JP2576836B2 - 改良されたエアロゾル洗浄装置 - Google Patents

改良されたエアロゾル洗浄装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板洗浄の分野に関
し、具体的には、マイクロエレクトロニクスの部品およ
びアセンブリの製造に使用できるエアロゾル・ジェット
洗浄の分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
関連特許 本特許出願は、同一譲受人に譲渡され、同時に出願され
た下記の特許出願に関連する。 ・米国特許出願第０８／０７６０５１号明細書、整理番
号ＦＩ９−９３−０３１ ・米国特許出願第０８／０７６０５３号明細書、整理番
号ＦＩ９−９３−０３２ ・米国特許出願第０８／０７６０６５号明細書、整理番
号ＦＩ９−９３−０３３ ・米国特許出願第０８／０７６０５２号明細書、整理番
号ＦＩ９−９３−０４１
【０００３】好ましくない異物、プロセス残留物、粒子
など（以下、汚染粒子またはＣＰと略す）を基板の表面
から除去することが、マイクロエレクトロニクス製品を
製造する際の構成要素の歩留まりと信頼性にとって非常
に重要である。本明細書で使用する用語「基板」には、
半導体ウェハ、セラミック基板、プリント回路ボード、
表示パネル、表示装置、ディスクおよび他のアセンブリ
が含まれる。マイクロエレクトロニクスの製造における
汚染粒子は、製造プロセスに使用される工具、操作員お
よびプロセスを含む周囲環境から生ずるものとして認識
されてきた。フィルタ（ＨＥＰＡフィルタ）とブロワを
備えた製造室を使用して、浮遊粒子を除去し、粒子生成
を下げるように設計されたクリーン・ケミカルと装置を
使用するクリーン・ルームの服とプロセスを使用して
も、これまでは、加工、操作および格納中にある量のＣ
Ｐが基板上に生成されるのを防止できなかった。したが
って、ある処理間隔で基板を洗浄して、ＣＰの量を減少
させることが一般に行われている。湿式洗浄が最も広範
囲に使用されているが、この場合、脱イオン水またはア
ルコール（イソプロピルアルコール（ＩＰＡ））を使用
して基板を複数回水洗またはスプレーし、粒子を除去す
る（粘着力に打ち勝つ）。ＣＰ除去の第１ステップは、
基板の表面への粘着力に打ち勝つことである。
【０００４】基板へのＣＰの粘着は、ＣＰの寸法と、関
連する粘着力の性質、すなわちその力が化学的な力と物
理的な力のどちらに由来するかに応じて変動する（M.B.
ラネード(Ranade), in Aerosol Science and Technolo
gy, 7, (1987) p161-176）。化学的な力は、ＣＰと基板
の間での価電子または心電子の相互作用または交換を伴
う。物理的な粘着力は、マイクロエレクトロニクスの基
板へのＣＰの粘着で最も一般的であるが、通常はファン
デルワールス形の交換力または静電力のいずれかであ
る。これらの力は、相当な量になる可能性があり、その
強さは、重力の数倍になる可能性がある。粘着力が主に
静電性である時には、選択された化学溶液を使用して表
面電荷を中性化し、これにより静電粘着を減らすことが
しばしば行われる。化学結合したＣＰは、固体の結合力
に匹敵する、より高い粘着エネルギーを有する。これら
は、ほとんどの洗浄技法による移動が困難であり、はじ
き飛ばすか溶媒によって溶解する必要が生じる可能性が
ある。物理結合したＣＰは、通常、衝突する気体、液体
または固体からの運動量移動によって移動でき、スプレ
ー洗浄、超音波洗浄およびエアロゾル洗浄で使用される
概念である。運動量移動を利用する処理のうちでは、エ
アロゾル洗浄が、ＣＰの除去に最も効果的であることが
わかっている。これは、米国特許第５０６２８９８号明
細書に記載されている。使用されるエアロゾルは、主
に、なんらかの気体または液体と混合された固体粒子で
ある。高圧の予冷された気体と液体の混合物（以下、気
液混合物と略す）を、オリフィスを通って膨張させ、さ
らに、ジュール・トンプソン効果によってこの気液混合
物を冷却し、これによって、凝縮した固体粒子を形成す
る。ジェット内の固体と気液混合物の粒子を使用して、
高速で基板をブラストする。
【０００５】通常は、小さい粒子の方が除去が困難であ
る。というのは、粘着力は粒子の寸法に従って線形に減
少するのに対して、粘着力に打ち勝つために印加できる
力は、粒子の面積（２乗）または体積（３乗）に従って
減少するからである。印加される力として一般的に用い
られるのは重力であるが、これは粒子の体積に応じて変
化する。したがって、印加される力は、粘着力に比べ
て、粒子寸法に従ってより迅速に減少し、このため、粒
子を除去する作業が非常に困難になる。さらに、ブラス
ト動作または洗浄動作中に境界層が形成されるので、印
加される力の粒子への結合が非効率的になる。流体を含
む媒体によって、または流体を形成する雰囲気の存在下
