CN113169062A - 基板清洗方法、处理容器清洗方法及基板处理装置 - Google Patents

基板清洗方法、处理容器清洗方法及基板处理装置 Download PDF

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土桥和也
中岛常长
关口贤治
锦户修一
中城将人
安武孝洋
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Abstract

一种基板清洗方法，包括：在处理容器的内部布置基板的工序；从布置在所述处理容器的内部的气体喷嘴的喷射口喷射气体的工序；使通过来自所述气体喷嘴的气体的喷射而产生的垂直冲击波与所述基板的主表面碰撞的工序；以及通过使所述垂直冲击波与所述基板的所述主表面碰撞，从而将附着在所述基板的所述主表面上的颗粒去除的工序。

Description

基板清洗方法、处理容器清洗方法及基板处理装置
技术领域
本公开涉及一种基板清洗方法、处理容器清洗方法及基板处理装置。
背景技术
专利文献1中记载的基板清洗方法包括：通过从喷嘴部喷出气体从而生成气体团簇的工序；以及向基板的表面垂直地照射气体团簇去除颗粒的工序。照射气体团簇时的自喷嘴部的顶端至基板的距离为10mm～100mm。
<现有技术文献>
<专利文献>
专利文献1：日本特开2015-26745号公报
发明内容
<本发明要解决的问题>
本公开的一个方面提供一种技术，其能够有效地将会对基板进行污染的颗粒去除。
<用于解决问题的手段>
根据本公开的一个方面，提供一种基板清洗方法，包括：在处理容器的内部布置基板的工序；从布置在所述处理容器的内部的气体喷嘴的喷射口喷射气体的工序；使通过来自所述气体喷嘴的气体的喷射而产生的垂直冲击波与所述基板的主表面碰撞的工序；以及通过使所述垂直冲击波与所述基板的所述主表面碰撞，从而将附着在所述基板的所述主表面上的颗粒去除的工序。
<发明的效果>
根据本公开的一个方面，能够有效地将会对基板进行污染的颗粒去除。
附图说明
图1是示出根据一个实施方式的基板处理装置的侧面图。
图2是示出根据一个实施方式的气体喷嘴移动机构的平面图。
图3是示出根据一个实施方式的垂直冲击波的针对基板的碰撞的剖面图。
图4是示出距气体喷嘴的喷射口的向下方向的距离L与从喷射口喷射的气体的压力之间的关系的一个示例的图。
图5是示出距气体喷嘴的喷射口的向下方向的距离L与从喷射口喷射的气体的质量通量密度之间的关系的一个示例的图。
图6是图5(c)所示的模拟结果的一个示例的曲线图。
图7是示出粒径200nm的颗粒的去除率PRE1和气体喷嘴的喷射口与基板的主表面之间的间隙G1之间的关系的一个示例的图。
图8是示出气体喷嘴的喷射口与基板的主表面之间的间隙G1与从喷射口喷射的气体的质量通量密度之间的关系的一个示例的图。
图9是示出根据一个实施方式的气体团簇的针对基板的碰撞的剖面图。
图10是示出粒径40nm的颗粒的去除率PRE2和气体喷嘴的喷射口与基板的主表面之间的间隙G1之间的关系的一个示例的图。
图11是示出根据一个实施方式的基板清洗方法的流程图。
图12是示出通过根据一个实施方式的基板清洗方法清洗的基板的状态的随时间经过的变化的图。
图13是示出根据一个实施方式的基板处理装置的处理容器清洗时的状态的侧面图。
图14是示出气体喷嘴的喷射口与基板保持部的基板保持面之间的间隙G2和从喷射口喷射的气体的流速之间的关系的一个示例的图。
图15是示出根据一个实施方式的处理容器清洗方法的流程图。
图16是示出根据一个实施方式的在处理容器的作为内壁面的侧壁面上形成的气体喷嘴的图。
图17是示出用于形成涡状气流的气体喷嘴的喷嘴孔的剖面形状的一个示例的图。
图18是示出用于形成涡状气流的气体喷嘴的喷嘴孔的剖面形状与从喷嘴孔的出口喷射的气体的流速之间的关系的模拟结果的一个示例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。需要说明的是，在各附图中针对相同或相应的构成赋予相同或相应的符号，并且有时会省略说明。在以下的说明中，X轴方向、Y轴方向、Z轴方向是彼此垂直的方向，X轴方向和Y轴方向是水平方向，Z轴方向是铅直方向。另外，下方是指铅直方向的下方(Z轴的负方向)，上方是指铅直方向的上方(Z轴的正方向)。
图1是示出根据一个实施方式的基板处理装置的侧面图。图2是示出根据一个实施方式的气体喷嘴移动机构的平面图。基板处理装置10通过向基板2的主表面3喷射气体，从而将附着在基板2的主表面3上的颗粒5、6(参见图12)去除。基板2例如是硅晶圆等半导体基板。基板处理装置10包括处理容器20、基板保持部30、旋转轴部34、旋转驱动部36、升降驱动部38、气体喷嘴40、气体喷嘴移动机构50、气体供给机构60、减压机构70、以及控制部90。
处理容器20在内部具有用于对基板2进行处理的空间。处理容器20的内部例如是圆柱状的空间。处理容器20具有作为基板2的搬入搬出口的闸门(未图示)、以及用于将闸门打开或关闭的闸阀(未图示)。
基板保持部30布置在处理容器20的内部，并且具有用于对基板2进行保持的基板保持面31。基板保持部30例如以使基板2的要去除颗粒5、6的主表面3朝向上方的方式，将基板2保持为水平。
旋转轴部34自基板保持部30的中央向下方延伸，并且铅直地布置。旋转轴部34的上端部布置在处理容器20的内部，旋转轴部34的下端部布置在处理容器20的外部。
旋转驱动部36通过使旋转轴部34围绕铅直轴旋转，从而使基板保持部30旋转。旋转驱动部36例如具有旋转马达、以及将旋转马达的旋转驱动力传递到旋转轴部34的传递机构。
