JP3405439B2 - 固体表面の清浄化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体表面の清浄化
に係り、特に固体表面に付着した粒子状物質（微粒子）
の汚染物を清浄化するための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、清浄化技術としては、液体を用い
る清浄方法がある。洗浄による方法では液体を使用する
ため適用分野が限定され、装置が大型になり、洗浄後の
付着液体を除去する機構や乾燥させる工程が必要にな
り、再汚染の恐れがある等の問題があった。また、液体
を使用しない清浄化技術も、図７に示されるような方式
が従来から知られている。しかし、近年の先端産業にお
ける対象粒子径は一般に数μｍ以下であり、接触方式は
数１０μｍ以下の粒子では効果がなく使用できない。更
に、非接触方式のバキューム方式、エアーナイフ方式も
同様に数１０μｍ以下の粒子では効果がない。超音波エ
アー方式は、従来方式のなかでは一番対象粒子径が小さ
いものまで有効であり、数μｍ以上でも効果はあるが、
１μｍ以下になると効果がない。

【０００３】一方、本発明者は、先にウェハの清浄にお
いて電場下でウェハに紫外線、放射線、レーザーから選
ばれた少なくとも１種類を照射し、ウェハから光電子を
放出させウェハ表面の付着粒子や近傍の微粒子を捕集・
除去する方式を提案している（特開平４−２３９，１３
１号、特開平６−２９６，９４４号各公報参照）。これ
らの方式は、適用先、洗浄化表面の種類、付着粒子の種
類、粒径などによっては効果的であるが、ウェハなどの
清浄化表面に直接紫外線、レーザー、放射線を照射する
ので、該ウェハ表面が敏感な基板の場合は、該照射によ
り変質が起こるために適用できない等の問題点があり、
改良の必要があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決し、今後急増すると考えられる先端産
業の特定の分野、特に表面が敏感な基板上の付着微粒子
をも効果的に除去できる固体表面の清浄化方法を提供す
ることを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、微粒子が付着した固体表面を清浄化す
る方法において、前記固体表面に、空間中の酸素又は水
分子の存在下での光電子放出材への紫外線及び／又は放
射線の照射により生じる光電子、又は放電により生成し
たイオンを供給して、該表面上の付着微粒子に電荷を与
えて帯電微粒子とした後、該微粒子が付着した固体表面
に、該微粒子に与えた電荷と同種の電場の形成下で気流
を伝搬させて、該固体表面から該微粒子を剥離すること
を特徴とする固体表面の清浄化方法としたものである。
前記清浄化方法において、固体表面へのイオンの供給
は、該固体表面に、供給するイオンの電荷と反対の電場
の形成下に行うのがよい。

【０００６】また、本発明では、剥離した微粒子を捕集
・除去することとしたものであり、該捕集・除去は、光
電子放出材への紫外線及び／又は放射線の照射により生
じる光電子により荷電させて行うか、又は放電により得
られるイオンにより荷電させて行うことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、次の２つの知見に基づ
いてなされたものである。 （１）固体表面上の付着微粒子（粒子状物質）は、イオ
ンを供給して電荷を与え、次いで電場（付着表面を負極
又は正極）の形成下に、帯電微粒子に超音波及び／又は
気流を伝搬すると、固体表面に付着した微粒子は効果的
に剥離する。ここで、付着微粒子への電荷の付与時の被
清浄化面（付着微粒子の表面）は、供給イオンが負イオ
ンの場合、付着微粒子の表面上を正極に、また、供給イ
オンが正イオンの場合、付着微粒子の表面上を負極にす
るのが良い。これにより、光電子又は放電で供給された
イオンは、被清浄化面上の付着微粒子に効果的に電荷を
与えることができる（付着微粒子は多くの電荷を受け取
る）。次いで行われる電場（付着表面を負極、又は正
極）は、付着微粒子への付与電荷が負イオンの場合、負
極に、また、付着微粒子への付与電荷が正イオンの場
合、正極に設定する。すなわち、付着微粒子の電荷への
種類とその付着表面を同一にすることにより、反発作用
が働き、付着微粒子の剥離が促進される。 （２）上記の剥離微粒子は、電荷を有するので、固体表
面の近傍に帯電微粒子捕集材を設置することにより、容
易に捕集・除去される。また、粒径が小さい微粒子など
帯電数（帯電量）が少ない微粒子の場合は、光電子放出
材への紫外線及び／又は放射線照射により生成する光電
子を用いる微粒子の荷電・捕集法（ＵＶ／光電子法）を
用いるか、又は放電によるイオンにより剥離微粒子に更
に電荷を与える（更に荷電を行う）ことにより、効果的
に捕集・除去される。

