(57)【要約】  本発明による超臨界ＣＯ2洗浄システムには、超臨界ＣＯ2でワークピースを洗浄するように構成された圧力チャンバと、圧力チャンバの出力を受け取るように構成された膨張チャンバと、膨張チャンバから膨張ＣＯ2流を受け取るように構成され、かつリサイクルＣＯ2流を出力するように構成されたＣＯ2リサイクルシステムと、新鮮なＣＯ2流およびリサイクルＣＯ2流を出力するように構成された新鮮なＣＯ2の供給部と、新鮮なＣＯ2流およびリサイクルＣＯ2流の少なくとも１つを受け取るように構成された浄化システムであって、浄化ＣＯ2流を出力するように構成された浄化システムと、第１の共溶媒流を出力するように構成された第１の共溶媒供給部と、を含むことができ、圧力チャンバは、浄化ＣＯ2流および第１の共溶媒流を受け取るように構成されている。
2006528553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界ＣＯ2洗浄システムであって、
超臨界ＣＯ2でワークピースを洗浄するように構成された圧力チャンバと、
前記圧力チャンバの出力を受け取るように構成された膨張チャンバと、
前記膨張チャンバから膨張ＣＯ2流を受け取るように構成され、かつリサイクルＣＯ2流を出力するように構成されたＣＯ2リサイクルシステムと、
新鮮なＣＯ2流を出力するように構成された新鮮なＣＯ2の供給部と、
前記新鮮なＣＯ2流および前記リサイクルＣＯ2流の少なくとも１つを受け取るように構成された浄化システムであって、浄化ＣＯ2流を出力するように構成された浄化システムと、
第１の共溶媒流を出力するように構成された第１の共溶媒供給部と、
を含み、
前記圧力チャンバが、前記浄化ＣＯ2流および前記第１の共溶媒流を受け取るように構成されたシステム。
【請求項２】
前記新鮮なＣＯ2流、前記リサイクルＣＯ2流、前記浄化ＣＯ2流および前記第１の共溶媒流の少なくとも１つの流量を制御するように構成されたコントローラをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記新鮮なＣＯ2供給流の流量を測定するための第１の装置と、前記リサイクルＣＯ2流の流量を測定するように構成された第２の装置とを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記浄化ＣＯ2流の流量を測定するように構成された第３の装置をさらに含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の共溶媒流の流量を測定するように構成された第３の装置をさらに含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記浄化ＣＯ2流の流量を測定するように構成された第４の装置をさらに含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記膨張チャンバから使用済み共溶媒流を受け取るように構成され、かつリサイクル共溶媒流を前記第１の共溶媒供給部に出力するように構成された共溶媒リサイクルシステムをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記共溶媒リサイクルシステムが、前記使用済み共溶媒流から汚染物質を除去するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記共溶媒リサイクルシステムが、前記使用済み共溶媒流を蒸留することによって、前記使用済み共溶媒流から汚染物質を除去するように構成されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記共溶媒リサイクルシステムが、前記使用済み共溶媒流をろ過することによって、前記使用済み共溶媒流から汚染物質を除去するように構成されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記浄化システムが、前記新鮮なＣＯ2流および前記リサイクルＣＯ2流を受け取るように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記浄化システムが、前記新鮮なＣＯ2流を受け取るように構成され、前記圧力チャンバが、前記リサイクルＣＯ2流を受け取るように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記リサイクルＣＯ2流の第１の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の共溶媒流の流量を制御するように構成されたコントローラをさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の共溶媒流が前記圧力チャンバに出力される一方、第２の共溶媒流を前記圧力チャンバに出力するように構成された第２の共溶媒供給部をさらに含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記リサイクルＣＯ2流の第２の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、前記第２の共溶媒流の流量を制御するように構成されたコントローラをさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記圧力チャンバが、前記超臨界ＣＯ2と共に超音波エネルギを用いて前記ワークピースを洗浄するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ＣＯ2リサイクルシステムが、前記膨張ＣＯ2流を凝縮するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ＣＯ2リサイクルシステムが、前記膨張ＣＯ2流を圧縮するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記膨張チャンバが、前記圧力チャンバの前記出力を膨張させ、かつ前記膨張された出力を使用済み共溶媒流および膨張ＣＯ2流に分離するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記膨張チャンバが、前記膨張ＣＯ2流が霧またはミスト状であるように、前記圧力チャンバの前記出力を膨張させるように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記膨張チャンバが、前記膨張ＣＯ2流がガス状であるように、前記圧力チャンバの前記出力を膨張かつ加熱するように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記浄化システムが、前記浄化ＣＯ2流が少なくとも純度９９．９９９９％であるように、構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第１の共溶媒供給部が、前記第１の共溶媒流をＣＯ2でほぼ飽和させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１の共溶媒供給部が、ポートを介して前記第１の共溶媒流を出力するように構成され、前記第１の共溶媒供給部が、測定された量のＣＯ2を用いて、前記第１の共溶媒の前記ポートをパージするように構成されたパージ装置を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
第２の共溶媒流を前記圧力チャンバに出力するように構成された第２の共溶媒供給部をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第２の共溶媒供給部が、前記第１の共溶媒流が前記圧力チャンバに出力された後で、前記第２の共溶媒流を前記圧力チャンバへ出力するように構成され、前記第２の共溶媒流が、前記第１の共溶媒流より実質的に高い揮発性を有する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第２の共溶媒供給部が、前記ワークピースの最終洗浄の間に、前記第２の共溶媒流を前記圧力チャンバへ出力するように構成されている、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
第３の共溶媒流を前記圧力チャンバに出力するように構成された第３の共溶媒供給部をさらに含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２９】
超臨界ＣＯ2でワークピースを洗浄する方法であって、
