(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基材の表面を洗浄及び調整するための装置であって、
半導体基材を支持するチャックと、
前記チャックを軸回りに回転駆動する第１の回転手段と、
チャンバー本体と、
洗浄液を噴出する少なくとも１つのノズルと、
少なくとも１つのドレン排出口を有する内部トレイと、
少なくとも１つのドレン排出口を有する外部収集体と、
洗浄液を分離して、前記内部トレイ又は前記外部収集体に当該洗浄液を導く可動のシュラウドと、
前記内部トレイを軸回りに回転駆動する第２の回転手段と、
前記内部トレイの下方に配置される、少なくとも１つの洗浄液の受容器と、
を備え、
前記洗浄液の受容器は、前記内部トレイを回転することによって前記内部トレイの前記ドレン排出口と直線状に並ばせることができる、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記シュラウドが、前記内部トレイの上方に配置され、アクチュエータによって垂直方向に上下する、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
前記シュラウドが、セラミクス、テフロン（登録商標）、Ｐｅｅｋ、ＰＶＤＦのいずれか１つから形成されている、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、
更に、前記内部トレイを、前記半導体基材を搬入又は搬出する前記チャックの第１の位置に下降させ、洗浄又は調整工程を実行する第２の位置に上昇させる駆動手段を備える、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、
前記内部トレイが、セラミクス、テフロン（登録商標）、Ｐｅｅｋ、ＰＶＤＦのいずれか１つから形成されている、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、
前記チャックは、垂直に移動するディスクを有し、
前記ディスクは、前記半導体基材を搬入又は搬出する第１の位置に移動し、そして、前記半導体基材を前記チャックに載置する第２の位置に移動する、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、
前記半導体基材を搬入又は搬出する第１の位置と、洗浄又は調整工程を実行する第２の位置とに、前記チャックを移動させる垂直方向の移動機構を備える、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、
前記内部トレイが、その表面から使用された洗浄液を取り除く少なくとも１つの窒素ノズルを備えている、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、
前記内部トレイが、内側の環状羽根部と、外側の環状羽根部とを有している、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置において、
前記ドレン排出口を開閉するために、前記内部トレイの前記ドレン排出口の下に配置された空気で膨張するシールを備える、装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置において、
ドレン排出口と受容器の間に配置された空気で膨張するドーナツ形状のシールを備える、装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、
前記ドレン排出口が、使用された洗浄水を前記内部トレイから吸引するポンプを備える、装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、
前記ポンプが、加圧ガス駆動のＶｅｎｔｕｒａポンプである、装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置において、
前記内部トレイの外側に前記外部収集体が配置されている、装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置において、
前記内部トレイ及び前記外部収集体の一部の上方に前記可動のシュラウドが配置されている、装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の装置において、
前記外部収集体は、可動の収集体であり、前記内部トレイの外側に配置されたアクチュエータによって駆動され、
前記アクチュエータは、前記外部収集体を、前記半導体基材を搬入又は搬出する前記チャックの第１の位置へ降下させ、前記半導体基材を洗浄又は調整する間は第２の位置に上昇させる、装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置において、
