KR20140048989A - 세정 방법, 처리 장치 및 기억 매체 - Google Patents

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Abstract

피처리체의 표면에 형성된 패턴의 손상, 혹은 피처리체의 표면의 막 거칠기 등의 피처리체에 대한 데미지를 억제하면서, 피처리체의 표면에 부착한 파티클 등의 부착물을 용이하게 제거하는 것이다. 전처리로서, 불화수소의 증기가 웨이퍼(W)로 공급되고, 웨이퍼(W)의 표면의 자연 산화막(11)을 용해함으로써, 상기 자연 산화막(11)의 표면에 부착하고 있는 부착물(10)을 표면으로부터 뜬 상태로 한다. 이 후, 웨이퍼(W)가 놓여지는 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터, 기초막(12)에 대하여 반응성을 가지지 않는 이산화탄소 가스가 공급되고, 단열 팽창에 의해 당해 가스가 응축 온도 이하로 냉각되어 가스 클러스터를 발생시킨다. 그리고, 이 가스 클러스터가 비이온화 상태로 웨이퍼(W)에 조사됨으로써, 부착물(10)이 제거된다.

Description

세정 방법, 처리 장치 및 기억 매체{CLEANING METHOD, PROCESSING DEVICE, AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 피처리체의 표면에 부착한 파티클 등의 부착물을 제거하는 세정 방법, 처리 장치 및 상기 방법이 기억된 기억 매체에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 피처리체인 기판(이하, '웨이퍼'라고 함)의 표면에 부착한 파티클 또는 오염 등의 부착물을 제거하는 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1, 2에 기재된 방법이 알려져 있다. 상기 특허문헌 1, 2에서는, 웨이퍼의 표면에 가스 클러스터 이온빔이 조사되고 있다. 이러한 기술에서는, 부착물에서의 웨이퍼에 대한 부착력을 극복하도록, 예를 들면 가스 클러스터 이온빔에서는 가속 전압 또는 이온화량에 의해, 그 물리적 전단력이 조정된다.
그러나, 웨이퍼 상에 형성된 디바이스 구조가 미세화됨에 따라, 가스 클러스터 이온빔에 의해 상기 디바이스 구조가 데미지를 받기 쉬워진다. 즉, 예를 들면 웨이퍼 상에 형성된 홈과 라인으로 이루어지는 패턴에 대하여 가스 클러스터 이온빔이 조사되면, 상기 라인의 폭 치수가 예를 들면 수십 nm 오더의 경우에는, 가스 클러스터 이온빔의 조사에 의해 당해 라인이 손상되는 리스크가 있다. 또한, 패턴이 형성되어 있지 않을 경우라도, 가스 클러스터 이온빔을 조사한 후에는, 웨이퍼의 표면 형상이 나빠진다.
특허문헌 3에는, 약액을 이용하여 기판(9) 상의 자연 산화막을 제거한 후, 초음파 진동이 부여된 에어를 분출하는 기술이 기재되어 있고, 또한 특허문헌 4에는 기판의 표면에 펄스 레이저를 조사하는 기술에 대하여 기재되어 있다. 그러나 이들 특허문헌 3, 4에는, 미세한 디바이스 구조에서의 파티클의 제거 또는 웨이퍼가 받는 데미지에 대해서는 언급되어 있지 않다.
일본특허공개공보 2009-043975 일본특허공개공보 2008-304737 일본특허공개공보 2006-278387 일본특허공개공보 2009-224721
본 발명은 이러한 사정하에 이루어진 것이며, 그 목적은, 피처리체에 대한 데미지를 억제하면서, 피처리체의 표면에 부착한 파티클 등의 부착물을 용이하게 제거할 수 있는 세정 방법, 처리 장치 및 상기 방법이 기억된 기억 매체를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 세정 방법은, 부착물이 부착한 피처리체의 표면으로부터 부착물을 제거하는 세정 방법에 있어서, 피처리체의 표면 및 부착물 중 적어도 일방에 대하여, 에칭 처리를 포함하는 전처리를 행하는 공정과, 피처리체가 놓여지는 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터, 상기 피처리체의 표면에 노출되어 있는 막에 대하여 반응성을 가지지 않는 세정용 가스를 처리 분위기에 토출하고, 단열 팽창에 의해 상기 세정용 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성시키는 공정과, 상기 전처리가 행해진 피처리체의 표면에, 세정용 가스의 가스 클러스터를 조사하여 부착물을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전처리는, 피처리체의 표면 및 부착물 중 적어도 일방에 대한 개질 처리와, 상기 개질 처리에 의해 개질된 개질층에 대한 에칭 처리를 포함하고 있어도 된다.
상기 전처리를 행하는 공정과 상기 부착물을 제거하는 공정은 동시에 행해져도 된다.
상기 전처리는, 상기 에칭 처리를 행하기 위하여 가스 클러스터를 조사하는 공정을 포함하고 있어도 된다.
상기 에칭 처리를 행하기 위하여 가스 클러스터를 조사하는 공정은, 상기 세정용 가스의 가스 클러스터를 조사하여, 부착물을 제거하는 공정에 있어서 가스 클러스터를 조사하는 생성 기구와 동일한 생성 기구를 이용해도 되고, 상이한 생성 기구를 이용해도 된다.
상기 세정용 가스의 가스 클러스터를 조사하여, 부착물을 제거하는 공정 및 상기 에칭 처리를 행하기 위하여 가스 클러스터를 조사하는 공정은, 가스 클러스터를 조사하는 생성 기구를 복수 배치하여, 상기 생성 기구로부터 가스 클러스터를 조사하는 공정이어도 된다.
상기 세정용 가스의 가스 클러스터를 조사하여, 부착물을 제거하는 공정 및 상기 에칭 처리를 행하기 위하여 가스 클러스터를 조사하는 공정은, 가스 클러스터를 조사하는 생성 기구에서의 피처리체에 대한 각도가 가변인 상태로 행해져도 된다.
본 발명의 처리 장치는, 부착물이 부착한 피처리체의 표면으로부터 부착물을 제거하는 피처리체의 처리 장치에 있어서, 내부에 피처리체가 재치(載置)되는 전처리실과, 상기 전처리실 내에 재치된 피처리체의 표면 또는 부착물 중 적어도 일방에 대하여 에칭 처리를 포함하는 전처리를 행하기 위한 전처리 기구를 가지는 전처리 모듈과, 내부에 피처리체가 재치되는 세정 처리실과, 상기 세정 처리실에 설치되고, 상기 세정 처리실의 내부의 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터, 상기 피처리체의 표면에 노출되어 있는 막에 대하여 반응성을 가지지 않는 세정용 가스를 처리 분위기에 토출하여, 단열 팽창에 의해 상기 세정용 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성시키고, 상기 부착물을 제거하기 위하여, 전처리 후의 피처리체로 공급하는 가스 클러스터 노즐과, 상기 전처리실 및 상기 세정 처리실에 대하여 피처리체의 전달을 행하는 반송 기구를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 전처리실은, 내부가 상압 분위기로 유지된 상압 처리실이며, 상압 분위기에서 피처리체의 반송을 행하는 상압 반송실에 접속되고, 상기 세정 처리실은, 내부가 진공 분위기로 유지된 진공 처리실이며, 진공 분위기에서 피처리체의 반송을 행하는 진공 반송실에 기밀하게 접속되고, 상기 상압 반송실과 상기 진공 반송실의 사이에는, 내부의 분위기의 전환을 행하기 위한 로드록실이 설치되고, 상기 상압 반송실 및 상기 진공 반송실에는, 상기 반송 기구로서 상압 반송 기구 및 진공 반송 기구가 각각 설치되어 있어도 된다.
상기 전처리실 및 상기 세정 처리실은, 내부가 각각 진공 분위기로 유지된 진공 처리실이며, 상기 전처리실 및 상기 세정 처리실의 사이에는, 상기 반송 기구가 배치된 진공 반송실이 기밀하게 개재되어 설치되어 있어도 된다.
상기 전처리실 및 상기 세정 처리실은 공통화되어 있어도 된다.
상기 진공 반송실에는, 상기 전처리에 앞서 행해지는 진공 처리 혹은 부착물의 제거를 행한 후에 이어지는 진공 처리를 행하기 위한 진공 처리실이 기밀하게 접속되어 있어도 된다.
