CN104137233A - 基板清洗方法、基板清洗装置以及真空处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够以较高的去除率去除附着于基板表面的微粒的技术。取得与附着于作为基板的晶圆(W)的微粒(100)有关的、包括粒径在内的微粒信息(74)，根据该微粒信息(74)来调整与清洗用气体的作为原子或分子的聚集体的气体团簇(200)的粒径有关的因素、例如气体压力。之后，自压力比晶圆(W)所处的处理气氛的压力高的区域向处理气氛喷射上述清洗用气体，通过绝热膨胀生成上述气体团簇(200)。当将该气体团簇(200)向晶圆(W)的表面垂直地照射时，能够利用具有与微粒(100)的粒径相匹配的粒径的气体团簇(200)来进行清洗处理，其结果，即使在晶圆(W)的表面形成有用于形成电路图案的凹部(81)，也能够以较高的去除率去除凹部(81)内的微粒(100)。

Description

基板清洗方法、基板清洗装置以及真空处理装置
技术领域
本发明涉及一种利用气体团簇(gas cluster)来去除基板上的微粒的技术。
背景技术
在半导体制造装置中，在制造工序中微粒附着在基板上是影响产品的成品率的较大的因素之一。因此，要在对基板进行处理之前或处理之后清洗基板，但希望开发一种在抑制对基板造成损伤的情况下以简单的方法可靠地去除微粒的清洗技术。作为研究、开发出的清洗技术，可列举出施加微粒与基板之间的附着力以上的物理剪切力而将微粒自基板的表面剥离的方法，作为该方法中的一种方法，可列举出利用气体团簇的物理剪切力的技术。
气体团簇是通过向真空中喷出高压气体并利用绝热膨胀将气体冷却至冷凝温度而使许多原子或分子聚集而成的块(团簇)。在清洗基板时，该气体团簇直接向基板照射或在被适当加速后向基板照射，以去除微粒。在向基板照射气体团簇时，相对于基板表面倾斜地进行照射，但在要去除附着于基板表面的图案内的微粒的情况下，从微粒来看，图案成为构造物。因此，气体团簇受到构造物的阻碍而不能到达微粒，从而难以去除图案内的微粒。
另外，本发明人注意到即使使用相同的气体团簇的喷嘴也存在微粒的去除率较高的情况和较低的情况，并发现该去除率的差异与微粒的粒径有关。因此，能够想到，在微粒的去除率较低的情况下增大气体团簇的加速电压而提高气体团簇的动能，但这有可能对基板的表面造成损伤。
在日本特开平4－155825号公报中，记载有将稀有气体的团簇向个体表面垂直地入射的图，但没有记载去除率因微粒的粒径而产生差异这样的着眼点。
另外，在日本特开平11－330033号公报中，记载有在去除微米级细颗粒和亚微米级细颗粒情况下的团簇的优选尺寸，但没有涉及本发明的课题，另外，也没有记载本发明的课题的解决方法。
发明内容
发明要解决的问题
本发明是考虑到这样的情况而做出的，其目的在于，提供一种能够以较高的去除率去除附着于基板表面的微粒的技术。
用于解决问题的方案
本发明提供一种基板清洗方法，其用于去除附着于基板的微粒，其特征在于，该基板清洗方法包括：取得与附着于基板的微粒有关的、包括粒径在内的微粒信息的工序；根据由上述工序取得的微粒信息来调整与清洗用气体的作为原子或分子的聚集体的气体团簇的粒径有关的因素的工序；之后自压力比基板所处的处理气氛的压力高的区域向处理气氛喷射上述清洗用气体、通过绝热膨胀生成上述气体团簇的工序；以及将上述气体团簇向基板的表面垂直地照射而去除微粒的工序。
另外，本发明提供一种基板清洗装置，其用于去除附着于基板的微粒，其特征在于，该基板清洗装置包括：清洗处理室，其用于载置基板，在真空气氛下进行基板的清洗处理；喷嘴部，其用于自压力比上述清洗处理室的处理气氛的压力高的区域向上述清洗室内的基板喷射清洗用气体，通过绝热膨胀生成清洗用气体的作为的原子或分子的聚集体的气体团簇；以及控制部，其用于根据与附着于基板的微粒有关的、包括粒径在内的微粒信息来输出用于调整与气体团簇的粒径有关的因素的控制信号，上述喷嘴部以将上述气体团簇向基板的表面垂直地照射的方式设定。
并且，本发明提供一种真空处理装置，其用于利用真空处理组件对基板进行真空处理，其特征在于，该真空处理装置包括本发明的基板清洗装置和用于在上述基板清洗装置与真空处理组件之间输送基板的基板输送机构。
发明的效果
在本发明中，取得与附着于基板的微粒有关的、包括粒径在内的微粒信息，根据该信息来调整与气体团簇的粒径有关的因素并将气体团簇向基板的表面垂直地照射。因此，能够利用具有与微粒的粒径相匹配的粒径的气体团簇来进行清洗处理，其结果，即使在基板的表面形成有图案凹部，也能够以较高的去除率去除凹部内的微粒。
附图说明
图1是表示本发明的真空处理装置的一实施方式的俯视图。
图2是表示晶圆的表面的俯视图。
图3是表示设于真空处理装置的基板清洗装置的一个例子的纵剖视图。
图4是表示基板清洗装置的喷嘴部的一个例子的纵剖视图。
图5是表示设于真空处理装置的控制部的一个例子的结构图。
图6是表示形成于基板的凹部的纵剖视图。
图7是表示利用气体团簇去除微粒的情形的侧视图。
图8是表示利用气体团簇去除微粒的情形的侧视图。
图9是表示晶圆的表面的俯视图。
图10是表示基板清洗装置的第2实施方式的纵剖侧视图。
图11是表示基板清洗装置的第3实施方式的纵剖侧视图。
图12是表示基板清洗装置的第4实施方式的纵剖侧视图。
