JP2006289261A - 表面洗浄方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 曲面を含む表面の全体をドライ洗浄することができる表面洗浄方法および装置を提供する。
【解決手段】 本発明の表面洗浄方法は、被洗浄物２を回転させ、被洗浄物２の被洗浄表面４に対して斜めにエネルギー粒子１を照射し、洗浄工程には、前記回転および前記照射を同時に実行する時間帯及び／または前記回転および前記照射の一方のみを実行する時間帯が存在する。また、本発明の表面洗浄装置は、被洗浄物２を保持する保持部５と、被洗浄物２を回転させる回転機構３０と、被洗浄物２にエネルギー粒子１を照射するエネルギー粒子照射機構１６とを備え、エネルギー粒子１は、保持部５に保持された被洗浄物２の被洗浄表面４に対して斜めに照射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学部品、機械部品、電子部品などの被洗浄物の表面をエネルギービームによりドライ洗浄する表面洗浄方法および装置に関し、特に曲面を含む被洗浄物の表面を洗浄する方法および装置に関する。

半導体チップの実装工程においては、半導体チップに形成されたはんだバンプの表面に有機物や酸化膜などの絶縁物（不純物）が残ったままで配線基板と接合すると、抵抗が大きくなり良好な電気的導通が得られない。この問題を解決するため、例えば酸化膜の除去の場合には、表面の酸化膜をフラックス（表面処理剤）により溶解して除去（洗浄）することが行われている。しかしながら、電極が微細になるにつれて、フラックスの洗浄工程及びフラックスの残渣に起因する金属腐食等の多くの問題が浮上してきた。そのため、はんだバンプの表面にイオンや中性粒子などのエネルギー粒子を照射して表面の有機物や酸化膜を除去するドライ洗浄が普及しつつある。

このドライ洗浄に関する方法は、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されている。特許文献１は、アルゴンイオンまたはアルゴンアトムを照射して酸化膜を除去する方法および装置を開示し、特許文献２は、金属接合部の表面にエネルギー波またはエネルギー粒子を照射する方法および装置を開示している。

特開平１０−２５６１８０号公報 特開２００２−６４２６８号公報

図７は、エネルギー粒子を用いてはんだバンプ表面の有機物や酸化膜などの絶縁物を除去するドライ洗浄工程を説明するための概略図である。図７に示すように、半導体チップ２はステージ５に保持されており、半導体チップ２の表面には、はんだバンプ３が形成されている。半導体チップ２の上方からはエネルギー粒子１が半導体チップ２に照射され、これにより、はんだバンプ３の表面に形成された有機物や酸化膜が除去される。

ここで、はんだバンプの多くは、図７に示すように、略楕円形の断面を有している。このため、半導体チップ２に対して上方からエネルギー粒子１を照射すると、エネルギー粒子１の直進性が一般に高いため、はんだバンプ３の半導体チップ側に影になる部分ができてしまい、その部分の絶縁物を十分に取り除くことができないという問題があった。

また、エネルギー粒子１がプラズマやイオンなどの荷電粒子の場合、はんだバンプを３介して流入する電荷により、半導体チップ２内部の素子が破壊されるおそれがある。この問題を解決するために、電気的に中性の原子やラジカルから成る中性粒子ビームにより、有機物や酸化膜を除去する方法も考えられる。しかしながら、中性粒子ビームのエネルギーが高いと、図７に示すように、はんだバンプ３や半導体チップ２から二次電子６が発生する。この二次電子６も、はんだバンプ３を通じて半導体チップ２内部に流入し得るため、半導体チップ２内部の素子を破壊するおそれがある。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、曲面を含む表面の全体をドライ洗浄することができる表面洗浄方法および装置を提供することを目的とする。また、本発明は、荷電粒子や二次電子により半導体チップ内部の素子を破壊することなく被洗浄物をドライ洗浄することができる表面洗浄方法および装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、製造工程の一環として行われる洗浄工程を実施するための表面洗浄方法であって、被洗浄物を回転させ、前記被洗浄物の被洗浄表面に対して斜めにエネルギー粒子を照射し、前記洗浄工程中には、前記回転および前記照射を同時に実行する時間帯及び／または前記回転および前記照射の一方のみを実行する時間帯が存在することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記洗浄工程中には、前記回転および前記照射のいずれも行わない時間帯がさらに存在することを特徴とする。
本発明が対象とする被洗浄物は、電子部品、光学部品、機械部品などであって、洗浄工程を経て生産されるものである。具体例としては、表面にはんだバンプが形成された半導体チップが挙げられる。

ここで、「被洗浄物表面に対して斜めにエネルギー粒子を照射する」ことの技術的意義について説明する。一般に被洗浄表面は、図７に示すように、はんだバンプ３や半導体チップ２の表面のような曲面と平面とから構成されている。従来では、半導体チップの平面部に対して垂直方向にエネルギー粒子を照射していた。しかしながら、この場合には前述のように、被洗浄表面に常に影になる部分が生じてしまい、十分な洗浄ができなかった。

