半導体ワークピースを処理する溶液調製装置及び方法

专利摘要:
本発明は、使用の時点における、化学薬品寿命、温度、活性成分の収率のような制御された処理パラメータにて化学薬品溶液の調製を行う低コストの装置を開示する。加えてこの装置によれば、単一のウエハウエット洗浄システムにおける複数の処理チャンバにわたり、これらパラメータがチャンバ−チャンバ間にて一貫している。本発明は、最適なウエハ処理結果のため、化学薬品溶液混合物の活性成分の温度、反応性、及び収率の最適な結合の効果が得られる化学薬品溶液混合物の使用方法をも開示する。
公开号:JP2011514684A
申请号:JP2011500029
申请日:2008-03-17
公开日:2011-05-06
发明作者:ヌッチ ヴォハ；グヮンタゥ シュ；チュアン ホー；ユエ マー；ホイ ワン
申请人: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；
IPC主号:H01L21-00

专利说明:

[0001] 本発明は、半導体ワークピースを処理する溶液調製装置及び方法に関する。]
背景技術

[0002] トランジスタ及び配線要素を製造する多数の異なる処理ステップを使用して、半導体装置は半導体ウエハの上に製造又は組み立てられる。装置部品の形成において、半導体トランジスタ及びこれらトランジスタ端子を接続する所定の電気回路を形成するため、半導体ウエハは例えばマスキング、エッチング、及び堆積処理がなされる。特に、複層マスキング、イオン注入、アニーリング、プラズマエッチング、並びに、化学及び物理蒸着ステップは、浅い溝、トランジスタ井戸、ゲート、ポリシリコンライン、及びビアや溝のような配線構造を形成するためになされる。各々のステップにおいて粒子及び汚染物が、ウエハの前側及び後ろ側に付着する。これら粒子及び汚染物はウエハの欠陥につながり、ひいてはＩＣ装置の収率を低下させる。この理由のために、複数の前処理及び後処理洗浄、基板調整、並びに表面コンディショニングステップが、ミクロ電子装置の組み立ての間に実行される。これらのステップの間、多数の液体状態の化学薬品の使用を伴い、これらは通常“ウェットクリーン”と呼ばれる。]
[0003] 伝統的に、ウェットクリーンはバッチモードにて実行され、ウエハ（通常、２５ウエハ）のバッチは、順次形式において複数のウェット化学薬品浴にて処理される。二つの化学薬品浴の間では、処理済みのウエハのバッチは、前の浴の余りの洗浄溶液を取り除くためにリンスされる。バッチモードウェット処理では、ウエハ間の洗浄溶液の流速は、処理間に動いていないウエハと比較して相対的に低い。これにより水力学フローによる洗浄効果は限定され、特により小さい粒子を洗浄する場合において限定される。各々の洗浄浴においてバッチのために必要な滞留時間が異なっており、次のバッチは、その次のバッチに運ばれてくる前に、前のバッチの終了を待つ必要があるため、一つの浴から他の浴へ移動するウエハのバッチの待ち時間は制御することが難しい。このように、処理バリエーションが相当存在することは不可避的である。更に、同一の浴における全てのウエハが共通の液体に接触しているので、同一の浴において一つのウエハから他のウエハへの汚染は、バッチ処理において先天的なものである。ウエハサイズが３００ｍｍに移動し、製造技術ノードが６５ｎｍ及びそれを超えて進歩するにつれ、伝統的なウェットベンチアプローチは、ウエハから粒子及び汚染を洗浄するにもはや効果的でもなく確実なものでもない。]
[0004] 単一のウエハ洗浄工程は択一的な選択になる。単一のウエハ洗浄装置は、“チャンバ”と呼ばれる洗浄リアクターにおいて、複数の洗浄溶液をウエハ表面に注入し、洗浄溶液間に消イオン（ＤＩ）水リンスを作用させることで、一つのウエハを処理する。単一のウエハ処理装置は、ウエハ回転速度（基板に対する洗浄液体の流速）、洗浄溶液分注時間を正確に制御することができ、ウエハ間の相互汚染を完全に排除できる利点を有する。生産性を向上させるため、単一のウエハ洗浄装置は、通常、複数のチャンバを有する。販売されているシステムは１２のチャンバを有する。]
[0005] 単一のウエハウェット洗浄システムは、多数の化学薬品の調製のため、通常、複数のセントラル化学薬品溶液調製サブシステムを含む。セントラルサブシステムにて調製された化学薬品溶液は、セントラルサブシステムから枝分かれしたフロー制御ラインを経由して分離チャンバへ流れる。]
