基板洗浄方法及び基板洗浄装置
【課題】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。
【解決手段】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。
【解決手段】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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
ところが、ウエハの乾燥の際、図４（Ａ）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４（Ｂ）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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２９６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板洗浄方法は、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。
【００１１】
請求項２記載の基板洗浄方法は、請求項１記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の基板洗浄方法は、請求項１又は２記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の基板洗浄方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の基板洗浄方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の基板洗浄方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の基板洗浄方法は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の基板洗浄方法は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項９記載の基板洗浄装置は、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。
【００１９】
請求項１０記載の基板洗浄装置は、請求項９記載の基板洗浄装置において、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を特徴とする。
【００２０】
請求項１１記載の基板洗浄装置は、請求項９又は１０記載の基板洗浄装置において、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を特徴とする。
【００２１】
請求項１２記載の基板洗浄装置は、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の基板洗浄装置において、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を特徴とする。
【００２２】
請求項１３記載の基板洗浄装置は、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の基板洗浄装置において、前記基板を加熱する加熱部をさらに備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項１４記載の基板洗浄装置は、請求項１０記載の基板洗浄装置において、前記冷却部に向けてＣＯ２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。
【００２４】
請求項１５記載の基板洗浄装置は、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の基板洗浄装置において、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を特徴とする。
【００２５】
請求項１６記載の基板洗浄方法は、請求項１又は２記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００２６】
請求項１７記載の基板洗浄方法は、請求項１６記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００２７】
請求項１８記載の基板洗浄装置は、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の基板洗浄装置において、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を特徴とする。
【００２８】
請求項１９記載の基板洗浄装置は、請求項１８記載の基板洗浄装置において、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を特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１記載の基板洗浄方法及び請求項９記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００３０】
請求項２記載の基板洗浄方法及び請求項１０記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００３１】
請求項３記載の基板洗浄方法及び請求項１２記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００３２】
請求項４記載の基板洗浄方法によれば、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。
【００３３】
請求項５記載の基板洗浄方法によれば、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。
【００３４】
請求項６記載の基板洗浄方法によれば、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。
【００３５】
請求項７記載の基板洗浄方法及び請求項１３記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００３６】
請求項８記載の基板洗浄方法によれば、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。
【００３７】
請求項１１記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００３８】
請求項１４記載の基板洗浄装置によれば、冷却部に向けてＣＯ２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。
【００３９】
請求項１５記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００４０】
請求項１６記載の基板洗浄方法及び請求項１８記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００４１】
請求項１７記載の基板洗浄方法及び請求項１９記載の基板洗浄装置によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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２】図１の基板洗浄装置が実行する基板洗浄方法を示す工程図である。
【図３】図１におけるパーティクル回収部の洗浄方法を示す工程図である。
【図４】従来のウエハ洗浄方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
図２は、図１の基板洗浄装置が実行する基板洗浄方法を示す工程図である。
【００５３】
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２(Ａ)）。
【００５４】
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２（Ｂ））。
【００５５】
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。
【００５６】
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２（Ｃ））。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２（Ｄ））。
【００５７】
上述した図２（Ａ）乃至図２（Ｄ）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。
【００５８】
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（ＳｉＯ２）であれば、三弗化塩素（ＣｌＦ３）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（ＣＯ２）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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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３（Ａ））。
【００６２】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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３（Ｂ））。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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【符号の説明】
【００７４】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
ところが、ウエハの乾燥の際、図４（Ａ）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４（Ｂ）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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２９６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板洗浄方法は、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。
【００１１】
請求項２記載の基板洗浄方法は、請求項１記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の基板洗浄方法は、請求項１又は２記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の基板洗浄方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の基板洗浄方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の基板洗浄方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の基板洗浄方法は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の基板洗浄方法は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項９記載の基板洗浄装置は、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。
【００１９】
請求項１０記載の基板洗浄装置は、請求項９記載の基板洗浄装置において、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を特徴とする。
【００２０】
請求項１１記載の基板洗浄装置は、請求項９又は１０記載の基板洗浄装置において、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を特徴とする。
【００２１】
請求項１２記載の基板洗浄装置は、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の基板洗浄装置において、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を特徴とする。
【００２２】
請求項１３記載の基板洗浄装置は、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の基板洗浄装置において、前記基板を加熱する加熱部をさらに備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項１４記載の基板洗浄装置は、請求項１０記載の基板洗浄装置において、前記冷却部に向けてＣＯ２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。
