JP2828859B2

JP2828859B2 - 洗浄方法および洗浄装置

Info

Publication number: JP2828859B2
Application number: JP3195093A
Authority: JP
Inventors: 忠素玉井
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1993-02-22
Filing date: 1993-02-22
Publication date: 1998-11-25
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JPH06252114A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、洗浄方法および洗浄装
置に関し、特に半導体ウエハのごとき平板の表面を洗浄
するのに適した洗浄方法および洗浄装置に関する。

【０００２】ＬＳＩ製造工程における半導体ウエハやＬ
ＣＤの表面上の微粒子や汚れは、最終製品の歩留りを大
きく低下させる。このため、半導体ウエハの表面洗浄が
極めて重要である。なお、洗浄に伴って環境破壊を生じ
させないことも重要である。

【０００３】

【従来の技術】従来より種々の表面洗浄方法が提案され
ている。半導体ウエハやＬＣＤの表面洗浄に用いられる
表面洗浄方法を概略的に以下に説明する。

【０００４】化学洗浄または溶剤洗浄表面の汚れを化学反応もしくは溶解によって除去する方
法である。水、酸、有機溶媒、フレオン等が用いられる
が、除去すべき汚れに対して有効な薬剤を選択する必要
がある。超音波洗浄と組み合わせることにより、物理的
洗浄力を増大させることもできる。洗浄後の表面に汚れ
を残さないためには、高純度の薬剤を使用する必要があ
る。

【０００５】水は、高純度が得易く、大量に使用するこ
ともできるが、表面に水が残ると、その後の汚染原因と
なる。また、水によって溶解することのできる汚れの種
類は限られている。

【０００６】その他の有用な溶剤は、使用後廃棄すると
環境破壊を生じさせるものが多い。環境破壊を防止する
ため循環使用する場合は、循環液の再精製が困難であ
り、高価なものとなる。また、同一薬剤を用いて洗浄を
繰り返し、薬剤中に汚染物が累積すると、洗浄表面にこ
の汚染物が付着することとなり、製品不良を起こしてし
まう。

【０００７】氷微粒子吹き付け氷の微粒子を表面に吹き付け、表面上の微粒子および汚
れを除去する方法である。しかしながら、現在作成でき
る氷の微粒子の径は、十分小さくすることができず、１
μｍ以下の微粒子の除去が困難である。

【０００８】ＣＯ₂微粒子吹き付けドライアイスの微粒子を表面に吹き付け、表面上の微粒
子および汚れを除去する方法である。しかしながら、炭
酸ガス中から炭化水素化合物を極低濃度まで除去するこ
とは極めて困難であり、ＣＯ₂を冷却して吹き付ける
と、炭化水素化合物が凝縮し、洗浄表面に固着してしま
う。また、ＣＯ₂もＣの汚染源となる。

【０００９】ガス噴射ガスを固体表面に吹き付け、固体表面を洗浄する方法で
ある。しかしながら、固体表面上にはガス流速が極めて
遅い境界層が形成されてしまい、このような遅いガス流
速によっては微粒子を除去する力が弱い。したがって、
１μｍ以下の微粒子の除去は困難である。なお、粒子の
表面付着力は直径に比例し、ガス流が粒子に与える除去
力は粒子の直径の二乗に比例する。

【００１０】極低温アルゴンガス吹き付けアルゴンガスまたはアルゴンガスを含む混合ガスを極低
温にし、表面に吹き付ける方法である。ノズルから真空
容器中にガスを開放することにより、ガスは急激に断熱
膨張し、その温度を低下させる。温度低下の結果、固体
アルゴンが形成され、固体アルゴン微粒子が表面上に衝
突する。

【００１１】たとえば、加圧状態でのアルゴンを含むガ
スを、その圧力でのアルゴンガスの液化点よりも高い温
度まで冷却し、ノズルから真空容器中に吹き出すことに
より、気体アルゴンを固体アルゴンに変化させる方法が
提案されている（たとえば、ＥＰ−Ａ２−４６１４７６
号公報参照）。

【００１２】アルゴンよりも高い液化温度を有する不純
物は予め液化させて除去することもできる。しかしなが
ら、この方法によって得られる固体アルゴン微粒子の数
は少量であり、洗浄能力が弱い。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】アルゴンは不活性元素
であり、固体表面に付着しても悪影響を与えることは極
めて少ない。また、アルゴンの固化温度は比較的高温で
あり、冷却によって固体アルゴンを得ることも比較的容
易である。