升降驱动部38使基板保持部30升降。升降驱动部38例如由流体压缸等构成。升降驱动部38经由旋转驱动部36使基板保持部30升降，但是也可以以不经由旋转驱动部36的方式使基板保持部30升降。
气体喷嘴40向由基板保持部30保持的基板2的主表面3喷射气体。气体喷嘴40以使气体的喷射口41朝向下方的方式，布置在基板保持部30的上方。
气体喷嘴移动机构50使气体喷嘴40在基板保持部30的径向上移动。气体喷嘴移动机构50使气体喷嘴40在基板保持部30的中心部的正上方的位置与基板保持部30的外周部的正上方的位置之间移动。
气体喷嘴移动机构50例如具有回旋臂51、以及使回旋臂51回旋的回旋驱动部52。回旋臂51被水平地布置，并且在其顶端部以使气体喷嘴40的喷射口41朝向下方的方式对气体喷嘴40进行保持。回旋驱动部52使回旋臂51以自回旋臂51的基端部向下方延伸的回旋轴53为中心旋转。
需要说明的是，气体喷嘴移动机构50也可以具有导轨和直线运动机构，来代替回旋臂51和回旋驱动部52。导轨被水平地布置，直线运动机构使气体喷嘴40沿着导轨移动。
气体喷嘴移动机构50还可以具有使气体喷嘴40升降的升降驱动部54。升降驱动部54例如由流体压缸等构成。升降驱动部54经由回旋驱动部52使气体喷嘴40升降，但是也可以以不经由回旋驱动部52的方式使气体喷嘴40升降。
气体供给机构60向气体喷嘴40供给气体。气体供给机构60具有下游端连接至气体喷嘴40的共同管线L1、自共同管线L1的上游端延伸至第一供给源61的第一分支管线L2、以及自共同管线L1的上游端延伸至第二供给源62的第二分支管线L3。
在共同管线L1上，设置有用于对向气体喷嘴40的气体的供给压P进行调节的压力调节阀63。压力调节阀63在控制部90的控制下，对向气体喷嘴40的气体的供给压P进行调节。需要说明的是，可以在共同管线L1的、压力调节阀63的上游侧，进一步设置气体增压器等升压器。
在第一分支管线L2上，设置有第一开关阀64和第一流量调节阀65。当第一开关阀64打开气体流路时，从第一供给源61向气体喷嘴40供给气体。第一流量调节阀65对流过第一分支管线L2的气体的流量进行调节。当第一开关阀64关闭气体流路时，从第一供给源61向气体喷嘴40的气体供给被停止。
在第二分支管线L3上，设置有第二开关阀66和第二流量调节阀67。当第二开关阀66打开气体流路时，从第二供给源62向气体喷嘴40供给气体。第二流量调节阀67对流过第二分支管线L3的气体的流量进行调节。当第二开关阀66关闭气体流路时，从第二供给源62向气体喷嘴40的气体供给被停止。
第一供给源61向气体喷嘴40供给例如二氧化碳(CO2)气体。另一方面，第二供给源62向气体喷嘴40供给例如氢气(H2)。供给至气体喷嘴40的气体中所含的二氧化碳气体的含有率C由第一流量调节阀65和第二流量调节阀67调节。第一流量调节阀65和第二流量调节阀67在控制部90的控制下，对二氧化碳气体的含有率C进行调节。需要说明的是，在控制部90将二氧化碳气体的含有率C设定为零的情况下，第二开关阀66在控制部90的控制下关闭气体流路。
减压机构70对处理容器20的内部进行减压。减压机构70例如具有对处理容器20内部的气体进行抽吸的抽吸泵71、以及设置在自形成在处理容器20的内壁面22上的抽吸口27延伸至抽吸泵71的抽吸管路72的中途的压力调节阀73。抽吸口27可以形成在处理容器20的下壁面24上，并且围绕旋转轴部34等间隔地布置有多个。
控制部90例如由计算机组成，并且包括CPU(中央处理单元)91、以及存储器等存储介质92。在存储介质92中，存储有用于对在基板处理装置10中执行的各种处理进行控制的程序。控制部90通过使CPU91执行在存储介质92中存储的程序，以对基板处理装置10的操作进行控制。另外，控制部90包括输入接口93和输出接口94。控制部90通过输入接口93接收来自外部的信号，并通过输出接口94将信号发送到外部。
该程序可以存储在能够由计算机读取的存储介质中，并且从该存储介质被安装到控制部90的存储介质92中。作为能够由计算机读取的存储介质，例如可以举出硬盘(HD)、软盘(FD)、光盘(CD)、磁光盘(MO)、存储卡等。需要说明的是，程序可以经由互联网从服务器下载，并安装在控制部90的存储介质92中。
图3是示出根据一个实施方式的垂直冲击波的针对基板的碰撞的剖面图。气体喷嘴40例如通常被称为拉瓦尔喷嘴(Laval nozzle)，并且具有直径小于喷射口41和供给口42的喉部43。气体喷嘴40在喉部43与喷射口41之间具有直径自喉部43向喷射口41增大的锥形孔45。
气体喷嘴40布置在处理容器20的内部。处理容器20的内部通过减压机构70被预先减压。供给到气体喷嘴40的供给口42的气体通过喉部43，从而被加速到超过音速的速度，并从喷射口41被喷射。
被喷射的气体形成垂直冲击波SW。垂直冲击波SW也被称为马赫盘(Mach Disk)。垂直冲击波SW是具有垂直于传播方向的波面的冲击波。冲击波是以超音速在处理容器20内部传播的压力的不连续的变化。
控制部90对气体针对由基板保持部30保持的基板2的碰撞进行控制。气体针对基板2的碰撞例如根据(1)气体喷嘴40的喷射口41与基板2的主表面3之间的间隙G1、(2)供给至气体喷嘴40的气体中所含的二氧化碳气体的含有率C、以及(3)向气体喷嘴40的气体的供给压P而变化。
因此，控制部90通过对间隙G1、二氧化碳气体的含有率C、供给压P中的至少一个进行控制，从而对气体针对基板2的碰撞进行控制。在此，控制部90可以通过对基板保持部30的Z轴方向位置进行控制来控制间隙G1，也可以通过对气体喷嘴40的Z轴方向位置进行控制来控制间隙G1。
