基板洗浄方法
【課題】簡単な装置構成で実施可能であり、微細パターンが形成されている基板をその微細パターンに悪影響を与えることなく短時間で洗浄するための基板洗浄方法を提供する。
【解決手段】微細パターンが表面に形成された基板としてのウエハＷの洗浄処理を、ウエハＷの表面に所定の加工を施す処理チャンバからウエハＷの洗浄を行う洗浄チャンバへ搬送する搬送ステップと、洗浄チャンバ内においてウエハＷを所定温度に冷却する冷却ステップと、超流動体としての超流動ヘリウムをウエハＷの表面に供給し、ウエハＷの表面から超流動ヘリウムを流し出すことによって微細パターン内の汚染成分を押し流す超流動洗浄ステップにより行う。
【解決手段】微細パターンが表面に形成された基板としてのウエハＷの洗浄処理を、ウエハＷの表面に所定の加工を施す処理チャンバからウエハＷの洗浄を行う洗浄チャンバへ搬送する搬送ステップと、洗浄チャンバ内においてウエハＷを所定温度に冷却する冷却ステップと、超流動体としての超流動ヘリウムをウエハＷの表面に供給し、ウエハＷの表面から超流動ヘリウムを流し出すことによって微細パターン内の汚染成分を押し流す超流動洗浄ステップにより行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細パターンが形成された基板の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体基板にエッチング処理や成膜処理等の処理を行った際に、半導体基板の表面にその処理に応じてプロセスガスや反応物等（以下「汚染成分」という）が残留する。このような汚染成分は、その後、ガス化して半導体基板の周囲の環境を汚染するおそれがあるため、処理後の半導体基板を真空環境で一定時間保持することにより、または、ガスが流れる環境に一定時間保持すること（以下「パージ処理」いう）により、汚染成分を蒸発等させて半導体基板から除去し、その後、半導体基板をフープ（ＦＯＵＰ）に収容して次の処理工程に進める等している。
【０００３】
しかし、半導体基板から、多量のガスが発生する場合には、ガスが処理装置のパーツに付着してそのパーツを腐食させたり、パーツに付着した後に剥離してパーティクルの原因となったりする等の問題が生じる。また、真空処理機能は、処理装置の仕様によっては搭載できない場合があり、パージ処理では、長い処理時間が必要となって、処理装置のスループットが低下する場合がある。
【０００４】
汚染成分の除去には、液体による洗浄方法の適用も考えられるが、近年の微細化（細線化）されたレジストパターンやエッチングパターンでは、液体の表面張力によるパターン倒れの問題が生じる。
【０００５】
そこで、例えば、リソグラフィー法を適用して微細パターンを形成する過程において基板表面に塗布されてパターン形成に使用された後に残存するレジストを除去するために、基板においてレジストが付着している部位を超臨界流体中に浸漬するレジストの除去方法が提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、基板に形成された微細パターンにダメージを与えることなく、洗浄力を向上させるために、エアロゾルを被洗浄物に吹付けて洗浄するエアロゾル洗浄方法において、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、洗浄力を高めるエアロゾル洗浄方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−１８１０５０号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９０８８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、特許文献１に開示された超臨界流体による洗浄処理は、高温高圧の環境下において行う必要があるために、装置構成が複雑になるという問題がある。また、特許文献２に開示されたエアロゾル洗浄方法は、極めて高速のエアロゾルを基板に対して吹き付けるための噴射装置が必要であるため、装置が大型化、複雑化し、また、基板上のパターンを破壊するという問題がある。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な装置構成で実施が可能であり、微細パターンが形成されている基板をその微細パターンに悪影響を与えることなく短時間で洗浄する基板洗浄方法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、微細パターンが表面に形成された基板を洗浄する基板洗浄方法であって、前記基板を、前記基板の表面に所定の加工を施す処理チャンバから前記基板の洗浄を行う洗浄チャンバへ搬送する搬送ステップと、前記洗浄チャンバ内において、前記基板を所定の温度に冷却する冷却ステップと、超流動体を前記基板の表面に供給し、その後、前記基板の表面から前記超流動体を流し出すことによって前記微細パターン内の汚染成分を押し流す超流動洗浄ステップと、を有す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、前記超流動洗浄ステップは、前記基板に前記超流動体を供給しながら、前記基板から流れ出る前記超流動体を回収することにより行われ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記載の基板洗浄方法において、前記超流動洗浄ステップは、前記基板を前記超流動体に浸漬する浸漬ステップと、前記基板が浸漬されている前記超流動体の水位を前記基板の表面よりも低くすることによって、前記超流動体を前記基板の表面から流し出す流し出しステップと、を有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記載の基板洗浄方法において、前記超流動体はヘリウム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記載の基板洗浄方法において、前記微細パターンの代表長が０．１μｍ以下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記載の基板洗浄方法において、前記基板を前記超流体により洗浄処理する前又は後において、前記基板を超臨界流体により洗浄する超臨界洗浄ステップをさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の基板洗浄方法によれば、微細パターンが形成された基板に対して、パターン倒れを発生させることなく、基板から汚染成分を除去することができ、これにより、基板からのガス発生を防止することができる。
【００１７】
請求項２記載の基板洗浄方法によれば、基板から汚染成分を流し出しながら洗浄を行うために、基板の清浄度を高めることができる。
【００１８】
請求項３記載の基板洗浄方法によれば、超流動体の使用量を少なく抑えながら、超流動体の、所謂、壁を昇る現象を利用して、基板上から汚染成分を含む超流動体を除去することができる。
【００１９】
請求項４記載の基板洗浄方法によれば、超流動状態を確実に実現することができる。
【００２０】
請求項５記載の基板洗浄方法によれば、代表長が０．１μｍ以下の極めて微細なパターンであっても、パターン倒れを発生させることなく、汚染成分を除去することができる。
【００２１】
請求項６記載の基板洗浄方法によれば、超流動体による洗浄と超臨界流体による洗浄とを組み合わせることにより、より精密な洗浄を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る基板洗浄方法を実施可能な第１の基板処理システムの概略構造を示す平面図である。
【図２】図１に示した基板処理システムが備える洗浄処理ユニットの概略構造を示す断面図である。
【図３】洗浄処理の処理フローを示すフローチャートである。
【図４】基板に形成された微細パターンにおける超流動体の流れを模式的に示す図である。
