▶ エーシーエム リサーチ （シャンハイ） インコーポレーテッドの特許一覧
(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】
(24)【登録日】2024-02-14
(45)【発行日】2024-02-22
(54)【発明の名称】基板の洗浄方法及び洗浄装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/304 20060101AFI20240215BHJP
【ＦＩ】
H01L21/304 643D
H01L21/304 643C
H01L21/304 647Z
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2022525789
(86)(22)【出願日】2019-11-01
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-24
(86)【国際出願番号】 CN2019114972
(87)【国際公開番号】W WO2021081975
(87)【国際公開日】2021-05-06
【審査請求日】2022-09-21
(73)【特許権者】
【識別番号】510005650
【氏名又は名称】エーシーエム リサーチ （シャンハイ） インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001841
【氏名又は名称】弁理士法人ＡＴＥＮ
(72)【発明者】
【氏名】ワン ウェンジュン
(72)【発明者】
【氏名】イャォ ティン
(72)【発明者】
【氏名】ヂャン シャオイェン
(72)【発明者】
【氏名】チェン フーピン
(72)【発明者】
【氏名】ワン フゥイ
【審査官】小池 英敏
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２００７／１０８３１５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１８－５１４９５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５０６８５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０３４８９８１４（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０６８５６１６１（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１０８１１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０２７２７０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６
Ｈ０１Ｌ ２１／０２７
Ｂ０８Ｂ ３／０２
Ｂ０８Ｂ ３／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
気液噴霧デバイスを含む気液噴霧洗浄装置によって気液噴霧を用いて基板の表面を洗浄する工程と、メガソニックデバイスを含むメガソニック洗浄装置によってＴＥＢＯメガソニックを用いて前記基板の表面を洗浄する工程と、
前記基板を乾燥させる工程と、
第１洗浄凹部を介して前記メガソニックデバイスを洗浄する工程と、
第２洗浄凹部を介して前記気液噴霧デバイスを洗浄する工程と、を備えた、パターン構造を有する基板の洗浄方法。
【請求項2】
気液噴霧を用いて基板の表面を洗浄する工程、及び、ＴＥＢＯメガソニックを用いて前記基板の表面を洗浄する工程を、交互に複数回実行する請求項１に記載の基板の洗浄方法。
【請求項3】
ＴＥＢＯメガソニックを用いて前記基板の表面を洗浄する工程の後に、気液噴霧を再度用いて前記基板の表面を洗浄する請求項１に記載の基板の洗浄方法。
【請求項4】
気液噴霧を用いて基板の表面を洗浄する工程によって、前記基板上の０．５μｍよりも大きな大サイズ粒子を除去すること、粒子と前記基板の表面との間の付着力を緩和すること、及び、クラスターポリマー粒子を分解することが可能である請求項１に記載の基板の洗浄方法。
【請求項5】
ＴＥＢＯメガソニックを用いて前記基板の表面を洗浄する工程によって、前工程で完全には除去できなかった前記基板の表面の異物及び０．５μｍ以下の小サイズ粒子を除去することが可能である請求項１に記載の基板の洗浄方法。
【請求項6】
前記基板を乾燥させる工程の前に、脱イオン水又は二酸化炭素脱イオン水を用いて、前記基板の表面をすすぐ工程をさらに備えた請求項１に記載の基板の洗浄方法。
【請求項7】
メガソニックデバイスを含むメガソニック洗浄装置によってＴＥＢＯメガソニックを用いて基板の表面を洗浄する工程と、気液噴霧デバイスを含む気液噴霧洗浄装置によって気液噴霧を用いて前記基板の表面を洗浄する工程と、
