CN110462794B - 气体团簇处理装置和气体团簇处理方法 - Google Patents

气体团簇处理装置和气体团簇处理方法 Download PDF

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Abstract

向基板(S)照射气体团簇来对基板(S)进行规定的处理的气体团簇处理装置(100)具备：处理容器(1)；气体供给部(13)，其供给用于生成气体团簇的气体；质量流量控制器(14)，其控制从气体供给部(13)供给的气体的流量；团簇喷嘴(11)，其以规定的供给压力供给用于生成气体团簇的气体，将该气体喷出至被保持真空的处理容器内来通过绝热膨胀使该气体团簇化；以及压力控制部(15)，其设置于质量流量控制器(14)与团簇喷嘴(11)的之间的配管(12)，并且具有对用于生成气体团簇的气体的供给压力进行控制的背压控制器(17)。

Description

气体团簇处理装置和气体团簇处理方法
技术领域
本发明涉及一种气体团簇处理装置和气体团簇处理方法。
背景技术
在半导体器件的制造过程中，附着于基板的微粒会导致产品的缺陷，因此进行将附着于基板的微粒去除的清洗处理。作为用于进行这样的基板清洗处理的技术，向基板表面照射气体团簇，通过该气体团簇的物理作用来去除基板表面的微粒的技术受到关注。
作为向基板表面照射气体团簇的技术，已知如下一种技术：将CO2等团簇生成用气体设为高压后从喷嘴喷射至真空气氛中，通过绝热膨胀生成气体团簇，利用离子化部使生成的气体团簇离子化，将利用加速电极使离子化后的气体团簇加速而形成的气体团簇离子束照射到基板上(例如参照专利文献1)。
另外，还已知如下一种技术：从喷嘴向真空气氛中喷射CO2等团簇生成用气体、He等加速用气体等多种气体，并且向基板照射通过绝热膨胀而生成的中性的气体团簇(例如参照专利文献2)。
从喷嘴照射的气体团簇的直径由气体的供给压力决定，因此需要控制气体供给压力，也如专利文献1、2所记载的那样，以往主要通过气体的供给流量来控制气体的供给压力。即，气体的供给压力与供给流量成比例，因此能够通过控制气体的供给流量来控制气体的供给压力。另外，如专利文献2所示的那样，使用压力调整阀来进行供给压力的微调。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2006-500741号公报
专利文献2：日本特开2013-175681号公报
发明内容
通常，利用质量流量控制器(捕捉与内部的流路中的气体的质量流量成比例的温度变化并转换为电信号，基于来自外部的与设定流量对应的电信号使流量控制阀工作，从而控制为设定的流量)来控制气体的供给流量，但在利用质量流量控制器进行的流量控制中，需要长时间才达到设定压力。另外，当想要使气体的供给量相比于与设定供给压力对应的供给量增加来缩短达到设定供给压力的时间时，供给压力相对于利用压力调整阀设定的压力而言超调，导致压力的控制性下降。另外，当产生这样的超调时，质量流量控制器下游侧的压力上升而获取不到质量流量控制器前后的压差，气体供给量的控制本身无法进行。
因而，本发明的目的在于提供如下一种技术：在向基板照射气体团簇来进行基板处理时，能够在短时间内达到生成气体团簇所需的气体供给压力，并且气体供给压力的控制性良好。
根据本发明的第一观点，提供一种气体团簇处理装置，所述气体团簇处理装置向被处理体照射气体团簇来对被处理体进行规定的处理，所述气体团簇处理装置的特征在于，具备：处理容器，被处理体配置于该处理容器；气体供给部，其供给用于生成气体团簇的气体；流量控制器，其控制从所述气体供给部供给的气体的流量；团簇喷嘴，其以规定的供给压力供给用于生成所述气体团簇的气体，将所述气体喷出至被保持真空的处理容器内来通过绝热膨胀使所述气体团簇化；以及压力控制部，其设置于所述流量控制器与所述团簇喷嘴之间的配管，并且具有对用于生成所述气体团簇的气体的供给压力进行控制的背压控制器。
能够设为：所述压力控制部构成为还具有从所述配管分支出的分支配管，所述背压控制器设置于所述分支配管，来自所述配管的气体流至所述背压控制器后被排气，将所述背压控制器的初级侧的压力设定为所述规定的供给压力，在所述初级侧的压力达到所述规定的供给压力的时间点，经由所述背压控制器对多余的气体进行排气。
优选的是，具有串联地设置于所述分支配管的第一背压控制器和第二背压控制器来作为所述背压控制器，作为所述第一背压控制器，使用压差范围较小的精度高的背压控制器，并且将所述第一背压控制器的初级侧的压力设定为所述气体的供给压力的设定值，作为所述第二背压控制器，使用压差范围比所述第一背压控制器的压差范围大的背压控制器，并且将所述第二背压控制器的初级侧的压力设定为比所述气体的供给压力的设定值低的值。
能够是：还具有控制单元，所述控制单元控制所述流量控制器的设定流量，所述控制单元将所述流量控制器的设定流量控制为第一流量，直到从所述气体供给部供给的所述气体的供给压力达到所述规定的供给压力为止，该第一流量比达到所述规定的供给压力所需的流量大，所述压力控制部还具有流量测量器，所述流量测量器测量流过所述背压控制器的气体的流量，所述控制单元基于该流量测量器的测量值将所述流量控制器的设定值控制为第二流量，该第二流量比能够维持所述规定的供给压力的流量大且比所述第一流量小。
