JP5984424B2 - 基板洗浄方法、基板洗浄装置及び真空処理装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、希ガスのクラスターを個体表面に垂直に入射する図面が記載されているが、パーティクルの粒径に関連して除去率に差異が生じるといった着眼点は記載されていない。
また特許文献2には、ミクロン微粒子及びサブミクロン微粒子を除去する場合のクラスターの好ましいサイズが記載されているが、本発明の課題に踏み込まれておらず、またその課題の解決法についても記載されていない。
基板に付着しているパーティクルについて粒径を含むパーティクル情報を取得する工程と、
前記工程で取得されたパーティクル情報に基づいて、洗浄用のガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターの粒径に係わる因子を調整する工程と、
その後、基板の置かれる処理雰囲気よりも圧力の高い領域から、処理雰囲気に前記洗浄用のガスを吐出し、断熱膨張により前記ガスクラスターを生成させる工程と、
前記ガスクラスターを基板の表面に垂直に照射してパーティクルを除去する工程と、を含むことを特徴とする。
基板が載置され、真空雰囲気で基板の洗浄処理を行うための洗浄処理室と、
前記洗浄処理室の処理雰囲気よりも圧力の高い領域から洗浄用のガスを前記洗浄室内の基板に向けて吐出し、断熱膨張により洗浄用の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生成させるためのノズル部と、
基板に付着しているパーティクルについて粒径を含むパーティクル情報に基づいて、ガスクラスターの粒径に係わる因子を調整するための制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記ノズル部は、前記ガスクラスターを基板の表面に垂直に照射するように設定されていることを特徴とする。
本発明の基板洗浄装置と、
前記基板洗浄装置と真空処理モジュールとの間で基板を搬送するための基板搬送機構と、を備えたことを特徴とする。
そして図5に基づいて既に述べたように、パーティクル情報にはパーティクルが付着しているウエハW上の位置情報(図5に示したk1、k2等)が含まれ、制御部7では、パーティクルサイズごとにパーティクルの位置を配列したデータを記憶している。従ってパーティクルサイズが同じであれば、照射条件が同じであるため、この照射条件が同じ位置、つまりパーティクルサイズPAであれば、位置k1、k2、k4・・・に対して、パーティクルサイズPAのパーティクル除去に適した照射条件にてガスクラスターの照射を行なう。次いで、ガスクラスター照射条件を変更し、パーティクルサイズPBの位置k3、k5・・、に対して、パーティクルサイズPBのパーティクル除去に適した照射条件にてガスクラスターの照射を行うように、洗浄処理を進行させる。
まず生成したガスクラスターをイオン化させ、ガスクラスターの並進方向と対面に位置するファラデーカップ部分にイオン化させてガスクラスターを衝突させる。その際ファラデーカップの電流値を計測する事で、ガスクラスターの個数を算出する。
また、ガスクラスターの粒径の調整は、洗浄用のガスの圧力及び洗浄用のガスの温度の両方の調整により行うようにしてもよい。
また本発明の第3の実施形態について、図11を参照しながら説明する。第3の実施形態は、ガスクラスターをイオン化して加速電圧により加速する例である。前記ノズル部4と載置部32との間には、ノズル部4側から順番に差動排気部51、イオン化部52、加速電極53よりなる加速照射部及び磁石54が設けられている。前記差動排気部51は、スキマー51aと、中央にクラスタービームを通過させる孔部が形成された仕切りプレート51bと、を備えている。スキマー51aと仕切りプレート51bとの間の領域は、図示しない専用の真空ポンプで排気することにより高真空化されている。
本装置形態も前述の図3(非イオン化タイプ)と同様に、パーティクル情報に応じてクラスター粒径に関わる因子を調整するが、さらに運動エネルギーが必要な場合、ノズル部4より下方に具備されているイオン化部で加速されることで、運動エネルギーの増加ができる。このため、制御部7より直流電圧値(加速電圧値)が調整され、最適なクラスターエネルギーを得る事が出来る。また事前に適切な加速電圧を例えばクラスターのサイズ毎に把握しておき、パーティクルの洗浄時に加速電圧が事前に把握した値に調整されるようにしてもよい。
