JP2003519934A - 高圧下ウエハ処理および乾燥の方法および装置 - Google Patents

高圧下ウエハ処理および乾燥の方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 開口容器（５２）内へウエハ（５０）を配置すること、ウエハを液体（５６）に浸すこと、容器を耐圧密閉すること、不活性気体（５９）で容器を加圧すること、および、気体−液体界面直下に維持された深さから水を排出する可動排出体（５４）を使用した液体の制御的排出を行うことを有する高圧下半導体ウエハ乾燥の方法およびその装置である。その後、容器内の圧力は減圧され、乾燥した清浄なウエハが取り出される。高圧が液体の沸点を抑え、そのために反応性が最適化されるような高温を使用することが可能となる。洗浄性能を高めるため、被圧液体と供に高周波超音波（２２２）を使用する。ウエハが配置されている密閉容器内へ洗浄等処置の促進を目的として超臨界物質が供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は半導体ウエハ、またはそれに類似する物品の高圧下の処理および乾燥
に関する。
【０００２】 湿潤化学処理は、半導体装置を製造する上で極めて重要な部分である。そのよ
うな処理にはフィルムの食刻、フォトレジストの除去、表面の洗浄が含まれる。
長年にわたり、特定の洗浄および食刻に関する課題のため、ＡＰＭ（水酸化アン
モニウム、過酸化水素と水の混合物）とＨＰＭ（塩酸、過酸化水素と水）、ＳＰ
Ｍ（硫酸と過酸化水素）、ＳＯＭ（硫酸とオゾン）等を含んでいる、夥しい数の
湿潤処理化学が特定の利用目的によって発展した。これら化学の多くは、それら
の化学的反応性ないし洗浄の有効性が温度の関数であるために、それらの沸点ま
たはその近傍で利用される。近年の湿潤処理技術の発展で、水性溶液または他の
溶液との組み合わせで様々な気体を利用し、所望の処理目的を達成するようにな
った。例えばオゾンと水を用い、半導体処理において有用である強力な酸化溶液
が作られる。特有の性質を備えた低または高ｐＨ溶液の製造に、塩酸やアンモニ
ア気体を水に注入して使用することは気体技術の利用に関する別例である。
【０００３】 気／液処理の混用はしばしば、気体の溶解度や温度的な制約から制限される。
水性溶液を使用する場合、溶解度の制限は高くなる。オゾンのような気体の周囲
環境条件下での水中への限られた溶解度により、例えば、単に酸化反応を促進さ
せるのに充分なオゾンが無いために、有機化合物の酸化反応へのオゾン／水溶液
の有効性は制限を受ける。温度が関連する反応性の制約はしばしば溶解度の限界
と絡み合っている。例えば、事実上のあらゆる気体の溶液中への溶解度は温度上
昇につれて減少する。しかし、化学的反応性は温度上昇に従って増加する。処理
の最適化のためには、これら２つの要因は相互に相容れないものである。加えて
、半導体処理で使用される水性溶液の多くはその沸点によって制約を受ける。沸
騰の防止が望まれる理由の１つに、ウエハ表面の洗浄に使用する高周波超音波を
より有効に利用するためにキャビテーションと泡の形成の防止がある。例えば、
水、水酸化アンモニウム、過酸化水素の５：１：１混合物は約６５℃で沸騰する
。その結果、そのような混合物は沸点が上昇するように組成を変更させない限り
は、上昇した温度ではその液相を維持できない。
【０００４】 ウエハの乾燥は、半導体装置ウエハの湿潤処理において重要な段階である。半
導体ウエハ表面に残留するあらゆるすすぎ洗浄流体は、少なくとも残留物や汚染
物質を堆積させる潜在的能力があり、それは後続の作業と干渉したり、最終電子
装置製品に欠陥を生じさせたりする。実際、脱イオン（“ＤＩ”）水は最も頻繁
にすすぎ洗浄流体として使用されている。すすぎ洗浄の後、他の大抵の溶液と同
様、ＤＩ水は、表面張力によってウエハ表面に膜あるいは水滴状に粘着する。理
想的な乾燥処理とは、迅速にこれらの膜あるいは水滴の除去に効果を顕し、ウエ
ハ表面上に一切の汚染物質を残さず、環境や安全性に対する危険がないものであ
る。
【０００５】 ウエハを乾燥させることや、乾燥後のウエハ表面の残留汚染物質レベルの低減
に向けて様々な技術が利用されてきたが、現在有用なもので最も魅力ある技術分
野は広い分類における、表面張力による乾燥に該当する。標準的な表面張力乾燥
機は以下の段階を経てウエハの乾燥を達成する。（１）ウエハをすすぎ洗浄媒体
に浸す。（２）すすぎ洗浄媒体はウエハから流されるか、ウエハが洗浄処理媒体
から持ち上げられ、典型的には、通常イソプロピルアルコールのようなアルコー
ル（“ＩＰＡ”）の有機蒸気を一定割合含んだ不活性搬送ガスの置換媒体に曝さ
れる。（３）有機蒸気が洗浄処理媒体の表面フィルムに溶解し、液中に濃度勾配
を作り、今度はそれが表面張力勾配が生み、それによって液体の高表面張力を有
する部分が、あらゆる含有汚染物質と一緒に液体の低表面張力の部分をウエハか
ら実質的には“引っ張る”ことで乾燥ウエハを得る。ある場合には、（４）置換
媒体を、不活性ガス流のような乾燥処理媒体を使用してウエハのある場所から取
り除いてもよい。加えて、乾燥を補助し、かつ液体の凝縮体がウエハ表面に形成
されることを防止するために搬送ガスを加熱してもよい。
【０００６】 従来の表面張力乾燥技術は少なくとも以下の要因によって、制限を受けている
。（１）可燃性液体であるＩＰＡの発火点を越えた温度での使用に起因する内在
的危険性を孕んでいる。（２）比較的に高い割合で、ＩＰＡを消費することが要
求されている。（３）比較的高度に不安定な有機蒸気の排出がある。
【０００７】 現行の処理および乾燥技術に内在するこれら制限を鑑み、本発明の目的をウエ
ハ処理および乾燥の改良された方法および装置を提供することとする。
【０００８】 ここでは、被加工体ないしは“ウエハ”なる術語を、それが半導体材料から成
るか否かに関わり無く、半導体ウエハやフォトマスク、光学、ガラスおよび磁気
ディスク、フラットパネル等のような類似の平板媒体に用いる。
【０００９】 （発明の記述） したがって、本発明第１の態様においては、ウエハ乾燥の方法は、容器内にウ
エハを配設すること、ウエハを液体に没すること、容器を耐圧密封すること、容
器を加圧すること、そして液体の除去を制御することからなる。その後、容器内