본 발명의 기억 매체는, 피처리체의 세정을 행하는 처리 장치에 이용되고, 컴퓨터 상에서 동작하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 기술한 세정 방법을 실시하도록 단계가 탑재되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 피처리체의 표면 및 부착물 중 적어도 일방에 대하여 에칭 처리를 포함하는 전처리를 행하여, 부착물을 피처리체의 표면으로부터 이탈하기 쉽게 하고, 이어서 피처리체의 표면에 노출되어 있는 막과 반응성을 가지지 않는 세정용 가스를 이용하여 가스 클러스터를 생성시키고 있다. 따라서, 세정용 가스의 가스 클러스터가 이온화되어 있지 않는 상태로 조사되어도, 부착물이 피처리체로부터 용이하게 이탈하여 제거되므로, 피처리체에 대한 데미지를 억제하면서, 부착물을 용이하게 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에서의 세정 방법이 적용되는 피처리체의 개요를 도시한 모식도이다.
도 2는 상기 피처리체의 개요를 도시한 모식도이다.
도 3은 상기 세정 방법의 작용을 도시한 모식도이다.
도 4는 상기 세정 방법의 작용을 도시한 모식도이다.
도 5는 상기 세정 방법의 작용을 도시한 모식도이다.
도 6은 상기 피처리체에 전처리를 행하는 장치를 도시한 종단면도이다.
도 7은 상기 세정 방법을 실시하기 위하여 피처리체에 가스 클러스터를 조사하는 장치를 도시한 종단면도이다.
도 8은 상기 세정 방법을 실시하는 피처리체 처리 장치를 도시한 횡단 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에서의 세정 방법의 작용을 도시한 모식도이다.
도 10은 상기 변형예의 전처리에 이용되는 장치를 도시한 종단면도이다.
도 11은 상기 변형예에서의 처리 장치를 도시한 횡단 평면도이다.
도 12는 상기 제 3 실시예의 전처리에 이용되는 장치를 도시한 종단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에서의 세정 방법이 적용되는 피처리체의 개요를 도시한 모식도이다.
도 14는 상기 제 2 실시예에서의 세정 방법의 작용을 도시한 모식도이다.
도 15는 상기 제 2 실시예에서의 세정 방법의 작용을 도시한 모식도이다.
도 16은 상기 제 2 실시예에서의 세정 방법의 작용을 도시한 모식도이다.
도 17은 상기 제 2 실시예에서의 가스 클러스터의 조사 및 전처리에 이용되는 장치를 도시한 종단면도이다.
도 18은 본 발명의 제 3 실시예에서의 세정 방법이 적용되는 피처리체의 개요를 도시한 모식도이다.
도 19는 상기 제 3 실시예에서의 세정 방법의 작용을 도시한 모식도이다.
도 20은 상기 제 3 실시예에서의 세정 방법의 작용을 도시한 모식도이다.
도 21은 상기 제 3 실시예의 전처리에 이용되는 장치를 도시한 종단면도이다.
도 22는 본 발명의 제 4 실시예에서의 세정 방법이 적용되는 피처리체의 개요를 도시한 모식도이다.
도 23은 상기 제 4 실시예에서의 세정 방법의 작용을 도시한 모식도이다.
도 24는 본 발명의 제 5 실시예에서의 세정 방법이 적용되는 피처리체의 개요를 도시한 모식도이다.
도 25는 상기 제 5 실시예에서의 세정 방법의 작용을 도시한 모식도이다.
도 26은 상기 제 5 실시예에서의 세정 방법의 작용을 도시한 모식도이다.
도 27은 본 발명의 실험예로 얻어진 실험 결과를 나타낸 SEM 사진이다.
도 28은 본 발명의 실험예로 얻어진 실험 결과를 나타낸 SEM 사진이다.
[제 1 실시예 : 실리콘 기판]
본 발명의 세정 방법에서의 제 1 실시예에 대하여, 도 1 ~ 도 5를 참조하여 설명한다. 먼저, 이 세정 방법이 적용되는 웨이퍼(W)의 구성 및 당해 세정 방법의 개략에 대하여 설명한다. 이 웨이퍼(W)는, 도 1에 도시한 바와 같이 실리콘(Si)에 의해 구성되어 있고, 예를 들면 오목부인 홈(5)과 볼록부인 라인(6)으로 이루어지는 패턴(7)이 표면에 형성되어 있다. 그리고 이 세정 방법은, 후술하는 바와 같이, 상기 라인(6)의 손상 또는 웨이퍼(W)의 표면의 막 거칠기와 같은 웨이퍼(W)에 대한 데미지의 발생을 억제하면서, 도 2에 도시한 바와 같은 웨이퍼(W) 표면의 부착물(10)을 용이하게 제거할 수 있도록 구성되어 있다.
이어서 부착물(10)에 대하여 상술하면, 이 부착물(10)은, 예를 들면 웨이퍼(W)에 대하여 상기 패턴(7)이 형성될 시의 플라즈마 에칭 처리, 혹은 당해 플라즈마 에칭 처리에 이어 행해지는 플라즈마 애싱 처리에 의해 생성된 잔사물이다. 구체적으로, 부착물(10)은, 상기 홈(5)의 내부로부터 제거된 실리콘을 포함하는 무기물, 또는 웨이퍼(W)의 상층에 적층되어 있던 유기물로 이루어지는 포토레지스트 마스크의 잔사인 탄소(C)를 포함하는 유기물 등으로 구성되어 있다. 이 때, 예를 들면 웨이퍼(W)가 보관 중에 대기에 노출됨으로써, 부착물(10)은 웨이퍼(W)의 표면에 단순히 얹혀 있는 상태가 아니고, 미시적으로 보면, 도 2에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W) 표면에 형성된 자연 산화막으로 둘러싸여, 강하게 부착되어 있다. 즉, 웨이퍼(W)의 표면에는, 부착물(10)을 둘러싸는 것과 같은, 예를 들면 자연 산화막이 형성되어 있고, 그에 따라 부착물(10)은, 자연 산화막에 묻힌 상태가 되어 있다. 즉, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 가교를 개재하여 부착물(10)이 당해 웨이퍼(W)에 보지(保持)된 상태가 되어 있다.
이 때 웨이퍼(W)의 표면은, 예를 들면 당해 웨이퍼(W)가 대기 중에서 반송되었을 시 산화되어, 실리콘 산화물(SiO2)로 이루어지는 자연 산화막(11)이 되어 있다. 자연 산화막(11)의 두께 치수는 예를 들면 1 nm 정도가 되어 있다. 이 자연 산화막(11)의 하방측의 실리콘으로 이루어지는 영역에 대하여, 이하의 설명에서는 하지막(12)이라 부르는 것으로 한다. 또한, 웨이퍼(W)의 표면과 부착물(10)이 예를 들면 화학적으로 결합하여 서로 연결되어 있는 경우도 있지만, 여기서는 설명을 간략화하기 위하여, 기술한 바와 같이 이들 웨이퍼(W)와 부착물(10) 간에 형성된 가교에 의해 보지되어 있는 것으로 하고 있다. 또한, 웨이퍼(W) 및 부착물(10)의 각각의 표면 형상 및 치수에 대해서는, 도 1에서는 모식적으로 도시하고 있다. 이후의 도에 대해서도 마찬가지이다.
이어서, 본 발명의 세정 방법에 대하여 상술한다. 먼저 도 3에 도시한 바와 같이, 전처리로서, 불화수소(HF) 수용액의 증기가 웨이퍼(W)로 공급된다. 이 불화수소의 증기에 의해, 기술한 자연 산화막(11)이 용해되어, 불화 실리콘이 되고, 기체로서 배기된다. 이 때, 웨이퍼(W)와 부착물(10) 간에 형성된 가교도 에칭되고, 웨이퍼(W)의 표면은, 도 4에 도시한 바와 같이, 부착물(10)에서 보면 하방측으로 후퇴하여, 부착물(10)은 표면으로부터 노출된 상태가 된다.
따라서, 웨이퍼(W)의 표면의 자연 산화막에 묻혀 있고, 당해 웨이퍼(W)에 강하게 흡착하고 있던 부착물(10)은, 전처리에 의해 웨이퍼(W)와의 사이의 부착력이 약해진다. 즉, 부착물(10)은, 웨이퍼(W)의 표면이 에칭됨으로써 노출되고, 웨이퍼(W) 표면에 약간만 접촉한 상태가 된다. 이 때, 후술하는 바와 같이, 부착물(10)에 실리콘 산화물이 포함되어 있을 경우에는, 당해 부착물(10)에 대해서도 불화수소의 증기에 의해 에칭되지만, 여기서는 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 착목하여 설명하고 있다. 또한 도 4에서는, 웨이퍼(W)(하지막(12))의 상면과 부착물(10)의 하면을 이간시켜 나타내고 있지만, 실제로는 이들 하지막(12)과 부착물(10)은 약간 접촉하고 있다. 또한, 웨이퍼(W)로 불화수소의 증기를 공급하는 장치에 대해서는, 공지의 기화기와 처리 용기를 조합하여 구성되는 점에서, 세정 방법을 실시하는 처리 장치와 함께 후술한다.
