JP4643582B2 - 過飽和の洗浄溶液を使用したメガソニック洗浄 - Google Patents

Description

本願は、２００３年６月１１日に出願された米国仮出願６０／４７７，６０２をそっくりそのまま言及して盛り込むことによって、その利益を主張している。

本発明は、一般には、基板の処理／製造のための方法、装置及びシステムに関し、具体的には、加えられたメガソニック・エネルギーを使用して半導体ウエハーを洗浄するための方法、装置及びシステムに関する。

半導体の製造においては、半導体装置は、ウエハーと呼ばれる薄い円盤状の物体に形成される。一般に、一つ一つのウエハーは多数の半導体装置を含む。製造中にこれらのウエハーの表面での不純物をできるだけ少なくすることの重要性は、その産業の初期から認識されてきている。さらに、最終完成品のニーズのため、半導体装置がより小型化及び複雑化されるにつれ、洗浄への要求がより厳しくなっている。このことは２つの理由による。

第１は、装置が小型化されてきているので、ウエハー上の不純物パーティクルは、装置の表面積に対してより大きなパーセンテージを占めるようになる。このことは、装置が不合格となる確率を増加させる。したがって、適切に機能する装置の仕上がりの生産レベルをウエハーごとに維持するために、増大する洗浄への要求が実行され、達成されなければならない。

第２は、装置がより複雑になってきているので、これらの装置を製造するのに必要な原料、時間、設備及び処理方法もまた、より複雑でより高価になっている。結果として、一つ一つのウエハーを製造するために必要なコストが増える。収益性のレベルを容認できる程度に維持するため、製造業者達にとって、ウエハー毎の適切に機能する装置の数を増加することは必須となる。この生産量を増加させるための一つの方法は、不純物のために不合格となる装置の数を少なくすることである。従って、増大する洗浄への要求が求められる。

その業界が製造中にウエハーの清浄度を増加させる１つの方法は、洗浄ステップの間、ウエハーの表面にメガソニック・エネルギーを当てることである。メガソニック・エネルギーの供給は洗浄工程の間に半導体装置からのパーティクルの除去を促進することができる。しかしながら、与えられたメガソニック・エネルギーは洗浄される半導体装置にダメージをも与えることが発見されている。メガソニック洗浄工程にて使用される洗浄溶液の組成（洗浄溶液に溶けているガスの量や組成を含む）が、洗浄効率や、ウエハーに与えられるダメージの量に影響を与える。先行技術は、過飽和のレベルのガスを含む洗浄溶液がウエハー洗浄工程にとって好ましくないことを教えている。

例えば、米国特許第５，８００，６２６号（“’６２６特許”）は、最も良い洗浄結果を得るには、洗浄溶液がガスで、ある程度、例えば６０−９８％、飽和されているべきであることを教えている。その’６２６特許は、良い洗浄能力を維持するためには、６０％という低い飽和限界が必要であることを教えている。さらに、その’６２６特許は、溶液中における過剰な量のガスはシリコン表面に欠陥を形成することを教えている。従って、洗浄溶液は９８％以上の飽和になるべきではない。

米国特許第６，１６７，８９１号（“’８９１特許”）は、１００％の飽和溶液が最良の洗浄効果を与えることを教示している。その’８９１特許によれば、飽和していない溶液や過飽和の溶液は著しく減少された洗浄効率を与える。その’８９１特許は、過飽和状態での溶液中における過剰の気泡の形成が、ウエハー表面に到達する前のメガソニック・エネルギーを吸収し、洗浄効率を悪くすると考えている。さらに、その’８９１特許は、暖められた洗浄溶液のためには、その溶液は、高い温度における過飽和を回避するために加熱される前に低温にてある程度は脱気されなければならないことを教示している。

米国特許第５，８４９，０９１号（“’０９１特許”）は、洗浄を強化するにはウエハー表面の全域での気液界面が絶対不可欠であることを教示している。しかしながら、その’０９１特許の発明者は、その気液界面を形成する最良の方法はウエハー表面全域にわたって洗浄溶液の中にガスを直接注入することであると教示している。

