(57)【要約】半導体ウエハ表面の洗浄用装置及び方法は、ガスノズル構造体から放出されるガス状材料の気流を利用するもので、半導体ウエハ表面上に形成される洗浄液の境界層上に窪みやホールを形成し、境界層を貫いてウエハ表面に達するガス状材料の量を高める。【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の表面の洗浄用装置であって、
対象物を保持するよう形成された対象物支持構造体と；
対象物支持構造体及び対象物を回転させるために対象物支持構造体に連結された回転駆動装置と；
洗浄液を上記対象物の表面に分注するための少なくとも１個の開口部を含み、前記洗浄液が前記表面上で前記洗浄液の層を形成する、前記対象物支持構造体に連動的に連結された液分注構造体と；
ガス状材料の気流を前記層の異なる位置に放出するための複数の開口部を備える表面を有する、前記対象物支持構造体に連動的に連結されたガスノズル構造体と；及び
前記ガスノズル構造体の前記開口部から放出される前記ガス状材料の前記気流の圧力を制御し、そのために前記異なる位置で前記層の厚みに影響を及ぼす、前記ガスノズル構造体に連動的に連結された圧力制御装置とを含む装置。
【請求項２】
前記層の中に複数のホールが前記ガス状材料の前記気流によって形成されるように、前記圧力制御装置は前記ガス状材料の前記気流の前記圧力を調整するように形成されている請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ガスノズル構造体に連結するアームをさらに含み、前記アームは、前記ガスノズル構造体が前記対象物の表面を横切り左右に動かすように形成されている請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記液分注構造体に連結する第２のアームをさらに備え、前記第２のアームは、前記液分注構造体が前記対象物の表面を横切り左右に動かすように形成されている請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記ガスノズル構造体が前記液分注構造体と前記対象物の間に位置するように、前記液分注構造体が前記ガスノズル構造体に対して配置されている請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ガスノズル構造体が棒と類似の形状に形成されている請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ガスノズル構造体は複数の空間を備えた格子類似部分を含み、前記格子類似部分の前記空間は前記液分注構造体から分注される前記洗浄液が前記ガスノズル構造体を通過することを可能にされている請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記液分注構造体が前記洗浄液を噴霧状態で前記対象物の表面上に分注するよう形成されている請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記液分注構造体は音波エネルギーを発生させるための音響変換器を備えており、前記音波エネルギーは前記洗浄液を霧状で前記対象物の表面上に分注するために使用されている請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
対象物の表面洗浄方法であって、
洗浄する対象物を回転し；
前記対象物の表面上に洗浄液の層を形成し；及び
前記ガス状材料の前記気流を使用して前記層の上の異なる位置に窪みを形成することからなり、
その際、前記異なる位置で前記層の厚みを制御するために、ガス状材料の気流の圧力を制御することを含む方法。
【請求項１１】
前記ガス状材料が、オゾン、Ｎ２、ＨＦ蒸気及びＩＰＡ蒸気からなる群から選択される気体を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記圧力の制御は前記層中の異なる位置にホールを形成するために前記ガス状材料の気流の圧力を調整することを含み、前記ホールは前記ガス状材料が前記対象物の表面に直接当たることができるようにされている請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記層の形成が、前記対象物の表面上に前記洗浄液を分注することを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記洗浄液の分注は、前記洗浄液を噴霧の状態で前記対象物の表面上に分注することを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記洗浄液の分注は、前記洗浄液を霧の状態で前記対象物の表面上に分注することを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記洗浄液の分注は、音波エネルギーを使用して前記霧を発生させることを