JPH0322691B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体ウエハの超音波クリーニング
に関し、特に、インライン半導体製造プロセスの
一部分としてシーケンシヤルにウエハをクリーニ
ングする装置に係わる。

従来から、半導体ウエハの超音波クリーニング
が提案されてきたが、このような提案は、産業上
非常に限られた成功および実施にしか至つていな
い。タンクの中でのバツチクリーニングは、半導
体製造の何工程かのステツプに対して用いられて
きたけれども、絶え間のない半導体製造プロセス
の一部としての連続したウエハのインライン超音
波クリーニングは、かなり何回かの実験にもかか
わらず、首尾よく成功して履行されたことはなか
つた。

本発明の目的は、半導体ウエハの表面をクリー
ニングする装置を提供すること、ウエハの表面を
完全にクリーニングすることに於いて高度に効果
的であるクリーニング装置を提供すること、ウエ
ハ表面全体を均等にクリーニングするクリーニン
グ装置を提供すること、迅速に且つ高い信頼性を
もつて動作するクリーニング装置を提供するこ
と、インライン半導体製造プロセスの一部分とし
て、連続したウエハを個々にクリーニングするの
に適したクリーニング装置を提供すること、そし
て比較的簡単で低コストな構成のクリーニング装
置を提供することである。他の目的および特徴
は、一部は明白であり、そして一部は以下の説明
文において詳しく述べられる。

概略的には、本発明による装置は、ウエハの表
面全体に超音波エネルギーを均一に照射すること
によつて、半導体ウエハをクリーニングする動作
を行うものである。この目的のために、ウエハ上
に完全に覆いかぶさるフエースプレートを有する
トランスジユーサアセンブリーが設けられてい
る。フエースプレートの中心を通して、ウエハと
フエースプレートとの間のギヤツプの中に、液体
が導入される。その際に、そのフエースプレート
は、本質的に均一な音響界をフエイスプレート上
に発生するように振動させられる。フエースプレ
ートは、ウエハに面した殆ど全ての表面上で本質
的に平坦であり、然しながらこのフエースプレー
トは、クリーニングの期間中、キヤビテーシヨン
によつて作り出される蒸気の通気を容易にする複
数の溝をも含んでいる。この手段によつて、比較
的高いパワーの音響界が、比較的短期間で、ほぼ
完全なクリーニングを行うために適用されうるも
のである。以下の実施例の説明並びに添付された
図面により、本装置を詳細に述べる。対応した参
照数字は、全ての図面を通じて、対応した部分を
表すもとなつている。

さて、第１図を参照すると、ここには、半導体
材料、例えば、シリコンのウエハが、エアベアリ
ング・ハンドリングシステムによつて作動ステー
シヨンから次の作動ステーシヨンへと搬送されて
ゆくインライン半導体製造ラインの一部分が図解
されている。総体的なハンドリングシステムは、
GCA CORPORATIONによつて、その商標
WAFER TRACK（ウエハトラツク）の名のもと
に、販売されている型式のものである。

本発明に従つて構成されたウエハクリーニング
ステーシヨンは一般的に、参照数字１１によつて
示され、また、ウエハを、クリーニングテーシヨ
ンの中へと、そしてそこから外へと、搬送するウ
エハハンドリング・エアトラツクは、一般的に参
照数字１３および１５によつて示されている。作
動ステーシヨン１１は、一般的に、参照数字１７
で示されたウエハを保持する真空チヤツクを含む
ものである。容易に理解される如く、このような
チヤツクは、半導体製造プロセスに於いて幅広く
使われており、従つて、その動作はここで詳細に
は説明されない。

クリーニングステーシヨンはそれ自身、チヤツ
クと係合し、ウエハをクリーニング時にはチヤツ
クの方へ、またクリーニング後はチヤツクから取
りはずすように搬送するのを容易化する形状をな
したエアトラツクの短いセクシヨン１９，２１と
合体している。第３図に示されているように、ト
ラツクのこれらのセクシヨン１９，２１は、クリ
ーニングの期間中チヤツクの中に保持されたウエ
ハを幾分かおおい隠し、これを包むようなつり上
げ橋式の方法で、上の方に持ち上げられる。

フレーム２６によつて保持された超音波トラン
スジユーサアセンブリー２５が、上方に位置し、
チヤツク１７の一列に整列している。このトラン
スジユーサアセンブリー２５の底部は、クリーニ
ングされるべきウエハの上を完全におおうのに十
分な大きさのトランスジユーサ・フエースプレー
ト２７を具備している。即ち、このフエースプレ
ート２７の大きさは、ウエハとほぼ同じサイズで
あるか、もしくは、それよりもわずかに大きい。
ここで説明している実施例は、標準の100mmウエ
ハをクリーニングするように設計されており、ま
た、フエースプレートは直径100mmとなつている。