前記基板を乾燥させる工程と、
第１洗浄凹部を介して前記メガソニックデバイスを洗浄する工程と、
第２洗浄凹部を介して前記気液噴霧デバイスを洗浄する工程と、を備えた、パターン構造を有する基板の洗浄方法。
【請求項8】
ＴＥＢＯメガソニックを用いて前記基板の表面を洗浄する工程、及び、気液噴霧を用いて基板の表面を洗浄する工程を、交互に複数回実行する請求項７に記載の基板の洗浄方法。
【請求項9】
気液噴霧を用いて基板の表面を洗浄する工程の後に、ＴＥＢＯメガソニックを再度用いて前記基板の表面を洗浄する請求項７に記載の基板の洗浄方法。
【請求項10】
ＴＥＢＯメガソニックを用いて前記基板の表面を洗浄する工程によって、前記パターン構造の内部から０．５μｍ以下の小サイズ粒子を解放して、小サイズ粒子を除去することが可能である請求項７に記載の基板の洗浄方法。
【請求項11】
気液噴霧を用いて前記基板の表面を洗浄する工程によって、前記パターン構造から分離した、０．５μｍよりも大きな大サイズ粒子及び０．５μｍ以下の小サイズ粒子を除去することが可能である請求項７に記載の基板の洗浄方法。
【請求項12】
前記基板を乾燥させる工程の前に、脱イオン水又は二酸化炭素脱イオン水を用いて、基板の表面をすすぐ工程をさらに備えた請求項７に記載の基板の洗浄方法。
【請求項13】
パターン構造を有する基板の洗浄装置であって、基板を保持するように構成された基板保持装置と、
メガソニックデバイスを含み、ＴＥＢＯメガソニック洗浄を提供するように構成されたメガソニック洗浄装置と、
気液噴霧デバイスを含み、気液噴霧洗浄を提供できるように構成された気液噴霧洗浄装置と、
前記メガソニックデバイスを洗浄するように構成された第１洗浄凹部と、
前記気液噴霧デバイスを洗浄するように構成された第２洗浄凹部と、を備えた基板の洗浄装置。
【請求項14】
前記メガソニック洗浄装置は、シールドカバーと、
前記シールドカバーの側面に接続された接続アームと、
前記接続アームに接続された接続スピンドルと、
前記接続スピンドルを回転及び昇降駆動するために前記接続スピンドルに接続された駆動機構と、
前記シールドカバーの別の側面に接続されたノズル装置と、をさらに含み、
前記メガソニックデバイスが前記シールドカバーの底に固定された、請求項１３に記載の基板の洗浄装置。
【請求項15】
前記気液噴霧洗浄装置が、固定部材をさらに含み、
前記気液噴霧デバイスが、液体入口パイプ、気体入口パイプ及びジェットスプレーノズルを有しており、前記固定部材を用いて前記ノズル装置に固定された、請求項１４に記載の基板の洗浄装置。
【請求項16】
前記気液噴霧洗浄装置が、支持アームと、
前記支持アームの端部に接続された支持スピンドルと、
前記支持スピンドルを回転及び昇降駆動するために、前記支持スピンドルに接続されたアクチュエータと、をさらに含み、
前記気液噴霧デバイスが、液体入口パイプ、気体入口パイプ及びジェットスプレーノズルを有しており、前記支持アームの他方の端部に固定された、請求項１４に記載の基板の洗浄装置。
【請求項17】
処理室をさらに備えており、前記基板保持装置、前記メガソニック洗浄装置、及び、前記気液噴霧洗浄装置が、前記処理室内に位置している請求項１３に記載の基板の洗浄装置。
【請求項18】
前記メガソニック洗浄装置は、０．５μｍ以下の小サイズ粒子を除去することが可能である請求項１３に記載の基板の洗浄装置。
【請求項19】
前記気液噴霧洗浄装置は、０．５μｍを超える大サイズ粒子を除去可能である請求項１３に記載の基板の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体ウェハの湿式洗浄に関し、より詳細には、基板の洗浄方法及び洗浄装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体チップの体積が小さくなることに伴う半導体洗浄技術の主な改善は、製品の不良率を制御し、粒子除去効率（ＰＲＥ：Particle Remove Efficiency）を改善することである。パターン構造を有する基板の洗浄について、パターン構造が洗浄済であるか否かは、デバイスの歩留まりに影響する重要な要因である。パターン構造が十分に洗浄されていない場合、パターン構造に残留した粒子によって電気的な故障、短絡又は回路損傷が引き起こされる。
【0003】
