JP2009536450A - プレート状基材を湿式処理するための装置と方法 - Google Patents

Abstract

開示されているのは、プレート状物体の湿式処理用装置であり、以下のように構成されている：第一プレート、前記第一プレートと実質的に平行な単一のプレート状物体を保持するための保持手段、処理時に前記第一プレートとプレート状物体の間の第一ギャップに液体を導入するための第一分配手段、この場合、第一プレートは少なくとも９９重量％のシリコンから成っているシリコン・プレート、そのプレート状の物体を処理している時に、そのシリコン・プレートが処理液と接触していること、それに関連した方法がさらに開示されている。

Description

本発明はプレート、単一のプレート状物体をそのプレートと基本的に平行に保持するための保持手段、処理する時に、前記の第一プレートとプレート状物体の間の第一ギャップに液体を導入するための分配手段、から成るプレート状物体を湿式処理するための装置に関する。以下で用語ウエハーが用いられる場合、そのようなプレート状物体を意味する。

フラット・パネル・ディスプレーのような多角形物体だけでなく、そのようなプレート状物体を半導体ウエハー、又は、コンパクト・ディスクのようなディスク状物体としうる。

上記装置により、プレート状物体とプレートの間のギャップは、プレート状物体に平行で、湿式処理の間に液体が充填される。液体が、プレートに面しているプレート状物体の面の上に液体残渣（飛沫）を残さずに、プレート状物体から除去される。ＰＴＦＥ（例えばテフロン）のようなプレート上の不活性コーティング材料により、微細な飛沫がプレート上に残り、その後、プレート面からプレート状の物体の面に移されることで問題が生じる。そのような液滴が、プレートからプレート状の物体の面に移されて、典型的に望ましくないマークを形成する。そのようなマークが水溶液から生じた場合、ウオーターマークと呼ばれる。

プレート状の物体が超音波エネルギーで処理される場合、しばしば、金属板を用いて、その音をプレート状物体とプレートの間のギャップに連結する。多くの場合、そのようなプレートは不活性コーティング（例えば、ＰＴＦＥ）でカバーされているので、処理液との接触と同様に金属接触は避けるべきである。ここで超音波（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ）の用語を用いる場合、特定形状の超音波即ち１ＭＨｚ超なので、メガソニック（ｍｅｇａｓｏｎｉｃ）を含めることを理解すべきである。

本発明の目的は上記装置の処理条件を改善することである。

本発明は以下から成るプレート状の物体の湿式処理用装置を提供することにより、その目的に対応する。
−第一プレート、
−前記の第一プレートに実質的に平行な単一のプレート状物体を保持するための保持手段、
−処理される時、前記の第一プレートとプレート状物体の間の第一ギャップ内に液体を導入するための第一分配手段、
この場合、第一プレートはシリコン・プレートであり、少なくとも９９重量％のシリコンから成っている。プレート状物体を処理する時、シリコン・プレートは処理液と接触している。

第一プレート（シリコン・プレート）は処理すべきプレート状の物体の少なくても２５％をカバーできるサイズを持つべきである。例えば、３００ｍｍのシリコン・ウエハーを処理する場合、第一プレートとして用いられるシリコン・プレートは１５０ｍｍのシリコン・ウエハーとしうる。任意のシリコン・プレートを第一プレートとして使用できるけれども、半導体産業で用いられるシリコン・ウエハーを用いるのが好ましい。半導体ウエハーを好ましく処理すべき時、プレート状物体の全領域をカバーする場合、同サイズ以上の
シリコン・ウエハーを用いるべきである。費用節減の目的のためには、回収ウエハーを第一プレートとして使用できる。しかしながら、回収ウエハーは半導体産業のために製造されたウエハーであるが、ＩＣを作るための正確な仕様を満たしていないウエハーである。

プレート状の物体と第一プレートの間のギャップは好ましくは０．１ｍｍから２０ｍｍの厚みを有している。

第一プレートのための材料としてシリコンを用いる場合、その利点はシリコンが化学処理液の多くと非常に不活性であり、かつ、好ましくない物質を放出しないということである。それは粒子だけで無く、金属も放出しない。特にシリコン・ウエハーが清浄であるべき場合に、清浄であるべき面に平行なプレートがそのプレートの面と同様な挙動をすることが好ましい。クリーニング液がシリコンのエッチングをする場合でも，シリコン・プレートを用いるのが容認できる。現在用いているエッチング用クリーニング液（希釈された液）１０ｎｍ以下が処理された対象当たりのエッチングになる。結果として、シリコン・プレート（第一プレート）の厚みの減耗０．２ｍｍが容認できる場合、２０，０００枚の対象を処理できる。そのような装置を用いて時間当たり３０ウエハーを処理できること、及び、そのような装置が年間８，０００時間使用されることを考慮して、シリコン・プレートを毎月１回交換しなければならない。

