JP2007517401A - 圧縮及び／又は加圧発泡体、気泡、及び／又は液体を用いて半導体ウェーハを洗浄するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

発泡体を用いて、汚染物を含む表面を有する半導体基材を洗浄するか、化学処理を行う装置及び方法が開示される。半導体ウェーハは、剛体の支持体（又は発泡体の層）の上に支持され、半導体ウェーハが支持される間に、発泡体が半導体ウェーハの対向する表面に供給される。半導体ウェーハに接触する発泡体は、型を用いて加圧され、圧密発泡体が生成される。次に、型と半導体ウェーハとの間の相対的運動、例えば、半導体ウェーハの上面表面に平行及び／又は垂直な周期変動が誘起され、その間に、圧密発泡体が半導体ウェーハに接触して、望ましくない汚染物が除去されるか、及び／又は発泡体により半導体ウェーハの表面が化学的に処理される。

Description

本発明は、半導体ウェーハの分野に関する。更に詳細には、本発明は、圧縮及び／又は加圧発泡体、気泡、及び／又は液体を用いて半導体ウェーハを洗浄するための方法及び装置に関する。

半導体の洗浄、化学処理及び乾燥技術は、最近３０年程の間に十分に開発されてきた。しかしながら、これらの処理工程を行うのに用いる装置及び技術は、極めて高価である。更に、より高度なリソグラフィ及び他の技法が出現し、半導体ウェーハに対する最終設計により厳しい性能が要求されるため、現在利用可能な上記の処理技法は、間もなく必要な処理要件を満たすことができなくなると考えられる。

上記のように、半導体装置がより複雑になると、半導体ウェーハは、複数の汚染源にますます汚染されやすくなる。この敏感さは、サブミクロンの特徴サイズであること、並びにウェーハ表面に堆積される層の厚さが減少することに起因する。現在、高密度集積回路において設計されている最小の特徴サイズは、約０．１１ミクロンである。これは、間もなく１／１０ミクロン未満にまで小さくなると考えられる。特徴サイズ及びフィルムが小さくなるほど、許容可能な汚染物の粒径も次第に小さな寸法まで制御する必要がある。一般に、汚染物粒径は、最小の特徴サイズよりも約１０倍小さく、従って、１／１００ミクロンより優れた（即ち１０ｎｍより優れた）汚染物粒子状物質の制御を必要とする。

このような物理的寸法により、最終製品は、環境中、即ち空気中（作業者及び設備から）及び半導体を加工するのに用いる材料中の両方の潜在的な粒子状物質の汚染を極めて受けやすい。例えば、フッ化物、溶媒、酸、重金属、酸化剤等のような洗浄及び化学処理工程に用いる物質のほとんどは、毒性があるか又は維持及び廃棄するのに危険である。同様に、通常は既存の工程で用いられる高純度の脱イオン水（ＤＩ水）は、購入及び処理するのに費用がかかると同時に、特殊な貯蔵及び分配システムが必要である。化学処理及び洗浄作業も同様に汚染源である。このような汚染は、表面反応物及び物理的汚染物の両方によるものであり、後者は、製品の純度に関わらず化学処理及び洗浄材料自体から半導体ウェーハに送達される粒子状物質に由来する可能性もあり、貯蔵及び送達システムの構成部品から移送される可能性もある。

更に、半導体ウェーハは、連続工程方式で製造されずにバッチ工程で製造された後、次の処理まで貯蔵されるので、表面に導入される環境からのこの汚染粒子状物質に更に影響されやすい。更に、半導体ウェーハは、移送及び貯蔵を安全に行うことができるように各バッチ工程の最後に乾燥処理されるときに、半導体ウェーハ乾燥中に一般的に用いられる溶媒であるイソプロピルアルコールの揮発分の放出並びに他の理由に起因して、イソプロピルアルコールを用いることが問題となる。

また、ＤＩ水及びイソプロピルアルコール以外の物質も、汚染物を半導体ウェーハに導入するルートとなる可能性がある。半導体ウェーハ表面上の汚染物は、フィルム、個々の粒子又は粒子群、及び吸収ガスとして存在する。これらの表面のフィルム及び粒子は、分子化合物、イオン性材料又は原子種とすることができる。分子化合物の形態の汚染物は、多くの場合、潤滑剤からの濃縮有機蒸気、グリース、フォトレジスト、溶媒残渣、脱イオン水又はプラスチック貯蔵容器からの有機成分、及び金属酸化物又は水酸化物である。イオン材料の形態の汚染物は、多くの場合、ナトリウムイオン、フッ素イオン及び塩素イオンなどの、物理的に吸着されるか化学的に結合することができる無機化合物からの陽イオン及び陰イオンとすることができる。原子種又は元素種の形態の汚染物は、半導体表面に化学的に結合することができる銅、アルミニウム又は金のような金属、又は工程で用いられる設備由来のシリコン粒子又は金属細片とすることができる。

