び変換器の側面図である。 ７ｂは、カプラーのプローブに対するメガソニックエネルギの伝導を選択的に乱す別の仕方を示す、図１のプローブ、カプラー、熱伝導要素及び変換器の側面図である。 ８ａは、メガソニックプローブのエネルギ誘導器のカプラーに対する好ましい断面形状の正面図である。 ８ｂは、メガソニックプローブのエネルギ誘導器のカプラーに対する好ましい断面形状の正面図である。 ８ｃは、メガソニックプローブのエネルギ誘導器のカプラーに対する別の好ましい断面形状の正面図である。 ８ｄは、メガソニックプローブのエネルギ誘導器のカプラーに対する更に別の好ましい断面形状の正面図である。 メガソニックプローブのエネルギ誘導器の熱伝導要素−カプラー−プローブの境界面の１つの好ましい実施の形態の分解図である。 メガソニックプローブのエネルギ誘導器の熱伝導要素−プローブの境界面の別の好ましい実施の形態の分解図である。

Claims (24)

1. 薄い平坦な基板を清浄化する組立体において、
   発信機にして、液体が該発信機と基板との間の小さい空隙に加えられたとき発信機と基板との間に液体のメニスカスが形成されるように、基板の実質的に平坦な面の上に配置される発信機と、
   変換器にして、該変換器から発信機を通じて基板までメガソニック振動を伝導する伝導経路を形成し得るような仕方にて発信機に結合された変換器であって、発信機の最下方部分に隣接する発信機の部分が減衰されないようにしながら、その一方で、発信機の最下方部分の実質的に真下にある基板における傷付き易いデバイスが損傷されるのを防止し得るように、発信機の最下方部分に伝導されるエネルギを減衰させるような仕方にて発信機に結合されている前記変換器とを備える、薄い平坦な基板を清浄化する組立体。
2. 請求項１の組立体において、伝導経路内における空隙であって、発信機の最下方部分と整合されて該最下方部分に伝導されるメガソニックエネルギを減衰させる、伝導経路内における空隙を備える、組立体。
3. 請求項１の組立体において、前記最下方部分に伝導されるエネルギを減衰させる、伝導経路内のメガソニックエネルギの伝導に対する障壁を備える、組立体。
4. 請求項１の組立体において、前記最下方部分が、基板から均一に隔てられた縁部を形成する細長い形態を有する、組立体。
5. 請求項１の組立体において、基板に対する支持体と、
   基板と発信機との間の空隙に加えられる液体の供給源とを備える、組立体。
6. 請求項５の組立体において、前記液体の供給源が液体を前記空隙内に分与する分与器を有する、組立体。
7. 請求項１の組立体において、前記発信機が、前記変換器に結合された後面を有し、該後面が、前記最下方縁部に伝導されるエネルギを減衰させ得るようにメガソニックエネルギが前記端面の一部分にて変換器から発信機に伝導されないようにした形態とされる、組立体。
8. 請求項７の組立体において、前記後面が全体として円形であり、前記部分が該前記端面における楔形状の凹所を備える、組立体。
9. 請求項１の組立体において、前記発信機が全体として円形の端面を有する細長いロッドを備え、前記変換器が前記伝導経路を形成し得るように前記端面に結合され、前記経路が、前記最下方縁部にてメガソニックエネルギを減衰させるような仕方にて変換器から伝導されるエネルギが減衰される一部分を有する、組立体。
10. 請求項１の組立体において、変換器と発信機との間に配置され且つ、前記伝導経路の一部分を形成する熱伝導要素を有し、該要素が、発信機の一部分に伝導されるエネルギを減衰させるような形態とされる、組立体。
11. 請求項１の組立体において、変換器と発信機との間の伝導経路内に配置されたカプラーであって、前記最下方部分に伝導されるエネルギを減衰させるような形態とされた前記カプラーを有する、組立体。
12. 請求項１１の組立体において、カプラーが、全体として楕円形の形状であり、半径方向パターン以外のメガソニックエネルギ伝導パターンを発生させるような形態とされる、組立体。
13. 薄い平坦な基板を清浄化する組立体において、
    細長い要素を有する発信機にして、該細長い要素の下縁部が、基板の平坦な面の上方であるが該基板の平坦な面に近接する位置に配置されている、発信機と、
    電気エネルギをメガソニック振動に変換する変換器と、
    振動を発信機に伝導し得るように変換器と発信機との間に配置された熱伝導要素と、を備え、
    該熱伝導要素が、プローブの一部分に伝導されるエネルギを減衰させ得る形態とされる、薄い平坦な基板を清浄化する組立体。
14. 薄い平坦な基板を清浄化する組立体において、