フエースプレート２７の底部は、大きな面を有
する超音波トランスジユーサに関して慣用である
如く、その殆ど大部分の表面上で平坦となつてい
るが、その面上に配置された複数の溝２９を含ん
でいる。溝２９のパターンを第４図に示し、さら
に個々の溝の横断面を第５図に示す。以下により
詳細に記述される如く、これらの溝の機能は、ク
リーニング期間中キヤビテーシヨンによつて作り
出される蒸気の通気を容易化しその結果、フエー
スプレート２７からクリーニングされているウエ
ハへの音響エネルギーのカプリングと干渉しない
ようにすることである。ここで説明される好まし
い実施例では、溝２９は幅20/1000インチ、深さ1
０／１０００インチとなつている。好ましい溝のパター
ンは、便宜上、日の字として、表現することがで
きる。また、第４図に見られる如く、フエースプ
レート２７は、そこを通して、クリーニング液
が、トランスジユーサフエースプレートとクリー
ニングされているウエハとの間のスペースへと導
入される、中央開口部３０を含んでいる。

フエースプレート２７は、環状アレイの中に在
るフエースプレート２７の背面側の周囲に配置さ
れた４つのピエゾエレクトリツク・トランスジユ
ーサエレメント（圧電変換素子）３５〜３９によ
つて振動させられる。トランスジユーサアセンブ
リー２５が動作している時は、エレメント３５〜
３９は、フエースプレート上に本質的に均一な音
響界を発生させるように、同期した長手方向の振
動、即ち、垂直振動をひき起こすように付勢され
る。これは、トランスジユーサの面を横切る方向
に極度に不均一となつた、即ち、中心部で最も強
く、周縁部の方へ行くにしたがつて弱くなつてゆ
く音響界を発生する単一状になつた複数のエレメ
ントを利用した通常の大きなトランスジユーサエ
レメントとは相違した形態のものである。このエ
レメントを付勢する手段として適切な駆動用の電
子回路装置（図示せず）がトランスジユーサ・ア
センブリーハウジング４１の中に組み込まれてい
る。

動作中には、ウエハは、第２図に示される如
く、クリーニングステーシヨンの中への搬送さ
れ、そして、出口側のトラツクセクシヨン２１
は、ウエハに対してストツパとして働らくように
わずかに持ち上げられる。典型的なウエハは、一
般的に、参照数字３３によつて表わされている。
一度ウエハがチヤツクに捕獲され、真空圧がウエ
ハをチヤツクにしつかりと保持させるように供給
されると、チヤツクは、第３図に示される如く、
クリーニングステーシヨン１１内の駆動手段によ
つてトランスジユーサアセンブリーのフエースプ
レート２７と極めて近接するように持ち上げられ
る。現在は、30〜40／1000インチの間隔が好まし
いとされている。同時に、第３図に示される如
く、カツプアセンブリー４７はチヤツク１７のま
わりに持ち上げられる。カツプアセンブリー４７
の動作は、クリーニングおよびそれに続くスピン
乾燥の期間中に、クリーニング液を集めることで
ある。そして、このようなカツプアセンブリー
は、従来から、フオトレジストのコーテイングや
スピニングのような半導体製造ステツプに於いて
用いられてきた。

一たびチヤツクとカツプアセンブリーが正しく
位置決められると、フエースプレートの中央開口
部３０を通して図示しない液体導入手段からクリ
ーニング液が導入される。容易に理解される如
く、液体は、それ自身洗滌液としてのみではな
く、取り除かれるべき汚染物質もしくはコーテイ
ングを追い払うように、それを通して超音波エネ
ルギーがフエースプレートからウエハの表面へと
カツプリングされる媒体としても動作するもので
ある。液体の流れの速さは、トランスジユーサの
フエースプレート２７とウエハとの間のギヤツプ
の間隔によつて大部分決定される。

一たび液体がフエースプレートとウエハとの間
のギヤツプを満たすと、超音波トランスジユーサ
２５が付勢される。本発明の実施に従つて、比較
的高い電力レベル、例えば100mmウエハの場合に
は、400ワツトの電力が、迅速且つ完全なクリー
ニングを行うように供給される。ウエハの表面全
体が同時にクリーニングを必要とするばかりでは
なく、音響エネルギーはフエースプレートのまわ
りに配置された複数トランスジユーサエレンメン
トから複合トランスジユーサによつて与えられる
ので、クリーニングは比較的均一に行われる。さ
らに、用いうる電力レベルの驚くべき増加は、第
４図に示されるように、フエースプレートの中に
溝を設けることによつて達成されうることが判明
していた。

