JP7032815B2 - 基板の洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents
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Description
=-Sx0p0ln(x0-x)│0 x0-1=Sx0p0ln(x0) (2)
ここで、Sはシリンダ断面の面積、X0はシリンダの長さ、P0は圧縮前のシリンダ内部の気体圧力である。上記式(2)では、圧縮時の温度上昇の要因を考慮していないため、気泡内の圧力は実際には温度上昇により高くなる。したがって、音波圧力による実際の機械的作用は、式(2)によって計算されるものよりも大きくなる。
全ての音波圧力による機械的作用が部分的に熱エネルギーに変換され、部分的に気泡内の高圧気体および蒸気の機械的エネルギーに変換されると仮定し、この熱エネルギーが全体的に気泡内の気体の温度上昇に寄与し(気泡周辺の液体分子にエネルギーの伝達がない)、気泡内部の気体の質量が圧縮の前後で一定であると仮定すると、一回の気泡の圧縮後の温度上昇ΔTは以下の式で表すことが出来る。
ΔT=Q/(mc)=βwm/(mc)=βSx0p0ln(x0)/(mc) (3)
上記式で、Qは機械的作用から変換された熱エネルギーであり、βは音波圧力によるトータルの機械的作用に対する熱エネルギーの比であり、mは気泡内部の気体の質量であり、cは気体比熱係数である。β=0.65、S=1E-12m2、x0=1000m=1E-3m(圧縮比N=1000)、p0=1kg/cm2=1E4kg/m2、m=8.9E-17kg(水素ガスの場合)、c=9.9E3J/(kg0k)を上記式(3)に代入すると、ΔT=50.90kとなる。
最初の圧縮後の気泡内の気体温度T1は以下の通り計算される。
=((Ti-T0-ΔT)/(ΔT-δT)+1)/f1 (11)
ここで、t1は超音波/高周波超音波の周期であり、f1は周波数である。
Claims (70)
- パターン構造の複数の特徴部位を有する半導体ウエハを洗浄する方法であって、
前記半導体ウエハに液体を塗布し、
タイマーに基づいて、気泡内破が発生する所定の第一期間にわたって音響エネルギーを前記液体に供給するように、トランスデューサの電源を、第一周波数および第一電力レベルに制御し、
音響エネルギーを前記液体に供給するための前記トランスデューサの前記電源を、前記タイマーに基づいて、所定の第二期間にわたって、第二周波数および第二電力レベルに制御するステップと、
所定のサイクル数の間、前記第一および第二期間が交互に適用され、
前記音響エネルギーを供給したことにより前記特徴部位が損傷を受けないように、前記第一期間と第二期間、前記第一電力レベルと第二電力レベル、および、前記第一周波数と第二周波数とを決定し、
Tnを所定サイクル後の気泡の最高温度とし、Tdを、パターン構造が損傷する高い強度の内破を引き起こす気泡温度とした場合、TnをTdより低く制御することによって、気泡内破の内破強度を、パターン構造が損傷する強度よりも低い状態に制御することを特徴とする方法。 - パターン構造の複数の特徴部位を有する半導体ウエハを洗浄する方法であって、
前記半導体ウエハに液体を塗布し、
タイマーに基づいて、気泡内破が発生する所定の第一期間にわたって音響エネルギーを前記液体に供給するように、トランスデューサの電源を、第一周波数および第一電力レベルに制御し、
音響エネルギーを前記液体に供給するための前記トランスデューサの前記電源を、前記タイマーに基づいて、所定の第二期間にわたって、第二周波数および第二電力レベルに制御するステップと、
所定のサイクル数の間、前記第一および第二期間が交互に適用され、
前記音響エネルギーを供給したことにより前記特徴部位が損傷を受けないように、前記第一期間と第二期間、前記第一電力レベルと第二電力レベル、および、前記第一周波数と第二周波数とを決定し、
Tiを内破温度とし、T0を液体温度とし、ΔTを前記気泡が一回圧縮された後の温度上昇とし、δTを前記気泡が一回膨張させられた後の温度下降とし、f1を前記第一周波数として、前記第一期間は、((Ti-T0-ΔT)/(ΔT-δT)+1)/f1よりも短いことを特徴とする方法。 - 前記第二電力レベルは前記第一電力レベルより低いことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第二電力レベルがゼロであることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記第二周波数は前記第一周波数より低いことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第二期間における音響エネルギーは、前記第一期間における音響エネルギーと逆位相であることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一周波数は前記第二周波数に等しく、前記第一電力レベルは前記第二電力レベルより高いことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一周波数は前記第二周波数より高く、前記第一電力レベルは前記第二電力レベルより高いことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一周波数は前記第二周波数より低く、前記第一電力レベルは前記第二電力レベルに等しいことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一周波数は前記第二周波数より低く、前記第一電力レベルは前記第二電力レベルよりも高いことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一周波数は前記第二周波数より低く、前記第一電力レベルは前記第二電力レベルよりも低いことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一電力レベルは、前記第一期間中に上がることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一電力レベルは、前記第一期間中に下がることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一電力レベルは、前記第一期間中に上がること及び下がることの両方が生じることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一周波数は、前記第一期間中に高い値から低い値に変化することを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一周波数は、前記第一期間中に低い値から高い値に変化することを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