で、基板をブラストする時には、基板表面上に境界層が
形成される。通常、境界層は、衝突する気体と液体また
は基板の表面上に存在する気相層と液相層から作られ
る。ＣＰの寸法が、境界層の厚さと同程度である時（サ
ブミクロン粒子の場合にはそうなる）には、境界層が、
気体または液体の高圧スプレーの衝突からサブミクロン
粒子を効果的に遮蔽する。しかし、エアロゾル洗浄の場
合、エアロゾル内の固体粒子または硬い粒子（凍結粒
子）が、基板表面の境界層を貫通してＣＰに衝突でき
る。粒子の衝突に起因する動的衝撃は、かなりの力を及
ぼし、ＣＰの粘着力に打ち勝つことができる。この力
は、衝撃エネルギーの１次時間導関数である。高圧エア
ロゾル内の固体粒子は音速に近い速度で推進され、エア
ロゾル粒子とＣＰの間の運動量移動は数分の１秒以内に
完了し、したがって、瞬間的にかなりの力がＣＰに与え
られ、その粘着力に打ち勝つ。
【０００６】エアロゾル洗浄の使用のいくつかの態様
が、下記の米国特許明細書に記載されている。記載され
た特徴には、全般に、構成、装置および洗浄の応用例が
含まれる。
【０００７】米国特許第４６１７０６４号明細書には、
高圧ＣＯ2キャリア気体によってＣＯ2ペレットが推進さ
れ、ノズルが洗浄対象上に手動で向けられることを特徴
とする粒子ブラスト洗浄装置が記載されている。
【０００８】米国特許第４７４７４２１号明細書には、
微細ＣＯ2粒子を使用して基板からフォトレジスト膜を
除去するための装置が記載されている。基板は、スライ
ド可能な棒に固定され、スライド運動と回転運動によっ
て、固定ノズルに対して移動される。この特許明細書に
は、基板の向きに対して４５°のジェットが、９０°の
向きよりはるかに効果的であったことも記載されてい
る。
【０００９】米国特許第４９７４３７５号明細書には、
氷粒子のジェットを使用して基板を洗浄するための装置
が記載されている。基板は、支持テーブルによってほぼ
垂直の角度に保持され、この支持テーブルはモータによ
って回転され、その結果、氷粒子が、固体の表面全体を
均一にたたき、固体表面を均一に洗浄できるようになっ
ている。
【００１０】米国特許第５０３５７５０号明細書には、
加圧気体窒素によって推進される凍結氷粒子を用いて表
面をブラストすることによる半導体ウェハの洗浄が記載
されている。ウェハは、コンベヤ・ベルトによって移動
される。
【００１１】米国特許第５０６２８９８号明細書には、
マイクロエレクトロニクス部品を洗浄するためのアルゴ
ン・エアロゾル・ジェットの使用が記載されている。
【００１２】米国特許第５１４７４６６号明細書には、
表面に微細凍結粒子をブラストすることによって表面を
洗浄する方法が記載されており、凍結粒子の硬さは、異
なるエアロゾル材料を使用することによって選択され
る。
【００１３】米国特許出願第０７／９５８４１７号明細
書は、低温エアロゾルを用いる洗浄装置に関する。記載
の装置は、ノズル設計と、ノズルを収納する洗浄チャン
バと、ウェハを支持し、基板表面のすべてにスプレーす
るようにウェハを直線および曲線の形でエアロゾル・ス
プレーに対して移動させる基板ホルダと、基板の異なる
部分に再着陸しないように移動された粒子を掃き出すの
を助けるキャリア気体とを含む。したがって、記載の特
徴は、洗浄される基板の付近からＣＰを効果的に移動し
除去することに焦点を置いている。この装置のキャリア
気体という特徴は、設計および運転のコストがかかる。
【００１４】したがって、従来技術のエアロゾル洗浄の
装置および処理の欠陥のいくつかを克服することが望ま
しい。従来のエアロゾル洗浄装置の短所の１つが、ゆる
んだ粒子を基板上のエアロゾル・スプレーから効果的に
除去できず、エアロゾル・スプレーが、基板に対するＣ
Ｐの粘着力に打ち勝たなければならず、しかもＣＰが洗
浄中の基板から離れられるのに十分な運動量を与えなけ
ればならないことである。窒素キャリア気体を使用して
浮遊ＣＰを運び去ることが効果的なのは、非常に小さい
浮遊ＣＰの場合に限られ、さらに、まずその粒子を基板
から放出する必要がある。高い流速で窒素を使用する
と、高価につく可能性がある。従来技術のエアロゾル洗
浄処理のもう１つの短所は、ＣＰを基板の一端から他端
へ掃き寄せるために、基板を直線的に前後に複数回スプ
レーに通す必要があることである。このため、時間が浪
費され、エアロゾル洗浄の生産性が低下する。従来のエ
アロゾル装置のもう１つの全般的な欠陥は、ＣＰに水平
速度を与えるためにエアロゾル粒子の運動量の一部を使
用する必要があることである。これは、エアロゾルの衝
突エネルギーを、ＣＰ粘着力に打ち勝つだけのために最
適化できないことを意味する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、基板
の洗浄にエアロゾル・スプレーを使用する、単純である