これらの種々の汚染物を除去するのに用いられる従来の洗浄技術には、ブラシスクラビング又はメガソニック処理が含まれる。このような技術により、現在のところ処理中に半導体ウェーハから許容可能な量の汚染物が除去されるが、このような方法は、次第に繊細化している構造に対しては最終的には厳しくなる。ブラシスクラビングに伴う機械エネルギー及びメガソニックエネルギーは、半導体ウェーハ上のデバイスに損傷を与え、その結果に応じたデバイスがもたらされる。ブラシのように比較的硬い表面と半導体ウェーハとの間が直接接触すると、汚染物を除去するのに必要とされる力よりも大きな力が伝達される。メガソニックエネルギーだけを用いた洗浄処理工では、気泡及び波が生じ、これは基材に与える損傷は小さいが、有効に洗浄できる汚染物粒子の粒径範囲が限定される可能性がある。メガソニック洗浄の別の公知の問題は、メガソニック流体中の気泡が半導体ウェーハの表面で崩壊し、これによって半導体ウェーハの表面にエネルギーが付与されるキャビテーションである。表面の同じ部位で気泡が繰り返し崩壊すると、このエネルギーにより、表面上の繊細／精密な構造が破壊されるか、表面自体が破壊される可能性がある。これらの問題に加え、このような従来の技法では、将来的に十分な汚染物を除去することができない可能性がある。

半導体ウェーハを洗浄するのに用いることができる別の技術には、硬い表面（ブラシスクラビング）又はメガソニック波ではなくて発泡体を用いて半導体表面に接触することが含まれる。図１に示すように、装置１０２に封入された半導体ウェーハ１００は、ポート１０４を通して半導体ウェーハ１００の表面に導入される気泡１０８及び液体を含む発泡体１０６を有する。発泡体１０６が半導体ウェーハ１００の表面を腐食してそれから排水されると、気泡１０６の質量により、半導体ウェーハ１００の表面から粒子がこすり落とされる。このような発泡体工程を改良して、現在又は将来の半導体処理に必要な範囲まで洗浄を行うことができる。

本開示は、加圧、即ち「圧密」（"jammed"）発泡体を用いる改良された発泡体工程を用いて、汚染物を効果的に除去し、或いは半導体ウェーハを処理するための装置及び方法を提供する。

１つの実施形態では、装置は、半導体ウェーハを支持するように構成された支持体を含む。発泡体マニホルドは、半導体ウェーハを支持体により支持しながら発泡体を半導体ウェーハに導入するように構成される。型によって、半導体ウェーハの表面上に配置された発泡体に圧力が生じ、圧密発泡体が生成される。アクチュエータは、圧密発泡体が半導体ウェーハの表面と接触し、望ましくない粒子を半導体ウェーハの表面から除去する間に型と半導体ウェーハとの間の相対運動を行う。

型は、発泡体上に配置されたプラテンを含むことができる。プラテンの面積は、半導体ウェーハの全表面を覆う発泡体に圧力がかかるように、少なくとも半導体ウェーハの面積とすることができる。或いは、型は、圧力が半導体ウェーハの表面を覆う発泡体の局所領域にかかるように、半導体ウェーハの全表面より小さな圧力構造体を含むことができる。このような圧力構造体は、マンドレル又はホイールとすることができる。

発泡体は、直径が半導体ウェーハの表面上の粒子のせいぜい最大直線寸法である気泡を含むことができる。或いは、発泡体の密度（気泡の数／単位体積）は、破裂ではなく圧力が加わったときに気泡が第１のエネルギー状態に再配列することができるほど十分とすることができ、この場合、第１のエネルギー状態は、圧力をかける前に存在する発泡体の第２のエネルギー状態より低い。装置は、半導体ウェーハと支持体との間に圧密発泡体の追加の層を設けるように構成することができる。

