(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハをメガソニック洗浄する目的で、脱イオン水中に溶解され実際に１００％飽和された濃度の非反応性の洗浄向上ガスを含有する脱イオン水を、半導体ウェーハのメガソニックにより補助される改善された粒子除去のために選択的に上昇された洗浄温度および選択的に付随する洗浄圧力で製造する方法において、
脱イオン水中に溶解されたガスの予め定められた開始濃度および予め定められ低い開始温度を有する脱イオン水の第１の部分の溶解された非反応性の洗浄向上ガス濃度を調節し、脱イオン水中に溶解されたガスの予め定められ不十分な飽和状態に調節された濃度を低い開始温度で提供し、
生じる脱イオン水の調節されたガス濃度の第１の部分の温度を、それと共に予め定められた割合で、脱イオン水中に溶解されたガスの予め定められた開始濃度および予め定められた高い開始温度を有する温度調節量の脱イオン水の第２の部分を混合することによって調節し、それによって脱イオン水中に溶解された、実際に１００％飽和された濃度のガスを含有する脱イオン水の熱浴を、半導体ウェーハのメガソニックにより補助された粒子除去による改善された洗浄を可能にする洗浄温度および洗浄圧力で形成させる工程を有することを特徴とする、脱イオン水を製造する方法。
【請求項２】
洗浄温度が約５０〜８５℃であり、脱イオン水の第２の部分の高い開始温度が約６０〜９５℃であり、洗浄温度よりも少なくとも約５℃高く、洗浄圧力がほぼ大気圧である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
脱イオン水の第２の部分がその中に溶解されたガスの実際に１００％飽和された開始濃度を有し、脱イオン水の第１の部分のガス濃度が調節され、脱イオン水の第１の部分中に溶解されたガスの不十分な飽和状態に調節された少なくとも約９０％の濃度および最大で実際に１００％未満に飽和された濃度が提供される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
さらに化学洗浄剤を熱浴に添加する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
さらに過酸化水素および水酸化アンモニウムを含有する化学洗浄剤を熱浴に添加する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
さらに過酸化水素および水酸化アンモニウムを含有する化学洗浄剤を熱浴に添加し、約１０：１：１〜１０００：２：１の脱イオン水と過酸化水素と水酸化アンモニウムとの体積比を提供する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
さらにウェーハを熱浴と接触させることによって半導体ウェーハを洗浄する、請求項１記載の方法。
【請求項８】
さらにウェーハを熱浴中に浸漬させ、メガソニック振動を熱浴に加えることによって、半導体ウェーハを洗浄する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
半導体ウェーハをメガソニック洗浄する目的で、脱イオン水中に溶解され実際に１００％飽和された濃度の非反応性の洗浄向上ガスを含有する脱イオン水を、半導体ウェーハのメガソニックにより補助された粒子除去による改善された洗浄のために約５０〜８５℃の選択的に上昇された洗浄温度およびほぼ大気圧の選択的に付随する洗浄圧力で製造する方法において、
脱イオン水中に溶解されたガスの予め定められた開始濃度および約１５〜３０℃の予めされた低い開始温度を有する脱イオン水の第１の部分の溶解された非反応性の洗浄向上ガス濃度を調節し、脱イオン水中に溶解されたガスの予め定められ不十分な飽和状態に調節された濃度を低い開始温度で提供し、
生じる脱イオン水の調節されたガス濃度の第１の部分の温度を、それと共に予め定められた割合で、脱イオン水中に溶解されたガスの予め定められた開始濃度ならびに約６０〜９５℃の高い開始温度および洗浄温度よりも少なくとも５℃高い温度を有する温度調節量の脱イオン水の第２の部分を混合することによって調節し、それによって脱イオン水中に溶解された、実際に１００％飽和された濃度のガスを含有する脱イオン水の熱浴を、半導体ウェーハのメガソニックにより補助された粒子除去による改善された洗浄を可能にする洗浄温度および洗浄圧力で形成させる工程を有することを特徴とする、脱イオン水の製造法。
【請求項１０】
脱イオン水の第２の部分がその中に溶解されたガスの実際に１００％飽和された開始濃度を有し、脱イオン水の第１の部分のガス濃度が調節され、脱イオン水の第１の部分中に溶解されたガスの不十分な飽和状態に調節された少なくとも約９０％の濃度および最大で実際に１００％未満に飽和された濃度が提供される、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
さらに化学洗浄剤を熱い浴に添加する、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
さらに過酸化水素および水酸化アンモニウムを含有する化学洗浄剤を熱浴に添加する、請求項９記載の方法。
【請求項１３】
さらに過酸化水素および水酸化アンモニウムを含有する化学洗浄剤を熱浴に添加し、約１０：１：１〜１０００：２：１の脱イオン水と過酸化水素と水酸化アンモニウムとの体積比を提供する、請求項９記載の方法。
【請求項１４】
半導体ウェーハをメガソニック洗浄する目的で、脱イオン水中に溶解され実際に１００％飽和された濃度の非反応性の洗浄向上ガスを含有する脱イオン水を、半導体ウェーハのメガソニックにより補助された粒子除去による改善された洗浄のために選択的に上昇された洗浄温度および選択的に付随する洗浄圧力で製造する方法において、
脱イオン水中に溶解された非反応性の洗浄向上ガスの予め定められた開始濃度および予めされた低い開始温度を有する脱イオン水の第１の部分をガス化し、脱イオン水中に溶解されたガスの予め定められ不十分な飽和状態に調節された濃度を低い開始温度で提供し、
生じる脱イオン水の調節されたガス濃度の第１の部分を、それと共に予め定められた割合で、脱イオン水中に溶解されたガスの予め定められた開始濃度および予め定められた高い開始温度を有する温度調節量の脱イオン水の第２の部分を混合することによって加熱し、それによって脱イオン水中に溶解された、実際に１００％飽和された濃度のガスを含有する脱イオン水の熱浴を、半導体ウェーハのメガソニックにより補助された粒子除去による改善された洗浄を可能にする洗浄温度および洗浄圧力で形成させる工程を有することを特徴とする、脱イオン水の製造法。
【請求項１５】
洗浄温度が約５０〜８５℃であり、脱イオン水の第１の部分の低い開始温度が約１５〜３０℃であり、脱イオン水の第２の部分の高い開始温度が約６０〜９５℃であり、洗浄温度よりも少なくとも約５℃高く、洗浄圧力がほぼ大気圧である、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
脱イオン水の第２の部分がその中に溶解されたガスの実際に１００％飽和された開始濃度を有し、脱イオン水の第１の部分のガス濃度が調節され、脱イオン水の第１の部分中に溶解されたガスの不十分な飽和状態に調節された少なくとも約９０％の濃度および最大で実際に１００％未満に飽和された濃度が提供される、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
さらに化学洗浄剤を熱い浴に添加する、請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
