JP3672321B2 - 回転可能で移動可能な噴霧ノズル - Google Patents

Description

発明の分野
現発明はノズルに関し、当該ノズルは、加工処理室内に備えられた固体表面を加工処理するためのエアゾール噴霧をもたらすためにノズルの縦方向に延在する一続きのオリフィスを有するタイプのものである。より厳密に言えば、現発明は、噴霧器で噴射する噴霧においてもノズル長さに沿って液体の一様な分布がもたらされるノズルデザインに向けられている。当該ノズルデザインはまた角度にかかわらず一様な分布に備え、その結果、ノズルは加工処理されるべき表面に対して回転可能で、加工処理されるべき表面からの当該ノズルの間隔を変えるために移動可能である。
発明の背景
現発明は半導体やマイクロエレクトロニクス工業への特定の適用性のために開発され、特に例えばシリコーンやガリウム砒素の半導体ウエハー、マルチチップキャリア、フラットパネルディスプレイ、磁気ハードディスク、ＭＥＭｓや他の電子機器を含む汚染されたサブストレートのクリーニングへの適用性のために開発された。そのような表面を手入れするために多くの方法が開発された。技術は表面から汚染物質フィルムを取り除くために溶媒又は化学薬品クリーニングの使用、高エネルギー音波の使用、及びそれらの組み合わせを含んでいる。化学薬品（ケミカル）のための溶媒はガスジェット又は液体噴霧乃至スプレーとして施与されうる。
より最近、極低温煙霧質（エアゾール）乃至噴霧器が特に微粒子汚染除去のための半導体ウエハー工業の範囲内での表面に対するジェット噴霧のために開発された。微粒子汚濁物を除去するのに用いられた起寒剤はアルゴン、二酸化炭素及び水を含む。極低温煙霧質の背景の考えは、音速以下の速度又は超音速で運ばれる凍った結晶のジェットをもたらすことである。当該結晶の形成及びサイズは、圧力、温度、汚れ乃至流量、供給された物質の初期段階の位相とノズルデザインに主として依存する結晶形成技術を含む熱力学条件に依存する。二酸化炭素と水は或る適用で用いられたが、シリコーンウエハークリーニングはシリコーンウエハーの表面を損なわない能力と高い純度を必要とする。それ故、アルゴンエアゾールが現在、半導体ウエハークリーニングにとって特に有効であるように思われる。例えばBauer等に対する米国特許第５３７７９１１号、McDermott等に対する米国特許第５０６２８９８号、第５２０９０２８号、第５２９４２６１号は、窒素と結合したアルゴンを含有しうる極低温煙霧質の使用を開示する。Hayashiに対する米国特許第４７４７４２１号とWhitlock等に対する米国特許第４８０６１７１号は二酸化炭素エアゾール結晶を用いてサブストレートをクリーニングする装置を記載する。
極低温煙霧質クリーニングシステムの簡単な概略が、シリコーンウエハー表面とジェット衝突ノズル２を含んで図１に示される。ノズル２はその長さに沿って複数のオリフィスを有し、これからエアゾールジェット噴霧がシリコーンウエハー表面１に向かって推進する。典型的には上記オリフィスは、エアゾールジェットの流れが所定の角度でシリコーンウエハー１に衝突するように作られている。上記エアゾールはノズルからシリコーンウエハー表面１に交差して延びシリコーンウエハー表面１から矢印の矢じりに延びる線によって示されたエアゾールガスの範囲内に浮遊したエアゾール結晶３を含む。汚濁物粒子４がシリコーンウエハー表面１に示され、シリコーンウエハー表面１からエアゾールガスジェットの流れから運び去られるように示される。典型的にはジェット衝突ノズル２は、エアゾール結晶３を含むエアゾールジェットの流れがシリコーンウエハー表面１に衝突するような位置と特定の角度で固定される。上記ウエハー表面はジェット衝突ノズル２の固定された位置に対して移動可能なように支えられている。通例、表面１を有したシリコーンウエハーはジェット衝突ノズルの下で移動可能なように取り付けられ、その結果、シリコーンウエハー表面１全体がきれいにされうる。エアゾールガスで運ばれるエアゾール結晶３はシリコーンウエハーの表面１に衝突して、汚濁物粒子４の除去を引き起こし、ジェット流れが汚濁物粒子４をシリコーンウエハー表面１から運び去る。上記のように、エアゾールはエアゾール結晶３又はクリーニングにとって公知である他の粒子又は液体のような極低温煙霧質の束を備えてなっている。
極低温クリーニング装置において、ノズル２と可動性チャックによって支持されたシリコーンウエハーとはエアゾールクリーニング室の範囲内に備えられる。当該エアゾールクリーニング室はクリーニング工程の間、極低温エアゾール結晶３の形成を制御するように真空にされる。より正確に言えば、アルゴンと窒素の混合物のような不活性な物質がノズル２に供給され、ジェット衝突ノズル２から真空クリーニング室内に放出される。当該真空クリーニング室内では極低温エアゾール結晶３とエアゾールガスジェットの流れが形成される。
極低温エアゾール結晶３は最初に蒸発冷却によって形成される。蒸発冷却は、シリコーンウエハー表面１に衝突する前に凍らされる小さな液体飛沫を当てにする。小さな液体飛沫はノズルオリフィスから広がる高圧ガスによって霧化される大きな飛沫から形成される。小さな液体飛沫（エアゾール噴霧）は、ノズルとシリコーンウエハーの間の圧力降下のために結晶に氷結する。蒸発冷却によって形成された結晶は一般に径が約１ミクロンから１０ミクロン（１〜１０μ）かそれ以上である。さほど重要でなく、極低温エアゾール結晶はまた、上記したBauerの米国特許第５３７７９１１号に記載されたように、エアゾールクリーニング室内で膨張に関連した温度降下に基づく結晶の同質氷晶形成であるジュール・トムソン冷却を経て形成される。この氷晶形成は一般に径で０．０１μのオーダーでの大いに小さめであまり効果的でない結晶をもたらす。
それ故、液体飛沫の小さな液体飛沫への霧化とその後の氷結による結晶の一次形成を達成するために、ノズルデザインはノズルの長さに一様に沿った液体を分布しなければならない。一様な分布は、霧化され氷結されエアゾールガスによって運ばれるようにノズルの長さに沿った大きめの飛沫の形成を保証する。
