WO2011102279A1 - 基板洗浄方法及び基板洗浄装置 - Google Patents

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英章 松井
剛 守屋
正樹 成島
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東京エレクトロン株式会社
岩谷産業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate cleaning method and a substrate cleaning apparatus, and more particularly to a substrate cleaning method and a substrate cleaning apparatus for cleaning a substrate without using a liquid.
  • a desired pattern consisting of, for example, trenches and holes is formed on the wafer by performing a film formation process or an etching process on the wafer in each process.
  • a film formation process or an etching process is performed on the wafer in each process.
  • reaction products and unintended foreign matter may be generated in the film forming process or the etching process, and may adhere to the wafer.
  • Foreign matter on the wafer adversely affects the processing of the next process, so it is necessary to remove it as much as possible.
  • a dry cleaning method that cleans the wafer without using pure water or chemicals is suitable.
  • a laser is irradiated on the wafer to evaporate foreign matter.
  • the film formed on the wafer may be altered by laser irradiation, and because plasma has high energy, There is a risk that not only foreign matter but also the pattern may be scraped off by sputtering.
  • GCIB Gas Cluster Ion Beam
  • a method using GCIB has been developed as a dry cleaning method in which energy applied to the wafer is not so high (see, for example, Patent Document 1).
  • GCIB is a method in which a gas is blown toward a vacuum atmosphere to form a cluster of gas molecules, the cluster is ionized, and a bias voltage is applied to the wafer to cause the ionized cluster to collide with the wafer.
  • the clusters that collide with the wafer give kinetic energy to the wafer and are then decomposed and scattered as gas molecules.
  • the chemical reaction between the foreign substance and the gas molecule is promoted by the kinetic energy on the wafer to generate a reactant, and the foreign substance is removed by sublimating the reactant.
  • the ionized clusters are accelerated by the bias voltage and collide with the wafer. Therefore, gas molecules in the clusters cause defects in the film formed on the wafer and the wafer itself, or a predetermined amount of gas molecules are generated. Doping may cause film and wafer degradation.
  • An object of the present invention is to provide a substrate cleaning method and a substrate cleaning apparatus that can prevent deterioration of a substrate and a film formed on the substrate while removing foreign substances adhering to the substrate.
  • a plurality of gases are sprayed from a low pressure atmosphere onto a substrate on which foreign matter adheres and is disposed in a low pressure atmosphere.
  • a substrate cleaning method in which a cluster of gas molecules is formed and the cluster is made to collide with the substrate without being ionized.
  • the foreign matter removed from the substrate reached by the cluster is captured by a cooling unit disposed at a location different from the substrate.
  • the high-pressure gas is sprayed obliquely with respect to the substrate.
  • the foreign substance is a natural oxide film and the gas is chlorine trifluoride gas.
  • the foreign substance is preferably an organic substance, and the gas is preferably carbon dioxide gas.
  • the foreign substance is preferably a metal
  • the gas is preferably a hydrogen halide gas.
  • the substrate is heated when the cluster collides with the substrate.
  • the gas spraying pressure is preferably 0.3 MPa to 2.0 MPa.
  • the inside of the processing chamber that accommodates the substrate to which foreign matter is attached is a low-pressure atmosphere, and the pressure is higher than the low-pressure atmosphere toward the substrate.
  • a substrate cleaning apparatus including a gas spraying unit that sprays gas to form a cluster composed of a plurality of gas molecules and causes the cluster to collide with the substrate without being ionized.
  • WHEREIN It is low temperature than the said board
  • the gas spraying section moves along the surface of the substrate while spraying the high-pressure gas.
  • the gas spraying section preferably sprays the high-pressure gas obliquely with respect to the substrate.
  • a heating unit for heating the substrate.
  • the gas spraying section preferably sprays the high-pressure gas from a hole having a diameter of 0.02 mm to 1.0 mm.
  • the high-pressure gas is sprayed on the substrate from a plurality of directions.
  • the pressures of the high-pressure gases sprayed from the plurality of directions are set to be different from each other and / or the spray timings of the high-pressure gases are shifted from each other.
  • each of the gas spraying units sprays the high-pressure gas on the substrate from a plurality of directions.
  • the pressures of the high-pressure gases sprayed from the plurality of directions by the gas spray units are different from each other, and / or the gas spray units are sprayed from the high-pressure gases. Are preferably shifted from each other.
  • a cluster composed of a plurality of gas molecules that are not ionized collides with a substrate on which foreign matter is adhered. Since the non-ionized clusters are not accelerated by a bias voltage or the like, the gas molecules that are decomposed and scattered are not doped into the film formed on the substrate or the substrate itself. On the other hand, since the cluster has a large mass even if it is not accelerated, the kinetic energy imparted to the substrate at the time of collision is larger than the kinetic energy imparted to the substrate by one gas molecule, which allows a chemical reaction between the foreign substance and the gas molecule. Can be promoted. Accordingly, it is possible to prevent the substrate and the film formed on the substrate from being deteriorated while removing the foreign matter adhering to the substrate.
  • the foreign matter removed from the substrate and scattered is attracted to and captured by the cooling unit (particle recovery unit) set to a low temperature by the thermophoretic force. Therefore, it is possible to prevent the reactant removed from the substrate from reaching the substrate again and attaching thereto.
  • high-pressure gas is sprayed obliquely with respect to the substrate.
  • a reflected wave is generated from the substrate.
  • the reflected wave is generated in a direction different from the moving direction of the cluster. Therefore, since the reflected wave does not collide with another cluster directly, and the other cluster does not decompose, the collision between the cluster and the substrate can be continued, and the efficiency of removing foreign substances from the substrate Can be prevented from decreasing.
  • the foreign material is a natural oxide film and the gas is chlorine trifluoride gas.
  • the natural oxide film reacts with chlorine trifluoride to generate a reaction product. Therefore, the natural oxide film as a foreign substance can be reliably removed from the substrate.
  • the foreign substance is an organic substance and the gas is carbon dioxide gas.
  • Organic substances react with carbon dioxide to produce reactants. Therefore, organic substances as foreign substances can be reliably removed from the substrate.
  • the foreign material is a metal and the gas is a hydrogen halide gas.