超音波エネルギーの最も良いカツプリングを実
施するために、フエースプレートとウエハとの間
のギヤツプを狭くすることが要求されていたが、
キヤビテーシヨンによる蒸気の形成は液体を置換
し正しいカツプリングと干渉してしまう。フエー
スプレート上に配置された溝の明らかな効果は、
これらの蒸気の通気を可能にし、有効な液体をギ
ヤツプの中に大いに効率よく集中させることがで
きることである。この際に、この液体は、クリー
ニング効果を最大限にする超音波エネルギーと効
率的にカツプリングする。一般的に、電力密度に
於ける実質的な増加は、中央の液体供給系と蒸気
通気溝とを使用することによつて得ることができ
るものと思われる。第４図に示されるトランスジ
ユーサに関して可能な高電力レベルに於いては、
ウエハ表面の比較的完全なクリーニングが１分間
よりも少ない時間で達成されうることが判明して
いる。

超音波クリーニングが終了した後に、液体の流
れが停止し、そしてウエハは余分の液体を取り除
くためにチヤツクの上を回転する。そのステツプ
に続いて、トラツクセクシヨン１９および２１と
ウエハがクリーニングステーシヨンから取りはず
された時に、カツプが下降し、そしてクリーニン
グサイクルが、この時くり返されうるようになつ
ている。この技術分野に於いて容易に理解される
如く、チヤツク１７には、また、クリーニング期
間中、ウエハを鋏持するために用いられる真空ポ
ートに加えて、その通路上に在るウエハを最初に
持ち上げてスタートさせるエアベアリング・ポー
トが設けられている。

