(57)【要約】【課題】化学物質の加熱を簡素化し、加熱された化学物質のプロセス制御を改善すると共に、ウェーハとの接触点で洗浄化学物質を加熱可能な単一ウェーハメガソニック洗浄構成を実現する方法および装置を提供する。【解決手段】半導体基板を洗浄する装置が提供される。本発明の実施形態では、局所加熱をすることが可能なメガソニッククリーナが提供される。メガソニッククリーナは、トランスデューサと共振器とを含む。共振器は、トランスデューサからのエネルギを伝搬するように構成される。共振器は、第一および第二の端部を有し、第一の端部は、適切に動作するようにトランスデューサに接続され、第二の端部は、トランスデューサからのエネルギを伝搬するとともに、局所加熱をするように構成される。さらに、メガソニック洗浄により半導体基板を洗浄するシステムと、半導体基板を洗浄する方法が提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を洗浄する装置であって、
トランスデューサと、
前記トランスデューサからのエネルギを伝搬するように構成され、上面と底面とを有する共振器と、
を備え、
前記共振器の上面は、適切に動作するように前記トランスデューサと結合され、
前記共振器の底面は、前記トランスデューサからのエネルギを伝搬するとともに、局所加熱をするように構成されている、装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、さらに、
前記トランスデューサと前記共振器との間に設けられた絶縁体を有する、装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置であって、
前記共振器は、約０．０１ミリメートル（ｍｍ）ないし約７ｍｍの厚さを有する炭化ケイ素層よりなる、装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置であって、
前記底面は湾曲面である、装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置であって、
前記湾曲面は、約５センチメートル（ｃｍ）ないし２００ｃｍの曲率半径を有する、装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置であって、さらに、
前記トランスデューサを冷却する冷却ループを有しており、
前記冷却ループは閉ループである、装置。
【請求項７】
半導体基板を洗浄するシステムであって、
半導体基板を支持し、前記半導体基板を前記半導体基板の軸線を中心に回転させるように構成された基板支持部と、
前記半導体基板の上面の上方で半径方向に移動するように構成されたメガソニッククリーナと、
を備え、
前記メガソニッククリーナは、トランスデューサと、前記トランスデューサからのエネルギを伝搬するように構成され、上面と底面とを有する共振器と、を有し、
前記共振器の上面は、適切に動作するように前記トランスデューサと結合され、
前記共振器の底面は、前記半導体基板の上面に配置された液体と接触するように構成され、前記液体を介して前記トランスデューサからのエネルギを前記基板に伝搬するとともに、局所加熱をすることにより前記底面と接触する前記液体の温度を上昇させるように構成されている、システム。
【請求項８】
請求項７記載のシステムであって、
前記底面は、メガソニック波が一定の角度で前記半導体基板の上面に向かうように構成されている、システム。
【請求項９】
請求項７記載のシステムであって、
前記半導体基板の上面から前記底面までの距離は、約０．５ミリメートルないし約５ミリメートルである、システム。
【請求項１０】
請求項７記載のシステムであって、
前記液体は、単一ウェーハ洗浄工程用に設計された洗浄化学物質および脱イオン水の一方である、システム。
【請求項１１】
請求項７記載のシステムであって、
前記液体の温度は、局所加熱により約摂氏２０度（℃）ないし約１００℃に維持されている、システム。
【請求項１２】
請求項７記載のシステムであって、
前記底面は、前記底面の抵抗率を低減するように構成されたドーパントを含む、システム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムであって、
前記ドーパントは、ホウ素、ヒ素、リン、およびアンチモンのうちの一つである、システム。
【請求項１４】
請求項１２記載のシステムであって、
前記ドーパントの濃度は、約１０11原子毎平方センチメートルないし約１０19原子毎平方センチメートルである、システム。
【請求項１５】
請求項７記載のシステムであって、
前記液体を加熱するために前記底面に電圧差を与える、システム。
【請求項１６】
請求項１５記載のシステムであって、
前記液体の温度は、前記電圧差を変えることで制御される、システム。
【請求項１７】
請求項７記載のシステムであって、さらに、
前記メガソニッククリーナを支持するプロセスアームを有しており、
前記プロセスアームは、前記メガソニッククリーナにより実行される作業量が前記半導体基板の上面全体で実質的に均一となるように制御されるシステム。
