DE10317329A1

DE10317329A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen eines Halbleiterwafers

Info

Publication number: DE10317329A1
Application number: DE10317329A
Authority: DE
Inventors: In-Jun Yeo; Byoung-Moon Yoon; Kyung-Hyun Kim; Sang-Rok Hah; Jeong-Lim Nam; Hyun-Ho Jo
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: KR100459710B1; DE10317329B4; CN1452218A; US20030192571A1; CN100336178C; JP4230804B2; US7089947B2; JP2003332286A; KR20030081995A

Abstract

Die Vorrichtung zum Reinigen eines Wafers enthält ein Energiekonzentrationsableitteil, das an der Seite des Wafers positioniert ist. Ein verlängerter Abschnitt einer Sonde erstreckt sich über und im wesentlichen parallel zu der Waferoberfläche. Ein Vibrator ist an einem hinteren Ende der Sonde befestigt, um die Sonde derart in Schwingung zu versetzen, daß der verlängerte Abschnitt die akustische Schwingungsenergie auf den Wafer überträgt und Ablagerungen ablöst.

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN

Diese Anmeldung nimmt die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2002-20470, angemeldet am 15. April 2002, in Anspruch und ihr Inhalt wird hierin unter Bezugnahme voll umfänglich mit offenbart.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen eines Wafers, der bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung verwendet wüd.