能够设为：所述气体供给部单独地供给至少两种气体来作为用于生成所述气体团簇的气体，并且具有与所述至少两种气体分别对应的至少两个流量控制器来作为所述流量控制器，所述至少两种气体在所述至少两个流量控制器的下游侧在所述配管中合流，所述压力控制部设置于所述配管的、所述至少两种气体全部合流后的部分。
也可以是，还具有升压器，所述升压器设置于所述配管的比设置有所述压力控制部的部分靠上游侧的位置，对用于生成所述气体团簇的气体进行升压。另外，也可以是，所述压力控制部还具有以从所述配管绕过所述背压控制器的方式设置的旁通流路、以及对旁通流路进行开闭的开闭阀，在气体团簇处理后，打开所述开闭阀来使所述团簇喷嘴和所述配管内的气体经由所述旁通流路排出。也可以是，还具有调温器，所述调温器设置于比设置有所述压力控制部的分支配管部分靠下游侧的位置，并且所述调温器包括所述团簇喷嘴，在比所述团簇喷嘴靠上游侧的位置对所述气体进行温度调节。作为所述流量控制器，优选质量流量控制器。
优选的是，作为所述第一流量，控制在能够维持所述规定的供给压力的流量的1.5倍至50倍的范围内，作为所述第二流量，控制在能够维持所述规定的供给压力的流量的1.02倍至1.5倍的范围内。
根据本发明的第二观点，提供一种气体团簇处理方法，在该气体团簇处理方法中，经由配管向团簇喷嘴供给用于生成气体团簇的气体，使所述团簇喷嘴将所述气体喷出至被保持真空的处理容器内来通过绝热膨胀使所述气体团簇化，向配置在所述处理容器内的被处理体照射气体团簇来对被处理体进行规定的处理，所述气体团簇处理方法的特征在于，将所述气体的流量控制为规定的流量，从所述配管排出所述气体的一部分，由此将所述配管的供给压力控制为规定的供给压力。
在上述第二观点中，能够利用背压控制器来控制所述供给压力。在该情况下，能够设为：所述背压控制器设置于从所述配管分支出的分支配管，从所述配管排出的气体通过所述分支配管后流至所述背压控制器，所述背压控制器的初级侧的压力被设定为所述规定的供给压力，在所述初级侧的压力达到所述规定的供给压力的时间点，经由所述背压控制器将多余的气体排出。另外，能够是，具有串联地设置于所述分支配管的第一背压控制器和第二背压控制器来作为所述背压控制器，作为所述第一背压控制器，使用压差范围小的精度高的背压控制器，并且将所述第一背压控制器的初级侧的压力设定为所述气体的供给压力的设定值，作为所述第二背压控制器，使用压差范围比所述第一背压控制器的压差范围大的背压控制器，并且将所述第二背压控制器的初级侧的压力设定为比所述气体的供给压力的设定值低的值。
能够是，将所述流量控制器的设定流量控制为第一流量，直到所述气体的供给压力达到所述规定的供给压力为止，该第一流量比达到所述规定的供给压力所需的流量大，测量从所述配管排出后流至所述背压控制器的气体的流量，基于进行该测量所得到的测量值将所述气体的流量控制为第二流量，该第二流量比能够维持所述规定的供给压力的流量大且比所述第一流量小。在该情况下，优选的是，作为所述第一流量，控制在能够维持所述规定的供给压力的流量的1.5倍至50倍的范围内，作为所述第二流量，控制在能够维持所述规定的供给压力的流量的1.02倍至1.5倍的范围内。
根据本发明，利用流量控制器来控制从气体供给部供给的气体的流量，利用具有背压控制器的压力控制部来控制流量控制器与团簇喷嘴之间的配管中的、用于生成气体团簇的气体的供给压力，因此能够以大的流量流通用于生成气体团簇的气体，在成为规定的供给压力的时间点使多余的气体排出，能够在短时间内达到规定的气体的供给压力。另外，通过像这样在达到规定的供给压力的时间点使多余的气体排出，由此气体的供给压力不会产生超调，另外，由于在处理过程中利用背压控制器将气体的供给压力维持为固定，因此气体的供给压力的控制性良好。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的气体团簇处理装置的截面图。
图2是表示气体供给压力与气体供给流量之间的关系的图。
图3是表示以往的通过气体供给流量来控制气体供给压力的情况下的、供给压力的随时间的变化的图。
图4是表示在以往的通过气体供给流量来控制气体供给压力的情况下使气体的供给量相比于与设定供给压力对应的供给量增加时的压力的随时间的变化的图。
图5是表示本发明的气体供给压力的控制方法的一例的流程图。
图6是表示本发明的第二实施方式所涉及的气体团簇处理装置的截面图。
图7是表示本发明的第三实施方式所涉及的气体团簇处理装置的截面图。
图8是表示本发明的第四实施方式所涉及的气体团簇处理装置的截面图。
图9是表示本发明的第五实施方式所涉及的气体团簇处理装置的截面图。
图10是表示本发明的第六实施方式所涉及的气体团簇处理装置的截面图。
图11是表示以往的气体团簇处理装置的截面图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。
<第一实施方式>
首先，对第一实施方式进行说明。
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的气体团簇处理装置的截面图。
本实施方式的气体团簇处理装置100用于向被处理体的表面照射气体团簇来进行被处理体表面的清洗处理。
