(57)【要約】【解決手段】基板を凍結乾燥させるための装置が提供される。基板を受け入れるためのチャンバが提供される。該チャンバ内には、基板を支えて静電クランプするための静電チャック（ＥＳＣ）がある。温度コントローラが、静電チャックの温度を制御する。チャンバには、凝縮器がつながれる。真空ポンプが、チャンバと流体接続している。【選択図】図３
2014523636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を凍結乾燥させるための装置であって、
基板を受け入れるためのチャンバと、
前記チャンバ内で前記基板を支えて静電クランプするための静電チャック（ＥＳＣ）と、
前記静電チャックの温度を制御するための温度コントローラと、
前記チャンバにつながれた凝縮器と、
前記チャンバと流体接続している真空ポンプと、
を備える、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、更に、
前記静電チャックに埋め込まれた少なくとも１つの熱電ユニットであって、前記少なくとも１つの熱電ユニットを埋め込まれた前記静電チャックの部分と前記静電チャックの残りの部分との間に温度差を提供するための少なくとも１つの熱電ユニットを備える、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、更に、
制御された雰囲気を前記チャンバ内に提供するための雰囲気制御システムを備える、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、更に、
濡れた基板を前記チャンバ内へ移送して前記チャンバを密閉するためのウェット移送ステーションを備える、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、
前記温度コントローラは、前記静電チャックと流体接続している冷却器を含む、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、
前記温度コントローラは、更に、前記静電チャックと流体接続している第２の冷却器を含む、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、更に、
前記チャンバ内にプラズマを提供するために前記チャンバにつながれたプラズマ源を備える、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、更に、
前記基板の表面を加熱するための加熱ランプを備える、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、更に、
前記チャンバ内の圧力を測定するために前記チャンバにつながれた圧力計を備える、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、更に、
前記チャンバにつながれた光学終点分光計を備える、装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置であって、更に、
前記基板を前記静電チャックにクランプするための電圧を提供するための電圧源を備える、装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置であって、
前記真空ポンプ及び前記凝縮器は、真空を提供して前記チャンバから流体を凝縮させるクライオポンプを含む、装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置であって、更に、
前記静電チャックにつながれた裏側加熱・冷却システムを備える、装置。
【請求項１４】
請求項１〜２のいずれか一項に記載の装置であって、更に、
制御された雰囲気を前記チャンバ内に提供するための雰囲気制御システムを備える、装置。
【請求項１５】
請求項１〜２、及び１４のいずれか一項に記載の装置であって、更に、
濡れた基板を前記チャンバ内へ移送して前記チャンバを密閉するためのウェット移送ステーションを備える、装置。
【請求項１６】
請求項１〜２及び１４〜１５のいずれか一項に記載の装置であって、
前記温度コントローラは、前記静電チャックと流体接続している冷却器を含む、装置。
【請求項１７】
請求項１〜２及び１４〜１６のいずれか一項に記載の装置であって、
前記温度コントローラは、更に、前記静電チャックと流体接続している第２の冷却器を含む、装置。
【請求項１８】
請求項１〜２及び１４〜１７のいずれか一項に記載の装置であって、更に、
前記チャンバ内にプラズマを提供するために前記チャンバにつながれたプラズマ源を備える、装置。
【請求項１９】
請求項１〜２及び１４〜１８のいずれか一項に記載の装置であって、更に、
前記基板の表面を加熱するための加熱ランプを備える、装置。
【請求項２０】
請求項１〜２及び１４〜１９のいずれか一項に記載の装置であって、更に、
前記チャンバ内の圧力を測定するために前記チャンバにつながれた圧力計を備える、装置。
【請求項２１】
請求項１〜２及び１４〜２０のいずれか一項に記載の装置であって、更に、
前記チャンバにつながれた光学終点分光計を備える、装置。
【請求項２２】
請求項１〜２及び１４〜２１のいずれか一項に記載の装置であって、更に、
前記基板を前記静電チャックにクランプするための電圧を提供するための電圧源を備える、装置。
【請求項２３】
請求項１〜２及び１４〜２２のいずれか一項に記載の装置であって、
