JP7032816B2 - 基板の洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板の洗浄方法および洗浄装置に関する。より具体的には、洗浄工程において、超音波または高周波超音波装置（ultra or mega sonic device）によって生成される気泡キャビテーションを制御し、基板全体に安定した、または、制御されたキャビテーションを発生させることにより、高アスペクト比のビアホール、トレンチ、または、凹領域における微細粒子を効率的に除去することに関する。
半導体装置は、複数の異なる処理工程を経てトランジスタおよび相互接続要素を製造することによって、半導体基板上に製造または加工される。近年トランジスタには、フィン電界効果トランジスタ（Fin Field Effect Transistor; finFET）や３次元ＮＡＮＤメモリのように二次元から三次元に構築されるものがある。半導体基板に伴うトランジスタ端子同士を電気的に接続するために、半導体装置の一部として誘電材料に導電性（例えば、金属）のトレンチ、ビアホール（ｖｉａ）などが形成される。トレンチおよびビアホールは、トランジスタ間、および、半導体装置の内部回路と半導体装置の外部回路との電気信号および電力を接続する。
半導体基板上におけるｆｉｎＦＥＴおよび相互接続要素の形成工程では、例えばマスキング、エッチング、および、堆積工程を経て、所望の半導体装置の電子回路が形成される。特に、複数のマスキングおよびプラズマエッチング工程を行うことによって、トランジスタのフィンおよび／または相互接続要素のトレンチやビアホールとして機能する半導体基板の誘電層に、ｆｉｎＦＥＴ、３次元ＮＡＮＤフラッシュセル、および／または、凹領域のパターンを形成することができる。ポストエッチングまたはフォトレジストアッシングにおいて、フィン構造および／またはトレンチやビアホールにおける粒子および異物を除去するために、湿式洗浄工程が必要となる。特に装置製造ノードが１４ｎｍまたは１６ｎｍ、或いは、それ以上移動する場合に、フィンおよび／またはトレンチおよびビアホールの側壁損失は、臨界寸法の維持に重要となる。側壁損失を低減または排除するには、適度に希釈された化学薬品、または、場合によっては脱イオン水のみを使用することが重要となる。しかし、通常、希釈された化学薬品や脱イオン水では、フィン構造、３次元ＮＡＮＤ孔、および／または、トレンチやビアホール内の粒子を効率的に除去できない。したがって、これらの粒子を効率的に除去するには、超音波または高周波超音波などの機械的な力が必要である。超音波または高周波超音波は、基板構造に機械的な力を加える気泡キャビテーションを発生させるが、トランジットキャビテーションやマイクロ噴流などの激しいキャビテーションによって、パターン構造が破損する。したがって、安定したまたは制御されたキャビテーションを維持することは、機械的な力を損傷限界内に制御すると同時に粒子の効率的な除去を行うために重要なパラメータとなる。前記３次元ＮＡＮＤ孔の構造において、トランジットキャビテーションによって孔構造が損傷するとは限らないが、孔の内部に気泡キャビテーションが飽和することによって洗浄効果が低減する。
米国特許第４３２６５５３号には、ノズルに結合されて半導体ウエハを洗浄する高周波超音波エネルギーが開示されている。流体は加圧され、高周波超音波トランスデューサによって高周波超音波エネルギーが流体に加えられる。ノズルは、超音波／高周波超音波の周波数で振動する洗浄用流体をリボン状に噴射させて表面に衝突させるための形状を有している。
米国特許第６０３９０５９号には、音波エネルギを流体に伝達する細長いプローブを振動させるエネルギー源が開示されている。一構成において、流体がウエハの両側に噴射される一方、プローブは上側近傍に配置されている。別の構成では、短いプローブの先端面が表面近傍に配置されており、ウエハが回転する際にその表面上をプローブが移動する。
米国特許第６８４３２５７Ｂ２号には、ウエハ表面に平行な軸を中心に回転するロッドを振動させるエネルギー源が開示されている。ロッド表面に、エッチングにより螺旋溝などを形成する。
洗浄工程において、超音波または高周波超音波装置（ultra or mega sonic device）によって生成される気泡キャビテーションを制御し、基板全体に安定した、または、制御されたキャビテーションを発生させることにより、高アスペクト比のビアホール、トレンチ、または、凹領域における微細粒子を効率的に除去するよりよい方法が必要である。
本発明の一方法は、安定した気泡キャビテーションを維持させることによって、パターン構造を有するウエハに損傷を与えることのない超音波／高周波超音波洗浄を可能とする。前記安定した気泡キャビテーションは、音波電源を、τ１よりも短い時間（time interval）だけ電力Ｐ１に設定し、音波電源を、τ２よりも長い時間だけ電力Ｐ２に設定し、ウエハが洗浄されるまで上記のステップを繰り返すことにより制御される。電力Ｐ２はゼロに等しい、または、電力Ｐ１よりはるかに小さく、τ１は、気泡内部の温度が臨界内破（implosion）温度まで上昇する時間であり、τ２は、気泡内部の温度が臨界内破温度よりはるかに低い温度まで低下する時間である。
本発明の別の方法は、安定した気泡キャビテーションを維持させることによって、パターン構造を有するウエハが損傷することなく超音波／高周波超音波洗浄を行うことを可能とする。前記安定した気泡キャビテーションは、音波電源を、τ１よりも短い時間だけ周波数ｆ１に設定し、音波電源を、τ２よりも長い時間だけ周波数ｆ２に設定し、ウエハが洗浄されるまで上記のステップを繰り返すことにより制御され、ｆ２は、ｆ１よりもはるかに高く、２倍または４倍高い方がよく、τ１は、気泡内部の温度が臨界内破温度まで上昇する時間であり、τ２は、気泡内部の温度が臨界内破温度よりはるかに低い温度まで低下する時間である。
本発明の別の方法は、パターン構造内の空間よりも小さな気泡サイズの安定した気泡キャビテーションを維持させることによって、パターン構造を有するウエハが損傷することのない超音波／高周波超音波洗浄を可能とする。パターン構造内の空間よりも小さな気泡サイズの安定した気泡キャビテーションは、音波電源を、τ１よりも短い時間だけ電力Ｐ１に設定し、音波電源を、τ２よりも長い時間だけ電力Ｐ２に設定し、ウエハが洗浄されるまで上記のステップを繰り返すことにより制御され、Ｐ２はゼロに等しい、または，電力Ｐ１よりはるかに小さく、τ１は、気泡サイズがパターン構造内の空間と等しいかそれより大きい臨界サイズに増加するまでの時間であり、τ２は、気泡サイズがパターン構造内の空間よりはるかに小さいサイズに減少するまでの時間である。
本発明の別の方法は、パターン構造内の空間よりも小さな気泡サイズの安定した気泡キャビテーションを維持させることによって、パターン構造を有するウエハが損傷することのない超音波／高周波超音波洗浄を可能とする。パターン構造内の空間よりも小さな気泡サイズの安定した気泡キャビテーションは、音波電源を、τ１よりも短い時間だけ周波数ｆ１に設定し、音波電源を、τ２よりも長い時間だけ周波数ｆ２に設定し、ウエハが洗浄されるまで上記のステップを繰り返すことにより制御され、ｆ２は、ｆ１よりもはるかに高く、２倍または４倍高い方がよく、τ１は、気泡サイズがパターン構造内の空間と等しいかそれより大きい臨界サイズに増加するまでの時間であり、τ２は、気泡サイズがパターン構造内の空間よりはるかに小さいサイズに減少するまでの時間である。
本発明の一方法は、非飽和気泡キャビテーションを維持させることによって、深孔の複数の特徴部位を有する基板に対して効果的な超音波／高周波超音波洗浄を可能とする。前記非飽和気泡キャビテーションは、音波電源を、τ１よりも短い時間（time interval）だけ電力Ｐ１に設定し、音波電源を、τ２よりも長い時間だけ電力Ｐ２に設定し、前記基板が洗浄されるまで上記のステップを繰り返すことによって制御され、電力Ｐ２はゼロに等しい、または、電力Ｐ１よりはるかに小さく、τ１は、深孔内のキャビテーション又は気泡密度が飽和状態まで上昇する時間であり、τ２は、気泡密度が飽和状態よりはるかに低い密度まで低下する時間である。
本発明の別の方法は、非飽和気泡キャビテーションを維持させることによって、深孔の複数の特徴部位を有する基板に対して効果的な超音波／高周波超音波洗浄を可能とする。前記非飽和気泡キャビテーションは、音波電源を、τ１よりも短い時間だけ周波数ｆ１に設定し、音波電源を、τ２よりも長い時間だけ周波数ｆ２に設定し、前記基板が洗浄されるまで上記のステップを繰り返すことによって制御され、ｆ２は、ｆ１よりもはるかに高く、２倍または４倍高い方がよく、τ１は、深孔内のキャビテーション又は気泡密度が飽和状態まで上昇する時間であり、τ２は、気泡密度が飽和状態よりはるかに低い密度まで低下する時間である。
本発明の一方法は、キャビテーション状態の所定サイズの気泡を維持させることによって、深孔の複数の特徴部位を有する基板に対して効果的な超音波／高周波超音波洗浄を可能とする。キャビテーション状態における所定サイズの気泡は、音波電源を、τ１よりも短い時間（time interval）だけ電力Ｐ１に設定し、音波電源を、τ２よりも長い時間だけ電力Ｐ２に設定し、前記基板が洗浄されるまで上記のステップを繰り返すことによって制御され、電力Ｐ２はゼロに等しい、または、電力Ｐ１よりはるかに小さく、τ１は、深孔内のキャビテーション又は気泡密度が飽和状態まで上昇する時間であり、τ２は、気泡サイズが前記所定サイズよりはるかに小さいサイズまで縮小する時間である。
本発明の別の方法は、キャビテーション状態の所定サイズの気泡を維持させることによって、深孔の複数の特徴部位を有する基板に対して効果的な超音波／高周波超音波洗浄を可能とする。キャビテーション状態における所定サイズの気泡は、音波電源を、τ１よりも短い時間だけ周波数ｆ１に設定し、音波電源を、τ２よりも長い時間だけ周波数ｆ２に設定し、前記基板が洗浄されるまで上記のステップを繰り返すことによって制御され，ｆ２は、ｆ１よりもはるかに高く、２倍または４倍高い方がよく、τ１は、深孔内のキャビテーション又は気泡密度が飽和状態まで上昇する時間であり、τ２は、気泡サイズが前記所定サイズよりはるかに小さいサイズまで縮小する時間である。