(実施例1:運動エネルギーとパーティクル除去率との関係)
図11に示す洗浄モジュール3にて、二酸化炭素ガスのガスクラスターによるパーティクルの除去を行うにあたり、運動エネルギーを変えて処理を行い、パーティクルの除去率について評価を行った。このとき、処理条件は以下のとおりとし、加速電極53への供給電圧(加速電圧)を制御する事で、運動エネルギーを変化させた。そして、洗浄処理前後のウエハ表面をSEMにより観察することにより、パーティクル数を検出し、除去率を求めた。
圧力室への二酸化炭素ガスの供給圧力:2.0MPa
ガスクラスターの照射角度θ :90度
ガスクラスターの照射量 :3×1014/cm2
パーティクル :粒径23nmのSiO2
この結果を図13に示す。後述する通り、ガスクラスターの運動エネルギーには分布があり、図中横軸は運動エネルギーの強度がピークとなる値で、縦軸はパーティクルの除去率である。なお後述する実施例で示すの運度エネルギーとは、強度分布のピークとなる運動エネルギー値を指す。図13により、運動エネルギーとパーティクルの除去率との間には良い相関があり、運動エネルギーの増加に伴って、除去率が高くなることが認められた。この際、運動エネルギーが50keV/クラスターのときには92%の除去率を確保できることが認められた。この事から、運動エネルギーを50keV/クラスターとすることにより、粒径23nmのSiO2粒子を剥離するために十分な力を得られることが理解される。また、この際、パターンが形成されたウエハWに対して、運動エネルギーを50keV/クラスターとしてガスクラスターの照射を行った後、前記パターンについてSEM(走査型電子顕微鏡)により形態観察を行ったところ、ダメージは発生していないことが確認されている。
図11に示す洗浄モジュール3にて、パターン内部のパーティクルについて、二酸化炭素ガスのガスクラスターにより除去を行い、この除去の評価を行った。このとき、処理条件は以下のとおりとし、洗浄処理前後のウエハ表面をSEMにより観察することにより、除去効果を確認した。
圧力室への二酸化炭素ガスの供給圧力:2.0MPa
ガスクラスターの照射角度θ :90度
ガスクラスターの照射量 :3×1014/cm2
クラスター運動エネルギー :40keV/クラスター
パーティクル :粒径23nmのSiO2
パターン :80nmL/S
SEMにて撮像したパターンの一部をトレースしたものを図14に示すが、図14(a)はガスクラスター未照射部の状態、図14(b)はガスクラスター照射部の状態である。このようにガスクラスター未照射部には、パターンの凹部81の底部や側面にパーティクル100が存在するが、ガスクラスター照射部には存在しないことが確認された。これにより、二酸化炭素ガスの供給圧力を2.0MPa、ガスクラスターの運動エネルギーを40keV/クラスターとし、ガスクラスターをウエハWに対して垂直に照射する事で、パターンの凹部81内部のパーティクル100が高い除去率で除去されることが認められた。
図11に示す洗浄モジュール3にて、二酸化炭素ガスのガスクラスターを生成するにあたり、圧力室41への二酸化炭素ガスの供給圧力を変えてガスクラスターを生成し、ガスクラスターサイズの評価を行った。このとき、二酸化炭素ガスの供給圧力は、1MPa、2MPa、4MPaとし、飛行時間法と理論式を用いて、クラスターのサイズ分布つまりクラスターの構成分子数と強度との関係を求めた。なお、強度は前記構成分子数を備えたクラスターの個数を示すものである。
飛行時間法は、同じエネルギーで加速されたイオンは、質量によって異なる飛行速度を有することを利用した質量選別法である。イオンの質量をm、加速電圧をVa、イオンの電荷をq、飛行距離をLとすると、イオンの飛行時間tは次式により求められる。L、Vaは、既知の値であるため、tを測定することによって、m/qを求めることができる。具体的には、ガスクラスターをイオン化すると共に、クラスターが照射される領域に配置されたMCP検出器により電流を検出している。