そこで、本発明者は、半導体チップのはんだバンプ等も含めた外表面、即ち曲面と平面を含む被洗浄表面を洗浄するためには、最も効果的な照射方向を選べばよいことに想到した。そして、エネルギー粒子の最も効果的な照射方向は、被洗浄表面の平面部に対して直角ではない角度となる（後述する図１では、平面部に対するエネルギー粒子の照射方向の角度はθで表されている）。

本発明の好ましい態様は、前記エネルギー粒子が中性粒子ビームであることを特徴とする。
本発明によれば、荷電粒子によって半導体チップ内部の素子が破壊されてしまうことを防止することができる。

本発明の好ましい態様は、前記照射の前に、前記中性粒子ビームの照射エネルギーを、前記被洗浄物からの二次電子放出の閾値未満に設定することを特徴とする。
固体表面にイオン、原子、ラジカルなどのエネルギー粒子を高エネルギーで照射すると、二次電子放出が起こることが知られている。例えば、Ｍｏ（モリブデン）表面にＡｒ^＋イオン（アルゴン正イオン）１個を照射した場合、Ａｒ^＋イオンのエネルギーが約１ｋｅＶ以下であれば二次電子の放出確率は０．１個である。この場合、Ａｒ^＋イオンのエネルギーが約１ｋｅＶより大きくなると、二次電子の放出確率は０．０５個／ｋｅＶの割合で増加する。エネルギー粒子が中性粒子ビームの場合、イオンビームに比べて二次電子放出の確率が小さくなることが知られている。例えば、ＭｏにＡｒ（アルゴン）原子１個を照射した場合、Ａｒ原子のエネルギーが約７００ｅＶ以下であれば二次電子の放出確率はほぼゼロである。この場合、Ａｒ原子のエネルギーが約７００ｅＶより大きくなると、二次電子の放出確率は０．０５個／ｋｅＶの割合で増加する。したがって、Ｍｏからなる被洗浄物の表面を洗浄する場合、エネルギー粒子として、二次電子放出の閾値である７００ｅＶ以下のＡｒ原子を照射すれば、二次電子放出がほとんど無い状態で表面を洗浄することができる。したがって、二次電子によるダメージを抑制することが可能となる。

本発明の他の態様は、製造工程の一環として行われる洗浄工程を実施するための表面洗浄方法であって、中性粒子ビームの照射エネルギーを、被洗浄物からの二次電子放出の閾値未満に設定し、前記設定の後、前記被洗浄物の被洗浄表面に前記中性粒子ビームを照射することを特徴とする。
本発明によれば、イオンや二次電子によるダメージを防止することができる。

本発明の他の態様は、被洗浄物を保持する保持部と、前記被洗浄物を回転させる回転機構と、前記被洗浄物にエネルギー粒子を照射するエネルギー粒子照射機構とを備え、前記エネルギー粒子は、前記保持部に保持された前記被洗浄物の被洗浄表面に対して斜めに照射されることを特徴とする表面洗浄装置である。
本発明によれば、被洗浄表面が曲面を含む形状であっても、その表面の大部分を洗浄することができる。

本発明の好ましい態様は、前記エネルギー粒子照射機構が中性粒子ビーム照射機構であることを特徴とする。
エネルギー粒子照射機構として中性粒子ビーム照射機構を採用することにより、イオンなどの荷電粒子による素子へのダメージを抑制することができる。

本発明の好ましい態様は、前記中性粒子ビーム照射機構は、中性粒子ビームの照射エネルギーを調整するための照射エネルギー調整機構を有することを特徴とする。
本発明によれば、イオンや二次電子によるダメージを防止しつつ、曲面を含む被洗浄表面の大部分を洗浄することができる。

本発明の他の態様は、被洗浄物を保持する保持部と、前記被洗浄物に中性粒子ビームを照射する中性粒子ビーム照射機構とを備え、前記中性粒子ビーム照射機構は、中性粒子ビームの照射エネルギーを調整するための照射エネルギー調整機構を有することを特徴とする表面洗浄装置である。
本発明によれば、照射エネルギー調整機構により、二次電子放出の閾値未満のエネルギーでエネルギー粒子を被洗浄表面に照射することができるので、二次電子によるダメージを抑制することができる。

本発明の他の態様は、被洗浄物を保持する保持部と、前記被洗浄物にエネルギー粒子を照射するエネルギー粒子照射機構と、前記エネルギー粒子照射機構を前記保持部に対して相対運動させるための相対運動機構とを備え、前記エネルギー粒子は、前記保持部に保持された前記被洗浄物の被洗浄表面に対して斜めに照射されることを特徴とする表面洗浄装置である。
本発明によれば、被洗浄表面が曲面を含む場合であっても、影になる部分を大幅に小さくすることができ、被洗浄物の表面の大部分を洗浄することができる。