【０００８】次に、本発明を構成ごとに詳細に説明す
る。先ず、本発明のイオンの供給及び微粒子の捕集に光
電子放出材を用いた場合について説明する。光電子放出
材は、紫外線又は放射線の照射により、光電子を発生さ
せるものであり、該光電子は、（１）固体表面への付着
微粒子へ電荷を与えるため、（２）剥離し、空間に浮遊
する微粒子を捕集・除去するための荷電に用いられる。
前記光電子の発生は、本発明者らが既に提案した方法
（ＵＶ／光電子法）を適宜用いることができる。例え
ば、（１）付着微粒子へ電荷を与えるための負イオンの
供給：特公平８−１０６１６号、特開平７−５７６４３
号各公報。 （２）空間に浮遊する微粒子の荷電・捕集：特公平３−
５８５９号、特公平６−７４９０９号、特公平８−２１
１号、特開昭６２−２４４４５９号、特開平５−６８９
１０号各公報。

【０００９】光電子放出材は、紫外線及び／又は放射線
照射により光電子を放出するものであれば何れでも良
く、光電的な仕事関数が小さなもの程好ましい、効果や
経済性の面から、Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，
Ｃｅ，Ｎｄ，Ｔｈ，Ｐｒ，Ｂｅ，Ｚｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚ
ｎ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ａｌ，Ｃ，Ｍｇ，
Ａｕ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｕ，Ｂ，
Ｅｕ，Ｓｎ，Ｐ，Ｗのいずれか又はこれらの化合物又は
合金又は混合物が好ましく、これらは単独で又は二種以
上を複合して用いられる。複合材としては、アマルガム
の如く物理的な複合材も用いうる。例えば、化合物とし
ては酸化物、ほう化物、炭化物があり、酸化物にはＢａ
Ｏ，ＳｒＯ，ＣａＯ，Ｙ₂ Ｏ₅ ，Ｃｄ₂ Ｏ₃ ，Ｎｄ₂ Ｏ
₃ ，ＴｈＯ₂ ，ＺｒＯ₂ ，Ｆｅ₂ Ｏ₃ ，ＺｎＯ，Ｃｕ
Ｏ，Ａｇ₂ Ｏ，Ｌａ₂ Ｏ₃ ，ＰｔＯ，ＰｂＯ，Ａｌ₂Ｏ
₃ ，ＭｇＯ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＢｉＯ，ＮｂＯ，ＢｅＯなど
があり、またほう化物には、ＹＢ₆ ，ＣｄＢ₆ ，ＬａＢ
₅ ，ＮｄＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，ＥｕＢ₆ ，ＰｒＢ₆，ＺｒＢ
₂ などがあり、さらに炭化物としてはＵＣ，ＺｒＣ，Ｔ
ａＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣ，ＷＣなどがある。

【００１０】また、合金としては黄銅、青銅、リン青
銅、ＡｇとＭｇとの合金（Ｍｇが２〜２０ｗｔ％）、Ｃ
ｕとＢｅとの合金（Ｂｅが１〜１０ｗｔ％）及びＢａと
Ａｌとの合金を用いることができ、上記ＡｇとＭｇとの
合金、ＣｕとＢｅとの合金及びＢａとＡｌとの合金が好
ましい。酸化物は金属表面のみを空気中で加熱したり、
或いは薬品で酸化することによっても得ることができ
る。さらに他の方法としては使用前に加熱し、表面に酸
化層を形成して長期にわたって安定な酸化層を得ること
もできる。この例としてはＭｇとＡｇとの合金を水蒸気
中で３００〜４００℃の温度の条件下でその表面に酸化
膜を形成させることができ、この酸化薄膜は長期間にわ
たって安定なものである。また、本発明者が、すでに提
案したように光電子放出材に保護膜を付加したものも好
適に使用できる（特開平３−１０８６９８号公報）、適
宜の母材上に薄膜状に光電子を放出し得る物質を付加
し、使用することもできる（特開平４−１５２２９６号
公報）。

【００１１】紫外線透過性物質（母材）としての石英ガ
ラス上に光電子を放出し得る物質として、Ａｕを薄膜状
に付加したものがある（特公平７−９３０９８号公
報）。光電子放出性材料を母材に付加して使用する場合
は、本発明者がすでに提案しているように、導電性物質
の付加を併せて行い用いることができる（特開平５−６
８８７５号公報）。これらの材料の使用形状は、棒状、
線状、繊維状、格子状、板状、プリーツ状、曲面状、円
筒状、金網状等の形状が使用でき、紫外線あるいは放射
線の照射面積の大きな形状のものが良い。装置のタイプ
によっては、紫外線源、例えば紫外線ランプの表面及び
／又はその近傍に薄膜状に光電子放出材を付加（被覆）
し、一体化したものを用いることができる（特開平４−
２４３５４０号公報）。使用形状は利用分野、装置のタ
イプ、構造などにより、適宜決めることができる。