図２及び３に示されたように、ジェット衝突ノズル２が固定された角度的な向きで示される。不活性物質がノズル２の内部内に備えられ、液体がその中にオリフィスのラインのレベルに実質的に溜り乃至プールを形成する。エアゾール噴霧は上記したようにオリフィスから放出される。一様な加工処理のためにノズルの長手方向長さに沿って一様な噴霧をもたらすことが重要である。図３に示されたように、液体溜りは描かれた長手方向長さの一部分に沿って延在する。図３に表示されたように、液体溜りを通って波（ウェーブ）が動くと考えられる。これれ波は、ノズルの長さに沿ったエアゾール噴霧の強度の揺れ効果として時々観察されたところのものを引き起こすと考えられる。この効果は「ウォーキング」効果と称される。ウォーキングが観察される場合にノズルの瞬間的な一様性が不十分であるけれども、この現象は、ノズルの長手方向長さに沿って波が前後に動くので、加工処理の一様性を重大にはもたらさない。
しかしながら、固定されたノズルを備えることの帰結は特定の衝突角度の創出である。表面特徴（地勢）、パターン又はviasを有するサブストレート表面をクリーニングする又は他の処理をする際に、定められた衝突角度でのエアゾール流れは特徴の表面を十分にはきれいにしないかもしれない。例えば深い細溝や他の表面特徴から汚染物質をクリーニングすることは、サブストレート表面に対しほぼ垂直にエアゾール噴霧方向を向き合わせ（方向付け）することによってより徹底的になされ得る一方、平坦な表面からのクリーニング残骸はサブストレート表面に対する非常に薄い接地角度でエアゾール噴霧の方向付けを必要とする。更に平坦な表面であっても、汚濁物粒子の形状やそれらが平坦な表面に接着するあり方のために、異なる衝突角度がより効果的かもしれない。
図４に、上記されたと同じようなノズルが示されるが、当該ノズルはサブストレート表面で向けられた実質的に垂直なエアゾール噴霧をもたらすように方向付けて固定されている。とりわけエアゾール噴霧方向は重力の方向で示される。この状況で、上で述べられた液体溜り（プーリング）効果、及びそれ故に極低温エアゾール結晶の形成が弱められる。液体溜りは一様でなく、極低温液体がノズルの一端又は両端であるいはその長さに沿った地点で搬送されるか否かにかかわらず、右側に示されたように消滅するまで減少しうる。一様でない液体溜りと共に、ノズル長さに沿った或る位置で極低温エアゾール結晶の形成が抑制され、一様でない加工処理が生じうる。
前記したBauer等の米国特許第５３７７９１１号は、２部分からなる室を利用する固定されたノズルを開示する。Bauer等の特許の図７Ａに示されたように、上部室は一続きのオリフィスを介して下方室と接続し、他の一続きのオリフィスは下方室から備えられ、当該室からエアゾールが放出される。しかしながら、上下多肢管を備える目的は低圧点の発生を排除すること、及び上方分配多肢管から下方分配多肢管へ通るガスの分布すら排除することにある。
現発明の概要
現発明は、サブストレートを加工処理するためにノズル長手方向に沿った一続きのオリフィスを有し回転調整可能なノズルを備えることによって従来技術の不利と欠点を克服する。現発明のノズルデザインによって液体はエアゾール噴霧の角度に無関係にノズルの長手方向に沿って適切に分布される。これによって噴霧角度に無関係である一様なエアゾール流れの発生が見込まれる。現発明のノズルデザインは、より一様な液体溜りをもたらすことに加えてウォーキング効果を同じく実質的に排除するノズル範囲内での液体の一様な分布を改善する。
ノズルの回転可能な調整は、当該ノズルがより広い範囲での適用で有効である点で有利である。とりわけサブストレートの加工処理は、表面特徴、粒子汚染物質のタイプや形状及び他のファクターに依存して異なってエアゾール噴霧方向を方向付けすることによってより徹底的になされうる。例えば表面特徴が備えられたところでサブストレート表面に対してほぼ垂直な衝突角度が好まれうる。非常に平坦な表面を加工処理するために、サブストレート表面に対する非常に薄い接地衝突角度が好まれうる。しかしながら、例えば汚染物質粒子形状とその付着に依存して衝突角度を変化することによって一層高い効率が得られうる。エアゾール噴霧の角度的な方向付けはノズルを回転することによって調整される。極低温クリーニング装置の場合に、加工処理室が真空のままで回転がなされうることが更に有利である。更に、回転動作が自動化可能で、サブストレートからサブストレートに又は単一のサブストレートのクリーニングの間に自動的に変えられうる。
更に、現発明はまた加工処理されるべきサブストレートの方に向かって又は当該サブストレートから離れる方向に又はサブストレート表面に対し平行な方向に移動可能なノズルに関する。それ故に、ノズルとサブストレート表面の間の間隔はプロセスを最適化するように調整可能であり、あるいはノズルが移動可能な一方でサブストレートは固定される。それ故、厚みの変化するサブストレートで、変化する厚みサブストレート表面にわたってサブストレート表面への固定された噴霧移動間隔を維持するためにスプレーノズルを操作することが都合よく可能である。
現発明の上記利点は、物体乃至物質の表面の処理のための装置での使用のためのノズルによって、エアゾール噴霧で表面を衝突することによって達成される。上記ノズルは当該ノズルの少なくとも一部に沿って長手方向に備えられた一続きの衝突オリフィスを有し、当該ノズルは縦に第１及び第２内部空洞に分けられた室内を有して、これら第１及び第２内部空洞の間に複数の開口を備える。第１及び第２内部空洞の間の開口は、衝突オリフィスの放射（半径方向）角度よりも長手方向軸線から異なる放射角度で方向付けられる。好ましくはノズルは内側管と外側管を備えてなり、これらは互いに機能的に作用して支持され接続される。第１内部空洞は外側管の内側表面と内側管の外側表面の間に備えられ、第２内部空洞は内側管内に備えられ、開口が内側管を通って延在する。より好ましくは、内側管と外側管は横断面で円形で、同心に配置されている。この構造で、ノズルはエアゾール室の壁に回転調整可能なように取り付け可能で、一続きの衝突オリフィスがノズルの長手方向軸線に関して異なる放射（半径方向）角度で設定可能である。外側管はまた特定の適用のために特に半径方向オフセットを最適化するために内側管に関して都合よく調整可能に備えられている。