Beschreibung des Stands der Technik

In jüngster Zeit wurden zahlreiche Verfahren zum Reinigen eines Wafers unter Verwendung von hochfrequenter Akkustikenergie, wie beispielsweise Megasonic-Energie, eingeführt worden. Eine Vorrichtung zum Reinigen eines Halbleitersubstrats unter Verwendung von Megasonic-Energie entfernt Verunreinigungen (z. B. Teilchen) von einer Waferoberfläche durch Vorsehen einer Megasonic-Energie über das Reinigungsfluid. Ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Reinigen eines Halbleiterwafers, die eine hochfrequente Akkustikenergie verwendet, ist die GOLD FINGER Reinigungsvorrichtung, eingeführt von der Verteq, Inc., welche in dem US-Patent Nr. 6,039,059 (erteilt am 21. März 2000 von Mario E. Bran, et al.) offenbart ist und hierin durch Bezugnahme voll umfänglich mit eingeführt wird. Obwohl die Vorrichtung zum Reinigen eines Halbleiterwafers durch Vorsehen einer Megasonic-Energie Teilchen wirksam von einer Waferoberfläche entfernt, werden manchmal Strukturen bzw. Muster, die auf dem Wafer ausgebildet sind, während des Reinigungsverfahrens beschädigt. Die Beschädigung der Muster umfaßt beispielsweise ein Anheben bzw. Lösen der Muster. Insbesondere können die Muster am Rand des Wafers stark beschädigt werden.
Es ist bekannt, daß die Beschädigung der Muster aufgrund einer Konzentration von Megasonic-Energie oder Schwingungsenergie der Fluide auftritt. Da die für eine Halbleitervorrichtung erforderlichen Entwurfsregeln immer enger werden, kann die Beschädigung der Muster zunehmen. Falls eine Linienbreite der Muster beispielsweise weniger als 0,12 µm beträgt, kann die Beschädigung der Muster aufgrund des Reinigungsverfahrens zunehmen.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Zumindest eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht eine Vorrichtung zum Reinigen eines Halbleiterwafers vor, die eine hochfrequente Akustikenergie zum Reinigen des Wafers verwendet. Die Vorrichtung enthält ein Energiekonzentrationshilfs -bzw. Energiekonzentrationsableitteil, das in einem Abstand von dem zu reinigenden Halbleiterwafer positioniert ist. Das Energiekonzentrationsableitteil ist in einer Höhe ausgebildet, die im wesentlichen gleich zu der Oberfläche des Wafers ist (z. B. koplanar dazu). Eine Sonde ist im wesentlichen parallel zu und über zumindest einen Abschnitt des Energiekonzentrationsableitteils und eines Abschnitts des Halbleiterwafers positioniert. Die Sonde ist aus einem Material ausgebildet, das verglichen mit Lösungen, die zum Reinigen des Wafers verwendet werden, nicht reaktiv ist und welches akustische Energie leicht überträgt.
Die Sonde kann einen verlängerten Abschnitt, einen Mittelabschnitt und einen Verbindungsabschnitt enthalten. Der verlängerte Abschnitt ist der Abschnitt der Sonde, der sich über das Energiekonzentrationsableitteil und den Halbleiterwafer erstreckt. Der verlängerte Abschnitt kann einen Querschnitt aufweisen, der im wesentlichen gleichbleibt und der Querschnitt kann kreisförmig oder ovalförmig sein. Der Mittelabschnitt ist integral mit dem verlängerten Abschnitt verbunden und kann eine Trichterform mit einem Querschnitt aufweisen, der in Richtung weg von dem verlängerten Teil allmählich zunimmt. Der Mittelabschnitt kann außerhalb des Energiekonzentrationsableitteils positioniert sein. Der Verbindungsabschnitt ist integral mit dem Mittelabschnitt verbunden und weist einen größeren Querschnitt als der des Mittelabschnitts auf. Ein Vibrator ist an dem gegenüberliegenden Ende des Verbindungsteils zum Erzeugen einer akustischen Schwingungsenergie bei Anlegen einer Spannung verbunden. Der Vibrator kann aus einem piezoelektrischen Material hergestellt sein. Die akustischen Schwingungen, die durch den Vibrator vorgesehen werden, können Ultraschallwellen im kHz-Bereich sein.
Eine Reinigungsflüssigkeit kann durch Reinigungsflüssigkeitszuführvorrichtungen vorgesehen werden, die optional Düsen zum gerichteten Zuführen der Reinigungsflüssigkeit auf den zu reinigenden Halbleiterwafer aufweisen. Eine Reinigungsflüssigkeitszuführvorrichtung kann zum gerichteten Zuführen der Reinigungsflüssigkeit auf die Oberfläche des Halbleiterwafers positioniert sein und eine Reinigungsflüssigkeitszuführvorrichtung kann zum gerichteten Zuführen der Reinigungsflüssigkeit auf die Bodenoberfläche des Halbleitersubstrats positioniert sein. Die Reinigungsflüssigkeit kann deionisiertes Wasser oder eine chemische Lösung, wie etwa eine HF-Lösung oder eine SCl-Lösung sein. Die Reinigungsflüssigkeit bildet eine Reinigungsmediumschicht auf dem Halbleitersubstrat aus. Da das Energiekonzentrationsableitteil im wesentlichen coplanar zu dem Halbleiterwafer positioniert ist, kann sich die Reinigungsmediumschicht ununterbrochen von dem Halbleiterwafer zu dem Energiekonzentrationsableitteil erstrecken.
Optional sind zumindest ein Abschnitt der Sonde, des Energiekonzentrationsableitteils und des Wafers in einem Gehäuse, wie etwa einem Tank, positioniert. Zusätzlich kann die Drehung des Halbleiterwafers während des Reinigungsverfahrens um eine Drehachse vorgesehen werden.
Zumindest eine andere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren zum Reinigen eines Halbleitersubstrats vor. Ein Energiekonzentrationsableitteil ist benachbart zu und in einem Abstand von dem zu reinigenden Halbleiterwafer positioniert. Das Energiekonzentrationsableitteil kann im wesentlichen auf der gleichen Höhe und im wesentlichen coplanar zu dem Halbleiterwafer positioniert sein, um einen falsche Rand (false edge) bzw. Schutzrand für den Halbleiterwafer zu erzeugen. Dieser Schutzrand kann die maximale akustische Leistung zu dem Energiekonzentrationsableitteil verschieben.
Eine Sonde ist über zumindest einen Abschnitt des Energiekonzentrationsableitteils und eines Abschnitts des Halbleiterwafers positioniert. Die Sonde kann einen verlängerten stabförmigen Abschnitt, einen trichterförmigen Mittelabschnitt und einen Verbindungsabschnitt enthalten, wie voranstehend im Bezug auf die Vorrichtung zur Reinigung eines Halbleiterwafers beschrieben. Ein Vibrator ist mit einem Ende der Sonde zum Erzeugen einer akustischen Schwingungsenergie verbunden. Der Vibrator kann aus einem piezoelektrischen Material hergestellt sein. Die akustischen Schwingungen, die durch den Vibrator vorgesehen werden, können Ultraschallwellen im kHz- Bereich sein.
Eine Reinigungsflüssigkeit, wie etwa eine HF-Lösung oder eine SCl-Lösung, wird der Oberfläche des Halbleiterwafers zugeführt. Da das Energiekonzentrationsableitteil im wesentlichen coplanar zu dem Halbleiterwafer positioniert ist, erstreckt sich die Reinigungsmediumschicht ununterbrochen von dem Halbleiterwafer zu dem Energiekonzentrationsableitteil.
Nachdem die Reinigungsmediumschicht über dem Halbleiterwafer und zumindest einem Abschnitt des Energiekonzentrationsableitteils ausgebildet ist, wird eine Spannung an den Vibrator angelegt und akustische Wellen werden durch den Vibrator erzeugt. Diese akustischen Wellen werden über die Reinigungsmediumschicht zu der Sonde und dem Halbleiterwafer übertragen. Der Halbleiterwafer kann frei um seine Drehachse gedreht werden, um sicherzustellen, daß der gesamte Halbleiterwafer durch die Sonde in Schwingung versetzt wird. Die akustische Energie, die auf die Oberfläche des Halbleiterwafers durch die Schwingungen der Sonde übertragen wird, entfernt Verschmutzungen und/oder unerwünschte Ablagerungen von dem Halbleiterwafer.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf ihre folgende detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung ohne weiteres ersichtlich, in welcher:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung zum Reinigen eines Halbleiterwafers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Reinigen eines Halbleiterwafers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 eine Darstellung ist, die die Übertragung der akustischen Schwingungsenergie von einer Sonde zu einem Halbleiterwafer über eine Reinigungsmediumschicht veranschaulicht;
Fig. 4 eine schematische Ansicht ist, die eine Abnahme der akustischen Leistung bei einer herkömmlichen Halbleiterwaferreinigungsvorrichtung darstellt;
Fig. 5 eine schematische Ansicht ist, die die Abnahme der akustischen Leistung bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 6 eine schematische Ansicht ist, die eine Vorrichtung zum Reinigen eines Halbleiterwafers darstellt, die mit einer Zisterne und einer Reinigungsfluidzuführvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung eingehender beschrieben, in welcher beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Die Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein und sollte nicht auf die hier dargestellten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Vielmehr sind diese beispielhaften Ausführungsformen dazu vorgesehen, die Offenbarung sorgfältig und vollständig zu machen und werden dem Fachmann die Grundlagen der vorliegenden Erfindung vollständig vermitteln. In der Zeichnung ist die Dicke der Schichten und Bereiche zur Klarheit übertrieben dargestellt. Durch die verschiedenen Figuren hindurch bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Ebenso bedeutet der Ausdruck, daß eine Komponente oder eine Schicht "auf" einer anderen Komponente oder Schicht ausgebildet ist, daß diese Komponente oder diese Schicht direkt auf der anderen Komponente oder Schicht ausgebildet ist oder auch ebenso dazwischenliegende Komponenten oder Schichten vorhanden sein können.
Zunächst wird eine allgemeine Beschreibung einer Reinigungsvorrichtung zum Reinigen eines Halbleiterwafers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingehend beschrieben. Als nächstes wird eine herkömmliche Reinigungsvorrichtung beschrieben und anschließend mit der Reinigungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verglichen. Anschließend wird eine alternative Reinigungsvorrichtung zum Reinigen eines Halbleiterwafers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegeden Erfindung eingehend beschrieben. Schlußendlich wird ein Verfahren zum Reinigen eines Halbleiterwafers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

