JP2008053661A - 洗浄装置及び洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】狭小空間に面する構成部品を効率的且つ十分に洗浄することができる洗浄装置を提供する。
【解決手段】洗浄装置１００は、本体１２０と、本体１２０内部から屈曲自在に延設された二重管ノズル１１０とを有する。二重管ノズル１１０は、噴出管１１４と、該噴出管１１４を取り囲む吸引管１１２とを有し、噴出管１１４の噴出口１１４ａは吸引管１１２の吸引口１１２ａ内において開口する。噴出管１１４はその噴出口１１４ａ近傍においてくびれ部１１４ｂを有しており、供給された所定のガスを当該くびれ部１１４ｂにおいて加速する。その結果、該ガスの一部がエアロゾル化され、且つ該ガスは加速によって衝撃波を形成する。これにより、噴出管１１４はガス及び該ガスと同一の物質からなるエアロゾルを含んだ衝撃波を構造物５０の表面に付着したパーティクルＰに向けて噴出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、洗浄装置及び洗浄方法に関し、特に、半導体デバイス製造装置における狭小空間を洗浄する洗浄装置及び洗浄方法に関する。

通常、半導体デバイス用のウエハ等の基板に所定の処理を施す基板処理装置は、基板を収容して所定の処理を施す処理室（以下、「チャンバ」という。）を備える。このチャンバ内には所定の処理において発生した反応生成物に起因する付着物が付着している。これら付着している付着物が浮遊してパーティクルとなり、該パーティクルが基板表面に付着すると、該基板から製造される製品、例えば、半導体デバイスにおいて配線短絡が発生し、半導体デバイスの歩留まりが低下する。そこで、チャンバ内の付着物を除去するために、作業者の手作業によるチャンバ内のウェットクリーニング等のメンテナンスが行われている。

ところが、チャンバ内のベローズや排気系部品等の狭小空間に面する構成部品においては、上述した作業者の手作業によるメンテナンスが困難なため、当該基板処理装置を長時間にわたり使用し続けると、当該狭小空間に面する構成部品に付着物が堆積し、該堆積した付着物に起因するパーティクルが基板の処理空間に侵入し基板の表面に付着する。例えば、マニホールド付近の狭小空間に面する構成部品においては、当該構成部品に堆積した付着物が剥離して当該マニホールド近傍に設けられた排気ポンプの回転翼によって反跳し、当該反跳したパーティクルが基板の処理空間に侵入することにより、当該パーティクルが基板の表面に付着すると考えられている（例えば、特許文献１参照。）。

そこで、従来より、上述したベローズ及び排気系部品等の狭小空間に面する構成部品に堆積した付着物を除去するために、市販の掃除機、例えば吸引口のみを有する掃除機を用いた付着物の吸引が行われている。
特願２００６−００５３４４号

しかしながら、上記市販の掃除機を用いた付着物の吸引では、比較的大きな付着物を吸引して除去することはできるものの、微細な付着物を吸引して除去すること、すなわち狭小空間に面する構成部品を十分に洗浄するのは困難である。このため、基板処理装置を長時間にわたり使用することにより当該微細な付着物は狭小空間に面する構成部品に堆積していき、上述したように当該堆積した付着物に起因するパーティクルが基板の表面に付着するという問題が発生する。

上記した問題に対処するため、ベローズや排気系部品等の狭小空間に面する構成部品を交換或いは分解することにより狭小空間に面する構成部品のメンテナンスを行っているが、当該メンテナンスは非常に時間、労力、及びコストがかかるという問題がある。

本発明の目的は、狭小空間に面する構成部品を効率的且つ十分に洗浄することができる洗浄装置及び洗浄方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の洗浄装置は、構造物に付着した付着物を除去して当該構造物を洗浄する洗浄装置において、気体状態の物質と、液体及び固体のいずれか一方の状態の前記物質と同一の物質とが混在する混合体を前記付着物に向けて噴出する噴出部と、該噴出された混合体及び当該混合体が噴出された前記付着物を吸引する吸引部とを備えることを特徴とする。

請求項２記載の洗浄装置は、請求項１記載の洗浄装置において、前記噴出部の噴出口が前記吸引部の吸引口内において開口することを特徴とする。

請求項３記載の洗浄装置は、請求項２記載の洗浄装置において、前記噴出部及び前記吸引部が共に接続されたポンプをさらに備え、前記ポンプは前記噴出部に対応する第１の羽根車と前記吸引部に対応する第２の羽根車とを有し、前記第１の羽根車は前記第２の羽根車と同軸に配置され、前記第１の羽根車の各ブレードの傾斜角は前記第２の羽根車の各ブレードの傾斜角と逆であることを特徴とする。

請求項４記載の洗浄装置は、請求項１記載の洗浄装置において、前記吸引部の吸引口が前記噴出部の噴出口の近傍に配置されることを特徴とする。

請求項５記載の洗浄装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の洗浄装置において、前記噴出部は筒状部材で構成されており、当該噴出部は噴出口近傍においてくびれ形状を有することを特徴とする。