さらに過酸化水素および水酸化アンモニウムを含有する化学洗浄剤を熱浴に添加する、請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
さらに過酸化水素および水酸化アンモニウムを含有する化学洗浄剤を熱浴に添加し、約１０：１：１〜１０００：２：２の脱イオン水と過酸化水素と水酸化アンモニウムとの体積比を提供する、請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
さらにウェーハを熱浴と接触させることによって半導体ウェーハを洗浄する、請求項１４記載の方法。
【請求項２１】
さらにウェーハを熱浴中に浸漬させ、メガソニック振動を熱浴に加えることによって、半導体ウェーハを洗浄する、請求項１４記載の方法。
【請求項２２】
半導体ウェーハをメガソニック洗浄する目的で、脱イオン水中に溶解され実際に１００％飽和された濃度の非反応性の洗浄向上ガスを含有する脱イオン水を、半導体ウェーハの洗浄のために選択的に上昇された洗浄温度および選択的に付随する洗浄圧力で製造する装置において、
第１の流れ制御装置に接続されたガス化室流出管、この場合この第１の流れ制御装置は、ガス濃度が調節された、液体の第１の部分をガス化室から流れ制御装置へ供給するための液体混合装置に接続された流出管であり、
液体の第１の部分を液体の第１の部分に溶解されたガスの予め定められた第１の温度および予め定められた第１の濃度でガス化室へ供給するための第１の液体入口装置、ガスをガス化室へ供給するためのガス入口装置、ガスを選択的に調節された圧力でガス化室へ供給するためのガス入口装置に接続された加圧装置流出管およびガス化室中の圧力を感知するための感圧装置、
液体の第２の部分を液体の第２の部分に溶解されたガスの予め定められた第２の温度および予め定められた第２の濃度で混合装置に供給するための混合装置に接続された第２の流れ制御装置流出管、
混合装置中の液体の温度を感知するための感温装置；ならびに
生じる混合された液体を、脱イオン水の熱浴に相応してこの液体中に溶解されたガスの選択的に調節された濃度および選択的に上昇された温度および付随する圧力で提供するために、加圧装置、感圧装置、感温装置、第１の流れ制御装置および第２の流れ制御装置に接続された、ガス化室中の圧力を選択的に調節するための加圧装置の操作および第１の液体部分および第２の液体部分のそれぞれの流れを混合装置を通じて選択的に調節するための第１の流れ制御装置および第２の流れ制御装置の操作を制御するための制御装置を備えていることを特徴とする、脱イオン水を製造する装置。
【請求項２３】
さらに混合装置から生じる混合された液体を受容するために配置された、半導体ウェーハをメガソニック洗浄するための洗浄容器を備えている、請求項２２記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連特許出願についてのクロスリファレンス
本件の特許出願は、この特許出願と同時に出願された米国特許出願番号０９／３１８１５５に関連し（Ｓｉｅｍｅｎｓ ９９Ｐ ７６０７ ＵＳ−Ｓ． ＫｕｄｅｌｋａおよびＤ．Ｌ． Ｒａｔｈ）、これらは、譲受人が共通であり、発明者も共通であり、発明の名称は、”半導体ウェーハをメガソニック洗浄するための脱イオン水の温度制御された脱ガス化（ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ ＤＥＧＡＳＳＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＤＥＩＯＮＩＺＥＤ ＷＡＴＥＲ ＦＯＲ ＭＥＧＡＳＯＮＩＣ ＣＬＥＡＮＩＮＧ ＯＦ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＷＡＦＥＲＳ）”と題されている。
【０００２】
技術分野
本発明は、半導体ウェーハをメガソニック洗浄する脱イオン水を温度制御してガス化するための方法および装置を含む１つの系、よりいっそう詳述すれば、脱イオン水中に溶解された、実際に１００％飽和された濃度の非反応性の洗浄向上ガスを含有する脱イオン水を、例えばシリコンの半導体ウェーハを洗浄するために、選択的に高められた洗浄温度および選択的に付随する洗浄圧力で製造するかかる系に関する。
【０００３】
本明細書中で使用されているように、”非反応性”の洗浄向上ガスは、水中または半導体ウェーハ中もしくは半導体ウェーハ上に存在する任意の成分との反応なしに（即ち、化学反応に対して不活性であるように）半導体ウェーハからの例えば粒状の汚染物質の洗浄を向上させるために脱イオン水中に溶解させることができる任意のガス状物質を意味する。
【０００４】
また、本明細書中で使用されているように、”半導体ウェーハ”は、汚染物質粒子の除去／洗浄の化学的方法を受けなければならない集積回路または他の関連した回路構造を提供するために使用される、例えばシリコンの任意のマイクロエレクトロニックデバイス、サブストレート、チップまたは類似物を意味する。
【０００５】
背景技術
集積回路（ＩＣ）等を形成させるために、例えばシリコンのウェーハサブストレートまたはチップ上でのマイクロエレクトロニックデバイスおよび類似物の製造において、種々の金属層および絶縁層は、選択的な順序で析出される。多数の構成部品を同じ領域内で適合させるため、有効なサブストレート領域内でデバイス構成部品の集積を最大化するために、ＩＣの小型化を増大させることが利用される。例えば、ミクロンより小さい寸法（１μｍ未満、即ち１０００ナノメートルまたは１００００オングストローム未満）で現在の大規模集積（ＶＬＳＩ）について構成部品を緻密にパッキングするためには、減少されたピッチ寸法が必要とされる。
【０００６】
半導体ウェーハのＩＣ製造に使用される、１つのタイプの湿式化学的方法は、汚染物質粒子をウェーハの表面から除去するためのウェーハ洗浄に関する。これは、例えば非反応性の洗浄向上（発泡）ガス、例えば窒素（Ｎ２）および／またはメガソニック振動を熱い脱イオン水洗浄浴に加えることによって急速攪拌を受けなければならない前記浴中にウェーハを浸漬させることにより、行なうことができる。
【０００７】
例えば、シリコンのウェーハを全面的に洗浄するために、第１の工程で例えば有機汚染物および粒状汚染物の除去のために、例えば脱イオン水中の過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）および水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）のアルカリ液、所謂ＳＣ１（標準洗浄１）液を含み、次いで第２の工程で例えば金属不純物を除去するために、例えば脱イオン水中の過酸化水素および塩化水素（ＨＣｌ）の酸液、所謂ＳＣ２（標準洗浄２）液を含む２つの洗浄剤を順次に用いてウェーハを処理するような所謂”ＲＣＡ洗浄”法が使用された。それぞれ処理工程は、例えば約７５〜８５℃で約１０〜２０分間行なわれ、引続き典型的に熱い脱イオン水を用いて洗浄工程が行なわれる。ウェーハは、通常、最終的な洗浄工程の後に乾燥工程で乾燥される。
【０００８】
殊に、粒子を除去するために、約５：１：１の体積比での脱イオン化されたＨ２Ｏ／Ｈ２Ｏ２／ＮＨ４ＯＨの伝統的なＳＣ１混合物は、例えば約６５℃で約１０分間ウェーハを洗浄するために使用された。溶液中のＳＣ１化学薬品の高い濃度および使用される高い温度は、ウェーハ表面および粒子を或る程度腐蝕させ、こうして粒子の付着力をウェーハで減少させ、ウェーハからの粒子の移動および溶液の泡中への粒子の移動を促進させることによって、大部分の粒子の除去を生じさせる。また、ＳＣ１液の高いｐＨは、ウェーハおよび粒子の上に負電荷を誘発させ、この場合には、相互の斥力は、粒子がウェーハ表面に再付着することから粒子を解放したままにする傾向を生じる。しかし、このような伝統的なＳＣ１洗浄液は、高価であり、通常入手しうるデバイスに使用するためには、多数の重要な洗浄工程で攻撃的すぎる。
