基板洗浄装置及び真空処理システム
【課題】基板の周縁部の不要部位を、基板の有効領域への悪影響を抑えた状態で良好に洗浄することができる技術を提供すること。
【解決手段】エッチング工程にて曝されて表面側ベベル部に針状突起群Ｔが生成され、また裏面側のベベル部に複合化合物Ｐが付着したウエハＷを真空室内の回転ステージに載置する。真空室内には、ウエハＷの上方側及び下方側にガスクラスターノズルが設けられ、これらノズルから洗浄処理に対応した洗浄ガスのクラスターＣをウエハＷの表面側及び裏面側のベベル部に照射し、ガスクラスターＣの衝突による物理的作用とガスと除去対象部位との化学的作用とにより、針状突起群Ｔ及び複合化合物Ｐを除去する。さらに、パージガスをガスクラスターＣの照射箇所に吐出することで、洗浄により生じた飛散物のウエハＷへの再付着を防止する。
【解決手段】エッチング工程にて曝されて表面側ベベル部に針状突起群Ｔが生成され、また裏面側のベベル部に複合化合物Ｐが付着したウエハＷを真空室内の回転ステージに載置する。真空室内には、ウエハＷの上方側及び下方側にガスクラスターノズルが設けられ、これらノズルから洗浄処理に対応した洗浄ガスのクラスターＣをウエハＷの表面側及び裏面側のベベル部に照射し、ガスクラスターＣの衝突による物理的作用とガスと除去対象部位との化学的作用とにより、針状突起群Ｔ及び複合化合物Ｐを除去する。さらに、パージガスをガスクラスターＣの照射箇所に吐出することで、洗浄により生じた飛散物のウエハＷへの再付着を防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の周縁部を洗浄する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、半導体ウエハ（以下、ウエハという。）の上に多層膜を積層してこの上にレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて単一のエッチング装置にて各膜に応じたエッチングガスにより前記多層膜にホールやトレンチを形成する工程が検討されている。この一連の工程においては、ウエハに多層膜が成膜された後、周縁部の膜が湿式洗浄装置により除去され、その後多層膜上にレジストパターンが形成される。このため、当該ウエハがエッチングされるときには、ウエハの周縁は基材であるシリコンが露出している。このため、ウエハの周縁部のシリコン部分が、エッチング工程に曝されて表面が削られ、針状の鋭角な突起群が密集した表面状態に変形する。また、ウエハの裏面側の周縁部にはプラズマが照射されないので、ウエハの表面にてプラズマと膜とが反応して生成された例えばポリマーなどの反応生成物が付着、堆積し、好ましくないパーティクルの発生要因となる。
【０００３】
ウエハの表面側の周縁部に形成されたシリコンの鋭角状の凹凸部分（針状突起群）は、プラズマクリーニングで除去しようとしても、クリーニングガスのプラズマは異方性があるので除去が困難であり、またブラシ洗浄を利用する場合には、突起群Ｔを擦り取ることができない。更にまた、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を用いる手法では、突起群を削り落とすことができるが、ウエハの表面を汚染する懸念がある。更にまた、ウエハの裏面側の周縁部に付着した付着物については、複数の材料により構成されているので、ドライクリーニング（プラズマクリーニング）を行おうとするとクリーニングガスを膜の材料に応じて変えていく必要があるが、ウエハの周縁部に限定して処理することが難しく、ウエハのデバイスエリアを損傷してしまうという問題がある。また、ウェット洗浄においても同様の問題があり、更に除去した付着物が再付着する問題がある。
【０００４】
一方、特許文献１には、ガスクラスターをイオン化させずに半導体基板に照射することにより、半導体基板やその表面に形成された薄膜層のエッチングや平坦化を行うことが記載されているが、ウエハの周縁部を洗浄することについては記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開２０１０／０２１２６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は基板の周縁部の不要部位を、基板の有効領域への悪影響を抑えた状態で良好に洗浄することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の基板洗浄装置は、
排気口を有する処理室内に設けられ、基板を保持するための保持部と、
前記保持部に保持された基板の周縁部の不要部位を除去するために、ガスクラスターを当該周縁部に照射するためのノズル部と、
前記ガスクラスターの照射時に前記保持部と前記ノズル部とを相対的に移動させるための移動機構と、を備え、
前記ノズル部は、前記処理室内の圧力よりも高い圧力の洗浄ガスを吐出することにより断熱膨張させて洗浄ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成するものであることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の真空処理システムは、
真空雰囲気下で基板を搬送する真空搬送室と、
この真空搬送室に仕切りバルブを介して接続され、基板の表面に形成された薄膜をドライエッチングするかまたは基板に薄膜を成膜するための真空処理モジュールと、
前記真空搬送室に仕切りバルブを介して接続され、前記真空処理モジュールにて真空処理された基板の周縁部を洗浄するための、上述した基板洗浄装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、基板の周縁部における不要部位を除去するにあたり、基板をノズル部に対して相対的に移動または回転させながら、ノズル部内よりも圧力の低い処理雰囲気中にノズル部から洗浄ガスを吐出することにより形成される洗浄ガスのクラスター（原子あるいは分子の集合体）を前記不要部位に供給するようにしている。ガスクラスターは局所的に照射することができることから、除去対象としている不要部位の洗浄を行っても、基板のデバイス領域などの有効領域には影響を与えずに済み、基板の汚染を抑えた状態で基板の周縁部を良好に洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る真空処理システムの全体を示す平面図である。
【図２】前記実施形態に用いられる基板洗浄装置の概要を示す縦断側面図である。
【図３】前記基板洗浄装置の概要を示す平面図である。
【図４】前記基板洗浄装置に設けられるクラスターノズルを示す縦断側面図である。
【図５】前記クラスターノズルの概要を示す縦断側面図である。
【図６】前記クラスターノズルのガス供給系の概要を説明する配管図である。
【図７】前記実施形態におけるウエハ上に形成された多層膜のエッチングの概要を示す縦断側面図である。
【図８】本実施形態における第１のクラスターノズルによるウエハの周縁部における針状突起群の平坦化を説明する作用図である。
【図９】本実施形態における第２のクラスターノズルによる付着物の除去を説明する作用図である。
【図１０】本実施形態の変形例における前記基板洗浄装置の概要を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施例における針状突起群が表面に形成されたウエハに対するガスクラスター照射前及び照射後のウエハの表面のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施形態である基板洗浄装置４を有する真空処理システムを示す図である。この真空処理システムは、平面形状が長方形である大気搬送室１を備えている。大気搬送室１における一方の長辺側には、半導体（シリコン）ウエハＷを搬入出するための搬入出ポートが設けられている。搬入出ポートは、複数のウエハＷを収納した、搬送容器であるＦＯＵＰが載置される複数の搬入出ステージ１３と、各搬入出ステージ１３に設けられたドア１４と、を備えている。
【００１２】
また大気搬送室１における搬入出ステージ１３とは反対側には、左右に配置された２つのロードロック室１５（予備真空室）を介して例えば平面形状６角形の真空搬送室２が接続されている。大気搬送室１における短辺側には、ウエハＷの位置合わせを行うためのオリエンタを備えたアライメントモジュール１６が接続されている。大気搬送室１内にはウエハＷを搬入出ステージ１３、ロードロック室１５及びアライメントモジュール１６の間で受け渡すための搬送機構１２が備えられている。
【００１３】
