JP6311236B2

JP6311236B2 - 基板洗浄装置

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Publication number: JP6311236B2
Application number: JP2013170784A
Authority: JP
Inventors: 土橋　和也; 和也土橋; 健介井内
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2018-04-18
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: US20150052702A1; JP2015041646A; TW201530630A; KR20150021462A; KR101697401B1; US10049899B2

Description

本発明は、基板にガスクラスターを照射して、基板の表面を洗浄する技術に関する。

半導体製造装置では、製造工程中における基板へのパーティクルの付着が製品の歩留まりを左右する大きな要因の一つとなっている。このため基板に対して処理を行う前あるいは後に基板の洗浄が行われているが、基板へのダメージを抑えながら簡易な手法で確実にパーティクルを除去する洗浄技術の開発が望まれている。特許文献１には、ドライエッチング後の基板を回転させながら基板の周縁部の針状結晶部分等に基板の中央側から周縁側に向かってガスクラスターを照射することで不要部分を除去する技術が開示されている。ガスクラスターは高圧のガスを真空中に噴出し、断熱膨張によりガスを凝縮温度まで冷却することによって原子または分子が多数より集まった塊（クラスター）である。
ところで半導体製造装置においては、フットプリントの低減が課題とされており、モジュールの小型化が求められており、ガスクラスターを利用した基板洗浄装置においてもモジュールの小型化が求められる。

また特許文献２には、基板に向けてエアロゾルを照射して、基板の洗浄を行う洗浄装置において、エアロゾルの照射位置が一列に並ぶようにノズルを配置し、エアロゾルを基板に対して斜めに照射すると共に基板をエアロゾルの照射位置を横切るように走査して、基板の全面にエアロゾルを照射している。しかしながら基板の表面全域にエアロゾルの照射領域を走査させるためには、少なくとも基板の移動方向に基板２枚分の長さに相当する空間を確保する必要がある。
またエアロゾルを斜めに照射することから、表面にパターンの形成されたウエハに対して照射する場合には、パターンが倒れる虞があった。

特開２０１３−０２６３２７号特開平７−１５３７２９号

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、基板の表面にガスクラスターを照射してパーティクルの除去を行うにあたり、基板上のパターン倒れを抑えることができる技術を提供することにある。また本発明の他の目的は、基板洗浄装置の小型化に寄与できる技術を提供することにある。

本発明の基板洗浄装置は、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、
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、
前記洗浄処理室内に設けられ、基板が載置される載置部と、
前記基板が載置されている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処理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して基板に垂直に照射するためのノズル部と、
前記洗浄処理室内を真空排気するための排気口と、
前記載置部と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、
前記ノズル部の相対的移動軌跡の中心部Ｐは前記洗浄処理室の中心部Ｃから変位し、平面で見て前記洗浄処理室の中心部Ｃから前記中心部Ｐを通る直線を引いたときに、前記洗浄処理室の中心部Ｃから前記中心部Ｐ側を見て当該直線の伸びる方向に対して左右４５度の範囲内であり、かつ基板よりも外方側の位置にのみ、前記ノズル部からガスを吐出するときに排気を行う排気口が位置し、
前記ノズル部は、前記洗浄処理室の中心部Ｃから前記中心部Ｐを通る直線と直交し、前記洗浄処理室の中心部Ｃを通る直線よりも、前記ノズル部からガスを吐出するときに排気を行う排気口側のみを移動することを特徴とする基板洗浄装置。

本発明は洗浄処理室内において、ガスクラスターを照射するノズル部と基板の載置部とを相対的に移動自在に構成し、ガスクラスターを基板に垂直に照射してパーティクルを除去するようにしている。このため高い除去率でパーティクルを除去することができ、また基板上に凹部のパターンが形成されている場合にはパターン倒れを抑えることができる。
更にまた他の発明によれば、基板の被洗浄面全体を等分に周方向に分割し、各分割領域にノズル部を割り当てて、基板のＸ、Ｙ方向移動により分割領域全体のガスクラスターの照射を行うと共に、基板の回転により順次分割領域とノズルとの対応関係を確立しているので洗浄処理室を小型化できる。

他の発明によれば、基板を鉛直軸周りに回転させながら、平面的に見て基板の回転中心と基板の周縁部との間でノズル部を移動させるように構成しているので、上述の効果に加えて、洗浄処理室を小型化できる。
更に他の発明によれば、基板の被洗浄面全体を複数に分割した各分割領域にノズル部を割り当て、載置部を移動させて一の分割領域の全体をノズル部によりスキャンした時に、他の全ての各分割領域の全体ノズル部によりスキャンされるので、載置部の移動領域の狭小化を図ることができる。

本発明の実施の形態にかかる真空処理装置の構成を示す平面図である。第１の実施の形態にかかる基板洗浄装置の構成を示す縦断面図である。第１の実施の形態にかかる基板洗浄装置の構成を示す平面図である。基板洗浄装置のノズル部の一例を示す縦断面図である。基板の表面部の凹部を示す説明図である。排気路の設置位置について説明する説明図である。ウエハから飛散したパーティクルの移動にかかる力を説明する説明図である。ガスクラスターの照射後のガス気流の流れを示す説明図である。パーティクルの移動速度のシミュレーション結果を示す特性図である。第１の実施の形態にかかる基板洗浄装置の他の例を示す平面図である。第１の実施の形態にかかる基板洗浄装置の他の例を示す平面図である。第１の実施の形態にかかる基板洗浄装置の他の例を示す平面図である。第２の実施の形態にかかる基板洗浄装置の構成を示す縦断面図である。第２の実施の形態にかかる基板洗浄装置の構成を示す平面図である。ウエハの洗浄開始位置を示す説明図である。洗浄処理時のウエハの移動と照射領域の移動を示す説明図である。第1の分割領域及び第２の分割領域の洗浄処理を示す説明図である。第３の分割領域及び第４の分割領域の洗浄処理を示す説明図である。洗浄処理の際のウエハの移動領域を示す説明図である。第２の実施の形態にかかる基板洗浄装置の他の例を示す説明図である。第２の実施の形態にかかる基板洗浄装置の他の例を示す説明図である。第３の実施の形態にかかる基板洗浄装置を示す縦断面図である。第３の実施の形態にかかる基板洗浄装置を示す平面図である。第３の実施の形態にかかる基板洗浄装置の洗浄処理を示す説明図である。実施例に係る基板洗浄装置の特性を示す特性図である。

