JP3391561B2 - 光衝撃波による洗浄装置 - Google Patents
光衝撃波による洗浄装置Info
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Description
光するエキシマレーザ光による光衝撃波及び光エネルギ
ーによって被洗浄物表面を洗浄する装置に関するもので
ある。
ら、フロン系やハロン系の使用規制が強化されてきてい
る。これに伴って、代替洗浄方法の確立が急務となって
いる。また、同時に、半導体製造分野や液晶ディスプレ
イ製造分野では部品の微細化に伴い、精密洗浄方法に対
する要求がますます強まっている。
有機溶剤や水溶液を用いるウェット方式に比べて、ドラ
イ方式は、廃液処理が容易であり、液の汚れによる2次
汚染が無く、洗浄液乾燥工程で生じる汚染が無いため、
環境に優しい精密洗浄方法として優れている。
であり、現在さまざまな方法が提案されている。代表的
なドライ方式としては以下のものがある。
銀ランプからの波長185nmまたは254nmの光を
用いて空気中の酸素を励起し、O3 (オゾン)やO
* (活性酸素)を発生させ、これらによって有機物汚れ
を分解除去するものである。UV光洗浄方法は、ドライ
方式としてクリーンな洗浄方法であり、広く使われ始め
ている。
ある。これは、超音波振動エアーを被洗浄物表面に吹き
付けることによって付着した微粒子を振動剥離し、剥離
した微粒子を吸収して除去するものである。
ある。これは、ドライアイス(CO2 )の微粒子を被洗
浄物の表面に吹き付けることによって汚れを除去するも
のであり、最近提案された新しい技術である。吹き付け
後にドライアイスはCO2 ガスとなって気化するため、
2次汚染を効果的に防止することができる。
方法によって無機物を除去することはできない。また、
UV光洗浄方法により有機物を除去することは可能であ
るが、除去速度が遅く、多量の有機物汚染を除去する用
途には向かないという問題点もある。
はエアーに超音波を効率良く重畳させることができず、
強固に付着した汚れを除去することができない。また、
有機薄膜を除去することができないという問題点もあ
る。
アイスの微粒子を被洗浄物表面に吹き付けて汚れを物理
的に除去するため、超音波振動エアーによる洗浄方法に
比べれば付着した微粒子の除去には効果があるが、やは
り有機物などの薄膜汚れを効果的に除去することはでき
ない。
ころ確定的なものが存在せず、未だ発展途上の洗浄方法
といえる。また、以上の洗浄方法では今後必要とされる
0.1μm以下の微粒子を除去することはできない。
いた洗浄装置であって、0.1μm以下の超微粒子を効
果的に除去することが可能な、光衝撃波による洗浄装置
を提供することにある。
に、請求項1に係る発明は、UV領域で短パルス発光す
るエキシマレーザ光を被洗浄物の表面に照射するレーザ
光照射手段であって、光の表面吸収によって生じる光衝
撃波により被洗浄物の表面に付着している微粒子を剥離
して除去するとともに、エキシマレーザ光の光エネルギ
ーによって被洗浄物の表面に付着している有機物を分解
して除去するレーザ光照射手段と、除去された微粒子及
び有機物を吸引する吸引手段と、被洗浄物の表面に軟X
線を照射して被洗浄物の表面を除電する軟X線照射手段
と、を備えている。
解反応を促進させるガスを被洗浄物の表面に吹き付ける
ガス吹き付け手段を備えていてもよい。
Fレーザであって、パルス幅が5ns以上50ns以
下、被洗浄物表面でのエネルギー密度が1mJ/cm2
以上1J/cm2 以下であることが好ましい。
Fレーザであって、パルス幅が5ns以上50ns以
下、被洗浄物表面でのエネルギー密度が1mJ/cm2
以上1J/cm2 以下であってもよい。
表面における照射面は線状の形状であり、被洗浄物及び
照射面のうちの少なくとも一方を照射面の長手方向とほ
ぼ垂直の方向に移動させる移動手段を備えていてもよ
い。
物の表面に照射され、光の表面吸収によって光衝撃波が
生じる。これによって被洗浄物の表面に付着している微
粒子は剥離して除去される。同時に、エキシマレーザ光
の光エネルギーによって被洗浄物の表面に付着している
有機物が分解され除去される。そして、除去された微粒
子及び有機物は吸引されてしまうため、ふたたび被洗浄
物に付着することがない。
いて説明する。なお、図面において同一又は相当部分に
は同一符号を用いるものとする。
波による洗浄装置を示す図である。図1において、エキ
シマレーザ発生源1から発生したレーザ光2は、反射ミ
