JP2820534B2 - 照射による表面汚染物質の除去方法及び装置 - Google Patents

照射による表面汚染物質の除去方法及び装置

Info

Publication number
JP2820534B2
JP2820534B2 JP6523346A JP52334694A JP2820534B2 JP 2820534 B2 JP2820534 B2 JP 2820534B2 JP 6523346 A JP6523346 A JP 6523346A JP 52334694 A JP52334694 A JP 52334694A JP 2820534 B2 JP2820534 B2 JP 2820534B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
flow
substrate
contaminants
processing surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP6523346A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH08509652A (ja
Inventor
オードリー シー エンゲルスバーグ
Original Assignee
コールドロン リミテッド パートナーシップ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=21936355&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP2820534(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by コールドロン リミテッド パートナーシップ filed Critical コールドロン リミテッド パートナーシップ
Publication of JPH08509652A publication Critical patent/JPH08509652A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2820534B2 publication Critical patent/JP2820534B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • B08B7/0057—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like by ultraviolet radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • B08B7/0042—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like by laser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/142—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1435—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor involving specially adapted flow control means
    • B23K26/1436—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor involving specially adapted flow control means for pressure control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1435—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor involving specially adapted flow control means
    • B23K26/1437—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor involving specially adapted flow control means for flow rate control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70383—Direct write, i.e. pattern is written directly without the use of a mask by one or multiple beams
    • G03F7/704—Scanned exposure beam, e.g. raster-, rotary- and vector scanning
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
    • G03F7/70866—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of mask or workpiece
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70908—Hygiene, e.g. preventing apparatus pollution, mitigating effect of pollution or removing pollutants from apparatus
    • G03F7/70925—Cleaning, i.e. actively freeing apparatus from pollutants, e.g. using plasma cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02043—Cleaning before device manufacture, i.e. Begin-Of-Line process
    • H01L21/02046—Dry cleaning only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/32051—Deposition of metallic or metal-silicide layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76819—Smoothing of the dielectric

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Atmospheric Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Steering Controls (AREA)
  • Cultivation Of Plants (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本願は、1993年４月12日付米国特許出願第08/045,165
号からの優先権を主張する。該米国特許出願は1992年３
月31日付一部継続米国特許出願第07/865,039号であり、
該一部継続米国特許出願は1990年11月９日付一部継続米
国特許出願第07/611,198号（現在、米国特許第5,099,55
7号として成立）である。該米国特許出願は1988年７月
８日付米国特許出願第07/216,903号（現在、米国特許第
5,024,968号として成立）の分割出願である。これらの
米国特許出願は、本願に援用する。
本発明は、表面から汚染物質を除去する技術に関す
る。より詳しくは、本発明は、処理表面の分子結晶構造
を変えることがない照射により基板表面から汚染物質を
除去する技術に関する。
本願で使用するように、用語「汚染物質（contaminan
ts）」は、粒子、フィルム及び好ましくない化学元素又
は化合物を含む。汚染粒子は、サブミクロンから肉眼で
見ることができる顆粒までの範囲のサイズをもつ離散微
細片である。汚染フィルムは有機物質又は無機物質であ
り、指紋からの体脂肪のような汚染物質を含む。汚染化
学物質は、洗浄プロセスが行なわれるときに好ましくな
いあらゆる化学元素又は化合物を含む。例えば、ヒドロ
キシル基（−OH）は、プロセスの一段階では基板表面上
での好ましい反応促進剤であり、他の段階では好ましく
ない汚染物質となる。
汚染物質は、弱い共有結合、静電力、ファンデルワー
ルス力、水素結合、クーロン力又は双極子相互作用によ
り表面に付着されるので、汚染物質の除去は困難であ
る。
或る場合には、表面汚染物質が存在すると、汚染基板
の効率が低下するか、基板の指定目的が達成できなくな
る。例えば、或る正確な科学的測定装置では、該装置の
光学レンズ又はミラーが微細表面汚染物質で覆われると
精度が失われる。同様に、半導体では、小さな分子汚染
物質による表面欠陥が、しばしば、半導体マスク又はチ
ップを価値のないものにする。水晶半導体マスクの分子
表面欠陥の個数が少量でも減少すると、半導体チップの
生産歩留りが顕著に改善される。同様に、カーボン又は
酸素のような分子表面汚染物質を、ウェーハ上に又は蒸
着層（deposition of layers）間に回路層が蒸着される
前にシリコンウェーハの表面から除去すると、製造され
るコンピュータチップの品質が大幅に改善される。
また、製造中にシリコンウェーハを最終的に汚染する
塵埃の大部分は、ウェーハが置かれるプロセスチャンバ
等の製造装置及びプロセスガスをチャンバに導入するパ
イプから発生する。従って、このような装置の洗浄を周
期的に行なうことにより、製造工程中に受けるウェーハ
の汚染レベルを大幅に低下できる。
最も微細な汚染物質さえも存在しないきれいな表面を
得る必要性が、種々の表面洗浄方法の開発をもたらし
た。しかしながら、これらの既知の各方法は下記のよう
な欠点を有する。下記の方法は、外面薬剤（outside ag
ent）を基板表面に導入する工程を有する。
ウエットケミカル洗浄技術−RCA法 RCA洗浄法は、現在、半導体製造、フラットパネルデ
ィスプレイ製造及びディスク製造に使用されている。RC
A法は２つの変形、すなわちSC−１及びSC−２（ここ
で、SCとは標準洗浄（Standard Clean）である）を有す
る。一般に、SC−１法は微量有機物質及び粒子を除去す
るのに使用される。これは、水酸化アンモニウム（NH4O
H）水溶液、過酸化水素（H2O2）及び水（H2O）の連続浴
からなる。SC−２法は、表面の微量金属を除去し且つシ
リコン表面又は類似表面を親水性にすべく不動態薄酸化
物を形成するのに使用される。これは、塩酸（Hcl）過
酸化水素及び水の連続浴からなる。実際の製造現場にお
いて、液浴は常時ではあるがゆっくりと新鮮化され、こ
のため、例えばウェーハの連続ロットが前のロットから
の粒子に曝され、これらの汚染物質は表面上に再付着す
る。
0.2μｍという小さな粒子を除去するため、RCA法の能
力を高めるのにかなりの研究がなされている。これらの
液体は0.3μｍ以下のサイズの粒子を除去する物理的限
度に近い。なぜならば、新鮮な薬剤でも0.5μｍ以下の
粒子を10,000個／程含んでいるからであり、これは12
5mm/ウェーハ当たり10個の粒子が存在するという確率に
相当する（C.M.Osburn,R.P.Donovan,H.Berger及びG.Jon
esの論文“J.Environ.Sci."、1988年３月/4月号、第45
頁参照）。
また、当業者は、ウエットケミカル浴は、シリコン上
に酸化物を形成し、表面を微小粗面化し且つ浴中に溶解
されている有機化合物及び金属元素（例えば、鉄、銅、
アルミニウム及びマグネシウム）からの汚染を受けると
指摘している（M.Itano,M.Miyashita及びT.Ohmiの論文
“Proceedings"、Microcontamination 91、1991年、第5
21頁及びT.Shinono,M.Tsuji,M.Morita及びY.Muramatuの
論文“Ibid"、544頁参照）。
希フッ化水素酸 有機汚染物質、微量金属汚染物質汚染物質及び薄い自
然酸化物の除去のため、希フッ化水素酸（HF）が最近半
導体工業に導入されている。しかしながら、HFは基板表
面に微小エッチングを引き起こし、これはコントロール
が困難で重大な効果をもたらす。また、残留フッ素分子
はゲートスタックの酸化物の破壊を引き起こし且つチッ
プの他の電気的パラメータに悪影響を及ぼす。Ohmi等
は、最近、HFの微小粗面化効果をコントロールするに
は、液体のpHを厳格に制御し、超純水を温度制御下に維
持し、且つFe及びCu等の好ましくない金属の付着を防止
するため超純粋薬剤を使用する必要があることを報告し
ている（M.Itano,M.Miyashita及びT.Ohmiの論文“Proce
edings"、Microcontamination 91、1991年、第521頁及
びT.Shinono,M.Tsuji,M.Morita及びY.Muramatuの論文
“Ibid"、544頁参照）。
メガソニック洗浄及び超音波洗浄 メガソニック洗浄技術は、有機質フィルム及び粒子を
除去するRCAウエットケミカル法を補完するため、1979
年にRCA社により開発された。メガソニック法では、例
えばウェーハは、水、アルコール又は希SC−１溶液中に
浸漬され且つ（圧電変換器により発生される）850〜900
KHzの音波に曝される。２〜5W/cm2の入力電力密度で、
数ミクロンから最小0.3μｍの粒子が効率的に除去され
る（W.Kernの論文“J.Electrochem.Soc.137（６）、199
0年、第1887年参照）。メガソニック法は最小0.3μｍの
粒子を除去できることが確認されており且つ0.5μｍ幅
の幾何学的寸法で、許容可能な洗浄効率を達成するのに
必要な電力レベルで金属ラインを容易に持ち上げること
ができることが実証されている（A.A.Busnania及びI.I.
Kaskkoushの論文“Proceedings"、Microcontamination
92、1992年、第563頁参照）。従って、より小さな幾何
学的寸法に対しては、メガソニック法はデバイスを破壊
する。
超音波洗浄はメガソニック法と同じ原理で作動するけ
れども、20〜80KHzの範囲の液体キャビテーション周波
数及びメガソニック法より50倍大きい電力密度を使用す
る。超音波法は、１μｍ以下の粒子の除去には有効でな
い（W.Kernの論文“J.Electrochem.Soc.137（６）”、1
990年、第1887年参照）。
超音波洗浄及びメガソニック洗浄の両方法共、粒子の
下にキャビテーション液体媒体を導入し、静水圧力によ
って表面から粒子を除去するという原理に基づいて作動
する。0.1μｍの粒子の除去に必要なファンデルワール
ス力及び２次付着力は108ダインであると見積もられて
いる。メガソニック洗浄法により発生される力は約103
ダインであり、これは、0.3μｍ以下の粒子は除去でき
ないことを示している（M.Ranadaの論文“Aerosol.Sci.
and Technol.7"、1987年、第161頁参照）。
紫外線／オゾン洗浄 紫外線／オゾン（UV/O3）洗浄法は、185〜254nmの領
域のエネルギを供給できる水銀ランプ又は水銀／キセノ
ンランプを使用する。この方法は、フォトレジスト等の
残留有機質フィルムの除去には比較有効であることが証
明されているけれども、塩、塵埃、指紋及びオゾンによ
り分解されたポリマーには有効でない。表面上の残留過
酸化物分子及び揮発性ヒドロキシル基は表面を疎水性か
ら親水性に変化させ、このため、下流側の蒸着工程での
問題を引き起こし且つ下流側の洗浄工程から好ましくな
い汚染物質を吸着する。表面によってオゾンにより好ま
しくない酸化物が形成されることがあり、従ってこれを
除去する別の洗浄工程が必要になる。最後に、真に有効
なものとするには、UV/O3法は、無機物質を除去するた
めの予洗浄工程を必要とする（J.R.Vig,J.の論文“Vac.
Sci.Technol.A.3（３）”、1985年、第1027頁参照）。
ブラシ洗浄 脱イオン水又はアルカリ性溶液を用いたブラシ洗浄
は、1.0μｍ程度の小さな粒子を表面から有効に除去で
きることが判明している。ブラシ洗浄は、化学的機械的
研摩後のスラリを除去する最終洗浄のような半導体工業
における特殊ニッチである。表面の破壊及びブラシ材料
の目こぼれを防止するには、ブラシ材料及び表面上での
ブラシの位置を入念に制御することが要求される（W.Ke
rnの論文“J.Electrochem.Soc.137（６）”、1990年、
第1887年参照）。
蒸気フッ化水素酸 クラスタ（集合）ツールシステムの出現により、洗浄
剤として蒸気相HFの研究がなされるようになった。なぜ
ならば、ウエットケミカルシステム及び機械的システム
はクラスタツールに組み込むことが事実上不可能だから
である。ウェーハは、プロセス及びツールから汚染され
るため、重要な各プロセス工程の前又は後に洗浄する必
要がある。現行の全ての洗浄技術はウエットケミカル法
又は機械的方法であるため、ウェーハは洗浄のためにク
ラスタ環境から取り出さなくてはならず、従って、クラ
スタシステムの多くの長所が除去される。
クラスタツールの一部であるモジュールに蒸気HF洗浄
を組み込む研究がなされてきた。Genus Inc.は、クラス
タシステムに組み込むことができるモジュール（最初
は、Advantage Production Technology,Inc.により開発
された）を発表している。SEMATECH社の報告は、HF蒸気
エッチングは制御不可能であり且つ重大な微小粗面化を
引き起こすことを示している（B.Van Eck,S.Bhat及びV.
