(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン構造の特色を有する半導体ウエハを洗浄する方法であって、
前記半導体ウエハに液体を塗布する工程と、
音響エネルギーを前記液体に供給するためのトランスデューサの電源を、タイマーに基づいて、所定の第１期間にわたって、第１周波数および第１電力レベルに制御するステップと、
音響エネルギーを前記液体に供給するための前記トランスデューサの前記電源を、前記タイマーに基づいて、所定の第２期間にわたって、第２周波数および第２電力レベルに制御するステップと、
所定のサイクル数の間、前記第１および第２期間が交互に適用され、
前記第１期間において気泡の温度が上昇するものの臨界内破温度まで上昇せず、前記第２期間において気泡の温度が低下するように、前記第１期間と第２期間、前記第１電力レベルと第２電力レベル、および、前記第１周波数と第２周波数とを決定することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１期間は、
前記第１周波数と第１電力レベルで前記液体に音響エネルギーを、試験期間にわたって供給することと、前記第２周波数と第２電力レベルで前記液体に音響エネルギーを、充分に長い期間にわたって供給することとを交互に行い、
損傷した前記特色の割合を測定し、
上記複数のステップを複数の異なる試験期間で繰り返し、
前記特色に対する損傷がない試験期間の一部を前記第１期間として決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２期間は、
前記第１周波数と第１電力レベルで前記液体に音響エネルギーを、所定期間にわたって供給することと、前記第２周波数と第２電力レベルで前記液体に音響エネルギーを、試験期間にわたって供給することとを交互に行い、
損傷した前記特色の割合を測定し、
上記複数のステップを複数の異なる試験期間で繰り返し、
前記特色に対する損傷がない試験期間の一部を前記第２期間として決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２電力レベルは前記第１電力レベルより低いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２電力レベルがゼロであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２期間における音響エネルギーは、前記第１期間における音響エネルギーと逆位相であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１周波数は前記第２周波数に等しく、前記第１電力レベルは前記第２電力レベルより高いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１周波数は前記第２周波数より高く、前記第１電力レベルは前記第２電力レベルより高いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１周波数は前記第２周波数より低く、前記第１電力レベルは前記第２電力レベルに等しいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１周波数は前記第２周波数より低く、前記第１電力レベルは前記第２電力レベルよりも高いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１周波数は前記第２周波数より低く、前記第１電力レベルは前記第２電力レベルよりも低いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１電力レベルは、前記第１期間中に上がることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１電力レベルは、前記第１期間中に下がることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１電力レベルは、前記第１期間中に上がること及び下がることの両方が生じることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１周波数は、前記第１期間中に高い値から低い値に変化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１周波数は、前記第１期間中に低い値から高い値に変化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１周波数は、前記第１期間中に低い値から高い値に変化し、その後前記低い値に戻ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１周波数は、前記第１期間中に高い値から低い値に変化し、その後前記高い値に戻ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１期間において前記第１周波数はまずｆ１に設定され、その後ｆ３に設定され、最後にｆ４に設定され、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１期間において前記第１周波数はまずｆ４に設定され、その後ｆ３に設定され、最後にｆ１に設定され、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１期間において前記第１周波数はまずｆ１に設定され、その後ｆ４に設定され、最後にｆ３に設定され、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１期間において前記第１周波数はまずｆ３に設定され、その後ｆ４に設定され、最後にｆ１に設定され、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１期間において前記第１周波数はまずｆ３に設定され、その後ｆ１に設定され、最後にｆ４に設定され、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１期間において前記第１周波数はまずｆ４に設定され、その後ｆ１に設定され、最後にｆ３に設定され、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２期間において前記第２周波数はゼロであり、前記第２電力レベルは一定の正の値であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２期間において前記第２周波数はゼロであり、前記第２電力レベルは一定の負の値であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記特色は、深さ対幅の比が少なくとも３であるビアホールまたはトレンチを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記半導体ウエハの装置製造ノードが１６ナノメートル以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
音響エネルギーが供給されるとき、前記トランスデューサに対して前記ウエハを回転させるステップ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３０】