米国特許第６，０３９，８１４（“’８１４特許”）は、洗浄溶液内の微小な泡が音波の伝播を中断させ、洗浄効率を減少させる結果となることを教えている。その’８１４特許はまた、泡がウエハー表面に欠陥（ｆｌａｗ）を形成することを教えている。その泡の発生源は洗浄溶液に溶かされているガスである。したがって、その’８１４特許は、洗浄溶液中に溶解されたガスの濃度が少なくとも５ｐｐｍ未満、好ましくは３ｐｐｍ未満にすべきことを教えている。

したがって、本発明の目的は、基板を洗浄するための方法とシステムとを提供することである。

本発明の他の目的は、音響エネルギーによるダメージを低減及び／又は排除する基板の洗浄方法及びシステムを提供することである。

さらにもう一つの目的は、ポリシリコンや金属や誘電体を含む材料の繊細なラインやトレンチ構造のために使用されるメガソニック・エネルギーを使用した基板の洗浄方法及びシステムを提供することである。

本発明のもう一つの他の目的は、ウエハー毎の使用できる半導体装置の歩留まりを増加する、基板の洗浄方法及びシステムを提供することである。

これらの、及び他の目的は、１つの形態において、
(a) 第１のガスのための第１の温度及び第１の分圧のガス環境を有する処理チャンバー内に基板を配置し、
(b) その基板に接触するように、洗浄液と、前記第１の温度及び前記第１の分圧で過飽和濃度となるように前記洗浄液に溶かされた第１のガスとを含む溶液を前記処理チャンバーに供給し、
(c) 前記基板が前記溶液と接触している間に該基板を洗浄すべく該基板に音響エネルギーを供給する、
ことからなる、少なくとも１枚の基板を洗浄する方法である発明によって達成される。

前記第１のガスは好ましくは、二酸化炭素のような、音響エネルギーに起因するダメージから基板を保護するガスである。洗浄液は、脱イオン水や、ＲＣＡ溶液や、希酸や、希塩基や、半水溶性の溶剤のような半導体溶液を一般に使用することができる。さらに好ましくは、該溶液は、さらに、窒素（Ｎ_２）や酸素やヘリウムやアルゴンのような、基板からのパーティクルの除去を促進する、洗浄液に溶解された第２のガスを有する。前記第２のガスは、前記処理チャンバー内に、第２のガスの温度及び分圧にて過飽和となる量で前記洗浄液に溶かされても、溶かされなくても良い。

好ましい実施の形態においては、前記第１のガスは二酸化炭素で、液体はＤＩ水である。該溶液は、膜接触器のような、処理チャンバー以外の環境にて、ＤＩ水に二酸化炭素を溶解することによって作り出すことが出来る。この実施の形態においては、ＤＩ水に二酸化炭素が溶解されている間、膜接触器内部のガス環境は好ましくは、該膜接触器内部においてＤＩ水に溶けている二酸化炭素の量が、該膜接触器での温度及び分圧にて飽和濃度か、それよりも下の濃度となる二酸化炭素の温度及び分圧に維持される。前記液体に溶解されている二酸化炭素の量は、１００万分の５０から１００万分の２０００の範囲にすることができ、最も好ましくは、大体１００万分の１０００である。

ＤＩ水中に溶かされた二酸化炭素が、前記膜接触器内部にて二酸化炭素の分圧及び温度で飽和濃度か、それよりも下の濃度であるにもかかわらず、このＤＩ水中の二酸化炭素の量は、前記処理チャンバー内にて二酸化炭素の分圧及び温度で過飽和濃度となる。

前記膜接触器内において所望の濃度が形成されると、その溶液は、洗浄すべき基板と接触するように、前記処理チャンバーに供給される。前記処理チャンバー内のガス環境の分圧及び温度にて前記溶液中の二酸化炭素の量が過飽和濃度であるので、二酸化炭素は、が溶液から前記処理チャンバーのガス雰囲気の中に逃散する傾向となる。したがって、相当量の二酸化炭素が前記溶液から逃散し、ＤＩ水に溶けている二酸化炭素の濃度が、前記処理チャンバー内の二酸化炭素の温度及び分圧での飽和濃度に下がる前に、前記基板への音響エネルギーの供給のステップが完了することが好ましい。

処理チャンバーの中の環境は、好ましくは、空気又は窒素を含むガス環境であり、室温で大気圧である。さらに、基板に供給される音響エネルギーはメガソニック・エネルギーであることが好ましく、基板は半導体ウエハーであることが好ましい。