图13是表示微粒的去除率与动能之间的关系的特性图。
图14是表示气体团簇的照射前后的晶圆表面的一部分的俯视图。
图15是表示构成气体团簇的分子数量与压力之间的关系的特性图。
图16是表示微粒的去除率与动能之间的关系的特性图。
图17是表示构成气体团簇的分子数量与温度之间的关系的特性图。
具体实施方式
一边参照附图一边说明装入有本发明的基板清洗装置的真空处理装置的第1实施方式。图1是表示作为多室系统的真空处理装置1的整体结构的俯视图。在上述真空处理装置1中，例如在3处横向排列地设有用于对收纳有例如25张作为基板的半导体晶圆(以下称作“晶圆”)W的作为密闭型的输送容器的FOUP11进行载置的输入输出部(日文：ポート)12。另外，以沿着上述输入输出部12的排列的方式设有大气输送室13，并在大气输送室13的正面壁上安装有与上述FOUP11的盖一起进行开闭的闸门GT。
大气输送室13的与输入输出部12相反的那一侧的面气密地连接于例如两个加载互锁室14、15。在上述加载互锁室14、15上各自设有未图示的真空泵和漏泄阀，用于在常压气氛与真空气氛之间进行切换。此外，在图中，附图标记G是闸阀(隔离阀)。另外，在大气输送室13内设有由用于输送晶圆W的关节臂构成的第1基板输送机构16。并且，从上述大气输送室13的正面侧看背面侧，在大气输送室13的右侧壁设有作为基板检查部的晶圆检查部17，在大气输送室13的左侧壁设有用于进行晶圆W的朝向、偏心的调整的对准室18。上述第1基板输送机构16具有用于相对于FOUP11、加载互锁室14、15、晶圆检查部17以及对准室18交接晶圆W的作用。因此，第1基板输送机构16构成为在例如FOUP11的排列方向(在图1中为X方向)上移动自如、升降自如、绕铅垂轴线旋转自如以及进退自如。
从大气输送室13看时，加载互锁室14、15的进深侧与真空输送室2气密地连接。另外，真空输送室2与作为基板清洗装置的清洗组件3和多个、在该例子中为5个真空处理组件21～真空处理组件25气密地连接。上述真空处理组件21～真空处理组件25在该例子中构成为用于对晶圆W进行含有铜布线的成膜用的CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)处理、溅射处理的真空处理组件，该晶圆W形成有作为电路图案形成用的凹部的铜布线埋入用的槽和通孔。
另外，真空输送室2包括用于在真空气氛下输送晶圆W的第2基板输送机构26。该基板输送机构26具有相对于加载互锁室14、15、清洗组件3、真空处理组件21～真空处理组件25交接晶圆W的作用。该第2基板输送机构26包括绕铅垂轴线旋转自如、进退自如地构成的多关节臂26a，该臂26a构成为通过基座26b而在长度方向(在图1中为Y方向)上移动自如。
接着，说明晶圆检查部17和清洗组件3。晶圆检查部17用于取得与附着于晶圆W的微粒有关的、包括粒径在内的微粒信息。上述微粒信息指的是例如用于获知晶圆W上的微粒的位置和其大小的信息。作为晶圆检查部17，能够使用能够评价晶圆表面的微粒的粒径的装置、例如利用正反射光、散射光的光学式、电子射线式的表面缺陷检查装置。另外，也可以使用扫描型电子显微镜(SEM)、扫描型隧道显微镜(STM)、以及原子力显微镜(AFM)等扫描型探针显微镜。
若列举晶圆检查部17的具体装置，则可列举出KLA Tencor公司制造的Puma9500系列等带有暗视场图案的晶圆检查装置、KLA Tencor公司制造的2830系列等带有明视场图案的晶圆检查装置、日立ハイテク公司制造的CG4000系列等高分辨率FEB测长装置、以及日立ハイテク公司制造的RS6000系列等缺陷检查SEM装置等。此外，本发明的作为处理对象的晶圆还包括没有在晶圆上形成图案凹部的情况，在该情况下，作为晶圆检查部，能够使用例如KLA Tencor公司制造的SP3等暗视场无图案缺陷检查装置等。
在使用上述装置的情况下，也可以构成为，例如，将晶圆W的交接用的输入输出部配置在第1基板输送机构16的能够达到的范围内，经由输入输出部在晶圆检查部17内的检查区域与第1基板输送机构16之间交接晶圆W。另外，也可以将上述检查装置中的输入输出部拆卸并将检查装置主体连接于大气输送室13。在晶圆检查部17中，例如，如图2所示那样检测晶圆W上的表面状态，由此取得将微粒的位置和其大小相关联而成的微粒信息。在图2中，附图标记100是微粒。取得的微粒信息被发送至后述的控制部7。
接着，参照图3说明清洗组件3。该清洗组件3包括由真空容器构成的清洗处理室31，该真空容器用于将晶圆W收纳在内部而进行附着物的去除处理。在该清洗处理室31内配置有用于载置晶圆W的载置台32。在该清洗处理室31的顶面的中央部形成有朝向上方侧的突出部33(例如圆筒形状)，在该突出部33中设有作为气体团簇的生成机构的喷嘴部4。在图2中，附图标记34是输送口，附图标记35是用于进行该输送口34的开闭的闸阀。
在清洗处理室31的底面中的位于例如偏向输送口35的位置处，以贯穿形成于载置台32的贯通口的方式设有支承销(省略图示)，在此，省略图示。在载置台32的下方设有用于使上述支承销升降的未图示的升降机构。上述支承销和升降机构具有在第2基板输送机构26与载置台32之间交接晶圆W的作用。清洗处理室31的底面与用于对该清洗处理室31内的气氛进行真空排气的排气路径36的一端侧相连接，该排气路径36的另一端侧经由蝶阀等压力调整部37与真空泵38相连接。