该气体团簇处理装置100具有划分出用于进行清洗处理的处理室的处理容器1。在处理容器1内的底部附近设置有用于载置作为被处理体的基板S的基板载置台2。
作为基板S，能够列举半导体晶圆、平板显示器用的玻璃基板等各种基板，不特别进行限定。
在处理容器1内的上部以与基板载置台2相向的方式设置有朝向基板S照射气体团簇的团簇喷嘴11。团簇喷嘴11具有主体部11a和呈圆锥状的前端部11b。在主体部11a与前端部11b之间具有直径例如为0.1mm左右的孔口部。
基板载置台2由驱动部3进行驱动，通过利用驱动部3驱动基板载置台2，来使基板S与团簇喷嘴11之间产生相对移动。驱动部3构成为具有X轴轨道3a和Y轴轨道3b的XY台。此外，也可以是，将基板载置台2设置为固定，对团簇喷嘴11进行驱动。
在处理容器1的底部设置有排气口4，排气口4与排气配管5连接。在排气配管5设置有真空泵6，利用该真空泵6对处理容器1内进行真空排气。此时的真空度能够由设置于排气配管5的压力控制阀7进行控制。由排气配管5、真空泵6以及压力控制阀7构成排气机构10，由此处理容器1内被保持为规定的真空度，例如0.1～300Pa。
在处理容器1的侧面设置有用于进行基板S的搬入和搬出的搬入搬出口8，处理容器1经由该搬入搬出口8而与真空搬送室(未图示)连接。搬入搬出口8能够通过闸阀9进行开闭，利用真空搬送室内的基板搬送装置(未图示)来进行基板S相对于处理容器1的搬入和搬出。
向团簇喷嘴11内供给用于生成气体团簇的气体即团簇生成气体的气体供给配管12的一端贯通处理容器1的顶壁后与该团簇喷嘴11连接，气体供给配管12的另一端与供给这样的气体的气体供给源13连接。在气体供给配管12设置有质量流量控制器14，该质量流量控制器14是控制团簇生成气体的供给流量的流量控制器。
在质量流量控制器14与团簇喷嘴11之间设置有压力控制部15，该压力控制部15控制向团簇喷嘴11供给的气体的供给压力。
压力控制部15具有从气体供给配管12的在质量流量控制器14与团簇喷嘴11之间的部分分支出的分支配管16、设置于分支配管16的背压控制器17以及用于测量流过分支配管16的气体的流量的流量计18。分支配管16的另一端与排气配管5连接。在分支配管16的位于背压控制器17的上游侧的位置处设置有压力计19。背压控制器17具有将初级侧、即背压控制器17的上游侧的压力控制为固定值的功能。具体地说，背压控制器17具备安全阀，当初级侧的压力达到设定压力时，打开安全阀来将多余的气体排出，从而将气体供给压力维持为固定。作为背压控制器17，使用以使初级侧的压力成为向团簇喷嘴11供给的气体的供给压力、例如0.9Mpa的方式进行压差控制的背压控制器。压力计19监视背压控制器17的上游侧的压力。此外，流量计18设置于背压控制器17的下游侧，但流量计18只要能够测定分支配管16的气体流量即可，设置位置无限定。
此外，在气体供给配管12的位于质量流量控制器14的前侧和后侧的位置处设置有开闭阀21及22。另外，在分支配管16的位于背压控制器17的下游侧的位置处设置有开闭阀23。
利用压力控制部15将从气体供给源13向团簇喷嘴11供给的团簇生成气体的供给压力控制为例如0.3～5.0MPa的范围内的高压。当从团簇喷嘴11向被保持为例如0.1～300Pa的真空的处理容器1内喷射从气体供给源13供给的团簇生成气体时，所供给的气体发生绝热膨胀，气体的原子或分子的一部分通过范德华力从几个开始聚集成约107个，从而成为气体团簇。
关于团簇生成气体并无特别限定，但能够优选使用能够生成团簇的气体，例如CO2气体、Ar气体、N2气体、SF6气体、CF4气体等。也可以将多种团簇生成气体混合地供给。另外，还可以混合H2气体、He气体以用于团簇加速。
为了以不破坏所生成的气体团簇的方式将该气体团簇喷射至基板S，处理容器1内的压力低较好，例如，在向团簇喷嘴11供给的气体的供给压力为1MPa以下时，处理容器1内的压力优选为100Pa以下，在供给压力为1～5MPa时，处理容器1内的压力优选为1000Pa以下。
气体团簇处理装置100具有控制部30。控制部30控制气体团簇处理装置100的各结构部(阀、质量流量控制器、背压控制器、驱动部等)，特别地，向背压控制器17提供设定压力的指令，另外，基于流量计18的测量流量来进行质量流量控制器14的流量控制。
接着，对像这样构成的气体团簇处理装置100的处理动作进行说明。
打开闸阀9，经由搬入搬出口8将基板S从真空搬送室搬入至始终通过真空泵6被排气的处理容器1内，并且载置到基板载置台2上。在关闭闸阀9之后，利用压力控制阀7将处理容器1内的压力控制为规定的压力。
之后，将气体团簇生成气体以规定的供给压力供给至团簇喷嘴11。以往，使用质量流量控制器来控制气体供给流量，由此进行此时的气体供给压力的控制。如图2所示，气体供给压力与气体供给流量之间的关系呈比例关系，该关系取决于团簇喷嘴的孔口直径。另外，利用设置于质量流量控制器的下游侧的压力控制阀(调节器)来进行气体供给压力的微调。
但是，在通过气体供给流量控制气体供给压力的情况下，即使以成为规定的供给压力的方式设置质量流量控制器的气体供给流量，但由于在气体从团簇喷嘴的孔口流出的状态下进行升压，因此直至从孔口流出的气体量和供给的气体量稳定化为止需要时间，如图3所示，达到设定的供给压力为止的到达时间长。例如，在将CO2气体用作团簇生成气体并升压至0.9MPa的情况下，需要15分钟以上。
