JP2005072568A - Method and device for cleaning microstructure, semiconductor device and manufacturing method therefor, and mictostructure and manufacturing method therefor - Google Patents

Method and device for cleaning microstructure, semiconductor device and manufacturing method therefor, and mictostructure and manufacturing method therefor Download PDF

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JP2005072568A JP2004224193A JP2004224193A JP2005072568A JP 2005072568 A JP2005072568 A JP 2005072568A JP 2004224193 A JP2004224193 A JP 2004224193A JP 2004224193 A JP2004224193 A JP 2004224193A JP 2005072568 A JP2005072568 A JP 2005072568A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for cleaning fine particles adhered to a microstructure, using a supercritical fluid as the cleaning solvent. <P>SOLUTION: This method for cleaning a microstructure, using supercritical fluid as a cleaning solvent, contains the microstructure within a cleaning chamber 24 with the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the surface of the microstructure on which the fine particles to be removed are adhered being kept equal to 3 mm or smaller, and rotates the microstructure at revolutions 400 per minute of or higher, while introducing the supercritical fluid into the cleaning chamber. The cleaning is performed, with the flow rate introduced into the cleaning chamber which is kept at 1 L/min or larger. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、超臨界流体を洗浄媒体として用いて、微小構造体を洗浄(/乾燥)する方法、及びその方法を実施する洗浄装置に関し、更に詳細には、超臨界流体を洗浄媒体として用いて、微小構造体に付着している微粒子を効率よく洗浄できる洗浄方法、及び洗浄装置に関するものである。
さらに本発明は、上記洗浄方法を用いて得られた半導体装置とその製造方法、並びに上記洗浄方法を用いて得られた微小構造体とその製造方法に関するものである。
The present invention relates to a method for cleaning (/ drying) a microstructure using a supercritical fluid as a cleaning medium, and a cleaning apparatus for performing the method, and more particularly, using a supercritical fluid as a cleaning medium. The present invention relates to a cleaning method and a cleaning apparatus that can efficiently clean fine particles adhering to a microstructure.
Furthermore, the present invention relates to a semiconductor device obtained using the cleaning method and a manufacturing method thereof, and a microstructure obtained using the cleaning method and a manufacturing method thereof.

本明細書で、微小構造体とは、微小構造を有する構造体を言い、微小構造が分離部として支持固体基板から分離し、必要に応じて基板に対して接近又は離間する構造体、又は支持固体基板から分離している分離部を備えないものの、アスペクト比とよばれるパターンの高さと幅の比率が大きい微小構造を有する構造体である。
分離部を有する微小構造体の代表例は、微小な駆動部品を分離部として有する例えばマイクロマシンとよばれる微小構造体であり、分離部を有しない微小構造体の代表例は、例えばLSIの微細パターン自体や、或いはその微細パターンを形成するための開口パターンを有するマスクである。
In this specification, the microstructure means a structure having a microstructure, and the microstructure is separated from the supporting solid substrate as a separation portion, and approaches or is separated from the substrate as necessary or supported. Although it does not include a separation portion that is separated from a solid substrate, it is a structure having a microstructure having a large ratio of pattern height and width called aspect ratio.
A typical example of a microstructure having a separation part is a microstructure called a micromachine having a minute drive component as a separation part, and a representative example of a microstructure having no separation part is, for example, an LSI micropattern. It is a mask having an opening pattern for forming itself or its fine pattern.

微小な可動部を有するマイクロマシンとよばれる微小構造体50は、図23(a)に示すように、支持固体基板52と、構造膜54と光学膜56との積層膜として構成され、空隙部58を介して支持固体基板52上に両端部で立脚し、可動する分離部、つまり梁構造体60とを有する。マイクロマシンの製造工程では、梁構造体60の形成、すなわち支持固体基板52上の中空構造(空隙部58)の形成に際して、犠牲層エッチング法を適用している。図23(a)は、両持ち梁構造体を有する中空構造の光学マイクロマシンの断面図である。   As shown in FIG. 23A, a microstructure 50 called a micromachine having a minute movable part is configured as a laminated film of a supporting solid substrate 52, a structure film 54, and an optical film 56, and a gap 58 Through the support solid substrate 52 at both ends, and has a movable separating portion, that is, a beam structure 60. In the manufacturing process of the micromachine, a sacrificial layer etching method is applied when the beam structure 60 is formed, that is, when the hollow structure (gap portion 58) on the supporting solid substrate 52 is formed. FIG. 23A is a cross-sectional view of a hollow structure optical micromachine having a doubly supported beam structure.

犠牲層エッチング法では、先ず、空隙部58と同じ寸法の犠牲層(図示せず)を支持固体基板52上に形成し、続いて所定の形状に犠牲層をパターニングした後、構造膜54及び光学膜56を支持固体基板52全面に積層する。光学膜56には例えば金属膜を用いる。
構造膜54及び光学膜56の積層膜を梁構造体60の所望の形状にパターニングした後、犠牲層を選択的にエッチング除去し、支持固体基板52上に空隙部58を介して支持される梁構造体60を形成する。犠牲層上に形成されていた構造膜54及び光学膜56の積層膜からなる梁構造体60は、支持固体基板52から空隙部58を介して保持されることになり、支持固体基板52に対して可動な分離部として機能する。
In the sacrificial layer etching method, first, a sacrificial layer (not shown) having the same dimensions as the gap 58 is formed on the supporting solid substrate 52, and then the sacrificial layer is patterned into a predetermined shape, and then the structure film 54 and the optical layer A film 56 is laminated on the entire surface of the supporting solid substrate 52. For example, a metal film is used as the optical film 56.
After the laminated film of the structural film 54 and the optical film 56 is patterned into a desired shape of the beam structure 60, the sacrificial layer is selectively etched away, and the beam supported on the supporting solid substrate 52 via the gap 58. A structure 60 is formed. The beam structure 60 composed of the laminated film of the structural film 54 and the optical film 56 formed on the sacrificial layer is held from the supporting solid substrate 52 via the gap 58, and is supported with respect to the supporting solid substrate 52. Function as a movable separation part.

構造膜54と光学膜56との積層膜をドライエッチングしたとき、エッチングガス、レジスト、構造膜54、及び光学膜56等が、相互に反応して反応生成物を形成し、底面及び側壁に付着して微粒子状残査となる。次に、犠牲層をエッチングする際には、積層膜のエッチング工程で残留していた残査物は、そのまま除去されずに残るか、さらに変質して除去され難い残渣物となる。さらに、犠牲層エッチングの際にも、エッチングガスと犠牲層材料との反応生成物が生成し、新たな微粒子が発生して、図23(a)に示すように、マイクロマシンの機能上で重要な光学膜56上にも付着する。このため、これら微粒子汚染を除去する必要がある。   When the laminated film of the structure film 54 and the optical film 56 is dry-etched, the etching gas, the resist, the structure film 54, the optical film 56, and the like react with each other to form a reaction product and adhere to the bottom surface and the side wall. It becomes a particulate residue. Next, when the sacrificial layer is etched, the residue remaining in the etching process of the laminated film remains as it is without being removed, or is further changed into a residue that is difficult to be removed. Further, during the sacrificial layer etching, a reaction product of the etching gas and the sacrificial layer material is generated and new fine particles are generated, which is important for the function of the micromachine as shown in FIG. It also adheres on the optical film 56. For this reason, it is necessary to remove these particulate contamination.

ところで、これら微小構造体を洗浄して汚染微粒子を除去する際、通常の半導体製造工程で用いられているような、水系又は有機系の液体による洗浄及び乾燥を施すと、空隙部を介して支持固体基板に保持されていた光学材料層及び構造材料層の積層膜が、損傷したり、支持固体基板に固着したりする問題があった。   By the way, when these fine structures are cleaned to remove contaminating fine particles, if they are washed and dried with an aqueous or organic liquid as used in the normal semiconductor manufacturing process, they are supported through the voids. There was a problem that the laminated film of the optical material layer and the structural material layer held on the solid substrate was damaged or fixed to the supporting solid substrate.

この現象は、乾燥工程で洗浄液又は乾燥工程で使用した液体が最終的に蒸発していく過程で、積層膜からなる分離部と支持固体基板との間の微小な空隙部に残留していた液体が蒸発することによって空隙部の体積が縮小すると共に、洗浄液又は乾燥液の表面張力により支持固体基板と分離部との間で吸引力が発生し、分離部の剛性が不十分な場合は、分離部が損傷したり、支持固体基板に固着したりする現象である。
また、洗浄中及びリンス中に破壊が発生する場合もある。これは、支持固体基板上に形成された分離部を含む微小構造体が極めて小さく、機械的に脆弱であるため、溶液中での攪拌等による水圧によって破壊されてしまう現象である。
This phenomenon occurs when the cleaning liquid in the drying process or the liquid used in the drying process eventually evaporates, leaving the liquid remaining in the minute gap between the separation part consisting of the laminated film and the supporting solid substrate. When the volume of the voids is reduced by evaporation, suction force is generated between the supporting solid substrate and the separation part due to the surface tension of the cleaning liquid or drying liquid, and the separation part has insufficient rigidity. This is a phenomenon in which a part is damaged or fixed to a supporting solid substrate.
In addition, destruction may occur during cleaning and rinsing. This is a phenomenon in which a microstructure including a separation portion formed on a supporting solid substrate is extremely small and mechanically fragile, so that it is destroyed by water pressure due to stirring in a solution.

このような問題があるために、マイクロマシン等の微小構造体の洗浄では、通常の半導体プロセスで用いられているような洗浄液を用いることができない。このため、洗浄せずに次の工程へ送るしかなかった。これでは、微粒子汚染による歩留まり低下、信頼性低下、デバイス特性の劣化が起きてしまう。   Because of such a problem, a cleaning liquid used in a normal semiconductor process cannot be used for cleaning a microstructure such as a micromachine. For this reason, there was no choice but to send to the next step without washing. As a result, the yield, reliability, and device characteristics deteriorate due to the contamination of fine particles.

また、近年MOSLSIの大規模化に伴い、LSIの配線構造等のパターンの微細化が進行している。そして、今や100nmを切るパターンが形成されるに至っている。
100nm以下というと、もはや光リソグラフィーで光源として用いられるレーザの波長以下であるため、ハーフトーン位相シフトマスクの使用など、露光方法、マスクなどの色々な工夫で、なんとか光リソグラフィーでパターン形成を試みているが、限界に近づいている。
In recent years, with the increase in scale of MOS LSIs, pattern miniaturization of LSI wiring structures and the like has progressed. Now, a pattern of less than 100 nm is formed.
If it is less than 100 nm, it is no longer than the wavelength of a laser used as a light source in photolithography, so we tried to form a pattern by photolithography using various methods such as exposure methods and masks, such as using a halftone phase shift mask. Is approaching the limit.

そこで、70nm以降のデバイスでは、電子線露光によるリソグラフィーが実用化に向け研究されている。
電子線露光リソグラフィーで用いる電子線露光用マスク70は、光露光マスクと異なり、図23(b)に示すように、電子線が通過する、アスペクト比(長さ/幅)の大きなパターンからなる開口72を有するメンブレン74を支持枠76で支持したステンシルメンブレン構造である。
高アスペクト比のパターンをドライエッチングにより形成した場合、エッチング直後又はレジスト剥離後に、図23(b)に示すように、マスク70の開口72の側壁やメンブレン74の表面及び裏面に微小異物が残留する。更には、マスクを使用する際、すなわち露光装置内でのマスク搬送、マスク装着、露光作業などの過程で、マスクに微粒子状の異物が付着することがある。尚、図23(b)は電子線露光用マスク70の断面図である。
Therefore, in devices of 70 nm and after, lithography by electron beam exposure is being studied for practical use.
Unlike a light exposure mask, an electron beam exposure mask 70 used in electron beam exposure lithography is an opening made of a pattern having a large aspect ratio (length / width) through which an electron beam passes, as shown in FIG. This is a stencil membrane structure in which a membrane 74 having 72 is supported by a support frame 76.
When a pattern with a high aspect ratio is formed by dry etching, fine foreign matter remains on the side wall of the opening 72 of the mask 70 and on the front and back surfaces of the membrane 74 as shown in FIG. . Further, when using the mask, that is, in the process of mask transport, mask mounting, exposure work, etc. in the exposure apparatus, fine particles may adhere to the mask. FIG. 23B is a cross-sectional view of the electron beam exposure mask 70.

また、LSIの高速化のためには配線間容量を低下させることが不可欠で、配線間容量を低下させるために、配線間の層間絶縁膜として低誘電率膜が用いられるようになっている。そして究極の低誘電率膜を作製するためには、膜材料の選択だけでなく、低誘電率膜の構造を多孔質にすることが求められている。
埋め込み配線構造を形成するダマシンプロセスでは、図23(c)に示すように、下地膜78上にエッチング停止層80及び低誘電率膜82を成膜し、次いで低誘電率膜82をパターニングして配線溝84を形成した後に、配線溝84に配線材料を埋め込み配線(図示せず)を形成しているが、低誘電率膜82のエッチング後には、図23(c)に示すように、ドライエッチングガスと低誘電率膜82の反応生成物による異物が残る。これらの残査は配線不良等を引き起こすので、除去して、清浄化する必要がある。尚、図23(c)は配線溝の断面図である。
Further, in order to increase the speed of LSI, it is indispensable to reduce the capacitance between wires, and in order to reduce the capacitance between wires, a low dielectric constant film is used as an interlayer insulating film between wires. In order to produce the ultimate low dielectric constant film, it is required not only to select a film material but also to make the structure of the low dielectric constant film porous.
In the damascene process for forming the buried wiring structure, as shown in FIG. 23C, an etching stop layer 80 and a low dielectric constant film 82 are formed on the base film 78, and then the low dielectric constant film 82 is patterned. After the wiring groove 84 is formed, a wiring material (not shown) is formed by embedding a wiring material in the wiring groove 84. After the low dielectric constant film 82 is etched, as shown in FIG. Foreign matter due to the reaction product of the etching gas and the low dielectric constant film 82 remains. These residues cause wiring defects and need to be removed and cleaned. FIG. 23C is a cross-sectional view of the wiring groove.

また、LSIの低消費電力化のために、ソース/ドレインの低抵抗化が不可欠である。低抵抗化のためには、ソース/ドレイン部に1×1015イオン/cm2 以上の高濃度のイオンを注入する方法が用いられる。イオン注入を行う際には、図23(d)に示すように、半導体基板86に形成するソース/ドレイン部87以外のゲート電極88、側壁部89等の部分をフォトレジスト90でマスクして行う。イオン注入後にフォトレジスト90を剥離しなければならない。90aは通常のフォトレジスト部分、90bはイオン注入により硬化したフォトレジスト部分である。   In addition, it is indispensable to reduce the resistance of the source / drain in order to reduce the power consumption of the LSI. In order to reduce the resistance, a method of implanting ions at a high concentration of 1 × 10 15 ions / cm 2 or more into the source / drain portion is used. When performing the ion implantation, as shown in FIG. 23D, the gate electrode 88 and the side wall 89 other than the source / drain 87 formed on the semiconductor substrate 86 are masked with a photoresist 90. . The photoresist 90 must be stripped after ion implantation. 90a is a normal photoresist portion, and 90b is a photoresist portion cured by ion implantation.

以上述べたように、LSIデバイスやマスク作製プロセスにおいて、これら微粒子状異物を除去しなければならないが、その際に次のような問題点があった。
通常、半導体装置の製造工程では、異物を除去する場合、溶媒として水を用いた湿式洗浄を行っている。しかし、上述のマスク70や配線溝84の洗浄の際、洗浄液として水など液体溶媒を用いた場合に、洗浄液の表面張力が大きいために、洗浄液が高アスペクト比のパターン溝部に浸透しなかったり、たとえ洗浄できたとしても、洗浄液のリンス除去の際、洗浄液をパターン溝部から外に排出して乾燥することが困難であった。
As described above, in the LSI device and mask manufacturing process, these fine particles must be removed. However, there are the following problems.
Usually, in the manufacturing process of a semiconductor device, when removing foreign matters, wet cleaning using water as a solvent is performed. However, when cleaning the mask 70 and the wiring groove 84 described above, when a liquid solvent such as water is used as the cleaning liquid, the cleaning liquid does not penetrate into the pattern grooves having a high aspect ratio because the surface tension of the cleaning liquid is large. Even if the cleaning can be performed, it is difficult to discharge the cleaning liquid out of the pattern groove and dry it when rinsing the cleaning liquid.

また、このような微細パターン形成の際の乾燥工程でのもう一つの大きな問題点として、パターン倒れや隣接するパターン同士の貼りつきがある。これはリンス液の乾燥時に生じるもので、高アスペクト比のパターンではより顕著になる。
この現象は、基板の乾燥時にパターン間に残ったリンス液と外部の空気との圧力差により働く曲げ力(表面張力又は毛細管力)によるものである。そして、この毛細管力はパターン間での気液界面で生じるリンス液の表面張力に依存して、シリコンのパターンを歪める大きな力であるために、このリンス液の表面張力の問題が重要となっている。
Another major problem in the drying process when forming such a fine pattern is pattern collapse and sticking of adjacent patterns. This occurs when the rinsing liquid is dried, and becomes more noticeable in a high aspect ratio pattern.
This phenomenon is due to a bending force (surface tension or capillary force) that works due to a pressure difference between the rinse liquid remaining between the patterns when the substrate is dried and external air. This capillary force is a large force that distorts the silicon pattern depending on the surface tension of the rinse liquid generated at the gas-liquid interface between the patterns, so the problem of the surface tension of the rinse liquid becomes important. Yes.

また、多孔質性低誘電率膜の場合、湿式洗浄すると、低誘電率膜の孔に水などの溶媒が出入りする際に、既に述べたような、気液界面の発生による圧力差が生じて、膜中の孔が潰れてしまい、誘電率が高くなることが多い。   In the case of a porous low dielectric constant film, when wet cleaning is performed, when a solvent such as water enters and exits the pores of the low dielectric constant film, a pressure difference due to the generation of a gas-liquid interface as described above occurs. In many cases, the holes in the film are crushed and the dielectric constant increases.

以上述べたような問題を解決するためには、表面張力の小さな流体を用いて洗浄・乾燥すれば良いと考えられる。例えば、水の表面張力は約72dyn/cmであるのに対して、メタノールの表面張力は約23dyn/cmであるから、水からの乾燥よりも水をメタノールで置換した後の乾燥の方が、微小構造の貼りつき、破壊を抑制できる。しかし、表面張力がまだかなり高いので、微小構造の破壊を完全に防止することができず、完全な問題解決とはならない。   In order to solve the problems described above, it is considered that cleaning and drying may be performed using a fluid having a small surface tension. For example, the surface tension of water is about 72 dyn / cm, whereas the surface tension of methanol is about 23 dyn / cm. Therefore, drying after replacing water with methanol is more preferable than drying from water. Sticking and breaking of microstructures can be suppressed. However, since the surface tension is still very high, it is not possible to completely prevent the destruction of the microstructure, and the problem cannot be solved completely.

表面張力による微小構造の破壊の問題を解決するには、リンス液として表面張力がゼロである流体を使用するか、もしくはリンス液を表面張力がゼロの流体で置換して乾燥することが必要である。
表面張力がゼロの流体とは、超臨界流体であって、臨界温度及び臨界圧力とよばれるそれぞれの物質に固有の値以上の温度と圧力のもとで各物質が存在する状態相の流体である。
超臨界状態では、物質は、他の液体や固体に対する溶解力がその物質の液体状態とほぼ同等であるにもかかわらず、その粘度や密度がその物質の液体状態に比べて著しく小さく、拡散係数が極めて大きいという特異な性質を有している。つまり、気体の状態を持った液体と言える。その結果、気液界面を形成しないので、表面張力がゼロになる。従って、超臨界状態の流体内で乾燥すれば、表面張力の作用が無くなるので、パターン倒れ等は全く生じないことになる。
In order to solve the problem of microstructural destruction due to surface tension, it is necessary to use a fluid with zero surface tension as the rinse liquid, or to replace the rinse liquid with a fluid with zero surface tension and dry it. is there.
A fluid with zero surface tension is a supercritical fluid that is called a critical temperature and critical pressure, and is a fluid in a state phase where each substance exists at a temperature and pressure that are equal to or higher than the values inherent to each substance. is there.
In the supercritical state, a substance has a significantly lower viscosity and density than the liquid state of the substance, even though the dissolving power in other liquids and solids is almost the same as the liquid state of the substance, and a diffusion coefficient. Has a unique property that is extremely large. That is, it can be said that the liquid has a gaseous state. As a result, since the gas-liquid interface is not formed, the surface tension becomes zero. Therefore, if the drying is performed in a fluid in a supercritical state, the effect of the surface tension is eliminated, so that pattern collapse or the like does not occur at all.

超臨界流体は、洗浄液等の液体を溶解する能力を有し、周囲の圧力を臨界圧力以下に減ずることにより速やかにガス化する。超臨界流体による洗浄後の乾燥は、超臨界状態で先ず超臨界流体を放出した後、減圧して超臨界流体を気化させることにより、容易に行うことができる。   A supercritical fluid has the ability to dissolve a liquid such as a cleaning liquid, and rapidly gasifies by reducing the surrounding pressure to a critical pressure or less. Drying after washing with the supercritical fluid can be easily performed by first releasing the supercritical fluid in the supercritical state and then reducing the pressure to vaporize the supercritical fluid.