超音波／高周波超音波装置を使用するウエハ洗浄装置の例を示す図である。 超音波／高周波超音波装置を使用するウエハ洗浄装置の例を示す図である。 超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。 超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。 超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。 超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。 超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。 超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。 超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。 ウエハ洗浄工程における気泡キャビテーションを示す図である。 洗浄工程中のウエハ上のパターン構造に損傷を与えるトランジットキャビテーションを示す図である。 洗浄工程中のウエハ上のパターン構造に損傷を与えるトランジットキャビテーションを示す図である。 洗浄工程中の気泡内部の熱エネルギーの変化を示す図である。 洗浄工程中の気泡内部の熱エネルギーの変化を示す図である。 洗浄工程中の気泡内部の熱エネルギーの変化を示す図である。 ウエハ洗浄方法の一例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の一例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の一例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 洗浄工程中のウエハ上のパターン構造に損傷を与える安定キャビテーションを示す図である。 洗浄工程中のウエハ上のパターン構造に損傷を与える安定キャビテーションを示す図である。 洗浄工程中のウエハ上のパターン構造に損傷を与える安定キャビテーションを示す図である。 超音波／高周波超音波装置を使用するウエハ洗浄装置の別の例を示す図である。 超音波／高周波超音波装置を使用するウエハ洗浄装置の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。 ビアホールまたはトレンチの特徴部位において飽和点未満の状態にある気泡を示す図である。 は、ビアホールまたはトレンチの特徴部位において飽和点未満の状態にある気泡を示す図である。 は、ビアホールまたはトレンチの特徴部位において飽和点未満の状態にある気泡を示す図である。 は、ビアホールまたはトレンチの特徴部位において飽和点未満の状態にある気泡を示す図である。 ビアホール、トレンチ、または、凹空間ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比Ｒが飽和点に近似するまたはそれ以上の値となるように、超音波／高周波超音波装置によって拡張された気泡のサイズを示す図である。 ビアホール、トレンチ、または、凹空間ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比Ｒが飽和点に近似するまたはそれ以上の値となるように、超音波／高周波超音波装置によって拡張された気泡のサイズを示す図である。 ビアホール、トレンチ、または、凹空間ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比Ｒが飽和点に近似するまたはそれ以上の値となるように、超音波／高周波超音波装置によって拡張された気泡のサイズを示す図である。 ビアホール、トレンチ、または、凹空間ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比Ｒが飽和点に近似するまたはそれ以上の値となるように、超音波／高周波超音波装置によって拡張された気泡のサイズを示す図である。 ビアホール、トレンチ、または、凹空間ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比Ｒが飽和点よりはるかに低くなるように、限定された範囲で、超音波／高周波超音波装置によって拡張された気泡のサイズを示す図である。 ビアホール、トレンチ、または、凹空間ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比Ｒが飽和点よりはるかに低くなるように、限定された範囲で、超音波／高周波超音波装置によって拡張された気泡のサイズを示す図である。 基板洗浄方法の一例を示す図である。 基板洗浄方法の一例を示す図である。 基板洗浄方法の一例を示す図である。 基板洗浄方法の一例を示す図である。 基板洗浄方法の別の一例を示す図である。 基板洗浄方法の別の一例を示す図である。 基板洗浄方法の別の一例を示す図である。 基板洗浄方法の別の一例を示す図である。 基板洗浄方法の別の一例を示す図である。 基板洗浄方法の別の一例を示す図である。 基板洗浄方法の別の一例を示す図である。
図１Ａ、図１Ｂに、超音波／高周波超音波装置を用いたウエハ洗浄装置を示す。ウエハ洗浄装置は、ウエハ１０１０と、回転駆動機構１０１６によって回転されるウエハチャック１０１４と、洗剤または脱イオン水１０３２を供給するノズル１０１２と、超音波／高周波超音波装置１００３と、超音波／高周波超音波電源とを備えている。超音波／高周波超音波装置１００３は、さらに、共振器１００８に音響的に結合された圧電トランスデューサ１００４を備えている。圧電トランスデューサ１００４は、振動するように電気的に励起され、共振器１００８は液体に高周波音響エネルギーを伝達する。超音波／高周波超音波エネルギーによって発生した気泡キャビテーションは、ウエハ１０１０上の粒子を振動させる。これにより異物はウエハ１０１０の表面から振動により隔離され、ノズル１０１２から供給される液体１０３２の流動によって前記表面から除去される。
また、図２Ａ～図２Ｇは、本発明による超音波／高周波超音波装置の上面図である。図１に示した超音波／高周波超音波装置１００３の代わりに、異なる形状の超音波／高周波超音波装置３００３、すなわち、図２Ａに示す三角形または扇形状のもの、図２Ｂに示す矩形のもの、図２Ｃに示す八角形のもの、図２Ｄに示すような楕円形のもの、図２Ｅに示す半円形のもの、図２Ｆに示す四分円形のもの、図２Ｇに示す円形のものを使用してもよい。
図３は、圧縮段階の気泡キャビテーションを示す。気泡は、その形状が球状Ａからリンゴ状の形状Ｇへと徐々に圧縮され、最終的に内破状態Ｉに到達しマイクロ噴流を形成する。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、マイクロ噴流は非常に荒々しく（数千気圧および数千℃に達することもある）、特にフィーチャーサイズｔが７０ｎｍ以下に収縮すると、半導体ウエハ４０１０上の微細パターン構造４０３４に損傷を与えうる。
図５Ａ～図５Ｃには、本発明による気泡キャビテーションの簡略モデルが示されている。音波正圧が気泡に作用するにつれて、気泡の体積が減少する。この体積が収縮する過程で、音波圧力ＰＭが気泡に作用し、機械的作用が気泡内にて熱エネルギーに変換され、気泡内の気体および／または蒸気の温度が上昇する。
理想的な気体の状態式は以下のように表すことが出来る。
ｐ０ｖ０／Ｔ０＝ｐｖ／Ｔ （１）
ここで、ｐ０は圧縮前の気泡内の圧力であり、ｖ０は圧縮前の気泡の初期体積であり、Ｔ０は圧縮前の気泡内の気体温度であり、Ｐは圧縮時の気泡内の圧力であり、Ｖは圧縮時の気泡の体積であり、Ｔは圧縮時の気泡内の気体温度である。
計算を単純化するために、圧縮時に気体の温度が変化しない、または、圧縮が非常にゆっくりで、気泡周辺の液体によって温度上昇が相殺されると仮定する。この場合、一回の気泡圧縮（体積Ｎユニットから体積１ユニットまたは圧縮比＝Ｎ）の、音波圧力ＰＭによる機械的作用ｗｍは以下のように表すことが出来る。
ｗｍ＝∫０ ｘ０－１ｐＳｄｘ＝∫０ ｘ０－１（Ｓ（ｘ０ｐ０）／（ｘ０－ｘ））ｄｘ＝Ｓｘ０ｐ０∫０ ｘ０－１ｄｘ／（ｘ０－ｘ）
＝－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。
音波圧力による全ての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、この熱エネルギーのすべてが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）、さらに、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。
Ｔ１＝Ｔ０＋ΔＴ＝２０℃＋５０．９℃＝７０．９℃ （４）
図５Ｂに示すように、気泡が最小サイズの１ミクロンに達したとき。このような高温下では、気泡周辺の液体分子には蒸発するものもある。その後、音波圧力が負になり、気泡サイズが拡大し始める。この逆の過程において、圧力ＰＧを有する高温の気体および蒸気は、周囲の液体表面に作用する。同時に図５Ｃに示すように、音波圧力ＰＭが、気泡膨張方向に引っ張るため、負の音波圧力ＰＭも部分的に周囲の液体に作用する。これらの作用が恊働する結果、気泡内部の熱エネルギーが完全に放出されたり機械的エネルギーに変換されたりすることができないため、元の気体温度Ｔ０または液体温度にまで気泡内部の気体の温度を冷却することができない。キャビテーションの第一サイクルが終了した後、図６Ｂに示すように、気泡内の気体の温度Ｔ２は、Ｔ０とＴ１の間になる。または、Ｔ２を以下のように表すことができる。
Ｔ２＝Ｔ１－δＴ＝Ｔ０＋ΔＴ－δＴ （５）
ここで、δＴは気泡が一回膨張した後の温度低下であり、δＴは、ΔＴより低い。
気泡キャビテーションの第二サイクルが最小気泡サイズに達すると、気泡内の気体および／または蒸気の温度Ｔ３は、以下の通りである。
Ｔ３＝Ｔ２＋ΔＴ＝Ｔ０＋ΔＴ－δＴ＋ΔＴ＝Ｔ０＋２ΔＴ－δＴ （６）
気泡キャビテーションの第二サイクルが終了すると、気泡内の気体および／または蒸気の温度Ｔ４は、
Ｔ４＝Ｔ３－δＴ＝Ｔ０＋２ΔＴ－δＴ－δＴ＝Ｔ０＋２ΔＴ－２δＴ （７）
同様に、気泡キャビテーションのｎ番目サイクルが最小気泡サイズに達すると、気泡内の気体および／または蒸気の温度Ｔ２ｎ－１は、以下の通りである。
Ｔ２ｎ－１＝Ｔ０＋ｎΔＴ－（ｎ－１）δＴ （８）
気泡キャビテーションのｎ番目サイクルが終了すると、気泡内の気体および／または蒸気の温度Ｔ２ｎは、以下の通りである。
Ｔ２ｎ＝Ｔ０＋ｎΔＴ－ｎδＴ＝Ｔ０＋ｎ（ΔＴ－δＴ） （９）
気泡キャビテーションのサイクル数ｎが増加するにつれ、気体および蒸気の温度が上昇する。したがって、図６Ｃに示すように、気泡表面上の分子がより多くバブル６０８２の内部に蒸発し、気泡６０８２のサイズを拡大させる。最終的に、圧縮時の気泡内部の温度は、内破温度Ｔｉ（通常、Ｔｉは数千℃と同等に高い）に達し、図６Ｃに示すように、激しいマイクロ噴流６０８０が形成される。
