JPH04211127A - 固体表面から極めて微細な粒子を除去するための方法 - Google Patents
固体表面から極めて微細な粒子を除去するための方法Info
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- JPH04211127A JPH04211127A JP3005114A JP511491A JPH04211127A JP H04211127 A JPH04211127 A JP H04211127A JP 3005114 A JP3005114 A JP 3005114A JP 511491 A JP511491 A JP 511491A JP H04211127 A JPH04211127 A JP H04211127A
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- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
[0001】
【技術分野】この発明は、半導体ウェーハ、マスク、レ
チクルおよび他の固体表面の表面クリーニングに関する
ものであり、かつ特に、極めて微細な粒子および類似の
汚染する残余をこれらの固体表面から除去するための方
法および装置に関するものである。 [0002]
チクルおよび他の固体表面の表面クリーニングに関する
ものであり、かつ特に、極めて微細な粒子および類似の
汚染する残余をこれらの固体表面から除去するための方
法および装置に関するものである。 [0002]
【背景技術】半導体集積回路の製造において、ウェーハ
が汚染粒子の無いそのような回路を含むようにしておく
ための努力がなされなければならない。部屋のうち一番
清潔なものの中でさえ、取扱う人間からと同様に空気か
らの粒子はウェーハ表面に蓄積しがちであるので、ウェ
ーハは組立工程の間に定期的に清浄されなければならな
い。悪い位置におけるたった1つの粒子がウェーハ上の
回路または“チップパにとって致命的であり得る。同様
に、マスクまたはレチクル上の1つの粒子はウェーハ上
で形成される各回路上にパターン化されるであろうから
、ウェーハパターン化工程において利用されるマスクお
よびレチクルもまた清潔に保たれなければならない。 [0003]現在、ウェーハ、マスクおよびレチクルは
化学的でかつ超音波のクリーニングステップを用いて清
浄される。これらのステップで用いられる液体は、低い
、しかし重要でなくはない、溶解された固体含有量を有
する。非蒸着性の方法により表面から液体のすべてを除
去することは一般的に不可能なので、最後の濯ぎステッ
プの後で、溶解された固体のいくらかが常に表面上に析
出して見出される。これは表面が繰返し何回洗浄されて
もあてはまる。粒子は各濯ぎの後で異なる位置において
見出されるかもしれないが、ウェーハ、マスクまたはレ
チクルはクリーニングの回数と無関係に同じ数の粒子を
平均し続けるであろう。 [0004]米国特許3,180,418において、マ
クリード(MacLeod)は、たとえば、液体におけ
る電気的放電を用いて衝撃波を発生させることによりボ
イラータンクまたは井戸の囲いから湯あかを除去するよ
うな、大きな物品を洗浄するための方法および装置を説
明する。1つの実施例において、2つのグラファイト電
極間のギャップにおける火花放電は、液体を介する連続
的な放電の開始を促進するグラファイト粒子の分散を作
る。他の実施例においては、電解液または微細な金属粉
が火花ギャップにおける導電性を高めるために液体に導
入される。 [0005]米国特許3,429,743において、プ
ランサン(Branson)は、液体中で高強度衝撃波
を発生させるために電気的火花ギャップ放電を用いて、
液体に浸された物品表面を洗浄するための類似した方法
および装置を教示する。プランサンは、衝撃波のより力
強い伝搬のために、衝撃波発生の前に液体が超音波でガ
スを取去られるべきであると教示する。 [0006]カーボビツチ(Karpovich)は米
国特許3,481,784において、低い沸点の液体を
、より高い沸点を有しかつ低い方の沸点を超える温度ま
で熱せられる別の液体に導入することにより、物体を洗
浄する目的のために液体中で衝撃波を発生させる。これ
は低い方の沸点の液体の爆発的沸騰を伴なう過度の加熱
を引起こす。カーポビッチは2つの液体は好ましくは溶
は合わないことを教示する。湯あか、錆または他の極め
て微細な粒子を一般的に恒久性の物品から除去するのに
役立つが、液体における液浸は、これらの方法が超音波
の方法と同様に、少数の極めて微細な粒子を半導体ウェ
ーハまたは他の感度の鋭い表面から除去するためには適
切ではないことを意味する。 [0007]米国特許4,089,702において、イ
ナクソン(Enoksson)他は、物体の空胴に導入
された爆発性気体を爆発させることによる物体の内部空
胴表面からの粒子の除去を説明する。 [0008]米国特許4,115,683において、ク
ラーク(C1ark)他は、レーザを使い砕けやすいボ
ード材料に孔を開ける方法を説明する。レーザビームは
ワークピースに向けられ、かつワークピースを覆う圧縮
気体をイオン化する。結果として高圧波頭を有する衝撃
波が発生される。圧縮気体により制限されたこの衝撃波
は、材料を通して孔を形成する。加圧気体の作用と、ワ
ークピースの後ろのグループに与えられた真空とにより
破片が除去される。高圧はまた必要とされるビームパワ
ーを減少させるので、ワークピースの加熱はほとんど起
こらない。
が汚染粒子の無いそのような回路を含むようにしておく
ための努力がなされなければならない。部屋のうち一番
清潔なものの中でさえ、取扱う人間からと同様に空気か
らの粒子はウェーハ表面に蓄積しがちであるので、ウェ
ーハは組立工程の間に定期的に清浄されなければならな
