(57)【要約】  ウェハ処理中にウェハ又は基材上に粒子が形成するのを確実に低減するための方法及びシステムが開示される。この方法及びシステムは、主バルク源で以って第２圧力Ｐ２で圧力チャンバーを充填する前に、精製された予備充填剤で以って圧力チャンバーを第１圧力Ｐ１に予備充填することによりウェハ処理中の基材材料の残留物汚染を低減する。精製予備充填剤源でチャンバーをバルク源圧力Ｐ２に実質的に等しい第１圧力Ｐ１に予備充填することにより、バルクＣＯ２中に見出される汚染物は、バルクＣＯ２中にとどまる。したがって、この方法及びシステムは、ウェハ処理中のバルク源の減圧によって生じる汚染物の析出を低減し、それにより対応する基材材料の汚染を低減する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．予備充填剤源を圧力チャンバーに添加して、該圧力チャンバーを第１圧力に予備充填すること；
ｂ．バルク源を添加して、該圧力チャンバー中の該予備充填剤を置換しながら該圧力チャンバーを第２圧力に加圧すること；
ｃ．基材構造物の洗浄プロセスを開始すること；及び
ｄ．該圧力チャンバーを大気圧に減圧すること
を含んで成る方法。
【請求項２】
前記第１圧力が前記第２圧力よりも高い、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１圧力が前記第２圧力に実質的に等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１圧力が超臨界である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記圧力チャンバー内に含まれる前記バルク源が超臨界状態に達するよう前記第２圧力を増加させることにより、前記基材構造物の洗浄プロセスを開始する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基材構造物の洗浄プロセスが何度も実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記基材構造物の洗浄プロセスが、該基材構造物から残留物を除去するのに必要な多数の圧縮及び減圧サイクルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記予備充填剤源が精製された、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記予備充填剤源が精製ＣＯ２である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記予備充填剤源が精製不活性ガスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記予備充填剤源が、精製ＣＯ２と精製不活性ガスの組み合せである、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記バルク源がＣＯ２である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記バルク源が超臨界ＣＯ２である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記基材構造物の洗浄プロセスが、基材材料からの残留物の除去を含んで成る、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記基材材料が二酸化ケイ素を含んで成る、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基材構造物の洗浄プロセスが完了した後、超臨界リンス溶液で前記基材材料をリンスすることをさらに含んで成る、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記超臨界リンス溶液がＣＯ２及び有機溶剤を含んで成る、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ａ．予備充填剤源；
ｂ．バルク源；
ｃ．圧力チャンバー；及び
ｄ．排気
を含んで成る、ウェハ処理中にウェハ又は基材上に粒子が形成するのを確実に低減するためのシステム。
【請求項１９】
前記圧力チャンバーがウェハ処理チャンバーである、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記圧力チャンバーが超臨界処理モジュールである、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記予備充填剤源が精製ＣＯ２である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記予備充填剤源が精製不活性ガスである、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記バルク源がＣＯ２である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２４】
前記予備充填剤源が、該予備充填剤を精製するための精製手段に連結された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２５】