【００１４】しかしながら、固体アルゴンの微粒子を用
いた実用的な洗浄技術は未だ開発されておらず、高い洗
浄能力を得ることができない。本発明の目的は、アルゴ
ンを用い、実用的な洗浄能力を有する洗浄方法および洗
浄装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の洗浄方法は、あ
る方向にほぼ等間隔で配列した複数のノズルからアルゴ
ン微粒子を含む流体を吹き出す工程と、前記アルゴン微
粒子を含む流体の吹き出し方向に被洗浄物を配置し、前
記複数のノズルと被洗浄物とを相対的に、前記ある方向
に高速に前記等間隔と同等以上の幅で、かつ前記ある方
向とほぼ直角な方向に低速で移動させる工程とを含む。

【００１６】また、本発明の洗浄装置は、ある方向にほ
ぼ等間隔で配列した複数のノズルと、前記アルゴン微粒
子を含む流体の吹き出し方向に被洗浄物を支持し、前記
複数のノズルと被洗浄物とを相対的に、前記ある方向に
高速に前記等間隔と同等以上の幅で、かつ前記ある方向
とほぼ直角な方向に低速で移動させることのできる駆動
手段と、前記複数のノズルおよび前記駆動手段を収容す
る気密容器と、前記気密容器内を排気できる排気手段と
を有する。

【００１７】

【作用】複数のノズルからアルゴン微粒子を含む流体を
吹き出すことにより、同時に複数箇所での洗浄を行なう
ことができる。

【００１８】さらに、複数のノズルと被洗浄物とを相対
的に移動させ、ノズル間の領域を走査しつつ、ノズル配
列方向とほぼ直角方向に低速で移動させることにより、
広い面積を一様に洗浄することができる。

【００１９】

【実施例】図１に、本発明の実施例による洗浄装置の基
本構成を示す。気密容器１は、排気装置７に接続されて
おり、内部を排気して真空容器を構成することができ
る。気密容器１内には、複数のノズル２を備えたアルゴ
ンガス噴出機構３が設けられ、ノズルに対向して半導体
ウエハ等の被洗浄物４を載置する駆動機構５が設けられ
ている。駆動機構５は、複数のノズル２の配列方向であ
るｘ方向およびそれに垂直な方向であるｙ方向に駆動可
能である。

【００２０】アルゴンガス噴出機構３は、好ましくは液
化温度以下に冷却されたアルゴンガス源に接続され、複
数のノズル２ａ〜２ｄからアルゴンガスを真空中に噴射
する。

【００２１】噴射されたアルゴンガスは、急速に断熱膨
張を行ない、冷却されて多数のアルゴン微粒子を発生さ
せる。これらのアルゴン微粒子は被洗浄物４表面に衝突
し、表面を洗浄する。

【００２２】駆動機構５によって被洗浄物４をｘ方向に
高速に往復駆動し、ｙ方向にゆっくりと駆動すると、図
中ジグザグの矢印で概略的に示すように、アルゴン微粒
子による軌跡が形成され、被洗浄物全表面が洗浄でき
る。なお、アルゴンの液化温度以下に冷却したアルゴン
ガスを用いたアルゴン微粒子による表面洗浄に関して
は、平成５年１月２７日出願の特願平５−１１５１９号
の内容を参照することができる。

【００２３】以下、洗浄装置の各部をより詳細に説明す
る。図２は、アルゴンガス噴出機構を説明するための図
である。図２（Ａ）はその構成を斜視図で示す。

【００２４】アルゴンガス噴出機構３は、ガス配管によ
って冷却アルゴンガス源に接続され、複数のノズル２を
有する。ノズル２の数は、冷却アルゴンガス源の供給能
力等によって選択する。

【００２５】図２（Ｂ）は、複数のノズルからアルゴン
ガスを吹き出した時の噴出ガス流の様子を示す。ノズル
から吹き出した噴出ガス流１０は、進行に伴って僅かに
拡がるが、隣接する噴出ガス流１０間には間隙が存在す
る。

