JP2003303800A

JP2003303800A - 表面洗浄装置および表面洗浄方法

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Publication number: JP2003303800A
Application number: JP2002108797A
Authority: JP
Inventors: Junichi Muramoto; 准一村本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】薬液を使用せず、被処理体の構造へ損傷を与え
ずに、被処理体に付着した付着物を除去することのでき
る表面洗浄装置および表面洗浄方法を提供する。【解決手段】被処理体表面へ直接照射されない角度での
レーザ光照射手段４により、被処理体Ｗの付着物の近傍
の雰囲気に焦点を形成するようにレーザ光ＬＢが照射さ
れることにより、被処理体Ｗの付着物の近傍の雰囲気を
ブレイクダウンさせる。レーザブレイクダウンは、レー
ザ光ＬＢを雰囲気中に集光し、雰囲気を構成する気体分
子／原子を電界破壊することを称し、このブレイクダウ
ンによって、雰囲気を構成する分子や原子は、イオン化
およびラジカル化されるとともに、衝撃波や熱やプラズ
マが放射される。そして、このブレイクダウンにより発
生する衝撃波、熱、イオン、ラジカル等の作用によっ
て、被処理体Ｗ上の付着物が除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体基
板、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System)、フ
ォトマスク等の被処理体の表面に付着した有機汚れや無
機汚れ等の付着物を、被処理体の表面から除去する表面
洗浄装置および表面洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造過程において、ウ
ェーハへの付着が許容される付着物のサイズは、パター
ンサイズの最小寸法の約１／２だと考えられている。パ
ターンサイズは近年縮小しており、除去する必要のある
付着物のサイズも同様に縮小している。

【０００３】サイズが１μｍよりも小さな付着物の除去
は非常に困難である。なぜなら、付着物がウェーハ表面
へ付着している力はその半径（体積に対する等価半径）
に比例する一方で、付着物が液体や気体などの流体から
受ける力はその半径の２乗（断面積）に比例するからで
ある。

【０００４】このことは、エアブローや純水ブラシなど
流体の作用による除去方法において、１μｍよりもサイ
ズが小さい付着物は除去しにくいことからも理解され
る。従って、そのような小さなサイズの付着物の除去
は、基板と付着物のゼータ電位の違いを利用した、アル
カリ性の薬液を用いたウェット洗浄法によって現在遂行
されている。

【０００５】上記の薬液を用いた半導体デバイスの洗浄
プロセスは、大量の枚数を同時に一つの液槽で洗浄する
浸漬・バッチ式が主流であるが、達成される清浄度の低
さが近年問題になっている。

【０００６】これは、技術の進歩によって洗浄に用いら
れる洗浄液の清浄度は向上したものの、浸漬・バッチ式
によるウェット洗浄によって達成されるウェーハの清浄
度が、バッチ処理されるウェーハ中で最も汚れているウ
ェーハによって決定されてしまうためである。言い換え
るとウェーハ間のクロス・コンタミネーションが清浄度
低下の原因となっており、従って、更に高度な清浄度の
要求を浸漬・バッチ式により達成することは困難である
ことが明らかとなっている。

【０００７】また、浸漬・バッチ式によるウェット洗浄
法は薬液を大量に使用するため、現在懸念されている環
境問題への対策に関しても好ましくない。浸漬・バッチ
式では清浄度にばらつきのあるウェーハを一括洗浄する
ため、上述したように、そのバッチの清浄度はそのウェ
ーハ群の中における最悪の清浄度に依存する。

【０００８】その一方で、枚葉式はウェーハ間のクロス
・コンタミネーションが無いため、クロス・コンタミネ
ーションに対して使用される薬液使用量が削減されるこ
とから、現在、洗浄法は枚葉式へと移行しつつある。枚
葉式は浸漬・バッチ式と比較してスループットが低いた
め採用がためらわれていたが、近年の環境問題対策や多
品種で少量な生産体制への変化によって次第に採用され
つつある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】次世代の洗浄プロセス
に対する仕様はウェーハの局所的清浄化であると考えら
れる。なぜなら、同一ウェーハ上に生成されているチッ
プ間のクロス・コンタミネーションが考えられるからで
ある。これは浸漬・バッチ式で問題となったウェーハ間
のクロス・コンタミネーションの延長線上と理解され
る。多品種少量生産を高歩留まりで実現する場合、ウェ
ーハの付着物をゼロにする完全除去が求められる。