微小構造体の超臨界流体による洗浄工程では、犠牲層のエッチング処理によりその全体や一部を分離部として支持基板表面から分離した微小構造体、あるいはエッチングして得たアスペクト比の大きい微細加工パターンを、エッチング液から直接に、あるいは洗浄液を経由した後に、あるいは更に別の液体で置換した後に、表面にこれらの液体が付着した状態で耐圧容器内に収容された超臨界流体に接触させて、これらの液体を超臨界流体に溶解させることにより除去する。   In the cleaning process of the microstructure with the supercritical fluid, the microstructure is separated from the support substrate surface by using the sacrificial layer as a whole or part of the sacrificial layer, or the microfabrication pattern with a large aspect ratio obtained by etching. Directly after the etching solution, after passing through the cleaning solution, or after being replaced with another liquid, the liquid is attached to the surface and brought into contact with the supercritical fluid contained in the pressure vessel, These liquids are removed by dissolving them in a supercritical fluid.

次いで、容器温度を臨界温度以上に保ったまま容器内部の圧力を臨界圧力以下に減じて該超臨界流体をガス化して除き、微小構造体を大気中に取り出す。超臨界流体は、表面張力が極めて小さいので、微小構造体表面から除去される際に、その表面張力により微小構造体に与える応力は無視し得る程度に小さい。従って、微小構造体に変形や破壊が生じることはない。   Next, the pressure inside the container is reduced below the critical pressure while keeping the container temperature at or above the critical temperature, the supercritical fluid is gasified and removed, and the microstructure is taken out into the atmosphere. Since the surface tension of the supercritical fluid is extremely small, when it is removed from the surface of the microstructure, the stress applied to the microstructure by the surface tension is negligibly small. Therefore, the microstructure is not deformed or broken.

例えば、特開2000−91180号公報は、反応室内の水分を除去しながら超臨界流体を導入し、あるいは反応室内の水分を除去した後、超臨界流体を導入し、液体に浸された材料の乾燥を行う手段を提案している(第4頁参照)。
また、特開平9−139374号公報は、微小構造体に付着した液体を耐圧容器内の超臨界流体に溶解させることにより除去し、次いで容器圧力を臨界圧力以下に減ずることにより超臨界流体をガス化して除き、乾燥した微小構造体を大気中に取り出す方法及び装置を提案している(第5頁参照)。
特開2000−91180号公報 特開平9−139374号公報
For example, JP 2000-91180 A introduces a supercritical fluid while removing moisture in a reaction chamber, or introduces a supercritical fluid after removing moisture in a reaction chamber, Proposed means for drying (see page 4).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-139374 discloses that the liquid adhering to the microstructure is removed by dissolving it in the supercritical fluid in the pressure vessel, and then the supercritical fluid is gasified by reducing the vessel pressure below the critical pressure. A method and apparatus for removing a dried microstructure into the atmosphere has been proposed (see page 5).
JP 2000-91180 A JP-A-9-139374

超臨界流体としては、二酸化炭素、アンモニア、水、アルコール類、低分子量の脂肪族飽和炭化水素類、ベンゼン、ジエチルエーテルなど超臨界状態となることが確認されている多くの物質を利用することができる。これらの中で、超臨界温度が31.3℃と室温に近い二酸化炭素は、取り扱いが容易であること、また、被洗浄体を高温に曝すことなく洗浄できることなどの理由から、好ましい物質の一つである。   As the supercritical fluid, it is possible to use many substances that have been confirmed to be in a supercritical state such as carbon dioxide, ammonia, water, alcohols, low molecular weight aliphatic saturated hydrocarbons, benzene, diethyl ether and the like. it can. Among these, carbon dioxide having a supercritical temperature of 31.3 ° C., which is close to room temperature, is one of the preferable substances because it is easy to handle and can be cleaned without exposing the object to be cleaned to high temperature. One.

ところで、固体表面から微粒子を効率的に除去する方法として、微粒子が付着している部位の表面に微細なエッチング処理を施して微粒子を表面から離間させ、次いで離間した微粒子を洗浄液等の液体の流れに同伴させて移送、除去する洗浄方法がある。超臨界二酸化炭素を洗浄液とする場合にも、エッチング剤を添加して処理を行えば、微粒子の表面への付着力を小さくすることは可能である。   By the way, as a method for efficiently removing fine particles from the solid surface, a fine etching process is performed on the surface of the part where the fine particles adhere to separate the fine particles from the surface, and then the separated fine particles are flowed into a liquid such as a cleaning liquid. There is a cleaning method in which it is transported and removed along with it. Even when supercritical carbon dioxide is used as the cleaning liquid, the adhesion force of the fine particles to the surface can be reduced by performing the treatment by adding an etching agent.

しかし、超臨界流体を洗浄液とする場合、超臨界流体、例えば超臨界二酸化炭素は、粘度や密度が著しく小さいという気体のような性質を有しているために、エッチング処理を施して離間させた微粒子を超臨界流体の流れにより移送する際、流れによる微粒子の移送力が著しく小さく、効果的な微粒子除去が難しいという問題がある。
そこで、本発明の課題は、超臨界流体を洗浄液とする際、超臨界流体の粘度や密度が一般の液体に比べて著しく小さいために、微小構造体から微粒子を効率的に除去することができないということである。よって、本発明の目的は、超臨界流体を洗浄媒体として用いて、微小構造体に付着している微粒子を効率よく洗浄できる洗浄方法及び洗浄装置を提供することである。
さらに本発明の目的は、このような洗浄方法を用いて得られた信頼性の高い半導体装置とその製造方法、微小構造体とその製造方法を提供することである。
However, when the supercritical fluid is used as the cleaning liquid, the supercritical fluid, for example, supercritical carbon dioxide, has a gas-like property that its viscosity and density are extremely small, so that it is separated by etching. When the fine particles are transferred by the flow of the supercritical fluid, there is a problem that the transfer force of the fine particles by the flow is remarkably small and it is difficult to remove the fine particles effectively.
Accordingly, the problem of the present invention is that when the supercritical fluid is used as a cleaning liquid, the viscosity and density of the supercritical fluid are remarkably smaller than those of general liquids, and therefore, the fine particles cannot be efficiently removed from the microstructure. That's what it means. Accordingly, an object of the present invention is to provide a cleaning method and a cleaning apparatus capable of efficiently cleaning fine particles adhering to a microstructure using a supercritical fluid as a cleaning medium.
A further object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device obtained by using such a cleaning method, a manufacturing method thereof, a microstructure, and a manufacturing method thereof.

上記課題を解決するために、本発明者は、微小構造体を洗浄する際、超臨界二酸化炭素の流体抵抗とせん断応力を大きくすることにより、超臨界二酸化炭素の流れによる微粒子の移送力を高めることを着想し、以下に説明するように、超臨界流体の流れ、例えば超臨界二酸化炭素の流れを解析した。   In order to solve the above problems, the present inventor increases the transport force of fine particles by the flow of supercritical carbon dioxide by increasing the fluid resistance and shear stress of supercritical carbon dioxide when cleaning the microstructure. With this in mind, the flow of supercritical fluid, for example, the flow of supercritical carbon dioxide, was analyzed as described below.

超臨界二酸化炭素の流体抵抗R及びせん断応力τは、2次元では下記の式(1)及び(2)で簡単に表すことができる。

Figure 2005072568
式(1)で、C0は係数、ρは超臨界二酸化炭素の流体密度、及びuは超臨界二酸化炭素の流速である。
Figure 2005072568
式(2)で、μは超臨界二酸化炭素の粘度、uは超臨界二酸化炭素の流速、及びyは表面からの高さである。 The fluid resistance R and shear stress τ of supercritical carbon dioxide can be easily expressed in the following two equations (1) and (2).
Figure 2005072568
In Equation (1), C0 is a coefficient, ρ is the fluid density of supercritical carbon dioxide, and u is the flow rate of supercritical carbon dioxide.
Figure 2005072568
In equation (2), μ is the viscosity of supercritical carbon dioxide, u is the flow rate of supercritical carbon dioxide, and y is the height from the surface.

式(1)から判る通り、流体抵抗は流体の密度に比例するので、流体抵抗を大きくするためには、温度を低くし、圧力を高くすればよい。温度が低く、圧力が高くなると、超臨界二酸化炭素の密度は液体の密度に近くなって大きくなるので、超臨界二酸化炭素の流体抵抗が大きくなる。具体的には、温度35℃、圧力25MPaで、超臨界二酸化炭素の流体抵抗は、液体の流体抵抗の70%程度になる。
しかし、これでもなお、微粒子の輸送力が不足している。この原因は、せん断応力が小さいことである。
As can be seen from the equation (1), the fluid resistance is proportional to the density of the fluid. Therefore, in order to increase the fluid resistance, it is only necessary to lower the temperature and increase the pressure. When the temperature is low and the pressure is high, the density of supercritical carbon dioxide becomes close to the density of the liquid and increases, so that the fluid resistance of supercritical carbon dioxide increases. Specifically, at a temperature of 35 ° C. and a pressure of 25 MPa, the fluid resistance of supercritical carbon dioxide is about 70% of the fluid resistance of the liquid.
However, this still lacks particulate transport. This is because the shear stress is small.

式(2)から判る通り、超臨界流体のせん断応力は、流体の粘度に比例している。超臨界二酸化炭素の粘度は、温度が低くなるほど、圧力が高くなるほど、大きくなるので、温度を低くし、圧力を高くして、粘度を大きくし、これにより超臨界流体のせん断応力を大きくすることはできる。一方、温度の下限は、超臨界二酸化炭素の超臨界状態を維持できる31℃であり、圧力の上限は、装置や配管の仕様を考慮すると、現実的には35MPa程度である。
しかし、この温度、圧力条件では、粘度は飛躍的に大きくならず、0.1ミクロン径の付着微粒子に作用するせん断応力は0.1N/m2以下であって、液体のせん断応力の1N/m2の10分の1、好ましくは2N/m2の20分の1には遠く及ばない。
As can be seen from Equation (2), the shear stress of the supercritical fluid is proportional to the viscosity of the fluid. The viscosity of supercritical carbon dioxide increases with decreasing temperature and increasing pressure, so lower the temperature, increase the pressure, increase the viscosity, and thereby increase the shear stress of the supercritical fluid. I can. On the other hand, the lower limit of the temperature is 31 ° C. which can maintain the supercritical state of supercritical carbon dioxide, and the upper limit of the pressure is practically about 35 MPa in consideration of the specifications of the apparatus and piping.
However, under these temperature and pressure conditions, the viscosity does not increase dramatically, the shear stress acting on the adhered microparticles with a diameter of 0.1 micron is 0.1 N / m 2 or less, and the shear stress of the liquid is 1 N / m 2. Is less than 1/10, preferably 1/20 of 2 N / m2.

つまり、所望の粘度まで超臨界流体の粘度を高くして、せん断応力を大きくすることは難しい。そこで、超臨界二酸化炭素中で基板を回転させることにより表面流速を速くして、式(2)に基づいて、せん断応力を大きくすることを考えた。
先ず、図5に示す平行平板間のクエット・ポワイズ流をナビエストークスの式によって表し、基板を洗浄する際の流体の三次元での表面流速を解析した。ここで、式(3)から(5)の仮定をおくと、

Figure 2005072568
ナビエストークスの式は、次の式(6)及び(7)で表される。シリコンウエハの中心から流体を供給した場合、式(7)で、第1項は円周方向の項であり、第2項は半径方向の項である。
Figure 2005072568
That is, it is difficult to increase the shear stress by increasing the viscosity of the supercritical fluid to a desired viscosity. Therefore, we considered increasing the shear stress based on equation (2) by increasing the surface flow velocity by rotating the substrate in supercritical carbon dioxide.
First, the Couette-Poise flow between parallel flat plates shown in FIG. 5 was expressed by the Naviestokes equation, and the surface flow velocity in three dimensions of the fluid when the substrate was cleaned was analyzed. Here, assuming the equations (3) to (5),
Figure 2005072568
Navi Estoke's equation is expressed by the following equations (6) and (7). When fluid is supplied from the center of the silicon wafer, the first term is a circumferential term and the second term is a radial term in Equation (7).
Figure 2005072568

ここで、壁面速度uをu=0、及び体積流量qをq=u0h=一定とすると、次の式(8)から(10)が成立する。

Figure 2005072568
Here, when the wall surface velocity u is u = 0 and the volume flow rate q is q = u0h = constant, the following equations (8) to (10) are established.
Figure 2005072568

そこで、式(8)から式(10)に基づいて、洗浄チャンバ内の基板の回転による流れを考慮して、三次元の超臨界二酸化炭素の表面流速とせん断応力のシミュレーションを行った。シミュレーションで対象とした洗浄装置は、図6に示すように、微粒子の付着した基板Wを収容し、超臨界二酸化炭素を洗浄媒体として導入しつつ基板Wを回転させ、基板Wを洗浄する洗浄チャンバ86を備え、基板Wを洗浄して基板Wに付着している微粒子を除去する洗浄装置である。図6は従来の洗浄チャンバの構成を示す模式的断面図であって、図中88は超臨界二酸化炭素の供給管、90は超臨界二酸化炭素を圧入するポンプ、92は基板を回転させる回転軸である。
図7は、シミュレーションの一例として、温度、圧力、流量、基板表面とチャンバ内壁の距離を最適値に設定し、回転数を変えたときの200mm径のウエハ表面のせん断応力の分布を示す。
Therefore, based on the equations (8) to (10), the surface flow velocity and shear stress of the three-dimensional supercritical carbon dioxide were simulated in consideration of the flow caused by the rotation of the substrate in the cleaning chamber. As shown in FIG. 6, the cleaning apparatus targeted in the simulation accommodates a substrate W on which fine particles are adhered, rotates the substrate W while introducing supercritical carbon dioxide as a cleaning medium, and cleans the substrate W. 86 is a cleaning device that cleans the substrate W and removes fine particles adhering to the substrate W. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a conventional cleaning chamber, in which 88 is a supercritical carbon dioxide supply pipe, 90 is a pump for injecting supercritical carbon dioxide, and 92 is a rotating shaft for rotating the substrate. It is.
FIG. 7 shows, as an example of simulation, the distribution of shear stress on the surface of a wafer having a diameter of 200 mm when the temperature, pressure, flow rate, distance between the substrate surface and the inner wall of the chamber are set to optimum values, and the rotation speed is changed.

1分間当たりの回転数が400回転以上になると、中心から3mm以上離れた領域であれば、ウエハ全面のほとんどの領域で、せん断応力が1N/m2以上であり、1分間当りの回転数が500回転以上になると、中心から3mm以上離れた領域であれば、ウエハ全面のほとんどの領域で、せん断応力が2N/m2以上であり、液体による浸漬式洗浄と同等レベルになる。このように、温度・圧力以外のパラメータとして、基板の回転数を大きくすることにより、せん断応力の増大が可能となる。せん断応力が1N/m2より小さいと洗浄の効果がない。洗浄効果の点からすれば、せん断応力は1N/m2以上、好ましくは2N/m2以上であればよく、上限はない。
また、全体の流量が同じ場合、図8に表面流速の高さ方向の分布の例を示すように、基板表面と対向するチャンバ内壁との距離を小さくすることにより、付着微粒子の位置での表面流速が大きくなり、せん断応力も大きくなる。図8(a)は基板表面とチャンバ内壁の距離が長いときの表面流速の高さ方向の分布を示し、図8(b)は基板表面とチャンバ内壁の距離が短いときの表面流速の高さ方向の分布を示す。
When the rotation speed per minute is 400 rotations or more, the shear stress is 1 N / m 2 or more in almost all areas of the entire wafer surface as long as it is 3 mm or more away from the center, and the rotation speed per minute is 500. Above the rotation, if the region is 3 mm or more away from the center, the shear stress is 2 N / m 2 or more in almost all regions of the entire wafer surface, which is the same level as the immersion cleaning with liquid. As described above, the shear stress can be increased by increasing the number of rotations of the substrate as a parameter other than temperature and pressure. If the shear stress is less than 1 N / m 2, there is no cleaning effect. From the viewpoint of cleaning effect, the shear stress may be 1 N / m 2 or more, preferably 2 N / m 2 or more, and there is no upper limit.
When the entire flow rate is the same, as shown in the example of the distribution in the height direction of the surface flow velocity in FIG. The flow rate increases and the shear stress increases. FIG. 8A shows the distribution in the height direction of the surface flow velocity when the distance between the substrate surface and the chamber inner wall is long, and FIG. 8B shows the height of the surface flow velocity when the distance between the substrate surface and the chamber inner wall is short. The direction distribution is shown.

また、流体の流量そのものを多くすることも効果があり、基板の回転数を大きくし、基板表面と対向する装置内壁との距離を小さくすることにより、超臨界流体のせん断応力を、液体のせん断応力と同等レベルにできることがわかった。
すなわち、以上の解析により、基板の回転数を400rpm以上、好ましくは500rpm以上、微粒子の付着する基板表面と対向するチャンバ内壁との距離を5mm以下、好ましくは3mm以下、流体の流量を、液体換算で1L/min以上にすることにより、流体のせん断応力を大きくすることができ、微粒子の輸送力を高めて、微粒子を効果的に除去できることが判った。回転数としては、400rpmより少ないと洗浄効果がない。回転数の上限は、高圧装置の限界を考慮して3000rpm程度とすることができる。基板表面とチャンバ内壁との距離は、5mmを超えると洗浄の効果がない。距離の下限は、洗浄装置の作製限界を考慮して0.3mm程度とすることができる。
Increasing the flow rate of the fluid itself is also effective. By increasing the number of rotations of the substrate and decreasing the distance between the substrate surface and the inner wall of the device facing the substrate, the shear stress of the supercritical fluid is reduced. It was found that the level could be equivalent to the stress.
That is, according to the above analysis, the rotation speed of the substrate is 400 rpm or more, preferably 500 rpm or more, the distance between the substrate surface to which the fine particles adhere and the inner wall of the chamber facing is 5 mm or less, preferably 3 mm or less, and the fluid flow rate is converted into liquid It was found that by setting the pressure at 1 L / min or more, the shear stress of the fluid can be increased, the transport force of the fine particles can be increased, and the fine particles can be effectively removed. When the rotational speed is less than 400 rpm, there is no cleaning effect. The upper limit of the rotational speed can be set to about 3000 rpm in consideration of the limit of the high pressure device. When the distance between the substrate surface and the inner wall of the chamber exceeds 5 mm, there is no cleaning effect. The lower limit of the distance can be set to about 0.3 mm in consideration of the production limit of the cleaning device.

また、シミュレーション結果から、さらに回転数をあげた場合に、流体の表面流速が非常に速くなり、供給口の圧力が減少し、圧力のバランスを取るため、流量の補給が必要となることがわかった。すなわち、高速回転と大流量の流体補給により表面流速を著しく向上させることができる。   The simulation results also show that when the number of rotations is further increased, the surface flow velocity of the fluid becomes very fast, the pressure at the supply port decreases, and the pressure needs to be replenished to balance the pressure. It was. That is, the surface flow velocity can be remarkably improved by high-speed rotation and fluid supply with a large flow rate.

しかし、供給口から流している流量は、装置のポンプの能力で決まってしまい、限界がある。現実的には液体換算で3L/min程度の流量しか流すことができない。そのため、せん断応力を増加させるためには、別系統からの流量補給を行うことになる。
そこで、既に基板表面を通過して排出される流体を、速度を減衰させずに再度循環して、新しく供給される流体に合流させて、流体を基板に供給することにより、流量が増大し、大きな表面流速が維持できる。このことより、せん断応力がより大きくなり、微粒子の除去率をさらに高めることが可能である。
However, the flow rate flowing from the supply port is determined by the capacity of the pump of the apparatus and has a limit. In reality, only a flow rate of about 3 L / min can be flowed in terms of liquid. Therefore, in order to increase the shear stress, the flow rate is replenished from another system.
Therefore, the fluid that has already passed through the substrate surface is circulated again without attenuating the speed, joined to the newly supplied fluid, and the fluid is supplied to the substrate, thereby increasing the flow rate. A large surface flow rate can be maintained. As a result, the shear stress becomes larger and the removal rate of the fine particles can be further increased.

上記目的を達成するために、上述の知見に基づいて、本発明に係る洗浄方法は、超臨界流体を洗浄媒体として用いた、微小構造体の洗浄方法において、微小構造体表面に付着している被除去微粒子近傍の超臨界流体のせん断応力が1N/m2以上、好ましくは2N/m2以上になるように、被除去微粒子に対する超臨界流体の相対的速度を維持することを特徴としている。   In order to achieve the above object, based on the above knowledge, the cleaning method according to the present invention adheres to the surface of the microstructure in the cleaning method of the microstructure using the supercritical fluid as the cleaning medium. The relative speed of the supercritical fluid with respect to the particles to be removed is maintained so that the shear stress of the supercritical fluid in the vicinity of the particles to be removed is 1 N / m 2 or more, preferably 2 N / m 2 or more.

また、本発明に係る洗浄方法は、超臨界流体を洗浄媒体として用いた微小構造体の洗浄方法において、
洗浄チャンバの内壁と微小構造体の被除去微粒子の付着面との距離を5mm以下、好ましくは3mm以下に保持して洗浄チャンバ内に微小構造体を収容し、洗浄チャンバに超臨界流体を導入しつつ超臨界流体内で微小構造体を1分間当たり400回転以上、好ましくは500回転以上で回転させることを特徴としている。
Moreover, the cleaning method according to the present invention is a method for cleaning a microstructure using a supercritical fluid as a cleaning medium.
The distance between the inner wall of the cleaning chamber and the adhesion surface of the fine particles to be removed is maintained at 5 mm or less, preferably 3 mm or less, the microstructure is accommodated in the cleaning chamber, and a supercritical fluid is introduced into the cleaning chamber. In the supercritical fluid, the microstructure is rotated at 400 revolutions per minute or more, preferably at 500 revolutions or more.