前記特色は、前記第１期間における気泡の膨張によって損傷されないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記第２期間において気泡内部の温度が低下することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記第２期間において前記気泡内部の温度が前記液体の温度近傍まで低下することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１期間は、第１周波数の一サイクル期間の２，０００倍より短いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１期間は、（（Ｔｉ−Ｔ０−ΔＴ）／（ΔＴ−δＴ）＋１）／ｆ１よりも短く、ここで、Ｔｉは内破温度であり、Ｔ０は液体温度であり、ΔＴは、前記気泡を一回圧縮した後の温度上昇であり、δＴは、前記気泡を一回膨張させた後の温度下降であり、ｆ１は前記第１周波数であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
パターン構造の特色を有する半導体ウエハを洗浄する装置であって、
前記半導体ウエハを保持するように構成されたウエハホルダと、
前記半導体ウエハに液体を塗布するように構成された注入口と、
音響エネルギーを液体に供給するように構成されたトランスデューサと、
前記トランスデューサの電源と、
タイマーを備えた電源用コントローラであって、前記タイマーに基づいて前記トランスデューサを制御することにより、
所定の第１期間にわたって、第１周波数および第１電力レベルで、音響エネルギーを前記液体に供給し、
所定の第２期間にわたって、第２周波数および第２電力レベルで、音響エネルギーを前記液体に供給するように構成されたコントローラと、を備え
前記コントローラは、所定のサイクル数の間、前記第１期間および第２期間を交互に適用するように構成されており、
前記第１期間において気泡の温度が上昇するものの臨界内破温度まで上昇せず、前記第２期間において気泡の温度が低下するように、前記第１期間と第２期間、前記第１電力レベルと第２電力レベル、および、前記第１周波数と第２周波数とを決定することを特徴とする装置。
【請求項３６】
ウエハホルダは回転チャックを備えることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
ウエハホルダは洗浄タンクに沈められたカセットを備えることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３８】
前記注入口はノズルを備えていることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３９】
前記トランスデューサが前記注入口に接続され、前記注入口を流れる前記液体に音響エネルギーを加えることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４０】
前記第２電力レベルは前記第１電力レベルより低いことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４１】
前記第２電力レベルがゼロであることを特徴とする請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記第２期間における音響エネルギーは、前記第１期間における音響エネルギーと逆位相であることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４３】
前記第１周波数は前記第２周波数に等しく、前記第１電力レベルは前記第２電力レベルより高いことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４４】
前記第１周波数は前記第２周波数より高く、前記第１電力レベルは前記第２電力レベルより高いことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４５】
前記第１周波数は前記第２周波数より低く、前記第１電力レベルは前記第２電力レベルに等しいことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４６】
前記第１周波数は前記第２周波数より低く、前記第１電力レベルは前記第２電力レベルよりも高いことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４７】
前記第１周波数は前記第２周波数より低く、前記第１電力レベルは前記第２電力レベルよりも低いことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４８】
前記第１電力レベルは、前記第１期間中に上がることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４９】
前記第１電力レベルは、前記第１期間中に下がることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項５０】
前記第１電力レベルは、前記第１期間中に上がること及び下がることの両方が生じることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項５１】
前記第１周波数は、前記第１期間中に高い値から低い値に変化することを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項５２】
前記第１周波数は、前記第１期間中に低い値から高い値に変化することを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項５３】
前記第１周波数は、前記第１期間中に低い値から高い値に変化し、その後前記低い値に戻ることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項５４】
前記第１周波数は、前記第１期間中に高い値から低い値に変化し、その後前記高い値に戻ることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項５５】
前記第１期間において前記第１周波数はまずｆ１に設定され、その後ｆ３に設定され、最後にｆ４に設定され、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さいことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項５６】
前記第１期間において前記第１周波数はまずｆ４に設定され、その後ｆ３に設定され、最後にｆ１に設定され、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さいことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項５７】
前記第１期間において前記第１周波数はまずｆ１に設定され、その後ｆ４に設定され、最後にｆ３に設定され、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さいことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項５８】
前記第１期間において前記第１周波数はまずｆ３に設定され、その後ｆ４に設定され、最後にｆ１に設定され、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さいことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項５９】
前記第１期間において前記第１周波数はまずｆ３に設定され、その後ｆ１に設定され、最後にｆ４に設定され、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さいことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項６０】