ａ）  前記超臨界ＣＯ2で前記ワークピースを洗浄するように構成された圧力チャンバを提供するステップと、
ｂ）  前記ワークピースを前記圧力チャンバに導入するステップと、
ｃ）  浄化ＣＯ2流を、少なくとも前記浄化ＣＯ2流が超臨界になるまで、浄化器から前記圧力チャンバに導入するステップと、
ｄ）  第１の共溶媒流を前記圧力チャンバに導入するステップと、
ｅ）  使用済みＣＯ2流と第１の使用済み共溶媒流との混合物を前記圧力チャンバから除去するステップと、
ｆ）  前記混合物を膨張させるステップと、
ｇ）  前記膨張混合物を前記使用済みＣＯ2流および前記第１の使用済み共溶媒流に分離するステップと、
ｈ）  前記使用済みＣＯ2流を凝縮するステップおよび前記使用済みＣＯ2流を圧縮するステップの少なくとも１つと、
ｉ）  前記浄化器で前記使用済みＣＯ2流を浄化するステップおよび前記使用済みＣＯ2流を前記圧力チャンバに導入するステップのまさに１つと、
を含む方法。
【請求項３０】
ステップａ）〜ｅ）の後に実行される以下のステップ、すなわち、
ｊ）  最終洗浄材を前記圧力チャンバに導入するステップと、
ｋ）  前記最終洗浄材を前記圧力チャンバから除去するステップと、
ｌ）  前記ワークピースを前記圧力チャンバから除去するステップと、
をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記最終洗浄材が前記浄化ＣＯ2流を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記最終洗浄材が、前記第１の共溶媒流の揮発性より実質的に高い揮発性を有する第２の共溶媒流を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記最終洗浄材が液体浄化ＣＯ2流を含み、前記方法が、ステップｊ）の後およびステップｋ）の前に、超音波エネルギを前記ワークピースに印加することをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
ｍ）  前記第１の共溶媒流より実質的により高い揮発性を有する第２の共溶媒流を、前記圧力チャンバに導入するステップと、
ｎ）  前記使用済みＣＯ2流と第２の使用済み共溶媒流との混合物を前記圧力チャンバから除去するステップと、
をさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
ステップｍ）およびｎ）が、ステップａ）〜ｅ）の後およびステップｊ）〜ｌ）の前に実行される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記浄化器が、新鮮なＣＯ2流を浄化するように構成されている、請求項２９に記載の方法。
【請求項３７】
前記新鮮なＣＯ2流の流量を測定することをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１の共溶媒流の流量を測定することをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３９】
前記浄化ＣＯ2流および前記使用済みＣＯ2流の流量を測定することをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１の使用済み共溶媒流から汚染物質を除去することをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４１】
前記除去が、前記第１の使用済み共溶媒流を蒸留することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記除去が、前記第１の使用済み共溶媒流をろ過することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
ステップｉ）が、前記浄化器で前記使用済みＣＯ2流を浄化することを含み、前記浄化器が、新鮮なＣＯ2流および前記使用済みＣＯ2流を浄化するように構成されている、請求項２９に記載の方法。
【請求項４４】
ステップｉ）が、前記使用済みＣＯ2流を前記圧力チャンバに導入することを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４５】
前記使用済みＣＯ2流の第１の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の共溶媒流の流量を制御することをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
ステップｉ）が、前記使用済みＣＯ2流を前記圧力チャンバに導入することを含み、前記方法が、前記使用済みＣＯ2流の第１の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の共溶媒流の流量を制御することをさらに含み、前記方法が、前記使用済みＣＯ2流の第２の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、前記第２の共溶媒流の流量を制御することをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４７】
超音波エネルギを前記ワークピースに印加することをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４８】
ステップｆ）が、前記使用済みＣＯ2流が霧またはミスト状であるように、前記混合物を膨張させることを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４９】
ステップｆ）が、前記使用済みＣＯ2流がガス状であるように、前記混合物を膨張させることを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項５０】
前記浄化ＣＯ2流が少なくとも純度９９．９９９９％である、請求項２９に記載の方法。
【請求項５１】
ステップｄ）の前に、ＣＯ2で前記第１の共溶媒流をほぼ飽和させることをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項５２】
ステップｄ）が、ポートを介して前記第１の共溶媒流を前記圧力チャンバに導入することを含み、前記方法が、ステップｄ）の後で、測定された量のＣＯ2を用いて、前記第１の共溶媒流の前記ポートをパージすることをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項５３】
ワークピースの超臨界二酸化炭素洗浄のための、顧客へのコストを計算する方法であって、
浄化器に入力された新鮮なＣＯ2の量を決定するステップと、
圧力チャンバに入力されたＣＯ2の総量を決定するステップと、
ＣＯ2の前記総量に少なくとも部分的に基づいて、前記圧力チャンバにおける所望の第１の共溶媒濃度を決定するステップと、
前記圧力チャンバにおいて前記所望の第１の共溶媒濃度を維持するステップと、
前記維持の間に、前記圧力チャンバに入力された第１の共溶媒の量を決定するステップと、
新鮮なＣＯ2の前記量および前記第１の共溶媒の前記量に少なくとも部分的に基づいて、前記顧客への前記コストを計算するステップと、
を含む方法。
【請求項５４】
前記圧力チャンバに入力されるＣＯ2の前記総量が浄化ＣＯ2である、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
ＣＯ2の前記総量に少なくとも部分的に基づいて、前記圧力チャンバにおける所望の第２の共溶媒濃度を決定するステップと、
前記圧力チャンバにおいて前記所望の第２の共溶媒濃度を維持するステップと、
前記維持の間に、前記圧力チャンバに入力された第２の共溶媒の量を決定するステップと、
新鮮なＣＯ2の前記量および前記第２の共溶媒の前記量に少なくとも部分的に基づいて、前記顧客への前記コストを計算するステップと、
を含む、請求項５３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年５月１３日出願の米国仮出願第６０／４６９，８２６号に基づく優先権を主張する。本発明は、半導体ウエハなどのワークピースの精密洗浄のためのシステムおよび方法に関する。特に、本発明は、超臨界ＣＯ2および１以上の共溶媒の量が精密に計測されるシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素（ＣＯ2）技術は、危険な化学薬品の使用を著しく低減もしくは排除するためか、水などの天然資源を保護するためか、または半導体デバイスの迅速な精密洗浄などの以前は不可能だった作業を遂行するために、多くの工業プロセスで応用されている。