また、前記音響エネルギーは前記溶液を通って前記基板に伝達されることが好ましい。二酸化炭素の保護効果の結果として、本発明の方法は、半導体ウエハーの洗浄ステップの間、ポリシリコンや金属や誘電体を含む材料の繊細なライン及びトレンチ構造を含むウエハーへのダメージを最小にしてメガソニック・エネルギーを供給するために使用されることができる。

本発明の方法は、また、非浸漬式及び浸漬式の両方のタイプの処理チャンバーの基板洗浄に使用することができ、枚葉及びバッチ式の基板処理に使用することができる。非浸漬タイプの処理チャンバーにて実施される場合、基板は、大体水平に支持されることができる。この実施の形態においては、溶液は、好ましくは、前記基板の少なくとも１つの面に溶液の層を形成するように前記処理チャンバー内に供給される。そして、好ましくは、該溶液を通って前記基板に音響エネルギーが伝達される。浸漬タイプの処理チャンバーを使用した場合は前記基板は溶液中に沈められる。

他の態様においては、本発明は、
(a) 処理チャンバー内に半導体ウエハーを配置し、
(b) 洗浄液、該洗浄液に溶解されると共に前記ウエハーからのパーティクルの除去を促進する第１のガス、及び該洗浄液に溶解されると共に音響エネルギーに起因するダメージから前記ウエハーを保護する第２のガスを含む溶液を前記基板に接触するように前記処理チャンバーに供給し、
(c) 前記ウエハーを洗浄すべく、前記溶液を介して前記ウエハーに音響エネルギーを供給する、
少なくとも１枚の半導体ウエハーを洗浄する方法である。

さらに他の態様においては、本発明は、
第１のガスの第１の温度及び第１の分圧のガス環境を有する処理チャンバー；
該処理チャンバー内に少なくとも１枚の基板を支持するための支持体；
前記第１のガスを洗浄液に溶解することによって、前記第１の温度及び前記第１の分圧にて過飽和濃度となるように溶液を形成する装置；
前記支持体により支持された基板に接触するように前記処理チャンバーに前記溶液を供給するための装置；
前記支持体に支持された基板に音響エネルギーを伝達させるための音響エネルギー源；
基板が前記支持体に配置され、溶液が前記処理チャンバーに供給されて前記基板に接触したときに音響エネルギーの発生源を作動させ、相当量の第１のガスが前記溶液から逃散して、前記液体に溶解されている前記第１のガスの濃度が前記第１の温度及び第１の分圧にて飽和濃度にまで下がる前に前記溶液を介して前記基板に音響エネルギーを到達させるようにするコントローラ；
を備えた、少なくとも１枚の基板を洗浄するシステムである。

本発明に係るメガソニック洗浄方法の実施形態は幾つかの特徴を有するが、その何れも、単独でその望ましい特性を得ることはできない。特許請求の範囲により表現された本方法の範囲に制限されること無しに、そのより顕著な特徴が以下に説明される。

加えられるメガソニック・エネルギーを用いての半導体ウエハーの効果的な洗浄は、洗浄溶液中に適切な濃度で溶解されたガスを必要とする。しかしながら、先行技術の教えに反し、ウエハー・ダメージの無い最適な洗浄は、ガスが過飽和に溶解された洗浄溶液を使用することでもたらされる。ここで説明される本発明の方法は、浸漬式洗浄技術を使用したウエハーの洗浄、及び非浸漬式洗浄技術を使用したウエハーの洗浄の両方に効果的である。洗浄すべき１枚又は複数枚のウエハーは洗浄溶液の中に浸漬され、或いは代わりに、スプレイのような方法により、薄いフィルムとしてウエハー表面に洗浄溶液が供給されるかもしれない。

図１を参照すると、本発明の一実施の形態に従ったメガソニック洗浄システム１０が示されている。メガソニック洗浄システム１０は、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス発生源２０と、窒素（Ｎ_２）ガス発生源３０と、洗浄液供給源４０と、膜接触器（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）５０と、処理チャンバー６０と、メガソニック・エネルギー発生源７０とを備えている。メガソニック・エネルギー発生源７０は処理チャンバー６０の底部に連結されるように示されているけれども、処理チャンバー６０内に支持された半導体ウエハー（不図示）にメガソニック・エネルギー発生源７０がメガソニック・エネルギーを供給する間における、処理チャンバー６０に対するメガソニック・エネルギー発生源７０の特定の配置位置を本発明が限定するものではない。

