JP6662977B2 - 高アスペクト比半導体デバイス構造のための、汚染物質除去を伴うスティクションフリー乾燥処理 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、概して、半導体基板の洗浄方法及び装置に関し、より詳細には、高アスペクト比半導体デバイス構造のための、スティクションのない（ｓｔｉｃｔｉｏｎ−ｆｒｅｅ）洗浄及び／又は乾燥処理に関する。

半導体デバイスの洗浄においては、液体や固体の汚染物質を基板表面から除去し、表面を清浄にしておくことが求められる。湿式洗浄処理は、水性洗浄液（ａｑｕｅｏｕｓ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）などの洗浄液の使用を含むのが一般的である。基板の湿式洗浄後、洗浄チャンバ内で基板表面から洗浄液を除去することが必要である。

従来の湿式洗浄技術の多くは、基板の洗浄に、液体噴霧や浸漬ステップを用いる。高アスペクト比フィーチャやボイドやポアを有する低誘電率材料を有する基板を、洗浄液の塗布後、乾燥させることは、非常に困難である。洗浄液の毛細管力はしばしば、これら構造内で材料の変形を引き起こし、これが望ましくない静摩擦（ｓｔｉｃｔｉｏｎ）を生み、これにより半導体基板が損傷し、さらに、使用された洗浄剤の残留物を基板上に残すこととなる。上述の欠点は、高アスペクト比半導体デバイス構造を備える基板において、後続する基板の乾燥中、特に顕著である。ラインスティクション又はライン倒壊は、湿式洗浄処理中にトレンチやビア内に閉じ込められた液体上の液体と空気との界面に亘る毛細管圧力によって、高アスペクト比トレンチやビアを形成する側壁が互いの方へ屈曲することに起因する。特に、狭小なライン幅及び高アスペクト比を備えるフィーチャは、毛細管圧力によって液体と空気の界面や液体と壁の界面間に生まれた表面張力の差に対して感受性が高く、この差は毛細管力と称されることもある。デバイスのスケーリングの急激な進歩の結果、現在稼働している乾燥法は、ますます困難なラインスティクション防止という課題に直面している。

その結果、当技術分野において、基板上の半導体デバイスの生産率を低下させ得るラインスティクションを低減又は除去できる乾燥処理に対する需要が存在する。

本明細書に記載の実施形態は、概して、基板洗浄方法及び基板処理装置に関する。より詳細には、実施形態は、半導体デバイスフィーチャ間のラインスティクションによる悪影響を低減又は除去する方式の、基板洗浄方法に関する。他の実施形態は、半導体デバイスフィーチャ間のラインスティクションを低減又は除去する方式の基板洗浄を可能にする、基板処理装置に関する。

一実施形態は、概して、基板を洗浄する方法に関する。当該方法は、基板表面に配置されたある量の残留物洗浄液を除去するために、基板を溶媒に晒すこと、基板表面に配置された溶媒を除去するために、基板を超臨界流体に晒すこと、及び、基板をプラズマに晒すことを含む。

別の実施形態は、基板処理装置を提供する。当該装置は、内部にロボットが配置された移送チャンバを有する。ロボットは、一又は複数の基板を、移送チャンバに連結された複数の処理チャンバ間で移送するように適合される。幾つかの構成において、基板処理装置は、移送チャンバに連結された湿式洗浄チャンバを含み得る。湿式洗浄チャンバは、基板支持体、及び、洗浄液を湿式チャンバの処理領域へと供給するように適合される、洗浄液送出装置を有する。溶媒交換処理チャンバが移送チャンバに連結される。溶媒交換チャンバは、基板支持体を有し且つ液体溶媒を溶媒交換チャンバに供給するように適合される、液体溶媒送出装置に連結される。超臨界流体チャンバが移送チャンバに連結される。超臨界流体チャンバは、基板支持体、加熱素子、気相又は液相のＣＯ_２を受けるように適合されたポート、並びに、加圧装置を有する。プラズマチャンバが移送チャンバに連結される。プラズマチャンバは、基板支持体、シャワーヘッド、ハロゲンガス又はＯ_２ガスを受けるように適合されたポート、及び、プラズマチャンバの処理領域においてプラズマを発生させるように適合された、ＲＦ電源を有する。

別の実施形態は、基板処理装置を提供する。当該装置は、移送チャンバに連結された湿式洗浄チャンバを有する。湿式洗浄チャンバは、基板支持体及び処理領域を有し、処理領域は、湿式洗浄チャンバの処理領域に洗浄液を供給するように適合される洗浄液送出装置に連結される。溶媒交換処理チャンバが移送チャンバに連結される。溶媒交換チャンバは、基板支持体を有し且つ液体溶媒を溶媒交換チャンバに供給するように適合される、液体溶媒送出装置に連結される。超臨界流体チャンバが移送チャンバに連結される。超臨界流体チャンバは、基板支持体、加熱素子、気相又は液相のＣＯ_２を受けるように適合されたポート、及び、加圧装置を有する。プラズマチャンバが移送チャンバに連結される。プラズマチャンバは、基板支持体、シャワーヘッド、ハロゲンガス又はＯ_２ガスを受けるように適合されたポート、及び、プラズマチャンバの処理領域においてプラズマを発生させるように適合された、ＲＦ電源を有する。移送チャンバは、湿式洗浄チャンバ、溶媒交換処理チャンバ、超臨界流体チャンバ、及びプラズマチャンバの間で、一又は複数の基板を移送するように適合される、第１のロボットを有する。

本発明の上述のような特徴が詳細に理解されるように、上記で簡単に概説した本発明のより具体的な記載が、実施形態を参照することによって得られ、これら実施形態の幾つかは添付の図面で示される。しかし、発明は他の等しく有効な実施形態も許容し得るため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、従って発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。

湿式処理後の乾燥中の毛細管力の発生に起因する、基板上に形成された半導体デバイス構造内に形成されたフィーチャ間に発生した、スティクションの影響を示す。 本明細書に記載の実施形態による、基板処理装置を示す。 本明細書に記載の実施形態による、基板処理装置を示す。 本明細書に記載の実施形態による、処理装置における基板処理フローを示す。 本明細書に記載の実施形態による、処理装置における基板処理フローを示す。 本明細書に記載の実施形態による、湿式処理チャンバの断面図を示す。 本明細書に記載の実施形態による、溶媒濾過システムの概略図を示す。 本明細書に記載の実施形態による、超臨界流体チャンバの概略断面図を示す。 本明細書に記載の実施形態による、図５Ａの超臨界流体チャンバの概略側面図を示す。 本明細書に記載の実施形態による、図５Ａの超臨界流体チャンバの部分概略断面図を示す。 本明細書に記載の実施形態による、図５Ｃの超臨界流体チャンバの概略側面図を示す。 本明細書に記載の実施形態による、超臨界流体送出システムを概略的に示す。 ＣＯ_２を表す相変化図である。 本明細書に記載の実施形態による、プラズマチャンバの断面図を示す。 本明細書に記載の実施形態による、基板洗浄の方法ステップのフロー図である。

理解を容易にするため、可能な場合には、上記の図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態で開示する要素は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。本明細書で参照する図面は、別途記載のない限り、寸法通り描かれていると理解されるべきでない。また、図面はしばしば簡略化され、図示と説明のために細部や部品が省略されている。図面及び記載は後述の原理を説明するために機能し、類似の符号は類似の要素を示している。

本明細書に記載の実施形態は、概して、基板の洗浄に用いられる方法及び装置に関する。より詳細には、実施形態は、基板に湿式洗浄処理が実施された後に半導体デバイスフィーチャ間に発生するラインスティクションを低減又は除去する方式の、基板洗浄方法に関する。他の実施形態は、半導体デバイスフィーチャ間のラインスティクションを低減又は除去する方式の基板洗浄を可能にする、基板処理装置に関する。

本明細書の実施形態の完全な理解を提供するために、下記の記載において、説明を目的とした複数の特定の詳細が記載される。しかしながら、本発明がこれら特定の詳細なしに実施可能であることは当業者には明らかであろう。その他の場合には、記載の実施形態を不明瞭にしないために、特定の装置構造が記載されていない。下記の記載及び図面は実施形態を例示するものであり、本発明を限定するものと解釈されるべきでない。

図１は、半導体デバイス１００内の２つのフィーチャ間でラインスティクションが発生した、半導体デバイス１００の一部分の概略断面図である。図示のように、基板表面上に高アスペクト比デバイス構造が形成されている。処理中、デバイス構造１０２は垂直配向で維持されるべきであり、壁１０６は、隙間１０４を横切ってデバイス構造１０２の隣接する壁１０６に接触すべきではない。半導体デバイス１００が湿式化学洗浄された後乾燥される場合、デバイス構造１０２の壁１０６は、隙間１０４内に配置された洗浄液によって発生する、空気と液体との界面に起因する毛細管力を受け、これにより隣接するデバイス構造１０２の壁１０６が互いの方に屈曲し、互いに接触することとなる。ラインスティクションは、隣接するデバイス構造１０２の壁１０６間の接触の結果であり、究極的には隙間１０４の閉塞を引き起こす。ラインスティクションは、更なる堆積ステップなどの後続する基板処理ステップ中、隙間１０４へのアクセスを妨害するので、一般的に望ましくないものである。

本明細書に記載の方法によれば、ラインスティクションを防止するため、基板は湿式洗浄チャンバ内で、脱イオン水又は洗浄用化学物質などの水性洗浄液に晒され得る。このような基板は、電子デバイスがその上に配置された又は形成された、半導体基板を含む。湿式洗浄チャンバ内で基板上に水性洗浄液を使用することにより、湿式洗浄処理が実施された後に基板上に残った残留物が除去される。幾つかの構成において、湿式洗浄チャンバは、枚葉式ウエハ洗浄チャンバ及び／又は水平スピニングチャンバであり得る。付加的に、湿式洗浄チャンバは、基板のデバイスのない側に向けた音響エネルギーを生成するように適合される、メガソニックプレートを有し得る。

基板の湿式洗浄後、湿式洗浄チャンバ内で使用した、使用済みの水性洗浄液をすべて置換するために、基板が溶媒交換チャンバに移送され得る。次いで、基板に更なる洗浄及び乾燥ステップを実施するため、基板が超臨界流体チャンバに移送され得る。一実施形態で、基板を乾燥することは、基板表面に超臨界流体を送出することを含み得る。乾燥ガスは、超臨界処理チャンバ内で達成される又は維持される、特定の圧力構成及び温度構成に晒された場合に、超臨界状態に転移するように、選択され得る。そのような乾燥ガスの一例は、二酸化炭素（ＣＯ_２）を含む。乾燥ガスの別の例は、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）である。図６は、ＣＯ_２の相変化図を示す。超臨界ＣＯ_２は超臨界ガスであるので、その表面張力は気体に類似するが、液体に類似した密度を有し、表面張力を有さない。図は、超臨界ＣＯ_２が、約７３．０ａｔｍの圧力及び約３１．１°Ｃの温度において臨界点を有することを示している。ＣＯ_２などの超臨界流体に固有な特性の１つは、超臨界圧を上回る圧力及び超臨界点（例えば、ＣＯ_２では３１．１°Ｃ及び７３ａｔｍ）を上回る温度では、凝集が発生しないことである。臨界温度の右側であり且つ臨界圧（例えばＣＯ_２では７３ａｔｍ）の上である領域が、ＣＯ_２乾燥ガスの超臨界状態を画定する。

