CN102349136A - 基板清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基板清洗方法，其能够以简单的装置构造实施，用于以短时间对形成有微细图案的基板进行清洗，并不会对该微细图案坏带来影响。从对晶片(W)的表面实施规定的加工的处理腔室向实施晶片(W)的清洗的清洗腔室输送晶片(W)，在清洗腔内将晶片(W)冷却到规定温度，将作为超流体的超流动氦供给到晶片(W)的表面，从晶片(W)的表面使超流动氦流出，由此冲走微细图案内的污染成分。

Description

基板清洗方法

技术领域

本发明涉及形成有微细图案的基板的清洗方法。

背景技术

例如，在半导体装置的制造工序中，在半导体基板实施蚀刻处理和成膜处理等的处理时，对应其处理工序在半导体基板的表面残留有气体或反应物等(以下称“污染成分”)。这样的污染成分，由于之后可能会气化而污染半导体基板的周围环境，所以通过将处理后的半导体基板在真空环境保持一定时间，或者通过在气体流动的环境保持一定时间(以下称“净化处理”)，使污染成分蒸发从半导体基板除去，之后，将半导体基板收纳在环箍(FOUP)进入到下一处理工序等。

但是，在从半导体基板产生大量的气体的时候，存在气体附着在处理装置的部件上将该部件腐蚀，或附着在部件上之后剥离成为微粒(particle)的原因等问题。此外，真空处理功能存在由于处理装置的规格而不能搭载的情况，这时，净化处理需要较长的处理时间，会使处理装置的处理能力降低。

在污染成分的除去中，也考虑通过液体的清洗方法的适用，但是近年的被微细化(细线化)的抗蚀剂图案或蚀刻图案中，产生因液体的表面张力引起的图案崩溃的问题。

因此，例如，提供有如下的抗蚀剂除去方法，为了除去在适用平板印刷法形成微细图案的过程中涂敷在基板表面的、用于图案形成之后残存的抗蚀剂，而将基板上附着有抗蚀剂的部位浸渍在超临界流体中(例如，参照专利文献1)。

此外提案有以下气溶剂清洗方法：为了不对形成于基板的微细图案给予伤害、并使清洗力提高，在将气溶剂喷在被清洗物来清洗的气溶剂清洗方法中，通过使气溶剂以规定速度以上冲撞被清洗物，在被清洗物表面局部地产生超临界状态或者疑似超临界状态，使清洗力提高。(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平06-181050号公报

专利文献2：日本特开2003-209088号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，专利文献1公开的基于超临界流体的清洗处理，由于必须在高温高压的环境下实施，所以存在装置构造复杂的问题。此外，专利文献2公开的气溶剂清洗方法，由于需要将非常高速的气溶剂对基板喷出的喷射装置，所以存在装置大型化、复杂化，而且，高速的烟雾剂会破坏基板上的图案的问题。

本发明的目的是提供一种基板清洗方法，其能够以简单的装置构造实施，能够以短时间对形成有微细图案的基板进行清洗，并不会对其微细图案给与坏影响。

解决问题的手段

为了达成上述目，提供根据本发明提供一种对表面形成有微细图案的基板进行清洗的基板清洗方法，该基板清洗方法包括：将上述基板从在上述基板的表面实施规定的加工的处理腔室向实施上述基板的清洗的清洗腔室输送的输送步骤；在上述清洗腔室内，将上述基板冷却到规定的温度的冷却步骤；和向上述基板的表面供给超流体，之后，使上述超流体从上述基板的表面流出，由此冲走上述微细图案内的污染成分的超流动清洗步骤。

在本发明中，上述超流动清洗步骤优选通过向上述基板供给上述超流体、并且回收从上述基板流出的上述超流体来实施。

在本发明中，优选上述超流动清洗步骤包含：将上述基板浸渍在上述超流体的浸渍步骤；和通过使浸渍上述基板的上述超流体的水位比上述基板的表面低，使上述超流体从上述基板的表面流出的流出步骤。

