JP5145328B2 - 半導体基板のエッジの一部を洗浄する装置、洗浄するシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板処理に関し、特に、製造工程の前後及び最中に基板縁部を洗浄するための方法及び装置に関する。

半導体チップの製造は、協調した一連の製造工程を含む複雑なプロセスである。こうした工程は、層化、パターン形成、エッチング、ドーピング、化学機械研磨（ＣＭＰ）等のステップを含むものとして大きく特徴付けできる。こうした工程の様々なステップ中に、半導体基板（ウエハ）の表面、縁部、傾斜面、及びノッチが、微粒子、有機材料、金属不純物等を含む残留物の層により汚染されることは周知である。基板の表面では、汚染物のないチップの歩留まりを最大化するために、こうした汚染粒子を洗い落とす必要がある。

不要な表面汚染を発生させ得る工程の例には、プラズマエッチングとＣＭＰとが含まれる。プラズマエッチング中、基板は反応室内に配置され、材料の層を基板表面から物理的又は化学的に除去する荷電プラズマに露出される。エッチングプロセス完了後、エッチング後の洗浄ステップが行われ、これによりエッチングプロセス中に基板上に堆積した汚染残留物が除去される。通常、これには基板の表面及び裏面に対する化学物質の供給が含まれ、その後、濯ぎ及び乾燥が行われる。最適な化学物質とツール設定とを使用することで、このエッチング後の洗浄ステップにより、基板上にあるエッチング後の汚染残留物は著しく除去されるか、その量が低減される。

しかしながら、従来のエッチング後の化学洗浄方法による除去が容易ではないエッチング後残留物の一種に、基板のベベルエッジ、ノッチ、及び裏側の一部に見られる有機「ベベル」ポリマ残留物がある。ベベルポリマは、比較的不活性であり、互いと、基板表面とに対して、切断が比較的困難な強い接合により付着するという独自の特性を有する。半導体製造業者が半導体のチップ歩留まりを増加させるために半導体基板のエッジ除外領域の縮小を目指すにつれ、この種の残留物を除去することの重要性は高まりつつある。

ブラシスクラバ及びエッジスクラバ等の機械的洗浄ツールの使用は、様々な成功の度合いを収めてきた。ブラシスクラブ及びエッジスクラブツールは、基板表面の傷を防止するように設計された、ポリビニルアルコール（「ＰＶＡ」）等の軟質材料を使用する。こうしたツールは、基板の表側及び裏側において、汚染物の一部と特定の種類の残留物とを除去するのに効果的であるが、基板のエッジ及びノッチに堆積したベベルポリマの強力な接合を切断することはできない。

上記したことに鑑みて、基板エッジの洗浄を強化する装置及び方法に対する必要性が存在する。

本発明は、基板エッジに堆積したベベルポリマを洗浄するための改良された装置を提供することで上記の必要性を満たす。本発明は、装置、システム、及び方法を含む多数の形で実現可能であることを理解されたい。以下、本発明の幾つかの発明実施形態を説明する。

一実施形態では、基板のエッジを洗浄するための装置を開示する。装置は、基板のエッジを収容する筐体を含む。外側へ延びる複数の羽根を備えた毛ブラシ部は、筐体内に配置される。毛ブラシ部は、筐体内の回転軸に取り付けられ、回転時、外側へ延びる羽根が基板のエッジに接触し、効率的な洗浄を行うように位置調整する。

別の実施形態では、基板のエッジを洗浄するためのシステムを開示する。システムは、基板を支持するために基板支持デバイスを含む。システムは、更に、毛ブラシアプリケータを含む。毛ブラシアプリケータは、基板エッジの洗浄を支援するために基板のエッジと毛ブラシ部とを収容するように構成された筐体を含む。毛ブラシ部は、外側へ延びる複数の羽根を有し、回転軸に取り付けられる。毛ブラシ部は、筐体内部において、回転時、外側へ延びる羽根が基板のエッジに接触するように位置調整する。

更に別の実施形態では、基板のエッジを洗浄するための方法を開示する。方法は、基板のエッジを筐体内に収容するステップを含む。筐体内の毛ブラシ部は、外側へ延びる羽根の湾曲の角度とは反対の方向へ回転させる。回転する毛ブラシ部は、基板のエッジの洗浄を支援する。

本発明の他の利点は、本発明の原理を示す添付図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかとなろう。