い。悪い位置におけるたった1つの粒子がウェーハ上の
回路または“チップパにとって致命的であり得る。同様
に、マスクまたはレチクル上の1つの粒子はウェーハ上
で形成される各回路上にパターン化されるであろうから
、ウェーハパターン化工程において利用されるマスクお
よびレチクルもまた清潔に保たれなければならない。 [0003]現在、ウェーハ、マスクおよびレチクルは
化学的でかつ超音波のクリーニングステップを用いて清
浄される。これらのステップで用いられる液体は、低い
、しかし重要でなくはない、溶解された固体含有量を有
する。非蒸着性の方法により表面から液体のすべてを除
去することは一般的に不可能なので、最後の濯ぎステッ
プの後で、溶解された固体のいくらかが常に表面上に析
出して見出される。これは表面が繰返し何回洗浄されて
もあてはまる。粒子は各濯ぎの後で異なる位置において
見出されるかもしれないが、ウェーハ、マスクまたはレ
チクルはクリーニングの回数と無関係に同じ数の粒子を
平均し続けるであろう。 [0004]米国特許3,180,418において、マ
クリード(MacLeod)は、たとえば、液体におけ
る電気的放電を用いて衝撃波を発生させることによりボ
イラータンクまたは井戸の囲いから湯あかを除去するよ
うな、大きな物品を洗浄するための方法および装置を説
明する。1つの実施例において、2つのグラファイト電
極間のギャップにおける火花放電は、液体を介する連続
的な放電の開始を促進するグラファイト粒子の分散を作
る。他の実施例においては、電解液または微細な金属粉
が火花ギャップにおける導電性を高めるために液体に導
入される。 [0005]米国特許3,429,743において、プ
ランサン(Branson)は、液体中で高強度衝撃波
を発生させるために電気的火花ギャップ放電を用いて、
液体に浸された物品表面を洗浄するための類似した方法
および装置を教示する。プランサンは、衝撃波のより力
強い伝搬のために、衝撃波発生の前に液体が超音波でガ
スを取去られるべきであると教示する。 [0006]カーボビツチ(Karpovich)は米
国特許3,481,784において、低い沸点の液体を
、より高い沸点を有しかつ低い方の沸点を超える温度ま
で熱せられる別の液体に導入することにより、物体を洗
浄する目的のために液体中で衝撃波を発生させる。これ
は低い方の沸点の液体の爆発的沸騰を伴なう過度の加熱
を引起こす。カーポビッチは2つの液体は好ましくは溶
は合わないことを教示する。湯あか、錆または他の極め
て微細な粒子を一般的に恒久性の物品から除去するのに
役立つが、液体における液浸は、これらの方法が超音波
の方法と同様に、少数の極めて微細な粒子を半導体ウェ
ーハまたは他の感度の鋭い表面から除去するためには適
切ではないことを意味する。 [0007]米国特許4,089,702において、イ
ナクソン(Enoksson)他は、物体の空胴に導入
された爆発性気体を爆発させることによる物体の内部空
胴表面からの粒子の除去を説明する。 [0008]米国特許4,115,683において、ク
ラーク(C1ark)他は、レーザを使い砕けやすいボ
ード材料に孔を開ける方法を説明する。レーザビームは
ワークピースに向けられ、かつワークピースを覆う圧縮
気体をイオン化する。結果として高圧波頭を有する衝撃
波が発生される。圧縮気体により制限されたこの衝撃波
は、材料を通して孔を形成する。加圧気体の作用と、ワ
ークピースの後ろのグループに与えられた真空とにより
破片が除去される。高圧はまた必要とされるビームパワ
ーを減少させるので、ワークピースの加熱はほとんど起
こらない。
【0009】レーザはまた材料コーティングを表面から
除去するために用いられる。たとえば、米国特許4,7
56.765および4,752,668は、材料上に直
接衝突するビームにより除去されるべき材料のアブレー
ションを引起こす。米国特許4,671,848におい
て、ミラー(Miller)他は、コーティングの付近
にイオン化されたまたはプラズマ領域を発生するように
レーザビームの焦点を合わせることにより誘電性の表面
コーティングが除去される方法を説明する。レーザ誘導
プラズマにより作られた高圧は、近くのコーティング材
料を気化するであろう。1つの実施例において、コーテ
ィングされた本体に直接衝突する放射の量は、空間的に
それをビームの光学軸から除去することにより減らされ
てもよい。
除去するために用いられる。たとえば、米国特許4,7
56.765および4,752,668は、材料上に直
接衝突するビームにより除去されるべき材料のアブレー
ションを引起こす。米国特許4,671,848におい
て、ミラー(Miller)他は、コーティングの付近
にイオン化されたまたはプラズマ領域を発生するように
レーザビームの焦点を合わせることにより誘電性の表面
コーティングが除去される方法を説明する。レーザ誘導
プラズマにより作られた高圧は、近くのコーティング材
料を気化するであろう。1つの実施例において、コーテ
ィングされた本体に直接衝突する放射の量は、空間的に
それをビームの光学軸から除去することにより減らされ
てもよい。
【0010】この発明の目的は、表面に損傷を与えるこ
となく、またはすでに清潔な領域を汚染することなく、
ウェーハ、マスク、レチクルおよびその類似物から極め
て微細な粒子を除去するための方法および装置を提供す
ることである。 [0011]
となく、またはすでに清潔な領域を汚染することなく、
ウェーハ、マスク、レチクルおよびその類似物から極め
て微細な粒子を除去するための方法および装置を提供す
ることである。 [0011]
【発明の開示】上の目的は、焦点を合わされたレーザビ
ームまたは他の手段を用いて粒子に最も近い表面上方の
点において衝撃波を生じることにより粒子が表面から除
去される方法および装置で適えられる。各衝撃波は、衝
