(57)【要約】  集積回路（「ＩＣ」）基板を洗浄するための発明の方法、システム、および組成が説明される。本発明の洗浄方法は、帯電した溶液を生成するためにＩＣ基板の洗浄を促進するように選択された少なくとも１つの溶質を含む溶液を帯電させる段階であって、溶質の少なくとも一部が帯電した溶液中でクラスタとして存在する段階と、ＩＣ基板の洗浄のために帯電した溶液を移送する段階とを含む。本発明の洗浄システムは、集積回路基板の洗浄を促進するように選択された少なくとも１つの溶質を含む溶液を保有するための帯電チャンバと、帯電した溶液を生成するために帯電チャンバ中の溶液を振動させることができる第１の音響エネルギー源であって、溶質の少なくとも一部が帯電した溶液中でクラスタとして存在する第１の音響エネルギー源を備える。
2008506266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路基板を洗浄する方法であって、
帯電した溶液を生成するために前記集積回路基板の洗浄を促進するように選択された少なくとも１つの溶質を含む溶液を帯電させる段階であって、前記溶質の少なくとも一部が前記帯電した溶液中でクラスタとして存在する段階と、
前記集積回路基板を洗浄するために前記帯電した溶液を移送する段階とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記帯電させる段階が前記溶液を振動させる段階によって行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記振動させる段階がメガソニックエネルギーによって引き起こされることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記溶質が水酸化アンモニウムであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記クラスタ中の前記溶質の分子の平均数がクラスタ当たり約１００分子と約２００分子との間にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記帯電させる段階は、前記溶質が約５×１０−５：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で溶剤中に存在するように前記溶液を希釈する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記溶質が、約１×１０−６：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で前記溶剤中に存在することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記溶質が、約１×１０−８：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で前記溶剤中に存在することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
洗浄液を生成するために前記帯電した溶液を希釈する段階と、
前記集積回路基板を洗浄するために前記洗浄液を使用する段階と
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記洗浄液中に、前記溶質が、約５×１０−５：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で溶剤中に存在することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記使用する段階が、集積回路基板から汚染物質粒子を除去するために前記洗浄液に音響エネルギーを加える段階を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記帯電させる段階のために音響エネルギーを加える段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記音響エネルギーがメガソニックデバイスによって生成されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記溶液を前記帯電させる段階の前に前記溶液を生成するために溶剤および前記溶質を混合する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記溶剤が脱イオン水であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記混合する段階が、約３×１０−５：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で前記溶剤中に存在する前記溶質を有する前記溶液を生成することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記集積回路基板が３０℃または３０℃未満で洗浄されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