が効果的な装置設計を提供することである。
【００１６】本発明のもう１つの目的は、洗浄装置の複
雑さを増すことなく、基板から浮遊汚染粒子を効率的に
掃き出す方法を提供することである。
【００１７】本発明のもう１つの目的は、基板上の粒子
を移動する際のエアロゾル・ジェットの有効性を高める
ことである。
【００１８】本発明のもう１つの目的は、マイクロエレ
クトロニクス産業での既存の製造慣行と互換性のある、
改良された装置および方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】基板を洗浄するためのエ
アロゾル洗浄装置は、ノズル・ヘッドを有するエアロゾ
ル作成手段を含む。このノズル・ヘッドを、回転可能ホ
ルダによって保持される基板に対して、選択された近さ
と向きに位置決めする。エアロゾル・スプレーが基板か
ら粒子を移動し、さらに、基板の回転がゆるんだ粒子の
除去を助ける。
【００２０】エアロゾル洗浄方法は、事前に選択された
速度で基板を回転させること、および基板からの粒子の
除去を助けるために回転とあいまってエアロゾル・ジェ
ットをスプレーすることを含む。
【００２１】
【実施例】図１は、本発明のエアロゾル洗浄の装置およ
び方法を全般的に示す図である。エアロゾル装置１００
には、気体または液体の供給源、予冷予圧装置、不純物
トラップ、断熱された移送パイプなど、エアロゾル作成
に使用される通常の構成要素が含まれる。エアロゾルを
生成するためのスプレー・ノズル・ヘッド１０５は、別
に示されている。スプレー・ノズル・ヘッド１０５は、
エアロゾル装置１００に一体式に接続される。高圧の予
冷された気液混合物が、スプレー・ノズル・ヘッド１０
５内のアパーチャを通って膨張して、ジェット・スプレ
ーのジュール・トンプソン冷却により固体粒子を核形成
する。スプレーは、基板ホルダ１１０によって保持され
る基板に向けられる。加熱手段１１５は、加熱ランプで
あることが好ましく、事前に選択された時刻に、スプレ
ー洗浄動作および基板回転動作と関連して「オン」また
は「オフ」になるように基板ホルダ１１０と電気的にイ
ンターロックされる。ランプの放射によって、ウェハ全
体を加熱することができるが、この放射を、ウェハの１
セグメントに集光できることが好ましい。基板ホルダ１
１０は、機械式クランプ、真空クランプ、静電チャック
など、さまざまなホルダのうちのいずれかとすることが
できる。
【００２２】基板ホルダ１１０は、事前に選択された速
度と持続時間で、たとえばプログラム式モータによって
直接にまたは歯車やベルトを使用して間接的に駆動する
など、プログラム式の回転手段１１２によって駆動され
る。図２ないし図４からわかるように、基板ホルダの回
転とエアロゾル・スプレーのブラスト動作は、順次にま
たは互いに同時に調節されるようにプログラムでき、ま
た、回転とスプレー・ブラストの順次動作と同時動作の
組合せを実施することも可能である。さらに、当業者で
あれば、本発明に従って別の回転とスプレーの組合せを
認識でき、実施できるであろう。図２ないし図４は、基
板の回転を示すグラフであり、ここでｗ１、ｗ２、ｗ
３、ｗ４は、任意の時間スケール（Ｘ軸）に対する回転
速度を表す。破線は、基板の回転中にエアロゾル・スプ
レーが適用される時間を表す。図４では、基板回転がゆ
っくり速度を高めている間にエアロゾル・スプレーが活
動化され、その後、エアロゾル・ジェット・スプレーな
しでウェハ基板を高速で回転させて、エアロゾル・スプ
レーによってゆるんだ粒子を除去する。図３では、低速
−高速の回転サイクルを使用するが、エアロゾル・スプ
レーは、低速回転の間だけ基板に適用される。図２は、
より簡単な例であり、基板は一定速度で回転され、エア
ロゾル・スプレーは、回転サイクルの一部または全体の
間、基板に適用される。
【００２３】回転の速度は、基板の上にあるＣＰにかな
りの遠心力を印加し、かなりの瞬間的な面内速度を与え
るように選択される。ブラストの間に使用される低い速
度は、ほぼ０（２ｒｐｍ）ないし１０００ｒｐｍの範囲
とすることができ、ブラスト動作のない間の高い回転速
度は、通常は５００ｒｐｍないし８０００ｒｐｍとする
ことができる。好ましい実施例の１つでは、基板を３０
００ｒｐｍの速度まで加速し、エアロゾル・スプレーを
３０秒ないし２分の間オンにし、その後、ウェハの回転
を減速して停止させる。エアロゾルのスプレー時間は、
通常は１０秒から５分までとすることができる。
【００２４】ウェハ操作ロボット１２０は、洗浄される
基板を基板ホルダ１１０に置き、エアロゾル洗浄動作に
後に基板を除去するために、基板ホルダ１１０とインタ
ーフェースすることが好ましい。好ましい態様では、基
板ホルダ１１０、スプレー・ノズル・ヘッド１０５、加
熱手段１１５および回転手段１１２が、真空排気または
パージを行うことのできる格納容器２００内に置かれ
る。
【００２５】パージを使用する場合、窒素、アルゴン、
ＣＯ2など酸化力のないほぼ不活性の気体を使用するこ
とが好ましい。好ましい実施例では、ＣＰとの衝突の後
にエアロゾルを除去し、移動されたＣＰを除去するため
に、排気口が設けられる。さらに、この排気口は、格納
容器２００内で制御された大気圧または分圧を維持する
ことが好ましい。必要であれば、真空ポンプを使用し
て、格納容器２００を真空排気し、1．３３３２２×１
０-2Ｐａから大気圧以下までの好ましい真空に維持する
ことができる。
【００２６】加熱手段１１５と回転手段１１２は、格納
容器２００の外部に置いても必要なアクセスまたは結合
をもたらすことができる。有利なことに、このような設
計では、キャリア気体の必要がなくなり、ウェハの操作
および回転に既存の技法を利用しながら高効率の洗浄動
作が達成される。基板移送工程を単純化すると同時に洗
浄チャンバ内の真空排気状態を維持するためにウェハ操
作ロボット１２０を、中間チャンバ（図示せず）内に組
み込むことができる。
【００２７】以下で、本発明およびその実施例の概念、
特徴およびさまざまな実施態様を、より具体的に説明す
る。
【００２８】図５を参照すると、粒子ａ1…ａnを有する
エアロゾル粒子の流れが、ある時間間隔の間にウェハま
たは基板２２０に粘着したＣＰ２１０に当たる様子が示
されている。本発明による基板の１回転の間にエアロゾ
ル粒子によって１つのＣＰが衝撃を受ける時間間隔は、
通常はミリ秒単位であり、スプレーの幅に応じて変化す
る。エアロゾル・スプレーの運動エネルギーの一部は、
熱としてＣＰ２１０に伝達されて、基板２２０への粘着
力に打ち勝ち、エネルギーの一部は、エアロゾル自体を
加熱してその固体を液体または気体に変化させるのに消
費され、エネルギーの一部は、ＣＰの運動エネルギーに
伝達される。
【００２９】エアロゾル粒子のＣＰとの衝突の結果とし
てのエネルギー伝達のもう１つの態様が、非常に大きな
瞬間的な（衝突の時間が非常に短いので）力の生成であ
る。情況によっては、平均全エネルギーではなくこの瞬
間的な大きな力が、粘着力に打ち勝つ上でより重要な役
割を演じる。エアロゾルの固体粒子によって消費される
エネルギーは、時として固体から気体への昇華を引き起
こし、その結果生じる高圧気体の膨張が、ＣＰ２１０の
付近で発生する時に、その粘着をゆるめることができ
る。ＣＰ２１０に伝達されるエネルギーの量が、ＣＰ２
１０の粘着力に打ち勝つのに必要なエネルギーの量を越
える時、ＣＰ２１０は、ある速度で除去または放出さ
れ、その速度は、ＣＰの過剰エネルギー（この時点では
運動エネルギー）に依存する。この運動量移動の主要な
物理パラメータの一部、たとえばエアロゾル固体粒子ａ
1…ａnの速度およびエネルギーや、エアロゾルとＣＰの
間のエネルギー伝達（結合）効率などは、ある範囲の統
計的な値を有する。この統計的な変動の結果、通常は、
ＣＰの一部が除去され、基板２２０からさまざまな速度
で放出される。さらに、弾性的に反跳するエアロゾル粒
子が、放出されたＣＰ２１０'に、二次衝突によって追
加エネルギーを伝達することができる。ＣＰに伝達され
る所与の運動量またはエネルギーに関して、放出された
ＣＰ２１０'の最終速度は、その質量に依存する。
【００３０】図６は、放出された粒子がとり得る異なる
軌道のいくつかを示す絵画図である。この軌道は、放出
の角度、放出された粒子の相対水平速度および相対垂直
速度に依存する。図６では、軌跡ｖ1…ｖ3はすべて、放
出された粒子の垂直速度が同一であるが、水平速度がｖ
1からｖ3へと増加する場合の例を表す。基板２２０の平
面に平行な水平速度が高くなると、除去されたＣＰを移
動して基板２２０の異なる部分に再着陸しないようにす
るのに役立つことは明らかである。エアロゾル・ジェッ
ト・スプレーの方向が法線から離れていることが好まし
いことは、ＣＰの水平速度を増加する必要に関する上述
の議論から理解できよう。しかし、水平速度と垂直速度
のバランスが必要であることを了解されたい。というの
は、垂直速度成分によって、粒子が飛翔する（重力に反
して）時間が決定され、水平速度成分によって、その時
間の間に移動する水平距離が決定されるからである。粒
子を基板から取り除き、基板の再汚染を防止するために
は、十分な水平移動が必要である。
【００３１】これに関して、本発明の重要な態様は、エ
アロゾル・ブラストの作用および角度には無関係に、Ｃ
Ｐの水平速度を実質的に増加させることである。エアロ
ゾル粒子の動的衝撃は、主に基板からＣＰを除去するよ
うに最適化される。本発明では、所与の速度で基板を回
転することによって、強い面内力と高い面内速度がＣＰ
に印加される。基板回転に起因する遠心力が、ＣＰに作
用し、基板の中心から外側部分に向かう回転する弧状経
路へ切線方向にＣＰを動かす。したがって、粒子は、回
転する基板から離れるまで、遠心力が増加し、面内速度
が高まる位置に動かされる。相補的な回転動作とブラス
ト動作を、異なる方法で実施できる。たとえば、基板ホ
ルダをその軸上で回転でき、回転サイクルの１期間の間
にエアロゾル衝突を「オン」にすることができる。さら
に、遠心力が働くと、エアロゾル・ブラストが粘着力に
十分に打ち勝っている限り、ＣＰが放出されない時で
も、ゆるんだＣＰを滑らせて基板から落とすことができ
る。
【００３２】図７は、６００ｒｐｍないし８０００ｒｐ
ｍで回転する場合の、２００ｍｍ基板の中央からある距
離に置かれたＣＰが受ける遠心力の計算値を示す図であ
る。この計算には、周知の遠心力の式、Ｆ＝ｍ×ｗ2×
ｒを使用する。ただし、ｍは粒子の質量、ｗはラジアン
／秒単位の角速度、ｒは回転中心から粒子までの距離で
ある。この遠心力は、好都合なことに重力単位の倍数
で、Ｆ＝．００１×ｗ2×ｒ×ｇとして表現できる。た
だし、ｗはラジアン／秒単位、ｒはセンチメートル単
位、ｇは１０3×質量である。これによって、重力の倍
数として遠心力を視覚化できる。米国特許第４９７４３
７５号明細書（第７欄、４８行目から５２行目）によれ
ば、１００ｋｇ／ｃｍ2Ｇの水ジェットと２ｋｇ／ｃｍ2
Ｇのエアロゾル・ジェットを基板の洗浄に使用できる
が、水スプレーより氷粒子スプレーのほうが効果的であ
ることがわかっている。水スプレーから粒子への力は、
おおむね圧力×衝撃面積によって与えられ、粒子の寸法
の２乗で大きくなる。遠心力は、粒子寸法の３乗で大き
くなる。図７から、ＣＰの受ける遠心力は、簡単に高速
の水スプレーからの力に匹敵するようになるが、エアロ
ゾル衝撃からの瞬間的な力より小さくなりがちであるこ
とがわかる。しかし、水ジェットやエアロゾル・スプレ
ーの場合は、ＣＰの放出速度が全エネルギーとエネルギ
ー伝達によって決定されるが、基板回転では、これらと
は異なって、かなりの速度がＣＰに与えられる。したが
って、回転とエアロゾルの組合せは、基板から粒子を除
去する際に相乗効果を発揮する。したがって、なんらか
の最小速度で基板を回転することが、粘着力が低下した
基板上の粒子を除去するのに非常に効果的な方法であ
る。基板の回転によってＣＰに与えられる瞬間水平速度
は、その半径方向位置の関数であり、上で定義したｗと
ｒを用いてｗ×ｒによって与えられる。ブラストの運動
量移動作用では、結果として生じるＣＰの速度がエアロ
ゾル粒子の寸法とＣＰ粒子の寸法に依存するが、これと
は異なって、回転によってもたらされたＣＰの面内速度
は、その寸法に依存しない。さらに、ＣＰが受ける遠心
力は、境界層の存在によって妨げられない。基板回転の
追加の利益は、境界層が薄くなることである。境界層の
厚さは、境界層の粘着力および粘性力と、境界層を形成
する流体に作用する遠心力との間のトレードオフであ
り、このため、エアロゾル・ブラストの効果がさらに強
化される。境界層が薄くなると、小さなＣＰを、厚い層
の場合より効果的にブラストできるようになる。境界層
を薄くすることの効果は、より高い回転速度でより低い
抵抗を得ることに類似している。
【００３３】衝突するエアロゾルによってＣＰを移動す
る際の好ましいブラスト方向の提案は、重い物体を持ち
上げる際のてこの向きの効果と同様と考えることができ
る。エアロゾル・ブラストによって直線的に基板を走査
する時、ＣＰは、固定された方向からてこの力を受け
る。本発明で想定するような基板とＣＰの回転運動によ
って、基板に直線状の動きを与える場合よりも広い範囲
の方向からエアロゾル粒子によってＣＰが叩かれるとい
う結果がもたらされる。この多方向の衝撃は、特に基板
上のトレンチ洗浄の際に独特の利益を有する可能性があ
る。
【００３４】図８ないし図１２は、回転する基板と共に
使用することが好ましいスプレー・ノズル配置の例を示
す図である。図８に、軸ｚのまわりを回転するウェハま
たは基板２２０を示す。細長いスプレー・ノズル・ヘッ
ド４００は、この図では、基板２２０から指定距離に固
定され、回転する基板２２０の半径をカバーする。この
スプレー・ノズル・ヘッド４００は、垂直軸に対してあ
る角度に固定された穴を含むエアロゾル・スプレー面板
５００を有するものとして図示されている。具体的に言
うと、この図に示されたエアロゾル・スプレー面板は、
固定された角度の平らな表面である。その代わりに、図
１１に示される半球形や図１２に示される円筒形など、
曲面の上にオリフィスを形成して、少しずつ異なる角度
でエアロゾル・スプレーを生成することもできる。図
８、図９および図１０に示された平らな面板の場合、そ
の角度は、基板２２０の平面に対して１０°ないし９０
°とすることができ、３０°ないし６０°であることが
好ましい。９０°の向きが可能になったのは、基板の回
転によってＣＰに水平速度が与えられるからである。図
９は、図８のスプレー・ノズル・ヘッド４００より長
く、回転する基板２２０の直径をカバーするもう１つの
細長いスプレー・ノズル・ヘッド４２０を示す図であ
る。基板２２０が回転する際に、図８に示された配置
は、１回転ごとに１回のエアロゾル・ブラストをもたら
すが、図９の配置は、基板の１回転ごとに２回のブラス
トをもたらす。さらに、図９の配置では、各回転の間
に、ＣＰの前縁に沿って１回、ＣＰの後縁に沿って１
回、ＣＰがブラストされる（てこの力を印加される）。
図１０は、エアロゾル・スプレーに関して小さな領域に
制限された単一または複数のオリフィスを有する点ノズ
ル・ヘッドを示す図である。点ノズル・ヘッドは、その
スプレー・パターンが局所化されているので、回転する
基板の半径をカバーするために動かす必要がある。
【００３５】通常、ノズル・ヘッドのエアロゾルが出る
表面は、基板に平行に、１ｍｍないし２０ｍｍの好まし
い距離に置かれる。前に述べたように、異なるスプレー
・ノズル設計を使用することもできる。
【００３６】均一なエアロゾル・スプレー（ノズル・ス
プレー内の等間隔のオリフィス）を使用した基板回転の
結果、その回転によって、基板の中心にあるＣＰにより
大きい（長い）エアロゾル粒子衝撃がもたらされ、ウェ
ハの周囲付近のＣＰにより少ない衝撃がもたらされる。
これは、ある角度の部分について、その面積が基板の中
心付近では小さく、基板の縁付近では大きいが、どの部
分についても衝突時間が同一であるからである。しか
し、中心付近で長く、基板の周辺付近で短いＣＰのブラ
ストに、周辺で大きく中心で小さい、基板回転からの遠
心力というオフセットがかかる。したがって、この遠心
力が、エアロゾルの衝撃力を補償し補完する。必要な場
合には、スプレー・ノズルをさらに改良して、粒子スプ
レーを微妙に調節できる。たとえば、基板の縁付近で多
く、基板の中心付近で少ないエアロゾル・スプレーをも
たらす非均一スプレー・パターンを（たとえばオリフィ
スの個数を変化させることによって）導入できる。図８
および図９には、基板２２０として円形の半導体が示さ
れているが、基板の形状はクリティカルでない。たとえ
ば、基板２２０は、長方形その他の形状とすることがで
きる。基板を回転している間に確実な保持方法が使用さ
れる限り、形状はクリティカルでない。したがって、保
持方法は、機械式クランプ、真空吸引、静電チャックな
どとすることができる。加熱手段は、ウェハ・チャック
に組み込まれた抵抗要素とするか、放射によって表面を
加熱するため基板の上に置かれた加熱ランプとすること
ができる。加熱の利点の１つは、エアロゾルの総合洗浄
有効性を低下させる可能性のある、基板の表面での不純
物または水（エアロゾルからの不純物または大気からの
水）の凝縮が減ることである。表面の温度を上げること
のもう１つの利点は、固体エアロゾル粒子が蒸発し、そ
の結果、揮発したエアロゾルが洗浄される表面から効果
的に離れるようになることである。前に述べたように、
気泡の高圧の膨張と爆発を伴うエアロゾルの固体から気
体への変化によって、ＣＰ除去の有効性を改善できる。
加熱ランプ配置では、回転サイクルの一部の間に、ウェ
ハ表面に加熱ランプの下を通過させることができる。ウ
ェハは、５００ｒｐｍないし８０００ｒｐｍで回転さ
れ、２０００ｒｐｍないし４０００ｒｐｍで回転される
ことが最も好ましい。速度をこれより高くするには、荷
重バランスのために高価な装置が必要になる可能性があ
る。非常に低い速度では、ＣＰの除去を効果的に助ける
のに適当な遠心力を得られない可能性がある。また、チ
ャンバ内を部分真空に維持して、回転する基板によって
生成される、エアロゾル・ブラスト動作と干渉する可能
性のある空気の乱れを最小にすることが有益である場合
もある。部分真空によって、ＣＰの排出の効率を高める
こともできる。
【００３７】単一の好ましい実施例に関して本発明を説
明してきたが、当業者であれば、本発明から逸脱せずに
さまざまな代替案および修正例を達成できる。したがっ
て、本発明の意図は、請求項の範囲に含まれるそのよう
な代替案のすべてを包含することである。
【００３８】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００３９】（１）基板に近接して所定の距離に、洗浄
される基板の表面に対して所定の角度方位に配置される
ように適合された、表面から粒子を除去するために基板
上の前記粒子にエアロゾルをスプレーするためのノズル
・ヘッドを含む、エアロゾル作成手段と、基板の回転に
よって前記除去された粒子が基板から取り除かれるよう
に、前記エアロゾル作成手段によってスプレーされるエ
アロゾルと協調して基板を保持し回転させるための回転
可能ホルダとを具備する、基板を洗浄するためのエアロ
ゾル・スプレー装置。 （２）さらに、エアロゾルによってスプレーされている
間に基板を加熱するための加熱手段を具備する、上記
（１）に記載のエアロゾル・スプレー装置。 （３）前記ノズル・ヘッドが、異なるスプレーをもたら
すようにエアロゾルをスプレーするための複数のオリフ
ィスを含む曲面のノズル面板を含むことを特徴とする、
上記（１）に記載のエアロゾル・スプレー装置。 （４）前記回転可能ホルダが、前記エアロゾル作成手段
による基板上でのエアロゾル・スプレーに対して相対的
に順次回転されることを特徴とする、上記（１）に記載
のエアロゾル・スプレー装置。 （５）前記回転可能ホルダが、前記エアロゾル作成手段
による基板上でのエアロゾル・スプレーの間に同時に回
転されることを特徴とする、上記（１）に記載のエアロ
ゾル・スプレー装置。 （６）前記ノズル・ヘッドが点ノズルであり、前記エア
ロゾル作成手段が、エアロゾルが少なくとも基板の半径
長さをスプレーするように、前記ノズル・ヘッドを移動
するための移動手段を含むことを特徴とする、上記
（１）に記載のエアロゾル・スプレー装置。 （７）前記ノズル・ヘッドが、少なくとも回転する基板
の半径に等しい長さを有することを特徴とする、上記
（１）に記載のエアロゾル・スプレー装置。 （８）前記ホルダが、毎分８０００回転の最大速度まで
回転可能であることを特徴とする、上記（１）に記載の
エアロゾル・スプレー装置。 （９）前記ノズル・ヘッドが、１０秒ないし５分の持続
時間にわたってエアロゾルをスプレーすることを特徴と
する、上記（１）に記載のエアロゾル・スプレー装置。 （１０）前記ノズル・ヘッドが、基板から１ｍｍないし
２０ｍｍの距離に固定されることを特徴とする、上記
（１）に記載のエアロゾル・スプレー装置。 （１１）前記加熱手段が、加熱ランプであることを特徴
とする、上記（２）に記載のエアロゾル・スプレー装
置。 （１２）前記ノズル・ヘッドおよび前記ホルダが、制御
された大気の格納容器内に置かれることを特徴とする、
上記（１）に記載のエアロゾル・スプレー装置。 （１３）前記制御された大気が、ほぼ大気圧のＮ2、ア
ルゴンおよびＣＯ2のうちの１つによって追い出される
ことを特徴とする、上記（１２）に記載のエアロゾル・
スプレー装置。 （１４）前記制御された大気が、大気圧１．３３３２２
×１０3Ｐａないし１．３３３２２×１０-2Ｐａの真空
であることを特徴とする、上記（１２）に記載のエアロ
ゾル・スプレー装置。 （１５）基板を保持するステップと、事前に選択された
速度で基板を回転するステップと、好ましくない粒子を
基板から除去し、除去された粒子を基板から除去するよ
うに、回転と協調して選択された持続時間の間エアロゾ
ルを用いて基板をスプレーするステップとを含む、好ま
しくない粒子を基板から除去する方法。 （１６）さらに、前記回転ステップ中および前記スプレ
ー・ステップ中に、基板を部分真空に維持するステップ
を含む、上記（１５）に記載の方法。 （１７）さらに、前記回転ステップおよび前記スプレー
・ステップに関連して基板を加熱するステップを含む、
上記（１５）に記載の方法。 （１８）前記スプレー・ステップおよび前記回転ステッ
プが、順次実行されることを特徴とする、上記（１５）
に記載の方法。 （１９）前記スプレー・ステップおよび前記回転ステッ
プが、同時に実行されることを特徴とする、上記（１
５）に記載の方法。 （２０）前記スプレー・ステップが、１０秒を越えるが
５分未満の持続時間にわたって実行されることを特徴と
する、上記（１５）に記載の方法。 （２１）前記基板を回転するステップが、５００ｒｐｍ
ないし８０００ｒｐｍの速度で実行されることを特徴と
する、上記（１５）に記載の方法。 （２２）回転の速度が、好ましくは２０００ｒｐｍない
し４０００ｒｐｍであることを特徴とする、上記（２
２）に記載の方法。 （２３）前記基板をスプレーするステップを実行した後
に、前記基板を５００ｒｐｍないし８０００ｒｐｍの速
度で回転するステップが実行されることを特徴とする、
上記（１５）に記載の方法。 （２４）前記基板をスプレーするステップが、基板を５
００ｒｐｍないし８０００ｒｐｍの速度で回転している
間に実行され、前記スプレー・ステップが、少なくとも
回転の持続時間の一部の間に実行されることを特徴とす
る、上記（１５）に記載の方法。 （２５）前記基板をスプレーするステップが、前記基板
を５００ｒｐｍないし３０００ｒｐｍの速度で選択され
た持続時間にわたって回転している間に実行され、その
後、スプレーなしで基板を５００ｒｐｍないし８０００
ｒｐｍの速度で回転することを特徴とする、上記（１
５）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエアロゾル洗浄の方法および装置
の好ましい実施例を示すブロック図である。
【図２】基板の回転とエアロゾル・スプレー塗布を組み
合わせる方法の例を示す図である。
【図３】基板の回転とエアロゾル・スプレー塗布を組み
合わせる方法のもう１つの例を示す図である。
【図４】基板の回転とエアロゾル・スプレー塗布を組み
合わせる方法のもう１つの例を示す図である。
