(57)【要約】  基板（２）を洗浄するための方法および装置（１）であって、方法において少なくとも１つのノズル配列（８）が基板（２）の露出した表面と向き合って設けられており、ノズル配列（８）は少なくとも２つの別個のノズル（２１，２２）を有し、各ノズルは、基板（２）の表面に向かって、それぞれのノズル（２１，２２）を通流する液体媒体へ音波エネルギを導入するための音波トランスデューサ（３０）を有し、これにより、前記音波エネルギは表面に向かって方向付けられ、音波トランスデューサ（３０）は異なる共振周波数を有し、少なくともそれぞれの一次および二次高調波が全て異なる。ノズル（２１，２２）は、少なくとも２つの別個のノズル（２１，２２）の媒体流が、基板（２）の表面に到達する前に少なくとも部分的に交差し、それぞれのトランスデューサ（３０）によって提供される周波数の干渉が基板（２）の表面の上方において生じる。
2019511125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を洗浄する方法であって、
洗浄される基板の露出した表面と向き合って少なくとも１つのノズル配列を準備する工程であって、該ノズル配列は、少なくとも２つの別個のノズルを有し、各ノズルは、音波トランスデューサを有し、該音波トランスデューサは、洗浄される基板の表面に向かってそれぞれのノズルを通流する液体媒体に音波エネルギを導入するように配置されており、前記音波エネルギが基板表面に向けられるようになっており、前記音波トランスデューサは、異なる共振周波数を有し、少なくともそれらのそれぞれの一次および二次高調波が全て異なるタイプのものである、工程と、
前記ノズル配列の少なくとも２つの別個のノズルに液体媒体を通流させることによって前記基板の表面領域に液体媒体を塗布する工程であって、各ノズルは、媒体流を形成し、前記ノズルは、少なくとも２つの別個のノズルの前記媒体流が、前記基板の表面に到達する前に少なくとも部分的に互いに交差するように前記基板の表面に対して配置および位置決めされている、工程と、
それぞれのトランスデューサによって提供される周波数の干渉が前記基板の表面の上方において生じるように、それぞれのトランスデューサを介して、それぞれのノズルを通流する液体に音波エネルギを導入する工程と、
を含む、基板を洗浄する方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つのノズルは、互いに一列に配置されておりかつ互いに向かって傾斜させられており、
前記基板の表面の上方における前記媒体流の交差箇所を調節するために、前記ノズル配列と前記基板の表面との間の距離を調節することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記基板の表面から５〜２５ｍｍの距離においてそれぞれの前記媒体流が互いに交差するように、前記ノズル配列と、前記基板の表面との間の距離を調節することをさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも２つのノズルは、前記基板の表面の垂線に対して１５°〜４５°の角度で互いに向かって傾斜させられている、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記ノズル配列は、少なくとも３つの別個のノズルを有し、各ノズルは、該ノズルに関連した音波トランスデューサを有し、該音波トランスデューサは、洗浄される基板の表面に向かってそれぞれのノズルを通流する液体媒体に音波エネルギを導入するように配置されており、前記音波エネルギが基板表面に向けられるようになっており、前記音波トランスデューサは、少なくともそれらのそれぞれの一次および二次高調波が全て異なるタイプの異なる共振周波数を有する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記音波トランスデューサは、三角形に配置されており、前記ノズルは、前記基板の表面の垂線に対して１５°〜４５°の角度で三角形配置の中央に向かって傾斜させられている、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記音波トランスデューサの共振周波数は、少なくとも１００ＫＨｚ離れている、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記音波トランスデューサは、少なくとも約３ＭＨｚの共振周波数を有する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
１つの音波トランスデューサが、約３ＭＨｚの共振周波数を有し、別の音波トランスデューサが、約５ＭＨｚの共振周波数を有する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
第１の音波トランスデューサは、約３ＭＨｚの共振周波数を有し、第２の音波トランスデューサは、約４ＭＨｚの共振周波数を有し、第３の音波トランスデューサは、約５ＭＨｚの共振周波数を有する、請求項５記載の方法。
【請求項１１】
