CN102260849B - 团簇束产生装置以及方法、基板处理装置以及方法 - Google Patents

团簇束产生装置以及方法、基板处理装置以及方法 Download PDF

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Abstract

本发明要解决的问题在于提供能够容易地控制液体原料的团簇和气体原料的团簇的比率的团簇束产生装置以及方法、基板处理装置以及方法。本发明通过提供下述团簇束产生装置来解决上述问题，该团簇束产生装置产生团簇束，其特征在于包括：混合器，所述混合器混合气体原料和液体原料；喷嘴，所述喷嘴将在所述混合器中混合的所述气体原料和所述液体原料以团簇束的形式供应；以及温度调节部，所述温度调节部调节所述喷嘴的温度；其中，通过利用所述温度调节部改变所述喷嘴的温度来调节所述团簇束中所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率。

Description

团簇束产生装置以及方法、基板处理装置以及方法
技术领域
本发明涉及团簇束产生装置、基板处理装置、团簇束产生方法以及基板处理方法。
背景技术
由多个原子等凝聚而成的气体团簇表现出特殊的物理化学行为，从而正在研究其在很多领域中的使用。即，由气体团簇形成的团簇离子束适于以往困难的在从固体表面至数纳米的深度的区域进行离子注入、表面加工、薄膜形成的工序。
在这样的气体团簇产生装置中，可接受加压气体的供应来产生原子数为数百～数千的团簇。
另外，在这样的气体团簇产生装置中，作为原料不限于气体，有时被要求产生常温下为液体的原料的团簇，专利文献1公开了生成常温下为液体的材料的团簇的团簇离子束装置。
专利文献1为日本专利文献特开平9-143700号公报。
发明内容
然而，当使用液体的团簇来进行基板等的处理时，有时要快速改变液体的团簇和气体的团簇的混合比率。此时，如果想要通过质量流控制器等来改变混合比率，那么通过喷嘴等供应的液体的团簇和气体的团簇的比率要达到稳定将需要时间，并且在稳定之前，流出的作为原料的液体材料及气体材料将被浪费掉。
另一方面，当使用气体的团簇和液体的团簇进行多个过程时，如果能够使用同一团簇束产生装置，则能够在同一腔室内进行多个基板处理的过程，从而能够提高处理量(throughput)，并能够防止基板等的污染。
本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够迅速改变液体的团簇和气体的团簇的混合比率的团簇束产生装置以及基板处理装置，并且提供使用该团簇束产生装置以及基板处理装置进行多个过程的团簇束产生方法以及基板处理方法。
本发明是一种产生团簇束的团簇束产生装置，其特征在于，包括：混合器，所述混合器混合气体原料和液体原料；喷嘴，所述喷嘴将在所述混合器中混合的所述气体原料和所述液体原料以团簇束的形式供应；以及温度调节部，所述温度调节部调节所述喷嘴的温度；其中，通过利用所述温度调节部改变所述喷嘴的温度，来调节所述团簇束中所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率。
另外，本发明是一种产生团簇束的团簇束产生装置，其特征在于，包括：混合器，所述混合器混合气体原料和液体原料；喷嘴，所述喷嘴将在所述混合器中混合的所述气体原料和所述液体原料以团簇束的形式供应；以及温度调节部，所述温度调节部调节所述喷嘴的温度；其中，通过利用所述温度调节部改变所述喷嘴的温度，来调节所述团簇束中所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率，所述喷嘴的温度被确定以使所述团簇的大小成为期望的大小。
另外，本发明是一种产生团簇束的团簇束产生装置，其特征在于，包括：混合器，所述混合器混合气体原料和液体原料；多个喷嘴，其中每个喷嘴将在所述混合器中混合的所述气体原料和所述液体原料以团簇束的形式供应；以及温度调节部，所述温度调节部调节所述喷嘴的温度；其中，通过利用所述温度调节部改变所述喷嘴的温度，来调节所述团簇束中所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率，所述多个喷嘴中的各个喷嘴的温度设定不同，所述多个喷嘴被选择切换。
另外，本发明的特征在于，包括通过所述温度调节部控制所述喷嘴的温度的控制部，所述控制部能够通过所述温度调节部将所述喷嘴设定为第一温度和第二温度，所述第一温度和所述第二温度是不同的温度，所述第一温度下的团簇束中的所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率与所述第二温度下的团簇束中的所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率是不同的值。
