JP2003209088A

JP2003209088A - エアロゾル洗浄方法及び装置

Info

Publication number: JP2003209088A
Application number: JP2002003889A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Sonoda; 譲園田; Yoshitaka Onishi; 良孝大西
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2003-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】被洗浄物の微細パターンにダメージを与える
ことなく、洗浄力を向上する。【解決手段】エアロゾル２２を被洗浄物（１０）に吹
付けて洗浄する際に、エアロゾル２２を加速ガス２６に
より加速して、所定速度以上でウェハ１０に衝突させる
ことにより、ウェハ１０の表面に局所的に超臨界状態又
は擬似超臨界状態を生成させて、洗浄力を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エアロゾル洗浄方
法及び装置に係り、特に、半導体用ウェハのような基板
の表面を洗浄する際に用いるのに好適な、被洗浄物の微
細パターンへダメージを与えることなく洗浄することが
可能なエアロゾル洗浄方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体製造工程における半導
体用ウェハの表面上や、液晶（ＬＣＤ）あるいは太陽電
池等の表面上の微粒子（パーティクル）や汚れは、最終
製品の歩留りを大きく低下させるため、前記ウェハ等の
表面洗浄が極めて重要である。特に半導体製造工程での
ウェハ洗浄は、素子微細化による高集積化が加速してお
り、全体工程数に占める洗浄工程が約３割と言われるよ
うに、製造歩留りを維持するための重要な製造工程とな
っている。

【０００３】洗浄装置としては、純水を使用するウェッ
ト洗浄が主流であり、ウェットバス型のバッチ洗浄から
ブラシ洗浄、ジェットスピン洗浄、超音波洗浄等の枚葉
洗浄装置が多用されている。

【０００４】又、近年は、ウェット洗浄に代わる洗浄方
式として、レーザ光、ＵＶ光、各種プラズマを利用した
反応形成生物の洗浄除去装置や、炭酸ガス（ＣＯ₂）又
はアルゴンガスを使用するドライ又はエアロゾル洗浄方
式、更には、ＣＯ₂超臨界洗浄等のように、洗浄容器内
を洗浄ガス（又は液）の臨界圧力雰囲気とした高圧超臨
界洗浄装置が開発されており（例えば特開平８−５７４
３７や特開平１０−２０９１０１）、半導体デバイス工
程に応じて、様々な使い分けが始まっている。

【０００５】このうち、従来のエアロゾル吹付けによる
洗浄では、図１に示す如く、エアロゾル２２をエアロゾ
ル生成ノズル（以下、単にエアロゾルノズルと称する）
２０のノズル孔２０Ａから噴出し、噴出されたエアロゾ
ル２２を、ウェハ１０等の被洗浄物に吹付けて洗浄する
方式を採っているが、エアロゾル吹付けのみの洗浄で
は、強固に付着するパーティクル等への適用では、物理
的な吹付力が不足するため、洗浄性能を向上させる方法
として、エアロゾルノズル２０とは別に設けたエアロゾ
ル加速用の加速ノズル２４を採用している（特開平６−
２５２１１４、特開平６−２９５８９５、特開平８−２
９８２５２）。そして、この加速ノズル２４のノズル孔
２４Ａから吹き出した高速の加速ガス（例えば窒素ガ
ス）２６をエアロゾル２２に吹付け、エアロゾル２２を
加速させることで、被洗浄物であるウェハ面に強固に付
着するパーティクル等の汚染物に対して除去性能を大幅
に向上している。

【０００６】又、特開平８−５７４３７や特開平１０−
２０９１０１で提案された超臨界洗浄方式では、洗浄す
る対象物を、図２に示す臨界温度Ｔｃや臨界圧力Ｐｃで
特徴付けられる臨界点以上で、液体と気体の区別ができ
ない超臨界状態にした洗浄流体（例えばＣＯ₂等）の中
に浸し、被洗浄物表面に付着する汚染物を剥離抽出し、
その後、洗浄流体を自由表面を作らせずに臨界未満状態
の気体に転移させ、蒸発させて洗浄している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウェッ
ト洗浄においては、純水の使用量、薬品（無機、有機）
の使用量と、その排水処理、微細パターンの薬品による
オーバーエッチングによる形状変形、新材料に対応する
薬品の開発、多様な薬品への対応等の問題や微細パター
ンへのダメージの問題がある。