洗浄される基板は、マスク、特に、半導体の製造のためのフォトマスク、半導体材料、特に、Ｓｉ−ウェーハ、Ｇｅ−ウェーハ、ＧａＡｓウェーハまたはＩｎＰウェーハ、フラットパネル基板または多層セラミック基板、のうちの１つである、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記液体媒体は、脱気された脱イオン水、ＣＯ2、Ｏ2、Ｎ2、Ｏ3、ＡｒおよびＨ2を含むがこれらに限定されない少なくとも１つの溶解されたガスを含有する脱イオン水、界面活性剤、ＮＨ4ＯＨ、酢酸、クエン酸、ＴＭＡＨ、ＥＴＭＡＨ、ＴＢＡＨ、ＨＮＯ3、ＨＣｌ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ3ＰＯ4、ＢＨＦ、ＥＫＣ、ＥＳＣまたはそれらの適合性混合物を含むがこれらに限定されない、基板表面の洗浄のために一般的に使用される化学物質を含有する脱気されたまたはガス化された脱イオン水、のうちの少なくとも１つを使用する、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
基板表面上で液体媒体をスキャンするために、前記ノズル配列および前記基板のうちの少なくとも一方が他方に対して移動させられる、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
基板を洗浄するための装置であって、
洗浄される基板の表面が露出させられるように前記洗浄される基板を受け入れるためのレセプタクルと、
少なくとも２つの別個のノズルを有するノズル配列であって、各ノズルは、ノズル出口方向へそれぞれのノズルを通流する液体媒体へ音波エネルギを導入するように配置された音波トランスデューサを有し、該音波トランスデューサは、少なくともそれらのそれぞれの一次および二次高調波が全て異なるタイプの異なる共振周波数を有し、前記ノズルは、該ノズルから出たそれぞれの媒体流が少なくとも部分的に交差するように、共通の箇所に向かって傾斜させられているノズル配列と、
前記ノズル配列の前記別個のノズルに液体を同時に供給するように構成された液体媒体源であって、前記ノズルは、それぞれの前記ノズルから出た媒体流が、前記基板の表面に到達する前に少なくとも部分的に交差するように配置されている、液体媒体源と、
それぞれの前記ノズルを通流する前記液体媒体に前記音波エネルギが同時に導入されるように、それぞれの前記音波トランスデューサの作動を制御するための制御装置と、
それぞれの前記ノズルを通流しかつそれぞれの前記ノズルから出たそれぞれの前記媒体流が、前記基板に到達する前に少なくとも部分的に交差するように、前記レセプタクルにおける前記基板に対して前記ノズル配列を位置決めし、基板表面にわたって前記ノズル配列をスキャンするために、前記ノズル配列と前記レセプタクル上の前記基板との相対移動を生ぜしめるための、位置決め装置と、を有する、基板を洗浄するための装置。
【請求項１５】
前記少なくとも２つのノズルは、互いに一列に配置されておりかつ互いに向かって傾斜させられている、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
それぞれの前記ノズルを通流しかつそれぞれの前記ノズルから出たそれぞれの媒体流が、前記基板の表面から５〜２５ｍｍの距離において互いに交差するように、前記位置決め装置は、前記レセプタクル上の前記基板の表面に対する前記ノズル配列の位置を調節するように構成されている、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記少なくとも２つのノズルは、前記基板の表面に垂線に対して１５°〜４５°の角度で互いに向かって傾斜させられている、請求項１５記載の装置。
【請求項１８】
前記ノズル配列は、それぞれが出口を有する少なくとも３つの別個のノズルと、各ノズルに関連した音波トランスデューサとを有しており、該トランスデューサは、ノズル出口方向へそれぞれの前記ノズルを通流する液体媒体に音波エネルギを導入するように配置されており、前記音波トランスデューサは、少なくともそれらのそれぞれの一次および二次高調波が全て異なるタイプの異なる共振周波数を有する、請求項１５記載の装置。
【請求項１９】
前記音波トランスデューサは、三角形に配置されており、前記ノズルは、前記基板の表面の垂線に対して１５°〜４５°の角度で三角形配置の中央に向かって傾斜させられている、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記音波トランスデューサの共振周波数は、少なくとも１００ＫＨｚ離れている、請求項１５記載の装置。
【請求項２１】
前記音波トランスデューサは、少なくとも約３ＭＨｚの共振周波数を有する、請求項１５記載の装置。
【請求項２２】
１つの音波トランスデューサが、約３ＭＨｚの共振周波数を有し、別の音波トランスデューサが、約５ＭＨｚの共振周波数を有する、請求項１５記載の装置。
【請求項２３】
第１の音波トランスデューサは、約３ＭＨｚの共振周波数を有し、第２の音波トランスデューサは、約４ＭＨｚの共振周波数を有し、第３の音波トランスデューサは、約５ＭＨｚの共振周波数を有する、請求項１８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、基板を洗浄するための方法および装置、特に、この目的のためのノズル配列に関する。特に、本発明は、音波エネルギ、いわゆる超音波、特にメガサウンドに関連して液体媒体を使用して半導体分野における基板を洗浄するための方法および装置に関する。
【０００２】
発明の背景
