JP4676856B2 - 洗浄プローブ及びこれを具備するメガソニック洗浄装置 - Google Patents

洗浄プローブ及びこれを具備するメガソニック洗浄装置 Download PDF

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Description

本発明は半導体製造装置に係り、さらに詳細には洗浄プローブ及びこれを利用するメガソニック洗浄装置に関する。
半導体素子が高集積化されることによってパターンの大きさ及びパターンの間の間隔が非常に小さくなっている。これによって、ウェーハ洗浄工程がさらに重要になっている。なぜなら、ウェーハの表面に汚染粒子が存在する場合、後続する工程の時にパターン不良が誘発されることができ、これによって、半導体素子の誤動作が誘発されるおそれがあるためである。このように半導体素子が高集積化されることによって、許容可能な汚染粒子のサイズも小さくなっている。汚染粒子の大きさが小さくなることによって、汚染粒子とウェーハとの間に作用する強い粘着力(adhesion force)によって、既存の洗浄方法では大きさの小さい汚染粒子を除去し難くなっている。したがって、洗浄工程での洗浄効率を高めるために、汚染粒子とウェーハとの間の強い粘着力を克服できる力をウェーハ表面に効果的に提供する方法に関して多角的に研究が行われている。前記方法のうちの一つとして、メガソニック波動を利用するメガソニック洗浄装置を使う方法がある。
メガソニック洗浄装置はウェーハ表面に向かう高周波数の良く撹拌された流体の流れ(agitated stream of fluid、例えば脱イオン水)を利用する。良く撹拌された流体の流れはウェーハ表面の凹んだ領域でも汚染粒子を安全かつ効果的に除去する。一般的にメガソニック洗浄装置はメガソニック波動を発生させる圧電変換器(piezoelectric transducer)と、この圧電変換器で発生されたメガソニック波動を流体を介してウェーハ表面に伝達させる洗浄プローブとを含む。前記洗浄プローブによって流体が高周波数で撹拌され、前記流体内部に気泡が発生する。前記気泡はウェーハ表面ではじけるようになり、このように気泡がウェーハ表面ではじける力と前記撹拌された流体の流れによって汚染粒子がウェーハ表面から震動して物理的に分離する。
図1は従来技術による概略的な洗浄装置とウェーハ上の位置によるウェーハに印加される力の大きさを示す図である。従来のメガソニック洗浄装置は特許文献1に開示されている。
図1を参照すると、ウェーハW上に洗浄液(図示しない)が均一に分布されている状態で前記洗浄液と接するように洗浄プローブ20が位置する。従来の前記洗浄プローブ20の一端部は圧電変換器10に連結されており、前記圧電変換器10の反対方向の前記ウェーハ上に延長される部分は全体的に均一な半径を有する円筒状棒の形態を有する。前記圧電変換器10で発生したメガソニック波動は前記洗浄プローブ20に伝達され、前記洗浄液(図示しない)を高周波数で撹拌させ、このように撹拌された洗浄液(図示しない)はウェーハWを震動させて前記ウェーハW表面の汚染粒子を除去する。
一方、図1において、前記洗浄プローブ20によって前記洗浄液を媒介にしてウェーハ表面に印加される力をウェーハ半径の距離に従って示したグラフを見れば、ウェーハのエッジ部分で高く、ウェーハの中心に近接することに従って減少して、安定化することが分かる。すなわち、従来のメガソニック洗浄装置ではウェーハエッジ部位にメガソニック波動の力が集中する。これは、洗浄プローブ20がウェーハW上で最初に洗浄液(図示しない)と接触するウェーハエッジE部位で最も多いエネルギーが発散される現象に起因しているのである。ウェーハの中心部分で十分な洗浄効果を得るために前記圧電変換器10でメガソニック波動の力を高める場合には、ウェーハエッジ部分で強制的に大きい波動の力が印加されてしまいウェーハエッジ部分のパターンがリフティングされるなどで、ウェハーエッジ部分が損傷してしまう。したがって、ウェーハエッジ部分の損傷を防止し、かつウェーハの全体に均一な洗浄力を提供することができる洗浄装置が要求されている。
米国特許第6,039,059号明細書