另外，本发明的特征在于，所述团簇处于预定的大小的范围内。
另外，本发明的特征在于，包括上述的团簇束产生装置，并且向基板照射在所述团簇束产生装置中产生的所述团簇束来进行对所述基板的基极处理。
另外，本发明的特征在于，在所述控制部中进行以下控制：将所述喷嘴设定为所述第一温度，进行第一基板处理，在所述第一基板处理之后，将所述喷嘴设定为所述第二温度，进行第二基板处理。
另外，本发明的特征在于，所述第一温度是使得所述团簇束中包含很多所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇中的一者的温度，所述第二温度是使得所述团簇束中包含很多所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇中的另一者的温度。
另外，本发明的特征在于，所述基板处理进行清洗、抗蚀剂的去除、基板表面的平坦化、蚀刻残渣的去除、绝缘膜的去除中一个或两个以上的处理。
另外，本发明是一种产生团簇束的团簇束产生方法，其特征在于，所述团簇束通过团簇束产生装置来产生，所述团簇束产生装置包括：混合器，所述混合器混合气体原料和液体原料；喷嘴，所述喷嘴将在所述混合器中混合的所述气体原料和所述液体原料以团簇束的形式供应；以及温度调节部，所述温度调节部调节所述喷嘴的温度；所述团簇束产生方法通过利用所述温度调节部改变所述喷嘴的温度，来调节所述团簇束中所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率。
另外，本发明是一种产生团簇束的团簇束产生方法，其特征在于，所述团簇束通过团簇束产生装置来产生，所述团簇束产生装置包括：混合器，所述混合器混合气体原料和液体原料；喷嘴，所述喷嘴将在所述混合器中混合的所述气体原料和所述液体原料以团簇束的形式供应；以及温度调节部，所述温度调节部调节所述喷嘴的温度；所述团簇束产生方法通过利用所述温度调节部改变所述喷嘴的温度，来调节所述团簇束中所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率，所述喷嘴的温度被确定以使所述团簇的大小成为期望的大小。
另外，本发明是一种产生团簇束的团簇束产生方法，其特征在于，所述团簇束通过团簇束产生装置来产生，所述团簇束产生装置包括：混合器，所述混合器混合气体原料和液体原料；多个喷嘴，其中每个喷嘴将在所述混合器中混合的所述气体原料和所述液体原料以团簇束的形式供应；以及温度调节部，所述温度调节部调节所述喷嘴的温度；所述团簇束产生方法通过利用所述温度调节部改变所述喷嘴的温度，来调节所述团簇束中所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率，所述多个喷嘴中的各个喷嘴的温度设定不同，所述多个喷嘴被选择切换。
根据本发明，能够提供可迅速改变液体的团簇和气体的团簇的混合比率的团簇束产生装置以及基板处理装置，并且能够提供使用了该团簇束产生装置和基板处理装置的执行多个过程的团簇束产生方法以及基板处理方法。
附图说明
图1是第一实施方式中的团簇束产生装置以及基板处理装置的构成图；
图2是第一实施方式中的原料供应部分的构成图；
图3是改变温度时的四极质谱；
图4是喷嘴温度和团簇中的分压的相关图；
图5是喷嘴温度和团簇中甲醇的分压比的相关图；
图6是喷嘴温度和团簇大小的相关图；
图7是第二实施方式中的基板处理方法的流程图。
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的方式进行说明。
(第一实施方式)
对第一实施方式中的团簇束产生装置以及基板处理装置进行说明。本实施方式中的团簇束产生装置能够产生常温下为气体的原料的团簇和常温下为液体的原料的团簇，并能够容易改变气体原料的团簇和液体原料的团簇的比率。另外，本实施方式中的基板处理装置使用本实施方式中的团簇束产生装置来进行基板处理。
作为本实施方式中的团簇束产生装置以及基板处理装置，基于图1和图2对团簇离子束产生装置10进行说明。
