(57)【要約】【課題】エアロゾル生成時間の短縮とアルゴンガス及び窒素ガスの消費量低減を図る。【解決手段】冷凍装置（３６）を運転したままエアロゾル生成ガスの供給を中断するエアロゾルスタンバイ状態１４０を設ける。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍装置により冷却されたエアロゾル生成ガスを、エアロゾル生成ノズルから洗浄室内に吹き出してエアロゾルを形成し、該エアロゾルを被洗浄物の表面に衝突させて、被洗浄物を洗浄するエアロゾル洗浄装置において、
前記冷凍装置を運転したまま、前記エアロゾル生成ガスの供給を中断するスタンバイ状態とするためのバルブを設けたことを特徴とするエアロゾル洗浄装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエアロゾル洗浄装置の制御方法であって、
エアロゾルによる洗浄を中断する際には、前記バルブを閉じることにより、冷凍装置を運転したままエアロゾル生成ガスの供給を中断してスタンバイ状態とし、
エアロゾルによる洗浄を再開する際には、前記バルブを開くことにより、エアロゾル生成ガスの供給を再開してエアロゾル洗浄状態とすることを特徴とするエアロゾル洗浄装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアロゾル洗浄装置、及び、その制御方法に係り、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、エアロゾル生成時間の短縮、及び、アルゴンガスや窒素ガス等のエアロゾル生成ガスの消費量の低減を図ることが可能なエアロゾル洗浄装置、及び、その制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ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。
【０００３】
従って従来から、種々の表面洗浄方法が提案されており、半導体製造を例に採ると、超音波併用の純水洗浄、純水中に薬液（例えばアンモニア過酸化水素液や硫酸過酸化水素液）を加えた溶液中に被洗浄物を浸漬し、洗浄する等の湿式洗浄方式が用いられている。
【０００４】
しかしながら、この種の湿式洗浄方式は、各種設備の設置面積が大きく、廃液処理も必要であるという問題がある。更に、昨今の半導体回路の微細化、高機能化に伴って、半導体ウェハ上で使われる材料も、貴金属や重金属、及び、それらの酸化物や、有機物などと多様化し、これらを用いたプロセスにおいては、薬液は勿論のこと、純水であっても使用出来ない事態が発生して、新たな洗浄方式の必要性が急速に高まっている。
【０００５】
一方、液体を用いない乾式洗浄方式として、ガスを加え化学反応を利用したドライクリーニングがあるが、パーティクル上の汚染物が除去できないという問題がある。
【０００６】
更に、ドライアイスや氷、アルゴン固体等の微粒子を、被洗浄物表面に衝突させて、パーティクルを除去することも考えられているが、氷を用いた場合には、被洗浄物の表面が損傷を受ける恐れがあり、ドライアイスを用いた場合には、特に鉄鋼や石油精製の廃ガスを原料とする市販品では、ドライアイス自体が汚れているため、不純物汚染の問題がある。
【０００７】
これらに対して、特開平６−２５２１１４や特開平６−２９５８９５に記載された、アルゴン固体の微粒子を含むエアロゾル（アルゴンエアロゾルと称する）を減圧零囲気中で衝突させて表面洗浄を行う方法によれば、上記のような問題は存在しない。
【０００８】
このアルゴンエアロゾルを用いたウェハ洗浄装置の一例の全体構成の管路図を図１に、同じく平面図を図２に示す。
【０００９】
この例において、アルゴン（Ａｒ）ガス及び窒素（Ｎ２）ガスは、それぞれマスフローコントローラ３０、３２を介して合流し、混合されたＡｒ＋Ｎ２混合ガス又はアルゴン単体ガス又は窒素単体ガス（以下、エアロゾル生成ガス又は混合ガスと総称する）は、フィルタ３４に供給され、ガス中の粒子が除去される。粒子が除去された混合ガスは、例えばヘリウム（Ｈｅ）クライオ冷凍機３６を用いた熱交換機３８内で冷却され、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に開けられた多数の微細なノズル孔２２より、エアロゾル２４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４２内に吹き出される。