発泡体は、液体及び気泡を含むことができ、液体は、半導体ウェーハを化学処理する化学物質を含む。液体は、半導体ウェーハ又は半導体ウェーハ上に配置された層をエッチングするように構成することができ、半導体ウェーハを洗浄するのに好適な洗浄剤を含むことができ、或いは、ＨＣｌ、水酸化アンモニウム、ＳＣ１（標準洗浄剤１−水酸化アンモニウム−過酸化水素−水混合物。典型的には０．２５：１：５）、ＳＣ２（標準洗浄剤２−塩酸−過酸化水素−水混合物。典型的には１：１：５）、及びＨＦの少なくとも１つを含むことができる。発泡体は、反応ガスを含む気泡を含むことができる。

アクチュエータは、半導体ウェーハの位置を維持しつつ、型を移動するように構成することができる。また、アクチュエータは、型と半導体ウェーハの表面との間の距離が変動するように型を垂直に周期変動するように構成することもでき、半導体ウェーハの面で型を横方向に周期変動するように構成することもでき、複数の非平行の方向に横方向で型を周期変動するように構成することもでき、型を回転するように構成することもでき、或いは型を複数の非平行な方向に移動するように構成することもできる。

アクチュエータは、型の位置を維持しながら、半導体ウェーハを移動するように構成することができる。アクチュエータは、半導体ウェーハを横方向に周期変動するように構成することもでき、複数の非平行の方向に横方向で半導体ウェーハを周期変動するように構成することもでき、半導体ウェーハを回転するように構成することもでき、或いは半導体ウェーハを複数の非平行な方向に移動するように構成することもできる。
装置は、支持体、発泡体マニホルド、型、及びアクチュエータを収容する容器を更に含むこともでき、圧密発泡体が崩壊することにより生じる液体が半導体ウェーハの表面から除去されるチャネルを含むこともできる。

装置は、発泡体を半導体ウェーハに導入するように構成された複数のマニホルド、半導体ウェーハを圧密発泡体に暴露した後に半導体ウェーハを乾燥するように構成された１つ又はそれ以上のマニホルド、発泡体を生じさせた後に発泡体が発泡体マニホルドに供給されるように構成された１つ又はそれ以上のマニホルド、或いは発泡体を発泡体マニホルドに分配するように構成された１つ又はそれ以上のマニホルドを更に含むことができる。
以下の好ましい実施形態の図及び詳細な説明は、これら及び本発明の他の目的並びに利点を更に明らかに示すことになる。

半導体ウェーハを処理する際に発泡体を用いることは、幾つかの理由があるが、とりわけ、精密な構造を破壊する可能性の高い大きな物理的力を用いることなく半導体ウェーハの表面を処理する能力を有する点で有利である。更に、発泡体ベースの洗浄システムは、連続する処理段階で粒子数が増大する可能性がある他のシステムと異なり、生成されるより多くの粒子を除去することができる。

発泡体を生成する工程は比較的単純であり、即ち、気体を液体と混合することにより、適切な液体が発泡体に変換される。適切な液体は、望ましい発泡体を生成することができるものであり、発泡体の液相が発泡体の生成に用いられる元の液体と実質的に同一であるので、半導体ウェーハに望ましい化学処理を提供する。発泡体は、空気のような非可溶性気体を混合することによるか、液体中に可溶性気体を含む溶液を減圧することにより生成することができる。何れの場合も、混合物にエネルギーを加えて発泡体を形成する。

発泡体は、生成時には準安定状態である。これは、生成直後から発泡体の崩壊が始まり、これによって気体及び元の液体が本質的に再生されることを意味する。この崩壊工程は、排出と呼ばれる。排出速度は排出時間と呼ばれ、発泡体によって異なる。例えば、シェービングクリームの稠度を有する発泡体の排出時間は、数時間とすることができ、シャンプーの稠度を有する発泡体の排出時間は、数分又はそれ未満とすることができる。排出時間は、半導体ウェーハの処理を助けるのに望ましい、例えば、発泡体を構成する液体の種類及び発泡体の密度を変えることにより制御することができる。