【図５】本発明に係る基板洗浄方法を実施可能な第２の基板処理システムの概略構造を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。ここでは、基板としての半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）にエッチング処理を施す基板処理システムを用いて、本発明に係る基板洗浄方法を実施する形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る基板洗浄方法を実施可能な第１の基板処理システムの概略構造を示す平面図である。この基板処理システム１０は、ウエハＷにＲＩＥ（異方性エッチング）処理を施す２つのプロセスシップ１１と、これらのプロセスシップ１１がそれぞれ接続された矩形状の共通搬送室としての大気搬送室（以下「ローダーモジュール」という）１３とを備えている。そして、ローダーモジュール１３には、例えば２５枚のウエハＷを収容する収納容器としてのフープ１４がそれぞれ載置される３つのフープ載置台１５と、フープ１４から搬出されたウエハＷの位置をプリアライメントするオリエンタ１６と、ＲＩＥ処理が施されたウエハＷの洗浄処理を行う超流動洗浄ユニット１７と、が接続されている。
【００２５】
２つのプロセスシップ１１は、ローダーモジュール１３の長手方向における側壁に接続されると共に、ローダーモジュール１３を挟んで３つのフープ載置台１５と対向するように配置されている。オリエンタ１６はローダーモジュール１３の長手方向に関する一端に配置され、超流動洗浄ユニット１７はローダーモジュール１３の長手方向に関する他端に配置されている。なお、超流動洗浄ユニット１７の構造について、後に詳細に説明する。
【００２６】
ローダーモジュール１３の内部には、ウエハＷを搬送するスカラ型デュアルアームタイプの搬送アーム機構１９が配設されている。ローダーモジュール１３のフープ載置台１５側の側壁には、フープ載置台１５の位置と対応する位置に、ウエハＷの投入口として、また、フープ接続口として用いられる３つのロードポート２０が設けられている。同様に、ローダーモジュール１３の超流動洗浄ユニット１７側の側壁にはロードポート１８が設けられている。なお、これらのロードポート１８，２０にはそれぞれ開閉扉が設けられている。このような構成により、搬送アーム機構１９は、フープ載置台１５に載置されたフープ１４からウエハＷをロードポート２０経由で取り出し、取り出したウエハＷをプロセスシップ１１やオリエンタ１６、超流動洗浄ユニット１７に対して搬出入する。
【００２７】
プロセスシップ１１は、ウエハＷにＲＩＥ処理を施す真空処理室としてのプロセスモジュール２５と、プロセスモジュール２５にウエハＷを受け渡すリンク型シングルピックタイプの搬送アーム２６を内蔵するロード・ロックモジュール２７とを備えている。
【００２８】
プロセスモジュール２５は、その詳細な構造は図示しないが、ウエハＷを収容する円筒状のチャンバと、ウエハＷを載置するためにチャンバ内に配置されたウエハステージと、ウエハステージの上面と一定間隔で対向するように配置された上部電極とを備えている。ウエハステージはウエハＷをクーロン力等によってチャックする機能と、下部電極としての機能を併せ持っており、上部電極とウエハステージとの間隔は、ウエハＷにＲＩＥ処理を施す適切な距離に設定されている。
【００２９】
プロセスモジュール２５では、チャンバ内部にフッ素系ガス又は臭素系ガス等の処理ガスを導入し、上部電極及び下部電極間に電界を発生させることによって導入された処理ガスをプラズマ化してイオン及びラジカルを発生させ、そのイオン及びラジカルによってウエハＷにＲＩＥ処理を施す。例えば、ウエハＷの表面に形成されたポリシリコン層がエッチングされて、微細パターンが形成される。
【００３０】
プロセスシップ１１では、ローダーモジュール１３の内部の圧力は大気圧に維持される一方、プロセスモジュール２５の内部圧力は真空に維持される。そのため、ロード・ロックモジュール２７は、プロセスモジュール２５との連結部に真空ゲートバルブ２９を備えると共に、ローダーモジュール１３との連結部に大気ゲートバルブ３０を備えることによって、その内部圧力を真空環境と大気圧環境との間で調整可能となっている。
【００３１】
ロード・ロックモジュール２７において、搬送アーム２６は略中央部に設置されており、プロセスモジュール２５側に第１のバッファ３１が、ローダーモジュール１３側に第２のバッファ３２がそれぞれ設置されている。第１のバッファ３１及び第２のバッファ３２は、搬送アーム２６の先端部に配置されたウエハＷを支持するためのピック３３が移動する軌道上に配置されている。ＲＩＥ処理が施されたウエハＷを一時的にピック３３の軌道の上方に待避させることにより、ＲＩＥ未処理のウエハＷとＲＩＥ処理済みのウエハＷとのプロセスモジュール２５における円滑な入れ換えが可能となっている。
【００３２】
基板処理システム１０において、ローダーモジュール１３の長手方向に関する一端には、プロセスシップ１１、ローダーモジュール１３、オリエンタ１６及び超流動洗浄ユニット１７の動作を制御するオペレーションコントローラ４０が配置されている。すなわち、オペレーションコントローラ４０は、ＲＩＥ処理や洗浄処理、ウエハＷの搬送処理を所定のレシピで実行するために、これに対応するプログラムを実行する。こうして、基板処理システム１０を構成する各種稼働要素の動作が制御される。なお、オペレーションコントローラ４０は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示部（図示せず）を有しており、この表示部でレシピの確認や各種稼働要素の動作状況を確認することができるようになっている。
【００３３】
上述の通りに構成された基板処理システムにおいては、ウエハＷが収納されたフープ１４がフープ載置台１５に載置されると、ロードポート２０が開かれ、搬送アーム機構１９によってフープ１４からウエハＷが取り出され、そのウエハＷはオリエンタ１６に搬入される。オリエンタ１６において位置のアライメントが行われたウエハＷは、搬送アーム機構１９によってオリエンタ１６から取り出され、一方のプロセスシップ１１の大気ゲートバルブ３０を介して、大気圧環境に維持されたロード・ロックモジュール２７内の搬送アーム２６に受け渡される。
【００３４】
大気ゲートバルブ３０が閉じられ、ロード・ロックモジュール２７内が真空環境とされた後、真空ゲートバルブ２９が開かれて、ウエハＷはプロセスモジュール２５に搬入される。真空ゲートバルブ２９が閉じられて、プロセスモジュール２５においてＲＩＥ処理が行われた後、真空ゲートバルブ２９が開かれて、ウエハＷはプロセスモジュール２５からロード・ロックモジュール２７内の搬送アーム２６によって搬出される。
【００３５】
真空ゲートバルブ２９が閉じられた後、ロード・ロックモジュール２７内は大気圧環境に戻され、大気ゲートバルブ３０が開かれて、ウエハＷは、搬送アーム２６から搬送アーム機構１９に受け渡される。搬送アーム機構１９は、ロードポート２０を通して保持したウエハＷを超流動洗浄ユニット１７に搬入し、そこでウエハＷの洗浄処理が行われる。この洗浄処理の具体的内容については後に詳細に説明する。洗浄処理を終えたウエハＷは、搬送アーム機構１９によって超流動洗浄ユニット１７から搬出され、所定のフープ１４に戻される。
【００３６】
次に、超流動洗浄ユニット１７について詳細に説明する。図２は超流動洗浄ユニットの概略構造を示す垂直断面図である。超流動洗浄ユニット１７は、真空断熱層（図示せず）を備えた外側容器４１と、真空断熱層（図示せず）を有し、外側容器４１の内側に配置された内側容器４２とからなる二重構造を有する洗浄チャンバを備えている。外側容器４１と内側容器４２との間には、液体窒素（Liq.N2）を貯留する空間が設けられており、この液体窒素貯留空間には、液体窒素供給ライン５１を通じて外部から液体窒素が供給され、また、そこで蒸発した窒素ガス（N2-gas）が窒素ガス排出ライン５２から排出されるようになっている。