集積回路基板を洗浄するためのシステムであって、
前記集積回路基板の洗浄を促進するように選択された少なくとも１つの溶質を含む溶液を保有するための帯電チャンバと、
帯電した溶液を生成するために前記帯電チャンバ中の前記溶液を振動させることができる第１の音響エネルギー源であって、前記溶質の少なくとも一部が前記帯電した溶液中でクラスタとして存在する第１の音響エネルギー源と
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
前記帯電した溶液を使用して前記集積回路基板を洗浄するための処理チャンバをさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記集積回路基板を洗浄する間、前記処理チャンバの内容物を振動させるための第２の音響エネルギー源をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記溶液を生成するために溶剤と前記溶質とを混合するための混合チャンバをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記帯電した溶液を前記帯電チャンバから前記処理チャンバへと移送するため、前記帯電チャンバと前記処理チャンバとの間に第２の接続をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記帯電した溶液が前記処理チャンバに入る前に、前記帯電した溶液を希釈するため、溶剤貯槽と前記第２の接続との間に第１の接続をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
溶剤と、
集積回路基板の洗浄を促進するよう選択された溶質であって、前記溶質の少なくとも一部は溶液中にクラスタ形態で存在し、前記溶質および溶剤は約３×１０−５：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で存在する溶質と、
を含む集積回路基板を洗浄するための溶液の組成。
【請求項２５】
前記溶質が水酸化アンモニウムである請求項２４に記載の組成。
【請求項２６】
前記溶剤が脱イオン水である請求項２４に記載の組成。
【請求項２７】
前記溶質および溶剤が約１×１０−６：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で存在する請求項２４に記載の組成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路（「ＩＣ」）基板を効果的に洗浄するためのシステムおよび方法に関する。より詳細には、本発明は、溶液がＩＣ基板の洗浄に使用される前にそれを効果的に帯電させるためのシステムおよび方法に関する。帯電した溶液中で、溶質粒子の少なくとも一部は、クラスタ形態で溶質クラスタとして存在する。本発明は、ＩＣ基板を効果的に洗浄する組成も提供する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（「ＩＣ」）製造プロセス中に、粒子、フォトレジスト残留物などの汚染物質がＩＣ基板表面上で導入される。これらが最終的に生産されるＩＣの性能および機能に不利に影響するので、これらの汚染物質の存在を除くか低減することが重要である。したがって、様々な洗浄法がそのような望ましくない汚染物質を除去するために実施されてきた。
【０００３】
半導体産業で一般に使用される洗浄法は、標準洗浄液１（「ＳＣ−１溶液」）として知られている高濃度水酸化アンモニウム溶液を使用している。ＳＣ−１溶液では、一般に加熱された水酸化アンモニウム、過酸化水素、および脱イオン水が、約１：１：５の体積比で存在する。洗浄中、ＳＣ−１溶液は、メガソニックエネルギーの存在下で基板表面に接触する。ＳＣ−１溶液は、表面エッチングによって基板表面から汚染物質を引き離し、さらにメガソニックなエネルギーが引き離された汚染物質を基板表面から除去すると考えられている。この方法は、過去４０年間半導体産業で大部分が選択する洗浄法であったが、いくつかの欠点がある。
【０００４】
