JPH08298252A

JPH08298252A - エアロゾル表面処理

Info

Publication number: JPH08298252A
Application number: JP7332860A
Authority: JP
Inventors: H Rose Peter; エイチ．ローズピータ; Piero Sferlazzo; スファラゾピエロ; G Van Del Heyde Robert; ジー．ヴァンデルハイデロバート
Original assignee: CLYTEC CORP; CRITECH Inc; KURAITETSUKU CORP
Current assignee: CLYTEC CORP; CRITECH Inc; KURAITETSUKU CORP
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1995-11-07
Publication date: 1996-11-12
Also published as: US5931721A; US6203406B1

Abstract

(57)【要約】除去対象の異物に対し少なくとも部分的に凍結した粒子
の高速エアロゾルを向けて基板表面から異物を除去する
技術。粒子、有機被膜（たとえば、硬くベーキングされ
たホトレジストやイオン注入されたホトレジスト）およ
び金属被膜の除去に十分な高速度へ凍結粒子を加速する
種々の技術についも述べられている。１実施例では、液
滴が高速ガス流に同伴され、えられたガス／液体混合物
を膨張ノズルに通し凍結粒子の高速エアロゾルをつく
る。別の実施例では、凍結エアロゾル粒子は、たとえば
音速あるいは超音速ガスジェットに同伴され、それから
洗浄対象の表面に衝突させる。洗浄エアロゾルは真空室
内あるいは直接手持ち式装置から基板へ噴出される。洗
浄エアロゾルに基板を一様に接触させるために種々の走
査設備についても述べられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表面のエアロゾル洗
浄に関する。

【０００２】表面洗浄は、たとえば、半導体メモリ、プ
リント回路、フラット・パネル表示装置、およびＣＤ−
ＲＯＭを製造する場合の重要ステップである。ウエーハ
表面上の異物は、特に装置のサイズが小さくなると、製
造プロセスの歩留まりに直接的影響を及ぼす。ＩＣ表面
はごくわずかなナトリウムイオン単原子層で汚染されて
いても、回路の故障原因になりうるほどである。

【０００３】

【従来の技術】半導体工業において回路の微細化が進ん
でおり、ＩＣに欠陥を生じうる最小汚染パーティクルの
サイズはますます小さくなっている。たとえば、次世代
半導体装置のデザインルールは0.35μｍ以下で、このサ
イズは既存の多くの洗浄技術の除去能力を超えている。
広く容認されている規準によると、製作プロセスの工業
化上デザインルールの１／１０のオーダーの異物を除去
する必要がある。したがって、次世代半導体ウエーハの
表面からは、表面洗浄プロセスで0.03μｍのサイズの異
物を除去する必要がある。

【０００４】半導体洗浄技術では、表面洗浄技術は、薄
い有機物または酸化物の被膜や金属残留物を除去するた
めに適切な薬品を大量の脱イオン純水中で用いている。
通常、これらの洗浄システムでは、湿式ベンチ上で所定
の順番でいくつかの液体洗浄槽にシリコンウエーハを浸
漬する必要がある。この種の薬液の後処理には高度の技
術を要し、かつ処理費用が高い。したがってこの種の高
価な薬液の使用量を削減するために、液体処理に基づく
代替技術が多数提案されている。たとえば、スプレイ洗
浄では、液体洗浄液がウエーハ表面上にスプレイ状に散
布される。

【０００５】最近になって、湿式ベンチ洗浄の効率のよ
さとスプレイ洗浄の洗浄液の消費が少ないという特徴を
併せ持つ、連続液体洗浄技術が開発されている。液体を
基本にした他の技術には、特殊な回転ブラシを用いたス
クラブ洗浄、超音波およびメガソニック洗浄、および高
圧ジェット洗浄がある。薬液の再循環や再使用による再
汚染は洗浄液を連続的に再生することによってのみ解決
できるが、この方法は表面洗浄プロセスのコストをかな
り押し上げることになる。

【０００６】ウエーハ洗浄技術はこの２５年間本質的に
は変わっておらず、最もよく使われている方法は過酸化
水素を基本にした湿式法である。半導体工業における最
も普通の洗浄方法の一つはＲＣＡ法で、この方法ではウ
エーハは数種類の薬液の中に順次浸漬され、パーティク
ル、金属系汚染物、有機系汚染物および自然酸化膜が除
去される。ＲＣＡ洗浄法の代表例を図１４に示す。通
常、２５枚のウエーハを収容するカセットを薬液槽の中
を順次移動させて行く。

【０００７】洗浄工程はウエーハ製作プロセスの全プロ
セスステップの３０％に相当し、洗浄に大量の純水（ウ
エーハにつき約１０００ガロン）と薬液が消費される。
最終リンスの後基板は乾燥しなければならず、“ウォー
タマーク”を避けるために乾燥媒体としてイソプロピル
アルコール（ＩＰＡ）がよく使われる。このアルコール
がまた環境に悪影響を与える。したがって、この方法は
ウエーハのサイズが大きくなるほどコスト高になると共
に、環境に悪い影響を与える。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって、大量の洗
浄剤（酸、塩基および溶媒）とさらに大量のリンス用の
脱イオン純水を必要とし、その上多額の費用をかけて適
正に後処理しなければならない、現在の液体を基本とす
る洗浄技術を離れて、エアロゾル表面洗浄のような気相
乾式洗浄法へ移行したいという強い要望があった。

【０００９】本発明者らは液体、固体、あるいは固体と
液体の混合物からなる極微粒子のガス状サスペンション
を“エアロゾル”と呼んでいる。また、洗浄対象の表面
に対し、化学的に無害な物質を“不活性”と呼ぶことに
する。

【００１０】ドライアイスのエアロゾルは永年の間表面
洗浄に使われてきた。たとえば、Swain らは（引用によ
り本明細書中に取り入れる米国特許第5,125,979 号にお
いて）液体二酸化炭素をオリフィスから断熱された室内
へ膨張させ小さな二酸化炭素粒子を形成する方法につい
て述べている。小さな二酸化炭素粒子は断熱された室内
で保持され、大きなフレーク状の魂に凝縮する。フレー
ク状の二酸化炭素はノズル内で不活性ガスの高速流によ
り加速され、洗浄対象の表面に誘導される。

【００１１】手持ち式のドライアイス洗浄機も知られて
いる。たとえば、Laydenらは（“真空系表面洗浄用高速
ドライアイス”、J.Vac.Sci.Technol.A8(5),Sep/Oct 19
90，これは本明細書中で参考文献にあげている）高純度
の二酸化炭素をガスボンベから縮小／拡大ノズルを通し
て膨張させる二酸化炭素洗浄機について述べている。こ
の洗浄機は指で始動できるハンドルを有する銃の形状を
した装置として使われている。J.F.Williford （“スプ
レイにスピンをかけて強化した微粒子汚染物二酸化炭素
スプレイ除去法，”Microcontamination '94，これは本
明細書中で参考文献にあげている）は二酸化炭素エアロ
ゾルスプレイと洗浄対象の基板の間で相対的速度を上げ
て微粒子除去を強化する方法について述べている。基板
はスプレイ衝突の方向と反対の方向に3,600-6,000 ｒｐ
ｍにて回転する。

【００１２】Leviは（引用により本明細書中に取り入れ
る米国特許第5,009,240 号において）氷の粒子をサンド
ブラスト状に吹き付け半導体ウエーハを洗浄するウエー
ハ洗浄装置について述べている。この装置では、凍結氷
粒子を同伴するガス流がＬ字状の導管を通って洗浄対象
のウエーハ表面に誘導される。半導体ウエーハを氷でサ
ンドブラストし汚染物を除去する。残った氷は蒸発す
る。