控制部90使由气体的喷射所产生的垂直冲击波SW与基板2的主表面3碰撞。由于垂直冲击波SW作用于基板2的主表面3，因此能够有效地将附着在基板2的主表面3上的粒径为100nm以上的大粒径的颗粒5去除，对此稍后将详细说明。
气体喷嘴40的中心线可以相对于基板2的主表面3垂直地布置。垂直冲击波SW的波面与基板2的主表面3平行地碰撞。因此，垂直冲击波SW作用于基板2的主表面3的范围较宽，能够有效地将大粒径的颗粒5去除。另外，能够对基板2的主表面3的凹凸图案4的图案塌陷进行抑制。
图4是示出距气体喷嘴的喷射口的向下方向的距离L与从喷射口喷射的气体的压力之间的关系的一个示例的图。图4(a)示出了当二氧化碳气体的含有率C为25体积％且氢气的含有率为75体积％时的压力的模拟结果的一个示例。图4(b)示出了当二氧化碳气体的含有率C为50体积％且氢气的含有率为50体积％时的压力的模拟结果的一个示例。图4(c)示出了当二氧化碳气体的含有率C为100体积％且氢气的含有率为0体积％时的压力的模拟结果的一个示例。
在图4的模拟中，使用ANSYS公司的流体分析软件(商品名：Fluent)进行稳态的流体分析。另外，在图4的模拟中，分别将供给口42的直径设定为10mm，将喉部43的直径设定为0.24mm，将喷射口41的直径设定为4.4mm，将锥形孔45的锥角设定为6°。此外，在图4的模拟中，分别将供给口42处的气体的供给压P设定为0.7MPa，将供给口42处的气体的温度设定为-10℃，将处理容器20内部的气压设定为40Pa。再者，在图4的模拟中，设定以气体喷嘴40的中心线为中心左右对称的长方形的二维分析区域，并且在二维分析区域的四边设定供气体自由地流出的流出边界。
从图4可以清楚地看出，在距气体喷嘴40的喷射口41的向下方向的距离L为大约30mm～40mm的区域GA(参见图6)和距离L为大约70mm～80mm的区域GB(参见图6)形成有作为压力的不连续的变化的垂直冲击波SW。
图5是示出距气体喷嘴的喷射口的向下方向的距离L与从喷射口喷射的气体的质量通量密度(mass flux density)D之间的关系的一个示例的图。图5(a)示出了当二氧化碳气体的含有率C为25体积％且氢气的含有率为75体积％时的质量通量密度的模拟结果的一个示例。图5(b)示出了当二氧化碳气体的含有率C为50体积％且氢气的含有率为50体积％时的质量通量密度的模拟结果的一个示例。图5(c)示出了当二氧化碳气体的含有率C为100体积％且氢气的含有率为0体积％时的质量通量密度的模拟结果的一个示例。需要说明的是，以与图4的模拟相同的设定来进行图5的模拟。
质量通量密度D是表示在单位时间内通过单位面积的气体的质量的物理量，并且是垂直冲击波SW的强度的指标。质量通量密度D根据以下的公式(1)来计算。
D＝ρ×v (1)
在以上的公式(1)中，ρ是气体的密度(kg/m3)，v是气体的流速(m/s)。气体的流速为正是指气体从上方流动到下方，气体的流速为负是指气体从下方流动到上方。由于供给压P越大，则气体的密度ρ和气体的流速v两者越大，因此质量通量密度D越大。另外，由于分子量大于氢气的二氧化碳气体的含有率C越大，则气体的密度ρ越大，因此质量通量密度D越大。
从图5的模拟结果和图4的模拟结果可以清楚地看出，在质量通量密度D的大小较大的情况下，形成有垂直冲击波SW。
图6是图5(c)所示的模拟结果的一个示例的曲线图。如图6所示，随着距离L从零开始变大，质量通量密度D急剧降低，然后质量通量密度D急剧上升，之后，质量通量密度D反复降低和上升。
如果将图6的模拟结果与图4的模拟结果进行比较则可以清楚地看出，垂直冲击波SW形成于质量通量密度D的值为各峰值的一半以上的区域GA、GB。
需要说明的是，垂直冲击波SW未发生于距离L为大约0mm～25mm的区域且质量通量密度D急剧降低的区域。
图7是示出粒径200nm的颗粒的去除率PRE1和气体喷嘴的喷射口与基板的主表面之间的间隙G1之间的关系的一个示例的图。颗粒的去除率PRE1根据以下的公式(2)来计算。
PRE1＝(n1-n2)/n1×100 (2)
在以上的公式(2)中，n1是附着在清洗前的基板2的主表面3上的粒径200nm的二氧化硅颗粒的数量，n2是残留在清洗后的基板2的主表面3上的粒径200nm的二氧化硅颗粒的数量。二氧化硅颗粒的数量n1、n2通过SEM(Scanning Electron Microscope：扫描电子显微镜)来测量。
关于基板2的清洗，通过分别将基板保持部30的转数设定为150rpm，将气体喷嘴40的回旋速度设定为1°/s，并使来自气体喷嘴40的气体与由基板保持部30保持的基板2的整个主表面3碰撞来进行。另外，关于基板2的清洗，与图4的模拟同样地，分别将供给口42的直径设定为10mm，将喉部43的直径设定为0.24mm，将喷射口41的直径设定为4.4mm，将锥形孔45的锥角设定为6°。此外，关于基板2的清洗，与图4的模拟同样地，分别将供给口42处的气体的供给压P设定为0.7MPa，将供给口42处的气体的温度设定为-10℃，将处理容器20的内部的气压设定为40Pa。
从图7可以清楚地看出，当间隙G1为大约40mm时，粒径200nm的二氧化硅颗粒的去除率PRE1提高。需要说明的是，当间隙G1为大约40mm时，从后述的图8可以清楚地看出，垂直冲击波SW与基板2的主表面3碰撞。因此，可以看出，通过使垂直冲击波SW与基板2的主表面3碰撞，从而能够提高粒径200nm的二氧化硅颗粒的去除率PRE1。