1. Allgemeine Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Eine Vorrichtung zum Reinigen eines Halbleiterwafers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Beschädigung von Mustern, die an dem Rand des Wafers angeordnet sind, durch ein Ableiten der Konzentration von akustischer Energie aus dem Randbereich des Wafers verringern. Bei einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine hochfrequente Akkustikenergie dem Halbleiterwafer zugeführt, wenn der Wafer gereinigt wird. Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die GOLD FINGER Reinigungsvorrichtung der Verteq Inc. beschrieben wird, ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf diese beispielhafte Ausführungsform beschränkt. Außerdem verwendet zumindest eine beispielhafte Ausführungsform der Vorrichtung zum Reinigen eines Wafers Ultrasonic- bzw. Ultraschallwellen.
Fig. 1 und 2 sind eine schematische Drauf- bzw. Seitenansicht einer Vorrichtung zum Reinigen eines Halbleiterwafers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 1 und 2 ist es ersichtlich, daß die Vorrichtung zum Reinigen eines Halbleiterwafers eine Sonde 400 zum Vorsehen von akustischer Energie zu dem Halbleiterwafer 100, einen Vibrator 500, der mit der Sonde 400 verbunden ist, und ein Energiekonzentrationsableitteil 200, das an einer Seite des Halbleiterwafers 100 in einem Abstand von dem Rand des Halbleiterwafers 100 entfernt ausgebildet ist, enthält.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, ist das Ende der Sonde 400 in einem Abstand von dem Energiekonzentrationsableitteils 300 und der Oberfläche des Halbleiterwafers 100 positioniert. Die Sonde 400 enthält eine verlängerten Abschnitt 401, der im wesentlichen parallel zu und über dem Halbleitersubstrat 100 positioniert ist. Insbesondere kann die Sonde 400 eine verlängerten stabförmigen Abschnitt 401, eine Verbindungsabschnitt 403, der mit dem Vibrator 500 verbunden ist, und einen trichterförmigen Mittelabschnitt 402 enthalten, der den Verbindungsabschnitt 403 und den verlängerten stabartigen Abschnitt 401 verbindet. Der Querschnitt des Mittelabschnitts 402 nimmt in Richtung des Verbindungsabschnitts 403 allmählich zu. Der verlängerte Abschnitt 401 überträgt eine akustische Schwingungsenergie auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 100 und weist durchgängig im wesentlichen gleichen Querschnitt auf. Der verlängerte Abschnitt 401 kann kreisförmig oder ovalförmig sein.
Eine Reinigungsmediumschicht 300, welche als ein Material zum Übertragen der akustischen Energie verwendet wird, ist zwischen der Sonde 400 und der Oberfläche des Halbleiterwafers 100 und des Energiekonzentrationsableitteils 200 positioniert. Deionisiertes Wasser oder andere Reinigungsflüssigkeiten, wie etwa Reinigungschemikalien (z. B. eine HF-Lösung oder eine SCl-Lösung) können als die Reinigungsflüssigkeit verwendet werden. Falls deionisiertes Wasser verwendet wird, wird eine Flüssigkeitsschicht mit einem Meniskus zwischen dem Wafer 100 und der Sonde 400 als die Reinigungsmediumschicht 300 ausgebildet.
Bei zumindest einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der verlängerte Abschnitt 401 der Sonde 400 so positioniert, daß er zumindest einen Abschnitt des Energiekonzentrationsableitteils 200 und einen Abschnitt des Halbleiterwafers 100 in radialer Richtung überquert (traversiert). Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Ende der Sonde 400 so positioniert, daß sie bis zur Mitte des Halbleiterwafers 100 reicht, so daß die Sonde 400 durch Drehen des Wafers 100 die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers 100 überstreicht. Der verlängerte Abschnitt 401 der Sonde 400 kann im wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche des Energiekonzentrationsableitteils 200 und der Oberfläche des Halbleiterwafers 100 positioniert sein.
Die Sonde 400 kann aus einem Material ausgebildet sein, das verglichen mit dem Reinigungsmedium 300 relativ inaktiv ist, das nicht verunreinigt ist und welches leicht und wirksam die akustische Energie überträgt. Geeignete Beispiele für das zum Ausbilden der Sonde 400 zu verwendende Material umfassen Saphir, Siliziumcarbid (SiC) und Bornitrid (BN).
Das Energiekonzentrationsableitteil 200 besitzt gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im wesentlichen die gleiche Höhe wie die des Halbleiterwafers 100 (z. B. ist das Energiekonzentrationsableitteil 200 im wesentlichen coplanar zu dem Halbleiterwafer 100), wobei es wie nachstehend beschrieben die Beschädigung an dem Randbereich des Halbleiterwafers 100 verringert. Außerdem kann das Energiekonzentrationsableitteil 200 beabstandet vom Rand des Halbleiterwafers 200 angeordnet sein, um den Halbleiterwafer 100 ein freies Drehen während des Reinigungsverfahrens zu ermöglichen. Der Abstand zwischen dem Energiekonzentrationsableitteil 200 und dem Halbleiterwafer 100 kann so aufrecht erhalten werden, daß die Reinigungsmediumschicht 300 sich ununterbrochen von der Oberfläche des Halbleiterwafers 100 zu der Oberfläche des Energiekonzentrationsableitteil 200 erstreckt, wie in Fig. 2 gezeigt. Außerdem verringert das Energiekonzentrationsableitteil 200 eine Beschädigung der Muster, die an dem Rand des Halbleiterwafers 100 konzentriert sind, während des Reinigungsverfahrens durch ein Verhindern der Konzentrierung von akustischer Schwingungsenergie an dem Rand des Halbleiterwafers. Insbesondere erzeugt das Energiekonzentrationsableitteils 200 einen falschen Rand (false edge) bzw. Schutzrand für den Halbleiterwafer 100, so daß das Maxima der akustischen Leistung von dem Randbereich des Halbleiterwafers 100 zu dem Energiekonzentrationsableitteil 200 verschoben ist.