【図５】エアロゾルからの固体粒子が基板上の異物に当
たる様子を示す概略図である。
【図６】放出された粒子の飛翔経路と、基板上の移動距
離（水平）に対する水平（平面内）瞬間速度の増大の影
響を示す概略図である。
【図７】回転する基板上の粒子が受ける水平の力の計算
値をプロットしたグラフである。
【図８】回転する基板上の粒子をブラストするための本
発明のエアロゾル・スプレー・ヘッド配置の実施例を示
す絵画図である。
【図９】回転する基板上の粒子をブラストするための本
発明のエアロゾル・スプレー・ヘッド配置のもう１つの
実施例を示す絵画図である。
【図１０】回転する基板上の粒子をブラストするための
本発明のエアロゾル・スプレー・ヘッド配置のもう１つ
の実施例を示す絵画図である。
【図１１】回転する基板上の粒子をブラストするための
本発明のエアロゾル・スプレー・ヘッド配置のもう１つ
の実施例を示す絵画図である。
【図１２】回転する基板上の粒子をブラストするための
本発明のエアロゾル・スプレー・ヘッド配置のもう１つ
の実施例を示す絵画図である。
【符号の説明】
１００ エアロゾル装置 １０５ スプレー・ノズル・ヘッド １１０ 基板ホルダ １１２ 回転手段 １１５ 加熱手段 １２０ ウェハ操作ロボット ２００ 格納容器 ２１０ ＣＰ ２１０' 放出されたＣＰ ２２０ 基板 ４００ スプレー・ノズル・ヘッド ４２０ スプレー・ノズル・ヘッド ５００ エアロゾル・スプレー面板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジン・ジュワン・ウー アメリカ合衆国10562 ニューヨーク州 オスィニング クロトン・アベニュー 139 ナンバー・エフ (56)参考文献 特開 平２−130921（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−251288（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−232929（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−126832（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−178130（ＪＰ，Ｕ)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板に近接して所定の距離に、洗浄される
    基板の表面に対して所定の角度方位に配置されるように
    適合された、表面から粒子を除去するために基板上の前
    記粒子にエアロゾルをスプレーするためのノズル・ヘッ
    ドを含む、エアロゾル作成手段と、 基板の回転によって前記除去された粒子が基板から取り
    除かれるように、前記エアロゾル作成手段によってスプ
    レーされるエアロゾルと協調して基板を保持し回転させ
    るための回転可能ホルダと、エアロゾル作成手段によってスプレーされている間に基
    板を加熱するための加熱手段と、 を具備する、基板を洗浄するためのエアロゾル・スプレ
    ー装置。
  2. 【請求項２】前記ノズル・ヘッドが、異なるスプレーを
    もたらすようにエアロゾルをスプレーするための複数の
    オリフィスを含む曲面のノズル面板を含むことを特徴と
    する、請求項１に記載のエアロゾル・スプレー装置。
  3. 【請求項３】前記回転可能ホルダが、前記エアロゾル作
    成手段による基板上でのエアロゾル・スプレーの間に同
    時に回転されることを特徴とする、請求項１に記載のエ
    アロゾル・スプレー装置。
  4. 【請求項４】前記加熱手段が、加熱ランプであることを
    特徴とする、請求項１に記載のエアロゾル・スプレー装
    置。
  5. 【請求項５】基板を保持するステップと、 事前に選択された速度で基板を回転するステップと、 好ましくない粒子を基板から除去し、除去された粒子を
    基板から除去するように、回転と協調して選択された持
    続時間の間エアロゾルを用いて基板をスプレーするステ
    ップと、回転ステップ中および前記スプレー・ステップ中に、基
    板を部分真空に維持するステップと、 を含む、好ましくない粒子を基板から除去する方法。
  6. 【請求項６】さらに、前記回転ステップおよび前記スプ
    レー・ステップに関連して基板を加熱するステップを含
    む、請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記スプレー・ステップおよび前記回転ス
    テップが、順次実行されることを特徴とする、請求項５
    に記載の方法。
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