JP5648047B2

JP5648047B2 - 半導体ウェハの洗浄方法及び洗浄装置

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Publication number: JP5648047B2
Application number: JP2012502417A
Authority: JP
Inventors: チエンワン; サニーヴォハヌッチ; リャンチューシェ; ジュンピュンウー; ジョウウェイジャ; ユンウェンホァン; ジーフンガオ; ユエマー; ホイワン
Original assignee: エーシーエムリサーチ（シャンハイ）インコーポレーテッド
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: US20120097195A1; WO2010111826A1; SG174616A1; US9633833B2; JP2012522387A; US20170032959A1; US9492852B2; KR20120018296A

Description

本発明は、概して半導体ウェハの洗浄方法及び洗浄装置に関係する。より詳細には、超音波／メガソニック（megasonic ；高周波超音波）装置とウェハとの間の隙間を洗浄工程中のウェハの各回転毎に変化させて、ウェハに対する均一な超音波／メガソニックパワー密度分布を達成し、ウェハにおける装置構造を損傷させることなく効果的にパーティクルを除去することに関係する。

半導体装置は、トランジスタ及び配線エレメントを作るための多数の異なる製造過程を用いて製造又は作成される。半導体ウェハに使われる各トランジスタ端子を電気的に接続するために、導電性（例えば金属）トレンチ及びビア等が、半導体装置の一部として絶縁性材料の中に形成される。トレンチ及びビアは、各トランジスタ、半導体装置の内部回路、半導体装置の外部の回路の間において電気信号及び電力を伝達する。

配線エレメントを形成する際、半導体装置における所望の電気回路を形成するために、半導体ウェハは例えばマスキング、エッチング及び堆積の工程を経る。具体的に、複数のマスキング及びプラズマエッチングステップを行なうことにより、半導体ウェハ上の絶縁膜に凹領域を形成し、配線のためのトレンチ及びビアとして用いることができる。エッチング又はフォトレジストアッシングの後に、トレンチ及びビア内のパーティクル及び汚染を除去するためには、ウェット洗浄工程が必要である。特に、装置製造のノードが６５ｎｍ及びその先にまで至るにつれて、トレンチ及びビア内における側壁の損失は、限界寸法を維持するために極めて重要である。側壁の損失を減らす又は無くすためには、適度な、希釈な薬品か、時には脱イオン水のみを用いることが重要である。しかしながら、希釈な薬品又は脱イオン水は、通常、トランジスタ及びビア内のパーティクルを除去するためには効率的ではない。従って、機械的力、例えば超音波又はメガソニック（mega sonic）が、効率的にパーティクルを除去するために必要である。超音波及びメガソニック波は、ウェハ構造に機械的力を印加し、パワー強度及びパワー分布が、損傷の限度内に機械的力を制御すると共にパーティクルを効率良く除去するための重要なパラメータとなる。

メガソニックエネルギーをノズルと結合させて半導体ウェハを洗浄することについては、U.S. Pat. No. 4,326,553 に公開されている。流体が加圧されると共に、当該流体に対してメガソニック振動子によってメガソニックエネルギーが加えられる。ノズルは、洗浄液をリボン状に噴出させると共に、メガソニック周波数にて振動しながら表面に衝突させるように形成されている。

細長いプローブを振動させて音響エネルギーを流体に伝えるエネルギー源が、U.S. Pat. No. 6,039,059 に開示されている。１つの装置配置では、流体はウェハの両側に噴出され、プローブは上面近くに配置させている。他の装置配置では、短いプローブが端面の表面近くに配置され、プローブは、ウェハの回転に応じて移動する。

ウェハ表面に平行な軸により回転するロッドが振動するエネルギー源が、U.S. Pat. No. 6,843,257 B2に開示されている。ロッド表面には、曲がった溝、例えば螺旋状の溝がエッチング形成されている。

適正な量のメガソニックパワーをウェハ全体に均一に加えることが、洗浄工程において重大である。仮に、メガソニックパワーがウェハに均一に加わらなかったとすると、メガソニックパワーを少なく受けた部分のウェハは良好には洗浄されず、パーティクル及び汚染がその部分のウェハに残る。且つ、メガソニックパワーを余分に受けた部分のウェハは、気泡の内破により生じる高圧且つ高温の微小ジェットによって、ウェハにおける装置構造に損傷を発生させることがあり得る。

ウェハにおけるメガソニックパワー密度分布を制御し、より効率良く且つ構造の損傷を小さくしながらウェハ又は基板表面におけるパーティクル及び汚染を洗浄するより良い方法が必要とされている。