式（８）から、内破サイクル数ｎｉは以下のように表すことができる。
ｎｉ＝（Ｔｉ－Ｔ０－ΔＴ）／（ΔＴ－δＴ）＋１ （１０）
式（１０）から、内破時間τｉは以下のように表すことができる。
τｉ＝ｎｉｔ１＝ｔ１（（Ｔｉ－Ｔ０－ΔＴ）／（ΔＴ－δＴ）＋１）
＝ｎｉ／ｆ１
＝（（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。
式（１０）および（１１）により、内破サイクル数ｎｉおよび内破期間τｉを計算することができる。Ｔｉ＝３０００℃、Ｔ＝５０．９℃、Ｔ０＝２０℃、ｆ１＝５００ＫＨｚ、ｆ１＝１ＭＨｚ、ｆ１＝２ＭＨｚと仮定し、内破サイクル数ｎｉ、内破期間τｉ、および、（ΔＴ－δＴ）の関係を表１に示す。
Figure 0007032816000001
ウエハ上のパターン構造に対する損傷を回避するために、安定したキャビテーションを維持しなければならず、気泡内破またはマイクロ噴流を回避しなければならない。図７Ａ～図７Ｃには、本発明の、安定した気泡キャビテーションを維持させることによって、パターン構造を有するウエハが損傷することのない超音波／高周波超音波洗浄を可能とする方法が示されている。図７Ａは、電源出力の波形を示しており、図７Ｂはキャビテーションの各サイクルに対応する温度曲線を示しており、図７Ｃはキャビテーションの各サイクルにおける気泡サイズの拡大を示している。気泡内破を回避するための本発明による操作処理ステップは以下の通りである。
ステップ１：超音波／高周波超音波装置を、チャックまたはタンクに設置されたウエハまたは基板の表面に隣接させる。
ステップ２：ウエハと超音波／高周波超音波装置との間に薬液または気体（水素、窒素、酸素、または、ＣＯ２）でドープした水を充填する。
ステップ３：チャックを回転させるか、ウエハを振動させる。
ステップ４：電源を周波数ｆ１と電力Ｐ１に設定する。
ステップ５：気泡内部の気体や蒸気の温度が内破温度Ｔｉに達する前（式（１１）で計算された時間がτ１＜τｉに達する前）に、電源出力をゼロワットに設定する。これにより、液体または水の温度が気泡内部の気体温度よりもはるかに低くなるため、気体温度が冷却し始める。
ステップ６：気泡内の気体温度が室温Ｔ０まで低下する、または、時間（ゼロ電力時間）がτ２に達した後、再度電源を周波数ｆ１および電力Ｐ１に設定する。
ステップ７：ウエハが洗浄されるまで、ステップ１からステップ６を繰り返す。
ステップ５では、気泡の内破を回避するために、期間τ１が、τｉよりも短くなければならず、τｉは式（１１）を使って算出することができる。
ステップ６では、気泡内の気体温度を室温または液体温度まで下げる必要はなく、室温または液体温度より高い特定の温度であってもよいが、内破温度Ｔより大幅に低い温度であることが好ましい。
式（８）および（９）によれば、（ΔＴ－δＴ）がわかっていれば、Ｔｉを算出できる。しかし一般的に、（ΔＴ－δＴ）は直接算出または測定することは容易ではない。内破期間τｉは以下の方法により実験的に導出することができる。
ステップ１：表１に基づいて、実験計画（ＤＯＥ）の条件として５つの異なる期間τ１を選択する。
ステップ２：τ２として、一回目のスクリーンテストにおけるτ１の少なくとも１０倍、好ましくはτ１の１００倍を選択する。
ステップ３：電力Ｐ０を一定値に固定して上記五つの条件で特定のパターン構造を有するウエハを別々に洗浄する。ここで、Ｐ０は連続モード（非パルスモード）で継続すると、ウエハ上のパターン構造が確実に損傷する出力である。
ステップ４：ＳＥＭＳ、または、ＡＭＡＴ ＳＥＭヴィジョンや日立ＩＳ３０００などのウエハパターン損傷検査器具を用いて上記五つのウエハの損傷状況を検査すれば、内破期間τｉを一定の範囲内に設定することができる。
内破時間τｉの範囲を狭めるためにステップ１から４を再度行ってもよい。内破期間τｉを把握した後、期間τ１を、安全マージンのために０．５τｉより小さい値に設定してもよい。実験データの一例を以下に説明する。
パターン構造は、５５ｎｍのポリシリコンゲート線である。超音波／高周波超音波の周波数は１ＭＨｚであり、ウエハ内の、および、ウエハからウエハのエネルギー量をより均一にするために、Ｐｒｏｓｙｓ社製の超音波／高周波超音波装置をギャップ振動モード（ＰＣＴ／ＣＮ２００８／０７３４７１参照）で稼働させた。他の実験パラメータおよび最終的なパターン損傷データを以下の表２にまとめる。
Figure 0007032816000002
τ１＝２ｍｓ（または、２０００サイクル数）では、加工寸法５５ｎｍのパターン構造に１２１６もの箇所に損傷をもたらしたが、τ１＝０．１ｍｓ（または、１００サイクル数）では、加工寸法５５ｎｍのパターン構造の損傷箇所がゼロ（０）箇所であった。したがって、τｉは、０．１ｍｓと２ｍｓとの間の数字であり、この範囲を狭めるために更に詳細なテストが必要になる。超音波または高周波超音波出力密度および周波数に関連するサイクル数は、電力密度が大きいほど、サイクル数が少なくなり、周波数が低いほどサイクル数が少なくなることは明らかである。以上の実験結果から、超音波または高周波超音波の電力密度が０．１ｗａｔｔｓ／ｃｍ２より大きく、超音波または高周波超音波の周波数が１ＭＨｚ以下と仮定すると、損傷のないサイクル数が２０００未満であると想定できる。周波数が１ＭＨｚより大きな範囲に上がるか、電力密度が０．１ｗａｔｔｓ／ｃｍ２未満になれば、サイクル数が上昇することが予想される。
τ１がわかれば、上述と同様のＤＥＯ法に基づいて、期間τ２を短くすることができる。すなわち、期間τ１を固定し、期間τ２を短くしていきパターン構造に損傷が見られるまでＤＯＥを継続させる。期間τ２が短くなると、気泡内の気体および／または蒸気の温度が充分に冷却されず、気泡内の気体および蒸気の平均温度が徐々に高くなり、最終的には気泡内破を引き起こす。この内破が引き起こされる時間を臨界冷却時間という。臨界冷却時間τｃがわかった後、同様に、期間τ２を２τｃより大きい値に設定することにより安全マージンを確保することができる。
また、図８Ａ～図８Ｄには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ４において超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１に設定し、電力の波形の振幅が変化するように設定する点を除いて、図７Ａに示す方法と同様である。図８Ａには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１に設定し、電力の波形の振幅が増加するように設定する別の洗浄方法が示されている。図８Ｂには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１に設定し、電力の波形の振幅が縮小するように設定する別の洗浄方法が示されている。図８Ｃには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１に設定し、電力の波形の振幅がまず縮小し、その後で増加するように設定する別の洗浄方法が示されている。図８Ｄには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１に設定し、電力の波形の振幅がまず増加し、その後縮小するように設定するさらに別の洗浄方法が示されている。
また、図９Ａ～図９Ｄには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ４において超音波／高周波超音波電源の周波数が変化するように設定する点を除いて、図７Ａに示す方法と同様である。図９Ａには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ３より高い周波数ｆ１に設定し、後に周波数ｆ３に設定する別の洗浄方法を示す。図９Ｂには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ３に設定し、後に周波数ｆ３より高い周波数ｆ１に設定する別の洗浄方法を示す。図９Ｃには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ３に設定し、その後周波数ｆ３より高い周波数ｆ１に設定し、最後に周波数ｆ３に設定する別の洗浄方法を示す。図９Ｄには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ３より高い周波数ｆ１に設定し、その後周波数ｆ３に設定し、最後に周波数ｆ１に設定する別の洗浄方法を示す。
図９Ｃに示す方法と同様に、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ１に設定し、その後周波数ｆ３に設定し、最後に周波数ｆ４に設定してもよく、ここで、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さい。
また、図９Ｃに示す方法と同様に、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ４に設定し、その後周波数ｆ３に設定し、最後に周波数ｆ１に設定してもよく、ここで、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さい。
また、図９Ｃに示す方法と同様に、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ１に設定し、その後周波数ｆ４に設定し、最後に周波数ｆ３に設定してもよく、ここで、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さい。
また、図９Ｃに示す方法と同様に、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ３に設定し、その後周波数ｆ４に設定し、最後に周波数ｆ１に設定してもよく、ここで、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さい。
また、図９Ｃに示す方法と同様に、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ３に設定し、その後周波数ｆ１に設定し、最後に周波数ｆ４に設定してもよく、ここで、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さい。
