JP2020516076A - 基板洗浄装置 - Google Patents

Abstract

チャックアセンブリと、少なくとも１つの第１ノズル（１０７、２０７）と、超音波または高周波超音波装置（２０６、３０６）とを含む基板洗浄装置である。チャックアセンブリは、基板を受容し且つクランプするように構成されている。少なくとも１つの第１ノズルは、前記基板の上面に液体を噴射するように構成されている。超音波または高周波超音波装置は、前記基板を超音波または高周波超音波洗浄するために前記基板の上面の上方に配置される。前記超音波または高周波超音波装置と前記基板の前記上面との間には、ギャップが形成され、前記ギャップが液体によって十分に且つ連続的に満たされることによって、洗浄工程の期間中は、前記超音波または高周波超音波装置の下方全体が常に液体で満たされる。

Description

本発明は、超音波または高周波超音波装置（ultra or mega sonic device）を用いることによってマスクのような基板を洗浄する装置に関する。

半導体技術の発展は最初のトランジスタが発表されて以来５０年を超えているが、チップの集積度が１８ヶ月毎に２倍になり半導体デバイスのサイズが３年ごとに０．７倍に縮小するというムーアの法則にしたがって、いまだに力強い発展が続いている。さらに、半導体ウェハの直径は３００ｍｍに達している。ＩＣ製造における大型化、微細線幅化、高精度化、高効率化、そして低コスト化によって、半導体装置に今までにない問題が生じている。

半導体デバイスの製造工程において、複数回のリソグラフィ工程が非常に重要な部分となっている。露光及び選択的化学エッチングを経てマスク上の集積回路パターンが半導体ウェハ上にプリントされる。リソグラフィ工程において、マスクは不可欠であり非常に重要な役割を果たす。マスクは、半導体デバイス製造工程におけるパターン転写のための高精度ツールである。一般的に、マスクは繰り返して使用される。マスクが複数回繰り返して使用されると、マスクは（残留レジスト、塵埃、指紋などで）汚れた状態となる。したがって、マスクは洗浄される必要がある。６５ｎｍ以下のノードでは、マスク洗浄はより重要となる。マスクがクリーンであるかどうかが、半導体デバイスの品質と歩留まりに影響する。現在、マスクを洗浄するにはいくつかの方法がある。その一つが、マスクを洗浄するために界面活性剤及び手動スクラブを用いて洗うことである。別の方法として、アセトン、アルコール、超純水を用いてマスクを洗浄するものがある。さらに別の方法として、超音波発振との組み合わせで、マスクを浸漬する洗浄液を用いるものがある。しかしながら、これらの方法の効果は理想的なものではない。

したがって、本発明の目的は、基板の洗浄効果を改善することが可能な基板洗浄装置を提供することである。

一実施形態において、基板洗浄装置は、チャックアセンブリと、少なくとも１つの第１ノズルと、超音波または高周波超音波装置とを含む。チャックアセンブリは、基板を受容し且つクランプするように構成されている。少なくとも１つの第１ノズルは、前記基板の上面に液体を噴射するように構成されている。超音波または高周波超音波装置は、前記基板を超音波または高周波超音波洗浄するために前記基板の上面の上方に配置される。前記超音波または高周波超音波装置と前記基板の前記上面との間には、ギャップが形成され、前記ギャップが液体によって十分に且つ連続的に満たされることによって、洗浄工程の期間中は、前記超音波または高周波超音波装置の下方全体が常に液体で満たされる。

本発明では、チャックアセンブリが、基板を保持するための受容キャビティを有するチャックを含む。マスクがチャックの受容キャビティに配置されると、マスクをチャックの一部と見なすことができる。超音波または高周波超音波装置の底面は、マスクの上面及びチャックの上面に対向しており、超音波または高周波超音波装置とマスクの上面及びチャックの上面とのギャップが液体によって十分に且つ連続的に満たされる。そして、洗浄工程の期間中は、超音波または高周波超音波装置の下方全体が常に液体で満たされる。超音波または高周波超音波エネルギーが液体を介してマスクの上面に安定して伝達される。したがって、マスクの上面全体において超音波または高周波超音波パワーの密度分布が均一となって、マスクの洗浄効果（特にマスクのエッジでの洗浄効果）が改善される。