本発明の好ましい態様は、前記エネルギー粒子照射機構が中性粒子ビーム照射機構であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記中性粒子ビーム照射機構は、中性粒子ビームの照射エネルギーを調整するための照射エネルギー調整機構を有することを特徴とする。

上述したように、本発明によれば、曲面を含む表面をドライ洗浄することができる表面洗浄方法および装置を提供することができる。また、荷電粒子や二次電子により半導体チップ内部の素子が破壊されることがない表面洗浄方法および装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表面洗浄方法を説明するための概略図である。本実施形態では、被洗浄物として、はんだバンプが形成された半導体チップが用いられる。この場合、はんだバンプの表面および半導体チップの表面が被洗浄表面となる。

図１に示すように、半導体チップ２はステージ（保持部）５により保持されており、半導体チップ２の表面には、略楕円形の断面を有するはんだバンプ３が形成されている。ステージ５は、半導体チップ２を保持するための図示しない保持機構を有している。この保持機構の構成は特に限定されるものではなく、例えば、ねじ機構、クランプ機構、両面テープなどが用いられる。また、ステージ５は、ステージ回転機構３０により軸１０を中心に回転するように構成されている。ステージ回転機構３０としては、例えばステージ５の軸１０に連結された電動モータなどが用いられる。なお、ステージ５は、回転運動に加えて、たとえば平面内を水平運動するように（図１で言えばＸおよび／またはＹ方向に運動するように）構成されていてもよい。

半導体チップ２の斜め上方にはエネルギー粒子照射機構１６が設けられており、被洗浄表面４には、エネルギー粒子照射機構１６からエネルギー粒子１が斜めに照射される。このエネルギー粒子１の照射により、半導体チップ２やはんだバンプ３の表面の有機物や酸化膜が除去される。このとき、エネルギー粒子の照射と同時にステージ５を回転させてもよく、また、エネルギー粒子の照射とステージ５の回転を交互に行ってもよい。

図２（ａ）乃至図２（ｄ）は、洗浄工程を行っているときのエネルギー粒子の照射とステージの回転を行うタイミングを示すグラフである。図２（ａ）は、エネルギー粒子の照射とステージ５の回転とが同時に行われている様子を示している。図２（ｂ）はエネルギー粒子の照射とステージ５の回転とが交互に行われている様子を示している。この場合、図２（ｂ）に示すように、洗浄工程中において、エネルギー粒子の照射およびステージ５の回転の一方のみが行われる時間帯と、エネルギー粒子の照射とステージ５の回転のいずれもが行われない時間帯が存在する。図２（ｃ）は、エネルギー粒子の照射は経常的に行われ、ステージ５の回転は間欠的に行われる様子を示している。この場合は、図２（ｃ）に示すように、洗浄工程中において、エネルギー粒子の照射とステージ５の回転とが同時に行われる時間帯とエネルギー粒子の照射のみが行われる時間帯が存在する。図２（ｄ）はエネルギー粒子の照射とステージ５の回転とが交互に行われている様子を示している。この場合、図２（ｄ）に示すように、洗浄工程中において、エネルギー粒子の照射およびステージ５の回転の一方のみが行われる時間帯と、エネルギー粒子の照射とステージ５の回転とが同時に行われる時間帯が存在する。このように、被洗浄物の形状や表面状態などに応じて、またはエネルギー粒子の照射強度などに応じて、回転と照射のタイミングを適宜変更することができるので、適切な洗浄を行うことができる。

図１では、被洗浄表面４の平面部に対するエネルギー粒子１の照射方向の角度はθで表されている。ステージ５は、エネルギー粒子１の照射の際に、軸１０を中心に回転する。このとき、半導体チップ２は、ステージ５の回転と共に回転する。したがって、エネルギー粒子１の照射の際に、影になる部分が大幅に少なくなる。このような洗浄方法によれば、被洗浄表面４が曲面を含む形状であっても、被洗浄表面４の大部分を洗浄することが可能となる。なお、エネルギー粒子１の照射角度θは、被洗浄表面４の曲面の形状に応じて決定され、はんだバンプ３の表面を含む被洗浄表面４の大部分が洗浄できるような角度に設定される。