請求項６記載の洗浄装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の洗浄装置において、前記噴出部はさらに加熱したガスを前記付着物に噴出する加熱ガス噴出部を有し、前記吸引部は該噴出された加熱したガス及び当該加熱したガスが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする。

請求項７記載の洗浄装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の洗浄装置において、前記噴出部はさらにガスに振動を付与して前記付着物に噴出する振動付与ガス噴出部を有し、前記吸引部は該噴出された振動付与ガス及び当該振動付与ガスが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする。

請求項８記載の洗浄装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の洗浄装置において、前記噴出部はさらに単極イオンを前記付着物に噴出する単極イオン噴出部を有し、前記吸引部はさらに吸引口において前記単極イオンの極とは逆の極の電界を発生させる逆電界発生部を有し、且つ前記噴出された単極イオン及び当該単極イオンが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする。

請求項９記載の洗浄装置は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の洗浄装置において、前記噴出部はさらにプラズマを前記付着物に噴出するプラズマ噴出部を有し、前記吸引部は該噴出されたプラズマ及び当該プラズマが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする。

請求項１０記載の洗浄装置は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の洗浄装置において、前記噴出部はさらに前記付着物を擦るブラシ部を有し、前記吸引部は当該ブラシ部により擦られた前記付着物を吸引することを特徴とする。

請求項１１記載の洗浄装置は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の洗浄装置において、前記噴出部はさらに前記構造物を除菌する除菌装置を有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１２記載の洗浄方法は、構造物に付着した付着物を除去して当該構造物を洗浄する洗浄方法であって、気体状態の物質と、液体及び固体のいずれか一方の状態の前記物質と同一の物質とが混在する混合体を前記付着物に向けて噴出する噴出ステップと、該噴出された混合体及び当該混合体が噴出された前記付着物を吸引する吸引ステップとを有することを特徴とする洗浄方法。

請求項１３記載の洗浄方法は、請求項１２記載の洗浄方法において、加熱したガスを前記付着物に噴出する加熱ガス噴出ステップをさらに有し、前記吸引ステップは該噴出された加熱したガス及び当該加熱したガスが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする。

請求項１４記載の洗浄方法は、請求項１２又は１３記載の洗浄方法において、ガスに振動を付与して前記付着物に噴出する振動付与ガス噴出ステップをさらに有し、前記吸引ステップは該噴出された振動付与ガス及び当該振動付与ガスが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする。

請求項１５記載の洗浄方法は、請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の洗浄方法において、単極イオンを前記付着物に噴出する単極イオン噴出ステップと、前記単極イオンの極とは逆の極の電界を発生させる逆電界発生ステップとを有し、前記吸引ステップは前記噴出された単極イオン及び当該単極イオンが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする。

請求項１６記載の洗浄方法は、請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の洗浄方法において、プラズマを前記付着物に噴出するプラズマ噴出ステップをさらに有し、前記吸引ステップは該噴出されたプラズマ及び当該プラズマが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする。

請求項１７記載の洗浄方法は、請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の洗浄方法において、前記付着物をブラシ部によって擦る付着物ブラッシングステップをさらに有し、前記吸引ステップは当該ブラシ部により擦られた前記付着物を吸引することを特徴とする。

請求項１８記載の洗浄方法は、請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の洗浄方法において、前記構造物を除菌する除菌ステップをさらに有することを特徴とする。

請求項１記載の洗浄装置及び請求項１２記載の洗浄方法によれば、構造物に付着した付着物に向けて気体状態の物質と液体及び固体のいずれか一方の状態の前記物質と同一の物質とが混在する混合体を噴出するので、当該混合体が噴出された付着物を当該混合体の粘性力、物理的衝撃、及び巻き込み等により当該構造物から剥離させることができる。そして、当該噴出された混合体及び当該混合体が噴出された付着物を吸引するので、上記構造体から剥離した付着物を吸引することができ、もって、吸引だけでは除去することができなかった微細な付着物を除去することができる。これにより、基板処理装置内の狭小空間に面する構成部品を十分に洗浄することができ、もって、最終的に製造される半導体デバイスの歩留まりの低下を防止することができる。

請求項２記載の洗浄装置によれば、噴出部の噴出口が吸引部の吸引口内において開口するので、当該噴出口から噴出された混合体及び当該混合体が噴出された付着物を吸引口において確実に吸引することができると共に、洗浄装置の構成を簡素にすることができる。

請求項３記載の洗浄装置によれば、噴出部及び吸引部が共に接続され、当該噴出部に対応する第１の羽根車と当該吸引部に対応する第２の羽根車とを有するポンプにおいて、当該第１の羽根車が当該第２の羽根車と同軸に配置され、且つ当該第１の羽根車の各ブレードの傾斜角が当該第２の羽根車の各ブレードの傾斜角と逆であるので、同時に噴出部にガスを噴出させると共に吸引部によってガスを吸引することができ、加えて、ポンプをコンパクトにすることができる。

請求項４記載の洗浄装置によれば、吸引部の吸引口が噴出部の噴出口の近傍に配置されるので、当該噴出口から噴出された混合体及び当該混合体が噴出された付着物を吸引口において確実に吸引することができる。さらに、噴出部及び吸引部の配置の自由度が高いので、より小さい狭小空間に面する構造物に付着した微細な付着物も効率的且つ十分に除去することができる。

