(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
複数のドリップノズルを備え、
各ドリップノズルは、
第１端と、第２端と、これらの間に規定された通路と、
前記通路内に規定され、前記ドリップノズルの前記第１端に設けられたサファイアオリフィスであって、前記通路は、前記第１端と前記第２端との間で長手方向に延びる壁を有し、前記サファイアオリフィスは、前記壁が延びる前記長手方向に対して鋭角の角度をなすよう配置されており、前記サファイアオリフィスは、前記サファイアオリフィスの前記角度に合わせて配置された内側通路を有し、前記サファイアオリフィスの前記内側通路は、前記第２端に向かう方向において少なくとも２回前記壁で反射される流体ストリームを通過させ、反射された前記流体ストリームは、１以上の均一な液滴が前記通路の前記第２端から出ることを可能にする、サファイアオリフィスと、
を備える、ドリップマニホルド。
【請求項２】
請求項１記載のウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
前記ドリップマニホルドは、第１のブラシと第２のブラシとを有する洗浄ステーションに組み込まれており、
前記ドリップマニホルドは、前記第１のブラシの長さ全体に延びている、ドリップマニホルド。
【請求項３】
請求項２記載のウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
前記複数のドリップノズルのそれぞれは、互いに間隔を空けて設けられており、前記ドリップマニホルドの長さ全体に渡って分配されている、ドリップマニホルド。
【請求項４】
請求項１記載のウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
前記複数のドリップノズルのそれぞれの前記第１端は、前記ドリップマニホルドの内側領域に突出している、ドリップマニホルド。
【請求項５】
請求項４記載のウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
前記複数のドリップノズルのそれぞれの前記第２端は、前記ドリップマニホルドの外面を越えて延びている、ドリップマニホルド。
【請求項６】
請求項１記載のウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
前記第１端は、傾斜した壁を有しており、
前記傾斜壁は、挿入物としての前記サファイアオリフィスを収容するように構成されている、ドリップマニホルド。
【請求項７】
請求項１記載のウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
前記複数のノズルのそれぞれは、前記ドリップマニホルドへのねじ込みを可能にするネジ山を含む、ドリップマニホルド。
【請求項８】
請求項１記載のウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
前記複数のドリップノズルのそれぞれは、前記第２端にノズルヘッドを有している、ドリップマニホルド。
【請求項９】
請求項１記載のウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
前記ドリップノズルの前記第１端と前記第２端との間に規定された前記通路は、前記流体ストリームが前記均一な液滴を形成するまで反射される長さを規定する、ドリップマニホルド。
【請求項１０】
請求項１記載のウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
前記サファイアオリフィスの前記内面は、一端において、外側に向かって傾斜して傾斜面を規定しており、前記傾斜面は、前記ドリップノズルの前記第１端と前記第２端とによって規定される前記通路内に流体が供給されるように構成されている、ドリップマニホルド。
【請求項１１】
ウエハ洗浄装置であって、
第１のブラシと第２のブラシとを有する洗浄ステーションと、
第１のブラシの長さ全体に延びているドリップマニホルドと、
前記ドリップマニホルドに組み込まれた複数のドリップノズルであって、前記複数のドリップノズルのそれぞれは、互いに間隔を空けて設けられており、前記ドリップマニホルドの長さ全体に渡って分配されている、複数のドリップノズルと、を備え、
各ドリップノズルは、
第１端と、第２端と、これらの間に規定された通路と、
前記通路内に規定され、前記ドリップノズルの前記第１端に設けられたサファイアオリフィスであって、前記通路は、前記第１端と前記第２端との間で長手方向に延びる壁を有し、前記サファイアオリフィスは、前記壁が延びる前記長手方向に対して鋭角の角度をなすよう配置されており、前記サファイアオリフィスは、前記サファイアオリフィスの前記角度に合わせて配置された内側通路を有し、前記サファイアオリフィスの前記内側通路は、前記第２端に向かう方向において少なくとも２回前記壁で反射される流体ストリームを通過させ、反射された前記流体ストリームは、１以上の均一な液滴が前記第１のブラシの上で前記通路の前記第２端から出ることを可能にする、サファイアオリフィスと、