【００１３】極低温の固体アルゴン粒子のエアロゾルも
基板表面の洗浄に使われている。McDermott らは（両方
とも引用により本明細書中に取り入れる米国特許第5,20
9,028 号と米国特許第5,062,898 号において）、アルゴ
ンの液化温度以上の温度にある加圧されたガス状アルゴ
ン含有気流を膨張、固化させ凍結アルゴン粒子のエアロ
ゾルを形成する半導体ウエーハ洗浄装置を開示してい
る。得られたエアロゾルは洗浄対象のウエーハ表面に噴
出される。窒素キャリアガスを用いてアルゴン粒子を加
速するのが好ましい。

【００１４】本明細書中では、“クライオジェニック
（極低温）”の用語によって物理的に分離可能な構成成
分の少なくとも一つが、常圧で約１１０゜Ｋ未満の液化
温度を有する（たとえば、アルゴン、水素、ヘリウム、
窒素、酸素、空気、またはメタン）物質（原子、化合
物、分子、またはこれらの成分の混合物）を幅広く指す
ことにする。

【００１５】微粒子洗浄エアロゾルの形成には種々の化
合物が使われている。たとえば、Ohmoriらは（引用によ
り本明細書中に取り入れる米国特許第5,147,466 号にお
いて）凍結粒子の硬度に基づいて選択された種々の化合
物からえられた凍結粒子のエアロゾルを用いる表面洗浄
技術について述べている。この種のエアロゾルが形成さ
れる化合物には、水、メタノール、グリセリン、および
フレオン１１３がある。

【００１６】表面処理の成果を上げるために紫外光線を
微粒子洗浄エアロゾルと組み合わせて用いる試みもなさ
れている。たとえば、Endoらは（引用により本明細書中
に取り入れる米国特許第5,081,068 号において）過酸化
水素を含有する氷粒子を基板表面に噴射し、そこで氷粒
子を融かして過酸化水素溶液を形成する方法について述
べている。最低１８０ｎｍから２６０ｎｍの波長範囲の
紫外光線が基板表面に誘導され、そして溶融過酸化水素
により吸収されてヒドロキシルラジカルを生じ、このラ
ジカルが基板と基板表面上の有機物を酸化する。

【００１７】この種の洗浄方法はある程度効果が認めら
れているが、このような乾式法が工業的に実用化される
ためには洗浄力をさらに改良する必要がある。特に、代
替洗浄技術はホトレジスト、油状残留物（たとえば、指
紋）、および先行するプロセスのステップ（たとえば、
イオン注入）からの残留物など他の形の表面汚染を除去
できなければならない。特に半導体工業においては、現
在使われている湿式洗浄法と少なくとも同程度には半導
体基板を洗浄できる必要がある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】一般的な態様では本発明
は、少なくとも部分的に凍結した粒子のエアロゾルを生
成する工程と、前記少なくとも部分的に凍結した粒子の
エアロゾルを同伴するためにエアロゾル粒子の凝固点以
上の温度を有するガスの流れを供給する工程と、前記ガ
スに前記エアロゾル粒子を同伴させる工程と、前記ガス
を少なくとも音速に加速する工程と、基板の表面から除
去すべき異物に前記同伴エアロゾル粒子を配送する工程
とを包含する、除去対象の異物に少なくとも部分的に凍
結した粒子の高速エアロゾルを向かわせ、基板表面から
異物を除去する方法によって特徴付けられる。

【００１９】本発明による洗浄は、基板や基板上の形態
を損傷することなく、微粒子、有機被膜および金属系汚
染物など広範囲の異物を基板表面から除去できる。本発
明によりえられる高速エアロゾル粒子は、パーティクル
だけでなく有機被膜（たとえば、硬くベーキングされた
ホトレジストやイオン注入されたホトレジスト）や金属
汚染物も除去できる。ガスはエアロゾル粒子とは別に加
速され、音速や超音速にもなるので、他の方法より高速
が得られると考えられている。エアロゾル粒子の凝固点
以上のガスを用いると、高い膨張比がえられ高速エアロ
ゾル流がえられる。

【００２０】本発明の実施例には次の特徴の１つまたは
それ以上がある。ガス流は約３００゜Ｋで供給される。
ガスが音速以上に加速されるステップの前にエアロゾル
粒子をガス流に導入するステップが実施される。ガスが
音速以上に加速されるステップの後にエアロゾル粒子を
ガス流に同伴するステップを実施してもよい。除去対象
の異物には硬くベーキングされたホトレジスト層やイオ
ン注入されたホトレジスト層または指紋等がある。エア
ロゾル発生ステップにはアルゴンのような極低温エアロ
ゾル粒子の発生を含む。

【００２１】本発明の１態様では、基板から異物が除去
されている間所定の圧力に維持される真空室と、マニフ
ォールドと少なくとも１つのオリフィスとを有し、前記
オリフィスは前記マニフォールドと前記真空室との間で
流体の流通を提供し、前記マニフォールドは基板から異
物が除去されている間所定の圧力に維持される、エアロ
ゾル形成膨張ノズルと、ガス流に同伴された液滴を供給
するための液体エアロゾル発生器と、前記エアロゾル形
成膨張ノズルの前記マニフォールドと前記液体エアロゾ
ル発生器の間を連結し、前記液体エアロゾル発生器から
前記マニフォールドへの通路のほぼ全長に亘って、前記
液滴の同伴流を配送するための導管とを含み、前記ガス
流に同伴される前記液滴は前記少なくとも１つのオリフ
ィスを通って前記真空室に入り、前記液滴が前記真空室
に入る時に前記液滴が経験する圧力差は前記液滴が少な
くとも部分的に凍結して凍結粒子の高速エアロゾルを形
成し、基板表面の異物に衝突し、異物を除去するように
選択されている、除去対象の異物に少なくとも部分的に
凍結した粒子の高速エアロゾルを向かわせ、基板表面か
ら異物を除去する装置により異物が除去される。

【００２２】本法には次のような利点がある。キャリア
ガス流とは別にエアロゾル粒子を形成すると、高速を実
現する膨張ノズル内でより多くのガスをエアロゾル粒子
と混合することが可能になる。気相膨張により、キャリ
アガス流の噴出パラメーターを制御するだけで高いエア
ロゾル速度が容易に得られる。凍結粒子のサイズを選択
的に制御して、一般的に一様な分布をもつ微粒子のみを
基板表面の洗浄に使用されるように「調節」することが
できる。さらに、比較的小さな表面形態（features）の
洗浄には効果の少ない比較的大きな粒子は再使用のため
に簡単に収集することができる。これにより所定の洗浄
効果を得るために必要な液体の全消費量をかなり減少さ
せることができる。

【００２３】本発明のこの態様による実施例には次のよ
うな特徴の１つないしそれ以上がある。液体エアロゾル
発生器には、キャリアガス流を導管に導入するためのガ
ス源（ガス供給ライン）に接続されたガスジェットが含
まれている。キャリアガス流は液体を液滴にアトマイズ
し、液滴を同伴する。同伴流の中のガスは液滴の３重点
のすぐ上でかつ約３００゜Ｋ以下の温度で液体エアロゾ
ル発生器に配送される。液体エアロゾル発生器は液体源
中に伸びている供給管があり、この供給管はキャリアガ
ス流の結果としてベンチュリーポンプとして機能する。
液体エアロゾル発生器はDeVilbiss エアロゾル発生器で
よい。

【００２４】導管には液滴同伴流の一部を遮断するため
に衝突板が配置されており、ノズルマニフォールドに到
達する液滴の平均サイズは衝突板を経ることによって衝
突板に至る前の液体エアロゾルの液滴の平均サイズに比
べ小さくなる。衝突板は分離された液滴を集めて再利用
するために設置されている。ノズルマニフォールドに到
達する液滴の平均サイズがキャリアガス流の速度により
制御されるように導管が設計（adapt ）される。基板表
面とエアロゾル粒子の接触面積は洗浄対象の基板の全表
面積よりかなり小さくてもよい。洗浄対象の表面積がエ
アロゾル粒子に一様に接触するようにスキャニング装置
を設けてもよい。スキャニング装置には基板を軸の周り
で回転させる装置が含まれてもよい。