超臨界流体は、その固有の特性により、基板内の実質的にすべてのポアやボイドに浸透し、隙間１０４内に存在する残留しているすべての液体又は粒子を除去し得る。一実施形態で、粒子及び残留物を除去するために超臨界処理が所望の期間進行した後、ほぼ一定温度でチャンバの圧力が下げられ、隙間１０４内で超臨界流体を気相へと直接的に転移することが可能となる。超臨界流体処置の前に隙間１０４内に存在する液体は、典型的には、溶媒交換チャンバからの置換溶媒であり得る。隙間１０４内に典型的に存在する粒子は、有機核種（すなわち炭素）、無機核種（すなわちシリコン）、及び／又は金属などの任意の固体粒状物であり得る。超臨界流体によって乾燥され得る隙間１０４の例は、誘電体層におけるボイド又はポア、低誘電率誘電材料におけるボイド又はポア、及び、流体及び粒子を閉じ込め得る、基板における他のタイプの間隙を含み得る。更に、超臨界乾燥は、相転移中に液体状態を回避することにより、及び、超臨界ＣＯ_２などの超臨界流体の微小な表面張力によって、デバイス構造１０２の壁１０６間で発生した毛細管力を除去することにより、ラインスティクションを防止し得る。

次いで、基板は、超臨界流体チャンバから後処理チャンバへ移送され得る。後処理チャンバはプラズマ処理チャンバであり得、この内部で、基板上に存在し得る汚染物質が除去され得る。基板を後処理することはまた、デバイス構造に存在するすべてのラインスティクションを更に解除し得る。本明細書に記載の処理は、約１０：１もしくはそれを上回る、２０：１もしくはそれを上回る、又は、３０：１もしくはそれを上回るアスペクト比などの、高アスペクト比を有するデバイス構造の洗浄に有益である。特定の実施形態で、本明細書に記載の実施形態は、３Ｄ／垂直ＮＡＮＤフラッシュデバイス構造の洗浄に特に有益である。

図２Ａは、本発明の一実施形態による、上述のステップのうちの一又は複数を実施するように適合される基板処理装置を示す。一実施形態で、処理装置２００は、湿式洗浄チャンバ２０１、溶媒交換チャンバ２０２、超臨界流体チャンバ２０３、後処理チャンバ２０４、移送チャンバ２０６、及び湿式（ｗｅｔ）ロボット２０８を備え得る。基板を処理することは、金属線によって相互接続された、トランジスタ、キャパシタ、又はレジスタなどの電気デバイスを形成することを含むがこれらに限定されず、電気デバイスは基板上の層間誘電体によって絶縁される。これらの処理は、基板を洗浄すること、基板上に形成された膜を洗浄すること、基板を乾燥させること、及び、基板上に形成された膜を乾燥させることを含み得る。別の実施形態で、処理装置２００は、処理装置２００内で処理された基板を検査するためのツール（図示せず）を含む、検査チャンバ２０５を含み得る。

一実施形態で、基板処理装置２００は、湿式洗浄チャンバ２０１、溶媒交換チャンバ２０２、超臨界流体チャンバ２０３、後処理チャンバ２０４、及び移送チャンバ２０６などの幾つかの基板処理チャンバを備えた、クラスタツールである。処理装置２００はまた、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバ、及び／又は物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバなどの、膜堆積チャンバ（図示せず）も備え得る。これらチャンバは、移送チャンバ２０６内に配置され得る湿式ロボット２０８の周辺に位置決めされ得る。湿式ロボット２０８は、モータ、基部、アーム、及び、チャンバ間で基板を移送するように構成されるエンドエフェクタ２０９を備え得る。任意選択的に、処理装置２００のスループットを向上させるために、湿式ロボット２０８が複数のアーム及び複数のエンドエフェクタを有し得る。一実施形態で、湿式ロボット２０８は先述のチャンバ間で基板を移送する。別の実施形態で、湿式ロボット２０８のエンドエフェクタのうちの少なくとも１つは乾式（ｄｒｙ）エンドエフェクタ専用であり（例えば、乾燥したウエハを扱うように適合され）、湿式ロボット２０８のエンドエフェクタのうちの少なくとも１つは湿式エンドエフェクタ専用である（例えば、湿ったウエハを扱うように適合される）。専用の乾式エンドエフェクタは、超臨界流体チャンバ２０３と後処理チャンバ２０４との間で基板を移送するために使用され得る。処理装置２００はまた、ファクトリインターフェース２１８に配置される乾式ロボット２１６も備え、ファクトリインターフェース２１８は、処理装置２００並びに複数の基板カセット２１２及び２１４に連結され、複数の基板カセット２１２及び２１４の各々は、未洗浄もしくは未乾燥の又は洗浄済みもしくは乾燥済みの、複数の基板を保持する。乾式ロボット２１６は、カセット２１２及びカセット２１４と、湿式洗浄チャンバ２０１及び後処理チャンバ２０４との間で、基板を移送するように構成され得る。別の実施形態で、乾式ロボット２１６は、超臨界流体チャンバ２０３と後処理チャンバ２０４との間で、基板を移送するように構成され得る。処理装置２００内の処理チャンバは、基板移送チャンバ２０６を収納する水平プラットフォーム上に配置され得る。

図２Ｂに示す代替的実施形態で、処理装置２００Ａは、湿式洗浄チャンバ２０１、溶媒交換チャンバ２０２、超臨界流体チャンバ２０３、後処理チャンバ２０４、及び移送チャンバ２０６などの幾つかの基板処理チャンバを備えた、線形の装置であり得る。例えば、処理装置２００Ａは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能なＲａｉｄｅｒ（登録商標）ＧＴであり得るが、他の製造者による他の処理装置が、本明細書に記載の実施形態を実施するように適合されてもよい。処理装置２００はまた、ＣＶＤチャンバ、ＡＬＤチャンバ、及び／又はＰＶＤチャンバなどの、膜堆積チャンバ（図示せず）も備え得る。これらチャンバは、移送チャンバ２０６内に配置されるロボット２０８Ａの周辺に位置決めされ得る。ロボット２０８Ａは、モータ、基部、アーム、並びに、チャンバ間で基板を移送するように構成される、エンドエフェクタ２０９Ａ及び２０９Ｂを備える。ロボット２０８Ａは、処理装置２００Ａのスループットを向上させるために、複数のアーム及び複数のエンドエフェクタを有し得る。一実施形態で、ロボット２０８Ａは専用の湿式エンドエフェクタ２０９Ａを有し、先述のチャンバ間で基板を移送する。処理装置２００Ａはまた、処理装置２００並びに複数の基板カセット２１２及び２１４に連結される、ファクトリインターフェース２１８も備え、複数の基板カセットの各々は、未洗浄もしくは未乾燥の又は洗浄済みもしくは乾燥済みの、複数の基板を保持する。専用の乾式エンドエフェクタ２０９Ｂを有するロボット２０８Ａは、カセット２１２及び２１４と、湿式洗浄チャンバ２０１及び後処理チャンバ２０４との間で、基板を移送する。一実施形態で、専用の乾式エンドエフェクタ２０９Ｂは、超臨界流体チャンバ２０３と後処理チャンバ２０４との間で基板を移送するように構成され得る。処理装置２００Ａ内のチャンバは、基板移送チャンバ２０６を収納する水平プラットフォーム上に配置され得る。

処理装置２００Ａの幾つかの構成において、ロボット２０８Ａは、線形トラック２２０に沿って移動する。チャンバは、線形トラック２２０の一方の側又は両側に、順に配置され得る。湿式基板移送を実施するために、ロボット２０８Ａが基板を移送する前に薄い湿った層のみが基板表面上に残るように、基板が依然としてチャンバ内にある間に基板を回転させることなどによって余分な液体が基板から除去され得る。ロボット２０８Ａ上に２つ又はそれよりも多いエンドエフェクタを提供する実施形態では、少なくとも１つは湿式基板移送専用であり、その他は乾式基板移送専用であり得る。多量生産のために、延長可能な線形の構成において更なるチャンバが設置され得る。

上記の実施形態で参照した構成は、各チャンバの設計の複雑さを大幅に低減し、繊細な処理ステップ間の待機時間制御を可能にし、各キーステップの処理持続期間を均一化するために、調整可能なチャンバモジュール数によって、連続生産におけるスループットを最適化する。

再び図２Ａを参照すると、処理装置２００の洗浄及び乾燥処理は、利用可能なチャンバ空間と湿式ロボット２０８とを使用することにより、スループットを最大化するタイミングとされたシーケンスで進行する。一又は複数の膜が上部に形成された基板を洗浄及び乾燥するための、１つの可能な処理シーケンスは、以下を含む。乾式ロボット２１６が清浄でない基板を基板カセット２１２又は２１４から取り、基板を湿式洗浄チャンバ２０１内に置き、湿式ロボット２０８が、基板を湿式洗浄チャンバ２０１から除去して基板を溶媒交換チャンバ２０２内に置き、湿式ロボット２０８が基板を溶媒交換チャンバ２０２から除去して基板を超臨界流体チャンバ２０３内に置き、乾式ロボット２１６又は湿式ロボット２０８の専用の乾式エンドエフェクタが、基板を超臨界流体チャンバ２０３から除去して後処理チャンバ２０４内に位置決めし、乾式ロボット２１６が、基板を後処理チャンバ２０４から除去して、洗浄及び乾燥された基板を基板カセット２１２もしくは２１４内に配置する。処理装置２００内の基板の移動は、基板の洗浄時間及び乾燥時間を最適化し得る。基板の最適な洗浄時間及び乾燥時間を選択するために、その他のシーケンスの変化形が用いられ得る。

一実施形態で、基板は、基板上に一又は複数の膜を形成するための膜堆積チャンバ（図示せず）、或いは、基板から材料を除去し得る膜エッチングチャンバなどの、処理装置（例えば、処理装置２００）内に配置された前処理チャンバ内で、処理され得る。カセット２１２及びカセット２１４は基板を処理装置２００に送出し、次いで基板は、ロボットにより、湿式洗浄チャンバ２０１などの第１の処理チャンバ内に配置され得る。この構成で、ロボットは、カセット２１２及びカセット２１４のうちの１つから第１の処理チャンバへと、基板を送出する。次いで基板は、湿式洗浄チャンバ２０１内で、基板上に存在する、材料の残留物／粒子又は液体などの汚染物質を除去するために、洗浄液に晒され得る。一実施形態で、洗浄液は、脱イオン水、洗浄溶媒、又はそれらの組み合わせを含み得る。

次に、基板は、湿式洗浄チャンバ２０１から溶媒交換チャンバ２０２へと、湿式ロボット２０８によって移送され得る。溶媒交換チャンバ２０２内で、基板を溶媒に晒すことにより、その前に配置された洗浄液が溶媒によって置換され得る。一実施形態で、洗浄液を置換するために使用される溶媒は、液相又は超臨界相の何れかにある単一の化学物質であるか、様々な化学物質のシーケンスであるか、又は、液相又は超臨界相にあるこれら物質の混合物であり得る。置換のためのこれら化学物質又は混合物の、状態及び相は、脱イオン水、溶媒、もしくは化学物質、及びこれらの混合物から選択された化学物質又は混合物の、比溶解度、混和性、及び液体置換特性によって決定され得る。

一実施形態で、基板は、基板上に残留している残液を置換するために溶媒に晒され得る。溶媒は、以前の処理ステップからの基板表面上の液体残留物を、実質的にすべて置換するのに十分な量で、基板の上面に供給され得る。充填及びパージ（ｆｉｌｌ ａｎｄ ｐｕｒｇｅ）処理によって溶媒交換が実施され得る。例えば、先述したような一又は複数の溶媒が溶媒交換チャンバ２０２内に導入され、溶媒交換チャンバ２０２が、少なくとも基板を被覆するまで溶媒で満たされ得る。溶媒交換が所望の期間進行した後、溶媒交換チャンバ２０２から一又は複数の溶媒を除去することにより、チャンバはパージされ得る。