【００１２】光電子放出材からの光電子放出のための照
射源は、照射により光電子を放出するものであればいず
れでも良い。紫外線の他に電磁波、レーザ、放射線が適
宜に適用分野、装置規模、形状、効果等で選択し、使用
できる。この内、効果、操作性の面で、紫外線及び／又
は放射線が通常好ましい。紫外線の種類は、その照射に
より光電子放出材が光電子を放出しうるものであれば何
れでも良い。紫外線の種類は、適用分野、作業内容、用
途、経済性などにより適宜決めることができる。該紫外
線源としては、紫外線を発するものであれば何れも使用
でき、適用分野、装置の形状、構造、効果、経済性等に
より適宜選択し用いることができる。例えば、水銀灯、
水素放電管、キセノン放電管、ライマン放電管などを適
宜使用できる。例として、殺菌灯、ケミカルランプ、ブ
ラックランプ、蛍光ケミカルランプ、がある。

【００１３】放射線の照射は、その照射により光電子放
出材が光電子を放出しうるものであれば何れでもよく、
従来周知の方法で照射出来るが、殺菌作用を併せてもつ
ものが好ましい。例えば、殺菌作用を持つ ¹³⁷Ｃｅ，⁶⁰
Ｃｏ線源が好ましい。適用分野、作業内容、用途、経済
性などにより適宜決めることができる。例えば、放射線
としてはα線、β線、γ線などが用いられ、照射手段と
してコバルト６０、セシウム１３７、ストロンチウム９
０などの放射性同位元素、又は原子炉内で作られる放射
性廃棄物及びこれに適当な処理加工した放射性物質を線
源として用いる方法、原子炉を直接線源として用いる方
法、電子線加速器などの粒子加速器を用いる方法などが
利用できる。

【００１４】また、光電子放出用の電極について説明す
ると、該電極は、電場下で前記光電子放出材に紫外線又
は放射線を照射すると光電子の放出が効果的になること
から用いられる。すなわち、光電子放出材（−）と電極
（＋）間に電場（電界）を形成する。該電場により光電
子放出材から光電子が効率よく放出される（光電子放出
部）。電場の強さは、０．１Ｖ／ｃｍ〜２ｋＶ／ｃｍで
ある。該電場における電極の材質は、導体であれば何れ
でも使用できる。例えば、Ｗ，ＳＵＳ，Ｃｕ−Ｚｎ材が
ある。また、その形状は、棒状、線状、格子状、板状、
プリーツ状、曲面状、円筒状、金網状等適宜の形状が使
用できる。電場の有無、あるいはその強さ、電極材の使
用の材質や形状は、利用分野や装置のタイプ、構造、要
求性能などにより適宜予備試験などを行い、決めること
ができる。

【００１５】次に、本発明のイオンの供給及び微粒子の
捕集を放電により行う場合について説明する。放電によ
るイオン発生には、コロナ放電、グロー放電、アーク放
電、火花放電、沿面放電、パルス放電、高周波放電、レ
ーザ放電、トリガ放電、プラズマ放電等、周知の方法を
用いることができる。この内、沿面放電、パルス放電は
イオン濃度が高いので、装置がコンパクト化することか
ら、適用先によっては好ましく、また、コロナ放電は簡
易性・操作性・効果などの点で好ましい。発生イオンの
選択では、通常負イオンは正イオンに比べて移動度が大
きいことにより、工業上効果的な荷電ができることから
好ましい。

【００１６】また、発生イオンの選択において、オゾン
の共存が好ましいもの（被清浄化面に、微粒子の他に有
機物が付着し、該有機物も同時除去したい場合は、オゾ
ンの供給で分解される）は負のコロナ電圧による負イオ
ンを、逆にオゾンの共存が好ましくないものは正のコロ
ナ電圧によるイオンを発生させて用いることができる。
すなわち、正に比較し、負のコロナ放電ではオゾンが発
生し易いためである。放電に用いる放電電極や対向電極
は、周知の材質、形状を用いることができ、形状の例と
して、針状、板状、網状、線状、球状、凹凸状、プリー
ツ状、くし状など適宜の形状の電極を組合せて用いるこ
とができる。コロナ放電の印加電圧は、一般に１ｋＶ〜
８０ｋである。

【００１７】次に、微粒子の荷電後の帯電微粒子のはく
離では、該微粒子が付着している固体表面、例えばウェ
ハ、Ａｌ製、又はＳＵＳ製反応容器の表面に、付着微粒
子への電荷が負の場合には、固体表面が負極になるよう
に電場を形成し、帯電微粒子に向かって、超音波及び／
又は気流を作用することにより、付着微粒子が効果的に
はく離する。なお、付着微粒子への電荷付与時の電場
は、付着微粒子に負の電荷を付与する際には、付着微粒
子の面上を正極とすることが好ましい。即ち、これによ
り、イオンの付着微粒子への付着（帯電）が効果的にな
る。 上記目的に対する電場用の電極は、清浄化表面と
電極間に電場が形成できれば何れでも良く、周知の荷電
装置における電極材（例、Ｃｕ−Ｚｎ材料、ＳＵＳ材
料、タングステン材料）が好適に使用できる。形状は、
線状、棒状、網状、格子状、板状など適宜に選択し使用
できる。