另一方面，当想要使气体的供给量相比于与设定供给压力对应的供给量增加来缩短达到设定供给压力所需的时间时，到达时间相比于以往缩短，但如图4所示，供给压力相对于设定的期望的压力超调，压力的控制性下降。另外，当产生这样的超调时，质量流量控制器下游侧的压力上升而获取不到质量流量控制器前后的压差，气体供给流量的控制本身无法进行。即使在质量流量控制器的下游侧设置用于对气体供给压力进行微调的压力调整阀(调节器)，质量流量控制器下游侧的压力也同样会上升，获取不到质量流量控制器前后的压差，气体供给流量本身的控制无法进行。
因此，在本实施方式中，为了消除这样的不良情况，利用具有背压控制器17的压力控制部15来进行团簇生成气体的气体供给压力的控制。
下面，参照图5的流程图来说明气体供给压力的控制方法的一例。
首先，以利用质量流量控制器14将流量控制为第一流量的方式供给团簇生成气体，以使得以超过与设定的气体供给压力对应的到达需要流量的流量供给团簇生成气体(步骤1)。
当达到设定的气体供给压时，打开背压控制器17的安全阀，经由分支配管16排出多余的气体，从而将经由气体供给配管12向团簇喷嘴11供给的团簇生成气体的供给压力保持为固定，在该时间点开始基板S的清洗处理(步骤2)。
在开始清洗处理之后，将利用流量计18测量出的分支配管16的气体流量值反馈给质量流量控制器14，将团簇生成气体的供给流量控制为比能够维持所设定的气体供给压力的流量大且比第一流量小的第二流量(步骤3)。
像这样，在控制团簇生成气体的供给压力的压力控制部15设置背压控制器17，来对气体供给压力本身进行控制，因此即使通过质量流量控制器14的设定以大的流量供给团簇生成气体，也能够在供给压力达到设定压力的时间点经由背压控制器17排出多余的气体，从而能够将气体供给压力控制为设定压力。因此，能够供给大流量的团簇生成气体，从而能够在短时间内达到设定的气体供给压力。例如，在供给压力为0.9MPa时，以往从开始供给气体起至达到设定供给压力并稳定为止需要15分钟以上的时间，但在本实施方式中能够缩短至4分钟以下。
另外，在步骤2中，在供给压力达到设定压力的时间点排出多余的气体，因此气体供给压力不会超调，另外，在清洗处理过程中利用背压控制器17将气体供给压力维持为固定，因此气体供给压力的控制性良好。
并且，在开始清洗处理之后，能够利用流量计18来测量作为多余的气体流动至分支配管16的气体的流量，基于该测量值来控制团簇生成气体的流量，因此能够减少不助于气体团簇的生成的无用的气体量。
<第二实施方式>
接着，说明第二实施方式。
图6是表示本发明的第二实施方式所涉及的气体团簇处理装置的截面图。
本实施方式的气体团簇处理装置101的基本结构与第一实施方式的图1相同，但供给至少两种气体来作为用于生成气体团簇的气体这一点与图1不同。
在本实施方式中，单独地供给至少两种气体来作为用于生成气体团簇的气体，所述至少两种气体至少包括一种团簇生成气体。例如，可以单独地供给上述的CO2气体、Ar气体、N2气体、SF6气体、CF4气体等团簇生成气体中的两种以上的团簇生成气体，也可以分别供给团簇生成气体和用于使团簇生成气体加速的加速用气体。在单独通过团簇生成气体无法得到所需的速度的情况下，使用加速用气体，该加速用气体本身难以生成团簇，但具有使由团簇生成气体生成的气体团簇加速的作用。作为加速用气体，能够使用He气体、H2气体等。也可以使用在基板S的表面产生规定的反应的反应气体等其它气体。
在图6的例子中，示出具有供给第一气体的第一气体供给源13a和供给第二气体的第二气体供给源13b来供给两种气体的情况。具体地说，作为从第一气体供给源13a供给的第一气体，例示作为团簇生成气体的CO2气体，作为从第二气体供给源13b供给的第二气体，例示作为加速气体的H2气体或He气体。也可以将第一气体或第二气体设为多种气体混合而成的气体。
第一气体供给源13a与第一配管12a连接，第二气体供给源13b与第二配管12b连接。第一配管12a及第二配管12b与从团簇喷嘴11延伸出的气体供给配管12连接，第一气体和第二气体分别从第一气体供给源13a和第二气体供给源13b通过第一配管12a和第二配管12b后在气体供给配管12中合流，进而被供给至团簇喷嘴11。在第一配管12a设置有控制第一气体的供给流量的作为流量控制器的第一质量流量控制器(MFC1)14a。另外，在第二配管12b设置有控制第二气体的供给流量的作为流量控制器的第二质量流量控制器(MFC2)14b。
此外，在供给三种以上的气体的情况下，与该数量相应地追加设置气体供给源、配管、质量流量控制器即可。
在本实施方式的气体团簇处理装置101中，也与图1所示的第一实施方式的气体团簇处理装置100同样地具有压力控制部15。压力控制部15设置在第一质量流量控制器14a及第二质量流量控制器14b与团簇喷嘴11之间，该压力控制部15具有从气体供给配管12分支出的分支配管16、设置于分支配管16的背压控制器17以及用于测量流过分支配管16的气体的流量的流量计18。与第一实施方式同样地，在分支配管16的位于背压控制器17的下游侧的位置处设置有开闭阀23。
此外，在第一配管12a中的位于第一质量流量控制器14a的前侧和后侧的位置处设置有开闭阀21a及22b，在第二配管12b中的位于第二质量流量控制器14b的前侧和后侧的位置处设置有开闭阀21b及22b。