前記真空ポンプ及び前記凝縮器は、真空を提供して前記チャンバから流体を凝縮させるクライオポンプを含む、装置。
【請求項２４】
請求項１〜２及び１４〜２３のいずれか一項に記載の装置であって、更に、
前記静電チャックにつながれた裏側加熱・冷却システムを備える、装置。
【請求項２５】
請求項１４〜２３のいずれか一項に記載の装置であって、
前記雰囲気制御システムは、湿気を含まない窒素雰囲気を提供する、装置。
【請求項２６】
基板から液体を凍結乾燥させるための方法であって、
前記液体を乾燥化学剤で置き換えることと、
前記基板を乾燥チャンバ内で静電チャックの上に置くことと、
前記基板を前記静電チャックに留め付けることと、
前記乾燥化学剤を凍結させるために、前記静電チャックを使用して前記基板を前記乾燥化学剤の凍結温度未満に裏側冷却することと、
前記凍結された乾燥化学剤を除去するために、前記チャンバ内の圧力を引き下げることと、
前記乾燥化学剤を融解させることなく蒸発させるために、前記基板を加熱することと、
を備える、方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、更に、
前記基板を前記静電チャックの上に置く前に、前記静電チャックを前記乾燥化学剤の凍結温度未満の温度に事前冷却することを備える、方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法であって、更に、
前記チャンバ内に無酸素雰囲気を提供するために、不活性な、すなわち還元性のガスを提供することを備える、方法。
【請求項２９】
請求項２６に記載の方法であって、
前記静電チャックを使用して前記基板を裏側冷却することは、前記乾燥化学剤の準安定状態を排除しつつ前記乾燥化学剤を凍結させて完全に凝固させる、方法。
【請求項３０】
請求項２６に記載の方法であって、
前記乾燥化学剤は、水及び第３級ブタノールを含む、方法。
【請求項３１】
請求項２６〜２７のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
前記チャンバ内に無酸素雰囲気を提供するために、不活性な、すなわち還元性のガスを提供することを備える、方法。
【請求項３２】
請求項２６〜２７、及び３１のいずれか一項に記載の方法であって、
前記静電チャックを使用して前記基板を裏側冷却することは、前記乾燥化学剤の準安定状態を排除しつつ前記乾燥化学剤を凍結させて完全に凝固させる、方法。
【請求項３３】
請求項２６〜２７及び３１〜３２のいずれか一項に記載の方法であって、
前記乾燥化学剤は、水及び第３級ブタノールを含む、方法。
【請求項３４】
請求項３１〜３３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記無酸素雰囲気は、湿気を含まない窒素雰囲気である、方法。
【請求項３５】
請求項２６〜２７、３１〜３２、及び３４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記乾燥化学剤は、基本的に、第３級ブタノールで構成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[関連出願への相互参照]
本出願は、２０１１年５月３１日に出願され「ＮＯＶＥＬ  ＤＡＭＡＧＥ−ＦＲＥＥ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＲＥＭＯＶＩＮＧ  ＬＩＱＵＩＤＳ  ＦＲＯＭ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＷＡＦＥＲＳ  ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＩＮＧ，ＭＥＭＳ，ＯＲ  ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ（半導体デバイス、ＭＥＭＳデバイス、又は光電デバイスを含む半導体ウエハから液体を除去するための新規の無損傷方法）」と題された米国仮特許出願第６１／４９１，７２７号の優先権を主張する２０１１年１０月１３日に出願され「ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ  ＦＲＥＥＺＥ  ＤＲＹ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ（基板凍結乾燥装置及び方法）」と題された米国特許出願第１３／２７３，０９０号の優先権を主張する。これらの出願は、いずれも、あらゆる目的のために参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、半導体デバイスの形成に関するものであり、特に、半導体デバイスの形成中に基板から液体を除去するための装置又は方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
半導体ウエハの処理では、ウェット処理に引き続き、半導体デバイスから液体を除去する必要がある。
【０００４】
半導体デバイスが小型化し続けるにつれて、所望のデバイス性能の実現には、いっそう高アスペクト比の構造が必要になる。マイクロ電子／半導体デバイスの製造は、材料の蒸着、平坦化、特徴のパターン形成、特徴のエッチング、及び特徴の洗浄などの複数の処理工程からなる流れを繰り返す必要がある。いっそう高アスペクト比の構造を目指す動きは、これらの従来の製造工程の多くにおいて処理上の困難を生む。エッチング及び洗浄などのウェット処理は、通常、プロセスの流れの約２５％を超える割合を占めており、乾燥中に生じる毛細管力ゆえに、高アスペクト比の特徴において特に課題である。これらの毛細管力の強さは、乾燥中のエッチング流体、洗浄流体、又はすすぎ流体の表面張力及び接触角度、並びに特徴の間隔及びアスペクト比に依存する。乾燥中に生じる力が強すぎると、高アスペクト比の特徴は、倒壊して互いに重なり合って、貼り付きを発生させる恐れがある。特徴の倒壊及び貼り付きは、デバイスの歩留まりを激しく低下させる。
