JPH08321480A - 表面の処理 - Google Patents

表面の処理

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JPH08321480A
JPH08321480A JP7332861A JP33286195A JPH08321480A JP H08321480 A JPH08321480 A JP H08321480A JP 7332861 A JP7332861 A JP 7332861A JP 33286195 A JP33286195 A JP 33286195A JP H08321480 A JPH08321480 A JP H08321480A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】エアロゾルを使用することにより、洗浄剤やリ
ンスのための純水を大量に使う従来の湿式洗浄法に比べ
て、効率良く経済的に半導体基板を洗浄する。 【解決手段】Ａｒ，ＣＯ2，ＨＦ，水，アンモニア等を
部分的に凍結した微粒子２２を気相成分２９に混ぜたエ
アロゾルを、異物１０が付着した基板１４の表面に吹き
つけると、異物１０のうちのあるものは凍結微粒子２２
の一部と反応して揮発性反応生成物１８となり、あるも
のは非揮発性生成物２０となり、またあるものは蒸発し
てガス２８となり、またあるものは凍結微粒子２２から
運動量を与えられて基板１４の表面からはじき出されて
エアロゾルの流れに乗って運び去られることにより基板
１４の表面は洗浄される。また異物１０と凍結微粒子２
２との反応を促進するために紫外または赤外の光線４０
を照射することも有効である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は表面の処理に関す
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】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。
【００１２】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。
【００１３】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。
【００１４】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。
【００１５】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。
【００１６】この種の洗浄方法はある程度効果が認めら
れているが、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。特に半導体工業にお
いては、少なくとも現在使われている湿式洗浄法と同程
度には半導体基板を洗浄できる必要がある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】一般的な態様では本発明
は、反応物を含有する流体を処理対象の異物の周辺に供
給する工程と、前記異物に対し少なくとも部分的に凍結
した粒子のエアロゾルを噴出して前記反応物が前記異物
と反応して反応生成物を形成するのを促進する工程とを
含む、基板表面で反応生成物を形成して異物を処理する
方法に特徴がある。
【００１８】本発明のこの態様による実施例は、次のよ
うな特徴の１つ以上を備えることができる。ある好まし
い実施例では基板表面から異物や反応生成物除去するの
に十分な移動運動量をもってエアロゾルが異物または反
応生成物に向けて噴出される。流体を供給する工程は、
所定のどんな時間においても限定された面積の異物反応
領域へ流体を噴出する工程を含んでもよい。反応領域の
面積は約０．１乃至４ｃｍ2 に限定されるのが好まし
く、さらに約１ｃｍ2 の面積がより好ましい。エアロゾ
ルは限定された面積の反応領域に噴出されるのが好まし
い。ある好ましい実施例では、反応領域は幅に比べ長さ
の方が大きい。
【００１９】この方法は、さらに異物を流体やエアロゾ
ルに一様に接触させるため基板をスキャニングするステ
ップを含んでもよい。スキャニングステップには流体の
流れを一定としつつ、基板を移動させるステップを含ん
でもよい。たとえば、基板は流体の流れに関し直線的に
平行移動させられたり、軸の周りを回転させられたり、
あるいは２つの直交方向に平行移動されたりしてもよ
い。細長い反応領域の長さが基板の１方向の長さに等し
い場合は、基板の全表面が反応領域に露出されるように
反応領域の細長い方向に対し垂直な方向に基板をスキャ
ニングしてもよい。
【００２０】反応領域をスキャニングしながらエアロゾ
ルと流体を連続的に供給するか、あるいは流体を連続的
に噴出しながらエアロゾルを一連の間欠的パルス（たと
えば、５秒毎に約１回の度合いで）として噴出してもよ
い。あるいは、基板の全表面を何回も流体によりスキャ
ニングし、さらに１回毎に基板の全表面をエアロゾルで
スキャニングしてもよい。
【００２１】異物と反応物の反応をさらに促進するため
に処理対象の異物に光（たとえば、赤外線か紫外線）を
放射してもよい。ある好ましい実施例では、反応物の反
応性を上げるように反応物が吸収する波長の光が放射さ
れる。たとえば、流体に含有される反応物にＨＦが含ま
れていれば、処理対象の異物に放射される光としては約
２４８ｎｍの波長の光を使ってもよい。
【００２２】流体は、ＨＦガス、オゾン、イソプロピル
アルコール蒸気、および水蒸気の１つ以上を含んで構成
できる。効率よく処理するために十分な量の反応物を異
物の周辺に供給できるような流量（たとえば、少なくと
も１ＳＣＦＭの流量）で流体を供給するのが好ましい。
エアロゾル粒子の平均エネルギーは効率的な洗浄が行え
るように選択される（たとえば、エアロゾル粒子の平均
サイズは１粒子あたり１０７から１０１０の原子を含む
ように選択され、ここで各原子は０．１ｍｅｖから０．
０１ｅｖの間の平均エネルギーを持っている）。エアロ
ゾル粒子は2,000 ｃｍ／秒と30,000ｃｍ／秒の間の平均