另外，从图7可以清楚地看出，分子量大于氢气的二氧化碳气体的含有率C越大，则粒径200nm的二氧化硅颗粒的去除率PRE1越提高。推测其原因是，从以上的公式(1)可以看出，由于质量通量密度D与气体的密度ρ成比例，因此分子量大于氢气的二氧化碳气体的含有率C越大，则质量通量密度D越大。
图8是示出气体喷嘴的喷射口与基板的主表面之间的间隙G1与从喷射口喷射的气体的质量通量密度之间的关系的一个示例的图。图8(a)示出了当间隙G1为35mm时的质量通量密度的模拟结果的一个示例。图8(b)示出了当间隙G1为40mm时的质量通量密度的模拟结果的一个示例。图8(c)示出了当间隙G1为50mm时的质量通量密度的模拟结果的一个示例。
在图8的模拟中，在于下方与气体喷嘴40的喷射口41相距35mm、40mm、或50mm的位置处，作为基板2的主表面3，在长方形的二维分析区域的下侧的一个边设定不存在气体进出的壁面边界。在长方形的二维分析区域的其余三个边设定供气体自由地流出的流出边界。另外，在图8的模拟中，分别将二氧化碳气体的含有率C设定为100体积％，将氢气的含有率设定为0体积％。除此之外的设定为与图4的模拟相同的设定。
从图8可以清楚地看出，在间隙G1为40mm的情况下，能够使质量通量密度D为大约8kg/m2s的垂直冲击波SW与基板2的主表面3碰撞。需要说明的是，在图8的模拟结果和图5(c)及图6所示的模拟结果中，垂直冲击波SW的发生位置存在微小的偏差是由于边界条件的设定而引起的。在二维分析区域的下侧的一个边处设定壁面边界的图8的模拟结果为实施例，在二维分析区域的下侧的一个边处设定流出边界的图5(c)及图6的模拟结果为参考例。
图9是示出根据一个实施方式的气体团簇的针对基板的碰撞的剖面图。在图9所示的气体团簇GC的针对基板2的碰撞和图3所示的垂直冲击波SW的针对基板2的碰撞中，间隙G1、二氧化碳气体的含有率C、供给压P之中的至少一个不同。首先，对气体团簇GC的产生进行说明。
气体喷嘴40布置在处理容器20的内部。处理容器20的内部通过减压机构70被预先减压。供给至气体喷嘴40的供给口42的气体在通过喉部43时变为音速，并且在通过喉部43之后由于绝热膨胀而被加速至超过音速的速度，并从喷射口41被喷射。
由于被喷射的气体在被减压的处理容器20的内部进行绝热膨胀，因此被冷却至冷凝温度，并形成作为原子或分子的聚集体的气体团簇GC。气体团簇GC例如是通过范德华力使二氧化碳气体的分子彼此结合的聚集体。
通过使氢气以与二氧化碳气体混合的状态通过喉部43，从而能够提高二氧化碳气体的喷射速度，因此能够对由二氧化碳气体形成的气体团簇GC进行加速。
控制部90使由气体的喷射所产生的气体团簇GC与基板2的主表面3碰撞。由于气体团簇GC作用于基板2的主表面3，因此能够有效地将附着在基板2的主表面3上的粒径为数十nm的小粒径的颗粒6去除，对此稍后将详细说明。
图10是示出粒径40nm的颗粒的去除率PRE2和气体喷嘴的喷射口与基板的主表面之间的间隙G1之间的关系的一个示例的图。颗粒的去除率PRE2根据以下的公式(3)来计算。
PRE2＝(n3-n4)/n3×100 (3)
在以上的公式(3)中，n3是附着在清洗前的基板2的主表面3上的粒径40nm的二氧化硅颗粒的数量，n4是残留在清洗后的基板2的主表面3上的粒径40nm的二氧化硅颗粒的数量。二氧化硅颗粒的数量n3、n4通过SEM(Scanning Electron Microscope：扫描电子显微镜)来测量。
关于基板2的清洗，通过分别将基板保持部30的转数设定为150rpm，将气体喷嘴40的回旋速度设定为1°/s，并使来自气体喷嘴40的气体与由基板保持部30保持的基板2的整个主表面3碰撞来进行。另外，关于基板2的清洗，与图4的模拟同样地，分别将供给口42的直径设定为10mm，将喉部43的直径设定为0.24mm，将喷射口41的直径设定为4.4mm，将锥形孔45的锥角设定为6°。此外，关于基板2的清洗，与图4的模拟同样地，分别将供给口42处的气体的供给压P设定为0.7MPa，将供给口42处的气体的温度设定为-10℃，将处理容器20的内部的气压设定为40Pa。
从图10可以清楚地看出，与使质量通量密度D为大约8kg/m2s的垂直冲击波SW与基板2的主表面3碰撞的条件(G1＝40mm，C＝100体积％)相比，存在去除率PRE2更优良的条件。由于小粒径的颗粒6具有较小的表面积，因此难以充分地受到垂直冲击波SW的压力，难以充分地享受其好处。对于小粒径的颗粒6的去除，作为分子的聚集体的气体团簇GC的高速碰撞较有效。另外，如以上的段落[0054]中所述，通过使其与氢气混合，从而能够提高气体团簇GC的速度。
另外，从图10可以清楚地看出，在二氧化碳气体的含有率C为100体积％的情况下，与间隙G1无关，粒径40nm的二氧化硅颗粒的去除率PRE2大致为零。推测其原因是，用于对气体团簇GC的失速进行抑制的氢气不足。
图11是示出根据一个实施方式的基板清洗方法的流程图。在控制部90的控制下进行图11所示的各工序。
基板清洗方法具有在处理容器20的内部布置基板2的工序S101。在该工序S101中，搬运装置将基板2从处理容器20的外部搬入到处理容器20的内部，并将搬入的基板2布置在基板保持部30的基板保持面31上。基板保持部30以使基板2的主表面3朝向上方的方式，将基板2保持为水平。
基板处理方法具有从布置在处理容器20的内部的气体喷嘴40的喷射口41喷射气体的工序S102。在该工序S102中，减压机构70对处理容器20内部的气体进行抽吸，气体供给机构60向气体喷嘴40供给气体。