さらに、半導体製造技術及びＲ＆Ｄ能力の急速な発展により、デバイスのフィーチャーサイズ（feature size）は徐々に減少している。テクノロジーノードが２８ｎｍ以下に達すると、より高度なキーサイズの制御が必要となる。キーサイズへの影響を減少させる又は除去するために、ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＰＭ、フッ化水素酸などのようなマイルドで希釈された化学溶液が必要である。同時に、洗浄効果を高めるために、例えば超音波又はメガソニック洗浄や気液噴霧洗浄（gas-liquid atomization cleaning）のような化学溶液洗浄を促進する物理洗浄が用いられることがある。しかしながら、現状において、産業的な洗浄という立場から、音波洗浄又は気液噴霧洗浄を単一で用いる場合では、洗浄効率は常に不十分である。なぜなら、洗浄中の音波エネルギー又は気液噴霧流量を効果的に制御することが困難だからである。
【0004】
超音波又はメガソニックアシスト湿式洗浄においては、洗浄効果を制限するキーファクタは音波エネルギーである。メガソニック洗浄を例にすると、メガソニック洗浄のメカニズムは、音波を生成する振動を引き起こす圧電振動結晶を励起する高周波（０．８～１．０ＭＨｚ）の交流電流を用いることである。この音波は、基板の表面近傍に薄い音響境界層及び化学溶液内の圧力を生成する。振動が高エネルギーであり且つ周波数が超高周波であるので、共に基板を洗浄する化学洗浄剤の化学反応と組み合わせられる音圧勾配、粒子速度及び音響流が非常に大きくなる。
【0005】
超音（メガソニック）波は液体媒体に作用する。交流電流が圧電振動子を励起して交流音圧を生成するので、液体媒体中において或る点が周期的に収縮し、膨張する。キャビテーション気泡生成メカニズムは、以下のようなものである。交流音圧の振幅が当該点における現時点の温度での液体の飽和水蒸気圧よりも小さい場合、負圧が生じ、当初液体媒体内に溶けていた気体がガス核（gas core）として凝結する（precipitated）。そして、キャビテーション中心が負圧の作用を受け、音響膨張フェーズにおいて直径が数μｍから数十μｍにまで急速に成長する。キャビテーション気泡の崩壊メカニズムは、以下のようなものである。その後に来る圧縮フェーズにおいて、気泡体積は正圧下において急速に減少し、その結果、非線形振動（安定状態キャビテーション）が発生するか、音圧が或るしきい値（キャビテーションしきい値）に達し、さらに崩壊（瞬間キャビテーション）まで急速に閉鎖（closure）した後、対象物の表面に粒子が付着するのを避けるために十分なほどに、生成されたエネルギーは極めて大きくなる。気泡の内外の小空間においては、気泡の崩壊前に、気泡は高温高圧（５０００Ｋ、１８００ａｔｍ）、さらには音ルミネセンスさえも生成する。したがって、気泡内の気体は、常温では生じにくい物理化学的変化を引き起こす。気泡の外部では、気泡の激しい崩壊のために、数マッハの速度をもつ強い外向き放射衝撃マイクロジェットが崩壊により発生する。同時に、気泡内部における高圧の解放と高温の急速な低下によって、極めて大きな圧力勾配と温度変化率が形成され得る。慣習的な超音波又はメガソニック洗浄の期間内においては、音響流れ及びキャビテーション現象（acoustic streaming and cavitation phenomenas）によって、粒子の除去が達成されるのが一般的である。
【0006】
半導体技術のノードが連続的に減少しているので、トレンチ又はビアホールのアスペクト比は増加し且つパターン構造はより複雑で損傷しやいものとなっている。そのため、慣習的な超音波又はメガソニック洗浄方法は、より挑戦的な状況に直面している。非定常気泡（transient bubbles）の崩壊によって発生する衝撃波及びマイクロジェットは、パターン構造を容易に損傷させる。図１Ａ～図１Ｄは、慣習的な超音波又はメガソニック洗浄によって生じるパターン構造の損傷を示している。ここで、図１Ａは、ＳＥＭスキャン点の分布を示している。洗浄処理前において、プリデータ（pre data）としてＳＥＭスキャンのためにランダムに５０点が抽出される。超音波又はメガソニック洗浄後に、これらの点を再度スキャンしてパターン構造が損傷したかどうかをチェックする。図１Ｂ～図１Ｄは、パターン構造の損傷を示すＳＥＭ写真である。
【0007】
さらに、ＩＣ製造過程においてサイズの異なる粒子が基板に付着し得る。単一の物理的アシストのある湿式洗浄方法では、すべてのサイズの粒子を一度に除去できない。したがって、大サイズ粒子と小サイズ粒子の両方を除去するために、新たな基板洗浄方法及び新たな基板洗浄装置を開発することが必要とされている。これは、パターン構造を損傷させずに又は損傷がより少なくなるように、すべてのサイズの粒子を効率的に除去する。
【発明の概要】
【0008】
つまり、本発明の目的は、デバイスの損傷がなく又はより少なくなるように基板上の粒子を除去し且つ最大粒子除去効率を達成するための基板の洗浄方法及び洗浄装置を提供することである。
【0009】
本発明の一実施形態によると、パターン構造を有する基板の洗浄方法は、気液噴霧を用いて基板の表面を洗浄する工程と、ＴＥＢＯメガソニックを用いて基板の表面を洗浄する工程と、基板を乾燥させる工程とを備えている。