第1の実施の形態にかかる基板洗浄方法を実施するための基板洗浄装置を組み込んだ真空処理装置について説明する。図１はマルチチャンバシステムである真空処理装置の全体構成を占めす平面図である。前記真空処理装置には、例えば２５枚の基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗが収納された密閉型の搬送容器であるＦＯＵＰ１１を載置するための搬入出ポート１２が横並びに例えば３箇所に配置されている。また、これらの搬入出ポート１２の並びに沿うように大気搬送室１３が設けられており、大気搬送室１３の正面壁には、前記ＦＯＵＰ１１の蓋と一緒に開閉されるゲートドアＧＴが設けられている。大気搬送室１３における搬入出ポート１２の反対側には例えば２個のロードロック室１４、１５が気密に接続されている。これらロードロック室１４，１５には図示しない真空ポンプとリーク弁とが設けられており、常圧雰囲気と真空雰囲気とを切り替えられるように構成されている。なお図中のＧはゲートバルブである。

また大気搬送室１３にはウエハＷを搬送するための第１の基板搬送機構１６が設けられている。さらに、前記大気搬送室１３の正面側から背面側を見て、左側壁には、ウエハの向きや偏心の調整を行うアライメント室１８が設けられている。前記第１の基板搬送機構１６は、ＦＯＵＰ１１，ロードロック室１４、１５、及びアライメント室１８に対してウエハＷの受け渡しを行う役割を有する。第１の基板搬送機構１６は、例えばＦＯＵＰ１１の並び方向に（図１中Ｘ軸方向）に移動自在、昇降自在、鉛直軸周りに回転自在及び進退自在に構成されている。

ロードロック室１４、１５の大気搬送室１３側から見て奥側には、真空搬送室２が気密に接続されている。真空搬送室２には、基板洗浄装置である洗浄モジュール３と、複数個例えば５個の真空処理モジュール２１〜２５とが夫々気密に接続されている。真空処理モジュール２１〜２５は、例えば成膜用のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理やスパッタリング処理を行う真空処理モジュールとして構成される。

真空搬送室２は真空雰囲気にてウエハＷの搬送を行う第２の基板搬送機構２６を備えている。第２の基板搬送機構２６は、鉛直軸周りに回転自在、進退自在に構成された関節アームを備え、当該アームが長さ方向に（図１中Ｙ方向）に移動自在に構成されている。各ロードロック室１４、１５、洗浄モジュール３及び真空モジュール２１〜２５に対してウエハＷの受け渡しを行う。

続いて洗浄モジュール３について図２、図３を参照して説明する。この洗浄モジュール３は、真空容器からなる例えば円筒形状の洗浄処理室３１を備えている。洗浄処理室３１の側面には、ウエハＷの搬入出を行うための搬送口３４が設けられ、搬送口３４には、搬送口３４の開閉を行うためのゲートバルブ３５が設けられている。
洗浄処理室３１の中央の位置には、ウエハＷが水平な姿勢で載置される回転ステージ３２が設けられている。回転ステージ３２は回転軸３３を介して駆動部３６に接続されており、回転ステージ３２は、駆動部３６により回転自在、昇降自在に構成されている。なお回転ステージ３２は、静電チャックであってもよい。

洗浄処理室３１の底面、搬送口３４から見た回転ステージ３２の背面側には、図３に示すように、鉛直上方に伸びる旋回軸部４２ａと旋回軸部４２ａの上端にＬ字状に屈曲して回転ステージ３２方向に伸びる旋回アーム４２ｂとを備えたノズル部移動体４２が設けられている。旋回軸部４２ａは、洗浄処理室３１の底部にて、軸受けシール部２７により気密に回転自在に貫通している。旋回軸部４２ａの下部には、プーリ及びモータなどにより構成される回転機構２９に接続されている。

旋回アーム４２ｂの先端部には、洗浄用ガスを吐出して、ウエハＷにガスクラスターを照射するためのノズル部６が、垂直下向きに吐出するように設けられている。ノズル部６は、旋回アーム４２ｂの旋回により、ウエハＷの中心部の上方と、ウエハＷの搬送口３４側から見て右側の周縁部の上方との間を旋回する。従って、ガスクラスターはウエハＷの中心部とウエハＷの搬送口３４側から見て右側の周縁部との間に照射されることとなる。

ノズル部６は、洗浄処理室３１内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処理室３１内のウエハＷに向けて吐出し、断熱膨張により洗浄用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ものである。このノズル部６は、図４に示すように、下端部が開口するように概略円筒形状の圧力室６１を備えている。この圧力室６１の下端部は、オリフィス部６２をなすように構成されている。このオリフィス部６２には下方に向かうにつれて拡径するガス拡散部６３が接続されている。前記オリフィス部６２における開口径（開口部の直径）は、例えば０．１ｍｍ程度となっている。

またノズル部６は、既述のように、前記ガスクラスターをウエハＷの表面に垂直に照射するように設けられている。ここで「垂直に照射する」とは、図３に示すように例えばノズル部６の長さ方向の中心軸と回転ステージ３２の載置面（ウエハＷの表面）とのなす角θが９０°±１５°の範囲にある状態である。