好ましい実施例で、さらに、その装置が、少なくともそのシリコン・プレートに音響的に連結した少なくとも１台の超音波トランスジューサーから成っている。処理される時に、前記第一プレートとプレート状物体の間のギャップを超音波エネルギーで連結するのにシリコン・プレートを用いるために、金属トランスジューサー・プレートの使用を避けることができ、又はシリコン・プレートを用いて、ギャップから金属トランジューサー・プレート（被覆又は未被覆）をギャップから避けることができる。

さらに、別の実施例では、前記第一プレートに実質的に垂直な軸の回りでお互いに対して前記保持手段と前記第一プレートを回転するための回転手段から成っている。これはプレート状物体を回転するために回転手段を提供することにより好ましく実行される。

好ましくは、シリコン・プレートは単結晶シリコンから作られている。なぜなら、多結晶シリコンは化学的に不活性度が低いからで、粒子境界への化学的攻撃が容易だからである。

さらに別の実施例では、第一分配手段がシリコン・プレート内に形成された少なくても１個の液体供給用開口部から成っている。これは、第一ギャップに供給される液体がより均等にギャップに分配できる利点を与える。

超音波トランスジューサーを用いる時、装置には共鳴プレートを設けていて、超音波トランスジューサーに連結している。その場合、第一分配手段が少なくとも一個所の液体供給用開口部から成り、その開口部はシリコン・プレート内に形成される。その場合、共鳴プレートはシリコン・プレートに平行に配置され、それにより、共鳴プレートとシリコン・プレートの間に第二ギャップを形成し、又、第二ギャップが処理液体供給路の一部になっている。

そのような液体供給用開口部を機械的ドリル加工でシリコン・プレートに開けるか又はエッチングにより開けることができる。エッチングは半導体産業で良く知られた技術を用いて行なえる。例えば、雰囲気下降流プラズマ・エッチング、又は，湿式エッチング（例えば、硝酸又はフッ化水素酸から成るエッチング液による）。開口部は、プレートの寿命中に開口部の直径の有意な変化を避けるために、特別なエッチング又はエロ−ジョンに耐
える材料で特にカバーできる。

代わりとなる装置はシリコン・プレートを有するがシリコン・プレートには開口部を形成しない。ギャップを充填するために、直交流を生じなければならない。言い替えると、液体をプレートのエッジ領域からギャップに導入して反対側から排出させる。

もしも装置がさらに第二の液体供給手段から成り、第一プレートに面していないプレート状物体の側に液体を供給する場合、プレート状物体の両側が同時に処理できる。もしも、超音波エネルギーがシリコン・プレートを通って伝送される場合、プレート状物体は同様の厚みと同様のインピーダンスを有する。シリコン・プレートの超音波エネルギーがプレート状物体のサイドに伝送され、プレート状物体はシリコン・プレートと向かい合わず，それゆえ、両側が超音波エネルギーにより同時に処理できるからである。

さらに、装置が第二プレートから成り、それは実質的に前記第一プレートと平行であり、それにより処理時に、第二の液体供給手段が、第二プレートとプレート状物体の間のギャップに液体を導入する。

もしも、超音波トランスジューサーが用いられると、超音波トランスジューサーをシリコン・プレートに直接取付けられて、又は、超音波トランスジューサーが結合媒体を通じてシリコン・プレートに間接的に結合される。結合媒体は固体及び液体から成るグループから選択される。

そのような結合媒体が結合液体であるとき、結合液体が処理液の固有インピーダンスより５％低い固有インピーダンスＺを有することが望ましい。固有インピーダンスＺは固有音速と固有密度の積である。

さらに、別の実施例では、超音波トランスジューサーを用いる時、そのような超音速トランスジューサーをシリコン・プレートに結合し、超音波トランスジューサーとシリコン・プレートを５°から５０°の範囲で共存する。