本発明で、超臨界流体とは、超臨界流体自体に加えて、超臨界流体に添加剤、例えば洗浄剤、エッチング剤等を添加した超臨界流体も含む。つまり、超臨界流体に添加剤としてエッチング剤、洗浄剤、エッチング剤及び相溶剤の双方、洗浄剤及び相溶剤の双方、並びにエッチング剤、洗浄剤、及び相溶剤の3者全部のいずれかを添加する。これにより、超臨界流体による洗浄効果を高めることができる。また、微小構造体とは、微小構造を備えた構造体を意味し、微小構造が可動部かどうかについて制約はない。   In the present invention, the supercritical fluid includes, in addition to the supercritical fluid itself, a supercritical fluid obtained by adding an additive such as a cleaning agent or an etching agent to the supercritical fluid. In other words, the etching agent, the cleaning agent, both the etching agent and the compatibilizer, both the cleaning agent and the compatibilizing agent, and the etching agent, the cleaning agent, and the compatibilizing agent are added to the supercritical fluid as additives. To do. Thereby, the cleaning effect by the supercritical fluid can be enhanced. The microstructure means a structure having a microstructure, and there is no restriction as to whether the microstructure is a movable part.

好適には、洗浄チャンバに導入する超臨界流体の流量を1L/min以上に維持して洗浄する。
本発明方法の好適な実施態様では、超臨界流体として超臨界二酸化炭素を使用する。
Preferably, cleaning is performed while maintaining the flow rate of the supercritical fluid introduced into the cleaning chamber at 1 L / min or more.
In a preferred embodiment of the method of the present invention, supercritical carbon dioxide is used as the supercritical fluid.

本発明に係る洗浄装置は、微小構造体を収容し、超臨界流体を洗浄媒体として導入して微小構造体を洗浄する洗浄チャンバを備え、微小構造体を洗浄して微小構造体に付着している微粒子を除去する枚葉式の洗浄装置において、
洗浄チャンバは、洗浄チャンバの内壁と収容した微小構造体の被除去微粒子の付着面との距離が5mm以下、好ましくは3mm以下になるように構成され、かつ収容室内の超臨界流体中で微小構造体を1分間当たり400回転以上、好ましくは500回転以上の回転数で回転させる回転機構を備えていることを特徴としている。
A cleaning apparatus according to the present invention includes a cleaning chamber that houses a microstructure, introduces a supercritical fluid as a cleaning medium, and cleans the microstructure, and cleans the microstructure and adheres to the microstructure. In a single wafer cleaning device that removes fine particles
The cleaning chamber is configured such that the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the adhered surface of the fine particles to be removed is 5 mm or less, preferably 3 mm or less, and the microstructure is contained in the supercritical fluid in the containing chamber. It is characterized by having a rotation mechanism that rotates the body at a rotational speed of 400 revolutions per minute or more, preferably 500 revolutions or more.

好適には、洗浄装置は、洗浄チャンバから排出された超臨界流体の少なくとも一部を洗浄チャンバに循環させる循環手段を備えている。これにより、超臨界流体の流量が増大して、せん断応力が大きくなり、微粒子除去性能が向上する。   Preferably, the cleaning apparatus includes circulation means for circulating at least a part of the supercritical fluid discharged from the cleaning chamber to the cleaning chamber. Thereby, the flow rate of the supercritical fluid is increased, the shear stress is increased, and the particulate removal performance is improved.

一方、基板を回転させない場合は、流体を基板に対して平行に供給する方が流速の低下がなく有利である。その場合には、表面近傍でせん断応力は、前述の数2の式(2)で単純に求められる。すなわち、基板表面と洗浄槽内壁の距離と、線速度の関数になる。線速度は、基板表面と洗浄槽内壁との距離と、流量で決まってくる。したがって、全体の流量が同じ場合、前述の図8の表面流速の高さ方向に分布の例で示すように、基板表面とこれに対向する洗浄槽内壁との距離をさらに加工可能な最小レベルにすることにより、付着微粒子の位置における表面速度を大きくすることができ、せん断応力も大きくできる。例えば、線速度を3m/secのとき、基板表面と対向する洗浄槽内壁との距離を1mm以下にすれば、せん断応力は1N/m2以上になり、好ましくは0.5mm以下にすれば、せん断応力は2N/m2 以上となる。基板表面と対向する洗浄槽内壁との距離が0.5mmより大きい場合は、線速度をより大きくしなければならず、そのために必要な流量を確保するためには、高価な大流量ポンプが必要となり、非現実的なものとなる。   On the other hand, when the substrate is not rotated, it is advantageous to supply the fluid in parallel to the substrate because the flow rate does not decrease. In that case, the shear stress in the vicinity of the surface can be obtained simply by the above-described equation (2). That is, it is a function of the distance between the substrate surface and the inner wall of the cleaning tank and the linear velocity. The linear velocity is determined by the distance between the substrate surface and the inner wall of the cleaning tank and the flow rate. Therefore, when the entire flow rate is the same, the distance between the substrate surface and the inner wall of the cleaning tank facing the substrate surface is set to a minimum level that can be further processed as shown in the example of distribution in the height direction of the surface flow velocity in FIG. By doing so, the surface velocity at the position of the adhering fine particles can be increased, and the shear stress can be increased. For example, when the linear velocity is 3 m / sec, if the distance between the substrate surface and the inner wall of the cleaning tank facing the substrate is 1 mm or less, the shear stress is 1 N / m 2 or more, preferably 0.5 mm or less. The stress is 2 N / m 2 or more. When the distance between the substrate surface and the inner wall of the cleaning tank facing the substrate is larger than 0.5 mm, the linear velocity must be increased, and an expensive large flow pump is required to secure the necessary flow rate. It becomes unrealistic.

上述の知見」に基づいて、本発明に係る洗浄方法は、超臨界流体を洗浄媒体として用いた微小構造体の洗浄方法において、洗浄チャンバの内壁と微小構造体の被除去微粒子の付着面との距離を、1mm以下、好ましくは0.5mm以下に保持して洗浄チャンバ内に微小構造体を収容し、洗浄チャンバに超臨界流体を線速度3m/secで導入することを特徴としている。
距離としては、1mmより大きくなると洗浄に供するせん断応力が得られず、洗浄効果がない。距離の下限は、洗浄装置作製限界を考慮して0.3mm程度とすることができる。
Based on the above-mentioned knowledge, the cleaning method according to the present invention is a method for cleaning a microstructure using a supercritical fluid as a cleaning medium, and includes a cleaning chamber inner wall and an adhesion surface of a fine particle to be removed. The distance is maintained at 1 mm or less, preferably 0.5 mm or less, the microstructure is accommodated in the cleaning chamber, and a supercritical fluid is introduced into the cleaning chamber at a linear velocity of 3 m / sec.
When the distance is larger than 1 mm, the shear stress used for cleaning cannot be obtained, and there is no cleaning effect. The lower limit of the distance can be set to about 0.3 mm in consideration of the cleaning device manufacturing limit.

前述と同様に、本発明でも、超臨界流体とは、超臨界流体自体に加えて、超臨界流体に添加剤、例えば洗浄剤、エッチング剤等を添加した超臨界流体も含む。つまり、超臨界流体に添加剤としてエッチング剤、洗浄剤、エッチング剤及び相溶剤の双方、洗浄剤及び相溶剤の双方、並びにエッチング剤、洗浄剤、及び相溶剤の3者全部のいずれかを添加する。これにより、超臨界流体による洗浄効果を高めることができる。また、微小構造体とは、微小構造を備えた構造体を意味し、微小構造が可動部かどうかについて制約はない。   As described above, in the present invention, the supercritical fluid includes a supercritical fluid obtained by adding an additive such as a cleaning agent or an etching agent to the supercritical fluid in addition to the supercritical fluid itself. In other words, the etching agent, the cleaning agent, both the etching agent and the compatibilizer, both the cleaning agent and the compatibilizing agent, and the etching agent, the cleaning agent, and the compatibilizing agent are added to the supercritical fluid as additives. To do. Thereby, the cleaning effect by the supercritical fluid can be enhanced. The microstructure means a structure having a microstructure, and there is no restriction as to whether the microstructure is a movable part.

好適には、洗浄チャンバに導入する超臨界流体の流量を1L/min以上に維持して洗浄する。
本発明方法の好適な実施態様では、超臨界流体として超臨界二酸化炭素を使用する。
Preferably, cleaning is performed while maintaining the flow rate of the supercritical fluid introduced into the cleaning chamber at 1 L / min or more.
In a preferred embodiment of the method of the present invention, supercritical carbon dioxide is used as the supercritical fluid.

本発明に係る洗浄装置は、微小構造体を収容し、超臨界流体を洗浄媒体として導入して微小構造体を洗浄する洗浄チャンバを備え、微小構造体を洗浄して微小構造体に付着している微粒子を除去する枚葉式の洗浄装置において、
洗浄チャンバは、超臨界流体の線速度を3m/secとして、洗浄チャンバの内壁と微小構造体の被除去微粒子の付着面との距離が1mm以下、好ましくは0.5mm以下になるように構成されていることを特徴としている。
A cleaning apparatus according to the present invention includes a cleaning chamber that houses a microstructure, introduces a supercritical fluid as a cleaning medium, and cleans the microstructure, and cleans the microstructure and adheres to the microstructure. In a single wafer cleaning device that removes fine particles
The cleaning chamber is configured so that the linear velocity of the supercritical fluid is 3 m / sec and the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the adhesion surface of the fine particles to be removed is 1 mm or less, preferably 0.5 mm or less. It is characterized by having.

好適には、液体換算で1L/min以上で、基板表面と対向する洗浄チャンバ内壁面との距離を1mm以下、好ましくは0.5mm以下とする。
また、洗浄装置は、洗浄チャンバの内壁面が微小構造体から離れるに従って微小構造体設置側の面からの距離を漸次広げるように斜めに形成されている。また、洗浄チャンバは、超臨界流体を入口から出口に向って一方向に流すように構成されている。
Preferably, the distance from the cleaning chamber inner wall surface facing the substrate surface is 1 mm or less, preferably 0.5 mm or less at a liquid conversion of 1 L / min or more.
Further, the cleaning device is formed obliquely so that the distance from the surface on the microstructure installation side gradually increases as the inner wall surface of the cleaning chamber moves away from the microstructure. The cleaning chamber is configured to flow the supercritical fluid in one direction from the inlet toward the outlet.

一方、上述した本発明の洗浄方法は、半導体装置、微小構造体に適用して好適である。   On the other hand, the above-described cleaning method of the present invention is suitable for application to semiconductor devices and microstructures.

本発明に係る半導体装置は、その半導体装置の所要領域が、上述した本発明の超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄されて成ることを特徴としている。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、所要アスペクト比の選択加工後に、この加工された基板を、上述した本発明の超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄する工程を有することを特徴としている。
The semiconductor device according to the present invention is characterized in that a required region of the semiconductor device is cleaned by the above-described cleaning method using the supercritical fluid of the present invention.
In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of cleaning the processed substrate by the above-described cleaning method using the supercritical fluid of the present invention after selecting the required aspect ratio. It is said.

本発明に係る微小構造体は、その微小構造体の所要領域が、上述した本発明の超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄されて成ることを特徴としている。
また、本発明に係る微小構造体の製造方法は、犠牲層を選択エッチングした後に、中空部が形成された微小構造体基板を、上述した本発明の超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄する工程を有することを特徴としている。
The microstructure according to the present invention is characterized in that a required region of the microstructure is cleaned by the above-described cleaning method using the supercritical fluid of the present invention.
In the method for manufacturing a microstructure according to the present invention, after the sacrificial layer is selectively etched, the microstructure substrate in which the hollow portion is formed is cleaned by the above-described cleaning method using the supercritical fluid of the present invention. It has the process.

以上に説明したように、本発明に係る超臨界流体による洗浄方法及び洗浄装置では、表面流速の増加に伴うせん断応力の増大の効果により、超臨界流体の微粒子移送能力が効果的に増大するので、微粒子除去性能が従来の方法及び装置に比べて向上する。
特に、超臨界流体のせん断応力が1N/m2以上になるように、被除去微粒子に対する超臨界流体の相対的速度を維持することにより、洗浄効果が増大する。また、超臨界流体の導入流量が一定のときには、洗浄チャンバの内壁と微小構造体の被除去微粒子の付着面との距離を5mm以下に保持して洗浄チャンバ内に微小構造体を収容し、洗浄チャンバに超臨界流体を導入しつつ超臨界流体内で微小構造体を1分間当たり400回転以上の回転数で回転させることにより、超臨界流体のせん断応力が1N/m以上になるように被除去微粒子に対する超臨界流体の相対的速度が増大し、洗浄効果が増大する。
As described above, in the cleaning method and apparatus using the supercritical fluid according to the present invention, the particle transfer ability of the supercritical fluid is effectively increased by the effect of increasing the shear stress accompanying the increase in the surface flow velocity. In addition, the particle removal performance is improved as compared with the conventional method and apparatus.
In particular, the cleaning effect is increased by maintaining the relative velocity of the supercritical fluid with respect to the fine particles to be removed so that the shear stress of the supercritical fluid is 1 N / m 2 or more. When the introduction flow rate of the supercritical fluid is constant, the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the adhesion surface of the fine particles to be removed is maintained at 5 mm or less, and the microstructure is accommodated in the cleaning chamber and cleaned. By introducing the supercritical fluid into the chamber and rotating the microstructure in the supercritical fluid at a rotational speed of 400 revolutions or more per minute, the shear stress of the supercritical fluid becomes 1 N / m 2 or more. The relative velocity of the supercritical fluid with respect to the removed fine particles is increased, and the cleaning effect is increased.

また、エッチング処理による表面からの微粒子の離間に関し、過剰なエッチングを必要としないので、エッチング剤等の化学物質の添加量を最小限に抑えることができる。よって、従来の洗浄方法のように、金属膜からなる光学膜がエッチング剤等によって侵食されて、反射率などの光学特性が変化するようなことがなく、また、マスクパターンの寸法変化も起きない。   Further, with respect to the separation of the fine particles from the surface by the etching process, excessive etching is not required, so that the amount of chemical substances such as an etchant can be minimized. Therefore, unlike the conventional cleaning method, the optical film made of a metal film is not eroded by an etching agent or the like, and optical characteristics such as reflectance do not change, and the dimensional change of the mask pattern does not occur. .

超臨界二酸化炭素等の超臨界流体を洗浄媒体として用いているので、表面張力が生じない。よって、梁構造の微小構造体が気液界面で生じるような表面張力の影響によって破壊されることがなく、多孔質性低誘電率膜の孔が潰れることもなく、微粒子の除去、及び微小構造体の乾燥を効率的に行うことができる。
また、排出された流体をすぐに再利用することにより、大容量のポンプを必要とせずに、目的の汚染物質を除去できる。
Since a supercritical fluid such as supercritical carbon dioxide is used as a cleaning medium, surface tension does not occur. Therefore, the microstructure of the beam structure is not destroyed by the influence of surface tension that occurs at the gas-liquid interface, the pores of the porous low dielectric constant film are not crushed, the removal of fine particles, and the microstructure The body can be efficiently dried.
In addition, by immediately reusing the discharged fluid, the target pollutant can be removed without requiring a large-capacity pump.

また、本発明の洗浄方法及び洗浄装置では、基板を回転せずに、洗浄チャンバの内壁と微小構造体の被除去微粒子の不着面との距離を1mm以下に保持して洗浄チャンバ内に微小構造体を収容し、洗浄チャンバに超臨界流体を線速度3m/secで導入することにより、超臨界流体のせん断応力が1N/m2 以上になるように被除去微粒子に対する超臨界流体の相対速度が維持され、洗浄効果が増大する。すなわり、基板を回転することなしに、流体のせん断応力を大きくすることができ、被除去微粒子の輸送力を高めて、被除去微粒子を効果的に除去することができる。   Further, in the cleaning method and the cleaning apparatus of the present invention, the microstructure is maintained in the cleaning chamber by keeping the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the non-adhering surface of the fine particles to be removed within 1 mm without rotating the substrate. The relative velocity of the supercritical fluid with respect to the particles to be removed is maintained so that the shear stress of the supercritical fluid is 1 N / m 2 or more by introducing the supercritical fluid into the cleaning chamber at a linear velocity of 3 m / sec. This increases the cleaning effect. In other words, the shear stress of the fluid can be increased without rotating the substrate, and the transport force of the particles to be removed can be increased to effectively remove the particles to be removed.

洗浄チャンバの内壁面を、微小構造体から離れるに従って微小構造体設置側の面からの距離が漸次広がるように斜めに形成することにより、洗浄チャンバ内の微小構造体上に流体を減速させることなく、したがって所要の流速でスムーズに流すことができる。   By forming the inner wall surface of the cleaning chamber obliquely so that the distance from the surface on the microstructure body side gradually increases as the distance from the microstructure body increases, the fluid is not decelerated on the microstructure body in the cleaning chamber. Therefore, it can flow smoothly at a required flow rate.

また、前述と同様に、過剰なエッチングを必要としないので、化学物質の添加量を最小限に抑えられるため、金属材料の膜が浸食されて、反射率などの光学特性が変化することばなく、また、マスクパターンの寸法変化も置きない。
超臨界二酸化炭素を洗浄の媒体として用いるため、梁形状の微小構造体が気液界面で生じる表面張力の影響によって破壊されることがなく、LSI製造プロセスにおいては、低誘電膜の孔が潰れることもなく、微粒子や残渣の除去、フォトレジスト剥離、乾燥が良好に行える。
Also, as described above, since excessive etching is not required, the amount of chemical substances added can be minimized, so that the film of metal material is eroded and optical characteristics such as reflectance do not change, Also, there is no dimensional change of the mask pattern.
Because supercritical carbon dioxide is used as a cleaning medium, the beam-shaped microstructure is not destroyed by the effect of surface tension generated at the gas-liquid interface, and the holes in the low dielectric film are crushed in the LSI manufacturing process. In addition, fine particles and residues can be removed, and the photoresist can be removed and dried.

この洗浄方法及び洗浄装置では、例えば、小径チップを洗浄する場合にも、表面流速を増大し洗浄効果を増大することができる。因みに、小径チップの場合、中心から基板端部までの距離が十分でないため、回転による表面流速増大が十分得られない虞れのあるとき、基板を回転せずに行う上記洗浄方法は有利となる。また、超臨界流体用の洗浄チャンバは、高圧下にさらされるため、回転機構がない分、リーク防止などの安全対策がし易く、洗浄チャンバの簡略化を図ることができ、洗浄装置の製造コストを低減することもできる。   In this cleaning method and cleaning apparatus, for example, even when a small-diameter chip is cleaned, the surface flow velocity can be increased and the cleaning effect can be increased. Incidentally, in the case of a small-diameter chip, since the distance from the center to the edge of the substrate is not sufficient, the above-described cleaning method performed without rotating the substrate is advantageous when there is a possibility that the surface flow velocity increase due to rotation may not be sufficiently obtained. . In addition, since the cleaning chamber for supercritical fluid is exposed to high pressure, safety measures such as leakage prevention are easy because of the absence of a rotating mechanism, the cleaning chamber can be simplified, and the manufacturing cost of the cleaning apparatus can be reduced. Can also be reduced.

以上のように、従来の洗浄方法で乾燥工程で生じていたような、微小構造体の脆弱性に起因する破壊、微小構造体の基板に対する貼り付き、固着を防止でき、しかも、安全性が高く低コストで簡単なプロセスによって目的とする微小構造の可動部を有する微小構造体を高歩留まりで製造することができる。したがって、本発明に係る洗浄方法及び洗浄装置を適用することにより、微小構造体を部品として用いた電子機器、電子部品等を製造する際電子機器、電子部品等の電気的特性などの品質の保持、歩留まり向上につながる。   As described above, it is possible to prevent breakage due to the weakness of the microstructure, sticking of the microstructure to the substrate, and sticking, which have occurred in the drying process with conventional cleaning methods, and high safety. A microstructure having a movable portion having a desired microstructure can be manufactured with a high yield by a simple process at a low cost. Therefore, by applying the cleaning method and the cleaning apparatus according to the present invention, it is possible to maintain the quality of electrical characteristics and the like of electronic devices and electronic parts when manufacturing electronic devices and electronic parts using the microstructure as parts. , Leading to improved yield.

本発明に係る半導体装置及びその製造方法によれば、上述した本発明の洗浄方法を用いて洗浄して製造されるので、信頼請求項の高い半導体装置を提供することができ、また、歩留りよく半導体装置を製造することができる。
本発明に係る微小構造体及びその製造方法によれば、上述した本発明の洗浄方法を用いて洗浄して製造されるので、信頼請求項の高い微小構造体を提供することができ、また、歩留りよく微小構造体を製造することができる。
According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, since the semiconductor device is manufactured by cleaning using the above-described cleaning method of the present invention, it is possible to provide a semiconductor device with high reliability claims and high yield. A semiconductor device can be manufactured.
According to the microstructure and the manufacturing method thereof according to the present invention, since it is manufactured by cleaning using the above-described cleaning method of the present invention, it is possible to provide a highly reliable microstructure. A microstructure can be manufactured with high yield.

