CN102754192A - 基板清洗方法和基板清洗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基板清洗方法,其能够清除基板上附着的异物,且防止基板和该基板上形成的膜的劣化。向附着有异物(22)且配置在几乎真空气氛中的晶片(W)以0.3MPa~2.0MPa中的任一压力喷雾清洗气体形成包含多个气体分子(20)的团簇(21),使该团簇(21)不离子化就向晶片(W)碰撞。
Description
技术领域
本发明涉及基板清洗方法和基板清洗装置,特别是涉及不使用液体清洗基板的基板清洗方法和基板清洗装置。
背景技术
经过多道工序在基板例如晶片上制造电子器件的情况下,在各工序中对晶片进行成膜处理和蚀刻处理,在晶片上形成例如由槽和孔构成的所需的图案。此时,有在成膜处理和蚀刻处理中生成反应生成物或意外的异物并附着在晶片上的情况。晶片上的异物等会对后续工序的处理产生不利影响,所以需要尽量除去。
现在,作为晶片上的异物除去方法,使用了在药液槽中浸泡晶片洗去异物的方法或在晶片上喷雾纯净水或药液洗去异物的方法。在这些方法中,由于晶片清洗后在晶片上残留有纯净水或药液,所以要通过旋转干燥等使晶片干燥。
然而,在晶片干燥时,如图4A所示,在槽41、42中例如有药液43残留的话,在药液43的表面产生气液界面张力F,该气液界面张力F作用于图案的凸部44a~44c,存在如图4B所示弄倒图案凸部44a和44c的风险。
为了防止图案凸部的倒塌,适合用不使用纯净水或药液清洗晶片的干洗方法,作为干洗方法,虽然向晶片上照射激光使异物蒸发的方法和通过利用等离子体的溅射物理地除去异物的方法为众所周知,但是存在照射激光时在晶片上形成的膜发生变质的风险,而且,由于等离子体能量高,存在溅射不仅削去异物而且削去图案的风险。
因此,近年来,作为传递到晶片的能量不是那么高的干洗方法,开发出利用GCIB(Gas Cluster Ion Beam)的方法(例如,参照专利文献1)。GCIB是向真空气氛中吹入气体形成气体分子团簇,进一步对该气体分子团簇进行离子化,在晶片上施加偏压,由此使离子化了的气体分子团簇碰撞晶片的方法。碰撞到晶片的气体分子团簇在向晶片传递动能后,被分解成气体分子飞散开来。此时,在晶片上通过动能促进异物与气体分子的化学反应,生成反应物,通过使该反应物升华,将异物被除去。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-29691号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而,对于GCIB,由于离子化了的团簇通过偏置电压被加速而与晶片碰撞,因此有时团簇中的气体分子使晶片上形成的膜或晶片本身产生缺陷,或者一定量的气体分子被掺杂,使膜或者晶片劣化。
本发明的目的在于提供能够清除基板上附着的异物,且防止基板和该基板上形成的膜的劣化的基板清洗方法和基板清洗装置。
用于解决问题的方法
为了达到上述目的,根据本发明的第一方式,提供一种基板清洗方法,其向附着有异物且配置于低压气氛中的基板喷雾与所述低压气氛相比为高压的气体,形成包含多个气体分子的团簇,使该团簇不离子化就向所述基板碰撞。
在本发明的第一方式中,优选使配置在与所述基板不同的场所的冷却部捕捉从所述团簇所到达的所述基板被除去的所述异物。
在本发明的第一方式中,优选对所述基板斜着喷雾所述高压的气体。
在本发明的第一方式中,优选所述异物是自然氧化膜,所述气体是三氟化氯气体。
在本发明的第一方式中,优选所述异物是有机物,所述气体是二氧化碳气体。
在本发明的第一方式中,优选所述异物是金属,所述气体是卤化氢气体。