前記第１期間において前記第１周波数はまずｆ４に設定され、その後ｆ１に設定され、最後にｆ３に設定され、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さいことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項６１】
前記第２期間において前記第２周波数はゼロであり、前記第２電力レベルは一定の正の値であることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項６２】
前記第２期間において前記第２周波数はゼロであり、前記第２電力レベルは一定の負の値であることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項６３】
前記特色は、深さ対幅の比が少なくとも３であるビアホールまたはトレンチを含むことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項６４】
前記半導体ウエハの装置製造ノードが１６ナノメートル以下であることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項６５】
ウエハホルダは、音響エネルギーが供給される際にトランスデューサに対してウエハを回転させるようにさらに構成されていることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項６６】
前記特色は、前記第１期間における気泡の膨張によって損傷されないことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項６７】
前記第２期間において気泡内部の温度が低下することを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項６８】
前記第２期間において前記気泡内部の温度が前記液体の温度近傍まで低下することを特徴とする請求項６７に記載の装置。
【請求項６９】
前記第１期間は、第１周波数の一サイクル期間の２，０００倍より短いことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項７０】
前記第１期間は、（（Ｔｉ−Ｔ０−ΔＴ）／（ΔＴ−δＴ）＋１）／ｆ１よりも短く、ここで、Ｔｉは内破温度であり、Ｔ０は液体温度であり、ΔＴは、前記気泡を一回圧縮した後の温度上昇であり、δＴは、前記気泡を一回膨張させた後の温度下降であり、ｆ１は前記第１周波数であることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項７１】
タイマーを備えた、トランスデューサの電源用コントローラであって、前記タイマーに基づいて前記トランスデューサを制御することにより、
所定の第１期間にわたって、第１周波数および第１電力レベルで、音響エネルギーを半導体ウエハに塗布した液体に供給し、
所定の第２期間にわたって、第２周波数および第２電力レベルで、音響エネルギーを前記液体に供給するように構成され、
前記コントローラは、所定のサイクル数の間、前記第１期間および第２期間を交互に適用するように構成されており、
前記第１期間において気泡の温度が上昇するものの臨界内破温度まで上昇せず、前記第２期間において気泡の温度が低下するように、前記第１期間と第２期間、前記第１電力レベルと第２電力レベル、および、前記第１周波数と第２周波数とを決定することを特徴とする装置。
【請求項７２】
前記第２電力レベルは前記第１電力レベルより低いことを特徴とする請求項７１に記載のコントローラ。
【請求項７３】
前記第２電力レベルがゼロであることを特徴とする請求項７２に記載のコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハの洗浄方法および洗浄装置に関する。より具体的には、洗浄工程において、超音波または高周波超音波装置（ultra or mega sonic device）によって生成される気泡キャビテーションを制御し、ウエハ全体に安定した、または、制御されたキャビテーションを発生させることにより、ウエハ上の微細粒子をデバイス構造に損傷を与えることなく効率的に除去することに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、複数の異なる処理工程を経てトランジスタおよび相互接続要素を製造することによって、半導体ウエハ上に製造または加工される。近年トランジスタは、フィン電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ；  ｆｉｎＦＥＴ）のように二次元から三次元に構築されるものがある。半導体ウエハに伴うトランジスタ端子同士を電気的に接続するために、半導体装置の一部として誘電材料に導電性（例えば、金属）のトレンチ、ビアホール（ｖｉａ）などが形成される。トレンチおよびビアホールは、トランジスタ間、および、半導体装置の内部回路と半導体装置の外部回路との電気信号および電力を接続する。
【０００３】
半導体ウエハ上におけるｆｉｎＦＥＴおよび相互接続要素の形成工程では、例えばマスキング、エッチング、および、堆積工程を経て、所望の半導体装置の電子回路が形成される。特に、複数のマスキングおよびプラズマエッチング工程を行うことによって、トランジスタのフィンおよび／または相互接続要素のトレンチやビアホールとして機能する半導体ウエハの誘電層に、ｆｉｎＦＥＴおよび／または陥凹領域のパターンを形成することができる。ポストエッチングまたはフォトレジストアッシングにおいて、フィン構造および／またはトレンチやビアホールにおける粒子および異物を除去するために、湿式洗浄工程が必要となる。特に装置製造ノードが１４ｎｍまたは１６ｎｍ、或いは、それ以上移動する場合に、フィンおよび／またはトレンチおよびビアホールの側壁損失は、臨界寸法の維持に重要となる。側壁損失を低減または排除するには、適度に希釈された化学薬品、または、場合によっては脱イオン水のみを使用することが重要となる。しかし、通常、希釈された化学薬品や脱イオン水では、フィン構造および／またはトレンチやビアホール内の粒子を効率的に除去できない。したがって、これらの粒子を効率的に除去するには、超音波または高周波超音波などの機械的な力が必要である。超音波または高周波超音波は、ウエハ構造に機械的な力を加える気泡キャビテーションを発生させるが、トランジットキャビテーションやマイクロ噴流などの激しいキャビテーションによって、パターン構造が破損する。したがって、安定したまたは制御されたキャビテーションを維持することは、機械的な力を損傷限界内に制御すると同時に粒子の効率的な除去を行うために重要なパラメータとなる。
【０００４】
米国特許第４３２６５５３号には、ノズルに結合されて半導体ウエハを洗浄する高周波超音波エネルギーが開示されている。流体は加圧され、高周波超音波トランスデューサによって高周波超音波エネルギーが流体に加えられる。ノズルは、超音波／高周波超音波の周波数で振動する洗浄用流体をリボン状に噴射させて表面に衝突させるための形状を有している。
【０００５】
米国特許第６０３９０５９号には、音波エネルギを流体に伝達する細長いプローブを振動させるエネルギー源が開示されている。一構成において、流体がウエハの両側に噴射される一方、プローブは上側近傍に配置されている。別の構成では、短いプローブの先端面が表面近傍に配置されており、ウエハが回転する際にその表面上をプローブが移動する。
【０００６】
米国特許第６８４３２５７Ｂ２号には、ウエハ表面に平行な軸を中心に回転するロッドを振動させるエネルギー源が開示されている。ロッド表面に、エッチングにより螺旋溝などを形成する。
【０００７】
