JP2828876B2

JP2828876B2 - 表面洗浄方法及び装置

Info

Publication number: JP2828876B2
Application number: JP18954193A
Authority: JP
Inventors: 忠素玉井
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1998-11-25
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JPH0745571A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、洗浄方法に関し、特に
半導体ウエハの表面を洗浄するのに適した表面洗浄方法
に関する。

【０００２】ＬＳＩ製造工程における半導体ウエハ表面
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。

【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効
率的に得る方法が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、高い洗浄能力を有する表面洗浄方法を提供すること
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の表面洗浄方法
は、一定流量のアルゴンを含むガスを、冷却手段により
冷却し、ノズルから噴射させる表面洗浄方法であって、
ノズル内のガスの温度を測定し、温度がほぼ一定となり
ガス中に微細液滴が形成され始める時点を検出する工程
と、前記温度がほぼ一定となった時点でのアルゴンを含
むガスの第１の圧力を測定し、この第１の圧力からさら
に所定量低い第２の圧力でガスの圧力が一定になるよう
に前記冷却手段による冷却量を調整する工程と、ノズル
内圧力が前記第２の圧力に保持される状態で被洗浄表面
をノズルの噴射口に対向させる工程とを含む。

【００１６】本発明の表面洗浄装置は、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以下に冷却
するための、冷却量可変の冷却手段と、前記冷却手段で
冷却された前記アルゴンを含むガスが供給され、前記ア
ルゴンを含むガスを噴出するための複数のノズルが設け
られているノズルヘッダと、ノズルヘッダ内の温度を測
定するための温度計と、ノズルヘッダ内の圧力を測定す
るための圧力計と、前記温度計によって測定された温度
値と前記圧力計によって測定された圧力値が入力され、
前記圧力値が所定の値になるように前記冷却手段の冷却
量を調整するための制御手段とを有する。

【００１７】

【作用】Ａｒガスの液化が始まると温度はほぼ一定に保
たれるようになる。この時、ノズルヘッダ内の混合ガス
の圧力を測定することにより、Ａｒガス供給量との関係
からＡｒガスの液化量検出の測定誤差を少なくすること
ができる。この圧力が所望の値になるようにＡｒガスの
冷却量を制御することにより、Ａｒガスの液化量を少な
い誤差で制御することが可能になる。

【００１８】また、Ａｒガスの液化が始まった時点のノ
ズルヘッダ内の圧力と、洗浄中のノズルヘッダ内の圧力
との差からＡｒガスの液化量を推定することができる。
従って、ノズルヘッダ内の圧力が所望の圧力になるよう
にＡｒガスの冷却量を制御することにより、Ａｒガスの
液化量を所望の値に維持することができる。

【００１９】このため、被洗浄物表面に吹き付ける固体
アルゴン微粒子の量を正確に制御することができ、被洗
浄物表面に与えるダメージを抑え、効率的に洗浄するこ
とが可能になる。

【００２０】

【実施例】まず、本発明者の先の提案（特願平５−１１
５１９号）について説明する。図４は、先の提案による
表面洗浄方法を実施するための洗浄装置を示す。アルゴ
ン（Ａｒ）ガス及び窒素（Ｎ₂）ガスの混合ガスがフィ
ルタ３０に供給され、ガス中の粒子が除去される。粒子
の除去された混合ガスは、配管３１を介して冷却器３２
で冷却され、ノズル３６から真空容器３７内に吹き出さ
れる。冷却器３２出力の混合ガスの圧力及び温度は、圧
力計３４及び温度計３３で測定され、その測定結果は電
気信号の形で温度制御装置３５に送られる。

【００２１】温度制御装置３５は、冷却器３２の最低冷
却温度がその圧力でのＡｒガスの液化点以下になり、Ｎ
₂ガスの液化点以上になるように冷却器３２を制御す
る。混合ガス中のＡｒガスは冷却されて液化し、微細液
滴を形成する。なお、この温度ではＮ₂ガスは液化せ
ず、微細液滴はＮ₂ガス中に浮遊した状態となる。