現発明はまた、そのようなノズルを、物体乃至物質の表面をエアゾール噴霧で衝突することによって当該表面を処理するための装置と組み合わせることに関しており、上記装置は処理されるべき物体乃至物質を収容するための内部スペースを定めるエアゾール室と、当該エアゾール室内で当該物体を機能的に作用するように支持するための支持手段を備えてなる。上記物体はエアゾール室の範囲内で処理される。ノズルはエアゾール室内で回転調整可能なように支持され、一続きの衝突オリフィスがノズルの長手方向軸線に関して異なる放射角度で設定可能であり、ノズルは縦に第１及び第２内部空洞に分けられた室内を有して、これら第１及び第２内部空洞の間に複数の開口を備える。第１及び第２内部空洞の間の開口は、衝突オリフィスの放射角度よりも長手方向軸線から異なる放射角度で方向付けられる。
現発明の別のアスペクトにしたがえば、物体乃至物質の表面をエアゾール噴霧で衝突することによって当該表面を処理するために装置が備えられる。当該装置は処理されるべき物体を収容するための内部スペースを画定するエアゾール室と、当該エアゾール室内で物体を機能的に作用するように支持しその表面を処理のための位置におく支持手段を備えてなる。上記物体はエアゾール室の範囲内で処理される。ノズルは当該ノズルの少なくとも一部に沿って長手方向に備えられた一続きの衝突オフィスを有する。当該ノズルはエアゾール室内で調整可能に取り付けられ、当該ノズルと処理されるべき物体の表面の間の間隔は支持手段によって所定位置に支持される際に変えることができる。好ましくは調整可能な取り付けは、ノズルが取り付ける取付プレートによってもたらされる。当該取付プレートは、支持手段によって所定位置に支持された際に処理されるべき物体の表面とノズルの間の間隔を変えるためにエアゾール室の壁に調整可能に取り付けられる。ノズルはエアゾール室の壁を通って備えられたスロットを通して延在し、その結果、ノズルはエアゾール室の壁に対する取付プレートの位置を変えることによってスロットの長さに沿って所定位置に調整可能である。シール手段がまたスロットの周りに延在して備えられ得、ノズルのいかなる調整位置にてもシール係合が取付プレートとエアゾール室の壁の間に備えられうる。
現発明はまた回転調整可能でまた移動調整可能で、これらが互いに無関係であるノズルの組み合わせに関する。
【図面の簡単な説明】
図１はシリコーンウエハーの表面をきれいにするための典型的な極低温エアゾールクリーニングシステムの概略図である；
図２は一続きの長手方向に位置合わせされたオリフィスを有し重力から約４５°のエアゾール噴霧角度で方向付けされたノズルの遠近法による概略図である；
図３は同じ角度で方向付けされノズル内でその長手方向長さに沿った液体溜りの形成を示す図２のノズルの概略図である；
図４は図３に類似し、長手方向に位置合わせされたオリフィスが重力の方向にエアゾール噴霧を生じるようにノズルが方向付け乃至位置付けされ液体溜りの部分的な形成を示す概略図である；
図５は回転可能に調整可能なノズルを含むエアゾール室の側面概略図であって、ノズルとサブストレート表面の間の間隔は調整可能である；
図６は現発明にしたがってノズルに対し左の方に動くサブストレートの概略側面図であって、ジェット流れの衝突の角度及びノズルとサブストレート表面の間の噴霧間隔とを示す；
図７はエアゾール室の側壁に取り付けられるように示された現発明に係るノズルのための回転し移動可能な接続組立品の部分的な横断面図である；
図８はエアゾール室の側壁への接続から分けられた図７の回転移動する接続組立品の斜視図である；
図９は図７及び８の回転移動する接続組立品が取り付けられるべきエアゾール室の側壁の部分側面図である；
図１０は現発明に係るノズルの側面図であって、当該ノズルの外側管の長さに沿った一続きの長手方向に位置合わせされたオリフィスを示す；
図１１は図１０に示されたのと半径方向で９０度だけ回転された現発明に係るノズルの側面図であって、外側管は取り除かれ、その位置は鎖線で示され、内側管が一続きの長手方向に位置合わせされたオリフィスを有して示される；
図１２は現発明のノズルの部分的な横断面図であって、一緒に接続された内側管と外側管を示す；
図１３は現発明に係るノズルの長手方向部分の概略側面図であって、内側オリフィスは重力の方向に方向付け乃至位置付けされ、ジェット衝突オリフィスが内側オリフィスに対して９０°に方向付け乃至位置付けされる；
図１４は図１３の線１４-１４に沿った横断面図である；
図１５は図１３に類似した概略図であるが、重力の方向から９０°に方向付け乃至位置付けされた内側オリフィスを示し、ジェット衝突オリフィスは重力の方向に方向付け乃至位置付けされている；
図１６は図１５での線１６-１６に沿った横断面図である。
好適な実施形態の詳細な説明
図面に関し、そして始めに図５に関して、幾つかの図面を通じて等しい数字は等しいコンポーネントを示し、シリコーンウエハー１２のような物体の表面の処理のために装置１０が示される。現発明は、平坦なパネルディスプレイ、ハード駆動装置、複合チップモジュールを含むいかなるタイプのマイクロエレクトロニクス装置を処理するのにも有効である。なおマイクロエレクトロニクス装置は上記列挙したものに限定されない。追加的に本発明はｘ線マスクを含むマイクロリトグラフプロセスに用いられるマスク及びガリウム砒素ウエハーやシリコーンであるウエハー（これらに限定されない）を処理するのに有効である。