洗浄工程において、安定したまたは制御されたキャビテーションをウエハ全体に発生させることで、ウエハ上のデバイス構造が損傷することなく効率的に微細粒子を除去するには、超音波または高周波超音波装置によって発生する気泡キャビテーションを制御する方法が必要である。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の一方法は、安定した気泡キャビテーションを維持させることによって、パターン構造を有するウエハに損傷を与えることのない超音波／高周波超音波洗浄を可能とする。安定した気泡キャビテーションは、τ１よりも短い時間間隔で、音波電源を電力Ｐ１に設定し、τ２よりも長い時間間隔で、音波電源を電力Ｐ２に設定し、ウエハが洗浄されるまで上記のステップを繰り返すことにより制御され、電力Ｐ２はゼロに等しい、または、電力Ｐ１よりはるかに小さく、τ１は、気泡内部の温度が臨界内破（ｉｍｐｌｏｓｉｏｎ）温度まで上昇する時間間隔であり、τ２は、気泡内部の温度が臨界内破温度よりはるかに低い温度まで低下する時間間隔である。
【０００９】
本発明の別の方法は、安定した気泡キャビテーションを維持させることによって、パターン構造を有するウエハが損傷することなく超音波／高周波超音波洗浄を行うことを可能とする。安定した気泡キャビテーションは、τ１よりも短い時間間隔で、音波電源を周波数ｆ１に設定し、τ２よりも長い時間間隔で、音波電源を周波数ｆ２に設定し、ウエハが洗浄されるまで上記のステップを繰り返すことにより制御され、ｆ２は、ｆ１よりもはるかに高く、２倍または４倍高い方がよく、τ１は、気泡内部の温度が臨界内破温度まで上昇する時間間隔であり、τ２は、気泡内部の温度が臨界内破温度よりはるかに低い温度まで低下する時間間隔である。
【００１０】
本発明の別の方法は、パターン構造内の空間よりも小さな気泡サイズの安定した気泡キャビテーションを維持させることによって、パターン構造を有するウエハが損傷することのない超音波／高周波超音波洗浄を可能とする。パターン構造内の空間よりも小さな気泡サイズの安定した気泡キャビテーションは、τ１よりも短い時間間隔で、音波電源を電力Ｐ１に設定し、τ２よりも長い時間間隔で、音波電源を電力Ｐ２に設定し、ウエハが洗浄されるまで上記のステップを繰り返すことにより制御され、Ｐ２はゼロに等しい、または，電力Ｐ１よりはるかに小さく、τ１は、気泡サイズがパターン構造内の空間と等しいかそれより大きい臨界サイズに増加するまでの時間間隔であり、τ２は、気泡サイズがパターン構造内の空間よりはるかに小さいサイズに減少するまでの時間間隔である。
【００１１】
本発明の別の方法は、パターン構造内の空間よりも小さな気泡サイズの安定した気泡キャビテーションを維持させることによって、パターン構造を有するウエハが損傷することのない超音波／高周波超音波洗浄を可能とする。パターン構造内の空間よりも小さな気泡サイズの安定した気泡キャビテーションは、τ１よりも短い時間間隔で、音波電源を周波数ｆ１に設定し、τ２よりも長い時間間隔で、音波電源を周波数ｆ２に設定し、ウエハが洗浄されるまで上記のステップを繰り返すことにより制御され、ｆ２は、ｆ１よりもはるかに高く、２倍または４倍高い方がよく、τ１は、気泡サイズがパターン構造内の空間と等しいかそれより大きい臨界サイズに増加するまでの時間間隔であり、τ２は、気泡サイズがパターン構造内の空間よりはるかに小さいサイズに減少するまでの時間間隔である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】超音波／高周波超音波装置を使用するウエハ洗浄装置の例を示す図である。
【図１Ｂ】超音波／高周波超音波装置を使用するウエハ洗浄装置の例を示す図である。
【図２Ａ】超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。
【図２Ｂ】超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。
【図２Ｃ】超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。
【図２Ｄ】超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。
【図２Ｅ】超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。
【図２Ｆ】超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。
【図２Ｇ】超音波／高周波超音波トランスデューサの各種形状を示す図である。
【図３】ウエハ洗浄工程における気泡キャビテーションを示す図である。
【図４Ａ】洗浄工程中のウエハ上のパターン構造に損傷を与えるトランジットキャビテーションを示す図である。
【図４Ｂ】洗浄工程中のウエハ上のパターン構造に損傷を与えるトランジットキャビテーションを示す図である。
【図５Ａ】洗浄工程中の気泡内部の熱エネルギーの変化を示す図である。
【図５Ｂ】洗浄工程中の気泡内部の熱エネルギーの変化を示す図である。
【図５Ｃ】洗浄工程中の気泡内部の熱エネルギーの変化を示す図である。
【図６Ａ】ウエハ洗浄方法の一例を示す図である。
【図６Ｂ】ウエハ洗浄方法の一例を示す図である。
【図６Ｃ】ウエハ洗浄方法の一例を示す図である。
【図７Ａ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図７Ｂ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図７Ｃ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図８Ａ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図８Ｂ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図８Ｃ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図８Ｄ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図９Ａ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図９Ｂ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図９Ｃ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図９Ｄ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１０Ａ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１０Ｂ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１１Ａ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１１Ｂ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１２Ａ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１２Ｂ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１３Ａ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１３Ｂ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１４Ａ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１４Ｂ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１５Ａ】洗浄工程中のウエハ上のパターン構造に損傷を与える安定キャビテーションを示す図である。
