DE19544353C2

DE19544353C2 - Waschvorrichtung

Info

Publication number: DE19544353C2
Application number: DE19544353A
Authority: DE
Inventors: Itaru Kanno; Toshiaki Ohmori; Hiroshi Tanaka; Nobuaki Doi
Original assignee: Renesas Semiconductor Engineering Corp; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Renesas Semiconductor Engineering Corp; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2015-11-29
Also published as: TW423068B; JPH08318181A; JP3504023B2; KR100227018B1; US5934566A; US6048409A; KR960043000A; DE19544353A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Waschvorrichtung.

Wenn auf einer Scheibe mit einem CVD-Verfahren oder einem Sputterverfahren ein Film gebildet wird, dann haftet auf der Oberfläche der Scheibe eine Partikelverunreinigung. Ferner haftet auf der Oberfläche der Scheibe manchmal ein Resist rückstard. Als Verfahren zum Entfernen dieser Verunreinigun gen sind ein Hochdruckspritzwasserwaschverfahren, ein MHz- Ultraschallfließwasserwaschverfahren und ein Eisschrubber waschverfahren und dergleichen vorgeschlagen worden.

Fig. 11 ist eine Darstellung, welche eine Konzeption einer Vorrichtung zeigt, die ein herkömmliches Waschverfahren ver wirklicht, das Hochdruckspritzwasserwaschen genannt wird.

Diese Vorrichtung enthält eine Flüssigkeitsdruckerzeugungs einrichtung 3, eine Strahldüse 4 und ein Gestell 2, das eine Scheibe 1 abstützt und dreht. Bei diesem Waschverfahren wird mit großer Geschwindigkeit zur Oberfläche der Scheibe 1 hin mittels der Strahldüse 4 eine durch die Flüssigkeitsdrucker zeugungseinrichtung 3 zusammengedrückte Flüssigkeit wie bei spielsweise reines Wasser kontinuierlich herausgespritzt. Die mit großer Geschwindigkeit herausgespritzte Flüssigkeit stößt mit der Oberfläche der Scheibe 1 zusammen, wodurch ein auf der Oberfläche der Scheibe 1 haftendes Verunreinigungs teilchen entfernt und die Oberfläche gewaschen wird. Die Scheibe 1 wird durch Drehen des Gestells 2 gedreht, und die Strahldüse 4 wird bewegt, so daß die ganze Oberfläche der Scheibe 1 gewaschen wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 12 wird die mit großer Geschwin digkeit aus der Strahldüse 4 herausgespritzte Flüssigkeit als Flüssigkeitssäule 20 gebildet, so daß sie mit der Ober fläche der Scheibe 1 bei diesem Verfahren zusammenstößt.

Dieses Verfahren weist das folgende Problem auf. Da mit der Oberfläche der Scheibe 1 mit großer Geschwindigkeit eine große Menge Flüssigkeit wie beispielsweise reines Wasser zusammenstößt, wird auf der Oberfläche der Scheibe 1 stati sche Elektrizität erzeugt, welche auf der Oberfläche der Scheibe 1 gebildete Einrichtungen der Reihe nach beschädigt. Um die Beschädigung zu vermindern, kann ein Verfahren zum Mischen von CO₂-Gas oder dergleichen in das reine Wasser, um den spezifischen Widerstand des reinen Wassers zu verklei nern und die auf der Oberfläche der Scheibe 1 erzeugte sta tische Elektrizität zu verringern, verwendet werden. Doch dies ist keine vollkommene Lösung. Ferner weist das in Fig. 15 gezeigte Verfahren das andere Problem auf, daß es einen kleinen Fremdgegenstand (ein kleines Fremdteilchen) mit 1 µm oder kleiner nicht ausreichend entfernt.

Fig. 13 ist eine schematische Darstellung, welche ein ande res herkömmliches Waschverfahren zeigt, das MHz-Ultraschallfließwasserwaschen genannt wird. Diese Waschvorrichtung ent hält ein eine Scheibe 1 drehendes Gestell 2 und eine Düse 5, die eine Hochfrequenz von etwa 1,5 MHz an eine Flüssigkeit wie beispielsweise reines Wasser anlegt und dieselbe ent lädt. Bei diesem Waschverfahren wird die Oberfläche der Scheibe 1 gewaschen durch Schwingenlassen des reinen Wassers mit der Hochfrequenz in der Vertikalrichtung mittels der Düse 5 und durch Herausspritzen des reinen Wassers zu der Scheibe 1 hin. Dieses Verfahren weist die folgenden Probleme auf.