前記予備充填剤源が、該予備充填剤を精製するための濾過手段に連結された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２６】
前記予備充填剤源が、圧力を維持するための複数の圧力調整器に連結された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２７】
前記予備充填剤源が、第１圧力を確立するために前記圧力チャンバーに連結された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２８】
前記バルク源がバルク源供給装置に連結された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２９】
バルク源用ヒーターに連結されたバルク源用ポンプを含んで成る、請求項２８に記載のバルク源供給装置。
【請求項３０】
前記バルク源が、圧力を維持するための複数の圧力調整器に連結された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項３１】
前記バルク源が、第２圧力を確立するために前記圧力チャンバーに連結された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項３２】
前記圧力チャンバーが複数の排気に連結された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項３３】
前記圧力チャンバーが、ウェハを該圧力チャンバーに導入するための基材構造物用ロードロックに連結された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項３４】
前記圧力チャンバーが、圧力を維持するための複数の圧力調整器に連結された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項３５】
前記圧力チャンバーが、循環されるバルク及び予備充填剤源を貯蔵するための排気貯蔵容器に排気配管を介して連結された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項３６】
ａ．基材を収容している圧力チャンバーを、予備充填剤で第１圧力に予備充填すること；
ｂ．該圧力チャンバーにバルク源を第２圧力で添加して、該予備充填剤を置換することにより、該基材を洗浄するための超臨界洗浄環境を作り出すこと；
ｃ．超臨界洗浄溶液を循環させて該基材を洗浄すること；
ｄ．超臨界リンス溶液を循環させて該基材をリンスすること；及び
ｅ．該超臨界洗浄溶液及び該超臨界リンス溶液を除去すること
を含んで成る、基材の洗浄方法。
【請求項３７】
前記予備充填剤が精製ＣＯ２を含んで成る、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記予備充填剤が精製不活性ガスを含んで成る、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記バルク剤がＣＯ２を含んで成る、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記バルク剤が超臨界ＣＯ２を含んで成る、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記超臨界洗浄溶液が、超臨界ＣＯ２及び１つ又は複数の有機溶剤を含んで成る、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
超臨界ＣＯ２を含んで成る超臨界洗浄溶液を導入する前に、精製不活性ガスＣＯ２で前記チャンバーを予備充填することをさらに含んで成る、請求項３６に記載の方法。
【請求項４３】
前記超臨界洗浄溶液の除去が、超臨界ＣＯ２で前記チャンバーを洗い流すことを含んで成る、請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】
前記超臨界洗浄溶液が、超臨界ＣＯ２及び無水フッ化物源を含んで成る、請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１圧力が前記第２圧力よりも高い、請求項３６に記載の方法。
【請求項４６】
前記第１圧力が前記第２圧力に等しい、請求項３６に記載の方法。
【請求項４７】
前記第１圧力が超臨界である、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗浄プロセスの分野に関する。より詳しくは、本発明は、超臨界二酸化炭素プロセス中の基材材料の汚染物を低減する分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素（ＣＯ２）は、環境に優しく、天然に豊富であり、非極性の分子である。非極性であるので、ＣＯ２は、様々な非極性の材料又は汚染物に溶解し、かつそれらを溶解する能力を有する。非極性のＣＯ２中に見出される汚染物の溶解度は、ＣＯ２の物理的状態に依存している。ＣＯ２の三相は、固体、液体、ガスであり、超臨界はＣＯ２の１つの状態である。これらの状態は、特定の圧力及び温度の適切な組み合せにより区別される。超臨界状態のＣＯ２（ＳＣＣＯ２）は液体でもガスでもないが、両方の特性を包含している。加えて、ＳＣＣＯ２は有意な表面張力に乏しく、一方で、固体表面と相互に作用するので、液体ＣＯ２よりも容易に高アスペクト比の幾何学的特徴に浸透することができる。さらには、その低粘度と液体のような特徴のために、ＳＣＣＯ２は、他の多くの化学物質を大量に容易に溶解することができる。