【図１５Ｂ】洗浄工程中のウエハ上のパターン構造に損傷を与える安定キャビテーションを示す図である。
【図１５Ｃ】洗浄工程中のウエハ上のパターン構造に損傷を与える安定キャビテーションを示す図である。
【図１６】超音波／高周波超音波装置を使用するウエハ洗浄装置の別の例を示す図である。
【図１７】超音波／高周波超音波装置を使用するウエハ洗浄装置の例を示す図である。
【図１８Ａ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１８Ｂ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１８Ｃ】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【図１９】ウエハ洗浄方法の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１Ａ、図１Ｂに、超音波／高周波超音波装置を用いたウエハ洗浄装置を示す。ウエハ洗浄装置は、ウエハ１０１０と、回転駆動機構１０１６によって回転されるウエハチャック１０１４と、洗剤または脱イオン水１０３２を供給するノズル１０１２と、超音波／高周波超音波装置１００３と、超音波／高周波超音波電源とを備えている。超音波／高周波超音波装置１００３は、さらに、共振器１００８に音響的に結合された圧電トランスデューサ１００４を備えている。圧電トランスデューサ１００４は、振動するように電気的に励起され、共振器１００８は液体に高周波音響エネルギーを伝達する。超音波／高周波超音波エネルギーによって発生した気泡キャビテーションは、ウエハ１０１０上の粒子を振動させる。これにより異物はウエハ１０１０の表面から振動により隔離され、ノズル１０１２から供給される液体１０３２の流動によって前記表面から除去される。
【００１４】
また、図２Ａ〜図２Ｇは、本発明による超音波／高周波超音波装置の上面図である。図１に示した超音波／高周波超音波装置１００３の代わりに、異なる形状の超音波／高周波超音波装置３００３、すなわち、図２Ａに示す三角形または扇形状のもの、図２Ｂに示す矩形のもの、図２Ｃに示す八角形のもの、図２Ｄに示すような楕円形のもの、図２Ｅに示す半円形のもの、図２Ｆに示す四分円形のもの、図２Ｇに示す円形のものを使用してもよい。
【００１５】
図３は、圧縮段階の気泡キャビテーションを示す。気泡は、その形状が球状Ａからリンゴ状の形状Ｇへと徐々に圧縮され、最終的に内破状態Ｉに到達しマイクロ噴流を形成する。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、マイクロ噴流は非常に荒々しく（数千気圧および数千℃に達することもある）、特にフィーチャーサイズｔが７０ｎｍ以下に収縮すると、半導体ウエハ４０１０上の微細パターン構造４０３４に損傷を与えうる。
【００１６】
図５Ａ〜図５Ｃには、本発明による気泡キャビテーションの簡略モデルが示されている。音波正圧が気泡に作用するにつれて、気泡の体積が減少する。この体積が収縮する過程で、音波圧力ＰＭが気泡に作用し、機械的作用が気泡内にて熱エネルギーに変換され、気泡内の気体および／または蒸気の温度が上昇する。
【００１７】
理想的な気体の状態式は以下のように表すことが出来る。
【００１８】
ｐ０ｖ０／Ｔ０＝ｐｖ／Ｔ          （１）
【００１９】
上記式で、Ｐ０は圧縮前の気泡内の圧力であり、Ｖ０は圧縮前の気泡の初期体積であり、Ｔ０は圧縮前の気泡内の気体温度であり、Ｐは圧縮時の気泡内の圧力であり、Ｖは圧縮時の気泡の体積であり、Ｔは圧縮時の気泡内の気体温度である。
【００２０】
計算を単純化するために、圧縮時に気体の温度が変化しない、または、圧縮が非常にゆっくりで、気泡周辺の液体によって温度上昇が相殺されると仮定する。この場合、１回の気泡圧縮（体積Ｎユニットから体積１ユニットまたは圧縮比＝Ｎ）の、音波圧力ＰＭによる機械的作用ｗｍは以下のように表すことが出来る。
【００２１】
ｗｍ＝∫０ｘ０−１ｐＳｄｘ＝∫０ｘ０−１（Ｓ（ｘ０ｐ０）／（ｘ０−ｘ））ｄｘ＝Ｓｘ０ｐ０∫０ｘ０−１ｄｘ／（ｘ０−ｘ）
＝−Ｓｘ０ｐ０ｌｎ（ｘ０−ｘ）│０ｘ０−１＝Ｓｘ０ｐ０ｌｎ（ｘ０）        （２）
ここで、Ｓはシリンダ断面の面積、Ｘ０はシリンダの長さ、Ｐ０は圧縮前のシリンダ内部の気体圧力である。上記式（２）では、圧縮時の温度上昇の要因を考慮していないため、気泡内の圧力は実際には温度上昇により高くなる。したがって、音波圧力による実際の機械的作用は、式（２）によって計算されるものよりも大きくなる。
【００２２】
全ての音波圧力による機械的作用が部分的に熱エネルギーに変換され、部分的に気泡内の高圧気体および蒸気の機械的エネルギーに変換されると仮定し、この熱エネルギーが全体的に気泡内の気体の温度上昇に寄与し（気泡周辺の液体分子にエネルギーの伝達がない）、気泡内部の気体の質量が圧縮の前後で一定であると仮定すると、１回の気泡の圧縮後の温度上昇ΔＴは以下の式で表すことが出来る。
ΔＴ＝Ｑ／（ｍｃ）＝βｗｍ／（ｍｃ）＝βＳｘ０ｐ０ｌｎ（ｘ０）／（ｍｃ）      （３）
上記式で、Ｑは機械的作用から変換された熱エネルギーであり、βは音波圧力によるトータルの機械的作用に対する熱エネルギーの比であり、ｍは気泡内部の気体の質量であり、ｃは気体比熱係数である。β＝０．６５、Ｓ＝１Ｅ−１２ｍ２、ｘ０＝１０００μｍ＝１Ｅ−３ｍ（圧縮比Ｎ＝１０００）、ｐ０＝１ｋｇ／ｃｍ２＝１Ｅ４ｋｇ／ｍ２、ｍ＝８．９Ｅ−１７ｋｇ（水素ガスの場合）、ｃ＝９．９Ｅ３Ｊ／（ｋｇ０ｋ）を上記式（３）に代入すると、ΔＴ＝５０．９０ｋとなる。
最初の圧縮後の気泡内の気体温度Ｔ１は以下の通り計算される。
【００２３】
Ｔ１＝Ｔ０＋ΔＴ＝２０ｄ℃＋５０．９℃＝７０．９℃              （４）
【００２４】
図５Ｂに示すように、気泡が最小サイズの１ミクロンに達したとき。このような高温下では、気泡周辺の液体分子には蒸発するものもある。その後、音波圧力が負になり、気泡サイズが拡大し始める。この逆の過程において、圧力ＰＧを有する高温の気体および蒸気は、周囲の液体表面に作用する。同時に図５Ｃに示すように、音波圧力ＰＭが、気泡膨張方向に引っ張るため、負の音波圧力ＰＭも部分的に周囲の液体に作用する。これらの作用が恊働する結果、気泡内部の熱エネルギーが完全に放出されたり機械的エネルギーに変換されたりすることができないため、元の気体温度Ｔ０または液体温度にまで気泡内部の気体の温度を冷却することができない。キャビテーションの第１サイクルが終了した後、図６Ｂに示すように、気泡内の気体の温度Ｔ２は、Ｔ０とＴ１の間になる。または、Ｔ２を以下のように表すことができる。
【００２５】
Ｔ２＝Ｔ１−δＴ＝Ｔ０＋ΔＴ−δＴ                              （５）
【００２６】
ここで、δＴは気泡が１回膨張した後の温度低下であり、δＴは、ΔＴより低い。
【００２７】
気泡キャビテーションの第２サイクルが最小気泡サイズに達すると、気泡内の気体および／または蒸気の温度Ｔ３は、
【００２８】
Ｔ３＝Ｔ２＋ΔＴ＝Ｔ０＋ΔＴ−δＴ＋ΔＴ＝Ｔ０＋２ΔＴ−δＴ    （６）
【００２９】
気泡キャビテーションの第２サイクルが終了すると、気泡内の気体および／または蒸気の温度Ｔ４は、
【００３０】
Ｔ４＝Ｔ３−δＴ＝Ｔ０＋２ΔＴ−δＴ−δＴ＝Ｔ０＋２ΔＴ−２δＴ  （７）となる。
【００３１】
同様に、気泡キャビテーションのｎ番目サイクルが最小気泡サイズに達すると、気泡内の気体および／または蒸気の温度Ｔ２ｎ−１は、
【００３２】
Ｔ２ｎ−１＝Ｔ０＋ｎΔＴ-（ｎ−１）δＴ          （８）となる。
