特許 6644881 高アスペクト比フィーチャ向けの乾燥プロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6644881

(24)【登録日】2020年1月10日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】高アスペクト比フィーチャ向けの乾燥プロセス

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20200130BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 647Z

   H01L21/304 651M

【請求項の数】16

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-517344(P2018-517344)

(86)(22)【出願日】2016年9月13日

(65)【公表番号】特表2018-531511(P2018-531511A)

(43)【公表日】2018年10月25日

(86)【国際出願番号】US2016051480

(87)【国際公開番号】WO2017062135

(87)【国際公開日】20170413

【審査請求日】2018年5月31日

(31)【優先権主張番号】62/236,913

(32)【優先日】2015年10月4日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ゴウク， ローマン

(72)【発明者】

【氏名】チェン， ハンウェン

(72)【発明者】

【氏名】ヴァハヴェルベク， スティーヴン

(72)【発明者】

【氏名】ドゥルマ， ジャン

【審査官】 加藤 芳健

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１４４４６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−２８２５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２０９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１０−０１２８１２３（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４９０６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理チャンバに溶媒を供給することと、
前記処理チャンバに、デバイス側が下になる配向で基板を供給することと、
閉じられた前記処理チャンバの中で移動可能に配置され且つアクチュエータにより上昇位置から処理位置へ移動するように構成された移動可能なバッフルプレートを、前記基板の直近に位置付けることと、
前記処理チャンバに液体ＣＯ_２を供給し、かつ、前記液体ＣＯ_２を前記溶媒と混合させることと、
前記溶媒を置換するために、前記処理チャンバの容積を上回る量の追加の液体ＣＯ_２を前記処理チャンバに供給することと、
前記処理チャンバ内で前記液体ＣＯ_２を超臨界ＣＯ_２に移相させることと、
前記処理チャンバを等温減圧し、かつ、前記処理チャンバからガス状ＣＯ_２を排気することによって、前記基板を乾燥させることとを含む、基板処理方法。

【請求項2】

前記溶媒が液体ＣＯ_２と混和性である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記処理チャンバに超臨界ＣＯ_２を供給することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記処理チャンバ内で前記液体ＣＯ_２を超臨界ＣＯ_２に移相させることが、前記処理チャンバに超臨界ＣＯ_２を供給することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記溶媒がアセトンであり、前記基板を少なくとも部分的に浸漬するよう設定された量の前記溶媒が前記処理チャンバに提供される、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記処理チャンバ内で前記液体ＣＯ_２を超臨界ＣＯ_２に移相させることが、前記処理チャンバの処理空間を、１分間未満で２０°Ｃから５０°Ｃに加熱することを更に含む、請求項４に記載の方法。

【請求項7】

処理チャンバに、液体ＣＯ_２と混和性の溶媒を供給することと、
前記処理チャンバに、デバイス側が下になる配向で基板を供給することと、
閉じられた前記処理チャンバの中で移動可能に配置され且つアクチュエータにより上昇位置から処理位置へ移動するように構成された移動可能なバッフルプレートを、前記基板の直近に位置付けることと、
前記処理チャンバに超臨界ＣＯ_２を供給し、かつ、前記超臨界ＣＯ_２を前記溶媒と混合させることと、
前記溶媒を置換するために、前記処理チャンバの容積を上回る量の追加の超臨界ＣＯ_２を前記処理チャンバに供給することと、
前記処理チャンバを等温減圧し、かつ、前記処理チャンバからガス状ＣＯ_２を排気することによって、前記基板を乾燥させることとを含む、基板処理方法。

【請求項8】

前記バッフルプレートが、アクチュエータによって、前記処理チャンバの中で上昇し下降する、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記処理チャンバに超臨界ＣＯ_２を供給することによって、前記処理チャンバ内で前記液体ＣＯ_２を超臨界ＣＯ_２に移相させることを更に含む、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記溶媒がアセトンであり、前記基板を少なくとも部分的に浸漬するよう設定された量の前記溶媒が前記処理チャンバに提供される、請求項７に記載の方法。

【請求項11】

前記処理チャンバ内で前記液体ＣＯ_２を超臨界ＣＯ_２に移相させることが、前記処理チャンバの処理空間を、１分間未満で２０°Ｃから５０°Ｃに加熱することを更に含む、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記基板を乾燥させることが、液体ＣＯ_２を生成することなく超臨界ＣＯ_２をガス状ＣＯ_２に転換させることを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項13】

処理チャンバに、液体ＣＯ_２と混和性の溶媒を供給することと、
前記処理チャンバに、デバイス側が下になる配向で基板を供給することと、
閉じられた前記処理チャンバの中で移動可能に配置され且つアクチュエータにより上昇位置から処理位置へ移動するように構成された移動可能なバッフルプレートを、前記基板の直近に位置付けることと、
前記処理チャンバに液体ＣＯ_２を供給し、かつ、前記液体ＣＯ_２を前記溶媒と混合させることと、
前記溶媒を置換するために、前記処理チャンバの容積を上回る量の追加の液体ＣＯ_２を前記処理チャンバに供給することと、
前記処理チャンバに超臨界ＣＯ_２が供給されている間に、前記処理チャンバ内で前記液体ＣＯ_２を超臨界ＣＯ_２に移相させることと、
前記処理チャンバを等温減圧し、かつ、前記処理チャンバからガス状ＣＯ_２を排気することによって、前記基板を乾燥させることとを含む、基板処理方法。