[0006] 単一のウエハウェット洗浄工程における一つの主たる課題は、ワークピースの製造ユニットの動作及び収率は製造条件に大きく依存するため、全てのチャンバにおけるウエハからウエハへの一貫した製造条件を有する製造装置を提供することにある。このような製造条件は、以下のものに限定されるものではないが、反応性、温度、及び、化学薬品溶液の活性成分の輸送率を包含する。単一のウエハウエット洗浄装置の複数のチャンバが大きくなるにつれて、そのような課題を解決することは難しくなる。例えば、硫酸／過酸化水素混合物（ＳＰＭ）は、後リソグラフィパターン処理のフォトレジスト余剰物を剥がすためにしばしば使用され、硫酸と過酸化水素とが共に混合されてカロ酸を生成する発熱反応が起こると、その混合物の温度は時間とともに上昇する。レジスト剥離の活性成分であるカロ酸が生成するや否や、溶液混合物において分解が発生し、その分解割合は温度に依存する（温度は時間と共に変化する。）。７２℃では分解速度は秒あたり約０．２％であり、９２℃では分解速度は秒あたり約０．６％である。このようにカロ酸の滞留時間が長くなると、著しく有効成分が減少する。異なるチャンバにおいて溶液分注点での同じ製造条件を達成するには、注意深い設計を必要とし、距離及びセントラル化学薬品溶液調製システムからのチャンバの相対的高さが各々のチャンバにおいて異なる場合、このことは特に妥当する。]
発明が解決しようとする課題

[0007] そのような目的を達成するための一つの手法は、必要の際にウエハへ供給される化学薬品溶液の作りたてを確保するために、使用の時点において洗浄溶液混合物を調製することである。この方法は、通常、洗浄化学薬品溶液あたりチャンバあたり一セットの、複数セットの正確なフロー制御及び複雑なフロー混合装置を必要とする。これらの正確なフロー制御及び複雑なフロー混合装置は、ＩＣ製造物に比べてコストが高い単一のウエハウエット洗浄装置に結果として表れる。前述したように、調製溶液混合物の温度は、反応及びその後のエンタルピーによりしばしば時間とともに変化し、分注の時点において望ましい処理温度に到達しない。なぜならば、システムのコストを更に増加させる複数セットのインライン化学薬品ヒーターが、分注の時点の前に加えられない限り、この方法はほとんど即時的な混合及び分注技術であるからである。他の方法は、化学薬品がノズルから分注され半導体ワークピースに到達する前において、化学薬品を混合させることである。混合位置の半導体ワークピースの表面への距離を調整することにより、混合位置から半導体ワークピース表面への到達時間に効果的である極めて限定された時間制御が達成される。実際の状況では、この時間は何分の１秒の問題にすぎない。]
[0008] 本発明は、上記の事柄を背景にして開示される。]
課題を解決するための手段

[0009] 本発明は、単一の半導体ウエット洗浄処理の制御された温度及び活性にて、化学薬品溶液の調製及び分注を行う装置及び方法を開示する。]
[0010] 本発明の一つの実施形態においては、装置は、予め定められた温度に化学薬品を予熱する少なくとも一つの予熱部材、作りたての化学薬品混合物のための少なくとも一つの混合容器、及び、使用時において作りたての混合化学薬品溶液を分注するノズルに接合された化学薬品分注ラインを有する。混合容器は、複数の化学薬品注入口、少なくとも一つの水位センサ、排気するためのガス排気バルブ、及び、使用時において化学薬品溶液を排出する圧力が規制されたガス注入口を有する。混合容器における化学薬品溶液混合物の量は、単一の半導体ワークピースのウエット洗浄処理において制御され、新たなウエット洗浄処理が始まる前に、作りたての化学薬品溶液が確定時刻ｔ_ｆにて調製される。]
[0011] 本発明の一つの実施形態においては、化学薬品溶液調製の方法もまた開示される。この方法においては、化学薬品は、フロー制御器を有する混合容器に導入される。混合容器における混合処理は、予め定められた時間ｔ_ｆにて開始し、混合化学薬品溶液は、ソフトウエア制御システムにより制御された時間ｔ_ｒの間、混合容器中に存在する。滞留時間ｔ_ｒを制御することにより、化学薬品溶液混合物の温度及び使用時点における化学薬品溶液混合物の活性試薬の活性は、最適の結合洗浄効果を維持するために制御される。時間ｔ_ｒに到達するとき、予め定められた圧力の混合容器へ圧力が規制されたガスを排出させることにより、混合化学薬品溶液は、時間ｔ_ｄにおける制御された流速にてノズルへ分注される。次の混合化学薬品溶液の作りたてを完全に確保するため、全ての余剰化学薬品溶液を混合容器及び分注ラインから取り除いてウエット洗浄処理が終了する時間ｔ_ｐの間、ガス排出処理は継続する。]