【００３３】
気泡キャビテーションのｎ番目サイクルが終了すると、気泡内の気体および／または蒸気の温度Ｔ２ｎは、
【００３４】
Ｔ２ｎ＝Ｔ０＋ｎΔＴ−ｎδＴ＝Ｔ０＋ｎ（ΔＴ−δＴ）          （９）となる。
【００３５】
気泡キャビテーションのサイクル数ｎが増加するにつれ、気体および蒸気の温度が上昇する。したがって、図６Ｃに示すように、気泡表面上の分子がより多くバブル６０８２の内部に蒸発し、気泡６０８２のサイズを拡大させる。最終的に、圧縮時の気泡内部の温度は、内破温度Ｔｉ（通常、Ｔｉは数千℃と同等に高い）に達し、図６Ｃに示すように、激しいマイクロ噴流６０８０が形成される。
【００３６】
式（８）から、内破サイクル数ｎｉは以下のように表すことができる。
【００３７】
ｎｉ＝（Ｔｉ−Ｔ０−ΔＴ）／（ΔＴ-δＴ）＋１          （１０）
【００３８】
式（１０）から、内破時間τｉは以下のように表すことができる。
【００３９】
τｉ＝ｎｉｔ１＝ｔ１（（Ｔｉ−Ｔ０−ΔＴ）／（ΔＴ-δＴ）＋１）
＝ｎｉ／ｆ１  ＝（（Ｔｉ−Ｔ０−ΔＴ）／（ΔＴ-δＴ）＋１）／ｆ１      （１１）
ここで、ｔ１は超音波／高周波超音波の周期であり、ｆ１は周波数である。
【００４０】
式（１０）および（１１）により、内破サイクル数ｎｉおよび内破時間τｉを計算することができる。Ｔｉ＝３０００℃、ΔＴ＝５０．９℃、Ｔ０＝２０℃、ｆ１＝５００ＫＨｚ、ｆ１＝１ＭＨｚ、ｆ１＝２ＭＨｚと仮定し、内破サイクル数ｎｉ、内破時間τｉ、および、（ΔＴ−δＴ）の関係を表１に示す。
【００４１】
【表１】
0006605044.tif 000002
【００４２】
ウエハ上のパターン構造に対する損傷を回避するために、安定したキャビテーションを維持しなければならず、気泡内破またはマイクロ噴流を回避しなければならない。図７Ａ〜図７Ｃには、本発明の、安定した気泡キャビテーションを維持させることによって、パターン構造を有するウエハが損傷することのない超音波／高周波超音波洗浄を可能とする方法が示されている。図７Ａは、電源出力の波形を示しており、図７Ｂはキャビテーションの各サイクルに対応する温度曲線を示しており、図７Ｃはキャビテーションの各サイクルにおける気泡サイズの拡大を示している。気泡内破を回避するための本発明による操作処理ステップは以下の通りである。
【００４３】
ステップ１：超音波／高周波超音波装置を、チャックまたはタンクに設置されたウエハまたは基板の表面に隣接させる。
【００４４】
ステップ２：ウエハと超音波／高周波超音波装置との間に薬液または気体（水素、窒素、酸素、または、ＣＯ２）でドープした水を充填する。
【００４５】
ステップ３：チャックを回転させるか、ウエハを振動させる。
【００４６】
ステップ４：電源を周波数ｆ１と電力Ｐ１に設定する。
【００４７】
ステップ５：気泡内部の気体や蒸気の温度が内破温度Ｔｉに達する前（式（１１）で計算された時間がτ１＜τｉに達する前）に、電源出力をゼロワットに設定する。これにより、液体または水の温度が気泡内部の気体温度よりもはるかに低くなるため、気体温度が冷却し始める。
【００４８】
ステップ６：気泡内の気体温度が室温Ｔ０まで低下する、または、時間（ゼロ電力時間）がτ２に達した後、再度電源を周波数ｆ１および電力Ｐ１に設定する。
【００４９】
ステップ７：ウエハが洗浄されるまで、ステップ１からステップ６を繰り返す。
【００５０】
ステップ５では、気泡の内破を回避するために、時間τ１が、τｉよりも短くなければならず、τｉは式（１１）を使って算出することができる。
【００５１】
ステップ６では、気泡内の気体温度を室温または液体温度まで下げる必要はなく、室温または液体温度より高い特定の温度であってもよいが、内破温度Ｔより大幅に低い温度であることが好ましい。
【００５２】
式（８）および（９）によれば、（ΔＴ−δＴ）がわかっていれば、τｉを算出できる。しかし一般的に、（ΔＴ−δＴ）は直接算出または測定することが容易ではない。内破時間τｉは以下の方法により実験的に決定することができる。
【００５３】
ステップ１：表１に基づいて、実験計画（ＤＯＥ）の条件として５つの異なる時間τ１を選択する。
【００５４】
ステップ２：τ２として、少なくともτ１の少なくとも１０倍、好ましくは１回目のスクリーンテストでτ１の１００倍を選択する。
【００５５】
ステップ３：特定のパターン構造を有するウエハを別々に洗浄するための５つの条件を超えた値に、一定の電力Ｐ０を固定する。ここで、Ｐ０は連続モード（非パルスモード）で継続すると、ウエハ上のパターン構造が確実に損傷する出力である。
【００５６】
ステップ４：ＳＥＭＳ、または、ＡＭＡＴＳＥＭヴィジョンや日立ＩＳ３０００などのウエハパターン損傷検査器具を用いて上記５つのウエハの損傷状況を検査すれば、内破時間τｉを一定の範囲内に設定することができる。
【００５７】
内破時間τｉの範囲を狭めるためにステップ１から４を再度行ってもよい。内破時間τｉを把握した後、時間τ１を、安全マージンのために０．５τｉより小さい値に設定してもよい。実験データの一例を以下に説明する。
【００５８】
パターン構造は、５５ｎｍのポリシリコンゲート線である。超音波／高周波超音波の周波数は１ＭＨｚであり、ウエハ内の、および、ウエハからウエハのエネルギー量をより均一にするために、Ｐｒｏｓｙｓ社製の超音波／高周波超音波装置をギャップ振動モード（ＰＣＴ／ＣＮ２００８／０７３４７１参照）で稼働させた。他の実験パラメータおよび最終的なパターン損傷データを以下の表２にまとめる。
【００５９】
【表２】
0006605044.tif 000003
【００６０】
τ１＝２ｍｓ（または、２０００サイクル数）では、加工寸法５５ｎｍのパターン構造に１２１６もの箇所に損傷をもたらしたが、τ１＝０．１ｍｓ（または、１００サイクル数）では、加工寸法５５ｎｍのパターン構造の損傷箇所がゼロ（０）箇所であった。したがって、τｉは、０．１ｍｓと２ｍｓとの間の数字であり、この範囲を狭めるために更に詳細なテストが必要になる。超音波または高周波超音波出力密度および周波数に関連するサイクル数は、電力密度が大きいほど、サイクル数が少なくなり、周波数が低いほどサイクル数が少なくなることは明らかである。以上の実験結果から、超音波または高周波超音波の電力密度が０．１ｗａｔｔｓ／ｃｍ２より大きく、超音波または高周波超音波の周波数が１ＭＨｚ以下と仮定すると、損傷のないサイクル数が２０００未満であると想定できる。周波数が１ＭＨｚより大きな範囲に上がるか、電力密度が０．１ｗａｔｔｓ／ｃｍ２未満になれば、サイクル数が上昇することが予想される。
【００６１】
τ１がわかれば、上述と同様のＤＥＯ法に基づいて、時間τ２を短くすることができる。すなわち、時間τ１を固定し、時間τ２を短くしていきパターン構造に損傷が見られるまでＤＯＥを継続させる。時間τ２が短くなると、気泡内の気体および／または蒸気の温度が充分に冷却されず、気泡内の気体および蒸気の平均温度が徐々に高くなり、最終的には気泡内破を引き起こす。この内破が引き起こされる時間を臨界冷却時間という。臨界冷却時間τｃがわかった後、同様に、時間τ２を２τｃより大きい値に設定することにより安全マージンを確保することができる。
【００６２】
