JP5148508B2 - 半導体基板を洗浄するための方法および装置 - Google Patents

Description

集積回路およびメモリセルなどの半導体デバイスの製作では、半導体ウエハ上に特徴（形状、回路形状）を定めるために、一連の製造工程が実行される。ウエハは、シリコン基板上に定められた多層レベル構造の形態をとる集積回路デバイスを含む。基板レベルでは、拡散領域をともなうトランジスタデバイスが形成される。続くレベルでは、所望の集積回路デバイスを定めるために、相互接続された金属配線がパターン形成され、トランジスタデバイスと電気的に接続される。また、パターン形成された導電層は、誘電体材料によってその他の導電層から絶縁される。

一連の製造動作の間、ウエハ表面は、各種の汚染物質に曝される。汚染源としては、製造工程中に存在する基本的に任意の材料が考えられる。例えば、汚染源は、数あるなかでも、とりわけ、プロセスガス、化学剤、堆積材料、および液体を含むであろう。各種の汚染物質は、粒子状物質として、ウエハの表面上に堆積することができる。粒子状汚染が除去されないと、汚染付近のデバイスが動作不可能になる恐れがある。このため、ウエハ上に定められた特徴を損なうことなく、実質的に完璧な手法で、ウエハ表面から汚染を取り除く必要がある。しかしながら、粒子状汚染のサイズは、ウエハ上に製作される特徴の微小寸法とおおよそ同程度であることが多い。したがって、ウエハ上の特徴に悪影響を及ぼすことなくこのような小さい粒子状汚染を除去することが、課題となるであろう。

従来のウエハ洗浄方法は、ウエハから粒子状汚染を除去するために、機械力に大きく依存してきた。特徴の小型化および脆弱化は、ウエハ表面に対する機械力の付与に起因して特徴が損傷される確率を増大させる。例えば、高アスペクト比を有する特徴は、十分な大きさの機械力の影響を受けたときに転倒および破壊を発生しやすい。洗浄の問題をさらに複雑化するのは、特徴の小型化に向けた動きが、損傷をもたらしうる粒子状汚染のサイズの縮小を引き起こすことである。十分に小サイズの粒子状汚染は、例えば高アスペクト比の特徴によって囲まれた溝などウエハ表面上の到達困難な領域に入り込む、あるいは導電線をブリッジングする恐れがある。このため、半導体製作中に見舞われる汚染物質を、高効率にかつ無害に除去することは、ウエハ洗浄技術における連続的進歩によって立ち向かうべき継続的努力を表している。フラットパネルディスプレイのための製造動作は、上述された集積回路製造と同様の欠点に見舞われることを理解されるべきである。このため、汚染物質の除去を必要とするあらゆる技術が、より効果的でかつ低研磨性の洗浄技術を必要としている。

概して、本発明は、改善された洗浄技術および洗浄溶液を提供することによって、これらのニーズを満たすものである。本発明は、システム、装置、および方法を含む多くの形態で実現可能であることを理解されるべきである。以下では、発明のいくつかの実施形態について説明される。

一実施形態では、基板を洗浄するための方法が提供される。方法は、中に複数の固体成分を有する流体層を、基板の表面に配することから開始する。次いで、基板の表面に実質的に平行にかつ基板の外縁に向くように方向付けられたせん断力が形成される。せん断力は、一実施形態では、流体層に接触する固体物に加えられる力の法線成分または接線成分に起因することが可能である。基板の表面は、流体層を除去するためにすすがれる。

別の一実施形態では、基板を洗浄するための洗浄装置が提供される。洗浄装置は、基板の表面の上に配された流体に接触する外表面を有する力伝達体を含む。流体は、複数の固体成分を有し、力伝達体は、複数の固体成分を基板の表面に向かわせるように構成される。装置は、力伝達体の下で基板を支えるように構成された基板サポートを含む。

さらに別の一実施形態では、基板を洗浄するための洗浄システムが提供される。洗浄システムは、複数の固体成分を有する流体を基板の表面へと配送するように構成された流体リザーバを含む。システムは、基板の表面の上に配された流体に接触するように構成された外表面を有する力伝達体を含む。力伝達体は、複数の固体成分の１つの底表面と基板の表面との間に定められる流体層を薄くするために、法線成分を有する力を提供するように構成される。システムは、力伝達体の下で基板を支えるように構成された基板サポートを含む。

本発明を例として示した添付の図面と関連させた、以下の詳細な説明から、本発明のその他の態様および利点がより明らかになる。

本発明は、添付の図面と関連させた以下の詳細な説明によって、容易に理解される。類似の参照符号は、類似の構成要素を表すものとする。

以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの詳細が特定されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの一部または全部の詳細を特定しなくても実施可能である。また、本発明が不必要に不明瞭になるのを避けるため、周知のプロセス動作の詳細な説明は省略される。