速度で異物に衝突させるのが好ましく、さらに5,000 ｃ
ｍ／秒と10,000ｃｍ／秒の間の平均速度がより好まし
い。ある実施例では、エアロゾル粒子の速度は洗浄に必
要な速度より上で、基板を傷つけるおそれのある速度よ
り下になるように選ぶのが好ましい。少なくとも部分的
に凍結したエアロゾル粒子としては、アルゴン、二酸化
炭素、ＨＦ、水、およびアンモニア等の化合物の１つ以
上を含むものを用いることができる。
【００２３】ある好ましい実施例では、流体を供給する
ステップとエアロゾル噴出ステップは逐次的に行われる
のが好ましい。たとえば、エアロゾルが異物に噴出され
た後に流体を供給するステップを開始する。少なくとも
部分凍結した粒子の少なくとも２種類のエアロゾル（た
とえば、アルゴンと二酸化炭素）を、基板上の異物に噴
出できる。
【００２４】反応生成物はウエーハ表面の周辺から除去
されることが必要で、たとえば、反応生成物が形成され
る表面の領域にパージガスを流してもよい。パージガス
は基板表面上で層流状態となるのが好ましい。さらに、
処理室は内部の再循環が少ない空気力学的な形状が好ま
しい。真空排気を基板の周辺から行ってもよい。
【００２５】別の一般的な態様では本発明は、基板全面
積の一部の限定された面積の反応領域にある処理対象の
異物に反応物を含有する流体を供給する工程と、前記限
定された面積の反応領域内の前記異物を攪拌し、前記反
応物が前記異物と反応して反応生成物を形成するのを促
進する工程と、前記基板と前記流体の間に相対的な運動
を与え、前記異物を前記流体と前記攪拌によって生じる
流動に一様に接触させる工程とを含む、基板表面で反応
生成物を形成して異物を処理する方法に特徴がある。
【００２６】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つ以上を備えることができる。異物攪拌
（agitation ）のステップには、衝撃により基板表面か
ら異物の一部を取り除くのに十分な運動量を異物に与え
ることが包含されるのが好ましい。異物攪拌のステップ
には、異物の限定された面積の反応領域に少なくとも部
分的に凍結したエアロゾル粒子を噴出するステップが包
含されるのが好ましい。流体を供給するステップには、
常に異物の限定された面積の反応領域へ流体を噴出する
ことが包含されるのが好ましい。反応領域の面積は約
０．１乃至４ｃｍ2が好ましく、さらに約１ｃｍ2 の面
積がより好ましい。エアロゾル噴出ステップには、面積
を限定された反応領域へのエアロゾル粒子の噴出が包含
されるのが好ましい。異物を流体に一様に接触させるた
めに流体の流れに対して基板がスキャニングされるのが
好ましい。基板のスキャニングは流体の流れを固定しな
がら基板を移動させて行える。たとえば、基板は流体の
誘導された流れに対して直線的に平行移動させられたり
あるいは軸の周りを回転させられたりし得る。
【００２７】特殊な態様では本発明は、酸化物と反応し
て反応生成物を形成するように選択された反応物を含有
する流体を処理対象の酸化物層の周辺に供給し、酸化物
層に少なくとも部分的に凍結したエアロゾル粒子を噴出
し、反応生成物の除去を強化することにより反応物が酸
化物層と反応するのを促進するステップを含む、基板表
面の酸化物層を処理する技術に特徴がある。
【００２８】本発明のこの態様による実施例は次のよう
な特徴の１つ以上を備え得る。供給される反応物は、キ
ャリアガス（たとえば、窒素）、ふっ化水素および約６
０℃で供給される水蒸気の混合物を含む。噴出される少
なくとも部分的に凍結されたエアロゾル粒子は、アルゴ
ン粒子を包含することが好ましい。光を処理対象の酸化
物層に照射するのが好ましい。たとえば、二酸化珪素に
よって吸収される赤外線を処理対象の酸化物層の温度を
７０℃と８０℃の間に維持するために照射できる。
【００２９】酸化物層が処理された後で、酸化物層が除
去されたシリコン表面に安定化ガス（たとえば、水素ま
たはキヤリアガス中の希釈ＨＦ混合物）が吹き付けられ
るのが好ましい。
【００３０】別の特殊な態様では本発明は、金属汚染物
と反応して反応生成物を形成するように選択された反応
物（たとえば、２００℃の塩素ガス）を含有する流体を
処理対象の金属汚染物の周辺に供給し、金属汚染物に少
なくとも部分的に凍結したエアロゾル粒子を噴出し、反
応物が金属汚染物と反応して反応生成物を形成、除去さ
れるのを促進するステップを含む、基板表面の金属汚染
物を処理する技術に特徴がある。
【００３１】この態様による実施例は次のような特徴の
１つ以上を備え得る。供給される反応物には、キャリア
ガスと塩素、水蒸気あるいはイソプロピルアルコールの
混合物が含まれるのが好ましい。処理対象の金属汚染物
には紫外光線が照射されるのが好ましい。また、基板表
面の周辺から反応生成物の除去を促進するため処理対象
の金属汚染物にパージガスが供給されるのが好ましい。
処理表面がたとえばシリコンであるならば、処理後、基
板表面の周辺にオゾンの流れと紫外光線を供給し、薄い
保護酸化物層が基板表面に形成されるのが好ましい。
【００３２】もう一つ別の特殊な態様では本発明は、有
機系汚染物と反応して揮発性反応生成物を形成するよう
に選択された反応物を含有する流体を処理対象の有機系
汚染物の周辺に供給し、有機系汚染物に少なくとも部分
的に凍結したエアロゾル粒子を噴出し、反応物が有機系
汚染物と反応して揮発性反応生成物を形成するのを促進
するステップを含む、基板表面の有機系汚染物を処理す
る方法に特徴がある。
【００３３】この態様による実施例は次のような特徴の
１つ以上を備え得る。基板温度を約１００℃まで加熱す
るために基板に赤外線放射するのが好ましい。波長１５
０ｎｍ以上の紫外線を有機系汚染物に照射するのも好ま
しい。エアロゾル噴出ステップと流体供給ステップは逐
次的に行われるのが好ましい。
【００３４】本発明の利点には次のようなものがある。
必要濃度の反応物ガスを処理室全体に充満させる必要は
なく、反応物ガスをノズルで供給し処理部分を適切な濃
度のガスで被覆する程度でよい。ガス流量が比較的少く
て、反応表面の濃度レベルを上げることができる。二次