本発明の他の側面はプレート状物体の湿式処理のための方法であり、以下から成る。
−単一のプレート状物体を保持すること、
−前記プレート状物体に実質的に平行に第一プレートを配置すること、
−処理時に前記の第一プレートとプレート状物体の間の第一ギャップに液体を導入すること、
この場合、第一プレートがシリコン・プレートで、少なくとも９９重量％のシリコンから成り、そのシリコン・プレートが処理液に接触すること。

この方法の好ましい実施例で超音波エネルギーがシリコン・プレートを通じてプレート状物体に加えられる。

その方法の別の実施例では、前記第一プレートに実質的に垂直な軸の回りでプレート状物体と前記第一プレートがお互いに対して回転する。

本発明の一層の詳細と利点は好ましい実施例の詳細説明から実現しうる。

図１に示す第一の実施例は、結合液Ｃを保持する超音波タンク１０及びプレート状物体Ｗを処理する時の処理液Ｆを保持するための処理タンク３から成っている。処理タンク３は超音波タンク１０に厚み０．７ｍｍの単結晶シリコンから作られた共鳴プレート１１を通って音響的に結合されている。共鳴プレート１１は超音波タンク１０に対して密封され
ていて、結合液と処理液Ｆの混合を避けている。る。共鳴プレート１１はそれによって処理タンク３の底面プレートを形成する。共鳴プレート１１が、例えばＰＶＤＦから作られたクランピング・リング（図示せず）を用いて超音波タンク１０にクランプされる。結合液Ｃが超音波タンクに供給される。そして、図示されていないパイプを通じて超音波タンク１０から排出させる。そのような配管系を使用して、結合液の温度を一定に維持する。

超音波タンク内に、複数の超音波トランスジューサー１５を共鳴プレート１１に対して３５°の角度で取付ける。その好ましい角度は、シリコン・プレートの厚みとその音響特性、超音波の周波数及び処理液と結合液の好ましい音響特性から計算でき、その共鳴プレートが超音波に対して透過的になる（Ａ．Ｔｏｍｏｚａｗａ，“Ｔｈｅ Ｖｉｓｕａｌ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ
Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｉｎ Ｍｅｇａ−ｓｏｎｉｃ Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｆｅｒ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ”ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ Ｈａｗａｉｉ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ（ＥＣＳ）ｉｎ １９９９）参照）。

約５ｍｍの距離で、液体案内プレート１２が共鳴プレート１１と平行に配置される。ギャップＧ２を形成する。液体案内プレート１２と共鳴プレート１１はピン形支持部材９によりお互いに固定し合っている。好ましくは少なくとも３個の支持部材が、液体案内プレート１２と共鳴プレート１１の間の周縁部に配置される。液体案内プレート１２は共鳴プレート１１と同じ材料（シリコン）と同じ厚みで作られている。液体案内プレート１２は直径１０ｍｍの中央の穴５を有している。穴５はその穴の直径の好ましくは半分だけ中心から偏る。

チャック２は、プレート状物体を確実に保持するために保持部材２１と共に、処理タンク１０に垂直に移動可能に取付けられて、プレート状物体Ｗは処理液Ｆの中に浸され、、プレート状物体Ｗと液体案内プレート１２の間に０．１から５ｍｍのギャップＧ１を形成するように近距離で案内プレート１２と実質的に平行になるように、プレート状物体Ｗを保持できる。チャック２はスピン−チャックとして設計され、超音波処理中に低速回転（５−６０ＲＰＭ）でき、乾燥目的では、高速（３０００ＲＰＭまで及びそれ以上）で回転できる。

処理液を、第一媒体供給部Ｍ１を通して処理タンク内に導入でき、又、処理タンク３の側壁の反対側の部分に位置するドレインＤを通して処理タンクから排出する。

さらに、スピン−チャック及びプレート状物体Ｗの間のギャップＧ３に、第二媒体供給部Ｍ２を通して処理液を導入できる。

シリコン・ウエハーＷを処理する方法は以下に示されている。スピン・チャック２はウエハーＷを受けるために持上げられる。ウエハーＷは保持部材２１により把持される。それにより約２ｍｍのギャップＧ３を形成する。チャックを下げた後で、２ｍｍのギャップＧ１がウエハーＷと液体案内プレート１２の間に形成されて、洗浄液が第一及び第二の媒体供給部Ｍ１とＭ２を通って導入される。それによりウエハーＷが５ＲＰＭの低速回転をする。それにより、ギャップＧ３とＧ２が満たされる。洗浄液はＧ２内をエッジから中心に矢印により示されているように流れる。そして、液体案内プレート１２内の穴５を通ってウエハーＷの下向き側に供給される。その後、液体がギャップＧ１を満たし、ウエハーＷの中心からエッジの方に流れる。ギャップＧ１内の液体は遠心ポンプと同様に回転ウエハーにより加速される。

