JP7217280B2 - 基板の洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板の洗浄方法及び洗浄装置に関する。より具体的には、基板上のパターン構造においてより効率的に微粒子を除去するために、洗浄プロセス中に損傷を引き起こす気泡内破を回避するように基板の表面から気泡を分離することに関する。

半導体装置は、複数の異なる処理工程を経てトランジスタ及び相互接続要素を製造することによって、半導体基板上に製造又は加工される。近年トランジスタは、フィン電界効果トランジスタ（Fin Field Effect Transistor; finFET）及び３次元ＮＡＮＤメモリのように二次元から三次元に構築されるものがある。半導体基板に伴うトランジスタ端子同士を電気的に接続するために、半導体装置の一部として誘電材料に導電性（例えば、金属）のトレンチ、ビアホール（via）などが形成される。トレンチ及びビアホールは、トランジスタ、半導体装置の内部回路、及び、半導体装置の外部への回路間における電気信号及び電力を結合する。

半導体基板上におけるｆｉｎＦＥＴ及び相互接続要素の形成工程では、例えばマスキング、エッチング、及び、堆積工程を経て、所望の半導体装置の電子回路が形成されてよい。特に、複数のマスキング及びプラズマエッチング工程を行うことによって、トランジスタのフィン及び／又は相互接続要素のトレンチやビアホールとして機能する半導体基板の誘電層に、ｆｉｎＦＥＴ、３次元ＮＡＮＤフラッシュセル及び／又は陥凹領域のパターンを形成することができる。ポストエッチング又はフォトレジストアッシングにおいて、フィン構造及び／又はトレンチやビアホールにおける粒子及び異物を除去するために、湿式洗浄工程が必要となる。特に装置製造ノードが１４ｎｍ又は１６ｎｍ、或いは、それ以上移動する場合に、フィン及び／又はトレンチ及びビアホールの側壁損失は、臨界寸法の維持に重要となる。側壁損失を低減又は排除するには、適度に希釈された化学薬品、又は、場合によっては脱イオン水のみを使用することが重要となる。しかし、通常、希釈された化学薬品や脱イオン水では、フィン構造、３次元ＮＡＮＤホール及び／又はトレンチ及びビアホール内の粒子を効率的に除去できない。したがって、これらの粒子を効率的に除去するには、超音波又は高周波超音波（ultra or mega sonic）などの機械的な力が必要である。超音波又は高周波超音波は、基板構造に機械的な力を加える気泡キャビテーションを発生させ、トランジットキャビテーションやマイクロジェットなどの激しいキャビテーションは、パターン構造を損傷させる。安定した又は制御されたキャビテーションを維持することは、機械的な力を損傷限界内に制御すると同時に粒子の効率的な除去を行うために重要なパラメータとなる。

図１Ａ及び図１Ｂは、トランジットキャビテーション（transit cavitation）が洗浄プロセス中に基板１０１０上のパターン構造１０３０を損傷させる様子を示している。トランジットキャビテーションは、基板１０１０を洗浄するために印加される音響エネルギーによって生成されるものであってもよい。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、気泡１０５０の内破（implosion）によって引き起こされるマイクロジェットは、パターン構造１０３０の頂部よりも上に生じるものであり、非常に荒々しく（数千気圧及び数千℃に達することもある）、特に特徴部のサイズｔが７０ｎｍ以下に収縮すると、基板１０１０上の微細パターン構造１０３０に損傷を与えうる。

気泡内破によって生じるマイクロジェットによって引き起こされる、基板上のパターン構造を損傷させる気泡キャビテーションは、洗浄プロセス中の気泡キャビテーションを制御することによって、抑えることができる。基板全体における安定した又は制御されたキャビテーションによって、パターン構造の損傷回避を実現することができることは、２０１５年５月２０日に出願されたＰＣＴ／ＣＮ２０１５／０７９３４２号に開示されている。

ある場合には、基板を洗浄するために印加される超音波又は高周波超音波のパワー強度は非常に低いレベル（ほとんど粒子を除去できない効率）に低減されるが、基板上のパターン構造には依然として損傷が生じる。損傷の数は、わずか（１００よりも小さい）である。しかしながら、通常、超音波又は高周波超音波アシストプロセスでは、洗浄プロセスにおける気泡の数は、数万である。基板上におけるパターン構造の損傷数と気泡の数とは一致しない。この現象のメカニズムは知られていない。

本発明の一つの観点では、基板を基板ホルダに配置する工程と、基板の表面上に洗浄液を供給する工程と、基板表面から気泡を分離する前処理プロセスの実行工程と、基板を洗浄する超音波又は高周波超音波洗浄プロセスの実行工程とを備えた基板の洗浄方法が開示される。

