JPH10189516A

JPH10189516A - 洗浄装置

Info

Publication number: JPH10189516A
Application number: JP34796996A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Munakata; 昭彦宗像; Hisao Hosaka; 尚夫保坂; Hidemitsu Aoki; 秀充青木
Original assignee: NEC Corp; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: NEC Corp; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】被洗浄物の表面に形成された微細形状部の内
部に残された汚染物を除去すること。【解決手段】ノズルから噴出し、断熱膨脹して形成さ
れたアルゴン固体微粒子２３は、被洗浄物４の微細形状
部２１に侵入する。微細形状部２１に侵入したアルゴン
固体微粒子２３は微細形状部２１の内壁から熱が加えら
れて、急激に昇華し、微細形状部２１内に急激な圧力上
昇が生じる。この圧力によって、微細形状部２１中の汚
染物２２は微細形状部２１から外に飛び出す。微細形状
部２１から飛び出した汚染物２２は、被洗浄物４の表面
上を流れる不活性ガス２５によって系外に排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被洗浄物の表面を洗浄するのに適した洗浄装置に関し、
特に被洗浄物の表面に形成された微細形状部の内部に残
された、レジストや研磨材の残渣物、エッチングによる
反応生成物などのような汚染物を除去するのに適した洗
浄装置に関するものである。

【０００２】大規模集積回路（ＬＳＩ）、液晶表示装置
（ＬＣＤ）、磁気ディスク、光磁気ディスク、プリント
基板あるいは太陽電池等の製造工程における半導体ウエ
ハを含めた基板の表面上の微粒子や汚れは、最終製品の
歩留まりを大きく低下させる。このため、基板の表面洗
浄が極めて重要である。なお、基板の表面洗浄の廃棄物
により環境破壊を生じさせないことも重要である。

【０００３】

【従来の技術】従来より種々の表面洗浄方法が提案され
ている。基板の表面洗浄方法としては、化学洗浄また
は溶剤洗浄、物理的研磨、氷微粒子吹き付け、Ｃ
Ｏ₂微粒子吹き付け、ガス供給、極低温アルゴンガ
ス吹き付けが知られている。

【０００４】上記表面洗浄方法の中での方法では、ア
ルゴンが不活性元素であり、固体表面に付着しても悪影
響を与えることは極めて少ないので、有望視されてい
る。また、アルゴンの固化温度は比較的高温であり、冷
却によって固体アルゴンを得ることも比較的容易であ
る。

【０００５】しかしながら、固体アルゴンの微粒子を用
いた実用的な洗浄技術は未だ開発されておらず、高い洗
浄能力を得ることができない。

【０００６】この問題を解決するために、特開平６−２
５２１１４号公報（以下、先行技術と呼ぶ）では、基板
のごとき平板の表面の洗浄にアルゴンを用い、実用的な
洗浄能力を有する「洗浄方法および洗浄装置」を提案し
ている。この先行技術では、ノズル装置からアルゴン微
粒子を含む流体を生成し吹き付け、このノズル装置の吹
き出し方向に被洗浄物を配置し、ノズル装置と被洗浄物
とを相対的に所定方向に移動させている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＬＳＩを製
造する場合、外部に電極を取り出すために電極パッドに
達する微細形状部（コンタクト・ホールと呼ばれる）が
設けられる。また、多層配線を上下方向に接続するため
に層間や基板にそれらを貫通する微細形状部（ビア・ホ
ールと呼ばれる）が設けられる。このようなコンタクト
・ホールやビア・ホール等の微細形状部を形成したとき
に、微細形状部の内部に汚染物が残る。したがって、何
等かの方法によって、この微細形状部の内部に残った汚
染物を除去する必要がある。

【０００８】しかしながら、上記「従来の技術」で述べ
た様にＬＳＩの高集積化に伴って上記微細形状部の開口
部の径が小さくなり、微細形状部の内部に残された汚染
物を除去することが困難になりつつある。

【０００９】上記先行技術による洗浄方法および洗浄装
置は、被洗浄物の表面を洗浄する方法および装置であっ
て、微細形状部の内部に残された汚染物を除去できるか
どうかについては確認されていない。

【００１０】従って本発明の課題は、被洗浄物の表面に
形成された微細形状部の内部に残された汚染物を効率的
に除去できる洗浄装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記先行
技術に開示された洗浄装置を使用して、被洗浄物の表面
に形成された微細形状部の内部に残された汚染物を除去
できるかどうかを実験した。その実験の結果、所定の条
件を満足すれば、汚染物を完全に除去できることを確認
した。

【００１２】すなわち、本発明は被洗浄物の表面に形成
された微細形状部の内部に残された汚染物を除去するた
めの洗浄装置であって、被洗浄物を収容する真空容器
と；この真空容器中に配置され、アルゴン微粒子を含む
流体を被洗浄物の表面へ向けて吹き出すためのノズル装
置と；真空容器中に配置され、不活性ガスを真空容器に
導入し被洗浄物の表面上の流れを形成するための不活性
ガス導入装置と；真空容器中に配置され、アルゴン微粒
子を含む流体の吹き出し方向および不活性ガスの流れ方
向に被洗浄物の表面が面するように被洗浄物を支持し、
ノズル装置と被洗浄物とを相対的に所定の方向に移動さ
せることができる駆動手段と；真空容器内を排気する排
気手段とを有し、アルゴン微粒子の粒径が微細形状部の
開口部の径より小さくなるように、ノズル装置を構成す
るノズルの孔径を選択したことを特徴とする洗浄装置で
ある。

【００１３】

【作用】被洗浄物の表面へ向けてノズルから微細形状部
の開口部の径以下の粒径をもつアルゴン微粒子を含む流
体を吹き付ける。これにより、微細形状部の内部に侵入
したアルゴン微粒子は急激に昇華してアルゴンガスとな
る。これにより、微細形状部の内部で急激な圧力上昇が
生じ、微細形状部の内部の汚染物はその開口部から飛び
出す。真空容器内に導入された不活性ガスは被洗浄物の
表面上に不活性ガスの流れを形成する。これによって、
微細形状部の内部から飛び出てきた汚染物が微細形状部
の内壁及び／又は被洗浄物の表面に再付着するのを防止
する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を詳細に説明する。図１に、本発明の一実施形態によ
る洗浄装置の基本構成を示す。図示の洗浄装置は、不活
性ガス導入装置と、後述するように、所定の条件を満足
するように選択した点を除いて、上記先行技術と同様の
構成を有し作用をする。

【００１５】図示の洗浄装置は、気密装置１が、排気装
置８に接続されており、内部を排気して真空容器を構成
することができる。気密装置１内には、複数の孔２を備
えたノズル装置３、および複数の孔６を備えた不活性ガ
ス導入装置７が設けられ、これらの装置に対向した被洗
浄物４を載置する駆動機構５が設けられている。駆動機
構５は、複数の孔２の配列方向であるＸ方向およびそれ
に垂直な方向であるＹ方向に駆動可能である。

【００１６】ノズル装置３は、冷却器（図示せず）、ガ
ス混合器（図示せず）を介してアルゴン源および窒素ガ
ス源に接続され、複数の孔２からアルゴン／窒素の混合
ガスを真空中に噴出する。

【００１７】噴出されたアルゴンと窒素の混合ガスは、
急速に断熱膨脹を行い、冷却されて多数のアルゴン微粒
子を形成させる。これらのアルゴン微粒子は被洗浄物４
表面に衝突し、表面を洗浄する。

【００１８】窒素ガスはガス状のまま噴流となって被洗
浄物４表面に流れを形成する。

【００１９】不活性ガス導入装置７はガス中の不純物を
除去するフィルター（図示せず）を介して不活性ガス
源、好ましくは窒素ガス源に接続され、複数の孔６から
不活性ガスを真空中に導入される。また、導入装置は前
記ノズル装置と同様の構造で不活性ガスを被洗浄物４表
面に噴出するものでも良い。

【００２０】導入された不活性ガスは被洗浄物４表面に
流れを形成し、一旦アルゴン微粒子にて被洗浄物４表面
から除去された汚染物を再び被洗浄物４表面に付着させ
ることなく、ガスに随伴させて排気装置８に入る。

【００２１】駆動機構５によって被洗浄物４をＸ方向に
高速に往復駆動し、Ｙ方向に駆動すると図中のジスザグ
も矢印で概略的に示すように、アルゴン微粒子による軌
跡が形成され、被洗浄物全表面が洗浄できる。

【００２２】

【実施例】図２にノズル装置３を断面で示す。ノズル装
置３を構成する複数のノズル２の孔はノズル孔径ｄ_Nを
もつ。

【００２３】図３（ａ）を参照して、本発明では、被洗
浄物４の表面に形成された微細形状部２１中に残った汚
染物２２を除去する。この微細形状部２１はサブミクロ
ンオーダの微小な穴あるいは溝である。この微小な微細
形状部２１の中にアルゴン固体微粒子２３が入り込むた
めには、アルゴン固体微粒子２３の粒径Ｄ_pは微細形状
部２１の径Ｄ_h以下であることが必要である（Ｄ_p＜Ｄ
_h）。したがって、微細なアルゴンの液滴（エアロゾ
ル）を形成する必要がある。一般にノズルから噴出され
て形成されるエアロゾル直径δは、ノズル孔径ｄ_Nに比
例し、噴出速度ｗ_Nに反比例することが知られている。
すなわち、下記の数式１が成り立つ。

【００２４】

【数１】

【００２５】一方、ノズル２より噴出されるエアロゾル
の噴出速度ｗ_Nは音速を越えることはないので、微細な
エアロゾルを形成するためにノズル孔径ｄ_Nを小さくす
る必要がある。本発明者は、このノズル孔径ｄ_Nは０．
１〜０．４ｍｍの範囲であることが望ましいことを実験
で確認した。

【００２６】ノズル孔径ｄ_Nが小さければ小さいほど微
細なエアロゾルが形成できるが、一方、小径の場合、ノ
ズル孔内壁の表面粗度を低くすることが難しく、ノズル
孔からの発塵が起こり好ましくない。

【００２７】逆にノズル孔径が大きくなると研磨によっ
てノズル孔内壁から発塵を抑制できるが微細なエアロゾ
ルを形成しにくくなり好ましくない。

【００２８】図３（ａ）に示されるように、ノルズ２か
ら噴出し、断熱膨脹して形成されたアルゴン固体微粒子
２３は、被洗浄物４の表面に形成された微細形状部２１
の中に侵入する。

【００２９】図３（ｂ）に移って、被洗浄物４の温度は
常温であり、一方、アルゴン固体微粒子２３の温度は、
真空容器１内の圧力により変わるが、８０Ｋ（−１９３
℃）前後となる。微細形状部２１中に侵入したアルゴン
固体微粒子２３は、微細形状部２１の側壁及び／又は底
部から熱が加えられ、急激に昇華し、アルゴン固体の大
きさの約７００倍のアルゴン気体となる。

【００３０】例えば、真空容器１の圧力が４０ｋＰａ
で、ガス温度が８０Ｋとする。また、微細形状部２１の
開口部の径Ｄ_hが０．２μｍで、深さが１μｍの穴状で
あって、その体積が３．１×１０^-14ｃｃであるとす
る。このような場合、粒径が０．１μの球の固体が昇華
すると、３．９×１０^-13ｃｃのガスが微小な微細形状
部２１内で発生し、微細形状部２１内で急激な圧力上昇
が生じる。この圧力上昇に起因する圧力波２４が微細形
状部２１の底部に達すると、圧力波２４がそこで反射
し、図３（ｃ）に示されるように、微細形状部２１の開
口部へ抜ける。この圧力によって、微細形状部２１中の
汚染物２２は微細形状部２１の開口部から微細形状部２
１の外へ飛び出すことになる。

【００３１】また、サブミクロンオーダのアルゴン固体
微粒子２３の衝撃力は弱いので、被洗浄物４の表面外に
汚染物２２を排出することは難しい。従って、真空容器
１の端部より加圧された不活性ガス（例えば、窒素ガ
ス）を不活性ガス導入装置７より吹き込むことにより、
図３（ｃ）に示されるように、被洗浄物４の表面上に不
活性ガス２５の流れを作る。これによって、汚染物２２
を系外に排出する。この不活性ガス２５の流速の範囲は
１〜１０ｍ／秒の範囲が良く、約６ｍ／秒が望ましい。
不活性ガス２５の流速が大きいと、被洗浄物４の表面の
流れが乱れ、汚染物２２の被洗浄物４への再付着が生じ
好ましくない。

【００３２】尚、真空容器１の圧力はアルゴンの三重点
（６８ｋＰａ）以下である必要がある。上記不活性ガス
２５の流れを少量の不活性ガスで作りだすためには、真
空容器１の圧力は５〜５０ｋＰａの範囲にあることが望
ましい。

【００３３】真空容器１の圧力を低くするには、使用ガ
ス量あるいは排出系のコンダクタンスにもよるが、排気
容量の大きいあるいは高真空用の高価な排気装置８が必
要となり実用上好ましくない。

【００３４】［実験例１］真空容器１の内部を排気装置
８で排気して、その内部の圧力を３０ｋＰａとした。微
細形状部２１として、径Ｄ_hが０．２μｍ、深さが１μ
ｍのものを被洗浄物４の表面に形成した。この微細形状
部２１の中に、粒径が０．０４μｍのポリスチレンラテ
ックス（ＰＳＬ）を数十個埋め込んだ。制御弁によっ
て、アルゴンガス源から出てくるアルゴンガスの量を４
０Ｎリットル／分に、窒素ガス源からでてくる窒素ガス
の量を４Ｎリットル／分に調整した。不活性ガス導入装
置へ１００Ｎリットル／分の窒素ガスを流した。冷却器
によってＡｒ＋Ｎ₂の混合ガスを１００Ｋ（−１７３
℃）まで冷却した。ノズル装置３のノズル２のノズル孔
径ｄ_Nを０．１８ｍｍとした。