の圧力は減圧され、乾燥した清浄なウエハが取り出される。
【００１０】 乾燥処理は、好ましくは１０気圧から１００気圧、より好ましくは２０気圧か
ら５０気圧で行われる。容器内に送られる気体の温度が制御されることも有効で
ある。高圧下では、気体の液体への溶解が促進され、濃度勾配とそれに伴う表面
張力勾配が生成される。界面の液体は、新鮮な液体を気体に曝すために排出され
、気体は、表面張力勾配を維持するために供給されつづけることが好ましい。液
面が下がるにつれ、表面張力勾配がウエハの表面から液体を引っ張って、清浄な
乾燥ウエハを得る。
【００１１】 本発明第２の態様においては、ウエハの処理方法において、反応性が向上する
高温での処理を可能にする液体の沸点上昇のために高圧を用いる。該方法は有利
にも、特定の目的を達成するために様々な液体と気体を使用することができる。
【００１２】 本発明第３の態様においては、被圧流体とともに高周波超音波を使用して高効
率かつ洗浄性能の向上を図る。
【００１３】 本発明第４の態様においては、洗浄その他の処理を促進するためにウエハの容
れられた密封容器に超臨界物質を与えている。
【００１４】 本発明第５の態様においては、高圧下でウエハを処理する装置が提供される。
好ましくは装置は、耐圧密封可能容器と、浮動的か、または蝶番可動の排出体と
、液体と気体を容器に入れるためのオリフィスを備えている。
【００１５】 本発明第６の態様においては、液相と臨界相との相変化をウエハの処理に使用
する。
【００１６】 その上、本発明は、説明した方法の段階およびシステムの構成要素の副結合を
備えている。いくつかの実施の形態を示しているが、それら段階および特徴は望
まれる相互交換が可能である。
【００１７】 図において、いくつかの図に渡り、同一の参照記号は同一の要素を指している
。
【００１８】 （図面の詳細な説明） 図１を詳しく参照すると、ある実施の態様においては、段階１０で表されてい
るように、ウエハまたはウエハ束は容器内に配設される。段階１２で表されてい
るように、液体が液面を作るために容器に送られる。脱イオン水が処理液として
好ましく、なぜならばそれは安価で、ウエハ材料との反応性が無く、蒸気排出の
問題もない。代わりに、水性混合物を含む他の液体を使用してもよい。好ましく
は、液面がウエハの最高点の上になるように、液体にウエハを完全に沈める。さ
らに、液面は好ましくは容器内壁から溢れさせて、容器の内側やウエハ表面のあ
らゆる汚染物質を洗い流す。そして、段階１４で表されているように、容器内圧
を高めて、耐圧蓋で容器を閉じる。
【００１９】 一度容器が閉じられて十分な耐圧密閉がなされると、段階１６で表されている
ように、容器内の液体に沈まないように容器内の高所に位置しているオリフィス
から被圧気体が容器内に送られる。気体は好ましくは液体に対して高い溶解度を
示す不活性気体である。二酸化炭素やアルゴンは、容器内で脱イオン水と有利に
使用できる気体の例であり、なぜなら、これら不活性気体は水に対して比較的高
い溶解度を示すからである。被圧気体を密封した容器へ継続的に送ることで、容
器内の圧力が上昇する。実質上全ての気体の液体に対する溶解度は圧力とともに
上昇するので、容器内圧が上昇することで、液体表面において溶解している気体
の濃度を高める。これにより、表面張力勾配が作られる。
【００２０】 段階１８で表されているように、絞り弁の開放のような方法で液体の容器から
排出が開始される。排出は昇圧されている容器内から弁を通って低圧領域へ向け
て行われる。さらに段階１８で表されているように、排出は、好ましくは容器内
の液面直下に維持された抽出深さから行われることが重要である。このことは２
つの理由で重要である。流出点が液面直下にあることで、常に表面膜を排出する
ことが可能となり、結果、気体を溶解する新鮮な層が現れて、表面張力勾配は補
充される。さらに、流出点が僅かに沈んでいることにより、気体の容器外との直
接的な通気を封じている。最小抵抗経路から出ることを阻止された気体は、液面
に溶解する気体の量を増大させる。好ましくは排出体は液面から０．５ｍｍから
５ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍから１ｍｍ下方に配される。
【００２１】 容器への気体注入速度は適当な液体排出速度を作り出すのに十分なものでなけ
ればならない。好ましい動作圧力の範囲は１０気圧から１００気圧で、より好ま
しくは２０気圧から５０気圧である。この動作圧力において、４０リットルの加
圧処理容器内の気液界面に十分な表面張力勾配を与えるためには、毎分１リット
ルから毎分１０リットルの流速が適当である。液体の塊の上方表面における勾配
に加え、側方から液体が排出されるために上方表面には、水平方向の勾配も存在
する。
【００２２】 液体が排出されるにつれて、容器内におけるその高さは降下し、表面張力が液
体をウエハ表面から引っ張る。この排出は、好ましくは乾燥ウエハよりも液面が
完全に下回るようになるまで続く。段階２０に表されているように、容器内への
気体の注入量を減ずるような方法で、容器内圧は周囲環境条件まで減圧される。
そして、段階２２に表されているように、容器が開かれて、乾燥ウエハが取り出
される。
【００２３】 段階１６に表されているように、気体注入オリフィスは液体に没しないように
配設される。これにより、発泡や液滴の繰り越しが生じるような、気体の液体へ
の注入が防止される。液中の泡は乾燥処理を実行する上で有害であり、なぜなら
、ウエハ近傍で崩壊した泡は、乾燥したウエハ表面の至るところに水の染みを付
け、ウエハ表面に汚染物質を付着させる。
【００２４】 図２は、図１に示された乾燥段階を実行するための、高圧下ウエハ乾燥システ
ムの概略図である。少なくとも１枚のウエハ５０が、昇圧体に適した処理容器５
２に配されている。好ましくは、あらゆる汚染物質を排するためにウエハ５０を
配置する前に、いかなる液体も入れられていない処理容器５２のウエハ５０の周
囲が閉じられる。処理容器５２は好ましくは、容器５２内の液体５６表面に浮設
されて可動排出体５４の低部５５から液体５６を排出するような、容器５２内の
気液界面直下の抽出深さに維持された可動排出体５４を有する。一度処理容器５
２が閉じられると、液体供給弁６４が開いて、液体供給体６０から液体濾過器６