本発明の別の観点では、基板を支持するように構成された基板ホルダと、基板の表面上に洗浄液を供給するように構成された少なくとも１つの注入口と、洗浄液に音響エネルギーを供給するように構成された超音波又は高周波超音波デバイスと、一又は複数のコントローラとを備えており、前記一又は複数のコントローラは、基板の表面から気泡を分離する前処理プロセスを実行するために超音波又は高周波超音波デバイスを第１のパワーに制御し、前記基板を洗浄する超音波又は高周波超音波洗浄プロセスを実行するために、前記超音波又は高周波超音波デバイスを前記第１のパワーよりも大きい第２のパワーに制御する基板洗浄装置が開示される。

本発明の別の観点では、基板を保持するように構成された基板ホルダと、基板を洗浄するために基板の表面上に洗浄液を供給し、基板の表面から気泡を分離する前処理プロセスを実行するために基板の表面上に化学溶液を供給するように構成された一又は複数の注入口と、基板を洗浄するために洗浄液に音響エネルギーを供給するように構成された超音波又は高周波超音波デバイスとを備えた基板洗浄装置が開示される。

トランジットキャビテーションが洗浄プロセス中に基板上のパターン構造を損傷させる様子を示している。 トランジットキャビテーションが洗浄プロセス中に基板上のパターン構造を損傷させる様子を示している。 基板上のパターン構造の表面に付着した気泡の内破がパターン構造を損傷させる様子を示している。 基板上のパターン構造の表面に付着した気泡の内破がパターン構造を損傷させる様子を示している。 基板上のパターン構造の表面に付着した気泡の内破がパターン構造を損傷させる様子を示している。 基板上のパターン構造の表面に付着した気泡の内破がパターン構造を損傷させる様子を示している。 基板上のパターン構造の表面に付着した気泡の内破がパターン構造を損傷させるメカニズムを示している。 基板上のパターン構造の表面に付着した気泡の内破がパターン構造を損傷させるメカニズムを示している。 基板上のパターン構造の表面に付着した気泡の内破がパターン構造を損傷させるメカニズムを示している。 基板上のパターン構造の表面に付着した気泡の内破がパターン構造を損傷させるメカニズムを示している。 基板上のパターン構造の表面に付着した気泡の内破がパターン構造を損傷させるメカニズムを示している。 基板上のパターン構造の表面に付着した気泡の内破がパターン構造を損傷させるメカニズムを示している。 基板上のパターン構造の表面に付着した気泡の内破がパターン構造を損傷させるメカニズムを示している。 基板上のパターン構造の表面に付着した気泡の内破がパターン構造を損傷させるメカニズムを示している。 パターン構造及び基板の表面に付着した気泡を、基板上のパターン構造の表面から分離するための例示的な方法を示している。 パターン構造及び基板の表面に付着した気泡を、基板上のパターン構造の表面から分離するための例示的な方法を示している。 不純物に付着した気泡を、基板上のパターン構造の表面から分離する例示的な方法を示している。 不純物に付着した気泡を、基板上のパターン構造の表面から分離する例示的な方法を示している。 不純物に付着した気泡を、基板上のパターン構造の表面から分離する例示的な方法を示している。 不純物に付着した気泡を、基板上のパターン構造の表面から分離する別の例示的な方法を示している。 不純物に付着した気泡を、基板上のパターン構造の表面から分離する別の例示的な方法を示している。 不純物に付着した気泡を、基板上のパターン構造の表面から分離する別の例示的な方法を示している。 粒子に付着した気泡を、基板上のパターン構造の表面から分離する例示的な方法を示している。 粒子に付着した気泡を、基板上のパターン構造の表面から分離する例示的な方法を示している。 粒子に付着した気泡を、基板上のパターン構造の表面から分離する別の例示的な方法を示している。 粒子に付着した気泡を、基板上のパターン構造の表面から分離する別の例示的な方法を示している。 本発明による基板を洗浄するための例示的な方法を示す。 本発明による基板を洗浄するための別の例示的な方法を示す。 本発明による基板を洗浄するための別の例示的な方法を示す。 本発明による基板を洗浄するための別の例示的な方法を示す。 本発明による基板を洗浄するための例示的な装置を示す。 本発明による基板を洗浄するための例示的な装置を示す。