使用した洗浄液を前記外部収集体に導き、そして、使用された洗浄液が前記内部トレイのドレン排出口に流入するのを防ぐために、前記シュラウドを備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハのウェットクリーニング及びコンディショニングのための方法及び装置に関し、特には、洗浄液間の相互汚染を最小限に抑制しながら洗浄液を再利用あるいは再生するために、ドレン排出口が連結されたトレイを用いて、分けられたリターン配管に多数の洗浄液を分配する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、トランジスタや接続部材を作るために、多数の異なった処理工程を用いて半導体ウエハから製造あるいは組み立てられる。半導体ウエハを伴ったトランジスタ端子と電気的に接続するために、伝導性の溝やＶｉａ等（例えば、金属）が、半導体デバイスの一部として誘電性の部材中に形成されている。この溝やＶｉａは、トランジスタや半導体デバイスの内部回路、半導体デバイスに対する外部回路との間において電気信号や電力をつないている。
【０００３】
接続部材を形成する際には、半導体ウエハは、例えば、マスキングやエッチング、デポジション法を経て、半導体トランジスタやそのような半導体端子と接続される所望の電気回路素子が形成される。特に、多数のマスキングやイオン注入、アニーリング、プラズマエッチング、化学的又は物理的蒸着が行われ、浅溝やトランジスタ穴、ゲート、ポリシリコン線、接続線構造物が形成される。いずれの工程においても、ウエハの前後面に粒子や汚染物質が付着する。
【０００４】
これら粒子や汚染物質は、ウエハの欠陥を招き、結果としてＩＣデバイスの収率を低下させる。粒子や汚染物質を除去するために、ウエットベンチ設備が長年用いられている。ウエットベンチ設備では、連続処理の過程で対向するウエットバスにおいて１バッチのウエハ（通常２５枚のウエハ）が同時に処理される。２つのバスの間において、処理されたウエハのバッチは前段のバスの洗浄液の残りを除去するためにリンスされる。ウエットベンチ設備では、ウエハの間に分かれた洗浄液の流速は比較的低いため、洗浄効果、特に微小粒子に対する洗浄効果は限られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ウエハのバッチを一方のバスから他方のバスに移す待ち行列時間は、各洗浄工程の時間要求が異なっているため、制御するのが難しく、高度な処理変化は避けられない。その上、バッチ処理には、同じバス中でのウエハ間の相互汚染が内在している。ウエハのサイズが３００ｍｍまで大きくなり、製造技術の節点が６５ｎｍかそれを越えるまで進歩するようになると、従来のウエットベンチの方法は、もはや、ウエハから粒子や汚染物質を効果的かつ安定して洗浄できるものではなくなるであろう。
【０００６】
シングルウエハ洗浄装置は、代替案となり得る。シングルウエハ洗浄装置は、洗浄モジュールにおいて一度に１枚のウエハを処理しており、その表面に複数の洗浄液を連続的に噴射し、洗浄液間のリンスには脱イオン（ＤＩ）水を用いている。シングルウエハ処理は、ウエハの交換や洗浄液の処置時間が正確に制御でき、ウエハ間の相互汚染が排除できる利点を与える。洗浄液を節約し、化学処理に費やすコストを削減するために、洗浄液は、再生あるいは再利用するのが好ましい。
【０００７】
しかしながら、全ての洗浄工程は１つの洗浄チャンバー内で実行されるので、それは、百万分の１（ｐｐｍ）レベルでの相互汚染無しにこれら洗浄液を再生あるいは再利用することの挑戦である。相互汚染が少なくなれば、洗浄過程におけるその影響も小さくなり、洗浄液の利用期間も長くなる。
【０００８】
化学的な相互汚染を軽減するために、確実で正確に制御された洗浄液の再利用又は再生方法を有し、その結果、再利用されるか再生される洗浄液の利用期間を延ばすことが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの実施形態では、ドレン排出口を有する、回転トレイを備えた洗浄チャンバーが開示されている。このトレイは、モータにより、その中心軸回りに回転するので、その回転トレイの下に位置する所定の受容器へドレン排出口を移動させることができる。所定の受容器の直上に排出口を位置決めすることにより、トレイによって集められた洗浄液を所定の受容器に導くことができる。
【００１０】
本発明の別の実施形態では、洗浄液を集める複数の受容器を有する、トレイを備えた洗浄チャンバーが開示されている。このトレイは、モータによってその中心軸回りに回転するので、チャンバーのドレン排出口は、トレイの各々の受容器の上に選択的に並ぶ。チャンバーのドレン排出口の直下に受容器を位置決めすることにより、洗浄チャンバーによって集められた洗浄液を所定の受容器に導くことができる。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、洗浄液を集める複数の受容器を有する、トレイを備えた洗浄チャンバーが開示されている。このトレイは、並進運動機構により側方に移動するので、トレイの各々の受容器の上にチャンバーのドレン排出口を選択的に並ばせることができる。チャンバーのドレン排出口の直下に受容器を位置決めすることにより、洗浄チャンバーによって集められた洗浄液を受容器に導くことができる。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、迅速な投棄性能を有するドレン排出口が開示されている。ドレン排出口と受容器との間のスペースは空気で脹らませたシールによってシールすることができ、トレイ内のリンス水は、受容器に接続されたポンプによって直ちに排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】１Ａ、１Ｂは、ウエハ洗浄装置を例示した図である。