を備える、ウエハ洗浄装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のウエハ洗浄装置であって、
前記複数のドリップノズルのそれぞれの前記第１端は、前記ドリップマニホルドの内側領域に突出している、ウエハ洗浄装置。
【請求項１３】
請求項１２記載のウエハ洗浄装置であって、
前記複数のドリップノズルのそれぞれの前記第２端は、前記ドリップマニホルドの外面を越えて延びている、ウエハ洗浄装置。
【請求項１４】
請求項１１記載のウエハ洗浄装置であって、
前記第１端は、傾斜した壁を有しており、
前記傾斜壁は、挿入物としての前記サファイアオリフィスを収容するように構成されている、ウエハ洗浄装置。
【請求項１５】
請求項１１記載のウエハ洗浄装置であって、
前記複数のノズルのそれぞれは、前記ドリップマニホルドへのねじ込みを可能にするネジ山を含む、ウエハ洗浄装置。
【請求項１６】
請求項１１記載のウエハ洗浄装置であって、
前記複数のドリップノズルのそれぞれは、前記第２端にノズルヘッドを有している、ウエハ洗浄装置。
【請求項１７】
請求項１１記載のウエハ洗浄装置であって、
前記ドリップノズルの前記第１端と前記第２端との間に規定された前記通路は、前記流体ストリームが前記均一な液滴を形成するまで反射される長さを規定する、ウエハ洗浄装置。
【請求項１８】
請求項１１記載のウエハ洗浄装置であって、
前記サファイアオリフィスの前記内面は、一端において、外側に向かって傾斜して傾斜面を規定しており、前記傾斜面は、前記ドリップノズルの前記第１端と前記第２端とによって規定される前記通路内に流体が供給されるように構成されている、ウエハ洗浄装置。
【請求項１９】
ウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
複数のドリップノズルを備え、
各ドリップノズルは、
第１端と、第２端と、これらの間に規定された通路と、
前記通路内に規定され、前記ドリップノズルの前記第１端に設けられた挿入オリフィスであって、前記通路は、前記第１端と前記第２端との間で長手方向に延びる壁を有し、前記挿入オリフィスは、前記壁が延びる前記長手方向に対して鋭角の角度をなすよう配置されており、前記挿入オリフィスは、前記挿入オリフィスの前記角度に合わせて配置された内側通路を有し、前記挿入オリフィスの前記内側通路は、前記第２端に向かう方向において少なくとも２回前記壁で反射される流体ストリームを通過させ、反射された前記流体ストリームは、１以上の均一な液滴が前記通路の前記第２端から出ることを可能にする、挿入オリフィスと、
を備える、ドリップマニホルド。
【請求項２０】
請求項１９記載のウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
前記ドリップマニホルドは、第１のブラシと第２のブラシとを有する洗浄ステーションに組み込まれており、
前記ドリップマニホルドは、前記第１のブラシの長さ全体に延びている、ドリップマニホルド。
【請求項２１】
請求項２０記載のウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
前記複数のドリップノズルのそれぞれは、互いに間隔を空けて設けられており、前記ドリップマニホルドの長さ全体に渡って分配されている、ドリップマニホルド。
【請求項２２】
請求項１９記載のウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドであって、
前記挿入オリフィスは、サファイア材料または洗浄に適合する材料で作成されている、ドリップマニホルド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの洗浄に関し、特に、洗浄ブラシに流体を供給し、ウエハ洗浄のスループットおよび効率を向上させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップの製造プロセスでは、周知のように、ウエハの表面に不要な残留物が残るような製造工程の後に、ウエハを洗浄する必要がある。このような製造工程の例として、プラズマエッチング（例えば、タングステンエッチバック（ＷＥＢ））や化学機械研磨（ＣＭＰ）が挙げられる。不要な残留物や微粒子がウエハの表面上に在ると、後続の製造工程を行う際に、ウエハの表面上にスクラッチなどの欠陥が生じ、金属化された特徴部分間で不適切な相互作用を起こす可能性がある。場合によっては、このような欠陥が原因で、ウエハ上のデバイスが動作不能になることもある。動作不能なデバイスを有するウエハを廃棄するための過度なコストを削減するためには、不要な残留物をウエハの表面に残す製造工程の後に、適切にかつ効率良くウエハを洗浄する必要がある。
【０００３】
