(57)【要約】【解決手段】ガスを分散されて含む洗浄流体は、ガスを溶解されて含む液体をバブルマシン内で減圧して気液分散を発生させることによって、キャビテーションを誘発するための超音波エネルギの使用を回避している。洗浄流体は、ホルダと、超音波エネルギまたはメガソニックエネルギを物品に供給するための振動器とを含む装置を使用して半導体ウエハなどの物品を洗浄するために使用することができる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体で物品の表面を処理するための装置であって、
物品を所定の向きに配するように構成されたホルダと、
前記物品に隣接する流体媒質を被選択波長で振動させられるように配された超音波エネルギ源またはメガソニックエネルギ源と、
第１の圧力でガスを溶解された液体を受け取るように構成され、前記液体に事前に溶解されたガスが気泡の形で溶液から出てくるように前記第１の圧力よりも低い第２の圧力で処理流体を前記超音波エネルギ源またはメガソニックエネルギ源の近傍で放出するように構成された、処理流体生成器と、
を備える装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記処理流体生成器は、
入口開口が設けられた本体ケースと、
前記本体に設けられた複数の投入オリフィスまたは１本の投入スリットと、
前記入口開口につながれた外部の液体媒質供給ユニットと、
を含む、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、
前記入口開口は、約１ｍｍから約２０ｍｍの内径を有し、前記複数の投入オリフィスは、約５０μｍから約５００μｍの直径を有する、装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置であって、
前記複数の投入オリフィスまたは投入スリットは、前記本体の傾斜表面上に配される、装置。
【請求項５】
請求項２に記載の装置であって、
前記本体は、さらに、前記複数の入口オリフィスよりも直径の小さい複数の出口オリフィスを有し、前記複数の出口オリフィスは、約５０μｍから約２０００μｍの直径を有する、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、
前記ホルダは、前記物品の縁に係合するための把持要素を含む。装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、
前記超音波エネルギ源またはメガソニックエネルギ源は、前記物品によって占められる空間の近傍に、約０．２ｍｍから約３ｍｍの幅ｗを持つ隙間が形成されるように配された共振器を含む、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、
前記処理流体は、約９９体積％を超える液体と、約０．００１体積％を超えるガスとを含む分散であり、前記ガスは、ｄｓを、約０．５μｍから約５０μｍの範囲内の被選択数とし、ｄを、ｄ≦１．２×ｄｓ、かつｄ≧０．８×ｄｓとしたときに、気泡の９０％が気泡直径ｄの範囲内であるような気泡サイズ分布の気泡サイズで前記流体中に分散されている、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、
半導体ウエハを処理するための枚葉式ウェット処理ステーションである装置。
【請求項１０】
流体で物品の表面を処理するための方法であって、
ガスを溶解された液体の圧力を、気泡が溶液から出てきてガス分散としての処理流体を形成するまで減少させることによって、処理流体を生成することと、
前記処理流体を前記物品に供給することと、
前記物品の近傍で所定の波長で超音波エネルギまたはメガソニックエネルギを前記処理流体に供給することと、
を備える方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であて、
前記処理流体は、約９９体積％を超える液体と、約０．００１体積％を超えるガスとを含む分散であり、前記ガスは、ｄｓを、約０．５μｍから約１０μｍの範囲内の被選択数とし、ｄを、ｄ≦１．２×ｄｓ、かつｄ≧０．８×ｄｓとしたときに、気泡の９０％が気泡直径ｄの範囲内であるような気泡サイズ分布の気泡サイズで前記流体中に分散されている、方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法であって、