本発明の一実施の形態に従って半導体ウエハーを洗浄するためのメガソニック洗浄システム１０を使用するに際し、洗浄液（脱イオン水やＲＣＡ溶液や希酸や希塩基や半水溶性の溶剤などの半導体溶液が通常使用される）が、まず、洗浄液供給源４０から膜接触器５０へ流路４１を通って供給される。他の洗浄液が本発明で使用されることができる。他のＲＣＡ洗浄液も含まれるがこれに限定されるものではない。同時に、二酸化炭素ガスが二酸化炭素ガス発生源２０から膜接触器５０に流路２１を通って供給され、窒素ガスが窒素ガス発生源３０から膜接触器５０に流路３１を通って供給される。膜接触器５０は二酸化炭素ガスや窒素ガスを洗浄液（ｃｌｅａｎｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ）中に溶解させて洗浄溶液（ｃｌｅａｎｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を形成するように作用する。本発明は、洗浄液に二酸化炭素ガスと窒素ガスとを溶解させることについて詳細に説明されているけれども、本発明はそれに限定されないことに注意すべきである。ガスの１つは、好ましくは、窒素（Ｎ_２）や酸素（Ｏ_２）やヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）や他のもののような、良好なパーティクル除去を促進するタイプである。ガスのもう一方は、好ましくは、メガソニック・エネルギーの照射の影響に伴うダメージから半導体ウエハーを保護するタイプのものである。そのようなガスの好ましい例は二酸化炭素である。さらに、それらのガスは膜接触器を使って洗浄液中に溶解されるけれども、液中にガスを溶解する他の公知の方法や装置が使用されることができる。

二酸化炭素ガスや窒素ガスが洗浄液に溶解される間、前記膜接触器５０においては、制御された温度や圧力のガス環境が維持される。その膜接触器５０のガス環境における、二酸化炭素ガスや窒素ガスの温度や分圧は制御されるので、処理チャンバー６０内のガス環境における他の方法よりも、前記膜接触器５０において、さらに多くの二酸化炭素ガスや窒素ガスが前記洗浄液に溶けるだろう。したがって、前記洗浄液に溶けている二酸化炭素や窒素ガスの量は、前記膜接触器５０におけるガス環境の温度及び分圧にとって飽和濃度か、それよりも下であるけれども、該洗浄液における二酸化炭素や窒素ガスの溶解量は処理チャンバー６０内のガス環境の温度や分圧においては過飽和濃度よりも上になるだろう。

例えば、体積比が１：１の窒素と二酸化炭素のみを含む、膜接触器５０のガス環境、並びに、空気だけを含む処理チャンバー６０のガス環境を考察する。両方のガス環境が大気圧で室温にあると仮定すれば、膜接触器５０のガス環境における二酸化炭素の分圧は、前記処理チャンバー６０のガス環境における二酸化炭素の分圧よりも大きくなるだろう。したがって、平衡状態で、膜接触器５０のガス環境に曝されている洗浄液中の二酸化炭素の濃度は、処理チャンバー６０のガス環境に曝されている洗浄液中の二酸化炭素の濃度よりも高いだろう。同じことは、溶解されている窒素ガスについても言える。

所望の洗浄溶液を形成すべく所望量の二酸化炭素ガスや窒素ガスが洗浄液中に溶解された後、その洗浄溶液は流体路５１を通って処理チャンバー６０の中に導入される。処理チャンバー６０に入れば、その洗浄溶液は、そこに支持されている１枚（又は複数枚）のウエハーと接触する。処理チャンバー６０は好ましくは、大気圧及び室温にて空気を含む。したがって、その洗浄溶液が処理チャンバー６０に到達したとき、洗浄溶液に溶解されている１又はそれ以上のガス（例えば、二酸化炭素ガスや窒素ガス）が飽和濃度を軽く超えるだろう。したがって、処理チャンバー６０のガス環境の温度や分圧で飽和濃度よりも上になっている溶解ガスは、洗浄溶液から逃散する傾向となる。しかしながら、相当量のガスが洗浄溶液から逃散して、該洗浄溶液におけるガスの量が飽和濃度に戻るまでに、なるべくなら、（後述するような）処理／洗浄を完了させる。

