JP4733012B2 - 処理方法及び処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、表面洗浄に関し、特に、製造プロセスに続く半導体基板の超音波洗浄のための方法および装置に関する。

超音波（メガソニック）洗浄は、半導体の製造オペレーションで広く用いられており、バッチ洗浄プロセスでも単一ウエハ洗浄プロセスでも利用可能である。バッチ洗浄プロセスでは、超音波変換器の振動が、１バッチの半導体基板を収容する洗浄槽の液体内で音圧波を生成する。単一ウエハ超音波洗浄プロセスは、回転するウエハの上方で、ウエハにわたって走査される比較的小さい変換器を用いる。あるいは、全体を浸漬する場合には、単一ウエハ槽システムが用いられる。それぞれの場合で、超音波洗浄による主要な粒子除去の機序は、キャビテーションおよびアコースティックストリーミングに起因する。キャビテーションとは、音響エネルギが液体の媒体に供給された際に、溶解している気体から生成される微小な気泡が、急速に形成および崩壊することである。崩壊の際に、気泡はエネルギを放出し、そのエネルギが、粒子を基板に付着させる様々な付着力を断つことによって粒子除去の助けとなる。アコースティックストリーミングは、ＲＦ電力が圧電変換器に印加された際に、流体を通る音波によって引き起こされる流体の動きである。

図１Ａは、バッチ式超音波洗浄システムを示す説明図である。槽１００は、洗浄溶液で満たされる。ウエハ保持部１０２は、洗浄すべき１バッチのウエハを保持する。変換器１０４は、ほぼ１メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数を有する音響エネルギによって圧力波を生成する。これらの圧力波は、粒子の再付着を抑制するのに適切な薬品と共に、洗浄作用を提供する。薬品を利用するだけでなく、バッチ式洗浄システムでは長い洗浄時間が必要となるため、国際半導体技術ロードマップ（ＩＴＲＳ）の要件に従って、薬品の使用の低減、ウエハ間での制御性の向上、および、欠陥の低減を実現するために、単一ウエハ洗浄システムに対して努力が注がれてきた。バッチ式システムには、槽の中の複数のウエハへの超音波エネルギの伝達が一様ではなく、建設的干渉による「ホットスポット」と、相殺的干渉による「コールドスポット」が生じることがあるという他の欠点もある。なお、それらの干渉は、複数のウエハおよび超音波槽からの超音波の反射によって引き起こされる。建設的干渉は、ウエハ基板上の繊細な形状またはパターンへの損傷を引き起こしうるため、すべてのホットスポットを損傷の閾値よりも低く保つためには、平均エネルギを下げる必要がある。コールドスポットの場合では、洗浄が不十分になるため、ウエハ保持部１０２内のウエハの全領域に到達するためには、より高い超音波エネルギを加える必要がある。いずれにしても、損傷を最小限に抑えつつ、洗浄を実行するのに十分な高さの平均エネルギを実現するには、妥協が必要になる。

図１Ｂは、単一ウエハ洗浄槽を示す説明図である。ここで、槽１０６は、洗浄溶液で満たされる。ウエハ１１０は、キャリア１０８によって支持されて、槽１０６の洗浄溶液内に沈められる。変換器１０４は、ウエハ１１０を洗浄するためのエネルギを供給する。洗浄溶液は、通例、ウエハの表面と、変換器１０４によって供給される音響エネルギによってウエハの表面から除去された粒子と、の間のゼータ電位を変化させて、粒子の再付着を防止する。洗浄溶液の濃度は、表面の間の適切なゼータ電位を維持するために、かなり厳しい範囲に維持されることが好ましい。しかしながら、基板の表面に設けられた線、コンタクト、空間、ビアなどの形状に対しては、その形状によって規定された領域内の粒子と基板との境界において、特定の洗浄溶液濃度を維持できない、すなわち、洗浄溶液を補給できないことから、粒子が基板の表面に再付着（リデポジット）する場合がある。さらに、（単一槽の超音波システムにおけるように）変換器が基板の表面に対して垂直に配置される場合には、アスペクト比の大きい形状は、形状における低い領域を、影で覆う、すなわち、超音波エネルギおよびキャビテーションから遮断（シールド）することがある。変換器がウエハ表面に平行に配置される場合には、キャビテーションは形状内で起きることが可能であるが、アコースティックストリーミングの方向は、分離された粒子を基板から遠ざけることを促進するのに最も好ましい方向にならない。しかしながら、この構成は、それぞれの結晶の間のギャップを引き起こす。この構成の他の欠点は、圧電結晶によって供給された音響エネルギは平行である性質があることから、ギャップにより、同等のレベルの音響エネルギを供給されない領域が生じることである。したがって、ウエハ１１０の一部の領域は、一様な音響エネルギを受けないため、一様な洗浄が実現されない。

さらに、基板にフィルムを付着（デポジット）させるために、電着、特に無電解めっきが一般に用いられる。例えば、無電解めっきによって、基板上に銅フィルムが付着されてよい。無電解めっきの欠点の一つは、無電解めっきを施されているパターン化された基板の形状において気泡の形成が起きると、以後のめっき動作（メッキオペレーション）においてすき間（ボイド）が生じることである。アスペクト比の高い形状に対する無電解めっきの他の欠点は、新鮮な反応物質が溶液から形状の中に大量移動し、副産物がその形状から大量移動することである。

これらの点から、形状によって規定された領域内に洗浄剤を補給することにより、音響エネルギによって除去された粒子がウエハ上に再付着することを防止できる単一ウエハ超音波洗浄構成を提供するための方法および装置が求められている。さらに、無電解めっき動作を施されている形状の近傍での気泡の形成を抑制すると共に、アスペクト比の高い形状に流入および流出する反応物質および副産物の大量移動を改善することが求められている。

