JP4787003B2 - ポンプを冷却する方法及びシステム - Google Patents

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Description

本願は、本願と同日に出願された、弁理士整理番号ＳＳＩＴ−１１７、”超臨界流体を使用して基板を処理する方法及びシステム”と題する同時係属の米国特許出願第１０／９８７，０６６号に関する。この出願の全内容は本願明細書にその全体を参考文献として援用する。
本発明は、超臨界流体を使用して基板を処理するためのシステム、及びより詳細には高温超臨界流体を流動させるためのシステムに関する。
集積回路（ＩＣ）用半導体デバイスの組立ての間に、パターン・エッチング及び被着処理の両方を含む材料処理段階のシーケンスが行われ、これにより、材料は、それぞれ、基板表面から除去されるか又は基板表面に加えられる。例えば、パターン・エッチング中に、例えば、フォトリソグラフィーを使用する、フォトレジストのような放射感光材料のマスク層に構成されたパターンは、マスク層に対して下に敷く材料フィルムの選択的な除去を促進するために物理及び化学処理の組合せを使用して、下敷きの薄い材料フィルムに転写される。
その後、残りの放射感光材料、すなわちフォトレジスト、及び硬化したフォトレジスト及び他のエッチング残留物のようなポスト・エッチング残留物は１つ以上のクリーニング処理を使用して除去される。慣用的に、これらの残留物は酸素プラズマのプラズマ・アッシングを行うことによって除去される。引き続いて、剥離化学薬品の液体浴内に基板を浸漬させることによって湿式クリーニングが行われる。
最近まで、乾式プラズマ除灰及び湿式クリーニングは、半導体処理中に蓄積された残留物及び汚染物質の除去のために十分であることが判明していた。しかしながら、ＩＣのための最近の進歩は、約４５〜６５ナノメーター(nm)より小さな形状構成寸法のような湿式クリーニングにとって承認し得る形状構成寸法より小さなエッチング形状構成にとっての臨界寸法の減少を含む。さらにまた、低誘電率（低ｋ）材料のような新材料の到来は、プラズマ露出の間に損傷するこれらの感受性によるプラズマ灰の使用を制限する。
従って、現在、ドライ・プラズマ・アッシング及び湿式クリーニングを代替するための開発に興味が注がれている。一つの関心は溶剤のための、あるいは他の残留物除去成分のためのキャリヤとして超臨界流体を利用した乾式クリーニングの開発を含む。現在、本発明は、慣用の処理は、例えば、基板からのクリーニング残留物、特にこれらの基板は複雑なエッチング処理を受けるか、あるいは高アスペクト比形状構成を有する。
本発明は、超臨界流体を使用して、基板を処理するためのシステムを提供する。一実施形態においては、本発明は高温超臨界流体を使用して基板を処理するための流体流動システムを提供する。超臨界流体の温度は約８０℃以上である。
別の実施形態によれば、流体流動システムは、高圧処理システムに連結され、かつ８０℃以上の流体温度で超臨界流体を前記高圧処理システムに供給するように構成された第１流動配管と；前記第１流動配管に連結され、かつ前記第１流動配管によって前記超臨界流体を前記高圧処理システムに移動させるように構成され、冷媒を受容するように構成された冷媒入口と、前記冷媒を排出するように構成された冷媒出口と、を備える高温ポンプと；前記冷媒入口に連結され、かつ前記冷媒の冷媒温度を前記超臨界流体の前記流体温度以下に下降させるように構成された熱交換器と；を含む。
以下の記載では、本発明をより良い理解を容易にし、かつ限定する目的ではなく説明目的のために、処理システムの特定の幾何形状及びシステム構成要素の様々な説明のような特定の詳細を記載した。しかしながら、本発明はこれらの特定の詳細から離れた他の実施形態で実施し得ることを理解すべきである。
ここで図面を参照すると、幾つかの図面に亘って、類似した参照符号は等価又は対応する部品を示す。図１は本発明の実施形態による処理システム１００を示す。図示した実施形態では、処理システム１００は、８０℃に等しいか又は高い流体の臨界温度より高く上昇した温度で、処理化学薬品薬品のような他の添加物で又は無しで超臨界状態にある流体のような高圧流体で基板１０５を処理するように構成される。処理システム１００は、これらの全てが基板１０５を処理するように構成される、処理チャンバ１１０、流体流動システム１２０、処理化学薬品薬品供給システム１３０、高圧流体供給システム１４０、及び制御装置１５０を備える。制御装置１５０は、処理チャンバ１１０、流体流動システム１２０、処理化学薬品反応供給システム１３０、及び高圧流体供給システム１４０に連結し得る。あるいは、又は加えて、制御装置１５０は１つ以上の制御装置／コンピュータ（図示せず）に連結し得る。また、制御装置１５０は更なる制御コンピュータからセットアップ及び／又は構成情報を得ることができる。
図１では、単独の処理要素（１１０、１２０、１３０、１４０及び１５０）が示されているが、これは本発明に必要ではない。処理システム１００は、独立した処理要素に加えて、これらの独立した要素と協働する任意数の制御装置を具備する任意数の処理要素を備え得る。制御装置１５０は任意数の処理要素（１１０、１２０、１３０及び１４０）を構成するように使用し得る。また、制御装置１５０は処理要素からのデータを集め、処理し、記憶し、及び表示し得る。
制御装置１５０は、処理要素の１つ以上を制御するために多くのアプリケーションを備え得る。例えば、制御装置１５０は、使用者が１つ以上の処理要素を監視及び／または制御可能な使用し易いインタフェースを与え得るグラフィック・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）構成要素（図示せず）を含み得る。