在本发明中，上述超流体优选是氦。

在本发明中，上述微细图案的特征长度度优选0.1μm以下。

在本发明中，优选在将上述基板通过上述超流体进行清洗处理之前或之后，还具有通过超临界流体对上述基板进行清洗的超临界清洗步骤。

发明的效果

根据本发明，对于形成有微细图案的基板，能在不发生图案倒塌的情况下从基板除去污染成分，由此，能防止来自基板的气体的产生。

根据本发明，由于边使污染成分从基板流出边进行清洗，所以能使基板的清洁度提高。

根据本发明，抑制超流体的使用量为少量，并且利用超流体的、所谓攀壁现象能从基板上除去含有污染成分的超流体。

根据本发明，能可靠地实现超流动状态。

根据本发明，即使是特征长度度为0.1μm以下的非常微细的图案，也能不会发生图案倒塌地除去污染成分。

根据本发明，通过将基于超流体的清洗与基于超临界流体的清洗组合，能实施更精密的清洗。

附图说明

图1是概略表示能实施本发明的基板清洗方法的第一基板处理系统的构造的俯视图。

图2是概略表示图1所示的基板处理系统具备的清洗处理单元的构造的截面图。

图3是表示清洗处理的流程图。

图4是模式化地表示形成于基板的微细图案的超流体的流动的图。

图5是概略表示能实施本发明的基板清洗方法的第二基板处理系统的构造的俯视图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的实施方式。这里，对利用对作为基板的半导体晶片(以下称“晶片”)实施蚀刻法处理的基板处理系统来实施本发明的基板清洗方法的方式进行说明。

图1是概略表示能实施本发明的基板清洗方法的第一基板处理系统的构造的俯视图。该基板处理系统10具备在晶片W实施RIE(各向异性蚀刻法)处理的2个工艺船(process ship)11和这些工艺船11分别连接的矩形的作为共用输送室的大气输送室(以下称“装载组件”)13。而且，在装载组件13连接有：例如分别载置作为收纳25枚晶片W的收纳容器的环箍14的3个环箍载置台15、预对准(pre-alignment)从环箍14搬出的晶片W的位置的取向器(orienta)16和对实施了RIE处理的晶片W实施清洗处理的超流动清洗单元17。

2个工艺船11，连接在装载组件13的长度方向的侧壁，并且以隔着装载组件13与3个环箍载置台15相对的方式配置。取向器16配置在装载组件13的长度方向的一端，超流动清洗单元17配置在装载组件13的长度方向的另一端。另外，有关超流动清洗单元17的构造在后面详细进行说明。

在装载组件13的内部配设有输送晶片W的计数器型双臂式的输送臂机构19。在装载组件13的环箍载置台15侧的侧壁，在与环箍载置台15的位置对应的位置设置有作为晶片W的投入口且环箍连接口而使用的3个装载口20。同样地，在装载组件13的超流动清洗单元17侧的侧壁设置有装载口18。并且，在这些装载口18、20分别设置有开闭门(未图示)。根据这样的构造，输送臂机构19从载置于环箍载置台15的环箍14经由装载口20取出晶片W，将取出的晶片W对工艺船11或取向器16、超流动清洗单元17进行搬入搬出。

工艺船11具备作为对晶片W实施RIE处理的真空处理室的工艺组件25和内装有对于工艺组件25交接晶片W的环型单选式的输送臂26的装载锁定组件27。

工艺组件25，虽然其详细的构造未图示，但是具备收纳晶片W的圆筒状的腔室、为了载置晶片W而配置于腔内的晶片台和以与晶片台的上表面以一定间隔相对的方式配置的上部电极。晶片台同时具有通过库仑力等保持晶片W的功能和作为下部电极的功能，上部电极与晶片台的间隔设定为在晶片W实施RIE处理的合适的距离。

在工艺组件25中，在腔室内部导入氟系气体或者溴系气体等处理气体，通过在上部电极与下部电极间产生电场使已导入的处理气体等离子化而产生离子和原子团，通过该离子和原子团对晶片W实施RIE处理。例如，在晶片W的表面形成的多晶硅层被蚀刻形成微细图案。

在工艺船11，装载组件13的内部的压力被维持为大气压，另一方面工艺组件25的内部压力被维持为真空。因此，装载锁定组件27，通过在与工艺组件25的连结部具备真空闸阀29，并且在与装载组件13的连结部具备大气闸阀30，由此，能使其内部压力在真空环境与大气压环境之间调整。