撃波の原点付近の表面上のいかなる粒子をも取除きかつ
除去するのに十分なピーク圧勾配を有する。 [0012]装置は、ウェーハ表面が検査および粒子除
去のために予め定められた平面に配置されても良いよう
にウェーハのための支持を含む。それはまた、ウェーハ
表面上の粒子の位置を突止めるための粒子検出器を含ん
でもよい。衝撃波発生エレメントがそれからウェーハ表
面のちょうど上の点において衝撃波を生じてもよく、そ
の点は粒子検出器に応答して突止められた粒子位置に最
も近くなるように選択される。その代わりに、衝撃波発
生エレメントは、個々の粒子を検出しかつ位置を突止め
る必要がなければ、ウェーハ表面の走査において平面に
最も近い点の連続を選択してもよい。好ましい実施例に
おいて、衝撃波発生エレメントは、選択的にパルス状に
されたビームを生じるためのレーザと、選択された点に
ビームを方向付けかつ焦点を合わせるための光学素子と
を含む。ビームは焦点において気体破壊を生じるのに十
分大きい開口数または収束角で焦点を合わせられる一方
、ウェーハ表面に損傷を与えることを避けるのに十分浅
い角度で方向付けされる。焦点を合わされたビームパル
スのピークパワーフラックス密度は気体の破壊が起こる
しきい値を超えるので、高圧衝撃波はウェーハ表面上方
の焦点において始まる。 [0013]粒子位置突止めステップおよび衝撃波発生
ステップ、または走査ステップおよび衝撃波発生ステッ
プは、検出できる粒子のすべてが除去されるか、または
ウェーハ全体が走査されるまで繰返される。 [0014]
ームまたは他の手段を用いて粒子に最も近い表面上方の
点において衝撃波を生じることにより粒子が表面から除
去される方法および装置で適えられる。各衝撃波は、衝
撃波の原点付近の表面上のいかなる粒子をも取除きかつ
除去するのに十分なピーク圧勾配を有する。 [0012]装置は、ウェーハ表面が検査および粒子除
去のために予め定められた平面に配置されても良いよう
にウェーハのための支持を含む。それはまた、ウェーハ
表面上の粒子の位置を突止めるための粒子検出器を含ん
でもよい。衝撃波発生エレメントがそれからウェーハ表
面のちょうど上の点において衝撃波を生じてもよく、そ
の点は粒子検出器に応答して突止められた粒子位置に最
も近くなるように選択される。その代わりに、衝撃波発
生エレメントは、個々の粒子を検出しかつ位置を突止め
る必要がなければ、ウェーハ表面の走査において平面に
最も近い点の連続を選択してもよい。好ましい実施例に
おいて、衝撃波発生エレメントは、選択的にパルス状に
されたビームを生じるためのレーザと、選択された点に
ビームを方向付けかつ焦点を合わせるための光学素子と
を含む。ビームは焦点において気体破壊を生じるのに十
分大きい開口数または収束角で焦点を合わせられる一方
、ウェーハ表面に損傷を与えることを避けるのに十分浅
い角度で方向付けされる。焦点を合わされたビームパル
スのピークパワーフラックス密度は気体の破壊が起こる
しきい値を超えるので、高圧衝撃波はウェーハ表面上方
の焦点において始まる。 [0013]粒子位置突止めステップおよび衝撃波発生
ステップ、または走査ステップおよび衝撃波発生ステッ
プは、検出できる粒子のすべてが除去されるか、または
ウェーハ全体が走査されるまで繰返される。 [0014]
【発明を実施するベストモード】図1を参照して、固体
表面から粒子を除去するための装置は、ウェーハのよう
な物体11のための支持部13と、ウェーハ11上の粒
子位置を突止めるための粒子検出器15と、粒子をウェ
ーハ11から除去するための衝撃波発生エレメント17
と、粒子検出器15に応答しかつエレメント17を制御
して衝撃波原点を選択するコンピュータ19とを含む。 粒子検出器15は任意であり、かつ代替の実施例におい
てコンピュータ19は衝撃波発生エレメント17による
ウェーハ全体の走査を単に制御するだけでもよい。 [0015]固体表面を有する物体11は図面において
半導体ウェーハとして示され、かつ今後ウェーハ11と
して参照されるであろうが、極度の清潔を必要とする他
の損傷を受けやすい固体表面もまたこの発明の装置およ
び方法で用いられ得る。たとえば物体は、フォトリソグ
ラフィにおいて用いられるマスクおよびレチクル、高光
学的品質レンズおよび鏡表面、磁気および光学的情報記
憶ディスクならびに大領域液晶表示表面を含み得る。 [0016]支持部13は、技術分野において公知のウ
ェーハ取扱い移送システムのうちのいかなるものであっ
てもよい。典型的には、支持部13は、矢印21に示さ
れるウェーハを想像図で見られる粒子検出器ステーショ
ンから粒子除去ステーションに移送する能力、矢印23
に示されるようにウェーハ表面を予め定められた平面に
および定められた平面から移動させる能力、ならびに矢
印25に示されるようにウェーハ走査運動を実行する能
力のような、いくらかの運動の自由度を有するであろう
。そのような支持部は広範囲に入手できる。 [00171粒子位置検出器15は、それによってウェ
ーハ11上の粒子の位置が突止められ得るいかなる検出
器であってもよい。1つのそのような検出器は米国特許
4.601,576においてガルブレイス(Galbr
aith)に説明される。簡単にいえば、その検出器は
、狭ビーム29を発生するレーザ光源27と、ビームを
スロット33を経てウェーハ表面を横切る経路に掃引す
るための走査鏡31とを含む。第1の焦点35において
ウェーハ11上の粒子から散乱された光37は、楕円体
の第1の段の集光器39により第2の焦点41に正反射
に反射され、第2の焦点41はまた第2の段の集光器4
3への入口アパーチャとして役立つ。半球体の一部分で
あってもよい集光器43は、焦点41においてアパーチ
ャを通って入ってくる光を検出器45に向かって拡散し
て反射する。その代わりに、集光器43は、一方の端縁