本発明の実施形態の１つは、洗浄工程においてメガソニック装置を回転するウェハの上面に隣り合うように配置し、メガソニック装置とウェハとの隙間をウェハの各回転毎に変化させることである。メガソニック装置とウェハとの間の隙間は、ウェハの上面に平行な軸に沿ってメガソニック装置を時計回り及び／又は反時計回りに回転させることにより変更される。

本発明の他の実施形態は、洗浄工程においてメガソニック装置を回転するウェハの上面に隣り合うように配置し、メガソニック装置とウェハとの隙間をウェハの各回転毎に変化させることである。メガソニック装置とウェハとの間の隙間は、メガソニック装置の表面に平行な軸に沿って、ウェハ表面を時計回り及び／又は反時計回りに回転させることにより変更される。

本発明の他の実施形態は、メガソニック装置を回転するウェハの下面に隣り合うように配置し、洗浄工程において、メガソニック装置とウェハとの間の隙間をウェハの各回転毎に変化させることである。メガソニック装置とウェハとの間の隙間は、ウェハの下面に平行な軸に沿ってメガソニック装置を時計回り及び／又は反時計回りに回転させることにより変更される。

本発明の他の実施形態は、メガソニック装置を回転するウェハの下面に隣り合うように配置し、洗浄工程において、メガソニック装置とウェハとの隙間をウェハの各回転毎に変化させることである。メガソニック装置とウェハとの間の隙間は、メガソニック装置の表面に平行な軸に沿って、ウェハ表面を時計回り及び／又は反時計回りに回転させることにより変更される。

本発明の半導体ウェハの洗浄方法及び装置によると、ウェハの各部がメガソニックパワー密度を同じ量を受けるので、不均一なパワー分布を克服することができる。

図１Ａは、例示的ウェハ洗浄装置を示す。図１Ｂは、例示的ウェハ洗浄装置を示す。図１Ｃは、波の反射と波長に関して説明する図である。図１Ｄは、隙間の大きさとメガソニックパワー密度との関係を示す図である。図２は、例示的ウェハ洗浄工程を示す。図３Ａは、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図３Ｂは、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図４Ａは、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図４Ｂは、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図４Ｃは、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図４Ｄは、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図４Ｅは、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図５Ａは、更に他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図５Ｂは、更に他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図５Ｃは、更に他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図６は、ウェハ洗浄方法を示す。図７は、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図８は、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図９は、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図１０は、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図１１は、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図１２は、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図１３は、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図１４は、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図１５Ａは、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図１５Ｂは、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図１５Ｃは、他の例示的ウェハ洗浄装置を示す。図１６Ａは、超音波／メガソニック共振器の様々な形状を示す。図１６Ｂは、超音波／メガソニック共振器の様々な形状を示す。図１６Ｃは、超音波／メガソニック共振器の様々な形状を示す。図１６Ｄは、超音波／メガソニック共振器の様々な形状を示す。図１６Ｅは、超音波／メガソニック共振器の様々な形状を示す。図１６Ｆは、超音波／メガソニック共振器の様々な形状を示す。図１６Ｇは、超音波／メガソニック共振器の様々な形状を示す。

図１Ａ及び図１Ｂが示しているのは、メガソニック装置を用いる従来のウェハ洗浄装置である。該ウェハ洗浄装置は、ウェハ１０１０と、回転駆動機構１０１６によって回転させられるウェハチャック１０１４と、洗浄薬品又は脱イオン水１０３２を供給するノズル１０１２と、メガソニック装置１００３とを含む。メガソニック装置１００３は、更に、共振器１００８と音響的に結合された圧電変換素子１００４を含む。変換素子１００４は電気的に励起されて振動し、共振器１００８は高周波音響エネルギーを液体に対して発する。メガソニックエネルギーによる洗浄液の攪拌によって、ウェハ１０１０上のパーティクルは緩くなる。このように、汚染はウェハ１０１０の表面から振動分離され、ノズル１０１２に供給された液体１０３２の流れを通じて前記表面から除去される。

図１Ｃに示すように、エネルギーの反射を最小限にするためには、（水膜の上部からの）反射波ｒ１の位相は、（水膜の下部からの）反射Ｒ２とは反対である必要がある。従って、膜厚は、次と等しくなければならない。

ｄ＝ｎλ／２，ｎ＝１，２，３，…… （１）
ここで、ｄは水膜の厚さ又はメガソニック装置１００３とウェハ１０１０との間の隙間、ｎは整数、そしてλは水中のメガソニック波の波長である。例えば、メガソニック周波数９３７．５ＫＨｚに対して、λ＝１．６ｍｍ、ｄ＝０．８ｍｍ、１．６ｍｍ、２．４ｍｍ、等である。