이어서, 가스 클러스터를 이용하여, 웨이퍼(W)의 표면으로부터 부착물(10)이 제거된다. 이 가스 클러스터는, 웨이퍼(W)가 놓여지는 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터 처리 분위기로 가스를 공급하여, 단열 팽창에 의해 가스의 응축 온도까지 냉각됨으로써, 가스의 원자 또는 분자가 집합체로서 모여 생성되는 물질이다. 도 5에는, 가스 클러스터를 발생시키기 위한 노즐(23)의 일례를 도시하고 있다. 이 노즐(23)은, 상하 방향으로 연장되고 또한 하단부가 개구되도록 개략 원통 형상으로 형성된 압력실(32)과, 이 압력실(32)의 하단부에 접속된 가스 확산부(33)를 구비하고 있다. 이 가스 확산부(33)는, 압력실(32)의 하단 주연부로부터 당해 압력실(32)의 중앙부를 향해 둘레 방향에 걸쳐 수평으로 직경을 축소하여 오리피스부(32a)를 이루고, 또한 이 오리피스부(32a)로부터 하방을 향함에 따라 직경을 확대하도록 형성되어 있다. 상기 오리피스부(32a)에서의 개구 직경 및 오리피스부(32a)와 재치대(22) 상의 웨이퍼(W) 간의 이간 거리는, 각각 예를 들면 0.1 mm 및 6.5 mm 정도가 되어 있다. 이 노즐(23)의 상단측에는, 압력실(32) 내로 예를 들면 이산화탄소(CO2) 가스를 공급하기 위한 가스 공급로(34)가 접속되어 있다.
그리고, 처리 분위기에서의 처리 압력이 예를 들면 1 ~ 100 Pa 정도의 진공 분위기로 설정되고, 또한 노즐(23)에 대하여 예를 들면 0.3 ~ 2.0 MPa 정도의 압력으로 이산화탄소 가스가 공급된다. 이 이산화탄소 가스는, 처리 분위기로 공급되면, 급격한 단열 팽창에 의해 응축 온도 이하로 냉각되므로, 서로의 분자끼리가 반데르발스 힘에 의해 결합하여, 집합체인 가스 클러스터가 된다. 이 때, 가스 공급로(34) 또는 노즐(23)의 하방측에서의 가스 클러스터의 유로에는, 당해 가스 클러스터를 이온화하기 위한 이온화 장치가 설치되어 있지 않고, 따라서 가스 클러스터는, 도 5에 도시한 바와 같이, 비이온화 상태로 웨이퍼(W)를 향해 수직으로 조사된다.
웨이퍼(W)의 표면의 부착물(10)은, 기술한 바와 같이 전처리에 의해 당해 웨이퍼(W)와의 사이의 부착력이 매우 약해져 있어, 하지막(12)의 표면과 약간 접촉한 상태가 되어 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W) 상의 부착물(10)에 가스 클러스터가 충돌하면, 도 5에 도시한 바와 같이, 이 가스 클러스터의 토출 압력에 의해 부착물(10)이 웨이퍼(W)의 표면으로부터 날려 제거된다. 이 때, 가스 클러스터는, 하지막(12)과 반응성을 가지지 않는 이산화탄소 가스에 의해 구성되어 있다. 또한, 가스 클러스터는 이온화되지 않고, 비이온화 상태로 웨이퍼(W)에 조사되고 있다. 이 때문에, 기술한 전처리에 의해 노출되어 있는 웨이퍼(W)의 표면부인 하지막(12)은, 가스 클러스터의 조사에 의해 제거되는 것이 억제되고, 또한 당해 하지막(12)의 내부에 형성된 전기 배선이 차지 업되는 리스크가 없다. 따라서, 상기 전기 배선에 대한 데미지가 발생하지 않거나, 혹은 당해 데미지가 매우 낮은 레벨로 억제된다. 이 때문에, 가스 클러스터 조사 후의 웨이퍼(W)의 표면은, 자연 산화막(11)의 표면을 본뜬 채의 상태가 된다.
이렇게 하여 웨이퍼(W)의 면내에 걸쳐 가스 클러스터가 조사되도록, 웨이퍼(W)를 노즐(23)에 대하여 상대적으로 수평 방향으로 이동시키면, 면내에 걸쳐 부착물(10)이 제거되어 세정 처리가 행해진다. 또한, 이미 기술한 불화수소의 증기에 의해 용해된 자연 산화막(11)의 부생성물로서, 물이 발생할 경우에는, 후술하는 온조 기구에 의해 웨이퍼(W)를 가온함으로써 물의 잔류를 억제할 수 있다.
이어서, 웨이퍼(W)에 대하여 기술한 불화수소 수용액의 증기를 공급하는 장치 또는 가스 클러스터를 조사하는 장치를 포함한 처리 장치에 대하여, 이하에 설명한다. 먼저, 불화수소의 증기를 웨이퍼(W)로 공급하는 장치에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다. 이 장치에는, 웨이퍼(W)를 재치하는 재치대(41)가 내부에 설치된 처리 용기(42)와, 이 처리 용기(42) 내로 불화수소 수용액의 증기를 공급하기 위한 전처리 기구인 기화기(43)가 설치되어 전처리 모듈을 이루고 있다. 도 6 중 44는 웨이퍼(W)의 반송구, 45는 재치대(41) 상의 웨이퍼(W)의 표면에서 불화수소의 증기가 응축하는 것을 억제하기 위한 히터이다.
재치대(41) 상의 웨이퍼(W)에 대향하도록, 처리 용기(42)의 천장면에는, 기화기(43)로부터 연장되는 가스 공급로(46)의 일단측이 접속되어 있다. 불화수소의 증기가 가스 공급로(46)로부터 예를 들면 질소(N2) 가스 등의 캐리어 가스와 함께 웨이퍼(W)로 공급되도록 구성되어 있다. 도 6 중 V 및 M은 각각 밸브 및 유량 조정부이다.
처리 용기(42)의 바닥면에는, 당해 처리 용기(42) 내의 분위기를 배기하기 위한 배기구(51)가 예를 들면 복수 개소에 형성되어 있고, 이 배기구(51)로부터 연장되는 배기로(52)에는, 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(53)를 개재하여 진공 펌프(54)가 접속되어 있다.
그리고 이 처리 용기(42)에서는, 기화기(43)에서 증발한 불화수소 수용액의 증기가 캐리어 가스에 의해 재치대(41) 상의 웨이퍼(W)에 대하여 공급되면, 기술한 바와 같이 자연 산화막(11)이 용해된다.
이어서, 웨이퍼(W)에 대하여 가스 클러스터를 조사하는 장치에 대하여, 도 7을 참조하여 설명한다. 이 장치에는, 도 7에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)를 내부에 수납하여 부착물(10)의 제거 처리를 행하기 위한 세정 처리실(21)이 설치되어 있고, 이 세정 처리실(21) 내에는 웨이퍼(W)를 재치하기 위한 재치대(22)가 배치되어 있다. 세정 처리실(21)의 천장면에서의 중앙부에는, 상방측을 향해 원통 형상으로 돌출하는 돌출부(21a)가 형성되어 있고, 이 돌출부(21a)에는 기술한 노즐(23)이 가스 클러스터의 생성 기구로서 설치되어 있다. 이 노즐(23)은, 이 예에서는 수직 방향 하방측을 향하고 있다. 도 7 중 40은 반송구이며, G는 이 반송구(40)의 개폐를 행하는 게이트 밸브이다.