高濃度洗浄液によると、表面粗さとして現れる過度なエッチングの危険にさらされ、それによって洗浄が行われている基板表面およびデバイスが損傷される。非パターニング半導体基板表面では、例えばオーバーエッチングは、後に回路およびトランジスタデバイスが製作される基板表面の実際の場所を損傷する。このために、結果として生じる半導体チップは、電気的性能が低いかまたは完全な動作不良になることがある。
【０００５】
非常に高濃度の洗浄液をドレインに分配するのは環境問題の原因となる。したがって、洗浄システムから出る濃縮された排出液流は適切な処理を必要とする。浄化プロセスを行うための排出液処理システムおよび労働力のコストにより、ＳＣ−１溶液を使用する洗浄プロセスは高価なものになる。
【０００６】
高濃度洗浄液は、基板表面上にデバイスの性能を下げる望ましくない金属汚染物質も堆積させる。さらに、洗浄液の過酸化物成分は、一般に、性能問題に結び付く別の汚染源となる安定剤を含む。この問題は、比較的高配合の酸化物が洗浄液の一部として使用される場合、さらに悪化させられる。
【０００７】
そのような汚染物質粒子の存在は、現在のＩＣの幾何学的形状にさらに不利に影響する。ＩＣ上の回路の小型化とともに、デバイスサイズは現在次第により小さい寸法に近づいており、そのような小さいデバイスがＩＣ基板表面に高密度で並んでいる。あるサイズの汚染物質粒子は、初期世代のＩＣはそれほど高密度に並べられなかったのでＩＣ性能に脅威を与えなかったが、今では小型幾何学的形状を有する現在のＩＣの電気的性能に重大な影響を及ぼす。実際、これらの汚染物質粒子はＩＣ全体を無駄にすることがある。その結果、基板表面を損傷することなくそのような汚染物質粒子を除去する効果的な洗浄法が、ＩＣの歩留りを高めるのに重要である。
【０００８】
前述の欠点を回避する試みについて、Ｐｕｒｉ等に発行された米国特許第６６８１７８１号では、溶剤（例えば水）中の超希薄濃度の洗浄増強剤（例えば、アンモニアガス）から形成された洗浄液が提案されている。超希薄溶液では、溶剤と溶質は、体積比で５００：１から５００，０００：１の範囲にある。残念ながら、このプロセスも欠点がある。
【０００９】
超希薄水酸化アンモニウム濃度の高域端では、シリコンと水酸化アンモニウムの反応が、現在のＩＣの幾何学的形状にオーバーエッチング表面を生成し続ける。オーバーエッチングの欠点を最小化するために、オゾン処理段階が洗浄プロセスに加えられた。保護対策として、この段階で、基板表面はオゾン処理が行われ、その後過酷な濃度の水酸化アンモニウムを含む洗浄液にさらされる。しかし、そのような付加的な段階は、洗浄プロセスおよびＩＣ製造プロセス全体のスループットを低下させる。さらに、基板表面を洗浄する費用も加わる。
【００１０】
超希薄水酸化アンモニウム濃度の低域端では、洗浄液は基板表面から汚染物質粒子を引き離すのに全く有効ではない。すなわち、低濃度の水酸化アンモニウムを有する洗浄液は、基板表面と十分に反応せず、基板表面から望ましい量の汚染物質粒子が引き離されない。結果として、従来の通念では、水酸化アンモニウムなどの低濃度の洗浄増強剤を有する洗浄液は効果がなく望ましくないと考えられている。
【００１１】
したがって、必要なものは、現在のＩＣ洗浄プロセスの欠点がなく、現在の小型幾何学的形状を有するＩＣ基板表面を効果的に洗浄する、ＩＣを洗浄するための改善されたシステムおよび方法である。
【特許文献１】米国特許第６６８１７８１号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述のことを達成するために、本発明は、集積回路（「ＩＣ」）基板の洗浄に溶液を使用する前にそれを効果的に帯電させるためのシステムと方法を提供する。溶液を帯電させると、溶液全体にわたり溶質粒子の分布が影響を受ける。具体的には、帯電した溶液では、溶質粒子はクラスタ形態で配置され、溶質クラスタとして存在する。例として、各クラスタは平均で約１００と約２００との間の溶質分子を含むことができる。極めて対照的に、従来の洗浄液では、溶質粒子はクラスタ形態ではなく無秩序に分布している。
【００１３】
理論に縛られたくないが、本発明の帯電した溶液中の溶質クラスタは、基板表面から引き離された汚染物質粒子に効果的な除去機構を与える。溶質クラスタは、初めに音響エネルギーを加えることにより基板表面から引き離された汚染物質粒子をトラップすると考えられる。そのような溶質クラスタがない状態では、従来の洗浄液の場合のように、そのような引き離された粒子がトラップされる機構は存在せず、その後、基板表面上に降りてそれに付着すると考えられる。
【００１４】