図１Ａは、ウエハ洗浄システム５０の上位の概略図である。洗浄システム５０は、通常、ロードステーション１０を備える。ロードステーション１０には、カセット１４に装填された複数のウエハが、システムを通り抜ける洗浄のために挿入される。複数のウエハがロードステーション１０に挿入されると、カセット１４から１つのウエハ１２が取り出され、第１のブラシステーション１６ａに搬送される。ここでは、ウエハは、選択された化学剤および水（例えば、脱イオン（ＤＩ）水）でスクラブ洗浄される。そして、ウエハ１２は、第２のブラシステーション１６ｂに搬送される。ブラシステーション１６内でスクラブ洗浄された後、ウエハは、スピン・リンス・ドライ（ＳＲＤ）ステーション２０に搬送される。ここでは、ウエハの表面に脱イオン水が噴射され、回転乾燥される。ＳＲＤステーション内のリンス工程では、ウエハは、毎分約１００回転以上の速度で回転する。ＳＲＤステーション２０を経たウエハは、アンロードステーション２２に搬送される。
【０００４】
図１Ｂは、ブラシステーション１６内で実行される洗浄プロセスの概略図である。ブラシステーション１６では、ウエハ１２は、その上面１２ａが上を向いた状態で、トップブラシ３０ａとボトムブラシ３０ｂとの間に挿入される。ウエハ１２は、ローラ（図示せず）と共に回転可能であり、回転ブラシ３０ａ，３０ｂは、ウエハ１２の上面および下面の全体を適切に洗浄することができる。下面の汚染純物が上面１２ａに移動する可能性があるため、特定の環境では、ウエハの下面も洗浄される。ウエハ１２の上面１２ａおよび裏面の双方を２つのブラシ３０でスクラブ洗浄する場合であっても、集積回路デバイスが製造されるのは上面１２ａであるため、トップブラシ３０ａでスクラブされる上面１２ａが主な洗浄対象面である。より効率良くウエハ１２を洗浄するために、洗浄溶液は、ドリップマニホルド１３ａを用いてトップブラシ３０ａ上に供給される。この例では、ドリップマニホルド１３ａがドリップ制御部１３に取り付けられ、ドリップ制御部１３は、さらに流体ソース２４に接続されている。流体ソース２４は、ドリップマニホルド１３ａに入る流体量を制御する流体制御部１３を介して、流体（例えば、任意の洗浄化学剤またはＤＩ水）をポンプで供給する。ドリップマニホルド１３ａは、流体制御部１３から流体を受け取った後、トップブラシ３０ａ上に不均一な液滴３２を吐出する。以下で説明するように、不均一な液滴３２は、洗浄工程に問題を引き起こすことが知られている。
【０００５】
図１Ｃは、図１Ｂに示す複数の要素の断面図である。ウエハ１２がボトムブラシ３０ｂ上に配置されると、ウエハ１２の上までトップブラシ３０ａが下げられる。ウエハ１２の上にトップブラシ３０ａが下げられると、ドリップ制御部１３は、トップブラシ３０ａ上に不均一な液滴を吐出するドリップマニホルド１３ａへ、流体を流し始める。このとき、ブラシ３０ａ，３０ｂの双方が回転して機械的なスクラブ動作が実現される。
【０００６】
図１Ｄは、図１Ｂに示すウエハ洗浄構造をより詳細に示す側面図である。一般に、ドリップマニホルド１３ａに供給された流体は、流体の「液滴」を、ブラシ３２ａの長さ全体に渡って均一に吐出することを理想とする。このため、流体は、通常、流速および圧力を減少させた状態で、ドリップマニホルド１３ａに導入される。これを実現するために、流体ソース２４は、ドリップ制御部１３を介して、洗浄液を供給する。ドリップ制御部１３は、ドリップマニホルド１３ａの近端３１ａに注入される流体量を調整する。ところが、近端３１ａに流入した流体は、遠端３１ｂでの速度よりも高い速度でドリップマニホルドから流出する傾向がある。流体の吐出に差が生じるのは、流体の大部分が、遠端３１ｂのドリップ穴に到達する前に、近端３１ａのドリップ穴から放出されるためである。仮に、ドリップマニホルド１３ａが完全に水平であるならば、吐出される近端の液滴３２ａの量は、遠端の液滴３２ｂの量よりも多い。従来技術では、より多くの流体が遠端３１ｂに到達できるように、ドリップマニホルド１３ａは、マニホルド角φ４２だけ僅かに下方に傾けられている。マニホルド角４２は、ドリップマニホルド１３ａの最適な角度を見出すことによって決定される。最適な角度では、近端３１ａおよび遠端３１ｂの双方で等量の液滴が生成される。マニホルド角４２は、ｙ軸４０ａおよびｘ軸４０ｂに関連して測定される。ドリップマニホルド１３ａが、トップブラシ３０ａ上に遠端の液滴３２ａおよび近端の液滴３２ｂを吐出すると、ブラシ３０が回転してウエハ１２をスクラブ洗浄する。
【０００７】
しかしながら、ドリップマニホルド１３ａを校正して正確な量の液体フローを生成するプロセスは、非常に時間が掛かり困難である。推量と試行錯誤とによって種々のマニホルド角φ４２を試し、洗浄液の最適な流速を見出さなければならない。最適な流速が見出された後でも、洗浄装置を別の位置に移動させる毎に、ドリップマニホルドを再校正する必要が生じる。これは、位置毎に（同室内の場所毎に）、床の角度が異なっているためである。したがって、洗浄装置を頻繁に移動させる場合には、定期的な再校正が必要となり、大きな時間のロスが生じ、ウエハ洗浄のスループットが減少する。また、ドリップマニホルドの些細な動きでマニホルド角φ４２が変化し得るため、洗浄装置の衝突または刺激によってドリップマニホルドが動くと、マニホルド角φ４２の維持に更なる問題が生じる。したがって、従来技術のドリップマニホルド１３ａは、望ましいまたは実用的な回数よりも遥かに頻繁に再校正される。
【０００８】