本発明の第１実施形態に係る基板洗浄装置の正面図である。 図１に示す基板洗浄装置の上面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１に示す基板洗浄装置の斜視図である。 図４の部分Ｂの部分拡大図である。 クランプ装置の斜視図である。 マスクを洗浄するために使用されている基板洗浄装置の斜視図である。 図７の部分Ｃの部分拡大図である。 マスクを洗浄するために使用されている基板洗浄装置の上面図である。 図９のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 マスクを洗浄するために超音波または高周波超音波装置が組み合わせられた基板洗浄装置の上面図である。 本発明の第２実施形態に係る基板洗浄装置の正面図である。 図１２に示す基板洗浄装置の上面図である。 図１３のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。 図１２に示す基板洗浄装置の斜視図である。 マスクを洗浄するために使用されている本発明の第２実施形態に係る基板洗浄装置の上面図である。 図１６のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。 マスクを洗浄するために超音波または高周波超音波装置が組み合わせられた本発明の第２実施形態に係る基板洗浄装置の上面図である。 マスクを洗浄するために超音波または高周波超音波装置が組み合わせられた従来装置の上面図である。

図１〜図１１には、超音波または高周波超音波装置を用いた本発明の第１実施形態に係る基板洗浄装置が描かれている。基板洗浄装置は、基板を受容し且つクランプするチャックアセンブリを含んでいる。具体的には、チャックアセンブリは、チャック１０１と、チャック１０１に固定された回転スピンドル１０２と、回転駆動機構と、複数の支持ピン１０５と、複数のクランプ装置１０４とを含んでいる。回転スピンドル１０２は、回転駆動機構に接続されている。回転駆動機構は、回転スピンドル１０２及びチャック１０１を回転させる。チャック１０１は、マスク１０３のような基板を保持するための受容キャビティ１０１１を有している。受容キャビティ１０１１の開口形状は、マスク１０３の形状と一致しており実質的に正方形である。受容キャビティ１０１１の開口形状はマスク１０３に限らず基板の形状と一致するが、それが正方形とは限らないと理解されるべきである。チャック１０１は、受容キャビティ１０１１の開口を形成する４つの鉛直面１０１５を有している。好ましくは、マスク１０３を受容キャビティ１０１１内に配置しやすくするために、チャック１０１は４つのガイド面１０１４を有している。４つのガイド面１０１４のそれぞれが鉛直面１０１５に接続されている。マスク１０３をクランプするために、４つのクランプ装置１０４がチャック１０１に取り付けられて受容キャビティ１０１１の四隅に位置している。図６に示すように、各クランプ装置１０４は、チャック１０１に固定された台座１０４１を有している。台座１０４１には間隙１０４２が設けられており、シャフト１０４３が間隙１０４２を横方向に通過し、シャフト１０４３の両端が台座１０４１に固定されている。シャフト１０４３にはクランプピン１０４４が吊り下げられている。クランプピン１０４４は間隙１０４２に位置しており、シャフト１０４３を中心に回転可能である。クランプピン１０４４の上端には、マスク１０３の角部と一致する実質的に直角のスロット１０４５が設けられている。クランプピン１０４４の内部には、ステンレス鋼からなる重いブロックが配置されている。クランプピン１０４４を構成する材料の密度は、重いブロックを構成する材料の密度よりも低い。チャック１０１の回転速度がしきい値よりも大きくなると、遠心力によってクランプピン１０４４がマスク１０３をクランプする。チャック１０１の回転速度がしきい値よりも小さくなると、クランプピン１０４４が自重によって初期位置に戻ってマスク１０３をリリースする。チャック１０１の受容キャビティ１０１１内には、マスク１０３を支持する４つの支持ピン１０５が配置されている。４つの支持ピン１０５は、受容キャビティ１０１１の四隅に位置しており、４つのクランプピン１０４４に対応している。

