JP3493492B2 - ウェハ洗浄装置 - Google Patents

ウェハ洗浄装置

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明は、半導体ウェハや超高レベルの清浄度が要求
される他の部材を清浄するための装置及び方法に関す
る。
発明の背景 半導体ウェハは、メガソニックが伝搬させられる洗浄
溶液中において、しばしば洗浄される。メガソニック洗
浄装置は、超音波より20倍以上高い周波数で作動し、超
音波洗浄に伴う好ましくない副作用を伴わずに、安全且
つ効果的に材料から粒子を除去する。
メガソニックエネルギー洗浄装置は、典型的には、ト
ランスミッターに結合された圧電トランスデューサを有
している。前記トランスデューサは、それが振動するよ
うにして電気的に励起され、そして前記トランスミッタ
ーが高周波エネルギーを処理タンク内の液体に伝搬す
る。メガソニックエネルギーによって作られた洗浄流体
の振動は、半導体ウェハ表面の粒子を遊離させる。汚染
物質は、こうしてウェハの表面から振動により除去され
る。ある装置では、洗浄流体は、前記処理タンクの底か
ら湿式処理容器に入り、該容器の頂部からオーバーフロ
ーする。こうして汚染物質は、洗浄流体のオーバーフロ
ーによって前記タンクから除去され得る。
超ソニックエネルギー及び圧力下にある空気を利用す
る静電複写再生装置のためのガス衝突捕集や吸引除去処
理が、マレットらによる米国特許公報第4111546号明細
書に開示されている。
液化ガス中のキャビテーションによって洗浄する工程
は、チャオらによる米国特許公報第5316591号明細書に
開示されている。液化ガスをクリーニングチャンバに導
入し、液化ガスをキャビテーション生成手段に晒すこと
により、不要な材料は基板から除去される。キャビテー
ションを作り出すためのホーンの形状は、詳細には開示
されておらず、音波振動をクリーニング容器内の特定箇
所に集中させるものではない。
フレイらによる米国特許第4537511号明細書には、洗
浄流体のタンク内に引き延ばされた金属管が、前記タン
クの壁を介して伸び、前記金属間の端部に取り付けられ
たトランスデューサにより、縦波モードのエネルギーを
与えられる。比較的高い内部損失を補うために、放射状
の配置は、比較的薄壁とされた管状部剤を用いている。
半導体ウェハの洗浄に使用し得るようにするために
は、装置及び方法の改良が必要である。
発明の概要 本発明の一実施形態では、ソニックエネルギーの源と
なる振動子は、洗浄対象物の表面を洗浄するために、該
表面に近接するようにして洗浄タンク内に延設されたプ
ローブを振動させる。熱伝導部材は、装置温度を制御す
るために、前記プローブの後方に取り付けられている。
前記熱伝導部材に音響的に結合され、メガソニック源に
接続された圧電トランスデューサは、前記プローブを振
動させるための手段を提供する。
前記延設されたプローブは、水晶又は効果的にソニッ
クエネルギーを伝搬させる比較的不活性な他の非放射能
汚染材料で形成される。前記プローブは、先端部、洗浄
部、及び後部を有している。該プローブの断面は、好ま
しくは円形で、前記洗浄部断面の直径は、ソニックエネ
ルギーを集中させるために、前記後部断面の直径よりも
小さい。前記プローブの洗浄部は、好ましくは、一定の
直径を有しており、中実円柱形状の断面を形成してい
る。前記プローブの前記後部断面は、前記円柱形状断面
の一定直径から漏斗状に広がり、大きくなる。第１実施
形態においては、前記プローブの後部断面直径は、徐々
に大きくなる。他の実施形態においては、前記プローブ
の後部断面形状は、段階的に大きくなる。
ある実施形態においては、前記プローブは，糸巻き状
で、金メッキされたアルミニウム熱伝導部材に結合され
ている。前記プローブの配置の一つは、前記熱伝導部材
に結合され、他は、前記プローブがスプリング圧力の下
で前記熱伝導部材に結合されている。トランスデューサ
は、前記熱伝導部材の他方に音響的に（acoustically）
結合され、前記熱伝導部材及びトランスデューサの双方
が、ハウジング内に収容されている。前記ハウジング
は、前記プローブ、トランスデューサ、及び高周波エネ
ルギー用電気コンバータの温度を制御する冷媒のための
入口及び出口を有している。
前記ハウジングは、前記処理タンクの外部に載置さ
れ、該処理タンクの壁の開口を貫通して配置された前記
プローブを支持する。該プローブは、半導体ウェハに平
行に且つ近接させて配置される。スペーサ又は離隔部材
は、前記プローブの小径の洗浄部及び前記プローブの先
端部だけが前記タンクに延びるように、前記トランスデ
ューサ及び大径の後部を、前記タンクの外側に配置する
のが好ましい。
使用中、前記処理タンクは液体で満たされ、ウェハ
は、前記処理タンク内でその内表面上において前記プロ
ーブに近接させて支持体上に配置され、前記プローブ
は、メガヘルツの超音波で振動させられ、前記タンク内
の液体を振動させる。前記ウェハは、回転させられ、又
は、前記プローブに対して相対移動させられ、その結
果、洗浄されるべきウェハの全表面が、前記プローブに
近接する。他のプローブ取り付け配列では、プローブが
ウェハに対して相対移動する。
液体に浸すのに代えて、前記プローブをウェハ表面近
傍に配置し、該ウェハ状に洗浄流体がスプレーされる。
メガソニックエネルギーは、液体の層を介して伝達さ
れ、除去された粒子が、その液体によって運び去られ
る。
他の装置では、中心孔を持つディスクが、タンク内に