【図２】１Ｃ，１Ｄは、ウエハ洗浄装置を例示した図である。
【図３】ウエハ洗浄装置を例示した図である（１Ｅ）。
【図４】ウエハ洗浄装置を例示した図である（１Ｆ）。
【図５】２Ａ，２Ｂは、他のウエハ洗浄処理を例示した図である。
【図６】ウエハ洗浄装置のトレイを示す図である（３Ａ）。
【図７】ウエハ洗浄装置のトレイを示す図である（３Ｂ）。
【図８】４Ａ、４Ｂは、ウエハ洗浄装置における空気で膨張するシールを示す図である。
【図９】４Ｃ，４Ｄは、ウエハ洗浄装置におけるトレイを示す図である。
【図１０】ウエハ洗浄装置におけるシミュレーション結果を示す図である（４Ｅ）。
【図１１】５Ａ，５Ｂは、ウエハ洗浄装置における他のトレイやシールを示す図である。
【図１２】５Ｃ，５Ｄは、ウエハ洗浄装置における他のトレイやシールを示す図である。
【図１３】６Ａ，６Ｂは、他のウエハ洗浄装置を示す図である。
【図１４】７Ａ，７Ｂは、他のウエハ洗浄装置を示す図である。
【図１５】８Ａ，８Ｂは、他のウエハ洗浄装置を示す図である。
【図１６】他のウエハ洗浄装置を示す図である（８Ｃ）。
【図１７】９Ａ，９Ｂは、他のウエハ洗浄装置を示す図である。
【図１８】１０Ａ、１０Ｂは、他のウエハ洗浄装置を示す図である。
【図１９】１１Ａ，１１Ｂは、他のウエハ洗浄装置を示す図である。
【図２０】１２Ａ，１２Ｂは、他のウエハ洗浄装置を示す図である。
【図２１】１３Ａ，１３Ｂは、他のウエハ洗浄装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、多くの異なった形態の具体例が可能であるが、本開示は、発明の本質についての例示として考えられ、例示された特別な実施形態に発明を限定するものではないという了解の下、ここでは特別の実施形態を図面において示すとともに、以下において詳細に記載する。
【００１５】
半導体基材の表面は、洗浄された後、特別な性質に調整することがしばしば望まれる。例えば、誘電層や金属層に対する次の化学的機械的な磨き洗浄の間、その表面は親水性に改質される。表面の状態を整える薬剤がしばしば洗浄液に加えられるので、洗浄と表面調整の両方を１つの処理工程で達成することができる。
【００１６】
本発明では、半導体基材の表面の洗浄と調整とが、１つの混合溶液か、あるいは分けられた複数の溶液のいずれかによって行うことができる。次のパラグラフでは、「洗浄液」の用語は、表面から物質を除去する効果、所望する性質に表面を調整する効果あるいはこれら双方の効果を導く液又は液混合物に関して用いられる。
【００１７】
図１、図２、図３の１Ａ〜１Ｅに、本発明における半導体基材や回転可能なトレイを用いたウエハ洗浄装置の実施形態を詳細に例示する。
【００１８】
ウエハ洗浄装置は、第１の回転駆動機構１０１６によって回転されるウエハチャック１０００と、チャンバー１００２と、第２の回転駆動機構１０１８によって回転される、ドレン排出口１００９を有するトレイ１００８と、回転するウエハ１００１から飛び出す使用された洗浄液を途中で捕らえてトレイ１００８に導くシュラウド１００６と、複数の洗浄液の受容器１０１４と、シュラウド１００６を上下に駆動するアクチュエータ１０２０と、を備えている。
【００１９】
洗浄液の受容器１０１４と、トレイ１００８のドレン排出口１００９とは、トレイ１００８を回転することによって一直線状に並べることができる。チャンバー１００２は、廃棄する洗浄液を放出する放出口１０１０を有している。図の１Ａに示す半導体基材の洗浄装置には、限定するものではないが、洗浄液を噴射するノズル１００３が備えられている。
【００２０】
トレイ１００８は、使用された洗浄液又は集めるべきその一部を途中で捕らえるように形成されていて、図の１Ａ〜１Ｅに示すシュラウド１００６は選択可能であると理解されるべきである。別の実施形態では、トレイ１００８とチャック１０００は、同軸あるいは２つの異なった軸それぞれの回りを回転し、アクチュエータ１０２０はシリンダとすることができる。また別の実施形態では、半導体基材の洗浄装置は、ただ１種の洗浄液を再利用又は再生するために１つの洗浄液受容器１０１４を備えている。
【００２１】
図の１Ａ〜１Ｅに示す洗浄装置を用いてウエハ１００１を洗浄する全洗浄工程には、次の工程が含まれている。
【００２２】
半導体基材１００１をロボットによってチャック１０００の上に搬入する工程や、少なくとも１種の洗浄液を用いて少なくとも１回の洗浄サイクルを実行する工程、半導体基材１００１を乾燥する工程、チャック１０００から半導体基材１００１を搬出する工程である。そこでは、全洗浄工程においてＮ種又は複数種の洗浄液が用いられ、洗浄サイクルは、Ｎ及びＩは整数であってＮ＞０，０＜Ｉ≦Ｎとした、次の工程を含むという仮定に基づいている。