図３に示すように、チャック１０１の底部には複数のドレイン孔１０１２が設けられている。複数のドレイン孔１０１２は受容キャビティ１０１１と連通している。複数のドレイン孔１０１２は、円形をなすように配列されている。各ドレイン孔１０１２には、受容キャビティ１０１１内の液体を排出することを可能とする傾斜が形成されている。チャック１０１の底部は、受容キャビティ１０１１内に傾斜面１０１３を有しており、傾斜面１０１３は受容キャビティ１０１１内の液体を複数のドレイン孔１０１２に流すことが可能なものである。

マスク１０３を洗浄するために図１から図１１に示された基板洗浄装置を用いるとき、マスク１０３を移動させ、チャック１０１の受容キャビティ１０１１内にマスク１０３を配置するために、ロボットが用いられる。ロボットがチャック１０１の受容キャビティ１０１１内にマスク１０３を配置しやすくするために、マスク１０３の側壁とチャック１０１の鉛直面１０１５との間にはある一定の距離が設けられている。この距離は０．５ｍｍから２ｍｍの間である。一般的に、ロボットがマスク１０３をチャック１０１の受容キャビティ１０１１内に正確に配置すること（これはロボットが一つの鉛直面１０１５に直角であることを意味する）を完全に保証することはできない。ロボットによって角度が偏向され得るが、マスク１０３は依然としてチャック１０１の受容キャビティ１０１１内にロボットによって配置される。ロボットの偏向角度θは、ｔａｎθ＝ｄ／（Ａ／２）という等式を満たす。ここで、ｄはマスク１０３の側壁とチャック１０１の鉛直面１０１５との間の距離を示し、Ａはマスク１０３の側部の長さを示す。

４つの支持ピン１０５は、マスク１０３を支持する。好ましくは、マスク１０３の上面とチャック１０１の上面とが同じ平面内にある。なお、マスク１０３の上面とチャック１０１の上面とが異なる平面内にあってもよいと理解されるべきである。回転駆動機構が回転スピンドル１０２及びチャック１０１を回転させると、４つのクランプピン１０４４が遠心力によってマスク１０３をクランプする。マスク１０３の各角部は、クランプされると、実質的に直角のスロット１０４５内に位置する。このようにして、マスク１０３はチャック１０１の受容キャビティ１０１１内に保持され位置付けされる。少なくとも１つの第１ノズル１０７が、マスク１０３の上面を洗浄するためにマスク１０３の上面に液体を噴射する。マスク１０３の上面及びチャック１０１の上面の上方には、マスク１０３を超音波または高周波超音波洗浄するための超音波または高周波超音波装置１０６が配置されている。超音波または高周波超音波装置１０６と、マスク１０３の上面及びチャック１０１の上面との間には、ギャップが形成されている。ギャップが液体によって十分に且つ連続的に満たされることによって、マスク１０３の上面には超音波または高周波超音波エネルギーが液体を介して安定して伝達される。したがって、マスク１０３の上面全体において超音波または高周波超音波パワーの密度分布が均一となる。受容キャビティ１０１１内の液体は複数のドレイン孔１０１２を経て排出される。

図１２から図１８には、超音波または高周波超音波装置を用いた本発明の第２実施形態に係る基板洗浄装置が描かれている。基板洗浄装置は、チャック２０１と、チャック２０１に固定された回転スピンドル２０２とを含んでいる。回転スピンドル２０２は、回転駆動機構に接続されている。回転駆動機構は、回転スピンドル２０２及びチャック２０１を回転させる。チャック２０１は、マスク２０３のような基板を保持するための受容キャビティ２０１１を有している。受容キャビティ２０１１の開口形状は、マスク２０３の形状と一致しており実質的に正方形である。受容キャビティ２０１１の開口形状はマスク２０３に限らず基板の形状と一致するが、それが正方形とは限らないと理解されるべきである。チャック２０１は、受容キャビティ２０１１の開口を形成する４つの鉛直面２０１５を有している。好ましくは、マスク２０３を受容キャビティ２０１１内に配置しやすくするために、チャック２０１は４つのガイド面２０１４を有している。４つのガイド面２０１４のそれぞれが鉛直面２０１５に接続されている。

