JP4674207B2 - ディスク様基板の湿式処理装置と方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェファ、平坦なパネルディスプレイ、あるいはコンパクトディスクなど、平坦なディスク様基板の湿式処理のための装置と方法に関する。以下でウェファなる用語を用いた場合、こうしたディスク様基板を意味する。より具体的には、本発明は超音波エネルギーを用いて湿式処理するための装置に関する。本書で超音波なる用語が用いられる場合は、超音波の特定形態として、メガソニック、即ち１ＭＨｚ以上のものを含むとして理解されたい。

特許文献１は、ウェファを真空スピンチャンクで保持して回転させるウェファのクリーニング装置を開示している。同時にクリーニング液をトランスデューサプレートとウェファの間に供給する。トランスデューサプレートはピエゾ素子で振動させる。液体はトランスデューサプレートの中央開口を通ってウェファとトランスデューサの間に供給する。超音波をウェファ全面に印加する。この装置では、一度に処理できるのがウェファの片面だけであり、もう片方の面はスピンチャンクの機械的接触を受けるという欠点がある。

特許文献２は、オプションで超音波振動器を持つ２つの平行なプレートでウェファを狭持して、両面を処理するウェファクリーニング装置を開示している。ウェファは各プレートの中央開口から注入される液体によって生じる液体クッションの中で浮いている。ウェファはそれ以上何らかの部材によって保持されているわけではないので、自在に回転することができる。この装置では、２つのプレートに狭持されて浮いているウェファは制御がきわめて難しくシステムとして非常に不安定であるという欠点がある。

本発明は、液体を用いてウェファの両面を同時に処理することを目的としており、安定した処理条件を達成するために制御を容易なものにする。

本発明の他の目的は、ウェファのクリーニングには十分であっても、局所的に高エネルギーにならない超音波エネルギーを印加することにある。

さらに本発明の他の目的は、環境問題、コスト削減のため、非常に少量の液体でウェファを処理することにある。
米国特許４４０１１３１Ａ１ 米国特許５９７９４７５Ａ１ Ａ．Ｔｏｍｏｚａｗａ "Ｔｈｅ Ｖｉｓｕａｌ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｉｎ Ｍｅｇａ−ｓｏｎｉｃ Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｆｅｒ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ"，ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ Ｈａｗａｉｉ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ （ＥＣＳ）ｉｎ １９９９）

本発明の目的は、
・ 第１のプレート、
・ 前記第１プレートにほぼ平行な第２のプレート、
・ 前記第１と第２のプレートの間で各プレートにほぼ平行にウェファを保持するための、前記保持手段、
・ 処理中のウェファと前記第１プレートとの間の第１のギャップから流体を注入するための第１の注入手段、
・ 処理中のウェファと前記第２プレートとの間の第２のギャップから流体を注入するための第２の注入手段、
・ 少なくとも前記第２プレートに音響的に結合させた少なくとも一つの振動部材、
・ 前記保持手段と前記第２プレートを前記第２プレートにほぼ垂直な軸を中心に互いに回転させるための回転手段からなる、
平坦なプレート様基板を湿式処理するための装置を提供することで達成される。

第１，第２のプレートは、ポリテトラフルオロエチレン（テフロンＴＭなど）などの高分子材料、被覆表面をもつ金属、あるいは使用する処理流体に不活性なあるいは適切な被覆を施したその他材料で作成する。プレートの形状は、プレートとしての役割を果たす平坦な表面を持つものであればどのような形態でもよい。形態としては、錐体、錐台、円筒、円形ディスクまたは同様のものがある。

少なくとも一つの振動部材としては、圧電トランスデューサがある。このような圧電トランスデューサは、一般的に石英、ステンレススチール、アルミニウム、ガラスまたはサファイアなど、剛性材料でできた妥当な共振体に接着させる。プレート材が剛性材料でない場合は、共振体は水などの中間媒体を介してプレートと結合すればよい。

本発明の利点は、振動部材が取り付けられた第２プレートを、処理しようとするウェファ近傍に近づけるため、超音波エネルギーを正確にウェファに印加できることである。

同時に、第１プレートは、ウェファの中を通った超音波を吸収することができる。そのため、一次超音波が反射超音波に干渉することで生じる好ましくない干渉を回避できる。
このような超音波エネルギー−ドレン（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｅｎｅｒｇｙ−ｄｒａｉｎ）を強化するために減衰部材を第１プレートに取り付けることができる。

本発明の他の利点として、ウェファを超音波エネルギーの場の中で動かすため、ウェファに印加される超音波が均一になる。

必ずしも必要ではないが、好ましい実施例では前記各プレートはほぼ水平に配置されており、ウェファを装置内に挿入するのが容易であるという利点がある。

他の実施例では、２つのプレートの少なくとも一方を回転させるための手段が設けられている。このような手段は、第１または第２プレートを回転させることができる。

前記手段が第１プレートを回転させるためのものである場合、これら手段は同時に、保持手段が第１プレートに取り付けられているときは、前記保持手段と第２プレートを第２プレートにほぼ垂直な軸を中心に互いに回転させるための手段となる。この場合、保持手段は回転自在なプレートとともに回転できる。

前記種ｄが第２プレートを回転させるためのものである場合は、これらは同時に、保持手段が第２プレートに取りつけられていないとき、第２プレートにほぼ垂直な軸を中心にして保持手段と第２プレートを互いに相対的に回転させる手段でもある。