本明細書で説明される実施形態は、研磨性の接触を低減させるとともに、高アスペクト比の特徴を含むであろう半導体基板から汚染物質を取り除くに際して効率的であるような、洗浄技術を提供する。これらの実施形態は、半導体洗浄の応用に関連した具体例を提供するが、これらの洗浄応用は、表面からの汚染物質の除去を必要とする任意の技術に拡大適用可能であることを理解されるべきである。本明細書で説明される実施形態は、洗浄剤に力を付与することによって、その洗浄剤と、洗浄されるべき基板の表面上の汚染物質との間の流体層を薄くする。代表的な一実施形態では、洗浄剤は、続く汚染物質の除去のために、汚染物質と相互作用する固体材料である。別の一実施形態では、基板の表面に対して法線成分を有する力が、洗浄剤の底表面と、汚染物質の上表面との間に定められる流体層を薄くする。この薄層化は、すると、基板の表面に実質的に平行なせん断力を発生させ、汚染物質を基板の外縁に向かわせる。要するに、汚染物質は、法線成分を有する力の結果として生じるせん断力によって定められた流体の流れの中に取り込まれる。

図１Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、基板表面から汚染物質を除去するための技術を示した概略図である。下向きの力（Ｆ）の提供によって、固体材料１０９は、基板１０５の上表面に向かわされる。下向きの力Ｆの法線成分を通じて固体成分１０９がウエハ１０５の上表面に向かわされる間に、固体成分１０９の底表面とウエハ表面１０５の上端との間に定められる流路は、どんどん薄くなっていく。固体１０９の下の流体層１０１の薄層化の結果、流体層１０１の中に放物線速度プロフィールが展開される。これは、潤滑層とも称することができる。一実施形態では、流体層１０１は、粘弾性流体である、すなわち粘度特性および弾性特性の両方を呈する流体である。一実施形態では、矢印１０２で示されたこの放物線速度プロフィールは、汚染物質１０３を撤去するためのせん断力を提供する。このせん断力は、汚染物質の完全な除去およびウエハ表面の洗浄を促進するために、汚染物質１０３を、ウエハ１０５の上に配されたときの元の位置から移動させる。後ほど詳細に説明されるように、下向きの力Ｆは、力伝達体を通じて加えられる。ウエハ１０５は、チャック１００の上に据えられる。当業者ならば、ウエハ１０５が、既知の技術を通じてチャック１００に留められることを理解できるであろう。また、本明細書で説明される実施形態は、図１Ａに示されるような、チャックの上に据えられた基板１０５に限定されないことを理解されるべきである。すなわち、コンベヤ、パッド、またはその他の任意の適切な搬送機構、または本明細書で説明される洗浄技術に対応したサポート構造の上に基板１０５を据えるなどの、代替の実施形態が可能である。

図１Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、流路と称することができる流体層１０１を図１Ａから薄層化する様子を示した概略図である。図１Ｂでは、下向きの力Ｆの法線成分が、固体１０９を基板１０５の上表面に近づかせる。固体１０９が基板表面１０５の上端に近づけられるにつれ、流体層／流路１０１はどんどん薄くなっていく。その結果、基板１０５の外端に向かう速度が増大し、基板１０５の上表面から汚染物質１０３を撤去するための、より大きいせん断力が提供される。流体層１０１が薄くなるにつれて、この層をさらに薄くするために必要とされる下向きの力Ｆもまた、大きくなることを理解されるべきである。後ほどさらに詳しく説明されるように、固体１０９の上表面を押し付ける力伝達体は、法線成分を有する力を固体１０９に提供することができる任意の適切な材料であることが可能である。このような例は、後ほどさらに説明されるように、例えばラテックスなどのゴム部品、金属円盤、成形膜などのように、本明細書で使用される材料と反応しない可撓性および柔軟性のタイプの材料を含む。本明細書において、固体１０９は、持続性結合要素（ＰＣＥ）とも称することができる。固体１０９を持続性結合要素と称するからには、空洞の形成によって持続しなくなる気泡など、存在時間の比較的短い洗浄溶液とは対照的に、洗浄動作の最初から最後まで残留する、すなわち持続する特性が付与される。一実施形態では、流体層１０１の中の、膜とウエハとの間で押される流体は、湿潤剤または界面活性剤を含む。別の一実施形態では、流体は、流体に溶解しない状態に留まるカルボン酸成分を含む。すなわち、カルボン酸成分は、固体１０９として表すことが可能である。一実施形態では、固体１０９は、三斜晶構造を有する結晶である。三斜晶構造では、結晶は、長さの不均等なベクトルによって表される結晶である。また、３つのベクトルは、全て、互いに直交しない。さらに別の一実施形態では、基板１０５の上方において流体に力を付与する膜は、基板上の層より柔らかく、基板上の膜すなわち二酸化シリコン、窒化シリコン、シリコン、銅、アルミニウムなどの積層膜を傷付けるまたはその他の方法で損傷させるような材料を含まない。一実施形態では、膜は、制御された量だけ膜に浸透することができる洗浄流体を含有することが可能である。あるいは、膜性の風船に封をして、不浸透性にすることが可能である。当業者ならば、図１Ａおよび図１Ｂの固体１０９は、流体層１０１と同じ流体である流体の中に分散可能であることを理解することができる。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、ウエハ１０５から汚染物質１０３を除去するために洗浄剤１０１がどのように機能するかを示した図である。図２Ａ〜２Ｂに示された洗浄剤１０１は、米国出願第１１／３４６，８９４号にさらに定められていることを理解されるべきである。図２Ａに示されるように、洗浄剤１０１の液体媒質１０７の中で、固体成分１０９は、汚染物質１０３と不混和成分１１１との間に介在している。液体媒質１０７の中の不混和成分１１１は、それが気泡であれ液滴であれ、関連の表面張力を有している。したがって、不混和成分１１１は、固体成分１０９に下向きに押し付けられると変形され、法線成分を有する下向きの力（Ｆ）を固体成分１０９に作用させる。この下向きの力（Ｆ）、またはこの下向きの力Ｆの法線成分は、固体成分１０９をウエハ１０５およびその上の汚染物質１０３に向けて移動させる働きをする。一実施形態では、固体成分１０９が汚染物質１０３に十分に近づけられたときに、固体成分１０９と汚染物質１０３との間に相互作用が生じる。一実施形態では、この距離は、約１０ナノメートル以内であることが可能である。別の一実施形態では、固体成分１０９が汚染物質１０３に実際に接触したときに、固体成分１０９と汚染物質１０３との間に相互作用が生じる。この相互作用は、固体成分１０９が汚染物質１０３と係合すると表現することも可能である。もちろん、流体層の薄層化は、薄層化に起因するせん断力を通じて汚染物質を基板表面から追いやることが可能である。