【０００９】
最近、メガソニック補助技術をウェーハ洗浄法に導入することにより、例えばシリコンのウェーハの表面に対して実際に殆んど攻撃的でなく、ひいては殆んど有害でない溶液を用いた場合により良好な粒子除去効率が生じた。メガソニック振動補助洗浄液は、通常、伝統的なＳＣ１液の希釈された変形であり、効果の要求に依存して広範に変動する温度で使用される。これに関連して使用される典型的な希釈ＳＣ１液は、約１００：０．９：０．５の体積比で脱イオン化されたＨ２Ｏ／Ｈ２Ｏ２／ＮＨ４ＯＨの混合物であり、この場合９８＋％（１００／１０１．４＝９８．６）は、脱イオン水であり、約１．４％だけは、活性の化学薬品である。殆んど全ての液が水であるために、その中に溶解されたガスの量は、希釈ＳＣ１混合物の全ガス濃度を左右するであろう。
【００１０】
メガソニック補助技術が粒子の除去操作を向上させる正確な機構は、現在、完全には理解されていない。しかし、下記に注記したように、洗浄液中に溶解されたガスの量が効果的な洗浄、即ち粒子の除去が起こることにとって重要であることは明らかなことである。
【００１１】
半導体ウェーハを洗浄する方法の幾つかの例は、次の刊行物に示されている。
【００１２】
１９９５年１１月７日に発行された米国特許第５４６４４８０号明細書（Ｍａｔｔｈｅｗｓ）には、オゾン（Ｏ３）が拡散されている、周囲以下の温度を有するかまたは冷却された（１〜１５℃）脱イオン水を有する容器中で、有機材料、例えばフォトレジストを半導体ウェーハから除去し、次にウェーハを脱イオン水で洗浄することが開示されている。オゾンは、室温または高い温度で脱イオン水中で僅かな可溶性を有しているが、一方で、周囲以下の温度では、脱イオン水中で十分に可溶性であり、有機材料を不溶性のガスに酸化することが述べられている。メガソニックトランスジューサーは、オゾン化された脱イオン水を容器中で攪拌するために使用される。
【００１３】
容器中でのＲＣＡ洗浄のためには、ウェーハは、脱イオン水で洗浄され、アンモニア（ＮＨ３）がＳＣ１の形成のために拡散されているオゾン化された脱イオン水で勝利される。次に、熱い（７０℃）の脱イオン水は、容器温度の上昇のために使用される。次に、オゾンガスおよび塩化水素酸（即ち、塩化水素、ＨＣｌ）ガスがＳＣ２の形成のために拡散されている脱イオン水で処理され、その上、ウェーハは、最終的に脱イオン水で洗浄される。
【００１４】
１９９８年２月３日に発行された米国特許第５７１４２０３号明細書（Ｓｃｈｅｌｌｅｎｂｅｒｇｅｒ他）には、ウェーハ表面を疎水性にする、弗化水素を含有する水性洗浄浴中でシリコンウェーハを浸漬し、浴表面または選択的に取り出されかつ乾燥されたウェーハを酸素／オゾン（Ｏ２／Ｏ３）ガス混合物のガス流に単独で晒すかまたはウェーハに対して化学的に不活性のキャリヤーガス中、例えば即ち窒素、酸素および二酸化炭素（Ｎ２、Ｏ２およびＣＯ２）中、または二酸化炭素、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）またはラドン（Ｒｎ）中で晒されている間に浴からウェーハを取り出すことが開示されている。ガス流は、浴表面に適用した場合には、液体の表面張力を低減させ、ウェーハの乾燥を促進し、ガス流は、乾燥したウェーハに適用した場合には、ウェーハの表面を親水性化する。また、ウェーハの表面は、洗浄浴がオゾンを含有する場合には、親水性化されている。
【００１５】
１９９６年１０月２９日に発行された米国特許第５５６９３３０号明細書（Ｓｃｈｉｌｄ他）には、ウェーハ表面を疎水性にする、ＨＦを含有する液浴を有し、次いでウェーハを親水性にする、オゾンを含有する液浴を有する同じ容器中で半導体ウェーハを連続的に化学的に処理し、一方で、メガソニック振動を２つの処理工程でウェーハに適用し、かつ最終的にウェーハを乾燥させることが開示されている。また、ウェーハは、処理工程の間に介在的に乾燥されてもよい。
【００１６】
１９９６年５月２８日に発行された米国特許第５５２０７４４号明細書（Ｆｕｊｉｋａｗａ他）には、シリコンウェーハを密閉された室内で連続的に、それぞれ（１）過酸化水素およびアンモニア、（２）ＨＦおよび（３）過酸化水素およびＨＣｌを含有する、３つの一定温度に加熱された（例えば、６０℃）、脱イオン水の化学的浴で処理し、ならびにそれぞれの化学的浴での処理後に脱イオン水洗浄浴で処理することが開示されている。不活性ガスおよび有機溶剤、例えば窒素およびイソプロピルアルコールの蒸気は、最後の洗浄浴の後にウェーハに適用され、ウェーハ上に残存する脱イオン水の表面張力を低減させ、減圧下で行なわれるウェーハの乾燥を促進させ、一方で、ウェーハに対する汚染物質粒子の付着力を減少させる。
【００１７】
１９９８年９月１日に発行された米国特許第５８００６２６号明細書（Ｃｏｈｅｎ他）（本発明と発明者が共通であり、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが譲受人である）には、マイクロエレクトロニックデバイスのサブストレートを脱イオン水およびガスを含有する洗浄液で所定の処理温度でメガソニック促進洗浄する有効性を制御する方法が開示されている。これは、水を真空脱ガス化し、次にガス、例えば窒素を、所定の処理温度でガスで部分的に、例えば６０〜９８％飽和されたにすぎない洗浄液を供給するための量で水に添加することによって行なわれる。洗浄液は、例えばそれぞれ（ＳＣ１）１０：１：１〜１０００：２：１の体積比で脱イオン化されたＨ２Ｏ／Ｈ２Ｏ２／ＮＨ４ＯＨの希釈溶液または例えばそれぞれ（ＳＣ２）１０：０：１〜１０００：１：１の体積比で脱イオン化されたＨ２Ｏ／Ｈ２Ｏ２／ＨＣｌの希釈溶液である。脱ガス化された脱イオン水の第１の部分および少なくとも部分的にガス飽和された脱イオン水の第２の部分は、所定の処理温度で使用される部分的にのみガス飽和された水を供給するのに効果的な比で混合されることができる。
【００１８】
米国特許第５８００６２６号明細書の記載から、高い温度または適用される低い圧力は、加熱ガスにより飽和された水が或る程度の溶解されたガスを泡により駆出させる程度に溶液中に溶解されうるガスの量を減少させることができることを認めることができる。１つの危険は、ウェーハ洗浄液中のガスが多量すぎることにより、温度により運転される飽和について熱い脱イオン水中で気泡形成をまねく可能性があり、シリコン表面内に欠陥を生じることである。また、殊に脱イオン水中の酸素の存在は、水素末端基を有するシリコン表面のエッチングおよび粗面化を生じる可能性がある。それというのも、酸素ガスは、酸化物ウェーハ表面に対しては不活性であるが、しかし、前記シリコン表面に対しては反応性であると考えられるからである。前記理由のために、脱イオン水は、典型的には脱ガス化された形で供給され、脱ガス化された水は、特殊な可溶性および温度依存性を有する特殊なガスで再ガス化され、所定の処理温度での使用のために部分的にのみガス飽和された水を供給する。部分的にのみガス飽和された水がサブストレート洗浄を低いメガソニック力、低い温度および化学薬品の著しく低い濃度で行なうことができるという規定がある一方で、部分的にのみガス飽和された水のこのような製造は、制限されており、１つの所定の処理温度でのみ使用される。
【００１９】
米国特許第５８００６２６号明細書の開示は、参考のために本明細書中に含まれている。
【００２０】
例えば、シリコンの半導体ウェーハのメガソニック洗浄に使用される脱イオン水中での非反応性の洗浄向上（泡発生および攪拌）ガスのガス濃度は、粒子のカウント、即ち洗浄前に存在する粒子の元来の数と比較した、洗浄後に残留する汚染粒子の数に対して強い影響を有する。
【００２１】
