JP2002540939A - 基板を洗浄する方法及び装置 - Google Patents

基板を洗浄する方法及び装置

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JP2002540939A JP2000610627A JP2000610627A JP2002540939A JP 2002540939 A JP2002540939 A JP 2002540939A JP 2000610627 A JP2000610627 A JP 2000610627A JP 2000610627 A JP2000610627 A JP 2000610627A JP 2002540939 A JP2002540939 A JP 2002540939A
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ローミュラー ユルゲン
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ステアーグ ミクロテヒ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
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Abstract

(57)【要約】 洗浄前又は中に液体を基板に塗布する、基板、特に半導体ウェハを洗浄する方法及び装置を簡単かつ廉価に基板の許容される洗浄を可能にするために、氷結晶を基板上に存在する液体中に導入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、洗浄前及び／又は洗浄中に液体を基板に塗布することにより基板、
特に半導体ウェハを洗浄する方法及び装置に関する。
【０００２】 このような装置は、例えばＷＯ９６／１０４６３から公知である。この装置の
場合には、水膜が基板の洗浄すべき表面に塗布されかつ同時に又は引き続き水蒸
気がノズルを介して意図的に洗浄すべき表面に誘導される。該水蒸気は水膜内で
急速に冷え、その際小さい水蒸気気泡が内破しかつその際水膜内にパルスを発生
し、粒子を洗浄すべき表面から剥離する。
【０００３】 この公知の装置においては、強度に付着する粒子は、パルスがこれらを剥離す
るためには不十分である場合には、洗浄すべき表面上に残留することがある。さ
らに、該装置は、装置を全体として拡大する蒸気発生器を必要とする。さらに、
水蒸気は蒸気発生器内部及びその後方に配置された媒体誘導部材内部で金属と接
触するので、金属イオンによる洗浄すべき基板の汚染の危険が生じる。
【０００４】 引用例としてさらに、プリント回路板を洗浄する方法が記載されたＵＳ−Ａ−
５,６５１,８３６が挙げられる。この方法では、薄い水膜を回路板の洗浄すべき
面に塗布する。引き続き、回路板の洗浄すべき面に氷結晶を衝突させ、該氷結晶
は水膜を貫通しかつ回路板の表面に当たり、これを洗浄する。該水膜は、氷結晶
との衝突の際に発生する電荷を導出する機能を有し、それによ該電荷はプリント
回路を損傷しない。
【０００５】 公知の装置から出発して、本発明の解決する課題は、簡単かつ廉価に基板の許
容される洗浄を基板を損傷する危険なく行うことができる装置及び方法を提供す
ることである。
【０００６】 前記課題は、本発明により、洗浄前及び／又は洗浄中に液体を基板に塗布しか
つ氷結晶を基板上に存在する液体中に導入することにより基板、特に半導体ウェ
ハを洗浄する方法において、意図的なパルス発生、ひいては意図的な洗浄を達成
するために、液体内への氷結晶の侵入深さを調節することより解決される。さら
に、氷結晶の侵入深さの調節により、氷結晶が基板の洗浄すべき表面に当たりか
つその際該表面を損傷することが避けられる。それというのも、氷結晶は衝突前
にガス状態に移行するからである。液体の温度に対する氷結晶の大きな温度差に
基づき、該液体は爆発的にガス状態に移行する。この際発生したパルスは、小さ
い水蒸気気泡の内破により発生されるパルスよりも著しく大きく、粒子を基板の
洗浄すべき表面から剥離する。本発明による方法を実施するためには、専ら液体
供給導管並びに高圧下にあるガスのための導管が必要であるにすぎないので、本
方法を実施するために必要な装置は小さい大きさを有する。特に、一般にクリー
ンルームにおいて行われる半導体ウェハの洗浄の際には、可能な限り小さい寸法