本発明は、この他、以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］ 基板のエッジを洗浄する装置であって、
前記基板の前記エッジを収容するように構成された筐体と、
前記筐体内部に位置し、外側へ延びる複数の羽根を有し、回転軸に取り付けられ、回転中、前記外側へ延びる羽根が前記基板の前記エッジに接触するように位置調整された毛ブラシ部と
を備える装置。
［適用例２］
前記筐体は、更に、
前記毛ブラシ部の上方に位置決めされた上部排出路を含む適用例１記載の基板のエッジを洗浄する装置。
［適用例３］
前記筐体は、ポリビニリデンジフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル、ポリエーテルエーテルケトン、デルリン、アセタール、又はポリフェニレンサルファイドから選択された化学耐性材料により作成される適用例１記載の基板のエッジを洗浄する装置。
［適用例４］
前記外側へ延びる羽根は、含浸ミクロンアルミナを有するナイロン等の多孔性材料から作成される適用例１記載の基板のエッジを洗浄する装置。
［適用例５］
前記毛ブラシ部の前記外側へ延びる羽根の全体及び内部に、前記基板に擦り傷又は損傷を与えないように選択された研磨材料を分布させた適用例４記載の基板のエッジを洗浄する装置。
［適用例６］
前記筐体部は、更に、
前記毛ブラシ部の前記外側へ延びる羽根へ洗浄化学物質を導入する流体分配路を含む適用例４記載の基板のエッジを洗浄する装置。
［適用例７］
前記研磨材料は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、アモルファス酸化ケイ素、ケイ素、及びアルミナにより構成されたグループから選択される適用例５記載の基板のエッジを洗浄する装置。
［適用例８］
前記研磨材料は、前記基板の前記エッジに蓄積されたベベルポリマの硬度レベルより高い硬度レベルを有する適用例７記載の基板のエッジを洗浄する装置。
［適用例９］
前記複数の羽根は、前記毛ブラシ部の回転方向とは反対方向に向かう湾曲角度を有する適用例１記載の基板のエッジを洗浄する装置。
［適用例１０］
前記筐体は、更に、
前記毛ブラシ部の下方に定められた下部排出路を含む適用例１記載の基板のエッジを洗浄する装置。
［適用例１１］
前記筐体は、更に、
それぞれが複数の外側へ伸びる羽根を有し、前記回転軸に取り付けられ、回転中、外側へ延びる各羽根が前記基板の前記エッジに接触するように位置調整された、複数の毛ブラシ部を含む適用例１記載の基板のエッジを洗浄する装置。
［適用例１２］
前記毛ブラシ部は、交換可能なユニットである適用例１記載の基板のエッジを洗浄する装置。
［適用例１３］
前記筐体は、更に、
前記基板の上面に位置する外縁部にメニスカス障壁を導入するように構成された近接ヘッドを含む適用例１記載の基板のエッジを洗浄する装置。
［適用例１４］
基板のエッジを洗浄するシステムであって、
前記基板を支持する基板支持デバイスと、毛ブラシアプリケータとを備え、
前記毛ブラシアプリケータは、
前記基板の前記エッジを収容するように構成された筐体、及び
前記筐体内部に位置し、外側へ延びる複数の羽根を有し、回転軸に取り付けられ、回転中、前記外側へ延びる羽根が前記基板の前記エッジに接触するように位置調整された毛ブラシ部を含む
システム。
［適用例１５］
前記筐体は、更に、
前記毛ブラシ部の上方に位置決めされ、洗浄中に放出された化学物質及び粒子を除去するために真空源に接続された上部排出路を含む適用例１４記載の基板のエッジを洗浄するシステム。
［適用例１６］
前記筐体は、更に、
前記毛ブラシ部の下方に定められ、洗浄中に放出された化学物質及び粒子を除去するために真空源に接続された下部排出路を含む適用例１４記載の基板のエッジを洗浄するシステム。
［適用例１７］
前記筐体は、更に、
前記基板の上面に位置する外縁部上にメニスカス障壁を導入するように構成された近接ヘッドを含む適用例１４記載の基板のエッジを洗浄するシステム。
［適用例１８］
基板のエッジを洗浄する方法であって、
前記基板の前記エッジを筐体に定められた開口部内に収容するステップと、
前記筐体内に位置した、外側へ延びる複数の羽根を有する毛ブラシ部を、前記外側へ延びる羽根の一部が前記基板の前記エッジに接触して前記基板の前記エッジを洗浄するように、回転軸線を中心に回転させるステップと
を備える方法。
［適用例１９］
適用例１８記載の基板のエッジを洗浄する方法であって、更に、
流体分配チャネルを介して、前記回転する毛ブラシ部の前記外側へ延びる羽根に対して洗浄化学物質を供給するステップを備える方法。
［適用例２０］
適用例１８記載の基板のエッジを洗浄する方法であって、更に、
前記毛ブラシ部の上方に位置決めされた前記筐体の上部排出路を介して、洗浄中に放出された化学物質及び粒子を除去するステップを備える方法。
［適用例２１］
適用例１８記載の基板のエッジを洗浄する方法であって、更に、
前記毛ブラシ部の下方に位置決めされた、前記筐体の上部排出路を介して、洗浄中に放出された化学物質及び粒子を除去するステップを備える方法。
［適用例２２］
適用例１８記載の基板のエッジを洗浄する方法であって、更に、
前記正面の汚染を防止するために、近接ヘッドを介して、前記基板の上面に位置する外縁部にメニスカス障壁を導入するステップを備える方法。
本発明は、添付図面と併せて、以下の説明を参照することで最も良く理解され得る。これらの図面は、本発明を好適な実施形態に限定するものと解釈されるべきではなく、説明及び理解に資することのみを目的としている。

以下、改良された有効性の高い基板エッジ洗浄装置、システム、及び方法の幾つかの実施形態を説明する。しかしながら、本発明は、こうした具体的な詳細の一部又は全部が無くとも実施し得ることは、当業者には自明であろう。また、周知のプロセス工程は、本発明を不必要に曖昧にしないために詳細な説明を省略する。

基板エッジ洗浄装置、システム、及び方法は、結果として生じる半導体製品、例えば、マイクロチップの最終的な品質にとって非常に重要である。本発明では、ベベルポリマを基板エッジから切断、分離、及び除去する機械及び化学スクラブにより、基板エッジに堆積したベベルポリマを処理する。

本明細書において、基板は、マイクロチップを作成する半導体材料（通常はシリコン）の薄片を示すために使用される。基板は、通常、長方形又は正方形の形状をなす、フラットパネル基板にすることもできる。

図１は、エッジ１０１及びノッチ１０２を有する基板１００を示す。図示したように、ベベルポリマ１０３は、ノッチ１０２内と、エッジ１０１の外部湾曲部及び裏面下側湾曲部とにおいて、基板１００のエッジ１０１の裏面下側湾曲部において高い濃度を有して形成される。このベベルポリマ１０３の濃度は、製造工程の性質と、製造プロセスの様々な段階における各種ツール内での基板１００の配置とのため、一般的なものとなる。

