基板洗浄方法
【課題】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。
【解決手段】代表長が０．１μｍ以下の溝又は穴を有する微細パターンが形成されたウエハＷを、水分を含んだ空間において、所定位置に配置された対向電極４６を挟んで、鋭角状の先端部を有する冷却自在の放電電極４５の先端部に対して一定間隔で対面するように、ウエハＷを配置する配置ステップと、放電電極４５を冷却して放電電極４５に結露を生じさせると共に、放電電極４５と対向電極４６との間に一定電圧を印加する洗浄ステップと、により洗浄する。この洗浄ステップでは、放電電極４５の先端部で直径が１０ｎｍ以下の水微粒子を含有するエアロゾルを発生させ、エアロゾルをウエハＷに噴霧することによりウエハＷを洗浄する。
【解決手段】代表長が０．１μｍ以下の溝又は穴を有する微細パターンが形成されたウエハＷを、水分を含んだ空間において、所定位置に配置された対向電極４６を挟んで、鋭角状の先端部を有する冷却自在の放電電極４５の先端部に対して一定間隔で対面するように、ウエハＷを配置する配置ステップと、放電電極４５を冷却して放電電極４５に結露を生じさせると共に、放電電極４５と対向電極４６との間に一定電圧を印加する洗浄ステップと、により洗浄する。この洗浄ステップでは、放電電極４５の先端部で直径が１０ｎｍ以下の水微粒子を含有するエアロゾルを発生させ、エアロゾルをウエハＷに噴霧することによりウエハＷを洗浄する。
【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後に、半導体基板上の異物や副生成物、不要膜（以下「異物等」という）を除去する洗浄処理が行われている。この洗浄処理としては、一般的に、半導体基板を洗浄液に浸し、又は、半導体基板を回転させながら洗浄液を吹き付け、その後に、洗浄液を除去するリンス処理と、リンス液を除去する乾燥処理を行う方法が用いられている。
【０００３】
しかし、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が形成された半導体基板に洗浄液（液体）による洗浄を施すと、洗浄液やリンス液の表面張力に起因して、洗浄液やリンス液が半導体基板から除去される際に、所謂、パターン倒れが発生する。
【０００４】
このような問題を解決すべく、例えば、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１参照）。
【０００５】
また、エアロゾルをノズルから真空の洗浄室に吹き出すエアロゾル洗浄において、エアロゾルを生成するノズルを断熱化し、ノズル内の圧力を高く設定することでノズル内部を液リッチの状態からガスリッチの状態にし、ノズルからエアロゾルを吹き出す際の断熱膨張時のエアロゾル凝集作用を小さくすることによって、被洗浄物の微細構造にダメージを与えないようにする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、チャンバに収容された基板に対して、ラバルノズルを用いてエアロゾルを含むガスを噴射することにより基板を洗浄する際に、チャンバ内を数ｋＰａの圧力に調整してチャンバ内に下降流を発生させ、ラバルノズルからエアロゾルを含むガスを噴射することで、エアロゾルから気化したガス等からガス粘性流を発生させる洗浄方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２０９０８８号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９２４号公報
【特許文献３】特開２００６−１４７６５４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必要があるため、装置が大型化、複雑化する問題や、微細パターンが破壊される問題がある。また、特許文献２に開示されたエアロゾル洗浄方法では、洗浄室内を真空に維持する必要がある、つまり、減圧／昇圧に一定の時間を要するために、スループットを高めることが難しい。さらに特許文献３に開示されたナノエアロゾル洗浄方法は、基板の裏面洗浄を目的としており、微細パターンが形成された表面の洗浄に対する効果は不確定である。
【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、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、代表長が０．１μｍ以下の溝又は穴を有する微細パターンが形成された基板を洗浄するための基板洗浄方法であって、水分を含んだ空間において、所定位置に配置された対向電極を挟んで、鋭角状の先端部を有する冷却自在の放電電極の前記先端部に対して一定間隔で対面するように、前記基板を配置する基板配置ステップと、前記放電電極を冷却して前記放電電極に結露を生じさせると共に、前記放電電極と前記対向電極との間に一定電圧を印加する洗浄ステップと、を有し、前記洗浄ステップでは、前記放電電極の前記先端部で直径が１０ｎｍ以下の水微粒子を含有するエアロゾルを発生させ、前記エアロゾルを前記基板に噴霧することにより前記基板を洗浄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、前記対向電極として、各部位が前記放電電極の先端から均等な距離を保つように設置された円環状電極を用い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、前記洗浄ステップにおいて、前記放電電極に負電圧を印加し、前記基板を正帯電させることを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項４記載の基板洗浄方法は、代表長が０．１μｍ以下の溝又は穴を有する微細パターンが形成された基板を洗浄するための基板洗浄方法であって、前記基板を、鋭角状の先端部を有する中空針状の放電電極の前記先端部に対して一定間隔で対面するように配置する基板配置ステップと、前記放電電極へ洗浄液を供給すると共に、前記放電電極と前記基板との間に一定電圧を印加する洗浄ステップと、を有し、前記洗浄ステップでは、前記先端部に直径が１０ｎｍ以下の前記洗浄液のエアロゾルを生成させ、前記エアロゾルを前記基板に噴霧して前記基板を洗浄す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４記載の基板洗浄方法において、前記洗浄液として、直径１０ｎｍ以下の固体微粒子を含有するゾルを用い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４記載の基板洗浄方法において、前記エアロゾルが前記基板に到達するまでに前記エアロゾルから水分を蒸発させることにより、前記固体微粒子を前記基板に噴射す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又は４記載の基板洗浄方法において、前記基板配置ステップの後であって前記洗浄ステップの前に、又は、前記洗浄ステップにおいて、処理雰囲気中のガス分子をイオン化させる軟Ｘ線又は光を前記基板に照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