固体成分１０９と汚染物質１０３との間の相互作用の力は、汚染物質１０３をウエハ１０５につなぐ力よりも強い。また、固体成分１０９が汚染物質１０３と結合するような一実施形態では、固体成分１０９をウエハ１０５から遠ざけるために使用される力が、汚染物質１０３をウエハ１０５につなぐ力よりも強い。したがって、図２Ｂに示されるように、固体成分１０９がウエハ１０５から遠ざけられる際は、固体成分１０９と結合された汚染物質１０３もまた、ウエハ１０５から遠ざけられる。固体成分１０９は、汚染１０３と相互作用することによって洗浄プロセスに影響を及ぼすので、ウエハ１０５全体にわたる汚染１０３の除去は、固体成分１０９がウエハ１０５全体に如何に良く分布しているかに依存することを理解されるべきである。好ましい一実施形態では、固体成分１０９は、非常に良く分布しているので、ウエハ１０５上の基本的にどの汚染物質１０３も、少なくとも１つの固体成分１０９に接近している。また、１つの固体成分１０９は、同時的であれ順次的であれ、２つ以上の汚染物質１０３と接触できるまたは相互作用できることも理解されるべきである。さらに、固体成分１０９は、全て同じ成分ではなく、異なる成分の混合であることが可能である。このため、洗浄溶液は、特定の用途に合わせて、すなわち特定の汚染物質を対象として、設計することができる。あるいは、洗浄溶液は、複数の固体成分を提供された場合に、広範囲におよぶ汚染物質を対象にすることができる。

固体成分１０９と汚染物質１０３との間の相互作用は、数あるなかでも、とりわけ、付着、衝突、および引力を含む１つまたは複数のメカニズムを通じて確立することができる。固体成分１０９と汚染物質１０３との間の付着は、化学的および／または物理的相互作用を通じて確立することができる。例えば、一実施形態では、化学的相互作用が、固体成分１０９と汚染物質１０３との間に糊に似た効果を生じさせる。別の一実施形態では、固体成分１０９の機械的性質によって、固体成分１０９と汚染物質１０３との間の物理的相互作用が促進される。例えば、固体成分１０９は、汚染物質１０３に押し付けられたときに汚染物質１０３が固体成分１０９の中に刷り込まれるように、可展性であることが可能である。別の一実施形態では、固体成分１０９網の中に汚染物質１０３を巻き込ませることが可能である。この実施形態では、固体成分１０９網を通じて機械的応力を汚染物質１０３に伝えることによって、ウエハ１０５からの汚染物質１０３の除去に必要とされる機械力を提供することができる。

汚染物質１０３による刷り込みに起因する固体成分１０９の変形は、固体成分１０９と汚染物質１０３との間に機械的結合を形成する。例えば、汚染物質１０３の表面トポグラフィは、汚染物質１０３が固体成分１０９の中に押し込まれるにつれて、固体成分１０９材料の部分が汚染物質１０３の表面トポグラフィの中の領域に入り、そこから容易に脱出することができなくなり、そうして、固定のメカニズムが形成されるような、表面トポグラフィであることが可能である。また、汚染物質１０３が固体成分１０９の中に押し込まれるにつれて、固体成分１０９からの汚染物質１０３の排除に抵抗する真空力を確立することができる。