【請求項１８】
請求項１５記載のシステムであって、
前記トランスデューサは、前記基板に前記液体を供給する少なくとも一つのポートを含む、システム。
【請求項１９】
半導体基板の洗浄工程中に、洗浄化学物質を局所加熱する方法であって、
前記半導体基板に供給された洗浄化学物質の表面に接触するように共振器を位置決めする工程と、
前記半導体基板を洗浄するために、前記共振器を介して、熱エネルギおよび音響エネルギを同時に印加する工程と、
を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法であって、
前記半導体基板を洗浄するために、前記共振器を介して、熱エネルギおよび音響エネルギを同時に印加する工程は、さらに、
前記共振器の底面層の抵抗率を低減する工程と、
前記洗浄化学物質を介して前記共振器から前記半導体基板に音響エネルギを伝達するとともに、前記底面層に電圧差を与える工程と、
を含む、方法。
【請求項２１】
請求項２０の方法であって、
前記電圧差は、前記共振器の前記底面層と前記半導体基板の上面との間の前記洗浄化学物質の温度を決定する、方法。
【請求項２２】
請求項２０記載の方法であって、
前記共振器の底面層の抵抗率を低減する工程は、さらに、前記共振器の底面層にドーパントを供給する工程を含む、方法。
【請求項２３】
請求項１９記載の方法であって、
前記半導体基板に供給された洗浄化学物質の表面に接触するように共振器を位置決めする工程は、前記共振器の底面と前記半導体基板の上面との間の距離が約０．５ミリメートル（ｍｍ）ないし約５ｍｍとなるように、前記半導体基板の上面の上方で前記共振器を位置決めする工程を含む、方法。
【請求項２４】
請求項１９記載の方法であって、
前記半導体基板を洗浄するために、前記共振器を介して、熱エネルギおよび音響エネルギを同時に印加する工程は、前記半導体基板の上面に伝達される音響エネルギのレベルを、約３ワット（Ｗ）毎平方センチメートルないし約５Ｗ毎平方センチメートルに維持する工程を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面洗浄に関し、特に、製造プロセス後の半導体基板のメガソニック洗浄のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メガソニック洗浄は、半導体製造工程において広く使用されており、バッチ洗浄プロセス又は単一ウェーハ洗浄プロセスにおいて利用できる。バッチ洗浄プロセスでは、メガソニックトランスデューサの振動は、半導体基板群を収容する洗浄タンクの液体中で音圧波を形成する。単一ウェーハメガソニック洗浄プロセスでは、回転するウェーハの上方で相対的に小さなトランスデューサを使用しトランスデューサをウェーハ全体に走査させるか、あるいは、完全浸漬の場合には単一ウェーハタンクシステムが使用される。いずれの場合も、メガソニック洗浄による主な粒子除去メカニズムは、キャビテーションとアコースティックストリーミングとによるものである。キャビテーションは、音波撹拌の作用による液体媒体での微細気泡の急速な形成および崩壊である。崩壊時、気泡は、粒子を基板に接着させる様々な接着力を断ち切ることにより、粒子除去を支援するエネルギを放出する。音波撹拌は、液体を音響エネルギ波に晒すことを含む。メガソニックリンスの下では、音波は、０．４ないし１．５メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数となる。
【０００３】
図１Ａは、バッチメガソニック洗浄システムの概略図である。タンク１００は、洗浄溶液で満たされる。ウェーハホルダ１０２は、洗浄対象のウェーハ群を含む。トランスデューサ１０４は、１メガヘルツに近い周波数を有する音響エネルギによる圧力波を形成する。こうした圧力波は、粒子の再接着を抑える適切な化学物質とともに、洗浄作用を提供する。単一ウェーハ洗浄システムに対しては、バッチ洗浄システムが長い洗浄時間と化学物質の使用とを必要とするため、国際半導体技術ロードマップ（ＩＴＲＳ）の要求に従い、化学物質の使用を減らし、ウェーハ毎の制御を高め、欠陥を低減するための取り組みが重点的に行われてきた。バッチシステムには、それぞれが多数のウェーハおよびメガソニックタンクの両方からのメガソニック波の反射によって発生する堆積的干渉による「ホットスポット」や相殺的干渉による「コールドスポット」が生じ、タンク内の多数のウェーハへのメガソニックエネルギの伝達が不均一となる別の欠点がある。そのため、ウェーハホルダ１０２内のウェーハのあらゆる領域にメガソニックエネルギを到達させるために、より高いメガソニックエネルギと多数のトランスデューサとを用いる必要がある。図１Ｂは、単一ウェーハ洗浄タンクの概略図である。ここで、タンク１０６は、洗浄溶液で満たされている。ウェーハ１０８は、タンク１０６の洗浄溶液に浸漬される。トランスデューサ１１０は、ウェーハを洗浄するエネルギを供給する。さらに、粒子がタンク内部に残存するため、洗浄流体を定期的に交換するか、あるいは再循環および濾過することが求められる。