前記物品は半導体ウエハであり、前記処理は洗浄である、方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法であって、
前記処理流体は、
入口開口が設けられた本体ケースと、
前記本体に設けられた複数の投入オリフィスまたは１本の投入スリットと、
前記入口開口につながれた外部の液体媒質供給ユニットと、
を含む装置によって生成される、方法。
【請求項１４】
物品の超音波処理またはメガソニック処理のための処理流体であって、
約９９体積％を超える液体と、約０．００１体積％を超えるガスとを含む分散であり、前記ガスは、ｄｓを、約０．５μｍから約１０μｍの範囲内の被選択数とし、ｄを、ｄ≦１．２×ｄｓ、かつｄ≧０．８×ｄｓとしたときに、気泡の９０％が気泡直径ｄの範囲内であるような気泡サイズ分布の気泡サイズで前記流体中に分散されている、分散を備える処理流体。
【請求項１５】
請求項１４に記載の処理流体であって、
前記ガスは、前記液体の減圧によって生成される、処理流体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板表面の超音波洗浄に使用される気泡含有流体の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板からの微粒子汚染物質の除去は、超音波洗浄によって実現することができる。超音波洗浄器は、口語ではソニケータと呼ばれることが多く、超音波（通常は１５０〜１，５００ｋＨｚ）と、デリケートな物品を洗浄するのに適した洗浄溶液とを使用する洗浄装置である。超音波の周波数は、１，０００ｋＨｚ（１ＭＨｚ）に近いまたはそれを上回るときは、「メガヘルツ」と呼ばれることが多い。超音波は、洗浄溶液を伴わなければ効果を発しないが、洗浄溶液の作用を洗浄対象物品および汚れに適したレベルに向上させる。
【０００３】
超音波洗浄器では、洗浄対象は、適切な溶液（用途に応じ、水性化合物または有機化合物）を内包したチャンバ内に配される。水性洗浄器では、溶剤である水の表面張力を壊すために、表面活性剤を加えることができる。チャンバに組み込まれたまたは流体内に沈められた超音波生成振動子は、超音波周波数で振動する電気信号に呼応して大きさを変化させることによって、流体内に超音波を発生させる。これは、タンクの液体内に十分に強力な圧縮波を発生させ、このような圧縮波は、液体を「引き裂き」、その後、幾百万もの微視的「空隙」または「部分真空気泡」を生じさせる（キャビテーション）。これらの気泡は、膨大なエネルギによって崩壊するものであり、１０，０００Ｋの温度と、３５０×１０6Ｐａの圧力とが報告されている。しかしながら、これらの気泡は、非常に小さいので、洗浄の実施、ならびに表面の汚れおよび汚染物質の除去以上のことは行わない。周波数が高いほど、キャビテーション地点間の節は小さくなり、これは、より込み入った細部の洗浄を可能にする。
【０００４】
半導体ウエハの洗浄では、音響キャビテーションの核形成は、その開始を実現するために、液体の適切な前処理および音圧の上昇を必要とすることが多い。さらに、この核形成は、限られた核形成密度に終わり、そのうち洗浄に関与できるのは、サイズ分布の関係でその僅かな部分のみである。通常、音圧が高いほど、気泡振動をより激しい形態（過渡的キャビテーション）となり、これは、損傷を引き起こすのが一般的である。超音波洗浄プロセスは、したがって、基板上に存在する例えば脆い構造などに対する構造的損傷を回避するために必要とされるプロセスの微視的作用（気泡活動の結果）に合わせてではなく、核形成に合わせて調整されることが多い。
【０００５】
このため、基板に対して最小限の損傷で効果的に処理または洗浄を行う処理技術および洗浄技術が必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、従来技術の不都合を少なくとも部分的に克服する物品処理方法および装置を提供することである。
【０００７】
本発明は、一部には、物品を処理するための装置であって、物品を保持するためのホルダと、超音波エネルギまたはメガソニックエネルギを物品に供給するための振動器と、物品が処理されるときの圧力を好ましくは少なくとも約１バール上回る圧力でガスを溶解された処理流体を生成するための生成器と、減圧時に処理流体中にガス分散を生成するガス含有流体である処理流体を物品に供給するための流体供給器と、を含む装置に関する。