本発明では、一実施形態によれば、比較的希薄な溶液に音響エネルギーを加えると帯電が促進されることを認める。例えば、帯電は、溶質が約３×１０−５：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で溶剤中に存在する場合、音響エネルギーを希薄溶液に加えることによって達成することができる。そのような希薄溶液は、超希薄領域および「ゼロに近い希釈」の溶質濃度を含んでよい。溶質が約３×１０−５：１と５×１０−５：１との間の体積比で溶剤中に存在する場合、結果として生じる溶液の希釈は超希薄領域にあると考えられる。さらに、本明細書で使用されるように「ゼロに近い希釈」という用語は、溶質が約５×１０−５：１と１×１０−２４：１との間の体積比で溶剤中に存在する場合の希釈を指す。
【００１５】
溶質の希釈が超希薄領域にあるかまたはゼロに近い希釈であるかどうかにかかわらず、本発明の教示によれば基板の効果的な洗浄が可能であり、高濃度または希釈された従来の洗浄液を使用する場合に直面する欠点がない。実際、比較的薄い溶液が帯電すなわち溶質クラスタの形成に望ましいことを考えれば、「ゼロに近い希釈」を有する溶液が本発明では好ましい。基板の洗浄に「ゼロに近い希釈」を使用するのは従来の通念に反するが、それは、従来の洗浄技術は、粒子除去を反応機構によって促進するために高い濃度の溶質を必要とするからである。前述のように、本発明の粒子除去機構では、主として溶質クラスタ形成の促進に注目し、溶質と基板表面との間の反応の促進には注目しない。
【００１６】
本発明はＩＣ基板を洗浄する効果的な方法を提供する。発明の方法は、（ｉ）帯電した溶液を生成するために集積回路基板の洗浄を促進するように選択された少なくとも１つの溶質を含む溶液を帯電させる段階であって、溶質の少なくとも一部が帯電した溶液中でクラスタとして存在する段階と、（ｉｉ）集積回路基板を洗浄するために帯電した溶液を移送する段階とを含む。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、溶液の帯電は、溶液を振動させることによって、好ましくはメガソニックエネルギーを使用することによって行われる。好ましくは、溶質は水酸化アンモニウムである。本発明の別の実施形態によれば、帯電させる段階は、溶質が約５×１０−５：１と約１×１０−２４：１との間、好ましくは約１×１０−６：１と約１×１０−２４：１との間、より好ましくは１×１０−８：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で溶剤中に存在するように、溶液を希釈する段階を含む。
【００１８】
一実施形態では、本発明の洗浄方法は、（ｉ）洗浄液を生成するために帯電した溶液を希釈する段階と、（ｉｉ）集積回路基板の洗浄のために洗浄液を使用する段階とをさらに含む。この実施形態によれば、帯電した溶液は、さらに、希釈を進めることによってより多く帯電することができる。洗浄液中で、溶質は、洗浄液が効果的に確実に帯電させられる範囲の約５×１０−５：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で溶剤中に存在してよい。この実施形態の別の段階は、音響エネルギーを前記洗浄液に、好ましくはメガソニックデバイスによって加える段階を含む。溶液を帯電させる前に、本発明は、溶液を生成するために溶剤および溶質を混合する段階も意図している。好ましくは、溶剤は脱イオン水である。いくつかの実施形態では、混合処理により、約３×１０−５：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で溶剤中に存在する溶質を有する溶液が生成される。基板表面の洗浄は、約３０℃または３０℃未満で行うことができる。
【００１９】
別の態様では、本発明は集積回路基板を洗浄するためのシステムを提供する。システムは、（ｉ）集積回路基板の洗浄を促進するように選択された少なくとも１つの溶質を含む溶液を保有するための帯電チャンバと、（ｉｉ）帯電した溶液を生成するために帯電チャンバ中の溶液を振動させることができる第１の音響エネルギー源であって、溶質の少なくとも一部が帯電した溶液中でクラスタとして存在する第１の音響エネルギー源とを備える。
【００２０】
システムは、帯電した溶液を使用して集積回路基板を洗浄するための処理チャンバをさらに含んでよい。本発明の一実施形態によれば、システムは、集積回路基板の洗浄中に処理チャンバの内容物を振動させるための第２の音響エネルギー源を備える。好ましい実施形態では、本発明は、帯電させる段階が始まる前に、溶液を生成するのに溶剤と溶質を混合するための混合チャンバをさらに含む。溶剤貯槽と第２の接続のロケーションとの間の第１の接続を、帯電した溶液が処理チャンバに入る前にそれを希釈するために設けてよい。第２の接続は、帯電した溶液を帯電チャンバから処理チャンバに移送できるように帯電チャンバと処理チャンバとの間の接続を画定する。
【００２１】