保持手段と第１プレートを互いに結合して保持ユニットを形成すれば、第１プレートの中に保持手段の機械部分を収納できるという利点がある。

保持手段がウェファを確実に把持するための把持手段を具備していれば、ウェファは摩擦力により保持されるだけではない。

第２プレートが回転自在でなければ、振動部材を担持しているプレートを回転させる必要がなく、圧電トランスデューサなどの振動部材に一般的に取り付けられる電子部品に関して好ましいという利点がある。

他の実施例ではさらに、液体回収器を具備しており、これはウェファ処理中に流れ出る液体を回収するために前記保持手段の円周を取り囲むように設けられる。このような液体回収器はカップあるいは飛沫よけ（ｓｐｌａｓｈｇｕａｒｄ）と呼ばれる。

一実施例では、第２プレートは前記液体回収器に対して密閉し、振動部材やそれら電子部品が濡れるのを防ぐ。これは液体回収器に第２プレートを恒久的に溶接するか、あるいはそれぞれの部分を一つの物体から一体に形成することでも達成できる。

装置にはさらに、第１プレートから第２プレートまでの距離を変えてこれら２つのプレートの間に規定される空間にウェファを挿入したり、取り出したりするための手段を設けても良い。間隔変更手段には、例えば水圧、油圧、あるいは電気機械的な部材（例えばベルト駆動、ボールスピンドル）がある。

好ましい実施例では、第１のスペーサ手段を設けて、ウェファ処理中第１プレートと保持手段を一定間隔に保つことで、ウェファ処理中ウェファと第１プレートの間のギャップを０．１ｍｍから１０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍから５ｍｍに保つ。このような第１スペーサ手段としては把持ピンがある。小さいギャップを設けることで、ウェファ処理に必要な液体がごく少量ですむという利点がある。

好ましい実施例では、第２のスペーサ手段を設けて、ウェファ処理中第２プレートと保持手段を一定間隔に保つことで、ウェファ処理中ウェファと第２プレートの間のギャップを０．１ｍｍから１０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍから５ｍｍに保つ。同時にこの第２スペーサ手段を、第１プレートと第２プレートの距離を変えるための手段とすることができる。

他の実施例では、前記少なくとも一つの振動部材の少なくとも一つを、ウェファのために設けられた平面に対して８５°から６０°の角度α’で処理中のウェファに超音波を実質的に向けられるように、ウェファに面する第２プレートの表面に対して配置する。

これはたとえば、前記少なくとも一つの振動部材の少なくとも一つを、ウェファのために設けられた平面に対して５から３０°の角度αをなす傾斜面に配置すれば達成できる。あるいはまた、振動部材を担持するプレートが、ウェファに面する表面の少なくとも一部分が傾斜面である表面を持つようにする。これは、フラップ付ディスク（ｆｌａｐｐｅｄ
ｄｉｓｃ）あるいは円錐形表面のような表面で、ウェファのために設けられた平面から距離があってプレートの中心に設けた表面（ウェファに面する）がプレートの端よりも高いような表面を持つプレートで実施できる。

５°から３０°の角度αは、特定所望量のキャビテーションが生じて、さらに洗浄効果が高まるという利点がある。角度２８°、周波数９５０ＭＨｚで２００ｍｍのウェファが超音波に対して透明であることは本分野で知られている（この角度効果については、非特許文献１）に詳しい。超音波に対してウェファが透明な状態でウェファを超音波処理すると、ウェファの片面にだけ超音波エネルギーを印加して両面を洗浄する可能性が開けると
いう利点がある。さらに、これにより、超音波処理中半導体材料に害を及ぼす可能性のある定在波の発生を回避する助けにもなる。
（詳細は米国特許２００３／００２４５４７Ａ１）。

平行な２つの主たる平面を持つプレートの主となる表面に対して、第１の媒体を通して超音波を結合させる場合、全反射を回避しなければならないことを考慮しなければならない。前記第１媒体が水で、プレートがアルミニウムである場合、平面に対して傾斜する振動部材の角度は１４°を超えてはならない。

前記第１および第２ギャップの少なくとも一つについて、さらにガスディスペンサーを設けて、それぞれのギャップから液体を排出して、湿式処理後直ちにウェファを乾燥させてもよい。ガスディスペンサーは前記第１，第２プレートの両方に設けてもよい。

前記第１および第２プレートの少なくとも一つの開口が回転の中心を含まない場合は、液体はプレートとウェファの間の回転の中心を垂直に移動することになる。これにより、デッドボリューム領域（ｄｅａｄ ｖｏｌｕｍｅ ｚｏｎｅ）の可能性が回避される。

振動部材の少なくとも一つを回転軸領域を覆うように配置すれば、ウェファ表面の全域に超音波が届く。

他の実施例はさらに、前記保持手段の保持部材をウェファ処理中に開閉するための手段を具備する。これは、偏心運動可能なピンを駆動する歯車ギアを、サーボモータで振動させる（ａｇｉｔａｔｅｄ）、あるいは各ピンを磁気または圧電スイッチで駆動させることで達成できる。

少なくとも一つのプレートは少なくとも部分的に、水の比音伝播速度（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｏｕｎｄ−ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）に対して２０％を超えず遅延する比音伝播速度を持つ材料からなるのが有利である。これにより、表面境界でプレートから液体に反射される超音波量が減少する。