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記洗浄液の分注は前記洗浄液をガスノズル構造体の空間を通すことを含み、前記ガスノズル構造体が前記ガス状材料の気流を前記対象物の表面上に放出するように形成されている請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記窪みの形成は、ガスノズル構造体の複数の開口部から前記ガス状材料の気流を放出することを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記ガスノズル構造体が棒類似の形状に形成されている請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ガスノズル構造体は複数の空間を備えた格子類似部分を含み、前記格子類似部分の前記空間は前記分注洗浄液が前記ガスノズル構造体を貫通することができるようにされている請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
対象物の表面洗浄方法であって、
洗浄する対象物を回転し；
前記対象物の表面上に洗浄液の層を形成し；及び
前記対象物の表面が直接前記ガス状材料と接触するように、ガス状材料の気流を使用して前記層を貫くホールを形成することを含む方法。
【請求項２２】
前記ガス状材料が、オゾン、Ｎ２、ＨＦ蒸気及びＩＰＡ蒸気からなる群から選択される気体を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記層の形成は、前記対象物の表面上に前記洗浄液を分注することを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記洗浄液の分注は、前記洗浄液を噴霧の状態で前記対象物の表面上に分注することを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記洗浄液の分注は、前記洗浄液を霧の状態で前記対象物の表面上に分注することを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記洗浄液の分注は、音波エネルギーを使用して前記霧を発生させることを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記洗浄液の分注は前記洗浄液をガスノズル構造体の空間を貫通することを含み、前記ガスノズル構造体は前記ガス状材料の前記気流を前記対象物の表面上に放出するように形成されている請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記窪みの形成は、ガスノズル構造体の複数の開口部から前記ガス状材料の前記気流を放出することを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記ガスノズル構造体が棒類似の形状に形成されている請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ガスノズル構造体は複数の空間を備えた格子類似部分を含み、前記格子類似部分の前記空間が分注された前記洗浄液が前記ガスノズル構造体を貫通することを可能にされている請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には半導体製造プロセスに関し、より具体的には半導体ウエハ表面の洗浄用装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは積極的に小型化が行われており、ホトリソグラフィプロセスで使用されるホトレジストのマスキングステップ数は、エッチング及び／又はインプラントの多様な条件のために、著しく増えている。その結果、マスキング後の洗浄ステップ数もまた増加している。ホトレジスト層は半導体ウエハ上でパターン化された後、プラズマエッチングやイオン注入などの製造プロセスにまわされるが、このパターン化ホトレジスト層は、得られる半導体デバイスの性能や信頼性に悪影響を及ぼすので、ホトレジスト残渣を残すことなく除去しなければならない。
【０００３】
伝統的には、半導体ウエハは、異なる洗浄液の液槽すなわちウエットベンチにウエハを順次浸漬することにより、バッチで洗浄されてきた。しかし、サブ−０．１８ミクロンの幾何配列ならびに３００ｍｍのウエハプロセスの出現に伴って、バッチ洗浄の使用は交差汚染及び残留汚染のために欠陥半導体となる可能性が高まっている。バッチ洗浄プロセスの短所を補うために、シングルウエハスピン型洗浄技術が開発された。通常のシングルウエハスピン型洗浄装置は、一般に密閉環境中で、脱イオン水、標準洗浄液１（ＳＣ１）及び標準洗浄液２（ＳＣ２）など１種類又は複数の洗浄液を半導体ウエハの表面に分注するために、１本の液体供給ラインを備えている。
【０００４】