別の一実施形態では、直接的または間接的な接触を通じて固体成分１０９から汚染物質１０３へと伝えられるエネルギによって、ウエハ１０５からの汚染物質１０３の撤去を引き起こすことができる。この実施形態では、固体成分１０９は、汚染物質１０３より柔らかいまたは堅いことが可能である。もし固体成分１０９が汚染物質１０３より柔らかい場合は、固体成分１０９は、衝突の最中に、より大きな変形を生じやすくなり、その結果、汚染物質１０３をウエハ１０５から撤去するための運動エネルギの伝達が減少する。しかしながら、固体成分１０９が汚染物質１０３より柔らかい場合は、固体成分１０９と汚染物質１０３との間の付着結合が強くなるであろう。反対に、もし固体成分１０９が少なくとも汚染物質１０３と同程度に堅い場合は、固体成分１０９と汚染物質１０３との間に実質的に完璧なエネルギ伝達を生じることができるので、汚染物質１０３をウエハ１０５から撤去する働きをする力が増大する。しかしながら、固体成分１０９が汚染物質１０３と少なくとも同程度に堅い場合は、固体成分１０９の変形に依存する相互作用の力は低減されるであろう。なお、固体成分１０９および汚染物質１０３に関連した物理的性質ならびに相対速度は、それらの間における衝突の相互作用に影響を及ぼすことを理解されるべきである。

上記に加えて、一実施形態では、固体成分１０９と汚染物質１０３との間の相互作用は、静電気引力に起因することができる。例えば、もし固体成分１０９と汚染物質１０３とが反対の表面電荷を有する場合は、それらは、互いに電気的に引きつけられる。固体成分１０９と汚染物質１０３との間の静電気引力は、汚染物質１０３をウエハ１０５につなぐ力に打ち勝つのに十分であることが可能である。

別の一実施形態では、固体成分１０９と汚染物質１０３との間に静電反発力が存在することができる。例えば、固体成分１０９および汚染物質１０３は、ともに、負の表面電荷または正の表面電荷のいずれかを有することができる。もし、固体成分１０９と汚染物質１０３とを十分に近接近させることが可能であれば、それらの間の静電反発力は、ファンデルワールス力を通じて打ち負かすことが可能である。不混和成分１１１によって固体成分１０９に加えられる力は、静電反発力を打ち負かして固体成分１０９と汚染物質１０３との間にファンデルワールス引力を確立させるのに十分である。また、別の一実施形態では、固体成分１０９および汚染物質１０３の一方の上または両方の上に存在する表面電荷を相殺することによって、固体成分１０９と汚染物質１０３との間の静電反発力が低減されて、それらの間の相互作用が促進されるように、あるいは固体成分または汚染物質のいずれかが互いに対して表面電荷の反転を呈して、その結果として静電気引力を生じるように、液体媒質１０７のｐＨを調整することができる。

図３は、本発明の一実施形態にしたがった、基板から汚染を除去するための方法のフローチャートを示した図である。なお、図３の方法において言及される基板は、半導体ウエハ、または半導体製造プロセスに関連した汚染物質の除去を必要とするその他の任意のタイプの基板を表しうることを理解されるべきである。また、図３の方法において言及される汚染物質は、粒子状汚染、微量金属汚染、有機汚染、フォトレジストのデブリ、ウエハ取り扱い機器からの汚染、およびウエハ背面の粒子状汚染を非限定的に含む、半導体ウエハ製造プロセスに関連した基本的に任意のタイプの汚染物質を表すことができる。

図３の方法は、液体媒質の中に固体成分を分散された洗浄剤を、基板の上方に配する動作３０１を含む。図３の方法において言及される洗浄剤は、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、および図２Ｂに関連して上述されたものと同じである。したがって、洗浄剤の中の固体成分は、懸濁した状態で液体媒質の中に分散される。また、固体成分は、基板を損傷させることおよび基板に付着することを回避するように定められる。一実施形態では、固体成分は、三斜晶構造または針状構造を有する結晶性の固体として定められる。別の一実施形態では、固体成分は、非晶質の固体として定められる。さらに別の一実施形態では、固体成分は、結晶性の固体と非晶質の固体との組み合わせとして表される。また、各種の実施形態において、液体媒質は、水性または非水性のいずれかであることが可能である。

方法は、また、固体成分に力を加えて固体成分を基板の上に存在する汚染物質に接近させ、固体成分と汚染物質との間に相互作用が確立されるようにする動作３０３を含む。前述のように、固体成分に、その固体成分を汚染物質に接近させるために必要とされる力を加えるために、洗浄剤の中に、不混和成分が提供される。一実施形態では、方法は、制御された量の力を固体成分に加えるために、不混和成分を制御する動作を含むことができる。不混和成分は、液体媒質の中の気泡または不混和液滴として定めることができる。また、不混和成分は、液体媒質の中の気泡と不混和液滴との組み合わせとして表すことができる。あるいは、力は、本明細書で議論された力伝達体を通じて固体成分に加えることが可能である。

