(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を除去するための方法であって、
処理チェンバー中へ洗浄液を導入する工程、
洗浄液を少なくともそれの臨界温度にまで加熱する工程、
処理チェンバー中に単一周波数の音波を発生させる工程を含み、その際
前記単一周波数の音波を発生させる工程によって、複数個の気相領域、複数個の超臨界相領域、および各気相領域と各超臨界相領域との間に複数個のインターフェース領域を生成し、かつ前記複数個の気相領域、複数個の超臨界相領域及び複数個のインターフェース領域は、前記処理チェンバー中に同時に存在する、
前記方法。
【請求項２】
ウエハを洗浄するための方法であって、
ａ．ウエハを処理チェンバー中に設置する工程、
ｂ．処理チェンバー中へ洗浄液を導入する工程、
ｃ．前記洗浄液を少なくともそれの臨界温度にまで加熱する工程、および
ｄ．前記処理チェンバー中で音波を発生させて、最大圧力が洗浄液の臨界圧力よりも高く、最小圧力が洗浄液の臨界圧力よりも低くなるようにする工程、
を含む前記方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般的にウエハ洗浄に関するものであり、更に詳細には、音波を用いた超臨界流体中での粒子除去に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、半導体ウエハの洗浄に使用するために超臨界状態の流体について研究が行われている。超臨界流体は液体特有の溶媒和特性を有し、また気体特有の拡散および粘性特性を有しているため、割れ目や境界層の膜中へ速やかに侵入し、そこに付着している有機、無機の汚染物を除去することができる。超臨界流体の鍵となる特性は、臨界温度以上において、いかなる圧力下でも凝縮が起こらないということである。ＣＯ2 についての状態図が図１に示されている。この臨界温度以上で、液は気体であるか（圧力が臨界圧力よりも低い場合）、あるいは超臨界流体であるか（圧力が臨界圧力よりも高い場合）のいずれかである。ＣＯ2 に関しては、この臨界温度は３１℃で、臨界圧力は７３ｂａｒ（１０５０ｐｓｉ）である。
【０００３】
超臨界流体抽出のための従来技術の１つの方法は、洗浄容器の圧力を超臨界値と臨界未満値との間でサイクリングさせることを含んでいる。約５．５ＭＰａ（８００ｐｓｉ）に加圧されたＣＯ2 が洗浄容器中へ供給される。洗浄の間、ＣＯ2 液は水圧機構によって脈動的に加圧され、そして液の脈動的加圧によって容器の高さが変化するように洗浄容器が構成されている。超臨界流体の圧力は洗浄容器の容積に依存して変化する。この圧力は５．５ＭＰａ（８００ｐｓｉ）と８．３ＭＰａ（１２００ｐｓｉ）との間を２５ないし５０Ｈｚの周波数でサイクリングする。圧縮サイクルの間には、図２Ａに示すように、洗浄液（超臨界状態にある）が割れ目や分子層中へ侵入する。膨張サイクルの間には、洗浄液は臨界未満状態の気体へ変化する。密度は急激に低下する。図２Ｂに示すように、これによって急速な混合作用が生じ、液と汚染物がウエハ表面から外へ向かって流れ出す。除去された汚染物は新しい洗浄液が加えられる時にこの系の外へ排出されるであろう。
【０００４】
しかし、超臨界ウエハ洗浄のための圧力サイクリングについての問題点は、気体と超臨界流体との間の相転移の位置が気まぐれであって、粒子（すなわち汚染物）の移動がランダムであるということである。このことは汚染物の除去が非効率的および／または不完全になるということにつながる。従って、粒子の運動／除去のより優れた制御が必要とされ、それによって気体と超臨界流体との間の相転移の位置をよりうまく制御することが要求される。
【０００５】
【発明の概要】