【０００３】
半導体デバイス製造は、化学残渣および微粒子を半導体ウエハ表面上に発生させるいくつかの処理ステップを、典型的には用いる。このような処理ステップの１つが、ウエハ表面を平坦化するために用いられる化学機械研磨（ＣＭＰ）である。ＣＭＰプロセスはウエハから上面層を除去し、ウエハ表面上に化学薬品および粒子の残渣を残すが、この残渣は、標準のポストＣＭＰ洗浄方法（たとえば、機械洗浄およびブラッシング）を用いて除去するのが困難であり問題が多い。
【０００４】
半導体処理へのＣＯ2洗浄技術の適用によって、化学残渣および微粒子を除去する迅速かつ効果的な方法が提供される。ＣＯ2は、印加される圧力および温度に依存して、ガス、固体、液体または超臨界流体として存在し得る。典型的には、半導体用途において、ＣＯ2は超臨界流体（超臨界ＣＯ2）として用いられる。超臨界ＣＯ2は流体の特性を保持するが、ガスの拡散率および粘度を有する。ＣＯ2を超臨界流体相に維持するためには、高圧環境が必要である。超臨界ＣＯ2の溶解力は、圧力の増加と共に増加し、半導体製造において用いられる材料に対して反応性の化学剤または共溶媒の添加によってさらに増進される。超臨界ＣＯ2（共溶媒と共にかまたは単独でのいずれか）は、ウエハ表面から汚染物質を除去し、かつウエハの表面を効果的に洗浄する溶媒の役割をする。超臨界ＣＯ2のこれらの特性によって、ＣＯ2は、標準半導体洗浄技術に対しての、安全で費用効率が高く、性能効果の良い代替となる。
【０００５】
「超臨界流体プロセスを用いた、基板からの研磨残渣の除去（Ｒｅｍｏｖａｌ  ｏｆ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ｒｅｓｉｄｕｅ  ｆｒｏｍ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｕｓｉｎｇ  ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ  ｆｌｕｉｄ  ｐｒｏｃｅｓｓ）」なる名称の米国特許第６，３３１，４８７号明細書には、超臨界ＣＯ2を用いて半導体デバイスを洗浄する方法が説明されている。この方法では、半導体ウエハが圧力チャンバに配置され、チャンバは密閉されて、ＣＯ2で加圧される。圧力チャンバ内の圧力が高まるにつれて、ＣＯ2は液体になり、次に超臨界温度および圧力に達する。所望の状態に達したときに、少量の化学剤または共溶媒を超臨界ＣＯ2流に導入し、洗浄を容易にしてもよい。その後、ＣＯ2は、再使用のために、再循環されて二酸化炭素圧縮装置に戻される。この精密洗浄方法の効率は、共溶媒に対して超臨界ＣＯ2の比率を最適に維持することに依存する。たとえば、過剰な共溶媒量は、ウエハ表面の腐食を引き起こす可能性があり、一方で、不十分な共溶媒量は、ウエハ表面の次善の洗浄につながる。本発明とは異なり、この特許’４８７号明細書は、容易に順応可能なシステム洗浄化学を考慮した、柔軟で敏感なシステムを開示していない。
【０００６】
「二酸化炭素の浄化（Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ）」なる名称の米国特許第６，０９９，６１９号明細書には、ガス状ＣＯ2を浄化するためのオンサイト・オンデマンド方法が説明されている。商用サプライヤから得られるＣＯ2は、典型的には、油、水および微粒子を始めとする様々な微量汚染物質を含むガス飽和液であり、それゆえこの第’６１９号明細書による方法は、このような汚染物質のレベルを低減するのに役立つ。この方法には、１以上の銀交換ホージャサイトベッド(faujasite beds)と分子篩(molecular sieve)とを含むカートリッジを通してＣＯ2流を送出することが含まれる。この特許第’６１９号明細書は、半導体ワークピース用の洗浄システムに前記浄化を用いることは開示していない。特許第’６１９号明細書におけるこの浄化方法の好ましい適用例は、飲料および食品業界にあるが、超高純度ＣＯ2は、本発明における半導体ウエハの超臨界ＣＯ2精密洗浄などの超臨界抽出システムでの使用に適している。オンサイト・オンデマンド浄化システムによって、高価な超高純度ＣＯ2の購入に対する経済的な代替が提供される。
【０００７】
東京エレクトロン株式会社（Ｔｏｋｙｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌｉｍｉｔｅｄ）（日本国東京（Ｔｏｋｙｏ、ＪＰ））に譲渡された米国特許第６，３０６，５６４号明細書「超臨界二酸化炭素を用いた、半導体からのレジストまたは残渣の除去（Ｒｅｍｏｖａｌ  ｏｆ  ｒｅｓｉｓｔ  ｏｒ  ｒｅｓｉｄｕｅ  ｆｒｏｍ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ）」には、超臨界ＣＯ2に支援されて半導体ウエハの表面からレジスト、その残渣および／または有機汚染物質を除去する、剥離用化学薬品および／または有機溶媒などの市販の溶媒が説明されている。超臨界ＣＯ2は、圧力とともに増加する高い溶解力を有する。超臨界ＣＯ2によって、レジスト除去プロセスのために用いられる反応時間と化学薬品量の低減が可能になる。好ましい実施形態において、ウエハはＣＯ2にさらされ、プロセスチャンバにおける化学混合物が、１０５０〜６０００ｐｓｉｇの圧力で、１０秒〜１５分の期間、２０〜８０℃に加熱される。本発明と異なり、この特許’５６４号明細書は、容易に順応可能なシステム洗浄化学を考慮した、柔軟で敏感なシステムを開示していない。
【０００８】
ザ・ユニバーシティ・オブ・ノース・カロライナ・アット・チャペルヒル（Ｔｈｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ  ａｔ  Ｃｈａｐｅｌ  Ｈｉｌｌ）（ノースカロライナ州チャペルヒル（Ｃｈａｐｅｌ  Ｈｉｌｌ、ＮＣ））に譲渡された米国特許第５，９４４，９９６号明細書「溶剤としての二酸化炭素と分子処理された界面活性剤とを用いる浄化プロセス（Ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｕｓｉｎｇ  ｃａｒｂｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ  ａｓ  ａ  ｓｏｌｖｅｎｔ  ａｎｄ  ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒｌｙ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ）」には、汚染物質を担持する基板から汚染物質を分離するプロセスが説明されている。このプロセスには、両親媒性種を含有する二酸化炭素流体に基板を接触させて、汚染物質が両親媒性種と会合しかつ二酸化炭素流体に同伴されるようにすることが含まれる。その後、基板は二酸化炭素流体から分離され、次に汚染物質が、二酸化炭素流体から分離される。本発明と異なり、この特許’９９６号明細書は、容易に順応可能なシステム洗浄化学を考慮した、柔軟で敏感なシステムを開示していない。
【０００９】
エア・リキッド・アメリカ・コーポレーション（Ａｉｒ  Ｌｉｑｕｉｄｅ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）（ヒューストン、テキサス（Ｈｏｕｓｔｏｎ、ＴＸ））に譲渡された米国特許第５，８８１，５７７号明細書「圧力変動吸着法ベースの洗浄方法およびシステム（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｓｗｉｎｇ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｂａｓｅｄ  ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  ｓｙｓｔｅｍｓ）」には、３つの主ステップ、すなわち溶媒組成物を用いた可溶汚染物質の超臨界抽出、攪拌を用いた微粒子材料の亜臨界除去、ならびに溶媒回収およびリサイクルを含む洗浄プロセスが説明されている。可溶汚染物質の超臨界抽出は、洗浄すべき物品を含む洗浄容器に溶媒組成物をポンプで注入しかつ容器の流体を超臨界状態へ加圧および加熱することによって、行なわれる。次に、亜臨界相は、洗浄容器における溶媒組成物の圧力および温度を亜臨界状態に低減しかつ液体／ガス界面を再形成することによって、物品から微粒子物質を除去し始めるようにされる。洗浄容器における物品の攪拌は、溶媒組成物の再循環によってかまたは洗浄容器内の機械的装置の運動によって提供される。亜臨界相におけるガスと液体との間の密度差により、攪拌および結果としての微粒子除去の程度が、最大限にされる。溶媒組成物の回収ステップには、流体をさらに減圧して、可溶および不溶汚染物質を流体から分離および除去し、この溶媒組成物を再使用できるようにすることを含むのが好ましい。このシステムは、二酸化炭素、二酸化炭素ベースの混合物または他の周知の溶媒などの適切な溶媒特性を備えた任意のガスで動作させてもよい。本発明と異なり、この特許’５７７号明細書は、容易に順応可能なシステム洗浄化学を考慮した、柔軟で敏感なシステムを開示していない。