Der Vibrator 500 kann aus einem piezoelektrischen Material hergestellt sein und erzeugt akustische Wellen, wenn Spannung daran angelegt wird. Die hochfrequenten Akustikwellen, die von dem Vibrator erzeugt werden, werden zu der Sonde 400, die mit dem Vibrator 500 verbunden ist, übertragen und versetzen sie in Schwingung. Die akustische Energie, die auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 100 durch die Schwingungen der Sonde 400 übertragen worden ist, entfernt Verunreinigungen, wie etwa Partikel, von dem Halbleiterwafer 100. Laterale Schwingungen, von dem Vibrator 500 werden auf die Sonde 400 in einer vertikalen Richtung übertragen.
Bezugnehmend auf Fig. 3 wird eine schematische Ansicht gezeigt, die die Übertragung der akustischen Schwingungsenergie von der Sonde 400 auf den Halbleiterwafer 100 über die Reinigungsmediumschicht 300 darstellt. Wie in Fig. 3 dargestellt, überträgt die Sonde 400 die akustische Schwingungsenergie auf die Oberfläche des Halbleiterwafers über die Reinigungsmediumschicht 300, die zwischen der Sonde 400 und dem Halbleiterwafer 100 angeordnet ist. Die Schwingungsenergie, d. h. hochfrequente akustische Schwingungsenergie, wird von dem Vibrator 500 auf die Sonde 400 übertragen und anschließend über einen Meniskus auf die Reinigungsmediumschicht 300 und die Oberfläche des Halbleiterwafers 100 übertragen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist die der Sonde 400 zugeführte akustische Schwingungsenergie, z. B. Ultraschallwellen, eine breitbandige Frequenz auf, in welcher ein Kavitationsphänomen auftritt. Ein Kavitationsphänomen ist ein Phänomen, bei welchem eine Ultraschallwelle Dämpfe oder Blasen (oder Kavitationen) erzeugt und bewirkt, daß diese in der Reinigungsmediumschicht 300 explodieren. Insbesondere betrifft Kavitation ein Phänomen, bei dem hochfrequente Wellen, wie beispielsweise Ultraschallwellen, eine große Menge an Energie und Dämpfe erzeugen, wenn die Wellen über eine Flüssigkeit übertragen werden. Obwohl nicht durch eine Theorie belegt, gibt es einige Hypothesen für die Ursachen dieses Kavitationsphänomens. Beispielsweise wird bei einer Theorie angenommen, daß kleine Dämpfe bzw. Dampfblasen sich in der Flüssigkeit zigtausendmal pro Sekunde wiederholt ausdehnen und zusammenziehen als Ergebnis auf die der Flüssigkeit durch die Ultraschallwellen zugeführten Spannungen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befindet sich die Frequenz der Akkustikenergie im Bereich von kHz. Falls die Energie der Ultraschallwellen stark vergrößert wird, wird die Bindungskraft der Flüssigkeitsmoleküle aufgebrochen, so daß mehr als zig Millionen von kleinen Kavitäten erzeugt werden. Falls die Dämpfe, die bei niedrigem Druck erzeugt worden sind, bei hohem Druck explodieren, kann das Kavitationsphänomen auftreten.
Wenn kleine Kavitäten oder Dämpfe aufgrund des Kavitationsphänomens explodieren, wird eine große Menge von Energie emittiert. Somit ist es möglich, ein Objekt in der Flüssigkeit sowohl auf der Oberfläche als auch in tieferen Abschnitten des Objekts innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu reinigen. Die Dämpfe oder Kavitäten, die während der Kavitation erzeugt werden, sind so klein, daß sie wirkungsvoll für eine gründliche Reinigung oder für das Reinigen eines sehr kleinen Raumes geeignet sind. Wenn eine Ultraschallwelle in einem Reinigungsmedium oder einer Reinigungsflüssigkeit erzeugt wird, werden Kavitäten wiederholt erzeugt und zerstört. Die Verunreinigungen auf dem zu reinigenden Objekt werden bei einem Druck von ungefähr 1000 Atmosphären als Ergebnis der wiederholten Erzeugung und Vernichtung von Kavitäten gelöst. Außerdem kann die Reinigung durch Begleiteffekte des Kavitationsphänomens, wie etwa die Förderung oder Verteilung von chemischer Reaktion, der Agitation der Reinigungsflüssigkeit, der Entfernung von Fetten, Emulgierung u. s. w. verstärkt werden.
Die Menge an erzeugten Dämpfen bzw. Dampfblasen und der Grad des Kavitationsphänomens verändern sich abhängig von verschiedenen Faktoren, wie etwa der Temperatur der Reinigungsmediumschicht der angelegten Frequenz und der Struktur oder Dicke des Materials, das die Ultraschallwellen auf die Flüssigkeit überträgt. Je niedriger die Frequenz ist, desto stärker ist die Kavitation. Demgemäß ist eine niedrige Frequenz für das Entfernen von Partikeln durch Kavitation gut geeignet. Jedoch kann die Kavitation bei niedrigen Frequenzen ebenso Muster auf dem Halbleiterwafer beschädigen. Daher verwendet eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Ultraschallwellen mit einer Frequenz im Bereich von 800 kHz bis 950 kHz, um mikroskopische Kavitationen zu erzeugen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine akustische Energie in einem Frequenzbereich von 880 ±50 kHz erzeugt werden. Ohne Beschädigen der Muster auf dem Halbleiterwafer ist eine sehr wirksame Reinigung, insbesondere bei 840, 905 und 915 kHz möglich.