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、基板から異物等を除去することができる。
【００１８】
請求項２記載の基板洗浄方法によれば、エアロゾルを略均一拡散させて基板全体に均一な洗浄処理を施すことができる。
【００１９】
請求項３記載の基板洗浄方法によれば、エアロゾルに含まれる微粒子を基板に向けて加速することができ、洗浄力を高めると共に、効率的な洗浄処理を行うことができる。
【００２０】
請求項４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、基板から異物等を除去することができる。
【００２１】
請求項５記載の基板洗浄方法によれば、液体微粒子と固体微粒子による洗浄効果を同時に得ることができ、高い洗浄能力が得られる。
【００２２】
請求項６記載の基板洗浄方法によれば、固体微粒子による高い洗浄力によって基板を洗浄することができる。
【００２３】
請求項７記載の基板洗浄方法によれば、基板に静電気力によって付着した異物を生成したイオンによって除電し、基板から剥離しやすくすることができるため、より精密な洗浄を行うことができると共に、処理時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る基板洗浄方法が適用される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ユニットの概略断面図である。
【図３】図２の洗浄ユニットで発生させたナノエアロゾルの粒径分布を示す図である。
【図４】本発明に係る基板洗浄方法が適用される別の基板処理システムの概略構造を示す平面図である。
【図５】図４に示した基板処理システムが備える洗浄ユニットの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本発明に係る基板洗浄方法が適用される第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。
【００２７】
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の洗浄処理を行う洗浄ユニット１７Ａと、ウエハＷの表面／裏面の反転処理を行うウエハ反転ユニット１２と、が接続されている。
【００２８】
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。ウエハ反転ユニット１２は、フープ載置台１５と並んで配置されている。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、洗浄ユニット１７Ａ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。
【００２９】
なお、洗浄ユニット１７Ａでは、後に詳細に説明するが、ウエハＷの表面（微細パターンが形成されている面）が下側を向いた状態で洗浄処理が行われる。ウエハ反転ユニット１２は、ウエハＷを洗浄ユニット１７Ａに搬入するために、また、洗浄ユニット１７Ａで洗浄処理を終えたウエハＷをフープ１４に戻すために、ウエハＷを反転させる。
【００３０】
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の側壁には、ウエハ反転ユニット１２及び洗浄ユニット１７Ａの位置と対応する位置にそれぞれロードポート１８が設けられている。
【００３１】
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、ウエハ反転ユニット１２、洗浄ユニット１７Ａに対して搬出入する。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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及び洗浄ユニット１７Ａ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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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をウエハ反転ユニット１２に搬入し、そこでウエハＷの反転処理が行われる。搬送アーム機構１９は、ウエハ反転ユニット１２からウエハＷを取り出して、洗浄ユニット１７Ａ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によって洗浄ユニット１７Ａから搬出され、ウエハ反転ユニット１２に搬入され、そこで反転処理を経た後、再び搬送アーム機構１９によってウエハ反転ユニット１２から取り出され、所定のフープ１４に収容される。
【００４１】
次に、洗浄ユニット１７Ａについて詳細に説明する。図２は、図１に示される洗浄ユニットの概略構造を示す断面図である。洗浄ユニット１７Ａは、その内部が一定量の水分（水蒸気）を含んだ空間に維持されているチャンバ４１の内部に、ウエハＷを保持する保持部材４２と、保持部材４２に保持されたウエハＷに対して水微粒子８０を含むナノエアロゾルを噴霧するナノエアロゾル発生装置とが配置された構成となっている。
【００４２】
チャンバ４１内を一定の湿度に維持するために、チャンバ４１内に湿度センサが配置され、この湿度センサによる検出湿度が一定値となるように、水蒸気の供給が行われる構成とすることができる。
【００４３】
「ナノエアロゾル」とは、ここでは、気体中にナノオーダーの液体粒子及び／又は固体粒子を含むものを指す。ナノエアロゾル発生装置は、鋭角状の先端部を有する放電電極４５と、放電電極４５を冷却する冷却機構４４と、冷却機構４４を保持すると共に、冷却機構４４において冷熱を発生させる過程で生じる熱を放散する放熱フィン４３と、放電電極４５の先端から一定間隔で配置された対向電極４６とを備えており、放電電極４５と対向電極４６には、直流電源４７から一定の電圧が印加されるようになっている。
【００４４】