概して、本発明は、これらの要求を満たすために、粒子を取り除くため、および、洗浄剤を形状領域内に補給して分離された粒子の除去を助けるための音響エネルギを、形状内に供給するための方法および装置を提供する。さらに、本発明は、気泡の形成を抑制すると共に無電解めっき動作中の大量移動を改善するためのシステムおよび方法を提供する。本発明は、方法、システム、または装置を含む種々の形態で実施できることを理解されたい。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。

一実施形態では、半導体基板を洗浄するための方法が提供されている。その方法は、半導体基板の前記表面とほぼ平行な方向に向けられた音響エネルギを生成する工程と、前記半導体基板の前記表面とほぼ平行な方向に向けられた音響エネルギの一部を、反射面を用いて半導体基板の表面に向かって反射させる工程と、前記反射させた音響エネルギを用いて前記半導体基板の表面とほぼ垂直な方向に向けられた音響エネルギを生成する工程と、を備える。各方向の音響エネルギは、同時に（同じ位相で（インフェイズ））生成されてもよいし、交互に（違う位相で（アウトオブフェイズ））生成されてもよい。

別の実施形態では、半導体基板を洗浄するための装置が提供されている。その装置は、基部と、基部から伸びる少なくとも１つの側壁とを備える。側壁は、基部とほぼ垂直になっている。基部に取り付けられた第１の超音波変換器が備えられている。さらに、側壁に取り付けられた第２の超音波変換器が備えられている。第１の超音波変換器は、第２の超音波変換器とほぼ垂直な方向に向けられている。

さらに別の実施形態では、半導体基板を洗浄するためのシステムが提供されている。そのシステムは、基部と、基部から伸びる少なくとも１つの側壁とによって規定された内部空間を有する槽を備える。その槽は、内部空間の中に多量の液体を保持するよう構成されている。半導体基板を支持して半導体基板の軸を中心に回転させるよう構成された基板支持体が備えられている。基板支持体は、さらに、半導体基板を槽の内部空間の中に支持して回転させるよう構成されている。基部に結合された第１の超音波変換器が備えられている。その超音波変換器の上面は、半導体基板の下面とほぼ平行である。少なくとも１つの側壁には、第２の超音波変換器が結合されている。第１の超音波変換器は、半導体基板の下面とほぼ垂直な方向の音響エネルギを生成するよう構成されている。第２の超音波変換器は、半導体基板の下面とほぼ平行な方向の音響エネルギを生成するよう構成されている。

さらにまた別の実施形態では、基板の無電解めっきのための方法が提供されている。その方法は、めっき溶液の中に基板を浸す工程から始まる。次に、基板の表面上にフィルムが付着（デポジット）される。さらに、めっき溶液に、音響エネルギが伝達される。一実施形態では、ウエハ表面とほぼ平行に配置された変換器を用いて、音響エネルギが基板の表面に向けられ、基板の表面における気泡の形成が抑制される。別の実施形態では、ウエハ表面とほぼ垂直に配置された変換器を用いて、音響エネルギが基板の表面に向けられ、基板の表面における反応物質および副産物の大量移動が改善される。

別の実施形態では、基板の無電解めっきのための装置が提供されている。その装置は、めっき溶液を保持するよう構成された槽と、めっき溶液に音響エネルギを伝達するよう構成された変換器とを備える。

本発明のその他の態様および利点については、本発明の原理を例示した添付図面との関連で行う以下の詳細な説明から明らかになる。

パターン化された基板に設けられた形状の中に直接的に音響エネルギを供給すると共に、形状によって規定された領域に洗浄剤を補給するために最適化された超音波洗浄方式を提供するシステム、装置、および方法のための発明について説明する。しかしながら、本発明が、これらの詳細の一部または全てがなくとも実施可能であることは、当業者にとって明らかである。また、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の説明は省略した。図１Ａおよび１Ｂについては、「背景技術」において説明している。

本発明の実施形態は、パターン化された基板の超音波洗浄の洗浄効率を最適化するためのシステムおよび方法を提供するものである。本明細書で用いられているように、基板およびウエハは代替可能なものである。一方の変換器が、洗浄される基板の表面にほぼ平行に配置され、他方の変換器が、洗浄される基板の表面にほぼ垂直に配置されるように、直交して配置された２つの超音波変換器を準備することにより、キャビテーション効果およびアコースティックストリーミング効果の両方が最適化される。すなわち、基板の表面にほぼ平行な超音波変換器は、パターン化された基板の形状内に直接的に音響エネルギを供給することができる。形状内に直接的に供給された音響エネルギは、キャビテーションを引き起こして、形状内のすべての粒子を取り除く。一方、洗浄される基板の表面に対してほぼ垂直に配置された超音波変換器は、ウエハ表面に平行なアコースティックストリーミングを提供することができる。アコースティックストリーミングは、形状の周辺および内部の領域に渦すなわち乱流を引き起こす。その結果、形状に対する薬品の出入りが促進され、形状内の化学洗浄が可能になる。

さらに、本明細書に記載した実施形態は、超音波エネルギを作用させることにより無電解めっき動作の付着の質を改善するためのシステムおよび装置を提供する。超音波エネルギを作用させることにより、メッキプロセス中に形成される気泡の崩壊の助けとなるキャビテーションが引き起こされる。それらの気泡が崩壊するまでに到達するサイズは、作用される超音波エネルギの周波数によって決まる。したがって、めっき動作を施されている表面における気泡の形成は、めっき動作と共に超音波エネルギを作用させることにより制御されてよい。