好ましい実施の形態においては、洗浄溶液における二酸化炭素濃度は１０００ｐｐｍであり、大気圧及び室温の空気中における二酸化炭素飽和濃度の１０００倍以上である。二酸化炭素のこの濃度は、与えられたメガソニック・エネルギーと併せて使用された時、ウエハー・ダメージの無い、非常に効率的な洗浄を実現することが実験により明らかにされている。

前記洗浄溶液が処理チャンバー６０に供給されて、該処理チャンバー６０中の半導体ウエハー（１枚又は複数枚）と接触するとすぐに、メガソニック・エネルギー発生源７０が作動される。使用される処理チャンバーのタイプに応じ、半導体ウエハーは洗浄溶液中に浸漬されるか、或いは、枚葉式処理チャンバーの場合には、前記洗浄溶液の層が前記ウエハーの表面に１層又はそれ以上供給されるかも知れない。本発明は処理チャンバーの特定のタイプに限定されるものではない。加えて、メガソニック・エネルギー発生源も、如何なる特有の形状、及び／又は位置付けに限定されない。例えば、メガソニック・エネルギー発生源はプレート状としても、細長いロッド状としても、三角形状としても、他の形状としても良い。本発明は、さらに、超音波の適用や、他の形式の音響エネルギーの適用と併せて使用されることができる。

駆動されると、メガソニック・エネルギー発生源７０は、メガソニック・音響エネルギーを作り出す。該エネルギーは、前記洗浄溶液を通って、洗浄されるべき半導体ウエハー（１枚又は複数枚）にまで伝達される。洗浄溶液中に溶解された二酸化炭素（及び又は窒素）は、ウエハー表面に伝達されるメガソニック・エネルギーによるダメージから、洗浄されるウエハーを保護するように機能する。結果として、ポリシリコンや金属や誘電体を含む材料のラインやトレンチをエッチングした後に、繊細な特許請求の範囲のウエハーに、洗浄工程においてメガソニック・エネルギーを半導体ウエハーに供給することができる。

図４Ａの図４Ｂとの比較が、洗浄溶液に溶解されるガスの１つである二酸化炭素の過飽和量の使用の有利さを示している。図４Ａ及び図４Ｂは、顕微鏡を使用した、感度の良いビット線の構造のダメージの評価を示している。図中の暗い点はウエハーのダメージを示している。図４Ａは、空気が飽和濃度である洗浄溶液を使用したことに伴うウエハー・ダメージを示している。洗浄効果は約９９％であったが、ウエハーは深刻なダメージを受けた。図４Ｂは、本発明の一実施の形態に従ったもので、二酸化炭素が過飽和濃度である洗浄溶液を使用したことに伴うウエハー・ダメージを示している。洗浄効果はこの場合も約９９％であったが、ウエハーはほとんどダメージを受けなかった。図４Ａ及び図４Ｂに示されるようにウエハーを洗浄するために使用されるプロセスにおいて、メガソニック状態は等しく、溶解されたガスを除いて、洗浄溶液は等しかった。

上述したように、本発明は、枚葉式処理チャンバーやバッチ処理チャンバー、或いは／及び浸漬又は非浸漬処理チャンバーを含む様々なタイプの処理チャンバーと共に実施されることができる。バッチタイプで浸漬式の処理タンクにも発明の本質が適用し得るという理解の下で、例として、枚葉式非浸漬タイプの処理チャンバーが検討される。

図２は、本発明に従って作成された枚葉非浸漬式のメガソニック・エネルギー洗浄装置１０１を示す。ウエハーの表面に薄い層を形成するため、図１との関係で説明したように、生成された洗浄溶液が、放出口２１４からウエハー１０６に供給される。もう一つの方法として、洗浄溶液は、ウエハー１０６の底面に供給されることもできる。放出口２１４は流体路５１（図１参照）に連結されることもできる。該メガソニック・エネルギー洗浄装置１０１は、処理タンクの壁１００に挿入された細長いプローブ１０４を有している。該処理タンクは、ウエハー１０６が本発明に従って処理される処理チャンバーを形成している。明示されるように、プローブ１０４は、一端がタンク１０１の外側に支持されている。プローブ１０４とタンク壁１００との間に挟まれた、適切なＯリング１０２が、処理タンク１０１の適切なシールを提供している。