【0010】
本発明の別の実施形態によると、パターン構造を有する基板の洗浄方法は、ＴＥＢＯメガソニックを用いて基板の表面を洗浄する工程と、気液噴霧を用いて基板の表面を洗浄する工程と、基板を乾燥させる工程とを備えている。
【0011】
本発明の一実施形態によると、パターン構造を有する基板の洗浄装置は、基板を保持するように構成された基板保持装置と、ＴＥＢＯメガソニック洗浄を提供するように構成されたメガソニック洗浄装置と、気液噴霧洗浄を提供できるように構成された気液噴霧洗浄装置とを備えている。
【0012】
上述したように、本発明は、一つのレシピとしては、基板上の小サイズ粒子を除去するためにＴＥＢＯメガソニック洗浄を用い、さらに基板上の大サイズ粒子を除去するために気液噴霧洗浄を用い、しかる後に基板を乾燥させる。これによって、デバイスの破損なく又はより少なく優れた洗浄効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
伝統的な超音波又はメガソニックアシスト湿式洗浄において、基板上のパターン構造は、非定常キャビテーション気泡の破裂によって発生するマイクロジェット衝撃波によって、容易に損傷する。この問題を解決するために、パターン構造を損傷させることなくパターン構造を有する基板を洗浄するＴＥＢＯ（Timely Energized Bubble Oscillation）と称される新たな音響波洗浄技術が開発された。ＴＥＢＯは、洗浄期間において超音波又はメガソニックデバイスによって生じる気泡キャビテーションを制御し、半導体ウェハ全体で安定した又は制御されたキャビテーションを達成することにより、半導体ウェハ上のデバイス構造に損傷を生じることなく粒子を効率的に除去する技術である。２０１５年５月２０日に出願されたＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＣＮ２０１５／０７９３４２のすべての内容が参照によりここに組み込まれる。
【0015】
図２Ａに示すように、本発明によるＴＥＢＯメガソニックアシスト湿式洗浄処理が開示されている。ＴＥＢＯメガソニックアシスト湿式洗浄処理は、以下の工程を備えている。
【0016】
工程１：二酸化炭素脱イオン水（carbon dioxide deionized water）を用いて５～６０秒間、パターン構造を備えたウェハを前すすぎ（pre-rinsing）する。ここで、前すすぎは、速度３００～１０００ｒｐｍで回転するウェハ上に、温度２３～６５℃の二酸化炭素脱イオン水を流量１．２～２．０ｌｐｍで供給することによって実行される。二酸化炭素脱イオン水の導電率は、０．０５～１８ＭΩ・ｃｍである。
【0017】
工程２：ＴＥＢＯメガソニック及びＳＣ１を用いてウェハを１５～３００秒間洗浄する。この洗浄は、速度１０～１００ｒｐｍで回転するウェハ上に、温度２３～６５℃のＳＣ１を流量１．２～２．０ｌｐｍで供給することによって実行される。ＳＣ１（ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ）の化学混合比は、１：４：２０～１：１：５００である。メガソニック波のパワーは１０～１００ワットである。パワーオンのデューティーサイクルは、１％～５％である。パルス周期は２～１０ｍｓである。
【0018】
工程３：二酸化炭素脱イオン水を用いて、ウェハを５～６０秒間、後すすぎ（post-rinsing）する。ここで、後すすぎは、速度３００～１０００ｒｐｍで回転するウェハ上に、温度２３～６５℃の二酸化炭素脱イオン水を流量１．２～２．０ｌｐｍで供給することによって実行される。二酸化炭素脱イオン水の導電率は、０．０５～１８ＭΩ・ｃｍである。
【0019】
工程４：ウェハを乾燥させる。この乾燥は、速度２０００～２５００ｒｐｍで回転するウェハ上に、温度２３～６５℃の窒素を流量５～３０ｌｐｍで、２０～６０秒間、吹き付けることによって実行される。
【0020】
図２Ｂは、ウェハを洗浄するために、ＴＥＢＯメガソニックアシスト湿式洗浄処理を採用したテスト結果を示す表である。このテスト結果は、０．５μｍ以下のサイズの小さな粒子の粒子除去効率（ＰＲＥ）が高く、０．５μｍを超えるサイズの大きな粒子の粒子除去効率が低いことを示している。このように、ＴＥＢＯメガソニックアシスト湿式洗浄処理によって、０．５μｍ以下のサイズの小さな粒子を除去できることが分かる。図２Ｃは、ウェハを洗浄するためにＴＥＢＯメガソニックアシスト湿式洗浄を採用したことによる、粒子サイズに対する粒子除去効率（ＰＲＥ）を示すグラフである。このグラフは、ＴＥＢＯメガソニックアシスト湿式洗浄技術を用いてパターン構造を有するウェハ上の粒子を除去するに際して、粒子サイズが増加すると、粒子除去効率（ＰＲＥ）が徐々に低下することを示している。ＴＥＢＯメガソニックアシスト湿式洗浄技術によると、パターン構造に損傷を与えず又はより損傷を少なく０．５μｍ以下のサイズの小さな粒子を効率的に除去することができる。しかし、パターン構造に損傷を与えず０．５μｍを超えるサイズの大きな粒子を効率的に除去することができない。伝統的なメガソニック洗浄方法と比較して、ＴＥＢＯ洗浄技術では、非定常気泡によって生じる衝撃波及びマイクロジェットが制御されるので、マイクロストリーミングとして知られる発振気泡によって生じる流れが、粒子除去において主たる役割を果たすと考えられる。このように、ＴＥＢＯ洗浄技術は、大粒子の除去能力は弱いが、優れた小サイズ粒子の除去効率を有している。