【請求項14】

前記溶媒がアセトンであり、前記基板を少なくとも部分的に浸漬するよう設定された量の前記溶媒が前記処理チャンバに提供される、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記処理チャンバに超臨界ＣＯ_２が供給されている間に、前記処理チャンバ内で前記液体ＣＯ_２を超臨界ＣＯ_２に移相させることが、前記処理チャンバの処理空間を、１分間未満で２０°Ｃから５０°Ｃに加熱することを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記処理チャンバは、前記処理チャンバの本体の中に配置され且つ前記処理チャンバの一部を分割してライナを形成する断熱要素を有する、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は概して、基板の洗浄と乾燥のプロセスに関する。より具体的には、本書に記載の実施形態は、高アスペクト比フィーチャ向けの乾燥プロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

関連技術の記載
半導体デバイスの洗浄においては、多くの場合、液体及び固体の汚染物質を基板の表面から除去し、ひいては表面を清浄にしておくことが望ましい。湿式洗浄プロセスは概して、水性洗浄溶液などの洗浄液の使用を伴う。基板の湿式洗浄後には、多くの場合、洗浄チャンバ内の基板の表面から洗浄液を除去することが望ましい。

【0003】

既存の湿式洗浄技法のほとんどは、基板を洗浄するために液体噴霧ステップ、又は浸漬ステップを利用する。ボイド若しくは孔部を有する高アスペクト比フィーチャ又は低誘電率材料を有する基板を、洗浄液の塗布に続いて乾燥させることは、非常に困難である。洗浄液の毛細管力は、望ましくないスティクションを生じさせうる、かかる構造物における材料の変形を引き起こすことが多く、これにより、半導体基板が損傷するだけでなく、更に、利用された洗浄溶液の残留物が基板に残ることがある。上述の課題は、高アスペクト比半導体デバイス構造物を有する基板において、後続の基板乾燥中に、特に顕著になる。ラインスティクション又はライン崩壊は、湿式洗浄プロセス（複数可）においてトレンチ又はビアの中に閉じ込められた液体を覆う液体−空気界面全体での毛細管圧力によって、高アスペクト比のトレンチ又はビアを形成する両側壁が互いに向かって曲がることで、生じる。狭小なライン幅及び高いアスペクト比を有するフィーチャは、毛細管圧力（毛細管力と称されることもある）によって液体−空気界面と液体−壁部界面との間に生じる表面張力の相違の影響を、特に受けやすい。現在有効な乾燥実践方法は、デバイススケーリングの急速な進歩の結果として急激に増大しつつある、ラインスティクションの防止における困難に直面している。

【0004】

結果的に、当該技術分野において、洗浄プロセス及び超臨界乾燥プロセスを実施するための改良型の方法が必要とされている。

【発明の概要】

【0005】

一実施形態では、基板処理方法が提供される。この方法は、処理チャンバに溶媒を供給することと、処理チャンバに基板を供給することとを含む。処理チャンバ内に存在する溶媒の量は、基板を浸漬するよう設定されうる。液体ＣＯ_２が、処理チャンバに供給され、溶媒と混合されうる。溶媒を置換するために、処理チャンバの容積を上回る量の追加の液体ＣＯ_２が、処理チャンバに供給されうる。液体ＣＯ_２は処理チャンバ内で超臨界ＣＯ_２に移相してよく、基板は、処理チャンバを等温減圧することによって、及び、処理チャンバからガス状ＣＯ_２を排気することによって、乾燥されうる。

【0006】

別の実施形態では、基板処理方法が提供される。この方法は、処理チャンバに溶媒を供給することと、処理チャンバに基板を供給することとを含む。処理チャンバ内に存在する溶媒の量は、基板を浸漬するよう設定されうる。超臨界ＣＯ_２が処理チャンバに供給され、この超臨界ＣＯ_２は溶媒と混合されうる。溶媒を置換するために、処理チャンバの容積を上回る量の追加の超臨界ＣＯ_２が、処理チャンバに供給されうる。基板は、処理チャンバを等温減圧することによって、及び、処理チャンバからガス状ＣＯ_２を排気することによって、乾燥されうる。

【0007】

本開示の上述の特徴を詳しく理解しうるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の一部は付随する図面に示されている。しかし、付随する図面は、例示的な実施形態のみを示しており、従ってその範囲を限定すると見なすべきではなく、他の等しく有効な実施形態を許容しうることに、留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本書に記載の実施形態による、半導体基板に形成されたフィーチャ同士の間に生じたスティクション（ｓｔｉｃｔｉｏｎ）の影響を示す。

【図2A】本書に記載の一実施形態による、処理装置の平面図を示す。

【図2B】本書に記載の一実施形態による、処理装置の平面図を示す。

【図3】本書に記載の一実施形態による、熱質量が小さい処理チャンバの断面図を概略的に示す。

【図4】本書に記載の一実施形態による、溶媒置換及び超臨界乾燥プロセスを実施するための方法の工程を示す。

【図5】本書に記載の一実施形態による、溶媒置換及び超臨界乾燥プロセスを実施するための方法の工程を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに、同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうると、想定される。