【００３７】
なお、液体窒素貯留空間に熱伝導性に優れた銅等の金属からなる伝熱板を設け、この伝熱板にスターリング型冷凍機等の冷凍機で発生させた冷熱を伝熱することにより、液体窒素貯留空間内の液体窒素を固化させることができる構成としてもよい。
【００３８】
内側容器４２内の下側には、ウエハＷを載置するためのステージ４３が配置されており、ステージ４３上にウエハＷが載置される。ステージ４３は、伝熱管４５を介して、外側容器４１の外側に配置された冷凍機４４と接続されている。冷凍機４４としてはスターリング型冷凍機等の極低温冷凍機が好適に用いられ、ステージ４３は、好ましくは、冷凍機４４から伝熱管４５を介して伝えられる冷熱によって、ヘリウム（He）が超流動の性質を示す相転移温度（＝約２．１７Ｋ）まで冷却され、これにより、ステージ４３に載置されたウエハＷもまたこの相転移温度まで冷却される。
【００３９】
その一方で、ステージ４３には、冷却されたウエハＷを速やかに室温に戻すために、ヒータ電源４６からの給電によって発熱するヒータ（図示せず）が埋設されている。そのため、伝熱管４５には、冷凍機４４からステージ４３への冷熱の熱伝達を遮断する伝熱遮断機構（図示せず）が設けられており、ヒータの動作時にはこの伝熱遮断機構によって冷凍機４４に発生させた冷熱のステージ４３への熱伝達が遮断されるようになっている。これにより、冷凍機４４を停止させる必要がなくなり、ステージ４３上に載置されたウエハＷを速やかに冷却することができる。
【００４０】
内側容器４２内の上側には、ステージ４３に載置されたウエハＷに超流動体としての液体ヘリウム（Liq.He）を供給するシャワーヘッド４７が配設されており、シャワーヘッド４７には、液体ヘリウム供給ライン５３を通して、外部から液体ヘリウムが供給されるようになっている。
【００４１】
液体ヘリウムは約２．１７Ｋで相転移を起こし、通常の液体ヘリウム（常流動ヘリウム；He I）から超流動ヘリウム（He II）に変わる。超流動ヘリウムは、粘性が０（ゼロ）の状態となっており、壁を昇っていったり、原子１個が通れる隙間さえあればそこから漏れ出したりする性質を示す。
【００４２】
但し、有限温度領域では、常流動ヘリウムと超流動ヘリウムとが共存しており、そのため、常流動ヘリウムによって洗浄効果が得られる。なお、超流動ヘリウムには粘性がないので、固体状の汚染成分に対する洗浄効果は期待できないが、ウエハＷの微細パターンに付着し又は取り込まれている分子状汚染成分を置換して、除去する効果が期待できる。そこで、シャワーヘッド４７から吐出された液体ヘリウムは超流動状態に維持され、超流動ヘリウムにより、ウエハＷに形成された微細パターンに付着した脱ガス原因となる汚染成分を除去し、ウエハＷを洗浄する。
【００４３】
内側容器４２内に供給された液体ヘリウムが蒸発することによって発生するヘリウムガス（He-gas）は、ヘリウムガス排出ライン５４から排出される。図２には示していないロードポート１８の近傍領域は、液体ヘリウムの沸点を超える温度となり、主にこの領域で液体ヘリウムが蒸発する。ヘリウムガスは液化処理により再利用されるが、ウエハＷの洗浄処理を行った後のヘリウムガスには不純物が含まれるため、液化処理の段階で不純物が除去される。
【００４４】
内側容器４２内に供給された液体ヘリウムは、適宜、内側容器４２の底部に設けられたドレイン４８を通して外部に排出され、再利用されるようになっている。ドレイン４８からの排液はバルブ４９の開閉操作によって行われる。
【００４５】
内側容器４２には、内側容器４２内を真空（減圧）環境にすることができるように、排気ライン５５が接続されている。この排気ライン５５は必ずしも必要なものではないが、内側容器４２内の気圧を下げることによって、冷凍機４４の負荷を増大させることなく、液体ヘリウムを、常流動状態から超流動状態となる相転移度に容易に到達させることができる。内側容器４２内を真空環境とした場合に、内側容器４２内を大気圧に戻すには、内側容器４２内での液体ヘリウムの蒸発による圧力上昇を利用することができ、また、排気ライン５５又はヘリウムガス排出ライン５４を利用して清浄なガスを内側容器４２内に導入するようにしてもよい。
【００４６】
なお、上述の通り、超流動洗浄ユニット１７では、ウエハＷを超流動ヘリウムと接触させることができればよいので、ウエハＷは、必ずしも液体ヘリウムが超流動状態となる相転移温度にまで冷却されていなければならないものではなく、ウエハＷは、液体ヘリウムとの最初の接触時にダメージを受けない温度に冷却されていればよい。
【００４７】
次に、超流動洗浄ユニット１７における処理フローについて詳細に説明する。図３は洗浄処理ユニットにおける洗浄処理の処理フローを示すフローチャートである。図３には、第１の処理フロー（第１洗浄方法）と、第２の処理フロー（第２洗浄方法）を併記している。
【００４８】
第１洗浄方法では、まず、ウエハＷは、超流動洗浄ユニット１７に搬入され、ステージ４３に載置されると、冷凍機４４からの冷熱によってステージ４３と共に所定温度に冷却される（Ｓ１０）。次いで、シャワーヘッド４７からウエハＷに液体ヘリウムが供給されてウエハＷの洗浄処理が行われ、このとき、バルブ４９は開いた状態に維持され、ウエハＷから流れ落ちる液体ヘリウムはドレイン４８から排出、回収される（Ｓ１１）。このステップＳ１１では、液体ヘリウムはウエハＷ上で超流動状態となっていればよく、内側容器４２内は、大気圧環境であってもよいし、真空環境であってもよい。
【００４９】
ステップＳ１１を終了するためにウエハＷへの液体ヘリウムの吐出が停止されると、ウエハＷの超流動ヘリウムは、自然にウエハＷ表面から流れ落ちる。図４は、超流動ヘリウムが有する、所謂、壁を昇って流れる性質により流れ出る様子を示した模式図である。
【００５０】
ウエハＷに形成された微細パターンの凸部６０間の溝や穴（例えば、ＲＩＥ処理により形成されたトレンチやホール等）の中の超流動ヘリウムは、その水位がウエハＷの表面より高い状態にあったとしても、壁を昇って流れる性質によって、図４の左図に示されるように凸部６０を這い上がって水位の低い場所へと流れる。
【００５１】
これにより、図４の右図に示されるように、凸部６０間の溝や穴には超流動ヘリウムは残らず、最終的に、全ての超流動ヘリウムはウエハＷの表面から流れ落ちる。超流動ヘリウムは粘性が０（ゼロ）であるために、ウエハＷに形成されるパターンが極めて微細になっても、パターン倒れが起こることがない。そのため、超流動ヘリウムを用いたウエハＷの洗浄は、ウエハＷに形成された微細パターンの代表長さが０．１μｍ以下の場合に、好適に用いられる。
【００５２】
超流動ヘリウムがウエハＷから流れ落ちた後に、バルブ４９が閉じられ、ステージ４３への冷熱の熱伝達が遮断され、ウエハＷは室温に戻される（Ｓ１２）。その後、ウエハＷは、超流動洗浄ユニット１７から搬出され、フープ１４に収容される。
【００５３】
第２洗浄方法では、ウエハＷは、超流動洗浄ユニット１７に搬入され、ステージ４３に載置されると、冷凍機４４からの冷熱によってステージ４３と共に所定温度に冷却される（Ｓ１０）。次いで、バルブ４９を閉じた状態でシャワーヘッド４７からウエハＷに液体ヘリウムを供給し、内側容器４２内に液体ヘリウムを貯留する。そして、ウエハＷが液体ヘリウムに浸漬したら、液体ヘリウムの供給を停止する（Ｓ２１）。
【００５４】
このとき、液体ヘリウムが超流動ヘリウムであれば、所定時間経過後にステップＳ２２へと進む。一方、液体ヘリウムが常流動ヘリウムの状態となっているならば、内側容器４２内をさらに冷却し又は減圧することにより、超流動ヘリウムへと相転移させ、ウエハＷを超流動ヘリウムに浸漬させた状態にする。つまり、ステップＳ２１〜２２の間で、ウエハＷは超流動ヘリウムに浸漬された状態となる。
【００５５】