Ähnlich wie in dem Fall des Hochdruckspritzwasserwaschver fahrens kann ein kleiner Fremdgegenstand (ein kleines Fremd teilchen) mit 1 µm oder kleiner mit diesem Verfahren nicht ausreichend entfernt werden. Obwohl ferner die Waschwirkung im allgemeinen durch Vergößern der Drehgeschwindigkeit des Gestells 2 leicht vergrößert wird, ist in diesem Fall die Waschwirkung im Randabschnitt der Scheibe 1 groß, während im Zentrumsabschnitt der Scheibe die Waschwirkung klein ist. Daher kommt auf der Oberfläche der Scheibe 1 eine Schwankung beim Waschen vor. Ferner weist dieses Verfahren das Problem einer Zerstörung miniaturisierter Muster von auf der Ober fläche der Scheibe 1 gebildeten Einrichtungen auf. Es wird erkannt, daß es eine Korrelation zwischen der Zerstörung von Einrichtungen und der Waschwirkung gibt. Bei diesem Wasch verfahren werden die Frequenz und die Leistung einer anzu legenden Hochfrequenz, die Anzahl von Umdrehungen des Ge stells 2 und der Abstand zwischen der Düse 5 und der Scheibe 1 verwendet als Parameter, die die Zerstörung von Einrich tungen und die Waschwirkung steuern. Doch aufgrund ihrer kleinen Steuerbereiche ist es schwer, diese Parameter zu steuern.

Fig. 14 ist eine schematische Darstellung einer Vorrich tung, die ein anderes herkömmliches Waschverfahren verwirk licht, welches Eisschrubberwaschen genannt wird. Diese Waschvorrichtung enthält einen Eisauffangtrichter 6, der Eisteilchen erzeugt. Der Eisauffangtrichter 6 ist mit einem Versorgungszerstäuber 7 versehen, der den Eisauffangtrichter 6 mit reinem Wasser versieht, welches die auszufrierende Flüssigkeit ist. Eine die Eisteilchen zur Scheibe 1 hin herausspritzende Strahldüse 8 ist am Boden des Eisauffang trichters 6 vorgesehen.

Der Betrieb wird nun beschrieben. Der Eisauffangtrichter 6 wird mit einem verflüssigten Gas wie beispielsweise mit flüssigem Stickstoff versorgt. Eine auszufrierende Flüssig keit wie beispielsweise reines Wasser wird mittels des Ver sorgungszerstäubers 7 in den Eisauffangtrichter 6 gesprüht. Durch Herausspritzen der in dem Eisauffangtrichter 6 erzeug ten Eisteilchen mit einigen µm bis einigen zehn µm aus der Strahldüse 8 vom Gasejektortyp zu der Scheibe 1 hin wird die Oberfläche der Scheibe 1 gewaschen. Dieses Waschverfahren erreicht im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Hoch druckspritzwasserwaschverfahren und dem vorstehend beschrie benen MHz-Ultraschallfließwasserwaschverfahren eine größere Waschwirkung. Doch die die Waschkraft bestimmende Geschwin digkeit, mit der die Eisteilchen herausgespritzt werden, kann die Schallgeschwindigkeit nicht überschreiten, da die Strahldüse 8 vom Gasejektortyp verwendet wird. Daher ist eine Begrenzung der Waschkraft vorhanden. Ferner vergrößert die Verwendung einer großen Menge flüssigen Stickstoffs, um Eisteilchen zu bilden, die Anfangskosten einer Einrichtung zum Bereitstellen flüssigen Stickstoffs, und die laufenden Kosten sind auch groß.

Das vorstehende Problem der Zerstörung von Einrichtungen kann unterdrückt werden durch Steuern der Geschwindigkeit, mit der die Eisteilchen herausgespritzt werden. Doch hin sichtlich der Einschränkungen beim Aufbau der Einrichtung kann die Geschwindigkeit, mit der die Eisteilchen herausge spritzt werden, gegenwärtig nur in einem Bereich von 100 bis 330 m/s gesteuert werden, und die Steuerbreite ist klein. Daher kann die Zerstörung von Einrichtungen nicht vollstän dig unterdrückt werden.

Derartige Probleme beim Waschen, wie vorstehend beschrieben, kommen auch in dem Fall vor, bei dem eine Verunreinigung ent fernt wird, die nicht nur auf der Halbleiterscheibe, sondern auch auf einem Flüssigkristallsubstrat und einem Substrat einer Photomaske oder dergleichen haftet.

Aus der US 4,787,404 ist eine Waschvorrichtung nach dem Ober begriff des Anspruches 1 bekannt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Waschvorrich tung vorzusehen, bei der eine auf der Oberfläche eines Substrats haftende Verunreinigung entfernt wird.

Die Aufgabe wird durch die Waschvorrichtung des Anspruches 1 oder 2 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen an gegeben.

Die Waschvorrichtung ist derart verbessert, daß sie einen auf einem Substrat haftenden kleinen Fremdgegenstand mit 1 µm oder kleiner entfernen kann.

Weiterhin sind die laufenden Kosten der Waschvorrichtung klein.

Weiterhin kann mit der Waschvorrichtung ein auf dem Substrat haftendes Verunreinigungsteilchen ohne Beschädigung der Ober fläche des Substrates entfernt werden.

Bei der Waschvorrichtung der Ansprüche 1 und 2 ist in der Strahldüse die Mischeinrichtung vorgesehen, welche die Flüs sigkeit und das Gas mischt und die Flüssigkeit in Tröpfchen verwandelt. Daher können die Tröpfchen leicht gebildet wer den. Im Ergebnis kann mit den Tröpfchen eine Verunreinigung auf einem Substrat entfernt werden und wird die Waschwirkung verbessert.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figu ren.

Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung, welche eine Konzeption einer Waschvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer an sich bekannten Strahldüse;

Fig. 3 eine graphische Darstellung, welche die Be ziehung zwischen einem Flüssigkeitsversor gungsdruck und einem Verunreinigungsbesei tigungsverhältnis zeigt;

Fig. 4 eine graphische Darstellung, welche die Be ziehung zwischen einer Tröpfchenausspritzge schwindigkeit und dem Verunreinigungsbesei tigungsverhältnis zeigt;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche die Be ziehung zwischen einer Tröpfchenkorngröße und dem Verunreinigungsbeseitigungsverhältnis zeigt;

Fig. 6 eine Darstellung zum Erläutern des Grundkon zepts der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine graphische Darstellung, welche die Be ziehung zwischen einem Tröpfchenzusammen stoßwinkel und dem Beseitigungsverhältnis zeigt;

Fig. 8 eine Schnittansicht eines anderen speziellen Beispiels der ein Tröpfchen bildenden Strahl düse;

Fig. 9 eine Schnittansicht, welche ein anderes spezielles Beispiel der ein Tröpfchen bil denden Strahldüse zeigt;

Fig. 10 eine Schnittansicht, welche ein weiteres spezielles Beispiel der ein Tröpfchen bil denden Strahldüse zeigt;

Fig. 11 eine Darstellung, welche eine Konzeption einer ein herkömmliches Hochdruckspritzwas serwaschen verwirklichenden Einrichtung zeigt;

Fig. 12 eine Schnittansicht einer aus der herkömm lichen Hochdruckspritzwasserwascheinrichtung herausgespritzten Flüssigkeit;

Fig. 13 eine schematische Darstellung, welche eine ein herkömmliches MHz-Ultraschllfließwasser waschen verwirklichende Einrichtung zeigt; und

Fig. 14 eine schematische Darstellung, welche eine ein herkömmliches Eisschrubberwaschen ver wirklichende Einrichtung zeigt.

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrie ben.

Die erste Ausführungsform

Fig. 1 ist eine Darstellung, welche beispielsweise eine Konzeption einer Scheibenwaschvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Diese Vorrichtung entfernt eine auf der Oberfläche einer Halbleiterscheibe 1 haftende Verunrei nigung. Diese Vorrichtung enthält eine Strahldüse 11, die zu der Halbleiterscheibe 1 hin ein Tröpfchen herausspritzt. Mit der Strahldüse 11 ist eine die Strahldüse 11 mit einer Flüs sigkeit versorgende Flüssigkeitsversorgungseinrichtung 23 verbunden. Mit der Strahldüse 11 ist eine die Strahldüse 11 mit einem Gas versorgende Gasversorgungseinrichtung 22 ver bunden.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht der Strahldüse 11. Eine solche Düse ist an sich bekannt. Ihre Beschreibung dient hier jedoch zur Erläuterung der physikalischen Zusammenhänge in einer Mehr stoffdüse. Die Strahldüse 11 enthält eine erste Zuflußleitung 30, durch welche das Gas hindurchgeht. Die Strahldüse 11 enthält ferner eine zweite Zuflußleitung 31, deren Endabschnitt aus der Außenseite der ersten Zuflußleitung 30 durch eine Seitenwandung der ersten Zuflußleitung 30 hindurch in die erste Zuflußleitung 30 verläuft und durch welche die Flüssigkeit hindurchgeht. Der Endabschnitt der zweiten Zuflußleitung 31 verläuft in derselben Richtung wie die erste Zuflußleitung 30.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 enthält die Flüssig keitsversorgungseinrichtung 23 einen unter Druck gesetzten Tank, einen Regler oder dergleichen (nicht dargestellt), welcher den Versorgungsdruck und die Versorgungsmenge der Flüssigkeit für die Strahldüse 11 regelt. Der Versorgungs druck der Flüssigkeit wird vorzugsweise so geregelt, daß er in einem Bereich von 0,1 bis 1 MPa ist.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, welche die Bezie hung zwischen dem Flüssigkeitsversorgungsdruck und dem Ver unreinigungsbeseitigungsverhältnis zeigt. Wenn unter Bezug nahme auf Fig. 3 der Flüssigkeitsversorgungsdruck so geregelt ist, daß er in einem Bereich von 0,2 bis 0,4 MPa ist, dann kann die Verunreinigung ohne Beschädigung der Ober fläche der Halbleiterscheibe entfernt werden. Wenn der Flüs sigkeitsversorgungsdruck so geregelt ist, daß er in einem Bereich von 0,4 bis 0,8 MPa ist, dann ist das Beseitigungs verhältnis verbessert. Wenn der Flüssigkeitsversorgungsdruck so geregelt ist, daß er etwa 0,8 MPa ist, dann erreicht das Beseitigungsverhältnis etwa 100%. Selbst wenn der Versor gungsdruck weiter vergrößert wird, ändert sich das Beseiti gungsverhältnis nicht.