を有する装置を使用することが重要である。それというのも、クリーンロームは
製造の際もまた作業の際も著しいコストを惹起するからである。液体及び高圧下
にあるガスのためには専ら１つだけの供給導管が必要とされるので、金属イオン
での基板の汚染の危険が生じ得ないように、金属のない媒体誘導部で間に合わす
ことができる。さらに、氷結晶の大きさ及び温度、それに伴い発生されるパルス
の大きさは、結晶がガス状態に移行すれば、容易に調節され、それにより全体と
して洗浄プロセスの良好な制御が生じる。
【０００７】 基板の表面に到達するパルスの大きさを調節するために、基板上の液体層の厚
さ及び／又は液体の温度を調節するのが有利である。液体層の厚さにより、パル
スの起源と基板の表面との距離、ひいては基板の表面でのパルスの強さを調整す
ることができる。液体温度の調節を介して、氷結晶のガス状態への移行の強度、
ひいてはパルスの大きさを変化させることができる。
【０００８】 本発明の別の実施態様においては、氷結晶の大きさ及び／又は温度を調節する
。これら両者は、氷結晶がガス状態に移行する際に発生されるパルス力を一緒に
決定する。
【０００９】 本発明の有利な実施態様によれば、洗浄方向を前もって定めるために、氷結晶
を好ましくは基板に対して傾斜して方向付ける。有利には、氷結晶を、基板に向
けられた少なくとも１つの氷ノズルで発生させる。この際、全基板表面の洗浄を
保証するために、洗浄中に有利には氷ノズルと基板の間で相対運動を発生させる
。１実施態様においては、基板及び／又は氷ノズルを直線運動させる。さらに有
利には、剥離された粒子が回転により生じる遠心分離力によってウェハの周辺か
ら外に運動せしめられるように、基板を回転させる。
【００１０】 本発明のもう１つの実施態様においては、液膜及び剥離された粒子の間断のな
い流出を保証するために、基板を洗浄中に水平に対して傾斜させる。
【００１１】 有利には、液体は脱イオン水からなり、かつ氷結晶は好ましくはＣＯ２からな
る。それというのも、ＣＯ２は常圧で昇華するからである。
【００１２】 本発明が基礎とする課題は、基板に液体を塗布する装置及び氷結晶を液体中に
導入する装置を有する、基板、特に半導体ウェハを洗浄する装置において解決さ
れる。このような装置においては、既に前記の利点が生じる。
【００１３】 有利には、該装置は液体を塗布する少なくとも１つのノズルを有し、該ノズル
は好ましくは、基板の幅より大きいか又はそれと同じ幅を有する広幅スロットノ
ズルとして構成されている。このような広幅スロットノズルを使用することによ
って、簡単に、基板の洗浄すべき全表面を液体で覆うことが保証される。好まし
くは、該装置はさらに液体の温度調節を行う装置を有し、それにより既に上記に
記載した利点が達成される。
【００１４】 以下に、本発明を図面を参照して好ましい実施例により詳細に説明する。
【００１５】 図１は、半導体ウェハ２の洗浄装置１の略示側面図である。該洗浄装置１は、
洗浄すべき基板２の表面８に向けられた液体ノズル４並びに氷ノズル６を有する
。基板２は洗浄装置１内で詳細には示されていない装置を介して保持されかつ中
心軸線Ａを介して回転せしめられる。
【００１６】 ノズル４を介して、例えばＤＩ水（脱イオン水）からなる液体層１０が中心部
でウェハ２に塗布される。ウェハ２の回転により、水層は半径方向外側に向かっ
て流れかつウェハ２の洗浄すべき表面８上に均等な膜を形成する。
【００１７】 氷ノズル６を介して、氷結晶からなる噴流１２が水層１０に向けられかつ該水
層に導入される。氷結晶は公知方式で氷ノズル６内で圧力下にあるガス又は液体
の突然の膨張及びそれに結び付いた冷却により達成される。氷結晶は、凍結した
状態の任意の適当な物質からなる。
【００１８】 例えばＣＯ２からなる氷結晶の温度は、層１０内の水よりも著しく低い。氷結
晶が水層１０内に侵入すると、それらは温度差に基づき爆発的にガス状態に移行
する。その際、パルスが水膜内に発生され、これは粒子を基板２の洗浄すべき表
面８から剥離する。ウェハ２の全表面８の良好な洗浄を保証するために、氷ノズ
ル５を基板２を基準として中心軸線Ａから半径方向でウェハ２のエッジに向けて
運動させる。ウェハ２の回転との組合せにおいて、ウェハ２の全表面８の洗浄が
保証される。
【００１９】 ノズル６の運動に対して選択的に、ウェハ２も進行する回転に際に氷ノズル６
の対して直線的に運動させることができる。
【００２０】 図２は、本発明の選択的実施形を示し、この場合には図２には同一か又は等価