ウエハＷは、その表面が下側を向くように、対向電極４６を挟んで放電電極４５の先端部に対して一定間隔で対面するように、保持部材４２に保持される。保持部材４２には、ウエハＷを正帯電させることができるように機能する電極を備えていることが好ましい。
【００４５】
放電電極４５の先端部は、例えば、略円錐形状であり、その頂角をθとすると、２θが鋭角（２θ＜９０°）となっている。冷却機構４４には、例えば、ペルチェ素子等を用いることができる。放熱フィン４３は、図２ではチャンバ４１内に配置されているが、冷却機構４４を保持している部分をチャンバ４１内に配置すると共に、放熱を実効的に行う複数のフィンをチャンバ４１外に配置してもよい。
【００４６】
対向電極４６としては、図２に示されるように、円環状電極を用い、その各部位が放電電極４５の先端から均等な距離を保つように配置する（リングの中心線上に放電電極４５の先端が位置する）ことが好ましい。これにより、放電電極４５の先端から水微粒子８０を正円錐状に噴霧させ、ウエハＷに対して均一に水微粒子８０を衝突させることが容易となる。
【００４７】
ナノエアロゾル発生装置による水微粒子８０を含むエアロゾルの発生は、以下のようにして行われる。即ち、チャンバ４１内には一定量の水蒸気が存在しているので、冷却機構４４により放電電極４５に結露が生じる温度にまで放電電極４５を冷却する。つまり、チャンバ４１内の雰囲気が放電電極４５への水の供給源となっている。放電電極４５が負電位で、対向電極が接地電位となるように、例えば約５ｋＶの電位差が放電電極４５と対向電極４６との間に生じるように電圧を印加すると、放電電極４５に結露した水は、放電電極４５の先端へと上昇し、そこから微粒子となって、対向電極４６側へと放出される（静電噴霧）。このとき、ウエハＷを正帯電させておくことで、水微粒子８０は加速されてウエハＷの表面に衝突する。こうして水微粒子８０によるウエハＷの表面洗浄が行われる。
【００４８】
図３は、図２に示すナノエアロゾル発生装置により発生させたナノエアロゾルに含まれる水微粒子の粒径分布を、ＣＮＣ（コンデンセーション ニュークリエーション カウンタ）法により測定した結果を示す散布図（グラフ）である。図３から、粒径が１０ｎｍ以下の水微粒子８０を効率よく発生させることができることが確認され、このことは、優れた洗浄性能が得られることを示している。
【００４９】
次に、洗浄ユニット１７ＡにおけるウエハＷの処理フローについて説明する。洗浄ユニット１７Ａでは、代表長が０．１μｍ以下の溝又は穴を有する微細パターンが形成されたウエハＷが主な処理対象となる。これは、代表長が０．１μｍを超える微細パターンが形成されている半導体ウエハの場合、従来の洗浄液等への浸漬処理による洗浄処理を用いることも可能だからである。
【００５０】
最初に、表面が下側に向けられたウエハＷがチャンバ４１内に搬入され、保持部材４２に保持される（基板配置ステップ）。次に、放電電極４５を冷却して放電電極４５に結露を生じさせると共に、放電電極４５と対向電極４６との間に一定電圧を印加し、放電電極４５の先端部に直径が１０ｎｍ以下の水微粒子８０を含むエアロゾルを生成させ、エアロゾルをウエハＷに噴霧する（洗浄ステップ）。
【００５１】
この洗浄ステップでは、微細パターンの溝や穴等の凹部に水微粒子８０が進入して衝突することで、凹部に付着している異物等を除去することができる。洗浄ステップにおいて、ウエハＷを正帯電させておくことで、水微粒子８０をウエハＷに向けて加速させることができ、これにより洗浄力と洗浄効率を高めることができる。
【００５２】
なお、洗浄ステップでは、ウエハＷの表面に水膜が形成されず、即座に乾燥するように、ウエハＷの温度やウエハＷの表面近傍の湿度、水微粒子８０の噴霧量が決定される。
【００５３】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。図４は、本発明に係る基板洗浄方法が適用される第２の基板処理システムの概略構造を示す平面図である。
【００５４】
この基板処理システム１０Ａが、図１に示した基板処理システム１０と異なっている点は、洗浄ユニット１７Ａに代えて洗浄ユニット１７Ｂが配置されており、この洗浄ユニット１７Ｂでは、後述するように、ウエハＷの表面を上側、裏面を下側にした状態で洗浄処理が行われるためにウエハＷを反転させる必要がなく、したがって、ウエハ反転ユニット１２を備えていない点である。そこで、以下、洗浄ユニット１７Ｂについて詳細に説明する。
【００５５】
図５は、図４に示される洗浄ユニットの概略断面図である。洗浄ユニット１７Ｂは、ウエハＷを収容するチャンバ５１内に、ウエハＷを載置するステージ５２と、ステージ５２の上空に位置するように配置された中空針状のシリンジノズル５３と、シリンジノズル５３から噴霧されるエアロゾルを加熱するために、ステージ５２とシリンジノズル５３との間に設けられたヒータ（加熱機構）５８が配設された構造を有している。
【００５６】
ステージ５２とシリンジノズル５３との間には、直流電源５７によって、所定の電圧を印加することができるようになっている。また、シリンジノズル５３には、洗浄液供給源５５から洗浄液を供給するための洗浄液供給ライン５４が接続されており、洗浄液の供給／停止がバルブ５６の開閉により制御されるようになっている。
【００５７】
洗浄液供給源５５では、純水、薬液、固体微粒子を含有するゾル等の中から、適宜、洗浄液として用いるものを選択することができるようになっている。固体微粒子としては、例えば、Ｓｉ，ＳｉＯ2，Ａｌ，Ａｌ2Ｏ3，Ｙ，Ｙ2Ｏ3，Ｃ−Ｆ系ポリマー等を用いることができ、その粒径は１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下である。
【００５８】
このように構成された洗浄ユニット１７Ｂでは、シリンジノズル５３とステージ５２との間に一定の電圧を印加した状態でシリンジノズル５３に、例えば一定量の洗浄液を供給すると、洗浄ユニット１７Ａで微粒子状の水を発生させたメカニズム（静電噴霧）と同じメカニズムで、粒径が１０ｎｍ以下の洗浄液微粒子９０を主成分として含むナノエアロゾルを発生させて、このナノエアロゾルをシリンジノズル５３の先端からウエハＷの表面に向けて噴霧することができる。このとき、直流電源５７による印加電圧によって洗浄液微粒子９０の粒径を調整することができる。
【００５９】
洗浄ユニット１７Ｂでは、放電電極として機能するシリンジノズル５３に対する対向電極としてステージ５２が用いられているが、洗浄ユニット１７Ａと同様に、シリンジノズル５３とウエハＷとの間に対向電極を設け、発生させたナノエアロゾルがウエハＷに向かって加速されるようにウエハＷを所定の電荷で帯電させるための機能をステージ５２に付与してもよい。
【００６０】