【発明の概要】
【０００５】
以上を実現するために及び本発明の目的にしたがって、基板を凍結乾燥させるための装置が提供される。基板を受け入れるためのチャンバが提供される。該チャンバ内には、基板を支えて静電クランプするための静電チャック（ＥＳＣ）がある。温度コントローラが、静電チャックの温度を制御する。チャンバには、凝縮器がつながれる。真空ポンプが、チャンバと流体接続している。
【０００６】
本発明の別の顕現では、基板から液体を凍結乾燥させるための方法が提供される。液体は、乾燥化学剤に置き換えられる。基板は、乾燥チャンバ内で静電チャックの上に置かれる。基板は、静電チャックに留め付けられる。静電チャックは、乾燥化学剤を凍結させるために、基板を乾燥化学剤の凍結温度未満に裏側過冷却するために使用される。チャンバ内の圧力は、凍結された乾燥化学剤を除去するために、引き下げられる。基板は、乾燥化学剤を融解させることなく昇華させるために、加熱される。
【０００７】
以下では、本発明のこれらの及びその他の特徴が、発明の詳細な説明のなかで以下の図面と関連付けて更に詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
添付の図面のなかで、本発明は、限定的なものではなく例示的なものとして示され、図中、類似の参照符号は、同様の要素を指すものとする。
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における凍結乾燥装置の概略図である。
【００１０】
【図２】本発明の実施形態で使用されるコントローラを実現化するのに適したコンピュータシステムを示した図である。
【００１１】
【図３】本発明の一実施形態のハイレベルフローチャートである。
【００１２】
【図４Ａ】乾燥化学剤が洗浄液に置き換えられた後の基板の断面図である。
【００１３】
【図４Ｂ】図４Ａの一部分の拡大図である。
【００１４】
【図５Ａ】凍結された乾燥化学剤の一部が蒸発した後の基板の断面図である。
【００１５】
【図５Ｂ】図５Ａの一部分の拡大図である。
【００１６】
【図６】倒壊率対凍結温度のグラフである。
【００１７】
【図７】無湿気のＮ2雰囲気における倒壊率対凍結温度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、添付の図面に示された本発明の幾つかの好ましい実施形態を参照にして、本発明が詳しく説明される。以下の説明では、本発明の完全な理解を与えるために、数々の具体的詳細が述べられている。しかしながら、当業者にならば、本発明がこれらの詳細の一部または全部を伴わずとも実施されうることが明らかである。また、本発明を不必要に不明瞭にしないように、周知のプロセス工程及び／又は構造の詳細な説明は省かれている。
【００１９】
現在の及び従来の技術では、特徴の倒壊を防ぐために、脱イオン水よりも表面張力が低い代替のすすぎ液が用いられてきた。この方法は、低アスペクト比の特徴では成功を収めてきたが、高いアスペクト比及び狭い特徴間隔では脱イオン水と同様な倒壊及び貼り付きの問題に見舞われる。この失敗は、これらの低表面張力流体が、依然として有限の表面張力を保持しており、乾燥中に、それらの表面張力が、脆い特徴にとって強すぎる力を生じるという事実に起因するものである。高アスペクト比構造を乾燥させるための代替の方法は、すすぎ流体を超臨界流体に溶解させて洗い流す方法である。超臨界流体は、総じて表面張力が無いはずであり、したがって、特徴倒壊をもたらす毛細管力を排除する。超臨界流体が持つ利点にもかかわらず、これらの流体を取り入れるには、技術面及び製造面において幾つかの課題がある。これらの課題には、設備・安全費用が高いこと、プロセス時間が長いこと、プロセス中に溶媒の質が変動すること、流体の拡散性及び可同調性ゆえにプロセス感度が極端であること、並びにチャンバパーツとの流体の相互作用から生じるウエハの不完全性／汚染の問題などがある。高アスペクト比構造の倒壊を防ぐための別の戦略は、特徴を支える機械的な支柱構造を追加することである。このアプローチには、スループット及び歩留りに悪影響を及ぼす費用の高さ及びプロセスの複雑性などの、幾つかの代償がある。更に、支柱は、特定のタイプの構造に限定されるゆえに、強力な解決策ではない。したがって、半導体／マイクロ電子デバイスから液体を無損傷で除去するための代替の方法及びシステムが望まれている。
【００２０】
本発明の一実施形態は、半導体ウエハから液体を無損傷で除去することを可能にする。該方法は、液体の層を含むウエハを、その液体の三重点、共晶温度、又はガラス転移温度よりも低い温度に冷却し、それによって液体から固体又はガラスへの変化を層内に誘発させることによって進行する。乾燥チャンバの圧力は、凍結された流体の蒸気圧未満に引き下げられ、ウエハの温度は、制御方式で一様に引き上げられる。これらの条件は、凍結層の直接的昇華をもたらす。これらの条件は、凍結された流体が昇華を通じて全て除去されるまで維持される。この方法は、高アスペクト比特徴間の気液界面を無くす。凍結材料の表面張力は、極めて低い。したがって、従来の液体蒸発乾燥中に生じる力が排除され、マイクロ電子形状／高アスペクト比特徴の無倒壊乾燥が実現される。