Die Gasversorgungseinrichtung 22 enthält auch einen Regler oder dergleichen (nicht dargestellt), welcher den Versor gungsdruck und die Versorgungsmenge des Gases regelt. Der Gasversorgungsdruck ist vorzugsweise so geregelt, daß er in einem Bereich von 0,1 bis 1 MPa ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 werden in der Strahldüse 11 das Gas und die Flüssigkeit gemischt und wird die Flüssigkeit in ein Partikeltröpfchen 21 verwandelt, so daß es aus dem Ende der ersten Zuflußleitung 30 zusammen mit einem Fluß des Gases herausgespritzt wird. Das an dem Ende der zweiten Zu flußleitung 31 gebildete Tröpfchen 21 wird zwischen (a) und (b) in der Figur durch den Fluß des Gases in der ersten Zu flußleitung 30 beschleunigt und aus dem Ende der ersten Zu flußleitung 30 herausgespritzt. Der Abstand x zwischen dem Ende (a) der zweiten Zuflußleitung 31 und dem Ende (b) der ersten Zuflußleitung 30 muß 70 mm oder größer und vorzugs weise 100 mm oder größer sein. Wenn der Abstand x kleiner als 70 mm ist, dann ist die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 herausgespritzt werden, verkleinert und die Waschwirkung vermindert.

Die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 herausge spritzt werden, wird bestimmt durch den Flüssigkeitsversor gungsdruck (die Flüssigkeitsversorgungsmenge), den Gasver sorgungsdruck (die Gasversorgungsmenge), den Abstand x zwi schen (a) und (b) und den Innendurchmesser der ersten Zuflußleitung 30. Im allgemeinen sind der Abstand x zwischen (a) und (b) und der Innendurchmesser der ersten Zuflußlei tung 30 festgelegt und ist die Flüssigkeitsversorgungsmenge auf etwa 1/100 der Gasversorgungsmenge festgesetzt. Daher wird die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 herausge spritzt werden, vor allem durch den Gasversorgungsdruck (und die Versorgungsmenge) gesteuert. Insbesondere kann die Ge schwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 herausgespritzt wer den, so gesteuert werden, daß sie in einem Bereich von 1 m/s bis zur Schallgeschwindigkeit (330 m/s) ist.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, welche die Bezie hung zwischen der Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 herausgespritzt werden, und dem Verunreinigungsbeseitigungs verhältnis zeigt. Wenn die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen herausgespritzt werden, so gesteuert ist, daß sie in einem Bereich von 10 m/s bis 100 m/s ist, dann wird die Beschädigung der Oberfläche der Halbleiterscheibe verrin gert. Wenn andererseits die Geschwindigkeit so gesteuert ist, daß sie 100 m/s oder größer ist, dann wird das Verun reinigungsbeseitigungsverhältnis vergrößert.

Die Korngröße des Tröpfchens 21 wird bestimmt durch den Flüssigkeitsversorgungsdruck (die Flüssigkeitsversorgungs menge), den Gasversorgungsdruck (die Gasversorgungsmenge), den Innendurchmesser der ersten Zuflußleitung 30 und den Innendurchmesser der zweiten Zuflußleitung 31. Da der Innen durchmesser der zweiten Zuflußleitung 31 und der Innendurch messer der ersten Zuflußleitung 30 im allgemeinen festgelegt sind, wird die Korngröße des Tröpfchens 21 durch den Flüs sigkeits- und den Gasversorgungsdruck (die Flüssigkeits- und die Gasversorgungsmenge) gesteuert. Wenn die Flüssigkeits versorgungsmenge verkleinert und die Gaversorgungsmenge ver größert wird, dann wird die Korngröße des Tröpfchens 21 ver kleinert. Wenn andererseits die Flüssigkeitsversorgungsmenge vergrößert und die Gaversorgungsmenge verkleinert wird, dann wird die Korngröße des Tröpfchens 21 vergrößert. Insbesonde re kann die Korngröße des Tröpfchens 21 so gesteuert werden, daß sie in einem Bereich von 0,01 µm bis 1000 µm ist. Durch Einstellen der Korngröße des Tröpfchens 21 kann ein auf dem Substrat haftender kleiner Fremdgegenstand mit 1 µm oder kleiner entfernt werden.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, welche die Bezie hung zwischen der Korngröße eines Tröpfchens und dem Verun reinigungsbeseitigungsverhältnis zeigt. Wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 in einem Bereich von 0,01 µm bis 0,1 µm ist, dann wird das Beseitigungsverhältnis leicht vergrößert, wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 vergrößert wird. Wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 in einem Bereich von 011 µm bis 1 µm ist, dann wird das Beseitigungsverhältnis bedeutend vergrößert, wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 vergrößert wird. Wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 in einem Bereich von 1 µm bis 100 µm ist, dann ändert sich das Beseitigungs verhältnis (100%) nicht, unabhängig davon, wie die Korngröße des Tröpfchens 21 vergrößert wird. Wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 in einem Bereich von 100 µm bis 1000 µm ist, dann wird das Beseitigungsverhältnis verkleinert, wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 vergrößert wird.