【０００３】
温度及び圧力が超臨界状態へと上昇するにつれて、ＣＯ２の溶解度もまた増加することが示された。この溶解度の増加は、ＳＣＣＯ２の洗浄、抽出及び脱脂の発達をもたらした。ビア及びラインの幾何学的形状が、半導体プロセスにおいてより小さな寸法及びより大きな深さ／幅比へと進行するにつれて、従来技術のプラズマ灰化及び剥離剤浴処理はより効果的でなくなり、幾つかのプロセスに関しては、フォトレジスト及びフォトレジスト残留物の除去で効果的でなくなる。さらには、酸化物材料からのフォトレジスト又は残留物の除去は、フォトレジスト及び残留物が酸化物材料に対して強く結合する傾向があるので困難な問題を生じさせる。したがって、とりわけ非常に厳しい幾何学的特徴の浸透が存在する場合に、半導体処理、表面洗浄及び堆積工程の適用に関して新しいプロセスが必要とされている。
【発明の開示】
【０００４】
微量の汚染物を除去する完全なＳＣＣＯ２ウェハ洗浄が、高収率を確実にし、製作結果を最適にしてかつ処理デバイスの特徴に関して逆の効果を低減するよう実施される。汚染物は、（１）金属質（Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｎａなどの金属質の汚染物原子が、デバイス処理の間にＳｉ表面に堆積して、その結果、大きな信頼性の問題が生じる）；（２）有機質（主な供給源には、大気及び貯蔵／輸送設備からの炭化水素があり、コントロールされない場合には、信頼性の問題を引き起こし、並びに金属−半導体接触及びエピタキシャル層の特徴に関して逆の効果を有する場合がある）；（３）酸化物（酸素、窒素、一酸化炭素、水及び炭化水素によって生じる）；又は（４）粒子として一般に分類できる。粒子の汚染物は、典型的には、プロセス環境に存在しているフォトレジスト、シリコン、シリカ、金属化合物、皮膚片、又はバクテリアコロニーなどの様々な材料の断片である。ウェハ表面上の極端に小さい汚染物（＜０．１ｍ）でさえ、破滅的ダメージを引き起こす場合がある。
【０００５】
クリーンルーム技術は、ウェハ表面の汚染を防ぐのに利用されるが、依然としてこれら様々な汚染物の排除には達しない。さらに、ＳＣＣＯ２洗浄のニーズを満たすのに必要なレベルまでＣＯ２を精製する方法は現在のところ存在しない。ＣＯ２及び不活性ガスの純度を増大させ、本質的に存在する汚染物のレベルを低減することでより清浄なバルクＣＯ２及び不活性ガスを供給する努力が供給業者らによって協力してなされている。これは、非極性材料源が製造及びボトリングプロセス中に存在する場合に、ＣＯ２が攻撃的に作用するため極めて困難な作業である。ＳＣＣＯ２洗浄の適用に関して、ＣＯ２中に溶解した不揮発性の重い分子量分子は、重要な注目すべき汚染物である。これら重い分子量分子には、（Ｃ１２よりも大きな）高分子量の炭化水素、及び（大きな非反応性クラスターを形成する）ＣＯ２から一度に重合する分子がある。
【０００６】
バルクＣＯ２及び不活性ガスの純度が高い場合でさえ、バルク源中には依然として現行のウェハ処理の有効性を低下させる汚染物が見出される。したがって、不用な溶解又は凝縮汚染物を処理の間中バルク源中に含有された状態に保持する、より効果的でかつ効率的な方法及びそのためのシステムが必要とされている。
【０００７】
本発明は、ＣＯ２若しくは不活性ガス又はＣＯ２と不活性ガスの組み合せから構成される精製された予備充填剤を使用することによってＳＣＣＯ２プロセス中の粒子形成を低減する方法、及びそのためのシステムに向けられる。ウェハ表面上の極端に小さい粒子（＜０．１ｍ）の汚染でさえ防止することは、破滅的なウェハ損傷を低減又は排除するために不可避である。
【０００８】
ウェハの洗浄に超臨界溶液を利用する幾つかの水に基づいた技術及びシステムが開発されている。しかし、水は、酸化物を形成しかつ洗浄システムから水を除去することが困難であることから有害な場合がある。さらには、水が存在することで、超臨界洗浄溶液の予測できない化学作用が起こる可能性がある。
【０００９】
本発明は、このこと並びに超臨界のウェハ洗浄技術及びシステムに関連した他の問題及び困難に取り組む。本発明は、ＣＯ２若しくは不活性ガス又はＣＯ２と不活性ガスの組み合せを含んで成る精製された予備充填剤を用いてプロセスチャンバーを予備加圧する方法から構成される。この精製予備充填剤によって、バルクＣＯ２源が添加された後、汚染物を圧力チャンバー中に凝縮及び析出させる減圧が起こらないようにする。
【００１０】
他の方法も存在するが、精製源は、２つの方法、即ち、（１）図１に示す高圧のＣＯ２若しくは不活性ガスボンベのガス若しくは液体出口ポートに濾過機構を取り付けること；又は（２）図２に示す高圧のＣＯ２若しくは不活性ガスボンベのガス若しくは液体出口ポートに精製機構を取り付けることのうち一方において一般に得ることができる。