あるいはより高次の反応における速度定数を有する場
合、これにより反応時間と全ガス流量の両方を下げられ
る。熱的に活性化されたエッチングプロセスはアレニゥ
スの法則により処理室の壁に比べてウエーハの局部的ホ
ットスポットで圧倒的に速く進み、さらに壁の近くの活
性種の濃度が低いので反応速度の違いはより大きなもの
になる。光学的に活性化されたプロセスも同様にウエー
ハ表面で集中的に起こる。このように壁での反応が少な
いので処理室の寿命が長くなる。
【００３５】反応領域を基板表面の小部分に限定する
と、複雑なパラメーターに拘らず、一様性がえられる。
この一様性は浸漬法では簡単には実現できないし、ウエ
ーハ全体で一様に作用するプロセスをうることは困難で
ある。反応が熱的に活性化されそして反応速度（Ｒ）が
温度（Ｔ）に指数関数的に依存するならば、次式に示す
ように、温度がわずかに変わると基板上の反応速度が位
置により大きく変動する結果になる。
【００３６】 Ｒ ∝ ｅｘｐ（−ｃA ／κB Ｔ） …（１） 放射光による反応促進プロセスの反応速度が放射光密度
に比例するならば、光学システムや照射システムになん
らかの非一様性があると一様な反応速度がえられず、光
学システムの調整に多額の費用を必要とする。スキャニ
ング機構はこの非一様性を平均化するので、安価で精度
があまり高くない光学システムを使用できる。反応速度
が、液体またはガス媒体から境界層を拡散して反応が起
きる表面への反応物移動に依存するならば、境界層の厚
さが変わると反応速度が一様でなくなる。小部分におい
てのみ可能な高流速は、基板に噴出されるガス流速を上
げることができ、乱流とミクロンオーダーの極端に薄い
境界層を得ることを可能にする。小さな反応ゾーンによ
って基板をスキャニングすると、基板全体のどの場所も
反応ゾーンの中心およびより活性度の低い周辺部に曝さ
れる時間を等しくでき、反応ゾーンの非一様性が平均化
される。基板全体に対しては実用的でないほど強い放射
光強度を用いることによっても、より高い反応速度を実
現できる。反応速度が放射光強度または温度に対して正
に非線形の関係を有している場合、投入パワーの総量が
同じでもウエーハ全体の処理をより速やかに行うことが
可能となる。化学的な膜除去プロセスは大抵処理後に微
粒子や膜状のデブリが残存し、これらを別の洗浄ステッ
プで除去しなければならない。一方、本発明は処理中の
デブリが蓄積されるのを防止するかあるいは処理後デブ
リをすぐ除去できるので、より清浄な（化学的に）表面
がえられる。
【００３７】本発明は高真空下で実施され、既存のクラ
スターツール処理装置に簡単に統合することができ、湿
式洗浄プロセスと比べ低コストで適度な処理量を維持で
きる。
【００３８】本発明の他の特徴や利点は以下の説明とク
レーム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物：および残留物）は、反応
物を含有する流体１６（たとえば、ガスまたは蒸気）を
異物の周辺に供給して基板１４の表面１２から除去され
る。反応物は反応領域１７で異物と反応して反応生成物
を生じるものを選択される。反応生成物には揮発性のも
の１８もあれば、非揮発性残留物２０もある。少なくと
も部分的に凍結した粒子２２のエアロゾル２１が、異物
と反応して反応生成物を形成するのを促進するために、
処理対象の異物の領域に誘導される。
【００４０】一般的には、基板表面から異物を完全に洗
浄するためには、反応物の化学的作用のみでは不十分で
ある。これは少なくとも部分的には非揮発性残留物の生
成によるもので、非揮発性残留物は、たとえば、非揮発
性残留物下にある異物と反応物との反応を妨害する。本
発明者らは、たとえば、少なくとも部分的に凍結した粒
子の形で物理的攪拌を併用することにより、次の工程に
進めるほど表面を十分洗浄できるようにした。エアロゾ
ル粒子の作用は液体槽の中で洗浄作用を増進するために
よく使われる界面活性剤やメガソニック励起の作用に類
似していると考えられている。この作用は従来の乾式法
には欠如しており、その結果非揮発性残留物が後に残り
乾式法の効果を著しく下げていた。
【００４１】エアロゾル粒子２２は異物または反応生成
物（たとえば、非揮発性残留物２０）に衝突し、その結
果表面から衝突副産物２４（たとえば、異物１０や非揮
発性残留物２０などの反応生成物）を除去するのに十分
なエネルギーを伝える。
【００４２】この伝達されたエネルギーが表面にそれら
を保持している付着エネルギーを上回れば、衝突副産物
２４は表面から解放される。エアロゾル粒子２２は基板
または表面上の物質に衝突後、エアロゾル粒子は表面１
２の周辺から、プロセス条件により、粒子２６の形で除
去されたりあるいは蒸発してガス２８になる。
【００４３】図２−２Ｃについて説明すると、ある処理
工程において、反応物３２は基板１４（たとえば、シリ
コンウエーハ）の表面１２で成分３４（たとえば、酸化
珪素）を含む反応領域１７に向かって拡散する。図２Ａ
に示すように、反応物３２は成分３４と反応して反応生
成物を形成する。反応生成物は揮発性生成物１８として
基板表面から散逸したり、基板表面で非揮発性残留物２
０を形成したり、あるいは異物内部に化合物３６として
取り込まれることもある。図２Ｂについて説明すると、
エアロゾル粒子２２は最後には反応領域１７を覆う軌道
をとる。異物１０に衝突後、衝突副産物２４はエアロゾ
ル粒子から異物または非揮発性反応生成物への運動量移
動（図２Ｂで衝突の瞬間に破線により示す）の結果とし
て基板表面から散逸する（図２Ｃ）。
【００４４】本発明者らはエアロゾル粒子２２は異物と
反応物の反応をいく通りかの方法で促進すると考えてい
る。異物に衝突しているエアロゾル粒子は異物の表面を
粗くし、反応に使える異物の有効面積を増大させ、それ
により異物と反応物の間の反応面積を上げる。エアロゾ
ル粒子は異物の中の非反応性成分、あるいは反応物が反
応性異物と接触して、反応物と異物の間の反応から生じ
た非揮発性残留物を除去する。また、エアロゾル粒子は
境界層を乱し（詳細は後で述べる）、これが異物への反
応物の拡散を促進し、反応物濃度により制約をうけてい