[0012] 本発明は、ノズルへの各々の化学薬品分注ラインのためのインラインヒーターを使用しない簡単なフロー制御器を用いる低コストの化学薬品溶液調製のための装置を開示する。この装置は、制御された温度及び最適の洗浄効果を有する、使用時点において作りたての混合化学薬品溶液をも提供する。この装置は、一群の半導体ワークピースの間及び処理チャンバにわたる相違を最小限に抑えた、使用時点において作りたての混合化学薬品溶液をも提供する。]
図面の簡単な説明

[0013] 図１は、混合位置に化学薬品を供給する装置の一部を説明するものである。
図２は、化学薬品を調製し分注する装置の一部を説明するものである。
図３は、異なる化学薬品予熱温度における温度対時間曲線を説明するものである。
図４は、化学薬品溶液混合物の活性試薬における収率対時間曲線及び活性対時間曲線を説明するものである。
図５は、化学薬品溶液混合物における収率及び活性の結合効果対時間曲線を説明するものである。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５
実施例

[0014] 図１に示されるように、本発明の一実施形態において、装置は、予め定められた温度Ｔ０に化学薬品を加熱するバルク状化学薬品の予熱部１０１を有する。その予熱部１０１は、循環加熱タンク、又は、インライン加熱器、又は他の液体加熱機構である。加熱部の材質は、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、又は水晶である。化学薬品の使用の際には、バルク状化学薬品は、ソフトウエア制御システムの制御により、設備から予熱部へ供給される。予熱部１０１は、化学薬品分注ラインにより、ポンプ１０２及びフロー制御器１０３に結合する。化学薬品分注ラインは少なくとも一つの化学薬品注入口ライン１０５に結合しており、制御装置は化学薬品注入口ライン１０５の圧力を制御している。化学薬品注入口ライン１０５は、化学薬品注入口ライン１０５の圧力が制御されている混合容器２０１へ分注された化学薬品の流速を制御するフロー制御器により、混合容器に結合している。化学薬品注入口ライン１０５は、化学薬品の混合容器２０１への化学薬品の分注を開始する又は停止するソフトウエア制御システムにより制御されるバルブをも有する。予熱を必要としない化学薬品の場合、予熱部は、装置から取り除くことが可能である。] 図１
[0015] 図２に示されるように、装置は、処理チャンバ２１４に近接し、化学薬品溶液を新しく混合する混合容器２０１を有する。混合容器の材質は、ＰＦＡ、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、又は水晶である。混合容器２０１は、各々の化学薬品のための対応する化学薬品注入口ライン２０２及び２０３に結合する。混合容器２０１に分注された各々の化学薬品の流速は、各々の対応する化学薬品注入口ラインにおけるフロー制御器により制御され、混合される化学薬品の流速の割合は予め定められる。化学薬品注入口ラインにおけるフロー制御器２０５及び２０６は、ソフトウエア制御システムにより制御され、混合容器２０１に分注され混合される化学薬品の量の割合を確保する。対応する処理チャンバ２１４におけるウエット洗浄処理の前の予め計算された時間ｔの開始時に、化学薬品注入口ライン２０２及び２０３におけるバルブがソフトウエア制御システムにより開かれ、対応する化学薬品を予め定められた比率で化学薬品の混合容器２０１に分注する。混合容器２０１は、処理要求により決定される液体化学薬品混合物の合計量を制御する少なくとも一つの水位センサ２０７を有する。液体化学薬品の水位が水位センサ２０７によりモニタされる水位に到達すると、化学薬品注入口ラインのバルブは同時に閉じて混合容器への化学薬品の分注を停止する。混合容器２０１の充填がウエット洗浄処理のための化学薬品溶液混合物の最適の作業効果に到達した後、化学薬品溶液混合物は混合容器中に時間ｔ_ｒの間存在する。この最適な洗浄効果は活性試薬の収率及び溶液混合物の温度に依存し、時間ｔ_ｒを制御することにより制御されうる。