シングルウエハスピン型技術に関しては、脱イオン水などの洗浄液に加えて、オゾンなど気体状態の反応性薬剤を回転する半導体ウエハ上に導入すると、酸化を高効率で促進することが分っているが、このことは半導体ウエハ表面上のホトレジストなど不要材料の除去を助ける。オゾンを導入する従来法には、オゾンを洗浄液と混合し、その混合液を回転する半導体ウエハ上に注ぐ方法がある。別の従来法では、オゾン環境を形成するために、回転半導体ウエハを洗浄する密閉洗浄容器中に、オゾンを注入する方法がある。この方法では、オゾン環境で、オゾンが半導体ウエハ表面上に形成された洗浄液の境界層中を拡散することが可能になる。この拡散オゾンがウエハ表面に達すると、拡散オゾンはウエハ表面で不要材料と反応する。洗浄液を絶え間なく加えることにより、境界層は回転する半導体ウエハ表面上に存在し続ける。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前者の従来型オゾン導入法に関する問題点は、オゾン混合洗浄液のオゾン濃度が一般的に低いことであって、これにより低い酸化速度しか得られない。例えば、オゾンを混合した脱イオン水のオゾン濃度は、室温で約２０ｐｐｍである。さらに、このオゾン濃度は温度に反比例する。従って、もしオゾンを混合した脱イオン水を加熱するなら、これは半導体ウエハ表面上での反応速度を高めて好ましいかもしれないが、オゾンを混合した脱イオン水はさらに低い濃度のオゾンしか含まないことになる。
【０００６】
後者の従来法に関しては、オゾンが境界層を通って拡散するので、オゾン分解が問題点となる。オゾンの分解速度は境界層温度と、境界層に含まれる化学薬品に依存する。オゾン分解速度は、境界層の温度が高くなるに従い増大する。従って、もし境界層が加熱脱イオン水など加熱された洗浄液で形成されていると、酸化のために半導体ウエハ表面に達するオゾン量は、境界層のより高い温度によって引き起こされる高いオゾン分解速度のために、減少するであろう。オゾン分解速度はまた、半導体ウエハの洗浄で大いに好ましいとされているＮＨ４ＯＨ水溶液等のある種の化学薬品溶液中では顕著に増大する。従って、もし境界層がＮＨ４ＯＨを含んでいると、半導体ウエハ表面に達することのできるオゾン量は、ＮＨ４ＯＨの存在で引き起こされる高いオゾン分解速度のために、著しく減少する。
【０００７】
後者の方法に関するもう一つの問題点は、オゾンと半導体ウエハ表面の連続的な反応の最中、酸化副生成物の除去のために、通常、多量の洗浄液と半導体ウエハの高回転速度が使用されることである。洗浄液の量の多さは境界層を厚くし、拡散により半導体ウエハ表面に達するオゾン量を減少させる。さらに、高回転速度は、拡散オゾンを含む境界層を半導体ウエハ表面から絶えず遠ざけようとするので、拡散オゾンの一部は酸化のために半導体ウエハ表面に達する機会を持てない。
【０００８】
上述した問題点を考えると、酸化のような望む反応の促進のために半導体ウエハ表面に達する反応性ガス状材料の増量が可能であって、オゾンなど反応性ガス状材料を含む１種類又は複数の洗浄液を使用する、半導体ウエハ表面の洗浄用装置及び方法が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
半導体ウエハ表面の洗浄用装置及び方法は、ガスノズル構造体から放出されるガス状材料の気流を利用して、半導体ウエハ表面上に形成される洗浄液境界層の上に窪みや貫通ホールを形成し、境界層を通ってウエハ表面に達するガス状材料の量を増大させる。ガス状材料の気流によって形成される窪みは、その窪みで境界層の厚みを減少させ、拡散によって境界層を貫いてウエハ表面に達するガス状材料の増量を可能にする。ガス状材料の気流によって形成されるホールは、ガス状材料が境界層を貫いて直接ウエハ表面と接触することを可能にし、結果としてウエハ表面に達するガス状材料の増量を可能にする。例えば、半導体ウエハ表面に到達できるオゾン量を高めるためにオゾン気流を使用することができるが、これによりウエハ表面のホトレジストをより効果的に酸化できる。
【００１０】
本発明の実施形態による装置には、対象物保持構造体、回転駆動装置、液分注構造体、ガスノズル構造体及び圧力制御装置がある。対象物保持構造体は、洗浄する対象物を保持するように形成されている。回転駆動装置は、対象物保持構造体及び対象物を回転させるために、対象物保持構造体に連結されている。液分注構造体は、その機能を発揮するように対象物保持構造体に連結されている。液分注構造体には、対象物の表面に洗浄液を分注し、その表面上に洗浄液の層を形成するための少なくとも１個の開口部を有している。ガスノズル構造体も、その機能を発揮するように対象物保持構造体に連結されている。このガスノズル構造体には、洗浄液の層の異なる位置にガス状材料の気流を放出するための、開口部をいくつか有する表面を有している。圧力制御装置は、ガス状材料の気流圧力を制御するために、機能を発揮するようにガスノズル構造体に連結され、これにより層の異なる位置で厚みに影響を与える。
【００１１】