【００１０】
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、ウェハ全面が洗浄可能となっている。
【００１１】
ガスの同伴によってエアロゾルの速度を向上させて洗浄力を向上させるために加速ノズル５６を設置することが考えられており、マスフローコントローラ５２及びフィルタ５４を介して該加速ノズル５６に供給され、そのノズル孔から吹き出す窒素ガス（加速ガスと称する）５８が、前記エアロゾルノズル２０から噴出されたエアロゾル２４を加速するようにされている。
【００１２】
又、パーティクルのウェハ面への再付着防止の目的で、洗浄室４２の一端（図１の左端）から、マスフローコントローラ６２及びフィルタ６４を介して流入される窒素ガスをパージガス６６として、洗浄室４２内に供給することも考えられている。
【００１３】
図２に示す如く、カセット交換用に２つ設けられた、装置外部からカセット７２に収容されたウェハ１０を搬入するための、真空状態に排気されるカセット室７０内のウェハ１０は、ウェハ１０をハンドリングするロボット室（搬送室とも称する）８０内に配設された真空内搬送ロボット（真空ロボットと称する）８２のロボットアーム８４の先端に取付けられたロボットハンド８６により、ゲートバルブ７４、７６を通過して、洗浄室４２へのウェハ１０の受け渡しをするバッファ室９０内の前記プロセスハンド４６上に移送される。
【００１４】
ウェハスキャン機構４４により駆動されるプロセスハンド４６上のウェハ１０は、バッファ室９０から洗浄室４２内に運ばれ、エアロゾルノズル２０の下で、Ｙ軸方向及びＸ軸方向にスキャンされる。
【００１５】
このようにして、エアロゾルノズル２０から吹き出すエアロゾルノズル２４により表面全面が洗浄されたウェハ１０は、バッファ室９０に搬入された経路を逆に辿って、カセット室７０に戻される。
【００１６】
前記熱交換機３８は、冷凍機３６で冷却されていて、冷凍機３６のコールドヘッド温度Ｔ及びエアロゾル生成ガスの圧力Ｐが計測され、その結果は、電気信号の形で制御装置（図示省略）に送られる。
【００１７】
以下、制御装置によるエアロゾル生成手順を説明する。
【００１８】
図３に示すように、エアロゾル停止状態１００にあって、オペレータからエアロゾルＯｎの指示がある場合、エアロゾルはエアロゾル生成中の状態１１０へ移行する。このエアロゾル生成中の状態１１０では、冷凍機３６の運転を開始し、熱交換機３８の冷却を開始する。冷凍機３６のコールドヘッド温度ＴがＴ１［Ｋ］以下になったら、エアロゾル生成ガスを流し始め、エアロゾル生成ガスの圧力ＰがＰ１［ｋＰａ］以下に収まるように流量を徐々に増やす。
【００１９】
エアロゾル生成ガスの流量がレシピで設定した値となり、エアロゾル生成ガスの圧力ＰがＰ２［ｋＰａ］以下となったら、エアロゾル生成完了とし、エアロゾル制御中の状態１２０へ移行する。このエアロゾル制御中状態１２０では、エアロゾル生成ガス圧力が一定となるように、熱交換機３８の冷却量の制御を開始する。この状態が、エアロゾル洗浄装置においてエアロゾルでウェハ等の被洗浄物を洗浄できる状態である。
【００２０】
エアロゾル生成中又はエアロゾル制御中の状態１１０又は１２０にあって、オペレータからエアロゾルＯｆｆの指示がある場合、エアロゾルはエアロゾル停止処理中の状態１３０へ移行する。このエアロゾル停止処理中の状態１３０では、冷凍機３６の運転を停止し、熱交換機３８の冷却を停止する。そして、エアロゾル生成ガスの供給を停止し、エアロゾル停止状態１００へと移行する。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エアロゾル停止状態１００に留まっている時間が長い場合、熱交換機３８の温度が室温へ向けて上昇するため、次にオペレータがエアロゾルＯｎの指示を出してから、エアロゾル制御中の状態１２０、つまり、被洗浄物を洗浄できる状態になるまでの時間が長くなる。よって、ロット（カセット）とロット（カセット）の処理間隔がある場合等も、エアロゾルは制御中状態１２０のままとしており、結果として、アルゴンガスや窒素ガス等のエアロゾル生成ガスの消費量が増大していた。