在本发明的第一方式中,优选在所述团簇向所述基板碰撞时加热所述基板。
在本发明的第一方式中,优选所述气体喷雾时的压力是0.3MPa~2.0MPa中的任一压力。
为了达到上述目的,根据本发明的第二方式,提供一种基板清洗装置,其包括:收纳附着有异物的基板的内部是低压的气氛的处理室;和气体喷雾部,其向所述基板喷射与所述低压气氛相比为高压的气体。形成包含多个气体分子的团簇,使该团簇不离子化就向所述基板碰撞。
在本发明的第二方式中,优选还包括还包括冷却部,其与所述基板相比处于低温,并捕捉从所述团簇所到达的所述基板除去的所述异物,所述冷却部配置在与所述基板不同的场所。
在本发明的第二方式中,优选所述气体喷雾部边喷雾所述高压的气体边沿所述基板的表面移动。
在本发明的第二方式中,优选所述气体喷雾部对所述基板斜着喷雾所述高压的气体。
在本发明的第二方式中,优选还包括加热所述基板的加热部。
在本发明的第二方式中,优选还包括向所述冷却部喷出CO2气流或包含多个气体分子的其它团簇的喷出部。
在本发明的第二方式中,优选所述气体喷雾部从直径是0.02mm~1.0mm的孔喷雾所述高压的气体。
在本发明的第一方式中,优选从多个方向对所述基板喷雾所述高压的气体。
在本发明的第一方式中,优选将从所述多个方向喷雾的各所述高压的气体的压力设定为互不相同,并且/或者使各所述高压的气体的喷雾时机彼此错开。
在本发明的第二方式中,优选包括多个所述气体喷雾部,所述各气体喷雾部从多个方向对所述基板喷雾所述高压的气体。
在本发明的第二方式中,优选各所述气体喷雾部从所述多个方向喷雾的各所述高压的气体的压力互不相同,并且/或者各所述气体喷雾部彼此错开各所述高压的气体的喷雾时机。
发明效果
根据本发明,未离子化的包含多个气体分子的团簇与附着有异物的基板碰撞。因为未离子化的团簇不会通过偏置电压等而被加速,所以团簇分解而飞散开来的气体分子不会被掺杂到在基板上形成的膜或基板本身。另一方面,因为团簇质量大,所以即使不加速,在碰撞时传递到基板的动能也比一个气体分子传递给基板的动能大,由此,能够促进异物和气体分子的化学反应。因此,能够清除基板上附着的异物,且防止基板和该基板上形成的膜的劣化。
根据本发明,从基板除去而飞散开来的异物由于热泳力,被吸引至设定为低温的冷却部(颗粒回收部)并被捕捉。因此,能够防止从基板除去的反应物再次到达基板并附着在基板上。
根据本发明,对基板斜着喷雾高压的气体。虽然团簇一碰撞到基板就从基板产生反射波,但是由于团簇相对于基板斜着碰撞,反射波向不同于团簇移动方向的方向产生。因此,反射波不与其他的团簇正面碰撞,该其他的团簇不会分解,所以能够持续团簇与基板的碰撞,能够防止基板上的异物除去的效率低下。
根据本发明,异物是自然氧化膜,气体是三氟化氯气体。自然氧化膜和三氟化氯气体发生化学反应生成反应物。因此,能够可靠除去基板上的作为异物的自然氧化膜。
根据本发明,异物是有机物,气体是二氧化碳气体。有机物和二氧化碳发生化学反应生成反应物。因此,能够可靠除去基板上的作为异物的有机物。
根据本发明,异物是金属,气体是卤化氢气体。金属和卤化氢发生化学反应生成反应物。因此,能够可靠除去基板上的作为异物的金属。
根据本发明,在团簇向基板碰撞时加热所述基板。当基板被加热时,异物和气体分子的化学反应被促进。因此,能够可靠的从基板除去异物。
根据本发明,由于气体喷雾时的压力是0.3MPa~2.0MPa中的任一压力,所以在气体喷雾时,在低压的气氛中发生急剧的绝热膨胀使多个气体分子骤冷。结果,能够促进团簇的形成。
根据本发明,由于气体喷雾部边喷雾高压的气体边沿基板的表面移动,所以能够从基板的整个表面除去异物。