２を通る、容器５２への流れが可能となる。容器５２に供給される液体は、液体
供給用熱交換器６６と液体供給用熱交換器６６の下流に配された液体供給用温度
センサ６８によって、随意的に温度制御がなされてもよい。同様に、容器自体が
容器用熱交換器５７によって温度制御がなされ、液体温度センサ６８が容器５２
の壁の温度を計測するか、または好ましくは容器５２内の液体５６の温度を計測
してもよい。液体５６はウエハ５０が完全に没するまで容器５２に流入し続ける
。好ましくは液体注入口６１は容器の底またはその近傍にある。
【００２５】 そして、気体供給弁７４が開き、気体供給体７０から気体を注入することを可
能にし、圧力調整器７１および気体濾過器７２を通って容器５２に被圧気体が送
り込まれる。容器５２に供給される気体５９は、気体供給用熱交換器７６と気体
供給用熱交換器７６の下流に配された気体温度センサ７８によって、随意的に温
度制御がなされる。気体５９を容器５２に送り入れることで、容器５２は加圧さ
れ、気液界面５３において液体５６に溶解する気体５９の濃度が増加し、表面張
力勾配が生まれる。好ましくは１０気圧から１００気圧、より好ましくは２０気
圧から５０気圧の動作圧力に達するまで、気体５９は容器に流れ込む。
【００２６】 一度容器５２内が動作圧力に到達すれば、液体絞り弁８０が開かれ、可動排出
体５４を介して容器５２から液体が排出されることを開始することができる。気
液界面５３に沿った表面張力勾配を維持し、気体が液体に溶解する前に流出して
しまうことを防止するため、液体５６は可動排出体５４に下方より引き込まれる
。液体排出弁８０を通る液体５６の流れは、容器５２内の高められた圧力によっ
て駆動される。液体５６が排出されている間、気体５９は好ましくは容器５２に
流入し続ける。
【００２７】 液体５６が排出されるにつれて、気液界面５３は容器５２内を降下する。表面
張力勾配によりウエハ５０の表面から、液体は引き離され、ウエハ５０は気体５
９に曝されて、ウエハ５０は乾燥される。この排出は液面が、好ましくは乾燥し
たウエハ５０を完全に下回るまで続く。一度ウエハ５０が乾燥すれば、容器５２
内の圧力は、容器５２に気体５９を注入量を減ずることによって、周囲環境まで
減圧される。それから容器５２は開かれて、乾いたウエハ５０が取り出される。
さらなるウエハの乾燥の準備として、容器５２内に内在するあらゆる注入された
液体５６が、容器５２の底に沿った重力排出弁８２を開くことによって、重力排
出体８１から除去される。好ましくは、や、随意的に、と記述した段階は必ずし
も含まれるものではない。本発明はそれら段階を含む場合の動作動作も含まない
場合の動作も考慮している。
【００２８】 図３は高圧下半導体ウエハ処理法の基本的な段階を示している。ここでは術語
“処理”にウエハの乾燥が含まれているが、またこの語は食刻、洗浄、すすぎ洗
浄等の処置の段階をも含んでいる。
【００２９】 図３を詳しく参照すると、段階１１０で表されているように、少なくとも１つ
のウエハが、開放されている容器に配される。そして段階１１２で表されている
ように、容器は、容器内を高められた圧力にするために、耐圧性の蓋ないし扉に
よって閉じられる。容器の密閉に続いて、段階１１４で表されているように、液
面がウエハの上方に来るように、液体が容器に注入され、ウエハが沈められる。
この液体とウエハ材料との反応性の有無は所望の処理結果に依存している。段階
１１６で表されているように、ウエハが没している状態で、容器へ被圧気体が注
入される。気体が液体の上方に送られるのか、液体に直接的に注入されるのか、
ということと同様、使用される特定の気体は望まれる特定の化学処理に依存する
。処理が最終乾燥段階を含んでいて、不活性気体が望まれる場合、二酸化炭素、
アルゴン、フルオロメタン、トリフルオロメタンのような気体が使用される。も
し気体を、乾燥のために使用するのであれば、発泡や液滴の繰り越しを避けるた
め、気体を液体に注入しないことが重要である。もし反応性気体が望まれるので
あれば、オゾン、ＨＣｌ、ＨＦ、気体アンモニアのような様々な気体が使用され
る。高圧下における動作によって、気体の液体中へ溶解する濃度レベルは高めら
れる。
【００３０】 段階１１８に表されているように、液体は液面がウエハを下回るまで排出され
る。もし液面の溶解気体濃度を高く維持することを望まないか、または必要とし
ないのであれば、容器の底の固定的排出体から液体を排出してよい。ウエハの乾
燥を望んでいる場合のように、ウエハ表面を、高濃度の溶解気体を有する液体で
処置することが望ましい場合、容器内の気液界面に位置する可動排出体を用いて
容器から液体を排出する。ウエハを液体に沈める段階と、気体で容器を加圧する
段階と、液体を排出する段階は、繰り返し順次的に、異なる気体と液体で同一容
器内において、いくつかの処理目的を達成するために行われる。典型的には、最
終湿潤処理段階は、脱イオン水への没入および不活性気体による乾燥を含んでい
る。一度所望の処理が完了すれば、段階１２０で表されているように、容器への
気体の流れを減ずるような方法で、容器内の気圧は減圧される。その時点で、段
階１２２に表されているように、容器は開放されてウエハが取り出される。
【００３１】 高圧下でウエハを湿潤処理する恩恵には、基礎を成す液体が沸点に達すること
なく安全に高温で化学的な処置を持続させることができることが含まれている。
このことは特に、不安定および／または可燃性の液体を使用する場合に重要であ
る。本発明による処理方法の使用で、以前はあまりに危険であったり、あまりに
遅く、商用ウエハ処理として実現することが不可能であった補助的反応を利用可
能にする、大量の熱エネルギーが得られる。さらには、圧力条件下での処理は湿
潤な状態から、二酸化炭素のような気体のブランケットによる乾燥した状態への
遷移も可能にする。
【００３２】 図４は、図３に示された段階を実行するために使用される高圧下ウエハ処理シ
ステムの概略図である。少なくとも１つのウエハ１５０が、圧力を高められた収
容体に適した処理容器１５２に配設されている。好ましくは、あらゆる汚染物質
を排するために、ウエハ１５０を配設する前にはいかなる液体も入っていない処
理容器１５２の、ウエハ１５０の周囲が閉じられる。処理容器１５２は好ましく