Menonの論文“Proceedings"、Microcontamination 92、
1992年、第694頁参照）。
HFの制御は重要な問題となっている。Genus社は、次
のような蒸気試薬の組合せすなわちUV/O3、UV/Cl2/H+及
びUV/CL2/H2の使用を研究している。実験結果から、こ
れらの特定の蒸気相試薬を用いたエッチング速度は、シ
ステムが現在のように構成されているときには制御でき
ない。CMOSゲートスタックから制限された歩留りを高め
るための蒸気HFの有効性を研究したこれらの実験から、
ゲート酸化物の劣化も証明された（J.deLarios,W.Kruse
ll,D.McKean,G.Smolinsky,S.Bhat,B.Doris及びM.Gordon
の論文“Proceedings"、Microcontamnaition 92、1992
年、第706頁参照）。表面上に残留するフッ化物、塩素
及びヒドリドイオン及びこれらのイオンが如何にしてパ
ラメータ性能を低下させ或いは下流側工程の問題を引き
起こすかについての関心がある。
超臨界流体洗浄 超臨界流体技術は、エアロゾル中に冷凍ガス（例えば
アルゴン）の粒子を用いることからなる（W.T.McDermot
t,R.C.Ockovic,J.J.Wu及びR.J.Millerの論文Microconta
mination 1991年10月、第33頁;K.S.Schmacherの論文“P
roceedings"SEMI Ultraclean Manufacturing Conferenc
e,1993年、第53頁；及びE.Bokの論文“Solid State Tec
hnology"、1992年６月第117頁参照）。この技術の基礎
は、アルゴンペレットを表面粒子に指向させる高速ガス
流からの運動量輸送にある。ガスが、0.68気圧で84K
（−184℃）の温度まで冷却されると、アルゴンは凝固
してエアロゾルを形成する。アルゴン粒子が表面に衝突
すると、エネルギが表面粒子に伝達され、表面粒子は冷
却されたガス流中に除去される。この技術を用いること
の関心は、ウェーハへの熱衝撃、サブサーフェスイオン
移動、表面構造破壊及び電気的パラメータ破壊にある。
超臨界媒体が何らかの電気的パラメータ破壊を引き起こ
すか否かを研究するため、完全に加工されたウェーハに
ついていかなる研究も今日まで発表されていない。
レーザ補助液体洗浄 他の既知の方法はレーザにより過熱された液体を用い
る洗浄である。この技術には２種類、すなわちアレン
（Allen）法及びタム（Tam）法がある。
アレン法−−アレン法（米国特許第4,987,286号及び
S.Allenの論文“Appl.Phys.Lett.58（３）”、1991年、
第203頁参照）は、水と、熱源として1064nmの波長をも
つCO2レーザとを使用するウエット洗浄技術である。水
は、粒子と基板表面との間の間隙内に侵入しなければな
らず、レーザからのパルスにより急激に加熱されると
「爆発的に蒸発」して、粒子を基板から追い出す。
アレン法には、幾つかの潜在的問題が知られている。
パターン形成されたウェーハでは、水が金属ラインの下
に侵入し、蒸発するときにこれらの金属ラインを持ち上
げるが、回路に損傷を与えるだけでなく、表面上に粒子
を発生させる。アレンが説明するように、30J/cm2のエ
ネルギ束で幅狭に合焦されたCO2レーザを使用すると、
パターン表面上に研摩効果を引き起こす。なぜならば、
殆どの有機質フィルム、ポリマーフィルム及び金属フィ
ルムは、20J/cm2で全く容易に磨耗するからである。ア
レンは、重力により、基板を垂直にすなわち倒立位置に
取り付けることを提案している。別の方法として、アレ
ンは、ガス供給導管からのガス流を、表面を横切る方向
に指向させ粒子を運び出すことを提案している。
タム法−−タム法（W.Zapka,W.Zemlich及びA.C.Tamの
論文“Appl.Phys.Lett.58（20）”、1991年、第2217頁
及びA.C.Tam等の論文“J.Appl.Phys.71（７）”、1992
年、第3515頁参照）は、アレン法と非常に良く似てい
る。タム法は、エタノール及びイソプロパノール等のア
ルコール並びに水を使用する。タム法は、チャンバを通
る加熱窒素ガスのバーストを使用して液体媒体を拡散
し、この直後にIr:YAGレーザパルスを加える点でアレン
法とは異なっている。このシーケンスは数サイクル反復
される。アルコールを使用すると、粒子を除去するのに
5J/cm2のエネルギ密度が必要であるが、表面の損傷が観
察された。タムは、0.35μｍのAl2O3球を除去するのに
エタノール及び350mJ/cm2より大きいエネルギ束をもつ
パルス形KrFエキシマレーザを使用したが、液体媒体を
使用しない大気条件中では成功しなかった。
他の方法 加圧流体ジェット洗浄は、粒子を容易に除去するけれ
ども、洗浄粒子が維持される高圧により処理表面に損傷
を与える危険がある。また、この技術は、洗浄流体中の
イオンの存在により、処理表面を静電的に損傷すること
がある。同様に、剥離可能なポリマーテープのポリマー
が処理表面上に堆積して処理表面を汚染することもあ
る。
基板表面を洗浄する他の既知の方法は、外部薬剤の使
用を回避する。これらの方法として次のものがある。
表面溶融 この方法は、処理表面を溶融させ、次の超高真空によ
りこれらの汚染物質を除去できるようにする。この方法
は、処理すべき表面を少しだけ溶融しなければならない
という欠点を有する。このような溶融は、例えば半導体
表面を蒸着回路層間で洗浄するとき、前に蒸着された層
の一体性が損なわれないようにしたいときに好ましくな
い。また、このような作業は、例えばパイプ及びウェー
ハプロセスチャンバに見られるような広い不規則表面を
洗浄できなければ困難であろう。最後に、この方法に使
用される超高真空は高価であり且つ作業に時間を要す
る。
アニーリング アニーリング処理法も同様な欠点を有する。アニーリ
ング法で表面を洗浄するとき、洗浄すべき基板の処理表
面は、処理される材料の融点よりも低い温度であるが、
材料の分子結晶構造の再構成するのに充分な高温まで加
熱される。処理表面は長時間この高温に保持され、この
間に、表面の分子結晶構造が再構成され、汚染物質が超
高真空により除去される。アニーリング洗浄法は、基板
表面の分子結晶構造を維持したい場合には使用できな
い。
研摩 研摩として知られている、現在用いられている他の洗
浄法には、該方法自体に固有の欠点がある。研摩法で
は、表面又は表面上の汚染物質は気化温度まで加熱され
る。研摩される材料に基づき、材料は気化される前に溶
融するか、加熱時に直接昇華する。研摩洗浄技術では、
処理表面への損傷を防止するには、研摩エネルギを、汚
染物質が付着している表面ではなく、汚染物質のみに正
確に加えなくてはならないが、この作業は、汚染物質が
極めて小さいかランダムな間隔で付着している場合、又
は処理表面が不規則な形状を有する場合には困難であ
る。研摩エネルギが汚染物質のみに首尾よく加えられる
場合でも、汚染物質の下に位置する処理表面を損傷する
ことなく汚染物質を気化させることは困難である。
溶融、アニーリング及び研摩による表面洗浄は、レー
ザエネルギ源を用いて行なわれる。しかしながら、レー
ザエネルギ源を用いて溶融、アニーリング又は研摩によ
り表面から汚染物質を除去することは、これらの方法の
固有の欠点を解消することはできない。例えば、「レー
ザ照射を用いて原始的にきれいなシリコン及びゲルマニ
ウム表面を製造する方法（Method Using Laser Irradia
tion For the Production of Atomically Clean Crysta
lline Sillicon and Germanium Surfaces）」という名
称に係る米国特許第4,292,093号には、レーザアニーリ
ング法が、処理表面の再構成及び溶融を引き起こすのに
充分な真空条件及びエネルギレベルを必要とすることが
開示されている。米国特許第4,181,538号及び第4,680,6
16号に開示されているように、溶融又はアニーリングを
含む他の既知のレーザ表面洗浄法は同様な高エネルギレ
ージング及び／又は真空条件を必要とする。同様に、
「レーザ研摩機（Laser Eraser）」という名称に係る米
国特許第3,464,534号に開示されたレーザ研摩技術は、
他の高エネルギ研摩法と同じ欠点を有する。
ウェーハ表面上に付着する１つの汚染物質源は、ウェ
ーハの処理に使用される機器である。加工機器から汚染
物質を減少させる主要技術は、一般に工具の分解及び個
々の部品の労働集約的検査を含む機器に関する主要な周
期的洗浄プロセスを遂行することである。しかしなが
ら、主要な洗浄プロセスの遂行に暫定的に使用される洗
浄法は、このような主要洗浄プロセスの頻度を減少でき
る。
このような暫定洗浄法の１つとして、機器を収容する
チャンバを不活性ガスでパージングし、あらゆる表面汚
染物質を帯同させ且つ運び出す方法がある。このような
方法は、刊行物「半導体製造における粒子制御（Partic
le Control in Semiconductor Manufacturing）」（R.
P.Donovan,ed.,New York,Marcel Dekker,1990年）に記
載されており、これには、不活性ガスへの汚染物質の帯
同を高めるには、機器を通るガス流が乱流状態になるよ
うにパージガスの流量を充分に高く維持するのが望まし
いことが教示されている。この刊行物によれば、乱流境
界層は層流境界層より薄いこと、及び乱流は瞬間流体速
度が平均速度より大きい領域を有することから、乱流が
粒子の帯同を補助すると記載されている。
しかしながら、このような方法をウェーハの洗浄自体
に適用する場合、乱流がウェーハ表面に対して垂直な局
部速度成分を有するため、乱流の使用が問題であること
が証明されている。これらの速度成分は、帯同した粒子
をウェーハ表面に向かって運び且つ該表面と接触させ、
粒子をウェーハ表面に保有させる。これは、ウェーハ表
面から解放されたばかりの粒子について特にいえること
である。この「解放されたばかりの」粒子はウェーハ表
面の比較的近くにあり、従って、ウェーハ表面に対して
垂直な局部的速度成分によりウェーハ表面に一層再付着
し易い。
発明の要約 本発明は、処理すべき基板表面の分子結晶構造を変え
ることなく且つ基板表面に損傷を与えることなく該表面
から汚染物質を除去することにより、従来技術の問題を
解放し且つ欠点を解消することにある。ガスは基板の処
理表面を横切って流され、且つ基板は、その処理表面か
ら汚染物質を解放させるのに充分大きいけれども、処理
表面の分子結晶構造を変えるには充分小さい或るエネル
ギ密度及び時間で連続的に照射される。ガスは、基板処
理表面に対し不活性であるものが最適である。また、流
れに帯同される汚染物質が処理表面上に付着する可能性
を最良に防止するため、ガス流は層流の状態にする。照
射源は、パルス形又は連続波レーザ又は高エネルギラン
プのような当業界で知られた任意の手段で構成できる。
照射は、パルス形紫外線レーザにより発生させるのが好
ましい。本発明は、半導体基板上に回路層を蒸着させる
前、間及び後に、全体として平らな半導体基板から表面
汚染物質を除去するのに有効に適用できる。また、本発
明は、不規則な形状をもつ表面、より詳しくは、不一致
関係平面（non−coincidently related planes）内にあ
る表面にも適用できる。このような平面として、同じ空
間又は平面を占める表面を除く、基板の表面間の可能性
あるあらゆる関係が含まれる。例えば、管の対向内壁又
は立方体チャンバの隣接壁のように平行関係又は角度関
係をなす表面は、それぞれ不一致関係平面を占める。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明による汚染物質除去方法及び装置を
示す概略図である。
第２図は、本発明の一実施例において、比較的平らな
処理表面から汚染物質を除去するのに、如何にしてレー
ザ放射線を当てるかを示す概略図である。
第３図は、本発明の他の実施例において、比較的平ら
な処理表面から汚染物質を除去するのに、如何にしてレ
ーザ放射線を当てるかを示す概略図である。
第４図は、比較的平らな処理表面から汚染物質を除去
するのに、本発明に従って加えられる放射線及びガスと
組み合わせてマスクを使用する方法を示す概略図であ
る。
第５図は、不規則形状の処理表面から汚染物質を除去
する本発明の汚染物質除去装置を示す概略図である。
第６図〜第11図は、本発明の原理に従って、ガス及び
放射線を不規則形状の処理表面に運ぶ装置を示す概略端
面図である。
第12図及び第13図は、長い閉鎖通路の内面から汚染物
質を除去するのに、第５図の発明を如何にして適用する
かを示す概略側面図である。
第14図は、本発明の原理に従って、ガス及び放射線を
不規則形状の処理表面に運ぶ装置を示す概略端面図であ
る。
第15図は、第14図に示す装置の部分平面図である。
第16図は、本発明の原理に従って、ガス及び放射線を
不規則形状の処理表面に運ぶ装置の別の形態を示す部分
平面図である。
第17図及び第17a図は、可撓性のある多孔質心出し支
持構造を用いて第５図の発明を適用する方法を示す概略
側面図である。
第18図は、光学ディフューザを用いて本発明を適用す
る方法を示す概略側面図である。
第19図及び第20図は、プロセスチャンバの内面から汚
染物質を除去するのに、第５図の発明を如何にして適用
するかを示す概略側面図である。
第21図及び第22図は、不規則形状の対象物の外面から
汚染物質を除去するのに、第５図の発明を如何にして適
用するかを示す概略側面図である。
第23図及び第24図は、ダクト状内面から汚染物質を除
去する本発明の他の実施例において、如何にして放射線
を当てるかを示す概略側面図である。
第25図及び第26図は、不規則形状の対象物の外面から
汚染物質を除去するのに、本発明の他の実施例において
如何にして放射線を当てるかを示す、それぞれ概略端面
図及び概略側面図である。
第27A図及び第27B図は、本発明の原理に従ってガス及
び放射線を処理表面に運ぶ装置の異なる高さの平面図で
ある。
第28図は、第27A図の28−28線に沿う第27図の装置の
断面図である。
第29図は、第27図の装置の分解図である。
第30図は、フローチャンネルの異なる段階でのガス流
速度分布を示す概略図である。
第31図は、第27図の装置用フィルタの選択に使用する
流量／圧力データを示すグラフである。
第32図は、或る基板製品の加工に使用するクラスタツ