また、図９Ｃに示す方法と同様に、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ４に設定し、その後周波数ｆ１に設定し、最後に周波数ｆ３に設定してもよく、ここで、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さい。
図１０Ａ～図１０Ｂには、本発明の、安定した気泡キャビテーションを維持させることによって、パターン構造を有するウエハが損傷することのない超音波／高周波超音波洗浄を可能とする別の方法が示されている。図１０Ａは、電源出力の波形を示しており、図１０Ｂはキャビテーションの各サイクルに対応する温度曲線を示している。本発明による操作処理ステップは以下の通りである。
ステップ１：超音波／高周波超音波装置を、チャックまたはタンクに設置されたウエハまたは基板の表面に隣接させる。
ステップ２：ウエハと超音波／高周波超音波装置との間に薬液または気体でドープした水を充填する。
ステップ３：チャックを回転させるか、ウエハを振動させる。
ステップ４：電源を周波数ｆ１と電力Ｐ１に設定する。
ステップ５：気泡内部の気体と蒸気の温度が内破温度Ｔｉに達する前に（合計時間τ１の経過）、電源出力を周波数ｆ１と出力をＰ１より小さいＰ２に設定する。これにより、液体または水の温度が気泡内部の気体温度よりもはるかに低くなるため、気体温度が冷却し始める。
ステップ６：気泡内の気体温度が室温Ｔ０に近い特定の温度まで低下する、または、時間（ゼロ電力時間）がτ２に達した後、再度電源を周波数ｆ１および電力Ｐ１に設定する。
ステップ７：ウエハが洗浄されるまで、ステップ１からステップ６を繰り返す。
ステップ６では、図１０Ｂに示すように、電力Ｐ２により気泡内部の気体の温度を室温まで冷却することができないため、後段階のτ２タイムゾーンに温度差ΔＴ２が生じるはずである。
また、図１１Ａ～図１１Ｂには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ５において超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１より低いｆ２に設定し、電力をＰ１より小さいＰ２に設定する点を除いて、図１０Ａに示す方法と同様である。ｆ２はｆ１よりも低いので、気泡内のガスまたは蒸気の温度はより速く上昇する。したがって、Ｐ２はＰ１よりも大幅に小さく設定するべきであり、気泡内のガスおよび／または蒸気の温度を下げるためには５倍または１０倍小さいのが好ましい。
また、図１２Ａ～図１２Ｂには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ５において超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１より高いｆ２に設定し、電力をＰ１と同等のＰ２に設定する点を除いて、図１０Ａに示す方法と同様である。
また、図１３Ａ～図１３Ｂには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ５において超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１より高いｆ２に設定し、電力をＰ１より小さいＰ２に設定する点を除いて、図１０Ａに示す方法と同様である。
また、図１４Ａ～図１４Ｂには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ５において超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１より高いｆ２に設定し、電力をＰ１より高いＰ２に設定する点を除いて、図１０Ａに示す方法と同様である。ｆ２はｆ１よりも高いので、気泡内のガスまたは蒸気の温度はゆっくりと上昇する。したがって、図１４Ｂに示すように、Ｐ２はＰ１より若干高くなることもあるが、気泡内のガスおよび蒸気の温度は、温度ゾーンτ２で温度ゾーンτ１より低くなるようにしなければならない。
図４Ａおよび図４Ｂには、パターン構造が激しいマイクロ噴流によって損傷することが示されている。図１５Ａおよび図１５Ｂは、安定したキャビテーションであってもウエハ上のパターン構造が損傷する可能性があることを示している。気泡キャビテーションが続くと、気泡内部の気体および蒸気の温度が上昇するため、図１５Ａに示すように、気泡１５０４６のサイズもまた増加する。図１５Ｂに示すように、気泡１５０４８の大きさがパターン構造の空間Ｗのよりも大きくなると、図１５Ｃに示すように、気泡キャビテーションの膨張力によって、パターン構造１５０３４を損傷させる可能性がある。本発明による洗浄方法は以下の通りである。
ステップ１：超音波／高周波超音波装置を、チャックまたはタンクに設置されたウエハまたは基板の表面に隣接させる。
ステップ２：ウエハと超音波／高周波超音波装置との間に薬液または気体でドープした水を充填する。
ステップ３：チャックを回転させるか、ウエハを振動させる。
ステップ４：電源を周波数ｆ１と電力Ｐ１に設定する。
ステップ５：気泡のサイズがパターン構造の空間Ｗの寸法と同じになる前に（期間τ１の経過）、電源出力をゼロワットに設定する。これにより、液体または水の温度が気泡内部の気体温度よりもはるかに低くなるため、気体温度が冷却し始める。
ステップ６：気泡内の気体温度が低下しつづけて室温Ｔ０まで下がる、または、時間（ゼロ電力時間）がτ２に達した後、再度電源を周波数ｆ１および電力Ｐ１に設定する。
ステップ７：ウエハが洗浄されるまで、ステップ１からステップ６を繰り返す。
ステップ６では、気泡内の気体温度を室温まで下げる必要はなく、どの温度であってもよいが、内破温度Ｔより大幅に低い温度であることが好ましい。ステップ５では、気泡の膨張力がパターン構造が破損または損傷しない限り、気泡の大きさをパターン構造の寸法より若干大きくすることができる。期間τ１は、以下の方法を用いて実験的に導出することができる。
ステップ１：表１と同様に、実験計画（ＤＯＥ）の条件として５つの異なる期間τ１を選択する。
ステップ２：τ２として、一回目のスクリーンテストにおけるτ１の少なくとも１０倍、好ましくはτ１の１００倍を選択する。
ステップ３：電力Ｐ０を一定値に固定して上記五つの条件で特定のパターン構造を有するウエハを別々に洗浄する。ここで、Ｐ０は連続モード（非パルスモード）で継続すると、ウエハ上のパターン構造が確実に損傷する出力である。
ステップ４：ＳＥＭＳ、または、ＡＭＡＴ ＳＥＭヴィジョンや日立ＩＳ３０００などのウエハパターン損傷検査器具を用いて上記五つのウエハの損傷状況を検査すれば、損傷時間τｉを一定の範囲内に設定することができる。
損傷時間τｄの範囲を狭めるためにステップ１から４を再度行ってもよい。損傷期間τｄを把握した後、期間τ１を、安全マージンのために０．５τｄより小さい値に設定してもよい。
図７から図１４に記載された全ての洗浄方法は、図１５に記載の方法に適用または組み合わせてもよい。
図１６に、超音波／高周波超音波装置を用いたウエハ洗浄装置を示す。ウエハ洗浄装置は、ウエハ１６０１０と、回転駆動機構１６０１６によって回転されるウエハチャック１６０１４と、洗剤または脱イオン水１６０６０を供給するノズル１６０６４と、ノズル１６０６４に連結された超音波／高周波超音波装置１６０６２と、超音波／高周波超音波電源とを備えている。超音波／高周波超音波装置１６０６２によって生成された超音波／高周波超音波は、化学薬品または水の液柱１６０６０を介してウエハに伝達される。図７から図１５に記載された全ての洗浄方法は、図１６に記載の洗浄装置において使用されてもよい。
図１７に、超音波／高周波超音波装置を用いたウエハ洗浄装置を示す。ウエハ洗浄装置は、ウエハ１７０１０と、洗浄タンク１７０７４と、洗浄タンク１７０７４に保持され、ウエハ１７０１０を保持するウエハカセット１７０７６と、洗剤１７０７０と、洗浄タンク１７０７４の外壁に取り付けられた超音波／高周波超音波装置１７０７２と、超音波／高周波超音波電源とを備えている。少なくとも一つの注入口から、洗剤１７０７０を洗浄タンク１７０７４に充填し、ウエハ１７０１０を浸漬する。図７から図１５に記載された全ての洗浄方法は、図１７に記載の洗浄装置において使用されてもよい。
また、図１８Ａ～図１８Ｃには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ５を除いて、図７Ａに示す方法と同様である。気泡内部の気体や蒸気の温度が内破温度Ｔｉに達する前（式（１１）で計算された時間がτ１＜τｉに達する前）に、電源出力を正の値または負のＤＣ値に設定して、超音波／高周波超音波装置の振動を維持または停止する。これにより、液体または水の温度が気泡内部の気体温度よりもはるかに低くなるため、気体温度が冷却し始める。前記正の値または負の値は、電力Ｐ１に等しくても小さくてもよい。
また、図１９には、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ５を除いて、図７Ａに示す方法と同様である。気泡内部の気体や蒸気の温度が内破温度Ｔｉに達する前（式（１１）で計算された時間がτ１＜τｉに達する前）に、電源出力をｆ１と同じ周波数で、ｆ１と逆位相に設定する。これにより、気泡によるキャビテーションを迅速に停止する。これにより、液体または水の温度が気泡内部の気体温度よりもはるかに低くなるため、気体温度が冷却し始める。前記正の値または負の値は、電力Ｐ１に等しくても小さくてもよい。上記の動作中、気泡キャビテーションを迅速に停止させるために、電源出力を周波数ｆ１とは異なる周波数でｆ１と逆位相に設定してもよい。
図２０Ａ～図２０Ｄに示すように、気泡２００１２は、基板２００１０上のビアホール２００３４またはトレンチ２００３６の特徴部位において、飽和点未満の状態にあるので、これらビアホール２００３４またはトレンチ２００３６の特徴部位における気泡の気泡キャビテーションによる新鮮な薬液との入れ替わりが促進され、これらの特徴部位からの残留物や粒子等の不純物の除去が促進される。なお、飽和点ＲＳは、ビアホール、トレンチ、または、凹領域の複数の特徴部位内における気泡の最大量によって画定される。飽和点を超えると、薬液がビアホールおよびトレンチの特徴部位内の気泡にブロックされ、これら特徴部位における底壁や側壁に到達しにくくなり、薬液の洗浄能力が影響を受けることとなる。飽和点未満の場合には、ビアホールまたはトレンチの複数の特徴部位において、薬液の実行性が十分に発揮されるとともに、良好な洗浄性能を得ることができる。