は可動排出体１５４を有し、それは容器１５２内の液体１５６の表面に浮設され
て可動排出体１５４の底面１５５から液体１５６を排出するように、容器１５２
内の気液界面１５３直下に位置する抽出深さに維持されている。ウエハ１５０の
表面を高濃度の溶解気体を含んだ液体で処置または乾燥することを望むのなら、
可動排出体１５４が好ましい。好ましくは、１枚のウエハ１５０を処理し、続い
て別のウエハのための準備をするために、容器１５２内に残存するあらゆる液体
１５６を排出する重力排出体１４０と重力排出弁１４１を配設する。
【００３３】 一度ウエハ１５０の周囲の処理容器１５２が閉じられると、液体供給弁１６４
が開いて、少なくとも１つのソースから容器１５２への流れが可能になる。液体
１５６は、ウエハ１５０が完全に没するまで容器１５２に流入する。液体は液体
供給ポンプ１７０によって、圧力調整器１７１と液体供給濾過器１７２を通って
供給される。しかし、液体は、好ましくは１つまたはそれよりも多い貯蔵槽によ
って供給される。複数の貯蔵槽が望まれるのは、他の容器が通気され液体を補充
している間に１つの貯蔵容器から処理容器１５２へ送ることを実現するためであ
る。この処理容器１５２への液体の連続的に注入は、密閉および／または汚染の
問題と関係のある環境空気との通気や高圧ポンプの利用なしで実現される。貯蔵
槽１８０、１８５は、液体供給体１９０から液体濾過器１９２および液体供給弁
１８１、１８６を通った、例えば水のような液体を貯蔵し、装備される。化学物
質は化学物質供給体１８２、１８７から化学物質供給弁１８３、１８８を通って
貯蔵槽１８０、１８５に注入され、ＡＰＭ、ＨＰＭ、ＳＰＭ、ＳＯＭのような混
合物や夥しい数の、その他半導体処理において周知の化学反応体を作る。
【００３４】 貯蔵槽１８０、１８５は、被圧気体貯蔵体２００から圧力調整器２０２、気体
濾過器２０３、供給弁２０４、２０６を通って供給される気体により、加圧され
てもよい。一度加圧されると、液体は貯蔵槽１８０、１８５から槽出口弁１８４
、１８９を通って容器１５２へ流れる。いかなるソースからの液体の容器への供
給でも、液体供給用熱交換器１７６と液体供給用熱交換器１７６の下流に配され
た液体温度センサ１７８によって、随意的に温度制御ができる。さらには、容器
自体も容器用熱交換器１５７と、容器１５２の壁温または、好ましくは容器１５
２内の液体１５６の温度を計測する液体温度センサ１６８によって随意的に温度
制御ができる。
【００３５】 ウエハ１５０が没している状態で、被圧気体が容器１５２へ注入される。最終
乾燥段階を含んだ処理の場合のように、不活性気体が望まれるのであれば二酸化
炭素、アルゴン、フルオロメタン、およびトリフルオロメタンのような気体が使
用される。気体が液体の上方に送られるか液体に直接注入されるかは、望まれる
特定の化学処理に依存する。
【００３６】 しかしながら、気体を乾燥に使用するのであれば、気体を液体に注入すること
は好ましいことではない。もし反応性気体を望むのなら、オゾン、ＨＣｌ、また
は気体アンモニアのような様々な気体が有効に利用される。しかし、反応性気体
を貯蔵槽１８０、１８５の加圧に使用することは望ましくない。容器１５２へ液
体を送るために貯蔵槽が使用され、反応性気体が容器１５２で使用されている場
合、別個の不活性被圧気体の供給（図示せず）により、貯蔵槽の加圧が維持され
る。気体１５９は、被圧気体貯蔵体２００から気体圧力調整器２１２、気体濾過
器２１３、気体供給弁２１６を通って容器１５２に供給される。容器１５２に供
給される気体１５９は、気体供給用熱交換器２１８と、気体供給用熱交換器２１
８の下流に配された気体温度センサ２２０によって、随意的な温度制御が可能で
ある。液体１５６に気体１５９が溶解するときに、気体を加熱することで容器内
の液体１５６の表面張力が減少する。
【００３７】 容器内の動作圧力は、好ましくは１０気圧から１００気圧、より好ましくは２
０気圧から５０気圧である。約４０リットルの容器容量に対して、動作圧力にお
ける気体の流速は１リットル毎分から１０リットル毎分が好ましい。気室内でウ
エハ１５０が液体１５６に沈んでいる間、音波によってウエハ１５０の洗浄を補
助するために、随意的に高周波超音波振動子２２２を使用してもよい。加圧され
た液体はキャビテーションを防止し、泡の形成を抑制するので、力の散逸が最小
化され、音響流が増加し、洗浄性能を高め、高周波超音波の使用をより効果的に
する。一度容器１５２内の圧力が動作水準に達せば、液体１５６は容器から排出
される。
【００３８】 もし、液体１５６表面において溶解している気体１５９の濃度を高濃度に保つ
ことを望まないか、またはその必要がないのであれば、液体１５６は容器の底の
固定的重力排出体１４０から排出される。ウエハの乾燥が望まれている場合のよ
うな、高濃度溶解気体を有する液体でウエハ１５０表面を処置することが望まれ
る場合、容器１５２内の気液界面に位置する可動排出体１５４によって、容器１
５２から液体１５６が排出される。液体５６は可動排出体１５４の裏面１５５に
引き込まれ、表面膜を常に排出可能として気液界面１５３の表面張力勾配と気体
濃度を保ち、また気体１５６が液体１５９に溶解せずに出て行くことを防いでい
る。容器１５２内の高められた圧力が排出絞り弁１８０を通る液体１５６の流れ
を促し、気体１５９は好ましくは、液体１５６が排出されている間、気体供給弁
１７４を通って容器１５２へと流れつづける。
【００３９】 ウエハ１５０を液体１５６に沈める段階と、気体１５９で容器１５２を加圧す
る段階と、液体１５６を排出する段階は、繰り返しかつ／または順次的に、異な
る気体と液体で同一容器内において、いくつかの処理目的を達成するために行わ
れる。循環、つまり、繰り返される容器１５２内の昇圧と減圧が、複雑なウエハ
の幾何構造へ処理流体が導入されることを促進する助けとなる。一度所望の処理
が完了すれば、容器１５２内への気体１５９の流れを減少させるような方法で、
容器内圧力は減圧される。その時点で、容器１５２は開かれ、ウエハ１５０が取
り出される。
【００４０】 図５は、高周波超音波洗浄段階を明らかに含んだ高圧下半導体ウエハ処理方法
の基本的段階を示す。この方法は、図４に示されている装置でも実行可能である
。段階２５０で表されているように、ウエハが開かれている容器に配置される。
