KR100328640B1 - 표면세정방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

미립자가 떠다니는 에어로졸에 더하여 상온 또는 가온한 고속가스를 피세정물(웨이퍼)의 표면을 향하여 분사시켜서 그 고속가스에 의해 상기 에어로졸을 피세정물 표면에 충돌시키는 방향으로 가속함과 더불어 그 고속가스의 보유열에 의한 미립자의 액화나 기화에 의한 효과를 병용하여 피세정물의 표면을 세정함으로써 아르곤미립자만으로는 어려웠었던 단단하게 부착된 오염물이나 에칭찌꺼기를 효율적으로 제거한다.

Description

표면세정방법 및 장치{Surface Cleaning Method and Device Therefor}
본 발명은 표면세정방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 반도체웨이퍼와 같은 평판표면을 세정할 때 사용하기에 적합한, 단단하게 부착된 오염물이나 에칭찌꺼기를 제거 할 수 있는 표면세정방법 및 장치에 관한 것이다.
LSI제조공정에서의 반도체용 웨이퍼의 표면위나 액정(LCD) 또는 태양전지 등의 표면상 미립자(파티클)나 오염은 최종제품의 이익률(원료에 대한 제품의 비율)을 크게 저하시킨다. 이 때문에 상기 웨이퍼 등의 표면세정이 매우 중요하다. 또 최근의 환경보호의 입장에서 보더라도 폐액 등을 배출하지 않는 환경에 해롭지 않은 세정방법이 주목되고 있다.
따라서 종래부터 여러가지의 표면세정방법이 제안되어 있으며, 반도체제조를 예로 든다면 초음파병용 순수(純水)세정, 순수 중에 약액(예를 들면 암모니아 과산화수소액이나 황산과산화수소액)을 가한 용액 중에 피세정물을 침지하여 세정하는 등의 습식세정방식이 사용되고 있다.
그러나 이러한 종류의 습식세정방식은 각종 설비의 설치면적이 크고 폐액처리도 필요하다는 문제가 있다.
한편 액체를 사용하지 않는 건식세정방식으로서 가스를 가하여 화학반응을 이용한 드라이크리닝이 있으나 파티클상(狀)의 오염물을 제거할 수 없다고 하는 문제가 있다.
또한 드라이아이스나 얼음, 아르곤고체 등의 미립자를 피세정물 표면에 충돌시켜 파티클을 제거하는 것도 제안되어 있으나, 얼음을 사용한 경우에는 피세정물 표면이 손상을 입을 우려가 있고, 드라이아이스를 사용한 경우에는 특히 철강이나 석유정제의 폐가스를 원료로 하는 시판품에서는 드라이아이스 자체가 더러워져 있기 때문에 불순물오염의 문제가 있다.
이에 비해서 일본국 특허공개공보 평6-252114호나 일본국 특허공개공보 평6-295895호에 기재된 아르곤고체 미립자를 사용하는 방법에 의하면 상기와 같은 문제는 존재하지 않는다.
예를 들면 일본국 특허공개공보 평6-295895호에서는 도 12에 나타낸 바와 같이 아르곤(Ar)가스의 봄베(20)에서 압력조정밸브(22)를 통하여 공급되는 아르곤가스와 질소(N2)가스의 봄베(24)에서 압력조정밸브(26)를 통하여 공급되는 질소가스를 합류점(30)에서 혼합하고, 그 합류점(30)에서 혼합된 Ar +N2혼합가스를 배관(32)을거쳐 필터(34)에서 가스 중의 불순입자를 제거한 후, 배관(36)을 통과시켜 냉각기(또는 열교환기)(38)에서 그 냉각기(38)의 냉각온도가 그 압력에서의 아르곤가스의 액화점 가까이까지 도달하도록 냉각한다. 냉각된 혼합가스는 배관(40)을 통해 에어로졸(aerosol) 분사노즐(42)에 의해 피세정물인 웨이퍼(10) 등이 주사(走査)기구(12)의 이동대(13)상에 놓여져 수용되어 있는 세정실(14)을 구성하는 진공용기 내로 분출된다. 진공용기 내의 압력은 아르곤 에어로졸을 형성하도록 아르곤의 3중점(三重點)압력 이하로 유지된다. 에어로졸 분사노즐(42)의 노즐구멍(43)에서 분출된 혼합가스는 진공용기인 세정실(14) 내에서 급격하게 단열팽창하여 아르곤의 액체, 고체, 기체 또는 이들의 혼합물로 되는 극(極)미립자의 가스상(狀)현탁물인 에어로졸을 형성한다. 이 다량의 아르곤미립자를 포함하는 에어로졸이 웨이퍼(10) 표면에 분사되고, 분사된 에어로졸의 충격력을 이용하여 웨이퍼(10) 표면이 효율적으로 세정된다.