図２Ａに示すように、超音波又は高周波超音波アシスト基板洗浄プロセスの間、基板２０１０を洗浄するために印加される超音波又は高周波超音波のパワー強度は非常に低いレベル（ほとんど粒子を除去できない効率）に低減されるが、基板２０１０上のパターン構造２０３０には依然として損傷が生じる。さらに、パターン構造２０３０の単一壁（single wall）が損傷されることが多い。図２Ａは、損傷の２つの例を示している。一つは、パターン構造２０３０の単一壁が横に向かってはがれるものである。もう一つは、パターン構造２０３０の単一壁の一部が除去されるものである。図２Ａは２つの例を示しているが、他の同様の損傷が発生し得ることが認識されるべきである。これらの損傷を何が引き起こすのであろうか。

図２Ｂ～図２Ｄを参照すると、基板洗浄プロセスにおいて、小さい気泡２０５０、２０５２は、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、基板２０１０の表面又はパターン構造２０３０の側壁などの固体表面に付着する傾向がある。パターン構造２０３０の底部コーナーに付着した気泡２０５２及びパターン構造２０３０の単一壁に付着した気泡２０５０のように、気泡２０５０、２０５２が基板２０１０の表面又はパターン構造２０３０の側壁に付着しているとき、これらの気泡２０５０、２０５２が内破すると、図２Ａに示すように、単一側壁に作用する気泡内破力の方向に従った方向に向かって基板２０１０のサブレイヤ（sub-layer）からパターン構造２０３０が剥離するか、又は、パターン構造２０３０の単一側壁の一部が除去される。内破はマイクロジェットほど強烈ではないが、基板２０１０の表面及びパターン構造２０３０の側壁に気泡２０５０、２０５２が付着していることによって、小さい気泡の内破によって発生するエネルギーであってもパターン構造２０３０を損傷させ得る。

さらに、湿式工程の間、複数の小さな気泡は、より大きな気泡に合体し得る。固体表面上に気泡が付着しやすいために、パターン構造の表面及び基板の表面などの固体表面上での合体は、パターン構造、特に幾何学的な臨界的部分で生じる気泡内破の危険性を増加させる。

図３Ａ～図３Ｈは、本発明による超音波又は高周波超音波アシスト湿式洗浄プロセスの間、基板に付着した気泡の内破が基板上のパターン構造を損傷させるメカニズムを示している。図３Ａは、パターン構造３０３０を有する基板３０１０の表面上に洗浄液３０７０が供給され、パターン構造３０３０の底角部上に少なくとも１つの気泡３０５０が付着している様子を示している。図３Ｂに示す正の超音波又は高周波超音波動作プロセスでは、Ｆ１は、気泡３０５０に作用する超音波又は高周波超音波加圧力であり、Ｆ３は、気泡３０５０がパターン構造３０３０の側壁を押圧しているときに、パターン構造３０３０の側壁によって生成されて気泡３０５０に作用する反力であり、Ｆ２は、気泡３０５０が基板３０１０を押圧しているときに、基板３０１０によって生成されて気泡３０５０に作用する反力である。図３Ｃ及び図３Ｄに示される負の超音波又は高周波超音波動作工程では、気泡３０５０は、気泡３０５０を引っ張る超音波又は高周波超音波の負の力によって膨張している。気泡の体積が膨張する過程において、Ｆ１'は、気泡３０５０が洗浄液３０７０を押す力であり、Ｆ２'は、気泡３０５０が基板３０１０を押す力であり、Ｆ３'は、気泡３０５０がパターン構造３０３０の側壁を押す力である。正の超音波又は高周波超音波及び負の超音波又は高周波超音波が交互多数回印加された後、気泡内部のガス温度が益々高くなり、気泡の体積が益々大きくなり、ついには、気泡の内破３０５１が生じる。内破３０５１は、図３Ｇに示すように、洗浄液３０７０に作用する力Ｆ１''、基板３０１０に作用するＦ２''、パターン構造３０３０の側壁に作用する力Ｆ３''という内破力を発生させる。内破力は、図３Ｈに示すように、パターン構造３０３０の側壁を損傷させる。

超音波又は高周波超音波アシスト湿式洗浄プロセスの間の気泡内破によって引き起こされる基板上のパターン構造の損傷を回避するために、基板を洗浄する洗浄液に対して音響エネルギーが印加される前に、パターン構造の表面及び基板の表面から気泡を除去することが好ましい。