【００２３】
本発明によれば、ウエハの洗浄に多数の洗浄液が用いられ、各種の洗浄液のために洗浄サイクルが採用されている。Ｉｔｈ（Ｉ番目）の洗浄液の洗浄サイクルは次の工程を含む。
【００２４】
Ｉｔｈの洗浄液を集めるために、トレイ１００８のドレン排出口１００９を受容器１０１４と直線状に並ぶように移動させる工程。そこでは、ドレン排出口１００９は受容器１０１４の直上に位置するのが好ましい。プリセットされた時間ｔ１の間、Ｉｔｈの洗浄液を半導体基材の上に噴射する工程、Ｉｔｈの洗浄液の噴射を停止する工程である。
【００２５】
１つの実施形態によれば、洗浄サイクルは更に次の工程を含む。廃棄するＩｔｈの洗浄液を集めるために、トレイ１００８のドレン排出口１００９を受容器１０１４と直線状に並ぶように移動させる工程。プリセットされた時間、リンス液を半導体基材の上に噴射する工程、リンス液の噴射を停止する工程である。
【００２６】
正常な順序のウエハ１００１の洗浄例では、Ｎが２の場合、次の工程を備える。
【００２７】
まず第１段階では、図の１Ａに示すように、アクチュエータ１０２０によってシュラウド１００６を低位置に移動し、ロボット（図示せず）によってチャック１０００の上にウエハ１００１を搬入する。そして、図の１Ｂに示すように、シュラウド１００８を高位置に移動させる。
【００２８】
第２段階では、第１の種類の洗浄液を用いて第１洗浄サイクルを実行する。第１洗浄サイクルでは、第１の回転駆動機構１０１６によってチャック１０００を回転させ、図の１Ｂに示すように、第１の洗浄液を集めるために、トレイ１００８のドレン排出口１００９が１つの受容器１０１４の直上に位置するように、第２の回転駆動機構１０１８によってトレイ１００８を回転させる。
【００２９】
プリセットされた洗浄時間の間、ウエハ１００１にノズル１００３を通じて第１の洗浄液を噴射する。ここでは、回転するウエハ１００１から離れた第１の洗浄液がシュラウド１００６によって集められてトレイ１００８に流れ落ち、トレイ１００８内に集められる。そして最後に、ドレン排出口１００９を通じて受容器１０１４に放出される。第１の洗浄液の噴射を停止する。
【００３０】
図の１Ｃに示すように、廃棄する洗浄液を集めるため、ドレン排出口１００９が別の受容器１０１４の直上に位置するようにトレイ１００８を回転させる。プリセットされた洗浄時間の間、ウエハ１００１に脱イオン水（ＤＩ）を噴射する。ここでは、回転するウエハ１００１から離れた脱イオン水がシュラウド１００６によって集められ、トレイ１００８に到達した後、ドレン排出口１００９を通じて受容器１０１４に流入する。脱イオン水の噴射を停止する。
【００３１】
ドレン排出口から第１の洗浄液を確実に除去するために、本発明の洗浄サイクルはまた、詳細を次に説明するリンスサイクルを備えていてもよい。
【００３２】
第３段階では、第２の洗浄液による第２の洗浄サイクルが実行される。第２の洗浄サイクルは、次の工程を含む。図の１Ｄに示すように、第２の洗浄液を集めるため、ドレン排出口１００９が更に別の受容器１０１４の直上に位置するようにトレイ１００８を回転させる。プリセットされた洗浄時間の間、第２の洗浄液を噴射する。第２の洗浄液の噴射を停止する。
【００３３】
図の１Ｃに示すように、廃棄する第２の洗浄液を集めるため、ドレン排出口１００９がまた更に別の受容器１０１４の直上に位置するようにトレイ１００８を回転させる。プリセットされた洗浄時間の間、ウエハ１００１に脱イオン水（ＤＩ）を噴射し、その後、脱イオン水の噴射を停止する。
【００３４】
第４段階では、ウエハ１００１を回転乾燥し、シュラウド１００６を低位置に移動させる。
【００３５】
第５段階では、ロボットによってチャック１０００からウエハ１００１を搬出する。
【００３６】
本発明の洗浄装置の１つの利点は、洗浄チャンバー１００２のサイズを大きくすることなく多数の洗浄液を再利用又は再生できることである。上述した工程では、ウエハを洗浄やリンスするため、脱イオン水に代えて、表面活性剤液のような脱イオン水以外の化学種からなる溶液を用いることができる。また、上述した洗浄手順において用いられる脱イオン水には、洗浄効果を高めるために炭酸ガスや他のガスを前もって混合しておくことができる。脱イオン水の温度は、２０〜９０℃の範囲が好ましい。
【００３７】
１つの実施形態では、本発明の洗浄装置を用いた、半導体基材やウエハの洗浄に用いられる洗浄液は、限定されるものではないが、次のものを含む。
【００３８】
１．Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2＝４：１，温度範囲：１２０〜１５０℃
２．ＨＦ：Ｈ2Ｏ：１：（５０〜１０００），温度範囲：２０〜２５℃
３．ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：（１〜２）：（５〜１００），温度範囲：２５〜７０℃