【００２５】凍結粒子を音速近くまで加速するために少
なくとも１つのオリフィスがとりつけられている（たと
えば、オリフィスは円筒状の管で、ラバル管状を有す
る）。エアロゾル形成膨張ノズルのオリフィスは、基板
表面に関して斜めの角度で凍結エアロゾル粒子を配送す
るように設置されてもよい。第１のエアロゾル形成膨張
ノズルによって提供された経路とは違った経路に沿って
除去対象の異物に凍結エアロゾル粒子を向けるために少
なくとも一つのエアロゾル形成膨張ノズルを他に設けて
もよい。

【００２６】オリフィスのサイズは、基板から異物を除
去するために使われるエアロゾルの凍結粒子の平均サイ
ズを制御するように予め選択されている。エアロゾル形
成膨張ノズルとは別に、基板上の除去対象の異物に近接
した位置に高速ガスノズルを用意してもよい。すなわち
高速ガスノズルは、凍結粒子を高速ガス流に同伴される
前の粒子速度から加速し、大きな速度で凍結エアロゾル
粒子を異物に噴出する高速ガス流を供給する。

【００２７】別の態様で本発明は、基板から異物を除去
する際に所定の圧力を有する真空室と、マニフォールド
と少なくとも１つのオリフィスとを有し、前記オリフィ
スは前記マニフォールドと前記真空室の間で流体の流通
を提供し、前記マニフォールドは基板から異物を除去し
ている間所定の圧力に維持され、前記少なくとも１つの
オリフィスを通って前記真空室に流入する時に少なくと
も部分的に凍結して凍結粒子のエアロゾルを形成する液
体の供給源に結合されているエアロゾル形成膨張ノズル
と、基板から除去すべき異物に近接して配置され、高速
ガス流を提供する高速ガスノズルであって、前記高速ガ
ス流は前記凍結粒子のエアロゾルを同伴し、前記高速ガ
ス流に同伴される前の前記粒子速度を加速し、大きな速
度で凍結エアロゾル粒子を前記異物に噴出する高速ガス
ノズルとを含む、除去対象の異物に凍結した粒子の高速
エアロゾルを向け、基板表面から異物を除去する装置に
特徴がある。

【００２８】この態様による実施例には次のような特徴
の１つないしそれ以上がある。オリフィスは、凍結粒子
をほぼ音速に近い速度までに加速するのに適合していて
もよい。オリフィスは円筒状の管で、ラバル管状を有し
てもよい。エアロゾル形成膨張ノズルは、基板表面に関
して斜めの角度で凍結エアロゾル粒子を噴出するように
位置付けられてもよい。少なくとも１つのオリフィスの
サイズは、基板から異物を除去するために使われるエア
ロゾルの凍結粒子の平均サイズを制御するように予め選
択されてもよい。

【００２９】このような技術は高速ジェット流の減速を
低減し、またエアロゾルが高速ジェットに同伴される時
間、即ち基板への到達時間が極めて短くなるので、凍結
エアロゾル粒子の蒸発が抑制される。高速ガスジェット
をつくる場合室温ガスの使用は非常に望ましいことなの
で、これは特に有利である。この技術によりエアロゾル
の速度を１０倍以上上げることが可能である（たとえ
ば、典型的なエアロゾル速度は500-2,000 ｃｍ／秒から
10,000-30,000 ｃｍ／秒あるいはそれ以上に上げ得られ
る）。

【００３０】さらに別の態様で本発明は、液体を受け入
れる液体入り口とキャリアガスを受け入れるキャリアガ
ス入り口を有するハウジングと、前記液体入り口に結合
された近端部と凍結粒子のエアロゾルを供給するための
遠端部を有する液体供給管と、前記キャリアガス入り口
に結合された近端部と遠端部を有するキャリアガス供給
管と、前記キャリアガス供給管の前記遠端部に結合され
た近端部と基板から除去すべき異物に近接して配置され
た遠端部とを有し、高速ガス流を提供する高速ガスノズ
ルであって、前記高速ガス流は高速ガス流に同伴される
前の粒子の速度より大きな速度で異物に凍結粒子を噴出
する高速ガスノズルとを含む、除去すべき異物に凍結粒
子の高速エアロゾルを向け、基板表面から異物を除去す
る手持ち式装置に特徴がある。

【００３１】液体供給管とキャリアガス供給管はたがい
に同軸に配設されるか、あるいは並んで配設してもよ
い。

【００３２】さらに別の態様で本発明は、加圧液体の容
器に結合し、少なくとも部分的に凍結した粒子の高速エ
アロゾルを除去すべき異物に向け、基板表面から異物を
除去する装置であって、近端部と遠端部を有する膨張ノ
ズルであって、少なくとも前記近端部から前記遠端部に
向かって収束する部分を有する導管を画定し、その中を
通るガスを加速する膨張ノズルと、加圧された液体の容
器内に伸びる近端部と開口部のついた遠端部とを有する
液体通路であって、液体通路を通過する液体から少なく
とも部分的に凍結した粒子のエアロゾルを発生させるた
めの液体通路と、前記加圧された液体の容器の頂部に開
口部をもつ近端部と前記膨張ノズルの近端部に流体的に
結合された遠端部を有し、前記液体容器から前記液体通
路の前記遠端部の近傍にガスを配送するガス通路であっ
て、エアロゾル粒子を同伴し、ガスが前記膨張ノズルを
通過する時にエアロゾル粒子を加速するガス通路とを含
む基板表面から異物を除去する装置に特徴がある。

【００３３】この装置は手で持てるようにするのが好ま
しく、除去対象の異物への高速エアロゾルの噴出を選択
的に制御するために手で作動する引き金を備えるのがさ
らに好ましい。

【００３４】手持ち式の洗浄機は真空室内に置けないほ
ど大きな基板の場合に特に役立ち、また手持ち式の洗浄
機を用いることによって処理量を増やすことができる
（たとえば、処理室のドアを開閉する必要がないの
で）。

【００３５】洗浄に用いるエアロゾルの量が少なく、ま
た排気ガスは比較的無害で量も少なく、また空中に浮遊
している異物の破砕成分も少ない。これにより、大量の
酸、塩基、溶媒および大量のリンス水が使われる標準的
なウエーハ洗浄法に比べ、環境への悪影響が少なくなり
かつオペレーターの安全性も向上する。本発明によるエ
アロゾル表面洗浄は、現在の半導体真空クラスターツー
ル処理設備に簡単に組み込めるので現在の湿式洗浄法よ
り利点がある。

【００３６】本発明の目的は高速に加速された比較的小
さな凍結粒子を用いて洗浄を効率化することである。こ
の方法の効率がよい理由の一つは、高速に加速された微
細なエアロゾルが半導体やその他のマイクロエレクトロ
ニック基板等の表面に存在するサブミクロンのトレンチ
やバイア（via ）内に浸透し洗浄できることである。エ
アロゾルを種々の方向に噴出させるために複数のノズル
を用いると洗浄効果がさらに向上する。

【００３７】凍結粒子のサイズ、密度および速度が洗浄
効率に影響する最も重要なパラメーターである。本発明
から、液体の消費量や設備の冷却所要電力を増やすこと
なく、エアロゾル内の粒子の速度を容易に上げることが
でき、エアロゾル表面洗浄に係わる条件について新しい
レベルの知見がえられる。