【００２６】もし、図２に示すようなアルゴンガス噴出
機構を用い、被洗浄物をノズル配列方向と直角方向に駆
動すると、被洗浄物表面において複数のストライプ状領
域が洗浄できるが、各ストライプ間の領域は洗浄されな
いまま残ってしまう。

【００２７】全表面を一度に洗浄するために、ノズルの
数を増大させ、被洗浄物を一方向に駆動した時に全表面
が洗浄されるようにすることも不可能ではないが、この
ような構成とすると、アルゴンガスの総吹き出し量が極
めて多量となり、装置全体を大掛かりなものとしてしま
う。

【００２８】本構成においては、図２に示すように離隔
的に配置された複数のノズルを用い、ｘ方向に高速に往
復動可能であり、ｙ方向に低速駆動可能である駆動機構
を用いることにより、ｘ方向の高速往復駆動を組み合わ
せることによって被洗浄物全表面を洗浄可能とする。

【００２９】図３は、駆動機構の例を示す。図３（Ａ）
において、真空容器１からベローズ１１が延在し、フラ
ンジ１２に接続されている。フランジ１２には、支持機
構１３が固定されており、支持機構１３は外部の駆動源
によってｘ方向およびｙ方向に駆動される。支持機構１
３の先端部は、被洗浄物を載置できるようにテーブル状
にされている。

【００３０】アルゴンガス噴出機構３の複数のノズル２
からアルゴン微粒子を含むアルゴンガスを噴出させつ
つ、支持機構１３をｘ方向に高速に往復動させ、ｙ方向
にゆっくりと駆動することにより、被洗浄物全面をアル
ゴンガス噴出流で走査することができる。

【００３１】図３（Ｂ）は、駆動機構の他の構成例を示
す。真空容器１の一端には、気密を保ちつつ、摺動可能
にアーム１５が配置されており、アーム１５は外部の駆
動源によってｙ方向に駆動される。アーム１５先端に
は、テーブル１６が往復回転運動可能に支持されてい
る。

【００３２】テーブル１６を高速に往復回転運動させつ
つ、アーム１５をゆっくりとｙ方向に駆動することによ
り、図３（Ａ）とほぼ同様の機能を発生することができ
る。なお、図３（Ｂ）において、ガス噴出機構は図示を
省略した。

【００３３】図４は、駆動機構の他の構成例を示す。基
板ホルダ２１は、上部の突出した部分にアーム２２が固
定されており、アーム２２はリニアベアリング２３を介
してガイドフレーム２４に接続されている。したがっ
て、基板ホルダ２１は、リニアベアリング２３によって
ｘ方向に移動可能に支持されている。なお、アーム２２
の周囲にベローズ２６が配置されている。ベローズ２６
は、図示しない真空容器に接続される。

【００３４】ガイドフレーム２４の左端と、アーム２２
の間にはばね２５が設けられており、アーム２２を右方
向に付勢している。ガイドフレーム２４上にプーリ２７
が結合され、アーム２２上に他のプーリ２８が結合さ
れ、ワイヤ２９がアーム２２の先端からプーリ２７、２
８を通って上方向に引き出されている。

【００３５】ワイヤ２９を上方向に引っ張ると、プーリ
２８が左方向に付勢され、アーム２２を介して基板ホル
ダ２１が右方向に移動する。ワイヤ２９を緩めると、ば
ね２５の付勢力により、基板ホルダ２１は右方向に移動
する。

【００３６】ガイドフレーム２４には、さらに支持アー
ム３０が固定されており、支持アーム３０は他の駆動機
構によりｙ方向に駆動可能である。支持アーム３０をｙ
方向に駆動すると、基板ホルダ２１もｙ方向に駆動され
る。

【００３７】このように、支持アーム３０およびワイヤ
２９の駆動により、基板ホルダ２１はｘ方向およびｙ方
向に駆動可能となる。基板ホルダ２１上に、基板３２を
載置し、支持アーム３０でｙ方向にゆっくりと駆動しつ
つ、ワイヤ２９を用いてｘ方向に高速に往復動させるこ
とにより、図１、図２に示したようなアルゴンガス噴出
機構により噴出される複数のアルゴンガス流によって基
板３２全表面を洗浄することができる。

【００３８】図５は、駆動機構の他の構成例を示す。基
板ホルダ２１、アーム２２、ばね２５、ベローズ２６
は、図４の構成と同様である。ガイドフレーム２４ａ
は、中空の支持アーム３０ａに接続され、その内部にカ
ム機構を備えたアーム３４を収容する。