圧力室６１の上端部には、図４に示すように配管６８の一端が接続されている。配管６８は、旋回アーム４２ｂ及び旋回軸部４２ａの内部を通り、洗浄処理室３１の外部にて接続部２８を介して、ガス供給路７０の一端側に接続されている。なお、接続部２８は配管６８及びガス供給路７０が共に回動できるように構成されている。ガス供給路７０の他端側は、分岐されて第１のガス供給路７２及び第２のガス供給路７３設けられている。これら第１のガス供給路７２及び第２のガス供給路７３の分岐点とガス供給路７０の一端との間には圧力調整バルブ７１が設けられている。第１のガス供給路７２の上流側には、開閉バルブＶ１及び流量調整部７４を介して、二酸化炭素ガス（ＣＯ_２）供給源７６が接続される。また第２のガス供給路７３の他端側には、開閉バルブＶ２及び流量調整部７５を介して、ヘリウムガス（Ｈｅ）供給源７７が接続される。
ガス供給路７０には、当該ガス供給路７０内の圧力を検出する圧力検出部７８が設けられており、この圧力検出部７８の検出値に基づいて、後述する制御部９により圧力調整バルブ７１の開度が調整され、圧力室６１内のガス圧力が制御されるように構成されている。前記圧力検出部７８は、圧力室６１内の圧力を検出するものであってもよい。

また、前記圧力検出部７８の検出値に基づく圧力調整は、二酸化炭素ガス流量調整部７４およびヘリウムガス流量調整部７５にてガス流量を調整して行ってもよい。更にまた、各ガスの開閉バルブＶ１、Ｖ２と圧力調整バルブ７１の間に例えばガスブースターのような昇圧機構を用いて供給圧力を上昇させ、圧力調整バルブ７１で調整してもよい。さらには、ガス中の不純物を除去するためのフィルターを備えていてもよい。

洗浄処理室３１内における、搬送口３４から洗浄処理室３１内を見て左側の側面には、排気口３８が設けられている。排気口３８には、排気路３９の一端側が接続されており、この排気路３９の他端側には例えばバタフライバルブなどの圧力調整部４０及び開閉バルブ４１を介して真空ポンプ４が接続されている。なお排気口３８の詳細な設置位置については後述する。

また洗浄モジュール３は、制御部９を備えている。この制御部９は例えばコンピュータからなり、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムは、洗浄処理室内の排気や洗浄用ガスの吐出などの洗浄モジュールによるウエハＷの洗浄の一連の動作を実施するようにステップ群が組まれている。これらのプログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク等に収納され制御部９にインストールされる。

真空処理装置の全体的なウエハＷの処理について簡単に説明しておく。搬入出ポート１２にＦＯＵＰ１１が載置されると、第１の基板搬送機構１６によりＦＯＵＰ１１からウエハＷが取り出される。このウエハＷは、例えば層間絶縁膜を備え、この層間絶縁膜には、例えば凹部のパターンである銅配線埋め込み用の凹部（溝及びビアホール）が形成されている。
ＦＯＵＰ１１により搬入されたウエハＷは、大気搬送室１３を介してアライメント室１８に運ばれアライメントが行われる。その後、ウエハＷは第１の基板搬送機構１６によりロードロック室１４、１５及び第２の基板搬送機構２６を介して洗浄モジュール３に搬送され、パーティクルの除去処理が行われる。

洗浄モジュール３にてパーティクルが除去されたウエハＷは、第２の基板搬送機構２６により、真空処理モジュール２１〜２５に搬送され、バリア層の形成やＣＶＤ処理が行われる。その後ウエハＷは真空搬送室２→ロードロック室１４、１５→大気搬送室１３の順に搬送され、搬入出ポート１２の例えば元のＦＯＵＰ１１に戻されることになる。

続いて本発明の実施の形態にかかる洗浄モジュール３の作用について説明する。ウエハＷは第２の基板搬送機構２６により洗浄モジュール３に搬入され、回転ステージ３２の昇降により受け渡されて、回転ステージ３２に載置される。次いでノズル部６を例えば、ウエハＷの中心部の上方に位置させて、当該中心部をガスクラスターの照射開始位置とし、旋回アーム４２ｂを旋回させることにより、ガスクラスターを照射しながら照射位置をウエハＷの周縁側に移動させる。このとき回転ステージ３２により、ウエハＷは例えば２０〜２００ｒｐｍの回転速度で回転する。前記照射位置は連続的にウエハＷの中心部から周縁部に移動してもよいし、あるいは前記照射位置が前記中心部から順次間欠的にウエハＷの周縁に向かって移動してもよい。後者の場合には、例えばウエハＷの１回転時の前記照射位置群がウエハＷの径方向に少しずつ重なり合うようにノズル部６が間欠的に移動し、各照射位置の停止時間がウエハＷの一回転に必要な時間以上の長さに設定される。ノズル部６の移動速度とウエハＷの回転速度とを調整することにより、ウエハＷの被分割領域全体、例えばウエハＷの表面全体にガスクラスターが照射される。

続いてガスクラスターの生成及びパーティクルの除去に関して説明する。流量調整部７４、７５により二酸化炭素ガス及びヘリウムガスの流量は、予め設定した流量に調整され、圧力調整バルブ７１、開閉バルブＶ１、Ｖ２、が開かれて、二酸化炭素ガス及びヘリウムガスの混合ガスがノズル部６に供給される。二酸化炭素ガスは、圧力の高いノズル部６から、圧力の低い洗浄処理室３１の処理雰囲気に供給されると、急激な断熱膨張により凝縮温度以下に冷却されるので、図４に示すように、互いの分子２０１同士がファンデルワールス力により結合して、分子２０１の集合体であるガスクラスター２００となる。ノズル部６から照射されるガスクラスター２００は、ウエハＷに向かって垂直に照射され、図５に示すようにウエハＷの回路パターンのための凹部８内に入り込む。そして当該凹部８内のパーティクル１００は、ガスクラスター、あるいは、ガスクラスターがウエハＷに衝突することにより分解したガスクラスターの構成分子により、吹き飛ばされて除去される。

ＣＯ_２ガスとＨｅガスとの混合は二酸化炭素ガス流量調整部７４及びヘリウムガス流量調整部７５により調整することができ、例えば１：９の混合比で混合する。Ｈｅガスと混合したＣＯ_２ガスによりガスクラスターを生成した場合には、ガスクラスターの噴射速度を上げることができ、よりエネルギーの高いガスクラスターとすることができるので好ましい。またガスクラスター生成用のガスとしては、アルゴンガス（Ａｒ）、窒素ガス（Ｎ_２）、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）のような不活性ガスを用いてもよい。