【００１８】電極と清浄化表面間の電界の強さは、通常
１０Ｖ／ｃｍ〜１００ｋＶ／ｃｍで、清浄化表面（微粒
子の付着表面）の形状・性状、付着微粒子の化学組成、
付着微粒子の帯電数などにより好適の電場は異なるの
で、適宜予備試験を行い決めることができる。上記電場
の形成は、本発明の特徴の１つであり、これにより、微
細な粒子はみかけ上粒径成長（形状の変化）を生ずる。
また、付着微粒子の表面との付着力が減少する作用が生
ずる。本発明の超音波及び／又は気流は、剥離しやすい
形状に変化した付着微粒子及び表面との付着力が減少し
た微粒子を付着表面より剥離させるものであれば、何れ
も使用できる。超音波の周波数は、通常１ｋＨｚ〜５，
０００ｋＨｚ、好ましくは１０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚで
あり、周知の発生手段を適宜に用いることができる。

【００１９】発生手段の例としては、圧電振動子、高分
子圧電膜、電歪振動子、ランジパン形振動子、磁歪振動
子、動電形変換器、コンデンサ形変換器等がある。ま
た、本発明で使用できる気流は、高圧かつ高速の気体の
流れであり、周知のパーティクルフリーの空気、Ｎ₂ な
どの不活性気体を用いることができる。超音波、気流
は、夫々単独又は組合せて用いることができる。粒径が
小さい場合は、組合せて用いると一層効果的である。こ
れらの組合せの有無、超音波の周波数やその発生法、気
流の圧力や速度などの帯電付着微粒子のはく離条件は、
適用装置、付着微粒子の種類・大きさ、付着表面の種類
・形状、電場の強さ、装置規模、形状、要求性能等によ
り適宜予備試験を行い決めることができる。

【００２０】次に、固体表面からはく離した微粒子の捕
集について述べる。固体表面からはく離した微粒子は、
上述のようにはく離において、負又は正に帯電している
ので、固体表面上方に帯電（荷電）微粒子の捕集材を設
けることにより捕集できる。また、粒径が小さい場合
や、帯電数（帯電量）が少ない場合には、本発明者らが
すでに提案したＵＶ／光電子法、すなわち上述光電子放
出材からの光電子により荷電し、後方に荷電微粒子捕集
材を設置することにより（前記した公告あるいは公開特
許公報参照、エアロゾル研究，第８巻，第３号，ｐ．２
３９−２４８，１９９３、クリーンテクノロジー，第５
巻，第７号，ｐ．６３−６７，１９９５）、又は放電に
よるイオンにより荷電し、後方に荷電微粒子捕集材を設
置することにより、容易に捕集される。荷電微粒子の捕
集材（集じん材）は、荷電微粒子が捕集できるものであ
ればいずれでも使用できる。通常の荷電装置における集
じん板、集じん電極等各種電極材や静電フィルター方式
が一般的であるが、スチールウール電極、タングステン
ウール電極のような捕集部自体が電極を構成するウール
状構造のものも有効である。エレクトレット材も好適に
使用できる。

【００２１】上述荷電微粒子捕集材の内、集じん板や集
じん電極あるいはスチールウール電極、タングステンウ
ール電極のようなウール状電極材等の各種電極材は、付
着微粒子の荷電のため、あるいは浮遊微粒子の荷電のた
めの電場用電極と荷電微粒子の捕集を兼ねてできるので
好ましい。本発明では、微粒子の荷電に本発明者らがす
でに提案している光電子放出材から生成する光電子を用
いることができ、光電子を用いると、生成負イオンは
（正イオンに比べて）、移動度が大きいことから、微粒
子を効率良く荷電できる。また、オゾンレスであること
から、適用先（装置）によって実用上有効であり、本発
明の特徴の１つとなっている。