载置台32构成为利用驱动部33沿水平方向移动自如，使得喷嘴部4能够相对于该载置台32上的晶圆W在整个面内相对地进行扫描。上述驱动部33包括在清洗处理室31的底面中的位于载置台32的下方的部分上设置的、沿着X轴方向水平地延伸的X轴导轨33a和沿着Y轴方向水平地延伸的Y轴导轨33b。Y轴导轨33b以沿着X轴导轨33a移动自如的方式构成，载置台32支承于该Y轴导轨33b的上方。此外，在载置台32上设有用于调整该载置台32上的晶圆W的温度的未图示的调温机构。
上述喷嘴部4用于自压力比上述清洗处理室31的处理气氛的压力高的区域向上述清洗处理室31内的晶圆W喷射清洗用气体、并通过绝热膨胀生成清洗用气体的作为原子或分子的聚集体的气体团簇。如图4所示，该喷嘴部4包括压力室41，该压力室41以下端部开口的方式形成为例如大致圆筒形状。该压力室41的下端部构成为节流部42。该节流部42与随着朝向下方去而扩径的气体扩散部43相连接。上述节流部42的开口口径例如为0.1mm左右，
另外，如上所述，喷嘴部4以将上述气体团簇向晶圆W的表面垂直地照射的方式设置。此处，如图4所示，“垂直地照射”指的是例如喷嘴部4的长度方向上的中心轴线L与载置台32的载置面(晶圆W的表面)之间所成的角θ处于90度±15度的范围内的状态。另外，在使来自喷嘴部4的气体团簇在途中离子化并利用弯曲机构使路径弯曲的情况下，“垂直地照射”指的是，设计上设想的路径与晶圆W的表面之间所成的角在上述范围内的状态。上述中心轴线L与晶圆W的表面之间所成的角θ相当于后述的实施例的气体团簇的照射角度。
在图3的例子中，为了改变晶圆W上的气体团簇的照射位置而构成为使载置台32移动。但是，在本发明中，也可以构成为不使载置台32移动而使喷嘴部4移动。在该情况下，例如能够构成为，在清洗处理室31的顶部设置能够使喷嘴部4沿X、Y方向移动的移动机构，并将挠性的气体供给管连接于喷嘴部4的气体导入部。
上述压力室41的上端部与以贯穿清洗处理室31的顶面的方式延伸的气体供给路径6的一端侧相连接。该气体供给路径6经由构成压力调整部的压力调整阀61而分别与二氧化碳气体(CO2)的供给路径62和氦气(He)的供给路径63相连接。上述供给路径62经由开闭阀V1和流量调整部62a而与二氧化碳气体的供给源62b相连接，上述供给路径63经由开闭阀V2和流量调整部63a而与氦气的供给源63b相连接。
上述二氧化碳气体是清洗用气体，利用该气体形成气体团簇。另外，氦气是加速用的气体。氦气不易形成团簇，当将氦气与二氧化碳气体混合时，具有提高由二氧化碳气体生成的团簇的速度的作用。另外，在气体供给路径径61上设有用于检测该气体供给路径径61内的压力的压力检测部64，根据该压力检测部64的检测值，利用后述的控制部7来调整压力调整阀61的开度，以控制压力室41内的气体压力。上述压力检测部64也可以是用于检测压力室41内的压力的构件。
另外，也可以以利用二氧化碳气体流量调整部62a和氦气流量调整部63b调整气体流量的方式来进行基于上述压力检测部64的检测值的压力调整。另外，也可以是，在各气体的开闭阀与压力调整阀61之间使用例如气体升压器(gas booster)那样的升压机构来使供给压力上升，并利用压力调整阀61调整供给压力。
如图5所示，在该真空处理装置1中设有用于进行整个装置的动作控制的由例如计算机构成的控制部7。该控制部7包括CPU71、程序72、以及存储部73。在上述程序72中编入有步骤组，以便不仅执行后述的清洗处理，而且还执行装置的与由真空处理组件21～真空处理组件25进行的真空处理相对应的动作。程序72存储在例如硬盘、光盘、光磁盘、存储卡、软盘等存储介质中，并从上述存储介质安装到控制部7内。
另外，在上述存储部73中存储有由上述晶圆检查部17取得的微粒信息74。该微粒信息74指的是，将晶圆W的位置和微粒的尺寸相关联而成的信息。微粒的尺寸是根据例如由晶圆检查部17设定的微粒的粒径的范围而相应地分配的值，例如，利用20nm以上且小于40nm、40nm以上且小于60nm这样的值来规定尺寸。在图5中，将该尺寸记载为P1、P2...，以标准化了的值来进行处理。另外，晶圆W的位置指的是由例如晶圆检查部17管理的晶圆上的坐标位置，在图5中，记载为K1、K2、K3...。例如将通过形成于晶圆W的、用于表示结晶方向的凹口的中心与晶圆W的中心的线作为X坐标轴，并将与该线正交的线作为Y坐标轴，从而能够利用由上述坐标轴确定的X、Y坐标系的位置来确定晶圆上的坐标位置。
并且，控制部7具有基于该微粒信息74来制作将微粒的粒径的范围和属于该范围内的微粒的位置相关联而成的数据表75的功能。上述微粒的粒径的范围是针对预先设定的气体团簇的每种尺寸(粒径)分配的范围。在图5中，将该数据表75中的微粒的粒径的范围记载为PA、PB…，以标准化了的值来进行处理。
如后所述，标准化了的微粒的粒径与适合于去除微粒的气体团簇的尺寸相对应，另外，气体团簇的尺寸与作为决定该尺寸的因素的气体供给压力相对应。因此，可以说，存储部73的数据表75是对在晶圆W的表面上的气体团簇的照射位置与气体压力之间的关系进行规定的数据。通过读取该数据，程序72向清洗组件3的驱动部33输出用于使晶圆W依次向气体团簇的照射位置移动的控制信号并为了决定照射气体团簇时的气体的压力而输出压力调整阀61的开度的指令信号(控制信号)。