一実施形態で、溶媒交換に適した溶媒は、アセトン、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、及び他の無極性溶媒を含む。水を除去し、超臨界流体に可溶な溶媒と交換することにより、後続する超臨界フラッシング及び乾燥が、溶媒と超臨界流体との間の除去中の相分離の防止によって改善されると考えられている。

別の実施形態で、溶媒交換処理に適した溶媒は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−メチルホルムアミド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、ジメチルアセトアミド、及びジメチルスルホキシドを含む。これらの極性有機溶媒などの極性溶媒は、水を置換し、高誘電率（３０を上回る）及び低蒸発率（酢酸ｎ−ブチルに対して０．５を下回る）を有するので、一般的に望ましい。極性有機溶媒はまた、一般的に水混和性であり、シリコンと水との反応からシリカ粒子が析出することを抑制する。

一実施形態で、溶媒交換処理は、基板表面上に残っている残液を置換するために、複数の溶媒を連続的に基板に供給することを含む。この処理シーケンスの一実施形態で、残液を除去するために、極性溶媒、次いで無極性溶媒を基板表面に送出することによる、複数ステップでの溶媒交換処理が実施され得る。一実施例で、処理シーケンスは、基板から脱イオン水を置換するように構成される極性溶媒を含む第１の溶媒、次いで、約９０パーセント又はそれを上回る液体イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などの無極性溶媒を含む第２の溶媒であって、溶媒交換チャンバ２０２内で基板上の極性溶媒を置換するために室温で用いられ得る、第２の溶媒を供給することを含む。極性溶媒の使用は、任意の残留粒子の除去を支援するのに効果的であり、これはＩＰＡなどの無極性溶媒を基板表面に供給する前に重要である。極性溶媒及び後続する無極性溶媒の使用により、残液及び任意の残留粒子、又は基板からの同様の汚染物質をより効率的に除去すると考えられている。

しかしながら、大抵の極性溶媒の構造によって、極性溶媒が置換された後、洗浄用流体（すなわち水溶液）、超臨界ＣＯ_２における可溶性が低い極性有機溶媒などの極性溶媒は、後続する処理ステップ中に極性溶媒が容易に基板表面から除去され得ることを保証するために、無極性溶媒に置き換えられる必要がある。ＩＰＡなどの無極性溶媒が極性有機溶媒を置換した後、無極性溶媒の、超臨界流体（例えば超臨界ＣＯ_２）での後続する置換が実施され得る。好ましい実施形態で、極性有機溶媒は、Ｎ−メチル−２−ピロリドンもしくはＮ−メチルホルムアミド、又はそれらの組み合わせを含む。したがって、一実施例で、溶媒交換処理は、洗浄液を極性有機溶媒で置換すること、次いで、この極性有機溶媒を無極性有機溶媒で置換することを含み得る。

次に、基板を後続する超臨界洗浄及び超臨界乾燥処理用に準備するために、相転移処理が実施され得る。相変化処理は、２つの方式のうちの１つ、又はそれらの組み合わせで進行し得る。一実施形態で、基板表面上の残留材料の、無極性溶媒などの溶媒による置換が実施された後、溶媒は、純粋の超臨界ＣＯ_２又はＣ_３Ｈ_８などの超臨界流体で、直接的に置換される。この実施形態では、純粋の超臨界流体が超臨界流体チャンバ２０３に供給され得る。したがって、超臨界流体チャンバ２０３内で維持される温度及び圧力は、流体を超臨界状態に維持するために調整され得る。別の実施形態では、上述の置換処理で使用される化学物質又は化学物質混合物が液体ＣＯ_２などの液体であって、超臨界相に転移される場合、化学物質又は化学物質混合物を超臨界流体に変換するために、相転移処理が使用され得る。例えば、９０パーセント又はそれを上回る液体ＩＰＡが、約５〜８°Ｃ及び約５０バールで、液体ＣＯ_２によって置換され得る。一実施形態で、上記の約５〜８°Ｃ及び約５０バールの液体ＣＯ_２は、超臨界流体チャンバ２０３内で、約４０°Ｃ及び約９５バールの圧力まで加熱され得る。超臨界相を発生させた結果、液体と気体、及び液体と固体との間の表面張力の差に起因する毛細管圧力が取り除かれる。毛細管圧力を取り除くことにより、清浄な表面の屈曲や相互作用を防止し、これにより高アスペクト比フィーチャにおいてスティクションが発生する確率を低減し得る。

一実施形態で、超臨界フラッシング処理において、基板表面上に残留している粒子及び残留物を洗浄しフラッシング除去（ｆｌｕｓｈ ａｗａｙ）するために、先述したものと同じタイプの化学物質又は化学物質混合物を含む超臨界流体が形成され、超臨界流体チャンバ２０３に導入され得る。一実施形態で、ＣＯ_２が超臨界流体を形成するために使用され得る。超臨界ＣＯ_２は、超臨界流体チャンバ２０３の外で形成され、次いで、超臨界流体チャンバ２０３に導入される。一実施形態で、約４０°Ｃ及び約９５バールなど、超臨界点を上回る点における超臨界ＣＯ_２は、超臨界流体チャンバ２０３の外で形成され、次いで、超臨界流体チャンバ２０３に導入される。

別の実施形態で、液体ＣＯ_２がチャンバに供給され、続いて、チャンバ内で温度と圧力とを上昇させることにより超臨界ＣＯ_２に変換される。この実施形態で、液体ＣＯ_２は、第１の流量で超臨界流体２０３チャンバに供給され、ここで、第１の流量は、基板表面上に存在する溶媒を攪乱することを避けるように構成される。所望の量の液体ＣＯ_２が超臨界流体チャンバ２０３に供給された後、更なる液体ＣＯ_２が、第１の流量を上回る第２の流量で、超臨界流体チャンバ２０３が実質的に液体ＣＯ_２で充填されるまで、超臨界流体チャンバ２０３に供給される。第２の流量は、基板上の溶媒と液体ＣＯ_２との間の相互作用を促すための乱流を発生させるように構成される。超臨界ＣＯ_２流体ではなく液体ＣＯ_２を、溶媒材料と相互作用させることにより、この溶媒材料の置換処理と基板表面からの除去とが大きく向上すると考えられている。シャワーヘッド、又は、チャンバ壁内の一もしくは複数の角度付けされた通路など様々な装置が、増加した第２の流量との組み合わせで使用され、液体ＣＯ_２の乱流、及び、超臨界流体チャンバ２０３内に配置された基板表面との相互作用を強化する。

両方の実施形態において、超臨界ＣＯ_２は気体と液体との中間の特性を呈し、気体と同様の輸送挙動によって複雑なナノレベルの形状に十分に浸入する能力を有し、これにより、一般に流動液体に関連する優れた物質移動能力によって、効果的に粒子や残留物を除去できる。一実施形態では、この超臨界フラッシング処理が約３０秒〜約６０秒間進行し得る。

超臨界フラッシング処理は、幾つかの異なる方式で達成され得る。一実施形態で、超臨界流体がチャンバ２０３内の基板の上の容積へと導入され滞留させられる。一実施例で、基板表面の上の、純粋の超臨界ＣＯ_２は、純粋の超臨界ＣＯ_２が存在する基板の上の容積と、溶媒、残留物、及び粒子が存在し得る基板表面との間で、濃度勾配を生み出す。流体が熱力学的な平衡状態にあることを求めるので、溶媒、残留物、及び粒子は、基板表面上の高アスペクト比フィーチャからの拡散によって、基板の上のＣＯ_２の体積に引かれると考えられている。

別の実施形態では、超臨界流体を、チャンバ２０３を機械的に通流させることにより、超臨界フラッシングが実施され得る。超臨界流体を基板表面上の高アスペクト比フィーチャに浸入させて、高アスペクト比フィーチャ内に存在し得る溶媒、残留物、及び粒子をフラッシング除去するために、超臨界流体は、基板表面に亘り十分な流量で送出され得る。幾つかの実施形態で、この機械的流入はまた、チャンバ２０３内に存在する滞留流体（例えばＣＯ_２）の期間と呼応して機能し、フラッシング処理を向上させ得る。この例では、基板表面に亘る機械的流入の期間のシーケンス、次いで、流れの滞留期間を使用して、超臨界フラッシング処理が向上し、回収又は排出されることが必要な超臨界ＣＯ_２などの超臨界流体の量を削減し得る。

次に、基板は、超臨界乾燥処理に晒され得る。化学物質又は化学物質混合物が、液体状態に入ることなく超臨界から気体状態へ相転移することを保証するために、この処理は、チャンバ２０３内の温度及び圧力を調整することによって制御され得る。図６は、発生し得るＣＯ_２の相を、温度及び圧力に関して示す。この処理は、超臨界流体（破線を越えるエリア）が、例えば、図６に示すように液相と気相とを分離している線を越えることによって液体となることなく、気体状態に変化することを保証する。超臨界乾燥処理中に高アスペクト比トレンチから除かれた流体は、超臨界流体の特徴によって微小な表面張力を呈し、結果として、ラインスティクションを低減する又は取り除く。一実施形態では、約４０°Ｃ、約９５バールの超臨界ＣＯ_２が、圧力が約２１バールに低下するまで、約４０°Ｃで等温減圧される。一実施形態で、超臨界流体チャンバ２０３内に残留しているガスは、チャンバから排気エリアへ排気され得る。

次いで、基板は、超臨界流体チャンバ２０３からロボット２０８によって後処理チャンバ２０４へ移送され得る。基板は、乾燥スティクション除去処理を完遂するための最終処置として、基板を低電力でプラズマに晒すことによって、後処理チャンバ２０４内で後処理され得る。後処理は、倒壊した任意のトレンチの剥離を解除する及び／又は基板表面を安定化し得る。一実施形態で、酸素（Ｏ_２）ガスプラズマ又はハロゲンガスプラズマが、チャンバ内で当該ガスを基板表面上で約１０秒間約７５ＷのＲＦ電力に晒してプラズマを形成することによって、基板に適用され得る。別の実施形態で、後処理チャンバ２０４内で形成されるＲＦプラズマが、Ｃ_２Ｆ_６又はＣＦ_４などのフルオロカーボンを含み得る。基板の後処理により、以前の洗浄処理で使用した化学物質又は化学物質混合物によって発生した局所的な不純物に起因する、軽微な又は一時的なスティクションを解除し得る。後処理は更に、デバイスフィーチャの洗浄済み表面間で、原子軌道の重なり、ファンデルワールス力、又は、高エネルギー状態にある隣接するデバイスフィーチャがより安定した低エネルギー状態に到達するために相互結合する未結合手（ｄａｎｇｌｉｎｇ ｂｏｎｄｓ）の存在などの、原子相互作用によって引き起こされる、軽微な又は一時的なスティクションを解除し得る。

後処理は、上述の不純物や原子の相互作用が「落ち着く（ｓｅｔ）」或いはより永続的となる時間を与えないために、超臨界乾燥処理の直後に実施される場合に最も効果的であり得る。超臨界乾燥ステップの直後に実施される後処理は、未結合手などの清浄な表面の原子の相互作用が、原子が安定した低エネルギー状態で結合するために電子を移動する或いは共有する前に、低エネルギー状態へと再構成することも防止し得る。別の実施形態では、基板上に残留している任意の有機汚染物質が、バイアスプラズマに晒すことにより除去され得る。