図２は、本発明の一実施形態に従った、超音波洗浄装置を示す簡略な図である。超音波洗浄装置１１０は、基部１２０から伸びる側壁１１８および１２２を有する槽を備える。槽は、洗浄溶液１１２を収容する。洗浄溶液１１２は、超音波洗浄に用いられる任意の適切な洗浄溶液であってよく、粒子の除去を促進すると共に、基板１１６の表面への粒子の再付着を防ぐ特性を有する。本明細書で用いられているように、洗浄溶液および洗浄剤は代替可能なものである。図に示すように、基板１１６は、洗浄溶液１１２の中に浸され、キャリア１１４によって支持されている。当業者にとって明らかなように、超音波洗浄槽の洗浄溶液１１２の中に基板１１６を支持するために、任意の適切な手段が用いられてよい。超音波洗浄槽は、超音波変換器１２４および１２６に結合されている。超音波変換器１２６は、基板１１６の下面１１７と垂直に配置されている。したがって、変換器１２６は、以下で示すように、下面１１７と平行なアコースティックストリーミングを引き起こす。超音波変換器１２４は、基板１１６の下面１１７と平行に配置されている。したがって、変換器１２４は、形状、すなわち、ビア、ホール、トレンチなどにアクセスできる音響エネルギを供給して、それらの形状内でキャビテーションを引き起こす。すなわち、ウエハ表面の配置に対して水平および垂直な変換器は、粒子の除去とウエハ表面に対する流体薬品の交換との助けとなるアコースティックストリーミングおよび大量移動と、基板表面に付着した粒子を取り外して除去するキャビテーションとを実現する。

図３は、図２に示した超音波洗浄装置の別の実施形態である。ここで、基板１１６は、図２の水平の位置ではなく、垂直の位置に配置されている。当業者にとって明らかなように、基板１１６は、基板キャリア、ローラなどの任意の適切な支持手段によって支持されてよい。基板１１６は、超音波洗浄槽の基部１２０と側壁１１８および１２２によって規定される空間に収容された洗浄溶液１１２に浸される。超音波洗浄槽の形状は、一方の変換器が基板の表面とほぼ垂直な方向に音響エネルギを供給すると共に、他方の変換器が基板の表面とほぼ平行な方向に音響エネルギを供給するような変換器からの音響エネルギの伝達を実現するのに適切な任意の形状であってよいことを理解されたい。一実施形態では、音響エネルギの垂直方向は、垂線に対して約５度の範囲、すなわち、９０±５度の範囲に存在する。ただし、その垂線は、基板の表面に対する垂線である。別の実施形態では、音響エネルギの平行方向は、平行線に対して約５度の範囲、すなわち、０±５度の範囲に存在する。ただし、その平行方向は、基板の表面すなわち基板の表面に平行な平面に対して平行である。したがって、基部の形状は、長方形、正方形、さらには円形であってもよい。ただし、側壁は、基部の超音波変換器によって伝達される音響エネルギに対して直交する方向に音響エネルギを伝達する超音波変換器の配置を可能にするよう構成される。洗浄溶液１１２は、ＤＵＰＯＮＴ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、ＥＫＣ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．、またはＡＳＨＬＡＮＤ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な洗浄溶液など、任意の市販の洗浄溶液であってよいことを理解されたい。

図４は、本発明の一実施形態に従った、超音波洗浄装置を示す拡大断面図である。この図では、基板１１６のパターン化された表面１１７が、より詳細に示されている。すなわち、パターン化された表面の形状が図示されている。基板１１６は、超音波洗浄槽の側壁１１８と側壁１２２および基部１２０によって規定される空間に収容された洗浄溶液１１２に浸される。基板１１６は、自身の軸を中心にして適切な基板支持体により回転されてよいことを理解されたい。超音波変換器１２４および１２６は、それぞれ、変換素子１２４ａおよび１２６ａと、共振素子１２４ｂおよび１２６ｂとを備えている。超音波変換器１２４および１２６は、任意の適切な市販の超音波変換器であってよい。超音波変換器は、通例、５００キロヘルツ（ＫＨｚ）から５メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数範囲のエネルギを発する。当業者に周知のように、超音波変換器に対して選択された特定の材料が、生成される周波数範囲を決定する。適切な材料としては、石英やサファイアなど、圧電材料および圧電セラミック材料が挙げられる。

超音波変換器１２６に対する超音波変換器１２４の向きは、パターン化された基板１１６の洗浄を改善するために、最適なエネルギおよび大量移動の利点を実現する。超音波変換器１２４は、基板１１６の表面１１７の形状にアクセスできる音響エネルギを供給する。ここで、音響エネルギは、キャビテーションを引き起こし、表面１１７の形状の内面に付着した粒子１３２を取り除く。内面への粒子１３２の再付着を防止するために、超音波変換器１２６は、矢印１３０で示すようにアコースティックストリーミングを引き起こす音響エネルギを供給する。アコースティックストリーミングとは、音響エネルギにさらされた際の流体内の速度勾配によって引き起こされる流体の動きである。アコースティックストリーミングは、周波数と、供給される強度との関数であり、主要な粒子除去の作用因子として作用する洗浄溶液の強い局所的な流れを提供する。アコースティックストリーミングによって引き起こされた流れは、矢印１３０で示すように、表面１１７に設けられた形状内に渦１３４を引き起こす。渦１３４は、乱流とも呼ばれ、形状の内外への大量移動を改善して、新鮮な洗浄溶液が、表面１１７に設けられた形状内に導入されることを可能にすると共に、超音波変換器１２４から形状内に伝達された音響エネルギで引き起こされたキャビテーションによって形状から取り除かれたすべての除去粒子を洗い流す。

図４の矢印１２８は、超音波変換器１２４から下面１１７の形状内部に伝達される音響エネルギを示している。上述のように、音響エネルギ１２８は、キャビテーションを引き起こして、粒子１３２を取り除く。乱流すなわち渦１３４は、形状、特にアスペクト比の高い形状の内外への反応物質／副産物の移動を改善する助けとなることを理解されたい。しかしながら、直接的なエネルギが形状内に伝達されることにより、キャビテーションと粒子の除去とが実現する。したがって、ウエハの表面と平行および垂直な超音波変換器の配置は、基板の表面に設けられた形状の洗浄、および、形状内への薬品の移動のための、直接的なエネルギを供給する。