ウエハＷが超流動ヘリウムに浸漬された後、内側容器４２内の超流動ヘリウムの水位がウエハＷの表面よりも低くなる程度に、バルブ４９を開いて内側容器４２内から一定量の超流動ヘリウムを排出する。これにより、先に図４を参照して説明したように、ウエハＷ上の超流動ヘリウムは、ウエハＷ上から流れ出て、ウエハＷ上に残留しない状態となる（Ｓ２２）。
【００５６】
第２洗浄方法では、このようにステップＳ２１，２２を１セットとして、１回の洗浄処理が行われる。ステップＳ２１，２２を所定回数行うことで、ウエハＷの洗浄をより精密に行うことができる。
【００５７】
ステップＳ２２の次には、ステップＳ２１，２２が予め定められた処理回数行われた否かが判断される（Ｓ２３）。ステップＳ２３の判断が“ＹＥＳ”の場合には、バルブ４９が開かれ、内側容器４２内の超流動ヘリウムが排出、回収される（Ｓ２４）。一方、ステップＳ２３の判断が“ＮＯ”の場合には、ステップＳ２１に戻って、さらにウエハＷの洗浄処理が行われる。
【００５８】
ステップＳ２４の後には、バルブ４９が閉じられ、ステージ４３への冷熱の熱伝達が遮断され、ウエハＷは室温に戻される（Ｓ１２）。こうして、室温に戻されたウエハＷは、超流動洗浄ユニット１７から搬出され、フープ１４に収容される。
【００５９】
超流動洗浄ユニット１７におけるウエハＷの洗浄は、上述した第１，第２洗浄方法を組み合わせて行ってもよい。また、超流動ヘリウムにフッ素を含有させることによって、金属系の汚染成分を除去する効果が得られ、超流動ヘリウムにオゾンを含有させることによって、酸素との反応性を有する汚染成分を除去する効果が得られることが、それぞれ期待される。
【００６０】
次に、本発明に係る基板洗浄方法を実施可能な別の基板処理システムについて説明する。図５は、本発明に係る基板洗浄方法を実施可能な第２の基板処理システムの概略構造を示す平面図である。この基板処理システム１０Ａは、図１に示した基板処理システム１０にさらに、ウエハＷに超臨界洗浄処理を施す超臨界洗浄ユニット７０を備えた構造を有している。そのため、ここでは超臨界洗浄ユニット７０の概要についてのみ説明することとする。
【００６１】
超臨界洗浄ユニット８０は、フープ載置台１５と一列に並んでローダーモジュール１３の側壁に接続されている。超臨界洗浄ユニット８０の配設位置はこれに限定されるものではなく、プロセスシップ１１側に配置してもよく、また、超流動洗浄ユニット１７の上部に配置して、多段洗浄ユニットを構成してもよい。
【００６２】
超臨界洗浄ユニット８０の詳細な構造の図示は省略するが、超臨界洗浄ユニット８０は、ウエハＷを収容する高温高圧チャンバと、高温高圧チャンバ内の温度を制御する温度制御装置と、高温高圧チャンバ内の圧力を制御する圧力制御装置と、高温高圧チャンバに超臨界流体を供給／回収する媒体供給／回収ラインと、窒素ガス等の不活性ガスで高温高圧チャンバ内をパージするパージラインとを備えている。超臨界流体としては、例えば、二酸化炭素（CO2）、アルゴン（Ar）等の不活性ガスを用いることができる。
【００６３】
超臨界洗浄ユニット８０によるウエハＷの洗浄処理は、超流動洗浄ユニット１７におけるウエハＷの洗浄処理の前に行ってもよいし、後に行ってもよい。超流動体による洗浄処理と超臨界流体による洗浄処理とを行うことで、一方のみの処理では除去できない汚染成分を他方の処理で除去する等して、より精密な洗浄処理を行うことができる。超臨界洗浄ユニット８０では、ウエハＷが、所定時間の間、超臨界流体に晒されることによって、汚染成分が除去される。超臨界流体は気体であるため、ウエハＷに形成された微細パターンにパターン倒れが発生することがない。
【００６４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではない。例えば、ウエハＷにＲＩＥ処理を施すプロセスモジュール２５を備える基板処理システムを取り上げたが、プロセスモジュールは、ウエハＷに成膜処理や拡散処理を行うものであってもよい。
【００６５】
上記形態においては、ＲＩＥ処理を施す装置に超流動洗浄ユニット１７を接続することによって、基板処理システム１０，１０Ａを構成した。このように、超流動洗浄ユニット１７は、ＲＩＥ処理や成膜処理、拡散処理等を施す種々の処理装置に接続が可能であるため、既存の処理装置に容易に適用することができるものであるが、一方で、超流動洗浄ユニット１７を、これらの処理装置に接続することなく、独立した洗浄処理装置として使用することも可能である。
【００６６】
上記説明では、基板として半導体ウエハを取り上げたが、基板はこれに限定されるものではなく、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のＦＰＤ（Flat Panel Display）用基板やフォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等の各種基板であってもよい。
【００６７】
本発明の目的は、オペレーションコントローラ４０において、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コンピュータ（例えば、制御部）に供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
【００６８】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００６９】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。
【００７０】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００７１】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００７２】
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０，１０Ａ 基板処理システム
１３ ローダーモジュール
１７ 超流動洗浄ユニット
２５ プロセスモジュール
２７ ロード・ロックモジュール
４０ オペレーションコントローラ
４１ 外側容器
４２ 内側容器
４３ ステージ
４４ 冷凍機
４５ 伝熱管
４６ ヒータ電源
４７ シャワーヘッド
４８ ドレイン
４９ バルブ
５１ 液体窒素供給ライン
５２ 窒素ガス排出ライン
５３ 液体ヘリウム供給ライン
５４ ヘリウムガス排出ライン
５５ 排気ライン
７０ 超臨界洗浄ユニット
Ｗ （半導体）ウエハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細パターンが形成された基板の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体基板にエッチング処理や成膜処理等の処理を行った際に、半導体基板の表面にその処理に応じてプロセスガスや反応物等（以下「汚染成分」という）が残留する。このような汚染成分は、その後、ガス化して半導体基板の周囲の環境を汚染するおそれがあるため、処理後の半導体基板を真空環境で一定時間保持することにより、または、ガスが流れる環境に一定時間保持すること（以下「パージ処理」いう）により、汚染成分を蒸発等させて半導体基板から除去し、その後、半導体基板をフープ（ＦＯＵＰ）に収容して次の処理工程に進める等している。
【０００３】
しかし、半導体基板から、多量のガスが発生する場合には、ガスが処理装置のパーツに付着してそのパーツを腐食させたり、パーツに付着した後に剥離してパーティクルの原因となったりする等の問題が生じる。また、真空処理機能は、処理装置の仕様によっては搭載できない場合があり、パージ処理では、長い処理時間が必要となって、処理装置のスループットが低下する場合がある。
【０００４】
汚染成分の除去には、液体による洗浄方法の適用も考えられるが、近年の微細化（細線化）されたレジストパターンやエッチングパターンでは、液体の表面張力によるパターン倒れの問題が生じる。
【０００５】