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

洗浄装置の実施の形態1
先ず、図1から図3を参照して、本発明に係る洗浄装置の実施の形態の構成を説明する。図1は洗浄装置の構成を示すブロック図、図2は洗浄装置本体の構成を示すフローシート、図3(a)は洗浄チャンバの構成を示す模式的断面図、及び図3(b)は別の洗浄チャンバの構成を示す模式的断面図である。
本実施の形態の洗浄装置10は、枚葉式洗浄装置であって、洗浄装置本体12と、洗浄装置本体12に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給システム14と、二酸化炭素供給システム14から供給された液状の二酸化炭素を昇圧する昇圧ポンプ16と、洗浄装置本体12にエッチング剤、相溶剤、洗浄剤等(以下、総称して洗浄剤と言う)を供給する洗浄剤供給ユニット18と、洗浄装置本体12から排出された超臨界二酸化炭素を二酸化炭素ガスと洗浄剤に気液分離して洗浄剤を回収する気液分離・洗浄液回収ユニット20と、気液分離・洗浄液回収ユニット20で分離された二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システム22とを備えている。
Embodiment 1 of cleaning apparatus
First, with reference to FIG. 1 to FIG. 3, the configuration of an embodiment of a cleaning apparatus according to the present invention will be described. 1 is a block diagram showing the configuration of the cleaning device, FIG. 2 is a flow sheet showing the configuration of the cleaning device main body, FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the cleaning chamber, and FIG. It is typical sectional drawing which shows the structure of this cleaning chamber.
The cleaning device 10 according to the present embodiment is a single wafer cleaning device, and is supplied from a cleaning device body 12, a carbon dioxide supply system 14 that supplies carbon dioxide to the cleaning device body 12, and a carbon dioxide supply system 14. A booster pump 16 for increasing the pressure of the liquid carbon dioxide, a cleaning agent supply unit 18 for supplying an etching agent, a compatibilizer, a cleaning agent and the like (hereinafter collectively referred to as a cleaning agent) to the cleaning device body 12, and a cleaning device. The supercritical carbon dioxide discharged from the main body 12 was separated into carbon dioxide gas and a cleaning agent by gas-liquid separation to recover the cleaning agent, and separated by a gas-liquid separation / cleaning liquid recovery unit 20. And a carbon dioxide recovery system 22 that recovers carbon dioxide.

洗浄装置本体12は、図2に示すように、蓋付きの自動開閉式密閉高圧処理用の平板型容器として構成され、基板(被洗浄体)Wを収容して洗浄する洗浄チャンバ24と、昇圧ポンプ16から供給された高圧の二酸化炭素を加熱して超臨界二酸化炭素にする加熱器26と、超臨界二酸化炭素を加熱器26から洗浄チャンバ24に供給する供給管28と、洗浄チャンバ24に基板等の被洗浄体を搬送する被洗浄体搬送機構29とを備えている。
洗浄剤は洗浄剤供給ユニット18から供給管28に供給され、超臨界二酸化炭素と共に洗浄チャンバ24に流入する。
廃超臨界二酸化炭素は、排出管30から圧力調整弁32及び加熱器34を経て、気液分離・洗浄液回収ユニット20に流出する。超臨界二酸化炭素の排出管30に設けられた圧力調整弁32は、洗浄チャンバ24内の圧力を制御し、加熱器34は圧力調整弁32での断熱膨張により温度低下した廃超臨界二酸化炭素を加熱してガス化する。一方、洗浄剤は液状である。
As shown in FIG. 2, the cleaning apparatus main body 12 is configured as a flat-plate container for automatic opening and closing high-pressure processing with a lid, and includes a cleaning chamber 24 that accommodates and cleans a substrate (object to be cleaned) W, and a pressure booster. A heater 26 that heats high-pressure carbon dioxide supplied from the pump 16 to supercritical carbon dioxide, a supply pipe 28 that supplies supercritical carbon dioxide from the heater 26 to the cleaning chamber 24, and a substrate in the cleaning chamber 24 And a cleaning object transport mechanism 29 for transporting the cleaning object such as the above.
The cleaning agent is supplied from the cleaning agent supply unit 18 to the supply pipe 28 and flows into the cleaning chamber 24 together with the supercritical carbon dioxide.
Waste supercritical carbon dioxide flows out from the discharge pipe 30 to the gas-liquid separation / cleaning liquid recovery unit 20 via the pressure adjustment valve 32 and the heater 34. A pressure regulating valve 32 provided in the supercritical carbon dioxide discharge pipe 30 controls the pressure in the cleaning chamber 24, and a heater 34 removes waste supercritical carbon dioxide whose temperature has been lowered by adiabatic expansion in the pressure regulating valve 32. Heat to gasify. On the other hand, the cleaning agent is liquid.

洗浄チャンバ24は、本発明の特徴部分を構成していて、図3に示すように、除去すべき微粒子が付着した基板表面と基板表面に対向するチャンバ内壁との距離(図3ではSで表示)が5mm以下、好ましくは3mm以下になるように基板を収容できる円盤形のチャンバ室35と、基板を支持するステージを400rpm以上、好ましくは500rpm以上の回転数で回転させる回転機構(図3では回転軸31のみ図示)と、チャンバ室35の上下に設けられた温度制御装置(図示せず)付き加熱手段36とを備えている。
また、洗浄剤を含む超臨界二酸化炭素はチャンバ室35の上部中央に接続された供給管28からチャンバ室35に供給され、廃超臨界二酸化炭素はチャンバ室35の下部中央に接続された排出管30(図2参照)から排出される。尚、詳細は省くが、回転機構の回転軸31は、基板を支持するステージの支持軸を兼ねている。
The cleaning chamber 24 constitutes a characteristic part of the present invention. As shown in FIG. 3, the cleaning chamber 24 has a distance (indicated as S in FIG. 3) between the substrate surface on which the particles to be removed adhere and the chamber inner wall facing the substrate surface. ) Is 5 mm or less, preferably 3 mm or less, a disk-shaped chamber chamber 35 that can accommodate the substrate, and a rotation mechanism that rotates the stage supporting the substrate at a rotational speed of 400 rpm or more, preferably 500 rpm or more (in FIG. 3). Only the rotating shaft 31 is shown), and heating means 36 with temperature control devices (not shown) provided above and below the chamber 35 are provided.
The supercritical carbon dioxide containing the cleaning agent is supplied to the chamber chamber 35 from the supply pipe 28 connected to the upper center of the chamber chamber 35, and the waste supercritical carbon dioxide is discharged to the lower center of the chamber chamber 35. 30 (see FIG. 2). Although not described in detail, the rotating shaft 31 of the rotating mechanism also serves as a supporting shaft of a stage that supports the substrate.

本洗浄装置10では、回転数400rpm以上、好ましくは500rpm以上で基板Wを回転させつつ超臨界二酸化炭素を液体換算で1L/min以上の流量で流入させて基板を洗浄する。
好適には、図3(b)に示すように、基板表面を通過した超臨界二酸化炭素を、流体循環経路38により速度を減衰せずに再度循環して、新しく供給される超臨界二酸化炭素に合流させ、流量を増大させて洗浄を行う。尚、流体循環経路38には、循環する超臨界二酸化炭素中の微粒子を除去するためにフィルタ40が設けてある。
In the cleaning apparatus 10, the substrate is cleaned by flowing supercritical carbon dioxide at a flow rate of 1 L / min or more in liquid conversion while rotating the substrate W at a rotation speed of 400 rpm or more, preferably 500 rpm or more.
Preferably, as shown in FIG. 3 (b), the supercritical carbon dioxide that has passed through the substrate surface is circulated again without attenuating the velocity by the fluid circulation path 38, so that the newly supplied supercritical carbon dioxide is obtained. Combine and increase the flow rate for cleaning. The fluid circulation path 38 is provided with a filter 40 for removing fine particles in the circulating supercritical carbon dioxide.

二酸化炭素供給システム14は、図1に示すように、二酸化炭素ガスを冷却して液化する冷却装置42を備え、液化二酸化炭素を昇圧ポンプ16に供給する。洗浄剤供給ユニット18は、昇圧ポンプ43を備え、昇圧ポンプ43により基板エッチング剤や基板保護剤(以下、総称して洗浄剤と言う)を昇圧して、供給管28に送入する。
気液分離・洗浄液回収ユニット20は、気液分離槽44と、洗浄剤回収タンク46とを備え、常圧の気液分離槽44で二酸化炭素ガスと液状の洗浄剤とに分離し、二酸化炭素ガスを二酸化炭素回収システム22に送り、洗浄剤を洗浄剤回収タンク46に回収する。
As shown in FIG. 1, the carbon dioxide supply system 14 includes a cooling device 42 that cools and liquefies carbon dioxide gas, and supplies the liquefied carbon dioxide to the booster pump 16. The cleaning agent supply unit 18 includes a booster pump 43, and pressurizes the substrate etching agent and the substrate protective agent (hereinafter collectively referred to as “cleaning agent”) by the booster pump 43, and sends it to the supply pipe 28.
The gas-liquid separation / cleaning liquid recovery unit 20 includes a gas-liquid separation tank 44 and a cleaning agent recovery tank 46. The gas-liquid separation tank 44 separates carbon dioxide gas and liquid cleaning agent into the carbon dioxide gas and the liquid cleaning agent. The gas is sent to the carbon dioxide recovery system 22 and the cleaning agent is recovered in the cleaning agent recovery tank 46.

洗浄方法の実施の形態1
上述の洗浄装置10を用いて洗浄する洗浄方法を説明する。
先ず、洗浄処理(あるいは乾燥処理)を施す被洗浄体、本実施の形態では図23(a)に示すマイクロマシン50を配置した基板Wを洗浄チャンバ24内に収納し、蓋を閉めて洗浄チャンバ24を密閉状態とする。
二酸化炭素供給システム14から供給した二酸化炭素を昇圧ポンプ16により7.3MPa以上に加圧し、加熱器26で31.1℃以上に加熱し、超臨界二酸化炭素に転化する。
また、洗浄剤供給ユニット18から洗浄剤を供給し、昇圧ポンプ43により7.3MPa以上に加圧して供給管28に圧入し、超臨界二酸化炭素に例えば0.5〜20重量%の割合で混合する。
Embodiment 1 of cleaning method
A cleaning method for cleaning using the above-described cleaning apparatus 10 will be described.
First, an object to be cleaned (or a drying process), in this embodiment, a substrate W on which the micromachine 50 shown in FIG. 23A is placed, is stored in the cleaning chamber 24, the lid is closed, and the cleaning chamber 24 is closed. Is sealed.
Carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply system 14 is pressurized to 7.3 MPa or more by the booster pump 16, heated to 31.1 ° C. or more by the heater 26, and converted to supercritical carbon dioxide.
Further, the cleaning agent is supplied from the cleaning agent supply unit 18, is pressurized to 7.3 MPa or more by the booster pump 43, is press-fitted into the supply pipe 28, and is mixed with supercritical carbon dioxide at a ratio of 0.5 to 20% by weight, for example. To do.

これらの洗浄剤は、一般に、二酸化炭素より臨界温度及び臨界圧力が高いため、超臨界二酸化炭素との混合流体の臨界温度及び臨界圧力は、二酸化炭素の臨界温度及び臨界圧力より高くなる。このため、洗浄剤が超臨界二酸化炭素に良く溶解するように、洗浄チャンバ24の温度、圧力を例えば40℃、10MPa以上に、高く保持することが望ましい。   Since these detergents generally have a higher critical temperature and critical pressure than carbon dioxide, the critical temperature and critical pressure of a fluid mixture with supercritical carbon dioxide are higher than the critical temperature and critical pressure of carbon dioxide. For this reason, it is desirable to maintain the temperature and pressure of the cleaning chamber 24 at, for example, 40 ° C. and 10 MPa or higher so that the cleaning agent dissolves well in supercritical carbon dioxide.

このようにして洗浄剤が混合された超臨界二酸化炭素は、図3(a)に示すように、洗浄チャンバ24の上部から基板Wの中心部に供給され、基板Wの下部から排出される。処理流体の温度制御は温度制御装置付き加熱手段36により行われる。
洗浄チャンバ24の内部圧力が所定圧力以上になると、圧力調整弁32が開き、洗浄剤を含む超臨界二酸化炭素が加熱器34を経由して気液分離、洗浄液回収ユニット20に排出される。このように、洗浄チャンバ24内に充填された超臨界二酸化炭素を適宜排出することにより、洗浄チャンバ24内の圧力、温度を一定に保つことができる。
The supercritical carbon dioxide mixed with the cleaning agent in this way is supplied from the upper part of the cleaning chamber 24 to the central part of the substrate W and discharged from the lower part of the substrate W, as shown in FIG. The temperature of the processing fluid is controlled by the heating means 36 with a temperature control device.
When the internal pressure of the cleaning chamber 24 becomes equal to or higher than a predetermined pressure, the pressure regulating valve 32 is opened, and supercritical carbon dioxide containing the cleaning agent is discharged to the gas-liquid separation and cleaning liquid recovery unit 20 via the heater 34. In this way, by appropriately discharging the supercritical carbon dioxide filled in the cleaning chamber 24, the pressure and temperature in the cleaning chamber 24 can be kept constant.

圧力調整弁32で断熱膨張した超臨界二酸化炭素は、圧力が気液分離槽44内で大気圧に戻ることにより、洗浄液が排出液として回収される。また、除去された微粒子は、洗浄液に溶解して、又は同伴されて、洗浄剤回収タンク46に蓄積される。一方、気体として排出された二酸化炭素ガスは、二酸化炭素回収システム22で回収される。
回収された排出液や二酸化炭素ガスは、利用できる状態に再生して再利用することもできる。
The supercritical carbon dioxide adiabatically expanded by the pressure regulating valve 32 returns to the atmospheric pressure in the gas-liquid separation tank 44, and the cleaning liquid is recovered as the discharged liquid. The removed fine particles are accumulated in the cleaning agent recovery tank 46 after being dissolved or accompanied by the cleaning liquid. On the other hand, the carbon dioxide gas discharged as gas is recovered by the carbon dioxide recovery system 22.
The recovered effluent and carbon dioxide gas can be reclaimed and reused.

ここで、本実施の形態方法の特徴は、洗浄チャンバ24の構成と機能であって、図6に示すような従来の洗浄チャンバと異なり、図3に示す本実施の形態の洗浄チャンバ24では、基板の回転数を400rpm以上、好ましくは500rpm以上、基板表面と対向する装置内壁との距離を5mm以下、好ましくは3mm以下、超臨界二酸化炭素の流量を液体換算で1L/min以上で洗浄を行う。さらに、図3(b)に示すように、流体循環経路38を介して速度を減衰することなくフィルタ40により微粒子を除去しつつ、既に一度基板表面に沿って流れた超臨界二酸化炭素を、再度、循環して、新しく供給された超臨界二酸化炭素に合流し、超臨界二酸化炭素の流量を増大させて洗浄を行う。
以上の洗浄チャンバ24の構成と機能により、微粒子除去に十分なせん断応力を得ることができるので、除去した微粒子の移送力を高めて、微粒子を効果的に除去できる。
Here, the feature of the method of the present embodiment is the configuration and function of the cleaning chamber 24. Unlike the conventional cleaning chamber as shown in FIG. 6, the cleaning chamber 24 of the present embodiment shown in FIG. Cleaning is performed at a substrate rotation speed of 400 rpm or more, preferably 500 rpm or more, a distance from the inner wall of the apparatus facing the substrate surface of 5 mm or less, preferably 3 mm or less, and a supercritical carbon dioxide flow rate of 1 L / min or more in liquid conversion. . Furthermore, as shown in FIG. 3B, the supercritical carbon dioxide that has already flowed along the substrate surface once again is removed while the fine particles are removed by the filter 40 without attenuating the velocity via the fluid circulation path 38. Circulate, join the newly supplied supercritical carbon dioxide, and increase the flow rate of supercritical carbon dioxide to perform cleaning.
With the above-described configuration and function of the cleaning chamber 24, a shearing stress sufficient for removing the fine particles can be obtained, so that the transfer force of the removed fine particles can be increased to effectively remove the fine particles.

洗浄チャンバ24内で超臨界二酸化炭素の流れにより微粒子を除去した後、超臨界二酸化炭素に基板Wを浸漬したままで、洗浄剤を含まない超臨界二酸化炭素のみをリンス液として供給して、超臨界二酸化炭素の洗浄剤濃度を徐々に薄めていき、洗浄液を含む超臨界二酸化炭素を排出する。   After the fine particles are removed by the flow of supercritical carbon dioxide in the cleaning chamber 24, only the supercritical carbon dioxide not containing the cleaning agent is supplied as a rinse liquid while the substrate W is immersed in the supercritical carbon dioxide. The cleaning agent concentration of critical carbon dioxide is gradually diluted to discharge supercritical carbon dioxide containing cleaning liquid.

超臨界二酸化炭素で置換した後、チャンバ室35を降圧して、二酸化炭素を排出し、冷却すると、基板は、気体の二酸化炭素に満たされ、乾燥する。超臨界乾燥では、例えば超臨界流体として二酸化炭素を用いた場合には、31.1℃以上、7.38MPa以上でその状態を保持した後、温度を31.1℃以上に保持しつつ、圧力を大気圧まで減圧する。その後、温度を31.1℃以上から室温(例えば、20℃)まで下げる。これによって、洗浄チャンバ内は乾燥状態になる。   After substituting with supercritical carbon dioxide, the chamber chamber 35 is depressurized to discharge the carbon dioxide, and when cooled, the substrate is filled with gaseous carbon dioxide and dried. In supercritical drying, for example, when carbon dioxide is used as the supercritical fluid, the pressure is maintained while maintaining the temperature at 31.1 ° C. or higher and 7.38 MPa or higher, and then maintaining the temperature at 31.1 ° C. or higher. Is reduced to atmospheric pressure. Thereafter, the temperature is lowered from 31.1 ° C. or higher to room temperature (for example, 20 ° C.). As a result, the cleaning chamber becomes dry.

このように、超臨界乾燥を経ることで、梁形状を持つ微小構造体層を破壊することなく乾燥させることが可能となる。尚、超臨界流体としてその他の流体を用いる場合には、使用する流体に適した圧力、温度にて洗浄、乾燥を行えばよい。   In this way, by performing supercritical drying, it is possible to dry the microstructure body layer having a beam shape without destroying it. When other fluid is used as the supercritical fluid, it may be washed and dried at a pressure and temperature suitable for the fluid to be used.

本実施の形態では、超臨界流体として超臨界二酸化炭素を使用し、洗浄剤としてフッ化水素及びメタノールを使用し、添加率はそれぞれ、0.5重量%及び5容量%である。
以上述べた実施の形態の方法で処理したマイクロマシンの微粒子除去率のグラフを図4(a)に示す。各種デバイスのウエハで、80〜90%の微粒子除去率が得られた。また、洗浄後に、マイクロマシンの可動部(梁構造体)に貼りつきのないことを確認した。すなわち、本実施の形態方法では、マイクロマシンの梁構造体が気液界面を通過しないので、梁構造体が破壊されることなく、微粒子除去、及び乾燥を行うことができた。
In this embodiment, supercritical carbon dioxide is used as the supercritical fluid, hydrogen fluoride and methanol are used as the cleaning agents, and the addition rates are 0.5% by weight and 5% by volume, respectively.
FIG. 4A shows a graph of the microparticle removal rate of the micromachine processed by the method of the embodiment described above. A fine particle removal rate of 80 to 90% was obtained on wafers of various devices. Moreover, it confirmed that there was no sticking to the movable part (beam structure) of a micromachine after washing | cleaning. That is, in this embodiment method, since the beam structure of the micromachine does not pass through the gas-liquid interface, the particle structure can be removed and dried without destroying the beam structure.

洗浄方法の実施の形態2
本実施の形態では、図23(b)に示す電子線露光マスク70を被洗浄体とし、洗浄方法の実施例1と同様にして洗浄したところ、図4(b)のグラフに示すように、実施の形態1と同様の高い微粒子除去率を得た。また、図23(c)に示す低誘電率膜82を被洗浄体とし、洗浄方法の実施の形態1と同様にして洗浄したところ、図4(c)のグラフに示すように、実施例1と同様の高い微粒子除去率を得た。また、電子線露光マスク70の洗浄では、開口72の寸法、間隔に変化のないこと、表面が侵食されることがないことを確認した。
Embodiment 2 of cleaning method
In the present embodiment, when the electron beam exposure mask 70 shown in FIG. 23 (b) is the object to be cleaned and cleaned in the same manner as in Example 1 of the cleaning method, as shown in the graph of FIG. 4 (b), A high fine particle removal rate similar to that of Embodiment 1 was obtained. Further, when the low dielectric constant film 82 shown in FIG. 23 (c) was used as an object to be cleaned and cleaned in the same manner as in Embodiment 1 of the cleaning method, Example 1 was obtained as shown in the graph of FIG. 4 (c). The same high particle removal rate was obtained. Further, it was confirmed that the size and interval of the openings 72 are not changed and the surface is not eroded by cleaning the electron beam exposure mask 70.