예를 들면 반송구(40)에 근접한 위치에서의 세정 처리실(21)의 바닥면에는, 여기서는 도시를 생략하지만, 재치대(22)에 형성된 관통구를 관통하도록 배치된 지지 핀이 설치되어 있다. 그리고, 재치대(22)에 설치된 도시하지 않은 승강 기구 및 상기 지지 핀의 협동 작용에 의해, 재치대(22)에 대하여 웨이퍼(W)를 승강시켜, 세정 처리실(21)의 외부의 도시하지 않은 웨이퍼 반송 암과의 사이에서 웨이퍼(W)가 전달되도록 구성되어 있다. 세정 처리실(21)의 바닥면에는 당해 세정 처리실(21) 내의 분위기를 진공 배기하기 위한 배기로(24)의 일단측이 접속되어 있고, 이 배기로(24)의 타단측에는 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(25)를 개재하여 진공 펌프(26)가 접속되어 있다.
재치대(22)는, 당해 재치대(22) 상의 웨이퍼(W)에 대하여 면내에 걸쳐 노즐(23)이 상대적으로 주사되도록, 세정 처리실(21) 내에서 수평 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로, 재치대(22)의 하방에서의 세정 처리실(21)의 바닥면에는, X 축 방향을 따라 수평으로 연장되는 X 축 레일(27)과, 당해 X 축 레일(27)을 따라 이동 가능하게 구성된 Y 축 레일(29)이 설치되어 있다. 그리고, 기술한 재치대(22)는 Y 축 레일(29)의 상방에 지지되어 있다. 또한 재치대(22)에는, 당해 재치대(22) 상의 웨이퍼(W)의 온도 조절을 행하기 위한 도시하지 않은 온조 기구가 설치되어 있다.
압력실(32)의 상단부에는, 세정 처리실(21)의 천장면을 관통하여 연장되는 가스 공급로(34)의 일단측이 접속되어 있고, 이 가스 공급로(34)의 타단측은, 밸브(36) 및 유량 조정부(35)를 개재하여 이산화탄소가 저류된 가스원(37)에 접속되어 있다. 상기 압력실(32)에는 도시하지 않은 압력계가 설치되어 있고, 후술하는 제어부(67)에 의해, 이 압력계를 개재하여 당해 압력실(32) 내로 공급되는 가스 유량이 조정되도록 구성되어 있다. 또한, 재치대(22)에 대한 노즐(23)의 각도 또는 거리가 도시하지 않은 구동부에 의해 조정되도록 해도 된다. 이와 같이 노즐(23)의 각도 또는 거리를 조정한 경우에는, 웨이퍼(W)로부터 제거된 부착물(10)이 당해 웨이퍼(W)에 재부착하는 것이 방지되고, 혹은 패턴(7)에 대한 데미지가 저감되고, 또한 홈(5)의 저면에 부착한 부착물(10)이 제거되기 쉬워진다. 후술하는 바와 같이, 전처리에서 가스 클러스터를 조사할 경우에도, 마찬가지로 노즐(23)의 각도 또는 거리를 조정하도록 해도 된다.
이어서, 처리 용기(42) 및 세정 처리실(21)을 구비한 처리 장치의 전체의 구성에 대하여, 도 8을 참조하여 설명한다. 이 처리 장치에는, 예를 들면 25 매의 웨이퍼(W)가 수납된 밀폐형의 반송 용기인 FOUP(1)을 재치하기 위한 반입출 포트(60)가 횡으로 나란히 예를 들면 3 개소에 설치되어 있고, 이들 반입출 포트(60)의 배열을 따르도록 대기 반송실(61)이 설치되어 있다. 이 대기 반송실(61) 내에는, 웨이퍼(W)를 반송하기 위한 다관절 암에 의해 구성된 웨이퍼 반송 기구(61a)가 상압 반송 기구로서 설치되어 있다. 또한 대기 반송실(61)의 측방측에는, 웨이퍼(W)의 방향의 조정 및 위치 조정을 행하기 위한 얼라이먼트실(62)이 설치되어 있고, 이 대기 반송실(61)의 측방측에는, 상기 얼라이먼트실(62)에 대향하도록 기술한 처리 용기(42)가 접속되어 있다. 또한 대기 반송실(61)에서의 반입출 포트(60)의 반대측의 면에는, 상압 분위기와 대기 분위기의 사이에서 분위기의 전환을 행하기 위한 로드록실(63)이 기밀하게 접속되어 있다. 이 예에서는, 로드록실(63)은 횡으로 나란히 2 개소에 설치되어 있다.
대기 반송실(61)에서 봤을 때, 로드록실(63, 63)보다 내측에는, 진공 분위기에서 웨이퍼(W)의 반송을 행하는 진공 반송 기구인 반송 암(64a)이 설치된 진공 반송실(64)이 기밀하게 접속되어 있다. 진공 반송실(64)에는 기술한 세정 처리실(21)이 기밀하게 설치되어 있다. 또한 진공 반송실(64)에는, 웨이퍼(W)에 패턴(7)을 형성하기 위한 플라즈마 에칭 처리가 행해지는 에칭 처리실(65)과, 포토레지스트 마스크의 플라즈마 애싱 처리가 행해지는 애싱 처리실(66)이 각각 기밀하게 접속되어 있다. 또한 이 진공 반송실(64)에, 부착물(10)을 제거한 후의 처리인 예를 들면 CVD(Chemical Vapor Deposition) 처리 등을 행하는 처리 챔버를 기밀하게 접속해도 된다.
이 처리 장치에는, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(67)가 설치되어 있다. 제어부(67)의 메모리 내에는, 이상 설명한 전처리 및 세정 처리와 함께, 에칭 처리 및 애싱 처리를 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은, 웨이퍼(W)에 대한 처리에 대응한 장치의 동작을 실행하도록 단계군이 탑재되어 있다. 상기 프로그램은 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광학 자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(68)로부터 제어부(67) 내에 인스톨된다.
이 처리 장치에서는, 반입출 포트(60)에 FOUP(1)이 재치되면, 웨이퍼 반송 기구(61a)에 의해 웨이퍼(W)가 당해 FOUP(1)으로부터 취출된다. 이 웨이퍼(W)의 표면에는, 예를 들면 기술한 패턴(7)에 대응하도록 패터닝된 포토레지스트 마스크가 적층되어 있다. 이어서, 얼라이먼트실(62)에서 웨이퍼(W)의 얼라이먼트가 행해진 후, 이 웨이퍼(W)는 대기 분위기로 설정된 로드록실(63)로 반입된다. 그리고, 로드록실(63) 내의 분위기가 진공 분위기로 전환된 후, 웨이퍼(W)는 반송 암(64a)에 의해 에칭 처리실(65) 및 애싱 처리실(66)을 이 순으로 반송되어, 이미 기술한 패턴(7)의 형성 및 애싱 처리가 이 순서로 행해진다. 이어서 웨이퍼(W)는, 로드록실(63) 및 대기 반송실(61)을 거쳐 처리 용기(42) 내로 반송되어 기술한 전처리가 행해진 후, 세정 처리실(21)로 반입되어 가스 클러스터의 조사 처리가 행해진다. 이 후, 처리 완료된 웨이퍼(W)는, 로드록실(63) 및 대기 반송실(61)을 거쳐 원래의 FOUP(1)으로 되돌려진다.
상술한 실시예에 따르면, 웨이퍼(W)의 표면에 부착한 부착물(10)을 제거함에 있어서, 웨이퍼(W)에 대하여 전처리로서 불화수소의 증기의 공급을 행하여, 웨이퍼(W)의 표면에서의 자연 산화막(11)을 용해시키고 있다. 이 때문에, 부착물(10)은, 웨이퍼(W)의 표면과 약간만 접촉한 상태가 되어, 당해 표면과의 부착력이 매우 약해진다. 따라서, 이 부착물(10)에 대하여 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터를 조사함으로써, 당해 부착물(10)이 용이하게 제거된다. 이 때문에, 부착물(10)을 제거할 시, 기술한 바와 같이 미세한 패턴(7)이 형성된 웨이퍼(W)라도, 예를 들면 가스 클러스터의 조사 속도를 억제할 수 있으므로, 예를 들면 라인(6)의 손상 등과 같은 데미지의 발생을 억제할 수 있다.
이 때, 이산화탄소 가스는 웨이퍼(W)의 하지막(12)에 대하여 반응성을 가지고 있지 않다. 또한, 가스 클러스터는 이온화되지 않고 웨이퍼(W)에 조사되고 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)에 가스 클러스터를 조사했을 때, 당해 웨이퍼(W)의 표면이 거칠어지거나, 혹은 물리적으로 깎이거나 하는 데미지의 발생이 억제된다. 또한, 가스 클러스터를 이온화하고 있지 않으므로, 예를 들면 기술한 세정 처리실(21)에는 가스 혹은 가스 클러스터를 이온화하는 장치가 불필요해지고, 이 때문에 장치의 코스트를 억제할 수 있다.