そこで、例えば、リソグラフィー法を適用して微細パターンを形成する過程において基板表面に塗布されてパターン形成に使用された後に残存するレジストを除去するために、基板においてレジストが付着している部位を超臨界流体中に浸漬するレジストの除去方法が提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、基板に形成された微細パターンにダメージを与えることなく、洗浄力を向上させるために、エアロゾルを被洗浄物に吹付けて洗浄するエアロゾル洗浄方法において、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、洗浄力を高めるエアロゾル洗浄方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−１８１０５０号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９０８８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、特許文献１に開示された超臨界流体による洗浄処理は、高温高圧の環境下において行う必要があるために、装置構成が複雑になるという問題がある。また、特許文献２に開示されたエアロゾル洗浄方法は、極めて高速のエアロゾルを基板に対して吹き付けるための噴射装置が必要であるため、装置が大型化、複雑化し、また、基板上のパターンを破壊するという問題がある。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な装置構成で実施が可能であり、微細パターンが形成されている基板をその微細パターンに悪影響を与えることなく短時間で洗浄する基板洗浄方法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、微細パターンが表面に形成された基板を洗浄する基板洗浄方法であって、前記基板を、前記基板の表面に所定の加工を施す処理チャンバから前記基板の洗浄を行う洗浄チャンバへ搬送する搬送ステップと、前記洗浄チャンバ内において、前記基板を所定の温度に冷却する冷却ステップと、超流動体を前記基板の表面に供給し、その後、前記基板の表面から前記超流動体を流し出すことによって前記微細パターン内の汚染成分を押し流す超流動洗浄ステップと、を有す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、前記超流動洗浄ステップは、前記基板に前記超流動体を供給しながら、前記基板から流れ出る前記超流動体を回収することにより行われ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記載の基板洗浄方法において、前記超流動洗浄ステップは、前記基板を前記超流動体に浸漬する浸漬ステップと、前記基板が浸漬されている前記超流動体の水位を前記基板の表面よりも低くすることによって、前記超流動体を前記基板の表面から流し出す流し出しステップと、を有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記載の基板洗浄方法において、前記超流動体はヘリウム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記載の基板洗浄方法において、前記微細パターンの代表長が０．１μｍ以下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記載の基板洗浄方法において、前記基板を前記超流体により洗浄処理する前又は後において、前記基板を超臨界流体により洗浄する超臨界洗浄ステップをさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の基板洗浄方法によれば、微細パターンが形成された基板に対して、パターン倒れを発生させることなく、基板から汚染成分を除去することができ、これにより、基板からのガス発生を防止することができる。
【００１７】
請求項２記載の基板洗浄方法によれば、基板から汚染成分を流し出しながら洗浄を行うために、基板の清浄度を高めることができる。
【００１８】
請求項３記載の基板洗浄方法によれば、超流動体の使用量を少なく抑えながら、超流動体の、所謂、壁を昇る現象を利用して、基板上から汚染成分を含む超流動体を除去することができる。
【００１９】
請求項４記載の基板洗浄方法によれば、超流動状態を確実に実現することができる。
【００２０】
請求項５記載の基板洗浄方法によれば、代表長が０．１μｍ以下の極めて微細なパターンであっても、パターン倒れを発生させることなく、汚染成分を除去することができる。
【００２１】
請求項６記載の基板洗浄方法によれば、超流動体による洗浄と超臨界流体による洗浄とを組み合わせることにより、より精密な洗浄を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る基板洗浄方法を実施可能な第１の基板処理システムの概略構造を示す平面図である。
【図２】図１に示した基板処理システムが備える洗浄処理ユニットの概略構造を示す断面図である。
【図３】洗浄処理の処理フローを示すフローチャートである。
【図４】基板に形成された微細パターンにおける超流動体の流れを模式的に示す図である。
【図５】本発明に係る基板洗浄方法を実施可能な第２の基板処理システムの概略構造を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。ここでは、基板としての半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）にエッチング処理を施す基板処理システムを用いて、本発明に係る基板洗浄方法を実施する形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る基板洗浄方法を実施可能な第１の基板処理システムの概略構造を示す平面図である。この基板処理システム１０は、ウエハＷにＲＩＥ（異方性エッチング）処理を施す２つのプロセスシップ１１と、これらのプロセスシップ１１がそれぞれ接続された矩形状の共通搬送室としての大気搬送室（以下「ローダーモジュール」という）１３とを備えている。そして、ローダーモジュール１３には、例えば２５枚のウエハＷを収容する収納容器としてのフープ１４がそれぞれ載置される３つのフープ載置台１５と、フープ１４から搬出されたウエハＷの位置をプリアライメントするオリエンタ１６と、ＲＩＥ処理が施されたウエハＷの洗浄処理を行う超流動洗浄ユニット１７と、が接続されている。
【００２５】
２つのプロセスシップ１１は、ローダーモジュール１３の長手方向における側壁に接続されると共に、ローダーモジュール１３を挟んで３つのフープ載置台１５と対向するように配置されている。オリエンタ１６はローダーモジュール１３の長手方向に関する一端に配置され、超流動洗浄ユニット１７はローダーモジュール１３の長手方向に関する他端に配置されている。なお、超流動洗浄ユニット１７の構造について、後に詳細に説明する。
【００２６】
ローダーモジュール１３の内部には、ウエハＷを搬送するスカラ型デュアルアームタイプの搬送アーム機構１９が配設されている。ローダーモジュール１３のフープ載置台１５側の側壁には、フープ載置台１５の位置と対応する位置に、ウエハＷの投入口として、また、フープ接続口として用いられる３つのロードポート２０が設けられている。同様に、ローダーモジュール１３の超流動洗浄ユニット１７側の側壁にはロードポート１８が設けられている。なお、これらのロードポート１８，２０にはそれぞれ開閉扉が設けられている。このような構成により、搬送アーム機構１９は、フープ載置台１５に載置されたフープ１４からウエハＷをロードポート２０経由で取り出し、取り出したウエハＷをプロセスシップ１１やオリエンタ１６、超流動洗浄ユニット１７に対して搬出入する。
【００２７】
プロセスシップ１１は、ウエハＷにＲＩＥ処理を施す真空処理室としてのプロセスモジュール２５と、プロセスモジュール２５にウエハＷを受け渡すリンク型シングルピックタイプの搬送アーム２６を内蔵するロード・ロックモジュール２７とを備えている。
