JPH07153729A

JPH07153729A - 固体表面の洗浄装置

Info

Publication number: JPH07153729A
Application number: JP22523893A
Authority: JP
Inventors: Thomas Makudaamotsuto Wayne; ウェーン．トーマス．マクダーモット; Jin Wang Wu; ジン．ウァン．ウー; Carl Occovick Richard; リチャード．カール．オッコヴィック
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc; International Business Machines Corp
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc; International Business Machines Corp
Priority date: 1993-08-18
Filing date: 1993-08-18
Publication date: 1995-06-16

Abstract

(57)【要約】【目的】洗浄用昇華性凍結粒子の制御自在に指向でき
る噴霧を精密トラッキング手段を用いて小出しし洗浄を
慎重に計量しながら行なう制御雰囲気装置で環境にも問
題を残さない。【構成】本発明は半導体表面から、凍結起寒剤例えば
アルゴンの噴霧を用い、前記固体表面に衝突させて汚染
粒子を除去する洗浄装置で、装置には超清浄条件に設計
され、清掃ガスと排気導管を備えるハウジングに配置さ
れた適当なノズルと、前記ハウジング内に移動自在に配
置され、前記半導体固体表面をトラックの上を制御自在
に、前記ノズルから発射された凍結起寒剤の噴霧の下を
搬送させる支持テーブルを具備する。【効果】本発明の起寒剤エアゾール法での洗浄装置で
初期の新しい状態にほぼ復帰できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粒状汚染の過敏性固体表
面を凍結粒子の噴霧を用いて前記汚染粒子を転位し、そ
の後、前記凍結を溶融もしくはなるべくなら昇華させて
洗浄する装置に関する。詳述すれば、本発明は凍結アル
ゴン粒子を半導体基板に噴霧して汚染粒子を除去する装
置で、前記アルゴンが前記半導体表面に対し衝突した後
昇華することを特徴とする。

【０００２】

【従来の技術】現在、電子工業用の表面洗浄にいくつか
の方法が用いられている。表面から汚染物被膜の洗浄に
溶剤もしくは薬品が用いられている。溶解できる材料用
に溶剤が選ばれる故に、汚染の除去に相応して溶剤を選
ぶ必要がある。薬品溶液はメガ音波もしくは超音波洗浄
剤との組合わせが可能である。これらの装置は高エネル
ギー音波を表面に付与して、約３，０００オングストロ
ームという小さい有機被膜、イオン不純物と粒子を除去
できる。しかし、溶剤や化学洗浄剤は極めて純度の高い
かつ汚染していない薬剤であることが求められる。高い
純度でかつ汚染していないということは液体薬剤ではそ
の達成が困難かつ高価あるいはそのいずれかである。そ
のうえ、前記薬剤は使うに従って段々とより汚染される
ようになり、周期的に処分する必要に迫られる。薬剤を
周期的に取換えないと汚染物の再付着をもたらし洗浄す
ることの効果を弱める。このような薬剤の処分はしばし
ば環境破壊に帰着する。さらに、このような薬剤はその
取扱中、作業者への曝露を最少限に止めるための特別の
安全手順を必要とする。

【０００３】ガスジェットを液体噴霧洗浄は現在シリコ
ンウエファーからの比較的に大形の粒子の洗浄に用いら
れている。ガスジェット例えば濾過窒素は約５０，００
０オングストローム以下の粒子の除去に有効である。粒
子が小形であればあるほど除去がますます困難になる。
これは粒子を表面に保持しようとする付着力が前記粒子
の直径にほぼ比例する一方、前記ガスにより粒子を除去
しようとする空力抵抗力が直径の自乗にほぼ比例する。
従って、これらの力の比率は前記粒度が縮小するに従い
付着力を助長する傾向がある。さらに、より小さい粒子
は前記ジェット中ではそれが前記ガス速度の低い表面境
界層内に位置できるので強力な空力抵抗力に曝露されな
い。液体ジェットはより強い剪断力を付与して粒子を除
去するが高い純度での達成は高価につくと同時に困難で
あるか、あるいはそのいずれかであり、乾燥後に汚染残
液を残すことになりかねない。さらに、クロロフルオロ
カーボン、フレオンＴＦからなる普通の液体噴霧溶剤は
環境的に有害である。別の例として、紫外線と組合わせ
たオゾンに曝露して、半導体の表面から汚染炭化水素に
分解させることを技術が用い始めた。しかし、この技術
では効率よい汚染粒子の除去は示されたことがなかっ
た。

【０００４】最近開発された洗浄技術は二酸化炭素エア
ゾールを用いて汚染表面にサンドブラストを掛けること
に関連している。加圧二酸化炭素をノズルで膨脹させ
る。前記膨脹は二酸化炭素圧力を大気圧に低下させる。
結果としてできるジュールトムソン冷却は硬質二酸化炭
素粒子を形成し、表面境界層を横切って前記汚染表面を
たたく。いくつかの事例では、二酸化炭素が表面の上を
素通りして残液を残すことなく粒子を転置させることが
できる軟質材料を形成する。この技術は極度に清浄で純
度の高い二酸化炭素を必要とする。供給ガス中の極微量
分子汚染物例えば炭化水素は表面上で固体もしくは液体
粒子に凝縮できる。二酸化炭素は超高純度例えばｐｐｍ
量以下の微量純度での供給は困難かつ高価につく。この
問題のため、二酸化炭素洗浄技術は超清浄シリコンウエ
ファーとの使用には有効であることがまだわかっていな
い。

【０００５】米国特許第３，５４５，９９６号は、ハウ
ジングに入ったノズルからの硬質粒状処理材料の衝撃に
よりステンレス鋼の表面にパターンをつけ、また前記衝
突処理材料を集束させるシールド４２を備える装置を開
示する。本特許は表面洗浄には触れていない。

【０００６】米国特許第４，０８４，３５７号は、洗浄
作業を見る窓１８を備える弁洗浄室を開示する。装置の
ハウジング内にあるノズルを弁に指向して、弁表面の洗
浄をする研磨材料を含む圧縮空気のジェットを供給す
る。