【００３９】アーム２２には、ローラ３６が結合されて
おり、アーム３４のカムと係合している。ローラ３７お
よびブッシュ３８は、アーム３４のリニア駆動を補助す
る。支持アーム３０ａをｙ方向に駆動すると、基板ホル
ダ２１はｙ方向に駆動される。また、支持アーム３０ａ
内のアーム３４をｙ方向に往復駆動すると、カム機構を
介して基板ホルダ２１はｘ方向に往復駆動される。この
ようにして、ｘ方向およびｙ方向に駆動可能な基板支持
機構が実現される。

【００４０】ｘ方向およびｙ方向の駆動は、図１の矢印
８で示すように、ノズル２から噴出するガス流が被洗浄
物表面でジグザグ状の軌跡を描くようにする。この際、
隣接するジグザグの軌跡が互いに接するか、部分的に重
複するように駆動速度を調整する。

【００４１】さらに、隣接するノズルからの噴出ガス流
の軌跡も、ｘ方向で互いに接するか、一部重複するよう
に駆動幅を選択する。すなわち、図示の状態において、
ｘ方向の往復運動の駆動幅は、隣接するノズル間の距離
間隔と同等以上とすることが望ましい。

【００４２】なお、ｘ方向の駆動幅が、ノズル間間隔に
厳密に等しくなくても、ノズル間間隔からガス噴出流の
直径分を差し引いた間隔以上であれば連続的な洗浄面が
得られる。なお、この場合も本明細書においては、ノズ
ル間間隔と同等と呼ぶ。

【００４３】以上説明したように、アルゴンガス噴出機
構に複数のノズルを設け、間隔をおいた噴出ガス流を形
成すると共に、被洗浄物を平面内の２方向に駆動する駆
動機構を組み合わせることにより、被洗浄物全表面を適
当流量のガス噴出流で洗浄することができる。

【００４４】アルゴンガスを用いる場合を説明したが、
アルゴンガスと窒素ガスの混合ガス等を用いることも可
能である。また、ガス噴出機構に供給されるアルゴンガ
スが液化温度以下に冷却されている場合を説明したが、
液化温度以上であっても洗浄を行なうことはできる。

【００４５】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
被洗浄物の代わりにノズルを移動させてもよい。その
他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当
業者に自明であろう。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多量の冷却ガス流を必要とすることなく、被洗浄物全表
面を洗浄することが可能である。

【００４７】アルゴン微粒子を用いて被洗浄物を洗浄す
ることにより、洗浄による汚染を防止することができ
る。また、洗浄によって環境汚染を生じることを防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による洗浄装置の基本構成を示
す概略図である。

【図２】アルゴンガス噴出機構を説明するための図であ
る。図２（Ａ）は構成を示す斜視図、図２（Ｂ）はガス
吹き出しの様子を示す概念図である。

【図３】駆動機構の構成例を示す概略図である。

【図４】駆動機構の構成例を示す概略図である。

【図５】駆動機構の構成例を示す概略図である。

【符号の説明】

１気密（真空）容器２ノズル３ガス噴出機構４被洗浄物５駆動機構７排気装置１０噴出ガス流

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ある方向にほぼ等間隔で配列した複数の
ノズル（２）からアルゴン微粒子を含む流体（１０）を
吹き出す工程と、前記アルゴン微粒子を含む流体の吹き出し方向に被洗浄
物（４）を配置し、前記複数のノズルと被洗浄物とを相
対的に、前記ある方向に高速に前記等間隔と同等以上の
幅で、かつ前記ある方向とほぼ直角な方向に低速で移動
させる工程とを含む洗浄方法。
【請求項２】ある方向にほぼ等間隔で配列した複数の
ノズル（２）と、前記アルゴン微粒子を含む流体の吹き出し方向に被洗浄
物（４）を支持し、前記複数のノズルと被洗浄物とを相
対的に、前記ある方向に高速に前記等間隔と同等以上の
幅で、かつ前記ある方向とほぼ直角な方向に低速で移動
させることのできる駆動手段と、前記複数のノズルおよび前記駆動手段を収容する気密容
器と、前記気密容器内を排気できる排気手段とを有する洗浄装
置。