또한, 처리 용기(42) 내에서 웨이퍼(W)는 불화수소의 증기의 분위기 중에 노출되어 있으므로, 전처리에 의해 웨이퍼(W)의 전체 면에 대하여 부착물(10)의 부착력은 한 번에 저하되어 있다. 이 때문에, 예를 들면 종래의 반응성 가스의 가스 클러스터만을 이용하여 부착물(10)을 제거하고 있던 예와 비교하여, 단시간에 면내에 걸쳐 균일하게 처리할 수 있으므로, 스루풋을 높일 수 있다. 또한, 전처리와 가스 클러스터의 조사를 조합함으로써, 가스 또는 가스 클러스터, 혹은 약액만을 이용하여 부착물(10)의 제거를 행할 경우와 비교하여, 가스 또는 약액의 사용량을 억제할 수 있다. 이 때, 전처리 및 가스 클러스터의 조사의 모든 공정에서, 웨이퍼(W)에 대하여 약액을 공급하고 있지 않으므로, 폐액 처리에 요하는 코스트를 억제할 수 있다.
기술한 전처리를 행함으로써, 웨이퍼(W)의 표면이 도전성을 가지지 않는 자연 산화막(11)으로부터 도전성을 가지는 하지막(12)이 되어, 이를테면 당해 표면이 도전성을 가지게 된다. 이 때문에, 부착물(10)과 자연 산화막(11)이 기술한 물리적인 고착력과 함께 예를 들면 정전기력에 의해 서로 흡착하고 있을 경우라도, 전처리에 의해 당해 정전기력이 없어지거나 약해지므로, 부착물(10)이 웨이퍼(W)로부터 제거되기 쉬워진다. 또한, 자연 산화막(11)과 부착물(10)이 서로 화학적으로 결합하고 있을 경우라도, 당해 결합하고 있는 자연 산화막(11)을 에칭하고 있는 점에서, 기술한 바와 같이 부착물(10)을 용이하게 제거할 수 있다.
[제 1 실시예의 변형예 : 실리콘 기판의 산화]
이어서, 제 1 실시예의 변형예에 대하여, 도 9를 참조하여 설명한다. 기술한 제 1 실시예에서는, 웨이퍼(W)의 표면의 자연 산화막(11)을 제거할 경우에 대하여 설명했지만, 자연 산화막(11)은 막 두께 등의 제어가 곤란하기 때문에, 세정 과정에서의 제어성 또는 재현성이 필요할 경우에는, 이하와 같이 하여 전처리가 행해진다.
세정 과정에서의 제어성 또는 재현성이 필요한 경우에는, 먼저 당해 하지막(12)의 표층의 산화 처리를 행한다. 구체적으로 도 9에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면으로 산화 가스인 예를 들면 오존 가스가 공급된다. 이 오존 가스에 의해, 부착물(10)과 접촉하고 있는 하지막(12)의 표층이 약간 예를 들면 1 nm 만큼 산화되어, 개질층인 산화막(13)이 생성된다. 이 후, 기술한 불화수소의 증기의 공급과 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터의 조사를 이 순으로 행함으로써, 부착물(10)이 상기 산화막(13)과 함께 면내에 걸쳐 제거된다. 이 예에서는, 오존 가스에 의한 하지막(12)의 산화 처리와 불화수소의 증기의 공급에 의해 전처리가 행해지게 된다. 웨이퍼(W)에 대하여 오존 가스를 공급하는 장치로서는, 기술한 도 6에서의 기화기(43) 대신에 오존 가스 공급원(도시하지 않음)을 구비한 장치가 이용된다.
여기서, 웨이퍼(W)의 하지막(12)의 산화 처리를 행함에 있어서, 당해 웨이퍼(W)로 오존 가스가 공급되었지만, 오존 가스 대신에 오존수(오존 가스를 함유한 수용액)가 공급되도록 해도 된다. 웨이퍼(W)에 대하여 오존수가 공급되는 전처리 모듈의 일례에 대하여, 도 10을 참조하여 간단히 설명한다. 또한, 오존수에 의해 하지막(12)이 산화되는 모습, 또는 그 후의 산화막(13)의 에칭 처리 또는 가스 클러스터의 조사에 대해서는 기술한 예와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
이 장치에는, 웨이퍼(W)에 대하여 오존수를 공급하기 위한 처리 용기(81)와, 웨이퍼(W)를 재치하기 위한 재치대를 이루는 스핀 척(82)이 설치되어 있다. 스핀 척(82)은, 웨이퍼(W)의 하면측 중앙부를 지지하고, 또한 구동부(83)에 의해 수직축 중심으로 회전 가능 및 승강 가능하게 구성되어 있다. 이 스핀 척(82)의 상방에는, 웨이퍼(W)에 대하여 오존수를 토출하기 위한 오존수 노즐(84)이 전처리 기구로서 설치되어 있다. 스핀 척(82)의 상방측에는, 당해 스핀 척(82) 상의 웨이퍼(W)에 대향하도록, 당해 웨이퍼(W)에 대하여 전처리를 행하는 분위기를 밀폐하기 위한 덮개체(85)가 도시하지 않은 승강 기구에 의해 승강 가능하게 설치되어 있다. 기술한 오존수 노즐(84)은 이 덮개체(85)의 중앙부에 장착되어 있다. 스핀 척(82)의 측방측에는, 둘레 방향에 걸쳐 웨이퍼(W)의 주연부를 임하도록 배치된 링 형상의 배기로(86)가 형성되어 있다. 배기로(86)의 하면측에는 버터플라이 밸브 등의 압력 조정 기구(87)를 개재하여 진공 펌프(88)가 접속되어 있다. 도 10 중 81a는 웨이퍼(W)의 반송구, 81b는 상기 반송구(81a)를 개폐하기 위한 셔터이다.
이 처리 용기(81)에서는, 스핀 척(82)에 흡착 보지되고 또한 수직축 중심으로 회전하는 웨이퍼(W)의 중앙부에 대하여, 오존수 노즐(84)로부터 오존수가 토출되면, 이 오존수는 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 주연부측으로 확산되어 웨이퍼(W)의 면내에 걸쳐 액막을 형성한다. 그리고, 기술한 산화 처리가 종료되면, 스핀 척(82)이 고속으로 회전하여 오존수를 외연부로 털어내고, 이 후 도시하지 않은 린스 노즐로부터 토출되는 린스액에 의해 웨이퍼(W)의 표면이 세정된다.
이상의 제 1 실시예 및 제 1 실시예의 변형예에서, 웨이퍼(W) 상에 패턴(7)이 형성된 예에 대하여 설명했다. 그러나, 패턴(7)이 형성되어 있지 않은 산화 실리콘막 또는 실리콘막이어도, 마찬가지로 전처리 및 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터의 조사에 의해 부착물(10)이 용이하게 제거된다. 즉, 예를 들면 CVD법에 의해 형성할 시 이용하는 소스 가스에는 유기물이 포함되어 있으므로, 이 유기물이 웨이퍼(W)의 표면에 부착물(10)로서 부착한 경우에는, 이상 설명한 예와 마찬가지로 제거된다.
또한, 이상의 예에서는 전처리를 대기 분위기에서 행했지만, 진공 분위기에서 행해도 된다. 이 경우에는, 전처리를 행하기 위한 처리 용기(42)와, 세정 처리를 행하는 세정 처리실(21)을 각각 기술한 도 8에 도시한 진공 반송실(64)에 개별적으로 접속해도 되고, 이들 처리 용기(42)와 세정 처리실(21)을 공통화해도 된다. 구체적으로, 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 진공 반송실(64)에는 처리 용기(42)를 겸용하는 세정 처리실(21)이 기밀하게 접속되어 있고, 이 세정 처리실(21)에는, 기술한 노즐(23)과 함께 불화수소 가스가 저류된 가스원(47)이 설치되어 있다. 이 예에서는, 돌출부(21a)의 외연보다 외측에서의 세정 처리실(21)의 천장면에는, 가스원(47)으로부터 연장되는 가스 공급로(46)가 복수 개소에 형성되어 있고, 이들 가스 공급로(46)의 개구단은, 재치대(22) 상의 웨이퍼(W)의 중앙부를 향하도록 각각 배치되어 있다.