2. Herkömmliche Reinigungsvorrichtung

Fig. 4 zeigt eine Kurve, bei der eine Abnahme der akustischen Leistung in einer Richtung von einem Anfangspunkt aus, bei dem die Sonde die Reinigungsmediumschicht in einer herkömmlichen Halbleiterwaferreinigungsvorrichtung kontaktiert, nach innen hin veranschaulicht. Insbesondere stellt die Kurve bzw. die Kennlinie den Abfall der akustischen Leistung dar, die dem Halbleiterwafer 100 zugeführt wird, wenn der Wafer 100 durch Anlegen akustischer Schwingungsenergie gereinigt wird und die Sonde 400 über dem Halbleiterwafer 100 positioniert ist. Die Kennlinie der abnehmenden akustischen Leistung wird in Bezug zur Kontaktlänge der Sonde 400 mit dem Wafer 100 gezeigt.
Fig. 4 zeigt einen Abfall bei der akustischen Leistung in einer Richtung von dem Anfangspunkt der Sonde 400, der die Flüssigkeitsschicht kontaktiert, nach innen hin. Wie in Fig. 4 gezeigt kontaktiert die Sonde 400 die Reinigungsmediumschicht 300 zuerst am Rand des Halbleiterwafers 100, falls das Energiekonzentrationsableitteil 200 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht vorgesehen ist. Bei diesem Beispiel ist die Sonde 400 ungefähr xλ (λ ist die Frequenz einer akustischen Welle), z. B. 1,4 mm, über der Oberfläche des Halbleiterwafers 100 positioniert. Bei diesem Abstand ist der akustische Druck der Kavitätsexplosion, die auf dem Halbleiterwafer 100 übertragen wird, vergrößert. Fig. 4 zeigt, daß die Kennlinie des Abfalls der akustischen Leistungsdichte der Sonde 400 an dem Randabschnitt des Wafers 100 ein Maximum aufweist, und daß die akustische Leistungskurve entlang der Richtung zum Inneren des Wafers 100 hin abnimmt. Gemäß der Leistungskennlinie befindet sich der maximale Leistungsdichtepunkt an dem Rand des Halbleiterwafers 100.