ここに、音波を使用して超臨界流体中で粒子を除去するための方法と装置とが開示される。１つの実施例では、ウエハが処理チェンバー中に設置され、洗浄液が導入される。この洗浄液は少なくともそれの臨界温度にまで加熱され、同時に加圧も行われ得る。少なくとも１個の音響変換器（ｓｏｎｉｃ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）によってチェンバー中に音波が発せられる。この音波は圧力変動をもたらし、それにより複数個の気体領域と超臨界領域とが交互に並んだ状態がウエハ上に亘って作り出される。この音波によって生成された圧力変動がウエハ表面から汚染物を除去する。音波の周波数および強度は制御が容易であるため、境界領域の位置、従って粒子の運動および除去のより優れた制御が可能となる。
【０００６】
本発明の１つの特長は、気体と超臨界流体との境界領域の位置をより良く制御できる、超臨界流体を用いた粒子除去のための方法を提供することである。
【０００７】
本発明の別の１つの特長は、粒子の運動と除去とをより良く制御できる、超臨界流体を用いた粒子除去のための方法を提供することである。
【０００８】
本発明の別の１つの特長は、非接触でウエハ表面から粒子を除去できるドライな方法を提供することである。
【０００９】
これらおよびその他の特長は、以下の図面を参照した詳細な説明から当業者には明らかであろう。
【００１０】
各図において、特に断らない限り、対応する要素には同じ数字および記号が用いられる。
【００１１】
【実施例】
ここに述べる本発明は、ウエハ洗浄のための超臨界流体と気体との転移を制御するために音波を使用している。超臨界流体は、液体特有の溶媒和特性を有し、また気体特有の拡散および粘性特性を有しているため、割れ目や境界層の膜中へ速やかに侵入し、そこにある汚染物を除去することができる。ＣＯ2 等の液は、臨界温度および臨界圧力と呼ばれる決まった温度および圧力で気体から超臨界流体へ転移する。臨界温度および臨界圧力は液毎に異なる。臨界温度以上では、いかなる圧力においても凝縮は生じない。そして、液は気体または超臨界流体のいずれかの状態でのみ存在する。液が気体であるか、あるいは超臨界流体であるかは圧力に依存する。
【００１２】
図３に示すように、音波中では圧力が脈動する。最小圧力は音波の節（ｎｏｄｅ）において生じ、最大圧力は腹（ａｎｔｉ−ｎｏｄｅ）において生ずる。音波の周波数と強度とを適切に調節することにより、気体と超臨界流体とが交互に並んだグレーティングを正確に制御できる。もし最大圧力が臨界圧力よりも大きく、最小圧力が臨界圧力よりも小さければ、図４に示すように、気体Ｇと超臨界流体ＳＣとが交互に並んだ帯模様が形成される。図４は最大圧力Ｐmax と最小圧力Ｐmin との中間の臨界圧力Ｐcritを示しているが、これは必ずしもそうでなくてもよい。例えば、もっと小さい超臨界流体領域ＳＣを得ることが好ましい場合もある。その場合には、臨界圧力Ｐcritを最大圧力Ｐmax へもっと接近させる。超臨界領域ＳＣの幅は音波の周波数と、平均圧力と臨界圧力Ｐcritとの関係とによって制御される。もし平均圧力が臨界圧力Ｐcritよりも高ければ、超臨界領域ＳＣはもっと広くなり、もし平均圧力が臨界圧力Ｐcritよりも低ければ、気体領域Ｇがより広くなる。
【００１３】
インターフェースゾーンＩは液が気相から超臨界相へ転移する場所である。周波数を変えることによってインターフェースゾーンＩの数を制御することができる。インターフェースゾーンＩの位置は平均圧力と臨界圧力Ｐcritとの間の関係のほかに、周波数によっても制御される。
【００１４】
インターフェースゾーン（Ｉ）は引力と斥力との競合に基づいて粒子を捕捉すると考えられている。しかし、粒子を音波の空間パターンに相対的な特定の位相関係に強制的に留めることができれば、粒子の運動を制御することはできる。そうすれば、粒子がインターフェースゾーン（Ｉ）に捕捉されていようと、節へ引き込まれようと、腹へ押し出されようと、あるいは何らかの別の固有圧力が好ましかろうと、粒子は除去することができる。