ールを示す概略図である。
第33図〜第35図は、本発明による汚染物質除去方法及
び装置を示す概略図である。
第36図は、本発明の原理を具現するプロセスチャンバ
の一部の形状を示すランキン楕円を示す図面である。
第37図は、プロセスチャンバ内の流れの速度分布を示
すグラフである。
第38図及び第39図は、本発明の方法に使用される試験
セルの、それぞれ概略平面図及び概略断面図である。
第40図は、本発明の方法の試験から得られたデータを
示すグラフである。
第41図は、不活性ガスの２次流が導入されるときの基
板のキャビティを通る不活性ガス流の流線を示す概略図
である。
第42図は、本発明の原理を取り入れた装置の別の実施
例を示す概略図である。
詳細な説明 以下、添付図面に示す本発明の好ましい実施例を詳細
に説明する。尚、全図面を通じ、同じ参照符号は同じ構
成要素を示すのに使用されている。
1.基本的処理方法及び装置 第１図には、基板表面の分子結晶構造を変えることな
くすなわち基板表面に損傷を与えることなく、基板表面
から表面汚染物質を除去する方法及び装置が概略的に示
されている。第１図に示すように、組立体10は、表面か
ら汚染物質を除去すべき基板12を保持する。ガス源16か
らのガス18は、基板12上に一定に流される。ガス18は基
板12に対して不活性であり且つ非反応性ガス環境中に基
板12を浴するため基板12を横切って流される。ガス18
は、ヘリウム、窒素又はアルゴン等の化学的に不活性の
ガスが好ましい。基板12を保持する包囲体15は、一連の
管21、弁22及びガス流量計20を介してガス源16に連通し
ている。
第１図に示す本発明の実施例によれば、包囲体15は、
対向するガス入口ポート23及びガス出口ポート25をそれ
ぞれ備えたステンレス鋼製の試料反応セルからなる。包
囲体15にはシールされた光学グレード水晶窓17が設けら
れており、該窓17を放射線が通ることができる。入口ポ
ート23及び出口ポート25は、例えば、弁が設けられたス
テンレス鋼管からなる。試料12が包囲体15内に置かれた
後、包囲体15はガス18により反復してフラッシュ及びバ
ックフィルされ且つ他のガスの流入を防止するため周囲
の大気圧より僅かに高い圧力に維持される。包囲体15は
固体チャンバとして示されているけれども、洗浄すべき
表面は、ガスを通すことができる任意の形式の包囲体内
に包囲することを考えることができる。例えば、処理さ
れる表面が大形の固定対象物である場合には、プラスチ
ックバッグのような大形の可搬包囲体を使用できる。
ガス18の流量は適当な流量計20により調整され、流量
計20としてはMatheson Model 602流量計が適している。
弁22は、高温及び高圧に適しており且つ有毒で、危険
で、腐食性又は膨張性を有するガス又は液体に使用する
計量弁、調整弁又はベローズ弁が好ましく、例えばオハ
イオ州SolonのSwagelok Co.により提供されるSwagelok
SS−4H（商標）シリーズがある。弁22は、包囲体15を遮
断し、ガス源16と連通させ、又は基板12上に付着させる
ガスのような別の物質（別の供給源40から供給される）
と連通させるため開閉することができる。
本発明の方法によれば、基板の処理表面から表面汚染
物質を解放させるのに必要なエネルギ密度及び時間と、
基板の分子結晶構造を変えるエネルギ密度及び時間との
間で、高エネルギ放射線が基板処理表面に照射される。
第１図に示す本発明の方法によれば、放射線源14（レー
ザ又は高エネルギランプで構成できる）は、基板12の処
理表面に向けられる放射線11を発生する。第１図におい
て、放射線源14は包囲体15の外部にあって、水晶窓17を
通して試料12を照射するものとして示されている。しか
しながら、別の構成として、放射線源14は包囲体15内に
配置することを考えることができる。
高エネルギ照射のエネルギ束及び波長は、除去すべき
表面汚染物質に基づいて選択するのが好ましい。このた
め、出口ポート25にガス分析器27を連結できる。分析器
27は、放射線源14の選択的エネルギ調節及び波長調節を
行なうため、包囲体15からの放出ガスの含有物を分析す
る。ガス分析器27は、例えば、マサチューセッツ州、Bi
llericaのBruker Instruments,Inc.又はミネソタ州、Ed
en PrairieのPerkin Elmer社により製造される四極子型
質量分析計のような質量分析計で構成できる。
本発明に使用される照射源は所望の放射エネルギ及び
波長に基づいて選択される。電子ボルト／光子（Ev/pho
ton）で表す放射線のエネルギレベルは、洗浄すべき表
面に汚染物質を付着させる結合力を破壊するのに必要な
少なくとも２倍あることが好ましい。「化学及び物理学
ハンドブック（Handbook of Chemistry and Physic
s）」（68th ed.,F−169〜Ｆ−177頁（CRC Press 1987
年）参照）に記載されているように、一般的な汚染物質
（例えばカーボン及び酸素）と一般的な基板材料（例え
ばシリコン、チタン、ゲルマニウム、鉄、プラチナ及び
アルミニウム）との間の結合エネルギは、２〜7Ev/bond
の範囲にある。従って、４〜14Ev/photonのエネルギで
光子を放射する放射線源が好ましい。波長は、本願に援
用するG.W.Castellan著「物理化学（Physical Chemistr
y）」（2d ed.,第458〜459頁、（Academic Press、1975
年）参照）に記載されているように、良く知られている
光電効果により基板表面の一体性を損なう虞れのある波
長より小さくすべきである。好ましい波長は、除去すべ
き分子種及び該分子種の共鳴状態に基づいて定めるのが
好ましい。
本発明には、適当なエネルギレベルの放射線を発生さ
せるための、従来技術において知られた任意の手段、例
えば高エネルギランプ及びレーザを使用できる。このよ
うな放射線源からの光エネルギは、用途に応じ、深い紫
外線から赤外線（対応する波長は、それぞれ193〜3000n
m）の範囲にすることができる。
多数の適当なレーザの波長及び光子エネルギを下記の
表Ｉに示す。
これらのレーザは、次の参考文献により詳細に記載さ
れている。すなわち、M.J.Webber著「レーザ科学のCRC
ハンドブック（CRC Handbook of Laser Science）」（V
ols.1−５（1982〜1987年））;Mitsuo Maeda著「レーザ
色素（Laser Dyes）」（Academic Press、1984年）；及
びマサチューセッツ州、Acton,289 Great RoadのLambda
Physik社、カリフォルニア州、Palo Alto,3210 Porter
DriveのCoherent Inc.、カリフォルニア州、Mountain
View,1250 West Middlefield RoadのSpectra−Physics
社からのレーザ製品文献である。適当な放射線源とし
て、高エネルギキセノンランプ又は水銀ランプ、又は可
視光、紫外線、赤外線、Ｘ線又は自由電子レーザを含む
他の形式のレーザを使用できる。
本発明によれば、汚染物質を除去すべき基板処理表面
に向けられる照射は、該表面の分子結晶構造を変えるの
に必要な出力密度より小さな出力密度を有する。照射の
出力密度及び時間は、基板表面の構造を変えるのに必要
なエネルギより大幅に小さいエネルギ量を基板表面に伝
達するように選択される。好ましいエネルギレベルは、
処理される基板の組成に基づいて定められる。例えば、
プラスチックのような或る基板材料では、このエネルギ
レベルは、高強度超硬鋼のような他の材料より非常に低
いであろう。種々の材料についての生成熱は良く知られ
ており且つ「化学及び物理学ハンドブック（Handbook o
f Chemistry and Physics）」（68th ed.,D33〜D42頁
（CRC Press 1987年）参照）において報告されている。
生成熱は、種々の材料の破壊に必要な熱量にほぼ一致し
且つ処理表面の分子結晶構造を変えない照射エネルギ密
度及び時間を選択するガイドラインとして使用できる。
多数の一般的基板材料の生成熱を下記の表IIに示す。
本発明に使用される照射エネルギ密度及び照射時間
は、生成熱が基板処理表面に近づくようにする。しかし
ながら、所与の基板材料に使用できる最大エネルギを見
出すには、当該材料の既知の生成熱を考慮した何らかの
実験が必要であろう。このような実験は、アニーリン
グ、研摩及び溶融が生じないことを確保するためのもの
である。
照射源からの所与の出力に対し、表面でのエネルギ束
を最大にするためには、処理される基板の部分の平面に
対して垂直に照射するのが好ましい。しかしながら、特
定環境での本発明の方法の実施に便利又は必要ならば、
基板に対して或る角度で照射することができる。もちろ
ん、表面でのエネルギ束は入射角の正弦（サイン）に従
って変化し、このことは、照射源の出力及び滞留時間
（dwell time）の選択に際し考慮に入れなくてはならな
い。
基板表面が上記のように照射されると、基板表面に汚
染物質を保持する結合（bonds）及び／又は力が破壊さ
れ、不活性ガスは、照射中に汚染物質を基板表面から運
び去る。洗浄された基板が不活性ガス環境内に留まって
いる限り、新たな汚染物質が基板表面上に形成されるこ
とはない。必要ならば、除去された汚染物質種を捕捉し
且つ安全化するための捕捉システムを包囲体出口25に連
結することができる。
a.プロセスのための理論的量子力学の基礎 不活性ガス流と組み合わせた照射による、表面からの
汚染物質の除去は、量子力学の一分野である非線形光学
理論により説明できる。
非線形光学理論の基礎は、非線形媒体におけるマクス
ウェル方程式から導かれ、次のようになる。
ここで、Ｅは電界;Bは磁界;Jは電流密度；及びρは電
荷密度である。
レーザ及び他の高エネルギ照射源の出現により、1880
年代から理論的に仮定されている非線形プロセスへのア
クセスが可能になった。非線形光学理論は、N.Bloember
gen著「非線形光学（Nonlinear Optics）」（New York,
Benjamin/Cumming Publishing Company,1965年（第４
版、1982年）及びY.R.Shen著「非線形光学の原理（The
Principles of Nonlinear Optics）」（New York,John
Wiley and Sons,1984年）に記載されている。
レーザは干渉性及び高指向性を有するビームを発生す
る。ビームのこの特性は、付着した汚染物質を表面から
除去するのに使用できるユニークな特性である放射線力
（radiation force）として定義される。均一媒体中で
の放射線力は次式（５）で与えられる（この式もマスク
ウェル方程式から導かれる）。
ここで、ρは媒体の密度;pは圧力;Gは真空中の電磁密
度である。
Ashkin及びDziedicの実験（A.Ashkin and J.M.Dziedi
c,Appl.Phys.Lett.28（1976年）第333頁、30（1977年）
第202頁及び19（1971年）第729頁参照）は、10μｍのラ
テックス球のような小さな粒子が、充分な光子束のレー
ザ界中で表面から除去されることを証明している。ひと
たびレーザビームを停止すると、ラテックス球は表面に
戻された。この非線形プロセスは光学的浮揚（optical
levitation）と呼ばれている。Ashkinの実験は、照射源
の特性が局部的付着及び重力を打ち負かすのに使用でき
ることを証明した。この現象は、５μｍの粒子に関する
本発明の試験においても観察されている。放射線照射野
（radiation field）が或る位置を通過した後の粒子の
再付着は、流動する不活性ガスを用いることにより防止
される。
本発明の方法及び装置の試験で観察されている他の非
線形プロセスは多光子解離（multiphoton dissociatio
n,“MPD"）である。汚染物質が付着された表面と相互作
用する充分な光子束をもつ高エネルギ照射が、該汚染物
質をMPDにより除去できる（Y.R.Shen著「非線形光学の
原理（The Principles of Nonlinear Optics）」（New
York,John Wiley and Sons,1984年、第23章、第437〜46
5頁）参照）。このプロセスを通じ、幾つかの光子は、
古典的手段では不可能な振動状態及び回転状態の励起が
行なえる。汚染物質がアクセスしたこれらの新しい状態
は、準安定状態として説明できる。準安定状態は、表面
からの汚染物質の解離又は汚染物質の破壊に導かれる。
解離プロセスは、表面及び汚染物質が寄与する非線形感
受性（nonlinear susceptibilities）により更に高めら
れる。また、MPDプロセスの理論は、表面及び除去すべ
き化学種の知識に基づいて、光子束を調整することによ
り選択的に結合を除去し、非線形機構の利益を得ること
ができると仮定するものである。
上記非線形プロセスは補完的なものであると思われ
る。汚染物質及び表面に基づいて、或る非線形プロセス
の方が他の非線形プロセスよりも好ましいことがあり、
またこれらを相前後して用いることもできる。
b.基礎的処理の例 平らな処理表面に関する上記基礎的処理方法及び装置
の適用を、下記に例示する。例Ｉでは、種々のエネルギ
密度のパルス形KrFエキシマレーザが、成功の度合いを
変えながら酸化ケイ素に加えられる。例IIでは、光学的
コンポーネンツの領域における本発明の必要性が試験さ
れる。
i.例 Ｉ 半導体表面上での薄フィルム成長の促進には、シリコ
ンの自然酸化物が必要である。残念なことに、酸化ケイ
素の半導体表面が環境に曝されると、カーボン汚染物質
が半導体表面に弱く付着する。これらの汚染物質が存在
すると、蒸着すべき薄フィルムの導電性又は絶縁性が大
幅に低下される。従って、半導体製造に際し、入念な真
空、化学及び機械的技術を用いて、環境への露出に関し
大きな注意を払わなくてはならない。加工ステップ間に
表面をきれいに保つのに、高真空又は準超高真空を使用
する場合には、真空技術は特に高価である。化学的技術
（ウェット及びドライ）及び機械的技術は、基板表面表
面（該表面が加工済み集積回路の場合には、下層構造）
が損傷を受け易い。
これらの問題を解決する試みとして、248nm（UVレン
ジ）の基本波長をもつパルス形KrFエキシマレーザ（Lam
bda Physik社のモデルEMG 150）からの放射線を、アル
ゴンガスが流入されるシール形チャンバ内のシリコン基