【００２１】
図１に示されるように、この実施形態における凍結乾燥システム１００は、乾燥チャンバ１０２を含む。乾燥チャンバ１０２には、ガス源／ガス供給メカニズム１０４が流体接続している。ガス源／ガス供給メカニズム１０４は、乾燥チャンバ１０２内のガスの圧力及びタイプを制御する雰囲気制御システムの一部を提供している。チャンバ内には、ウエハなどの基板１０６を支えために、静電チャック（ＥＳＣ）１０８が置かれる。凍結乾燥システム１００は、更に、濡れたウエハを凍結乾燥チャンバ１０２内へ移送するための方法を提供するとともにそれを通じて雰囲気の制御及び乾燥プロセス圧力の実現が可能である真空シールを提供するウェット移送ステーション１３２と、凝縮器１１７と、真空ポンプ１１６と、プラズマ源１３６と、加熱ランプ配列１５３と、加熱ランプ電源１５２と、発光分光法（ＯＥＳ）システム１４０とを含み、加熱ランプ配列１５３及びＯＥＳシステム１４０は、乾燥チャンバ１０２の一側面を形成する窓１５４に隣接している。
【００２２】
この実施形態では、ＥＳＣ１０８は、接触層１１２と、熱電素子１１６の層と、ボディ１２０とを含む。ボディ１２０は、複数の流路１２４を有する。流路１２４は、冷却器１２８と流体接続している。冷却器は、流体を冷却して流路に提供し、流路は、流体を通らせてＥＳＣ１０８のボディ１２０を冷却する。熱電素子１１６の層には、熱電電源１８４が電気接続されている。熱電電源１８４は、熱電素子１１６に電圧を提供する。熱電電源１８４は、熱電素子１１６が加熱差又は冷却差のいずれを提供するかと、ＥＳＣボディ１２０と接触層１１２との間のこのような差の大きさとを決定するために、電圧の振幅及び方向を使用する。チャック電源１５７は、基板１０６をＥＳＣ１０８に静電クランプするために、クランプ電圧を提供する。ＥＳＣ１０８には、裏側冷却・加熱システム１３０がつながれており、該システム１３０は、ＥＳＣ１０８と基板１０６との間の熱伝達を増加させるために、ＥＳＣ１０８を通じてヘリウムなどの流体を基板１０６の裏側に提供する。裏側冷却／加熱システムは、真空ポンプ１１６にもつながれており、これは、基板がＥＳＣ１０８に真空クランプされることを可能にする。裏側冷却システムの一例が、あらゆる目的のために参照によって本明細書に組み込まれ「Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｈｕｃｋ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（高密度プラズマ化学気相蒸着のための可変式高温チャック）」と題されたＭｃＭｉｌｌｉｎらによる米国特許第５，８３５，３３４号に記載されている。
【００２３】
本発明のこの実施形態では、凝縮器１１７及び真空ポンプ１１６は、クライオポンプ１１０として一体化され、真空を提供するとともに蒸気を凝縮させる。乾燥チャンバ１０２には、ピラニ圧力計１１８及び静電容量型圧力計１１９がつながれている。
【００２４】
熱電電源１８４、冷却器１２８、チャック電源１５７、クライオポンプ１１０、ガス源１０４、プラズマ源１３６、加熱ランプ電源１５２、裏側冷却・加熱システム、ピラニ圧力計１１８、静電容量型圧力計、及びＯＥＳ１４０には、コントローラ１７０が制御方式でつながれている。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態で使用されるコントローラ１７０を実現化するのに適したコンピュータシステム２００を示したハイレベルブロック図である。コンピュータシステムは、集積回路、プリント回路基板、及び小型携帯用端末から巨大スーパコンピュータに至るまでの数多くの物理的形態をとりうる。コンピュータシステム２００は、１つ以上のプロセッサ２０２を含み、更に、（グラフィックス、テキスト、及びその他のデータを表示するための）電子ディスプレイ装置２０４と、メインメモリ２０６（例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））と、記憶装置２０８（例えばハードディスクドライブ）と、着脱式記憶装置２１０（例えば光ディスクドライブ）と、ユーザインターフェース機器２１２（例えばキーボード、タッチ画面、キーパッド、マウス、又はその他のポインティングデバイスなど）と、通信インターフェース２１４（例えばワイヤレスネットワークインターフェース）とを含むことができる。通信インターフェース２１４は、コンピュータシステム２００と外部装置との間でリンクを通じてソフトウェア及びデータが移行されることを可能にする。システムは、また、上記の装置／モジュールをつながれた通信インフラストラクチャ２１６（例えば通信バス、クロスオーババー、又はネットワーク）も含んでいてよい。
【００２６】
通信インターフェース２１４を通じて伝達される情報は、ワイヤ若しくはケーブル、光ファイバ、電話回線、携帯電話リンク、無線周波数リンク、及び／又はその他の通信チャネルを使用して実現化されうる信号搬送通信リンクを通じて通信インターフェース２１４によって受信されることが可能である電子信号、電磁信号、光信号、又はその他の信号などの信号の形態をとってよい。このような通信インターフェースがあれば、１つ以上のプロセッサ２０２は、上述の方法工程を実施する過程でネットワークから情報を受信する又はネットワークに情報を出力することができるだろう。更に、本発明の方法の実施形態は、プロセッサ上のみで実行されてよい、又は処理の一部分を共有する遠隔プロセッサと連携してインターネットなどのネットワークを通じて実行されてよい。