シリンジノズル５３に一定量のゾルを供給した場合には、ゾルの溶媒成分のみからなる微粒子と、固体微粒子と溶媒成分とからなる微粒子とを発生させて、シリンジノズル５３の先端からウエハＷの表面に向けて噴霧することができる。ゾルの溶媒成分のみからなる微粒子のみならず固体微粒子をウエハＷの表面に衝突させることにより、洗浄力を向上させることができる。
【００６１】
このとき、ヒータ５８により生成した微粒子を加熱して溶媒成分を蒸発させることにより、固体微粒子のみからなる微粒子を生成させることができる。こうして固体微粒子のみをウエハＷに衝突させてウエハＷを洗浄することも、高い洗浄力が得られ、好ましい。
【００６２】
なお、固体微粒子の粒径を上述の通りに１０ｎｍ以下として、ウエハＷに衝突する際の運動量を小さくすることにより、ウエハＷの表面の微細パターンを破壊することなく、微細パターンに付着したパーティクル等を除去することができる。
【００６３】
次に、洗浄ユニット１７Ａ，１７Ｂの変形例について説明する。洗浄ユニット１７Ａにおいて、放電電極４５を細線化した針状電極にすると共にこれを冷却しない構造へと変形させ、一方、洗浄ユニット１７Ｂにおいては、シリンジノズル５３へ洗浄液又はゾルを供給せず、シリンジノズル５３を細線化した針状電極へと変形させる。これらの変形例では、共に、針状電極を放電電極とし、放電電極と対向電極（洗浄ユニット１７Ａでは対向電極４６、洗浄ユニット１７Ｂではステージ５２）との間に一定の電圧を印加することにより、針状電極を構成する材料を微粒子化し、この固体微粒子をウエハＷへ衝突させることで、ウエハＷの表面を洗浄することができる。粒径が１０ｎｍ以下のものが主成分となるように固体微粒子を生成させるには、電極間に印加する電圧の大きさを針状電極の材料に応じて調整すればよい。
【００６４】
上記の通りに説明した固体微粒子による洗浄方法（洗浄ユニット１７Ｂでゾルを用いる場合を含む）を用いる場合に、ウエハＷから固体微粒子をウエハＷから除去する方法としては、例えば、ウエハＷの裏面側を冷却する一方でウエハＷのウエハＷの表面側を加熱することによって行うことができる。このとき、チャンバ４１，５１内を数十Ｔｏｒｒ程度に減圧すると、その効果を高めることができる。
【００６５】
また、上述の通りに説明した液体微粒子及び固体微粒子による洗浄を行う前に、又は、洗浄処理中に、ウエハＷの表面に軟Ｘ線を照射する処理を行うことが好ましい。これは、微細パターンの内部に付着しているパーティクル等の固体異物の主な付着力は静電気力であるため、この帯電を中和することによって、液体微粒子及び固体微粒子による固体異物の除去（剥離）を容易に行うことができるようになるからである。具体的には、微弱な軟Ｘ線を使って雰囲気中の分子を分解し、イオンを発生させる。軟Ｘ線が照射されている領域では、生成したイオンによって固体異物の除電を進行させることができる。このとき除電対象物の近傍でイオンを発生させることができるので、除電が可能である。なお、軟Ｘ線に代えて光照射式の除電器を用いることもでき、この場合にも、光照射だけで除電効果が得られるため、微細パターン内部の除電にも有効である。
【００６６】
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。
【００６７】
上記形態においては、ＲＩＥ処理を施す装置に洗浄ユニット１７Ａを接続することによって、基板処理システム１０を構成した。このように、洗浄ユニット１７Ａ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、洗浄ユニット１７Ａ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できる。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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】
【００７５】
１０，１０Ａ 基板処理システム
１２ ウエハ反転ユニット
１３ ローダーモジュール
１７Ａ，１７Ｂ 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 チャンバ
４２ 保持部材
４３ 放熱フィン
４４ 冷却機構
４５ 放電電極
４６ 対向電極
４７ 直流電源
５１ チャンバ
５２ ステージ
５３ シリンジノズル
５４ 洗浄液供給ライン
５５ 洗浄液供給源
５６ バルブ
５７ 直流電源
５８ ヒータ
８０ 水微粒子
９０ 洗浄液微粒子
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後に、半導体基板上の異物や副生成物、不要膜（以下「異物等」という）を除去する洗浄処理が行われている。この洗浄処理としては、一般的に、半導体基板を洗浄液に浸し、又は、半導体基板を回転させながら洗浄液を吹き付け、その後に、洗浄液を除去するリンス処理と、リンス液を除去する乾燥処理を行う方法が用いられている。
【０００３】
しかし、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が形成された半導体基板に洗浄液（液体）による洗浄を施すと、洗浄液やリンス液の表面張力に起因して、洗浄液やリンス液が半導体基板から除去される際に、所謂、パターン倒れが発生する。
【０００４】
このような問題を解決すべく、例えば、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１参照）。
【０００５】
また、エアロゾルをノズルから真空の洗浄室に吹き出すエアロゾル洗浄において、エアロゾルを生成するノズルを断熱化し、ノズル内の圧力を高く設定することでノズル内部を液リッチの状態からガスリッチの状態にし、ノズルからエアロゾルを吹き出す際の断熱膨張時のエアロゾル凝集作用を小さくすることによって、被洗浄物の微細構造にダメージを与えないようにする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、チャンバに収容された基板に対して、ラバルノズルを用いてエアロゾルを含むガスを噴射することにより基板を洗浄する際に、チャンバ内を数ｋＰａの圧力に調整してチャンバ内に下降流を発生させ、ラバルノズルからエアロゾルを含むガスを噴射することで、エアロゾルから気化したガス等からガス粘性流を発生させる洗浄方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２０９０８８号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９２４号公報