  • Metals react with hydrogen halides to produce reactants. Therefore, the metal as a foreign substance can be reliably removed from the substrate.
  • the substrate is heated when the cluster collides with the substrate.
  • the chemical reaction between the foreign substance and the gas molecule is promoted. Therefore, foreign substances can be reliably removed from the substrate.
  • the pressure at the time of gas spraying is any one of 0.3 MPa to 2.0 MPa
  • a sudden adiabatic expansion is caused in a low pressure atmosphere, and a plurality of gas molecules are generated. It is rapidly cooled. As a result, cluster formation can be promoted.
  • the gas spraying part moves along the surface of the substrate while spraying a high-pressure gas, so that foreign matters can be removed from the entire surface of the substrate.
  • CO 2 blast or another cluster composed of a plurality of gas molecules is ejected toward the cooling unit, and the foreign matter captured by the cooling unit is separated from the cooling unit.
  • the gas spraying part sprays gas from a hole having a diameter of 0.02 mm to 1.0 mm, it is possible to increase the expansion coefficient of the gas during spraying, thereby further promoting the formation of clusters. can do.
  • the high-pressure gas is sprayed on the substrate from a plurality of directions, it is possible to prevent occurrence of a location where the cluster does not collide on the substrate.
  • the pressure of each high-pressure gas sprayed from a plurality of directions is different from each other and / or the spray timing of each high-pressure gas is shifted from each other, so that the high-pressure gas can be pulsated, Accordingly, the cleaning ability with the high-pressure gas can be remarkably improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a substrate cleaning apparatus that executes a substrate cleaning method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a process diagram showing each process of the substrate cleaning method executed by the substrate cleaning apparatus of FIG. [FIG. 3A], [FIG. 3B]
  • FIG. 3B is a process diagram showing each process of the cleaning method of the particle recovery unit in FIG. [FIG. 4A], [FIG. 4B] Process diagrams showing respective steps of a conventional wafer cleaning method.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a substrate cleaning apparatus that executes a substrate cleaning method according to the present embodiment.
  • a substrate cleaning apparatus 10 includes a chamber 11 (processing chamber) that houses a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) W as a substrate by reducing the internal atmosphere to a substantially vacuum, for example, 1 Pa.
  • a table-like mounting table 12 arranged in the chamber 11 for mounting a wafer, and a gas spray nozzle 13 (gas spraying) arranged in the chamber 11 so as to face the wafer mounted on the mounting table 12.
  • Part a cleaning nozzle 14 (spouting part) disposed in the vicinity of the mounting table 12, and an exhaust pipe 15 for exhausting the gas in the chamber 11.
  • the mounting table 12 includes, for example, a string-like carbon heater (heating unit) (not shown), and heats a wafer W (hereinafter referred to as “mounting wafer W”) mounted on the mounting table 12.
  • the gas spray nozzle 13 includes a cylindrical base 16, a gas ejection hole 17 having a diameter of 0.02 mm to 1.0 mm, for example, penetrating the base 16 along the central axis direction, and a wafer W in the base 16.
  • Gas expansion holes 18 that are perforated at the side end portion and increase in diameter in a funnel shape toward the end portion, and plate-like particles that extend substantially parallel to the mounting wafer W at the end portion of the base portion 16 on the wafer W side.
  • a recovery unit 19 19
  • the base portion 16 is inclined with respect to the mounting wafer W by, for example, 45 °, and the gas ejection holes 17 spray gas through the gas expansion holes 18 at a pressure of 0.3 MPa to 2.0 MPa. Therefore, the gas spray nozzle 13 sprays gas at 45 ° with respect to the wafer W.
  • the particle recovery unit 19 incorporates a cooling device, for example, a Peltier element, and the Peltier element lowers the temperature of the surface of the particle recovery unit 19 to be lower than the temperature of the mounting wafer W, for example, 10 ° C.
  • a cooling device for example, a Peltier element
  • the gas spray nozzle 13 can move in parallel to the surface of the mounting wafer W, and the movement amount is larger than the diameter of the mounting wafer W. Therefore, the gas spray nozzle 13 can spray gas toward the entire surface of the mounting wafer W.
  • the gas spray nozzle 13 is provided on the left side of the base 16 in the drawing so that the particle recovery unit 19 does not face the mounting wafer W when the gas spray nozzle 13 moves to the leftmost in the drawing within the movable range. It is done.
  • the cleaning nozzle 14 is a cylindrical nozzle and opens upward in the figure in the chamber 11, and the opening 14 a of the cleaning nozzle 14 moves to the leftmost side in the figure in the movable range of the gas spray nozzle 13. At this time, it faces the particle recovery unit 19.
  • the exhaust pipe 15 is connected to a dry pump (DP) or a turbo molecular pump (TMP) on the downstream side.
  • the exhaust pipe 15 exhausts the inside of the chamber 11 to reduce the atmosphere in the chamber 11 to almost vacuum, and particles floating in the chamber 11. Is discharged.
  • FIG. 2A to 2D are process diagrams showing each process of the substrate cleaning method executed by the substrate cleaning apparatus of FIG.
  • the gas spray nozzle 13 applies a cleaning gas (high pressure gas) from the gas ejection hole 17 toward the wafer W at a pressure of 0.3 MPa to 2.0 MPa. Spray.
  • a cleaning gas high pressure gas
  • the atmosphere in the gas expansion hole 18 is almost vacuum like the atmosphere in the chamber 11, the pressure of the cleaning gas rapidly decreases, and the diameter of the gas expansion hole 18 is also in the course of the gas molecules 20. Therefore, the volume of the cleaning gas rapidly increases. That is, the cleaning gas sprayed from the gas ejection holes 17 undergoes a sudden adiabatic expansion and each gas molecule 20 is rapidly cooled.
  • the cluster 21 collides with the foreign material 22 adhering to the wafer W without being ionized. At this time, the cluster 21 imparts kinetic energy to the foreign matter 22, and then is decomposed and scattered into a plurality of gas molecules 20 (FIG. 2B).