【００１０】しかしながら、枚葉式洗浄法でさえ、その
ような高度の清浄化を達成することは非常に困難であ
る。なぜなら除去された付着物が洗浄中に基板の別の箇
所へ再付着するためである。すなわち薬液を用いるウェ
ット洗浄法はこのような高度な清浄度を達成することは
困難だと言える。

【００１１】また、薬液の使用によって基板上の微細構
造物が破壊される現象が発生している。次世代の半導体
デバイスのスケールサイズは１００ｎｍ以下であり、そ
の微細構造物内に薬液などの液体が侵入すると液体の表
面張力によって微細構造物が破壊されてしまう。このこ
とからも次世代の半導体デバイスの製造プロセスにおい
てウェット洗浄法を用いることは困難であり、ウェット
洗浄法の代替技術としてのドライ・クリーニング法の応
用が考えられる。

【００１２】ドライ・クリーニング法の一つとして、レ
ーザ・クリーニング法が考えられる。レーザ・クリーニ
ング法は薬液を使用しないため環境問題への対策が不要
であり、除去した付着物が基板へ再付着しにくい特徴を
持ち、そして局所的な清浄化に優れているからである。
これまでも、たくさんのメカニズムを用いたレーザ・ク
リーニング法が開発されてきた。それらはレーザ光を基
板表面に照射することによって達成される。

【００１３】その一つとして、例えば、特許第２６３４
２４５号、特許第２８２０５３４号、特表平７−５０５
５７７号公報、特表平１０−５０４１３９号公報、特表
平１１−５０７２９８号公報、特表２０００−５１５８
１１号公報に開示されているように、コールドロン社の
提案する付着物と基板表面の化学結合を切断する手法が
ある。

【００１４】また、特許第３１０６０４０号、特開平７
−３０７３１４号公報に開示されているように、理化学
研究所が提案する基板表面の瞬間的な熱膨張による付着
物の物理的な離脱を促す手法がある。

【００１５】さらに、特表２０００−５００２８５号公
報に開示されているように、オラミル社の提案する特定
の雰囲気（Ｏ₂ ／Ｏ₃ とＮ_X Ｏ_Y ）の供給による付着物
の除去を促す手法がある。

【００１６】以上の手法がレーザ・クリーニング法の代
表的でものであるが、いずれの手法も、基板表面へ垂直
あるいは任意の角度においてレーザ光を照射するため、
付着物の除去効率は、レーザ光照射による基板表面への
損傷の発生確率と交換条件になっている。

【００１７】また、それらのレーザ・クリーニング法に
おいて、表面へ発生する損傷を１ｎｍ以下のスケールに
おいて考察した報告はほとんど無い。なぜならばレーザ
・クリーニング法の実行に伴う損傷評価は、光学顕微鏡
や低倍率の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で行われている
ものがほとんどであるからである。

【００１８】これに対して、Mosbacher らはレーザ・ク
リーニング法の実行に伴う損傷の評価を高倍率のＳＥＭ
あるいは原子間力電子顕微鏡により行っている（Appl.
Phys. A 72, p41(2001) ）。その報告によると、付着物
の位置に対応して基板表面に１００ｎｍ以下の損傷が発
生している事実が明らかになった。これは付着物によっ
て共鳴増幅されたレーザ光のパワー密度あるいはエネル
ギー密度が、基板表面に損傷が発生する閾値を超え、損
傷をもたらしたと考えられる。

【００１９】したがって、これまで考えられてきた表面
へ直接レーザ光を照射するレーザ・クリーニング法は、
いずれの場合でも基板表面に損傷をもたらす可能性を持
っていると考えられる。

【００２０】一方で、レーザ・クリーニング法には、ス
チーム・レーザ・クリーニング法と呼ばれる基板表面へ
の損傷を低減させる手法がある。これは基板表面に水や
有機系溶媒あるいはその蒸気を塗布あるいは結露させ、
基板表面にレーザ光を照射し、それらの液体を瞬間的に
加熱・蒸発させ、付着物を基板表面から除去する手法で
ある。この手法は有効であるように思われる。

【００２１】しかしながら、基板表面に構築される微細
構造が１００ｎｍ以下の寸法をもつ場合では、気液界面
において発生する表面張力によって微細構造物が破壊さ
れる懸念があるため、スチーム・レーザ・クリーニング
法の利用は好ましくない。

【００２２】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、薬液を使用せず、被処理体の構造
へ損傷を与えずに、被処理体に付着した付着物を除去す
ることのできる表面洗浄装置および表面洗浄方法を提供
することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の表面洗浄装置は、レーザ光を用いて被処理
体の表面に存在する付着物を除去する表面洗浄装置であ
って、前記被処理体の前記付着物の近傍の雰囲気に焦点
を形成し、焦点位置の雰囲気をブレイクダウンさせ得る
パワー密度をもつ前記レーザ光を照射するレーザ光照射
手段を有する。前記レーザ光照射手段は、前記被処理体
の表面に直接レーザ光が照射されない角度で前記レーザ
光を照射する。