ハウジング１２０内に保持された熱伝導部材１３４は、プローブ１０４に音響的に且つ機械的に結合されている。また、ハウジング１２０内には、熱伝導部材１３４に音響的に結合された圧電変換器１４０が保持されている。分離片１４１及び電気コネクタ１４２、１５４、１２６が変換器１４０と音響エネルギー源（不図示）との間に接続されている。ハウジング１２０は、冷却剤のための注入導管１２４及び注出導管１２２を支持しており、電気コネクタ１５４及び１２６のための開口１５２を有している。該ハウジング１２０は、プローブ１０４のための開口１３２が形成された環状プレート１１８により閉塞されている。該プレート１１８は処理タンクに取り付けられている。該処理タンクの内部には、支持体又は受容器１０８がプローブ１０４に対して平行で近接するように配置されている。受容器１０８は、色々な形態をとることができる。図示した配置は、複数のスポーク１０８ｂによって支持された外縁部１０８ａを有している。スポークは、軸１１０上に支持されたハブ１０８ｃに接続されており、該軸１１０は、処理タンクの底部壁を貫通して伸びている。タンク１０１の外部にて、軸１１０は、モータ１１２に接続されている。

細長いプローブ１０４は、音響エネルギーを効率的に伝える、石英のような比較的不活性な非汚染性材料で出来たものであることが好ましい。石英プローブを使用することは、殆どの洗浄溶液にとって満足し得るものであるが、フッ化水素酸を含む溶液は石英を食刻する可能性がある。このため、サファイア、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ガラス質炭素、ガラス様炭素被覆黒鉛、又はその他の適宜な材料で出来たプローブを石英に代えて採用しても良い。また、炭化ケイ素又はガラス質炭素のような、ＨＦに対して不活性な材料で石英を被覆してもよい。

プローブ１０４は、中実で細長くスピンドルやプローブのような洗浄部１０４ａと、基部又は後ろ部１０４ｂとを有している。プローブ１０４の断面は円形であり、好ましくは、該洗浄部１０４ａの直径は前記後ろ部１０４ｂの直径よりも小さい。好ましい実施の形態においては、後ろ部１０４ｂの後ろ面の面積は、洗浄部１０４ａの先端面の面積の２５倍である。もちろん、円形以外の断面形状を採用しても良い。小径の円柱状ロッド又は洗浄部１０４ａは、プローブ１０４ａに沿ってメガソニック・エネルギーを集中させる上で望ましい。しかしながら、プローブ１０４ａの直径は、該プローブの伝えるメガソニック・エネルギーにより作り出される機械的振動に十分耐えるべきである。望ましくは、プローブ１０４ａの直径は、加えられるエネルギーの周波数の波長に等しいか、該波長よりも小さくすべきである。この構造は、プローブに接触する液体の中にエネルギーを半径方向に導く、所望の定常表面波を生じさせる。要するに、ロッドの直径は、ロッドの長さに沿った、隔たった位置にて僅かに拡張し且つ、収縮する。好ましい実施の形態においては、ロッド１０４ａの半径は、約０．２インチであり、約０．２８インチの波長で発生させる。この形態はプローブの長さに沿ってインチ当たり３から４の波長を発生させる。

プローブの洗浄部１０４ａは、ウェハの洗浄中、ウェハ１０６の全表面積がプローブ１０４に対して露呈されるように十分に長くすることが好ましい。１つの好ましい実施の形態において、ウェハ１０６は、プローブ１０４の下方にて回転するため、洗浄部１０４ａは、少なくともウェハ１０６の中心に達するように十分に長いことが好ましい。その結果、ウェハ１０６がプローブ１０４の下方にて回転されるとき、ウェハ１０６の全表面積は、プローブ１０４の下方を通過することになる。プローブ先端からのメガソニック振動は、ウェハの中心に向けて多少の撹拌をもたらすであろうから、プローブ１０４は、ウェハ１０６の中心に達しない場合でさえ、多分、満足し得るように機能することができよう。プローブ１０４の長さは、所望の波長によっても決まる。通常、プローブの長さは、プローブ１０４に印加されるエネルギーの半波長の増分量にて変化する。好ましくは、プローブの洗浄部１０４ａは、供給されるエネルギーのインチ当たり３から４の波長を含む。この実施の形態において、プローブの洗浄部１０４ａのインチでの長さは、所望の波長を３から４の数で割ったものに等しい。変換器内の変数を要因として、変換器がその最も効果的な点にて機能するように、所望の波長が得られるように変換器１４０を調整することが必要である。