本発明の実施形態による対象物の表面清浄化の方法には、洗浄する対象物を回転し、対象物の表面に洗浄液の層を形成し、層の異なる位置の厚みを制御するためにガス状材料の気流圧力を制御することを含み、層の異なる位置にガス状材料の気流を使って窪みを形成するステップが含まれる。
【００１２】
本発明の別の実施形態による対象物の表面洗浄化の方法には、洗浄する対象物を回転し、対象物の表面上に洗浄液の層を形成し、及び前記対象物の表面が直接ガス状材料と接触するように、ガス状材料の気流を使って層を貫くホールを形成するステップが含まれる。
【００１３】
本発明の別の態様及び特長は、本発明原理の実施例を示す添付図面と関連付けた以下の詳細な記述から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
図１は、本発明の例示的実施形態による半導体ウエハの表面清浄化のための装置図である。
【００１５】
図２は、図１の装置のシングルウエハスピン型洗浄ユニットの正面図である。
【００１６】
図３は、図２のシングルウエハスピン型洗浄ユニットのガスノズル構造体の斜視図である。
【００１７】
図４は、図１の装置の操作全般のフローチャートである。
【００１８】
図５は、図２のシングルウエハスピン型洗浄ユニットのガスノズル構造体から放出されるガス状材料の気流によって境界層上に作られた窪みを示す図である。
【００１９】
図６は、図２のシングルウエハスピン型洗浄ユニットのガスノズル構造体から放出されるガス状材料の気流によって境界層を貫いて作られたホールを示す図である。
【００２０】
図７は、本発明の第１の他の実施形態によるシングルウエハスピン型洗浄ユニットの斜視図である。
【００２１】
図８は、本発明の第２の他の実施形態によるシングルウエハスピン型洗浄ユニットの平面図である。
【００２２】
図９は、図８のシングルウエハスピン型洗浄ユニットの棒型ガスノズル構造体の底部断面図である。
【００２３】
図１０は、本発明の第３の他の実施形態によるシングルウエハスピン型洗浄ユニットの平面図である。
【００２４】
図１１は、図１０のシングルウエハスピン型洗浄ユニットの格子型ガスノズル構造体の底部断面図である。
【００２５】
図１２は、本発明の実施形態による半導体ウエハの表面洗浄の方法のフローチャートである。
【００２６】
図１３は、本発明の別の実施形態による半導体ウエハの表面洗浄の方法のフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の例示的実施形態によってホトレジストなど不要材料を除去するため、オゾンなどの反応性ガス状材料と共に洗浄液を使用する、半導体ウエハＷの表面１０２の洗浄用装置１００を示す。この装置は、ウエハ表面に形成される洗浄液の境界層を貫いて半導体ウエハ表面に達する反応性ガス状材料の量を増加させるために、ガスノズル構造体１０４から放出される反応性ガス状材料の気流を使用する。以下に詳述するように、反応性ガス状材料の気流圧力を使用して、境界層の異なる位置に窪みを作って境界層の異なる位置の厚みを減少させることによって、あるいは反応性ガス状材料とウエハ表面を直接接触させるために境界層を貫くホールを形成することのいずれかによって、半導体ウエハ表面に達する反応性ガス状材料の量は増大する。半導体ウエハ表面に達する反応性ガス状材料の量が増加し、反応性ガス状材料の強まった反応性によってウエハ表面のより効果的な洗浄がもたらされ、半導体ウエハ表面のより短時間での洗浄が可能になる。
【００２８】
図１に示すように、装置１００には、シングルウエハスピン型洗浄ユニット１０６、制御装置１０８、気体圧力制御装置１１０、液体混合装置／選択装置１１２、オゾン発生装置１１４、バルブ１１６、１１８及び１２０、ポンプ１２２、液体供給器１２４、及び気体供給器１２６がある。液体供給器１２４には、異なる種類の液体を貯蔵する容器１２８、１３０、１３２、及び１３４があり、これらは以下に記述するように、シングルウエハスピン型洗浄ユニットで使用される。図１には４種類の容器を含めた液体供給器１２４が示されているが、液体供給器には、より少ない容器、又はより多い容器を含めてよい。容器に貯蔵される液体には、以下の液体を含めることができる。脱イオン水、稀ＨＦ、ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏの混合物、標準洗浄液１すなわち「ＳＣ１」（ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの混合物）、標準洗浄液２すなわち「ＳＣ２」（ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの混合物）、オゾン化水（オゾンを溶解させた脱イオン水）、変性ＳＣ１（ＮＨ４ＯＨとオゾンを含むＨ２Ｏの混合物）、変性ＳＣ２（ＨＣｌとオゾンを含むＨ２Ｏの混合物）、既知の洗浄溶媒（例えば、ヒドロキシルアミンを主成分とする溶媒ＥＫＣ２６５、ＥＫＣ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．から入手可能）、あるいはこれら液体の任意の成分である。液体供給器の容器に貯える液体の種類は、装置１００で行う特定の洗浄プロセスに応じて変えることができる。