【０００４】
図１Ｃは、単一ウェーハ用のノズルタイプのメガソニック洗浄機構の概略図である。ノズル１１２は、メガソニックエネルギが合わせられた流体の流れ１１４を提供する。トランスデューサ１１６は、電源１１８に接続され、流体の流れがノズルを通して流動する際に、流体の流れ１１４を介して、基板にメガソニックエネルギを供給する。流体の流れ１１４を介して供給されたメガソニックエネルギは、ウェーハ１２０を洗浄する洗浄作用がある。ノズル洗浄機構の欠点の一つには、トランスデューサ１１６とウェーハ１２０との間の接触を維持するために、流体の流れに高い流速が求められることが含まれる。ノズル１１２を介して生成される流体の流れは小さな面積を覆うため、ウェーハを洗浄するために相当に高いメガソニックエネルギが必要となり、それによりウェーハの表面に損傷を与える可能性がある。求められる高いエネルギは、さらにトランスデューサの冷却を必要とし、高い流速が求められる別の理由となる。これにより、脱イオン水以外の洗浄化学物質を使用する洗浄は、コストと廃水処理の必要性とのため非実用的となる。ウェーハ表面全体の全ての洗浄対象範囲の小さな面積に流体の流れを到達させることが困難であるため、さらに、帯状のむらが生じる可能性がある。
【０００５】
さらに、特にエッチング後の洗浄用途では、単一ウェーハ洗浄プロセス用の洗浄化学物質は反応性が非常に高く、短い洗浄時間で効果的な洗浄を行うために高温で使用することが必要となる場合が多い。上で説明したそれぞれの単一ウェーハ洗浄機構では、洗浄化学物質の温度を維持して最適な形でウェーハ表面を洗浄できるように、化学物質の再循環を備えたバッチ加熱システムが使用され、あるいは、ノズルタイプのトランスデューサの場合には加熱伝達ラインによるバッチ加熱が使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記を考慮すると、化学物質の加熱を簡素化し、加熱された化学物質のプロセス制御を改善する、ウェーハとの接触点で洗浄化学物質を加熱可能な単一ウェーハメガソニック洗浄機構を提供する方法および装置の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
大まかに言って、本発明は、共振器と基板とを接続する液体の領域に対する局所加熱制御を提供するように構成されたメガソニッククリーナの共振器を提供することで、この必要性を満たす。本発明は、装置、システム、デバイス、又は方法を含め、多数の形で実施できると理解されたい。本発明のいくつかの発明実施形態について、下で説明する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、半導体基板を洗浄する装置が提供される。装置は、トランスデューサと共振器とを含む。共振器は、トランスデューサからのエネルギを伝搬するように構成される。共振器は、底面と上面とを有し、上面は、適切に動作するようにトランスデューサに接続され、底面は、トランスデューサからのエネルギを伝搬するとともに、局所加熱をするように構成される。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、半導体基板を洗浄するシステムが提供される。システムは、半導体基板を支持し、半導体基板の軸線の周りで回転させるように基板支持部を含む。システムには、メガソニッククリーナが含まれる。メガソニッククリーナは、半導体基板の上面の上方で半径方向に移動するように構成される。共振器は、トランスデューサからのエネルギを伝搬するように構成される。共振器は、上面と底面とを有し、上面は、適切に動作するようにトランスデューサに接続される。底面は、半導体基板の上面に配置された液体と接触するように構成される。さらに、底面は、液体を介してトランスデューサからのエネルギを基板に伝搬するとともに、底面と接触する液体の温度を上昇させるために局所加熱をすることに適している。
【００１０】
本発明のさらに別の態様によれば、半導体基板を洗浄する方法が提供される。方法は、半導体基板の上面に液体を導入することで開始される。その後、共振器の底面が、液体を介して、半導体基板の上面に接続される。次に、音響エネルギが、共振器を介して液体に伝達される。その後、液体は、共振器の底面を介して加熱される。半導体基板の洗浄工程中に、洗浄化学物質に局所加熱を適用する方法がさらに提供される。方法は、半導体基板に適用された洗浄化学物質の表面に接触するように共振器を配置することで開始される。その後、熱エネルギは、半導体基板を洗浄するために、共振器を介して音響エネルギと同時に印加される。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、半導体基板の洗浄工程中に、洗浄化学物質を局所加熱する方法が提供される。方法は、半導体基板に適用された洗浄化学物質の表面に接触するように共振器を配置することで開始される。その後、熱エネルギおよび音響エネルギが、半導体基板を洗浄するために、共振器を介して同時に印加される。