另外，在本实施方式的气体团簇处理装置101中，也与第一实施方式的气体团簇处理装置100同样地具有控制各结构部(阀、质量流量控制器、背压控制器、驱动部等)的控制部30。在本实施方式中，控制部30对背压控制器17提供设定压力的指令，另外，基于流量计18的测量流量来进行第一质量流量控制器14a和第二质量流量控制器14b的流量控制。
此外，其它结构与第一实施方式的气体团簇处理装置100相同，因此省略说明。
接着，对像这样构成的气体团簇处理装置101的处理动作进行说明。
与第一实施方式同样地，打开闸阀9，经由搬入搬出口8将基板S从真空搬送室搬入始终通过真空泵6被排气的处理容器1内，并且载置到基板载置台2上。在关闭闸阀9之后，利用压力控制阀7将处理容器1内的压力控制为规定的压力。
之后，向团簇喷嘴11供给至少两种气体来作为用于生成气体团簇的气体，所述至少两种气体包含至少一种团簇生成气体。在图6的例子中，从第一气体供给源13a和第二气体供给源13b供给第一气体和第二气体。
在像这样供给多种气体的情况下，在以往的使用质量流量控制器控制气体供给流量来控制气体供给压力的方法中，除了具有如上述那样的、达到设定的供给压力所需的到达时间长并且供给压力的控制性差的问题点以外，还存在有时气体比率不稳定这样的问题点。
即，如上述的图4所示，当供给压力超调而使质量流量控制器下流侧的压力上升，从而获取不到质量流量控制器前后的压差时，无法进行气体供给流量的控制，也无法将多种气体的比率维持为设定比率。
例如，在将CO2气体用作团簇生成气体、将用He气体或H2气体用作加速用气体的情况下，当这些气体比率偏离于设定值，CO2比变得非常高时，有时在团簇喷嘴11部分处，CO2分压上升而发生液化。当CO2发生液化时，生成巨大的团簇，存在基板S上的图案产生损坏的风险。
与此相对地，在本实施方式中，通过第一质量流量控制器14a来控制来自第一气体供给源13a的第一气体，通过第二质量流量控制器14b来控制来自第二气体供给源13b的第二气体，将第一气体和第二气体以规定比率进行供给，并且将第一气体和第二气体以成为超过与设定的气体供给压力对应的到达需要流量的流量的方式进行供给，利用背压控制器1 7将第一气体和第二气体以成为设定供给压力的方式供给至团簇喷嘴11。因此，除了与第一实施方式同样地起到能够在短时间内达到设定的气体供给压力并且以不发生气体供给压力的超调的方式得到良好的气体供给压力的控制性的效果以外，还能够得到以下效果：不会由于气体供给压力的超调而使得无法利用质量流量控制器进行流量控制，能够将第一气体和第二气体的比率维持为设定比率。在使用三种以上的气体的情况下也是同样的。
另外，与第一实施方式同样，在开始清洗处理之后，利用流量计18来测量作为多余的气体流动至分支配管16的气体的流量，将该测量值反馈给质量流量控制器14a及14b。由此，能够在维持气体的比率的情况下减少不助于气体团簇的生成的无用的气体量。
此外，能够将作为流量控制器的设定流量的第一流量设定在能够维持所设定的供给压力的流量的1.5倍至50倍的范围内。如果为50倍的范围内，则能够利用同一流量控制器高精度地进行控制。并且，如果为1.5倍至5.0倍的范围的流量，则不产生极端的流速的变化，能够更加高精度地维持第一气体和第二气体的比率，当为1.5倍至2.0倍的范围的流量时更佳。作为第二流量，能够控制在能够维持所述规定的供给压力的流量的1.02倍至1.5倍的范围内。
<第三实施方式>
接着，说明第三实施方式。
图7是表示本发明的第三实施方式所涉及的气体团簇处理装置的截面图。
本实施方式的气体团簇处理装置102的基本结构与第二实施方式的图6相同，但压力控制部具有串联地配置的两个背压控制器这一点与图6不同。
如图7所示，在本实施方式的气体团簇处理装置102中，压力控制部15′具有从质量流量控制器14a及14b与团簇喷嘴11之间的气体供给配管12分支出的分支配管16、设置于分支配管16的第一背压控制器17a、设置于分支配管16的位于第一背压控制器17a的下游侧的位置处的第二背压控制器17b、以及用于测量流过分支配管16的气体的流量的流量计18。分支配管16的另一端与排气配管5连接。流量计18的位置只要是能够测定分支配管16的气体流量的位置即可，并无限定。在分支配管16中的位于第一背压控制器17a的上游侧的位置处设置有第一压力计19a，在位于第二背压控制器17b的上游侧的位置处设置有第二压力计19b，以监视分支配管16内的这些位置的压力。在分支配管16的位于第一背压控制器17a的下游侧的位置和位于第二背压控制器17b的下游侧的位置处分别设置有开闭阀23a及23b。
如果像这样通过串联地配置两个背压控制器来将下游侧的第二背压控制器17b的初级侧设定为规定的压力，并利用上游侧的第一背压控制器17a进行气体供给配管12中的气体供给压力的控制，则能够缩短从开始供给气体起至达到设定供给压力且稳定为止的时间。即，作为第一背压控制器17a，使用压差范围较小且精度高的背压控制器，作为第二背压控制器17b，使用压差范围较大的背压控制器，由此能够利用第二背压控制器17b进行大的压力控制，利用第一背压控制器17a进行压差范围小的压力控制，能够将从开始供给气体起至达到设定供给压力且稳定的时间设为1分钟以下的短时间来进行控制。