図１をなお参照すると、流体流動システム１２０は、処理チャンバ１１０を通じて供給源１３０及び１４０からの流体及び化学薬品を流すように構成される。流体流動システム１２０は、第１流動配管６２０によって処理チャンバ１１０から及び逆に流体及び化学薬品が再循環する再循環システムとして示されている。この再循環は多くの用途のための最も好ましい構成であろうが、これは本発明に必ずしも必要ではない。流体、特に安価な流体は、処理チャンバ１１０を一度通過して廃棄し得る。それは処理チャンバ内への再入のため再調整するより、より効率的かもしれない。従って、流体流動システムは例示的実施形態では再循環システムとして説明されているが、或る場合には、非循環システムで置換し得る。この流体流動システムすなわち再循環システム１２０は、流体流動システム１２０を通じて、及び処理チャンバ１１０を通じて処理溶液の流れを制御するための１つ以上のバルブ（図示せず）を含み得る。この流体流動システム１２０は、処理する溶液のために特定温度、圧力又は両方を維持し、流体流動システム１２０及び処理チャンバ１１０を通じて処理溶液を流すために、任意数の逆止バルブ、フィルター、ポンプ、及び／又はヒーター（図示せず）を備え得る。更に、流体流動システム１２０内に設けられた多くの構成要素の中の何れか１つは、特定処理温度と一致する温度まで加熱し得る。
流体流動又は再循環ポンプのような幾つかの構成要素は適切な機能を可能にするために冷却を要し得る。例えば、超臨界処理の間に高圧力及び清浄状態での処理性能のために必要とする仕様を有する幾つかの入手可能なポンプは、温度が制限された構成要素を備える。したがって、流体及び構造体の温度が上昇すると、ポンプの冷却はその機能を維持するために必要とされる。高圧処理システム１００を通じて超臨界流体を循環させる流体流動システム１２０は、高圧処理チャンバ１１０に連結され、かつ８０℃以上の流体温度で高圧処理チャンバ１１０に超臨界流体を供給するように構成された第１流動配管６２０、及び第１流動配管６２０に連結されて、図６Ａ及び図６Ｂを参照して以下に示し且つ説明する高温ポンプ６００を備え得る。高温ポンプは第１流動配管６２０を通じて、高圧処理チャンバ１１まで超臨界流体を移動させるように構成し得る。ここで。高温ポンプは冷媒を受容するように構成された冷媒入口と、冷媒を排出するように構成された冷媒出口と、を備える。冷媒入口に連結された熱交換器は超臨界流体の流動温度以下の温まで冷媒の冷媒温度を下降させるように構成し得る。
図６Ａに示すように、第１流動配管６２０からの高圧流体を、熱交換器６３０を通じて、ポンプ６００を通じて、及び第１流動配管６２０に戻るように高圧処理流体チャンバ１１０（又は２１０）に方向転換することによって、流体流動システム１２０（又は図２を参照して以下に説明するような２２０）と協働する高温ポンプ６００を冷却するために一つの実施形態が提供される。例えば、ポンプ６００内に収容されたポンプ・インペラー６１０は、第１流動配管６２０の吸込み側６２２から、入口６１２から出口６１４を経て第１流動配管６２０の圧力側まで高圧流体を移動させ得る。高圧流体の一部は、入口バルブ６２８によって方向転換することができ、熱交換器６３０を通じて、そして冷媒入口６３２を通じてポンプ６００に入ることができる。その後、冷却に利用される高圧流体の一部は冷媒出口６３４でポンプ６００から出て、出口バルブ６２６によって第１流動配管６２０に戻ることができる。
別様に、図６Ｂに示すように、別の実施形態が、二次流動配管６４０を使用してポンプ６００を冷却するために提供される。超臨界流体のような高圧流体は、流体源（図示せず）から熱交換器６３０（流体の温度を低下させるために）を通じて導かれ、そして、次に、冷媒入口６３２を通じてポンプ６００に入り、ポンプ６００を通過し、冷媒出口６３４を出て、及び排出システム（図示せず）まで続く。流体源は、超臨界ニ酸化炭素源のような超臨界流体源を含み得る。流体源は、図１（又は図２）に示した高圧流体供給システム１４０（又は２４０）の部材とし得る。排出システムはベントを含み得るか、あるいは排出システムは熱交換器６３０及びポンプ６００を通じて高圧流体を再循環させるように構成された再循環システムを含み得る。
更に別の実施形態では、図６Ａ及び図６Ｂに描かれたポンプは、図７に提供されたポンプ組立体を含み得る。図７に示すように、ブラシレスのコンパクトな缶詰ポンプ組立体７００はポンプ部分７０１及びモーター部分７０２を有して示される。
モーター部分７０２はポンプ部分７０１を駆動する。ポンプ部分７０１は、ポンプ部分７０１内で回転する遠心インペラー７２０を組み込んでいる。それは内部ポンプハウジング７０５及び外部ポンプハウジング７１５を含む。入口７１０（ポンプ組立体７００の吸込み側）は、インペラー７２０にポンプ流体を伝える。また、インペラー７２０は、出口７３０（ポンプ組立体７００の圧力側）に流体を汲む。モーター部分７０２は、ステーター７７０及びローター７６０を具備する電気モーターを含む。電気モーターは速度及び／又は負荷特性が変更可能である可変速電動機とし得る。あるいは、電気モーターは誘導電動機とし得る。ローター７６０は、非磁性ステンレス鋼スリーブ７８０内部で構成される。ローター７６０は流体との接触からそれを分離するのに缶封される。ローター７６０は、好ましくは１．５インチと２インチの間の直径を有する。ステーター７７０も汲み上げられる流体からそれを分離するために缶封される。インペラー７２０の端部に取り付けられる箇所では、ポンプシャフト７５０はモーター部分７０２からポンプ部分７０１まで遠くに延在する。ポンプシャフト７５０は、ステンレス鋼スリーブ７８０によってトルクが伝えられるように、ステンレス鋼スリーブ７８０に溶接し得る。インペラー７２０は、好ましくは１インチ〜２インチの間の直径を有しており、回転ブレードを含む。ローター７６０は、例えば、毎分６０，０００回転（ｒｐｍ）の最大速度を有し得る。しかしながら、より早くも又は遅くもし得る。勿論、他の速度及び他のインペラー寸法は異なる流量を達成する。ブラシレスＤＣ技術によれば、ステーター７７０の巻線を流過する電流によって生成される電磁界によってローター７６０は作動される。動作中に、ポンプシャフト７５０は、流体を汲むためにモーター部分７０２からポンプ部分７０１にトルクを伝える。モーター部分７０２はポンプ組立体７００を作動させるのに適した電気制御装置（図示せず）を含み得る。電気制御装置（図示せず）は、ステーター７７０の巻線を連続して付勢又は励磁するために整流制御装置（図示せず）を含み得る。