本実施の形態方法で洗浄した後、配線溝埋め込み前の低誘電率膜82の構造変化を赤外吸光分析を用いて調べたところ、洗浄前の低誘電率膜の結合であるSi−O、Si−H、Si−OH、Si−CH3、C−Hなどに変化は見られなかった。すなわち、本実施の形態方法の洗浄を施しても低誘電率膜の構造に変化はないので、低誘電率膜82の誘電率の変化も生じない。   After cleaning by the present embodiment method, the structural change of the low dielectric constant film 82 before filling the wiring trench was examined using infrared absorption analysis. As a result, Si—O, which is a bond of the low dielectric constant film before cleaning, No change was observed in Si-H, Si-OH, Si-CH3, C-H and the like. That is, the structure of the low dielectric constant film does not change even when the cleaning according to the present embodiment is performed, so that the dielectric constant of the low dielectric constant film 82 does not change.

本実施の形態の洗浄方法では、微小構造が気液界面を通過しないので、微小構造は破壊されることなく、また、表面が侵食されることなく、マスクは寸法変化もなく、低誘電率膜の孔がつぶれることもなく、微粒子を除去し、乾燥させることができた。   In the cleaning method of the present embodiment, since the microstructure does not pass through the gas-liquid interface, the microstructure is not destroyed, the surface is not eroded, the mask has no dimensional change, and the low dielectric constant film Fine pores could be removed and dried without crushing the pores.

洗浄装置の実施の形態2
図9及び図10を参照して、本発明に係る洗浄装置の実施の形態2の構成を説明する。図9は洗浄装置の構成を示す概念図、図10(a)は洗浄チャンバの構成を示す断面図、図10(b)は洗浄チャンバの上面図である。本例は、枚葉式小径基板洗浄装置に適用した洗浄装置である。
Embodiment 2 of cleaning apparatus
With reference to FIG.9 and FIG.10, the structure of Embodiment 2 of the washing | cleaning apparatus based on this invention is demonstrated. 9 is a conceptual diagram showing the configuration of the cleaning apparatus, FIG. 10A is a cross-sectional view showing the configuration of the cleaning chamber, and FIG. 10B is a top view of the cleaning chamber. This example is a cleaning apparatus applied to a single wafer type small-diameter substrate cleaning apparatus.

本実施の形態の洗浄装置101は、大きく分けて、二酸化炭素供給手段102、昇圧手段103、昇温手段104、添加剤供給手段105、106、溶解槽107、洗浄槽(以下、洗浄チャンバという)108、気液分離・添加剤回収手段109、二酸化炭素回収手段(図示せず)からなる。洗浄チャンバ108は、洗浄すべき基板Wを載置する埋込みヒータ132を内蔵した洗浄チャンバ本体133と、この洗浄チャンバ本体133との間で密閉空間を形成するためのチャンバ蓋134とから構成される。溶解槽107は、埋込みヒータ136を有し、二酸化炭素と添加剤が混ざり合ったか、否かを確認するための相溶性確認窓137を有して成る。二酸化炭素供給手段102は、加圧して液化された二酸化炭素(CO2 )を収容したCO2 ボンベで構成される。ボンベ圧は例えば15MPa程度である。昇圧手段103は昇圧ポンプで構成され、昇温手段104はヒータ手段により構成される。二酸化炭素供給手段102から昇圧手段103、昇温手段104を通じて溶解槽107に至る経路は、第1の配管111で互いに接続される。二酸化炭素供給手段102と昇圧手段103の間には冷却器112は配置され、昇温手段104と溶解槽107間の第1の配管111には流体の流れを切替える第1の切替えバルブ113が設けられる。添加剤供給手段105、106からそれぞれ昇圧ポンプ114、115、ラインヒータ116、117を通じて溶解槽107に至る経路は、第2の配管118、第3の配管119で接続される。   The cleaning apparatus 101 of this embodiment is roughly divided into a carbon dioxide supply means 102, a pressure increase means 103, a temperature rise means 104, an additive supply means 105 and 106, a dissolution tank 107, and a cleaning tank (hereinafter referred to as a cleaning chamber). 108, gas-liquid separation / additive recovery means 109, and carbon dioxide recovery means (not shown). The cleaning chamber 108 is composed of a cleaning chamber main body 133 containing an embedded heater 132 on which the substrate W to be cleaned is placed, and a chamber lid 134 for forming a sealed space between the cleaning chamber main body 133. . The dissolution tank 107 has an embedded heater 136 and a compatibility confirmation window 137 for confirming whether carbon dioxide and the additive are mixed. The carbon dioxide supply means 102 is composed of a CO2 cylinder containing carbon dioxide (CO2) liquefied by pressurization. The cylinder pressure is, for example, about 15 MPa. The pressure raising means 103 is constituted by a pressure raising pump, and the temperature raising means 104 is constituted by a heater means. A path from the carbon dioxide supply means 102 to the dissolution tank 107 through the pressure raising means 103 and the temperature raising means 104 is connected to each other by a first pipe 111. A cooler 112 is disposed between the carbon dioxide supply means 102 and the pressure raising means 103, and a first switching valve 113 for switching the flow of fluid is provided in the first pipe 111 between the temperature raising means 104 and the dissolution tank 107. It is done. The paths from the additive supply means 105 and 106 to the dissolution tank 107 through the booster pumps 114 and 115 and the line heaters 116 and 117 are connected by a second pipe 118 and a third pipe 119.

溶解槽107から流体の流れを切り換える第2の切替えバルブ120及びラインヒータ121を介して洗浄チャンバ108に至り、さらに洗浄チャンバ108からラインヒータ122、流体の流れを切り換える第3の切替えバルブ123を介して気液分離・添加剤回収手段109に至る経路は、主配管124で接続される。第1の切替えバルブ113と第2の切替えバルブ120との間は、第1のバイパス用配管125で接続される。また、第2の切替えバルブ120と第3の切替えバルブ123間は、第2のバイパス用配管126で接続される。第3の切替えバルブ123には、流体の圧力を制御するための圧力調整弁127が接続される。各ボンベ102、105、106には、それぞれ開閉コック128、129、130が設けられる。   From the dissolution tank 107 to the cleaning chamber 108 via the second switching valve 120 and the line heater 121 for switching the fluid flow, and further from the cleaning chamber 108 to the line heater 122 and the third switching valve 123 for switching the fluid flow. The path leading to the gas-liquid separation / additive recovery means 109 is connected by the main pipe 124. The first switching valve 113 and the second switching valve 120 are connected by a first bypass pipe 125. Further, the second switching valve 120 and the third switching valve 123 are connected by a second bypass pipe 126. A pressure adjusting valve 127 for controlling the fluid pressure is connected to the third switching valve 123. Each cylinder 102, 105, 106 is provided with an open / close cock 128, 129, 130, respectively.

洗浄方法の実施の形態3
次に、上述の洗浄装置101を用いて洗浄する洗浄方法を説明する。すなわち、超臨界流体中での洗浄処理の一連の流れを説明する。
先ず、洗浄チャンバ108内に洗浄処理(あるいは乾燥処理)を施す被洗浄体、例えば基板Wを収納し、蓋134を閉めて洗浄チャンバ108内を密閉状態とする。
二酸化炭素供給手段102からの二酸化炭素を冷却器112で冷却し、液体状態で昇圧手段103で3MPa以上に加圧し、さらに昇温手段104で31.1℃ 以上に加熱して、超臨界状態とする。この超臨界状態の二酸化炭素を第1の切替えバルブ113を通して溶解槽107に送る。一方、添加剤供給手段105、106からの添加剤、例えばエッチング剤を昇圧ポンプ114、115で昇圧し、ラインヒータ116、117で所要の温度に加熱して溶解槽107に供給する。既に昇温、加圧された二酸化炭素に例えば0.5〜20%の割合で添加剤が混合される。これら、添加剤は、一般に二酸化炭素より超臨界温度及び臨界圧力が高いため、超臨界二酸化炭素との混合流体の臨界温度および臨界圧力は、二酸化炭素の臨界温度および臨界圧力は高くなる。確認窓137で添加剤が二酸化炭素に良好に溶解して均一相になっているかどうかを確認する。確認されるまでは、第2の切替えバルブ120を第2のバイパス用配管126側に切り換えて、溶解槽107内の流体を第2のバイパス用配管126を通じて気液分離・添加剤回収手段109側に流す。
Embodiment 3 of cleaning method
Next, a cleaning method for cleaning using the above-described cleaning apparatus 101 will be described. That is, a series of cleaning processes in the supercritical fluid will be described.
First, an object to be cleaned (for example, a substrate W) to be cleaned (or a drying process) is accommodated in the cleaning chamber 108, and the lid 134 is closed to make the cleaning chamber 108 sealed.
The carbon dioxide from the carbon dioxide supply means 102 is cooled by the cooler 112, pressurized in the liquid state to 3 MPa or more by the pressure raising means 103, and further heated to 31.1 ° C. or more by the temperature raising means 104, To do. This supercritical carbon dioxide is sent to the dissolution tank 107 through the first switching valve 113. On the other hand, an additive such as an etchant from the additive supply means 105, 106 is boosted by the booster pumps 114, 115, heated to a required temperature by the line heaters 116, 117, and supplied to the dissolution tank 107. The additive is mixed with carbon dioxide that has already been heated and pressurized at a rate of 0.5 to 20%, for example. Since these additives generally have a supercritical temperature and a critical pressure higher than those of carbon dioxide, the critical temperature and critical pressure of the mixed fluid with supercritical carbon dioxide are higher than those of carbon dioxide. In the confirmation window 137, it is confirmed whether or not the additive is well dissolved in carbon dioxide to form a homogeneous phase. Until it is confirmed, the second switching valve 120 is switched to the second bypass pipe 126 side, and the fluid in the dissolution tank 107 passes through the second bypass pipe 126 to the gas-liquid separation / additive recovery means 109 side. Shed.

なお、最初は、超臨界二酸化炭素を第1のバイパス用配管125及び第2のバイパス用配管126に流しているときに、圧力制御弁127により、圧力を所望の圧力、例えば25MPaとなるように制御する。その後、第1の切替えバルブ113を切り換えて超臨界二酸化炭素を溶解槽107に供給すると共に、添加剤を溶解槽107に供給するようになされる。   Initially, when supercritical carbon dioxide is flowing through the first bypass pipe 125 and the second bypass pipe 126, the pressure is controlled to a desired pressure, for example, 25 MPa, by the pressure control valve 127. Control. Thereafter, the first switching valve 113 is switched to supply supercritical carbon dioxide to the dissolution tank 107 and to supply the additive to the dissolution tank 107.

添加剤が二酸化炭素に良好に溶解されていなければ、溶解するように添加剤供給量を制御する。溶解されていれば、第2の切替えバルブ120を主配管124側に切り替えて、洗浄チャンバ108に超臨界流体を供給する。洗浄チャンバー108の温度、圧力を、例えば40℃、10MPa以上に、高く保持することが望ましい。
洗浄チャンバ108では、基板Wが微量エッチングされることにより、微粒子と基板との付着力が弱まり、その後、微粒子は、超臨界流体の流れの力に従って超臨界流体内に離脱して、排出される。これによって、基板Wは洗浄される。
If the additive is not dissolved well in carbon dioxide, the additive supply amount is controlled so as to be dissolved. If dissolved, the second switching valve 120 is switched to the main pipe 124 side to supply the supercritical fluid to the cleaning chamber 108. It is desirable to keep the temperature and pressure of the cleaning chamber 108 high, for example, at 40 ° C. and 10 MPa or more.
In the cleaning chamber 108, the microscopic etching of the substrate W weakens the adhesion force between the fine particles and the substrate, and then the fine particles are separated into the supercritical fluid according to the flow force of the supercritical fluid and discharged. . As a result, the substrate W is cleaned.

洗浄チャンバー108内において、微粒子が除去されたら、処理流体(超臨界流体+エッチング剤)に基板Wが浸漬されたまま、リンスとして超臨界二酸化炭素のみを供給して、徐々に薄めていき、処理流体を排出する。効果的にリンスを行うためには、第1の切替えバルブ113を第1のバイパス用配管125側に切り換え、第2の切替えバルブ120は洗浄チャンバ108側へ切り換え、溶解槽107及び第2のバイパス配管126へ流れないようにして、二酸化炭素供給手段102から昇圧手段103、昇温手段104を通じて得られる超臨界二酸化炭素のみを、溶解槽107を通さずに、第1のバイパス配管125に通して直接洗浄チャンバ108に供給することが望ましい。溶解槽107を通して超臨界二酸化炭素のみを供給しても、リンスの初期には、溶解槽107にはエッチング剤が残留しているため、溶解槽107から洗浄チャンバ108に供給される流体には、エッチング剤が含まれてしまうためである。   When the fine particles are removed in the cleaning chamber 108, only the supercritical carbon dioxide is supplied as a rinse while the substrate W is immersed in the processing fluid (supercritical fluid + etching agent). Drain the fluid. In order to perform rinsing effectively, the first switching valve 113 is switched to the first bypass piping 125 side, the second switching valve 120 is switched to the cleaning chamber 108 side, and the dissolution tank 107 and the second bypass are switched. Only supercritical carbon dioxide obtained from the carbon dioxide supply means 102 through the pressure raising means 103 and the temperature raising means 104 is passed through the first bypass pipe 125 without passing through the dissolution tank 107 so as not to flow into the pipe 126. It is desirable to supply the cleaning chamber 108 directly. Even if only supercritical carbon dioxide is supplied through the dissolution tank 107, since the etching agent remains in the dissolution tank 107 at the initial stage of rinsing, the fluid supplied from the dissolution tank 107 to the cleaning chamber 108 includes: This is because an etching agent is included.

処理流体の温度制御は洗浄チャンバ108の埋込みヒータ132、ラインヒータ121等による温度制御装置により行う。この際、洗浄チャンバ108の内部圧力が一定圧力以上になると圧力調整弁14が開き、気液分離・添加剤回収手段109を経由して処理流体(超臨界流体とエッチング剤などの添加剤)が系外に排出される。このように、洗浄チャンバ108内に充填された処理流体を適宜排出することにより、洗浄チャンバ108内の圧力、温度を一定に保つことが可能である。圧力調整弁127の下流に排出された溶媒、あるいは、その他の物質の圧力が大気圧に戻ることにより、流体として分離される媒質(例えば、エッチング剤)が排出液として回収される。また、除去された微粒子も液体に溶解したまま洗浄剤回収手段109に蓄積される。一方、気体として排出されるもの(例えば、二酸化炭素)は排気ガスとして回収される。回収された排出液や排気ガスは、利用できる状態にして再利用することもできる。   The temperature of the processing fluid is controlled by a temperature control device such as an embedded heater 132 and a line heater 121 in the cleaning chamber 108. At this time, when the internal pressure of the cleaning chamber 108 becomes equal to or higher than a certain pressure, the pressure regulating valve 14 is opened, and a processing fluid (supercritical fluid and an additive such as an etching agent) passes through the gas-liquid separation / additive recovery means 109. It is discharged out of the system. In this way, by appropriately discharging the processing fluid filled in the cleaning chamber 108, the pressure and temperature in the cleaning chamber 108 can be kept constant. When the pressure of the solvent or other substance discharged downstream of the pressure regulating valve 127 returns to the atmospheric pressure, a medium (for example, an etching agent) separated as a fluid is recovered as the discharged liquid. The removed fine particles are also accumulated in the cleaning agent recovery means 109 while being dissolved in the liquid. On the other hand, what is discharged as gas (for example, carbon dioxide) is recovered as exhaust gas. The recovered effluent and exhaust gas can be reused in a usable state.

洗浄後、二酸化炭素とエッチング剤の混合廃液は、気液分離・添加剤回収手段109にて分離され、必要に応じて回収再生される。その後、洗浄チャンバ108を降圧して、二酸化炭素を排出し、冷却すると、基板Wは、気体の二酸化炭素に満たされ、乾燥する。超臨界乾燥において、例えば超臨界流体として二酸化炭素を用いた場合には、例えば、31.1℃以上、7.38MPa以上でその状態を保持した後、温度を31.1℃以上に保持しつつ、圧力を大気圧まで減圧する。その後、温度を31.1℃以上から室温(例えば、20℃)まで下げる。これによって、洗浄チャンバー108内は乾燥状態になる。このように、超臨界乾燥を経ることで、例えば梁形状を持つ微小構造体層を破壊することなく乾燥させることが可能となる。尚、超臨界流体としてその他の流体を用いる場合には、使用する流体に適した圧力、温度にて洗浄、乾燥を行えばよい。   After the cleaning, the mixed waste liquid of carbon dioxide and the etching agent is separated by the gas-liquid separation / additive recovery means 109 and is recovered and regenerated as necessary. Thereafter, when the pressure of the cleaning chamber 108 is lowered to discharge carbon dioxide and cooled, the substrate W is filled with gaseous carbon dioxide and dried. In the supercritical drying, for example, when carbon dioxide is used as the supercritical fluid, for example, after maintaining the state at 31.1 ° C. or higher and 7.38 MPa or higher, the temperature is maintained at 31.1 ° C. or higher. Reduce the pressure to atmospheric pressure. Thereafter, the temperature is lowered from 31.1 ° C. or higher to room temperature (for example, 20 ° C.). As a result, the inside of the cleaning chamber 108 becomes dry. In this way, by performing supercritical drying, for example, a microstructure layer having a beam shape can be dried without being destroyed. When other fluid is used as the supercritical fluid, it may be washed and dried at a pressure and temperature suitable for the fluid to be used.

ここで、本実施の形態の特徴は、洗浄チャンバ108の構成である。図10は、洗浄チャンバ108の構成、すなわち基板Wの表面とこれに対向する洗浄チャンバ108の内壁との距離d1が1mm以下、好ましくは0.5mm以下を実現するための洗浄チャンバ108の構成を示す。本実施の形態の洗浄チャンバ108は、図10(a)の断面で示すように、基板Wの設置側の洗浄チャンバ本体133の中央部に、基板Wを設置する凹部141が設けられる。凹部141の深さd2 は、基板Wの厚さと同じになっている。シリコン基板の場合には、基板厚が0.7mm程度なので、凹部141の深さd2 は0.7mm程度である。このとき深さ寸法のばらつきは0.1mm以下である必要がある。また、洗浄チャンバ本体133の中央部の凹部141表面およびチャンバ蓋134の内壁面の平坦度およびラフネスは、0.01mm以下でなければならない。そして、チャンバ蓋134を閉じたときに、基板Wに対向するチャンバ蓋134の内壁面から基板W表面までの距離d1 が1mm以下、好ましくは0.5mm以下、本例では0.5mm程度になるように、チャンバ蓋134の加工が施されている。すなわち、基板と対向するチャンバ蓋134の内壁面から洗浄チャンバ本体133の中央部の凹部141の底面までの距離d3 は、1.2mm以下に保持される。   Here, the feature of the present embodiment is the configuration of the cleaning chamber 108. FIG. 10 shows a configuration of the cleaning chamber 108, that is, a configuration of the cleaning chamber 108 for realizing a distance d1 between the surface of the substrate W and the inner wall of the cleaning chamber 108 facing the substrate W of 1 mm or less, preferably 0.5 mm or less. Show. As shown in the cross section of FIG. 10A, the cleaning chamber 108 of the present embodiment is provided with a recess 141 for installing the substrate W at the center of the cleaning chamber main body 133 on the substrate W installation side. The depth d2 of the recess 141 is the same as the thickness of the substrate W. In the case of a silicon substrate, since the substrate thickness is about 0.7 mm, the depth d2 of the recess 141 is about 0.7 mm. At this time, the variation of the depth dimension needs to be 0.1 mm or less. Further, the flatness and roughness of the surface of the recess 141 at the center of the cleaning chamber body 133 and the inner wall surface of the chamber lid 134 must be 0.01 mm or less. When the chamber lid 134 is closed, the distance d1 from the inner wall surface of the chamber lid 134 facing the substrate W to the surface of the substrate W is 1 mm or less, preferably 0.5 mm or less, and in this example about 0.5 mm. As described above, the chamber lid 134 is processed. That is, the distance d3 from the inner wall surface of the chamber lid 134 facing the substrate to the bottom surface of the recess 141 at the center of the cleaning chamber main body 133 is maintained at 1.2 mm or less.

また、チャンバ蓋134の形状としては、図10(a)の断面図に示すように、基板Wの設置部に対応する部分から超臨界流体の供給口143側及び排出口144側に向って、それぞれ所定距離L1 の密閉空間で、凹部141が形成されない洗浄チャンバ本体133の表面からチャンバ蓋134の内壁面間の間隔が漸次大きくなるように傾斜して形成される。因みに、このようにチャンバ蓋134の内壁面が傾斜せず、洗浄チャンバ内で段差が形成されたときは、段差部分で流体の流速が減速する。しかし、本例のようにチャンバ蓋134の内壁面が基板Wに設置部まで傾斜していることにより、流体の流速が減速されることなく、スムーズに基板W上を流れ、十分に基板Wを洗浄することができる。   Further, as the shape of the chamber lid 134, as shown in the cross-sectional view of FIG. 10A, from the portion corresponding to the installation portion of the substrate W toward the supply port 143 side and the discharge port 144 side of the supercritical fluid, Each is a sealed space of a predetermined distance L1 and is formed so as to be inclined so that the distance between the inner wall surface of the chamber lid 134 gradually increases from the surface of the cleaning chamber body 133 where the recess 141 is not formed. Incidentally, when the inner wall surface of the chamber lid 134 is not inclined in this way and a step is formed in the cleaning chamber, the flow velocity of the fluid is reduced at the step portion. However, since the inner wall surface of the chamber lid 134 is inclined to the installation portion on the substrate W as in this example, the flow rate of the fluid flows smoothly on the substrate W without being reduced, and the substrate W Can be washed.