【００２８】
プロセスモジュール２５は、その詳細な構造は図示しないが、ウエハＷを収容する円筒状のチャンバと、ウエハＷを載置するためにチャンバ内に配置されたウエハステージと、ウエハステージの上面と一定間隔で対向するように配置された上部電極とを備えている。ウエハステージはウエハＷをクーロン力等によってチャックする機能と、下部電極としての機能を併せ持っており、上部電極とウエハステージとの間隔は、ウエハＷにＲＩＥ処理を施す適切な距離に設定されている。
【００２９】
プロセスモジュール２５では、チャンバ内部にフッ素系ガス又は臭素系ガス等の処理ガスを導入し、上部電極及び下部電極間に電界を発生させることによって導入された処理ガスをプラズマ化してイオン及びラジカルを発生させ、そのイオン及びラジカルによってウエハＷにＲＩＥ処理を施す。例えば、ウエハＷの表面に形成されたポリシリコン層がエッチングされて、微細パターンが形成される。
【００３０】
プロセスシップ１１では、ローダーモジュール１３の内部の圧力は大気圧に維持される一方、プロセスモジュール２５の内部圧力は真空に維持される。そのため、ロード・ロックモジュール２７は、プロセスモジュール２５との連結部に真空ゲートバルブ２９を備えると共に、ローダーモジュール１３との連結部に大気ゲートバルブ３０を備えることによって、その内部圧力を真空環境と大気圧環境との間で調整可能となっている。
【００３１】
ロード・ロックモジュール２７において、搬送アーム２６は略中央部に設置されており、プロセスモジュール２５側に第１のバッファ３１が、ローダーモジュール１３側に第２のバッファ３２がそれぞれ設置されている。第１のバッファ３１及び第２のバッファ３２は、搬送アーム２６の先端部に配置されたウエハＷを支持するためのピック３３が移動する軌道上に配置されている。ＲＩＥ処理が施されたウエハＷを一時的にピック３３の軌道の上方に待避させることにより、ＲＩＥ未処理のウエハＷとＲＩＥ処理済みのウエハＷとのプロセスモジュール２５における円滑な入れ換えが可能となっている。
【００３２】
基板処理システム１０において、ローダーモジュール１３の長手方向に関する一端には、プロセスシップ１１、ローダーモジュール１３、オリエンタ１６及び超流動洗浄ユニット１７の動作を制御するオペレーションコントローラ４０が配置されている。すなわち、オペレーションコントローラ４０は、ＲＩＥ処理や洗浄処理、ウエハＷの搬送処理を所定のレシピで実行するために、これに対応するプログラムを実行する。こうして、基板処理システム１０を構成する各種稼働要素の動作が制御される。なお、オペレーションコントローラ４０は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示部（図示せず）を有しており、この表示部でレシピの確認や各種稼働要素の動作状況を確認することができるようになっている。
【００３３】
上述の通りに構成された基板処理システムにおいては、ウエハＷが収納されたフープ１４がフープ載置台１５に載置されると、ロードポート２０が開かれ、搬送アーム機構１９によってフープ１４からウエハＷが取り出され、そのウエハＷはオリエンタ１６に搬入される。オリエンタ１６において位置のアライメントが行われたウエハＷは、搬送アーム機構１９によってオリエンタ１６から取り出され、一方のプロセスシップ１１の大気ゲートバルブ３０を介して、大気圧環境に維持されたロード・ロックモジュール２７内の搬送アーム２６に受け渡される。
【００３４】
大気ゲートバルブ３０が閉じられ、ロード・ロックモジュール２７内が真空環境とされた後、真空ゲートバルブ２９が開かれて、ウエハＷはプロセスモジュール２５に搬入される。真空ゲートバルブ２９が閉じられて、プロセスモジュール２５においてＲＩＥ処理が行われた後、真空ゲートバルブ２９が開かれて、ウエハＷはプロセスモジュール２５からロード・ロックモジュール２７内の搬送アーム２６によって搬出される。
【００３５】
真空ゲートバルブ２９が閉じられた後、ロード・ロックモジュール２７内は大気圧環境に戻され、大気ゲートバルブ３０が開かれて、ウエハＷは、搬送アーム２６から搬送アーム機構１９に受け渡される。搬送アーム機構１９は、ロードポート２０を通して保持したウエハＷを超流動洗浄ユニット１７に搬入し、そこでウエハＷの洗浄処理が行われる。この洗浄処理の具体的内容については後に詳細に説明する。洗浄処理を終えたウエハＷは、搬送アーム機構１９によって超流動洗浄ユニット１７から搬出され、所定のフープ１４に戻される。
【００３６】
次に、超流動洗浄ユニット１７について詳細に説明する。図２は超流動洗浄ユニットの概略構造を示す垂直断面図である。超流動洗浄ユニット１７は、真空断熱層（図示せず）を備えた外側容器４１と、真空断熱層（図示せず）を有し、外側容器４１の内側に配置された内側容器４２とからなる二重構造を有する洗浄チャンバを備えている。外側容器４１と内側容器４２との間には、液体窒素（Liq.N2）を貯留する空間が設けられており、この液体窒素貯留空間には、液体窒素供給ライン５１を通じて外部から液体窒素が供給され、また、そこで蒸発した窒素ガス（N2-gas）が窒素ガス排出ライン５２から排出されるようになっている。
【００３７】
なお、液体窒素貯留空間に熱伝導性に優れた銅等の金属からなる伝熱板を設け、この伝熱板にスターリング型冷凍機等の冷凍機で発生させた冷熱を伝熱することにより、液体窒素貯留空間内の液体窒素を固化させることができる構成としてもよい。
【００３８】
内側容器４２内の下側には、ウエハＷを載置するためのステージ４３が配置されており、ステージ４３上にウエハＷが載置される。ステージ４３は、伝熱管４５を介して、外側容器４１の外側に配置された冷凍機４４と接続されている。冷凍機４４としてはスターリング型冷凍機等の極低温冷凍機が好適に用いられ、ステージ４３は、好ましくは、冷凍機４４から伝熱管４５を介して伝えられる冷熱によって、ヘリウム（He）が超流動の性質を示す相転移温度（＝約２．１７Ｋ）まで冷却され、これにより、ステージ４３に載置されたウエハＷもまたこの相転移温度まで冷却される。
【００３９】
その一方で、ステージ４３には、冷却されたウエハＷを速やかに室温に戻すために、ヒータ電源４６からの給電によって発熱するヒータ（図示せず）が埋設されている。そのため、伝熱管４５には、冷凍機４４からステージ４３への冷熱の熱伝達を遮断する伝熱遮断機構（図示せず）が設けられており、ヒータの動作時にはこの伝熱遮断機構によって冷凍機４４に発生させた冷熱のステージ４３への熱伝達が遮断されるようになっている。これにより、冷凍機４４を停止させる必要がなくなり、ステージ４３上に載置されたウエハＷを速やかに冷却することができる。
【００４０】
内側容器４２内の上側には、ステージ４３に載置されたウエハＷに超流動体としての液体ヘリウム（Liq.He）を供給するシャワーヘッド４７が配設されており、シャワーヘッド４７には、液体ヘリウム供給ライン５３を通して、外部から液体ヘリウムが供給されるようになっている。
【００４１】
液体ヘリウムは約２．１７Ｋで相転移を起こし、通常の液体ヘリウム（常流動ヘリウム；He I）から超流動ヘリウム（He II）に変わる。超流動ヘリウムは、粘性が０（ゼロ）の状態となっており、壁を昇っていったり、原子１個が通れる隙間さえあればそこから漏れ出したりする性質を示す。
【００４２】
但し、有限温度領域では、常流動ヘリウムと超流動ヘリウムとが共存しており、そのため、常流動ヘリウムによって洗浄効果が得られる。なお、超流動ヘリウムには粘性がないので、固体状の汚染成分に対する洗浄効果は期待できないが、ウエハＷの微細パターンに付着し又は取り込まれている分子状汚染成分を置換して、除去する効果が期待できる。そこで、シャワーヘッド４７から吐出された液体ヘリウムは超流動状態に維持され、超流動ヘリウムにより、ウエハＷに形成された微細パターンに付着した脱ガス原因となる汚染成分を除去し、ウエハＷを洗浄する。