【０００８】
本発明は、一部には、また、物品を処理する方法であって、処理流体が減圧時に処理流体中にガス分散を生成するガス含有流体であるように、物品が処理されるときの圧力を少なくとも約１バール上回る圧力でガスを溶解された処理流体を生成することと、処理流体を物品に供給することと、超音波エネルギまたはメガソニックエネルギを物品に供給することと、を含む方法にも関する。
【０００９】
本発明は、一部には、なおもさらに、約９９体積％を超える液体と、約０．００１体積％を超えるガスとを含む分散から形成される処理流体であって、ガスは、ｄｓを、約０．５μｍから約１０μｍの範囲内の被選択数とし、ｄを、ｄ≦１．２×ｄｓ、かつｄ≧０．８×ｄｓとしたときに、気泡の９０％が気泡直径ｄの範囲内であるような気泡サイズ分布の気泡サイズで、流体中に分散されている。
【００１０】
以上の概要および以下の詳細な説明は、ともに、例示および説明のためであり、特許請求の範囲に記載された発明をさらに説明することを意図したものであること、しかしながら添付の特許請求の範囲によって提供される保護の範囲を制限することは意図していないことを、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付の図面は、発明のさらなる理解を可能にするために含められている。図面は、発明の実施形態を例示しており、説明と相まって、発明の実施形態の原理をより十分に説明する役割を担っている。
【００１２】
【図１ａ】本発明の一実施形態にしたがったバブルマシンを示した右正面図である。
【００１３】
【図１ｂ】図１のバブルマシンを示した断面図である。
【００１４】
【図２】バブルマシンの本体の代替設計を示した図である。
【００１５】
【図３】バブルマシンの本体の別の円筒状代替設計を示した図である。
【００１６】
【図４】複数の投入オリフィスを伴うバブルマシンを示した図である。
【００１７】
【図５ａ】１本のスリットおよび複数のオリフィスを伴うバブルマシンを示した図である。
【００１８】
【図５ｂ】投入スリットおよび出口スリットを伴うバブルマシンを示した図である。
【００１９】
【図６ａ】様々なオリフィスサイズを持つバブルマシンを示した図である。
【００２０】
【図６ｂ】１本の投入スリットおよび複数の出口オリフィスを伴うバブルマシンを示した図である。
【００２１】
【図６ｃ】投入スリットを示した詳細な図である。
【００２２】
【図７】ウェット処理装置を示した図である。
【００２３】
【図８】代替のウェット処理装置を示した図である。
【００２４】
【図９】別の代替のウェット処理装置を示した図である。
【００２５】
【図１０】プロキシミティヘッドを伴うウェット処理装置を示した図である。
【００２６】
【図１１ａ】プロキシミティヘッドを伴うウェット処理装置の動作を示した図である。
【００２７】
【図１１ｂ】プロキシミティヘッドを伴うウェット処理装置の投入オリフィスにおける動作を示した図である。
【００２８】
【図１１ｃ】音がオンにされたときの、プロキシミティヘッドを伴うウェット処理装置の投入オリフィスにおける動作を示した図である。
【００２９】
【図１２】外部の媒質供給ユニットを示した概略図である。
【００３０】
【図１３ａ】節および腹に集まる大小の気泡を示した図である。
【００３１】
【図１３ｂ】節および腹に集まる大小の気泡を示した写真である。
【００３２】
【図１４】直径約３００ｎｍの粒子で汚染されたスライドガラスの洗浄を示した図である。
【００３３】
【図１５】様々な振動子について洗浄数を比較した図である。
【００３４】
【図１６】洗浄されたスライドおよび蛍光写真を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
処理プロセスまたは洗浄プロセスは、水性流体もしくは化学流体に基板が沈められるまたは覆われる物理的に強化された化学プロセスであり、流体は、超音波に曝され、これは、音場の周波数がＭＨｚ周波数範囲のなかから選択されるときは、「メガソニック洗浄」と呼ばれることが多い。音波は、流体と相互に作用し、特定の気泡サイズ集団を伴うある一定の気泡分布を時間および時間のなかに発生させ、これは、ひいては、それら気泡の振動特性および／または崩壊特性による媒介によって、微視的作用（この代表的な事例では、半導体基板の洗浄を標的としたものである）をもたらす。