이 도 12에 도시한 장치에서는, 예를 들면 세정 처리실(21) 내의 압력이 전처리를 행하는 처리 압력으로 설정되고 또한 웨이퍼(W)에 대하여 전처리가 행해진다. 이어서, 세정 처리실(21) 내의 압력이 상기 처리 압력보다 저압(고진공)으로 설정된 후, 기술한 세정 처리가 행해진다.
[제 2 실시예 : 게르마늄막]
이어서, 본 발명의 제 2 실시예에 대하여, 도 13 ~ 도 16을 참조하여 설명한다. 이 제 2 실시예에서는, 웨이퍼(W)의 실리콘층(14)의 상층측에는, 도 13에 도시한 바와 같이, 게르마늄(Ge)막으로 이루어지는 하지막(12)이 형성되어 있다. 그리고, 이 하지막(12)의 표면에는 부착물(10)이 부착하고 있다. 이 경우에서의 부착물(10)은, 상기 하지막(12)을 예를 들면 CVD법 등에 의해 형성할 시 생성되는 부생성물 등을 포함하고 있다. 이 제 2 실시예에서는, 이하의 전처리가 행해진다.
구체적으로, 하지막(12)의 표면으로 오존 가스가 공급된다. 이 오존 가스에 의해, 하지막(12)의 표층에는 도 14에 도시한 바와 같이, 당해 표층이 약간 산화되어 산화 게르마늄(Ge-O)막(15)이 개질층으로서 생성된다. 이어서 도 15에 도시한 바와 같이, 이 웨이퍼(W)에 대하여 예를 들면 수증기(H2O)로 이루어지는 가스 클러스터가 조사되면, 산화 게르마늄막(15)이 수증기에 용해되어 에칭된다. 이 때문에, 이들 오존 가스에 의한 하지막(12)의 산화 처리와 수증기의 가스 클러스터의 공급에 의한 전처리에 의해, 도 16에 도시한 바와 같이, 부착물(10)은 웨이퍼(W)의 표면과 약간만 접촉한 상태가 되어, 부착력이 매우 약해진다. 이 때, 수증기로 이루어지는 가스 클러스터는, 하지막(12)인 게르마늄막과는 반응성을 가지고 있지 않다. 이 때문에, 수증기로 이루어지는 가스 클러스터에 의해, 하지막(12)에 대한 데미지가 억제된 상태로 산화 게르마늄막(15)이 선택적으로 에칭된다.
그리고, 이 웨이퍼(W)에 대하여 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터가 조사된다. 이산화탄소 가스의 가스 클러스터는, 하지막(12)인 게르마늄막과는 반응성을 가지고 있지 않으므로, 하지막(12)에는 데미지를 주지 않고, 부착물(10) 혹은 부착물(10)과 함께 수증기에 용해된 산화 게르마늄막(15)이 제거된다.
이 제 2 실시예의 하지막(12)을 산화하는 장치로서는, 기술한 도 6에 도시한 장치에서 기화기(43) 대신에 오존 가스원이 접속된 구성이 이용된다. 또한, 수증기로 이루어지는 가스 클러스터를 조사하는 장치로서는, 기술한 세정 처리실(21)과 동일한 구성의 전처리실을 진공 반송실(64)에 기밀하게 접속하고, 또한 가스원(37)으로서 순수를 기화하는 기화기가 설치된다. 제 2 실시예에서는, 웨이퍼(W)로 오존 가스를 공급하기 위한 가스 공급로(46)와, 수증기로 이루어지는 가스 클러스터를 조사하는 노즐(23)이 전처리 기구를 이룬다. 또한, 하지막(12)을 산화함에 있어서, 기술한 도 10의 장치를 이용하여, 오존 가스 대신에 오존수를 웨이퍼(W)로 공급해도 된다.
이 때, 오존 가스의 가스 클러스터를 이용할 경우에는, 이하와 같이 구성해도 된다. 즉 도 17에 도시한 바와 같이, 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터를 조사하는 가스 공급로(34) 또는 가스원(37)과 함께, 순수를 기화하는 기화기(38) 및 이 기화기(38)로부터 연장되는 수증기 공급로(39)를 노즐(23)에 접속해도 된다. 따라서 이 예에서는, 전처리에서의 가스 클러스터를 생성하는 생성 기구는, 세정용 가스의 가스 클러스터의 생성 기구와 동일한 것이다. 이 경우에는, 이미 설명한 바와 같이, 하지막(12)이 산화된 후, 수증기로 이루어지는 가스 클러스터의 공급 및 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터의 공급이 이 순으로 행해지도록 해도 된다. 또한, 후술하는 실험예로 알 수 있는 바와 같이, 이들 가스 클러스터를 동시에 웨이퍼(W)로 공급하여, 산화 게르마늄막(15)의 에칭 처리와 부착물(10)의 제거를 동시에 행해도 된다. 또한, 산화 게르마늄막(15)이 에칭될 때, 수증기로 이루어지는 가스 클러스터가 공급되는 것 대신에, 기체인 수증기 혹은 액체인 순수가 웨이퍼(W)로 공급되도록 해도 된다. 이 경우에는, 도 6 및 도 10의 장치에서, 불화수소 수용액 또는 오존수 대신에 순수가 이용된다.
[제 3 실시예 : 포토레지스트 마스크]
이어서, 본 발명의 제 3 실시예에 대하여, 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한다. 이 실시예에서는, 도 18에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)에 기술한 패턴(7)을 형성하기 위한 포토레지스트 마스크(16)에 부착한 부착물(10)이 제거되는 예를 나타내고 있다. 즉, 포토레지스트 마스크(16)에 대하여 노광 처리 및 현상 처리를 행하여 패터닝 한 후에는, 당해 패터닝에 의해 포토레지스트 마스크(16)로부터 제거된 유기 성분이 포토레지스트 마스크(16)의 표면에 부착물(10)로서 부착한다. 이 때문에, 이 부착물(10)은 이하와 같이 하여 제거된다.
구체적으로, 기술한 도 6에 도시한 장치를 이용하여, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여, 전처리로서 불화수소의 증기 대신에 오존 가스가 공급된다. 이 처리에 의해, 도 19에 도시한 바와 같이, 포토레지스트 마스크(16)의 표면은 약간 산화되어, 에칭되므로, 부착물(10)은 포토레지스트 마스크(16)에 대한 부착력이 매우 약해진다. 이 때문에, 이 웨이퍼(W)에 대하여 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터가 조사되면, 당해 가스 클러스터는 상기 표면의 하층측의 하지막(12)인 포토레지스트 마스크(16)와는 반응성을 가지고 있지 않으므로, 부착물(10)과 함께 개질층(18)이 제거된다.
이 예에서도, 오존 가스 대신에 오존수가 웨이퍼(W)로 공급되도록 해도 된다. 또한 전처리로서, 오존 가스를 이용하여 가스 클러스터를 발생시키고, 당해 가스 클러스터에 의해 포토레지스트 마스크(16)의 표면이 산화되도록 해도 된다. 이 경우에는, 오존 가스의 가스 클러스터와 이산화탄소 가스의 가스 클러스터가 동시에 웨이퍼(W)로 공급되도록 하여, 전처리와 부착물(10)의 제거가 동시에 행해지도록 해도 된다.
또한, 포토레지스트 마스크(16) 상의 부착물(10)을 제거할 경우에는, 전처리로서는, 오존 가스의 공급 대신에 도 20에 도시한 바와 같이 자외선(UV)이 조사되도록 해도 된다. 즉, 자외선이 조사됨으로써, 포토레지스트 마스크(16)의 표면이 열화에 의해 경화되어 쉽게 제거될 수 있다. 이 때문에, 이 포토레지스트 마스크(16)에 대하여 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터가 조사되면, 마찬가지로 부착물(10)과 함께 포토레지스트 마스크(16)의 표면에서의 경화된 층이 제거된다. 따라서 이 예에서는, 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터의 조사 공정은, 전처리의 일부(포토레지스트 마스크(16)의 표면의 에칭)를 겸하고 있다고 할 수 있다. 혹은 전처리로서, 오존 가스의 공급과 자외선(UV)의 조사가 동시에 행해지도록 해도 된다. 이 경우, 기술한 예와 마찬가지로, 표면의 에칭에 의해 부착물(10)의 부착력이 매우 약해지므로, 이 웨이퍼(W)에 대하여 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터가 조사되면, 부착물(10)은 용이하게 제거된다.