3. Vergleich einer herkömmlichen Reinigungsvorrichtung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Die Beschädigung der Muster auf dem Halbleiterwafer 100, die durch ein Reinigungsverfahren verursacht wird, tritt typischerweise in dem Randabschnitt des Wafers 100 auf, da die akustische Leistung an dem Rand des Wafers 100 einen maximalen Wert aufweist. Wie in Fig. 4 gezeigt, nimmt die Leistungskennlinie in Richtung des Endes der Sonde 400 ab, mit welchem sie die Flüssigkeitsschicht kontaktiert. Es wird angenommen, daß, falls der Punkt, bei dem die Sonde 400 die Flüssigkeitsschicht als erstes kontaktiert, radial nach außen von dem Halbleiterwafer 100 bewegt wird, man die Konzentration der akustischen Leistung an dem Rand des Wafers 100 verhindern kann. Angesichts dessen wird das Energiekonzentrationsableitteil 200 außerhalb des Halbleiterwafers 100 angeordnet, um die an dem Rand des Halbleiterwafers 100 konzentrierte akustische Energie zu verringern.
Wie in Fig. 5 gezeigt, weist die Kennlinie des Abfalls der akustischen Leistungsdichte der Sonde 400 bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ebenso einen Maximalwert in dem Abschnitt auf, der die Flüssigkeitsschicht zuerst kontaktiert; jedoch ist der Abschnitt, der die Flüssigkeitsschicht als erstes kontaktiert, der Randabschnitt des Energiekonzentrationsableitteitls 200 und nicht der Halbleiterwafer 100, wie bei der herkömmlichen in Fig. 4 dargestellten Reinigungsvorrichtung. Falls bei Fig. 4 der Halbleiterwafer 100 radial nach außen erstreckt wird, kann sich auch der Maximalpunkt der Akustikleistungskennlinie von dem Rand des Halbleiterwafers nach außen verschieben. Durch Positionieren des Energiekonzentrationsableitteils 200 in im wesentlichen der gleichen Höhe wie die Oberfläche des Halbleiterwafers 100 und beabstandet zu dem Halbleiterwafer 100, kann das Maximum der akustischen Leistung von der Oberfläche des Halbleiterwafers 100 nach außen zu dem Energiekonzentrationsableitteil 200 verschoben sein, wie in Fig. 5 gezeigt. Somit verringert das Energiekonzentrationsableitteil 200 die Beschädigung der auf dem Randbereich des Halbleiterwafers 100 erzeugten Muster durch die Erzeugung eines falschen Randes bzw. Schutzrandes für den Halbleiterwafer 100 und durch Verschieben des Maximums der akustischen Leistung von dem Randbereich des Halbleiterwafers 100 zu dem Rand des Energiekonzentrationsableitteils 200. Insbesondere erzeugt das Energiekonzentrationsableitteil 200 einen falschen Rand bzw. Schutzrand für den Halbleiterwafer 100, so daß die akustische Leistung, die durch den Vibrator 500 erzeugt wird, an dem Rand des Energiekonzentrationsableitteils 200 auftritt und nicht an dem Waferrand. Bei der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 5 gezeigt ist, kann daher die Beschädigung, die von dem Maximum der akustischen Leistungskennlinie herrührt, das über dem Randbereich des Halbleiterwafers 100 positioniert ist, verringert werden.
Das Energiekonzentrationsableitteil 200 ist benachbart zu dem Halbleiterwafer 100 in der gleichen Richtung, wie die Sonde 400 positioniert. Außerdem ist das Energiekonzentrationsableitteil 200 beabstandet von dem Halbleiterwafer 100 derart angeordnet, daß die Reinigungsmediumschicht 300, die auf dem Halbleiterwafer 100 ausgebildet ist, sich ununterbrochen von dem Halbleiterwafer 100 zu dem Energiekontzentrationsableitteil 200 erstreckt.
Ferner ist das Energiekonzentrationsableitteil 200 eben und im wesentlichen gleich hoch wie der Halbleiterwafer 100 ausgebildet (z. B. ist das Energiekonzentrationsableitteil 200 im wesentlichen coplanar mit dem Halbleiterwafer 100), so daß die Reinigungsmediumschicht 300 sich ununterbrochen zu dem Energiekonzentrationsableitteil 200 erstreckt. Der verlängerte Abschnitt 401 der Sonde 400 ist im wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Energiekonzentrationsableitteils 200 positioniert. Dementsprechend liegt der Punkt, bei dem der verlängerte Abschnitt 401 der Sonde 400 die Reinigungsmediumschicht 300 zuerst kontaktiert (d. h. Grenzschicht der Flüssigkeit zur Umgebung) innerhalb des Energiekonzentrationsableitteils 200.
Wie in Fig. 5 gezeigt und im Unterschied zu der in Fig. 4 gezeigten herkömmlichen Reinigungsvorrichtung kann der Anfangspunkt, der mit der maximalen akustischen Leistung des verlängerten Abschnitts 401 der Sonde 400 korrespondiert und der die Reinigungsmediumschicht 300 kontaktiert, beabstandet zu dem Halbleiterwafer 100in einer entgegengesetzten Richtung auf einem Randabschnitt des Energiekonzentrationsableitteils 200 positioniert sein. Da außerdem die akustische Leistungsdichte in der Innenrichtung von dem Kontaktanfangspunkt aus abnimmt, nimmt ebenso in der Richtung von dem Energiekonzentrationsableitteil 200 zu dem Halbleiterwafer 100 die akustische Leistung ab, wie in Fig. 5 gezeigt. Dementsprechend wird eine verringerte Leistungsdichte an dem Rand des Halbleiterwafers 100 angelegt und eine Beschädigung der Muster, welche normalerweise an dem Rand des Halbleiterwafers 100 auftritt, kann daher verringert werden.