【００３６】
プロセスの一態様は、より洗浄に適応された流体を生成することである。この改善された流体では、好ましいことに、ガス含有量および／または混入気泡の数が増している。本発明にしたがった流体のガス含有量またはその大部分は、当該分野で従来からあるように、超音波振動によって生成されるのではなく、むしろ、溶解ガス含有量を制御された液体を減圧し、溶液から気泡を出てこさせることによって、ソニケータとは独立に生成される。ガスを溶解された液体の超過圧力は、好ましくは、周囲圧力を約１バール上回っている。その結果、液体は、溶解ガス含有量が飽和まで増し、ひいては過飽和溶液になることもある。ガスの溶解レベルが増す以外に、液体に気泡が混入することも可能である。混入した気泡は、細かく分離されているので、混入ガスは、比較的安定した分散状態で存在することができる。
【００３７】
その結果、洗浄流体が音波処理されるときに、音波分解気泡を移行および崩壊させる音波処理作用は、より少ないエネルギ消費でなおかつより少ない破壊的副作用で達成される。さらに、気泡は、ソニケータとは独立に生成されるので、超音波エネルギは、流体内に気泡を発生させるために使用されるのではなく、むしろ、基板に対する流体の洗浄作用を最適にするように調整することができる。
【００３８】
この作用は、高出力の音場によって気泡の核形成を迂回または調整する「バブルマシン」の補助によって得られる。バブルマシンは、活性洗浄領域内に大量の気泡を直接提供する。
【００３９】
関連する利点として、以下が挙げられる。
【００４０】
１）これらの気泡は、洗浄活動を開始させるのに適した、しかしながら過渡的キャビテーションを回避することはできるエネルギを供給する弱い音場によって、容易に配するおよび活性化することができる。
【００４１】
２）これらの気泡は、全体の過渡的気泡集団密度と、安定した音響キャビテーション構造の形成とを向上させるために、強い音響音場に挿入することができる。
【００４２】
結果として、本明細書で説明されるバブルマシンの利用は、プロセス時間を短縮することと、微粒子汚染の除去を制御するために必要とされる誘発微視的効果を損傷に対してより良く調整することとを可能にする。
【００４３】
バブルマシンは、活性音場のなかに直接大量の気泡を投入し、したがって、高い気泡集団密度を形成するとともに、気泡の核形成閾値を回避している。これは、より短いプロセス時間と、もし必要であれば、より低い動作音響出力とを可能にする。
【００４４】
音響キャビテーションの影響は、プロセス液体のガス化の全体レベルの向上および最適化によって認識および誘発されてきたものであり、これは、この液体の温度および圧力の調整によっても制御することができる。
【００４５】
（より大きい気泡サイズに向かう）脱ガスプロセスを継続的に経る活性気泡の寿命の短さゆえに、音響音場内には、好ましくは処理中の基板に直接到達するような、局所的な複数の投入地点が必要である。本発明では、プロセス液体（例えばＵＰＷすなわち超純水、またはその他の溶媒）の一部のみがガス化可能であり、複数のオリフィスによって化学剤および局所音場へ投入され、そこで、分解によって引き続き気泡が生成される。
【００４６】
バブルマシンは、継続的に気泡を供給し、これらの気泡は、媒質内のその場の音景（soundscape）と相互に作用して、明確な気泡構造を形成する。気泡構造の特性化および理解の態様は、１つには、例えば定在超音波場内における個々の気泡の並進挙動である。その結果、気泡は、特有の気泡軌跡を持つ３つのグループ、すなわち、節に向かう「大」気泡と、腹に向かう「小」気泡と、腹と節との間の平衡位置を有する「中間」気泡とに区別することができる。
【００４７】
さらに、「移動」気泡と名付けられた移行的で（translationally）不安定な気泡がある。これら後者は、平衡空間位置を有しておらず、腹と節との間で移行的な往復振動を行う必要がある。気泡軌跡ごとの閾値、および気泡の不安定性によって誘発される微視的作用は、音場の駆動圧振幅と、気泡のサイズと、音響場内における気泡の位置とに依存する。これらの閾値は、通常は、様々な表面不安定性のパラメータ領域を示した位相図、ならびに定在波場内に存在する個々の気泡について小気泡、中間気泡、移動気泡、および大気泡のパラメータ領域を示した並進図に示すことができる。
【００４８】
結果として、バブルマシンの導入は、プロセス時間を短縮することと、微粒子汚染の除去を制御するために必要とされる誘発微視的効果を損傷に対してより良く調整することとを可能にする。
