DE4402247B4

DE4402247B4 - Oberflächenreinigung mit Argon

Info

Publication number: DE4402247B4
Application number: DE4402247A
Authority: DE
Inventors: Tadamodo Tamai; Yoichiro Ikeya
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1994-01-26
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: DE4402247A1; GB9401588D0; KR940018926A; GB2274742A; GB2274742B; US5512106A; KR100332707B1

Abstract

Oberflächenreinigungsverfahren bei dem Argon über eine Düsenvorrichtung auf die Oberfläche eines zu reinigenden Objekts gesprüht wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bilden kleiner Argonflüssigkeitströpfchen stromaufwärts bezüglich der Düsenvorrichtung durch Kühlen eines Argongas enthaltenden Gases auf die Verflüssigungstemperatur des Argongases, die spezifisch ist für den Druck des Argongases, oder darunter;
Liefern des die Argonflüssigkeitströpfchen enthaltenden Fluids an die Düsenvorrichtung;
Bilden kleiner Argonpartikel durch Ausblasen des die Argonflüssigkeitströpfchen enthaltenden Fluids aus der Düsenvorrichtung in eine drucklose Atmosphäre und adiabatisches Ausdehnen des Fluids beim Austritt aus der Düsenvorrichtung in die drucklose Atmosphäre zum Verfestigen wenigstens eines Teils der Argonflüssigkeitströpfchen in kleine Argonpartikel; und
Blasen des die kleinen Argonpartikel enthaltenden Fluids auf die Oberfläche des zu reinigenden Objekts.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Oberflächenreinigungsverfahren und eine Oberflächenreinigungssystem und insbesondere auf ein Oberflächenreinigungsverfahren und ein Oberflächenreinigungssystem, die geeignet sind, die Oberfläche einer Ebene, wie zum Beispiel die Oberfläche eines Halbleiterwafers oder Plättchens zu reinigen.
Bei LSI-Herstellungsschritten bzw. Herstellungsschritten mit hohem Integrationsgrad verringern kleine Partikel oder Verunreinigungen auf der Oberfläche eines Halbleiterplättchens, einer LCD, einer Solarbatterie oder ähnlichem den letztendlichen Produktertrag erheblich. Die Oberflächenreinigung der Wafer oder Plättchen ist daher wichtig, und auch die Umweltverunreinigung, die durch die Reinigung bewirkt wird, ist ein wichtiger Gesichtspunkt.
Bisher wurden unterschiedliche Reinigungsverfahren vorgeschlagen. Oberflächenreinigungsverfahren, die bisher für Halbleiterwafer oder Plättchen verwendet wurden, sind nachfolgend zusammengefaßt.

Chemische Reinigung oder Lösungsmittelreinigung

Dieses Verfahren entfernt Oberflächenflecken oder Verunreinigungen durch eine chemische Reaktion oder Zersetzung. Wasser, Säure, organische Lösungsmittel, Freon oder ähnliches werden verwendet. Es ist notwendig, die richtigen Lösungsmittel auszuwählen, die für die zu entfernenden Flecken, Verunreinigungen usw. wirksam sind. Ultraschallreinigung kann zusammen damit verwendet werden, um die physikalische Reinigungskraft zu verbessern. Es ist notwendig, Lösungsmittel mit einer hohen Reinheit zu ver wenden, um keine Flecken oder Verunreinigungen auf der gereinigten Objektoberfläche zurückzulassen.

Wasser mit einer hohen Reinheit ist leicht verfügbar und eine große Menge an Wasser kann kosteneffizient verwendet werden. Wasser, das auf der Oberfläche zurückbleibt, kann jedoch Verunreinigungen in der Zukunft bewirken und die Art der Verunreinigungen und Flecken und ähnliches, die durch Wasser zersetzt werden, ist beschränkt.

Viele der anderen wirksamen Lösungsmittel verunreinigen die Umgebung oder Umwelt, wenn sie in die Umgebung ausgelassen werden. Bei zirkulierenden Lösungsmitteln, um eine Verunreinigung der Umwelt zu verhindern, ist es schwierig, die zirkulierenden Lösungsmittel kosteneffizient oder wirtschaftlich wieder aufzubereiten. Wenn die Reinigung unter Verwendung desselben Lösungsmittels wiederholt wird, werden kontaminierte oder verunreinigte Substanzen in diesem Lösungsmittel angesammelt und sie können an der gereinigten Oberfläche anhaften, was fehlerhafte Produkte zur Folge hat.

Blasen von kleinen Eispartikel

Es ist ein Blasverfahren von kleinen Eispartikeln bekannt, um kleine Fremdpartikel oder Flecken von einer Objektoberfläche zu entfernen. Jedoch ist der Durchmesser eines kleinen Eispartikels, das derzeitig herstellbar ist, nicht ausreichend klein, um leicht kleine Fremdpartikel in der Größenordnung von 1 μm oder kleiner zu entfernen.

Blasen kleiner CO₂-Partikel

Es ist ein Blasverfahren kleiner Trockeneispartikel bekannt, um kleine Fremdpartikel oder Flecken von einer Ob jektoberfläche zu entfernen. Jedoch ist es sehr schwierig, Kohlenwasserstoffverbindungen bis zu einer sehr geringen Konzentration aus Kohlendioxidgas herauszuziehen. Wenn CO₂ gekühlt und geblasen wird, werden Kohlenwasserstoffverbindungen kondensiert und sie haften an der gereinigten Oberfläche an. CO₂ kann somit zu einer C-Verunreinigungsquelle werden.

Gasblasen

Es ist ein Verfahren zum Blasen von Gas auf eine Objektoberfläche eines festen Körpers bekannt, um diese zu reinigen. Jedoch wird eine Gasgrenzschicht mit einer sehr langsamen Strömung auf der festen Oberfläche gebildet. Solch eine langsame Gasströmung besitzt eine schwache Leistung zum Entfernen kleiner Partikel, was es schwierig macht, kleine Partikel von einem Mikrometer oder kleiner zu entfernen. Die Verbindungsstärke eines Partikels mit der Oberfläche ist proportional zu seinem Durchmesser und die Partikelentfernungsleistung ist proportional zu dem Quadrat eines Partikeldurchmessers.

Blasen von Argongas bei extrem geringen Temperaturen

Es ist auch ein Verfahren zum Blasen von Argongas oder gemischten Gasen, die Argongas enthalten, und die auf eine extrem geringere Temperatur gekühlt sind, auf eine Objektoberfläche bekannt. Durch das Freigeben eines Gases aus einer Düse in eine Vakuumkammer wird das Gas rasch adiabatisch ausgedehnt und verringert seine Temperatur. Bei dieser verringerten Temperatur wird festes Argon gebildet und die kleinen festen Argonpartikel treffen auf eine Objektoberfläche auf.

Es wurde ein Verfahren vorgeschlagen, um zum Beispiel ein Argongas in festes Argon umzuwandeln, und zwar durch Küh len eines unter Druck stehenden Gases, das Argongas enthält, auf eine Temperatur, die höher ist als die Verflüssigungstemperatur des Argongases, die wiederum spezifisch ist für den Druck und durch Herausblasen des Gases aus der Düse in eine Vakuumkammer.

Verunreinigungen mit einer Verflüssigungstemperatur, die höher ist als die von Argon, können vor dem Kühlen des Argongases auf die Verflüssigungstemperatur entfernt werden. Bei diesem Verfahren ist die Anzahl der kleinen festen Argonpartikel jedoch gering, was nur eine schwache Reinigungsleistung vorsieht.

Argon ist ein inertes Element und nachteilige Effekte treten selten auf, sogar wenn es an der festen Oberfläche anhaftet. Die Verfestigungstemperatur von Argon ist relativ hoch und es ist relativ leicht, festes Argon durch das Kühlen von Argongas zu erhalten.

Jedoch wurde bis jetzt noch keine praktische Reinigungstechnik verwendet, die kleine feste Argonpartikel verwendet, und die eine hohe Reinigungsleistung vorsieht.

Die Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Oberflächenreinigungsverfahren und ein System vorzusehen, das Argon verwendet und eine in der Praxis verwendbare Reinigungsleistung vorsieht.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Oberflächenreinigungsverfahren und ein System vorzusehen, das Argon verwendet, ohne die Verringerung einer Reinigungsprozeßgeschwindigkeit und ohne die Angst einer erneuten Verunreinigung bei praktischen Anwendungen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Oberflächenreinigungsverfahren und ein System vorzusehen, das Argon verwendet und eine in der Praxis verwendbare Reinigungsleistung vorsieht, die in der Lage ist, verunreinigte Fremdmaterialien, die in einer kleinen Nut oder einem Loch anhaften, zu entfernen.

Erfindungsgemäß ist ein Oberflächenreinigungsverfahren nach Anspruch 1 und ein Oberflächenreinigungssystem nach Anspruch 22 vorgesehen. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Insbesondere wird ein Strömungsmittel, das kleine Argonflüssigkeitströpfchen (nachfolgend vereinfacht Argontröpfchen genannt) enthält, aus einer Düsenvorrichtung in eine drucklose Atmosphäre geblasen. Das Strömungsmittel wird adiabatisch ausgedehnt und mindestens ein Teil der kleinen Argontröpfchen wird verfestigt und in kleine Argonpartikel umgewandelt. Das Strömungsmittel, das kleine Argonpartikel enthält, wird auf die Oberfläche eines zu reinigenden Objektes geblasen, um es zu reinigen.

Kleine Argontröpfchen können gebildet werden durch Kühlen eines Argongas enthaltenden Gases auf eine druckspezifische Verflüssigungstemperatur des Argongases, oder darunter und durch Verflüssigen mindestens eines Teils des Argongases.

Die Temperatur eines Gases, das kleine Argontröpfchen enthält, kann rasch verringert werden durch Herausblasen des Gases aus einer Düse und adiabatisches Ausdehnen des Gases und mindestens ein Teil der feinen Tröpfchen kann verfestigt werden.

Durch das Blasen kleiner Argonpartikel, die durch das obige Verfahren gebildet werden, auf die Oberfläche eines zu reinigenden Objekts, ist es möglich, die Oberfläche effizient und wirtschaftlich zu reinigen.

Durch Kühlen des Gases, das Argongas enthält, auf die Verflüssigungstemperatur des Argongases, die spezifisch ist für seinen Druck, oder darunter, ist es möglich, feine Argontröpfchen in dem gemischten Gas zu bilden.

Durch das Reinigen eines zu reinigenden Objekts mit kleinen Argonpartikeln ist es möglich, eine Verunreinigung des Objekts durch das Reinigungsmittel zu verhindern. Ferner wird auch eine Umweltverunreinigung durch das Reinigungsmittel verhindert.

Figurenbeschreibung

In der Zeichnung zeigt:

1 ein schematisches Diagramm, das die Grundstruktur eines Reinigungssystems zeigt, das ein Oberflächenreinigungsverfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet;

2 ein Argonphasendiagramm;

3 ein schematisches Diagramm, das teilweise im Schnitt eine Argonquelle darstellt zum Erzeugen von Argongas und zum Erzeugen von kleinen Argontröpfchen aus flüssigem Argon;

4 ein schematisches Diagramm, das die Grundstruktur von Bauteilen in einer Vakuumkammer des Reinigungssystems des Ausführungsbeispiels zeigt;

5A eine perspektivische Ansicht, die die Struktur einer Düsenvorrichtung zeigt;

5B eine Draufsicht auf die Düsenvorrichtung, die Gas ausbläst;

6 ein Querschnitt, der die Struktur einer anderen Düsenvorrichtung zeigt;

7A ein schematisches Diagramm, das die Struktur eines Antriebsmechanismus zeigt;

7B ein Querschnitt, der den Flansch eines anderen Antriebsmechanismus zeigt;

7C ein schematisches Diagramm, das die Struktur eines anderen Antriebsmechanismus zeigt;

8 ein schematisches Diagramm, das die Struktur eines anderen Antriebsmechanismus zeigt;

9 ein schematisches Diagramm, das die Struktur eines anderen Antriebsmechanisnmus zeigt;

10 ein schematisches Diagramm, das die Grundstruktur des Reinigungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

11 eine Ansicht der Vakuumkammer des Reinigungssystems des zweiten Ausführungsbeispiels;

12 ein schematisches Diagramm, das den Blaszustand eines zu reinigenden argongemischten Gases und eines Erwärmungsgases darstellt;

13A ein schematisches Diagramm, das die Grundstruktur einer Vakuumkammer des Reinigungssystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

13B ein schematisches Diagramm, das die Grundstuktur der Vakuumkammer des Reinigungssystems des dritten Ausführungsbeispiels zeigt;

14 eine Vorderansicht der Düsenvorrichtung und des Antriebsmechanismus des Reinigungssystems, das in 13A gezeigt ist;

15A ein vergrößerter Querschnitt eines zu reinigenden Objektes, der das Reinigungsverfahren des dritten Ausführungsbeispiels erklärt;

15B ein vergrößerter Querschnitt eines zu reinigenden Objektes, der das Reinigungsverfahren des dritten Ausführungsbeispiels erklärt;

16 eine schematische perspektivische Ansicht, die die Düsenvorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel darstellt;

17 eine schematische perspektivische Ansicht, die die Düsenvorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel darstellt;

18A eine schematische Draufsicht, die ein anderes Antriebsverfahren für den Antriebsmechanismus erklärt;

18B eine schematische Draufsicht, die ein anderes Antriebsverfahren für den Antriebsmechanismus erklärt;

19A ein Argonphasendiagramm:

19B eine Kurve, die die Temperatur und den Druck an der Innenseite eines Düsenverteilers bezüglich zur Zeit zeigt;

19C eine Kurve, die die Beziehung zwischen der gekühlten Temperatur und der Strömung eines gemischten Gases, das Argongas enthält, zeigt;

20 ein schematisches Diagramm, das die Grundstruktur des Reinigungssystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

21A eine schematische Draufsicht, die die Struktur von Kühlmitteln des vierten Ausführungsbeispiels zeigt;

21B ein schematischer Querschnitt, der die Struktur anderer Kühlmittel des vierten Ausführungsbeispiels zeigt;

22A ein vergrößerter Querschnitt, der die Reinigung erklärt, in der die Düsenausblasrichtung in eine Richtung fest ist;