また、図８Ａ〜図８Ｄには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ４において超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１に設定し、電力の波形の振幅が変化するように設定する点を除いて、図７Ａに示す方法と同様である。図８Ａには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１に設定し、電力の波形の振幅が増加するように設定する別の洗浄方法が示されている。図８Ｂには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１に設定し、電力の波形の振幅が縮小するように設定する別の洗浄方法が示されている。図８Ｃには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１に設定し、電力の波形の振幅がまず縮小し、その後で増加するように設定する別の洗浄方法が示されている。図８Ｄには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１に設定し、電力の波形の振幅がまず増加し、その後縮小するように設定するさらに別の洗浄方法が示されている。
【００６３】
また、図９Ａ〜図９Ｄには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ４において超音波／高周波超音波電源の周波数が変化するように設定する点を除いて、図７Ａに示す方法と同様である。図９Ａには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ３より高い周波数ｆ１に設定し、後に周波数ｆ３に設定する別の洗浄方法を示す。図９Ｂには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ３に設定し、後に周波数ｆ３より高い周波数ｆ１に設定する別の洗浄方法を示す。図９Ｃには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ３に設定し、その後周波数ｆ３より高い周波数ｆ１に設定し、最後に周波数ｆ３に設定する別の洗浄方法を示す。図９Ｄには、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ３より高い周波数ｆ１に設定し、その後周波数ｆ３に設定し、最後に周波数ｆ１に設定する別の洗浄方法を示す。
【００６４】
図９Ｃに示す方法と同様に、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ１に設定し、その後周波数ｆ３に設定し、最後に周波数ｆ４に設定してもよく、ここで、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さい。
【００６５】
また、図９Ｃに示す方法と同様に、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ４に設定し、その後周波数ｆ３に設定し、最後に周波数ｆ１に設定してもよく、ここで、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さい。
【００６６】
また、図９Ｃに示す方法と同様に、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ１に設定し、その後周波数ｆ４に設定し、最後に周波数ｆ３に設定してもよく、ここで、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さい。
【００６７】
また、図９Ｃに示す方法と同様に、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ３に設定し、その後周波数ｆ４に設定し、最後に周波数ｆ１に設定してもよく、ここで、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さい。
【００６８】
また、図９Ｃに示す方法と同様に、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ３に設定し、その後周波数ｆ１に設定し、最後に周波数ｆ４に設定してもよく、ここで、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さい。
【００６９】
また、図９Ｃに示す方法と同様に、ステップ４において、超音波／高周波超音波電源をまず周波数ｆ４に設定し、その後周波数ｆ１に設定し、最後に周波数ｆ３に設定してもよく、ここで、ｆ４はｆ３より小さく、ｆ３はｆ１より小さい。
【００７０】
図１０Ａ〜図１０Ｂには、本発明の、安定した気泡キャビテーションを維持させることによって、パターン構造を有するウエハが損傷することのない超音波／高周波超音波洗浄を可能とする別の方法が示されている。図１０Ａは、電源出力の波形を示しており、図１０Ｂはキャビテーションの各サイクルに対応する温度曲線を示している。本発明による操作処理ステップは以下の通りである。
【００７１】
ステップ１：超音波／高周波超音波装置を、チャックまたはタンクに設置されたウエハまたは基板の表面に隣接させる。
【００７２】
ステップ２：ウエハと超音波／高周波超音波装置との間に薬液または気体でドープした水を充填する。
【００７３】
ステップ３：チャックを回転させるか、ウエハを振動させる。
【００７４】
ステップ４：電源を周波数ｆ１と電力Ｐ１に設定する。
【００７５】
ステップ５：気泡内部の気体と蒸気の温度が内破温度Ｔｉに達する前に（合計時間τ１の経過）、電源出力を周波数ｆ１と出力をＰ１より小さいＰ２に設定する。これにより、液体または水の温度が気泡内部の気体温度よりもはるかに低くなるため、気体温度が冷却し始める。
【００７６】
ステップ６：気泡内の気体温度が室温Ｔ０に近い特定の温度まで低下する、または、時間（ゼロ電力時間）がτ２に達した後、再度電源を周波数ｆ１および電力Ｐ１に設定する。
【００７７】
ステップ７：ウエハが洗浄されるまで、ステップ１からステップ６を繰り返す。
【００７８】
ステップ６では、図１０Ｂに示すように、電力Ｐ２により気泡内部の気体の温度を室温まで冷却することができないため、後段階のτ２タイムゾーンに温度差ΔＴ２が生じるはずである。
【００７９】
また、図１１Ａ〜図１１Ｂには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ５において超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１より低いｆ２に設定し、電力をＰ１より小さいＰ２に設定する点を除いて、図１０Ａに示す方法と同様である。ｆ２はｆ１よりも低いので、気泡内のガスまたは蒸気の温度はより速く上昇する。したがって、Ｐ２はＰ１よりも大幅に小さく設定するべきであり、気泡内のガスおよび／または蒸気の温度を下げるためには５倍または１０倍小さいのが好ましい。
【００８０】
また、図１２Ａ〜図１２Ｂには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ５において超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１より高いｆ２に設定し、電力をＰ１と同等のＰ２に設定する点を除いて、図１０Ａに示す方法と同様である。
【００８１】
また、図１３Ａ〜図１３Ｂには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ５において超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１より高いｆ２に設定し、電力をＰ１より小さいＰ２に設定する点を除いて、図１０Ａに示す方法と同様である。
【００８２】
また、図１４Ａ〜図１４Ｂには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ５において超音波／高周波超音波電源を周波数ｆ１より高いｆ２に設定し、電力をＰ１より高いＰ２に設定する点を除いて、図１０Ａに示す方法と同様である。ｆ２はｆ１よりも高いので、気泡内のガスまたは蒸気の温度はゆっくりと上昇する。したがって、図１４Ｂに示すように、Ｐ２はＰ１より若干高くなることもあるが、気泡内のガスおよび蒸気の温度は、温度ゾーンτ２で温度ゾーンτ１より低くなるようにしなければならない。