【００４９】
ここから、図面を参照する。図１ａおよび図１ｂは、本発明にしたがって、装置の第１の代表的実施形態を示している。この右正面斜視図では、１つの入口開口１１０が設けられた本体ケース１００が示されている。この入口開口１１０は、約１ｍｍから約２０ｍｍの内径を有し、外部の媒質供給ユニットにつながれており、加圧され、かつガス化された媒質を、図１ｂに示されるようなバブルマシンの内室１４１に供給する。傾斜表面には、投入オリフィス１２０、１２１が配される。５つの投入オリフィスが示されているが、その数は、１００ｍｍ2あたり約１から約３０までの広範囲にわたってよく、好ましくは１００ｍｍ2あたり約１６である。投入オリフィス１２０は、約５０μｍから約５００μｍの直径を有するが、好ましくは２００μｍから３５０μｍであり、内室１４１と、バブルマシンを浸漬された周囲の媒質１３０との間に媒質の圧力降下を生じさせるように設計される。この周囲の媒質１３０は、供給される媒質と異なってよい。圧力降下は、供給される媒質に溶解されたガスが脱ガスを開始する範囲であるように選択することができる。脱ガスの結果、多くの小気泡が形成されて、周囲の媒質１３０に投入される。
【００５０】
本体ケース１００、１０１の浸漬深さは、投入オリフィス１２０が周囲の媒質１３０に沈むように選択されることが望ましく、したがって、タンクに浸漬される場合は約０．５ｍｍから約３５０ｍｍの間に設定され、あるいは２枚の平行板の間に浸漬される場合は約０．３ｍｍから約１０ｍｍの間に設定される。あるいは、本体ケース１００、１０１は、周囲の媒質１３０に完全に浸漬されてよい。
【００５１】
図２は、バブルマシンの本体の代替設計を示している。入口開口２１０につながれた本体ケース２００は、ここでは、投入スリット２２０を取り付けられている。投入スリット２２０は、傾斜表面の長さ全体を網羅することができ、約５０μｍから約５００μｍの幅を、ただし好ましくは約２００μｍから約３５０μｍの幅を有する（図６ｃを参照せよ）。投入スリット２２０は、内室と、バブルマシンの一部または全体を浸漬された周囲の媒質２３０との間に媒質の圧力降下を生じさせるように設計される。
【００５２】
図３は、バブルマシンの本体の代替設計を示している。本体ケース３２０には、外部の媒質供給器につながれた１つの入口開口３００と、円形の本体に沿って一列に配された複数の投入オリフィス３１０とがある。このバブルマシンは、周囲の媒質のなかに部分的にまたは完全に浸漬されてよい。
【００５３】
図４は、バブルマシンの本体の代替設計を示している。本体ケース４００には、外部の媒質供給器につながれた１つの入口開口４１０と、矩形の本体に沿って一列に配された複数の投入オリフィス４２０とがある。このバブルマシンは、周囲の媒質のなかに部分的にまたは完全に浸漬されてよい。
【００５４】
用途によっては、投入オリフィスまたは投入スリットによって提供される媒質の流量が、約０．１ｍｍから約２０．０ｍｍの距離を有する２枚の平行板の間の空隙を媒質で満たすのにまたは周囲の媒質を所要の高さに維持するのに十分でないことがある。したがって、バブルマシンには、追加の出口を有する構成を提供することが可能である。さらなる代表的実施形態が、図５〜図６に示されている。
【００５５】
図５ａおよび図５ｂでは、出口スリット５２０、５２１の形で本体ケース５００、５０１に追加の出口が設けられ、これらの出口は、周囲の媒質５５０、５５１に効率良く気泡が投入されるように、周囲の媒質５５０、５５１を供給する。周囲媒質入口開口５４０、５４１は、入口開口５１０、５１１とは異なり、なおかつ入口開口５１０、５１１から離されており、例えば図５ａおよび図５ｂに示される本体ケースの上のように、本体ケース５００、５０１の側壁の１つに追加することができる。出口スリット５２０、５２１は、投入オリフィス５３０または投入スリット５３１の上方に配することができる。
【００５６】
図６ａおよび図６ｂは、バブルマシンの代替設計を示している。この構成では、追加の出口オリフィス６２０、６２１は、周囲の媒質６５０、６５１に効率良く気泡が投入されるように、周囲の媒質６５０、６５１を供給する。出口オリフィス６２０、６２１は、約５０μｍから約２０００μｍの直径を有する一連の大きめの穴である。周囲媒質入口開口６４０、６４１は、入口開口６１０、６１１とは異なり、なおかつ入口開口６１０、６１１から離されており、例えば図６ａおよび図６ｂに示される本体ケースの上のように、本体ケース６００、６０１の側壁の１つに追加することができる。出口スリット６２０、６２１は、投入オリフィス６３０または投入スリット６３１の上方に配することができる。