これに関連して、親水性ウェーハに関連して、例えば標準洗浄ＳＣ１およびＳＣ２を使用することにより、メガソニック振動の通常の適用により、洗浄浴が必要とされ、洗浄の向上、即ち攪拌の付与により洗浄浴中のガスは高い濃度を有する。他面、疎水性のウェーハのためには、例えばＨＦ処理を用いた場合には、洗浄浴中の高いガス濃度は、泡のその後の過剰の形成と共に、有害であり、通常、高い粒子カウント、即ち洗浄後にウェーハ上に残留する汚染粒子の大きな数を生じる。これは、気泡が疎水性表面で核化傾向にあり、そこで粒子を析出させるかまたは疎水性表面に移行する傾向にあり、そこで粒子を析出させる。それ故、疎水性のウェーハのためには、十分に飽和濃度未満の溶解されたガス含量を有する、例えばＨＦの希釈溶液が使用される。
【００２２】
希釈洗浄液は、主に脱イオン水であるので、半導体ウェーハを洗浄するための現在の湿式洗浄工具に使用される脱イオン水中の溶解されたガスの量には、特別な注意を払う必要がある。
【００２３】
例えば、連続的洗浄工程およびすすぎ工程の記載された洗浄操作において、それぞれの処理工程に使用される液浴中の最適なガス濃度を許容するために、このような目的に使用される現在の湿式洗浄工具は、幾つかの場合にガス化装置／脱ガス化装置の形のガス調節構成部品、例えば所謂コンタクターを備えている。構成部品は、典型的に液体コンパートメント（水空間）およびガスコンパートメント（ガス空間）中へガス透過可能なメンブランによって分割され密封された室であり、この場合水は、水空間に供給される。
【００２４】
構成部品がガス化装置として使用される場合には、ガスは、圧力ポンプとして使用されるポンプによってガス空間に供給され、さらに、メンブランを介して選択的に正圧で水空間に供され、このような濃度を増加させることによって、水中に溶解されたガスの濃度が調節される。他面、構成部品を脱ガス化装置として使用する場合には、ガスは、選択的に正圧で吸引ポンプとして適用されるポンプによってメンブランを介して水空間から除去され、さらにガス空間から除去され、このような濃度を減少させることによって水中に溶解されたガスの濃度は調節される。
【００２５】
ガス化装置は、半導体ウェーハの洗浄のために水が洗浄容器に移動する前に、ガス化装置から移動させながら、通常、例えば室温の（冷たい）脱イオン水を（熱い）洗浄温度に加熱するために使用される加熱装置の前方、即ち上流で工具上に位置している。しかし、室温の（冷たい）脱イオン水および予熱された（著しく熱い）脱イオン水の双方の供給材料が有効である場合には、冷たい供給材料と著しく熱い供給材料は、予め定められた割合で混合されることができ、熱い洗浄温度で水が供給される。
【００２６】
しかし、現在の湿式洗浄工具の中で、洗浄浴の脱イオン水中のガスの過飽和（超飽和）が起こりうることを考慮に入れることができるものは何もない。これは、洗浄工程の間にメガソニック振動効率を著しく減少させる。
【００２７】
このように加熱された脱イオン水中のガスの非効率的な過飽和または不十分な飽和を回避させる程度に、メガソニック振動作用の下で半導体ウェーハを洗浄するために選択的に上昇された洗浄温度に加熱する前に、脱イオン水中のガス濃度の選択的な調節を可能にする方法および装置を含む１つ系を有することが望ましい。
【００２８】
発明の開示
前記欠点は、本発明によれば、メガソニック振動作用の下で半導体ウェーハを洗浄するために選択的に上昇された洗浄温度に加熱する前に、脱イオン水中のガス濃度の選択的な調節を可能にし、それによってこのように加熱された脱イオン水中のガスの非効率的な過飽和または不十分な飽和を回避させる方法および装置を含む１つ系を提供することによって回避される。殊に、脱イオン水中のガスの濃度は、増加されたメガソニック洗浄効率のための洗浄温度の１つの関数として制御されなければならない。
【００２９】
本発明の第１の視点によれば、脱イオン水中に溶解され実際に１００％飽和された濃度の非反応性の洗浄向上ガスを含有する脱イオン水を、例えばシリコンの半導体ウェーハの洗浄のために選択的に上昇された洗浄温度および選択的に付随する洗浄圧力で製造する方法が提供される。
【００３０】
この方法は、脱イオン水中に溶解されたかかるガスの予め定められた開始濃度および予め定められた低い開始温度を有する脱イオン水の第１の部分の溶解された非反応性の洗浄向上ガス濃度を調節し、脱イオン水中に溶解されたガスの予め定められ不十分な飽和状態に調節された濃度をかかる低い開始温度で提供し、生じる脱イオン水の調節されたガス濃度の第１の部分の温度を、それと共に予め定められた割合で、脱イオン水中に溶解されたかかるガスの予め定められた開始濃度および予め定められた高い開始温度を有する温度調節量の脱イオン水の第２の部分を混合することによって調節し、脱イオン水中に溶解された、実際に１００％飽和された濃度のガスを含有する脱イオン水の熱浴を、半導体ウェーハの洗浄のために洗浄温度および洗浄圧力で十分に形成させる工程を有している。
【００３１】
典型的には、洗浄温度は、約５０〜８５℃（１２２〜１８５°Ｆ）、例えば約６６℃（１５１°Ｆ）であり、脱イオン水の第１の部分の低い開始温度は、約１５〜３０℃（５９〜８６°Ｆ）、例えば約２５℃（７７°Ｆ）であり、脱イオン水の第２の部分の高い開始温度は、約６０〜９５℃（１４０〜２０３°Ｆ）、例えば約８０℃（１７６°Ｆ）であり、洗浄温度よりも少なくとも約５℃（９°Ｆ）高く、洗浄圧力は、ほぼ大気圧である。
【００３２】
好ましくは、脱イオン水の第２の部分は、その中に溶解されたガスの実際に１００％飽和された開始濃度を有し、脱イオン水の第１の部分のガス濃度は、調節され、脱イオン水の第１の部分中に溶解されたガスの不十分な飽和状態に調節された少なくとも約９０％の濃度および最大で実際に１００％未満に飽和された濃度が提供される。
【００３３】
１つの好ましい特徴によれば、さらに本方法は、極めて希薄な洗浄液を供給するために、化学洗浄剤、例えば過酸化水素および水酸化アンモニウムまたは類似物を含有するアルカリ洗浄剤を熱浴に添加することよりなる。典型的には、希薄な洗浄液は、脱イオン化されたＨ２Ｏ／Ｈ２Ｏ２／ＮＨ４ＯＨのアルカリ洗浄液を例えばそれぞれ１０：１：１〜１０００：２：１、殊に１００：０．９：０．５体積比で含む（ＳＣ１）。
【００３４】
更に、別の好ましい特徴によれば、本方法は、半導体ウェーハを熱浴と接触させ、例えばウェーハを熱浴中に浸漬させ、メガソニック振動を熱浴に加えることによって、半導体ウェーハを洗浄することを含む。
【００３５】
殊に、本方法は、脱イオン水中に溶解されたガスの予め定められた開始濃度および予めされた低い開始温度を有する脱イオン水の第１の部分をガス化し、脱イオン水中に溶解されたガスの予め定められ不十分な飽和状態に調節された濃度を低い開始温度で提供し、生じる脱イオン水の調節されたガス濃度の第１の部分を、それと共に予め定められた割合で、脱イオン水中に溶解されたガスの予め定められた開始濃度および予め定められた高い開始温度を有する温度調節量の脱イオン水の第２の部分を混合することによって加熱し、脱イオン水中に溶解された、実際に１００％飽和された濃度のガスを含有する脱イオン水の熱浴を、洗浄温度および洗浄圧力で十分に形成させることによりなる。
【００３６】
非反応性の洗浄向上ガスは、典型的には窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ラドン（Ｒｎ）、水素（Ｈ２）、軽質炭化水素、例えばメタン（ＣＨ４）およびエタン（Ｃ２Ｈ６）、軽質の過弗素化炭化水素、例えばテトラフルオロメタン（四弗化炭素、ＣＦ４）、軽質エーテル、例えばジメチルエーテル（ＣＨ３ＯＣＨ３）、軽質弗化エーテルおよび類似物を含む。温和な酸性のｐＨが問題でない場合には、ガスは、十分に二酸化炭素（ＣＯ２）であることができ、或る程度の酸性の活性が問題でない場合には、ガスは、十分で一酸化二窒素（笑気ガス（Ｎ２Ｏ））であることができる。