本発明のさらなる側面は、シングルウェファの湿式処理方法である。この方法は以下の特長からなる。
・ 平面Ｂにシングルウェファを保持する。平面Ｂはウェファの主たる各表面に平行なウェファの対称平面と定義される。
・ ウェファに面する平面Ａを持つ第１のプレートを設け、間隔ｄ１の第１のギャップを作る。
・ ウェファに面する平面Ｃを持つ第２のプレートを設け、間隔ｄ２の第２のギャップを作る。
・ 前記第１ギャップに第１の液体を挿入し、該第１ギャップをほぼ完全に満たす。
・ 前記第２ギャップに第２の液体を挿入し、該第２ギャップをほぼ完全に満たす。
・ 該第２プレートに超音波を印加する一方、第２プレートに印加した超音波の１０％以下を第１プレートに印加する。
・ ウェファと第２プレートを、ウェファの主たる表面にほぼ垂直な回転軸を中心に互いに相対的に回転させる。

この方法の利点は、超音波エネルギーを排出（ｄｒａｉｎ）して吸収すること、ならびに境界層での超音波の反射を回避することにより、一次超音波と反射（２次）超音波の望ましくない干渉を回避することである。

一実施例では、ウェファが回転しており、これによりウェファと隣接プレート間の剪断
レートが高くなり、洗浄効果が強化される。しかし、これにかえて前記第２プレートを回転させてもよい。

処理中ほぼ、第２プレートで少なくとも一時的にウェファの一側面のすべての部分を覆ってもよい。

好ましくは、前記第２の液体を、回転軸からはずした開口を通って第２ギャップに挿入する。

さらに本発明の他の側面は、以下からなるウェファの湿式処理装置である。
・ 第１のプレート
・ 第１プレートから一定の間隔を設けてこれにほぼ平行にウェファを保持するための保持手段、
・ 第１プレートと処理中のウェファの間の第１のギャップに流体を注入するための注入手段、
・ 第１プレートに音響的に結合させた少なくとも一つの振動部材、
・ 第２プレートにほぼ垂直な軸を中心に前記保持手段と第１プレートを互いに相対的に回転させるための回転手段、
・ 処理中ウェファに対して８９°以下（好ましくは８５°以下）の角度α’で超音波を向けるために調整部材が設けられている。

超音波を８９°以下の角度α’でウェファに向けると、定在波の発生を回避できる。角度α’が８５°以下であればこの効果は高くなる。

本発明装置では、調整部材は、前記少なくとも一つのトランスデューサの少なくとも一つが載置される傾斜平面（単数、複数）からなる。

好ましい実施例では、傾斜平面に載置される、前記少なくとも一つのトランスデューサは、中間液体チェンバーに音響的に結合され、該中間液体チェンバーはさらに前記第１プレートに音響的に結合される。チェンバー内の液体は膜を介してウェファの処理に使われる液体から隔離してもよい。このような膜としては、プラスチック（ポリテトラフルオロメタンなど）、金属（ステンレススチールなど）、あるいはその他超音波を伝達可能な材料から作られる。

前記中間液体チェンバーが液体回路に接続されている場合は、チェンバー内の液体を恒久的に更新することが可能であり、これにより中間液体チェンバーの冷却が可能になる。

他の実施例では、この調整部材を、少なくとも一つの超音波発生器を備えた複数トランスデューサのアレイで構成し、これら複数トランスデューサを移相方式で（ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｅｄ ｗａｙ）個別に振動させて（ａｇｉｔａｔｅｄ）、トランスデューサアレイから８９°以下（このましくは８５°以下）の角度α’で超音波を発生する。このことは、波面が１°以上（好ましくは５°以上）の角度αで傾斜していることを意味する。好ましくは波面の傾斜角度αは２０から４５°、より好ましくは２５から４０°である。

このような調整部材を複数トランスデューサのアレイで構成する場合、このアレイは処理中ウェファのために設けられた平面に対して平行に配置する。

好ましい実施例では、トランスデューサのアレイは、複数トランスデューサを二次元に配置したものである（例えば、最小５ｘ５）。

第１プレートから、第１プレートに面するウェファ表面の距離ａの比（ｔｈｅ ｑｕｏｔｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａ）、並びに、アレイの中の２つの隣接トランスデューサの中心間の平均距離ｄが５より大（ａ／ｄ＞５）であれば優れた性能が得られる。

所望の超音波の波長ｌとアレイの中の２つの隣接するトランスデューサの中心間の平均距離ｄの比（ｑｕｏｔｉｅｎｔ ）が１より大であること（ｌ／ｄ＞１）が好ましい。すなわち、アレイの中の隣接トランスデューサの中心間の平均距離ｄは、波長ｌより大きくない（ｌ＞ｄ）ことが望ましい。トランスデューサおよび超音波発生器が特定波長１ＭＨＺ（＝１０^６ ｌ／ｓ）の設計になっていて、湿式処理装置が音伝播速度が１５００ｍ／ｓの水溶液用に構築されている場合は、望ましい波長は１．５ｍｍである。有利な平均距離ｄは２ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下である。

好ましい実施例では、トランスデューサのアレイの幅Ｄは、第１プレートからこの第１プレートに面するウェファ表面への距離ｄ１より少なくとも３倍以上である（Ｄ≧３＊ｄ１）。

有利な装置は、前記第１プレートにほぼ平行な第２プレートを具備し、第２プレートとウェファの間の第２のギャップに処理中流体を注入するための第２の注入手段を備える。これにより、ウェファの両側を同時に洗浄することが可能になる。

本発明の他の側面は、以下からなるシングルウェファの湿式処理方法である。
・ シングルウェファを平面Ｂに保持する
・ ウェファに面する平面Ａを持つ第１のプレートを設け、これにより間隔ｄ１の第１のギャップを作る
・ 該第１ギャップに第１の液体を挿入することにより、該第１のギャップをほぼ完全に満たす、
・ ８９°以下（好ましくは８５°以下）の角度αで該平面Ｂに超音波エネルギーが印加されるよう該第１プレートに超音波エネルギーを印加する、
・ ウェファの主たる表面にほぼ平行な方向に沿ってウェファと第１プレートを互いに相対的に動かす。