さらに別の態様では、本発明は集積回路基板を洗浄するために使用される溶液の組成を提供する。組成は溶剤および溶質を含み、集積回路基板の洗浄を促進するように選択されている。溶質の少なくとも一部は、溶液中にクラスタ形態で存在し、溶質と溶剤は、約３×１０−５：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で存在している。好ましい実施形態では、溶質と溶剤は、約１×１０−６：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で存在する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は集積回路（ＩＣ）基板を効果的に洗浄するためのシステム、方法、および組成を提供する。一般通念では、ＩＣ基板を効果的に洗浄するために、一般に洗浄液中で活性な洗浄成分である十分に高濃度の溶質が使用されるべきであることが要求される。そのような通念によれば、高濃度の溶質が基板表面と反応してそこから汚染物質粒子を引き離すと考えられている。この考えに基づいて、一般通念では、比較的低い溶質濃度をもつ洗浄液の使用を避けるように教示される。
【００２３】
しかし、本発明では、比較的低い溶質濃度の溶質は、溶液の帯電を促進するので好ましい。帯電した溶液中で、クラスタとして配置される溶質粒子は、引き離された汚染物質粒子をトラップし基板から効果的に除去すると考えられる。その結果、本発明は、ＩＣ基板の効果的な洗浄のための溶質クラスタの形成に注目する。特に、本明細書で説明される本発明の洗浄システムおよび方法は、従来の洗浄では効果がないと考えられている比較的低い溶質濃度を使用して基板を洗浄する方法を提供するだけでなく、むしろそのような低い溶質濃度が本発明の好ましい実施形態に該当する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態による、集積回路基板を効果的に洗浄するための洗浄システム１００を示す。システム１００は３つのチャンバ、すなわち溶液を形成するのに溶質と溶剤を混合するための混合チャンバ１１０、溶液を帯電させるための帯電チャンバ１１８、および帯電した溶液を使用してＩＣ基板を洗浄するための処理チャンバ１２６を有する。混合チャンバ１１０および帯電チャンバ１１８の各々は、個別の接続によって、処理チャンバ１２６に接続される。具体的には、第１の接続１３２は混合チャンバ１１０を処理チャンバ１２６に接続し、第２の接続１３０は帯電チャンバ１１８を処理チャンバ１２６に接続する。以下で説明されるように、第１の接続１３２を使用して、溶剤をその貯槽から処理チャンバ１２６に直接移送することもできる。
【００２５】
混合チャンバ１１０は、溶剤貯槽１０２からの溶剤流および溶質貯槽１０４からの溶質流をそれぞれバルブ１０６および１０８を通じて受け取る。バルブ１１２を作動させて、混合チャンバ１１０の内容物を帯電チャンバ１１８に移送する。帯電チャンバ１１８は、連続的なエネルギー送出を帯電チャンバに結合するため第１の音響エネルギー源１１４および結合チャンバ１１６を備えている。混合チャンバ１１０の内容物は、バルブ１１２および１２０が作動される場合、第１の接続１３２を通って処理チャンバ１２６に移すこともできる。図１に示されるように、溶剤貯槽１０２からの溶剤は、混合チャンバ１１０および第１の接続１３２を通って処理チャンバ１２６に移送することができる。同様の経路を使用して、溶剤貯槽１０２からの溶剤は、バルブ１０６、混合チャンバ１１０、および第１の接続１３２を通って、帯電した溶液が希釈される第２の接続のロケーションに移送され、その後処理チャンバ１２６に導入することもできる。帯電チャンバ１１８の内容物は、バルブ１２０が作動される場合、第２の接続１３０を通って処理チャンバに移送される。
【００２６】
帯電チャンバ１１８と同様に、処理チャンバ１２６も連続的なエネルギー送出を処理チャンバ１２６に結合するために第２の音響エネルギー源１２２および結合チャンバ１２４が取り付けられる。処理チャンバ１２６の内部で、スーパージャ１３４は帯電した溶液がよく分散して流れるようにして、適切な担体（図を簡単にするために図示せず）上に固定されている垂直に配置されたＩＣ基板１２８を効果的に洗浄する。
【００２７】
混合チャンバ１１０は、少なくとも１つの液体の流れを少なくも１つのガスの流れと制御可能に組み合わせることができる、当技術分野で知られている任意の装置とすることができる。帯電チャンバ１１８および処理チャンバ１２６は、音響エネルギーをよく伝達することが知られている任意の材料で製作することができる。これらのチャンバは好ましくは石英で製作される。図１では３つのチャンバが３つの別個の容器として説明されているが、３つのチャンバを２つの容器または単一の容器に組み入れることができる。しかし、好ましい実施形態は、図１に示されるように３つの別個の容器を有することである。