【００３７】
しかし、使用される非反応性の洗浄向上ガスおよび脱イオン水は、それぞれ実際に酸素を含有せず、好ましくは本質的に酸素を含有しない。
【００３８】
本発明の第２の視点によれば、脱イオン水中に溶解され実際に１００％飽和された濃度の非反応性の洗浄向上ガスを含有する脱イオン水を、半導体ウェーハの洗浄のために選択的に上昇された洗浄温度および選択的に付随する洗浄圧力で製造する装置が提供される。
【００３９】
この装置は、第１の流れ制御装置に接続されたガス化室流出管、この場合この第１の流れ制御装置は、ガス濃度が調節された、液体の第１の部分をガス化室から流れ制御装置へ供給するための液体混合装置に接続された流出管であり、液体の第１の部分を液体の第１の部分に溶解されたガスの予め定められた第１の温度および予め定められた第１の濃度でガス化室へ供給するための第１の液体入口装置、ガスをガス化室へ供給するためのガス入口装置、ガスを選択的に調節された圧力でガス化室へ供給するためのガス入口装置に接続された加圧装置流出管、およびガス化室中の圧力を感知するための感圧装置を備えている。
【００４０】
更に、この装置は、液体の第２の部分を液体の第２の部分に溶解されたガスの予め定められた第２の温度および予め定められた第２の濃度で混合装置に供給するための混合装置に接続された第２の流れ制御装置流出管、および混合装置中の液体の温度を感知するための感温装置を備えている。
【００４１】
制御装置は、生じる混合された液体を、脱イオン水の熱浴に相応してこの液体中に溶解されたガスの選択的に調節された濃度および選択的に上昇された温度および付随する圧力で提供するために、加圧装置、感圧装置、感温装置、第１の流れ制御装置および第２の流れ制御装置に接続されており、ガス化室中の圧力を選択的に調節するための加圧装置の操作および第１の液体部分および第２の液体部分のそれぞれの流れを混合装置を通じて選択的に調節するための第１の流れ制御装置および第２の流れ制御装置の操作を制御する。
【００４２】
１つの好ましい特徴によれば、さらに装置は、混合装置から生じる混合された液体を受容するために配置された、半導体ウェーハをメガソニック洗浄するための洗浄容器を備えている。
【００４３】
本発明は、添付図面および請求の範囲の記載に関連して、次の詳細な記載から直ちに理解されるであろう。
【００４４】
図は、一定の縮尺で作られたものではなく、幾つかの部分は、図を分かり易く理解するために誇張されて示されている。
【００４５】
発明を実施するための最良の形態
図１に関連して、本発明によれば、脱イオン水中に溶解された１００％飽和された濃度の非反応性の洗浄向上ガスを含有する脱イオン水を、選択的に上昇された（熱い）洗浄温度および選択的に付随する洗浄圧力で製造し、例えばシリコンの半導体ウェーハを洗浄するための熱い浴を形成させる装置が示されている。装置１０は、ガス化室１１、第１の流れ制御装置１２、混合装置１３、洗浄容器１４、圧力ポンプ１７、圧力センサー１９、温度センサー２０、第２の流れ制御装置２１、制御装置２２、ポンプ制御管路２３、圧力制御管路２４、第１の流れ制御装置の制御管路２５、温度制御管路２６、第２の流れ制御装置の制御管路２７および化学薬品供給装置２８を備えている。ガス化室１１は、水入口１５およびガス出口１６を備えており、ポンプ１７は、ガス取入れ口１８を備えている。
【００４６】
ガス化室１１は、例えば第１の計量弁として形成された第１の流れ制御装置１２に接続された流動管であり、この第１の流れ制御装置は、さらに例えば混合弁として形成された混合装置１３に接続された流動管である。例えば、計量弁としても形成された第２の流れ制御装置２１は、同様に混合装置１３に接続された流動管である。
【００４７】
混合装置１３は、脱イオン水の第１の部分を予め定められた低い（冷たい）開始温度でガス化室１１から、第１の流れ制御装置１２によって制御された、例えば２．５５ｇａｌ／分の予め定められた第１の体積流量で受容し、かつ脱イオン水の第２の部分を予め定められた高い（極めて熱い）開始温度で、第２の流れ制御装置２１によって制御された、例えば７．４５ｇａｌ／分の予め定められた第２の体積流量で受容するために配置されており、予め定められた体積比（例えば、冷たい部分２５．５％対極めて熱い部分７４．５％）での前記混合装置中での混合のために、例えば１０ｇａｌ／分の流速で望ましい熱い脱イオン水が約５０〜８５℃、例えば６６℃の洗浄温度で供給される。洗浄容器１４は、常法で、例えば１個以上の半導体ウェーハ（図示されていない）の洗浄をバッチ操作で行なう目的で、熱い脱イオン水を混合装置１３から受容するために配置されている。
【００４８】
ガス化室１１は、ガス透過性メンブラン（図示されていない）によって液体コンパートメント（水空間）とガスコンパートメント（ガス空間）とに分割された、常用の脱ガス化室／ガス化室、即ち密閉された、即ち気密にシールされた室として適当に設けられている。ガス化装置として使用する場合には、ガス化室１１は、水をガス化室へ供給するための水入口１５およびガスをガス化室へ供給するためのガス出口１６を備えている。ガスは、圧力ポンプ１７によってガス空間へ供給され、さらにメンブランを介して選択的な正圧で水空間へ供給され、水中に溶解されたガスの濃度がかかる濃度の上昇によって調節される。
【００４９】
水入口１４は、脱イオン水の第１の部分で完全に充填された脱ガス化室１１の水空間を維持するために、脱イオン水の第１の源（図示されていない）に接続されている。この脱イオン水の第１の部分は、望ましくは本質的に酸素を含有せず、例えばこの場合冷たい脱イオン水は、この脱イオン水中に溶解された、予め定められた開始濃度、例えば約４８％（８ｐｐｍ）および約１５〜３０℃の予め定められた低い開始温度および特に約２５℃の周囲温度または室温の非反応性の洗浄向上（泡の発生および攪拌）ガス、例えば窒素ガス（Ｎ２）を有している。
【００５０】
脱イオン水の第１の源は、典型的には水から酸素を排除する目的で全てのガスを脱イオン水から除去するために予め脱ガス化された脱イオン水である。本質的に酸素を含まない脱イオン水は、典型的にほぼ室温、例えば約１５〜３０℃、例えば２５℃で維持された溜めの中に貯蔵され、脱ガス化装置１１への流れを生じるのに十分な圧力ヘッドまたはポンプ圧力の下で不活性ガス、例えば窒素の覆いによって覆われている。このような条件下での貯蔵は、冷たい脱イオン水を不活性ガス、例えば窒素でガス化して、例えば４８％（８ｐｐｍ）の飽和状態にするのに役立つ。
【００５１】
圧力ポンプ１７のガス取入れ口１８は、非反応性の洗浄向上ガスをガス化室１１に供給するために、非反応性の洗浄向上ガス、例えば円筒状の窒素ガス（図示されていない）の源に接続されている。この目的のために、圧力ポンプ１７は、ガス化室１１のガス入口１６に接続されている。圧力センサー１９は、ガス化室１１中の窒素ガスの圧力、即ち部分圧力を感知しかつ平衡になるように監視するためのガス化室１１のガス空間と接続されている。
【００５２】
圧力ポンプ１７は、ガス化室１１のガス空間を選択的に正圧で維持するために圧力センサー１９と関連して操作される。これは、ガス化室１１中で脱イオン水中に溶解されたガスの濃度を調節するために、ガス空間からメンブランに通過させることによってガス化室１１の水空間内で水中への選択的量の窒素ガスの溶解を生じる。
【００５３】
こうして、脱イオン水のこのような第１の部分のガス濃度は、増加され、脱イオン水中に溶解された窒素ガスの不十分な飽和状態に調節された濃度、例えば４８％（８ｐｐｍ）〜少なくとも約９０％、最大で実際に１００％未満に飽和された濃度、例えば約９５．４％（１５．８ｐｐｍ）のガス飽和が提供される。
【００５４】