装置１０は基本的に、エアゾール室１６内でシリコーンウエハー１２を支持する可動チャック１４とジェット衝突ノズル１８とを備えて構成される。上記ノズル１８は以下により十分に記載されるように、現発明の好適な実施形態にしたがって回転可能に調整可能で移動可能である。上記装置１０はサブストレート、例えばシリコーンウエハー１２の表面１３を処理するのに使用され；そのような処理はコーティング、クリーニング、同様な処理であって、ジェット衝突ノズル１８は表面１３に衝突するエアゾール、液体又はガスを供給する。特定の記述の目的のために、上記装置はシリコーンウエハーの表面から汚染物質をクリーニングするのに用いられるエアゾールクリーニング装置として記載される。
描かれたチャック１４はジェット衝突流れを通してウエハー１２の全側面を動かすように所定の範囲内での直線の動きを示すタイプのものである。現発明はまた回転チャック（図示せず）を用いるシステムに適用可能で、ウエハー１２の回転の動きはその表面をノズル１８からのジェットで衝突するために引き起こされる。二者択一的に現発明の一つの実施形態によれば、ノズルは、チャックの動きに加えて或いはチャックに対する代わりにウエハーの表面に平行な方向で移動可能であってもよく、チャックとウエハーは同様の結果をなすために静止したままである。用語のチャックは処理されるべき物体を機能的に作用するように支持する装置を意味して使われている。チャックが直線的に又は回転して動く場合に、チャックはまた適切なスライド乃至ガイド機構又はターンテーブルを有する。しかしながら、チャックが動かない場合、単に機能的な支持機構であってもよい。
現発明は特にシリコーンウエハーから汚染物質をクリーニングするのに用いられる極低温エアゾールクリーニング室としての使用に適用可能である。背景の項目に説明したように、極低温クリーニングは例えばアルゴンエアゾール、二酸化炭素又は水を用いうる。現在、アルゴンエアゾールが好まれる。窒素と結合されたアルゴン極低温エアゾールの特定の例はMcDermott等に対する米国特許第５０６２８９８号、第５２０９０２８号及び第５２９４２６１号やBauer等に対する米国特許第５３７７９１１号に開示され、これらの各々の開示内容全体はこれによって参照して組み込まれる。
図５に示されるように、エアゾール室１６は排気ダクト２０を有する閉鎖された内部スペースを画定する。エアゾール室１６内に可動チャック１４が備えられる。当該可動チャック１４は、シリコーンウエハー１２をその上に支持する表面を有し、処理されるべきシリコーンウエハー１２の表面１３がジェット衝突ノズル１８の衝突範囲を通して完全に動きうるように可動に支持される。可動チャック１４は、シリコーンウエハー１２をそこに保持するための支持表面に開いた真空開口による等してジェット衝突ノズル１８に向いたその表面にシリコーンウエハー１２を固定するための在来の機構を有しうる。機械的留め具又はクリップ、吸引装置、静電装置及び電磁装置がウエハーをチャックに固定するために公知である。これらのものや他のものが使用できる。可動チャック１４は更にエアゾール室１６内に支持され、その必要な動きをもたらす。在来の滑りやガイド機構が可動チャック１４の動きのルートを規定するために用いられうる。更に作動機構２２がそのガイドルートに沿って可動チャック１４に動きを伝えるのに用いられうる。作動装置機構２２は在来の電気的、機械的、電気機械的、液圧作用の、空気作用の、又は類似のアクチュエータ機構を含みうる。作動装置機構２２はシリコーンウエハー１２が衝突範囲に全体にわたって動きうるのに十分な動きの範囲を有する。アクチュエータロッド２４は作動装置機構２２と可動チャック１４の間に接続され、また上述したようにシリコーンウエハー１２を固定するために可動チャック１４の表面に真空をもたらすための真空通路を有しうる。
エアゾール室１６内で流体力学或いは流体動力を制御するために、整流板３４を備えてなる流れセパレータが可動チャック１４の一端に接続し、排気ガスダクト２０にまで達している。追加的に側板乃至囲い板３６がエアゾール室１６に備えられ、ノズル１８まわりの流れを制御するためにエアゾール室１６、その上壁などに接続したプレートを備えて構成される。整流板３４と側板３６によるエアゾール室１６内での流体力学の制御は、１９９６年９月１１日に出願した共に係属する米国出願serial no.08/712342により十分に記載されている。基礎的な目的は除染を妨げるために衝突後の流れを正の流れ方向ＣやＤへ分けることにある。
ノズル１８は矢印Ａで示されたように回転可能に調整できるように且つノズル１８とウエハー１２の表面１３の間の間隔を調整するために矢印Ｂの方向に沿って移動可能なようにエアゾール室１６内で支持される。回転可能で移動可能な調整をもたらすためのやり方は以下に記載される。ノズル１８は供給ライン２６と接続し、当該ライン自体は更に特定のプロセスに応じてアルゴン、窒素等の実際のガス乃至液体供給に接続した別々の供給ライン２８，３０と接続されている。ガス冷却のような更なる加工ステップがまた特定のプロセスに応じて供給ライン２６内で起こり、その結果、ノズル１８が極低温クリーニングエアゾールのような所望のエアゾールを放出する。エアゾール室１６の内側は更に、特定のプロセスに基づいてエアゾール室１６内の所望空気圧を選択的に制御するために真空装置又は圧縮装置のいずれかと接続されうる。真空装置（図示せず）は排気ダクト２０を通して接続可能である。圧力はノズル１８を介してガスを供給することによって又は他の供給ラインを通って簡単に増加されうる。例えばアルゴンと窒素を用いたエアゾールクリーニング装置では、極低温結晶を形成するためにエアゾール室１６内の圧力を減少することが普通は望ましい。背景の項目で記載されたように、極低温結晶はウエハー１２の表面１３に衝突するに先立って小さな液体飛沫の氷結に依存する蒸発冷却によって先ず形成される。小さな液体飛沫はノズルオリフィスから広がる高圧ガスによって霧状にされた大きめの飛沫から形成される。小さな液体飛沫（エアゾール噴霧）はエアゾール室１６内の圧力とノズルの間の圧力降下のために氷結する。