【００２４】
請求項１５記載の基板洗浄装置は、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の基板洗浄装置において、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を特徴とする。
【００２５】
請求項１６記載の基板洗浄方法は、請求項１又は２記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００２６】
請求項１７記載の基板洗浄方法は、請求項１６記載の基板洗浄方法において、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を特徴とする。
【００２７】
請求項１８記載の基板洗浄装置は、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の基板洗浄装置において、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を特徴とする。
【００２８】
請求項１９記載の基板洗浄装置は、請求項１８記載の基板洗浄装置において、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を特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１記載の基板洗浄方法及び請求項９記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００３０】
請求項２記載の基板洗浄方法及び請求項１０記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００３１】
請求項３記載の基板洗浄方法及び請求項１２記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００３２】
請求項４記載の基板洗浄方法によれば、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。
【００３３】
請求項５記載の基板洗浄方法によれば、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。
【００３４】
請求項６記載の基板洗浄方法によれば、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。
【００３５】
請求項７記載の基板洗浄方法及び請求項１３記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００３６】
請求項８記載の基板洗浄方法によれば、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。
【００３７】
請求項１１記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００３８】
請求項１４記載の基板洗浄装置によれば、冷却部に向けてＣＯ２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。
【００３９】
請求項１５記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００４０】
請求項１６記載の基板洗浄方法及び請求項１８記載の基板洗浄装置によれば、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。
【００４１】
請求項１７記載の基板洗浄方法及び請求項１９記載の基板洗浄装置によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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２】図１の基板洗浄装置が実行する基板洗浄方法を示す工程図である。
【図３】図１におけるパーティクル回収部の洗浄方法を示す工程図である。
【図４】従来のウエハ洗浄方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
図２は、図１の基板洗浄装置が実行する基板洗浄方法を示す工程図である。
【００５３】
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２(Ａ)）。
【００５４】
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２（Ｂ））。
【００５５】
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。
【００５６】
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２（Ｃ））。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２（Ｄ））。
【００５７】
上述した図２（Ａ）乃至図２（Ｄ）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。
【００５８】
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（ＳｉＯ２）であれば、三弗化塩素（ＣｌＦ３）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（ＣＯ２）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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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３（Ａ））。
【００６２】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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３（Ｂ））。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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【符号の説明】
【００７４】
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
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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又は２記載の基板洗浄方法。
【請求項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乃至３のいずれか１項に記載の基板洗浄方法。
【請求項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乃至３のいずれか１項に記載の基板洗浄方法。
【請求項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乃至３のいずれか１項に記載の基板洗浄方法。
【請求項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乃至６のいずれか１項に記載の基板洗浄方法。
【請求項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乃至７のいずれか１項に記載の基板洗浄方法。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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又は１０記載の基板洗浄装置。
【請求項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乃至１１のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
【請求項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乃至１２のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
【請求項１４】
前記冷却部に向けてＣＯ２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。
【請求項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乃至１４のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
【請求項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又は２記載の基板洗浄方法。
【請求項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。
【請求項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乃至１１のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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又は２記載の基板洗浄方法。
【請求項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乃至３のいずれか１項に記載の基板洗浄方法。
【請求項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乃至３のいずれか１項に記載の基板洗浄方法。
【請求項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乃至３のいずれか１項に記載の基板洗浄方法。
【請求項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乃至６のいずれか１項に記載の基板洗浄方法。
【請求項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乃至７のいずれか１項に記載の基板洗浄方法。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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又は１０記載の基板洗浄装置。
【請求項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乃至１１のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
【請求項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乃至１２のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
【請求項１４】
前記冷却部に向けてＣＯ２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。
【請求項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乃至１４のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
【請求項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又は２記載の基板洗浄方法。
【請求項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。
【請求項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乃至１１のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
【請求項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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１７１５８４（Ｐ２０１１−１７１５８４Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３５０５３（Ｐ２０１０−３５０５３）
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（０００１５８３１２）岩谷産業株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（０００１５８３１２）岩谷産業株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]