また、チャンバ蓋134としては、平面的に見て図10(b)に示すように、基板Wの設置部に対応する部分から超臨界流体の供給口143側及び排出口144側に向って、それぞれ所定距離L1 の密閉空間で、幅が漸次狭くなるように形成される。なお、洗浄チャンバ108内の流体の供給口143側、排出口144側の密閉空間は、配管の径に対応した径を有する。また、洗浄チャンバ本体133は、その流体の供給口側及び排出口側に配管に接続する流路145が形成され、凹部141を含む中央部分が露出するように形成される。チャンバ蓋134は、その流体の供給口側及び排出口側に対応する部分でボルト146にて洗浄チャンバ本体133に取付けられる。このように、チャンバ蓋134の形状を図10に示すように、基板設置部から断面及び横方向にも斜めに広がるように加工することで、流体を減速させることなく、簡便に洗浄チャンバ108に大容量の超臨界流体を流すことができる流路を形成できる。   Further, as shown in FIG. 10B, the chamber lid 134 as viewed in plan view from the portion corresponding to the installation portion of the substrate W toward the supply port 143 side and the discharge port 144 side of the supercritical fluid, Each is formed in a sealed space of a predetermined distance L1 so that the width gradually becomes narrower. The sealed space on the fluid supply port 143 side and the discharge port 144 side in the cleaning chamber 108 has a diameter corresponding to the diameter of the pipe. Further, the cleaning chamber body 133 is formed such that a flow path 145 connected to the pipe is formed on the fluid supply port side and the discharge port side, and a central portion including the concave portion 141 is exposed. The chamber lid 134 is attached to the cleaning chamber main body 133 with bolts 146 at portions corresponding to the fluid supply port side and the discharge port side. As described above, as shown in FIG. 10, the shape of the chamber lid 134 is processed so as to spread obliquely in the cross section and in the lateral direction from the substrate installation portion, so that the cleaning chamber 108 can be easily provided without decelerating the fluid. A flow path capable of flowing a large volume of supercritical fluid can be formed.

基板Wの投入方法について図10を用いて説明する。
まず、洗浄処理を行うべき基板Wを洗浄チャンバー本体133の凹部141内に収納する。基板Wを設置した後、チャンバ蓋134をボルト146で閉めると、基板W表面とチャンバ蓋134の内壁面との距離d1 は、1mm以下、本例では0.5mm程度に保持される。流体を供給口(図の左)143から排出口(図の右)へ一方向に供給する。流体は、洗浄槽の供給口から流入し、基板W表面とこれに対向するチャンバ蓋134の内壁面との間を通り、排出口144から排出される。流体の流量を液体換算で1L/min以上として、洗浄を行うことが望ましい。
A method for loading the substrate W will be described with reference to FIG.
First, the substrate W to be cleaned is stored in the recess 141 of the cleaning chamber body 133. When the chamber lid 134 is closed with the bolt 146 after the substrate W is set, the distance d1 between the surface of the substrate W and the inner wall surface of the chamber lid 134 is held to 1 mm or less, in this example about 0.5 mm. Fluid is supplied in one direction from the supply port (left in the figure) 143 to the discharge port (right in the figure). The fluid flows from the supply port of the cleaning tank, passes between the surface of the substrate W and the inner wall surface of the chamber lid 134 facing the substrate W, and is discharged from the discharge port 144. It is desirable to perform cleaning with a fluid flow rate of 1 L / min or more in liquid conversion.

上述の洗浄方法の実施の形態3により、微粒子除去に十分なせん断応力を得ることができ、微粒子の輸送力を高めて、微粒子を効果的に除去できる。
この実施の形態による洗浄方法で処理した基板の微粒子除去効果を調べた結果、各種デバイスのウェーハで、80〜90%の微粒子除去率が得られた。また、洗浄後に、マイクロマシンは貼りつきのないこと、また、電子線露光マスクは、穴の間隔に変化のないことを確認できた。
According to the third embodiment of the cleaning method described above, a shear stress sufficient for removing the fine particles can be obtained, and the fine particles can be effectively removed by increasing the transport force of the fine particles.
As a result of examining the fine particle removal effect of the substrate processed by the cleaning method according to this embodiment, a fine particle removal rate of 80 to 90% was obtained in wafers of various devices. Further, it was confirmed that the micromachine did not stick after cleaning and that the electron beam exposure mask had no change in the hole interval.

すなわち、微小構造体の梁構造が気液界面を通過しないため、本実施の形態の洗浄により、微小構造体を破壊されることなく、また、表面が浸食されることなく、マスクは寸法変化もなく、微粒子除去、乾燥ができる。配線材料成膜前の低誘電膜の構造変化を赤外吸光分析を用いて調べたところ、洗浄前の低誘電膜の結合であるSi−O,Si−H,Si−CH3,C−Hなどに変化は見られなかった。すなわち本実施の形態の洗浄を施しても低誘電膜の構造に変化はないため、誘電率の変化も起こらない。   In other words, since the beam structure of the microstructure does not pass through the gas-liquid interface, the cleaning of the present embodiment does not destroy the microstructure, and the surface is not eroded, and the mask is subject to dimensional change. Without removing fine particles, it can be dried. The structural change of the low dielectric film before the formation of the wiring material was examined using infrared absorption analysis. As a result, Si—O, Si—H, Si—CH 3, C—H, etc., which are bonds of the low dielectric film before the cleaning There was no change. That is, since the structure of the low dielectric film does not change even after the cleaning of the present embodiment, the dielectric constant does not change.

また、本実施の形態の洗浄により、イオン注入されて硬化したフォトレジストがリフトオフされた後、速やかに輸送され、排出される。すなわち、微小構造体の梁構造が気液界面を通過しないため、本実施の形態の洗浄により、微小構造体は破壊されることなく、また、表面が浸食されることなく、マスクは寸法変化もなく、低誘電膜の孔がつぶれることもなく、微粒子除去、残渣除去、フォトレジスト除去、乾燥ができた。   In addition, the photoresist that has been ion-implanted and hardened by the cleaning of the present embodiment is lifted off, and then quickly transported and discharged. That is, since the beam structure of the microstructure does not pass through the gas-liquid interface, the cleaning of this embodiment does not destroy the microstructure, erode the surface, and change the dimensions of the mask. In addition, the pores of the low dielectric film were not crushed, and the fine particle removal, residue removal, photoresist removal, and drying could be performed.

ここで、説明した微小構造体の洗浄・乾燥の実施の形態は、マイクロマシンとよばれる微小な可動素子、電子線リソグラフィー用のマスク、LSI低誘電膜を用いた配線を例に説明したが、LSI製造プロセスにおけるその他の多くの微小構造体にも動揺に適用可能である。   Here, the embodiment of cleaning and drying of the microstructure described above has been described by taking, as an example, a fine movable element called a micromachine, a mask for electron beam lithography, and wiring using an LSI low dielectric film. It can be applied to many other microstructures in the manufacturing process.

次に、上述の本発明の洗浄方法を用いて得られた半導体装置を含む微小構造体の実施の形態をその製造方法と共に説明する。   Next, an embodiment of a microstructure including a semiconductor device obtained by using the above-described cleaning method of the present invention will be described together with its manufacturing method.

図11及び図12は、トレンチキャパシタを有する半導体装置及びその製造方法を示す。
本実施の形態は、先ず、図11(a)に示すように、シリコン半導体基板151の一主面上に熱酸化膜152を成長し、その上にシリコン窒化(SiN)膜153、シリコン酸化(SiO2 )膜154をCVD(化学気相成長)法で形成する。
次に、図11(b)に示すように、フォトレジストマスク(図示せず)を介してシリコン酸化膜154を選択的にドライエッチングし、さらにシリコン酸化膜154をマスクにシリコン窒化膜153及び熱酸化膜152を選択的にドライエッチングして、開口155を形成する。この開口155は、形成されるべきトレンチキャパシタの部分に対応する。
11 and 12 show a semiconductor device having a trench capacitor and a manufacturing method thereof.
In the present embodiment, first, as shown in FIG. 11A, a thermal oxide film 152 is grown on one main surface of a silicon semiconductor substrate 151, and a silicon nitride (SiN) film 153, silicon oxide ( A SiO2) film 154 is formed by a CVD (chemical vapor deposition) method.
Next, as shown in FIG. 11B, the silicon oxide film 154 is selectively dry-etched through a photoresist mask (not shown), and the silicon nitride film 153 and heat are further masked using the silicon oxide film 154 as a mask. The oxide film 152 is selectively dry etched to form an opening 155. This opening 155 corresponds to the portion of the trench capacitor to be formed.

次に、図11(c)に示すように、上記3層膜152、153及び154をマスクにシリコン基板151を選択的にドライエッチングして、深いトレンチ(溝)すなわち高アスペクト比のトレンチ156を形成する。エッチング残渣除去洗浄を行う。
次に、成膜前に高アスペクト比のトレンチ156内部を、前述の本発明の洗浄方法で洗浄する。次いで、図11(d)に示すように、トレンチ156内面を含む基板表面の3シリコン酸化膜154上に、例えばHfSiOX ,HfSiOX N、HfAlOX 等の高誘電率膜157を、例えばCVD法、Ald(atomic layer deposition)法、MD(Mist deposition)法のいずれかで成膜する。
Next, as shown in FIG. 11C, the silicon substrate 151 is selectively dry-etched using the three-layer films 152, 153, and 154 as masks to form deep trenches (grooves), that is, trenches 156 having a high aspect ratio. Form. Etching residue removal cleaning is performed.
Next, the inside of the high aspect ratio trench 156 is cleaned by the above-described cleaning method of the present invention before film formation. Next, as shown in FIG. 11D, a high dielectric constant film 157 such as HfSiOx, HfSiOxN, HfAlOx or the like is formed on the three silicon oxide film 154 on the substrate surface including the inner surface of the trench 156, for example, by the CVD method or Ald (Ald). The film is formed by either an atomic layer deposition (MD) method or an MD (Mist deposition) method.

次に、成膜前に高アスペクト比のトレンチ156内部を、前述の本発明の洗浄方法で洗浄する。次いで、図12(e)に示すように、トレンチ1567内に埋め込むように全面にポリシリコン膜158をCVD法で形成する。
次に、図12(f)に示すように、CMP(化学機械研磨)法でシリコン基板151上の全ての膜158、157、154、153および152を除去し、基板表面を平坦化する。
Next, the inside of the high aspect ratio trench 156 is cleaned by the above-described cleaning method of the present invention before film formation. Next, as shown in FIG. 12E, a polysilicon film 158 is formed on the entire surface by a CVD method so as to be embedded in the trench 1567.
Next, as shown in FIG. 12F, all the films 158, 157, 154, 153, and 152 on the silicon substrate 151 are removed by a CMP (chemical mechanical polishing) method, and the substrate surface is planarized.

次に、図12(g)に示すように、トレンチ156内に埋CVD法でポリシリコン層18に接続するように、基板表面にCVD法によるポリシリコン膜159及びシリコン窒化膜160を成膜する。次いで、レジストマスクを介してシリコン窒化膜160を選択的にドライエッチングし、シリコン窒化膜160をマスクにポリシリコン膜159及びシリコン基板151を選択的にドライエッチングして素子分離用の浅いトレンチ161を形成し、のトレンチ161内にプラズマCVD法で高密度シリコン酸化膜162を埋め込んで、目的のトレンチキャパシタ163を有した半導体装置164を得る。
この半導体装置164は、洗浄が良好に行われるので、信頼性の高いこの種の半導体装置が歩留りよく得られる。
Next, as shown in FIG. 12G, a polysilicon film 159 and a silicon nitride film 160 are formed on the surface of the substrate so as to be connected to the polysilicon layer 18 by the buried CVD method in the trench 156. Next, as shown in FIG. . Next, the silicon nitride film 160 is selectively dry-etched through a resist mask, and the polysilicon film 159 and the silicon substrate 151 are selectively dry-etched using the silicon nitride film 160 as a mask to form a shallow trench 161 for element isolation. Then, a high-density silicon oxide film 162 is buried in the trench 161 by plasma CVD to obtain a semiconductor device 164 having a target trench capacitor 163.
Since this semiconductor device 164 is cleaned well, this kind of highly reliable semiconductor device can be obtained with a high yield.

図13及び図14は、MOSトランジスタICを有する半導体装置及びその製造方法を示す。
本実施の形態は、先ず、図13(a)に示すように、シリコン半導体基板171の一主面にトレンチによる素子分離領域172を形成する。すなわち半導体基板171に浅いトレンチ173を形成した後、トレンチ173内にプラズマCVD法により高密度シリコン酸化(SiO2 )層174を埋め込んで素子分離領域172を形成する。
次に、図13(b)に示すように、薄いオゾン水で半導体基板171の表面に化学酸化膜175を形成する。
13 and 14 show a semiconductor device having a MOS transistor IC and a manufacturing method thereof.
In the present embodiment, first, as shown in FIG. 13A, an element isolation region 172 by a trench is formed on one main surface of a silicon semiconductor substrate 171. That is, after forming a shallow trench 173 in the semiconductor substrate 171, a high-density silicon oxide (SiO 2) layer 174 is buried in the trench 173 by plasma CVD to form an element isolation region 172.
Next, as shown in FIG. 13B, a chemical oxide film 175 is formed on the surface of the semiconductor substrate 171 with thin ozone water.

次に、図13(c)に示すように、基板171の全面にゲート絶縁膜となる例えばHfSiOX ,HfSiOX N、HfAlOX 等の高誘電率膜176を、例えばCVD法、Ald(atomic layer deposition)法、MD(Mist deposition)法のいずれかで成膜する。
次に、図13(d)に示すように、高誘電率膜176上にゲート電極となる例えばTiN,Ru,Ptなどによる電極材料層177を、CVD法で形成する。
Next, as shown in FIG. 13C, a high dielectric constant film 176 such as HfSiOx, HfSiOxN, HfAlOx or the like, which becomes a gate insulating film, is formed on the entire surface of the substrate 171 by, for example, a CVD method or an Ald (atomic layer deposition) method. The film is formed by any one of MD (Mist deposition) methods.
Next, as shown in FIG. 13D, an electrode material layer 177 made of, for example, TiN, Ru, Pt or the like, which becomes a gate electrode, is formed on the high dielectric constant film 176 by a CVD method.

次に、図14(e)に示すように、レジストマスク(図示せず)を介して電極材料層177をドライエッチングで選択的にパターニングしてゲート電極177Gを形成し、さらに高誘電率膜176、その下の化学酸化膜175を同様にパターニングしてゲート絶縁膜178を形成する。この選択エッチングは、高アスペクト比のエッチング加工となる。次いで、エッチング加工で生じた残渣を除去するための、いわゆるエッチング残渣除去洗浄を行う。この洗浄は、上述の本発明の洗浄方法で行う。
次に、レジストマスク及びゲート電極177Gをマスクにセルファラインで、不純物を半導体基板171にイオン注入して低不純物濃度のソース・ドレイン領域180を形成する。次いで全面にシリコン窒化(SiN)膜をCVD法で成膜した後、エッチバックしてゲート電極177Gの側壁にシリコン窒化膜による側壁スペーサ182を形成する。次いでレジストマスク及び側壁スペーサ182をマスクにセルファラインで、不純物を半導体基板171にイオン注入して高不純物濃度のソース・ドレイン領域181を形成する。
その後、レジストマスクを剥離する。すなわち、上述の本発明の洗浄方法を用いてレジスト剥離洗浄を行う。
Next, as shown in FIG. 14E, the electrode material layer 177 is selectively patterned by dry etching through a resist mask (not shown) to form a gate electrode 177G, and the high dielectric constant film 176 is further formed. The underlying chemical oxide film 175 is similarly patterned to form a gate insulating film 178. This selective etching is a high aspect ratio etching process. Next, so-called etching residue removal cleaning is performed to remove residues generated by etching. This cleaning is performed by the above-described cleaning method of the present invention.
Next, impurities are ion-implanted into the semiconductor substrate 171 by self-alignment using the resist mask and the gate electrode 177G as masks to form the source / drain regions 180 having a low impurity concentration. Next, a silicon nitride (SiN) film is formed on the entire surface by a CVD method, and then etched back to form a sidewall spacer 182 made of a silicon nitride film on the sidewall of the gate electrode 177G. Next, impurities are ion-implanted into the semiconductor substrate 171 by self-alignment using the resist mask and the side wall spacers 182 as masks to form source / drain regions 181 having a high impurity concentration.
Thereafter, the resist mask is peeled off. That is, resist peeling cleaning is performed using the above-described cleaning method of the present invention.

次に、図14(f)に示すように、成膜前洗浄を行った後、Niスパッタ膜を成膜し、窒素雰囲気中でアニールし、ゲート電極177Gの表面、ソース・ドレイン領域181の表面にニッケルシリサイド層183を形成する。   Next, as shown in FIG. 14F, after pre-deposition cleaning, a Ni sputtered film is formed and annealed in a nitrogen atmosphere, and the surface of the gate electrode 177G and the surface of the source / drain region 181 Then, a nickel silicide layer 183 is formed.

次に、図14(g)に示すように、PSG(リン・シリケート・ガラス)またはBPSG(ボロン・リン・シリケート・ガラス)などをCVDして層間絶縁膜184を形成する。次いでレジストマスクを介してドライエッチングにより層間絶縁膜184にコンタクトホール185を形成する。コンタクトホール185を形成した後、上述の本発明の洗浄方法で成膜前洗浄を行う。次に、コンタクトホール185内に埋め込むように、例えばタングステンをCVD法で形成し、所要のソース・ドレイン領域181のニッケルシリサイド層183に接続するコンタクトプラグ186を形成する。次いでCMP(化学機械研磨)法で層間絶縁膜184の表面と面一になるように余分なタングステンを除去し、平坦化した後、銅(Cu)配線187をめっきで成膜する。このようにして、目的のMOSトランジスタICを有する半導体装置188を得る。
この半導体装置188は、洗浄が良好に行われるので、信頼性の高いこの種の半導体装置が歩留りよく得られる。
Next, as shown in FIG. 14G, an interlayer insulating film 184 is formed by CVD of PSG (phosphorus silicate glass) or BPSG (boron phosphorus silicate glass). Next, a contact hole 185 is formed in the interlayer insulating film 184 by dry etching through a resist mask. After the contact hole 185 is formed, cleaning before film formation is performed by the above-described cleaning method of the present invention. Next, for example, tungsten is formed by a CVD method so as to be embedded in the contact hole 185, and a contact plug 186 connected to the nickel silicide layer 183 of the required source / drain region 181 is formed. Next, excess tungsten is removed so as to be flush with the surface of the interlayer insulating film 184 by CMP (Chemical Mechanical Polishing), and after planarization, a copper (Cu) wiring 187 is formed by plating. In this way, the semiconductor device 188 having the target MOS transistor IC is obtained.
Since this semiconductor device 188 is well cleaned, this kind of highly reliable semiconductor device can be obtained with a high yield.

図15及び図16は、ダマシン配線を有する半導体装置及びその製造方法を示す。なお、同図ではトランジスタは図示せず、ダマシン配線及び層間絶縁膜の部分のみを示す。
本実施の形態は、図15(a)に示すように、トランジスタ等の半導体素子が形成された半導体基板(図示せず)上に層間絶縁膜191を形成し、レジストマスクを介してドライエッチングにより配線溝192を形成し、その後、配線用Cu膜をめっきで成膜し、CMP法で不要部分のCuめっき膜を除去して溝192内にCu配線193を埋込み形成する。
15 and 16 show a semiconductor device having damascene wiring and a manufacturing method thereof. In the figure, transistors are not shown, and only damascene wiring and interlayer insulating film portions are shown.
In this embodiment, as shown in FIG. 15A, an interlayer insulating film 191 is formed on a semiconductor substrate (not shown) on which a semiconductor element such as a transistor is formed, and dry etching is performed through a resist mask. A wiring groove 192 is formed, and then a wiring Cu film is formed by plating, and an unnecessary portion of the Cu plating film is removed by a CMP method, and a Cu wiring 193 is embedded in the groove 192.

次いで、拡散防止膜194、低誘電率絶縁膜195、エッチングストッパ膜196、低誘電率絶縁膜195、拡散防止膜194を順次成膜する。エッチングストッパ膜196は、例えばCVDによるSiC膜で形成する。低誘電率膜195は、例えば、CVDまたは塗布によるSiC、ポーラスシリカ、ポリアリールエーテル、ナノクリスタリングシリカなどの膜で形成する。次に、上面に所定パターンの開口197を有するトレンチ用レジストマスク198を形成する。   Next, a diffusion preventing film 194, a low dielectric constant insulating film 195, an etching stopper film 196, a low dielectric constant insulating film 195, and a diffusion preventing film 194 are sequentially formed. The etching stopper film 196 is formed of a SiC film by CVD, for example. The low dielectric constant film 195 is formed of, for example, a film of SiC, porous silica, polyaryl ether, nanocrystalline silica, or the like by CVD or coating. Next, a trench resist mask 198 having openings 197 having a predetermined pattern on the upper surface is formed.