【００１１】
（ＣＯ２若しくは不活性ガス、又はＣＯ２と不活性ガスの組み合せを含んで成る）精製予備充填剤源が生成されると、この精製源は圧力チャンバーに直接流される。精製源の圧力は、圧力チャンバーより下流に配置したバルブ又は背圧調整器を使用することによって維持される。バルクＣＯ２源の圧力に対応する圧力（例えば、約８３０ｐｓｉ）に調節されたバルブ又は背圧調整器を用いて、精製源は予備充填剤としてチャンバーを加圧する。精製源を一定圧力に維持しながら、次いで、ＣＯ２バルク源が添加され、チャンバー中に及びそれを通過して流される。圧力チャンバー中のバルクＣＯ２が平衡圧力に達すると、システムは超臨界状態（例えば、約２７５０ｐｓｉ）に加圧される。ＣＯ２が予備充填とプロセスの両方に使用される場合には、バルク源のＣＯ２中に含まれる汚染物の分離は低減される。
【００１２】
精製予備充填剤源による圧力チャンバーの予備充填操作、及び上記圧力チャンバーへのバルク源の導入に続いて、超臨界洗浄の手順が開始される。洗浄プロセスが完了した後、圧力チャンバーは大気圧に減圧される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、ウェハ処理中にウェハ並びに（シリコン及び金属に基づいた基材材料を含むがそれらに限定されない）他の基材材料上に堆積する汚染物を低減するための方法及びシステムに向けられる。本発明は、好ましくは、酸化ケイ素材料から残留物を除去する超臨界ＣＯ２洗浄プロセスを実施する前に、（ＣＯ２若しくは不活性ガス、又はＣＯ２と不活性ガスの組み合せから構成される）精製充填剤を利用する。本発明は、好ましくは、加圧された予備充填剤源を用いてチャンバーを予備充填すること、及びバルクＣＯ２源の圧力を維持することにより、ウェハ又は基材材料の汚染を低減することに向けられる。これによって、バルクＣＯ２中に見出される如何なる汚染物もバルクＣＯ２中に残留させる。したがって、ウェハ又は基材材料の汚染は最小限に抑えられるか又は排除される。
【００１４】
本発明は、ウェハ処理において典型的に用いられるエッチ後残留物質を除去する適用に関して記載されるが、本発明が（窒化ケイ素を含むがそれに限定されない）多数の異なる材料、並びにマイクロ機械、マイクロ光学、マイクロ電気構造物及びそれらの組み合せを含むがそれらに限定されない構造物から（ポリマー及び油を含むがそれらに限定されない）多数の異なる残留物を除去する手順において使用できるということは当業者にとって明らかであろう。
【００１５】
本発明の好ましい実施態様によれば、バルクＣＯ２源が添加された後、減圧して汚染物が圧力チャンバー中に凝縮しないように（ＣＯ２若しくは不活性ガス、又はＣＯ２と不活性ガスの組み合せから構成される）精製予備充填剤源を用いてウェハ圧力チャンバーを加圧するための手段が示される。
【００１６】
このウェハ処理方法においては、バルクＣＯ２は、ウェハを収容する圧力チャンバーに導入される。典型的には、このチャンバーは大気圧及び室温でクリーンルームにある。対照的に、バルクＣＯ２は、約８００〜１０００ｐｓｉに加圧されるのが好ましい。圧力及び温度の差異のために、高圧のバルクＣＯ２がチャンバーに入ると膨張噴流が生じる。この膨張によって、バルクＣＯ２中に含まれる溶解又は凝縮汚染物がウェハ表面に移動する。バルクＣＯ２の汚染物は、ドライアイス結晶（「雪」）、液体スプレー、又は溶解若しくは凝縮粒子としてウェハ表面に運ばれ、ウェハ表面に落ちる。
【００１７】
（チャンバーが加圧されているときには）充填処理及び／又は（チャンバーが減圧されているときには）放出処理の間、バルクＣＯ２が減圧されないでいる場合、汚染物はバルクＣＯ２中に可溶なままであり、標準的なウェハ処理の間に低減され又は排除される。この問題を解決するために、バルクＣＯ２をチャンバーに導入する前に、（ＣＯ２若しくは不活性ガス、又はＣＯ２と不活性ガスの組み合せから構成される）精製予備充填剤を用いてウェハ圧力チャンバーを加圧する必要があるということが見出された。さらに、バルクＣＯ２がすべての精製ＣＯ２のチャンバーを充填及び排気するために添加される直前及び／又は直後に精製不活性ガスの予備充填剤を添加することでも、このウェハ汚染の問題が解決されることが見出された。
【００１８】
第一に、本発明の好ましい実施態様においては、バルクＣＯ２が、ボンベから図１及び２に示される濾過／精製機構を介して流され、精製ＣＯ２予備充填剤源が生成される。本発明の他の実施態様においては、バルク不活性ガス又はバルク不活性ガスとＣＯ２の組み合せが、ボンベから図１及び２に示される濾過／精製機構を介して流され、精製不活性ガス（又は不活性ガス／ＣＯ２の組み合せ）源が生成される。次いで、（ＣＯ２若しくは不活性ガス、又はＣＯ２と不活性ガスの組み合せから構成される）この精製予備充填剤源が、圧力チャンバーに直接流される。
【００１９】