段階２５２で表されているように、例えば脱イオン水のような液体が容器に注が
れてウエハを浸す。好ましくは、容器は閉じられ、さらなる処理を行う前に容器
内やウエハ表面に滞留していた遊離汚染物質を洗い流すために容器の少なくとも
１つの壁を一杯に満たすほどに液体を注ぐ。そして、段階２５４で表されている
ように、耐圧蓋で容器は閉じられる。容器の密閉に続いて、段階２５６で表され
ているように、容器は注入される被圧気体により加圧される。
【００４１】 被圧液体にウエハが沈められれば、段階２５８で表されているように、高周波
超音波が、ウエハに対して最大の効果があるように液中に発信される。図４に示
されている、容器上の高周波超音波振動子２２２が高周波超音波を提供している
。環境気圧下の液体と比較して、被圧液体はキャビテーションを防ぎ、泡の形成
を抑制するので、力の散逸を最小化し、音響流を増加させて洗浄性能を高め、高
周波超音波の使用がより効果的になる。高周波超音波の容器中への発信に続いて
、ウエハは、随意的にすすぎ洗浄と乾燥または乾燥のみが行われ、ここで乾燥は
容器内気液界面に位置する可動排出体によって容器から液体を排出することで実
現される。液体が排出されるにつれて容器内の気液界面は低下し、減少する液体
からウエハが徐々に現れるにつれ、表面張力勾配がウエハの表面から液体を引っ
張ることで、ウエハは乾燥される。段階２６０で表されているように、容器への
被圧気体の供給を減少させるような方法で、容器内の気圧は減圧され、そして最
終的には、段階２６２で表されているように、容器は開放されて、ウエハの取り
出しが可能となる。
【００４２】 図６は、容器内に超臨界物質を供することを明確に含んでいる高圧下半導体ウ
エハ処理法の基本的な段階を示している。段階２８０で表されているように、ウ
エハは開放された容器に配置される。段階２８２で表されているように、ウエハ
が配置された容器が耐圧蓋で閉じられる。次に、段階２８４で表されているよう
に、二酸化炭素や、アルゴンや、トリフルオロメタンや、フルオロメタンのよう
な超臨界物質が容器内に供される。超臨界相の物質は気体でも液体でもなく、し
かし気体と液体の両者に類似の性質を幾分か示し、高い交換率と高められた洗浄
性能を有する。超臨界点は物質により異なるが、一般的には高温高圧下で得られ
るものである。
【００４３】 それ故、容器内に超臨界物質を提供することは、既に超臨界相にある物質を容
器内に送り入れるか、容器内において超臨界相に達するまで物質を加熱および／
または加圧することによって実現される。随意的に、物質は超臨界点を介して容
器内で循環されてもよく、液相−気相の相変化をもって深くて狭いビアのような
小さなウエハの幾何構造ないしは形体への浸透度が、本質的には超臨界物質がウ
エハの幾何構造体から瞬間的に蒸発することによって、劇的に改善される。段階
２８６で表されているように、１回かそれより多い回数の循環の後、容器への被
圧体の供給を減少させるような方法で周囲環境条件まで容器内の圧力が減圧され
、段階２８８で表されているように、最終的には容器が開かれてウエハが取り出
し可能になる。
【００４４】 図７Ａおよび図７Ｂはウエハ処理システム２９９を示しており、そこでウエハ
３００は、前面壁３１０と後面壁３１２と側面壁３１４、３１６と底面壁３１８
と蝶番可動蓋３０４を有する容器３０２に収容される。蓋３０４は蝶番３０６で
回転開放し、ウエハ３００を容器３０２内に配設することや、容器３０２から取
り出すことができる。好ましくは容器の底面壁またはその近傍に設けられる液体
供給オリフィス３２０が、液体３２２を容器３０２に供給する位置となる。好ま
しくは、様々な化学混合物やすすぎ洗浄液は、外部配管により方向付けされ、液
体供給オリフィス３２０から容器３０２に供給される。
【００４５】 ウエハ３００は、好ましくは容器３０２に供給される液体３２２により完全に
浸される。すすぎ洗浄液を使用するときは、容器３０２から継続して溢れ出させ
て容器３０２内やウエハ３００表面のあらゆる遊離汚染物質を洗い流す。容器３
０２の前面壁３１０は後面壁３１２よりも低く、蝶番可動蓋が開くと液体が前面
壁３１０から溢れだし、溢れ溜めます３３０に流れる。流出液３３１は排出口３
３２によって溜めます３３０から除去される。容器３０２内の液体３２２の高さ
制限により、液体３２２が、蓋３０４に配設された気体注入オリフィス３０８と
接触することを防止し、容器３０２内で乾燥を行う場合の発泡と液体の繰り越し
の問題を回避する。蓋３０４はさらに、前面壁部分３０５に突起部を有し、高さ
を減ぜられた前面壁３１０と整合する。容器３０２に液体３２２が注入された後
、被圧気体３２４が、ガス注入オリフィス３０８から注入され、容器３０２は加
圧される。
【００４６】 容器３０２内で、ウエハ３００は台座３４０によって、底面壁３１８から持ち
上げられている。容器３０２内でウエハ３００を持ち上げておくことで、ウエハ
３００を抜き出す前にウエハ３００より下位まで容器３０２内の液体３２２を排
出することが可能になる。容器３０２内のウエハ３００の位置を維持するために
、ウエハ３００は上方および下方より着脱可能結合体３４４によって結合されて
いる縦コーム３４２によって把持されている。複数個のウエハを適当な構成の容
器内で同時に処理してもよい。
【００４７】 容器３０２内で、ウエハ３００の周囲を浮動排出環３５０が周設される。浮動
排出環３５０は、容器３０２内で液体３２２の上に浮設される。図には、液体３
２２がおよそ半分まで入れられ、液体の表面３２３に排出環３２０が浮設されて
いるものが示されている。排出環３５０は浮設されているために、液面３２３に
そって容器３０２内を鉛直に移動する。排出環３５０には、その底面に複数個の
オリフィスないしは溝３５２が配され、容器３０２から液体３２２を排出する。
常に液体３２２の表面層が排出されるように、容器３０２の液体表面３２３直下
を排出することが重要であり、それにより、気液界面の表面張力勾配が維持され
、また容器３０２内の液体３２２の表面に溶解することなく直接的に外に出て行
くことを防いでいる。同様に、液体３２２の表面層の一定で均等な排出を促すた
めに、排出環３５０はウエハ３５０の周囲を完全に取り囲んでいることが好まし
い。