板の表面に当てた。表面のカーボン汚染物質及び半導体
製造におけるアルミニウム薄フィルム形成の前駆物質で
ある化学吸収された有機金属（トリメチルアルミニウ
ム）に関連するカーボン（％）を減少させるため、KrF
エキシマレーザを用いて、6000レーザショットの35mJ/c
m2の照射を、10Hzの反復速度で酸化ケイ素基板表面に20
分間加えた。レーザ処理表面は、1.03×10-3トルのレギ
ュレータ背圧下で16／時間（4.5ml/秒）の流量をもつ
アルゴンガスの連続流中に曝された。処理後のＸ線光電
子分光（Ｘ−ray Photoelectron Spectroscopy,“XP
S"）分析によると、基板表面の30〜45％を覆う処理前の
平均表面カーボンから、基板表面の19％を覆う処理後の
平均表面カーボンまで、基板の表面カーボンが大幅に減
少したことが証明された。基板表面自体は、いかなる損
傷又は変化を受けていないことも証明された。
非レーザ処理表面に有機金属ガスを曝した後には基板
表面の40〜45％がカーボンで覆われるのに対し、上記の
ようにしてレーザ照射により処理され且つ次に有機金属
ガス流に曝された表面は、該表面の20.8％がカーボンで
覆われたことが、XPS分析により証明された。上記のよ
うにしてレーザを当てると、有機金属ガスに曝す前及び
曝した後の両場合共、表面の8.9％のみがカーボンで覆
われたに過ぎない。レーザに曝された領域（レーザ露出
領域）に隣接する領域も、レーザ洗浄処理に幾分の効果
を示した。処理領域に隣接する領域は、12.7％のカーボ
ンレベルが減少した。この効果は、多分、加えられたレ
ーザパルスのガウス特性によるものであろう。
試料セルからXPS分析器へのウェーハの移送は、アル
ゴン充填グローブボックスを通して行なわれる。シリコ
ンウェーハは、不活性UHVトランスファーロッドを通し
てXPSに移送される。これにより、環境への露出が最小
に維持される。
酸化ケイ素からなる別のウェーハを、上記のようにア
ルゴンガスに曝すと同時に、10Hzの反復速度で6000ショ
ットだけ、9mJ/cm2のパルス形KrFエキシマレーザの照射
に曝した。XPS分析の結果、レーザ処理の前後共、平均4
0〜45％の表面カーボンが証明された。従って、9mJ/cm2
での照射では、吸着された表面カーボンを除去できなか
った。
酸化ケイ素からなる別のウェーハを、上記のようにア
ルゴンガスに曝すと同時に、10Hzの反復速度で6000ショ
ットだけ、300mJ/cm2のパルス形KrFエキシマレーザの照
射に曝した。処理の終時に、基板表面は、該基板を貫通
する孔を含む大きな損傷を受けた。従って、300mJ/cm2
での照射は、基板表面の分子結晶構造を変えてしまっ
た。
これらの例は、適当なエネルギ束及び波長でのレーザ
照射を行なえば、下方の表面すなわち隣接構造を損傷す
ることなく表面汚染物質を減少できることを証明してい
る。
SiO2の生成熱を考慮すると、10Hzの反復速度で6000シ
ョットだけ、100mJ/cm2以下のパルス形KrFエキシマレー
ザの照射に曝される酸化ケイ素の基板表面は、該基板の
分子結晶構造を変化させないと考えられる。10Hzの反復
速度で6000ショットだけ、75mJ/cm2以下のパルス形KrF
エキシマレーザに照射することは、いかなる場合でも、
酸化ケイ素の基板表面を変化させないと考えられる。
ii.例 II レーザ溶融部品、Ｘ線リソグラフィ部品及びUVエキシ
マレーザ部品等の技術で高エネルギ光学コンポーネンツ
を製造することは困難である。レーザ溶融技術及びＸ線
リソグラフィ技術は、専ら「クリーン」な環境内で使用
される。現在の商業的フィルム蒸着技術では長時間の高
エネルギ束に耐え得るフィルムを製造することが困難で
あるので、エキシマレーザ光学部品の作動寿命は短い。
高エネルギ光学部品に関する永続的な問題は、光学的
破壊（optical breakdown）である。この現象は、「強
力なレーザ照射野中で透明媒体に生じる損傷の破滅的展
開（the catastrophic evolution of damage inflicted
in a transparent medium in a strong laser field」
（Y.R.Shen著「非線形光学の理論（Principles of Nonl
inear Optics」（1st ed.,第528〜540頁、Wiley Inters
cience,1984年）参照）として説明できる。この現象は
固体中でもガス中でも生じる。高エネルギ光学部品のよ
うな固体では、光学的破壊は、バルク材料のスクラッチ
及び微孔等の表面欠陥の存在により悪化される。殆どの
場合、光学的破壊は、吸着された塵埃粒子等の表面汚染
物質による。これらの汚染物質の存在は、所与のレーザ
システムから使用される最大レーザ出力を制限する破壊
閾値を低下させる。この事実は、外部のポンプエネルギ
源によるレーザ媒体（固体状態又はガス状）のポンピン
グに関して非常に重要な制限である。これは、光学窓、
レンズ及び他の光学コンポーネンツを通してエネルギを
伝達するのに使用されるレーザ出力を制限する。
例えば固体の光学的破壊は、表面に付着した汚染物質
の存在により促進される。レーザパルストレーンと充分
なエネルギクロスセクションとの相互作用により、固体
表面上に「電子なだれ（avalanche）」イオン化を引き
起こす充分なエネルギを与える。これは、固体を壊変す
る表面プラズマを形成する。汚染物質の存在は、レーザ
の効率を有効に低下させ且つ潜在的用途でのその使用を
減少させる。
上記問題を解決するため、本願に開示の汚染物質除去
方法を使用して、吸着塵埃のような付着汚染物質を除去
できる。例えば、光学コンポーネンツを処理するため、
光学コンポーネンツはアルゴンガスの連続流に曝され、
この間にパルス形KrFエキシマレーザが光学コンポーネ
ンツの表面に向けられる。レーザは、高エネルギ光学部
品のイオン化及びその後のプラズマ化を促進するのに必
要な高エネルギパルスよりかなり小さい適当なエネルギ
束及び波長に調整される。光学コンポーネントの表面
は、選択されたエネルギ束及び波長で、吸着汚染物質を
除去するのに充分な時間照射される。
iii.例 III Potomac Photonics社（メリーランド州、Lanham）の
製造に係るPotomac Photonics SGX−1000 KrFレーザを
用いて定性実験を行なった。レーザは、60mJ/sの平均出
力、0.02秒の滞留時間（dwell time）及び20μｍのビー
ムスポットで作動された。140ml/sの流量で窒素が使用
され、一方、基板は1mm/sのステージ速度で移送ステー
ジ上に取り付けられた。レーザ出力は、Molectron Dete
ctor,inc.（オレゴン州、Portland）の販売に係るJ3−0
9プローブを備えたMolectron JD−1000ジュールメータ
により測定した。洗浄結果の視覚検査（1,000倍の倍
率）により、アルミニウムから有機オイル（指紋）及び
アルミニウム破片が除去され、シリコンからシリコン破
片及びシリコンヘイズ（シリコン曇り）が除去され、且
つ3.0μｍのCMOSパターンウェーハから未確認異物が除
去されたことが証明された。
c.基板の選択的処理 本発明に従って処理される平らな基板は、レーザを用
いて選択的に照射される。例えば第２図に示すように、
基板12は、レーザパルス11′の固定ビームに対して選択
的に移動されるXYテーブル13上に固定される。レーザパ
ルス11′は、レーザ14′により発生され、ビームスプリ
ッタ24及び集束レンズ28を通り、基板12（該基板上を不
活性ガス18が流れる）の表面の選択された部分に向けら
れる。別の構成として、第３図に示すように、レーザパ
ルス11′は、ビームスプリッタ30、32により２組のパル
スに分けられ、これらのパルスは、ミラー34〜37を調節
することにより、固定テーブル19上の基板12の表面上に
選択的に移動される。レーザからのエネルギを直接措定
するレーザ出力計26は、基板に加えられるレーザ出力を
精密にモニタリングすることができる。適当なレーザ出
力計は、Digirad社（ニューヨーク州、Oriskany）及びS
cientech.Inc.（コロラド州、Boulder）から入手でき
る。
また、平らな表面の選択的な照射は、放射線源と処理
基板との間に配置されるマスク（半導体工業で使用され
ているものと同様なマスク）を用いて行なうことができ
る。第４図に示すように、マスク９は、放射線11がマス
ク通路ａを通って基板12にアクセスすることを制限する
ことにより、固定テーブル19に固定された基板12の選択
的照射を行なう。第１図に詳細に示すように、包囲体15
は、ステンレス鋼製の試料反応セルからなり、該セルに
は、対向するそれぞれガス入口ポート23及びガス出口ポ
ート25と、シールされた光学グレード水晶窓17（該窓を
放射線が通ることができる）とが設けられている。
高エネルギランプを第２図〜第４図に示すものと同様
な形態で平らな表面の照射に使用することを考えること
もできる。
第42図には、平らな表面を選択的に照射できる別の実
施例が概略的に示されている。適当なレーザ110からの
出力は、集束レンズ112に向けられ、リレーミラー113、
114により反射され、ガリレイ望遠鏡115に通される。レ
ーザからの照射は、次に、別のリレーミラー116により
反射され、調節可能な最終集束レンズ117を通って合焦
されて、ｘ−ｙ並進ステージ上のホルダ18に取り付けら
れた基板に到達する。少なくともホルダ118は、不活性
ガスが流されるセル（図示せず）内に配置される。セル
の出口には流量計119が配置されている。第42図に概略
的に示す構成は、特にコンパクトな装置を構成する。
d.不活性ガスの層流 照射により基板表面から解放され且つガスに帯同され
た汚染物質が、下流側で基板表面上に再付着する傾向を
低減させるためには、ガス流が帯同した汚染物質に、基
板表面に対して垂直な速度成分を伝達しないようにガス
流を制御することが好ましい。表面に垂直なこの速度成
分は、乱流ガス流、乱流又は層流、再循環流の領域にお
いても、当然当てはまることである。従って、本発明の
原理によれば、基板を横切って流れるガス流を層流状態
に維持し且つ流れの再循環ゾーンの形成を防止すること
が好ましい。
内部流（管内の流れ、すなわち本実施例ではプロセス
チャンバ内の流れ）に対しては、層流を約2000以下のレ
イノルズ数に維持することは良く知られている。レイノ
ルズ数（Re）は、次式（６）に従って計算される。
ここで、ρ及びμは、ガスの、それぞれ密度及び絶対
速度;hは、流れの境界を形成する壁間の距離の1/2高
さ；及びは、流れの平均速度である。
ガス流中に帯同された解放粒子のようなガス中の自由
粒子に作用する牽引力Ｆは、ガスの粘度、粒子の直径
dp、及び粒子とガス流との間の相対速度に関係し、次
式に示す関係を有する。
ここで、ｃは、滑り補正係数である。粒子に関し、こ
の係数を最大にする、従って、粒子がガス流に帯同され
且つガス流中に留まる傾向を最大にするには、流れの速
度を最大にすべきである。しかしながら、これは、レイ
ノルズ数を約2,000以下に維持して層流を維持すべきで
あるため、制限を受ける。また、フローチャンネルの1/
2高さｈを小さくすることにより、所与のガスについて
より高いガス速度を達成できることは明らかである。
フローチャンネル内の平均速度は、該チャンネルを
通るガスの体積流量Ｑに関して定まり、Ｑは次式から求
める。
Ｑ＝Ａ （11） ここで、Ａはフローチャンネルの断面積である。かく
して、所与の平均速度を維持すべくフローチャンネルに
供給しなければならないガスの体積流量は、小さい断面
積をもつフローチャンネルについては小さい。フローチ
ャンネルの幅は、一般に、処理すべき基板の幅により定
められるけれども、通常、幾分かの融通性を用いてチャ
ンネルの高さを制御できる。従って、所望の速度を達成
するのに必要なガス量を最小にするには、チャンネルの
高さを最小にするのが好ましい。
当業者ならば、ガス流の速度は、フローチャンネルの
幅を横切る方向に均一でないことが理解されよう。すな
わち、この速度は壁においてゼロであり、チャンネルの
中心線において最大値まで単調に増大する。完全に展開
された管の層流については、速度分布は次式で表され
る。
ここで、ｙは、フローチャンネルの壁からの距離であ
る。従って、第30図に示すように、速度分布は事実上放
物線になる。フローチャンネルの入口領域Ｅ、すなわ
ち、フローチャンネルの各対向壁上に生じる境界層がチ
ャンネルの中心と出合わない領域Ｅには、壁に近い境界
層領域とポテンシャルコアとがある。第30図に示すよう
に、速度についての閉形の解（closed−form solutio
n）はないけれども、壁の近くの所与の距離での流れの
速度は、完全展開流（fully developed flow）Ｆの領域
における流れの速度よりも、入口領域Ｅにおける流れの
速度の方が大きい。
汚染物質の帯同に関する他のパラメータは、ガスの密
度及び絶対粘度の特性である。これらの特性は、密度と
絶対粘度との比である動粘度νで組み合わされる。
すなわち、 レイノルズ数の式（上記式（６））から明らかなよう
に、所与のレイノズル数及びフローチャンネルの寸法に
対し、動粘度が大きい程、リニアな関係をなして、高い
速度を達成できる。競合する考察は境界層の厚さであ
る。すなわち、一般に、壁の近くでできる限り高い速度
をもつようにするのが好ましい。これは、境界層の厚さ
は薄い方が好ましいことを意味している。しかしなが
ら、これは、同じ条件に対し、一般に乱流境界層の方が
層流境界層より薄いけれども乱流を回避すべきであると
いう拘束を受ける。
境界層の厚さは、動粘度の平方根に比例し且つフロー
チャンネル内での平均速度の平方根に反比例する。従っ
て、フローチャンネル内の所与の速度について、境界層
の厚さは、比較的小さな動粘度をもつガスの境界層の厚
さよりも、比較的大きな動粘度をもつガスの境界層の厚
さの方が厚いであろう。しかしながら、レイノルズ数の
関係から、動粘度の増大は、同じレイノルズ数を維持し
ながら（従って、層流を維持しながら）、速度を比例的
に増大させることを可能にする。かくして、平均流れ速
度を増大させることにより、境界層厚さに及ぼす大きな
動粘度の好ましくない効果を解消できる。もちろん、こ
れらの考察は入口領域のみに関係する。すなわち、境界
層厚さは、完全展開領域におけるフローチャンネルの1/
2幅に等しく、ガス特性による影響は受けない。
粘度は、上式（９）に示すように、粒子に作用する牽