例如，作为第一背压控制器17a，使用电子控制式的Δ0.3MPa压差(微压差)控制类型，作为第二背压控制器17b，使用机械控制式的Δ1MPa压差控制类型，将第一背压控制器17a的初级侧压力(气体供给压力)设为0.9MPa，将第二背压控制器17b的初级侧压力设为0.75MPa，由此能够将从开始供给气体起至达到设定供给压力且稳定的时间从使用一个背压控制器时的约4分钟缩短至约15～20sec。另外，关于电子控制式的微压差类型的背压控制器，压差范围小但误差为±0.01MPa这样高的精度，因此能够高精度地控制气体供给压力。
此外，在图7中示出与第二实施方式同样地供给多种气体的情况，但也可以是如第一实施方式那样供给一种气体的情况。另外，还可以串联地设置三个以上的背压控制器。
<第四实施方式>
接着，说明第四实施方式。
图8是表示本发明的第四实施方式所涉及的气体团簇处理装置的截面图。
本实施方式的气体团簇处理装置103的基本结构与第三实施方式的图7同样，但压力控制部还具有绕过背压控制器的旁通配管和对旁通配管进行开闭的开闭阀这一点与图7不同。
如图8所示，在本实施方式的气体团簇处理装置103中，压力控制部15″除了具有图7所示的第三实施方式的压力控制部15′的全部结构要素以外，还具有以一端与分支配管16中的位于第一背压控制器17a的上游侧的部分连接且另一端与位于第二背压控制器17b的下游侧的部分连接的方式绕过第一背压控制器17a和第二背压控制器17b的旁通配管41、以及设置于旁通配管41的开闭阀42。
在不设置旁通配管41和开闭阀42的情况下，在基板处理结束后，即使停止供给气体，也会通过压差使团簇喷嘴11继续喷出团簇喷嘴11和配管中残留的气体。一般来讲，与处理容器1邻接的真空搬送室相比于处理容器1被保持为低压，因此在搬出基板S时，需要使处理容器1内的压力进一步下降，来使压差进一步变大，从而从停止供给气体起至实际地停止喷出气体为止的时间变长。
在这样的气体供给停止后，需要在停止从团簇喷嘴11喷出气体之后进行基板S的搬出，该气体喷出时间导致处理结束后的基板更换的时间变长，对处理的生产率带来不良影响。
与此相对地，在本实施方式中，设置有旁通配管41和开闭阀42，因此在处理中使开闭阀42关闭，在处理结束后将开闭阀42打开，由此利用排气机构10经由旁通配管41迅速地吸引团簇喷嘴11内和配管内的气体。因此，能够缩短从停止供给气体起至停止从团簇喷嘴喷出气体为止的时间，从而能够缩短基板更换的时间。
实际上，在将气体供给压力设为0.9MPa、不使用旁通配管和开闭阀的情况下，从停止供给气体起至停止从团簇喷嘴喷出气体为止的时间为12秒。与此相对地，使用旁通配管和开闭阀，在停止供给气体后将开闭阀打开来经由旁通配管吸引气体，由此使该时间缩短至1/6，即2秒。
此外，图8的气体团簇处理装置103示出在图7所示的气体团簇处理装置102的压力控制部中应用了旁通配管和开闭阀的情况，但也可以在图1所示的气体团簇处理装置100、图6所示的气体团簇处理装置101中应用旁通配管和开闭阀。
<第五实施方式>
接着，说明第五实施方式。
图9是表示本发明的第五实施方式所涉及的气体团簇处理装置的截面图。
本实施方式的气体团簇处理装置104的基本结构与第三实施方式的图7相同，但在比气体供给配管的连接压力控制部的连接位置靠上游侧的位置处设置有升压器这一点与图7不同。
如图9所示，在本实施方式的气体团簇处理装置104中，在气体供给配管12的比连接压力控制部15′的连接部即分支配管16的连接部靠上游侧的位置处设置有升压器45。
升压器45例如由气体增压器构成，用于使供给至气体供给配管12的气体的压力上升。升压器45对于提高向团簇喷嘴11供给的气体的供给压力是有效的。
但是，在如以往那样通过利用质量流量控制器进行气体供给流量的控制来进行气体供给压力的控制的情况下，通过使用升压器，除了直至从团簇喷嘴11的孔口流出的气体量和供给的气体量稳定化为止的时间外，还存在直至升压器45的压力稳定为止的时间，因此导致直至达到设定的供给压力为止的到达时间变得更长。
与此相对地，在本实施方式中，使用背压控制器来控制气体供给压力本身，由此能够在短时间内将气体供给压力控制为设定供给压力，因此也能够缩短直至升压器45的压力稳定化为止所需的时间。因此，在如本实施方式那样设置有升压器45的情况下，能够进一步提高缩短从开始供给气体起至达到设定供给压力且稳定为止的时间的效果。
此外，图9的气体团簇处理装置104示出在图7所示的气体团簇处理装置102中应用了升压器的情况，但也可以在图1所示的气体团簇处理装置100、图6所示的气体团簇处理装置101、图8所示的气体团簇处理装置103中应用升压器。
<第六实施方式>
接着，说明第六实施方式。
图10是表示本发明的第六实施方式所涉及的气体团簇处理装置的截面图。
本实施方式的气体团簇处理装置105的基本结构与第三实施方式的图7相同，但具有对团簇喷嘴进行温度调节的调温机构这一点与图7不同。
如图10所示，在本实施方式的气体团簇处理装置105中，在团簇喷嘴11的周围设置有调温机构50。调温机构50对供给至团簇喷嘴11的气体进行温度调节，能够通过利用调温机构50进行团簇生成气体的加热或冷却来调整气体团簇尺寸。由此，能够利用气体团簇高效地进行清洗处理。