図３Ａは、一実施形態による基板処理シーケンスを示す。処理装置３００は、湿式洗浄チャンバ３０１、溶媒交換チャンバ３０２、超臨界流体チャンバ３０３、及びプラズマ処理チャンバ３０４などの、図２Ａ〜２Ｂと共に先述したチャンバと同様の複数のチャンバを備える。基板処理シーケンスは、図８の方法を参照して後述するように、処理装置３００を通じて進行する。図３の処理装置は、ファクトリインターフェース３１０内に配置される乾式ロボット３１６を更に備える。乾式ロボット３１６は、処理装置３００の移送チャンバ３０６内に配置される湿式ロボット３０８と同様のものであり得る。乾式ロボット３１６は、一又は複数のカセットへ、及び一又は複数のカセットから、処理装置３００へと基板を移送するように構成され得る。一実施形態で、乾式ロボット３１６は、一又は複数のカセット３１２からファクトリインターフェース３１０を通って湿式洗浄チャンバ３０１へと、基板を移送するように構成され得る。乾式ロボット３１６のエンドエフェクタは、清浄でない基板をカセットから除去し、清浄でない基板を湿式洗浄チャンバ３０１へ移送し、ここで乾式ロボット３１６は、清浄でない基板を湿式洗浄チャンバ３０１の内部へ送出し得る。乾式ロボット３１６はまた、超臨界流体チャンバ３０３からプラズマ処理チャンバ３０４へ、及び、プラズマ処理チャンバ３０４からファクトリインターフェース３１０を通って一又は複数のカセット３１２へ、基板を移送するように構成され得る。乾式ロボット３１６のエンドエフェクタは、清浄な基板をプラズマ処理チャンバ３０４の内部から除去し、清浄な基板をカセット３１２へ送出し得る。処理装置３００内のチャンバにおいて、本発明を実現できる複数の構成が可能であることを理解すべきである。

図３Ｂは、別の実施形態による基板処理フローを示す。処理装置３００は図３Ａの処理装置と同様であり得る。一実施形態で、湿式ロボット３０８は、移送チャンバ３０６内に配置されて様々な処理チャンバ間で基板を移送する、複数のエンドエフェクタ３２０Ａ、３２０Ｂ、及び３２２を備え得る。

一実施形態で、エンドエフェクタ３２０Ａ及び３２０Ｂは、湿式処理移送ステップ専用であり得る。例えば、湿式洗浄チャンバ３０１又は溶媒交換チャンバ３０２内で基板が処理され、基板表面を移送中に保護し基板の乾燥を防ぐための液体の薄膜が基板表面上に残り、これにより１つの基板から別の基板への待機時間の変動を低減し得る。湿式処理エンドエフェクタ３２０Ａ及び３２０Ｂの各々は、後続する処理ステップ中の基板の汚染を防止するために、２つのチャンバ間のみの基板移送専用であり得る。湿式処理エンドエフェクタ３２０Ａは更に、湿式洗浄チャンバ３０１から溶媒交換チャンバ３０２へと基板を移送し得る。湿式処理エンドエフェクタ３２０Ａは、湿式処理エンドエフェクタ３２０Ａが基板を湿式洗浄チャンバ３０１へと移送し得る、湿式洗浄チャンバ３０１と、湿式処理エンドエフェクタ３２０Ａが基板を溶媒交換チャンバ３０２へと挿入する、溶媒交換チャンバ３０２との間の経路において、移動する。湿式処理エンドエフェクタ３２０Ａは、同じ経路に沿って戻り、湿式洗浄チャンバ３０１内で処理された新しい基板の各々に対してこの処理を繰り返し得る。

一実施形態で、湿式処理エンドエフェクタ３２０Ｂは湿式処理エンドエフェクタ３２０Ａと同様であり得る。しかしながら、湿式処理エンドエフェクタ３２０Ｂは、溶媒交換チャンバ３０２から超臨界流体チャンバ３０３へと基板を移送し得る。湿式処理エンドエフェクタ３２０Ｂは、溶媒交換チャンバ３０２と超臨界流体チャンバ３０３との間の経路において移動し得る。動作中、湿式処理エンドエフェクタ３２０Ｂは、基板を溶媒交換チャンバ３０２から除去し、当該基板を超臨界流体チャンバ３０３へと移送し、当該基板を超臨界流体チャンバ３０３へ挿入し得る。１つの構成において、湿式処理エンドエフェクタ３２０Ｂは、同じ経路に沿って戻り、溶媒交換チャンバ３０２内で処理された新しい基板の各々に対してこの処理を繰り返し得る。

別の実施形態で、湿式ロボットは乾燥処理エンドエフェクタ３２２をさらに備える。乾燥処理エンドエフェクタ３２２は、超臨界流体チャンバ３０３とプラズマチャンバ３０４との間の基板移送専用であり得る。乾燥処理エンドエフェクタ３２２は、超臨界流体チャンバ３０３とプラズマチャンバ３０４との間の経路を移動し得る。動作中、乾燥処理エンドエフェクタ３２２は、基板を超臨界流体チャンバ３０３から除去し、当該基板をプラズマチャンバ３０４へと移送し、ここで、乾燥処理エンドエフェクタ３２２は当該基板をプラズマチャンバ３０４へ挿入し得る。ある構成において、乾燥処理エンドエフェクタ３２２は、同じ経路に沿って戻り、超臨界流体チャンバ３０３内で処理された新しい基板の各々に対してこの処理を繰り返し得る。

図４Ａは、一実施形態による湿式処理チャンバの断面図を示す。図４Ａに示す湿式処理チャンバは、湿式洗浄チャンバ２０１として及び／又は溶媒交換チャンバ２０２として用いられ得ることが意図される。一実施形態で、湿式処理チャンバ ４００は単一の基板処理チャンバであり得る。一実施形態では、基板４０６の底部側（基板底面４１４）が、洗浄溶液、リンス溶液、及び乾燥溶液４１２に晒される一方、基板４０６の上部側（基板上面４１６）は溶液に晒されない。基板底面４１４（これは基板の非デバイス側であり得る）は、溶液４１２に晒されるために下方向に向けられ得る。別の実施形態では、基板上面４１６及び基板底面４１４の両方が、一又は複数の洗浄溶液又は溶媒交換溶液に晒され得る。

一実施形態で、チャンバ ４００は、回転デバイス ４４９の軸に沿って並進する回転可能な基板保持ブラケット（ブラケット） ４４８を含む。回転デバイス ４４９は更に、ブラケット ４４８を回転させ得る電子モータ（図示せず）に連結され得る。チャンバ ４００はまた、アクセスドア（図示せず）を含み、基板４０６を保持しているロボットアーム（図示せず）は、このアクセスドアを通じて進入し基板をブラケット ４４８内に配置し得る。一実施形態で、基板４０６は、ブラケット ４４８内に配置されると、ブラケット ４４８内に含まれる支持クリップ４１０及び垂直支持ポスト上に置かれ得る。ブラケット ４４８は、支持ポストと共に、基板を所望の位置へと上昇又は下降させ得る。

一実施形態で、ブラケット ４４８は、洗浄サイクル中に溶液が下方から分配される間、基板４０６を回転させ得る。別の実施形態では、洗浄サイクルなどの処理サイクル中、溶液４１２が基板４０６の上面及び／又は底面の別のノズルから分配される間、ブラケット ４４８は基板４０６を回転させ得る。別の実施形態で、ブラケット ４４８は、洗浄中、水平面内で基板４０６を回転させ得る。

一実施形態で、チャンバ ４００はまた、貫通孔（供給ポート） ４４２に接続された管４２８を含む。洗浄サイクル中、洗浄用の流体又は化学物質は、洗浄用化学物質源４２８Ａから管４２８を通じて導入され得る。基板４０６の回転（スピン）の結果、溶液４１２が基板底面４１４に塗布され得る。基板４０６の上方に位置するノズルが、流体源 ４１６Ａから基板４０６の上面４１６に溶液を分配し得る。基板４０６が高速回転するにつれて、基板４０６上に存在する、洗浄して除かれるべき残留物及び／又は液体が除去され得る。

別の実施形態で、チャンバ ４００は、高性能微粒子除去（ＨＥＰＡ） フィルタ又は超低浸透空気（ＵＬＰＡ）フィルタなどのフィルタ４１１を更に含む。フィルタ４１１からの下降気流４２３及び重力が、基板４０６の垂直支持ポストに対する位置を維持するように作用し得る。

別の実施形態では、チャンバ ４００が、基板上面４１６に溶液が送出されることを可能にする他のノズル（図示せず）も含み得る。従って、溶液の第１の組が基板底面４１４へと移送される一方、異なる源からの溶液（溶液の第２の組）が基板上面４１６へと移送され得る。基板表面のいずれかに適用可能な溶液は、水、又は、アセトン、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノールを含む溶媒などの他の洗浄液を含み得、ギ酸、 Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−メチルホルムアミド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、ジメチルアセトアミド、及びジメチルスルホキシドなどの極性有機溶媒、又はそれらのシーケンス、組み合わせ、及び混合物などを更に含み得る。様々な実施形態で、３つ又はそれよりも少ない炭素原子を含む他の溶媒も用いられ得る。用いられる溶媒は、ＣＯ_２に混和性がある且つ／又は、少なくとも液体ＣＯ_２又は超臨界ＣＯ_２にコンタクトされたときに溶媒和され得る。

別の実施形態で、チャンバは、各湿式洗浄サイクル後に基板４０６をスピン乾燥するために使用され得る。例えば、湿式洗浄サイクル後、回転デバイス ４４９がブラケット ４４８の回転を継続し、従って基板４０６のスピンが継続される。基板４０６のスピンが、基板４０６の洗浄に使用される液体（又は試薬）を除去する。別の実施形態で、湿式処理チャンバ４００は、極性有機溶媒及び／又は無極性溶媒などの溶媒を管４２８を通じて導入する、溶媒交換チャンバとして用いられ、基板４０６上に形成されたフィーチャ内に閉じ込められた洗浄用流体内の溶媒交換を促進し得る。

図４Ｂは、本明細書に記載の特定の実施形態による、溶媒濾過システム４５０の概略図を示す。例えば、溶媒濾過システム４５０は、溶媒交換処理中、湿式処理チャンバ４００と組み合わせて用いられ得る。溶媒濾過システム４５０は、流体源４６０、流体ドレーン４６１、第１のタンク４６２、第２のタンク４６４、第１のポンプ４６６、第１のフィルタ４６８、第２のポンプ４６７、及び第２のフィルタ４６９を備える。濾過システム４５０は、第１の再循環経路４７０、第２の再循環経路４７２、及び第３の再循環経路４７４を含み、溶媒濾過システム４５０を通流する様々な流体の流路を示す。湿式処理チャンバ４００（図４Ａ）が、第２の再循環経路４７２に沿って第１のタンク４６２と第２のタンク４６４との間に連結されて示されているが、他の様々な位置でシステム４５０に連結され得る。