【特許文献３】特開２００６−１４７６５４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必要があるため、装置が大型化、複雑化する問題や、微細パターンが破壊される問題がある。また、特許文献２に開示されたエアロゾル洗浄方法では、洗浄室内を真空に維持する必要がある、つまり、減圧／昇圧に一定の時間を要するために、スループットを高めることが難しい。さらに特許文献３に開示されたナノエアロゾル洗浄方法は、基板の裏面洗浄を目的としており、微細パターンが形成された表面の洗浄に対する効果は不確定である。
【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、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、代表長が０．１μｍ以下の溝又は穴を有する微細パターンが形成された基板を洗浄するための基板洗浄方法であって、水分を含んだ空間において、所定位置に配置された対向電極を挟んで、鋭角状の先端部を有する冷却自在の放電電極の前記先端部に対して一定間隔で対面するように、前記基板を配置する基板配置ステップと、前記放電電極を冷却して前記放電電極に結露を生じさせると共に、前記放電電極と前記対向電極との間に一定電圧を印加する洗浄ステップと、を有し、前記洗浄ステップでは、前記放電電極の前記先端部で直径が１０ｎｍ以下の水微粒子を含有するエアロゾルを発生させ、前記エアロゾルを前記基板に噴霧することにより前記基板を洗浄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、前記対向電極として、各部位が前記放電電極の先端から均等な距離を保つように設置された円環状電極を用い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、前記洗浄ステップにおいて、前記放電電極に負電圧を印加し、前記基板を正帯電させることを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項４記載の基板洗浄方法は、代表長が０．１μｍ以下の溝又は穴を有する微細パターンが形成された基板を洗浄するための基板洗浄方法であって、前記基板を、鋭角状の先端部を有する中空針状の放電電極の前記先端部に対して一定間隔で対面するように配置する基板配置ステップと、前記放電電極へ洗浄液を供給すると共に、前記放電電極と前記基板との間に一定電圧を印加する洗浄ステップと、を有し、前記洗浄ステップでは、前記先端部に直径が１０ｎｍ以下の前記洗浄液のエアロゾルを生成させ、前記エアロゾルを前記基板に噴霧して前記基板を洗浄す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４記載の基板洗浄方法において、前記洗浄液として、直径１０ｎｍ以下の固体微粒子を含有するゾルを用い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４記載の基板洗浄方法において、前記エアロゾルが前記基板に到達するまでに前記エアロゾルから水分を蒸発させることにより、前記固体微粒子を前記基板に噴射す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又は４記載の基板洗浄方法において、前記基板配置ステップの後であって前記洗浄ステップの前に、又は、前記洗浄ステップにおいて、処理雰囲気中のガス分子をイオン化させる軟Ｘ線又は光を前記基板に照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
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、基板から異物等を除去することができる。
【００１８】
請求項２記載の基板洗浄方法によれば、エアロゾルを略均一拡散させて基板全体に均一な洗浄処理を施すことができる。
【００１９】
請求項３記載の基板洗浄方法によれば、エアロゾルに含まれる微粒子を基板に向けて加速することができ、洗浄力を高めると共に、効率的な洗浄処理を行うことができる。
【００２０】
請求項４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、基板から異物等を除去することができる。
【００２１】
請求項５記載の基板洗浄方法によれば、液体微粒子と固体微粒子による洗浄効果を同時に得ることができ、高い洗浄能力が得られる。
【００２２】
請求項６記載の基板洗浄方法によれば、固体微粒子による高い洗浄力によって基板を洗浄することができる。
【００２３】
請求項７記載の基板洗浄方法によれば、基板に静電気力によって付着した異物を生成したイオンによって除電し、基板から剥離しやすくすることができるため、より精密な洗浄を行うことができると共に、処理時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る基板洗浄方法が適用される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ユニットの概略断面図である。
【図３】図２の洗浄ユニットで発生させたナノエアロゾルの粒径分布を示す図である。
【図４】本発明に係る基板洗浄方法が適用される別の基板処理システムの概略構造を示す平面図である。
【図５】図４に示した基板処理システムが備える洗浄ユニットの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本発明に係る基板洗浄方法が適用される第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。
【００２７】
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の洗浄処理を行う洗浄ユニット１７Ａと、ウエハＷの表面／裏面の反転処理を行うウエハ反転ユニット１２と、が接続されている。
【００２８】
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。ウエハ反転ユニット１２は、フープ載置台１５と並んで配置されている。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、洗浄ユニット１７Ａ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。
【００２９】
なお、洗浄ユニット１７Ａでは、後に詳細に説明するが、ウエハＷの表面（微細パターンが形成されている面）が下側を向いた状態で洗浄処理が行われる。ウエハ反転ユニット１２は、ウエハＷを洗浄ユニット１７Ａに搬入するために、また、洗浄ユニット１７Ａで洗浄処理を終えたウエハＷをフープ１４に戻すために、ウエハＷを反転させる。
