(57)【要約】【課題】歩留まりの低下を抑制できる試料の洗浄装置または洗浄方法を提供する。【解決手段】処理室内に配置された試料台の上に載せられた試料を保持した状態で超音波振動させる手段と、前記試料の上方の前記処理室内に当該試料の表面に沿った方向にガス流れを形成する手段とを備えて当該ガスの流れを用いて前記試料表面から遊離したパーティクルを排気する試料洗浄装置または試料洗浄方法であって、前記試料台上に配置され前記試料がその上に載せられる誘電体製の膜と、この誘電体製の膜の内部で相互に電気的に絶縁されて隣り合って配置された第１及び第２の電極と、前記試料台上に試料が保持された状態で前記第１及び第２の電極に所定の範囲の周波数の高周波電力を供給する高周波電源とを備えた。【選択図】  図１
2016058669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に配置された試料台の上に載せられた試料を保持した状態で超音波振動させる手段と、前記試料の上方の前記処理室内に当該試料の表面に沿った方向にガス流れを形成する手段とを備えて当該ガスの流れを用いて前記試料表面から遊離したパーティクルを排気する試料洗浄装置であって、
前記試料台上に配置され前記試料がその上に載せられる誘電体製の膜と、この誘電体製の膜の内部で相互に電気的に絶縁されて隣り合って配置された第１及び第２の電極と、前記試料台上に試料が保持された状態で前記第１及び第２の電極に所定の範囲の周波数の高周波電力を供給する高周波電源とを備えた試料洗浄装置。
【請求項２】
請求項１に記載の試料洗浄装置であって、
前記高周波電力の周波数の前記所定の範囲が２．５ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下である試料洗浄装置。
【請求項３】
請求項２に記載の試料洗浄装置であって、
前記高周波電力の周波数を前記所定の範囲内で変動させて前記第１及び第２の電極に供給して前記試料を超音波振動させる試料洗浄装置。
【請求項４】
請求項２の試料洗浄装置であって、
前記所定の範囲内の前記試料の共振周波数から選択された複数の周波数の前記高周波電力を重畳して前記第１及び第２の電極に供給する試料洗浄装置。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れかに記載の試料洗浄装置であって、
前記誘電体膜がその表面に１０μｍ以下の平均粗さを有した試料洗浄装置。
【請求項６】
処理室内に配置された試料台上に洗浄の対象の試料を載置して保持した状態で前記試料を超音波振動させる工程と、前記試料の上方の前記処理室内にガスを供給しつつ当該処理室から排気して前記試料の表面に沿った方向にガス流れを形成し前記試料表面から遊離したパーティクルを排気する工程とを備えた試料洗浄方法であって、
前記試料を超音波振動させる工程において、前記試料台上に配置され前記試料がその上に載せられる誘電体製の膜の内部で相互に電気的に絶縁されて隣り合って配置された第１及び第２の電極に、前記試料台上に試料が保持された状態で所定の範囲の周波数の高周波電力を供給する試料洗浄方法。
【請求項７】
請求項６に記載の試料洗浄方法であって、
前記高周波電力の周波数の前記所定の範囲が２．５ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下である試料洗浄方法。
【請求項８】
請求項７に記載の試料洗浄方法であって、
前記高周波電力の周波数を前記所定の範囲内で変動させて前記第１及び第２の電極に供給して前記試料を超音波振動させる試料洗浄方法。
【請求項９】
請求項７の試料洗浄方法であって、
前記所定の範囲内の前記試料の共振周波数から選択された複数の周波数の前記高周波電力を重畳して前記第１及び第２の電極に供給する試料洗浄方法。
【請求項１０】
請求項６乃至９の何れかに記載の試料洗浄方法であって、