本実施形態におけるエネルギー粒子は、イオンや電子などの荷電粒子や、原子や分子やラジカルなどの電気的に中性な粒子などから選択され、室温下での粒子よりも大きなエネルギーをもった粒子である。エネルギー粒子として電気的に中性な粒子を選択した場合、被洗浄表面４に荷電が蓄積されないので、半導体チップ２内部の素子の破壊を防止することができる。以下、電気的に中性な粒子で構成されるエネルギービームを中性粒子ビームと呼ぶ。この場合、中性粒子ビームの照射エネルギーを二次電子放出の閾値未満とすれば、被洗浄表面４からの二次電子放出を抑制することができるため、荷電粒子による素子のダメージをより抑制することができる。なお、照射エネルギーの閾値は、被洗浄表面を構成する材料に応じて決定される。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る表面洗浄方法を説明するための概略図である。ここで、第１の実施形態の要素と同一または対応する本実施形態の要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
図３に示すように、本実施形態では、被洗浄表面４には、その平面部に対して垂直に中性粒子ビーム１ａが照射される。中性粒子ビーム１ａの照射により、半導体チップ２やはんだバンプ３の表面上の有機物や酸化膜が除去される。ステージ５は、中性粒子ビーム１ａの照射の際に、軸１０を中心に回転し、半導体チップ２は、ステージ５の回転と共に回転する。本実施形態では、中性粒子ビーム１ａが照射されるので、イオンなどの荷電粒子が被洗浄表面４や半導体チップ２に与えるダメージを抑制することができる。さらに、中性粒子ビーム１ａの照射エネルギーを二次電子放出の閾値未満とすれば、被洗浄表面４からの二次電子放出も抑制することができるため、荷電粒子によるダメージをより抑制することができる。この場合、照射エネルギーの閾値は、被洗浄表面４を構成する材料に応じて適宜決定される。

図４は、本発明の第３の実施形態に係る表面洗浄装置を示す概略図である。なお、上記第１の実施形態の要素と同一または対応する本実施形態の要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
本実施形態の表面洗浄装置は、被洗浄物１８（例えば、図１および図３に示す、はんだバンプ３が形成された半導体チップ２）の洗浄を行う洗浄室２１と、プラズマＰが生成されるプラズマ室２２と、洗浄室２１への被洗浄物１８の出し入れを行うロードロック室２３とを有している。洗浄室２１およびロードロック室２３は、それぞれ図示しない真空ポンプに接続されている。

プラズマ室２２は洗浄ガス導入ポート２６を介して洗浄ガス供給源２７に連通しており、この洗浄ガス導入ポート２６からプラズマ室２２内に洗浄ガスが導入されるようになっている。プラズマ室２２の上部および下部には、上部電極１１および下部電極１２がそれぞれ設けられている。これらの上部電極１１および下部電極１２は互いに対向するように配置されている。プラズマ室２２の周囲には図示しないプラズマ発生機構が設けられている。

プラズマ室２２は、下部電極１２に形成された複数のアパーチャ（断面円形の細孔）１２ａを介して、洗浄室２１と連通している。したがって、洗浄ガス導入ポート２６からプラズマ室２２に導入された洗浄ガスは、アパーチャ１２ａを通って洗浄室２１に入り、真空ポンプによって洗浄室２１から排出される。本実施形態では、洗浄ガス導入ポート２６と洗浄ガス供給源２７との間に設置された図示しない洗浄ガス流量調整機構（例えばマスフローコントローラなど）により洗浄ガスの流量が調節され、洗浄ガス導入中のプラズマ室２２の圧力は約１Ｐａ程度に維持される。洗浄ガスは、被洗浄物１８や被洗浄表面上の不純物などに合わせて適宜選択される。洗浄ガスの具体例としては、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希ガス、またはＣＨ_４、ＳｉＨ_４、ＳＦ_６、ＣＦ_４、Ｃｌ_２、Ｈ_２、Ｏ_２などのガス分子が挙げられる。

プラズマ発生機構は、容量結合型、誘導結合型、マイクロ波導波管など、公知のプラズマ発生機構である。このプラズマ発生機構により、プラズマ室２２内に洗浄ガスのプラズマＰが発生し、維持される。上部電極１１および下部電極１２の間には照射エネルギー調整機構１３により電圧が印加されるようになっている。照射エネルギー調整機構１３の例としては、直流バイアス機構や高周波バイアス機構が挙げられる。直流バイアス機構は、直流電源を具備している。このような直流バイアス機構を用いる場合は、例えば、上部電極１１に直流バイアス電圧を印加し、下部電極１２を接地電圧とする。高周波バイアス機構は、高周波電源、直流阻止コンデンサ（ブロッキングコンデンサ）、整合器（マッチングボックス）を具備している。このような高周波バイアス機構を用いる場合は、例えば、上部電極１１を接地電圧とし、下部電極１２に直流阻止コンデンサおよび整合器を介して高周波電源を接続し、高周波電圧を印加する。

上部電極１１および下部電極１２は、照射エネルギー調整機構１３と連携して、プラズマＰから荷電粒子を所定の照射エネルギーで下部電極１２に向かって加速させる。本実施形態においては、荷電粒子の時間的な平均エネルギーは、上部電極１１と下部電極１２の時間的な平均電位差とほぼ等しくなる。加速された荷電粒子は、下部電極１２に形成されたアパーチャ１２ａを通過することにより電気的に中性化され、中性粒子ビーム（エネルギー粒子）１ａとなって洗浄室２１内に照射される。