【0021】
本発明において、ＴＥＢＯメガソニック洗浄技術は、半導体製造分野で小サイズ粒子を除去するという問題を解決する。しかしながら、半導体デバイスの製造において、基板上には、小サイズ粒子に加えて大サイズ粒子も存在している。したがって、小サイズ粒子を除去しなければならないだけではなく、大サイズ粒子をも除去しなければならない。
【0022】
図３には、気液噴霧洗浄装置の模式図が示されている。気液噴霧洗浄装置は、基板チャック３０１、液体配管３０３、気体配管３０４、及び、ジェットスプレーノズル３０５を含んでいる。気体配管３０４及び液体配管３０３の両方が、ジェットスプレーノズル３０５に接続している。気体配管３０４内の気体は、好ましくはＮ２、ＣＯ２、圧縮空気などである。液体配管３０３内の液体は、好ましくは薬液又は脱イオン水などである。気体及び液体は、工程の要求によって決定されてよい。基板３０２を洗浄するとき、基板３０２は基板チャック３０１上に置かれる。基板チャック３０１は、一定速度で回転駆動させられ、基板３０２は基板チャック３０１と共に回転する。洗浄液はまず前すすぎのために基板３０２上に吹き付けられ、しかる後、ジェットスプレーノズル３０５が洗浄液を基板３０２の表面に吹き付ける。この洗浄液は、微細液滴を発生させるために霧状にされ圧縮ガスによってジェットスプレーノズル３０５中で加速される。これによって、基板３０２上の粒子の除去が促進される。ジェットスプレーノズル３０５は基板３０２を横切って走査することができ、ジェットスプレーノズル３０５と基板３０２の表面との間の距離はジェットスプレーの間において柔軟に変化し得る。スプレー洗浄は、基板の表面上の数百万個の微細液滴の相乗効果によって構成される。これによって、基板３０２上に薄い液体フィルムにつながることが期待され、液滴速度が粒子の除去にとって最も重要なパラメータとなる。粒子に加わるファンデルワールス力によって粒子を除去するために、周囲を取り囲む液体は十分な速度を持っている必要があるが、除去力は粒子半径の二乗又は三乗に比例し、したがって高い率で減少する。つまり、小サイズ粒子はより除去しにくい。通常、気液噴霧洗浄は大サイズ粒子３０６を効果的に除去できるが、トレンチ及びビアホール内の粒子と同様に小サイズ粒子３０７を除去しにくい。
【0023】
図４Ａには、本発明による気液噴霧アシスト湿式洗浄処理が開示されている。気液噴霧アシスト湿式洗浄処理は、以下の工程を含んでいる。
【0024】
工程１：二酸化炭素脱イオン水（carbon dioxide deionized water）を用いて５～６０秒間、パターン構造を備えたウェハを前すすぎ（pre-rinsing）する。ここで、前すすぎは、速度３００～１０００ｒｐｍで回転するウェハ上に、温度２３～６５℃の二酸化炭素脱イオン水を流量１．２～２．０ｌｐｍで供給することによって実行される。二酸化炭素脱イオン水の導電率は、０．０５～１８ＭΩ・ｃｍである。
【0025】
工程２：気液噴霧を用いてウェハを１５～６０秒間洗浄する。気体はＮ２であってよく、気体流量は１０～１００ｌｐｍである。液体はＳＣ１であり、液体流量は０．１～０．３ｌｐｍである。温度は２３～６５℃である。ウェハの回転速度は３００～１０００ｒｐｍである。ＳＣ１（ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ）の化学混合比は、１：４：２０～１：１：５００である。
【0026】
工程３：二酸化炭素脱イオン水を用いて、ウェハを５～６０秒間、後すすぎ（post-rinsing）する。ここで、後すすぎは、速度３００～１０００ｒｐｍで回転するウェハ上に、温度２３～６５℃の二酸化炭素脱イオン水を流量１．２～２．０ｌｐｍで供給することによって実行される。二酸化炭素脱イオン水の導電率は、０．０５～１８ＭΩ・ｃｍである。
【0027】
工程４：ウェハを乾燥させる。この乾燥は、速度２０００～２５００ｒｐｍで回転するウェハ上に、温度２３～６５℃の窒素を流量５～３０ｌｐｍで、２０～６０秒間、吹き付けることによって実行される。
【0028】