【００１０】
オートクレーブ・エンジニアズ・インク（Ａｕｔｏｃｌａｖｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．）（ペンシルベニア州エリー（Ｅｒｉｅ，ＰＡ））およびヒューズ・エアクラフト・カンパニー（カリフォルニア州ロサンジェルス、（Ｌｏｓ  Ａｎｇｅｌｅｓ，ＣＡ））に譲渡された米国特許第５，３３７，４４６号明細書「精密洗浄における超音波エネルギの印加用装置（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ａｐｐｌｙｉｎｇ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｅｎｅｒｇｙ  ｉｎ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ｃｌｅａｎｉｎｇ）」には、精密洗浄における超音波エネルギの印加用装置が説明されているが、この装置には、複数の音波プレートを有し、かつ自身の内部に回転装置を配置しているかまたはしていない圧力容器が含まれる。プレートを容器内の中央に配置して、音波を外側へ伝播させてもよいし、またはプレートを圧力容器の内壁に配置して、内側に向けてもよい。各プレートには、圧力容器の長手方向軸に沿って離間配置された複数の音波トランスデューサが含まれる。回転装置には、着脱自在なブラシホルダを担持する複数のアームまたは回転部品バスケットを含んでもよい。いずれの場合にも、装置は、圧力容器の上蓋に取り付けられたモータによって駆動される。液体洗浄流体、好ましくは二酸化炭素は、圧力容器に充填されて、圧力容器に固定された音波プレートおよびワークピースを浸す。次に、トランスデューサが作動され、回転装置が係合されて、微粒子の除去を向上させるために音波および機械的攪拌の両方がワークピースに印加される。音波の印加は、ワークピースから分解可能な汚染物質を除去するために、二酸化炭素の超臨界圧力上まで圧力容器を加圧することの後に続いても先行してもよい。本発明と異なり、この特許’４４６号明細書は、容易に順応可能なシステム洗浄化学を考慮した、柔軟で敏感なシステムを開示していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、半導体ウエハなどのワークピースの精密洗浄を提供し、用途に関連してシステムの効率および有効性を最適化するために洗浄化学を敏感に調節する能力を提供するシステムに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、超臨界ＣＯ2でワークピースを洗浄するように構成された圧力チャンバと、前記圧力チャンバの出力を受け取るように構成された膨張チャンバと、前記膨張チャンバから膨張されたＣＯ2流を受け取るように構成され、かつリサイクルされるＣＯ2流を出力するように構成されたＣＯ2リサイクルシステムと、新鮮なＣＯ2流を出力するように構成された新鮮なＣＯ2の供給部と、前記新鮮なＣＯ2流および前記リサイクルＣＯ2流の少なくとも１つを受け取るように構成された浄化システムであって、浄化されたＣＯ2流を出力するように構成された浄化システムと、第１の共溶媒流を出力するように構成された第１の共溶媒供給部と、を含む超臨界ＣＯ2洗浄システムに関する。有利なことに、前記圧力チャンバは、前記浄化ＣＯ2流および前記第１の共溶媒流を受け取るように構成することができる。
【００１３】
一実施形態において、システムには、前記新鮮なＣＯ2流、前記リサイクルＣＯ2流、前記浄化ＣＯ2流および前記第１の共溶媒流の少なくとも１つの流量を制御するように構成されたコントローラがさらに含まれる。上記の実施形態において、前記新鮮なＣＯ2供給流の流量を測定するための第１の装置、および前記リサイクルＣＯ2流の流量を測定するように構成された第２の装置がまた存在し得る。上記の実施形態において、前記浄化ＣＯ2流の流量を測定するように構成された第３の装置がまた存在し得る。いくつかの場合には、第３の装置は、前記第１の共溶媒流の流量を測定するように構成することができる。上記の実施形態のいずれかにおいて、前記浄化ＣＯ2流の流量を測定するように構成された第４の装置がさらに存在し得る。
【００１４】
別の実施形態において、システムは、前記膨張チャンバから使用済み共溶媒流を受け取るように構成され、かつリサイクル共溶媒流を前記第１の共溶媒供給部に出力するように構成された共溶媒リサイクルシステムを含むことができる。上記の実施形態において、前記共溶媒リサイクルシステムは、前記使用済み共溶媒流から汚染物質を除去するように構成することができる。上記の実施形態において、前記共溶媒リサイクルシステムは、前記使用済み共溶媒流を蒸留またはろ過することによって、前記使用済み共溶媒流から汚染物質を除去するように構成することができる。
【００１５】
別の実施形態において、前記浄化システムは、前記新鮮なＣＯ2流および前記リサイクルＣＯ2流を受け取るように構成されている。
【００１６】
さらに別の実施形態において、前記浄化システムは、前記新鮮なＣＯ2流を受け取るように構成され、前記圧力チャンバは、前記リサイクルＣＯ2流を受け取るように構成されている。上記の実施形態において、前記リサイクルＣＯ2流の第１の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の共溶媒流の流量を制御するように構成されたコントローラが存在し得る。上記の実施形態において、前記第１の共溶媒流が前記圧力チャンバに出力される一方、第２の共溶媒流を前記圧力チャンバに出力するように構成された第２の共溶媒供給部がまた存在し得る。上記の実施形態において、前記リサイクルＣＯ2流の第２の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、前記第２の共溶媒流の流量を制御するように構成されたコントローラ（コントローラは、第１の共溶媒流のためのコントローラと同じであってもよいし、異なってもよい）がさらに存在し得る。
【００１７】
別の実施形態において、圧力チャンバは、前記超臨界ＣＯ2と共に超音波エネルギで前記ワークピースを洗浄するように構成されている。
【００１８】
さらに別の実施形態において、前記ＣＯ2リサイクルシステムは、前記膨張ＣＯ2流を凝縮するかまたは代替として膨張するように、構成することができる。
【００１９】
さらに別の実施形態において、前記膨張チャンバは、前記圧力チャンバの前記出力を膨張させ、かつ前記膨張された出力を使用済み共溶媒流および膨張ＣＯ2流に分離するように構成されている。上記の実施形態において、前記膨張チャンバは、前記圧力チャンバの前記出力を膨張させて、前記膨張ＣＯ2が有利に霧またはミスト状になり得るようにするか、または代替として、膨張および加熱してガスを形成するように構成することができる。
【００２０】
一実施形態において、浄化システムは、前記浄化ＣＯ2流が少なくとも純度９９．９９９９％であるように、構成されている。
【００２１】
別の実施形態において、前記第１の共溶媒供給部は、ＣＯ2で前記第１の共溶媒流をほぼ飽和させるように構成されている。さらに別の実施形態において、前記第１の共溶媒供給部は、ポートを介して前記第１の共溶媒流を出力するように構成され、前記第１の共溶媒供給部には、測定された量のＣＯ2を用いて、前記第１の共溶媒の前記ポートをパージするように構成されたパージ装置が含まれる。
【００２２】
別の実施形態において、第２の共溶媒流を前記圧力チャンバに出力するように構成された第２の共溶媒供給部が存在し得る。上記の実施形態において、前記第２の共溶媒供給部は、前記第１の共溶媒流が前記圧力チャンバへ出力された後で、前記第２の共溶媒流を前記圧力チャンバへ出力するように構成することができ、かつ／または前記第２の共溶媒流は、前記第１の共溶媒流より実質的に高い揮発性を有することができる。上記の実施形態において、前記第２の共溶媒供給部は、前記ワークピースの最終洗浄の間に、前記第２の共溶媒流を前記圧力チャンバに出力するように構成することができる。上記の実施形態のいずれかにおいて、第３の共溶媒流を前記圧力チャンバに出力するように構成された第３の共溶媒供給部がまた存在し得る。