飽和点未満では、ビアホール、トレンチ、または、凹空間の体積ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比Ｒは、以下の通りである。
Ｒ＝ＶＢ／ＶＶＴＲ＜Ｒｓ
そして飽和点ＲＳ以上で、ビアホール、トレンチ、または、凹空間の体積ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比Ｒは、以下の通りである。
Ｒ＝ＶＢ／ＶＶＴＲ＝Ｒｓ
ビアホール、トレンチ、または、凹空間の複数の特徴部位における気泡の総体積は以下の通りである。ＶＢ＝Ｎｖｂ
ここで、Ｎは特徴部位内での総気泡数であり、ｖｂは単一の気泡の平均体積である。
図２０Ｅ～図２０Ｈに示すように、超音波／高周波超音波装置で膨張させた気泡２００１２は、その大きさが徐々に一定量に到達し、その結果、ビアホール、トレンチ、または、凹空間ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比Ｒが飽和点ＲＳ近くまたはこれ以上となる。膨張した気泡２００１２によって、薬液の入れ替えや不純物除去の経路となるビアホールまたはトレンチがブロックされることになる。この場合、高周波出力が、ビアホールまたはトレンチ内に十分に伝達されて底壁や側壁に到達することができない。また、ビアホールまたはトレンチ内の粒子や残留物等の不純物２００４８を効率的に排出することができない。このような状況は臨界寸法Ｗ１が小さくなり、ビアホールおよびトレンチの特徴部位内の気泡が膨張することによって飽和状態になる場合に起こりうる。
図２０Ｉ～図２０Ｊに示すように、ビアホール、トレンチ、または、凹空間の体積ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比Ｒが飽和点よりはるかに低くなるように、限定された範囲で、超音波／高周波超音波装置によって気泡２００１２のサイズが拡張される。ビアホールまたはトレンチ内では、気泡キャビテーションによって新鮮な薬液２００４７が自由に入れ替えられて洗浄性能を良好なものにする一方、残留物や粒子などの不純物２００４８がビアホール、トレンチ、および、凹空間の特徴部位から排出される。
ビアホール、トレンチの特徴部位における気泡数及び気泡サイズは、これらの特徴部位内の全気泡量と関係があるため、キャビテーションによって膨張した気泡サイズの制御が、高アスペクト比の特徴部位内の洗浄工程において重要となる。
図２１Ａ～図２１Ｄに示すように、第一サイクルのキャビテーションが終わった後、気泡に作用中の音波出力が正のときに、気泡内のガスの体積がＶ０よりも小さい最小サイズＶ１まで圧縮され、気泡に作用中の音波出力が負のときに、体積Ｖ２まで戻される。しかしながら、図２１Ｂに示すように、体積がＶ２の気泡の温度Ｔ２は、Ｖ０の体積での気泡内の温度Ｔ０よりも高くなるので、気泡周辺の液体分子が高温下で蒸発することに伴い、Ｖ２の体積がＶ０の体積よりも大きくなる。そして、図２１Ｂに示すように、第二の圧縮による気泡のＶ３の体積はＶ１とＶ２との間になる。Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は以下の式で表すことができる。
Ｖ１＝Ｖ０－ΔＶ （１２）
Ｖ２＝Ｖ１＋δＶ （１３）
Ｖ３＝Ｖ２－ΔＶ＝Ｖ１＋δＶ－ΔＶ＝Ｖ０－ΔＶ＋δＶ－ΔＶ＝Ｖ０＋δＶ－２ΔＶ （１４）
上記式において、ΔＶは、超音波／高周波超音波によって発生する正圧によって一回圧縮された後の気泡の体積圧縮量であり、δＶは、超音波／高周波超音波によって発生する負圧によって、一回膨張させられた後の気泡の体積増加量であり、δＶ－ΔＶは、一回のサイクル後に式（５）で算出される温度増分ΔＴ－δＴによる体積増加量である。
第二サイクルの気泡キャビテーションの後、温度が上昇し続ける間に気泡サイズがより大きなものとなり、気泡内部のガスおよび／または蒸気の体積Ｖ４は以下のようになる。
Ｖ４＝Ｖ３＋δＶ＝Ｖ０＋δＶ－２ΔＶ＋δＶ＝Ｖ０＋２（δＶ－ΔＶ） （１５）
第三サイクルの気泡キャビテーションのときに、気泡内のガスおよび／または蒸気の体積はＶ５は、以下の通りとなる。
Ｖ５＝Ｖ４－ΔＶ＝Ｖ０＋２（δＶ－ΔＶ）－ΔＶ＝Ｖ０＋２δＶ－３ΔＶ （１６）
同様に、第ｎサイクルの気泡キャビテーションが最小気泡サイズに達すると、気泡内部のガスおよび／または蒸気の体積Ｖ２ｎ－１は、以下の通りとなる。
Ｖ２ｎ－１＝Ｖ０＋（ｎ－１）δＶ－ｎΔＶ＝Ｖ０＋（ｎ－１）δＶ－ｎΔＶ （１７）
第ｎサイクルの気泡キャビテーションが終わると、気泡内のガスおよび／または蒸気の体積Ｖ２ｎは、以下の通りとなる。
Ｖ２ｎ＝Ｖ０＋ｎ（δＶ－ΔＶ） （１８）
ビアホール、トレンチ、凹領域の特徴部位内の薬液の入れ替わり経路をブロックすることなく、物理的な移動を可能とするサイズ、または、気泡がキャビテーションの飽和点または気泡密度より低い状態となる目標体積Ｖｉに気泡の体積を制限するための、サイクル数ｎｉは以下のように表すことができる。
ｎｉ＝（Ｖｉ－Ｖ０－ΔＶ）／（δＶ－ΔＶ）＋１ （１９）
式（１９）から、Ｖｉを得るための目標時間τｉは、以下のように表すことができる。
τｉ＝ｎｉｔ１＝ｔ１（（Ｖｉ－Ｖ０－ΔＶ）／（δＶ－ΔＶ）＋１）
＝ｎｉ／ｆ１＝（（Ｖｉ－Ｖ０－ΔＴ）／（δＶ－ΔＶ）＋１）／ｆ１ （２０）
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。
式（１９）及び（２０）によれば、気泡サイズを制限するための目標サイクル数ｎｉと時間τｉを算出することができる。
なお、気泡キャビテーションのサイクル数ｎが多くなると、ガスおよび液体（水）蒸気の温度が高くなる。したがって、気泡表面の分子がより多く気泡内に蒸発するため、気泡２１０８２のサイズがさらに大きくなり、式（１８）によって算出される値よりも大きくなる。実際の運用では、後述する実験方法によって気泡サイズが決定されることになるため、温度上昇に伴う気泡内面における液体または水の蒸発によって影響される気泡サイズについて、本明細書では理論的な詳述は省略する。図２１Ｄに示すように、平均単一気泡体積の増加に伴って、ビアホール、トレンチ、または、凹空間の体積ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比ＲがＲ０から連続的に上昇する。
気泡体積が増加するに伴い、気泡の直径は最終的に、図２０Ｅに示すビアホールまたは図２０Ｇに示すトレンチまたは凹領域等の特徴部位Ｗ１のサイズと同じか同程度のサイズになる。その後、特にアスペクト比（深さ／幅）が３倍以上の場合、ビアホールおよびトレンチ内の気泡によって、超音波／高周波超音波エネルギがブロックされて、ビアホールおよびトレンチの底壁に届かなくなる。このため、このように深いビアホールまたはトレンチの底壁における不純物や粒子を効果的に除去することができない。
気泡が、ビアホールまたはトレンチの特徴部位において薬液の入れ替わり経路をブロックする臨界寸法まで成長することを避けるために、図２２Ａ～図２２Ｄには、本発明による、サイズ制限された気泡キャビテーションを維持することによって、高アスペクト比のビアホールまたはトレンチの特徴部位を有する基板に対して効果的に超音波／高周波超音波洗浄を行う方法が開示されている。図２２Ａは、電源出力の波形を示しており、図２２Ｂは、キャビテーションの各サイクルに対応する気泡体積曲線を示しており、図２２Ｃは、キャビテーションの各サイクルにおける気泡サイズの膨張を示しており、図２２Ｄは、ビアホール、トレンチ、または、凹空間の体積ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比Ｒの曲線を示している。以下式
Ｒ＝ＶＢ／ＶＶＴＲ＝Ｎｖｂ／ＶＶＴＲ，
によれば、ビアホール、トレンチ、または、凹空間の体積ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比Ｒは、Ｒ０からＲｎまで増加し、平均単一気泡の体積は、τ１の期間におけるサイクル数ｎの後に、音波キャビテーションによって膨張する。そして、Ｒｎは、飽和点ＲＳ未満に制御されている。
Ｒｎ＝ＶＢ／ＶＶＴＲ＝Ｎｖｂ／ＶＶＴＲ＜Ｒｓ．
そして、ビアホール、トレンチ、または、凹空間の体積ＶＶＴＲに対する総気泡体積ＶＢの比Ｒは、ＲｎからＲ０まで減少し、平均単一気泡の体積は、τ２の期間における冷却工程によって元のサイズに戻る。
気泡サイズの増加を回避するための本発明による操作処理ステップは以下に開示する通りである。
ステップ１：超音波／高周波超音波装置を、チャックまたはタンクに設置された基板または基板の表面に隣接させる。
ステップ２：基板と超音波／高周波超音波装置との間に薬液または気体（水素、窒素、酸素、または、ＣＯ２）でドープした水を充填する。
ステップ３：チャックを回転させるか、基板を振動させる。
ステップ４：電源を周波数ｆ１及び電力Ｐ１に設定する。
ステップ５：気泡の体積が一定の体積Ｖｎまたは直径ｗまで膨張（または期間がτ１に到達）した後、電源出力をゼロワットに設定することにより、液体または水の温度がガスの温度を下げるため、気泡内のガスの体積が縮小し始める。
ステップ６：気泡の体積が元の体積まで戻り、ガスの温度が室温Ｔ０まで低下する、または、時間（ゼロ電力時間）がτ２に達した後、再度電源を周波数ｆ１および電力Ｐ１に設定する。
ステップ７：基板が洗浄されるまで、ステップ１からステップ６を繰り返す。
ステップ５において、膨張した気泡の体積Ｖｎや径ｗは、ビアホールまたはトレンチの特徴部位がブロックされる寸法Ｖｉや部位サイズｗ１よりも小さく制限される必要はない。Ｖｉよりある程度大きな体積であり得るが、最短の処理時間で効果的に洗浄を行うためには寸法Ｖｉよりも小さいことが望ましい。また、τ１もτｉより小さく制限する必要はないが、式（２０）で定義されるτｉよりも小さいことが好ましい。
ステップ６では、気泡の体積を元の体積まで縮小する必要はない。元の体積をある程度超える体積ではあるものの、ビアホール、トレンチ、または、凹領域等の特徴部位の底壁に対して超音波／高周波超音波電源の出力を伝達されるように気泡サイズを制限するには、Ｖｉよりも大幅に小さくする必要がある。