方法の一実施形態では、不混和成分は、基板の上方に洗浄剤を配する前に、液体媒質の中に定められる。しかしながら、別の一実施形態では、方法は、基板の上方に洗浄剤を配することに続いて、in-situ（その場）で不混和成分を形成する動作を含むことができる。例えば、不混和成分は、洗浄剤と相対的な周囲圧力の減少に際して液体媒質の中の溶解ガスから形成することができる。In-situでの不混和成分の形成は、汚染除去プロセスを向上させられることを理解されるべきである。例えば、一実施形態では、重力が、不混和成分の形成に先立って固体成分を基板に引き寄せる働きをする。次いで、液体媒質の中に予め溶解されていたガスが気泡となって溶液から出てくるように、周囲圧力が低減される。固体成分は、重力によって基板に向けて沈降しているので、気泡の大半は、固体成分の上方に形成される。固体成分が既に基板に向けて沈降された状態における、固体成分の上方での気泡の形成は、固体成分を基板上の汚染物質に接近させる動きを向上させる働きをする。

各種の実施形態において、固体成分と汚染物質との間の相互作用は、付着力、衝突力、引力、またはそれらの組み合わせによって確立することができる。また、一実施形態では、方法は、固体成分と汚染物質との間の相互作用を向上させるために、液体媒質の化学的性質を調整する動作を含むことができる。例えば、固体成分および汚染物質の一方または両方の表面電荷を打ち消すことによって、静電反発力が低減されるように、液体媒質のｐＨを調整することができる。

また、一実施形態では、方法は、固体成分と汚染物質との間の相互作用を向上させるために、洗浄剤の温度を制御する動作を含むことができる。より具体的に言うと、固体成分の性質を制御するために、洗浄剤の温度を制御することができる。例えば、固体成分は、温度が高いほど可展性が増し、汚染物質に押し付けられた際に形状的になじみやすくなる。そして、固体成分がひとたび汚染物質に押し付けられて、形状的になじむと、今度は、固体成分の可展性を下げて、汚染物質になじんだ形状をより良く維持するために、温度を引き下げ、そうして、固体成分と汚染物質とを効果的に固定する。温度は、また、固体成分の可溶性を、ひいては濃度を制御するためにも使用することができる。例えば、固体成分は、温度が高いほど、液体媒質に溶解しやすいであろう。温度は、また、ウエハ上においてin-situで液液懸濁から固体成分を形成することを制御するおよび／または可能にするためにも使用することができる。

別の一実施形態では、方法は、連続液体媒質の中に溶解した固体を沈殿させる動作を含むことができる。この沈殿動作は、固体を溶媒に溶解させ、次いで、溶媒とは混ざるが固体は溶解させない成分を追加することによって、実現することができる。溶媒とは混ざるが固体は溶解させない成分の追加は、固体成分の沈殿を引き起こす。

方法は、さらに、固体成分と相互作用した汚染物質が基板から除去されるように、基板から固体成分を遠ざける動作３０５を含む。一実施形態では、方法は、基板から遠ざかる固体成分および／もしくは汚染物質の動きを制御するまたは向上させるために、基板の上方における洗浄剤の流量を制御する動作を含む。基板から汚染を除去するための本発明の方法は、固体成分と除去されるべき汚染物質との間に相互作用が確立されるように、洗浄剤の固体成分に力を加える手段がある限り、多くの異なる手法で実現することができる。上述された実施形態は、不混和成分について言及しているが、これらの実施形態は、この不混和成分を有する必要はないことを留意されるべきである。後述のように、力伝達体は、固体成分に力を付与することによって、流体層を薄くしてせん断力を形成する、かつ／あるいは固体成分を汚染物質と相互作用可能にする。

図４は、本明細書で説明される実施形態にしたがった、力と距離との関係を示したグラフの概略図である。グラフ４００に示されるように、図１Ａ〜２Ｂの固体成分１０９と基板１０５の上端との間の距離が短くなるにつれ、固体成分を近づけるために必要とされる力は増大する。距離がどんどん小さくなるにつれ、固体成分と基板表面との間の流体はどんどん薄くなり、その結果、せん断速度が増大する。また、図１Ａ、図１Ｂ、および図２Ａは、下向きの力Ｆの法線成分を示しているが、実施形態は、法線力のみであることに限定されない。すなわち、印加される力は、全力の０より大きい任意の割合の法線成分を有することが可能である。

図５は、本発明の一実施形態にしたがった、成形膜によって基板の表面を洗浄するための技術を示した概略図である。この実施形態では、力伝達体５００は、円柱の一部として提供される。力伝達体５００は、一実施形態では、枢着部５０１を中心に枢動可能である。あるいは、力伝達体５００は、矢印５０３に示されるように横方向に移動可能である。もちろん、力伝達体４００は、横方向の移動および枢着部５０１を中心にした枢動の両方を行うことも可能である。枢着部５０１を中心にした枢動時において、感化部５０５は、基板１０５の表面から一定の距離に留まる。要するに、力伝達体５００は、この実施形態では振り子として機能し、前後への動きは、せん断力または相互作用を通じて汚染物質１０３を撤去する目的で流体層１０１を圧縮させる。基板１０５は、力伝達体５００と相対的に横方向に移動するまたは回転することが可能であることを理解されるべきである。もちろん、基板１０５と力伝達体５００の両方が動くことも可能である。別の一実施形態では、力伝達体５００は、任意の共存可能材料で構成された平面板であることが可能である。平面板は、流体層を薄くする力を提供することによってせん断力を提供する、あるいは固体を汚染物質に接近させることによって両者間の相互作用を可能にする。