引力における重要なパラメータである。すなわち、ガス
の粘度が大きい程、粒子に作用する力は大きくなる。従
って、より大きな絶対粘度をもつガスが好ましい。
上記のように、処理を行なうのに、基板に対して不活
性なあらゆるガスを使用できる。事実上全ての基板材料
に対して不活性な貴ガスが特に適している。窒素も、殆
どの基板に対して適したガスである。貴ガスのうち、ヘ
リウム及びアルゴンが最も容易に利用でき且つ経済的に
魅力的に使用できる。これらの３種類のガスすなわちヘ
リウム、アルゴン及び窒素のうちアルゴンが好ましい。
なぜならば、アルゴンが最高の絶対粘度を有するからで
ある。
フローチャンネルを通る流れの状態に関する他のパラ
メータは、ガスの温度及び圧力である。殆どのガスの粘
度（絶対粘度及び動粘度の両方）は、温度と共に僅かに
増大する。しかしながら、処理プロセスの殆どの商業的
用途において、ガス温度はほぼ室温である。これに対
し、ガス圧力は大きく変化する。ガス密度はその静圧に
比例する。従って、上記式（６）に示すレイノルズ数の
方程式を再び参照すると、所与のレイノルズ数、ガス及
びフローチャンネルの高さＤに対し、（圧力の増大によ
る）密度の増大には、平均速度の減少を必要とする。従
って、層流状態では、圧力が低い程、高い速度を達成で
きる。
帯同された汚染物質は、表面に対して垂直な速度成分
が伝達されることを防止する第２の特徴に戻ると、流れ
の再循環は、ガスが流れる表面の輪郭における流れ方向
の不連続性すなわち急激な変化により生じる、流れ中の
悪い圧力勾配によって引き起こされることが当業界にお
いて知られている。従って、基板を処理すべきプロセス
チャンバの表面（より詳しくは、基板の直ぐ上流側の部
分の表面）におけるこのような不連続部の形成を回避す
ることが望まれる。また、フローチャンネルに流入する
流れは、フローチャンネルの軸線に対して平行な速度ベ
クトルをもつ均一な速度分布をもつべきである。
再循環及び乱流を回避するためのこれらの流れ考察の
重要性が、再循環しない層流を維持するためのほぼ最適
形状をもつ反応セル内で行なわれる試験の結果により示
される。これは、上記例Ｉ及び例IIで説明した試験で使
用したものと同じセル形状である。反応セル200は、そ
の平面図が第38図に、断面図が第39図に概略的に示され
ている。セルは、該セルの床201と同一面内にある入口2
02及び出口210を有し、該入口及び出口の各々が0.25イ
ンチ（0.6cm）の直径を有する。処理すべき基板も床201
上に取り付けられる。セルは、7.6cmの直径及び2.5cmの
高さを有する。
裸シリコンの試料が室（ルーム）環境に曝され且つ20
0〜315nm領域の範囲の40μJ/sの出力エネルギを有する
電子時間コントローラ（Oriel Corporationの市販に係
るModel 84350）に接続された、直径４インチのレンズ
を備えた500WHg/Xe低圧ランプ（コネチカット州、Stamf
ordのOriel Corporationの市販に係るModel 6288）を用
いたセル内で洗浄された。ランプは、トータルで8mJ/cm
2を30分間供給した。エネルギ測定は、200〜315nm範囲
用のJSEL/240QnDS2/TD検出器及び300〜400nm範囲用のJX
RL140B検出器を備えたJL−1400A測光器（いずれも、カ
リフォルニア州、laguna HillsのJetlight Company,In
c.から提供されている）を用いて行なった。試料（処理
前及び処理後の試料）の分析は、現在マサチューセッツ
州、DanversのFisonsInstruments社から販売されている
VG Instruments Model 310 Auger/XPS分光計を用いて行
なった。
セルを通るガス流量は、下記の表III及び第40図に示
すように、イリノイ州、NilesのCle−Parmer Instrumen
ts,Inc.の販売に係るＬ−03217シリーズ150mm可変流量
計により制御され且つアルゴン、窒素及びヘリウムにつ
いてキャリブレーションを行なった。
このデータから、この方法の除去効率が、ガス流量
（及びセル内の流れ条件）に基づいて定まることが明ら
かである。セルの1/2高さに基づいて計算されるレイノ
ルズ数は層流範囲内にあることが明らかであるので、高
流量では、入口202からセル内へのガスの制限されない
膨張により、入口の両側に再循環領域（多分、下流側に
は渦流）を創出すると考えられる。この再循環効果が、
多分、汚染物質の再付着を誘起させるであろう。
本発明の原理を具現する上記反応セル（基板の処理表
面上に再循環しない層流を形成する反応セル）が、第27
図〜第29図に示されている。また、この実施例は、フロ
ーチャンネルへの入口に均一流を形成する。これによ
り、このセル200は、処理表面からの汚染物質の除去を
最大にし且つ再付着を最小にするように設計されてい
る。
反応セル200は、小さな混合チャンバ206と流体連通し
た入口202を有し、混合チャンバ206は低運動量プレナム
230及びこれに隣接する溝204を備えている。プレナム23
0は、その両端部がフィルタ組立体226及び垂直支柱228
と境界を接している。
フィルタ組立体226は、フローチャンネル232への入口
に立てられており且つ調節可能な２つのポジショナ208
によりこの位置に拘束されている。フィルタ組立体の各
部材の周囲には、テフロンガスケット、Ｏリング又は弾
性バンド等のシール（図示せず）が配置されており、混
合チャンバ206からフローチャンネル232へとバイパスす
ることを防止する。
フローチャンネル232はフィルタ組立体226の下流側に
延びており且つ基板試料（図示せず）を受け入れる凹部
214を備えている。この凹部は、試料の処理表面がチャ
ンネル面と同一面（フラッシュ）になるように寸法が定
められている。処理中に試料を拘束しておくため、試料
の背面には、真空吸引ポート216及び真空チャンネル218
を介して真空が加えられる。
基板試料を受け入れる凹部214の上方には、前述のよ
うにして放射線が通り得る水晶ディスク220が配置され
ている。水晶ディスク220は、それぞれ、着脱可能な板
及び適当なサイズのＯリングによりセル200内に固定さ
れ且つシールされている。
凹部214の下流側には放出ダクト210が設けられてお
り、該放出ダクトは、ランキン楕円（Rankine oval）」
の形状をもつように構成されたフローチャンネル232の
部分内に配置されている。当業者には良く知られている
ように、ランキン楕円の形状は、シンク点に流入する均
一流について非粘性流れ溶液を考慮に入れる。このよう
な関係において、ランキン楕円の構成は、フローチャン
ネル232内に流れが再循環することを防止すると同時
に、放出ダクト210に流れを導く機能を有する。
「ランキン楕円」の形状は、（第36図の図表に関連し
て）下記の方程式により説明される。
ここで、Ｒは、ランキン楕円と、Ｘ軸の正の側との交
点である。
セル200を通るガス流は入口202から出発する。ガス
は、ガスの圧力及び流量を制御するための適当な圧力調
整器（図示せず）が設けられた圧縮ガスリザーバから、
入口に供給される。ガス供給源は、適当なパイプを介し
て入口に連結されている。入口202から、ガスは、溝204
の表面に衝突する方向に向けられる。溝204を出ると、
ガス流はプレナム230に入り、次にフィルタ組立体226に
流入する。
プレナム230を出る流れが非均一（すなわち、プレナ
ムの出口平面を横切って変化する速度を有し且つフロー
チャンネルの軸線に対して平行でない速度成分を有す
る）であることは容易に明らかであろう。前述のよう
に、これらの両状態をなくし、フローチャンネルに流入
する流れが、第30図に示すようにフローチャンネル232
の軸線に対して平行になる均一な速度分布をもつように
することが望まれる。これは、フィルタ組立体226によ
り達成される。
フィルタ組立体226はセルのフローチャンネルの入口
に配置されている。流れがフィルタ組立体226に通され
ると、流れは、フローチャンネル232の幅及び高さを横
切る均一且つ平行な速度分布を形成するように変化され
る。流れ損失を許容限度内に維持するには、フィルタの
前後の圧力降下を１〜2psiに制限するのが好ましい。フ
ィルタ組立体は、Pall Ultrafine Filtration Company
により提供されているような多孔質焼結金属フィルタで
構成するのが好ましい。
必要とするフィルタの個数及び形式は、流れ条件によ
って定まる。例えば、０〜500cc/sの範囲の空気の流れ
に対し、所望の１〜2psiの最大圧力降下が得られるフィ
ルタを選択できるデータが第31図に示されている。実線
1F〜4Fは、PSS Grade Fとして販売されている一連の粗
いメッシュのPallフィルタである。破線1H、2H、3H及び
4Hは、PSS Grade Hとして販売されている一連の細かい
メッシュのPallフィルタである。
70cc/sの最初の設計条件に対しては、第31図は、1Hフ
ィルタが所望の１〜2psiの圧力降下が得られることを示
している。このことは、第30図から実験的に確認されて
いる。
第31図により与えられる情報は空気についてのもので
あるが、その理由は、空気が主として窒素からなり、窒
素に良く似ているからである。アルゴン及びヘリウム等
の他の不活性ガスについては、このデータの調節が必要
である。
直径約６インチの基板試料を処理するのに使用される
セル200については、フローチャンネル232は約6.5イン
チ（16.51cm）の幅及び約0.125インチ（0.31cm）の高さ
を有し、従って、約0.8125in2（5.24cm2）の断面積をも
つフローチャンネルが形成される。全セルの寸法は、10
×20インチ（25.4×50.8cm）である。セルには、その入
口202及び210の両方に、直径0.25インチ（0.6cm）の管
フィッティングが取り付けられており、これは、500cc/
sまでの流量に対して充分である。より大きな流量に対
しては、より大形のフィッティングが必要になることも
ある。
アルゴンを使用する場合、層流を維持すると同時に達
成できる最大速度は、についてのレイノルズ数の方程
式ことにより決定される。アルゴンについては、 すなわち、1,675cm/sとなる。この速度を達成するのに
必要な流量は、式（11）から決定され、 Ｑ＝（1,675cm/s）（5.24cm2） （17） すなわち、8,777cm3/sとなる。
プロセスチャンバ内のガス流れは、ナビエ・ストーク
スの方程式、連続方程式及び境界層方程式を含む良く知
られた流体力学の原理に用いてモデル化でき、セル内の
ガス流のモデルは公式化できる。ガスの種類及び体積流
量等の種々のパラメータを代入すれば、レイノルズ数を
計算できる。また、フローチャンネルの入口から選択さ
れた距離における速度分布を決定することもできる。
例えば、アルゴンを1000cc/sの流量で使用する場合に
は、平均流速は191cm/s、レイノルズ数は233となる。入
口長さは30mmになる。次のようにして定まる幾つかの値
ζに対するガスの速度分布が第37図に示されている。
ここで、ｘは軸線方向距離;Eは流れの入口距離であ
る。この例では、入口長さは約30mmである。第37図に示
す速度分布は、平均速度（u/U_m）に対する局部速度の
比と、フローチャンネルの表面からの距離ｙとの間の関
係を示す。
本発明の方法及び装置によれば、実質的に前に述べた
方法で、不活性ガスがセル200に供給される。ガスはガ
ス供給源から供給され且つ層流をなして基板表面上で定
常的に流れる。流れは、適当な弁調整器及び流量計によ
り調整され且つモニタリングされる。
特に、第32図に概略的に示すような普通に使用されて
いるクラスタプロセスツールに本発明の処理方法を使用
することに関連して、商業的環境において本発明の処理
装置及び方法を実施するため、この実施例の種々の変更
を考えることができよう。
一般的なクラスタツールは中央の基板ステージングチ
ャンバ320を有し、該チャンバ内で、基板製品321は加工
ステップ間で保持される。ステージングチャンバ320の
周囲には種々の加工ツール包囲体302、304、306、308が
配置されており、基板製品321はプログラムされた加工
ステップに従って各包囲体内に導入される。
洗浄加工ユニットは、装填ユニット312及び取出ユニ
ット310のいずれか一方又は両方に配置するのが便利で
あり、層流を使用する処理装置及び方法を具現する。基
板製品321がプロセスチャンバ320内に導入され前に、装
填ユニット312内で洗浄処理が行なわれる。同様に、プ
ロセスチャンバ320内の加工完了後に、取出しユニット3
10内で洗浄処理を行なうことができる。
クラスタユニットのプロセスチャンバ320は、一般
に、部分真空圧力から１×10-3トルの低真空状態で作動
するように構成されている。中央のプロセスチャンバ32
0と洗浄加工ユニットとの間のガス流（このガス流は、
これらの間の境界の周囲のチャンバ壁上の潜在的汚染物
質を撹乱して別の汚染物質源を導入する作用をする）を
最小にするのが好ましい。従って、洗浄加工ユニットと
プロセスチャンバ320とは同じ圧力で作動することが商
業的に好ましい。前述のように、本発明の方法はこのよ
うな圧力でも満足できる作動をする。
種々の用途では、基板表面を横切って流れる層流を維
持すると同時に、流体の流れを導入することによって、
チャンバ内のガス流の状態（圧力及び流量）を制御する
のが好ましいことも理解されよう。一般に、チャンバを
通るガスの流量及びチャンバ内のガスの静圧は、ガス圧
力、入口に供給される流量及び出口圧力によって制御さ
れる。
例えば、（上記のような）圧縮ガスシリンダからセル
入口202に導入されるガスは、入口領域にガス圧縮機を
使用することにより補完することも考えられる。この補
完は、ガスが、同じ相対速度での高い静圧で、又は同じ
静圧で補完を行なわない場合よりも高い速度で、セルを
通って移動できるようにする。同様に、放出ポート210
を通るガス流の放出は、出口領域に連結される真空ポン
プを用いて補完することもできる。出口制御及び入口制
御は組み合わせることもできる。
2.不規則形状をもつ表面の処理 第２図〜第４図及び第27図〜第29図に開示した実施例
は、主として、シリコンウェーハのような平らな基板の
処理に関するものであった。従って、これらの用途は、
プロセスチャンバ内に便利に固定され且つほぼ一定の位
置から出る放射線源に充分に露出できるように構成され
た基板表面に制限された。
これとは別に、第５図〜第26図には、不規則な形状の