4. Alternative beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung zum Reinigen eines Halbleiterwafers 100 darstellt, die einen Tank 600 und Reinigungsmediumzuführvorrichtungen 710 und 750 gemäß einer alternativen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. Wie in Fig. 6 gezeigt, enthält die Vorrichtung ebenso eine Drehachse 150, um den der Halbleiterwafer 100 während des Reinigungsverfahrens sich dreht und eine Unterstützungs- bzw. Trageeinheit (nicht gezeigt), die an der Drehachse 150 des Halbleiterwafers 100 angeordnet ist.
Die erste Reinigungsmediumzuführvorrichtung 710 kann über dem Halbleiterwafer 100 positioniert sein, um eine Reinigungsflüssigkeit (z. B. deionisiertes Wasser oder eine chemische Lösung, wie etwa ein HF-Lösung oder eine SCl-Lösung) zum Ausbilden einer Reinigungsmediumschicht 300 auf der oberen Oberfläche des Halbleiterwafers 100 vorzusehen. Die erste Reinigungsmediumzuführvorrichtung 710 kann ferner eine Düse 711 enthalten. Die zweite Reinigungsmediumzuführvorrichtung 750, die optional ebenso eine Düse 751 aufweisen kann, kann zum Vorsehen einer Reinigungsflüssigkeit auf dem unteren Abschnitt des Halbleiterwafers 100 positioniert sein.
Das Energiekonzentrationsableitteil 200 ist benachbart zu dem Halbleiterwafer 100 in einem Abstand von dem Halbleiterwafer 100 positioniert, so daß der Halbleiterwafer 100 während des Reinigungsverfahrens frei drehen kann. Die Reinigungsmediumschicht 300 kann ununterbrochen von dem Halbleiterwafer 100 zu dem Energiekonzentrationsableitteil 200 erstreckt sein. Außerdem kontaktiert der verlängerte Abschnitt 401 der Sonde 400 die Reinigungsmediumschicht 300, die sich von dem Energiekonzentrationsableitteil 200 erstreckt. Daher kann die akustische Energie, die an dem Rand des Halbleiterwafers 100 konzentriert ist, verringert werden. Die Drehachse 150 und das Energiekonzentrationsableitteil 200 können innerhalb des Tanks 600 ausgebildet sein.