前記問題点を解決するために、本発明による技術的課題はウェーハエッジ部分の損傷を防止し、かつウェーハの全体に均一な洗浄力を提供することができる洗浄プローブ及びこれを具備するメガソニック洗浄装置を提供することにある。
上述の課題を達成するために本発明によるメガソニック洗浄装置は、洗浄容器、前記洗浄容器内に位置し、ウェーハが置かれる回転テーブル、前記回転テーブルの上に位置し、ウェーハ上の洗浄液を通じてウェーハ表面でメガソニック波動を伝達する洗浄プローブ、前記洗浄プローブと連結され、メガソニック波動を発生させる圧電変換器、及び前記回転テーブルの上に置かれるウェーハ上に洗浄液を供給する洗浄液供給管を具備する。前記洗浄プローブは、前記圧電変換器と連結される後方部、前記後方部と反対側に位置し、前記ウェーハ上に位置する前方部、及び前記後方部と前記前方部との間に位置し、前記ウェーハの端部分上に位置し、前記前方部に比べて広い断面積を有する突出部を具備する。
前記洗浄装置において、前記突出部の断面は大きな幅円形または楕円形であることが望ましい。前記突出部の断面の中心と前記前方部の断面の中心は一致するようにしてもよい。または前記突出部の断面の中心と前記前方部の断面の中心は一致しないようにしてもよく、前記突出部の断面の中心は前記前方部の断面の中心より高い位置か、低い位置にあるようにしてもよい。前記洗浄プローブは前記突出部と前記前方部との間を連結する前方連結部、及び前記突出部と前記後方部とを連結する後方連結部をさらに具備することができ、この場合、前記前方連結部と前記後方連結部は漸進的に変化する垂直方向または水平方向の幅を具備することを特徴とする。すなわち、前記前方連結部と前記後方連結部の断面積は漸進的に変わる。前記後方連結部と前記突出部との間の境界は前記ウェーハの端または端の外に位置することが望ましい。前記前方連結部と前記突出部との間の境界は前記ウェーハの半径の1/2地点より外側に位置することが望ましい。
本発明によるメガソニック洗浄装置はウェーハエッジ部分の上に位置する突出部を具備する洗浄プローブを具備するので、ウェーハエッジ部分に印加されるメガソニック波動の力を減少させて、ウェーハエッジ部分の損傷を防止することができる。これによって、ウェーハの全体に均一な洗浄力を提供することができる。
以下、添付の図を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底して完全になれるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝達するために提供されるものである。
図2Aは本発明の望ましい実施形態によるメガソニック洗浄装置の断面図を示す。図2Bは本発明の望ましい実施形態によるメガソニック洗浄装置の平面図を示す。
図2A及び図2Bを参照すると、本実施形態によるメガソニック洗浄装置は洗浄容器100を具備する。前記洗浄容器100中にウェーハWが置かれる回転テーブル130が位置する。前記回転テーブル130の下部に回転軸120が位置し、前記回転軸120はモータ110と連結される。前記モータ110によって前記回転テーブル130が回転する。前記回転テーブル130上にウェーハW表面に洗浄液140を供給する洗浄液供給管170が位置する。前記洗浄容器100の側壁を通じて前記回転テーブル130上に洗浄プローブ160が位置する。前記洗浄プローブ160は前記洗浄容器100の外部に位置する圧電変換器(piezoelectric transducer)150と連結される。前記圧電変換器150はメガソニック波動を生成する。前記メガソニック波動は例えば750〜1000kHzの周波数を有する。
前記洗浄プローブ160は前記ウェーハWの中心付近に位置する前方部160a、前記圧電変換器150と連結される後方部160c及び前記前方部160aと前記後方部160cの間に位置する突出部160bを具備する。前記突出部160bは前記前方部160aより広い断面積を有することを特徴とする。前記突出部160bは円形または楕円形の断面を有することが望ましい。前記洗浄プローブ160は例えば石英からなる。前記後方部160cと前記突出部160bとの間に変化する断面積を有する後方連結部160bcが位置し、前記前方部160aと前記突出部160bとの間に変化する断面積を有する前方連結部160abが位置する。前記前方部160aの端は例えば前記ウェーハWの中心C上に位置することができる。前記前方連結部160abと前記突出部160bとの間の境界である前方突出境界160abbは前記ウェーハWの半径Rの1/2地点またはその外側に位置することが望ましい。前記突出部160bと前記後方連結部160bcとの間の境界である後方突出境界160bbcは前記ウェーハWのエッジ部分の端またはその外側に位置することが望ましい。