システム４５０内の流体は、第１のタンク４６２又は第２のタンク４６４の何れかから、第１のポンプ４６６及び第１のフィルタ４６８を通り、第２のタンク４６４又は第１のタンク４６２へとそれぞれ流れる。例えば、チャンバ４００内に存在する流体は、経路４７５Ｂに沿って、第１のバルブ４８３を通り、第２の再循環経路４７２を通って第２のタンク４６４へと流れる。第２のタンク４６４内の流体は、経路４７１Ａに沿って、第２のバルブ４８１を通り第１の再循環経路４７０を経由して流れる。第１の再循環経路４７０に沿って流れる流体は、第１のポンプ４６６及び第１のフィルタ４６８を通り、第３のバルブ４８２を通って、経路４７１Ｂに沿って第１のタンク４６２へと流れる。次いで、流体は、第１のタンク４６２から、第３の再循環経路４７４を経由し、第２のポンプ４６７及び第２のフィルタ４６９を通り、第４のバルブ４８９へと流れる。第４のバルブ４８９は流体を、経路４７７Ａに沿って第２のタンク４６４へと、又は、経路４７３Ｂに沿って第２のバルブ４８１へと案内し得る。流体は、第１の再循環経路４７０及び第３の再循環経路４７４に沿って、第２のタンク４６４を任意選択的に組み込み、流体内の汚染物の総計が所望のレベルに到達するまで再循環され得る。望まれる場合には、流体が、第１の再循環経路４７０に沿って第１のポンプ４６６及び第１のフィルタ４６８を通り、経路４７３Ｃに沿って第３のバルブ４８２を通って、経路４７５Ａに沿って第１のバルブ４８３及びチャンバ４００へと、チャンバ４００に送出され得る。望まれる場合には、流体が、経路４７３Ｃに沿って第１のバルブ４８３を通流し、第２のタンク４６４に戻ることにより、チャンバ４００を回避し得る。

従って、システム４５０において使用される流体は、湿式処理チャンバ４００内で再び利用される前に、少なくとも２つ又はそれよりも多い回数再循環される。一般的に、第２のタンク４６４は汚染された流体を受け入れ、第１のタンクは少なくとも１回濾過された流体に限り収容する。複数のタンク、ポンプ、及びフィルタを組み込んだ複数の再循環経路を有するシステム４５０を用いることにより、流体から汚染物質を除去する際に一般的に流体内の汚染物の指数関数的減少を呈する単一のタンク、ポンプ、及びフィルタシステムと比較して、実質的な線形減少が提供される。望まれる場合には、新しい流体が流体源４６０からシステム４５０に供給されるか、流体ドレーン４６１によってシステム４５０から除去され得る。

幾つかの構成においては、システム４５０内に含まれる流体に流体「洗浄」処理が実施され得る。一実施例で、第２のタンク４６４内の流体は、第２のタンク４６４の内容物を、経路４７１Ａ及び４７１Ｂに沿って第１のタンク４６２へと移送し、次いで、経路４７３Ｂ及び４７３Ｃに従って第２のタンク４６４へ戻すことにより、含まれている粒子濃度を低下させて、「洗浄」され得る。この処理で、第２のタンク４６４から送出される流体は、フィルタ４６８を通過すると、第１のタンク４６２に到達する前に濾過され、次いで、フィルタ４６８を通って２回目に移送される場合、第２のタンク４６４に戻り送出される前に、２回目に濾過される。（例えば、任意選択的なポンプ４６７及びフィルタ４６９がシステム４５０内に存在しない）。この処理シーケンスは、流体内の望ましい粒子濃度が達成されるまで、一又は複数回完遂され得ることに留意されたい。溶媒濾過システム４５０内でフィルタ４６９が使用される構成において、流体は、もとの流体が経路４７１Ａ及び４７１Ｂに従って第２のタンク４６４から第１のタンク４６２へ送出される場合に流体はこの処理シーケンスにおいて３回濾過可能であり、この場合、流体はフィルタ４６８を通過するにつれて１回濾過され、次いで、濾過された流体が経路４７３Ｂ及び４７３Ｃに沿って第２のタンク４６４へと戻る途上でフィルタ４６９及び４６８をそれぞれ通過するとき、２回目及び３回目に濾過される。代替的に、幾つかの構成において、もとの流体が経路４７１Ａ及び４７１Ｂに沿って第２のタンク４６４から第１のタンク４６２へ送出される場合、流体は２回濾過可能であり、この場合、流体は１回濾過され、次いで、経路４７７Ａに従って第２のタンク４６４へとフィルタ４６９を通過するときに、２回目に濾過される。洗浄処理が実施された後、「洗浄された」流体は、上述のように経路４７５Ａを用いて処理チャンバ４００へ送出され得る。

図５Ａは、一実施形態による超臨界流体チャンバ５００の概略断面図を示す。超臨界流体チャンバ５００内のガスは、特定の適切な条件下（例えば、圧力及び温度）で、超臨界状態に転移し超臨界流体となることが可能な物質であり得る。超臨界流体チャンバ５００内で使用される超臨界流体は、液体同様の溶媒和特性と気体同様の拡散及び粘性とを備える物質であり、これにより、超臨界流体はボイド、ポア、間隙、裂け目、又は開口部に速やかに浸入し、任意の液体、残留物、又は汚染物質を完全に除去する或いは溶解させることが可能となる。そのようなガスの一例は、ＣＯ_２である。そのようなガスの別の例は、Ｃ_３Ｈ_８である。超臨界流体を形成するために市販の他のガスが使用されてもよいが、無活性、非毒性、不燃性の特質と自然界における豊富さにより、ＣＯ_２が最もよく用いられる。ＣＯ_２を超臨界流体ＣＯ_２に転換するために適切な条件は、図６のＣＯ_２相変化図に示すように、約１２００ｐｓｉ又はそれを上回る圧力、及び、約３１°Ｃ又はそれを上回る温度を含む。Ｃ_３Ｈ_８を超臨界流体Ｃ_３Ｈ_８に転換するために適切な条件は、約６２０ｐｓｉ（ｌｂｓ／ｉｎ^２）又はそれを上回る圧力、及び、約１００°Ｃ又はそれを上回る温度を含む。

超臨界流体チャンバ５００は、超臨界流体を、超臨界流体チャンバ５００の処理容積５０５内に配置された基板Ｗに晒すように構成され得る。超臨界流体は、超臨界流体チャンバ５００内で形成されるか、超臨界流体チャンバ５００の外で形成されて超臨界流体チャンバ５００内に送出され得る。１つの構成において、チャンバ５００は、移送チャンバ２０６上に配置されこれに連結され得る。チャンバ５００は、処理容積５０５を画定するチャンバ本体５０１を備える。チャンバ５００は、ガスを超臨界状態で維持するのに十分な動作温度及び動作圧力に、チャンバ５００が耐えることを可能にする、ステンレス鋼又は他の適切な構造材料から作製され得る。一実施形態で、隣接して配置されて処理容積５０５を画定する、チャンバ本体５０１の表面５０４は、電気化学的に研磨されて、低い表面粗さを有する表面（例えば平滑面）を形成し得る。別の実施形態で、表面５０４は、テフロン（登録商標）コーティング又はクロムなどの材料で被覆され得る。

基板支持体５１０が処理容積５０５内に配置され、チャンバ本体５０１に連結され得る。基板支持体５１０は更に、半導体基板Ｗなどの基板Ｗを受けるように構成された支持面５１０Ａを備える。支持面５１０Ａはまた基板Ｗが支持面５１０Ａ上に配置された後、基板Ｗを能動的に拘束（ａｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｓｔｒａｉｎ）するように構成され得る。例えば、基板支持体５１０は、基板Ｗが処理中に支持面５１０Ａ上で移動することを防止するために、静電チャックもしくは真空チャック、エッジリング、又は保持ピンなどを用い得る。別の実施形態で、基板支持体５１０は複数の支持ピン（図示せず）を備え得る。一実施形態で、基板支持体５１０は、処理中に半導体基板Ｗを回転させるように構成され得る。

一実施形態で、処理容積５０５は、エンクロージャを充填するのに必要な超臨界流体の量を低減させるために小容積を備え得る。チャンバ５００は更に、スリットバルブドア５０２に連結された一又は複数のＯリング５４０を含む、スリットバルブドア５０２を備える。Ｏリング５４０は、ラバー又はシリコンなどのエラストマ材料で形成され得る。スリットバルブ開口５０３は、移送チャンバ２０６内に配置された湿式ロボット２０８に、処理容積５０５から基板移送経路５４５に沿って基板を移送する及び受けるためのアクセスを提供する。

溶媒交換チャンバ２０２内での処理後、基板Ｗに更なる溶媒を加えることにより、超臨界フラッシング及び超臨界乾燥処理中の「ドライスポット」の形成が防止され、粒子の除去とフィーチャ間スティクションの低減とが更に促進されると考えられている。溶媒分配装置５９２は、スリットバルブ開口５０３の近傍に配置され得る。スプレーバーなどの溶媒分配装置５９２は、スリットバルブ開口５０３を通じて、チャンバ５００へ進入前の基板Ｗに液体を送出するように構成される。溶媒分配装置５９２は、チャンバ本体５０１又は移送チャンバ２０６に連結され得る。溶媒源５９０は溶媒分配装置５９２に連結され、ＩＰＡなどの液体溶媒を、溶媒分配装置５９２を経由して基板Ｗの上面に送出するために供給するように構成される。溶媒分配装置５９２は、溶媒の層が基板Ｗの上面を完全に覆うように、少量の溶媒を基板Ｗに送出するように構成される。別の実施形態では、基板がチャンバ５００内に入った後、追加の溶媒が基板Ｗに供給されることが意図される。

チャンバ５００は更に、超臨界ＣＯ_２の形成中及び／又はチャンバ５００の減圧中チャンバ５００を加熱するための、一又は複数の加熱素子５５０を備え得る。加熱素子５５０は、チャンバ本体５０１の処理容積５０５の近隣又は内部に配置され得る。加熱素子５５０は、抵抗加熱素子、熱制御流体を受けるように構成された流体チャネル、及び／又は他の同様の加熱デバイスを備え得る。加熱素子５５０は、処理容積５０５内の流体又はガスを所望の温度まで加熱し得る。別の実施形態で、チャンバ５００は、処理容積５０５内のチャンバ本体５０１の表面５０４に連結されるかチャンバ本体５０１内に埋め込まれて、チャンバ５００を洗浄するための音響又は音波を発生させる、圧電トランスデューサ（例えば超音波結晶）などの一又は複数の音響トランスデューサもしくは音波トランスデューサ５５２を含み得る。別の実施形態で、トランスデューサ５５２はチャンバ本体５０１の外に配置され、音波エネルギーをチャンバ本体５０１の処理容積５０５に向けるために位置決めされ得る。トランスデューサ５５２は、電源５５４に連結されて、超音波洗浄処理を実施するのに十分な電力を供給するように適合され得る。トランスデューサ５５２はまた、超臨界流体処理中、チャンバ５００内の超臨界流体を攪拌するために、音波を基板Ｗの方に案内し得る。

超臨界流体送出システム５２０は、ＣＯ_２供給又はＣ_３Ｈ_８供給などの流体源５５５に連結される、第１の流体送出ライン５２４、及び、チャンバ５００内に形成された、第１の流体入口５１２を備え得る。ポンプ５２２は、加圧された流体を流体源５５５からチャンバ５００の処理容積５０５内へ送出するために、第１の流体入口ポート５１２と流体源５５５との間で、第１の流体送出ライン５２４に連結され得る。付加的に、超臨界流体の処理容積５０５への流れを制御するために、第１の流体送出ライン５２４上で、ポンプ５２２と第１の流体入口ポート５１２との間に入口バルブ５２３が配置され得る。