図６は、本発明の一実施形態にしたがった、力伝達体として使用される柔軟性の膜を示した概略図である。膜５００は、流体層１０１を薄くするための力を提供するために、風船またはその他の何らかのタイプの膨張式の部品によって具体化することができる。流体供給５０７は、力伝達体５００を膨らませる／加圧するための気体または液体を、力伝達体５００への供給を行う配送ラインへと、弁５０２を通じて提供する。力伝達体５００は柔軟性であるので、基板１０５の表面の上方に、およびその上の流体１０１に提供される力は、均一に分配される。基板１０５全体の洗浄を達成するため、図６の力伝達体５００は、基板１０５の表面全体を覆うこと、または基板１０５の表面の一部を覆って基板の上方を移動されることが可能である。あるいは、基板１０５は、力伝達体５００の下で回転される、または線形移動されることが可能である。力の大きさは、力伝達体５００の内側の空気圧／液体圧の調整によって制御することが可能である。一実施形態では、力伝達体５００を加圧するために、洗浄流体を使用することが可能である。この実施形態では、力伝達体５００は、洗浄流体を基板１０５の上表面上へと向かわせるために、底表面に、比較的小さいオリフィスを含むことが可能である。これらのオリフィスは、力伝達体５００を膨らませる／加圧するための圧力勾配を維持するのに十分な小ささである。基板１０５の表面への洗浄流体の配送を促進するため、力伝達体５００の底表面は、畝を付けられる、またはその上に突起を形成されることによって、力伝達体の底表面と基板の上表面との間に隙間、すなわち空き部分を定めることが可能である。このため、固体を含む洗浄流体は、オリフィスを通って、この実施形態によって形成された隙間へと配送される。力伝達体の法線成分は、次いで、上述されたように機能する。

図７は、力伝達体が円柱形であるような一実施形態を示した概略図である。力伝達体５１０は、基板１０５の上に配された流体層１０１を薄くするために必要な力を提供するために使用される。力伝達体５１０は、軸５０９を中心に回転することが可能である。別の一実施形態では、力伝達体５１０は、基板１０５の表面を横方向に移動して渡ることが可能である。もちろん、前述のように、力伝達体は、別の一実施形態では、横方向の移動および回転の両方を行うことも可能である。力伝達体５１０は、さらには、軸５０９を中心に前後に揺動可能であることを理解されるべきである。すなわち、力伝達体５１０は、一回転の一部を一方向に回転し、次いで、一回転の別の一部を反対の回転方向に回転して戻ることが可能である。

図８は、図７の力伝達体に代わる別の一実施形態を示した概略図である。図８の力伝達体５１０は、流体層を摂動させる、すなわち外乱を付与するとともに、流体層を薄くする、突起５１２を有する。突起５１２は、図８では三角形であるが、これは限定的であることを意図していない。すなわち、突起５１２は、円形、四角形、円柱形、バッフルなどの任意の適切な幾何学形状であることが可能である。要するに、図８によって表された実施形態において望まれる機能性は、流体層１０１が突起によって摂動されるような任意の構造によって達成することができる。図８の実施形態を別のかたちで表現すると、力伝達体５１０の外表面は、ざらつきを有している。図８に関連して説明されたように、流体層に摂動、すなわち外乱を提供することによって、流体層は、これらの摂動によって固体の特性を有しはじめ、これは、基板１０５の表面上に配された汚染の移動を助けることができる。摂動の周波数が、およそ０．１またはそれを上回るデボラ数に近づくにつれ、流体は、液体ではなく固体として振る舞いはじめる。デボラ数は、材料に特有のタイムスケール、すなわち流体層内の分子の緩和時間の、変形のタイムスケールに対する比（力伝達体の摂動の周波数）として定義される。

図９は、本発明の一実施形態にしたがった、基板の表面を洗浄するためのシステムの概略図である。システムは、基板１０５の上端に流体層１０１を提供する流体リザーバ５２０を含む。この実施形態では、流体リザーバ５２０は、弁５２２を通じて基板１０５の上へと流体を供給する。当業者ならば、吹き付けおよびパドルなどのその他の多くの流体配送技術が適用可能であることを理解することができる。力伝達体５１０は、次いで、上述された実施形態にしたがって、基板１０５の表面を洗浄するために流体層１０１を薄くする。前述のように、力伝達体は、基板１０５の上表面で回転する、基板の上表面を横方向に移動して渡る、または回転と横方向の移動とを何らかの形で組み合わせた動きをすることが可能である。力伝達体５１０は、ローラとして描かれているが、ここでは、力伝達体について開示された任意の実施形態を取り入れることが可能である。基板１０５の表面全体がひとたび洗浄効果を受けると、すなわち流体層１０１を薄くするための下向きの力を受けると、基板１０５は、スピン・すすぎ・乾燥（ＳＲＤ）モジュール５３０などの洗浄モジュールに移すことができる。あるいは、力伝達体５１０は、基板１０５の上端に直交する方向への移動によって、基板１０５の表面から撤去されることが可能である。一実施形態ではこの時点で固体粒子１０９に付着している汚染は、最終的な洗浄およびすすぎのステップにおいて洗い流される。流体層内の洗浄剤がカルボン酸などの脂肪酸を含む場合、この洗浄およびすすぎのステップは、基板１０５の表面からの脂肪酸の除去を促進するために、水酸化アンモニウムなどの化学剤または界面活性剤を含有することが可能である。