第２の流れ制御装置２１は、望ましくは本質的に酸素も含んでおらず、脱イオン水中に溶解された窒素ガスの予め定められた開始濃度、例えば実際に１００％（８ｐｐｍ）および約６０〜９５℃、例えば約８０℃の予め定められた高い（極めて熱い）開始濃度および５０〜８５℃よりも少なくとも約５℃高い洗浄温度を有する脱イオン水の第２の源（図示されていない）に接続されている。
【００５５】
また、脱イオン水の第２の源は、典型的には水から酸素を排除する目的で、全てのガスを脱イオン水から除去するために予め脱ガス化された脱イオン水でもある。更に、本質的に酸素を含まない脱イオン水は、極めて熱い温度、例えば約６０〜９５℃、例えば８０℃に加熱され、極めて熱い温度で溜め中に貯蔵され、第２の流れ制御装置２１への流れを簡易化するのに十分な圧力ヘッド下で不活性ガス、例えば窒素の覆いによって覆われている。このような条件下での貯蔵は、極めて熱い脱イオン水を不活性ガス、例えば窒素と一緒にガス化し、例えば１００％（８ｐｐｍ）のガス飽和状態にするのに役立つ。
【００５６】
第２の流れ制御装置２１は、実際に１００％（８ｐｐｍ）の飽和ガスの開始濃度で極めて熱い（６０〜９５℃、例えば８０℃）脱イオン水の第２の部分を、第１の流れ制御装置１２を介してガス化室１１から供給された、９５．４％（１５．８ｐｐｍ）に調節されたガス濃度で冷たい（１５〜３０℃、例えば２５℃）の脱イオン水の第１の部分（２．５５ｇａｌ／分）と一緒に予め定められた体積比（７．４５ｇａｌ／分）で混合装置に供給するために配置されている。
【００５７】
こうして、冷たい水部分および極めて熱い水部分は、配合され、生じる（１０ｇａｌ／分）脱イオン水の熱浴が、脱イオン水中に溶解された窒素ガスの実際に１００％（１６．６ｐｐｍ）飽和された濃度で５０〜８５℃、例えば６６℃の洗浄温度および付随する洗浄圧力、例えば大気圧で提供される。温度センサー２０は、混合装置１３中の脱イオン水の温度を感知しかつ監視するために配置されている。
【００５８】
それ故、４８％（８ｐｐｍ）の窒素ガス濃度を有する２５℃の冷たい脱イオン水の中心または局所の供給材料および１００％（８ｐｐｍ）の窒素ガス濃度を有する８０℃の極めて熱い脱イオン水の中心または局所の供給材料、ならびに湿式洗浄工具を用いての水の局所のガス濃度調節を評価し、１００％（１０ｐｐｍ）飽和されたガス濃度を有する６６℃の熱い洗浄浴を形成させるために１０ｇａｌ／分の流量が提供される場合には、冷たい水は、窒素を用いて４８％（８ｐｐｍ）の濃度から９５．４％（１５．８ｐｐｍ）の濃度へガス化され、２．５５ｇａｌ／分の流速で７．４５ｇａｌ／分の流速の極めて熱い水と混合される。ガス濃度調節および温度調節が冷たい水部分および極めて熱い水部分の流速に依存することは、明らかである。
【００５９】
従って、２５℃の温度および８ｐｐｍ（４８％飽和）の絶対窒素ガス濃度を有する冷たい脱イオン水供給材料、８０℃の温度および８ｐｐｍ（１００％飽和）の絶対窒素ガス濃度を有する極めて熱い脱イオン水供給材料ならびに１０ｇａｌ／分の流速を有することができ、６６℃の温度および１０ｐｐｍ（１００％飽和）の絶対窒素ガス濃度を有する熱い脱イオン水であることができる、洗浄浴の脱イオン水に関連して、極めて熱い脱イオン水の流速ｘは、次のように計算される：８０ｘ＋２５（１−ｘ）＝６６（１）、したがって８０ｘ＋２５−２５ｘ＝６６、５５ｘ＝４１、ゆえにｘ＝０．７４５または７４．５％、即ち７．４５ｇａｌ／分。
【００６０】
それ故に、冷たい脱イオン水の流速（１−ｘ）は、０．２５５または２４．５％であり、即ち２．５５ｇａｌ／分。
【００６１】
従って、適当なｐｐｍの窒素ガス濃度に関連して、達成されるべき極めて熱い脱イオン水と配合する場合には、冷たい脱イオン水は、約１５．８ｐｐｍ（９５．４％）の窒素ガス絶対濃度ｙにガス化されなければならず、次のように計算される：
８（０．７４５）＋ｙ（０．２５５）＝１０（１）；したがって５．９６＋０．２５５ｙ＝１０、０．２５５ｙ＝４．０４、およびｙ＝１５．８。
【００６２】
図３の飽和曲線について約１１ｐｐｍ（１００％）の窒素ガス濃度に対応する、熱い脱イオン水浴の温度が６６℃の代わりに６０℃であることができることを除外して上記の記載と同様の条件を評価した場合には、極めて熱い脱イオン水の流速ｘは、次のように計算される：
８０ｘ＋２５（１−ｘ）＝６０（１）、したがって８０ｘ＋２５−２５ｘ＝６０、５５ｘ＝３５、ゆえにｘ＝０．６３６または６３．６％、即ち６．３６ｇａｌ／分。
【００６３】
従って、冷たい脱イオン水の流速（１−ｘ）は、０．３６４または３６．４％、即ち３．６４ｇａｌ／分となり、冷たい脱イオン水は、約１６．２ｐｐｍのガス濃度ｙにガス化されなければならず、次のように計算される：
８（０．６３６）＋ｙ（０．３６４）＝１１（１）；したがって５．０９＋０．３６４ｙ＝５．９１、およびｙ＝１６．２。
【００６４】
同様に、図３の飽和曲線について約９ｐｐｍ（１００％）の窒素ガス濃度に対応する、熱い脱イオン水浴の温度が６６℃の代わりに７０℃であることができることを除外して上記の記載と同様の条件を評価した場合には、極めて熱い脱イオン水の流速ｘは、次のように計算される：
８０ｘ＋２５（１−ｘ）＝７０（１）、したがって８０ｘ＋２５−２５ｘ＝７０、５５ｘ＝４５、ゆえにｘ＝０．８１８または８１．８％、即ち８．１８ｇａｌ／分。
【００６５】
従って、冷たい脱イオン水の流速（１−ｘ）は、０．１８２または１８．２％、即ち１．８２ｇａｌ／分となり、冷たい脱イオン水は、約１３．５ｐｐｍのガス濃度ｙにガス化されなければならず、次のように計算される：
８（０．８１８）＋ｙ（０．１８２）＝９（１）；したがって６．５４＋０．１８２ｙ＝２．４６、およびｙ＝１３．５。
【００６６】
製造することができる１００％飽和されたガス濃度の熱い脱イオン水浴の必要とされる流速および温度、および冷たい脱イオン水の公知の絶対ガス濃度および温度ならびに極めて熱い脱イオン水の公知の絶対ガス濃度および温度に基づいて、冷たい脱イオン水部分および極めて熱い脱イオン水部分の体積比または流速は、直ちに計算されることができ、さらに冷たい脱イオン水の場合に上昇されなければならない絶対ガス濃度も直ちに計算されることができ、冷たい脱イオン水部分と極めて熱い脱イオン水部分との適切な体積比で配合された、望ましい１００％飽和されたガス濃度の熱い脱イオン水浴が提供される。
【００６７】
洗浄容器１４は、選択的な洗浄圧力、例えばほぼ大気圧（１気圧）で適度に準備されており、所望の場合には、密閉された容器またはセルとして配置されており、例えば常法で周囲大気と間接的に関連するか、さもなければ周囲大気で維持される外側の汚染は回避される。洗浄容器１４は、常法で約５０〜８５℃、特に約６６℃の熱い洗浄温度で付随する洗浄圧力、例えば大気圧でメガソニック振動を洗浄容器１４に付与するかまたは加えるため、さらに例えば熱い液浴の形で混合装置１３から洗浄容器１４中へ受容される熱い脱イオン水に付与するかまたは加えるために、メガソニックトランスジューサー、例えばメガソニック振動発生器（図示されていない）を備えている。
【００６８】
制御装置２２は、常法でそれぞれ圧力ポンプ１７、第１の流れ制御装置１２および第２の流れ制御装置２１の操作を制御するために、ポンプ制御管路２３、圧力制御管路２４、第１の流れ制御装置の制御管路２５、温度制御管路２６および第２の流れ制御装置の制御管路２７を介して、圧力ポンプ１７、圧力センサー１９、第１の流れ制御装置１２、温度センサー２０および第２の流れ制御装置２１に接続されている。この場合、制御装置２２は、混合装置１３中の脱イオン水の第１の部分および第２の部分を選択的に混合する目的でガス化室１１中のガス圧ならびに第１の流れ制御装置１２および第２の流れ制御装置２１の流速を選択的に調節するために使用され、半導体ウェーハのメガソニック洗浄のために熱浴の形成に使用される洗浄容器１３中に熱い脱イオン水が供給される。