多くの異なる技術分野において超音波を使用して構成部材を洗浄することが公知である。下記でさらに説明される特定の方法において音響エネルギが液体媒体と相互作用するときに生ぜしめられる物理的な力によって基板表面から粒子を分離するために、洗浄される構成部材は、液体媒体と接触させられ、所定の時間にわたり超音波またはメガサウンドに曝される。超音波およびメガ音波洗浄は、ウェーハおよびマスク製造のために半導体分野において認識された技術でもあり、一般的に、様々な構成において使用される。産業界は、４００ｋＨｚ〜７００ｋＨｚの周波数の音響エネルギを使用するプロセスのことを超音波洗浄と呼ぶのに対し、７００ｋＨｚよりも高い周波数を使用するプロセスはメガ音波洗浄と呼ばれる。以下の説明では、音波という用語は、超音波およびメガ音波周波数範囲の両方を説明するために互換的に用いられる。
【０００３】
音波洗浄技術は、数十年にわたり表面洗浄において適用されてきた。特定の適用要求に応じて、様々なアプローチが利用されている。一般的に、音波洗浄アプローチは、バス方式とスプレー方式とにそれぞれ分けられ、各方式は、特定の利点および欠点を有するが、一般的に、実質的に異なるアプローチである。バスアプローチでは、基板または基板のバッチは、典型的には、特定の洗浄媒体、通常は液体媒体で満たされたタンクに完全に浸漬される。液体媒体に導入される音波エネルギは、バス内の液体の洗浄能力を高め、音波エネルギは、典型的には、洗浄される特定の表面領域へ向けられるのではなく、概して液体へ向けられる。スプレーアプローチでは、洗浄媒体は、１つのノズルまたはノズルの配列から、洗浄される基板上へ排出され、典型的には、基板表面上にこのような媒体の膜を形成する。音波エネルギは、この膜または基板上へ排出された媒体の流れへ導入され、このような音波エネルギは、特に、洗浄される表面へ向けられる。
【０００４】
独国特許出願公開第１９７５８２６７号明細書には、例えば、半導体ウェーハのバッチが、液体で満たされた処理容器へ挿入され、次いで、超音波に曝される、バスシステムが記載されている。この場合、ウェーハの表面上に実質的に均一な洗浄効果を達成するために、超音波は、ウェーハの表面に対して実質的に平行に向けられる。
【０００５】
独国特許出願公開第１０２００４０５３３３７号明細書には、例えば、スプレーアプローチが記載されており、まず、音波トランスデューサに隣接して配置されたノズルを介して基板の表面に液体膜が形成され、その後、音波エネルギが、このように形成された液体膜に結合され、洗浄される基板表面に向けられる。
【０００６】
バスおよびスプレーアプローチにおいて、粒子除去効率を最大化するという目標のために、同じまたは異なる周波数および／または音響パワーの複数のトランスデューサの使用が提案されてきた。加えて、望ましくない表面またはパターン損傷のリスクを減じるために、音波エネルギの周波数スイープおよびオン／オフパルスが提案されてきた。
【０００７】
音波技術は、音響エネルギを供給するために圧電トランスデューサを使用し、音響エネルギは、液体媒体によって洗浄される基板表面に結合される。トランスデューサから媒体へ伝達される音響エネルギは、媒体において低圧および高圧の交替サイクルを発生し、これは、ひいては、基板の表面において双方向の流体運動の短いパルスを結果として生じる。以下の説明では、この流体運動を一次音響流れと呼ぶ。
【０００８】
低圧サイクルの間、洗浄媒体は微小気泡を形成することもあり、微小気泡は、媒体に含有されていたガスで満たされることができ、これらの気泡を満たすためにまたは媒体自体の蒸気によって溶液から出ていく。高圧サイクルの間、これらの気泡は圧縮され、圧力増大の割合で消失してもよいまたは激しく崩壊（内破）することもできる。気泡形成および激しくない気泡圧縮のサイクルは、安定キャビテーションと呼ばれる。気泡形成および激しい気泡内破のサイクルは、移行キャビテーションと呼ばれる。
【０００９】
安定キャビテーションの場合、気泡は、通常、圧縮されていたところと同じ位置において再形成しており、ガスおよび蒸気濃度が各サイクルによってここで局所的に蓄積しかつ気泡のサイズがさらに成長するので、安定キャビテーションは移行キャビテーションへ移行することがある。キャビテーションの両形式は、付加的な流体運動を生じ、これは、本文献において二次的音響ストリーミングと呼ぶ。
【００１０】
移行キャビテーションは、その激しい挙動により、より強力な二次的音響ストリーミングを結果として生じ、したがって、迅速な（攻撃的な）粒子除去（洗浄）のために有効であることがある。しかしながら、このような強力な二次的音響ストリーミングは、基板の表面に意図しない損傷（いわゆるピッティング）を結果として生じる可能性があるまたは基板の表面に構築されたパターンの崩壊（いわゆるパターン損傷）につながる可能性がある。
【００１１】
それと比較して、安定キャビテーションは、大幅に低い二次的音響ストリーミング強度を結果として生じ、これは、粒子除去率を低下させるが（より攻撃的でない）、表面ピッティングおよびパターン損傷のリスクも緩和する。
【００１２】
上記の効果は十分に理解されるが、粒子除去効率を高く保ちながら、基板表面またはパターンに対する損傷を低減するために移行キャビテーションを制御、特に抑制するという実現可能なアプローチは見つけられていない。
【００１３】
発明の概要
第１の課題は、基板に対する損傷の減じられたリスクで基板のための音波洗浄を提供することである。