図４Ｂ及び図４Ｃを参照されたい。図４Ｂは、ウェハを洗浄するために気液噴霧アシスト湿式洗浄処理を採用したことによるテスト結果を示す表である。このテスト結果は、気液噴霧アシスト洗浄によって、０．５μｍを超えるサイズの大粒子を効果的に除去できること、及び、大粒子の粒子除去効率がほぼ１００％に達することを示している。しかし、気液噴霧洗浄によっては、０．５μｍ以下のサイズの小粒子を効果的に除去できない。ウェハを洗浄するために気液噴霧洗浄を採用することによる、小粒子の粒子除去効率は低い。図４Ｃは、ウェハを洗浄するために気液噴霧アシスト湿式洗浄処理を採用したことによる、粒子サイズに対する粒子除去効率（ＰＲＥ）を示すグラフである。図４Ｃは、粒子除去効率が粒子サイズの増加につれて徐々に増加することを示している。
【0029】
図５を参照すると、図５は、パターン構造を備えたウェハを洗浄するために気液噴霧アシスト湿式洗浄を採用したことによる、ガス流量に対する粒子除去効率（ＰＲＥ）及びパターン損傷欠陥を示すグラフである。図５は、気体流量がある範囲内にあるときに、気体流量が増加すると、パターン構造への損傷なく大サイズ粒子及び小サイズ粒子の粒子除去効率が増加し得ることを示している。しかし、気体流量が増加し続けたとき、大サイズ粒子及び小サイズ粒子の粒子除去効率は増加しない。ぞれだけでなく、気体流量が増加し続けるとパターン構造に損傷が生じる。小サイズ粒子の洗浄効果を改善するために気体流量を増加させると、パターン構造の崩壊リスクをも増加させてしまう。したがって、気体流量を増加させることによって小サイズ粒子の粒子除去効率を改善することは、容易ではない。
【0030】
よって、図６には、本発明の一実施形態による、パターン構造を有する基板の洗浄方法が示されており、この方法は、以下の工程を備えている。
【0031】
工程６０１：気液噴霧を用いて基板の表面を洗浄する。気体は、Ｎ２、ＣＯ２、圧縮空気などであってよい。液体は、二酸化炭素脱イオン水、ＤＩＷ、ＳＣ１又はその他の希釈薬剤から選択され得る。この工程において、基板の表面を洗浄するために気液噴霧を用いることによって、基板上の大サイズ粒子を除去し、基板の表面と粒子との間の付着力を緩和し、さらにいくつかのクラスターポリマー粒子を分解することができる。
【0032】
工程６０２：ＴＥＢＯメガソニックを用いて基板の表面を洗浄する。ここでは、二酸化炭素脱イオン水、ＤＩＷ、ＳＣ１又はその他の希釈薬剤を用いたＴＥＢＯメガソニックが、基板の表面を洗浄するために用いられる。これによって、前工程で完全には除去できなかった異物及び小サイズ粒子を除去することができる。前工程で粒子の付着力が緩和され且つクラスターポリマー粒子が小サイズ粒子に分解されているので、ＴＥＢＯメガソニックによってこれらの粒子を容易に除去することができ、粒子除去効率が改善される。
【0033】
工程６０３：基板を乾燥させる。ここでは、基板を乾燥させるために、窒素乾燥又はＩＰＡ乾燥又はその他の特殊乾燥化学溶液を用いた高速回転機が用いられてよい。
【0034】
工程６０１と工程６０２は、洗浄効果を改善するために交互に数回実行されてもよい。
【0035】
工程６０２の後、基板の表面を洗浄するために、気液噴霧を再び用いる。
【0036】
工程６０３の前に、基板の表面の異物及び基板の表面に残留した薬液を除去するために、脱イオン水（ＤＩＷ）又は二酸化炭素脱イオン水を用いて、基板の表面をすすぐ（rinse）。
【0037】
図７には、本発明の別の実施形態による、パターン構造を有する基板の洗浄方法が示されている。この方法は以下の工程を備えている。
【0038】
工程７０１：ＴＥＢＯメガソニックを用いて基板の表面を洗浄する。ここでは、二酸化炭素脱イオン水、ＤＩＷ、ＳＣ１又はその他の希釈薬剤を用いたＴＥＢＯメガソニックが、基板の表面を洗浄するために用いられる。これによって、パターン構造の内部から小サイズ粒子を解放して小サイズ粒子を除去する。
【0039】
工程７０２：気液噴霧を用いて基板の表面を洗浄する。気体は、Ｎ２、ＣＯ２、圧縮空気などであってよい。液体は、二酸化炭素脱イオン水、ＤＩＷ、ＳＣ１又はその他の希釈薬剤から選択され得る。気液噴霧を用いて基板の表面を洗浄することで、大サイズ粒子を除去できる。さらに、前工程でＴＥＢＯメガソニックによってパターン構造から分離された小サイズ粒子が、噴霧速度によって簡単に影響を受ける。気液噴霧を用いて基板の表面を洗浄する間、気液噴霧の剪断応力によって、基板のパターン構造上にある小サイズ粒子が除去されて、小サイズ粒子の洗浄効果が改善する。
【0040】
工程７０３：基板を乾燥させる。ここでは、基板を乾燥させるために、窒素乾燥又はＩＰＡ乾燥又はその他の特殊乾燥化学溶液を用いた高速回転機が用いられてよい。
【0041】
工程７０１と工程７０２は、洗浄効果を改善するために交互に数回実行されてもよい。
【0042】