混合容器２０１は、混合容器の上部にて加圧されたガスライン２０９と、処理チャンバ２１４のノズル２０２に結合する容器の底部の近くの化学薬品分注ラインとを有する。ウエット処理が開始すると、固定圧力の混合容器２０１の上部の加圧ガスライン２０９から、加圧されたガスが混合容器２０１へパージされ、作りたての化学薬品溶液混合物をノズル２１２へパージし、次に固定された流速で処理チャンバ２１４中の単一の半導体ワークピース２１３の表面へパージされる。流速及び処理時間は、加圧されたガスパージ圧力及び混合容器中の化学薬品溶液混合物の合計量を制御することにより制御される。ウエット処理が終了すると、混合容器２０１及び混合容器２０１から処理チャンバ２１４中のノズル２１２への化学薬品分注ラインから残留化学薬品混合物を完全に取り除くために、加圧されたガスは時間ｔ_ｐの間パージを継続する。この後処理パージにより、混合容器２０１中の化学薬品混合物の残留がなくなり、半導体ワークピース２１３への次のウエット処理のための作りたての化学薬品溶液混合物の分注がなされる。混合容器２０１は、設備排気ラインに接続するオン／オフガス排気バルブ２０８を上部に有する。加圧されたガスがオンとなり、化学薬品溶液ノズル２１２に分注されると、バルブ２０８は閉じられる。混合容器は、混合容器２０１中の温度及び圧力をモニタする温度センサ２１１及び圧力センサ２１０を有する。] 図２
[0016] 本発明の他の実施形態において、混合容器２０１へ分注される化学薬品の量を制御するために、フロー制御バルブを有する多岐管が使用される。化学薬品溶液混合物の合計量及び混合比を制御するため、多岐管の圧力及びフロー制御バルブのセッティングを制御することにより、混合容器へ分注された化学薬品の流速は制御される。]
[0017] 本発明の他の実施形態において、混合容器２０１へ分注される化学薬品の量を制御するために、質量流制御器が使用される。混合容器へ分注された化学薬品の質量を制御することにより、混合比は正確に制御される。]
[0018] 本発明の他の実施形態において、貯蔵タンクから混合容器２０１へ分注される化学薬品の量を制御するために、定量ポンプが使用される。二つの化学薬品の混合比及び化学薬品混合物の合計量は、各々の化学薬品ラインにおいて各々対応する定量ポンプのストロークを制御することにより制御される。]
[0019] 本発明の他の実施形態において、単一の半導体ワークピースウエット洗浄処理のための化学薬品溶液の調製方法もまた開示される。この方法は以下のステップを有する。]
[0020] ａ）異なる初期温度にて使用される化学薬品溶液混合物の温度対時間曲線を算出する。]
[0021] ｂ）洗浄システムにおける各々の化学薬品溶液混合物の所望の処理時間にてフルダミー列を使用する一群のウエハを実行し、前記化学薬品溶液混合物の分注完了時から、洗浄システムの同じチャンバにて処理される隣接するウエハ間に前記化学薬品溶液混合物が再び分注される時までの最小時間（ｔ_ｍｉｎ）を抽出する。全てのチャンバにわたり最小のｔ_ｍｉｎを選択する。]
[0022] ｃ）与えられた洗浄工程において、所望の化学薬品濃度、使用時点における温度（Ｔ）、化学薬品供給比（ｑ）、及び分注される化学薬品の量（Ｑ）に基づく前記装置の処理パラメータを決定する。これらのパラメータはＴ_０、ｔ_ｆ、ｔ_ｉ、及びｔ_ｄを含有する。]
[0023] ｄ）制御ソフトウエアにおける前記化学薬品溶液混合物のこれらの処理パラメータを設定する。]
[0024] ｅ）ソフトウエアを制御して処理パラメータを有効にする。パラメータが無効の場合はエラーを戻して新しい入力を要求する。]
[0025] ｆ）半導体ワークピースを処理する。]
[0026] ｇ）前記混合容器の前記圧力放出バルブを開き状態にする。]
[0027] ｈ）半導体ワークピースが処理され、各々の化学薬品による前記混合容器の充填工程が、ｔ＝ｔ_ｆ−ｔ_ｒ−ｔ_ｉにて開始する。]
[0028] ｉ）半導体ワークピースの処理が進行し、各々の化学薬品による前記混合容器の充填工程がｔ＝ｔ_ｆ−ｔ_ｒにて停止する。前記容器における前記化学薬品溶液混合物の体積はＱである。]
[0029] ｊ）半導体ワークピースの処理が進行し、前記混合容器の前記圧力放出バルブがｔ＝ｔ_ｆにて閉じられる。]
[0030] ｋ）半導体ワークピースの処理が進行し、前記混合容器がｔ＝ｔ_ｆにて固定圧である加圧ガスに開かれる。]
[0031] ｌ）半導体ワークピースの処理が進行し、容器中の前記化学薬品溶液混合物がｔ＝ｔ_ｆにて分注を開始する。]