請求項５記載の洗浄装置によれば、筒状部材で構成された噴出部が噴出口近傍においてくびれ形状を有するので、当該噴出部が噴出するガスを当該噴出口近傍において加速することができる。その結果、当該ガスの一部を噴出口近傍においてエアロゾル化することができると共に、当該ガスの加速によって衝撃波を形成することができる。

請求項６記載の洗浄装置及び請求項１３記載の洗浄方法によれば、構造物に付着した付着物に加熱したガスを噴出するので、該加熱したガスが噴出された付着物を当該加熱したガスの熱応力等により当該構造物から剥離させることができる。そして、当該噴出された加熱したガス及び当該加熱したガスが噴出された付着物を吸引するので、上記構造体から剥離した付着物を吸引することができ、もって、さらに効率的に微細な付着物を除去することができる。

請求項７記載の洗浄装置及び請求項１４記載の洗浄方法によれば、構造物に付着した付着物に振動（脈動やパルス等）が付与されたガスを噴出するので、該振動が付与されたガスが噴出された付着物を当該振動が付与されたガスの該ガス中の分子の激しい物理的衝突等により当該構造物から剥離させることができる。そして、当該噴出された振動が付与されたガス及び当該振動が付与されたガスが噴出された付着物を吸引するので、上記構造体から剥離した付着物を吸引することができ、もって、さらに効率的に微細な付着物を除去することができる。

請求項８記載の洗浄装置及び請求項１５記載の洗浄方法によれば、構造物に付着した付着物に単極イオンを噴出するので、該単極イオンが噴出された付着物を当該単極イオンにより単極に帯電させることができる。そして、吸引口において当該単極イオンの極とは逆の極の電界を発生させ、且つ当該噴出された単極イオン及び当該単極イオンが噴出された付着物を吸引するので、当該単極に帯電させられた付着物を引力により上記構造体から剥離させることができると共に当該剥離した付着物を吸引することができ、もって、さらに効率的に微細な付着物を除去することができる。

請求項９記載の洗浄装置及び請求項１６記載の洗浄方法によれば、構造物に付着した付着物にプラズマを噴出するので、該プラズマが噴出された付着物を当該プラズマ、特に該プラズマ中のラジカルの化学的反応により当該構造物から剥離させることができる。そして、当該噴出されたプラズマ及び当該プラズマが噴出された付着物を吸引するので、上記構造体から剥離した付着物を吸引することができ、もって、さらに効率的に微細な付着物を除去することができる。

請求項１０記載の洗浄装置及び請求項１７記載の洗浄方法によれば、構造物に付着した付着物を擦るので、該付着物を当該構造物から剥離させることができる。そして、当該擦られた付着物を吸引するので、上記構造体から剥離した付着物を吸引することができ、もって、確実に付着物を除去することができる。

請求項１１記載の洗浄装置及び請求項１８記載の洗浄方法によれば、構造物を除菌するので、構造物を殺菌することができる。その結果、基板処理装置内での細菌の増殖による汚染物質の発生を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る洗浄装置が適用される基板処理装置について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置が適用される基板処理装置の概略構成を示す断面図である。

図１において、半導体デバイス用のウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）にプラズマ処理、例えば、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）処理を施すエッチング処理装置として構成される基板処理装置１０は、金属、例えば、アルミニウム又はステンレス鋼からなる、処理室としてのチャンバ１１を備える。

該チャンバ１１内には、直径が例えば３００ｍｍのウエハＷを載置し、且つ該載置されたウエハＷと共にチャンバ１１内を上下降する載置台としての下部電極１２と、該下部電極１２と対向するようにチャンバ１１の天井部に配され、且つチャンバ１１内に後述する処理ガスを供給するシャワーヘッド１３が配置されている。

下部電極１２には下部高周波電源１４が下部整合器１５を介して接続され、下部高周波電源１４は所定の高周波電力を下部電極１２に供給する。また、下部整合器１５は、下部電極１２からの高周波電力の反射を低減して該高周波電力の下部電極１２への入射効率を最大にする。

下部電極１２の内部上方には、ウエハＷを静電吸着力で吸着するためのＥＳＣ１６が配置されている。ＥＳＣ１６は電極膜が積層されて形成されるＥＳＣ電極板１７を内蔵し、該ＥＳＣ電極板１７には直流電源１８が電気的に接続されている。ＥＳＣ１６は、直流電源１８からＥＳＣ電極板１７に印加された直流電圧により発生するクーロン力又はジョンソン・ラーベック（Johnsen-Rahbek）力によってウエハＷをその上面に吸着保持する。また、ＥＳＣ１６の周縁にはシリコン（Ｓｉ）等から成る円環状のフォーカスリング２０が配置され、該フォーカスリング２０は下部電極１２の上方に発生したプラズマをウエハＷに向けて収束させる。