根据本发明,向冷却部喷出CO2气流或包含多个气体分子的其它团簇,被冷却部捕捉的异物从冷却部剥离。由此,能够防止在冷却部附着大量的反应物,并且能够防止通过冷却部回收从基板除去的异物的效率低下。
根据本发明,由于气体喷雾部从直径是0.02mm~1.0mm的孔喷雾气体,所以能够使喷雾时气体的膨胀率变大,并且能够进一步促进团簇的形成。
根据本发明,由于对于基板从多个方向喷雾高压的气体,所以能够防止在基板上产生团簇碰撞不到的地方。
根据本发明,由于使从多个方向喷雾的各高压的气体的压力互不相同,并且/或者各高压的气体的喷雾时机彼此错开,所以能够对高压的气体赋予脉动,并且能够飞跃性的提高高压的气体的清洗能力。
附图说明
图1是示意性表示实施本发明实施方式的基板清洗方法的基板清洗装置的结构的截面图。
图2A~图2D是表示图1的基板清洗装置实施的基板清洗方法的各工序的工序图。
图3A、图3B是表示图1中的颗粒回收部的清洗方法的各工序的工序图。
图4A、图4B是表示现有的晶片清洗方法的各工序的工序图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。
图1是示意性表示实施本实施方式的基板清洗方法的基板清洗装置的结构的截面图。
在图1中,基板清洗装置10包括:内部气氛大致被减压到真空例如1Pa,并收纳作为基板的半导体晶片(以下简称“晶片”)W的腔室11(处理室);配置在该腔室11内,并用于载置晶片的桌子形状的载置台12;以与载置于该载置台12上的晶片相对的方式配置在腔室11内的气体喷雾喷嘴13(气体喷雾部);配置在载置台12附近的清洗喷嘴14(喷出部);和排出腔室11内的气体的排气管15。
载置台12例如内置带状的碳棒加热器(加热部)(未图示),对载置于该载置台12上的晶片W(以下称为“载置晶片W”)进行加热。气体喷雾喷嘴13包含:筒状的基部16;沿中心轴方向贯通该基部16的例如直径是0.02mm~1.0mm的气体喷出孔17;在基部16的晶片W侧端部穿孔并朝向该端部呈漏斗状地直径变大的气体膨胀孔18;和在基部16的晶片W侧端部与载置晶片W大致平行地延伸的板状的颗粒回收部19。
基部16相对于载置晶片W例如倾斜45°配置,气体喷出孔17以0.3MPa~2.0MPa中的任一压力通过气体膨胀孔18喷雾气体。因此,气体喷雾喷嘴13对晶片W以45°喷雾气体。
颗粒回收部19内置有冷却装置例如珀耳帖元件,该珀耳帖元件使颗粒回收部19的表面温度比载置晶片W的温度低,例如低至10℃左右。
另外,气体喷雾喷嘴13能够相对于载置晶片W的表面平行移动,其移动量比载置晶片W的直径大。因此,气体喷雾喷嘴13能够向载置晶片W的表面整体喷雾气体。在气体喷雾喷嘴13中,颗粒回收部19被设置在基部16的图中的左侧,使得当该气体喷雾喷嘴13在可移动范围内移动到图中最左侧时,颗粒回收部19不与载置晶片W相对。
清洗喷嘴14是筒状的喷嘴,在腔室11内向图中上方开口,当气体喷雾喷嘴13在可移动范围内移动到图中最左侧时,清洗喷嘴14的开口部14a与颗粒回收部19相对。
排气管15在下游侧与干式泵(DP)或涡轮分子泵(TMP)连接,排出腔室11内的气体使腔室11内的气氛大致减压到真空,并且排出在腔室11内浮游的颗粒。
图2A~图2D是表示图1的基板清洗装置实施的基板清洗方法的各工序的工序图。
从载置晶片W除去异物22时,首先,气体喷雾喷嘴13从气体喷出孔17以0.3MPa~2.0MPa中的任一压力向晶片W喷雾清洗气体(高压的气体)。此时,由于气体膨胀孔18内的气氛与腔室11内的气氛同样几乎是真空,清洗气体的压力急剧降低,并且,由于该气体膨胀孔18的直径也沿气体分子20的运动方向急剧变大,因此清洗气体的体积急剧变大。即,从气体喷出孔17喷出的清洗气体发生急剧的绝热膨胀,各气体分子20被骤冷。当初一个一个独立移动的各气体分子20当被骤冷时,动能降低,由于作用于各气体分子20间的分子间力(范德华引力)而互相紧贴,由此,形成由多个气体分子20构成的团簇21(图2A)。