真空搬送室２は、図示しない真空ポンプにより室内が真空雰囲気に保たれており、エッチング装置３の処理雰囲気を構成する第１の真空室３１及び基板洗浄装置４の処理雰囲気を構成する第２の真空室４１が接続されている。また、この真空搬送室２には、ロードロック室１５、アライメントモジュール１６、エッチング装置３及び基板洗浄装置４の間でウエハＷを受け渡すための搬送機構２２を備えている。なお、図１中のＧ１〜Ｇ３は、仕切りバルブをなすゲートバルブである。
【００１４】
また、この真空処理システムは、制御部９を備え、この制御部９の記憶部に記憶されたプログラム及び処理レシピを含むソフトウエアにより、ウエハＷの搬送、各ゲートバルブＧ１〜Ｇ３及びドア１４の開閉そして各真空室３１、４１における処理及び真空度の調整を行っている。
【００１５】
エッチング装置３としては、容量結合型プラズマ方式や誘電コイルプラズマ方式などの周知の装置を用いることができ、容量結合型プラズマ方式の場合、真空室３１内に上部電極、下部電極を対向させ、両電極間に高周波を印加して処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマ中のイオンを、下部電極に印加したバイアスにより下部電極上のウエハＷに引き込んでウエハＷの表面をエッチングするように構成される。
【００１６】
基板洗浄装置４の第２の真空室４１は、図２に示すように、ウエハＷを水平姿勢で吸着保持するための静電チャック４２を備えている。この静電チャック４２は、回転軸４３を介して第２の真空室４１の底部に固定された移動機構である回転機構４４に支持されており、吸着保持したウエハＷを鉛直軸回りに回転させることができる。
【００１７】
第２の真空室４１の底部の側壁付近には、図３に示すように、水平（図３中Ｘ方向）に伸びるガイド５１が設けられると共に、このガイド５１にガイドされながら図示しないボールネジ機構により駆動されて移動する移動体５２が設けられている。この移動体５２の上部には、図４に示すように、鉛直上方（図中Ｚ方向）に伸び、更にその先で直角に曲がりガイドの延伸方向と直交するように水平（図中Ｙ方向）に伸びる支持部材５３が設けられている。この支持部材５３の先端部には、角度調整機構５４を介して、第１のクラスターノズル５が静電チャック４２に吸着保持されるウエハＷの上方に位置するように設けられている。この角度調整機構５４は、Ｙ方向に伸びる回転軸５４ａを有するモータを含む駆動機構により構成され、第１のクラスターノズル５はこの回転軸５４ａに設けられているため、角度調整機構５４によりガスクラスターの照射角度の調整が可能である。
【００１８】
この第１のクラスターノズル５は、図５に示すように、円筒状の圧力室５０を備えており、この第１のクラスターノズル５の基端側に、各々配管からなる第１のガス流路５５ａ及び第２のガス流路５５ｂが接続されている。第１のガス流路５５ａの基端側には、三フッ化塩素（ＣｌＦ３）ガス供給源５６が接続され、例えばマスフローメータからなる流量調整部５９ａ及びバルブが介設されている。また、第２のガス流路５５ｂの基端側には、アルゴン（Ａｒ）ガス供給源５７が接続され、例えばマスフローメータからなる流量調整部５９ｂ及びバルブが介設されている。更に、図示していないが、圧力室５０内の圧力を検出する圧力計が設けられ、流量調節部５９ａ、５９ｂ及び圧力計によって、圧力室５０内の圧力と、ＣｌＦ３ガス及びＡｒガスの流量比と、を調整できるようになっている。
【００１９】
ＣｌＦ３ガスは、第１のクラスターノズル５から照射されるガスクラスターＣの主成分を成すものであり、ウエハＷの周縁部におけるシリコンの針状突起群Ｔを物理的及び化学的に削り平坦化することができる。また、不活性ガスであるＡｒガスは、第１のクラスターノズル５の供給領域側（圧力室５０内）の圧力を高めることでガスクラスターＣの吐出速度を増加させ、その指向性や局所加工性をよりよくするための昇圧用ガスとして用いている。また第１のクラスターノズル５の供給領域側の圧力が高くなることにより、第２の真空室４１内の圧力も前記供給領域に対応して高くすることができ、装置に要求される真空性能が緩和されるなど有利である。なお、図２では、第１のガス流路５５ａ及び第２のガス流路５５ｂを合わせて配管５５と記載し、ＣｌＦ３ガス供給源５６、Ａｒガス供給源５７、そしてそれらに接続されている流量調整部５９ａ、５９ｂ、バルブ及び圧力計を合わせて洗浄ガス供給系８と記載している。この洗浄ガス供給系８には、後述する第２のクラスターノズル６で使用する洗浄ガスの供給系も含まれる。
【００２０】
また、第１のクラスターノズル５の先端側は、図５に示すように、ラッパ状に広がっている。そして、この拡開部の根元部位に相当する第１のクラスターノズル５の吐出口はオリフィス形状となっており、ウエハＷの表面からの高さ位置及びガスクラスターＣを照射するウエハＷの周縁までの水平距離は夫々、例えば１０ｍｍ及び１０ｍｍに設定されている。後述のように、この第１のクラスターノズル５から吐出されたガスは、急激な減圧に晒されることで断熱膨張し、処理ガスの原子や分子Ｇがファンデルワールス力により結合して集合体（ガスクラスター）ＣとなりウエハＷの周縁部に形成された針状突起群Ｔに照射される。
【００２１】
一方、第２の真空室４１内におけるウエハＷの下方位置には、ウエハＷの周縁部に向けてガスクラスターを照射できるように、第２のクラスターノズル６が設けられている。この第２のクラスターノズル６用のガイド６１は、図３に示すように、静電チャック４２を挟んでガイド５１と対向するように、そして平行に設けられている。そして、このガイド６１にガイドされながら図示しないボールネジ機構により駆動されて移動する移動体６２が設けられている。この移動体６２の上部には、鉛直上方（図２中Ｚ方向）に伸び、更にその先で直角に曲がりガイドの延伸方向と直交するように水平（図３中Ｙ方向）に伸びる支持部材６３が設けられている。この支持部材６３の先端部には、角度調整機構６４を介して、第２のクラスターノズル６が静電チャック４２に吸着保持されるウエハＷの下方に位置するように設けられている。この角度調整機構６４は、Ｙ方向に伸びる回転軸６４ａを有するモータを含む駆動機構であり、第２のクラスターノズル６はこの回転軸６４ａに設けられているため、角度調整機構６４によりガスクラスターＣの照射角度の調整が可能である。
【００２２】
第２のクラスターノズル６の構造は、第１のクラスターノズル５と同様である。但し、第２のクラスターノズル６では、洗浄ガスとしてオゾン（Ｏ３）ガス、フッ化水素（ＨＦ）ガス、そしてＣｌＦ３ガスの３種類の洗浄ガスを使用する。そのため、第２のクラスターノズル６に接続している配管の基端側は、図６に示すように、各洗浄ガスの供給系８２、８３、８４に夫々分岐して接続されており、これら各洗浄ガスのガス供給系８２、８３、８４のうち使用する洗浄ガス供給系はバルブにより切り替えて使い分けられ、Ａｒガスと混合して照射される。図中８１は、Ａｒガス供給系である。
【００２３】
また、第２の真空室４１内、図２及び図３に示すように、ウエハＷの上方側にはパージガスノズル７が設けられており、このノズル７は例えばＡｒガスなどのパージガスの気流をガスクラスターＣの照射箇所においてウエハＷの中心部から外周部に向けて形成するように構成されている。このパージガスノズル７は、支持部材７３及び移動体７２を介してガイド７１に沿って図３中Ｘ方向に水平移動可能となっており、静電チャック４２に吸着保持されたウエハＷの表面に対して一定の角度をつけてパージガスを吹き出すように構成されている。なお、パージガスノズル７にも、角度調整機構を設けてもよい。このパージガスノズル７は、配管を介して、第２の真空室４１の外に設けられたパージガス供給系８０に接続されている。このパージガス供給系８０は、パージガス供給源、流量調整部及びバルブよりなる。
【００２４】
第２の真空室４１の底部の排気ポート４５には、排気管４９が接続され、この排気管４９には圧力調整部４６を介して真空ポンプ４７が設けられ、第２の真空室４１内の圧力調整が可能となっている。
【００２５】
続いて、上述実施形態の作用について説明する。先ずウエハＷが収納された例えばＦＯＵＰからなる搬送容器が搬入出ステージ１３に載置され、搬送容器の蓋体と一緒にドア１４が開かれる。次いで搬送容器内のウエハＷが大気搬送室１内の搬送機構１２によりアライメントモジュール１６に搬送され、ここでウエハＷの向きが予め設定した向きに調整される。その後、ウエハＷは、搬送機構１２、ロードロック室１５、真空搬送室２内の搬送機構２２を介してエッチング装置３の真空室３１内に搬入される。
【００２６】