４．ＨＣｌ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：１：（５〜１００），温度範囲：２５〜７５℃
洗浄液の純度を高度に保つためには、洗浄液は部分的に再利用又は再生するのが好ましい。概して、使用された洗浄液の第１の部分が再利用又は再生される。洗浄液の一部を再利用及び再生する作業工程は、洗浄サイクルが僅かに異なっている点を除き、上述した工程と同様である。この状態の下でＩｔｈの洗浄液を用いる洗浄サイクルは、次の工程を含む。
【００３９】
図３、図４の１Ｅや１Ｆに示すように、廃棄するＩｔｈの洗浄液を集めるため、受容器１０１４の直上にドレン排出口１００９が位置するようにトレイ１００８のドレン排出口１００９を回転させる。プリセットされた時間ｔ１の間、Ｉｔｈの洗浄液を噴射する。プリセットされた時間ｔ１は、廃棄や処分にどの程度洗浄液を要するかによる。
【００４０】
図の１Ｅに示すように、Ｉｔｈの洗浄液を再利用又は再生するため、他の受容器１０１４の直上にドレン排出口１００９が位置するようにトレイ１００８のドレン排出口１００９を回転させる。プリセットされた第２の時間ｔ２の間、Ｉｔｈの洗浄液の噴射が続けられる。プリセットされた第２の時間ｔ２は、再利用や再生にどの程度洗浄液を要するかによる。
【００４１】
ｔ１，ｔ２と、パーセンテージでの再利用される洗浄液の割合ＲＲとの関係は、次のように示される。
【００４２】
ＲＲ＝ｔ２／（ｔ１＋ｔ２）    （１）
図の１Ｅに示すように、洗浄液の廃棄又は再利用は、三方切替バルブ１０１５によって制御することができる。この場合、トレイ１００８は、１つの受容器１０１４の上に留まって、洗浄液を廃棄するか再利用するかいずれかが決定され、バルブ１０１５はその経路に開かれる。ここで、廃棄するＩｔｈの洗浄液を集める受容器と、Ｉｔｈの洗浄液を集めて再利用する受容器とは同じでも異なっていてもよい点は注目されるべきである。
【００４３】
別の実施形態では、トレイ１００８のドレン排出口１００９の数は、排出時間を短縮し、排出効率を増大させるために１つ以上とすることができる。
【００４４】
図６、図７の３Ａ、３Ｂは、本発明のウエハ洗浄装置におけるトレイの他の実施形態を示している。トレイ３００８の形状は、鋭利な縁を有するように形成されているので、洗浄液の残りはトレイの縁に留まれない。
【００４５】
トレイ３００８は、ドレン排出口３００９と、内側の環状羽根部３００８Ｂと、外側の環状羽根部３００８Ａとを備え、これらは化学的な相互汚染から受容器を遮蔽するように形成されている。リンスサイクルでは、トレイ３００８の側壁を洗浄するために、脱イオン水がトレイ３００８の外側にオーバーフローするのが好ましい。羽根部３００８Ａと３００８Ｂは、流れる脱イオン水が受容器に至るの阻止する。
【００４６】
洗浄液の流速は、毎分１〜２の基準リットル（ｓｌｍ）の範囲が好ましく、リンス工程での脱イオン水の流速は、２〜５ｓｌｍの範囲が好ましい。洗浄効率を増大させるためには（残存する洗浄液を迅速に混合するためには）、脱イオン水の温度は５０〜９０℃の範囲に設定する。
【００４７】
トレイ３００８とシュラウド３００６は、テフロン（登録商標）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、セラミクス、サファイアで作られている。その表面荒さは、サブミクロンかそれ以下の範囲である。
【００４８】
シュラウド３００６やトレイ３００８の壁に残る洗浄液を減少させるために、シュラウド３００６やトレイ３００８の表面近くに多数のノズル３０２８，３０２６，３０２４が配置されている。これらノズルは、清浄な窒素ガスラインに接続されている。これらノズルを通じた窒素ガス洗浄工程は、個々の洗浄液の噴射後と、上述した洗浄工程での脱イオン水の噴射後に採用することができる。
【００４９】
図８，図９，図１０の４Ａ〜４Ｅに、本発明のウエハ洗浄装置におけるトレイの他の実施形態を示す。これら実施形態は、空気で膨張するシール４０３０と、スタンド４０３２とが追加された点を除けば、図の３Ａ、３Ｂに示したものと同様である。空気で膨張するシール４０３０は、ドレン排出口を開閉するために用いられている。
【００５０】
洗浄効果を増大させ、洗浄時間と脱イオン水の使用量を削減するために、最初に、加圧空気（ＣＤエア）で膨張シール４０３０によってトレイ４００８は脱イオン水で満たされる。脱イオン水の流れは阻止あるいは阻害され、減圧下や大気圧下での膨張シール４０３０によってドレン排出口４００９が開かれる。トレイ４００８が所望するレベルに洗浄されるまで、これら脱イオン水の充足と廃棄の工程を繰り返す。
【００５１】
図の４Ｃ、４Ｄを参照すれば、上述した洗浄工程における各リンスサイクル後の汚染レベル（ここでは洗浄液の例としてＨ2ＳＯ4を用いる）の算出は、次のように表される。
【００５２】
下方に示す計算が次の仮定に基づいている点は注目されるべきである。
【００５３】
１．濃縮したＨ2ＳＯ4は、トレイのプラスチック壁（濡れフィルム）上で完全に濡れている。フィルムにぶら下がるＨ2ＳＯ4の平衡厚は（湾曲によって生じる毛管引力は重力に等しい）、残りのフィルム厚を見出すために用いられる。