回転スピンドル２０２は、中空であり、チャック２０１の底部の中心に固定されている。チャック２０１の底部の中心には、貫通孔２０１６が設けられている。貫通孔２０１６は、受容キャビティ２０１１及び中空の回転スピンドル２０２に連通している。マスク２０３の底面を洗浄するために、第２ノズル２１０が、チャック２０１の貫通孔２０１６及び中空の回転スピンドル２０２を通過している。第２ノズル２１０の上端がチャック２０１の貫通孔２０１６を通過し、受容キャビティ２０１１内にある。第２ノズル２１０の下端が中空の回転スピンドル２０２を通過している。第２ノズル２１０は、マスク２０３の底面を洗浄するために、第２ノズル２１０の下端から上端まで延在し且つ第２ノズル２１０の上端を貫通した、マスク２０３の底面に液体を噴射する３つの液体流路２１０１を有している。各液体流路２１０１に対応して、第２ノズル２１０の下端には、液体流路２１０１に液体を供給するための入口２１０２が設けられている。液体流路２１０１の数は、３に限定されないと理解されるべきである。工程上の要求を満足させるのであれば、液体流路２１０１がいくつであってもよい。洗浄工程において、第２ノズル２１０は回転しない。第１実施形態において開示された基板洗浄装置と比較すると、第２実施形態において開示された基板洗浄装置は、マスク２０３の両面洗浄を実現できる。

マスク２０３をクランプするために、４つのクランプ装置２０４がチャック２０１に取り付けられて受容キャビティ２０１１の四隅に位置している。各クランプ装置２０４は、チャック２０１に固定された台座を有している。台座には間隙が設けられており、シャフトが間隙を横方向に通過し、シャフトの両端が台座に固定されている。シャフトにはクランプピン２０４４が吊り下げられている。クランプピン２０４４は間隙に位置しており、シャフトを中心に回転可能である。クランプピン２０４４の上端には、マスク２０３の角部と一致する実質的に直角のスロットが設けられている。クランプピン２０４４の内部には、ステンレス鋼からなる重いブロックが配置されている。クランプピン２０４４を構成する材料の密度は、重いブロックを構成する材料の密度よりも低い。チャック２０１の回転速度がしきい値よりも大きくなると、遠心力によってクランプピン２０４４がマスク２０３をクランプする。チャック２０１の回転速度がしきい値よりも小さくなると、クランプピン２０４４が自重によって初期位置に戻ってマスク２０３をリリースする。チャック２０１の受容キャビティ２０１１内には、マスク２０３を支持する４つの支持ピン２０５が配置されている。４つの支持ピン２０５は、受容キャビティ２０１１の四隅に位置しており、４つのクランプピン２０４４に対応している。

図１４に示すように、チャック２０１の底部には複数のドレイン孔２０１２が設けられている。複数のドレイン孔２０１２は受容キャビティ２０１１と連通している。複数のドレイン孔２０１２は、円形をなすように配列されている。各ドレイン孔２０１２には、受容キャビティ２０１１内の液体を排出することを可能とする傾斜が形成されている。チャック２０１の底部は、受容キャビティ２０１１内に傾斜面２０１３を有しており、傾斜面２０１３は受容キャビティ２０１１内の液体を複数のドレイン孔２０１２に流すことが可能なものである。

マスク２０３を洗浄するために図１２から図１８に示された基板洗浄装置を用いるとき、マスク２０３を移動させ、チャック２０１の受容キャビティ２０１１内にマスク２０３を配置するために、ロボットが用いられる。ロボットがチャック２０１の受容キャビティ２０１１内にマスク２０３を配置しやすくするために、マスク２０３の側壁とチャック２０１の鉛直面２０１５との間にはある一定の距離が設けられている。この距離は０．５ｍｍから２ｍｍの間である。一般的に、ロボットがマスク２０３をチャック２０１の受容キャビティ２０１１内に正確に配置すること（これはロボットが一つの鉛直面２０１５に直角であることを意味する）を完全に保証することはできない。ロボットによって角度が偏向され得るが、マスク２０３は依然としてチャック２０１の受容キャビティ２０１１内にロボットによって配置される。ロボットの偏向角度θは、ｔａｎθ＝ｄ／（Ａ／２）という等式を満たす。ここで、ｄはマスク２０３の側壁とチャック２０１の鉛直面２０１５との間の距離を示し、Ａはマスク２０３の側部の長さを示す。