載置された１又は２以上のディスクを通って延設された
プローブを備えることにより、洗浄され得る。
図面の簡単な説明 図１は、本発明のメガソニックエネルギー洗浄装置の
１実施形態を示す側面図である。
図２は、図１の装置の断面図である。
図３は、図１のプローブアッセンブリを分解して示す
斜視図である。
図４は、本発明に係る他のプローブを示す側面図であ
る。
図5a〜5cは、本発明と接続して使用されるプローブ先
端部の側面図である。
図６は、ウェハの上面にスプレーされている洗浄流体
を用いた本発明のプローブを示す側面図である。
図７は、図６の７−７線断面図である。
図８は、ウェハの両面を洗浄するプローブを示す側面
図である。
図９は、洗浄されるべき複数枚のディスクを通って延
びる図１のプローブを示す側面図である。
図9aは、プローブ先端部のキャップを示す部分断面図
である。
図9bは、他のプローブ先端部のキャップを示す部分断
面図である。
図10は、ウェハに対して垂直に配置されたプローブの
側面図である。
図11は、プローブを支持体に結合する他の手段を有す
る本発明の他の実施形態を部分的に断面で示す側面図で
ある。
好ましい実施態様の詳細な説明 図１〜図３は、本発明に係るメガソニックエネルギー
の洗浄装置を示す。該装置は、処理タンク101の壁100を
通って挿入された伸長プローブ104を備えている。図か
ら分かるように、前記プローブは、容器の一方の外端部
に片持ち支持されている。プローブ104とタンク壁との
間に挟持された適当なＯ−リング102は、処理タンク101
に適正なシールを与える。ハウジング120内に収容され
た熱伝導部材134は、音響的に且つ機械的にプローブ104
に結合されている。さらに、ハウジング120内に収容さ
れた圧電型トランスデューサ140は、熱伝導部材134に音
響的に結合されている。電気コネクタ142、154及び126
は、トランスデューサ140及び音響エネルギー源（図示
せず）の間に接続されている。
前記ハウジングは、冷媒用の入口導管124及び出口導
管122を支持し、電気コネクタ用の開口部152を有する。
前記ハウジングは、前記プローブ用の開口部132を備え
た環状プレート118によって閉じられている。該プレー
トは、タンクに取り付けられている。
処理タンク101内において、支持部又はサセプタ108
が、プローブ104に平行に且つ極めて近接して位置して
いる。サセプタ108は、種々の形態をとることができ、
図示した形態では、複数のスポーク108bに支持された外
縁部108aを備えている。前記スポークは、処理タンク10
1の底壁を通って延びるシャフト110に支持されたハブ10
8cに接続されている。タンク101の外側において、シャ
フト110は、モーター112に接続されている。
伸長プローブ104は、好ましくは、音響エネルギーを
効率よく伝搬する水晶のような比較的不活性で、非汚染
物質から形成されている。水晶のプローブを利用するこ
とは、たいていの洗浄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、水晶をエッチングす
ることができる。したがって、サファイア、炭化珪素、
又は窒化ホウ素からなるプローブを水晶の代わりに使用
すればよい。また、炭化珪素又はガラス体カーボン（vi
treous carbon）のようなHFに耐え得る物質で水晶をコ
ーティングしてもよい。
プローブ104は、中実で、伸長された、一定の断面を
有する洗浄部104a及び後部104bを備える。プローブの断
面は、好ましくは円形であり、好適には、プローブの洗
浄部の直径は、プローブの後部の直径よりも小さい。試
作品の構成では、後部104bの後端面の面積は、洗浄部10
4aの先端面の面積の25倍である。もちろん、円形以外の
断面形状を使用してもよい。
小さな直径を有する円柱形の洗浄部104aは、洗浄部10
4aの長手方向に沿ってメガソニックエネルギーを集中す
るのに望ましい。しかしながら、プローブの直径は、プ
ローブによって伝搬されるメガソニックエネルギーによ
り生じる機械的振動に耐えるのに十分である必要があ
る。試作品では、タンク内に収容されたプローブの円柱
部断面の直径は、およそ0.4インチであった。
プローブの洗浄部104aは、ウェハの洗浄の際にウェハ
の全領域がプローブに露出するように、十分長くなけれ
ばならない。好ましい実施形態において、ウェハはプロ
ーブの下方で回転するため、洗浄部104bの長さは、少な
くともウェハの中心に届くのに十分に長くなければなら
ない。したがって、ウェハがプローブの下方で回転する
とき、ウェハの全領域はプローブに近接する。実際に
は、プローブは、たとえウェハの中心に届かなくても、
おそらく十分に機能し得る。これは、プローブ先端から
のメガソニック振動が、ウェハの中心に向かって幾分攪
拌するからである。
プローブの長さは、予め決められた波長の倍数によっ
てもまた決定される。一実施形態において、プローブの
洗浄部104aの長さは、供給されたエネルギーの波長の19
倍に等しい。
タンクの外部に位置するプローブの後部104bは、洗浄
部104aの直径よりも大きな径に広がっている。図１〜図
３に示す本発明の第１の実施形態において、プローブの
後部断面の直径は、円柱形部104dまで徐々に増加してい
る。後部104dの端部における広い面積は、大量のメガソ
ニックエネルギーを伝搬し、より小さな直径の部分104a
に集中させるのに好都合である。
図４に示すように、本発明の他の実施形態において、
プローブ後部の断面直径は、徐々にではなく、階段状に