本発明は、半導体ウエハから汚染物質を除去するという背景のもとで説明されてきたが、前述の本発明の原理および技術は、半導体ウエハ以外の表面の洗浄にも等しく適用可能であることを理解されるべきである。例えば、本発明は、半導体製造で使用される任意の機器表面を洗浄するために使用することができる。ここで、任意の機器表面とは、例えばウエハと空気空間を共有するなどウエハと環境的に通じている任意の表面を意味するものとする。本発明は、また、汚染の除去が重要であるようなその他の技術分野で使用することもできる。例えば、本発明は、宇宙計画、または表面科学、エネルギ、光学、マイクロエレクトロニクス、ＭＥＭＳ、フラットパネル処理、太陽電池、メモリデバイスなどのその他のハイテク分野で使用される部品上の汚染を除去するために使用することができる。本発明を使用可能であるものとして挙げられた上記の代表的な分野の一覧は、包括的な一覧を表すことを意図していないことを理解されるべきである。さらに、本明細書における代表的な説明で使用されるウエハは、基板、部品、パネルなどの基本的にその他の任意の構造を表すように一般化可能であることを理解されるべきである。

以上では、いくつかの実施形態の観点から本発明の説明がなされてきたが、当業者ならば、先立つ明細書を読み、図面を検討することによって、各種の代替、追加、置換、および等価の形態を認識できるであろう。したがって、本発明は、本発明の真の趣旨および範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替、追加、置換、および等価の形態を含むことを意図している。特許請求の範囲において、構成要素および／またはステップは、特許請求の範囲において特に明記されない限り、いかなる特定の動作順序も示唆しないものとする。

本発明の一実施形態にしたがった、基板表面から汚染物質を除去するための技術を示した概略図である。 本発明の一実施形態にしたがった、流路と称することができる流体層を図１Ａから薄層化する様子を示した概略図である。 本発明の一実施形態にしたがった、ウエハから汚染物質を除去するために洗浄剤がどのように機能するかを示した図である。 本発明の一実施形態にしたがった、ウエハから汚染物質を除去するために洗浄剤がどのように機能するかを示した図である。 本発明の一実施形態にしたがった、基板から汚染を除去するための方法のフローチャートを示した図である。 本明細書で説明される実施形態にしたがった、力と距離との関係を示したグラフの概略図である。 本発明の一実施形態にしたがった、成形膜によって基板の表面を洗浄するための技術を示した概略図である。 本発明の一実施形態にしたがった、力伝達体として使用される柔軟性の膜を示した概略図である。 力伝達体が円柱形であるような一実施形態を示した概略図である。 図７の力伝達体に代わる別の一実施形態を示した概略図である。 本発明の一実施形態にしたがった、基板の表面を洗浄するためのシステムの概略図である。

Claims (34)