【００２２】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、エアロゾル生成時間の短縮、及び、アルゴンガスや窒素ガス等のエアロゾル生成ガスの消費量の低減を図ることを課題とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷凍装置により冷却されたエアロゾル生成ガスを、エアロゾル生成ノズルから洗浄室内に吹き出してエアロゾルを形成し、該エアロゾルを被洗浄物の表面に衝突させて、被洗浄物を洗浄するエアロゾル洗浄装置において、前記冷凍装置を運転したまま、前記エアロゾル生成ガスの供給を中断するスタンバイ状態とするためのバルブを設けることにより、前記課題を解決したものである。
【００２４】
又、前記のエアロゾル洗浄装置の制御方法であって、エアロゾルによる洗浄を中断する際には、前記バルブを閉じることにより、冷凍装置を運転したままエアロゾル生成ガスの供給を中断してスタンバイ状態とし、エアロゾルによる洗浄を再開する際には、前記バルブを開くことにより、エアロゾル生成ガスの供給を再開してエアロゾル洗浄状態とすることにより、前記課題を解決したものである。
【００２５】
本発明においては、図４に示す如く、エアロゾルの状態遷移に、エアロゾルスタンバイという状態１４０を追加している。このエアロゾルスタンバイ状態１４０では、エアロゾル生成ガスを流さずに、冷凍機３６等の冷凍装置を運転する。
これにより、エアロゾルスタンバイ状態１４０では、熱交換機３８内の温度を低いままに保つことができ、エアロゾルＯｎの指示からエアロゾル生成完了まで（即ち、被洗浄物を洗浄できる状態になるまで）の時間が短縮される。又、処理を行なうロット（カセット）とロット（カセット）の間隔がある場合等は、一旦エアロゾル制御中状態１２０からスタンバイ状態１４０とすることで、アルゴンガスや窒素ガス等のエアロゾル生成ガスの消費量を低減することができる。
【００２６】
【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。
【００２７】
本実施形態は、図５に示す如く、図１に示した従来例と同様のエアロゾル洗浄装置において、更に、冷凍機３６を運転したままエアロゾル生成ガスの供給を中断してスタンバイ状態とするためのアルゴンガス供給バルブ９２、窒素ガス供給バルブ９３、混合ガス供給バルブ９４、パージガスバルブ９６及び洗浄室排気バルブ９８を設けている。
【００２８】
以下、本実施形態におけるエアロゾル生成手順を、図６を参照して詳細に説明する。
【００２９】
（１）エアロゾル停止状態１００にあって、オペレータからエアロゾルスタンバイ又はエアロゾルＯｎの指示がある場合（ステップ１０００の判定結果が正の場合）、冷凍機３６のコールドヘッド温度ＴがＴ≦Ｔ４［Ｋ］のとき（ステップ１０１０の判定結果が正のとき）は、Ｔ＞Ｔ４［Ｋ］になるように、熱交換機３８内のヒーターをＯｎとする（ステップ１０２０）。これにより、過冷却により熱交換機３８内の配管又はエアロゾルノズル２０の中でアルゴンが固化していた場合でも、コールドヘッド温度Ｔを、アルゴンの気化温度より高いＴ４［Ｋ］以上にすることで、アルゴンの気化を促すことができる。
【００３０】
（２）コールドヘッド温度ＴがＴ４［Ｋ］以上となったら（ステップ１０１０の判定結果が否）、熱交換機３８内のヒーターをＯｆｆとし（ステップ１０３０）冷凍機３６の運転を開始する（ステップ１０４０）。
【００３１】
ここで、エアロゾルスタンバイ指示の場合には次の（３）へ進み、エアロゾルＯｎ指示の場合は次の（４）へ進む。
【００３２】
（３）エアロゾルスタンバイ指示の場合（ステップ１０５０の判定結果が正の場合）、冷凍機コールドヘッド温度ＴがＴ＜Ｔ２［Ｋ］となったら（ステップ１０６０の判定結果が正）、冷凍機をＯｆｆ（ステップ１０７０）、Ｔ≧Ｔ３（＞Ｔ２）［Ｋ］となったら（ステップ１０８０の判定結果が正）、冷凍機３６をＯｎ（ステップ１０９０）し、冷凍機のコールドヘッド温度ＴがＴ２［Ｋ］＜Ｔ≦Ｔ３［Ｋ］になるようにする。ここで、Ｔ２［Ｋ］は、アルゴンの三重点温度よりも高い温度（混合ガス使用時）、又は、窒素の三重点温度よりも高い温度（窒素単体ガス使用時）とする。
【００３３】
このエアロゾルスタンバイ状態１４０では、前記のように熱交換機３８だけを冷却し、エアロゾル生成ガスは流さない（ステップ１１００）。
【００３４】