図５は、図４の超音波洗浄槽の別の実施形態である。ここで、基板１１６は、水平の位置ではなく、垂直の位置に配置されている。したがって、超音波変換器１２６は、基板１１６の表面１１７に設けられた形状から粒子１３２を取り除くために、矢印１２８で示すように、直接的なエネルギを供給する。超音波変換器１２４は、渦１３４を引き起こすことで粒子１３２を洗い流すと共に下面１１７の形状内に新鮮な洗浄溶液を導入するアコースティックストリーミングを、矢印１３０で示すように引き起こす。洗浄溶液１１２は、特に単一ウエハ洗浄動作のために設計されているので、洗浄溶液１１２の反応物質／副産物の濃度が変化すると、洗浄特性も同様に変化することを理解されたい。すなわち、アスペクト比の高い形状（例えば、基板１１６の表面の形状）内の洗浄溶液１１２は、アスペクト比の高い形状の内部を洗浄する。洗浄が実行されると、その形状内の洗浄溶液の濃度が変化することにより、粒子と基板表面との間の界面の特性およびゼータ電位が変化しうる。洗浄溶液は、粒子１３２の表面と表面１１７との間の適切すなわち一貫したゼータ電位を維持できなくなるため、この変化により、粒子１３２が、基板１１６の表面に再付着する場合がある。したがって、アコースティックストリーミング、より正確には、アコースティックストリーミングによって引き起こされた渦１３４は、大量移動を改善して形状内に洗浄溶液を補給することにより、上述の再付着を防止する。

図６は、本発明の一実施形態に従って、超音波洗浄により半導体基板を洗浄するための方法の動作を示すフローチャートである。その方法は、２つの別個の変換器に結合された洗浄容器を準備する動作（オペレーション）１４０で始まる。例えば、図２ないし５に示された洗浄容器が準備されてよい。次いで、その方法は、洗浄容器に収容された洗浄溶液の中に基板が浸される動作１４２に進む。浸された基板は、一方の超音波変換器が、洗浄される表面とほぼ平行になると共に、第２の超音波変換器が、洗浄される基板の表面とほぼ垂直になるように配置されることを理解されたい。換言すると、変換器は、各変換器から洗浄溶液に伝達されるそれぞれの音響エネルギが、互いにほぼ直交する、すなわち、互いにほぼ直角に向けられるように配置される。上述のように、洗浄溶液は、単一ウエハ洗浄のために特に設計された市販の洗浄溶液であってよく、脱イオン水であってもよい。次いで、その方法は、基板が回転される動作１４４に進む。この動作では、基板は、周知の任意の適切な手段によって回転されてよい。

次に、図６の方法は、基板の表面とほぼ垂直な方向に、音響エネルギが生成される動作１４６に進む。この動作では、音響エネルギは、アスペクト比の高い形状に対して直接的に作用して、アスペクト比の高い形状を洗浄する際の粒子の除去のためのキャビテーションを提供する。次いで、その方法は、基板の表面とほぼ平行な方向に、音響エネルギが生成される動作１４８に進む。この動作では、音響エネルギは、アスペクト比の高い形状の内外への反応物質／副産物の移動を助ける渦を引き起こす。換言すると、アコースティックストリーミングは、薬品を補給して、洗浄されているウエハの表面に粒子が再付着することを防止する。さらに、アコースティックストリーミングは、分離された粒子の移動を促進する。ほぼ垂直の方向に生成された音響エネルギと、ほぼ平行の方向に生成された音響エネルギとは、同時または交互に作用させてもよいし、それらの方法の組み合わせで作用させてもよい。より具体的には、変換器は、同時または交互に電力を供給されてよく、すなわち、同じ位相または違う位相であってよい。

図７Ａは、本発明の一実施形態に従って、無電解めっき動作で用いられる超音波変換器を示す簡略な説明図である。ここで、無電解めっき容器１５０は、めっき溶液１５２を収容する。基板１５４は、無電解めっき容器１５０の内部に支持される。周知のように、無電解めっきは、めっき溶液に構成要素を浸すことにより実行される。めっき溶液は、一般に、溶解性の金属塩と還元剤とからなる。金属塩は、酸素のない表面の上に還元される。そのように、金属フィルム（例えば、銅、ニッケルなど）が、表面の上に付着されてよい。しかしながら、金属が付着される表面の上または近傍に気泡が形成されると、結果として生じる金属フィルムにすき間が生じる場合がある。したがって、無電解めっき容器１５０に超音波変換器１５６を結合することにより、音響エネルギ１６０が、超音波変換器および基板に接するめっき溶液を通して、基板１５４の表面に向けられることが可能となり、発生しうる任意の気泡を崩壊させることができる。したがって、基板１５４の表面１５５に、より信頼性の高い一様なフィルムを付着させることができる。

図７Ｂは、図７Ａの無電解めっき容器の別の実施形態である。ここでは、第２の超音波変換器が、基板１５４とほぼ直角に導入されている。したがって、変換器１５８は、無電解メッキプロセス中に基板１５４の表面からすべての粒子を取り払うために、アコースティックストリーミングを用いることを可能にする。すなわち、変換器１５８からのアコースティックストリーミングは、基板１５４の表面における反応物質および副産物の大量移動を改善する。無電解めっき容器１５０は、めっき溶液１５２を再循環または補給することが可能であってよいことを理解されたい。ここで、流入口１６４が、新鮮なめっき溶液をめっき容器１５０に供給してよく、流出口１６６が、排出されるめっき溶液の除去に用いられる。当業者にとって明らかなように、めっき溶液は、使い捨てシステムの代わりに、流入口１６４および流出口１６６を通して再循環される構成としてもよい。一実施形態では、めっき溶液１５２は、あふれ出た分が、排液収集部または排液管に放出される。さらに、流入口１６４および流出口１６６の位置と、めっき容器の形状は、無電解めっき動作を実行するのに適した任意の位置および形状であってよい。