【００２８】
音響エネルギー源１１４および１２２は、メガソニックエネルギーなどを供給する任意の供給源とすることができる。帯電チャンバ１１８および処理チャンバ１２６は、理想的には対応する音響エネルギー源および結合チャンバの上方に配置される。しかし、メガソニックエネルギーを使用するのは、基板表面からより小さな粒子を除去するのに効果的であるので好ましい。システム１００で使用されるメガソニックデバイスは５ワット／ｃｍ２の大きさおよびそれ以上の出力を有することができるが、３ワット／ｃｍ２以下の出力を使用することが好ましい。メガソニックエネルギーの生成に適する機器は様々な製造業者から市販されている。しかし、そのような機器には、発生器および一続きの特別のトランスデューサなどが含まれることが好ましい。例として、日本のＫａｉｊｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎおよびカリフォルニア州、ＦｒｅｍｏｎｔのＰＣＴ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｉｎｃ．から市販されているメガソニックデバイスはよく作動する。
【００２９】
図１では、１つのＩＣ基板１２８が処理チャンバ１２６内部に示されているが、当業者なら、いくつかの実施形態では処理チャンバ１２６が複数の基板または多くの基板のカセットを保持するように設計することができることを認識されよう。しかし、好ましい実施形態では、処理チャンバ１２６は、一度に１つのＩＣ基板を連続して洗浄するように設計される。図１は、基板１２８が洗浄作業中に処理チャンバ１２６内部で垂直に置かれていることも示している。しかし、基板が垂直である必要はない。表面が約０度から約１０度までの範囲の角度で傾くように置かれた基板は、本明細書で説明される本発明のシステムおよび方法を使用して効果的に洗浄することができる。複数の平面基板（例えば半導体ウェハ）が処理チャンバ１２６内で同時に洗浄される場合、垂直すなわち９０度からのわずかの傾きは、隣接した基板が互いにぶつかるのを防ぐのに望ましい。これらの実施形態では、基板キャリアが使用される場合、わずかな傾きは、基板がキャリアに押し付けられるのを防ぐ。そのように傾かせるのは任意であり、ある状況下では望ましくないこともある。基板キャリアでは、基板は、表面と表面の対面、裏面と裏面の対面、表面と裏面の対面、または裏面と表面の対面で配置される。しかし、表面と表面の対面ならびに裏面と表面の対面が好ましい配置である。
【００３０】
システム１００の一般的な洗浄プロセスは、溶剤貯槽１０２に蓄えられた溶剤、一般に脱イオン水が、バルブ１０６を作動させることによって混合チャンバ１１０に流れ込むときに始まる。同様に、溶質貯槽１０４からの溶質が同じチャンバ１１０にバルブ１０８を介して入り、その結果、混合により溶液の形成が始まる。溶質貯槽１０４は、基板表面からの粒子状汚染物の除去を促進する任意の溶質を含むことができる。本発明のいくつかの実施形態では、溶質貯槽１０４は水酸化アンモニウムを液体形態の高濃度溶液または水溶液として含む。好ましい実施形態では、溶質貯槽１０４はアンモニアガスを含み、それにより非常に低い濃度の水酸化アンモニウムが使用できるようになる。そのような好ましい実施形態では、アンモニアガスを脱イオン水と混合する前に、アンモニアガスは純度が約９９．９９９９９％になるように濾過される。当業者なら、基板表面から除去されるべき粒子状汚染物のタイプに応じて、水酸化アンモニウムと異なる他のタイプの溶質を使用することができることを認識されよう。例として、溶液は、Ｏ３、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２、ＮＨ４ＯＨ、およびＨＦなどの他の化学薬品を含む。これらの溶質は、通常脱イオン水と混合されて溶液になり、その後、洗浄に使用される。アルカリベース溶液は、シリコン、炭素、およびそれらの誘導体の粒子を除去する傾向がある。ＨＣｌを使用して作られたものなど酸ベース溶液は、金属汚染物質を基板表面から除去する。水酸化アンモニウムが使用されるこれらの実施形態では、水酸化アンモニウムと脱イオン水の体積比は、一般に約３×１０−５：１と約１×１０−９：１との間であり、好ましくは約１×１０−６：１と約１×１０−８：１との間である。
【００３１】