【０００８】又、炭酸ガスやアルゴン洗浄等のドライ洗
浄やエアロゾル洗浄においても、図３（Ａ）に示す如
く、ウェハ１０のパターン１０Ａ内に入ったエアロゾル
２２が瞬間的に蒸発する際に、図３（Ｂ）に示す如く、
パターン１０Ａが表面張力で内側に倒れて、微細パター
ンへダメージを与えるという問題点を有する。

【０００９】一方、超臨界洗浄によれば、粘度が小さく
汚れが溶け込んだ超臨界流体２８が、図４に示す如く、
自由表面である気液界面を生ずることなく、液体のまま
単純に密度が減ってパターン間から抜けていくため、表
面張力によるパターン崩壊がないという利点があるが、
従来の超臨界流体洗浄においては、洗浄容器内を臨界圧
力雰囲気とするための高圧容器が必要であり、装置が大
掛かりになるだけでなく、洗浄容器内を加圧するために
工程が多くなり、更に、高圧容器への被洗浄物であるウ
ェハ受け渡し等のハンドリングが困難である等の問題点
を有していた。

【００１０】特に、今後パターンの微細化が加速する半
導体デバイス製作工程において、パターンにダメージを
与えない洗浄方式を確立することは非常に重要な課題と
なっている。

【００１１】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、簡単な構成で超臨界状態を作り出し
て、被洗浄物の微細パターンへダメージを与えることな
く洗浄することが可能なエアロゾル洗浄を実現すること
を課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、エアロゾルを
被洗浄物に吹付けて洗浄するためのエアロゾル洗浄方法
において、前記エアロゾルを所定速度以上で被洗浄物に
衝突させることにより、被洗浄物表面に局所的に超臨界
状態又は擬似超臨界状態を生成させ、洗浄力を高めるよ
うにして、前記課題を解決したものである。

【００１３】又、前記エアロゾルを、加速ガスにより加
速して、前記所定速度以上とするようにしたものであ
る。

【００１４】又、前記エアロゾルがヘリウム（Ｈｅ）か
らなる場合に、前記所定速度を５０ｍ／ｓ以上としたも
のである。

【００１５】あるいは、前記エアロゾルがネオン（Ｎ
ｅ）からなる場合に、前記所定速度を１００ｍ／ｓ以上
としたものである。

【００１６】あるいは、前記エアロゾルが窒素（Ｎ₂）
からなる場合に、前記所定速度を１５０ｍ／ｓ以上とし
たものである。

【００１７】又、前記エアロゾルがアルゴン（Ａｒ）か
らなる場合に、前記所定速度を３５０ｍ／ｓ以上とした
ものである。

【００１８】又、前記エアロゾルが酸素（Ｏ₂）又は炭
酸ガス（ＣＯ₂）からなる場合に、前記所定速度を４５
０ｍ／ｓ以上としたものである。

【００１９】又、前記エアロゾルが亜酸化窒素（Ｎ
₂Ｏ）からなる場合に、前記所定速度を５００ｍ／ｓ以
上としたものである。

【００２０】又、前記エアロゾルが水蒸気（Ｈ₂Ｏ）か
らなる場合に、前記所定速度を９５０ｍ／ｓ以上とした
ものである。

【００２１】本発明は、又、エアロゾルを被洗浄物に吹
付けて洗浄するためのエアロゾル洗浄装置において、前
記エアロゾルを所定速度以上で被洗浄物に衝突させるこ
とにより、被洗浄物表面に局所的に超臨界状態又は擬似
超臨界状態を生成させる手段を備えることにより、前記
課題を解決したものである。