ウエハＷの表面には、図７（ａ）に示すように、多層膜が積層され、更にその上にレジストマスク１００が形成され、ウエハＷの周縁部はレジスト及び多層膜が除去されていてウエハＷの基材であるシリコンが露出している。多層膜は、下側から例えばシリコン酸化膜層１０１、ポリシリコン層１０２、例えばチタンやタングステン等の金属層１０３そして有機膜１０４がこの順に積層されて構成されている。なお、この多層膜の例は、発明の理解を容易にするためのモデルとして挙げた一例に過ぎない。エッチング装置３では、前記多層膜を、膜種に応じて処理ガスや圧力などの処理条件を切り替えながらプラズマにより順次エッチングして、レジストマスク１００のパターンに応じた凹部が形成される。図７（ｂ）は、エッチング終了後のウエハＷを示す模式図である。同図に示すように、ウエハＷの周縁部における表面側のベベル部には不要部位をなす針状の突起群Ｔが形成され、裏面側のベベル部にはエッチング時に生成された反応生成物などからなる不要部位である付着物Ｐが付着している。この付着物Ｐは、多層膜の各膜に応じた反応生成物の積層体であり、この例では、ウエハＷの板面側から有機系、金属系、シリコン系そしてフッ化炭素系（ＣＦ系）の順に各反応生成物などが積層されている。
【００２７】
次いで、このウエハＷは、基板洗浄装置４の第２の真空室４１内に搬入され、静電チャック４２に吸着保持され、回転機構により回転する。そして、第２の真空室４１内を圧力調整部４６により例えば１Ｐａ〜１００Ｐａの真空雰囲気に維持し、ガス流路５５ａ、５５ｂから夫々ＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスを例えば流量調整部５９ａ、５９ｂにより０．３ＭＰａ〜２．０ＭＰａの圧力で、第１のクラスターノズル５に供給する。このときのＣｌＦ３ ガスの濃度は、流量調整部５９ａ、５９ｂにより、例えば数体積％に設定される。上述のような高圧状態で第１のクラスターノズル５内に供給されたＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスは、当該第１のクラスターノズル５内から第２の真空室４１の真空雰囲気内に一気に放出されるため断熱膨張してガスの温度が凝縮温度以下になり、この例ではＡｒ原子及びＣｌＦ３分子がファンデルワールス力により結合して、原子及び分子Ｇの集合体であるガスクラスターＣを形成する。
【００２８】
このガスクラスターＣは、第１のクラスターノズル５から当該第１のクラスターノズル５の軸方向に直進して放出され（図８（ａ））、ウエハＷの周縁部に形成された針状突起群Ｔに向かってベベル部の面に対して斜めの方向から衝突する。すると、ガスクラスターＣは個別のガス分子及び原子Ｇに分解し、この解離したガス分子及び原子Ｇは、ガスクラスターの照射角度よりも更に表面に対して平行に近い角度で弾き飛ばされる（図８（ｂ）及び（ｃ））。そして、このガス分子及び原子Ｇが表面に形成されている針状突起群Ｔの突起と衝突してシリコンと反応し、こうして物理的衝撃と化学反応との両作用により、針状突起群Ｔの突起の先端が削られ、ウエハＷの周縁部のベベル部の表面側が平滑化される（図８（ｄ））。このとき、ウエハＷの表面部からはシリコン微粒子が飛散するが、パージガスノズル７より吹き出されているパージガスによりウエハＷの外周方向に吹き出され、ウエハＷに衝突して分解したガスの原子や分子と共に排気管４９から排気される。図８は、ガスクラスターＣによりウエハＷの周縁部に形成された針状突起群Ｔが平坦化される様子を示すイメージ図である。このように、ガスクラスターＣを照射することにより針状突起群Ｔが平坦化されることは、後述の実験において確認している。
【００２９】
その一方で、第２のクラスターノズル６による付着物Ｐの除去も、上述の針状突起群Ｔの平坦化と同時に行われる。この第２のクラスターノズル６における、第２の真空室４１の気圧、第２のクラスターノズル６内の圧力及び洗浄ガスの体積濃度などのガスクラスターの照射条件は、これから述べるいずれのガス種においても前述の第１のクラスターノズル５の条件と同じである。まず、図９（ａ）に示すように、フッ化炭素系付着物（ＣＦ系付着物）Ｐ４の除去を行う。例えばＯ３ガスが、流量調整部により所定の流量に調整され第２のクラスターノズル６に導入される。一方、不活性ガス例えばＡｒガスも流量調整部により流量調整された上で第２のクラスターノズル６に導入される。Ｏ３ガスは、第２のクラスターノズル６内にてＡｒガスと混合し、希釈される。そして、第２のクラスターノズル６からＯ３ガスのクラスターＣを、ウエハＷの裏面の周縁部に付着した付着物Ｐに照射し、衝突させる。このとき、Ｏ３ガスは、付着物Ｐの中のＣＦ系付着物Ｐ４と化学反応すると共に物理的衝撃による作用も相まって、ＣＦ系付着物Ｐ４をウエハＷから遊離させる。この遊離した反応生成物は、パージガス及び真空ポンプ４７の吸引に導かれて排気ポート４５を介して第２の真空室４１の外に排出される。このようにして、ＣＦ系付着物Ｐ４はウエハＷの周縁部から除去される。
【００３０】
次に、図９（ｂ）に示すように、シリコン系付着物Ｐ３の除去を行う。まず、洗浄ガス供給系を切り替えて、シリコン系付着物に対応する洗浄ガスである例えばフッ化水素（ＨＦ）ガスを、流量調整部により所定の流量に調整して第２のクラスターノズル６に導入する。一方、不活性ガス例えばＡｒガスも流量調整部により流量調整された上で第２のクラスターノズル６に導入する。以下、前述のＣＦ系付着物Ｐ４の除去の場合と同様に、ＨＦガスのクラスターＣを付着物Ｐに照射することにより、物理的及び化学的な作用によりシリコン系付着物Ｐ３が除去される。
【００３１】
今度は、図９（ｃ）に示すように、前述のＣＦ系付着物Ｐ４及びシリコン系付着物Ｐ３の除去と同じように、金属系付着物に対応する洗浄ガスである例えばＣｌＦ３ガスのガスクラスターＣを付着物Ｐに照射することにより、金属系付着物Ｐ２が除去される。
最後に、図９（ｄ）に示すように、有機系付着物に対応する洗浄ガスである例えばＯ３ガスのクラスターＣを付着物Ｐに照射して、有機系付着物Ｐ１を除去する。このようにして、ウエハＷの裏面側の周縁部に付着した付着物Ｐの除去が完了する。
【００３２】
本実施形態では、ＣＦ系付着物Ｐ４及び有機系付着物Ｐ１に対する洗浄ガスとしてＯ３ガスを使用したが、それ以外に例えばアルコール類のガス、フッ化炭素系ガス（ＣＦ系ガス）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスなどの有機系付着物と化学反応を起こし除去できるものであればよい。また同様に、シリコン系付着物Ｐ３に対する洗浄ガスとしては、ＨＦガス以外に例えばＦ２ガスなどでもよいし、金属系付着物Ｐ２に対する洗浄ガスとしては、ＣｌＦ３ガス以外に例えばＨＦガス、Ｆ２ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、塩素（Ｃｌ２）ガスなどでもよい。
【００３３】
ガスクラスターＣによりウエハＷのベベル部を洗浄する工程中において、ウエハＷの温度は、例えば常温で行うことができ、特に温度については限定されるものではないが、プロセス制御性の理由から例えば０℃から１００℃であることが好ましい。
こうしてウエハＷの周縁部の洗浄終了後、ゲートバルブＧ３が開かれ、当該真空搬送室２の搬送機構２２により第２の真空室４１から搬出される。
【００３４】
上述実施の形態によれば、ウエハＷの表面の周縁部における針状突起群Ｔの平坦化及びウエハＷの裏面の周縁部に付着した複合膜からなる付着物Ｐの除去を行うにあたり、真空雰囲気中でウエハＷを回転させながら、夫々の洗浄処理に対応した洗浄ガスのクラスターＣをウエハＷの周縁部に照射するようにしている。このため、ガスクラスターＣのスパッタ効果による物理的な作用と反応性ガスによる化学的な作用の相乗効果により、後述の実施例にて裏付けられるように、シリコンの針状突起群Ｔを削って平坦化し、複合膜である付着物Ｐを除去することができる。
【００３５】
このとき、パージガスを照射箇所にウエハＷの外周方向に向けて吐出することで、洗浄により生じた飛散物のウエハＷへの再付着をより一層抑えることができる。また、ガスクラスターＣは、局所的に照射することができることから、不要部位（除去対象部位）だけの洗浄処理を実施しても、ウエハＷのデバイス領域などの有効領域には影響を与えないことから、ウエハＷの汚染を抑えた状態でウエハＷの周縁部を良好に洗浄することができる。仮に、プラズマを局所的に照射しようとすると、プラズマ供給ノズル自体が損傷し汚染源となってしまう虞があるが、ガスクラスターＣではその心配がなく、また装置構造が簡便で安価である。
【００３６】
上述の実施形態では、第１及び第２のクラスターノズル５、６には角度調整機構５４、６４が組み合わせられているため、これを利用して、ガスクラスターＣを吐出する時間帯を複数に分割し、例えば初めの第１の時間帯では第１の角度でガスクラスターＣを吐出し、次の第２の時間帯では第２の角度で吐出するといった具合に、段階的に角度を切り替えるようにしてもよい。あるいは、クラスターノズル５、６が洗浄工程中に言わば首振り動作を繰り返すように、第１の角度と第２の角度との間で連続的に角度を変えるようにしてもよい。
【００３７】