【００１４】
１つの態様によれば、基板を洗浄する方法は、洗浄される基板の露出した表面と向き合って少なくとも１つのノズル配列を提供することを含み、ノズル配列は、少なくとも２つの別個のノズルを有し、各ノズルは、音波トランスデューサを有し、該音波トランスデューサは、洗浄される基板の表面に向かってそれぞれのノズルを通流する液体媒体に音波エネルギを導入するように配置されており、前記音波エネルギが基板表面に向けられるようになっており、前記音波トランスデューサは、異なる共振周波数を有し、少なくともそれらのそれぞれの一次および二次高調波が全て異なるタイプのものである。方法において、液体媒体は、ノズル配列の少なくとも２つの別個のノズルに液体媒体を通流させることによって基板の表面領域に提供され、各ノズルは、媒体流を形成し、前記ノズルは、少なくとも２つの別個のノズルの媒体流が、基板の表面に到達する前に少なくとも部分的に互いに交差するように基板の表面に対して配置および位置決めされており、それぞれのトランスデューサによって提供される周波数の干渉が前記基板の表面の上方において生じるように、それぞれのトランスデューサを介して、それぞれのノズルを通流する液体に音波エネルギが導入される。特定のセットアップにおけるこのような干渉は、洗浄プロセスのためのエネルギを提供するための良好な一次的音響流れにつながることがある一方、１つの周波数のみを使用することと比較して、減じられた二次的音響流れが生じることがある。
【００１５】
別の態様によれば、少なくとも２つのノズルは、互いに一列に配置されておりかつ互いに向かって傾斜させられており、基板の表面の上方における媒体流の間の交差箇所を設定するために、ノズル配列と基板の表面との間の距離が調節される。ノズル配列と、基板の表面との間の距離を調節することは、基板の表面から５〜２５ｍｍの距離においてそれぞれの媒体流が互いに交差するように行われてもよく、少なくとも２つのノズルは、基板の表面に垂線に対して１５°〜４５°の角度で互いに向かって傾斜させられていてもよい。
【００１６】
別の態様によれば、ノズル配列は、少なくとも３つの別個のノズルを有し、各ノズルは、ノズルに関連した音波トランスデューサを有し、音波トランスデューサは、洗浄される基板の表面に向かってそれぞれのノズルを通流する液体媒体に音波エネルギを導入するように配置されており、音波エネルギが基板表面に向けられるようになっており、音波トランスデューサは、少なくともそれらのそれぞれの一次および二次高調波が全て異なるタイプの異なる共振周波数を有する。このようなノズル配列では、音波トランスデューサは、三角形に配置されていてもよく、ノズルは、基板の表面の垂線に対して１５°〜４５°の角度で三角形の配置の中央に向かって傾斜させられている。しかしながら、その他の配列が可能である。
【００１７】
別の態様によれば、音波トランスデューサの共振周波数は、少なくとも１００ＫＨｚ離れており、音波トランスデューサは、少なくとも約３ＭＨｚの共振周波数を有してもよい。特定の態様において、１つの音波トランスデューサが、約３ＭＨｚの共振周波数を有し、別の音波トランスデューサが、約５ＭＨｚの共振周波数を有する。３トランスデューサ例では、第１の音波トランスデューサは、約３ＭＨｚの共振周波数を有してもよく、第２の音波トランスデューサは、約４ＭＨｚの共振周波数を有してもよく、第３の音波トランスデューサは、約５ＭＨｚの共振周波数を有してもよい。
【００１８】
別の態様によれば、基板は、以下のうちの１つである：マスク、特に、半導体の製造のためのフォトマスク、半導体材料、特に、Ｓｉ−ウェーハ、Ｇｅ−ウェーハ、ＧａＡｓ−ウェーハまたはＩｎＰウェーハ、フラットパネル基板または多層セラミック基板。液体媒体は、以下のうちの少なくとも１つを使用してもよい：脱気された脱イオン水、ＣＯ2、Ｏ2、Ｎ2、Ｏ3、ＡｒおよびＨ2を含むがこれらに限定されない少なくとも１つの溶解されたガスを含有する脱イオン水、界面活性剤、ＮＨ4ＯＨ、酢酸、クエン酸、ＴＭＡＨ、ＥＴＭＡＨ、ＴＢＡＨ、ＨＮＯ3、ＨＣｌ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ3ＰＯ4、ＢＨＦ、ＥＫＣ、ＥＳＣまたはそれらの適合性混合物を含むがこれらに限定されない、基板表面の洗浄のために一般的に使用される化学物質を含有する脱気されたまたはガス化された脱イオン水。
【００１９】
１つの態様では、基板表面上で液体媒体をスキャンするために、ノズル配列および前記基板のうちの少なくとも一方が他方に対して移動させられる。
【００２０】
別の態様によれば、基板を洗浄するための装置であって、洗浄される基板の表面が露出させられるように洗浄される基板を受け入れるためのレセプタクルと、少なくとも２つの別個のノズルを有するノズル配列であって、各ノズルは、ノズル出口方向へそれぞれのノズルを通流する液体媒体へ音波エネルギを導入するように配置された音波トランスデューサを有し、音波トランスデューサは、少なくともそれらのそれぞれの一次および二次高調波が全て異なるタイプの異なる共振周波数を有し、ノズルは、該ノズルから出たそれぞれの媒体流が少なくとも部分的に交差するように、共通の箇所に向かって傾斜させられているノズル配列と、を有する基板を洗浄するための装置が提供される。装置は、ノズル配列の別個のノズルに液体を同時に供給するように構成された液体媒体源であって、ノズルは、それぞれのノズルから出た媒体流が、基板の表面に到達する前に少なくとも部分的に交差するように配置されている、液体媒体源と、それぞれのノズルを通流する液体媒体に音波エネルギが同時に導入されるように、それぞれの前記音波トランスデューサの作動を制御するための制御装置と、を有する。位置決め装置は、それぞれのノズルを通流しかつそれぞれのノズルから出たそれぞれの媒体流が、基板に到達する前に少なくとも部分的に交差するように、レセプタクルにおける基板に対してノズル配列を位置決めし、基板表面にわたって前記ノズル配列をスキャンするために、前記ノズル配列と前記レセプタクル上の前記基板との相対移動を生ぜしめる。