  • the cluster 21 since the cluster 21 is not ionized, even if a bias voltage is applied to attract the mounting wafer W to the mounting table 12, it is not accelerated by the bias voltage. As a result, the cluster 21 gently collides with the foreign object 22. On the other hand, since the mass of the cluster 21 is large even if it is not accelerated, energy larger than the energy that one gas molecule 20 imparts to the foreign matter 22 can be imparted to the foreign matter 22. Therefore, each gas molecule 20 scattered from the cluster 21 gently collides with the foreign material 22 and the mounting wafer W, causing a defect on the film formed on the mounting wafer W and the mounting wafer W itself, or being doped.
  • the chemical reaction between the foreign material 22 and a part of the gas molecules 20 is promoted by the large kinetic energy imparted, and a reactant 23 is generated.
  • the carbon heater built in the mounting table 12 heats the reactant 23 via the wafer W, the chemical reaction between the foreign matter 22 and a part of the gas molecules 20 is also promoted.
  • the reactant 23 continues to be given kinetic energy by other clusters that subsequently collide, and is also heated by the carbon heater built in the mounting table 12.
  • the atmosphere around the reactant 23 is almost vacuum. Therefore, the reactant 23 is easily sublimated, peeled off from the mounting wafer W, and drifts in the chamber 11.
  • the surface of the particle recovery unit 19 is set to a temperature lower than that of the mounting wafer W by the Peltier element built in, the sublimated reactant 23 moves toward the particle recovery unit 19 by the thermophoretic force, and the particle It adheres to the collection part 19 (FIG. 2C). That is, the particle recovery unit 19 recovers the reactant 23 peeled from the mounting wafer W (FIG. 2D).
  • the type of cleaning gas sprayed by the gas spray nozzle 13 is appropriately determined according to the type of foreign matter 22 adhering to the wafer W.
  • the foreign material 22 is a natural oxide film, for example, silicon dioxide (SiO 2 )
  • chlorine trifluoride (ClF 3 ) causes a chemical reaction with the natural oxide film to generate a reaction product 23, so that as a cleaning gas Chlorine trifluoride gas may be used
  • the foreign matter 22 is an organic substance
  • carbon dioxide (CO 2 ) causes a chemical reaction with the organic substance to produce a reaction product 23, and therefore carbon dioxide gas may be used as the cleaning gas.
  • hydrogen halide for example, hydrogen fluoride (HF) or hydrogen chloride (HCl) causes a chemical reaction with the metal to produce a reaction product 23, so that hydrogen halide gas is used as a cleaning gas. May be used.
  • HF hydrogen fluoride
  • HCl hydrogen chloride
  • the base portion 16 of the gas spray nozzle 13 is inclined with respect to the mounting wafer W by, for example, 45 °
  • the cluster 21 formed from the cleaning gas sprayed from the gas spray nozzle 13 is placed on the mounting wafer W. It collides in the direction of 45 degrees to. If the cluster 21 collides with the mounting wafer W perpendicularly, a reflected wave generated as a reaction of the collision of the cluster 21 is generated perpendicularly with respect to the wafer W. Therefore, since the reflected wave collides with another cluster that continues, the other cluster is decomposed.
  • the substrate cleaning method of FIG. 2 is continued, the amount of the reactant 23 adhering to the particle recovery unit 19 increases, and the surface of the particle recovery unit 19 is almost covered with the reactant 23. There is a possibility that the object 23 cannot adhere to the particle recovery unit 19 and continues to drift in the chamber 11.
  • the particle recovery unit 19 is periodically cleaned. Specifically, after cleaning a predetermined number of wafers W, the gas spray nozzle 13 is moved to the leftmost side in the movable range in a state where no wafers W exist in the chamber 11 to clean the particle recovery unit 19. It is made to oppose with the opening part 14a of the nozzle 14 (FIG. 3A).
  • a CO 2 blast or a cluster of gas molecules is ejected from the opening 14 a of the cleaning nozzle 14 toward the particle recovery unit 19.
  • the reactant 23 adhering to the particle recovery unit 19 is separated from the particle recovery unit 19 by the sprayed CO 2 blast or the cluster of gas molecules (FIG. 3B).
  • the separated reactant 23 is discharged from the chamber 11 through the exhaust pipe 15.
  • the cluster 21 composed of a plurality of gas molecules 20 that are not ionized collides with the mounting wafer W to which the foreign matter 22 is adhered. Since the non-ionized cluster 21 is not accelerated by a bias voltage or the like, each gas molecule 20 which is decomposed and scattered by the cluster 21 is defective in the film formed on the mounting wafer W or the mounting wafer W itself. Is not generated or doped. On the other hand, since the mass of the cluster 21 is large even if it is not accelerated, the kinetic energy imparted to the foreign material 22 at the time of collision is larger than the kinetic energy imparted to the foreign material 22 by one gas molecule 20. A chemical reaction with a part of the molecule 20 can be promoted. Accordingly, it is possible to prevent deterioration of the mounting wafer W and the film formed on the mounting wafer W while removing the foreign matter 22 attached to the mounting wafer W.
  • the reactant 23 removed from the mounting wafer W is attracted and captured by the particle recovery unit 19 disposed at a location different from the mounting wafer W. Therefore, it is possible to prevent the reactant 23 removed from the mounting wafer W from reaching the mounting wafer W again and adhering thereto.
  • the reflected wave generated as the reaction of the collision of the cluster 21 is 135. Occurs in the direction of °. Therefore, the reflected wave does not collide with another cluster directly, and the other cluster does not decompose, so that the collision between the cluster 21 and the mounting wafer W can be continued. It is possible to prevent the efficiency of removing the foreign matter 22 from the deterioration.
  • the pressure when spraying the cleaning gas is between 0.3 MPa and 2.0 MPa, the pressure of the cleaning gas is rapidly increased when the gas is sprayed. Further, since the cleaning gas is sprayed from the gas ejection hole 17 having a diameter of 0.02 mm to 1.0 mm, the expansion rate of the gas during spraying can be increased, and the It is possible to rapidly cool a plurality of gas molecules 20 by causing adiabatic expansion. As a result, the formation of the cluster 21 can be further promoted.
  • the substrate cleaning apparatus 10 since it is not necessary to ionize the cluster 21, the substrate cleaning apparatus 10 does not need to include an ionizer such as an ionizer, and the structure of the substrate cleaning apparatus 10 is simplified. can do.
  • the gas spray nozzle 13 moves along the surface of the mounting wafer W while spraying the cleaning gas, so that the foreign matter 22 is removed from the entire surface of the mounting wafer W. Can be removed.