が線状焦点41にありかつ反対側の端縁が検出器45の
ところにある1束のファイバオプティックスの導波路で
あり得る。光電子増倍管または他の光学的検出器エレメ
ントであってもよい検出器45は、そこに到達する光を
電気信号に変換する。 [0018]電気信号はライン47でコンピュータ19
に伝えられ、コンピュータ19はそれをウェーハ11上
の走査ビーム29の位置と互いに関係付ける。パターン
化されないウェーハに対して適切な1つの方法において
、コンピュータ19はそのメモリに、検出信号がある予
め定められたしきい値を超えるビーム位置を記憶する。 技術分野において公知の他のより複雑な位置決定技術は
また、特にパターン化されたウェーハ上の粒子の位置を
突止めるために用いられ得る。ウェーハ11上の粒子の
位置を得るためにいかなる方法が用いられても、その位
置は粒子除去エレメント17による利用のためにコンピ
ュータ19のメモリに記憶される。 [0019]粒子除去エレメント17は、コンピュータ
19からのライン55上の制御信号に応答して選択的に
レーザビームパルス53を生じる第2のレーザ51を含
む。図1における凹面鏡57または図2におけるレンズ
系のような方向付および焦点合わせ光学素子もまた含ま
れる。鏡57はその方位がコンピュータ19により制御
される走査鏡であってもよい。ビーム53は、“点′”
61、またはより正確には衝撃波63が発生される高フ
ラツクス密度の極めて小さい体積において焦点が合う。 [0020]図2を参照して、レーザ51からのビーム
53は、レンズ56または図1における凹面鏡57のよ
うな他の焦点合わせエレメントにより“点″61に焦点
を合わせられる。ビーム53は集束エレメント56また
は57を出発した後収束角a1 により特徴付けされる
。 ビーム53のようなレーザビームは通常ガウス形である
ように設計される。焦点距離fでレンズを通過する半分
の幅Wのガウスビームに対して、結果として生じる収束
の角度はa+=2W/f(ラジアンで)である。おおよ
そ焦点距離fを進んだ後、集中するビームは最小の半分
の幅W に到達し、それはガウスビームに対してはおお
よそW 岬2λ/πa1であり、ここで^はビームの波
長である。ビームパルスが焦点61におけるパルスのピ
ークパワーフラックス密度が気体の破壊しきい値を超え
るのに十分小さい幅W まで下げて焦点を合わせられる
とき、衝撃波63が発生される。空気に対して、破壊し
きい値は1012W/cm2ぐらいである。気体混合物
中の気体の適切な選択により破壊しきい値を減らすこと
ができる。いかなる場合においても、収束角a1 は破
壊を達成するために焦点において必要なパワー密度を生
じるのに十分大きいように選択される。上で注目される
ように、収束角は集束エレメント56または57の焦点
距離の関数である。 [00211気体成分が壊れ始めると、気体はイオン化
し、かつ急速に衝撃波頭の発生を激しくする。空気に対
して、衝撃波頭のピーク圧は原点においておおよそ10
MPaであると推定される。衝撃波は点61から外へ伝
わるにつれて急速に減衰するので、焦点61は表面平面
65に接近して間を開けられねばならない。100μm
の直径より小さい粒子を表面に保持する支配的な付着力
は毛管力である。この力は典型的には約0.55μN/
μmの直径である。対照してみると、乾燥した表面上の
乾燥した粒子を仮定すれば、ファンデルワールス力は約
0.18μN/μmの直径である。付着の原因にかかわ
らず、表面上の粒子67を除去することは、付着力に打
勝つのに十分な、その粒子を横切る圧力勾配を必要とす
る。10μmの粒子に対して、表面における衝撃波頭の
ピーク圧はただ0.07MPaぐらいであればよい。よ
り小さい1μmの粒子は0.7MPaぐらいのより大き
いピーク圧を必要とする。図2に見られるように、焦点
61、すなわち衝撃波63の原点は、表面の平面65の
上方に距離dをあけられる。典型的には、距離dは約5
00から1000μmの範囲にある。距離dが1mmよ
り小さいとき、空気中のレーザ誘導衝撃波はシリコン上
の1μm直径のポリスチレンラテックス球を除去するこ
とが証明された。一般的に、必要とされる距離は除去し
ようとする粒子の大きさに依存する。このように、約1
0μmの直径より小さい粒子の除去は必要ではないと決
定されれば、4mmぐらいの距離dで十分であろう。2
50μmより小さい距離dは表面損傷を引起こす可能性
を有し、かつ一般的には避けられる。 [0022]1μmぐらいの直径を有する球形の粒子に
対し、粒子の付着の力はそれら自身の重量の107倍ぐ
らいである。したがって、−度それらの基板との結合が
付着に打勝つ力により壊されると、除去された粒子69
は高い速度まで加速される。それらは極めて小さいので
、除去された粒子69が表面上に再び降りるであろう可
能性は非常に低い。空気の流れもまた除去された粒子6
9をウェーハ領域から移動させるのに用いられてもよい
。 [0023]粒子を除去することに加えて、その方法は
表面に損傷を与えず、また表面上にあるかもしれないい
かなる粒子をも気化しないことが不可欠である。図3を
参照して、典型的なビームパルス70において、焦点に
おけるパワーフラックス密度はゼロまたは非常に低いレ
ベルで始まり、かつ71におけるピークに向けて着々と
上昇する。フラックス密度は、それからゼロに逆戻りす
る。典型的なパルス継続時間は約4ナノ秒である。最初
は、焦点における気体混合物は透明である。−度フラッ
クス密度が混合物中の気体成分の破壊に対してしきい値
73に達すると、気体はレーザ放射を吸収するようにな
り、かつフラックス密度がしきい値以下に逆戻りした後
いくらかの期間吸収性であり続ける。大気圧における空
気に対して、破壊しきい値は1012W/cm2ぐらい
である。イオン化の前の大気透明段の間、ビームはウェ
ーハ表面に衝突するであろうし、かつ材料表面の溶解ま