ローター７６０はエポキシ樹脂に入れられ、流体からローター７６０を孤立させるためにステンレス鋼スリーブ７８０で包まれる。ステンレス鋼スリーブ７８０は高圧及び実質的に気密シールを作り出す。ステンレス鋼スリーブ７８０は高腐食抵抗を有しており、まさに高温で高強度を維持する。これは、実質的に粒子の生成を除去する。クロム、ニッケル、チタン及び他の要素も各々異なる特性と共に、一連のステンレス鋼等級を作り出すために量を変えてステンレス鋼に加え得る。
ステーター７７０はエポキシ樹脂に入れられ、かつ重合体スリーブ７９０によって流体から密封される。重合体スリーブ７９０は好ましくはＰＥＥＫＴＭ（ポリエーテルエーテルケトン）スリーブである。ＰＥＥＫＴＭスリーブは、ステーター７７０用ケーシングを構成する。重合体スリーブ７９０は例外的に強く、高度交差結合されたエンジニアリング熱可塑性物質であるため、それは超臨界状態でさえ二酸化炭素による化学薬品による攻撃及び浸透に抵抗し、実質的に粒子の生成を除去する。さらにまた、ＰＥＥＫＴＭ材料は低摩擦係数を有しており、本質的に難燃剤である。合金を含む他の高温及び耐食性材料は流体からステーター７７０を密封するために使用し得る。
ポンプシャフト７５０は第１腐食抵抗軸受７４０及び第２腐食抵抗軸受７４１により支持される。軸受７４０及び７４１は、セラミック軸受、ハイブリッド軸受、完全捕捉軸受(full complement bearings)、金属薄片ジャーナル軸受、あるいは磁気軸受とし得る。軸受７４０及び７４１はCronidur（登録商標）３０で作られた軸受レースと組み合わされたシリコン窒化ボール製とし得る。
さらに、ポンプ組立体７００は冷媒入口７９９、及び冷却用ポンプ組立体７００を通じて冷媒の流れを可能にするように構成された冷媒出口８００を含む。
図１を再び参照すると、処理システム１００は高圧流体供給システム１４０を備え得る。高圧流体供給システム１４０は流体流動システム１２０に連結し得るが、これは必要ではない。別用の実施形態では、高圧流体供給システム１４０は別様に構成し、かつ別様に連結し得る。例えば、流体供給システム１４０は、処理チャンバ１１０に直に連結し得る。高圧流体供給システム１４０は超臨界流体供給システムを含み得る。本願明細書に引用されるような超臨界流体は、流体が臨界圧力に等しいか又は上、かつその相線図上の臨界温度に等しいか又は上、に維持される時に存在する状態である、流体が超臨界状態にある流体である。こうした超臨界状態では、流体は或る特性を有する。その１つは表面張力の実質的な欠如である。従って、本願明細書で引用されたような、超臨界流体供給システムは、処理チャンバが制御されつつある圧力及び温度における超臨界状態を想定した流体を送給するものである。更にまた、少なくとも臨界点で又は該臨界点近くで、流体は実質的に超臨界状態にあり、この状態では、流体の特性は、遂行される処理における自体の利点を実現するために十分であり、かつ十分長く存在する。例えば、二酸化炭素は、３１℃の温度で約１０７０ｐｓiに等しいか又はより上で維持される時には超臨界流体である。処理チャンバにおける流体のこの状態は約８０℃以上の温度で２０００〜１００００ｐｓiにおいて処理チャンバを作動させることによって維持し得る。
上述したように、流体供給システム１４０は二酸化炭素供給システムとし得る。例えば、流体供給システム１４０は流体用の臨界圧に実質的に近い圧力を有する高圧流体を導くために構成し得る。さらに、流体供給システム１４０は超臨界状態で二酸化炭素のような超臨界流体を導くために構成し得る。さらに、例えば、流体供給システム１４０は、ほぼ二酸化炭素の臨界圧から１０，０００のｐｓiまでの圧力範囲で、超臨界二酸化炭素のような超臨界流体を導くために構成し得る。本発明の広範な実施で有用な他の超臨界流体の種類の例は、（上述したような）二酸化炭素、酸素、アルゴン、クリプトン、キセノン、アンモニア、メタン、メタノール、ジメチルケトン、水素、水、及び硫黄六フッ化物を含むが、これに限定されない。流体供給システムは、例えば、超臨界流体を生成するために二酸化炭素源（図示せず）及び複数の流量制御要素（図示せず）を備え得る。例えば、二酸化炭素源は二酸化炭素送給システムを含み得る。また、流動制御要素は供給配管、バルブ、フィルター、ポンプ及びヒーターを含み得る。流体供給システム１４０は、処理チャンバ１１０内に流れ込む超臨界二酸化炭素の流れを可能にするか又は防ぐために開閉するように構成される入口弁（図示せず）を備え得る。例えば、制御装置１５０は圧力、温度、処理時間及び流量（流速）のような流体パラメータを決定するために使用し得る。
図１をなお参照すると、処理化学薬品薬品供給システム１３０は流体流動システム１２０に連結されるが、これは本発明に必要ではない。別様の実施形態では、処理化学薬品薬品供給システム１３０は別様に構成し得るものであり、かつ処理システム１００中の異なる要素に連結し得る。処理化学薬品薬品は、処理化学薬品薬品供給システム１３０によって、基板特性に応じて変る比率で流体供給システム１４０によって導かれた流体内に導かれる。化学薬品が使用され、かつ処理は処理チャンバ１１０内で行われる。通常、比率は体積当り１対１５％であり、約１リットルの体積を有するチャンバ、再循環システム及び協働する配管に対しては、大抵の場合に約１０〜１５０ミリメートルの量になるが、この比率は高くも低くもし得る。