  • Some types of the cleaning gas are difficult to form the cluster 21, but in this case, the mass of the cluster 21 does not increase so much, so that the chemical reaction between the foreign matter 22 and a part of the gas molecules 20 is promoted.
  • the foreign material 22 is preferably heated more strongly by a carbon heater.
  • the mass of the cluster 21 becomes larger than necessary. Therefore, even if the foreign material 22 is not heated by the carbon heater, the foreign material 22 and part of the gas molecules 20 are present. The chemical reaction with can be promoted.
  • one gas spray nozzle 13 is arranged so as to spray the cleaning gas at 45 ° with respect to the mounting wafer W.
  • a portion where the cleaning gas is locally blocked by the pattern formed on the surface and the cluster 21 does not collide may be generated.
  • a plurality of gas spray nozzles (for example, gas is respectively applied from 45 ° and 85 ° to the mounting wafer W so that the cleaning gas can be sprayed from a plurality of directions to the mounting wafer W, respectively.
  • Two gas spray nozzles may be arranged to spray.
  • the cleaning gas can be sprayed from a plurality of directions on the mounting wafer W, thereby preventing the cleaning gas from being blocked locally and preventing the occurrence of a location where the cluster 21 does not collide. be able to.
  • the frequency of the collision between the cluster 21 and the foreign material 22 can be improved by spraying the cleaning gas from a plurality of directions.
  • the diameter of the gas ejection holes of each gas spray nozzle and the pressure of the sprayed cleaning gas may be set different from each other. Further, the spray timing of the cleaning gas of each gas spray nozzle may be shifted from each other. As a result, the pulsation can be given to the cleaning gas, so that the cleaning ability by the cleaning gas can be dramatically improved.
  • the gas spray nozzle 13 is moved along the surface of the mounting wafer W, but the position of the gas spray nozzle is fixed and the mounting wafer W is moved in a predetermined direction. It may be slid or rotated. Also by this, the foreign material 22 can be removed from the entire surface of the mounting wafer W.
  • the substrate to which the substrate cleaning method is applied in the above-described embodiment is not limited to a semiconductor wafer, and various substrates used for FPD (Flat Panel Display) including LCD (Liquid Crystal Display), photomasks, CD substrates Or a printed circuit board.
  • FPD Fluorescence Deformation
  • LCD Liquid Crystal Display

Abstract

 基板に付着した異物を取り除きつつ、基板や該基板上に形成された膜の劣化を防止することができる基板洗浄方法を提供する。異物(22)が付着し且つほぼ真空の雰囲気中に配されるウエハ(W)に向けて0.3MPa~2.0MPaのいずれかの圧力で洗浄ガスを噴霧して複数のガス分子(20)からなるクラスター(21)を形成し、該クラスター(21)をイオン化することなくウエハ(W)へ衝突させる。

Description

基板洗浄方法及び基板洗浄装置
 本発明は、基板洗浄方法及び基板洗浄装置に関し、特に、液体を用いずに基板を洗浄する基板洗浄方法及び基板洗浄装置に関する。
 複数の工程を経て基板、例えば、ウエハ上に電子デバイスを製造する場合、各工程においてウエハに成膜処理やエッチング処理を施してウエハ上に、例えば、トレンチやホールからなる所望のパターンを形成していく。このとき、成膜処理やエッチング処理において反応生成物や意図しない異物が生じ、ウエハ上に付着することがある。ウエハ上の異物等は次の工程の処理に悪影響を及ぼすので、極力除去する必要がある。