下部電極１２の下方には、該下部電極１２の下部から下方に向けて延設された支持体２３が配置されている。該支持体２３は下部電極１２を支持し、不図示のボールネジを回転させることによって下部電極１２を昇降させる。また、支持体２３は、周囲をベローズ４０によって覆われてチャンバ１１内の雰囲気から遮断される。また、ベローズ４０（構造物）は、それぞれの周囲がベローズカバー２４，２５によって覆われており、当該ベローズ４０付近には非常に狭い狭小空間が形成される。

チャンバ１１の側壁にはウエハＷの搬出入口２６と排気部２７（構造物）とが設けられる。ウエハＷは、基板処理装置１０に隣接して配されているＬＬＭ（ロードロックモジュール）（図示しない）が備える搬送アーム（図示しない）によって搬出入口２６を介してチャンバ１１内へ搬出入される。排気部２７は、排気マニホールド、ＡＰＣ（Automatic Pressure Control）バルブ、ＤＰ（Dry Pump）、ＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）等（全て図示しない）からなる排気系に接続され、チャンバ１１内の空気等を外部へ排出する。また、排気部２７付近においても非常に狭い狭小空間が形成される。

この基板処理装置１０では、チャンバ１１内へウエハＷが搬入される場合、下部電極１２が搬出入口２６と同じ高さまで下降し、ウエハＷにプラズマ処理が施される場合、下部電極１２がウエハＷの処理位置まで上昇する。なお、図１は、チャンバ１１内へウエハＷが搬入される場合における搬出入口２６と下部電極１２との位置関係を示す。

また、シャワーヘッド１３は、下部電極１２上方の空間である処理空間Ｓに面した多数のガス通気孔２８を有する円板状の上部電極（CEL）２９と、該上部電極２９の上方に配置され且つ上部電極２９を着脱可能に支持する電極支持体３０とを有する。また、上部電極２９の処理空間Ｓに対向する面のうち外周部に該当する面は、チャンバ１１内の天井部に配された円環状部材であるシールドリング３５の内周部によって覆われる。シールドリング３５は、例えば、石英等からなり、上部電極２９の外周部に配置された該上部電極２９をチャンバ１１の天井部に締結するスクリューねじ（図示しない）を、プラズマから保護する。

上部電極２９には、上部高周波電源３１が上部整合器３２を介して接続されており、上部高周波電源３１は、所定の高周波電力を上部電極２９に供給する。また、上部整合器３２は、上部電極２９からの高周波電力の反射を低減して該高周波電力の上部電極２９への入射効率を最大にする。

電極支持体３０の内部にはバッファ室３３が設けられ、このバッファ室３３には処理ガス導入管（図示しない）が接続されている。バッファ室３３には、例えば、処理ガス導入管から、酸素ガス（Ｏ_２），アルゴンガス（Ａｒ）及び四フッ化炭素（ＣＦ_４）の単独、又は組み合わせからなる処理ガスが導入され、該導入された処理ガスはガス通気孔２８を介して処理空間Ｓに供給される。

この基板処理装置１０のチャンバ１１内では、上述したように、下部電極１２及び上部電極２９に高周波電力が印加され、該印加された高周波電力によって処理空間Ｓにおいて処理ガスから高密度のプラズマが発生し、イオンやラジカル等で構成されるプラズマが生成される。これら生成されたプラズマは、フォーカスリング１９によってウエハＷの表面に収束され、ウエハＷの表面を物理的又は化学的にエッチングする。

また、この基板処理装置１０のチャンバ１１内では、上記エッチングの際に反応生成物等が発生し、該反応生成物はチャンバ１１内の各構成部品、例えば、ベローズ４０や排気部２７に付着する。

次に、本発明の実施の形態に係る洗浄装置について説明する。本実施の形態に係る洗浄装置は特に上述した基板処理装置内の狭小空間に面する構成部品の洗浄に適用される。

図２（Ａ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の概略構成を示す模式図である。尚、図２（Ａ）において図中右方を「右側」及び同左方を「左側」という。また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるポンプの羽根車の概略構成を示す図である。

図２（Ａ）において、洗浄装置１００は、筐体（図示しない）に囲まれた本体１２０と、本体１２０内部から上記筐体を貫通して右側に屈曲自在に延設された後述する吸引管１１２及び噴出管１１４により構成される二重管ノズル１１０と、本体１２０内部の噴出管１１４に接続され、ガス供給装置（図示しない）から供給される後述する所定のガスを噴出管１１４に供給するガス供給配管１４０と、本体１２０内部の吸引管１１２に接続され、吸引管１１２内の吸引ガスを外部に排気するガス排気配管１５０と、該ガス排気配管１５０の途中且つ本体１２０の外部に配設された除害装置１３０とを有する。

また、本体１２０内部において、二重管ノズル１１０には、図２（Ｂ）に示すポンプ１２４、パーティクル除去フィルタ１２２、パーティクルモニタ１２１が、左側から順に介設されている。また、二重管ノズル１１０は、ポンプ１２４よりも左側において、噴出管１１４が吸引管１１２の側面を貫通して吸引管１１２と分岐しており、噴出管１１４及び吸引管１１２はこれより夫々単独の配管となる。