【００２１】
別の態様によれば、少なくとも２つのノズルは、互いに一列に配置されかつ互いに向かって傾斜させられており、位置決め装置は、それぞれのノズルを通流しかつそれぞれのノズルから出たそれぞれの媒体流が、基板の表面から５〜２５ｍｍの距離において互いに交差するように、レセプタクル上の基板の表面に対する前ノズル配列の位置を調節するように構成されていてもよい。少なくとも２つのノズルは、基板の表面に垂線に対して１５°〜４５°の角度で互いに向かって傾斜させられていてもよい。
【００２２】
別の態様において、ノズル配列は、それぞれが出口を有する少なくとも３つの別個のノズルと、各ノズルに関連した音波トランスデューサとを有しており、トランスデューサは、ノズル出口方向へそれぞれのノズルを通流する液多媒体に音波エネルギを導入するように配置されており、音波トランスデューサは、少なくともそれらのそれぞれの一次および二次高調波が全て異なるタイプの異なる共振周波数を有する。このような３ノズル配列では、ノズルは、三角形に配置されていてもよく、ノズルは、基板の表面の垂線に対して１５°〜４５°の角度で三角形の配置の中央に向かって傾斜させられている。
【００２３】
別の態様によれば、音波トランスデューサの共振周波数は、少なくとも１００ＫＨｚ離れている。音波トランスデューサは、少なくとも約３ＭＨｚの共振周波数を有してもよい。特定の態様によれば、１つの音波トランスデューサは、約３ＭＨｚの共振周波数を有してもよく、別の音波トランスデューサは、約５ＭＨｚの共振周波数を有してもよい。少なくとも３ノズル配列では、第１の音波トランスデューサは、約３ＭＨｚの共振周波数を有してもよく、第２の音波トランスデューサは、約４ＭＨｚの共振周波数を有してもよく、第３の音波トランスデューサは、約５ＭＨｚの共振周波数を有してもよい。
【００２４】
図面の簡単な説明
本発明は、図面を参照して、典型的な実施の形態に基づき以下にさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による洗浄装置の概略的な平面図を示している。
【図２】図２ａおよび図２ｂは、異なる位置における図１のノズル配列の概略的な断面図を示している。
【図３】本発明による別のノズル配列の概略的な断面図を示している。
【図４】図３のノズル配列の、ノズルの三角形の配列の概略的な下面図を示している。
【００２６】
詳細な説明
図１は、基板２を洗浄するための洗浄装置１の概略的な平面図を示しているのに対し、図２は、線Ｉ−Ｉに沿った装置のノズル配列の概略的な断面図を示している。洗浄装置１は、基本的に、基板ホルダ４およびアプリケーションユニット６と呼ぶことにする、基板のためのレセプタクルから成る。
【００２７】
基板ホルダ４は、図面に示されているように、基板２を受け入れるための平坦な円形のプレートであり、基板２も、図示された実施の形態では円形である。基板ホルダ４は、処理される基板２の形状に合致させられていてもよい、矩形などの他の形状を有してもよい。基板ホルダ４と、基板２とが異なる形状を有することも可能である。基板ホルダ４は、アプリケーションユニット６を介して基板２へ提供されてもよい液体のための、図示されていない排出部を有する。矢印Ａによって示されているように、基板ホルダ４は、それぞれの回転装置（図示せず）によって回転させられるように構成されている。
【００２８】
アプリケーションユニット６は、ノズル配列８と、ノズル配列８を可動な形式で支持する支持構造１０とから成る。支持構造１０は、基板ホルダ４に隣接した本体１２と、二重矢印Ｂによって示されているように長手方向に可動な形式で本体１２によって支持された支持アーム１４とを有する。支持アーム１４は、その自由端部においてノズル配列８を支持している。支持アーム１４を移動させることによって、ノズル配列８は基板２を横切ってスキャンされてもよい。基板ホルダ４を介した基板２の回転と組み合わされたノズル配列８のこのようなスキャニング移動により、ノズル配列８は、基板２の表面全体にわたってスキャンさせられる。図示したように支持アーム１４の線形移動を提供するのではなく、二重矢印Ｃによって示されているように、支持アーム１４のスイング運動が提供されてもよい。さらに、ノズル配列８と、基板ホルダ４上に受け入れられた基板２の表面との間の距離を調節するための上昇移動を可能にするため、本体１２には支持アーム１４のためのリフト構造が設けられている。当業者は、基板２上でノズル配列８をスキャニングするためのおよびノズル配列８と基板２との間の距離調節を提供するためのその他の配列を容易に認識するであろう。当業者に明らかなように、基板表面にわたるノズル配列８のスキャニングを可能にするための基板２とノズル配列８との相対移動を達成するために、定置の基板ホルダ４を提供するまたは基板ホルダ４とノズル配列８とを異なる形式で移動させることも可能である。支持構造の本体１２は、液体源を有するまたは液体源に接続されており、液体源は、本明細書において後でより詳細に説明されるノズル配列８のノズルと適切な形式で接続されている。本明細書において後でより詳細に説明するように、本体１２は、基板ホルダおよびノズル配列のうちの一方の移動、ノズル配列への液体媒体の提供および／または音波トランスデューサを駆動するための電気機器を制御するための、制御装置を格納していてもよい。このような制御装置は、本体１２の外側に格納された別個の制御装置として提供されてもよい。