在装载锁定组件27中，输送臂26设置于大致中央部，分别在工艺组件25侧设置第一缓冲器31，在装载组件13侧设置第二缓冲器32。第一缓冲器31和第二缓冲器32配置于用于支持在输送臂26的前端部配置的晶片W的拾取装置33移动的轨道上。通过使实施了RIE处理的晶片W暂时在拾取装置33的轨道的上方待避，RIE未处理的晶片W与RIE处理完的晶片W能够在工艺组件25中顺利地更换。

在基板处理系统10中，在装载组件13的长度方向的一端配置有控制工艺船11、装载组件13、取向器16和超流动清洗单元17的动作的操作控制器40。即，为了以规定的菜单实施RIE处理和清洗处理、晶片W的输送处理，操作控制器40执行与之相对应程序。这样，构成基板处理系统10的各种运转要素的动作被控制。并且，操作控制器40具有例如LCD(Liquid Crystal Display)等的显示部(未图示)，在该显示部能进行菜单的确认和各种运转要素的动作状况的确认。

在按上述方式构成的基板处理系统中，收纳了晶片W的环箍14载置于环箍载置台15时，装载口20被打开，由输送臂机构19从环箍14取出晶片W，将该晶片W搬入取向器16。在取向器16实施了位置的校准的晶片W由输送臂机构19从取向器16取出，经由一个工艺船11的大气闸阀30，交接到维持为大气压环境的装载锁定组件27内的输送臂26。

大气闸阀30关闭，装载锁定组件27内成为真空环境之后，真空闸阀29打开，晶片W被搬入工艺组件25。真空闸阀29关闭、在工艺组件25实施了RIE处理之后，真空闸阀29打开，晶片W从工艺组件25由装载锁定组件27内的输送臂26搬出。

真空闸阀29关闭之后，装载锁定组件27内回到大气压环境，大气闸阀30打开，晶片W从输送臂26交接到输送臂机构19。输送臂机构19通过装载口20将保持的晶片W搬入超流动清洗单元17，在此实施晶片W的清洗处理。后面详细说明该清洗处理的具体内容。清洗处理完成的晶片W由输送臂机构19从超流动清洗单元17搬出，返回到规定的环箍14。

下面，详细说明超流动清洗单元17。图2是概略表示超流动清洗单元的构造的垂直截面图。超流动清洗单元17包括由具有真空绝热层(未图示)的外侧容器41和具有真空绝热层(未图示)且配置于外侧容器41的内侧的内侧容器42组成的双重构造的清洗腔。在外侧容器41与内侧容器42之间，设置有储存液体氮(Liq.N₂)的空间，在该液体氮储存空间，通过液体氮供给管路51从外部供给液体氮，此外，在此蒸发的氮气(N₂-gas)从氮气排出管路52排出。

另外也可以采用如下结构，在液体氮储存空间设置由热传导性优良的铜等金属组成的传热板，通过由专业型冷冻机等的在冷冻机产生的冷热对该传热板进行传热，能使液体氮储存空间内的液体氮固化。

在内侧容器42内的下侧配置用于载置晶片W的台43，在台43上载置晶片W。台43通过传热管45与配置于外侧容器41的外侧的冷冻机44连接。作为冷冻机44适宜使用专业型冷冻机等的极低温冷冻机，台43优选，通过从冷冻机44经由传热管45传导的冷热，氦(He)被冷却到显示超流动的性质的相变温度(＝约2.17K)，由此，载置于台43的晶片W也被冷却到该相变温度。

在其另一方面，为了使已冷却的晶片W迅速回到室温，在台43埋设有通过来自加热电源46的供电而发热的加热器(未图示)。因此，在传热管45设置有将从冷冻机44向台43的冷热的热传达遮断的传热遮断机构(未图示)，在加热器动作时由该传热遮断机构遮断在冷冻机44产生的冷热向台43的热传递。由此，没必要使冷冻机44停止，热传递恢复后，能使载置于台43上的晶片W迅速冷却。