【０００７】米国特許第４，６３１，２５０号は、フォ
トレジスト被膜を半導体から微細氷粒と二酸化炭素粒子
の噴霧を用いて洗浄する装置を開示する。この問題の装
置は米国特許第４，７４７，４２１号でさらに記述され
ている。

【０００８】米国特許第４，７９３，１０３号は、極低
温条件を用いて洗浄とバリ取りをしようとする材料を脆
化させ、その後、バリ取りをしようとする前記脆化部分
にプラスチックペレットを噴射して前記バリ部分を除去
する装置を開示する。

【０００９】米国特許第４，８１７，６５２号は、液体
とアルゴンを含む気体の使用ができる洗浄装置を開示す
る。液体洗浄剤を用いて汚染物を洗浄される表面から浮
上させるか、あるいは前記流体を凍結させ、その後部分
的に溶融して汚染物を凍結残液洗浄剤に閉じ込めて除去
する。

【００１０】米国特許第４，８３２，７５３号と第４，
９３６，９２２号は、溶剤の液滴を用いる洗浄装置を開
示する。前記装置にはガスベアリングオペレーテッドチ
ューブ（ｇａｓｂｅａｒｉｎｇｏｐｅｒａｔｅｄ
ｔｕｂｅ）に沿って滑動するトレーが備わる。

【００１１】米国特許第４，９７４，３７５号は半導体
ウエファーを超純水の氷粒子のジェットで洗浄する室を
開示する。氷粒子の噴霧が洗浄される半導体ウエファー
と電動機で駆動される回転面の上で適当な角度をつけて
接触する。

【００１２】米国特許第５，００９，２４０号は、半導
体ウエファーを氷粒子の噴射空気の前記ウエファーに噴
霧し、残留氷粒子を蒸発により除去する洗浄装置を開示
する。

【００１３】米国特許第４，９６２，８９１号は固体粒
子と気体二酸化炭素の混合物を小出しするノズル装置を
開示する。このノズルを用いて基板から小粒子を洗浄す
る。

【００１４】米国特許第１，８９９、６２６号は、多開
口ノズル構成のバーナー装置を開示する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は先行技術の欠
点を、洗浄用昇華性凍結粒子の制御自在に指向できる噴
霧を精密トラッキング手段を用いて小出しして、洗浄を
慎重に検量しながら実施して先行技術が経験した欠点を
克服する制御雰囲気装置を提供して克服する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、好ましくない
材料を固体表面から、ばらばらのほぼ凍結した洗浄粒子
の発射噴霧を用いて洗浄し、固体表面に衝突した後、前
記洗浄粒子を蒸発させうる装置で：ほぼ密閉され、その
中で洗浄される固体面を収容し、それを導入する取入れ
手段を備えるハウジングと；前記ハウジングに位置し、
ばらばらのほぼ凍結した洗浄粒子の噴霧を前記被洗浄固
体面に発射させるノズルと；ほぼ凍結した洗浄粒子を発
生させる流体洗浄剤を前記ノズルに供給する手段と；前
記固体面から洗浄された好ましくない材料を前記ハウジ
ングから除去する手段と；前記ハウジング内にあって、
前記被洗浄固体面を支持し、かつ前記固体面を前記取入
れ手段から前記ノズルの発射噴霧に近接して並ぶ位置に
制御自在に移動させる手段を備える移動できる支持手段
と；フラッシ気体を前記ハウジングに供給してハウジン
グ内の雰囲気を制御し、かつ前記固体面から洗浄された
好ましくない材料の除去を助ける手段と：からなる。

【００１７】なるべくなら、前記ノズルが、流体洗浄剤
を収容する充気室と、流体洗浄剤の供給と前記充気室に
接続する第１のオリフィスと、複数の整合する開口部か
らなり前記充気室から前記洗浄剤を排出させ、またばら
ばらのほぼ凍結した洗浄剤の噴霧を前記固体面に発射さ
せる第２のオリフィスを備えるノズル区画室からなるこ
とである。

【００１８】なるべくなら、前記ハウジングに視検窓を
備えて従業者が洗浄作業を観察できるようにすることで
ある。

【００１９】好ましくは、前記支持手段がほぼ平面のテ
ーブルからなり、それに前記固体面を付着させる締付け
手段と、前記テーブルを前記ノズルの発射噴霧の下で制
御自在に移動させるトラック手段と、前記テーブルを前
記トラック手段の上を移動させる作動手段を備えること
である。

【００２０】なるべくなら、前記ハウジングに前記ノズ
ルを収容し、前記支持手段を収容する下部室に並置され
た開口部を備える隆起室が備わることである。

【００２１】またなるべくならば、前記隆起室に流れそ
らせ板を開口部に備えて前記洗浄粒子の噴霧を制御する
ことである。

【００２２】さらに好ましくは、前記供給手段に濾過装
置を備えて汚染物を前記流体洗浄剤から除去することで
ある。

【００２３】また、前記供給手段に冷却手段を備えて前
記流体洗浄剤を初期冷却してから前記ノズルに流入する
ことが好ましい。

【００２４】さらに、前記テーブルを直線状トラック手
段の上に移動自在に取付けて、前記ノズルの発射噴霧の
もとで直線状運動をすることが好ましい。

【００２５】別の例として、前記テーブルを円形トラッ
ク手段の上に移動自在に取付けてノズルの発射噴霧のも
とでアーチ形運動をすることが好ましい。

【００２６】また、なるべくならば、前記供給手段にア
ルゴンガスの別の供給と、窒素ガスの別の供給と、さら
に前記両ガスを同時にブレンドする手段を備えることで
ある。

【００２７】さらに、前記ノズルを前記固体面に０乃至
９０度の角度、好ましくは４５度の角度で取付けること
である。

【００２８】また、前記締付けが機械クリップであるこ
とが好ましい。別の例として、締結手段が吸込装置であ
ること。さらに別の例として、前記締付け手段が静電チ
ャックであり、強いて言えば、締結手段が電磁装置であ
ることが好ましい。