【００２２】又、同様のエアロゾル洗浄装置において、
前記エアロゾルを噴射する手段と、噴射されたエアロゾ
ルを加速して、所定速度以上で被洗浄物に衝突させるこ
とにより、被洗浄物表面に局所的に超臨界状態又は擬似
超臨界状態を生成させるための加速ガスを噴射する手段
とを備えることにより、同じく前記課題を解決したもの
である。

【００２３】図１に示したように、加速ノズル２４から
吹き出した高速の加速ガス２６をエアロゾル２２に吹付
け、エアロゾルを加速させることで、被洗浄物（１０）
の表面に強固に付着するパーティクル等、汚染物に対し
て大幅な除去性能を向上することができた。この加速ノ
ズル採用によるエアロゾル洗浄方式についての洗浄メカ
ニズムの解明と、加速ノズルから吹き出す加速ガスの制
御特性について、発明者等は、分子動力学を用いた解析
と、装置実験によりエアロゾルを衝突させる被洗浄物の
表面に局所的に超臨界状態を形成し、エアロゾルの衝突
による物理力を用いたエアロゾル吹付け洗浄方式に、超
臨界洗浄を付加することができることを見出した。

【００２４】一般に、超臨界流体を得るためには、物質
を図２に示した臨界圧力Ｐｃ、臨界温度Ｔｃ以上に保つ
必要がある。従来は、高圧容器中で圧力と温度を上昇さ
せて、超臨界状態としていたが、本発明では、高速に液
滴を被洗浄物へ衝突させることで、超臨界状態又は擬似
超臨界状態を得ている。Ａｒにおける各衝突速度Ｖにお
ける相変化の経路Ｒの変化状態を図５（Ａ）〜（Ｅ）に
示す。図から明らかなように、衝突速度がある値（Ａｒ
では３５０m／ｓ）以上になると、液滴が被洗浄物表面
に衝突する表面上の局所空間において、液滴が超臨界状
態又は擬似超臨界状態となり、不安定で自由界面を作る
相変化曲線の谷Ｂが無くなって、強力な洗浄性能が得ら
れることが、分子動力学法により確認できた。各種材料
と超臨界に到る最低衝突速度である臨界速度の関係の例
を図６（Ａ）〜（Ｄ）に示す。本発明は、このような知
見に基づいてなされたものである。

【００２５】このようにして、エアロゾルを、必要に応
じて加速ガスにより加速して、所定の臨界速度以上で被
洗浄物に衝突させることにより、被洗浄物表面に局所的
な超臨界状態又は擬似超臨界状態を作り出し、エアロゾ
ル洗浄方式の元来の衝撃力等、物理力を利用した洗浄
に、超臨界洗浄方式を付加することで、被洗浄物の微細
パターンへのダメージを起こすことなく、洗浄力を高め
ることができる。

【００２６】単純に液体を吹付けると、粘度が高いため
拡散できない。又、気体を吹付けた場合、密度が低く、
洗浄能力が発揮されない。これに対して、本発明のよう
に、被洗浄物へ衝突させて超臨界状態又は擬似超臨界状
態の液滴を形成することで、高密度で被洗浄物上を拡散
させることが可能となり、又、衝突時のエネルギが、液
相から気相への相転移に必要な潜熱に用いられないた
め、運動エネルギの大部分が汚れを弾き飛ばす仕事に変
換され、洗浄性能にそのまま寄与することができる。

【００２７】又、この局所超臨界洗浄方式は、従来の超
臨界洗浄で用いられている高圧容器に浸す方法と異な
り、ウェハ等被洗浄物のハンドリングも容易である。

【００２８】このエアロゾル洗浄方式による局所超臨界
状態の形成は、エアロゾルの被洗浄物への衝突速度を制
御することによって可能であり、その衝突速度は、洗浄
媒体として用いるＡｒ、Ｎ₂その他の物質の物性によっ
て異なる。