【0010】

以下の説明においては、解説を目的として、本書で提示されている実施形態の網羅的な理解を提供するために多数の具体的な詳細事項が明記される。しかし、これらの具体的な詳細事項がなくとも本開示が実践されうることは、当業者には明白となろう。その他の事例では、説明されている実施形態を不明瞭にしないように、具体的な装置構造については説明していない。以下の説明及び図は、実施形態を例示するものであり、本発明を限定するものと解釈すべきではない。

【0011】

図１は、半導体デバイス１００における２つのフィーチャの間でラインスティクションが発生している、半導体デバイス１００の一部分を示す概略断面図である。図示しているように、高アスペクト比デバイス構造物が、基板の表面上に形成されている。処理中に、デバイス構造物１０２は垂直配向で維持されるべきであり、壁部１０６は、隙間（ｏｐｅｎｉｎｇ）を横切ってデバイス構造物１０２の隣接する壁部１０６に接触するべきではない。半導体デバイス１００が、湿式化学作用を用いて洗浄された後に乾燥されている時、デバイス構造物１０２の壁部１０６は、隙間１０４の中に入った洗浄液によって生じる空気−液体界面による毛細管力を受ける。この毛細管力によって、隣接するデバイス構造物１０２の壁部１０６同士が互いに向かって曲がり、互いに接触することになる。ラインスティクションは、隣接するデバイス構造物１０２の壁部１０６同士の接触により生じ、最終的には、隙間１０４の閉塞を引き起こす。ラインスティクションは概して望ましくないものである。なぜならそれは、更なる堆積ステップなどの後続の基板処理ステップにおける、隙間１０４へのアクセスを妨害するからである。

【0012】

ラインスティクションを防止するために、基板は、湿式洗浄チャンバ内で、脱イオン水又は洗浄用化学物質などの水性洗浄溶液に曝露されうる。かかる基板は、表面上に電子デバイスが配置又は形成されている、半導体基板を含む。湿式洗浄チャンバ内の基板に対して水性洗浄溶液を使用することで、湿式洗浄プロセスが実施された後に基板に残った残留物が除去される。一部の構成では、湿式洗浄チャンバは、単一ウエハ洗浄チャンバ及び／又は水平スピニングチャンバでありうる。加えて、湿式洗浄チャンバは、基板のデバイスがない側に向けられる音響エネルギーを生成するよう適合した、メガソニックプレートを有しうる。

【0013】

基板の湿式洗浄の後に、基板は、湿式洗浄チャンバ内で使用された使用済みの水性洗浄溶液があればそれを置換するために、溶媒置換チャンバに移送されうる。基板は次いで、基板に更なる洗浄ステップ及び乾燥ステップを実施するために、超臨界流体チャンバに移送されうる。一実施形態では、基板を乾燥させることは、基板の表面への超臨界流体の供給を伴いうる。乾燥用ガスは、超臨界処理チャンバ内で実現又は維持される特定の圧力構成及び温度構成に曝露された時に超臨界状態に移行するよう、選択されうる。かかる乾燥用ガスの一例は、二酸化炭素（ＣＯ_２）を含む。超臨界ＣＯ_２は、超臨界ガスであることから、表面張力を有さないという点でその表面張力は気体に類似しているが、液体の密度よりも高い密度を有する。超臨界ＣＯ_２は、約７３．０ａｔｍの圧力、及び約３１．１°Ｃの温度において臨界点を有する。ＣＯ_２などの超臨界流体の固有特性の１つは、超臨界圧力及び超臨界点（例えば、ＣＯ_２では７３ａｔｍ及び３１．１°Ｃ）を上回るいかなる圧力及び温度でも、凝集が発生しないということである。処理チャンバなどの処理環境の臨界温度パラメータ及び臨界圧力パラメータが、ＣＯ_２乾燥用ガスの超臨界状態に影響を与える。

【0014】

超臨界流体は、その固有特性により、基板における実質的にすべての孔部又はボイドに入り込み、残留液体又は残留粒子（隙間１０４内に存在しうる）があればそれを除去しうる。一実施形態では、超臨界処理が、粒子及び残留物を除去するために所望の期間にわたって進行した後に、ほぼ一定の温度を保ったままチャンバの圧力が下げられて、超臨界流体を隙間１０４の中で気相に直接的に移行させることが可能になる。典型的には、超臨界流体処理に先立って隙間１０４内に存在する液体は、溶媒置換チャンバからの置換溶媒でありうる。典型的には、隙間１０４内に存在する粒子は、有機種（すなわち炭素）、無機種（すなわちシリコン）、及び／又は金属などの、任意の固体粒状物でありうる。超臨界流体によって乾燥されうる隙間１０４の例は、誘電体層のボイド又は孔部、低誘電率誘電材料のボイド又は孔部、及び、洗浄用の流体及び粒子を閉じ込めうる、他の種類の基板の間隙を、含む。更に、超臨界乾燥は、移相中に液体状態を回避すること、及び、超臨界ＣＯ_２などの超臨界流体の微小な表面張力により、デバイス構造物１０２の壁部１０６同士の間に生じる毛細管力を除去することによって、ラインスティクションを防止しうる。