基板内表面及び外表面（より詳しくは、一致しない関係
をもつ表面）を備えた対象物から表面汚染物質を除去で
きる本発明の実施例が開示されている。これらの平面
は、同じ空間又は平面を占めるものを除く基板の表面間
の可能性ある全ての関係を包含する。例えば、管の対向
内壁又は立方体チャンバの隣接壁のような平行表面又は
角度的に関連した表面は、一致しない関係をもつ平面
（不一致関係平面）を占める。
重要なことは、第２図〜第４図及び第27図〜第29図に
示す装置は、このような基板表面を処理できないことで
ある。これらの装置は、単一の平らな基板に厳密に制限
される。これに対し、第５図〜第26図に示す装置は、以
下により詳細に説明するように、連続的に又は同時に不
一致関係平面を占める表面を有効に処理できる。
これらの図面には示されていないけれども、これらの
実施例には、供給源14のエネルギ及び波長の選択的調節
を行なうため、前述のようなガス分析器及び／又は粒子
検出器を組み込むことができる。コロラド州、Boulder
のParticle Measuring Systems,Inc.及びカリフォルニ
ア州、MountainviewのTencor Instruments社から、適当
な粒子検出器を入手できる。
第５図は、管71のような長い包囲通路から汚染物質を
除去する装置80を概略的に示している。放射線源14から
の放射線は、放射線導管50（該導管は、光ファイバの束
又は光パイプのような光学導波管である）を通って基板
の処理表面に導かれ、一方、基板処理表面に対して不活
性なガスが、ガス源16からガスライン51を通って処理表
面へと導かれる。放射線導管50及びガスライン51は、ケ
ーブルヘッド53の箇所又はこれより前方の箇所で一体に
し、単一ケーブル52に「束ねる」ことができる。ケーブ
ル52の端部に連結されるケーブルヘッド53は、放射線通
路54（該通路は１本以上の光ファイバで構成できる）及
びガス通路55を備えている。第６図〜第11図には、ケー
ブルヘッド53の種々の構成が断面で示されている。
ケーブルヘッド53の端部における放射線通路54及びガ
ス通路55の幾何学的形状及び構成は、特定用途（すなわ
ち、長い包囲通路又はより広い平らな表面）に必要な放
射線及び／又はガス乱流の強度及び分布に基づいて選択
される。例えば、第６図及び第７図は、それぞれ、増強
された放射線露出及びガス乱流に向かう傾向を生じさせ
る構成を開示する。また、第６図〜第９図は、不均一な
量のガス及び／又は放射線が表面上を垂直に反復通過す
るときに、これらのガス及び放射線を搬送する幾何学的
形状を与える。これらは、表面に対して垂直に向けられ
るときに第10図及び第11図により与えられるガス及び放
射線の均一分布とは異なっている。第８図及び第９図の
構成は、より詳細に後述するように、ケーブルヘッド53
の軸線に対してほぼ平行な表面に適用されるときに、ガ
ス及び放射線の比較的均一な分布を与える。ガス及び放
射線制御はケーブルヘッド53の使用により増強されるけ
れども、或る用途では、ケーブルヘッドを省略し、ガス
及び放射線が、ガス導管51及び放射線導管50の端部から
直接簡単に出ることができるようにすることを考えるこ
ともできる。
多数の放射線通路54及びガス通路55を構成することに
加え、ケーブルヘッド53は、放射線及びガスを基板処理
表面70に再び向ける手段（再指向手段）を構成する。こ
のような再指向は、装置80が、第12図及び第13図に示す
ように、管71のような狭い通路の内部を洗浄（この場合
には、ケーブルヘッド53の軸線が、処理表面70に対して
ほぼ平行にならなくてはならない）するのに使用され
る。
第15図に示すように、放射線通路54及びガス通路55は
ケーブルヘッド53の中心線から外方に拡がっており、こ
れにより、放射線及びガス流の両方を、洗浄すべき通路
の内壁の方向に向ける。ケーブルヘッド53の中心線から
の拡がり角度は、第15図及び第16図にそれぞれ示すよう
に、数度から90゜以上の範囲を有する。ケーブルヘッド
53の構成は、汚染物質除去のためのガス流量条件及び光
子供給条件に関し、用途に応じたものにする。より詳し
くは、ケーブルヘッド53は、特定汚染物質及び基板につ
いて、照射される基板の部分を横切る不活性ガスの連続
流を維持すると同時に、適当な密度及び入射角に放射線
を指向させる。
作動に際し、装置80、より詳しくはケーブル52及びケ
ーブルヘッド53は、長い包囲通路71を、第12図及び第13
図にそれぞれ示すように前方又は後方へと移動される。
第12図に矢印60で示すように前方に移動させるときは、
ケーブルヘッド53は第15図に示すように構成できる。放
射線通路54及びガス通路55は、ケーブルヘッド53のそれ
ぞれ内側通路及び外側通路内に配置できる。このように
構成すれば、放射線通路54を通して搬送されるエネルギ
による基板表面70の照射は、ガス通路55の放出端から出
るガス流から下流側に生じ、除去されたあらゆる汚染物
質は、ケーブルヘッドが前方に移動するときに、放出ガ
スによりケーブルヘッド53の前方に向かって連続的に押
し出される。
或いは、ケーブルヘッド53は、第13図の矢印61で示す
ように、逆方向すなわち後方に向かって移動させること
ができる。後方に移動させる場合には、ケーブルヘッド
53′を、第16図に示すように構成できる。放射線通路54
及びガス通路55は、ケーブルヘッド53′の、それぞれ外
側通路及び内側通路に配置できる。ガス通路55から放出
されるガスは、ケーブルと管71との間の環状空間内でケ
ーブル52に沿って後方に流れる。このように構成すれ
ば、放射線通路54を通って導かれるエネルギにより照射
される基板表面70の部分はガスにより覆われ、ケーブル
ヘッドが管に沿って後方に移動するとき、除去されたあ
らゆる汚染物質が、ガスによりケーブルヘッド53′の移
動方向に連続的に押し出される。汚染物質を帯同するガ
スが、既に処理された管の部分を通ることを防止するた
め、最初に処理される部分に最も近い管の端部にキャッ
プを配置することができる。或いは、第16図に示すよう
に、ケーブルヘッド53′の端部にキャップ53a′を取り
付けることができる。このキャップは管71の内径より僅
かに小さい外径を有し、これにより、キャップと管との
間の環状流面積が、管71とケーブル52又はケーブルヘッ
ド53′との間の環状流面積より非常に小さくなるように
する。これにより、ガスはキャップ53a′から離れ、ケ
ーブル52の方向に向かって流れる。
前方に移動する構成及び後方に移動する構成の両場合
において、ガス通路55から放出される一定流量の不活性
ガスで、汚染物質を処理領域から離れる方向に充分移動
させることができる。ガスのこの流れは、ケーブルヘッ
ド53を、洗浄すべき長い包囲通路内の中心に位置させる
手段（心出し手段）としても機能する。第14図〜第16図
に示すように、ガス通路55は、ケーブル52の中心線から
外方を向いた環状リングとして構成できる。充分なガス
圧力が加えられるならば、ガス通路55から外方を向いた
均一なガスが、長い包囲通路内でケーブルヘッド53を心
出しする。
別の構成として、第17図及び第17a図に示すように、
心出しを目的として、安定性があり且つ粒子がこぼれな
い材料からなる、可撓性のある多孔質支持構造56をケー
ブルヘッド53の周囲に配置できる。洗浄された表面の汚
染を防止するため、支持構造56は、ケーブルヘッド53が
前方（矢印60の方向）又は後方（矢印61の方向）のいず
れの方向に移動する場合でも、決して処理表面と接触す
べきではない。従って、支持構造56は、放射線処理の前
に、基板表面上を通すべきである。このような用途で
は、支持構造は充分に多孔質であって、ケーブルヘッド
53が包囲通路を移動するときに、ガス及び離脱した汚染
物質が支持構造を通過できるものでなくてはならない。
第17図に示す前方に移動する実施例では、支持構造56を
ガス及び汚染物質の流れの下流側に取り付けることがで
きるように、ガス通路55及び放射線通路54（図示せず）
は、第14図及び第15図に示すようにその面から出るので
はなく、側面から出るように構成できる。
長い包囲通路の内部が、塩基性焼き鈍し316ステンレ
ス鋼（basic annealed 316 stainless steel）のように
充分な反射性材料から構成されている場合には、高エネ
ルギランプ又は端部に光学拡散器57を備えた放射線導管
50を使用し、通路への入口で放射線11を放射し、第18図
に示すように放射線11が内部70を反射的に横切ることが
できるように構成することもできる。長い通路71′の内
部70′は、放射線源を移動させることなく放射線11が内
部を横切ることができる充分な反射性を有している。当
業界で知られた任意の手段により通路71′の入口へと搬
送された不活性ガスの流れ18は、ひとたび基板表面70′
から離脱した粒子が下流側に移動できるようにする。ま
た、反射器58（該反射器も316ステンレス鋼から構成で
きる）が通路71′の入口の周囲に固定されていて、放射
線及びガスの逆流を防止する。
照射により離脱された汚染物質を、細くて長い通路か
ら運び出す不活性媒体として、ガスではなく液体を使用
することを考えることもできる。このような変更は、血
管の内壁からプラークを除去するのに特に有効である。
このような用途では、加えられる放射線は、エネルギ密
度と、処理表面から表面汚染物質を解放させるのに必要
な時間と、血管構造の組成を損傷する時間との間の時間
とにより特徴付けられる。
長い包囲通路と同様に、装置80、より詳しくはケーブ
ル52及びケーブルヘッド53は、プロセスチャンバの内部
のようなより広い内部の洗浄にも使用できる。このよう
な場合には、放射線及び不活性ガスがケーブルの軸線に
沿ってケーブルの端部から真っ直ぐに向くように、ケー
ブルヘッド53を拡がらないように構成できる。組立体が
このような表面を移動するときに、手動又はロボット制
御を用いて組立体を案内することができる。
第19図に示すように、例えばチャンバ15″は、ケーブ
ルヘッド53のガス通路55に具現されたガス入口と、ガス
出口25とを有している。チャンバ内では、ベース83に取
り付けられたロボットアーム81が、チャンバの内壁（基
板処理表面70として示されている）の回りでケーブルヘ
ッド53を移動させる手段を形成する。アームは完全に36
0゜回転し且つベース83は矢印62で示すように上下に移
動して、チャンバの内部に完全なアクセスが行なえるよ
うになっている。放射線及びガスがケーブルヘッド53の
通路54、55により基板処理表面70に搬送されると、汚染
物質が表面から離脱し、重力及びガス流によって出口25
へと引き出される。
別の構成として、第20図は、ガス出口がチャンバの頂
部に配置されたチャンバ洗浄構造を示している。第19図
の実施例と同様に、ベース83に取り付けられたロボット
アーム81が、チャンバの内壁の回りでケーブルヘッド53
を移動させる手段を構成する。しかしながら、この実施
例の場合には、離脱した汚染物質をガス出口25に向かっ
て引き出すのに重力を利用することはできない。従っ
て、チャンバ15″の基部に一定の乱流を維持するため、
矢印55′で示すような２次ガス流が与えられる。この２
次流れは、チャンバの全深さに亘ってガスを出口25に向
かわせる一定移動を創出する。従って、基板表面70が底
部から頂部まで洗浄されるとき、汚染物質は、２次流5
5′により形成される上向きガス流により運ばれ且つ出
口25から追い出される。チャンバ15″に１つ以上の２次
ガス源を設け、種々のチャンバの幾何学的形状及びガス
出口位置（すなわち、側方出口）に適応させることを考
えることもできる。
内部以外に、ケーブル52及びケーブルヘッド53は、不
規則形状をもつ対象物の外表面から汚染物質を除去する
のに使用できる。例えば第21図に示すように、チャンバ
15′にはガス入口23及びガス出口25が設けられており、
バルクガス流18がチャンバを移動できるようになってい
る。チャンバ内で、ベース82に取り付けられたロボット
アーム81は、基板処理表面70を備えた対象物72の回りで
ケーブルヘッド53を移動させる手段を構成する。対象物
72の全表面70へのアクセスは、ターンテーブル84により
行なわれる。ケーブルヘッド53内の通路54、55は、放射
線及び充分なガス流を、処理すべき特定領域に搬送し、
基板表面70から汚染物質を離脱させる。汚染物質がひと
たび処理領域から離脱されると、汚染物質はバルクガス
流18に捕捉され、ガス出口25を通ってチャンバ15′から
除去される。上記のように、放射線源14（図示せず）の
選択的なエネルギ及び波長調節を行なうため、この排出
ガスはガス分析器及び／又は粒子検出器によりモニタリ
ングされる。
第21図の原理は、対象物73がペイント上に見出される
ような一層平らな基板処理表面70を備えた第22図の実施
例にも等しく適用される。
不規則形状をもつ対象物の外表面は、チャンバを使用
しない前工程で、導管51により供給されるガスのみを用
いて、首尾よく処理することができる。このような装置
は、ガス分析器及び／又は粒子検出器ではなく視覚検査
により、充分な汚染物質を測定できる手持ち形装置の形
態に構成できる。
不規則形状の表面をもつ幾つかの用途では、ガスを放
射線伝達手段から完全に分離することにより装置80を変
えるのが有効である。例えば、プロセスチャンバの内部
から汚染物質を除去するとき、第23図に示すように支持
体85を介して、紫外線ランプのような１つ以上の放射線
源をチャンバ内に配置できる。紫外線ランプがチャンバ
内部70（基板処理表面）を照射するとき、離脱した汚染
物質を出口25を通してチャンバ15から追い出すため、
１つ以上の入口23からガスを供給することができる。ガ
ス流18は、前述のように弁22により制御できる。或い
は、放射線は、第24図に示すように、導管50及びロボッ
トアーム81を介してチャンバ15の内部に搬入できる。
最後に、第25図及び第26図に示すように、汚染物質を
除去するのに充分なレベルの放射線で対象物74の基板表
面処理70を本質的に浴する高エネルギランプ59の列によ
り放射線を発生させることができる。対象物74（装甲車
両でもよい）は、「かまぼこ」形ハット85内のランプ59
に曝され、同時に、ファン86により加速される不活性ガ
ス18が基板表面70上に流される。幾何学的にシールドさ
れた領域が、ファン86により発生されたガス乱流又は列
59により発生された放射線を逃散させる場合には、これ
らの領域にアクセスする１つ以上の装置80（図示せず）
を用いることができる。