好ましい本発明の実施態様においては、精製予備充填剤の圧力は、圧力チャンバーの下流に配置したバルブ又は背圧調整器を使用することでＰ１に維持される。精製ＣＯ２は予備充填剤として作用し、圧力チャンバーを精製予備充填剤圧力Ｐ１に加圧する。本発明の好ましい実施態様においては、精製予備充填剤圧力Ｐ１は、バルク源圧力Ｐ２に実質的に等しい。あるいはまた、Ｐ１は超臨界圧力に等しい。本発明のさらに別の実施態様においては、Ｐ１はＰ２よりも高く、圧力Ｐ２でバルク源が圧力チャンバーに送られ、一方で、精製予備充填剤圧力Ｐ１が同時にチャンバーからベントされる。精製予備充填剤源の圧力と圧力チャンバーの圧力をＰ１に維持しながら、次いで、圧力Ｐ２でバルクＣＯ２源が添加され、チャンバー中に及びそれを通過して流され、すべての精製予備充填剤源を置換する。
【００２０】
操作において、超臨界洗浄溶液は、その中に基材材料及び残留物を含んで成る基材構造物を有する加圧又は圧縮チャンバーにおいて生成される。基材材料は、任意の好適な材料であることができるが、好ましくはシリコンに基づいた材料であり、残留物は、好ましくはエッチ後フォトポリマー残留物などのポリマー残留物である。超臨界洗浄溶液は、好ましくは超臨界ＣＯ２を含んで成る。超臨界洗浄溶液は、好ましくは洗浄プロセスを促進させるよう基材構造物の周りで撹拌されるか及び／又は循環される。超臨界洗浄溶液は、残留物を溶解すること、残留物をエッチングすること、基材材料の一部をエッチングすること、又はそれらの任意の組み合せによって基材構造物から残留物を除去する。残留物が基材構造物から除去された後、超臨界洗浄溶液は、減圧されるか又は残留物とともにチャンバーから排出される。
【００２１】
洗浄プロセスは、基材構造物上で何度も実施され、基材構造物から残留物を除去するのに必要な多数の圧縮及び減圧サイクルを含む。ウェハ基材からエッチ後残留物を洗浄するのに好適な超臨界システムの更なる詳細は、１９９９年９月３日出願の「超臨界二酸化炭素プロセスを用いた半導体からのフォトレジスト及びフォトレジスト残留物の除去」と題した米国特許出願第０９／３８９，７８８号明細書、並びに２０００年１０月２５日出願の「超臨界二酸化炭素プロセスを用いた基材からのフォトレジスト及び残留物の除去」と題した米国特許出願第０９／６９７，２２２号明細書に記載されており、それら両方がその参照により本明細書に含まれる。
【００２２】
洗浄プロセスが完了した後、圧力チャンバーを大気圧に減圧する。次いで、チャンバー中のシリコンウェハをＴｅｎｃｏｒ ＳＰ１粒子モニターにより試験した。粒子の測定結果は、精製予備充填剤を用いたＣＯ２洗浄プロセスが、予備充填剤を用いない同一の操作よりも桁違いに少ないパーティクルカウント及び欠陥密度であることを示した。
【００２３】
マイクロデバイスを処理するのに用いられる方法又はその中で使用される材料に関係なく、典型的には、処理残留物でウェハが汚染される１つ又は複数の工程がある。これらの結果は、精製予備充填剤源がバルク源を添加する前に使用され、バルクＣＯ２源の圧力が充填プロセスの間維持される場合には、溶解度は高いままであり、粒子はバルク源から凝縮しないということを実証している。粒子の測定結果は、予備充填剤を用いたＣＯ２洗浄プロセスは、予備充填剤を用いない同一の操作よりも桁違いに少ない汚染物カウントであることを示した。試験結果は、チャンバーが予備充填されない場合には高い欠陥密度を示した。精製予備充填剤を用いて圧力チャンバーを予備加圧（予備充填）することで、シリコンウェハの汚染が低減されると考えられる。したがって、この方法により、汚染物のないＣＯ２源を開発して実施できる前の何年かの間、ＳＣＣＯ２の適用を続けることができる。
【００２４】
図１及び２について言えば、本発明の実施態様に従って、（ＣＯ２若しくは不活性ガス、又はＣＯ２と不活性ガスの組み合せから構成される）精製予備充填剤源が得られる。図１はバルクガス又は液体の濾過機構を示し、一方で、図２はバルクガス又は液体の精製機構を詳細に記載している。これらの濾過／精製機構は、それぞれ以下に別に記載されており、図３に記載される予備充填剤源、及び図４に記載される精製予備充填剤源供給装置の中で利用することができる。
【００２５】
具体的には、図１は、予備充填剤源供給ライン１０４に連結された予備充填剤源のガス又は液体供給容器１０２を示している。予備充填剤源供給ライン１０４は、予備充填剤源用バルブ１０６に連結されている。予備充填剤源用バルブ１０６は、予備充填剤源供給ポンプ１０８に連結されている。予備充填剤源供給ポンプ１０８は、予備充填剤源用フィルター１１０に連結されている。予備充填剤源用フィルター１１０は、予備充填剤源用バルブ１１２に連結されている。予備充填剤源供給ライン１０４は、圧力チャンバー１１４に濾過された予備充填剤源を供給する。処理すべきウェハ１１６は、圧力チャンバー１１４内に収容されている。
【００２６】
次に、図２は、予備充填剤源供給ライン２０４に連結された予備充填剤源のガス又は液体供給容器２０２を図示している。予備充填剤源供給ライン２０４は、予備充填剤源用バルブ２０６に連結されている。予備充填剤源用バルブ２０６は、予備充填剤源供給ポンプ２０８に連結されている。予備充填剤源供給ポンプ２０８は、予備充填剤源用フィルター２１０に連結されている。予備充填剤源用フィルター２１０は、予備充填剤源用精製器２１２に連結されている。予備充填剤源用精製器２１２は、第２予備充填剤源用フィルター２１４に連結されている。第２予備充填剤源用フィルター２１４は、第２予備充填剤源用バルブ２１６に連結されている。所望に応じて、第１及び第２予備充填剤源用精製器及びフィルターの位置を再配置することができる。予備充填剤源供給ライン２０４は、圧力チャンバー２１８に精製された予備充填剤源を供給する。処理すべきウェハ２２０は、圧力チャンバー２１８内に収容されている。