液面Ｌが最高値に達すると、液体は常にドレインＤを通って排出される。液体は、媒体
供給部Ｍ１及びＭ２を通って流れて、選定値で平均の液面を有するように制御される。

３個所のギャップＧ１、Ｇ２、Ｇ３の全てが液体で満たされた後で、超音波がオンに切り替わり、ウエハーＷが一定時間（例えば、１０秒から５分）及び一定回転速度（例えば２０ＲＰＭ）で処理される。超音波エネルギーは共鳴プレート１１を通って伝送され、さらに、液体案内プレート１２を通って伝送される。もしも、共鳴プレート１１と液体案内プレート１２の厚みと材料が同じであれば、超音波が液体案内プレート１２を通過するときの波のエネルギー損失はほぼ無い。その後、洗浄液はリンシング液（ＤＩ水）で置換えられ、そのリンシング液も媒体供給部Ｍ１とＭ２を通る乾燥用液体及び（又は）乾燥用ガスに置換えられる。乾燥工程を支援するために、回転速度は例えば１０００ＲＰＭまで加速される。

本発明の第二の実施例は図２に示されていて、第一の実施例に基づいているが、以下の違いがある。液体案内プレート１２が同心分離リング１４により処理タンク３の円筒側壁に結合している。分離リング１４は液体案内プレート１２の外端に内向きのシールをして、タンク３の側壁に外向きのシールをしている。液体案内プレート１２と分離リング１４は共にタンク３を上方部分と下方部分に分離する。第一媒体供給部Ｍ１が処理タンク３の下方部に結合していて、上方部はドレインに結合している。

媒体（液体又はガス）が第一媒体供給部Ｍ１を通って導入され、それにより、ウエハーＷが回転しない場合でも、液体案内プレートの中央の穴５を通って強制的に流す。この実施例により、液面Ｌを制御する必要がない。なぜなら、ドレインＤを十分大きいように選択できるので、媒体供給部Ｍ１及び（又は）Ｍ２から導入された全ての液体を容易に排出できるからである。

図３に示された本発明の第三の実施例は第一の実施例に基づいているが、以下の違いがある。中間の液体案内プレートを省略している。それで、プレート状物体Ｗと共鳴プレート１１の間には唯一のギャップＧ４がある。

処理液を処理タンクに第一媒体供給部Ｍ１を通って導入でき、かつ、処理タンク３の側壁の反対側に位置するドレインＤを通じて排出される。それで、ギャップＧ４に流れる液体がプレート状物体Ｗをエッジの片側からエッジの反対側に横切る。．超音波エネルギーが処理液体にシリコンの共鳴プレート１１を通って導入され、プレート状物体に加えられる。

図４に示された本発明の第四の実施例が第三の実施例に基づいている。しかしながら、第一媒体供給部から供給されている液体が、共鳴プレート１３内の中央開口部６を通じて導入される。それゆえ、液体はプレート状物体Ｗの中心からエッジに流れる。この実施例で、液面制御は必要ない。

図５に示す本発明の第五の実施例は第四の実施例に基づいている。しかしながら、トランスジューサー１５が共鳴プレート１３に、結合液Ｃを介して結合されていないが結合プレート１７に接合している。結合プレートがトランスジューサー１５の一方の側に保持され、シリコンの共鳴プレート１３の反対側にシリコン共鳴プレート１３に接着される。結合プレート１７が特に形成され、トランスジューサー１５と共鳴プレート１３が２５°の角度で共存している。結合プレートは金属（例えばアルミニューム、ステンレス鋼）、ガラス、酸化物セラミック（例えば、酸化アルミニウム）、非酸化物セラミック（例えば、シリコン・カーバイド）、又は、結晶（例えば、サファイア、水晶）から作られる。
図６に示す本発明の第六の実施例は第五の実施例に基づいている。しかしながら、結合プレート１８が形成されてトランスジューサー１５が共鳴プレート１３に平行して配置され
る。代わりに、結合プレート１８が省略され、トランスジューサーが直接にシリコン共鳴プレートに直接接着される。トランスジューサーを結合プレートに、又は、シリコン共鳴プレートに接着するのに適当な接着剤は、有機樹脂（例えばエポキシ樹脂）又は、焼結又はガラス化しうる無機材料（例えば、ガラス）である。