供给至气体喷嘴40的气体的组成(例如二氧化碳气体的含有率C)例如通过第一流量调节阀65和第二流量调节阀67来调节。在二氧化碳气体的含有率C为100体积％的情况下，第二开关阀66关闭气体流路。另外，供给至气体喷嘴40的气体的供给压P通过压力调节阀63来调节。
基板处理方法具有通过气体的喷射来形成垂直冲击波SW的工序S103。形成有垂直冲击波SW的区域GA、GB如图6所示是不连续的，并且存在未形成垂直冲击波SW的区域。
基板处理方法具有使垂直冲击波SW与基板2的主表面3碰撞的工序S104。垂直冲击波SW的波面可以与基板2的主表面3平行地碰撞。垂直冲击波SW作用于基板2的主表面3的范围较宽。另外，能够对基板2的主表面3的凹凸图案4的图案塌陷进行抑制。
当使垂直冲击波SW与基板2的主表面3碰撞时，可以将气体喷嘴40的喷射口41与基板2的主表面3之间的间隙G1控制为例如37mm以上且45mm以下。可以使强度较强的垂直冲击波SW与基板2的主表面3碰撞。
另外，当使垂直冲击波SW与基板2的主表面3碰撞时，可以将基板2的主表面3附近处的气体的质量通量密度D控制为例如6kg/m2s以上。可以使强度较强的垂直冲击波SW与基板2的主表面3碰撞。需要说明的是，可以将D控制为15kg/m2s以下。基板2的主表面3附近是指与主表面3相距2mm以内的范围。
基板处理方法具有将粒径为100nm以上的大粒径的颗粒5去除的工序S105。在该工序S105中，垂直冲击波SW通过其压力使大粒径的颗粒5从基板2的主表面3上分离。
一边对基板2的供垂直冲击波SW撞击的位置进行变更，一边重复地进行上述的工序S102～S105。关于该变更，例如通过一边利用旋转驱动部36使基板保持部30旋转，一边利用气体喷嘴移动机构50使气体喷嘴40在基板2的径向上移动来进行。可以使垂直冲击波SW撞击基板2的整个主表面3。
需要说明的是，虽然在本实施方式中，在使基板保持部30旋转的同时，通过使气体喷嘴40在基板2的径向上移动从而对基板2的供垂直冲击波SW撞击的位置进行变更，但是本公开的技术不限于此。例如，也可以在将气体喷嘴40固定的状态下，使基板保持部30在X轴方向和Y轴方向上移动。
基板处理方法具有对气体针对基板2的碰撞条件进行变更的工序S106。在该工序S106中，控制部90通过对间隙G1、二氧化碳气体的含有率C、供给压P之中的至少一个进行变更，从而对气体针对基板2的碰撞条件进行变更。变更前的碰撞条件(例如，用于去除大粒径的颗粒5的碰撞条件)和变更后的碰撞条件(例如，用于去除小粒径的颗粒6的碰撞条件)分别通过实验或模拟来决定，并预先存储在存储介质92中。
基板处理方法具有从布置在处理容器20内部的气体喷嘴40的喷射口41喷射气体的工序S107。在该工序S107中，减压机构70对处理容器20内部的气体进行抽吸，气体供给机构60向气体喷嘴40供给气体。
供给至气体喷嘴40的气体的组成(例如二氧化碳气体的含有率C)例如通过第一流量调节阀65和第二流量调节阀67来调节。为了对气体团簇GC的失速进行抑制，二氧化碳气体的含有率C优选为90体积％以下。另外，供给至气体喷嘴40的气体的供给压P通过压力调节阀63来调节。
基板处理方法具有通过气体的喷射来形成气体团簇GC的工序S108。气体团簇GC例如是通过范德华力使二氧化碳气体的分子彼此结合的聚集体。
基板处理方法具有使气体团簇GC与基板2的主表面3碰撞的工序S109。气体团簇GC可以与基板2的主表面3垂直地碰撞。能够对基板2的主表面3的凹凸图案4的图案塌陷进行抑制。
基板处理方法具有将粒径为数十nm的小粒径的颗粒6去除的工序S110。如上所述，对于去除小粒径的颗粒6，作为分子的聚集体的气体团簇GC的高速碰撞较有效。
一边对基板2的供气体团簇GC撞击的位置进行变更，一边重复地进行上述的工序S107～S110。关于该变更，例如通过一边利用旋转驱动部36使基板保持部30旋转，一边利用气体喷嘴移动机构50使气体喷嘴40在基板2的径向上移动来进行。可以使气体团簇GC撞击基板2的整个主表面3。
需要说明的是，虽然在本实施方式中，在使基板保持部30旋转的同时，通过使气体喷嘴40在基板2的径向上移动从而对基板2的供气体团簇GC撞击的位置进行变更，但是本公开的技术不限于此。例如，也可以在将气体喷嘴40固定的状态下，使基板保持部30在X轴方向和Y轴方向上移动。
基板处理方法具有将基板2从处理容器20的内部搬出到处理容器20的外部的工序S111。在该工序S111中，基板保持部30解除对基板2的保持，搬送装置从基板保持部30接受基板2，并将所接受的基板2从处理容器20的内部搬出到处理容器20的外部。
需要说明的是，对于图11所示的各工序的顺序并无特别限定。例如，在基板处理装置10具有多个气体喷嘴40的情况下，基板处理装置10可以利用一个气体喷嘴40进行工序S102～S105，并且与此并行地利用另一个气体喷嘴40进行工序S107～S110。
另外，也可以不进行图11所示的工序中的一部分。在基板处理装置10具有多个气体喷嘴40的情况下，由于能够按照每个气体喷嘴40来设定气体与基板2的主表面3碰撞的条件，因此无需工序S106。
如上所述，本实施方式的基板处理方法具有通过使垂直冲击波SW与基板2的主表面3碰撞，从而将附着在基板2的主表面3上的大粒径的颗粒5去除的工序S105。与使气体团簇GC与基板2的主表面3碰撞的情况相比，能够提高大粒径的颗粒5的去除效率，并且能够缩短基板2的清洗时间。
虽然也能够通过使垂直冲击波SW与基板2的主表面3碰撞从而去除小粒径的颗粒6，但是其去除效率与使气体团簇GC与基板2的主表面3碰撞的情况相比有时较低。
因此，本实施方式的基板处理方法具有通过使气体团簇GC与基板2的主表面3碰撞，从而将附着在基板2的主表面3上的小粒径的颗粒6去除的工序S110。由此，能够提高小粒径的颗粒6的去除效率，并且能够缩短基板2的清洗时间。