【００１２】
上記の一般的な説明および以下の詳細な説明は、単に例示的かつ説明的なものであり、特許請求の際に本発明を限定するものではないことは理解されたい。
【００１３】
本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、本発明の例示的な実施形態を示し、説明と併せて本発明の原理を明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明のいくつかの例示的な実施形態について、添付図面を参照して、詳細に説明する。図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃについては、「背景技術」の節において説明している。
【００１５】
本発明の実施形態は、メガソニック洗浄デバイスにより半導体基板を洗浄する装置および方法を提供し、ここで、洗浄デバイスは、半導体基板を洗浄するために、局所加熱と音響エネルギとを同時に提供する。局所加熱により、基板の上面に配置された、単一ウェーハ洗浄工程のための洗浄化学物質等の液体の温度を上昇させることができる。したがって、単一ウェーハ洗浄工程用の洗浄化学物質を加熱し、洗浄化学物質の反応性および有効性を増大させることができる。増大した反応性は、メガソニッククリーナの洗浄メカニズムと連動して、各半導体基板の洗浄工程に費やされる時間を減らすため、洗浄工程のスループットを改善する。加えて、共振器の形状の構成は、反射出力を最小とするように設計可能であり、さらに、高アスペクト比の特徴部への貫入性を改善することができる。一実施形態において、メガソニッククリーナのトランスデューサは、共振器の温度上昇によりトランスデューサが過熱しないように冷却される。本明細書での使用において、ウェーハおよび半導体基板という用語は、相互に交換可能である。
【００１６】
図２Ａは、本発明の一実施形態による、半導体基板上に配置されたメガソニッククリーナの上面図である。基板１３０は、半導体基板洗浄プロセスのために、ローラ又は他の何らかの適切な回転メカニズムにより回転させられる。メガソニッククリーナ１３２Ａは、基板が回転している間に、基板１３０の上方を半径方向に移動する。メガソニッククリーナ１３２Ａに取り付けたプロセスアームにより、基板１３０の上でメガソニッククリーナの半径方向への移動が可能になることは当業者に明らかであろう。一実施形態において、メガソニッククリーナ１３２によって半導体基板１３０の表面へ伝達されるエネルギは、約５ワット（Ｗ）／平方センチメートル（ｃｍ2）未満である。特定の実施形態において、半導体基板１３０の表面へ伝達されるメガソニックエネルギは、約３ワット（Ｗ）／平方センチメートル（ｃｍ2）ないし約５Ｗ／ｃｍ2だが、高いエネルギでデバイスが損傷しない場合には、メガソニックエネルギは、基板上の電子デバイスの敏感さに応じて大幅に高くすることができる。
【００１７】
さらに図２Ａを参照すると、直径１３１は、基板１３０上に配置された液体に晒されたメガソニッククリーナ１３２Ａの表面の直径を表す。一実施形態において、基板１３０が２００ｍｍ（８インチ）ウェーハである場合、直径１３１は、約１インチないし約３インチである。好適な実施形態において、直径は、２００ｍｍウェーハに対して約１．５インチである。３００ｍｍウェーハの場合、メガソニッククリーナのサイズは、メガソニッククリーナの表面積とウェーハとの間で実質的に一定の比率が維持されるように、相応に拡大されると理解されたい。これにより、ウェーハの表面に伝達されるエネルギは、様々なサイズのウェーハの間で実質的に一定に維持できる。加えて、３００ミリメートルウェーハの同じ部分が単位時間当たりに走査されるため、スループットは、いずれのウェーハサイズでも同様となる。
【００１８】
図２Ｂおよび２Ｃは、メガソニッククリーナ１３２の代替形状の上面図である。図２Ｂのメガソニッククリーナ１３２Ｂは、四角形の形状であり、図２Ｃのメガソニッククリーナ１３２Ｃは、ロッドである。下でさらに詳細に説明するように、メガソニッククリーナ１３２の共振器の底面は、レンズ効果を発生させるために僅かに湾曲しているものとすることができる。メガソニッククリーナ１３２の形状は、半導体基板１３０の表面を洗浄するのに適した任意の形状にできると理解されたい。即ち、上記のようにメガソニッククリーナの表面積とウェーハの表面積との間の比率を実質的に一定に保つことで、メガソニッククリーナのために任意の形状を利用できる。当業者は、洗浄の有効性が単位面積に適用される出力密度の関数であることを理解するであろう。したがって、メガソニッククリーナの共振器の表面積は、高メガソニックエネルギが洗浄中の基板上に存在するデバイスに損傷を与える可能性があることから、メガソニックエネルギを高くすることなく約３Ｗ／ｃｍ2ないし約５Ｗ／ｃｍ2の出力密度が可能となるように構成される。加えて、メガソニック共振器はウェーハの大部分を覆うような大きさとしてもよいが、基板の中央領域等、基板の一部で滞留時間が長くなるため、これは最適なものにはならないと理解されたい。結果として、他の場所では滞留時間が短くなり、不均一な洗浄が生じ得る。そのため、図２Ａないし２Ｃを参照して説明したように、ウェーハを走査するメガソニッククリーナを提供し、プロセスアームの走査速度と回転中の基板の角速度（又は掃過位置の半径）とを相関させることで、滞留時間を均一にすることが好ましい。