【００３０】
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の側壁には、ウエハ反転ユニット１２及び洗浄ユニット１７Ａの位置と対応する位置にそれぞれロードポート１８が設けられている。
【００３１】
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、ウエハ反転ユニット１２、洗浄ユニット１７Ａに対して搬出入する。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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及び洗浄ユニット１７Ａ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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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をウエハ反転ユニット１２に搬入し、そこでウエハＷの反転処理が行われる。搬送アーム機構１９は、ウエハ反転ユニット１２からウエハＷを取り出して、洗浄ユニット１７Ａ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によって洗浄ユニット１７Ａから搬出され、ウエハ反転ユニット１２に搬入され、そこで反転処理を経た後、再び搬送アーム機構１９によってウエハ反転ユニット１２から取り出され、所定のフープ１４に収容される。
【００４１】
次に、洗浄ユニット１７Ａについて詳細に説明する。図２は、図１に示される洗浄ユニットの概略構造を示す断面図である。洗浄ユニット１７Ａは、その内部が一定量の水分（水蒸気）を含んだ空間に維持されているチャンバ４１の内部に、ウエハＷを保持する保持部材４２と、保持部材４２に保持されたウエハＷに対して水微粒子８０を含むナノエアロゾルを噴霧するナノエアロゾル発生装置とが配置された構成となっている。
【００４２】
チャンバ４１内を一定の湿度に維持するために、チャンバ４１内に湿度センサが配置され、この湿度センサによる検出湿度が一定値となるように、水蒸気の供給が行われる構成とすることができる。
【００４３】
「ナノエアロゾル」とは、ここでは、気体中にナノオーダーの液体粒子及び／又は固体粒子を含むものを指す。ナノエアロゾル発生装置は、鋭角状の先端部を有する放電電極４５と、放電電極４５を冷却する冷却機構４４と、冷却機構４４を保持すると共に、冷却機構４４において冷熱を発生させる過程で生じる熱を放散する放熱フィン４３と、放電電極４５の先端から一定間隔で配置された対向電極４６とを備えており、放電電極４５と対向電極４６には、直流電源４７から一定の電圧が印加されるようになっている。
【００４４】
ウエハＷは、その表面が下側を向くように、対向電極４６を挟んで放電電極４５の先端部に対して一定間隔で対面するように、保持部材４２に保持される。保持部材４２には、ウエハＷを正帯電させることができるように機能する電極を備えていることが好ましい。
【００４５】
放電電極４５の先端部は、例えば、略円錐形状であり、その頂角をθとすると、２θが鋭角（２θ＜９０°）となっている。冷却機構４４には、例えば、ペルチェ素子等を用いることができる。放熱フィン４３は、図２ではチャンバ４１内に配置されているが、冷却機構４４を保持している部分をチャンバ４１内に配置すると共に、放熱を実効的に行う複数のフィンをチャンバ４１外に配置してもよい。
【００４６】
対向電極４６としては、図２に示されるように、円環状電極を用い、その各部位が放電電極４５の先端から均等な距離を保つように配置する（リングの中心線上に放電電極４５の先端が位置する）ことが好ましい。これにより、放電電極４５の先端から水微粒子８０を正円錐状に噴霧させ、ウエハＷに対して均一に水微粒子８０を衝突させることが容易となる。
【００４７】
ナノエアロゾル発生装置による水微粒子８０を含むエアロゾルの発生は、以下のようにして行われる。即ち、チャンバ４１内には一定量の水蒸気が存在しているので、冷却機構４４により放電電極４５に結露が生じる温度にまで放電電極４５を冷却する。つまり、チャンバ４１内の雰囲気が放電電極４５への水の供給源となっている。放電電極４５が負電位で、対向電極が接地電位となるように、例えば約５ｋＶの電位差が放電電極４５と対向電極４６との間に生じるように電圧を印加すると、放電電極４５に結露した水は、放電電極４５の先端へと上昇し、そこから微粒子となって、対向電極４６側へと放出される（静電噴霧）。このとき、ウエハＷを正帯電させておくことで、水微粒子８０は加速されてウエハＷの表面に衝突する。こうして水微粒子８０によるウエハＷの表面洗浄が行われる。
【００４８】
図３は、図２に示すナノエアロゾル発生装置により発生させたナノエアロゾルに含まれる水微粒子の粒径分布を、ＣＮＣ（コンデンセーション ニュークリエーション カウンタ）法により測定した結果を示す散布図（グラフ）である。図３から、粒径が１０ｎｍ以下の水微粒子８０を効率よく発生させることができることが確認され、このことは、優れた洗浄性能が得られることを示している。
【００４９】
次に、洗浄ユニット１７ＡにおけるウエハＷの処理フローについて説明する。洗浄ユニット１７Ａでは、代表長が０．１μｍ以下の溝又は穴を有する微細パターンが形成されたウエハＷが主な処理対象となる。これは、代表長が０．１μｍを超える微細パターンが形成されている半導体ウエハの場合、従来の洗浄液等への浸漬処理による洗浄処理を用いることも可能だからである。
【００５０】
最初に、表面が下側に向けられたウエハＷがチャンバ４１内に搬入され、保持部材４２に保持される（基板配置ステップ）。次に、放電電極４５を冷却して放電電極４５に結露を生じさせると共に、放電電極４５と対向電極４６との間に一定電圧を印加し、放電電極４５の先端部に直径が１０ｎｍ以下の水微粒子８０を含むエアロゾルを生成させ、エアロゾルをウエハＷに噴霧する（洗浄ステップ）。
【００５１】
この洗浄ステップでは、微細パターンの溝や穴等の凹部に水微粒子８０が進入して衝突することで、凹部に付着している異物等を除去することができる。洗浄ステップにおいて、ウエハＷを正帯電させておくことで、水微粒子８０をウエハＷに向けて加速させることができ、これにより洗浄力と洗浄効率を高めることができる。
【００５２】
なお、洗浄ステップでは、ウエハＷの表面に水膜が形成されず、即座に乾燥するように、ウエハＷの温度やウエハＷの表面近傍の湿度、水微粒子８０の噴霧量が決定される。