処理化学薬品薬品供給システム１３０は下記処理成分の１つ以上を導くように構成し得るが、以下のものに限定されない。汚染物質、残留物、硬化した残留物、フォトレジスト、硬化したフォトレジスト、アッシング後の残留物、化学薬品機械研磨（ＣＭＰ）後の残留物、研磨後の残留物、あるいは注入後の残留物又はこれらの任意の組み合わせを除去するための成分をクリーニングする段階と；微粒子を除去するための成分をクリーニングする段階と；薄膜、多孔性薄膜、多孔性低誘電率材料、又は空隙誘電体、あるいはこれらの任意の組合せのための成分を乾燥させる段階と；誘電性薄膜、金属薄膜、あるいはこれらの任意の組合せを準備するための成分をフィルム構成する段階と；低誘電率（低ｋ）フィルムの誘電率の回復のための成分を治療する段階と；多孔性のフィルムを密封するための成分の密封；あるいはこれらの任意の組合せ。さらに、処理化学薬品薬品供給システム１３０は溶剤、共通溶剤、界面活性剤、腐食液、酸、基礎、キレート化剤、酸化剤、フィルムを構成する前駆物質、あるいは還元剤を減じるか又はこれらの組合せを導くように構成し得る。
処理化学薬品薬品供給システム１３０は、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジグリコールアミン、ヒドロキシルアミン、ジイソプロピルアミン、トリイソプロピルアミン、第三アミン、カテコール、フッ化アンモニウム、フッ化水素アンモニウム、オゾン、プロピレングリコールモノエーテル酢酸塩、アセチルアセトン、二塩基エステル、エチル乳酸塩、ＣＨＦ３、ＢＦ３、ＨＦ、化学薬品を含む他のフッ素、あるいはこれらの混合物を導入するように構成し得る。有機溶媒のような他の化学薬品は、有機材料を除去するために独立して又は上記の化学薬品と共に利用し得る。有機溶媒は、例えば、アルコール、エーテル、及び／又はアセトンのようなグリコール、ジアセトンアルコール、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、エチレングリコール、メタノール、エタノール、プロパノール、あるいはイソプロピルアルコール (IPA)を含み得る。更なる詳細については、１９９８年５月２７日に出願され、かつ”超臨界二酸化炭素を使用した、半導体からのレジスト又は残留物の除去”と題する米国特許第６，３０６，５６４号明細書と、１９９９年９月３日に出願され、かつ”超臨界二酸化炭素処理を使用した、半導体からのフォトレジスト及びフォトレジスト残留物の除去”と題する米国特許第６，５０９，１４１号明細書と、を参照のこと。両者は参考文献として本願明細書に援用される。
処理化学薬品薬品供給システム１３０は処理チャンバ内の超臨界クリーニング溶液を生成するためのクリーニング化学薬品を作り出すためにクリーニング化学薬品組立体（図示せず）を備え得る。クリーニング化学薬品は過酸化物及びフッ化物源を含み得る。例えば、過酸化物は、過酸化水素、過酸化ベンゾイル、あるいは他の適切な過酸化物を含み得る。また、フッ化物源はそのフッ化塩（フッ化アンモニウム塩類のような）、フッ化水素、フッ化物付加物（有機アンモニウムフッ化物付加物）、及びこれらの組合せを含み得る。フッ化物源の更なる詳細及びフッ化物源を有する超臨界処理溶液を生成する方法は、２００３年５月２０日に出願され、かつ”フォトレジスト及び残留物除去のためのアンモニウムフッ化物及び超臨界流体内のフッ化水素”と題する米国特許出願第１０／４４２，５５７号と、２００２年１２月１６日に出願され、かつ「フォトレジストポリマー及び残留物除去のための超臨界流体内のフッ素化合物”と題する米国特許出願第１０／３２１，３４１号と、の両方が本願明細書組に参考文献として援用される。
更にまた、処理化学薬品薬品供給システム１３０は、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセタミド(DMAc)、ガンマ−ブチロラクトン(BLO)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、エチレンカーボネート (EC)、Ｎ−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルピペリドン、プロピレンカーボネート、及びアルコール（メタノール、エタノール及び２プロパノールのような）１つ以上の超臨界溶液内に導き得る、キレート剤、錯化剤及び他のオキシダント、有機及び向き酸化物を導くように構成し得る。さらにまた、処理化学薬品薬品供給システム１３０は、処理チャンバ内の超臨界濯ぎ溶液を生成するための濯ぎ化学薬品を供給するために濯ぎ化学薬品組立体（図示せず）を備え得る。濯ぎ化学薬品は、アルコールとケトンを含む、１つ以上の有機溶媒を含み得るが、これに限定されない。
さらにまた、処理化学薬品薬品供給システム１３０は、処理チャンバ内の超臨界濯ぎ溶液を生成するための濯ぎ化学薬品を供給するために濯ぎ化学薬品組立体（図示せず）を備え得る。濯ぎ化学薬品は、アルコールとケトンを含む、１つ以上の有機溶媒を含み得るが、これに限定されない。一実施形態では、濯ぎ化学薬品は、英国、レークコート、ハーシーウィンチェスターＳ０２１ ２ＬＤのデガッサ・スタンロー会社のような多数のベンダーから購入し得る、チオシクロペンタン−１、１−ジオキシド、（シクロ）テトラメチレンスルホラン及び２、３、４、５−テトラヒドロチオフェン−１、１−二酸化物としても知られたスルホランを備え得る。
さらにまた、処理化学薬品薬品供給システム１３０は、硬化、洗浄、治療（又は）、又は密封、又は任意の組合せ、低誘電体均一フィルム（多孔質又は非多孔質）のための処理化学薬品薬品を導くように構成し得る。この化学薬品は、 ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、クロロトリメチルシラン (TMCS)、トリクロロメチルシラン(TCMS), ジメチルシリルジエチルアミン (DMSDEA), テトラメチルジシラザン (TM DS)、 トリメチルシリルジメチルアミン (TMSDMA), ジメチルシリルジメチルアミン (DMSDMA、 トリメチルシリルジメチルアミン(TMSDEA)、 ビストリメチルシリルウレア (BTSU)、 ビス（ジメチルアミノ）メチルシラン(B[DMAJMS]、ビス（ジメチルアミノ）ジメチルシラン(B[DMADS]、 HMCTS、 ジメチルアミノペンタメチルジシラン(DMAPMDS)、ジシラーアザ−シクロペンタン（ＴＤＡＣＰ）、ジシラ−オザ（oza）-シクロペンタン（ＴＤＯＣＰ）、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭ ＯＳ）、ビニルトリメトキシシラン（ＶＴＭ ＯＳ）、トリメチルシリルイミダゾール（ＭＳＩ）を含み得る。