 従来、ウエハ上の異物除去方法として、薬液槽にウエハを浸漬して異物を洗い流す方法や、ウエハに純水や薬液を噴霧して異物を洗い流す方法が用いられていた。これらの方法では、ウエハの洗浄後、ウエハ上に純水や薬液が残るため、スピン乾燥等によってウエハを乾燥させていた。
 ところが、ウエハの乾燥の際、図4Aに示すようにトレンチ41、42に、例えば、薬液43が残っていると、薬液43の表面において気液界面張力Fが発生し、該気液界面張力Fはパターンの凸部44a~44cに作用し、図4Bに示すように、パターンの凸部44aや44cを倒すおそれがある。
 パターンの凸部の倒れを防止するためには、純水や薬液を用いずにウエハを洗浄するドライ洗浄方法が適しており、ドライ洗浄方法としては、ウエハ上にレーザを照射して異物を蒸発させる方法や、プラズマによるスパッタリングによって異物を物理的に除去する方法が知られているが、レーザを照射するとウエハ上に形成された膜が変質するおそれがあり、また、プラズマはエネルギーが高いため、異物だけでなくパターンをスパッタリングによって削ってしまうおそれがある。
 そこで、近年、ウエハへ付与するエネルギーがさほど高くないドライ洗浄方法として、GCIB(Gas Cluster Ion Beam)を利用する方法が開発されている(例えば、特許文献1参照。)。GCIBとは、真空雰囲気に向けてガスを吹き付けてガス分子のクラスターを形成し、さらに該クラスターをイオン化し、ウエハにバイアス電圧を印加することでイオン化されたクラスターをウエハに衝突させる方法である。ウエハに衝突したクラスターはウエハへ運動エネルギーを付与した後、分解されてガス分子となり飛散する。このとき、ウエハ上では運動エネルギーによって異物とガス分子との化学反応が促進されて反応物が生成され、該反応物が昇華することにより、異物が除去される。
特開2009−29691号公報
 しかしながら、GCIBではイオン化されたクラスターがバイアス電圧によって加速されてウエハに衝突するため、クラスター中のガス分子がウエハ上に形成された膜やウエハそのものに欠陥を生じさせたり、所定量のガス分子がドープされて膜やウエハが劣化することがある。
 本発明の目的は、基板に付着した異物を取り除きつつ、基板や該基板上に形成された膜の劣化を防止することができる基板洗浄方法及び基板洗浄装置を提供することにある。
 上記目的を達成するために、本発明の第1の態様によれば、異物が付着し且つ低圧の雰囲気中に配される基板に向けて前記低圧の雰囲気より高圧のガスを噴霧して複数のガス分子からなるクラスターを形成し、該クラスターをイオン化することなく前記基板へ衝突させる基板洗浄方法が提供される。
 本発明の第1の態様において、前記クラスターが到達した前記基板から除去された前記異物を前記基板とは別の場所に配された冷却部に捕捉させることが好ましい。
 本発明の第1の態様において、前記高圧のガスを前記基板に対して斜めに噴霧することが好ましい。
 本発明の第1の態様において、前記異物は自然酸化膜であり、前記ガスは三弗化塩素ガスであることが好ましい。
 本発明の第1の態様において、前記異物は有機物であり、前記ガスは二酸化炭素ガスであることが好ましい。
 本発明の第1の態様において、前記異物は金属であり、前記ガスはハロゲン化水素ガスであることが好ましい。
 本発明の第1の態様において、前記クラスターが前記基板へ衝突する際、前記基板を加熱することが好ましい。
 本発明の第1の態様において、前記ガスの噴霧時の圧力は0.3MPa~2.0MPaのいずれかであることが好ましい。
 上記目的を達成するために、本発明の第2の態様によれば、異物が付着した基板を収容する内部が低圧の雰囲気である処理室と、前記基板に向けて前記低圧の雰囲気より高圧のガスを噴霧して複数のガス分子からなるクラスターを形成し、該クラスターをイオン化することなく前記基板へ衝突させるガス噴霧部とを備える基板洗浄装置が提供される。
 本発明の第2の態様において、前記基板よりも低温であって、前記クラスターが到達した前記基板から除去された前記異物を捕捉する冷却部をさらに備え、前記冷却部は前記基板とは別の場所に配されることが好ましい。
 本発明の第2の態様において、前記ガス噴霧部が前記高圧のガスを噴霧しつつ前記基板の表面に沿って移動することが好ましい。
 本発明の第2の態様において、前記ガス噴霧部は前記高圧のガスを前記基板に対して斜めに噴霧することが好ましい。
 本発明の第2の態様において、前記基板を加熱する加熱部をさらに備えることが好ましい。
 本発明の第2の態様において、前記冷却部に向けてCOブラストまたは複数のガス分子からなる他のクラスターを噴出する噴出部をさらに備えることが好ましい。
 本発明の第2の態様において、前記ガス噴霧部は直径が0.02mm~1.0mmの穴から前記高圧のガスを噴霧することが好ましい。
 本発明の第1の態様において、前記高圧のガスを前記基板に対して複数の方向から噴霧することが好ましい。
 本発明の第1の態様において、前記複数の方向から噴霧される前記各高圧のガスの圧力を互いに異なるように設定し、及び/又は前記各高圧のガスの噴霧タイミングを互いにずらすことが好ましい。
 本発明の第2の態様において、前記ガス噴霧部を複数備え、前記各ガス噴霧部は前記高圧のガスを前記基板に対して複数の方向から噴霧することが好ましい。
 本発明の第2の態様において、前記各ガス噴霧部が前記複数の方向から噴霧する前記各高圧のガスの圧力は互いに異なり、及び/又は前記各ガス噴霧部が前記各高圧のガスの噴霧タイミングを互いにずらすことが好ましい。
 本発明によれば、異物が付着した基板にイオン化されていない複数のガス分子からなるクラスターが衝突する。イオン化されていないクラスターはバイアス電圧等によって加速されることがないので、クラスターが分解して飛散するガス分子は基板上に形成された膜や基板そのものにドープされることがない。一方、クラスターは加速されなくても質量が大きいので、衝突時に基板へ付与する運動エネルギーは、1つのガス分子が基板に付与する運動エネルギーよりも大きく、これにより、異物とガス分子との化学反応を促進することができる。したがって、基板に付着した異物を取り除きつつ、基板や該基板上に形成された膜の劣化を防止することができる。
 本発明によれば、基板から除去されて飛散する異物は、熱泳動力によって、低温に設定された冷却部(パーティクル回収部)に引き寄せられて捕捉される。したがって、基板から除去された反応物が再び基板に到達して付着するのを防止することができる。