増加している。該階段状の増加は、メガソニックエネル
ギーを効率よく伝搬するべく、波長の倍数おいて行われ
ている。例えば、一実施形態において、プローブの最も
細い部分158は、およそ波長の19倍の長さを有し、次に
大きな直径の部分160は、波長の約３倍の軸方向の長さ
であり、最も大きな直径の部分162は、波長の約４倍の
軸方向の長さである。目的は、図１のテーパーが施され
た形態によって得られる結果をシミュレートすることで
ある。
図5a〜図5cは、プローブ先端のさらなる実施形態を示
す。異なるプローブの先端は、平坦なプローブの端部15
7では覆われないウェハ表面の一部を覆うのに役立つ。
プローブは、円錐状の先端部164、逆円錐状の先端部16
6、又は円形の先端部168を有することができる。
プローブのより大きな端部104dは、熱伝導部材134に
音響的に結合され、該部材によって物理的に支持されて
いる。プローブの端面は、好ましくは適当な接着材料に
よって支持部に接着又は粘着されている。接着材料に加
え、図３に示す薄い金属製スクリーン141が、プローブ
端部及び部材134の間に挟持されている。接着剤が充填
された小孔を備えたスクリーンは、接着剤のみで得られ
るよりも恒久的な振動接続（vibration connection）を
与える。試作品において利用されるスクリーンは、エキ
スパンドメタル（expanded metal）タイプであり、平坦
なストランドを備え、厚さが僅か約0.002インチであっ
た。前記ストランドは、該ストランド間に接着剤をとら
えるポケットを形成している。使用された接着剤は、ロ
サンゼルスのイー．ブイ．ロバーツ（E.V.Roberts）か
ら購入され、ナンバー61で特定されるものよりも硬いナ
ンバー5000で特定されるレジンによって形成されてい
る。スクリーンの材料は、米国の会社であるデルカー
（Delkar）で売られている。プローブが適切に物理的に
支持され、メガソニックエネルギーが効率よくプローブ
に伝搬される限りにおいて、プローブを熱伝導部材にク
ランプし又は結合することが可能である。
熱伝導部材134は、アルミニウム、又は他の熱及びメ
ガソニックエネルギーの良導体から形成される。図示の
形態では、熱伝導部材は、円柱形であり、環状溝136を
有する。これは、装置を適切に冷却するために、適切な
量の冷媒を与えるのに十分な大きさの冷媒ダクトとして
機能する。冷媒用溝136の両側に位置する、より小さな
環状溝138、139には、Ｏリング135、137のような適当な
シールがはめ込まれており、冷媒を隔離し、該冷媒がト
ランスデューサ140への電気コネクタに干渉することを
防止する。
トランスデューサ140は、熱伝導部材134の後部の平坦
面に接着され、粘着され又は別の方法で音響的に結合さ
れている。適当な接着材料は、カリフォルニアのエーブ
ルスティック オブ ガーデナ（Ablestick of Garden
a）から購入可能なECF550で認識されるものである。ト
ランスデューサ140は、好ましくは、ディスク形状であ
り、プローブの後端部104dの直径よりも大きな直径を有
し、トランスデューサからプローブへの音響エネルギー
の伝搬を最大化する。アルミニウムの酸化を防止するべ
く、好ましくは、熱伝導部材は金メッキされ、トランス
デューサ及びプローブとのより良い接着を与える。
トランスデューサ140及び熱伝導部材134は共に、好ま
しくは円筒形のハウジング120内に収容されている。熱
伝導部材は、ハウジング120の内壁にある環状凹部133内
に係合している。
ハウジングは、冷媒への熱の伝搬を助長するため、好
ましくはアルミニウムから形成される。ハウジングは、
液体冷媒の出口導管122及び入口導管124用の開口部144
及び146を有する。ハウジング134は、その閉じた側の端
部において、電気コネクタ126及び154用の開口部152を
有する。開口部148及び150は、ガスパージがハウジング
内に出入りすることを許容する。
ハウジング120の開いた側の端部は、中央に開口部132
を有する環状プレート118に取り付けられており、前記
開口部を通ってプローブ後部104dが延びている。環状の
プレートは、ハウジング120を越えて延びる外径を有
し、内側の輪状の孔131を通じて２つの輪状に形成され
た複数の孔を有する。ねじのような複数のコネクタ128
は、プレート118をハウジング120に取り付けるように延
びている。環状のプレート118は、複数のねじ部品117に
よってタンク壁100に取り付けられている。前記ねじ部
品は、プレートの外側の輪状の孔130を通って延び、タ
ンク壁100に噛合している。また、前記ねじ部品は、プ
レート118をタンク壁から遠ざけるスリーブ又はスペー
サ116を通って延びている。前記スペーサは、プローブ
の洗浄部及びプローブの先端部のみがタンク内に延びる
ように、トランスデューサ及びプローブのフレア状の後
部104bをタンクの外側に位置決めする。また、スペーサ
は、熱伝導部材、ハウジング及びプレートから壁への振
動が最小化されるように、プレート118及びハウジング
をタンクから幾分隔離する。
処理タンク101は、ウェハを汚染しない材料から形成
される。タンクは、流体をタンク内に導くための入口
（図示せず）と、製品から除去された粒子を運ぶための
出口（図示せず）とを有する必要がある。
半導体ウェハの寸法は大きくなっているため、１カセ
ットのウェハを同時に洗浄するよりも、単一のウェハを
一度に洗浄する洗浄装置及び方法を使用するのが、より