図２２Ｂには、超音波／高周波超音波電源が時間τ１の間作用することによって、大体積Ｖｎにまで膨張した気泡が示されている。この状態では、物質移動経路が部分的にブロックされる。したがって、新鮮な薬液が、ビアホールまたはトレンチ内に十分に伝達されて底壁や側壁に到達することができない。また、ビアホールまたはトレンチ内の粒子や残留物等の不純物を効率的に排出することができない。しかし、図２２Ａに示すように、超音波／高周波超音波電源をオフにして気泡を時間τ２の間冷却すると、この状態は気泡が収縮する次の状態に移行する。この冷却状態では、新鮮な薬液をビアホールまたはトレンチに送り、これらの底壁やサイドウォールを洗浄することが可能になる。次のサイクルにおいて、超音波／高周波超音波電源がオンにされたとき、気泡体積の増加によって発生する引き抜き力により、ビアホールまたはトレンチから粒子、残留物、その他の不純物が除去される。洗浄工程において二つの状態が交互に発生することにより、ビアホール、トレンチ、または、凹領域の高アスペクト比の複数の特徴部位を有する基板に対して、効果的に超音波／高周波超音波洗浄を行うことができる。
この洗浄工程では、時間τ２内での冷却状態が重要な役割を担っている。したがって正確に定義されるべきである。また気泡サイズを制限する時間はτ１＜τｉであることが望ましく、τｉも定義されていることが望ましい。以下の方法では、実験によって、冷却状態において気泡が収縮する時間τ２と、気泡サイズが、気泡によるブロックが起こるサイズまで膨張することを制限する時間τ１とを決定することができる。上記実験では、薬液に接続された超音波／高周波超音波装置が用いられ、ビアホールおよびトレンチの小さな特徴部位に、洗浄性能の評価を行うためにトレース可能な残留物が存在するパターン構造を有する基板を洗浄を行う。
ステップ１：式（２０）に基づいて、τｉとして算出される、特徴部位のブロックに充分なサイズのτ１を選択する。
ステップ２：ＤＯＥを実行するための異なる時間τ２を選択する。時間τ２は、少なくとも第一スクリーン試験において、τ１の１０倍、より好ましくはτ１の１００倍以上の値となるように選択する。
ステップ３：時間τ１および一定の電力Ｐ０を固定して五つの条件で特定のパターン構造を有する基板を別々に洗浄する。ここで、Ｐ０は連続モード（非パルスモード）で継続すると、基板上のビアホールまたはトレンチの特徴部位が洗浄されることのない出力である。
ステップ４：上記五つの基板のビアホールまたはトレンチの特徴部位におけるトレース可能な残留物の状態を、ＥＤＸ等のＳＥＭＳまたは元素分析ツールによって検査する。
ステップ１～ステップ４を再度繰り返して、ビアホールまたはトレンチの特徴部位内のトレース可能な残留物が確認できるまで、時間τ２を徐々に短くしてもよい。時間τ２が短縮されることにより、気泡の体積を充分に縮小できないことから、これら特徴部位が徐々にブロックされ、洗浄能力に影響がでる。この時間を臨界冷却時間τｃと称す。臨界冷却時間τｃがわかった後、期間τ２を２τｃより大きい値に設定することにより安全マージンを確保することができる。
以下により詳細な例を示す。
ステップ１：表３と同様に、実験計画（ＤＯＥ）の条件として、τ１０、２τ１０、４τ１０、８τ１０、１６τ１０、３２τ１０、６４τ１０、１２８τ１０、２５６τ１０、５１２τ１０等のように、１０個の異なる期間τ１を選択する。
ステップ２：τ２として、表３と同様に、一回目のスクリーンテストにおける５１２τ１０の少なくとも１０倍、好ましくは５１２τ１０の２０倍を選択する。
ステップ３：電力Ｐ０を一定値に固定して上記十通の条件で特定のパターン構造を有する基板を別々に洗浄する。ここで、Ｐ０は連続モード（非パルスモード）で継続すると、基板上のビアホールまたはトレンチの特徴部位が洗浄されることのない出力である。
Figure 0007032816000003
ステップ４：表３に示すような上記条件を使用して、ビアホールまたはトレンチの特徴部位がポストプラスマエッチングされた１０個の基板を処理する。なお、ポストプラズマエッチングされた基板を選択する理由としては、エッチング処理時に発生したポリマーがトレンチのサイドウォールとビアホールのサイドウォールに形成されているからである。ビアホールの底壁やサイドウォールに形成されたポリマーは、従来の方法によって除去することが困難である。そこで十個の基板上のビアホールまたはトレンチの特徴部位の洗浄状態を、基板断面に対するＳＥＭＳによって検査する。そのデータを表３に示す。表３から、τ１＝３２τ１０において洗浄効果が６の最良点に達しているため、最適時間τ１は３２τ１０である。
ピークが存在しない場合には、ステップ１～ステップ４を、ボード時間設定τ１で繰り返すことで、時間τ１を求めることができる。初期τ１を求めた後、τ１に近似する時間設定でステップ１～ステップ４を再度繰り返すことにより時間τ１の範囲を絞り込むことができる。時間τｉを把握した後、時間τ２を５１２τ２から洗浄効果が減少する値まで減少させることによって、時間τ２を最適化することができる。詳細な手順を以下の表４に開示する。
Figure 0007032816000004
表４から、τ２＝２５６τ１０において洗浄効果が７の最良点に達しているため、最適時間τ２は２５６τ１０である。
また、図２３Ａ～図２３Ｃには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いた基板の洗浄方法の別の実施形態が示されている。なお、上記方法はキャビテーションが飽和点ＲＳに達しても、時間ｍτ１の間電源がオンの状態であることを除いて図２２Ａ～図２２Ｄと同様である。ここで、ｍは、ビアホールおよびトレンチ構造および薬液によって０．１～１００、好ましくは２であり、図２２Ａ～図２２Ｄの実施形態で説明した実験によって最適化する必要がある。
図８～図１４、図１６～図１９に開示された方法及び装置は、図２２及び図２３に示すされるように実施形態に適用することが可能であり、以後説明を省略する。
一般的に、本発明に開示する方法では、０．１ＭＨｚ～１０ＭＨｚの周波数の超音波／高周波超音波を適用してもよい。
上述したように、ここに開示する本発明は、超音波／高周波超音波装置を用いて基板上のビアホール、トレンチ、または、凹領域を効果的に洗浄する方法であって、前記基板と前記超音波／高周波超音波装置との間の空間に液体を塗布し、前記超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１と電力Ｐ１に設定して、前記超音波／高周波超音波装置を駆動し、前記基板のビアホール、トレンチ、または、凹領域内の体積に対する総気泡体積の比が第一の設定値まで増加した後、前記超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ２と電力Ｐ２に設定して、前記超音波／高周波超音波装置を駆動し、前記基板のビアホール、トレンチ、または、凹領域内の体積に対する総気泡体積の比が第二の設定値まで減少した後、前記超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１と電力Ｐ１に再度設定し、前記基板が洗浄されるまで上記のステップを繰り返す。
第一の設定値は、キャビテーション飽和点未満の値となっている。第二の設定値は、キャビテーション飽和点よりもはるかに低い値となっている。気泡内の温度が下がることにより、ビアホール、トレンチ、または、凹領域内の体積に対する総気泡体積の比が第二の設定値まで減少する。気泡内の温度は前記液体の温度付近まで低下する。
上記実施形態では、前記第一の設定値は、キャビテーション飽和点であり、前記基板のビアホール、トレンチ、または、凹領域内の体積に対する総気泡体積の比がキャビテーション飽和点に到達した後であっても、前記超音波／高周波超音波電源をｍτ１の期間、周波数ｆ１と電力Ｐ１に再度設定する。ここで、τ１は、キャビテーション飽和点に到達する時間であり、ｍは、０．１～１００までの数、好ましくは２である、τ１の係数である。
一実施形態に開示する本発明は、超音波／高周波超音波装置を用いて基板上のビアホール、トレンチ、または、凹領域を効果的に洗浄するための装置である。前記装置は、チャックと、超音波／高周波超音波装置と、少なくとも一つのノズルと、超音波／高周波超音波電源と、制御装置とを備えている。前記チャックは基板を保持する。前記超音波／高周波超音波装置は、前記基板に隣接して配置される。前記少なくとも一つのノズルは、前記基板と、前記基板と前記超音波／高周波超音波装置との間の隙間とに薬液を噴射する。前記制御装置は、前記超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１および電力Ｐ１に設定し、前記超音波／高周波超音波装置を駆動し、前記基板のビアホール、トレンチ、または、凹領域内の体積に対する総気泡体積の比が第一の設定値まで増加した後、前記超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ２および電力Ｐ２に設定し、前記超音波／高周波超音波装置を駆動し、前記基板のビアホール、トレンチ、または、凹領域内の体積に対する総気泡体積の比が第二の設定値まで減少した後、前記超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１と電力Ｐ１に再度設定し、前記基板が洗浄されるまで上記のステップを繰り返す。
別の実施形態に開示する本発明は、超音波／高周波超音波装置を用いて基板上のビアホール、トレンチ、または、凹領域を効果的に洗浄するための装置である。前記装置は、カセットと、タンクと、超音波／高周波超音波装置と、少なくとも一つの注入口と、超音波／高周波超音波電源と、制御装置とを備えている。前記カセットは少なくとも一つの基板を保持する。前記タンクは前記カセットを保持する。前記超音波／高周波超音波装置は、前記タンクの外壁に装着されている。前記少なくとも一つの注入口は、前記基板を浸漬するための前記タンク内に薬液を充填するために試用される。前記制御装置は、前記超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１および電力Ｐ１に設定し、前記超音波／高周波超音波装置を駆動し、前記基板のビアホール、トレンチ、または、凹領域内の体積に対する総気泡体積の比が第一の設定値まで増加した後、前記超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ２および電力Ｐ２に設定し、前記超音波／高周波超音波装置を駆動し、前記基板のビアホール、トレンチ、または、凹領域内の体積に対する総気泡体積の比が第二の設定値まで減少した後、前記超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１と電力Ｐ１に再度設定し、前記基板が洗浄されるまで上記のステップを繰り返す。