るこれらの反応の反応速度を高める。
【００４５】図１について再び説明すると、流体流れ１
６は衝突副産物（たとえば、異物から追い出された部
分）であるパーティクル２４やガス２８を同伴しそして
基板表面の洗浄された部分３０の周辺からそれらの副産
物を除去する。流体流れ１６ならびにエアロゾル２１の
気相部分２９は基板表面に衝突しさらに表面を横断して
流れ薄い境界層３８を形成する。一般には、異物はほと
んどが境界層内に存在する。したがって、異物１０の除
去を促進するためにはエアロゾル粒子２２と流体流れ１
６の反応物は境界層３８を横断しなければならない。
【００４６】気相のみでは異物や非揮発性残留物を除去
するのに十分なせん断力を生み出せないが、エアロゾル
粒子２２は十分な慣性をもって境界層に浸透し、基板上
の物質に衝突する。
【００４７】図３について説明すると、種々の“洗浄処
理”（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
ト処理は、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役立つ。レジスト剥離処理は、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）剥離に役立つ。エッチング処理は二酸化
珪素やアルミニウム層などを基板から除去するのに役立
つ。研磨処理は半導体や金属表面を磨いて鏡面仕上げす
る場合などに選択される。スパタリングや注入処理は、
それらの処理に必要な粒子サイズやエネルギーにが洗浄
に使う粒子サイズやエネルギーとは桁違いの差があるこ
とを示している。
【００４８】エアロゾル粒子の特徴は基板や基板表面の
特性を傷つけることなく基板表面から異物の効率的な洗
浄が行えるように選択できることである。エアロゾル粒
子の平均サイズは粒子あたり１０７から１０１０の原子
（または分子）を含むように選択され、ここで各原子は
０．１ｍｅｖから０．０１ｅｖの間の平均エネルギーを
持っている。エアロゾル粒子の平均速度は通常2,000 ｃ
ｍ／秒と30,000ｃｍ／秒の間に維持され、さらに5,000
ｃｍ／秒と10,000ｃｍ／秒の間がより好ましい。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。
【００４９】反応物は主として拡散により境界層３８を
横断する（図１）。反応速度が液体またはガス媒体から
境界層を通過する拡散により反応が起きる基板表面への
反応物への移動に依存するならば、境界層の厚さの変動
により基板表面を横断する反応速度が一様でなくなるで
あろう。
【００５０】一般には、基板が一様な速度の流体流れに
曝されるならば、境界層の厚さ（δ）は次式で表され
る、
【数１】 ここでＸは基板表面に沿った距離、ｕ∞は流体流れの速
度、μは流体の粘度、およびρは流体密度である。境界
層を通って所定時間内に拡散により輸送される反応物Ｍ
の量は次式のように変わる、 Ｍ ∝ １／δ2 ∝１／Ｘ … （３） したがって、基板表面の異物に到達する反応物の量は基
板表面沿いの距離に逆比例して変わる。このため基板の
下流側で反応速度が遅くなり、大きな基板面積について
は一様な処理が困難になる。処理中に反応物の大部分が
消費されると、これは処理用薬品の効率的な使用にとっ
ては望ましいことであるが、ウエーハの上流側と下流側
では化学的条件が異なることになる。反応速度が反応物
濃度の影響をうけると、一様な処理が困難になる。一次
反応の場合、速度の低下は反応物濃度の低下に比例す
る。速度が［Ａ］2 （［Ａ］はＡの濃度）または［Ａ］
［Ｂ］（［Ａ］、［Ｂ］はＡ、Ｂの濃度）に比例する二
次反応の場合、濃度が１０％下がると反応速度は１９％
下がる。
【００５１】本発明者らは、誘導された流体流れとエア
ロゾルに対して基板のスキャニングを併用し、基板表面
の面積限定反応領域１７に流体流れ１６とエアロゾル２
１を噴出し、異物を流体流れとエアロゾルに一様に接触
させれば、洗浄効果が著しく改善されることを見いだし
た。これらの成果は少なくとも一部は、反応領域１７の
中央部のほかに作用の遅い周辺部も基板表面が一様にス
キャニングされるので非一様性が平均化されるために実
現されたものである。
【００５２】さらに、小部分で高流速がえられると局部
的に高いガス流速、乱流、およびミクロンオーダーの極
端に薄い境界層が実現する。拡散により所定の距離を移
動して反応物が所定の濃度になるまでに必要な時間は、
δ2 ／Ｋとして変動する。ここでＫは拡散率そしてδは
式１により与えられる境界層の厚さである。したがっ
て、境界層の厚さが１／１００になると反応速度は１０
4 倍に上げることができる。さらに、同時に行われるエ
アロゾル洗浄が境界層をさらに乱し反応速度を上げる。
【００５３】一次化学反応では、反応物が処理面積全体
に一様に拡がっていてもあるいは可動反応領域に集中し
ていても、反応完結に要する時間は同じである。しか
し、反応速度が［Ａ］2 （［Ａ］はＡの濃度）または
［Ａ］［Ｂ］（［Ａ］、［Ｂ］はＡ、Ｂの濃度）に比例
する二次反応の場合は、反応物を基板面積の１／１００
の部分に集めると局部的な反応速度は１０4 倍に上が
り、基板表面全体の反応領域をスキャニングすると処理
速度は１００倍向上する。これにより、他の条件下では
極めて遅い化学プロセスを実用的なものにすることがで
きる。
【００５４】また図１に示すように、異物と反応物の反
応を促進するために、処理対象の異物の部分に対応する
反応領域１７に光線４０が照射される。処理対象の異物
との化学反応により、光線４０は紫外（ＵＶ）光線か赤
外（ＩＲ）光線である。ＵＶ光線は、反応物をより反応
性の高い化学種に変えるかあるいは、たとえば、結合の
切断による表面の反応性の増進により反応物と異物の間
の反応を促進する。エアロゾルと反応物の混合物が衝突
する領域では、流動ガスへの熱移動が原因で、ある程度
温度変化が起こりうる。この部分をガスかエアロゾルで
冷却された時は、そしてこれは望ましいことではない
が、一様な表面温度を維持するために赤外線を使用でき
る。一方、赤外線は反応領域の異物の温度を上げて反応