要約すれば、図２ないし７Ｂを参照して上述した発明は、パターン化された基板の洗浄効率を最適化するための方法およびシステムに関するものである。洗浄される基板の表面に対して、一方が水平方向に、他方が垂直方向になるように、２つの超音波変換器を配置することにより、超音波エネルギに関連するキャビテーションおよびアコースティックストリーミングの特性が最適化される。水平に配置された、すなわち、基板表面とほぼ平行に配置された超音波変換器は、音響エネルギを形状内に伝達してキャビテーションを提供できるように、形状の内部に向かって真っ直ぐ向いている。キャビテーションは、形状内のすべての粒子を取り除く。

垂直に配置された、すなわち、基板表面とほぼ垂直に配置された超音波変換器は、ウエハの表面と平行なアコースティックストリーミングを引き起こす。アコースティックストリーミングは、取り外された粒子を除去するために渦および乱流を引き起こし、さらに、形状（例えば、アスペクト比の高い形状）内に洗浄剤を補給して、取り外された粒子が形状内部の表面に再付着しないことをさらに確実にする。基本的に、アコースティックストリーミングは、形状内に洗浄剤を補給することにより、形状内の化学洗浄を可能にする。本明細書に記載された実施形態は、化学反応を促進することが望ましい用途にも適用できることを理解されたい。例えば、レジスト剥離に関して、本明細書に記載された実施形態は、反応した物質を除去するための反応物質の大量移動を支援する。すなわち、上述のアコースティックストリーミングは、大量移動を促進する。

図８Ａは、本発明の一実施形態に従って、基板の洗浄に音響エネルギを用いる洗浄装置を示す簡略な説明図である。洗浄装置２１８は、基部２２８と、基部から伸びる側壁２３２とからなる。内部空間２２０は、基部２２８と側壁２３２との間に規定される。洗浄装置２１８は、共振器２２６に結合された変換器２２４からなる音響エネルギ生成部２２３を備える。一実施形態では、音響エネルギ生成部２２３は、超音波エネルギを生成してよい。すなわち、変換器２２４は、超音波変換器である。本明細書に記載された実施形態は、超音波エネルギに関連しているが、本発明は、任意の音響エネルギに適用されてよいことを理解されたい。音響エネルギ生成部２２３は、洗浄装置２１８の下側の角に配置される。当業者にとって明らかなように、音響エネルギ生成部２２３の共振器２２６は、洗浄溶液に接している。したがって、音響エネルギは、洗浄溶液を通して基板に伝達され、洗浄プロセスを支援する。

図８Ａに関して、音響エネルギ生成部２２３は、基板２２２の下面２２２ａに対してほぼ平行な方向に向けられた音波を生成するよう構成されている。下面２２２ａにほぼ平行な音波は、直線２３４で示されている。張り出しアーム２３８が、側壁２３２から張り出しており、基部２２８と張り出しアーム２３８との間の通路を規定している。張り出しアーム２３８は、任意の適切な長さであってよい。反射面２３０は、基部２２８の傾斜部分である。ここで、音響エネルギ生成部２２３によって生成された音波は、面２３０から反射されて、基板２２２の下面２２２ａに向かう。反射された音響エネルギは、直線２３６で示されている。反射面２３０の傾斜は、ほぼ平行な音響エネルギ波２３４が、直線２３６で示すように、下面２２２ａに対してほぼ垂直の方向に向けられるようになっている。例えば、表面２３０と基部２２８との間の角度は、約４５度である。

さらに図８Ａを参照すると、音波の方向が音響エネルギ源から切り離されていることを理解されたい。さらに、洗浄装置２１８の構成は、音響エネルギ生成部２２３の構成要素への外部からのアクセスを可能にする。一実施形態では、洗浄装置２１８は、高さの低い槽であってよく、すなわち、基板２２２は、基部２２８の約１／２インチ以内に配置される。基部２２８は、部分２２８ａで示されるように、面２３０を越えて伸ばされてもよい。本実施形態では、部分２２８ａ、部分２３２ａ、基部２２８の高くなった部分、および面２３０で規定される領域は、空間になっている。別の実施形態では、面２３０が調節可能であることにより、面２３０と基部２２８との間の角度を調節することができる。したがって、面２３０が動くことにより、反射された音響エネルギが、基板２２２の表面２２２ａを走査する。そのため、反射された音響エネルギは、縁部領域に同等量のエネルギが施されるように、基板の中央領域ではなく基板２２２の縁部領域付近に集中されてもよい。もちろん、後に示すように、基板２２２が回転していてもよい。

図８Ｂは、図８Ａの洗浄装置の別の実施形態である。洗浄装置２１８は、基板２２２を洗浄するよう構成された槽を備え、基板２２２は、内部空間２２０内に収容された洗浄溶液に浸される。超音波変換器２２４は、共振器２２６に結合され、反射面２３０に向けて音響エネルギを生成する。ここで、反射面２３０は、洗浄装置２１８の洗浄溶液と接する凸面を有する。そのため、超音波変換器２２４によって生成された音響エネルギは、図８Ａと異なるパターンで反射される。したがって、反射面２３０の凸形状により、直線２３４で示す生成された音響エネルギは、直線２３６で示すように、様々な角度で散乱する。そのため、直線２３６で示す反射された音響エネルギは、様々な角度で基板２２２の表面に作用する。基本的に、反射面２３０は、平行な発生源／音波を受け、規定された領域にわたって発生源／音波を拡散する。さらに、圧電結晶の間の空間（スペース）に対応するエネルギの格差（ギャップ）は、音響エネルギの反射によって排除される。