前記誘電体膜がその表面に１０μｍ以下の平均粗さを有した試料洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体ウエハ等の基板状の試料を洗浄する装置または方法に係り、特に、ガスが供給されて所定の圧力値にされた処理室内部の試料台上に載せられた試料の上面に付着した微小な粒子（パーティクル）を除去する装置または方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスの回路の寸法の微細化に伴って、その上面の薄膜の層が加工されて半導体デバイスの回路が形成される半導体ウエハの当該上面に付着した微小な粒子を、薬液を用いた洗浄（ウエツト洗浄）を実施して除去する際に、当該上面の複数の薄膜の層から構成された膜構造が加工されて形成された回路パターンの隣り合う溝同士の間の壁の部分が薬液の表面張力によって倒れてしまい、半導体デバイスの製造の歩留まりが損なわれてしまうという問題が顕在化してきた。このような問題を解決するため、このような薬液を用いずにパーティクルを除去するドライ洗浄の技術が提案されている。
【０００３】
このような従来の技術の例としては、例えば、特開平７−０９６２５９号公報（特許文献１）に開示のものが知られている。この特許文献１では、処理室内に配置されたウエハステージ上に載せられたウエハの上面に対向した処理室の天面に配置された衝撃波源から間欠的に衝撃波をウエハに照射し且つウエハステージの内部に配置された超音波振動子から３０ＫＨｚ〜２ＭＨｚの超音波を発生させてウエハを振動させることで、パーティクルをウエハから脱離させて処理室内の空間に浮遊させ、この状態で処理室の側面に配置されたガス供給口からウエハ上面の面方向に沿って供給されたガスの流れにパーティクルを乗せてガスと共に処理室外に排出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−０９６２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来技術は次の点についての考慮が不十分であったため問題が生じていた。
【０００６】
すなわち、特許文献１では、微細な回路パターンが形成されたウエハを洗浄した場合に、処理室内上部から照射される衝撃波によって微細パターンが破壊されてしまう虞があった。一方、本従来技術において衝撃波を照射せずに超音波の印加のみによってパーティクルをウエハ上面から離脱させようとした場合には、回路パターンは破壊される虞は小さくなるが、微小なパーティクルがほとんど除去できなくなるという問題が生じる。
【０００７】
このように、従来の技術では、ウエハ上面を洗浄する際に、回路のパターンの破壊を抑制することとパーティクルの除去の性能とを両立することが困難となり、何れの場合でも半導体デバイスの製造の歩留まりが損なわれてしまうという問題について、上記従来技術では考慮されていなかった。本発明の目的は、歩留まりの低下を抑制できる試料の洗浄装置または洗浄方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、検討により、処理室内に配置した試料に超音波を印加するともに処理室内にガス流れを形成することで試料の洗浄を行った場合に十分にパーティクルが試料上面から除去されない原因が、超音波が試料に伝搬しないことが原因である、という知見を得た。本発明は、この知見に基づいて為されたものであり、交番電界によってウエハを効率的に超音波振動させて、試料から微小パーティクルを処理室内の空間に脱離させるとともに、脱離したパーティクルを処理室内に形成したガス流れによって処理室外部に排出することを特徴とする。
【０００９】
より具体的には、上記目的は、処理室内に配置された試料台の上に載せられた試料を保持した状態で超音波振動させる手段と、前記試料の上方の前記処理室内に当該試料の表面に沿った方向にガス流れを形成する手段とを備えて当該ガスの流れを用いて前記試料表面から遊離したパーティクルを排気する試料洗浄装置であって、前記試料台上に配置され前記試料がその上に載せられる誘電体製の膜と、この誘電体製の膜の内部で相互に電気的に絶縁されて隣り合って配置された第１及び第２の電極と、前記試料台上に試料が保持された状態で前記第１及び第２の電極に所定の範囲の周波数の高周波電力を供給する高周波電源とを備えたことにより達成される。
【００１０】