웨이퍼(W)에 자외선을 조사하는 장치에 대하여, 도 21을 참조하여 간단히 설명한다. 이 장치에는 처리 용기(91)와, 이 처리 용기(91) 내에 설치된 재치대(92)가 배치되어 있다. 재치대(92)에 대향하는 위치에서의 처리 용기(91)의 천장면에는, 예를 들면 석영 등으로 이루어지는 투명창(93)이 기밀하게 장착되어 있다. 투명창(93)의 상방측에, 재치대(92) 상의 웨이퍼(W)에 대하여 투명창(93)을 개재하여 자외선을 조사하기 위한 자외선 램프(94)가 전처리 기구로서 설치되어 있다. 도 21 중 95는 가스 공급관, 96은 예를 들면 질소 가스가 저류된 가스원이며, 또한 97은 진공 펌프, 98은 반송구이다. 이 처리 용기(91)는 예를 들면 기술한 진공 반송실(64)에 기밀하게 접속된다. 또한, 웨이퍼(W)에 자외선이 조사되는 상기 처리 용기(91)와, 웨이퍼(W)로 오존 가스가 공급되는 기술한 도 6의 처리 용기(42)를 공통화하여, 웨이퍼(W)에 대하여 오존 가스가 공급되면서 자외선이 조사되도록 해도 된다.
[제 4 실시예 : 금속막]
이하에, 본 발명의 제 4 실시예에 대하여 도 22 및 도 23을 참조하여 설명한다. 이 제 4 실시예에서는, 웨이퍼(W)의 실리콘층(14)에 적층된 금속막(17) 혹은 기술한 홈(5) 내에 매립된 금속막(17) 상의 부착물(10)이 제거되는 예를 나타내고 있다. 이 예에서는, 금속막(17)은 예를 들면 텅스텐(W)에 의해 구성되어 있다. 즉, 금속막(17)을 CVD법 등에 의해 형성할 시 이용되는 소스 가스에는, 기술한 바와 같이 유기물이 포함되어 있으므로, 도 22에 도시한 바와 같이, 당해 유기물로 이루어지는 잔사가 금속막(17)의 표면에 부착물(10)로서 부착하는 경우가 있다. 따라서, 이하와 같이 하여 이 부착물(10)이 제거된다.
구체적으로 도 23에 도시한 바와 같이, 도 6에 도시한 장치를 이용하여, 웨이퍼(W)에 대하여 전처리로서 염화수소(HCl) 가스가 공급된다. 이 염화수소 가스에 의해, 금속막(17)의 표층이 약간 에칭되어 제거된다. 이 때문에, 부착물(10)은 금속막(17)에 대한 부착력이 매우 약해진다. 따라서, 이 웨이퍼(W)에 대하여, 하지막(12)인 금속막(17)에 대하여 반응성을 가지고 있지 않은 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터가 조사되면, 부착물(10)이 용이하게 제거된다.
이 경우에서 전처리에 이용되는 가스로서는, 염화수소 가스 대신에 불화염소(ClF3) 가스를 이용해도 된다. 또한 금속막(17)으로서는, 텅스텐막 대신에 티탄막이어도 된다.
[제 5 실시예 : 부착물의 에칭]
여기서, 본 발명의 제 5 실시예에 대하여 기술한다. 이상의 각 예에서는, 전처리로서 웨이퍼(W)의 표면이 에칭되는 예에 대하여 설명했지만, 이 제 5 실시예에서는, 웨이퍼(W)의 표면이 에칭되는 것 대신에, 부착물(10)의 표면이 에칭된다. 즉, 부착물(10)을 구성하는 재질을 이미 알고 있을 경우에는, 혹은 부착물(10)에 포함되어 있는 재질이 예측될 경우에는, 당해 재질이 에칭되면, 예를 들면 부착물(10)의 하단부는, 웨이퍼(W)측에서 보면 상방측으로 후퇴하게 된다. 따라서, 이 경우에도 부착물(10)이 웨이퍼(W)로부터 이탈하기 쉬워져, 마찬가지로 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터에 의해 당해 부착물(10)이 용이하게 제거된다.
도 24는, 부착물(10)을 구성하는 재질이 산화 실리콘인 경우에 대한 예를 도시하고 있고, 당해 부착물(10)은, 웨이퍼(W)의 표면인 예를 들면 금속막(17)에 부착하고 있다. 이 경우에는, 도 25에 도시한 바와 같이, 불화수소의 증기가 웨이퍼(W)로 공급됨으로써, 부착물(10)의 표면이 에칭되므로, 당해 부착물(10)은, 웨이퍼(W)의 표면에 이를테면 단지 얹혀 있는 상태가 된다. 이 때문에, 이 후 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터가 조사됨으로써, 상기 부착물(10)은 용이하게 제거된다.
이 제 5 실시예에서는, 부착물(10)이 산화 실리콘인 경우에 대하여 설명했지만, 부착물(10)이 유기물일 경우에는 오존 또는 자외선이 전처리 시에 웨이퍼(W)의 표면으로 공급(조사)되고, 부착물(10)이 금속 입자일 경우에는 염소계의 가스가 전처리 시에 공급된다. 또한, 부착물(10)이 실리콘일 경우에는, 기술한 제 1 실시예의 변형예에서 설명한 바와 같이, 부착물(10)에서의 표면의 에칭을 행하기 전에, 당해 표면이 미리 산화되도록 해도 된다. 또한, 부착물(10)의 내부가 균일하게 동일한 재질에 의해 구성되어 있지 않아도, 부착물(10)의 일부에 에칭되는 물질이 포함되어 있으면, 당해 일부가 에칭됨으로써, 마찬가지로 웨이퍼(W)의 표면에 대한 부착물(10)의 부착력을 저하시킬 수 있다.
또한 도 26에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면과 부착물(10)의 표면에 동일한 재질 이 예에서는 산화 실리콘이 포함되어 있을 경우에는, 부착물(10)의 표면과 함께 웨이퍼(W)의 표면에 대해서도 에칭할 수 있으므로, 부착물(10)의 부착력을 더 저하시킬 수 있다.
세정 처리실(21)에서 웨이퍼(W)에 조사하는 가스 클러스터에는, 기술한 각 실시예에서는 이산화탄소 가스를 이용했다. 그러나, 가스 클러스터에 사용하는 가스로서는, 이산화탄소 가스 대신에, 웨이퍼(W)의 하지막(12)에 대하여 반응성을 가지지 않는 비반응성 가스 예를 들면 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스를 이용해도 되고, 혹은 이들 가스를 혼합하여 이용해도 된다. 이 때, 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터는 가스 클러스터의 사이즈, 즉 가스 클러스터의 운동 에너지가 상기 아르곤 가스 또는 질소 가스보다 크다. 이 때문에 부착물(10)의 제거 효과도 커지므로, 이 이산화탄소 가스를 이용하여 가스 클러스터를 생성시키는 것이 바람직하다.
또한 후술하는 실험예에 나타낸 바와 같이, 상기 비반응성 가스와 함께, 웨이퍼(W)의 표면 또는 부착물(10)의 표면에 대하여 에칭 작용을 가지는 에칭 가스를 이용해도 된다. 즉, 상기 비반응성 가스 및 상기 에칭 가스에 의해 가스 클러스터를 발생시키고, 이를테면 전처리(에칭 처리)와 부착물(10)의 제거 처리가 동시에 행해지도록 해도 된다.
또한 이상의 각 실시예에서, 세정 공정 혹은 전처리 공정에서 웨이퍼(W)에 대하여 가스 클러스터가 조사되는 노즐(23)에 대해서는 각각 하나만 설치했지만, 각각 복수 배치해도 된다. 이 경우에는, 각각의 노즐(23)은 예를 들면 웨이퍼(W)의 상방측에서, 당해 웨이퍼(W)의 외연과 동심원 형상이 되도록 링 형상으로 복수 배치된다. 또한, 이 링 형상으로 배치한 복수의 노즐(23)로 이루어지는 조사부가 웨이퍼(W)의 중심부측으로부터 외연부를 향해 복수 둘레에 걸쳐 배치된다. 또한 노즐(23)이 복수 배치될 경우에는, 웨이퍼(W)의 상방측에 격자 형상으로 배치되어도 된다.
이상 설명한 처리 장치로서는, 전처리를 행하는 장치와 이산화탄소 가스로 이루어지는 가스 클러스터를 조사하는 장치가 설치된 구성을 들었다. 그러나, 이들 장치가 서로 개별로 스탠드 얼론의 장치로서 배치되고, 또한 이들 장치 사이에서 외부의 웨이퍼 암에 의해 웨이퍼(W)가 전달되는 구성을 채용해도 된다.