【００２２】ノズル３６から真空容器３７中に混合ガス
を吹き出すことにより、圧力は急激に低下し、断熱膨張
を行う。このため、混合ガスの温度は急激に低下し、微
細液滴は固体アルゴンの微粒子に変化する。

【００２３】このようにして、多量の固体アルゴン微粒
子を含む流体が被洗浄物３８表面に噴射される。このた
め、被洗浄物３８表面は固体アルゴンの微粒子により効
率的に洗浄される。

【００２４】被洗浄物表面は、固体アルゴンの微粒子に
より洗浄されるが、同時にダメージも受ける。被洗浄物
表面を精密洗浄するためには、なるべくダメージを抑
え、洗浄力を大きくすることが好ましい。そのために
は、混合ガス中のＡｒガスの液化量を正確に制御する必
要がある。しかし、冷却された混合ガスの温度を測定し
てこの温度が一定になるように冷却器３２による混合ガ
スの冷却量を制御する本方式では、Ａｒガスが液化する
量を精密に制御することは以下に述べる理由により困難
である。

【００２５】図２（Ａ）は、アルゴンの相図を示す。図
中横軸は、エントロピをジュール／モル°Ｋで示し、縦
軸は、温度を°Ｋで示す。図中曲線ａは液化温度（気体
液体界面）を示す。曲線ａの上側の領域は気相状態、下
側の領域は気相と液相の混合状態であることを示す。曲
線ｂ１、ｂ２、ｂ３はそれぞれ液化温度が約９５°Ｋ、
１００°Ｋ、１０５°Ｋの圧力一定の場合の温度変化を
示す。

【００２６】例えば、曲線ｂ１の場合、気体の状態で冷
却すると、アルゴンガスのエントロピが減少すると共
に、温度も低下し左下がりの曲線となる。曲線ｂ１が曲
線ａと交わる点で液化が始まる。この時の温度は約９５
°Ｋである。さらに冷却するとエントロピは減少するが
温度は低下せず一定値を示す。これは、冷却作用が、気
体の温度低下ではなく、気相から液相への相変化として
現れるためである。曲線ｂ２、ｂ３の場合も液化温度が
異なるだけで、温度変化に関しては同様の形状を示す。

【００２７】従って、Ａｒガスがその圧力での液化点に
達し、アルゴンの液滴化が開始された後は、アルゴンガ
スの温度は殆ど変化しない。そのため、アルゴンガスの
温度測定によって、混合ガス中のＡｒガスの液化量を検
出することは困難である。本発明は、上記問題点を解決
するため、冷却後のＡｒガスの温度の代わりに圧力を測
定して、混合ガス中のＡｒガスの液化量を制御するもの
である。

【００２８】図１は本発明の実施例による洗浄装置を示
す。Ａｒガス及びＮ₂ガスの混合ガスが配管１０を通し
てフィルタ８に供給される。フィルタ８によって粒子が
除去されたガスは、配管９を介して二重管熱交換器７に
供給される。

【００２９】二重管熱交換器７には、配管１６から液化
窒素が供給されている。液化窒素は配管９を介して供給
された混合ガスをＡｒガスのその圧力での液化点以下に
冷却し、一部または全部が気体になって配管１７を介し
て排出される。配管１７には、流量調整手段１２が接続
されており、排出される窒素ガス及び液化窒素の流量を
所望の値に調整することができる。

【００３０】二重管熱交換器７に供給された混合ガスは
Ａｒガスのその圧力での液化点以下に冷却され、微細液
滴となって真空容器１内に配置されたノズルヘッダ２に
供給される。このとき、二重管熱交換器７とノズルヘッ
ダ２との間の配管は直線状であることが好ましい。

【００３１】屈曲部があると、内面の鏡面研磨、電界研
磨が困難となり、配管内面の凹凸からのパーティクル発
生を防止できないからである。また、屈曲部内面には、
多くの凹凸が発生し、パーティクル発生の原因となる。
ノズルヘッダ２には複数のノズルが設けられており、冷
却された混合ガスは、アルゴンの液滴と共にノズルから
真空容器１内に吹き出される。