好ましい実施例では、ウェファの主たる表面にほぼ平行な方向に沿ったウェファと第１プレートの相対運動は、ウェファの主たる表面にほぼ垂直な回転軸を中心に、ウェファと第２プレートを相対的に互いに回転させることで行われる。

シングルウェファの他の湿式処理方法は以下からなる。
・ ウェファに面する平面Ｃを持つ第２のプレートを設け、これにより間隔ｄ２の第２のギャップを作る、
・ 該第２ギャップに第２の液体を挿入することにより、該第２のギャップをほぼ完全に満たす。

好ましくは、処理中、一つのウェファのほぼ全部分は少なくとも一時的に第２プレートで覆われる。

超音波エネルギーが該平面Ｂに８９°以下（好ましくは８５°以下）の角度α’で印加されるように該第１プレートに印加される該超音波エネルギーは、少なくとも一つの超音波発生器を持つ複数トランスデューサのアレイによって発生され、該複数トランスデューサを移相方式により個別に振動して、前記トランスデューサのアレイから超音波が８９°以下（好ましくは８５°以下）の角度α’で向けられる超音波を発生する請求項３３に記
載の方法。

好ましい方法では、角度α’は、ウェファを液体で処理中変更される。この場合、トランスデューサを例えばサーボモータなどで動かすか、または複数トランスデューサのアレイであれば、移相を変更するかする。

本発明のさらなる詳細並びに利点は、以下の好ましい実施例の記述によって実現される。

図１に、本発明による湿式処理装置を示す。中央開口４２を有する水平載置プレート４１上には、縦方向回転軸Ａを持つ中空シャフトモータ８が載置される。中空シャフトモータは、固定子８ｓ、回転子８ｒ、該回転子８ｒに固定した中空回転シャフト２３からなる。

中空シャフト２３の下端は第１の載置プレート４１の中央開口を貫通し、中空シャフト２３に垂直な第１プレート３１と連結している。該第１プレート３１は円形ディスクの形をしており、中空シャフト２３の中心軸Ａはプレート３１の中心を通る。第１プレート３１は把持装置（スピンチャック）の一部であり、偏心運動が可能な把持ピン３５をさらに備える。ピン３５は、米国特許４９０３７１７に記載されるような歯車ギア（図示せず）を通って偏心的に動かされる。他のピン運動機構が、米国特許５７８８４５３あるいは米国特許５１５６１７４などに開示されている。図示の実施例は、６本のピンからなる。これにかえて、３本のピンを用い、そのうち１本のピンだけを偏心運動させてウェファをしっかりと締め付けるようにしてもよい。他の把持（締め付け）部材を用いる場合、その数を２つに減らし、１つを可動部材としてもよい。第１プレート３１は下方向に向いているため、ピン３５は下方向に突出していてウェファＷを第１プレートの下側で保持する。把持装置を回転させている間ピンを開くことができれば（たとえば、歯車ギアをサーボモータを介して、または各ピンを磁気スイッチによって動かす（ａｇｉｔａｔｅ））、ウェファは２つの流体クッションの間で自由に浮遊できる。

第２のプレート３２が該第１プレート３１の下でこれにほぼ平行に設けられる。第２プレート３２は、円形ディスクの形をしており、中空シャフト２３の中心軸Ａが第２プレート３２の中心を通る。該第２プレート３２は、円周方向を環状液体回収器１０で取り囲まれており、これはそれぞれカップボウルあるいは飛沫ガードと呼ぶこともできる。第２プレート３２は、Ｏリングシール（図示せず）で液体回収器に対して密閉するか、または第２プレート３２を液体回収器の一部とする。液体回収器は、液体回収用の環状ダクト１４を備え、湿式処理中ウェファからフラング（ｆｌｕｎｇ）させて、液体が環状ダクト１４の底部付近の開口（図示せず）から排出される。液体回収器はさらに、環状ダクト１４の上部で内部に向いた環状ガス吸引ノズル１２を備えており、大気ガスと湿式処理から発生するミストを受け入れる。液体回収器１０上部の内径は、第１プレート３１の外径よりほんのわずか大きくなっているため、第１プレートを液体回収器に挿入することができ、円周方向に０，２−５，０ｍｍのギャップが生まれる。このギャップは処理中ウェファを周囲から密閉することはできる程度に小さいが、第１プレートを回転させている間第１プレート３１と液体回収器の間に摩擦が生じるのを防ぐだけの大きさはある。

液体回収器１０は第２の載置プレート４３に連結している。第２の載置プレート４３は、リフト手段４５を介して第１載置プレート４１に連結している。リフト手段は２つの載置プレート４１，４３の縦方向位置を互いに向かって変更するためのものである。第２載置プレート４３が装置フレーム（図示せず）に連結していれば、リフト手段４５は第１載置プレート４１を把持手段３５と第１プレート３１からなるスピンチャックと共にあげたり下げたりすることができる。第１載置プレート４１が装置フレームに連結している場合は、リフト手段４５は、第２載置プレート４３を液体回収器１０と第２プレート３２とともに上下させることができる。縦方向運動は矢印Ｚで示す。

複数の超音波振動部材４は、第２プレート３２の第１プレート３１に対向する側に取り付けられているため、第２プレート３２とは音響的に結合している。振動部材４は、第２プレート３２のうち湿式処理中ウェファを覆っている部分の全直径をほぼ全面的に覆うように配置されるか、または振動部材４を第２プレート全体に広げる。振動部材４としては圧電トランスデューサがある。