発泡体は、加圧環境で生成又は貯蔵することができる。この加圧環境から、例えばマニホルドを通して貯蔵設備から放出されると、発泡体の容量は拡大する。マニホルドを通して半導体ウェーハに施工されると、このような発泡体は、半導体ウェーハに接触する液体中の反応物及び溶媒の容量が減少する。しかしながらまた、発泡体により、導管を通る材料が少なくなるため、発泡体が半導体ウェーハに移送される導管内の汚染物に半導体ウェーハが暴露されることも少なくなる。また発泡体は、チキソトロープ流れ特性も示し、従って、せん断力下で最も良好に流れる。シェービングクリームに類似の特性を有するような幾つかの発泡体は、高せん断力下で容易に広がるが、せん断力が除去されると実質的に静止したままである。低せん断力下では、発泡体は、一般に弾性を有する固体のように働く。更に、発泡体中の気泡の壁により表面張力が生じるため、表面張力が小さく粘性も小さい液体を用いると、バイア及びトレンチのような半導体ウェーハ上に製造された典型的な構造を透過することができる。

発泡体を形成する液体及び気体の両方のタイプ、並びに温度及び圧力などの発泡体生成中に存在する環境因子を調節して、発泡体組成物を制御することができる。例えば、高純度液体、例えば水又は他の種類の化学処理（例えばエッチング）に用いる化学物質を用いると、発泡を妨げる汚染物が少ししか存在しないため、発泡の有効性が増大する。また、発泡体を形成するときに、例えば、石鹸、洗剤、イソプロピルアルコール、亜酸化窒素、イソブタン、又は二酸化炭素のような表面張力を減少させる助剤を液体に付加することもできる。また、表面張力が減少することにより、発泡は高温の方が良好であり、使用する液体の温度を調節して、発泡動作を最適化することができる。１つの実施形態では、適切な発泡体の排出時間は、１〜２分未満とすることができる。従って、比較的高速排出の発泡体を用いることが可能である。実際、除去するために付加的な手段を必要としないこのような付加的な発泡体はあったとしても少数であるという点で、幾分高速排出の発泡体を用いることが望ましい可能性がある。

図１に示すように、半導体ウェーハを洗浄するのに提案される技法は、半導体ウェーハを発泡体に浸漬するか、或いは、腐食及び排出することにより発泡体を基材の表面を覆って移動させることを可能にする。排出中に発泡体が減圧されると、気泡が崩壊するにつれて、エネルギーが半導体ウェーハの表面に移行する。しかしながら、この技法では、発泡体の気泡が崩壊して半導体ウェーハの表面から汚染を除去するときに放出されるエネルギーが少なすぎる。

しかしながら、図２に示す本発明の実施形態では、いわゆる「圧密」発泡体を用いて半導体ウェーハを洗浄するか、或いは他の方法で処理する。この実施形態では、半導体ウェーハ１０は２つのプラテン１２、１４の間に配置され、発泡体１６は半導体ウェーハ１０の片側又は両側に配置される（図では両側に示される）。半導体ウェーハの幾つかの種類の何れも、例えば、シリコン又は他の第ＩＶ族の基材又は第ＩＩＩ−Ｖ族又は第ＩＩ−ＶＩ族化合物の半導体基材も、本発明の実施形態を用いて処理することができる。

一般に、底部プラテン１４により、発泡体が存在するかどうかに関係なく、半導体ウェーハ１０が配置される支持体が設けられる。発泡体１６は、存在する半導体ウェーハ１０の実質的に表面全体を覆って配置される。発泡体は、１つ又はそれ以上のマニホルドのようなあらゆる適切な手段により施工して広げることができる。ここに示すように、上部プラテン１２及び恐らくは底部プラテン１４を通じて均一な圧力が発泡体１６に加えられる。この圧力で、主に気泡の崩壊によるのではなく、主に発泡体１６の気泡を再配列することにより、エネルギーを半導体ウェーハ１０に移送する圧密発泡体１６が生成される。これが生じると考えられている方法は、圧力が増大すると、発泡体が、最初に再配列が起こらない準安定な高エネルギー状態になり、次いで臨界応力レベルで発泡体が緩和し、気泡の崩壊によらずに気泡の再配列によりエネルギーが放出される低エネルギー状態になるものである。

発泡体が圧密発泡体になると、発泡体層は次第に薄くなり、ついには最小厚さにまでなる。最小厚さは、用いる液体及び気体成分によって決まるが、典型的には直径１０〜５０μｍの気泡を用いて半導体表面を処理することができるので、層の厚さは、気泡の直径未満となる可能性はない。また、発泡体の密度が小さすぎると、気泡が界面に達して再配列することが可能になる前に、重力により気泡が引き離されて破裂することになる。更に、小さな気泡は大きな気泡より安定であるので、発泡体に小さな気泡を提供すると、界面で再配列される気泡の数が増大することにより処理効率を向上させることができる。