図１Ｄは、隙間ｄと、図１におけるセンサー１００２により測定されたメガソニックパワー密度との関係を示す。パワー密度は、隙間の大きさが０．４ｍｍ増加するにつれて最低値の２０ｗ／ｃｍ²から最高値の８０ｗ／ｃｍ²まで変化し、隙間の増加０．８ｍｍ（０．５λ）のうちに全周期に及ぶ。ウェハ全体における均一なメガソニックパワー分布を維持するためには、隙間を正確に維持することが重大である。

しかしながら、現実には、それほどにも正確に隙間を均一に維持するのは極めて難しく、ウェハが回転モードの際には尚更難しい。図２に示すように、仮に、ウェハチャック１０１４がメガソニック装置２００３の表面に対して１００％垂直にはなっていないとすると、メガソニック装置とウェハ２０１０との間の隙間は、ウェハの端からウェハの中心に向けて小さくなる。このことから、図１Ｄに示されたデータのように、ウェハの端からウェハの中心に向かう不均一なメガソニックパワー分布を生じる。

あり得る他の隙間の変化は、チャックの回転軸Ｅが３０１０の表面に対して垂直でないことによって発生し、図３Ａ及び図３Ｂに示されている。回転するとウェハは揺れ、図３Ｂは、図３Ａに示す状態から１８０°回転した後の隙間の状態を示す。ウェハの端の隙間は、図３Ａに示す最大値から、図３Ｂに示す最小値まで減少する。これにより、ウェハがメガソニック装置を通過する際、ウェハに対して不均一なメガソニックパワー密度分布を生じる。このようなあらゆる均一でないパワー分布は、ウェハの装置構造に損傷を与えるか、均一に洗浄されていないウェハを生じる。

チャックが回転する際の隙間の変化によって生じる不均一なパワー分布を克服するために、本発明は、図４Ａ〜図４Ｅに示す方法を開示する。メガソニック装置４００３とウェハ４０１０との間の隙間は、洗浄工程中、チャック４０１４が回転するのに応じて、モーター４００６によって変化させられる。制御ユニット４０８８は、モーター４０１６の速さに基づいて、モーター４００６の速さを制御するために用いられる。ウェハ４０１０又はチャック４０１４の各回転毎に、コントロールユニット４０８８はモーター４００６に指示して、メガソニック装置４００３を時計回り及び／又は反時計回りに軸４００７の回りに回転させる。ウェハ４０１０又はチャック４０１４の各回転毎におけるモーター４００６の回転角の増分は、
Δα ＝０．５λ／（ＦＮ）（２）
ここで、Ｆはメガソニック装置４００３の幅、λは超音波／メガソニック波の波長、そしてＮは２から１０００までの間の整数である。

チャック４０１４がＮ回転した後、メガソニック装置４００３は、合計回転角０．５ｎλ／Ｆまで回転する。ここで、ｎは１から始まる整数である。

図６に更に示されるように、ウェハ又はチャックの各回転毎に隙間が変化すると、同じ箇所におけるメガソニックパワー密度はＰ１からＰ２に変化する。隙間が合計してメガソニック波の波長の半分だけ変化したとき、パワー密度は、Ｐ１からＰ１１までの全周期を変化する。周期の始点はメガソニック装置とウェハの部分との隙間に依存する。しかしながら、ウェハの各部は、隙間がメガソニック波の半波長増加すると、全周期のパワー密度を受けることになる。言い換えると、たとえ、メガソニック装置とウェハとの間の隙間が、図２、図３Ａ及び図３Ｂに説明した理由に起因して均一に設定されていなかったとしても、ウェハの各部は、メガソニック装置がメガソニック波の半波長だけ（周波数９３７．５ｋＨｚであれば約０．８ｎｍ）上に移動すると、メガソニックパワーの全周期を受ける。このことは、ウェハの各部が、同じ平均パワー密度、同じ最大パワー密度、及び、同じ最小パワー密度を含むメガソニックパワー密度を同じ量を受けることを保証する。操作過程は、次の通りであっても良い。

工程順序１（メガソニック周波数：ｆ＝９３７．５ｋＨｚ、及び、脱イオン水中の波長＝λ＝１．６ｍｍ）：
ステップ１：ウェハを速度ωにて回転させる。ωは１０ｒｐｍから１５００ｒｐｍの範囲である。