【００４８】 液体３２２は容器３０２から排出環３５０を通り、軟質チューブ３５４を経て
液体排出口３５６に排出される。排出環３５０から軟質チューブ３５４、そして
容器液体排出口３５６への流れは、外部絞り弁（図示せず）によって調節される
。この流れの推進力は容器３０２内の高められた圧力であり、好ましくは気体３
２４は、液体３２２が排出されている間、継続的に気体供給オリフィス３０８か
ら容器３０２へと流される。流れは、単なる重力よりは、むしろ圧力の差異によ
って駆動されるので、液体排出口３５６は常に排出環３５０よりも下位にある必
要はない。これは、液体排出口３５６を前面壁３１０の中点に配し、軟質チュー
ブ３５４の長さを最短化することが可能ということである。動作圧力時、およそ
４０リットル容量の容器で、毎分１リットルから毎分１０リットルが好ましい流
速であるが、流速は適当な排出率をもたらすものでなければならない。
【００４９】 気液界面３２３において、気体３２４は容器内の高められた圧力によって液体
３２２へ溶解し、液体表面に表面張力勾配を生成する。液体３２２が排出される
に伴い、容器３０２内の気液界面３２３は下降し、ウエハ３００が気体３２４に
曝される際に表面張力勾配が液体をウエハ３００の表面から引き離し、ウエハ３
００は乾燥される。この排出は液面３２３が乾燥ウエハ３００より完全に下回る
まで継続される。処理または乾燥が完了すれば、被圧気体の供給が減ぜられて容
器３０２内の圧力が減圧され、ウエハ３００を取り出せるように容器３０２が開
放される。その時点での容器３０２内のあらゆる残存液３２２は、容器３０２の
底面に配された重力排出体オリフィス３５８より排出される。
【００５０】 好ましくは１０気圧から１００気圧、より好ましくは２０気圧から５０気圧で
、容器３０２は動作する。安全性に余裕を持たせて、高められた圧力を内含した
りまたは、循環的圧力負荷においてすら十分な強度を有するステンレス鋼のよう
な構造材料で容器３０２は構成されるべきである。容器内では様々な液体や気体
が使用されるので、液体や気体が接触する容器３０２の表面はポリテトラフルオ
ロエチレンのようなポリマーや石英材料のような、非反応性物質が被着されてい
る。容器３０２は、外部用熱交換器や高周波超音波振動子が組み込まれているよ
うに、さらに温度制御を組み込み、選択可能な処理の幅をひろげている。
【００５１】 図８Ａと図８Ｂは、図７Ａと図７Ｂに示したシステム２９９に類似し、以下の
相違点を有する代替ウエハ処理システム３９９を示している。図８Ａと図８Ｂが
示すように、１５枚のウエハ４００が、加圧容器４０１内に完全に収容されてい
る、槽４０２に収納されている。図では、槽４０２は液体４２２で満たされてい
る。もし槽４０２が氾濫すれば、あらゆる溢出液は周囲の容器４０１に流れ込み
、そこから、容器４０１の底の重力排出体オリフィス４５８を通り排出される。
従って、溢れは容器４０１に内在するため、装置３９９に溢れ溜めますの必要は
ない。容器４０１内に槽４０２を設置することで、容器４０１に気体を注入する
ための気体注入オリフィス４０８を、液体に接触しないように配することが容易
になる。気体注入オリフィス４０８は容器４０１の蝶番可動蓋４０４に配される
ことは無く、むしろ容器の不動面４１１の１つに配される。また、全ての面４１
０、４１２、４１８において槽４０２は均一な圧力を受けるので、ウエハ処理に
使用された液体や気体と接触する表面に、構造材料を直接的に使用することを避
けることができる。
【００５２】 システム３９９はその他の点では、図７Ａと図７Ｂに示されているシステム２
９９と同じ動作を行う。液体供給オリフィス４２０は、好ましくは槽４０２の底
面壁４１８に、またはその近傍に配設される。槽４０２内の液体４２２の上面に
浮設された浮動排出環４５０が槽４００内のウエハ４００の周囲を取り囲んでい
る。排出環４５０には、複数のオリフィスないしは溝４５２が環４５０の底面４
５５に沿って配され、気液界面４２３直下より槽４０２の液体４２２を排出する
。液体４２２は排出環４５０から軟質チューブ４５４を通って液体排出口４５６
へ排出される。容器４０１は、好ましくは１０気圧から１００気圧にて、より好
ましくは２０気圧から５０気圧にて動作する。液体４２２が排出されるにつれて
、槽４０２内の気液界面４２３は下降し、表面張力勾配がウエハ４００の表面か
ら液体を引き離し、ウエハ４００は乾燥される。この排出は液面４２３が完全に
乾燥ウエハ４００よりも下回るときまで続く。
【００５３】 処理または乾燥が完了すれば、被圧気体の供給を減じて容器４０２内の圧力が
減圧され、容器４０２は開放されウエハ４００を取り出すことが可能となる。減
圧された後は、あらゆる槽内残存液４２２は槽の底面に配された重力排出体オリ
フィス４２０を通って排出される。
【００５４】 図９Ａと図９Ｂは、本発明による、第２の代替ウエハ処理システム４９９を示
している。槽５０２からの排出に関する差異を除いて、システム４９９は図８Ａ
と図８Ｂに示したシステム３９９と同じである。ことさらに、システム４９９に
は、ウエハ５００の全周囲を取り囲む排出環は無い。むしろ、３面に排出棒５５
０を有する。槽５０２から液体排出口まで軟質チューブで液体を排出するよりは
むしろ、排出棒５５０は、堅い中空枢軸連結体５５７、５５９と中空排出用横棒
５５３と連結されている。このように、排出棒５５０は槽の内壁５１０に蝶番式
に付けられ、排出棒５５０は、槽内の液面が上下することに呼応して、アーチ形
の軌跡を辿る。排出棒５５０の底面の複数個のオリフィス５５２が、槽５０２内
の気液界面４２３直下から水を引き込む。排出が開始されると、液体５２２はオ
リフィス５５２より排出棒５５０へ引き込まれる。排出棒より、液体５２２は中
空枢軸連結体５５７、５５９を通り、中空排出横棒５５３を経て、最終的には液
体排出口５５６に至って槽および容器から出る。
【００５５】 液体供給オリフィス５２０は、好ましくは槽５０２の底面壁５１８に、または
その近傍に配設され、１つまたはそれよりも多くのウエハ５００が配置されてい
る槽５０２に液体５２２を供給する場となる。好ましくは、液体５２２はウエハ
５００を没する。槽５０２内で、ウエハ５００は台座５４０に載置され、槽５０
２の底面壁５１８に対し持ち上げられている。容器５０１は、好ましくは１０気