一般に、半導体ウェーハ１０の上側表面は、洗浄又は他の化学処理が必要なパターン構造を含む。従って、半導体ウェーハ１０の下側表面に処理が必要でない場合には、底部プラテン１４を除去し、半導体ウェーハを単に支持し圧力を与えない固定支持構造と置き換えることができる。この場合、発泡体１６は、半導体ウェーハ１０の下側表面に配置されない可能性がある。支持表面は、静止型、又はコンベヤベルトのように移動式であってもよい。一方、プラテンは、崩壊する気泡に繰り返し暴露されることによりプラテンに移行するエネルギーに耐える程十分に強度のある何らかの適切な材料を用いて形成することができる。

図２Ａ及び図２Ｂに典型的な再配列が示される。図２Ａでは、発泡体１６は、圧力を加えずに半導体ウェーハの表面１０に配置される。図２Ｂは、圧力が加えられたときの発泡体１６の再配列を示す（プラテン又は他の加圧構造はこの図には示していない）。図示のように、発泡体１６が、高エネルギーの無秩序状態から低エネルギーの秩序状態に進むときにエネルギーが放出される。図に示す気泡は球の性質を有するため、発泡体を六方最密構造に再配列させる傾向がある。

発泡体を用いる処理工程が終わると、発泡体は、ＤＩ水を用いて除去する（又はすすぎ落とす）ことができ、例えば、ＤＩ水ですすぐ前に付加的な液体で化学的にすすぐことが必要な場合もある。次に、窒素又は他の不活性ガスを半導体ウェーハ表面に付加することにより制御された方法で残りのＤＩ水を除去することができる。非制御の乾燥工程、即ち発泡体を除去することなく半導体ウェーハを乾燥させることができる工程では、発泡体により除去された汚染物又は発泡体自体の望ましくない残渣及び化学物質が残る可能性がある。次に、別の処理を行うことができ、必要であれば、新しい発泡体を半導体ウェーハの表面に後で導入することができる。新しい発泡体は、必要に応じて、元の発泡体と同じ又は異なる化学的性質を有することができる。発泡体は、汚染物及び半導体ウェーハの表面との反応生成物を含むため、一般に使用後には再利用されない。

図２に示すプラテンは、半導体ウェーハ全体を覆い、従って、発泡体に均一な圧力を与えるが、圧力は、発泡体に均一に与えられる必要はない。図４に示す実施形態に図示されるように、半導体ウェーハ２０及び発泡体２６は、１つ又はそれ以上の型２２、２４の間に配置される。図４の実施形態では、圧力は、型２２、２４を通して半導体ウェーハ２０の表面の小さな部分だけにわたって発泡体２６に印加される。図２の実施形態でのプラテンとは異なり、この実施形態の型２２、２４は、対向する半導体ウェーハ２０の表面全体は実質的に覆わない。先の実施形態と同様に、１つの型のみを半導体ウェーハ２０に適用することができる。単一プラテンのようなこの単一の型は、洗浄又は他の処理が必要なパターンが存在する半導体ウェーハ２０の上側表面を覆って配置される。この実施形態には図示していないが、半導体ウェーハ２０の１つの表面に複数の型（プラテン、ローラ等）を配置することができる。

図４の実施形態の発泡体２６は、半導体ウェーハ２０の表面全体を覆って配置されてもよく、或いはそうでなくてもよい。全体を覆わない場合、発泡体２６は、洗浄又は処理が必要な半導体ウェーハ２０の一部分のみを覆って配置することができる。型２２、２４は、半導体ウェーハ２０の表面を少なくとも一回、又は前後に横断して移動することができる。半導体ウェーハの同じ表面又は対向する表面の何れかを覆って複数の型が存在する場合には、型は、所望通りに一斉に又は別個に半導体ウェーハの表面を横切って移動することができる。図示のように、型２２、２４は、マンドレル、ローラ、ホイール、又は半導体ウェーハ２０の一部のみを覆うあらゆる他の圧力構造体とすることができる。従って、型は平坦又は湾曲したものとすることができる。

また、湾曲した型は、平坦な型よりも実施が容易とすることができる点に留意されたい。更に、半導体表面を洗浄又は処理するのに必要な時間は、型を平坦とするかどうかに影響する場合がある。この場合、短時間しか必要でなければ、高圧で接触する細い線を用いることができ、従って、型は発泡体に沿って転動することができる。反対に、長時間が必要な場合には、恐らくは平坦な表面の方がより良好である。更に、排出時間が比較的速い場合には、発泡体に含まれるあらゆる反応物は、液体として半導体ウェーハに付加されることになる。