バルブ１１２を作動させることによって、混合チャンバ１１０で形成された溶液は帯電チャンバ１１８に移送される。音響エネルギー源１１４、好ましくはメガソニックデバイスは、結合チャンバ１１６を通して溶液を帯電させるのに十分なエネルギーを供給して帯電チャンバ１１８内に凝集性溶液を生成する。その結果、チャンバ１１８内で、比較的薄い溶液は、メガソニックデバイスを利用して非帯電状態から帯電状態に変えられる。
【００３２】
図２Ａおよび２Ｂは、溶液の非帯電状態から帯電状態への溶質粒子分布の変化を示す。非帯電の溶液２００を示す図２Ａでは、溶質粒子２０２は溶液２００の全体にわたって無秩序に分布している。帯電した溶液２１０を示す図２Ｂでは、溶質粒子２１４は溶液２１０中でクラスタ２１２として組織化される。本発明の好ましい実施形態では、クラスタ２１２中の溶質２１４の分子の平均数は、クラスタ当たり約１００分子と約２００分子との間にある。当業者なら、図を簡単化し説明をしやすくするために図２Ａおよび２Ｂに示されていないが、溶液２００および２１０の各々の中で、溶質粒子が溶剤中に溶解されていることを認識されよう。さらに、クラスタ２１２は、図２Ｂに示されるように、滑らかな外形をもつ円形を有する必要はない。むしろ、クラスタ２１２は一般に任意の不規則形状である。
【００３３】
クラスタ形成は０℃で顕著であるが、処理チャンバ１２６内の洗浄は約３０℃または３０℃未満で行われるべきである。様々な実験から得られたテストデータは、室温または約３０℃で、基板表面から引き離された汚染物質粒子をトラップし、保持するのに必要な起電力（「ＥＭＦ」）をそのような粒子に供給するのにクラスタ内に十分な数の溶質分子があることを示唆している。高温になると、クラスタ形成は次第になくなるようであり、少数の分子だけが非常に小さなクラスタ内に残される。したがって、基板洗浄は比較的高温よりも室温近くで効果的である。
【００３４】
帯電チャンバ１１８を出て行く帯電した溶液は、約５×１０−５：１と約１×１０−２４：１との間、好ましくは約１×１０−６：１と約１×１０−２４：１との間、より好ましくは約１×１０−８：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で溶剤中に存在する溶質を有する。
【００３５】
バルブ１２０を作動させることよって、帯電した溶液のうちのいくらかが第２の接続１３０を通って基板１２８を洗浄するための処理チャンバ１２６に導入される。処理チャンバ１２６処理への１つの注入口だけが図１に示されているが、当業者なら、複数の溶液の流れが洗浄するのに必要とされる場合、チャンバ１２６への追加の注入口を備えることができることを認識されよう。
【００３６】
処理チャンバ１２６内で、帯電した溶液は下部にあるスーパージャ１３４によって導入される。帯電した溶液は、Ｐｕｒｉ等に発行された米国特許第６６８１７８１号に説明されているように処理チャンバ１２６を下部から満たす。処理チャンバ１２６は、さらに、排出液流を分配するために、ドレインバルブおよびドレインライン（図を簡単にするために図示せず）を備えることもできる。基板の洗浄は、帯電した溶液を表面に接触させることによって行われる。これは、表面上に溶液を噴霧するか、表面を帯電した溶液中に入れるか、または溶液が基板表面を流れ過ぎるようにするかのいずれか１つによって達成される。音響エネルギーは基板表面に加えられ、一方、基板表面は帯電した溶液に接触している。
【００３７】
図１に示されるような好ましい実施形態では、システム１００は、帯電チャンバ１１８から流れ出る帯電した溶液流をより多く帯電させるように設計される。第１の接続１３２は、溶剤貯槽１０２からのより多くの溶剤を使用し、それを第２の接続１３０内部の帯電した溶液に移送して、この帯電した溶液の希釈を促進し、その後、処理チャンバ１２６内部に導入される。具体的には、バルブ１０６および１１２を作動させることによって、そのような溶剤は、溶剤貯槽１０２から第２の接続１３２内の帯電した溶液に供給される。そのような帯電した希薄溶液には、溶質は、約５×１０−５：１と約１×１０−２４：１との間の体積比で溶剤中に存在する。この好ましい実施形態は、帯電チャンバ１１８に存在する少量の帯電した溶液を使用し、さらにそれを希釈してより効果的に帯電した溶液を生成する柔軟性を提供する。
【００３８】
図１に示されていないが、帯電チャンバ１１８は、帯電した溶液を再循環させるように配置されたもう１つのチャンバを有する再循環機構を取り付けることができる。そのような各チャンバでは、帯電した溶液の一層の希釈が可能である。前述の方式により、比較的低濃度の溶質を有する帯電した溶液の効果的な希釈が可能になる。混合、帯電、および洗浄の前述の流れ方式は、連続モード、バッチモード、およびセミバッチモードで実行することができる。
【００３９】
以上のことをまとめると、本発明は、洗浄液中の非常に高いｐＨの帯電したゼロに近い溶質希釈に依存して、粒子状汚染物がトラップされ移動されるが、その上メガソニックエネルギーを使用して基板表面から引き離される。