物と異物の間の反応を促進する作用がある。紫外光線と
赤外光線は同時に同じ部分に照射して反応領域にあるウ
エーハの表面温度を制御することができる。
【００５５】放射光による反応促進プロセスの反応速度
が放射光密度に比例するならば、光学システムまたは照
射システムになんらかの非一様性があると一様な反応速
度がえられない。基板全体を同時かつ一様に照射するた
めには、同時に高価な光学システムを必要とする。しか
し、非一様性を平均化するスキャニングを利用すること
により、面積を限定した反応領域を作ると、精度があま
り高くない光学システムを使用できる。基板全体を照射
する場合には実用的でないほどの高強度の放射光を用い
ることにより、より高い反応速度を実現できる。反応速
度と放射光強度または温度との関係が非線形であれば、
入力パワー全体が同じでもスキャニング機構を用いるこ
とにより基板全体の処理をより速やかに行うことができ
る。
【００５６】図４について説明すると、基板処理システ
ム５０において洗浄する半導体ウエーハ５２を回転可能
なウエハーホルダー真空チャック５４に取り付ける。チ
ャック５４は、チャックの直線的な運動に同調して選択
的に変更できる、適切な回転速度にてシャフト５６によ
り回転され、ウエーハ表面上でほぼ一様な洗浄作用を生
ずることができる。
【００５７】少なくとも部分的に凍結したエアロゾル粒
子は、ウエーハ表面の約１−２ｃｍ上に位置しているオ
リフィス６０を有するノズル５８から噴出される。エア
ロゾルは、約２０゜の開口角６４をもつ円錐状の粒子拡
り６２をオリフィス６０出口側に形成するので、エアロ
ゾルは約０．１乃至４ｃｍ2 、より好ましくは約１ｃｍ
2 の面積でウエーハに衝突する。この面積はエアロゾル
ジェットすなわち円錐の開口角およびウエーハからノズ
ルの距離によって変わる。高速ガスノズル６６が亜音速
（30,000ｃｍ／秒未満）または超音速（30,000ｃｍ／秒
以上）ガス流６８をエアロゾル流６２内に噴出させる場
合、エアロゾルはガスノズルから出てくるガスに同伴さ
れる。粒子速度もガスの温度によってガス流速度が変化
するので、変化することになる。えられた混合物が反応
領域１７に衝突しエアロゾルの物理的作用とウエーハ表
面上で起きる選択された化学反応の合併効果がえられ
る。
【００５８】紫外線６９は、たとえば、放物線状の反射
鏡を有する石英アーク灯７０によって発生する。ここ
で、反射鏡はレンズ７４（あるいはミラーシステム）と
石英真空窓７２を通して基板に光を誘導する。必要なら
ば、赤外線を同時に反応領域に誘導してウエーハの表面
温度を制御してもよい。結晶シリコンは赤外線に対し透
明とされているが、この方法でシリコンウエーハが十分
熱を吸収することは実験で確認されている。基板の損傷
を避けるために赤外線の方が好ましい場合もある。ウエ
ーハの加熱はウエーハと直接熱接触している、真空チャ
ック５４からの抵抗加熱によって行うこともできる。
【００５９】図４Ａと４Ｂに示すように、洗浄エアロゾ
ルの平均衝突角度は、たとえば、ウエーハにパターン化
されるトレンチ７８の両側を洗浄するように選択するこ
とができる。図４Ａに示すように、２個のエアロゾル形
成膨張ノズル８０、８２はエアロゾル８６、８８をウエ
ーハ表面に対し異なる角度７６、８４で噴出する。
【００６０】図５に示す別の実施例では、比較的低速の
エアロゾル９０がエアロゾル形成膨張ノズル９２によっ
て作られ、つづいてガスノズル９８、１００から供給さ
れる不活性ガス（たとえば、窒素）の高速流９４、９６
により加速される。蒸気成分（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１０１
は、熱交換器１０２で予冷され凝縮成分の一部または全
部が液化され、これがオリフィス１０４を通って真空室
１０８（ノズル内の圧力に比べ低い圧力に維持されてい
る）内で膨張し、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。
【００６１】エアロゾルが固体かそれとも液体であるか
は、エアロゾル洗浄媒体の個々の熱力学的条件によって
決まる。特に凍結粒子をうるためには、真空室１０８内
の圧力を熱交換器１０２に導入する凝縮成分の３重点以
下に維持することが好ましい。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気圧以下、好ましくは
約０．３気圧にする必要がある。圧力計１１０は図５に
示すように取り付けるかあるいはノズル自身に取り付
け、ノズル内の圧力を監視するために使用するので、ノ
ズル内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。
【００６２】少なくとも部分的に凍結した粒子９０のエ
アロゾルジェットは、エアロゾル形成膨張ノズル９２の
オリフィス１０４と洗浄対象の基板５２表面の間の位置
でガスノズル９８、１００を通して作られた高速ガス流
と接触する。ガスノズル９８、１００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
うる十分な流速の音速または超音速のガスジェット９
４、９６を与えるように設計されている。同伴流れ９
４、９６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。この方法によりエアロゾルの速
度が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500-2,000 ｃｍ／秒
から5,000-60,000ｃｍ／秒に上げられる）。
【００６３】ノズル、エアロゾルジェット、および基板
表面の設置方向は、基板表面上の３次元構造を考慮して
最高に洗浄できるように変えることができる（たとえ
ば、この種の構造の影となる部分を排除するために）。
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９８、１００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供給できるの
が好ましい。