【００１９】
一実施形態において、メガソニッククリーナがプロセスアームに支持され、プロセスアームの掃過回転が電子サーボモータによって行われる場合、滞留時間を制御し、ウェーハ上でメガソニッククリーナによって実行される実質的に均一な作業量を確保できる。サーボモータは、モーションコントローラ部と、モータドライバ電子機器と、位置フィードバックエンコーダと、ＡＣブラシレスモータとを組み合わせ、単一のモータのフォームファクタにする。プロセスアームの移動速度と位置は、ウェーハ処理中のスピンドル回転速度に直接的に関係する。一実施形態において、処理アームは、ウェーハの中心線を通るように掃過される。ウェーハの表面積全体を等しく処理するために、即ち、メガソニックコントローラによって行われる作業量をウェーハの表面全体で実質的に均一にするために、アームの掃過動作は、半径方向の位置と同期させる。掃過速度は半径とその半径での面積との二次関数Ｖｓｗｅｅｐ＝Ｃ／ｒ２であり、ここでＣは比例定数であり、滞留時間は速度に反比例するため、半径が増加するに従ってメガソニッククリーナの滞留時間をウェーハの表面上で実行される作業量を均等化するために増加させる必要がある。即ち、メガソニッククリーナの滞留時間は、プロセスアームがウェーハの中心から外側へ掃過するに従って、実質的に同じ作業量を実行するために長くされる必要がある。
【００２０】
図３は、本発明の一実施形態における、半導体基板とメガソニッククリーナとの間の境界面の断面の概略図である。メガソニッククリーナ１３２は、半導体基板１３０の上面１４４に近接する。液体は、半導体基板１３０の上面１４４に配置される。一実施形態において、液体は、半導体基板１３０上に溜まる。メガソニッククリーナ１３２は、メガソニッククリーナの底面１４６を半導体基板１３０の上面１４４に接続するメニスカス１３４を形成するように、液体に接触した状態にされる。液体は、ノズル１３８を介して基板１３０に供給することができるものと理解されたい。一実施形態において、ノズル１３８は、メガソニッククリーナを取り付けるものと同じラジアルアームに取り付けることができる。別の実施形態において、液体は、メガソニックトランスデューサ本体の少なくとも一つのポートを通して基板１３０に供給することができる。液体は、脱イオン水（ＤＩＷ）又は単一のウェーハを洗浄するために設計された洗浄化学物質とすることができる。単一ウェーハ洗浄化学物質の例には、エッチング後の洗浄で一般に使用されるＥＫＣ  ６４０、ＥＫＣ  ６８００、および、Ａｓｈｌａｎｄ  ＮＥ８９のような市販の溶媒や、化学機械研磨（ＣＭＰ）後の洗浄に使用される他の市販の溶媒が含まれる。その他の洗浄化学物質の例には、ＳＣ−１（ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2混合物）、ＳＣ−２（ＨＣｌ／Ｈ2Ｏ2混合物）、希釈ＨＦ、又はオゾン化ＤＩＷ（Ｈ2Ｏ／Ｏ3）が含まれる。
【００２１】
さらに図３を参照すると、メガソニッククリーナ１３２は、ハウジング１４２に収容されたメガソニックトランスデューサ１３６を含んでいる。電源線１４０は、トランスデューサ１３６に必要な電力を提供する。上記のように、メガソニッククリーナ１３２は、半導体基板１３０の上面１４４の上方で半径方向に移動するように構成されたラジアルアームに取り付けることができる。メガソニッククリーナ１３２の底面１４６と半導体基板１３０の上面１４４との間の距離１４８は、約０．５ミリメートル（ｍｍ）ないし約５ｍｍである。一実施形態において、距離１４８は、約１ｍｍないし約３ｍｍであり、好ましくは、距離は２ｍｍである。図２Ａないし２Ｃに関して上で述べたように、メガソニッククリーナ１３２の底面１４６の表面積は、上面１４４に約３Ｗ／ｃｍ2ないし約５Ｗ／ｃｍ2の出力密度で伝達されるように構成される。したがって、表面積は、約０．４メガヘルツ（ＭＨｚ）ないし約１．５ＭＨｚのメガソニックエネルギで約３Ｗ／ｃｍ2ないし約５Ｗ／ｃｍ2の出力密度を半導体基板全体に伝達することを十分に可能にする。
【００２２】