【００５３】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。図４は、本発明に係る基板洗浄方法が適用される第２の基板処理システムの概略構造を示す平面図である。
【００５４】
この基板処理システム１０Ａが、図１に示した基板処理システム１０と異なっている点は、洗浄ユニット１７Ａに代えて洗浄ユニット１７Ｂが配置されており、この洗浄ユニット１７Ｂでは、後述するように、ウエハＷの表面を上側、裏面を下側にした状態で洗浄処理が行われるためにウエハＷを反転させる必要がなく、したがって、ウエハ反転ユニット１２を備えていない点である。そこで、以下、洗浄ユニット１７Ｂについて詳細に説明する。
【００５５】
図５は、図４に示される洗浄ユニットの概略断面図である。洗浄ユニット１７Ｂは、ウエハＷを収容するチャンバ５１内に、ウエハＷを載置するステージ５２と、ステージ５２の上空に位置するように配置された中空針状のシリンジノズル５３と、シリンジノズル５３から噴霧されるエアロゾルを加熱するために、ステージ５２とシリンジノズル５３との間に設けられたヒータ（加熱機構）５８が配設された構造を有している。
【００５６】
ステージ５２とシリンジノズル５３との間には、直流電源５７によって、所定の電圧を印加することができるようになっている。また、シリンジノズル５３には、洗浄液供給源５５から洗浄液を供給するための洗浄液供給ライン５４が接続されており、洗浄液の供給／停止がバルブ５６の開閉により制御されるようになっている。
【００５７】
洗浄液供給源５５では、純水、薬液、固体微粒子を含有するゾル等の中から、適宜、洗浄液として用いるものを選択することができるようになっている。固体微粒子としては、例えば、Ｓｉ，ＳｉＯ2，Ａｌ，Ａｌ2Ｏ3，Ｙ，Ｙ2Ｏ3，Ｃ−Ｆ系ポリマー等を用いることができ、その粒径は１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下である。
【００５８】
このように構成された洗浄ユニット１７Ｂでは、シリンジノズル５３とステージ５２との間に一定の電圧を印加した状態でシリンジノズル５３に、例えば一定量の洗浄液を供給すると、洗浄ユニット１７Ａで微粒子状の水を発生させたメカニズム（静電噴霧）と同じメカニズムで、粒径が１０ｎｍ以下の洗浄液微粒子９０を主成分として含むナノエアロゾルを発生させて、このナノエアロゾルをシリンジノズル５３の先端からウエハＷの表面に向けて噴霧することができる。このとき、直流電源５７による印加電圧によって洗浄液微粒子９０の粒径を調整することができる。
【００５９】
洗浄ユニット１７Ｂでは、放電電極として機能するシリンジノズル５３に対する対向電極としてステージ５２が用いられているが、洗浄ユニット１７Ａと同様に、シリンジノズル５３とウエハＷとの間に対向電極を設け、発生させたナノエアロゾルがウエハＷに向かって加速されるようにウエハＷを所定の電荷で帯電させるための機能をステージ５２に付与してもよい。
【００６０】
シリンジノズル５３に一定量のゾルを供給した場合には、ゾルの溶媒成分のみからなる微粒子と、固体微粒子と溶媒成分とからなる微粒子とを発生させて、シリンジノズル５３の先端からウエハＷの表面に向けて噴霧することができる。ゾルの溶媒成分のみからなる微粒子のみならず固体微粒子をウエハＷの表面に衝突させることにより、洗浄力を向上させることができる。
【００６１】
このとき、ヒータ５８により生成した微粒子を加熱して溶媒成分を蒸発させることにより、固体微粒子のみからなる微粒子を生成させることができる。こうして固体微粒子のみをウエハＷに衝突させてウエハＷを洗浄することも、高い洗浄力が得られ、好ましい。
【００６２】
なお、固体微粒子の粒径を上述の通りに１０ｎｍ以下として、ウエハＷに衝突する際の運動量を小さくすることにより、ウエハＷの表面の微細パターンを破壊することなく、微細パターンに付着したパーティクル等を除去することができる。
【００６３】
次に、洗浄ユニット１７Ａ，１７Ｂの変形例について説明する。洗浄ユニット１７Ａにおいて、放電電極４５を細線化した針状電極にすると共にこれを冷却しない構造へと変形させ、一方、洗浄ユニット１７Ｂにおいては、シリンジノズル５３へ洗浄液又はゾルを供給せず、シリンジノズル５３を細線化した針状電極へと変形させる。これらの変形例では、共に、針状電極を放電電極とし、放電電極と対向電極（洗浄ユニット１７Ａでは対向電極４６、洗浄ユニット１７Ｂではステージ５２）との間に一定の電圧を印加することにより、針状電極を構成する材料を微粒子化し、この固体微粒子をウエハＷへ衝突させることで、ウエハＷの表面を洗浄することができる。粒径が１０ｎｍ以下のものが主成分となるように固体微粒子を生成させるには、電極間に印加する電圧の大きさを針状電極の材料に応じて調整すればよい。
【００６４】
上記の通りに説明した固体微粒子による洗浄方法（洗浄ユニット１７Ｂでゾルを用いる場合を含む）を用いる場合に、ウエハＷから固体微粒子をウエハＷから除去する方法としては、例えば、ウエハＷの裏面側を冷却する一方でウエハＷのウエハＷの表面側を加熱することによって行うことができる。このとき、チャンバ４１，５１内を数十Ｔｏｒｒ程度に減圧すると、その効果を高めることができる。
【００６５】
また、上述の通りに説明した液体微粒子及び固体微粒子による洗浄を行う前に、又は、洗浄処理中に、ウエハＷの表面に軟Ｘ線を照射する処理を行うことが好ましい。これは、微細パターンの内部に付着しているパーティクル等の固体異物の主な付着力は静電気力であるため、この帯電を中和することによって、液体微粒子及び固体微粒子による固体異物の除去（剥離）を容易に行うことができるようになるからである。具体的には、微弱な軟Ｘ線を使って雰囲気中の分子を分解し、イオンを発生させる。軟Ｘ線が照射されている領域では、生成したイオンによって固体異物の除電を進行させることができる。このとき除電対象物の近傍でイオンを発生させることができるので、除電が可能である。なお、軟Ｘ線に代えて光照射式の除電器を用いることもでき、この場合にも、光照射だけで除電効果が得られるため、微細パターン内部の除電にも有効である。
【００６６】
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。
【００６７】
上記形態においては、ＲＩＥ処理を施す装置に洗浄ユニット１７Ａを接続することによって、基板処理システム１０を構成した。このように、洗浄ユニット１７Ａ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、洗浄ユニット１７Ａ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できる。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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】