 本発明によれば、高圧のガスが基板に対して斜めに噴霧される。クラスターが基板に衝突すると基板から反射波が発生するが、クラスターが基板に対して斜めに衝突するため、反射波はクラスターの移動方向とは別の方向に向けて発生する。したがって、反射波が他のクラスターと正対して衝突することがなく、該他のクラスターが分解することがないので、クラスター及び基板の衝突を継続することができ、基板からの異物の除去の効率が低下するのを防止することができる。
 本発明によれば、異物は自然酸化膜であり、ガスは三弗化塩素ガスである。自然酸化膜は三弗化塩素と化学反応を起こして反応物を生成する。したがって、基板から異物としての自然酸化膜を確実に除去することができる。
 本発明によれば、異物は有機物であり、ガスは二酸化炭素ガスである。有機物は二酸化炭素と化学反応を起こして反応物を生成する。したがって、基板から異物としての有機物を確実に除去することができる。
 本発明によれば、異物は金属であり、ガスはハロゲン化水素ガスである。金属はハロゲン化水素と化学反応を起こして反応物を生成する。したがって、基板から異物としての金属を確実に除去することができる。
 本発明によれば、クラスターが基板へ衝突する際、基板が加熱される。基板が加熱されると、異物とガス分子との化学反応が促進される。したがって、基板から異物を確実に除去することができる。
 本発明によれば、ガスの噴霧時の圧力は0.3MPa~2.0MPaのいずれかであるので、ガスが噴霧された際、低圧の雰囲気において急激な断熱膨張を起こして複数のガス分子が急冷される。その結果、クラスターの形成を促進することができる。
 本発明によれば、ガス噴霧部が高圧のガスを噴霧しつつ基板の表面に沿って移動するので、基板の表面全体から異物を除去することができる。
 本発明によれば、冷却部に向けてCOブラストまたは複数のガス分子からなる他のクラスターが噴出され、冷却部に捕捉された異物は冷却部から剥離する。これにより、冷却部へ多量の反応物が付着するのを防止することができ、もって、基板から除去された異物の冷却部による回収の効率が低下するのを防止することができる。
 本発明によれば、ガス噴霧部は直径が0.02mm~1.0mmの穴からガスを噴霧するので、噴霧時のガスの膨張率を大きくすることができ、もって、クラスターの形成をより促進することができる。
 本発明によれば、高圧のガスが基板に対して複数の方向から噴霧されるので、基板においてクラスターが衝突しない箇所が発生するのを防止することができる。
 本発明によれば、複数の方向から噴霧される各高圧のガスの圧力は互いに異なり、及び/又は各高圧のガスの噴霧タイミングが互いにずらされるので、高圧のガスに脈動を与えることができ、もって、高圧のガスによる洗浄能力を飛躍的に向上させることができる。
[図1]本発明の実施の形態に係る基板洗浄方法を実行する基板洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。
[図2A]~[図2D]図1の基板洗浄装置が実行する基板洗浄方法の各工程を示す工程図である。
[図3A]、[図3B]図1におけるパーティクル回収部の洗浄方法の各工程を示す工程図である。
[図4A]、[図4B]従来のウエハ洗浄方法の各工程を示す工程図である。
 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
 図1は、本実施の形態に係る基板洗浄方法を実行する基板洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。
 図1において、基板洗浄装置10は、内部雰囲気がほぼ真空、例えば、1Paまで減圧されて基板としての半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」という。)Wを収容するチャンバ11(処理室)と、該チャンバ11内に配されてウエハを載置するテーブル状の載置台12と、該載置台12に載置されたウエハに対向するようにチャンバ11内に配されるガス噴霧ノズル13(ガス噴霧部)と、載置台12の近傍に配されるクリーニングノズル14(噴出部)と、チャンバ11内のガスを排気する排気管15とを備える。
 載置台12は、例えば、紐状のカーボンヒータ(加熱部)(図示しない)を内蔵し、該載置台12に載置されたウエハW(以下、「載置ウエハW」という。)を加熱する。ガス噴霧ノズル13は、筒状の基部16と、該基部16を中心軸方向に沿って貫通する、例えば、直径が0.02mm~1.0mmであるガス噴出穴17と、基部16におけるウエハW側端部に穿孔されて該端部に向けて漏斗状に直径が大きくなるガス膨張穴18と、基部16におけるウエハW側端部において載置ウエハWと略平行に延出する板状のパーティクル回収部19とを有する。
 基部16は載置ウエハWに対し、例えば、45°だけ傾けて配され、ガス噴出穴17は圧力が0.3MPa~2.0MPaのいずれかでガス膨張穴18を介してガスを噴霧する。したがって、ガス噴霧ノズル13はウエハWに対して45°でガスを噴霧する。
 パーティクル回収部19は冷却装置、例えば、ペルチェ素子を内蔵し、該ペルチェ素子はパーティクル回収部19の表面の温度を、載置ウエハWの温度よりも低下、例えば、10℃まで低下させる。
 また、ガス噴霧ノズル13は、載置ウエハWの表面に対して平行に移動することでき、その移動量は載置ウエハWの直径よりも大きい。したがって、ガス噴霧ノズル13は載置ウエハWの表面全体に向けてガスを噴霧することができる。ガス噴霧ノズル13では、該ガス噴霧ノズル13が移動可能範囲において図中の最も左側に移動した際、パーティクル回収部19が載置ウエハWと対向しないように、基部16の図中の左側に設けられる。
 クリーニングノズル14は筒状のノズルであり、チャンバ11内において図中上方に向けて開口し、クリーニングノズル14の開口部14aは、ガス噴霧ノズル13が移動可能範囲において図中の最も左側に移動した際、パーティクル回収部19と対向する。
 排気管15は下流側においてドライポンプ(DP)やターボ分子ポンプ(TMP)と接続され、チャンバ11内を排気してチャンバ11内の雰囲気をほぼ真空まで減圧するとともに、チャンバ11内に浮遊するパーティクルを排出する。
 図2A~図2Dは、図1の基板洗浄装置が実行する基板洗浄方法の各工程を示す工程図である。
 載置ウエハWから異物22を除去する際、まず、ガス噴霧ノズル13はウエハWに向けてガス噴出穴17から圧力が0.3MPa~2.0MPaのいずれかで洗浄ガス(高圧のガス)を噴霧する。このとき、ガス膨張穴18内の雰囲気はチャンバ11内の雰囲気と同様にほぼ真空であるため、洗浄ガスの圧力が急激に低下するとともに、該ガス膨張穴18の直径もガス分子20の進路に沿って急激に大きくなるため、洗浄ガスの体積が急激に大きくなる。すなわち、ガス噴出穴17から噴霧された洗浄ガスは急激な断熱膨張を起こして各ガス分子20が急冷される。当初1つ1つ独立して移動していた各ガス分子20は急冷されると、運動エネルギーが低下し各ガス分子20間に作用する分子間力(ファンデルワールス力)によって互いに密着し、これにより、多数のガス分子20からなるクラスター21が形成される(図2A)。