第１プレート３１の回転軸である回転軸Ａに対して偏心的に、下部ディスペンサ６が第２プレート３２に取り付けられ、第１，第２プレート３１，３２間の隙間に対して開口している。下部ディスペンサ６は、液体またはガスをウェファＷの下側に向けて注入して、第２プレートとウェファＷの間のギャップＧ２を完全に充填するように構成されていて、これにより振動部材４によって生じる超音波がウェファＷに伝わる（ｃｏｕｐｌｅｄ）。下部ディスペンサ６の開口を回転軸Ａからずらせることで、振動部材４をウェファ中心の近傍に配置できるようになっている。これによりウェファのすべての領域に超音波が行き渡る。下部ディスペンサ６は、多孔弁（ｍｕｌｔｉ ｐｏｒｔ ｖａｌｖｅ）（図示せず）に接続しており、これがさらに少なくとも一つの液体源と少なくとも一つのガス源につながっている。したがって、異なる液体（洗浄剤）や異なるガス（窒素など）を選択的に印加できる。多孔弁は、多段式シングルソレノイド弁（ｃａｓｃａｄｅ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｓｏｌｅｎｏｉｄ ｖａｌｖｅｓ）でもよい。
上部ディスペンサシステムは、同軸上に配置され、第１プレート３１に取り付けた中空シャフトを貫通し、第１と第２のプレート３１，３２の間の隙間に開口する、２つの管２１，２２からなる。内部管２１は液体を注入し、内管２１と外管２２の間の空間はガスを注入するためのものである。管２１，２２はともに、中空シャフト２３とともに回転できる。内管２１に液体を導くために、液体回転接続（ｌｉｑｕｉｄ ｒｏｔａｒｙ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）５が設けられている。ガスは、ガス回転接続（ｇａｓ ｒｏｔａｒｙ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）７を通って管２１，２２の間に供給される。

あるいは、図１に示す装置を、上下逆に配置して、第１プレートが下部プレートに第２プレートが上部プレートになるようにしてもよいのはいうまでもない。

図２に、開放状態の本発明の実施例を示す。

図１，２を参照すると、第１の実施例による装置は以下のようにして作動する。

リフト手段４５によって、第２載置プレート４３は液体回収器１０と第２プレート３２と共に下に下りている（図２）。ロボット・エンドエフェクター（図示せず）によって、ウェファＷが第１プレート３１の下部表面近傍（たとえば、ｄ１＝０，５ｍｍ）に装置によって挿入される。把持ピン３５を閉めてウェファをしっかりと保持する。第２プレート３２上部表面とウェファＷとのギャップＧ２が、所定間隔ｄ２（ｄ２ ０．２-３．０ｍｍ）になるまで、第２載置プレート４３を液体回収器１０と共に持ち上げる（図１）。ｄ２は、超音波の波長、強度、流体の流速、ウェファのスピン速度あるいは液体の比音伝播速度など洗浄パラメータに応じて選択される。

第１の液体ｌ１（例えば脱イオン化水）が管２１を通って第１プレート３１とウェファＷの間のギャップＧ１に注入されてウェファの上面を湿らせかつギャップＧ１を完全に充満している間、ウェファは回転している。ついで、第２の液体ｌ２が下部ディスペンサ６を通って第２プレート３２とウェファＷの間のギャップＧ２に供給され、ウェファの下部
表面が濡れてギャップＧ２が完全に充満される。しかし、ギャップＧ２はギャップＧ１に充填する前に充填してもよい。

ギャップＧ１，Ｇ２がほぼ全面的に充満した後、超音波エネルギーを振動部材４により第２プレート３２に印加する。図１からわかるように、振動部材は、ウェファの回転時、ウェファ表面のリングを各部材４がカバーするように配置されている。これらリングはそれぞれ互いにオーバーラップしているため、ウェファのほぼ全面がカバーされる。

洗浄効果を最適にするため、湿式処理中リフト手段４５を用いてｄ２を変えることができる。超音波処理中、把持手段３５を開放して、なんらかの部材がウェファに接触して衝撃を与えたり減衰したりすることなくウェファが自由に超音波による振動を受けることができるようにすればよい。把持手段３５が開放されている間、ウェファはギャップＧ１の液体中のみを回転させればよく、これは第１プレート３１を回転させて回転させる。間隔ｄ１、ｄ２が同じであれば、ウェファは第１プレートのスピン速度の約半分で回転する。間隔ｄ１，ｄ２が低いほど、ウェファとプレート間の剪断レートは高くなり、洗浄条率はさらに強化される。

超音波処理後、把持手段を再度閉じ（開放していた場合）、ギャップＧ１、Ｇ２にガスを注入して液体を排出させる。ウェファ表面からの液体排出を助けるために、イソプロピルアルコール蒸気（ＩＰＡ蒸気）などの表面張力低下剤をガスに添加してもよい。スピン速度を最大３０００ｒｐｍまであげて、残余液体を吹き飛ばす。最後に、装置を開いて（図２）ロボットエンドエフェクターでウェファを取り出す。

図３に本発明の第２の実施例を示すが、以下の点で第１実施例と異なる。第１プレート３１と把持手段３５は互いに離れていて別個のリフトおよび回転手段と接続している。従って、ウェファＷは把持手段３５によってしっかり保持されているとき第１プレート３１に対して回転させることができる。第２プレート３２は独立して回転させもちあげることができ、液体回収器１０とは接続していない。この実施例では、第１，第２プレート２１および３２ともに超音波振動部材４を担持している。第１プレート３１の振動部材と第２プレート３２のそれらは交互に振動させることによって、望ましくない干渉を回避することができる。干渉は両方のプレートの振動部材がウェファに超音波エネルギーを印加すると生じる。