【００２７】
「非一時的なコンピュータ可読媒体」という用語は、総じて、メインメモリ、二次メモリ、着脱式記憶装置、並びにハードディスク、フラッシュメモリ、ディスクドライブメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、及びその他の形態の固定メモリなどの記憶装置のような媒体を言い、搬送波又は搬送波信号などの一過性の対象を含むものと見なされるべきでない。コンピュータコードの例には、コンパイラによって作成されるなどのマシンコード、及びインタープリタを使用してコンピュータによって実行される高水準コードを含むファイルがある。コンピュータ可読媒体は、搬送波に盛り込まれたコンピュータデータ信号によって伝送されプロセッサによって実行可能な一連の命令を表しているコンピュータコードでもあってもよい。
【００２８】
理解を促すために、図３は、発明の一実施形態で使用されうるプロセスのハイレベルフローチャートである。基板に対してウェットプロセスが使用され（工程３０４）、これは、基板の上に液体を残留させる。液体は、乾燥化学剤に置き換えられ（工程３０８）、これは、基板の上に乾燥化学剤の液を残留させる。乾燥チャンバ内に、制御された雰囲気が提供される（工程３１２）。これは、窒素、又は窒素と水素とを乾燥チャンバに流し入れることによって達成されてよく、無酸素で不活性な、すなわち還元性の雰囲気を提供する。基板は、乾燥チャンバ内に置かれる（工程３１６）。基板は、事前冷却された静電チャックにクランプされ（工程３２０）、該静電チャックは、基板を速やかに冷却して乾燥化学剤を凍結させるために使用される（工程３２２）。ＥＳＣの温度は、次いで、乾燥化学剤を融解させることなく凍結層からあらゆる準安定状態をアニールによって追い出すために、引き上げられてよい。乾燥チャンバ内の圧力は、乾燥化学剤の蒸気圧未満に引き下げられる（工程３２４）。基板は、乾燥化学剤を融解させることなく昇華させるために、加熱される（工程３２８）。もし必要であれば、同時にチャンバ圧力を引き下げつつ二次乾燥のための更なる熱が提供される（工程３３２）。その後、乾燥チャンバ内の圧力は、引き上げられる（工程３３６）。基板は、乾燥チャンバから取り除かれる（工程３４０）。
【００２９】
実施例
本発明の一実現形態の一例では、ＣＤが４０ｎｍ未満でピッチが８０ｎｍ未満のメモリラインを形成するために、シリコンウエハ上の層に、メモリデバイスのための特徴がエッチングされる。エッチングマスクを取り除いてメモリラインを洗浄するために、ウェットプロセスが使用され、ウエハの表面上に、洗浄液が残される（工程３０４）。この例では、洗浄液は、脱イオン水（ＤＩ）である。洗浄液は、乾燥化学剤に置き換えられる（工程３０８）。この例では、乾燥化学剤は、第３級ブタノール（ＴＢＡ）が９０％で水が１０％の溶液である。この例では、洗浄液は、基板がスピンしている間に基板上に乾燥化学剤を流すことによって、乾燥化学剤に置き換えられる。
【００３０】
図４Ａは、乾燥化学剤４０８が洗浄液に置き換えられた後の基板１０６の断面図である。図４Ｂは、図４Ａの一部分の拡大図であり、図に示されるように、基板１０６の上にあって乾燥化学剤４０８で覆われたメモリライン４１２及びエッチング特徴４１６を示している。基板１０６とメモリライン４１２との間には、１枚以上の層が配されてよい。
【００３１】
図１に示される乾燥チャンバ１０２などの乾燥チャンバ内に、制御された雰囲気が提供される（工程３１２）。この例では、ガス源１０４から乾燥チャンバ１０２にガスを流し入れることによって、不活性で無酸素の、すなわち還元性の雰囲気が提供される。この例では、ガスは、窒素である。
【００３２】
基板１０６は、図１に示される乾燥チャンバ１００などの乾燥チャンバ内に置かれる（工程３１６）。この例では、大気圧及び室温で基板１０６を乾燥チャンバ１０２内へ移送するために、ウェット移送ステーション１３２が使用される。ウェット移送ステーション１３２は、ウェット処理ステーションと乾燥チャンバ１０２との間につながれてよく、基板をウェット処理ステーションから乾燥チャンバ１０２に移送するためのロボットメカニズムを有していてよい。乾燥後、ウェット移送ステーション内のロボットメカニズムは、基板を乾燥チャンバ１０２から別のチャンバへ取り出すために使用されてよい。ウェット移送ステーションは、制御された雰囲気を提供しそうして乾燥を防ぐ又は濡れた基板に対するその他の化学的変化を防ぐことによって、濡れた基板を取り扱うことができるだろう。
【００３３】
ＴＢＡが９０％で水が１０％の溶液は、室温で比較的粘性であるゆえに、移送中に振り落とされにくい。基板１０６は、ＥＳＣ１０８の上に置かれる。冷却器は、ＥＳＣ１０８の上に基板１０６が置かれる前にＥＳＣのボディ１２０が約−４０℃の温度に事前冷却されているように設定される。この例では、熱電電源は、ＥＳＣボディ１２０と接触層１１２との間に０℃の温度差を形成して接触層１１２を−４０℃に事前冷却するために、熱電素子に電圧を提供しない。チャック電源１５７は、基板１０６をＥＳＣ１０８に静電クランプするために、クランプ電圧を提供する（工程３２０）。裏側冷却・加熱システム１３０は、接触層１１２と基板１０６との間の熱伝達を向上させるために、及び基板１０６の温度一様性を高めるために、接触層１１２と基板１０６との間にヘリウムの裏側ガス圧力を提供する。
【００３４】
乾燥化学剤４０８は、ＥＳＣ１０８からの冷却によって、完全に凍結される（工程３２２）。凍結プロセスのために、一定の時間が決定されてよい。