【００２９】エアロゾル吹き付けの洗浄方式において、
局所超臨界洗浄が可能な物質であるＨｅ、Ｎｅ、Ｎ₂、
Ａｒ、Ｏ₂、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏについて、局所超臨界状態が
形成されるエアロゾルの被洗浄物への衝突速度（臨界速
度）を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】この臨界速度以上において、局所的な超臨
界状態又は擬似超臨界状態での洗浄が出来る。各種材料
に対する臨界圧力と臨界速度の関係の例を図７に示す。
また、その他にも、Ｋｒ、ＳＦ₆、Ｘｅ、Ｈ₂などが考え
られる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００３３】本実施形態は、図８に示す如く、エアロゾ
ル２２を被洗浄物であるウェハ１０に吹付けて洗浄する
ためのエアロゾル洗浄装置において、前記エアロゾル２
２を噴射して生成するためのエアロゾルノズル２０と、
該エアロゾルノズル２０から噴射されたエアロゾル２２
を加速して、前記臨界速度以上でウェハ１０に衝突させ
ることにより、ウェハ表面に局所的に超臨界状態又は擬
似超臨界状態を生成させるための加速ガス２６を噴射す
る加速ノズル２４を備えたものである。

【００３４】本実施形態において、マスフローコントロ
ーラ３０、３２によりその流量を制御されたアルゴン
（Ａｒ）ガスと窒素（Ｎ₂）ガスは、例えばセラミック
フィルタ３４を通過した後、例えばヘリウム（Ｈｅ）ク
ライオ冷凍機３６を用いた熱交換器３８内で冷却されて
から、エアロゾルノズル２０に開けられた多数の微細な
ノズル孔２０Ａより、エアロゾル２２となって、真空ポ
ンプ４０で真空引きされているウェハ洗浄用の洗浄室４
２内に噴出する。

【００３５】ウェハ１０は、ウェハスキャン機構４４に
よりＸ軸方向及びＹ軸方向にスキャンされるプロセスハ
ンド（ＸＹスキャンステージとも称する）４６上に載っ
ており、ウェハ全面が洗浄管となっている。

【００３６】ガスの同伴によってエアロゾル２２の速度
を向上させてウェハ表面に局所的に超臨界状態又は擬似
超臨界状態を生成させるための加速ノズル２４が設けら
れており、マスフローコントローラ５２及びセラミック
フィルタ５４を介して該加速ノズル２４に供給され、そ
のノズル孔２４Ａから吹き出す加速ガス（例えば窒素ガ
ス）２６が、図１に示した如く、前記エアロゾルノズル
２０から噴出されたエアロゾル２２を加速する。

【００３７】又、パーティクルのウェハ面への再付着を
防止する目的で、洗浄室４２の一端（図の左端）から、
マスフローコントローラ６２及びセラミックフィルタ６
４を介して流入されるパージガス（例えば窒素ガス）６
６を洗浄室４２内に供給するようにされている。

【００３８】このようにして、エアロゾルノズル２０か
ら噴出されたエアロゾル２２を、加速ノズル２４から噴
出される加速ガス２６で臨界速度以上に加速してウェハ
１０の表面に衝突させることにより、ウェハ１０表面に
局所的に超臨界状態又は擬似超臨界状態を生成させて、
ウェハ表面の微細パターンにダメージを与えることな
く、洗浄力を高めることができる。

【００３９】本実施形態においては、加速ノズル２４を
設けて加速ガス２６を噴射しているので、エアロゾル２
２のウェハ１０への衝突速度の制御が容易である。な
お、加速ノズル２４を設けることなく、エアロゾルノズ
ル２０から噴出されるエアロゾル２２の速度自体を臨界
速度以上に高めることにより、ウェハ表面に局所的に超
臨界状態又は擬似超臨界状態を生成させることも可能で
ある。

【００４０】又、洗浄流体の種類もＡｒに限定されず、
Ｎｅ、Ｎ₂、Ｏ₂又はＣＯ₂、Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂Ｏ等、他の洗浄
流体を用いることも可能である。又、その他にもＫｒ、
ＳＦ₆、Ｘｅ、Ｈ₂等を用いることも可能である。