の部材を表すために同じ参照記号が付されている。
【００２１】 図２に基づく洗浄装置１は、この場合も液体ノズル４並びに氷ノズル６を有し
、これらはウェハ２の洗浄すべき表面８に向けられている。ウェハ２は多数のロ
ーラ１５（それらの内の２つが示されている）を介して、ウェハ２が水平線を基
準として傾斜されるように保持される。ウェハ２の傾斜により、洗浄すべき表面
８の塗布される水膜１０は図２によれば左に向かって流出する。
【００２２】 ウェハ２を保持するローラ１５は回転可能でありかつウェハ２の矢印Ｂの方向
への直線運動を可能にする。この直線運動により、ウェハ２は液体ノズル４及び
氷ノズル６の下を通過せしめられ、それにより全表面は洗浄される。全幅にわた
るウェハ２の洗浄を保証するために、液体ノズル４並びに氷ノズル６はそれぞれ
、ウェハ２の全幅を越えて延びる広幅スロットノズルとして構成されている。選
択的に、境界を接した又はオーバラップした作業範囲を有する多数の並列配置さ
れた液体ノズル及び氷ノズル６が設けられていてもよい。
【００２３】 前記のように、ウェハ２をローラ１５によりノズル４及び６の下を通過運動さ
せる代わりに、ノズル４及び６をウェハ２を基準として運動させることも可能で
あり、その際はにウェハ２と洗浄すべきのウェハ表面８の間の間隔を保持すべき
である。
【００２４】 図３もまた本発明のもう１つの実施例を示し、この場合にはウェハ２は多数の
ローラ１８（このうちの２つが示されている）を介して水平に保持される。図２
に基づく実施例におけると同様に、ローラ１８は回転可能であり、かつウェハ２
を洗浄中にノズル４及び６の下を通過させることができる。しかしながら、選択
的に、ローラ１８は固定して構成することもでき、かつノズル４，６を直線的に
ウェハ２上を通過させることもできる。
【００２５】 図４は図３に基づく実施例の平面図を示し、この場合には液体ノズル４もまた
氷ノズル６も、洗浄すべき基板２の幅よりも幾分か大きい幅を有する広幅スロッ
トノズルとして構成されている。
【００２６】 引き続き、洗浄工程を図１の実施例により説明する。
【００２７】 ウェハ２を図示されていない操作装置を介して洗浄装置１内の図１に示された
位置に置く。引き続き、液体ノズル４を介してＤＩ水をウェハ２の中心に塗布し
、かつウェハ２を軸線Ａを中心に回転させ、ウェハ上に均一な水層１０を形成さ
せる。基板の回転速度及びノズル４の貫流量の調整により、基板２上の水層１０
の厚さを調節する。一定の層厚さ厚さを達成するために、氷ノズル６を介して氷
結晶からなる噴流１２を水層１０内に打ち込む。この際、ノズルは中心軸線Ａの
周辺で氷結晶を水層１０内に打ち込むことを開始し、かつ引き続き水層が全ての
領域内に均一に氷結晶が当たるように、ノズル６をウェハ２の外側エッジの方向
に運動させる。
【００２８】 氷結晶の大きさ及び温度は、氷ノズル６内で発生した圧力降下並びにＣＯ２ガ
スもしくはＣＯ２液体のの予冷により調節する。液体層１０内への氷結晶の侵入
深さを調節するために、氷ノズル６と水膜１０の間の間隔を変更可能である。氷
ノズルは、氷結晶を発生させるために相前後して配置された複数のノズルを有し
、多段の冷却を行うことができる。
【００２９】 水膜１０に均一に氷結晶が当たった後に、まず氷結晶のショット及び引き続き
ＤＩ水の供給を停止する。引き続き、このようにして洗浄されたウェハ２を装置
１から取り出す。
【００３０】 図２〜４に基づく装置内での洗浄はほぼ一致して進行するが、この場合ウェハ
２は回転せしめられない。図２〜４に基づく装置１は、いわゆる通過ステーショ
ンとして構成されていてもよく、その際には連続してウェハは一方の側から供給
され、洗浄ノズルの下を通過しかつ装置の他方に側に排出される。ウェハは、図
に示されているように、回転可能なローラ１５を介して装置１を通過することが
できる。選択的に、ウェハはエアクッション上を又は水流内を装置により搬送さ
せることもできる。
【００３１】 装置を好ましい実施例により説明してきたが、本発明は具体的に実施例に制限
されるものではないことに留意されるべきである。特に、別の液体、例えばアル
コール、洗浄剤等がウェハ上に存在する液体層内に含有されていてもよい。氷結
晶も、種々異なる組成を有することができる。半導体ウェハの洗浄の他に、該洗
浄装置は特にマスク、マイクロメカニックにおける部品、ＣＤ等のためにも適当
である。