図５Ｅは、本明細書に記載の別の実施形態による、超臨界流体送出システム５２１を概略的に示す。超臨界流体送出システム５２１は、流体源５５５、ポンプ５２２、加熱素子５３１、フィルタ５３０、及び凝縮器５３５を備える。流体送出システム５２１は、超臨界状態にある流体を濾過するが、その後、流体を液体としてチャンバ５００に送出する。例えば、液体ＣＯ_２などのある量の流体が流体源５５５からポンプ５２２へ供給され、ポンプ５２２はこの流体を加圧し得る。次いで、液体を超臨界状態へ転換するために、流体は加熱素子５３１によって加熱される。次いで、超臨界流体は、超臨界流体を浄化するために、高圧ガスフィルタであり得るフィルタを通過する。液体フィルタでなくガスフィルタを使用することで、遥かに高い濾過効率が達成されると考えられている。次いで、超臨界流体は、超臨界流体を液体に戻すために凝縮器５３５によって凝縮され、その後チャンバ５００に供給される。より詳細に後述する特定の実施形態で、凝縮器５３５は、超臨界流体が超臨界状態で直接的にチャンバに供給されることを可能にするために、任意選択であり得る。

再度図５Ａを参照すると、チャンバ５００は更に、チャンバ５００へ及びチャンバ５００から流体を再循環させるための任意選択的なループ５１９を備え得る。ループ５１９は更に、流体を浄化するために活性炭フィルタなどのフィルタ（図示せず）を含み得る。ループ５１９は、処理容積５０５内における超臨界流体の層流などの流れの発生を支援し、超臨界流体浴の滞留の防止を助ける。

超臨界流体を処理容積５０５から除去するための流体出口５１３が、チャンバ５００に連結され得る。流体出口５１３は、超臨界流体を雰囲気中に放出し、使用済みの超臨界流体を排気５２７Ａ及びストレージに案内するか、或いは超臨界流体を再利用のためにリサイクルし得る（ループ５１９）。図示のように、流体出口５１３は、流体リターンライン５２５及びポンプリターンライン５２６によって、ポンプ５２２に連結され得る。排気バルブ５２８は、流体リターンライン５２５とポンプリターンライン５２６とを連結する。排気バルブ５２８は、流体リターンライン５２５内の超臨界流体又はガスを、超臨界流体を再利用のためにリサイクルするために、排気５２７（もしくはストレージ）へ、又はポンプ５２２へ案内する。任意選択的に、流体源５５５に案内される前に流体内の汚染物質を凝縮するために、流体出口５１３と流体源５５５との間に凝縮器（図示せず）が連結され得る。

第１の流体入口ポート５１２及び流体出口５１３が、チャンバ本体５０１の底壁を貫通して配置され得る。しかしながら、第１の流体入口ポート５１２及び流体出口５１３は、チャンバ本体５０１の壁を貫通する他のエリア、チャンバ本体５０１の上壁などを貫通して配置され得ることが意図される。第１の流体入口ポート５１２は、ＣＯ_２などのガスを受けるように適合され得る。特定の実施形態で、第１の流体入口ポート５１２は、流体を基板の方に案内するために、ノズル、シャワーヘッド、又は他の流体送出デバイスに連結され得る。

特定の実施形態で、チャンバ５００はパージガス源５６０を備え得る。パージガス源５６０は、第２の流体送出ライン５６４を経由して第２の流体入口ポート５６２に連結され得る。パージガス源５６０は、純窒素（Ｎ_２）、純アルゴン（Ａｒ）、純ヘリウム（Ｈｅ）、又は他の高純度ガスなどのパージガスを処理容積５０５に供給するように適合され得る。チャンバ５００は更に、チャンバ５００の処理容積５０５を加圧するように適合されたコンプレッサなどの加圧装置５７０を備え得る。加圧装置５７０は、圧力バルブ５７２を通じてチャンバに連結され得る。一実施形態で、加圧装置５７０は、パージガスなどのガスが処理容積５０５に供給された後、当該ガスを加圧し得る。別の実施形態で、加圧装置５７０はパージガス源５６０に連結され、チャンバ５００への送出の前に当該パージガスを加圧するように適合され得る。動作において、加圧装置５７０は、超臨界流体が処理容積５０５に導入される前に、チャンバ５００内のパージガスを約１１００ｐｓｉから約２０００ｐｓｉの間まで加圧し得る。

チャンバ５００は更に、洗浄流体源５８０を備え得る。洗浄流体源５８０は、一もしくは複数の洗浄液又はそれらの組み合わせを、チャンバ５００に供給し得る。洗浄流体源５８０が第２の流体送出ライン５６４に連結されて示されているが、関連付けられる配管の複雑性を低減するために、任意好適な位置でチャンバ５００に連結され得る。一実施形態で、洗浄流体源５８０によって供給される流体は、水又はＮ−メチルホルムアミドを含み得る。別の実施形態で、洗浄流体源５８０によって供給される流体は、アセトン（（ＣＨ_３）_２ＣＯ）を含み得る。

水又はＮ−メチルホルムアミドなどの洗浄流体をチャンバ５００に供給し、トランスデューサ５５２を活動化させてチャンバ表面５０４、その他のチャンバ構成部品、及び処理容積５０５内の流体を超音波攪拌することにより、チャンバ５００でのインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）洗浄処理が実施され得る。洗浄流体は、チャンバ表面５０４及びチャンバ５００の構成部品のすべてに接触するように構成された乱流を伴い、液体の形態で供給され得る。例えば、第２の流体入口ポート５６２は、角度付けされるか、チャンバ５００内に乱流をもたらすように構成され得る。超音波攪拌に後続して、超音波攪拌中に使用された水又はＮ−メチルホルムアミドを置換するために、チャンバ５００はアセトンなどの溶媒でフラッシングされ得る。最後に、チャンバ５００内部を更に乾燥させるために、Ｎ_２などのパージガスがパージガス源５６０からチャンバに供給され得る。チャンバ５００が十分に乾燥された後、Ｎ_２はチャンバ５００から排気され得る。チャンバ５００の乾燥を更に支援するため、Ｎ_２パージ中又はＮ_２パージ後に、加熱素子５５０によって熱もチャンバ５００に供給され得る。特定の実施形態では、大気圧においてインシトゥ洗浄処理が実施され得る。インシトゥ洗浄処理は、チャンバ５００の最適なパフォーマンスを保証するために必要に応じて実施され得る。

上記の実施形態は、非超臨界流体がチャンバ５００に供給された後に処理容積５０５内で形成され得る超臨界流体を供給する、超臨界流体チャンバを説明する。既に超臨界相にある超臨界流体がチャンバ５００に送出される実施形態では、超臨界流体送出システムが更に、相転移装置５２１を備え得る。相転移装置５２１は、第１の流体送出ライン５２４上の、ポンプ５２２と第１の流体入口ポート５１２との間に配置され得る。フィルタ５３０は、第１の流体送出ライン５２４上の、第１の流体入口ポート５１２と相転移装置５２１との間に配置され得る。フィルタ５３０は、超臨界流体がチャンバ５００に進入する前に超臨界流体を濾過し、超臨界流体に存在し得る不純物を除去するために、約３０００ｐｓｉ又はこれを下回る圧力下で動作可能であり得る。フィルタ５３０は、約３ナノメートル（ｎｍ）のポアサイズを有する濾剤を含み、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）材料で形成され得る。

相転移装置５２１は、処理領域５３３、圧縮デバイス５３２、及び加熱素子５３１を備える。一実施形態で、ポンプ５２２はＣＯ_２を流体源５５５から相転移装置５２１の処理領域５３３へ供給する。ＣＯ_２ガスは、超臨界流体を内部で発生させるために、所定のレベルまで、圧縮デバイス５３２によって加圧され得る及び／又は加熱素子５３１によって加熱され得る。一実施形態で、ＣＯ_２が約４０°Ｃまで加熱され約９５バールまで加圧され得る。別の実施形態で、Ｃ_３Ｈ_８が約１００°Ｃまで加熱され約６２０ｐｓｉ（４３バール）まで加圧され得る。次いで、得られた超臨界ＣＯ_２又はＣ_３Ｈ_８は、第１の流体送出ライン５２４を通じて、第１の流体入口ポート５１２を通りチャンバ５００に送出され得る。

チャンバ５００内の基板Ｗが超臨界ＣＯ_２で処理された後、チャンバ内で減圧処理が生じる。一実施形態で、チャンバ５００の等温減圧は、チャンバ５００内に残留しているガスがチャンバ５００から排気される前に、約２１バールなどの所望の圧力まで圧力が低下される間、チャンバ５００が約４０°Ｃなどの所望の温度に維持されることを要する。一実施例で、減圧処理は、チャンバ内の圧力が約４００ｐｓｉとなるまで、約２００ｐｓｉ／分の速度で進行する。圧力が約４００ｐｓｉになると、より速い減圧速度が使用されてチャンバ５００が更に減圧され得る。等温環境で制御された減圧処理が実施され、これには、チャンバの減圧中、加熱素子５５０からのエネルギー入力が所望の温度を維持することが要求される。チャンバ５００圧力は、超臨界流体及び／又はガスを、流体出口５１３を通じて排気５２７又はポンプ５２２内に形成されたタンク（図示せず）へと放出することによって低下する。チャンバ５００から排気５２７Ａへと除去されたガスは、流体リターンライン５２５を通じて排気バルブ５２８へと移動し、排気５２７Ａへ、又は、ガスをポンプリターンライン５２６を通じてポンプ５２２へと戻すように選択され得る。基板Ｗは、排気中、基板の冷却を防止するため及び吸湿や堆積を防止するため、任意選択的に加熱され得る。

図５Ｂは、一実施形態による、図５Ａの超臨界流体チャンバ５００の概略側面図を示す。スリットバルブドア５０２がシャフト５４２に連結され、シャフト５４２は線形アクチュエータ５４１に連結され得る一実施形態で、２つのシャフト５４２がスリットバルブドア５０２に連結され、第１のシャフトが線形アクチュエータ５４１に連結され、第２のシャフトが線形ベアリング５４３に連結され得る。線形アクチュエータは、液体源やガス源などの流体源（図示せず）に連結され得る、モータ又はエアシリンダに連結されて、シャフト５４２を伸張及び後退させてスリットバルブドア５０２を位置決めし、スリットバルブ開口５０３を封止及び封止解除する。線形アクチュエータ５４１がシャフト５４２を後退させ、スリットバルブドア５０２に連結されたＯリング（図示せず）をチャンバ本体５０１の側壁に対して押圧するとき、スリットバルブドア５０２は閉じられ得る。一実施形態で、処理中に超臨界流体チャンバ５００内で発生した圧力に耐えるための気密シールを形成するために、スリットバルブドア５０２は、チャンバ本体５０１の側壁に対して、Ｏリングを十分な力で押圧する。

図５Ｃは、本明細書に記載の実施形態による、図５Ａの超臨界流体チャンバ５００の部分断面図を示す。チャンバ５００と同様、一又は複数のＯリング５４０を備えるスリットバルブドア５０２が、基板移送経路に沿ってスリットバルブ５０３を開閉し得る。しかしながら、図示の実施形態で、スリットバルブドア５０２は処理容積５０５の外側に配置され、チャンバ本体５０１の外面に接触し得る。スリットバルブドア５０２が処理容積５０５の外側に配置される場合、処理容積５０５の容積は減少し得る。処理容積５０５の減少により、温度及び圧力の制御が向上し、処理容積５０５を超臨界処理に必要とされる条件下で維持するのに要するエネルギー量が削減され得る。