【００４１】又、前記実施形態においては、本発明が、
半導体用ウェハの洗浄装置に適用されていたが、本発明
の適用対象は、これに限定されず、半導体用マスク、フ
ラットパネル用基板、磁気ディスク基板、フライングヘ
ッド用基板等の洗浄装置にも同様に適用できることは明
らかである。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、エアロゾル洗浄と超臨
界洗浄を組み合わせることで、被洗浄物表面の微細パタ
ーン等にダメージを与えることなく、洗浄力を高めるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のエアロゾル洗浄の一例の構成を示す断面
図

【図２】超臨界状態を示す相図

【図３】従来のドライ洗浄の問題点を説明するための断
面図

【図４】超臨界洗浄における相変化の様子を示す断面図

【図５】本発明の原理を説明するための、アルゴンの相
図と各衝突速度における経路を示す線図

【図６】同じく各物質の相図を示す線図

【図７】同じく各種洗浄流体に対する臨界圧力と臨界速
度の関係の例を示す線図

【図８】本発明に係るエアロゾル洗浄装置の実施形態の
全体構成を示す管路図

【符号の説明】

１０…ウェハ（被洗浄物）１０Ａ…パターン２０…エアロゾル（生成）ノズル２２…エアロゾル２４…加速ノズル２６…加速ガス４２…洗浄室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3B201 AA03 AB37 AB42 BB88 BB90 BB92 4H003 BA20 DA15 DC01 EA31 ED32 FA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エアロゾルを被洗浄物に吹付けて洗浄する
ためのエアロゾル洗浄方法において、前記エアロゾルを所定速度以上で被洗浄物に衝突させる
ことにより、被洗浄物表面に局所的に超臨界状態又は擬
似超臨界状態を生成させて、洗浄力を高めることを特徴
とするエアロゾル洗浄方法。
【請求項２】前記エアロゾルを、加速ガスにより加速し
て、前記所定速度以上とすることを特徴とする請求項１
に記載のエアロゾル洗浄方法。
【請求項３】前記エアロゾルがＨｅからなる場合に、前
記所定速度を５０ｍ／ｓ以上とすることを特徴とする請
求項１又は２に記載のエアロゾル洗浄方法。
【請求項４】前記エアロゾルがＮｅからなる場合に、前
記所定速度を１００ｍ／ｓ以上とすることを特徴とする
請求項１又は２に記載のエアロゾル洗浄方法。
【請求項５】前記エアロゾルがＮ₂からなる場合に、前
記所定速度を１５０ｍ／ｓ以上とすることを特徴とする
請求項１又は２に記載のエアロゾル洗浄方法。
【請求項６】前記エアロゾルがＡｒからなる場合に、前
記所定速度を３５０ｍ／ｓ以上とすることを特徴とする
請求項１又は２に記載のエアロゾル洗浄方法。
【請求項７】前記エアロゾルがＯ₂又はＣＯ₂からなる場
合に、前記所定速度を４５０ｍ／ｓ以上とすることを特
徴とする請求項１又は２に記載のエアロゾル洗浄方法。
【請求項８】前記エアロゾルがＮ₂Ｏからなる場合に、
前記所定速度を５００ｍ／ｓ以上とすることを特徴とす
る請求項１又は２に記載のエアロゾル洗浄方法。
【請求項９】前記エアロゾルがＨ₂Ｏからなる場合に、
前記所定速度を９５０ｍ／ｓ以上とすることを特徴とす
る請求項１又は２に記載のエアロゾル洗浄方法。
【請求項１０】エアロゾルを被洗浄物に吹付けて洗浄す
るためのエアロゾル洗浄装置において、前記エアロゾルを所定速度以上で被洗浄物に衝突させる
ことにより、被洗浄物表面に局所的に超臨界状態又は擬
似超臨界状態を生成させる手段を備えたことを特徴とす
るエアロゾル洗浄装置。
【請求項１１】エアロゾルを被洗浄物に吹付けて洗浄す
るためのエアロゾル洗浄装置において、前記エアロゾルを噴射する手段と、噴射されたエアロゾルを加速して、所定速度以上で被洗
浄物に衝突させることにより、被洗浄物表面に局所的に
超臨界状態又は擬似超臨界状態を生成させるための加速
ガスを噴射する手段と、を備えたことを特徴とするエアロゾル洗浄装置。