現実的で且つ費用がかからない。好適には、本発明に係
るプローブの寸法は、洗浄すべきウェハの寸法に応じて
長手方向に変化し得る。
半導体ウェハ106又は他の洗浄すべき製品は、タンク1
01内の支持部108に置かれる。プローブとウェハの間の
流体の攪拌がウェハ表面上の粒子を遊離させるように、
ウェハは、プローブに十分に近接して配置される。好ま
しくは、プローブとウェハ表面との距離は、約0.1イン
チ以下である。
製品面から粒子を取り除くため、製品の上面全体が振
動するプローブ104に十分に近接するように、モーター1
12は、プローブ104の下方で支持部108を回転させる。プ
ローブとウェハ106との必要となる相対移動を得るた
め、ウェハがプローブの下方で横切るように移動するよ
うな構成とすることができる。また、支持部108が所定
の位置に留まり、プローブがウェハ106の上方で移動す
るような構成とすることもできる。
圧電型トランスデューサ140が電気的に励起されたと
き、該トランスデューサは高周波で振動する。好ましく
は、前記トランスデューサは、プローブの寸法と一致す
る電圧を備えたメガソニック周波数でエネルギーを与え
られる。振動は、熱伝導部材134を通り、伸長プローブ1
04へ伝搬される。次に、プローブ104は、該プローブ及
びウェハの間の洗浄流体に高周波エネルギーを伝搬す
る。この構成の著しい利点の一つは、プローブの大きな
後部が大きなトランスデューサを収容でき、より小さな
プローブの前部が粒子の遊離能力を最大化するようにメ
ガソニック振動を小さな領域に集中させるということで
ある。プローブ及びウェハの間の十分な流動物質は、プ
ローブ及びウェハの間の小さな隙間を横切ってエネルギ
ーを効果的に伝搬させ、所望の洗浄を達成する。ウェハ
106の表面領域は、プローブ104に近接した範囲にあるた
め、プローブ104とウェハ106との間の流体の攪拌は、半
導体ウェハ106上の粒子を遊離させる。このようにして
汚染物質は、ウェハ106の表面から振動により取り除か
れる。遊離した粒子は、連続した流体の流れによって運
ばれ得る。
トランスデューサ140に著しいワット数を付加すれ
ば、トランスデューサ140へのダメージを防止し得るか
なりの熱が生成される。したがって、冷媒は、ハウジン
グ120を通ってポンピングされ、部材134ひいてはトラン
スデューサを冷却する。
第１の冷媒、好ましくは水のような液体は、ハウジン
グ120の一方の側に導かれ、熱伝導部材134の回りを循環
し、ハウジング120の他方の端部から排出する。熱伝導
部材134は、良好な熱伝導体から形成されるため、著し
い量の熱が、液体冷媒によって容易に取り除かれ得る。
もちろん、冷却速度は、冷媒の流速及び／又は温度を変
えることによって容易に監視することができる。
第２の任意の冷媒は、ハウジングの閉じられた端部上
の開口部148、150を通ってハウジング120に出入りする
ことにより、トランスデューサ上を循環する。トランス
デューサ140及び電気配線142、154が存在するため、窒
素のような不活性ガスが、冷媒として又はハウジングの
この部分におけるパージガスとして使用される。
プローブの端部104bを部材134に結合する他の構成を
図11に示す。部材134に接着されたプローブを有する代
わりに、いわゆる真空グリース（vacuum grease）がス
クリーン141に適用され、プローブがコイルばね143によ
って部材134に押圧されている。真空グリースは、漏れ
たり容易に離れたりすることなく、ジョイントの対向す
る側における圧力に耐え得る粘性グリースである。試作
品では、グリースと金属製ばねの組合せは、信頼性のあ
る音響結合を与えた。図11から分かるように、ハウジン
グ120は、プレート118に直接取り付けられる代わりに、
プレート118へのスタンドオフ（standoff）145によって
取り付けられている。スリーブ116及び固定部材117は、
図２に示すものよりも短いため、プレート118は、プロ
ーブのテーパーの部分を囲んでいる。これは、ハウジン
グ120とプレート118との間に隙間を残す。コイルばね14
3は、前記隙間に配置され、プレート118とプローブのテ
ーパー部分との間で押圧されている。したがって、ばね
は、プローブを部材134に向けて押圧する。この構成
は、プローブを熱伝導部材134に音響的に結合させる。
金属製のばねが水晶のプローブを損傷させないように、
好ましくは、プローブに隣接するばね143の第１のコイ
ル上にテフロン製スリーブ149が配置される。
上端部が開口し、下端部に排水路202を有するタンク2
00に結合された図１のプローブアッセンブリの構成を図
６に示す。プローブ104は、スロット203を通ってタンク
内のウェハ106上方に延びていることが示されている。
前記ウェハは、環状のリム208aと、モーター212によっ
て回転するシャフト210の上端部に配置されたハブ208c
に結合された複数のスポーク208bとを有する適当な支持
部208上に取り付けられている。
使用に際し、脱イオン水又は他の洗浄用溶液がノズル
214からウェハの上面上に噴射される一方、プローブ104
は、音響的にエネルギーを付与される。液体は、プロー
ブの下部と、隣接する回転するウェハの上面との間にメ
ニスカス（meniscus）216を生成する。これは、図７に
示されている。前記液体は、そこを通じてメガソニック
エネルギーがウェハの表面に伝搬し、粒子を遊離させる
媒体を与える。これらの遊離した粒子は、連続的に流れ