さらに、化学薬品はＮ−ｔｅｒｔ−ブチル−１、１−ジメチル−１−（２、３、４、５−テトラメチル−２、４−シクロペンタジエン−１−イル）シランアミン、１、３−ジフェニル−１、１、３、３−テトラメチルジシラザン、あるいはタート−ブチルクロロジフェニルシランを含み得る。更なる詳細については、２００３年１０月１０日出願の”誘電体フィルムを処理するための方法及びシステム”と題する米国特許出願第１０／６８２，１９６号と、２００３年３月４日出願の”ウェーハ処理における低誘電体材料を不動体化する方法”と題する米国特許出願第１０／３７９，９８４号と、を参照のこと。両者は参考文献として本願明細書に援用される。
さらに、処理化学薬品薬品供給システム１３０は、例えば、クリーニング処理中に過酸化物を導くように構成し得る。過酸化物は有機過酸化物、無機過酸化物、あるいはこれらの組合せを含み得る。例えば、有機過酸化物は２つのブタノン過酸化物を含み得る；２、４−過酸化物；ｔ−ブチル・ヒドロ過酸化物；過酸化ベンゾイル；あるいはｍ−クロロ過酸化物（ｍＣＰＢＡ）。他の過酸化物は過酸化水素を含み得る。
処理チャンバ１１０は、流体供給システム１４０からの流体に基板１０５を露させることにより又は処理化学薬品供給システム１３０からの処理化学薬品により、あるいは処理空間１１２内でこれらの組合せにより、基板１０５を処理するように構成し得る。さらに、処理チャンバ１１０は上部組立体１１４及び下部組立体１１５を含み得る。
上部組立体１１２は、処理チャンバ１１０、基板１０５又は処理流体、あるいはこれらの２つ以上の組合せのためのヒーター（図示せず）を備え得る。あるいは、ヒーターは必要ではない。さらに、上部組立体１１２は、処理チャンバ１１０を通じて処理流体を流すための流動構成要素を含み得る。一例では、円形流動パターンを設置し得る。あるいは、流体を流すための流動構成要素は異なる流動パターンに影響を与えるように別様に構成し得る。あるいは、上部組立体１１２は処理チャンバ１１０を充填するように構成し得る。
下部組立体１１５は、基板１０５を積載するおよび荷下しするためにプラテン１１６を翻訳することおよび上院組立体（アセンブリー）１１４を備えたシール下院組立体（アセンブリー）１１５のために基板１０５および駆動機構１１８を支持するために形成されたプラテン１１６を含むことができる。プラテン１１６も基板１０５を処理する前、処理中、及び／又は処理後に加熱又は冷却するように構成し得る。例えば、プラテン１１６は、約８０℃以上にプラテンの温度を上昇させるように構成された１つ以上のヒーター・ロッドを含み得る。さらに、下部組立体１１５は、基板積載及び積載解除の間にプラテン１１６の上側表面から基板１０５を移動させるためのリフト・ピン組立体を含み得る。
さらに、制御装置１５０は、処理チャンバ１１０、流体流動システム１２０（又は再循環システム）、プラテン１１６、高圧流体供給システム１４０、あるいはプロセス化学供給システム１３０の１つ以上に連結された温度制御装置を含む。温度制御装置は、これらのシステムの１つ以上に埋め込まれ、かつ約８０℃以上に超臨界流体の温度を約８０℃以上に上昇させるように構成される。加熱要素は、例えば、抵抗加熱法要素を含み得る。
移送システム（図示せず）はスロット（図示せず）を通じて、処理チャンバ１１０内に、及びこのチャンバ１１０から基板を移動させるように使用し得る。一例では、スロットはプラテン１１６を移動させることにより開閉し得る。また、別の例では、ゲートバルブ（図示せず）を使用してスロットは制御し得る。
基板は半導体材料、金属材料、誘電材料、セラミック材料、あるいはこれらの２つ以上の組合せを含み得る。半導体はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｉ／Ｇｅ、あるいはＧａＡｓを含み得る。金属材料は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｔｉ及び／又はＴａを含み得る。誘電材料は、シリカ、二酸化ケイ素、水晶、酸化アルミニウム、サファイア、低誘電率材料、テフロン（登録商標）及び／又はポリイミドを含み得る。セラミック材料は酸化アルミニウム、炭化ケイ素等を含み得る。
処理システム１００は圧力制御システム（図示せず）も備え得る。圧力制御システムは処理チャンバ１１０に連結し得るが、これは必要ではない。別様の実施形態では、圧力制御システムは別様に構成、かつ別様に連結し得る。圧力制御システムは、処理チャンバ１１０を真空にするため及び／又は処理チャンバ１１０内の圧力を制御するための１つ以上の圧力バルブ（図示せず）を含み得るあるいは、圧力制御システムは１つ以上のポンプ（図示せず）をも含み得る。例えば、１つのポンプは処理チャンバ内の圧力を増加させるために使用し得るものであり、別のポンプは処理チャンバ１１０を真空にするために使用し得る。別の実施形態では、圧力制御システムは処理チャンバを密封するためのシールを備え得る。さらに、圧力制御システムは基板１０５及び／又はプラテン１１６を上昇及び下降させるエレベータを備え得る。
更に、処理システム１００は排ガス制御システムを備え得る。排ガス制御システムは処理チャンバ１１０に連結し得るが、これは必要ではない。別の実施形態では、排ガス制御システムは別様に構成、かつ別様に連結し得る。排ガス制御システムは排気ガス収集ベッセル（図示せず）を含み得るものであり、かつ処理流体から汚染物質を除去し得る。あるいは、排ガス制御システムは処理流体を再利用するために使用し得る。