【００８３】
図４Ａおよび図４Ｂには、パターン構造が激しいマイクロ噴流によって損傷することが示されている。図１５Ａおよび図１５Ｂは、安定したキャビテーションであってもウエハ上のパターン構造が損傷する可能性があることを示している。気泡キャビテーションが続くと、気泡内部の気体および蒸気の温度が上昇するため、図１５Ａに示すように、気泡１５０４６のサイズもまた増加する。図１５Ｂに示すように、気泡１５０４８の大きさがパターン構造の空間Ｗのよりも大きくなると、図１５Ｃに示すように、気泡キャビテーションの膨張力によって、パターン構造１５０３４を損傷させる可能性がある。本発明による洗浄方法は以下の通りである。
【００８４】
ステップ１：超音波／高周波超音波装置を、チャックまたはタンクに設置されたウエハまたは基板の表面に隣接させる。
【００８５】
ステップ２：ウエハと超音波／高周波超音波装置との間に薬液または気体でドープした水を充填する。
【００８６】
ステップ３：チャックを回転させるか、ウエハを振動させる。
【００８７】
ステップ４：電源を周波数ｆ１と電力Ｐ１に設定する。
【００８８】
ステップ５：気泡のサイズがパターン構造の空間Ｗの寸法と同じになる前に（時間τ１の経過）、電源出力をゼロワットに設定する。これにより、液体または水の温度が気泡内部の気体温度よりもはるかに低くなるため、気体温度が冷却し始める。
【００８９】
ステップ６：気泡内の気体温度が低下しつづけて室温Ｔ０まで下がる、または、時間（ゼロ電力時間）がτ２に達した後、再度電源を周波数ｆ１および電力Ｐ１に設定する。
【００９０】
ステップ７：ウエハが洗浄されるまで、ステップ１からステップ６を繰り返す。
【００９１】
ステップ６では、気泡内の気体温度を室温まで下げる必要はなく、どの温度であってもよいが、内破温度Ｔより大幅に低い温度であることが好ましい。ステップ５では、気泡の膨張力がパターン構造が破損または損傷しない限り、気泡の大きさをパターン構造の寸法より若干大きくすることができる。時間τ１は、以下の方法を用いて実験的に決定することができる。
【００９２】
ステップ１：表１と同様に、実験計画（ＤＯＥ）の条件として５つの異なる時間τ１を選択する。
【００９３】
ステップ２：τ２として、少なくともτ１の少なくとも１０倍、好ましくは１回目のスクリーンテストでτ１の１００倍を選択する。
【００９４】
ステップ３：電力Ｐ０を一定に固定して上記５つの条件で、特定のパターン構造を有するウエハを別々に洗浄する。ここで、Ｐ０は連続モード（非パルスモード）で継続すると、ウエハ上のパターン構造が確実に損傷する出力である。
【００９５】
ステップ４：ＳＥＭＳ、または、ＡＭＡＴＳＥＭヴィジョンや日立ＩＳ３０００などのウエハパターン損傷検査器具を用いて上記５つのウエハの損傷状況を検査すれば、損傷時間τｉを一定の範囲内に設定することができる。
【００９６】
損傷時間τｄの範囲を狭めるためにステップ１から４を再度行ってもよい。損傷時間τｄを把握した後、時間τ１を、安全マージンのために０．５τｄより小さい値に設定してもよい。
【００９７】
図７から図１４に記載された全ての洗浄方法は、図１５に記載の方法に適用または組み合わせてもよい。
【００９８】
図１６に、超音波／高周波超音波装置を用いたウエハ洗浄装置を示す。ウエハ洗浄装置は、ウエハ１６０１０と、回転駆動機構１６０１６によって回転されるウエハチャック１６０１４と、洗剤または脱イオン水１６０６０を供給するノズル１６０６４と、ノズル１６０６４に連結された超音波／高周波超音波装置１６０６２と、超音波／高周波超音波電源とを備えている。超音波／高周波超音波装置１６０６２によって生成された超音波／高周波超音波は、化学薬品または水の液柱１６０６０を介してウエハに伝達される。図７から図１５に記載された全ての洗浄方法は、図１６に記載の洗浄装置において使用されてもよい。
【００９９】
図１７に、超音波／高周波超音波装置を用いたウエハ洗浄装置を示す。前記ウエハ洗浄装置は、ウエハ１７０１０と、洗浄タンク１７０７４と、洗浄タンク１７０７４に保持され、ウエハ１７０１０を保持するウエハカセット１７０７６と、洗剤１７０７０と、洗浄タンク１７０７４の外壁に取り付けられた超音波／高周波超音波装置１７０７２と、超音波／高周波超音波電源とを備えている。少なくとも１つの注入口から、洗剤１７０７０を洗浄タンク１７０７４に充填し、ウエハ１７０１０を浸漬する。図７から図１５に記載された全ての洗浄方法は、図１７に記載の洗浄装置において使用されてもよい。
【０１００】
また、図１８Ａ〜図１８Ｃには、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ５を除いて、図７Ａに示す方法と同様である。気泡内部の気体や蒸気の温度が内破温度Ｔｉに達する前（式（１１）で計算された時間がτ１＜τｉに達する前）に、電源出力を正の値または負のＤＣ値に設定して、超音波／高周波超音波装置の振動を維持または停止する。これにより、液体または水の温度が気泡内部の気体温度よりもはるかに低くなるため、気体温度が冷却し始める。前記正の値または負の値は、電力Ｐ１に等しくても小さくてもよい。
【０１０１】
また、図１９には、本発明による超音波／高周波超音波装置を用いたウエハの洗浄方法の別の実施形態が示されている。上記方法は、ステップ５を除いて、図７Ａに示す方法と同様である。気泡内部の気体や蒸気の温度が内破温度Ｔｉに達する前（式（１１）で計算された時間がτ１＜τｉに達する前）に、電源出力をｆ１と同じ周波数で、ｆ１と逆位相に設定する。これにより、気泡によるキャビテーションを迅速に停止する。これにより、液体または水の温度が気泡内部の気体温度よりもはるかに低くなるため、気体温度が冷却し始める。前記正の値または負の値は、電力Ｐ１に等しくても小さくてもよい。上記の動作中、気泡キャビテーションを迅速に停止させるために、電源出力を周波数ｆ１とは異なる周波数でｆ１と逆位相に設定してもよい。
【０１０２】
一般的に、本発明に開示する方法では、０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数の超音波／高周波超音波を適用してもよい。
【０１０３】
本発明の具体的な実施形態、実施例、および、適用に関して説明したが、本発明から逸脱することなく種々の修正および変形例が可能であることは当業者には明らかであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ−５Ｃ】
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【図６Ａ−６Ｃ】
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【図７Ａ−７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ−１０Ｂ】
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【図１１Ａ−１１Ｂ】
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【図１２Ａ−１２Ｂ】
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【図１３Ａ−１３Ｂ】
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【図１４Ａ−１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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