[0032] ｍ）半導体ワークピースの処理が進行し、容器中の前記化学薬品溶液混合物がｔ＝ｔ_ｆ＋ｔ_ｄにて分注を完了し、分注された前記化学薬品溶液混合物の合計体積＝Ｑである。]
[0033] ｎ）半導体ワークピースの処理が進行し、前記混合容器の前記圧力放出バルブがｔ＝ｔ_ｆ＋ｔ_ｄ＋ｔ_ｐにて開く。]
[0034] ｏ）半導体ワークピースの処理が進行し、前記混合容器がｔ＝ｔ_ｆ＋ｔ_ｄ＋ｔ_ｐにて加圧されたガスに対して閉じる。]
[0035] ｐ）半導体ウエハが次の処理ステップのために準備される。]
[0036] ｑ）ステップ（ｆ）−（ｐ）が各々のウエハにおいて繰り返される。]
[0037] 開示された方法により、化学薬品溶液の使用時の温度は、混合容器中の化学薬品溶液の滞留時間ｔ_ｒを制御することにより制御される。図３は、異なる化学薬品予熱温度における、証明された温度対混合時間曲線であり、ここでｔ_ｒは使用時の温度の必要性により得られる。そしてｔ_ｒは、化学薬品の予熱温度を調整することにより改変されうる。] 図３
[0038] 更に具体的に説明すると、ｔ_ｒを制御することにより、化学薬品溶液の温度のみならず活性試薬の収率をも制御される。化学薬品溶液のウエット洗浄効果は二つの事に依存する。活性試薬の濃度を決定する化学薬品溶液中に産生された活性試薬の収率と、化学薬品溶液の温度に関連する活性試薬の活性とである。最適な作業効果領域は、滞留時間ｔ_ｒの範囲を決定する、活性試薬の収率及び活性を組み合わせることにより得られる。更なる詳細は次のパラグラフに記載されている以下の具体例により紹介される。]
[0039] 開示された装置及び方法により、作りたての化学薬品溶液調製及び低コストでの分注のための溶液が得られる。装置及び方法は、使用時点での最適の洗浄効果を有する化学薬品溶液の温度及び活性を等しく保証し、一群の半導体ワークピース間及び処理チャンバにわたる変化を最小にし、これは単一半導体ワークピースウエット洗浄処理にとって重要である。]
[0040] 特殊応用の場合、単一の半導体ウエット洗浄処理のためのＳＰＭの準備が、上述の説明の具体例として導入される。]
[0041] 混合装置は、濃硫酸を予め定められた温度Ｔ０に加熱する予熱部１０１を有する。この場合、予熱部１０１は、循環加熱タンクである。硫酸タンクは、循環ループ及びその循環ループ中のヒーターを有する。この加熱循環ループは、タンク中の濃硫酸を予め定められた温度Ｔ０に保つ。硫酸タンクは、装置からのバルク状の化学薬品原料にポンプにて接続しており、水位センサ及び制御機構を有する。タンク中の濃硫酸の水位が低水位センサによってモニタされる低水位よりも低い場合、タンク中の液体が別の水位センサによってモニタされる充満水位に到達するまで、ポンプは装置の化学薬品源からタンク中へ濃縮された化学薬品を送り出す。硫酸タンクは、多岐管１０４での圧力を制御するフロー制御器１０３を経由して多岐管１０４にも結合している。多岐管１０４は、濃硫酸を対応する化学薬品の混合容器２０１に分注する、複数の独立したライン１０５に結合している。各々の独立したライン１０５には、フロー制御器及びバルブが設けられている。フロー制御器は、硫酸タンク１０１から化学薬品の混合容器２０１へ分注される硫酸の流速を制御し、バルブはソフトウエア制御システムにより制御されて、化学薬品の混合容器２０１への硫酸の分注の開始又は停止を行う。]
[0042] 混合装置は、バルク状の過酸化水素を貯蔵するための過酸化水素タンク１０７を有する。過酸化水素タンク１０７は、装置からのバルク状の化学薬品源にポンプにて結合しており、水位センサ及び制御機構を有している。タンク中の濃縮された過酸化水素の水位が、低水位センサによって制御される低水位よりも低い場合、タンク中の液体が別の水位センサによって制御される充満水位に到達するまで、ポンプは装置の化学薬品源からタンク中へ濃縮された化学薬品を送り出す。過酸化水素タンクは、多岐管１０４での圧力を制御するフロー制御器１０３を経由して、多岐管１０４にも接続している。多岐管１０４は、対応する化学薬品の混合容器２０１に濃縮された過酸化水素を分注する、複数の独立したラインに結合している。各々の独立したラインには、フロー制御器及びバルブが設けられている。フロー制御器は、過酸化水素タンクから化学薬品混合容器へ分注される、過酸化水素の流速を制御し、バルブはソフトウエア制御システムにより制御されて、化学薬品の混合容器２０１への硫酸の分注の開始又は停止を行う。]