ステップ２：メガソニック装置を、ウェハに隣り合って隙間がｄとなるように移動させる。ｄは０．５から５ｍｍまでの範囲である。

ステップ３：脱イオン（ＤＩ）水又は薬品と共にノズルを動作させて、且つ、メガソニック装置を動作させる。メガソニック装置のパワー密度は、０．１から１．２watt／ｃｍ²の範囲であり、且つ、望ましくは０．３から０．５watt／ｃｍ²の範囲である。

ステップ４：チャック４０１４の各回転毎に、メガソニック装置４００３を時計回りに角度０．５λ／（ＦＮ）だけ回転させる。ここで、Ｎは２から１０００までの範囲の整数である。

ステップ５：メガソニック装置４００３が合計して時計回りに角度０．５ｎλ／Ｆ回転するまでステップ４を繰り返す。ここで、ｎは１から始まる整数である。

ステップ６：チャック４０１４の各回転毎に、メガソニック装置４００３を、反時計回りに角度０．５λ／（ＦＮ）だけ回転させる。ここで、Ｎは、２から１０００までの範囲の整数である。

ステップ７：メガソニック装置４００３が合計して反時計回りに角度０．５ｎλ／Ｆ回転するまでステップ６を繰り返す。ここで、ｎは、１から始まる整数である。

ステップ８：ステップ４からステップ７までをウェハが洗浄されるまで繰り返す。

ステップ９：メガソニック装置を停止し、ＤＩ水又は薬品を停止した後、ウェハを乾燥する。

工程順序２（メガソニック周波数：ｆ＝９３７．５ｋＨｚ、及び、脱イオン水中の波長＝λ＝１．６ｍｍ）：
ステップ１：ウェハを速度ωにて回転させる。ωは１０ｒｐｍから１５００ｒｐｍの範囲内である。

ステップ４：チャックの各回転毎に、メガソニック装置４００３を時計回りに角度０．５λ／（ＦＮ）だけ回転させる。ここで、Ｎは２から１０００までの範囲の整数である。

ステップ５：メガソニック装置が合計して時計回りに角度０．５ｎλ／Ｆ回転するまでステップ４を繰り返す。ここで、ｎは１から始まる整数である。

ステップ６：メガソニック装置を停止し、ＤＩ水又は薬品を停止した後、ウェハを乾燥させる。

変換素子の周波数は、除去するべきパーティクルに基づいて、超音波域又はメガソニック域に設定することができる。パーティクルが大きいほど、低い周波数を用いるべきである。超音波域は２０ｋＨｚから２００ｋＨｚであり、メガソニック域は２００ｋＨｚから１０ＭＨｚである。また、力学的波の周波数は、同じ基板又はウェハにおける大きさの異なるパーティクルを除去するために、一度に１つずつ連続して又は一斉に変更しても良い。仮に、波の双周波数（dual frequency）を用いる場合には、高い方の周波数ｆ₁は、低い方の周波数ｆ₂の整数倍、変換素子の回転角範囲は０．５λ₂ｎ／Ｆ、チャックの各回転毎の変換素子の角度増分又は減分はλ₁／（ＦＮ）であるべきである。ここで、λ₂は、低い周波数ｆ₂の波の波長、λ₁は高い周波数ｆ₁の波の波長、Ｎは２と１０００との間の整数、ｎは１から始まる整数である。

パーティクル及び汚染を除去するために用いられた薬品の一例は、以下に示す通りである。

有機物の除去：Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂＝４：１
有機物の除去：オゾン：Ｈ₂Ｏ＝５０：１０００，０００
パーティクルの減少：ＮＨ₄ＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：５
金属汚染の除去：ＨＣｌ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：６
酸化物の除去：ＨＦ：Ｈ₂Ｏ＝１：１００
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明のメガソニック装置を用いたウェハ洗浄装置の他の実施形態である。当該実施形態は、追加の回転機構５００９が加えられている点を除いて、図４に示したものと類似している。制御ユニット５０８８が、ウェハ５０１０又はチャック５０１４の各回転毎に、モーター５００６及びモーター５００９に指示して、メガソニック装置５００３とウェハ５０１０との間の隙間を変化させる。ウェハ５０１０又はチャック５０１４の各回転毎に、制御ユニット５０８８は、モーター５００６に指示して、メガソニック装置５００３を時計回り及び／又は反時計回りに軸４００７に沿って回転させる。同時に、モーター５００９に指示して、メガソニック装置５００３を時計回り及び／又は反時計回りに軸５０１１に沿って回転させる。ウェハ５０１０又はチャック５０１４の各回転毎のモーター５００６の回転角の増分は、
Δα ＝０．５λ／ＦＮ（３）
ここで、Ｆはメガソニック装置５００３の幅、λは超音波／メガソニック波の波長、Ｎは２と１０００との間の整数である。