ここで、エアロゾルＯｎの指示の場合は次の（４）へ進み、エアロゾルＯｆｆの指示の場合には次の（９）へ進む。
【００３５】
（４）エアロゾルＯｎの指示の場合（ステップ１０５０の判定結果が否の場合）、冷凍機コールドヘッド温度ＴがＴ＜Ｔ２［Ｋ］となったら（ステップ１１１０の判定結果が正）、洗浄室排気バルブ９８が開であることを確認し、混合ガス供給バルブ９４、アルゴンガス供給バルブ９２、窒素ガス供給バルブ９３をこの順に開いて、エアロゾル生成ガスをＸ１［Ｌ／分］流すことにより、エアロゾル生成中状態１１０とする。
【００３６】
（５）ある時間ｔ１［秒］の間は、ｔ２（＜ｔ１）［秒］毎に混合ガス圧力Ｐの計測値を確認し、ガス圧力ＰがＰ＞Ｐ３［ｋＰａ］の場合は、ガス流量をＸ２［Ｌ／分］ずつ減らしていく。
【００３７】
（６）ｔ１［秒］経過後は、冷凍機コールドヘッド温度ＴがＴ＜Ｔ５［Ｋ］となったら冷凍機３６をＯｆｆ、Ｔ≧Ｔ６（＞Ｔ５）［Ｋ］となったら冷凍機３６をＯｎ、ガス圧力ＰがＰ＞Ｐ３［ｋＰａ］の場合は、ガス流量をＸ３［Ｌ／分］減、Ｐ≦Ｐ４［ｋＰａ］の場合はガス流量をＸ３［Ｌ／分］増やす。
【００３８】
この処理をｔ２［秒］毎に行い、ガス流量がレシピ設定値になるまで続ける。この場合の冷凍機３６のコールドヘッド温度Ｔは、Ｔ５［Ｋ］＜Ｔ≦Ｔ６［Ｋ］で、アルゴンの三重点近傍の温度とする。
【００３９】
（７）ガス流量がレシピ設定値となり、ガス圧力ＰがＰ≦Ｐ５［ｋＰａ］となったとき（ステップ１１３０と１１４０の判定結果が正）、エアロゾル生成が完了したこととし、パージガスバルブ９６を開いて、パージガスをＹ［Ｌ／分］流し、エアロゾル制御中状態１２０へ移行する（ステップ１１５０）。
【００４０】
（８）このエアロゾル制御中状態１２０では、ガス圧力Ｐが一定となるように冷凍機３６の冷却量の制御を行なう。
【００４１】
（９）図７に示す如く、エアロゾルスタンバイ状態１４０、エアロゾル生成中状態１１０、エアロゾル制御中状態１２０の時に、オペレータによりエアロゾルＯｆｆ又はスタンバイの指示がされた場合（ステップ２０００の判定結果が正の場合）は、エアロゾル停止処理中状態１３０へ移行する。この状態では、冷凍機３６の運転を停止し（ステップ２０１０）、パージガスとエアロゾル生成ガスの流量設定値を０［Ｌ／分］にリセットし（ステップ２０２０）、アルゴンガス供給バルブ９２、窒素ガス供給バルブ９３、混合ガス供給バルブ９４、パージガスバルブ９６を閉とする（ステップ２０３０）。
【００４２】
スタンバイ指示の場合（ステップ２０４０の判定結果が正の場合）は（１）（図６のステップ１０００）へ戻る。
【００４３】
このようにして、エアロゾルの状態遷移にエアロゾルスタンバイ状態１４０を追加し、このスタンバイ状態１４０では、ガスを流さずに熱交換機３８の冷凍機３６を運転する。例えば、冷凍機３６のコールドヘッド温度ＴがＴ≧Ｔ３［Ｋ］となったら冷凍機３６をＯｎ、Ｔ＜Ｔ２［Ｋ］となったら冷凍機３６をＯｆｆとし、冷凍機のコールドヘッド温度ＴがＴ２［Ｋ］＜Ｔ≦Ｔ３［Ｋ］になるようにする。
【００４４】
一般的に、パラメータの選定基準は、次のとおりである。
【００４５】
温度：Ｔ５＜Ｔ６＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ１＜室温
時間：ｔ２≦１［秒］＜ｔ１≦１５［秒］
エアロゾル生成ガス流量：Ｘ３＜Ｘ２≦１［Ｌ／分］＜Ｘ１
【００４６】
エアロゾル最終設定値がアルゴン流量５０［Ｌ／分］、窒素流量５［Ｌ／分］の時で、エアロゾル生成ガスの圧力を目標値として２００［ｋＰａ］以下にしようとした時の各パラメータ設定値例を以下に示す。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
但し、混合ガス圧力Ｐ［ｋＰａ］や冷凍機コールドヘッド温度Ｔ［Ｋ］の各パラメータは、エアロゾル生成ガス圧力の目標値が異なれば当然異なるし、アルゴン単体・窒素単体も含めてエアロゾルのアルゴンと窒素の流量比が異なれば当然異なるし、エアロゾルノズルの穴形状や穴数等が異なれば当然異なる。
【００４９】
本実施形態においては、加速ノズル５６を設けて加速ガス５８を噴射しているので、エアロゾル２４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５６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２４を直接ウェハ表面に衝突させることも可能である。