たはアブレーションを潜在的に引起こし得る。いかなる
所与の表面のタイプに対しても、ここで損傷しきい値り
として参照される表面におけるあるパワーフラックス密
度があり、それに対して表面への損傷が起こり得る。表
面におけるピークパワーフラックス密度は、入射角θ1
、収束角a1および距離dを含むレーザ衝撃波システム
のパラメータに依存する。表面におけるパワーフラック
ス密度を常に損傷しきい値D 以下になるように減らす
ことが優れたレーザ衝撃波システムの目的である。 図3はレーザ衝撃波システムパラメータの2つの任意の
組に対する2つのパワーフラックス密度曲線72および
74を示す。表面におけるパワーフラックス密度はゼロ
または非常に低いレベルにおいて始まり、かつ気体破壊
が起こるまでビームパルスとともにピークへと着々と上
昇する。−度気体がレーザ放射を吸収するようになると
、表面におけるパワーフラックス密度は急速により低い
レベルへと低下する。曲線72に示される第1のシステ
ムに対し、ピークパワーフラックス密度76は損傷しき
い値D を超える。グラフにおける領域75は潜在的損
傷の期間に対応する。対照してみると、曲線74により
示される第2のシステムは、損傷しきい値D より低い
表面におけるピークパワーフラックス密度78を有し、
したがって損傷は起こらないであろう。 [00241図2および図4を参照して、パワー密度は
、その上でビームが表面上に衝突する領域73を増加す
ることにより減らされ得る。図2において、領域73は
ビーム53を浅い入射角θ1に方向付けることにより増
加される。一般的に、収束角a1 は上で注目されるよ
うに、気体破壊を達成するように選択されるが、間隔d
は粒子を除去するのに十分大きい衝撃波を達成するよう
に選択される。したがって、−度これらの第1の2つの
パラメータが知られると、入射角θ1は、表面上の照ら
された領域が表面損傷を避けるために十分大きいように
、十分小さく選択される。これは、入射角θ1を表面損
傷が観察されないまで減らすことにより、検査表面で経
験的に決定されてもよい。図2における典型的な入射角
θ1は2度から4度の範囲にある。記号72により示さ
れるS分極のみを用いて、表面により吸収されるパワー
を最小化し、かつそれゆえ潜在的な損傷を最小化する。 [0025]その代わりに、図4において入射角θ2は
90°に近くてもよい。この場合、表面上の照明領域7
3は発散角a2 を増加することにより増加される。こ
れは、表面損傷が観察されなくなるまでレンズ系56の
開口数を増やすことによりなされてもよい。入手できる
レンズ系56で一番高い可能な開口数においてまだ損傷
が観察されるなら、レーザパワーは、焦点において気体
破壊はまだ起こるが表面において損傷が観察されない点
まで減らされてもよい。粒子がまだ除去されているかど
うか検査していなければならない。もしそうでなかった
ら、表面上方の焦点61の間隔はわずかに減らされなけ
ればならないかもしれない。 [0026]動作において、図1の装置は次の態様で粒
子を除去する。ウェーハ11はウェーハ支持部13上に
配置されて想像図で示される位置に粒子検出器15の方
へ移送される。表面上の各検出できる粒子の位置が決定
されかつコンピュータ19に記憶される。ウェーハ11
はそれから矢印21により示されるようにレーザ衝撃波
除去ステーションに移送される。コンピュータからのラ
イン59上の信号に応答して、レーザビームパルス53
は点63に方向付けされかつ焦点を合わせられる。それ
によって衝撃波が発生される。衝撃波は点63に最も近
いウェーハ表面上の粒子を除去する。ウェーハが清潔に
なるまでパルスは各検出された粒子位置に対して繰返さ
れる。 [0027]その代わりに、衝撃波はウェーハ全体の走
査を形成する位置の連続において発生されてもよい。こ
の代替例においては、粒子位置は検出されも位置を突止
められもしない。他の代替例もまた可能である。たとえ
ば、衝撃波は焦点を合わされたレーザビーム以外の手段
によって発生されてもよい。
表面から粒子を除去するための装置は、ウェーハのよう
な物体11のための支持部13と、ウェーハ11上の粒
子位置を突止めるための粒子検出器15と、粒子をウェ
ーハ11から除去するための衝撃波発生エレメント17
と、粒子検出器15に応答しかつエレメント17を制御
して衝撃波原点を選択するコンピュータ19とを含む。 粒子検出器15は任意であり、かつ代替の実施例におい
てコンピュータ19は衝撃波発生エレメント17による
ウェーハ全体の走査を単に制御するだけでもよい。 [0015]固体表面を有する物体11は図面において
半導体ウェーハとして示され、かつ今後ウェーハ11と
して参照されるであろうが、極度の清潔を必要とする他
の損傷を受けやすい固体表面もまたこの発明の装置およ
び方法で用いられ得る。たとえば物体は、フォトリソグ
ラフィにおいて用いられるマスクおよびレチクル、高光
学的品質レンズおよび鏡表面、磁気および光学的情報記
憶ディスクならびに大領域液晶表示表面を含み得る。 [0016]支持部13は、技術分野において公知のウ
ェーハ取扱い移送システムのうちのいかなるものであっ
てもよい。典型的には、支持部13は、矢印21に示さ
れるウェーハを想像図で見られる粒子検出器ステーショ
ンから粒子除去ステーションに移送する能力、矢印23
に示されるようにウェーハ表面を予め定められた平面に
および定められた平面から移動させる能力、ならびに矢
印25に示されるようにウェーハ走査運動を実行する能
力のような、いくらかの運動の自由度を有するであろう
。そのような支持部は広範囲に入手できる。 [00171粒子位置検出器15は、それによってウェ
ーハ11上の粒子の位置が突止められ得るいかなる検出
器であってもよい。1つのそのような検出器は米国特許
4.601,576においてガルブレイス(Galbr