図１Ｅは、不均一な液滴３２をドリップ穴１３ｂから吐出するドリップマニホルド１３ａをより詳細に示す断面図である。ドリップ穴１３ｂは、通常、ドリップマニホルド１３ａに穴を開けることによって形成される。しかしながら、穴開けプロセスは、ドリップ穴１３ｂの中および周りに穴の削り屑１３ｃを残すことが知られている。これらの削り屑は、微粒子としてウエハに導びかれ、回路の損傷や、流体の流れの遅延の原因となり、この結果、ドリップマニホルド１３ａに沿って噴射される流体を不均一にする。穴の削り屑１３ｃおよび不均一な流体吐出を補償するために、流体は、通常、高圧および高流速でドリップマニホルド１３ａに送出される。これによって、ドリップマニホルド１３ａに沿ったすべてのドリップ穴１３ｂからの流体の分配が改善されると考えられている。しかしながら、この高圧の送出および流れは、結果として、高圧ジェット３２’を生じさせる傾向がある。
【０００９】
ドリップ穴１３ｂからの流体の分配は改善されるが、高圧ジェット３２’は、ブラシ３２ａの繊細な表面を損傷させる。比較的少数回の洗浄工程の後に、ブラシ３２ａが切断されたり擦り減ったりする場合もある。流体送出の流れおよび圧力を単に増大させる解決法を採用すると、不均一な流体送出を超える問題が起こる。
【００１０】
現行のドリップマニホルド１３ａに固有なこれらの問題に対処するために、ドリップ制御部１３の一部として圧力調整器、圧力計、流量計などのデバイスが使用されているが、過剰な噴射を阻止する試みとしては、大きな失敗であった。しかしながら、適切と思われるドリップ制御を実行しても、流体圧力に予期せぬ変動が生じ、結果として、トップブラシ３０ａおよび／またはウエハ１２を損傷させる高圧ジェット３２’を生じさせる。
【００１１】
上記のドリップマニホルドの使用は、かなり非効率的であることがわかる。このようなドリップマニホルドは、セットアップに時間が掛かり、ドリップマニホルドを最適なマニホルド角φ４２に維持するために多大な時間を必要とするという不利な面を有している。また、流体圧力の変動による流量変化の影響、および、穴の削り屑１３ｃに起因するブラシおよびウエハの損傷の可能性があるため、流体供給を注意深く監視する必要がある。すなわち、従来技術のドリップ機構を用いると、ウエハ洗浄のスループットの低下、および／または、ブラシおよびウエハの損傷が生じ得る。
【００１２】
以上から分かるように、洗浄液の滴下を改善することによって、および、ウエハ洗浄の効率およびアウトプットを高めることによって、従来技術の問題を解消することができるドリップマニホルドが必要とされている。
【００１３】
【発明の概要】
本発明は、ウエハ洗浄システムのブラシに均一に化学剤を送出する改良方法を提供することによって、上記のニーズを満たすものである。なお、本発明は、プロセス、装置、システム、デバイス、方法を含む種々の態様で実現可能である。以下では、本発明の実施形態をいくつか取り上げて説明する。
【００１４】
一実施形態では、ウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドが開示される。ドリップマニホルドは、ドリップマニホルドに固定された複数のドリップノズルを有している。複数のドリップノズルのそれぞれは、第１端と第２端との間に規定された通路を有している。サファイアオリフィスは、通路内に規定されており、ドリップノズルの第１端に設けられている。サファイアオリフィスは、通路内に入る流体ストリームを生成するために傾斜しており、流体ストリームは、ブラシの上方に１以上の均一な液滴を形成するように第２端に向かって反射される。
【００１５】
別の実施形態では、ウエハ洗浄工程で使用されるドリップマニホルドが開示される。第１のブラシと第２のブラシとを有する洗浄ステーションが準備される。ドリップマニホルドは、第１のブラシの長さ全体に延びている。ドリップマニホルドには、複数のドリップノズルが固定されている。複数のドリップノズルのそれぞれは、互いに間隔を空けて設けられており、ドリップマニホルドの長さ全体に渡って分配されている。各ドリップノズルは、第１端と第２端との間に規定された通路を有している。サファイアオリフィスは、通路内に規定されており、ドリップノズルの第１端に設けられている。サファイアオリフィスは、通路内に入る流体ストリームを生成するために傾斜しており、流体ストリームは、第１のブラシの上方に１以上の均一な液滴を形成するように第２端に向かって反射される。
【００１６】
さらに別の実施形態では、ウエハ洗浄工程で使用されるドリップノズルを作成する方法が開示される。方法は、第１端と第２端とを有する管状部分を生成する工程を含む。方法は、さらに、第１端と第２端との間に通路を規定する工程と、管状部分の通路の第１端にサファイアオリフィスを挿入する工程を含む。ドリップノズルを作成する方法は、また、サファイアオリフィスを特定の角度で傾斜した状態で通路内に挿入し、その角度を、流体フローが第１端からサファイアオリフィスを介して管状部分の通路に導入され、１以上の均一な液滴として第２端から出るように、構成する工程を含む。
【００１７】