3.重力により補完される処理 本発明の装置及び方法の別の実施例では、処理中に基
板製品を倒立位置に保持する構造を設けることにより或
る長所を得ることを考えた。一般に、汚染物質が基板表
面から離脱されるとき、不活性ガス流が汚染物質を運び
出し、基板表面に対して垂直な速度成分を汚染物質に伝
達する虞のあるガス流条件を回避することが、汚染物質
が基板上に再付着する機会を減少させるであろう。しか
しながら、処理すべき表面が上になるようにして基板を
配置すると、離脱した汚染物質に作用する重力は基板表
面に向いており、汚染物質の再付着を促進する傾向を有
する。従って、離脱した汚染物質が基板に向かうのでは
なく、基板から離れる方向に落下するように基板を取り
付けることが一般に好ましい。しかしながら、製造又は
他のプロセスファクタを考慮する場合には、基板を倒立
位置に取り付けることは好ましくないことが理解されよ
う。
第33図に示すように、基板製品301には、しばしば、
汚染物質303が入り込む多数の凹み又はキャビティ305が
あることが理解されよう。このような基板は、重力によ
る汚染物質の再付着を防止するため、倒立位置に取り付
けるのに特に適している。前述と同様に、放射線源313
から放射線309を当てながら、不活性ガスの流れ307が処
理表面に与えられる。放射線は水晶窓311を透過する。
もちろん、基板を倒立位置に保持するには、例えば第27
図に示す真空チャンネル216のような何らかの手段を設
けなくてはならない。
キャビティ305のアスペクト比（深さ対幅の比）が大
きいと、不活性ガス流がキャビティの床に殆ど流入せ
ず、汚染物質の除去を補助しない。従って、第34図及び
第35図に示すように倒立位置に取り付けるとき、製品30
1の処理中に、主不活性ガス流307に２次不活性ガス315
の流れを導入することを考えることもできる。２次不活
性ガス流315は、この付加流体の流れが、凹みすなわち
キャビティ305から汚染物質303を離脱させる放射線及び
主ガス流307の作用を補助するように、基板製品301の平
面に対して実質的に垂直に導入する。この流れの速度
は、主要流307が混乱して非層流（すなわち乱流）状態
を創出する程度までには到達しない。第41図に示すよう
に、２次流315は、キャビティ305を通る流れの流線325
（該流線は、ほぼキャビティの壁に沿って流れる）を誘
起すると考えられる。このことは、再循環に関係し、且
つこの流れは、基板を局部的に見たときに基板全体の表
面に対して垂直な速度成分をもつと考えられるけれど
も、この流れは、実際には、壁及びキャビティの床に対
して垂直な比較的小さい成分を有するに過ぎない。従っ
て、この流れは、汚染物質の除去を補助し、再付着を促
進するものではない。
２次流315は、汚染物質303の離脱を最も良く補助する
のに最適な任意の角度で導入される。同様に、前述のよ
うに、基板表面に対してできる限り垂直な角度でキャビ
ティの壁を照射し、該壁からの汚染物質の除去を高める
ことができる、基板の平面に対する角度で入射放射線30
9を配向するのが好ましい。もちろん、入射角はキャビ
ティのアスペクト比に基づいて定められる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−86128（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−251415（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−120187（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−160451（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−7623（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−30519（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−505577（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B08B 7/00 H01L 21/302,21/304 G03F 1/08 B23K 26/00

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】処理すべき表面の結晶構造を保護しながら
    基板の処理表面から表面汚染物質を除去する方法におい
    て、 前記処理表面を横切る方向にガス流を導入するステップ
    を有し、前記ガスが処理表面に対して不活性であり、 前記処理表面を高エネルギ照射で照射するステップを更
    に有し、前記照射が、処理表面から表面汚染物質を解放
    させるには充分であるが、処理表面の結晶構造を変える
    には不充分なエネルギ密度及び時間を有し、前記処理表
    面を横切る方向にガス流を導入するステップが前記処理
    表面とほぼ平行な速度成分を有するガスの層流を導入す
    ることであることを特徴とする表面汚染物質の除去方
    法。
  2. 【請求項２】前記層流のガス流は、前記処理表面の上流
    側に配置された整流器に通されるガス流から出発し、前
    記整流器の出口面をほぼ均一に横切る速度輪郭を形成す
    ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記層流のガス流は、前記整流器の上流側
    に配置された混合チャンバ内に導入されるガス流から出
    発し、前記整流器はフィルター組立体の形態であること
    を特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記処理表面を、前記層流を与えるように
    構成されたフローチャンネルの表面と同一面となるよう
    に置くことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項
    のうちの１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記処理表面が重力に対し上下が逆になる
    ようにしてフローチャンネル内に置かれ、前記基板表面
    が真空によって前記フローチャンネル上に拘束されるこ
    とを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項のうちの
    １項に記載の方法。
  6. 【請求項６】２次不活性ガス流が、前記層流に対して或
    る角度をなして前記処理表面に導入され、前記処理表面
    がほぼ平面であるが凹部を有することによって、１次層
    流ガス流と相互反応する前記２次ガス流が導入され、前
    記処理表面の凹部に合成組み合わせ流を引起してそこか
    らとりのぞかれた汚染物質を運び去ることを特徴とする
    請求の範囲第１項ないし第５項のうちの１項に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】前記層流のガス流は、混合チャンバ及びフ
    ィルター組立体を通過し、ガス層流の速度成分が前記処
    理表面の実質上すべての点で前記処理表面円とほぼ平行
    となることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第６項
    のうちの１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記層流のガス流は、前記層流を著しく破
    壊することなしに該層流を出口ポートに導く楕円形状側
    壁を有する包装体の中へ向けられていることを特徴とす
    る請求の範囲第１項ないし第７項のうちの１項に記載の
    方法。
  9. 【請求項９】処理すべき表面の結晶構造を保護しながら
    基板の処理表面から表面汚染物質を除去する装置におい
    て、 処理表面に対して不活性なガスのガス流路と、 前記基板の前記処理表面を支持し且つ前記ガス流路から
    の前記不活性ガスの層流を前記処理表面上に導くハウジ
    ングと、 処理表面から表面汚染物質を解放させるには充分である
    が、処理表面の結晶構造を変えるには不充分なエネルギ
    密度及び時間で、前記処理表面を高エネルギ照射で照射
    する照射装置とを有し、前記照射装置は前記ハウジング
    内のガス流が前記処理表面上のほぼすべての点において
    処理表面に対しほぼ平行な速度成分を有する層流である
    ことを特徴とする表面汚染物質の除去装置。
  10. 【請求項１０】前記ハウジングは、前記基板を受け入れ
    る凹部を有するフローチャンネルを有し、前記処理表面
    が前記フローチャンネルの平面と同一高さであることを
    特徴とする請求の範囲第９項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記ハウジングは、実質的に均一で且つ
    前記処理表面に対して実質的に平行な速度分布を前記層
    流内に発生させる前記フローチャンネルのほぼ平らな入
    口領域に配置されたフイルタ組立体であることを特徴と
    する請求の範囲第９項または第10項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】前記ハウジングは、ガス流を混合する混
    合チャンバを備えており、該混合チャンバが前記フイル
    タ組立体の上流側に配置されていることを特徴とする請
    求の範囲第10項に記載の装置。
  13. 【請求項１３】前記ハウジングは、前記処理表面を前記
    凹部内に基板を保持するための真空機構を備えているこ
    とを特徴とする請求の範囲第９項ないし第12項のうちの
    １項に記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記ハウジングは、重力に対し上下が逆
    になるようにして前記処理表面を保持するように配置さ
    れ、 前記照射装置は前記底面に接触するように上向きである
    ことを特徴とする請求の範囲第９項ないし第13項のうち
    の１項に記載の装置。
  15. 【請求項１５】前記ハウジングは、２次不活性ガス流を
    前記処理表面に導く手段を備え、前記２次不活性ガス流
    は前記処理表面に対して鋭角の横断角度をなして前記処
    理表面に向けられることを特徴とする請求の範囲第９項
    ないし第12項のうちの１項に記載の装置。
  16. 【請求項１６】前記ガス流路に接続された不活性なガス
    のリザーバをさらに包含し、前記ハウジングは前記層流
    を出口ポートに導く楕円形状側壁を形成する包装体を有
    することを特徴とする請求の範囲第９項ないし第15項の
    うちの１項に記載の装置。
JP6523346A 1993-04-12 1994-04-11 照射による表面汚染物質の除去方法及び装置 Expired - Fee Related JP2820534B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US4516593A 1993-04-12 1993-04-12
US08/045,165 1993-04-12
US45165 1993-04-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08509652A JPH08509652A (ja) 1996-10-15
JP2820534B2 true JP2820534B2 (ja) 1998-11-05

Family

ID=21936355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6523346A Expired - Fee Related JP2820534B2 (ja) 1993-04-12 1994-04-11 照射による表面汚染物質の除去方法及び装置

Country Status (17)

Country Link
EP (1) EP0693978B1 (ja)
JP (1) JP2820534B2 (ja)
CN (1) CN1066644C (ja)
AT (1) ATE186859T1 (ja)
AU (1) AU684772B2 (ja)
BR (1) BR9405973A (ja)
CA (1) CA2160255A1 (ja)
CZ (1) CZ267195A3 (ja)
DE (1) DE69421806D1 (ja)
FI (1) FI954837A0 (ja)
HU (1) HUT73857A (ja)
LV (1) LV11288B (ja)
NO (1) NO954027L (ja)
RU (1) RU2136467C1 (ja)
SG (1) SG41949A1 (ja)
TW (1) TW252211B (ja)
WO (1) WO1994023854A1 (ja)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5643472A (en) * 1988-07-08 1997-07-01 Cauldron Limited Partnership Selective removal of material by irradiation
IL115933A0 (en) 1995-11-09 1996-01-31 Oramir Semiconductor Ltd Process and apparatus for oblique beam revolution for the effective laser stripping of sidewalls
IL115931A0 (en) 1995-11-09 1996-01-31 Oramir Semiconductor Ltd Laser stripping improvement by modified gas composition
IL115934A0 (en) * 1995-11-09 1996-01-31 Oramir Semiconductor Ltd Laser processing chamber with cassette cell
KR100636451B1 (ko) * 1997-06-10 2006-10-18 가부시키가이샤 니콘 광학 장치 및 그 세정 방법과 투영 노광 장치 및 그 제조방법