チャック５０１４がＮ回転した後、メガソニック装置５００３は合計して角度０．５ｎλ／Ｆまで回転する。ここで、ｎは１から始まる整数である。

ウェハ５０１０又はチャック５０１４の各回転毎のモーター５００６の回転角の増分は、
Δβ ＝０．５λ／（ＬＮ）（４）
ここで、Ｌは、メガソニック装置５００３の長さであり、λは超音波／メガソニック波の波長であり、Ｎは２と１０００との間の整数である。

図７は、本発明のメガソニック装置を用いたウェハ洗浄装置の他の実施形態を示す。この実施形態は、チャック７０１４が時計回り及び反時計回りに軸７００７に沿ってモーター７００６によりウェハ７０１０の各回転毎に回転する点を除いて図４に示す実施形態と類似している。より具体的に述べると、制御ユニット７０８８は、モーター７００６に指示し、軸７００７に沿って時計回り及び反時計回りにチャック７０１４を回転させて、メガソニック装置７００３とウェハ７０１０との間の隙間ｄを変化させる。

図８は、本発明のメガソニック装置を用いたウェハ洗浄装置の他の実施形態を示す。この実施形態は、他のモーター８００９が追加され、ウェハ８０１０の各回転毎に軸８０１１に沿って時計回り及び反時計回りにチャック８０１４を回転させる点を除いて図７に示す実施形態と類似している。より具体的に述べると、制御ユニット８０８８は、モーター８００６及びモーター８００９に指示し、軸８００７及び軸８０１１に沿って時計回り及び反時計回りにチャック８０１４を回転させて、メガソニック装置８００３とウェハ８０１０との間の隙間ｄを変化させる。

図９は、本発明のメガソニック装置を用いたウェハ洗浄装置の他の実施形態を示す。この実施形態は、メガソニック装置９００３がウェハ９０１０の下面に隣り合うように配置され、モーター９００６により軸９００７に沿って時計回り及び反時計回りに回転する点を除いて、図４に示す実施形態と類似している。制御ユニット９０８８は、モーター９００６に指示し、軸９００７に沿って時計回り及び反時計回りにメガソニック装置９００３を回転させることにより、メガソニック装置９００３とウェハ９０１０の裏面との間の隙間ｄを変化させる。メガソニック波は、水膜９０３４及びウェハ９０１０を通してウェハ９０１０の上面及び水膜３２に伝わる。ノズル９０１５は、ＤＩ水又は薬品を供給して、メガソニック装置９００３とウェハ９０１０の裏面との間の水膜９０３４を維持する。この実施形態の利点は、ウェハ９０１０上面の装置構造に対して発生しうるメガソニック波による損傷を減少させるか又は無くすことである。

図１０は、本発明のメガソニック装置を用いたウェハ洗浄装置の他の実施形態を示す。この実施形態は、他のモーター１０００９が追加され、ウェハ１００１０の各回転毎に軸１００１１に沿って時計回り及び反時計回りにチャック１００１４を回転させる点を除いて図９に示す実施形態と類似している。より具体的に述べると、制御ユニット１００８８は、モーター１０００６及びモーター１０００９に指示し、同時に軸１０００７及び軸１００１１に沿って時計回り及び反時計回りにチャック１００１４を回転させて、メガソニック装置１０００３とウェハ１００１０との間の隙間ｄを変化させる。

図１１は、本発明のメガソニック装置を用いたウェハ洗浄装置の他の実施形態を示す。本実施形態は、圧電変換素子１１００４の表面がウェハ１１０１０の表面に対して角αを成している点を除いて、図４の実施形態と類似している。共振器１１００８が圧電変換素子１１００４に取り付けられ、メガソニック波は共振器１１００８と、ＤＩ水又は薬品の膜１１０３２とを通してウェハに伝わる。これには、先に述べた工程順序１及び２を適用できる。

図１２は、本発明のメガソニック装置を用いたウェハ洗浄装置の他の実施形態を示す。本実施形態は、追加の回転機構１２００９が追加されている点を除いて、図１１に示す実施形態と類似している。制御ユニット１２０８８は、モーター１２００６及びモーター１２００９に指示し、メガソニック共振器１２００８とウェハ１２０１０との間の隙間ｄを変化させる。より具体的に述べると、ウェハ１２０１０又はチャック１２０１４の各回転毎に、制御ユニット１２０８８が、モーター１２００６に指示してメガソニック共振器１２００９を軸１２００７に沿って時計回り及び／又は反時計回りに回転させると共に、同時に、モーター１２００９に指示して、メガソニック共振器１２００８を軸１２０１１に沿って時計回り又は反時計回りに回転させる。