在内侧容器42内的上侧配设有喷淋头47，该喷淋头47向载置于台43的晶片W供给作为超流体的液体氦(Liq.He)，在喷淋头47通过液体氦供给管路53能从外部供给液体氦。

液体氦在约2.17K引起相变，从通常的液体氦(常流动氦；He I)变为超流动氦(He II)。超流动氦成为粘性为0(零)的状态，显示沿壁上升、或只要有一个原子能通过的缝隙就从其漏出的性质。

但是，在有限温度区域，常流动氦与超流动氦共存，因此，通过常流动氦能得到清洗效果。并且，由于超流动氦没有粘性，所以不能期待对固体状的污染成分的清洗效果，但是能期待将在晶片W的微细图案附着或者浸入的分子状污染成分进行物理置换并除去的效果。于是，从喷淋头47排出的液体氦被维持在超流动状态，通过超流动氦，除去附着于在晶片W形成的微细图案的、成为脱气原因的污染汚染，清洗晶片W。

通过在内侧容器42内供给的液体氦蒸发而产生的氦气(He-gas)从氦气排出管路54排出。图2未图示的装载口18的附近区域成为超过液体氦的沸点的温度，主要在该区域使液体氦蒸发。氦气通过液化处理被再利用，但是由于在实施了晶片W的清洗处理后的氦气包含杂质，所以在液化处理的阶段除去杂质。

在内侧容器42内供给的液体氦，适宜，通过设置于内侧容器42的底部的排水管48排出到外部，被再利用。来自排水管48的排液通过阀门49的开闭操作来实施。

在内侧容器42以使内侧容器42内能成为真空(减压)环境的方式连接排气管路55。该排气管路55不是必需的部分，通过使内侧容器42内的气压下降，能不使冷冻机44的负荷增大而使液体氦容易地达到从常流动状态成为超流动状态的相变度。在使内侧容器42内成为真空环境时，为了使内侧容器42内返回到大气压，利用在内侧容器42内的由液体氦的蒸发引起的压力上升，或者利用排气管路55或者氦气排出管路54使洁净的气体导入内侧容器42内。

并且，如上所述，由于在超流动清洗单元17能使晶片W与超流动氦接触，所以晶片W不一定必须冷却到液体氦成为超流动状态的相变温度，晶片W可以被冷却到在与液体氦的最初的接触时不受到伤害的温度，例如，被冷却到与晶片W接触的液体氦的大部分瞬时成为常流动氦，而该常流动氦不会使图案倒下的温度。

下面，详细说明超流动清洗单元17的处理流程。图3是表示清洗处理单元的清洗处理的流程图。在图3同时记述第一处理流程(第一清洗方法)和第二处理流程(第二清洗方法)。

在第一清洗方法中，首先，晶片W被搬入超流动清洗单元17，载置于台43时，并根据来自冷冻机44的冷热与台43一同冷却到规定温度(步骤S10)。接着，从喷淋头47在晶片W供给液体氦并实施晶片W的清洗处理，这时，阀门49维持在打开的状态，从晶片W流动落下的液体氦从排水管48排出并被回收(步骤S11)。在该步骤S11中，液体氦可以在晶片W上成为超流动状态，内侧容器42内可以成为大气压环境，也可以是真空环境。

在因为结束步骤S11而向晶片W的液体氦的排出停止时，晶片W的超流动氦自然地从晶片W表面流动落下。图4是表示超流动氦具有的、根据所谓攀壁流动的性质流出的样子的模式图。

形成于晶片W的微细图案的凸部60间的槽和孔(例如，由RIE处理形成的沟道和洞等)中的超流动氦，即使处于其水位比凸部60的顶部低的状态，由于攀壁流动性质，也如图4的左图所示攀上凸部60向水位更低的地方流动。

由此，如图4的右图所示，在凸部60间的槽和孔不残留超流动氦，最终，全部的超流动氦从晶片W的表面流下。由于超流动氦粘性为0(零)，所以即使形成于晶片W的图案非常微细，也不会发生图案倒塌。因此，使用了超流动氦的晶片W的清洗，适合用于形成于晶片W的微细图案的特征长度度为0.1μm以下的情况。