図４による第３の実施例は、液体挿入の位置が第２実施例と異なる。第１プレート３１と第２プレート３２の液体挿入用の開口が軸Ａからずれている。

図５は第４実施例の一部を概略的に示す断面図であり、これは第１実施例の変形である（図１，２）。図５に示されないすべての部分は図１及び２で説明したとおりである。第２プレート３２には振動部材４が取りつけられ、これらはウェファのために設けられた平面Ｅｗに対して約１２°の角度αをなす傾斜面Ｅｒに配置されている。振動部材４は音響的にプレート３２に結合している。音響的結合には、振動装置の共振器を直接糊付けまたは溶接してもよく、あるいはオイルや水などの中間媒体を利用して間接的に行ってもよい。

振動部材が間接的にプレート３２に結合され、中間媒体が処理液体と同じ音伝播速度を持つ場合、必要なトランスデューサの傾斜角度α_１は、超音波波面がウェファに対して取る望ましい角度α_２と同じ（α_１＝α_２）である。プレート３２が中間媒体と処理液体を隔てる膜からなる場合、プレートを通る屈折および／または反射の影響は無視できる。

振動部材がプレート３２に直接結合している場合、超音波波面がウェファに対して取る
望ましい角度α_２に対して、トランスデューサを傾斜させる必要角度α_１は、プレート３２自体の音伝播速度（例えば、アルミニウム；ｃ_１＝６０００ｍ／ｓ）と処理液（例えば希釈水溶液；ｃ_２＝１５００ｍ／ｓ）に依存する。この相関関係は以下のように計算されるｓｉｎα_１／ｓｉｎα_２＝ｃ_１／ｃ_２。したがって、１２，５°の望ましい角度α_２に対して、トランスデューサプレート（または振動装置共振器）は６０°傾斜させる。トランスデューサプレートの傾斜が３０°であれば、超音波はウェファに対し８２，８°の角度α’（α＝７，２°）で向けられる。図５の例ではα＝α_１＝１２°、で、α_２＝３°となる。

これに代えて（図６）、振動部材を担持する第２プレート３２が、傾斜平面３２ｓの部分からなり、ウェファに面する表面を持つようにしてもよい。このようなプレートはフラップ付ディスクと同じような表面を持つ。振動部材４は傾斜平面３２ｓに平行である。振動部材は２つしか図示されていないが、他のすべての部分にもさらに振動部材があってもよい。

図７に示す第５の実施例は、第４実施例のプレートが基になっている。プレートは膜５０によって覆われ、側壁リング５１によって取り囲まれている。膜５０と側壁リングは互いに溶接されてトランスデューサプレート３２に糊付けされている。このように上記各傾斜平面３２ｓの上部に、中間チェンバー５２が形成される。中間チェンバー５２は音伝播（超音波伝達）媒体によって満たされているが、この媒体は固体、液体のゲル（例えばオイルまたは水）でよい。その結果振動部材４（トランスデューサ）によって発生する超音波エネルギーは間接的に膜５０に結合され、さらに洗浄液を通ってウェファに届く。チェンバーが液体で満たされている場合は、冷却回路（図示せず）を通って循環される。冷却液（冷媒）は入り口５５を通って中間チェンバー５２に入り、出口５６から出ていく。いずれの場合も、チェンバー５２は互いに接続していても離れていてもよい。

図８に２次元的に配置した６４個のトランスデューサ（トランスデューサ８１Ａから８８Ｈのマトリックス）を示すが、これらは本発明の一側面に用いられる。２つの隣接するトランスデューサの中心間の平均距離ｄが１ｍｍであるのに対し、トランスデューサのアレイの幅は約７，５ｍｍである。

このトランスデューサのアレイを、すくなくとも８チャンネル持つ超音波発生器で振動させてトランスデューサの各ライン（８１から８８）を別（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｙ）に振動させる。すべてのトランスデューサラインを同じ周波数、同じ振幅で、しかし異なる位相で振動させる。移相φ＝１はここでは３６０°の移相角度と定義する。図１０に、移相がどのようにして傾斜波面Ｆを導くかを示す。第１の信号によって、トランスデューサライン８８が振動され、ついで、移相φでトランスデューサライン８７，トランスデューサライン８６、等と続く。波面がトランスデューサプレートに対して傾斜する角度αは波長λ、２つのトランスデューサの中心間の平均距離ｄ、および２つの隣接トランスデューサ間の移相φの関数であり、以下のように計算される。

ｓｉｎα＝φ ｘ λ／ｄ
したがって、望ましい角度のための必要移相は以下のように計算される。

φ＝（ｄ ｘ ｓｉｎα）／λ
波長λは音伝播速度ｃと周波数ｆの関数である（λ＝ｃ／ｆ）。室温（２５℃）、ｃ＝１．５ｋｍ／ｓの水中で、ｆ＝１，５ＭＨｚ）などのメガソニックでは、波長は１ｍｍである。このような波長（λ＝１ｍｍ）では、距離ｄ＝０．５ｍｍ、のぞましい角度α＝３０°のトランスデューサアレイ、移相φ＝０，２５（移相角度＝９０°）。同じ媒体、望ましい角度で、距離ｄ＝１ｍｍでは、移相φ＝０，５（移相角度＝１８０°）が必要である。しかし、この場合、第２の傾斜波面が角度α＝−３０°で出現する。このような第２の波面を避ける場合、距離ｄは波長の半分以下で選ぶ。