この結果を図15に示す。図中横軸は、1個のガスクラスターを構成する二酸化炭素の分子数、縦軸は強度である。二酸化炭素ガスの供給圧力を増加させるほど、強度の分布とピーク値は、ガスクラスターを構成する分子数の多くなる方向へシフトしており、1個のガスクラスターを構成する分子数が多くなると、クラスターサイズが大きくなることから、ガス圧力によりガスクラスターのサイズを調整できることが認められる。
図11に示す洗浄モジュール3にて、二酸化炭素ガスのガスクラスターによるパーティクルの除去を行うにあたり、パーティクル粒径を変えて処理を行い、パーティクルの除去率について評価を行った。このとき、粒径が夫々12nm、23nm、49nm、109nmであるパーティクルを付着させた4通りの基板(ベアウエハ)を用い、ガスクラスターの粒径を26nmに設定して、パーティクルの除去率を調べた。処理条件は以下のとおりとし、各基板に対して運動エネルギーを変えて評価を行い、洗浄処理前後のウエハ表面をSEMにより観察することにより、除去率を求めている。
洗浄対象基板 :単結晶シリコンウェハ
圧力室への二酸化炭素ガスの供給圧力:2.0MPa
ガスクラスターの照射角 :90度
ガスクラスターの照射量 :3×1012/cm2
この結果を図16に示す。図中横軸は、運動エネルギー、縦軸はパーティクルの除去率であり、パーティクルは、夫々粒径が12nmについては△、23nmについては□、49nmについては●、109nmについては○にて夫々データをプロットしている。これにより、パーティクルの粒径が12nm、23nm、49nmの場合には、運動エネルギーの増加と共に除去率が向上し、運動エネルギーが50keV/クラスター以上になると、いずれの場合も70%以上の除去率を確保できることが認められた。これに対し、パーティクルが109nmの場合には、90keV/クラスターという高い運動エネルギーを与えても全く除去できないことがわかる。従って、パーティクルサイズに対して相対的に小さ過ぎるガスクラスターを用いても、パーティクルを除去できず、パーティクル粒径に見合ったサイズのガスクラスターを用いることが有効であることが裏付けられている。また、ガスクラスターのサイズ(粒径)は、パーティクルのサイズ(粒径)の0.2倍〜2倍に設定することが好ましいことが理解される。
図17は、二酸化炭素ガスのガスクラスターを生成するにあたり、ノズル部4の温度とガスクラスターの運動エネルギーとの関係を圧力ごとに示している。ノズル部4の温度が下がるとガスクラスターの運動エネルギーが増加することから、ガスクラスターのサイズが大きくなっていることが分かる。従ってガスクラスターのサイズは、ガス温度を調整することにより制御できる。
13 大気搬送室
16 第1の基板搬送機構
17 ウエハ検査部
2 真空搬送室
21〜25 真空処理モジュール
26 第2の基板搬送機構
3 洗浄モジュール
31 洗浄処理室
32 載置台
33 駆動部
4 ノズル部
53 加速電極
61 圧力調整バルブ
100 パーティクル
200 ガスクラスター
Claims (17)
- ガスクラスターを基板に照射することにより、基板に付着しているパーティクルを除去する基板洗浄方法において、
基板に付着しているパーティクルについて粒径を含むパーティクル情報を取得する工程と、
前記工程で取得されたパーティクル情報に基づいて、洗浄用のガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターの粒径に係わる因子を調整する工程と、
その後、基板の置かれる処理雰囲気よりも圧力の高い領域から、処理雰囲気に前記洗浄用のガスを吐出し、断熱膨張により前記ガスクラスターを生成させる工程と、
前記ガスクラスターを基板の表面に垂直に照射してパーティクルを除去する工程と、を含むことを特徴とする基板洗浄方法。 - 前記基板は、パターン凹部が表面に形成されていることを特徴とする請求項1記載の基板洗浄方法。
- 前記パーティクル情報を取得する工程は、パーティクル情報をコンピュータ用の記憶部に記憶させる工程であり、