本発明によって種々の効果が得られる。代表的には、均一な液滴を安定して滴下させるドリップマニホルドを設計することによって、ウエハ洗浄の効率およびスループットを改善できる。特許請求の範囲に記載された発明は、ブラシおよび／またはウエハの損傷などの問題を誘起する洗浄化学剤の流量の変動を排除できる。
【００１８】
本発明のドリップマニホルドは、洗浄液を適切に供給できるように、特定のマニホルド角で配置する必要がない。この提案によって、最適なマニホルド角を取得および維持するために、ドリップマニホルドシステムの再校正を行う必要性が排除される。この特徴は、ドリップマニホルドの維持に費やされる時間を減らし、ウエハ洗浄のスループットを高めることを可能にする。さらに、このドリップマニホルドは、流体圧力の小さな変化で生じる滴下洗浄液の変動を排除する。さらに、ドリップノズルの設計に起因して、穴の削り屑によって通常生じる流量の変化も排除される。したがって、ドリップマニホルドは、ウエハ洗浄プロセスにおいて好ましいタイプの滴下を容易に生成および維持できる新しいドリップシステムを可能にする。
【００１９】
本発明の原理を例示す添付図面と関連付けながら行う以下の詳細な説明によって、本発明のその他の態様および利点がより明らかになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明による方法およびシステムは、ウエハ洗浄システムのブラシ上に均一に化学剤を送出するための改良された方法を提供する。以下の説明では、本発明の完全な理解のために、多くの特定項目が説明されている。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの特定項目の一部またはすべてを省略しても実施可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知のプロセスの説明は省略されている。
【００２１】
図２Ａおよび図２Ｂは、洗浄システム１２０の側面と上面とをそれぞれ示す図である。洗浄システム１２０は、通常、入力ステーション１００を備えている。入力ステーション１００には、システムを通り抜ける洗浄のために複数のウエハが挿入される。ウエハ１２が入力ステーション１００の中に挿入されると、ウエハ１２は入力ステーション１００から取り出され、第１のブラシステーション１０２ａ内に搬送される。ここでは、選択された化学剤および水（例えば脱イオン水）を用いてスクラブ洗浄される。この後、ウエハ１２は、第２のブラシステーション１０２ｂに搬送される。２つのブラシステーションには、本発明によるドリップノズルを含むドリップマニホルドが収容されている。以下では、ドリップマニホルドおよびドリップノズルの特徴に関して詳細に説明する。
【００２２】
ウエハ１２は、２つのブラシステーション１０２内でスクラブ洗浄された後、スピン・リンス・ドライ（ＳＲＤ）ステーション１０４に搬送される。ここでは、ウエハの表面に脱イオン水が噴射され、回転乾燥される。ＳＲＤステーション１０４を経たウエハは、出力ステーション１０６に搬送される。洗浄システム１２０は、システムエレクトロニクス１０８によってプログラムされ、制御されるように構成されている。もちろん、この洗浄システムは、単なる例示であり、本発明は、ドリップマニホルドに結合されたブラシ技術を利用するあらゆるタイプの洗浄システムに適用可能である。例えば、システムは、ウエハを水平方向または垂直方向にスクラブ洗浄するための独立型のブラシステーションであってもよいし、あるいは、化学機械研磨（ＣＭＰ）システムと洗浄システムとを組み合わせたものの一部であってもよい。
【００２３】
図３Ａは、本発明の一実施形態に従ったドリップノズル２００の断面図である。ドリップノズル２００は、より均一な液滴をより安定に滴下させるように構成されている。
【００２４】
一実施形態において、ドリップノズル２００は、第１端２０１ａと第２端２０１ｂとを有している。ドリップノズル２００は、ノズルヘッド２００ｃに接続された管状部分２０１ｃを有している。ドリップノズル２００は、流体が通る通路を第１端２０１ａと第２端２０１ｂとの間に含んでいる。通路２０５は、一般に、内面２００’を有する円柱形状で規定される。一実施形態において、ドリップノズル２００の第１端２０１ａは、傾斜した壁２００ａを有していることが好ましい。なお、傾斜壁２００ａの傾斜角は、流体フローの要求または他の校正パラメータに応じて変更可能である。また、ドリップノズル２００は、ノズル外壁２００ｂを有している。ドリップノズル２００を（以下で示すように）ドリップマニホルドに固定するために、ノズル外壁は、ネジ山（図示せず）を有していることが好ましい。
【００２５】
一実施形態では、サファイアオリフィス２０２は、第１端２０１ａにおいて、傾斜壁２００ａに挿入されることが好ましい。別の実施形態では、サファイアオリフィスは、充分に硬く、かつ、洗浄溶液に適合する任意の適切な材料で作成される。このため、サファイアオリフィスは、挿入オリフィスを規定する任意の材料で作成可能である。通路２００”は、傾斜壁２００ａで傾斜しているため、サファイアオリフィス２０２も通路２００”に適合するように傾斜している。したがって、サファイアオリフィス２０２は、通路２０５内で傾斜通路を規定するオリフィス内面２０２’を含む。この傾斜通路は、ドリップノズル内面２００’のストリーム接触面２０６に向かう傾斜した流体ストリームを形成するのに役立つ。