図９は１次元的に配置した８つの長方形トランスデューサ（９１から９８）を示す拡大図であり、本発明の一側面に用いられる。このような長方形トランスデューサのアレイは図８に示すアレイと同じ面積をカバーする。この場合、超音波発生器の各チャンネルはひとつのアレイの一つのトランスデューサのみを振動させる。

いずれの種類のトランスデューサを用いるにしても、多数のトランスデューサをウェファの湿式処理装置のトランスデューサプレート内または上に配置する。

図１０は角度αで傾斜する波面Ｆを発生する移相波面を示すトランスデューサのアレイの概略側面図である。
本発明の好ましい態様を整理して記載すれば、下記のとおりである。
１．第１のプレート、
前記第１プレートにほぼ平行な第２のプレート、
前記第１と第２のプレートの間で各プレートにほぼ平行にウェファを保持するための保持手段、
第１プレートと処理中のウェファの間の第１のギャップに流体を注入するための第１の注入手段、
第２プレートと処理中のウェファの間の第２のギャップに流体を注入するための第２の注入手段、
少なくとも第２プレートに音響的に結合させた少なくとも一つの振動部材、
第２プレートにほぼ垂直な軸を中心に、保持手段と第２プレートを互いに相対的に回転させるための回転手段、
からなるウェファの湿式処理装置。
２．前記プレートがほぼ水平に配置される、上記１に記載の装置。
３．少なくとも２つのプレートの一つを回転させるための手段を備えている、上記１に記載の装置。
４．保持手段と第１プレートが互いに結合されて保持ユニットを形成する、上記１に記載の装置。
５．ウェファをしっかりと把持するための把持手段が設けられる、上記１に記載の装置。
６．第２プレートが回転自在でない、上記１に記載の装置。
７．液体回収器が保持手段の円周方向を取り囲み、液体で処理中のウェファから流れ出る液体を収集する、上記１に記載の装置。
８．第２プレートが液体回収器に対して密閉されている、上記１に記載の装置。
９．第１プレートと第２プレートの間に規定されるスペースにウェファを挿入したり、ウェファをそこから取り出すため、これら２つのプレート間の距離を変更するための手段をさらに備える、上記１に記載の装置。
１０．ウェファ処理中ウェファと第１プレートの間に０．１ｍｍから１０ｍｍ、好ましくは０，５ｍｍから５ｍｍのギャップを形成するために、ウェファ処理中第１プレートと保持手段を一定間隔に保つための第１のスペーサ手段をさらに備える、上記１に記載の装置。
１１．ウェファ処理中ウェファと第２プレートの間に０．１ｍｍから１０ｍｍ、好ましくは０，５ｍｍから５ｍｍのギャップを形成するために、ウェファの処理中第２プレートと保持手段を一定間隔に保つための第２のスペーサ手段をさらに備える、上記１に記載の装置。
１２．少なくとも一つの振動部材の少なくとも一つが、ウェファに面する第２プレートの表面に対して配置されて、ウェファのために設けられた平面に対して８５°から６０°の角度α’をなして処理時ウェファに超音波がほぼ向けられる、上記１に記載の装置。
１３．第１および第２ギャップの少なくとも一つ用として追加のガスディスペンサーをさらに備える、上記１に記載の装置。
１４．第１または第２プレートの少なくとも一つの開口が回転中心を含まない、上記１に記載の装置。
１５．少なくとも一つの振動部材が回転軸領域をカバーするように配置される、上記１に記載の装置。
１６．ウェファ処理中保持手段の保持部材を開閉するための手段をさらに備える、上記１に記載の装置。
１７．少なくとも一つのプレートが、少なくとも部分的に、水の比音伝播速度まで延期しない比音伝播速度をもつ材料からなる、上記１に記載の装置。
１８．シングルウェファを平面Ｂに保持し、
ウェファに面する平面Ａを持つ第１プレートを設けて、間隔ｄ１の第１のギャップを形成し、
ウェファに面する平面Ｃを持つ第２の平面を設けて、間隔ｄ２の第２のギャップを形成し、
第１のギャップに第１の液体を挿入して、第１ギャップをほぼ完全に充満し、
第２のギャップに第２の液体を挿入して、第２ギャップをほぼ完全に充満し、
第２プレートに超音波エネルギーを印加する一方、第２プレートに印加された超音波エネルギーの１０％以下を第１プレートに印加し、
ウェファの主たる表面にほぼ垂直な回転軸を中心にウェファと第２プレートを、相対的に回転させる
ことからなる、シングルウェファの湿式処理方法。
１９．ウェファが回転している、上記１８に記載の方法。
２０．処理期間中、一つのウェファ側面のほぼすべての部分が、少なくとも一時的に第２プレートによってカバーされる、上記１８に記載の装置。
２１．第２の液体が回転軸からはずれた開口を通して第２ギャップに挿入される、上記１８に記載の方法。
２２．第１のプレート、
第１のプレートにほぼ平行で一定の距離に、ウェファを保持するための手段、
第１のプレートと処理中のウェファの間の第１ギャップに流体を注入するための注入手段、
第１プレートに音響的に連結している少なくとも一つの振動部材、
第２プレートにほぼ垂直な軸を中心に保持手段と第１プレートを互いに相対的に回転させるための回転手段、
８９°以下の角度α’で、処理中ウェファに超音波を向けるために調節部材がもうけら
れている
からなるウェファの湿式処理装置。
２３．調節部材が、少なくとも一つのトランスデューサのアレイの少なくとも一つが載置される傾斜平面（単数、複数）からなる、上記２２に記載の装置。
２４．傾斜平面に載置される少なくとも一つのトランスデューサが、中間液体チェンバーに音響的に連結され、中間液体チェンバーがさらに第１プレートに音響的に連結されている、上記２３に記載の装置。
２５．中間液体チェンバーが液体回路に接続されている、上記２４に記載の装置。
２６．調節部材が、トランスデューサアレイから８９°以下の角度α’で向けられる超音波を発生させるために複数トランスデューサを別個に移相方式で振動させる少なくとも一つの超音波発生器を持つ複数トランスデューサのアレイを具備する、上記２２に記載の装置。
２７．トランスデューサアレイが２次元的に配置された複数トランスデューサである、上記２６に記載の装置。
２８．第１プレートから第１プレートに面するウェファ表面までの距離ａと、アレイの２つの隣接トランスデューサの中心間平均距離ｄの比が５より大である（ａ／ｄ＞５）、上記２６に記載の装置。
２９．アレイの２つの隣接トランスデューサの中心間平均距離ｄが２ｍｍ以下である、上記２６に記載の装置。
３０．トランスデューサのアレイの幅Ｄが、第１プレートから第１プレートに面するウェファ表面までの距離ｄ１より少なくとも３倍以上である（Ｄ＞３ ^＊ ｄ１）、上記２６に記載の装置。
３１．第２プレートが第１プレートと、流体を第２プレートと処理時ウェファの間の第２ギャップに注入するための第２注入手段にほぼ平行である、上記２２に記載の装置。
３２．シングルウェファを平面Ｂに保持し、
ウェファに面する平面Ａを持つ第１プレートを設けて、距離ｄ１の第１のギャップを形成し、
第１のギャップに第１の液体を挿入して、第１のギャップをほぼ完全に充満し、
平面Ｂに８９°以下の角度α’で超音波エネルギーが印加されるように、第１プレートに超音波エネルギーを印加し、
ウェファの主たる表面にほぼ平行な方向に沿って、ウェファと第１プレートを互いに相対的に移動させる
ことからなる、シングルウェファの湿式処理方法。
３３．ウェファの主たる表面にほぼ平行な方向に沿ったウェファと第１プレートの相対的運動が、ウェファと第２プレートをウェファの主たる表面にほぼ垂直な回転軸を中心に互いに相対的に回転させることで実行される、上記３２に記載の方法。
３４．ウェファに面する平面Ｃを持つ第２のプレート設けることにより、間隔ｄ２の第２のギャップを形成することをさらに含む、上記３２に記載のシングルウェファの湿式処理方法。
３５．処理期間中、一つのウェファの側部のほぼすべての部分が少なくとも一時的に第２プレートによって覆われる、上記３２に記載の方法。
３６．平面Ｂに超音波エネルギーが８９°以下の角度α’で印加されるよう、第１プレートに印加される超音波エネルギーが、トランスデューサアレイから８９°以下の角度α’で向けられる超音波を発生させるために複数トランスデューサを別個に移相方式で振動させる少なくとも一つの超音波発生器を持つ複数トランスデューサのアレイで発生される、請求項３２に記載の方法。
３７．ウェファを液体で処理中角度α’が変更される、上記３２に記載の方法。