aith)に説明される。簡単にいえば、その検出器は
、狭ビーム29を発生するレーザ光源27と、ビームを
スロット33を経てウェーハ表面を横切る経路に掃引す
るための走査鏡31とを含む。第1の焦点35において
ウェーハ11上の粒子から散乱された光37は、楕円体
の第1の段の集光器39により第2の焦点41に正反射
に反射され、第2の焦点41はまた第2の段の集光器4
3への入口アパーチャとして役立つ。半球体の一部分で
あってもよい集光器43は、焦点41においてアパーチ
ャを通って入ってくる光を検出器45に向かって拡散し
て反射する。その代わりに、集光器43は、一方の端縁
が線状焦点41にありかつ反対側の端縁が検出器45の
ところにある1束のファイバオプティックスの導波路で
あり得る。光電子増倍管または他の光学的検出器エレメ
ントであってもよい検出器45は、そこに到達する光を
電気信号に変換する。 [0018]電気信号はライン47でコンピュータ19
に伝えられ、コンピュータ19はそれをウェーハ11上
の走査ビーム29の位置と互いに関係付ける。パターン
化されないウェーハに対して適切な1つの方法において
、コンピュータ19はそのメモリに、検出信号がある予
め定められたしきい値を超えるビーム位置を記憶する。 技術分野において公知の他のより複雑な位置決定技術は
また、特にパターン化されたウェーハ上の粒子の位置を
突止めるために用いられ得る。ウェーハ11上の粒子の
位置を得るためにいかなる方法が用いられても、その位
置は粒子除去エレメント17による利用のためにコンピ
ュータ19のメモリに記憶される。 [0019]粒子除去エレメント17は、コンピュータ
19からのライン55上の制御信号に応答して選択的に
レーザビームパルス53を生じる第2のレーザ51を含
む。図1における凹面鏡57または図2におけるレンズ
系のような方向付および焦点合わせ光学素子もまた含ま
れる。鏡57はその方位がコンピュータ19により制御
される走査鏡であってもよい。ビーム53は、“点′”
61、またはより正確には衝撃波63が発生される高フ
ラツクス密度の極めて小さい体積において焦点が合う。 [0020]図2を参照して、レーザ51からのビーム
53は、レンズ56または図1における凹面鏡57のよ
うな他の焦点合わせエレメントにより“点″61に焦点
を合わせられる。ビーム53は集束エレメント56また
は57を出発した後収束角a1 により特徴付けされる
。 ビーム53のようなレーザビームは通常ガウス形である
ように設計される。焦点距離fでレンズを通過する半分
の幅Wのガウスビームに対して、結果として生じる収束
の角度はa+=2W/f(ラジアンで)である。おおよ
そ焦点距離fを進んだ後、集中するビームは最小の半分
の幅W に到達し、それはガウスビームに対してはおお
よそW 岬2λ/πa1であり、ここで^はビームの波
長である。ビームパルスが焦点61におけるパルスのピ
ークパワーフラックス密度が気体の破壊しきい値を超え
るのに十分小さい幅W まで下げて焦点を合わせられる
とき、衝撃波63が発生される。空気に対して、破壊し
きい値は1012W/cm2ぐらいである。気体混合物
中の気体の適切な選択により破壊しきい値を減らすこと
ができる。いかなる場合においても、収束角a1 は破
壊を達成するために焦点において必要なパワー密度を生
じるのに十分大きいように選択される。上で注目される
ように、収束角は集束エレメント56または57の焦点
距離の関数である。 [00211気体成分が壊れ始めると、気体はイオン化
し、かつ急速に衝撃波頭の発生を激しくする。空気に対
して、衝撃波頭のピーク圧は原点においておおよそ10
MPaであると推定される。衝撃波は点61から外へ伝
わるにつれて急速に減衰するので、焦点61は表面平面
65に接近して間を開けられねばならない。100μm
の直径より小さい粒子を表面に保持する支配的な付着力
は毛管力である。この力は典型的には約0.55μN/
μmの直径である。対照してみると、乾燥した表面上の
乾燥した粒子を仮定すれば、ファンデルワールス力は約
0.18μN/μmの直径である。付着の原因にかかわ
らず、表面上の粒子67を除去することは、付着力に打
勝つのに十分な、その粒子を横切る圧力勾配を必要とす
る。10μmの粒子に対して、表面における衝撃波頭の
ピーク圧はただ0.07MPaぐらいであればよい。よ
り小さい1μmの粒子は0.7MPaぐらいのより大き
いピーク圧を必要とする。図2に見られるように、焦点
61、すなわち衝撃波63の原点は、表面の平面65の
上方に距離dをあけられる。典型的には、距離dは約5
00から1000μmの範囲にある。距離dが1mmよ
り小さいとき、空気中のレーザ誘導衝撃波はシリコン上
の1μm直径のポリスチレンラテックス球を除去するこ
とが証明された。一般的に、必要とされる距離は除去し
ようとする粒子の大きさに依存する。このように、約1
0μmの直径より小さい粒子の除去は必要ではないと決
定されれば、4mmぐらいの距離dで十分であろう。2
50μmより小さい距離dは表面損傷を引起こす可能性
を有し、かつ一般的には避けられる。 [0022]1μmぐらいの直径を有する球形の粒子に
対し、粒子の付着の力はそれら自身の重量の107倍ぐ
らいである。したがって、−度それらの基板との結合が
付着に打勝つ力により壊されると、除去された粒子69
は高い速度まで加速される。それらは極めて小さいので
、除去された粒子69が表面上に再び降りるであろう可
能性は非常に低い。空気の流れもまた除去された粒子6
9をウェーハ領域から移動させるのに用いられてもよい
。 [0023]粒子を除去することに加えて、その方法は
表面に損傷を与えず、また表面上にあるかもしれないい
かなる粒子をも気化しないことが不可欠である。図3を
参照して、典型的なビームパルス70において、焦点に