また図５に示されたように、埋め合わせ（補償乃至仕上げ）ガス、好ましくは窒素のような不活性ガスが供給導管３８を介して示された１個所以上の位置でエアゾール室１６に導入可能である。必要ではないけれども、そのような埋め合わせガスは好ましくは、エアゾール室１６の頂部及び／又は底部で導入され、その逆側は排気管から離れている。埋め合わせガス使用の理由は圧力制御とノズルでの不安定性さによって生じたエアゾール室内の僅かな圧力偏差（約５〜１０パーセントのオーダー）の埋め合わせをする又は補償することである。埋め合わせガスを供給することで、局所的な圧力差の欠陥は最小限に抑えられ、図５に示されたように、衝突ジェットの働きによって生じる左から右への正の全体にわたる圧力流れが維持される。埋め合わせガスはエアゾール室１６の頂部や底部の壁を通って備えられた隙間を介してエアゾール室１６に導入可能である。在来のガス供給技術が使用可能である。
ノズル１８が長手方向に位置合わせされた一続きのジェット衝突オリフィス４０を有することが図１０に示された。図６に関してジェット衝突オリフィス４０はウエハー１２の表面１３を処理するのに用いられる物質の衝突の角度を規定する。極低温クリーニング装置の場合、上記物質は好ましくは氷結した極低温結晶とガスの流れを備えてなる。衝突の角度は角度αとして図６に示される。現発明によれば、ノズル１８はエアゾール室１６内に回転可能に据え付けられ、上記角度αは所望のクリーニング角度に応じて変化可能である。それ故、ノズルはより広い範囲の適用において有効であり、より効率的である。特に、深い細溝や他の表面特徴を有するサブストレートの加工は、αが９０°であるところのサブストレート表面に対しほぼ垂直にエアゾール噴霧方向を方向付けすることによって、より徹底的になされうる。非常に平坦な表面を加工処理するために、エアゾール噴霧は０°の角度αに近い非常に薄い接地角度でもたらされうる。他の表面は０°と９０°の間で任意のα角度を要しうる。図６に、左に動くウエハー１２を示す。しかしながら仮にウエハーが右に動くならば、衝突角度は同様に９０°から１８０°のα角度の間に調整することができる。サブストレート、例えばウエハー１２の表面特徴によって、角度αはサブストレートからサブストレートで又は単一のサブストレートのクリーニングの間に変更されうる。
好ましくは、現発明のノズル１８はまた表面１３に向かって又は当該表面から離れるように調整可能である。ノズルの下縁とサブストレート表面の間の間隔ｘは特定のプロセスを最適化するように調整可能である。更に異なる厚みの複数のサブストレートで、変動する厚みのサブストレート表面にわたってサブストレート表面への一定した噴霧移動間隔ｘを維持するために噴霧ノズル１８を操作することが可能である。
図７，８，９に関して、回転可能で移動可能にノズル１８を取り付ける様式が記載される。図８で、回転移動接続組立品４２がノズル１８に接続して描かれている。図７で、回転移動接続組立品４２を通る部分的な横断面が示されて、当該接続組立品はエアゾール室１６の側壁である側壁４４に固定されている。図９に、接続組立品４２が取り付けられていない側壁４４の切断部分が示される。
回転移動接続組立品４２は極低温液体真空フィードスルー（供給樋）４６、回転フィードスルー４８及び取付プレート５０を備えて構成される。図７に示された組立状態で、取付プレート５０はエアゾール室１６の側壁４４に接して位置しており、回転フィードスルー４８は取付プレート５０と極低温液体真空フィードスルー４６の間に備えられる。
ノズル１８は通常公知のＶＣＲタイプの取付部品５４によって供給管５２と接続して描かれている。二者択一的に、ノズル１８は供給管５２に直接的に溶接可能である。供給管５２は極低温液体真空フィードスルー４６の端壁５６を通って備えられた開口を貫通している。供給管５２は真空シールをもたらし下記するノズル調整を容易にするために、好ましくは封止されて端壁５６に接続される。
極低温液体真空フィードスルー４６は好ましくは、モデルＥＴ-１８８としてHuntington Mechanical Laboratories,Inc.、カルフォルニア州Mountain Viewから市販されている真空フィードスルーを備えて構成される。極低温液体真空フィードスルー４６はまた、回転フィードスルー４８に極低温液体真空フィードスルー４６を接続するのに用いられるフランジ部分５８を有する。図示のように、ボルト６０が使用される。フランジ部分５８は、回転フィードスルー４８の凹んだ表面６４とで真空シールをもたらすのに適した表面６２を有する。真空シールを確実にするために好ましくはシール乃至ガスケット６６が表面６２と６４の間に備えられる。回転フィードスルー４８は好ましくは、シリーズＶＦ-１７４-２７５として同じくカリフォルニア州Mountain ViewのHuntington Mechanical Laboratoriesから市販されている作動ポンプ式回転取付装置を備えて構成される。当該回転フィードスルー４８は、第２コンポーネント部分４９に対して回転調整可能な第１コンポーネント部分４７を備えて構成される。それ故、当該コンポーネント４７の表面６４はコンポーネント４９の表面６８に対して回転可能である。同じ回転フィードスルー４８は、調整（アライメント）を維持するために止めネジ（図示せず）を備えた０〜３６０度スケールを有し、自動化された回転のためにステッピングモータ（同じくHuntington Labs．から市販されているシリーズＭＶＦ-１７４-２７５）を任意に備えてもよい。
回転フィードスルー４８のコンポーネント４７がボルト６０によって極低温液体真空フィードスルー４６に接続している。回転フィードスルー４８の凹んだ表面６４から反対側で、表面６８は取付プレート５０の表面７０とシール係合している。また真空シールをもたらすために好ましくはシール乃至ガスケット７２がシール表面６８と７０の間に備えられる。取付プレート５０が例えばボルト（図示せず）によって、回転フィードスルー４８のコンポーネント４９と固定される。