ウェファの湿式処理中の本発明の第１実施例を示す概略断面図。 ウェファ搭載のため開放された状態の本発明第１実施例を示す概略断面図。 本発明の第２実施例を示す概略断面図。 本発明の第３実施例を示す概略断面図。 本発明の第４実施例の一部を示す概略断面図。 本発明の第５実施例の一部を示す概略斜視側面図。 本発明の第６実施例の一部を示す概略斜視側面図。 ２次元的に配置したトランスデューサのアレイを示す拡大図。 １次元的に配置したトランスデューサのアレイを示す拡大図。 移相を例示するトランスデューサのアレイの概略側面図。

Claims (2)

1. 第１の上側のプレート(31)、
   前記第１の上側のプレート(31)にほぼ平行な第２の下側のプレート(32)、
   前記第１の上側のプレート(31)と第２の下側のプレート(32)の間で各プレート(31)、(32)にほぼ平行にウェファ(W)を保持するための保持手段(35)、
   第１の上側のプレート(31)と処理中のウェファ(W)の間の第１のギャップ(G1)に流体を注入するための第１の注入手段(21)、
   第２の下側のプレート(32)と処理中のウェファ(W)の間の第２のギャップ(G2)に流体を注入するための第２の注入手段(6)、
   少なくとも第２の下側のプレート(32)に結合させた少なくとも一つの振動部材(4)、
   第２の下側のプレート(32)にほぼ垂直な軸を中心に、保持手段(35)と第２の下側のプレート(32)を互いに相対的に回転させるための回転手段(8)、
   液体で処理中のウェファ(W)から流れ出る液体を収集するように保持手段(35)の円周方向を取り囲む液体回収器(10)、
   を具備し、保持手段(35)と第１の上側のプレート(31)が互いに結合されて保持ユニットを形成しており、第１の上側のプレートが回転自在なプレートであり、第２の下側のプレート(32)が回転自在でなく、第２の下側のプレート(32)と液体回収器(10)とが密閉構造を形成していることを特徴とする、ウェファの湿式処理装置。
2. 少なくとも一つの振動部材(4)の少なくとも一つが、ウェファ(W)に面する第２の下側のプレート(32)の表面に対して配置されて、ウェファのために設けられた平面に対して８５°から６０°の角度α’をなして処理時にウェファに超音波がほぼ向けられることを特徴とする請求項１に記載のウェファの湿式処理装置。

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