    下縁部を有する発信機にして、該下縁部が、基板の平坦な面の上方であるが該基板の平坦な面に近接して配置されている、発信機と、
    電気エネルギをメガソニック振動に変換し得るように発信機に結合された変換器と、を備え、
    変換器に結合された発信機の面が、発信機の一部分に伝導されたエネルギを減衰させ得るような形態とされる、薄い平坦な基板を清浄化する組立体。
15. 薄い平坦な基板を清浄化するメガソニックプローブ組立体において、
    細長いロッドを有するプローブにして、該ロッドの長さに沿った下縁部が、基板の平坦な面の上方であるが該平坦な面に近接する位置に配置されている、細長いロッドを有するプローブと、
    電気エネルギをメガソニック振動に変換する変換器と、
    変換器とプローブの後端面との間に配置された熱伝導要素と、
    熱伝導要素とプローブの後端面との間に配置されたカプラーと、を備え、
    カプラーが、メガソニック振動をプローブの後端部に伝導し、カプラーが、前記プローブの一部分に伝導されるエネルギを減衰させ得る形態とされる、薄い平坦な基板を清浄化するメガソニックプローブ組立体。
16. 請求項１５の組立体において、カプラーが半径方向パターン以外の、プローブからのメガソニックエネルギの伝導パターンを発生させるような形態とされる、組立体。
17. 請求項１５の組立体において、カプラーは全体として円板形状であるが、カプラーの一部分が、プローブの下方縁部と整合され、プローブの下方縁部に対するメガソニックエネルギの伝導を最小限にする形態とされている、組立体。
18. 請求項１５の組立体において、プローブの端面の一部分が熱伝導要素から隔てられ、該隔てられた部分が、プローブの下縁部と整合されてプローブの下縁部に対するメガソニックエネルギの伝導が最小限となるようにされている、組立体。
19. 請求項１５の組立体において、カプラーが、全体として楕円形であり、半径方向パターン以外の、プローブからのメガソニックエネルギの伝導パターンを発生させるような形態とされている、組立体。
20. 基板を清浄化するメガソニックプローブ組立体において、
    発信機にして、液体が発信機及び基板に加えられたとき、発信機と基板との間に液体のメニスカスが形成されるように、基板の実質的に平坦な面から隔てられているが該実質的に平坦な面に近接して配置されている一部分を有する発信機と、
    変換器であって、該変換器からのメガソニック振動が発信機に伝導され且つ、プローブ下縁部の真下における垂直入射波として及び垂直入射波の両側部における小さい角度の波としてメニスカスを通じて基板まで伝導されるように伝導経路を形成するような仕方にて発信機に結合された前記変換器と、を備え、前記波が、基板におけるパーティクルを遊離させ得るようにされ、該変換器が、前記下縁部の下方にて基板における傷付き易いデバイスの損傷を防止し得るように垂直入射波と小さい角度の波との比を減少させるような仕方にて発信機に結合されている、基板を清浄化するメガソニックプローブ組立体。
21. 基板を清浄化する方法において、
    メガソニックエネルギの良導体である材料で出来た発信機を提供するステップと、
    発信機の下縁部が、基板の実質的に平坦な面から隔てられるが該実質的な平坦な面に近接する位置に配置されることにより、液体が該下縁部及び基板に加えられたときに下縁部と基板との間に液体のメニスカスが形成されるように、発信機を配置するステップと、
    メガソニック振動を発生させる変換器を提供するステップと、
    メガソニック振動を発信機内に伝導する伝導経路が形成されるように変換器を発信機に結合するステップと、
    液体の振動がプローブ下縁部の真下にて減衰されるように伝導経路内に障壁を形成するステップとを備える、基板を清浄化する方法。
22. 請求項２１の方法において、発信機の後面に凹所を形成することにより前記障壁を形成し、該凹所が前記発信機の下縁部と軸方向に整合されるようにするステップを備える、方法。
23. 請求項２１の方法において、別個の要素を前記伝送経路内に配置し、前記障壁が前記別個の要素に空隙を形成することにより形成されるようにするステップを備える、方法。
24. 請求項２１の方法において、前記伝導経路の一部を形成し得るように熱伝導要素を配置し、且つ、前記障壁を形成するような熱伝導要素の形態とするステップと、前記変換器から熱を運び去るように前記熱伝導要素に対して熱を伝導する関係にて熱伝導流体を伝導するステップと、を備える、方法。

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