图12是示出通过根据一个实施方式的基板清洗方法清洗的基板的状态的随时间经过的变化的图。图12(a)是示出紧接在喷射气体的工序S101之前的基板的状态的图。图12(b)是示出紧接在通过垂直冲击波将大粒径的颗粒去除的工序S105之后的基板的状态的图。图12(c)是示出紧接在通过气体团簇将小粒径的颗粒6去除的工序S110之后的基板的状态的图。
关于通过垂直冲击波SW将大粒径的颗粒5去除的工序S105，可以在通过气体团簇GC将小粒径的颗粒6去除的工序S110之后进行，但是也可以如图12所示在工序S110之前进行。通过首先将大粒径的颗粒5去除，由于使小粒径的颗粒6暴露，从而能够提高小粒径的颗粒6的去除效率。其在基板2的主表面3具有凹凸图案4的情况下特别有效。
需要说明的是，只要使气体团簇GC与使垂直冲击波SW碰撞过的区域碰撞，则也可以利用一个气体喷嘴40来进行工序S102～S105，并与此并行地利用另一个气体喷嘴40来进行工序S107～S110。
另外，如果从图1等所示的气体喷嘴40喷射的气体与基板2的主表面3碰撞，则会形成放射状的气流。该气流沿着基板2的主表面3流动，并被吹送至处理容器20的内壁面22上。
处理容器20的内壁面22具有上壁面23、下壁面24、以及自上壁面23的外周延伸至下壁面24的外周的侧壁面25。由于基板2的主表面3被水平地布置，因此沿着基板2的主表面3流动的气流被吹送到侧壁面25上。
沿着基板2的主表面3流动的气流将从基板2的主表面3上剥离的颗粒5、6吹送到处理容器20的侧壁面25上。因此，颗粒附着在处理容器20的侧壁面25上。
因此，为了将附着在处理容器20的侧壁面25上的颗粒去除，控制部90对从气体喷嘴40喷射的气体针对布置在处理容器20内部的碰撞板的碰撞进行控制。作为碰撞板，例如如图13所示，使用基板保持部30。
可以使用专用的虚设基板(dummy substrate)来代替基板保持部30。与基板2同样地，虚设基板由基板保持部30保持。虚设基板可以被保管在处理容器20的内部，也可以被保管在处理容器20的外部并在使用时被搬入处理容器20的内部。
图13是示出根据一个实施方式的基板处理装置的处理容器清洗时的状态的侧面图。关于处理容器20的清洗，例如在将一个基板2从处理容器20的内部搬出至处理容器20的外部之后，并在将另一个基板2从处理容器20的外部搬入至处理容器20的内部之前进行。
控制部90通过使从气体喷嘴40喷射的气体与基板保持部30的基板保持面31碰撞，从而形成放射状的气流GF。该气流GF沿着基板2的主表面3流动，被吹送到处理容器20的侧壁面25上，以将附着在侧壁面25上的颗粒去除。
图14是示出气体喷嘴的喷射口与基板保持部的基板保持面之间的间隙G2和从喷射口喷射的气体的流速之间的关系的一个示例的图。图14(a)示出了当间隙G2为35mm时的流速的模拟结果的一个示例。图14(b)示出了当间隙G2为40mm时的流速的模拟结果的一个示例。图14(c)示出了当间隙G2为50mm时的流速的模拟结果的一个示例。在图14中，色阶表示流速的大小。颜色越从黑色到接近白色，流速的大小越大。
在图14的模拟中，在于下方与气体喷嘴40的喷射口41相距35mm、40mm、或50mm的位置处，作为基板保持部30的基板保持面31，在长方形的二维分析区域的下侧的一个边设定不存在气体进出的壁面边界。在长方形的二维分析区域的其余三个边设定供气体自由地流出的流出边界。另外，在图14的模拟中，分别将二氧化碳气体的含有率C设定为100体积％，将氢气的含有率设定为0体积％。除此之外的设定为与图4的模拟相同的设定。
从图14可以清楚地看出，在间隙G2为40mm的情况下，通过与基板保持部30的基板保持面31碰撞的气体，使放射状的气流GF高速地流动到远处。另外，当间隙G2为大约40mm时，从上述的图8可以清楚地看出，垂直冲击波SW与基板保持部30的基板保持面31碰撞。因此，可以看出，通过使垂直冲击波SW与基板保持部30的基板保持面31碰撞，从而能够使放射状的气流GF高速地流动到远处。
图15是示出根据一个实施方式的处理容器清洗方法的流程图。在控制部90的控制下进行图15所示的各工序。关于图15所示的各工序，例如，在将一个基板2从处理容器20的内部搬出至处理容器20的外部之后，且在将另一个基板2从处理容器20的外部搬入至处理容器20的内部之前进行。
处理容器清洗方法具有从布置在处理容器20的内部的气体喷嘴40的喷射口41喷射气体的工序S201。在该工序S201中，减压机构70对处理容器20内部的气体进行抽吸，气体供给机构60向气体喷嘴40供给气体。
供给至气体喷嘴40的气体的组成(例如二氧化碳气体的含有率C)例如通过第一流量调节阀65和第二流量调节阀67来调节。在二氧化碳气体的含有率C为100体积％的情况下，第二开关阀66关闭气体流路。另外，供给至气体喷嘴40的气体的供给压P通过压力调节阀63来调节。
处理容器清洗方法具有通过气体的喷射来形成垂直冲击波SW的工序S202。形成有垂直冲击波SW的区域GA、GB(参见图6)是不连续的，并且存在未形成垂直冲击波SW的区域。
处理容器清洗方法具有使垂直冲击波SW与基板保持部30的基板保持面31碰撞的工序S203。垂直冲击波SW的波面可以与基板保持部30的基板保持面31平行地碰撞。垂直冲击波SW作用于基板保持部30的基板保持面31的范围较宽。
当使垂直冲击波SW与基板保持部30的基板保持面31碰撞时，可以将气体喷嘴40的喷射口41与基板保持部30的基板保持面31之间的间隙G2控制为例如37mm以上且45mm以下。可以使强度较强的垂直冲击波SW与基板保持部30的基板保持面31碰撞。
另外，当使垂直冲击波SW与基板保持部30的基板保持面31碰撞时，可以将基板保持部30的基板保持面31附近处的气体的质量通量密度D控制为例如6kg/m2s以上。可以使强度较强的垂直冲击波SW与基板保持部30的基板保持面31碰撞。需要说明的是，可以将D控制为15kg/m2s以下。
处理容器清洗方法具有向处理容器20的内壁面22吹送通过垂直冲击波SW与基板保持部30的基板保持面31碰撞而产生的气流GF的工序S204。气流GF形成为放射状，并被吹送到处理容器20的侧壁面25上。
处理容器清洗方法具有通过向处理容器20的内壁面22吹送气流GF，从而将附着在处理容器20的内壁面22上的颗粒去除的工序S205。从处理容器20的内壁面22上被去除的颗粒经由形成在处理容器20的下壁面24上的抽吸口27，从处理容器20的内部被排出到处理容器20的外部。
一边将间隙G2维持在预先设定的范围(例如37mm以上且45mm以下)内并使基板保持部30和气体喷嘴40两者在铅直方向上移动，一边重复进行上述的工序S201～工序S205。能够对侧壁面25的铅直方向上较宽的范围进行清洗。
一边使气体喷嘴40在水平方向上移动，一边重复进行上述的工序S201～工序S205。可以使气体喷嘴40接近侧壁面25的在周向上分离的多个部分(例如图13中的左侧部分和右侧部分)。因此，能够对侧壁面25的在周向上分离的多个部分强力地进行清洗。
可以将处理容器清洗时的气体针对基板保持部30的碰撞的强度设定为比基板清洗时的气体针对基板2的碰撞的强度更强。关于被吹扫到处理容器20的侧壁面25上的气流的强度，与处理容器清洗时相比，在基板清洗时较弱。因此，在处理容器清洗时未从侧壁面25上分离的颗粒由于在基板清洗时也不会分离，因此在基板清洗时不会污染基板2。
气体的碰撞的强度由质量通量密度D表示。由于二氧化碳气体的含有率C越大，则如上所述质量通量密度D越大，因此气体的碰撞的强度越强。另外，由于供给压P越大，则如上所述质量通量密度D越大，因此气体的碰撞的强度越强。
如上所述，本实施方式的处理容器清洗方法具有使垂直冲击波SW与基板保持部30的基板保持面31碰撞的工序S203。能够使气流GF高速地流动至远处，并且能够利用较强的气流GF将附着在处理容器20的内壁面22上的颗粒有效地去除。能够自动地对处理容器20进行清洗，从而减轻用户的麻烦。
需要说明的是，虽然本实施方式的处理容器清洗方法不具有形成对从处理容器20的内壁面22去除的颗粒进行搬运的涡状的气流的工序，但是也可以进一步具有该工序。通过将颗粒承载于涡状的气流(以下也称为“旋风气流”)，从而能够有效地将其排出到处理容器20的外部。
图16是示出根据一个实施方式的在处理容器的作为内壁面的侧壁面上形成的气体喷嘴的图。图16(a)是示出气体喷嘴的布置的一个示例的平面图。图16(b)是示出沿着图16(a)的A-A线的气体喷嘴的一个示例的剖面图。
基板处理装置10在处理容器20的内部具有气体喷嘴80，气体喷嘴80形成对从处理容器20的内壁面22去除的颗粒进行搬运的涡状的气流。气体喷嘴80例如在处理容器20的侧壁面25上在周向上隔开间隔地布置有多个。
多个气体喷嘴80分别在与处理容器20的径向正交的方向上具有用于喷射气体的出口81。所喷射的气体沿着处理容器20的侧壁面25以呈涡状的方式流动，并从形成在处理容器20的下壁面24上的抽吸口27被排出。
出口81例如可以朝向斜下方喷射气体。需要说明的是，出口81可以水平地喷射气体，也可以朝向斜上方喷射气体。无论何种情况，只要出口81在与处理容器20的径向正交的方向上喷射气体，则在处理容器20的内部形成涡状的气流。
作为从出口81喷射的气体，使用氮气等惰性气体。
图17是示出用于形成涡状气流的气体喷嘴的喷嘴孔的剖面形状的一个示例的图。图17(a)是示出内径从入口到出口为恒定的喷嘴孔的剖面形状的一个示例的图。在图17(a)中，入口82的直径为2mm，出口81的直径为2mm，自入口82至出口81的距离为5mm。图17(b)是示出内径从入口到出口增大的喷嘴孔的剖面形状的一个示例的图。在图17(b)中，入口82的直径为0.5mm，出口81的直径为2mm，自入口82至出口81的距离为5mm，自从入口82至出口81的锥角为大约16°。
图18是示出用于形成涡状气流的气体喷嘴的喷嘴孔的剖面形状与从喷嘴孔的出口喷射的气体的流速之间的关系的模拟结果的一个示例的图。图18(a)是示出从图17(a)所示的喷嘴孔的出口喷射的气体的流速的模拟结果的一个示例的图。图18(b)是示出从图17(b)所示的喷嘴孔的出口喷射的气体的流速的模拟结果的一个示例的图。在图18中，色阶表示流速的大小。颜色越从黑色到接近白色，流速的大小越大。另外，在图18中，横轴表示距喷嘴孔的出口81的喷射距离ID。
从图18可以清楚地看出，在使用内径自入口82至出口81增大的喷嘴孔的情况下，与使用内径自入口82至出口81恒定的喷嘴孔的情况相比，使气体高速地流动到更远处。因此，可以看出，如果使用内径自入口82至出口81增大的喷嘴孔，则能够有效地将从处理容器20的内壁面22去除的颗粒排出。
以上虽然对根据本公开的基板清洗方法、处理容器清洗方法、以及基板处理装置的实施方式进行了说明，但是本公开不限于上述实施方式等。在权利要求书所记载的范围内，可以进行各种改变、修改、替换、增加、删除、以及组合。显然该些内容也属于本公开的技术范围。
虽然上述实施方式的由气体喷嘴40供给的气体是二氧化碳气体和氢气的混合气体或纯二氧化碳气体，但是本公开的技术不限于此。例如也可以使用氦(He)气来代替氢气。