接着，说明上述实施方式的作用。在将FOUP11载置于输入输出部12之后，利用第1基板输送机构16将晶圆W自该FOUP11取出。如图6所示，在该晶圆W上形成有作为图案凹部的铜布线埋入用的凹部(槽和通孔)81。接着，将晶圆W经由常压气氛的大气输送室13输送至对准室18并进行对准。之后，利用第1基板输送机构16将晶圆W输送至晶圆检查部17，在此处取得微粒信息。将取得的微粒信息发送至控制部7，在控制部7中制作上述数据表75。
利用第1基板输送机构16将在晶圆检查部17中进行检查后的晶圆W输入至被设定为常压气氛的加载互锁室14、15。然后，将加载互锁室14、15内的气氛切换为真空气氛，之后，利用第2基板输送机构26将晶圆W输送至清洗组件3，以进行微粒的去除处理。在该例子中，在将在晶圆检查部17中完成检查后的晶圆W向清洗组件3输送时，晶圆W自晶圆检查部17被交接至第1基板输送机构16。因此，第1基板输送机构16相当于用于将在晶圆检查部17中完成检查后的晶圆W输送至清洗组件3的基板输送机构。
在清洗组件3中，使用气体团簇，进行自晶圆W的表面去除微粒的处理。上述气体团簇是如下的物质：自压力比晶圆W所处的处理气氛的压力高的区域向处理气氛供给气体，该气体通过绝热膨胀而冷却到气体的冷凝温度，从而气体的原子或分子聚集成聚集体而生成。例如，成为处理气氛的清洗处理室31中的处理压力被设定为例如0.1Pa～100Pa的真空气氛，并且，以例如0.3MPa～5.0MPa的压力对喷嘴部4供给清洗用气体(二氧化碳气体)。当该清洗用气体被供给到清洗处理室31的处理气氛时，由于急剧的绝热膨胀而冷却到冷凝温度以下，因此，如图4所示那样，分子201彼此通过范德华力结合，从而成为作为聚集体的气体团簇200。气体团簇200在该例子中为中性。在每个气体团簇的原子数量(分子数量)例如为5×103原子(分子)的情况下，气体团簇的尺寸为8nm左右，因此，每个气体团簇的原子数量(分子数量)优选为5×103原子(分子)以上。
自喷嘴部4生成的气体团簇200朝向晶圆W垂直地照射，并如图6所示那样进入到晶圆W的用于形成电路图案的凹部81内，从而将该凹部81内的微粒100吹走而去除微粒100。
图7和图8示意性表示晶圆W上的微粒100被气体团簇200去除的情形。图7是气体团簇200与晶圆W上的微粒100碰撞的情况。在该情况下，如图7的(a)所示，气体团簇200向晶圆W的表面垂直地照射，从而例如相对于微粒100自斜上方侧碰撞的可能性较高。在气体团簇200如图7的(b)所示那样以相对于微粒100偏移的状态(从上方看时为气体团簇200的中心与微粒100的中心错开的状态)与微粒100碰撞时，如图7的(c)所示，因碰撞时的冲击而对微粒100施加使微粒100沿横向移动的力。其结果是，微粒100自晶圆W表面被剥离而浮起，并被向侧方或斜上方吹走。
另外，也可以是，气体团簇200不与微粒100直接碰撞，而是如图8的(a)所示那样通过向微粒100的附近照射来去除该微粒100。当气体团簇200与晶圆W碰撞时候，构成分子201一边沿横向扩展一边分解(参照图8的(b))。此时，动能密度较高的区域沿横向(水平方向)移动，因此，能够借此将微粒100自晶圆W剥离并将微粒100吹走(参照图8的(c)、(d))。这样一来，微粒100自凹部81飞出而飞散到真空气氛的清洗处理室31内，将微粒100经由排气路径36排出到清洗处理室31的外部。
接着，说明气体团簇的粒径和微粒的清洗性能。由后述的实施例可知，与微粒100的粒径相对应地存在适合于清洗的气体团簇200的大小。也就是说，在气体团簇200远大于微粒100的情况下，不能发挥去除性能，对图案造成的损伤过大。另一方面，在气体团簇200远小于微粒100的情况下，不能够充分地施加去除所需的物理剥离力，而会导致去除性能不充分。因此，气体团簇的大小优选为微粒的粒径的0.2倍～2倍。由后述的实施例可知，该气体团簇的大小取决于作为清洗用气体的二氧化碳气体的供给压力。因而，在控制部7中，如上所述，根据由晶圆检查部17取得的微粒信息来设定用于获得适当的气体团簇200的粒径的二氧化碳气体的供给压力，并通过例如压力调整阀61的开度来调整该供给压力。
这样一来，在清洗组件3中，在根据晶圆W上的微粒的尺寸而相应地调整了压力调整阀61的状态下，自喷嘴部4局部地照射气体团簇200而去除微粒100。
并且，如根据图5如上所述那样，在微粒信息中包括微粒的在附着的晶圆W上的位置信息(图5所示的k1、k2等)，在控制部7中，存储有针对每种微粒尺寸排列微粒的位置而成的数据。因此，若微粒尺寸相同，则照射条件也相同，因此，会以相同照射条件向与微粒尺寸相对应的微粒的位置照射气体团簇。具体而言，以如下方式进行清洗处理，若为微粒尺寸PA，则对位置k1、k2、k4...按照适合于去除微粒尺寸PA的微粒的照射条件来照射气体团簇，接着，改变气体团簇照射条件，对微粒尺寸PB的位置k3、k5...按照适合于去除微粒尺寸PB的微粒的照射条件照射气体团簇。