図２は、基板１００のエッジ及びノッチ１０２を回転軸２０２に取り付けた毛ブラシ部２００に接触させた基板１００の簡略化した概略図である。回転軸の軸線を中心に回転させた時、毛ブラシ部２００の羽根は、基板に接触し、基板１００のエッジ１０１及びノッチ１０２を洗浄する。図２では、回転軸２０２に取り付けられた毛ブラシ部２００は一つだが、複数の毛ブラシ部２００を回転軸２０２に取り付け、更に広い洗浄領域を対象として効率的な洗浄を支援できる。毛ブラシ部２００は、基板１００の縁部１０１と、ベベルポリマ１０３が堆積した、ノッチ等、基板１００のあらゆる到達困難領域とを効率的に洗浄する。

図３は、本発明の一実施形態として、毛ブラシ部２００を収容する筐体２０５内の空洞の断面図を示す。筐体２０５は、ａ）毛ブラシ部２００を保持し、ｂ）洗浄のために基板１００のエッジ１０１を収容するために使用される。筐体２０５は、ポリビニリデンジフルオライド（一般的な販売名はＫＹＮＡＲ）、ポリテトラフルオロエチレン（一般的な販売名はＴＥＦＬＯＮ）、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アクリル、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、デルリン、アセタール、又はポリフェニレンサルファイド等の化学耐性材料により作成し得る。材料が本明細書に記載の任意の洗浄化学物質に適合する限り、他の化学耐性材料も使用し得る。筐体２０５内の空洞２１０は、毛ブラシ部２００が配置される中空領域である。毛ブラシ部２００は、毛ブラシ部２００を構成する外側へ延びる羽根（群）２０１の一部が基板１００に接触し、効率的な洗浄を行うように配向される。

図３に示したように、筐体２０５の空洞２１０内の毛ブラシ部２００は、回転軸２０２に取り付けられる。毛ブラシ部２００の羽根２０１は、基板１００の表面に接触して配置され、毛ブラシ部２００が回転する際に、羽根２０１は、基板１００の裏面エッジに当たり、任意の堆積層を強制的に研磨する。毛ブラシ部２００は、基板エッジ洗浄に役立つ洗浄化学物質等の流体を送給可能である。一実施形態において、毛ブラシ部２００は、羽根２０１を含め、ナイロンに１ミクロンアルミナを含浸させたナイロン等、多孔性材料により作成される。毛ブラシ部２００は、筐体２０５内において、毛ブラシ部２００が取り外し及び交換可能となるように構成され、したがって毛ブラシ部２００は消耗品となることに留意されたい。

一実施形態では、羽根２０１を含め、毛ブラシ部２００の内部及びその全体に研磨材料を分布させて、より大きな摩擦接触をもたらし、洗浄プロセス中、基板１００の表面上のベベルポリマ１０３に対して、より多くの摩擦力を加える。摩擦材料の分布は、ランダムにすること、或いは均一にすることが可能である。毛ブラシ部及び羽根２０１全体に分布させる摩擦材料の量及び性質は、ベベルポリマ堆積物の性質と、基板のエッジ１０１及びノッチ１０２からのベベルポリマの削取に必要な摩擦接触の量とに応じたものにしてよい。

研磨材料は、基板１００の表面に擦り傷又は損傷を与えることなく、基板１００のエッジ１０１からベベルポリマ１０３を除去できるように選択される。一実施形態では、ベベルポリマ１０３の硬度レベルより高いが、基板１００の硬度レベルより低い硬度レベルを有する研磨材料を使用する。研磨材料の硬度レベルをベベルポリマ１０３の硬度レベルより高く保つことで、基板エッジ１０１からのベベルポリマ１０３の削磨及び除去を助け、促進する。研磨剤の硬度レベルは、本発明の本実施形態において、モース硬度計の約３乃至約７の間である。この実施形態において使用される研磨材料の例は、酸化チタン（モース硬度５．５乃至６．５）、酸化ジルコニウム（モース硬度６．５）、或いはアモルファス酸化ケイ素（モース硬度６．５乃至７）及びケイ素（モース硬度７）を含む。別の実施形態では、基板の表面の硬度レベルより高い硬度レベルを有する研磨材料が、基板１０の表面に擦り傷又は損傷を与えることなく、ベベルポリマを除去するのに役立つことが明らかとなっている。研磨材料の硬度レベルは、本発明の本実施形態において、モース硬度計の約８乃至約９の間である。この実施形態において使用される研磨材料の例は、アルミナ（モース硬度８乃至９）を含む。

図３を参照すると、本発明の実施形態において、毛ブラシ部２００の羽根２０１は、湾曲角度を有して構成される。一実施形態において、毛ブラシ部２００は、回転軸２０２が定める回転軸線を中心として、毛ブラシ部２００の回転方向が羽根２０１の湾曲角度の方向と反対方向になるように回転させる。毛ブラシ部が基板１００のエッジに接触して、基板１００のエッジを効率的に洗浄可能であれば、他の回転方向も実現し得る。本明細書では羽根２０１の湾曲及び回転方向を指定したが、基板１００の裏面に堆積したベベルポリマ１０３が除去されるように任意の適切な羽根２０１の形状及び回転方向を利用し得るため、これは限定ではないことを理解されたい。

図３に示したように、筐体２０５内の流体分配路３０１は、洗浄化学物資を羽根２０１へ送り込む。本発明の本実施形態において、洗浄化学物質は、流体分配路３０１を伝わり空洞２１０へ導入され、回転時に羽根２０１へ直接噴霧される。本発明の別の実施形態において、流体分配路３０１は、回転軸２０２の一部であり、洗浄化学物質を毛ブラシ部２００内に直接導入し、回転中に羽根２０１の全体へ分布させ得る。流体分配路３０１は、毛ブラシ部２００の羽根２０１へ洗浄化学物質を導入する機能が充足される限り、筐体２０５内の任意の場所に位置決めできることを理解されたい。羽根２０１へ導入された洗浄化学物質は、基板表面上で潤滑剤の役割を果たすと共に、ベベルポリマ１０３の崩壊を助け、促進する。毛ブラシ部２００がもたらす摩擦力と共に洗浄化学物質に連続的に晒すことで、基板１００の表面に堆積したベベルポリマ１０３を崩壊させる。