または、処理室内に配置された試料台上に洗浄の対象の試料を載置して保持した状態で前記試料を超音波振動させる工程と、前記試料の上方の前記処理室内にガスを供給しつつ当該処理室から排気して前記試料の表面に沿った方向にガス流れを形成し前記試料表面から遊離したパーティクルを排気する工程とを備えた試料洗浄方法であって、前記試料台上に配置され前記試料がその上に載せられる誘電体製の膜の内部で相互に電気的に絶縁されて隣り合って配置された第１及び第２の電極に、前記試料台上に試料が保持された状態で所定の範囲の周波数の高周波電力を供給することにより達成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の試料の洗浄装置を用いた場合には、効率良くパーティクルを除去でき、試料のウエツト洗浄に起因して回路のパターン倒れてしまい歩留まりが損なわれてしまうことが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に係る試料洗浄装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１に示す実施例のウエハステージの構成の概略を拡大して示す縦断面図である。
【図３】図１に示す実施例においてウエハとウエハステージとが接触する部分を拡大して模式的に示した縦断面図である。
【図４】図２に示す実施例に係るウエハステージを用いてウエハを洗浄した場合のパーティクルの除去率を示すグラフである。
【図５】図２に示すウエハステージの変形例の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図６】図１に示す実施例の変形例においてウエハとウエハステージとが接触する部分を拡大して模式的に示した縦断面図である。
【図７】図６に示す変形例において高周波電力の周波数をパラメータとして誘電体膜の表面の溝の深さの変化に対するパーティクル除去率の変化を示すグラフである。
【図８】図１の実施例において洗浄されるウエハの上面に予め形成される回路パターンの形状を模式的に示す縦断面図である。
【図９】図１に示す実施例において回路パターンの高さの変化に対するパターンの倒れが生じる高周波電力の電圧の変化を示すグラフである。
【図１０】図１に示す実施例に係る試料洗浄装置においてパーティクルを除去する能力の変化を検出する構成を備えた変形例の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図１１】従来の技術による試料洗浄装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図１２】パーティクルの粒径の大きさに対するウエハ上面のパーティクルの除去率の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
発明者らは、で洗浄の対象となる基板状の試料であるシリコン製の半導体ウエハを振動させるのみで、当該半導体ウエハの上面からパーティクルを脱離させるために必要な条件について検討した。当該ウエハからパーティクルが脱離するか否かはパーティクルに生じる引き剥がし力ＦＬとパーティクルのウエハへの吸着力ＦＡのバランスによって決まると想定される。
【００１５】
ウエハを振動させた場合、パーティクルには慣性よって次の式で表される引き剥がし力が発生する。
【００１６】
【数１】
2016058669.tif 000003
【００１７】
一方、ウエハ上のパーティクルにはファンデルワールス力による吸着力が発生し、その大きさは次の式で表される。
【００１８】
【数２】
2016058669.tif 000004
【００１９】
パーティクルがウエハから脱離するには、引き剥がし力ＦＬが吸着力ＦＡより大きくならなければならないため、振動によりパーティクルがウエハから脱離する条件は次の式で表される。
【００２０】
【数３】
2016058669.tif 000005
【００２１】
すなわち、パーティクルの径（粒径）が小さいほど、大きな振幅、高周波数の振動が必要となる。半導体デバイスの製造工程において、ウエハの汚染やデバイスの損傷、性能の低下といった問題の起因となるパーティクルは、現状では１００ｎｍ以下の粒径のものが問題とされていることから、パーティクルを薬液に依らず除去する洗浄では最低でも１００ｎｍのパーティクルを除去できることが求められる。そこで、アルミナのパーティクルがシリコンウエハに吸着している状態を想定して、粒径１００ｎｍのものを除去するために必要な技術的な要件としてのａｆ2の値を検討した。
【００２２】
その結果、このパーティクルを除去するのに必要な慣性（加速度）ａｆ2の大きさは２．３６×１０８ｍ／ｓ2になった。この値を実現する上で必要な振幅は、特許文献１に開示された振動の周波数の範囲のうち最も低周波の３０ＫＨｚの場合に２６ｃｍ、最も高周波の２ＭＨｚを使用した場合には６０μｍになる。一方、超音波振動子で発生することが可能な振幅はせいぜい７０μｍである。そこで、特許文献１の超音波振動の周波数の範囲のうちで最も高周波の２ＭＨｚを使用して微小粒径のパーティクルの除去を実施して除去率を検出した。