【００３８】本発明の他の特徴や利点は以下の説明と特
許請求の範囲から明らかになるであろう。

【００３９】

【発明の実施の形態】図１について説明すると、異物１
０（たとえば、パーティクル、ダスト、糸くず、金属な
どの汚染物質：パターン化されたホトレジスト層、オイ
ル、および指紋などの有機層：および残留物）は、ガス
ジェットにより音速以上に加速された凍結粒子１６のエ
アロゾルを異物に噴出することにより、基板１４の表面
１２から除去される。少なくとも部分的に凍結した粒子
１６が異物に衝突し表面から異物の一部１８を取り除く
に十分なエネルギーを異物に伝達する。伝達されたエネ
ルギーが異物を表面に保持している付着エネルギーに打
ち勝つのに十分であれば異物の一部１８は表面から離れ
る。粒子が異物に衝突した後、異物は粒子２０として表
面１２の周辺から除去されるかあるいは蒸発してガス２
２になる。窒素のようなフラッシュガス２４を表面１２
に関し斜め方向から吹き付けると衝撃副産物（異物から
追い出された部分１８、粒子２０やガス２２）を同伴し
衝撃副産物を基板表面の洗浄部分２６の周辺から除去す
る。

【００４０】本発明者らはガスの“音速”がガスの密度
や温度等多数のパラメーターによって変わることに留意
している。

【００４１】図２について説明すると、典型的な表面処
理操作時に以下の各ステップは行われる。固体または液
体のエアロゾル粒子を発生させる（ステップ２１）。エ
アロゾル粒子を同伴するのに用いられるガス流が供給さ
れる（ステップ２３）。エアロゾル粒子を同伴するのに
用いられるガスを少なくとも音速に加速する（ステップ
２５）。同伴エアロゾルは基板表面の除去対象の異物に
対し噴出する（ステップ２７）。エアロゾル粒子同伴ス
テップ（ステップ２９）は、それぞれ図２Ａと２Ｂに示
すように、同伴ガスが音速以上に加速される前または後
に行われる。

【００４２】本発明者らは、エアロゾル粒子の発生ステ
ップと加速ステップを分離することにより各ステップを
最適化でき、洗浄効果を向上できることを実現した。粒
子の速度、密度およびサイズ等の洗浄条件を注意して選
択すると、異物が表面から完全に除去され、表面に再付
着しないことを保証できる。この技術を用いると十分高
い粒子速度が実現でき、基板や基板上の形態（feature
s）を傷つけずに基板表面から多種類の異物を除去でき
る。

【００４３】基板１４（図１）は過剰な冷却と基板上の
構造的表面形態の損傷を避けるために加熱してもよい。
基板を加熱すると衝突微粒子の再付着を防止するのに役
立ち、さらに衝突エアロゾル粒子の昇華にも役立つ。基
板の加熱は基板に直接熱的に接触している基板ホルダー
の抵抗加熱で行ってもよい。

【００４４】図３について説明すると、種々の“洗浄レ
ジーム（regime）”（ダスト除去、レジスト剥離、研
磨、エッチング）は、エアロゾル粒子あたりの分子また
は原子の平均数（エアロゾル粒子の平均サイズの指標）
およびエアロゾル粒子の分子または原子あたりの平均エ
ネルギー（エアロゾル粒子の平均エネルギーまたは速度
の指標）に基づいて分類できる。洗浄に使われるエアロ
ゾル内の粒子のサイズとエネルギーは個々の洗浄条件に
より選択される。ダスティングレジームは、シリコンダ
ストや有機分子の小塊などの弱い付着力の粒子の除去に
有用である。レジスト剥離レジームは、基板表面から有
機被膜（たとえば、ホトレジスト、指紋、およびオイ
ル）を剥離するのに有用である。エッチングレジームは
二酸化珪素やアルミニウム層などを基板から除去するの
に有用である。研磨レジームは、たとえば半導体や金属
表面を磨いて鏡面仕上げする場合などに使われる。スパ
ッタリングおよび注入レジームは、スパッタリングやイ
オン注入の処理に必要な粒子サイズやエネルギーに対し
て洗浄に有用な粒子サイズやエネルギーの大きさにおけ
る桁違いの差に関してもセンスやスケールを与える。

【００４５】エアロゾル粒子の特性は基板や基板表面の
形態を傷つけることなく基板表面の異物を効率的に洗浄
が行えるように選択される。エアロゾル粒子の平均サイ
ズは典型的には粒子あたり１０⁷から１０¹⁰の原子（ま
たは分子）を含み、各原子（または分子）は典型的には
０．１ｍｅｖから０．０１ｅｖの間の平均エネルギーを
持つように選択される。エアロゾル粒子の平均速度は典
型的には、2,000 ｃｍ／秒と30,000ｃｍ／秒の間に維持
され、さらに好ましくは5,000 ｃｍ／秒と10,000ｃｍ／
秒の間に維持される。また、洗浄対象の基板により、傷
つけることなく効率的な洗浄が行えるように粒子のいわ
ゆる“硬度”が選択される。

【００４６】洗浄室図４について説明すると、超清浄加圧源からの加圧ガス
４８（たとえば、窒素）が、真空室５４内に収容されて
いる液体エアロゾル発生器５２のノズル５１の入り口５
０に供給される。好ましい実施例では窒素ガス４８は好
ましくは２−１０ＳＣＦＭ（１分あたり標準立方フィー
ト）の流量、さらにより好ましくは、この実施例におい
て、約５ＳＣＦＭの流量で、約１２０ｐｓｉの圧力で、
および室温（２０−３０℃）で入り口５０に供給され
る。アルゴンや二酸化炭素のような液体またはガスを真
空室外の、たとえば、熱交換器により予冷し全ガスを液
化する。ついでこの予冷液体は液体エアロゾル発生器内
の容器５６に供給される。

【００４７】液体エアロゾル発生器５２はこの概念を説
明するためにDeVilbiss 型の発生器の形で図示されてい
る。他の実施例でエアロゾル洗浄プロセスの効果を変え
ることなく、別の配備で他の型のエアロゾル発生器を用
いてもよいことは当業者にも自明であろう。

【００４８】加圧窒素ガス５７は比較的高速で出口５８
からノズルを出て、容器５６内に伸びている液体供給管
６０にベンチュリポンプ効果を引き起こす。ベンチュリ
ポンピングにより供給管を介して容器５６から液体を吸
引する。供給管出口で液体は窒素の高速流５７に同伴さ
れる。窒素ガスに衝突すると、この液体は小さな液滴に
細分され窒素ガス流５７により同伴され、加速される。

【００４９】キャリアガス流は現在、多くの理由から室
温に維持するのが好ましい。室温でガスを使う方がガス
を冷却するより低コストである。また、液体エアロゾル
発生器により形成された液体が固化するより液状のまま
でいる方が望ましい。というのは、膨張オリフィス７０
の近くのノズル６８が十分冷えてオリフィスに同形物が
集まる可能性があるからである。このように同形物が集
まると、オリフィスを塞いだり大きな凍結粒子をつくる
可能性があり、この大きな凍結粒子は加圧ガス流に同伴
されオリフィスを通過して、さらに加速され基板表面７
１に傷をつけるおそれがある。このことにより、輸送導
管内での液滴の蒸発を制御して粒子サイズを容易に選択
することが可能になる。

【００５０】液体エアロゾル発生器には、ガスノズル５
１に関し９０゜の角度をなすように曲げられた液体輸送
管６２が含まれている。比較的大きな液滴は窒素流が曲
がるときに同伴されず、壁６４（衝突板）に衝突し、液
体容器５６にもどる。ガス流５７に同伴された比較的小
さな液滴はエアロゾル形成膨張ノズル６８のマニフォー
ルド６６まで同伴される。ノズル２８に搬送される液体
粒子サイズを調整（選択）するために形の違う輸送導管
を用いてもよい。たとえば、キャリアガスジェット内に
半球状の障壁や一連のバッフルが設置されたものを用い
てもよい。