【００２７】
図３において、本発明の好ましい実施態様が図示される。具体的には、ウェハ処理中にウェハ又は基材上に粒子が形成するのを確実に低減するためのシステム３００は、予備充填剤源３０と、バルク源３１と、ウェハ処理チャンバー３２と、再循環ループ３３とを含んで成る。
【００２８】
予備充填剤源３０は、予備充填剤源用容器３２１と、予備充填剤源用圧力調整器３２３と、予備充填剤源供給装置３２５と、第２予備充填剤源用圧力調整器３２７とを含んで成る。予備充填剤源用容器３２１は、第１予備充填剤源用圧力調整器３２３に連結されている。第１予備充填剤源用圧力調整器３２３は、予備充填剤源供給装置３２５に連結されている。予備充填剤源供給装置３２５は、精製手段と、予備充填剤源用ポンプと、予備充填剤源用ヒーターとを含んで成る。予備充填剤源供給装置３２５は、第２予備充填剤源用圧力調整器３２７に連結されている。第２予備充填剤源用圧力調整器３２７は、圧力チャンバー３０１に連結されている。
【００２９】
バルク源３１は、バルク源用容器３２９と、第１バルク源用圧力調整器３３１と、バルク源供給装置３３３と、第２バルク源用圧力調整器３３５とを含んで成る。３２９バルク源用容器は、第１バルク源用圧力調整器３３１に連結されている。第１バルク源用圧力調整器３３１は、バルク源用ポンプ及びバルク源用ヒーターを含んで成るバルク源供給装置３３３に連結されている。バルク源供給装置３３３は、第２バルク源用圧力調整器３３５に連結されている。第２バルク源用圧力調整器３３５は、圧力チャンバー３０１に連結されている。
【００３０】
さらに図３について言えば、ウェハ処理チャンバー３２は、圧力チャンバー３０１と、基材ロードロック３１３と、第１排気３０７と、第２排気３０９とを含んで成る。圧力チャンバー３０１は、排気３３に連結されている。再循環ループ３３は、第１圧力チャンバー用圧力調整器３１５と、第２圧力チャンバー用圧力調整器３１５’と、再循環配管３０３と、再循環貯蔵容器３０５とを含んで成る。第１の３１５及び第２の３１５’圧力チャンバー用圧力調整器は、再循環配管３０３を介して排気貯蔵容器３０５に連結されている。
【００３１】
図４は、好ましい本発明の他の実施態様を図示している。図４について言えば、超臨界洗浄溶液を用いてウェハを洗浄するための圧力チャンバー７６が図示されている。この圧力チャンバー７６は、精製予備充填剤源供給装置４２０と、超臨界処理チャンバー４３６と、循環ポンプ４４０と、排気ガス捕集容器４４４と、バルク源供給装置４４９と、超臨界洗浄及びリンス溶液源供給装置４６５とを含む。
【００３２】
バルク源供給装置４４９は、バルク源供給容器４３２と、バルク源用ポンプ４３４と、バルク源用配管４４６と、バルク源用ヒーター４４８とを含んで成る。バルク源供給装置４４９は、バルク源用配管４４６を介して循環ライン４５２に連結されている。バルク源用ポンプ４３４は、バルク源用配管４４６上に配置されている。バルク源用ヒーター４４８は、バルク源用ポンプ４３４と循環ライン４５２の間でバルク源用配管４４６に沿って配置されている。
【００３３】
精製予備充填剤源供給装置４２０は、精製予備充填剤源供給容器４２２と、精製予備充填剤源用配管４２４と、精製予備充填剤源用ポンプ４２６と、精製予備充填剤源用フィルター４２８と、精製予備充填剤源用バルブ４３０とを含んで成る。精製予備充填剤源供給装置４２０は、精製予備充填剤源用ポンプ４２６及び精製予備充填剤源用配管４２４を介して超臨界処理チャンバー４３６に連結されている。精製予備充填剤源用ポンプ４２６は、精製予備充填剤源用配管４２４上に配置され、精製予備充填剤源用配管４２４は、精製予備充填剤の循環用入口４５４’で超臨界処理チャンバー４３６に連結されている。
【００３４】
循環ポンプ４４０は、循環ライン４５２上に配置され、循環ライン４５２は、循環用入口４５４及び循環用出口４５６で超臨界処理チャンバー４３６に連結されている。
【００３５】
超臨界洗浄及びリンス溶液源供給装置４６５は、化学物質供給容器４３８と、化学物質供給ライン４５８と、リンス剤供給容器４６０と、リンス供給ライン４６２とを含んで成る。化学物質供給容器４３８は、化学物質供給ライン４５８を介して循環ライン４５２に連結されている。リンス剤供給容器４６０は、リンス供給ライン４６２を介して循環ライン４５２に連結されている。化学物質供給ライン４５８は、化学物質供給噴射ポンプ４５９を含む。リンス供給ライン４６２は、リンス供給噴射ポンプ４６３を含む。
【００３６】
超臨界処理チャンバー４３６は、ゲートバルブ４０６と、ウェハキャビティ４１２と、ヒーター４５０とから構成されている。排気ガス捕集容器４４４は、排気ガス配管４６４を介して超臨界処理チャンバー４３６に連結されている。
【００３７】
圧力チャンバー７６が、超臨界流体の処理システムに典型的であるバルブ調節、制御エレクトロニクス、フィルター及びユーティリティ接続を含むということは当業者にとって容易に明らかであろう。
【００３８】