【００２９】好ましくは、前記ハウジングに絶縁遮断層
を取付けて装置を周囲温度以下の条件で作動させること
である。

【００３０】また、固体基板を導入する手段が他の装置
と連絡して半導体材料の多角化処理ができる開口部であ
ることが好ましい。

【００３１】さらに、前記除去手段が適切な導管と、好
ましくない材料と使用ずみ洗浄剤をハウジングから除去
する真空ポンプからなることが好ましい。

【００３２】また、好ましくは、フラッシ気体供給の手
段に不活性清浄ガスをハウジングに供給する手段を備え
ることである。

【００３３】

【作用】本発明の装置は、この明細書で全体を参考とし
て取入れている米国特許第５，０６２，８９８号で記述
されている極低温アルゴンエアゾールを用いて洗浄する
方法を用いることができる。本発明の装置で実施可能な
方法は、次のパラメーターからなる。

【００３４】本発明は、少くともほぼ固体のアルゴン粒
子含有エアゾールを用いて汚染表面を「サンドブラス
ト」する。アルゴンはシリコンウエファーもしくは超小
形回路に害のない不活性物質である。アルゴンは超高純
度で経済的に生産できる。前記アルゴンは本発明におい
ては単独でも超高純度の窒素と混合して使用できる。窒
素は気相としてそのまま残留してキャリヤー剤として前
記アルゴン粒子に高速度を付与するに役立つ。窒素をア
ルゴンに付加すると、ジュール・トムソン効果を強める
膨脹率をより高くし、かつ冷却を増進させる。アルゴン
の窒素に対する混合比率はアルゴンの量でほぼ１０％乃
至１００％の範囲で差支えない。

【００３５】先に精製したアルゴンもしくはアルゴン・
窒素混合物を汚染粒子が全く残らないよう、好ましく
は、例えば熱交換器で前冷却して先ず濾過する。両成分
は前記前冷却作業に続いて気相で残留することがある。
前冷却はさらに部分的凝縮と前記熱交換器壁体に残る微
量の不純物の除去も可能にする。前冷却は前記熱交換器
の上流に位置する分子篩もしくは接触性不純物除去装置
あるいは不純物ゲッターを用いる極微量不純物の同時除
去と組合わせても差支えない。このような極微量分子不
純物を不活性ガスから除去する方法は業界では周知であ
る。前記前冷却混合物の圧力は典型的例として２０ｐｓ
ｉｇ乃至６９０ｐｓｉｇの範囲、なるべくなら２０ｐｓ
ｉｇ乃至１００ｐｓｉｇの範囲に維持することである。
前記前冷却混合物の温度を典型的例として、上記第１の
圧力範囲に対し−１９０°Ｆ乃至−３００°Ｆ（約−１
２３．３℃乃至−１８４．４℃）、また上記第２の圧力
範囲に対し−２５０°Ｆ乃至−３００°Ｆ（約−１５
６．６℃乃至−１６４．４℃）の範囲である。

【００３６】前記前冷却混合物をその後、ノズルもしく
は膨脹弁で膨脹させて減圧する。前記膨脹混合物の圧力
は高真空乃至大気圧以上の圧力範囲になる。結果として
のジュール・トムソン冷却はアルゴン粒子の凝縮と液化
もしくは凝固に役立つ。この発明のため、アルゴンは液
体粒子のみならず固体粒子も形成し、しかも洗浄の効果
を生ずる。固体粒子を形成させることが好ましいが、少
くともかなりの部分のアルゴン粒子が固体である場合、
洗浄過程は先行技術を著しく改善したものとなる。アル
ゴン粒子は均質核形成の工程により凝縮できる。できた
極低温エアゾールをその後、傾斜角（典型的例として４
５度）をつけて被洗浄汚染表面の方向に指向させる。ジ
ェットは典型的例として前記汚染面の上、ほぼ１／１
６″乃至数インチ（約０．１６ｃｍ乃至数ｃｍ）垂直に
離すことである。気体混合物はノズルを通して膨脹させ
る。ノズルの形状寸法は変ってもよい。本発明では円形
ノズルとスリットノズルが効果的であることがわかっ
た。スリットノズルは広幅面例えばシリコンウエファー
にはよく合う。円形ノズルはより局部化した洗浄用途に
よく合う。表面汚染物の完全除去は典型的例としてエア
ゾールに数秒間当てるだけで達成できる。

【００３７】アルゴン洗浄はシリコンウエファーの効果
的洗浄を提供することがわかった。気体洗浄ジェットの
実施例では０．６２４マイクロメートル（６，２４０オ
ングストローム）粒子を通常の窒素ガスジェット洗浄技
術を用いても除去できないことを実証する。しかし、同
一の粒子がアルゴンエアゾール洗浄技術を用いると完全
に除去される（ほぼ１００％の有効性）。前記アルゴン
洗浄剤を裸シリコンウエファーからの１，０００オング
ストローム大の粒子と、ガラス面からのグリース付着厚
手被膜の除去に有効であることがわかった。本発明に関
連して、用語粒子は分子の大きさ標準での粒子を含む。

【００３８】汚染表面の洗浄はこの発明で被洗浄面に対
してアルゴンを高速度で衝突させる方法で達成できる。
アルゴン粒子が表面に位置する汚染粒子、被膜と分子を
打つ。この衝突が汚染に十分なエネルギーを付与して、
汚染を表面から剥離させる。剥離汚染は気体流れに連行
されるようになってガス抜きされる。エアゾールの気相
は表面に衝突して、それを横切って流れ、薄手境界層を
形成する。汚染材料（粒子、被膜など）の寸法は典型的
例として非常に小さいので、完全に低速境界層内に存在
できる。従って、気相単独では剪断力が不十分なため小
汚染を除去できない。しかし、アルゴン粒子には有意の
慣性が備わり、従って前記境界層を横切って表面に達す
る。

【００３９】アルゴン粒子はそれが前記境界層を貫通し
て表面に向うに従って減速する傾向がある。洗浄が起こ
るためには、アルゴン粒子が前記境界層を横切って表面
を打つ必要がある。簡単なモデルでは、気体流れがごく
僅かな正常の速度成分をもつ厚さ「ｈ」の境界層をつく
るものと決め込む。表面を打つためには、凝固アルゴン
粒子が少くとも「ｈ／ｔ」に等しい通常の速度成分で前
記境界層に入る必要がある。粒子緩和時間「ｔ」を次の
数式１で示す：