おけるパワーフラックス密度はゼロまたは非常に低いレ
ベルで始まり、かつ71におけるピークに向けて着々と
上昇する。フラックス密度は、それからゼロに逆戻りす
る。典型的なパルス継続時間は約4ナノ秒である。最初
は、焦点における気体混合物は透明である。−度フラッ
クス密度が混合物中の気体成分の破壊に対してしきい値
73に達すると、気体はレーザ放射を吸収するようにな
り、かつフラックス密度がしきい値以下に逆戻りした後
いくらかの期間吸収性であり続ける。大気圧における空
気に対して、破壊しきい値は1012W/cm2ぐらい
である。イオン化の前の大気透明段の間、ビームはウェ
ーハ表面に衝突するであろうし、かつ材料表面の溶解ま
たはアブレーションを潜在的に引起こし得る。いかなる
所与の表面のタイプに対しても、ここで損傷しきい値り
として参照される表面におけるあるパワーフラックス密
度があり、それに対して表面への損傷が起こり得る。表
面におけるピークパワーフラックス密度は、入射角θ1
、収束角a1および距離dを含むレーザ衝撃波システム
のパラメータに依存する。表面におけるパワーフラック
ス密度を常に損傷しきい値D 以下になるように減らす
ことが優れたレーザ衝撃波システムの目的である。 図3はレーザ衝撃波システムパラメータの2つの任意の
組に対する2つのパワーフラックス密度曲線72および
74を示す。表面におけるパワーフラックス密度はゼロ
または非常に低いレベルにおいて始まり、かつ気体破壊
が起こるまでビームパルスとともにピークへと着々と上
昇する。−度気体がレーザ放射を吸収するようになると
、表面におけるパワーフラックス密度は急速により低い
レベルへと低下する。曲線72に示される第1のシステ
ムに対し、ピークパワーフラックス密度76は損傷しき
い値D を超える。グラフにおける領域75は潜在的損
傷の期間に対応する。対照してみると、曲線74により
示される第2のシステムは、損傷しきい値D より低い
表面におけるピークパワーフラックス密度78を有し、
したがって損傷は起こらないであろう。 [00241図2および図4を参照して、パワー密度は
、その上でビームが表面上に衝突する領域73を増加す
ることにより減らされ得る。図2において、領域73は
ビーム53を浅い入射角θ1に方向付けることにより増
加される。一般的に、収束角a1 は上で注目されるよ
うに、気体破壊を達成するように選択されるが、間隔d
は粒子を除去するのに十分大きい衝撃波を達成するよう
に選択される。したがって、−度これらの第1の2つの
パラメータが知られると、入射角θ1は、表面上の照ら
された領域が表面損傷を避けるために十分大きいように
、十分小さく選択される。これは、入射角θ1を表面損
傷が観察されないまで減らすことにより、検査表面で経
験的に決定されてもよい。図2における典型的な入射角
θ1は2度から4度の範囲にある。記号72により示さ
れるS分極のみを用いて、表面により吸収されるパワー
を最小化し、かつそれゆえ潜在的な損傷を最小化する。 [0025]その代わりに、図4において入射角θ2は
90°に近くてもよい。この場合、表面上の照明領域7
3は発散角a2 を増加することにより増加される。こ
れは、表面損傷が観察されなくなるまでレンズ系56の
開口数を増やすことによりなされてもよい。入手できる
レンズ系56で一番高い可能な開口数においてまだ損傷
が観察されるなら、レーザパワーは、焦点において気体
破壊はまだ起こるが表面において損傷が観察されない点
まで減らされてもよい。粒子がまだ除去されているかど
うか検査していなければならない。もしそうでなかった
ら、表面上方の焦点61の間隔はわずかに減らされなけ
ればならないかもしれない。 [0026]動作において、図1の装置は次の態様で粒
子を除去する。ウェーハ11はウェーハ支持部13上に
配置されて想像図で示される位置に粒子検出器15の方
へ移送される。表面上の各検出できる粒子の位置が決定
されかつコンピュータ19に記憶される。ウェーハ11
はそれから矢印21により示されるようにレーザ衝撃波
除去ステーションに移送される。コンピュータからのラ
イン59上の信号に応答して、レーザビームパルス53
は点63に方向付けされかつ焦点を合わせられる。それ
によって衝撃波が発生される。衝撃波は点63に最も近
いウェーハ表面上の粒子を除去する。ウェーハが清潔に
なるまでパルスは各検出された粒子位置に対して繰返さ
れる。 [0027]その代わりに、衝撃波はウェーハ全体の走
査を形成する位置の連続において発生されてもよい。こ
の代替例においては、粒子位置は検出されも位置を突止
められもしない。他の代替例もまた可能である。たとえ
ば、衝撃波は焦点を合わされたレーザビーム以外の手段
によって発生されてもよい。
【図1】ウェーハ表面から粒子を除去する方法を実行す
るためのこの発明の装置の単純化された側面図である。
るためのこの発明の装置の単純化された側面図である。
【図2】この発明の衝撃波方法を示す図1の装置の一部
の概略側面図である。
の概略側面図である。
【図3】時間に関するビームパルスの焦点におけるパワ
ーフラックス密度のグラフである。
ーフラックス密度のグラフである。
【図4】図2におけるものよりもより大きい収束角およ
びより大きい入射角を有する、図1の装置の衝撃波発生
部の概略側面図である。
びより大きい入射角を有する、図1の装置の衝撃波発生
部の概略側面図である。
11はウェーハのような物体、13は物体支持部、15
は粒子検出器、17は衝撃波発生エレメント、51はレ
ーザ、61は焦点、63は衝撃波、65は物体表面の平
面、67は粒子、70はレーザビームパルス、71はピ
ークパワーフラックス密度である。
は粒子検出器、17は衝撃波発生エレメント、51はレ
ーザ、61は焦点、63は衝撃波、65は物体表面の平
面、67は粒子、70はレーザビームパルス、71はピ