さらに図４について言えば、操作において、残留物をその上に有するウェハが、超臨界処理チャンバー４３６のウェハキャビティ４１２に挿入され、超臨界処理チャンバー４３６がゲートバルブ４０６を閉じることで封止される。超臨界処理チャンバー４３６が、上で詳述したように、精製予備充填剤源用配管４２４を介して精製予備充填剤源供給装置４２０によって予備充填される。精製予備充填剤源用バルブ４３０によって、精製予備充填剤が一定圧力Ｐ１に維持される。本発明の好ましい実施態様においては、精製予備充填剤圧力Ｐ１は、バルク源圧力Ｐ２に実質的に等しい。あるいはまた、Ｐ１は超臨界圧力に等しい。本発明のさらに別の実施態様においては、Ｐ１はＰ２よりも高く、圧力Ｐ２でバルク源が圧力チャンバーに送られ、一方で、精製予備充填剤圧力Ｐ１が同時にチャンバーからベントされる。精製予備充填剤源の圧力と圧力チャンバーの圧力をＰ１に維持しながら、次いで、圧力Ｐ２でバルクＣＯ２源が添加され、チャンバー中に及びそれを通過して流され、すべての精製予備充填剤源を置換する。他の実施態様においては、精製予備充填剤源供給装置４２０は、図１及び２で示したように、精製又は濾過された予備充填剤のＣＯ２、不活性ガス又はＣＯ２と不活性ガス源の組み合せを供給するよう構成することができる。チャンバーが精製予備充填剤源で予備充填された後、超臨界処理チャンバー４３６が、バルク源供給装置４４９によりバルク源を用いて加圧される。バルク源は、バルク源用ヒーター４４８によって加熱され圧力Ｐ２にされる。このバルク源圧力Ｐ２は、好ましくは精製予備充填剤源圧力Ｐ１に実質的に等しい。精製予備充填剤は、排気ガス配管４６４を介して超臨界処理チャンバー４３６から追い出され、再循環されるか又は排気ガス捕集容器４４４に排出される。
【００３９】
精製予備充填剤が、バルク源によって超臨界処理チャンバー４３６から排出された後、超臨界処理チャンバー４３６は、ヒーター４５０により、超臨界処理チャンバー４３６内に含まれるバルク源の温度が臨界温度よりも確実に高くなるよう加熱される。本発明の実施態様においては、バルク源はバルク二酸化炭素である（バルク二酸化炭素の臨界温度は３１℃である）。好ましくは、超臨界処理チャンバー４３６中のバルク二酸化炭素の温度は４５℃〜７５℃の範囲内にある。あるいはまた、超臨界処理チャンバー４３６中のバルク二酸化炭素の温度は、３１℃〜約１００℃の範囲内に維持される。
【００４０】
初期の超臨界条件に達すると、化学物質供給ポンプ４５９により、化学物質供給容器４３８から循環ライン４５２を介して超臨界処理チャンバー４３６に剥離剤化学成分が送られ、超臨界バルク源がバルク源用ポンプ４３４によりさらに加圧される。剥離剤化学成分を超臨界処理チャンバー４３６に添加開始する時点で、超臨界処理チャンバー４３６の圧力は、約２，０００ｐｓｉであることが好ましい。所望の量の剥離剤化学成分が超臨界処理チャンバー４３６に送られ、所望の超臨界条件に達すると、バルク源用ポンプは、超臨界処理チャンバー４３６の加圧を停止し、化学物質供給ポンプ４５９が、超臨界処理チャンバー４３６への剥離剤化学成分の送出を停止して、循環ポンプ４４０が、超臨界バルク源及び剥離剤化学成分を含んで成る超臨界洗浄溶液の循環を開始する。好ましくは、この方法におけるこの時点での圧力は、約２，７００〜２，８００ｐｓｉである。超臨界洗浄溶液を循環することによって、溶液はウェハ表面に速やかに補給され、それによりウェハからのフォトレジスト及び残留物の除去を促進させる。好ましくは、ウェハは、洗浄プロセスの間、超臨界処理チャンバー４３６内に静止して保持される。あるいはまた、ウェハは、洗浄プロセスの間、超臨界処理チャンバー４３６内で回転される。
【００４１】
圧力チャンバーは部分的に減圧され、リンス供給ポンプ４６３により、リンス剤供給容器４６０から循環ライン４５２を介して超臨界処理チャンバー４３６へリンス剤が送られ、一方で、バルク源用ポンプ４３４により、所望の超臨界条件付近まで超臨界処理チャンバー４３６が再加圧され、超臨界のリンス溶液が生成される。次いで、この超臨界リンス溶液を循環ポンプ４４０で循環させて、洗浄サイクルの間に使用される剥離剤化学成分のウェハをリンスする。さらにウェハは、好ましくは、リンスサイクルの間、超臨界処理チャンバー４３６において静止して保持されるか、あるいはまた、ウェハはリンスサイクルの間、超臨界処理チャンバー４３６内で回転される。
【００４２】
ウェハに（約２，７００〜２，８００ｐｓｉの設定圧力に再加圧された）超臨界リンス溶液を与えた後、次いで、超臨界処理チャンバー４３６を排気ガス配管４６４から排気ガス捕集容器４４４に排気することにより、超臨界処理チャンバー４３６を減圧し、超臨界処理チャンバー４３６からゲートバルブ４０６を通してウェハを取り出す。
【００４３】
各サイクルが多数の圧縮及び減圧工程を有する多数の洗浄サイクル及びリンスサイクルのシーケンスが考えられ、上記の例は単に説明及び完全性のみを意図したものであり、本発明の範囲を限定しようとするものではない。さらに、超臨界洗浄及びリンス溶液中の様々な化学物質及び種が、近い将来、この適用に確実に適合できる。
【００４４】