接着,团簇21保持没有被离子化的状态与附着在晶片W上的异物22碰撞。此时,团簇21传递动能给异物22后,分解成多个气体分子20飞散开来(图2B)。
在此,由于团簇21没有被离子化,所以例如即使为了吸附载置晶片W而向载置台12施加偏置电压,也不会由于该偏置电压而被加速。其结果,团簇21稳定地与异物22碰撞。另一方面,因为团簇21质量大,即使不被加速,传递给异物22的能量也能比一个气体分子20传递给异物22的能量大。因此,从团簇21飞散开来的各气体分子20与异物22和载置晶片W稳定碰撞,使在载置晶片W上形成的膜和载置晶片W本身不产生缺陷,或不会发生掺杂,另一方面,在团簇21碰撞的异物22上,通过传递来的大的动能促进异物22和气体分子20的一部分的化学反应,生成反应物23。此处,因为内置于载置台12的碳棒加热器经由晶片W加热反应物23,由此也促进异物22和气体分子20的一部分的化学反应。
接着,反应物23通过继续碰撞的其它团簇继续被持续赋予动能,并且,通过内置于载置台12的碳棒加热器被持续加热,并且,反应物23的周围的气氛几乎为真空。因此,反应物23容易升华,从载置晶片W剥离后漂浮在腔室11内。此处,由于颗粒回收部19的表面通过内置的珀耳帖元件被设定为比载置晶片W低的温度,所以升华了的反应物23由于热泳力向颗粒回收部19移动,附着在该颗粒回收部19上(图2C)。即,颗粒回收部19回收从载置晶片W剥离的反应物23(图2D)。
上述的图2A至图2D的工序在气体喷雾喷嘴13相对于载置晶片W的表面平行移动期间反复实施。
气体喷雾喷嘴13喷雾的清洗气体的种类可根据晶片W上附着的异物22的种类而适当决定。例如,异物22是自然氧化膜,例如是二氧化硅(SiO2)时,由于三氟化氯(ClF3)与自然氧化膜发生化学反应生成反应物23,所以可以使用三氟化氯气体作为清洗气体;异物22是有机物时,由于二氧化碳(CO2)与有机物发生化学反应生成反应物23,所以可以使用二氧化碳气体作为清洗气体;异物22是金属时,由于卤化氢例如是氟化氢(HF)或氯化氢(HCl)与金属发生化学反应生成反应物23,所以可以使用卤化氢气体作为清洗气体。
另外,由于气体喷雾喷嘴13的基部16相对于载置晶片W例如倾斜45°左右进行配置,所以由从气体喷雾喷嘴13喷雾的清洗气体形成的团簇21在相对于载置晶片W45°的方向进行碰撞。如果团簇21相对于载置晶片W垂直碰撞的话,作为团簇21的碰撞的反作用而产生的反射波相对于晶片W垂直地产生。因此,由于反射波持续与其它团簇正面碰撞,所以该其它团簇将被分解。另一方面,图2的基板清洗方法中,由于团簇21在相对于载置晶片W45°的方向进行碰撞,所以作为团簇21的碰撞的反作用而产生的反射波在135°的方向产生,反射波不会持续与其它团簇正面碰撞,该其它团簇不会分解。
继续实施图2的基板清洗方法时,颗粒回收部19上附着的反应物23的量变多,颗粒回收部19的表面几乎都被反应物23覆盖,所以存在后续产生的反应物23不能附着在颗粒回收部19上,继续漂浮在腔室11内的问题。
在本实施方式中,对应于此,定期清洗颗粒回收部19。具体而言,清洗一定枚数的晶片W后,在腔室11内没有晶片W的状态下,使气体喷雾喷嘴13在可移动范围内移动到图中的最左侧,使颗粒回收部19与清洗喷嘴14的开口部14a相对(图3A)。
然后,从清洗喷嘴14的开口部14a向颗粒回收部19喷出例如CO2气流(CO2 blast)或气体分子的团簇。颗粒回收部19上附着的反应物23由于喷出的CO2气流或气体分子的团簇而从颗粒回收部19剥离(图3B)。剥离了的反应物23通过排气管15从腔室11被排出。由此,能够防止颗粒回收部19的表面几乎都被反应物23覆盖,并且能够防止通过颗粒回收部19回收反应物23的效率降低。
根据本实施方式的基板清洗方法,由没有被离子化的多个气体分子20构成的团簇21与附着有异物22的载置晶片W碰撞。由于没有被离子化的团簇21不会因为偏置电压等而加速,所以因团簇21分解而飞散开来的各气体分子20不会使在载置晶片W上形成的膜和载置晶片W本身产生缺陷,或者进行掺杂。另一方面,因为团簇21质量大,所以即使不被加速,在碰撞时传递到异物22的动能也比一个气体分子20传递给异物22的动能大,由此,能够促进异物22和气体分子20的一部分的化学反应。因此,能够清除载置晶片W上附着的异物22,且防止载置晶片W和该载置晶片W上形成的膜的劣化。
利用上述的本实施方式的基板清洗方法,从载置晶片W上除去的反应物23被配置在与载置晶片W不同场所的颗粒回收部19吸引并捕捉。因此,能够防止从载置晶片W上除去的反应物23再次到达载置晶片W并附着在载置晶片W上。
利用上述的本实施方式的基板清洗方法,由于清洗气体在相对于载置晶片W例如45°的方向进行喷雾,所以作为团簇21的碰撞的反作用而产生的反射波在135°的方向产生。因此,由于反射波不会与其它团簇正面碰撞,该其它团簇不会分解,所以能够继续团簇21和载置晶片W的碰撞,能够防止从载置晶片W上除去异物22的效率降低。
利用上述的本实施方式的基板清洗方法,由于清洗气体喷雾时的压力是0.3MPa~2.0MPa中的任一压力,所以在气体喷雾时,能够使清洗气体的压力急剧降低;另外,由于从直径是0.02mm~1.0mm的气体喷出孔17喷雾清洗气体,所以能够使喷雾时的气体的膨胀率较大,并且能够发生急剧的绝热膨胀,使多个气体分子20骤冷。其结果,能够进一步促进团簇21的形成。
另外,在上述的本实施方式的基板清洗装置中,由于不必将团簇21离子化,所以基板清洗装置10不需要包括离子发生器等离子化装置,能够简化基板清洗装置10的结构。
在上述的本实施方式的基板清洗装置中,由于气体喷雾喷嘴13一边喷雾清洗气体一边沿载置晶片W的表面移动,所以能够从载置晶片W的表面整体除去异物22。
此外,根据清洗气体的种类,也有难以形成团簇21的情况,但是这种情况下,由于团簇21的质量不能变得足够大,所以为了促进异物22和气体分子20的一部分的化学反应,优选通过碳棒加热器更强地加热异物22。另一方面,在清洗气体容易形成团簇21的情况下,由于团簇21的质量变得完全足够大,所以不通过碳棒加热器加热异物22也能够促进异物22和气体分子20的一部分的化学反应。
在上述的本实施方式的基板清洗装置中,虽然一个气体喷雾喷嘴13被配置为相对于载置晶片W以45°喷雾清洗气体,但是这种情况下,也存在由于载置晶片W上形成的图案等,局部地遮挡清洗气体而出现团簇21碰撞不到的部位的问题。因此,对应于此,也可以以相对于载置晶片W能够从多个方向分别喷雾清洗气体的方式配置多个气体喷雾喷嘴(例如,以相对于载置晶片W从45°和85°分别喷雾气体的方式配置两个气体喷雾喷嘴)。由此,能够从多个方向对载置晶片W喷雾清洗气体,并且能够防止清洗气体被局部的遮挡,防止出现团簇21碰撞不到的部位。另外,通过从多个方向喷雾清洗气体,还能够提高团簇21和异物22的碰撞频度。
在配置多个气体喷雾喷嘴的情况下,也可以设定为各气体喷雾喷嘴的气体喷出孔的直径和喷出的清洗气体的压力互不相同。另外,也可以相互错开各气体喷雾喷嘴的清洗气体喷雾时机。由此,能够赋予清洗气体脉动,并且能够飞跃性提高清洗气体的清洗能力。