【0015】

基板は次いで、超臨界流体チャンバから後処理チャンバに移送されうる。後処理チャンバはプラズマ処理チャンバであってよく、このチャンバ内で、基板に存在しうる汚染物質が除去されうる。基板を後処理することで、デバイス構造物にラインスティクションが存在すればそれも、更に解除されうる。本書に記載のプロセスは、約１０：１以上、２０：１以上、又は、３０：１以上のアスペクト比といった、高アスペクト比を有するデバイス構造物の洗浄に役立つ。特定の実施形態では、本書に記載のプロセスは、３Ｄ／垂直ＮＡＮＤフラッシュデバイス構造物の洗浄に役立つ。

【0016】

図２Ａは、本開示の一実施形態による、上述の工程のうちの一又は複数を実施するよう適合しうる基板処理装置を示している。一実施形態では、処理装置２００は、湿式洗浄チャンバ２０１と、溶媒置換チャンバ２０２と、超臨界流体チャンバ２０３と、後処理チャンバ２０４と、移送チャンバ２０６と、湿式ロボット２０８とを備える。基板を処理することは、金属線によって相互接続されている、トランジスタ、コンデンサ、又はレジスタなどの電気デバイスを形成することを含みうるがそれに限定されるわけではなく、これらの電気デバイスは、基板上の層間誘電体によって絶縁される。上記のプロセスは、基板を洗浄することと、基板に形成された膜を洗浄することと、基板を乾燥させることと、基板に形成された膜を乾燥させることとを、含みうる。別の実施形態では、処理装置２００は、処理装置２００内で処理された基板を検査するためのツール（図示せず）を含みうる、検査チャンバ２０５を含む。

【0017】

一実施形態では、基板処理装置２００は、湿式洗浄チャンバ２０１、溶媒置換チャンバ２０２、超臨界流体チャンバ２０３、後処理チャンバ２０４、及び移送チャンバ２０６といったいくつかの基板処理チャンバを備える、クラスタツールである。チャンバ２０１、２０２、２０３、２０４は、移送チャンバ２０６内に配置されうる湿式ロボット２０８の周りに位置付けられうる。湿式ロボット２０８は、モータ、ベース、アーム、及び、チャンバ間で基板を移送するよう構成されたエンドエフェクタ２０９を備える。湿式ロボット２０８は、オプションで、処理装置２００のスループットを向上させるために、複数のアーム及び複数のエンドエフェクタを有しうる。一実施形態では、湿式ロボット２０８は、前述のチャンバ間で基板を移送する。別の実施形態では、湿式ロボット２０８のエンドエフェクタのうちの少なくとも１つは、（例えば乾燥ウエハを扱うよう適合した）乾式専用エンドエフェクタであり、湿式ロボット２０８のエンドエフェクタのうちの少なくとも１つは、（例えば湿式ウエハを扱うよう適合した）湿式専用エンドエフェクタである。乾式専用エンドエフェクタは、超臨界流体チャンバ２０３と後処理チャンバ２０４との間で基板を移送するために使用されうる。

【0018】

処理装置２００は、ファクトリインターフェース２１８に配置された乾式ロボット２１６も備え、ファクトリインターフェース２１８は、処理装置２００、及び、複数の基板カセット２１２、２１４に連結されうる。複数の基板カセット２１２、２１４の各々は、未洗浄若しくは未乾燥の複数の基板、又は、洗浄済み若しくは乾燥済みの複数の基板を保持する。乾式ロボット２１６は、カセット２１２、２１４と、湿式洗浄チャンバ２０１との間、及び後処理チャンバ２０４との間で、基板を移送するよう構成されうる。別の実施形態では、乾式ロボット２１６は、超臨界流体チャンバ２０３と後処理チャンバ２０４との間で基板を移送するよう、構成されうる。処理装置２００におけるこれらの処理チャンバは、基板移送チャンバ２０６を収納する水平プラットフォーム上に配置されうる。別の実施形態では、プラットフォームの一部分は、水平配向以外の配置に配向されうる。

【0019】

図２Ｂに示す代替的な実施形態では、処理装置２００Ａは、湿式洗浄チャンバ２０１、溶媒置換チャンバ２０２、超臨界流体チャンバ２０３、後処理チャンバ２０４、及び移送チャンバ２０６といったいくつかの基板処理チャンバを備える、線形の装置でありうる。例えば、処理装置２００Ａは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能な「Ｒａｉｄｅｒ（登録商標）ＧＴ」でありうるが、他の製造業者による他の処理装置が、本書に記載の実施形態を実施するよう適合しうることも、想定される。