【００５１】加圧ガス５７の速さと流量および導管６２
の形状とサイズを選択することにより、マニフォールド
６６に到達する液滴のサイズを適切な範囲に制限するこ
とができる。これにより基板表面から異物を除去するた
めに用いられ、結果として凍結する粒子のサイズをより
正確に制御できる。

【００５２】ガス／液滴混合物をエアロゾル形成膨張ノ
ズルの一つ以上のオリフィスを介して、好ましくは、そ
の液体の３重点圧力以下（たとえば、アルゴンの場合は
０．６８気圧）の圧力を有する。真空室に噴出させる
と、少なくとも部分的に凍結した高速エアロゾル粒子が
えられる。“３重点”は一般に物質の固体、液体および
蒸気が平衡にある温度と圧力として定義される。アルゴ
ン含有エアロゾルを用いる特定の実施例では、ノズルの
マニフォールド６６内の圧力は約５０−１００ｐｓｉ
（ポンド／平方インチ）にそしてこの実施例では約８０
ｐｓｉに維持するのが好ましい。マニフォールド６６に
到達する同伴された液滴はオリフィスを通過することに
よりノズルの外で加速される。アルゴン液滴がオリフィ
スを通過する際に生じる圧力降下は約４５−９５ｐｓｉ
が好ましい、さらにこの実施例では約７５ｐｓｉがより
好ましい。

【００５３】オリフィスは円形断面を持ち、直径は０．
００７インチ程度が好ましい。個々のオリフィスは１イ
ンチの約３／１６の距離で等間隔に設けるのが好まし
く、ガス／液滴混合物を音速以上に加速するためにラバ
ル管状を形成する。基板はノズル６４によりつくられた
エアロゾルに関し直線的に移動され、基板をエアロゾル
に一様に衝突させるであろう。一方、シングル−オリフ
ィスノズルを二次元スキャニング機構と組み合わせて使
用してもよい。ノズル６８を離れるガス−液滴混合物
は、結果として断熱膨張してキャリアガスをノズル出口
で音速以上（たとえば、３００゜Ｋで約30,000ｃｍ／
秒）に加速する。真空室内の圧力が液滴の３重点以下で
あれば、液滴は固化するであろう（アルゴンの場合３重
点は０．６８気圧と８４゜Ｋである）。得られたエアロ
ゾルを音速または超音速のガス流に同伴することにより
より高い速度を得られることができる。詳細は後で述べ
る。

【００５４】容器５６に液体を補充するため高純度液体
を作る熱交換器にソレノイドバルブ７２が接続されてい
る。液体レベルが低い時はバルブ７２を開けるためにそ
して液体レベルが高い時はバルブを閉じるために液体レ
ベルセンサが使われる。こういう訳で高低両レベルのレ
ーザーダイオード７４、７５が液体エアロゾル発生器の
壁面の窓を通してレーザーシグナルを発生し、一方液体
を通して伝達されたシグナル強度の変化を検出するため
に光検出器７６、７７が設置されている。窓を使う代わ
りに、液体容器のそれぞれの壁を溶融石英のような透明
材料で作ることもできる。

【００５５】図５に示す別の実施例では、比較的低速の
エアロゾルがエアロゾル形成膨張ノズル８０によって作
られ、つづいてガスノズル８４、８５から供給される不
活性ガス（たとえば、窒素）の音速以上の高速流８２、
８３の中で加速される。凝縮成分（たとえば、アルゴン
や窒素など加圧凝縮性ガスの混合物）を含む入力ガス
は、熱交換器８６で予冷され、凝縮成分の一部または全
部が液化され、これらがオリフィス８８を通って真空室
（ノズル内の圧力に比べ低い圧力に維持されている）内
に膨張し、少なくとも部分的に凍結した粒子９０のジェ
ットを形成する。

【００５６】エアロゾルが固体であるかそれとも液体で
あるかは、エアロゾル洗浄剤の個々の熱力学的条件によ
って決まる。特に凍結粒子を得るためには、真空室９２
内の圧力を熱交換器に導入する液体成分の３重点以下に
維持するのが好ましい。たとえば、アルゴンと窒素の混
合物の場合、凍結アルゴン粒子をつくるためには、真空
室内の圧力は約０．６８気圧（すなわち、アルゴンの３
重点である）以下にする必要がある。圧力計９４はノズ
ル内の圧力を監視するために使用され、ノズルマニフォ
ールドと真空室の間の圧力差は好ましい圧力降下あるい
は圧力差（たとえば、４５−９５ｐｓｉ、より好ましく
は約７５ｐｓｉ）にある。

【００５７】少なくとも部分的に凍結した粒子のエアロ
ゾルジェット９０は、エアロゾル形成膨張ノズル８０の
オリフィス８８と洗浄対象の基板９８の表面９６の間の
位置でガスノズル８４、８５を通して作られた高速ガス
流と交差する。ガスノズル８４、８５はエアロゾルジェ
ットを同伴しそしてそれを高速で表面に向かって誘導し
得る十分な流速の音速または超音速のガスジェット８
２、８３を与えるように設計されている。同伴流８２、
８３はエアロゾルの速度を約5,000-60,000ｃｍ／秒に上
げるのが好ましい。この技術によりエアロゾルの速度を
１０倍以上に上げられることが確認されている（たとえ
ば、典型的なエアロゾル速度は500-2,000ｃｍ／秒から
5,000-60,000ｃｍ／秒に上げられる）。

【００５８】図５には２本のガスノズル（８４，８５）
があるが、他の実施例では１以上の任意の数の高速ガス
ノズルを含んでもよい。

【００５９】ノズル、エアロゾルジェット、および基板
表面の方向は、基板表面上の３次元構造を最高に洗浄で
きるように（たとえば、この種の構造の影（シャドウ）
効果（影となる部分）を排除するために）変えることが
できる。特にこれは、深いトレンチ、バイア、側壁や溝
の洗浄を必要とするパターン化された半導体ウエーハの
場合に利点がある。ノズル８４、８５の方向は基板表面
に対し２０゜と６０゜の間の角度で高速ガス流を噴出で
きるのが好ましい。

【００６０】実施例においてはノズル８４、８５と表面
の間の距離はできるだけ小さくするのが好ましい（たと
えば、１−２ｃｍ）。低速エアロゾルと高速ガス流の交
差点１００は基板表面の約０．６−１．２５ｃｍ上が好
ましい。交差点１００と膨張ノズル８０のオリフィス８
８の間の距離も実際上可能な限り、できるだけ接近する
ように選択する。

【００６１】図６について説明すると、ノズル８４また
は８５に使うこのできる超音速ノズル１１０は、２つの
円錐部１１２、１１４を有する。その一つ（１１２）は
小径スロート部へ向かって収束し、他（１１４）は小径
スロート部１１６から拡大（発散）している。アルゴン
含有エアロゾルを用いた特定の実施例では、収束部１１
２は内径０．０５ｃｍの入力部１２２から内径０．０２
５ｃｍのスロート部へ向かって先細になり、一方拡大部
はスロート部から内径０．２５ｃｍの出口部へ向かって
先拡がりにテーパしている。

【００６２】収束部からノズルに入る加圧窒素ガス１１
８はノズルスロート部までに音速(10,000-30,000ｃｍ／
秒）へ加速される。圧力はノズルに沿って下がっていく
ので、拡大部の作用はガスを超音速(30,000-60,000ｃｍ
／秒）へさらに加速することである。このような加速を
行うために必要なエネルギーはガスの熱エネルギーから
とられ、ガスはかなり冷却される。高速に加え、超音速
ノズルが加速ガス流とエアロゾルの間の温度差を小さく
し、エアロゾルが基板表面に衝突する前に蒸発する量を
少なくするという望ましい結果がえられる。