利用第2基板输送机构26将在清洗组件3中去除了微粒100后的晶圆W经由真空输送室2输送至例如用于进行溅射处理的真空处理组件，而对凹部81形成例如钛(Ti)、钨(W)等的阻隔层。接着，晶圆W被输送至用于进行CVD处理的真空处理组件，此处，例如，为了形成铜布线而埋入铜(Cu)。接着，利用第2基板输送机构26将晶圆W输入至被设定为真空气氛的加载互锁室14、15。然后，在将该加载互锁室14、15内的气氛切换为常压气氛，之后，将晶圆W输送至大气输送室13，并利用第1基板输送机构16将晶圆W送回到输入输出部12的例如原来的FOUP11。
采用上述实施方式，检查晶圆W的表面，并取得包括微粒100的粒径和微粒100的附着位置在内的信息。然后，将根据该信息而将调整为与微粒100相对应的大小的气体团簇200向晶圆W的表面照射，因此能够提高附着于晶圆W的微粒100的去除性能。另外，由于将气体团簇200向晶圆W垂直地照射，因此，构成凹部81的壁部不会妨碍气体团簇200，能够向凹部81内可靠地照射气体团簇200。因此，会使气体团簇200到达凹部81内的微粒100，由此能够以较高的去除率去除该微粒100。
另外，即使将气体团簇200向微粒100的附近照射也能够去除微粒，因此，气体团簇200的照射量(剂量)较少即可。其原因在于，只要向某一点照射气体团簇200，就能够去除该照射点的附近的多个微粒100。因而，所照射的气体团簇200的个数较少即可，由此能够抑制气体团簇的照射所导致的处理气氛的压力上升，能够将清洗处理室31的压力维持在较低的状态。这样，由于气体团簇200在较低的压力下的速度较大，因此，气体团簇200会以高速与晶圆W、微粒100碰撞，从而使碰撞时的冲击力变大。因而，气体团簇200在分解为构成分子201时的破坏力变大，从而对被碰撞的微粒100、附近的微粒100施加的能量增大。这样，由于能够通过抑制气体团簇200的照射来提高气体团簇200的速度，因此，在该点上也有助于去除微粒。由此，可以说，气体团簇200的照射量是去除微粒的有效要件之一。
另一方面，由于微粒100的大小的不同而去除率不同，已知，在利用以往的双流体喷雾法进行清洗时，若微粒100的大小小于200nm，则去除率降低。在该双流体喷雾法中，将几十μm大小的水滴和氮气(N2)混合后以喷雾状向晶圆W吹送，以去除微粒。
与此相对，在利用气体团簇200的照射去除微粒时，由后述的实施例也可知，对于12nm～49nm的微粒100也有效。当根据该实施例来规定气体团簇的照射量时，优选气体团簇的照射量为每1平方厘米1011数量级～1015数量级。此处，气体团簇的照射量指的是对每单位面积照射的气体团簇的个数，其能够利用以下的测定方法求出。
首先，使生成的气体团簇离子化，并使离子化的气体团簇同位于与气体团簇的平移方向相对的位置的法拉第杯(faraday cup)部分碰撞。通过测量此时的法拉第杯的电流值来算出气体团簇的个数。
接着，说明在清洗组件3中去除附着于真空处理之前和真空处理之后的晶圆W的微粒的情况。在该例子中，真空处理组件构成为用于进行蚀刻处理、灰化处理的组件。另外，在收纳于FOUP11的晶圆W的表面层叠有例如图案形成的光致抗蚀剂掩模。在晶圆检查部17取得晶圆W的微粒信息之后，对晶圆W进行对准，之后，将晶圆W经由加载互锁室14、15和真空输送室2输送至清洗组件3，以上述方式去除微粒。接着，将晶圆W依次输送至用于进行蚀刻处理的真空处理组件和用于进行灰化处理的真空处理组件。这样一来，如图6所示那样形成包括凹部81在内的图案。这样，在进行蚀刻处理之前去除晶圆W上的微粒的理由在于，微粒会被当做光致抗蚀剂掩模的一部分而成为引起蚀刻不良的主要原因的缘故。
也可以根据需要，在蚀刻处理、灰化处理之后，再次利用清洗组件3去除微粒。在该情况下，晶圆W在蚀刻处理、灰化处理之后经由真空输送室2、加载互锁室14、15而被第1基板输送机构16接收，并被输送至晶圆检查部17而取得微粒信息。接着，晶圆W经由大气输送室13、加载互锁室14、15而被第2基板输送机构26接收，并被输送至清洗组件3，进行因蚀刻处理而附着的微粒的去除处理。清洗处理后的晶圆W经由真空输送室2、加载互锁室14、15被第1基板输送机构16接收，并返回到原来的FOUP11。
此外，也可以是，晶圆检查部17在与清洗组件3不同的位置处连接于真空输送室2，作为晶圆检查部17，能够使用SEM等真空系统测量装置。在这样的情况下，用于将在晶圆检查部中完成检查后的晶圆输送至清洗组件3的基板输送机构和用于在清洗组件3与真空处理组件之间输送基板的基板输送机构能够例如共用化。另外，也可以是，晶圆检查部17不装入到真空处理装置中，而是作为单机装置使用。在该情况下，将取得的测量信息反映给控制部4。
另外，在本发明中，也可以是，对一批中的开头的晶圆W进行微粒的检查而取得微粒信息，使用根据该信息设定的气体团簇照射条件来在清洗组件3中对一批中的所有晶圆W进行微粒的去除处理。并且，在本发明中，也可以是，对一批中的所有晶圆W进行微粒检查，根据上述信息对每个晶圆设定气体团簇照射条件，使用该条件来对每个晶圆W进行微粒的去除处理。
另外，在上述实施方式中，对晶圆W的表面上的附着有微粒的区域局部地照射了气体团簇。但是，本发明并不限定于这样的方法，也可以是，例如，在微粒的量较多的情况下，针对每种微粒尺寸(将微粒的尺寸的范围标准化后的大小)将附着区域标准化为例如矩形的规定大小的划分区域S。在本发明中，例如，也可以采用图9所示那样的方法：将晶圆W的表面划分为格子状，若微粒包含在划分区域S之中，则相对于该划分区域S选择与微粒的尺寸相对应的气体团簇的尺寸并对该划分区域S照射气体团簇。