一方回路の集積度が高くなっていることから、ウエハＷ上の互いに隣接する前記凹部同士の間の凸部の幅寸法はかなり小さいが、ガスクラスターは、ウエハＷの表面に対して垂直に照射されるので、前記凸部の倒壊、いわゆるパターン倒れが抑えられる。
以上のようなガスクラスターによるパーティクルの除去処理（洗浄処理）が、ノズル部６の既述の旋回により、ウエハＷの表面全体に対して行われ、ウエハＷの表面に付着しているパーティクル１００が除去される。そしてウエハＷ表面から除去されたパーティクルは、洗浄処理室３１内のガスと共に排気口３８から排気されることになる。

ここで排気口３８（排気路３９の基端部において洗浄処理室３１内に開口する開口部）の設置位置について図６を参照しながら述べておく。ノズル部６がウエハＷの中心部の上方とウエハＷの周縁部の上方との間で移動した時の照射領域は円弧形状になるが、図６に記載した符号Ｐは、この照射領域（鎖線で囲まれた部分）の中心部を表している。また図中の符号Ｃは、平面的に見たときの洗浄処理室３１の中心部を示している。この例では、洗浄処理室３１は、平面でみると円形に形成されているので当該円の中心部である。なお、洗浄処理室３１におけるウエハの搬送口３４は、直線である円の弦となっているが、前記円の中心部Ｃは、この弦の部分を無視した円（図６では点線で円の一部を表している）を対象としている。
そして前記照射領域の中心部Ｐから洗浄処理室３１の中心部Ｃに直線Ｌを引いたとき、前記洗浄処理室３１の中心部Ｃから照射領域の中心部Ｐ側を見て、前記直線Ｌの延長線（直線Ｌの伸びる方向）に対して左右４５度の直線Ｌ１、Ｌ２の間の領域が望ましい。

このように排気口３８の位置を決める理由について説明するが、先ずウエハＷにガスクラスターが照射された時のパーティクル１００の挙動について説明する。洗浄処理室３１内に飛散しているパーティクル１００の移動方向は、図７に示すように洗浄処理室３１内を排気口３８に向かう気流と、重力と、ブラウン拡散によるランダム方向の移動により決定される。

洗浄処理室３１内の気流について考えると、ガスクラスター照射前の洗浄処理室３１内は、真空であるためガスの密度は低く、排気口３８から洗浄処理室３１内のガスを排気しても、洗浄処理室３１内に強い気流は形成されず、ほとんど気流のない状態となっている。
ところがガスクラスターの生成用ガスは、高圧高濃度のガスであるため、ウエハＷにガスクラスターを照射すると、ガスクラスターの照射位置付近に局所的にガスの密度の高い領域ができる。この状態で洗浄処理室３１内のガスの排気を行うと、図８に示すようにガスクラスターの照射位置付近に形成される局所的なガスの密度の高い領域から、排気口３８へ向かって流れる強い気流が形成される。この気流の流速分布を熱流体解析ソフト（ＦＬＵＥＮＴＶｅｒ．６．３）を用いたシミュレーションにより求めたところ、洗浄用ガスがノズル部６から吐出された後、ウエハＷの全周方向に向かって水平方向に流れる速度は、１００ｍ／秒以上の速度であり、最高速度は、５００ｍ／秒以上の速度に達していた。

続いてこの速度を基にパーティクルの粒径毎に気流、重力及びブラウン拡散によるパーティクルの移動速度を理論式を基にシミュレーションにより求めた。洗浄処理室３１内の圧力は、２５Ｐａに設定し、パーティクルは、シリカ粒子とした。図９はこの結果を示し、これによると例えば２０ｎｍ程度のパーティクルの場合には、重力やブラウン拡散によるパーティクル１００の速度は、１０^−２ｍ／秒未満の速度である。これに対して気流によるパーティクル１００の移動速度は１ｍ／秒程度の速度となる。そのため気流によるパーティクル１００の水平方向への移動速度は、ブラウン拡散や重力による落下速度よりも１０^２〜１０^３倍の速度となることがわかる。

従って例えば３００ｍｍウエハＷにガスクラスターの照射を行い、排気口３８から排気を行った場合を考えると、ガスクラスターの照射により、ウエハＷから飛散したパーティクル１００は、ガスクラスターを構成するガスによる強い気流により捕捉されると、パーティクル１００の落下速度よりもきわめて速い速度で、排気口３８に向かって流される。そのため、ガスクラスターに基づくガス流であるこの強い気流に捕捉されたパーティクル１００の大部分は、ウエハＷ表面の高さまで落下する前にウエハＷの上方の領域を通過する。

前述のシミュレーションの結果により示されるようにウエハＷにガスクラスターを照射した時に、照射部分に局所的に発生する全周方向のガスの流れにより、ウエハＷから飛散するパーティクル１００は、ガスクラスターの照射位置を中心に全周方向に飛散する。一方で洗浄処理室３１内の気流は、図８に示すように、ガスクラスターの照射位置から排気を行う排気口３８の方向に形成される。従ってガスクラスターの照射によりウエハＷから飛散するパーティクル１００の内、ガスクラスターの照射位置から排気口３８側に飛散するパーティクル１００は、その多くが前記ガス流に捕捉され、ガス流と共に排気されるが、ガス流に捕捉されなかった一部のパーティクル１００は、重力によりそのまま落下することになる。

上述の実施の形態においては、排気口３８の位置は、ノズル部６の照射領域の中心部Ｐから洗浄処理室３１の中心部Ｃを通る直線を引いたときに、洗浄処理室３１の中心部Ｃから見て、当該直線の伸びる方向に対して左右４５度の直線内の領域に設けている。ノズル部６の照射領域は、ウエハＷの回転中心から周縁部を結ぶ円弧形状となっており、また洗浄処理室３１の中心部と略同位置にウエハＷの回転中心を設けている。従ってウエハＷの回転中心から見て、排気口３８側と同じ側の領域にノズル部６の照射領域が設けられる。