【００３２】 さらに、本発明による方法及び本発明による装置においては、好ましい実施例
ではそれぞれ片面の洗浄が示されているが、基板の両面の洗浄が可能である。こ
の場合、両側の洗浄は、連続して又は同時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に基づく基板洗浄装置の略示側面図である。
【図２】 別の実施例に基づく基板洗浄装置の略示側面図である。
【図３】 別の実施例に基づく基板洗浄装置の略示側面図である。
【図４】 図３の実施例の平面図である。
【符号の説明】
１ 半導体ウェハの洗浄装置、 ２ 基板（ウェハ）、 ４ 液体ノズル、
６ 氷ノズル６、 ８ 基板（ウェハ）の表面、 １０ 液体層（水膜）、 １
２ 噴流、 １５，１８ ローラ、 Ａ 中心軸線、 Ｂ ウェハ２の進行方向
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年５月７日（２００１．５．７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】 引用例としてさらに、プリント回路板を洗浄する方法が記載されたＵＳ−Ａ−
５,６５１,８３４が挙げられる。この方法では、薄い水膜を回路板の洗浄すべき
面に塗布する。引き続き、回路板の洗浄すべき面に氷結晶を衝突させ、該氷結晶
は水膜を貫通しかつ回路板の表面に当たり、これを洗浄する。該水膜は、氷結晶
との衝突の際に発生する電荷を導出する機能を有し、それによ該電荷はプリント
回路を損傷しない。このような装置は、同様にＪＰ-Ａ−０４０２６１２１並び
にＪＰ−Ａ−０７２５６２２２から公知である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】 前記課題は、ことを特徴とする、本発明により、洗浄前及び／又は洗浄中に液
体を基板に塗布しかつ氷結晶を基板上に存在する液体中に導入することにより基
板、特に半導体ウェハを洗浄する方法において、調節する意図的なパルス発生、
ひいては意図的な洗浄を達成するために、液体が氷結晶よりも著しく高い温度を 有しかつ 液体内への氷結晶の侵入深さを、氷結晶が基板の洗浄すべき表面に当た らないように 液体内への氷結晶の侵入深さを調節することより解決される。さら
に、氷結晶の侵入深さの調節により、氷結晶が洗浄すべき基板の表面に当たりか
つその際該表面を損傷することが避けられる。それというのも、氷結晶は衝突前
にガス状態に変化するからである。液体の温度に対する氷結晶の著しい温度差に
基づき、該液体は爆発的にガス状態に変化する。この際発生したパルスは、小さ
い水蒸気気泡の破裂により発生されるパルスよりも著しく大きく、粒子を洗浄す
べき基板の表面から剥離する。本発明による方法を実施するためには、専ら液体
供給導管並びに高圧下にあるガスのための導管のみが必要でありので、本方法を
実施するために必要な装置は小さい大きさを有する。特に、一般にクリーンルー
ムにおいて行われる半導体ウェハの洗浄の際には、可能な限り小さい寸法を有す
る装置を使用することが重要である。それというのも、クリーンロームは製造の
際もまた作動の際も著しいコストを惹起するからである。液体及び高圧下にある
ガスのためには専ら１つだけの供給導管が必要とされるので、金属イオンでの基
板の汚染の危険が生じ得ないように、金属のない媒体誘導部で間に合わすこおｔ
ができる。さらに、氷結晶の大きさ及び温度、それに伴い発生されるパルスの大
きさは、結晶がガス状態に移行すれば、容易に調節され、それにより全体として
洗浄プロセスの良好な制御が生じる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】 本発明が基礎とする課題は、基板に液体を塗布する装置及び氷結晶を液体中に
導入する装置を有する、基板、特に半導体ウェハを洗浄する装置において、液体 が氷結晶よりも著しく高い温度を有しかつ氷結晶が基板の洗浄すべき表面に当た らないように、調節可能である ことにより解決される。このような装置において
は、既に前記の利点が生じる。

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 洗浄前及び／又は洗浄中に液体を基板に塗布しかつ氷結晶を
    基板上に存在する液体中に導入することにより基板、特に半導体ウェハを洗浄す
    る方法において、液体内への氷結晶の侵入深さを調節することを特徴とする、基