図５Ｂは、一実施形態による、図５Ｃの超臨界流体チャンバ５００の概略側面図を示す。スリットバルブドア５０２がシャフト５４２に連結され、シャフト５４２は線形アクチュエータ５４１に連結され得る一実施形態で、２つのシャフト５４２がスリットバルブドア５０２に連結され、第１のシャフトが線形アクチュエータ５４１に連結され、第２のシャフトが線形ベアリング５４３に連結され得る。線形アクチュエータは、液体源やガス源などの流体源（図示せず）に連結され得る、モータ又はエアシリンダに連結されて、シャフト５４２を伸張及び後退させてスリットバルブドア５０２を位置決めし、スリットバルブ開口５０３を封止及び封止解除する。線形アクチュエータ５４１がシャフト５４２を後退させ、スリットバルブドア５０２に連結されたＯリング（図示せず）をチャンバ本体５０１の外面に対して押圧するとき、スリットバルブドア５０２は閉じられ得る。一実施形態で、処理中に超臨界流体チャンバ５００内で発生した圧力に耐えるための気密シールを形成するために、スリットバルブドア５０２は、チャンバ本体５０１の外面に対して、Ｏリングを十分な力で押圧する。図示のように、スリットバルブドア５０２は処理容積５０５の外に配置され、これにより、チャンバ５００が超臨界流体処理を実施するのに必要とされる処理容積５０５の容積が、更に減少し得る。さらに、処理容積５０５の外側に配置されるスリットバルブドア５０２は、チャンバ５００内で粒子が発生する可能性を低減し得る。

図７は、一実施形態によるプラズマチャンバの断面図を示す。より具体的には、図７はプラズマ発生チャンバ７００を提供する。チャンバ７００は一般的に、処理容積７０６を包囲する、壁７０２及び底部７０４を含む。ガス分配プレート７１０及び基板支持体アセンブリ７３０が、処理容積７０６内に配置され得る。処理容積７０６は、壁７０２を貫通して形成されたスリットバルブ開口７０８を通じてアクセスされ、これにより基板７４０がチャンバ７００の内外へ移送されることが可能となる。チャンバ７００はプラズマチャンバとして例示的に示されているが、基板に電磁エネルギーを照射するように適合され、例えば、紫外線波長のうちの一又は複数を含む光を基板に照射し得る。

基板支持体アセンブリ７３０は、その上で基板７４０を支持するための、基板受容面７３２を含む。ステム７３４は支持アセンブリ７３０をリフトシステム７３６に連結し、リフトシステム７３６は基板支持体アセンブリ７３０を、基板移送位置と処理位置との間で上昇及び下降させる。任意選択的に、処理時、基板７４０のエッジにおける堆積を防止するために、シャドウフレーム７３３が基板７４０の外周上に配置され得る。リフトピン７３８は、基板支持体アセンブリ７３０を貫通して可動に配置されて、基板のロボットブレードとの交換を容易にするために、基板７４０を基板受容面７３２から離間させるように構成され得る。基板支持アセンブリ７３０はまた、基板支持アセンブリ７３０を所望の温度に維持するための、加熱素子及び／又は冷却素子７３９も含む。

ガス分配プレート７１０は、サスペンション７１４によって、バッキング板７１２及びその外周に連結され得る。ガス分配プレート７１０はまた、ガス分配プレート７１０の真直／湾曲の防止及び／又は制御を支援するために、一又は複数の中心支持体７１６によってバッキング板７１２に連結され得る。一実施形態で、ガス分配プレート７１０は、異なる寸法を備えた異なる構成であり得る。分配プレート７１０は、分配プレート７１０の上方面７９８と下方面７５０との間に配置される、複数の貫通孔７１１を備え得る。ガス源７２０は、ガス分配プレート７１０とバッキング板７１２との間に画定されるプレナム（ｐｌｅｎｕｍ）にガスを供給するために、バッキング板７１２に連結され得る。ガス源７２０からのガスは、ガス分配プレート７１０に形成された貫通孔７１１から処理容積７０６へ流入する。

処理容積７０６を所望の圧力で維持するために、真空ポンプ７０９が処理チャンバ７００に連結され得る。ガス分配プレート７１０と基板支持体アセンブリ７３０との間に存在するガスからプラズマが発生するように、ＲＦ電力を供給してガス分配プレート７１０と基板支持体アセンブリ７３０との間に電場を発生させるための、ＲＦ電源７２２が、バッキング板７１２及び／又はガス分配プレート７１０に連結され得る。処理容積７０６内でプラズマを形成するために、１３．５６ＭＨｚの周波数などの様々な周波数が用いられ得る。一実施形態で、約７５Ｗで約１０秒間、Ｏ_２プラズマが基板７４０に適用され得る。追加のプラズマ処置により、高アスペクト比トレンチ内の軽微な又は一時的なスティクションを解除することが可能であり得る。トレンチ内に存在する有機汚染物質の除去に、Ｏ_２プラズマが特に有益であると考えられている。

誘導結合された遠隔プラズマ源などの遠隔プラズマ源７２４も、ガス源７２０とバッキング板７１２との間に連結され得る。処理容積７０６内でプラズマを形成するために、ＲＰＳ７２４が使用され得る。プラズマは、処理容積７０６を通り基板７４０の上面７１８へと移動し得る。プラズマは、デバイスフィーチャ間に存在し得るスティクションを除去することにより、基板７４０を処理する。一実施形態で、紫外線光源などの電磁波照射源７６０がチャンバ７００に連結され得る。電磁波照射源７６０は、電源（図示せず）に連結され、チャンバ７００内又はチャンバ７００外の任意好適な位置に配置され得る。１つの構成において、電磁波照射源７６０は、発生した電磁波エネルギーを、チャンバ７００の壁７０２の一部に連結されたウィンドウ（図示せず）を通じて基板の表面へと伝送できるよう、チャンバ７００の外側に位置決めされ得る。電磁波照射源７６０は、基板７４０の上面７１８を照射するために位置決めされ得る。電磁波照射源源７６０は、約５０ｎｍ〜約５００ｎｍの間の波長を有する紫外線光を、基板７４０に供給するように適合され得る。

図８は、一実施形態による、基板洗浄の方法ステップを含む処理フロー図を示す。まず、基板上に膜又はフィーチャを形成するために、膜堆積チャンバ又はエッチングチャンバ内で基板が処理され得る。方法８００は、基板が湿式洗浄チャンバ内に配置される工程８１０で開始される。基板は、基板を洗浄のためにカセットから除去する乾式ロボットによって、湿式洗浄チャンバに供給され得る。工程８２０で、基板上に存在する残留物又は液体を除去するために、基板は洗浄液に晒され得る。一実施形態で、洗浄液は、脱イオン水、溶媒、又はそれらの組み合わせを含み得る。

工程８３０で、基板は湿式ロボットによって溶媒交換チャンバへと移送され得る。工程８４０で、以前に塗布された洗浄液が、溶媒交換チャンバ内に配置された基板に送出される溶媒に基板を晒すことにより、溶媒によって置換され得る。一実施形態で、洗浄液を置換するために使用される溶媒は、液相又は超臨界相の何れかにある化学物質であるか、化学物質のシーケンスであるか、又は、液相又は超臨界相にあるこれら物質の混合物であり得る。基板上の残留材料を置換するための化学物質又は混合物の、状態及び相は、洗浄剤の成分（例えば脱イオン水）、溶媒、もしくは化学物質、又はこれらから選択された混合物間の、比溶解度及び混和性によって決定され得る。一実施例で、溶媒は、アセトン、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−メチルホルムアミド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、ジメチルアセトアミド、及びジメチルスルホキシド、もしくはこれらの組み合わせ及び／又はこれらのシーケンスからなるグループから選択され得る。一実施形態で、極性有機溶媒は、基板表面上に残留している洗浄液を置換するのに十分な量で基板表面に供給され得る。後続する工程で、極性有機溶媒を置換するために無極性溶媒が供給され得る。一実施形態で、極性有機溶媒はＮ−メチル−２−ピロリドン及び／又はＮ−メチルホルムアミドから選択され、無極性溶媒はアセトン及び／又はＩＰＡから選択され得る。別の実施形態で、溶媒交換は、溶媒を供給してチャンバを充填し、基板上で溶媒交換が所望の期間実施された後溶媒を溶媒交換チャンバからパージすることによる、充填及びパージ処理によって実施され得る。

別の実施形態では、上述のように、溶媒交換に適した溶媒は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−メチルホルムアミド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、ジメチルアセトアミド、及びジメチルスルホキシドを含む。これらの極性有機溶媒は水を置換するために使用され、望ましい溶媒は、一般的に、高誘電率（３０を上回る）及び低蒸発率（酢酸ｎ−ブチルに対して０．５を下回る）を有する。極性有機溶媒はまた、一般的に水混和性であり、シリコンと水との相互作用からシリカが析出することを抑制する。任意選択的に、極性有機溶媒は、溶媒交換中、粒子の除去を促進するために、溶存Ｏ_２ガスと組み合され得る。好ましい実施形態で、極性有機溶媒は、Ｎ−メチル−２−ピロリドンもしくはＮ−メチルホルムアミド、又はそれらの組み合わせを含む。

一実施形態で、置換処理で使用される化学物質又は化学物質混合物が液体である場合、化学物質又は化学物質混合物を超臨界流体に変換するために、相転移処理が使用され得る。一実施形態で、極性有機溶媒を置換するのに使用される、９０パーセント又はそれを上回る液体ＩＰＡは、約５〜８°Ｃ及び約５０バールで液体ＣＯ_２によって置換され得る。上述の約５〜８°Ｃ及び約５０バールの液体ＣＯ_２は、溶媒交換チャンバ内で、約４０°Ｃ及び約９５バールの圧力まで加熱され得る。超臨界相の結果、液体と気体、及び液体と固体との間の表面張力の差に起因する毛細管圧力が取り除かれる。毛細管圧力を取り除くことにより、湿式洗浄処理（工程８１０）の実施後にしばしば起こる、高アスペクト比フィーチャの屈曲及びスティクションが防止される。

次いで工程８５０で、基板は、湿式ロボットによって溶媒交換チャンバから超臨界流体チャンバへ移送される。任意選択的に、工程８６０で、加圧されたパージガス処理が超臨界流体チャンバ内で実施され得る。純Ｎ_２又は純Ａｒなどのパージガスが、加圧された超臨界流体チャンバに供給され得る。超臨界流体チャンバは、約１１００ｐｓｉ〜約２０００ｐｓｉの間まで加圧され得る。

工程８７０で、超臨界フラッシング処理において、基板表面上に残留している粒子及び残留物を洗浄しフラッシング除去するために、先述したものと同じタイプの化学物質又は化学物質混合物を含む超臨界流体が形成され、超臨界流体チャンバに導入され得る。任意選択的な工程８６０が実施された場合に超臨界流体チャンバ内に存在し得るパージガスは、超臨界流体が超臨界流体チャンバへ供給されるにつれて、排気され得る。この実施形態で、パージガス処理と超臨界フラッシング処理との間の、超臨界流体チャンバ内の圧力の微小な変化が達成され得る。超臨界流体チャンバ内で、工程８６０と工程８７０との間で実質的に同じ圧力を維持することにより、超臨界流体チャンバ内での粒子の発生が防止され得る。従って、任意選択的な工程８６０における超臨界流体チャンバの圧力は、工程８７０におけるチャンバ内の超臨界流体を維持するのに必要とされる圧力に合致するように、選択され得る。

一実施形態で、工程８７０中に使用する超臨界流体を形成するために、ＣＯ_２が使用され得る。別の実施形態で、超臨界流体を形成するためにＣ_３Ｈ_８が使用され得る。超臨界ＣＯ_２又は超臨界Ｃ_３Ｈ_８は、超臨界流体チャンバ内で形成されるか、超臨界流体チャンバの外で形成されて超臨界流体チャンバ内に導入され得る。一実施形態では、超臨界流体の特性を維持するために、約４０°Ｃ及び約９５バールにおける超臨界ＣＯ_２が、超臨界流体チャンバの外で形成され、次いで超臨界流体チャンバに導入される。一実施形態では、超臨界流体の特性を維持するために、約１００°Ｃ及び約６２０ｐｓｉ（４３バール）における超臨界Ｃ_３Ｈ_８が、超臨界流体チャンバの外で形成され、次いで超臨界流体チャンバに導入される。一実施形態で、超臨界流体は、超臨界チャンバへの導入プロセス中に亘り、超臨界流体のままである。別の実施形態で、超臨界流体は、導入プロセスの途中で又は導入プロセスの終端でのみ、超臨界流体である。