【００１５】
本発明の１つの実施例に従うウエハ洗浄装置１００が図５に示されている。装置１００は一例として示しただけで、これに限定するつもりではない。処理チェンバー１１０はウエハ１１４を保持するためのチャック１１２と、ガスをそれぞれ導入、排出するためのインレットポート１１６、アウトレットポート１１８を含む。ガス供給ネットワーク１２０がインレットポート１１６へつながれて、適当なガスまたは複数のガス（例えば、ＣＯ2 ）を処理チェンバー１１０中へ供給するようになっている。ネットワーク１２０のようなガス供給ネットワークは当業者には良く知られている。処理チェンバー１１０の温度と圧力は従来の手段によって制御される。例えば、処理チェンバーは、当業者に良く知られたようにランプ式加熱モジュール１２４中のランプによって加熱することができ、また、圧力は従来の真空ポンプ１２６によって制御されよう。
【００１６】
音響変換器１２２は１個または複数個の変換器を含むことができる。音響変換器１２２は、処理チェンバー１１０中で、ウエハ１１４上に亘って音波を発生させる。好ましくは、音波はウエハ１１４の表面に平行に生成される。この音波の強度と周波数とは用途に依存して変えられるが、各用途において１００ｋＨｚオーダーであることが好ましい。音波は進行波であることが好ましいが、定在波であってもよい。もし定在波が生成されるならば、オプションの回路１２６を付加して処理チェンバー１１０中に生成された音響キャビティー中でウエハを移動させるようにしなければならない。進行波は音波の共鳴周波数と離調（ｄｅｔｕｎｅ）させることで生成できる。進行波の速度は音響キャビティーに対する空間的な調節および／または周波数離調によって容易に制御することができる。処理チェンバー１１０の形状は音響変換器１２２によって発生する音波の特定の速度に対して最適化することができる。
【００１７】
動作時には、ウエハ（または複数のウエハ）１１４が処理チェンバー１１０中へ設置される。ＣＯ2 等の洗浄液がインレットポート１１６を通って処理チェンバー１１０中へ、用いられる洗浄液に関する臨界圧力のオーダーの与えられた圧力で連続的に導入され、処理チェンバーは少なくとも臨界温度にまで加熱される。前記与えられた圧力は臨界圧力の２倍よりはいくぶん低い値である。選ばれた洗浄液は、既存の技術に適合する臨界温度および臨界圧力を有するものであることが好ましい（すなわち、０℃＜Ｔc ＜１００℃で、１気圧＜Ｐcrit＜１０００気圧）。
【００１８】
音波は、１００ｋＨｚ程度の周波数を持つ音響変換器１２２によって処理チェンバー１１０中で生成される。音波はウエハ１１４の表面にほぼ平行に生成され、気相Ｇ領域と超臨界相ＳＣ領域とが交互に並んだ帯模様を生じさせる。音波の共鳴周波数と離調させて、進行波が生成されるようにすることが好ましく、その場合にはもちろん、交互に並んだ帯がウエハ表面を横切って移動する。離調の程度および処理チェンバーの構成が進行波の速度を決定する。共鳴からわずかにずれた共鳴キャビティー（すなわち、処理チェンバー）中では、節のパターンは正確に移動し、その速度は正確に制御できる。速さおよび方向のいずれもが調節可能である。
【００１９】
進行波では、インターフェース領域（Ｉ）がウエハ１１４の表面を横切って移動する。この結果、ウエハ上の各点の圧力は変動し、それに対応して、各点での洗浄液は気相と超臨界相との間で転移を起こす。気相と超臨界相との間のサイクリングがウエハ１４４表面からの汚染物の除去を引き起こす。除去された汚染物は進行波に捕らえられ、アウトレットポート１１８を通る使用済み洗浄液中に含まれて処理チェンバー１１０から排出される。