一周波数は、前記第一期間中に低い値から高い値に変化し、その後前記低い値に戻ることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一周波数は、前記第一期間中に高い値から低い値に変化し、その後前記高い値に戻ることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一期間において前記第一周波数はまずf1に設定され、その後f3に設定され、最後にf4に設定され、f4はf3より小さく、f3はf1より小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一期間において前記第一周波数はまずf4に設定され、その後f3に設定され、最後にf1に設定され、f4はf3より小さく、f3はf1より小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一期間において前記第一周波数はまずf1に設定され、その後f4に設定され、最後にf3に設定され、f4はf3より小さく、f3はf1より小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一期間において前記第一周波数はまずf3に設定され、その後f4に設定され、最後にf1に設定され、f4はf3より小さく、f3はf1より小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一期間において前記第一周波数はまずf3に設定され、その後f1に設定され、最後にf4に設定され、f4はf3より小さく、f3はf1より小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一期間において前記第一周波数はまずf4に設定され、その後f1に設定され、最後にf3に設定され、f4はf3より小さく、f3はf1より小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第二期間において前記第二周波数はゼロであり、前記第二電力レベルは一定の正の値であることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第二期間において前記第二周波数はゼロであり、前記第二電力レベルは一定の負の値であることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記特徴部位は、深さ対幅の比が少なくとも3であるビアホールまたはトレンチを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記半導体ウエハの装置製造ノードが16ナノメートル以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 音響エネルギーが供給されるとき、前記トランスデューサに対して前記ウエハを回転させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記特徴部位は、前記第一期間における気泡の膨張によって損傷されないことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第二期間において気泡内部の温度が低下することを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第二期間において前記気泡内部の温度が前記液体の温度近傍まで低下することを特徴とする請求項31に記載の方法。
- 前記第一期間は、第一周波数の一サイクル期間の2,000倍より短いことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- パターン構造の複数の特徴部位を有する半導体ウエハを洗浄する装置であって、
前記半導体ウエハを保持するように構成されたウエハホルダと、
前記半導体ウエハに液体を塗布するように構成された注入口と、
音響エネルギーを液体に供給するように構成されたトランスデューサと、
前記トランスデューサの電源と、
タイマーを備えた電源用制御装置とを備え、前記制御装置は前記タイマーに基づいて前記トランスデューサを制御することにより、
気泡内破が発生する所定の第一期間にわたって、第一周波数および第一電力レベルで音響エネルギーを前記液体に供給し、
所定の第二期間にわたって、第二周波数および第二電力レベルで、音響エネルギーを前記液体に供給するように構成され、
前記制御装置は、所定のサイクル数の間、前記第一期間および第二期間を交互に適用するように構成されており、
前記音響エネルギーを供給したことにより前記特徴部位が損傷を受けないように、前記第一期間と第二期間、前記第一電力レベルと第二電力レベル、および、前記第一周波数と第二周波数とを決定し、
Tnを所定サイクル後の気泡の最高温度とし、Tdを、パターン構造が損傷する高い強度の内破を引き起こす気泡温度とした場合、TnをTdより低く制御することによって、気泡内破の内破強度を、パターン構造が損傷する強度よりも低い状態に制御することを特徴とする装置。 - パターン構造の複数の特徴部位を有する半導体ウエハを洗浄する装置であって、
前記半導体ウエハを保持するように構成されたウエハホルダと、
前記半導体ウエハに液体を塗布するように構成された注入口と、
音響エネルギーを液体に供給するように構成されたトランスデューサと、
前記トランスデューサの電源と、
タイマーを備えた電源用制御装置とを備え、前記制御装置は前記タイマーに基づいて前記トランスデューサを制御することにより、
気泡内破が発生する所定の第一期間にわたって、第一周波数および第一電力レベルで音響エネルギーを前記液体に供給し、
所定の第二期間にわたって、第二周波数および第二電力レベルで、音響エネルギーを前記液体に供給するように構成され、
前記制御装置は、所定のサイクル数の間、前記第一期間および第二期間を交互に適用するように構成されており、
前記音響エネルギーを供給したことにより前記特徴部位が損傷を受けないように、前記第一期間と第二期間、前記第一電力レベルと第二電力レベル、および、前記第一周波数と第二周波数とを決定し、
Tiを内破温度とし、T0を液体温度とし、ΔTを前記気泡が一回圧縮された後の温度上昇とし、δTを前記気泡が一回膨張させられた後の温度下降とし、f1を前記第一周波数として、前記第一期間は、((Ti-T0-ΔT)/(ΔT-δT)+1)/f1よりも短いことを特徴とする装置。 - ウエハホルダは回転チャックを備えることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- ウエハホルダは洗浄タンクに沈められたカセットを備えることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記注入口はノズルを備えていることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記トランスデューサが前記注入口に接続され、前記注入口を流れる前記液体に音響エネルギーを加えることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第二電力レベルは前記第一電力レベルより低いことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第二電力レベルがゼロであることを特徴とする請求項40に記載の装置。