【００２９】
図２ａおよび図２ｂは、処理される基板２の上方の異なる距離に位置決めされた、第１の実施の形態によるノズル配列８の（図１の線Ｉ−Ｉに沿った）概略的な断面図を示している。ノズル配列８は、本体２０と、本体２０に取り付けられたまたは本体２０と一体に形成された２つのノズル２１，２２とを有する。本体２０は、ノズル２１および２２を支持するまたは形成するためのあらゆる適切な材料から形成されていてもよく、支持アーム１４に適切な形式で取り付けられている。
【００３０】
本体２０は、本体２０の上部と、それぞれのノズルに形成された流れチャンバとを接続する内部導管２５を有する。導管２５は、分岐した導管であり、共通の分岐路を提供しており、共通の分岐路は、本体２０の上部において、支持アーム１４に設けられた共通の供給ライン（図示せず）に接続されている。導管２５は、共通の分岐路をノズル２１，２２のうちの一方にそれぞれ接続する２つのノズル分岐路も有する。
【００３１】
概略的にのみ示されたノズル２１，２２はそれぞれ、実質的に同じ基本構造を有しており、これにより、共通の特徴に関してここではノズル２１のみを説明する。ノズル２１は、導管２５に接続された入口２７と、流れチャンバ２８と、出口２９とを有する。ノズル２１は、流れチャンバに音波エネルギを導入するために配置された音波トランスデューサ３０も有する。入口２７は、音波トランスデューサ３０に隣接しかつ出口２９から離れた位置において流れチャンバ２８へ開口している。導管２５、入口２７、流れチャンバ２８および出口２９は、供給ラインを介して供給された液体媒体が流れチャンバ２８を完全に満たし、図２に符号３２で示したような液体媒体の方向付けられたジェットまたは流れを形成するように寸法決めされている。ノズル２１は、基板ホルダ４（またはその上の基板２）の表面に対して角度を成しており、これにより、出口２９から出た、方向付けられた流れ３２は、（図２ａに概略的に示されているように）基板の表面の垂線に対して１５°〜４５°、好適には約３０°の角度αを形成する。
【００３２】
音波トランスデューサ３０は、出口２９とは反対側の流れチャンバ２８の端部を形成しかつ出口２９から出た、方向付けられた流れ３２に対して実質的に平行な方向で流れチャンバ２８に音波エネルギを導入するように配置されている。
【００３３】
上述のように、ノズル２１，２２は、同じ基本構造を有する。しかしながら、それぞれのノズル２１，２２に関連した音波トランスデューサ３０は、同じではなく、少なくともそれらの共振周波数に関して異なる。共振周波数が異なるのみならず、異なる共振周波数は、少なくともそれらのそれぞれの一次および二次高調波が全て異なるようになっている（すなわち、共振周波数も、一次および二次高調波のいずれも、同じ値を有さない）。両音波トランスデューサは、好適には、３ＭＨｚよりも高い共振周波数を有し、一方または両方が、より低い共振周波数を有してもよい。特に、一方のノズルにおける３ＭＨｚトランスデューサと、他方のノズルにおける５ＭＨｚトランスデューサとの組合せが、上記２ノズル設計において有益であることが分かった。しかしながら、他の組合せも可能である。音波トランスデューサ３０の共振周波数は、少なくとも１００ＫＨｚ、好適には２００ＫＨｚ離れていなければならない。これにより、両音波トランスデューサは、例えば、１００ＫＨｚまでの通常範囲内で５ＭＨｚの共振周波数から逸脱した、いわゆる５ＭＨｚトランスデューサであってもよい。このように、４．９ＭＨｚの現実の共振周波数を有するいわゆる５ＭＨｚトランスデューサが、例えば、５．１ＭＨｚの現実の共振周波数を有する別のいわゆる５ＭＨｚトランスデューサと組み合わされて使用されてもよく、これにより、２００ＫＨｚの、共振周波数の間の現実の差を形成する。少なくとも１００ＫＨｚ離れておりかつ同じでない高調波に関する要求を満たす（現実の）共振周波数を有する音波トランスデューサ３０のあらゆる組合せは、共振周波数のより大きな分離が現在では好まれるとしても、利益を提供し得る。３ＭＨｚおよび５ＭＨｚが周波数の例として示されているが、当業者は、他の周波数が使用されてもよく、３．５ＭＨｚなどの整数でない周波数も使用されてもよいことを認識するであろう。
【００３４】
さらに、ノズル２２は、異なる角度を成しており、すなわち、ノズル２１に対して平行ではない。ノズル２２は、基板ホルダ４（またはその上の基板２）の表面に対しても角度を成しており、これにより、その出口から出た方向付けられた流れは、基板の表面の垂線に対して１５°〜４５°、好適には約３０°の角度を形成する。ノズル２１，２２は、共通の箇所に向かって角度付けられており、これにより、それぞれの方向付けられた流れは、阻止されなければ、互いに交差する。特に、ノズルは、一列に配置され、対称的（平面対称）に互いに向かって傾斜させられていてもよい。