オリフィス状の細孔をイオンが通過するときに、細孔の壁と接触したり、細孔中の残留ガスと衝突したりすることにより、イオンが電荷を失うことが知られている（例えば、特開２００２−２８９５８５号公報参照）。例えば、加速されたイオンが細孔の壁とほぼ平行に接触する場合には、イオンはその運動エネルギーをほとんど失わずに電荷交換により電荷だけを失う。したがって、下部電極１２に形成されたアパーチャ１２ａを通過させることにより、荷電粒子を中性化させることができる。本実施形態では、洗浄ガス導入ポート２６、洗浄ガス供給源２７、プラズマ発生機構、上部電極１１、エネルギー粒子照射口を兼ねる下部電極１２、および照射エネルギー調整機構１３によりエネルギー粒子照射機構１４が構成される。また、なお、本実施形態では、エネルギー粒子は電気的に中性であるので、エネルギー粒子照射機構１４は中性粒子ビーム照射機構としても機能する。ただし、中性粒子ビーム照射機構から照射されるエネルギー粒子の総てが中性粒子ビームというわけではなく、中性化されなかった残留イオンも含まれる。

本実施形態においては、洗浄中および洗浄ガス導入中の洗浄室２１の圧力は真空ポンプにより約０．１Ｐａ程度に維持される。また、洗浄ガスを導入していないときは、洗浄中の圧力よりも低い圧力に維持される。ロードロック室２３の圧力は、被洗浄物１８を装置外からロードロック室２３に搬入、またはロードロック室２３から装置外に搬出する場合を除いて、洗浄ガスを導入していないときの洗浄室２１の圧力と同程度の圧力に真空ポンプにより維持される。洗浄室２１およびロードロック室２３内の圧力は、図示しない真空計によりモニタリングされる。

洗浄室２１には、被洗浄物１８を保持するステージ（保持部）５が配置されている。ステージ５は、図示しない保持機構を有している。この保持機構はステージ５上に被洗浄物１８を保持できるものであればいかなる機構であってもよく、例えば、ねじ機構、クランプ機構、両面テープなどが用いられる。ステージ５には軸１０を介してステージ回転機構３０が連結されており、ステージ５はステージ回転機構３０により軸１０を中心に回転するように構成されている。ステージ回転機構３０としては、例えば電動モータが用いられる。なお、図示しない温度調整機構をステージ５に設けて、被洗浄物１８の温度を調整することも可能である。

ステージ５は、軸１０を介して照射角度調整機構７に接続されている。照射角度調整機構７は、図４の矢印Ｃで示すように、ステージ５の軸１０を所定の角度範囲内で上下に揺動させる。したがって、ステージ５の上面は、中性粒子ビーム１ａの照射方向に対して所定の角度で傾くことが可能となっている。照射角度調整機構７は、軸８を介して位置決め回転機構９に固定される。この位置決め回転機構９は洗浄室２１内に配置されており、矢印Ｄ，Ｅ，Ｆに示すように、軸８を上下および左右に移動させ、さらに軸８を回転させるように構成されている。

ロードロック室２３の両端には、洗浄室側ゲートバルブ２４および大気側ゲートバルブ２５が配置されている。ロードロック室２３と洗浄室２１とはゲートバルブ２４を介して連通しており、ロードロック室２３と外部とはゲートバルブ２５を介して連通している。ロードロック室２３の内部には、被洗浄物１８を搬送するための図示しない搬送ロボットが配置されている。

次に、本実施形態の表面洗浄装置による表面洗浄工程を説明する。
被洗浄物１８が表面洗浄装置に搬入されるとき、図示しない窒素ガス導入機構によりロードロック室２３の圧力が大気圧に維持される。次いでゲートバルブ２５を開け、被洗浄物１８がロードロック室２３内の搬送ロボットに受け渡される。その際、次に洗浄される被洗浄物を同時にロードロック室２３の搬送ロボットに受け渡してもよい。被洗浄物１８の搬送ロボットへの受け渡しが終了すると、ゲートバルブ２５が閉められ、ロードロック室２３が真空ポンプにより真空引きされる。