更にまた、第１、第２のクラスターノズル５、６は、Ｘ方向に移動できることから、前記第１の時間帯と第２の時間帯とでウエハＷの径方向における照射位置を変えるようにしてもよいし、連続的にクラスターノズル５、６の前記径方向位置を変えるようにしてもよく、例えばクラスターノズル５、６を第１の位置と第２の位置との間で往復移動させてもよい。そしてまた、既述のようなクラスターノズル５、６の角度の変更と、ウエハＷの径方向位置の変更とを組み合わせて行うようにしてもよい。
【００３８】
上述の実施形態では、第２のクラスターノズル６を１個設けて、ガス種の切り替えを行っているが、本発明は、図１０に示すように、例えばガス種毎に複数の第２のクラスターノズル６ａ、６ｂが設けられていてもよい。図１０では、図面が繁雑にならないように、第１のクラスターノズル５及びパージガスノズル７とそれらの支持部材５３、７３等については省略し、それらのガイド５１、７１のみ示している。
【００３９】
また、上述の実施形態では、ウエハＷの周縁部に付着した付着物Ｐの構成成分を全て除去したが、付着物Ｐの除去については、次工程で必要とされる状態であれば良く、場合によっては全ての成分を除去せず一部の成分のみの除去にとどめてもよい。
上述の実施形態では、付着物Ｐにおける複数の構成成分に対応する各洗浄ガスを同一のクラスターノズルから順次照射したが、各洗浄ガス専用の複数のクラスターノズルにより各ガス種のガスクラスターＣを同時に同一箇所に照射してもよい。
【００４０】
また、上述の実施形態では、針状突起群Ｔ及び付着物Ｐの両方をガスクラスターにより洗浄処理したが、針状突起群Ｔのみガスクラスターを適用し、付着物Ｐについては例えばウェット洗浄などの他の方法により別途除去してもよい。
上述の実施形態では、ウエハＷの周縁部の針状突起群Ｔ及び付着物Ｐの洗浄処理に対して本発明を適用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＣＶＤ処理によりウエハ上に形成された薄膜に対してそのうちのウエハ周縁部の薄膜のみ除去する場合などについて適用してもよい。
【００４１】
上述の実施形態では、真空雰囲気中においてガスクラスタ−により洗浄処理をしたが、当該洗浄処理雰囲気はクラスターノズル内の圧力に比べて低い雰囲気であればよく、常圧雰囲気であってもよい。
【００４２】
被処理基板としてはウエハＷのように円形基板に限られるものではなく、例えばフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）基板などの角形の基板でもよい。この場合、クラスターノズル５、６を基板の周縁に沿ってその一辺の一端から他端へと基板に対して相対的に移動させながら処理を行うといった手法を採用することができる。
【実施例】
【００４３】
ここからは、本発明によるシリコンの針状突起群の平坦化及び裏面側の付着物の除去に関する効果を確認した実験例について述べる。
（シリコンの針状突起群の平坦化）
予めプラズマにより表面に針状突起群を形成したシリコンピースを用意した。処理ガスとしてＣｌＦ３ ガス及びＡｒガス（ＣｌＦ３ 濃度で６体積％。）を用い、ガスクラスターノズル内の圧力を０．８ＭＰａ、真空室の雰囲気を１０Ｐａとし、シリコンピースに対するガスクラスターの照射角度を４５°に設定して、シリコンピースの表面部にガスクラスターを照射した。図１１は、ガスクラスターの照射前及び照射後に、ＳＥＭによりこのシリコンピースの表面を観察した観察結果である。この実験の結果、ガスクラスターの照射によりシリコンの針状突起群の先端が削られ平坦化されていることが確認された。
【００４４】
（付着物の除去）
金属系付着物、シリコン系付着物及び有機系付着物を想定して、夫々タングステン膜、ＳｉＯ２膜及び有機膜を想定してレジスト膜を形成した基板に対して、ガスクラスターを垂直に照射して、その照射痕の有無等を目視により確認し本発明の適用の可否を判断した。使用ガスは、タングステン膜に対しては、Ａｒガスにより希釈した６体積％ＣｌＦ３ガスを照射し、ＳｉＯ２膜及びレジスト膜に対しては、Ａｒガスにより希釈した５体積％ＨＦガス及び５体積％Ｏ３ガスを夫々照射した。なお、レジスト膜への照射については、基板温度を９０℃に加熱した場合と室温の場合について実験を行った。タングステン膜及びＳｉＯ２膜については、照射痕が確認できたため、本発明によりエッチング可能であることが確認された。レジスト膜については、基板温度が室温の場合には照射痕が見られなかったが、基板温度が９０℃の場合には本発明によりエッチング可能であることを確認した。
【符号の説明】
【００４５】
Ｃ ガスクラスター
Ｇ ガスの分子及び原子
Ｐ ウエハ周縁部の裏面に付着した付着物
Ｔ ウエハ周縁部に形成されたシリコンの針状突起群
Ｗ ウエハ
１ 大気搬送室
２ 真空搬送室
２２ 真空搬送室内の搬送機構
３ エッチング装置
３１ 第１の真空室
４ 基板洗浄装置
４１ 第２の真空室
４２ 静電チャック
４５ 排気ポート
５ 第１のクラスターノズル
５４ 第１のクラスターノズルの角度調整機構
６ 第２のクラスターノズル
６４ 第２のクラスターノズルの角度調整機構
７ パージガスノズル
８ 洗浄ガス供給系
９ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の周縁部を洗浄する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、半導体ウエハ（以下、ウエハという。）の上に多層膜を積層してこの上にレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて単一のエッチング装置にて各膜に応じたエッチングガスにより前記多層膜にホールやトレンチを形成する工程が検討されている。この一連の工程においては、ウエハに多層膜が成膜された後、周縁部の膜が湿式洗浄装置により除去され、その後多層膜上にレジストパターンが形成される。このため、当該ウエハがエッチングされるときには、ウエハの周縁は基材であるシリコンが露出している。このため、ウエハの周縁部のシリコン部分が、エッチング工程に曝されて表面が削られ、針状の鋭角な突起群が密集した表面状態に変形する。また、ウエハの裏面側の周縁部にはプラズマが照射されないので、ウエハの表面にてプラズマと膜とが反応して生成された例えばポリマーなどの反応生成物が付着、堆積し、好ましくないパーティクルの発生要因となる。
【０００３】
ウエハの表面側の周縁部に形成されたシリコンの鋭角状の凹凸部分（針状突起群）は、プラズマクリーニングで除去しようとしても、クリーニングガスのプラズマは異方性があるので除去が困難であり、またブラシ洗浄を利用する場合には、突起群Ｔを擦り取ることができない。更にまた、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を用いる手法では、突起群を削り落とすことができるが、ウエハの表面を汚染する懸念がある。更にまた、ウエハの裏面側の周縁部に付着した付着物については、複数の材料により構成されているので、ドライクリーニング（プラズマクリーニング）を行おうとするとクリーニングガスを膜の材料に応じて変えていく必要があるが、ウエハの周縁部に限定して処理することが難しく、ウエハのデバイスエリアを損傷してしまうという問題がある。また、ウェット洗浄においても同様の問題があり、更に除去した付着物が再付着する問題がある。
【０００４】
一方、特許文献１には、ガスクラスターをイオン化させずに半導体基板に照射することにより、半導体基板やその表面に形成された薄膜層のエッチングや平坦化を行うことが記載されているが、ウエハの周縁部を洗浄することについては記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開２０１０／０２１２６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は基板の周縁部の不要部位を、基板の有効領域への悪影響を抑えた状態で良好に洗浄することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の基板洗浄装置は、
排気口を有する処理室内に設けられ、基板を保持するための保持部と、
前記保持部に保持された基板の周縁部の不要部位を除去するために、ガスクラスターを当該周縁部に照射するためのノズル部と、
前記ガスクラスターの照射時に前記保持部と前記ノズル部とを相対的に移動させるための移動機構と、を備え、
前記ノズル部は、前記処理室内の圧力よりも高い圧力の洗浄ガスを吐出することにより断熱膨張させて洗浄ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成するものであることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の真空処理システムは、