【００２３】
本発明の別の態様は、本発明による超臨界ＣＯ2システムを用いてワークピースを洗浄する方法に関する。
【００２４】
一実施形態において、本方法は、ａ）前記超臨界ＣＯ2で前記ワークピースを洗浄するように構成された圧力チャンバを提供するステップと、ｂ）前記ワークピースを前記圧力チャンバに導入するステップと、ｃ）浄化ＣＯ2流を、少なくとも前記浄化ＣＯ2流が超臨界になるまで、浄化器から前記圧力チャンバに導入するステップと、ｄ）第１の共溶媒流を前記圧力チャンバに導入するステップと、ｅ）使用済みＣＯ2流と第１の使用済み共溶媒流との混合物を前記圧力チャンバから除去するステップと、ｆ）前記混合物を膨張させるステップと、ｇ）前記膨張混合物を前記使用済みＣＯ2流および前記第１の使用済み共溶媒流に分離するステップと、ｈ）前記使用済みＣＯ2流を凝縮および／または圧縮するステップと、ｉ）前記浄化器で前記使用済みＣＯ2流を浄化するかまたは前記使用済みＣＯ2流を前記圧力チャンバに導入するステップのどちらかと、を有利に含むことができる。
【００２５】
別の実施形態において、本方法には、好ましくはステップａ）〜ｅ）の後に実行される以下のステップ、すなわち、ｊ）最終洗浄材を前記圧力チャンバに導入するステップと、ｋ）前記最終洗浄材を前記圧力チャンバから除去するステップと、ｌ）前記ワークピースを前記圧力チャンバから除去するステップと、を含むことができる。
【００２６】
別の実施形態において、前記最終洗浄材には、前記浄化ＣＯ2流が含まれる。本実施形態において、前記最終洗浄材には、好ましくは、前記第１の共溶媒流の揮発性より実質的に高い揮発性を有する第２の共溶媒流を含むことができる。
【００２７】
別の実施形態において、前記最終洗浄材には、液体浄化ＣＯ2流を含むことができる。本実施形態において、本方法には、好ましくはステップｊ）の後、およびまた好ましくはステップｋ）の前に、超音波エネルギを前記ワークピースに印加することをさらに含むことができる。
【００２８】
別の実施形態において、本方法には、ｍ）好ましくは、前記第１の共溶媒流より実質的に高い揮発性を有するような第２の共溶媒を前記圧力チャンバに導入するステップと、ｎ）前記使用済みＣＯ2流と第２の使用済み共溶媒流との混合物を前記圧力チャンバから除去するステップと、をさらに含むことができる。本実施形態において、ステップｍ）およびｎ）は、好ましくはステップａ）〜ｅ）の後、およびまた好ましくはステップｊ）〜ｌ）の前に実行することができる。
【００２９】
一実施形態において、前記浄化器は、新鮮なＣＯ2流を浄化するように構成されている。本実施形態において、前記新鮮なＣＯ2流の流量は、有利に測定することができる。代替または追加として、前記第１の共溶媒流の流量もまた測定することができる。
【００３０】
別の実施形態において、汚染物質は、好ましくは蒸留および／またはろ過によって、前記第１の使用済み共溶媒流から除去することができる。
【００３１】
一実施形態において、ステップｉ）には、前記浄化器で前記使用済みＣＯ2流を浄化することが含まれ、好ましくは、前記浄化器が、新鮮なＣＯ2流および前記使用済みＣＯ2流を浄化するように構成されるようにする。
【００３２】
別の実施形態において、ステップｉ）には、前記使用済みＣＯ2流を前記圧力チャンバに導入することが含まれる。本実施形態において、前記第１の共溶媒流の流量は、前記使用済みＣＯ2流の第１の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、制御することができる。
【００３３】
さらに別の実施形態において、ステップｉ）には、前記使用済みＣＯ2流を前記圧力チャンバに導入することを含むことができる。好ましくはまた本実施形態において、前記第１の共溶媒流の流量は、前記使用済みＣＯ2流の第１の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、制御することができる。好ましくはまた本実施形態において、前記第２の共溶媒流の流量は、前記使用済みＣＯ2流の第２の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、制御することができる。
【００３４】
別の実施形態において、超音波エネルギを前記ワークピースに印加することができる。
【００３５】
別の実施形態において、ステップｆ）には、前記使用済みＣＯ2流が霧もしくはミスト状、または代替としてガス状であるように、前記混合物を膨張させることが含まれる。
【００３６】
一実施形態において、前記浄化ＣＯ2流は、少なくとも純度９９．９９９９％である。
【００３７】
別の実施形態において、前記第１の共溶媒流を、好ましくはステップｄ）の前に、ＣＯ2でほぼ飽和させることができる。
【００３８】
さらに別の実施形態において、ステップｄ）には、ポートを介して前記第１の共溶媒流を前記圧力チャンバに導入することが含まれる。好ましくはまた本実施形態において、より好ましくはステップｄ）の後に、測定された量のＣＯ2を用いて、前記第１の共溶媒流の前記ポートをパージすることができる。
【００３９】
本発明の別の態様は、本発明による、ワークピースの超臨界二酸化炭素洗浄のための、顧客へのコストを計算する方法に関する。有利なことに、本方法には、浄化器に入力された新鮮なＣＯ2の量を決定するステップと、圧力チャンバに入力されたＣＯ2の総量を決定するステップと、ＣＯ2の前記総量に少なくとも部分的に基づいて、前記圧力チャンバにおける所望の第１の共溶媒濃度を決定するステップと、前記圧力チャンバにおいて前記所望の第１の共溶媒濃度を維持するステップと、前記維持の間に、前記圧力チャンバに入力された第１の共溶媒の量を決定するステップと、新鮮なＣＯ2の前記量および前記第１の共溶媒の前記量に少なくとも部分的に基づいて、前記顧客への前記コストを計算するステップと、を含むことができる。一実施形態において、前記圧力チャンバに入力されるＣＯ2の前記総量は、浄化ＣＯ2とすることができる。
【００４０】
別の実施形態において、本方法には、ＣＯ2の前記総量に少なくとも部分的に基づいて、前記圧力チャンバにおける所望の第２の共溶媒濃度を決定するステップと、前記圧力チャンバにおいて前記所望の第２の共溶媒濃度を維持するステップと、前記維持の間に、前記圧力チャンバに入力される第２の共溶媒の量を決定するステップと、新鮮なＣＯ2の前記量および前記第２の共溶媒の前記量に少なくとも部分的に基づいて、前記顧客への前記コストを計算するステップと、を含むことができる。
【００４１】
本発明は、添付の図面と関連して説明することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
半導体ワークピースの洗浄に関して、たとえば、特定のプロセスは、ワークピース層の構成、プロセス添加剤、プロセスステップおよびプロセス条件を始めとする、そのプロセスに特有の一定の残渣を結果としてもたらす。特に、特定のプロセスで発生するエッチング残渣を除去するためには、共溶媒の一定の化学的性質が好ましい。共溶媒の好ましい化学的性質は、ワークピースを損傷せずに、効果的かつ効率的に特定のエッチング残渣を除去する。発生するエッチング残渣の組成は、プロセスおよび特定のプロセス条件の両方によって変化するので、そのために、共溶媒の化学的性質、およびＣＯ2に対する共溶媒の比率を敏感に制御する能力が必要とされる。これは、新鮮なＣＯ2、リサイクルされるＣＯ2、浄化されたＣＯ2流、共溶媒およびリサイクルされる共溶媒の精密な量の正確な送出および記録を提供する複数のマスフローコントローラまたはメータを備えた本発明において達成される。さらに、プロセスのステップ（たとえばウェットエッチング、ドライエッチング、灰化、イオン注入、ＣＭＰ）、ワークピース層の構成（たとえば冶金、誘電体層、ドーピング）、プロセス添加剤（たとえばフォトレジスト、腐食液、現像液）およびプロセス条件（たとえば温度）に依存して、異なる量の新鮮なＣＯ2、リサイクルＣＯ2、浄化ＣＯ2流、共溶媒およびリサイクル共溶媒が、費用効率を始めとする、洗浄プロセスの効率および有効性を最適化するために好ましい。敏感で柔軟なＣＯ2および共溶媒洗浄システムが提供された場合には、プロセスエンジニアは、所望の結果を達成する洗浄システムを設計し適応させるように対応することができるであろう。