図４は、本発明の一実施形態による、メガソニッククリーナのより詳細な概略図である。トランスデューサ１３６は、底部ドープ層１５０を含むメガソニック伝達層１５２の上に配置される。ワイヤ１５４は、底部ドープ層に電圧差１５６を与えるために、底部ドープ層１５０との間のコンジットを提供する。したがって、電流を底部ドープ層１５０に流し、ドープ層に接触する液体を局所的に加熱することができる。一実施形態において、メガソニック伝達層１５２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）で構成され、メガソニック伝達層１５２の底部ドープ層１５０をホウ素、リン、ヒ素、アンチモンその他の適切なドーピング元素によりドープすることにより底部ドープ層の抵抗が低減される。トランスデューサ１３６は、メガソニックエネルギを発生させるために構成された圧電デバイスであることは当業者に明らかであろう。加えて、メガソニック伝達層１５２は、ＳｉＣ以外の代替化合物から形成してもよい。代替化合物は、機械的に強固で、メガソニッククリーナ１３２が上方に配置された基板に対してメガソニックエネルギを集中させる導波管に似た特性を提供することが可能で、一方、代替化合物は、適用される化学物質に対して本質的に不活性である。代替として、使用する化学物質による劣化から保護するために、不活性保護被覆をトランスデューサハウジングに付加してもよい。
【００２３】
メガソニック伝達層１５２は、一実施形態において、絶縁体により構成できると理解されたい。ＳｉＣは絶縁性を保有しているが、ＳｉＣは半導体でもあるため、ドーピングすることで、この化合物の抵抗率は変化する。シリコン等の化合物を、ＳｉＣの代わりに使用してよい。さらに、底面の伝導加熱層に接合した石英又はサファイア等の絶縁材料の多数の層を用いた複合メガソニック伝達層を使用することもできる。伝導加熱層は、絶縁層に接合でき、メガソニックエネルギの伝達が可能で、使用される化学物質から保護される、あるいは、使用される化学物質に対して不活性である任意の導電性材料にしてよい。半導体タイプの絶縁体が利用される場合、絶縁体は、ドーピングが可能で、絶縁体の底面層へドーパントを導入することで導電性を増加させる必要があり、これにより、底面層の抵抗率が減少すると理解されたい。したがって、底面層に電流を流した時、抵抗加熱によって生成された熱は、メガソニッククリーナの底面層に接触する液体に伝達でき、同時に、メガソニックエネルギが液体と液体が配置された基板とに供給される。
【００２４】
図５Ａは、本発明の一実施形態による、局所加熱をするように構成されたメガソニッククリーナの構成要素の概略図である。トランスデューサ１３６は、ＳｉＣ層１５２の上に配置された絶縁体１６０の上に配置される。ＳｉＣ層１５２の底面層１５０は、底面層の抵抗率を低減させるためにドーピングされる。一実施形態において、ドーパント濃度は、約１０11原子／ｃｍ2ないし約１０19原子／ｃｍ2である。好適な実施形態において、ドーパント濃度は、約１０13原子／ｃｍ2ないし約１０17原子／ｃｍ2である。したがって、底部ドープ層１５０に電流を流した時、ドープ層の抵抗加熱が生じることになる。絶縁体層１６０は、共振器、即ち、ＳｉＣ層１５２および底部ドープ層１５０によるあらゆる熱から、トランスデューサ１３６を絶縁すると理解されたい。一実施形態において、絶縁体層１６０は、サファイアで構成される。ＳｉＣ層１５２の厚さ１６２は、約０．０１ｍｍないし約７ｍｍである。さらに好ましくは、厚さ１６２は、約１ｍｍないし約５ｍｍである。当然ながら、ＳｉＣの構成、すなわち、厚さは、絶縁体上に堆積させた薄膜又は図４に関して説明したような層の構成に応じて相応に変化させることができる。
【００２５】
図５の絶縁体１６０は、約１ｍｍないし約５ｍｍの厚さを有する。当業者は、トランスデューサ１３６と、絶縁体１６０と、ＳｉＣ層１５２とが、接着ボンドにより互いに取り付けられることを理解するであろう。底面層１５０の底面は実質的に平坦なものとして図示されているが、一実施形態において、底面は、下でさらに詳細に説明するように、高アスペクト比の特徴部への貫入性の改善を可能にするための湾曲を有している。ＳｉＣ層１５２は、多数の層により抵抗率の勾配が異なるように、多数の抵抗層を有するように構成可能であると理解されたい。多数の抵抗層は、底部ドープ層１５０が最も低い抵抗率を有し、ＳｉＣ層１５２内の層状構造の連続する上層が増加する抵抗率を有するように階層化される。したがって、最高の抵抗率を有する層は、ＳｉＣ層１５２の最上部に位置することになり、これにより、底部ドープ層１５０に流された電流により生成された熱からのトランスデューサ１３６の保護がより優れたものになる。
【００２６】
図５Ｂは、本発明の一実施形態による、薄層ＳｉＣ被覆が上に配置された絶縁体を含むメガソニッククリーナ用の共振器の概略図である。ここで、トランスデューサ１３６は、絶縁体１６０に接合されている。絶縁体１６０は、サファイア、石英等の任意の適切な絶縁体により構成できる。薄層ＳｉＣ被覆１５０ａは、絶縁体１６０の底面に堆積されている。薄層ＳｉＣ被覆１５０ａを堆積させるために従来の堆積手法を使用できることは当業者に明らかであろう。薄層ＳｉＣ被覆１５０ａにとって適切な抵抗率は、図５Ａの底部ドープ層１５０を参照して上で説明したように、堆積中のｉｎ−ｓｉｔｕドーピング、あるいは堆積後の別個のドーピングにより達成できる。下でさらに説明するように、薄層ＳｉＣ被覆から半導体基板に接続する液体を抵抗加熱するために、薄層ＳｉＣ被覆１５０ａに電圧差が与えられると理解されたい。さらに、薄層ＳｉＣ被覆１５０ａは、平坦ではなく、外側に湾曲しているものとすることができる。一実施形態において、絶縁体１６０は、湾曲底面を有し、薄層ＳｉＣ被覆１５０ａは、絶縁体の湾曲底面に均等に堆積される。