在利用调温机构50进行气体的温度调节的情况下，在气体供给部侧的气体温度与靠近团簇喷嘴11的调温机构50附近的气体温度之间产生差。例如，当利用调温机构50进行气体的冷却时，通过团簇喷嘴11的孔口部分的气体流量增加。因而，在该情况下，团簇喷嘴11在常温时(非温度调节时)维持所设定的气体供给压力所需的气体流量下，可能达不到期望的气体供给压力。因此，在如以往那样通过利用质量流量控制器进行的气体供给流量的控制来进行气体供给压力的控制的情况下，当使团簇喷嘴11的温度变化时，每次都需要设定与温度对应的气体流量，从而成为气体供给压力的不稳定化原因。
与此相对地，在本实施方式中，始终利用背压控制器将针对团簇喷嘴11的气体供给压力控制为固定，因此即使因调温机构50产生温度的变动，也能够进行稳定的气体供给。另外，即使万一产生供给气体流量不足或过多的情况，由于将流量计18的测量值反馈给质量流量控制器14a及14b，因此能够维持稳定的气体供给。
此外，图10的气体团簇处理装置105示出在图7所示的气体团簇处理装置102中应用了调温机构的情况，但也可以在图1所示的气体团簇处理装置100、图6所示的气体团簇处理装置101、图8所示的气体团簇处理装置103、图9所示的气体团簇处理装置104中应用调温机构。
<实验例>
接着，说明本发明的实验例。
在此，将CO2气体用作团簇生成气体，将H2气体或He气体用作加速用气体，使用图6的气体团簇处理装置101，利用气体团簇来进行基板处理。
将基板S搬入始终通过真空泵6被排气的处理容器1，将背压控制器17的初级侧的压力、即气体供给压力设定为0.9MPa。在本例中，在计算上，达到0.9MPa所需的总流量为1000sccm，关于将CO2气体与H2气体或He气体的流量比设为1：1的情况下的需要流量，CO2气体与H2气体或He气体均为500sccm。
作为步骤1，以使CO2气体的流量以及H2气体或He气体的流量均超过与0.9MPa对应的到达需要流量的1000sccm的方式进行供给。作为步骤2，在背压控制器17工作且压力稳定的时间点开始清洗处理。在开始清洗处理之后，作为步骤3，将利用流量计18测量出的流量值反馈给质量流量控制器14a及14b，将CO2气体的流量以及H2气体或He气体的流量控制为足以使气体供给压力能够维持为0.9MPa的、超过500sccm且小于1000sccm的流量。
通过如以上那样进行控制，能够将从气体供给开始起至达到设定供给压力且稳定为止的时间设在4分钟以内，能够将针对团簇喷嘴11的气体供给压力维持为固定，从而进行稳定的处理。
为了进行比较，使用通过质量流量控制器的流量进行气体供给压力控制的气体团簇处理装置来进行利用气体团簇进行的基板处理。如图11所示，此时的装置与图6同样地具有两个气体供给源和两个质量流量控制器，使用在气体供给配管12设置压力控制阀60的结构来取代压力控制部15。61为压力计。此外，在图11中，对与图6相同的结构标注相同的标记。将CO2气体用作团簇生成气体，将H2气体或He气体用作加速用气体。
将基板S搬入始终通过真空泵6被排气的处理容器1，将气体供给压力设定为0.9MPa。在本例中，经过计算，达到0.9MPa所需的总流量为1000sccm，因此将CO2气体与H2气体或He气体的流量比设为1：1，将CO2气体以及H2气体或He气体均设为500sccm。以该流量供给气体，并控制供给压力，等到供给压力稳定后进行处理。此时，从供给气体起至供给压力稳定为止需要15分钟以上。
为了缩短用于使供给压力稳定的时间，利用质量流量控制器将供给开始时的流量设定设为CO2气体以及H2气体或He气体均为1000sccm。由此缩短了直至达到设定压力为止的时间，但供给压力发生了超调。另外，在发生超调的时间点，质量流量控制器的下游侧的压力上升，因此获取不到质量流量控制器前后的压差，控制产生波动，无法进行流量控制，从而气体比率偏离规定的范围。
根据以上的结果，确认出本发明的效果。
<其它应用>
以上参照附图说明了本发明的实施方式，但本发明不限定为上述的实施方式，在本发明的技术构思的范围内能够进行各种变形。
例如，在上述实施方式中示出将利用气体团簇进行的基板处理应用于基板清洗处理的情况，但不限于此，例如也可以应用于如蚀刻这样的加工中。另外，可以将上述多个实施方式以任意组合的方式实施。
附图标记说明
1：处理容器；2：基板载置台；3：驱动部；10：排气机构；11：团簇喷嘴；12：气体供给配管；13、13a、13b：气体供给源；14、14a、14b：质量流量控制器；15、15′、15″：压力控制部；16：分支配管；17、17a、17b：背压控制器；18：流量计；19、19a、19b：压力计；21、22、23、23a、23b、42：开闭阀；30：控制部；41：旁通配管；45：升压器；50：调温机构；100、101、102、103、104、105：气体团簇处理装置；S：基板(被处理体)。

Claims (12)

1.一种气体团簇处理装置，向被处理体照射气体团簇来对被处理体进行规定的处理，所述气体团簇处理装置的特征在于，具备：
处理容器，被处理体配置于该处理容器；
气体供给部，其供给用于生成气体团簇的气体；
流量控制器，其控制从所述气体供给部供给的所述气体的流量；