【００４３】
前述の米国特許第６，３３１，４８７号明細書および第６，０９９，６１９号明細書は、本発明を理解するのに必要な程度で、参照によって本明細書に取り込まれている。
【００４４】
図１は、半導体ウエハなどのワークピースを処理するためのシステム１００の概略図である。システム１００には、新鮮なＣＯ2の供給部１０５、新鮮なＣＯ2のメータ１１０、浄化システム１１５、ＣＯ2メータ１２０、第１の共溶媒供給部１２５、第１の共溶媒メータ１３０、圧力チャンバ１３５、膨張チャンバ１４０、ＣＯ2リサイクルシステム１４５、リサイクルＣＯ2メータ１５０、共溶媒リサイクルシステム１５５および制御手段１６０を含んでもよい。システム１００にはまた、対応する第２の共溶媒メータ１７５を備えた第２の共溶媒供給部１７０、および対応する第３共溶媒メータ１８５を備えた第３の共溶媒供給部１８０を含んでもよい。用いられる共溶媒システムに依存して、共溶媒リサイクルシステムは、ある量の共溶媒をいくつかの送出ポイントへ再循環するように制御することができるが、それは、システム設計に適合するように当業者によって決定される。当業者には周知であろうように、システム１００にはより多くの共溶媒供給部を含んでもよい。
【００４５】
新鮮なＣＯ2の供給部１０５は、任意の市販で工業グレードの液体ＣＯ2であってもよい。
【００４６】
新鮮なＣＯ2のメータ１１０、ＣＯ2メータ１２０、第１の共溶媒メータ１３０、リサイクルＣＯ2メータ１５０、第２の共溶媒メータ１７５および第３の共溶媒メータ１８５はそれぞれ、新鮮なＣＯ2、総ＣＯ2、第１の共溶媒、リサイクルＣＯ2、第２の共溶媒、および第３の共溶媒をそれぞれ制御および／または計測するのに適した従来のマスフローコントローラまたはメータであってもよい。このような装置には、逆流を防ぐ逆止め弁を含むのが好ましい。
【００４７】
新鮮なＣＯ2のメータ１１０、ＣＯ2メータ１２０、第１の共溶媒メータ１３０、リサイクルＣＯ2メータ１５０、第２の共溶媒メータ１７５、および第３の共溶媒メータ１８５は、アナログ／ディジタルハードウェアおよびソフトウェアを含む従来のコンピュータなどの制御手段１６０と連動してもよいが、このソフトウェアは、（１）正確な量の新鮮なＣＯ2をシステム１００に供給するための、（２）正確な量の第１の共溶媒（および／または第２共溶媒、および／または第３の共溶媒を状況に応じて）をシステム１００に供給するための、（３）システム１００において用いられた化学薬品に対する正確な量を顧客に請求するために、それぞれの流量を記録するためのアルゴリズムを規定する。
【００４８】
浄化システム１１５は、市販の液体ＣＯ2およびリサイクルＣＯ2から油、水、硫黄および微粒子などの不純物を効果的に除去する従来の蒸留装置、化学的性質、ならびに／または分子篩の任意の組み合わせとしてもよい。このような浄化手段は、当業者には周知である。本発明の目的のために、浄化システム１１５は、結果として得られるＣＯ2が純度９９．９９９９％など非常に純粋であるように、純度の厳格な基準を達成するべきである。適切な浄化手段の一例が、ガス状ＣＯ2を浄化するためのオンサイト・オンデマンド方法を説明している「二酸化炭素の浄化」なる名称の米国特許第６，０９９，６１９号明細書に開示されている。このような浄化方法によって、油、水および微粒子など、商用サプライヤ(commercial suppliers)から得たＣＯ2に典型的に見出される汚染物質が低減される。この方法には、１以上の銀交換ホージャサイトベッドと分子篩とを含むカートリッジを通してＣＯ2流を送出することが含まれる。本発明において適用可能な一方法は、銀交換ホージャサイトと、適切なＳｉ：Ａｌ比を備えたＭＦＩタイプの分子篩からなる群から選択される分子篩とを通して二酸化炭素流を送出すること、ならびにホージャサイトおよび篩の適切な割合を用いることに向けられている。
【００４９】
第１の共溶媒供給部１２５、第２の共溶媒供給部１７０および第３の共溶媒供給部１８０は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）またはＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）などの、フォトレジストを剥離するために典型的に用いられる任意の従来の化学添加剤または共溶媒であってもよい。第２の共溶媒供給部１７０および／または第３の共溶媒供給部１８０が存在する場合には、システム１００は、ＣＯ2とほぼ同時に全ての共溶媒を圧力チャンバ１３５に送出するように構成してもよい。代替として、システム１００は、最初に、第１の共溶媒およびＣＯ2の混合物でワークピースを洗浄し、続いて、第２の共溶媒およびＣＯ2の混合物でワークピースを洗浄する、などするように構成してもよい。好ましい実施形態において、第２の共溶媒供給部１７０および／または第３の共溶媒供給部１８０が存在する場合には、それらは第１の共溶媒供給部とは異なる揮発性または沸点を有してもよい。たとえば、システム１００が第１の共溶媒供給部１２５および第２の共溶媒供給部１７０を有し、かつシステム１００が、第１の共溶媒でワークピースを洗浄した後に、第２の共溶媒でワークピースを洗浄するように構成されている場合には、第２の共溶媒は、第１の共溶媒より高い揮発性を有してもよい。後の洗浄材が先の洗浄材より揮発性であるので、共溶媒残渣がワークピース上に残る危険がより小さい。さらに、ワークピースの最終洗浄処理は、通常、ＣＯ2のみを含むが、最終洗浄処理にはまた、第１の共溶媒より高い揮発性を有する第２の共溶媒および／または第３の共溶媒を含んでもよい。
【００５０】
当業者には周知のように、共溶媒はＣＯ2の溶解力を向上させ、典型的には、ＣＯ2の量に比べて少量が添加される。コントローラ１６０および第１の共溶媒メータ１３０を、新鮮なＣＯ2のメータ１１０、リサイクルＣＯ2メータ１５０、および存在するときにはＣＯ2メータ１２０と連結して用いて、ＣＯ2における第１の共溶媒のしかるべき比率（または濃度）の保証を支援してもよい。第２の共溶媒供給部１７０および／または第３の共溶媒供給部１８０が存在する場合には、対応する第２の共溶媒メータ１７５および／または第３の共溶媒メータ１８５を、コントローラ１６０および他のメータと連結して用いて、ＣＯ2における対応する第２および／または第３の共溶媒のしかるべき比率（または濃度）を保証してもよい。さらに、共溶媒の混合物を第１の共溶媒供給部１２５によって供給してもよく、その場合には、ＣＯ2に対するこれらの共溶媒の全体比率が制御されるであろう。
【００５１】
好ましい実施形態において、共溶媒は、圧力チャンバ１３５に加えられる前に、ＣＯ2（たとえば超臨界ＣＯ2の圧力において）でほぼ飽和される。これによって、圧力チャンバ１３５における共溶媒とＣＯ2との間の溶解反応が防止または緩和される。別の好ましい実施形態において、各共溶媒供給部１２５、１７０、１８０は、ポートを介して対応する共溶媒を出力するように構成され、かつ測定された量のＣＯ2を用いて対応する共溶媒のポートをパージするように構成されたパージ装置を有する。ポートが対応する共溶媒をパージされない場合には、たとえ、対応する共溶媒の流量が、対応するメータ１３０、１７５，１８５を介して停止されたときであっても、少量の共溶媒が、対応する共溶媒供給部１２５、１７０、１８０を圧力チャンバ１３５に接続する対応するラインに残り、対応する共溶媒の不正確または制御されない送出に帰着する。
【００５２】
圧力チャンバ１３５は、洗浄剤として超臨界ＣＯ2および共溶媒の使用を可能にする「精密洗浄における超音波エネルギの印加用装置」なる名称の米国特許第５，３３７，４４６号明細書に説明されているチャンバなどの、任意の従来の高圧処理チャンバである。圧力チャンバ１３５は、超臨界ＣＯ2と共に超音波エネルギを用いてワークピースを洗浄するように構成してもよい。
【００５３】
膨張チャンバ１４０はセパレータであり、そこにおいて、超臨界流体が最初に非超臨界にされ、次に、結果としてのガス（ＣＯ2に対応する）および液体（共溶媒に対応する）が分離される。換言すれば、膨張チャンバ１４０は、超臨界流体の膨張中に、前の超臨界流体から滴る液体（共溶媒に対応する）を回収するように構成される。膨張チャンバ１４０において、ＣＯ2はガスに転化され、一方で、共溶媒は液体になり、かつ／または液体に留まる。ひとたびガス状ＣＯ2がＣＯ2リサイクルシステム１４５で凝縮されると、ＣＯ2は浄化および再利用のために利用可能である。ＣＯ2リサイクルシステム１４５は、熱交換器および圧縮装置などの任意の従来の凝縮システムである。たとえば、ＣＯ2リサイクルシステム１４５は、（膨張チャンバ１４０から来る）膨張ＣＯ2を超臨界状態に圧縮するように構成してもよい。