パーティクルがガスクラスターの照射位置からウエハＷの外へ輸送されるまでの距離は、前記照射位置から排気口３８までの距離が長くなるほど長くなる。従って、前述のようなガス流に捕捉されずにウエハＷに再付着する一部のパーティクル１００は、ガスクラスターの照射位置と排気口３８との離間距離が長くなるほど多くなる。後述の実験例で示すように、ガスクラスターの照射により除去されたパーティクルの再付着率は、排気口３８がガスクラスターの照射位置に近い場合とその２倍程度遠い場合とでは、後者の方が２倍程度多い。これはガスクラスターの照射により除去されたパーティクルがガス流に一旦乗るが、除去された位置からウエハＷの外へ輸送されるまでの距離が長い場合には、再付着率が高くなり、その距離によって再付着率が決まってくることを示している。従ってノズル部６の照射領域がウエハＷの中心に対して排気口３８の反対側の領域である場合には、ガスクラスターの照射位置と排気口３８との離間距離が長くなるため、ガスクラスターの照射によりウエハＷから飛散したパーティクル１００がガス気流に捕捉されずにウエハＷの表面に落下して、再付着する虞が高くなる。

これに対してノズル部６の照射領域がウエハＷの回転中心に対して排気口３８側の領域である場合には、ガスクラスターの照射位置から排気口３８までの距離が短くなり、ガスクラスターの照射によりウエハＷから除去され飛散したパーティクルの再付着率を低下させることができる。従って、ノズル部６の照射領域と洗浄処理室の中心部との位置関係に基づいて排気口３８を設けることで、ガスクラスターによりウエハＷの表面に付着したパーティクル１００を飛散させた時に、ウエハＷ表面に再付着する虞は低くなる。

上述の実施の形態は、洗浄処理室３１内において、ノズル部６を旋回アーム４２ｂにより旋回させて、ウエハＷの中心部と周縁部との間に照射領域を形成し、回転ステージ３２に載置されたウエハＷを回転させてパーティクルを除去するようにしている。このためウエハＷをＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させる必要がないため、洗浄処理室３１を小型化できる。またウエハＷに垂直にガスクラスターを照射するため、ウエハＷ上に凹部８のパターンが形成されている場合にはパターン倒れを抑えることができる。またノズル部６の照射領域と、洗浄処理室３１の中心部との位置関係に基づいて既述のように排気口３８を設けている。そのためガスクラスターの照射によりウエハＷから飛散したパーティクルがウエハＷの表面に再付着する虞が低くなり、高い効率でパーティクルを除去することができる。

さらに第１の実施の形態にかかる基板洗浄装置の他の例として、図１０に示すように、旋回アーム４２ｂの先端に複数（図の例では３個のノズル部６を設けた構成としてもよい。図の例では、旋回アーム４２ｂの伸びる方向に対して直交する方向に３本のノズル部６を並べて配置している。また複数例えば２本の旋回アーム４４，４５を設け、各々ウエハＷの表面の異なる領域に向けて、ガスクラスターを照射するように構成してもよい。

例えば図１１に示すように旋回アーム４４を第１の実施の形態にかかる洗浄モジュールに設けた旋回アーム４２ｂを洗浄処理室３１の中心を軸に時計回りに４５°回転させた位置に設け、旋回アーム４５を旋回アーム４４とウエハＷを介して対向する位置に設ける。さらに各旋回アーム４４、４５には、ノズル部４６，４８を設け、各ノズル部４６，４８に対応するように排気口４７、４９を設ける構成としてもよい。この例では、ガスクラスターの照射領域とは各ノズル部４６，４８毎に形成される各照射領域を示し、既述の図６に示すレイアウトの決め方に基づいて、各照射領域に対応するように排気口４７、４９が設けられる。

また、図１２は、第１の実施の形態にかかる基板洗浄装置の他の変形例であるこの例では、ノズル部６を設けた支持アーム５０を例えば矩形の洗浄処理室５１の底面に伸ばされたガイドレール５２に沿って、移動機構５３により移動するように構成している。そして支持アーム５０の先端に設けたノズル部６の照射領域が回転ステージ３２に載置された、ウエハＷの中心から周縁に向かう直線となるように構成する。またノズル部６の照射領域に対応する位置に排気口３８を設ける。このような構成の場合にもウエハＷを回転させながらガスクラスターを照射することにより、同様な効果が得られる。

また図１に示す大気搬送室１３にパーティクル検査装置を接続してもよい。その場合には、例えばパーティクル検査装置によりウエハＷ表面に付着しているパーティクルの位置情報を取得して、制御部９によりパーティクルの位置情報に基づいて、ウエハＷ表面におけるパーティクルの付着位置に向けてガスクラスターを局所的に照射するようにしてもよい。さらに本発明の基板洗浄装置は、例えば図１に示す真空処理装置の中に設ける代わりに、単独の装置であるいわゆるスタンドアローンの基板洗浄装置であってもよい。さらにまたノズル部６から吐出した洗浄用ガスを回収して再利用してもよい。例えば排気口３８より排気され、真空ポンプから排出されたガスを回収し、回収したガスよりＨｅガスを精製して、洗浄用ガスに用いるＨｅガスとして利用するようにしてもよい。

[第２の実施の形態]
図１３、図１４は本発明の第２の実施の形態にかかる基板洗浄装置を示している。この例では、洗浄処理室３１には、載置部となる載置台５４が設けられる。この載置台５４は、下方に移動機構となる駆動部５５を備えている。駆動部５５は、図１３中の紙面方向に表側から裏側方向（Ｙ軸方向）に沿って、支持柱５９を移動させるＹ方向駆動部５７と、このＹ方向駆動部５７を洗浄処理室３１の搬送口から奥側方向（Ｘ軸方向）に沿って移動させるＸ方向駆動部５６と、を備えている。従って載置台５４は駆動部５５によりＸ方向、Ｙ方向に移動することができる。また駆動部５５は昇降機構を備えており、載置台５４は、昇降自在となっている。