【0020】

チャンバ２０１、２０２、２０３、２０４は、移送チャンバ２０６内に配置されうるロボット２０８Ａの周りに位置付けられうる。ロボット２０８Ａは、モータ、ベース、アーム、及び、チャンバ間で基板を移送するよう構成されたエンドエフェクタ２０９Ａ、２０９Ｂを備える。ロボット２０８Ａは、処理装置２００Ａのスループットを向上させるために、複数のアーム及び複数のエンドエフェクタを有しうる。一実施形態では、湿式専用エンドエフェクタ２０９Ａを有するロボット２０８Ａが、前述のチャンバ間で基板を移送する。処理装置２００Ａは、処理装置２００、及び、複数の基板カセット２１２、２１４に連結されうるファクトリインターフェース２１８も備えてよく、複数の基板カセット２１２、２１４の各々は、未洗浄若しくは未乾燥の複数の基板、又は、洗浄済み若しくは乾燥済みの複数の基板を保持する。乾式専用エンドエフェクタ２０９Ｂを有するロボット２０８Ａは、カセット２１２、２１４と、湿式洗浄チャンバ２０１との間、及び後処理チャンバ２０４との間で、基板を移送する。一実施形態では、乾式専用エンドエフェクタ２０９Ｂは、超臨界流体チャンバ２０３と後処理チャンバ２０４との間で基板を移送するよう構成されうる。処理装置２００Ａにおけるこれらのチャンバは、基板移送チャンバ２０６を収納する水平プラットフォーム上に配置されうる。別の実施形態では、プラットフォームの一部分は、水平配向以外の配置に配向されうる。

【0021】

処理装置２００Ａのいくつかの構成において、ロボット２０８Ａは、線形軌道２２０に沿って移動しうる。チャンバは、線形軌道２２０の一方又は両方の側に並ぶように配置されうる。湿式基板移送を実施するために、基板がまだチャンバ内にある間に、例えば基板を回転させることによって、余分な液体が基板から除去されうる。これにより、ロボット２０８Ａがこの基板を移送する前に、基板表面上には湿った薄層のみが残ることになる。ロボット２０８Ａに２つ以上のエンドエフェクタが設けられる実施形態では、少なくとも１つは湿式基板移送専用であり、他の１つは乾式基板移送専用でありうる。大量生産のために、より多くのチャンバが、延長可能な線形構成に設置されうる。

【0022】

前記の実施形態で言及した構成により、各チャンバの設計複雑性が大幅に低減され、繊細なプロセスステップ間の待機時間制御が可能になり、かつ、各処理工程のプロセス持続期間を均一化するよう調整可能なチャンバモジュールのカウントを用いた連続生産において、スループットが最適化される。

【0023】

図３は、本書に記載の一実施形態による、熱質量が小さい処理チャンバ３００の断面図を概略的に示している。特定の実施形態では、チャンバ３００は、図２Ａ及び図２Ｂに関連して説明しているチャンバ２０３として実装されうる。通常、チャンバ３００は、その中での超臨界流体の生成及び／又は維持に適する加圧状態に耐えるよう、構成される。チャンバ３００はまた、有利には、移相の実施に適する温度範囲内でサイクルされうる。

【0024】

チャンバ３００は、本体３０２と、ライナ３１８と、断熱要素３１６とを含む。本体３０２とライナ３１８とが概して、処理空間３１２を画定する。本体３０２は、処理空間３１２の中での超臨界流体の生成に適する圧力に耐えるよう、構成されうる。例えば、本体は、約１００ｂａｒ以上の圧力に耐えることに適しうる。本体３０２に適する材料は、ステンレス鋼、アルミニウム、又は、その他の高強度金属材料を含む。ライナ３１８も、本体３０２と類似の材料から形成されうる。一実施形態では、ライナ３１８と本体３０２は単一の装置でありうる。別の実施形態では、ライナ３１８と本体３０２とは、ひとまとめに連結された別個の装置でありうる。

【0025】

ライナ３１８は、処理空間３１２に隣接した領域において、約２ｍｍから約５ｍｍ（例えば約３ｍｍ）の厚さ３４４を有しうる。ライナ３１８を含む材料が本体３０２と比較して相対的に極少量であることにより、ライナ３１８は、本体３０２の熱質量と比べて小さい熱質量を有することになる。したがって、処理空間３１２の中の温度変化がより効率的な様態で行われうる。処理空間３１２の温度は主に、本体３０２ではなくライナ３１８による影響を受けるからである。一実施形態では、処理空間３１２の中の処理環境は、約５分未満（例えば約１分未満）の時間で、約２０°Ｃと約５０°Ｃとの間でサイクルされうる。一実施形態では、処理空間３１２は、約３０秒間で、約２０°Ｃと約５０°Ｃとの間でサイクルされうる。

【0026】

断熱要素３１６は概して、ライナ３１８に隣接するように、本体３０２に配置される。図示している実施形態では、断熱要素３１６は複数の装置でありうる。断熱要素３１６は概して、ライナ３１８を本体３０２から断熱することによってライナ３１８の熱質量を更に低減するために、処理空間３１２の長手軸に沿って延在しうる。断熱要素３１６は、本体３０２及びライナ３１８に利用される材料の熱膨張率と類似した熱膨張率を有する、高圧環境内での使用に適する材料から形成されうる。一実施形態では、断熱要素３１６はセラミック材料でありうる。セラミック材料の様々な例は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などを含む。断熱要素３１６の厚さ３４６は、約０．１インチから約１．０インチ（例えば約０．５インチ）でありうる。