ポンプ１２４は、図２（Ｂ）に示すように、その中心に中心軸１２７を有し、該中心軸１２７は当該中心軸１２７に接続されたモータ（図示しない）からの回転駆動力により図中反時計回りに回転する。また、中心軸１２７には、当該中心軸１２７から半径方向外側に延在する複数のブレード１２６ａが等角間隔で周設されており、該中心軸１２７と複数のブレード１２６ａは噴出羽根車１２４ａを構成し、該噴出羽根車１２４ａは二重管ノズル１１０における噴出管１１４に介在する。該ブレード１２６ａには夫々反時計回りに回転することにより噴出管１１４内のガスを図２（Ａ）図中左側から右側に流すための傾斜角が設けられている。

さらに、ポンプ１２４は、各ブレード１２６ａの半径方向外側の端部と接合し各ブレード１２６ａを取り囲むように配置された環状軸１２８を有する。また、環状軸１２８には、当該環状軸１２８から半径方向外側に延在する複数のブレード１２５ａが等角間隔で周設されており、該環状軸１２８と複数のブレード１２５ａは吸引羽根車１２４ｂを構成し、該吸引羽根車１２４ｂは二重管ノズル１１０における吸引管１１２に介在する。該ブレード１２５ａには夫々反時計回りに回転することにより吸引管１１２内のガスを図２（Ａ）図中右側から左側に流すための上記ブレード１２６ａに設けられた傾斜角とは逆の傾斜角が設けられている。

これにより、ポンプ１２４は、同時に噴出管１１４にガスを噴出させると共に吸引管１１２によってガスを吸引することができる。また、ポンプ１２４では吸引羽根車１２４ｂ及び噴出羽根車１２４ａが同軸に配置されるため、ポンプ１２４をコンパクトにすることができる。

また、本実施の形態において、環状軸１２８を内側の各ブレード１２６ａと接合させることなく上記中心軸に接続されたモータとは別のモータ（図示しない）と接続させ、各モータからの回転駆動力を夫々調整することにより、内側のブレード１２６ａと外側のブレード１２５ａとを夫々任意に回転させることができる。これにより、噴出管１１４から噴出されるガスの噴出力、及び吸引管１１２によるガスの吸引力の強弱を任意に調整することができる。

パーティクル除去フィルタ１２２は、吸引管１１２内の吸引ガス中のパーティクルを除去する。パーティクルモニタ１２１は、例えば、レーザ光散乱法を用いて吸引管１１２内の吸引ガス中のパーティクル量をモニタする。当該吸引ガス中のパーティクル量をモニタすることにより、後述する洗浄処理の終点を検出することができる。除害装置１３０は、内部に活性炭等を有し、吸引ガスに含まれる有機物や有害物を当該活性炭により吸着する。

図３（Ａ）は、図２（Ａ）における二重管ノズル１１０における先端部の概略構成を示す拡大断面図であり、図３（Ｂ）は、同二重管ノズル１１０における先端部の概略構成を示す斜視図である。また、図３（Ａ）は、構造物５０の表面に付着したパーティクルＰを二重管ノズル１１０を用いて洗浄する場合を説明する図である。なお、狭小空間に面する構造物（構成部品）としてはベローズ４０や排気部２７が該当するが、ここでは説明上の便宜のため、一般化した構造物５０を用いて説明する。

図３（Ａ）において、二重管ノズル１１０は、噴出管１１４と、該噴出管１１４を取り囲む吸引管１１２とを有し、噴出管１１４の噴出口１１４ａは吸引管１１２の吸引口１１２ａ内において開口する。噴出管１１４はその噴出口１１４ａ近傍においてくびれ部１１４ｂを有しており、ガス供給配管１４０によって供給され且つポンプ１２４により所定の流速に加速された所定のガスは当該くびれ部１１４ｂにおいてさらに加速される。その結果、当該くびれ部１１４ｂにおける噴出管１１４内のガスの圧力は急激に低下し、当該ガスの断熱膨張により該ガス中の一部が凝固し、該ガスの一部はエアロゾル化される。また、ガスは加速によって衝撃波を形成する。これにより、噴出管１１４はガス及び該ガスと同一の物質からなるエアロゾルを含んだ衝撃波を構造物５０の表面に付着したパーティクルＰに向けて噴出する。

本実施の形態では、噴出管１１４からエアロゾルを含んだガスを噴出させるために、上述した不図示のガス供給装置は、エアロゾル化されやすい成分を含むガスを供給する。また、本実施の形態に係る洗浄装置１００は、主に大気圧下及び常温下において使用されるため、噴出管１１４から噴出されるガスは、大気圧下及び常温下において気体若しくは液体であり且つ融点と沸点との温度の間隔が狭い昇華性及び揮発性が強いガスであるのがよい。ガス供給装置から噴出管１１４内に供給されるガスは、例えば、窒素、アルゴン、二酸化炭素、水、エタノールである。