図８Ｃは、図８Ａの洗浄装置のさらに別の実施形態である。洗浄装置２１８は、図８Ａと同様に、基部２２８とそこから伸びる側壁２３２とを有して洗浄溶液を収容する槽を備える。ただし、図に示すように、洗浄装置２１８は、交互の反射面２３０と、オーバーフローあるいは再循環の機能とを有する。反射面２３０は、音響エネルギ生成部２２３で生成された音響エネルギを散乱するための多くの凸***を備える。したがって、基部２２８と張り出し部分２３８との間に規定される通路内にほぼ平行の方向で生成された音響エネルギは、反射された音響エネルギが基板２２２の下面２２２ｂにわたって拡散されるように、その方向を変える。もちろん、基板２２２は、基板の軸を中心に回転していてもよい。当業者にとって明らかなように、基板２２２の回転は、入手可能な任意の適切な回転手段によって実現されてよい。例えば、基板２２２を支持するよう構成された基板キャリアを用いて、回転力を提供してよい。あるいは、基板２２２の縁部を支持するローラが、回転力を提供してもよい。

さらに図８Ｃを参照すると、洗浄装置２１８は、流入口２２９と流出口２３１とをさらに備える。流入口２２９は、新鮮な洗浄溶液を洗浄装置内に送り込むことができる。流出口２３１は、一実施形態では、余分な洗浄溶液をあふれさせるよう構成されている。別の実施形態では、流出口２３１は、洗浄装置を通過した洗浄溶液を再循環させるために、ポンプを介して流入口２２９と連絡していてもよい。当業者にとって明らかなように、洗浄溶液は、単一基板洗浄装置用に設計されたものである。さらに、単一基板洗浄溶液は、ＥＫＣ Ｉｎｃ．やＡｓｈｌａｎｄ Ｉｎｃ．などの会社から入手可能である。

図８Ｄは、図８Ａの洗浄装置のまたさらに別の実施形態である。この実施形態では、反射面２３０は、凹形状を有している。当業者にとって明らかなように、反射された音響エネルギ２３６は、基板２２２の下面２２２ａの特定の点に収束される。このように、反射面２３０は、音響エネルギ源２２３によって生成された平行な音響エネルギ２３４を受けて、そのエネルギを収束させる。反射面２３０は、放物面形状を有して、反射されたエネルギ２３６を一点に収束させてもよい。あるいは、反射面２３０は、円筒の形状を有して、反射エネルギを一本の線に収束させてもよい。本実施形態でも、反射面２３０は、回転している基板の表面にわたって音響エネルギを走査するために可動であってもよい。当業者にとって明らかなように、生成された音響エネルギの方向を音響エネルギ源２２３から切り離すために、反射面２３０に対して多くの他の形状を用いてもよい。すなわち、反射面２３０は、音響エネルギ源２２３から伝達された音響エネルギを散乱、収束、または一様に分配するよう構成されてよい。

図９は、本発明の一実施形態に従って、２つの音響エネルギ生成部を有する洗浄装置を示す簡略な説明図である。洗浄装置２１８は、音響エネルギ生成部２２３および２４２を備える。なお、音響エネルギ生成部は、超音波変換器であってよい。音響エネルギ生成部２２３および２４２は、各音響エネルギ生成部で生成された音響エネルギが、基板２２２の上面２２２ｂまたは下面２２２ａのいずれかにほぼ平行に方向付けられるよう構成される。すなわち、直線２４０ａおよび２４０で表されるように、音響エネルギ生成部２４２で生成された音響エネルギは、基板２２２の上面２２２ｂおよび下面２２２ａとほぼ平行になる。同様に、音響エネルギ生成部２２３によって生成された音響エネルギも、下面２２２ａとほぼ平行になる。

さらに図９を参照して、洗浄装置は、半導体基板２２２の上下の面２２２ａおよび２２２ｂとほぼ垂直な面を有する超音波変換器２２３および２４２を備えてもよい。超音波変換器２２３によって生成された音響エネルギ２３４の方向が、反射面２３０を介して変えられることで、音響エネルギは、基板２２２の下面２２２ａとほぼ垂直になる。したがって、超音波変換器２２３によって生成された音響エネルギは、下面２２２ａに設けられた形状内の粒子を取り除くためのキャビテーションを提供するために用いられてよい。超音波変換器２４２は、取り除かれた粒子を除去すると共に、設けられた形状内の洗浄溶液を新しくするためのアコースティックストリーミングを提供する。この洗浄動作の詳細については、図２ないし７Ｂに関連して上述した。もちろん、基板２２２は、図８Ｃに示したように、回転していてもよい。さらに、洗浄装置２１８は、図８Ｃを参照して説明したのと同様に、オーバーフローおよび再循環の機能を備えてもよい。

別の実施形態では、図９の反射面２３０は、基板表面２２２ａの垂線に対してわずかな角度を付けて音響エネルギを反射してもよい。音響エネルギが基板表面に作用する角度を変化させることで、インピーダンスに関する振動を低減できる。一実施形態では、基板の表面の垂線に対する角度は、約３度から約６度の間である。導入された角度は、回転中のウエハの振れ（ふらつき）によって引き起こされるインピーダンスの変動を低減する。別の実施形態では、音響エネルギ源２２３は自動的に調整（チューン）される。