    板を洗浄する方法。
  2. 【請求項２】 液体層の厚さを調節することを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 液体の温度を調節することを特徴とする請求項１又は２記載
    の方法。
  4. 【請求項４】 氷結晶の大きさ及び／又は温度を調節することを特徴とする
    請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 氷結晶を基板に対して傾斜して方向付けることを特徴とする
    請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 氷結晶を、基板に方向付けられた少なくとも１つの氷ノズル
    内で形成することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
  7. 【請求項７】 洗浄中に氷ノズルと基板の間に相対運動を発生させることを
    特徴とする請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 基板及び／又は氷ノズルを直線運動させることを特徴とする
    ことを特徴とする請求項６又は７記載の方法。
  9. 【請求項９】 基板をその中心軸線を中心に回転させる請求項１から８まで
    のいずれか１項記載の方法。
  10. 【請求項１０】 基板を洗浄中に水平を基準として傾斜させることを特徴と
    する請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 液体が脱イオン水からなることを特徴とする請求項１から
    １０までのいずれか１項記載の方法。
  12. 【請求項１２】 氷結晶がＣＯ２からなることを特徴とする請求項１から１
    １までのいずれか１項記載の方法。
  13. 【請求項１３】 基板に液体を塗布する装置（４）及び氷結晶を液体中に導
    入する装置（６）を有する、基板（２）、特に半導体ウェハを洗浄する装置（１
    ）において、液体内への氷結晶の侵入深さを調節する調節装置を有することを特
    徴とする、基板を洗浄する装置。
  14. 【請求項１４】 調節装置が基板上の液体の厚さを調節することを特徴とす
    る請求項１３記載の装置。
  15. 【請求項１５】 液体を塗布する装置が少なくとも１つのノズルを有するこ
    とを特徴とする請求項１３又は１４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 ノズル（４）が広幅スロットノズルであることを特徴とす
    る請求項１５記載の装置。
  17. 【請求項１７】 ノズル（４）の幅が基板（２）の幅以上であることを特徴
    とする請求項１５又は１６記載の装置。
  18. 【請求項１８】 液体の温度を調節する少なくとも１つの装置を有すること
    を特徴とする請求項１３から１７までのいずれか１項記載の装置。
  19. 【請求項１９】 液体に方向付けられた氷ノズル（６）を有する請求項１３
    から１８までのいずれか１項記載の装置。
  20. 【請求項２０】 ノズル及び／又は氷ノズルが基板（２）の表面（８）に傾
    斜して方向付けられていることを特徴とする請求項１３から１９までのいずれか
    １項記載の装置。
  21. 【請求項２１】 基板（２）とノズル（４）及び／又は氷ノズル（６）との
    間の間隔が調節可能であることを特徴とする請求項１３から２０までのいずれか
    １項記載の装置。
  22. 【請求項２２】 基板（２）及び／又はノズル（４）及び／又は氷ノズル（
    ６）の運動装置を有することを特徴とする請求項１３から２１までのいずれか１
    項記載の装置。
  23. 【請求項２３】 運動装置が基板（２）の回転装置を有する請求項２２記載
    の装置。
  24. 【請求項２４】 運動装置が基板（２）及び／又はノズル（４）及び／又は
    氷ノズル（６）の直線運動ユニット（１８）を有することを特徴とする請求項２
    ２又は２３記載の装置。
  25. 【請求項２５】 基板の傾倒装置（１５）を有することを特徴とする請求項
    １３から２４までのいずれか１項記載の装置。
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