【００４０】

【数１】ｔ＝２ａ^２ρ_ｐＣ／９μ ［式中「ａ」はアルゴン粒子半径、「ρ_ｐ」は粒子密
度、「μ」は気体の動的粘度、そして「ｃ」は次の数式
２に示されるストークス・カニンガム滑り補正率であ
る：

【００４１】

【数２】Ｃ＝１＋１．２４６（λ／ａ）＋０．４２（λ／ａ）ｅｘｐ［−０．８７（ａ／λ）］「λ」は気体分子の平均自由路で気体圧力に逆比例す
る。

【００４２】上記の分析は洗浄操作が質量の大きい、あ
るいは初期速度の大きいアルゴン粒子には最も有効であ
ることを実証している。本洗浄操作は粒子の滑りが増大
したためより低い圧力で、またアルゴン粒子にかかる減
速抵抗力が減少したためより低いガス速度で促進され
る。

【００４３】アルゴン粒子を膨脹工程中で形成する。膨
脹に伴う温度低下は気体アルゴンが核形成し、少くとも
本質的に固体粒子に凝縮する原因となる。固体アルゴン
粒子は、混合物の圧力がアルゴンの三重点以下の場合、
気相アルゴンから直接形成する。混合物の圧力が前記三
重点以上の場合は、気体アルゴンは先ず液体液滴に凝縮
してから固体粒子に凍結する。アルゴンの三重点は９．
９９ｐｓｉａ（０．６８気圧）で−３０８．９°Ｆ（８
４°Ｋ）である。

【００４４】

【実施例】本発明の装置をここで図１に示す好ましい実
施例を参照してさらに詳細に述べる。固体表面洗浄装置
１０を用いて付着汚染粒子または好ましくない材料を固
体表面例えばシリコン半導体ウエファー５６から、ばら
ばらのほぼ凍結した洗浄粒子の発射噴射を用いて除去す
る。前記噴霧はなるべくなら適当な温度の、また減圧し
た圧力の窒素とアルゴンの混合物で、噴霧から発出する
アルゴンがばらばらの小粒子となって前記半導体ウエフ
ァーに衝突して汚染粒子を除去させる。粒子はその後、
キャリヤーガスに連行されるか、アルゴン粒子と共に減
圧により除去され、前記アルゴン粒子は気体状態に昇華
してしまう。前記装置１０は上部壁体２０、端壁２４と
２８、及び下部壁体２６が備わるハウジングからなる。
側壁２５と２７はこの図には示されていないが図２に示
されている。

【００４５】前記半導体シリコンウエファー５６を外部
環境に開放されても、あるいは半導体材料の多角加工の
加工ステーションもしくは装置と連絡しても差支えない
開口部からなる取入口ドアー３０を通して装置１０に導
入する。前記ウエファー５６はテーブル４４からなる支
持手段の上に位置する。前記テーブル４４は前記テーブ
ル４４の端ブロック４２を貫通する２つの平行する棒か
らなるベッド素子３２とトラック４０の上に一部分載っ
ており、前記テーブル４４の前記ハウジング１０内を前
記トラック４０の全長に沿う移動の案内と制御をする。
前記テーブル４４を前記ハウジング１０内を長手方向
に、かつトラック４０に沿って手動もしくは自動手段に
より端壁２４まで前後往復する作動棒３８により移動を
作動させる。前記ウエファー５６を前記テーブル４４に
ある真空溜めとして示された締付アセンブリによりテー
ブル４４に着脱自在に取付ける。この場合、前記真空溜
めは前記作動棒３８を通って外部真空源に通ずる管路４
８により真空を引込む。これは真空ウエファー５６の下
に配置し、それを前記テーブル４４に有効に付着させる
ためである。他の締付け手段を機械クリップ含め利用で
きるが、それらは何一つ図示していないが、締付け技術
上周知のものである。

【００４６】壁体２０、２６、２４、２８、２５及び２
７は装置１０の下部室からなり、それにノズル１８を蔽
う上部室１２を接続する。前記上部室１２を前記下部室
に接近して並置させ、前記下部室に開口してある。前記
上部室１２にはさらに視検窓１６が備わり、ノズルの操
作と装置の洗浄が観察できる。洗浄剤の供給を管路５４
で継手と管路１４を通って、アルゴン粒子がノズル１８
を通して、アルゴン粒子が作動棒３８によりテーブル４
４の上部室１２を通って引出されるに従って、ノズル１
８を通る膨脹中に凍結してウエファー５６と接触する微
粒化した粒子を生成する急速に膨脹し冷却する流体薬剤
として好ましく噴霧されるノズル頭部に導入される。

【００４７】洗浄のためウエファー５６の曝露を凍結粒
子の直線衝突に限定するため、また十分な洗浄作用を付
与しない渦流動と低速粒子の発生防止のため、前記上部
室１２と下部室にそらせ板３４と３６を取付ける。そら
せ板３６はその上部と下部の間に鈍角をもつアングルプ
レートからなる。上壁体の下側に締結された前記そらせ
板３４は平面形状をもつ。これらのそらせ板３４と３６
を有効開口部の開閉を調整でき、それをノズル１８から
の噴霧が通過して洗浄されるウエファー５６に接触、衝
突する。前記そらせ板は被洗浄ウエファー５６の再汚染
を防ぎ、上部室１２の流動を下部室の流体力学への参加
を有効に断つ。

【００４８】高圧、周囲温度以下の温度のアルゴンと窒
素の混合物を洗浄剤として用いる時、流体のジュール・
トムソン効果膨脹をもたらして凍結粒子をつくり、その
後、被洗浄固体面と接触の後、なるべくなら昇華させる
ことになるアルゴンが前記ノズル１８により液滴として
形成される。この結果として生ずる使用ずみ気体洗浄剤
のみならず除去された汚染粒子や好ましくない材料は、
洗浄手順での移動の後、真空ポンプに接続された除去手
段もしくは流出口５２を通し減圧により除去できる。こ
の減圧作用は清掃ガス、なるべくならば不活性窒素を、
フラッシ気体例えば不活性窒素を供給する適当な手段か
らなる取入口５０を通して導入して使用することで補足
乃至取替えできる。これは制御雰囲気を装置１０の内部
に付与し、同時に固体表面から洗浄された汚染粒子を前
記流出口５２を経て強制的に流出させるのに役立つ。