図１０Ａは、本発明の一実施形態に従って、基板の両側を洗浄するよう構成された洗浄装置を示す簡略な説明図である。洗浄装置２１８は、基板２２２の両面に音響エネルギを供給するよう構成された音響エネルギ生成部２２３および２４２ａを備える。音響エネルギ生成部２２３で生成された音響エネルギは、反射面２３０で反射されて、基板２２２の下面２２２ａを洗浄する。音響エネルギ生成部２４２ａは、音響エネルギを２２２の上面２２２ｂに供給して、基板の上面の洗浄を促進するよう構成されている。ここで、音響エネルギ生成部２４２ａは、基板２２２の上面２２２ｂに対してわずかな角度の付いた直線２４０ｂで示すように、音響エネルギを生成するよう構成されている。一実施形態では、音響エネルギ２４０ｂと上面２２２ｂとの間の角度は、約０度から５度の間である。音響エネルギ２４０ｂの一部は、直線２４６で示すように、上面２２２ｂで反射されることを理解されたい。したがって、反射面２４４ａは、一旦反射された音響エネルギ２４６を、直線２４８で示すように、上面２２２ｂに戻すように反射するよう配置されてよい。もちろん、反射されたエネルギは、反射されるごとに力を失うが、音響エネルギを増大させれば、基板２２２の洗浄の助けとなる。

図１０Ｂは、図１０Ａの洗浄装置の別の実施形態を示す簡略な説明図である。この実施例では、３つの音響エネルギ生成部２２３、２４２ａ、および２４２ｂが、洗浄装置２１８に備えられている。音響エネルギ生成部２２３は、基板２２２の下面２２２ａに音響エネルギを供給し、同様に、音響エネルギ生成部２４２ｂは、基板２２２の下面２２２ａに音響エネルギを供給する。音響エネルギ生成部２４２ａは、図１０Ａを参照して上述したように、上面２２２ｂに音響エネルギを供給するよう構成されている。音響エネルギ生成部２４２ｂは、基板２２２の下面２２２ａに対してわずかな角度が付いた音響エネルギを生成する。一実施形態では、直線２４０ａで示す音響エネルギと下面２２２ａとの間の角度は、約０度から約５度の間である。ここでも、音響エネルギ２４０ａは、直線２５０で示されるように、基板２２２ａで反射されてよい。したがって、反射面２４４ｂは、反射された音響エネルギ２５０を、直線２５２で示すように、基板２２２の下面２２２ａに戻すように反射するよう配置されてよい。

図によると、反射面２３０は凸形状を有しているが、上述の形状を含む任意の適切な形状を有してよいことを理解されたい。さらに、一実施形態では、音響エネルギ生成部２２３、２４２ａ、および２４２ｂは超音波変換器である。また、基板２２２は、洗浄プロセス中にその軸を中心として回転してもよい。洗浄装置２１８は、図８Ｃを参照して説明したのと同様に、再循環およびオーバーフローの機能を実現するよう構成されてもよい。

図１１は、本発明の一実施形態に従って、基板の表面を洗浄するための音響エネルギを作用させる方法の動作を示すフローチャートである。その方法は、半導体基板の表面とほぼ平行な方向に向けられた音響エネルギが、第１の変換器によって生成される動作２６０から始まる。例えば、ここで生成される音響エネルギは、図８Ａ−８Ｄ、１０Ａ、および１０Ｂの音響エネルギ生成部２２３によって生成される音響エネルギであってよい。次いで、その方法は、第１の変換器からの音響エネルギの方向が、半導体基板の表面とほぼ垂直な方向に変えられる動作２６２に進む。ここで、図８Ａ−８Ｄ、９、１０Ａ、および１０Ｂを参照して上述したような反射面などの反射面が、音響エネルギの方向を変えてよい。音響エネルギは、集束、散乱、または一様に分配されてよいことを理解されたい。このように、反射面は、基本的に、音響エネルギの方向を音響エネルギ源から切り離す。さらに、反射面は、洗浄される基板の表面にわたって音響エネルギを走査するために調節可能すなわち可動であってよい。

次に、図１１の方法は、半導体基板の表面とほぼ平行な方向に向けられた音響エネルギが、第２の変換器によって生成される動作２６４に進む。ここで、第２の変換器は、より効率的に基板の表面を洗浄するためにアコースティックストリーミングを引き起こしてよい。第２の変換器で生成される音響エネルギは、図１０Ａおよび１０Ｂを参照して上述したように、半導体基板の表面に対してわずかな角度を付けられてよいことを理解されたい。さらに、第２の変換器からの音響エネルギが向けられる面の反対側の面に、音響エネルギを向けるために、第３の音響エネルギ生成部が設けられてもよい。

要約すれば、図８Ａないし１１を参照して上述した発明は、半導体基板の洗浄効率を最適化するための方法およびシステムに関するものである。洗浄装置は、音波を音響生成部から切り離すことにより死角を排除する。切り離す効果は、洗浄される基板の表面に向けて音響エネルギを反射するよう配置された反射面によって実現される。洗浄効率をさらに増大させるために、複数の変換器が備えられてもよい。一実施形態では、基板の表面とほぼ垂直に向けられた２つの変換器が準備される。両方の変換器が、基板の表面とほぼ平行な方向に向けられた音響エネルギを供給するが、一方の音響エネルギの流れは、音響エネルギが基板表面とほぼ垂直になるように、反射面によって方向を変えられる。反射面は、洗浄溶液に適合して音響エネルギを反射する任意の材料からなってよい。例えば、反射材料は、ステンレス鋼、石英、テフロン（デュポン社の登録商標）、ポリプロピレン、炭化ケイ素、または、システムで用いられる洗浄剤に適合するその他の材料であってよい。別の実施形態では、反射面は、反射面に関連する軸を中心に動くよう構成されている。それにより、基板の表面にわたって音響エネルギを走査して、基板が回転している際に、基板表面にわたって、より一様に音響エネルギを分配することができる。