【００２３】
この検出には、図１１に示す従来技術による試料洗浄装置を使用した。図１１は、従来の技術による試料洗浄装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【００２４】
この図に示した装置では、処理容器内部の処理室内の下部に配置されたウエハステージ３は、その内部に取り付けられた超音波振動子４を有し、この超音波振動子４の振動によりウエハステージ３の上面に周波数２ＭＨｚ、振幅７０μｍの超音波振動を供給できる。また、ウエハ１は真空チャック機構によってウエハステージ３の上面に吸着されて保持されており、ウエハステージ３に超音波が印加された場合でもウエハ１がウエハステージ３上で位置がズレたり落下したりしないように構成されている。
【００２５】
検出において、この装置で処理容器内の処理室側壁のウエハステージ３の上面上方に配置されたガス供給口５から２０ｓｌｍの窒素ガスが処理室内に供給されつつ、ガス供給口５とウエハステージ３を挟んで向かい側の処理室側壁に配置された排気口６から処理室内のガスが排気される。このことによって、ウエハ１の表面に沿って定常ガス流７を発生させ、超音波で振動させることでウエハ上面からパーティクルを離脱させ処理室内に浮遊した当該パーティクルを定常ガス流７に乗せて処理室外に排気することでウエハ１上面を洗浄する。また、この際の処理室の圧力は７５ｋＰａであった。
【００２６】
この装置を用いて、ウエハ１の（処理室内壁に面した）上面でのパーティクル除去を評価した結果を、パーティクルの粒径を横軸に除去率を縦軸にとって図１２を用いて説明する。図１２は、パーティクルの粒径の大きさに対するウエハ上面のパーティクルの除去率の変化を示すグラフである。
【００２７】
この図に示すように、上記の装置の構成では、２００ｎｍ以下のパーティクルの除去率（ウエハ１のウエハステージ搭載前に対する洗浄後のパーティクル個数の比）は５％以下であってほとんど除去できないことが判る。発明者らがこのようにパーティクルが除去できなかった原因を検討した結果、超音波がウエハステージ３またはウエハ１に印加された際に、ウエハ１は部分的にウエハステージ３の上面から浮き上がってしまいウエハステージ３の超音波での振動がウエハ１にはほとんど伝達されなくなっていることが判った。
【００２８】
発明者らは、ウエハ１が浮き上がるのは真空チャックの吸着力（例えば、０．１ＭＰａ）より大きな力がウエハ１に印加されているためと考えた。そこで、前述の慣性力によりウエハに発生する力を見積もった。
【００２９】
超音波の振動によってウエハ１に発生する慣性力は次式で表される。
【００３０】
【数４】
2016058669.tif 000006
【００３１】
前述のａｆ2の大きさ２．３６×１０８ｍ／ｓ2を代入し式（４）から算出される慣性力は１７ＭＰａとなり、これは真空チャックの吸着力０．１ＭＰａの１７０倍の大きな力である。超音波の振動がウエハステージ３から供給された結果、ウエハ１にこのような慣性力が生じてしまいウエハ１の一部がウエハステージから一旦浮き上がってしまうため、ウエハ１とウエハステージ３との間に空隙が発生する。この空隙によって、超音波が反射されウエハが振動しなくなることがわかった。検討の結果、上記空隙は十μｍのオーダーである。
【００３２】
このような上記空隙が生じることによってウエハ１は局所的に振幅が小さくなり所期の慣性力が発生させられず、結果としてパーティクルの除去が十分にできなくなるという問題を解決するため、発明者らは電界によってウエハを直接振動する構成を想起した。
【実施例１】
【００３３】
以下、本発明の実施例を図１乃至４を用いて説明する。
【００３４】
図１乃至４の試料洗浄装置は、図１１に示した構成と同様に、真空容器内に配置された処理室内にウエハ１をその上面に載せて保持するウエハステージ３を備えた構成である。
【００３５】
具体的には、図１は、本発明の実施例に係る試料洗浄装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。図１に示される装置は、その内部に処理室が配置された処理容器と、ウエハ１が内側に配置される空間である処理室の下部に配置されウエハ１を載せて保持するウエハステージ３と、処理室の側壁に配置されガスが処理室内に導入される開口である導入孔５と、ウエハステージ３の上面を挟んで導入孔５に向かい側の処理室内壁に配置され処理室内のガスが排出される開口である排気口６とを備えている。