【００５４】
共溶媒リサイクルシステム１５５は、共溶媒から汚染物質および粒子（残渣）を効果的に除去する従来の蒸留装置、化学的性質および／または分子篩の任意の組み合わせであってもよい。いくつかの共溶媒は効率的にリサイクルできないので、共溶媒リサイクルシステム１５５が任意であること、および本発明が、このような共溶媒リサイクルシステム１５５の存在しない実施形態を包含することが理解される。このような場合に、膨張チャンバ１４０からの対応するストリームは、廃棄物とみなされる。第２の共溶媒供給部１７０および／または第３の共溶媒供給部１８０が存在する場合には、共溶媒リサイクルシステム１５５は、第１の共溶媒、第２の共溶媒、および第３の共溶媒を分離するための手段を含んでもよい。たとえば、３種類の共溶媒が異なる揮発性を有する場合には、それらは、当業者には周知のように、たとえば蒸留によって分離してもよい。
【００５５】
動作において、新鮮なＣＯ2の供給部１０５からの新鮮なＣＯ2は、新鮮なＣＯ2のメータ１１０および浄化システム１１５を通して圧力チャンバ１３５に供給される。新鮮なＣＯ2のメータ１１０によって、圧力チャンバ１３５に供給される新鮮なＣＯ2の精密な量の正確な送出および記録が提供される。新鮮なＣＯ2の供給部１０５によって供給されるＣＯ2は、工業グレードであり、浄化システム１１５によって除去される不純物を含んでいる。
【００５６】
計測された量の新鮮な浄化ＣＯ2が、第１の共溶媒メータ１３０を介して第１の共溶媒供給部１２５によって供給される第１の共溶媒の計測された量と組み合わされて、半導体ウエハなどのデバイスの精密洗浄のために圧力チャンバ１３５に供給される。存在する場合には第２の共溶媒および／または第３の共溶媒の計測された量を、浄化ＣＯ2および第１の共溶媒の混合物と組み合わせるか（ワークピースが全ての共溶媒で同時に洗浄される実施形態において）、さもなければ浄化ＣＯ2だけと組み合わせてもよい（ワークピースが、第１の共溶媒で洗浄された後に第２の共溶媒および／または第３の共溶媒で洗浄される実施形態において）。ウエハ／ワークピース表面からの化学残渣および微粒子の除去に続いて、圧力チャンバ１３５は、フラッシュされ、中を排出される。ＣＯ2／共溶媒混合物（１種類を超える共溶媒を含んでもよい）は、膨張チャンバ１４０に集められ、そこでＣＯ2は、ガス状または霧状のいずれかに蒸発され、続いてＣＯ2リサイクルシステム１４５において凝縮される。かくしてリサイクルＣＯ2は、再使用に利用可能であり、リサイクルＣＯ2メータ１５０を介して、浄化システム１１５へ戻し供給される。
【００５７】
代替として、図２に示すように、リサイクルＣＯ2は、浄化システム２１５によって浄化する必要が全くないか、または少なくとも、圧力チャンバ２３５に供給される前に、全てのサイクル中には浄化する必要がない。リサイクルＣＯ2は、少量の第１の共溶媒を含有してもよい。この実施形態において、制御手段２６０は、リサイクルＣＯ2における第１の共溶媒の含有量を測定するように構成し、またＣＯ2における所望の第１の共溶媒比率／濃度に部分的に基づき、第１の共溶媒メータ２３０を介して、ＣＯ2に添加される追加的な第１の共溶媒の量を調節してもよい。第２の共溶媒供給部２７０および／または第３の共溶媒供給部２８０が存在する場合には、制御手段２６０は、リサイクルＣＯ2における第２および／または第３の共溶媒の含有量を測定するように構成し、また第２の共溶媒メータ２７５および／または第３の共溶媒メータ２８５を介して、ＣＯ2に添加される追加的な第２および／または第３の共溶媒の量を調節してもよい。
【００５８】
新鮮なＣＯ2のメータ１１０およびリサイクルＣＯ2メータ１５０によって、浄化システム１１５に入るＣＯ2の量およびシステム１００の動作において用いられるＣＯ2の量についての情報が提供される。制御手段１６０は、新鮮なＣＯ2のメータ１１０およびリサイクルＣＯ2メータ１５０によって追跡される情報を集め、それによって、リサイクルＣＯ2に対する新鮮なＣＯ2の比率を監視する方法、およびシステム１００の動作において用いられる新鮮なＣＯ2量の記録の両方を提供する。
【００５９】
共溶媒メータ１３０、１７５、１８５によって、システム１００の動作において用いられる第１、第２および第３の共溶媒それぞれの量についての情報が提供される。制御手段１６０はまた、（１）ストリームを補充するために必要とされる新鮮なＣＯ2の量、および（２）システム１００において必要とされる共溶媒の量を計算する方法を提供する。
【００６０】
システム１００において用いられるＣＯ2の量、システム１００において用いられる共溶媒の量、および浄化システム１１５において浄化されるＣＯ2の総量の正確な監視および記録によって、動作システム１００の顧客へのコストを決定するのに必要な情報が提供される。たとえば、顧客に対する価格は、新鮮なＣＯ2のメータ１１０を介して浄化システム１１５に入力された新鮮なＣＯ2の量を決定するステップと、ＣＯ2メータ１２０を介して圧力チャンバ１３５に入力されたＣＯ2の総量を決定するステップと、ＣＯ2メータ１２０によって測定されたＣＯ2の総量に少なくとも部分的に基づいて、圧力チャンバ１３５における所望の第１の共溶媒濃度を決定するステップと、制御手段１６０および第１の共溶媒メータ１３０を介して、第１の共溶媒供給部１２５からの第１の共溶媒流量を調節することによって、圧力チャンバ１３５におけるこの所望の第１の共溶媒濃度を維持するステップと、この維持の間に圧力チャンバ１３５に入力された第１の共溶媒の量を決定するステップと、新鮮なＣＯ2の量および第１の共溶媒の量に少なくとも部分的に基づいて、顧客へのコストを計算するステップと、によって計算可能である。第２および／または第３の共溶媒が存在する場合に、類似の方法を用いることができるであろう。この方法はシステム２００にも等しく適用できる。
【００６１】
本発明の代替実施形態において、ＣＯ2メータ１２０を用いて、新鮮なＣＯ2／リサイクルＣＯ2混合物の浄化の後でシステム１００に供給される総ＣＯ2の量を監視してもよい。ＣＯ2メータ１２０によって、システム１００の動作において用いられる共溶媒に対するＣＯ2の比率を正確に決定するための追加情報が提供される。この代替実施形態もまた、システム２００に適用できる。
【００６２】
本発明の別の代替実施形態において、膨張チャンバ１４０から回収された液体共溶媒は、従来の化学および技術を用いて、共溶媒リサイクルシステム１５５でリサイクルできる。たとえばフォトレジスト剥離化学薬品ＮＭＰは、蒸留によってリサイクル可能である。この代替実施形態もまた、システム２００に適用できる。
【００６３】
上記の発明を、一定の好ましい実施形態に関連して説明し、特定の実験に関して実証してきたが、本発明の範囲がこれらに限定されるものでないことに留意されたい。したがって、当業者はこれらの好ましい実施形態の変更例を見出すであろうが、それらは、冒頭に記載の特許請求の範囲によってその範囲が規定される本発明の趣旨に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明における一実施形態のブロック図を示す。
【図２】本発明における別の実施形態のブロック図を示す。
【符号の説明】
【００６５】
１００  システム
１０５  新鮮なＣＯ2の供給部
１１０  新鮮なＣＯ2のメータ
１１５  浄化システム
１２０  ＣＯ2メータ
１２５  第１の共溶媒供給部
１３０  第１の共溶媒メータ
１３５  圧力チャンバ
１４０  膨張チャンバ
１４５  ＣＯ2リサイクルシステム
１５０  リサイクルＣＯ2メータ
１５５  共溶媒リサイクルシステム
１６０  制御手段
【図１】
2006528553.tif 000003
【図２】
2006528553.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月3日(2006.3.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界ＣＯ2洗浄システムであって、
超臨界ＣＯ2でワークピースを洗浄するように構成された圧力チャンバと、
前記圧力チャンバの出力を受け取るように構成された膨張チャンバと、
前記膨張チャンバから膨張ＣＯ2流を受け取るように構成され、かつリサイクルＣＯ2流を出力するように構成されたＣＯ2リサイクルシステムと、
新鮮なＣＯ2流を出力するように構成された新鮮なＣＯ2の供給部と、
前記新鮮なＣＯ2流および前記リサイクルＣＯ2流の少なくとも１つを受け取るように構成された浄化システムであって、浄化ＣＯ2流を出力するように構成された浄化システムと、