团簇喷嘴，其以规定的供给压力供给用于生成所述气体团簇的气体，将所述气体喷出至被保持真空的处理容器内来通过绝热膨胀使所述气体团簇化；
压力控制部，其设置于所述流量控制器与所述团簇喷嘴之间的配管，并且具有对用于生成所述气体团簇的气体的供给压力进行控制的背压控制器；以及
控制单元，其控制所述流量控制器的设定流量，
其中，所述控制单元将所述流量控制器的设定流量控制为第一流量，直到从所述气体供给部供给的所述气体的供给压力达到所述规定的供给压力为止，该第一流量比达到所述规定的供给压力所需的流量大，
所述压力控制部还具有流量测量器，所述流量测量器测量流过所述背压控制器的气体的流量，所述控制单元基于该流量测量器的测量值将所述流量控制器的设定流量控制为第二流量，该第二流量比能够维持所述规定的供给压力的流量大且比所述第一流量小。
2.根据权利要求1所述的气体团簇处理装置，其特征在于，
所述压力控制部还具有从所述配管分支出的分支配管，并具有串联地设置于所述分支配管的第一背压控制器和第二背压控制器来作为所述背压控制器，作为所述第一背压控制器，使用压差范围较小的精度高的背压控制器，并且将所述第一背压控制器的初级侧的压力设定为所述气体的供给压力的设定值，作为所述第二背压控制器，使用压差范围比所述第一背压控制器的压差范围大的背压控制器，并且将所述第二背压控制器的初级侧的压力设定为比所述气体的供给压力的设定值低的值。
3.根据权利要求1或2所述的气体团簇处理装置，其特征在于，
所述气体供给部单独地供给至少两种气体来作为用于生成所述气体团簇的气体，并且具有与所述至少两种气体分别对应的至少两个流量控制器来作为所述流量控制器，所述至少两种气体在所述至少两个流量控制器的下游侧在所述配管中合流，所述压力控制部设置于所述配管的、所述至少两种气体全部合流后的部分。
4.根据权利要求1或2所述的气体团簇处理装置，其特征在于，
还具有升压器，所述升压器设置于所述配管的比设置有所述压力控制部的部分靠上游侧的位置，对用于生成所述气体团簇的气体进行升压。
5.根据权利要求1或2所述的气体团簇处理装置，其特征在于，
所述压力控制部还具有以从所述配管绕过所述背压控制器的方式设置的旁通流路、以及对旁通流路进行开闭的开闭阀，在气体团簇处理后，打开所述开闭阀来使所述团簇喷嘴和所述配管内的残留气体经由所述旁通流路排出。
6.根据权利要求1所述的气体团簇处理装置，其特征在于，
作为所述第一流量，控制在能够维持所述规定的供给压力的流量的1.5倍至50倍的范围内，作为所述第二流量，控制在能够维持所述规定的供给压力的流量的1.02倍至1.5倍的范围内。
7.一种气体团簇处理方法，在该气体团簇处理方法中，经由配管向团簇喷嘴供给用于生成气体团簇的气体，使所述团簇喷嘴向被保持真空的处理容器内喷出所述气体来通过绝热膨胀使所述气体团簇化，向配置在所述处理容器内的被处理体照射气体团簇来对被处理体进行规定的处理，所述气体团簇处理方法的特征在于，
将所述气体的流量控制为规定的流量，从所述配管排出所述气体的一部分，由此将所述配管的供给压力控制为规定的供给压力，
利用背压控制器来控制所述供给压力，
将所述气体的流量控制为第一流量，直到所述气体的供给压力达到所述规定的供给压力为止，该第一流量比达到所述规定的供给压力所需的流量大，测量从所述配管排出后流至所述背压控制器的气体的流量，基于进行该测量所得到的测量值将所述气体的流量控制为第二流量，该第二流量比能够维持所述规定的供给压力的流量大且比所述第一流量小。
8.根据权利要求7所述的气体团簇处理方法，其特征在于，
所述背压控制器设置于从所述配管分支出的分支配管，从所述配管排出的气体通过所述分支配管后流至所述背压控制器，所述背压控制器的初级侧的压力被设定为所述规定的供给压力，在所述初级侧的压力达到所述规定的供给压力的时间点，经由所述背压控制器将多余的气体排出。
9.根据权利要求8所述的气体团簇处理方法，其特征在于，
具有串联地设置于所述分支配管的第一背压控制器和第二背压控制器来作为所述背压控制器，作为所述第一背压控制器，使用压差范围小的精度高的背压控制器，并且将所述第一背压控制器的初级侧的压力设定为所述气体的供给压力的设定值，作为所述第二背压控制器，使用压差范围比所述第一背压控制器的压差范围大的背压控制器，并且将所述第二背压控制器的初级侧的压力设定为比所述气体的供给压力的设定值低的值。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的气体团簇处理方法，其特征在于，
单独地供给至少两种气体来作为用于生成所述气体团簇的气体，对所述至少两种气体分别进行流量控制，所述至少两种气体在被控制流量后在所述配管中合流，在所述至少两种气体全部合流后将所述气体的一部分排出。
11.根据权利要求7至9中的任一项所述的气体团簇处理方法，其特征在于，
关于用于生成所述气体团簇的气体，在比该气体的一部分被排出的位置靠上游侧的位置，利用升压器对该气体进行升压。
12.根据权利要求7所述的气体团簇处理方法，其特征在于，
作为所述第一流量，控制在能够维持所述规定的供给压力的流量的1.5倍至50倍的范围内，作为所述第二流量，控制在能够维持所述规定的供给压力的流量的1.02倍至1.5倍的范围内。
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