【００６９】
洗浄容器１４中の熱い液浴は、脱イオン水中の通常の化学薬剤または成分の化学処理水浴として、例えば体積（標準洗浄液）での望ましい割合で使用されることができ、例えば脱イオン水中の過酸化水素および水酸化アンモニウムの極めて希薄なアルカリ溶液が選択的な割合で（ＳＣ１）使用されることができ、例えば公知方法でそれぞれ脱イオン化されたＨ２Ｏ／Ｈ２Ｏ２／ＮＨ４ＯＨは、１０：１：１〜１０００：２：１、殊に１００：０．９：０．５の体積比で使用されることができる。
【００７０】
この目的のために、化学薬品供給材料２８は、洗浄容器１４との機能的な関連において、熱浴を混合装置１３から洗浄容器１４へ移動させながら、常法でかかる化学薬剤または成分を洗浄容器中の熱い液浴に添加するために供給される。
【００７１】
ガス化室１１および混合装置１３は、相応する中心の供給材料または局所の源から脱イオン水の冷たい第１の部分および極めて熱い第２の部分を受容しかつ処理するために配置されていてよく、冷たい第１の部分をガス化することにより、この冷たい第１の部分中の窒素または他の適当なガスの濃度が調節され、ガス濃度が調節された第１の部分を適当な割合で極めて熱い第２の部分と混合することによって、ガス濃度が調節された第１の部分を加熱することにより、このようなウェーハまたは複数のウェーハの連続的な個々のすすぎ処理および洗浄処理を含めて、例えば１個以上の洗浄容器１３中で半導体ウェーハのバッチ洗浄操作に使用するのに望ましい熱い温度が達成される。
【００７２】
従って、本発明によれば、冷たい脱イオン水中の洗浄向上ガス、例えば窒素の部分圧力を温度に依存して調節することは、ガス化室１１中で行なわれる。これは、混合装置１３中の極めて熱い脱イオン水と配合しながら、殊に洗浄容器１４中のシリコンウェーハのメガソニック洗浄と関連して化学洗浄操作ならびに脱イオン水のすすぎ操作を有効に使用するために、平衡状態で熱い脱イオン水中の望ましい１００％飽和されたガス濃度を有する熱い脱イオン水を製造する。
【００７３】
この洗浄効率は、例えば６６℃の一定の熱い温度で特殊な気液系の平衡状態のガス濃度で１つの最大に到達する。非平衡状態でガス濃度が高い場合には、普通に実際に起こるように、洗浄効率は減少する。従って、ガス化装置→温度調節装置→処理室、即ち洗浄容器の処理順序を使用する、常用の脱イオン水製造系により、ガス化装置のガス化レベルが温度制御される場合に限って最適なメガソニック効率が可能になる。
【００７４】
これは、温度が上昇するにつれて、ガスの可溶性が減少するという理由による。従って、相対的に低い脱イオン水およびこの脱イオン水と相対的に極めて熱い脱イオン水との混合物をガス化することは、望ましい脱イオン水の洗浄浴を相対的に熱い温度で提供するために必要とされる。常用の脱イオン水製造系は、次の洗浄操作に使用される熱い脱イオン水の上昇された温度に依存して冷たい脱イオン水のガス化を制御しないので、メガソニック振動効率は、１つの所定の洗浄処理温度に対してのみ最適である。
【００７５】
図２に関連して、ｙ軸（縦軸）上にシリコン粒子除去効率（％）を有し、ｘ軸（横軸）上に圧力（ａｔｍ）を有する線図が示されている。この線図は、脱イオン水中に溶解されたガスとして窒素を用いた、半導体ウェーハ洗浄効率に対する、ガスが過剰に飽和された脱イオン水および不十分な飽和状態の脱イオン水の効果を示している。
【００７６】
この粒子除去効率試験および次の通常の実施において、シリコンウェーハは、試験粒子、この場合には窒化珪素粒子で再現可能な方法で最初に汚染される。次に、沈積された試験粒子の数が測定される。粒子の除去効率は、使用された粒子の工程の出発量に基づいて除去された粒子量により計算される。
【００７７】
ウェーハ表面上の試験粒子の性質は、製造過程の間にウェーハ表面上に存在することが予想される実際の粒子とは著しく異なることが考慮されている。しかし、試験は、所定の洗浄工具に対する洗浄効率の受け容れられる測定法として役立つ。一般に、測定法で測定されるウェーハ表面上の実際の粒子は、ウェーハ表面上に強力に付着しており、したがって試験粒子よりも除去するのが困難であるものと推測することができる。
【００７８】
図２は、汚染窒化珪素粒子の粒子除去効率を窒素ガス濃度の関数、即ち除去効率＝ｆ（ｐ）として示すか、または前記された別の方法でガス濃度と等価であるガスの部分圧力の関数として示す。実験条件は、脱イオン水の溶解された窒素ガス含量に関連して調節された脱イオン水、即ち常用のＨｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅコンタクターをガス調節構成部品（脱ガス化装置またはガス化装置）として使用することにより脱ガス化されたかまたはガス化された脱イオン水に関連して、２５℃の一定温度および約０．６〜１．４気圧の範囲内のガス部分圧を含み、この場合メガソニック湿式洗浄操作は、湿式洗浄工具としてのＣＦＭ８０５０系（ＣＦＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．）中で２５℃でＳＣ１液（１００：０．９：０．５、脱イオン水：過酸化水素：水酸化アンモニウム）を用いる湿式洗浄法を使用することにより、１気圧の圧力で６０秒間実施された。
【００７９】
図２中の垂直な点線は、標準または周囲の大気圧（１ａｔｍ）を表わし、例えば垂直な点線の左側のガス濃度は、大気圧未満の負圧で不十分な飽和状態を表わし、一方で、垂直な点線の右側のガス濃度は、大気圧を上廻る正圧での過飽和（超飽和）を表わす。
【００８０】
図２は、窒素（１００％飽和の平衡状態）の大気圧で最も高い粒子除去効率が観察されることを明示している。低いガス濃度および高いガス濃度の双方の際に、洗浄効率は著しく減少する。
【００８１】
脱イオン水中の過飽和の窒素での粒子除去効率の減少は、ウェーハ表面への到達前に有害なことにメガソニックエネルギーを吸収するガス（窒素）の過度の泡形成によって説明されうる。
【００８２】
低いガス濃度での粒子除去効率の減少は、安定な空洞形成が低い平衡状態のガス濃度で減少されるという事実に基づくものであると考えられる。これは、当業者によって現在まで明らかには評価されなかった。
【００８３】
洗浄効率に対して溶解されたガスの濃度の効果を目視できるようにするために、除去効率は、１００％未満（即ち、７０％）であるように調節されなければならず、こうして溶解されたガスの濃度の洗浄効率に対する影響力を理解することができる。この理由のために、本明細書中で実施された実験は、極めて希薄なＳＣ１液（即ち、１００：０．９：０．５、脱イオン水：過酸化水素：水酸化アンモニウム）を用いて短い洗浄時間（即ち、６０秒）で周囲温度（即ち、２５℃）で行なわれた。一般に、洗浄効率は、溶液の化学薬品の濃度の上昇、洗浄時間の増加および温度の上昇とともに増大する。
【００８４】
図３に関連して、ｙ軸上に百万分率（ｐｐｍ）での窒素（Ｎ２）を有し、ｘ軸上に摂氏温度（℃）を有する線図が示されている。この線図は、１気圧の溶解された窒素の一定の全圧力で約１５〜７５℃の異なる温度で脱イオン水に対して最適なｐｐｍでの窒素ガス濃度を示している。従って、最適な平衡濃度は、図３に窒素について例示されているように、平衡状態のガス濃度である。図３中の左側、中間および右側の垂直な３本の点線は、それぞれ２５℃、２９℃および６６℃の温度を表わし、一方、上方、中間および下方の３本の水平方向の点線は、それぞれ１８ｐｐｍ、１６．６ｐｐｍおよび１０ｐｐｍの脱イオン水中の溶解された窒素の濃度を表わす。
【００８５】