如图1所示，该团簇离子束产生装置10具有喷嘴腔室20以及主腔室30。在喷嘴腔室20中设置有产生团簇的喷嘴21，并且具有用于拣选所产生的团簇的分离器22，经过了该分离器22的团簇被导入到主腔室30内。在主腔室30中设置有用于使团簇离子化的离子化部31，被离子化的团簇在加速部32中被加速，在电极部33中拣选离子化了的团簇并将其照射到基板34上。这样，通过向基板34照射由团簇形成的团簇束26，能够进行基板处理。在喷嘴21中设置有加热器等可调节温度的温度调节部23，温度调节部23中的温度控制由温度控制部24进行。另外，向喷嘴21供应由作为团簇原料的液体原料和气体原料在混合器40中混合而成的原料。在喷嘴腔室20和主腔室30之间设置有开闭器(shutter)25，通过打开或关闭开闭器25，能够控制团簇向主腔室30内的导入。
如图2所示，常温下为气体的原料(气体原料)经由质量流控制器41被供应到混合器40，常温下为液体的原料(液体原料)经由泵42和液体用流控制器43被供应到该混合器40。在本实施方式中，常温下为气体的原料采用了氩(Ar)，常温下为液体的原料采用了甲醇(CH3OH)。常温下为气体的原料的氩在质量流控制器41中被调节成200sccm的流量并被供应到混合器40。另外，常温下为液体的原料的甲醇在液体用流控制器43中被调节成0.02sccm的流量并被供应到混合器40。如图1所示，在混合器40在其中设置有加热器44，并被加热到预定温度，常温下为液体的甲醇处于气化的状态。在该状态下，氩以及气化的甲醇被供应给喷嘴21。
接着，对在本实施方式的团簇束产生装置中改变温度调节部23的温度的情形进行说明。图3示出了改变温度调节部23的温度时的四极质谱。该图3所示的曲线图是在将加热器44的温度设定为150℃的情况下通过与主腔室30连接的没有图示的四极质量分析装置测定内部状态而得的。如图3所示，当改变温度调节部23中的温度、即喷嘴21的温度时，能够改变团簇束26中的氩团簇和甲醇团簇的比率。具体地说，在温度调节部23中的温度低的情况下，例如在温度调节部23中的温度为30℃的情况下，存在非常多的氩团簇，甲醇团簇少。但是，通过提高温度调节部23中的温度，氩团簇急剧减少，甲醇团簇增加。
图4是示出团簇(团簇束26)中的氩和甲醇的分压的图，图5是示出甲醇团簇的分压比的图。如图4和图5所示，通过改变温度调节部23中的温度、即喷嘴21的温度，能够改变并调节甲醇团簇的分压比。
这样，通过改变喷嘴21的温度，能够调节甲醇团簇的分压比，因此能够迅速进行甲醇团簇的分压比的调节。即、当通过利用质量流控制器等的流量控制来进行甲醇团簇的分压控制时，由于从质量流控制器到喷嘴有一定距离，因此在主腔室30中甲醇团簇达到期望分压需要时间，并且在此期间所供应的原料将被浪费掉。但是，在本实施方式的团簇离子束产生装置中，由于能够通过进行喷嘴21的温度控制来进行甲醇团簇的分压控制，因此能够使甲醇团簇在短时间内迅速达到期望的分压，并且能够尽可能地防止所供应的原料的浪费。由此，能够提高基板处理等的处理量，进而能够以低成本进行基板处理等。
接着，基于图6来说明喷嘴21的温度和团簇的平均大小的关系。如图6所示，在本实施方式的团簇离子束产生装置中，即使改变喷嘴21的温度、即温度调节部23中的温度，从喷嘴21供应的团簇的大小也约处于1000～1400内，生成略相同大小的团簇。因此，能够不改变团簇的大小而改变甲醇的分压比、或者氩的分压比。
另外，在本实施方式的说明中，对使团簇离子化的团簇离子束产生装置进行了说明，但也可以通过从图1所示的团簇离子束产生装置10中去掉离子化部31、加速部32以及电极部33而构成产生中性团簇的团簇束产生装置。
另外，在本实施方式的团簇束产生装置中，也可以配置多个喷嘴21，并且各个喷嘴21的温度不同，从而也可以根据用途来选择切换温度不同的喷嘴21。
另外，在本实施方式的说明中，对常温下为气体的原料采用了氩、常温下为液体的原料采用了甲醇的情形进行了说明，但可使用任意的常温下为气体的原料以及常温下为液体的原料。
(第二实施方式)
接着，对第二实施方式进行说明。本实施方式是使用了第一实施方式中的团簇离子束产生装置以及基板处理装置的基板处理方法。
基于图7对本实施方式中的基板处理方法进行说明。本实施方式中的基板处理方法在步骤102(S102)中，通过温度调节部23将喷嘴21的温度设定为第一温度，进行第一基板处理，之后在步骤104(S104)中，通过温度调节部23将喷嘴21的温度设定为第二温度，进行第二基板处理。另外，第一温度和第二温度是不同的温度，第一基板处理和第二基板处理是不同过程的基板处理。
作为本实施方式中的基板处理方法，具体可举出以下基板处理方法。
第一方法是在进行基板表面的清洗之后进行平坦化的基板处理方法。在第一方法中，液体原料采用乙醇，气体原料采用氩。首先，作为第一基板处理工序，在将喷嘴21的温度设定为150℃等的高温、并且团簇束中包含很多乙醇团簇的条件下执行清洗基板的过程。接着，作为第二基板处理工序，在将喷嘴21的温度设定为30℃等的低温、并且团簇束中包含很多氩团簇的条件下执行使基板表面平坦化的过程。由此能够在一个腔室内进行清洗和平坦化。