【００３５】
この例では、クライオポンプ１１０が、凝縮器１１７及び真空ポンプ１１６を提供し、乾燥チャンバ１０２を０．１〜１０００ミリトールに減圧するために使用される（工程３２４）。基板は、次いで、乾燥化学剤を融解させることなく昇華させるために、加熱される（工程３２８）。この例では、加熱は、熱電素子に電圧を印加し熱電素子によって提供される温度差を変化させることによって、提供される。この例では、温度差は、１０℃であり、したがって、接触層１１２は、−３０℃の温度に置かれる。この例では、冷却器１２８は、一定温度に維持され、熱電素子１１６は、更なる冷却及び／又は加熱を提供するために使用される。これは、接触層１１２の温度が、乾燥化学剤を凍結させるための温度と、任意のアニールプロセスと、凍結乾燥プロセスにおいて乾燥化学剤を昇華させるための温度との間で循環する際の、より速やかで、より効率的で、且つより正確な温度変化を可能にする。この凍結乾燥プロセスでは、凍結された乾燥化学剤の蒸気圧未満の圧力を維持して固体の乾燥化学剤を気相に直接昇華させるために、低い圧力が使用される。凝縮器１１７は、真空ポンプ１１６の効率を維持するために、真空ポンプに到達する蒸発された乾燥化学剤を減少させる。凍結乾燥プロセスは、蒸気を昇華させるので、凝縮器は、昇華された蒸気を取り扱うことが好ましい。
【００３６】
図５Ａは、凍結された乾燥化学剤４０８の一部が昇華された後の基板１０６の断面図である。図５Ｂは、図５Ａの一部分の拡大図であり、図に示されるように、基板１０６の上にあって凍結された乾燥化学剤４０８の一部を昇華されたメモリライン４１２及びエッチング特徴４１６を示している。
【００３７】
ＯＥＳシステム１４０は、凍結された乾燥化学剤４０８がいつ全部昇華されたかを決定するために使用されてよい。代案では、乾燥は、一定の時間にわたって実施されてよい。別の代案では、凍結された化学剤がいつ全部昇華されたかを決定するために、ピラニ圧力計及び静電容量型圧力計が使用されてよい。この例は、基板１０６の温度を上昇させる（工程３３６）こと及び更にチャンバ圧力を引き下げることによって、二次乾燥を提供する。この更なる温度上昇は、熱電素子１１６によって又は加熱ランプ配列１５３によって実施されてよい。二次乾燥の目的は、物理的に吸着された溶媒を取り除くことにある。凍結された乾燥化学剤が昇華されて取り除かれた後、この例では、チャンバ圧力が引き上げられる（工程３３２）。
【００３８】
基板は、乾燥チャンバ１０２から取り出される（工程３４０）。取り出しプロセスの際に、基板は、クランプ電圧を解除することによってチャックから解放される。乾燥チャンバ１０２内の圧力は、大気圧に戻され、ウェット移送ステーション１３２は、開かれる。
【００３９】
代替の実施形態
本発明の各種の代替の実施形態が提供されてよい。本発明のその他の実施形態では、その他の乾燥化学剤が使用されてよい。代替化学剤の幾つかの例として、ジメチルスルホキシド（ＤＳＭＯ）、シクロヘキサン、酢酸、四塩化炭素、イソプロパノール、炭酸ジメチル、水、及びこれらの混合が挙げられるが、これらに限定はされない。乾燥化学剤が水を含んでおらず、（ＤＳＭＯ）を使用する一実施形態では、制御された雰囲気は、低い湿度を有するだろう。このような乾燥化学剤は、純粋な液体、又は２種以上の液体の混合であってよい。別の一実施形態では、乾燥化学剤に置き換えられる必要がないように、ウェット処理液が乾燥化学剤として使用されてよい。
【００４０】
別の一実施形態では、乾燥化学剤による液体の置き換えは、乾燥チャンバ内で実施されてよい。このようなプロセスは、乾燥化学剤による液体の置き換えの際に、基板をスピンさせてよい又はスピンさせなくてよい。
【００４１】
別の一実施形態では、制御された雰囲気は、湿気を低い割合で含む又は含まない任意の不活性ガスであってよい。Ａｒなどの或る種の不活性ガスは、ＥＳＣにウエハを静電的に留め付ける／ＥＳＣからウエハを静電気に解放するという点で有利だろう。もし雰囲気が制御されないと、乾燥化学剤に酸素が吸収され、凍結層の剥離を引き起こすかもしれず、これは、倒壊を増加させるだろう。
【００４２】
別の一実施形態では、チャックは、事前冷却されず、その代わりに、チャックの温度が、基板がチャックの上に置かれた後に一定の比率で引き下げられる。別の一実施形態では、静電チャックの代わりに、真空チャック又は機械的チャックが使用される。別の一実施形態では、基板は、プラテンの上に置かれ、この場合は、基板は留め付けられない。この実施形態は、冷却時間を遅くし、それゆえに処理時間を長くするだろうが、その他の点では有利だろう。別の一実施形態では、冷却を提供するために、液体窒素が基板に接触されてよい。
【００４３】
チャンバの真空を達成するために、機械的ポンプ及び／又はターボ分子ポンプなどの様々な装置が使用されてよい。チャンバには、所望のチャンバ圧力を維持するために、制御された流量でＡｒ、Ｈｅ、又はＮ2などの不活性ガスが供給されてよい。代替の一実施形態では、所望のチャンバ圧力を維持するために、ガスが供給されることはない。好ましくは、チャンバ圧力は、５ミリトール未満に維持される。裏側の冷却又は加熱の場合は、一様に且つ効率的にウエハに熱を伝達するために、Ｈｅ又はＡｒなどが挙げられるがこれらに限定はされない不活性ガスが、好ましくは１トールから４０トールまでの範囲の圧力で、静電的に留め付けられたウエハの裏側に供給される。
【００４４】