洗浄処理室３１の天井部の中央には、２個のノズル部６を１つのグループとする４つのノズルグループ８１〜８４が次のようなレイアウトで設けられている。平面で見て洗浄処理室３１の中心部を中心部とし、ウエハＷの被洗浄面全体、この例ではウエハＷの表面全体が含まれると共に四辺がＸ、Ｙ方向に伸びる正方形を４分割した各分割領域に各ノズルグループ８１〜８４が割り当てられている。洗浄処理室３１の中心部とは、この例では搬送口３４を除く洗浄処理室３１の内周面により形成される円弧に沿った円の中心部である。各ノズルグループ８１〜８４を形成する２個のノズル部６は、ガスクラスターの照射領域が隙間を空けずに隣接するようにＹ方向に並んでいる。そして各分割領域と各ノズルグループ８１〜８４との平面的位置関係は、４つの分割領域の間で同じである。

この例では、分割領域の中心部に各ノズルグループ８１〜８４の中心部が位置しており、洗浄の対象となるウエハＷが直径３００ｍｍである場合には、前記正方形は、１辺が３００ｍｍに設定される。即ちこの場合には、分割領域である正方形の１辺がウエハＷの半径に相当することになる。なおウエハＷの直径３００ｍｍとは、製造誤差を含んでおり、このため４つの分割領域からなる全体の正方形の一辺は、前記製造誤差を見込んだ大きさになる。

このようにノズルグループ８１〜８４を配置すると、載置台をＸ、Ｙ方向に移動させることにより、１つの分割領域の全体を、当該分割領域に対応する一つのノズルグループ（例えば８１）のガスクラスターの照射領域により走査すると、残り３つの分割領域の全体も、対応するノズルグループ（８２、８３、８４）により走査されることになる。なお、ここで記載した照射領域とは、ガスクラスターを発生させるか否かに関係なく、ガスクラスターが照射されることになる領域という意味である。そして各ノズルグループ８１〜８４は、分割領域の中心部に配置されているので、各分割領域の全体を対応する照射領域により走査するために必要なウエハの移動領域は図１９に示す鎖線で示す領域となる。この領域は前記正方形状の分割領域の一辺の半分を２倍した寸法とウエハＷの直径とを加えた合計４５０ｍｍ[３００ｍｍ＋｛（１５０ｍｍ／２）×２｝]を一辺とする正方形において、４つの角の部分が円弧状である形状をなしている。前記円弧状の部分は、ウエハＷを４等分した四分円の弧の部分に相当する。なお以下の明細書中では、図１４中左上に設置されたノズルグループから順に時計回りに第１〜第４のノズルグループ８１〜８４とし、第１〜第４のノズルグループ８１〜８４に対応する分割領域を第１〜第４の分割領域８５〜８８とする。

図中９７は第１〜第４のノズルグループ８１〜８４にガスを供給するためのガス供給管である。ガス供給管９７はその一端側が４本に分岐されており、分岐後のガス供給管９７は各々さらに２本に分岐され、第１〜第４のノズルグループ８１〜８４に備えられた２つのノズル部６に夫々接続される。ガス供給管９７の他端側は２本に分岐されており、第１の分岐路７２及び第２の分岐路７３が設けられている。第１のガス供給路７２には、二酸化炭素ガス（ＣＯ_２）供給源７６が接続される。また第２のガス供給路７３には、ヘリウムガス供給源７７が接続される。なお図中の７１は開閉バルブ、７９は流量調整バルブ、７４、７５は流量調整部である。

洗浄処理室３１には、第１から第４の排気口８９〜９２が設けられる。第１のノズルグループ８１と第１の排気口８９との位置関係、第２のノズルグループ８２と第２の排気口９０との位置関係、第３のノズルグループ８３と第３の排気口９１との位置関係、第４のノズルグループ８４と第４の排気口９２との位置関係が、いずれも既述の図６にて説明した位置関係に設定されている。ここでは図１３中に示す左上の排気口から時計回りに第１〜第４の排気口８９〜９２となる。第１〜第４の排気口８９〜９２は、排気路７８を介して真空ポンプ４に接続される。なお図中４０は圧力調整バルブ、４１は開閉バルブである。

続いて第２の実施の形態の作用について説明する。なお図１５以降の洗浄処理の説明では、洗浄処理室３１を円形に描いている。また図中のノズル部６の大きさは誇張して描いている。まず真空雰囲気にある洗浄モジュール３の載置台５４にウエハＷが載置された後、載置台５４の位置が調整される。この調整により、例えば図１５に示すように、第１のノズルグループ８１及び第２のノズルグループ８２の照射位置が、洗浄開始位置である第１の分割領域８５及び第２の分割領域８６の右下に位置する。なお図１５〜図１８及び図２０中でハッチングを付けたノズルグループは、洗浄用ガスが吐出しているノズルグループを示す。

そして第１の排気口８９と第２の排気口９０とを介して真空排気を行い、第１のノズルグループ８１及び第２のノズルグループ８２から洗浄用ガスの吐出を開始する。次いで第１のノズルグループ８１及び第２のノズルグループ８２から洗浄用ガスを吐出したまま、図１６に示すようにウエハＷを図中右側に移動させる。この時ウエハＷ表面における第１のノズルグループ８１の照射位置及び第２のノズルグループ８２の照射位置は、ウエハＷの表面をウエハＷの移動距離と同じ距離だけ左側へ移動することになる。そして図１７に矢印にて略解的に示すようにウエハＷをＸ、Ｙ方向に移動させることにより、第１のノズルグループ８１の照射領域により第１の分割領域８５に対応するウエハＷの移動領域である正方形領域８５ａ内を走査する。分割領域に対応するウエハＷの移動領域とは、ウエハＷの中心部を洗浄処理室３１内の中心部に位置合わせしたときに４個の前記分割領域をウエハＷの移動面に投影させた領域であって、ウエハＷと共に移動する正方形領域である。言い換えれば、ウエハＷを４等分した各四分円領域を含む正方形領域であり、動作説明の理解を容易にするためにこの用語を用いることとする。