[0043] 各々の処理チャンバ２１４に接近して、新たにＳＰＭの混合を行うために、化学薬品の混合容器２０１が設けられる。混合容器２０１は、硫酸タンクからの対応する硫酸分注ライン２０３と、過酸化水素タンクからの対応する過酸化水素分注ライン２０２とに接合する。化学薬品混合容器への濃縮された硫酸及び過酸化水素の流速は、各々の対応するラインにおいて、フロー制御器２０５及び２０６により制御され、二つの流速の比は予め定められる。硫酸ライン及び過酸化水素ラインにおけるバルブは、同時に開閉するようにソフトウエア制御システムにより制御され、二つの化学薬品の流速は定められているため、化学薬品の混合容器２０１へ分注される過酸化水素の量に対する硫酸の量の比は的確に制御される。]
[0044] 図３に示される硫酸と過酸化水素との混合における温度対時間曲線から、硫酸と過酸化水素との混合のための滞留時間ｔ_ｒは、必要な処理温度Ｔ、特にＳＰＭ溶液の洗浄効果に基づいて得られる。] 図３
[0045] 科学及び工学における研究及び調査によると、硫酸と過酸化水素との混合により産生されたカロ酸はウエット洗浄工程の活性試薬であり、ＳＰＭ溶液が半導体ワークピース２１３の表面に分注される使用時点での反応定数を決定する試薬の濃度及びＳＰＭ溶液の温度を決定するカロ酸の収率に、ＳＰＭ溶液の洗浄効果は依存する。カロ酸は生成されると分解し、その分解速度は温度と共に上昇することもまた知られている。この反応は、下記式に示される。]
[0046] ]
[0047] カロ酸の濃度は以下のように計算される。]
[0048] ]
[0049] ここで、ｋ１（Ｔ（ｔ））はＨ２ＳＯ５生成の反応定数であり、ｋ２（Ｔ（ｔ））はＨ２ＳＯ５分解の反応定数であり、ｋ１（Ｔ（ｔ））及びｋ２（Ｔ（ｔ））は、それ自身は混合時間ｔの関数である温度Ｔの関数である。このように、カロ酸の収率及び反応性対時間曲線が試算され、図４に示される。これら二つの曲線を組み合わせることにより、時間に対するウエット洗浄工程の結合効果は図５に示される。図５によると、曲線のピークが、最大の洗浄効果を有する最適な作業領域であることがわかる。最適な結合効果の領域は、最適な洗浄効率を有する化学薬品溶液混合物を提供するｔ_ｒの範囲を決定する。この最適な効果の領域におけるタイムスケールは、ＳＰＭ溶液の温度に依存する硫酸と過酸化水素との混合後数秒から数分である。ＳＰＭに対する最適な効果の領域のタイムスケールの縮小のためには、使用の時点において混合したてにし、化学薬品及び溶液を分注することを必要とする。化学薬品の混合における温度対時間曲線及び結合効果対時間曲線を調査することにより、混合容器中のＳＰＭの滞留時間ｔ_ｒは試算されて、使用の時点での半導体ワークピースの表面に分注される作りたてのＳＰＭ溶液の温度及び結合効果を制御するために用いられる。] 図４ 図５
[0050] 両方の化学薬品が混合容器中へ分注される充満時間と滞留時間とを定義することにより、混合容器において硫酸と過酸化水素との混合が開始する予め計算された時間ｔは、下記のように得られる。]
[0051] ]
[0052] 対応するチャンバにおけるＳＰＭ処理が開始する前の予め定められた時間ｔにおいて、硫酸ライン２０２及び過酸化水素ライン２０３におけるバルブは、硫酸及び過酸化水素を化学薬品混合容器２０３に予め定められた比率で分注するために、ソフトウエア制御システムにより開かれる。予熱された硫酸及び過酸化水素の混合により莫大な熱が発生し、液体の混合物の温度が上昇する。硫酸と過酸化水素とは、高温での拡散及び異なる密度により誘起される対流により均一に素早く混合される。混合容器２０１は、処理要求により決定されるＳＰＭ液体の合計量を制御する少なくとも一つの水位センサ２０７を有している。ＳＰＭ水位が予め定められた水位に到達すると、硫酸ライン及び過酸化水素ラインのバルブは同時に閉じて混合容器へ硫酸及び過酸化水素を分注することを停止し、この充満工程にかかる時間はｔ_ｉである。ＳＰＭ混合物は混合容器中に予め定められた時間ｔ_ｒの間存在し、温度対時間曲線及び結合効果対時間曲線に基づく所望の温度及び所望の活性試薬収率に到達する。混合容器は、加圧されたガスパージライン２０９を混合容器２０１の上部に有し、処理チャンバ２１４中のノズル２１２に結合する化学薬品分注ラインを容器の底部の近くに有する。ＳＰＭ処理が開始すると、加圧されたガスが混合容器２０１の上部の加圧ガスライン２０９から固定圧にて混合容器２０１へパージされ、処理チャンバ２１４中のノズル２１２へＳＰＭ液体が固定流速でパージされる。流速及び処理時間ｔ_ｄは、ガスパージ圧力及び混合容器中のＳＰＭ液体の合計量を制御することにより制御されうる。ＳＰＭ処理が完了すると、加圧ガスは時間ｔ_ｐの間パージを継続し、混合容器及びその混合容器から処理チャンバ中のノズルへの化学薬品分注ラインから完全にＳＰＭ液体を取り除く。後処理のパージングにより混合容器中のＳＰＭの残渣をなくすことができ、一群の半導体ワークピース間及び処理チャンバにわたる新たなＳＰＭを混合及び分注することが確保される。]