在上述的本实施方式的基板清洗装置中,使气体喷雾喷嘴13沿载置晶片W的表面移动,但是,也可以固定气体喷雾喷嘴的位置,使载置晶片W沿规定的方向滑动,或者使其旋转。由此也能够从载置晶片W的表面整体除去异物22。
在上述的实施方式中,基板清洗方法适用的基板不限于半导体晶片,也可以是用于含LCD(Liquid Crystal Display)等的FPD(Flat PanelDisplay)等的各种基板、光掩模、CD基板、印制电路板等。
附图标记说明
W 晶片
10 基板清洗装置
12 载置台
13 气体喷雾喷嘴
14 清洗喷嘴
19 颗粒回收部
20 气体分子
21 团簇
22 异物
23 反应物
Claims (19)
1.一种基板清洗方法,其特征在于:
向附着有异物且配置于低压气氛中的基板喷雾与所述低压气氛相比为高压的气体,形成包含多个气体分子的团簇,
使该团簇不离子化就向所述基板碰撞。
2.如权利要求1所述的基板清洗方法,其特征在于:
使配置在与所述基板不同的场所的冷却部捕捉从所述团簇所到达的所述基板被除去的所述异物。
3.如权利要求1所述的基板清洗方法,其特征在于:
对所述基板斜着喷雾所述高压的气体。
4.如权利要求1所述的基板清洗方法,其特征在于:
所述异物是自然氧化膜,所述气体是三氟化氯气体。
5.如权利要求1所述的基板清洗方法,其特征在于:
所述异物是有机物,所述气体是二氧化碳气体。
6.如权利要求1所述的基板清洗方法,其特征在于:
所述异物是金属,所述气体是卤化氢气体。
7.如权利要求1所述的基板清洗方法,其特征在于:
在所述团簇向所述基板碰撞时,加热所述基板。
8.如权利要求1所述的基板清洗方法,其特征在于:
所述气体的喷雾时的压力是0.3MPa~2.0MPa中的任一压力。
9.一种基板清洗装置,其特征在于,包括:
收纳附着有异物的基板的内部是低压的气氛的处理室;和
气体喷雾部,其向所述基板喷射与所述低压气氛相比为高压的气体,形成包含多个气体分子的团簇,使该团簇不离子化就向所述基板碰撞。
10.如权利要求9所述的基板清洗装置,其特征在于:
还包括冷却部,其与所述基板相比处于低温,并捕捉从所述团簇所到达的所述基板除去的所述异物,
所述冷却部配置在与所述基板不同的场所。
11.如权利要求9所述的基板清洗装置,其特征在于:
所述气体喷雾部边喷雾所述高压的气体边沿所述基板的表面移动。
12.如权利要求9所述的基板清洗装置,其特征在于:
所述气体喷雾部对所述基板斜着喷雾所述高压的气体。
13.如权利要求9所述的基板清洗装置,其特征在于:
还包括加热所述基板的加热部。
14.如权利要求10所述的基板清洗装置,其特征在于:
还包括向所述冷却部喷出CO2气流或包含多个气体分子的其它团簇的喷出部。
15.如权利要求9所述的基板清洗装置,其特征在于:
所述气体喷雾部从直径是0.02mm~1.0mm的孔喷雾所述高压的气体。
16.根据权利要求1所述的基板清洗方法,其特征在于:
从多个方向对所述基板喷雾所述高压的气体。
17.如权利要求16所述的基板清洗方法,其特征在于:
将从所述多个方向喷雾的各所述高压的气体的压力设定为互不相同,并且/或者使各所述高压的气体的喷雾时机彼此错开。
18.如权利要求9所述的基板清洗装置,其特征在于:
包括多个所述气体喷雾部,各所述气体喷雾部从多个方向对所述基板喷雾所述高压的气体。
19.如权利要求18所述的基板清洗装置,其特征在于:
各所述气体喷雾部从所述多个方向喷雾的各所述高压的气体的压力互不相同,并且/或者各所述气体喷雾部彼此错开各所述高压的气体的喷雾时机。
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