【００４３】
内側容器４２内に供給された液体ヘリウムが蒸発することによって発生するヘリウムガス（He-gas）は、ヘリウムガス排出ライン５４から排出される。図２には示していないロードポート１８の近傍領域は、液体ヘリウムの沸点を超える温度となり、主にこの領域で液体ヘリウムが蒸発する。ヘリウムガスは液化処理により再利用されるが、ウエハＷの洗浄処理を行った後のヘリウムガスには不純物が含まれるため、液化処理の段階で不純物が除去される。
【００４４】
内側容器４２内に供給された液体ヘリウムは、適宜、内側容器４２の底部に設けられたドレイン４８を通して外部に排出され、再利用されるようになっている。ドレイン４８からの排液はバルブ４９の開閉操作によって行われる。
【００４５】
内側容器４２には、内側容器４２内を真空（減圧）環境にすることができるように、排気ライン５５が接続されている。この排気ライン５５は必ずしも必要なものではないが、内側容器４２内の気圧を下げることによって、冷凍機４４の負荷を増大させることなく、液体ヘリウムを、常流動状態から超流動状態となる相転移度に容易に到達させることができる。内側容器４２内を真空環境とした場合に、内側容器４２内を大気圧に戻すには、内側容器４２内での液体ヘリウムの蒸発による圧力上昇を利用することができ、また、排気ライン５５又はヘリウムガス排出ライン５４を利用して清浄なガスを内側容器４２内に導入するようにしてもよい。
【００４６】
なお、上述の通り、超流動洗浄ユニット１７では、ウエハＷを超流動ヘリウムと接触させることができればよいので、ウエハＷは、必ずしも液体ヘリウムが超流動状態となる相転移温度にまで冷却されていなければならないものではなく、ウエハＷは、液体ヘリウムとの最初の接触時にダメージを受けない温度に冷却されていればよい。
【００４７】
次に、超流動洗浄ユニット１７における処理フローについて詳細に説明する。図３は洗浄処理ユニットにおける洗浄処理の処理フローを示すフローチャートである。図３には、第１の処理フロー（第１洗浄方法）と、第２の処理フロー（第２洗浄方法）を併記している。
【００４８】
第１洗浄方法では、まず、ウエハＷは、超流動洗浄ユニット１７に搬入され、ステージ４３に載置されると、冷凍機４４からの冷熱によってステージ４３と共に所定温度に冷却される（Ｓ１０）。次いで、シャワーヘッド４７からウエハＷに液体ヘリウムが供給されてウエハＷの洗浄処理が行われ、このとき、バルブ４９は開いた状態に維持され、ウエハＷから流れ落ちる液体ヘリウムはドレイン４８から排出、回収される（Ｓ１１）。このステップＳ１１では、液体ヘリウムはウエハＷ上で超流動状態となっていればよく、内側容器４２内は、大気圧環境であってもよいし、真空環境であってもよい。
【００４９】
ステップＳ１１を終了するためにウエハＷへの液体ヘリウムの吐出が停止されると、ウエハＷの超流動ヘリウムは、自然にウエハＷ表面から流れ落ちる。図４は、超流動ヘリウムが有する、所謂、壁を昇って流れる性質により流れ出る様子を示した模式図である。
【００５０】
ウエハＷに形成された微細パターンの凸部６０間の溝や穴（例えば、ＲＩＥ処理により形成されたトレンチやホール等）の中の超流動ヘリウムは、その水位がウエハＷの表面より高い状態にあったとしても、壁を昇って流れる性質によって、図４の左図に示されるように凸部６０を這い上がって水位の低い場所へと流れる。
【００５１】
これにより、図４の右図に示されるように、凸部６０間の溝や穴には超流動ヘリウムは残らず、最終的に、全ての超流動ヘリウムはウエハＷの表面から流れ落ちる。超流動ヘリウムは粘性が０（ゼロ）であるために、ウエハＷに形成されるパターンが極めて微細になっても、パターン倒れが起こることがない。そのため、超流動ヘリウムを用いたウエハＷの洗浄は、ウエハＷに形成された微細パターンの代表長さが０．１μｍ以下の場合に、好適に用いられる。
【００５２】
超流動ヘリウムがウエハＷから流れ落ちた後に、バルブ４９が閉じられ、ステージ４３への冷熱の熱伝達が遮断され、ウエハＷは室温に戻される（Ｓ１２）。その後、ウエハＷは、超流動洗浄ユニット１７から搬出され、フープ１４に収容される。
【００５３】
第２洗浄方法では、ウエハＷは、超流動洗浄ユニット１７に搬入され、ステージ４３に載置されると、冷凍機４４からの冷熱によってステージ４３と共に所定温度に冷却される（Ｓ１０）。次いで、バルブ４９を閉じた状態でシャワーヘッド４７からウエハＷに液体ヘリウムを供給し、内側容器４２内に液体ヘリウムを貯留する。そして、ウエハＷが液体ヘリウムに浸漬したら、液体ヘリウムの供給を停止する（Ｓ２１）。
【００５４】
このとき、液体ヘリウムが超流動ヘリウムであれば、所定時間経過後にステップＳ２２へと進む。一方、液体ヘリウムが常流動ヘリウムの状態となっているならば、内側容器４２内をさらに冷却し又は減圧することにより、超流動ヘリウムへと相転移させ、ウエハＷを超流動ヘリウムに浸漬させた状態にする。つまり、ステップＳ２１〜２２の間で、ウエハＷは超流動ヘリウムに浸漬された状態となる。
【００５５】
ウエハＷが超流動ヘリウムに浸漬された後、内側容器４２内の超流動ヘリウムの水位がウエハＷの表面よりも低くなる程度に、バルブ４９を開いて内側容器４２内から一定量の超流動ヘリウムを排出する。これにより、先に図４を参照して説明したように、ウエハＷ上の超流動ヘリウムは、ウエハＷ上から流れ出て、ウエハＷ上に残留しない状態となる（Ｓ２２）。
【００５６】
第２洗浄方法では、このようにステップＳ２１，２２を１セットとして、１回の洗浄処理が行われる。ステップＳ２１，２２を所定回数行うことで、ウエハＷの洗浄をより精密に行うことができる。
【００５７】
ステップＳ２２の次には、ステップＳ２１，２２が予め定められた処理回数行われた否かが判断される（Ｓ２３）。ステップＳ２３の判断が“ＹＥＳ”の場合には、バルブ４９が開かれ、内側容器４２内の超流動ヘリウムが排出、回収される（Ｓ２４）。一方、ステップＳ２３の判断が“ＮＯ”の場合には、ステップＳ２１に戻って、さらにウエハＷの洗浄処理が行われる。
【００５８】
ステップＳ２４の後には、バルブ４９が閉じられ、ステージ４３への冷熱の熱伝達が遮断され、ウエハＷは室温に戻される（Ｓ１２）。こうして、室温に戻されたウエハＷは、超流動洗浄ユニット１７から搬出され、フープ１４に収容される。
【００５９】
超流動洗浄ユニット１７におけるウエハＷの洗浄は、上述した第１，第２洗浄方法を組み合わせて行ってもよい。また、超流動ヘリウムにフッ素を含有させることによって、金属系の汚染成分を除去する効果が得られ、超流動ヘリウムにオゾンを含有させることによって、酸素との反応性を有する汚染成分を除去する効果が得られることが、それぞれ期待される。
【００６０】
次に、本発明に係る基板洗浄方法を実施可能な別の基板処理システムについて説明する。図５は、本発明に係る基板洗浄方法を実施可能な第２の基板処理システムの概略構造を示す平面図である。この基板処理システム１０Ａは、図１に示した基板処理システム１０にさらに、ウエハＷに超臨界洗浄処理を施す超臨界洗浄ユニット７０を備えた構造を有している。そのため、ここでは超臨界洗浄ユニット７０の概要についてのみ説明することとする。
【００６１】
超臨界洗浄ユニット８０は、フープ載置台１５と一列に並んでローダーモジュール１３の側壁に接続されている。超臨界洗浄ユニット８０の配設位置はこれに限定されるものではなく、プロセスシップ１１側に配置してもよく、また、超流動洗浄ユニット１７の上部に配置して、多段洗浄ユニットを構成してもよい。
【００６２】
超臨界洗浄ユニット８０の詳細な構造の図示は省略するが、超臨界洗浄ユニット８０は、ウエハＷを収容する高温高圧チャンバと、高温高圧チャンバ内の温度を制御する温度制御装置と、高温高圧チャンバ内の圧力を制御する圧力制御装置と、高温高圧チャンバに超臨界流体を供給／回収する媒体供給／回収ラインと、窒素ガス等の不活性ガスで高温高圧チャンバ内をパージするパージラインとを備えている。超臨界流体としては、例えば、二酸化炭素（CO2）、アルゴン（Ar）等の不活性ガスを用いることができる。