本発明の基板エッジ洗浄プロセスに利用し得る洗浄化学物質の例の一部は、脱イオン水に対して約０．０４９乃至約４９重量％のフッ化水素と、脱イオン水に対して約１乃至約５０重量％のアンモニア、或いは脱イオン水に対して約１乃至約１００重量％のトリエチルアミン、トリエタノールアミン、ヒドロキシエチルモルホリン、ヒドロキシアミン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルジエタノールアミン、ジグリコールアミン、ポリメチルジエチレントリアミンを含む一つ以上のアミンを含む。アンモニア溶液は、更に、約０％乃至約５０％のフッ化アンモニウム、又は約０％乃至約５０％の過酸化水素を含み得る。アミン溶液は、更に、約０％乃至約７０％のカテコール、約０％乃至約７０％のフェノール、約０％乃至約５０％のフッ化アンモニウム、又は約０％乃至約１０％のイミノ二酢酸を含み得る。

図３に示したように、毛ブラシ部２００を保持するハウジング２０５内部の空洞２１０は、更に、洗浄による化学物質及び粒子を受領及び除去する下部排出路３０３を含む。下部排出路３０３は、空洞２１０内部において、洗浄プロセス中に放出された化学物質及び粒子が下部排出路３０３の開口部へ向けて送られ除去されるように、毛ブラシ部２００の下方に配置される。本発明の実施形態において、下部排出路３０３は、空洞２１０内部の下部排出路３０３の開口部が毛ブラシ部２００の少なくとも一部の下方に位置し、洗浄プロセス中に放出された化学物質及び粒子が捕捉及び除去されるように位置決めされる。下部排出路３０３は、粒子及び化学物質を効率的に除去できるように、真空源に適切に動作可能に接続される。下部排出路３０３は、洗浄中に放出された化学物質及び粒子を毛ブラシ部２００の下方から除去する機能が充足される限り、筐体２０５内の任意の場所に位置決めできる。

図４Ａ及び４Ｂは、毛ブラシ部２００を内部に収容すると共に、毛ブラシ部の上下に導水路が位置決めされた筐体の二つの変形例を示している。図４に示したように、毛ブラシ部２００を保持する筐体２０５内部の空洞２１０は、更に、洗浄プロセス中に放出された化学物質及び粒子を受領及び除去する上部排出路４０１を含む。上部排出路４０１は、空洞２１０内部において、洗浄プロセス中に放出された化学物質及び粒子が上部排出路４０１の開口部へ向けて送られ除去されるように、毛ブラシ部２００の上方に配置される。本発明の実施形態において、上部排出路４０１は、基板表面上方の接線方向に配置され、洗浄中に放出された粒子及び化学物質を上部排出路４０１の開口部内へ送り込む。別の実施形態において、上部排出路４０１は、空洞２１０内部の上部排出路４０１の開口部が毛ブラシ部２００の少なくとも一部の上方に位置するように、空洞２１０内部において毛ブラシ部２００の上方に配置される。上部排出路４０１は、粒子及び化学物質を効率的に除去できるように、真空源に適切に動作可能に接続される。上部排出路４０１は、洗浄プロセス中に放出された化学物質及び粒子を毛ブラシ部２００の上方から除去する機能が充足される限り、筐体２０５内の任意の場所に位置決めできる。

図４Ｂは、図４Ａの筐体の変形例を示している。図４Ｂに示したように、上部排出路４０１Ａ及び４０１Ｂは、一対の上部排出路４０１Ａ及び４０１Ｂは、筐体２０５の空洞２１０内部に配置され、洗浄プロセス中に放出された化学物質及び粒子が上部排出路４０１Ａ及び４０１Ｂのそれぞれの開口部へ向けて送られ除去されるように、毛ブラシ部２００上方に位置決めされる。上部排出路４０１Ａ及び４０１Ｂは、洗浄プロセス中に放出された化学物質及び粒子を毛ブラシ部２００の上方から除去する機能が充足される限り、筐体２０５内の任意の場所に位置決めできる。追加の上部排出路は、毛ブラシ部２００上方からの化学物質及び粒子の効果的な除去のために使用し得る

図３及び図４Ａに示したように、本発明の実施形態では、ノズル３０５を設けて、脱イオン水等の流体、又は気体窒素等の気体を、基板１００の上面に導入する。流体又は気体は、洗浄プロセス中に基板１００の表面上へ進む可能性のある洗浄化学物質を全て除去するために、基板１００の上面へ導入される。一実施形態において、流体は、流体カーテンとして機能し、任意の材料が洗浄中の基板の上面へ移動するのを防止する。基板が回転している際には、遠心力が基板正面からの洗浄化学物質の除去を助け、促進することを理解されたい。本発明の実施形態において、ノズル３０５は、脱イオン水等の流体、又は気体窒素等の気体を、基板の上面へ噴霧するのに使用し得る。他の流体又は気体も、こうした流体又は気体が基板１００の上面と、使用する洗浄化学物質とに適合するならば、基板の表面を洗浄するのに使用し得る。ノズル３０５は、基板１００の上面へ進む可能性のある不要なあらゆる化学物質の除去を支援する流体又は気体を効率的に導入可能である限り、装置内の任意の場所に配置できる。カーテンの役割を果たす液体又は気体は、ベベルエッジから上面への不要な化学物質の移動を防止して、基板の上面と洗浄化学物質との間での何らかの化学反応の可能性を減少させることを理解されたい。