【００５７】
図６ｃは、投入スリットの詳細図を示している。スリットは、上方部分と下方部分とを有する。２つの部分の間の小さな隙間を変化させるために、少なくともいずれか一方の部分は可動であってよい。
【００５８】
図７〜図９は、本発明にしたがった、超音波洗浄の分野における様々なウェット処理装置を示している。回転ＲワークピースＷの上には、投入オリフィスが振動子板７２０、９２０、もしくは振動子棒８２０とワークピースとの間にまたはその近くに泡状液体を吐出する形でバブルマシン７１０、８１０、９１０が取り付けられる。振動子板７２０、９２０、および振動子棒８２０は、ともに、ワークピースＷを浸漬させた液体内に、振動子７２０、８２０、９２０に接触するように音響音場を発生させる。
【００５９】
バブルマシンの出口は、超音波エネルギ源に隣接していることが望ましく、つまり、バブルマシンの出口は、ソニケータに接触またはごく接近していてよく、例えば、放出部から超音波エネルギ源までの距離は、５０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００６０】
本用途におけるワークピースは、ともに半導体チップの製造に使用される、ウエハまたはマスクである。ウエハは、板または円盤のような形状である。しかしながら、本発明は、半導体タイプの物体に限定されない。
【００６１】
ワークピースの表面と、振動子表面との間の隙間は、０．５ｍｍから１０ｍｍの間で変化する。振動子は、石英、サファイア、またはＴＥＦＬＯＮ（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）で被覆されたアルミニウムで作成可能な本体と、圧電部分７２５、９２５とで構成される。圧電部分７２５、９２５は、変圧器と呼ばれる。この変圧器は、板の底側に貼り付けることができる。変圧ノズル９３０によって、ワークピースにさらなる周囲媒質を供給することができる。
【００６２】
図１０は、本発明にしたがったウェット処理装置の一実施形態を示している。並進ＭワークピースＷの一方の側に、本体ケース１０００が配される。バブルマシン１０１０は、振動子板１０２０の隣に取り付けられる。この実施形態は、米国公開公報ＵＳ２００４／００６９３１９Ａ１に記載されるように、プロキシミティヘッドに基づくものである。液体は、内側の液体ノズル配列１０４０を通じて導入され、真空源（不図示）につながれた外側の真空ノズル配列１０３０を通じてプロキシミティヘッドから引き出される。
【００６３】
図１１ａ〜図１１ｃは、ワークピースＷを洗浄するために、振動子１１２０によって生成される音響音場と相まってなされるバブルマシン１１１０の動作を説明している。図１１ｂに詳しく示されるように、投入オリフィス１１１３は、内室と、バブルマシンを浸漬された周囲の媒質との間に媒質の圧力降下を生じさせるように設計される。圧力降下は、供給される媒質に溶解されたガスが脱ガスを開始する範囲であるように選択することができる。脱ガスの結果、多くの小気泡１１３３が形成され、振動子とワークピースＷとの間の液体に投入される。
【００６４】
図１１ｃは、音場１１２３がオンにされたときに、振動子１１２０とワークピースＷとの間の液体内に特定の音景が生成されることを示している。これは、バルク液体内に、およびワークピースＷの表面上に、特定の気泡サイズ集団を持つある一定の気泡分布１１３４を時間および時間のなかに発生させる。これら音響的に活性化された気泡の微視的作用は、それら気泡の振動特性および／または崩壊特性によって媒介されて、ワークピースＷの表面の洗浄を引き起こす。
【００６５】
図１２は、外部の媒質供給ユニットの概略図を示している。液体１２２０は、第１の工程において、真空１２０５下で膜接触器１２２５によって脱ガスされ、続く工程では、ヒータ１２１５が、約２０〜９０℃の範囲での液体の温度制御を可能にする。加熱ユニットの後は、ガス化ユニット１２３０が続き、水へのガス１２１０の溶解を可能にする。溶解されるガスの量は、使用される膜、ガスの分圧、水の圧力、水の流量、およびウエハ温度に依存する。これらのパラメータは、制御可能であり、ガス化のレベルもまた、同様である。続いて、バブルマシン１２３５は、音場内の複数の地点で分解によって気泡液体を発生させ、これは、図１１ｃで論じられたように、ワークピースの表面の処理を可能にする。