工程７０２の後、基板の表面を洗浄するために、ＴＥＢＯメガソニックを再び用いる。
【0043】
工程７０３の前に、基板の表面の異物及び基板の表面に残留した薬液を除去するために、脱イオン水（ＤＩＷ）又は二酸化炭素脱イオン水を用いて、基板の表面をすすぐ（rinse）。
【0044】
図８を参照されたい。パターン構造を有する基板を洗浄するための、より詳細な本発明の基板洗浄方法が示されている。前記方法は、以下のステップを含む。
【0045】
工程１：二酸化炭素脱イオン水（carbon dioxide deionized water）を用いて５～６０秒間、パターン構造を備えたウェハを前すすぎ（pre-rinsing）する。ここで、前すすぎは、速度３００～１０００ｒｐｍで回転するウェハ上に、温度２３～６５℃の二酸化炭素脱イオン水を流量１．２～２．０ｌｐｍで供給することによって実行される。二酸化炭素脱イオン水の導電率は、０．０５～１８ＭΩ・ｃｍである。
【0046】
工程２：気液噴霧を用いてウェハを１５～６０秒間洗浄する。気体はＮ２であってよく、気体流量は１０～１００ｌｐｍである。液体はＳＣ１であり、液体流量は０．１～０．３ｌｐｍである。温度は２３～６５℃である。ウェハの回転速度は３００～１０００ｒｐｍである。ＳＣ１（ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ）の化学混合比は、１：４：２０～１：１：５００である。
【0047】
工程３：二酸化炭素脱イオン水を用いて、ウェハを５～６０秒間、すすぐ。ここで、すすぎは、速度３００～１０００ｒｐｍで回転するウェハ上に、温度２３～６５℃の二酸化炭素脱イオン水を流量１．２～２．０ｌｐｍで供給することによって実行される。二酸化炭素脱イオン水の導電率は、０．０５～１８ＭΩ・ｃｍである。
【0048】
工程４：ＴＥＢＯメガソニック及びＳＣ１を用いてウェハを１５～３００秒間洗浄する。この洗浄は、速度１０～１００ｒｐｍで回転するウェハ上に、温度２３～６５℃のＳＣ１を流量１．２～２．０ｌｐｍで供給することによって実行される。ＳＣ１（ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ）の化学混合比は、１：４：２０～１：１：５００である。メガソニック波のパワーは１０～１００ワットである。パワーオンのデューティーサイクルは、１％～５％である。パルス周期は２～１０ｍｓである。
【0049】
工程５：二酸化炭素脱イオン水を用いて、ウェハを５～６０秒間、すすぐ。ここで、すすぎは、速度３００～１０００ｒｐｍで回転するウェハ上に、温度２３～６５℃の二酸化炭素脱イオン水を流量１．２～２．０ｌｐｍで供給することによって実行される。二酸化炭素脱イオン水の導電率は、０．０５～１８ＭΩ・ｃｍである。
【0050】
工程６：ウェハを乾燥させる。この乾燥は、速度２０００～２５００ｒｐｍで回転するウェハ上に、温度２３～６５℃の窒素を流量５～３０ｌｐｍで、２０～６０秒間、吹き付けることによって実行される。
【0051】
【0052】
図９は、本発明の基板洗浄方法を採用したことによるテスト結果を示す表である。このテスト結果は、０．５μｍ以下のサイズの小さな粒子及び０．５μｍを超えるサイズの大きな粒子の両方が効果的に除去され得ることを示している。小サイズ粒子及び大サイズ粒子の両方の粒子除去効率（ＰＲＥ）が、１００％に達することができる。一つのレシピとしては、本発明は、小サイズ粒子を除去するためにＴＥＢＯメガソニック洗浄を提供し、さらに大サイズ粒子を除去する気液噴霧洗浄を結合し、パターン構造の破損なく又はより少なく最大粒子除去効率を達成する。
【0053】
図１０から図１２には、本発明の例示的な一実施形態による基板洗浄装置が示されている。この基板洗浄装置は、基板保持装置１０１０と、基板洗浄モジュールとを含んでいる。基板保持装置１０１０は、基板１０００を洗浄するために基板１０００を保持するように構成されている。基板保持装置１０１０は、基板チャック１０１１と、回転シャフト１０１２と、駆動装置１０１３とを含んでいる。基板チャック１０１１は、回転シャフト１０１２に接続され、回転シャフト１０１２は駆動装置１０１３に接続されている。基板１０００を洗浄するために、基板１０００は基板チャック１０１１上に保持されている。駆動装置１０１３は回転シャフト１０１２を回転駆動し、これによって、基板チャック１０１１及び基板１０００が回転することになる。
【0054】