ロードロック室２３の圧力が、洗浄ガスを導入していないときの洗浄室２１の圧力と同程度の圧力に達したら、ゲートバルブ２４を開く。被洗浄物１８は、搬送ロボットにより洗浄室２１内のステージ５に搬送される。その際、ステージ５の位置は、搬送ロボットが受け渡し可能な位置にあり、また、ステージ５の角度は、図４の二点鎖線で示すように搬送ロボットが受け渡し可能な角度になっている。この位置および角度をステージ５の初期位置とする。ステージ５に搬送された被洗浄物１８はステージ５の保持機構によりに保持される。この保持機構は、洗浄が終了し、搬送ロボットによる被洗浄物１８の搬出工程が始まるまで、被洗浄物１８を保持し続ける。このとき、次に洗浄される被洗浄物はロードロック室２３内に配置されたままである。ステージ５への被洗浄物１８の搬送が終了すると、ゲートバルブ２４が閉じられる。

次に、被洗浄物１８の位置決めが行われる。すなわち、被洗浄物１８は、照射角度調整機構７および位置決め回転機構９により、所定の洗浄位置（図４の実線で示す位置）に移動される。このとき、照射角度調整機構７により、中性粒子ビーム１ａが被洗浄物１８の被洗浄表面に対して斜めに照射されるようにステージ５の角度が調整される。また、位置決め回転機構９により軸８を上下および左右に移動させて、ステージ５を任意の位置に移動させる。例えば、ステージ５を上下に移動させることにより、下部電極（エネルギー粒子照射口）１２と被洗浄物１８との距離を調整することができる。また、ステージ５を左右に移動させることにより、中性粒子ビーム１ａが照射される領域の中心にステージ５を位置させることができる。

被洗浄物１８の位置決めが完了した後は、ステージ回転機構３０により被洗浄物１８を軸１０を中心に回転させる。この状態で、中性粒子ビーム１ａが照射され、被洗浄物１８の被洗浄表面の洗浄が行われる。なお、照射角度調整機構７および位置決め回転機構９は、被洗浄物１８の洗浄が終わるまで所定の洗浄位置を維持し続け、同様に、ステージ回転機構３０は、被洗浄物１８の洗浄が終わるまで被洗浄物１８を回転させ続ける。

洗浄工程は次のようにして行われる。まず、洗浄ガス導入ポート２６より洗浄ガスがプラズマ室２２に導入される。次に、プラズマ発生機構によりプラズマ室２２内にプラズマＰを発生させる。プラズマＰが発生したら、照射エネルギー調整機構１３によって上部電極１１と下部電極１２との間に電圧を印加し、上部電極１１と下部電極１２の電位を所定の電位に調整する。この電位は、照射エネルギーの所定の閾値に基づいて決定され、この閾値は、被洗浄表面４を構成する材料に応じて予め決定される。照射エネルギー調整機構１３は、エネルギー粒子の照射エネルギーが閾値未満となるように、上部電極１１と下部電極１２との間に電圧を印加する。

上部電極１１と下部電極１２との間に電圧が印加されると、プラズマＰ中には電場が形成される。そして、プラズマＰ中の荷電粒子は、この電場によって下部電極１２に向かって加速される。荷電粒子は、下部電極１２に開口されたアパーチャ１２ａを通過することにより電気的に中性化され、中性粒子ビーム１ａとなって洗浄室２１内に設置された被洗浄物１８に照射される。被洗浄物１８の被洗浄表面は、照射された中性粒子ビーム１ａによって洗浄される。なお、洗浄中、位置決め回転機構９により軸８を回転させることによって、ステージ５を軸８を中心に回転させてもよい。ステージ５が軸８を中心に回転することにより、被洗浄表面への中性粒子ビーム１ａの照射量のばらつきを均一にすることができる。

本実施形態によれば、中性粒子ビーム１ａは被洗浄表面に対して斜めに照射されるので、中性粒子ビーム１ａの照射の際に影になる部分が大幅に少なくなる。したがって、被洗浄表面が、はんだバンプの表面のような曲面を含んでいる場合であっても、被洗浄表面の大部分を洗浄することが可能となる。さらに、電気的に中性な中性粒子ビーム１ａが照射されるので、イオンなどの荷電粒子による素子の破壊を防止することができる。

また、本実施形態によれば、照射エネルギー調整機構１３により、中性粒子ビーム１ａの照射エネルギーを二次電子放出の閾値よりも小さく設定することが可能である。したがって、二次電子により被洗浄物１８および被洗浄表面が受けるダメージを抑制することができる。

洗浄が終了した後は、照射エネルギー調整機構１３が初期状態（本実施形態においては上部電極１１および下部電極１２の電位がアース電位の状態）に戻される。次に、プラズマ発生機構からプラズマＰへのパワーの供給を停止してプラズマＰを消滅させ、洗浄ガスの導入が停止される。次に、ステージ５の回転が停止され、ステージ５の位置および角度が初期位置（図４の二点鎖線が示す位置）に戻される。その後、ゲートバルブ２４が開かれ、被洗浄物１８は、図示しない搬送ロボットによりステージ５からロードロック室２３へ搬送される。ここで、必要に応じて次に洗浄される被洗浄物が搬送ロボットによりステージ５へ搬送される。次に、ゲートバルブ２４が閉じられ、窒素ガス導入機構によりロードロック室２３の圧力を大気圧にする。そして、ゲートバルブ２５が開かれ、表面洗浄装置から被洗浄物１８が搬出される。