【００２９】
同様に、気体供給器１２６には、異なる種類の気体を貯蔵するための容器１３６及び１３８があり、これらは以下に記載するようにシングルウエハスピン型洗浄ユニット１０６で使用される。図１には２種類の容器を含めた気体供給器１２６が示されているが、この気体供給器には、より少ない容器、又はより多い容器を含めてよい。容器に貯蔵する気体には、ウエハ表面の効果的洗浄を促すために、半導体ウエハ表面１０２上のホトレジストなど不要材料と反応する反応性ガス状材料を発生させるための素地となる気体を含めてよい。例えば、容器の一つに酸素（Ｏ２）を貯え、オゾン発生させるためにオゾン発生装置１１４で使用する。次に、発生したオゾンは半導体ウエハ表面１０２に当てられ、ウエハ表面上の残留ホトレジストを酸化する。容器に貯えるこの他の気体には、Ｎ２など従来型のシングルウエハスピン型湿式洗浄装置で一般的に使用される気体、あるいはＨＦ蒸気やイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）蒸気を含めた、ウエハ加工で使用できる任意の気体を含めることができる。
【００３０】
シングルウエハスピン型洗浄ユニット１０６には、例えば、半導体ウエハＷなどシングル半導体ウエハの洗浄用密閉環境を提供する加工チャンバ１４０を有する。この洗浄ユニットには、さらにウエハ支持構造体１４２、モータ１４４、ガスノズル構造体１０４、液分注構造体１４６、アーム１４８及び１５０、ならびに駆動装置１５２及び１５４を有している。ウエハ支持構造体１４２は、洗浄のために半導体ウエハを安全に保持するよう形成されている。ウエハ支持構造体１４２はモータ１４４に連結しているが、これはウエハ支持構造体に回転運動を提供する任意の回転駆動装置でよい。半導体ウエハはウエハ支持構造体で固定されているので、ウエハ支持構造体の回転で半導体ウエハも回転する。このウエハ支持構造体は、市販のシングルウエハスピン型湿式洗浄装置で現在使用されている従来型のウエハ支持構造体など、半導体ウエハを安全に保持してウエハを回転する任意のウエハ支持構造体でよい。
【００３１】
シングルウエハスピン型洗浄ユニット１０６の液分注構造体１４６は、洗浄液を半導体ウエハＷの表面１０２に分注するように形成されていて、ウエハ表面上に洗浄液の境界層を形成する。この境界層は、脱イオン水など分注洗浄液によってウエハ表面上に形成する単なる液体の層である。洗浄液は、液体供給器１２４の容器１２８、１３０、１３２及び１３４に貯蔵する液体の一つでよい。あるいは、洗浄液は液体供給器の液体の２種類又はそれ以上を組み合わせて作る溶液でもよい。液分注構造体には、半導体ウエハ表面に洗浄液を分注するための、１個又は複数の開口部（図示省略）がある。この液分注構造体は、駆動装置１５４に連結するアーム１５０に取り付けられている。シングルウエハスピン型洗浄ユニット１０６の平面図である図２に示すように、駆動装置１５４は、半導体ウエハ表面を左右又は放射状に横切って液分注構造体１４６を動かすために、アーム１５０が軸２０２の回りで旋回するよう設計されている。液分注構造体が左右に動くことは、液分注構造体から分注される洗浄液を半導体ウエハ表面の異なる領域に当てることを可能にする。注がれる洗浄液がウエハ表面全体に分布するように、液分注構造体が半導体ウエハ表面を左右に横切るに伴い、半導体ウエハはモータ１４４により回転されるのが好ましい。さらに駆動装置１５４は、アーム１５０を巧みに操作できるよう形成されており、液分注構造体は、液分注構造体と半導体ウエハ表面との距離を調整するための垂直方向を含め、可能な数多くの異なる方向に移動できる。
【００３２】
図１に示すように、液分注構造体１４６は、半導体ウエハ表面１０２に注ぐべき洗浄液を受け取るために、液体混合装置／選択装置１１２に連結される。この液体混合装置／選択装置は、液体供給器１２４の容器１２８、１３０、１３２及び１３４の一つから選択される液体の流路を設定することによって、あるいは洗浄液を生成するために液体供給器の容器の２種の液体又はそれ以上の液体を組み合わせ、次にそれを液分注構造体に送ることによって、洗浄液を液分注構造体に供給する機能を果たす。液体混合装置／選択装置は、液体供給器の容器の液体を液体混合装置／選択装置にポンプ輸送する機能を果たすポンプ１２２を介して、液体供給器の各容器に連結される。
【００３３】