【００２７】
図６は、本発明の一実施形態による、メガソニック共振器と半導体基板上に配置された液体との間に形成されたメニスカスの拡大概略図である。底部ドープ層１５０を有するＳｉＣ層１５２は、基板１３０の上面に接触することなく、液体層１６６に接触した状態にする。結果として、液体層１６６と、メガソニック共振器の底部ドープ層１５０の底面と、の間にはメニスカス１３４が形成される。ここで図示したように、底部ドープ層１５０の底面は、レンズ効果を発生させる湾曲を有している。一実施形態において、曲率半径は、約５センチメートル（ｃｍ）ないし２００ｃｍである。図３を参照して説明したような底部ドープ層１５０の底面と基板１３０の上面１４４との間の距離１４８は、底部ドープ層１５０の底面の最低点と基板１３０の上面１４４との間で測定される。ＳｉＣ層１５２は、機械的に強固であることに加え、メニスカス１３４を形成するために液体１６６との濡れ角が良好であることは当業者に明らかであろう。上述したように、液体１６６には、ＣＭＰ、エッチング、堆積、注入、その他の様々な半導体プロセス後に実行される単一ウェーハ洗浄プロセスのために指定された洗浄化学物質を含まれる。
【００２８】
さらに図６を参照すると、液体を局所的に加熱するために、抵抗加熱による熱は、底部ドープ層１５０を通して液体１６６に伝達される。一実施形態において、液体１６６の温度は、約摂氏２０度（℃）ないし約１００℃で制御される。さらに好ましくは、温度は、約３０℃ないし約７０℃で制御される。当然ながら、底部ドープ層１５０の下の領域内の液体の温度は、洗浄化学物質の性質によって変化する。即ち、半導体基板を洗浄しているプロセスの種類と、洗浄化学物質の構成要素とによって、望ましい反応性を達成するのに最適な温度が決定される。液体１６６の温度は、底部ドープ層１５０に加えられる電圧差を調整することで制御および維持される。さらに、メガソニッククリーナは、さらに局所加熱をすることができると理解されたい。そのため、底部ドープ層１５０と基板１３０との間の領域内の液体は、底部ドープ層の抵抗加熱によって生成される熱エネルギに晒される。したがって、洗浄工程中にメガソニッククリーナが半導体基板の表面の上を移動するにつれ、メガソニッククリーナの下の液体の領域は、メガソニッククリーナによって行われる洗浄動作に付随して加熱される。一実施形態において、温度の上昇により洗浄化学物質の反応性が高くなり、これにより洗浄工程の処理時間が減少した結果としてスループットがより高くなる。
【００２９】
図７は、本発明の一実施形態による、レンズ効果を発生させる湾曲底面を有するメガソニッククリーナによるレンズ効果の断面概略図である。メガソニッククリーナ１３２は、トランスデューサ１３６と、絶縁体１６０と、底部ドープ層１５０を有するＳｉＣ層１５２で構成された共振器とを含む。底部ドープ層１５０の底面は、凸状に湾曲しており、即ち、外側に湾曲している。上記のように、曲率半径は、一実施形態において、約５ｃｍないし約２００ｃｍである。湾曲底部には、メガソニック波に対するレンズ効果がある。レンズ効果により、メガソニック波は、角度が付いた状態で半導体基板１３０の上面に向けられる。したがって、バイア１７０のような高アスペクト比の特徴部の側壁が、より効果的に洗浄される。即ち、メガソニック波は、側壁の残留物がメガソニック波による洗浄作用が働かない基板１３０の上面に対して直角の方向ではなく、レンズ効果により角度が付いた方向に向けられる。したがって、角度のついた方向は、メガソニック波をバイアの側壁に向け、側壁と以前の製造プロセスにより側壁に残った任意の残留物とがメガソニック波の洗浄作用を受けるようにする。特に、メガソニック波は、バイア１７０の底部でのみ反射されるのではなく、側壁の間で反射される。したがって、導波管の底面を湾曲させることは、高アスペクト比の特徴部の側壁にメガソニックエネルギを向けるのに役立つ。底部ドーム層１５０の僅かな湾曲は、共振器と共振器が液体に接触する際のメニスカスとの間での良好な接触を確保するために、メガソニック共振器を基板に接続する液体の間に空気が閉じ込められるのを防ぐのに役立つと理解されたい。
【００３０】
図８は、本発明の一実施形態による、局所加熱をするように構成され、トランスデューサの過熱を防止する冷却ループを有するメガソニッククリーナの側面の概略図である。トランスデューサ１３６は、入口１７６および出口１７８を有するハウジング１７４に収容されている。冷却媒体は、トランスデューサ１３６が過熱するのを防ぐために、ハウジング１７４に供給される。したがって、共振器（底部ドープ層１５０を備えたＳｉＣ層１５２）は、液体１６６の領域１８０を局所加熱するために、高温での動作が可能である。底部ドープ層１５０による抵抗過熱は、領域１８０に加えてＳｉＣ層１５２を過熱することになると理解される。したがって、冷却ループは、トランスデューサ１３６を保護するために、ＳｉＣ層１５２の熱の放散を可能にする。一実施形態において、冷却ループは、閉ループであるため、洗浄化学物質はトランスデューサの冷却により希釈されない。液体窒素又はトランスデューサ１３６の冷却に適合する他の任意の適切な液体をここで使用できることを、当業者は理解するであろう。加えて、トランスデューサ１３６は、トランスデューサに空気を通して冷却することにより、空冷することができる。