第１のノズルグループ８１の照射領域の走査に関してより詳しく述べれば、第１のノズルグループ８１の照射領域がＸ方向に相対的に、第１の分割領域８５に対応する正方形領域８５ａを走査し、この走査ゾーンをＹ方向に順次変位させていく動作が行われる。このとき第２のノズルグループ８２の照射領域は、第２の分割領域８６に対応する正方形領域８６ａ内を走査することになる。

第１の分割領域８５及び第２の分割領域８６に夫々対応する正方形領域８５ａ、８６ａの全体が走査された後、ウエハＷは、第１の分割領域及び第２の分割領域８５、８６に夫々対応する正方形領域８５ａ，８６ａに照射を開始する開始位置に戻る。そしてガスクラスターを照射するノズルグループを第３のノズルグループ８３及び第４のノズルグループ８４に切り替え、排気を行う排気口を第３の排気口９１及び第４の排気口９２に切り替える。次いで第３のノズルグループ８３及び第４のノズルグループ８４からガスクラスターの照射を開始し、ウエハＷを、第１の分割領域８５及び第２の分割領域８６に夫々対応する正方形領域８５ａ，８６ａの洗浄を行った時と同様に移動させる。これにより図１８に示すように第３のノズルグループ８３の照射領域は、第３の分割領域８７に対応する正方形領域８７ａ全体を走査することになり、第４のノズルグループ８４の照射領域は、第４の照射領域８８に対応する正方形領域８８ａ全体を走査することになる。

第２の分割領域８６に対応するウエハＷ上の四分円領域８６ｂは、第１の分割領域８５に対応する正方形領域８５ａにガスクラスターを照射する時に洗浄される。また第３の分割領域８７及び第４の分割領域８８に夫々対応するウエハＷ上の四分円領域８７ｂ、８８ｂを洗浄する時には、ウエハＷは、第１の分割領域８５及び第２の分割領域８６に夫々対応するウエハＷ上の四分円領域８５ｂ、８６ｂを洗浄する場合と同様に移動している。従って、ウエハＷの移動領域は、第１のノズルグループ８１の照射領域を、第１の分割領域８５に対応する正方形領域８５ａ内を走査できる範囲とすることで、ウエハＷの表面全体にガスクラスターを照射できることになる。この時ウエハＷの洗浄開始から終了までに、ウエハＷは、図１９中鎖線で示す範囲を移動することになる。
第２の実施の形態おいても、ウエハＷの表面全体にガスクラスターを照射する時に、ウエハＷの移動領域が狭くなるため洗浄処理室３１を小型化することができる。またウエハＷに垂直にガスクラスターを照射するため、ウエハＷ上に凹部のパターンが形成されている場合にはパターン倒れを抑えることができる。

また１個のノズルグループからガスクラスターを照射し、第１〜第４の分割領域８５〜８８に対応するウエハＷ上の四分円領域８５ｂ〜８８ｂを順に洗浄するようにしてもよい。この場合には、例えば図２０に示すように第１のノズルグループ８１によりガスクラスターの照射を行うときには、第１の排気口８９から排気を行う。そして第１のノズルグループ８１の照射領域を第１の分割領域８５に対応するウエハＷ上の四分円領域８５ｂ内を走査する。次いでウエハＷを第１の分割領域８５の洗浄開始位置に戻し、第１のノズルグループ８１からのガスクラスターの照射を停止して、第２のノズルグループ８２からガスクラスターの照射を開始する。それと共に排気を行う排気口を第１の排気口８９から第２の排気口９０に切り替える。そしてウエハＷを第２の分割領域８５対応するウエハＷ上の四分円領域８５ｂにガスクラスターを照射するように移動させる。

その後、第３の排気口９１から排気を行いながら、第３のノズルグループ８３により第３の分割領域８７に対応するウエハＷ上の四分円領域８７ｂの洗浄を行い、さらにその後、第４の排気口９２から排気を行いながら、第４のノズルグループ８４により第３の分割領域８８に対応するウエハＷ上の四分円領域８８ｂの洗浄を行う。このような構成の場合にも、ウエハＷの表面全体を洗浄するために必要となる移動領域は第１のノズルグループ８１により正方形領域８５ａ内を走査することのできる範囲でよい。従って洗浄処理室３１を狭く構成することができる。

またウエハＷの表面の分割数は４個に限られるものではない。例えばウエハの被洗浄面全体が含まれると共に四辺がＸ、Ｙ方向に伸びる正方形を９分割した各分割領域に各ノズルグループ９３を割り当てる。そして各分割領域と各ノズルグループ９３との平面的位置関係が同じになるように配置する。例えば図２１に示すように、分割領域の中心部に各ノズルグループ９３の中心部が位置するように配置する。この場合には分割領域の正方形の一辺の大きさは、およそウエハＷの直径の１／３の長さとなる。
このように構成した場合にも、１つの分割領域に対応する正方形領域の全体を、当該分割領域に対応する一つのノズルグループのガスクラスターの照射領域により走査すると、残りの分割領域の全体も対応するノズルグループの照射領域（ガスクラスターを発生させている場合の照射領域ではなくガスクラスターを発生させれば照射されることになる領域も意味している）により走査されることになる。従ってウエハＷの移動領域を狭くすることができるため、洗浄処理室３１を狭く構成することができる。

[第３の実施の形態]
図２２、図２３は本発明の第３の実施の形態にかかる基板洗浄装置を示している。この例は、図１３、図１４に示した基板洗浄装置と異なる構成は、第１〜第４のノズルグループ８１〜８４の内、第１のノズルグループ８１のみが設けられ、第２〜第４のノズルグループ８２〜８４を除いたことにある。また第１のノズルグループ８１は、ウエハＷの中心部が洗浄処理室３１の中心部に位置するように配置した時に、第１の分割領域８５に対応する正方形領域８５ａの中心に位置するように設ける。また載置台５４には支持柱５９に代えて、回転軸６０が設けられ、回転軸６０は、駆動部５５に設けられたＹ方向駆動部５７により移動される回転機構に接続される。このため載置台５４は、Ｘ、Ｙ方向に移動自在であると共に、回転軸６０を軸に鉛直軸周りに回転自在となっている。さらに洗浄処理室３１は、第３の排気口９１及び第４の排気口９２が除かれた構成となっている。

