JP2003059889A - 低温エアロゾル洗浄方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルゴンガスの消費量を少なくして、効率良
い洗浄を可能とする。 【解決手段】 低温に冷却した洗浄ガスをノズル２０か
ら吹き出してエアロゾル２４とし、被洗浄物１０に衝突
させて洗浄する際に、１つの冷却系（３８）で冷却した
洗浄ガスを、複数の洗浄室４２Ａ、４２Ｂに交互に供給
して、各洗浄室で交互に洗浄する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低温エアロゾル洗
浄方法及び装置に係り、特に、半導体製造工程でのウェハ
洗浄に用いるのに好適な、低温に冷却した洗浄ガスをノ
ズルから吹き出してエアロゾルとし、被洗浄物に衝突さ
せて洗浄する低温エアロゾル洗浄方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の微細化による高集積
化が加速しており、全体工程数に占める洗浄工程が約３
割と言われるように、半導体製造工程でのウェハ洗浄は
製造歩留りを維持するための重要な装置となっている。

【０００３】洗浄装置としては、純水を使用するウェッ
ト洗浄が主流であり、ウェットバス型のバッチ洗浄装置
を中心に発展してきたが、近年は、半導体製造工程の様々
な要求に対応する形で、ジェットスピン洗浄、超音波洗
浄等の各種の枚葉洗浄装置等が多用されるようになって
いる。

【０００４】しかしながら、ウェット洗浄においては、
純水の使用量、薬品（無機、有機）の使用量と、その排
水処理の問題、微細パターンの薬品によるオーバーエッ
チングによる形状変形、新材料に対応する洗浄溶剤の開
発と管理の問題、微細パターンへの水による洗浄の限界
等、様々な問題がある。

【０００５】これに対し、ウェット洗浄に代わる洗浄方
式として、レーザ光、ＵＶ光、各種プラズマを利用した
反応系生成物の洗浄除去装置や、炭酸ガスを冷却して得
たドライアイスの微粒子、又は、アルゴンガスを冷却し
て得たアルゴン固体の微粒子を含むエアロゾル（アルゴ
ンエアロゾルと称する）を使用するドライ洗浄方式の洗
浄装置が開発されており、半導体デバイス工程において
様々な使い分けが始まっている。

【０００６】例えば特開平６−２５２１１４や特開平６
−２９５８９５に記載された、アルゴンエアロゾルを使
用する洗浄方法は、ドライ洗浄では難しいとされていた
パーティクル形状の汚染物の除去に非常に有効であるこ
とが実証されている。

【０００７】このアルゴンエアロゾルを用いたウェハ洗
浄装置の一例の全体構成の管路図を図１に、同じく２洗
浄室型の平面図を図２に示す。ここで、図１は、両方の
洗浄室に共通の構成を英文字Ａ、Ｂを省略して示し、図
２における各洗浄室の構成には、英文字Ａ、Ｂを付けて
示す。

【０００８】この例において、マスフローコントローラ
３０、３２によりその流量を制御されたアルゴンガスと
窒素ガスは、フィルタ３４を通過した後、例えばヘリウ
ム（Ｈｅ）クライオ冷凍機（以下、単にＨｅ冷凍機と称
する）３６を用いた熱交換器３８（図２では３８Ａ、３
８Ｂ）内で冷却されてから、エアロゾル生成ノズル（以
下、単にエアロゾルノズルと称する）２０（２０Ａ、２
０Ｂ）に開けられた多数の微細なノズル孔２２（２２
Ａ、２２Ｂ）より、エアロゾル２４（２４Ａ、２４Ｂ）
となって、排気用真空ポンプ（以下、単に排気ポンプと
称する）４０（４０Ａ、４０Ｂ）で真空引きされてい
る、ウェハ洗浄用の洗浄室４２（４２Ａ、４２Ｂ）内に
噴出する。図において、４１（４１Ａ、４１Ｂ）は、排
気オンオフ弁である。

【０００９】ウェハ１０は、図２によく示される如く、
ウェハスキャン機構４４Ａ、４４ＢによりＸ軸方向及び
Ｙ軸方向にスキャンされるプロセスハンド（ＸＹスキャ
ンステージとも称する）４６Ａ、４６Ｂ上に載ってお
り、ウェハ全面が洗浄可能となっている。

【００１０】洗浄力を向上させるために、図１に示す如
く、加速ノズル５６を設置することが考えられており、
マスフローコントローラ５２及びフィルタ５４を介して
該加速ノズル５６に供給され、そのノズル孔から吹き出
す窒素ガスが、加速ガス５８として、前記エアロゾルノ
ズル２０から噴出されたエアロゾル２４を加速する。