図３の飽和曲線は、１００％の窒素ガス飽和が２５℃（左側の垂直な点線）の約１８ｐｐｍ（上方の水平方向の点線）、２９℃（中間の垂直な点線）の約１６．６ｐｐｍ（中間の水平方向の点線）および６６℃（右側の垂直な点線）の約１０ｐｐｍ（下方の水平方向の点線）に対応する。それ故、窒素１８ｐｐｍを含有する脱イオン水を２５℃から６６℃へ加熱するかまたは窒素１６．６ｐｐｍを含有する脱イオン水を２９℃から６６℃へ加熱することにより、加熱された脱イオン水中で窒素の著しい過飽和を生じる。他面、窒素１０ｐｐｍを含有する脱イオン水を２５℃から６６℃へ加熱するかまたは２９℃から６６℃へ加熱することにより、加熱された脱イオン水中で望ましく窒素の１００％飽和が生じる。
【００８６】
図３の飽和曲線から明らかなように、窒素１６．６ｐｐｍを含有する２５℃の水は、約９０％の飽和に到達し、平衡状態で窒素の不十分な飽和状態を表わす。また、図３の曲線から明らかなように、１６．６ｐｐｍの濃度は、脱イオン水を２５℃から６６℃へ加熱しながら、窒素ガス１０ｐｐｍと比較して平衡状態で６０％を上廻る過飽和に相当する（即ち、１６．６−１０＝６．６、６．６／１０＝６６％）。
【００８７】
また、図２に関連して、この６０％を上廻る過飽和は、窒化物粒子の除去効率の性能を３０％を超えて減少させることが明らかになる。図２に示されているように、約７０％の粒子除去効率は、１．０気圧の圧力（これは、脱イオン水中の１００％の窒素飽和に等しい）で達成される。他面、約４０％の粒子除去効率は、０．８気圧の圧力（脱イオン水中の不十分な飽和状態の窒素濃度）で達成され、一方、約６５％の粒子除去効率は、１．２気圧の圧力（脱イオン水中の過飽和の窒素濃度）で達成される。
【００８８】
上記したように、脱イオン水中に溶解された窒素ガスが不十分な飽和状態の濃度（即ち、１００％未満の規定の飽和）である場合には、望ましい安定な空洞形成は、減少され、脱イオン水中に溶解された窒素ガスが過飽和状態の濃度（即ち、１００％を上廻る規定の飽和）である場合には、不利にメガソニックエネルギーを吸収する過剰の泡形成が起こり、こうして双方の場合に加えられたメガソニック振動の効率は減少される。
【００８９】
従って、図２および図３から明らかなように、本明細書中で窒素ガスを含有する６６℃の熱い脱イオン水を飽和濃度（１００％の規定の飽和）で大気圧（１ａｔｍ）で提供するために、使用される脱イオン水は、窒素ガス１０ｐｐｍを含有するように調節され、したがって水の温度を６６℃に調節しながら、望ましい飽和窒素ガス濃度が達成されるであろう。
【００９０】
従って、図２の曲線により、希薄なＳＣ１液中の全ガス濃度が実際に選択された処理温度で１００％の飽和値である場合には、メガソニックにより補助された粒子除去が最も有効であることが確認される。更に、図３の曲線により、１気圧の圧力での窒素ガスの飽和濃度、即ち粒子除去洗浄操作が実施される通常の圧力は、溶液の温度の１つの強い機能であることが確認される。それ故、推論によって、使用される希薄なＳＣ１液中のガス濃度は、所定の場合に使用されることができる処理温度に依存して再調節されなければならず、したがって適用されたメガソニックの効率が最大化されることは、明らかなことである。
【００９１】
また、脱イオン水の第１の出発部分および第２の出発部分を調製するために使用されることができる異なる処理のために、溶解されたガスの全体量は、脱イオン水の第１の部分および第２の部分の源として役立つ、適切な中心または局所の製造部位で広範に変動することができる。従って、本明細書中で意図されるような付加的な脱イオン水のガス濃度の調節なしに、適用されるメガソニック洗浄操作は、本発明により達成可能な効率には到達しない。
【００９２】
上記の記載から明らかなように、メガソニック補助技術により粒子の除去操作が向上される正確な機構は、現在のところ完全には理解されておらず、洗浄液中の溶解されたガスの量は、意図された効果的な洗浄、即ち粒子の除去にとって重要である。洗浄容器１４は、本明細書中で窒素または他の適当なガスを含有する脱イオン水を用いての所定のすすぎ工程および／または本明細書中で窒素または他の適当なガス以外に１つ以上の適当な化学洗浄剤を含有する脱イオン水を用いての化学洗浄工程により、１個以上の半導体ウェーハの処理に使用するために任意の常用の形をとることができる。
【００９３】
例えば、シリコンのウェーハの洗浄において、意図された希薄なＳＣ１洗浄工程は、先行されることができるか、または必要な場合には、他の化学的工程に続けることができる。この洗浄工程は、典型的な洗浄順序で腐食液、例えば希薄なＨＦ液の使用を含み、例えば上層の酸化珪素が除去され、疎水性のシリコン表面を生じ、ＳＣ２液、例えば脱イオン水と過酸化水素と塩酸との混合物の使用をも含み、本明細書中でＳＣ１洗浄工程の後に、例えばＳＣ１工程で沈積された金属汚染物は除去され、および／または酸化溶液、例えば硫酸とオゾンまたは過酸化水素との混合物または水中に溶解されたオゾンの使用をも含み、即ち通常ＳＣ１工程の前に、例えば有機汚染物は、除去される。
【００９４】
それぞれこのような化学処理工程は、通常、脱イオン水を用いてのウェーハのすすぎ工程を続けており、残留処理化学薬品が除去される。全ての化学工程およびすすぎ工程が完結した後に、ウェーハは乾燥される。後化学的処理の最終的なすすぎ工程は、高められた温度で実施されることができ、向上された化学的拡散／移動効率のためにメガソニック助剤を配合することができる。
【００９５】
他面、本発明によれば、脱イオン水の２つの部分を使用し、熱い洗浄温度よりも低い冷たい開始温度を有する第１の部分および熱い洗浄温度よりも高い極めて熱い開始温度を有する第２の部分を使用し、この第２の部分を第１の部分と、洗浄温度で１つの混合物を達成する程度に割合で混合する。他面、同時に出願された特許出願の発明によれば、熱い洗浄温度よりも低い冷たい開始温度を有しかつ洗浄温度に加熱される、脱イオン水の１つの部分を使用する。
【００９６】
米国特許第５８００６２６号明細書の表１には、４０：２０：１、８０：３：１および２４０：３：１の体積比のＨ２Ｏ／Ｈ２Ｏ２／ＮＨ４ＯＨのＳＣ−１洗浄液を用いて４５℃、６５℃、２２℃および２３℃の温度で５０％または１００％の飽和のみが評価される窒素ガス飽和で実施された試験結果を含むことに注目される。しかし、この評価される飽和の結果は、本発明の方法で脱イオン水の選択的な温度に依存しないガス濃度調節を含まない試験に基づくものである。
【００９７】
従って、記載された特殊な実施態様が、本発明の一般的な原理の単なる例示にすぎないことは評価することができる。種々の変更は、前記の原理と矛盾せずに行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により半導体ウェーハのメガソニック洗浄のためにガス化されかつ加熱された脱イオン水を製造するための装置を示す略示系統図。
【図２】２５℃の一定温度で窒素ガス濃度の関数として脱イオン水中での窒化珪素粒子の除去効率を示す線図。
【図３】異なる温度で脱イオン水に対して最適である、１気圧の一定の大気圧での窒素ガス濃度を示す線図。
【符号の説明】
１０  装置、  １１  ガス化室、  １２  第１の流れ制御装置、  １３  混合装置、  １４  洗浄容器、  １５  水入口、  １６  ガス出口、  １７  圧力ポンプ、  １８  ガス取入れ口、  １９  圧力センサー、  ２０  温度センサー、  ２１  第２の流れ制御装置、  ２２  制御装置、  ２３  ポンプ制御管路、  ２４  圧力制御管路、  ２５  第１の流れ制御装置の制御管路、  ２６  温度制御管路、  ２７  第２の流れ制御装置の制御管路、  ２８  化学薬品供給装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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