【００５０】
又、前記実施形態においては、エアロゾルとしてアルゴンエアロゾルが用いられ、加速ガスとして窒素ガスが用いられていたが、エアロゾルや加速ガスの種類はこれに限定されない。例えば洗浄流体として、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。
【００５１】
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。
【００５２】
又、冷凍装置もＨｅクライオ冷凍機に限定されず、他の冷凍装置、例えば液体窒素を用いた熱交換機にも同様に適用可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、エアロゾルスタンバイ状態を設けたので、熱交換機内の温度が低いまま保たれ、エアロゾルＯｎの指示からエアロゾル生成完了まで（即ち、被洗浄物を洗浄できる状態になるまで）の時間が短縮される。又、処理を行なうロット（カセット）とロット（カセット）の間隔がある場合等は、一旦エアロゾル制御中状態からスタンバイ状態とすることで、アルゴンガスや窒素ガス等のエアロゾル生成ガスの消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のエアロゾル洗浄装置の構成例を示す管路図
【図２】同じく平面図
【図３】同じく従来の状態遷移を示す線図
【図４】本発明におけるエアロゾルの状態遷移を示す線図
【図５】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
【図６】前記実施形態におけるエアロゾル生成の手順を示す流れ図
【図７】同じくエアロゾル生成停止の手順を示す流れ図
【符号の説明】
１０…ウェハ
２０…エアロゾル（生成）ノズル
２４…エアロゾル
３６…冷凍機
３８…熱交換機
４０…真空ポンプ
９２…アルゴンガス供給バルブ
９３…窒素ガス供給バルブ
９４…混合ガス供給バルブ
９８…洗浄室排気バルブ
１００…エアロゾル停止状態
１１０…エアロゾル生成中状態
１２０…エアロゾル制御中状態
１３０…エアロゾル停止処理中状態
１４０…エアロゾルスタンバイ状態
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004022825.tif 000006
【図４】
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【図５】
2004022825.tif 000008
【図６】
2004022825.tif 000009
【図７】
2004022825.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成14年9月26日(2002.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
（３）エアロゾルスタンバイ指示の場合（ステップ１０５０の判定結果が正の場合）、冷凍機コールドヘッド温度ＴがＴ＜Ｔ２［Ｋ］となったら（ステップ１０６０の判定結果が正）、冷凍機をＯｆｆ（ステップ１０７０）、Ｔ≧Ｔ３（＞Ｔ２）［Ｋ］となったら（ステップ１０８０の判定結果が正）、冷凍機３６をＯｎ（ステップ１０９０）し、冷凍機のコールドヘッド温度ＴがＴ２［Ｋ］≦Ｔ＜Ｔ３［Ｋ］になるようにする。ここで、Ｔ２［Ｋ］は、アルゴンの三重点温度よりも高い温度（混合ガス使用時）、又は、窒素の三重点温度よりも高い温度（窒素単体ガス使用時）とする。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
このようにして、エアロゾルの状態遷移にエアロゾルスタンバイ状態１４０を追加し、このスタンバイ状態１４０では、ガスを流さずに熱交換機３８の冷凍機３６を運転する。例えば、冷凍機３６のコールドヘッド温度ＴがＴ≧Ｔ３［Ｋ］となったら冷凍機３６をＯｎ、Ｔ＜Ｔ２［Ｋ］となったら冷凍機３６をＯｆｆとし、冷凍機のコールドヘッド温度ＴがＴ２［Ｋ］≦Ｔ＜Ｔ３［Ｋ］になるようにする。


【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2004022825.tif 000011