前記メガソニック洗浄装置を駆動する順序は次のようである。前記回転テーブル130上にウェーハWが置かれる。前記回転テーブル130が前記モータ110によって回転し、前記洗浄液供給管170を通じて前記ウェーハWの表面で例えば脱イオン水といった洗浄液140が供給される。前記ウェーハWが前記回転テーブル130とともに回転しながら前記ウェーハW上に供給された洗浄液140は前記ウェーハWの全面で均一な厚さで分布する。前記ウェーハW上に前記圧電変換器150に連結される洗浄プローブ160が位置し、前記洗浄プローブ160は前記洗浄液140と接するようになる。このとき、前記洗浄プローブ160と前記ウェーハWの表面とは直接接触しない。前記のような状態で、前記圧電変換器150で例えば900kHzの周波数を有するメガソニック波動が生成され、そして前記メガソニック波動は前記洗浄プローブ160に伝達され、前記洗浄液140を通じて前記ウェーハW表面に伝達される。
前記ウェーハW表面に伝達されたメガソニック波動の力は従来のようにウェーハエッジ部分で強くならず、図3のようにウェーハの全体で均一である。図3は本発明の望ましい実施形態によるメガソニック洗浄装置とウェーハ上の位置によるウェーハに印加される力の大きさを示す図である。図3を参照すると、前記洗浄プローブ160を通じて伝達されるメガソニック波動の力は前記後方連結部160bcの広くなる幅と前記突出部160bの広い断面積によって減少し、前記ウェーハWの全体にわたって均一に印加される。
図3のグラフのように前記幅が広い突出部160bによってウェーハW表面に印加されるメガソニック波動の力が減少する現象は、図4及び図5を参照して次の三つの原理により説明することができる。図4は洗浄プローブとウェーハ表面との間の間隔による波動の力を示す図である。図5は本発明の望ましい実施形態による洗浄プローブがウェーハ上の洗浄液と接している状態を示し、前記前方部160aの端から前記洗浄プローブ160を視る右側面図である。
第1は、前記断面積の広い突出部160bはその増加する単位体積によってメガソニック波動の力を減少させるダンパー(damper)の役割を果たす。これは棒を震動させる場合と、棒の端に錘をつけた後に前記棒を震動させる場合とを比較するとき、錘をつけた後に棒を震動させる場合、振幅がさらに減る原理と同一である。
第2は、図4を参照すると、一般的に空胴(cavitation)現象によると、波動の一波長λサイクルが進行されるとき、気泡の生成と破裂が順次起こる。メガソニック洗浄装置で気泡が破裂する時の衝撃を利用して汚染粒子をウェーハ表面から除去する。気泡は図4のように1/4波長地点で生成され、3/4波長地点で破裂する。したがって、気泡の破裂する力が最大である3/4波長地点がウェーハ表面になるように、前記前方部160aは前記ウェーハW表面と離間しなければならない。なぜなら、図1のように、ウェーハ中心部分に伝達される波動の力が一番弱いので、この部分の洗浄力を強化させるためである。一方、従来の問題点によると、ウェーハエッジ部分に伝達される波動の力が一番大きくなるので、この部分の洗浄力を弱めるために前記洗浄プローブ160と前記ウェーハWエッジ部分との間の間隔を狭める。すなわち、前記突出部160bが垂直方向に大きい幅を有するので、前記突出部160bと前記ウェーハWエッジ部分との間の間隔が狭くなって、図4から分かるように、メガソニック波動の力が最大になる地点である3/4波長に及ばなくて、気泡の破裂する力は最大値より低くなる。これによって、ウェーハ表面で急激な波動の力の増加を抑制させることができる。