【００４０】
本発明は、ＩＣ基板を洗浄するための従来のシステム、方法、および組成に対して著しい改善になる。前述のように、本発明では、比較的低濃度の溶質、すなわち超希薄領域または「ゼロに近い希釈」の希釈物を有する帯電した溶液の使用が好ましい。したがって、本発明の洗浄システムおよび方法は環境にやさしい。すなわち、それらは、従来の洗浄システムおよび方法では必要とされる、排出前の排出液流を処理するための機器および労働力の追加の費用を必要としない。さらに、本発明による洗浄システムおよび方法では、化学薬品の配置に関連するかなりのコストが削減される。
【００４１】
従来の洗浄法によれば、溶質を加熱して粒子除去のための基板エッチングを促進している。これは多大な時間と機器を必要とする。しかし、本発明中の溶質は室温状態で効果的に洗浄し、そのような加熱を必要としない。したがって、本発明は加熱機器および追加の処理時間を必要としない。
【００４２】
前述のように、従来の洗浄システムおよび方法は、基板表面をエッチングするのに高濃度溶液に依存し、それによって粒子状汚染物を除去している。したがって、従来の洗浄では、望ましくない表面粗さが導入され、最終的に生成されたＩＣの電気性能が低下する。しかし、本発明では、ＩＣ基板は低濃度の溶質を有する帯電した溶液を使用して洗浄される。すなわち、微量の化学薬品が洗浄に使用されているので、基板表面はエッチングされない。少量の化学薬品を使用する別の利点は、安定剤および金属汚染物質の残留物が基板表面に残らないことである。すなわち、本発明に従って洗浄された基板は、微量の化学薬品が洗浄処理中に使用されるので、基板上に安定剤残留物および金属汚染物質ほとんどまたは全く有しない。少量の化学薬品を使用するさらに別の利点は、基板を洗浄する前の前処理段階が必要ないことである。「ゼロに近い希釈」で効果的に基板を洗浄することができる本発明は、従来の洗浄技法で必要とされるオゾン処理などの付加的な前処理段階を必要としない。これにより、本発明に従って洗浄する場合、処理スループットが増加することにもなる。
【００４３】
本発明によれば、基板洗浄が非常に迅速に行われる。例として、約３〜５分、一般に約３分は、基板を効果的に洗浄するのに十分な時間である。したがって、本発明は比較的高いスループットを提供する。さらに、基板表面が、単一の洗浄サイクルの後十分に洗浄されていない場合、複数の洗浄サイクルを実行して、基板表面を劣化させることなくより効果的にそれを洗浄することができる。本発明における繰返し洗浄サイクルによれば、実際に表面の質が改善され、従来方法による洗浄が行われる場合に導入される望ましくない表面粗さ、安定剤または金属の汚染物質が導入されない。当業者なら、従来の洗浄におけるそのような繰返し洗浄サイクルでは一般に基板表面が破壊されることを認識されよう。
【００４４】
いくつかの実施例が半導体基板の洗浄に関して説明されたが、当業者なら、本明細書で説明された本発明のシステム、方法、および組成は他のＩＣ基板に使用することができることを認識されよう。例えば、本発明のシステム、方法、および組成を使用して、マスク、ディスク、フラットパネル、液晶ディスプレイ、薄膜ヘッド、フォトマスク、およびレンズを効果的に洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】集積回路基板を効果的に洗浄するための本発明の一実施形態による洗浄システムの図である。
【図２Ａ】非帯電の溶液中の溶質粒子の不規則分布を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による、帯電した溶液中にクラスタ形態で配置された溶質粒子を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００  洗浄システム
１０２  溶剤貯槽
１０４  溶質貯槽
１０６  バルブ
１０８  バルブ
１１０  混合チャンバ
１１２  バルブ
１１４  第１の音響エネルギー源
１１６  結合チャンバ
１１８  帯電チャンバ
１２０  バルブ
１２２  第２の音響エネルギー源
１２４  結合チャンバ
１２６  処理チャンバ
１２８  ＩＣ基板
１３０  第２の接続
１３２  第１の接続
１３４  スーパージャ
２００  非帯電の溶液
２０２  溶質粒子
２１０  帯電した溶液
２１２  クラスタ
２１４  溶質粒子
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【国際調査報告】
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