接着，对第二方法进行说明。第二方法是用于去除附着在基板上的抗蚀剂的基板处理方法，液体原料采用异丙醇(IPA；Isopropyl alcohol：C3H8O)，气体原料采用氩或氮(N2)。首先，作为第一基板处理工序，在将喷嘴21的温度设定为高温、并且团簇束中包含很多IPA的团簇的条件下，执行溶解附着在基板表面上的抗蚀剂的过程。接着，作为第二基板处理工序，在将喷嘴21的温度设定为低温、并且团簇束中包含很多氩或氮的团簇的条件下执行去除附着在基板上的抗蚀剂残渣的过程。由此能够在一个腔室内进行抗蚀剂的溶解和残渣的去除。
接着，对第三方法进行说明。第三方法是用于去除基板上的蚀刻后的残渣的基板处理方法，作为液体原料，在卤系残渣的情况下采用水(H2O)，或者在CF系残渣的情况下采用异丙醇(IPA)，并且，气体原料采用氩或氮(N2)。首先，作为第一基板处理工序，在将喷嘴21的温度设定为高温、并且团簇束中包含很多水或IPA的团簇的条件下执行溶解附着在基板表面上的残渣的过程。接着，作为第二基板处理工序，在将喷嘴21的温度设定为低温、并且团簇束中包含很多氩或氮的团簇的条件下，执行去除附着在基板上的残渣的过程。由此，能够在一个腔室内进行蚀刻后残渣的溶解和去除。
接着，对第四方法进行说明。第四方法是用于去除附着在基板上的HigH-k(高介电常数)材料的基板处理方法，液体原料采用氨水(NH4OH)，气体原料采用氯化氢(HCl)。首先，作为第一基板处理工序，在将喷嘴21的温度设定为高温、并且团簇束中包含很多氨水团簇的条件下，执行使附着在基板表面上的HigH-k材料还原的过程。接着，作为第二基板处理工序，将喷嘴21的温度设定为低温，在团簇束中包含很多氯化氢团簇的条件下，执行使附着在基板上的HigH-k材料氯化并气化的过程。由此，能够在一个腔室内进行附着在基板表面上的HigH-k材料的去除。
接着，对第五方法进行说明。第五方法包括图7中没有示出的第三基板处理工序，是用于去除附着在基板上的高剂量抗蚀剂的残渣的基板处理方法。液体原料采用异丙醇(IPA)，气体原料采用二氧化碳(CO2)和氩或氮。首先，作为第一基板处理工序，将喷嘴21的温度设定为低温，在团簇束中包含很多二氧化碳团簇的条件下执行破坏高剂量抗蚀剂表面的外壳(Crust)层的过程。接着，作为第二基板处理工序，将喷嘴21的温度设定为高温，在团簇束中包含很多IPA团簇的条件下，执行溶解附着在基板表面上的抗蚀剂的过程。接着，执行图7中没有示出的第三基板处理工序。在第三基板处理工序中，将喷嘴21的温度设定为低温，在团簇束中包含很多氩或氮的团簇的条件下，执行去除附着在基板上的抗蚀剂的残渣的过程。这样，通过执行第一基板处理工序至第三基板处理工序的工序，能够在一个腔室内进行高剂量抗蚀剂残渣的去除。
另外，在本实施方式中，对进行两个工序和三个工序的基板处理的情形进行了说明，但在进行四个工序以上的基板处理的情况下也能够通过同样的方法连续地进行。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述内容不限定发明的内容。

Claims (15)

1.一种团簇束产生装置，用于产生团簇束，所述团簇束产生装置的特征在于，包括：
混合器，所述混合器混合气体原料和液体原料；
喷嘴，所述喷嘴将在所述混合器中混合的所述气体原料和所述液体原料以团簇束的形式供应；以及
温度调节部，所述温度调节部调节所述喷嘴的温度；
其中，通过利用所述温度调节部改变所述喷嘴的温度，来调节所述团簇束中所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率。
2.一种团簇束产生装置，用于产生团簇束，所述团簇束产生装置的特征在于，包括：
混合器，所述混合器混合气体原料和液体原料；
多个喷嘴，其中每个喷嘴将在所述混合器中混合的所述气体原料和所述液体原料以团簇束的形式供应；以及
温度调节部，所述温度调节部调节所述喷嘴的温度；
其中，通过利用所述温度调节部改变所述喷嘴的温度，来调节所述团簇束中所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率，
所述多个喷嘴中的各个喷嘴的温度设定不同，所述多个喷嘴被选择切换。
3.一种基板处理装置，其特征在于，
包括权利要求1或2所述的团簇束产生装置，
所述基板处理装置向基板照射在所述团簇束产生装置中产生的所述团簇束来进行所述基板的基板处理。
4.如权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