これまでの説明に鑑みて、本発明のいくつかの
目的が成し遂げられ、そして他の好都合な結果が
達成されてきた事が窺える。

本発明の範囲を逸脱することなく、前述の構成
に於いて色々な変形を作り出すことが可能であ
り、また、これまでに明細書中に記述し、添付図
面の中で示した全ての事柄は、説明の都合上、単
に実施例として述べたものであり、これに限られ
るものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従つて構成され且つインラ
イン半導体製造プロセスへ組込まれたものの装置
の斜視図、第２図は、第１図のクリーニング装置
の断面側面図、第３図は、第２図と類似している
が、実際のクリーニング期間中に想定される、各
位置へ動かされた、色々な部分を示したクリーニ
ング装置の断面側面図、第４図は、第１〜３図の
装置に用いられた超音波トランスジユーサアセン
ブリーの平面図、そして第５図は、第４図のフエ
ースプレートの中に設けられ、且つ実質的に第４
図の線５−５上で切断された溝部分の断面図であ
る。 １１……ウエハ・クリーニングステーシヨン
（作動ステーシヨン）、１３，１５……ウエハハン
ドリング・エアトラツク、１７……真空チヤツ
ク、１９，２１……クリーニングステーシヨン
（トラツクセクシヨン）、２５……超音波トランス
ジユーサアセンブリー、２６……フレーム、２７
……トランスジユーサ・フエースプレート、２９
……溝、３０……中央開口部、３３……ウエハ、
３５〜３９……ビエゾエレクトリツク・トランス
ジユーサエレメント、４１……トランスジユー
サ・アセンブリーハウジング、４７……カツプア
センブリー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クリーニングされるべき半導体ウエハを保持
   するチヤツクと、前記チヤツクの上に在つて前記
   チヤツクと一列に整列し、且つ前記チヤツクに保
   持されたウエハの上に、該ウエハを十分にカバー
   できるように横たわつているフエイスプレートを
   設けられたトランスジユーサアツセンブリと、前
   記チヤツクに保持されたウエハを前記トランスジ
   ユーサアツセンブリに差し向かつて極めて近接し
   たある間隔を置いて位置を定め、ウエハをクリー
   ニングの期間中回転させるために、前記チヤツク
   および前記トランスジユーサアツセンブリを相互
   に接近させる駆動手段と、液体を前記ウエハおよ
   び前記フエイスプレートの間のギヤツプへ導入す
   る手段と、前記フエイスプレートの上に本質的に
   均一な音響界を発生させる前記トランスジユーサ
   アツセンブリを付勢する手段とを具備し、前記フ
   エイスプレートはウエハに面した表面の大部分が
   平坦になつており、クリーニングの期間中キヤビ
   テーシヨンによつて作り出される蒸気の通気を容
   易化ならしめる複数の溝を含んでいることを特徴
   とする半導体ウエハをクリーニングする装置。 ２ 前記フエイスプレートは円形であり、前記溝
   は日の字状のパターンになつている、特許請求の
   範囲第１項に記載の装置。 ３ 前記フエイスプレートは直径に於いて４イン
   チのオーダーであり、前記溝は、およそ0.020イ
   ンチの幅そしておよそ0.010インチの深さとなつ
   ている、特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ４ 前記フエイスプレートは中央開口部を含んで
   おり、該中央開口部を通して前記液体がウエハと
   前記フエイスプレートとの間のギヤツプへと導入
   される、特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ５ クリーニングされるべき半導体ウエハを保持
   するチヤツクと、前記チヤツクの上に在つて前記
   チヤツクと一列に整列し、且つチヤツクに保持さ
   れたウエハの上に該ウエハを十分にカバーできる
   ように横たわつているフエイスプレートを設けた
   トランスジユーサアセンブリーとを具備し、前記
   トランスジユーサアセンブリーは、フエイスプレ
   ートを振動させるための且つ前記フエイスプレー
   トのまわりに環状に配置された複数のトランスジ
   ユーサエレメントを含んでおり、さらに、チヤツ
   クに保持されたウエハを前記トランスジユーサア
   センブリーに差し向つて極めて近接したある間隔
   を置いて位置を定め、ウエハをクリーニングの期
   間中回転させるために、前記チヤツクおよび前記
   トランスジユーサアセンブリーを相互に接近させ
   る駆動手段と、液体を前記フエイスプレートの中
   央を通してウエハおよび前記フエイスプレートの
   間のギヤツプへ導入する手段と、前記フエイスプ
   レートの上に本質的に均一な音響界を発生させる
   前記トランスジユーサエレメントを付勢する手段
   とを具備し、前記フエイスプレートはウエハに面
   した表面の大部分が平坦になつており、クリーニ
   ングの期間中キヤビテーシヨンによつて作り出さ
   れる蒸気の通気を容易化ならしめる複数の溝を含
   んでいることを特徴とする半導体ウエハをクリー
   ニングする装置。 ６ 連続して搬送されるウエハを順次クリーニン
   グのために前記チヤツクに搬送し且つ、クリーニ
   ング後該ウエハを前記チヤツクから順次搬出する
   ためのエアトラツクシステムを含む、特許請求の
   範囲第５項に記載の装置。 ７ 前記トランスジユーサエレメントは、前記付
   勢手段によつて付勢された時に垂直振動をひき起
   こす、特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ８ 前記溝は前記フエイスプレートの下面に日の
   字状のパターンに配列されている、特許請求の範
   囲第５項に記載の装置。 ９ クリーニングされるべき半導体ウエハを保持
   するチヤツクと、連続して搬送されるウエハを順
   次クリーニングのために前記チヤツクに搬送し且
   つ、クリーニング後該ウエハを前記チヤツクから
   順次搬出するための搬送手段と、前記チヤツクの
   上に在つて前記チヤツクと一列に整列し、且つチ
   ヤツクに保持されたウエハの上に該ウエハを十分
   にカバーできるように横たわつているフエイスプ
   レートを設けたトランスジユーサアセンブリーと
   を具備し、前記トランスジユーサアセンブリー
   は、フエイスプレートを振動させるための且つ前
   記フエイスプレートのまわりに環状に配置された
   複数のトランスジユーサエレメントを含んでお
   り、さらに、前記チヤツクに保持されたウエハを
   前記トランスジユーサアセンブリーに差し向つて
   極めて近接したある間隔を置いて位置を定め、ウ
   エハをクリーニングの期間中回転させるために、
   前記チヤツクおよび前記トランスジユーサアセン
   ブリーを相互に接近させる駆動手段と、液体を前
   記フエイスプレートの中央を通してウエハおよび
   前記フエイスプレートの間のギヤツプへ導入する
   手段と、前記フエイスプレートの上に本質的に均
   一な音響界を発生させる、同期した垂直信号のた
   めの前記トランスジユーサエレメントを付勢する
   手段とを具備し、前記フエイスプレートはウエハ
   に面した表面の大部分が平坦になつており、クリ
   ーニングの期間中キヤビテーシヨンによつて作り
   出される蒸気の通気を容易化ならしめる複数の溝
   を含んでいることを特徴とする半導体ウエハをク
   リーニングする装置。 １０ 前記溝は日の字状の形状を含むパターンで
   配置されている、特許請求の範囲第９項に記載の
   装置。 １１ 前記搬送手段は、エアトラツク・コンベイ
   イング・システムである、特許請求の範囲第９項
   に記載の装置。