以下では、パターン構造及び基板の表面から気泡を分離するための複数の方法が開示される。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明による基板上のパターン構造の表面から気泡を除去するための基板前処理プロセスの実施形態を示している。パターン構造４０３０を有する基板４０１０の表面上に洗浄液４０７０が供給されたときに、図４Ａに示すようにパターン構造４０３０の底角部上に少なくとも１つの気泡４０５０が付着している。したがって、超音波又は高周波超音波での洗浄プロセスの前に、気泡分離の前処理プロセスが必要とされる。気泡分離の前処理プロセスでは、最終的に図４Ｂに示すようにパターン構造４０３０及び基板４０１０からの気泡の分離を達成するために、パターン構造４０３０の表面及び基板４０１０の表面と、気泡４０５０との界面を徐々に縮小させるべく、パターン構造４０３０の固体表面及び基板４０１０の固体表面のそれぞれに沿った方向Ｄ１及びＤ２からのパターン構造４０３０の表面濡れ性を増加させる、又は、方向Ｄ１及びＤ２から干渉する極小さな機械的な力（minimal mechanical force）を用いるといったような方法が必要である。

本発明による気泡分離の前処理プロセスの一実施形態は、例えば、基板４０１０表面上に親水性被覆層を形成する化学溶液を供給すること、又は、シリコン又はポリシリコン層のような疎水性表面材料を酸化させて親水性シリコン酸化物層とするオゾン溶液又はＳＣ１溶液（ＮＨ₄ＯＨ、Ｈ₂Ｏ₂、Ｈ₂Ｏの混合物）のような化学溶液を供給することのように、基板４０１０の表面に化学溶液を供給することによって、基板４０１０表面を疎水性から親水性に改質することである。

本発明による気泡分離の前処理プロセスの一実施形態は、界面活性剤、添加剤又はキレート剤を含む化学溶液を基板４０１０の表面上に供給することである。界面活性剤、添加剤又はキレート剤を含む化学溶液は、パターン構造４０３０及び基板４０１０の表面に付着した気泡を分離するために、基板４０１０の表面における化学溶液の濡れ性を向上させることができる。カルボキシル基含有エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、テトラカルボキシル化合物－エチレンジアミン４プロピオン酸（ＥＤＴＰ）酸／塩などの化学物質は、化学溶液の濡れ性を高めるために、化学溶液中に加えられる界面活性剤として使用される。

加えて、低パワーの超音波又は高周波超音波を上記の実施形態と組み合わすことによって、気泡分離の効率を向上させることが可能である。低パワーの超音波又は高周波超音波は、パターン構造４０３０の表面及び基板４０１０の表面から気泡４０５０を分離するための機械的な力を生成するために、安定した気泡キャビテーションに寄与する極小さな機械的な力を発生させる。低パワーの超音波又は高周波超音波は、連続モード（非パルスモード）で動作することができ、そのパワー密度は、例えば、１ｍｗ／ｃｍ²－１５ｍｗ／ｃｍ²であってよい。パターン構造４０３０の表面及び基板４０１０の表面から気泡を分離するために洗浄液に連続モードで低パワーの超音波又は高周波超音波を印加する期間は、例えば１０秒から６０秒であってよい。洗浄液に連続モードで超音波又は高周波超音波を印加することのより詳細な説明は、２００８年１２月１２日に出願された特許出願ＰＣＴ／ＣＮ２００８／０７３４７１号に開示されており、その全てが参照により本明細書に組み込まれる。低パワーの超音波又は高周波超音波は、パルスモードで動作することができ、そのパワー密度は、例えば、１５ｍｗ／ｃｍ²－２００ｍｗ／ｃｍ²であってよい。パターン構造４０３０の表面及び基板４０１０の表面から気泡を分離するために洗浄液にパルスモードで低パワーの超音波又は高周波超音波を印加する期間は、例えば１０秒から１２０秒であってよい。洗浄液にパルスモードで超音波又は高周波超音波を印加することのより詳細な説明は、２０１５年５月２０日に出願された特許出願ＰＣＴ／ＣＮ２０１５／０７９３４２号に開示されており、その全てが参照により本明細書に組み込まれる。

図５Ａ～図５Ｃに示すように、本発明による気泡分離の前処理プロセスの一実施形態は、基板表面に付着した金属不純物、有機汚染物質及びポリマー残留物などの不純物を除去することである。気泡５０５０は、基板５０１０の表面に付着した金属不純物、有機汚染物質、及びポリマー残留物などの不純物５０９０の周囲に付着しやすいので、パターン構造５０３０及び基板５０１０の表面に付着した気泡５０５０は、後続の超音波又は高周波超音波洗浄プロセスの間、内破することによって基板５０１０上のパターン構造５０３０を損傷させるという危険性を有する。表面ポリマー残留物を酸化するためのオゾン溶液を使用する、及び、表面ポリマー残留物を炭化させるための高温（９０～１５０℃）ＳＰＭ溶液（Ｈ₂ＳＯ₂、Ｈ₂Ｏ₂の混合物）を使用するといったような基板５０１０の表面に化学溶液５０７０を供給する前処理方法は、超音波又は高周波超音波による洗浄プロセスの前に、基板５０１０表面上の金属不純物及びポリマー残留物などの不純物５０９０を除去することに寄与する。別の実施形態では、金属不純物を除去するために、表面金属イオンキレート剤としてＥＤＴＡのような化学物質が使用される。