【００６６】
洗浄流体およびバブルマシンの最適なパフォーマンスに関するパラメータの一部として、以下のものが挙げられる。
【００６７】
・圧力
【００６８】
・減圧弁の位置
【００６９】
・穴のサイズおよび数
【００７０】
・混合前の液体の圧力および流量
【００７１】
・混合前のガスの圧力および流量
【００７２】
・混合後の混合の圧力および流量
【００７３】
・超音波の適用方法
【００７４】
・温度
【００７５】
圧力に関し、バブルマシンの入口圧力は、約１バールから約１０バールであり、好ましくは約３．５バールである。
【００７６】
穴またはオリフィスは、約５０μｍから約３５０μｍの、好ましくは約２００μｍから約３５０μｍの間の直径を有する。穴またはオリフィスは、通常は円形状であるが、この形状に限定されない。楕円形、四角形、三角形、平行六面体、多角形などその他の形状も使用可能である。
【００７７】
一次元の（全ての穴が一列に並んで隣り合っている）事例では、直径約２００μｍから約３５０μｍの穴が長さ１０ｍｍあたり約４つあることが好ましい。しかしながら、最少で１から２０までのその他の穴数も可能である。
【００７８】
二次元の事例では、１００ｍｍ2の場ごとに直径約２００μｍから約３５０μｍの穴が少なくとも１つあるように、全ての穴を矩形の場内に配置することができる。好ましくは、１００ｍｍ2あたり１６の穴がある。しかしながら、最少で１から３０までのその他の穴数も可能である。
【００７９】
液体の温度は、好ましくは約２０℃から約９０℃までの間である。液体は、水または水性系であってよい。水には、（非イオン性、陽イオン性、または陰イオン性の）表面活性剤を追加することができる。液体は、ＨＦに基づく攻撃的な水性ベースのエッチャント系、またはＲＣＡクリーンであってよい。また、反応系、すなわち酸化力のある酸（例えば、ＨＮＯ3、オゾン、過酸化水素、過ヨウ素酸、セリウム酸など）で満たされた水性系または非水性系も使用可能である。
【００８０】
非水性溶媒としては、Ｃ1〜Ｃ10の直鎖または分岐アルコール、アセトン、トルエン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ＥＧＭＥＡ（酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル）、ＰＧＭＥＡ（酢酸プロピレングリコールモノエチレンエーテル）などが挙げられる。
【００８１】
混合前の液体の圧力および流量に関し、入口圧力は、約１バールから約１０バールであり、好ましくは約３．５バールである。流量は、約３００μｍの各穴につき約１０ｍｌ／分から約２００ｍｌ／分であってよい。すなわち、約３．５バールにおける約３００μｍの約５つの穴の場合は、流量は、約３７０ｍｌ／分である。好ましい一実施形態では、サイズが約ｎ≦０．２ｍｍ2のノズルを通して少なくとも約２バールの圧力で液体にガスが導入される。
【００８２】
混合前のガスの圧力および流量に関し、ガス（Ｎ2またはＯ2）の入口圧力は、約０バールから約１０バールである。好ましくは、圧力および流量は、（ガス交換ユニットのタイプと、システムに組み込まれたユニットの量とに応じて）３７０ｍｌ／分において約０．０２バールから約０．７バールの間であってよい。混合後も依然として純正液体（単相）であるので、圧力および流量は、混合前と同じだろう。
【００８３】
ガス流量は、好ましくは、約０．１ｓｌｐｍから約１０ｓｌｐｍ(標準リットル毎分)であってよい。
【００８４】
好ましいガスは、Ｎ2またはＯ2であるが、空気、Ａｒ、Ｘｅ、Ｎｅ、ＣＯ2、ＮＯ、ＮＯ2などのその他のガスも使用可能である。
【００８５】
興味深い事例は、１つには、炭酸（ＣＯ2）である。水は、圧力が大きいほど多量の炭酸を吸収する。水中における炭酸の量は、圧力に比例して増加する。水は、約１バールの圧力では自身と同じ量を吸収し、約２バールでは自身の２倍の量を吸収し、約３バールでは自身の３倍の量を吸収し、やがて、約３７．２バールまでには炭酸ガス自体が液体になる。
【００８６】