【００３６】
本実施例のウエハステージ３は、円筒または円板形状或いはこれらと見做せる程度に近似した形状を有した部材であって、処理容器の下部に取り付けられている。ウエハステージ３上部は、アルミナ或いはイットリアといったセラミクス等の誘電体の材料が溶射されて形成された膜或いは焼成された厚さの小さい部材を有して構成されその上面上方にウエハ１が載せられる誘電体膜８が配置されている。ウエハステージ３の円形またはこれと見做せる程度に近似した形状を有した誘電体膜８の上面は円形のウエハ３に合わせた形状を有して、ウエハ１が載せられる載置面を構成する。
【００３７】
さらに、誘電体膜８の内部には、ウエハ３の中心に対応する位置から半径方向について隣り合うものと距離を開けて円形またはリング状に配置された電極９及び電極１０の２つの異なる電圧が供給される電極を備えている。電極９，１０は相互に電気的に絶縁されて配置され別の極性または電圧が付与される。本実施例では、電極９は接地されるか接地電位にされる別の部材と電気的に接続され、当該電極９と電極１０と間は整合器１１を介して高周波電源１２が配置され接続されている。この構成により、これら電極に高周波電源１２からの高周波の電圧が印加される。
【００３８】
図３を用いてウエハステージ３において生じるウエハ１と誘電体膜８との間の振動の伝達について説明する。図３は、図１に示す実施例においてウエハとウエハステージとが接触する部分を拡大して模式的に示した縦断面図である。
【００３９】
誘電体膜８の表面は、その形状の粗さを示す凹凸を有している。この凹凸が在るためウエハ１と誘電体膜８の接触部は、図５のように、ウエハ１と誘電体膜８の表面との間に隙間１３が存在する。この部分におけるウエハ１と誘電体膜８の間の距離をｄ０、電極９とウエハ１の間の誘電体膜８の厚みをｄｒとすると、この部分のウエハ１と誘電体膜８との間には次式で表される吸着力が発生する。
【００４０】
【数５】
2016058669.tif 000007
【００４１】
すなわち、この式（５）からも判るように、ウエハ１に作用する吸着力は印加された高周波電圧の２倍の周期で時間とともにその向きが変化する（交番）するものとなる。この交番する吸着力によってウエハ１は、誘電体膜８上面上方でこれから距離を開ける（相互に離れる）方向及び距離を縮める（押し付け合う）方向に変位して振動する。このような振動は、通常は人間の可聴域の範囲を超えた超音波の帯域（所謂、超音波域）となる周波数で形成されている超音波振動である。
【００４２】
このような超音波を発生する機構を備えたウエハステージの構成を用いて、パーティクルを除去できる条件を検討した。図２を用いてウエハステージの構成を説明する。図２は、図１に示す実施例のウエハステージの構成の概略を拡大して示す縦断面図である。
【００４３】
図２において、ウエハステージ３は真空チャックを備え、これによってウエハ１がウエハステージ３上方に保持されている。また、本実施例において、誘電体膜８としては比誘電率９．８のアルミナを使用し、電極９とウエハ１の間の誘電体膜の厚みを３００μｍ、表面の粗さとして算術平均粗さＲａを９μｍ、高周波電力の周波数を１０ＭＨｚを中心にその近傍で変化させて、高周波電力の周波数とウエハ１上面のパーティクルの除去率の関係を検出した。その結果を図７に示す。
【００４４】
図４は、図２に示す実施例に係るウエハステージを用いてウエハを洗浄した場合のパーティクルの除去率を示すグラフである。本図では、横軸に高周波電力の周波数を縦軸にパーティクルの除去率をとり値の変化を示したものである。本図に示される通り、パーティクル除去率は、高周波電力の周波数９．９８５ＭＨｚ，９．９９９ＭＨｚ，１０．０１３ＭＨｚの各々において、極大となっていることが判る。
【００４５】
発明者らの解析の結果、これらの周波数ではウエハ１の超音波の振動が共振を起しており、振動の振幅が最大になっていることが判った。一方、各々の極大点でのパーティクル除去率に着目すると、その大きさは５０％前後にとどまっている。
【００４６】
発明者らによる原因の検討の結果、ウエハ１の振動は中心から半径方向について１．７mm間隔で同心円状に超音波振動の節が発生しており、この部分がほとんど振動していないため、この部分にパーティクルが残っていることがわかった。また、節のウエハ１の中心からの距離は高周波電力の周波数によって異なることも判った。