図５（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る表面洗浄装置の要部の概略図である。また、図５（ｂ）は図５（ａ）IV-IV線矢視図である。なお、上記第３の実施形態の要素と同一または対応する本実施形態の要素には同一符号を付し、特に説明しない部分については第３の実施形態と同様である。

本実施形態の表面洗浄装置は、４つの被洗浄物１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを同時に洗浄するために、４つのステージ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを有している。ステージ５ａには、図示しない保持機構が具備されており、被洗浄物１８ａを保持できるようになっている。また、ステージ５ａは、ステージ回転機構１５に連結されている。ステージ回転機構１５は、被洗浄物１８ａと共にステージ５ａを回転させることができるように構成されている。他のステージ５ｂ，５ｃ，５ｄもステージ５ａと同様に図示しない保持機構が具備されている。また、ステージ５ｂ，５ｃ，５ｄも、ステージ５ａと同様に、ステージ回転機構１５に連結されており、ステージ５ｂ，５ｃ，５ｄは被洗浄物１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ共にステージ回転機構１５によって回転駆動されるように構成されている。ステージ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄおよびステージ回転機構１５は洗浄室２１（図４参照）内に配置され、洗浄室２１の上方にはエネルギー粒子照射機構１４（図４参照）が配置される。

ステージ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、被洗浄物１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの被洗浄表面の総てが中性粒子ビーム（エネルギー粒子）１ａの照射方向に対して斜めになるように、ステージ回転機構１５に連結されている。したがって、被洗浄表面が曲面を含む場合でも、被洗浄表面のほぼ全面を洗浄することができる。さらに、４つの被洗浄物を同時に洗浄できるので、１つの被洗浄物のみを洗浄する表面洗浄装置に比べて、同一時間内により多くの被洗浄物を洗浄することができる。

図６は、本発明の第５の実施形態に係る表面洗浄装置の要部の概略図である。なお、第１の実施形態の要素と同一または対応する本実施形態の要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施形態では、複数（図６では２つ）のエネルギー粒子照射機構１６が揺動アーム２８に取り付けられており、この揺動アーム２８は揺動軸２９を介して相対運動機構３１に連結されている。揺動アーム２８は相対運動機構３１により揺動軸２９を中心に矢印Ｇで示すように揺動し、これにより、エネルギー粒子照射機構１６が半導体チップ２の周りを旋回する。それぞれのエネルギー粒子照射機構１６は、被洗浄表面４に対して角度θでエネルギー粒子を照射できるように、被洗浄表面４に対して斜めに設置されている。なお、揺動の角度は、３６０°をエネルギー粒子照射機構１６の数で割った角度以上であればよい。例えば、２つのエネルギー粒子照射機構１６を図６に示すように対称的に設置した場合は、揺動軸２９を中心に１８０°以上の角度で揺動アーム２８を揺動させればよい。また、例えば、４つのエネルギー粒子照射機構１６を設置した場合は、９０°以上の角度で揺動アーム２８を揺動させればよい。なお、ここで揺動軸２９は、当該軸を中心として一つの向きとその反対の向きとに交互に向きを替えて回転する（即ち揺動する）例を説明したが、ここにおける揺動の目的は、もとよりエネルギー粒子照射機構１６を運動させて、半導体チップ（被洗浄物）２とエネルギー粒子照射機構１６との相対位置を変化させることにあるから、揺動軸２９に替えて別の回転軸を用いて（または揺動軸２９を回転軸として機能させて）一定の向きに回転運動させるように相対運動機構３１を構成してもよい。

このような構成によれば、ステージ５を回転させなくても、エネルギー粒子１の照射の際に、影になる部分を大幅に小さくすることができる。したがって、被洗浄表面４がはんだバンプ３の曲面および半導体チップ２の平坦面を含む場合であっても、被洗浄表面４の大部分を洗浄することが可能となる。また、エネルギー粒子照射機構１６は、矢印Ｈ，Ｈ´に示すようにその軸を中心に回転運動（自転）してもよい。この場合は、エネルギー粒子照射機構１６の自転により、エネルギー粒子１の分布のばらつきを平均化することが可能となる。この例において、エネルギー粒子照射機構として、第３の実施形態に係るエネルギー粒子照射機構１４を用いてもよい。

以上の説明においては洗浄物として半導体チップを例にあげて説明したが、本発明の洗浄対象はこれに限られることではなく、電子部品としては他に例えば液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの表示用パネルや球状半導体などがあり、光学部品としては例えば半導体製造工程に使用される露光マスクや光ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）に組み込まれるマイクロレンズ、マイクロミラーなどがあり、機械部品としては例えばインクジェットプリンタのインク吐出ヘッドなどの各種ＭＥＭＳやＡＦＭ（Atomic
Force Microscopy）などのカンチレバーなどがある。これらの部品類は本発明によって半導体チップと同様に洗浄処理が可能である。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