基板１００の上面エッジにおける洗浄化学物質の存在を減少させる別の方法は、図５に示すように、洗浄プロセス中、液体メニスカス障壁を常に提供することである。図５は、基板１００の隣接上面エッジ上に液体メニスカスを導入するのを支援する、ハウジング２０５内にある基板１００の上面エッジ１０１上方に位置する近接ヘッド５００の存在を示している。近接ヘッド５００の位置は、図５に示した位置に制約されない。近接ヘッド５００は、基板１００の隣接上面エッジ上に液体メニスカスを導入可能である限り、筐体２０５内部の任意の場所に配置できる。本発明の別の実施形態において、近接ヘッド５００は、基板１００の表面エッジの側面に配置できる。液体メニスカスは、基板１００の隣接表面上に連続する障壁を提供し、任意の洗浄化学物質又は粒子の形態の他の不純物が基板１００の上面エッジに到達するのを防止する。したがって、メニスカス障壁は、洗浄化学物質と、基板１００上部に存在する露出金属線との間の相互作用を防止し、これにより、基板１００の上面に対する損傷を低減する。近接ヘッド５００は、脱イオン水等の液体を連続的に導入してメニスカスを形成する能力を有する。メニスカスの形成を促進する真空源と、イソプロピルアルコール等の最適な乾燥剤とが更に含まれる。近接ヘッド５００は、以下に参照する本譲受人の他の同時係属出願において詳細に説明される。

近接ヘッドの追加情報については、２００３年９月９日発行の米国特許第６，６１６，７７２号「ウエハ近接洗浄及び乾燥の方法」において説明された近接ヘッドの例を参照できる。

上部及び底部近メニスカスの追加情報については、２００４年１２月２４日提出米国特許出願第１０／３３０，８４３号「メニスカス、真空、ＩＰＡ蒸気、乾燥マニホルド」において開示されたメニスカスの例を参照できる。

メニスカスの追加情報については、２００５年１月２４日発行の米国特許第６，９９８，３２７号「動的液体メニスカスを使用して基板を処理する方法及びシステム」と、２００５年１月２４日発行の米国特許第６，９９８，３２６号「疎水性障壁メニスカスの分離及び封じ込め」を参照できる。

近接蒸気洗浄及び乾燥システムの追加情報については、２００２年１２月３日発行の米国特許第６，４８８，０４０号「単一ウエハの洗浄及び乾燥用の毛管近接ヘッド」において説明されたシステムの例を参照できる。

図６は、本発明の一実施形態におけるエッジ洗浄システムを示している。基板エッジ洗浄システムは、図６に示したように、基板支持デバイスと、毛ブラシアプリケータとを含む。支持デバイスは、選択された平面上で基板を受領及び支持するように設けられる。基板支持デバイスは、本発明の一実施形態において、基板１００の外周に沿って分布して基板１００のエッジ１０１を受け止める一対の駆動ローラ６０２を含む。こうした駆動ローラ６０２は、基板エッジ１０１の側面に適合し、基板１００を回転させて、基板エッジ１０１の異なる領域を毛ブラシ部２００に対して露出するのを助ける。駆動ローラ６０２は、様々な構成及び位置が可能である。駆動ローラ６０２及び基板１００は、モータ（図示無し）又は他の機械的手段を使用して、それぞれの軸線を中心に回転させることが可能である。

基板支持デバイスは、更に、基板１００の外周に沿って分布し、洗浄プロセス中、選択された回転平面に沿って基板１００を安定させる一枚以上のスタビライザホイール６０４を含む。本実施形態では、一対のスタビライザホイール６０４を使用している。洗浄プロセス中、選択された回転平面において、スタビライザホイール６０４が基板１００を安定させ維持できる限り、スタビライザホイール６０４には様々な構成及び位置が可能である。

毛ブラシアプリケータは、基板１００の裏側に提供される。毛ブラシアプリケータは、筐体２０５と、筐体２０５の空洞２１０内の毛ブラシ部２００とを含む。上述したように、毛ブラシ部２００は、回転軸２０２に取り付けられた複数の外側へ延びる羽根２０１により構成され、毛ブラシ部２００の羽根２０１は、基板１００のエッジと接触する状態となる。毛ブラシ部２００は、筐体２０５内部において、毛ブラシ部２００を取り外し、新たな毛ブラシ部２００と交換できるように構成されることに留意されたい。

流体分配路３０１は、洗浄化学物質を毛ブラシ部２００の羽根２０１へ送り込む。一実施形態では、脱イオン水等の流体、又は気体窒素等の気体を、基板１００の上面に噴霧又は導入するノズル３０５を、筐体２０５内に設ける。ノズル３０５は、基板１００の上面へ導入される気体又は流体の圧力を変化させることができる。或いは、本発明の別の実施形態では、基板１００の隣接上面エッジ上に液体メニスカス層を導入する近接ヘッド５００を設ける。毛ブラシ部２００上方に位置決めされた上部排出路４０１と、毛ブラシ部２００下方に位置決めされた下部排出路３０３とは、洗浄プロセス中に放出された洗浄化学物質及び粒子を毛ブラシ部２００の上下から除去するのを促進する真空源にそれぞれ接続される。

下部ローラブラシ６０６を基板１００の裏側に接触させて任意に配置し、基板１００の裏側からの洗浄化学物質及び粒子の除去を助け、促進する。下部ローラブラシ６０６は、ＰＶＡ等の多孔性材料により作成する。下部ローラブラシ６０６は、モータ（図示無し）又は他の何らかの機械的手段を使用して、基板１００の裏面に沿った軸線を中心に回転させ、基板１００の裏面に定着した化学物質及び粒子の除去を助け、促進する。下部ローラブラシ６０６の回転速度を変更して、基板１００の裏側の効率的な洗浄を提供することができる。下部ローラブラシ６０６を通る流体分配路を使用して、洗浄化学物質を下部ローラブラシ６０６へ導入し得る。洗浄化学物質は、潤滑作用を提供すると共に、基板１００の裏側に定着した粒子の化学的な崩壊を助け、促進する。