[0053] 開示された装置及び方法によると、作りたてのＳＰＭ溶液が調製されて、使用の時点において制御された温度及び結合した洗浄効果にて分注される。このように処理における変化は、一群の半導体間及び処理チャンバにわたり最小化され、最適の洗浄効果が得られ、使用される化学薬品の量を抑制してコストを減少させる。]
[0054] 上記の具体例は本発明の好ましい実施形態を対象にするものであるが、本発明の基本的範囲から逸脱することなく、他の及び更なる応用がなされる。本発明の範囲は以下の請求項により決定される。]

权利要求:

請求項1
各々の半導体ワークピースを処理する化学薬品溶液調製装置であって下記を含有する。ａ）所定の化学薬品を温度Ｔ_０に加熱する少なくとも一つの部材；ｂ）各々の化学薬品を輸送及び制御する、複数のポンプ及びフロー制御器；ｃ）所定の処理チャンバ中の半導体ワークピースへ容器にて新たに混合された化学薬品溶液を分注する前に、予熱された化学薬品が導入され、混合され、制御された滞留時間ｔ_ｒにて化学薬品溶液混合物に反応する、所定の混合容器；ここで、ｔ_ｒは使用の時点における化学薬品溶液混合物の活性及び温度を制御する；ｄ）各々の化学薬品を前記混合容器へ時間ｔにて導入するフラグを設定するソフトウエア制御システム；ｅ）処理チャンバのための、前記混合容器からの少なくとも一つの化学薬品供給ラインに結合した、少なくとも一つの化学薬品分注ノズル；
請求項2
請求項１記載の化学薬品溶液調製装置であって、更に、付加的な処理チャンバに化学薬品溶液混合物を供給する付加的な混合容器を有する。
請求項3
請求項１記載の化学薬品溶液調製装置であって、前記フロー制御器は、流速を１分当たり０．２５〜５リットルに設定する。
請求項4
請求項１記載の化学薬品溶液調製装置であって、前記混合容器は、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫポリマー、又は水晶にて形成される。
請求項5
請求項１記載の化学薬品溶液調製装置であって、前記混合容器は下記を有する。ａ）容器本体；ｂ）オン／オフガス排気バルブ；ｃ）化学薬品溶液混合物を分注ノズルに導くための、０．５〜１２ｐｓｉの範囲の固定圧にてガスを供給する圧力規制ガス源に接続された注入口；ｄ）複数の化学薬品フロー注入口；ｅ）前記化学薬品溶液混合物の合計体積を制御する、複数の液体水位センサー；ｆ）容器圧力をモニターする圧力センサー；ｇ）化学薬品溶液混合物の温度をモニターする温度センサー；
請求項6
請求項１記載の化学薬品溶液調製装置であって、前記混合容器の体積は、０．５〜６リットルである。
請求項7
請求項１記載の化学薬品溶液調製装置であって、前記ソフトウエア制御システムは下記を有する。ａ）ユーザー入力値ｔ_ｒを読み込む機能；ｂ）処理における現時点の場所及び状態に基づいて前記化学薬品溶液混合物により半導体ワークピースが処理される場合、時間ｔ_ｒを予想する先行機能；ｃ）ｔ_ｉが、所望の量の化学薬品溶液混合物にて前記混合容器を充填するのに必要な時間である場合、ｔ＝ｔ_ｆ−ｔ_ｒ−ｔ_ｉとする機能；ｄ）前記時間ｔにて前記混合容器への充填工程を開始する機能；ｅ）前記時間ｔにて請求項５における前記オン／オフガス排気バルブを開く機能；ｆ）時間ｔ＋ｔ_ｉ＋ｔ_ｒにて、前記オン／オフガス排気バルブを閉じ、且つ前記容器を前記加圧ガス源へ接続する機能；ｇ）ｔ_ｄが、前記混合容器から半導体ワークピースへ前記化学薬品溶液混合物を分注するために必要な時間であり、ｔ_ｐが次の分注のパージ時間である場合、時間ｔ_ｆ＋ｔ_ｄ＋ｔ_ｐにて、オン／オフガス排気バルブを開き、且つ前記容器を前記加圧ガス源に非接続とする機能；
請求項8
請求項１記載の化学薬品溶液調製装置であって、前記混合容器の水平面に対し、前記少なくとも一つの化学薬品分注ノズルは、前記化学薬品溶液混合物の満杯ラインの上部に位置する。