４つの支持ピン２０５は、マスク２０３を支持する。好ましくは、マスク２０３の上面とチャック２０１の上面とが同じ平面内にある。なお、マスク２０３の上面とチャック２０１の上面とが異なる平面内にあってもよいと理解されるべきである。回転駆動機構が回転スピンドル２０２及びチャック２０１を回転させると、４つのクランプピン２０４４が遠心力によってマスク２０３をクランプする。マスク２０３の各角部は、クランプされると、実質的に直角のスロット内に位置する。このようにして、マスク２０３はチャック２０１の受容キャビティ２０１１内に保持され位置付けされる。少なくとも１つの第１ノズル２０７が、マスク２０３の上面を洗浄するためにマスク２０３の上面に液体を噴射する。マスク２０３の上面及びチャック１０１の上面の上方には、マスク２０３を超音波または高周波超音波洗浄するための超音波または高周波超音波装置２０６が配置されている。超音波または高周波超音波装置２０６と、マスク２０３の上面及びチャック２０１の上面との間には、ギャップが形成されている。ギャップが液体によって十分に且つ連続的に満たされることによって、マスク２０３の上面には超音波または高周波超音波エネルギーが液体を介して安定して伝達される。したがって、マスク２０３の上面全体において超音波または高周波超音波パワーの密度分布が均一となる。第２ノズル２１０は、マスク２０３の底面を洗浄するために、マスク２０３の底面に液体を噴射する。受容キャビティ２０１１内の液体は複数のドレイン孔２０１２を経て排出される。

図１９に示すように、マスク３０３を洗浄するために超音波または高周波超音波装置３０６を用いた従来の装置では、超音波または高周波超音波装置３０６の下方にある領域Ａ及び領域Ｂは洗浄工程において液体の有無が断続的となる。例えば、超音波または高周波超音波装置３０６が「位置Ａ」にあるとき、超音波または高周波超音波装置３０６と、マスク３０３の上面との間のギャップが液体によって十分に満たされることによって、超音波または高周波超音波装置３０６の下方にある領域Ａ及び領域Ｂは液体を有する。しかし、超音波または高周波超音波装置３０６が「位置Ｂ」にあるとき、超音波または高周波超音波装置３０６の下方にある領域Ａ及び領域Ｂは空気に晒され、領域Ａ及び領域Ｂには液体がない。領域Ａ及び領域Ｂでは、気液二相が交互に存在する。超音波または高周波超音波エネルギーは、気液二相の界面の間に集中する。エネルギーの集中によって生成された超音波または高周波超音波のハイパワーによって、マスク３０３がダメージを受けるリスクがある。そのうえ、領域Ａ及び領域Ｂに液体がないときにはマスク３０３の上面には超音波または高周波超音波エネルギーが伝達されないが、領域Ａ及び領域Ｂが液体によって十分に満たされると、マスク３０３の上面には超音波または高周波超音波エネルギーが液体を介して伝達される。その結果、超音波または高周波超音波エネルギーがマスク３０３の上面に不均一に分布することになる。さらに、不安定な液体の移動（transferring）のために気流もまた乱れ、超音波または高周波超音波エネルギーの伝達がさらに均一ではなくなる。

上述した問題を解決するために、本発明では、マスクがチャックの受容キャビティ内に配置されるため、マスクをチャックの一部と見なすことができる。超音波または高周波超音波装置の底面がマスクの上面及びチャックの上面に対向しており、超音波または高周波超音波装置とマスクの上面及びチャックの上面とのギャップが液体によって十分に且つ連続的に満たされているのであれば、チャックのサイズ及び形状は限定されない。 そして、洗浄工程の期間中は、超音波または高周波超音波装置の下方全体が常に液体を有している。超音波または高周波超音波エネルギーが液体を介してマスクの上面に安定して伝達される。したがって、マスクの上面全体において超音波または高周波超音波パワーの密度分布が均一となって、マスクの洗浄効果（特にマスクのエッジでの洗浄効果）が改善される。