Wie vorstehend beschrieben, können durch Ändern der Ge schwindigkeit, mit der das Tröpfchen 21 herausgespritzt wird, und der Korngröße des Tröpfchens 21 die Waschwirkung (das Beseitigungsverhältnis) und die Beschädigung an Ein richtungen gesteuert werden.

Wie vorstehend beschrieben, wird eine äußere Kraft (das Be seitigungsvermögen), welche (welches) auf einen Fremdgegen stand (ein Fremdteilchen) auf der Halbleiterscheibe wirkt, durch eine Zusammenstoßgeschwindigkeit des Tröpfchens geän dert. Dieselbe Kraft wirkt auf das auf der Halbleiterscheibe gebildete Einrichtungsmuster. Wenn daher die Zusammenstoßge schwindigkeit des Tröpfchens 21 groß ist, dann kann das Ein richtungsmuster manchmal zersört werden. Daher ist es not wendig, die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen heraus gespritzt werden, in einem die Einrichtungen nicht beschädigenden Bereich einzuregeln. Selbst wenn ferner die Korngröße des Tröpfchens geändert wird, ändert sich der Absolutwert des Beseitigungsvermögens, das auf den Fremdgegenstand (das Fremdteilchen) wirkt, nicht. Doch die Fläche des Teilchens, mit der das Tröpfchen zusammenstößt, wird geändert (was einen Einfluß auf die Waschwirkung hat). Es wird der Fall betrachtet, daß die Flüssigkeitsversorgungsmenge konstant ist. Wenn die Korngröße des Tröpfchens verkleinert wird, dann wird im umgekehrten Verhältnis zur dritten Potenz der Korngröße die Anzahl von Tröpfchen vergrößert. Andererseits wird die Fläche des Fremdgegenstandes, mit der ein Tröpfchen zusammenstößt, im umgekehrten Verhältnis zum Quadrat der Korngröße verkleinert. Im Ergebnis wird die Gesamtfläche, auf der die Tröpfchen zusammenstoßen, vergrößert, wodurch sich die Waschwirkung verbessert. Wenn jedoch ein zu ent fernender Fremdgegenstand eine große Abmessung aufweist, beispielsweise wenn ein zu entfernender Fremdgegenstand ein kugelförmiger Fremdgegenstand mit einem Durchmesser von 10 µm ist, dann wird mit einem Tröpfchen mit einer Korngröße von 10 µm oder kleiner die Entfernungswirkung kaum erkannt. In diesem Fall muß ein großes Tröpfchen mit einem Durchmes ser von etwa 100 µm verwendet werden. Daher kann durch freies Steuern der Korngröße eines Tröpfchens in Abhängig keit von der Größe eines zu entfernenden Fremdgegenstandes ein wirksames Waschen ausgeführt werden.

Gemäß diesem Verfahren kann ein auf dem Substrat haftender kleiner Fremdgegenstand mit 1 µm oder kleiner auch entfernt werden. Gemäß dem Verfahren dieser Ausführungsform wird ferner kein kostspieliges Material wie beispielsweise flüs siger Stickstoff verwendet, was zu kleinen laufenden Kosten führt.

Wie vorstehend beschrieben, kann durch Ändern der Korngröße des Tröpfchens ferner die Beschädigung an den Einrichtungen gesteuert werden. Im Falle eines Zwischenverbindungsmusters mit einer Breite von beispielsweise 1 µm kann das Substrat durch Verwenden eines Tröpfchens mit einer Korngröße von 1 µm oder kleiner gewaschen werden, ohne daß es beschädigt wird.

Diese Ausführungsform wird nun mit speziellen Zahlenwerten beschrieben.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 2 sind der Außendurch messer und der Innendurchmesser der zweiten Zuflußleitung 31, durch welche die Flüssigkeit hindurchfließt, entspre chend auf 3,2 mm und 1,8 mm festgesetzt. Der Außendurch messer und der Innendurchmesser der ersten Zuflußleitung 30, durch welche das Gas hindurchfließt, sind entsprechend auf 6,35 mm und 4,35 mm festgesetzt. Der Abstand x zwischen dem Ende (a) der zweiten Zuflußleitung 31 und dem Ende (b) der ersten Zuflußleitung 30 ist auf 200 mm festgesetzt. Der Flüssigkeitsversorgungsdruck ist auf etwa 0,7 MPa festge setzt, und die Flüssigkeitsversorgungsmenge ist 2 l/min. Die Gasversorgungsmenge ist auf 300 l/min festgesetzt. Wenn unter derartigen Bedingungen Tröpfchen gebildet werden, dann ist die Korngröße des Tröpfchens 21 1 µm bis 100 µm und ist die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 herausge spritzt werden, die Schallgeschwindigkeit (334 m/s).