【００３５】
流れは、図２ａに示したように、中心線３４によって示されているようにそれらのそれぞれの中心が、物体によって阻止されることなく交差し得るならば、完全に交差すると考えられる。流れは、例えば図２ｂに示したように、それぞれの流れが互いに接触するが、それらのそれぞれの中心が、物体によって阻止されるために交差しないことがあるならば、部分的に交差すると考えられる。それぞれの流れが互いに接触する、それぞれのノズルに最も近い位置を、以下では交差箇所と呼ぶ。いずれの場合にも、ノズル２１，２２から出たそれぞれの流れは、基板２上に共通の媒体膜を形成する。
【００３６】
上述のように、図２ａおよび図２ｂは、処理される基板２の上方の異なる距離に位置決めされたノズル配列８を示している。これらの図によって示されているように、ノズル配列８と基板２との間の距離を調節することは、交差箇所と、基板の表面との間の距離を変化させる。このような調節は、支持アーム１４および基板ホルダ４のうちの少なくとも一方の適切な上昇移動を介して行われてもよい。
【００３７】
一体化された導管の共通の分岐路に接続された共通の供給ラインが示されているが、各ノズル２１，２２のために１つずつ別個の導管が、本体２０と一体的にまたは本体の外部に設けられていてもよく、このような別個の導管を、共通の供給ラインまたは別個の供給ラインに接続することができ、これは、当業者に明らかなように、それぞれのノズルを介して異なる媒体の適用を可能にする。
【００３８】
図３および図４は、代替的なノズル配列８を示しており、図３は、図４における線ＩＩ−ＩＩに沿ったノズル配列の概略的な断面図を示しており、図４は、その単純化された概略的な下面図を示している。
【００３９】
代替的なノズル配列は、本体４０と、３つのノズル４１，４２および４３とを有する。本体４０は、上述の本体２０の構造と同様に、本体４０の上部と、それぞれのノズル４１，４２および４３に形成された流れチャンバとを接続する内部導管４５を有するが、３つのノズルのそれぞれのためのそれぞれの分岐路を有する。導管４５は、本体４０の上部において、支持アーム１４に設けられた共通の供給ライン（図示せず）に接続されている。この場合も、導管は、異なってもよく、一体化されたものでなくてもよい。
【００４０】
各ノズル４１，４２および４３は、上述のノズル２１と同じ基本構造を有し、入口と、流れチャンバと、出口と、それに関連した音波トランスデューサとを有する。各トランスデューサは、この場合も、方向付けられた媒体流れを生じることができる。それぞれのトランスデューサは全て、この場合も、それらの共振周波数に関して異なる。異なる共振周波数は、この場合も、少なくともそれらのそれぞれの一次および二次高調波が全て異なるようになっている（すなわち、共振周波数も、一次および二次高調波のいずれも、同じ値を有さない）。好適には、全ての音波トランスデューサは、３ＭＨｚよりも高い共振周波数を有し、１つまたは複数が、より低い共振周波数を有してもよい。特に、第１のノズルにおける３ＭＨｚトランスデューサと、第２のノズルにおける４ＭＨｚトランスデューサと、第３のノズルにおける５ＭＨｚトランスデューサとの組合せは、現時点で、上記３ノズル設計において有益であると考えられる。しかしながら、この場合も、他の組合せが可能であり、音波トランスデューサ３０のうちのいずれか２つの共振周波数の差は、少なくとも１００ＫＨｚ、好適には２００ＫＨｚでなければならない。
【００４１】
さらに、ノズル４１，４２および４３は、下から見て三角形のパターンで配置されており、各ノズル４１，４２および４３は、その出口から出た方向付けられた流れが、基板の表面に対する垂線に対して１５°〜４５°、好適には約３０°の角度を形成するように、角度を成している。ノズル４１，４２および４３は、共通の領域または箇所に向かって角度付けられており、これにより、それぞれの方向付けられた流れは全て、阻止されなければ、互いに交差する。特に、ノズル４１，４２および４３は、三角形配列の中央に向かって傾斜させられていてもよい。
【００４２】
流れは、この場合も、図３に示したように、それらのそれぞれの中心の全てが、物体によって阻止されることなく交差し得るならば、完全に交差すると考えられる。流れは、それぞれの流れの全てが互いに接触するが、それらのそれぞれの中心が、物体によって阻止されるために交差しないことがあるならば、部分的に交差すると考えられる。それぞれの流れが互いに接触する、それぞれのノズルに最も近い位置を、以下では交差箇所と呼ぶ。いずれの場合にも、ノズル４１，４２および４３から出たそれぞれの流れは、基板２上に共通の媒体膜を形成する。
【００４３】
以下に、上記洗浄装置１を使用する洗浄作業を説明する。作業を説明するために、ノズル配列８は２ノズル設計であると仮定され、ノズル２１，２２は、それぞれ３ＭＨｚと５ＭＨｚの音波トランスデューサを有すると考えられる。構造化された半導体ウェーハなどの基板２（本明細書において後で説明するように、他の基板が可能である）は、回転タイプでありかつ回転する基板ホルダ４上に存在する。
【００４４】