US6325078B2 (en) 1998-01-07 2001-12-04 Qc Solutions, Inc., Apparatus and method for rapid photo-thermal surface treatment
TW563002B (en) * 1999-11-05 2003-11-21 Asml Netherlands Bv Lithographic projection apparatus, method of manufacturing a device using a lithographic projection apparatus, and device manufactured by the method
DE10206687B4 (de) * 2002-02-18 2004-02-19 Infineon Technologies Ag Vorrichtung und Verfahren zur lichtinduzierten chemischen Behandlung eines Werkstücks
CN102557313A (zh) 2004-04-15 2012-07-11 特洛伊人技术公司 水处理设备以及在流体处理系统中使用的处理筒
US7648581B2 (en) 2004-11-16 2010-01-19 Tokyo Electron Limited Substrate cleaning method, substrate cleaning apparatus, substrate processing system, substrate cleaning program and storage medium
JP4610308B2 (ja) * 2004-11-16 2011-01-12 東京エレクトロン株式会社 基板洗浄方法、基板洗浄装置、基板処理システム、基板洗浄プログラム及び記憶媒体
NO328089B1 (no) * 2007-09-03 2009-11-30 Weltec As Dekkgasstromningsstyrer for et sveiseapparat
GB2452941B (en) 2007-09-19 2012-04-11 Wolfson Microelectronics Plc Mems device and process
DE102007051459A1 (de) * 2007-10-27 2009-05-14 Asml Netherlands B.V. Reinigung eines optischen Systems mittels Strahlungsenergie
ES2337860B8 (es) * 2007-12-19 2011-07-28 Airbus Operations, S.L. Procedimiento para la preparacion y limpieza de utiles de fabricacionde piezas de material compuesto, y dispositivo correspondiente.
CN101580222B (zh) * 2008-05-15 2011-11-16 原相科技股份有限公司 微机电元件与制作方法
JP2011527637A (ja) * 2008-07-09 2011-11-04 エフ・イ−・アイ・カンパニー レーザ機械加工のための方法および装置
RU2445175C1 (ru) * 2010-06-28 2012-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Центр лазерных технологий" (ООО "ЦЛТ") Способ поверхностной лазерной обработки и устройство для его осуществления
DE102011079451A1 (de) 2011-07-20 2012-08-09 Carl Zeiss Smt Gmbh Optische Anordnung und Verfahren zur Verringerung von oxidischen Verunreinigungen
JP5453487B2 (ja) * 2012-05-24 2014-03-26 ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト 超音波洗浄方法および超音波洗浄装置
HU229953B1 (hu) * 2012-07-05 2015-03-02 Sld Enhanced Recovery, Inc Eljárás és berendezés elsősorban kitermelőcsövek alkáliföldfém-só lerakódásainak eltávolítására
RU2552296C2 (ru) * 2012-12-11 2015-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Медицинские нанотехнологии" Способ исследования нано- и микрообъектов методом зондовой микроскопии
DE102015011229B4 (de) * 2015-08-27 2020-07-23 Süss Microtec Photomask Equipment Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zum Aufbringen eines mit UV-Strahlung beaufschlagten flüssigen Mediums auf ein Substrat
CN106994453A (zh) * 2016-01-22 2017-08-01 台湾神户电池股份有限公司 电池极板板头清洁方法
CN107203094B (zh) * 2017-07-03 2020-07-24 京东方科技集团股份有限公司 掩膜版清理装置及方法
KR101987957B1 (ko) * 2017-09-05 2019-06-12 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
CN108145595B (zh) * 2017-12-22 2020-07-07 北京半导体专用设备研究所（中国电子科技集团公司第四十五研究所） 一种抛光液供给装置及系统
KR102573280B1 (ko) * 2018-03-21 2023-09-01 삼성전자주식회사 기판 세정 방법, 기판 세정 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR102433558B1 (ko) 2019-07-11 2022-08-19 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
CN111943526A (zh) * 2020-07-06 2020-11-17 南方科技大学 抛光方法及应用、抛光装置、石英玻璃
CN112246782B (zh) * 2020-08-19 2022-04-12 厦门理工学院 一种激光清洗头
KR102504805B1 (ko) * 2021-03-15 2023-02-28 주식회사 지티아이코리아 웨이퍼 막질 제거 장치
EP4309809A1 (de) * 2022-07-19 2024-01-24 Müller, Axel Reinigungsverfahren mittels gasspülung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0286128A (ja) * 1988-07-08 1990-03-27 Audrey C Engelsberg 高エネルギー源からの照射による表面汚染物の除去方法および装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4297172A (en) * 1980-01-23 1981-10-27 Kansas State University Research Foundation Low energy process of producing gasoline-ethanol mixtures
JPS57102229A (en) * 1980-12-17 1982-06-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Substrate processing method
US4756765A (en) * 1982-01-26 1988-07-12 Avco Research Laboratory, Inc. Laser removal of poor thermally-conductive materials
JPS60129136A (ja) * 1983-12-15 1985-07-10 Toshiba Corp 紫外線照射装置
JPS61119028A (ja) * 1984-11-15 1986-06-06 Nec Corp 光化学気相成長装置
US4829552A (en) * 1985-12-06 1989-05-09 Rossi Remo J Anti-scatter grid system
JPH0513346A (ja) * 1991-06-28 1993-01-22 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
JPH05179447A (ja) * 1991-12-26 1993-07-20 Nissin High Voltage Co Ltd イオン注入装置
US5228206A (en) * 1992-01-15 1993-07-20 Submicron Systems, Inc. Cluster tool dry cleaning system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0286128A (ja) * 1988-07-08 1990-03-27 Audrey C Engelsberg 高エネルギー源からの照射による表面汚染物の除去方法および装置

Also Published As

Publication number Publication date
NO954027L (no) 1995-12-11
TW252211B (ja) 1995-07-21
RU2136467C1 (ru) 1999-09-10
SG41949A1 (en) 1997-08-15
FI954837A (fi) 1995-10-11
NO954027D0 (no) 1995-10-10
BR9405973A (pt) 1995-12-12
EP0693978A1 (en) 1996-01-31
ATE186859T1 (de) 1999-12-15
CZ267195A3 (en) 1996-04-17
HUT73857A (en) 1996-10-28
DE69421806D1 (de) 1999-12-30
LV11288A (lv) 1996-06-20
CN1125917A (zh) 1996-07-03
LV11288B (en) 1996-12-20
JPH08509652A (ja) 1996-10-15
AU6629794A (en) 1994-11-08
EP0693978B1 (en) 1999-11-24
CA2160255A1 (en) 1994-10-27
FI954837A0 (fi) 1995-10-11
HU9502907D0 (en) 1995-12-28
CN1066644C (zh) 2001-06-06
WO1994023854A1 (en) 1994-10-27
AU684772B2 (en) 1998-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2820534B2 (ja) 照射による表面汚染物質の除去方法及び装置
US5821175A (en) Removal of surface contaminants by irradiation using various methods to achieve desired inert gas flow over treated surface
US5531857A (en) Removal of surface contaminants by irradiation from a high energy source
AU620766B2 (en) Removal of surface contaminants by irradiation from a high-energy source
US5099557A (en) Removal of surface contaminants by irradiation from a high-energy source
AU698923B2 (en) Selective removal of material by irradiation
KR100476814B1 (ko) 경사지게 조사된 방사비임에 의해 재료를 제거하는 방법 및 장치
JP2765787B2 (ja) ジェットスプレイによる正確な洗浄のためのシステムおよび方法
KR100221421B1 (ko) 조사에 의한 표면 오염물 제거장치
Engelsberg Particle Removal from Semiconductor Surfaces Using a Photon-Assisted, Gas-Phase Cleaning Process
RU2099811C1 (ru) Способ удаления поверхностных примесей с поверхности подложки и устройство для его осуществления
Engelsberg Laser-assisted cleaning of contaminated surfaces

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080828

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090828

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees