JPWO2008153107A1 - Object cleaning method and object cleaning system - Google Patents

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充司 林田
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正夫 渡部
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俊之 真田
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農 城田
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Abstract

気体と液滴とを含む混相流体を照射することにより対象物を洗浄する方法において、前記混相流体中の前記液滴が前記対象物に衝突した際に発生し得る、液滴衝突時キャビテーションの程度を制御することにより、所望の衝撃力を得ることを特徴とする方法。In a method for cleaning an object by irradiating a mixed phase fluid containing gas and droplets, a degree of cavitation at the time of droplet collision that can occur when the droplets in the mixed phase fluid collide with the object A method characterized by obtaining a desired impact force by controlling.

Description

本発明は、半導体基板/ガラス基板/レンズ/ディスク部材/精密機械加工部材/モールド樹脂部材等を対象物(特に表面上にアルミニウム配線等のアルミニウム素材を有する半導体基板)として、その対象物の所定部位又は所定面を処理する方法及びそのシステム(例えば、対象物洗浄方法及び対象物洗浄システム)に関するものであり、より具体的には、部位又は面の洗浄、そこにある不用物の除去や剥離、対象物表面の磨きや加工等を行う方法及びそのシステム(例えば、レジスト剥離装置、ポリマー剥離装置及び洗浄装置のような半導体製造装置、プリント基板洗浄装置、フォトマスク洗浄装置等における処理方法)に関するものである。   The present invention uses a semiconductor substrate / glass substrate / lens / disk member / precision machined member / mold resin member as an object (particularly a semiconductor substrate having an aluminum material such as aluminum wiring on the surface). The present invention relates to a method for treating a part or a predetermined surface and a system thereof (for example, an object cleaning method and an object cleaning system), and more specifically, cleaning of a part or a surface, and removal or peeling of unnecessary materials there. , A method for polishing and processing the surface of an object and a system thereof (for example, a processing method in a semiconductor manufacturing apparatus such as a resist peeling apparatus, a polymer peeling apparatus and a cleaning apparatus, a printed board cleaning apparatus, a photomask cleaning apparatus, etc.) Is.

半導体の前処理工程においては、1枚のウェハに対して、50〜100回もの洗浄が繰り返される。その洗浄の対象は、デバイス信頼性に影響を与えるレジスト膜やポリマー膜等の有機物やパーティクル等である。この洗浄工程では、通常、アルカリ洗浄液と酸洗浄液の組合せやその他硫酸過水等の薬品を使用し、また、その残留物を除去するためのリンス工程では、大量の純水を使用する。その他、レジストの除去には、プラズマアッシング装置を用いるのが一般的であるが、その後の残留物や不純物の洗浄は別の洗浄装置が使用されている。また、ポリマー膜の除去には、アミン系の有機溶剤が多く使用されている。この薬液は、レジストの除去にも使用される場合がある。ここで、上記に示した従来技術の洗浄や薄膜除去に使われる薬液は、1)高価である、2)環境負荷が大きく特別な排水処理設備が必要である、3)作業者の安全衛生の確保のため装置が大型化する、薬液を使用した洗浄では、薬液を洗い流すために大量の純水が必要である、4)1台の装置では薄膜除去から洗浄までをカバーできない、といった欠点をもつ。   In the semiconductor pretreatment process, cleaning is repeated 50 to 100 times for one wafer. The object of the cleaning is an organic substance such as a resist film or a polymer film, particles, or the like that affects device reliability. In this cleaning step, a combination of an alkali cleaning solution and an acid cleaning solution and other chemicals such as sulfuric acid / hydrogen peroxide are usually used, and a large amount of pure water is used in a rinsing step for removing the residue. In addition, a plasma ashing apparatus is generally used for removing the resist, but another cleaning apparatus is used for the subsequent cleaning of residues and impurities. Further, amine-based organic solvents are often used for removing the polymer film. This chemical solution may also be used for resist removal. Here, the chemicals used for the above-described conventional cleaning and thin film removal are 1) expensive, 2) large environmental load and special wastewater treatment equipment is required, and 3) safety and health of workers. In order to secure the equipment, the size of the equipment is increased, and cleaning with chemicals requires a large amount of pure water to wash away the chemicals. 4) One device cannot cover everything from thin film removal to cleaning. .

また、薬液を使用しない洗浄工程に限定すれば、下記の主な技術が既存する。まず、超音波洗浄装置は、現在最も広範囲に使用されている洗浄技術で、純水のみでなく各種洗浄液と組合せられるときがある。欠点は、キャビテーション(後述するように本発明のキャビテーションとは作用機序が異なる)により軟質材料、脆性材料や微細パターンへのダメージが懸念されることである。そのため、周波数を高くする等の対応がなされているが、洗浄力とのトレードオフが起きている。次に、水ジェット洗浄装置は、比較的大型系の洗浄物に適用されている。欠点は、高圧力(数MPa〜20MPa)が必要であることであり、微細パターンを有する対象物には不適である。次に、ブラススクラブ洗浄装置も、純水のみでなく各種洗浄液と組み合わされるときがある。欠点は、深い溝や穴がある表面には不適であることである。加えて、対象物表面とブラシが直接接触するため、発塵やスクラッチ傷発生の可能性がある。   Moreover, if it limits to the washing | cleaning process which does not use a chemical | medical solution, the following main techniques will exist. First, the ultrasonic cleaning apparatus is the most widely used cleaning technique at present and is sometimes combined with various cleaning liquids as well as pure water. The disadvantage is that there is concern about damage to soft materials, brittle materials and fine patterns due to cavitation (which is different from the mechanism of cavitation of the present invention as will be described later). For this reason, measures such as increasing the frequency are taken, but there is a trade-off with the cleaning power. Next, the water jet cleaning apparatus is applied to a relatively large cleaning object. The drawback is that high pressure (several MPa to 20 MPa) is required, which is not suitable for an object having a fine pattern. Next, the brass scrub cleaning apparatus is sometimes combined with various cleaning liquids as well as pure water. The disadvantage is that it is not suitable for surfaces with deep grooves or holes. In addition, since the object surface and the brush are in direct contact with each other, there is a possibility of generating dust and scratches.

また、水蒸気のみを照射する洗浄装置が存在する。この装置も薬液を使用していないという面から環境負荷が非常に小さくなっている。但し、この装置は、1)液滴を利用していないため、ウェハ上のフォトレジストや異物のように比較的強く接着している対象物には効果が少ない、2)蒸気発生器の圧力が唯一のパラメータのため、対象物による最適条件を調整できない、といった欠点をもつ。   In addition, there is a cleaning apparatus that irradiates only water vapor. This apparatus also has a very small environmental load because it does not use chemicals. However, since this apparatus does not use 1) droplets, it is less effective for objects that are relatively strongly bonded, such as photoresist or foreign matter on the wafer. 2) The pressure of the steam generator is low. Since it is the only parameter, it has the disadvantage that the optimum condition according to the object cannot be adjusted.

そこで、近年、水蒸気と液体微粒子とを組み合わせて照射する洗浄装置が提案されている(特許文献1)。当該技術においては、まず気化した水(水蒸気体)がレジスト膜中に浸潤してレジスト膜と対象物表面との界面に達し、この界面におけるレジスト膜の接着力を弱め、レジスト膜を対象物表面から浮き上がらせる(リフトオフ)。次いで、所定の噴射圧力をともなった液状水微粒子を含む霧状の水(水ミスト体)がリフトオフしたレジスト膜に物理的に作用して界面から剥離させる、というものである。そして、特許文献1の段落番号0019には、当該技術の基本原理として熱効果現象を利用してのキャビテーションが記載されている。具体的には、常温の純水と高温の水蒸気とを混合すると、これらの熱交換によってある程度の周波数(10KHz〜1MHz)を有する振動が発生する。そして、この振動によって、水分子が水素イオンと水酸化物イオンに分解し、これら不安定なイオンが再び水分子に戻る際に生じる高エネルギーを機械的衝撃に変換する、というメカニズムである。
WO2006/018948
Therefore, in recent years, a cleaning apparatus that irradiates a combination of water vapor and liquid fine particles has been proposed (Patent Document 1). In this technique, vaporized water (water vapor) first infiltrates into the resist film and reaches the interface between the resist film and the object surface, weakens the adhesive force of the resist film at this interface, and the resist film is removed from the object surface. Lift from (lift off). Next, mist-like water (water mist) containing liquid fine water particles with a predetermined spray pressure physically acts on the resist film lifted off and is peeled off from the interface. And paragraph number 0019 of patent document 1 describes the cavitation using a thermal effect phenomenon as a basic principle of the said technique. Specifically, when normal temperature pure water and high temperature water vapor are mixed, vibration having a certain frequency (10 KHz to 1 MHz) is generated by the heat exchange. This vibration causes the water molecules to be decomposed into hydrogen ions and hydroxide ions, and the high energy generated when these unstable ions return to the water molecules again is converted into a mechanical shock.
WO2006 / 018948

しかしながら、特許文献1に示されるような水蒸気と水とを組み合わせて照射する洗浄装置を用いる場合、第一に、水分子の浸透という、反応にある程度の時間が必要な現象と、霧状のミストがレジスト膜やパーティクルに直接衝突して膜や汚れを除去するというリアルタイムの現象とを利用しているため、水分子の浸透時間に処理時間が制限されてしまうという問題や、第二に、洗浄力が不十分で対象物の汚れが十分に除去できなかったり、逆に、洗浄力が強すぎて対象物を傷めつけてしまう事態がしばしば発生するという問題がある。このようなときには、例えば、前者の場合には、噴出圧力を高め、後者の場合には、噴出圧力を下げる、といった方策を講じてきた。このように、流体力学的作用(衝突力等)のみを利用し、洗浄力の調整を行ってきたのが現状である。しかしながら、この場合、前者においては、噴出圧力を高めることから蒸気温度が高くなってしまい耐熱性の低い材料を対象に出来なくなったり、衝突力が強くなりすぎて対象物へのダメージが生じたりするという懸念が存在する。他方、後者においては、低い噴出圧力のため対象物を傷め付ける事態は回避できても対象物の洗浄が不十分であるという問題がある。そこで、本発明は、水分子の浸透時間に制限されず対象物を傷め付けることなく確実に洗浄する手段を提供することを第一の目的とする。   However, when using a cleaning device that irradiates a combination of water vapor and water as disclosed in Patent Document 1, first, a phenomenon that requires a certain amount of time for the reaction, such as penetration of water molecules, and mist-like mist Since it uses the real-time phenomenon of removing the film and dirt by directly colliding with the resist film and particles, there is a problem that the treatment time is limited by the penetration time of water molecules, and secondly, cleaning There is a problem that often the situation where the power is insufficient and the dirt on the object cannot be sufficiently removed, or on the contrary, the cleaning power is too strong to damage the object. In such a case, for example, measures have been taken to increase the ejection pressure in the former case and lower the ejection pressure in the latter case. In this way, the present situation is that the cleaning power is adjusted by using only the hydrodynamic action (collision force or the like). However, in this case, in the former case, since the jet pressure is increased, the steam temperature becomes high and it becomes impossible to target a material having low heat resistance, or the collision force becomes too strong and damage to the object may occur. There is a concern. On the other hand, in the latter case, there is a problem that the cleaning of the object is insufficient even though the situation of damaging the object due to the low jet pressure can be avoided. Therefore, a first object of the present invention is to provide means for reliably washing without damaging the object without being limited by the water molecule permeation time.

更に、本発明者らは、水と水蒸気との混相流で半導体基板を洗浄した場合、当該半導体基板表面に形成されたアルミニウムが早期に腐食されることを経験的に見出した。このように、次の処理が施される前にアルミニウムが腐食されてしまうと、半導体デバイスとして機能しなくなることがあり、歩留まりが悪くなる事態をも招く。そこで、本発明は、水と水蒸気との混相流で半導体基板を洗浄した場合であっても、当該半導体基板表面に形成されたアルミニウムが長期間腐食され難くする手段を提供することを第二の目的とする。   Furthermore, the present inventors have empirically found that when a semiconductor substrate is washed with a mixed phase flow of water and water vapor, aluminum formed on the surface of the semiconductor substrate is corroded early. As described above, if aluminum is corroded before the next treatment is performed, it may not function as a semiconductor device, resulting in a poor yield. Accordingly, the second aspect of the present invention provides a means for preventing the aluminum formed on the surface of the semiconductor substrate from being corroded for a long time even when the semiconductor substrate is washed with a mixed phase flow of water and water vapor. Objective.

本発明者は、前述したこれまでとは全く作用機序の異なるキャビテーションに着目し、対象物上での当該キャビテーションの程度をコントロールすることにより、対象物に適合した処理を有効かつ容易に実施できることを見出し、本発明を完成させたものである。   The present inventor pays attention to cavitation having a completely different mechanism of action from the above and controls the degree of cavitation on the object, thereby enabling effective and easy processing suitable for the object. And the present invention has been completed.

更に、本発明者は、洗浄力を高めるために、気体の圧力でなく混相流体に含まれる液滴の速度に着目し、当該速度を高めようと鋭意研究を重ねた。すると、ある特定のノズルを用いて液滴速度を高めた場合には、前記のように対象物の割れや表面パターンの崩壊を招くことなく、対象物に付着した除去対象物を十分な衝撃力をもってして除去可能であること発見し、本発明を完成させた。   Furthermore, in order to increase the cleaning power, the present inventor has focused on the speed of the droplets contained in the multiphase fluid rather than the pressure of the gas, and has intensively studied to increase the speed. Then, when the droplet velocity is increased using a specific nozzle, the object to be removed attached to the object has a sufficient impact force without causing the object to break or the surface pattern to collapse as described above. The present invention has been completed.

本発明(1)は、水蒸気と水とを混合することにより生成する、連続相の水蒸気と分散相の水滴とを含む混相流体を照射する工程を含む、対象物を洗浄する方法において、
前記照射は超高速ノズルを用いて行い、前記水滴の速度を100〜600m/sの範囲とし、前記混相流体の対象物到達時の温度が50℃以上であり、前記混相流体の対象物到達時のpHが7〜9の範囲であることを特徴とする方法である。
The present invention (1) is a method for cleaning an object, which includes a step of irradiating a mixed phase fluid containing water vapor in a continuous phase and water droplets in a dispersed phase, which is generated by mixing water vapor and water.
The irradiation is performed using an ultra-high speed nozzle, the speed of the water droplet is in the range of 100 to 600 m / s, the temperature when the mixed phase fluid reaches the target is 50 ° C. or more, and the mixed phase fluid reaches the target The pH is in the range of 7-9.

また、ある局面で、本発明(A)は、水蒸気と水とを混合することにより生成する、連続相の水蒸気と分散相の水滴とを含む混相流体を照射する工程を含む、対象物を洗浄する方法において、
前記照射は超高速ノズルを用いて行い、前記水滴の速度を100〜600m/sの範囲とすることを特徴とする方法である。
Further, in one aspect, the present invention (A) cleans an object including a step of irradiating a mixed phase fluid containing continuous phase water vapor and dispersed phase water droplets, which is generated by mixing water vapor and water. In the way to
The irradiation is performed using an ultra-high speed nozzle, and the speed of the water droplet is in the range of 100 to 600 m / s.

また、ある局面で、本発明(B)は、前記混相流体の対象物到達時の温度が50℃以上であり、前記混相流体の対象物到達時のpHが7〜9の範囲である、発明(A)の方法である。   Further, in one aspect, the present invention (B) is an invention in which the temperature when the mixed phase fluid reaches the target is 50 ° C. or higher, and the pH when the mixed phase fluid reaches the target is in the range of 7-9. This is the method (A).

本発明(2)は、更に、前記混相流体噴射出口と対象物の距離が、30mm以下である、本発明(1)の方法である。   The present invention (2) is the method of the present invention (1), wherein the distance between the mixed phase fluid ejection outlet and the object is 30 mm or less.

本発明(3)は、前記対象物が、アルミニウム配線等のアルミニウム素材を表面に有する半導体基板である、発明(1)又は(2)の方法である。   The present invention (3) is the method of the invention (1) or (2), wherein the object is a semiconductor substrate having an aluminum material such as an aluminum wiring on its surface.

本発明(4)は、水蒸気を供給する水蒸気供給手段{例えば、水蒸気供給部(A)}と、液体の水を供給する水供給手段{例えば、純水供給部(B)}とを有する、水蒸気と水滴とを含む混相流体を照射することにより対象物を洗浄するシステムにおいて、
前記照射を行うための超高速ノズルが備えられていることを特徴とするシステムである。
The present invention (4) has a water vapor supply means {for example, a water vapor supply section (A)} for supplying water vapor and a water supply means {for example, a pure water supply section (B)} for supplying liquid water, In a system for cleaning an object by irradiating a mixed phase fluid containing water vapor and water droplets,
It is a system characterized by being provided with an ultra-high speed nozzle for performing the irradiation.

以下、本明細書における各用語の意義について説明する。まず、「水滴」とは、例えば、水由来の水滴のみならず、湿り飽和水蒸気由来の微小な水滴をも含む概念である。「混相流体」とは、2流体や3流体等複数の流体成分を有する流体であり、例えば、1)飽和水蒸気と沸点以下の純水液滴、2)加熱水蒸気と沸点以下の純水液滴、3)前記1)又は2)に更に不活性ガス又は清浄高圧空気を組み合わせたもの、を挙げることができる。但し、対象物の酸化や化学反応が気にならない用途に使用される場合は、酸素ガスやその他活性ガスを用いることもある。また、アルミニウムの腐食防止の観点からは、水と水蒸気のみの二相流であるかこれらと不活性ガスとを組み合わせたものを使用することが好適である。「対象物」とは、特に限定されず、例えば、電子部品、半導体基板、ガラス基板、レンズ、ディスク部材、精密機械加工部材、モールド樹脂部材を挙げることができる。「処理」とは、対象物に施されるものである限り特に限定されず、例えば、剥離、洗浄、加工を挙げることができる。「水」とは、半導体装置製造の洗浄工程等、対象物上での微小異物や金属イオン等の汚染が気になる用途には、純水或いは超純水として使用されている程度の特性の水を指し、対象物上での微小異物や金属イオンなどの汚染が気にならない用途には、更にグレードの低い水道水まで包含される。「システム」とは、各構成要素を一体的に収納している「装置」のみならず、各構成要素が物理的に離隔した位置に配されていたり(例えばプラント)、各構成要素同士が情報伝達可能に接続されていない場合も、請求の範囲に規定された機能を有する構成要素を全体として備えている限り、当該システムに該当する。「超高速ノズル」とは、液滴を音速以上に加速可能なノズルを意味する。   Hereinafter, the meaning of each term in this specification is explained. First, the “water droplet” is a concept including not only water droplets derived from water but also minute water droplets derived from wet saturated water vapor. The “multiphase fluid” is a fluid having a plurality of fluid components such as two fluids and three fluids, for example, 1) saturated water vapor and pure water droplets having a boiling point or less, and 2) heated steam and pure water droplets having a boiling point or less. 3) A combination of the above 1) or 2) with an inert gas or clean high-pressure air can be mentioned. However, oxygen gas and other active gases may be used when used in applications where the oxidation or chemical reaction of the object is not concerned. From the viewpoint of preventing corrosion of aluminum, it is preferable to use a two-phase flow of only water and water vapor or a combination of these with an inert gas. The “object” is not particularly limited, and examples thereof include an electronic component, a semiconductor substrate, a glass substrate, a lens, a disk member, a precision machined member, and a mold resin member. The “treatment” is not particularly limited as long as it is applied to an object, and examples thereof include peeling, washing, and processing. "Water" is a characteristic that is used as pure water or ultrapure water for applications such as cleaning processes in semiconductor device manufacturing where contamination of fine foreign objects or metal ions is anxious. It refers to water, and uses that do not care about contamination such as minute foreign substances and metal ions on the object include even lower grade tap water. A “system” is not only an “apparatus” that houses each component in an integrated manner, but also each component is placed in a physically separated position (for example, a plant), or each component is information Even if it is not connected in a communicable manner, it is applicable to the system as long as it has all the components having the functions defined in the claims. “Ultra-high-speed nozzle” means a nozzle capable of accelerating a droplet at a speed higher than the sound speed.

ここで、図を参照しながら、対象物処理に係る当該分野で既知であった他の作用機序のキャビテーションとの相違を明確にすべく、本発明に係る液滴衝突時キャビテーションを詳述する。尚、ここで記載した作用機序は、あくまで予測に過ぎない。したがって、本発明は当該作用機序に何ら限定されるものではない。   Here, the cavitation at the time of droplet collision according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings in order to clarify the difference from cavitation of other mechanism of action known in the field related to object processing. . Note that the mechanism of action described here is only a prediction. Therefore, the present invention is not limited to the mechanism of action.

まずは、キャビテーションの一般的な概念について以下に説明する。
通常は液体の温度が、その圧力における飽和温度より高くなると沸騰が開始するが、液体の圧力が、その温度における飽和圧力より低くなっても、液体は沸騰を開始する。すなわち蒸気泡が液体中に生成する。このように温度変化によるものではなく、減圧効果により沸騰し発生する気泡は通常キャビテーション気泡と呼ばれている。この気泡が収縮し、崩壊することによって高圧が生じ、壊食・騒音等が発生する。この現象もキャビテーションと呼ばれることがある。
First, the general concept of cavitation is described below.
Normally, boiling begins when the temperature of the liquid rises above the saturation temperature at that pressure, but the liquid begins to boil even when the pressure of the liquid drops below the saturation pressure at that temperature. That is, vapor bubbles are generated in the liquid. In this way, bubbles generated by boiling due to the pressure reduction effect, not due to temperature change, are usually called cavitation bubbles. When the bubbles contract and collapse, high pressure is generated, and erosion, noise, and the like are generated. This phenomenon is sometimes called cavitation.

従来から洗浄に用いられてきた超音波洗浄装置においては、以下のような作用機序により、キャビテーションが発生する(図24)。
1.超音波発生器により媒液中に音波が伝搬する。
2.音波は激しい周期で圧縮と減圧を繰り返して媒液中を進行する。
3.圧縮から減圧に移る過程で、局所的に飽和水蒸気圧以下にまで減圧する。
4.そこで気泡の成長(常温沸騰)が開始する。
5.また、成長蒸気気泡に媒液中に溶解している不凝縮気体も混入する。
6.気泡がさらに成長する。
7.気泡は次の圧縮力を受けて断熱的に圧縮され高いエネルギーをもつ。
8.気泡は、ついに押しつぶされて崩壊する。
9.押しつぶされるとき、局所的に極めて大きな衝撃エネルギーとなって、周囲にある汚れを解離する。
10.音波は、通常媒液中を進行する進行波と液面で反射する反射波によって定在波が生じる。
11.この場合キャビテーションは最大音圧体に沿って媒液中に縞状に発生する。
In an ultrasonic cleaning apparatus conventionally used for cleaning, cavitation occurs due to the following mechanism of action (FIG. 24).
1. The ultrasonic wave propagates into the liquid medium by the ultrasonic generator.
2. The sound wave travels through the liquid medium by repeating compression and decompression in a violent cycle.
3. In the process of moving from compression to decompression, the pressure is locally reduced to below the saturated water vapor pressure.
4). Then, bubble growth (room temperature boiling) starts.
5). Further, non-condensable gas dissolved in the liquid medium is also mixed into the growth vapor bubbles.
6). Bubbles grow further.
7). The bubbles receive the following compressive force and are compressed adiabatically to have high energy.
8). The bubbles are finally crushed and collapsed.
9. When crushed, it becomes extremely large impact energy locally and dissociates surrounding dirt.
10. A sound wave is normally generated by a traveling wave that travels in the medium and a reflected wave that is reflected by the liquid surface.
11. In this case, cavitation occurs in a striped manner in the medium along the maximum sound pressure body.

続いて、本発明に係る方法により、発生する液滴衝突時キャビテーションについて、考えられる発生メカニズムについて、過去に報告された例を参考に説明する(Martin Rein,"Drop-Surface Interactions (Cism International Centre for Mechanical Sciences Courses and Lectures)" pp.39-102, Martin Eein ed., Springer-Verlag, 2002,)。   Next, with regard to the cavitation generated by the method according to the present invention, a possible generation mechanism will be described with reference to a previously reported example (Martin Rein, “Drop-Surface Interactions (Cism International Center for Mechanical Sciences Courses and Lectures) "pp.39-102, Martin Eein ed., Springer-Verlag, 2002,).

1.液滴がある速度で固体境界面に衝突すると、液滴の運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されて、液滴と固体境界面との接触面において、高圧が発生する(図25)。
2.発生した圧力は圧力波(圧縮波)として液滴内部を上方に伝播し、液滴と周囲気体との境界面、すなわち自由界面に到達する(図26)。
3.水の音響インピーダンスは周囲気体の音響インピーダンスに比較して圧倒的に大きいためインピーダンスミスマッチングとなり、圧力波はほぼ100%反射する。すなわち、圧力波の周囲気体へと伝播は非常に小さくなるため、結果として自由界面上での圧力変化は小さく抑えられる(図27)。
4.自由界面上での圧力変化が小さくなるのは、圧縮波を打ち消す膨張波、すなわち周囲より低い圧力波が発生し、液体内部へと伝播するからである。
5.液滴内部へと伝播した膨張波は、液滴内部の圧力を低下させる。液滴の温度が30℃程度であれば、約0.04気圧、60℃程度であれば約0.2気圧、80℃程度であれば約0.5気圧まで低下すれば沸騰が開始し、気泡が発生・成長する(図28、29)。
6.発生した蒸気泡は、成長しながら液体中の不凝縮気体も取り込み、さらに大きくなる。
7.十分成長した気泡は成長限界に達し、リバウンドすなわち収縮を開始する。収縮過程は膨張過程に比較して急激に起こるため、気泡は激烈に収縮し、気泡内部圧力は成長開始時よりも極端に高い圧力にまで達しうる。この高圧力は気泡崩壊時圧力と呼ばれている。
8.気泡崩壊は気泡周囲条件の擾乱によっても誘起される。また、気泡は必ずしも単一で崩壊せず、むしろ気泡が集積した気泡群として崩壊する。そのような場合の気泡崩壊圧力は単一気泡崩壊圧力の数100倍程度以上であることが報告されている。
9.液滴内部で発生した気泡崩壊圧力は、圧力波(圧縮波)として液滴内部を伝播して、液滴と固体面との接触面に到達し、固体面上に非常に大きな圧力を発生させる。これが、液滴衝突時に発生するキャビテーションの崩壊圧力であり、この圧力を利用して洗浄を行っている。
1. When the droplet collides with the solid interface at a certain speed, the kinetic energy of the droplet is converted into pressure energy, and a high pressure is generated at the contact surface between the droplet and the solid interface (FIG. 25).
2. The generated pressure propagates upward inside the droplet as a pressure wave (compression wave) and reaches the boundary surface between the droplet and the surrounding gas, that is, the free interface (FIG. 26).
3. Since the acoustic impedance of water is overwhelmingly larger than the acoustic impedance of the surrounding gas, impedance mismatching occurs, and the pressure wave reflects almost 100%. That is, since the propagation of the pressure wave to the surrounding gas becomes very small, as a result, the pressure change on the free interface is suppressed to a small level (FIG. 27).
4). The pressure change on the free interface is reduced because an expansion wave that cancels the compression wave, that is, a pressure wave lower than the surroundings is generated and propagates into the liquid.
5). The expansion wave propagating into the droplet reduces the pressure inside the droplet. If the temperature of the droplet is about 30 ° C., about 0.04 atm, about 60 ° C. about 0.2 atm, about 80 ° C. If it drops to about 0.5 atm, boiling starts. Bubbles are generated and grow (FIGS. 28 and 29).
6). The generated vapor bubbles take in non-condensable gas in the liquid while growing and become larger.
7). Fully grown bubbles reach the growth limit and begin to rebound or shrink. Since the contraction process occurs abruptly compared to the expansion process, the bubbles contract extremely, and the internal pressure of the bubbles can reach an extremely higher pressure than that at the start of growth. This high pressure is called bubble collapse pressure.
8). Bubble collapse is also induced by the disturbance of the bubble ambient conditions. Also, the bubbles are not necessarily single and collapse, but rather collapse as a group of bubbles in which the bubbles are accumulated. It has been reported that the bubble collapse pressure in such a case is several hundred times or more of the single bubble collapse pressure.
9. The bubble collapse pressure generated inside the droplet propagates inside the droplet as a pressure wave (compression wave), reaches the contact surface between the droplet and the solid surface, and generates a very large pressure on the solid surface. . This is the collapse pressure of cavitation generated at the time of droplet collision, and cleaning is performed using this pressure.

本発明において本質的に重要なのは、液滴周囲の熱環境が水蒸気によって、十分高温に保たれている、もしくは液滴よりの熱の漏れを防いでいることである。そのため、液滴内部の膨張波による圧力低下が激烈なものでなくても十分気泡が発生しうる条件となっていることである。この特性があるために、他の発明にあるように液滴が激烈な速度を有して固体表面に衝突しなくても、ある程度の圧縮波を発生させることのできる速度であれば十分である。   Essentially, in the present invention, the thermal environment around the droplet is kept sufficiently high by water vapor or prevents heat leakage from the droplet. Therefore, even if the pressure drop due to the expansion wave inside the droplet is not severe, it is a condition that bubbles can be generated sufficiently. Because of this characteristic, it is sufficient that the droplets have a rapid velocity and can generate a certain amount of compression waves even if they do not collide with the solid surface as in other inventions. .

他の発明に比較すると2桁程度低い圧力で発生させた速度を有する液滴によって、キャビテーションを発生させる点が、本発明の最も特異な点である。   The most peculiar point of the present invention is that cavitation is generated by a droplet having a velocity generated at a pressure about two orders of magnitude lower than other inventions.

本発明によれば、噴出圧力の調整(流体力学的作用)により対象物への衝撃力をコントロールしてきた従来法と異なる、対象物表面に液滴が衝突することにより発生する液滴衝突時キャビテーションを利用して対象物を処理するよう構成されているので、噴出圧力の高低に起因した従来の問題、具体的には、衝突力が強くなりすぎて対象物へのダメージが生じたりするという懸念や、低い噴出圧力のため対象物を傷め付ける事態は回避できても対象物の洗浄が不十分であるという問題、を解消することができるという効果を奏する。更に、この液滴衝突時キャビテーションには、衝突時における液滴の温度が大きく関与するため、液滴の温度を変更することにより当該キャビテーションの程度(発生の有無やその程度)を容易にコントロールすることが可能である。加えて、低噴出圧力下でも、液滴温度を高くすれば効率的に対象物の処理を実行することができるので、高い噴出圧力に起因した問題を回避することも可能である。更には、気体が水蒸気である場合には、当該水蒸気から他の媒体に熱移動する事態を招いたときであっても、水蒸気の潜熱から利用される結果、系全体の温度が低下する事態を回避ことができる。   According to the present invention, cavitation at the time of droplet collision that occurs when a droplet collides with the surface of the object is different from the conventional method in which the impact force to the object is controlled by adjusting the ejection pressure (hydrodynamic action). Is used to process the target, so there is a conventional problem caused by the high and low jet pressure, specifically, the collision force becomes too strong and the target may be damaged. In addition, even if the situation of damaging the object due to the low jet pressure can be avoided, the problem of insufficient cleaning of the object can be solved. Furthermore, since the droplet temperature at the time of collision greatly affects the cavitation at the time of the droplet collision, the degree of cavitation (whether or not it occurs and the degree thereof) can be easily controlled by changing the temperature of the droplet. It is possible. In addition, even under a low jet pressure, if the droplet temperature is increased, the object can be processed efficiently, and problems due to the high jet pressure can be avoided. Furthermore, when the gas is water vapor, even if it causes a heat transfer from the water vapor to another medium, the temperature of the entire system may decrease as a result of being utilized from the latent heat of the water vapor. It can be avoided.

本発明のより具体的な作用・効果は以下の通りである。(1)液滴衝突後に発生する高速サイドジェットや気泡崩壊による衝撃波、衝撃波による連鎖反応の衝撃力(キャビテーション)で膜の剥離のきっかけとなる膜上の亀裂や孔を発生させる。(2)液滴によるジェットや衝撃波、衝撃波による連鎖反応、及び高速サイドジェットを発生させ、(1)で記した亀裂や孔を起点にして膜をめくりあげ剥離する。(3)大きな熱温度エネルギーを持った水である蒸気により対象物材料を脆性化させたり、応力を発生させ対象物と下地との界面での密着力を弱める。(4)対象物に応じ、これらの機能の組合せを変化させることにより、洗浄対象・除去対象を広げることも出来る。(5)不純物を取り除くだけでなく、エッチング工程やイオン注入工程後の不用フォトレジストの除去やエッチング工程後の不用ポリマーの除去の用途にも本発明を応用することが出来る。   More specific actions and effects of the present invention are as follows. (1) Cracks or holes on the film that trigger film peeling are generated by a high-speed side jet generated after droplet collision, a shock wave due to bubble collapse, or an impact force (cavitation) of a chain reaction caused by the shock wave. (2) A droplet jet, shock wave, chain reaction by shock wave, and high-speed side jet are generated, and the film is turned up and peeled starting from the crack or hole described in (1). (3) The material of the object is made brittle by steam, which is water having a large thermal temperature energy, or stress is generated to weaken the adhesion at the interface between the object and the substrate. (4) By changing the combination of these functions according to the object, the object to be cleaned and the object to be removed can be expanded. (5) The present invention can be applied not only to removing impurities, but also to the use of removing unnecessary photoresist after the etching process or ion implantation process and removing unnecessary polymer after the etching process.

また、本発明(1){本発明(A)}及び(4)によれば、超高速ノズルを用いることにより、水滴の速度が速くなる。そのため、液滴が細分化されて液滴径が小さくなる。従って、ウェハの割れやパターンの崩れの原因となる大きな径を有する液滴が生成されにくく、圧力を上げても当該問題が発生しにくくなる。
更に、超高速ノズルを用いた場合、水蒸気と水滴を噴射する混相流体と、空気と水滴との混相流体では、下記の二点の特異な挙動を示すことが観測された。
第一に水蒸気と水の混相流体を超高速ノズルを用いて噴射することにより、ノズル内の出口付近に圧力波のようなものが観測されることが明らかとなった(例30)。これにより、ノズル内で液滴が更に細分化され液滴径が小さくなるため、圧力を上げても、ウェハの割れや、表面パターンの崩れといった問題を起さないという効果を奏する。
第二に気体圧力と液滴速度及び/又は平均粒径との関係である。気体圧力を高めた場合、空気と水との混相流体では、圧力が高まるにつれて液滴速度も高くなるのに対して、水蒸気と水の場合、所定の圧力までは計測可能であったが、所定圧力をこえると計測不可能になる(例28)。また、気体圧力と水滴の平均粒径の関係を観察すると、空気と水の混相流体では気体圧力にその粒径は依存しないが、水蒸気と水の場合、所定圧力を超えると平均粒径のデータが信憑性のないものとなってしまうことがわかった(例29)。これは、空気と水の混相流体では測定可能であるが、水蒸気と水の混相流体では測定不可能となる領域の圧力があることを意味する。即ち、当該圧力において、水蒸気と水の混相流体は、空気と水の混相流体とは少なくとも何らかの異なる挙動を示していることを意味する。当該挙動の相違点については明らかではないが、測定不可能となる要因としては、液滴速度が速すぎる又は液滴径が小さすぎるといったことが考えられる。
In addition, according to the present invention (1) {the present invention (A)} and (4), the speed of water droplets is increased by using an ultra-high speed nozzle. For this reason, the droplets are subdivided to reduce the droplet diameter. Therefore, it is difficult for droplets having a large diameter that cause cracking of the wafer or collapse of the pattern to be generated, and the problem is less likely to occur even if the pressure is increased.
Furthermore, when using an ultra-high speed nozzle, it was observed that the mixed phase fluid injecting water vapor and water droplets and the mixed phase fluid of air and water droplets exhibited the following two unique behaviors.
First, it has been clarified that by injecting a mixed phase fluid of water vapor and water using an ultra-high speed nozzle, a pressure wave is observed near the outlet in the nozzle (Example 30). As a result, the droplets are further subdivided in the nozzle and the droplet diameter is reduced. Therefore, there is an effect that even if the pressure is increased, problems such as wafer breakage and surface pattern collapse do not occur.
The second is the relationship between gas pressure and droplet velocity and / or average particle size. When the gas pressure is increased, in the case of a multiphase fluid of air and water, the droplet velocity increases as the pressure increases, whereas in the case of water vapor and water, measurement was possible up to a predetermined pressure. If the pressure is exceeded, measurement becomes impossible (Example 28). In addition, when observing the relationship between the gas pressure and the average particle size of water droplets, the particle size does not depend on the gas pressure in a mixed phase fluid of air and water. Was found to be unreliable (Example 29). This means that there is a pressure in a region that can be measured with a mixed phase fluid of air and water but cannot be measured with a mixed phase fluid of water vapor and water. That is, at the pressure, the mixed phase fluid of water vapor and water exhibits at least some different behavior from the mixed phase fluid of air and water. Although the difference in the behavior is not clear, it can be considered that the reason why the measurement is impossible is that the droplet velocity is too high or the droplet diameter is too small.

また、本発明(1){本発明(B)}によれば、上記のキャビテーションにより得られる十分な衝撃に加えて、水と水蒸気との混相流で半導体基板を洗浄した場合であっても、当該半導体基板表面に形成されたアルミニウムが長期間腐食され難いという効果を奏する。例えば、アルミニウムのドライエッチング後、本発明(1){本発明(B)}に係る方法で、対象物上のレジストを剥離すれば、次の工程までの時間でアルミニウム配線が腐食されないという効果がみられる。   Moreover, according to the present invention (1) {the present invention (B)}, in addition to sufficient impact obtained by the above cavitation, even when the semiconductor substrate is washed with a mixed phase flow of water and water vapor, There is an effect that aluminum formed on the surface of the semiconductor substrate is hardly corroded for a long time. For example, after the dry etching of aluminum, if the resist on the object is peeled off by the method according to the present invention (1) {the present invention (B)}, the effect that the aluminum wiring is not corroded in the time until the next step is obtained. Be looked at.

本発明(2)によれば、混相流体噴射出口と対象物の距離が短いので、混相流体が大気中の二酸化炭素を取り込みにくくpHが酸性に偏りにくくなるため、アルミニウム腐食防止効果を更に良好に発揮するという効果を奏する。   According to the present invention (2), since the distance between the multiphase fluid injection outlet and the object is short, the multiphase fluid is difficult to take in carbon dioxide in the atmosphere, and the pH is less likely to be acidic. There is an effect of demonstrating.

以下、最良形態として、対象物処理装置として「ウェハ洗浄装置」を例に採り、本発明を具体的に説明することとする。尚、本最良形態はあくまで最良的な例示に留まり、本発明の技術的範囲を何ら限定するものでは無い。   Hereinafter, as the best mode, a “wafer cleaning apparatus” is taken as an example of the object processing apparatus, and the present invention will be specifically described. The best mode is merely the best example and does not limit the technical scope of the present invention.

混相流体の構成
まず、本最良形態での混相流体は、水蒸気と水とを混合することにより生成する、連続相の水蒸気と分散相の水滴を含む。ここで、「水滴」は、化学薬品を嫌う材料からなる対象物を処理するのに好適である純水からなる(加えて、湿り度の高い水蒸気の一部)。また、前記の混相流体は、任意でアルゴン、窒素等の不活性ガス、清浄高圧空気を含んでいてもよい。但し、アルミニウムの腐食防止の観点からは、任意ガスはアルゴンか不活性ガスであることが好適である。
Configuration of Multiphase Fluid First, the multiphase fluid in the best mode includes continuous phase water vapor and dispersed phase water droplets generated by mixing water vapor and water. Here, the “water droplets” are made of pure water suitable for processing an object made of a material that dislikes chemicals (in addition, a part of water vapor with high wetness). The mixed phase fluid may optionally contain an inert gas such as argon or nitrogen and clean high-pressure air. However, from the viewpoint of preventing corrosion of aluminum, the optional gas is preferably argon or an inert gas.

ここで、水蒸気を使用する理由は、比熱が高いことに加え、潜熱を利用することができ、流体の圧力の変化に伴い液滴の持つ熱量が奪われるような状況下においても、温度がほとんど低下しない点で有利であるからである。水滴と気体が、流体混合部において混合された際に、水滴と気体の間で熱移動が起こったり、水滴と混合部や配管等の内壁との間で熱移動が起こったりする。また、ノズル部で加速され大気に放出される際に減圧膨張が起きる為、気体の温度が下がる。この際に、水滴の温度が低下するか否かは、気体の潜熱により決定される。潜熱を多く含まない気体、例えば、不活性ガスや清浄高圧空気と純水を混合した場合、気体の温度は低下し温度制御が困難となる。一方、気体が水蒸気である場合には、所定量の潜熱を有するため、比較的低温の水滴と混合した場合にも、配管の内壁に熱を奪われた場合にも熱の移動により気体の温度が低下しにくくなり、温度の制御が容易になる傾向がある。しかし、水蒸気の潜熱が充分でなければ、水蒸気の一部が液化することに伴い液滴が生成し、これが処理対象物表面で発生する衝撃波に影響を及ぼすこととなる。また、この混相流体が最終的にノズルのノド部で加速されるとき、流体の運動エネルギーを得る為に、流体の温度が低下するが、水蒸気の持つ潜熱で、流体の温度が低下することを低減できる。   Here, the reason for using water vapor is that, in addition to high specific heat, latent heat can be used, and even under conditions where the amount of heat held by the droplets is deprived as the fluid pressure changes, the temperature is almost the same. This is because it is advantageous in that it does not decrease. When water droplets and gas are mixed in the fluid mixing unit, heat transfer occurs between the water droplets and the gas, or heat transfer occurs between the water droplets and the inner wall of the mixing unit or piping. Further, when the nozzle portion is accelerated and released into the atmosphere, decompression expansion occurs, so that the gas temperature decreases. At this time, whether or not the temperature of the water droplet is lowered is determined by the latent heat of the gas. When a gas that does not contain a lot of latent heat, for example, an inert gas or clean high-pressure air and pure water, is mixed, the temperature of the gas decreases and temperature control becomes difficult. On the other hand, when the gas is water vapor, it has a predetermined amount of latent heat, so even when mixed with relatively low temperature water droplets or when heat is taken away by the inner wall of the pipe, the temperature of the gas is moved by heat transfer. Is less likely to decrease, and the temperature tends to be easily controlled. However, if the latent heat of the water vapor is not sufficient, droplets are generated as a part of the water vapor is liquefied, which affects the shock wave generated on the surface of the object to be treated. In addition, when this multiphase fluid is finally accelerated at the nozzle part of the nozzle, the temperature of the fluid decreases to obtain the kinetic energy of the fluid, but the temperature of the fluid decreases due to the latent heat of water vapor. Can be reduced.

対象物処理装置の全体構造
図1は、本発明の一実施形態による対象物処理装置100の全体図である。本装置100は、水蒸気供給部(A)、純水供給部(B)、水蒸気流体調整部(C)、混相流体照射部(D)、ウェハ保持・回転・上下機構部(E)を有する構成である。以下、各部を詳述する。
Overall Structure of Object Processing Apparatus FIG. 1 is an overall view of an object processing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. The apparatus 100 includes a water vapor supply unit (A), a pure water supply unit (B), a water vapor fluid adjustment unit (C), a mixed phase fluid irradiation unit (D), and a wafer holding / rotating / vertical mechanism unit (E). It is. Hereinafter, each part will be described in detail.

(A)水蒸気供給部
水蒸気供給部(A)は、純水を供給するための水供給管111と、所定温度D1(℃)以上に加温して水蒸気を発生させ、水蒸気の発生量を制御して水蒸気を所定値C1(MP)に加圧する蒸気発生器112と、蒸気の供給及びその停止を司る開閉可能な水蒸気開閉バルブ113と、蒸気発生器112から下流に供給される水蒸気の圧力を計測するための圧力計114と、蒸気供給圧力を所望の値に調整するための水蒸気圧力調整バルブ115と、供給水蒸気内の微小液滴量を調整する温度制御機構付き加熱蒸気生成器兼飽和蒸気湿り度調整器116と、安全装置としての圧力開放バルブ117と、から構成される。
(A) Water vapor supply unit The water vapor supply unit (A) controls the generation amount of water vapor by generating water vapor by heating to a water supply pipe 111 for supplying pure water and a predetermined temperature D1 (° C.) or higher. The steam generator 112 that pressurizes the steam to a predetermined value C1 (MP), the steam opening / closing valve 113 that can open and close to supply and stop the steam, and the pressure of the steam supplied downstream from the steam generator 112 A pressure gauge 114 for measuring, a steam pressure adjusting valve 115 for adjusting the steam supply pressure to a desired value, and a heating steam generator / saturated steam with a temperature control mechanism for adjusting the amount of fine droplets in the supplied steam It comprises a wetness adjuster 116 and a pressure release valve 117 as a safety device.

(B)純水供給部
純水供給部(B)は、純水を供給するための水供給管121と、純水に熱エネルギーを持たせるための純水温度制御機構付加熱部122と、純水の供給の停止及び再開を司る純水開閉バルブ123と、純水の流量を確認するための純水流量計124と、2流体の場合に下流への純水の供給の停止及び再開を司る2流体生成用純水開閉バルブ125と、から構成される。
(B) Pure water supply unit The pure water supply unit (B) includes a water supply pipe 121 for supplying pure water, a pure water temperature control mechanism additional heat unit 122 for giving pure water thermal energy, Pure water opening / closing valve 123 for controlling stop and restart of pure water, pure water flow meter 124 for confirming the flow rate of pure water, and stopping and restarting the supply of pure water downstream in the case of two fluids And a two-fluid production pure water on-off valve 125.

(C)水蒸気流体調整部
水蒸気流体調整部(C)は、水蒸気流体の温度や飽和水蒸気の湿り度を調整するための水蒸気流体温度制御機構付加熱部131を有している。
(C) Steam fluid adjusting unit The steam fluid adjusting unit (C) includes a steam fluid temperature control mechanism additional heat unit 131 for adjusting the temperature of the steam fluid and the wetness of the saturated steam.

(D)混相流体照射部
混相流体照射部(D)は、対象物に対して混相流体を照射するための、前後左右方向(図1のX軸ノズルスキャン範囲又はY軸ノズルスキャン範囲)に移動可能な照射ノズル141と、ノズルの移動を円滑に行うためのするためのフレキシブル配管142と、混相流体のノズル直前の圧力を計測するための圧力計143と、純水を蒸気配管に円滑に導入しかつ混合部内での相変化を最小化するための温度制御機能付混相流体気液混合部144と、純水が気体配管内に円滑に導入されるためのオリフィス145から構成される。ここで、ノズル141は、超高速ノズルである。「超高速ノズル」とは、液滴を音速以上に加速可能なノズルであれば、特に限定されないが、例えば、ソニックノズルが挙げられる。図30は、本最良形態に係るソニックノズルの断面図である。ソニックノズルの形状は、特に限定されないが、ノズルの内部が、図面上方のノズル奥から図面下方に位置するノズル出口へと向かうに従って急激に縮径し、更に、最小断面積Aとなった位置(のど部)を境に、流体が内壁から剥離しないよう比較的ゆるやかに拡径し、ノズル出口で断面積がA2となる、末広ノズル構造を有する。のど部の断面積Aは、流量を音速で割り算して算出する。のど部の断面積Aは特に限定されないが、例えば、3.0〜20.0mmである。また、ひろがり率(A/A2)は、下記の式1で示される式により算出される。

Figure 2008153107
ここで、κは気体の比熱比(定圧比熱/定容比熱)であり、P1はノズルのど部の圧力であり、P2はノズル出口における圧力である。当該、ひろがり率とのど部の断面積Aにより、ノズル出口の断面積Aが求められる。ここで、ノズル出口の断面積Aは、特に限定されないが、例えば、7.0〜28.0mmである。また、ノズルの長さは、ノズルの材料、粗度、流速(レイノルズ数)等の各種のパラメータを考慮に入れて、適宜値を設定可能である。また、拡径は、粘度、密度、流速等の各種パラメータを考慮に入れて、適宜値を設定可能である。尚、温度制御機能付混相流体気液混合部144については、後で詳述する。(D) Multi-phase fluid irradiation unit The multi-phase fluid irradiation unit (D) moves in the front-rear and left-right directions (X-axis nozzle scan range or Y-axis nozzle scan range in FIG. 1) for irradiating the target with the multi-phase fluid. Possible irradiation nozzle 141, flexible pipe 142 for smoothly moving the nozzle, pressure gauge 143 for measuring the pressure of the mixed phase fluid immediately before the nozzle, and pure water smoothly introduced into the steam pipe In addition, it is composed of a mixed phase fluid / gas / liquid mixing unit 144 with a temperature control function for minimizing a phase change in the mixing unit, and an orifice 145 for smoothly introducing pure water into the gas pipe. Here, the nozzle 141 is an ultra-high speed nozzle. The “ultra-high speed nozzle” is not particularly limited as long as it is a nozzle capable of accelerating the liquid droplets at a speed higher than the sound speed, and examples thereof include a sonic nozzle. FIG. 30 is a sectional view of the sonic nozzle according to the best mode. Position shape of the sonic nozzle is not particularly limited, the nozzle is abruptly reduced in diameter toward to the nozzle outlet is located in the drawing downward from the nozzle back of the drawing upwards, that further, the minimum cross-sectional area A 3 It has a divergent nozzle structure where the diameter of the fluid gradually increases so that the fluid does not peel from the inner wall at the (throat), and the cross-sectional area is A 2 at the nozzle outlet. Sectional area of the throat portion A 3 is calculated by dividing the flow rate at the speed of sound. Sectional area A 3 of the throat portion is not particularly limited, for example, a 3.0~20.0mm 2. Further, the spreading rate (A 3 / A 2 ) is calculated by the following equation (1).
Figure 2008153107
Here, κ is the specific heat ratio of gas (constant pressure specific heat / constant volume specific heat), P 1 is the pressure at the nozzle throat, and P 2 is the pressure at the nozzle outlet. The, the cross-sectional area A 3 of the spreading rate and the throat portion, the sectional area A 2 of the nozzle outlet is required. Here, the cross-sectional area A 2 of the nozzle outlet is not particularly limited, for example, a 7.0~28.0mm 2. The length of the nozzle can be appropriately set in consideration of various parameters such as nozzle material, roughness, flow rate (Reynolds number), and the like. Further, the diameter expansion can be appropriately set in consideration of various parameters such as viscosity, density, and flow rate. The mixed phase fluid / liquid mixing unit 144 with temperature control function will be described in detail later.

(E)ウェハ保持・回転・上下機構部
ウェハ保持・回転・上下機構部(E)は、対象物(ウェハ)を搭載・保持可能なステージ151と、ステージ151を回転させるための回転モーター152と、ステージ151を上下方向に移動させることによりノズル141の出口とウェハとの距離を調整可能なウェハ上下駆動機構153と、対象物(ウェハ)を冷却する冷却水を供給するための冷却水管154と、冷却水の供給を停止及び再開するための開閉可能な冷却水開閉バルブ155と、冷却水の流量を調整するための冷却水流量調整バルブ156と、冷却水の流量を計測するための冷却水流量計157と、から構成される。
(E) Wafer Holding / Rotation / Up / Down Mechanism Unit The wafer holding / rotation / up / down mechanism unit (E) includes a stage 151 on which an object (wafer) can be mounted / held, and a rotation motor 152 for rotating the stage 151. , A wafer vertical drive mechanism 153 capable of adjusting the distance between the outlet of the nozzle 141 and the wafer by moving the stage 151 in the vertical direction, and a cooling water pipe 154 for supplying cooling water for cooling the object (wafer), , An openable / closable cooling water opening / closing valve 155 for stopping and restarting the cooling water supply, a cooling water flow rate adjusting valve 156 for adjusting the flow rate of the cooling water, and a cooling water for measuring the flow rate of the cooling water A flow meter 157.

以上で、本最良形態に係る対象物処理装置の全体構成を概説したので、次に、純水供給部(D)における温度制御機構付混相流体気液混合部144について詳述することとする。ここで、図2は、当該混合部144の詳細構成を示した図である。混合部144においては、混合部内壁で水蒸気の液化や水の気化という相変化現象の発生を最小化することが重要である。このため、図2に示すように、当該混合部144は、下記のような構造を採ることが好適である。   The overall configuration of the object processing apparatus according to the best mode has been outlined above. Next, the mixed phase fluid-gas-liquid mixing unit 144 with a temperature control mechanism in the pure water supply unit (D) will be described in detail. Here, FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of the mixing unit 144. In the mixing unit 144, it is important to minimize the occurrence of a phase change phenomenon such as liquefaction of water vapor or vaporization of water on the inner wall of the mixing unit. For this reason, as shown in FIG. 2, it is preferable that the mixing unit 144 has the following structure.

1)混合を安定にするために気体及び液体の各流体の方向が混合部で90度未満の角度を有すること。
2)液体流体の配管径又は配管に装着されたオリフィスが混合部で気体流体の流路の断面積に比較して十分小さいこと。
3)混合部にヒーターを組み込むことによって、混合部の内壁温度を以下の条件に適合するよう制御する。より内壁の温度が、混合部内の圧力下においてその液体の飽和温度から大きく外れないこと(±20%以内)。また、より内壁の温度が、混合部内の圧力下においてその気体の飽和温度から大きく外れないこと(±20%以内)。尚、時間経過により、混合部の内壁は流体の飽和温度に近づいてくるので、混相流の状態が安定するまでの時間が気にならない用途には、混合部の保温が十分に施されていることを条件下で、このヒーターによる加熱機能を外すことができる。
1) In order to stabilize mixing, the direction of each fluid of gas and liquid has an angle of less than 90 degrees at the mixing portion.
2) The pipe diameter of the liquid fluid or the orifice attached to the pipe is sufficiently smaller than the cross-sectional area of the flow path of the gas fluid at the mixing section.
3) By incorporating a heater in the mixing section, the inner wall temperature of the mixing section is controlled to meet the following conditions. Further, the temperature of the inner wall does not greatly deviate from the saturation temperature of the liquid under the pressure in the mixing part (within ± 20%). Further, the temperature of the inner wall should not greatly deviate from the saturation temperature of the gas under the pressure in the mixing part (within ± 20%). In addition, since the inner wall of the mixing unit approaches the saturation temperature of the fluid over time, the temperature of the mixing unit is sufficiently kept for applications where the time until the state of the multiphase flow becomes stable is not an issue. Under this condition, the heating function by the heater can be removed.

液滴と気体を混合した混相流体により対象物を処理する装置では、当該装置を起動した時点では、流体混合部は常温である。そして、当該部分と水蒸気の温度差がある場合には、当該液体混合装置の内部に温度のムラができ、これにより、一部の蒸気が水滴に相変化する等で混相流体の吐出圧力が不安定になり、処理対象物表面上に一定の衝撃波を安定して与えることが困難となるため、装置が安定して動作するまでに時間がかかる。即ち、混相流体調整部にヒーターを設置すると、流体混合部を、起動当初から、水蒸気の温度と同じ温度に設定することができ、混合部内での気液相変化を起こりにくくして装置が、対象処理面に対して、安定した衝撃波を与えることが出来るようになる。   In an apparatus that processes an object with a mixed phase fluid in which droplets and gas are mixed, the fluid mixing unit is at room temperature when the apparatus is activated. If there is a temperature difference between the part and the water vapor, the liquid mixing device may have a temperature unevenness, which causes the discharge pressure of the multiphase fluid to be unsatisfactory due to a phase change of a part of the steam into water droplets. It becomes stable and it is difficult to stably apply a certain shock wave on the surface of the object to be processed, so that it takes time until the apparatus operates stably. That is, when a heater is installed in the mixed phase fluid adjustment unit, the fluid mixing unit can be set to the same temperature as the temperature of the water vapor from the beginning of the operation, and the device is less likely to cause a gas-liquid phase change in the mixing unit. A stable shock wave can be applied to the target processing surface.

キャビテーション制御の原理(気泡崩壊関連パラメータ)
本最良形態に係る洗浄装置は、気体圧力、混相流体内の水混合流量、気体温度、混合される水の温度、ノズル形状、ノズル出口から対象物への距離、対象物の温度、ノズルと対象物間の相対的移動時間を調整することにより、液滴の温度、液滴の流速、液滴の大きさ、液滴の数、処理対象物表面の温度、単位時間当たりの混相流体照射面積を制御する機能を有する。これら気泡崩壊関連パラメータのうち、特に液滴の流速、温度、液滴密度が重要である。これらのパラメータを制御することにより、処理対象物表面上で、液滴によるジェットや気泡崩壊による衝撃波、前記衝撃波による連鎖反応の衝撃力を得ることができ、洗浄等において効果的な処理を行うことが出来る。流速は液滴が衝突時の液滴内の気泡の崩壊による衝撃波の発生に寄与し、温度は液滴内の気泡の発生に寄与する。また液滴密度が多いほど衝撃波の起きる確率が高まる。例えば、液滴の数が零であれば、液滴の衝突による衝撃波は生じない。但し、液滴の数が密になり過ぎても、混相流体の速度低下や温度低下をもたらして衝撃波発生確率が低下してしまう可能性がある。ここで、液滴密度とは、混相流体内の単位体積・時間当たりの総ての液滴数を示すが、高速で移動するμオーダーの微小液滴を正確に測定する測定器は未だ開発されていないため、混相流体に導入された純水量で代用するものとする。
Principle of cavitation control (bubble collapse related parameters)
The cleaning device according to the best mode includes a gas pressure, a water mixing flow rate in a multiphase fluid, a gas temperature, a temperature of water to be mixed, a nozzle shape, a distance from a nozzle outlet to an object, a temperature of the object, a nozzle and an object By adjusting the relative movement time between objects, the temperature of the droplet, the velocity of the droplet, the size of the droplet, the number of droplets, the temperature of the surface of the object to be processed, and the area of multiphase fluid irradiation per unit time It has a function to control. Among these bubble collapse related parameters, the flow velocity, temperature, and droplet density of the droplet are particularly important. By controlling these parameters, it is possible to obtain a shock wave due to a jet of droplets or bubble collapse on the surface of the object to be processed, and an impact force of a chain reaction due to the shock wave. I can do it. The flow velocity contributes to the generation of a shock wave due to the collapse of bubbles in the droplet when the droplet collides, and the temperature contributes to the generation of bubbles in the droplet. Also, the higher the droplet density, the higher the probability that a shock wave will occur. For example, if the number of droplets is zero, a shock wave due to droplet collision does not occur. However, even if the number of droplets becomes too dense, there is a possibility that the velocity of the multiphase fluid is lowered and the temperature is lowered, so that the probability of shock wave generation is lowered. Here, droplet density refers to the total number of droplets per unit volume and time in a multiphase fluid, but measuring instruments that accurately measure micro-order droplets moving at high speed are still being developed. Therefore, the amount of pure water introduced into the mixed phase fluid should be substituted.

キャビテーション測定手段
本発明に係るシステムは、ある条件で混相流を対象物又は測定用サンプルに照射した上で、当該条件でどの程度のキャビテーションが発生しているかを測定するための測定手段を備えている。ここで、現在の技術では、キャビテーション(衝撃波)の大きさ(キャビテーションのマグニチュード)と密度(単位面積・時間当たりの発生数)をモニターしながら剥離・洗浄プロセスを行うことは不可能である。したがって、本システムでは、あらかじめの実験でキャビテーションの発生に関与するパラメータを変化させて、プロセス処理を行い、その結果得られた以下のデータからキャビテーションの大きさを判断する手法を採用している。
Cavitation measurement means The system according to the present invention includes a measurement means for measuring how much cavitation occurs under the condition after irradiating the object or the measurement sample with a multiphase flow under a certain condition. Yes. Here, with the current technology, it is impossible to perform the peeling / cleaning process while monitoring the magnitude (cavity magnitude) and density (number of occurrences per unit area / time) of cavitation (shock wave). Therefore, in this system, a method is adopted in which parameters related to the occurrence of cavitation are changed in advance experiments, process processing is performed, and the size of cavitation is determined from the following data obtained as a result.

(1)対象物又は測定用サンプルの物理的変化を定量的に測定する物理的変化測定手段
・金属表面に混相流体を照射したときの、金属表面の凸凹度
・レジスト表面に照射したときのレジスト剥離面積及び残渣の少なさ
・ウェハ全面に付着させた異物の除去率
(2)キャビテーションノイズの大きさを感知可能な音響的測定手段
・音響センサーで感知したキャビテーションノイズの大きさ
(3)対象物又は測定サンプルの視覚的変化を定量的に測定する視覚的変化測定手段
・高速度カメラで撮影したレジスト剥離過程の映像データ
(1) Physical change measuring means for quantitatively measuring the physical change of an object or a measurement sample ・ Roughness of the metal surface when the metal surface is irradiated with a multiphase fluid ・ Resist when the resist surface is irradiated Peeling area and small amount of residue ・ Removal rate of foreign matter adhered to the entire wafer surface (2) Acoustic measurement means capable of detecting the magnitude of cavitation noise ・ Cavitation noise magnitude detected by an acoustic sensor (3) Object Or visual change measurement means for quantitatively measuring the visual change of the measurement sample ・ Image data of resist stripping process taken with a high-speed camera

例えば、混相流体温度とそれが照射された金属表面の凸凹度とのデータは図9のように確認されている。また、レジスト剥離性能と、各パラメータとの相関関係は、過去3年間で積み上げた多くのデータにより確認されている。その1例として図8のデータがある。例えば、混相流体のノズルからの噴出圧力を上げれば、レジスト剥離面積は広がりまた残渣も少なくなる。但し、噴出圧力を上げ過ぎると対象物への物理ダメージが懸念され、本装置の特徴である低圧でのプロセスという優位性を損なってしまう。したがって、本装置ではノズルからの最大噴出圧力を0.3MPaとしている。これは、特別な耐高圧部品を使用しなくてもよいという結果も生みだし、容易に安価で安全な装置の製造が可能になる。ノズルの種類、ノズルと対象物間の距離を一定にしたときは、図21、図22、図23のような結果になる。ただし、前述のように、高速で衝突する液滴によって生じる衝撃波の大きさを表す特定の単位はなく単位なしの相対値として表現される。   For example, the data of the multiphase fluid temperature and the degree of unevenness of the metal surface irradiated with it are confirmed as shown in FIG. Further, the correlation between the resist stripping performance and each parameter has been confirmed by a lot of data accumulated over the past three years. One example is the data shown in FIG. For example, if the pressure at which the mixed phase fluid is ejected from the nozzle is increased, the resist stripping area is increased and the residue is reduced. However, if the ejection pressure is increased too much, physical damage to the object is concerned, and the superiority of the low pressure process, which is a feature of this apparatus, is impaired. Therefore, in this apparatus, the maximum ejection pressure from the nozzle is 0.3 MPa. This also produces the result that it is not necessary to use special high pressure resistant parts, and it is possible to easily manufacture an inexpensive and safe device. When the type of nozzle and the distance between the nozzle and the object are made constant, the results shown in FIGS. 21, 22, and 23 are obtained. However, as described above, there is no specific unit that expresses the magnitude of the shock wave generated by a droplet that collides at high speed, and it is expressed as a relative value without a unit.

尚、従来技術(例えば特許文献1)においても、超高速ノズルを使用する点以外は、装置的には本最良形態と大きくは相違しない構成を採る。しかしながら、従来技術においては、対象物の処理に際し「衝撃波」という物理力には全く着目しておらず、したがって、対象物上で衝撃波を発生させる・発生させないといったコントロールが全く行われていなかった。そして、従来技術における条件下では、「キャビテーション」は、専ら先端が先細りテーパー状となったノズル内で発生し、当該発生した衝撃波は、極めて短命であり対象物に到達する前に消滅する。具体的には、ノズル内を流れる混相流体はノズル先端部に差し掛かると流速を上げる。そして、当該流速が上がったことに起因して減圧状態となる結果、液体がキャビテーション現象を起こして衝撃波が発生する。加藤洋治著、槇書店出版の「キャビテーション」によると、液体衝撃波管内の水素気泡の崩壊持続時間は2〜3μ秒である。流速400m/秒の流体の3μ秒間の移動時間はわずか1.2mmでありノズルノド部からノズル出口までの間で気泡崩壊現象は消滅してしまう。また、ノズル出口で気泡崩壊が発生したとしても、対象物距離を1.2mm以下に設定するのは機構的に困難である。他方、本発明においては、ノズルは混相流体を加速するか照射面積を広げる機能が中心である。そして、キャビテーションの発生に関連した気泡崩壊関連パラメータは、対象物上でのキャビテーションに着目している限りにおいては、基本的にどこで調整してもよく、例えば、ノズル手前の流体配管の任意の個所の流体混合部で行ってもよい。具体的には、図1のαで示す矢印の範囲内(蒸気発生器からノズル出口までの間)であればどこで制御してもよい。後ほど、主要な気泡崩壊関連パラメータを詳述する。   The conventional technology (for example, Patent Document 1) also employs a configuration that is not greatly different from the best mode in terms of apparatus, except that an ultrahigh-speed nozzle is used. However, in the prior art, no attention has been paid to the physical force called “shock wave” when processing the object, and therefore, no control is performed to generate or not generate the shock wave on the object. Under the conditions of the prior art, “cavitation” occurs only in a nozzle having a tapered tip, and the generated shock wave is extremely short-lived and disappears before reaching the object. Specifically, when the multiphase fluid flowing in the nozzle reaches the tip of the nozzle, the flow velocity is increased. As a result of the reduced pressure due to the increased flow velocity, the liquid causes a cavitation phenomenon and a shock wave is generated. According to “Cavitation” by Yoji Kato, published by Tsuji Shoten, the collapse duration of hydrogen bubbles in a liquid shock wave tube is 2 to 3 μs. The movement time of the fluid having a flow rate of 400 m / sec for 3 μsec is only 1.2 mm, and the bubble collapse phenomenon disappears between the nozzle throat and the nozzle outlet. Further, even if bubble collapse occurs at the nozzle outlet, it is mechanically difficult to set the object distance to 1.2 mm or less. On the other hand, in the present invention, the nozzle mainly functions to accelerate the multiphase fluid or expand the irradiation area. The bubble collapse related parameters related to the occurrence of cavitation may be basically adjusted anywhere as long as the cavitation on the object is focused. For example, any parameter of the fluid piping in front of the nozzle may be adjusted. The fluid mixing section may be used. Specifically, it may be controlled anywhere within the range of the arrow indicated by α in FIG. 1 (between the steam generator and the nozzle outlet). Later, the main bubble collapse related parameters will be described in detail.

アルミニウム腐食防止
本最良形態に係る対象物洗浄方法は、上記の衝撃力と共に、アルミニウム腐食防止効果を有する。ここでも、気体温度、混合される水の温度、ノズル形状、ノズル出口から対象物への距離、対象物の温度、ノズルと対象物間の相対的移動時間を調整することにより、腐食防止効果を制御することが可能である。これら関連パラメータのうち、特に、混相流体の対象物到達時の温度と、混相流体の対象物到達時のpHが重要である。これらのパラメータを制御することにより、アルミニウム表面上に、腐食防止効果を奏する特殊な保護膜を形成させることができる。以下、主要な気泡崩壊関連パラメータと共に、アルミニウム腐食防止に関連するパラメータについて詳述する。
Aluminum Corrosion Prevention The object cleaning method according to the best mode of the present invention has an aluminum corrosion prevention effect together with the impact force described above. Again, by adjusting the gas temperature, the temperature of the water to be mixed, the nozzle shape, the distance from the nozzle outlet to the object, the temperature of the object, the relative movement time between the nozzle and the object, the corrosion prevention effect can be achieved. It is possible to control. Among these related parameters, in particular, the temperature when the mixed phase fluid reaches the object and the pH when the mixed phase fluid reaches the object are important. By controlling these parameters, it is possible to form a special protective film having a corrosion prevention effect on the aluminum surface. Hereinafter, parameters related to aluminum corrosion prevention will be described in detail along with main bubble collapse related parameters.

(イ)流体の温度
当該衝撃波は、液滴が処理対象物表面に衝突した際に生じるキャビテーションとキャビテーションの崩壊により発生するものが主であると考えられる。キャビテーションは、水等の液体の一部に低圧部分が発生した際に生じる空洞であり、気体および液体の温度が高ければ高いほど発生しやすくなる傾向にある。即ち、液滴の温度が高ければ高いほど、水滴内での気泡が発生しやすくなり、それに伴い、処理対象物表面上では大きなエネルギーの衝撃波の基になる気泡崩壊が多く発生し、例えば、当該処理方法をレジスト膜の除去に用いる場合には、比較的強く接着しているレジスト膜や異物等を取り除くことができる。一方、混相流体や水滴の温度を低く設定すれば、それに伴い、処理対象物表面上では衝撃波の発生が抑えられ、比較的強度の弱い対象物の洗浄を行うことができる。但し、対象物の耐熱性による制限等で設定出来る温度の高さに制限が生じる。また、温度が高すぎる状態で対象物との距離が長くなると液滴内の気体成分が抜けてしまい気泡核が発生し難くなることが予想されるが、ノズル出口から対象物の距離が2〜30mmくらいの距離では無視できるものとする。尚、ノズル内に供給する水蒸気の温度は、50〜120℃が好適であり、80〜115℃がより好適であり、90〜110℃が更に好適である。また、前記水蒸気に対して混合する水の温度は0〜40℃が好適であり、10〜35℃がより好適であり、20〜30℃が更に好適である。
(A) Fluid temperature The shock wave is considered to be mainly generated by the cavitation generated when the droplet collides with the surface of the object to be processed and the collapse of the cavitation. Cavitation is a cavity generated when a low pressure portion is generated in a part of a liquid such as water, and tends to be generated more easily as the temperature of the gas and the liquid is higher. That is, the higher the temperature of the droplet, the easier it is to generate bubbles in the water droplet, and along with this, more bubble collapse occurs on the surface of the object to be processed, which is the basis of a large energy shock wave. When the processing method is used for removing the resist film, it is possible to remove the resist film and foreign matters that are relatively strongly bonded. On the other hand, if the temperature of the multiphase fluid or water droplets is set low, the generation of shock waves on the surface of the object to be treated can be suppressed and the object having a relatively low strength can be cleaned. However, there is a limit to the temperature that can be set due to the limitation due to the heat resistance of the object. In addition, when the distance from the object is increased in a state where the temperature is too high, it is expected that the gas component in the droplets is lost and it is difficult to generate bubble nuclei. It can be ignored at a distance of about 30 mm. In addition, 50-120 degreeC is suitable for the temperature of the water vapor | steam supplied in a nozzle, 80-115 degreeC is more suitable, and 90-110 degreeC is still more suitable. Moreover, 0-40 degreeC is suitable for the temperature of the water mixed with respect to the said water vapor | steam, 10-35 degreeC is more suitable, and 20-30 degreeC is still more suitable.

ここで、特に、混相流体の対象物到達時の温度は、50℃以上が好適であり、80℃以上がより好適であり、90℃以上が更に好適である。尚、混相流体の温度の測定は、実施例記載の方法により行うものとする。当該範囲とすることにより、対象物表面上のアルミニウムに、腐食防止効果を奏する特殊な膜が形成される。   Here, in particular, the temperature at which the mixed phase fluid reaches the object is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, and further preferably 90 ° C. or higher. The temperature of the mixed phase fluid is measured by the method described in the examples. By setting it as the said range, the special film | membrane which has a corrosion prevention effect is formed in the aluminum on the target object surface.

(ロ)液滴の速度
液滴の速度は、高ければ高いほど処理対象物表面に液滴が衝突した際の衝撃が大きくなるため、内部圧力差が発生しやすくなり、結果として気泡崩壊が生じキャビテーションが発生しやすくなる。即ち、液滴の速度を高く設定すれば、それに伴い、処理対象物表面上では大きなエネルギーの衝撃波が発生し、例えば、当該処理方法をレジスト膜の除去に用いる場合には、比較的強く接着しているレジスト膜や異物等を取り除くことができる。一方、液滴の速度を低く設定すれば、それに伴い、処理対象物表面上では衝撃波の発生が抑えられ、比較的強度の弱い対象物の洗浄を行うことができる。また液滴の速度を高めることにより、混相流体はより空気に曝される時間が短くなるので、大気中の二酸化炭素を取り込みにくく、酸性に偏りにくくなるのでより好適に腐食防止効果が発揮される。液滴の速度は、100〜600m/sであり、より好適には200〜500m/sであり、更に好適には250〜350m/sである。当該範囲の流体速度とすることにより、キャビテーションによる衝撃力を得ることができる。尚、液滴の速度は、流体の速度とほぼ一致するものとして、[流量]/[ノズル断面積]とする。尚、ここで、流量は水蒸気流量(m/s)であり、ノズル断面積は、ノズル出口の断面積(m)とする。
(B) Droplet speed The higher the drop speed, the greater the impact when the drop collides with the surface of the object to be processed, so that an internal pressure difference is likely to occur, resulting in bubble collapse. Cavitation is likely to occur. That is, if the droplet velocity is set to a high value, a large energy shock wave is generated on the surface of the object to be processed. For example, when the processing method is used for removing the resist film, the adhesion is relatively strong. The resist film and foreign matters that are present can be removed. On the other hand, if the droplet velocity is set to be low, the generation of shock waves on the surface of the object to be treated can be suppressed, and the object having a relatively low strength can be cleaned. In addition, by increasing the speed of the droplets, the multiphase fluid is exposed to the air for a shorter time, so it is less likely to take in carbon dioxide in the atmosphere and is less likely to be acidic, and thus more effectively exhibits a corrosion prevention effect. . The velocity of the droplet is 100 to 600 m / s, more preferably 200 to 500 m / s, and further preferably 250 to 350 m / s. By setting the fluid velocity in this range, an impact force due to cavitation can be obtained. Note that the velocity of the droplet is substantially equal to the velocity of the fluid, and is [flow rate] / [nozzle cross-sectional area]. Here, the flow rate is the water vapor flow rate (m 3 / s), and the nozzle sectional area is the sectional area (m 2 ) of the nozzle outlet.

(ハ)その他パラメータ
まず、ノズルに関しては、先述のように超高速ノズルを用いる。このノズルを用いることにより流体の流速が変わり衝撃波の大きさも変わる。原則として、流速の大きなノズルを使うと衝撃波を得やすくなる。また、水蒸気と水滴を含む混相流体を超高速ノズルを用いて照射することにより、水蒸気の圧力と、水滴の速度及び径との関係で、特殊な挙動が観測される。水蒸気圧は、0.05〜0.25MPaであれば特に限定されないが、特に、水蒸気圧が0.15MPa以上の条件では、水蒸気と水滴の混相流体は、空気と水滴の混相流体と大きく異なる挙動を示す。次に、ノズル出口から対象物への距離に関しては、通常の適応値は2〜30mmの範囲(最適範囲2〜10mm)であり、5mm以下が好適であり、3mm以下がより好適であり、2mmがより好適である。ノズルの出口からウェハまでの距離を縮めていけば同様にレジスト剥離性能が向上するが、最適距離が存在し近づきすぎると剥離性能が低下する。逆に剥離性能・洗浄性能を抑えたい場合は最適距離から遠ざけていけばよい。また、ノズル出口から対象物への距離が近ければ近いほど、大気中の二酸化炭素を取り込みにくくなり、酸性に偏りにくくなる。
(C) Other parameters First, as for the nozzle, an ultra-high speed nozzle is used as described above. By using this nozzle, the flow velocity of the fluid changes and the magnitude of the shock wave also changes. As a general rule, using a nozzle with a large flow velocity makes it easier to obtain shock waves. Further, by irradiating a multiphase fluid containing water vapor and water droplets using an ultra-high speed nozzle, a special behavior is observed in relation to the pressure of the water vapor and the speed and diameter of the water droplets. The water vapor pressure is not particularly limited as long as it is 0.05 to 0.25 MPa. In particular, under the condition where the water vapor pressure is 0.15 MPa or more, the mixed phase fluid of water vapor and water droplets is significantly different from the mixed phase fluid of air and water droplets. Indicates. Next, regarding the distance from the nozzle outlet to the object, the normal adaptive value is in the range of 2 to 30 mm (optimum range of 2 to 10 mm), preferably 5 mm or less, more preferably 3 mm or less, and 2 mm. Is more preferred. If the distance from the nozzle outlet to the wafer is shortened, the resist stripping performance is improved in the same manner. However, if the optimum distance exists and is too close, the stripping performance is lowered. On the other hand, if you want to suppress the peeling performance and cleaning performance, keep away from the optimum distance. In addition, the closer the distance from the nozzle outlet to the object, the less likely it is to capture carbon dioxide in the atmosphere and the less likely it is to be acidic.

その他、特に高い衝撃力を得ようとする場合、液滴が対象物に衝突する際に、周囲が水蒸気で覆われていることが重要である。ここで、水蒸気の流量は、水蒸気の質量流量で0.083〜1.0kg/minが好適であり、0.025〜0.75kg/minがより好適であり、0.33〜0.50kg/minが更に好適である。また、気液混合比(液/気)は、0.00018〜0.01が好適である。液滴径は、2〜25μmが好適である。液滴径は、大きくなれば表面積が小さくなるので、大気中の二酸化炭素を取り込む量が少なくなるため、酸性に偏りにくくなる。尚、液滴径はTSI社製の機器を用いて、PDA(Phase Doppler Anemometry:位相ドップラ法)により、特段記載がない場合には、ノズル出口から5mmの位置で測定するものとする。流体流量/噴出口断面積は、0.5〜32.0kgcm−2min−1が好適である。In addition, when obtaining a particularly high impact force, it is important that the periphery is covered with water vapor when the droplet collides with the object. Here, the flow rate of water vapor is preferably 0.083 to 1.0 kg / min, more preferably 0.025 to 0.75 kg / min in terms of the mass flow rate of water vapor, and 0.33 to 0.50 kg / min. min is more preferable. The gas / liquid mixing ratio (liquid / gas) is preferably 0.00018 to 0.01. The droplet diameter is preferably 2 to 25 μm. The larger the droplet diameter, the smaller the surface area. Therefore, the amount of carbon dioxide in the atmosphere is reduced, so that the droplet diameter is less likely to be acidic. The droplet diameter is measured at a position 5 mm from the nozzle outlet by a PDA (Phase Doppler Anemometry) unless otherwise specified, using a device manufactured by TSI. 0.5-32.0 kgcm <-2 > min < -1 > is suitable for fluid flow volume / jet outlet cross-sectional area.

混相流体の対象物到達時のpHは、7.0〜9.0が好適であり、7.0〜8.0がより好適であり、7.0〜7.5が更に好適である。当該範囲のpHとすることにより、対象物表面上のアルミニウムに特殊な膜が形成されるため、アルミニウムの腐食防止効果が得られる。尚、pH測定方法は、実施例記載の方法によるものとする。   The pH when the mixed phase fluid reaches the object is preferably 7.0 to 9.0, more preferably 7.0 to 8.0, and even more preferably 7.0 to 7.5. By setting the pH within this range, a special film is formed on aluminum on the surface of the object, so that an effect of preventing corrosion of aluminum is obtained. In addition, the pH measuring method shall be based on the method as described in an Example.

混相流体の対象物到達時の温度の測定方法
図31は、混相流体の対象物到達時の温度測定を行う装置の概略図である。直径6インチ、厚さ0.625mmのシリコンウェハWの上にテープTAで熱電対TH(アルメル−クロメル熱電対 JIS C1602)を貼り付けて、ノズル141の流体噴射出口と対象物の距離や、水蒸気圧力や、純水流量等の諸条件を対象物処理時と同じ値に設定し1分間熱電対に対して照射を行い、定常状態になった際の温度を混相流体の対象物到達時の温度とする。
Method of measuring the temperature at the time the object reaches the multiphase fluid Figure 31 is a schematic diagram of a device for performing temperature measurement in the object reach the multiphase fluid. A thermocouple TH (Alumel-Chromel thermocouple JIS C1602) is affixed to a silicon wafer W having a diameter of 6 inches and a thickness of 0.625 mm with a tape TA, and the distance between the fluid ejection outlet of the nozzle 141 and the object, water vapor Set the various conditions such as pressure and pure water flow rate to the same values as when processing the object, irradiate the thermocouple for 1 minute, and change the temperature when it reaches the steady state to the temperature when the object of the multiphase fluid reaches the object. And

混相流体の対象物到達時のpHの測定方法
図32は、混相流体の対象物到達時のpHの測定を行う装置の概略図である。ノズル141の噴出口を、配管Pを介して冷却管C(例えば、グラハムタイプの陀管冷却管)に接続し、凝集した水を容器Rに回収し、当該水のpHをJIS Z 8802の方法により測定した。尚、前記の凝集作業は空気に触れないようにして行う。
Method of measuring pH during the object reaches the multiphase fluid Figure 32 is a schematic view of an apparatus for measuring the pH at the time of the object reaches the multiphase fluid. The outlet of the nozzle 141 is connected to a cooling pipe C (for example, a Graham-type pipe cooling pipe) via a pipe P, and the condensed water is collected in a container R, and the pH of the water is adjusted according to the method of JIS Z 8802. It was measured by. The aggregating operation is performed without touching the air.

例1
以下の条件下、アルミ表面に混相流体(気体として蒸気を用いた場合と空気を用いた場合)を10分照射した。処理の前後におけるAFM写真を図3に示した。図5に表面粗さのデータを示した。尚、本例において表面粗さは、AFM付属のプロファイル分析の方法で測定した。
蒸気の圧力:0.2MPa
蒸気の温度:130℃
純水の流量:300cc/min
純水の温度:20℃
GAP:5mm
ノズルスキャン:固定
Example 1
Under the following conditions, the aluminum surface was irradiated with a multiphase fluid (when steam was used as a gas and when air was used) for 10 minutes. AFM photographs before and after the treatment are shown in FIG. FIG. 5 shows surface roughness data. In this example, the surface roughness was measured by the profile analysis method attached to AFM.
Steam pressure: 0.2 MPa
Steam temperature: 130 ° C
Flow rate of pure water: 300cc / min
Pure water temperature: 20 ° C
GAP: 5mm
Nozzle scan: Fixed

例2
例1と同条件の下で、鋼表面に混相流体(気体として蒸気を用いた場合と空気を用いた場合)を10分照射した。処理の前後におけるAFM写真を図4に示した。図6に表面粗さのデータを示した。
Example 2
Under the same conditions as in Example 1, the steel surface was irradiated with a mixed phase fluid (when steam was used as a gas and when air was used) for 10 minutes. AFM photographs before and after the treatment are shown in FIG. FIG. 6 shows surface roughness data.

例3
特許文献1に示された蒸気洗浄技術は、蒸気の化学反応と噴流の機械的作用によりレジストを剥離するものであるため、レジストの剥離には分オーダの時間を必要とする。本手法も同様のメカニズムなのかを確認するため、高速度ビデオによる可視化を行った。ノズルスキャン速度が100mm/secであること以外は例1と同条件で、混相流体を照射し、石英ウェハの下部より観察した、i線ポジレジストが剥離する際の経時変化の様子を図7に示す。図に示されるように、レジストは、剥離した領域が徐々に広がりながら非常に高速に剥離した。
Example 3
Since the vapor cleaning technique disclosed in Patent Document 1 is to remove the resist by the chemical reaction of the vapor and the mechanical action of the jet, it takes a minute time to remove the resist. Visualization using high-speed video was performed to confirm whether this method is the same mechanism. FIG. 7 shows the change over time when the i-line positive resist is peeled off, as observed in the lower part of the quartz wafer, irradiated with the multiphase fluid under the same conditions as in Example 1 except that the nozzle scan speed is 100 mm / sec. Show. As shown in the figure, the resist was peeled off at a very high speed while the peeled area gradually expanded.

例4
ノズルスキャン速度を40mm/secとした点以外は例1と同条件で、高濃度イオン注入後のシリコンウェハに対して混相流体を照射し、i線ポジレジスト剥離の経時変化の様子を観察した。結果を図8に示した。
Example 4
Except that the nozzle scan speed was set to 40 mm / sec, the silicon wafer after the high concentration ion implantation was irradiated with the mixed phase fluid under the same conditions as in Example 1, and the change with time of i-line positive resist peeling was observed. The results are shown in FIG.

例5〜8
以下の条件下、混相流体の気体及び温度を変化させて、アルミニウム表面に対して混相流体を10分照射した。処理の前後におけるAFM写真を図9に示した。図10に表面粗さのデータを示した。尚、照射前の処理対象のアルミニウムの表面は、Raが34.9nmであった。
気体圧力:0.2MPa
液体流量:300cc/min
Gap:10mm
Examples 5-8
Under the following conditions, the gas and temperature of the mixed phase fluid were changed, and the aluminum surface was irradiated with the mixed phase fluid for 10 minutes. AFM photographs before and after the treatment are shown in FIG. FIG. 10 shows surface roughness data. The surface of the aluminum to be treated before irradiation had an Ra of 34.9 nm.
Gas pressure: 0.2MPa
Liquid flow rate: 300cc / min
Gap: 10mm

低温空気(20℃)と低温純水液滴(20℃)からなる混相流体を照射した結果、Raが30.5nmの表面を得ることが出来た。表面のAFM写真を図9(a)に、表面粗さのデータを図10(a)に示した(例5)。次に、高温空気(130℃)と低温純水液滴(20℃)からなる混相流体を照射した結果、Raが96.4nmの表面が得られた。表面のAFM写真を図9(b)に、表面粗さのデータを図10(b)に示した(例6)。次に、高温空気(130℃)と高温純水液滴(60℃)からなる混相流体を照射した結果、Raが86.3nmの表面が得られた。表面のAFM写真を図9(c)に、表面粗さのデータを図10(c)に示した(例7)。(c)の表面粗さは若干(b)よりも小さくなっているが、荒れている部分の密度は(b)よりも大きいので(c)は(b)よりも衝撃波の影響が多くみられる。次に、水蒸気と低温純水液滴(20℃)からなる混相流体を照射した結果、Raが257nmの表面が得られた。表面のAFM写真を図9(d)に、表面粗さのデータを図10(d)に示した(例8)。以上の結果から、温度が上昇するにつれて衝撃波は大きくなり、特に、気体に水蒸気を用いた場合、処理対象表面に対して最も大きい衝撃波を与えることが明らかになった。   As a result of irradiating the mixed phase fluid consisting of low temperature air (20 ° C.) and low temperature pure water droplets (20 ° C.), a surface with Ra of 30.5 nm was obtained. A surface AFM photograph is shown in FIG. 9A, and surface roughness data is shown in FIG. 10A (Example 5). Next, as a result of irradiating a multiphase fluid consisting of high-temperature air (130 ° C.) and low-temperature pure water droplets (20 ° C.), a surface with an Ra of 96.4 nm was obtained. The AFM photograph of the surface is shown in FIG. 9B, and the surface roughness data is shown in FIG. 10B (Example 6). Next, as a result of irradiating a mixed phase fluid composed of high-temperature air (130 ° C.) and high-temperature pure water droplets (60 ° C.), a surface having an Ra of 86.3 nm was obtained. The surface AFM photograph is shown in FIG. 9C, and the surface roughness data is shown in FIG. 10C (Example 7). Although the surface roughness of (c) is slightly smaller than that of (b), the density of the roughened portion is larger than that of (b), so that (c) is more affected by shock waves than (b). . Next, as a result of irradiating a multiphase fluid consisting of water vapor and low-temperature pure water droplets (20 ° C.), a surface with Ra of 257 nm was obtained. A surface AFM photograph is shown in FIG. 9D, and surface roughness data are shown in FIG. 10D (Example 8). From the above results, it has been clarified that the shock wave increases as the temperature rises. In particular, when water vapor is used as the gas, the largest shock wave is applied to the surface to be treated.

例9〜10
Raが348.8nmのAlアルマイト表面に対して、例5〜8と同条件で、混相流体の気体及び温度を変化させて照射した。20℃の空気と20℃の純水液滴からなる混相流体を照射した結果、Raが380nmの表面を得ることが出来た。表面のAFM写真を図11(a)に、表面粗さのデータを図11(c)に示した(例9)。次に、130℃水蒸気と20℃の純水液滴からなる混相流体を照射した結果、Raが440nmの表面が得られた。表面のAFM写真を図11(b)に、表面粗さのデータを図11(d)に示した(例10)。
Examples 9-10
The surface of the Al alumite with Ra of 348.8 nm was irradiated under the same conditions as in Examples 5 to 8 while changing the gas and temperature of the mixed phase fluid. As a result of irradiating a mixed phase fluid composed of 20 ° C. air and 20 ° C. pure water droplets, a surface with Ra of 380 nm was obtained. A surface AFM photograph is shown in FIG. 11 (a), and surface roughness data is shown in FIG. 11 (c) (Example 9). Next, as a result of irradiating a mixed phase fluid composed of 130 ° C. water vapor and 20 ° C. pure water droplets, a surface with an Ra of 440 nm was obtained. A surface AFM photograph is shown in FIG. 11B, and surface roughness data is shown in FIG. 11D (Example 10).

例11
Raが8.1nmのSUS表面に対して、例5〜8と同条件で、混相流体の気体及び温度を変化させて照射した。130℃の水蒸気と20℃の純水液滴からなる混相流体を照射した結果、Raが19.9nmの表面が得られた。表面のAFM写真を図12(a)に、表面粗さのデータを図12(b)に示した(例11)。
Example 11
An SUS surface with an Ra of 8.1 nm was irradiated under the same conditions as in Examples 5 to 8 while changing the gas and temperature of the multiphase fluid. As a result of irradiating a multiphase fluid consisting of 130 ° C. water vapor and 20 ° C. pure water droplets, a surface with an Ra of 19.9 nm was obtained. The AFM photograph of the surface is shown in FIG. 12 (a), and the surface roughness data is shown in FIG. 12 (b) (Example 11).

例12
Raが75.5nmのチタン表面に対して、例5〜8と同条件で、混相流体の気体及び温度を変化させて照射した。130℃の水蒸気と20℃の純水液滴からなる混相流体を照射した結果、Raが98nmの表面を得ることが出来た。表面のAFM写真を図13(a)に、表面粗さのデータを図13(b)に示した(例12)。チタンでは、目視にて干渉縞が見られた。表面に酸化皮膜形成された可能性もある。
Example 12
The titanium surface with Ra of 75.5 nm was irradiated under the same conditions as in Examples 5 to 8 while changing the gas and temperature of the multiphase fluid. As a result of irradiating a mixed phase fluid consisting of 130 ° C. water vapor and 20 ° C. pure water droplets, a surface with an Ra of 98 nm could be obtained. A surface AFM photograph is shown in FIG. 13A, and surface roughness data is shown in FIG. 13B (Example 12). In titanium, interference fringes were visually observed. There is a possibility that an oxide film is formed on the surface.

例13
Raが1.9nmのシリコン表面に対して、例5〜8と同条件で、混相流体の気体及び温度を変化させて照射した。130℃の水蒸気と20℃の純水液滴からなる混相流体を照射した結果、Raが7.6nmの表面を得ることが出来た。表面のAFM写真を図14(a)に、表面粗さのデータを図14(b)に示した(例13)。
Example 13
The silicon surface with Ra of 1.9 nm was irradiated under the same conditions as in Examples 5 to 8 while changing the gas and temperature of the mixed phase fluid. As a result of irradiating a mixed phase fluid consisting of 130 ° C. water vapor and 20 ° C. pure water droplets, a surface with Ra of 7.6 nm could be obtained. The AFM photograph of the surface is shown in FIG. 14A, and the data of the surface roughness is shown in FIG. 14B (Example 13).

例14〜25
例14〜25では、レジスト塗布条件による剥離の様子に差があるか否かを検討した。HMDSの有無、Bake温度を90℃、110℃と変化させて、当該条件変化の影響を観察した。処理後の表面プロファイルは、下地処理HMDSに依存しないと考えられる結果が得られた。実験は以下の条件で行った。
使用サンプル:I線レジスト
照射時間:目視で剥離が観察されるまで
気体圧力:0.2MPa
液体流量:300cc/min
ノズルスキャン:固定
Gap:10mm
Examples 14-25
In Examples 14 to 25, it was examined whether there was a difference in the state of peeling depending on the resist coating conditions. The presence or absence of HMDS and the Bake temperature were changed to 90 ° C. and 110 ° C., and the influence of the condition change was observed. The result is considered that the surface profile after the treatment does not depend on the ground treatment HMDS. The experiment was performed under the following conditions.
Sample used: I-line resist Irradiation time: Until peeling is visually observed Gas pressure: 0.2 MPa
Liquid flow rate: 300cc / min
Nozzle scan: Fixed Gap: 10 mm

HMDS無し、Bake90℃の条件でレジスト膜を塗布し、当該サンプルを上記の条件にて照射した後に、処理剥離境界面を顕微鏡にて観察した様子を図15(a)〜(c)、AFMで観察した様子を図15(d)〜(f)に示した。図15(a)は、20℃の空気と20℃の純水からなる混相流体を照射後、表面を顕微鏡にて観察した様子であり、図15(d)は、対応するAFM写真である(例14)。図15(b)は、130℃の空気と90℃の純水からなる混相流体を照射後、表面を顕微鏡にて観察した様子であり、図15(e)は、対応するAFM写真である(例15)。図15(c)は、130℃の水蒸気と20℃の純水からなる混相流体を照射後、表面を顕微鏡にて観察した様子であり、図15(f)は、対応するAFM写真である(例16)。   15A to 15C and FIGS. 15A to 15C show the state where the treatment peeling boundary surface was observed with a microscope after applying a resist film under the conditions of baked 90 ° C. without HMDS and irradiating the sample under the above conditions. The observed state is shown in FIGS. FIG. 15A shows a state in which the surface was observed with a microscope after irradiation with a mixed phase fluid composed of 20 ° C. air and 20 ° C. pure water, and FIG. 15D is a corresponding AFM photograph ( Example 14). FIG. 15 (b) shows a state where the surface was observed with a microscope after irradiating a mixed phase fluid composed of 130 ° C. air and 90 ° C. pure water, and FIG. 15 (e) is a corresponding AFM photograph ( Example 15). FIG.15 (c) is a state which observed the surface with the microscope after irradiating the mixed phase fluid which consists of 130 degreeC water vapor | steam and 20 degreeC pure water, FIG.15 (f) is a corresponding AFM photograph ( Example 16).

HMDS無し、Bake110℃の条件でレジスト膜を塗布し、当該サンプルを上記の条件にて照射した後に、処理剥離境界面を顕微鏡にて観察した様子を図16(a)〜(c)、AFMで観察した様子を図16(d)〜(f)に示した。図16(a)は、20℃の空気と20℃の純水からなる混相流体を照射後、表面を顕微鏡にて観察した様子であり、図16(d)は、対応するAFM写真である(例17)。図16(b)は、130℃の空気と90℃の純水からなる混相流体を照射後、表面を顕微鏡にて観察した様子であり、図16(e)は、対応するAFM写真である(例18)。図16(c)は、130℃の水蒸気と20℃の純水からなる混相流体を照射後、表面を顕微鏡にて観察した様子であり、図16(f)は、対応するAFM写真である(例19)。   After applying a resist film under the conditions of HMDS-free and Bake 110 ° C. and irradiating the sample under the above-mentioned conditions, the state where the treatment peeling boundary surface was observed with a microscope is shown in FIGS. The observed state is shown in FIGS. FIG. 16A shows a state in which the surface was observed with a microscope after irradiation with a multiphase fluid composed of 20 ° C. air and 20 ° C. pure water, and FIG. 16D is a corresponding AFM photograph ( Example 17). FIG. 16 (b) shows a state in which the surface was observed with a microscope after irradiation with a multiphase fluid composed of 130 ° C. air and 90 ° C. pure water, and FIG. 16 (e) is a corresponding AFM photograph ( Example 18). FIG. 16 (c) shows a state in which the surface was observed with a microscope after irradiation with a mixed phase fluid composed of 130 ° C. water vapor and 20 ° C. pure water, and FIG. 16 (f) is a corresponding AFM photograph ( Example 19).

HMDS有り、Bake90℃の条件でレジスト膜を塗布し、当該サンプルを上記の条件にて照射した後に、処理剥離境界面を顕微鏡にて観察した様子を図17(a)〜(c)、AFMで観察した様子を図17(d)〜(f)に示した。図17(a)は、20℃の空気と20℃の純水からなる混相流体を照射後、表面を顕微鏡にて観察した様子であり、図17(d)は、対応するAFM写真である(例20)。図17(b)は、130℃の空気と90℃の純水からなる混相流体を照射後、表面を顕微鏡にて観察した様子であり、図17(e)は、対応するAFM写真である(例21)。図17(c)は、130℃の水蒸気と20℃の純水からなる混相流体を照射後、表面を顕微鏡にて観察した様子であり、図17(f)は、対応するAFM写真である(例22)。   After applying a resist film under the condition of HMDS and Bake at 90 ° C., and irradiating the sample under the above conditions, the state where the treatment peeling boundary surface was observed with a microscope is shown in FIGS. The observed state is shown in FIGS. FIG. 17A shows a state in which the surface was observed with a microscope after irradiation with a multiphase fluid composed of 20 ° C. air and 20 ° C. pure water, and FIG. 17D is a corresponding AFM photograph ( Example 20). FIG. 17 (b) shows a state in which the surface was observed with a microscope after irradiation with a multiphase fluid composed of 130 ° C. air and 90 ° C. pure water, and FIG. 17 (e) is a corresponding AFM photograph ( Example 21). FIG. 17 (c) shows a state in which the surface was observed with a microscope after irradiation with a mixed phase fluid consisting of 130 ° C. water vapor and 20 ° C. pure water, and FIG. 17 (f) is a corresponding AFM photograph ( Example 22).

HMDS有り、Bake110℃の条件でレジスト膜を塗布し、当該サンプルを上記の条件にて照射した後に、処理剥離境界面を顕微鏡にて観察した様子を図18(a)〜(c)、AFMで観察した様子を図18(d)〜(f)に示した。図18(a)は、20℃の空気と20℃の純水からなる混相流体を照射後、表面を顕微鏡にて観察した様子であり、図18(d)は、対応するAFM写真である(例23)。図18(b)は、130℃の空気と90℃の純水からなる混相流体を照射後、表面を顕微鏡にて観察した様子であり、図18(e)は、対応するAFM写真である(例24)。図18(c)は、130℃の水蒸気と20℃の純水からなる混相流体を照射後、表面を顕微鏡にて観察した様子であり、図18(f)は、対応するAFM写真である(例25)。   After applying a resist film under the conditions of HMDS and Bake 110 ° C. and irradiating the sample under the above conditions, the processing peeling boundary surface was observed with a microscope in FIGS. The observed state is shown in FIGS. FIG. 18 (a) shows a state in which the surface was observed with a microscope after irradiation with a mixed phase fluid composed of 20 ° C. air and 20 ° C. pure water, and FIG. 18 (d) is a corresponding AFM photograph ( Example 23). FIG. 18 (b) shows a state in which the surface was observed with a microscope after irradiation with a multiphase fluid composed of 130 ° C. air and 90 ° C. pure water, and FIG. 18 (e) is a corresponding AFM photograph ( Example 24). FIG. 18 (c) shows a state of observing the surface with a microscope after irradiating a mixed phase fluid composed of 130 ° C. water vapor and 20 ° C. pure water, and FIG. 18 (f) is a corresponding AFM photograph ( Example 25).

例26
液滴径及び流速の関係を図19に示した。水蒸気圧力を一定(0.2MPa)として、様々な純水流量で、液滴の流速、液滴径を測定した。結果を図19に示した。PDAで計測した液滴速度v・径dの関係を示す。vとdは共に正規分布に近く、その平均はそれぞれ、280m/sと10μm程度であった。
Example 26
The relationship between droplet diameter and flow velocity is shown in FIG. The water vapor pressure was constant (0.2 MPa), and the flow rate and diameter of the droplets were measured at various pure water flow rates. The results are shown in FIG. The relationship between droplet velocity v and diameter d measured by PDA is shown. Both v and d were close to a normal distribution, and the averages were about 280 m / s and 10 μm, respectively.

例27
図20に純水の流量q=100mL/minの場合のvとdに関して、蒸気圧力pおよびノズルとの距離hをパラメータとした際の結果を示す。また比較のため、空気と液滴の混合噴流の結果も点線にて示す。図より対象としている液滴速度は200〜300m/s程度、液滴径は10μm程度であることがわかる。
Example 27
FIG. 20 shows the results when the vapor pressure p and the distance h from the nozzle are used as parameters for v and d when the pure water flow rate q = 100 mL / min. For comparison, the result of the mixed jet of air and droplets is also indicated by a dotted line. It can be seen from the figure that the target droplet velocity is about 200 to 300 m / s and the droplet diameter is about 10 μm.

例28(気体圧力と液滴速度の関係)
水蒸気と水の混相流体と、空気と水の混相流体とを、水の流量を200cc/minとして、気体の圧力を0.05、0.1、0.2MPaと変化させてソニックノズルを用いて噴射し、LDA(Laser Doppler Anemometry:レーザドップラ流速計)にてその液滴の速度を噴出口から5、10mmの位置で測定した(図33)。尚、LDAの計測は、TSI社製のLDAにより行い、10000個の液滴のデータが取得できたら計測を終わりとし、各条件で3回測定した。水蒸気と水の混相流体を用いた場合には、5mmの位置よりも、10mmの位置の方が液滴の速度が高いことが観測された。また、空気と水の混相流体の場合、空気の圧力を高めれば高めるほど、液滴の速度が高くなる傾向がみられた。一方、水蒸気と水の場合、原因は不明であるが、水蒸気の圧力を高めれば、所定値までは液滴の速度が高くなることが観測されたが、0.2MPaでは、測定値によれば液滴速度が低くなった。しかし、これはエラーではないかと推測される。他の条件において、計測は10秒かからない程度であったが、水蒸気と水の混相流体で水蒸気圧0.2MPaの条件でのみ、計測に数分要した。従って、当該条件においてはほとんどノイズが観測されたものと推測できる。
Example 28 (Relationship between gas pressure and droplet velocity)
Using a sonic nozzle with a mixed phase fluid of water vapor and water and a mixed fluid of air and water at a flow rate of water of 200 cc / min and a gas pressure of 0.05, 0.1, 0.2 MPa. The liquid droplets were jetted, and the velocity of the liquid droplets was measured at a position 5 mm or 10 mm from the jet nozzle with an LDA (Laser Doppler Anemometer) (FIG. 33). The measurement of LDA was performed with an LDA manufactured by TSI, and when data of 10,000 droplets could be acquired, the measurement was terminated, and measurement was performed three times under each condition. When a mixed phase fluid of water vapor and water was used, it was observed that the droplet velocity was higher at the 10 mm position than at the 5 mm position. In the case of a mixed phase fluid of air and water, there was a tendency that the higher the air pressure, the higher the droplet velocity. On the other hand, in the case of water vapor and water, the cause is unknown, but if the pressure of the water vapor is increased, it was observed that the speed of the droplet increased to a predetermined value, but at 0.2 MPa, according to the measured value Droplet velocity was lowered. However, it is speculated that this is an error. Under other conditions, the measurement did not take 10 seconds, but the measurement took several minutes only under the condition of a mixed phase fluid of water vapor and water and a water vapor pressure of 0.2 MPa. Therefore, it can be presumed that almost no noise was observed under these conditions.

例29(気体圧力と液滴径の関係)
水蒸気と水の混相流体と、空気と水の混相流体とを、水の流量を200cc/minとして、気体の圧力を0.05、0.1、0.2MPaと変化させてソニックノズルを用いて噴射し、PDAにてその液滴の径を噴出口から5、10mmの位置で測定した(図34)。尚、PDAの計測は、10000個の液滴のデータが取得できたら計測を終わりとし、各条件で3回測定した。空気と水の混相流体の場合、空気の圧力を変化させても、液滴の速度はほとんど変化しなかった。一方、水蒸気と水の場合、原因は不明であるが、水蒸気の圧力を高めれば、所定値までは液滴の径の変化はほとんど見られないが、0.2MPaにおいては、液滴の径が急激に小さくなるという現象が観測された。しかし、これはエラーではないかと推測される。他の条件において、計測は10秒かからない程度であったが、水蒸気と水の混相流体で水蒸気圧0.2MPaの条件でのみ、計測に数分要した。従って、当該条件においてはほとんどノイズが観測されたものと推測できる。
Example 29 (Relationship between gas pressure and droplet diameter)
Using a sonic nozzle with a mixed phase fluid of water vapor and water and a mixed fluid of air and water at a flow rate of water of 200 cc / min and a gas pressure of 0.05, 0.1, 0.2 MPa. The droplet diameter was measured with a PDA at positions 5 and 10 mm from the ejection port (FIG. 34). In addition, the measurement of PDA was completed when data of 10,000 droplets could be acquired, and measurement was performed three times under each condition. In the case of a mixed phase fluid of air and water, the droplet velocity hardly changed even when the air pressure was changed. On the other hand, in the case of water vapor and water, the cause is unknown, but if the water vapor pressure is increased, there is almost no change in the diameter of the droplet up to a predetermined value, but at 0.2 MPa, the diameter of the droplet is small. A phenomenon of sudden reduction was observed. However, it is speculated that this is an error. Under other conditions, the measurement did not take 10 seconds, but the measurement took several minutes only under the condition of a mixed phase fluid of water vapor and water and a water vapor pressure of 0.2 MPa. Therefore, it can be presumed that almost no noise was observed under these conditions.

例30(ノズル内の圧力波)
水蒸気圧0.1、0.2MPaの条件下で、純水流量を100cc/minとして、水蒸気と水の混相流体を石英ノズルを用いて噴射した。すると石英ノズルの先端に圧力波が観測された。その様子を図35に示した。尚、図35(a)は0,1MPaの条件での噴射の様子であり、図35(b)は0.2MPaの条件での噴射の様子である。また比較のため、気体圧力0.1、0.2MPaの条件下で、純水流量を100cc/minとして、空気と水の混相流体を石英ノズルを用いて照射した。しかし、石英ノズル先端には圧力波は観測されなかった。この様子を図36に示した。尚、図36(a)は0.1MPaの条件での噴射の様子であり、図36(b)は0.2MPaの条件での噴射の様子である。
Example 30 (pressure wave in the nozzle)
Under the conditions of a water vapor pressure of 0.1 and 0.2 MPa, a pure water flow rate was set to 100 cc / min, and a mixed phase fluid of water vapor and water was injected using a quartz nozzle. A pressure wave was observed at the tip of the quartz nozzle. This is shown in FIG. FIG. 35 (a) shows the state of injection under the condition of 0.1 MPa, and FIG. 35 (b) shows the state of injection under the condition of 0.2 MPa. For comparison, a mixed phase fluid of air and water was irradiated using a quartz nozzle under a gas pressure of 0.1 and 0.2 MPa with a pure water flow rate of 100 cc / min. However, no pressure wave was observed at the tip of the quartz nozzle. This situation is shown in FIG. FIG. 36A shows the state of injection under the condition of 0.1 MPa, and FIG. 36B shows the state of injection under the condition of 0.2 MPa.

実施例1〜36
最良形態に係るソニックノズルを有する洗浄装置を用いて、以下の条件の下で、対象物に水蒸気と水の混相流体を噴射して、その洗浄効果、物理破壊及び配線の耐腐食性を評価した(表1,2)。尚、対象物として、i線ネガレジスト(東京応化THMRip3300)を1μmの厚さで塗布し、90℃で120minベイクした後、365nmで20秒露光し、室温でTMAH([N(CHOH)により現像した、アルミニウム配線を有するシリコンウェハを使用した。
Examples 1-36
Using a cleaning device having a sonic nozzle according to the best mode, a mixed phase fluid of water vapor and water was sprayed onto an object under the following conditions to evaluate its cleaning effect, physical breakdown, and corrosion resistance of wiring. (Tables 1 and 2). As an object, an i-line negative resist (Tokyo Ohka THMRip3300) was applied at a thickness of 1 μm, baked at 90 ° C. for 120 min, exposed at 365 nm for 20 seconds, and TMAH ([N (CH 3 ) 4 at room temperature. ] A silicon wafer having aluminum wiring developed by + OH ) was used.

Figure 2008153107
Figure 2008153107

Figure 2008153107
Figure 2008153107

比較例
比較例1は流体温度が低すぎる場合である。流体温度が低すぎるとポリマーは除去されるが、10日後には配線が腐食された。
比較例2,比較例3は液滴速度が遅すぎる場合と速すぎる場合である。遅すぎるとポリマーが残存し、速過ぎると配線の物理的破壊がみられた。
比較例4,比較例5はpHが低すぎる場合と高すぎる場合である。pHが低すぎると保護膜が生成せず、10日後に配線の腐食がみられた。pHが高すぎるとpHが高いことによる配線の腐食が発生した。
Comparative Example Comparative Example 1 is when the fluid temperature is too low. If the fluid temperature was too low, the polymer was removed, but the wiring was eroded after 10 days.
Comparative Examples 2 and 3 are cases where the droplet velocity is too slow and too fast. If it was too slow, the polymer remained, and if it was too fast, physical destruction of the wiring was observed.
Comparative Examples 4 and 5 are cases where the pH is too low and too high. When the pH was too low, a protective film was not formed, and corrosion of the wiring was observed after 10 days. When the pH is too high, wiring corrosion occurs due to the high pH.

Figure 2008153107
Figure 2008153107

本発明は、強度の大きい材料から強度の小さい材料まで、極めて広範囲な対象物に亘り様々な加工についてその適用が可能である。例えば、半導体デバイス、液晶、磁気ヘッド、ディスク、プリント基板、カメラ等のレンズ、精密機械加工部品、モールド樹脂製品等についての不用物除去・洗浄・磨き等の処理や、シリコンプロセス技術を用いたマイクロ構造体、モールド加工等の分野におけるバリ取り処理等にも、本発明を活用することができる。更に、本発明はとりわけ化学薬品を嫌う材料の処理には好適である。   The present invention can be applied to various processes over a very wide range of objects from materials having high strength to materials having low strength. For example, semiconductor devices, liquid crystals, magnetic heads, disks, printed circuit boards, lenses for cameras, precision-machined parts, molded resin products, etc., waste removal, cleaning, polishing, etc., and micro processing using silicon process technology The present invention can also be used for deburring processing in the fields of structures, mold processing, and the like. Furthermore, the present invention is particularly suitable for the treatment of materials that dislike chemicals.

図1は、本最良形態に係る処理装置の全体の構成を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a processing apparatus according to the best mode. 図2は、本最良形態に係る処理装置の温度制御機構付混相流体気液混合部の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a mixed phase fluid gas-liquid mixing unit with a temperature control mechanism of the processing apparatus according to the best mode. 図3は、例1における、アルミ表面に混相流体を照射10分後の表面観察AFM写真を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a surface observation AFM photograph 10 minutes after irradiation of the multiphase fluid on the aluminum surface in Example 1. 図4は、例2における、鋼表面に混相流体を照射10分後の表面観察AFM写真を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a surface observation AFM photograph 10 minutes after irradiation of the multiphase fluid on the steel surface in Example 2. 図5は、例1における、アルミ表面に混相流体を照射10分後の表面粗さのデータを示した図である。FIG. 5 is a diagram showing surface roughness data in Example 1 after 10 minutes of irradiation of the multiphase fluid on the aluminum surface. 図6は、例2における、鋼表面に混相流体を照射10分後の表面粗さデータを示した図である。FIG. 6 is a diagram showing surface roughness data after 10 minutes of irradiation of the multiphase fluid on the steel surface in Example 2. 図7は、例3における、透明ウェハに塗布したレジストに混相流体を照射しながら、裏面からレジスト剥離過程を高速度カメラにて観測した結果を示した図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a result of observing a resist peeling process from the back surface with a high-speed camera while irradiating a resist coated on a transparent wafer with a mixed phase fluid in Example 3. 図8は、例4における、高濃度イオン注入後の混相流体照射によるレジスト剥離データを示した図である。FIG. 8 is a diagram showing resist stripping data by multiphase fluid irradiation after high-concentration ion implantation in Example 4. 図9は、例5〜8の結果を示した図である。FIG. 9 is a diagram showing the results of Examples 5-8. 図10は、例5〜8の結果を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of Examples 5-8. 図11は、例9〜10の結果を示した図である。FIG. 11 is a diagram showing the results of Examples 9-10. 図12は、例11の結果を示した図である。FIG. 12 is a diagram showing the results of Example 11. In FIG. 図13は、例12の結果を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing the results of Example 12. 図14は、例13の結果を示した図である。FIG. 14 is a diagram showing the results of Example 13. 図15は、例14〜16の結果を示した図である。FIG. 15 is a diagram illustrating the results of Examples 14 to 16. 図16は、例17〜19の結果を示した図である。FIG. 16 is a diagram showing the results of Examples 17-19. 図17は、例20〜22の結果を示した図である。FIG. 17 shows the results of Examples 20-22. 図18は、例23〜25の結果を示した図である。FIG. 18 is a diagram showing the results of Examples 23-25. 図19は、例26の結果を示した図である。FIG. 19 is a diagram showing the results of Example 26. In FIG. 図20は、例27の結果を示した図である。FIG. 20 shows the results of Example 27. In FIG. 図21は、混相流体の熱エネルギーの違いによる、衝撃波の大きさの変化を示した図である。FIG. 21 is a diagram showing a change in the magnitude of the shock wave due to the difference in thermal energy of the multiphase fluid. 図22は、混相流体の速度の違いによる、衝撃波の大きさの変化を示した図である。FIG. 22 is a diagram showing a change in the magnitude of the shock wave due to the difference in velocity of the multiphase fluid. 図23は、混相流体の密度の違いによる、衝撃波の大きさの変化を示した図である。FIG. 23 is a diagram showing a change in the magnitude of the shock wave due to the difference in density of the multiphase fluid. 図24は、超音波によるキャビテーション発生のメカニズムを示した図である。FIG. 24 is a diagram showing a mechanism of cavitation generation by ultrasonic waves. 図25は、液滴衝突時に発生するキャビテーションのメカニズムを示した図である。FIG. 25 is a diagram showing a mechanism of cavitation that occurs at the time of droplet collision. 図26は、液滴衝突時に発生するキャビテーションのメカニズムを示した図である。FIG. 26 is a diagram showing a mechanism of cavitation that occurs at the time of droplet collision. 図27は、液滴衝突時に発生するキャビテーションのメカニズムを示した図である。FIG. 27 is a diagram showing a mechanism of cavitation that occurs at the time of droplet collision. 図28は、液滴衝突時に発生するキャビテーションのメカニズムを示した図である。FIG. 28 is a diagram showing a mechanism of cavitation that occurs at the time of droplet collision. 図29は、液滴衝突時に発生するキャビテーションのメカニズムを示した図である。FIG. 29 is a diagram showing a mechanism of cavitation that occurs at the time of droplet collision. 図30は、ソニックノズルの構造を示した図である。FIG. 30 is a view showing the structure of a sonic nozzle. 図31は、混相流体温度の測定装置の概略図である。FIG. 31 is a schematic view of an apparatus for measuring a multiphase fluid temperature. 図32は、混相流体のpHの測定装置の概略図である。FIG. 32 is a schematic view of an apparatus for measuring the pH of a multiphase fluid. 図33は、気体圧力と水滴速度の関係を示した図である。FIG. 33 is a diagram showing the relationship between the gas pressure and the water droplet velocity. 図34は、気体圧力と水滴径の関係を示した図である。FIG. 34 is a diagram showing the relationship between gas pressure and water droplet diameter. 図35は、石英ノズル内で発生する圧力波の様子を示した図である。FIG. 35 is a diagram illustrating a state of a pressure wave generated in the quartz nozzle. 図36は、石英ノズル内で圧力波が発生していない様子を示した図である。FIG. 36 is a diagram illustrating a state in which no pressure wave is generated in the quartz nozzle.

符号の説明Explanation of symbols

100:対象物処理装置
111:水供給管
112:蒸気発生器
113:水蒸気開閉バルブ
114:圧力計
115:水蒸気圧力調整バルブ
116:温度制御機構付き加熱蒸気生成器兼飽和蒸気湿り度調整器
117:圧力開放バルブ
121:水供給管
122:純水温度制御機構付加熱部
123:純水開閉バルブ
124:純水流量計
125:2流体生成用純水開閉バルブ
131:水蒸気流体温度制御機構付加熱部
141:照射ノズル
142:フレキシブル配管
143:圧力計
144:温度制御機能付混相流体気液混合部
145:オリフィス
151:搭載・保持可能なステージ
152:回転モーター
153:ウェハ上下駆動機構
154:冷却水管
155:冷却水開閉バルブ
156:冷却水流量調整バルブ
157:冷却水流量計
100: Object processing apparatus 111: Water supply pipe 112: Steam generator 113: Steam opening / closing valve 114: Pressure gauge 115: Steam pressure adjusting valve 116: Heated steam generator with temperature control mechanism / saturated steam wetness adjuster 117: Pressure release valve 121: Water supply pipe 122: Pure water temperature control mechanism additional heat section 123: Pure water on / off valve 124: Pure water flow meter 125: Pure water on / off valve 131 for two fluid generation 131: Steam fluid temperature control mechanism additional heat section 141: Irradiation nozzle 142: Flexible pipe 143: Pressure gauge 144: Mixed phase fluid / gas / liquid mixing section 145 with temperature control function 145: Orifice 151: Mountable / holdable stage 152: Rotating motor 153: Wafer vertical drive mechanism 154: Cooling water pipe 155 : Cooling water on-off valve 156: Cooling water flow rate adjustment valve 157: Cooling water flow meter

Claims (4)

水蒸気と水とを混合することにより生成する、連続相の水蒸気と分散相の水滴とを含む混相流体を照射する工程を含む、対象物を洗浄する方法において、
前記照射は超高速ノズルを用いて行い、前記水滴の速度を100〜600m/sの範囲とし、前記混相流体の対象物到達時の温度が50℃以上であり、前記混相流体の対象物到達時のpHが7〜9の範囲であることを特徴とする方法。
In a method for cleaning an object, the method comprising irradiating a mixed phase fluid containing continuous phase water vapor and dispersed phase water droplets, which is generated by mixing water vapor and water.
The irradiation is performed using an ultra-high speed nozzle, the speed of the water droplet is in the range of 100 to 600 m / s, the temperature when the mixed phase fluid reaches the target is 50 ° C. or more, and the mixed phase fluid reaches the target The pH of this is the range of 7-9.
更に、前記混相流体噴射出口と対象物の距離が、30mm以下である、請求項1記載の方法。   Furthermore, the method of Claim 1 that the distance of the said multiphase fluid ejection outlet and a target object is 30 mm or less. 前記対象物が、アルミニウム配線等のアルミニウム素材を表面に有する半導体基板である、請求項1又は2記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the object is a semiconductor substrate having an aluminum material such as an aluminum wiring on its surface. 水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、液体の水を供給する水供給手段とを有する、水蒸気と水滴とを含む混相流体を照射することにより対象物を洗浄するシステムにおいて、
前記照射を行うための超高速ノズルが備えられていることを特徴とするシステム。
In a system for cleaning an object by irradiating a mixed phase fluid containing water vapor and water droplets, having a water vapor supply means for supplying water vapor and a water supply means for supplying liquid water,
A system comprising an ultra-high speed nozzle for performing the irradiation.
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