ある場合には、有機汚染物質又はポリマー残留物などの不純物５０９０がパターン構造５０３０の角部に蓄積されたときに、気泡５０５０は、不純物５０９０の表面への化学溶液の濡れ性が不十分であるため、不純物５０９０上に付着しやすくなる。これが、パターン構造５０３０の表面における損傷を引き起こす内破につながることがある。不純物５０９０を除去し、蓄積された気泡５０５０を分離するための２つの方法が開示される。一実施形態では、例えば図５Ａに示すようにオゾン又はＳＣ１溶液を用いて有機汚染物質を除去する前処理プロセスにおいて、不純物５０９０を除去するために化学溶液５０７０が使用される。不純物５０９０の大きさは、図５Ｂに示すように、化学溶液５０７０が不純物５０９０と反応することによって収縮する。パターン構造５０３０及び基板５０１０の表面から不純物５０９０が除去されるので、化学溶液５０７０の濡れ性が高まり、図５Ｃに示すようにパターン構造５０３０表面から気泡５０５０が離れる。

図６Ａ～図６Ｃに示すように、本発明の別の実施形態では、例えば図６Ａに示すようにオゾン又はＳＣ１溶液を用いて有機汚染物質を除去する前処理プロセスにおいて、不純物６０９０を除去する効率を改善するために、低パワー超音波又は高周波超音波プロセスが使用される。低パワー超音波又は高周波超音波を印加することにより、気泡６０５０のサイズは、交互に拡張及び収縮して、不純物６０９０を化学溶液６０７０に暴露し、さらに化学溶液６０７０と反応させる。このプロセスは、化学溶液６０７０と不純物６０９０との反応効率を加速させる。パターン構造６０３０の表面から不純物６０９０が除去されるので、化学溶液６０７０の濡れ性が高まり、図６Ｃに示すようにパターン構造６０３０表面から気泡６０５０が離れる。低パワーの超音波又は高周波超音波は連続モード（非パルスモード）で動作することができ、そのパワー密度は、例えば、１ｍｗ／ｃｍ²－１５ｍｗ／ｃｍ²であってよい。低パワーの超音波又は高周波超音波は、パルスモードで動作することができ、そのパワー密度は、例えば、１５ｍｗ／ｃｍ²－２００ｍｗ／ｃｍ²であってよい。

図７Ａ及び図７Ｂは、基板上のパターン構造の表面から除去される気泡の実施形態を示している。基板７０１０上のパターン構造７０３０の角部に粒子７０９０が捕捉された場合、粒子の不規則な形状のために、粒子７０９０の表面付近に気泡７０５２、７０５４、７０５６が蓄積しやすくなる。パターン構造７０３０の表面及び基板７０９０の表面に付着している気泡７０５２、７０５４、７０５６は、内破することによってパターン構造７０３０を損傷させるという危険性を有する。したがって、超音波又は高周波超音波での洗浄プロセスの前に、粒子除去及び気泡分離の前処理プロセスが必要とされる。

本発明による図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、前処理プロセスにおいて、パターン構造７０３０の表面及び基板７０１０の表面から気泡７０５２、７０５４、７０５６が分離されるように、粒子７０９０が除去される。後続の超音波又は高周波超音波洗浄プロセスの前に、パターン構造７０３０の表面及び基板７０１０の表面から粒子７０９０が除去され且つ気泡７０５２、７０５４、７０５６が分離されるように、低パワーの超音波又は高周波超音波を洗浄液７０７０に印加することができる。低パワーの超音波又は高周波超音波は、気泡７０５２、７０５４、７０５６上に気泡キャビテーションを発生させる。気泡７０５２、７０５４、７０５６のキャビテーションは、図７Ａに示すように、機械的な力ｆ１、ｆ２、ｆ３を生成し、その合成力Ｆが粒子７０９０を外側に押す。そして、粒子７０９０は最終的に持ち上げられ、気泡７０５２、７０５４、７０５６のキャビテーション力も、パターン構造７０３０の表面及び基板７０１０の表面から気泡７０５２、７０５４、７０５６を剥離させるための音響撹拌を発生させる。低パワーの超音波又は高周波超音波は、連続モード（非パルスモード）で動作することができ、そのパワー密度は、例えば、１ｍｗ／ｃｍ²－１５ｍｗ／ｃｍ²であってよい。低パワーの超音波又は高周波超音波は、パルスモードで動作することができ、そのパワー密度は、例えば、１５ｍｗ／ｃｍ²－２００ｍｗ／ｃｍ²であってよい。