- 前記第二周波数は前記第一周波数より低いことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第二期間における音響エネルギーは、前記第一期間における音響エネルギーと逆位相であることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一周波数は前記第二周波数に等しく、前記第一電力レベルは前記第二電力レベルより高いことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一周波数は前記第二周波数より高く、前記第一電力レベルは前記第二電力レベルより高いことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一周波数は前記第二周波数より低く、前記第一電力レベルは前記第二電力レベルに等しいことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一周波数は前記第二周波数より低く、前記第一電力レベルは前記第二電力レベルよりも高いことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一周波数は前記第二周波数より低く、前記第一電力レベルは前記第二電力レベルよりも低いことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一電力レベルは、前記第一期間中に上がることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一電力レベルは、前記第一期間中に下がることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一電力レベルは、前記第一期間中に上がること及び下がることの両方が生じることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一周波数は、前記第一期間中に高い値から低い値に変化することを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一周波数は、前記第一期間中に低い値から高い値に変化することを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一周波数は、前記第一期間中に低い値から高い値に変化し、その後前記低い値に戻ることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一周波数は、前記第一期間中に高い値から低い値に変化し、その後前記高い値に戻ることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一期間において前記第一周波数はまずf1に設定され、その後f3に設定され、最後にf4に設定され、f4はf3より小さく、f3はf1より小さいことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一期間において前記第一周波数はまずf4に設定され、その後f3に設定され、最後にf1に設定され、f4はf3より小さく、f3はf1より小さいことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一期間において前記第一周波数はまずf1に設定され、その後f4に設定され、最後にf3に設定され、f4はf3より小さく、f3はf1より小さいことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一期間において前記第一周波数はまずf3に設定され、その後f4に設定され、最後にf1に設定され、f4はf3より小さく、f3はf1より小さいことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一期間において前記第一周波数はまずf3に設定され、その後f1に設定され、最後にf4に設定され、f4はf3より小さく、f3はf1より小さいことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第一期間において前記第一周波数はまずf4に設定され、その後f1に設定され、最後にf3に設定され、f4はf3より小さく、f3はf1より小さいことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第二期間において前記第二周波数はゼロであり、前記第二電力レベルは一定の正の値であることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第二期間において前記第二周波数はゼロであり、前記第二電力レベルは一定の負の値であることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記特徴部位は、深さ対幅の比が少なくとも3であるビアホールまたはトレンチを含むことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記半導体ウエハの装置製造ノードが16ナノメートル以下であることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- ウエハホルダは、音響エネルギーが供給される際にトランスデューサに対してウエハを回転させるようにさらに構成されていることを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記特徴部位は、前記第一期間における気泡の膨張によって損傷されないことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第二期間において気泡内部の温度が低下することを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
- 前記第二期間において前記気泡内部の温度が前記液体の温度近傍まで低下することを特徴とする請求項68に記載の装置。
- 前記第一期間は、第一周波数の一サイクル期間の2,000倍より短いことを特徴とする請求項34又は35に記載の装置。
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