【００１１】又、パーティクルのウェハ面への再付着防
止の目的で、図１に示す如く、洗浄室４２の一端（図の
左端）から、マスフローコントローラ６２及びフィルタ
６４を介して流入される窒素ガスをパージガス６６とし
て、洗浄室４２内に供給することも考えられている。

【００１２】図２に示す如く、カセット交換用に２つ設
けられた、装置外部からカセット（図示省略）に収容さ
れたウェハ１０を搬入するための、真空状態に排気され
るカセット室（ロードロック室とも称する）７０内のウ
ェハ１０は、該ウェハ１０をハンドリングするロボット
室（搬送室とも称する）８０内に配設された真空内搬送
ロボット（真空ロボットと称する）（図示省略）のロボ
ットアームの先端に取り付けられたロボットハンドによ
り、カセット室ゲートバルブ７４、及び、洗浄室ゲート
バルブ７６を通過して、洗浄室４２Ａ、４２Ｂ内の前記
プロセスハンド４６Ａ、４６Ｂ上に移送される。

【００１３】ウェハスキャン機構４４Ａ、４４Ｂによ
り、それぞれ駆動されるプロセスハンド４６Ａ、４６Ｂ
に載って運ばれるウェハ１０は、エアロゾルノズル２０
Ａ又は２０Ｂの下で、Ｙ軸方向及びＸ軸方向にスキャン
される。

【００１４】このようにして表面全面が洗浄されたウェ
ハ１０は、搬入された経路を逆に辿って、カセット室７
０に戻される。

【００１５】このようなアルゴンエアロゾル洗浄装置に
おいては、図２に示す如く、洗浄室４２が２つ設けられ
た２洗浄室型モデル、あるいは、１洗浄室型モデルのい
ずれにおいても、各洗浄室４２毎にアルゴンエアロゾル
２４を生成するために、アルゴンガスを液化点近傍の温
度（９０Ｋ−１００Ｋ程度）まで冷却するＨｅ冷凍機３
６を用いた熱交換器３８設置し、又、洗浄に使用したアル
ゴンガス等（パージガス６６や加速ガス５８を含む）を
排気する大容量の排気ポンプ４０が設置されている。

【００１６】各洗浄室４２で被洗浄物であるウェハ１０
がアルゴンエアロゾル２４に晒され洗浄している時間
は、被洗浄物にもよるが３０秒から１２０秒であるが、
洗浄終了後のウェハを洗浄室から取り出し、次の洗浄ウ
ェハを搬入するまでのウェハ入替時間は２０秒〜４０秒
を要している。

【００１７】その間、洗浄用のアルゴンガスの供給を止
めることができれば問題ないが、アルゴンガスを冷却す
る熱交換器３８は、Ｈｅ冷凍機３６を含む冷却熱プロセ
スであるため、停止及び立上げ等の切替運転には対応で
きない。即ち、熱交換器３８は、図３に例示する如く、Ｈ
ｅ冷凍機３６によって熱交換器３８内部に設置した銅板
３７を冷却し、更に、該銅板３７に挟まれたアルゴンガス
配送用のステンレス配管３９を経由して、該配管３９内
を流れるアルゴンガスを冷却するようにされており、冷
却プロセスは、銅板３７及びステンレス配管３９の熱容
量に依存しているため、冷凍機３６の立上げから、定常
状態に達してアルゴンエアロゾルが生成できるまでに、
一定の時間が必要である。又、定常状態に達して、アル
ゴンエアロゾルが生成できるまでに一定の時間が必要で
ある。更に、定常状態に立上った後の停止や、再立上げ等
の瞬時の熱的応答は期待できない。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従って従来は、洗浄中
以外の、被洗浄物であるウェハ入替中の時間にも、定量
流量のアルゴンガスを供給し、熱交換器３８（Ｈｅ冷凍
機３６）及び大容量の洗浄室排気ポンプ４０を稼動させ
ており、その間のアルゴンガス消費量及び電気消費量等
のランニングコストが割高になるだけでなく、大きくて
高価な大容量の排気ポンプが洗浄室毎に必要になるとい
う問題点を有していた。

【００１９】従って、アルゴン洗浄装置が適用される工
程が狭い範囲に限定される結果となっており、アルゴン
ガスの消費量を如何に少なくできるか、又、如何に効率
の良いシステムにできるかが、重要な課題となってい
た。