次に、図15(b)に示すように、エッチングストッパ膜196より上の拡散防止膜194、低誘電率膜195をドライエッチングしてトレンチ199を形成する。エッチング後、上述の本発明の洗浄方法を用いてエッチング残渣除去洗浄を行う。次いで新たにフォトレジストを形成し、レジストパターニングして、トレンチ199の内側壁を覆いトレンチ199の幅より狭い幅のトレンチを形成するようなヴィアホールマスク200を形成する。   Next, as shown in FIG. 15B, the diffusion prevention film 194 and the low dielectric constant film 195 above the etching stopper film 196 are dry-etched to form a trench 199. After etching, etching residue removal cleaning is performed using the above-described cleaning method of the present invention. Next, a new photoresist is formed, and resist patterning is performed to form a via hole mask 200 that covers the inner wall of the trench 199 and forms a trench having a width smaller than that of the trench 199.

次に、図15(c)に示すように、エッチングストッパ膜196、低誘電率膜195及び拡散防止膜194をドライエッチングしてCu配線193に達するヴィアホール201を形成する。エッチング後、上述の本発明の洗浄方法を用いてエッチング残渣除去洗浄を行う。   Next, as shown in FIG. 15C, the etching stopper film 196, the low dielectric constant film 195 and the diffusion prevention film 194 are dry-etched to form a via hole 201 reaching the Cu wiring 193. After etching, etching residue removal cleaning is performed using the above-described cleaning method of the present invention.

次に、図16(d)に示すように、トレンチ199、ヴィアホール201の内面に、例えばTaスパッタまたはCoWBまたはCoWPめっきによる拡散防止膜202を形成する。
次に、図16(e)に示すように、下層のCu配線193に接続するようにトレンチ199及びヴィアホール201を埋め込むように配線用Cu膜203′を成膜する。
Next, as shown in FIG. 16D, a diffusion prevention film 202 is formed on the inner surfaces of the trench 199 and the via hole 201 by Ta sputtering, CoWB, or CoWP plating, for example.
Next, as shown in FIG. 16 (e), a wiring Cu film 203 ′ is formed so as to fill the trench 199 and the via hole 201 so as to be connected to the underlying Cu wiring 193.

次に、図16(f)に示すように、CMP法により不要な配線用Cu膜203′を除去して埋込みCu配線203を形成する。次いで上述の本発明の洗浄方法を用いて、CMPによる除去後のスラリー粒子、研磨粉の洗浄を行う。このようにして、ダマシン配線を有する半導体装置204を得る。
この半導体装置204は、洗浄が良好に行われるので、信頼性の高いこの種の半導体装置が歩留りよく得られる。
Next, as shown in FIG. 16F, an unnecessary wiring Cu film 203 ′ is removed by CMP to form a buried Cu wiring 203. Next, using the above-described cleaning method of the present invention, the slurry particles and the polishing powder after the removal by CMP are cleaned. In this way, a semiconductor device 204 having damascene wiring is obtained.
Since this semiconductor device 204 is well cleaned, this kind of highly reliable semiconductor device can be obtained with a high yield.

図17は、前述の図11図及び図12のトレンチキャパシタと、図13 及び図14のMOSトランジスタと、図15及び図16のダマシン配線の形成方法を用いて製造した半導体装置を示す。図17において図11及び図12、図13及び図14、図15及び図16と対応する部分には同一符号を付して説明を省略する。
この半導体装置206は、シリコン半導体基板171にMOSトランジスタTrとトレンチキャパシタ163が形成され、これらMOSトランジスタTr及びトレンチキャパシタ163がダマシン配線に接続されて構成される。中間配線層215の表面には、SiC膜212、CVDーSiO2 膜213及びパシベーション膜214が積層されている。当然にこの半導体装置206は、高い信頼性を有して歩留りよく得られる。
FIG. 17 shows a semiconductor device manufactured using the trench capacitor shown in FIGS. 11 and 12, the MOS transistor shown in FIGS. 13 and 14, and the damascene wiring forming method shown in FIGS. In FIG. 17, parts corresponding to those in FIGS. 11 and 12, FIG. 13 and FIG. 14, FIG. 15 and FIG.
The semiconductor device 206 is configured by forming a MOS transistor Tr and a trench capacitor 163 on a silicon semiconductor substrate 171 and connecting the MOS transistor Tr and the trench capacitor 163 to a damascene wiring. A SiC film 212, a CVD-SiO 2 film 213, and a passivation film 214 are laminated on the surface of the intermediate wiring layer 215. Of course, the semiconductor device 206 can be obtained with high reliability and high yield.

図18及び図19、図20は、微小な可動部を有するマイクロマシンとよばれる微小構造体、特にダイアフラム構造体及びその製造方法を示す。
本実施の形態は、先ず、図18(a)に示すように、シリコン単結晶基板231を用意する。次に、図18(b)に示すように、この基板231の一主面上に犠牲層232となるシリコン酸化膜をCVD法にて形成する。
18, 19, and 20 show a microstructure called a micromachine having a minute movable portion, in particular, a diaphragm structure and a manufacturing method thereof.
In the present embodiment, first, a silicon single crystal substrate 231 is prepared as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 18B, a silicon oxide film to be the sacrificial layer 232 is formed on one main surface of the substrate 231 by a CVD method.

次に、図18(c)に示すように、所定パターンのレジストマスク233を形成する。次いで図18(d)に示すように、レジストマスク233を介して犠牲層232をエッチングによりパターニングする。
次に、図18(e)に示すように、シリコン窒化膜234、多結晶シリコン膜235、シリコン窒化膜236を順次CVD法により積層して積層膜237を形成する。
Next, as shown in FIG. 18C, a resist mask 233 having a predetermined pattern is formed. Next, as shown in FIG. 18D, the sacrificial layer 232 is patterned by etching through the resist mask 233.
Next, as shown in FIG. 18E, a silicon nitride film 234, a polycrystalline silicon film 235, and a silicon nitride film 236 are sequentially laminated by a CVD method to form a laminated film 237.

次に、図19(f)に示すように、積層膜237上に所定パターンのレジストマスク238を形成し、次いで図19(g)に示すように、レジストマスク238を介して積層膜237をパターニングする。このパターニングは、可動部に対応する犠牲層232aの例えば四隅に達する犠牲層エッチング用の開口239と、一方の電極取出し領域に対応する犠牲層232bに達する電極コンタクト用の開口240が形成されるように行われる。ここで、犠牲層232bは、絶縁膜として使用され、後で除去さない膜である。   Next, as shown in FIG. 19F, a resist mask 238 having a predetermined pattern is formed on the laminated film 237, and then the laminated film 237 is patterned through the resist mask 238 as shown in FIG. To do. In this patterning, for example, sacrificial layer etching openings 239 reaching the four corners of the sacrificial layer 232a corresponding to the movable part and electrode contact openings 240 reaching the sacrificial layer 232b corresponding to one of the electrode extraction regions are formed. To be done. Here, the sacrificial layer 232b is a film that is used as an insulating film and is not removed later.

次に、図19(h)に示すように、電極コンタクト用の開口240内に例えばアルミニウム電極241を選択的に形成する。
次いで、図19(i)に示すように、例えばフッ化水素酸水溶液またはフッ化水素蒸気により、犠牲層232aをエッチング除去する。なお、犠牲層232aがポリシリコンで形成した場合は、エッチングは水酸化カリウム水溶液またはフッ化キセノンガスでエッチングを行う。犠牲層232aの除去により、空間242を挟んで可動部となるダイアフラム243を形成する。この後、上述の本発明の洗浄方法を用いて、犠牲層エッチング後の残渣除去洗浄を行う。このようにして、目的のダイアフラム構造体244を得る。
図20は、完成されたダイアフラム構造体244である。ダイアフラム243は四隅の支持部245で支持されている。
このダイアフラム構造体244は、洗浄が良好に行われるので、信頼性の高いこの種のダイアフラム構造体が歩留りよく得られる。
Next, as shown in FIG. 19H, for example, an aluminum electrode 241 is selectively formed in the electrode contact opening 240.
Next, as shown in FIG. 19 (i), the sacrificial layer 232a is removed by etching using, for example, a hydrofluoric acid aqueous solution or hydrogen fluoride vapor. Note that in the case where the sacrificial layer 232a is formed of polysilicon, etching is performed using a potassium hydroxide aqueous solution or a xenon fluoride gas. By removing the sacrificial layer 232a, a diaphragm 243 serving as a movable portion is formed with the space 242 interposed therebetween. Thereafter, the residue removal cleaning after the sacrificial layer etching is performed using the above-described cleaning method of the present invention. Thus, the target diaphragm structure 244 is obtained.
FIG. 20 is a completed diaphragm structure 244. The diaphragm 243 is supported by support portions 245 at four corners.
Since this diaphragm structure 244 is cleaned well, this type of diaphragm structure with high reliability can be obtained with a good yield.

なお、ダイアフラム構造体244を圧力センサとして構成した場合、可動部のダイアフラム243は、上述したようにシリコン窒化膜/多結晶シリコン膜/シリコン窒化膜の積層膜で形成される。
ダイアフラム構造体244を赤外線センサとして構成した場合、可動部のダイアフラム243は、金上部電極/PVDF焦電膜/チタン下部電極の積層膜で形成される。
ダイアフラム構造244を薄膜バルク音響共鳴器(FBAR)として構成した場合、可動部のダイアフラム243は、モリブデン上部電極/AIN圧電層/モリブデン下部電極の積層膜で形成される。
When the diaphragm structure 244 is configured as a pressure sensor, the diaphragm 243 of the movable part is formed of a laminated film of silicon nitride film / polycrystalline silicon film / silicon nitride film as described above.
When the diaphragm structure 244 is configured as an infrared sensor, the diaphragm 243 of the movable part is formed of a laminated film of a gold upper electrode / PVDF pyroelectric film / titanium lower electrode.
When the diaphragm structure 244 is configured as a thin film bulk acoustic resonator (FBAR), the diaphragm 243 of the movable part is formed of a laminated film of molybdenum upper electrode / AIN piezoelectric layer / molybdenum lower electrode.

図21及び図22は、ビーム(可動部)を有する微小構造体(いわゆるビーム型素子)及びその製造方法を示す。   21 and 22 show a microstructure (a so-called beam type element) having a beam (movable part) and a manufacturing method thereof.

本実施の形態のビーム型素子である微小構造体251は、図21に示すように、基板252の一主面に共通の下部電極253が形成され、この下部電極253に空間257を挟んで対向するように、複数の両持ち梁式の複数のビーム254〔254a,254b,254c,254d,254e,254f〕が配列されて成る。各ビーム254は、絶縁膜255とその上の反射膜を兼ねる上部電極256の積層膜で形成される。
この微小構造体251では、上部電極256と下部電極243間に印加される電圧により、ビーム254が静電力により下部電極253に近接・離間するように静電駆動する。
As shown in FIG. 21, a microstructure 251 which is a beam-type element of this embodiment includes a common lower electrode 253 formed on one main surface of a substrate 252 and is opposed to the lower electrode 253 with a space 257 interposed therebetween. In this way, a plurality of both-end supported beam-type beams 254 [254a, 254b, 254c, 254d, 254e, 254f] are arranged. Each beam 254 is formed of a laminated film of an insulating film 255 and an upper electrode 256 that also serves as a reflective film thereon.
The microstructure 251 is electrostatically driven by a voltage applied between the upper electrode 256 and the lower electrode 243 so that the beam 254 approaches and separates from the lower electrode 253 by electrostatic force.

図22は、図21の微小構造体251の製造工程であり、図21のA−A′線上の断面及びB−B′線上の断面を示す。
先ず図22(a)に示すように、下部電極253(図示せず)を形成した基板252上に、犠牲層261を所定の形状で形成する。犠牲層261は、基板252及び犠牲層261上の形成されるビームに対して選択エッチングが可能な材質であれば何でもよい。例えば基板252としてシリコン基板を用いる場合は、犠牲層261としてSiO2 膜やPSG(燐ドープガラス)などが、基板252としてSiO2 基板を用いる場合は、犠牲層261として多結晶シリコンが一般的に用いられる。
この犠牲層261上に、ビームとなる絶縁膜255及び上部電極膜256からなる積層膜262形成する。さらにこの積層膜262上にビームパターンに対応したパターンのレジストマスク263を形成する。
FIG. 22 shows a manufacturing process of the microstructure 251 of FIG. 21, and shows a cross section taken along the line AA ′ and a cross section taken along the line BB ′ of FIG.
First, as shown in FIG. 22A, a sacrificial layer 261 is formed in a predetermined shape on a substrate 252 on which a lower electrode 253 (not shown) is formed. The sacrificial layer 261 may be any material that can be selectively etched with respect to the beam formed on the substrate 252 and the sacrificial layer 261. For example, when a silicon substrate is used as the substrate 252, a SiO 2 film or PSG (phosphorus-doped glass) is generally used as the sacrificial layer 261, and when a SiO 2 substrate is used as the substrate 252, polycrystalline silicon is generally used as the sacrificial layer 261. .
On the sacrificial layer 261, a laminated film 262 including an insulating film 255 to be a beam and an upper electrode film 256 is formed. Further, a resist mask 263 having a pattern corresponding to the beam pattern is formed on the laminated film 262.

次に、図22(b)に示すように、レジストマスク263を介して積層膜262及び犠牲層261をパターニングして犠牲層261と共に、積層膜261による複数のビーム254(254a〜254f〕を形成する。各ビーム254は、ここでは両端部が支持部となり基板261上に直接形成され、残りの可動部分が犠牲層261上に重なるようにして、両持ち梁構造に形成した例である。上部電極膜256は、金属膜で形成する。   Next, as shown in FIG. 22B, the stacked film 262 and the sacrificial layer 261 are patterned through the resist mask 263 to form a plurality of beams 254 (254a to 254f) by the stacked film 261 together with the sacrificial layer 261. In this example, each beam 254 is formed in a doubly-supported beam structure in which both end portions are directly formed on the substrate 261 as support portions and the remaining movable portion overlaps the sacrificial layer 261. The electrode film 256 is formed of a metal film.

次に、図22(c)に示すように、犠牲層261を選択エッチングにより除去する。この 犠牲層261の選択エッチングによりビーム254の下部に空間257が形成され、ビーム254が基板252に対して可動し得る状態になる。この犠牲層261の選択エッチングにおいて、エッチング残留物264が付着する。   Next, as shown in FIG. 22C, the sacrificial layer 261 is removed by selective etching. By this selective etching of the sacrificial layer 261, a space 257 is formed below the beam 254 so that the beam 254 can move with respect to the substrate 252. In this selective etching of the sacrificial layer 261, an etching residue 264 is attached.

この後、上述の本発明の洗浄方法を用いて、犠牲層エッチング後の残渣除去洗浄を行う。これによって、図22(d)に示す目的のビームを有する微小構造体251を得る。   Thereafter, the residue removal cleaning after the sacrificial layer etching is performed using the above-described cleaning method of the present invention. As a result, a microstructure 251 having the target beam shown in FIG.

上述の微小構造体251は、センサ素子、共振子、微小バネを有する素子、光学素子などに適用できる。すなわち、ビーム254は、センサや振動子、微小バネ、光学素子等に用いられる。また、上述の積層膜262としては、犠牲層261を後で選択エッチング可能であれば、何でもよく、微小構造体の目的により、金属膜、酸化物膜、半導体膜等を用いることができるが、減圧CVD法を用いて形成されたSiN膜や多結晶シリコン膜がその機械的特性の良好さと、プロセスの容易さから一般的によく用いられる。
この微小構造体264は、洗浄が良好に行われるので、信頼性の高いこの種の微小構造体が歩留りよく得られる。
The above-described microstructure 251 can be applied to a sensor element, a resonator, an element having a minute spring, an optical element, and the like. That is, the beam 254 is used for sensors, vibrators, micro springs, optical elements, and the like. The stacked film 262 may be anything as long as the sacrifice layer 261 can be selectively etched later, and a metal film, an oxide film, a semiconductor film, or the like can be used depending on the purpose of the microstructure. A SiN film or a polycrystalline silicon film formed by using a low pressure CVD method is commonly used because of its good mechanical properties and ease of processing.
Since this microstructure 264 is well cleaned, this type of highly reliable microstructure can be obtained with high yield.

図21に示す微笑構造体251は、例えば回折光を利用する光学素子に適用できる。
この場合は、複数のビーム254のうち、一方の一つ置きのビーム254b,254d,254fが固定ビームとなり、他方の一つ置きのビーム254a,254c,254eが可動ビームとなる。各ビーム254の上部電極256は反射膜を兼ねる
この光学微小構造体251は、上部電極256と下部電極243間に印加される電圧で、一つ置きのビーム254a,254c,254eが静電力により下部電極253に近接・離間することにより、ビーム254で反射した回折光の回折強度が変調するものである。この光学微小構造体251は、光変調素子として用いることができる。
The smile structure 251 shown in FIG. 21 can be applied to an optical element using diffracted light, for example.
In this case, among the plurality of beams 254, one other beam 254b, 254d, 254f is a fixed beam, and the other beam 254a, 254c, 254e is a movable beam. The upper electrode 256 of each beam 254 also serves as a reflection film. This optical microstructure 251 is a voltage applied between the upper electrode 256 and the lower electrode 243, and every other beam 254a, 254c, 254e is lowered by an electrostatic force. By approaching / separating from the electrode 253, the diffraction intensity of the diffracted light reflected by the beam 254 is modulated. This optical microstructure 251 can be used as a light modulation element.

本明細書では、微小構造体の洗浄・乾燥の実施の形態として、マイクロマシンとよばれる微
小な可動素子、電子線リソグラフィ−用のマスク、LSI配線用の配線溝を設けた低誘電率膜を例に説明したが、LSI製造プロセスやその他の微細加工プロセスで遭遇する多くの微小構造体にも同様に適用可能である。
In this specification, as an embodiment of cleaning and drying of a microstructure, a low dielectric constant film provided with a minute movable element called a micromachine, a mask for electron beam lithography, and a wiring groove for LSI wiring is exemplified. As described above, the present invention can be similarly applied to many microstructures encountered in the LSI manufacturing process and other microfabrication processes.

本発明の洗浄装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of one Embodiment of the washing | cleaning apparatus of this invention. 洗浄装置本体の構成を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the composition of the main part of a washing device. 図3(a)は洗浄チャンバの構成を示す模式的断面図、及び図3(b)は別の洗浄チャンバの構成を示す模式的断面図である。FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the cleaning chamber, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing the configuration of another cleaning chamber. 微粒子除去率を示す棒グラフである。It is a bar graph which shows a particulate removal rate. 平行平板間のクエット・ポワイズ流の模式図である。It is a schematic diagram of Couette-Poise flow between parallel plates. 従来の洗浄チャンバの構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the conventional washing | cleaning chamber. 基板回転数を変えたときの200mm径のウエハ表面のせん断応力の分布を示す。The distribution of shear stress on the surface of a 200 mm diameter wafer when the substrate rotation speed is changed is shown. 図8(a)は基板表面とチャンバ内壁の距離が長いときの表面流速の高さ方向の分布を示し、図8(b)は基板表面とチャンバ内壁の距離が短いときの表面流速の高さ方向の分布を示す。FIG. 8A shows the distribution in the height direction of the surface flow velocity when the distance between the substrate surface and the chamber inner wall is long, and FIG. 8B shows the height of the surface flow velocity when the distance between the substrate surface and the chamber inner wall is short. The direction distribution is shown. 本発明の洗浄装置の他の実施の形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows other embodiment of the washing | cleaning apparatus of this invention. 図10(a)(b)は、それぞれ洗浄チャンバの構成を示す断面図、上面図である。10A and 10B are a cross-sectional view and a top view, respectively, showing the configuration of the cleaning chamber. 図11(a)から(c)は、本発明の洗浄方法を用いたトレンチキャパシタを有する半導体装置及びその製造方法を示す製造工程図(その1)である。11A to 11C are manufacturing process diagrams (part 1) showing a semiconductor device having a trench capacitor using the cleaning method of the present invention and a manufacturing method thereof. 図12(e)から(g)は、本発明の洗浄方法を用いたトレンチキャパシタを有する半導体装置及びその製造方法を示す製造工程図(その2)である。FIGS. 12E to 12G are manufacturing process diagrams (part 2) showing a semiconductor device having a trench capacitor using the cleaning method of the present invention and a manufacturing method thereof. 図13(a)から(d)は、本発明の洗浄方法を用いたMOSトランジスタを有する半導体装置及びその製造方法を示す製造工程図(その1)である。FIGS. 13A to 13D are manufacturing process diagrams (part 1) showing a semiconductor device having a MOS transistor using the cleaning method of the present invention and a manufacturing method thereof. 図14(e)から(g)は、本発明の洗浄方法を用いたMOSトランジスタを有する半導体装置及びその製造方法を示す製造工程図(その2)である。FIGS. 14E to 14G are manufacturing process diagrams (part 2) showing a semiconductor device having a MOS transistor using the cleaning method of the present invention and a manufacturing method thereof. 図15(a)から(c)は、本発明の洗浄方法を用いたダマシン配線を有する半導体装置及びその製造方法を示す製造工程図(その1)である。15A to 15C are manufacturing process diagrams (part 1) showing a semiconductor device having a damascene wiring using the cleaning method of the present invention and a manufacturing method thereof. 図16(d)から(f)は、本発明の洗浄方法を用いたダマシン配線を有する半導体装置及びその製造方法を示す製造工程図(その1)である。FIGS. 16D to 16F are manufacturing process diagrams (part 1) showing a semiconductor device having damascene wiring using the cleaning method of the present invention and a manufacturing method thereof. 本発明に係る半導体装置の実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 図18(a)から(e)は、本発明の洗浄方法を用いたダイアフラム構造体及びその製造方法を示す製造工程図(その1)である。18 (a) to 18 (e) are manufacturing process diagrams (part 1) showing the diaphragm structure using the cleaning method of the present invention and the manufacturing method thereof. 図19(f)から(i)は、本発明の洗浄方法を用いたダイアフラム構造体及びその製造方法を示す製造工程図(その2)である。FIGS. 19F to 19I are manufacturing process diagrams (part 2) showing the diaphragm structure and the manufacturing method thereof using the cleaning method of the present invention. 図18及び図19の製造方法で得られたダイアフラム構造体の概略斜視図である。FIG. 20 is a schematic perspective view of a diaphragm structure obtained by the manufacturing method of FIGS. 18 and 19. ビーム型素子として適用したビームを有する微小構造体の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the microstructure which has the beam applied as a beam type element. 図22(a)から(d)は、図21のA−A′線上、B−B′線上の断面であって、本発明の洗浄方法を用いたビームを有する微小構造体及びその製造方法を示す製造工程図である。22 (a) to 22 (d) are cross-sectional views taken along lines AA 'and BB' in FIG. 21, and show a microstructure having a beam using the cleaning method of the present invention and a method for manufacturing the same. It is a manufacturing process figure shown. 図23(a)から(d)は、それぞれ、両持ち梁構造体を有する中空構造の光学マイクロマシンの断面図、電子線露光用マスク70の断面図、配線溝の断面図、及びトランジスタの拡散層へのイオン注入工程の断面図である。FIGS. 23A to 23D are a cross-sectional view of a hollow optical micromachine having a doubly-supported beam structure, a cross-sectional view of an electron beam exposure mask 70, a cross-sectional view of a wiring groove, and a diffusion layer of a transistor, respectively. It is sectional drawing of the ion implantation process to.