 次いで、クラスター21はイオン化されることなくそのままウエハWに付着した異物22に衝突する。このとき、クラスター21は異物22へ運動エネルギーを付与した後、分解されて複数のガス分子20となり飛散する(図2B)。
 ここでクラスター21はイオン化されていないため、例え、載置台12へ載置ウエハWを吸着するためにバイアス電圧が印加されていても、該バイアス電圧によって加速されることがない。その結果、クラスター21は異物22へ穏やかに衝突する。一方、クラスター21は加速されていなくても質量が大きいので、1つのガス分子20が異物22に付与するエネルギーよりも大きいエネルギーを異物22に付与することができる。したがって、クラスター21から飛散した各ガス分子20は異物22や載置ウエハWへ穏やかに衝突し、載置ウエハW上に形成された膜や載置ウエハWそのものに欠陥を生じさせたり、ドープされることがない一方、クラスター21が衝突した異物22では付与された大きい運動エネルギーによって異物22とガス分子20の一部との化学反応が促進されて反応物23が生成される。ここで、載置台12に内蔵されたカーボンヒータがウエハWを介して反応物23を加熱するため、これによっても、異物22とガス分子20の一部との化学反応が促進される。
 次いで、反応物23は、続いて衝突する他のクラスターによって運動エネルギーを付与され続けるとともに、載置台12に内蔵されたカーボンヒータによって加熱され続ける。また、反応物23の周りの雰囲気はほぼ真空である。したがって、反応物23は容易に昇華し、載置ウエハWから剥離してチャンバ11内を漂う。ここで、パーティクル回収部19の表面が内蔵するペルチェ素子によって載置ウエハWよりも低温に設定されるので、昇華した反応物23は熱泳動力によってパーティクル回収部19へ向けて移動し、該パーティクル回収部19へ付着する(図2C)。すなわち、パーティクル回収部19は載置ウエハWから剥離した反応物23を回収する(図2D)。
 上述した図2A乃至図2Dの工程は、ガス噴霧ノズル13が載置ウエハWの表面に対して平行に移動する間、繰り返して実行される。
 ガス噴霧ノズル13が噴霧する洗浄ガスの種類は、ウエハWに付着している異物22の種類に応じて適宜決定される。例えば、異物22が自然酸化膜、例えば、二酸化硅素(SiO)であれば、三弗化塩素(ClF)は自然酸化膜と化学反応を起こして反応物23を生成するので、洗浄ガスとして三弗化塩素ガスを用いればよく、異物22が有機物であれば、二酸化炭素(CO)は有機物と化学反応を起こして反応物23を生成するので、洗浄ガスとして二酸化炭素ガスを用いればよく、異物22が金属であれば、ハロゲン化水素、例えば、弗化水素(HF)や塩化水素(HCl)は金属と化学反応を起こして反応物23を生成するので、洗浄ガスとしてハロゲン化水素ガスを用いればよい。
 また、ガス噴霧ノズル13の基部16は載置ウエハWに対し、例えば、45°だけ傾けて配されるので、ガス噴霧ノズル13から噴霧された洗浄ガスから形成されたクラスター21は載置ウエハWに対して45°の方向で衝突する。仮に、クラスター21が載置ウエハWに対して垂直に衝突すると、クラスター21の衝突の反作用として発生する反射波がウエハWに対して垂直に発生する。したがって、反射波が続く他のクラスターと正対して衝突するため、該他のクラスターが分解してしまう。一方、図2の基板洗浄方法ではクラスター21が載置ウエハWに対して45°の方向で衝突するので、クラスター21の衝突の反作用として発生する反射波が135°の方向で発生し、反射波が続く他のクラスターと正対して衝突することがなく、該他のクラスターが分解することがない。
 図2の基板洗浄方法を継続すると、パーティクル回収部19に付着する反応物23の量が多くなり、パーティクル回収部19の表面が殆ど反応物23によって覆われることになるため、続いて発生する反応物23がパーティクル回収部19に付着することができず、チャンバ11内を漂い続けるおそれがある。
 本実施の形態では、これに対応して、パーティクル回収部19を定期的に洗浄する。具体的には、所定枚数のウエハWを洗浄した後、チャンバ11内にウエハWが存在しない状況でガス噴霧ノズル13を移動可能範囲において図中の最も左側に移動させ、パーティクル回収部19をクリーニングノズル14の開口部14aと対向させる(図3A)。
 次いで、クリーニングノズル14の開口部14aからパーティクル回収部19へ向けてたとえば、COブラストまたはガス分子のクラスターが噴出される。パーティクル回収部19に付着している反応物23は吹き付けられたCOブラストまたはガス分子のクラスターによってパーティクル回収部19から剥離する(図3B)。剥離した反応物23は排気管15によってチャンバ11から排出される。これにより、パーティクル回収部19の表面が殆ど反応物23によって覆われるのを防止することができ、もって、反応物23のパーティクル回収部19による回収の効率が低下するのを防止することができる。
 本実施の形態に係る基板洗浄方法によれば、異物22が付着した載置ウエハWにイオン化されていない複数のガス分子20からなるクラスター21が衝突する。イオン化されていないクラスター21はバイアス電圧等によって加速されることがないので、クラスター21が分解して飛散した各ガス分子20は載置ウエハW上に形成された膜や載置ウエハWそのものに欠陥を生じさせたり、ドープされることがない。一方、クラスター21は加速されなくても質量が大きいので、衝突時に異物22へ付与する運動エネルギーは、1つのガス分子20が異物22に付与する運動エネルギーよりも大きく、これにより、異物22とガス分子20の一部との化学反応を促進することができる。したがって、載置ウエハWに付着した異物22を取り除きつつ、載置ウエハWや該載置ウエハW上に形成された膜の劣化を防止することができる。
 上述した本実施の形態に係る基板洗浄方法では、載置ウエハWから除去された反応物23が載置ウエハWとは別の場所に配されたパーティクル回収部19に引き寄せられ捕捉される。したがって、載置ウエハWから除去された反応物23が再び載置ウエハWに到達して付着するのを防止することができる。
 また、上述した本実施の形態に係る基板洗浄方法では、洗浄ガスが載置ウエハWに対し、例えば、45°の方向で噴霧されるので、クラスター21の衝突の反作用として発生する反射波は135°の方向で発生する。したがって、反射波が他のクラスターと正対して衝突することがなく、該他のクラスターが分解することがないので、クラスター21及び載置ウエハWの衝突を継続することができ、載置ウエハWからの異物22の除去の効率が低下するのを防止することができる。