図５は、発泡体３８が形成されて移動される１つの様態を示す。この図では、１つの圧力構造体３２（プラテンとして示す）のみが示されているが、複数の圧力構造体を用いることができることは明らかである。図示のように、プラテン３２は、プラテン３２を通って延びる複数の穴３４、３６を有する。これらの穴３４（発泡体マニホルド）の少なくとも１つを通って、発泡体３８が半導体３０の表面に導入され、これらの穴３６の少なくとも別の１つを通って、発泡体３８が半導体表面３０から流出する。発泡体３８は、排出により、又は図示のように窒素などの非反応性ガスを用いることにより、入口穴３４から出口穴３６に向かって堆積することができる。窒素により、半導体ウェーハ３０の表面上にある発泡体を出口穴３６に向かって押し付けることができる。印加される圧力により再配列が引き起こされることに加え、発泡体３８が移動することにより、半導体表面３０が洗浄されるか処理される。真空又は他の圧力差が出口穴３６に印加され、発泡体３４又は減圧発泡体の液体を半導体表面３０から流出させる。穴３４、３６は、プラテン３２に沿った何れかの地点に位置決めすることもできるが、好ましくは、発泡体が半導体表面３０の全表面を覆って供給されるように配置される。液体は、入口穴３４を通して供給され、気体（Ｏ₃と示される）で通気され、発泡体３８を形成する。

図６は、（上側表面及び圧力構造体上の発泡体は示していないが）発泡体が半導体ウェーハの両側に存在する実施形態を示す。発泡体４６をプラテン４２（又は他の支持体）に導入してから、半導体ウェーハ４０を発泡体４６上に配置する。次に、半導体ウェーハ４０を支持体４２の３つ又はそれ以上のスタンド４４上に置く。スタンド４４は、大きさ及び形状が同一で、支持体４２から発泡体４６を通って延びる。半導体ウェーハ４０がスタンド４４上に確実に置かれると、スタンド４４は、支持体４２内に引き込まれ、半導体ウェーハ４０が発泡体４６上に載るようにすることができる。スタンドが引き込まれる前又はその後に、発泡体の追加の層を対向する半導体ウェーハの表面に付加することができる。発泡体を注入後、半導体ウェーハ４０を次に処理することができる。

図７は、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態では、発泡体５６は、半導体ウェーハ５０の対向する表面の両方に配置することもでき、複数の圧力機構を用いることもできるが、単純にするために、発泡体５６は、半導体ウェーハ５０の１つの表面にのみ配置され、圧力が印加されるプラテン５２は、発泡体５６上に配置されるように示される。上述のように、発泡体は、せん断下で最も良好に流れる。従って、圧力を用いてせん断力を与えることができると同時に、プラテン５２又はプラテン５２と半導体ウェーハ５０とを移動させて半導体ウェーハ５０上の発泡体５６の有効性を高めることができる。

図示のように、半導体ウェーハ５０及びプラテン５２は、互いに対して横方向（即ち半導体平面内）又は垂直方向など１つ又はそれ以上の方向に並進することができる。これにより、発泡体５６は、垂直運動、即ち、半導体ウェーハ５０及びプラテン５２が互いに向かって又は互いから離れて移動することができることにより、圧縮及び拡大することができるといえる。或いは、発泡体５６は、横方向運動、即ち半導体ウェーハ５０及びプラテン５２がこの２つの間の重なりを調節するように移動することができることにより、せん断することができる。この運動は、繰り返され、即ち、半導体ウェーハ５０及びプラテン５２が１つ又はそれ以上の方向に周期変動してより効率的な処理を誘起するのが好ましい。同様に、半導体ウェーハ５０及び／又はプラテン５２は、２つの位置を互いに対して調節するのではなく、運動を生じさせるように回転することができる。しかしながら、回転すると、異なる半径で異なる線速度が生じるので、周期変動のほうが良好な処理結果を得ることができる。要約すると、半導体ウェーハの位置を一定に保って型を移動することもでき、型の位置を一定に保って半導体ウェーハを移動することもでき、半導体ウェーハ及び型の両方を同時に又は順次に移動することもできる。