Das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung wird unter Be zugnahme auf Fig. 6 beschrieben.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6(a) stößt ein Tröpfchen 21 mit einer Geschwindigkeit V₀ mit einer Scheibe 1 zusammen. Beim Zusammenstoß wird unter Bezugnahme auf Fig. 6(b) in einem unteren Abschnitt des Tröpfchens 21 ein Druck erzeugt, der Aufpralldruck P genannt wird. Unter Bezugnahme auf Fig. 6(c) wird in der horizontalen Richtung durch den Aufprall druck P ein Fluß erzeugt, der strahlenförmiger Fluß genannt wird.

Der Aufpralldruck P ist durch den folgenden Ausdruck ge geben:

P = (1/2)αρ_LC_LV_0.

In dem vorstehenden Ausdruck bezeichnet V₀ die Zusammenstoß geschwindigkeit, ρ_L bezeichnet die Flüssigkeitsdichte, C_L be zeichnet die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit, und α bezeichnet einen Verkleinerungskoeffizienten, der durch den folgenden Ausdruck angegeben wird. In dem folgenden Ausdruck bezeichnet ρ_S die Substratdichte und C_S die Schallgeschwin digkeit in dem Substrat.

α = 0,41[1 + 5,9(ρ_LC_L/ρ_SC_S)]^-1

Eine Geschwindigkeit V_f des strahlenförmigen Flusses ist durch den folgenden Ausdruck gegeben:

V_f = (αC_LV₀)^1/2.

Ein Fremdgegenstand auf der Scheibe 1 wird durch eine durch den strahlenförmigen Fluß gegebene Kraft entfernt.

Eine äußere Kraft (ein Beseitigungsvermögen) D, die (das) auf ein Teilchen auf der Scheibe 1 wirkt, ist durch den fol genden Ausdruck gegeben:

D = C_D(ρ_L/2)V_f ²(π/4)d²

oder

D = C_DP(π/4)d².

In dem Ausdruck bezeichnet C_D einen Widerstandskoeffizien ten. Wenn die Reynoldssche Zahl R größer als 10³ ist und das Teilchen ein kugelförmiges Teilchen ist, dann ist der Wider standskoeffizient C_D 0,47. In dem Ausdruck bezeichnet d die Korngröße des Teilchens.

Gemäß dem vorstehenden Modell enthält ein das Beseitigungs vermögen bestimmender Faktor die Zusammenstoßgeschwindigkeit des Tröpfchens, die Flüssigkeitsdichte, die Schallgeschwin digkeit in der Flüssigkeit und die Flüssigkeitsviskosität. Um daher das Beseitigungsvermögen zu vergrößern, wird ein flüssiges Material mit einer größeren Dichte und einer größeren Schallgeschwindigkeit bevorzugt.

Wenn reines Wasser verwendet wird, dann können die Dichte und die Schallgeschwindigkeit geändert werden durch Regeln der Temperatur des reinen Wassers. Durch Regeln der Tempe ratur des reinen Wassers auf 4°C mittels einer Temperatur regeleinrichtung können die Dichte des reinen Wassers und die Schallgeschwindigkeit in dem reinen Wasser so einge stellt werden, daß sie maximal sind.

Unter Berücksichtigung der elektrischen Beschädigung (stati schen Elektrizität) an Einrichtungen kann in das reine Was ser ein Gas wie beispielsweise CO₂ oder ein oberflächenak tives Mittel gemischt werden, so daß der spezifische Wider stand des reinen Wassers vermieden werden kann. Dies ist auch eine bevorzugte Modifikation dieser Ausführungsform.

Im Unterschied zu dem reinen Wasser kann eine Flüssigkeit oder ein (ein Gelmaterial umfassendes) flüssiges Material mit einem größeren spezifischen Gewicht, einer größeren Schallgeschwindigkeit und einer größeren Viskosität als das reine Wasser vorzugsweise verwendet werden.

Als weiteres Verfahren zum Vergrößern des Beseitigungsver mögens und als Verfahren zum Steuern der Musterbeschädigung an Einrichtungen wird ein Zusammenstoßwinkel des Tröpfchens 21 vorzugsweise eingestellt. Durch Andern des Zusammenstoß winkels θ des Tröpfchens 21 ist der Aufpralldruck P gegeben durch den folgenden Ausdruck:

P = (1/2)αρ_LC_LV₀sinθ.

Wenn daher der Zusammenstoßwinkel des Tröpfchens 21 vergrö ßert wird (die Vertikalrichtung zur Scheibenoberfläche), dann wird der Aufpralldruck P vergrößert und wird die äußere Kraft (das Beseitigungsvermögen) D, welche (welches) auf einen Fremdgegenstand wirkt, vergrößert. Wenn jedoch die äußere Kraft D vergrößert wird, dann konnte eine Beschädi gung an Einrichtungen wie beispielsweise eine Zerstörung des Einrichtungsmusters vorkommen. Um die Beschädigung zu ver hindern, wird der Zusammenstoßwinkel des Tröpfchens 21 vor zugsweise gesteuert. Der Zusammenstoßwinkel ist im allge meinen auf 15° bis 90° festgesetzt.

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, welche die Bezie hung zwischen dem Zusammenstoßwinkel und dem Beseitigungs verhältnis zeigt.