シングルウエハスピン型洗浄ユニット１０６のガスノズル構造体１０４は、ガス状材料の気流を、半導体ウエハＷの表面上に放出するよう構成されている。ガス状材料は、オゾンなどの単一気体、又は気体の組み合わせたものでよい。斜視図である図３に示すように、例えばガスノズル構造体は、ガス状材料の気流を放出するための細かい多数の開口部３０４を備えた、実質的な平面状の底表面３０２を有している。ガスノズル構造体は、形状が円のように図３で示されている。しかし、ガスノズル構造体は、矩形など別の形状に形成してもよい。ガスノズル構造体は、半導体ウエハの洗浄中に、反応性ガス状材料の気流を半導体ウエハ表面上に形成された洗浄液の境界層の上に放出するために用いられ、結果として反応性ガス状材料が半導体ウエハ表面上の不要材料と反応できる。加えて、半導体ウエハを洗浄し、及び／又はすすいだ後、ウエハ表面を乾燥させるために、ＩＰＡ蒸気などのガス状材料の気流を半導体ウエハ表面上に放出するためにガスノズル構造体を使用できる。
【００３４】
液分注構造体１４６と同様に、ガスノズル構造体１０４は、駆動装置１５２に連結するアーム１４８に取り付けられている。駆動装置１５２は、図２に示すように、半導体ウエハ表面１０２を左右又は放射状に横切ってガスノズル構造体を動かすために、軸２０４の回りにアーム１４８が旋回するよう設計されている。ガスノズル構造体が左右に動くことで、ガスノズル構造体から放出されるガス状材料の気流が、半導体ウエハ表面の異なる領域に当たることを可能にする。ガス状材料の気流がウエハ表面全体に当たるように、ガスノズル構造体が半導体ウエハ表面を左右に横切るのに伴い、モータ１４４で半導体ウエハを回転するのが好ましい。さらに駆動装置１５２は、アーム１４８を巧みに操作できるよう構成されていて、ガスノズル構造体は、ガスノズル構造体の開口部３０４と半導体ウエハ表面との距離を調整するための垂直方向を含め、可能な数多くの異なる方向に移動できる。
【００３５】
ガスノズル構造体１０４は、ガスノズル構造体から放出されるガス状材料の気流圧力を制御する、気体圧力制御装置１１０に連結している。例えば実施形態では、気体圧力制御装置に質量流量制御装置１５６及び１５８がある。この質量流量制御装置１５６は、オゾン発生装置１１４により供給されるオゾンの圧力を制御し、質量流量制御器１５８は、気体供給器１２６の容器１３８からの圧力を制御する。以下でより詳述するように、ガス状材料の気流を利用して、半導体ウエハＷの表面１０２の上に形成した境界層の厚みを境界層の異なる位置で減少させるために、あるいは境界層を貫くホールを形成するために、ガス状材料の気流圧力を気体圧力制御装置で調節できる。気体圧力制御装置１１０は、気体供給器１２６の容器１３６に連結されたオゾン発生器１１４に連結される。気体圧力制御装置はまた、気体供給器の容器１３８にも連結する。バルブ１１６、１１８及び１２０は、容器１３６及び１３８、オゾン発生装置１１４ならびに気体圧力制御装置１１０の間の気体の流れを制御する。
【００３６】
装置１００の制御装置１０８は、装置の様々な構成要素を制御する。制御装置は、ウエハ支持構造体１４２を介して半導体ウエハＷを回転する、モータ１４４を制御する。制御装置はまた、アーム１４８及び１５０を巧みに動かすことによりガスノズル構造体１０４と液分注構造体１４６を独立して動かす、駆動装置１５２及び１５４を制御する。さらに、制御装置は、気体圧力制御装置１１０、液体混合装置／選択装置１１２、バルブ１１６、１１８及び１２０、ならびにポンプ１２２を制御する。
【００３７】
装置１００の全操作は、図４のフローチャートを参照して記述している。ステップ４０２では、例えば半導体ウエハＷなど洗浄する半導体ウエハを、シングルウエハスピン型洗浄ユニット１０６のウエハ支持構造体１４２に載せる。次に、ステップ４０４で、そのウエハ支持構造体をモータ１４４で回転して、半導体ウエハを急回転する。ステップ４０６では、ウエハ表面から所定の距離でウエハ表面１０２を横切るように液分注構造体を左右に動かしながら、洗浄液を液分注構造体１４６から半導体ウエハ表面１０２に分注する。分注された洗浄液は半導体ウエハ表面上に境界層を形成する。液分注構造体の動きは、液分注構造体を動かすアーム１５０を巧みに動かす駆動装置１５４によって制御される。次いでステップ４０８では、ウエハ表面から所定の距離でウエハ表面を横切るように左右にガスノズル構造体を動かしながら、ガスノズル構造体１０４から半導体ウエハ表面に、オゾンなどのガス状材料の気流を制御された圧力で放出する。半導体ウエハ表面上に境界層が形成されているので、ガスノズル構造体から放出されたガス状材料の気流はその境界層に当たる。ガスノズル構造体の動きは、ガスノズル構造体を動かすアーム１４８を巧みに動かす、駆動装置１５２によって制御される。ガスノズル構造体から放出されるガス状材料の気流圧力は、気体圧力制御装置１１０によって制御される。
【００３８】