【００４７】
そこで、節の部分にパーティクルが残る問題を解決するため、高周波電力の周波数を９．９ＭＨｚから１０．１ＭＨｚまで掃引してパーティクルの除去をおこなった。その結果、パーティクルの除去率は９５％まで向上したことが判った。
【００４８】
このような知見に基づいて、本実施例では高周波電源が生起する高周波電力の周波数は時間的に所定の範囲で変化させつつ電極９，１０に供給される。このことにより、ウエハ１上面の局所的にパーティクルが残留することが抑制される。
【００４９】
また、別の構成として、図５に示したように、二組の整合器と電源を使用してパーティクルの除去を実施して除去率を検出した。図５は、図２に示すウエハステージの変形例の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。本例において、は２つの高周波電源１２が供給する高周波電力の周波数は９．９８５ＭＨｚ、及び１０．０１３ＭＨｚであって、これらの高周波の電圧が重畳されて電極９及び電極１０の間に印加される。この場合も、９５％の高いパーティクル除去率が得られた。
【００５０】
上記の構成を備えたウエハステージ３が処理室内に備えたことにより、実施例の試料洗浄装置は局所的に付着したままで遊離せずにパーティクルがウエハ上面に残留することを抑制して、ウエハ１上面のパーティクルを効率良く上面全体に亘って低減することができる。また、上記実施の例では、高周波電力の周波数を可変にした例と、二組の整合器と電源を使用して２種類の高周波電圧を重畳した例について説明したが、２種類以上の周波数を重畳したり、任意波形発生器と高周波アンプで２種類以上の周波数を含む高周波電圧を印加しても同様の効果が得られる。
【００５１】
さらに、発明者らは、表面粗さがパーティクル除去率へ及ぼす影響について検討した。この検討では、図６に示すように、誘電体膜８の表面にウエハ１の中心に対応する位置の周りに同心円状に縦断面で見てＶ字形の溝を形成した。そして、電極９または電極１０とウエハ１の裏面との間の距離であって誘電体膜８の厚さｄｒを３００μｍにした。このウエハステージ３のＶ字形の溝の深さｄ０を変化させ、この変化に対するパーティクルの除去率の変化を検出した。他のウエハステージ３の構成は図２に示されたものと同等である。
【００５２】
この検討では、高周波電源１２から２．５ＭＨｚ，５ＭＨｚ，１０ＭＨｚの近傍の共振周波数の高周波電力を電極９または１０に印加して１００ｎｍ粒径のパーティクル除去率を測定した。その結果を図７に示す。
【００５３】
図７は、図６に示す変形例において高周波電力の周波数をパラメータとして誘電体膜の表面の溝の深さの変化に対するパーティクル除去率の変化を示すグラフである。本図に示すように、２．５ＭＨｚ（実際の周波数は２．５０７ＭＨｚ）の場合、溝深さを１０μｍより大きくすると、パーティクルの除去率が急激に増加していくことがわかる。
【００５４】
さらに、高周波電力の周波数を５ＭＨｚ（実際の周波数は５．０１４ＭＨｚ）、１０ＭＨｚ（実際の周波数は１０．０１３ＭＨｚ）に増大させるに伴って、この周波数の２乗に反比例して、溝深さの閾値が小さくなることが判る。また、この閾値となる溝深さは、対象とするパーティクルの粒径の二乗に反比例するため、半導体デバイスの微細化に伴って対象となる粒径が小さくなると、必要となる溝深さはさらに大きくなると考えられる。
【００５５】
一方、この方式では、溝深さを１０μｍより大きくすると、ウエハの裏面で異常放電が発生する問題があることがわかった。したがって、溝の深さは１０μｍ以下であることが望ましい。また、１０μｍ以下の溝深さでパーティクル除去を除去するためには、電極９，１０に供給される高周波電力の周波数が２．５ＭＨｚ以上でなければならないことが判る。一方、図６，７の例は同心円状の溝について検討した結果を示したが、誘電体膜８の溝の配置は同心円状のものでなくても良く、また単純にサンドブラスト等で表面の粗さを大きくして凹み部分の大きさが１０μｍ以下にされた場合においても２．５ＭＨｚ以上の高周波電力の供給により同様の結果が得られる。
【００５６】
さらに、発明者らは、ウエハ上に形成した回路パターンが倒れない要件について検討した。図８は、図１の実施例において洗浄されるウエハの上面に予め形成される回路パターンの形状を模式的に示す縦断面図である。図８に示す高さｈ及び幅ｗを変化させたポリシリコンのパターン１４がその上面に形成されたウエハ１を、図１の試料洗浄装置を用いて高周波電源１２から供給される高周波電力の周波数を変化させてパーティクルの除去をした際に、当該パターンの倒れが発生の有無を検出した。この測定の結果からパターンの上記寸法と高周波電源１２から供給される電圧の周波数との関係を検出した。