さらに、本明細書に記載された実施形態は、無電解めっき動作に関して、より高い質のフィルム付着を可能にする。無電解めっき動作中に超音波エネルギを作用させることにより、無電解めっき動作を施されている物体の表面における気泡の形成を抑制できる。めっき溶液に伝達される超音波エネルギに関連するキャビテーションの特性により、気泡は、物体の表面の近傍から効果的に除去され、それにより、付着されたフィルムにおけるすき間を大幅に排除することができる。

理解を深めるために、上述の発明について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更と変形を行ってもよいことは明らかである。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で変形されてよい。特許請求の範囲においては、要素および／または工程は、請求項の中で特に言及しない限り、動作に関する特定の順序を示すものではない。

バッチ式超音波洗浄システムを示す説明図。 単一ウエハ洗浄槽を示す説明図。 本発明の一実施形態に従った超音波洗浄装置を示す簡略な図。 図２に示した超音波洗浄装置の別の実施形態を示す図。 本発明の一実施形態に従った、超音波洗浄装置を示す拡大断面図。 図４の超音波洗浄槽の別の実施形態を示す図。 本発明の一実施形態に従って、超音波洗浄によって半導体基板を洗浄するための方法の動作を示すフローチャート。 本発明の一実施形態に従って、無電解めっき動作で用いられる超音波変換器を示す簡略な説明図。 図７Ａの無電解めっき容器の別の実施形態を示す図。 本発明の一実施形態に従って、基板の洗浄に音響エネルギを用いる洗浄装置を示す簡略な説明図。 図８Ａの洗浄装置の別の実施形態を示す図。 図８Ａの洗浄装置のさらに別の実施形態を示す図。 図８Ａの洗浄装置のまたさらに別の実施形態を示す図。 本発明の一実施形態に従って、２つの音響エネルギ生成部を有する洗浄装置を示す簡略な説明図。 本発明の一実施形態に従って、基板の両側を洗浄するよう構成された洗浄装置を示す簡略な説明図。 図１０Ａの洗浄装置の別の実施形態を示す簡略な説明図。 本発明の一実施形態に従って、基板の表面を洗浄するための音響エネルギを作用させる方法の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１００…槽
１０２…ウエハ保持部
１０４…変換器
１０６…槽
１０８…キャリア
１１２…洗浄溶液
１１４…キャリア
１１４ａ−ｃ…ギャップ
１１６…基板
１１７…下面
１１８…側壁
１２０…基部
１２２…側壁
１２４…超音波変換器
１２４ａ…変換素子
１２４ｂ…共振素子
１２６…超音波変換器
１２６ａ…変換素子
１２６ｂ…共振素子
１３２…粒子
１３４…渦
１５０…無電解めっき容器
１５２…めっき溶液
１５４…基板
１５５…表面
１５６…超音波変換器
１５８…変換器
１６４…流入口
１６６…流出口
２１８…洗浄装置
２２０…内部空間
２２２…基板
２２２ａ…上面
２２２ｂ…下面
２２３…音響エネルギ生成部
２２４…変換器
２２６…共振器
２２８…基部
２２８ａ…部分
２２９…流入口
２３０…反射面
２３１…流出口
２３２…側壁
２３２ａ…部分
２３８…張り出しアーム
２４２…音響エネルギ生成部
２４２ａ…音響エネルギ生成部
２４２ｂ…音響エネルギ生成部
２４４ａ…反射面
２４４ｂ…反射面

Claims (8)

1. 溶液の中に浸された半導体基板を処理するための処理方法であって、
   半導体基板の表面とほぼ垂直な面を有する超音波変換器から前記半導体基板の前記表面とほぼ平行な方向に向けられた音響エネルギを生成する工程と、
   前記半導体基板の前記表面とほぼ平行な方向に向けられた音響エネルギの一部を、放物面形状を有する凹面である反射面を用いて半導体基板の表面の一点に向かって反射させることにより、前記半導体基板の前記表面とほぼ平行な方向に向けられた音響エネルギと同時に前記半導体基板の前記表面に対してほぼ垂直に照射される音響エネルギを生成する工程と、
   前記音響エネルギの発生源に対する前記反射面の角度を調整する工程と、
   を備える、処理方法。
2. 請求項１に記載の処理方法において、さらに、
   前記半導体基板を前記半導体基板の表面に沿って回転させる工程と、を備える、処理方法。
3. 請求項１または２に記載の処理方法において
   前記溶液は洗浄液であり、
   前記処理は洗浄処理である、処理方法。
4. 請求項１または２に記載の処理方法において
   前記溶液はめっき液であり、
   前記処理は無電解めっき処理である、処理方法。
5. 半導体基板を処理するための処理装置であって、
   半導体基板を処理するための処理液を入れるための槽と、
   前記槽の側壁に設けられ、前記半導体基板の表面とほぼ垂直な面を有する超音波変換器であって、前記洗浄される半導体基板の表面とほぼ平行な方向に向けた音響エネルギを生成する超音波変換器と、
   前記超音波変換器から生成される音響エネルギの一部を前記半導体基板の表面の一点に向かう、前記半導体基板の表面とほぼ垂直な方向に向けた音響エネルギを生成する放物面形状を有する凹面である反射面と、
   前記反射面の角度を調整するための調整部と、
   を備え、
   前記半導体基板の表面とほぼ平行な方向に向けた音響エネルギと前記半導体基板の表面とほぼ垂直な方向に向けた音響エネルギとは、同時に前記半導体基板に照射される、処理装置。
6. 請求項５に記載の処理装置において、
   前記半導体基板を前記半導体基板の表面に沿って回転させる基板回転装置を備える、処理装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の処理装置において、
   前記処理液は洗浄溶液であり、
   前記処理は、洗浄処理である、処理装置。
8. 請求項５または請求項６に記載の処理装置において、
   前記処理液はめっき溶液であり、
   前記処理は、無電解めっき処理である、処理装置。

Images