る噴流及び回転するウェハによって洗い流される。液流
が中断されたとき、水分を飛ばす遠心力によって所定量
の乾燥作用が得られる。
プローブアッセンブリは、符号116で図示された適当
な支持部上に好都合に取り付けられ得る。前記支持部
は、矢符118によって示すように、上方にアッセンブリ
を回転することができ、ウェハの取付け及び取り外しを
容易にする。或いは、スロット203を、頂部の閉じた孔
として形成し、プローブを径方向に出し入れしてもよ
い。
図８は、図７の構成の代わりに又はこれに追加したも
のを表し、ウェハの下側及び上側の両方が洗浄される。
噴射ノズル254は、タンク200の側壁を通って延び、洗浄
流体がスポーク208b及びウェハ106の下面上の間に噴射
されるように僅かに上方に傾斜している。また、前記噴
射ノズルは、ウェハが回転する際に、下面全体が流体で
噴射されるように、径方向内側に向けられている。ウェ
ハは、図６に関して上述したのと同じ方法により、プロ
ーブ104によってメガソニックエネルギーを受ける。こ
の攪拌は、ウェハが回転する際に、プローブと径方向に
整列されたウェハの下面上の流体と同様にウェハを振動
させる。この攪拌は、ウェハの下面上の粒子を遊離さ
せ、該粒子は、ウェハの下面から落ち又は滴る流体で洗
い流される。
図６及び図８に示すウェハに適用される噴射として、
種々の流体を使用することができる。液体又は高圧ガス
に加え、いわゆるドライアイススノー（dry ice snow）
を適用してもよい。カリフォルニア州チュラビスタのヴ
ァートラン システムズ インコーポレイテッド（Va−
Tran Systems,Inc.）が、このような物質を生成し応用
する商標名「SND GUN」の製品を売っている。このアプ
ローチの主な利点は、洗浄後の処分の問題が無いという
ことである。汚染物質は、不活性で無害の蒸気の流れの
中で、きれいな表面から運ばれる。洗浄用媒体の処分の
費用は削除される。SND GUNに関する広告は、ドライア
イススノーを用いた洗浄は、乾燥窒素で噴射するよりも
より完全に粒子を取り除くことができることを明記して
いる。装置は、窒素の噴射を用いたのでは困難又は不可
能な、0.2μｍほどの小さなサブミクロン粒子でさえ取
り除くそうである。このような技術は、参考としてここ
に引用した米国特許第5364474号においてさらに記載さ
れている。
図９を参照すれば、図１のプローブアッセンブリが、
タンク300の壁に取り付けられた状態で示されている。
プローブ304は、垂直方向に向けられた「コンパクトデ
ィスク」302のような複数の基板の中央開口部を通っ
て、略水平に延びている。前記ディスクは、カセット30
6に取り付けることができる。該カセットは、プローブ
と一列に並べられたディスク内の孔を備えたタンク内に
浸されている。前記ディスクを支持するカセットは、プ
ローブが実際にディスクに接触することなく該ディスク
内の孔を通って延びるように、横方向に移動可能であ
る。タンクには、ディスクを完全に覆うべく、脱イオン
水のような液体が充填されている。次に、プローブは、
図１に関して前述したように、メガソニックエネルギー
によって振動する。プローブによって生じる攪拌は、デ
ィスク間の洗浄用液体中に伝搬し、ディスクの表面上の
粒子を遊離させる。エネルギーは、各ディスクの両面が
該エネルギーに露出するように、プローブから径方向外
側に伝搬する。洗浄用液体は、連続した流れの中で容器
中に導かれ、該容器の上端部から溢れて遊離した粒子を
運ぶことができる。
幾分かのメガソニックエネルギーは、液体中に浸漬さ
れた先端部を有するプローブの端部を通じて伝搬するた
め、図9aに示すように、小さなキャップ306がプローブ
の先端部に配置されている。前記キャップは、２つのガ
ラス壁306a及び306bの間に空隙を有する状態とされてい
る。メガソニックエネルギーは、周囲空気にはほとんど
伝搬しないため、前記キャップは、プローブの端部を通
じたエネルギーの損失を防止する。図9bに示す別のキャ
ップ310は、プローブの端部に取り付けられた短いガラ
ス製のチューブ212を使用している。図から分かるよう
に、前記チューブの外径は、プローブの外径と等しく、
プローブから距離を隔てたチューブの外側の端部は、デ
ィスク314によって閉じられている。
図10は、本発明に係るプローブの他の実施形態を示
す。図示したプローブアッセンブリ400は、プローブ404
が図１のプローブ104よりもかなり短いことを除き、図
１のアッセンブリと同様である。さらに、アッセンブリ
400は、略鉛直で、水平方向に配置されたウェハ106の面
に略垂直に延びるプローブで方向付けられている。洗浄
用流体は、ウェハの上面に供給され、プローブの下端部
が該流体に接触している。したがって、メガソニックエ
ネルギーは、この媒体を通じてウェハ面に伝搬し、粒子
の遊離を引き起こす。プローブの側部はこの媒体に露出
していないため、プローブの垂直方向の端部からはあま
りメガソニックエネルギーは伝搬しない。その代わり
に、このようなメガソニックエネルギーは、先端部に集
中する。ウェハが回転する際、該ウェハの表面全体にメ
ガソニックエネルギーを供給するよう、前記先端部はウ
ェハに対して径方向に移動することができる。或いは、
プローブが上面全体を横切ってもよい。所望の動作を与
える機構を含む適当な支持部410が使用され得る。
上述したように、プローブアッセンブリの好ましい形
態は、水晶のような不活性の材料からなるプローブと、
アルミニウムのような良好な熱伝導性材料からなり、前