【００２２】本発明による付着微粒子の除去メカニズム
は、基本的に異なる複数の作用〔付着微粒子へのイオン
供給による帯電微粒子の付着表面（被清浄化表面）の負
極又は正極の設定、超音波及び／又は気流の作用〕の相
乗効果と考えられるので詳細は不明であるが、次のよう
な機構を経ているものと推定される。すなわち、付着微
粒子を負又は正に帯電させ、付着表面を負極又は正極と
する電場を形成する（付着微粒子が負の帯電の場合は、
付着表面は負極とし、逆に正の場合は正極とする）こと
により、付着微粒子はみかけの粒径が大きくなる作用、
付着微粒子と該表面の接触点に微粒子の付着に作用して
いるファンデルワールス力に対してそれに相反する静電
気力が作用するため、微粒子の付着力が弱くなる。ここ
で、超音波及び／又は気流のエネルギーが該微粒子及び
その近傍に作用するため、付着微粒子のはく離は容易に
達成される。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。 実施例１ 図１は、半導体工場におけるウェハの表面の清浄化を行
う装置の概略説明図である。図１において、ウェハ１の
表面には、微粒子（粒子状物質）２が付着している。ウ
ェハ清浄化装置Ａは、その表面に光電子放出材３を被覆
した紫外線ランプ４、電極５、６、超音波発振器７より
構成される。電極５は、主に付着微粒子をはく離するた
めの電極、電極６は主にはく離後の浮遊微粒子を捕集・
除去するための電極である。次に、ウェハ上の付着微粒
子のはく離とその除去について詳細に説明する。先ず、
光電子放出材３（負極）と電極５（正極）間に電場を形
成し、光電子放出材３に紫外線ランプ４からの紫外線を
照射すると、光電子放出材３から光電子８が放出され
る。該光電子８は空間中酸素分子や水分子に付着し、負
イオンとなり、ウェハ１上の付着微粒子２に付着し、該
付着微粒子は（負の電荷を多く受け）帯電微粒子とな
る。

【００２４】次に、電極５を負極として（対向する電極
６は正極）、超音波発振器７よりウェハ１の表面に向け
て超音波を発振すると、帯電付着微粒子２は、ウェハ１
表面よりはく離（表面より離れる）し、浮遊状態となる
（微粒子は、ウェハ１表面の上方向の浮遊微粒子とな
る）。ここで、光電子放出材３（負極）と、電極６（正
極）間に電場を形成し、光電子放出材３に紫外線ランプ
４からの紫外線を照射すると、光電子８が放出され、浮
遊微粒子の存在する空間Ｂは負イオンリッチな空間とな
る。上記浮遊微粒子の内、帯電数の多い粒子、例えば比
較的粒径の大きい粒子は、該負イオンが無くても、電極
６に捕集されるが、帯電数の少ない粒子、例えば微細な
粒子などは帯電数が少ないので、移動距離が短くはく離
直後は空間Ｂに存在するが、空間Ｂで電荷を受けるの
で、荷電され、電極６に捕集される。このようにして、
ウェハ１表面の付着微粒子と、ウェハからはく離したは
く離微粒子はウェハ清浄化装置内で、除去される。

【００２５】実施例２ 図２は、実施例１のウェハ清浄化装置Ａの別の形態を示
す。ウェハ清浄化装置Ａは、図３に示す紫外線ランプ４
を中心に光電子放出材３と電極６で囲み一体化されたユ
ニットＣと、超音波発振器７より構成される。ユニット
Ｃにおける光電子放出材３は、紫外線ランプ４の上に被
覆されている。図３にユニットＣの断面図を示してい
る。次に、ウェハ上の付着微粒子のはく離とその除去に
ついて詳細に説明する。先ず、光電子放出材３（負極）
と電極６（正極）間に電場を形成し、光電子放出材３に
紫外線ランプ４からの紫外線を照射すると、光電子放出
材３から光電子８が放出される。該光電子８は空間中酸
素分子や水分子に付着し、負イオンとなり、ユニットＣ
から放出され、ウェハ１上の付着微粒子２に付着し、該
付着微粒子は（負の電荷を多く受け）帯電微粒子とな
る。ここでは、電極５は正極に設定されるので（ウェハ
表面が正になるように電界を形成のため）、ウェハ１上
には負イオンが効果的に付着する。

【００２６】次に、電極５を負極に設定し、超音波発振
器７よりウェハ１の表面に向けて超音波を発振すると、
帯電付着微粒子２は、ウェハ１表面よりはく離（表面よ
り離れる）し、浮遊微粒子となる。ここで、光電子放出
材３（負極）と、電極６（正極）間に電場を形成し、光
電子放出材３に紫外線ランプ４からの紫外線を照射する
と、光電子８が放出され、浮遊微粒子の存在する空間Ｂ
は負イオンリッチな空間となる。ウェハ表面から離れ、
浮遊状態となった微粒子は、該負イオンにより荷電され
（更に電荷を受け）、気流９_-1によりユニットＣ内に導
入され、電極６上に捕集される。このようにして、浮遊
微粒子は効果的にユニットＣで捕集され、ウェハ１の表
面は、清浄化されると同時に、清浄化装置内の浮遊微粒
子は除去される。図２，３中の９_-1、９_-2、９_-3は気流
の流れ方向であり、ユニットＣ内の紫外線ランプ４の照
射により生ずるユニット上下間の温度差によって引き起
こされる。この気流（自然循環）により浮遊微粒子は、
効果的にユニットＣ内に運ばれ、浮遊微粒子の捕集・除
去が効果的に行われる。