도면에서 16은 세정실(14) 내를 진공으로 배기(排氣)하기 위한 배기장치이다.
그러나 세정실(14) 안으로 분사된 에어로졸은 피세정물(10) 표면에 도달하는 과정에서 주위의 가스에 그 운동에너지를 빼앗겨 속도가 떨어지기 때문에 충격력이 약해진다. 그 결과 세정력이 약해져 단단하게 부착된 오염물이나 에칭찌꺼기를 제거하기 어렵다는 문제점을 가지고 있었다.
또한 일본국 특허공개공보 평8-298252호의 도 5에는 세정대상 표면에 수직으로 분사되는 에어로졸을 마찬가지로 도 6에 나타낸 바와 같은 끝이 퍼지는(末廣)형상의 노즐구멍을 가지는 가스노즐 2개를 사용하여 그 경사 뒤쪽의 양측에서 분사되는 음속(音速) 또는 초음속 가스제트(gas jet)로 가속하여 세정대상 표면에 충돌시키는 것이 기재되어 있으나, 에어로졸 및 가스제트의 분사방향이 항상 적절한 것은 아니어서 가스노즐이 복수개 필요하고, 특히 다수의 노즐구멍에서 에어로졸을 평행하게 분사하려고 하는 경우에는 적합하지 않다는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위해 발명한 것으로, 간단한 구성으로 단단하게 부착된 오염물이나 에칭찌꺼기를 효과적으로 제거하는 것을 과제로 한다.
도 1은 본 발명 제1실시형태에 의한 표면세정원리를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명 제2실시형태에 의한 표면세정원리를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명을 채용한 반도체용 웨이퍼의 표면세정장치 전체구성을 일예로서 나타낸 평면도,
도 4는 본 발명 제1실시형태의 구성을 나타낸 관로도(管路圖),
도 5는 제1실시형태의 세정실 내부를 나타낸 개략 평면도,
도 6은 제1실시형태의 세정실 단면형상을 나타낸 횡단면도,
도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선 종단면도,
도 8은 도 6의 Ⅷ-Ⅷ선 종단면도,
도 9는 본 발명 제2실시형태에서 사용되고 있는 부가노즐의 구성을 나타낸 단면도,
도 10은 상기의 부가노즐의 압력과 발생하는 음파와의 관계를 나타낸 선(線)도,
도 11은 상기의 부가노즐의 각 작동상태를 나타낸 선도.
도 12는 일본국 특허공개공보 평6-295895호에 기재된 종래 표면세정장치의 구성을 나타낸 관로도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 웨이퍼 11 : 오염
42 : 에어로졸 분사노즐 43 : 분사노즐의 노즐구멍
43A : 에어로졸 108 : 부가노즐
109 : 부가노즐의 노즐구멍 109A : 고속가스
109B : 노즐구멍입구 109C : 소류(掃流)
119A : 퍼지용 질소가스
본 발명은 미립자가 떠도는 에어로졸을 피세정물 표면에 분사함으로써 그 에어로졸의 충격력을 이용해서 피세정물 표면을 세정하는 표면세정방법에 있어서, 상온 또는 가온(加溫)의 고속가스를 피세정물 표면을 향해 분사시키고 그 고속가스에 의해 상기 에어로졸을 피세정물 표면에 충돌시키는 방향으로 가속시킴과 더불어 그 고속가스의 보유열에 의한 미립자의 액화나 기화에 의한 효과를 병용하여 피세정물 표면을 세정함으로써 상기 과제를 해결한 것이다.
본 발명에 의하면 도 1에 나타낸 바와 같이 예를 들면 에어로졸 분사노즐(42)의 노즐구멍(43)에서 피세정물(예컨대 웨이퍼(10))의 상대이동방향(도면의 우측방향)의 상류측(上流側)(도면의 좌측)을 향하여 비스듬하게 분사되는 에어로졸(43A)은 예를 들면 스트레이트노즐인 부가노즐(108)의 직선상(狀)의 노즐구멍(109)에서 분사되고 에어로졸(43A)의 위쪽에서 그 에어로졸(43A)을 웨이퍼(10)의 표면을 향하여 억압하듯이 분사된 고속가스(109A)에 의해 물리적으로 가속되며, 예컨대 상온 또는 가온의 고속가스(109A)와 저온의 에어로졸(43A)의 열접촉에 따른 에어로졸 미립자표면의 급격한 기화에 수반되는 체적팽창(109B)에 기인하는 에어로졸(43A)의 열적가속과의 상승(相乘)작용에 의한 피세정물 표면으로의 에어로졸(43A)의 충격력으로 인해 오염(11)의 효율적인 세정이 이루어진다.