図１３は、本発明のメガソニック装置を用いたウェハ洗浄装置の他の実施形態を示す。この実施形態は、ウェハ１３０１０がフェイスダウンにて搭載され、ノズルアレイ１３０１８がウェハ１３０１０の上面の下に設けられている点を除いて、図４に示す実施形態と類似している。メガソニック波は、水膜１３０３２及びウェハ１３０１０自体を通って、ウェハ１３０１０の上面に伝えられる。ノズルアレイ１３０１８は、薬液又はＤＩ水をウェハ１３０１０の上面に噴出させる。

図１４は、本発明のメガソニック装置を用いたウェハ洗浄装置の他の実施形態を示す。本実施形態は、追加のモーター１４０４０及び送りネジ１４００５が追加されている点を除いて、図４に示す実施形態と類似している。ウェハ１４０１０又はチャック１４０１４の各回転毎に、制御ユニット１４０８８は、モーター１４００６に指示してメガソニック装置１４００３を軸１４００７に沿って時計回り又は反時計回りに回転させると共に、同時に、モーター１４０４０に指示して、メガソニック装置１４００３を上下に移動させる。ウェハ１４０１０又はチャック１４０１４の各回転毎に、モーター１４０４０は、メガソニック装置１４００３を以下の値だけ上下に移動させる。

Δｚ＝０．５λ／Ｎ（５）
ここで、λは超音波／メガソニック波の波長であり、Ｎは２と１０００との間の整数である。

ウェハ１４０１０又はチャック１４０１４がＮ回転した後、メガソニック装置１４００３は０．５ｎλまで移動する。ここで、ｎは１から始まる整数である。

図１５Ａ〜１５Ｃは、本発明のメガソニック装置を用いたウェハ洗浄装置の他の実施形態を示す。メガソニック装置１５００３とウェハ１５０１５との間の隙間は、モーター１５００６によって、洗浄工程中にチャック１５０１４の回転に応じて変更される。制御ユニット１５０８８は、モーター１５０１６の速度に基づいてモーター１５００６の速度を制御するために用いられる。ウェハ１５０１０又はチャック１５０１４の各回転毎に、制御ユニット１５０８８は、モーター１５００６に指示して、軸１５０１１に沿ってメガソニック装置１５００３を時計回り及び／又は反時計回りに回転させる。ウェハ１５０１０又はチャック１５０１４の各回転毎に対するモーター１５００６の回転角の増分は、
Δγ ＝０．５λ／（ＭＮ）（６）
である。ここで、Ｍは軸１５０１１とメガソニック装置１５００３の中間位置との距離であり、λは超音波／メガソニック波の波長であり、Ｎは２から１０００までの間の整数である。

チャック１５０１４がＮ回転した後、メガソニック装置１５００３は合計して角度０．５ｎλ／Ｍ回転する。ここで、ｎは、１から始まる整数である。

図１６Ａから図１６Ｄは、本発明のメガソニック装置の上面図を示している。図４に示したメガソニック装置は、異なる形状のメガソニック装置１６００３によって置き換えられても良い。例えば、図１６Ａに示す三角形又はパイ型、図１６Ｂに示す四角形、図１６Ｃに示す八角形、図１６Ｄに示す楕円形、図１６Ｅに示すウェハの半分を覆う半円型、図１６Ｇに示すウェハ全体を覆う円形でもよい。図１６Ｇに示す実施形態については、メガソニック装置がウェハ全体を覆うので、ウェハ又はチャックが洗浄工程において回転する必要がない。言い換えると、ウェハとメガソニック装置との間の隙間をこれまでの実施形態にて説明したように変更し、ウェハ及びチャックは回転させずに維持する。

ある実施形態によると、超音波／メガソニック装置と、半導体基板又はウェハとの間の垂直距離は、超音波／メガソニック装置の回転又は半導体基板表面の回転の間に変更されても良い。当該垂直距離の変化は、超音波／メガソニック装置自体又はチャックを動かすことによって実現しても良い。ある実施形態によると、半導体基板が回転する。例えば、半導体基板のチャックが、半導体基板と共に回転する。そしてチャックの回転のうちに、超音波／メガソニック装置又は半導体基板が回転し、超音波／メガソニック装置と半導体基板との垂直距離が変化する。従って、メガソニックパワー密度分布のより良い均一性が実現する。