22B ein vergrößerter Querschnitt, der die Reinigung erklärt, bei der die Düsenaufblasrichtung in einer Richtung fest ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Reinigungssystem, das ein Oberflächenreinigungsverfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Eine Bombe, Flasche oder ein Behälter 1, der Argon (Ar)-Gas enthält, und eine andere Bombe, Flasche oder ein Behälter 2, der Stickstoff (N₂) Gas enthält, sind über jeweilige Druckregulierventile 3 und 4 und Rohre mit einem Schnittpunkt verbunden. Ein Ar- und N₂-Gas, das an dem Schnittpunkt gemischt wird, wird über ein Rohr 21 zu einem Filter 5 geliefert, der Fremdpartikel, die in dem Gas enthalten sind, entfernt.
Das gemischte Gas wird ohne die entfernten Partikel über ein Rohr 22 zu einem Kühler (oder Wärmetauscher) 6 geliefert, der es kühlt. Das gekühlte Gas wird aus einer Düsenvorrichtung 10 in eine Unterdruck- bzw. Vakuumkammer 11 ausgeblasen. Der Druck und die Temperatur des gemischten Gases, das aus dem Kühler 6 abgegeben wird, werden durch einen Druckmesser 8 und einen Temperaturmesser 7 gemessen und die gemessenen Ergebnisse werden in der Form elektrischer Signale an eine Temperatursteuerung 9 geliefert.
Die Temperatursteuerung 9 steuert die Temperatur des gemischten Gases, das durch den Kühler 6 gekühlt wird auf eine Temperatur, die geringer ist als die Verflüssigungs- oder Kondensationstemperatur des Argongases, die spezifisch ist für den Druck.
2 ist ein Phasendiagramm, das die Verflüssigungstemperatur und Verfestigungstemperatur von Argongas zeigt, wobei die Abszisse Entropie in der Einheit von Joule/Mol ·K darstellt und die Ordinate Temperatur in der Einheit von absoluter Temperatur K darstellt. In 2 stellt G eine Gasphase, L eine Flüssigphase, und S eine Festphase dar. Eine Kurve a zeigt die Verflüssigungstemperatur (Gas/Flüssigkeitsgrenzfläche) an, eine Kurve b zeigt die Verfestigungstemperatur (Flüssigkeit/Festgrenzfläche) an und ein Punkt P zeigt den Trippelpunkt von Argon an.
Die Temperatursteuerung 9, die in 1 gezeigt ist, steuert die Temperatur des gemischten Gases, das durch den Kühler 6 gekühlt wird, so daß sie gleich oder geringer ist als die Verflüssigungstemperatur von Argongas, die spezifisch ist für seinen Druck, wie in 2 gezeigt ist, und zwar gemäß der gelieferten Druck und Temperatursignale.
Durch diese Steuerung wird Argongas in dem gemischten Gas gekühlt und verflüssigt und bildet kleine Tröpfchen (Flüssigkeitströpchen).
Es wird bevorzugt, die Stickstoffgaskonzentration auf 2 bis 70 Mol% einzustellen, da Stickstoffgas eine größere spezifische Wärme als Argongas besitzt, so daß, wenn die Stickstoffgaskonzentration hoch eingestellt ist, die Wärmemenge, die zum Kühlen des Gases erforderlich ist, größer wird. Auch wenn das Trägergas übermäßig gekühlt wird, kann es in seinem gasförmigen Zustand gehalten werden, wenn es Stickstoffgas egal in welcher geringen Menge enthält, da die Stickstoffverflüssigungstemperatur geringer ist als die von Argon. Dieser Fall kann realisiert werden, da die Verflüssigungstemperatur von Stickstoffgas geringer ist als die von Argongas.
Wenn das gemischte Gas von der Düsenvorrichtung 10 in die Vakuumkammer 11 geblasen wird, verringert das gemischte Gas rasch seinen Druck und dehnt sich adiabatisch aus.
Infolgedessen verringert sich die Temperatur des gemischten Gases rasch und die kleinen Tröpfchen gehen zu kleinen Argonpartikeln über, die mindestens an ihren Oberflächen verfestigt sind.
Ein Strömungsmittel, das eine Anzahl von kleinen Argonpartikeln besitzt, wird auf die Oberfläche eines Objektes oder Gegenstandes 12, das zu reinigen ist, geblasen.
Die Vakuumkammer 11 ist über ein Strömungsventil mit einer Unterdruck- bzw. Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden. Ein Druckmesser 14 ist mit der Vakuumkammer 11 gekoppelt. Ein Signal, das den Druck darstellt, der durch den Druckmesser 14 detektiert wird, wird an eine Drucksteuerung 15 geliefert. Die Drucksteuerung 15 steuert das Strömungsventil gemäß dem detektierten Druck. Der Druck in der Vakuumkammer 11 wird auf einem vorbestimmten Wert gehalten, und zwar mittels Vakuumpumpenmitteln 18, die gebildet werden, durch das Strömungsventil 13, dem Druckmesser 14 und die Drucksteuerung 15.
Es wird bevorzugt, das Druckventil 13 so zu regulieren, daß es den Druck in der Vakuumkammer zwischen 2·10⁴ Pa (0,2 ata (Atmosphäre absolut)) oder höher und 7·10⁴ Pa 0,7 ata oder geringer einstellt. Noch bevorzugter ist es, einen Druck an dem Argontrippelpunkt (6,8·10⁴ Pa (0,68 atmosphärischer Druck)) oder geringer einzustellen.
Ein ordnungsgemäßer Druck in der Düsenvorrichtung 10 wird bestimmt in Beziehung zu dem Druck in der Unterdruck- bzw. Vakuumkammer 11 und ist vorzugsweise 3·10⁴ Pa (3 ata) bis 7·10⁴ Pa (7 ata).
Wenn eine Druckdifferenz zwischen der Düseneinheit 10 und der Vakuumkammer 11 gering ist, ist der Kühleffekt schlecht. Desto höher die Druckdifferenz, desto besser ist der Reinigungseffekt. Wenn die Druckdifferenz zu groß gemacht wird, schweben die kleinen Argonpartikel, die aus der Düsenvorrichtung 10 geblasen werden, in der Vakuumkammer 11, was den Reinigungseffekt reduziert.
Dieses Phänomen kann wie folgt erklärt werden.
Bei einer geringen Druckdifferenz ist der Grad der adiabatischen Ausdehnung des gemischten Gases gering. Es ist daher denkbar, daß kleine Argontröpfchen, ohne daß sie verfestigt werden, gegen die zu reinigende Oberfläche treffen, was eine geringe Reinigungsfähigkeit vorsieht. Bei einer Druckdifferenz, die zu groß ist, wird der Grad der adiabatischen Ausdehnung eines gemischten Gases groß, was die Temperatur des gemischten Gases zu stark absenkt. Es ist daher denkbar, daß kleine Argontröpfchen, die sich fast bis zu dem Mittelbereich der Tröpfchen verfestigt haben, gegen die zu reinigende Oberfläche treffen und elastisch von ihr reflektiert werden, was auch eine schlechte Reinigungsfähigkeit vorsieht.
Bei einer ordnungsgemäßen Druckdifferenz ist es denkbar, daß nur die Oberfläche eines kleinen Argontröpfchens verfestigt ist und die Innenseite in einem Flüssigphasenzustand gelassen wird. Wenn ein kleines Argontröpfchen, das nur an seiner Oberfläche, wie eine Hülle verfestigt ist, gegen die zu reinigende Oberfläche trifft, zerbricht die Hülle, wenn sie gegen die Oberfläche trifft, so daß die elastische Reflexion nicht auftritt, was den Reinigungseffekt verbessert.
Wenn der Druck in der Vakuumkammer 11 auf den Argontrippelpunkt oder darunter eingestellt ist, kann Argon nicht in der Flüssigphase bleiben, so daß mindestens die Oberfläche eines kleinen Argontröpfchens verfestigt ist. Daher kann durch Einstellung des Drucks in der Kammer 11 auf den Argontrippelpunkt oder darunter ein kleines Argontröpfchen verläßlich gesteuert werden, so daß es sich in ein kleines Argonpartikel mit einer Hülle oder einem Mantel verändert.
Vor dem Einführen des Gases in das Reinigungssystem wird das System bevorzugt über ein Ventil 17 evakuiert, das mit einem Rohr 21 verbunden ist, um die Mischung mit Verunreinigungsgasen zu verhindern. Es wird auch bevorzugt, die gemischten Gase in dem System nach dem Reinigen auszulassen, und zwar durch Öffnen des Ventils 16, wenn das System abgeschaltet ist.
Da der Druck an der stromaufwärts befindlichen Seite der Düsenvorrichtung 10 im wesentlichen konstant gehalten wird, kann der Druckmesser 8 an der stromaufwärtigen Seite des Kühlers 6 angebracht werden.
In der obigen Beschreibung wird ein gemischtes Gas aus Argon und Stickstoff verwendet und ein Teil des Stickstoffgases wird in kleine Tröpfchen umgewandelt, die in dem Stickstoffgas oder einem gemischten Gas schweben. Anstelle des gemischten Gases könnte auch nur Argongas verwendet werden.
In einem solchen Fall wird ein Teil des Argongases in feine Tröpfchen in dem Kühler 6 umgewandelt und die feinen Tröpfchen werden dazu gebracht, in dem verbleibenden Argongas zu schweben. In diesem Fall kann Argongas mit einer Konzentration von einigen Prozent bis 100 % als das Reinigungsgas verwendet werden.
Das zu reinigende Objekt oder der Gegenstand 12 in der Vakuumkammer 11 kann erwärmt werden. Von dem Gas, das kleine Argontröpfchen enthält, die aus der Düsenvorrichtung 10 herausgeblasen werden, treffen feine Tröpfchen, die wenigstens eine verfestigte Oberfläche aufweisen gegen das zu reinigende Objekt 12.
In diesem Fall verdampfen die feinen Argonpartikel oder -tröpfchen, die an der Oberfläche des zu reinigenden Objektes anhaften, rasch, wenn die Temperatur des zu reinigenden Objektes höher ist als eine bestimmte Temperatur.
In dieser Art und Weise kann sowohl der Partikel-Sandgebläseeffekt als auch der Verdampfungsreinigungseffekt verwendet werden. Es ist auch möglich, die Durchmesser der kleinen Argonpartikel zu steuern, und zwar durch Einstellen der Argongaskonzentration und des Drucks, einer Kühlleistung, einer Kühltemperatur und ähnlichem.
In dem ersten Ausführungsbeispiel wird nur ein Kühler verwendet. Es können auch zwei oder mehrere Kühler verwendet werden, die kaskadenförmig angeordnet sind. Zum Beispiel werden Verunreinigungsgase verflüssigt und an dem Kühler der ersten Stufe entfernt, und Argongas wird einem Kühler der zweiten Stufe verflüssigt.
In dem ersten Ausführungsbeispiel wird Argongas gekühlt, um Argontröpfchen zu bilden. Flüssiges Argon kann als Quelle des Argongases verwendet werden.
3 stellt eine Argongasquelle dar, die flüssiges Argon verwendet. Flüssiges Argon 35 ist in einem thermisch isolierten Gefäß 34 enthalten. Ein Rohr 37 wird in das Gefäß 34 eingeführt, und zwar über die obere Wand und die Spitze des Rohrs 37 ist in das flüssige Argon 35 eingetaucht. Das Rohr 37 ist an der Außenseite des Gefäßes 34 verzweigt, wobei eine Seite über ein Rohr 40 mit der Düsenvorrichtung 10, die in 1 gezeigt ist, verbunden ist und die andere Seite mit einem Rohr 38 mit einem Ventil zum Einführen von Stickstoffgas verbunden ist.
Ein Druckrohr 36 ist an der Oberseite des Gefäßes 34 geöffnet. Die Innenseite der Gefäßes 34 wird durch das Druckrohr 36 oder den Dampfdruck des flüssigen Argons 35 selbst unter Druck gesetzt. Infolgedessen wird flüssiges Argon 35 über die Rohre 37 und 40 zu der Düsenvorrichtung 10 übertragen. Ein Teil des flüssigen Argons wird während dieser Übertragung erwärmt und geht in den gasförmigen Zustand über, so daß flüssige Argontröpfchen in dem Argongas schweben.
Argongas und flüssiges Argon können positiv erwärmt werden durch Vorsehen von Erwärmungsmitteln 39, die um das Rohr 40 herum angeordnet sind. Durch Einstellen der Wärmemenge kann die Menge des in den gasförmigen Zustand gebrachten Argons gesteuert werden.