本発明は、半導体分野に限定されない。本発明は、半導体分野以外に、ＬＣＤやＰＣＢの製造分野にも適用できる。

本発明の前述の説明は、例示および説明のために提示されたものである。本発明の正確な開示として限定または網羅するものではなく、上記の教示内容に鑑みて多くの修正および変形が可能であることは自明である。当業者に自明な改変および変形は、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲内に含まれる。

Claims (14)

1. 基板を支持し且つクランプするチャックアセンブリと、
   前記基板の上面に液体を噴射する少なくとも１つの第１ノズルと、
   前記基板を超音波または高周波超音波洗浄するために前記基板の上面の上方に配置された超音波または高周波超音波装置であって、前記超音波または高周波超音波装置と前記基板の前記上面との間にはギャップが形成され、前記ギャップが液体によって十分に且つ連続的に満たされることによって、洗浄工程の期間中は、前記超音波または高周波超音波装置の下方全体が常に液体で満たされるように構成された超音波または高周波超音波装置とを備えていることを特徴とする基板洗浄装置。
2. 前記チャックアセンブリが、
   基板を保持するための受容キャビティを有するチャックと、
   前記チャックに固定された回転スピンドルと、
   前記回転スピンドルに接続されて前記回転スピンドル及び前記チャックを回転させる回転駆動機構と、
   前記基板を支持するために前記チャックの受容キャビティ内に配置された複数の支持ピンと、
   前記基板をクランプするために前記チャックに取り付けられた複数のクランプ装置とを備えており、
   前記超音波または高周波超音波装置は、前記基板を超音波または高周波超音波洗浄するために前記基板の前記上面及び前記チャックの上面の上方に配置され、前記超音波または高周波超音波装置と前記基板の前記上面及び前記チャックの前記上面との間にはギャップが形成されることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
3. 前記回転スピンドルは中空構造であって前記チャックの底部に固定されており、前記チャックの前記底部には前記受容キャビティ及び前記回転スピンドルに連通した貫通孔が設けられており、前記基板の底面を洗浄するために前記チャックの前記貫通孔及び前記回転スピンドルを第２ノズルが通過していることを特徴とする請求項２に記載の基板洗浄装置。
4. 前記第２ノズルは、その下端から上端まで延在し且つ前記第２ノズルの前記上端を貫通した、前記基板の底面に液体を噴射する少なくとも１つの液体流路を有していることを特徴とする請求項３に記載の基板洗浄装置。
5. 前記第２ノズルの前記下端には、前記液体流路に液体を供給するための入口が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の基板洗浄装置。
6. 前記チャックの底部には複数のドレイン孔が設けられており、前記複数のドレイン孔が前記受容キャビティと連通していることを特徴とする請求項２に記載の基板洗浄装置。
7. 前記チャックの底部は前記受容キャビティ内に傾斜面を有しており、前記傾斜面は前記受容キャビティ内の液体を前記複数のドレイン孔に流すことが可能なものであることを特徴とする請求項６に記載の基板洗浄装置。
8. 各クランプ装置が、遠心力によって前記基板をクランプするためのクランプピンを有していることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
9. 前記受容キャビティの開口形状が前記基板の形状と一致していることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
10. 前記基板がマスクであり、前記受容キャビティの開口形状が実質的に正方形であることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
11. ４つの前記クランプ装置が前記チャックに取り付けられており、前記受容キャビティの四隅に位置していることを特徴とする請求項１０に記載の基板洗浄装置。
12. 各クランプ装置がクランプピンを有しており、前記クランプピンの上端には、前記マスクの角部をクランプするために実質的に直角のスロットが設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の基板洗浄装置。
13. ４つの前記クランプ装置に対応して、４つの支持ピンが前記受容キャビティの四隅に位置していることを特徴とする請求項１１に記載の基板洗浄装置。
14. 前記基板の上面と前記チャックの上面とが同一平面上にあることを特徴とする請求項２に記載の基板洗浄装置。