超流动氦从晶片W流下之后，关闭阀门49，向台43的冷热的热传递被遮断，晶片W返回到室温(步骤S12)。之后，晶片W从超流动清洗单元17搬出，被收纳于环箍14。

在第二清洗方法中，晶片W被搬入超流动清洗单元17并载置于台43时，通过来自冷冻机44的冷热与台43一同被冷却到规定温度(步骤S10)。接着，在阀门49关闭的状态从喷淋头47向晶片W供给液体氦，在内侧容器42内存留液体氦。而且，若晶片W浸渍在液体氦中，则停止液体氦的供给(步骤S21)。

这时，液体氦是超流动氦时，经过规定时间后向步骤S22进行。另一方面，若液体氦为常流动氦的状态，则通过使内侧容器42内进一步冷却或者减压，使得向超流动氦相变，成为使晶片W浸渍在超流动氦的状态。即，在步骤S21～22之间，成为晶片W浸渍在超流动氦的状态。

晶片W浸渍在超流动氦之后，打开阀门49从内侧容器42内排出一定量的超流动氦，到内侧容器42内的超流动氦的水位比晶片W的表面低的程度。由此，如之前参照图4说明的那样，晶片W上的超流动氦从晶片W上流出，成为不在晶片W上残留的状态(步骤S22)。

在第二清洗方法中，这样将步骤S21，22作为1组，实施1次清洗处理。通过实施规定次数的步骤S21，22，能更精密地实施晶片W的清洗。

在步骤S22之后，判断是否实施了步骤S21，22预先制定的处理次数(步骤S23)。步骤S23的判断为“是”时，打开阀门49，内侧容器42内的超流动氦被排出并被回收(步骤S24)。另一方面，步骤S23的判断为“否”时，返回到步骤S21，进一步实施晶片W的清洗处理。

步骤S24之后，关闭阀门49，向台43的冷热的热传递被遮断，晶片W回到室温(步骤S12)。这样，回到室温的晶片W从超流动清洗单元17搬出，被收纳于环箍14。

超流动清洗单元17中的晶片W的清洗，也可以将上述的第一、第二清洗方法组合实施。此外能分别期待，通过使在超流动氦含有氟，能得到除去金属系的污染成分的效果，并且通过使在超流动氦含有臭氧，能得到除去具有与氧的反应性的污染成分的效果。

下面，说明能实施本发明的基板清洗方法的其他的基板处理系统。图5是概略表示能实施本发明的基板清洗方法的第二基板处理系统的构造的俯视图。该基板处理系统10A在图1所示的基板处理系统10的基础上还具备对晶片W实施超临界清洗处理的超临界清洗单元70的构造。因此，这里仅对超临界清洗单元70的概要进行说明。

超临界清洗单元70与环箍载置台15排成一列连接在装载组件13的侧壁。超临界清洗单元70的配设位置不限定于此，也可以配置于工艺船11侧，此外，也可以配置于超流动清洗单元17的上部、构成多阶清洗单元。

超临界清洗单元70的详细的构造的图示省略，超临界清洗单元70具备：收纳晶片W的高温高压腔室；控制高温高压腔室内的温度的温度控制装置；控制高温高压腔内的压力的压力控制装置；在高温高压腔室供给/回收超临界流体的媒体供给/回收管路；和以氮气等惰性气体清洗高温高压腔内的清洗管路。作为超临界流体能使用例如二氧化碳(CO₂)、氩(Ar)等惰性气体。

基于超临界清洗单元70的晶片W的清洗处理可以在超流动清洗单元17的晶片W的清洗处理之前实施，也可以在之后实施。通过实施基于超流体的清洗处理和基于超临界流体的清洗处理，等于将仅以一种处理不能除去的污染成分以另一个处理除去，能实施更精密的清洗处理。在超临界清洗单元70中，通过使晶片W在规定时间之内曝露在超临界流体中，污染成分能被除去。由于超临界流体是气体，所以在形成于晶片W的微细图案不会发生图案倒塌。

以上说明了本发明的实施方式，但是本发明不限定于上述方式。例如，虽然采纳具备在晶片W实施RIE处理的工艺组件25的基板处理系统，但是也可以是工艺组件在晶片W实施成膜处理或扩散处理。