別の実施形態に開示する本発明は、超音波／高周波超音波装置を用いて基板上のビアホール、トレンチ、または、凹領域を効果的に洗浄するための装置である。前記装置は、チャックと、超音波／高周波超音波装置と、ノズルと、超音波／高周波超音波電源と、制御装置とを備えている。前記チャックは基板を保持する。前記超音波／高周波超音波装置は、前記ノズルと連結して前記基板に隣接して配置される。前記ノズルは、前記基板上に薬液を噴射する。前記制御装置は、前記超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１および電力Ｐ１に設定し、前記超音波／高周波超音波装置を駆動し、前記基板のビアホール、トレンチ、または、凹領域内の体積に対する総気泡体積の比が第一の設定値まで増加した後、前記超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ２および電力Ｐ２に設定し、前記超音波／高周波超音波装置を駆動し、前記基板のビアホール、トレンチ、または、凹領域内の体積に対する総気泡体積の比が第二の設定値まで減少した後、前記超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１と電力Ｐ１に再度設定し、前記基板が洗浄されるまで上記のステップを繰り返す。
本発明の具体的な実施形態、実施例、および、適用に関して説明したが、本発明から逸脱することなく種々の修正および変形例が可能であることは当業者には明らかであろう。

Claims (95)

  1. 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するステップと、
    タイマーに基づいて、前記特徴部位における気泡サイズが増加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するステップと、
    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、前記特徴部位における気泡サイズが縮小する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、を備えており、
    所定のサイクル数の間、前記第一および第二期間を交互に適用し、
    前記第一期間および前記第二期間を、前記半導体ウエハ上のビアホール、トレンチ、または、凹領域である前記特徴部位内の体積に対する総気泡体積の比に基づいて決定することを特徴とする方法。
  2. 前記第一期間は、前記特徴部位に対して最良の洗浄効果をもたらす期間として決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記第一期間は、
    前記半導体ウエハにトレース可能な不純物を配置し、
    前記第一周波数及び第一電力レベルで前記液体に音響エネルギーを、試験期間にわたって供給することと、前記第二周波数及び第二電力レベルで前記液体に音響エネルギーを、充分に長い期間にわたって供給することとを交互に行い、
    前記トレース可能な不純物に対する洗浄効果を計測し、
    上記複数のステップを複数の異なる試験期間で繰り返し、
    前記トレース可能な不純物に対する最良の洗浄効果を有する試験期間として前記第一期間を決定することを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 前記第二期間は、前記特徴部位に対して最良の洗浄効果をもたらす期間として決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 前記第二期間は、
    前記半導体ウエハにトレース可能な不純物を配置し、
    前記第一周波数及び第一電力レベルで前記液体に音響エネルギーを、所定期間にわたって供給することと、前記第二周波数及び第二電力レベルで前記液体に音響エネルギーを、試験期間にわたって供給することとを交互に行い、
    前記トレース可能な不純物に対する洗浄効果を計測し、
    上記複数のステップを複数の異なる試験期間で繰り返し、
    前記トレース可能な不純物に対する最良の洗浄効果を有する試験期間として前記第二期間を決定することを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 前記第一期間は、少なくとも一つの前記特徴部位が前記気泡によってブロックされる前に終了することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 前記第一期間は、少なくとも一つの前記特徴部位が前記気泡によってブロックされた後に終了することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 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に記載の方法。
  9. 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８に記載の方法。
  10. 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に記載の方法。
  11. 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に記載の方法。
  12. 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に記載の方法。
  13. 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に記載の方法。
  14. 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に記載の方法。
  15. 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に記載の方法。
  16. 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に記載の方法。
  17. 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に記載の方法。
  18. 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に記載の方法。
  19. 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に記載の方法。
  20. 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に記載の方法。
  21. 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に記載の方法。
  22. 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に記載の方法。
  23. 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に記載の方法。
  24. 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に記載の方法。
  25. 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に記載の方法。
  26. 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に記載の方法。
  27. 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に記載の方法。
  28. 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に記載の方法。
  29. 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に記載の方法。
  30. 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に記載の方法。
  31. 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に記載の方法。
  32. 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に記載の方法。
  33. 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に記載の方法。
  34. 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に記載の方法。
  35. 前記第二期間は、前記特徴部位内の総気泡体積の比率が、キャビテーション飽和点よりもはるかに低くなった後に終了することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  36. 前記第一期間は、前記特徴部位内の総気泡体積の比率が、キャビテーション飽和点に到達する前に終了することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  37. 前記第一期間は、前記特徴部位内の総気泡体積の比率が、キャビテーション飽和点に到達する前に終了することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  38. 前記第一期間の継続時間はｍτ１であり、τ１は前記特徴部位内の総気泡体積の比率が、キャビテーション飽和点に到達する時間である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  39. 前記ｍは、０．１～１００の間の数値であることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
  40. 前記第二期間において前記気泡内部の温度が低下することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  41. 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付近まで低下することを特徴とする請求項４０に記載の方法。
  42. 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に記載の方法。