真空雰囲気下で基板を搬送する真空搬送室と、
この真空搬送室に仕切りバルブを介して接続され、基板の表面に形成された薄膜をドライエッチングするかまたは基板に薄膜を成膜するための真空処理モジュールと、
前記真空搬送室に仕切りバルブを介して接続され、前記真空処理モジュールにて真空処理された基板の周縁部を洗浄するための、上述した基板洗浄装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、基板の周縁部における不要部位を除去するにあたり、基板をノズル部に対して相対的に移動または回転させながら、ノズル部内よりも圧力の低い処理雰囲気中にノズル部から洗浄ガスを吐出することにより形成される洗浄ガスのクラスター（原子あるいは分子の集合体）を前記不要部位に供給するようにしている。ガスクラスターは局所的に照射することができることから、除去対象としている不要部位の洗浄を行っても、基板のデバイス領域などの有効領域には影響を与えずに済み、基板の汚染を抑えた状態で基板の周縁部を良好に洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る真空処理システムの全体を示す平面図である。
【図２】前記実施形態に用いられる基板洗浄装置の概要を示す縦断側面図である。
【図３】前記基板洗浄装置の概要を示す平面図である。
【図４】前記基板洗浄装置に設けられるクラスターノズルを示す縦断側面図である。
【図５】前記クラスターノズルの概要を示す縦断側面図である。
【図６】前記クラスターノズルのガス供給系の概要を説明する配管図である。
【図７】前記実施形態におけるウエハ上に形成された多層膜のエッチングの概要を示す縦断側面図である。
【図８】本実施形態における第１のクラスターノズルによるウエハの周縁部における針状突起群の平坦化を説明する作用図である。
【図９】本実施形態における第２のクラスターノズルによる付着物の除去を説明する作用図である。
【図１０】本実施形態の変形例における前記基板洗浄装置の概要を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施例における針状突起群が表面に形成されたウエハに対するガスクラスター照射前及び照射後のウエハの表面のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施形態である基板洗浄装置４を有する真空処理システムを示す図である。この真空処理システムは、平面形状が長方形である大気搬送室１を備えている。大気搬送室１における一方の長辺側には、半導体（シリコン）ウエハＷを搬入出するための搬入出ポートが設けられている。搬入出ポートは、複数のウエハＷを収納した、搬送容器であるＦＯＵＰが載置される複数の搬入出ステージ１３と、各搬入出ステージ１３に設けられたドア１４と、を備えている。
【００１２】
また大気搬送室１における搬入出ステージ１３とは反対側には、左右に配置された２つのロードロック室１５（予備真空室）を介して例えば平面形状６角形の真空搬送室２が接続されている。大気搬送室１における短辺側には、ウエハＷの位置合わせを行うためのオリエンタを備えたアライメントモジュール１６が接続されている。大気搬送室１内にはウエハＷを搬入出ステージ１３、ロードロック室１５及びアライメントモジュール１６の間で受け渡すための搬送機構１２が備えられている。
【００１３】
真空搬送室２は、図示しない真空ポンプにより室内が真空雰囲気に保たれており、エッチング装置３の処理雰囲気を構成する第１の真空室３１及び基板洗浄装置４の処理雰囲気を構成する第２の真空室４１が接続されている。また、この真空搬送室２には、ロードロック室１５、アライメントモジュール１６、エッチング装置３及び基板洗浄装置４の間でウエハＷを受け渡すための搬送機構２２を備えている。なお、図１中のＧ１〜Ｇ３は、仕切りバルブをなすゲートバルブである。
【００１４】
また、この真空処理システムは、制御部９を備え、この制御部９の記憶部に記憶されたプログラム及び処理レシピを含むソフトウエアにより、ウエハＷの搬送、各ゲートバルブＧ１〜Ｇ３及びドア１４の開閉そして各真空室３１、４１における処理及び真空度の調整を行っている。
【００１５】
エッチング装置３としては、容量結合型プラズマ方式や誘電コイルプラズマ方式などの周知の装置を用いることができ、容量結合型プラズマ方式の場合、真空室３１内に上部電極、下部電極を対向させ、両電極間に高周波を印加して処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマ中のイオンを、下部電極に印加したバイアスにより下部電極上のウエハＷに引き込んでウエハＷの表面をエッチングするように構成される。
【００１６】
基板洗浄装置４の第２の真空室４１は、図２に示すように、ウエハＷを水平姿勢で吸着保持するための静電チャック４２を備えている。この静電チャック４２は、回転軸４３を介して第２の真空室４１の底部に固定された移動機構である回転機構４４に支持されており、吸着保持したウエハＷを鉛直軸回りに回転させることができる。
【００１７】
第２の真空室４１の底部の側壁付近には、図３に示すように、水平（図３中Ｘ方向）に伸びるガイド５１が設けられると共に、このガイド５１にガイドされながら図示しないボールネジ機構により駆動されて移動する移動体５２が設けられている。この移動体５２の上部には、図４に示すように、鉛直上方（図中Ｚ方向）に伸び、更にその先で直角に曲がりガイドの延伸方向と直交するように水平（図中Ｙ方向）に伸びる支持部材５３が設けられている。この支持部材５３の先端部には、角度調整機構５４を介して、第１のクラスターノズル５が静電チャック４２に吸着保持されるウエハＷの上方に位置するように設けられている。この角度調整機構５４は、Ｙ方向に伸びる回転軸５４ａを有するモータを含む駆動機構により構成され、第１のクラスターノズル５はこの回転軸５４ａに設けられているため、角度調整機構５４によりガスクラスターの照射角度の調整が可能である。
【００１８】
この第１のクラスターノズル５は、図５に示すように、円筒状の圧力室５０を備えており、この第１のクラスターノズル５の基端側に、各々配管からなる第１のガス流路５５ａ及び第２のガス流路５５ｂが接続されている。第１のガス流路５５ａの基端側には、三フッ化塩素（ＣｌＦ３）ガス供給源５６が接続され、例えばマスフローメータからなる流量調整部５９ａ及びバルブが介設されている。また、第２のガス流路５５ｂの基端側には、アルゴン（Ａｒ）ガス供給源５７が接続され、例えばマスフローメータからなる流量調整部５９ｂ及びバルブが介設されている。更に、図示していないが、圧力室５０内の圧力を検出する圧力計が設けられ、流量調節部５９ａ、５９ｂ及び圧力計によって、圧力室５０内の圧力と、ＣｌＦ３ガス及びＡｒガスの流量比と、を調整できるようになっている。
【００１９】
ＣｌＦ３ガスは、第１のクラスターノズル５から照射されるガスクラスターＣの主成分を成すものであり、ウエハＷの周縁部におけるシリコンの針状突起群Ｔを物理的及び化学的に削り平坦化することができる。また、不活性ガスであるＡｒガスは、第１のクラスターノズル５の供給領域側（圧力室５０内）の圧力を高めることでガスクラスターＣの吐出速度を増加させ、その指向性や局所加工性をよりよくするための昇圧用ガスとして用いている。また第１のクラスターノズル５の供給領域側の圧力が高くなることにより、第２の真空室４１内の圧力も前記供給領域に対応して高くすることができ、装置に要求される真空性能が緩和されるなど有利である。なお、図２では、第１のガス流路５５ａ及び第２のガス流路５５ｂを合わせて配管５５と記載し、ＣｌＦ３ガス供給源５６、Ａｒガス供給源５７、そしてそれらに接続されている流量調整部５９ａ、５９ｂ、バルブ及び圧力計を合わせて洗浄ガス供給系８と記載している。この洗浄ガス供給系８には、後述する第２のクラスターノズル６で使用する洗浄ガスの供給系も含まれる。
【００２０】
また、第１のクラスターノズル５の先端側は、図５に示すように、ラッパ状に広がっている。そして、この拡開部の根元部位に相当する第１のクラスターノズル５の吐出口はオリフィス形状となっており、ウエハＷの表面からの高さ位置及びガスクラスターＣを照射するウエハＷの周縁までの水平距離は夫々、例えば１０ｍｍ及び１０ｍｍに設定されている。後述のように、この第１のクラスターノズル５から吐出されたガスは、急激な減圧に晒されることで断熱膨張し、処理ガスの原子や分子Ｇがファンデルワールス力により結合して集合体（ガスクラスター）ＣとなりウエハＷの周縁部に形成された針状突起群Ｔに照射される。
【００２１】