【００５７】
図９に上記検出の結果を示す。図９は、図１に示す実施例において回路パターンの高さの変化に対するパターンの倒れが生じる高周波電力の電圧の変化を示すグラフである。本図の縦軸は周波数（ＭＨｚ）、横軸はパターンの高さ（μｍ）が採られている。
【００５８】
まず、パターンの幅ｗはパターン倒れにほとんど影響しないことが判った。さらに、図９に示すように倒れの発生するパターンの高さｈと高周波電力の周波数とは反比例の関係にあることが判った。現状の半導体デバイスの製造において、ウエハ１上に形成されるパターンの高さは、数１００ｎｍ、最も高さの大きいＤＲＡＭのキャパシタでも数μｍである。したがって、使用する周波数は１００ＭＨｚ以下に抑えるのが望ましいことがわかった。
【００５９】
上記の通りパーティクルを効果的に除去するためには高周波電力の周波数が２．５ＭＨｚ以上である必要があることから、半導体デバイスの製造の工程において、本実施例の試料洗浄装置において高周波電源１２から供給される２．５ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の範囲の周波数の高周波電力を用いてパーティクルを効果的に除去できる。
【００６０】
図１０を用いてパーティクルを除去する能力を最大にできる周波数を検出する構成について説明する。図１０は、図１に示す実施例に係る試料洗浄装置においてパーティクルを除去する能力の変化を検出する構成を備えた変形例の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【００６１】
本図において、図１に示す実施例との差異は、高周波電源１２と電極１０との間を電気的に接続する給電用の回路の構成である。他の構成は図１に示す実施例と同等である。本例において、給電用の回路には、整合器１１の出力端にインダクタ１５を介して直流電源１６が並列に電気的に接続されており、さらに、直流電源１６の他方の端部は接地されている。
【００６２】
また、整合器１１の端部はトランス１７を介して電極１０に接続され、このトランス１７の二次側に当該トランスに形成される電圧を検知する電圧計１８が接続されている。なお、トランス１７と整合器１１の一端部との間で上記インダクタ１５が接続されている。直流電源１６から供給される電圧の大きさが高周波電源１２からの高周波電力の電圧のＰｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ値より十分に大きい場合には、電圧計１８に検知されるトランス１７の二次側に発生する電圧の振幅は次式で表される。
【００６３】
【数６】
2016058669.tif 000008
【００６４】
この値は（３）式で説明したパーティクル除去能力に比例しているため、振幅が大きくなるように周波数を調節することによって、パーティクルの除去能力を増減することができる。このことを利用して、パーティクル除去能力が最大または所望のものにすることのできる周波数を検出、選択し、この周波数の高周波電力を図１の試料洗浄装置で用いることで、高いパーティクル除去率を得ることができる。
【００６５】
また、その他の方法として、図１に示す試料洗浄装置の処理室のウエハ１上面と対向する天井面にレーザー式の振動計測装置を配置して、超音波振動子４を駆動してウエハ１を振動させた状態でその振幅の大きさを検出し、高周波電源１２から電極９，１０に供給される高周波電力の周波数を変化させ当該振幅が最大になる周波数を検出してもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１…ウエハ、２…衝撃波発生機構、３…ウエハステージ、４…超音波振動子、５…ガス供給部、６…ガス排気部、７…定常ガス流、８…誘電体膜、９…電極、１０…電極、１１…整合器、１２…高周波電源、１３…隙間、１４…パターン、１５…インダクタ、１６…直流電源、１７…トランス、１８…電圧計。
【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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