図６に示したシステムを参照して、基板１００のエッジ１０１を洗浄する方法を、一実施形態において詳細に説明する。この実施形態において、基板は、支持デバイス上で受領及び支持され、毛ブラシアプリケータは、基板１００のエッジ１０１に付与される。毛ブラシアプリケータは、特定の平面にある基板１００のエッジ１０１を収容する筐体２０５を含む。筐体は、更に、外側へ延びる羽根（群）２０１を有する毛ブラシ部２００を内部に収容した空洞２１０を含む。毛ブラシ部２００は、毛ブラシアプリケータを基板１００のエッジ１０１に付与した時、羽根２０１が基板１００のエッジ１０１に接触するように、回転軸２０２に取り付けられる。

支持デバイスは、選択された平面に沿って基板１００を支持する一対のスタビライザホール６０４を含む。一対の駆動ローラ６０２は、基板１００のエッジ１０１を受け止め、選択された平面に沿って基板１００を回転させる。流体又は気体を基板１００の上面へ噴霧又は導入するノズル３０５、或いは基板の隣接上面に液体メニスカスを導入する近接ヘッドを設ける。洗浄化学物質は、流体分配路３０１を介して、毛ブラシ部２００の羽根２０１へ供給する。羽根２０１への洗浄化学物質の供給は、流体分配路３０１を介して洗浄化学物質を導入することと、洗浄化学物質を毛ブラシ部２００の羽根２０１に対して直接噴霧することとを含む。羽根２０１へ洗浄化学物質を供給する別の方法では、流体分配チャネル３０１を介して洗浄化学物質を毛ブラシ部２００内へ直接伝達した後、羽根２０１全体に分布させる。洗浄化学物質は、基板１００の表面を潤滑化すると共に、基板１００のエッジに堆積したベベルポリマ１０３の崩壊を助け、促進する。

洗浄プロセス中、毛ブラシ部２００は、その軸線を中心に速度ｖ１で回転し、基板の選択回転面に沿って速度ｖ２で回転している基板のエッジに羽根２０１を接触させる。本発明の本実施形態において、毛ブラシ部の回転軸線は、基板１００の表面に対して垂直である。スタビライザホール６０４は、基板１００を選択回転面に沿って安定状態に保持し、駆動ローラ６０２は、基板１００を選択平面に沿って回転させる力を与える。基板１００、毛ブラシ部２００、及び駆動ローラ６０２の回転は、一つ以上のモータ（図示無し）又は他の任意の機械的手段を用いて達成できる。

毛ブラシ部２００の羽根２０１に含まれる洗浄化学物質は、基板１００のエッジ１０１と協調し、基板１００の表面に潤滑作用を提供する。同時に、洗浄化学物質は、基板１００のエッジ上のベベルポリマ１０３と相互作用し、ベベルポリマ１０３と基板１００のエッジ１０１とを結び付ける接合を切断する。基板１００のエッジ１０１に対して露出した毛ブラシ部２００の羽根２０１に分布する研磨材料は、回転中に基板１００のエッジに接触し、同時に、基板１００のエッジ１０１からベベルポリマを切断及び分離する働きをする。洗浄化学物質に継続的に露出されることで、ベベルポリマ１０３と基板１００のエッジ１０１とを結び付ける接合は弱化し、基板１００のエッジ１０１に対して露出された研磨材料の連続的な摩擦接触により、基板１００のエッジ１０１からベベルポリマ１０３を摩滅させ、実質的又は完全にベベルポリマの無い基板エッジ１０１とする。分離したベベルポリマ１０３は、洗浄プロセス中に放出された任意の洗浄化学物質と共に、上部及び下部排出路へ送られ、筐体２０５から吸い出される。

図６を参照すると、脱イオン水等の流体、又は気体窒素等の気体を、基板１００の上面に可変圧を使用して導入するためにノズル３０５が設けられる。可変圧を使用して導入する流体又は気体は、更に、洗浄化学物質及び他の粒子状破片に対する障壁を形成するのを助け、これにより、洗浄化学物質及び粒子が基板の表面に到達して基板１００の上面にある金属線と化学的に反応するのを防止する。或いは、近接ヘッドを介して、基板１００の隣接上面に液体メニスカスを導入して液体の障壁を形成する。液体メニスカスは、洗浄プロセス中に放出された任意の洗浄化学物質及び粒子状破片が基板１００の上面に到達するのを防止する。

羽根２０１を含め、毛ブラシ部２００を作成するのに使用される材料は、多孔性にしてよく、ナイロン等の材料から形成し得る。本実施形態において使用される研磨材料は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、アモルファス酸化ケイ素、ケイ素、及びアルミナにより構成されたグループから選択される。基板に付与し得る洗浄化学物質は、脱イオン水に対して約０．０４９乃至約４９重量％のフッ化水素と、脱イオン水に対して約１乃至約５０重量％のアンモニア、或いは脱イオン水に対して約１乃至約１００重量％のトリエチルアミン、トリエタノールアミン、ヒドロキシエチルモルホリン、ヒドロキシアミン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルジエタノールアミン、ジグリコールアミン、ポリメチルジエチレントリアミンを含む一つ以上のアミンを含む。アンモニア溶液は、更に、約０％乃至約５０％のフッ化アンモニウム、又は約０％乃至約５０％の過酸化水素を含み得る。アミン溶液は、更に、約０％乃至約７０％のカテコール、約０％乃至約７０％のフェノール、約０％乃至約５０％のフッ化アンモニウム、又は約０％乃至約１０％のイミノ二酢酸を含み得る。筐体２０５は、ポリビニリデンジフルオライド（一般的な販売名はＫＹＮＡＲ）、ポリテトラフルオロエチレン（一般的な販売名はＴＥＦＬＯＮ）、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アクリル、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、デルリン、アセタール、又はポリフェニレンサルファイド等の化学耐性材料により作成し得る。