ノズル配列８は、基板ホルダ４の回転中心と一致するウェーハの中心の上方に位置決めされている。例えば、脱イオン水およびＨＣｌを含む、半導体ウェーハの洗浄のため一般的に使用される液体媒体（本明細書において後で説明するように、他の液体媒体が可能である）は、ノズル配列８のノズル２１，２２に供給され、これにより、各ノズル２１，２２は、液体媒体の方向付けられたジェットまたは流れ３２を形成する。ノズル配列８は、例えば、図２ａに示したように、基板２の表面の上方において媒体流が互いに完全に交差するように、基板２の上方に位置決めされている。音波トランスデューサ３０は、そのそれぞれの共振周波数で駆動され、これにより、それぞれの方向付けられた流れ３２に音波エネルギを導入する。それぞれの方向付けられた流れ３２は、基板表面の上方で互いに交差し、これにより、基板へ向けられた、混合された組み合わされた流れを形成し、基板上に共通の液体膜を形成する。ノズル配列は、次いで、回転する基板の縁部に向かっておよび回転する基板の縁部上を（線形にまたはスイング運動で）移動させられ、これにより、基板表面全体にわたって液体膜をスキャンし、基板表面全体を洗浄する。洗浄は、液体媒体内の音響流れによって高められる。特に、基板の表面に提供される組み合わされた流れの領域において、良好な洗浄が達成される。
【００４５】
上述のように、それぞれの流れ３２は、基板２の表面の上方で完全に交差し、各流れ３２に、他の流れの周波数と異なる周波数の音波エネルギが、それぞれのトランスデューサ３０を介して導入される。これは、基板の表面の上方において、さらにはそれぞれの流れが交差する前のそれぞれの流れ領域において、異なる周波数が干渉することを可能にする。発明者たちは、１つの周波数が導入された１つの媒体流れの適用と比較して、（特に３ＭＨｚよりも高い周波数の）異なる周波数のこのような干渉が、移行キャビテーション、すなわち激しい気泡内破の減少またはさらには完全な抑制につながることを発見した。これは、一次音響流れに実質的に影響することなく、液体媒体におけるより制御された（より均質な）二次音響流れにつながる。表面の上方で互いに交差しかつ異なる周波数が導入された異なる媒体流れの特定の適用は、これにより、基板に対する損傷のリスクを低減しながら、良好な粒子除去効率を可能にする。
【００４６】
上記の例において、それぞれの流れは完全に交差しているが、流れが部分的にのみ交差するとしても、干渉効果は生じる。しかしながら、現時点では、流れの完全な交差が好ましい。いずれの場合にも、流れの交差箇所が、洗浄作業の間に洗浄される基板の表面の上方の５〜２５ｍｍの位置になるように制御されると有利であると考えられる。
【００４７】
トランスデューサの３ＭＨｚおよび５ＭＨｚの共振周波数組合せが特に有利であることが分かったが、共振周波数が少なくとも１００ＫＨｚだけ離れており、それぞれの周波数の少なくとも第１および第２高調波が全て異なる限り、その他の組合せもまた移行キャビテーションのそれぞれの減少につながると考えられる。好適には、使用される全ての周波数は、３ＭＨｚよりも高いことが望ましい。なぜならば、低圧サイクルの間に形成される気泡のサイズは、より高い周波数によって減じられ、これにより、移行キャビテーションが生じるリスクをさらに低減するからである。
【００４８】
同様の効果は、上記形式においてノズル配列８の３ノズル設計を使用する場合に達成されてもよい。ノズル配列のより複雑な構造につながるが、より多数のノズルを使用することもできる。
【００４９】
上記洗浄作業は、基板の音波向上洗浄中に生じる移行キャビテーションによる損傷を受けやすい表面または表面上の構造を有するあらゆる基板のために特に有利であると考えられる。このような基板の非制限的な例は、マスク、特に、例えば分解能未満補助特徴を有する、半導体の製造のためのフォトマスク、半導体材料、特に、Ｓｉ−ウェーハ、Ｇｅ−ウェーハ、ＧａＡｓ−ウェーハまたはＩｎＰ−ウェーハなどの、例えばフィンまたは金属ラインを有する半導体ウェーハ、フラットパネル基板または多層セラミック基板である。このような洗浄作業において、異なる液体媒体が使用されてもよく、この媒体は、特に洗浄される基板のために選択されてもよい。使用される液体媒体は、好適には、以下のうちの少なくとも１つを使用する：脱気された脱イオン水、ＣＯ2、Ｏ2、Ｎ2、Ｏ3、ＡｒおよびＨ2を含むがこれらに限定されない少なくとも１つの溶解されたガスを含有する脱イオン水、界面活性剤、ＮＨ4ＯＨ、酢酸、クエン酸、ＴＭＡＨ、ＥＴＭＡＨ、ＴＢＡＨ、ＨＮＯ3、ＨＣｌ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ3ＰＯ4、ＢＨＦ、ＥＫＣ、ＥＳＣまたはそれらの適合性混合物を含むがこれらに限定されない、基板表面の洗浄のために一般的に使用される化学物質を含有する、脱気されたまたはガス化された脱イオン水。適合性混合物は、混合物の成分の間の望ましくない反応につながらない全ての混合物である。２つおよび３つのノズルが特定の例において示されているが、より多数のノズルを使用することもできることに留意すべきである。
【００５０】
発明は、特定の実施の形態に限定されることなく、その特定の実施の形態に関して説明されている。上記説明から、当業者は、改良、変更および修正を認識するであろう。技術範囲のこのような改良、変更および修正は、添付の請求の範囲によってカバーされることが意図されている。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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