図８Ａ及び図８Ｂは、本発明による基板上のパターン構造の表面から除去される気泡の別の実施形態を示している。前処理プロセスでは、基板８０１０の表面に化学溶液８０７０を供給して粒子８０９０を反応又は溶解させることにより、パターン構造８０３０の表面及び基板８０１０の表面から気泡８０５２、８０５４、８０５６が分離されるように、粒子８０９０が除去される。化学溶液の例は、ポリマー粒子を酸化させる、オゾン溶液又はＳＣ１溶液である。このプロセスには、後続の超音波又は高周波超音波洗浄プロセスの前に化学反応又は溶解をアシストするために、低パワーの超音波又は高周波超音波プロセスを適用することもできる。低パワーの超音波又は高周波超音波は、パターン構造８０３０の角部に捕捉された粒子８０９０を取り囲む気泡８０５２、８０５４、８０５６上に気泡キャビテーションを発生させる。気泡８０５２、８０５４、８０５６のキャビテーションは、機械的な力ｆ１、ｆ２、ｆ３を生成し、その合成力Ｆが粒子８０９０を外側に押す。低パワーの超音波又は高周波超音波の機械的な力と組み合わされた、粒子８０９０における化学溶液の反応又は溶解によって、粒子８０９０が最終的に持ち上げられ、気泡８０５２、８０５４、８０５６のキャビテーション力もまた、パターン構造８０３０の表面及び基板８０１０の表面から気泡８０５２、８０５４、８０５６を剥離させるのための音響撹拌を生成する。

本発明は、

基板を基板ホルダに配置する工程と、

前記基板の表面上に洗浄液を供給する工程と、

前記基板の前記表面から気泡を分離する前処理プロセスの実行工程と、

前記基板を洗浄する超音波又は高周波超音波洗浄プロセスの実行工程とを備えている基板の洗浄方法を開示する。

前記前処理プロセスの実行工程の期間は、５秒以上である。

図９は、本発明による基板洗浄方法の一実施形態を示す。この実施形態では、パルスモードで動作する超音波又は高周波超音波が印加され、基板の表面から気泡を分離する前処理プロセスを実行する。このときの超音波又は高周波超音波は、第１パワーを有している。そのパワー密度は、例えば、１５ｍｗ／ｃｍ²－２００ｍｗ／ｃｍ²であってよい。気泡を分離するために低パワーの超音波又は高周波超音波をパルスモードで印加する期間は、例えば１０秒から１２０秒であってよい。気泡が基板の表面から分離された後、続いて、パルスモードで動作する超音波又は高周波超音波が印加されて、基板を洗浄するための超音波又は高周波超音波洗浄プロセスが実施される。このときの超音波又は高周波超音波は、第１のパワーよりも高い第２のパワーを有している。パワー密度は、例えば０．２ｗ／ｃｍ²－２ｗ／ｃｍ²であってよい。基板を洗浄するために高パワーの超音波又は高周波超音波をパルスモードで印加する期間は、例えば６００秒以内であってよい。

図１０は、本発明による基板洗浄方法の別の実施形態を示す。この実施形態では、連続モード（非パルスモード）で動作する超音波又は高周波超音波が印加され、基板の表面から気泡を分離する前処理プロセスを実行する。このときの超音波又は高周波超音波は、第１パワーを有している。パワー密度は、例えば１ｍｗ／ｃｍ²－１５ｍｗ／ｃｍ²であってよい。気泡を分離するために低パワーの超音波又は高周波超音波を連続モードで印加する期間は、例えば１０秒から６０秒であってよい。気泡が基板の表面から分離された後、続いて、パルスモードで動作する超音波又は高周波超音波が印加されて、基板を洗浄するための超音波又は高周波超音波洗浄プロセスが実施される。このときの超音波又は高周波超音波は、第１のパワーよりも高い第２のパワーを有している。パワー密度は、例えば０．２ｗ／ｃｍ²－２ｗ／ｃｍ²であってよい。基板を洗浄するために高パワーの超音波又は高周波超音波をパルスモードで印加する期間は、例えば６００秒以内であってよい。