在控制部中进行以下控制：将所述喷嘴设定为第一温度来进行第一基板处理，并在所述第一基板处理之后，将所述喷嘴设定为第二温度来进行第二基板处理。
5.如权利要求4所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第一温度是使得所述团簇束中包含的所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇中的一者多于另一者的温度，
所述第二温度是使得所述团簇束中包含的所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇中的另一者多于一者的温度。
6.如权利要求3至5中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述基板处理进行清洗、抗蚀剂的去除、基板表面的平坦化、蚀刻残渣的去除、绝缘膜的去除中一个或两个以上的处理。
7.一种团簇束产生方法，用于产生团簇束，所述团簇束产生方法的特征在于，
所述团簇束通过团簇束产生装置来产生，所述团簇束产生装置包括：混合器，所述混合器混合气体原料和液体原料；喷嘴，所述喷嘴将在所述混合器中混合的所述气体原料和所述液体原料以团簇束的形式供应；以及温度调节部，所述温度调节部调节所述喷嘴的温度，
所述团簇束产生方法通过利用所述温度调节部改变所述喷嘴的温度，来调节所述团簇束中所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率。
8.一种团簇束产生方法，用于产生团簇束，所述团簇束产生方法的特征在于，
所述团簇束通过团簇束产生装置来产生，所述团簇束产生装置包括：混合器，所述混合器混合气体原料和液体原料；喷嘴，所述喷嘴将在所述混合器中混合的所述气体原料和所述液体原料以团簇束的形式供应；以及温度调节部，所述温度调节部调节所述喷嘴的温度，
所述团簇束产生方法通过利用所述温度调节部改变所述喷嘴的温度，来调节所述团簇束中所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率，
所述喷嘴的温度被确定，以使所述团簇的大小成为期望的大小。
9.一种团簇束产生方法，用于产生团簇束，所述团簇束产生方法的特征在于，
所述团簇束通过团簇束产生装置来产生，所述团簇束产生装置包括：混合器，所述混合器混合气体原料和液体原料；多个喷嘴，其中每个喷嘴将在所述混合器中混合的所述气体原料和所述液体原料以团簇束的形式供应；以及温度调节部，所述温度调节部调节所述喷嘴的温度，
所述团簇束产生方法通过利用所述温度调节部改变所述喷嘴的温度，来调节所述团簇束中所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率，
所述多个喷嘴中的各个喷嘴的温度设定不同，所述多个喷嘴被选择切换。
10.如权利要求7至9中任一项所述的团簇束产生方法，其特征在于，
包括通过所述温度调节部控制所述喷嘴的温度的控制部，
所述控制部能够通过所述温度调节部将所述喷嘴设定为第一温度和第二温度，所述第一温度和所述第二温度是不同的温度，
所述第一温度下的团簇束中的所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率与所述第二温度下的团簇束中的所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇的比率是不同的值。
11.如权利要求10所述的团簇束产生方法，其特征在于，所述团簇处于预定的大小的范围内。
12.一种基板处理方法，其特征在于，向基板照射通过权利要求11所述的团簇束产生方法产生的所述团簇束，来进行所述基板的基板处理。
13.如权利要求12所述的基板处理方法，其特征在于，包括以下工序：
将所述喷嘴设定为所述第一温度，进行第一基板处理；
在所述第一基板处理之后，将所述喷嘴设定为所述第二温度，进行第二基板处理。
14.如权利要求12或13所述的基板处理方法，其特征在于，
所述第一温度是使得所述团簇束中包含的所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇中的一者多于另一者的温度，
所述第二温度是使得所述团簇束中包含的所述液体原料的团簇和所述气体原料的团簇中的另一者多于一者的温度。
15.如权利要求12或13所述的基板处理方法，其特征在于，
所述基板处理进行清洗、抗蚀剂的去除、基板表面的平坦化、蚀刻残渣的去除、绝缘膜的去除中一个或两个以上的处理。
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