또한 본 발명은, 부착물(10)이 제거될 시 조사되는 가스 클러스터가 이온화되어 있어도, 예를 들면 해리의 정도가 약한 상태로 이온화되어 있어도 권리 범위에 포함된다.
실험예
이하에, 본 발명에 대한 실험에서 얻어진 결과를 설명한다. 이 실험은, 베어 실리콘 웨이퍼에 대하여 입경이 23 nm의 산화 실리콘(실리카)으로 이루어지는 입자를 분사하여 당해 웨이퍼를 강제적으로 오염시키고, 이 후 이하의 실험 조건에 나타낸 처리를 행했을 시, 상기 입자의 부착 상황이 어떻게 변화하는지 확인했다.
(실험 조건)
·비교예
가스 클러스터의 가스 : 아르곤 가스 100%
가스 클러스터 노즐에의 도입 가스 압력 : 0.899 MPaG(게이지 측정값)
·실험예
가스 클러스터의 가스 : 아르곤 가스 95% + 불화수소 5%
가스 클러스터 노즐에의 도입 가스 압력 : 0.85 MPaG(게이지 측정값)
비교예에서 가스 클러스터의 조사 전 및 조사 후에 촬상한 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진을 도 27의 좌측 및 우측에 각각 나타낸다. 도 27에서는, 아르곤 가스의 가스 클러스터의 조사에서는 입자는 거의 제거되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
한편, 실험예에서 가스 클러스터의 조사 전 및 조사 후에서의 SEM 사진을 도 28의 좌측 및 우측에 각각 나타내면, 가스 클러스터의 조사 후에는, 거의 모든 입자가 제거되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 아르곤 가스의 가스 클러스터만으로는, 입자와 웨이퍼와의 부착력을 극복할 수 없었지만, 아르곤 가스와 함께 불화수소 가스에 의해 가스 클러스터를 발생시킴으로써, 상기 입자가 용이하게 제거되는 것을 알 수 있었다.
따라서, 불화수소의 가스 클러스터에 의해, 기술한 바와 같이 실리카 입자의 표면이 에칭되어, 웨이퍼에의 부착력이 저하되어 있다고 할 수 있다. 이 때문에 실험예에서는, 비교예보다 도입 압력이 낮아도, 입자가 용이하게 제거되어 있었다. 이 때, 실험예에서는, 아르곤 가스와 함께 불화수소 가스를 이용하여 가스 클러스터를 발생시키고 있지만, 이들 가스를 혼합시킴으로써, 전처리와 세정 처리가 동시에 행해지는 것, 상세하게는 실리카 입자가 에칭되면 신속하게 아르곤 가스의 가스 클러스터에 의해 제거되는 것을 알 수 있었다. 이 때문에, 전처리와 세정 처리를 별개로 이 순으로 행한 경우라도, 이 실험예와 마찬가지로 입자가 용이하게 제거되는 것을 알 수 있다.
W : 웨이퍼
7 : 패턴
10 : 부착물
11 : 자연 산화막
12 : 하지막
13 : 산화막
14 : 실리콘층
15 : 산화 게르마늄막
16 : 포토레지스트 마스크
17 : 금속막
23 : 노즐

Claims (16)

  1. 부착물이 부착된 피처리체의 표면으로부터 부착물을 제거하는 세정 방법에 있어서,
    피처리체의 표면 및 부착물 중 적어도 일방에 대하여, 에칭 처리를 포함하는 전처리를 행하는 공정과,
    피처리체가 놓여지는 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터, 상기 피처리체의 표면에 노출되어 있는 막에 대하여 반응성을 가지지 않는 세정용 가스를 처리 분위기로 토출하고, 단열 팽창에 의해 상기 세정용 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성시키는 공정과,
    상기 전처리가 행해진 피처리체의 표면에, 세정용 가스의 가스 클러스터를 조사하여 부착물을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리는, 피처리체의 표면 및 부착물 중 적어도 일방에 대한 개질 처리와, 상기 개질 처리에 의해 개질된 개질층에 대한 에칭 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리를 행하는 공정과 상기 부착물을 제거하는 공정은 동시에 행해지는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리는, 상기 에칭 처리를 행하기 위하여 가스 클러스터를 조사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 에칭 처리를 행하기 위하여 가스 클러스터를 조사하는 공정은, 상기 세정용 가스의 가스 클러스터를 조사하여, 부착물을 제거하는 공정에 있어서 가스 클러스터를 조사하는 생성 기구와 동일한 생성 기구를 이용하여 조사하는 공정인 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 에칭 처리를 행하기 위하여 가스 클러스터를 조사하는 공정은, 상기 세정용 가스의 가스 클러스터를 조사하여, 부착물을 제거하는 공정에 있어서 가스 클러스터를 조사하는 생성 기구와는 상이한 생성 기구를 이용하여 조사하는 공정인 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정용 가스의 가스 클러스터를 조사하여, 부착물을 제거하는 공정은, 가스 클러스터를 조사하는 생성 기구를 복수 배치하여, 상기 생성 기구로부터 가스 클러스터를 조사하는 공정인 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 에칭 처리를 행하기 위하여 가스 클러스터를 조사하는 공정은, 가스 클러스터를 조사하는 생성 기구를 복수 배치하여, 상기 생성 기구로부터 가스 클러스터를 조사하는 공정인 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정용 가스의 가스 클러스터를 조사하여, 부착물을 제거하는 공정은, 가스 클러스터를 조사하는 생성 기구에서의 피처리체에 대한 각도가 가변인 상태로 행해지는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 에칭 처리를 행하기 위하여 가스 클러스터를 조사하는 공정은, 가스 클러스터를 조사하는 생성 기구에서의 피처리체에 대한 각도가 가변인 상태로 행해지는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  11. 부착물이 부착된 피처리체의 표면으로부터 부착물을 제거하는 피처리체의 처리 장치에 있어서,
    내부에 피처리체가 재치되는 전처리실과,
    상기 전처리실 내에 재치된 피처리체의 표면 또는 부착물 중 적어도 일방에 대하여 에칭 처리를 포함하는 전처리를 행하기 위한 전처리 기구를 가지는 전처리 모듈과,
    내부에 피처리체가 재치되는 세정 처리실과,
    상기 세정 처리실에 설치되고, 상기 세정 처리실의 내부의 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터, 상기 피처리체의 표면에 노출되어 있는 막에 대하여 반응성을 가지지 않는 세정용 가스를 처리 분위기로 토출하여, 단열 팽창에 의해 상기 세정용 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성시키고, 상기 부착물을 제거하기 위하여, 전처리 후의 피처리체로 공급하는 가스 클러스터 노즐과,
    상기 전처리실 및 상기 세정 처리실에 대하여 피처리체의 전달을 행하는 반송 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전처리실은, 내부가 상압 분위기로 유지된 상압 처리실이며, 상압 분위기에서 피처리체의 반송을 행하는 상압 반송실에 접속되고,
    상기 세정 처리실은, 내부가 진공 분위기로 유지된 진공 처리실이며, 진공 분위기에서 피처리체의 반송을 행하는 진공 반송실에 기밀하게 접속되고,
    상기 상압 반송실과 상기 진공 반송실의 사이에는, 내부의 분위기의 전환을 행하기 위한 로드록실이 설치되고,
    상기 상압 반송실 및 상기 진공 반송실에는, 상기 반송 기구로서 상압 반송 기구 및 진공 반송 기구가 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 전처리실 및 상기 세정 처리실은, 내부가 각각 진공 분위기로 유지된 진공 처리실이며,
    상기 전처리실 및 상기 세정 처리실의 사이에는, 상기 반송 기구가 배치된 진공 반송실이 기밀하게 개재되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 전처리실 및 상기 세정 처리실은 공통화되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 진공 반송실에는, 상기 전처리에 앞서 행해지는 진공 처리 혹은 부착물의 제거를 행한 후에 이어지는 진공 처리를 행하기 위한 진공 처리실이 기밀하게 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  16. 피처리체의 세정을 행하는 처리 장치에 이용되고, 컴퓨터 상에서 동작하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 제 1 항에 기재된 세정 방법을 실시하도록 단계가 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 기억 매체.
KR1020147004113A 2011-07-19 2012-07-12 세정 방법, 처리 장치 및 기억 매체 KR101672833B1 (ko)

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