本発明について、特定の実施形態、例及び応用に基づいて説明したが、当業者であれば、発明を逸脱すること無く種々の修正及び変更が可能であることは明らかである。

Claims

超音波／メガソニック装置を用いた半導体基板の洗浄方法において、
チャックを用いて半導体基板を固定する工程と、
超音波／メガソニック装置を前記半導体基板の上面又は下面である第１表面に隣り合うように配置する工程と、
前記半導体基板上、及び、前記半導体基板と前記超音波／メガソニック装置との間の隙間に、少なくとも１つのノズルを用いて薬液を注入する工程と、
前記半導体基板の前記第１表面に垂直な軸を中心にして前記半導体基板を回転させながら、前記半導体基板と前記超音波／メガソニック装置とが成す角度を変化させることにより、前記半導体基板の各回転毎の前記半導体基板と前記超音波／メガソニック装置との間の前記隙間を変化させる工程とを含み、
前記角度は、前記超音波／メガソニック装置を、前記半導体基板の前記第１表面に平行な軸を中心にして時計回り及び／又は反時計回りに回転させるか、又は、前記半導体基板の前記第１表面を、前記超音波／メガソニック装置の表面に平行な軸を中心にして時計回り及び／又は反時計回りに回転させることにより変化させることを特徴とする洗浄方法。
請求項１の洗浄方法において、
前記超音波／メガソニック装置は前記半導体基板の上面に隣り合うように配置され、
前記超音波／メガソニック装置を、前記半導体基板の前記上面に平行な軸を中心にして時計回り及び／又は反時計回りに回転させることを特徴とする洗浄方法。
請求項２の洗浄方法において、
前記半導体基板の上面に垂直な軸を中心として前記チャックを回転させることにより、前記半導体基板を回転させることを特徴とする洗浄方法。
請求項２の洗浄方法において、
前記超音波／メガソニック装置を前記半導体基板の上面に垂直な方向に移動させるか、又は、前記チャックを前記超音波／メガソニック装置の表面に垂直な方向に移動させる工程を更に備えることを特徴とする洗浄方法。
請求項１の洗浄方法において、
前記超音波／メガソニック装置は前記半導体基板の下面に隣り合うように配置され、
前記超音波／メガソニック装置を、前記半導体基板の前記下面に平行な軸を中心にして時計回り及び／又は反時計回りに回転させることを特徴とする洗浄方法。
請求項５の洗浄方法において、
前記半導体基板の下面に垂直な軸を中心として前記チャックを回転させることにより、前記半導体基板を回転させることを特徴とする洗浄方法。
請求項５の洗浄方法において、
前記超音波／メガソニック装置を前記半導体基板の下面に垂直な方向に移動させるか、又は、前記チャックを前記超音波／メガソニック装置の表面に垂直な方向に移動させる工程を更に備える工程を更に含むことを特徴とする洗浄方法。
請求項１の洗浄方法において、
前記超音波／メガソニック装置は前記半導体基板の上面に隣り合うように配置され、
前記半導体基板の上面を、前記超音波／メガソニック装置の表面に平行な軸を中心にして時計回り及び／又は反時計回りに回転させることを特徴とする洗浄方法。
請求項８の洗浄方法において、
前記半導体基板の上面に垂直な軸を中心として前記チャックを回転させることにより、前記半導体基板を回転させることを特徴とする洗浄方法。
請求項８の洗浄方法において、
前記超音波／メガソニック装置を前記半導体基板の上面に垂直な方向に移動させるか、又は、前記チャックを前記超音波／メガソニック装置の表面に垂直な方向に移動させる工程を更に備えることを特徴とする洗浄方法。
請求項１の洗浄方法において、
前記超音波／メガソニック装置は前記半導体基板の下面に隣り合うように配置され、
前記半導体基板を、前記超音波／メガソニック装置の表面に平行な軸を中心にして時計回り及び／又は反時計回りに回転させることを特徴とする洗浄方法。
請求項１１の洗浄方法において、
前記半導体基板の下面に垂直な軸を中心として前記チャックを回転させることにより、前記半導体基板を回転させることを特徴とする洗浄方法。
請求項１１の洗浄方法において、
前記超音波／メガソニック装置を前記半導体基板の下面に垂直な方向に移動させるか、又は、前記チャックを前記超音波／メガソニック装置の表面に垂直な方向に移動させる工程を更に備えることを特徴とする洗浄方法。
超音波／メガソニック装置を用いる半導体基板の洗浄装置において、
半導体基板を保持するチャックと、
前記半導体基板の上面又は下面である第１表面に隣り合うように配置された超音波／メガソニック装置と、