【００５４】
２．Ｈ2ＳＯ4の排出は、廃棄の最後での平衡厚に達するよりも十分に速い。
【００５５】
３．希釈されたＨ2ＳＯ4は、プラスチック壁を完全に濡していない（液滴の濡れ）。
【００５６】
４．毛管の長さは、プラスチック壁に付着した液滴の最大直径を評価するために用いられる。
【００５７】
５．いずれの場合においても図の４Ｄに示すように、水平な壁上の残液量は垂直な壁上の残液の２倍である。
【００５８】
６．充填処理は５秒で完了する。
【００５９】
７．排出処理は２秒で完了する。
【００６０】
８．残液は新たな充填液と直ちに混合される。
【００６１】
９．洗浄液と脱イオン水の温度は７０℃である。
【００６２】
１０．トレイの形状は、図の４Ｃに示すように簡略化する。
【００６３】
算出に用いられるパラメータを次の表１に示す。
【００６４】
【表１】
0004994501.tif 000002
【００６５】
我々は、最初に濡れフィルムの濃縮されたＨ2ＳＯ4の平衡厚を見出す。
【００６６】
【数１】
0004994501.tif 000003
【００６７】
残るＨ2ＳＯ4の量が知られた時、最初の充足と排出の後の残液中のＨ2ＳＯ4の濃度が算出される。
【００６８】
１回目の充填後に、Ｈ2ＳＯ4は希釈される。
【００６９】
表面は不完全に濡れていて、Ｈ2ＳＯ4液は壁と底の上に液滴を形成し、その液滴は半球体形状を呈している。次に、我々はその半球体形状の滴の半径を見出す。
【００７０】
液滴の半径は毛管の長さと同じである。ここで、
【００７１】
【数２】
0004994501.tif 000004
【００７２】
残余の液滴の半径と仮定された表面範囲から、残余のＨ2ＳＯ4液の量が得られる。そして、その液滴中の残余のＨ2ＳＯ4の濃度を算出することができる。
【００７３】
各リンスサイクルの後に同様の算出が行われ、各廃棄後の液滴中の残余のＨ2ＳＯ4の濃度を算出することができる。
【００７４】
図の４Ｅに、１回目の充填後とＮ回目のリンスサイクルの結果を示す。総時間２６秒の、４回の充填と排出の洗浄サイクルの後には、ｐｐｍレベルの汚染に到達させることができる。
【００７５】
リンスサイクルでは、脱イオン水のようなリンス液が充填及び排出される。しかしながら、関連技術分野の当業者であれば、洗浄液がどのようなものであっても、上述した洗浄工程の数回のリンスサイクル後には、ｐｐｍレベルの汚染の実現が可能であると理解されるべきである。
【００７６】
上記の算出では、排出時間が２秒に設定されている点は言及されるべきである。しかしながら、図の３Ａに示すように、重力の手段によって２秒のような短時間でトレイ３００８から全てのリンス水を排出することは困難である。排出時間を削減するためには更に効果的な方法が必要である。
【００７７】
図１１の５Ａ、５Ｂに、本発明の洗浄装置における排出装置の他の実施形態を示す。この排出装置は、空気で膨張するシール５０３４やドレン受容器５０１４、受容器の排出口５０３６、加圧ガスノズル５０３８、加圧空気／減圧切替バルブ５０３３を備えている。
【００７８】
ノズル５０３８によって導かれる窒素圧は、１５〜６０ｐｓｉ（ポンド毎平方インチ）の範囲に設定するのが好ましい。上記排出装置の作動順序を次に示す。
【００７９】
受容器５０１４とシール５０３４の直上にドレン排出口５００９が位置するようにトレイ５００８を回転させる。バルブ５０３３を加圧空気（又はＣＤエア）に切り替える。ウエハに脱イオン水を噴射する。脱イオン水がトレイ５００８に満たされた時に脱イオン水の噴射を停止する。加圧窒素に切り替えると、減圧効果が生じて脱イオン水がトレイから迅速に吸い出される。残余の汚染が所望のｐｐｍレベルに達するまで、必要な基礎として上述した噴射と排出のサイクルを繰り返す。バルブ５０３３を減圧側に切り替え、シール５０３４を収縮させ、他の洗浄液のために受容器の直上にドレン排出口が位置するようにトレイ５００８を回転させる。
【００８０】
上述した窒素加圧ガスを駆動するベンチュラポンプは、一般的なベローポンプやダイヤフラムポンプ、ロータポンプ、メタリングポンプによって代替することができる。シール５０３４の材質には、バイトン（登録商標）やテフロン（登録商標）、その他の化学耐性に優れた素材を用いることができる。
【００８１】
図１２の５Ｃに、別の実施形態を示す。ドレン受容器５０１４とトレイ５００８のドレン排出口５００９との間に、間隙が形成されている。同図に示す間隙は、図の５Ａに示す膨張シール５０３４の代替として機能し、０．１ｍｍ〜２ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍの幅を有している。
【００８２】
図１２の５Ｄに、また別の実施形態を示す。受容器５０１４と環５０１５との間に柔軟なベロー５０１３が挿入されている。加圧ガスノズル５０３８が開くと、間隙を流れる空気によって生じる吸引力により、環５０１５が自動的に引き上げられて間隙の大きさはゼロになり、トレイからの脱イオン水の吸い込みが直ちに強化される。
【００８３】