Die Einzelheiten der Düsenvorrichtung und andere Bauteile werden unter Bezugnahme auf die 4 bis 9 beschrieben.
4 zeigt die Grundanordnung der Innenseite der Vakuumkammer 11. In der Vakuumkammer 11 ist eine Düsenvorrichtung 10a mit einer Vielzahl von Düsen 23a bis 23d vorgesehen, und ein Antriebsmechanismus 24 zum Bewegen eines zu reinigenden Objektes 12, wie zum Beispiel einem Halbleiterplättchen oder Wafer, ist so plaziert, daß er in Richtung der Düsen weist. Der Antriebsmechanismus 24 kann in die X-Richtung bewegt werden, was der Richtung der Anordnung der Düsen 23a bis 23d entspricht und er kann in die Y-Richtung senkrecht zu der X-Richtung bewegt werden.
Wenn der Antriebsmechanismus 24 das zu reinigende Objekt 12 in der X-Richtung mit einer hohen Geschwindigkeit hin und her und gerade in die Y-Richtung mit einer geringen Geschwindigkeit bewegt, wird ein Lokus oder eine Ortskurve 25 kleiner Argonpartikel, die durch einen Zick-Zack-Pfeil in 4 angezeigt sind, auf der Oberfläche des zu reinigenden Objektes gebildet, um die gesamte Oberfläche davon zu reinigen.
Bauteile der Düsenvorrichtung und des Antriebsmechanismus werden im einzelnen unten beschrieben.
Die 5A und 5B sind Diagramme, die eine Düsenvorrichtung darstellen. 5A ist eine perspektivische Ansicht der Düsenvorrichtung.
Die Düsenvorrichtung 10 besitzt eine Vielzahl von Düsen 23 und ist mit einer Quelle gekühlten Argongases über ein Rohr verbunden. Die Anzahl der Düsen 23 wird durch die Gasversorgungskapazität der Quelle gekühlten Argongases und ähnlichem bestimmt.
5B stellt Argongasströmungen dar, die aus einer Vielzahl von Düsen ausgeblasen werden. Jede Gasströmung 26, die aus einer Düse geblasen wird, divergiert bzw. läuft auseinander, aber es gibt einen Spalt zwischen benachbarten Gasströmungen 26.
Wenn das zu reinigende Objekt oder der Gegenstand in die Richtung senkrecht zu der Richtung der Anordnung der Düsen der Düsenvorrichtung, die in 5A gezeigt ist, bewegt wird, kann eine Vielzahl von Streifenregionen oder – bereichen auf der Oberfläche des zu reinigenden Objektes gereinigt werden, aber die Bereiche zwischen den Streifenbereichen werden nicht gereinigt.
Es ist möglich, die Anzahl der Düsen zu erhöhen, um die gesamte Oberfläche des zu reinigenden Objektes zu reini gen, indem es in einer Richtung bewegt wird. Bei dieser Struktur wird jedoch die gesamte Menge des ausgeblasenen Argongases sehr groß und die Struktur des Systems wird sperrig.
Bei diesem Beispiel der Düsenvorrichtung, wird eine Vielzahl von Düsen, die mit einem vorbestimmten Intervall, wie in 5A gezeigt ist, angeordnet sind, mit einer hohen Geschwindigkeit in der X-Richtung hin- und herbewegt und mit einer geringen Geschwindigkeit in die Y-Richtung bewegt. Mit dieser Hin- und Herbewegung mit hoher Geschwindigkeit in X-Richtung kann die gesamte Oberfläche des zu reinigenden Objektes gereinigt werden.
6 zeigt ein anderes Beispiel der Düsenvorrichtung.
Kreisförmige Löcher sind in der Wand eines zylindrischen Düsenverteilers 10b auf einer Reihe in Axialrichtung ausgebildet. Eine zylindrische Düse 23, zum Beispiel mit einem 2 mm Außendurchmesser und einem 0,2 bis 0,25 mm Innendurchmesser wird in jedes kreisförmige Loch eingepaßt. Die Innenoberflächen des Düsenverteilers 10b und der Düse 23 sind mechano-chemisch poliert. Ein Ende des Düsenverteilers 10b ist abgedichtet und Gas, das kleine Argontröpfchen enthält, wird von dem anderen Ende geliefert. Gas und kleine Argontröpfchen, die an den Düsenverteilern 10b geliefert werden, werden aus den Düsen 23 ausgeblasen durch eine Druckdifferenz zwischen den inneren und äußeren Räumen des Düsenverteilers 10b.
Die 7A und 7B zeigen ein Beispiel des Antriebsmechanismus.
In 7A erstreckt sich ein Balgen 27 von einer Vakuumkammer 11 und ist mit einem Flansch 28 verbunden. Der Flansch 28 ist an einem Tragmechanismus 29 befestigt, der durch einen externen Antrieb in die X- und Y-Richtungen angetrieben ist. Das distale Ende des Tragmechanismus besitzt einen Tisch zum Plazieren eines zu reinigenden Gegenstandes oder Objektes.
Während ein Strömungsmittel, das kleine Argonpartikel enthält, aus einer Vielzahl von Düsen 23, einer Düsenvorrichtung 10 ausgeblasen wird, wird der Tragmechanismus 29 mit einer hohen Geschwindigkeit in die X-Richtung hin- und herbewegt und mit einer geringen Geschwindigkeit in die Y-Richtung bewegt. Auf diese Art und Weise kann die gesamte Oberfläche des zu reinigenden Objektes durch die Düsenströmungen, die kleine Argonpartikel enthalten, überstrichen bzw. gescannt werden.
Der Flansch 28 und der Tragmechanismus 29, der an dem Flansch 28 befestigt ist, werden beide in die X- und Y-Richtungen angetrieben, wie in 7A beschrieben ist. Der Flansch 28 kann in Y-Richtung fest sein und nur der Tragmechanimus 29 ist in Y-Richtung angetrieben.
7B zeigt einen Querschnitt des Flansches, bei dem nur der Tragmechanismus 29 in die Y-Richtung angetrieben ist.
Wie in 7B gezeigt ist, geht der Tragmechanismus 29 durch ein Loch des Flansches 28 hindurch. O-Ringe 32a und 32b sind an den Öffnungen des Lochs vorgesehen, um die Innenseite des Lochs und den Umfang des Tragmechanismus 29 abzudichten und sie werden durch Flanschdruckplatten 28a und 28b gedrückt. Infolgedessen kann der Tragmechanismus 29 in die Y-Richtung angetrieben werden, während die Luftdichtheit der Vakuumkammer 11 beibehalten wird.
Der Flansch 28 und der Tragmechanismus 29 werden beide in die X-Richtung angetrieben, und zwar ähnlich wie in 7A. Bei dieser Anordnung kann der Flansch 28 in der Y-Richtung fest sein.
Die Antriebsbreite in X-Richtung liegt in derselben Größenordnung wie das Intervall der Düsen und die Antriebsbreite in der Y-Richtung ist zum Beispiel ungefähr 15,2 cm (6 Zoll) zum Reinigen eines 15,2 cm Wafers oder Plättchens. Bei dem in 7B dargestellten Verfahren ist es nicht notwendig, den Flansch 28 in die Y-Richtung anzutreiben, in dem er nur mit der kleinen Antriebsbreite in die X-Richtung angetrieben wird. Daher ist die Ausdehnungs-/Zusammenziehungsbreite des Balgens 27 gering, was die Verläßlichkeit des Balgens erhöht.
7C zeigt ein anderes Beispiel des Antriebsmechanismus. Ein gleitbarer Arm 30 ist an einer Seite einer Vakuumkammer 11 angebracht, während die Luftdichte der Kammer in derselben Art und Weise beibehalten wird, wie in Bezug auf 7B beschrieben wird. Der Arm 30 wird durch einen externen Antrieb in die Y-Richtung bewegt. Ein Tisch 31 ist an einem Ende des Arms getragen und wird dazu gebracht, sich hin- und herzudrehen.
Während der Tisch mit einer hohen Geschwindigkeit hin- und hergedreht wird, wird der Arm 30 mit einer geringen Geschwindigkeit in die Y-Richtung bewegt. Auf diese Art und Weise kann dieselbe Funktion wie in 7A erhalten werden. Ein Gasausstoßmechanismus wurde in 7C weggelassen.
8 zeigt ein anderes Beispiel des Antriebsmechanismus. Ein Substrathalter 41 besitzt einen Arm 42, der an dem Halter 41 an seiner oberen vorragenden Schulter befestigt ist. Der Arm 42 ist über ein Linearlager 43 mit einem Führungsrahmen 44 verbunden. Der Substrathalter 41 wird dadurch in die X-Richtung durch das Linearlager 43 getragen. Ein Balgen 46 ist um den Arm 42 angeordnet.
Eine Feder 45 erstreckt sich zwischen dem linken Ende des Führungsrahmens 44 und dem Arm 42, um den Arm 42 nach rechts vorzuspannen. Eine Rolle oder Umlenkscheibe 47 ist an dem Führungsrahmen 44 angebracht und eine weitere Rolle oder Umlenkscheibe 48 ist an dem Führungsrahmen 44 angebracht. Ein Draht oder ein Seil 49, das mit der Spitze des Arms 42 verbunden ist, erstreckt nach oben über die Rollen 47 und 48.
Wenn der Draht 49 nach oben gezogen wird, bewirkt der Arm 42, daß sich der Arm 42 und somit der Substrathalter 41 nach links bewegen. Wenn der Draht 49 gelöst wird, bewegt sich der Substrathalter 41 nach rechts durch die Kraft der Feder 45.
Ein Trag- oder Stützarm 50 ist an der Führungsplatte 44 befestigt und in die Y-Richtung angetrieben durch einen weiteren Antriebsmechanismus. Wenn der Tragarm 50 in die Y-Richtung angetrieben ist, bewegt sich der Substrathalter 41 in die Y-Richtung. In der obigen Art und Weise kann durch Antrieb des Tragarmes 50 und des Drahtes 49 der Substrathalter 41 in die X- und Y-Richtungen bewegt werden.
Der Substrathalter 41 mit einem zu reinigenden Objekt 12 wird in die Y-Richtung mit einer geringen Geschwindigkeit bewegt durch Antrieb des Tragarms 50 und in die X-Richtung mit einer hohen Geschwindigkeit hin- und herbewegt durch die Verwendung des Drahtes 49. In dieser Art und Weise kann die gesamte Oberfläche des zu reinigenden Objektes 12 gereinigt werden durch eine Vielzahl von Strömungen, die kleine Argonpartikel enthalten, die aus der Düsenvorrichtung ausgeblasen wird, die zum Beispiel in den 5A, 5B und 6 gezeigt ist.
9 zeigt ein anderes Beispiel des Antriebsmechanismus. Ein Substrathalter 41, und ein Arm 42, eine Feder 45 und ein Balgen 46 besitzen dieselbe Struktur wie in 8. Ein Führungsrahmen 44a besitzt einen hohlen Tragarm 50a, indem ein Arm 52 mit einem Nockenmechanismus aufgenommen ist. Eine Rolle 51 ist an dem Arm 42 angebracht und steht in Eingriff mit einem Nocken des Arms 52. Eine Rolle 53 und eine Buchse 54 unterstützen die Linearbewegung des Arms 52.
Wenn der Tragarm 50a in die Y-Richtung bewegt wird, wird der Substrathalter 41 in die Y-Richtung bewegt. Wenn der Arm 52 in dem Tragarm 50a in die Y-Richtung hin- und herbewegt wird, wird der Substrathalter 41 in die X-Richtung hin- und herbewegt, mittels des Nockenmechanismus. In dieser Art und Weise ist der Substrattrag- oder Stützmechanismus, der in die X- und Y-Richtungen bewegbar ist, realisierbar.
Die Bewegung in die X- und Y-Richtungen folgt der Ortskurve 25, die in 4 gezeigt ist, so daß Gasströmungen, die aus der Düse 23 ausgeblasen werden, die Oberfläche eines zu reinigenden Objektes in einem Zick-Zack-Kurs nachfahren. Bei diesem Fall wird die Bewegungsgeschwindigkeit in die Y-Richtung gesteuert, um zu ermöglichen, daß sich benachbarte Zick-Zack-Kurven kontaktieren oder teilweise überlappen.
Die Bewegungsbreite in der X-Richtung wird auch reguliert, um zu ermöglichen, daß benachbarte Kurven der Gasströmungen, die aus den Düsen ausgeblasen werden, einander kontaktieren oder teilweise überlappen. Das heißt, die Hin- und Herbewegungsbreite in der X-Richtung ist vorzugsweise auf den Abstand zwischen benachbarten Düsen oder größer eingestellt.