前記半導体基板上、及び、前記半導体基板と前記超音波／メガソニック装置との間の隙間に薬液を注入するための少なくとも１つのノズルと、
前記半導体基板の前記第１表面に垂直な軸を中心として前記半導体基板を回転させながら、前記半導体基板と前記超音波／メガソニック装置とが成す角度を変化させることにより、前記半導体基板の各回転毎の前記半導体基板と前記超音波／メガソニック装置との隙間を変化させる制御ユニット及び駆動機構とを備え、
前記角度は、前記超音波／メガソニック装置を、前記半導体基板の前記第１表面に平行な軸を中心にして時計回り及び／又は反時計回りに回転させるか、又は、前記半導体基板の前記第１表面を、前記超音波／メガソニック装置の表面に平行な軸を中心にして時計回り及び／又は反時計回りに回転させることにより変化させることを特徴とする洗浄装置。
請求項１４の洗浄装置において、
前記超音波／メガソニック装置は、前記半導体基板の上面に隣り合うように配置され、
前記制御ユニット及び前記駆動機構は、前記超音波／メガソニック装置を前記半導体基板の前記上面に平行な軸を中心にして時計回り及び／又は反時計回りに回転させることを特徴とする洗浄装置。
請求項１５の洗浄装置において、
前記洗浄装置は、前記半導体基板の上面に垂直な軸を中心として前記チャックを回転させることにより前記半導体基板を回転させるモーターを更に備えることを特徴とする洗浄装置。
請求項１５の洗浄装置において、
前記洗浄装置は、前記制御ユニットに制御される第２駆動機構を更に備え、
前記第２駆動機構は、前記超音波／メガソニック装置を前記半導体基板の上面に垂直な方向に移動させるか、又は、前記チャックを前記超音波／メガソニック装置の表面に垂直な方向に移動させることを特徴とする洗浄装置。
請求項１４の洗浄装置において、
前記超音波／メガソニック装置は、前記半導体基板の下面に隣り合うように配置され、
前記制御ユニット及び前記駆動機構は、前記超音波／メガソニック装置を前記半導体基板の前記下面に平行な軸を中心にして時計回り及び／又は反時計回りに回転させることを特徴とする洗浄装置。
請求項１８の洗浄装置において、
前記洗浄装置は、前記半導体基板の下面に垂直な軸を中心として前記チャックを回転させることにより前記半導体基板を回転させるモーターを更に備えることを特徴とする洗浄装置。
請求項１８の洗浄装置において、
前記洗浄装置は、前記超音波／メガソニック装置を前記半導体基板の下面に垂直な方向に移動させるか、又は、前記チャックを前記超音波／メガソニック装置の表面に垂直な方向に移動させるかする移動機構を更に備えることを特徴とする洗浄装置。
請求項１４の洗浄装置において、
前記超音波／メガソニック装置は、前記半導体基板の上面に隣り合うように配置され、
前記制御ユニット及び前記駆動機構は、前記半導体基板を前記超音波／メガソニック装置の表面に平行な軸を中心にして回転させることを特徴とする洗浄装置。
請求項２１の洗浄装置において、
前記洗浄装置は、前記半導体基板の上面に垂直な軸を中心として前記チャックを回転させることにより前記半導体基板を回転させるモーターを更に備えることを特徴とする洗浄装置。
請求項２１の洗浄装置において、
前記洗浄装置は、前記制御ユニットに制御される第２駆動機構を更に備え、
前記第２駆動機構は、前記超音波／メガソニック装置を前記半導体基板の上面に垂直な方向に移動させるか、又は、前記チャックを前記超音波／メガソニック装置の表面に垂直な方向に移動させることを特徴とする洗浄装置。
請求項１４の洗浄装置において、
前記超音波／メガソニック装置は、前記半導体基板の下面に隣り合うように配置され、
前記制御ユニット及び前記駆動機構は、前記半導体基板を前記超音波／メガソニック装置の表面に平行な軸を中心にして時計回り及び／又は反時計回りに回転させることを特徴とする洗浄装置。
請求項２４の洗浄装置において、
前記洗浄装置は、前記半導体基板の下面に垂直な軸を中心として前記チャックを回転させることにより前記半導体基板を回転させるモーターを更に備えることを特徴とする洗浄装置。
請求項２４の洗浄装置において、
前記洗浄装置は、前記制御ユニットに制御される第２駆動機構を更に備え、
前記第２駆動機構は、前記超音波／メガソニック装置を前記半導体基板の下面に垂直な方向に移動させるか、又は、前記チャックを前記超音波／メガソニック装置の表面に垂直な方向に移動させることを特徴とする洗浄装置。