代替の実施形態では、基板の加熱は、ＥＳＣ上における冷却器の設定点を変更することによって、又はより高温の第２の冷却器を提供し該第２の冷却器から流体を提供することによって、又は電熱ユニットによって提供される温度差を変化させることによって、又は加熱ランプ配列から熱を提供することによって、実現されてよい。基板が加熱ランプによって加熱される前に基板をチャックから持ち上げるために、リフトピンが使用されてよい。別の一実施形態では、有機材料と反応して揮発性化合物を形成するガスから発生したＲＦプラズマに、凍結層を暴露させてよい。これらのガスには、Ｈ2、Ｎ2、ＮＨ3、Ｏ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮxＯy、ＳＯx、及びこれらの組み合わせがあるが、これらに限定はされない。更に、反応を促進するためのイオンエネルギを提供するために、Ａｒ、Ｋｒ、又はＮｅなどの更なる不活性ガスが追加されてよい。これらのプラズマは、凍結層に熱を提供し、相乗的な化学反応及びイオン強化反応を通じて凍結材料から蒸気種への転移を促進することができる。プラズマは、容量性又は誘導性であってよい。或いは、ウエハへのイオン衝撃を無くすために、下流プラズマが使用されてよい。
【００４５】
チャンバ内へ昇華蒸気が解放され、凝縮器へ運ばれる。凝縮器温度は、ＥＳＣ接触層１１２温度よりも低く設定され、凝縮器は、好ましくは−２０℃から−１００℃までの間である。凝縮器圧力は、乾燥チャンバと同様であり、凝縮器と乾燥チャンバは、好ましくは、同じシステムを共有している。
【００４６】
ウエハは、乾燥工程の終点が検出されるまで、所望のチャンバ圧力及び温度に保たれる。一実施形態では、終点は、静電容量型計測器及びピラニ圧力計の使用によって検出される。これらの計測器は、溶媒蒸気がチャンバ内にあるときは、読み取り値が異なるが、乾燥終点が生じるときは、同じ値に収束する。乾燥終点を検出するための代替の方法としては、チャンバを真空ポンプから隔離してチャンバの漏出率をチェックする方法が挙げられ、この漏出率は、ウエハから蒸気が生成されているときに、大幅に高くなると予測される。もしＲＦプラズマが使用されるならば、発光分光法を使用し、揮発性反応生成物種に対応する波長を監視することによって、乾燥工程の終点を検出することができる。応用によっては、凝縮器が使用されなくてよいこともある。
【００４７】
一実施形態では、凍結層の昇華の完了後、ウエハ／ＥＳＣが、凍結乾燥溶媒の融解温度に近い又は凍結乾燥溶媒の融解温度を超える温度に加熱されてよい。第３級ブタノールの場合は、所望の温度は、−４０℃から＋３００℃までの範囲だろう。チャンバの圧力は、７６０トールから０．１ミリトールまでの範囲の圧力に引き下げられる。好ましくは、この工程における圧力は、１０ミリトール未満である。この工程中は、一定の流量でチャンバに不活性ガスが導入されてよい。この工程の目的は、物理的に吸着されたあらゆる溶媒を取り除くことにある。この工程は、凍結乾燥溶媒のタイプ又はマイクロ電子形状のタイプによっては、無損傷乾燥を達成するために必ずしも必要ではないだろう。代替の一実施形態では、ウエハは、有機材料と反応して揮発性化合物を形成するガスから発生したＲＦプラズマに暴露されてよい。これらのガスには、Ｈ2、Ｎ2、ＮＨ3、Ｏ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮxＯy、ＳＯx、及びこれらの組み合わせがあるが、これらに限定はされない。更に、反応を促進するためのイオンエネルギを提供するために、Ａｒ、Ｋｒ、又はＮｅなどの更なる不活性ガスが追加されてよい。これらのプラズマは、残留溶媒に熱を提供して残留溶媒と反応し、相乗的な化学反応及びイオン強化反応を通じて蒸気種を形成することができる。その他の実施形態では、ウエハの加熱は、冷却器設定点温度の変更を通じて若しくはＥＳＣ内の加熱器によってＥＳＣを加熱することによって、又はウエハによって吸収される赤外線放射を放出するランプを使用して、又はＲＦプラズマを通じて発生してよい。
【００４８】
その他の実施形態では、二次乾燥の完了後、チャンバの圧力は、プラズマ点火を可能にする圧力に調整されてよい。好ましくは、該圧力は、５０ミリトールから１０，０００ミリトールまでの範囲に調整される。ウエハは、有機材料と反応して揮発性化合物を形成するガスから発生したＲＦプラズマに暴露されてよい。これらのガスには、Ｈ2、Ｎ2、ＮＨ3、Ｏ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮxＯy、ＳＯx、及びこれらの組み合わせがあるが、これらに限定はされない。更に、反応を促進するためのイオンエネルギを提供するために、Ａｒ、Ｋｒ、又はＮｅなどの更なる不活性ガスが追加されてよい。この工程の目的は、乾燥プラズマ化学剤を使用し、ウェットエッチング、洗浄、又は凍結乾燥のための酸／溶媒に含まれていて続いて乾燥プロセス中にウエハ上に蒸着されたであろうあらゆる不揮発性残留物を取り除くことにある。更に、プラズマからのエネルギは、処理中に倒壊したであろうあらゆる特徴を解放しうる。一部の実施形態では、この工程は、除かれてよい、又は乾燥工程と同時に起きてよい。又は別個のチャンバ内で起きてよい。
【００４９】
各種の実施形態において、チャンバ圧力は、基板の取り出しの際に、Ｎ2、Ａｒ、又はＨｅなどが挙げられるがこれらに限定はされない不活性ガスの導入によって、７６０トールに引き上げられる。ウエハは、ＥＳＣから解放され、ウエハ裏側のガス流は、遮断される。ウエハは、次いで、チャンバから取り出される。一実施形態では、ウエハをＥＳＣから解放するために、ＲＦ電力によって通電された不活性ガスからのプラズマが使用されてよい。ウエハは、チャンバ圧力が大気圧に引き上げられるよりも前に、同時に、又は後に解放されてよい。別の一実施形態では、ウエハは、プラズマ処理のために別のチャンバに移されてよい。