最善には図７に示されるように、取付プレート５０は、好ましくはノズル１８の寸法より僅かに大きい開口７４を有する。取付プレート５０はまた、エアゾール室１６の側壁４４に当該取付プレート５０を調整可能に取り付けるのに用いられる一対の筋路７６を有する。当該筋路７６は、側壁４４にボルト止めされた複数の、好ましくは４個のクランプ７８（図７では２個のみが示される）と協働する。当該クランプ７８は、筋路７６に対し作用するように取付プレート５０の側縁にかぶさって張り出し、その結果、クランプ７８が適所に締められる際に取付プレート５０が所定位置に固定される。好ましくは、エアゾール室１６の側壁４４が取付プレート５０を案内するために筋路８０を有するように画定される。筋路８０の方向は図５に矢印Ｂで示されたようにノズル１８がウエハー１２の方へ又は当該ウエハーから離れるように動くのと同じ方向に沿っている。筋路８０と同じ方向に隙間８２が延び、当該隙間を通ってノズル１８が位置している。図９に示されるように、ノズル１８の位置は上記したように取付プレート５０に対し作用するクランプ７８によって設定される。
筋路８０の表面と取付プレート４０の表面の間に真空シールをもたらすために、ガスケット８４が備えられる。好ましくは当該ガスケット８４は、筋路８０の面に備えられた溝内に適合するＯリングタイプのシールガスケットを備えてなる。ガスケット８４とその溝が実質的に卵形状として図９に示されるが、隙間８２が取り囲まれ取付プレート５０と筋路８０の間に真空シールがもたらされる限り、いかなる形状も用いることができる。
取付プレート５０を通る開口７４と隙間８２は好ましくは、エアゾール室１６の内側に開いた回転フィードスルー４８と極低温液体真空フィードスルー４６の内部に真空室８６が備えられるように形作られている。即ち、エアゾール室１６内の圧力は回転移動接続組立品４２内で画定された内部室８６内の圧力と同じとなる。内部室８６は回転移動接続組立品４２内でノズル１８と供給管５２の部分と取付部品５４を絶縁する。回転移動接続組立品４２から延びる供給管５２の残りの部分を絶縁するために、真空ジャケット８８が備えられる。当該真空ジャケットは通常供給管５２を取り囲み、好ましくは溶接によって極低温液体フィードスルー４６に接続される。それ故、供給管５２を絶縁するように真空ジャケット８８の内部に独立した真空がもたらされうる。
ノズル１８の回転調整は、回転フィードスルー４８のコンポーネント４９に対するコンポーネント４７の回転位置によってなされる。これをなすために、スプリング調整ネジ（図示せず）が緩められ、コンポーネント４７と４９が相対的に回転調整される。コンポーネント４９が取付プレートに所定位置で固定されてコンポーネント４７を動かすことの結果は、供給管５２と順に固定された極低温液体真空フィードスルー４６をまた回転することである。供給管５２が取付部品５４によってノズル１８と固定接続されているので、ノズル１８は結局回転フィードスルー４８に備えられたスケールに対応して回転調整される。調整位置が得られると、スプリング調整ネジ（図示せず）が締められる。更に回転フィードスルー４８が好ましくは真空緊密であるので、エアゾール室１６が真空下で回転調整がなされうる。
上に述べたことによって、エアゾール室１６内でノズル１８を移動可能に位置決めするように、取付プレート５０がエアゾール室１６の側壁４４の筋路８０内の所定位置に調整可能であることは明らかである。クランプ７８を緩めることによって、回転フィードスルー４８、極低温液体真空フィードスルー４６、供給管５２、取付部品５４及びノズル１８と結合した取付プレート５０は筋路８０と隙間８２に沿って動くことが可能である。実際の調整プロセスの間に真空が維持されないようになりそうでも、ガスケット８４が隙間８２に沿っていかなる位置でも適切な真空シールを保証する。所定移動可能位置にノズル１８を固定することが望ましい場合、取付プレート５０が適切な位置にあってガスケット８４の適切なシールをもたらすようにクランプ７８が締められる。筋路８０及び／又は取付プレート５０の縁に沿ってスケールを備えてもよい。
別の実施形態において、筋路８０と隙間８２は代わりにウエハー１２の表面の平行な方向に備えられることが可能である（図５参照）。ノズルはそれ故、ウエハー１２の表面に沿って移動可能である。これをなすために、上に述べたと異なる真空インターフェイス技術、可動蛇腹（ベロー）等を有するような技術が必要となる。この実施形態で、ウエハー１２の全表面又は処理されるべきその一部にわたってノズル１８が移動可能であるような十分な長さを有する隙間と筋路を画定することが可能である。それ故、エアゾール室１６内の所定位置にウエハーを支持するためのチャックが定置であって、ノズル１８がウエハー１２を加工処理するために移動可能である。
現発明に係るノズル１８の構造は図１０，１１，１２に示される。基本的に当該ノズル１８は外側管９０、内側管９２、端部蓋９４、端部蓋９５、及び供給管５２との接続のための好ましくは上記したＶＣＲ取付部品５４の一部である取付部品９６を備えて構成される。
図１２に示されるように、取付部品９６は描かれたように当該取付部品９６の左側から開口する内部通路９８を有し、取付部品５４を介して供給管５２と連通する。取付部品９６の他端に管部分１００が備えられ、これを上記通路９８がまた貫通する。管部分１００を取り囲んで、外側管９０が取付部品９６の表面１０２に接続する。好ましくは外側管９０と管部分１００とは同心に配置される。普通、外側管９０は溶接によって表面１０２と接続される。内側管９２は好ましくは管部分１００に密着され例えば溶接によって接続される。ノズル１８の他端で端部蓋９５が内側管９２の端部にシール連結され、外側管９０の端部をシールし内側管９２と外側管９０の両方を支持する端部蓋９４内に入れ子状に収まる。好ましくは端部蓋９４は外側管９０と外側管９２の同心関係を維持する。
この構造によって、第１空洞１０４は外側管９０内でその内側表面、内側管９２の外表面、取付部品９６の表面１０２及び端部蓋９４によって画定される。第２空洞１０６はまた外側管９０内、特に内側管９２と取付部分９６の管部分１００の範囲内で、その内側表面と端部蓋９５によって定められるように画定される。