Bei der vorstehenden Ausführungsform wurde als Substrat eine Scheibe dargestellt. Doch die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann in dem Fall verwendet werden, daß eine Verunreinigung entfernt wird, welche auf einem Flüssigkristallsubstrat und einem Substrat einer Fotomaske oder dergleichen haftet.

Die zweite Ausführungsform

Fig. 8 ist eine Schnittansicht eines anderen speziellen Beispiels einer Strahldüse, die eine Flüssigkeit und ein Gas mischt, um Tröpfchen zu bilden. Die Strahldüse 11 enthält eine erste Zuflußleitung 41. Die Strahldüse 11 enthält eine zweite Zuflußleitung 42, deren Durchmesser größer als der jenige der ersten Zuflußleitung 41 ist und welche die erste Zuflußleitung 41 bedeckt, so daß ein Zwischenraum 42a zwi schen der zweiten Zuflußleitung 42 und der ersten Zufluß leitung 41 gebildet ist. Die Strahldüse 11 enthält eine dritte Zuflußleitung 43, deren Ende aus der Außenseite der zweiten Zuflußleitung 42 durch Seitenwandungen der zweiten Zuflußleitung 42 und der ersten Zuflußleitung 41 hindurch in die erste Zuflußleitung 41 verläuft. Die Flüssigkeit geht durch die dritte Zuflußleitung 43 hindurch. Das Gas geht durch die erste Zuflußleitung 41 und den Zwischenraum 42a zwischen der ersten Zuflußleitung 41 und der zweiten Zufluß leitung 42 hindurch. Mittels des vorstehend beschriebenen Aufbaus der Strahldüse 11 werden Tröpfchen 21 gebildet. Die Tröpfchen 21 sind mit einem durch den Zwischenraum 42a hin durchgehenden Gas 31 bedeckt. Daher wird die Geschwindig keit, mit der im Außenraum angeordnete Tröpfchen 21 heraus gespritzt werden, vergrößert, welche Geschwindigkeit durch den atmosphärischen Widerstand verkleinert werden würde, wenn die zweite Zuflußleitung 42 nicht vorgesehen wäre. Im Ergebnis wird eine Schwankung der Geschwindigkeit unter den Tröpfchen 21 eliminiert und die Beseitigungseffizienz eines Fremdgegenstandes vergrößert.

Die dritte Ausführungsform

Fig. 9 ist eine Schnittansicht, welche eine weitere Aus führungsform einer bei der vorliegenden Erfindung verwende ten Strahldüse zeigt. Die in Fig. 9 gezeigte Strahldüse ist dieselbe wie diejenige der Fig. 8, außer einem fol genden Punkt. Daher werden dieselben oder entsprechende Ab schnitte durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung nicht wiederholt.

Im Unterschied zu der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform verlängert und verkürzt sich bei dieser Ausführungsform ein Endabschnitt 43a der dritten Zuflußleitung 43. Im Ergebnis kann die Lage eines Auslasses 32, der das Ende der dritten Zuflußleitung 43 ist, frei geändert werden. Wenn der Flüs sigkeitsauslaß 32 in der Nähe des Auslasses 30 der zweiten Zuflußleitung 42 ist, dann werden die Tröpfchen 21 zer streut, bevor sie mit dem Substrat 1 zusammenstoßen, und wird die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 heraus gespritzt werden, verkleinert. Wenn der Abstand zwischen dem Flüssigkeitsauslaß 32 und dem Gasauslaß 30 groß ist, dann wird die Strahlreichweite der Tröpfchen 21 verkleinert und ein vergrößern der Strahlgeschwindigkeit schwierig. Daher können durch den Aufbau der Strahldüse 11, wie in Fig. 9 gezeigt, jene Strahlreichweite und jene Strahlgeschwindig keit der Tröpfchen 21 gewählt werden, welche für den Zustand eines Fremdgegenstandes und die Oberfläche eines Substrats geeignet sind. Das Experiment hat gezeigt, daß der optimale Abstand zwischen dem Flüssigkeitsauslaß 32 und dem Gasauslaß 30 100 mm bis 200 mm ist.

Die vierte Ausführungsform

Fig. 10 ist eine Schnittansicht einer Strahldüse gemäß einer achten Ausführungsform. Eine Strahldüse 11 enthält eine erste Zuflußleitung 44. Die Strahldüse 11 enthält eine zweite Zuflußleitung 45, deren Ende aus der Außenseite der ersten Zuflußleitung 44 durch eine Seitenwandung der ersten Zuflußleitung 44 hindurch in die erste Zuflußleitung 44 ver läuft. Der Endabschnitt der zweiten Zuflußleitung 45 ver läuft in derselben Richtung wie die erste Zuflußleitung 44. Die Strahldüse 11 enthält eine dritte Zuflußleitung 46, deren Ende aus der Außenseite der zweiten Zuflußleitung 45 durch eine Seitenwandung der zweiten Zuflußleitung 45 hin durch in die zweite Zuflußleitung 45 verläuft. Der Endab schnitt der dritten Zuflußleitung 46 verläuft in derselben Richtung wie die zweite Zuflußleitung 45. Der Endabschnitt der dritten Zuflußleitung 46 verläuft über den Endabschnitt der zweiten Zuflußleitung 45 hinaus. Die zweite Zuflußlei tung 45 ist mit einer Flüssigkeit versorgt. Die erste Zu flußleitung 44 und die dritte Zuflußleitung 46 sind mit einem Gas versorgt. Gemäß dieser Strahldüse 11 werden von einem Substrat 1 durch ein Gas 34, das aus der dritten Zu flußleitung 46 unmittelbar nach einem Zusammenstoß mit dem Substrat 1 herausgestrahlt wird, die herausgespritzten Tröpfchen 21 entfernt. Im Ergebnis ist in dem Moment, wenn die Tröpfchen 21 mit dem Substrat 1 zusammenstoßen, keine Flüssigkeit auf dem Substrat 1 vorhanden. Folglich kann ein Fremdgegenstand effizient entfernt werden.