【００３１】
図９は、本発明の一実施形態による、メガソニック洗浄により半導体基板を洗浄するために実行される方法を例示するフローチャートである。方法は、動作１８４で開始され、半導体基板の上面に液体が導入される。液体は、脱イオン水（ＤＩＷ）又は単一ウェーハ洗浄プロセス用に設計された洗浄化学物質にすることができる。液体は、本明細書で説明するメガソニック洗浄方法の中で継続的に加えることが可能であり、あるいは、半導体基板の上面に溜めることが可能であると理解されたい。方法は、次に、動作１８６に進み、共振器の底面が液体に接続される。適切な共振器は、図３ないし図７のメガソニック共振器である。一実施形態において、共振器の底面は、外側に湾曲し、約５ｃｍないし約２００ｃｍの曲率半径を有する。上記のように、湾曲底面は、液体に対する共振器の接続を強化し、さらに、レンズ効果を提供する。さらに、共振器の底面層は、ドープ層全体に加えられ、次には底面層を加熱する電圧差に対する抵抗率を減少させるために、ドーピングされる。
【００３２】
図９の方法は、その後、動作１８８に進み、音響エネルギが共振器を介して液体に伝達される。一実施形態において、音響エネルギは、メガソニックエネルギであり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）共振器を介して伝達される。さらに、共振器は、レンズ効果により高アスペクト比の特徴部の側壁に到達するように構成される。上記のように、液体は、共振器を液体と接触した状態にする時に形成されるメニスカスを介して、共振器を基板に接続する。方法は、次に、動作１９０へ進み、共振器の底面を介して、液体が加熱される。ここで、ドープ層に加えられる電圧差による抵抗加熱で生じた熱エネルギは、底面層から液体境界面に伝達される。結果として、液体が加熱される。一実施形態において、液体は、単一ウェーハ洗浄化学物質であり、洗浄化学物質の反応性および有効性は、約２０℃ないし約１００℃といった高温で増大する。液体の温度は、底面層の電位を調整することで制御される。
【００３３】
まとめると、本発明は、共振器の底面と基板とを接続する液体を局所的に加熱する能力を有するメガソニック共振器を提供する。共振器は、低い出力密度を維持するようにサイズが決定される。加えて、共振器は、メガソニック波のレンズ効果により高アスペクト比の特徴部の側壁をより効果的に洗浄するように構成される。
【００３４】
以上、本発明について、ここではいくつかの例示的な実施形態の観点から説明してきた。本発明の他の実施形態は、本発明の明細書および実施を考慮することで、当業者には明らかであろう。上述した実施形態および好適な特徴は、例示的なものと見做されるべきであり、本発明は、付記した特許請求の範囲により定義される
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】バッチメガソニック洗浄システムの概略図。
【図１Ｂ】単一ウェーハ洗浄タンクの概略図。
【図１Ｃ】単一ウェーハ用のノズル洗浄機構の概略図。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、半導体基板の上に配置されたメガソニッククリーナの上面図。
【図２Ｂ】四角形メガソニッククリーナの上面図。
【図２Ｃ】ロッド形メガソニッククリーナの上面図。
【図３】本発明の一実施形態による、半導体基板とメガソニッククリーナとの間の境界面の断面の概略図。
【図４】本発明の一実施形態による、メガソニッククリーナのより詳細な概略図。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、局所加熱を提供するメガソニッククリーナの構成要素の概略図。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による、薄層炭化ケイ素（ＳｉＣ）被覆が上に配置された絶縁体を含むメガソニッククリーナ用の共振器の概略図。
【図６】本発明の一実施形態による、メガソニック共振器と半導体基板上に配置された液体との間に形成されたメニスカスの拡大概略図。
【図７】本発明の一実施形態による、レンズ効果を生成するために湾曲底面を有するメガソニッククリーナによって提供されるレンズ効果の断面概略図。
【図８】本発明の一実施形態による、局所加熱するように構成され、トランスデューサの過熱を防止する冷却ループを有するメガソニッククリーナの側面の概略図。
【図９】本発明の一実施形態による、メガソニック洗浄を介して半導体基板を洗浄するために実行される方法を例示するフローチャート。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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