図５の２Ａ，２Ｂに、本発明のウエハ洗浄装置の他の実施形態を示す。この実施形態は、機構２０２１によってトレイ２００７が垂直方向に上下動できる点を除き、図の１Ａ、１Ｂに示す実施形態と同様である。ウエハ２００１を搬送する前に、トレイ２００７は図の２Ａに示すように低位置に移動する。ウエハ２００１を搬送した後、トレイ２００７は図の２Ｂに示すように、洗浄液を集める高位置に移動する。
【００８４】
ウエハチャック２０００は、モータ２０１６によって回転し、トレイ２００７はモータ２０１８によって回転する。ここでは重複して記載しないように、図の２Ａ，２Ｂにおける符号２００２，２００９，２０１０，２０１４は、１００２、１００９，１０１０，１０１４で示されているのと同じ構成を表している。
【００８５】
図１３の６Ａ，６Ｂに、本発明のウエハ洗浄装置のまた別の実施形態を示す。この実施形態は、シリンダのようなアクチュエータ６０４０によって駆動されるウエハを持ち上げるディスク６０４２が追加されている点を除き、図の２Ａ，２Ｂに示す実施形態と同様である。アクチュエータ６０４０は、図の６Ａに示すように、ディスク６０４２を高位置に移動させ、ロボット（ここではロボットは示していない）により、ウエハ６００１をディスク６０４２の上に搬送する。
【００８６】
図の６Ｂに示すように、ディスク６０４２を低位置に移動させ、ウエハ６００１をチャック６０００の上に搬送する。ここでは重複して記載しないように、図の６Ａ，６Ｂにおける符号６００２，６００７，６００９，６０１０，６０１４，６０１６，６０１８は、１００２，１００７，１００９，１０１０，１０１４，１０１６，１０１８で示されているのと同じ構成を表している。
【００８７】
図１４の７Ａ，７Ｂに、本発明のウエハ洗浄装置のまた別の実施形態を示す。この実施形態は、シリンダ７０４１によってウエハチャック７０００が上下動できる点を除き、図の６Ａ，６Ｂに示す実施形態と同様である。シリンダ７０４１は、図の７Ａに示すように、ロボットによってウエハ７００１を搬入や搬出する高位置にチャック７０００を移動させ、それから、図の７Ｂに示す、ウエハ洗浄装置を作動させる低位置に移動させる。
【００８８】
ここでは重複して記載しないように、図の７Ａ，７Ｂにおける符号７００２，７００７，７００９，７０１０，７０１４，７０１６，７０１８は、１００２，１００７，１００９，１０１０，１０１４，１０１６，１０１８で示されているのと同じ構成を表している。
【００８９】
図１５の８Ａ，８Ｂに、本発明のウエハ洗浄装置のまた別の実施形態を示す。この洗浄装置は、ドレン排出口８００９を有する洗浄チャンバー８００２や、モータ８０１６によって駆動されるウエハチャック８０００、持ち上げるディスク８０４２、ディスク８０４２を上下に駆動するシリンダ８０４０、複数の受容器８０４８を有するトレイ８０４６、トレイ８０４６を回転させるモータ８０１８で構成されている。
【００９０】
洗浄チャンバー８００２は、洗浄液がトレイ８０４６からこぼれるのを防ぐ壁８０５０を有している。排気口８０４４は、化学物質の蒸気や煙を導出するために用いられる。ウエハ８００１に第１の洗浄液を適用する前に、第１の洗浄でのサイクルに用いられる受容器８０４８は、チャンバー８００２のドレン排出口８００９の直下に移動される。
【００９１】
ウエハ８００１に第２の洗浄液を適用する前に、第２の洗浄でのサイクルに用いられる受容器８０４８は、チャンバー８００２のドレン排出口８００９の直下に移動される。脱イオン水がウエハ８００１のリンスに用いられる前に、廃棄する水を集める受容器８０４８は、チャンバー８００２のドレン排出口８００９の直下に移動される。
【００９２】
トレイ８０４６には、更に、洗浄液又は受容器からこぼれ出る水を廃棄するために、ドレン排出口８０１０が設けられている。トレイ８０４６の回転時に生じる相対的な動作や捩れに対処するために、受容器８０１４は柔軟なチューブ８０４８に接続されている。そのような捩れ動作を最小限にするために、トレイ８０４６の回転角度は２／３回転以下に制限されている。
【００９３】
図１６の８Ｃに示す別の実施形態には、図の４Ａに示されたものと同じ機能を有する膨張シール８０３０が含まれている。
【００９４】
図１７の９Ａ，９Ｂに、本発明のウエハ洗浄装置のまた別の実施形態を示す。この実施形態は、複数の受容器９０４８を有するトレイ９０４６が回転に代えて横方向に移動し、ロボットがウエハ９００１を搬入又は搬出するために、チャック９０００が垂直方向に移動する点を除き、図の８Ａ，８Ｂに示す実施形態と同様である。
【００９５】
トレイ９０４６は、モータ９０１９により、並進運動するように駆動される。洗浄装置には、更に、洗浄チャンバー９００２の内部に配置されたノズル９０２６が設けられている。ノズル９０２６は、ドレン排出口９００９に化学物質や水の残渣を排出するために用いられる。更に、トレイ９０４６には、受容器からこぼれ出る洗浄液や水を排出するために、ドレン排出口９０１０が設けられている。トレイ９０４６の並進運動時に生じる相対的な動作や捩れに対処するために、受容器９０１４は柔軟なチューブ又はベロー９０４８に接続されている。
【００９６】