【００６４】実施例においてはノズル９８、１００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
交差点は基板表面の約０．６−１．２５ｃｍ上が好まし
い。交差点と膨張ノズル９２のオリフィス１０４の間の
距離もできるだけ接近するようにする。
【００６５】図５Ａについて説明する。超音波ノズル１
１４は図５のノズル９８または１００に使われ、２つの
円錐部１１６、１１８がある。一つ（１１６）はスロー
ト部へ縮小し、他（１１８）はスロート部１２０から拡
大している。アルゴン含有エアロゾルを用いた特定の実
施例では、縮小部１１６は内径０．０５ｃｍの入力部１
２２から内径０．０２５ｃｍのスロート部へ先細にな
り、一方拡大部はスロート部から内径０．２５ｃｍの出
力部へ拡がっている。
【００６６】縮小部からノズルに入る加圧窒素ガス１２
６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。拡大部での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、ガス流の冷却により、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。しかし、境界層内部の反応物流
体の温度は反応を適度に進めるのに十分な水準に保つ必
要がある。多くの例では、表面あるいは境界層温度を高
くそして反応速度をより高くするためにエアロゾルを断
続的に送る必要がある。
【００６７】図５には２本のガスノズル９８、１００が
あるが、さらに多くのガスノズルが設置された実施例も
ある。ウエーハ表面には１種以上の反応物ガスまたは蒸
気を逐次的または同時に供給することが望ましい事例も
ある。
【００６８】図６と６Ａについて説明すると、エアロゾ
ル形成膨張ノズル１３２からのエアロゾル１３０が噴出
し、ノズル１３４と１３６からのガスまたは蒸気と一緒
になる。さらに、放射光エネルギー１３８を反応領域１
７に誘導し反応を一部制限したりあるいは加速したりす
るこしができる。
【００６９】図７に示すノズル組み合わせ装置１３９で
は、エアロゾル形成膨張ノズル１４０の直線的配列が反
応加速ガスの流れを供給する１群のガスノズル１４２と
対を為している。ノズル１４０、１４２を組み合わせた
作用は、洗浄作用が起きる基板と同じ幅の細長く狭い反
応領域を作りだすことにある。基板全体で一様な作用を
うるために、ウエーハは反応領域を１回以上ウエハー径
方向に直線的に移動して処理される。さらに、ウエーハ
は各パスの終わりに９０゜または１８０゜回転させて、
深くパターン化された基板の洗浄の一様性を改良でき
る。
【００７０】ウエーハの両側を洗浄する必要がある場合
は、図８と８Ａに示すギンバル機構によりひっくり返す
ことができる。代わりに、図８Ｂに示すように、１群の
第２ノズルを用意してウエーハ５２の裏側１４６を洗浄
するために同時または個別に作動させることができる。
ウエーハの裏側は大抵が弱く付着したパーティクルによ
り汚染しているだけなので、低速のエアロゾルで十分洗
浄することができ、したがって、加速ノズルを設置して
複雑にすることは避けられる。
【００７１】処理室の形状は室内の再循環を防止するよ
うに空気力学的に設計するのが好ましく、そのようにし
ないと基板表面に再付着する汚染物量が増えるからであ
る。たとえば、処理室の壁はたがいにノズルから真空排
気ポートへ向かって狭くし、排出ガス流れが円滑な流れ
となるようにする。
【００７２】基板処理システムの１例を図９で説明す
る。スキャン付ウエハーホルダー１５０とプロセスノズ
ル１５２を自動処理システム１５４に組み込むことがで
きる。トランスファー室１６０内部のウエーハカセット
１５９からロボットアーム１６２により処理室１６４内
のウエハーホルダー１５０にウエーハ１５８が装填され
る。処理室１６４のガスは排気ポート１６６を介して排
気される。処理状況を監視するため、処理システムの頂
部に窓１６７を設置するのが好ましい。
【００７３】図９Ａに示すように、もう一つの洗浄装置
１７０では、トランスファー室１７４内のロボットアー
ム１７２がスキャン付ウエハーホルダー１７８にウエー
ハ１７６を装填する。ここでスキャン付ウエハーホルダ
ー１７８は矢印１８０、１８２が示すように回転した
り、直線的に動くことができる。
【００７４】図９と９Ａの処理システムは時間あたり３
０乃至２００枚のウエーハを処理する能力を持つように
設計されている。この処理速度は半導体装置の製造に使
われる代表的な製造装置の処理速度と一致している。洗
浄工程は頻繁に実施されるが、多数の洗浄装置の設置を
回避するために、処理能力の大きい装置が望まれてい
る。処理システム１５４、１７０の構造と乾式処理とい
う点から、これらのシステムは既存の真空処理工程と上
手く適合でき、、また迅速ウエーハ処理を提供するため
に既存のクラスターツールに簡単に組み込むことができ
る。
【００７５】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０．２−２ｃｍ2 のオーダーであり、これは３００
ｃｍ2 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考案されて
いる。
【００７６】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用いるエアロゾル洗浄装置に
比べてエアロゾルをより効率よく使用できる。
【００７７】図１０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
２０６とフィルター２０８を取り付けている供給管２０
４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２１４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。
【００７８】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。