【００２４】上記の本発明の表面洗浄装置では、被処理
体の表面に直接レーザ光が照射されない角度でレーザ光
を照射するレーザ光照射手段により、被処理体の付着物
の近傍の雰囲気に焦点を形成するようにレーザ光が照射
されることにより、被処理体の付着物の近傍の雰囲気を
ブレイクダウンさせる。レーザブレイクダウンは、レー
ザ光を雰囲気中に集光し、雰囲気を構成する気体分子／
原子を電界破壊することを称し、このブレイクダウンに
よって、雰囲気を構成する分子や原子は、イオン化およ
びラジカル化されるとともに、衝撃波や熱やプラズマが
放射される。そして、このブレイクダウンにより発生す
る衝撃波、熱、イオン、ラジカル等の作用によって、被
処理体上の付着物が除去される。

【００２５】また、上記の目的を達成するため、本発明
の表面洗浄装置は、レーザ光を用いて被処理体の表面に
存在する付着物を除去する表面洗浄装置であって、前記
被処理体を収容し、前記レーザ光を透過する光学窓を備
える洗浄室と、前記被処理体の前記付着物の近傍の雰囲
気に焦点を形成し、焦点位置の雰囲気をブレイクダウン
させ得るパワー密度をもつ前記レーザ光を前記光学窓を
介して照射するレーザ光照射手段とを有する。前記レー
ザ光照射手段は、前記被処理体の表面に直接レーザ光が
照射されない角度で前記レーザ光を照射する。

【００２６】上記の本発明の表面洗浄装置では、被処理
体の表面に直接レーザ光が照射されない角度でレーザ光
を照射するレーザ光照射手段により、光学窓を介して被
処理体の付着物の近傍の雰囲気に焦点を形成するように
レーザ光が照射されることにより、被処理体の付着物の
近傍の雰囲気をブレイクダウンさせる。レーザブレイク
ダウンは、レーザ光を雰囲気中に集光し、雰囲気を構成
する気体分子／原子を電界破壊することを称し、このブ
レイクダウンによって、雰囲気を構成する分子や原子
は、イオン化およびラジカル化されるとともに、衝撃波
や熱やプラズマが放射される。そして、このブレイクダ
ウンにより発生する衝撃波、熱、イオン、ラジカル等の
作用によって、被処理体上の付着物が除去される。

【００２７】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の表面洗浄方法は、レーザ光を用いて被処理体の表面
に存在する付着物を除去する表面洗浄方法であって、前
記被処理体の前記付着物の近傍の雰囲気に焦点を形成
し、焦点位置の雰囲気をブレイクダウンさせ得るパワー
密度をもつ前記レーザ光を照射することにより、被処理
体の表面に存在する付着物を除去する。前記レーザ光を
照射する際に、前記被処理体の表面に直接レーザ光が照
射されない角度で前記レーザ光を照射する

【００２８】上記の本発明の表面洗浄方法によれば、被
処理体の表面に直接レーザ光が照射されない角度で、被
処理体の付着物の近傍の雰囲気に焦点を形成するように
レーザ光が照射されることにより、被処理体の付着物の
近傍の雰囲気をブレイクダウンさせる。レーザブレイク
ダウンは、レーザ光を雰囲気中に集光し、雰囲気を構成
する気体分子／原子を電界破壊することを称し、このブ
レイクダウンによって、雰囲気を構成する分子や原子
は、イオン化およびラジカル化されるとともに、衝撃波
や熱やプラズマが放射される。そして、このブレイクダ
ウンにより発生する衝撃波、熱、イオン、ラジカル等の
作用によって、被処理体上の付着物が除去される。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の表面洗浄装置お
よび表面洗浄方法の実施の形態について、図面を参照し
て説明する。

【００３０】第１実施形態図１は、本実施形態に係る表面洗浄装置の概略構成の一
例を示す図である。図１に示す表面洗浄装置１は、大別
して、例えば被処理体となるウェーハ等の基板Ｗを収容
するチャンバ２と、チャンバ２内に設置され基板Ｗを保
持する保持手段３と、チャンバ２内にレーザ光ＬＢを照
射するレーザ光照射手段４と、レーザ光照射手段４によ
り照射されたレーザ光ＬＢを減衰させるレーザ光減衰手
段５と、チャンバ２内に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガ
ス供給手段６と、チャンバ２内の雰囲気ガスを吸気する
雰囲気ガス吸気手段７とを有する。