上記の実施形態では、単一のウェーハのみが型と支持体との間（又は型の間）に配置されている。別の実施形態では、複数の半導体ウェーハが型と支持体との間又は型の間に配置され、半導体ウェーハが発泡体層を挟むことができる。しかしながら、この場合には、半導体ウェーハを位置決めすること、また運動を伴う場合には、半導体ウェーハ間の運動を均一にすること（従って均一な結果を得ること）が困難である可能性がある。

上記で検討したように、発泡体は、液体及び気体が充填された気泡から構成される。発泡体は、他の材料のための送達媒体とすることができ、同時に再配列することにより発泡体自体を有用とすることができる。半導体ウェーハの表面に単にエネルギーを印加して洗浄することに加え、発泡体中に他の化学的性質を存在させることもできる。発泡体は、工程を促進するために従来の半導体工程に用いられる処理流体から形成することができる。このような流体の例には、半導体ウェーハの表面に存在する酸化物を剥離してアンダーカットし、酸化物、硝酸、水酸化アンモニウム及び過酸化水素に埋め込まれた粒子を除去するためのＨＣｌ、水酸化アンモニウム、ＳＣ１、ＳＣ２、ＨＦが含まれる。表面を洗浄するのに役立つ他の流体を用いることもできる。例えば、負に帯電した半導体表面にｐｈの高い流体を用いる場合には、正に帯電して表面に付着する粒子は、発泡体により除去されると、負に帯電し、これによって粒子の再付着が阻止される。

異なる化学的性質を有する液体を用いて半導体ウェーハの加工を助けることができるだけでなく、窒素、アルゴン、空気、又は二酸化炭素のような不活性ガスではなく反応ガスを用いて発泡体を形成することもできる。このような配列では、半導体の表面に気体を送達するための有用な送達システムが得られる。

図８は、発泡体処理工程を用いる装置の１つの実施形態を示す。半導体ウェーハ６０は、支持体６２に支持される。格納システム６４は、半導体ウェーハ６０が通過する１つ又はそれ以上のチャンバを有することができる（図面には１つのみを示す）。複数のマニホルドが存在する。例えば図４に示すように、少なくとも１つのマニホルドが発泡体を生成する。少なくとも１つのマニホルド６７により、発泡体６６が半導体ウェーハ６０に導入又は供給される。気体及び液体供給ライン（適切なバルブを備えたもの）により、発泡体を生成するための原料がマニホルドに供給される。発泡体６６を付加して型６５を発泡体上で作用させた後に、１つ又はそれ以上のマニホルド６８により半導体ウェーハ６０がＤＩ水中ですすがれる。半導体ウェーハ６０をすすいだ後、１つ又はそれ以上のマニホルドにより半導体ウェーハ６０が乾燥される。

勿論、同じ又は異なるマニホルドにより、異なる発泡体を分配することができ、これが次に加圧されて、圧密発泡体が半導体に付加される。また、発泡体を用いる乾燥工程を用いることもできる。このような工程では、二酸化炭素ガス／ＤＩ水混合物により望ましい発泡体を生成することができる。半導体加工分野では公知のように、このような装置には多くの他の構成も可能である。例えば、洗浄、化学処理及び乾燥は、同じ又は異なるチャンバで行うことができる。通常、洗浄及び化学処理段階は、どのような中間乾燥段階を行うことなく順次行われ、乾燥段階は、半導体ウェーハがシステムから除去されることになる最終段階でのみ行われる。しかしながら、洗浄及び化学処理は、乾燥と交互に同じチャンバで行うこともできる。

特定の実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、この説明は、本発明の例証であり、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。当業者であれば、添付の請求項において定義される本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の変更及び応用を想起することができる。

公知の発泡体装置を示す図である。 本発明の第１の態様による洗浄装置を示す図である。 本発明の態様の１つでの再配列の前の気泡を示す図である。 本発明の態様の１つでの再配列の後の気泡を示す図である。 本発明の第２の態様による洗浄装置を示す図である。 本発明の第３の態様による洗浄装置を示す図である。 本発明の第４の態様による洗浄装置を示す図である。 本発明の第５の態様による洗浄装置を示す図である。 本発明の第６の態様による洗浄装置を示す図である。

Claims (20)