Claims

1. Waschvorrichtung, die eine auf einer Oberfläche eines Substrats (1) haftende Verunreinigung entfernt, mit einer Strahldüse (11), die zu dem Substrat hin ein Tröpf chen herausspritzt,
einer mit der Strahldüse (11) verbundenen Flüssigkeitsver sorgungseinrichtung (23) zum Versorgen der Strahldüse (11) mit einer Flüssigkeit,
einer mit der Strahldüse verbundenen Gasversorgungseinrich tung (22) zum Versorgen der Strahldüse (11) mit einem Gas und einer in der Strahldüse (11) vorgesehenen Mischeinrich tung zum Mischen der Flüssigkeit und des Gases, mit denen die Strahldüse (11) versorgt ist, und zum Verwandeln der Flüssigkeit in das Tröpfchen, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahldüse und die Mischeinrichtung
eine erste Zuflußleitung (41),
eine zweite Zuflußleitung (42), deren Durchmesser größer als derjenige der ersten Zuflußleitung (41) ist und welche die erste Zuflußleitung (41) derart bedeckt, daß ein Zwi schenraum zwischen der ersten Zuflußleitung (41) und der zweiten Zuflußleitung (42) gebildet ist, und
eine dritte Zuflußleitung (43), deren Endabschnitt aus der Außenseite der zweiten Zuflußleitung (42) durch Seitenwan dungen der ersten Zuflußleitung (41) und der zweiten Zu flußleitung (42) hindurch in die erste Zuflußleitung (41) verläuft, enthalten, wobei
die Flüssigkeit durch die dritte Zuflußleitung (43) hin durchgeht und das Gas durch die erste und die zweite Zu flußleitung (41, 42) hindurchgeht.

2. Waschvorrichtung, die eine auf einer Oberfläche eines Substrats (1) haftende Verunreinigung entfernt, mit
einer Strahldüse (11), die zu dem Substrat hin ein Tröpf chen herausspritzt,
einer mit der Strahldüse (11) verbundenen Flüssigkeitsver sorgungseinrichtung (23) zum Versorgen der Strahldüse (11) mit einer Flüssigkeit,
einer mit der Strahldüse verbundenen Gasversorgungseinrich tung (22) zum Versorgen der Strahldüse (11) mit einem Gas und einer in der Strahldüse (11) vorgesehenen Mischeinrich tung zum Mischen der Flüssigkeit und des Gases, mit denen die Strahldüse (11) versorgt ist, und zum Verwandeln der Flüssigkeit in das Tröpfchen, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahldüse und die Mischeinrichtung
eine erste Zuflußleitung (44),
eine zweite Zuflußleitung (45), deren Endabschnitt aus der Außenseite der ersten Zuflußleitung durch eine Seitenwan dung der ersten Zuflußleitung (44) hindurch in die erste Zuflußleitung (44) verläuft und welche in derselben Rich tung wie die erste Zuflußleitung (44) verläuft, und
eine dritte Zuflußleitung (46), deren Endabschnitt aus der Außenseite der zweiten Zuflußleitung (45) durch eine Sei tenwandung der zweiten Zuflußleitung (45) hindurch in die zweite Zuflußleitung (45) verläuft und welche in derselben Richtung wie die zweite Zuflußleitung (45) verläuft, ent halten, wobei
in der zweiten Zuflußleitung die Flüssigkeit bereitgestellt ist und
in der ersten und der dritten Zuflußleitung (44, 46) das Gas bereitgestellt ist.

3. Waschvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Endabschnitt der dritten Zuflußleitung (42) in dersel ben Richtung wie die erste Zuflußleitung (41) verläuft und der Endabschnitt der dritten Zuflußleitung (43) verlänger bar und verkürzbar ist.

4. Waschvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher eine Mehr zahl von Strahldüsen (11) in einem regelmäßigen Abstand so vorgesehen ist, daß sie sich nicht gegenseitig kreuzen.

5. Waschvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Flüs sigkeitsversorgungseinrichtung (23) eine Einrichtung zum Steuern eines Versorgungsdruckes der Flüssigkeit enthält und die Gasversorgungseinrichtung (22) eine Einrichtung zum Steuern eines Versorgungsdruckes des Gases enthält.