第3は、図5を参照すると、前記突出部160bが前記前方部160aより広い断面積を有する。図5で、前記前方部160aが前記洗浄液140と接する部分(弧)の長さは、前記突出部160bが前記洗浄液140と接する部分(弧)の長さよりも短い。すなわち、前記前方部160aが前記洗浄液140と接する単位面積よりも、前記突出部160bが前記洗浄液140と接する単位面積が広くなる。これによって、同一の波動力が印加されても前記突出部160bの下部の前記ウェーハW表面に伝達される(小さい矢印に表示される)メガソニック波動の力は前記広い単位面積によって分散して減少するようになる。
前記三つの原理によって、本実施形態による洗浄プローブ160は前記大きい断面積を有する突出部160bを具備することで、前記ウェーハエッジ部分に伝達される波動の力を減少させることができる。これによって、図3のようにウェーハの全体で均一な洗浄力を提供することができる。
図6A乃至11Aは本発明の多くの実施形態による洗浄プローブの正面図である。図6B乃至11Bは各々の実施形態によって矢印I方向に沿って前方部160aで洗浄プローブ160を視る洗浄プローブの右側面図である。
図6A及び図6Bを参照すると、前記突出部160bは前記前方部160aより垂直方向に大きな幅を有する。前記突出部160bの断面は図6Bの(1)の場合のように円形でありうる。または図6Bの(2)及び(3)の場合のように楕円形でありうる。前記楕円形は図6Bの(2)の場合のように水平方向半径が垂直方向半径より大きくなるようにしてもよい。または前記楕円形は図6Bの(3)の場合のように垂直方向半径が水平方向半径より大きくなるようにしてもよい。本実施形態で前記突出部160bの断面の中心160bxと前記前方部160aの断面の中心160axは一致する。図6Bの(1)及び(2)の場合で前記突出部160bは前記前方部160aより垂直方向及び水平方向に大きな幅を有する。一方、図6Bの(3)の場合で前記突出部160bは前記前方部160aより垂直方向に大きな幅を有する。
図7A及び図7Bを参照すると、前記突出部160bは前記前方部160aより垂直方向に大きな幅を有する。前記突出部160bの断面は図7Bの(1)の場合のように円形でありうる。または図7Bの(2)の場合のように楕円形でありうる。本実施形態で前記突出部160bの断面の中心160bxと前記前方部160aの断面の中心160axは一致しない。前記突出部160bの断面の中心160bxが前記前方部160aの断面の中心160axより高い位置にある。図7Bの(1)及び(2)の場合で前記突出部160bは前記前方部160aより垂直方向及び水平方向に大きな幅を有する。
図8A及び図8Bを参照すると、前記突出部160bは前記前方部160aより垂直方向に大きな幅を有する。前記突出部160bの断面は図8Bの(1)の場合のように円形でありうる。または図8Bの(2)の場合のように楕円形でありうる。本実施形態で前記突出部160bの断面の中心160bxと前記前方部160aの断面の中心160axは一致しない。前記突出部160bの断面の中心160bxが前記前方部160aの断面の中心160axより低い位置にある。図8Bの(1)及び(2)の場合で前記突出部160bは前記前方部160aより垂直方向及び水平方向に大きな幅を有する。
図9A及び図9Bを参照すると、前記突出部160bは前記前方部160aより垂直方向に大きな幅を有する。図9Aの正面図によると、前記前方部160a、前記前方連結部160ab、前記突出部160b、前記後方連結部160bcの最下端部分は一直線上に位置する。前記突出部160bの断面は図9Bの(1)の場合のように円形でありうる。または図9Bの(2)の場合のように楕円形でありうる。本実施形態で前記突出部160bの断面の中心160bxと前記前方部160aの断面の中心160axは一致しない。前記突出部160bの断面の中心160bxが前記前方部160aの断面の中心160axより高い位置にある。本実施形態による洗浄プローブ160をメガソニック洗浄装置に適用する場合、前記で言及した原理のうちの第1原理と第3原理によってウェーハエッジ部分の損傷を防止することができる。図9Bの(1)及び(2)の場合で前記突出部160bは前記前方部160aより垂直方向及び水平方向に大きな幅を有する。