【００３２】吹き出された混合ガスの圧力は急激に低下
し、断熱膨張を行う。このため、混合ガスの温度は急激
に低下し、アルゴンの微細液滴は固体アルゴンの微粒子
に変化する。

【００３３】ノズルヘッダ２は、配管５により真空容器
１の外部の圧力計４に接続されており、ノズルヘッダ２
内の圧力を測定することができる。また、配管５を通し
てノズルヘッダ２内に熱電対６が挿入されており、内部
の温度を測定することができる。

【００３４】ノズルヘッダ２の下方には、ウエハテーブ
ル３が配置されている。ノズルから吹き出した固体アル
ゴン微粒子を含む混合ガスは、ウエハテーブル３の上に
載置された被洗浄物表面に噴射され、被洗浄物表面を洗
浄する。

【００３５】真空容器１は、配管１３及びオイルトラッ
プ１４を介して真空排気装置１５に接続されている。こ
れにより、真空容器１内は、真空排気される。オイルト
ラップ１４は真空排気装置１５からのオイルの逆流を防
止するためのものである。さらに、オイルの逆流を減少
させるために、ドライポンプを使用してもよい。

【００３６】圧力計４及び熱電対６の測定結果は電気信
号の形で制御手段１１に送られる。制御手段１１は、ノ
ズルヘッダ２内部が所望の圧力になるように流量調整手
段１２の流量を調整する。

【００３７】図２（Ｂ）は、ノズルヘッダ２内の温度と
圧力の変化の様子を示すグラフである。横軸は、時間を
表し、縦軸は温度及び圧力を表す。二重管熱交換器７に
よって混合ガスを冷却すると、ノズルヘッダ２内の温度
は低下する。アルゴンのその圧力での液化点Ｔ０に達す
ると、その後は前述したように温度はほとんど低下しな
い。

【００３８】圧力は、温度の低下と共に減少し、温度Ｔ
０の時の圧力Ｐ０に達する。さらに冷却すると、Ａｒガ
スの液化が始まるため、圧力の減少速度は速くなり、事
前に制御装置１１に与えられている所望の圧力Ｐ１に達
する。

【００３９】制御装置１１は、ノズルヘッダ２内の圧力
がＰ１に達したことを検出すると、その後圧力が一定に
なるように、流量調整手段１２の流量を調整する。この
ときＰ０とＰ１との差は、Ａｒガスの液化量に対応して
いるため、この差分からＡｒガスの液化量を推定するこ
とができる。従って、圧力Ｐ１を所望の値に設定してお
くことにより、所望のＡｒガスを液化させることが可能
になる。また、液化量に応じて圧力は大きく変化するた
め、Ａｒガスの液化量を少ない誤差で制御することがで
きる。

【００４０】Ａｒガスの液化量が一定であれば、ノズル
から吹き出した後の固体アルゴン微粒子も一定と考えら
れるため、所望の量の固体アルゴン微粒子を、被洗浄物
表面に噴射することができる。これによって、被洗浄物
表面に与えるダメージと洗浄力を適正な値に維持して洗
浄を行うことができる。

【００４１】上記実施例では、二重管熱交換器７のＮ₂
ガスの排気側の流量を変化させることにより、冷却量を
制御する方法について説明したが、他の方法で冷却量を
制御してもよい。例えば、液化窒素を供給するボンベの
圧力を変化させて液化窒素の流量を変化させ、冷却量を
制御してもよい。

【００４２】また、上記実施例では、冷却手段として液
化窒素を使用した二重管熱交換器を使用したが、その他
の冷却手段を使用してもよい。例えば、ギフォード・マ
クマホン冷凍機（ＧＭ冷凍機）等のクライオシステムを
使用してもよい。