【0027】

処理空間３１２は、約２リットル未満（例えば約１リットル）の容積を有する。ライナ３１８の間の、処理空間３１２の端から端までの距離３４８は、約５ｃｍ未満（例えば約２ｃｍ未満、例としては約１ｃｍ）でありうる。様々な実施形態において、処理空間３１２は、処理空間３１２内の条件に応じて、様々な液体、ガス、及び／又は超臨界流体で満たされうる。一実施形態では、処理空間３１２は、一又は複数の溶媒源３２０、３３２、３３６に連結されうる。第１溶媒源３２０は、本体３０２の上部を通る第１導管３２２を介して、処理空間３１２に連結されうる。第２溶媒源３３２は、本体３０２の側壁を通る第２導管３３４を介して、処理空間３１２に連結されうる。第３溶媒源３３６は、本体３０２の底部を通る第３導管３３８を介して、処理空間３１２に連結されうる。溶媒源３２０、３３２、３３６は、所望の溶媒導入特性に応じて、様々な進入ポートから処理空間に溶媒を提供するよう構成されうる。

【0028】

溶媒源３２０、３３２、３３６から処理空間３１２に供給されうる好適な溶媒は、数ある中でもとりわけ、アセトン、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−メチルホルムアミド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、ジメチルアセトアミド、及びジメチルスルホキシドを含む。通常、溶媒は、溶媒が液体ＣＯ_２と混和性であるように選択されうる。

【0029】

第１流体源３２４が、本体３０２の上部を通る第４導管３２６を介して、処理空間３１２に連結されうる。第１流体源３２４は概して、処理空間３１２に液体又は超臨界流体を提供するよう構成される。一実施形態では、第１流体源３２４は、超臨界ＣＯ_２を供給するよう構成されうる。別の実施形態では、第１流体源３２４は、処理空間３１２に超臨界ＣＯ_２を供給するよう構成されうる。この実施形態では、処理空間３１２内への進入に先立つ液体ＣＯ_２の超臨界ＣＯ_２への移相を促進するために、加熱・加圧装置が第４導管３２６に連結されうる。第２流体源３５６は第１流体源３２４と同様に構成されうる。しかし、第２流体源３５６は、本体３０２の底部を通る第５導管３５８を介して、処理空間に連結されうる。液体ＣＯ_２及び／又は超臨界ＣＯ_２の供給は、所望の処理特性に応じて、トップダウン方式（第１流体源３２４）又はボトムアップ方式（第２流体源３５６）から選択されうる。

【0030】

稼働中、処理空間３１２の温度は、処理空間３１２に提供されるＣＯ_２の温度によって、少なくとも部分的に制御されうる。加えて、液体ＣＯ_２及び／又は超臨界ＣＯ_２は、約１回から約５回（例えば約３回）で処理空間全体が置換されるような量で、処理空間３１２に提供されうる。処理空間を反復的にターンオーバーさせることで、後続の超臨界乾燥工程における超臨界ＣＯ_２の生成及び／又は処理空間３１２への供給に先立って、溶媒とＣＯ_２との混合が促進されうると、考えられている。ターンオーバーを促進し、かつ、処理空間３１２から流体及びガスを除去するために、処理空間３１２は、第６導管３４２を介して流体出口３４０に連結されうる。

【0031】

チャンバ３００は、ドア３０４に連結されうる基板支持体３０６も含み、バッフルプレート３１０が、処理空間３１２の中に可動式に配置されうる。一実施形態では、基板支持体３０６とドア３０４は単一の装置でありうる。別の実施形態では、基板支持体３０６は、ドア３０４に取り外し可能に連結されてよく、かつ、ドア３０４と関係なく動きうる。ドア３０４及び基板支持体３０６は、ステンレス鋼、アルミニウム、セラミック材料、ポリマー材料、又はそれらの組み合わせを含む、様々な材料から形成されうる。基板支持体３０６内には、加熱要素３５４も配置されていることがある。加熱要素３５４は、一実施形態では、抵抗性ヒータでありうる。別の実施形態では、加熱要素３５４は、基板支持体３０６内に形成された、流体で満たされたチャネルでありうる。加熱要素３５４は、処理空間３１２内における超臨界流体の生成又は維持を促進するために、処理空間３１２を加熱するよう構成されうる。

【0032】

稼働中、基板支持体３０６は、本体３０２に形成された開口を介して処理空間３１２に進入してよく、ドア３０４は、基板支持体３０６が処理空間３１２の中に位置付けられると本体３０２に当接するよう、構成されうる。一実施形態では、基板支持体３０６は横方向に動くよう構成される。その結果として、距離３４８が最小化されうる。なぜなら、処理空間３１２の中での基板支持体３０６の垂直移動が不要になるからである。Ｏリングなどの密封部３５２が本体３０２に連結されてよく、この密封部３５２は、ポリマー材料などの弾性材料から形成されうる。通常、ドア３０４は、処理中に、処理空間３１２内での超臨界流体の生成又は維持に適する高圧環境に耐えるのに十分な力で、ボルトなどの連結装置（図示せず）を介して、本体３０２に固定されうる。

【0033】

バッフルプレート３１０は、ステンレス鋼、アルミニウム、セラミック材料、石英材料、シリコン含有材料、又は、好適に構成されたその他の材料を含む、様々な材料から形成されうる。バッフルプレート３１０は、バッフルプレート３１０を、基板支持体に近づけるように、かつ基板支持体から離すように動かすよう構成された、アクチュエータ３３０に連結されうる。アクチュエータ３３０は、処理空間３１２の中でのバッフルプレート３１０の移動を促進するために、電気供給源などの電源３２８に連結されうる。