記プローブの後部に結合された熱伝導性部材とを備え
る。洗浄用流体に接触し、ウェハに隣接して配置されて
いるのはプローブの円柱状部分であるため、図１の部分
104aのような前部が不活性の材料から形成され、後部10
4bがアルミニウムから形成されて、これにより熱伝導部
材134を備えた一片として形成されるという他の構成を
案出することが可能である。これは、もちろん、２つの
構成部品の結合が、円柱状部分104aの後部でなされるこ
とを意味する。このような接着領域は、図１に示した構
成ほど強くないが、所定の状況では有用である。
他方、プローブに水晶や他の不活性材料を使用するこ
とを必要としない幾つかの応用が存在し得る。代わりと
して、プローブ全体をアルミニウム又は他の同種の材料
から形成することも可能である。この状態では、熱伝導
部材は、プローブを備えた一片のユニットとして形成さ
れ得る。また、金属製のプローブを備え、該プローブ自
体を通じて洗浄用流体を噴射することも実用的である。
例えば、図10に示す構成において、流体の入口は、プロ
ーブの大きな径の端部の側に位置し、出口は、プローブ
の小さな径の端部の端面に位置させることが可能であ
る。特に、ドライアイススノーを使用する場合、流体
は、トランスデューサを冷却する冷媒としても機能す
る。
本発明の範囲から離れることなく種々の改良及び変更
を施すことができ、これら全ての改良及び変更は、添付
した請求の範囲によって定義されるように、本発明の範
囲内にあるように意図されることは、当業者には明らか
であろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−1114（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−24414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−153638（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−240157（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−53185（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B08B 3/12 H01L 21/304 643

Claims (36)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転可能な支持体上に水平に配置した半導
    体ウェハのように平らな表面を有する被洗浄物を洗浄す
    る装置であって、 不活性な非汚染物質からなり、細長い前部及び該前部の
    断面よりも大きな断面を有する後部を有し、振動エネル
    ギーを効率よく伝達するプローブと、 前記プローブ後部の端面に一端面が結合された熱伝導部
    材と、 前記熱伝導部材の他端面に結合され前記プローブをメガ
    ソニック振動させる振動子とを備え、 前記プローブは、前記前部が実質的に一定の断面を有
    し、該前部が被洗浄物の表面に平行に延びるように、且
    つ、前記前部と前記被洗浄物との間に洗浄流体を供給す
    ると該洗浄流体のメニスカスが形成される程度に前記被
    洗浄物に接近するように、支持されており、 前記振動子は、前記熱伝導部材を介してエネルギーを伝
    達することにより、前記プローブの前部の長手方向に沿
    って振動を生成し、その結果、前記メニスカスを介して
    前記被洗浄物の表面の粒子を除去し、 前記プローブの前部は、前記被洗浄物の中心に到達する
    のにほぼ十分な長さであり、その結果、前記被洗浄物が
    回転すると、実質的に前記被洗浄物の表面全体が前記プ
    ローブの前部に接近する洗浄装置。
  2. 【請求項２】前記プローブは、中実で前記前部及び後部
    が円柱状とされ、前記後部は前記前部よりも大きな断面
    積を有しており、 前記振動子は、前記プローブ前部に集中される振動エネ
    ルギーを最大化するため、前記プローブ前部の断面積よ
    りも大きな断面積を有するトランスデューサである請求
    項１に記載の洗浄装置。
  3. 【請求項３】前記プローブは、水晶または水晶と同様の
    性質を有する他の物質からなり、 前記熱伝導部材は、アルミニウムまたはアルミニウムと
    同様の熱伝導性を有する他の物質からなる請求項１また
    は２に記載の洗浄装置。
  4. 【請求項４】一定の断面を有する細長い前部を有し、不
    活性な非汚染物質からなり、振動エネルギーを効率よく
    伝達する細長いプローブと、熱伝導部材と、前記プロー
    ブを振動させる振動子とを備えた洗浄装置であって、 前記熱伝導部材は、前記プローブよりも熱伝導性が良好
    な物質からなり、 前記プローブは、前記前部の断面よりも大きな断面を有
    する後部を有しており、 前記プローブの後部は、前記熱伝導部材の端面に結合さ
    れる端面を有しており、 前記振動子は、前記熱伝導部材を介して伝達されたエネ
    ルギーによって前記プローブにメガソニック振動を与え
    得るように、前記熱伝導部材の前記端面とは反対側の端
    面に結合されており、被洗浄物の平らな表面から粒子を
    除去するため、前記プローブ前部と前記被洗浄物表面と
    の間に流体が存在する時に前記プローブの長手方向に沿