ここで、図２を参照すると、処理システム２００は別の実施形態により表されている。図示した実施形態では、処理システム２００は処理チャンバ２１０、再循環システム２２０、処理化学薬品供給システム２３０、流体供給システム２４０、及び制御装置２５０を備える。これらの全ては基板２０５を処理するように構成される。制御装置２５０は、処理チャンバ２１０、再循環システム２２０、処理化学薬品供給システム２３０、及び流体供給システム２４０に連結し得る。あるいは、制御装置２５０は、１つ以上の更なる制御装置／コンピュータ（図示せず）に連結し得る。また、制御装置２５０は更なる制御コンピュータからセットアップ及び／又は構成情報を得ることができる。
図２に示すように、再循環システム２２０は再循環流体ヒーター２２２、ポンプ２２４、及びフィルター２２６を含み得る。処理化学薬品供給システム２３０は、各導入システムが化学薬品源２３２、２３４、２３６と、噴射システム２３３、２３５、２３７と、を具備する、１つ以上の化学反応導入システム、を含み得る。噴射システム２３３、２３５、２３７はポンプ（図示せず）及び噴射弁（図示せず）を含み得る。流体供給システム２４０は超臨界流体出源２４２、ポンプシステム２４４及び超臨界流体ヒーター２４６を含み得る。さらに、１つ以上の噴射弁及び／又は排気弁を流体供給システム２４０で利用し得る。
処理チャンバ２１０は、流体供給システム２４０からの流体又は処理化学薬品薬品供給システム２３０、あるいは処理空間２１２内の組合せからの処理化学薬品反応によって基板２０５を処理するように構成し得る。さらに、図１に関して上述したように、処理チャンバ２１０は上部組立体２１４、及びプラテン２１６と駆動機構２１８を具備する下部組立体２１５を含み得る。
あるいは、処理チャンバ２１０は、２００１年６月２４日に出願された”半導体基板用高圧処理チャンバ”と題し、かつ本願明細書に参考文献としてその内容全体が援用される、係続中の米国特許出願第０９／９１２，８４４号（米国特許出願公開第２００２／００４６７０７号公報）に記載のように構成し得る。例えば、図３は上部チャンバ組立体３１４、下部チャンバ組立体３１５、基板３０５を支持するように構成されたプラテン３１６、及び、基板積載非積載状態と、基板処理状態との間でプラテン３１６を昇降させるように構成された駆動機構３１８と、を備える超臨界処理チャンバ３１０の断面図である。駆動機構３１８は、駆動シリンダ３２０、ピストン・ネック３２３を具備する駆動ピストン３２２、密封プレート３２４、空圧空洞３２６、及び水圧空洞３２８を更に含み得る。さらに、超臨界処理チャンバ３１０は、処理チャンバ３１０内に密封された高圧処理空間３１２を画成するための複数の密封デバイス３３０、３３２、及び３３４を更に含む。
図１、図２及び図３を参照して説明してきたように、流体流動又は処理チャンバに連結された再循環システムは処理チャンバを通じて流体を循環させ、そして、これにより流体の流れに対する処理チャンバ内の基板の露出を可能にする。処理化学薬品薬品有り又は無しの超臨二酸化炭素のような流体は、流体流動システムに連結された１つ以上の入口を通じて基板の外周端縁において処理チャンバに入り得る。例えば、ここで、図３と、図４A及び図４Bを参照すると、噴射マニホルド３６０が１つ以上の入口３６４に連結された環状流体供給チャネル３６２が形成されたリングとして示されている。図示したような１つ以上の入口３６４は、４５°傾いた４５個の噴射オリフィスを含み、これにより、方位モーメント又は軸線モーメント、あるいは両方、並びに基板より上の処理空間３１２を通過する高圧流体流動の半径方向モーメントを与える。４５°の角度で傾斜して示されているが、直接的な半径方向内向き噴射を含む、角度は変更し得る。
さらに、超臨界超過二酸化炭素のような流体は、１つ以上の出口（図示せず）を通じて基板の表面に隣接する処理チャンバを出る。例えば、米国特許出願第０９／９１２，８４４号に記載のように、１つ以上の出口は、基板３０５の中心に近接及び該中心より上に位置づけられた２つの出口穴を含み得る。２つの出口による流れはシャッター弁を使用して１つの出口からに変更し得る。
ここで図５を参照すると、超臨界状態の流体で基板を処理する方法が提供される。フローチャート５００に描かれたように、この方法は、超臨界流体処理溶液に基板を露出させるように構成された高圧処理チャンバ内のプラテン上に基板を配置することから５１０で始まる。
５２０では、流体の圧力を流体の臨界圧力に等しいか又は上に調節することによって、及び流体の温度を流体の臨界温度に等しいか又は上に調節することによって、流体を副臨界状態にさせることによって超臨界流体が構成される。５３０では、超臨界流体の温度は、８０℃以上の値に更に上昇される。
５４０では、超臨界流体は高圧処理チャンバに導入され、５５０では、基板は超臨界流体に露出される。
さらに、上記したように、処理化学薬品薬品は処理中に超臨界流体に加え得る。処理化学薬品薬品はクリーニング成分、フィルム構成成分、治療成分又は密封成分、あるいはこれらの任意の組合せを備え得る。例えば、処理化学薬品薬品は、過酸化物を有するクリーニング成分を備え得る。以下の実例の各々では、超臨界流体の温度は約８０℃以上、例えば、１３５℃に上昇される。更にまた、以下の実例の各々でゃ、超臨界流体の圧力は臨界圧力より高く、例えば、２９００ｐｓiである。一実施形態では、クリーニング成分は、例えば、メタノール（MeＯＨ）及び酢酸（ＡｃＯＨ）の混合物と組み合わせた過酸化水素を備え得る。さらなる実例によれば、エッチング後残留物を除去する処理レシピは３段階を備え得る。
（１）約２分間の超臨界二酸化炭素への基板の露出；
（２）水中の５０％過酸化水素（体積による）の１ミリリットル（ｍｌ）、約３分の超臨界二酸化炭素中の１：１比率のＭｅＯＨ：ＡｃＯＨの２０ｍｌへの基板の露出；及び
（３）約３分の超臨界二酸化炭素中の１２：１比率のＭｅＯＨ：Ｈ２０の１３ｍｌへの基板の露出。
第２段階は、例えば、何回も繰り返し得る。それは２度繰り返し得る。さらにまた、任意の段階は繰り返し得る。さらに、各段階、すなわち副段階の時間持続は特定されたものより大きいか又はより小さいものとし得る。さらにまだ、任意の添加物の量は特定されたものより大きいか又はより小さいものとし得る。また、半径は可変とし得る。