内側管は好ましくは一続きの長手方向に位置合わせ（一列整列）されたオリフィス１０８を備える。当該オリフィス１０８は位置合わせされる必要はなく、或る場合においては意図的に一列配置されない。例えば幾つかのオリフィス１０８は互いに１８０度だけ半径方向にずらされてもよい。当該オリフィス１０８は第２内部空洞１０６と第１内部空洞１０４の間で連通をもたらす。ジェット衝突オリフィス４０は外側管９０を通って長手方向に位置合わせされた直列で備えられ、第１内部空洞１０４と外側からの連通をもたらす。更に詳細に言えば、ジェット衝突オリフィス４０はその中の流体／ガス混合物をウエハー１２に向かう方向と図６に示され上述した衝突角度αに位置付けする。
現発明によれば、内側オリフィス１０８がジェット衝突オリフィス４０と放射状に又は半径方向に位置合わせされない。即ち、これらは互いに半径方向で角度をもってオフセットされる。好ましくは、内側オリフィス１０８はジェット衝突オリフィス４０から９０°だけ角度的にオフセットされるが、更に以下で述べられるように、ノズル１８内で少なくとも１つの液体溜りの形成を保証するように幾らかの角度的ずれ乃至変位をもたらすことが求められるだけである。
図１３と１４で、ノズル１８の１つの角度的位置づけが示される。特に、内側管９２は、そのオリフィス１０８が重力の方向である下方に向けられるように方向付けされている。外側管９０のジェット衝突オリフィス４２は９０だけ角度的にオフセットされ、そのエアゾール流れが実質的に水平に向けられる。図５と６を参照して、これは実質的にウエハー１２の表面に平行なエアゾール流れをもたらす。
第２の方向付け乃至位置付けが図１５と１６に示される。この場合、内側管９２は、そのオリフィス１０８が重力の方向から実質的に９０°に向けられるように方向付けされる。外側管９０のジェット衝突オリフィス４０は一般に重力の方向に向けられる。この方向付け乃至位置付けは図５と６に示されるように、ウエハー１２に対して実質的に垂直に向けられたエアゾール流れをもたらす。
両方の方向付けによって証明されるように、液体溜りの形成は、ノズル１８の角度的な方向付け乃至位置付けで当該ノズルを備えて第１内部空洞１０４又は第２内部空洞１０６の１つに確実にされる。更に内側オリフィス１０８とジェット衝突オリフィス４０の間の９０°以外の角度的オフセットでさえ、幾らかの量の液体溜りが備えられる。この特徴は長手方向に配置されたノズルに沿ってどのようなタイプの液体でも施与するのに有益であって、施与されるべき液体はノズルの長手方向長さに沿って十分分布される。この主題出願の背景項目で上述されたように、極低温エアゾールクリーニングの場合でのように、液体はノズル１８の長手方向長さに沿って分布されなければならない。後続する氷結での液体飛沫の小さな飛沫への霧化による結晶の一次形成を達成するために、ノズルデザインがノズル１８の長さに沿った液体の分布のためにもたらされる。図３に示され且つ上述したように、液体溜りがノズル２内に、重力から角度をもって備えられたジェット衝突オリフィスを有して、作られる。比較で、図４に示されるように、ジェット衝突ノズルが重力の方向に向けられる場合、液体溜りは適切に作られない。現発明によれば、たとえジェット衝突オリフィス４０が重力から角度をもって方向付けされ（図１３に９０°で示されたように）ても、重力の方向に向けられ（図１５に示されるように）ても、適切な液体溜りがもたらされる。
現発明によって、ノズル１８と加工処理されるべき物体の表面との間隔が調整可能でエアゾール流れの衝突の角度が回転調整可能であるように移動可能なノズル１８が備えられる。ノズル１８が所望の角度的方向付け乃至位置付けで設定可能であるような回転移動連結・調整をもたらすための機構の特定の実施形態が記載される。更に、いかなる角度的方向付け乃至位置付けでも、ノズル１８内の液体の分布のためで最も重要にはオリフィス４０からのより一様なジェット衝突のためにもたらされるように液体溜りは保証される。回転移動調整をもたらすための他の機構が使用可能で、ノズル１８の長さに沿った液体溜りを保証するように連通する第１内部空洞と第２内部空洞を備えるように他の方向付け乃至位置付けと形成が可能であると理解される。
極低温エアゾールクリーニング装置の場合において、ジェット衝突オリフィス４０と内側オリフィス１０８とはそれぞれ外側管９０と内側管９２に沿って長手方向に延びるように位置合わせされる。ジェット衝突オリフィス４０の所定寸法での製作は、霧化され、真空で備えられたエアゾール室１６の内側と第１内部空洞１０４の間の圧力差によって氷結される液体飛沫の形成に基づいて決定される。しかしながら、第１内部空洞１０４内と第２内部空洞１０６内の圧力を実質的に同じに維持することが好ましい。これをなすために、第２内部空洞１０６の横断面範囲は内側オリフィス１０８の累積範囲に実質的に等しくなければならない。即ち、内側オリフィス１０８の全ての範囲を総計することによって、その範囲は実質的に第２内部空洞１０６の横断面範囲に実質的に等しくなる。好ましくは、内側オリフィス１０８は実質的にジェット衝突オリフィス４０よりも大きく、それ故、外側管９０に沿ったジェット衝突オリフィス４０の数に比べて、実質的に少ない内側オリフィス１０８が内側管９２の長手方向長さに沿って備えられる。
ノズル１８の回転可能な調整によって、より広い範囲の適用でノズルが有効に利用されることが可能となる。深い細溝又は他の表面特徴を有するサブストレートの加工処理は、サブストレート表面に対しほぼ垂直にエアゾール噴霧方向を方向付けすることによって、より徹底的になされうる。非常に平坦な表面に対して、エアゾール噴霧の方向付けはサブストレート表面に対し非常に薄い接地角度でもたらされうる。更にエアゾール噴霧の強度は、加工されるべきサブストレートの表面の方に又は当該表面から離れるようにノズル１８を移動することによって調整可能である。最も重要なことは、ノズル１８の角度的な方向付け及びノズル１８と加工されるべき表面の間の間隔が各々独立して調整可能である一方、ノズル１８の長手方向長さに沿った噴霧の均一性が維持可能である。