基板洗浄モジュールは、ＴＥＢＯメガソニック洗浄を提供するメガソニック洗浄装置１０２０と、気液噴霧洗浄を提供する気液噴霧洗浄装置１０３０とを含んでいる。メガソニック洗浄装置１０２０は、シールドカバー１０２１を含んでいる。シールドカバー１０２１の底には、メガソニックデバイス１０２２が固定されている。シールドカバー１０２１の側面は、接続アーム１０２３に接続されている。接続アーム１０２３は、接続スピンドル１０２４に接続されている。接続スピンドル１０２４は、駆動機構１０２５に接続されている。駆動機構１０２５は、接続スピンドル１０２４を回転及び昇降駆動することができる。これによって、接続アーム１０２３及びシールドカバー１０２１を介してメガソニックデバイス１０２２が回転及び昇降する。シールドカバー１０２１の別の側面には、ノズル装置１０２６が接続されている。ノズル装置１０２６はメガソニックデバイス１０２２の前方にある。ノズル装置１０２６は、二酸化炭素脱イオン水、ＤＩＷ、ＳＣ１又はその他の希釈薬剤を基板１０００に吹き付けるための第１ノズル１０２７と第２ノズル１０２８とを有している。
【0055】
気液噴霧洗浄装置１０３０は、固定部材１０３１と、気液噴霧デバイス１０３２とを有している。気液噴霧デバイス１０３２は、固定部材１０３１を用いてノズル装置１０２６に固定されている。したがって、駆動機構１０２５は、接続スピンドル１０２４を回転及び昇降駆動し、これによって、接続アーム１０２３、シールドカバー１０２１及びノズル装置１０２６を介して気液噴霧デバイス１０３２が回転及び昇降する。気液噴霧デバイス１０３２は、液体入口パイプ１０３３、気体入口パイプ１０３４及びジェットスプレーノズル１０３５を有している。そして、ジェットスプレーノズル１０３５を介して基板１０００に吹き付けられる霧状の液滴を発生する。
【0056】
この基板洗浄装置を用いて基板１０００を洗浄するとき、図６～図８に開示された処理工程及び処理条件が基板洗浄装置に適用される。そして、基板１０００上の０．５μｍ以下のサイズの小さな粒子及び０．５μｍを超えるサイズの大きな粒子の両方が、効果的に除去され得る。さらに、本実施形態では、メガソニック洗浄装置１０２０及び気液噴霧洗浄装置１０３０が同じ一つの処理室内に位置しており、且つ、一つの駆動機構１０２５を共有するので、コストと空間を削減することができる。
【0057】
図１３及び図１４には、本発明の別の例示的な実施形態による基板洗浄装置が示されている。この基板洗浄装置は、基板１３００を保持するための基板保持装置１３１０と、ＴＥＢＯメガソニック洗浄を提供するためのメガソニック洗浄装置１３２０と、気液噴霧洗浄を提供するための気液噴霧洗浄装置１３３０と、処理室１３６０とを含んでいる。基板保持装置１３１０、メガソニック洗浄装置１３２０、及び、気液噴霧洗浄装置１３３０は、処理室１３６０内に位置している。本実施形態の基板保持装置１３１０及びメガソニック洗浄装置１３２０は、上述した実施形態のものと同じであるので、ここでは説明を繰り返さない。
【0058】
気液噴霧洗浄装置１３３０は、気液噴霧デバイス１３３２と、支持アーム１３３７と、支持スピンドル１３３６と、アクチュエータとを含んでいる。気液噴霧デバイス１３３２は、支持アーム１３３７の一方の端部に固定されており、支持アーム１３３７によって支持されている。支持アーム１３３７の他方の端部は、支持スピンドル１３３６に接続されている。支持スピンドル１３３６は、アクチュエータに接続されている。アクチュエータは、支持スピンドル１３３６を回転及び昇降駆動することができる。これによって、気液噴霧デバイス１３３２が回転及び昇降する。気液噴霧デバイス１３３２は、液体入口パイプ、気体入口パイプ及びジェットスプレーノズルを有している。そして、ジェットスプレーノズルを介して基板１３００に吹き付けられる霧状の液滴を発生する。
【0059】
好ましくは、基板洗浄装置は、第１洗浄凹部１３４０及び第２洗浄凹部１３５０をさらに含んでいる。第１洗浄凹部１３４０は、メガソニックデバイスがアイドル状態のときにメガソニックデバイスを洗浄するように構成されている。第２洗浄凹部１３５０は、気液噴霧デバイス１３３２がアイドル状態のときに気液噴霧デバイス１３３２を洗浄するように構成されている。
【0060】
基板洗浄装置を用いて基板１３００を洗浄するとき、基板洗浄装置には図６～図８に開示された処理工程及び処理条件が適用される。これにより、基板１３００上の０．５μｍ以下のサイズの小さな粒子及び０．５μｍを超えるサイズの大きな粒子の両方が、効果的に除去され得る。さらに、メガソニック洗浄装置１３２０及び気液噴霧洗浄装置１３３０は、同じ一つの処理室１３６０内に位置しており、これによって、コストと空間を削減することができる。
【0061】
本発明に関する上述の説明は、例示及びの説明の目的で提示されたものである。網羅的であること、又は、上記の正確な形態に本発明を限定することは、意図されていない。上述した教示の観点から、多くの修正および変更が可能であることは、明らかである。当業者にとって明らかな修正および変更は、特許請求の範囲において定義される本発明の範囲に含まれる。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】