【００７９】ノズルは基板２１８の垂線に関し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が少なくしている。
【００８０】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一様に接触させる
ために、リニアドライブの速度は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。
【００８１】プロセスガスの気−液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２３
８から別途１種以上のプロセスガスを入れるのもよい。
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
要である。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。
【００８２】本発明者らは、エアロゾル形成膨張ノズル
の温度が十分低くなり（たとえば、アルゴンの場合は９
０−１００゜Ｋのオーダーに）、オゾンやＨＦなどの反
応物ガスがノズル表面で凝縮し、利用者にとって危険が
あることを知っていた。このような凝縮を防止するため
に、ノズルの前に配設された熱シールド２３７を、図１
０Ａと１０Ｂに詳細を示すように室温かそれ以上に維持
する。窒素のようなキャリアガス２３９がエアロゾル形
成膨張ノズルの周りに供給されるので、ノズル周りの圧
力は処理室内の圧力より高い。これにより処理室内のガ
スの極低温ノズルでの凝縮が防止される。熱シールドに
は少なくとも部分的に凍結した粒子のエアロゾルが通過
できるオリフィスが設けられている。オリフィスは図１
０Ａに示すように環状の孔２４１である。また、オリフ
ィスは図１０Ｂに示すように、ラバル状ノズルの形でも
よい（たとえば、図５Ａに示すノズルに似た形を有す
る）。
【００８３】図１１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２５
２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を追加するのがよい。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。
【００８４】図１２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、洗浄する基板をノ
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。
【００８５】熱交換器で予備冷却された極低温混合物は
ベロー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全体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に乗せると、移動を容
易に行える。
【００８６】次のような洗浄シーケンスの各々におい
て、基板はまずロボットアームにより処理室に導入さ
れ、処理後基板は同じロボットアームかあるいは別のロ
ボットアームにより取り外される。処理の間、基板表面
全体を一様に処理するために基板をスキャニングする。
以下に説明する各実施例は、たとえば、図１４に示す典
型的なＲＣＡ洗浄シーケンスの洗浄ステップの一つ以上
のステップを置き換えるために使われる。高温ほど化学
反応は速く進行すると分かっているので、エアロゾル
は、たとえば、５秒間隔で断続的に発せられるかあるい
は各反応間に使われる。
【００８７】〔例１〕半導体基板表面から酸化物層を除
去する場合： （ステップ１）アルゴンエアロゾル流を乾燥窒素パージ
ガスの流れと共にエアロゾル形成膨張ノズルからスター
トさせる （ステップ２）窒素、ＨＦ、メタノールの反応性混合物
の流れが６０℃にてガスノズルに供給される （ステップ３）ステップ２と同時に、エアロゾルが衝突
する反応領域を照射しそして処理領域の温度を９０乃至
１１０℃に維持するために赤外線ランプを点灯する （ステップ４）窒素、ＨＦ、メタノールガス混合ノズル
を閉じ、アルゴンエアロゾルと反応抑制ガスとして水素
の混合物かあるいはエアロゾル単独を流す （ステップ５）半導体ウエーハを処理室から取り出す
【００８８】さらに、２４５ｎｍのＵＶを照射してフッ
素吸収光化学反応を励起させ反応をスピードアップする
ことができる。
【００８９】上記プロセスは酸化物除去の場合の処理シ
ーケンスの一般的な例である。洗浄プロセスの細部は基
板の特性や酸化物の種類によって変わる。シリコンウエ
ーハの自然酸化膜は５−２０Åで薄いが、熱的に成長し
た酸化物は通常厚く、品質が高いほど除去しにくい。エ
アロゾルのサイズと速度、反応性混合物の選択および処
理温度は、洗浄対象の表面について行った定量分析の結
果に基づいて決める必要がある。
【００９０】気相処理の実施例の一つとして、窒素／Ｈ
Ｆ／水混合物の代わりにフッ素／水素／水混合物を用い
た例がある。過剰の水素が共存すると、反応中にＳｉ−
Ｆ結合をＳｉ−Ｈ結合に還元して表面の安定性を改善で
きる。
【００９１】〔例２〕金属汚染の場合： （ステップ１）アルゴンエアロゾル流を乾燥窒素パージ
ガスの流れと共にエアロゾル形成膨張ノズルからスター
トさせる （ステップ２）質量で１％の水蒸気を含有する窒素とＨ
Ｆの反応性ガスの流れが第１ガスノズルに供給される （ステップ３）第１ガスノズルを閉じそして質量で１％
の水蒸気を含有する窒素と塩素の流れを第２ガスノズル
から入れ同時にＵＶ光源に点灯する （ステップ４）第２ガスノズルを閉じ、窒素の流れを第
１ガスノズルに導入する （ステップ５）エアロゾルと窒素の流れを止め、処理室
から基板を取り出す用意をする
【００９２】ウエーハを取り出す前に薄い保護膜を成長
させるのがよい。これはガスノズルの一つからオゾンを
導入し、基板表面にＵＶ光を照射してなされる。したが
って、プロセスは処理室から基板を取り出さずに変更し
たり、追加したりすることができる。
【００９３】〔例３〕半導体基板から有機被膜を除去す
る場合： （ステップ１）赤外線照射またはウエハー裏面加熱によ