【００２０】
これとは異なるやり方として、もし定在波が使用されるならば、音響キャビティー中でウエハ１１４を移動させて、ウエハ上の各点が音波の中を移動するようにしなければならない。ウエハが移動すれば、各点での圧力は最大圧力と最小圧力の間で変動し、そして洗浄液は気相と超臨界相との間で変動することになる。既に述べたように、相のサイクリングによって汚染物がウエハ表面から除去され、音波中に捕捉され、本質的に液中へ溶解する。新しい洗浄液が追加されて、使用済み液が排出される時、汚染物もアウトレットポート１１８を通る使用済み液と一緒にこの系から排出される。
【００２１】
定在波、進行波のいずれの場合も、非接触的に音響エネルギーを使用することで粒子の運動が制御される。超臨界相では、洗浄液が圧縮されて割れ目や境界層中へ侵入する。洗浄液が気相へ転移する時は、密度が低下し洗浄液は膨張して、ウエハ１１４の表面からあらゆる汚染物を除去する。除去された汚染物は音波の中に捕捉されて、使用済み洗浄液と一緒にその系から外へ排出される。
【００２２】
本発明は例示実施例について説明してきたが、この説明は限定的なものではない。本発明のその他の実施例とともに、例示実施例に対する各種の修正が明らかであることは本説明を参照することによって当業者には理解されるであろう。従って、本発明の特許請求の範囲はそれらの修正や実施例をすべて包含するものと解釈されるべきである。
【００２３】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）  超臨界流体中で粒子を除去するための方法であって、処理チェンバー中に単一周波数の音波を発生させる工程を含む方法。
【００２４】
（２）  第１項記載の方法であって、更に、次の工程、
ａ．ウエハを処理チェンバー中に設置すること、
ｂ．処理チェンバー中へ洗浄液を導入すること、および
ｃ．前記単一周波数の音波を発生させる工程に先立って、前記洗浄液を少なくともそれの臨界温度にまで加熱すること、
を含む方法。
【００２５】
（３）  第２項記載の方法であって、更に、前記洗浄液をそれの臨界圧力のオーダーの圧力にまで加圧する工程を含む方法。
【００２６】
（４）  第２項記載の方法であって、前記洗浄液の導入工程によって、洗浄液が連続的に導入され、使用済みの洗浄液が除去される方法。
【００２７】
（５）  第２項記載の方法であって、前記単一周波数の音波を発生させる工程によって、複数個の気相領域、複数個の超臨界相領域、および各気相領域と各超臨界相領域との間のインターフェース領域が複数個生成される方法。
【００２８】
（６）  第５項記載の方法であって、更に、前記ウエハの表面からの複数個の汚染物を前記単一周波数音波中に捕捉する工程を含む方法。
【００２９】
（７）  第５項記載の方法であって、更に、前記ウエハの表面からの複数個の汚染物を前記単一周波数音波の前記複数個のインターフェース領域中に捕捉する工程を含む方法。
【００３０】
（８）  第１項記載の方法であって、前記単一周波数の音波を発生させる工程が、単一周波数の音響進行波を発生させる工程を含んでいる方法。
【００３１】
（９）  第２項記載の方法であって、更に、前記単一周波数音波が定在波である時に、前記ウエハを前記単一周波数音波中で移動させる工程を含む方法。
【００３２】
（１０）  第１項記載の方法であって、前記単一周波数音波が１００ｋＨｚオーダーの周波数を有している方法。
【００３３】
（１１）  第１項記載の方法であって、前記単一周波数音波が臨界圧力の２倍よりも低い強度を有している方法。
【００３４】
（１２）  第２項記載の方法であって、前記単一周波数音波が前記ウエハの表面に平行に生成される方法。
【００３５】
（１３）  ウエハを洗浄するための方法であって、次の工程、