【００２６】
代表的な実施形態では、サファイアが使用されているが、種々の洗浄液に適合する材料などの他の材料を使用してもよい。洗浄液は、塩基性溶液や、酸性溶液（例えばＨＦ）、他の流体を含んでいてもよい。サファイア材料は、厳しい許容誤差で規定される通路（例えば穴）とともに規定され得る。形成された通路は、非常に滑らかで遮るもののない表面（例えば平滑面）を有する。さらに、当業者に分かるように、サファイアオリフィス２０２は、ドリップノズルの内面２００’に向けられた流体の傾斜ストリームが最終的に生成される限り、異なる配置も可能である。
【００２７】
オリフィス入力流体２０４’は、まず、ドリップノズル２００に入り、サファイアオリフィス２０２内を進む。サファイアオリフィス２０２から出てドリップノズル２００の内側通路２０５に入った傾斜ストリームは、広がり始める。傾斜ストリームは、ストリーム境界２０６ａとストリーム境界２０６ｂとによって規定されている。そして、この初期ストリームは、ドリップノズル内面２００’の一部であるストリーム接触面２０６に衝突する。初期ストリームは特定の角度でストリーム接触面２０６に衝突するため、初期ストリームは、ストリーム接触面２０６で反射し、ドリップノズル２００の第２端２０１ｂに向けて傾斜する。この反射によって、初期ストリームは失速して広がり、スプレー境界２０８ａとスプレー境界２０８ｂとを有する第１の反射スプレーを形成する。この広がりによって、境界２０８ａ，２０８ｂを有する第１の反射スプレーの一部は、境界２０６ａ，２０６ｂを有する入射初期ストリームの一部と接触する。この接触は、初期ストリームと第１の反射スプレーとの双方を減速させるのに役立つ。
【００２８】
次に、第１の反射スプレーは、スプレー接触面２０８に衝突する。このとき、第１の反射スプレーは既に広がっているため、スプレー接触面２０８はスプレー接触面２０６よりも大きな面積を有する。この接触によって、第１の反射スプレーは、ドリップノズル２００の第２端２０１ｂに向けて再び反射される。この反射によって、第１の反射スプレーは失速し、より低速の第２の反射スプレーが生成される。この失速は、スプレー境界をさらに広げ、スプレー境界２１０ａおよびスプレー境界２１０ｂを形成する。第２の反射スプレーが広がると、入射する第１の反射スプレーと接触する。この接触は、第１の反射スプレーと第２の反射スプレーとの双方をさらに減速させる。
【００２９】
次に、第２の反射スプレーは、スプレー接触面２１０と接触する。繰り返すが、スプレーは進行中に広がるため、スプレー接触面２１０はスプレー接触面２０８よりも大きい。この接触によって、スプレーは、ドリップノズル２００の第２端２０１ｂに向けて特定の角度で再び反射され、第３の反射スプレーが生成される。この反射によって、スプレーは再び減速し、さらに広がる。この広がりは、スプレー境界２１２ａおよびスプレー境界２１２ｂを形成する。さらに、このスプレーの広がりによって、第３の反射スプレーは、入射する第２の反射スプレーと接触する。この接触によって、第２の反射スプレーと第３の反射スプレーとの双方が減速する。
【００３０】
各スプレー反射は流体を減速させる。これらのスプレー反射は、第２端２０１ｂのノズルヘッド２００ｃの周辺部に流体が到達するまで続く。このとき、流体は大幅に減速されている。この減速は、ドリップノズル２００の第２端２０１ｂに向かって液体を蓄積させ、第１端２０１ａの方向への逆向きの力２０７を生じさせる。逆向きの力２０７の発生は、ドリップノズル２００の通路２０５を進行する流体をさらに減速させるのに役立つ。この結果、ノズルヘッド２００ｃの開口部で均一な液滴がゆっくりと形成され、制御された安定した均一な滴下動作が実現される。
【００３１】
この例において、ドリップノズルヘッド２００ｃは、ノズル外壁２００ｂよりも大きな外周を有するように構成されている。また、ノズルヘッド２００ｃは、ドリップノズル２００の表面２００ｃ’で制御され、均一な液滴の生成がさらに支援されることが好ましい。例えば、直径Ｄ２６３は、均一な液滴がノズルヘッド２００ｃに付着する面積を規定することによって、均一な液滴の形成に寄与している。均一な液滴は、その質量によって表面２００ｃ’から分離されるまで大きくなる。また、角度θ２６５は、流体がノズルを上向きに移動するのを阻止することによって、均一な液滴の形成に寄与している。なお、ドリップノズルは、同様の液滴を生成するために種々の形状およびサイズで構成可能である。さらに、ドリップノズル２００は、ドリップノズルヘッド２００ｃを伴わずに作成可能である。ドリップノズル２００の実際の形状は、主として、流体の粘性と、滴下速度と、ノズルが装着される環境と、に依存する。また、ドリップノズル２００は、テフロン（登録商標）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの流体化学剤に適合する材料で作成されることが好ましい。ＰＥＴ材料は、純度が高く、比較的加工が容易であるものとして知られている。一実施形態では、ドリップノズル２００の長さＬ２６０は、約０．