【００６３】上で述べたように、少なくとも部分的に凍
結した粒子のサイズ、密度および速度は、洗浄効果に影
響を及ぼす重要パラメータである。上の論議は主として
アルゴンのような超低温エアロゾル洗浄に関連した態様
に集中しているが、本明細書で述べている技術は、エア
ロゾル成分の消費を増したりあるいは設備の冷却所要電
力を増加させずにエアロゾルの速度を上げるためにドラ
イアイス洗浄など他のエアロゾル洗浄技術にも応用でき
る。

【００６４】洗浄対象の基板は半導体工業でよく使われ
ている種類のロボットアームにより洗浄室に移送するの
が好ましい。基板表面と洗浄エアロゾルとを一様に接触
させるために、前後へ直線的に往復したり、軸の周りを
回転したり、あるいはジグザグ運動のように２次元的に
移動できるホルダーにこの基板を載せるのが好ましい。

【００６５】スキャニング機構上で論議したように、好ましい実施例において、基板表
面における各洗浄エアロゾルジェットの面積は０．１−
４ｃｍ²のオーダーであり、これは３００ｃｍ²のオー
ダーにある基板の全表面積よりはるかに小さい。したが
って、基板を洗浄エアロゾルに一様に接触ささせるため
にスキャニング機構がいくつか案出されている。

【００６６】洗浄エアロゾルとの接触面積を小さくでき
るといろいろ利点がえられる。接触面積が小さいほど使
用するエアロゾル量が少なくなり、液体窒素を利用した
冷凍システムではなく電子式極低温冷凍機（たとえば所
要動力が２００−５００ワットの）の使用が可能にな
る。また、小接触面積と機械的スキャニングを併用する
と、基板に衝突しないエアロゾルの量を減らすことによ
り、より大きな接触面積を必要とするエアロゾル洗浄装
置に比べてエアロゾルを効率よく使用できる。

【００６７】図７について説明する。１種類のガスであ
るプロセスガスあるいは集合管２００において種々の比
率で混合した高純度ガス（たとえば、アルゴン、窒素、
ヘリウム、酸素、および水素）の混合ガスをバルブ２０
６とフィルター２０８を取り付けている供給管２０４を
経て熱交換器２０２に供給する。プロセスガスの圧力は
圧力計２１０から読みとれる。ガスは熱交換器の出口で
一部または全部が液化されている。この液体をノズル２
１４を通して膨張させプロセスガスの成分からなる凍結
粒子のジェット２１６を形成する。これら凍結粒子が洗
浄対象の基板２１８に衝突する。

【００６８】基板の全表面は数百ｒｐｍ程度の速い回転
運動と遅い直線的移動の組み合わせにより洗浄される。
これらの運動は回転モーター２２０とリニアドライブ２
２２によりそれぞれ行われる。回転モーターアセンブリ
２２０は基板ホルダー２２６の下のシールされた部分２
２４の中に常圧下に保持されている。回転作用はフィー
ドスルー２２８を介して基板ホルダーに伝達される。電
力と制御信号はリニアドライブ２２２の中空シャフト２
３２の中を走っているケーブルによりモーター２２０に
供給される。

【００６９】ノズルは基板２１８の法線に関し２０゜乃
至６０゜の方向を向いている。これにより、基板面を横
断して真空排気ポート２３６に向かう流れをつくること
による衝突副産物や他の汚れガスの除去と排出を促進
し、基板表面への異物の再付着を減少する。

【００７０】基板上の半径方向の位置で回転速度に差が
あるので、リニアモーターの速度を洗浄エアロゾルに関
する基板の直線位置の関数として変えるのが有利であ
る。たとえば、洗浄エアロゾルを基板に一様に接触させ
るために、リニアドライブの速度をエアロゾルが基板の
周囲の端に衝突する最初の位置で最低とし、一方エアロ
ゾルが基板の中心領域に衝突するリニアスイープの最後
には速度を最大とすることである。このようにして、基
板表面は洗浄エアロゾルに一様に接触させることができ
る。この型のスキャニング機構では、回転の中心に特異
性があり、このため基板の中心領域で過剰なエアロゾル
に接触することを回避するのが困難になることに留意す
る必要がある。したがって、このスキャニング方法は過
剰接触に敏感なプロセスには使えない。

【００７１】複数のプロセスガスの気−液相転移温度が
非常に近接している場合は、熱交換器の後に置かれた集
合管２３８から別途１種以上のプロセスガスを導入する
ことも有利である。これによりガスの一部が必ずガスの
形で残り、この残留ガスはジェット出口ノズルの速度に
影響を及ぼすので重要となり得る。また、熱交換器の後
にキャリアガスを入れるとキャリアガスは冷却されない
ので予備クーラーまたは熱交換器２０２の冷却所要動力
が少なくなる。

【００７２】図８に示す別の実施例では、直線運動はシ
ャフトではなく、リニアアクチュエーター２４２により
駆動されるスライディング・ステージ２４０によって行
われる。回転モーター２２０は真空系の外にあり、密封
シャフト２４４とステージ２４０内のスロット２４６を
通して基板ホルダー２２６に接続されている。スライデ
ィング・ステージ２４０に置かれた同心Ｏリング２５２
が処理室２４８のボトムに対する真空シールになる。真
空漏れの確率を減らし、さらに通常は常圧以下の圧力に
維持されている真空室と排出・ステージ２５０の間に正
の圧力差をもたらすために、同心Ｏリング２５２の間に
排出・ステージ２５０を追加することは有利である。こ
のようにすると、Ｏリングシールで生じた汚染が処理室
へ進入することを防止できる。

【００７３】図９に示すさらに別の実施例では、ノズル
の遅い直線運動と基板の速い回転を組み合わせることに
より、基板と洗浄エアロゾルの二次元的接触がなされ
る。すなわち、真空室２６０外に設置されている回転モ
ーター２２０が、基板ホルダー２６４に取り付けられた
真空シールシャフト２６２を駆動し、洗浄対象の基板を
ノズル２６６の下に置き、基板表面全体を接触させるの
に必要な直線運動はノズル２６６の移動によって行われ
る。熱交換器２７２で予備冷却された極低温混合物はベ
ローズ２７０と同心の管２６８によりノズルに運ばれ
る。この方法で必要なノズルの直線移動は熱交換器２７
２をアクチュエーター２７４により動かして行われる。
熱交換器をベアリング２７６に載せると移動を容易にす
ることができる。

【００７４】手持ち洗浄機エアロゾル洗浄を手持ち式とした洗浄機の実施例もあ
る。

【００７５】図１０に示すさらに好ましい実施例では、
手持ち式洗浄機２８０は温度３００゜Ｋと約８５０ｐｓ
ｉの圧力にて液体二酸化炭素を含有する高圧ボンベ２８
２にノズル２８１がねじで固定されている（米国オハイ
オのParker-Cliff Impact Divisionから購入できる）。
供給管２８３がボンベ２８２の底まで伸びており、さら
に液体通路２８４に接続している。ガス通路２８５はボ
ンベ２８２の頂部の近くに開口部２８６を有する。手で
操作する引き金２８７により液体バルブ２８８とガスバ
ルブ２８９を作動させ、通路２８４と２８５を介してそ
れぞれ液体とガスを通過させる。

【００７６】液体バルブ２８８を開けると、液状二酸化
炭素がエアロゾル発生オリフィス２９０（たとえば、直
径０．００３インチの孔を有するサファイアチップ）を
通って、出口２９３を有するステンレス鋼により形成さ
れたマニフォールド２９１に入る。出口２９３を出た液
状二酸化炭素は液体または固体粒子のエアロゾルを形成
する。ガスバルブ２８９を開けると、ボンベ２８２頂部
の加圧二酸化炭素ガスがオリフィス２９４（たとえば、
０．００７インチの直径を有する）を通って混合ゾーン
２９５に入る。混合ゾーン２９５において、加圧二酸化
炭素ガス流がエアロゾル粒子を同伴しそしてラバルノズ
ル部２９６を介してノズル部２９６の出口２９７で少な
くとも音速まで加速される。