【００２０】本発明は、前記従来の課題を解決するべく
なされたもので、洗浄ガスの消費量を少なく抑えて、効
率良く洗浄が可能な低温エアロゾル洗浄を実現すること
を課題とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、低温に冷却し
た洗浄ガスをノズルから吹き出してエアロゾルとし、被
洗浄物に衝突させて洗浄する低温エアロゾル洗浄方法に
おいて、１つの冷却系統で冷却した洗浄ガスを、複数の
洗浄室に交互に供給して、各洗浄室で交互に洗浄するよ
うにして、前記課題を解決したものである。

【００２２】又、前記各洗浄室を、その動作状態に同期さ
せて、容量が異なるようにされた排気ポンプで交互に排
気するようにして、大容量の排気ポンプを常時運転する
場合に比べて電気消費量を低減したものである。

【００２３】又、被洗浄物入替中又は待機中の洗浄室に
も、少量の洗浄ガスを供給するようにして、洗浄室を迅
速に洗浄可能な状態に立ち上げることができるようにし
たものである。

【００２４】本発明は、又、低温に冷却した洗浄ガスをノ
ズルから吹き出してエアロゾルとし、被洗浄物に衝突さ
せて洗浄するための低温エアロゾル洗浄装置において、
１つの冷却系統で冷却した洗浄ガスを、複数の洗浄室に
交互に供給するための分配手段を設けることにより、前
記課題を解決したものである。

【００２５】更に、前記洗浄室を排気するための、容量が
異なるようにされた複数の排気ポンプと、各洗浄室の動
作状態に同期させて、前記複数の排気ポンプのいずれか
を各洗浄室に接続するための排気切替手段とを更に設け
ることにより、排気ポンプの電気消費量を低減したもの
である。

【００２６】又、前記分配手段により、被洗浄物入替中
又は待機中の洗浄室にも、少量の洗浄ガスを供給するよ
うにして、洗浄室を迅速に立ち上げることができるよう
にしたものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、２洗浄室型
のウェハ洗浄装置に適用した本発明の実施形態を詳細に
説明する。

【００２８】本実施形態は、図４に示す如く、１系統の熱
交換器３８で、２つの洗浄室４２Ａと４２Ｂを受け持つ
ようにした点が、図２に示した従来例と異なる。

【００２９】そのため、熱交換器３８で冷却された冷却
ガスは、熱交換器３８と２つの洗浄室４２Ａ、４２Ｂと
の間に設けられた冷却ガス切替用バルブ９０を介して分
配連結されている。この冷却ガス切替用バルブ９０を切
替えることで、洗浄プロセス中の洗浄室（図４では４２
Ａ）には冷却ガスを供給し、ウェハ搬送入替中の洗浄室
（同じく４２Ｂ）には、冷却ガスを供給しない。なお、
切替後の洗浄プロセスの再立上がりを早めるために、図
５に示す如く、ウェハ搬送入替中の洗浄室へも少量の冷
却ガスを供給することも可能である。

【００３０】洗浄室４２Ａ、４２Ｂで消費される洗浄ガ
ス及びその他のガス（パージガスや加速ガス）を排気す
るための排気ポンプが必要であるが、本実施形態では、
大容量の排気ポンプ９２と小容量の排気ポンプ９３を設
け、図４に示すような排気配管系と４つの排気配管切替
バルブ９４Ａ、９４Ｂ、９５Ａ、９５Ｂを設置し、熱交
換器３８の冷却ガス切替用バルブ９０の切替えと同期さ
せて、排気配管切替用バルブ９４Ａ、９４Ｂ、９５Ａ、
９５Ｂを切替え、洗浄プロセス中の洗浄室（図では４２
Ａ）は、大容量の排気ポンプ９２で排気し、搬送準備中
の洗浄室（図では４２Ｂ）は、小容量の排気ポンプ９３
で排気するようにしている。

【００３１】なお、熱交換器３８からの冷却ガスの供給
方法は、洗浄装置の立上げから終了プロセスまでの各工
程で、２つの洗浄室への冷却ガスの供給量及び供給分配
率を変えることも考えられる。例えば、プロセスの立上
げ時には２つの洗浄室内部は常温の状態にあり、エアロ
ゾルによる洗浄ができる定常状態に至るまでには、２つ
の洗浄室を冷却エアロゾルを吹き出して冷却する必要が
ある。このような場合には、冷却ガスの総量を通常運転
時よりも増やし、洗浄室を素早く定常状態にもっていく
ようにした方がよい。又、図５に示した如く、２つの洗
浄室への冷却ガスの供給分配率を同量にし、同時に立ち
上がるようにしてもよい。