別の実例では、クリーニング成分は、例えば、メタノール（ＭｅＯＨ）と結合した過酸化水素及びピリジンの混合物を備え得る。
更なる実例によって、エッチング後残留物を除去するためのshリレシピは以下の２つの段階を備え得る。
（１）ＭｅＯＨの２０ミリリットル（ｍｌ）、及び約５分の超臨界二酸化炭素中の水中のピリジン及び５０％過酸化水素（体積による）の１０：３比率（体積による）の１３ｍｌへの基板の露出；及び
（２）約２分の超臨界二酸化炭素中のＮ−メチルピロリドン（）（ＮＭＰ）の１０ｍｌへの基板の露出。
第一段階は、例えば、何回も繰り返し得る。それは一度繰り返し得る。更にまた、任意の段階も繰り返し得る。さらに、各段階、すなわち副段階の時間持続は特定されたものより大きいか又はより小さいものとし得る。さらにまた、任意の添加物の量は特定されたものより大きいか又はより小さいものとし得る。
別の実例では、クリーニング成分は、例えば、メタノール（ＭｅＯＨ）及び酢酸の混合物と結合した２つのブタノン過酸化物を備え得る。
更なる実例によって、エッチング後残留物を除去するための処理レシピは以下のものを含む３段階を備え得る。
（１）約２分の超臨界二酸化炭素への基板の露出；
（２）及び
（３）約３分の超臨界二酸化炭素中の１２：１比率のＭｅＯＨ：Ｈ２０の１３ｍｌへの基板の露出。
第ニ段階は、例えば、何回も繰り返し得る。それはニ度繰り返し得る。更にまた、任意の段階も繰り返し得る。さらに、各段階、すなわち副段階の時間持続は特定されたものより大きいか又はより小さいものとし得る。更にまた、任意の添加物の量は特定されたものより大きいか又はより小さいものとし得る。
別の実例では、クリーニング成分は、例えば、メタノール（ＭｅＯＨ）及び酢酸混合物と結合した２−ブタノン過酸化物を備え得る。
さらに次の実例によって、エッチング後残留物を除去するための処理レシピは以下のものを含む３段階を備え得る：
（１）約２分の超臨界二酸化炭素への基板の露出；
（２）２つのブタノン過酸化物（Ｌｕｐｅｒｏｘ ＤＨＤ−９（それは２つごとの多くの２つのブタノン過酸化物によって３２％である）のような、２、４−トリメチルの−１、３−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｌ ｄｕｓｏｂｕｔｙｒａｔｅ）の８ミリリットル（ｍｌ）、およびおよそ３分の臨界超過の二酸化炭素中の１：１比ＭｅＯＨ：ＡｃＯＨの１６ｍｌまで基板の露出；及び
（３）約３分の超臨界二酸化炭素中の１２：１比率のＭｅＯＨ：Ｈ２０の１３ｍｌへの基板の露出。
第ニ段階は、例えば、何回も繰り返し得る。それはニ度繰り返し得る。更にまた、任意の段階も繰り返し得る。さらに、各段階、すなわち副段階の時間持続は特定されたものより大きいか又はより小さいものとし得る。更にまた、任意の添加物の量は特定されたものより大きいか又はより小さいものとし得る。
別の実例では、クリーニング成分は、例えば、メタノール（ＭｅＯＨ）の混合物と結合した過酢酸及び酢酸を備え得る。さらに次の実例によって、エッチング後残留物を除去するための処理レシピは以下のものを含む３段階を備え得る：
（１）約２分の超臨界二酸化炭素への基板の露出；
（２）過酢酸（稀酢酸中の多くの過酢酸による３２％）の４．５ミリリットル（ｍｌ）、およびおよそ３分の臨界超過の二酸化炭素中の１：１比ＭｅＯＨ：ＡｃＯＨの１６．５ｍｌまで基板の露出；及び
（３）約３分の超臨界超過ニ酸化炭素中の１２：１比率のＭｅＯＨ：Ｈ２０の１３ｍｌへの基板の露出。
第ニ段階は、例えば、何回も繰り返し得る。それはニ度繰り返し得る。更にまた、任意の段階も繰り返し得る。さらに、各段階、すなわち副段階の時間持続は特定されたものより大きいか又はより小さいものとし得る。更にまた、任意の添加物の量は特定されたものより大きいか又はより小さいものとし得る。
別の実例では、クリーニング成分は、例えば、Ｎ−メチルピリオジン（ＮＭＰ）と結合した４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎｅ過酸化物を備え得る。さらに次の実例によってエッチング後残留物を除去するための処理レシピは以下のものを含む２つの段階を備え得る：
（１）約２分の超臨界二酸化炭素への基板の露出；及び
（２）２の３ミリリットル（ｍｌ）、４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎｅ過酸化物（例えば４−水酸基の−４−メチル−２−ｐｅｎｔａｎｏｎｅおよびＮ−メチルｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅの中のボリュームによる３４％、フタル酸ジメチルおよび所有権を主張できるアルコール）、およびおよそ３分の臨界超過の二酸化炭素中のＮ−メチルｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ（ＮＭ Ｐ）の２０ｍｌまで基板の露出。
第ニ段階は、例えば、何回も繰り返し得る。それはニ度繰り返し得る。更にまた、任意の段階も繰り返し得る。さらに、各段階、すなわち副段階の時間持続は特定されたものより大きいか又はより小さいものとし得る。更にまた、任意の添加物の量は特定されたものより大きいか又はより小さいものとし得る。
本発明の或る例示的実施例だけを上記に詳細に説明してきたが、当業者は多くの変形が本発明の新規な教示及び利点から大きく逸脱せずに、例示的実施形態において可能であることを容易に理解するであろう。従って、こうした変更は全てが本発明の範囲内に含まれるべきであるように構成される。
処理システムの単純化した概略表現を示す図である。 処理システムの別の単純化した概略表現を示す図である。 処理システムの別の単純化した概略表現を示す図である。 処理システムに流体を導くための流動噴射マニホルドを描く図である。 処理システムに流体を導くための流動噴射マニホルドを描く図である。 本発明の実施形態による処理システムの基板を処理する方法を説明する図である。 実施形態によるポンプを冷却するように構成されたシステムを描く図である。 別の実施形態によるポンプを冷却するように構成されたシステムを描く図である。 別の実施形態によるポンプ装置の横断面図である。