図５は、精製ＣＯ２（又は不活性ガス）源を用いて圧力チャンバーを予備充填することにより、多数の異なる材料から形成される多数の異なる構造的特徴を含んで成る基材構造物を効率的かつ効果的に洗浄及び処理するための工程を概説したフローチャート５００である。工程５０２において、予備充填剤源を圧力チャンバーに添加し、チャンバーを第１圧力Ｐ１に予備充填する。エッチ後フォトポリマー残留物などの残留物を有する基材構造物を収容する圧力チャンバーをこの予備充填剤で予備加圧する。工程５０２において、予備充填剤源を圧力チャンバーに添加して、チャンバーを第１圧力Ｐ１に予備加圧した後、次いで、工程５０４において、バルク源を添加し、圧力チャンバー中の予備充填剤を置換しながら圧力チャンバーを第２圧力Ｐ２に加圧する。第１圧力Ｐ１は、好ましくは第２圧力Ｐ２に実質的に等しい。工程５０４において、バルク源を添加し、圧力チャンバー中の予備充填剤を置換しながら圧力チャンバーを第２圧力Ｐ２に加圧した後、次いで、工程５０６において、圧力チャンバーを超臨界状態に加圧する。工程５０６において、圧力チャンバーが超臨界状態に加圧されると、次いで、工程５０８において、基材構造物の洗浄プロセスを開始する。工程５０８の間、基材構造物を超臨界洗浄溶液にさらし、必要とされる期間、超臨界洗浄溶液中で維持し、基材構造物から残留物の少なくとも一部を除去する。さらには、工程５０８の間、超臨界洗浄溶液は、好ましくはチャンバーを通して循環させるか、及び／又はさもなければ、撹拌して基材表面上で超臨界洗浄溶液を移動させる。
【００４５】
工程５０８において、残留物の少なくとも一部を基材から除去した後、工程５１０において、チャンバーを大気圧まで減圧する。工程５０８を含んで成る洗浄プロセスを必要とされる任意の回数繰り返して、工程５０８から５０２を結ぶ矢印によって示されるように、新しい予備充填剤源、バルク源、及び超臨界洗浄溶液を用いて基材構造物から残留物を除去することができる。
【００４６】
工程５０２、５０４、５０６、５０８及び５１０を含んで成る予備充填プロセス、洗浄プロセス又はサイクル、及び減圧プロセスが完了した後、次いで、本発明の他の実施態様に従って、基材構造物に超臨界リンス溶液を与える。超臨界リンス溶液は、超臨界ＣＯ２及び１つ又は複数の有機溶剤を含んで成ることが好ましいが、純粋な超臨界ＣＯ２であることができる。
【００４７】
さらに図５について言えば、工程５０８において、基材構造物を洗浄した後、工程５１０において、チャンバーを減圧し、工程５１２において、基材構造物をチャンバーから取り出す。あるいはまた、工程５０８と工程５０２を結ぶ矢印によって示されるように、工程５０２、５０４、５０６及び５０８を含んで成る予備充填プロセス及び洗浄プロセスにより基材構造物を再循環させる。本発明の他の実施態様においては、基材構造物は、複数のリンスサイクルにより循環された後、工程５１２において、基材構造物がチャンバーから取り出される。
【００４８】
同様に、多数の異なる処理シーケンスが本発明の範囲内にあることは当業者にとって明らかであろう。例えば、洗浄工程及びリンス工程は、多数の異なる方法において組み合せ、基材構造物からの残留物の除去を達成することができる。バルクＣＯ２及び不活性ガスの純度が高い場合でさえ、本ウェハ処理の有効性を低下させる汚染物は、依然としてバルク源中に見出される。したがって、不用な溶解又は凝縮汚染物を処理の間中バルク源中に含有された状態に保持する、より効果的でかつ効率的な方法及びそのためのシステムが必要とされている。本発明の実施態様は、ウェハ処理においてバルクＣＯ２又は不活性ガスを使用する際に直面する汚染の問題に対する可能性のある解決法として利用できる。本方法及びシステムを使用することにより、粒子はＣＯ２中に溶解したままであり、ウェハを汚染しない。本発明は、現行のウェハ製造及びＳＣＣＯ２洗浄プロセスに関して正の効果を有するであろう。さらには、この解決法によって、超臨界洗浄は、非常に近い将来、半導体産業における好ましい洗浄方法となることができるであろう。
【００４９】
本発明は、本発明の構成及び作用の原理を理解することを容易にするために、詳細を含む具体的な実施態様に関して記載された。具体的な実施態様及びその詳細に対する本明細書のこのような言及は、特許請求の範囲を限定しようとするものではない。本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、説明のために選択された実施態様において変更を行うことができるということは当業者にとって明らかであろう。例えば、精製ＣＯ２は、バルクＣＯ２によって超臨界媒体の洗浄を実施する前に、チャンバーを予備充填するための好ましい媒体であるが、予備充填剤として精製された不活性ガスを使用することも予想される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】濾過機構を利用した精製予備充填剤源に関する装置を示す概略図である。
【図２】精製機構によって予備充填剤源を得る方法を利用した装置の概略図である。
【図３】本発明の好ましい処理システムを図示している。
【図４】本発明の処理システムについての他の実施態様を図示している。
【図５】本発明の好ましい方法の工程を説明するフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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