另外，也可以对晶圆W的整个表面照射气体团簇。在该情况下，掌握晶圆W上的微粒的粒径，并调整与该粒径相对应的气体团簇的尺寸。然后，根据微粒的粒径的不同来对气体团簇的尺寸进行多次调整，例如，针对各种尺寸均进行整个表面照射。
接着，一边参照图10一边说明本发明的第2实施方式。该实施方式是作为用于调整气体团簇的尺寸的因素而调整二氧化碳气体的温度的例子。在该例子中，例如，以包围喷嘴部4和该喷嘴部4附近的气体供给路径6的周围的方式设有温度调整室91。调温介质供给管92以沿着喷嘴部4的压力室41的侧壁的方式插入到该温度调整室91中，该调温介质供给管92在上述压力室41的下方侧附近开口。该调温介质供给管92与冷却器(chiller)93相连接，经该冷却器93调整为规定温度的调温介质经由调温介质供给管92而被供给至温度调整室91内。另外，在温度调整室91上设有用于将该温度调整室91内的调温介质向冷却器93循环供给的供给路径94。在图10中，附图标记95是温度检测部，附图标记96是流量调整阀。在该实施方式中，由温度调整室91、调温介质供给管92以及冷却器93构成用于调整二氧化碳气体的温度的温度调整部。
由后述的实施例可知，气体团簇200的尺寸与向压力室41供给的清洗用气体(二氧化碳气体)的温度之间存在相关性，气体温度越低，气体团簇200的尺寸越大。因而，在该例子中，在根据晶圆W表面的微粒100的粒径而相应地决定气体团簇200的尺寸之后，以与该尺寸相配合的方式控制冷却器93。也就是说，利用例如温度检测部95检测调温介质的循环路径、例如供给路径94内的调温介质的温度。然后，根据该检测值利用冷却器93来调整调温介质的温度，使经该温度调整过的调温介质在喷嘴部4和气体供给路径6的周围循环。这样一来，在第2实施方式中，调整二氧化碳气体的温度而控制气体团簇尺寸。另外，也可以是，通过调整流量调整阀96的开度来控制调温介质的供给量，从而调整二氧化碳气体的温度。
在该实施方式中，与上述第1实施方式同样地，也将根据微粒100的粒径而相应地调整过大小的气体团簇200向微粒100照射，因此能够提高附着于晶圆W的微粒100的去除性能。另外，由于将气体团簇200向晶圆W垂直地照射，因此能够以较高的去除率去除凹部81内的微粒100。以上，在本发明中，也可以通过与二氧化碳气体相混合的氦气的混合比来调整气体团簇200的加速度。氦气不易形成团簇，当将氦气与二氧化碳气体混合时，具有提高由二氧化碳气体生成的团簇的速度的作用。因此，当增加氦气的混合量时，能够增大气体团簇200的加速度。因而，也可以是，针对例如团簇的每种尺寸事先掌握适当的氦气的混合比，在微粒的清洗时将氦气的混合比调整为事先掌握的值。也可以是，例如，预先使二氧化碳气体的流量为恒定，使控制部7预先得到将二氧化碳气体与氦气之间的混合比和气体团簇的尺寸相关联而成的数据，根据气体团簇的尺寸而相应地调整上述混合比(例如氦气的流量)。
另外，也可以通过清洗用气体的压力和清洗用气体的温度这两者的调整来进行气体团簇的粒径的调整。
另外，一边参照图11一边说明本发明的第3实施方式。第3实施方式是使气体团簇离子化并利用加速电压将离子化后的气体团簇加速的例子。在上述喷嘴部4与载置部32之间，自喷嘴部4侧依次设有差动排气部51、离子化部52、由加速电极53构成的加速照射部和磁体54。上述差动排气部51包括分离器(skimmer)51a和中央形成有供团簇束通过的孔部的隔离板51b。分离器51a与隔离板51b之间的区域通过利用未图示的专用的真空泵进行排气而实现高真空化。
上述离子化部52包括丝极(filament)、阳极52a以及引出电极52b，通过对丝极与阳极52a之间施加离子化电压，从而使通过阳极52a内的团簇与电子碰撞而离子化。自直流电源部52c对上述引出电极52b施加负电位，由此引出团簇离子。上述加速电极53构成为，与电压可变的直流电源部55相连接而对晶圆W的电位施加正高电压而构成加速电压，从而使团簇离子向晶圆W的方向加速。因而，使载置台32成为例如接地电位。上述磁体54用于去除在团簇离子中含有的单体离子。
在第3实施方式中，与上述的图3(非离子化类型)同样地，也根据微粒信息而相应地调整与团簇粒径有关的因素，但在还需要动能的情况下，通过利用设于比喷嘴部4靠下方的位置的离子化部进行加速，能够使动能增加。因此，能够利用控制部7调整直流电压值(加速电压值)而获得最佳的团簇能量。另外，也可以是，针对例如团簇的每种尺寸事先掌握适当的加速电压，在微粒的清洗时将加速电压调整为事先掌握的值。
另外，也可以针对微粒的每种尺寸而准备多个喷嘴部。这样的例子能够应用于图3所示的装置(非离子化类型)和图11所示的装置(离子化类型)中的任意一种装置中。在这样的结构中，例如，将微粒尺寸设定为两个等级(Pα、Pβ)，针对微粒尺寸Pα的微粒，自一个喷嘴部以适合于去除微粒尺寸Pα的微粒的照射条件照射气体团簇。另外，针对微粒尺寸Pβ的微粒，自另一个喷嘴部以适合于去除微粒尺寸Pβ的微粒的照射条件照射气体团簇，以去除微粒。另外，也可以利用两喷嘴部来分别去除多种微粒尺寸的微粒。