タンク１０１の外部に配置されたプローブの後側部分１０４ｂは、洗浄部１０４ａの直径よりも大きい直径となるように拡がっている。図２から図３に示した実施の形態において、プローブの後側部分の直径は、漸進的に、円筒状部分１０４ｄまで増大する。後側部分１０４ｄの端面の大きい表面積は、多量のメガソニック・エネルギーを伝導し、その後に、そのエネルギーが小径の洗浄部１０４ａ内に集中されるようにするために好ましい。

使用時、プローブ１０４が音響的に作動している間、ノズル２１４からウエハの上面に洗浄溶液（図１に関して、上記で説明したように作られたもの）が噴霧される。洗浄溶液をノズルからウェハ１０６に噴霧することに代わるものとして、タンク１０１が洗浄溶液にて充填されるようにしても良い。その噴霧式の方法の場合、液体はプローブ１０４の下側部分と回転するウェハ１０６の隣接する上面との間にメニスカス２１６を形成する。そのメニスカス２１６はプローブの断面の下側部分を湿らせる。断面の湿った部分により画成される円弧の寸法は、洗浄溶液中で使用される液体の性質、プローブ１０４を製造するために使用される材料、ウェハ１０６とプローブ１０４の下縁部との間の垂直距離に伴って変化する。

前記洗浄溶液は、パーティクルを遊離させるために前記プローブ１０４内のメガソニック・エネルギーを前記ウエハー表面に伝導せしめる媒質となっている。これらの遊離されたパーティクルは、連続的に流れる噴霧液及び回転するウェハ１０６によって洗い流される。液体の流れが中断されるとき、洗浄溶液がウエハ１０６から放り出される遠心力によってある程度の乾燥作用が得られる。もう一つの方法として、メガソニック・エネルギー発生源が配置される側とはウエハーの反対側に、本発明の洗浄溶液、或いは他の洗浄媒質を供給することができる。本実施の形態では、ウエハーの反対側をも洗浄する十分なパワーでメガソニック・エネルギーを供給することが好ましい。

上述したように、二酸化炭素ガスや窒素ガスの相当量が洗浄溶液から逃散して、該洗浄溶液中のこれらのガスの量が飽和濃度に戻るまでに、メガソニック・エネルギーを与えることによるウエハーの処理／洗浄が完了される。該洗浄溶液中に飽和濃度で溶解された二酸化炭素（及び又は窒素）は、洗浄されるウエハーを、該ウエハーの表面に伝達されるメガソニック・エネルギーに伴うダメージから保護するために機能する。全ての機能は、完全にプログラムされたプロセッサ或いはコントローラにより達成される。

本発明は、当業者が簡単にそれを製造できると共に使用できるように、十分に詳しく説明され図示されているけれども、様々な代案や修正や改良が本発明の精神及び範囲から逸脱すること無しに容易に明白にされるべきである。具体的には、本発明は、洗浄液への２つのガスの導入に限定されるものではなく、処理チャンバーの環境にて過飽和濃度となるように、洗浄液にたった１つのガスが溶かされている場合も包含する。さらには、付加したガスが洗浄液に存在し、及び／又は、洗浄液が液体の混合物であることも可能である。

図１は、本発明の一実施の形態に従ったメガソニック洗浄システムの概略図である。 図２は、本発明の一実施の形態に従った、非浸漬式枚葉メガソニック洗浄装置の左側面図である。 図３は、図２に示された装置の左側面断面図である。 図４Ａは、先行技術のメガソニック洗浄工程を使用して洗浄された、エッチラインでダメージを受けた半導体ウエハー表面の顕微鏡画像であり、図４Ｂは、本発明の一実施の形態に従って洗浄された、エッチラインでダメージを受けていない半導体ウエハーの顕微鏡画像である。

Claims (20)