他の変更修正が現発明の範囲内で考慮される。図１２に関して、ノズル１８の外側管９０が取付部品９６に調整可能に連結されている。外側管９０の近端が例えば取付部品９６の表面に備えられたフランジ乃至クランプ装置と協働するフランジを備え得、外側管９０が回転調整位置でロック可能である。外側管９０を調整可能にする利点は、開口１０８とジェット衝突オリフィスの間の半径方向角度オフセットが特別な処理乃至処理加工適用のために決められる特定のジェット衝突角度に応じて最適化可能であることである。いかなる場合でも、現発明にしたがってオリフィス１０８が放射状に備えられ上記のように内側管９２か外側管９０のいずれかで液体溜りの形成が可能であることが好適である。
また供給管が処理流体又はガスをノズル１８に当該ノズル１８の長さに沿っていかなる場所でも又は１個所以上地点から搬送可能であることが考慮される。例えば供給ラインがノズル１８の両端部の間で連結されているならば、回転移動連結組立品がなおノズル１８を取り付けるのに使用可能であるが；供給ラインは適当な取付部品によって内側管９２と連結可能である。供給ラインは回転移動調整を可能とするようにフレキシブルでありうる。１個所以上の供給地点で、供給ライン５２は上記のように、内側管９２とその末端部を含むその長さに沿ってどこででも接続された他のフレキシブルな供給ラインと組み合わせ可能である。更に複数の供給ラインがノズル１８の長さに沿って接続可能である。現発明によって、ノズル１８の長さに沿った液体の一様な分布が、プロセス流体又はガスの供給がどこでなされるかに拘わらず、成し遂げられる。

Claims (15)

1. エアゾール噴霧を物体の表面に衝突させることで当該表面を処理する装置にして、当該装置が
   処理されるべき物体を収容する内部スペースをその範囲内に画定するエアゾール室と；
   当該エアゾール室内で上記物体を機能的に作用するよう支持してその表面を処理位置におく支持手段と；
   一続きの衝突オリフィスを長手方向でその少なくとも一部に沿って有し、流体供給への接続とエアゾール噴霧の分配のためのノズルと
   を備えて構成され、前記ノズルが回転調整可能なノズルの支持によって前記エアゾール室内で機能的に作用するよう支持され、その結果、前記ノズルの長手方向軸線回りの前記ノズルの回転によって一続きの衝突オリフィスが前記長手方向軸線に関して異なる半径方向角度で設定可能であり、前記ノズルが長手方向で第１内部空洞と第２内部空洞に分けられた内部を有し、少なくとも１つの開口を前記第１内部空洞と第２内部空洞の間に備え、前記第１内部空洞と第２内部空洞の間の前記開口が、長手方向軸線に関して前記衝突オリフィスの半径方向角度より異なるオフセット半径方向角度で方向付けされ、異なる半径方向角度に衝突オリフィスが設定されている間はこのオフセット半径方向角度で回転可能であることを特徴とする、装置。
2. 前記ノズルが互いに機能的に作用するように支持され連結された内側管と外側管とを備えて構成され、前記第１内部空洞が前記外側管の内側表面と前記内側管の外側表面との間に備えられ、前記第２内部空洞が前記内側管内に備えられ、前記開口が前記内側管を通って延在する、請求項１に記載の装置。
3. 前記内側管が、前記第１内部空洞と第２内部空洞を連結する複数の開口を有し、前記複数の開口が長手方向に位置合わせされる、請求項２に記載の装置。
4. 前記第１内部空洞と第２内部空洞を連結する前記複数の開口が、長手方向に位置合わせされた第１セットの複数開口と、長手方向に位置合わせされながら長手方向軸線から前記衝突オリフィスの半径方向角度や第１セットの複数開口の半径方向角度より異なる半径方向角度での第２セットの複数開口とを備えて構成される、請求項３に記載の装置。
5. 前記内側管が、前記第１内部空洞と第２内部空洞を連結する複数の開口を有し、前記複数の開口の範囲の総計が第２内部空洞の横断面範囲に等しい、請求項２に記載の装置。
6. 前記内側管と前記外側管が横断面で円形である、請求項２に記載の装置。
7. 前記内側管と前記外側管が同心に配置される、請求項６に記載の装置。
8. 前記内側管を通る開口が衝突オリフィスから半径方向に９０度だけオフセットされる、請求項７に記載の装置。
9. 前記第２内部空洞が供給管と連結される、請求項２に記載の装置。
10. 前記ノズルがまた前記エアゾール室内に調整可能に取り付けられ、処理されるべき物体の表面と前記ノズルの間の間隔が前記支持手段によって所定位置に支持される場合に変更可能である、請求項１に記載の装置。
11. 前記ノズルが回転調整可能に取り付けられる取付プレートにして、前記支持手段によって所定位置に支持される場合に処理されるべき物体の表面と前記ノズルの間の間隔を変更するために前記エアゾール室の壁に調整可能に取り付けられる取付プレートを備えて構成される、請求項１０に記載の装置。
12. 前記ノズルが前記エアゾール室の前記壁を通って備えられた隙間を通って延び、その結果、前記エアゾール室の前記壁に対する前記取付プレートの所定位置を変えることで、前記ノズルが前記隙間の長さに沿って所定位置に調整可能である、請求項１１に記載の装置。
13. 前記隙間の周りに延在するシール手段を更に有し、その結果、前記ノズルの調整位置でシール係合が前記取付プレートと前記エアゾール室の前記壁の間に備えられうる、請求項１０に記載の装置。
14. 前記外側管と前記内側管の両方が互いに機能的に作用して連結される取付部品を更に備える、請求項２に記載の装置。
15. 前記外側管が前記取付部品と調整可能に連結され、その結果、前記第１空洞と第２空洞の間の開口と衝突オリフィスの間の半径方向角度が変更可能である、請求項１４に記載の装置。

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