なお、外部が無流状態の環境下において噴出管１１４から噴出されるガスの速度は、噴出口１１４ａから約２０ｍｍ程度の範囲において最大となることが数値シミュレーション等を用いて本発明者により確認されており、噴出口１１４ａから構造物５０までの距離Ｌ_２は２０ｍｍ以下に設定するのがよい。さらに、噴出管１１４から噴出されるガスは有害な物質が含まれる場合があるので、外部雰囲気中へのガス放出量を低減させるため、吸引口１１２ａから構造物５０までの距離Ｌ_１は１０ｍｍ以下に設定するのがよい。よって、二重管ノズル１１０の先端部は、噴出管１１４の噴出口１１４ａから吸引管１１２の吸引口１１２ａが１０ｍｍ程度突出した形状とするのがよい。

以下、本発明の実施の形態に係る洗浄装置を用いた洗浄処理について説明する。

図４は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置を用いた洗浄処理を示す工程図である。

図４において、まず、二重管ノズル１１０における噴出管１１４の噴出口１１４ａから構造物５０の表面に付着したパーティクルＰに向けてガス及び該ガスと同一の物質からなるエアロゾルＡを含む衝撃波を噴出する（図４（Ａ））。

次いで、構造物５０の表面に付着したパーティクルＰは、該ガスの粘性力、該ガスの物理的衝撃、エアロゾルＡの物理的衝撃、及びエアロゾルＡの巻き込み等により構造物５０の表面から剥離される（図４（Ｂ））。

そして、構造物５０の表面から剥離されたパーティクルＰは、吸引口１１２ａから吸引管１１２に吸引されガス排気配管１５０に供給され外部に排気される（図４（Ｃ））。

図４の洗浄処理によれば、噴出口１１４ａからガス及び該ガスと同一の物質からなるエアロゾルＡを含む衝撃波をパーティクルＰに向けて噴出し、該ガスの粘性力等によりパーティクルを剥離して、吸引口１１２ａから吸引するので、吸引だけでは除去することができなかった微細なパーティクルＰ（付着物）を除去することができる。これにより、基板処理装置１０内の狭小空間に面する構成部品も十分に洗浄することができ、もって、最終的に製造される半導体デバイスの歩留まりの低下を防止することができる。

また、ガスと同一の物質からなるエアロゾルを生成するので、ガスに特に凝固しやすい別物質を混入する必要が無く、ガスの取り扱いが容易になり、また、ガス供給装置の構成を簡素にすることができる。

次に、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の変形例を用いた洗浄処理について説明する。以下に列記する洗浄装置の変形例は各々、上述した吸引管１１２の内部に噴出管１１４を有する構成に以下の構成を加えた構成とするのがよい。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第１の変形例を用いた洗浄処理を示す工程図である。

まず、ノズル２１０における加熱ガス噴出管２１４の噴出口２１４ａから構造物５０の表面に付着したパーティクルＰに向けてガス供給配管１４０の途中に配されたヒーティングユニット１４１により加熱された加熱ガスを噴出する（図５（Ａ））。

次いで、加熱ガスが噴出されたパーティクルＰは、該ガスの熱応力等により構造物５０の表面から剥離され、吸引口１１２ａから吸引管１１２に吸引されて外部に排気される（図５（Ｂ））。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の洗浄処理によれば、噴出口２１４ａから加熱ガスをパーティクルＰに噴出し、該ガスの熱応力等によりパーティクルＰを剥離して、吸引口１１２ａから吸引するので、さらに効率的に微細なパーティクルＰを除去することができる。

図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第２の変形例を用いた洗浄処理を示す工程図である。

まず、ノズル３１０における振動付与ガス噴出管３１４の噴出口３１４ａに配置された超音波発生装置３１５によってガスに振動を付与し、振動付与ガス噴出管３１４の噴出口３１４ａから構造物５０の表面に付着したパーティクルＰに向けて振動付与ガスを噴出する（図５（Ｃ））。

次いで、振動付与ガスが噴出されたパーティクルＰは、該ガスに振動が与えられたことに起因する振動付与ガス中の分子の激しい物理的衝突等により構造物５０の表面から剥離され、吸引口１１２ａから吸引管１１２に吸引されて外部に排気される（図５（Ｄ））。

図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）の洗浄処理によれば、噴出口３１４ａから振動付与ガスをパーティクルＰに噴出し、分子の激しい物理的衝突等によりパーティクルを剥離して、吸引口１１２ａから吸引するので、さらに効率的に微細なパーティクルＰを除去することができる。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第３の変形例を用いた洗浄処理を示す工程図である。

まず、ノズル４１０における単極イオン噴出管４１４の噴出口４１４ａから構造物５０の表面に付着したパーティクルＰに向けて単極イオン供給配管１４２から供給された単極イオンＩを噴出する（図６（Ａ））。

次いで、単極イオンＩが噴出されたパーティクルＰは、該単極イオンＩにより単極に帯電させられ、吸引管１１２における吸引口１１２ａ近傍に設けられた電極板４１５（逆電界発生部）によって発生する該単極イオンＩとは逆の極の電界からの引力により構造物５０の表面から剥離され、吸引口１１２ａから吸引管１１２に吸引されて外部に排気される（図６（Ｂ））。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）の洗浄処理によれば、噴出口４１４ａから単極イオンＩをパーティクルＰに噴出し、該単極イオンＩによりパーティクルＰを帯電させ、且つ単極イオンＩとは逆の極の電界からの引力により該パーティクルＰを剥離して、吸引口１１２ａから吸引するので、さらに効率的に微細なパーティクルＰを除去することができる。