符号の説明
１００ 処理システム
１０５ 基板
１１０ 処理チャンバ
１１２ 上部組立体
１１４ 上部組立体
１１５ 下部組立体
１１６ プラテン
１１８ 駆動機構
１２０ 流体流動システム
１３０ 処理化学薬品供給システム
１４０ 高圧流体供給システム
１５０ 制御装置
６２０ 第１流動配管
２００ 処理システム
２０５ 基板
２１０ 処理チャンバ
２１２ 処理空間
２１４ 上部組立体
２１５ 下部組立体
２１６ プラテン
２１８ 駆動機構
２２０ 再循環システム
２２２ 再循環流体ヒーター
２２４ ポンプ
２２６ フィルター
２３０ 処理化学薬品供給システム
２３２、２３４、２３６ 化学薬品源
２３３、２３５、２３７ 噴射システム
２４０ 流体供給システム
２４２ 超臨界流体源
２４４ ポンプシステム
２４６ 超臨界流体ヒーター
２５０ 制御装置
３０５ 基板
３１０ 超臨界処理チャンバ
３１２ 高圧処理空間
３１４ 上部チャンバ組立体
３１５ 下部チャンバ組立体
３１６ プラテン
３１８ 駆動機構
３２０ 駆動シリンダ
３２２ 駆動ピストン
３２３ ピストン・ネック
３２４ 密封プレート
３２６ 空圧空洞
３２８ 水圧空洞
３３０、３３２、３３４ 密封デバイス
３６０ 噴射マニホルド
３６２ 環状流体供給チャネル
３６４ 入口
６００ 高温ポンプ
６１０ ポンプ・インペラー
６１２ 入口
６１４ 出口
６２０ 第１流動配管
６２２ 吸込み側
６２６ 出口バルブ
６２８ 入口バルブ
６３０ 熱交換器
６３２ 冷媒入口
６３４ 冷媒出口
６４０ 二次流動配管
７００ ポンプ組立体
７０１ ポンプ部分
７０２ モーター部分
７０５ 内部ポンプハウジング
７１０ 入口
７１５ 外部ポンプハウジング
７２０ 遠心インペラー
７３０ 出口
７４０ 第１腐蝕抵抗軸受
７４１ 第２腐蝕抵抗軸受
７５０ ポンプシャフト
７６０ ローター
７７０ ステーター
７８０ ステンレス鋼スリーブ
７９０ 重合体スリーブ
７９９ 冷媒入口
８００ 冷媒出口

Claims (14)

  1. 処理チャンバを通じて超臨界流体を循環させるための流体流動システムであって、
    前記処理チャンバに連結され、かつ８０℃以上の流体温度の前記超臨界流体を前記処理チャンバに供給するように構成された第１流動配管と；
    前記第１流動配管に連結され、かつ前記第１流動配管によって前記超臨界流体を前記処理チャンバに移動させるように構成され、冷媒として前記超臨界流体を受容するように構成された冷媒入口と、前記冷媒を排出するように構成された冷媒出口と、を備える高温ポンプと；
    前記冷媒入口に連結され、かつ前記冷媒の冷媒温度を前記超臨界流体の前記流体温度以下に下降させるように構成された熱交換器と；を備える流体流動システム。
  2. 前記第１流動配管は、前記処理チャンバの出口に連結された第１端部と、前記処理チャンバの入口に連結された第２端部と、を具備する、請求項１に記載の流体流動システム。
  3. １つ以上の流体フィルターを更に備える、請求項２に記載の流体流動システム。
  4. 前記超臨界流体の前記流体温度を上昇させるように構成された加熱装置を更に備える、請求項２に記載の流体流動システム。
  5. 前記熱交換器の入口は前記高温ポンプの圧力側の前記第１流動配管に連結され、前記高温ポンプの冷媒出口は前記高温ポンプの吸引側の前記第１流動配管に連結される、請求項１に記載の流体流動システム。
  6. 第１バルブは前記熱交換器と前記第１流動配管との間に位置づけられる、請求項５に記載の流体流動システム。
  7. 第２バルブは前記冷媒出口と前記第１流動配管との間に位置づけられる、請求項６に記載の流体流動システム。
  8. 前記熱交換器は前記冷媒入口に連結される第２流動配管に連結され、前記熱交換器の入口は前記第２流動配管によって高圧流体源に連結され、及び前記高温ポンプの前記冷媒出口は前記第２流動配管によって排出システムに連結される、請求項１に記載の流体流動システム。
  9. 前記排出システムは、前記冷媒を前記熱交換器及び前記高温ポンプを通じて再循環させるように構成される、請求項８に記載の流体流動システム。
  10. 前記排出システムは前記冷媒を前記熱交換器に戻すように構成される、請求項８に記載の流体流動システム。
  11. 処理チャンバを通じて超臨界流体を循環させるための流体流動システムであって、
    前記処理チャンバの出口に連結された第１端部と、前記処理チャンバの入口に連結された第２端部と、を具備し、８０℃以上の流体温度で前記超臨界流体を前記処理チャンバに供給するように構成された第１流動配管と；
    前記処理チャンバの前記入口及び出口の間の前記第１流動配管に連結され、かつ前記第１流動配管によって前記超臨界流体を前記処理チャンバに移動させるように構成され、冷媒を受容するように構成された冷媒入口と、前記冷媒を排出するように構成され、その吸引側の前記第１流動配管に連結される冷媒出口と、を備える高温ポンプと；
    前記高温ポンプの圧力側の前記第１流動配管に連結された入口、及び前記冷媒入口に連結された出口を具備し、前記冷媒として前記圧力側の前記第１流動配管から方向転換された前記超臨界流体が供給される熱交換器と；を備え、
    前記熱交換器は、前記冷媒の冷媒温度を前記超臨界流体の前記流体温度以下の温度まで下降させるように構成される流体流動システム。
  12. 前記第１流動配管は前記超臨界流体の前記流体温度を上昇させるように構成された加熱システムを更に備える、請求項１１に記載の流体流動システム。
  13. 第１バルブは前記熱交換器と前記第１流動配管との間に位置づけられる、請求項１１に記載の流体流動システム。
  14. 第２バルブは前記冷媒出口と前記第１流動配管との間に位置づけられる、請求項１３に記載の流体流動システム。
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