符号の説明Explanation of symbols

10・・実施の形態の洗浄装置、12・・洗浄装置本体、14・・二酸化炭素供給システム、16・・昇圧ポンプ、18・・洗浄剤供給ユニット、20・・気液分離・洗浄液回収ユニット、22・・二酸化炭素回収システム、24・・洗浄チャンバ、26・・加熱器、29・・被洗浄体搬送機構、28・・供給管、30・・排出管、32・・圧力調整弁、34・・加熱器、35・・チャンバ室、36・・温度制御装置(図示せず)付き加熱手段、38・・流体循環経路、40・・フィルタ、42・・冷却装置、43・・昇圧ポンプ、44・・気液分離槽、46・・洗浄剤回収タンク、50・・マイクロマシン、52・・支持固体基板、54・・構造膜、56・・光学膜、58・・空隙部、60・・梁構造体、70・・電子線露光用マスク、72・・開口、74・・メンブレン、76・・支持枠、78・・下地膜、80・・エッチング停止層、82・・低誘電率膜、84・・配線溝、101・・洗浄装置、102・・二酸化炭素供給手段、103・・昇圧手段、104・・昇温手段、105、106・・添加剤供給手段、107・・溶解槽、108・・洗浄槽(洗浄チャンバ)、109・・気液分離・添加剤回収手段、113、120、123・・切換えバルブ、125、126・・バイパス用配管   10 .... Cleaning device of embodiment, 12 .... Cleaning device body, 14 .... Carbon dioxide supply system, 16 .... Booster pump, 18 .... Cleaning agent supply unit, 20 .... Gas-liquid separation / cleaning liquid recovery unit, 22..CO2 recovery system, 24..Cleaning chamber, 26..Heater, 29..Subject to be cleaned transport mechanism, 28..Supply pipe, 30..Drain pipe, 32..Pressure adjustment valve, 34. · Heater, 35 · · Chamber chamber, 36 · · Heating means with temperature control device (not shown), 38 · · Fluid circulation path, 40 · · Filter, 42 · · Cooling device, · · · Booster pump 44 ..Gas-liquid separation tank 46 ..Cleaning agent recovery tank 50 ..Micromachine 52 ..Supported solid substrate 54 ..Structural film 56 ..Optical film 58. Body, 70 .. mask for electron beam exposure, 7 ..Opening 74..Membrane 76..Support frame 78..Undercoat film 80..Etching stop layer 82..Low dielectric constant film 84..Wiring groove 101..Cleaning device 102. · Carbon dioxide supply means 103 ·· Pressure increase means 104 ·· Temperature increase means 105 · 106 · · Additive supply means 107 · · Dissolution tank 108 · · Cleaning tank (cleaning chamber) 109 · · Gas-liquid Separation / additive recovery means, 113, 120, 123 .. switching valve, 125, 126 .. bypass piping

Claims (34)

超臨界流体を洗浄媒体として用いた、微小構造体の洗浄方法において、
微小構造体表面に付着している被除去微粒子近傍の超臨界流体のせん断応力が1N/m2以上になるように、被除去微粒子に対する超臨界流体の相対的速度を維持することを特徴とする洗浄方法。
In a method for cleaning a microstructure using a supercritical fluid as a cleaning medium,
Cleaning characterized by maintaining the relative velocity of the supercritical fluid with respect to the fine particles to be removed so that the shear stress of the supercritical fluid in the vicinity of the fine particles to be removed attached to the surface of the microstructure is 1 N / m 2 or more. Method.
超臨界流体を洗浄媒体として用いた微小構造体の洗浄方法において、
洗浄チャンバの内壁と微小構造体の被除去微粒子の付着面との距離を5mm以下に保持して洗浄チャンバ内に微小構造体を収容し、洗浄チャンバに超臨界流体を導入しつつ超臨界流体内で微小構造体を1分間当たり400回転以上で回転させる
ことを特徴とする洗浄方法。
In a method for cleaning a microstructure using a supercritical fluid as a cleaning medium,
The distance between the inner wall of the cleaning chamber and the adhesion surface of the fine particles to be removed is maintained at 5 mm or less, the microstructure is accommodated in the cleaning chamber, and the supercritical fluid is introduced into the cleaning chamber while introducing the supercritical fluid. The cleaning method is characterized in that the microstructure is rotated at 400 revolutions per minute or more.
洗浄チャンバに導入する超臨界流体の流量を1L/min以上に維持して洗浄すること
を特徴とする請求項2に記載の洗浄方法。
The cleaning method according to claim 2, wherein cleaning is performed while maintaining a flow rate of the supercritical fluid introduced into the cleaning chamber at 1 L / min or more.
超臨界流体として超臨界二酸化炭素を使用することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の洗浄方法。   The cleaning method according to any one of claims 1 to 3, wherein supercritical carbon dioxide is used as the supercritical fluid. 超臨界流体に添加剤としてエッチング剤、洗浄剤、エッチング剤及び相溶剤の双方、洗浄剤及び相溶剤の双方、並びにエッチング剤、洗浄剤、及び相溶剤の3者全部のいずれかを添加することを特徴とする請求項1から4のうちのいずれか1項に記載の洗浄方法。   Add any one of the etching agent, cleaning agent, both of the etching agent and the compatibilizer, both cleaning agent and compatibilizer, and the etching agent, the cleaning agent, and the compatibilizing agent to the supercritical fluid as additives. The cleaning method according to any one of claims 1 to 4, wherein: 微小構造体を収容し、超臨界流体を洗浄媒体として導入して微小構造体を洗浄する洗浄チャンバを備え、微小構造体を洗浄して微小構造体に付着している微粒子を除去する枚葉式の洗浄装置において、
洗浄チャンバは、洗浄チャンバの内壁と収容した微小構造体の被除去微粒子の付着面との距離が5mm以下になるように構成され、かつ収容室内の超臨界流体中で微小構造体を1分間当たり400回転以上の回転数で回転させる回転機構を備えていることを特徴とする洗浄装置。
Single wafer type that houses a microstructure, has a cleaning chamber that cleans the microstructure by introducing a supercritical fluid as a cleaning medium, and cleans the microstructure to remove fine particles adhering to the microstructure In the cleaning device of
The cleaning chamber is configured such that the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the adhesion surface of the particles to be removed of the accommodated microstructure is 5 mm or less, and the microstructure is per minute in the supercritical fluid in the accommodation chamber. A cleaning apparatus comprising a rotation mechanism that rotates at a rotation speed of 400 rotations or more.
洗浄チャンバから排出された超臨界流体の少なくとも一部を洗浄チャンバに循環させる
循環手段を備えていることを特徴とする請求項6に記載の洗浄装置。
The cleaning apparatus according to claim 6, further comprising a circulation unit that circulates at least a part of the supercritical fluid discharged from the cleaning chamber to the cleaning chamber.
超臨界流体を洗浄媒体として用いた微小構造体の洗浄方法において、
洗浄チャンバの内壁と微小構造体の被除去微粒子の付着面との距離を1mm以下に保持して洗浄チャンバ内に微小構造体を収容し、洗浄チャンバに超臨界流体を線速度3m/secで導入する
ことを特徴とする洗浄方法。
In a method for cleaning a microstructure using a supercritical fluid as a cleaning medium,
The distance between the inner wall of the cleaning chamber and the adhesion surface of the fine particles to be removed is maintained at 1 mm or less, the microstructure is accommodated in the cleaning chamber, and a supercritical fluid is introduced into the cleaning chamber at a linear velocity of 3 m / sec. A cleaning method characterized by:
洗浄チャンバに導入する超臨界流体の流量を1L/min以上に維持して洗浄する
ことを特徴とする請求項8に記載の洗浄方法。
The cleaning method according to claim 8, wherein the cleaning is performed while maintaining a flow rate of the supercritical fluid introduced into the cleaning chamber at 1 L / min or more.
超臨界流体として超臨界二酸化炭素を使用する
ことを特徴とする請求項8又は9に記載の洗浄方法。
The cleaning method according to claim 8 or 9, wherein supercritical carbon dioxide is used as the supercritical fluid.
超臨界流体に添加剤としてエッチング剤、洗浄剤、エッチング剤及び相溶剤の双方、洗浄剤及び相溶剤の双方、並びにエッチング剤、洗浄剤、及び相溶剤の3者全部のいずれかを添加する
ことを特徴とする請求項8から10のうちのいずれか1項に記載の洗浄方法。
Etching agent, cleaning agent, both etching agent and compatibilizer, both cleaning agent and compatibilizing agent, and etching agent, cleaning agent, and compatibilizing agent should be added to the supercritical fluid. The cleaning method according to any one of claims 8 to 10, wherein:
微小構造体を収容し、超臨界流体を洗浄媒体として導入して微小構造体を洗浄する洗浄チャンバを備え、微小構造体を洗浄して微小構造体に付着している微粒子を除去する枚葉式の洗浄装置において、
洗浄チャンバは、超臨界流体の線速度を3m/secとして、洗浄チャンバの内壁と微小構造体の被除去微粒子の付着面との距離が1mm以下になるように構成されている
ことを特徴とする洗浄装置。
Single wafer type that houses a microstructure, has a cleaning chamber that cleans the microstructure by introducing a supercritical fluid as a cleaning medium, and cleans the microstructure to remove fine particles adhering to the microstructure In the cleaning device of
The cleaning chamber is configured such that the linear velocity of the supercritical fluid is 3 m / sec, and the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the adhesion surface of the fine particles to be removed is 1 mm or less. Cleaning device.
洗浄チャンバの内壁面が、微小構造体から離れるに従って微小構造体設置側の面からの距離を漸次広げるように斜めに形成されている
ことを特徴とする請求項12に記載の洗浄装置。
The cleaning apparatus according to claim 12, wherein an inner wall surface of the cleaning chamber is formed obliquely so as to gradually increase a distance from the surface on the microstructure installation side as the distance from the microstructure is increased.
洗浄チャンバは、超臨界流体を入口から出口に向って一方向に流すように構成されている
ことを特徴とする請求項12又は13に記載の洗浄装置。
The cleaning apparatus according to claim 12 or 13, wherein the cleaning chamber is configured to flow the supercritical fluid in one direction from the inlet toward the outlet.
半導体装置の所要領域が、表面流速を速くしてせん断応力を1N/m2 以上にした超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄されて成る
ことを特徴とする半導体装置。
A required region of a semiconductor device is cleaned by a cleaning method using a supercritical fluid having a high surface flow velocity and a shear stress of 1 N / m 2 or more.
半導体装置の所要領域が、
洗浄チャンバの内壁と被洗浄基板の被洗浄面との距離を5mm以下、被洗浄基板の回転数を400rpm以上、超臨界流体の流量を1L/min以上とする超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄されて成る
ことを特徴とする半導体装置。
The required area of the semiconductor device is
A cleaning method using a supercritical fluid in which the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the surface to be cleaned is 5 mm or less, the rotation speed of the substrate to be cleaned is 400 rpm or more, and the flow rate of the supercritical fluid is 1 L / min or more. A semiconductor device characterized by being washed.
半導体装置の所要領域が、
洗浄チャンバの内壁と被洗浄面との距離を1mm以下、超臨界流体の流量を1L/min以上とする超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄されて成る
ことを特徴とする半導体装置。
The required area of the semiconductor device is
The semiconductor device is characterized by being cleaned by a cleaning method using a supercritical fluid in which the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the surface to be cleaned is 1 mm or less and the flow rate of the supercritical fluid is 1 L / min or more.
超臨界流体として超臨界二酸化炭素を使用した前記洗浄方法で洗浄されて成る
ことを特徴とする請求項16又は17に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 16 or 17, wherein the semiconductor device is cleaned by the cleaning method using supercritical carbon dioxide as a supercritical fluid.
超臨界流体に添加剤としてエッチング剤、洗浄剤、エッチング剤及び相溶剤の双方、洗浄剤及び相溶剤の双方、並びにエッチング剤、洗浄剤、及び相溶剤の3者全部のいずれかを添加した前記洗浄方法で洗浄されて成る
ことを特徴とする請求項16又は17に記載の半導体装置。
The supercritical fluid is added with any one of the etching agent, the cleaning agent, both the etching agent and the compatibilizer, both the cleaning agent and the compatibilizing solvent, and the etching agent, the cleaning agent, and the compatibilizing solvent. The semiconductor device according to claim 16 or 17, wherein the semiconductor device is cleaned by a cleaning method.
所要アスペクト比の選択加工後に、
該加工された基板を、表面流速を速くしてせん断応力を1N/m2 以上にした超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄する工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
After selecting and processing the required aspect ratio,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: cleaning the processed substrate by a cleaning method using a supercritical fluid having a high surface flow rate and a shear stress of 1 N / m 2 or more.
所要アスペクト比の選択加工後に、
該加工された基板を、洗浄チャンバの内壁と被洗浄基板の被洗浄面との距離を5mm以下、被洗浄基板の回転数を400rpm以上、超臨界流体の流量を1L/min以上とする超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄する工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
After selecting and processing the required aspect ratio,
The processed substrate is supercritical with a distance between the inner wall of the cleaning chamber and the surface to be cleaned of 5 mm or less, a rotation speed of the substrate to be cleaned of 400 rpm or more, and a supercritical fluid flow rate of 1 L / min or more. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of cleaning with a cleaning method using a fluid.
所要アスペクト比の選択加工後に、
該加工された基板を、 洗浄チャンバの内壁と被洗浄面との距離を1mm以下、超臨界流体の流量を1L/min以上とする超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄する工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
After selecting and processing the required aspect ratio,
Cleaning the processed substrate with a cleaning method using a supercritical fluid in which the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the surface to be cleaned is 1 mm or less and the flow rate of the supercritical fluid is 1 L / min or more. A method of manufacturing a semiconductor device.
超臨界流体として超臨界二酸化炭素を使用した前記洗浄方法で洗浄する
ことを特徴とする請求項21又は22に記載に記載の半導体装置の製造方法。
23. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 21, wherein cleaning is performed by the cleaning method using supercritical carbon dioxide as a supercritical fluid.
超臨界流体に添加剤としてエッチング剤、洗浄剤、エッチング剤及び相溶剤の双方、洗浄剤及び相溶剤の双方、並びにエッチング剤、洗浄剤、及び相溶剤の3者全部のいずれかを添加した前記洗浄方法で洗浄する
請求項21又は22に記載の半導体装置の製造方法。
The supercritical fluid is added with any one of the etching agent, the cleaning agent, both the etching agent and the compatibilizer, both the cleaning agent and the compatibilizing solvent, and the etching agent, the cleaning agent, and the compatibilizing solvent. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 21 or 22, wherein the semiconductor device is cleaned by a cleaning method.
微小構造体の所要領域が、表面流速を速くしてせん断応力を1N/m2 以上にした超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄されて成る
ことを特徴とする微小構造体。
A microstructure having a required region of the microstructure is cleaned by a cleaning method using a supercritical fluid having a high surface flow velocity and a shear stress of 1 N / m 2 or more.
微小構造体の所要領域が、
洗浄チャンバの内壁と被洗浄基板の被洗浄面との距離を5mm以下、被洗浄基板の回転数を400rpm以上、超臨界流体の流量を1L/min以上とする超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄されて成る
ことを特徴とする微小構造体。
The required area of the microstructure is
A cleaning method using a supercritical fluid in which the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the surface to be cleaned is 5 mm or less, the rotation speed of the substrate to be cleaned is 400 rpm or more, and the flow rate of the supercritical fluid is 1 L / min or more. A microstructure characterized by being washed.
微小構造体の所要領域が、
洗浄チャンバの内壁と被洗浄面との距離を1mm以下、超臨界流体の流量を1L/min以上とする超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄されて成る
ことを特徴とする微小構造体。
The required area of the microstructure is
The microstructure is cleaned by a cleaning method using a supercritical fluid in which the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the surface to be cleaned is 1 mm or less and the flow rate of the supercritical fluid is 1 L / min or more.
超臨界流体として超臨界二酸化炭素を使用した前記洗浄方法で洗浄されて成る
ことを特徴とする請求項26又は27に記載の微小構造体。
The microstructure according to claim 26 or 27, wherein the microstructure is cleaned by the cleaning method using supercritical carbon dioxide as a supercritical fluid.
超臨界流体に添加剤としてエッチング剤、洗浄剤、エッチング剤及び相溶剤の双方、洗浄剤及び相溶剤の双方、並びにエッチング剤、洗浄剤、及び相溶剤の3者全部のいずれかを添加した前記洗浄方法で洗浄されて成る
ことを特徴とする請求項26又は27に記載の微小構造体。
The supercritical fluid is added with any one of the etching agent, the cleaning agent, both the etching agent and the compatibilizer, both the cleaning agent and the compatibilizing solvent, and the etching agent, the cleaning agent, and the compatibilizing solvent. The microstructure according to claim 26 or 27, wherein the microstructure is cleaned by a cleaning method.
犠牲層を選択エッチングした後に、
中空部が形成された微小構造基板を、表面流速を速くしてせん断応力を1N/m2 以上にした超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄する工程を有する
ことを特徴とする微小構造体の製造方法。
After selectively etching the sacrificial layer,
Manufacturing of a microstructure having a step of cleaning a microstructure substrate formed with a hollow portion by a cleaning method using a supercritical fluid having a high surface flow velocity and a shear stress of 1 N / m 2 or more. Method.
犠牲層を選択エッチングした後に、
中空部が形成された微小構造基板を、洗浄チャンバの内壁と被洗浄基板の被洗浄面との距離を5mm以下、被洗浄基板の回転数を400rpm以上、超臨界流体の流量を1L/min以上とする超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄する工程を有する
ことを特徴とする微小構造体の製造方法。
After selectively etching the sacrificial layer,
For a microstructure substrate having a hollow portion formed therein, the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the surface to be cleaned is 5 mm or less, the rotation speed of the substrate to be cleaned is 400 rpm or more, and the flow rate of the supercritical fluid is 1 L / min or more. A method for manufacturing a microstructure, comprising: a step of cleaning by a cleaning method using a supercritical fluid.
犠牲層を選択エッチングした後に、
中空部が形成された微小構造基板を、洗浄チャンバの内壁と被洗浄面との距離を1mm以下、超臨界流体の流量を1L/min以上とする超臨界流体を用いた洗浄方法で洗浄する工程を有する
ことを特徴とする微小構造体の製造方法。
After selectively etching the sacrificial layer,
A step of cleaning the microstructure substrate in which the hollow portion is formed by a cleaning method using a supercritical fluid in which the distance between the inner wall of the cleaning chamber and the surface to be cleaned is 1 mm or less and the flow rate of the supercritical fluid is 1 L / min or more. A method for producing a microstructure characterized by comprising:
超臨界流体として超臨界二酸化炭素を使用した前記洗浄方法で洗浄する
ことを特徴とする請求項31又は32に記載の微小構造体の製造方法。
The method for producing a microstructure according to claim 31 or 32, wherein the cleaning is performed by the cleaning method using supercritical carbon dioxide as a supercritical fluid.
超臨界流体に添加剤としてエッチング剤、洗浄剤、エッチング剤及び相溶剤の双方、洗浄剤及び相溶剤の双方、並びにエッチング剤、洗浄剤、及び相溶剤の3者全部のいずれかを添加した前記洗浄方法で洗浄する
ことを特徴とする請求項31又は32に記載の微小構造体の製造方法。
The supercritical fluid is added with any one of the etching agent, the cleaning agent, both the etching agent and the compatibilizer, both the cleaning agent and the compatibilizing solvent, and the etching agent, the cleaning agent, and the compatibilizing solvent. The method for manufacturing a microstructure according to claim 31 or 32, wherein the cleaning is performed by a cleaning method.
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