なお、本処理においては、吸引管１１２における吸引口１１２ａ近傍に設けられた電極板４１５にパーティクルＰが付着し該電極板４１５の引力が低下することが考えられるが、当該電極板４１５に振動子やヒータ等を接続する等により、当該パーティクルＰの付着を防止することができる。

図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第４の変形例を用いた洗浄処理を示す工程図である。

まず、ノズル５１０におけるラジカル噴出管５１４の噴出口５１４ａから大気プラズマ発生装置５１５を介してプラズマを発生させ、該プラズマ、特に該プラズマ中のラジカルを構造物５０の表面に付着したパーティクルＰに向けて噴出する（図６（Ｃ））。

次いで、ラジカルが噴出されたパーティクルＰは、該ラジカルとの化学的反応により構造物５０の表面から剥離され、吸引口１１２ａから吸引管１１２に吸引されて外部に排気される（図６（Ｄ））。

図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）の洗浄処理によれば、噴出口５１４ａから大気プラズマ発生装置５１５を介してプラズマを発生させ該プラズマ中のラジカルをパーティクルＰに噴出し、該ラジカルの化学的反応によりパーティクルＰを剥離して、吸引口１１２ａから吸引するので、さらに効率的に微細なパーティクルＰを除去することができる。

図７（Ａ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第５の変形例の主要部の概略構成を示す拡大断面図である。

図７（Ａ）において、ノズル６１０は、噴出管６１４と、該噴出管６１４を取り囲む吸引管１１２とを有する。噴出管６１４はその噴出口６１４ａに回転ブラシ６１５を有しており、該噴出管６１４は回転ブラシ６１５を回転させながら構造物５０に付着したパーティクルＰに押し当てると共に該パーティクルＰに向けてガスを噴出する。これにより、パーティクルＰを擦り落としながらガスを噴出することができるので、確実にパーティクルＰを剥離することができ、もって、確実にパーティクルＰを除去することができる。

図７（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第６の変形例の主要部の概略構成を示す拡大断面図である。

図７（Ｂ）において、ノズル７１０は、噴出管７１４と、該噴出管７１４を取り囲む吸引管１１２とを有する。噴出管７１４はその噴出口７１４ａ近傍に低圧水銀ランプ７１５を有しており、該噴出管７１４は低圧水銀ランプ７１５から波長２５４ｎｍ程度の紫外線を構造物５０に照射すると共にパーティクルＰに向けてガスを噴出する。これにより、パーティクルＰを除去することができると共に構造物５０を殺菌することができ、もって、構造物５０に付着した細菌の増殖による汚染物質の発生を防ぐこともできる。

図８（Ａ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第７の変形例の主要部の概略構成を示す斜視図である。

図８（Ａ）において、二重管ノズル８１０は、扁平形状を有する噴出管８１４と、該噴出管８１４と同様に扁平形状を有し、当該噴出管８１４を取り囲む吸引管８１２とを有し、噴出管８１４の噴出口８１４ａは吸引管８１２の吸引口８１２ａ内において開口する。これにより、上述した各洗浄処理を実行し微細なパーティクルＰを除去することができる。また、二重管ノズル８１０は扁平形状を有する噴出管８１４及び吸引管８１２によって構成されるため、掻き取りに適した形状を呈し、二重管ノズルの先端部で構造物の掻き取り洗浄を行うことができる。

図８（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第８の変形例の主要部の概略構成を示す拡大断面図である。

図８（Ｂ）に示すように、噴出管９１４と吸引管９１２とを二重管構造とすることなく、吸引管９１２の吸引口９１２ａを噴出管９１４の噴出口９１４ａに近接して配置する構成としてもよい。本変形例においても、上述した各洗浄処理を実行し微細な付着物を除去することができる。また、この変形例では噴出管９１４及び吸引管９１２の配置の自由度が高いので、より小さい狭小空間に面する構造物に付着した微細なパーティクルＰも効率的且つ十分に除去することができる。

上述した実施の形態では、本発明が適用される基板処理装置が半導体デバイス製造装置としてのエッチング処理装置である場合について説明したが、本発明が適用可能な基板処理装置はこれに限られず、他のプラズマを用いる半導体デバイス製造装置、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）等を用いる成膜処理装置であってもよい。さらには、イオン注入処理装置、真空搬送装置、熱処理装置、分析装置、電子加速器、ＦＰＤ（Flat Panel Display）製造装置、太陽電池製造装置、又は物理量分析装置としてのエッチング処理装置、成膜処理装置等の狭小空間を有する基板処理装置であれば本発明を適用可能である。