一方、第２の真空室４１内におけるウエハＷの下方位置には、ウエハＷの周縁部に向けてガスクラスターを照射できるように、第２のクラスターノズル６が設けられている。この第２のクラスターノズル６用のガイド６１は、図３に示すように、静電チャック４２を挟んでガイド５１と対向するように、そして平行に設けられている。そして、このガイド６１にガイドされながら図示しないボールネジ機構により駆動されて移動する移動体６２が設けられている。この移動体６２の上部には、鉛直上方（図２中Ｚ方向）に伸び、更にその先で直角に曲がりガイドの延伸方向と直交するように水平（図３中Ｙ方向）に伸びる支持部材６３が設けられている。この支持部材６３の先端部には、角度調整機構６４を介して、第２のクラスターノズル６が静電チャック４２に吸着保持されるウエハＷの下方に位置するように設けられている。この角度調整機構６４は、Ｙ方向に伸びる回転軸６４ａを有するモータを含む駆動機構であり、第２のクラスターノズル６はこの回転軸６４ａに設けられているため、角度調整機構６４によりガスクラスターＣの照射角度の調整が可能である。
【００２２】
第２のクラスターノズル６の構造は、第１のクラスターノズル５と同様である。但し、第２のクラスターノズル６では、洗浄ガスとしてオゾン（Ｏ３）ガス、フッ化水素（ＨＦ）ガス、そしてＣｌＦ３ガスの３種類の洗浄ガスを使用する。そのため、第２のクラスターノズル６に接続している配管の基端側は、図６に示すように、各洗浄ガスの供給系８２、８３、８４に夫々分岐して接続されており、これら各洗浄ガスのガス供給系８２、８３、８４のうち使用する洗浄ガス供給系はバルブにより切り替えて使い分けられ、Ａｒガスと混合して照射される。図中８１は、Ａｒガス供給系である。
【００２３】
また、第２の真空室４１内、図２及び図３に示すように、ウエハＷの上方側にはパージガスノズル７が設けられており、このノズル７は例えばＡｒガスなどのパージガスの気流をガスクラスターＣの照射箇所においてウエハＷの中心部から外周部に向けて形成するように構成されている。このパージガスノズル７は、支持部材７３及び移動体７２を介してガイド７１に沿って図３中Ｘ方向に水平移動可能となっており、静電チャック４２に吸着保持されたウエハＷの表面に対して一定の角度をつけてパージガスを吹き出すように構成されている。なお、パージガスノズル７にも、角度調整機構を設けてもよい。このパージガスノズル７は、配管を介して、第２の真空室４１の外に設けられたパージガス供給系８０に接続されている。このパージガス供給系８０は、パージガス供給源、流量調整部及びバルブよりなる。
【００２４】
第２の真空室４１の底部の排気ポート４５には、排気管４９が接続され、この排気管４９には圧力調整部４６を介して真空ポンプ４７が設けられ、第２の真空室４１内の圧力調整が可能となっている。
【００２５】
続いて、上述実施形態の作用について説明する。先ずウエハＷが収納された例えばＦＯＵＰからなる搬送容器が搬入出ステージ１３に載置され、搬送容器の蓋体と一緒にドア１４が開かれる。次いで搬送容器内のウエハＷが大気搬送室１内の搬送機構１２によりアライメントモジュール１６に搬送され、ここでウエハＷの向きが予め設定した向きに調整される。その後、ウエハＷは、搬送機構１２、ロードロック室１５、真空搬送室２内の搬送機構２２を介してエッチング装置３の真空室３１内に搬入される。
【００２６】
ウエハＷの表面には、図７（ａ）に示すように、多層膜が積層され、更にその上にレジストマスク１００が形成され、ウエハＷの周縁部はレジスト及び多層膜が除去されていてウエハＷの基材であるシリコンが露出している。多層膜は、下側から例えばシリコン酸化膜層１０１、ポリシリコン層１０２、例えばチタンやタングステン等の金属層１０３そして有機膜１０４がこの順に積層されて構成されている。なお、この多層膜の例は、発明の理解を容易にするためのモデルとして挙げた一例に過ぎない。エッチング装置３では、前記多層膜を、膜種に応じて処理ガスや圧力などの処理条件を切り替えながらプラズマにより順次エッチングして、レジストマスク１００のパターンに応じた凹部が形成される。図７（ｂ）は、エッチング終了後のウエハＷを示す模式図である。同図に示すように、ウエハＷの周縁部における表面側のベベル部には不要部位をなす針状の突起群Ｔが形成され、裏面側のベベル部にはエッチング時に生成された反応生成物などからなる不要部位である付着物Ｐが付着している。この付着物Ｐは、多層膜の各膜に応じた反応生成物の積層体であり、この例では、ウエハＷの板面側から有機系、金属系、シリコン系そしてフッ化炭素系（ＣＦ系）の順に各反応生成物などが積層されている。
【００２７】
次いで、このウエハＷは、基板洗浄装置４の第２の真空室４１内に搬入され、静電チャック４２に吸着保持され、回転機構により回転する。そして、第２の真空室４１内を圧力調整部４６により例えば１Ｐａ〜１００Ｐａの真空雰囲気に維持し、ガス流路５５ａ、５５ｂから夫々ＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスを例えば流量調整部５９ａ、５９ｂにより０．３ＭＰａ〜２．０ＭＰａの圧力で、第１のクラスターノズル５に供給する。このときのＣｌＦ３ ガスの濃度は、流量調整部５９ａ、５９ｂにより、例えば数体積％に設定される。上述のような高圧状態で第１のクラスターノズル５内に供給されたＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスは、当該第１のクラスターノズル５内から第２の真空室４１の真空雰囲気内に一気に放出されるため断熱膨張してガスの温度が凝縮温度以下になり、この例ではＡｒ原子及びＣｌＦ３分子がファンデルワールス力により結合して、原子及び分子Ｇの集合体であるガスクラスターＣを形成する。
【００２８】
このガスクラスターＣは、第１のクラスターノズル５から当該第１のクラスターノズル５の軸方向に直進して放出され（図８（ａ））、ウエハＷの周縁部に形成された針状突起群Ｔに向かってベベル部の面に対して斜めの方向から衝突する。すると、ガスクラスターＣは個別のガス分子及び原子Ｇに分解し、この解離したガス分子及び原子Ｇは、ガスクラスターの照射角度よりも更に表面に対して平行に近い角度で弾き飛ばされる（図８（ｂ）及び（ｃ））。そして、このガス分子及び原子Ｇが表面に形成されている針状突起群Ｔの突起と衝突してシリコンと反応し、こうして物理的衝撃と化学反応との両作用により、針状突起群Ｔの突起の先端が削られ、ウエハＷの周縁部のベベル部の表面側が平滑化される（図８（ｄ））。このとき、ウエハＷの表面部からはシリコン微粒子が飛散するが、パージガスノズル７より吹き出されているパージガスによりウエハＷの外周方向に吹き出され、ウエハＷに衝突して分解したガスの原子や分子と共に排気管４９から排気される。図８は、ガスクラスターＣによりウエハＷの周縁部に形成された針状突起群Ｔが平坦化される様子を示すイメージ図である。このように、ガスクラスターＣを照射することにより針状突起群Ｔが平坦化されることは、後述の実験において確認している。
【００２９】
その一方で、第２のクラスターノズル６による付着物Ｐの除去も、上述の針状突起群Ｔの平坦化と同時に行われる。この第２のクラスターノズル６における、第２の真空室４１の気圧、第２のクラスターノズル６内の圧力及び洗浄ガスの体積濃度などのガスクラスターの照射条件は、これから述べるいずれのガス種においても前述の第１のクラスターノズル５の条件と同じである。まず、図９（ａ）に示すように、フッ化炭素系付着物（ＣＦ系付着物）Ｐ４の除去を行う。例えばＯ３ガスが、流量調整部により所定の流量に調整され第２のクラスターノズル６に導入される。一方、不活性ガス例えばＡｒガスも流量調整部により流量調整された上で第２のクラスターノズル６に導入される。Ｏ３ガスは、第２のクラスターノズル６内にてＡｒガスと混合し、希釈される。そして、第２のクラスターノズル６からＯ３ガスのクラスターＣを、ウエハＷの裏面の周縁部に付着した付着物Ｐに照射し、衝突させる。このとき、Ｏ３ガスは、付着物Ｐの中のＣＦ系付着物Ｐ４と化学反応すると共に物理的衝撃による作用も相まって、ＣＦ系付着物Ｐ４をウエハＷから遊離させる。この遊離した反応生成物は、パージガス及び真空ポンプ４７の吸引に導かれて排気ポート４５を介して第２の真空室４１の外に排出される。このようにして、ＣＦ系付着物Ｐ４はウエハＷの周縁部から除去される。
【００３０】
次に、図９（ｂ）に示すように、シリコン系付着物Ｐ３の除去を行う。まず、洗浄ガス供給系を切り替えて、シリコン系付着物に対応する洗浄ガスである例えばフッ化水素（ＨＦ）ガスを、流量調整部により所定の流量に調整して第２のクラスターノズル６に導入する。一方、不活性ガス例えばＡｒガスも流量調整部により流量調整された上で第２のクラスターノズル６に導入する。以下、前述のＣＦ系付着物Ｐ４の除去の場合と同様に、ＨＦガスのクラスターＣを付着物Ｐに照射することにより、物理的及び化学的な作用によりシリコン系付着物Ｐ３が除去される。
【００３１】