【００４９】装置１０が図２に斜視図で示され、作動棒
３８、トラック棒４０、ノズル１８と、被洗浄固体面か
らなりテーブル４４上に支持されたウエファーを示す下
部室と上部室の部分断面を示す。前記装置１０の側壁２
５と２７も示している。そらせ板３４と３６、取入口ド
アー３０、窓１６、端ブロック４２と端壁２４と２８も
示す。

【００５０】図３（Ａ）はノズル１８、区画室１２とノ
ズルとその供給導管１４を前記区画室１２に移動自在に
取付ける手段の部分横断面を示す。前記ノズル導管１４
を、前記区画室１２の適当なブレーシングに保持された
玉継手４０１を備える玉継手スリーブ４０２に係合し
て、前記区画室１２内の広範囲のピボット運動を可能に
する。前記玉継手４０１を柔軟性ガスケットもしくは封
止装置のあるブレージングにより封止する。前記スリー
ブ４０２をなるべくならねじ込接続クランプ４０５と連
結すると、スリーブと導管４４の気密封止のみならずス
リーブクランプ４０５の継ぎ輪４０９と割型部分４１１
により導管１４の軸方向保持力も付与し、それは前記導
管を前記区画室壁１２に関し、前記継ぎ輪４０９を通っ
て伸びるボルトもしくは締結具の作用により調整自在に
固定する。前記ボルト４１３を弛めることで、前記導管
１４と、従ってノズル１８が前記スリーブ４０２内で調
整でき、被洗浄面からノズルまでの比距離を変えること
ができる。調整を行なうと、ボルト４１３が締付けら
れ、継ぎ輪４０９が導管１４、従ってノズル１８を所望
の位置に保持し、被洗浄面からのノズル排出までの比距
離を付与する。

【００５１】図３（Ｂ）は玉継手４０１を備えるスリー
ブ４０２をクランプ４０５と共に取外した形で、ボルト
４１３で作動させる割型部分４１１と継ぎ輪４０９を示
す。

【００５２】図３（ｃ）を参照。ノズル１８を供給管路
１４と共に斜視図で示す。ノズルは上板１８１と下板１
８３からなり、おのおのに充気室１８４と１８７がそれ
ぞれ備わり、その中に、導管１４から流出する洗浄剤を
供給する。前記上、下両板１８１と１８３の間に、前記
上、下両板１８１と１８３にある前記充気室に合う環状
間隙１８６を備える中間板１８２をサンドイッチしてい
る。前記中間板１８２には一連の整合開口部１８５がそ
の前縁に備わり、それを通して前記充気室からの洗浄剤
が急速に減圧された発射噴霧として排出され、微粒化さ
れたばらばらの液滴となって凍結してから被洗浄固体面
に衝突する。付加速度とその結果としてできる降圧は洗
浄剤例えばアルゴン洗浄剤にブレンドされた窒素に含ま
れた不活性キャリヤーガスにより付与される。導管１４
はノズル区画室１８に前記充気室に繋がる第１のオリフ
ィス１８８を通って入り、また洗浄剤は前記ノズル１８
を一連の開口部１８５からなる第２のオリフィスを通っ
て流出するか、あるいは排出される。ノズル構成の好ま
しい実施例を図３に示すが、他の中間板１８２を整合開
口部１８５からなる異なる大きさまたはパターンの第２
のオリフィスで用いることができる。これは洗浄噴霧と
して用いられる異なる噴霧パターンと異なる大きさの範
囲の粒子をつくることになる。洗浄作用が衝突後、昇華
させる凍結粒子で最も好ましく達成されるが、洗浄剤の
少くとも一部が液滴として残留し、被洗浄固体面に衝突
して、汚染粒子と他の好ましくない材料を転置させてか
ら前記液滴を気体状態に変化させることが考えられる。

【００５３】本発明の装置は代表的例として、図４で示
した付加支持装置との組合わせで用いられる。図４で
は、アルゴン２００と窒素２０２の別々の供給を示す。
窒素はいくつかの事例では供給ガス洗浄剤に混入させる
必要がある。８インチ（約２０．２７ｃｍ）シリコンウ
エファー洗浄に用いる典型的混合物は、例えば、ほぼ６
気圧の圧力で、またほぼ１分間当り４５０標準リットル
で流れる約９０％のアルゴンと１０％の窒素からなる。
混合物のこれらのガスを分離弁２０３と濾過装置２０４
で制御して、粒状汚染物を洗浄剤から除去する。混合濾
過供給気体洗浄剤をその後、冷却熱交換器２０５に導入
して前記気体を冷却する。これは液体窒素または他の適
当な低温冷却液の連続補給浴に突込んだコイル管からな
る。別の例として、供給気体を、極低温冷凍個別装置と
直接熱接触させた熱交換器に前記混合物を通すことで前
冷却しても差支えない。前記前冷却熱交換器２０５は前
記供給気体混合物の温度をアルゴンの液化点の近くまで
低下させるが、混合物を前記装置への流入に備えて気体
状に保持する。前記前冷却熱交換器２０５はさらに、極
低温トラップとして凝縮できる極微量の不純物の除去に
役立つ。このような不純物は、除去されない場合、引続
き粒子に凝縮して、被洗浄固体表面に新しい汚染物の原
因となる。前記前冷却熱交換器２０５の後、前記洗浄室
の前に取付けられた第２の濾過装置２０６は、前記前冷
却作業中形成されるが、前記熱交換器表面には蒸着しな
い凝縮不純物粒子の除去に役立つ。冷却洗浄剤はその
後、洗浄装置２１０に入る。これは、前記固体面テーブ
ルを、図１に関し同定されたトラックの上を洗浄装置内
を直線式に移動させる別機構２１１と共に示す。なるべ
くなら、前記別の移動機構２１１を前記洗浄室２１０の
外側に取付け、運動装置と隔壁供給を通して前記テーブ
ルに接続することである。別の例として、この機構は作
業者による手動操作用のハンドルであって差支えない。
図４は気体と洗浄装置１０からの剥離汚染物粒子を連続
除去する別の捕獲ガス抜き装置もしくは真空装置２１２
を示す。この装置２１２には膨脹気体混合物を再熱入れ
してから真空ポンプもしくはガス抜き送風機に送る手段
が備わる方がよい。さらに、この装置は適当な背圧調整
装置を備え、洗浄装置と真空装置トラップ内の上流圧力
を制御して背流汚染が洗浄装置に流入しないようにす
る。除去もしくは洗浄ずみ汚染物粒子あるいは好ましく
ない材料をそこで適当なものとして管路２１４にガス抜
きする。この真空操作は不活性窒素からなるフラッシ気
体の供給で促進もしくは取替えるか、好ましくは流入口
２０８を通して投与することである。