ある操作モードでは、ガス状材料の気流圧力が気体圧力制御装置１１０で調節され、ガスノズル構造体１０４の開口部３０４から放出される放出ガス状材料の流れは、半導体ウエハ表面１０２上に形成した境界層の厚みを、境界層の異なる位置で低下させる。図５に示すようにこのモードでは、ガスノズル構造体の各開口部から放出されるガス状材料の気流５０２の圧力で、境界層５０６上に窪み５０４が形成される。窪み５０４の特徴には、窪みの上方直径Ａ、ならびに窪みでの境界層の厚さである、下方表面と半導体ウエハ表面１０２間の距離Ｂがある。これらの特徴は、放出ガス状材料の気流圧力、開口部３０４の直径、この開口部と境界層５０６の上表面との距離、及びウエハ回転速度と分注される洗浄液の量（又は速度）によって定まる境界層の初期厚みで制御される。窪みが形成された箇所では、図５に示すように、境界層の厚みが低下する。その結果、窪みでは境界層の厚みが減少することによって、窪みのところでより多量のガス状材料が、拡散により境界層を貫いて半導体ウエハ表面に達する。このガス状材料がオゾンであれば、多量のオゾンが拡散によって半導体ウエハ表面に達して酸化をさらに促進し、高い洗浄効果をもたらす。
【００３９】
別の操作モードでは、ガスノズル構造体１０４の開口部３０４から放出されるガス状材料の気流が、半導体ウエハ表面１０２に直接に接触するように、放出ガス状材料の気流圧力を気体圧力制御装置１１０で調節する。図６に示すように、このモードでは、ガスノズル構造体の各開口部からのガス状材料の気流５０２の圧力が、境界層５０６を貫けるホール６０２を形成し、結果としてガス状材料が半導体ウエハ表面と直接接触する。ホール６０２の特徴は、半導体ウエハ表面におけるホールの直径Ｃである。上述した窪みの特徴Ａ及びＢに類似して、ホール６０２の直径Ｃは、放出ガス状材料の気流圧力、開口部３０４の直径、この開口部と境界層５０６の上表面との距離、及び境界層の初期厚みによって制御される。ガスノズル構造体からのガス状材料の気流圧力を増加させる、及び／又はガスノズル構造体１０４の開口部３０４と境界層５０６との距離など装置１００の他の操作パラメータを変更することによって、ホールを作り出すことができる。ガスノズル構造体の異なる開口部からのガス状材料の気流は、洗浄液すなわち境界層で包まれた半導体ウエハ表面上に、整然と並ぶ露出領域を形成する。半導体ウエハは、ふつう洗浄中は回転しているので、ウエハ表面の露出領域は、ウエハの回転に伴って連続的に変化する。したがって、半導体ウエハ表面の特定の領域がガス状材料の気流に短時間曝されるのみで、ガス状材料が洗浄液の存在するウエハ表面の不要材料と反応することを可能にする。ホトレジストの望ましい酸化反応は、脱イオン水などの洗浄液の存在下においてのみ起きる、ということはオゾンに関して注目する値打ちがある。したがって、半導体ウエハ表面の大きな領域が長時間オゾンに曝されても、オゾンと半導体ウエハ表面上のホトレジストとの所望する反応は起きないであろう。
【００４０】
図４に戻って操作をステップ４１０に進めると、ここで液分注構造体１４６から分注される脱イオン水で半導体ウエハ表面１０２をすすぐ。このすすぎサイクルの間は、ガスノズル構造体１０４を半導体ウエハ表面から遠ざけてもよい。次に、ステップ４１２で、半導体ウエハを高速回転させて半導体ウエハをスピン乾燥する。このスピン乾燥サイクルの間、ガスノズル構造体１０４は、半導体ウエハ表面の乾燥を助けるために、ＩＰＡ蒸気などのガス状材料の気流を放出してもよい。ステップ４１４では、ウエハ支持構造体１４２から半導体ウエハを取り除く。次いで操作はステップ４０２に戻るが、そこで次に洗浄する半導体ウエハをウエハ支持構造体に載せる。そしてステップ４０４〜４１４を繰り返す。
【００４１】
他の実施形態では、シングルウエハスピン型洗浄ユニット１０６で、洗浄液及びガス状材料の気流が、半導体ウエハ表面の共通の領域に当たるように、ガスノズル構造体１０４の上方で洗浄液を分注するよう変更してもよい。図７に、第１の他の実施形態による、シングルウエハスピン型洗浄ユニット７０２を示す。図１と同じ参照番号を、図７における共通の要素を特定するために使用する。この実施形態では、洗浄ユニット７０２には、ガスノズル構造体１０４の上方に位置する液分注構造体７０４が含まれる。図７に示すように、液分注構造体７０４は駆動装置に連結してもよく、これにより多様な方向に移動できる。別の形態では、駆動装置が必要でなく、液分注構造体７０４を所定の位置に固定してもよい。液分注構造体７０４には、半導体ウエハ表面１０２に洗浄液を噴霧するための１個又は複数の小さな開口部があってもよく、その結果、洗浄液がウエハ表面全体にほぼ一様に当てられる。さらに液分注構造体７０４には、音波エネルギーを使用して洗浄液の霧を発生させるための音響変換器７０６があってもよく、これにより半導体ウエハ表面全体により均一に洗浄液を当てることを可能にする。
【００４２】
図８に、第２の代替実施形態による、シングルウエハスピン型洗浄ユニット８０２を示す。図１及び７と同じ参照番号を、図８における共通の要素を特定するために使用する。この洗浄ユニット８０２は、図７の洗浄ユニット７０２と共通する。この二つの洗浄ユニットの主要な相違点は、洗浄ユニット８０２には、洗浄ユニット７０２のガスノズル構造体１０４に代わる、棒型ガスノズル構造体８０４があることである。図８には、液分注構造体７０２、的アーム１５０及び駆動装置１５４が示されていない。棒型のガスノズル構造体の形は、任意の棒類似の形態でよい。例えば、棒型ガスノズル構造体は、矩形又は円形の断面を有する延伸構造体でもよい。別の形態として、棒型のガスノズル構造体が湾曲してもよい。図９に示すように、棒型ガスノズル構造体８０４には、その構造体の底面９０４にオゾンなどガス状材料の気流を放出するための開口部９０２がある。したがって、ウエハ表面を横切ってガスノズル構造体を１回通すことにより、半導体ウエハ表面全体が、棒型ガスノズル構造体からのガス状材料の気流を受けることができる。