【0034】

基板３０８は、処理中、基板支持体３０６に位置付けられうる。一実施形態では、基板３０８のデバイス側３１４は、このデバイス側３１４がバッフルプレート３１０の方を向かないように、基板支持体３０６に隣接して位置付けられうる。稼働中、バッフルプレート３１０は、基板３０８が処理空間３１２の中に位置付けられる時には、上昇位置にありうる。バッフルプレート３１０は、処理中には、基板３０８の直近の処理位置へと、アクチュエータ３３０を介して降ろされうる。処理後に、バッフルプレート３１０は上昇してよく、基板支持体３０６が、本体３０２の開口３５０を通って処理空間３１２から基板３０８を取り出しうる。バッフルプレート３１０を基板３０８及び基板支持体３０６の直近に位置付けることによって、溶媒、及び／又は、液体／超臨界ＣＯ_２の処理空間３１２への導入中の、基板３０８のデバイス側３１４への粒子堆積が低減しうるか、又はなくなりうると、考えられている。

【0035】

図４は、本書に記載の一実施形態による、溶媒置換及び超臨界乾燥プロセスを実施するための方法４００の工程を示している。通常、方法４００の実施に先立って、様々な予洗浄プロセスが実施される。かかる予洗浄プロセスは、上述の装置２００及び２００Ａにおいて実施されうる。工程４１０において、チャンバ３００などの処理チャンバに溶媒が提供されうる。この溶媒は、上述の溶媒のうちの任意のものでありうる。例示的な一実施形態では、溶媒はアセトンであってよく、アセトンは、相対的に低い粘度と、液体ＣＯ_２との望ましい混和性とを示すものである。特定の実施形態では、アセトンは、処理チャンバへの供給に先だって、蒸留され、精製され、かつ濾過されうる。

【0036】

一実施形態では、溶媒は、処理チャンバへの基板の導入に先立って、処理チャンバに提供されうる。別の実施形態では、基板が処理チャンバ内に位置付けられてよく、それに続いて、溶媒が処理チャンバに提供されうる。両方の実施形態において、溶媒は、溶媒源３２０、３３２、３３６のうちの一又は複数を介して、チャンバ３００の処理チャンバ３１２に提供されうる。例示的な一実施形態では、溶媒は、溶媒源３２０から、「トップダウン（ｔｏｐ−ｄｏｗｎ）」方式で提供されうる。通常、基板が溶媒に完全に浸漬されるのに十分な量の溶媒が、処理空間３０２を満たしうる。

【0037】

工程４２０において、液体ＣＯ_２がチャンバ３００に供給され、溶媒と混合されうる。一実施形態では、液体ＣＯ_２は、第１流体源３２４を介して、処理空間３１２に導入されうる。液体ＣＯ_２は、約３００ｍｌ／分から約２．５Ｌ／分（例えば１Ｌ／分）の速度で供給されうる。一実施形態では、液体ＣＯ_２は、約９０ｂａｒから約１１０ｂａｒ（例えば約１００ｂａｒ）の圧力に維持されている処理空間３１２に、提供されうる。処理空間３１２の温度は、液体ＣＯ_２の供給中、約５oＣから約３０oＣ（例えば約２０oＣ）の温度に維持されうる。液体ＣＯ_２は概して、液体ＣＯ_２と溶媒との混合を促進する様態で提供される。

【0038】

工程４３０において、溶媒は液体ＣＯ_２に置換されうる。この実施形態では、溶媒と液体ＣＯ_２とが十分に混合された後に、溶媒／液体ＣＯ_２は、流体出口３４０を介して処理空間３１２から流出しうる。この置換プロセスは、処理空間３１２に追加の液体ＣＯ_２を提供することによって継続しうる。一実施形態では、溶媒置換を実施するのに適する液体ＣＯ_２の追加量は、約１チャンバ容積から約５チャンバ容積（例えば約３チャンバ容積）である。換言すると、処理空間３１２は、複数回にわたって、液体ＣＯ_２に完全に置換されうる。溶媒置換プロセスは、工程４３０の後には処理空間３１２内に主として液体ＣＯ_２が存在するように、基板及び基板に形成された高アスペクト比フィーチャから溶媒を除去するために実践されうる。

【0039】

工程４４０において、処理チャンバ３００内で超臨界乾燥プロセスが実施されうる。処理空間３１２を加熱することによって、液体ＣＯ_２が超臨界流体に移相しうる。通常、処理空間３１２の圧力は、工程４１０〜４４０において、実質的に一定の圧力（例えば約１００ｂａｒ）に維持されうる。処理空間３１２は、液体ＣＯ_２の超臨界ＣＯ_２への移相を促進するのに適する温度に加熱されうる。一実施形態では、処理空間３１２の温度は、約３１oＣを上回りうる（例えば約４０oＣから約５０oＣ）。一実施形態では、約１０秒から約６０秒（例えば約３０秒）の時間で、液体から超臨界流体への移相が実施されうる。その結果として、超臨界ＣＯ_２が処理空間３１２内に生成されうる。