図１１は、本発明による基板洗浄方法の別の実施形態を示す。この実施形態では、パルスモードで動作する超音波又は高周波超音波が印加され、基板の表面から気泡を分離する前処理プロセスを実行する。このときの超音波又は高周波超音波は、第１パワーを有している。そのパワー密度は、例えば、１５ｍｗ／ｃｍ²－２００ｍｗ／ｃｍ²であってよい。気泡を分離するために低パワーの超音波又は高周波超音波をパルスモードで印加する期間は、例えば１０秒から１２０秒であってよい。気泡が基板の表面から分離された後、続いて、連続モード（非パルスモード）で動作する超音波又は高周波超音波が印加されて、基板を洗浄するための超音波又は高周波超音波洗浄プロセスが実施される。このときの超音波又は高周波超音波は、第１のパワーよりも高い第２のパワーを有している。パワー密度は、例えば１５ｍｗ／ｃｍ²－５００ｍｗ／ｃｍ²であってよい。基板を洗浄するために高パワーの超音波又は高周波超音波を連続モードで印加する期間ｔ２は、例えば１０秒から６０秒であってよい。期間ｔ２において、気泡内破又はトランジットキャビテーションが発生し得るが、それは構造よりも上方で起こるので、マイクロジェットによって生成される衝撃力は、基板上のパターン構造を損傷させない可能性がある。

図１２は、本発明による基板洗浄方法の別の実施形態を示す。この実施形態では、連続モード（非パルスモード）で動作する超音波又は高周波超音波が印加され、基板の表面から気泡を分離する前処理プロセスを実行する。このときの超音波又は高周波超音波は、第１パワーを有している。パワー密度は、例えば１ｍｗ／ｃｍ²－１５ｍｗ／ｃｍ²であってよい。気泡を分離するために低パワーの超音波又は高周波超音波を連続モードで印加する期間は、例えば５秒から６０秒であってよい。気泡が基板の表面から分離された後、続いて、連続モード（非パルスモード）で動作する超音波又は高周波超音波が印加されて、基板を洗浄するための超音波又は高周波超音波洗浄プロセスが実施される。このときの超音波又は高周波超音波は、第１のパワーよりも高い第２のパワーを有している。パワー密度は、例えば１５ｍｗ／ｃｍ²－５００ｍｗ／ｃｍ²であってよい。基板を洗浄するために高パワーの超音波又は高周波超音波を連続モードで印加する期間は、例えば１０秒から１２０秒であってよい。

図４Ａ～図８Ｂに開示された気泡を分離するための前処理方法は、図９～図１２に開示された方法に適用可能である又はそれらと組み合わせ可能であることが認識されるべきである。

図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して、本発明の一実施形態による基板洗浄装置を説明する。図１３Ａは、基板１３１０を保持する基板ホルダ１３１４と、基板ホルダ１３１４を駆動する回転駆動モジュール１３１６と、基板１３１０の表面に洗浄液及び化学溶液１３７０を供給するノズル１３１２とを含む基板洗浄装置の断面図である。基板洗浄装置は、基板１３１０の上方に配置された超音波又は高周波超音波デバイス１３０３も含んでいる。超音波又は高周波超音波デバイス１３０３は、清浄液と接触する共振器１３０８に音響的に結合された圧電トランスデューサ１３０４をさらに含んでいる。圧電トランスデューサ１３０４は電気的に励起されて振動し、共振器１３０８は洗浄液又は化学溶液に低音波エネルギー又は高音波エネルギーを伝達する。低い音波エネルギーによって発生した気泡のキャビテーションは、基板１３１０の表面からの気泡の除去を引き起こす。高い音波エネルギーによって発生した気泡のキャビテーションは、基板１３１０の表面の異物、すなわち汚染物質を振動させ、そこから除去させる。

再び図１３Ａを参照すると、基板洗浄装置はアーム１３０７も含んでいる。アーム１３０７は、超音波又は高周波超音波デバイス１３０３を垂直方向Ｚに移動させることによって液膜厚さｄを変化させるために、超音波又は高周波超音波デバイス１３０３に結合されている。垂直駆動モジュール１３０６は、アーム１３０７を垂直方向に移動させる。垂直駆動モジュール１３０６及び回転駆動モジュール１３１６の両方が、制御装置１３８８によって制御される。

図１３Ａに示す基板洗浄装置の平面図である図１３Ｂに示すように、超音波又は高周波超音波デバイス１３０３は、基板１３１０の小さな領域のみを覆っている。したがって、基板１３１０は、その全体にわたって均一な音波エネルギーを受け取るために回転しなければならない。図１３Ａ及び図１３Ｂには１つの超音波又は高周波超音波デバイス１３０３だけが示されているが、他の実施形態では、２つ又はそれ以上の音波デバイスが同時にまた間欠的に用いられてもよい。同様に、２個以上のノズル１３１２が、それぞれ洗浄液及び化学溶液を基板１３１０の表面に供給するために使用されてもよい。