Auch wenn die Bewegungsbreite in der X-Richtung nicht größer ist als der Abstand zwischen benachbarten Düsen kann eine kontinuierlich gereinigte Oberfläche erhalten werden, wenn sie größer ist als der Abstand zwischen benachbarten Düsen abzüglich dem Durchmesser einer Düsengasströmung. Der zuletzt genannte Abstand soll in dieser Beschreibung den Abstand zwischen benachbarten Düsen umfassen.
Wie oben beschrieben, kann die gesamte Oberfläche eines zu reinigenden Objektes durch Düsengasströmungen mit einer ordnungsgemäßen Gasmenge gereinigt werden durch eine Kombination der Gasströmungen, die aus einer Vielzahl von Düsen einer Düsenvorrichtung ausgeblasen werden und dem zweidimensionalen Antriebsmechanismus für ein zu reinigendes Objekt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
Die Oberfläche eines zu reinigenden Objektes oder Gegenstandes, das mit einer extremen Tieftemperaturströmung, die kleine Argonpartikel enthält, angeblasen wird, wird in einer kurzen Zeit rasch abgekühlt und kann manchmal durch eine thermische Verwindung oder Formänderung beschädigt werden, die durch eine Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und der Innenseite des zu reinigenden Objektes bewirkt wird. Darüber hinaus kann, wenn das zu reinigende Objekt direkt nach dem Reinigen durch Blasen mit kleinen Argonpartikeln der Luft ausgesetzt wird, Feuchtigkeit in der Luft Tau und Reif oder Gefrierbrände auf der Oberfläche des eine tiefe Temperatur aufweisenden zu reinigenden Objektes bilden. Um Tau und Gefrierungen zu verhindern, ist es notwendig, die Temperatur des zu reinigenden Objektes allmählich auf die Raumtemperatur anzuheben, was die Zeit, die für den Reinigungsprozeß benötigt wird, verlängert und die Produktivität verringert.
Wenn ein zu reinigendes Objekt durch einen Erwärmer oder ähnliches vom Boden her erwärmt wird, wird das Objekt thermisch verformt, was ein Problem des Verwindens des Objektes mit sich bringt. Das zweite Ausführungsbeispiel löst das obige Problem, wie nachfolgend beschrieben wird.
10 zeigt eine Grundstruktur des Reinigungssystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau der Bauteile von einem Argongasbehälter 1 und einem Stickstoffgasbehälter 2 zu einer Düsenvorrichtung 10 in einer Vakuumkammer 11 über einen Filter 5 und einen Kühler 6 und der Aufbau eines Antriebsmechanismus 24 in der Vakuumkammer 11, des zu reinigenden Objektes 12 und Vakuumpumpenmittel 18 sind ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist.
Der Stickstoffgasbehälter 2 ist über ein Rohr 56 mit einem Druckventil 55 mit einem anderen Filter 57 verbunden, der Fremdpartikel in dem Stickstoffgas entfernt.
Das Stickstoffgas, dessen Fremdpartikel entfernt sind, wird über ein Rohr 58 an eine andere Düsenvorrichtung 60 geliefert und in die Vakuumkammer 11 geblasen. Ein Erwärmer oder Heizer 59 ist in der Nähe oder in dem Rohr 58 angeordnet, um das Stickstoffgas zu erwärmen. Die Auslässe der Düsenvorrichtungen 10 und 60 sind in der Nähe zueinander angeordnet. Der Erwärmer 59 erwärmt das Stickstoffgas vorzugsweise auf ungefähr die Raumtemperatur oder höher, wenn es in der Vakuumkammer adiabatisch ausgedehnt wird.
Während des Ausblasens eines Argon enthaltenden gemischten Gases aus der Düsenvorrichtung 10 wird das zu reinigende Objekt 12 unter Verwendung des Antriebsmechanismus 24 langsam in die in 10 gezeigte Y-Richtung bewegt, d.h. in Richtung der Düsenvorrichtungen. Hierdurch wird die Oberfläche des zu reinigenden Objektes 12 durch extrem geringe Temperaturen aufweisende kleine Argonpartikel, die aus der Düsenvorrichtung 10 ausgeblasen werden, in der Y-Richtung gescannt oder überstrichen. Strömungen, die tiefe Temperaturen aufweisende kleine Argonpartikel enthalten, treffen auf kontaminierte Materialien auf der Oberfläche des zu reinigenden Objektes 12 auf und entfernen diese. Zur selben Zeit wird die Oberfläche des zu reinigenden Objekts auf eine tiefe Temperatur gekühlt.
Stickstoffgas wird aus der Düse 60 auf die Oberfläche des zu reinigenden Objektes, das durch den Reinigungsprozeß gekühlt ist, ausgeblasen. Da das Stickstoffgas durch den Erwärmer 59 ungefähr auf Raumtemperatur oder eine geeignete Temperatur erwärmt wurde, erhöht sich die Temperatur der zuvor gekühlten Oberfläche des zu reinigenden Objektes vorzugsweise ungefähr auf Raumtemperatur.
Das zu reinigende Objekt wird durch das Stickstoffgas sofort nach dem Reinigen durch kleine Argonpartikel ungefähr auf Raumtemperatur oder höher erwärmt. Daher entsteht, sogar dann, wenn das zu reinigende Objekt 12 direkt nach dem Reinigen aus der Vakuumkammer 11 entnommen wird, kein Tau oder Gefrierungen. Ferner wird das zu reinigende Objekt 12 nicht durch thermische Verformung beschädigt, die durch die Temperaturdifferenz erzeugt werden könnten. Ein Verwindungsproblem wird verringert, da nicht das gesamte zu reinigende Objekt durch die oben beschriebenen Erwärmung erwärmt wird, sondern nur der zuvor gekühlte Teilbereich.
11 zeigt die Struktur der Innenseite der Vakuumkammer 11 von oben.
Die Düsenvorrichtung 10 besitzt eine Vielzahl von Düsen, die auf einer Reihe in der X-Richtung angeordnet ist. Ein gemischtes Gas aus Ar und N₂ wird vom Kühler 6 zu der Düsenvorrichtung 10 geliefert. Die andere Düsenvorrichtung 60 auf der Rückseite der Düsenvorrichtung 10 besitzt auch eine Vielzahl von Düsen, die auf einer Reihe in der X-Richtung angeordnet ist.
Die Düsen der Düsenvorrichtungen 10 und 60 sind abwechselnd angeordnet, wie in 11 gezeigt ist. Dieses Positionieren bewirkt das Vorsehen der Interferenz zwischen den gekühlten gemischten Gasströmungen aus Ar + N₂ und den erwärmten N₂-Gasströmungen, und zwar so stark wie möglich.
Wenn das zu reinigende Objekt 12 durch den Antriebsmechanismus mit einer hohen Geschwindigkeit in der X-Richtung hin und her und mit einer geringen Geschwindigkeit in Y-Richtung, d.h. in Richtung der Düsen, bewegt wird, wird eine Ortskurve 25, die schematisch durch einen Zick-Zack-Pfeil in 11 angezeigt ist, gebildet durch die kleinen Argonpartikel und die erwärmte oder erwärmende Gasströmung. Demgemäß kann die gesamte Oberfläche des zu reinigenden Objektes gleichförmig gereinigt werden und die gekühlte Oberfläche kann auf ungefähr Raumtemperatur erwärmt werden. Dieselben Effekte können erhalten werden durch Festlegen des zu reinigenden Objektes 12 und Bewegen der Düsenvorrichtungen 10 und 60.
In dem obigen Ausführungsbeispiel werden das gemischte Argongas und das erwärmte Gas aus derselben Richtung auf das zu reinigende Objekt geblasen. Die Blasrichtungen der Düsenvorrichtungen können unterschiedlich von den in 12 gezeigten sein. Insbesondere können die Strömungen 62 aus gemischtem Argongas aus einer ersten Düsenvorrichtung 10 von rechts geblasen werden, wohingegen die erwärmten Gasströmungen 63 von einer zweiten Düsenvorrichtung 60 von links geblasen werden und der Antriebsmechanismus wird von rechts nach links betätigt.
Die Oberfläche des zu reinigenden Objektes 12 wird erst gereinigt und gekühlt und danach erwärmt.
In der obigen Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels ist die Anordnung der Düsen und die Anzahl der Düsen nur als Beispiel dargestellt und sollte nicht als Einschränkung angesehen werden, sondern sie können, wie gewünscht, ausgewählt und geändert werden abhängig von der Form und Größe eines zu reinigenden Objektes 12. Ferner können anstelle des erwärmten Stickstoffgases andere Gase, wie zum Beispiel inerte Gase, verwendet werden.
In der obigen Beschreibung wird das Erwärmen nach dem Reinigen und Kühlen durchgeführt. Das Reinigen kann nach dem Erwärmen durchgeführt werden, während die Oberfläche eines zu reinigenden Objektes auf ungefähr Raumtemperatur gehalten wird.
Als nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die Oberfläche eines Halbleiterwafers oder Plättchens oder das Substrat einer Flüssigkristallanzeige besitzen ein feines oder kleines unebenes Muster. Nun ziehen wir den in 22A gezeigten Fall in Betracht, in dem ein kontaminiertes Material 102 in einer feinen Nut 101 anhaftet, die auf der Oberfläche eines Halbleiterplättchens 100 gebildet ist, und in dem das Plättchen 100 in die Pfeilrichtung bewegt wird, während kleine Argonpartikel 104 aus einer Düsenvorrichtung 103 auf die Oberfläche des Plättchens 100 geblasen werden.
In einem solchen Fall werden kontaminierte Materialien auf der Fläche oder dem Gebiet A in der Nut 101 durch kleine Argonpartikel herausgeblasen, aber Argonpartikel treffen nicht auf kontaminierte Materialien auf der Fläche oder dem Bereich B infolge der Behinderung durch die Wand der Nut 101.
Auch in dem in 22B gezeigten Fall, wo ein Vorsprung 105 auf der Oberfläche des Plättchens 100 gebildet ist, sind kontaminierte Materialien 106 auf der Fläche oder dem Bereich C, wo der Vorsprung 105 die Strömungsrichtung der Düsenvorrichtung 103 behindert, schwierig zu entfernen. Das dritte Ausführungsbeispiel, das die obigen Probleme löst, wird nachfolgend beschrieben.
Die 13A und 13B zeigen die Grundstruktur der Innenseite einer Vakuumkammer 11 des Reinigungssystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die hermetisch abgedichtete Vakuumkammer 11 ist mit einer Evakuiervorrichtung 18, wie zum Beispiel einer Vakuumpumpe, verbunden, durch die die Innenseite der Kammer evakuiert wird. In der Vakuumkammer 11 sind eine Düsenvorrichtung 10 mit einer Vielzahl von Düsen und ein Antriebsmechanismus 24 zum Tragen eines zu reinigenden Objektes, wie zum Beispiel eines Halbleiterplättchens derart, daß es in Richtung der Düsenvorrichtung 10 weist, angeordnet. Der Antriebsmechanismus 24 kann bewegt werden, und zwar in die Y-Richtung, die in 13A gezeigt ist und in die X-Richtung (senkrecht zu der Blattober fläche der Zeichnung), wobei eine Vielzahl von Düsen senkrecht zu der Y-Richtung angeordnet ist.
Die Argongas ausblasende Düsenvorrichtung 10 ist über Schließventile 66a und 66b und ein verzweigtes Rohr 67 mit Gasversorgungsmitteln verbunden, die durch die gleichen Bauteile aufgebaut sind wie das erste Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist, was die Behälter 1 und 2, den Filter 5 und den Kühler 6 umfaßt. Die Düsenvorrichtung 10 bläst aus einer Vielzahl von Düsen ein Strömungsmittel aus, das feine oder kleine Argonpartikel enthält, und zwar in die Vakuumkammer 11. Die Düsenvorrichtung 10 besitzt zwei Düsenanordnungen 10c und 10d, deren Blasrichtungen sich in der Ebene des Zeichnungsblattes, wie in 13A gezeigt ist, schneiden.