【００２７】実施例３ 実施例１の図１において、５インチウェハに下記微粒子
を付着させた後、光電子放出、電極（ウェハに接する電
極）への印加（−）、超音波の発振を行い、ウェハ表面
の付着微粒子の除去効果を調べた。次に、ＵＶ／光電子
法によるはく離微粒子（浮遊微粒子）の捕集について調
べた。 １）付着微粒子；ラテックス標準粒子（ＰＳＬ） ０．５μｍ、１．０μｍ（平均粒径） ２）紫外線ランプ；殺菌灯６Ｗ ３）光電子放出材；殺菌灯の表面にＡｕを１０ｎｍ（厚
さ）に被覆 ４）付着微粒子に電荷を与える電場；３００Ｖ／ｃｍ 〔光電子放出材３（−）と電極５（＋）間の電場〕 ５）超音波発振器；圧電振動子型発振器で６０ｋＨｚ ６）ＵＶ／光電子法による浮遊微粒子（はく離微粒子）
の捕集のための電場； １００Ｖ／ｃｍ 〔光電子放出材３（−）と電極６
（＋）間の電場〕 ７）付着微粒子の測定；ウェハ・ゴミ検査器 ８）浮遊微粒子の測定；パーティクルカウンター

【００２８】結果 （１）ウェハ上付着微粒子の除去 結果を表１に示す。表１は、ウェハ上の付着微粒子数を
示す。表１には、比較として、電場と超音波の組合せ、
光電子による荷電と超音波（電場なし）の組合せ、超音
波のみも示す。

【表１】

【００２９】（２）ＵＶ／光電子法による浮遊微粒子の
除去 クラス１０のクリーンルームに図１のウェハ清浄化装置
を設置し、（１）の実験後、ＵＶ／光電子法の作動、即
ち光電子放出材と電極（図１中の６）間に電圧を印加
し、光電子放出材の紫外線照射を行い、３０分後にパー
ティクルフリーのＮ₂ ガスをウェハ清浄化装置に導入
し、該装置内空気のパージを行い、該装置内の浮遊微粒
子をパーティクルカウンターを用いて計測した。用いた
付着微粒子は、ＰＳＬ０．５μｍであった。該装置の大
きさは、２８リットルである。結果を表２に示す。表２
には、比較のため、ＵＶ／光電子法の作動が無しで同様
に行った結果を示す。

【表２】

【００３０】実施例４ 実施例３における付着粒子の剥離用の超音波に代えて気
流を用い、同様に試験した。 気流：パーティクルフリーのＮ₂ （高純度Ｎ₂ （９９．
９９９９％以上）ガスボンベ使用）２気圧 結果 実施例３と同様の結果が得られた。即ち、本法ではウェ
ハ上の付着粒子の８０％以上が除去された。比較例で
は、７０％以上がウェハ上に残留した。また、剥離した
浮遊微粒子はＵＶ／光電子法又は発生負イオンにより同
様に捕集・除去された。

【００３１】実施例５ 図４は、半導体工場におけるウェハの表面の清浄化を行
うもう一つの装置の概略説明図であり、図４ではイオン
の供給を放電により行っている。図４において、ウェハ
１の表面には、微粒子（粒子状物質）２が付着してお
り、ウェハ清浄化装置Ａは針状の放電電極１０、電極
５、６、超音波発振器７より構成される。電極５は、主
に付着微粒子をはく離するための電極、電極６は主には
く離後の浮遊微粒子を捕集・除去するための電極であ
る。次に、ウェハ１上の付着微粒子の剥離とその除去に
ついて詳細に説明する。針状の放電電極（負極）１０と
対向電極（正極）５の間に負のコロナ電圧を印加する
と、コロナ放電が発生し、同時に両電極間に電界が形成
される。電極１０の周辺には、負イオンや電子１１が多
数生じ、正極である対向電極５に向かう負イオンや電子
のシャワーが形成される。ここで、電子は周囲の親電子
性物質、例えば、酸素分子や水分子に付着し、負イオン
を生じるので、ここでは全て負イオンとして取り扱うこ
とができる。該負イオン１１は、ウェハ１上の付着微粒
子２に付着し、該微粒子２は（負の電荷を多く受け）帯
電微粒子となる。