接着，说明本发明的第4实施方式。该例子是将晶圆检查部连接于真空输送室2的例子，在该情况下，也可以是，例如，如图12所示那样构成为将晶圆检查部17与清洗组件3相组合。图12所示的例子是将检查室和清洗处理室31共用的例子，在清洗处理室31的上壁30之上的、与突出部33相邻的区域设有收纳部82，该收纳部82具有上述晶圆检查装置。在图中，附图标记30a是形成于上壁30的检查用的开口部，该开口部30a的下方侧为检查区域。在该例子中，使载置台32位于收纳部82的下方侧的检查区域，经由上述开口部30a进行微粒检查，接下来，使载置台32位于突出部33的下方侧，进行微粒的去除处理。
实施例
接着，说明为了确认本发明的效果而实施的实施例。
实施例1：动能与微粒去除率之间的关系
在图11所示的清洗组件3中，在利用二氧化碳气体的气体团簇来去除微粒的过程中，以改变动能的方式进行处理，并对微粒的去除率进行了评价。此时，如下那样设置了处理条件，通过控制向加速电极53供给的供给电压(加速电压)而使动能变化。然后，利用SEM观察清洗处理前后的晶圆表面，由此检测微粒数量并求出了去除率。
清洗对象基板：单晶硅晶圆
向压力室供给二氧化碳气体的供给压力：2.0Mpa
气体团簇的照射角度θ：90度
气体团簇的照射量：3×1014/cm2
微粒：粒径23nm的SO2
将其结果表示在图13中。如后所述，气体团簇的动能存在分布，在图中，横轴是动能的强度达到峰值时的值，纵轴是微粒的去除率。此外，后述的实施例所示的动能指的是达到强度分布的峰值时的动能值。由图13能够看出，动能与微粒的去除率之间存在良好的相关性，随着动能的增加，去除率变高。此时，能够看出，在动能为50keV/团簇时，能够确保92％的去除率。由此，应理解的是，通过使动能为50keV/团簇，能够获得足以将粒径23nm的SiO2颗粒剥离的力。另外，此时，在对形成有图案的晶圆W照射动能为50keV/团簇的气体团簇之后，利用SEM(扫描型电子显微镜)对上述图案的形态进行了观察，结果确认了没有产生损伤。
并且，在动能为25keV/团簇时，对粒径23nm的微粒(SiO2颗粒)的去除率为11％。因而，能够推测出能够通过使照射量为3×1014/cm2的10倍来确保90％以上的去除率。基于上述分析，本发明人发现优选将每1平方厘米的气体团簇的照射量设定为1015数量级以下。
实施例2：去除图案内部的微粒
在图11所示的清洗组件3中，利用二氧化碳气体的气体团簇去除图案内部的微粒，并对该去除进行了评价。此时，如下那样设置了处理条件，通过利用SEM观察清洗处理前后的晶圆表面，从而确认了去除效果。
向压力室供给的二氧化碳气体的供给压力：2.0Mpa
气体团簇的照射角度θ：90度
气体团簇的照射量：3×1014/cm2
团簇动能：40keV/团簇
微粒：粒径23nm的SO2
图案：80nmL/S
将由SEM拍摄的图案的一部分描绘而成的图表示在图14中，图14的(a)是气体团簇未照射部的状态，图14的(b)是气体团簇照射部的状态。如此确认了：在气体团簇未照射部，在图案的凹部81的底部、侧面存在微粒100，而在气体团簇照射部不存在微粒100。由此能够看出，通过使二氧化碳气体的供给压力为2.0Mpa且气体团簇的动能为40keV/团簇，将气体团簇对晶圆W垂直地照射，由此能够以较高的去除率去除图案的凹部81内部的微粒100。
实施例3：气体团簇尺寸与压力之间的关系
在图11所示的清洗组件3中，在生成二氧化碳气体的气体团簇的过程中，以改变向压力室41供给的二氧化碳气体的供给压力的方式生成气体团簇，并对气体团簇尺寸进行了评价。此时，二氧化碳气体的供给压力为1MPa、2MPa、4Mpa，使用飞行时间法和理论公式求出了团簇的尺寸分布、即团簇的构成分子数量与强度之间的关系。此外，强度是表示具有上述构成分子数量的团簇的个数的值。
飞行时间法是利用以下特点的质谱筛选法，即，以相同能量加速后的离子因质量不同而具有不同的飞行速度。若使离子的质量为m、使加速电压为Va、使离子的电荷为q、使飞行距离为L，则离子的飞行时间t能够由下述式求出。L、Va是已知的值，因此，能够通过测定t来求出m/q。具体而言，使气体团簇离子化并利用配置于被照射团簇的区域的MCP检测器检测电流。
t＝L×{m/(2qVa)}1/2
将其结果表示在图15中。在图中，横轴表示构成1个气体团簇的二氧化碳的分子数量，纵轴表示强度。越增加二氧化碳气体的供给压力，强度的分布和峰值越向构成气体团簇的分子数量变多的方向偏移。并且，能够看出，由于当构成1个气体团簇的分子数量变多时团簇尺寸变大，因此能够利用气体压力来调整气体团簇的尺寸。
实施例4：去除性能的粒径依赖性
在图11所示的清洗组件3中，在利用二氧化碳气体的气体团簇去除微粒的过程中，以改变微粒粒径的方式进行处理，并对微粒的去除率进行了评价。此时，使用附着有粒径分别为12nm、23nm、49nm、109nm的微粒的4种基板(裸晶圆)，将气体团簇的粒径设定为26nm，并研究了微粒的去除率。如下那样设置了处理条件，针对各基板改变气体团簇的动能并进行了评价，利用SEM观察清洗处理前后的晶圆表面，由此求出了去除率。
清洗对象基板：单晶硅晶圆
向压力室供给的二氧化碳气体的供给压力：2.0Mpa
气体团簇的照射角：90度
气体团簇的照射量：3×1012/cm2