りウエーハ表面の温度を１００℃まで上げる （ステップ２）アルゴンエアロゾル流を乾燥窒素パージ
ガスの流れと共にエアロゾル形成膨張ノズルからスター
トさせる （ステップ３）反応性オゾン流が第１ガスノズルから供
給され、同時に５００ＷのＵＶ光源から１５０ｎｍ以上
の広いスペクトルの照射がなされる （ステップ４）オゾンとＵＶ光の照射を中止し、ウエー
ハはアルゴンや炭酸ガスを含有する加速エアロゾルによ
る洗浄を受ける （ステップ５）エアロゾルと窒素の流れを止め、ウエー
ハを処理室から取り出す
【００９４】特許請求の範囲内で他の形態の実施例も可
能である。
【００９５】ウエーハのサイズが大きくなるほど、した
がって、ウエーハの価値が大きくなるほど、単一ウエー
ハ処理に向かう強い傾向があるが、バッチ型処理設備２
９６、２９８が好ましい場合もある。この場合、本発明
の方法は図１３−１３Ｂに示す装置に応用できる。注意
深く設計したノズルバー３００（図１３Ａ）によるか、
あるいは洗浄作用の半径方向依存性を相殺するために、
部分的に凍結した粒子のエアロゾルを回転ディスク３０
３に噴出する単一ノズル３０２（図１３Ｂ）を用いるこ
とにより一様な処理がえられる。前述の実施例における
ように、処理対象の基板３０４は、矢印３０６、３０８
で示しているように、回転させたり（図１３Ａ）あるい
は回転と直線的な動きを（図１３Ｂ）行ったりできるの
で、一様な洗浄効果がえられる。また、反応促進用放射
光３１０も反応領域の周辺に供給できる。
【００９６】
【表１】
【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】処理中に起きる事象を逐次的に示している図１
の基板の表面領域の拡大概略側面図である。
【図２Ａ】処理中に起きる事象を逐次的に示している図
１の基板の表面領域の拡大概略側面図である。
【図２Ｂ】処理中に起きる事象を逐次的に示している図
１の基板の表面領域の拡大概略側面図である。
【図２Ｃ】処理中に起きる事象を逐次的に示している図
１の基板の表面領域の拡大概略側面図である。
【図３】エアロゾル粒子あたりの平均原子あるいは原子
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】処理装置の概略側面図である。
【図４Ａ】代りの処理装置の概略側面図である。
【図４Ｂ】代りの処理装置の概略側面図である。
【図５】処理装置の概略側面図である。
【図５Ａ】ノズルの概略側面図である。
【図６】処理方法の斜視図である。
【図６Ａ】処理方法の平面図である。
【図７】エアロゾル形成膨張ノズルの斜視図である。
【図８】基板の方向を調節するギンバル機構の側面図で
ある。
【図８Ａ】基板の方向を調節するギンバル機構の側面図
である。
【図８Ｂ】基板の向かい側に配設された２個のエアロゾ
ル形成膨張ノズルの斜視図である。
【図９】代りの処理装置の概略側面図である。
【図９Ａ】代りの処理装置の平面図である。
【図１０】代りの処理装置の側断面図である。
【図１０Ａ】代りのエアロゾル形成膨張ノズル遮蔽法の
拡大図である。
【図１０Ｂ】代りのエアロゾル形成膨張ノズル遮蔽法の
拡大図である。
【図１１】代りの処理装置の側断面図である。
【図１２】代りの処理装置の側断面図である。
【図１３】バッチ型処理装置の内部の概略平面図であ
る。
【図１３Ａ】代りのバッチ型処理装置の概略側面図であ
る。
【図１３Ｂ】代りのバッチ型処理装置の概略側面図であ
る。
【符号の説明】
１０ 異物 １２ 基板表面 １４ 基板 １６ 反応物流体 １７ 反応領域 １８ 反応生成物 ２０ 反応生成物 ２１ エアロゾル ２２ 部分的凍結粒子（エアロゾル粒子） ３８ 境界層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反応物を含有する流体を処理対象の異物
    の周辺に供給する工程と、 前記異物に対し少なくとも部分的に凍結した粒子のエア
    ロゾルを噴出して前記反応物が前記異物と反応して反応
    生成物を形成するのを促進する工程とを含む、基板表面
    で反応生成物を形成して異物を処理する方法。
  2. 【請求項２】 基板全面積の一部の限定された面積の反
    応領域にある処理対象の異物に反応物を含有する流体を
    供給する工程と、 前記限定された面積の反応領域内の前記異物を攪拌し、
    前記反応物が前記異物と反応して反応生成物を形成する
    のを促進する工程と、 前記基板と前記流体の間に相対的な運動を与え、前記異
    物を前記流体と前記攪拌によって生じる流動に一様に接
    触させる工程とを含む、基板表面で反応生成物を形成し
    て異物を処理する方法。
  3. 【請求項３】 酸化物層と反応して反応生成物を形成す
    るように選択された反応物を含有する流体を処理対象の
    酸化物層の周辺に供給する工程と、 前記酸化物層に少なくとも部分的に凍結した粒子のエア
    ロゾルを噴出し、前記反応物が前記酸化物層と反応して
    前記反応生成物を形成するのを促進する工程とを含む、
    基板表面の酸化物層を処理する方法。
  4. 【請求項４】 金属汚染物と反応して揮発性反応生成物
    を形成するように選択された反応物を含有する流体を処
    理対象の金属汚染物の周辺に供給する工程と、 少なくとも部分的に凍結した粒子のエアロゾルを前記金
    属汚染物に噴出し、前記反応物が前記金属汚染物と反応
    して反応生成物を形成するのを促進する工程とを含む、
    基板表面の金属汚染物を処理する方法。
  5. 【請求項５】 有機系汚染物と反応して揮発性反応生成
    物を形成するように選択された反応物を含有する流体を
    処理対象の有機系汚染物の周辺に供給する工程と、 前記有機系汚染物に少なくとも部分的に凍結した粒子の
    エアロゾルを噴出し、前記反応物が前記有機系汚染物と
    反応して反応生成物を形成するのを促進する工程とを含
    む、基板表面の有機系汚染物を処理する方法。
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