第１の共溶媒流を出力するように構成された第１の共溶媒供給部と、
前記新鮮なＣＯ2供給流の流量を測定するための第１の装置および前記リサイクルＣＯ2流の流量を測定するように構成された第２の装置と、
を含み、
前記圧力チャンバが、前記浄化ＣＯ2流および前記第１の共溶媒流を受け取るように構成されたシステム。
【請求項２】
前記浄化ＣＯ2流の流量を測定するように構成された第３の装置をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の共溶媒流の流量を測定するように構成された第３の装置をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記浄化ＣＯ2流の流量を測定するように構成された第４の装置をさらに含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記膨張チャンバから使用済み共溶媒流を受け取り、前記使用済み共溶媒流から汚染物質を除去するように構成され、かつリサイクル共溶媒流を前記第１の共溶媒供給部に出力するように構成された共溶媒リサイクルシステムをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記リサイクルＣＯ2流の第１の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の共溶媒流の流量を制御するように構成されたコントローラをさらに含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の共溶媒流が前記圧力チャンバに出力される一方、第２の共溶媒流を前記圧力チャンバに出力するように構成され、一方で、前記リサイクルＣＯ2流の第２の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、前記第２の共溶媒流の流量を制御する第２の共溶媒供給部をさらに含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記圧力チャンバが、前記超臨界ＣＯ2と共に超音波エネルギを用いて前記ピースを洗浄するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記浄化システムが、前記浄化ＣＯ2流が少なくとも純度９９．９９９９％であるように、構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の共溶媒供給部が、ポートを介して前記第１の共溶媒流を出力するように構成され、前記第１の共溶媒供給部が、測定された量のＣＯ2を用いて、前記第１の共溶媒の前記ポートをパージするように構成されたパージ装置を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２の共溶媒供給部が、前記第１の共溶媒流が前記圧力チャンバに出力された後で、前記第２の共溶媒流を前記圧力チャンバへ出力するように構成され、前記第２の共溶媒流が、前記第１の共溶媒流より実質的に高い揮発性を有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第２の共溶媒供給部が、前記ピースの最終洗浄の間に、前記第２の共溶媒流を前記圧力チャンバへ出力するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
第３の共溶媒流を前記圧力チャンバに出力するように構成された第３の共溶媒供給部をさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
超臨界ＣＯ2でピースを洗浄する方法であって、
ａ）  前記超臨界ＣＯ2で前記ピースを洗浄するように構成された圧力チャンバを提供するステップと、
ｂ）  前記ピースを前記圧力チャンバに導入するステップと、
ｃ）  浄化ＣＯ2流を、少なくとも前記浄化ＣＯ2流が超臨界になるまで、浄化器から前記圧力チャンバに導入するステップと、
ｄ）  第１の共溶媒流を前記圧力チャンバに導入するステップと、
ｅ）  使用済みＣＯ2流と第１の使用済み共溶媒流との混合物を前記圧力チャンバから除去するステップと、
ｆ）  前記浄化ＣＯ2流を含む最終洗浄材を前記圧力チャンバに導入するステップと、
ｇ）  前記最終洗浄材を前記圧力チャンバから除去するステップと、
ｈ）  前記ピースを前記圧力チャンバから除去するステップと、
ｉ）  前記混合物を膨張させるステップと、
ｊ）  前記膨張混合物を前記使用済みＣＯ2流および前記第１の使用済み共溶媒流に分離するステップと、
ｋ）  前記使用済みＣＯ2流を凝縮するステップおよび前記使用済みＣＯ2流を圧縮するステップの少なくとも１つと、
ｌ）  前記浄化器で前記使用済みＣＯ2流を浄化するステップおよび前記使用済みＣＯ2流を前記圧力チャンバに導入するステップのまさに１つと、
を含む方法。
【請求項１５】
前記最終洗浄材が、前記第１の共溶媒流の揮発性より実質的に高い揮発性を有する第２の共溶媒流を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記最終洗浄材が液体浄化ＣＯ2流を含み、前記方法が、ステップｆ）の後およびステップｇ）の前に、超音波エネルギを前記ピースに印加することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
ｍ）  前記第１の共溶媒流より実質的により高い揮発性を有する第２の共溶媒流を、前記圧力チャンバに導入するステップと、
ｎ）  前記使用済みＣＯ2流と第２の使用済み共溶媒流との混合物を前記圧力チャンバから除去するステップと、
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
ステップｍ）およびｎ）が、ステップａ）〜ｅ）の後およびステップｊ）〜ｌ）の前に実行される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の使用済み共溶媒流から汚染物質を除去することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記使用済みＣＯ2流の第１の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の共溶媒流の流量を制御することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
ステップｉ）が、前記使用済みＣＯ2流を前記圧力チャンバに導入することを含み、前記方法が、前記使用済みＣＯ2流の第１の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の共溶媒流の流量を制御することをさらに含み、前記方法が、前記使用済みＣＯ2流の第２の共溶媒含有量に少なくとも部分的に基づいて、前記第２の共溶媒流の流量を制御することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
超音波エネルギを前記ピースに印加することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
ステップｆ）が、前記使用済みＣＯ2流が霧またはミスト状であるように、前記混合物を膨張させることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
ステップｆ）が、前記使用済みＣＯ2流がガス状であるように、前記混合物を膨張させることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記浄化ＣＯ2流が少なくとも純度９９．９９９９％である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
ステップｄ）が、ポートを介して前記第１の共溶媒流を前記圧力チャンバに導入することを含み、前記方法が、ステップｄ）の後で、測定された量のＣＯ2を用いて、前記第１の共溶媒流の前記ポートをパージすることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
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2006528553.tif 000006
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