将其结果表示在图16中。在图中，横轴表示动能，纵轴表示微粒的去除率，对于微粒的粒径数据，分别以如下方式进行了描绘：将12nm粒径的微粒描绘为△，将23nm粒径的微粒描绘为□，将49nm粒径的微粒描绘为●，将109nm粒径的微粒描绘为○。由此能够看出，在微粒的粒径分别为12nm、23nm、49nm的情况下，去除率随着动能的增加而提高，当动能为50keV/团簇以上时，在上述任何一种情况下，均能够确保70％以上的去除率。与此相对，在微粒为109nm的情况下，可知，即使施加90keV/团簇这样较高的动能，也不能完全去除微粒。由此证明了，即使使用相对于微粒尺寸相对过小的气体团簇，也不能去除微粒，使用与微粒粒径相匹配的尺寸的气体团簇的做法是有效的。另外，应理解的是，优选将气体团簇的尺寸(粒径)设定为微粒的尺寸(粒径)的0.2倍～2倍。
并且，在该实施例中，能够看出，在气体团簇的照射量为3×1012/cm2时，能够去除尺寸为12nm、23nm、49nm的微粒。另外，基于对微粒的附近进行照射也能够去除微粒这样的机理和能够去除该照射点的附近的多个微粒的情况，能够如下理解。即，若每1平方厘米的气体团簇的照射量为1011数量级以上，则能够去除上述尺寸的微粒。另一方面，若增加气体团簇的照射量，则会使与微粒直接接触的气体团簇的个数增加，因此会有效地去除微粒。因而，同时参照实施例1的结果，可以说，若每1平方厘米的气体团簇的照射量为1011数量级～1015数量级，则能够高效地去除49nm以下的微粒。
实施例5：气体团簇尺寸与温度之间的关系
在图17中，示出了在生成二氧化碳气体的气体团簇的过程中的、在各个压力下喷嘴部4的温度与气体团簇的动能之间的关系。可知，由于当喷嘴部4的温度下降时气体团簇的动能增加，因此会使气体团簇的尺寸变大。因此，气体团簇的尺寸能够通过调整气体温度来进行控制。

Claims (12)

1.一种基板清洗方法，其用于去除附着于基板的微粒，其特征在于，
该基板清洗方法包括：
取得与附着于基板的微粒有关的、包括粒径在内的微粒信息的工序；
根据由上述工序取得的微粒信息来对与清洗用气体的作为原子或分子的聚集体的气体团簇的粒径有关的因素进行调整的工序；
之后自压力比基板所处的处理气氛的压力高的区域向处理气氛喷射上述清洗用气体、通过绝热膨胀生成上述气体团簇的工序；以及
将上述气体团簇向基板的表面垂直地照射而去除微粒的工序。
2.根据权利要求1所述的基板清洗方法，其特征在于，
在上述基板的表面形成有图案凹部。
3.根据权利要求1或2所述的基板清洗方法，其特征在于，
上述取得微粒信息的工序是将微粒信息存储于计算机用的存储部的工序，
上述对与气体团簇的粒径有关的因素进行调整的工序是计算机根据存储于上述存储部的信息来输出用于调整上述因素的控制信号的工序。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基板清洗方法，其特征在于，
上述气体团簇的照射量是每1平方厘米1011数量级～1015数量级。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基板清洗方法，其特征在于，
上述对与气体团簇的粒径有关的因素进行调整的工序是对清洗用气体的供给压力和清洗用气体的温度中的至少一者进行调整的工序。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的基板清洗方法，其特征在于，
微粒信息包括将基板上的位置和微粒的粒径相关联而成的信息。
7.一种基板清洗装置，其用于去除附着于基板的微粒，其特征在于，
该基板清洗装置包括：
清洗处理室，其用于载置基板，在真空气氛下进行基板的清洗处理；
喷嘴部，其用于自压力比上述清洗处理室的处理气氛的压力高的区域向上述清洗室内的基板喷射清洗用气体，通过绝热膨胀生成清洗用气体的作为的原子或分子的聚集体的气体团簇；以及
控制部，其用于根据与附着于基板的微粒有关的、包括粒径在内的微粒信息来输出用于调整与气体团簇的粒径有关的因素的控制信号，
上述喷嘴部以将上述气体团簇向基板的表面垂直地照射的方式设定。
8.根据权利要求7所述的基板清洗装置，其特征在于，
该基板清洗装置还包括压力调整部，该压力调整部用于调整向上述喷嘴部供给的清洗用气体的供给压力，
上述控制信号是用于借助上述压力调整部调整清洗用气体的压力的信号。
9.根据权利要求7所述的基板清洗装置，其特征在于，
该基板清洗装置还包括温度调整部，该温度调整部用于调整向上述喷嘴部供给的清洗用气体的温度，
上述控制信号是用于借助上述温度调整部调整清洗用气体的温度的信号。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的基板清洗装置，其特征在于，
上述微粒信息包括将基板上的位置和微粒的粒径相关联而成的信息。
11.一种真空处理装置，其用于利用真空处理组件对基板进行真空处理，其特征在于，
该真空处理装置包括权利要求7至10中任一项所述的基板清洗装置和用于在上述基板清洗装置与上述真空处理组件之间输送基板的基板输送机构。
12.根据权利要求11所述的真空处理装置，其特征在于，
该真空处理装置包括：
基板检查部，其用于取得与附着于上述真空处理组件中的真空处理前的基板和/或真空处理后的基板上的微粒有关的、包括粒径在内的微粒信息；以及
基板输送机构，其用于将在上述基板检查部完成检查后的基板输送到上述基板清洗装置。
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