【００５０】
別の一実施形態では、Ｓｉウエハ上にあるアスペクト比が１５：１の円柱構造に対して一連の実験が行われた。これらの構造は、純粋な第３級ブタノールによって濡らされ、空気で満たされたチャンバ内に置かれた。サンプルは、−１５℃から−４０℃までの様々な凍結温度に冷却された。ウエハ上の第３級ブタノールを凍結させた後、チャンバ圧力は、３００ミリトールに引き下げられ、ウエハ温度は、１０分間にわたって＋２５℃に引き上げられた。第３級ブタノールは、全て、昇華を通じて取り除かれた。その後、チャンバ圧力は、３０ミリトールに引き下げられ、ウエハ温度は、１０分間にわたって３０℃に引き上げられた。チャンバは、次いで、通気されて大気圧に戻され、ウエハサンプルは、チャンバから取り出された。図６は、倒壊率対凍結温度のグラフである。図６に見られるように、サンプルは、凍結温度が３０℃以下であるときに１％未満の倒壊を示した。
【００５１】
空気中で又はＮ2環境内で純粋なＴＢＡを使用すると、温度が５℃／分未満の一定の速度でゆっくり凍結温度に引き下げられたときに予期せぬ倒壊パターンが引き起こされることが、思いがけなく発見された。ＴＢＡ対水が重量にして９：１であると、思いがけず損傷が低減された。より一般的には、本発明の実施形態で使用される溶液のＴＢＡ対水の重量比は、５：９５から９９．９：０．１である。
【００５２】
別の一実施形態では、Ｓｉウエハ上にあるアスペクト比が２５：１の円柱構造に対して一連の実験が行われた。これらの乾燥構造は、湿気及び酸素を含まないＮ2雰囲気を内包したチャンバ内に置かれた。ウエハは、純粋な第３級ブタノールで濡らされ、次いで、−６０℃から−２０℃までの様々な凍結温度に急速に冷却された。ウエハ上の第３級ブタノールを凍結させた後、チャンバ圧力は、５ミリトール未満に引き下げられ、ウエハは、ＥＳＣに静電的に留め付けられた。ウエハ温度は、次いで、−２５℃から−５℃までの間の温度に引き上げられた。第３級ブタノールは、全て、昇華を通じて取り除かれた。チャンバは、次いで、Ｎ2ガスによって通気されて大気条件に戻され、ウエハサンプルは、チャンバから取り出された。図７は、倒壊率対凍結温度のグラフである。図７に見られるように、湿気を含まないＮ2雰囲気内における凍結乾燥は、−３０℃を超える温度では、凍結乾燥溶媒内における湿気吸着を最小限に抑えることによって低い倒壊率の実現を可能にする。
【００５３】
その他の実施形態では、凍結された乾燥化学剤の結晶構造を増加させるために、アニールが使用されてよく、これは、倒壊を低減させる。別の一実施形態では、倒壊を低減させるために、凍結された乾燥化学剤のガラス転移温度未満への冷却が使用される。別の一実施形態では、乾燥化学剤の適用と、凍結乾燥とが、同じチャンバ内でなされてよい。
【００５４】
迅速な冷却のために静電チャックを使用する一実施形態の構成は、チャンバをチャンバの頂部と基板の頂部との間の間隙が３ｃｍ未満の狭い間隙である低容積にすることを可能にする。このような低容積は、より速やかな圧力変化と、より優れた温度制御とを可能にする。
【００５５】
本発明の別の一実施形態では、複数の基板が同時に処理されるように、それぞれが基板を保持している複数のＥＳＣが１つの乾燥チャンバ内にある。ＥＳＣは、一平面内にあってよい又は積み重ねられていてよい。
【００５６】
気液界面を無くすことによって、本発明の一実施形態は、従来の蒸発乾燥中に特徴の倒壊を引き起こす毛細管力を排除する。
【００５７】
各種の実施形態は、超臨界乾燥プロセスに勝る利点を有している。利点の１つは、本発明の実施形態が大気圧又は真空をベースにした圧力で動作するゆえに、超臨界プロセスで必要とされる高圧容器が不要であることである。もう１つの利点は、超臨界プロセスで使用されるよりも、必要とされる化学剤の量が少ないことである。また、乾燥溶媒とチャンバとの相互作用が、各種の実施形態において超臨界プロセスと比べて最小限に抑えられ、これは、したがって、ウエハの欠陥及び汚染の問題を軽減し、チャンバの平均故障時間を長くする。また、各種の実施形態は、乾燥時間を短縮し、より正確な温度制御を可能にする。また、本発明の各種の実施形態で使用される圧力は、プラズマ点火を可能にし、これは、残留する溶媒／汚染を乾燥洗浄する能力を提供し、装置の歩留まりを向上させる。
【００５８】
各種の実施形態は、高アスペクト比特徴のための特殊な支柱の必要性を無くし、これは、プロセス全体の複雑性及び費用を軽減する。これらの実施形態は、あらゆる種類のマイクロ電子形状に適用することができ、これに対して、支柱は、極めて特殊な応用に限定される。
【００５９】
本発明は、幾つかの好ましい実施形態の観点から説明されているが、本発明の範囲に含まれるものとして、代替形態、置換形態、及び代わりとなる各種の均等物がある。また、本発明の方法及び装置を実現するものとして、多くの代替手法があることも留意されるべきである。したがって、以下の添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替形態、置換形態、及び代わりとなる各種の均等物を含むものと解釈される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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