請求項9
各々の半導体ワークピースを処理するための化学薬品溶液調製の方法であって下記を含有する。ａ）異なる初期温度にて使用される化学薬品溶液混合物の温度対時間曲線を算出する；ｂ）洗浄システムにおける各々の化学薬品溶液混合物の所望の処理時間にてフルダミー列を使用する一群のウエハを実行し、前記化学薬品溶液混合物の分注完了時から、洗浄システムの同じチャンバにて処理される隣接するウエハ間に前記化学薬品溶液混合物が再び分注される時までの最小時間（ｔ_ｍｉｎ）を抽出する；全てのチャンバにわたり最小のｔ_ｍｉｎを選択する；ｃ）与えられた洗浄工程において、所望の化学薬品濃度、使用時点における温度（Ｔ）、化学薬品供給比（ｑ）、及び分注される化学薬品の量（Ｑ）、これらのパラメータはＴ_０、ｔ_ｆ、ｔ_ｉ、及びｔ_ｄを含有する、に基づく前記装置の処理パラメータを決定する；ｄ）制御ソフトウエアにおける前記化学薬品溶液混合物のこれらの処理パラメータを設定する；ｅ）ソフトウエアを制御して処理パラメータを有効にし、パラメータが無効の場合はエラーを戻して新しい入力を要求する；ｆ）半導体ワークピースを処理する；ｇ）前記混合容器の前記圧力放出バルブを開き状態にする；ｈ）半導体ワークピースが処理され、各々の化学薬品による前記混合容器の充填工程が、ｔ＝ｔ_ｆ−ｔ_ｒ−ｔ_ｌにて開始する；ｉ）半導体ワークピースの処理が進行し、各々の化学薬品による前記混合容器の充填工程がｔ＝ｔ_ｆ−ｔ_ｒにて停止し、前記容器における前記化学薬品溶液混合物の体積はＱである；ｊ）半導体ワークピースの処理が進行し、前記化学薬品溶液混合物による処理の受け入れ準備がなされる際、前記混合容器の前記圧力放出バルブを閉じ、前記混合容器が固定圧力の加圧ガスに開放され、且つ、容器中の前記化学薬品溶液混合物がｔ＝ｔ_ｆにて分注を開始する；ｋ）半導体ワークピースの処理が進行し、容器中の前記化学薬品溶液混合物が分注をｔ＝ｔ_ｆ＋ｔ_ｄにて完遂し、前記化学薬品溶液混合物の合計体積はＱであり、パージがｔ_ｐの間継続する；ｌ）半導体ワークピースの処理が進行し、前記混合容器の前記圧力放出バルブが開き、前記混合容器がｔ＝ｔ_ｆ＋ｔ_ｄ＋ｔ_ｐにて加圧ガスに対して閉じる；ｍ）半導体ワークピースが、次の処理ステップのために準備される；ｎ）ステップ（ｆ）−（ｍ）が各々のウエハにおいて繰り返される；
請求項10
請求項９記載の方法において、前記化学薬品溶液混合物の寿命を制御するためにｔ_ｒを使用する。
請求項11
請求項９記載の方法において、分注点において前記化学薬品溶液混合物のＴを制御するためにｔ_ｒを使用する；Ｔを制御して、前記化学薬品溶液混合物の有効成分の反応性を制御する。
請求項12
請求項９記載の方法において、分注点において前記化学薬品溶液混合物の有効成分の収率を制御するためにｔ_ｒを使用する。
請求項13
請求項９記載の方法において、分注点において前記化学薬品溶液混合物の許容される異なるＴにてｔ_ｒ及びＴ_０を変化させる。
請求項14
請求項９記載の方法において、分注点において前記化学薬品溶液混合物の有効成分の許容される異なる収率にてｔ_ｒ及びＴ_０を変化させる。
請求項15
請求項９記載の方法において、前記化学薬品溶液混合物の有効成分のＴ、反応性、及び収率の組み合わせ効果を最適化し、半導体ワークピースの最適処理結果を達成するためにｔ_ｒを使用する。
請求項16
請求項９記載の方法において、ｔ_ｒ＋ｔ_ｉ＋ｔ_ｄ＋ｔ_ｆの合計がｔ_ｍｉｎ未満である。
請求項17
請求項９記載の方法において、ｔ_ｒは０．５〜１０分の範囲である。
請求項18
請求項９記載の方法において、Ｑは０．５〜５リットルの範囲である。
請求項19
請求項９記載の方法において、異なる処理チャンバにわたるｔ_ｒの固定により、異なる処理チャンバにわたる分注点での前記化学薬品溶液混合物のＴを等しくさせる。
請求項20
請求項９記載の方法において、異なる処理チャンバにわたるｔ_ｒの固定により、異なる処理チャンバにわたる分注点での前記化学薬品溶液混合物の化学薬品活性を等しくさせる。
請求項21
請求項９記載の方法において、異なる処理チャンバにわたるｔ_ｒの固定により、一群の処理済み半導体ワークピース間の洗浄効果における変化を最小にする。
請求項22
請求項９記載の方法において、予め定めた値Ｔに到達する前記化学薬品溶液混合物の温度のため、ｔ_ｒが時間により改変される。