    って十分な振動を生じさせ、 前記振動子によって生じた熱を消散させるため、前記熱
    伝導部材と熱交換する冷媒を循環するための冷媒通路を
    備える洗浄装置。
  5. 【請求項５】前記熱伝導部材及び前記振動子を収納する
    ハウジングを更に備え、 前記冷媒通路は、前記冷媒が前記振動子から隔離される
    ように、前記ハウジングと前記熱伝導部材との間に形成
    されている請求項４に記載の洗浄装置。
  6. 【請求項６】前記ハウジングに取り付けられ、前記プロ
    ーブが通過して延びる開口部を有するプレートを備え、 前記プレートは、容器の壁面に支持されており、前記ハ
    ウジング及び前記プローブ後部は、前記容器壁面からス
    ペースをあけて設けられている請求項５に記載の洗浄装
    置。
  7. 【請求項７】前記プローブの前記前部が被洗浄物の近傍
    に位置する時に、洗浄流体が前記被洗浄物に供給される
    と、前記プローブ前部と前記被洗浄物との間に流体のメ
    ニスカスが形成されるように、前記被洗浄物を支持する
    支持体を有する容器を備えた請求項１から６のいずれか
    に記載の洗浄装置。
  8. 【請求項８】金属スクリーンと、該金属スクリーンに供
    給され、前記プローブ後部及び前記熱伝導部材間で圧縮
    されて、前記プローブ及び前記熱伝導部材間を十分に結
    合する粘性材料とを備えた請求項１から７のいずれかに
    記載の洗浄装置。
  9. 【請求項９】洗浄流体を受け入れる容器と、前記容器内
    に一定の間隔をあけて略並行となるように１又はそれ以
    上のディスク状部材を支持する支持体とを備えており、 前記プローブの前部は、前記ディスク状部材の中心孔を
    通過可能であり、 前記ディスク状部材が洗浄流体に浸された時に、該ディ
    スク状部材表面の粒子を遊離するため、メガソニックエ
    ネルギーが前記プローブから前記ディスク状部材の表面
    に沿って半径方向外側に伝達される請求項1,2又は３の
    いずれかに記載の洗浄装置。
  10. 【請求項１０】前記プローブ前部と前記被洗浄物表面と
    の間に洗浄流体を供給する装置を備える請求項１から９
    のいずれかに記載の洗浄装置。
  11. 【請求項１１】前記被洗浄物の前記表面とは反対側の表
    面に洗浄流体を供給する装置を備える請求項10に記載の
    洗浄装置。
  12. 【請求項１２】被洗浄物を支持体に配置するステップ
    と、 プローブによりメガソニックエネルギーを与えている
    間、被洗浄物に洗浄流体を供給するステップと、 前記被洗浄物の所望の表面を洗浄するため、前記被洗浄
    物及び前記プローブ間の相対的な動きを生じさせるステ
    ップとを備えた、半導体ウェハ等の被洗浄物を洗浄する
    方法であって、 前記プローブの細長い前部を、該前部が被洗浄物の略平
    らな一方面に対して平行に延びるように前記一方面に十
    分接近させて、前記プローブ及び前記被洗浄物間に流体
    のメニスカスを形成し、前記メガソニックエネルギーに
    よって発生する、前記プローブ前部の長手方向に沿った
    振動により、前記被洗浄物の一方面の粒子を遊離させる
    ステップと、 前記洗浄流体を前記被洗浄物の他方面にも供給し、前記
    被洗浄物の両面を同時に洗浄するようにメガソニックエ
    ネルギーを供給するステップとを更に備える洗浄方法。
  13. 【請求項１３】前記被洗浄物は、薄くて平らであり、 前記メガソニックエネルギーを供給するステップは、振
    動子から熱伝導部材を介して前記プローブにメガソニッ
    ク振動を与えることにより行われる請求項12に記載の洗
    浄方法。
  14. 【請求項１４】平らな表面を有する被洗浄物の支持体
    と、 前記支持体に隣接して支持されるように形成した後部、
    及び、前記支持体上に載置された被洗浄物の上方を細長
    い下部が該被洗浄物の表面に対して平行に延びる細長い
    前部を有するトランスミッターと、 前記被洗浄物に流体を供給する噴射器と、 前記トランスミッターに連結したトランスデューサとを
    備え、 前記前部は、前記流体のメニスカスが前記前部と前記被
    洗浄物との間に形成される程度十分に前記被洗浄物に接
    近するように支持されており、 前記トランスデューサは、前記被洗浄物の表面の粒子を
    遊離させるように、前記前部と前記被洗浄物との間にお
    いて前記前部から前記流体内へメガソニックエネルギー
    を伝搬させる周波数で振動するように構成された洗浄装
    置。
  15. 【請求項１５】前記メニスカスを維持したまま、前記前
    部と前記支持体との間に相対的な動きを生じさせるモー
    タをさらに備える請求項14に記載の洗浄装置。
  16. 【請求項１６】前記モータは、前記支持体を回転させる
    ように該支持体に結合される請求項15に記載の洗浄装
    置。
  17. 【請求項１７】前記前部は、水晶、サファイア、炭化珪
    素、窒化ホウ素、又は、炭化珪素若しくはガラス体カー
    ボンでコーティングした水晶からなる請求項14に記載の
    洗浄装置。
  18. 【請求項１８】前記支持体上に配置した被洗浄物の下面
    に流体を散布することができるように前記支持体が構成
    されており、 前記噴射器は、前記被洗浄物の下面に流体を供給するこ