ウエハーを湿式処理する間の本発明の第一実施例の概略の断面図を示す。 ウエハーを湿式処理する間の本発明の第二実施例の概略の断面図を示す。 ウエハーを湿式処理する間の本発明の第三実施例の概略の断面図を示す。 ウエハーを湿式処理する間の本発明の第四実施例の概略の断面図を示す。 ウエハーを湿式処理する間の本発明の第五実施例の概略の断面図を示す。 ウエハーを湿式処理する間の本発明の第六実施例の概略の断面図を示す。

Claims (17)

1. プレート状物体の湿式処理のための装置で、
   １．１ 第一プレート
   １．２ ひとつのプレート状物体を前記の第一プレートと実質的に平行に保持するための保持手段、
   １．３ 処理時に第一プレートとプレート状物体の間の第一のギャップ内に液体を導入するための第一の分配手段、
   この場合、第一プレートはシリコン・プレートであり、そのプレートが少なくとも９９重量％のシリコンから成り、プレート状物体の処理時にそのシリコン・プレートが処理液に接触すること、
   から成る装置。
2. さらに、少なくともシリコン・プレートに音響的に結合した少なくとも１個の超音波トランスジューサーから成る請求項１に記載の装置。
3. さらに、前記第一プレートに実質的に垂直な軸の回りにお互いに対して前記保持手段と前記第一プレートを回転するための回転手段から成る請求項１に記載の装置。
4. そのシリコン・プレートが単結晶シリコンから作られていることから成る請求項１に記載の装置。
5. その第一分配手段が、シリコン・プレート内に形成される少なくとも１個所の液体供給用開口部から成る請求項１に記載の装置。
6. 共鳴プレートが超音波トランスジューサーに結合し、第一分配手段が少なくとも１個所の液体供給用開口部を含み、その開口部がシリコン・プレート内に形成され、共鳴プレートがそのシリコン・プレートに平行に配置され、それにより、共鳴プレートとシリコン・プレートの間の第二のギャップを形成し、その第二のギャップが処理液供給路の一部であることから成る請求項２に記載の装置。
7. シリコン・プレート内に開口部を設けないことから成る請求項１に記載の装置。
8. さらに、第一プレートと向かい合っていないプレート状物体の側面の上に液体を供給するための第二液体供給手段から成る請求項１に記載の装置。
9. さらに、第二プレートが実質的に前記第一プレートに平行で、それにより処理時にその第二の液体供給手段が第二プレートとプレート状物体の間のギャップに液体を導入することから成る請求項８に記載の装置。
10. 超音波トランスジューサーがシリコン・プレートに直接取付けられることから成る請求項２に記載の装置。
11. 超音波トランスジューサーがシリコン・プレートに、固体及び液体から成るグループから選ばれた結合媒体を通じて間接的に結合されていることから成る請求項２に記載の装置。
12. 結合媒体が結合液体であることから成る請求項１１に記載の装置。
13. 結合液が、処理液の固有インピーダンスより５％未満低い固有インピーダンスＺを有す
    ることから成る請求項１１に記載の装置。
14. 超音波トランスジューサーがシリコン・プレートに結合し、その超音波トランスジューサーとシリコン・プレートが５°から５０°の範囲の角度に共存していることから成る請求項２に記載の装置。
15. プレート状物体の湿式処理のための方法で、
    １．１ 単一のプレート状物体を保持すること、
    １．２ 第一プレートを実質的に前記プレート状物体に平行にすること、
    １．３ 処理時に、前記第一プレートとプレート状物体の間の第一ギャップに液体を導入すること、
    から成っていて、
    第一プレートがシリコン・プレートであり、少なくとも９９重量％のシリコンであり、そのシリコン・プレートが処理液と接触していること、
    から成る方法。
16. 超音波エネルギーがプレート状物体にシリコン・プレートを通じて加えられることから成る請求項１５に記載の方法。
17. 前記第一プレートと実質的に垂直な軸の回りに、プレート状物体と前記第一プレートがお互いに対して回転することから成る請求項１５に記載の方法。

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