1. 基板を洗浄するための方法であって、
   流体層を形成するために、複数の固体成分を含む流体を前記基板の表面に供給する工程と、
   力伝達体を用いて、前記基板の表面に実質的に平行にかつ前記基板の外縁に向くように方向付けられたせん断力を生成する力を前記流体層に適用する工程と、前記せん断力は、前記流体層に接触する前記力伝達体を用いて適用された、少なくとも前記基板の表面方向への成分を含む前記力に起因し、
   前記基板の表面上の前記流体層に対して前記力が適用された後に、前記流体層を除去するために、前記基板の表面をすすぐ工程を備え、前記せん断力は、前記汚染物質を前記基板の表面に結合させる力よりも大きく、前記基板の表面からの汚染物質の除去を促進する、方法。
2. 請求項１に記載の方法はさらに、
   前記複数の固体成分の１つを前記基板の表面に向けることを含む、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記基板の表面に実質的に平行にかつ前記基板の外縁に向くように方向付けられたせん断力を形成する工程は、前記力伝達体の底表面と前記基板の上表面との間に定められる前記流体層の一部を薄くすることを含む、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
   前記流体層を周期的に摂動させ、前記せん断力を周期的に形成させる工程を備える方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   前記流体層は、脂肪酸を含む、方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、
   前記脂肪酸は、カルボン酸である、方法。
7. 請求項１に記載の方法はさらに、
   前記基板の表面の上方に配される前記力伝達体を回転させることを含む、方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、
   前記基板の表面に実質的に平行にかつ前記基板の外縁に向くように方向付けられたせん断力を形成する工程は、前記流体層に接触する前記力伝達体を加圧することを含む、方法。
9. 基板を洗浄するための洗浄装置であって、
   前記基板の表面の上に配された流体に接触するように配置される外表面を有する力伝達体と、前記流体は、複数の固体成分を有し、前記力伝達体は、前記複数の固体成分に対して前記基板の表面方向への力を作用させて、前記複数の固体成分を前記基板の表面に向かわせるように構成され、前記力を用いて前記基板の表面上に存在する粒子を除去し、
   前記力伝達体の下で前記基板を支えるように構成された基板サポートと、
   を備える洗浄装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、
    前記力伝達体は、前記基板の表面に前記流体を供給する、装置。
11. 請求項９に記載の装置であって、
    前記力伝達体は、その中に空間を形成する柔軟性の膜であり、前記空間は、前記流体で満たされる、装置。
12. 請求項９に記載の装置であって、
    前記力伝達体は、前記基板の表面に対し、軸中心に回転するおよび横方向に移動するように構成される、装置。
13. 請求項９に記載の装置であって、さらに、
    前記流体を前記基板の表面に提供する流体配送システムを備える装置。
14. 請求項９に記載の装置であって、
    前記流体は、脂肪酸を含む、装置。
15. 請求項９に記載の装置であって、
    前記流体は、界面活性剤を含む、装置。
16. 請求項９に記載の装置であって、
    前記複数の固体成分に加えられる力は、法線成分を含む、装置。
17. 請求項９に記載の装置であって、
    前記力伝達体の外表面は、ざらつきを有する、装置。
18. 請求項９に記載の装置であって、
    前記力伝達体の外表面は、複数の突部を含む、装置。
19. 請求項９に記載の装置であって、
    前記力伝達体の外表面は、平坦な面を有する板である、装置。
20. 基板洗浄システムであって、
    複数の固体成分を有する流体を基板の表面へと供給するように構成された流体リザーバと、
    前記基板の表面の上に配された前記流体に接触するように構成された外表面を有する力伝達体であって、前記力伝達体は、前記複数の固体成分に対して前記基板の表面方向への力を作用させて、前記複数の固体成分の１つの底表面と前記基板の表面との間に定められる流体層を薄くするように構成される、力伝達体と、
    前記力伝達体の下で前記基板を支えるように構成された基板サポートと、
    を備える洗浄システム。
21. 請求項２０に記載の洗浄システムであって、
    前記力伝達体は、加圧されるように構成される、洗浄システム。
22. 請求項２０に記載の洗浄システムであって、
    前記力伝達体は、周波数に応じて前記流体層を摂動させるように構成される、洗浄システム。
23. 請求項２０に記載の洗浄システムであって、
    前記流体層は、粘弾性である、洗浄システム。
24. 請求項２０に記載の洗浄システムであって、
    前記サポート構造は、前記基板を回転させるように構成される、洗浄システム。
25. 請求項２０に記載の洗浄システムであって、
    前記力伝達体は、前記基板の表面に対し、軸中心に回転するおよび横方向に移動するように構成される、洗浄システム。
26. 請求項２０に記載の洗浄システムであって、
    前記力伝達体は、平面を有する板である、洗浄システム。
27. 請求項２０に記載の洗浄システムであって、
    前記力伝達体は、膨張式である、洗浄システム。
28. 請求項２０に記載の洗浄システムであって、さらに、
    前記流体を前記基板の表面から除去するように構成されたスピン・すすぎ・乾燥システムを備える洗浄システム。
29. 基板洗浄システムであって、
    複数の固体成分を有する流体を基板の表面へと供給するように構成されている流体リザーバと、
    外表面に配置されている柔軟性の膜を有し、気泡または液滴の内の１つである力伝達体と、前記柔軟性の膜は前記基板の表面の上に配された前記流体に接触するように構成され、前記力伝達体は、前記流体に接触している間に前記柔軟性の膜の膨張および収縮を介して、前記複数の固体成分の１つの表面と前記基板の表面との間に規定される粘弾性流体層を薄くするために法線成分を有する力を提供するように構成されており、
    前記力伝達体の下で前記基板を支えるように構成された基板サポートと、
    を備える基板洗浄システム。
30. 請求項２９に記載の基板洗浄システムにおいて、前記力伝達体は前記柔軟性の膜の膨張および収縮を調整するために加圧されるように構成されている、基板洗浄システム。
31. 請求項２９に記載の基板洗浄システムにおいて、前記複数の固体成分は三斜晶構造を有する結晶性の固体を含む、基板洗浄システム。
32. 請求項２９に記載の基板洗浄システムにおいて、前記基板サポートは前記基板を回転させるように構成されている、基板洗浄システム。
33. 請求項２９に記載の基板洗浄システムにおいて、前記力伝達体は、軸中心に回転し、前記基板の表面に対して横方向に移動するように構成されている、基板洗浄システム。
34. 請求項２９に記載の基板洗浄システムはさらに、
    前記流体を前記基板の表面から除去するように構成されているスピン・すすぎ・乾燥システムを備える、基板洗浄システム。

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