【0040】

工程４４０は超臨界乾燥プロセスも含む。超臨界乾燥プロセスは、超臨界ＣＯ_２が、液体になることなく気体状態に変化することを、確実にする。超臨界乾燥プロセス中に高アスペクト比フィーチャから出た流体は、超臨界ＣＯ_２の特性により、微小な表面張力を示しうる。これにより、ラインスティクションが低減するか、又はなくなる。一実施形態では、約５０°Ｃで約９５ｂａｒという条件の超臨界ＣＯ_２に、圧力が約２１ｂａｒに低減するまで、約５０°Ｃのままで等温減圧が行われる。一実施形態では、約１分から約５分（例えば約３分）の時間にわたって、超臨界乾燥プロセスが実施されうる。処理空間３１２内に残っているガス（すなわちガス状ＣＯ_２）は、流体出口３４０を介してチャンバ３００から放出されうる。

【0041】

図５は、本書に記載の一実施形態による、溶媒置換及び超臨界乾燥プロセスを実施するための方法５００の工程を示している。図４と同様に、方法５００の実施に先立って、様々な予洗浄プロセスが実施されうる。工程５１０において、溶媒が処理チャンバに供給されうる。工程５１０は工程４１０に類似しており、その詳細は、図４を参照して上記に記述されている。

【0042】

工程５２０において、超臨界ＣＯ_２が、処理チャンバに供給され、溶媒と混合されうる。一実施形態では、超臨界ＣＯ_２は、第１流体源３２４を介して、処理空間３１２に導入されうる。この実施形態では、第１流体源３２４は、処理空間３１２の外部で液体ＣＯ_２を超臨界ＣＯ_２に移相させるための、様々な温度及び圧力の装置を含みうる。一実施形態では、超臨界ＣＯ_２は、処理空間の中で超臨界相が維持されうるように、約９０ｂａｒ及び約１１０ｂａｒ（例えば約１００ｂａｒ）の圧力に維持されている処理空間３１２に提供されうる。処理空間３１２の温度は、工程５２０において、約３１oＣを上回る温度（例えば約４０oＣから約５０oＣ）に維持されうる。超臨界ＣＯ_２は概して、超臨界ＣＯ_２と溶媒との混合を促進する様態で提供される。

【0043】

工程５３０において、溶媒は超臨界ＣＯ_２に置換されうる。この実施形態では、溶媒と超臨界ＣＯ_２とが十分に混合された後に、溶媒／超臨界ＣＯ_２は、流体出口３４０を介して処理空間３１２から流出しうる。この置換プロセスは、処理空間３１２に追加の超臨界ＣＯ_２を提供することによって継続しうる。一実施形態では、溶媒置換を実施するのに適する超臨界ＣＯ_２の追加量は、約１チャンバ容積から約５チャンバ容積（例えば約３チャンバ容積）である。換言すると、処理空間３１２は、複数回にわたって、超臨界ＣＯ_２に完全に置換されうる。溶媒置換プロセスは、工程５３０の後には処理空間３１２内に主として超臨界ＣＯ_２が存在するように、基板及び基板に形成された高アスペクト比フィーチャから溶媒を除去するよう設定されうる。

【0044】

工程５４０において、超臨界乾燥プロセスが実施されうる。工程５４０の超臨界乾燥プロセスは、工程４４０と同様、超臨界ＣＯ_２が液体になることなく気体状態に変化することを、確実にする。超臨界乾燥プロセス中に高アスペクト比フィーチャから出た流体は、超臨界ＣＯ_２の特性により、微小な表面張力を示しうる。これにより、ラインスティクションが低減するか、又はなくなる。一実施形態では、約５０°Ｃで約９５ｂａｒという条件の超臨界ＣＯ_２に、圧力が約２１ｂａｒに低減するまで、約５０°Ｃのままで等温減圧が行われる。一実施形態では、約１分から約５分（例えば約３分）の時間にわたって、超臨界乾燥プロセスが実施されうる。処理空間３１２内に残っているガス（すなわちガス状ＣＯ_２）は、流体出口３４０を介してチャンバ３００から放出されうる。

【0045】

方法４００、５００に加えて、方法４００、５００の様々な組み合わせが、溶媒置換及び超臨界乾燥プロセスを実施するために一緒に利用されうることが、想定される。例えば、液体ＣＯ_２と超臨界ＣＯ_２とが、工程４２０、５２０において、連続して又は同時に提供されうる。同様に、液体ＣＯ_２と超臨界ＣＯ_２とが、工程４３０、５３０において、連続して又は同時に提供されうる。

【0046】

両方の方法４００、５００において、超臨界ＣＯ_２は、ガスと液体の中間の特性を示し、そのガス様伝達挙動により、高アスペクト比フィーチャの入り組んだナノサイズの幾何形状内によく入り込む能力を有する。このことは、超臨界ＣＯ_２の物質移動能力（一般に流動液体に関連する）が優れているため、粒子及び残留物の除去に効果的でありうる。超臨界相が生じた結果として、液体−ガスと液体−固体との表面張力の相違により、毛細管圧力が消滅する。毛細管圧力が消滅することで、清浄表面の曲がり及び相互作用が防止され、これにより、高アスペクト比フィーチャにおいてスティクションが発生する可能性が低減しうる。

【0047】

以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】