本開示のいくつかの態様では、基板ホルダの回転及び音響エネルギーの印加が、一又は複数のコントローラ、例えば、機器のソフトウェアプログラマブル制御によって制御されてよい。一又は複数のコントローラは、回転及び／又はエネルギー印加のタイミングを制御するための一又は複数のタイマを備えていてよい。

本発明の具体的な実施形態、実施例、及び、適用に関して説明したが、本発明から逸脱することなく種々の修正及び変形例が可能であることは当業者には明らかであろう。

Claims (19)

1. 基板を基板ホルダに配置する工程と、
   前記基板の表面上に洗浄液を供給する工程と、
   前記基板の前記表面から気泡を分離する前処理プロセスの実行工程と、
   前記基板を洗浄する超音波又は高周波超音波洗浄プロセスの実行工程とを備えており、
   前記基板の前記表面から気泡を分離するための前記前処理プロセスの実行工程が、安定した気泡キャビテーションを生成するために、前記洗浄液に第１のパワーで超音波又は高周波超音波を印加することを含み、
   前記基板を洗浄する超音波又は高周波超音波洗浄プロセスの実行工程が、前記基板を洗浄する超音波又は高周波超音波洗浄プロセスを実行するために、第２のパワーで超音波又は高周波超音波を印加することを含み、
   前記第２のパワーが前記第１のパワーよりも大きい基板の洗浄方法。
2. 前記前処理プロセスの実行工程の期間が５秒以上である、請求項１に記載の方法。
3. 前記超音波又は高周波超音波が、連続モード又はパルスモードで動作する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記基板の前記表面から気泡を分離する前記前処理プロセスの実行工程が、前記基板の前記表面を疎水性から親水性に改質することを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記基板の前記表面の疎水性から親水性への改質は、前記基板の前記表面に親水性被覆層を形成する化学溶液を供給することにより実行されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記基板の前記表面の疎水性から親水性への改質は、疎水性の前記基板の前記表面を酸化させて親水性酸化物の層にする化学溶液を供給することにより実行されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 前記基板の前記表面から気泡を分離するための前記前処理プロセスの実行工程が、前記基板の前記表面上の前記化学溶液の濡れ性を増加させるために、前記基板の前記表面上に化学溶液を供給することを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記基板の前記表面から気泡を分離するための前記前処理プロセスの実行工程が、前記基板の前記表面に付着した不純物を除去することを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記基板の前記表面に付着した前記不純物を、化学溶液を用いて除去することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 安定した気泡キャビテーションを生成するために、前記化学溶液に第１のパワーで超音波又は高周波超音波を印加する工程をさらに備えている、請求項９に記載の方法。
11. 前記基板の前記表面から気泡を分離するための前記前処理プロセスの実行工程が、粒子を除去し、しかる後に、前記基板の前記表面から気泡を分離することを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
12. 第１パワーの超音波又は高周波超音波が、前記粒子を除去し、前記気泡を前記基板の前記表面から分離するために、前記洗浄液に印加される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記基板の前記表面に化学溶液を供給して前記粒子を反応又は溶解させることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
14. 基板洗浄装置であって、
    基板を支持するように構成された基板ホルダと、
    前記基板の表面上に洗浄液を供給するように構成された少なくとも１つの注入口と、
    前記洗浄液に音響エネルギーを供給するように構成された超音波又は高周波超音波デバイスと、
    一又は複数のコントローラとを備えており、前記一又は複数のコントローラは、
    前記基板の前記表面から気泡を分離する前処理プロセスを実行するために、前記超音波又は高周波超音波デバイスを第１のパワーに制御し、
    前記基板を洗浄する超音波又は高周波超音波洗浄プロセスを実行するために、前記超音波又は高周波超音波デバイスを前記第１のパワーよりも大きい第２のパワーに制御する基板洗浄装置。
15. 前記超音波又は高周波超音波デバイスが、連続モード又はパルスモードで動作する、請求項１４に記載の装置。
16. 前記注入口が、前記基板の前記表面を疎水性から親水性に変更して前記基板の前記表面から気泡を分離する化学溶液を供給する、請求項１４に記載の装置。
17. 前記注入口は、前記基板の前記表面上の前記化学溶液の濡れ性を増加させて前記基板の前記表面から気泡を分離するために、前記基板の前記表面上に化学溶液を供給する、請求項１４に記載の装置。
18. 前記注入口は、前記基板の前記表面から気泡を分離するために、前記基板の前記表面上に付着した不純物を除去する化学溶液を供給する、請求項１４に記載の装置。
19. 前記注入口は、前記基板の前記表面から気泡を分離するために、前記基板の前記表面上に、粒子を反応又は溶解させる化学溶液を供給する、請求項１４に記載の装置。

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