【００３１】チャンバ２には、レーザ光ＬＢが入射する
位置および出射する位置に、レーザ光ＬＢを透過する光
学窓２１，２２が設置されており、この光学窓２１，２
２は、例えば、石英ガラス等により形成されている。

【００３２】保持手段３は、基板Ｗを真空吸着あるいは
メカニカルチャックにより保持するものである。

【００３３】レーザ光照射手段４は、レーザ光源４１
と、レーザ光源４１により出射されたレーザ光ＬＢを集
光する集光レンズ４２と、集光レンズ４２を移動させて
レーザ光ＬＢの照射位置を換える光学系制御機構４３と
を有する。

【００３４】レーザ光源４１は、チャンバ２内に設置さ
れた基板Ｗの表面に対して平行にレーザ光ＬＢを出射す
るように設けられており、例えば、波長が１０６４ｎｍ
のＹＡＧレーザを出射する。

【００３５】集光レンズ４２は、例えば円筒レンズ（シ
リンドリカルレンズ）により構成され、清浄化を行う基
板Ｗの表面に対して平行に入射されるレーザ光ＬＢを、
チャンバ２内に導入される雰囲気ガスＧの流れる空間に
集光し、焦点Ｆを形成する。

【００３６】光学系制御機構４３は、集光レンズ４２を
移動させて、その焦点Ｆの位置を基板表面の任意の位置
に制御する。基板Ｗと焦点Ｆとの効果的な距離は雰囲気
ガスの圧力に従い２〜１０ｍｍの範囲で変動するため、
光学系制御機構４３は、その距離を適切に設定する。こ
れは、焦点位置と基板Ｗの表面との間の距離が２ｍｍよ
り小さい場合、基板表面へ損傷が発生してしまうからで
ある。その一方、その距離が１０ｍｍより大きい場合、
有効なクリーニング効果が得られない。

【００３７】雰囲気ガス供給手段６は、雰囲気ガス供給
室６１と、雰囲気ガス供給室６１に接続された供給管６
２とを有する。雰囲気ガス供給室６２が設置されたチャ
ンバ２の壁には、チャンバ２内へ雰囲気ガスＧを供給す
るための複数のガス供給孔が形成されている。供給管６
２は、チャンバ２の外部に設置されたガス供給源に接続
されており、例えば、酸素ガスを供給する。

【００３８】雰囲気ガス吸気手段７は、雰囲気ガス吸気
室７１と、雰囲気ガス吸気室７１に接続された吸気管７
２とを有する。雰囲気ガス吸気室７１が設置されたチャ
ンバ２の壁には、チャンバ２内の雰囲気ガスＧを吸気す
るための複数のガス吸気孔が形成されている。吸気管７
２は、チャンバ２の外部に設置された真空ポンプ等に接
続されている。

【００３９】上記の雰囲気ガス供給手段６と雰囲気ガス
吸気手段７とにより、本発明のガス流形成手段が構成さ
れており、本実施形態では、一例として、基板の表面上
を一方向に流れる雰囲気ガスＧの層流を形成するように
構成されている。

【００４０】レーザ光減衰手段５は、光ダンパ５１と、
光学窓２２を通ってチャンバ２外へ出射されたレーザ光
ＬＢを光ダンパ５１へ向けて集光する集光レンズ５２
と、集光レンズ５２の位置を入射側の集光レンズ４２の
位置に応じて移動させる光学系制御機構５３とを有す
る。

【００４１】集光レンズ５２は、例えば集光レンズ４２
よりも焦点距離の小さい円筒レンズにより構成され、基
板Ｗ上の雰囲気において焦点Ｆを形成後、入射側の集光
レンズ４２の焦点距離と同じ距離を進んで拡がったレー
ザ光ＬＢを平行あるいは集光して、光ダンパ５１へ入射
させる。

【００４２】光学系制御機構５３は、光学窓２２から出
射されるレーザ光ＬＢを集光レンズ５２が適切に受光し
て光ダンパ５１へ集光するように、入射側の集光レンズ
４２の移動に応じて出射側の集光レンズ５２の位置を移
動させる。

【００４３】図２は、光ダンパ５１の一構成例を説明す
るための断面図である。図２に示すように、光ダンパ５
１は、レーザ光ＬＢの入射側の壁にレーザ光の取り込み
口５１１が設けられた直方体の筐体５１０と、高反射率
を有する２枚の反射板５１２と、筐体５１０に接続され
た吸気管５１３とを有する。