【００５４】最後に、被洗浄固体表面用洗浄装置に取付
ける適当な取入、取出口装置を２０７で示す。このよう
な装置は、例えば、図１に示された手動ハッチの代りに
１つまたは２つのゲート形式の弁にしても差支えない。
そのうえ、前記取入・取出口装置を洗浄室の環境条件に
耐え、かつ前記被洗浄固体面に付着する新しい汚染を最
少限に止めさせる設計にした基板処理ロボットで役立た
せることもできる。本発明の一実施例においてはロボッ
トを洗浄装置の外部の別の隔室に取付けるが、ゲート形
式の弁または同様の装置によって洗浄装置と連絡してい
る。例えば、前記洗浄装置は本発明の一実施例では、ク
ラスター基板処理装置の１処理モジュールからなる。こ
のような適用では主要基板処理装置が前記クラスター装
置の中心型枠に取付けられ、他の処理モジュールに役立
つロボットからなる。本発明の別の実施例では、洗浄装
置を専用取入・取出口装置として役立たせるロボットか
らなっている。このような実施例では、洗浄装置と取入
・取出口装置が独立型装置として他の基板処理装置に直
接組込まれないで機能することになる。

【００５５】図４には示されていない別の特徴も備えて
いる。これは被洗浄固体表面を加熱してからあるいはそ
れに続き洗浄する装置を含む。このような加熱は、例え
ば、固体表面を支えるテーブルに埋設された電気抵抗ヒ
ーターにより、また前記固体表面と直接熱接触させる
か、もしくは被洗浄固体面を直視する赤外線源により供
給できる。これは汚染からなることもある粒子の再凝縮
または凝縮を防止すると共にアルゴンが洗浄作業中に表
面と衝突してから昇華させるのに役立つ。

【００５６】そのうえ、洗浄装置の作業条件を監視する
計装も設けることができる。このような計装は技術上周
知であるが、例えば、供給気体マニホールド、供給気体
冷却熱交換器、真空またはガス抜き装置、真空チャック
からなる締結装置、不活性フラッシガス装置と作動制御
装置に亘る様々の位置に取付けられた圧力、温度と流量
検出器を含めても差支えない。全洗浄装置を同期形式で
作動させる設計にした手動もしくは自動作動制御装置を
特に計算機操作にして配設できる。この装置は例えば取
入・取出口ゲート弁、ロボット基板ハンドラー、固体表
面ヒーター、固体表面支持テーブル機構、供給気体洗浄
剤断続弁および固体表面締結装置または保持器用制御装
置の活動の操作または（および）調整する。

【００５７】別の装置を図５（Ａ）と（Ｂ）に示す。こ
の設計は先述の実施例の特徴のすべてを組込んでいる
が、洗浄中、固体表面を支えるテーブルの直線移動より
むしろ回転運動をもたせている。電動機もしくは手動駆
動の回転機構１０２により軸３０３上を回転する弓形テ
ーブル３０４上のシリコンウエファーのような円形基板
を示す。このような設計は洗浄室を通る直線供給である
よりはむしろ回転供給を用いる。前記回転機構３０２を
洗浄室ハウジング３００の非絶縁延長部の端に取付け
る。この延長部が回転機構３０２と回転供給を周囲温度
に近い温度で作動させ、特別低温機構の必要性を除去す
る。この回転式設計がいくつかの場合、洗浄装置に、よ
り小さい全「踏み跡」しか残さない。これは外部基板キ
ャリヤー機構が洗浄室から水平方向外側に伸びないから
である。回転設計の外部機構は洗浄室から垂直に伸び
る。しかし、この回転設計では、基板の適当位置のエア
ゾールへの曝露の合計時間は転心からその距離に左右さ
れる。これは、ピポットにより接近する基板上の位置が
ノズル３０５の下を、ピボットから遠いテーブル上の位
置よりさらに緩やかに通るからである。従って、テーブ
ル３０４の幅一杯に均一な洗浄効果を与えるために、ノ
ズル３０５を前記転心３０３から離れてより強度の凍結
粒子の直線的に増大する噴霧を供給する設計にした方が
よい。この強度の変化はノズル３０５を漸次大きくなる
開口部を備えるよう、あるいは前記転心３０３から離れ
る方向に前記ノズルの開口部の間の間隙を漸次小さくな
るよう設計することで達成できる。この一様でない曝露
挙動にすることは図１の直線運動クリーナー設計では起
こらない。従って、問題の先の実施例は、一様のエアゾ
ール強度をその幅に沿って備えるノズルで使用する方が
よい。

【００５８】図５（Ａ）を参照。被洗浄固体面を、気体
媒質と洗浄もしくは除去された汚染粒子と好ましくない
材料除去用流出口３０８によって排気されるハウジング
３００に導入するゲート３０７が備わる回転実施例を示
す。テーブル３０４がノズル３０５の下で軸３０３によ
り回転することを図に示す。図５（Ｂ）に関しては、ノ
ズル３０５、テーブル３０４、転心３０３および作動手
段３０２をガス抜きもしくは流出オリフィス３０８とフ
ラッシガス流入オリフィス３０６の外に示されたハウジ
ング３００用のゲートもしくはハウジング開放開口部３
０７が備わる別の実施例を部分立面図に示す。