図６に示した一実施形態における毛ブラシ部の速度ｖ１は、約５０００回転／分（ｒｐｍ）乃至約２０，０００ｒｐｍであり、基板１００の回転面に沿った基板の速度ｖ２は、約１ｒｐｍ乃至２０ｒｐｍである。本発明の一実施形態における真空源により生じる流量は、約９０標準リットル／分（ｓｌｍ）である。

別の実施形態において、基板１００には、一連の洗浄ステップを含む洗浄サイクルが施される。本実施形態で使用するシステムは、図６に示したシステムに類似する。本実施形態の洗浄プロセスの第一のステップでは、切り揃えた下部ローラブラシ６０６を使用して、製造プロセス中に基板の下側に堆積したベベルポリマ１０３を除去する。このステップにおいて、下部ローラブラシ６０６は、基板の回転軸線に沿って基板を回転させる速度に対して一定の速度で回転させ、基板１００の下側表面に沿って付与する。下部ローラブラシ６０６は、製造及び洗浄プロセス中に基板１００の下側に定着し得るベベルポリマ１０３、化学物質、及び粒子を除去するのを助け、促進する。下部ローラブラシ６０６は、上述した毛ブラシ部２００と同様の多孔性材料で作成される。

第二のステップにおいて、基板は、約１０，０００回転／分で回転する毛ブラシ部２００に晒される。上述したように、本実施形態の毛ブラシ部２００は、羽根２０１を含め、洗浄化学物質が毛ブラシ部２００全体に分布するのを可能にする多孔性材料により作成される。毛ブラシ部２００内の洗浄化学物質は、洗浄プロセス中、基板に潤滑作用を提供する。毛ブラシ部２００は、基板１００のノッチ及び下側エッジに堆積したベベルポリマ１０３に作用して、基板１００のエッジ及びノッチからベベルポリマ１０３を切断及び分離させる。分離させたベベルポリマ、洗浄化学物質、及び他の粒子は、システム内に設けられた上部排出路４０１及び下部排出路３０３により除去される。

次のステップにおいて、基板１００には、Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃが販売するＳＵＢＡパッド等の多孔質ポリウレタン含浸ポリエステル研磨パッドを使用した洗浄を施す。研磨パッドの多孔性により、水酸化アンモニウム等の洗浄化学物質を研磨パッド全体に分布させることが可能となる。洗浄化学物質は、洗浄プロセス中、基板の表面に潤滑作用を提供し、更に、基板のエッジに沿って堆積したベベルポリマ１０３の崩壊を助け、促進する。

この洗浄サイクルの最終ステップでは、洗浄プロセス中に放出された、化学物資と、ベベルポリマ１０３を含む粒子とを除去する。化学物質及び粒子は、封じ込めステップを使用して基板の表面から除去される。一実施形態において、化学物質及び粒子は、基板の下側及びエッジに封じ込められ、外部真空源にそれぞれ接続された上部排出路４０１及び下部排出路３０３を使用して、放出直後に除去される。真空源は、化学物質及び粒子の吸引を助け、促進する。この実施形態において、基板の上面は、乾燥状態で維持される。真空源の強度は、洗浄の要件と、洗浄中に放出される化学物質及び粒子とに応じて調整できる。

別の実施形態では、気体窒素又は脱イオン水等の障壁、或いは液体メニスカスを、基板の隣接上面に導入する。これは、カーテンの役割を果たし、洗浄プロセス中に放出された化学物質及び粒子が、基板１００の正面へ進むのを防止する。洗浄サイクルの終了時、基板１００は、実質的に清浄となる。

以上、理解を明確にする目的から本発明をある程度詳細に説明してきたが、付記特許請求の範囲の範囲内で、一定の変更及び変形を実施可能であることは理解されよう。したがって、本明細書の実施形態は、限定的ではなく例示的なものと見做されるべきであり、本発明は、本明細書に記載の詳細に限定されるべきではなく、添付特許請求の範囲内で変形し得る。

本発明の一実施形態として、洗浄プロセスを基板に施す前の基板のエッジを示す簡略化した概略図である。 本発明の一実施形態として、基板のノッチ内に毛ブラシ部を受け入れた状態の基板を示す簡略化した概略図である。 本発明の一実施形態として、毛ブラシ部を収容した筐体内の空洞の断面図である。 本発明の一実施形態として、内部に収容した毛ブラシ部と、毛ブラシ部の上下に位置決めされた上部及び下部排出路とを有する筐体を示す断面図である。 本発明の一実施形態として、毛ブラシ部上方の二本の上部排出路と、下方の下部排出路とを示す、図４Ａの別の実施形態の説明図である。 本発明の一実施形態として、基板の上面に液体メニスカスを導入する近接ヘッドを有するシステムを示す説明図である。 本発明の実施形態として、基板エッジ洗浄システムを示す説明図である。

Claims (15)