【００３２】次に、電極５を負極として（対向する電極
６は正極）、超音波発振器７よりウェハ１の表面に向け
て超音波を発振すると、帯電付着微粒子２は、ウェハ１
表面よりはく離（表面より離れる）し、浮遊微粒子とな
る（微粒子は、ウェハ１表面の上方向の浮遊微粒子とな
る）。ここで、針状の放電電極１０と電極６の間に電場
を形成し、前記のコロナ電圧を印加すると、負イオン１
１が放出され、浮遊微粒子の存在する空間Ｂは負イオン
リッチな空間となる。上記浮遊微粒子の内、帯電数の多
い粒子、例えば比較的粒径の大きい粒子は、該負イオン
が無くても、電極６に捕集されるが、帯電数の少ない粒
子、例えば微細な粒子などは帯電数が少ないので、移動
距離が短くはく離直後は空間Ｂに存在するが、空間Ｂで
電荷を受けるので、荷電され、電極６に捕集される。こ
のようにして、ウェハ１表面の付着微粒子と、ウェハか
らはく離したはく離微粒子はウェハ清浄化装置内で、除
去される。

【００３３】実施例６ 図５は、図４のウェハ清浄化装置Ａの別の形態を示す。
ウェハ清浄化装置Ａは、図６に示す針状の放電電極１０
を中心に、対向電極６で囲み一体化されたユニットＤ
と、超音波発振器７より構成される。図６はユニットＤ
の断面図である。次に、ウェハ１上の付着微粒子の剥離
とその除去について説明する。先ず、針状の放電電極
（負極）１０と対向電極（正極）６の間に負のコロナ電
圧を印加すると、負イオン１１が生成する。該負イオン
１１は、ユニットＤから放出され、ウェハ１上の付着微
粒子２に付着し、該付着微粒子２は（負の電荷を多く受
け）帯電微粒子となる。ここでは、電極５は正極に設定
されるので（ウェハ表面が正になるように電界を形成す
るため）、ウェハ１上には負イオンが効果的に付着す
る。

【００３４】次に、電極５を負極に設定し、超音波発振
器７よりウェハ１の表面に向けて超音波を発振すると、
帯電付着微粒子２は、ウェハ１表面よりはく離（表面よ
り離れる）し、浮遊微粒子となる。ここで、ユニットＤ
において、針状の放電電極１０と電極６の間に負のコロ
ナ電圧を印加すると、負イオン１１が放出され、浮遊微
粒子の存在する空間Ｂは負イオンリッチな空間となる。
ウェハ表面から離れ、浮遊状態となった微粒子は、該負
イオンにより荷電され（更に電荷を受け）、気流９_-1に
よりユニットＤ内に導入され、電極６上に捕集される。
このようにして、浮遊微粒子は効果的にユニットＤで捕
集され、ウェハ１の表面は、清浄化されると同時に、清
浄化装置内の浮遊微粒子は除去される。図５，６中の９
_-1、９_-2、９_-3は気流の流れ方向であり、ユニットＤ内
にコイル状に巻かれたヒータ１２により生ずるユニット
上下間の温度差によって引き起こされる。この気流によ
り浮遊微粒子は、効果的にユニットＤ内に運ばれ、浮遊
微粒子の捕集・除去が効果的に行われる。

【００３５】 実施例７実施例５の図４において、５インチウェハに下
記微粒子を付着させた後、負イオンの放出、電極（ウェ
ハに接する電極）への印加（−）、超音波の発振を行
い、ウェハ表面の付着微粒子の除去効果を調べた。次
に、発生負イオンによるはく離微粒子（浮遊微粒子）の
捕集について調べた。 １）付着微粒子；ラテックス標準粒子（ＰＳＬ） ０．５μｍ、１．０μｍ（平均粒径） ２）放電によるイオン発生；針状の放電電極と板状の対
向電極を用い、負のコロナ電圧を印加し、負イオンを発
生（２．５ｋＶ／ｃｍ） ３）付着微粒子に電荷を与える電場；３００Ｖ／ｃｍ 〔放電電極１０（−）と電極５（＋）間の電場〕 ４）超音波発振器；圧電振動子型発振器で６０ｋＨｚ ５）発生負イオンによる浮遊微粒子（はく離微粒子）の
捕集のための電場； １００Ｖ／ｃｍ 〔放電電極１０（−）と電極６（＋）
間の電場〕 ６）付着微粒子の測定；ウェハ・ゴミ検査器 ７）浮遊微粒子の測定；パーティクルカウンター

【００３６】結果 （１）ウェハ上付着微粒子の除去 結果を表３に示す。表３は、ウェハ上の付着微粒子数を
示す。表３には、比較として、電場と超音波の組合せ、
負イオンによる荷電と超音波（電場なし）の組合せ、超
音波のみも示す。