ラー3によって光路を曲げられ、可変アッテネーター4
によって光強度が調整される。さらに、レーザ光2は集
光レンズ5によって小さな径のビームに集光され、被洗
浄物6の表面上に照射される。被洗浄物6は、X−Yス
テージ7上に搭載されており、被洗浄物6上の個々の汚
れにレーザ光2が照射されるように、X、Y2方向に移
動可能になっている。被洗浄物6上の照射面の近傍に
は、後述する吸引器8が設けられている。また、洗浄に
必要なエネルギー密度は、被洗浄物6の材質、形状、付
着した汚染物、使用するレーザ光2の波長によって変化
するため、可変アッテネーター4によって光強度が制御
されるようになっている。エキシマレーザ発生源1、反
射ミラー3、可変アッテネーター4及び集光レンズ5に
よってレーザ光照射手段が構成される。
下の超微粒子を効果的に除去することができる。また、
0.3μm以下の超微粒子は静電気や物理的吸着力が強
く、従来方法では簡単には除去できないが、この装置に
よれば除去が可能である。0.3μm以下の超微粒子の
除去は、LSIの高集積化に伴ってますます重要になっ
てきている。
去する原理について説明する。短パルス発光するエキシ
マレーザ光を物質の表面に照射すると、UV光はほとん
ど物質を透過しないため、光エネルギーが物質表面の深
さ数μmの所で吸収され、熱に変換される。また、エキ
シマレーザ光はパルス時間幅が約10nsという短時間
にパルス発振するため、10mJ/1パルスの光を単位
面積に照射した場合、ピークパワーは、(10mJ/c
m2 )/10ns=(10-2J/cm2 )/10-8s=
106 W/cm2 という大きな値になる。従って、照射
部は瞬時に高温になった後、瞬間的に冷却され、このと
きの光吸収によって強力な光衝撃波(光音波)が発生す
る。なお、熱が拡散されないため、熱によるダメージは
極めて少ない。
かに上回る可能性がある。従って、この光衝撃波を用い
て被洗浄物6の表面に物理的または静電気的に付着して
いる主として無機物からなる微粒子を剥離して除去する
ことができる。
ガスをArFやKrFとした場合、それぞれ波長193
nm、248nmで発振する。これらのUV光の光子エ
ネルギーは、有機物を構成するC−H結合やC−C結合
などの化学結合エネルギーより大きいため、有機物を直
接分解し気化させて除去することができる。
6上の他の場所にふたたび付着するおそれがある。これ
を防止するため、被洗浄物6上の照射部の近傍に吸引器
8が設けられており、除去された微粒子は吸引器8によ
って吸引されてしまう。有機物が分解して生じたガスも
吸引される。
電気的に帯電して被洗浄物6に付着していることが多
い。このような微粒子の光衝撃波による剥離を促進する
ためには、被洗浄物6上の照射部を除電するのが効果的
である。図2は、このような除電を行うべく、エキシマ
レーザ光の照射面に軟X線10を照射したところを示す
図である。軟X線10を照射する機構としては、被洗浄
物を新たに汚染する可能性のある微粒子を発生しないも
のが好ましい。
機物の除去を促進するには、図2に示すように、分解反
応を促進させるガスを吹き付けるガス吹き付け器9をエ
キシマレーザ光の照射面近傍に設けるのが好ましい。分
解反応を促進させるガスとしては、酸化促進のためのO
2 (酸素)やO3 (オゾン)が効果的である。これらに
よれば、C−H結合やC−C結合は、分解、酸化された
後、CO2 、H2 Oなどのガスとして除去される。
するのは、被洗浄物6がセラミック、プラスチックなど
である場合に効果的であるが、被洗浄物6が金属の場合
には表面を酸化してしまうため不都合である。H2 ガス
(水素)を分解反応促進ガスとして使用する場合には、
H2 ガスが還元性を有するため、金属を酸化することな
く洗浄効果を高めることができる。
し、O3 はオゾン発生器を通してO2を変換することに
よって得る。
れるレーザ光2の波長は、適当な封入ガスを用いること
により、193nm(ArF)または248nm(Kr
F)とするのが好ましい。これは、有機物を分解するに
は、有機物を構成するC−H、C−C、C=C、C=O
の各結合エネルギーより光エネルギーが高いことが必要
だからである。また、光衝撃波を発生させることがで
き、かつ被洗浄物に対するダメージを少なくするために
は、パルス幅は5ns以上50ns以下とするのが好ま
しい。また、十分な洗浄効果を保持し、被洗浄物に対す
るダメージを少なくするためには、照射エネルギー密度
は1mJ/cm2 以上1J/cm2 以下とするのが好ま
しい。
nm(XeCl)または351nm(XeF)とするこ
とも可能である。
−Yステージ7の上に載せX及びYの2方向に移動させ
ることにより、小さなビーム径のレーザ光2を個々の汚
染に照射していた。これを、図3に示すように、被洗浄
物6上におけるエキシマレーザの照射面の形状を線状と
すれば、被洗浄物6を1方向にのみ移動させることによ
り、レーザ光2を個々の汚染に照射することができる。
1方向にのみ移動させるステージによって移動手段が構
成される。線状の照射面の長手方向の長さは、被洗浄物
6の径よりも長くされている。図3( a) はこの実施例
を示す斜視図であり、( b) は側面図である。
11となっており、シリンドリカルレンズ11によって
矩形断面を有するレーザ光2は線状形状の照射面に集光
される。被洗浄物6は、一例として、リソグラフィー工
程前などのシリコンウエハーとなっている。矢印121
〜124 は、被洗浄物6の移動方向を示している。この
ような構成とすることにより、被洗浄物6を1方向にの
み移動させれば個々の汚染に対してレーザ光2を照射す
ることができるようになる。従って、効率的な照射が可
能になり、装置をトンネル炉のような構成にすることが
でき、実用性が増す。
ーザ光2によって照射される箇所の前方、すなわちこれ
からレーザ光2によって照射される部分に照射するよう
に構成するのが好ましい。なお、図3( a) において
は、吸引器8、ガス吹き付け器9、及び軟X線10の図
示は省略されている。
洗浄物6が移動するとしたが、被洗浄物6が固定されレ
ーザ光2が移動するとしてもよい。小さなビーム径のレ
ーザ光2を被洗浄物6上の個々の汚染に照射するには、
図1のようにX−Yステージ7によるとしてもよいが、
ガルバノミラーによってビームをスキャンする構成にし
てもよい。
方式の洗浄装置であって、0.1μm以下の超微粒子を
効果的に除去することが可能な、光衝撃波による洗浄装
置を得ることができる。この洗浄装置は、除去すべき微
粒子が金属、無機物、有機物のいずれであっても効果が
ある。また、UV光による化学分解反応によって有機物
を効率的に除去することができる。分解反応を促進する
ガスを吹き付けるようにすれば、有機物の除去を促進す
ることができる。さらに、軟X線を照射して被洗浄物を
除電すれば、静電気的に付着している主として無機物を
効率的に除去することができる。
装置の実施例を説明するための図である。
るための図である。
説明するための図である。
物、8…吸引器、9…ガス吹き付け器、10…軟X線、
11…シリンドリカルレンズ。
Claims (5)
- 【請求項1】 UV領域で短パルス発光するエキシマレ
ーザ光を被洗浄物の表面に照射するレーザ光照射手段で
あって、光の表面吸収によって生じる光衝撃波により被
洗浄物の表面に付着している微粒子を剥離して除去する
とともに、前記エキシマレーザ光の光エネルギーによっ
て被洗浄物の表面に付着している有機物を分解して除去
するレーザ光照射手段と、 除去された微粒子及び有機物を吸引する吸引手段と、 被洗浄物の表面に軟X線を照射して被洗浄物の表面を除
電する軟X線照射手段と、 を備えた光衝撃波による洗浄装置。 - 【請求項2】 被洗浄物の表面に付着している有機物の
分解反応を促進させるガスを被洗浄物の表面に吹き付け
るガス吹き付け手段を備えたことを特徴とする請求項1
に記載の光衝撃波による洗浄装置。 - 【請求項3】 前記エキシマレーザは波長193nmの
ArFレーザであって、パルス幅が5ns以上50ns
以下、被洗浄物表面でのエネルギー密度が1mJ/cm
2 以上1J/cm2 以下であることを特徴とする請求項
1または2に記載の光衝撃波による洗浄装置。 - 【請求項4】 前記エキシマレーザは波長248nmの
KrFレーザであって、パルス幅が5ns以上50ns
以下、被洗浄物表面でのエネルギー密度が1mJ/cm
2 以上1J/cm2 以下であることを特徴とする請求項
1または2に記載の光衝撃波による洗浄装置。 - 【請求項5】 前記レーザ光照射手段による被洗浄物表
面における照射面は線状の形状であり、被洗浄物及び前
記照射面のうちの少なくとも一方を前記照射面の長手方
向とほぼ垂直の方向に移動させる移動手段を備えたこと
を特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の光衝
撃波による洗浄装置。
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