14 zeigt die Düsenanordnung 10c (10d) der 13A und 13B, wie sie in Y-Richtung zu sehen sind. Die Düsenanordnung 10c (10d) besitzt eine Vielzahl von Düsen 65, die in einer Reihe oder Linie in der X-Richtung angeordnet sind. In der in 14 gezeigten Düsenvorrichtung ist die Ausblasrichtung der kleinen Argonpartikel aus der Düse 65 im wesentlichen im rechten Winkel bezüglich des zu reinigenden Objektes, und zwar wie es in der Y-Richtung zu sehen ist.
Gemäß 13A ist das Schließventil 66b geschlossen und das Schließventil 66a geöffnet. Während des Ausblasens von Argongas aus einer Vielzahl von Düsen 65 der Düsenanordnung 10c in die Vakuumkammer 11 wird das zu reinigende Objekt 12 in die Y1-Richtung bewegt, die in 13A gezeigt ist, und zwar langsam durch den Antriebsmechanismus 24, so daß kleine Argonpartikel aus der Düsenanordnung 10c auf die Gesamtoberfläche des zu reinigenden Objektes 12 ausgeblasen werden.
Wenn es einen Spalt zwischen benachbarten Argongasdüsenströmungen gibt, wird der Antriebsmechanismus 24 schnell in die X-Richtung bewegt und langsam in die Y-Richtung, um dadurch Argongas gleichförmig auf die gesamte Oberfläche zu blasen.
Nachdem die gesamte Oberfläche des zu reinigenden Objektes 12 durch die Verwendung der Düsenanordnung 10c gereinigt ist, während das Objekt in die Y1-Richtung bewegt wird, wird das Schließventil 66a geschlossen und das Schließventil 66b wird geöffnet. Während des Ausblasens von kleinen Argonpartikeln aus der Düsenanordnung 10d in die in 13B gezeigte Richtung, wird das zu reinigende Objekt 12 langsam in die Y2-Richtung durch den Antriebsmechanismus 24 bewegt, so daß kleine Argonpartikel von der Düsenanordnung 10d auf die gesamte Oberfläche des zu reinigenden Objektes 12 geblasen werden. Bei einer Kombination der Vorgänge, die in den 13A und 13B gezeigt sind, bei denen sich die Düsenrichtungen in der Ebene des Zeichnungsblattes schneiden, ist es möglich, vollständig die gesamt Oberfläche des zu reinigenden Objektes 12 zu reinigen, was auch die unebenen Flächen oder Gebiete bzw. Bereiche umfaßt, wie zum Beispiel eine Nut.
15A ist ein schematisches Diagramm, das teilweise geschnitten ist, bei dem die innere Oberfläche einer kleinen Nut 68, die auf der Oberfläche eines zu reinigenden Objektes 12 gebildet ist, gereinigt wird durch die Verwendung der Düsenvorrichtung, die in den 13A und 13B gezeigt ist. Durch Blasen kleiner Argonpartikel in unterschiedliche Richtungen, und zwar zur selben Zeit, können alle kontaminierten Materialien durch Reinigen der inneren Oberfläche der Nut 68 durch kleine Argonpartikel entfernt werden.
15B ist ein schematisches Diagramm, das teilweise geschnitten ist, bei dem die Oberfläche eines kleinen Vorsprungs 69, der auf der Oberfläche eines zu reinigenden Objektes 12 gebildet ist, gereinigt wird durch die Verwendung der Düsenvorrichtung, die in den 13A und 13B gezeigt ist. Auch in diesem Fall können durch Blasen kleine Argonpartikel in unterschiedliche Richtungen zur selben Zeit alle kontaminierten Materialien entfernt werden durch Reinigen der Oberfläche des Vorsprungs 69 durch kleine Argonpartikel.
Wenn der Kontamination- oder Verschmutzungsgrad groß ist, kann ein zu reinigendes Objekt 12 in der Y-Richtung hin- und herbewegt werden und der Schaltprozeß oder -vorgang zwischen den Düsen 10c und 10d wird mehrmals durchgeführt, was einen verbesserten Reinigungseffekt zur Folge hat.
Die 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Düsenvorrichtung 10. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Düsenvorrichtung 10 aus einer Düsenanordnung oder Reihe 10e und einer Düsenanordnungsdreheinheit 70 aufgebaut. Die Dreheinheit 70 ist so aufgebaut, daß, während sie das Rohr und die Düsenanordnung 10e hermetisch abdichtet, die Düsenanordnung 10e in die Pfeilrichtung gedreht wird, durch Antriebsmittel, wie zum Beispiel einem Schrittmotor.
Durch die Verwendung der Düsenanordnung 10e, die in 16 gezeigt ist, und Verändern der Düsenrichtung der kleinen Argonpartikel ist es möglich, dieselbe Funktion und dieselben Effekte zu erhalten, wie bei dem im Ausführungsbeispiel der 13A und 13B und 14 beschrieben wurden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann, wenn der Düsenwinkel der Düsenanordnung 10e fortlaufend veränderbar ist, eine bessere Düsenwinkelanpassung an die Ober flächenmusterform eines zu reinigenden Objektes erhalten werden. Wenn der Düsenwinkel der Düsenanordnung 10e in die Richtung des Pfeils bewegt wird, während kleine Argonpartikel ausgeblasen werden, kann eine bessere oder effektivere Reinigung erwartet werden.
17 zeigt ein weiteres Beispiel der Düsenvorrichtung mit einer unterschiedlichen Anordnung der Düsen. Die Blasrichtung der Düsen 65 der Düsenvorrichtung, die in 14 gezeigt ist, ist rechtwinklig bezüglich eines zu reinigenden Objektes 12, und zwar in Y-Richtung. In der Düsenanordnung 10f, die in 17 gezeigt ist, bläst jedes Paar benachbarter Düsen 73 und 74, die mit einem vorbestimmten Winkel angeordnet sind, kleine Argonpartikel in Richtung eines zu reinigenden Objektes 12. Andere Paare benachbarter Düsen sind in derselben Art und Weise aufgebaut. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann auch die vertikale Oberfläche in der Y-Richtung besser oder effektiver gereinigt werden.
Die 18A und 18B sind Draufsichten auf ein zu reinigendes Objekt oder einen zu reinigenden Gegenstand 12 (zum Beispiel ein Halbleiterwafer oder Plättchen), das auf einen Antriebsmechanismus 24 in einer Vakuumkammer 11 plaziert ist.
Während der Bewegung des zu reinigenden Objektes 12 in die Y-Richtung wird der Antriebsmechanismus 24 um den Drehwinkelbereich von ungefähr 10° um einen Punkt O auf dem zu reinigenden Objekt gedreht. Ähnlich zu dem in 17 gezeigten Ausführungsbeispiel können verbesserte Reinigungseffekte für die vertikale Oberfläche in die Y-Richtung und andere Oberflächen erhalten werden. Die Drehmitte kann außerhalb der Oberfläche eines zu reinigenden Objektes 12 angeordnet sein, um es in einer Schwenkart zu drehen.
Wenn der Antriebsmechanismus 24 in der X-Richtung mit einer geringen Amplitude, wie in 18B gezeigt ist, hin und her bewegt wird, während er das zu reinigende Objekt in die Y-Richtung bewegt, erhöht sich die Fläche oder der Bereich, der durch die Argonsgasströmungen gereinigt wird, was verbesserte Reinigungseffekte und eine gleichförmige Reinigung der zu reinigenden Objektsoberfläche vorsieht.
Die obige Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die Anordnung der Düsen, die Anzahl der Düsen und der Düsendurchmesser dienen nur zur Darstellung und sie sollen nicht einschränkend sein, sondern sie können, wie gewünscht, ausgewählt werden, abhängig von der Form und Größe eines zu reinigenden Objektes oder Gegenstandes und der Dimension oder Abmessung einer Nut oder eines Vorsprungs auf der Oberfläche des zu reinigenden Objektes.
Die Oberfläche eines zu reinigenden Objektes kann beschädigt werden, obwohl sie gereinigt wird durch das Blasen eines Strömungsmittels, das kleine Argonpartikel enthält. Um eine überragende Reinigung der Oberfläche eines zu reinigenden Objektes zu erhalten, ist es wünschenswert, die Reinigungsleistung zu erhöhen, während Oberflächenbeschädigungen unterdrückt werden. Aus diesem Grunde ist es notwendig, präzise die verflüssigte Menge von Argongas in dem gemischten Gas zu steuern. Es ist für diesen Zweck denkbar, den Kühlungsgrad des gemischten Gases zu steuern, indem man die gemessene Temperatur des gekühlten gemischten Gases konstant macht. Bei diesem Verfahren ist jedoch das genaue Steuern der verflüssigten Menge Argongas schwierig, und zwar aus den folgenden Gründen.
19A zeigt ein Argonphasendiagramm, wobei die Abszisse eine Entropie in der Einheit Joule/Mol·K darstellt und die Ordinate eine Temperatur in der Einheit absolute Temperatur K darstellt. In 19A zeigt eine Kurve die Verflüssigungstemperatur (Gas/Flüssigkeitsgrenzfläche). Der Bereich oberhalb der Kurve a entspricht der Gasphase, und der Bereich unterhalb der Kurve a entspricht dem gemischten Zustand der Gas- und Flüssigphasen. Die Kurven b1, b2 und b3 zeigen die Temperaturveränderungen für die Verflüssigungstemperaturen von ungefähr 95 K, 100 K und 105 K unter konstantem Druck.
Zum Beispiel im Falle der Kurve b1 verringert sich, wenn das Argongas gekühlt wird, die Entropie und die Temperatur, was vorsieht, daß die Kurve nach links abfällt. Eine Verflüssigung beginnt an dem Kreuzungspunkt zwischen der Kurve b1 und der Kurve a bei einer Temperatur von ungefähr 95 K. Wenn die Kühlung weiter durchgeführt wird, verringert sich die Entropie, aber die Temperatur verringert sich nicht und nimmt einen konstanten Wert ein. Dies tritt auf, da die Kühlung nicht verwendet wird zum Verringern der Temperatur, sondern zum Ändern der Phase von der Gasphase zu der Flüssigphase. Die Kurven b2 und b3 zeigen auch ähnliche Temperaturveränderungen mit unterschiedlichen Verflüssigungstemperaturen und -drücken.
Nachdem das Argongas die Verflüssigungstemperatur erreicht, die spezifisch ist für seinen Druck, und beginnt sich in Argontröpfchen zu ändern, verändert sich die Temperatur des Argongases kaum. Infolgedessen ist es schwierig durch Messung der Argongastemperatur die verflüssigte Menge an Argongas in dem gemischten Gas zu messen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dieses Problem gelöst werden durch Steuern der Verflüssigungsmenge an Argongas in dem gemischten Gas durch Messen des Drucks des gekühlten Argongases anstelle des Messens der Temperatur.
20 zeigt das Reinigungssystem gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Argongas und N₂-Gas, die durch Massenströmungssteuerungen 91 und 92 so reguliert sind, daß sie konstante Gasströmungen besitzen, werden gemischt. Das gemischte Gas wird über ein Rohr 21 zu einem Filter 5 geliefert. Das gemischte Gas, dessen Fremdpartikel durch den Filter 5 entfernt sind, wird über ein Rohr 22 zu einem Doppelrohrwärmetauscher 77 geliefert.
Der Doppelrohrwärmetauscher 77 wird mit flüssigem Stickstoff von einem Rohr 86 versorgt. Der flüssige Stickstoff kühlt das gemischte Gas, das von dem Rohr 22 geliefert wird, auf die Verflüssigungstemperatur von Argongas, die spezifisch ist für den Druck. Der flüssige Stickstoff, der teilweise oder vollständig in Gas umgewandelt wird, wird aus einem Rohr 87 abgelassen. Eine Strömungsteuerung 82 ist an dem Rohr 87 eingestellt zum Regulieren der Strömung des ausgeblasenen Stickstoffgases und des flüssigen Stickstoffs, und zwar auf einen gewünschten Wert.