前記ガスクラスターの粒径に係わる因子を調整する工程は、コンピュータが前記記憶部に記憶されている情報に基づいて、前記因子を調整するための制御信号を出力する工程であることを特徴とする請求項1または2記載の基板洗浄方法。 - 前記ガスクラスターの照射量は、1平方センチメートル当たり1011オーダー以上1015オーダー以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
- 前記ガスクラスターの粒径に係わる因子を調整する工程は、洗浄用のガスの供給圧力及び洗浄用のガスの温度の少なくとも一方を調整する工程であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
- 前記洗浄用のガスは、二酸化炭素ガス、または二酸化炭素ガス及びヘリウムガスの混合ガスである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方法。
- 前記基板の置かれる処理雰囲気よりも圧力の高い領域の圧力は、0.3MPa〜5.0MPa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方法。
- パーティクル情報は、基板上の位置とパーティクルの粒径とを対応付けた情報を含むことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
- ガスクラスターを基板に照射することにより、基板に付着しているパーティクルを除去する基板洗浄装置において、
基板が載置され、真空雰囲気で基板の洗浄処理を行うための洗浄処理室と、
前記洗浄処理室の処理雰囲気よりも圧力の高い領域から洗浄用のガスを前記洗浄室内の基板に向けて吐出し、断熱膨張により洗浄用の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生成させるためのノズル部と、
基板に付着しているパーティクルについて粒径を含むパーティクル情報に基づいて、ガスクラスターの粒径に係わる因子を調整するための制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記ノズル部は、前記ガスクラスターを基板の表面に垂直に照射するように設定されていることを特徴とする基板洗浄装置。 - 前記ノズル部に供給される洗浄用のガスの供給圧力を調整する圧力調整部を更に備え、
前記制御信号は、前記圧力調整部を介して洗浄用のガスの圧力を調整するための信号であることを特徴とする請求項9記載の基板洗浄装置。 - 前記圧力調整部は、昇圧機構を含むことを特徴とする請求項10記載の基板洗浄装置。
- 前記昇圧機構にて昇圧された洗浄用のガスの圧力は、0.3〜5.0MPaであることを特徴とする請求項11に記載の基板洗浄装置。
- 前記洗浄用のガスは、二酸化炭素ガス、または二酸化炭素ガス及びヘリウムガスの混合ガスであることを特徴とする請求項9ないし12のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
- 前記ノズル部に供給される洗浄用のガスの温度を調整する温度調整部を更に備え、
前記制御信号は、前記温度調整部を介して洗浄用のガスの温度を調整するための信号であることを特徴とする請求項9ないし13のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。 - 前記パーティクル情報は、基板上の位置とパーティクルの粒径とを対応付けた情報を含むことを特徴とする請求項9ないし14のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
- 基板に対して真空処理モジュールにより真空処理を行うための真空処理装置において、
請求項9ないし15のいずれか一項に記載の基板洗浄装置と、
前記基板洗浄装置と前記真空処理モジュールとの間で基板を搬送するための基板搬送機構と、を備えたことを特徴とする真空処理装置。 - 前記真空処理モジュールにおける真空処理前及び真空処理後の少なくとも一方の基板に付着しているパーティクルについて粒径を含むパーティクル情報を取得するための基板検査部と、
前記基板検査部にて検査を終えた基板を前記基板洗浄装置に搬送するための基板搬送機構を備えたことを特徴とする請求項16記載の真空処理装置。
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