もちろん、適度な条件下では、液体中におけるガスの可溶性は、ヘンリーの法則によって支配され、Ｈ＝ｐa／ｘa＝溶液中における溶質のバール／モル比である。多くのガスについて、ヘンリーの法則は、溶質ガスの分圧が約１バール未満であるときに十分に成立する。Ｈは、溶質ガスの分圧と無関係であることは滅多になく、これらの事例では、Ｈは、分圧とともに変化し、Ｈの所定値は、狭い範囲の圧力に対してのみ使用可能である。Perry’s Handbook of Chemical Engineering 5th Ed., page 14-3 (1973)を参照せよ。例えば、空気は、２０℃において約６．６４の１０-4ｘＨを有し、Ｎ2は、２０℃において約８．０４の１０-4ｘＨを有する。
【００８７】
しかしながら、本発明では、ヘンリーの法則は、周囲圧力よりも少なくとも約１バールの昇圧で崩れると考えられ、液体中に存在するガスの量は、飽和、ひいては過飽和に達するので、結果得られる液体は、分散を伴った平衡状態にある、または気泡の混入分散を有すると見なすことができる。結果は、バブルマシンが用いられるときは特に、キャビテーションを誘発するための超音波エネルギは不要であり、バブルマシンによって生成されて比較的弱い超音波エネルギによって方向付けられる気泡の動きは、従来の超音波による高エネルギの付与によって引き起こされる損傷と比べて思いのほか損傷を低減させる。
【００８８】
超音波／メガソニックエネルギが付与され、音響エネルギは、振動子システム（対応する石英、サファイア、または被覆アルミニウムのキャリアに圧電素子を貼り付けられたもの）によって水に結合される。電気的パラメータは、周波数が約１０ｋＨｚから約３ＭＨｚで、出力が約０．０１ワット／ｃｍ2から約１００ワット／ｃｍ2であってよい。
【００８９】
好ましい実施形態では、処理流体は、約９９体積％から約９９．９９９体積％より多い液体と、約０．００１体積％から約１体積％より多いガスとを含む水性の分散であり、ガスは、ｄｓを、約０．５μｍから約１０μｍの範囲内の被選択数（好ましくは約＜５μｍ）とし、ｄを、ｄ≦１．２×ｄｓ、かつｄ≧０．８×ｄｓとしたときに、気泡の９０％が気泡直径ｄの範囲内であるような気泡サイズ分布の気泡サイズで流体中に分散されている。
【００９０】
気泡の直径ｄｓは、波長λの関数である。例えば、１ＭＨｚはλ＝１．４８ｍｍにつながり、これは、ｄｓ＝λ／５００、すなわち約３μｍにつながる。
【００９１】
実験結果は、本発明の利点を立証している。
【００９２】
バブルマシンを使用して形成された処理流体に対する超音波の適用では、図１３ａに示されるように、大気泡が節に集まる一方で小気泡は腹に集まる。この気泡サイズの分離を立証した写真が、図１３ｂに示され、ここでは、３８ｋＨｚの振動子が使用されている。
【００９３】
汚染されたスライドガラスの洗浄は、バブルマシンを伴う場合と伴わない場合との両方で超音波の場合と比較された。各スライドにピペットで粒子混合が載せられ、余分は振り落された。直径約３００ｎｍの粒子で汚染されたスライドガラスの洗浄が、図１４に示されており、ここでは、様々な振動子形状が使用された。結果は、気液分散の生成にバブルマシンが使用されたときは、音波処理が単独で使用されたときと比べて洗浄数が増した。様々な振動子形状について、バブルマシンを伴う場合と伴わない場合との洗浄の比較が図１５に示されている。破線は、バブルマシンが使用されなかったときを示し、実線は、バブルマシンが使用されたときを示す。ここでは、バブルマシンによる洗浄数の有益な上昇が明白である。
【００９４】
スライドの蛍光画像が図１６に示されている。暗いスライドは、洗浄されたスライドである。場合によっては、バブルマシンおよび音波処理の両方が使用されたときに、全く粒子が見つからなかったことがあった。
【００９５】
本明細書に示された以上の説明および具体的な実施形態は、単に発明の最良の態様およびその原理の例示にすぎないこと、ならびに当業者ならば、発明の趣旨および範囲から逸脱することなく容易に変更および追加を加えられることが、理解されるべきであり、したがって、発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものとして理解される。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１３ｂ】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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