ここでは重複して記載しないように、図の９Ａ，９Ｂにおける符号９０１６，９０１９，９０４１，９０４４，９０５０は、８０１６，８０１９，８０４１，８０４４，８０５０で示されているのと同じ構成を表している。
【００９７】
図１８の１０Ａ，１０Ｂに、本発明のウエハ洗浄装置のまた別の実施形態を示す。この実施形態は、別の洗浄液を集めるために、また別のトレイ１０００４が追加されている点を除き、図の１Ａ，１Ｂに示す実施形態と同様である。
【００９８】
トレイ１０００４は、ロボットによってウエハ１０００１を搬入又は搬出するために、上下に移動させることができる。トレイ１０００４は、更に、柔軟なチューブ又はベロー１００１２によってドレン排出口に接続されている。トレイ１０００４を加えた目的は、主に、ＨＦ洗浄液のようなｐｐｂ（１０億分の１当たり）レベルで他の洗浄液と相互汚染できない洗浄液を集めるためである。
【００９９】
トレイ１０００４が用いられる場合、シュラウド１０００６は、トレイ１０００８を覆うために低位置に移動する。チャック１０００は、５０〜５００ｒｐｍの速度で回転するので、ウエハ１００１に用いられる洗浄液は、トレイ１０００４内に向かって半径方向に飛ばされる。
【０１００】
ここでは重複して記載しないように、図の１０Ａ，１０Ｂにおける符号１０００２，１０００７，１０００９，１００１０，１００１４，１００１６，１００１８は、１００２，１００７，１００９，１０１０，１０１４，１０１６，１０１８で示されているのと同じ構成を表している。
【０１０１】
図１９の１１Ａ，１１Ｂに、本発明のウエハ洗浄装置のまた別の実施形態を示す。この実施形態は、別の洗浄液を集めるために、また別のトレイ１１００４が追加されている点を除き、図２Ａ，２Ｂに示す実施形態と同様である。
【０１０２】
トレイ１１００４は、ウエハ１１００１を搬入又は搬出するために、上下に移動させることができる。トレイ１１００４は、更に、柔軟なチューブ又はベロー１１０１２によってドレン排出口に接続されている。トレイ１１００４を加えた目的は、主に、ＨＦ洗浄液のようなｐｐｂ（１０億分の１当たり）レベルでの他の洗浄液との相互汚染でさえも許されない洗浄液を集めるためである。
【０１０３】
トレイ１１００４が用いられる場合、洗浄液の相互汚染を避けるため、トレイ１１００７は低位置に移動する。ここでは重複して記載しないように、図の１１Ａ，１１Ｂにおける符号１１００２，１１００７，１１００９，１１０１０，１１０１４，１１０１６，１１０１８は、１００２，１００７，１００９，１０１０，１０１４，１０１６，１０１８で示されているのと同じ構成を表している。
【０１０４】
図２０の１２Ａ，１２Ｂに、本発明のウエハ洗浄装置のまた別の実施形態を示す。この実施形態は、別の洗浄液を集めるために、チャック１２０００とともに、また別の固定されたトレイ１２００４が追加され、持ち上げディスク１２０４２が追加されている点を除き、図の１Ａ，１Ｂに示す実施形態と同様である。トレイ１２００４は、管１２０１１でドレン排出口に接続されている。ディスク１２０４２は、ウエハ１２００１をチャック１２０００へ搬入や搬出するために、上下動する。
【０１０５】
トレイ１２００４を加えた目的は、主に、ＨＦ洗浄液のようなｐｐｂ（１０億分の１当たり）レベルでの他の洗浄液との相互汚染でさえも許されない洗浄液を集めるためである。トレイ１２００４が洗浄液を集める時には、シュラウド１２００６は、トレイ１２００８を覆うために低位置に移動する。
【０１０６】
ここでは重複して記載しないように、図の１２Ａ，１２Ｂにおける符号１２００２，１２００７，１２００９，１２０１０，１２０１４，１２０１６，１２０１８は、１００２，１００７，１００９，１０１０，１０１４，１０１６，１０１８で示されているのと同じ構成を表している。
【０１０７】
図２１の１３Ａ，１３Ｂに、本発明のウエハ洗浄装置のまた別の実施形態を示す。この実施形態は、シュラウド１３００６がトレイ１３００８と固定されたトレイ１３００４の一部との両方を覆うように形成されている点を除き、図の１２Ａ，１２Ｂに示す実施形態と同様である。シュラウド１３００６が低位置にある時、ウエハ１３００１から飛ばされる洗浄液は、主に固定されたトレイ１３００４によって集められ、シュラウド１３００６の外表面に付着した洗浄液の部分は、固定されたトレイ１３００４に流れ落ちる。
【０１０８】
ここでは重複して記載しないように、図の１３Ａ，１３Ｂにおける符号１３００２，１３００７，１３００９，１３０１０，１３０１４，１３０１６，１３０１８は、１００２，１００７，１００９，１０１０，１０１４，１０１６，１０１８で示されているのと同じ構成を表している。
【０１０９】
実施形態や例示、適用例をもって本発明を記載してきたが、本発明から離れることなく、様々な具体例や変形ができることは当業者にとって明らかである。例えば、排出効率の増大や排出時間の削減のために、回転するトレイのドレン排出口の数は、１つ以上であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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