図10A及び図10Bを参照すると、前記突出部160bは前記前方部160aより垂直方向に大きな幅を有する。図10Aの正面図によると、前記前方部160a、前記前方連結部160ab、前記突出部160b、前記後方連結部160bcの最上端部分は一直線上に位置する。前記突出部160bの断面は図10Bの(1)の場合のように円形でありうる。または図10Bの(2)の場合のように楕円形でありうる。本実施形態で前記突出部160bの断面の中心160bxと前記前方部160aの断面の中心160axは一致しない。前記突出部160bの断面の中心160bxが前記前方部160aの断面の中心160axより低い位置にある。図10Bの(1)及び(2)の場合では、前記突出部160bは前記前方部160aより垂直方向及び水平方向に大きな幅を有する。
図11A及び図11Bを参照すると、前記突出部160bは前記前方部160aより水平方向のみに大きな幅を有する。図11Aの正面図によると、前記前方部160a、前記前方連結部160ab、前記突出部160b、前記後方連結部160bcの最上端部分と最下端部分は各々一直線上に位置する。前記突出部160bの断面は図11Bの場合のように水平方向にふくらんでいる楕円形である。本実施形態で前記突出部160bの断面の中心160bxと前記前方部160aの断面の中心160axは一致する。
従来技術による洗浄装置とウェーハ上の位置によるウェーハに印加される力の大きさを示す図である。 本発明の望ましい実施形態によるメガソニック洗浄装置の断面図を示す。 本発明の望ましい実施形態によるメガソニック洗浄装置の平面図を示す。 本発明の望ましい実施形態によるメガソニック洗浄装置とウェーハ上の位置によるウェーハに印加される力の大きさを示す図である。 洗浄プローブとウェーハ表面との間の間隔による波動の力を示す図である。 本発明の望ましい実施形態による洗浄プローブがウェーハ上の洗浄液と接している状態を示す図である。 本発明の一実施形態による洗浄プローブの正面図である。 本発明の図6Aの洗浄プローブを矢印I方向で視た右側面図である。 本発明の他の実施形態による洗浄プローブの正面図である。 本発明の図7Aの洗浄プローブを矢印I方向で視た右側面図である。 本発明のまた他の実施形態による洗浄プローブの正面図である。 本発明の図8Aの洗浄プローブを矢印I方向で視た右側面図である。 本発明のまた他の実施形態による洗浄プローブの正面図である。 本発明の図9Aの洗浄プローブを矢印I方向で視た右側面図である。 本発明のまた他の実施形態による洗浄プローブの正面図である。 本発明の図10Aの洗浄プローブを矢印I方向で視た右側面図である。 本発明のまた他の実施形態による洗浄プローブの正面図である。 本発明の図11Aの洗浄プローブを矢印I方向で視た右側面図である。
符号の説明
100 容器
110 モータ
120 回転軸
130 回転テーブル
140 洗浄液
150 圧電変換器
160 洗浄プローブ
160a 前方部
160b 突出部
160c 後方部
160ab,160bc 連結部
170 洗浄液供給管

Claims (26)

  1. 洗浄容器と、
    前記洗浄容器内に位置し、ウェーハが置かれる回転テーブルと、
    前記回転テーブルの底に連結される回転軸と、
    前記回転テーブルを回転させるための前記回転軸に連結されたモータと、
    前記回転テーブルの上に位置し、前記ウェーハ上の洗浄液を通じて前記ウェーハ表面にメガソニック波動を伝達する洗浄プローブと、
    前記洗浄プローブと連結され、メガソニック波動を発生させる圧電変換器と、
    前記ウェーハ上に洗浄液を供給する洗浄液供給管とを具備し、
    前記洗浄プローブは、
    前記圧電変換器と連結される後方部と、
    前記後方部と反対側に位置し、前記ウェーハ上に位置する前方部と、
    前記ウェーハ表面にメガソニック波動を伝達するために、前記後方部と前記前方部との間に位置して前記ウェーハの端部上に位置する突出部とを具備し、
    前記突出部は前記前方部に比べて広い断面幅を有することを特徴とするメガソニック洗浄装置。
  2. 前記洗浄プローブは、
    前記突出部と前記前方部との間を連結する前方連結部と、
    前記突出部と前記後方部とを連結する後方連結部をさらに具備し、
    前記前方連結部と前記後方連結部の幅はそれぞれ漸進的に変化していることを特徴とする請求項1に記載のメガソニック洗浄装置。