Das gemischte Gas, das an den Doppelrohrwärmetauscher 77 geliefert wird, wird auf die Verflüssigungstemperatur des Argongases, die spezifisch ist für den Druck, gekühlt und feine oder kleine Tröpfchen werden zu einer Düsenvorrichtung 10 in einer Vakuumkammer 11 geliefert. Das Rohr, das den Doppelrohrwärmetauscher 77 und die Düsenvorrichtung 10 verbindet, ist vorzugsweise ein gerades Rohr.
Wenn das Rohr einen gebogenen Teil besitzt, ist es schwierig, eine Spiegeloberflächenpolierung oder elektrolytische Polierung durchzuführen und unmöglich, die Erzeugung von Fremdpartikeln an den unebenen Flächen oder Bereichen der inneren Oberfläche des Rohrs zu verhindern. Eine Anzahl von unebenen Bereichen werden auf der Innen oberfläche des gebogenen Teils gebildet, so daß viele Fremdpartikel erzeugt werden. Eine Vielzahl von Düsen sind in der Düsenvorrichtung 10 ausgebildet und das gekühlte, gemischte Gas sowie die Argontröpfchen werden von den Düsen in die Vakuumkammer 11 geblasen.
Die Düsenvorrichtung 10 ist über ein Rohr 75 mit einem Druckmesser 78 an der Außenseite der Vakuumkammer 11 verbunden, um den Druck der Innenseite der Düsenvorrichtung 10 zu messen. Ein Thermoelement 76 wird über das Rohr 75 in die Düsenvorrichtung 10 eingeführt, um die Temperatur der Innenseite der Düsenvorrichtung 10 zu messen.
Ein Wafer- oder Objekttisch 79 ist unter der Düsenvorrichtung 10 positioniert. Das gemischte Gas, das kleine Argonpartikel enthält, wird aus den Düsen auf die Oberfläche eines zu reinigenden Objektes geblasen, das auf dem Wafertisch plaziert ist, um die Oberfläche zu reinigen.
Die Vakuumkammer 11 ist mit einer Evakuiervorrichtung 85 verbunden, und zwar über ein Rohr 83 und einen Ölfang oder -abscheider 84, um die Innenseite der Vakuumkammer 11 zu evakuieren. Der Ölfang 84 wird verwendet, um zu verhindern, daß Öl von der Evakuiervorrichtung 85 durch eine Gegenströmung fließt. Eine Trockenpumpe kann verwendet werden, um das Wegfließen des Öls zu reduzieren.
Die Ergebnisse, die durch den Druckmesser 78 und das Thermoelement gemessen werden, werden zu einer Steuerung 81 in der Form von elektrischen Signalen gesendet. Die Steuerung 81 steuert die Strömung, die durch die Strömungssteuerung 82 gesteuert werden soll, indem sie den Druck der Innenseite der Düsenvorrichtung 10 auf einen vorbestimmten Wert einstellt.
Die 19B ist eine Kurve, die die Veränderungen in der Temperatur und dem Druck an der Innenseite der Düsenvorrichtung 10 darstellt, wobei die Abszisse eine Zeit darstellt und die Ordinate die Temperatur und den Druck darstellt. Wenn das gemischte Gas durch den Doppelrohrwärmetauscher 77 gekühlt wird, verringert sich die Temperatur der Innenseite der Düsenvorrichtung 10. Nachdem das gemischte Gas anfängt, sich bei der Temperatur TO und dem Druck PO zu verflüssigen, wird die Temperaturveränderung sehr viel langsamer.
Wenn sich die Temperatur verringert, verringert sich der Druck und erreicht einen Druck PO bei der Temperatur TO. Wenn die Kühlung weiter fortfährt, wird die Verringerungsrate des Druckes beschleunigt infolge des Beginnens der Verflüssigung von Argongas, und der Druck erreicht schließlich den vorbestimmten Druck P1, der in der Steuerung 11 eingestellt ist.
Nachdem die Steuerung 81 detektiert, daß der Druck der Innenseite der Düsenvorrichtung 10 P1 erreicht, wird die zu steuernde Strömung durch die Strömungssteuerung 82 reguliert durch konstantes Beibehalten des Drucks. Da eine Differenz zwischen PO und P1 der verflüssigten Menge an Argongas entspricht, kann diese Menge aus der Druckdifferenz bestimmt werden. Daher ist es durch Einstellen des Druckes P1 auf den vorbestimmten Wert möglich, die gewünschte Menge an Ar-Gas zu verflüssigen. Da sich die Drücke stark mit der verflüssigten Menge verändern, ist es möglich, die verflüssigte Menge an Argongas mit einem geringen Fehleranteil zu steuern.
Wenn die verflüssigte Menge an Argongas konstant ist, kann die Menge an kleinen Argonpartikeln, die aus den Düsen ausgeblasen werden, als konstant angesehen werden. Daher kann eine gewünschte Menge an kleinen Argonparti keln auf die Oberfläche eines zu reinigenden Objektes geblasen werden. Auf diese Art und Weise kann die Reinigung durchgeführt werden, während der Grad der Beschädigungen der Objektoberfläche und die Reinigungsleistung auf angemessenen Niveaus gehalten werden.
Der Kühlungsgrad wird reguliert durch konstantes Einstellen der Strömung des gemischten Gases und durch Detektieren einer Veränderung im Druck, wie unter Bezugnahme auf 19B beschrieben wurde. Die Strömung des gemischten Gases kann erhöht werden durch Einstellen des Drucks auf einen gewünschten Wert und indem er konstant gemacht wird.
19C zeigt eine Veränderung in der Strömung bezüglich der gekühlten Temperatur des gemischten Gases beim Erhöhen der Strömung, während der Druck an der Innenseite an der Düsenvorrichtung konstant gehalten wird. Die Abszisse stellt die gekühlte Temperatur des gemischten Gases in der Einheit absolute Temperatur K dar, und die Ordinate stellt die Gesamtströmung an Argongas und Stickstoffgas in der Einheit slm dar.
Wenn die Strömung allmählich erhöht wird, erhöht sich der Druck an der Innenseite der Düsenvorrichtung 10. Da der Druck durch die Steuerung 81 so gesteuert wird, daß er konstant ist, wird der Kühlungsgrad erhöht, so daß sich die Temperatur des gemischten Gases verringert. Auf diese Art und Weise verringert sich die Temperatur des gekühlten, gemischten Gases allmählich, wenn die Strömung allmählich erhöht wird.
Wenn die Temperatur des gekühlten gemischten Gases die Verflüssigungstemperatur des Argongases erreicht, die spezifisch ist für den Druck, beginnt das Argongas sich zu verflüssigen. Die Temperatur und die Strömung des ge mischten Gases beim Start der Verflüssigung waren ungefähr 100 K und ungefähr 20 l/min in dem Fall dieses Ausführungsbeispiels, obwohl sie sich mit dem Druck an der Innenseite der Düsenvorrichtung 10 und der Düsenform verändern.
Wenn die Strömung weiter erhöht wird, wird der Kühlungsgrad durch die Steuerung der Steuerung 81 erhöht, was die Verflüssigung von Argongas verbessert oder fördert. Jedoch wird die Temperatur des gemischten Gases in allgemeinen konstant auf der Argongas-Verflüssigungstemperatur gehalten. Nachdem das gemischte Gas auf die Argongas-Verflüssigungstemperatur gekühlt ist, wie in 19C gezeigt, verringert sich die Temperatur des gemischten Gases daher nur leicht, und nur die Strömung erhöht sich abrupt. Diese Erhöhung entspricht der verflüssigten Menge an Argongas.
Es ist daher möglich, die verflüssigte Menge an Argongas aus einer Differenz zwischen der Strömung des gemischten Gases, das für die Reinigung verwendet wird und der Strömung beim Start oder Einsetzen der Verflüssigung des Argongases, zu berechnen. Um gute Reinigungseffekte zu erhalten, ohne große Beschädigungen auf der Reinigungsoberfläche, wird es bevorzugt, die Strömung des gemischten Gases, das für die Reinigung verwendet wird, sc einzustellen, daß sie 1,2- bis 4 mal der Strömung beim Start der Verflüssigung des Argongases entspricht.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wurde ein Verfahren beschrieben zum Steuern des Kühlungsgrades durch Verändern der Strömung von N₂-Gas an der Auslaßseite des Doppelrohrwärmetauschers 77. Der Kühlungsgrad kann durch andere Verfahren gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Strömung von flüssigem Stickstoff gesteuert werden durch Verändern des Drucks des Behälters, der flüssigen Stickstoff enthält.
In dem obigen Ausführungsbeispiel wurden als Kühlmittel auch der Doppelrohrwärmetauscher verwendet, der flüssigen Stickstoff verwendet. Andere Kühlmittel können auch verwendet werden, wie zum Beispiel ein Kryo- oder Tiefsttemperatursystem, die folgendes aufweisen: einen Gifford Mc-Mahon Kühler (GM-Kühler), einen Stirling-Kühler und einen Turbokühler.
Die 21A und 21B zeigen Kühlmittel, die GM-Kühler verwenden. 21A ist eine Draufsicht und 21B ist eine Seitenansicht. Wie in 21A gezeigt ist, wird ein gemischtes Gas aus Ar- und N₂-Gasen, deren Fremdpartikel durch einen Filter entfernt wurden, von einem Biegepunkt 88 eines Rohrs 22 geliefert. Das Rohr 22 zwischen dem Biegepunkt 88 und einer Vakuumkammer 11 kontaktiert eine Kühlplatte 89 des GM-Kühlers mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Ein Erwärmer oder Heizer 90 ist in der Nähe des Rohrs 22 angebracht. Das Rohr 22 ist von dem Biegepunkt 88 bis zu den Düsen gerade ausgebildet. Wie bei dem in 20 gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, bewirkt das gerade Rohr die Verhinderung von Fremdpartikeln. Das Rohr 22, die Kühlplatte 89 und der Erwärmer oder Erhitzer 90 sind in dem Vakuumgehäuse 94 zur thermischen Isolierung aufgenommen.
Wie in 21B gezeigt ist, kühlen die GM-Kühler 95a und 95b unter der Kühlplatte 89 die Platte 89. In 21 sind zwei GM-Kühler in Serie mit dem Rohr 22 verbunden. Wenn die Kühlleistung ausreicht, kann nur ein GM-Kühler verwendet werden. Wenn sie nicht ausreicht, kann die Kühlung zusätzlich durch flüssigen Stickstoff, wie unter Bezugnahme auf 20 erklärt wurde, unterstützt werden.
Der Erwärmer 90 ist mit einer Steuerung 93 verbunden, die die Heiz- oder Wärmeleistung des Erwärmers 90 steuert. Der Kühlungsgrad des Argongases kann gesteuert werden durch Regulieren der Heizleistung des Erwärmers oder Heizers 90. Die Steuerung 91 wird mit einem elektrischen Signal versorgt, das den gemessenen Druck der Innenseite der Düsenvorrichtung darstellt. Gemäß diesem Signal reguliert die Steuerung 91 die Heizleistung des Erwärmers 90.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Zum Beispiel kann als das gemischte Gas, Argongas und inertes Gas mit einer geringeren Verflüssigungstemperatur als Argongas verwendet werden. Eine Argonflüssigkeit (nicht Tröpfchen) kann in die Düse geliefert werden, um als Argontröpfchen ausgeblasen zu werden. In diesem Fall kann das Gas, das in die Düse geliefert wird, Argon, gemischtes Gas, das Argon enthält, reiner Stickstoff usw., sein.
Das zu reinigende Objekt oder der Gegenstand ist nicht auf einen Halbleiterwafer oder ein Plättchen beschränkt, sondern es können andere Objekte für die Oberflächenreinigung bei den Herstellungsschritten verwendet werden, die zum Beispiel gedruckte Schaltungsplatten, optische Disk's, magnetische Disk s, flache Tafeln von Flüssigkristallanzeigen, und flache Tafeln von Solarbatterien aufweisen.
Dem Fachmann ist klar, daß unterschiedliche Veränderungen, Verbesserungen, Kombinationen und ähnliches durchgeführt werden können.