０２インチから約１インチまでの範囲で変更可能であり、約０．４３７インチの長さが好ましい。寸法は、一般に、ドリップノズル内面２００’で１回以上のスプレー反射が実現される任意の長さに変更可能である。これは、より均一な液滴の形成を保証するものである。この実施形態では、ドリップノズル２００の通路の直径Ｄ２６２は、約０．０２インチから約０．１インチまでの範囲に設定でき、さらに好ましくは約０．０６２インチである。もちろん、この寸法は、粘性および所望の流体フローに依存して変更可能である。さらに、サファイアオリフィスは、オリフィス内面２００”に挿入されたときに、傾斜していることが好ましい。この角度は、広い範囲で変更可能である。例えば、角度θ２６４は約１５度から約７５度までの範囲に設定でき、約４５度に設定されるのが好ましい。一般に、ドリップノズル内面２００’で１回以上のスプレー反射が生じるためには、いくらかの傾斜が必要である。
【００３２】
図３Ｂは、本発明の別の実施形態に従ったドリップマニホルド２２０の断面図である。この実施形態において、ドリップマニホルド２２０は、マニホルド内面２２０ａとマニホルド外面２２０ｂとを有している。ドリップノズル２００は、ネジ山２００ｄによってドリップマニホルド２２０に固定されている。ドリップノズル２００は、ドリップノズル２００をドリップマニホルド２２０に圧入するなどの他の種々の方法でドリップマニホルド２２０に固定されていてもよい。一実施形態では、ドリップノズル２００は、第１端２０１ａがドリップマニホルド２２０の内側領域２０３に突出するように配置されていることが好ましい。ドリップマニホルドの内部は、約０．２５０インチから約１．００インチまでの範囲内の任意の適切な直径を有することができ、好ましくは約０．３７５インチである。ドリップノズル２００を内側領域２０３内に到達させることによって、オリフィス表面２０２’によって規定される穴が、削り屑２２０ｃ（穴開けによって生じる）で詰まるのを抑制できる。ドリップマニホルド２２０の内側領域２０３は、マニホルド内面２２０ａによって規定される円柱形状であることが好ましい。洗浄液がドリップマニホルド２２０内にポンプで供給されると、内側領域２０３はマニホルド流体２０４で満たされる。マニホルド流体２０４の一部は、オリフィス入力流体２０４’として、サファイアオリフィス２０２に入る。そして、オリフィス入力流体２０４’は、図３Ａで説明した多数回の反射を経て、均一な液滴２０４ａが、ノズルヘッド２００ｃから放出される。もちろん、実際のドリップマニホルドには、後述するように、複数のドリップノズル２００が設けられている。
【００３３】
図３Ｃは、サファイアオリフィス２０２の分解図である。この実施形態では、サファイアオリフィス２０２は、一般に円柱形状として規定されるオリフィス内面２０２’を含んでいる。サファイアオリフィス２０２の一端において、内面２０２’は外側に向かって傾斜しており、傾斜面２０２”を規定する。傾斜面２０２”は、ドリップノズル２００の通路２０５に流体を供給するように構成されている。したがって、作動時において、オリフィス入力流体２０４’はサファイアオリフィス２０２に入り、ストリーム境界２０６ａ，２０６ｂによって規定される状態で一方の側から出る。一実施形態では、サファイアオリフィス２０２の外径Ｄ２６６は、約０．０８７インチであることが好ましい。なお、オリフィス内面２０２’の直径は、必要に応じて種々の流速を生じさせるように、変更可能である。オリフィス内面２０２’の寸法は、所望の許容誤差で厳密に制御されるため、特定のサイズを有するサファイアオリフィス２０２の大部分は、ほぼ同じである。好ましい一実施形態において、オリフィス内面２０２’は、約０．０１０の直径を有している。サファイアオリフィス２０２の長さＬ２６８は、この例では約０．０４７インチである。もちろん、長さＬ２６８は、所望の滴下特性に依存して変更可能である。図３Ｄは、代替のオリフィス２０２”を示す図である。
【００３４】
この実施形態でも、代替のオリフィス２０２”はサファイア材料で形成されることが好ましい。代替のオリフィス２０２”のオリフィス内面２０２’は、一定の形状を維持しており、ドリップノズル２００の通路２０５に対して外側に向かって傾斜していない。一実施形態において、代替のオリフィス２０２”の直径Ｄ２６６は、やはり約０．０８７インチである。なお、オリフィス内面２０２’の直径は、必要に応じて種々の流速を生じさせるように、変更可能である。オリフィス内表２０２’の寸法は、所望の許容誤差で厳密に制御されるため、特定のサイズを有するサファイアオリフィス２０２”の大部分は、ほぼ同じである。さらに別の実施形態では、代替のオリフィス２０２”の長さＬ２６８は、約０．０４７インチであることが好ましい。代替のオリフィス２０２”の長さＬ２６８は、所望の滴下特性に依存して変更可能である。オリフィス入力流体２０４’は、代替のオリフィス２０２”に入り、ストリーム境界２０６ａ，２０６ｂによって規定される状態で他方の側から出る。前述したように、サファイアオリフィス２０２および代替のオリフィス２０２”は、種々の洗浄液に適合し、かつ、正確な許容誤差で規定され、かつ、形成後に平滑面が得られる他の材料で作成されていてもよい。平滑面は、流体の入口点をより均一に作成することを可能とし、ドリップマニホルド２２０に組み込まれる各ドリップノズル２００からの液滴をより制御されたものにする。