【００４３】
図１０に、第３の代替実施形態による、シングルウエハスピン型洗浄ユニット１００２を示す。図１、図７及び図８と同じ参照番号を、図１０における共通の要素を特定するために使用する。図１０のシングルウエハスピン型洗浄ユニット１００２は、図７及び８のシングルウエハスピン型洗浄ユニット７０２及び８０２と共通する。洗浄ユニット１００２と、洗浄ユニット７０２及び７０８との主要な相違点は、洗浄ユニット１００２には、ガスノズル構造体１０４もしくは棒型ガスノズル構造体８０４ではなくて、格子型ガスノズル構造体１００４があることである。底面図である図１１に示すように、格子型ガスノズル構造体１００４は、オゾンなどガス状材料の気流を放出をする開口部１１０４を備えた、格子１１０２のように形成されている。開口部は格子１１０２の交差部分に位置することが示されている。しかし開口部は格子の他の箇所に位置してもよい。格子形状のために、格子型ガスノズル構造体には矩形空間１１０６があり、このことは格子型ガスノズル構造体の上方に位置する液分注構造体７０４からの分注洗浄液が、格子型ガスノズル構造体を通り抜けることを可能にする。上述したように、液分注構造体からの分注洗浄液は、噴霧の形態又は霧の形態をしていてもよい。したがって、格子型ガスノズル構造体は、液分注構造体からの洗浄液、ならびに格子型ガスノズル構造体からのガス状材料の気流の双方が、半導体ウエハ表面１０２の共通の領域に当たることを可能にする。格子型ガスノズル構造体を格子構造体のように記述し図示してきたが、格子型ノズル構造体は、矩形、円形又は任意の希望する形状空間の配列を備えた、任意の格子類似構造体でもよい。例えば、格子型ガスノズル構造体が、円形空間の配列を備えた円盤形状でもよい。
【００４４】
シングルウエハスピン型洗浄ユニット７０２、８０２又は１００２を採用する装置の操作は、図１の装置１００の操作と共通する。シングルウエハスピン型洗浄ユニット７０２、８０２又は１００２を採用する装置では、洗浄液がガスノズル構造体１０４、８０４又は１１０４の上方の液分注構造体７０４から、噴霧状又は霧の状態で分注されるが、大きい相違点は、洗浄液と、ガスノズル構造体からのガス状材料の気流が、半導体ウエハ表面の共通の領域に当たることを可能にすることである。
【００４５】
本発明の実施形態による半導体ウエハの表面の洗浄方法を、図１２のフローチャートを参考にして記述する。ステップ１２０２で洗浄する半導体ウエハを回転する。次に、ステップ１２０４で回転する半導体ウエハの表面上に洗浄液の液層を形成する。この液層は、噴霧の状態又は霧の状態の洗浄液を分注して形成してもよい。ステップ１２０６では、多数の小さな開口部のある底表面を備えたガスノズル構造体から放出されるガス状材料の気流を使用して、液層上の異なる位置に窪みを作る。さらにステップ１２０６で、液層の異なる位置における液層の厚みを調節するように、ガス状材料の気流圧力を制御する。窪みのために、液層の異なる位置で液層の厚みが低下して、ウエハ上のホトレジストなど不要材料と反応するために、拡散で半導体ウエハ表面に達するオゾンなどガス状材料の増量を可能にした。
【００４６】
本発明の別の実施形態による半導体ウエハの表面の洗浄方法を、図１３のフローチャートを参考にして記述する。ステップ１３０２で洗浄する半導体ウエハを回転する。次に、ステップ１３０４で回転する半導体ウエハの表面上に洗浄液の液層を形成する。また、この液層は、噴霧状態又は霧の状態の洗浄液を分注して形成してもよい。ステップ１３０６では、多数の小さな開口部のある底表面を備えたガスノズル構造体から放出されるガス状材料の気流を使用して、液層を貫くホールを形成する。このホールは、オゾンなどのガス状材料が、半導体ウエハ表面上のホトレジストなどの不要材料と直接接触することを可能にする。
【００４７】
本発明の特定の実施形態を記述してきたが、本発明は、その記述された部材の特定の形状又は配置に限定されるものでない。本発明の範囲は、この明細書に記載された特許請求の範囲で定義されるもの、及びその均等物である。
【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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【図６】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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