Claims

Oberflächenreinigungsverfahren bei dem Argon über eine Düsenvorrichtung auf die Oberfläche eines zu reinigenden Objekts gesprüht wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bilden kleiner Argonflüssigkeitströpfchen stromaufwärts bezüglich der Düsenvorrichtung durch Kühlen eines Argongas enthaltenden Gases auf die Verflüssigungstemperatur des Argongases, die spezifisch ist für den Druck des Argongases, oder darunter; Liefern des die Argonflüssigkeitströpfchen enthaltenden Fluids an die Düsenvorrichtung; Bilden kleiner Argonpartikel durch Ausblasen des die Argonflüssigkeitströpfchen enthaltenden Fluids aus der Düsenvorrichtung in eine drucklose Atmosphäre und adiabatisches Ausdehnen des Fluids beim Austritt aus der Düsenvorrichtung in die drucklose Atmosphäre zum Verfestigen wenigstens eines Teils der Argonflüssigkeitströpfchen in kleine Argonpartikel; und Blasen des die kleinen Argonpartikel enthaltenden Fluids auf die Oberfläche des zu reinigenden Objekts.
Oberflächenreinigungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Düsenvorrichtung und das zu reinigende Objekt in einer Unterdruckkammer aufgenommen sind.
Oberflächenreinigungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das das Argongas enthaltende Gas ein gemischtes Gas aus Argongas und Stickstoffgas ist, und die Konzentration des Stickstoffgases bei 2 bis 70 Mol% liegt.
Oberflächenreinigungsverfahren nach Anspruch 2, wobei der Druck der in der Unterdruckammer in dem Bereich von 2·10⁴ Pa bis 7·10⁴ Pa (0,2 bis 0,7 Ata).
Oberflächenreinigungsverfahren nach Anspruch 2, wobei der Druck des das Argongas enthaltenden Gases in der Düsenvorrichtung innerhalb eines Bereichs von 3·10⁵ Pa bis 7·10⁵ Pa (3 bis 7 Ata).
Oberflächenreinigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die kleinen Argonpartikeln eine Oberfläche mit einer festen Phase besitzen und die inneren Bereiche eine Flüssigphase aufweisen.
Oberflächenreinigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlschritt folgendes aufweist: Messen der Temperatur des das Argongas enthaltenden Gases in der Düsenvorrichtung und Detektieren, wenn die Temperatur im Wesentlichen konstant wird und die kleinen Argonflüssigkeitströpfchen anfangen sich in dem das Argongas enthaltenden Gas auszubilden; und Messen eines ersten Druckes des Gases in der Düsenvorrichtung zu einer Zeit, wenn die Temperatur im Wesentlichen konstant wird und Steuern des Kühlungsgrades des das Argongas enthaltenden Gases, um zu bewirken, daß das Gas in der Düsenvorrichtung einen konstanten zweiten Druck besitzt, der um einen vorbestimmten Wert kleiner ist als der erste Druck.
Oberflächenreinigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlschritt folgendes aufweist: Kühlen des das Argongas enthaltenden Gases, allmähliches Erhöhen der Molströmung des das Argongas enthaltenden Gases, und Messen einer ersten Molströmung, wenn die Molströmung anfängt, sich rasch zu erhöhen, und zwar während der Druck in der Düsenvorrichtung auf einem vorbestimmten Druck gehalten wird; und Kühlen des das Argongas enthaltenden Gases, weiteres Erhöhen der Molströmung und Steuern des Kühlungsgrades des Argongases und der Molströmung, um die Molströmung auf eine vorbestimmte zweite Molströmung einzustellen, während der Druck in der Düsenvorrichtung auf einen vorbestimmten Druck gehalten wird.
Oberflächenreinigungsverfahren nach Anspruch 8, wobei der Druck in der Düsenvorrichtung in einem Bereich von 3 Atmosphären bis 7 Atmosphären liegt.
Oberflächenreinigungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zweite Molströmung in einem Bereich von 1,2-mal bis 4-mal der ersten Molströmung liegt.
Oberflächenreinigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Blasschritt ferner das Ausblasen eines Gases von einer anderen Düsenvorrichtung und das Blasen des Gases auf die Oberfläche des zu reinigenden Objektes aufweist.
Oberflächenreinigungsverfahren nach Anspruch 11, wobei der Blasschritt ferner das Erwärmen des aus der anderen Düsenvorrichtung ausgeblasenen Gases umfaßt.
Oberflächenreinigungsverfahren nach Anspruch 11 der 12, wobei das von der anderen Düsenvorrichtung ausgeblasene Gase auf den Oberflächenbereich des zu reinigenden Objektes gerichtet wird, auf den das die kleinen Argonpartikel enthaltende Fluid geblasen wurde.
Oberflächenreinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Gas, das aus der anderen Düse ausgeblasen wird, Stickstoffgas ist.
Oberflächenreinigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner eine Relativbewegung zwischen der Düsenvorrichtung und dem zu reinigenden Objekt vorgesehen wird.
Oberflächenreinigungsverfahren nach Anspruch 15, wobei die Düsenvorrichtung eine Vielzahl von Düsen aufweist, die mit einem im allgemeinen gleichen Abstand in einer Richtung angeordnet sind und wobei die Relativbewegung erzeugt wird durch eine erste Relativbewegung zwischen der Vielzahl von Düsen und dem zu reinigenden Objekt, in der erwähnten einen Richtung mit einer hohen Geschwindigkeit, und mit einer Bewegungsbreite, die gleich oder größer dem gleichen Abstand ist und durch eine weitere Relativbewegung in eine andere Richtung im allgemeinen unter einem rechten Winkel bezüglich der einen Richtung, und zwar mit einer geringen Geschwindigkeit.
Oberflächenreinigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bilden kleiner Argonpartikel ferner folgendes aufweist: Ausblasen des die kleinen Argontröpfchen enthaltenden Fluids in wenigstens eine vorbestimmte erste Richtung; und Ausblasen des die kleinen Argontröpfchen enthaltenden Fluids in eine zweite Richtung, die sich von der ersten Richtung unterscheidet.
Oberflächenreinigungsverfahren nach Anspruch 17, wobei die erste Richtung entgegengesetzt zu der zweiten Richtung ist, und zwar hinsichtlich der Projektion auf die Oberfläche des zu reinigenden Objektes.
Oberflächenreinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei während der Relativbewegung das zu reinigende Objekt zusätzlich mit einer höheren Geschwindigkeit als die der Relativbewegung hin- und herbewegt wird, und zwar einer Richtung, die die Relativbewegungsrichtung schneidet.
Oberflächenreinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das zu reinigende Objekt während der Relativbewegung um die Mittelachse des zu reinigenden Objekts gedreht wird, und zwar innerhalb eines vorbestimmten Drehwinkelbereichs.
Oberflächenreinigungsverfahren nach Anspruch 15, wobei: der Relativbewegungsschritt einen Schritt der Hin- und Herbewegung des zu reinigenden Objektes in einer vorbestimmten Richtung aufweist, und wobei der Blasschritt ferner folgendes aufweist: Ausblasen des die kleinen Argonpartikel enthaltenden Fluids aus einer Vielzahl von Düsen, die an der Düsenvorrichtung im allgemeinen mit gleichem Abstand in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Hin- und Herbewegung des zu reinigenden Objektes angeordnet sind und Blasen des Fluids in einer ersten Richtung schräg nach unten auf die Oberfläche des zu reinigenden Objektes in die Vorwärtsbewegungsrichtung des zu reinigenden Objektes; und Ausblasen des die Argonpartikel enthaltenden Fluids aus der Vielzahl von Düsen und Blasen des Strömungsmittels in eine zweite Richtung schräg nach unten auf die Oberfläche des zu reinigenden Objektes in die Richtung der Rückwärtsbewegung des zu reinigenden Objektes, wobei die ersten und zweiten Richtungen entgegengesetzt sind hinsichtlich einer Projektion auf die Oberfläche des zu reinigenden Objektes.
Oberflächenreinigungssystem zum Reinigen der Oberfläche eines zu reinigenden Objekts (12), das folgendes aufweist: eine Düsenvorrichtung (10), mit einer Vielzahl von Düsen (23); Gasversorgungsmittel zum Liefern eines Argongas enthaltenden Gases an die Düsenvorrichtung (10), wobei die Gasversorgungsmittel Kühlmittel (6; 77) zum Kühlen des das Argongas enthaltenden Gases auf die Verflüssigungstemperatur des Argongases oder darunter, zum Bilden kleiner Argonflüssigkeitströpfchen in dem Gas, aufweisen, und wobei die Kühlmittel (6; 77) stromaufwärts bezüglich der Düsenvorrichtung (10) angeordnet sind; Tragmittel (24; 41; 79) zum Tragen des zu reinigenden Objekts (12) derart, dass es in Gasausblasrichtung der Düsenvorrichtung (10) liegt; eine hermetisch abgedichtete Kammer (11) zum Aufnehmen der Düsenvorrichtung (10) und der Tragmittel (24; 41; 79) für das zu reinigende Objekt (12); und Entlüftungsmittel (18) zum Ausleiten von Gas aus der hermetisch abgedichteten Kammer (11).
Oberflächenreinigungssystem nach Anspruch 22, wobei die Kühlmittel (6; 77) in der Lage sind, den Kühlungsgrad zu steuern, und ferner folgendes aufweisen: einen Temperaturmesser (76) zum Messen einer Temperatur im Inneren der Düsenvorrichtung (10); einen Druckmesser (78) zum Messen eines Druckes im Inneren der Düsenvorrichtung (10); und Steuermittel (81) zum Empfangen eines Temperaturwertes vom Temperaturmesser (76) und eines Druckwertes vom Druckmesser (78) und zum Steuern des Kühlungsgrades der Kühlmittel (6; 77), um den Druckwert auf einen vorbestimmten Wert einzustellen.
Oberflächenreinigungssystem nach Anspruch 22 oder 23, das ferner Argonströmungsreguliermittel aufweist, die stromaufwärts bezüglich der der Kühlmittel (6; 77) angeordnet sind zum Regulieren der das Argongas enthaltenden Gasströmung auf eine vorbestimmte Molströmung.
Oberflächenreinigungssystem nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die Kühlmittel (6; 77) einen Wärmetauscher (77) und Kühlmedium-Strömungsreguliermittel (82) aufweisen zum Regulieren einer Strömung von flüssigem Stickstoff durch den Wärmetauscher (77).
Oberflächenreinigungssystem nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei die Kühlmittel (6; 77) ein Kryo- oder Tiefsttemperatursystem und Erwärmungs- und Heizmittel aufweisen.
Oberflächenreinigungssystem nach einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei die Tragmittel (24; 41; 79) für das zu rei nigende Objekt (12) Antriebsmittel aufweisen zum Vorsehen einer Relativbewegung zwischen der Düsenvorrichtung (10) und dem zu reinigenden Objekt (12), und zwar in einer vorbestimmten Richtung.
Oberflächeneinigungssystem nach Anspruch 27, wobei die Vielzahl von Düsen (23) der Düsenvorrichtung (10) im allgemeinen mit gleichem Abstand in einer Richtung angeordnet sind und wobei die Antriebsmittel eine Relativbewegung zwischen der Düsenvorrichtung (10) und dem zu reinigenden Objekt (12) mit einer hohen Geschwindigkeit und mit einer Bewegungsbreite, die gleich oder größer ist als gleiche Abstand in die eine Richtung vorsieht und mit einer geringen Geschwindigkeit in eine andere Richtung, die im allgemeinen senkrecht ist zu der einen Richtung ist.
Oberflächenreinigungssystem nach einem der Ansprüche 22 bis 28, wobei die Düsenvorrichtung (10; 60) eine erste Gruppe (10) von Düsen aufweist zum Ausblasen eines Gases, das kleine Argonflüssigkeitströpfchen enthält und eine andere Gruppe (60) von Düsen zum Herausblasen eines anderen Gases.
Oberflächenreinigungssystem nach Anspruch 29, wobei die eine und die andere Düsengruppe (10; 60) je eine Reihe von Düsen aus einer Vielzahl von Düsen aufweist, die in einer Richtung angeordnet sind, wobei die Reihe von Düsen der einen Düsengruppe (10; 60) parallel zu der Reihe von Düsen der anderen Düsengruppe (60; 10) angeordnet sind. Oberflächenreinigungssystem nach Anspruch 30, wobei die Antriebsmittel in der Lage sind, die Relativbewegung in die eine Richtung der Anordnung der Düsenreihen der einen und der anderen Düsengruppen (10; 60) vorzusehen, und in eine andere Richtung, die senkrecht ist zu der einen Richtung.
Oberflächenreinigungssystem nach Anspruch 30 oder 31, wobei die andere Düsengruppe (60) mit einer Einheit versehen ist zum Erwärmen oder Heizen des anderen Gases.
Oberflächenreinigungssystem nach einem der Ansprüche 22 bis 32, wobei die Düsenvorrichtung (10) in der Lage ist, das kleine Argontröpfchen enthaltende Gas, in eine Vielzahl von unterschiedlichen Richtungen auszublasen.
Oberflächenreinigungssystem nach Anspruch 33, wobei die Düsenvorrichtung (10) eine Vielzahl von Düsen (23) und zwei Ausblasrichtungen aufweist, die entgegengesetzt liegen hinsichtlich einer Projektion auf die Oberfläche des zu reinigenden Objektes (12).
Oberflächenreinigungssystem nach Anspruch 33 oder 34, wobei die Düsenvorrichtung (10) eine Vielzahl von Düsen (23) aufweist, die in der Lage ist, die Ausblasrichtung zwischen zwei Richtungen zu verändern, die hinsichtlich einer Projektion auf die Oberfläche des zu reinigenden Objektes (12) entgegengesetzt sind.
Oberflächenreinigungssystem nach einem der Ansprüche 34 und 35, wobei die Ausblasrichtung um einen vorbestimmten Winkel zu einer vertikalen Ebeneparallel zur Richtung der Relativbewegung zwischen der Düsenvorrichtung (10) und dem zu reinigenden Objekt (12) abgewinkelt ist.
Oberflächenreinigungssystem nach Anspruch 33, wobei die Antriebsmittel eine Schwenkbewegung vorsehen, die die Richtung der Relativbewegung zwischen der Düsenvorrichtung (10) und dem zu reinigenden Objekt (12) schneidet.
Oberflächenreinigungssystem nach Anspruch 33, wobei die Antriebsmittel eine Drehbewegung des zu reinigenden Objektes (12) innerhalb eines vorbestimmten Drehwinkelbereichs um einen Punkt auf dem zu reinigenden Objekt (12) vorsehen.