虽然上述实施方式的基板2是硅晶圆，但是也可以是碳化硅基板、蓝宝石基板、玻璃基板等。
在上述实施方式的处理容器清洗方法中，由于将基板保持部30或虚设基板用作碰撞板，因此供垂直冲击波SW碰撞的表面为水平面，并形成水平的气流GF，但是对于碰撞版的构成并无特别限定。为了使气流GF朝向斜上方向或斜下方向，碰撞板可以在供垂直冲击波SW碰撞的表面上具有倾斜面。
本申请以于2018年11月30日向日本特许厅提交的日本发明专利申请2018-225669号作为要求优先权的基础，本申请援引日本发明专利申请2018-225669号的全部内容。
符号说明
2 基板
3 主表面
5 大粒径的颗粒
6 小粒径的颗粒
10 基板处理装置
20 处理容器
22 内壁面
30 基板保持部(碰撞板)
31 基板保持面
40 气体喷嘴(第一气体喷嘴)
41 喷射口
80 气体喷嘴(第二气体喷嘴)
90 控制部
SW 垂直冲击波
GC 气体团簇

Claims (16)

1.一种基板清洗方法，包括：
在处理容器的内部布置基板的工序；
从布置在所述处理容器的内部的气体喷嘴的喷射口喷射气体的工序；
使通过来自所述气体喷嘴的气体的喷射而产生的垂直冲击波与所述基板的主表面碰撞的工序；以及
通过使所述垂直冲击波与所述基板的所述主表面碰撞，从而将附着在所述基板的所述主表面上的颗粒去除的工序。
2.根据权利要求1所述的基板清洗方法，其中，
在使所述垂直冲击波与所述基板的所述主表面碰撞时，所述基板的所述主表面附近处的所述垂直冲击波的质量通量密度为6kg/m2s以上。
3.根据权利要求1或2所述的基板清洗方法，其中，
在使所述垂直冲击波与所述基板的所述主表面碰撞时，所述气体喷嘴的所述喷射口与所述基板的所述主表面之间的间隙为37mm以上且45mm以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基板清洗方法，包括：
使通过气体的喷射而产生的气体团簇与所述基板的所述主表面碰撞的工序。
5.一种基板处理装置，包括：
处理容器；
基板保持部，对布置在所述处理容器的内部的基板进行保持；
气体喷嘴，向所述处理容器的内部喷射气体；以及
控制部，对所述气体的针对由所述基板保持部所保持的所述基板的碰撞进行控制，
其中，所述控制部通过使来自所述气体喷嘴的所述气体的喷射而产生的垂直冲击波与所述基板的主表面碰撞，从而将附着在所述基板的所述主表面上的颗粒去除。
6.根据权利要求5所述的基板处理装置，其中，
在使所述垂直冲击波与所述基板的所述主表面碰撞时，所述控制部将所述基板的所述主表面附近处的所述垂直冲击波的质量通量密度控制为6kg/m2s以上。
7.根据权利要求5或6所述的基板处理装置，其中，
在使所述垂直冲击波与所述基板的所述主表面碰撞时，所述控制部将所述气体喷嘴的喷射口与所述基板的所述主表面之间的间隙控制为37mm以上且45mm以下。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的基板处理装置，其中，
所述控制部使通过气体的喷射而产生的气体团簇与所述基板的所述主表面碰撞。
9.一种处理容器清洗方法，包括：
从布置在处理容器的内部的气体喷嘴的喷射口喷射气体的工序；
使通过来自所述气体喷嘴的气体的喷射而产生的垂直冲击波与布置在所述处理容器的内部的碰撞板的表面碰撞的工序；
向所述处理容器的内壁面吹送通过所述垂直冲击波与所述碰撞板的所述表面碰撞而产生的气流的工序；以及
通过向所述处理容器的内壁面吹送所述气流，从而将附着在所述处理容器的内壁面上的颗粒去除的工序。
10.根据权利要求9所述的处理容器清洗方法，其中，
在使所述垂直冲击波与所述碰撞板的所述表面碰撞时，所述碰撞板的所述表面附近处的所述垂直冲击波的质量通量密度为6kg/m2s以上。
11.根据权利要求9或10所述的处理容器清洗方法，其中，
在使所述垂直冲击波与所述碰撞板的所述表面碰撞时，所述气体喷嘴的所述喷射口与所述碰撞板的所述表面之间的间隙为37mm以上且45mm以下。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的处理容器清洗方法，包括：
在所述处理容器的内部，形成对从所述处理容器的内壁面去除的所述颗粒进行搬运的涡状的气流的工序。
13.一种基板处理装置，包括：
处理容器；
第一气体喷嘴，向所述处理容器的内部喷射气体；以及
控制部，对从所述第一气体喷嘴喷射的气体的针对布置在所述处理容器的内部的碰撞板的碰撞进行控制，
其中，所述控制部通过使通过来自所述第一气体喷嘴的气体的喷射而产生的垂直冲击波与所述碰撞板的表面碰撞，从而产生将附着在所述处理容器的内壁面上的颗粒去除的气流。
14.根据权利要求13所述的基板处理装置，其中，
在使所述垂直冲击波与所述碰撞板的所述表面碰撞时，所述控制部将所述碰撞板的所述表面附近处的所述垂直冲击波的质量通量密度控制为6kg/m2s以上。
15.根据权利要求13或14所述的基板处理装置，其中，
在使所述垂直冲击波与所述碰撞板的所述表面碰撞时，所述控制部将所述第一气体喷嘴的喷射口与所述碰撞板的所述表面之间的间隙控制为37mm以上且45mm以下。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的基板处理装置，包括：
第二气体喷嘴，在所述处理容器的内部，形成对从所述处理容器的内壁面去除的所述颗粒进行搬运的涡状的气流。
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