ークパワーフラックス密度である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
Claims (12)
- 【請求項1】 固体表面から極めて微細な粒子を除去す
るための方法であって、固体表面を予め定められた平面
に配置することと、前記表面上の各粒子の位置を突止め
ることと、前記予め定められた平面に最も近い点におい
て気体で伝えられる衝撃波を生じることとを含み、前記
衝撃波が発生される前記点は1つの前記突止められた位
置に最も近く、前記点に近い前記表面上の粒子は前記表
面から前記衝撃波によって除去され、前記衝撃波の発生
は前記固体表面を実質的に無傷のまま残し、かつ前記表
面上で検出できる各付加的な粒子に対して他の前記突止
められた位置において衝撃波発生ステップを繰返すこと
を含む、方法。 - 【請求項2】 固体表面から極めて微細な粒子を除去す
るための方法であって、予め定められた平面に固体表面
を配置することと、前記予め定められた平面に最も近い
点において気体で伝えられる衝撃波を生じることとを含
み、前記点に近い前記表面上のいかなる粒子も前記衝撃
波により前記表面から除去され、前記衝撃波の発生は前
記固体表面を実質的に無傷なまま残し、ここにおいて衝
撃波の発生はレーザビームパルスを前記点に焦点を合わ
せかつ方向付けることを含み、前記ビームパルスは前記
ビームパルスが前記点において気体の破壊を引起こすの
に十分なピークパワーフラックス密度を前記点において
有するように小さいビーム幅に焦点を合わせられ、前記
ビームパルスは前記固体表面を実質的に無傷なまま残す
ように十分浅い入射角θで方向付けされる、方法。 - 【請求項3】 前記気体は空気であり、かつ前記点にお
ける前記ピークパワーフラックス密度は少なくとも10
” W/ c m2 ぐらいである、請求項2に記載の
方法。 - 【請求項4】 固体表面から極めて微細な粒子を除去す
るための方法であって、固体表面を予め定められた平面
に配置することと、前記表面上の粒子の位置を突止める
ことと、レーザビームパルスを1つの前記突止められた
位置に最も近い前記平面上方の点に焦点を合わせかつ方
向付けることとを含み、前記焦点を合わされたビームパ
ルスは前記点におけるピークパワーフラックス密度が前
記点における気体の破壊しきい値を超えるような収束の
角度を有し、それによって衝撃波が前記点において始ま
り、前記点は前記第1の粒子を横切る前記衝撃波のピー
ク圧勾配が前記粒子と前記表面との間の付着力に優るよ
うに前記予め定められた平面の上方に距離dをあけられ
、それによって前記第1の粒子は前記衝撃波により前記
表面から除去され、前記ビームパルスは表面損傷しきい
値が前記ピークパワーフラックス密度を超えるように入
射角θで方向付けされ、かつ前記表面上で位置を突止め
られる各付加的な粒子に対して方向付および焦点合わせ
ステップを繰返すことをさらに含む、方法。 - 【請求項5】 前記距離dは250マイクロメータから
4000マイクロメータの範囲内にある、請求項4に記
載の方法。 - 【請求項6】 前記気体は空気であり、かつ前記ビーム
パルスは前記点において少なくとも1012W/cm2
ぐらいのピークパワーフラックス密度を有し、それによ
って前記点における空気の破壊が起こる、請求項4に記
載の方法。 - 【請求項7】 固体表面から極めて微細な粒子を除去す
るための装置であって、物体を支持するための手段を含
み、前記物体の固体表面は予め定められた平面に配置さ
れ、前記表面上の粒子位置を突止めるための手段と、前
記平面に最も近い選択された点において衝撃波を生じる
ための手段とをさらに含み、衝撃波を生じるための前記
手段は前記粒子位置に最も近い前記点を選択するように
前記位置突止め手段に応答し、前記衝撃波は前記選択さ
れた点に最も近い前記表面上の粒子を除去するのに十分
なピーク圧を有する、装置。 - 【請求項8】 固体表面から極めて微細な粒子を除去す
るための装置であって、物体を支持するための手段を含
み、前記物体の固体表面は予め定められた平面に配置さ
れ、かつ前記平面に最も近い選択された点において衝撃
波を生じるための手段を含み、前記衝撃波は前記選択さ
れた点に最も近い前記表面上のいかなる粒子をも除去す
るのに十分なピーク圧を有し、ここにおいて衝撃波を生
ずるための前記手段は前記固体表面の走査において前記
平面に最も近い前記点を選択するための手段を含む、装
置。 - 【請求項9】 固体表面から粒子を除去するための装置
であって、物体を支持するための手段を含み、前記物体
の固体表面は予め定められた平面に配置され、前記表面
上の粒子の位置を突止めるための手段と、選択的にレー
ザビームパルスを生じるためのレーザと、前記位置突止
め手段に応答し、前記ビームパルスを前記粒子の前記位
置に最も近い前記表面上方の連続的な点に焦点を合わせ
かつ方向付けるための手段とをさらに含み、それによっ
て前記点において衝撃波が発生されて前記粒子を前記表
面から除去し、前記ビームパルスは表面損傷しきい値が
超えられないように前記予め定められた平面に関して入
射角θで方向付けられる、装置。 - 【請求項10】 前記点は前記ウェーハ表面の上方2
50マイクロメータから4000マイクロメータの範囲
内にある、請求項9に記載の装置。 - 【請求項11】 前記レーザビームパルスは、前記点
におけるピークパワーフラックス密度が少なくとも前記
点における気体の破壊しきい値と同じぐらい大きいよう
に、小さいビーム幅に焦点を合わされる、請求項9に記
載の装置。 - 【請求項12】 前記気体は空気であり、かつ前記ピ
ークパワーフラックス密度は前記点において1012W
/cm2 ぐらいを超える、請求項11に記載の装置。
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