【００７７】ノズル２８１は金属製（真鍮、ステンレス
鋼またはアルミニウム）でボンベ２８２のねじ２９９と
接続するねじ２９８を備えている。第２のＯリングシー
ル３０３はラバルノズル部２９６とノズル部２８１の間
に取り付けられている。

【００７８】図１１に示す別の手持式洗浄機３１４は、
たとえば液状二酸化炭素を供給する液体供給管３１６
と、たとえば加圧窒素ガスを供給するキャリアガス供給
管３１８が同軸構造になっている。供給管３１６、３１
８は超音速ノズル３２０の近端部で終わっている。この
ノズルはラバルノズルの形が好ましく、これにより、キ
ャリアガスと同伴液滴は音速または超音速に加速され
る。手持式洗浄機３１４に供給される液状二酸化炭素の
量を制御するためにバルブ３２２が使われる。ハンドル
３２４でバルブを作動して洗浄機へのキャリアガス流入
量を制御する。

【００７９】図１１Ａに示すさらに別の実施例では、手
持式二酸化炭素エアロゾル洗浄機３００は、たとえば貯
蔵容器３０４から液体供給管３０３を介して供給された
液状二酸化炭素から微細なエアロゾル粒子をつくるため
の膨張ノズル３０２を備えている。得られた二酸化炭素
粒子は、窒素などのキャリアガスを貯蔵容器３０８から
キャリアガス供給管３０９を経て供給するキャリアガス
供給ノズル３０６により高速（10,000-30,000 ｃｍ／
秒、またはそれ以上に）に加速される。キャリアガスを
音速または超音速に加速するためにはノズル３０６の形
状はラバル型が好ましい。洗浄二酸化炭素エアロゾル３
１２を洗浄対象の表面の周辺に選択的に噴出させるため
にピストル型の握りのハンドル３１０が用意されてい
る。

【００８０】手持式洗浄機は基板が真空室に置けないほ
ど大きい場合に特に役立ち、手持式洗浄機を用いると
（たとえば、真空室の開閉の必要がないので）、処理量
を増大させることができる。たとえば、手持式エアロゾ
ル洗浄機はイオン注入装置で使われるイオン源アセンブ
リを洗浄するために使用できる。イオン源アセンブリは
イオン注入器内に挿入する前に完全に洗浄しなければな
らない。二酸化炭素エアロゾルを用いた手持式エアロゾ
ル洗浄機により良好な洗浄効果が得られている。

【００８１】エアロゾル発生エアロゾルの形成に使用する液体は、単独でも使用でき
るし、あるいはキャリアガスや希釈媒体としても役立つ
高純度窒素のような別の高純度ガスと混合して使用する
こともできる。キャリアガス（たとえば、窒素、アルゴ
ン、ヘリウム、水素、酸素、アンモニア、およびオゾ
ン、あるいはこれらのガスの種々の組み合わせ）を使う
場合は、キャリアガスは凍結エアロゾル粒子を加速する
ために気相にとどまっている方が好ましい。窒素、ヘリ
ウム、または水素などの高純度物質の追加は、希釈媒体
としても役立ち、希釈媒体は液体流を迅速に蒸発させた
り小滴に分割して凍結エアロゾル粒子のサイズや速度を
制御する手段にもなる。

【００８２】１実施例において、洗浄対象の基板表面か
ら異物を除去するためにアルゴン含有エアロゾルが使わ
れる。アルゴンは不活性物質で半導体ウエハやマイクロ
エレクトロニクス回路に対し無害である。また、アルゴ
ンは高純度のものを経済的に製造することができる。ア
ルゴンを用いた実施例では、予冷されたアルゴンあるい
はアルゴン含有混合物の温度は通常８５乃至１１０゜Ｋ
の範囲にあり、圧力は２０乃至１５０ｐｓｉの間に維持
されている。粒子直径は０．５μｍと１０μｍの間に制
御されるのが好ましく、粒子速度は１０−３００ｍ／秒
が好ましい（汚染物と基板の特性に依存する）。少なく
とも部分的に凍結したアルゴン粒子のエアロゾル形成に
おいては、図１２の温度対エントロピー（ＴＳ）図表で
点Ｂとして示しているように、液化温度に非常に近い温
度まで予冷される。オリフィスを通って断熱膨張すると
ガスはさらに冷えて過冷却になる（ＴＳ図表のラインＢ
Ｃを見よ）。温度（８３．８゜Ｋ未満）および圧力
（０．６８気圧以下）のある条件下で、過冷却によりホ
モジニアスまたはヘテロジニアスな核化を生じさせるこ
とができ、結果として凝縮と凍結アルゴン粒子の形成を
もたらす。

【００８３】〔例１〕シリコンウエーハの表面から厚さ
１μｍの硬くベーキングされたホトレジスト層の１領域
を除去するために図５の装置を用いた。エアロゾルに衝
突させながら、シリコンウエーハを０．７５ｃｍ／秒の
移動速度で直線的に動かした。０．５ｃｍの幅の部分に
ついて１回の通過で硬くベーキングされたホトレジスト
は除去された（目視検査により確認）。アルゴンエアロ
ゾルの流量は９５゜Ｋで１．４ＳＣＦＭ、キャリアガス
の窒素の温度と流量は１９５゜Ｋで１．８ＳＣＦＭであ
った。

【００８４】〔例２〕シリコンウエーハの表面から厚さ
１μｍのイオン注入したホトレジスト層の領域を除去す
るために図５の装置を用いた。エアロゾルに衝突させな
がら、シリコンウエーハを０．１ｃｍ／秒の移動速度で
直線的に動かした。０．５ｃｍの幅の部分について１回
の通過でイオン注入したホトレジストは除去された（目
視検査により確認）。アルゴンエアロゾルの流量は９５
゜Ｋで１．４ＳＣＦＭ、キャリアガスの窒素の温度と流
量は１９５゜Ｋで１．８ＳＣＦＭであった。

【００８５】〔例３〕シリコンウエーハから指紋を除去
するために図５の装置を用いた。エアロゾルに衝突させ
ながら、シリコンウエーハを０．７５ｃｍ／秒の移動速
度で直線的に動かした。０．５ｃｍの幅の部分について
１回の通過で指紋は除去された（目視検査により確
認）。アルゴンエアロゾル流は９５゜Ｋで１．４ＳＣＦ
Ｍ、キャリアガスの窒素は１９５゜Ｋで１．８ＳＣＦＭ
であった。

【００８６】〔例４〕石英基板の表面から厚さ１μｍの
アルミニウム層の領域を除去するために図５の装置を用
いた。エアロゾルに衝突させながら、石英基板を０．０
３ｃｍ／秒の移動速度で直線的に動かした。０．５ｃｍ
の幅の部分について１回の通過でアルミニウム層は除去
された（目視検査により確認）。アルゴンエアロゾル流
は９５゜Ｋで１．４ＳＣＦＭ、キャリアガスの窒素は１
９５゜Ｋで１．８ＳＣＦＭであった。

【００８７】〔例５〕シリコンウエーハ表面から指紋を
除去するために図１１の手持ち式洗浄機を用いた。ウエ
ーハ表面全体から指紋は除去された（目視検査により確
認）。二酸化炭素流は０．４ＳＣＦＭ、キャリアガスの
窒素は８０ｐｓｉで１．３ＳＣＦＭであった。