さらに、本発明は基板処理装置に適用されることに限られず、医療器具の洗浄装置等にも適用可能である。

本発明の実施の形態に係る洗浄装置が適用される基板処理装置の概略構成を示す断面図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の概略構成を示す模式図であり、（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるポンプの羽根車の概略構成を示す図である。 （Ａ）は、図２（Ａ）における二重管ノズルにおける先端部の概略構成を示す拡大断面図であり、（Ｂ）は、同二重管ノズルにおける噴出口及び吸引口の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る洗浄装置を用いた洗浄処理を示す工程図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第１の変形例を用いた洗浄処理を示す工程図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第２の変形例を用いた洗浄処理を示す工程図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第３の変形例を用いた洗浄処理を示す工程図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第４の変形例を用いた洗浄処理を示す工程図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第５の変形例の主要部の概略構成を示す拡大断面図であり、（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第６の変形例の主要部の概略構成を示す拡大断面図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第７の変形例の主要部の概略構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る洗浄装置の第８の変形例の主要部の概略構成を示す拡大断面図である。

符号の説明

Ｓ 処理空間
Ｗ ウエハ
Ａ エアロゾル
Ｉ 単極イオン
Ｐ パーティクル
１０ 基板処理装置
２７ 排気口
４０ ベローズ
５０ 構造物
１００ 洗浄装置
１１０ 二重管ノズル
１１２ 吸引管
１１４ 噴出管
１２４ ポンプ
１２４ａ 噴出羽根車
１２４ｂ 吸引羽根車

Claims (18)

1. 構造物に付着した付着物を除去して当該構造物を洗浄する洗浄装置において、
   気体状態の物質と、液体及び固体のいずれか一方の状態の前記物質と同一の物質とが混在する混合体を前記付着物に向けて噴出する噴出部と、
   該噴出された混合体及び当該混合体が噴出された前記付着物を吸引する吸引部とを備えることを特徴とする洗浄装置。
2. 前記噴出部の噴出口が前記吸引部の吸引口内において開口することを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
3. 前記噴出部及び前記吸引部が共に接続されたポンプをさらに備え、
   前記ポンプは前記噴出部に対応する第１の羽根車と前記吸引部に対応する第２の羽根車とを有し、
   前記第１の羽根車は前記第２の羽根車と同軸に配置され、前記第１の羽根車の各ブレードの傾斜角は前記第２の羽根車の各ブレードの傾斜角と逆であることを特徴とする請求項２記載の洗浄装置。
4. 前記吸引部の吸引口が前記噴出部の噴出口の近傍に配置されることを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
5. 前記噴出部は筒状部材で構成されており、
   当該噴出部は噴出口近傍においてくびれ形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の洗浄装置。
6. 前記噴出部はさらに加熱したガスを前記付着物に噴出する加熱ガス噴出部を有し、
   前記吸引部は該噴出された加熱したガス及び当該加熱したガスが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の洗浄装置。
7. 前記噴出部はさらにガスに振動を付与して前記付着物に噴出する振動付与ガス噴出部を有し、
   前記吸引部は該噴出された振動付与ガス及び当該振動付与ガスが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の洗浄装置。
8. 前記噴出部はさらに単極イオンを前記付着物に噴出する単極イオン噴出部を有し、
   前記吸引部はさらに吸引口において前記単極イオンの極とは逆の極の電界を発生させる逆電界発生部を有し、且つ前記噴出された単極イオン及び当該単極イオンが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の洗浄装置。
9. 前記噴出部はさらにプラズマを前記付着物に噴出するプラズマ噴出部を有し、
   前記吸引部は該噴出されたプラズマ及び当該プラズマが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の洗浄装置。
10. 前記噴出部はさらに前記付着物を擦るブラシ部を有し、
    前記吸引部は当該ブラシ部により擦られた前記付着物を吸引することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の洗浄装置。
11. 前記噴出部はさらに前記構造物を除菌する除菌装置を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の洗浄装置。
12. 構造物に付着した付着物を除去して当該構造物を洗浄する洗浄方法であって、
    気体状態の物質と、液体及び固体のいずれか一方の状態の前記物質と同一の物質とが混在する混合体を前記付着物に向けて噴出する噴出ステップと、
    該噴出された混合体及び当該混合体が噴出された前記付着物を吸引する吸引ステップとを有することを特徴とする洗浄方法。
13. 加熱したガスを前記付着物に噴出する加熱ガス噴出ステップをさらに有し、
    前記吸引ステップは該噴出された加熱したガス及び当該加熱したガスが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする請求項１２記載の洗浄方法。
14. ガスに振動を付与して前記付着物に噴出する振動付与ガス噴出ステップをさらに有し、
    前記吸引ステップは該噴出された振動付与ガス及び当該振動付与ガスが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする請求項１２又は１３記載の洗浄方法。
15. 単極イオンを前記付着物に噴出する単極イオン噴出ステップと、前記単極イオンの極とは逆の極の電界を発生させる逆電界発生ステップとを有し、
    前記吸引ステップは前記噴出された単極イオン及び当該単極イオンが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の洗浄方法。
16. プラズマを前記付着物に噴出するプラズマ噴出ステップをさらに有し、
    前記吸引ステップは該噴出されたプラズマ及び当該プラズマが噴出された前記付着物を吸引することを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の洗浄方法。
17. 前記付着物をブラシ部によって擦る付着物ブラッシングステップをさらに有し、
    前記吸引ステップは当該ブラシ部により擦られた前記付着物を吸引することを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の洗浄方法。
18. 前記構造物を除菌する除菌ステップをさらに有することを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の洗浄方法。

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