在上述方式中，通过在实施RIE处理的装置连接超流动清洗单元17，构成基板处理系统10、10A。这样，由于超流动清洗单元17能连接在各种实施RIE处理和成膜处理、扩散处理等的处理装置，所以能容易地适应于现有的处理装置，但是另一方面，也能不将超流动清洗单元17连接在这些处理装置而作为独立的清洗处理装置来使用。

在上述说明中，采用半导体晶片作为基板，但是基板不限定于此，也可以是LCD(Liquid Crystal Display)等的FPD(Flat Panel Display)用基板或光掩膜、CD基板、印刷基板等各种基板。

本发明的目的也能通过如下方式达成：在操作控制器40，将记录了实现上述的各实施方式的功能的软件的程序代码的存储介质供给给计算机(例如，控制部)，并且计算机的CPU将贮存于存储介质的程序代码读出。

这时，从存储介质读出的程序代码自身能实现上述的各实施方式的功能，程序代码和储存了该程序代码的存储介质构成本发明。

作为用于供给程序代码的存储介质，可以是例如，RAM、NV-RAM、软盘(登录商标)磁盘、硬盘、磁光盘、CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD(DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)等光盘、磁带、非易失性存储卡、其他的ROM等能存储上述程序代码的设备。或者，上述程序代码也可以通过从连接在互联网、商用网络、或者局域网的未图示的其他计算机或数据库等下载供给给计算机。

此外，通过执行计算机读出的程序代码，不仅实现上述各实施方式的功能，还包含，基于其程序代码的指示在CPU上运行的OS(操作(operating)系统)等实施实际的处理的一部分或者全部，通过该处理能实现上述各实施方式的功能的情况。

进而还包含以下情况：从存储介质读出的程序代码，被写入插入了计算机的功能扩张板或连接在计算机的功能扩张单元具备的存储器之后，基于该程序代码的指示，在其功能扩张板或功能扩张单元具备的CPU等实施实际的处理的一部分或者全部，通过该处理能实现上述的各实施方式的功能。

上述程序代码的方式可以由目标代码、根据解释程序(interpreter)实行的程序代码、供给到OS的脚本数据等的方式组成。

符号说明

10，10A  基板处理系统

13    装载组件

17    流动清洗单元

25    工艺组件

27    装载锁定组件

40    操作控制器

41    外侧容器

42    内侧容器

43    台

44    冷冻机

45    传热管

46    加热电源

47    喷淋头

48    排水管

49    阀门

51    液体氮供给管路

52    氮气排出管路

53    液体氦供给管路

54    氦气排出管路

55    排气管路

70    超临界清洗单元

W    (半导体)晶片

Claims (6)

1.一种基板清洗方法，是对表面形成有微细图案的基板清洗的基板进行清洗方法，该基板清洗方法的特征在于，包括：

将所述基板从在所述基板的表面实施规定的加工的处理腔室向实施所述基板的清洗的清洗腔室输送的输送步骤；

在所述清洗腔室内将所述基板冷却到规定的温度的冷却步骤；和

向所述基板的表面供给超流体，然后，通过使所述超流体从所述基板的表面流出而将所述微细图案内的污染成分冲走的超流动清洗步骤。

2.如权利要求1所述的基板清洗方法，其特征在于：

所述超流动清洗步骤通过向所述基板供给所述超流体，并且回收从所述基板流出的所述超流体来实施。

3.如权利要求1所述的基板清洗方法，其特征在于：

所述超流动清洗步骤包括：

将所述基板浸渍在所述超流体中的浸渍步骤；

通过使浸渍所述基板的所述超流体的水位比所述基板的表面低，而使所述超流体从所述基板的表面流出的流出步骤。

4.如权利要求1所述的基板清洗方法，其特征在于：

所述超流体是氦。

5.如权利要求1所述的基板清洗方法，其特征在于：

所述微细图案的特征长度为0.1μm以下。

6.如权利要求1所述的基板清洗方法，其特征在于：

在通过所述超流体对所述基板进行清洗处理之前或之后，还具有通过超临界流体清洗所述基板的超临界清洗步骤。

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