또한 피세정물 표면에서는 고속가스(109A)의 보유열 이외에 웨이퍼(10)와 에어로졸(43A)의 충돌에 의한 웨이퍼(10)로부터의 전열(傳熱)에 의한 열이나 필요에 따라 웨이퍼(10)의 표면과 거의 병행하여 흘려 보내지는 상온 또는 가온한 퍼지가스(purge gas;119A)의 보유열도 가해져서 에어로졸(43A)의 액화에 의한 제거오염물의 견인효과(掃流;109C)가 향상되고 오염물의 효율적인 제거작용을 기대할 수 있다.
본 발명은 또 상기 고속가스가 충격파 또는 팽창파를 동반하도록 하고 그 충격파 또는 팽창파에 의한 급격한 압력변화도 병용하여 피세정물 표면을 세정함으로써 상기 과제를 해결한 것이다.
이 경우는 도 2에 나타낸 바와 같이 예를 들면 끝이 퍼지는 형상의 노즐인 부가노즐(208)의 출구측(도면의 하측)이 퍼지도록 된 노즐구멍(209)에서 분사되어 웨이퍼(10)의 표면에 충돌하는 예를 들면 초음속 고속가스(209A)에 따른 충격파(음속(209F)) 또는 팽창파에 의해 생기는 급격한 압력변화에 의한 세정효과와, 예컨대 에어로졸 분사노즐(42)의 노즐구멍(43)에서 분사되고 고속가스(209A)에 의해 가속되어 피세정물 표면에 충돌하는 에어로졸(43A)의 충격력에 의한 세정효과의 상승작용에 의해 효율적인 세정이 이루어진다. 또한 충격파나 팽창파에 의한 오염(11)의 이탈(離脫;desorption)도 기대할 수 있다.
즉, 충격파는 압력, 밀도 등의 상태량이 불연속적으로 변화하는 면이라고 간주할 수 있는 압축파이다. 충격파나 팽창파가 피세정물(웨이퍼(10)) 표면에 도달하면 피세정물 표면에서는 폭발에 가까운 급격한 압력변화가 생긴다. 이 급격한 압력변화는 피세정물 표면의 오염물을 표면에서 이탈 혹은 비산(飛散,fly)시킨다.
한편 예를 들면 뒤에 나오는 도 9에 예시한 바와 같은 끝이 퍼지는 형상의 부가노즐(208)에 도입된 가스는 노즐구멍(209)의 스로트(throat;209C)에서 음속에 도달하고 끝이 넓어진 부분에서 초음속으로 가속된다. 충격파가 발생함에 따라 그 속도는 감속되나, 높은 속도로 에어로졸(43A)에 충돌하여 그 에어로졸(43A)의 속도를 증대시킨다. 운동에너지가 증가한 에어로졸은 피세정물 표면의 오염(11)에 충돌하고 충격파나 팽창파의 이탈효과로 상승(相乘)되어 오염을 제거한다.
또한 상기 에어로졸(43A)을 피세정물(10)의 표면에 대하여 비스듬한 방향에서 분사하고, 상기 고속가스(109A)(209A)를 그 에어로졸(43A)의 위쪽에서 그 에어로졸(43A)을 피세정물 표면을 향하여 억압하도록 분사시켜 간단한 구조로 충분한 효과를 얻을 수 있다.
특히 상기 에어로졸(43A)을 피세정물 표면과의 상대이동방향의 상류측을 향하여 비스듬히 분사하도록 하면 오염물이나 고형물을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한 상온 또는 가온한 퍼지가스를 피세정물 표면과 거의 평행하게 흘려보내서 상기 에어로졸(43A)에 의해 피세정물 표면에서 제거된 오염물이나 고형물의 피세정물 표면으로의 재부착을 방지하고, 계외(系外)로 배출하도록 하여 이차오염을 방지할 수 있다.
또 상기 에어로졸을 적어도 일부가 고화된 아르곤미립자를 포함하는 아르곤에어로졸로 하여 세정이 확실하게 되도록 할 수 있다.
본 발명은 또 표면세정장치에서 미립자를 가스중에 떠다니게 하여 에어로졸을 형성하는 에어로졸 형성수단과, 그 에어로졸 형성수단에서 공급되는 에어로졸을 피세정물표면에 분사하는 에어로졸 분사노즐과, 상온 또는 가온한 고속가스를 피세정물 표면을 향하여 분사함으로써 상기 에어로졸을 피세정물 표면에 충돌시키는 방향으로 가속하기 위한 부가노즐과, 상기 에어로졸에 의해 피세정물 표면에서 제거된 오염물이나 고형물의 피세정물 표면으로의 재부착을 방지하고 계외로 배출시키기 위한 상온 또는 가온한 퍼지가스를 피측정물 표면과 거의 평행하게 흘려보내는 퍼지가스용 노즐을 구비하고, 상기 고속가스로 에어노즐을 가속하여 가속된 에어로졸에 의해 피세정물 표면을 세정함으로써 상기 과제를 해결한 것이다.
또한 상기 부가노즐을 스트레이트노즐로 해서 부가노즐의 구성을 간략화한 것이다.
또는 상기 부가노즐을 끝이 퍼지는 형상의 노즐로 하여 그 부가노즐에서 충격파나 팽창파가 발생하도록 한 것이다.
그리고 상기 부가노즐 출구에서 수직충격파가 발생하도록 한 것이다.
또 상기 부가노즐의 위치를 조정가능하도록 하여 상기 에어로졸에 대한 고속가스의 충돌위치 및 에어로졸 속도를 조정할 수 있도록 한 것이다.
본 발명에 의하면 피세정물을 손상하거나 불순물오염을 발생시키지 않고, 아르곤미립자만으로는 제거하기가 어려웠던 단단하게 부착된 오염물이나 에칭찌꺼기를 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 실시예로서 상세하게 설명한다.
본 실시형태가 적용되는 반도체웨이퍼의 표면세정장치의 전체구성을 도 3에 나타냈다. 이 표면세정장치에는 장치 외부에서 피세정물인 웨이퍼(10)를 다수 수용한 카세트(52)가 서로 번갈아 반입·반출되고 로드록되어 진공상태로 배기되는 2개의 카세트실(54)(56)과, 세정 전의 웨이퍼(10)를 상기 카세트실(54)(56) 한쪽의 카세트(52)에서 1매씩 꺼내어 화살표 A로 나타낸 바와 같이 다음의 버퍼(buffer)실(62)로 반입함과 더불어 세정 후의 웨이퍼(10)를 버퍼실(62)에서 반출하여 화살표 B로 나타낸 바와 같이 소정의 카세트(52)에 삽입하기 위한 예를 들면 수평면 내에서 신축과 회전의 2축동작이 가능한 웨이퍼핸들링(waper handling)용 반송로보트(58)가 설치된 로보트실(60)과, 항상 진공으로 유지되어 있는 로보트실(60)과 노즐(42)에서 분사되는 에어로졸(43A)에 의해 진공도가 저하하는 세정실(14)간의 압력차를 해소하여 웨이퍼를 수수(受授)하기 위한 버퍼실(62)과, 그 버퍼실(62) 내에서 대기하고 있는 웨이퍼를 이동대(13)를 구성하는 프로세스핸드(process hand)에 의해 세정실(14) 내로 반입(Y방향)하면서 노즐구멍(43)의 피치분(分)만큼 도면의 좌우방향(X방향)으로 주사하기 위한 주사기구(12)와, 밑을 통과하는 웨이퍼에 대하여 아르곤에어로졸(43A)을 분사하여 세정하기 위한 에어로졸 분사노즐(42)을 구비한 세정실(14)과, 그 에어로졸 분사노즐(42)에 공급되는 Ar+N2혼합가스를 냉각하기 위한 냉각기(38)를 구성하는 냉동기(76), 압축기(compressor;78) 및 열교환기(80)와, 상기 카세트실(54)(56), 로보트실(60), 버퍼실(62), 세정실(14)을 배기하여 진공으로 하기 위한 배기장치(16)가 주요하게 구비되어 있다.
본 발명의 제1실시형태는 이러한 표면세정장치에 도 12에 나타낸 종래예와 같은 구성을 더하여 도 4 및 도 5에 상세하게 나타낸 바와 같이 가속용 N2가스(109A)를 웨이퍼(10)의 표면을 향하여 고속으로 분사하기 위한 압력조정밸브(90), 배관(92), 필터(94), 배관(104), 히터(106) 및 부가노즐(108)과, 웨이퍼(10)의 표면에서 제거된 오염물이나 고형물을 계외로 배출하기 위한 퍼지용 N2가스(119A)를 웨이퍼(10) 표면과 거의 평행하게 흘려보내기 위한 압력조정밸브(110), 배관(112), 필터(114), 배관(116), 히터(117) 및 퍼지용 노즐(118)을 추가한 것이다.
상기 부가노즐(108)은 예를 들면 스트레이트노즐로 되어 도 6 내지 도 8에 나타낸 바와 같이 에어로졸 분사노즐(42)에 인접하고 또한 평행으로 설치되어 있다. 그 부가노즐(108)에는 도 5에 나타낸 바와 같이 에어로졸 분사노즐(42)의 노즐구멍(43)과 같은 개수의 원주상(圓柱狀)의 직선적인 노즐구멍(109)이 설치되고, 도 1에 나타낸 바와 같이 그 노즐구멍(109)에서 분사되는 고속(예를 들면 초음속)의 가속용 N2가스(109A)가 에어로졸(43A)에 닿도록 노즐구멍(109)이 가공·배치된다.
도 7 및 도 8에서 120은 세정실(14) 내 가스의 흐름을 제어하기 위한 실드(shield)판이다.
상기 부가노즐(108)에는 상하·좌우의 위치가 조정가능한 기구가 구비되고, 웨이퍼(10) 표면에 도달하기 전의 에어로졸(43A)에 닿도록, 또한 에어로졸(43A)의 속도를 조정할 수 있도록 부가노즐(108)의 위치를 바꿀 수 있다. 도 6 및 도 8에 부가노즐(108)의 위치를 상하로 조정하기 위한 기구의 예를 나타냈다. 여기서는 부가노즐(108)을 고정하고 있는 스테이(110)(112)에 긴 구멍(114)을 설치하여 그 긴구멍(114)의 범위에서 볼트(116)에 의해 부가노즐(108)의 위치를 상하로 조정할 수 있도록 하고 있다. 좌우에도 같은 기구를 설치할 수 있다.
상기 부가노즐(108)에서 분출되는 가스는 불활성가스, 특히 가격 및 입수성(入手性)을 생각하면 N2가스가 바람직하나, 본 발명에서는 불활성가스에 한정되지 않고 예를 들면 O2가스나 H2가스를 사용해도 좋다. 가스의 온도는 상온이어도 좋으나, 예컨대 히터(106)로 가열해도 좋다. 가열하는 편이 음속이 증가하고 에어로졸의 가속효과가 증가한다. 압력은 높은 편이 바람직하나 공업적으로는 1MPa 이하, 700kPa∼300kPa가 바람직하다.
상기 퍼지용 노즐(118)은 도 5에 나타낸 바와 같이 가스의 흐름과 관련하여 에어로졸 분사노즐(42)보다 상류측의 세정실(14) 단부에 설치되어 있다. 이 퍼지용노즐(118)의 노즐구멍(119)에서는 압력조정밸브(110), 배관(112), 필터(114) 및 배관(116)을 통하여 상기 질소가스봄베(24)에서 공급되는 퍼지용 질소가스(119A)가항상 분출되고 있다.
이하에서는 작용을 설명한다.
상기 부가노즐(108)의 노즐구멍(109)에서는 초음속의 가속용 N2가스(109A), 상기 에어로졸 분사노즐(42)의 노즐구멍(43)에서는 아르곤미립자를 포함하는 에어로졸(43A), 상기 퍼지용 노즐(118)의 노즐구멍(119)에서는 퍼지용 N2가스(119A)를 분출시킨 상태에서 예를 들면 일본국 특허공개공보 평6-252114호나 일본국 특허공개공보 평6-295895호에 기재된 방법을 사용하여 주사기구(12)에 의해 웨이퍼(10)를 도 5의 앞에서 안쪽 방향으로 화살표 C로 나타낸 바와 같이 노즐구멍의 피치분만큼 횡방향(X방향)으로 주사하면서 Y방향으로 지그재그로 보내준다. 그러면 웨이퍼(10) 표면에는 가속용 N2가스(109A)에 의해 물리적 및 열적(熱的)으로 가속된 아르곤 에어로졸(43A)이 충돌하고, 단단하게 부착된 오염물이라 할지라도 에어로졸의 충격력에 의해 표면에서 박리된다. 일단 박리된 오염물은 가속용 N2가스(109A)와 퍼지용 N2가스(119A)의 가스보유열과 웨이퍼(10)로부터의 전열(傳熱)의 열로 인한 에어로졸(43A)의 액화촉진에 의해 웨이퍼(10)의 표면상에서 효율적으로 제거된다.
또 에어로졸 및 충격파 또는 팽창파에 의해 제거된 오염물을 효율 좋게 계외로 배출하기 위해 세정실(14)의 단부(도 5에서는 상부)에서 가압된 불활성가스( 경제성으로 볼 때 N2가스가 바람직하다)를 퍼지용 노즐(118)의 노즐구멍(119) 또는 파이프에 의해 세정실(14) 내로 도입하고, 웨이퍼(10) 표면의 오염물을 계외로 배출하는 강제적인 흐름을 만들 수가 있다. 이 배출강제흐름의 유속은 예를 들면 5∼20m/sec로 하는 것이 바람직하다. 또한 퍼지용 노즐(118)은 생략할 수도 있다.
상기 세정실(14) 내의 압력은 아르곤의 3중점(68kPa) 이하로 할 필요가 있으나, 상기 배출강제흐름의 유속을 소량의 질소가스(불활성가스)로 확보함과 더불어 에어로졸의 고체경도를 증가시키고 오염물 제거효과를 높이기 위해서는 50kPa∼수kPa(20kPa 이하가 바람직하다)로 할 수 있다.
다음으로 본 발명의 제2실시형태에 대해 설명한다.
본 실시형태에서는 부가노즐로서 제1실시형태의 스트레이트노즐(108) 대신에 끝이 퍼지는 형상의 노즐(208)이 사용되고 있다. 다른 점에 관해서는 제1실시형태와 같으므로 같은 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.
도 9에 나타낸 바와 같이 본 실시형태에서 사용되고 있는 부가노즐(208)의 노즐구멍(209) 단면은 축대칭으로 압력실(208A)에서 노즐구멍입구(209B)를 지나 노즐구멍출구(209D)에 이르는 도중에 스로트(209C)를 갖는 끝이 퍼지는 형상을 하고 있다. 이것은 일반적으로 일컬어지는 초음속노즐과 동일한 형상이다.
상기 노즐구멍(209)에서의 분출가스를 진공용기(세정실(14))로 분출시키면 노즐구멍출구(209D)에서의 압력(Pe)이 진공용기(14)의 압력(Pb)과 다른 경우 도 10에 나타낸 바와 같이 충격파(도 10 (g)(h)(i)에 나타낸 Pe＜Pb의 경우) 또는 팽창파(도 10(k)에 나타낸 Pe＞Pb의 경우)를 생성한다. Pe＝Pb인 경우 노즐구멍부에서의 마찰을 고려하지 않으면 흐름은 등 엔트로피(isoentropic)적으로 변화하고 적정(適正)팽창이 되어 충격파나 팽창파를 발생시키지 않고 초음속 흐름이 되어 진공용기(14)로 분출된다(도 10(j)의 경우). 제1실시형태도 포함하는 일반노즐은 이 적정팽창이 되도록 사용되고 있는 것에 비하여 본 실시형태에서는 굳이 충격파 또는 팽창파가 발생하도록 사용한다.
상기 노즐구멍출구(209D)에서의 압력(Pe)은 스로트(209C)에서의 단면적(As)과 노즐구멍출구(209D)에서의 단면적(Ae)의 비(Ae/As)에 의해 선택할 수가 있다.
도 11에 N2가스에서의 Ae/As와 Pe/Po(Po:노즐구멍입구(109B)에서의 압력)의 관계 및 발생하는 충격파의 종류를 나타냈다. 즉, 충격파를 발생기키기 위해서는 도 10((g) 또는 (h))에 나타낸 바와 같이 끝이 퍼진 부분에 수직충격파가 발생하는 영역Ⅰ 또는 도 10(i)에 나타낸 바와 같이 과(過)팽창에 의한 경사충격파가 노즐외부에 발생하는 영역Ⅱ이 되도록 Ae/As를 선택한다. 일반적으로 수직충격파쪽이 경사충격파보다 강도가 높으므로 부착력이 강한 오염물에 대해서는 영역Ⅰ을 선정한다. 또 영역Ⅰ에서는 노즐구멍의 끝이 퍼진 부분에서 충격파가 발생하여 노즐구멍(209)의 손상이 우려되므로 도 10(h)에 나타낸 바와 같이 정확히 노즐구멍출구(209D)에서 수직충격파가 발생하도록 설계하는 것이 바람직하다.
도 9에 나타낸 상기 노즐구멍(209)의 끝이 퍼진 부분의 각도(θ)는 흐름의 박리에 의한 장애(disturbance)를 피하기 위해 퍼짐각(θ)=5∼10°가 되도록 한다. 이 θ가 크면 노즐내에서 충격파가 빨리 발생하기 쉬워진다. θ가 10°보다 커지면 박리가 발생하고 에너지가 마찰로 흡수되어 효율이 나쁘다. 한편 θ가 5°보다 작으면 노즐이 길고 커질 뿐만 아니라 공작이 곤란하다.
본 실시형태에서는 웨이퍼(10) 표면에 가속용 N2가스에 의해 가속된 아르곤 에어로졸(43A) 및 충격파 또는 팽창파가 충돌하여 단단하게 부착된 오염물이라 하더라도 에어로졸의 충격력 및 충격파 또는 팽창파에 의한 압력변화로 인해 표면에서 박리된다.
또한 상기 실시형태에서는 모두 본 발명이 반도체용 웨이퍼의 세정에 적용되어 있었으나, 본 발명의 적용대상은 이에 한정되지 않고 하드디스크, 액정, 마이크로머신, 정밀기계부품 및 전자부품 등의 다른 피세정물 세정에도 마찬가지로 적용될 수 있는 것은 확실하다.
본 발명에 의하면 피세정물을 손상하거나 불순물오염을 발생시키지 않고, 아르곤미립자만으로는 제거하기가 어려웠던 단단하게 부착된 오염물이나 에칭찌꺼기를 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

Claims (23)

  1. 미립자가 떠도는 에어로졸을 피세정물 표면에 분사함으로써 그 에어로졸의 충격력을 이용해서 피세정물 표면을 세정하는 표면세정방법에 있어서, 상온 또는 가온의 고속가스를 피세정물 표면을 향해 분사시키고 그 고속가스에 의해 상기 에어로졸을 피세정물 표면에 충돌시키는 방향으로 가속시킴과 더불어 그 고속가스의 보유열에 의한 미립자의 액화나 기화에 의한 효과를 병용하여 피세정물 표면을 세정하는 것을 특징으로 하는 표면세정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고속가스가 충격파 또는 팽창파를 동반하도록 하고 그 충격파 또는 팽창파에 의한 급격한 압력변화를 병용하여 피세정물의 표면을 세정하는 것을 특징으로 하는 표면세정방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에어로졸을 피세정물 표면에 대하여 비스듬한 방향에서 분사하고, 상기 고속가스를 그 에어로졸의 위쪽에서 그 에어로졸을 피세정물 표면을 향하여 억압하도록 분사시키는 것을 특징으로 하는 표면세정방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 에어로졸을 피세정물 표면과의 상대이동방향의 상류측을 향하여 비스듬하게 분사하는 것을 특징으로 하는 표면세정방법.
  5. 제1항에 있어서, 상온 또는 가온한 퍼지가스를 피세정물 표면과 거의 평행하게 흘려보내서 상기 에어로졸에 의해 피세정물 표면에서 제거된 오염물이나 고형물의 피세정물 표면으로의 재부착을 방지하고, 계외(系外)로 배출시키는 것을 특징으로 하는 표면세정방법.
  6. 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 에어로졸의 적어도 일부가 고화된 아르곤미립자를 포함하는 아르곤에어로졸인 것을 특징으로 하는 표면세정방법.