ａ．ウエハを処理チェンバー中に設置すること、
ｂ．処理チェンバー中へ洗浄液を導入すること、
ｃ．前記洗浄液を少なくともそれの臨界温度にまで加熱すること、および
ｄ．前記処理チェンバー中で音波を発生させて、最大圧力が洗浄液の臨界圧力よりも高く、最小圧力が洗浄液の臨界圧力よりも低くなるようにすること、
を含む方法。
【００３６】
（１４）  第１３項記載の方法であって、更に、前記洗浄液をそれの臨界圧力オーダーの圧力にまで加圧する工程を含む方法。
【００３７】
（１５）  第１３項記載の方法であって、前記音波が進行波である方法。
【００３８】
（１６）  第１３項記載の方法であって、更に、前記音波が定在波である時に、前記音波中で前記ウエハを移動させる工程を含む方法。
【００３９】
（１７）  第１３項記載の方法であって、前記ウエハの表面からの複数個の汚染物が前記音波中に捕捉され、処理チェンバーから排出される方法。
【００４０】
（１８）  ウエハ洗浄装置であって、
ａ．処理チェンバー、および
ｂ．前記処理チェンバー中で音波を発生させるための少なくとも１個の音響変換器、
を含む装置。
【００４１】
（１９）  第１８項記載の装置であって、前記少なくとも１個の音響変換器が複数個の音響変換器を含んでいる装置。
【００４２】
（２０）  第１８項記載の装置であって、前記処理チェンバーの外形が特定の進行波速度に対して適したものとなっている装置。
【００４３】
（２１）  第１８項記載の装置であって、更に、
ａ．前記処理チェンバー中の洗浄液を加熱するための手段、
ｂ．前記洗浄液を加圧するための手段、
ｃ．前記処理チェンバー中へ前記洗浄液を導入するためのインレットポート、および
ｄ．前記洗浄液および汚染物を前記処理チェンバーから排出するためのアウトレットポート、
を含む装置。
【００４４】
（２２）  単一周波数音波を使用して超臨界流体中で粒子の除去を行うための方法および装置。ウエハ１１４が処理チェンバー１１０中へ設置され、洗浄ガスがインレットポート１１６を通して導入される。洗浄液は少なくともそれの臨界温度にまで加熱され、更に加圧することもできる。音響変換器１２２によって処理チェンバー１１０中に音波が生成され、洗浄液の気相Ｇと超臨界相ＳＣとが交互に並んだ帯模様が生成される。前記音波は進行波であることが好ましく、そうであれば、気相Ｇと超臨界相ＳＣとがウエハ１１４の表面を横切って移動でき、ウエハ１１４から汚染物を除去し、それらを音波の中に捕捉できる。汚染物はその後、アウトレットポート１１８を通って使用済みの洗浄液と一緒に系の外へ排出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】二酸化炭素に関する状態図。
【図２】圧力サイクリングによって汚染除去を行う方法のブロック図であって、２Ａは圧縮サイクル、２Ｂは膨張サイクルにおける様子を示す図。
【図３】距離と音波の圧力との関係を示すグラフ。
【図４】音波に相対的な超臨界領域と気体領域の位置関係を示す音波のグラフ。
【図５】本発明の１つの実施例に従うウエハ洗浄装置のブロック図。
【符号の説明】
１００  ウエハ洗浄装置
１１０  処理チェンバー
１１２  チャック
１１４  ウエハ
１１６  インレットポート
１１８  アウトレットポート
１２０  ガス供給ネットワーク
１２２  音響変換器
１２４  ランプ式加熱モジュール
１２６  ウエハ駆動のための付加回路
【図１】
0003738057.tif 000002
【図２】
0003738057.tif 000003
【図３】
0003738057.tif 000004
【図４】
0003738057.tif 000005
【図５】
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