【００８８】他の実施例は特許請求の範囲の範囲内にあ
る。

【００８９】たとえば、エアロゾル洗浄の間に衝突成分
が再付着する可能性を少なくするために基板を垂直に立
てたり倒立させたりする。

【００９０】図１３に示すように、洗浄エアロゾルはそ
れぞれエアロゾルジェット４２５、４２７の形で１個以
上のノズルから基板表面に噴出される。代表的な例で
は、基板を矢印４３０の方向にスキャニング（移動）さ
せながら、エアロゾルジェット４２５、４２７を基板の
比較的小さな部分４２９に衝突させる。たとえば、半導
体ウエーハ洗浄装置では、直径２０ｃｍのウエーハの表
面積は３００ｃｍ²以上あるが、各エアロゾルジェット
４２５、４２７が通常カバーするのはウエーハ表面の約
０．１乃至４ｃｍ²に過ぎない。上述のように、ウエー
ハと洗浄エアロゾルの間で相対的な運動を与え、ウエー
ハ表面全体を一様に洗浄することができる。この技術は
異なるスキャニング方向について多角度の入射を可能と
し、表面形状４８８の側壁４８６からの異物４８４の除
去を促進する。

【００９１】本発明により与えられた新しいレベルの知
見により、当業者は本明細書で述べた実施例から本特許
の特許請求の範囲から外れることなく多数の変形を考え
得るであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】処理されている基板表面上の異物の概略側面図
である。

【図２】表面処理方法の工程図である。

【図２Ａ】表面処理方法の工程図である。

【図２Ｂ】表面処理方法の工程図である。

【図３】エアロゾル粒子あたりの平均粒子あるいは原子
数および原子または分子あたりの平均エネルギーの関数
として種々の洗浄方法の位置付を示す略図である。

【図４】表面処理装置の部分断面の概略側面図である。

【図５】表面処理装置の概略側面図である。

【図６】ノズルの概略側面図である。

【図７】代わりの処理装置の断面側面図である。

【図８】代わりのスキャニング機構の断面側面図であ
る。

【図９】代わりのスキャニング機構の断面側面図であ
る。

【図１０】手持ち式表面処理装置の概略側面図である。

【図１１】代わりの手持ち式表面処理装置の概略側面図
である。

【図１１Ａ】代わりの手持ち式表面処理装置の概略側面
図である。

【図１２】アルゴンの温度／エントロピー図表である。

【図１３】２個の膨張ノズルから噴出されたエアロゾル
により処理されている基板表面の概略側面図である。

【符号の説明】

１０異物１２基板表面１４基板１６エアロゾル粒子５１ノズル５２液体エアロゾル発生器５６容器６０液体供給管７０膨張オリフィス８０エアロゾル形成膨張ノズル８４，８５ガスノズル８６熱交換器８８オリフィス２２０回転モーター２２２リニアドライブ２２６基板ホルダー２３２中空シャフト２４０スライディング・ステージ２４２リニアアクチュエータ２８１ノズル２８２高圧ボンベ２８７引き金２９０エアロゾル発生オリフィス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロバートジー．ヴァンデルハイデアメリカ合衆国ニューハンプシャー州ナシュアアンビルドライブ 17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも部分的に凍結した粒子のエア
ロゾルを生成する工程と、前記少なくとも部分的に凍結した粒子のエアロゾルを同
伴するためにエアロゾル粒子の凝固点以上の温度を有す
るガスの流れを供給する工程と、前記ガスに前記エアロゾル粒子を同伴させる工程と、前記ガスを少なくとも音速に加速する工程と、基板の表面から除去すべき異物に前記同伴エアロゾル粒
子を配送する工程とを包含する、除去対象の異物に少な
くとも部分的に凍結した粒子の高速エアロゾルを向かわ
せ、基板表面から異物を除去する方法。
【請求項２】基板から異物が除去されている間所定の
圧力に維持される真空室と、マニフォールドと少なくとも１つのオリフィスとを有
し、前記オリフィスは前記マニフォールドと前記真空室
との間で流体の流通を提供し、前記マニフォールドは基
板から異物が除去されている間所定の圧力に維持され
る、エアロゾル形成膨張ノズルと、ガス流に同伴された液滴を供給するための液体エアロゾ
ル発生器と、前記エアロゾル形成膨張ノズルの前記マニフォールドと
前記液体エアロゾル発生器の間を連結し、前記液体エア
ロゾル発生器から前記マニフォールドへの通路のほぼ全
長に亘って、前記液滴の同伴流を配送するための導管と
を含み、前記ガス流に同伴される前記液滴は前記少なく
とも１つのオリフィスを通って前記真空室に入り、前記
液滴が前記真空室に入る時に前記液滴が経験する圧力差
は前記液滴が少なくとも部分的に凍結して凍結粒子の高
速エアロゾルを形成し、基板表面の異物に衝突し、異物
を除去するように選択されている、除去対象の異物に少
なくとも部分的に凍結した粒子の高速エアロゾルを向か
わせ、基板表面から異物を除去する装置。
【請求項３】基板から異物を除去する間所定の圧力を
有する真空室と、マニフォールドと少なくとも１つのオリフィスとを有
し、前記オリフィスは前記マニフォールドと前記真空室
の間で流体の流通を提供し、前記マニフォールドは基板
から異物を除去している間所定の圧力に維持され、前記
少なくとも１つのオリフィスを通って前記真空室に流入
する時に少なくとも部分的に凍結して凍結粒子のエアロ
ゾルを形成する液体の供給源に結合されているエアロゾ
ル形成膨張ノズルと、基板から除去すべき異物に近接して配置され、高速ガス
流を提供する高速ガスノズルであって、前記高速ガス流
は前記凍結粒子のエアロゾルを同伴し、前記凍結粒子を
前記高速ガス流に同伴される前の前記粒子の速度より大
きな速度で前記異物に配送する高速ガスノズルとを含
む、除去対象の異物に凍結した粒子の高速エアロゾルを
向け、基板表面から異物を除去する装置。
【請求項４】液体を受け入れる液体入り口とキャリア
ガスを受け入れるキャリアガス入り口を有するハウジン
グと、前記液体入り口に結合された近端部と凍結粒子のエアロ
ゾルを供給するための遠端部を有する液体供給管と、前記キャリアガス入り口に結合された近端部と遠端部を
有するキャリアガス供給管と、前記キャリアガス供給管の前記遠端部に結合された近端
部と基板から除去すべき異物に近接して配置された遠端
部とを有し、高速ガス流を提供する高速ガスノズルであ
って、前記高速ガス流は前記凍結粒子のエアロゾルを同
伴し、高速ガス流に同伴される前の粒子の速度より大き
な速度で異物に凍結粒子を配送する高速ガスノズルとを
含む、除去すべき異物に凍結粒子の高速エアロゾルを向
け、基板表面から異物を除去する手持ち式装置。
【請求項５】加圧液体の容器に結合し、少なくとも部
分的に凍結した粒子の高速エアロゾルを除去すべき異物
に向け、基板表面から異物を除去する装置であって、近端部と遠端部を有する膨張ノズルであって、少なくと
も前記近端部から前記遠端部に向かって収束する部分を
有する導管を画定し、その中を通るガスを加速する膨張
ノズルと、加圧された液体の容器内に伸びる近端部と開口部のつい
た遠端部とを有する液体通路であって、液体通路を通過
する液体から少なくとも部分的に凍結した粒子のエアロ
ゾルを発生させるための液体通路と、前記加圧された液体の容器の頂部に開口部をもつ近端部
と前記膨張ノズルの近端部に流体的に結合された遠端部
を有し、前記液体容器から前記液体通路の前記遠端部の
近傍にガスを配送するガス通路であって、エアロゾル粒
子を同伴し、ガスが前記膨張ノズルを通過する時にエア
ロゾル粒子を加速するガス通路とを含む基板表面から異
物を除去する装置。