 さらに、上述した本実施の形態に係る基板洗浄方法では、洗浄ガスの噴霧時の圧力は0.3MPa~2.0MPaのいずれかであるので、ガスが噴霧された際、洗浄ガスの圧力を急激に低下させることができ、また、洗浄ガスは直径が0.02mm~1.0mmであるガス噴出穴17から噴霧されるので、噴霧時のガスの膨張率を大きくすることができ、もって、急激な断熱膨張を起こして複数のガス分子20を急冷することができる。その結果、クラスター21の形成をより促進することができる。
 また、上述した本実施の形態に係る基板洗浄装置では、クラスター21をイオン化する必要がないので、基板洗浄装置10はイオナイザー等のイオン化装置を備える必要がなく、基板洗浄装置10の構造を簡素化することができる。
 さらに、上述した本実施の形態に係る基板洗浄装置では、ガス噴霧ノズル13が洗浄ガスを噴霧しつつ載置ウエハWの表面に沿って移動するので、載置ウエハWの表面全体から異物22を除去することができる。
 なお、洗浄ガスの種類によってはクラスター21を形成しにくいものもあるが、この場合、クラスター21の質量がさほど大きくならないので、異物22とガス分子20の一部との化学反応を促進するために、異物22をカーボンヒータによってより強く加熱するのが好ましい。一方、洗浄ガスがクラスター21を形成しやすいものである場合、クラスター21の質量が必要十分以上に大きくなるため、異物22をカーボンヒータによって加熱しなくても、異物22とガス分子20の一部との化学反応を促進することができる。
 上述した本実施の形態に係る基板洗浄装置では、1つのガス噴霧ノズル13が載置ウエハWに対して45°で洗浄ガスを噴霧するように配置されたが、この場合、載置ウエハW上に形成されたパターンなどによって局所的に洗浄ガスが遮られてクラスター21が衝突しない箇所が発生する虞がある。したがって、これに対応して、載置ウエハWに対して複数方向からそれぞれ洗浄ガスを噴霧できるように複数のガス噴霧ノズル(例えば、載置ウエハWに対して45°及び85°からそれぞれガスを噴霧するように2つのガス噴霧ノズル)を配置してもよい。これにより、載置ウエハWに対して複数方向から洗浄ガスを噴霧することができ、もって、局所的に洗浄ガスが遮られるのを防止してクラスター21が衝突しない箇所が発生するのを防止することができる。また、複数方向から洗浄ガスを噴霧することにより、クラスター21と異物22との衝突の頻度を向上することもできる。
 複数のガス噴霧ノズルを配置する場合、各ガス噴霧ノズルのガス噴出穴の直径や噴霧される洗浄ガスの圧力を互いに異なるように設定してもよい。また、各ガス噴霧ノズルの洗浄ガスの噴霧タイミングを互いにずらしてもよい。これにより、洗浄ガスに脈動を与えることができ、もって、洗浄ガスによる洗浄能力を飛躍的に向上させることができる。
 さらに、上述した本実施の形態に係る基板洗浄装置では、ガス噴霧ノズル13を載置ウエハWの表面に沿って移動させるが、ガス噴霧ノズルの位置を固定し、載置ウエハWを所定の方向へスライドさせる、若しくは、回転させてもよい。これによっても、載置ウエハWの表面全体から異物22を除去することができる。
 また、上述した実施の形態において基板洗浄方法が適用される基板は半導体ウエハに限られず、LCD(Liquid Crystal Display)等を含むFPD(Flat Panel Display)等に用いる各種基板や、フォトマスク、CD基板、プリント基板等であってもよい。
 W ウエハ
 10 基板洗浄装置
 12 載置台
 13 ガス噴霧ノズル
 14 ヒータノズル
 19 パーティクル回収部
 20 ガス分子
 21 クラスター
 22 異物
 23 反応物

Claims (19)

  1.  異物が付着し且つ低圧の雰囲気中に配される基板に向けて前記低圧の雰囲気より高圧のガスを噴霧して複数のガス分子からなるクラスターを形成し、
     該クラスターをイオン化することなく前記基板へ衝突させることを特徴とする基板洗浄方法。
  2.  前記クラスターが到達した前記基板から除去された前記異物を前記基板とは別の場所に配された冷却部に捕捉させることを特徴とする請求項1記載の基板洗浄方法。
  3.  前記高圧のガスを前記基板に対して斜めに噴霧することを特徴とする請求項1記載の基板洗浄方法。
  4.  前記異物は自然酸化膜であり、前記ガスは三弗化塩素ガスであることを特徴とする請求項1記載の基板洗浄方法。
  5.  前記異物は有機物であり、前記ガスは二酸化炭素ガスであることを特徴とする請求項1記載の基板洗浄方法。
  6.  前記異物は金属であり、前記ガスはハロゲン化水素ガスであることを特徴とする請求項1記載の基板洗浄方法。
  7.  前記クラスターが前記基板へ衝突する際、前記基板を加熱することを特徴とする請求項1記載の基板洗浄方法。
  8.  前記ガスの噴霧時の圧力は0.3MPa~2.0MPaのいずれかであることを特徴とする請求項1記載の基板洗浄方法。
  9.  異物が付着した基板を収容する内部が低圧の雰囲気である処理室と、
     前記基板に向けて前記低圧の雰囲気より高圧のガスを噴霧して複数のガス分子からなるクラスターを形成し、該クラスターをイオン化することなく前記基板へ衝突させるガス噴霧部とを備えることを特徴とする基板洗浄装置。
  10.  前記基板よりも低温であって、前記クラスターが到達した前記基板から除去された前記異物を捕捉する冷却部をさらに備え、前記冷却部は前記基板とは別の場所に配されることを特徴とする請求項9記載の基板洗浄装置。
  11.  前記ガス噴霧部が前記高圧のガスを噴霧しつつ前記基板の表面に沿って移動することを特徴とする請求項9記載の基板洗浄装置。
  12.  前記ガス噴霧部は前記高圧のガスを前記基板に対して斜めに噴霧することを特徴とする請求項9記載の基板洗浄装置。
  13.  前記基板を加熱する加熱部をさらに備えることを特徴とする請求項9記載の基板洗浄装置。
  14.  前記冷却部に向けてCOブラストまたは複数のガス分子からなる他のクラスターを噴出する噴出部をさらに備えることを特徴とする請求項10記載の基板洗浄装置。
  15.  前記ガス噴霧部は直径が0.02mm~1.0mmの穴から前記高圧のガスを噴霧することを特徴とする請求項9記載の基板洗浄装置。
  16.  前記高圧のガスを前記基板に対して複数の方向から噴霧することを特徴とする請求項1記載の基板洗浄方法。
  17.  前記複数の方向から噴霧される前記各高圧のガスの圧力を互いに異なるように設定し、及び/又は前記各高圧のガスの噴霧タイミングを互いにずらすことを特徴とする請求項16記載の基板洗浄方法。
  18.  前記ガス噴霧部を複数備え、前記各ガス噴霧部は前記高圧のガスを前記基板に対して複数の方向から噴霧することを特徴とする請求項9記載の基板洗浄装置。
  19.  前記各ガス噴霧部が前記複数の方向から噴霧する前記各高圧のガスの圧力は互いに異なり、及び/又は前記各ガス噴霧部が前記各高圧のガスの噴霧タイミングを互いにずらすことを特徴とする請求項18記載の基板洗浄装置。
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