今度は、図９（ｃ）に示すように、前述のＣＦ系付着物Ｐ４及びシリコン系付着物Ｐ３の除去と同じように、金属系付着物に対応する洗浄ガスである例えばＣｌＦ３ガスのガスクラスターＣを付着物Ｐに照射することにより、金属系付着物Ｐ２が除去される。
最後に、図９（ｄ）に示すように、有機系付着物に対応する洗浄ガスである例えばＯ３ガスのクラスターＣを付着物Ｐに照射して、有機系付着物Ｐ１を除去する。このようにして、ウエハＷの裏面側の周縁部に付着した付着物Ｐの除去が完了する。
【００３２】
本実施形態では、ＣＦ系付着物Ｐ４及び有機系付着物Ｐ１に対する洗浄ガスとしてＯ３ガスを使用したが、それ以外に例えばアルコール類のガス、フッ化炭素系ガス（ＣＦ系ガス）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスなどの有機系付着物と化学反応を起こし除去できるものであればよい。また同様に、シリコン系付着物Ｐ３に対する洗浄ガスとしては、ＨＦガス以外に例えばＦ２ガスなどでもよいし、金属系付着物Ｐ２に対する洗浄ガスとしては、ＣｌＦ３ガス以外に例えばＨＦガス、Ｆ２ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、塩素（Ｃｌ２）ガスなどでもよい。
【００３３】
ガスクラスターＣによりウエハＷのベベル部を洗浄する工程中において、ウエハＷの温度は、例えば常温で行うことができ、特に温度については限定されるものではないが、プロセス制御性の理由から例えば０℃から１００℃であることが好ましい。
こうしてウエハＷの周縁部の洗浄終了後、ゲートバルブＧ３が開かれ、当該真空搬送室２の搬送機構２２により第２の真空室４１から搬出される。
【００３４】
上述実施の形態によれば、ウエハＷの表面の周縁部における針状突起群Ｔの平坦化及びウエハＷの裏面の周縁部に付着した複合膜からなる付着物Ｐの除去を行うにあたり、真空雰囲気中でウエハＷを回転させながら、夫々の洗浄処理に対応した洗浄ガスのクラスターＣをウエハＷの周縁部に照射するようにしている。このため、ガスクラスターＣのスパッタ効果による物理的な作用と反応性ガスによる化学的な作用の相乗効果により、後述の実施例にて裏付けられるように、シリコンの針状突起群Ｔを削って平坦化し、複合膜である付着物Ｐを除去することができる。
【００３５】
このとき、パージガスを照射箇所にウエハＷの外周方向に向けて吐出することで、洗浄により生じた飛散物のウエハＷへの再付着をより一層抑えることができる。また、ガスクラスターＣは、局所的に照射することができることから、不要部位（除去対象部位）だけの洗浄処理を実施しても、ウエハＷのデバイス領域などの有効領域には影響を与えないことから、ウエハＷの汚染を抑えた状態でウエハＷの周縁部を良好に洗浄することができる。仮に、プラズマを局所的に照射しようとすると、プラズマ供給ノズル自体が損傷し汚染源となってしまう虞があるが、ガスクラスターＣではその心配がなく、また装置構造が簡便で安価である。
【００３６】
上述の実施形態では、第１及び第２のクラスターノズル５、６には角度調整機構５４、６４が組み合わせられているため、これを利用して、ガスクラスターＣを吐出する時間帯を複数に分割し、例えば初めの第１の時間帯では第１の角度でガスクラスターＣを吐出し、次の第２の時間帯では第２の角度で吐出するといった具合に、段階的に角度を切り替えるようにしてもよい。あるいは、クラスターノズル５、６が洗浄工程中に言わば首振り動作を繰り返すように、第１の角度と第２の角度との間で連続的に角度を変えるようにしてもよい。
【００３７】
更にまた、第１、第２のクラスターノズル５、６は、Ｘ方向に移動できることから、前記第１の時間帯と第２の時間帯とでウエハＷの径方向における照射位置を変えるようにしてもよいし、連続的にクラスターノズル５、６の前記径方向位置を変えるようにしてもよく、例えばクラスターノズル５、６を第１の位置と第２の位置との間で往復移動させてもよい。そしてまた、既述のようなクラスターノズル５、６の角度の変更と、ウエハＷの径方向位置の変更とを組み合わせて行うようにしてもよい。
【００３８】
上述の実施形態では、第２のクラスターノズル６を１個設けて、ガス種の切り替えを行っているが、本発明は、図１０に示すように、例えばガス種毎に複数の第２のクラスターノズル６ａ、６ｂが設けられていてもよい。図１０では、図面が繁雑にならないように、第１のクラスターノズル５及びパージガスノズル７とそれらの支持部材５３、７３等については省略し、それらのガイド５１、７１のみ示している。
【００３９】
また、上述の実施形態では、ウエハＷの周縁部に付着した付着物Ｐの構成成分を全て除去したが、付着物Ｐの除去については、次工程で必要とされる状態であれば良く、場合によっては全ての成分を除去せず一部の成分のみの除去にとどめてもよい。
上述の実施形態では、付着物Ｐにおける複数の構成成分に対応する各洗浄ガスを同一のクラスターノズルから順次照射したが、各洗浄ガス専用の複数のクラスターノズルにより各ガス種のガスクラスターＣを同時に同一箇所に照射してもよい。
【００４０】
また、上述の実施形態では、針状突起群Ｔ及び付着物Ｐの両方をガスクラスターにより洗浄処理したが、針状突起群Ｔのみガスクラスターを適用し、付着物Ｐについては例えばウェット洗浄などの他の方法により別途除去してもよい。
上述の実施形態では、ウエハＷの周縁部の針状突起群Ｔ及び付着物Ｐの洗浄処理に対して本発明を適用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＣＶＤ処理によりウエハ上に形成された薄膜に対してそのうちのウエハ周縁部の薄膜のみ除去する場合などについて適用してもよい。
【００４１】
上述の実施形態では、真空雰囲気中においてガスクラスタ−により洗浄処理をしたが、当該洗浄処理雰囲気はクラスターノズル内の圧力に比べて低い雰囲気であればよく、常圧雰囲気であってもよい。
【００４２】
被処理基板としてはウエハＷのように円形基板に限られるものではなく、例えばフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）基板などの角形の基板でもよい。この場合、クラスターノズル５、６を基板の周縁に沿ってその一辺の一端から他端へと基板に対して相対的に移動させながら処理を行うといった手法を採用することができる。
【実施例】
【００４３】
ここからは、本発明によるシリコンの針状突起群の平坦化及び裏面側の付着物の除去に関する効果を確認した実験例について述べる。
（シリコンの針状突起群の平坦化）
予めプラズマにより表面に針状突起群を形成したシリコンピースを用意した。処理ガスとしてＣｌＦ３ ガス及びＡｒガス（ＣｌＦ３ 濃度で６体積％。）を用い、ガスクラスターノズル内の圧力を０．８ＭＰａ、真空室の雰囲気を１０Ｐａとし、シリコンピースに対するガスクラスターの照射角度を４５°に設定して、シリコンピースの表面部にガスクラスターを照射した。図１１は、ガスクラスターの照射前及び照射後に、ＳＥＭによりこのシリコンピースの表面を観察した観察結果である。この実験の結果、ガスクラスターの照射によりシリコンの針状突起群の先端が削られ平坦化されていることが確認された。
【００４４】
（付着物の除去）
金属系付着物、シリコン系付着物及び有機系付着物を想定して、夫々タングステン膜、ＳｉＯ２膜及び有機膜を想定してレジスト膜を形成した基板に対して、ガスクラスターを垂直に照射して、その照射痕の有無等を目視により確認し本発明の適用の可否を判断した。使用ガスは、タングステン膜に対しては、Ａｒガスにより希釈した６体積％ＣｌＦ３ガスを照射し、ＳｉＯ２膜及びレジスト膜に対しては、Ａｒガスにより希釈した５体積％ＨＦガス及び５体積％Ｏ３ガスを夫々照射した。なお、レジスト膜への照射については、基板温度を９０℃に加熱した場合と室温の場合について実験を行った。タングステン膜及びＳｉＯ２膜については、照射痕が確認できたため、本発明によりエッチング可能であることが確認された。レジスト膜については、基板温度が室温の場合には照射痕が見られなかったが、基板温度が９０℃の場合には本発明によりエッチング可能であることを確認した。
【符号の説明】
【００４５】
Ｃ ガスクラスター
Ｇ ガスの分子及び原子
Ｐ ウエハ周縁部の裏面に付着した付着物
Ｔ ウエハ周縁部に形成されたシリコンの針状突起群
Ｗ ウエハ
１ 大気搬送室
２ 真空搬送室
２２ 真空搬送室内の搬送機構
３ エッチング装置
３１ 第１の真空室
４ 基板洗浄装置
４１ 第２の真空室
４２ 静電チャック
４５ 排気ポート
５ 第１のクラスターノズル
５４ 第１のクラスターノズルの角度調整機構
６ 第２のクラスターノズル
６４ 第２のクラスターノズルの角度調整機構
７ パージガスノズル
８ 洗浄ガス供給系
９ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気口を有する処理室内に設けられ、基板を保持するための保持部と、