【００５９】直線運動か回転運動のいずれかをする洗浄
装置の構成を垂直傾斜に用いて粒子汚染の被洗浄固体面
への再付着の機会をさらに減少させる。どちらの装置も
外部の絶縁ブランケットと組合わせで用いてハウジング
内部の温度条件を好ましさの程度により維持する最大限
の柔軟性を可能にすることができる。本発明は先行技術
装置の欠点を汚染のないアルゴンまたは他の極低温エゾ
ールを発生させ、汚染粒子もしくは他の好ましくない材
料例えば被膜または層の固体表面を洗浄する制御洗浄能
力を付与する。本発明の洗浄室は任意に断熱を付与し、
それによって常温エアゾールもしくは凍結粒子生成を可
能にする。前記洗浄室はさらに清浄不活性雰囲気の囲い
を提供し、基板が洗浄後、粒子または分子不純物との再
汚染を防止する。極低温エアゾール表面洗浄と関連する
低温は凝縮性不純物が前記常温基板を再汚染することの
ある開放環境における洗浄を妨げる。

【００６０】前記室はさらに部分真空を含ませる手段を
提供する。いくつかの応用では、前冷却した気体を約１
／３気圧に膨脹させることが好ましい。アルゴンの三重
点は０．６８気圧と８４°Ｋである。従って、エアゾー
ルを０．６８気圧以下の圧力に膨脹させると、エアゾー
ルに固体と気体アルゴンだけの共存を確実にする。固体
アルゴン粒子は洗浄のサンドブラスト操作を液体液滴に
比較してさらに効率よく仕上げさせる。さらに、低圧環
境はアルゴン粒子上の減速抵抗力を低下させ、前記粒子
がより大きいエネルギーで基板を打たせる傾向がある。
本発明はさらに、被洗浄汚染固体面を制御された仕方で
エアゾールに曝露させ、汚染の除去を潜在的に鋭敏な固
体表面の過度な曝露なしに実施させる。このような過度
の曝露は基板の損傷を繋がることがある。本発明はこの
制御された暴露を基板に関連した距離と角度でノズルを
正確に位置決めする手段を提供することと、固体表面を
作業ノズルの下で予め決めた速度と方向で移動させる手
段を提供することで達成する。本発明は被洗浄固体面全
体を洗浄する効率を直線ノズル形状大きさと直線固体表
面運動を用いて可能な限り均一に提供するするよう設計
されている。本発明はエアゾール噴霧と剥離された汚染
を基板から円滑に離し、かつガス抜きもしくは流出口オ
リフィスの方向に仕向するよう内部形状大きさにして基
板の再汚染を最少限にするよう設計されている。さら
に、ハッチ域へのエアゾールと懸濁汚染物の背流を適当
な内部形状大きさにより、またいくつかの場合、ハッチ
域を気体窒素で連続パージすることで最少限に止める。

【００６１】

【発明の効果】本起寒剤エアゾール法とこの明細書に記
述された装置を用いて付与される洗浄効率の度合の実施
例が行なわれた。新しい５インチ（約１２．６７ｃｍ）
径のシリコンウエファーをコロラド州ボウルダーのＰＭ
Ｓ社から入手できるレーザー表面走査装置を用いて全表
面の清浄度の検査試験を行なった。前記多点監視装置は
ウエファーの上に存在する全粒子の数と大きさを示すヒ
ストグラムを提供する。合計９つの物体が０．３乃至１
０マイクロメートルの大きさ範囲でウエファー上に先ず
発見された。前記シリコンウエファーをその後、１．６
マイクロメートルの既知直径をもつガラス微小球で故意
に汚染させた。これらの微小球を乾燥条件でウエファー
に付着させた。同一シリコンウエファーを続いて走査す
ると高度の汚染を示した。ここで合計３５０の物体がウ
エファーの上に発見された。前記ガラス微小球の凝集が
表面多点監視装置に大きさが１．６マイクロメートル以
上の多数の物体を測定させた。本発明の起寒剤エアゾー
ル装置での洗浄後、同一ウエファーの粒子汚染を改めて
走査した。結果は清浄ウエファー上に合計８つの物体を
示した。この結果は汚染ウエファーが本発明の洗浄装置
の起寒剤エアゾール法を用いてその初期の新しい状態に
ほぼ復帰できることを実証している。この程度の洗浄効
率は先行技術の通常洗浄方法と装置を用いては容易に達
成できない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例による装置を示す側断
面図である。

【図２】図１で示された好ましい実施例の部分断面詳細
斜視図である。

【図３】図１のノズルアセンブリを示す図で（Ａ）は部
分図面拡大図、（Ｂ）は（Ａ）のアセンブリの拡大分解
組立図、（Ｃ）は（Ａ）に示された好ましい実施例に用
いられたノズルの部分断面拡大斜視図である。

【図４】本発明の全装置の略図である。

【図５】本発明の別の実施例を示す図で、（Ａ）は部分
断面平面図、（Ｂ）は（Ａ）の別の実施例の部分横断面
の側面図である。

【符号の説明】

１０固体表面洗浄装置（ハウジング）１２上部室（区画室）１４管路（供給導管）１６視検窓１８ノズル頭部２０上壁２４端壁２５側壁２６下壁２７側壁２８端壁３０取入口３２ベッド素子３４そらせ板３６そらせ板３８作動棒４０トラック４２端ブロック４４テーブル４６真空溜め４８管路（真空引込）５０流入口５２流出口５４管路（洗浄剤供給）５６半導体シリコンウエファー１８１上部板１８２中間板１８３下部板１８４充気室１８５小整合開口部１８６環状間隙１８８第１のオリフィス２００アルゴン２０２窒素２０３分離弁２０４濾過器２０５前冷却熱交換器２０６第２の濾過器２０７洗浄装置２０８取入口２１０洗浄装置２１１移動用別機構２１２別の捕獲ガス抜き機構（真空装置）２１４管路（ガス抜き）３００洗浄室ハウジング３０２回転機構３０３軸（転心）３０４弓形テーブル３０５ノズル３０６フラッシ気体流入オリフィス３０７ゲート３０８流出口オリフィス４０１玉継手４０２スリーブ４０３柔軟性ガスケット４０５スリーブクランプ４０７気密４０９継ぎ輪４１１割型部分４１３ボルト（締結具）