本発明の第１の実施形態に係る表面洗浄方法を説明するための概略図である。 図２（ａ）乃至図２（ｄ）は、洗浄工程を行っているときのエネルギー粒子の照射とステージの回転を行うタイミングを示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る表面洗浄方法を説明するための概略図である。 本発明の第３の実施形態に係る表面洗浄装置を示す概略図である。 本発明の第４の実施形態に係る表面洗浄装置の要部を示す概略図である。 本発明の第５の実施形態に係る表面洗浄装置の要部を示す概略図である。 エネルギー粒子を用いてドライ洗浄を行う様子を説明するための概略図である。

符号の説明

１ エネルギー粒子
１ａ 中性粒子ビーム
２ 半導体チップ（被洗浄物）
３ はんだバンプ
４ 被洗浄表面
５ ステージ（保持部）
６ 二次電子
７ 照射角度調整機構
８，１０ 軸
９ 位置決め回転機構
１１ 上部電極
１２ 下部電極
１３ 照射エネルギー調整機構
１４，１６ エネルギー粒子照射機構
１５，３０ ステージ回転機構
１８ 被洗浄物
２１ 洗浄室
２２ プラズマ室
２３ ロードロック室
２４ 洗浄室側ゲートバルブ
２５ 大気側ゲートバルブ
２６ 洗浄ガス供給ポート
２７ 洗浄ガス供給源
２８ 揺動アーム
２９ 揺動軸
３１ 相対運動機構

Claims (12)

1. 製造工程の一環として行われる洗浄工程を実施するための表面洗浄方法であって、
   被洗浄物を回転させ、
   前記被洗浄物の被洗浄表面に対して斜めにエネルギー粒子を照射し、
   前記洗浄工程中には、前記回転および前記照射を同時に実行する時間帯及び／または前記回転および前記照射の一方のみを実行する時間帯が存在することを特徴とする表面洗浄方法。
2. 前記洗浄工程中には、前記回転および前記照射のいずれも行わない時間帯がさらに存在することを特徴とする請求項１に記載の表面洗浄方法。
3. 前記エネルギー粒子が中性粒子ビームであることを特徴とする請求項１または２に記載の表面洗浄方法。
4. 前記照射の前に、前記中性粒子ビームの照射エネルギーを、前記被洗浄物からの二次電子放出の閾値未満に設定することを特徴とする請求項３に記載の表面洗浄方法。
5. 製造工程の一環として行われる洗浄工程を実施するための表面洗浄方法であって、
   中性粒子ビームの照射エネルギーを、被洗浄物からの二次電子放出の閾値未満に設定し、
   前記設定の後、前記被洗浄物の被洗浄表面に前記中性粒子ビームを照射することを特徴とする表面洗浄方法。
6. 被洗浄物を保持する保持部と、
   前記被洗浄物を回転させる回転機構と、
   前記被洗浄物にエネルギー粒子を照射するエネルギー粒子照射機構とを備え、
   前記エネルギー粒子は、前記保持部に保持された前記被洗浄物の被洗浄表面に対して斜めに照射されることを特徴とする表面洗浄装置。
7. 前記エネルギー粒子照射機構が中性粒子ビーム照射機構であることを特徴とする請求項６に記載の表面洗浄装置。
8. 前記中性粒子ビーム照射機構は、中性粒子ビームの照射エネルギーを調整するための照射エネルギー調整機構を有することを特徴とする請求項７に記載の表面洗浄装置。
9. 被洗浄物を保持する保持部と、
   前記被洗浄物に中性粒子ビームを照射する中性粒子ビーム照射機構とを備え、
   前記中性粒子ビーム照射機構は、中性粒子ビームの照射エネルギーを調整するための照射エネルギー調整機構を有することを特徴とする表面洗浄装置。
10. 被洗浄物を保持する保持部と、
    前記被洗浄物にエネルギー粒子を照射するエネルギー粒子照射機構と、
    前記エネルギー粒子照射機構を前記保持部に対して相対運動させるための相対運動機構とを備え、
    前記エネルギー粒子は、前記保持部に保持された前記被洗浄物の被洗浄表面に対して斜めに照射されることを特徴とする表面洗浄装置。
11. 前記エネルギー粒子照射機構が中性粒子ビーム照射機構であることを特徴とする請求項１０に記載の表面洗浄装置。
12. 前記中性粒子ビーム照射機構は、中性粒子ビームの照射エネルギーを調整するための照射エネルギー調整機構を有することを特徴とする請求項１１に記載の表面洗浄装置。

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