圧から１００気圧下で、より好ましくは２０気圧から５０気圧下で動作する。
【００５６】 液体５２２が排出されるにつれ、槽５０２内の気液界面５２３が下降し、ウエ
ハ５００は、液体５２２に溶解した高圧気体の作る表面張力勾配によって乾燥さ
れる。気液界面における表面張力勾配がウエハ５００から液体を引き離す。排出
棒５５０は、新鮮な液体が継続して容器５０１に送られてくる高圧気体に接触す
るように、槽５０２内の液体５２２の最上層を取り去ることで表面張力勾配を維
持する。
【００５７】 液面５２３が乾燥ウエハ５００を完全に下回るまで、排出は続く。処理または
乾燥が完了すれば、被圧気体の供給は減ぜられて容器５０２内の圧力は減圧され
、容器５０２は開放されてウエハ５００は取り出し可能になる。減圧後、あらゆ
る槽内残存液５２２は、槽の底面の重力排出体オリフィス５２０から排出される
。
【００５８】 浮動的排出体について説明をしてきたが、横棒５５３に設けられたモータ５５
５のような作動器で動作する非浮動的排出体を使用することも可能である。
【００５９】 上記システムは、処理途中でウエハを移動させる必要がないという利点を有す
る。これにより、機械的汚染物質源を除去している。その場で、すすぎ洗浄と乾
燥が行われる。高圧の使用で、付加的な処理の選択肢が与えられている。沸点が
抑制される。より高い処理温度が使用される。様々な処理の化学反応の処理効率
が改善される。乾燥をアルコールのような有機蒸気なしで実現し、それによって
、そのような有機蒸気に付随する不利点を回避している。気体の液体中への溶解
度は増大する。キャビテーションおよび泡形成が減少し、洗浄性能を高めるため
の高周波超音波がより効果的になる。試薬の微小幾何構造への浸透度が改善され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 高圧下ウエハ乾燥の流れ図である。
【図２】 図１に示した乾燥処理を実行するための高圧下ウエハ乾燥システ
ムの概略図である。
【図３】 高圧下ウエハ処理方法の流れ図である。
【図４】 図３に示した処理段階を実行するための高圧下ウエハ処理システ
ムの概略図である。
【図５】 高圧下高周波超音波ウエハ処理の流れ図である。
【図６】 本発明による超臨界ウエハ処理方法の処理段階の図である。
【図７Ａ】 本発明によるウエハ処理装置の概略的側面断面図である。
【図７Ｂ】 図７Ａの区分線“Ａ−Ａ”に沿った図７Ａの装置の概略的平面
断面図である。
【図８Ａ】 本発明による第１代替ウエハ処理装置の概略的側面断面図であ
る。
【図８Ｂ】 図８Ａの区分線“Ｂ−Ｂ”に沿った図８Ａの装置の概略的平面
断面図である。
【図９Ａ】 本発明による第２代替ウエハ処理装置の概略的側面断面図であ
る。
【図９Ｂ】 図９Ａの区分線“Ｃ−Ｃ”に沿った図９Ａの装置の概略的平面
断面図である。
【符号の説明】
５０ ・・・ ウエハ ５２ ・・・ 容器 ５４ ・・・ 可動排出体 ５６ ・・・ 液体 ５９ ・・・ 気体 ２２２ ・・・ 高周波超音波振動子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エイチ・フレデリック・ウッズ アメリカ合衆国59901モンタナ州カリスペ ル、ウエスト・リザーブ・ドライブ655番 Ｆターム(参考） 3B116 AA01 AB42 BB02 BB03 BB82 BB83 BB90 CC03 CD33 CD41 3B201 AA01 AB42 BB02 BB03 BB82 BB83 BB90 BB91 BB92 BB95 BB98 CC12 CC15 CD11 CD33 CD41 3L113 AA05 AB09 AC67 BA34

Claims (42)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 容器内に被加工体を配置する段階、 容器内へ液体を注入して液位を作る段階、 容器内を周囲環境の気圧より高圧にするために容器を閉じる段階、 容器内へ被圧気体を注入する段階、 容器から液体を排出する段階、 容器内の気体圧力を減圧する段階、および、 容器から被加工体を取り出す段階を有する被加工体を乾燥させる方法。
  2. 【請求項２】 液体表面の上方より、容器内へ被圧気体を注入する段階を含
    んでいる請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 容器を閉じる前に、容器の少なくとも１つの側から液体が溢
    れるまで継続して液体を容器に注入する段階を含んでいる請求項１に記載の方法
    。
  4. 【請求項４】 容器から液体が排出されている間、継続して被圧気体を注入
    する段階を含んでいる請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 オリフィスを有する耐圧密閉閉口部材で容器を密閉して、該
    閉口部材内該オリフィスより被圧気体を注入する段階を含んでいる請求項１に記
    載の方法。
  6. 【請求項６】 被圧気体が不活性で、水に可溶である請求項１に記載の方法
    。
  7. 【請求項７】 被圧気体が二酸化炭素、アルゴン、トリフルオロメタンまた
    はフルオロメタンである請求項１または請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 容器内へ被圧気体が注入されることで、容器が１０気圧から
    １００気圧までに加圧される請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 容器内へ被圧気体が注入されることで、容器が２０気圧から
    ５０気圧までに加圧される請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 液体表面下０．５ｍｍから５．０ｍｍの位置から液体を排
    出する請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 気体、液体、または容器の温度を制御する段階を含んでい
    る請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 容器内へ被圧気体が注入された後、被圧液体中、ウエハに