  3. 前記後方連結部と突出部との間の境界は、ウェーハの中心からウェーハの半径と同一であるか、半径より大きい距離に位置することを特徴とする請求項2に記載のメガソニック洗浄装置。
  4. 前記前方連結部と突出部との間の境界は、ウェーハの中心からウェーハの半径と同一であるか、半径の半分より大きい距離に位置することを特徴とする請求項3に記載のメガソニック洗浄装置。
  5. 前記突出部の断面は円形であることを特徴とする請求項4に記載のメガソニック洗浄装置。
  6. 前記突出部の断面の中心と前記前方部の断面の中心は同じ軸上にあることを特徴とする請求項5に記載のメガソニック洗浄装置。
  7. 前記突出部の断面の中心と前記前方部の断面の中心は同じ軸上にないことを特徴とする請求項5に記載のメガソニック洗浄装置。
  8. 前記突出部の断面の中心は前記前方部の断面の中心より高い位置にあることを特徴とする請求項7に記載のメガソニック洗浄装置。
  9. 前記突出部の断面の中心は前記前方部の断面の中心より低い位置にあることを特徴とする請求項7に記載のメガソニック洗浄装置。
  10. 前記突出部の断面は楕円形であることを特徴とする請求項4に記載のメガソニック洗浄装置。
  11. 前記突出部の断面の中心と前記前方部の断面の中心は同じ軸上にあることを特徴とする請求項10に記載のメガソニック洗浄装置。
  12. 前記突出部の断面の中心と前記前方部の断面の中心は同じ軸上にないことを特徴とする請求項10に記載のメガソニック洗浄装置。
  13. 前記突出部の断面の中心は前記前方部の断面の中心より高い位置にあることを特徴とする請求項12に記載のメガソニック洗浄装置。
  14. 前記突出部の断面の中心は前記前方部の断面の中心より低い位置にあることを特徴とする請求項12に記載のメガソニック洗浄装置。
  15. メガソニック波動を利用してウェーハを洗浄する装置に使われる洗浄プローブにおいて、
    メガソニック波動を生成する圧電変換器と連結される後方部と、
    前記後方部と反対側に位置し、前記ウェーハ上に位置する前方部と、
    前記ウェーハ表面にメガソニック波動を伝達するために、前記後方部と前記前方部との間に位置し、前記ウェーハの端部分上に位置する突出部とを具備し、
    前記突出部は前記前方部に比べて広い断面幅を有することを特徴とする洗浄プローブ。
  16. 前記洗浄プローブは、
    前記突出部と前記前方部との間を連結する前方連結部と、
    前記突出部と前記後方部とを連結する後方連結部とをさらに具備し、
    前記前方連結部と前記後方連結部の幅はそれぞれ漸進的に変化していることを特徴とする請求項15に記載の洗浄プローブ。
  17. 前記突出部の断面は円形であることを特徴とする請求項16に記載の洗浄プローブ。
  18. 前記突出部の断面の中心と前記前方部の断面の中心は同じ軸上にあることを特徴とする請求項17に記載の洗浄プローブ。
  19. 前記突出部の断面の中心と前記前方部の断面の中心は同じ軸上にないことを特徴とする請求項17に記載の洗浄プローブ。
  20. 前記突出部の断面の中心は前記前方部の断面の中心より高い位置にあることを特徴とする請求項19に記載の洗浄プローブ。
  21. 前記突出部の断面の中心は前記前方部の断面の中心より低い位置にあることを特徴とする請求項19に記載の洗浄プローブ。
  22. 前記突出部の断面は楕円形であることを特徴とする請求項16に記載の洗浄プローブ。
  23. 前記突出部の断面の中心と前記前方部の断面の中心は同じ軸上にあることを特徴とする請求項22に記載の洗浄プローブ。
  24. 前記突出部の断面の中心と前記前方部の断面の中心は同じ軸上にないことを特徴とする請求項22に記載の洗浄プローブ。
  25. 前記突出部の断面の中心は前記前方部の断面の中心より高い位置にあることを特徴とする請求項24に記載の洗浄プローブ。
  26. 前記突出部の断面の中心は前記前方部の断面の中心より低い位置にあることを特徴とする請求項24に記載の洗浄プローブ。
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