5. Verfahren zum Reinigen eines Halbleiterwafers gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung

Um einen Halbleiterwafer gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu reinigen, wird ein Energiekonzentrationsableitteil 200 benachbart und beabstandet von dem zu reinigenden Halbleiterwafer 100 positioniert. Das Energiekonzentrationsableitteil 200 kann im wesentlichen auf der gleichen Höhe (z. B. im wesentlichen coplanar dazu) wie der Halbleiterwafer 100 positioniert werden, wodurch ein falscher Rand bzw. ein Schutzrand für den Halbleiterwafer erzeugt wird. Wie zuvor im Detail beschrieben verschiebt der Schutzrand das Maximum der akustischen Leistung von dem echten Rand des Halbleiterwafers 100 zu dem Energiekonzentrationsableitteil 200. Durch Verschieben der Leistungsspitze zu dem Energiekonzentrationsableitteil 200 kann die Beschädigung von Mustern, die auf dem Rand des Halbleiterwafers 100 positioniert sind, verringert werden.
Eine Sonde 400 ist über zumindest einem Abschnitt des Energiekonzentrationsableitteils 200 und einem Abschnitt des Halbleiterwafers 100 positioniert. Die Sonde kann einen verlängerten Abschnitt 401, einen trichterförmigen Abschnitt 402 und einen Verbindungsabschnitt 403, der den trichterförmigen Mittelabschnitt 402 mit dem Vibrator 500 verbindet, enthalten. Die Sonde 400 kann im wesentlichen parallel zu dem Halbleiterwafer 100 positioniert sein.
Eine Reinigungsflüssigkeit wird beispielsweise durch die Reinigungsflüssigkeitszuführvorrichtungen 710 und 750 der Oberfläche des Halbleiterwafers 100 zugeführt.
Die Reinigungsflüssigkeit kann eine Flüssigkeit wie deionisiertes Wasser oder eine Reinigungslösung wie etwa eine HF-Lösung oder eine SCl-Lösung sein. Diese Reinigungslösung bildet eine Reinigunsmediumschicht 300 zwischen dem Halbleiterwafer 100 und der Sonde 400. Der Abstand von dem Halbleiterwafer zu dem Energiekonzentrationsableitteil 200 ist derart bemessen, daß die Reinigungsmediumschicht 300 sich ununterbrochen zu dem Energiekonzentrationsableitteil 200 erstrecken kann.
Nachdem die Reinigungsmediumschicht über dem Halbleiterwafer 100 und zumindest einem Abschnitt des Energiekonzentrationsableitteils 200 ausgebildet ist, wird an dem Vibrator 500 eine Spannung angelegt und akustische Wellen, die durch den Vibrator 500 erzeugt werden, werden auf die Sonde 400 und durch die Reinigungsmediumschicht 300 auf den Halbleiterwafer 100 übertragen. Der Halbleiterwafer 100 kann sich um eine Drehachse 150 frei drehen, um sicherzustellen, daß der gesamte Halbleiterwafer 100 durch die akustischen Schwingungen in Schwingung versetzt wird. Die akustische Energie, die durch die Schwingungen der Sonde 400 auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 100 übertragen werden, entfernen Verunreinigungen und/oder unerwünschte Ablagerungen von dem Halbleiterwafer 100.
Obwohl beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung voranstehend detailliert beschrieben worden sind, ist es dem Fachmann ersichtlich, daß zahlreiche Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne von dem gedanklichen Grundkonzept und den Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Vorrichtung zum Reinigen eines Halbleiterwafers aufweisend:
ein Energiekonzentrationsableitteil, wobei das Energiekonzentrationsableitteil an einem Seitenabschnitt des Wafers positioniert ist;
eine Sonde, die sich zumindest über einen Abschnitt des Energiekonzentrationsableitteils und einen Abschnitt des Wafers erstreckt; und
ein Vibrator, der an einem Ende der Sonde befestigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sonde einen verlängerten Abschnitt enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Sonde eine Länge aufweist, die ausreichend ist, daß ein Ende des verlängerten Abschnitts der Sonde bis zur Mitte des Wafers reicht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vibrator die Sonde veranlaßt, Ultraschallwellen im kHz-Bereich zu erzeugen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ultraschallwellen Frequenzen im Bereich von ungefähr 800-950 kHz aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Energiekonzentrationsableitteil von dem Seitenabschnitt des Wafers beabstandet positioniert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine obere Oberfläche des Energiekonzentrationsableitteils in einer Höhe ausgebildet ist, die im wesentlichen gleich zu der Höhe der oberen Oberfläche des Wafers ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend:
eine Reinigungsmediumschicht, die sich ununterbrochen von einer oberen Oberfläche des Wafers zu einer oberen Oberfläche des Energiekonzentrationsableitteils erstreckt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner aufweisend:
eine Reinigungsmediumzuführvorrichtung zum Vorsehen einer Reinigungsflüssigkeit für ein Ausbilden der Reinigungsmediumschicht auf der oberen Oberfläche des Wafers.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Reinigungsflüssigkeit aus deionisiertem Wasser, einer HF-Lösung oder einer SCl-Lösung ausgewählt sein kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, ferner aufweisend:
eine drehbare Trageeinheit, die den Wafer trägt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Reinigungsmediumzuführvorrichtung eine Düse enthält, um die Reinigungsflüssigkeit in Richtung der oberen Oberfläche des Wafers zuzuführen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der verlängerte Abschnitt der Sonde einen Querschnitt aufweist, der entlang dem verlängerten Abschnitt im wesentlichen gleichbleibt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Querschnitt des verlängerten Abschnittes der Sonde kreisförmig oder oval ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Sonde ferner enthält:
einen Verbindungsabschnitt mit einem Querschnitt, der größer als der Querschnitt des verlängerten Abschnitts ist, wobei der Verbindungsabschnitt mit dem Vibrator verbunden ist, und
einen Mittelabschnitt mit einem Querschnitt, welcher in der Größe von dem verlängerten Abschnitt zu dem Verbindungsabschnitt hin allmählich zunimmt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der verlängerte Abschnitt der Sonde einen gesamten Abschnitt des Energiekonzentrationsableitteils überquert und der Mittelabschnitt außerhalb des Energiekonzentrationsableitteils positioniert ist.

17. Verfahren zum Reinigen eines Halbleiterwafers aufweisend:
Erzeugen eines Schutzrandes für den Wafer;
Plazieren einer Sonde über dem Wafer derart, daß zumindest ein Abschnitt der Sonde den Wafer überquert; und
in Schwingung Versetzen der Sonde, um unerwünschte Ablagerungen auf dem Wafer zu lösen.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schutzrand durch Positionieren eines Energiekonzentrationsableitteils benachbart zu dem Wafer geschaffen wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei eine obere Oberfläche des Energiekonzentrationsableitteils im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie eine obere Oberfläche des Wafers positioniert wird.

20. Verfahren nach Anspruch 17, ferner aufweisend:
Zuführen eines Flüssigkeitsmediums zu dem Wafer vor dem Plazierungsschritt, wobei das Flüssigkeitsmedium sich quer über den Wafer und zumindest einen Abschnitt des Energiekonzentrationsableitteils erstreckt.

21. Verfahren nach Anspruch 20, ferner aufweisend:
ein Drehen des Wafers.

22. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt eines in Schwingung Versetzens die Sonde mit Ultraschallwellen, die Frequenzen im Bereich von 800-950 kHz aufweisen, in Schwingungen versetzt.