【００３２】本実施形態においては、各洗浄室をその動
作状態に同期させて、容量の異なる排気ポンプで交互に
排気するようにしたので、大容量の排気ポンプを２台常
時稼動させる場合に比べて、電気消費量を低減すること
ができる。又、大きくて高価な大容量の排気ポンプは１
台ですみ、設置スペースをとらず、設備費も安価であ
る。なお、図６に示す変形例のように、排気ポンプを３
台設け、そのうち２台の排気ポンプ９３Ａ、９３Ｂで両
方の洗浄室を常時排気し、残りの１台の中容量の排気ポ
ンプ９６を併用して、洗浄プロセス中の洗浄室を排気す
ることも可能である。

【００３３】前記実施形態においては、アルゴンエアロ
ゾルにより洗浄が行われていたが、本発明の適用対象は
これに限定されず、アルゴン以外の低温エアロゾルによ
る洗浄にも同様に適用できる。又、加速ガスやパージガ
スの種類も窒素ガスに限定されず、省略することも可能
である。洗浄室の数も２に限定されず、３以上であって
もよい。

【００３４】又、前記実施形態においては、本発明が、半
導体用ウェハの洗浄に適用されていたが、洗浄対象もこ
れに限定されず、半導体用マスク、フラットパネル用基
板、磁気ディスク基板、フライイングヘッド用基板等の他
の被洗浄物の洗浄にも同様に適用できることは明らかで
ある。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、洗浄プロセス中の洗浄
室にのみ、必要な洗浄ガスを供給し、待機中の洗浄室へ
の洗浄ガスの供給は減らすようにしたので、洗浄ガスの
消費量や冷却系統の電気消費量を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のアルゴンエアロゾル洗浄装置の基本的な
構成を示す管路図

【図２】同じく２洗浄室型のアルゴンエアロゾル洗浄装
置の配置を示す平面図

【図３】同じく熱交換器の構成を示す概略図

【図４】本発明の実施形態の構成を示す平面図

【図５】前記実施形態における各洗浄室への冷却ガスの
供給量の変化状態の例を示すタイムチャート

【図６】排気ポンプの構成の変形例を示す管路図

【符号の説明】

１０…ウェハ（被洗浄物） ２０、２０Ａ、２０Ｂ…エアロゾル生成ノズル ２２、２２Ａ、２２Ｂ…エアロゾル ３８、３８Ａ、３８Ｂ…熱交換器 ４２、４２Ａ、４２Ｂ…洗浄室 ９０…冷却ガス切替用バルブ ９２…大容量排気ポンプ ９３、９３Ａ、９３Ｂ…小容量排気ポンプ ９４Ａ、９４Ｂ、９５Ａ、９５Ｂ…排気配管切替用バル
ブ ９６…中容量排気ポンプ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低温に冷却した洗浄ガスをノズルから吹き
   出してエアロゾルとし、被洗浄物に衝突させて洗浄する
   低温エアロゾル洗浄方法において、 １つの冷却系統で冷却した洗浄ガスを、複数の洗浄室に
   交互に供給して、各洗浄室で交互に洗浄することを特徴
   とする低温エアロゾル洗浄方法。
2. 【請求項２】前記各洗浄室を、その動作状態に同期させ
   て、容量が異なるようにされた排気ポンプで交互に排気
   することを特徴とする請求項１に記載の低温エアロゾル
   洗浄方法。
3. 【請求項３】被洗浄物入替中又は待機中の洗浄室にも、
   少量の洗浄ガスを供給することを特徴とする請求項１又
   は２に記載の低温エアロゾル洗浄方法。
4. 【請求項４】低温に冷却した洗浄ガスをノズルから吹き
   出してエアロゾルとし、被洗浄物に衝突させて洗浄する
   ための低温エアロゾル洗浄装置において、 １つの冷却系統で冷却した洗浄ガスを、複数の洗浄室に
   交互に供給するための分配手段を設けたことを特徴とす
   る低温エアロゾル洗浄装置。
5. 【請求項５】前記洗浄室を排気するための、容量が異な
   るようにされた複数の排気ポンプと、 各洗浄室の動作状態に同期させて、前記複数の排気ポン
   プのいずれかを各洗浄室に接続するための排気切替手段
   と、を更に設けたことを特徴とする請求項４に記載の低
   温エアロゾル洗浄装置。
6. 【請求項６】前記分配手段により、被洗浄物入替中又は
   待機中の洗浄室にも、少量の洗浄ガスを供給することを
   特徴とする請求項４又は５に記載の低温エアロゾル洗浄
   装置。