    とができ、 前記被洗浄物の上面に作用するメガソニックエネルギー
    が、前記被洗浄物の下面にも作用する請求項14に記載の
    洗浄装置。
  19. 【請求項１９】平らな表面を有する被洗浄物から粒子を
    遊離し除去するための洗浄装置であって、 前記被洗浄物の支持体と、 片持ち梁式に一方端で支持され、前記被洗浄物の平らな
    表面に平行にかつ接近して延びる細長い洗浄部を含むト
    ランスミッターと、 前記洗浄部と前記平らな表面との間に洗浄流体を散布す
    るように配置したノズルと、 前記トランスミッターに結合されたトランスデューサと
    を備え、 前記洗浄部は、前記平らな表面との間に長手方向に沿っ
    て洗浄流体のメニスカスを形成し、 前記トランスデューサは、前記洗浄部から前記メニスカ
    ス内へメガソニックエネルギーを伝播する周波数で振動
    する洗浄装置。
  20. 【請求項２０】前記一方端は、前記支持体の外側におい
    て隣接する請求項19に記載の洗浄装置。
  21. 【請求項２１】前記トランスデューサに隣接した領域に
    ガスを導入可能な開口部を有する壁を含む請求項19に記
    載の洗浄装置。
  22. 【請求項２２】前記トランスデューサに隣接した領域を
    パージするために、または、前記トランスデューサを冷
    却するために、不活性ガスを導入可能な請求項19または
    21に記載の洗浄装置。
  23. 【請求項２３】前記トランスミッターは、水晶またはサ
    ファイアからなる請求項19または22に記載の洗浄装置。
  24. 【請求項２４】前記トランスデューサに隣接した空間を
    作り出すハウジングを含み、前記空間内へのガス導入の
    ために前記ハウジング内に開口部を有する請求項19に記
    載の洗浄装置。
  25. 【請求項２５】平らな両面を有する被洗浄物を洗浄する
    装置であって、 前記被洗浄物を略水平に支持する支持体と、 前記被洗浄物の一方の面に洗浄流体の層を形成するノズ
    ルと、 前記一方の面上において粒子を遊離させるために、前記
    一方の面上にメガソニック振動を生じさせるのに十分な
    力により、前記洗浄流体の層及び前記被洗浄物を介し
    て、前記被洗浄物の他方の面に振動を加えることができ
    るトランスミッターとを備える洗浄装置。
  26. 【請求項２６】前記被洗浄物の両面上において粒子を遊
    離させるために、前記被洗浄物の他方の面に洗浄流体を
    散布するノズルを更に含む請求項25に記載の洗浄装置。
  27. 【請求項２７】前記トランスミッターは、前記被洗浄物
    の上面上方に接近して配置されるように支持されている
    請求項25または26に記載の洗浄装置。
  28. 【請求項２８】２つの平らな両面を有する被洗浄物を洗
    浄する方法であって、 前記被洗浄物の両面に洗浄流体を散布するステップと、 一方の面上において粒子を遊離させるために、前記一方
    の面上に振動を生じさせるのに十分な力により、前記洗
    浄流体の層及び前記被洗浄物を介して、前記被洗浄物の
    他方の面にメガソニックエネルギーを加えるステップと
    を含む洗浄方法。
  29. 【請求項２９】前記被洗浄物は、実質的に水平に支持さ
    れ、前記一方の面が上面である請求項28に記載の洗浄方
    法。
  30. 【請求項３０】被洗浄物を洗浄する方法であって、 前記被洗浄物を支持体上に配置するステップと、 細長い洗浄部を含むトランスミッターを、前記被洗浄物
    の平らな表面に対して平行に前記洗浄部が接近するよう
    に配置するステップと、 前記洗浄部と前記平らな表面との狭い隙間内に洗浄流体
    を導入して、前記洗浄部と前記平らな表面との間に洗浄
    流体のメニスカスを形成するステップと、 前記被洗浄物の表面において粒子を遊離させるために、
    前記メニスカス内にメガソニックエネルギーを伝播する
    ように１つまたはそれ以上のメガソニック周波数で前記
    洗浄部を振動させるステップとを含む洗浄方法。
  31. 【請求項３１】前記被洗浄物の表面を洗浄するように、
    前記被洗浄物と前記洗浄部との間に相対的な動きを生じ
    させるステップをさらに含む請求項30に記載の洗浄方
    法。
  32. 【請求項３２】前記洗浄部は、前記トランスミッターに
    連結されたトランスデューサを作動させることにより所
    定の周波数で振動する請求項30に記載の洗浄方法。
  33. 【請求項３３】前記メガソニックエネルギーを前記トラ
    ンスミッターに加えている間、前記被洗浄物を回転させ
    るステップをさらに含む請求項30に記載の洗浄方法。
  34. 【請求項３４】前記トランスミッターは、前記被洗浄物
    の上方において片持ち梁式に支持される請求項30に記載
    の洗浄方法。
  35. 【請求項３５】前記トランスミッターに圧電トランスデ
    ューサを連結するステップと、 所定のメガソニック周波数で前記トランスミッターが振
    動するように前記トランスデューサを作動させるステッ
    プとをさらに含む請求項30に記載の洗浄方法。
  36. 【請求項３６】前記トランスデューサにパージ用ガスを
    導入するステップをさらに含む請求項35に記載の洗浄方
    法。
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