【表３】

【００３７】（２）発生負イオンによる浮遊微粒子の除
去 クラス１０のクリーンルームに図４のウェハ清浄化装置
を設置し、（１）の実験後、放電電極１０と電極６間に
電圧を印加し、負イオンを発生させ３０分後にパーティ
クルフリーのＮ₂ ガスをウェハ清浄化装置に導入し、該
装置内空気のパージを行い、該装置内の浮遊微粒子をパ
ーティクルカウンターを用いて計測した。用いた付着微
粒子は、ＰＳＬ０．５μｍであった。該装置の大きさ
は、３０リットルである。結果を表４に示す。表４に
は、比較のため、負イオンの放出が無しで同様に行った
結果を示す。

【表４】

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば次のような効果を奏する
ことができる。 （１）固体表面の清浄化において、該表面に負又は正イ
オンを供給して、表面付着微粒子に電荷を与え、次い
で、該表面を供給イオンと同一の極になるように電場を
形成して、該表面に向けて超音波及び／又は気流を伝搬
させることにより、 （ａ）固体表面の付着微粒子が効率良く剥離し、固体表
面が清浄化された。すなわち、イオンの供給により付着
微粒子は電荷を与えられたので、該電場により付着微粒
子は凝集し、剥離しやすい形状、大きさに変化した。ま
た、該電場により、付着微粒子と表面の接触点で微粒子
の付着に作用している力に対して、相反する力が作用す
るので、微粒子の付着力が弱くなった。該微粒子に超音
波及び／又は気流が作用するので、付着微粒子の固体表
面からの剥離が容易になった（固体表面の付着微粒子
は、剥離して空間中の浮遊微粒子となった）。 （ｂ）（ａ）により、１μｍ以下の微細な付着微粒子の
除去が容易に達成できた。 （ｃ）固体表面上方に帯電微粒子の捕集材を設けること
により、固体表面から剥離した浮遊微粒子が捕集・除去
された。

【００３９】（ｄ）紫外線及び／又は放射線は、ウェハ
などの基板に照射されないので、表面が敏感な固体表面
（例、ウェハ表面）の清浄に好適に適応できる。 （ｅ）上記の電場用電極（＋）に、剥離した微粒子は捕
集されるので、表面の清浄化と剥離微粒子の捕集・除去
ができた。 （２）上記において、上記の浮遊微粒子に対して、空間
中に放電によるイオンを発生させるか、又は光電子によ
る浮遊微粒子の荷電・捕集法（ＵＶ／光電子法）を同時
に用いることにより、固体表面から剥離した微粒子、特
に粒径が細かい微粒子は効果的に捕集・除去された。 （３）上記により、固体表面の清浄化と剥離した微粒子
を効果的に除去できたので、実用性が向上した。すなわ
ち、剥離した微粒子による周辺への汚染（二次汚染）が
なくなり、固体表面の清浄化と剥離微粒子が捕集・除去
できるコンパクトな清浄化装置となった。これにより、
本発明の清浄化方式の適用先が広がった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の清浄化装置の概略説明図。

【図２】本発明の他の清浄化装置の概略説明図。

【図３】図２のユニットＣの拡大断面図。

【図４】本発明の別の清浄化装置の概略説明図。

【図５】本発明の他の清浄化装置の概略説明図。

【図６】図５のユニットＤの拡大断面図。

【図７】従来の液体を使用しない清浄化技術の粒子除去
限界を示すグラフ。

【符号の説明】

１：ウェハ、２：微粒子、３：光電子放出材、４：紫外
線ランプ、５、６：電極、７：超音波発振器、８：光電
子、９：気流の流れ、１０：放電電極、１１：負イオ
ン、１２：ヒータ、Ａ：清浄化装置、Ｂ：浮遊微粒子の
存在する空間、Ｃ：ユニット、Ｄ：ユニット、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B08B 6/00 B03C 3/38 B03C 3/43 H05F 3/06

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微粒子が付着した固体表面を清浄化する
   方法において、前記固体表面に、空間中の酸素又は水分
   子の存在下での光電子放出材への紫外線及び／又は放射
   線の照射により生じる光電子、又は放電により生成した
   イオンを供給して、該表面上の付着微粒子に電荷を与え
   て帯電微粒子とした後、該微粒子が付着した固体表面
   に、該微粒子に与えた電荷と同種の電場の形成下で気流
   を伝搬させて、該固体表面から微粒子を剥離することを
   特徴とする固体表面の清浄化方法。
2. 【請求項２】 前記固体表面へのイオンの供給は、該固
   体表面に、供給するイオンの電荷と反対の電場の形成下
   に行うことを特徴とする請求項１記載の固体表面の清浄
   化方法。
3. 【請求項３】 前記剥離した微粒子は、捕集・除去する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体表面の清浄
   化方法。
4. 【請求項４】 前記捕集・除去は、光電子放出材への紫
   外線及び／又は放射線の照射により生じる光電子により
   荷電させて行うか、又は放電により得られるイオンによ
   り荷電させて行うことを特徴とする請求項３記載の固体
   表面の清浄化方法。