フロントページの続き (71)出願人 591147845 インターナショナル．ビジネス．マシーンズ．コーポレイションＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＢＵＳＩＮＥＳＳＭＡＣＨＩＮＥＳＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮアメリカ合衆国．10598．ニューヨーク州. ヨークタウン．ハイツ（番地なし) (72)発明者ウェーン．トーマス．マクダーモットアメリカ合衆国．18103．ペンシルバニア州．アレンタウン．クラブ．アヴェニュー．1342 (72)発明者ジン．ウァン．ウーアメリカ合衆国．10562．ニューヨーク州. オッシニング．アパートメント．エフ．クロトン．アヴェニュー．139 (72)発明者リチャード．カール．オッコヴィックアメリカ合衆国．18067．ペンシルバニア州．ノースアンプトン．コヴュトリー．コート．592

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体表面から好ましくない材料を、ばら
ばらのほぼ凍結した洗浄粒子で前記固体表面との衝突後
に蒸発できるものを発射させた噴霧を用いて洗浄する装
置において、ａ）被洗浄固体面を中に収容し、かつ固体面をその中に
導入する取入手段を備えるほぼ密閉されたハウジング
と；ｂ）前記ハウジングに位置して、ばらばらのほぼ凍結し
た洗浄粒子の噴霧を前記被洗浄固体面に発射させるノズ
ルと；ｃ）ほぼ凍結した洗浄粒子を発生させる流体洗浄剤を前
記ノズルに供給する手段と；ｄ）前記固体面から洗浄した前記好ましくない材料を前
記ハウジングから除去する手段と；ｅ）前記ハウジング内に前記被洗浄固体面を支持し、か
つ前記固体面を前記取入手段から前記ノズルの発射され
た噴霧に近接して並列する位置に制御自在に移動させる
手段を備える移動できる支持手段と；ｆ）前記ハウジング内の雰囲気を制御し、かつ前記固体
面から前記好ましくない材料を除去させるフラッシ気体
を供給する手段と；からなる洗浄装置。
【請求項２】前記ノズルが、流体洗浄剤を収容する充
気室を備えるノズル区画室と；流体洗浄剤の供給と前記
充気室に接続された第１のオリフィスと；前記洗浄剤を
前記充気室から排出させ、前記ばらばらのほぼ凍結した
洗浄剤の噴霧を前記固体面に発射させる複数の整合開口
部からなる第２のオリフィスと；からなることを特徴と
する請求項１の洗浄装置。
【請求項３】前記ハウジングが作業者が洗浄作業を観
察する視検窓を備えることを特徴とする請求項１の洗浄
装置。
【請求項４】前記支持手段が、ほぼ平面にして、それ
に前記固体面を取付ける締結手段を備えるテーブルと；
前記テーブルを前記ノズルの発射噴霧の下を制御自在に
移動させるトラック手段と；前記テーブルを前記トラッ
ク手段の上で移動させる作動手段と；からなることを特
徴とする請求項１の洗浄装置。
【請求項５】前記ハウジングが前記ノズルを収容し、
前記支持手段を収容する下部室に近接して開口部をもつ
隆起室を備えることを特徴とする請求項１の洗浄装置。
【請求項６】前記隆起室が前記開口部で前記洗浄粒子
の前記噴霧を制御する流れそらせ板を備えることを特徴
とする請求項５の洗浄装置。
【請求項７】前記供給手段が汚染を前記流体洗浄剤か
ら除去する濾過器を備えることを特徴とする請求項１の
洗浄装置。
【請求項８】前記供給手段が前記流体洗浄剤を先ず冷
却してから前記ノズルに流入させる冷却手段を備えるこ
とを特徴とする請求項１の洗浄装置。
【請求項９】前記テーブルを直線状トラック手段に移
動自在に取付けて前記ノズルの発射噴霧の下で直線運動
をさせることを特徴とする請求項４の洗浄装置。
【請求項１０】前記テーブルを円形トラック手段上に
取付けて前記ノズルの発射噴霧の下で弓形運動をさせる
ことを特徴とする請求項４の洗浄装置。
【請求項１１】前記供給手段がアルゴンガスの別供給
と窒素ガスの別供給を備え、前記両ガスを同時にブレン
ドすることを特徴とする請求項１の洗浄装置。
【請求項１２】前記ノズルを前記固体表面の平面に対
し０乃至９０度の角度で位置決めすることを特徴とする
請求項１の洗浄装置。
【請求項１３】前記ノズルを前記固体表面に対し４５
度の角度で位置決めすることを特徴とする請求項１の洗
浄装置。
【請求項１４】前記締結手段が機械クリップであるこ
とを特徴とする請求項４の洗浄装置。
【請求項１５】前記締結手段が吸込装置であることを
特徴とする請求項４の洗浄装置。
【請求項１６】前記締結手段が静電チャックであるこ
とを特徴とする請求項４の洗浄装置。
【請求項１７】前記締結手段が電磁装置であることを
特徴とする請求項４の洗浄装置。
【請求項１８】前記ハウジングが絶縁遮断層を備え、
装置を周囲温度条件以下の温度で作動させることを特徴
とする請求項１の洗浄装置。
【請求項１９】前記固体基板を導入する手段が他の装
置と連絡して半導体材料の多角処理をする開口部である
ことを特徴とする請求項１の装置。
【請求項２０】前記除去手段が前記好ましくない材料
と使用ずみ洗浄剤を前記ハウジングから除去する適当な
導管と真空ポンプからなることを特徴とする請求項１の
洗浄装置。
【請求項２１】前記フラッシ気体を供給する手段が不
活性ガスを前記ハウジングに供給する手段を備えること
を特徴とする請求項１の洗浄装置。