  7. 미립자를 가스중에 떠다니게 하여 에어로졸을 형성하는 에어로졸 형성수단과, 상기 에어로졸 형성수단에서 공급되는 에어로졸을 피세정물표면에 분사하는 에어로졸 분사노즐과, 상온 또는 가온한 고속가스를 피세정물 표면을 향하여 분사함으로써 상기 에어로졸을 피세정물 표면에 충돌시키는 방향으로 가속하기 위한 부가노즐과, 상기 에어로졸에 의해 피세정물 표면에서 제거된 오염물이나 고형물의 피세정물 표면으로의 재부착을 방지하고 계외로 배출시키기 위한 상온 또는 가온한 퍼지가스를 피측정물 표면과 거의 평행하게 흘려보내는 퍼지가스용 노즐을 구비하고, 상기 고속가스로 에어노즐을 가속하여 가속된 에어로졸에 의해 피세정물 표면을 세정하는 것을 특징으로 하는 표면세정장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 부가노즐이 상기 에어로졸 분사노즐에 인접하고, 평행하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 표면세정장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 부가노즐이 스트레이트노즐인 것을 특징으로 하는 표면세정장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 부가노즐이 끝이 퍼지는 형상의 노즐인 것을 특징으로 하는 표면세정장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 끝이 퍼지는 형상의 노즐에서 분사되는 고속가스가 충격파 또는 팽창파를 동반하도록 되고, 상기 충격파 또는 팽창파에 의한 급격한 압력변화를 병용하여 피세정물 표면을 세정하는 것을 특징으로 하는 표면세정장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 끝이 퍼지는 형상의 노즐에서 노즐구멍 끝부분의 퍼짐각이 5°∼10°의 범위 내로 되는 것을 특징으로 하는 표면세정장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 끝이 퍼지는 형상의 노즐에서 충격파가 발생하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 표면세정장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 끝이 퍼지는 형상의 노즐출구에서 수직충격파가 발생하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 표면세정장치.
  15. 제7항에 있어서, 상기 에어로졸이 피세정물의 표면에 대하여 비스듬한 방향에서 분사되어지고, 상기 고속가스가 그 에어로졸의 위쪽에서 그 에어로졸을 피세정물표면을 향하여 억압하도록 분사되는 것을 특징으로 하는 표면세정장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 에어로졸이 피세정물 표면과의 상대이동방향의 상류측을 향하여 비스듬하게 분사되는 것을 특징으로 하는 표면세정장치.
  17. 제7항에 있어서, 상기 부가노즐의 위치가 조정가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 표면세정장치.
  18. 제7항에 있어서, 상기 에어로졸의 적어도 일부가 고화된 아르곤미립자를 포함하는 아르곤에어로졸인 것을 특징으로 하는 표면세정장치.
  19. 장치 외부에서 피세정물인 웨이퍼를 다수 수용한 카세트가 서로 번갈아 반입·반출되고 로드록되어 진공상태로 배기되는 2개의 카세트실과, 세정 전의 웨이퍼를 상기 카세트실 한쪽의 카세트에서 1매씩 꺼내어 다음의 버퍼실로 반입함과 더불어 세정 후의 웨이퍼를 버퍼실에서 반출하여 소정의 카세트에 삽입하기 위한 웨이퍼핸들링용 반송로보트가 설치된 로보트실과, 항상 진공으로 유지되어 있는 로보트실과 노즐에서 분사되는 에어로졸에 의해 진공도가 저하하는 세정실간의 압력차를 해소하여 웨이퍼를 수수(受授)하기 위한 버퍼실과, 상기 버퍼실 내에서 대기하고 있는 웨이퍼를 이동대를 구성하는 프로세스핸드에 의해 세정실 내로 반입하면서 노즐구멍의 피치분만큼 도면의 좌우방향으로 주사하기 위한 주사기구와, 밑을 통과하는 웨이퍼에 대하여 아르곤에어로졸을 분사하여 세정하기 위한 에어로졸 분사노즐, 가속용가스를 웨이퍼 표면을 향하여 고속으로 분사하기 위한 부가노즐 및 웨이퍼 표면에서 제거된 오염물이나 고형물을 계외로 배출하기 위한 퍼지용가스를 웨이퍼의 표면과 거의 평행하게 흘려보내기 위한 퍼지용노즐을 구비한 세정실과, 상기 에어로졸 분사노즐에 공급되는 가스를 냉각하기 위한 냉각기와, 상기 카세트실, 로보트실, 버퍼실, 세정실을 배기하여 진공으로 하기 위한 배기장치를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체용 웨이퍼의 표면세정장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 가속용가스를 가열하기 위한 히터가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체용 웨이퍼의 표면세정장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 퍼지용노즐이 가스의 흐름에 관하여 상기 에어로졸 분사노즐보다 상류측 세정실의 단부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체용 웨이퍼의 표면세정장치.
  22. 도19항 또는 제20항에 있어서, 상기 세정실에 그 안의 가스의 흐름을 제어하기 위한 실드판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체용 웨이퍼의 표면세정장치.
  23. 제19항에 있어서, 상기 에어로졸이 아르곤에어로졸로 되고 상기 세정실 내의 압력이 아르곤의 3중점 이하인 50kPa∼수kPa의 범위 내로 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체용 웨이퍼의 표면세정장치.
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