1. 半導体基板のエッジの一部を洗浄する装置であって、
   前記半導体基板の前記エッジを収容するように構成され、内部に空洞を備えた筐体であって、前記筐体内の前記空洞に向けて、前記半導体基板の選択された部位が進入可能な開口部を備えた筐体と、
   前記筐体内部に配置され、前記空洞に進入した前記半導体基板の選択された一部表面の上面に位置する外縁部にメニスカス障壁を導入するように構成された近接ヘッドと、
   前記筐体の前記空洞内部に位置し、外側へ延びる複数の羽根を有し、回転軸に取り付けられ、回転中、前記外側へ延びる羽根が、前記空洞に進入した前記半導体基板の前記エッジの一部の下面に接触するように位置調整され、前記外側へ延びる羽根は、多孔性材料により形成された毛ブラシ部と
   前記筐体の前記空洞内に設けられた流体分配路であって、前記外側へ延びる複数の前記羽根に半導体基板洗浄用の洗浄化学物質を導入する流体分配路と、
   を備え、
   前記洗浄化学物質は、前記半導体基板のエッジの一部の下面を洗浄する間、潤滑剤としても機能する装置。
2. 前記筐体内の前記空洞は、更に、
   前記毛ブラシ部の上方に位置決めされた上部排出路を含む請求項１記載の半導体基板のエッジの一部を洗浄する装置。
3. 前記筐体は、ポリビニリデンジフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル、ポリエーテルエーテルケトン、デルリン、アセタール、又はポリフェニレンサルファイドから選択された化学耐性材料により作成される請求項１記載の半導体基板のエッジの一部を洗浄する装置。
4. 前記多孔性材料は、含浸ミクロンアルミナを有するナイロンである請求項１記載の半導体基板のエッジの一部を洗浄する装置。
5. 前記毛ブラシ部の前記外側へ延びる羽根の全体及び内部に、前記半導体基板に擦り傷又は損傷を与えないように選択された研磨材料を分布させた請求項４記載の半導体基板のエッジの一部を洗浄する装置。
6. 前記研磨材料は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、アモルファス酸化ケイ素、ケイ素、及びアルミナにより構成されたグループから選択される請求項５記載の半導体基板のエッジの一部を洗浄する装置。
7. 前記研磨材料は、前記半導体基板の前記エッジに蓄積されたベベルポリマの硬度レベルより高い硬度レベルを有する請求項６記載の半導体基板のエッジの一部を洗浄する装置。
8. 前記複数の羽根は、前記毛ブラシ部の回転方向とは反対方向に向かう湾曲角度を有する請求項１記載の半導体基板のエッジの一部を洗浄する装置。
9. 前記筐体内の前記空洞は、更に、
   前記毛ブラシ部の下方に定められた下部排出路を含む請求項１記載の半導体基板のエッジの一部を洗浄する装置。
10. 前記筐体内の前記空洞は、更に、
    それぞれが複数の外側へ伸びる羽根を有し、前記回転軸に取り付けられ、回転中、外側へ延びる各羽根が、前記空洞内に進入した前記半導体基板の前記エッジの一部の下面に接触するように位置調整された、複数の毛ブラシ部を含む請求項１記載の半導体基板のエッジの一部を洗浄する装置。
11. 前記毛ブラシ部は、交換可能なユニットである請求項１記載の半導体基板のエッジの一部を洗浄する装置。
12. 半導体基板のエッジの一部を洗浄するシステムであって、
    前記半導体基板を支持する半導体基板支持デバイスと、毛ブラシアプリケータとを備え、
    前記毛ブラシアプリケータは、
    前記半導体基板の前記エッジを収容するように構成され、内部に空洞を備えた筐体であって、前記筐体内の前記空洞に向けて、前記半導体基板の選択された部位が進入可能な開口部を備えた筐体と、
    前記筐体内部に配置され、前記空洞に進入した前記半導体基板の選択された一部表面の上面に位置する外縁部にメニスカス障壁を導入するように構成された近接ヘッドと、
    前記筐体の前記空洞内部に位置し、外側へ延びる複数の羽根を有し、回転軸に取り付けられ、回転中、前記外側へ延びる羽根が、前記空洞に進入した前記半導体基板の前記エッジの一部の下面に接触するように位置調整され、前記外側へ延びる羽根は、多孔性材料により形成された毛ブラシ部と
    前記筐体の前記空洞内に設けられた流体分配路であって、前記外側へ延びる複数の前記羽根に半導体基板洗浄用の洗浄化学物質を導入する流体分配路と、
    を備え、
    前記洗浄化学物質は、前記半導体基板のエッジの一部の下面を洗浄する間、潤滑剤としても機能する
    システム。
13. 前記筐体内の前記空洞は、更に、
    前記毛ブラシ部の上方に位置決めされ、洗浄中に放出された化学物質及び粒子を除去するために真空源に接続された上部排出路を含む請求項１２記載の半導体基板のエッジの一部を洗浄するシステム。
14. 前記筐体内の前記空洞は、更に、
    前記毛ブラシ部の下方に定められ、洗浄中に放出された化学物質及び粒子を除去するために真空源に接続された下部排出路を含む請求項１２記載の半導体基板のエッジの一部を洗浄するシステム。
15. 半導体基板のエッジを洗浄する方法であって、
    筐体内に区画された空洞に向けて開口した開口部に前記半導体基板の選択された部位を進入させることで、前記半導体基板の前記エッジを、前記筐体内の前記空洞に収容するステップと、
    前記半導体基板の上面の汚染を防止するために、近接ヘッドを介して、前記基板の上面に位置する外縁部にメニスカス障壁を導入するステップと、
    前記筐体内の前記空洞内に位置し、外側へ延びる複数の羽根を有する毛ブラシ部を、前記外側へ延びる羽根の一部が前記半導体基板の前記エッジの一部の下面に接触して前記半導体基板の前記エッジを洗浄するように、回転軸線を中心に回転させるステップと、
    流体分配チャネルを介して、前記回転する毛ブラシ部の前記外側へ延びる羽根に対して洗浄化学物質を供給するステップと
    を備え、
    前記洗浄化学物質を、前記半導体基板のエッジの一部の下面を洗浄する間、潤滑剤としても機能させる
    方法。

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