このような構成の場合には、図２４に示すように、第１の排気口８９と第２の排気口９０とにより排気を行い真空雰囲気とした後、ウエハＷを洗浄開始位置移動させる。次いでウエハＷをＸ、Ｙ方向に移動させて、第１の分割領域８５に対応するウエハＷ上の四分円領域８５ａ内全体に第１のノズルグループ８１の照射領域を走査させる。その後ウエハＷを例えば反時計回りに９０度回転させる。これにより第２の分割領域８６に対応するウエハＷ上の四分円領域８６ｂが第１のノズルグループ８１に対応する位置に移動する。そしてウエハＷをＸ、Ｙ方向に移動させて、第１のノズルグループ８１の照射領域を同様に走査することにより、第２の分割領域８６にガスクラスターが照射されることになる。この場合には、第１のノズルグループの照射領域をウエハＷの内側から周縁に向かって走査させるときにウエハＷの周縁の位置で停止して上方へ移動し、折り返すようにしてもよい、正方形領域のその後ウエハＷをさらに９０度回転させた後、第３の分割領域８７に対応する正方形領域８７ａにガスクラスターの照射を行い、さらにまた９０度回転させた後、第４の分割領域８８に対応する正方形領域８８ａにガスクラスターの照射を行う。なお洗浄処理の間の排気は、すべて第１の排気口８９と第２の排気口９０により排気される。このように構成した場合にもウエハＷの移動領域を狭くすることができるため、洗浄処理室３１を小型化することができる。

第３の実施の形態において、上述の例ではウエハＷをＸ、Ｙ方向に移動させることによりノズルグループの照射領域の走査を行うウエハＷ上の領域として、ウエハＷを４等分した領域としているが、この等分数は、２個または３個であってもよいし、あるいは５個以上であってもよい。
以上において、被洗浄基板としては、ウエハＷに限らず矩形の基板であってもよい。

[検証試験]
本発明を評価するために、ウエハＷにガスクラスターを照射したときのガスクラスターの照射位置からウエハＷの外へ輸送されるまでの距離とパーティクルの再付着率について調べた。試験には図３に示す基板洗浄装置を使用した。
実施例として、ガスクラスターの照射位置をウエハＷの中心から見て排気口３８側の領域に固定した。また比較例として、ガスクラスターの照射位置をウエハＷの中心から見て排気口３８とは反対側の領域に固定した。前記照射位置と排気口３８との距離については、比較例の方が実施例の２倍に設定されている。実施例と比較例の各々においてガスクラスターの照射領域にパーティクルを付着させて、ガスクラスターを照射して、パーティクルの除去を試みた。また実施例と比較例との各々の場合において、元のパーティクル数ｎに対するウエハＷの表面に再付着したパーティクルｎ１の比率{再付着率：（ｎ１／ｎ）×１００}を求めた。
図２５はこの結果を示し、実施例と比較例とにおける各々のパーティクルの再付着率及び、比較例の再付着率に対する実施例の再付着率を示す特性図である。
この結果によれば、パーティクルの再付着率は、比較例では、実施例よりも、２倍以上高い値を示していた。従って、ガスクラスターの照射によりパーティクルの除去を行う場合において、排気口の位置をウエハ表面におけるガスクラスターの照射位置に近い領域に設けることで飛散したパーティクルの再付着を抑制することができるといえる。

３洗浄モジュール
６ノズル部
９制御部
３１、５１洗浄処理室
３２回転ステージ
３６基板回転機構
３８排気口
４２旋回アーム
４３駆動部
５３移動機構
５４載置台
８１〜８４第１〜第４のノズル部
８５〜８８第１〜第４の分割領域
８９〜９２第１〜第４の排気部

Claims

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、
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、
前記洗浄処理室内に設けられ、基板が載置される載置部と、
前記基板が載置されている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処理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して基板に垂直に照射するためのノズル部と、
前記洗浄処理室内を真空排気するための排気口と、
前記載置部と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、
前記ノズル部の相対的移動軌跡の中心部Ｐは前記洗浄処理室の中心部Ｃから変位し、平面で見て前記洗浄処理室の中心部Ｃから前記中心部Ｐを通る直線を引いたときに、前記洗浄処理室の中心部Ｃから前記中心部Ｐ側を見て当該直線の伸びる方向に対して左右４５度の範囲内であり、かつ基板よりも外方側の位置にのみ、前記ノズル部からガスを吐出するときに排気を行う排気口が位置し、
前記ノズル部は、前記洗浄処理室の中心部Ｃから前記中心部Ｐを通る直線と直交し、前記洗浄処理室の中心部Ｃを通る直線よりも、前記ノズル部からガスを吐出するときに排気を行う排気口側のみを移動することを特徴とする基板洗浄装置。
前記移動機構は、前記載置部を鉛直軸周りに回転させる回転機構と、平面的に見て基板の回転中心部と基板の周縁部との間でノズル部を移動させる移動体と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
前記移動体は、前記ノズル部を旋回させる旋回アームを含むことを特徴とする請求項２に記載の基板洗浄装置。
前記移動体には複数のノズル部が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の基板洗浄装置。
前記移動機構は、載置部をＸ、Ｙ方向に移動させ、
基板の被洗浄面全体が含まれると共に四辺がＸ、Ｙ方向に伸びる四角形を、複数に等分割した各分割領域に前記ノズル部を割り当て、各分割領域とノズル部との平面的位置関係は、前記複数の分割領域の間で同じであることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
前記分割領域は前記四角形を４等分した領域であることを特徴とする請求項５記載の基板洗浄装置。
前記各分割領域には、複数のノズル部が割り当てられていることを特徴とする請求項５または６に記載の基板洗浄装置。
前記洗浄処理室内に設けられた複数のノズル部のうち、一部のノズル部のガスクラスターの照射は、他のノズル部のガスクラスターの照射が行われていないときに実施されることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。