【００３５】この実験の結果、本発明者らは、電子顕微
鏡で微細形状部２１を観察したところ、微細形状部２１
の中にはＰＳＬがなくなったことを確認した。

【００３６】［実験例２］微細形状部２１に埋め込む汚
染物としてＰＳＬの代わりにシリカ粒子を使用した点を
除いて、上記実験例１と同様である。シリカ粒子は、そ
の粒径が０．０５μｍのものを使用した。

【００３７】この実験の結果、本発明者らは、電子顕微
鏡で微細形状部２１を観察したところ、微細形状部２１
の中にはシリカ粒子がなくなったことを確認した。

【００３８】以上、本発明をその好ましい実施の形態に
よって説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定
せず、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可
能である。また、以上の説明あるいは図示したノズルの
配置、その数は例示であって、制限的なものではない。
被洗浄物４の形状や大きさなどによって、適宜選択、変
更されるものである。また、窒素ガスを加温の上真空容
器内に導入しても良く、窒素ガス以外の不活性ガスを使
用しても良い。被洗浄物を加温しながら洗浄することも
可能である。混合ガスとしてアルゴンガスとアルゴンよ
りも液化温度の低い他の不活性ガスとの混合ガスを用い
てもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、被洗浄物
の表面へ向けてノズルから微細形状部の開口部の径以下
の粒径をもつアルゴン微粒子を含む流体を吹き付けるこ
とによって、微細形状部の内部にアルゴン微粒子が侵入
し、アルゴン微粒子の昇華によって、微細形状部から汚
染物を飛び出させることができる。また、被洗浄物の表
面上に不活性ガスの流れを形成することによって、微細
形状部から飛び出てきた汚染物が微細形状部の内壁及び
／又は被洗浄物の表面に再付着するのを防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による洗浄装置の基本構
成を示す概略図である。

【図２】図１に示した洗浄装置に使用されるノズル装置
の断面図である。

【図３】図１に示した洗浄装置による、被洗浄物の表面
に形成された微細形状部に埋められた汚染物の除去の状
態を説明するための図である。

【符号の説明】３ノズル装置４被洗浄物５駆動機構７不活性ガス導入装置８排気装置２１被洗浄物中の微細形状部２２汚染物２３アルゴン固体微粒子２４圧力波２５不活性ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青木秀充東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被洗浄物の表面に形成された微細形状部
の内部に残された汚染物を除去するための洗浄装置であ
って、前記被洗浄物を収容する真空容器と、該真空容器中に配置され、アルゴン微粒子を含む流体を
前記被洗浄物の表面へ向けて吹き出すためのノズル装置
と、前記真空容器中に配置され、不活性ガスを真空容器中に
導入させるための導入装置と、前記真空容器中に配置され、前記アルゴン微粒子を含む
流体の吹き出し方向および前記不活性ガズの吹き出し方
向に前記被洗浄物の表面が面するように前記被洗浄物を
保持し、前記ノズル装置と前記被洗浄物とを相対的に所
定の方向に移動させることができる駆動手段と、前記真空容器内を排気する排気手段とを有し、前記アルゴン微粒子の粒径が前記微細形状部の開口部の
径以下となるように、前記ノズル装置を構成するノズル
の孔径を選択したことを特徴とする洗浄装置。
【請求項２】前記ノズルの孔径が０．１〜０．４ｍｍ
の範囲にある、請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項３】前記不活性ガスの流速が１〜１０ｍ／秒
の範囲にある、請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項４】前記真空容器の圧力が５〜５０ｋＰａの
範囲にある、請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項５】被洗浄物の表面に形成された微細形状部
の内部に残された汚染物を除去するための洗浄装置であ
って、前記被洗浄物を収容する真空容器と、前記被洗浄物の表面へ向けてノズルから前記微細形状部
の開口部の径以下の粒径をもつアルゴン微粒子を含む流
体を吹き付ける手段と、前記被洗浄物の表面上に不活性ガスの流れを形成する手
段とを有し、これによって、前記微細形状部の内部から飛び出てきた
前記汚染物が前記微細形状部の内部の内壁及び／又は前
記被洗浄物の表面に再付着するのを防止するようにした
ことを特徴とする洗浄装置。
【請求項６】前記ノズルの孔径が０．１〜０．４ｍｍ
の範囲にある、請求項５に記載の洗浄装置。
【請求項７】前記不活性ガスの流速が１〜１０ｍ／秒
の範囲にある、請求項５に記載の洗浄装置。
【請求項８】前記真空容器の圧力が５〜５０ｋＰａの
範囲にある、請求項５に記載の洗浄装置。