【００７５】
１０，１０Ａ 基板処理システム
１２ ウエハ反転ユニット
１３ ローダーモジュール
１７Ａ，１７Ｂ 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 チャンバ
４２ 保持部材
４３ 放熱フィン
４４ 冷却機構
４５ 放電電極
４６ 対向電極
４７ 直流電源
５１ チャンバ
５２ ステージ
５３ シリンジノズル
５４ 洗浄液供給ライン
５５ 洗浄液供給源
５６ バルブ
５７ 直流電源
５８ ヒータ
８０ 水微粒子
９０ 洗浄液微粒子
Ｗ （半導体）ウエハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
代表長が０．１μｍ以下の溝又は穴を有する微細パターンが形成された基板を洗浄するための基板洗浄方法であって、
水分を含んだ空間において、所定位置に配置された対向電極を挟んで、鋭角状の先端部を有する冷却自在の放電電極の前記先端部に対して一定間隔で対面するように、前記基板を配置する基板配置ステップと、
前記放電電極を冷却して前記放電電極に結露を生じさせると共に、前記放電電極と前記対向電極との間に一定電圧を印加する洗浄ステップと、を有し、
前記洗浄ステップでは、前記放電電極の前記先端部で直径が１０ｎｍ以下の水微粒子を含有するエアロゾルを発生させ、前記エアロゾルを前記基板に噴霧することにより前記基板を洗浄することを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
前記対向電極として、各部位が前記放電電極の先端から均等な距離を保つように設置された円環状電極を用い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】
前記洗浄ステップにおいて、前記放電電極に負電圧を印加し、前記基板を正帯電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４】
代表長が０．１μｍ以下の溝又は穴を有する微細パターンが形成された基板を洗浄するための基板洗浄方法であって、
前記基板を、鋭角状の先端部を有する中空針状の放電電極の前記先端部に対して一定間隔で対面するように配置する基板配置ステップと、
前記放電電極へ洗浄液を供給すると共に、前記放電電極と前記基板との間に一定電圧を印加する洗浄ステップと、を有し、
前記洗浄ステップでは、前記先端部に直径が１０ｎｍ以下の前記洗浄液のエアロゾルを生成させ、前記エアロゾルを前記基板に噴霧して前記基板を洗浄することを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項５】
前記洗浄液として、直径１０ｎｍ以下の固体微粒子を含有するゾルを用いることを特徴とする請求項４記載の基板洗浄方法。
【請求項６】
前記エアロゾルが前記基板に到達するまでに前記エアロゾルから水分を蒸発させることにより、前記固体微粒子を前記基板に噴射することを特徴とする請求項４記載の基板洗浄方法。
【請求項７】
前記基板配置ステップの後であって前記洗浄ステップの前に、又は、前記洗浄ステップにおいて、処理雰囲気中のガス分子をイオン化させる軟Ｘ線又は光を前記基板に照射することを特徴とする請求項１又は４記載の基板洗浄方法。
【請求項１】
代表長が０．１μｍ以下の溝又は穴を有する微細パターンが形成された基板を洗浄するための基板洗浄方法であって、
水分を含んだ空間において、所定位置に配置された対向電極を挟んで、鋭角状の先端部を有する冷却自在の放電電極の前記先端部に対して一定間隔で対面するように、前記基板を配置する基板配置ステップと、
前記放電電極を冷却して前記放電電極に結露を生じさせると共に、前記放電電極と前記対向電極との間に一定電圧を印加する洗浄ステップと、を有し、
前記洗浄ステップでは、前記放電電極の前記先端部で直径が１０ｎｍ以下の水微粒子を含有するエアロゾルを発生させ、前記エアロゾルを前記基板に噴霧することにより前記基板を洗浄することを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
前記対向電極として、各部位が前記放電電極の先端から均等な距離を保つように設置された円環状電極を用い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】
前記洗浄ステップにおいて、前記放電電極に負電圧を印加し、前記基板を正帯電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４】
代表長が０．１μｍ以下の溝又は穴を有する微細パターンが形成された基板を洗浄するための基板洗浄方法であって、
前記基板を、鋭角状の先端部を有する中空針状の放電電極の前記先端部に対して一定間隔で対面するように配置する基板配置ステップと、
前記放電電極へ洗浄液を供給すると共に、前記放電電極と前記基板との間に一定電圧を印加する洗浄ステップと、を有し、
前記洗浄ステップでは、前記先端部に直径が１０ｎｍ以下の前記洗浄液のエアロゾルを生成させ、前記エアロゾルを前記基板に噴霧して前記基板を洗浄することを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項５】
前記洗浄液として、直径１０ｎｍ以下の固体微粒子を含有するゾルを用いることを特徴とする請求項４記載の基板洗浄方法。
【請求項６】
前記エアロゾルが前記基板に到達するまでに前記エアロゾルから水分を蒸発させることにより、前記固体微粒子を前記基板に噴射することを特徴とする請求項４記載の基板洗浄方法。
【請求項７】
前記基板配置ステップの後であって前記洗浄ステップの前に、又は、前記洗浄ステップにおいて、処理雰囲気中のガス分子をイオン化させる軟Ｘ線又は光を前記基板に照射することを特徴とする請求項１又は４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２０１０−２１２５８６（Ｐ２０１０−２１２５８６Ａ）
【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２００９−５９３３１（Ｐ２００９−５９３３１）
【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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