1. 半導体ウェーハを処理するための装置であって、前記装置が、
   前記半導体ウェーハを支持するように構成された支持体と、
   前記半導体ウェーハが前記支持体に支持されている間に、前記半導体ウェーハの表面に発泡体を導入するように構成された発泡体マニホルドと、
   前記半導体ウェーハの表面上に配置された前記発泡体に圧力を加えて圧密発泡体を生成する型と、
   前記圧密発泡体が前記半導体ウェーハの表面に接触している間に、前記型と前記半導体ウェーハとの間に相対的運動を起こし、望ましくない粒子を前記半導体ウェーハの表面から除去するアクチュエータと、
   を含むことを特徴とする装置。
2. 前記型が、前記発泡体上に配置されたプラテンを含み、前記プラテンの面積が、少なくとも前記半導体ウェーハの面積を有し、前記半導体ウェーハの全表面を覆う前記発泡体に前記圧力が加えられるようにすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記型が、前記半導体ウェーハの全表面よりも小さい圧力構造体を含み、前記圧力が、前記半導体ウェーハの表面を覆う局所域の前記発泡体に加えられるようにすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記アクチュエータが、前記型と前記半導体ウェーハの表面との間の距離が変化するように前記型又は前記半導体ウェーハを垂直方向に周期変動し、又は前記型又は前記半導体ウェーハを複数の非平行方向に横方向で周期変動し、或いは前記型又は前記半導体ウェーハを回転するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記装置が、前記半導体ウェーハと前記支持体との間に圧密発泡体の追加の層を設けるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記圧密発泡体の崩壊により得られる液体が、前記半導体ウェーハの表面から除去されるチャネルを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記発泡体が液体及び気泡を含み、前記液体が、前記半導体ウェーハに化学処理を行う化学物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記液体が、前記半導体ウェーハ又は前記半導体ウェーハ上に配置された層をエッチングするように構成されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記液体が、前記半導体ウェーハを洗浄するのに好適な洗浄剤を含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 前記発泡体が、反応ガスを含む気泡を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 前記発泡体を前記半導体ウェーハに導入し、前記半導体ウェーハが前記圧密発泡体に暴露された後に脱イオン水（ＤＩＷ）を前記半導体ウェーハに付加し、前記半導体ウェーハが前記圧密発泡体に暴露された後に化学処理剤及びＤＩＷを前記半導体ウェーハに付加し、前記半導体ウェーハが前記圧密発泡体に暴露された後に不活性ガスを前記半導体ウェーハに付加し、前記発泡体を生成した後に前記発泡体を前記発泡体マニホルドに供給し、及び／又は前記発泡体を前記発泡体マニホルドに分配するように構成されたマニホルドを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
12. 半導体ウェーハを処理する方法であって、前記方法が、
    前記半導体ウェーハを支持する段階と、
    前記半導体ウェーハを支持しながら、前記半導体ウェーハの第１の表面上に発泡体を供給する段階と、
    型を用いて前記半導体ウェーハ上に配置された前記発泡体に圧力を加えて、圧密発泡体を生成する段階と、
    前記圧密発泡体が前記半導体ウェーハと接触している間に、前記型と前記半導体ウェーハとの間に相対的動きを生じさせる段階と、
    を含む方法。
13. 前記半導体ウェーハの第１の表面全体を覆う前記発泡体に圧力を加える段階を更に含む請求項１２に記載の方法。
14. 前記半導体ウェーハを覆う局所領域の前記発泡体のみに圧力を加える段階を更に含む請求項１２に記載の方法。
15. 前記型又は前記半導体ウェーハを周期変動させて、前記型と前記半導体ウェーハの表面との間の距離又は前記型と前記半導体ウェーハの表面との間の重なり量を変化させる段階を更に含む請求項１２に記載の方法。
16. 前記半導体ウェーハの第２の表面上に圧密発泡体の追加の層を設ける段階を更に含む請求項１２に記載の方法。
17. 前記発泡体の液体を用いて前記半導体ウェーハを化学的に処理する段階を更に含む請求項１２に記載の方法。
18. 前記発泡体の気泡が反応ガスを含む、発泡体を生成する段階を更に含む請求項１２に記載の方法。
19. 前記半導体ウェーハが前記圧密発泡体に暴露された後に前記半導体ウェーハを乾燥させる段階を更に含む請求項１２に記載の方法。
20. 前記半導体ウェーハが前記圧密発泡体に暴露された後に脱イオン水（ＤＩＷ）を前記半導体ウェーハに付加する段階、前記半導体ウェーハが前記圧密発泡体に暴露された後にＤＩＷ及び化学処理剤を前記半導体ウェーハに付加する段階、及び／又は前記半導体ウェーハが前記圧密発泡体に暴露された後に不活性ガスを前記半導体ウェーハに付加する段階を更に含む請求項１２に記載の方法。

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