【００６３】
超臨界洗浄ユニット８０によるウエハＷの洗浄処理は、超流動洗浄ユニット１７におけるウエハＷの洗浄処理の前に行ってもよいし、後に行ってもよい。超流動体による洗浄処理と超臨界流体による洗浄処理とを行うことで、一方のみの処理では除去できない汚染成分を他方の処理で除去する等して、より精密な洗浄処理を行うことができる。超臨界洗浄ユニット８０では、ウエハＷが、所定時間の間、超臨界流体に晒されることによって、汚染成分が除去される。超臨界流体は気体であるため、ウエハＷに形成された微細パターンにパターン倒れが発生することがない。
【００６４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではない。例えば、ウエハＷにＲＩＥ処理を施すプロセスモジュール２５を備える基板処理システムを取り上げたが、プロセスモジュールは、ウエハＷに成膜処理や拡散処理を行うものであってもよい。
【００６５】
上記形態においては、ＲＩＥ処理を施す装置に超流動洗浄ユニット１７を接続することによって、基板処理システム１０，１０Ａを構成した。このように、超流動洗浄ユニット１７は、ＲＩＥ処理や成膜処理、拡散処理等を施す種々の処理装置に接続が可能であるため、既存の処理装置に容易に適用することができるものであるが、一方で、超流動洗浄ユニット１７を、これらの処理装置に接続することなく、独立した洗浄処理装置として使用することも可能である。
【００６６】
上記説明では、基板として半導体ウエハを取り上げたが、基板はこれに限定されるものではなく、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のＦＰＤ（Flat Panel Display）用基板やフォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等の各種基板であってもよい。
【００６７】
本発明の目的は、オペレーションコントローラ４０において、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コンピュータ（例えば、制御部）に供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
【００６８】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００６９】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。
【００７０】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００７１】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００７２】
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０，１０Ａ 基板処理システム
１３ ローダーモジュール
１７ 超流動洗浄ユニット
２５ プロセスモジュール
２７ ロード・ロックモジュール
４０ オペレーションコントローラ
４１ 外側容器
４２ 内側容器
４３ ステージ
４４ 冷凍機
４５ 伝熱管
４６ ヒータ電源
４７ シャワーヘッド
４８ ドレイン
４９ バルブ
５１ 液体窒素供給ライン
５２ 窒素ガス排出ライン
５３ 液体ヘリウム供給ライン
５４ ヘリウムガス排出ライン
５５ 排気ライン
７０ 超臨界洗浄ユニット
Ｗ （半導体）ウエハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細パターンが表面に形成された基板を洗浄する基板洗浄方法であって、
前記基板を、前記基板の表面に所定の加工を施す処理チャンバから前記基板の洗浄を行う洗浄チャンバへ搬送する搬送ステップと、
前記洗浄チャンバ内において、前記基板を所定の温度に冷却する冷却ステップと、
超流動体を前記基板の表面に供給し、その後、前記基板の表面から前記超流動体を流し出すことによって前記微細パターン内の汚染成分を押し流す超流動洗浄ステップと、
を有することを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
前記超流動洗浄ステップは、前記基板に前記超流動体を供給しながら、前記基板から流れ出る前記超流動体を回収することにより行われ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】
前記超流動洗浄ステップは、
前記基板を前記超流動体に浸漬する浸漬ステップと、
前記基板が浸漬されている前記超流動体の水位を前記基板の表面よりも低くすることによって、前記超流動体を前記基板の表面から流し出す流し出しステップと、
を有す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４】
前記超流動体はヘリウムであ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５】
前記微細パターンの代表長が０．１μｍ以下であ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６】
前記基板を前記超流体により洗浄処理する前又は後において、前記基板を超臨界流体により洗浄する超臨界洗浄ステップをさらに有す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１】
微細パターンが表面に形成された基板を洗浄する基板洗浄方法であって、
前記基板を、前記基板の表面に所定の加工を施す処理チャンバから前記基板の洗浄を行う洗浄チャンバへ搬送する搬送ステップと、
前記洗浄チャンバ内において、前記基板を所定の温度に冷却する冷却ステップと、
超流動体を前記基板の表面に供給し、その後、前記基板の表面から前記超流動体を流し出すことによって前記微細パターン内の汚染成分を押し流す超流動洗浄ステップと、
を有することを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
前記超流動洗浄ステップは、前記基板に前記超流動体を供給しながら、前記基板から流れ出る前記超流動体を回収することにより行われ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】
前記超流動洗浄ステップは、
前記基板を前記超流動体に浸漬する浸漬ステップと、
前記基板が浸漬されている前記超流動体の水位を前記基板の表面よりも低くすることによって、前記超流動体を前記基板の表面から流し出す流し出しステップと、
を有す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４】
前記超流動体はヘリウムであ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５】
前記微細パターンの代表長が０．１μｍ以下であ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６】
前記基板を前記超流体により洗浄処理する前又は後において、前記基板を超臨界流体により洗浄する超臨界洗浄ステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の基板洗浄方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２１２５８５（Ｐ２０１０−２１２５８５Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５９３３０（Ｐ２００９−５９３３０）
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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