置換処理に使用される化学物質又は化学物質混合物が液体である場合、化学物質又は化学物質混合物を超臨界流体に変換するために、相転移処理が使用され得る。一実施形態で、極性有機溶媒を置換するのに使用される、９０パーセント又はそれを上回る液体ＩＰＡは、約５〜８°Ｃ及び約５０バールで液体ＣＯ_２によって置換され得る。この約５〜８°Ｃ及び約５０バールの液体ＣＯ_２が、超臨界流体チャンバ内で、約４０°Ｃ及び約９５バールの圧力まで加熱され得る。超臨界相の結果、液体と気体、及び液体と固体との間の表面張力の差に起因する毛細管圧力が取り除かれる。毛細管圧力を取り除くことにより、高アスペクト比フィーチャの屈曲及びスティクションが防止される。化学物質又は化学物質混合物を超臨界流体に変換するために、Ｃ_３Ｈ_８が使用され得ることも意図される。

超臨界流体は、気体と液体との中間の特性を呈し、一般的に気体と同様の輸送挙動によって複雑なナノレベルの形状に十分に浸入する能力を有し、これにより、一般に液体に関連する優れた物質移動能力によって、効果的に粒子や残留物を除去できる。超臨界フラッシング処理は、幾つかの方式で進行し得、これらは双方ともデバイスフィーチャから汚染物質を除去し得る。汚染物質除去の第１の方式は、超臨界流体と汚染物質との間の物理的相互作用などの機械的作用によって、超臨界流体がデバイスフィーチャから物理的に汚染物質を除去することを含む。超臨界流体は、デバイス構造内の空間（高アスペクト比構造ビア、ボイド、ポアなど）に進入し、溶媒、残留物、及び粒子などの汚染物質をデバイス構造からフラッシング除去する、流体フローを提供する。流れる流体により生み出される機械的作用又は物理的作用は、超臨界流体が呈する液体と同様の物質移動特性によって促進される。

汚染物質が除去される別の方式は、汚染物質を含まない超臨界流体との濃度勾配を生み出すことによる。基板表面上方の処理容積内に存在する超臨界流体は、デバイス構造内に存在するよりも低い汚染物質濃度を呈する。一実施形態で、純粋の超臨界ＣＯ_２又はＣ_３Ｈ_８は、基板表面上方の容積内で滞留させられるか、或いは容積内を通流する。流体が熱力学的平衡にあることを望むので、デバイス構造近傍の汚染物質を含む超臨界流体は、基板上方の領域に拡散し、これによりデバイス構造内に存在する汚染物質の濃度を低下させる。汚染物質除去のこれら両方式が、拡散物質移動プロセス及び物理的相互作用の使用などにより同時に機能して、汚染物質をデバイス構造から除去することも可能である。汚染物質除去の両方式又はこれらの組み合わせにおいて、汚染物質はデバイス構造から効率的に除去され得る。

次に、基板は、超臨界乾燥処理に晒される。この処理は、化学物質又は化学物質混合物の、液体領域を横断しない超臨界から気体状態への相転移を保証するために、制御され得る。図６はＣＯ_２の相変化を示す。この処理は、超臨界流体（破線を越えるエリア）が、例えば、図６に示すように液相と気相とを分離している線を越えることによって液体となることなく、気体状態に変化することを保証する。超臨界乾燥処理中に高アスペクト比トレンチから除かれた流体は微小な表面張力を呈し、結果として、ラインスティクションを低減する又は取り除く。一実施形態では、約４０°Ｃ、約９５バールの超臨界ＣＯ_２が、圧力が約２１バールに低下するまで、約４０°Ｃで等温減圧される。別の実施形態では、約１００°Ｃ、約６２０ｐｓｉ（４３バール）の超臨界Ｃ_３Ｈ_８が、圧力が約２０バールに低下するまで、約１００°Ｃで等温減圧される。超臨界流体チャンバ内に残留しているガスが、チャンバから排気される。チャンバから排気されるガスは、高アスペクト比トレンチ及びその他の基板表面から得られた粒子及び残留物を担持する。

工程８８０で、基板は、湿式ロボットによって超臨界流体チャンバから後処理チャンバへ移送される。ステップ８９０で、基板は、乾燥処理を完了させるための最終処置として基板を低電力でプラズマに晒すことによって、後処理される。一実施形態では、約７５ＷのＲＦ電力及び１３．５６ＭＨｚの周波数で約１０秒間、ＲＦ酸素（Ｏ_２）プラズマが基板に適用され得る。基板の後処理により、以前の洗浄処理で使用した化学物質又は化学物質混合物によって発生した局所的な不純物に起因する、任意の軽微な又は一時的なスティクションが解除される。後処理は、超臨界乾燥処理の直後に実施される場合に最も効果的である。別の実施形態では、基板上に残留している有機汚染物質が、バイアスプラズマで除去され得る。基板表面上に安定化層を堆積又は形成することにより、基板表面上に存在する高アスペクト比フィーチャ間のスティクションの可能性が低減されるとも考えられている。

代替的な実施形態で、ステップ８９０は、紫外線（ＵＶ）光などの一又は複数の波長の電磁エネルギーに基板を晒すことにより、基板を後処理することを含み得る。一実施例で、基板上に存在する材料に基づいてＵＶ処置が選択され得る。以前の洗浄処理で使用された化学物質又は化学物質混合物が引き起こす局所的な不純物によって発生した、残留している任意の軽微な又は一時的なスティクションを解除するために、適切な期間、基板はＵＶ光に晒され得る。一実施形態で、基板は、約１５０ｎｍ〜約３５０ｎｍの間など、約１７２ｎｍ〜約３００ｎｍの間など、約５０ｎｍ〜約５００ｎｍの間の波長を有するＵＶ光に晒され得る。上述のプラズマ処置と同様、ＵＶ処置は、超臨界乾燥処理の直後に実施される場合に最も効率的であり得る。別の実施形態で、ステップ８９０は、基板を後処理し、基板上に存在し得る任意の残留スティクション又は有機汚染物質を除去するために、プラズマ処置とＵＶ処置との組み合わせを含み得る。

上述した本発明は、超臨界洗浄及び超臨界乾燥処理中の基板のスループットを増大させる装置を提供する。カルーセル構造及び複数のロボットの使用により、処理装置の効率が向上し、基板の超臨界洗浄及び乾燥コストが削減される。更に、置換、相転移、超臨界フラッシング及び超臨界乾燥、並びにプラズマ後処理を相互に組み合わせて利用することにより、湿式洗浄後の、特に高アスペクト比トレンチを備える基板のラインスティクションを取り除くことができる。

上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の更なる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (11)

1. 基板を処理する方法であって、
   基板表面に配置されたある量の残留物洗浄液を除去するために、高アスペクト比フィーチャが上部に形成された前記基板を、第１の溶媒に晒すこと、
   前記基板の表面に配置された前記第１の溶媒を除去するために、前記基板を第２の溶媒に晒すこと、及び
   前記基板の前記表面に配置された前記第２の溶媒を除去するために、前記基板を超臨界流体に晒すことを含み、
   前記基板を前記超臨界流体に晒すことは、
   前記基板の前記表面に配置された前記第２の溶媒の攪乱を避ける第１の流量で、第１処理チャンバの処理容積内に配置された前記基板の前記表面に液体状態の第１の量のガスを送出すること、
   前記第１の流量を上回る第２の流量であって、前記基板の前記表面に配置された前記第２の溶媒の少なくとも一部を除去するために、前記基板の前記表面に配置された前記第２の溶媒と前記ガスとの間の乱流を発生させる第２の流量で、前記処理容積内に液体状態の第２の量の前記ガスを送出すること、
   前記処理容積内に配置された前記ガスを前記液体状態から超臨界状態に相転移させること、
   前記高アスペクト比フィーチャに浸入させるように、前記基板の前記表面に前記超臨界流体を流すことであって、前記超臨界流体を流す期間に続けて前記処理容積内における前記超臨界流体の滞留の期間を含む、前記超臨界流体を流すこと、及び
   前記処理容積内に配置された前記ガスを前記超臨界状態から気体状態に等温減圧すること
   を含む、方法。
2. 前記ガスは二酸化炭素（ＣＯ_２）を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の溶媒は、液体状態の時に前記ガスと混和性を有する無極性溶媒を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第２の溶媒は、アセトン、エタノール、及びメタノールからなるグループから選択される、請求項３に記載の方法。
5. 前記第１の溶媒は極性溶媒を含み、前記第２の溶媒はアセトンを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記ガスは二酸化炭素（ＣＯ_２）を含み、前記処理容積内に配置された前記ガスを前記超臨界状態から前記気体状態に等温減圧するプロセスは、約４０℃の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
7. 前記液体状態の前記ガスを前記基板の前記表面に送出することは、液体状態の前記ガスを、約５０ｂａｒの圧力が達成されるまで前記処理容積に送出することを更に含む、請求項１に記載の方法。
8. 基板を処理する方法であって、
   基板表面に配置されたある量の残留物洗浄液を除去するために、高アスペクト比フィーチャが上部に形成された前記基板を、第１の溶媒に晒すこと、
   前記基板の前記表面に配置された前記第１の溶媒を除去するために、前記基板を第２の溶媒に晒すこと、及び
   前記基板の前記表面に配置された前記第２の溶媒を除去するために、前記基板を超臨界流体に晒すことを含み、
   前記基板を前記超臨界流体に晒すことは、
   前記基板の前記表面に配置された前記第２の溶媒の攪乱を避ける第１の流量で、第１処理チャンバの処理容積内に配置された前記基板の前記表面に液体状態の第１の量の二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスを送出すること、
   前記基板の前記表面に配置された前記第２の溶媒の少なくとも一部を除去するために、前記基板の前記表面に配置された前記第２の溶媒と前記二酸化炭素（ＣＯ _２ ）ガスとの間の乱流を発生させる第２の流量で、前記処理容積内に液体状態の第２の量の前記二酸化炭素（ＣＯ _２ ）ガスを送出すること、
   前記処理容積内に配置された前記二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスを前記液体状態から超臨界状態に相転移させること、及び
   前記高アスペクト比フィーチャに浸入させるように、前記基板の前記表面に前記超臨界流体を流すことであって、前記超臨界流体を流す期間に続けて前記処理容積内における前記超臨界流体の滞留の期間を含む、前記超臨界流体を流すこと、
   を含む、方法。
9. 前記基板を前記第１の溶媒に晒すこと及び前記基板を前記第２の溶媒に晒すことは、移送チャンバを介して前記第１処理チャンバに連結される第２処理チャンバ内で行われる、請求項８に記載の方法。
10. 前記処理容積内に配置された前記二酸化炭素（ＣＯ _２ ）ガスを前記超臨界状態から気体状態に等温減圧することを更に含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記基板の前記表面に前記液体状態の前記二酸化炭素（ＣＯ _２ ）ガスを送出することは、液体状態の前記二酸化炭素（ＣＯ _２ ）ガスを約５０ｂａｒの圧力が達成されるまで前記処理容積に送出することを更に含む、請求項８に記載の方法。

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