【００３５】
図４は、複数のドリップノズル２００を有するドリップマニホルド２２０を本発明の一実施形態に従って示す側面図である。この実施形態において、流体ソース２５８は、管材２５２によって圧力調整器２５６に接続されている。そして、管材２５２の一部には、圧力計２５４が取り付けられている。管材２５２は、圧力調整器２５６をドリップマニホルド２２０の一端に接続している。図３Ｂで説明したように、ドリップマニホルド２２０には、複数のドリップノズル２００が固定されている。一実施形態では、ドリップマニホルド２２０は、テフロン（登録商標）材料または洗浄化学剤に適合する他の任意の材料で作成されており、円筒形の構造であることが好ましい。
【００３６】
この実施形態では、流体ソース２５８は、圧力調整器２５６に流体を供給する。圧力調整器２５６では、ドリップマニホルドに導かれる流体の圧力が制御される。圧力計２５４は、管材２５２中の流体圧力を監視する。圧力調整器２５６と圧力計２５４との双方を使用することによって、洗浄液の流体圧力（およびその結果として生じる滴下）が制御される。流体は、管材２５２を経て、ドリップマニホルド２２０に入る。流体がドリップマニホルド２２０内に入ると、圧流が複数のドリップノズル２００に等しく流れ込む。ドリップマニホルド２２０は圧流で満たされるため、すべてのドリップノズル２００に入る流体の流れは実質的に等しい。前述したように、流体がドリップノズル２００を通過すると、均一な液滴２０４ａが、制御された一定の速度でドリップノズル２００から滴下する。ドリップマニホルド２２０からの流体フローは、圧力計２５４および圧力調整器２５６だけを用いて調整可能であり、流量計または追加のハードウェアを実装する必要はない。
【００３７】
図５は、複数のドリップノズル２００を有するドリップマニホルド２２０を用いた洗浄システムを、本発明の一実施形態に従って示す図である。管材２５２は、ドリップマニホルド２２０の一端に接続されている。一実施形態では、ドリップマニホルド２２０は、洗浄液がトップブラシ３０ａ上に滴下されるように、トップブラシ３０ａの上方に配置されることが好ましい。なお、ドリップマニホルド２２０は、トップブラシ３０ａ（またはドリップマニホルド２２０の下方に配置された任意の他のブラシ）に対して安定した洗浄液の供給を可能にする任意の位置に設けられていればよい。ウエハ１２は、ボトムブラシ３０ｂ上、かつ、トップブラシ３０ａの下方に配置される。管材２５２は、ドリップマニホルド２２０内に流体を移送する。流体は、ドリップノズル２００を通って、均一な液滴２０４ａの形態で放出される。均一な液滴２０４ａが一定の速度でトップブラシ３０ａに供給されると、ブラシ３０が回転して、ウエハ１２をスクラブ洗浄する。ドリップマニホルド２２０は、正確な量の洗浄液を所望の速度で正確にトップブラシ３０ａに供給し、この結果、ウエハ１２の最適な洗浄を行うことが可能となる。
【００３８】
以上では、幾つかの好ましい実施形態に関連して本発明の説明を行ったが、当業者ならば、発明の詳細な説明および添付の図面を参照することによって、様々な代替の形態、追加、変更、および等価の形態を実現できる。したがって、本発明は、このような代替の形態、追加、変更、および等価の形態の全てを、発明の真の趣旨および特許請求の範囲の範囲内に含む。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付の図面に関連する詳細な説明から容易に理解される。説明を容易にするため、同様の参照符号は同様の構成要素を示す。
【図１Ａ】  ウエハ洗浄システムの上位の概略図である。
【図１Ｂ】  ブラシステーション内で実行される洗浄プロセスの概略図である。
【図１Ｃ】  図１Ｂに示す複数の要素の断面図である。
【図１Ｄ】  図１Ｂに示すウエハ洗浄構造をより詳細に示す側面図である。
【図１Ｅ】  不均一な液滴を穴から吐出するドリップマニホルドをより詳細に示す断面図である。
【図２Ａ】  本発明の一実施形態に従ったウエハ洗浄システムを示す側面図である。
【図２Ｂ】  本発明の一実施形態に従ったウエハ洗浄システムを示す上面図である。
【図３Ａ】  本発明の一実施形態に従ったドリップノズルの断面図である。
【図３Ｂ】  本発明の別の実施形態に従ったドリップマニホルドの断面図である。
【図３Ｃ】  本発明の一実施形態に従ったサファイアオリフィスマニホルドの分解図である。
【図３Ｄ】  本発明の一実施形態に従った代替のオリフィスを示す図である。
【図４】  複数のドリップノズルを有するドリップマニホルドを、本発明の一実施形態に従って示す側面図である。
【図５】  複数のドリップノズルを有するドリップマニホルドを用いた洗浄システムを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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