前記保持部に保持された基板の周縁部の不要部位を除去するために、ガスクラスターを当該周縁部に照射するためのノズル部と、
前記ガスクラスターの照射時に前記保持部と前記ノズル部とを相対的に移動させるための移動機構と、を備え、
前記ノズル部は、前記処理室内の圧力よりも高い圧力の洗浄ガスを吐出することにより断熱膨張させて洗浄ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成するものであることを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項２】
前記基板の表面側には、前記ガスクラスターの衝突により基板から飛散した飛散物を基板の中心から見て外側に吹き飛ばすためのパージガスを吐出するパージガス供給部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
【請求項３】
前記洗浄ガスは、昇圧用ガスと混合してから吐出することを特徴とする請求項１または２に記載の基板洗浄装置。
【請求項４】
前記ノズル部は、基板に対するガスクラスターの照射角を変更できるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項５】
前記ノズル部は、基板の中央部と外線とを結ぶ方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項６】
前記ノズル部は、
基板と平行な軸の周りに回動することによりガスクラスターの照射角を変更できること、及び基板の中央部と外線とを結ぶ方向に移動可能であること、の少なくとも一方が可能なように構成され、
基板の周縁部に対するガスクラスターによる処理開始時から処理終了時までの間に、ガスクラスターの照射角の変更及び基板の中央部と外線とを結ぶ方向の移動の少なくとも一方が実施されるように制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項７】
前記基板は、円形であり、
前記移動機構は、前記円形な基板を保持して前記基板の中心部の軸の周りに回転させるための回転機構であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項８】
前記基板は、シリコンウエハ上の複数種の積層膜をエッチングした後の当該ウエハであり、基板の表面側の周縁部における不要部位に相当する、多数の針状のシリコンの突起群が形成され、裏面側の周縁部には不要部位に相当する複数種の薄膜が付着していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項９】
前記基板は、表面及び裏面の少なくとも一方の周縁部に不要部位に相当する複数種の膜が積層されており、
前記ノズル部には、複数種の洗浄ガスを切り替えて吐出できるように複数種のガス供給系が接続されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項１０】
前記基板は、表面及び裏面の少なくとも一方の周縁部に不要部位に相当する複数種の膜が積層されており、
前記ノズル部は複数設けられ、これら複数のノズル部は、互に異なる洗浄ガスが供給されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項１１】
真空雰囲気下で基板を搬送する真空搬送室と、
この真空搬送室に仕切りバルブを介して接続され、基板の表面に形成された薄膜をドライエッチングするかまたは基板に薄膜を成膜するための真空処理モジュールと、
前記真空搬送室に仕切りバルブを介して接続され、前記真空処理モジュールにて真空処理された基板の周縁部を洗浄するための請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の基板洗浄装置と、を備えた真空処理システム。
【請求項１】
排気口を有する処理室内に設けられ、基板を保持するための保持部と、
前記保持部に保持された基板の周縁部の不要部位を除去するために、ガスクラスターを当該周縁部に照射するためのノズル部と、
前記ガスクラスターの照射時に前記保持部と前記ノズル部とを相対的に移動させるための移動機構と、を備え、
前記ノズル部は、前記処理室内の圧力よりも高い圧力の洗浄ガスを吐出することにより断熱膨張させて洗浄ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成するものであることを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項２】
前記基板の表面側には、前記ガスクラスターの衝突により基板から飛散した飛散物を基板の中心から見て外側に吹き飛ばすためのパージガスを吐出するパージガス供給部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
【請求項３】
前記洗浄ガスは、昇圧用ガスと混合してから吐出することを特徴とする請求項１または２に記載の基板洗浄装置。
【請求項４】
前記ノズル部は、基板に対するガスクラスターの照射角を変更できるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項５】
前記ノズル部は、基板の中央部と外線とを結ぶ方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項６】
前記ノズル部は、
基板と平行な軸の周りに回動することによりガスクラスターの照射角を変更できること、及び基板の中央部と外線とを結ぶ方向に移動可能であること、の少なくとも一方が可能なように構成され、
基板の周縁部に対するガスクラスターによる処理開始時から処理終了時までの間に、ガスクラスターの照射角の変更及び基板の中央部と外線とを結ぶ方向の移動の少なくとも一方が実施されるように制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項７】
前記基板は、円形であり、
前記移動機構は、前記円形な基板を保持して前記基板の中心部の軸の周りに回転させるための回転機構であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項８】
前記基板は、シリコンウエハ上の複数種の積層膜をエッチングした後の当該ウエハであり、基板の表面側の周縁部における不要部位に相当する、多数の針状のシリコンの突起群が形成され、裏面側の周縁部には不要部位に相当する複数種の薄膜が付着していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項９】
前記基板は、表面及び裏面の少なくとも一方の周縁部に不要部位に相当する複数種の膜が積層されており、
前記ノズル部には、複数種の洗浄ガスを切り替えて吐出できるように複数種のガス供給系が接続されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項１０】
前記基板は、表面及び裏面の少なくとも一方の周縁部に不要部位に相当する複数種の膜が積層されており、
前記ノズル部は複数設けられ、これら複数のノズル部は、互に異なる洗浄ガスが供給されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項１１】
真空雰囲気下で基板を搬送する真空搬送室と、
この真空搬送室に仕切りバルブを介して接続され、基板の表面に形成された薄膜をドライエッチングするかまたは基板に薄膜を成膜するための真空処理モジュールと、
前記真空搬送室に仕切りバルブを介して接続され、前記真空処理モジュールにて真空処理された基板の周縁部を洗浄するための請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の基板洗浄装置と、を備えた真空処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２１６６３６（Ｐ２０１２−２１６６３６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８００９８（Ｐ２０１１−８００９８）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【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２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【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）】
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