    対して超音波または高周波超音波を発信する段階を含んでいる請求項１に記載の
    方法。
  13. 【請求項１３】 液体が容器へ注入される前に加圧され、 容器が液体の容器への注入に先だって耐圧閉口部材で閉じられている請求項１
    に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 容器内の槽に被加工体を配置する段階、 槽内へ液体を注入し、槽内に液位を作る段階、 槽から液体を排出する段階、および、 槽から被加工体を取り出す段階を有する請求項１に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 容器内へ毎分１リットルから毎分１０リットルの流量で被
    圧気体を注入する請求項１または請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 容器内に被加工体を配置する段階、 容器を耐圧密閉にする段階、 容器内に被圧超臨界物質を入れる段階、 容器内の圧力を減圧する段階、および、 容器から被加工体を取り出す段階を有する被加工体を処理する方法。
  17. 【請求項１７】 超臨界物質が二酸化炭素、アルゴン、トリフルオロメタン
    またはフルオロメタンである請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 容器の温度を制御する段階を含んでいる請求項１６に記載
    の方法。
  19. 【請求項１９】 超臨界物質が、容器へ注入される際に超臨界にある請求項
    １６に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 容器内へ、加圧されているが未臨界相にある物質を注入す
    る段階、および、 容器を加熱することで、被圧物質が未臨界相から超臨界相へ遷移する段階を含
    んでいる請求項１６または１８に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 容器内の圧力が物質の臨界点未満まで減圧され、 容器内に超臨界物質を入れて圧力を物質の超臨界点未満まで減圧する段階を、
    被加工体を容器から取り出す前に少なくとも１度は繰り返す請求項１６に記載の
    方法。
  22. 【請求項２２】 液体内へ高周波超音波を発信することを含んでいる請求項
    １６に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 ウエハが液体に没し、液位がウエハの上方になるまで容器
    内へ液体を注入する段階を含んでいる請求項１または請求項１６に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 ウエハが液体に浸され、液体が容器から排出されている間
    、容器内へ被圧気体が注入されている請求項２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 液体にウエハを浸す段階と液位がウエハを下回るまで液体
    を容器から排出する段階を、少なくとも１度は繰り返される請求項２３に記載の
    方法。
  26. 【請求項２６】 被加工体を摂氏１００度より高い温度まで加熱する段階を
    含んでいる請求項２３に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 被圧気体がオゾンを含んでいる請求項２３に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 気体が容器から流出しないように、液体表面十分に直下か
    ら液体を排出する請求項２３に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 液体表面より下方の位置から、容器内へ気体が注入される
    請求項２３に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 容器の温度を制御する段階を含んでいる請求項２３に記載
    の方法。
  31. 【請求項３１】 ボディ部と、容器内を高圧にするためにボディ部と係合す
    る閉口部材を有する圧力容器で、また液体供給オリフィスと気体供給オリフィス
    をも有する該圧力容器、 容器内に液位を作るために液体供給オリフィスより液体を注入するための液体
    供給弁、 容器内へ被圧気体を注入するための気体供給弁、 被加工体支持体および、 容器内可動液体排出体を有する被加工体を処理または乾燥する装置。
  32. 【請求項３２】 可動液体排出体を通る流れを制御するための絞り弁を有す
    る請求項３１に記載の装置。
  33. 【請求項３３】 容器内で、液体排出体が液体に浮設されている請求項３１
    に記載の装置。
  34. 【請求項３４】 容器内に開口槽を有し、該開口槽が液体供給オリフィスを
    備えている請求項３１に記載の装置。
  35. 【請求項３５】 容器内の液体に液体排出部材が浮設されている請求項３１
    に記載の装置。
  36. 【請求項３６】 容器が複数の気室を有し、第１の気室に被加工体は配置さ
    れて、第２の気室では、後に続く該第１の気室への注入のために、液体が加圧さ
    れている請求項３１に記載の装置。
  37. 【請求項３７】 該第１の気室と該第２の気室との間に弁が設置されている
    請求項３６に記載の装置。
  38. 【請求項３８】 該第２の気室に圧力浮嚢を有する請求項３６に記載の装置
    。
  39. 【請求項３９】 容器から液体が排出される前に、容器内への被圧気体の注
    入が停止される段階を有する請求項１または請求項１６に記載の方法。
  40. 【請求項４０】 全ての液体が容器から排出される前に、容器内への被圧気
    体の注入が停止される段階を有する請求項１に記載の方法。
  41. 【請求項４１】 被加工体がシリコンウエハである請求項１または請求項１
    ６に記載の方法。
  42. 【請求項４２】 容器にウエハの束を配置する請求項４１に記載の方法。
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