【００４３】図３は、ＧＭ冷凍機を使用した場合の、冷
却手段を示す。フィルタを通して粒子が除去されたＡｒ
ガスとＮ₂ガスの混合ガスが、配管９の曲折点１８から
供給される。配管９の曲折点１８と真空容器１の間の部
分には、ＧＭ冷凍機の冷却板１９が熱伝導性よく接触さ
れており、周囲には、ヒータ２０が配置されている。屈
曲点１８からノズルに至る配管９は直線状に配置されて
いる。図１の実施例同様、直線状配管はパーティクル発
生防止に効果がある。

【００４４】ヒータ２０は制御手段２１に接続されてお
り、制御手段２１によって発熱量が制御される。ヒータ
２０の発熱量を調整することにより、Ａｒガスの冷却量
を制御することができる。制御手段２１には、ノズルヘ
ッダ内の圧力測定結果が電気信号の形で入力されてお
り、圧力が所望の値になるようにヒータ２０の発熱量を
調整する。

【００４５】本実施例のように、クライオシステムを使
用してＡｒガスを冷却する場合は、クライオシステムの
冷却板の熱容量が大きいため、ノズルヘッダ内の圧力に
応じてクライオシステムの冷却量を調整する方法では、
即応性に欠ける。そのため、冷却量は一定にしておき、
ヒータ等で配管９を加熱して全体の冷却能力を調整する
ことが好ましい。

【００４６】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。例えば、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。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多量の固体アルゴン微粒子を含む流体を精製し、高速で
被洗浄物表面に噴射することにより、被洗浄物表面を効
率的に洗浄することが可能になる。

【００４８】さらに、固体アルゴン微粒子の量を制御す
ることにより、被洗浄物表面に与えるダメージを抑えて
効率的に洗浄することが可能になる。

【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概略図であ
る。

【図２】アルゴンの相図及びノズルヘッダ内の温度と圧
力の様子を示すグラフである。

【図３】本発明の他の実施例による洗浄装置の冷却手段
の概略図である。

【図４】先の提案による洗浄装置の概略図である。

【符号の説明】

１、３７真空容器２ノズルヘッダ３ウエハテーブル４、３４圧力計５、９、１０、１３、１７、１８、３１配管６熱電対７二重管熱交換器８、３０フィルタ１１、２２制御手段１２流量調整手段１４オイルトラップ１５真空ポンプ１６バルブ１９冷却板２０ヒータ２１曲折点３２冷却器３３温度計３５温度制御装置３６ノズル３８被洗浄物

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一定流量のアルゴンを含むガスを、冷却
手段により冷却し、ノズルから噴射させる表面洗浄方法
であって、ノズル内のガスの温度を測定し、温度がほぼ一定となり
ガス中に微細液滴が形成され始める時点を検出する工程
と、前記温度がほぼ一定となった時点でのアルゴンを含むガ
スの第１の圧力を測定し、この第１の圧力からさらに所
定量低い第２の圧力でガスの圧力が一定になるように前
記冷却手段による冷却量を調整する工程と、ノズル内圧力が前記第２の圧力に保持される状態で被洗
浄表面をノズルの噴射口に対向させる工程とを含む表面
洗浄方法。
【請求項２】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以下に冷却するための、冷却量可変
の冷却手段（７、１２）と、前記冷却手段で冷却された前記アルゴンを含むガスが供
給され、前記アルゴンを含むガスを噴出するための複数
のノズルが設けられているノズルヘッダ（２）と、ノズルヘッダ内の温度を測定するための温度計（６）
と、ノズルヘッダ内の圧力を測定するための圧力計（４）
と、前記温度計によって測定された温度値と前記圧力計によ
って測定した圧力値が入力され、前記圧力値が所定の値
になるように前記冷却手段の冷却量を調整するための制
御手段（１１）とを有する表面洗浄装置。
【請求項３】前記冷却手段は、熱交換器（７）と、こ
の熱交換器を流れる液化窒素の流量を制御するための流
量調整手段（１２）から構成されている請求項２記載の
表面洗浄装置。
【請求項４】前記冷却手段は、クライオシステム（１
９）と加熱手段（２０）により構成されている請求項２
記載の表面洗浄装置。