  43. Ｖｉを所望の体積とし、Ｖ０を元のボリュームとし、ΔＶを一回の圧縮後の気泡の体積圧縮量とし、δＶを一回の膨張後の気泡の体積増加量とし、ｆ１を第一周波数としたときに、前記第一期間は、（（Ｖｉ－Ｖ０－ΔＶ）／（ΔＶ－δＶ）＋１）／ｆ１よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  44. 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、
    前記特徴部位における気泡サイズが増加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の音響エネルギーを前記液体に供給し、
    前記特徴部位における気泡サイズが縮小する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の音響エネルギーを前記液体に供給し、
    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し、前記第一期間および前記第二期間を、前記半導体ウエハ上のビアホール、トレンチ、または、凹領域である前記特徴部位内の体積に対する総気泡体積の比に基づいて決定するように構成されていることを特徴とする装置。
  45. 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４４に記載の装置。
  46. 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４４に記載の装置。
  47. 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４４に記載の装置。
  48. 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４４に記載の装置。
  49. 前記第一期間は、前記特徴部位に対して最良の洗浄効果をもたらす期間として決定されることを特徴とする請求項４４に記載の装置。
  50. 前記第二期間は、前記特徴部位に対して最良の洗浄効果をもたらす期間として決定されることを特徴とする請求項４４に記載の装置。
  51. 前記第一期間は、少なくとも一つの前記特徴部位が前記気泡によってブロックされる前に終了することを特徴とする請求項４４に記載の装置。
  52. 前記第一期間は、少なくとも一つの前記特徴部位が前記気泡によってブロックされた後に終了することを特徴とする請求項４４に記載の装置。
  53. 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４４に記載の装置。
  54. 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５３に記載の装置。
  55. 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４４に記載の装置。
  56. 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４４に記載の装置。
  57. 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４４に記載の装置。
  58. 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４４に記載の装置。
  59. 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４４に記載の装置。
  60. 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４４に記載の装置。
  61. 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４４に記載の装置。
  62. 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４４に記載の装置。
  63. 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４４に記載の装置。
  64. 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４４に記載の装置。
  65. 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４４に記載の装置。
  66. 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４４に記載の装置。
  67. 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４４に記載の装置。
  68. 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４４に記載の装置。
  69. 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４４に記載の装置。
  70. 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４４に記載の装置。
  71. 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４４に記載の装置。
  72. 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４４に記載の装置。
  73. 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４４に記載の装置。
  74. 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４４に記載の装置。
  75. 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４４に記載の装置。
  76. 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４４に記載の装置。
  77. 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４４に記載の装置。
  78. 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４４に記載の装置。
  79. 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４４に記載の装置。
  80. 前記第二期間は、前記特徴部位内の総気泡体積の比率が、キャビテーション飽和点よりもはるかに低くなった後に終了することを特徴とする請求項４４に記載の装置。
  81. 前記第一期間は、前記特徴部位内の総気泡体積の比率が、キャビテーション飽和点に到達する前に終了することを特徴とする請求項４４に記載の装置。
  82. 前記第一期間は、前記特徴部位内の総気泡体積の比率が、キャビテーション飽和点に到達したときに終了することを特徴とする請求項４４に記載の装置。
  83. 前記第一期間の継続時間はｍτ１であり、τ１は前記特徴部位内の総気泡体積の比率が、キャビテーション飽和点に到達する時間であることを特徴とする請求項４４に記載の装置。
  84. 前記ｍは、０．１～１００の間の数値であることを特徴とする請求項８３に記載の装置。
  85. 前記第二期間において前記気泡内部の温度が低下することを特徴とする請求項４４に記載の装置。
  86. 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付近まで低下することを特徴とする請求項８５に記載の装置。
  87. 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４４に記載の装置。
  88. Ｖｉを所望の体積とし、Ｖ０を元のボリュームとし、ΔＶを一回の圧縮後の気泡の体積圧縮量とし、δＶを一回の膨張後の気泡の体積増加量とし、ｆ１を第一周波数としたときに、前記第一期間は、（（Ｖｉ－Ｖ０－ΔＶ）／（ΔＶ－δＶ）＋１）／ｆ１よりも短いことを特徴とする請求項４４に記載の装置。
  89. タイマーを備えた、トランスデューサの電源用制御装置であって、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、
    半導体ウェハのパターン構造の複数の特徴部位内の気泡のサイズが増加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、音響エネルギーを半導体ウエハに塗布した液体に供給し、
    前記特徴部位における気泡サイズが縮小する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の音響エネルギーを前記液体に供給し、
    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し、前記第一期間および前記第二期間を、前記半導体ウエハ上のビアホール、トレンチ、または、凹領域である前記特徴部位内の体積に対する総気泡体積の比に基づいて決定するように構成されていることを特徴とする制御装置。
  90. 前記第一期間は、前記特徴部位に対して最良の洗浄効果をもたらす期間として決定されることを特徴とする請求項８９に記載の制御装置。
  91. 前記第二期間は、前記特徴部位に対して最良の洗浄効果をもたらす期間として決定されることを特徴とする請求項８９に記載の制御装置。
  92. 前記第一期間は、少なくとも一つの前記特徴部位が前記気泡によってブロックされる前に終了することを特徴とする請求項８９に記載の制御装置。
  93. 前記第一期間は、少なくとも一つの前記特徴部位が前記気泡によってブロックされた後に終了することを特徴とする請求項８９に記載の制御装置。
  94. 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８９に記載の制御装置。
  95. 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９４に記載の制御装置。
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