1. (a) 第１のガスのための第１の温度及び第１の分圧のガス環境を有する処理チャンバー内に基板を配置し、
   (b) 音響エネルギー源を配置し、
   (c) その基板の表面に溶液のフィルムを形成するように、洗浄液と、前記第１の温度及び前記第１の分圧で過飽和濃度となるように前記洗浄液に溶かされた第１のガスとを含む溶液を前記基板の表面に供給すると共に、該フィルムに前記音響エネルギー源を接触させ
   (d) 前記基板が前記溶液と接触している間に該基板を洗浄すべく、前記音響エネルギー源によって前記溶液を介して該基板に音響エネルギーを供給する、
   ことからなる、少なくとも１枚の基板を洗浄する方法。
2. 前記溶液中の前記第１のガスの濃度が、前記第１の温度及び前記第１の分圧での飽和濃度にまで下がる前に、ステップ(d) が完了する、請求項１の方法。
3. 前記第１のガスが二酸化炭素である、請求項１の方法。
4. 前記洗浄液における前記二酸化炭素の過飽和濃度は、１００万分の５０から１００万分の２０００の範囲である、請求項３の方法。
5. 前記洗浄液における前記二酸化炭素の過飽和濃度は １００万分の１０００である、請求項４の方法。
6. 第２の温度及び第２の分圧にて前記第１のガスが、飽和濃度か、それよりも下の濃度になるような量に、前記第１のガスを前記洗浄液に溶かすことによって前記第１のガスの第２の温度及び第２の分圧を有するガス環境の中に前記溶液を作ることをステップ(c) の前に行う、請求項１の方法。
7. 前記第１のガスは膜接触器を通り抜けて前記洗浄液に溶解される、請求項６の方法。
8. 前記基板は半導体ウエハーであり、ステップ(b)−(d)
   は、前記ウエハーが、ポリシリコンや金属や誘電体を含む材料のラインやトレンチのエッチングを受けた後に実行される、請求項１の方法。
9. 前記溶液は、さらに前記洗浄液に溶解された第２のガスを有する、請求項１の方法。
10. 前記第１のガスは、前記音響エネルギーに起因するダメージから前記基板を保護し、前記第２のガスは、該基板からのパーティクルの除去を促進する、請求項９の方法。
11. 前記第２のガスは、前記処理チャンバーのガス環境の前記第１の温度及び分圧にて過飽和濃度となるように前記洗浄液に溶かされる、請求項９の方法。
12. 前記音響エネルギーはメガソニック・エネルギーである、請求項１の方法。
13. 前記処理チャンバーは大気圧又は大気圧に近い、請求項１の方法。
14. 前記処理チャンバーのガス環境は空気を含む、請求項１の方法。
15. 前記ウエハーは前記処理チャンバー内にて大体水平な方向に支持されている、請求項１の方法。
16. 前記溶液中の前記第１のガスの濃度が、前記第１の温度及び前記第１の分圧での飽和濃度にまで下がる前に、ステップ(d) が完了し；
    前記溶液は、前記第１のガスの第２の温度及び第２の分圧を有するガス環境の中に前記洗浄液を供給し、前記第２の温度及び前記第２の分圧にて前記第１のガスが、飽和濃度か、それよりも下の濃度になるような量に、前記第１のガスを前記洗浄液に溶かすことによってステップ(c) の前に作り出され；
    前記第１のガスは二酸化炭素であり；
    前記溶液は、前記基板からパーティクルを除去することとなる、前記洗浄液に溶かされた第２のガスをさらに含み；
    前記ステップ(b) ―(d) は、基板が金属ラインのエッチステップを受けた後に実行され、
    前記処理チャンバーのガス環境は空気を含み；
    該処理チャンバー内のガス環境の圧力は大気圧かそれに近い、
    請求項１の方法。
17. 前記洗浄液は、脱イオン水、ＲＣＡ溶液、希酸、希塩基、及び半水溶性の溶剤からなるグループから選択される、請求項１の方法。
18. 前記音響エネルギー源はプローブを含み、
    前記ステップ(b) では、前記基板にごく接近するように前記プローブを配置し、
    前記ステップ(c) では、前記溶液のフィルムが前記プローブと接触する、
    請求項１の方法。
19. 前記プローブは細長い、請求項１８の方法。
20. 前記ステップ(b) では、前記プローブは、前記基板の表面にごく接近すると共に平行に配置される、
    請求項１８の方法。

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