【００４４】取り込み口５１１は開放していても良い
が、ダンパ外部側に反射防止膜を形成したり、ダンパ内
部側へ反射膜を成膜した光学窓を配置することにより構
成されていてもよい。

【００４５】２枚の反射板５１２は、取り組み口５１１
とは反対側の一端が互いに貼り合わされて筐体５１０内
に配置されており、取り込み口５１１から入射されたレ
ーザ光ＬＢを矢印に示す経路に従って、２枚の反射板５
１２のお互いが張り合わさる位置へ導き、レーザ光ＬＢ
を終端させる。反射板５１２の材質は、例えばアルミニ
ウムなどが挙げられる。

【００４６】吸気管５１３は、例えば、レーザ光ＬＢの
取り込み口５１１の付近に設置されており、図示しない
真空ポンプ等に接続されている。反射率の高い材質によ
り反射板５１２が構成されていても、レーザ光ＬＢの反
射の際にわずかに表面がアブレーションされるため、吸
気管５１３は、それによって発生した塵埃を筐体５１０
の外部へ排出する。

【００４７】なお、反射板５１２には図示しない冷却機
構が備えられている。これは継続的なレーザ光ＬＢの吸
収による熱損傷を防止する。冷却機構の原理としては、
例えば循環水による熱交換やペルチエ素子による電気的
冷却等、公知の方法を用いる。

【００４８】次に、上記構成の表面洗浄装置を用いた洗
浄動作について説明する。まず、酸素ガス等の雰囲気ガ
スＧが層状に流れるために必要な流速となるように、雰
囲気ガス供給手段６による雰囲気ガスＧの供給量および
雰囲気ガス吸気手段７による雰囲気ガスの吸気量を調整
しておく。

【００４９】チャンバ２内に設置された基板Ｗの表面上
に雰囲気ガスＧの層流を形成した後、レーザ光源４１か
らレーザ光ＬＢが出射され、出射されたレーザ光ＬＢ
は、集光レンズ４２によって、チャンバ２内の雰囲気に
集光される。レーザ光ＬＢは、清浄化を行う基板Ｗの表
面に対して平行に入射する。

【００５０】このとき、集光され高パワー密度になった
レーザ光ＬＢは、図３に示すように、雰囲気ガスＧを構
成する酸素をブレイクダウンし、衝撃波、熱、プラズ
マ、Ｏ ₃ ラジカル、Ｏラジカルを発生させ、基板Ｗの表
面に付着した付着物Ｈを除去する。除去された付着物は
雰囲気ガスＧの気流によって速やかに吸気管７２を介し
てチャンバ２外へ排出される。このときの焦点Ｆにおけ
るパワー密度はおおよそ１０¹⁰Ｗ／ｃｍ² よりも大きく
なるようにする。例えば、レジスト残渣のようなハイド
ロ・カーボン系の付着物Ｈを除去する場合に、雰囲気ガ
スＧとして酸素を供給すると、当該酸素はブレイクダウ
ンにより、ハイドロ・カーボン系の付着物の除去を化学
反応により促すＯ₃ ラジカル等の化学種を発生するた
め、その除去効率が向上される。

【００５１】そして、基板Ｗの表面上の雰囲気ガス中に
おいて焦点Ｆを結んだレーザ光ＬＢは、入射側の集光レ
ンズ４２の焦点距離と同じ距離を進んだ後に、集光レン
ズ４２よりも焦点距離の小さい集光レンズ５２によって
並行あるいは集光される。集光レンズ５２を通過したレ
ーザ光ＬＢは、発塵を抑える機構を有する光ダンパ５１
で終端されることとなる。

【００５２】上記のレーザ光ＬＢによる付着物の除去
を、基板Ｗに付着された付着物の全てに対して行なうこ
とにより、基板Ｗの洗浄が完了するが、この基板Ｗの洗
浄領域の制御は以下のようにして行なう。すなわち、図
４に示すように、先の工程において表面検査機により付
着物の位置を計測しておき（ステップＳＴ１）、当該表
面検査機において計測された付着物の位置データを当該
表面洗浄装置１へ伝送する（ステップＳＴ２）。そし
て、先に伝送された付着物の位置データに応じた位置に
レーザ光ＬＢの焦点Ｆの位置がくるように光学系制御機
構４３により集光レンズ４２の位置を制御し、レーザ光
ＬＢの焦点Ｆが付着物の近傍における雰囲気ガスＧに結
ばれるようにする（ステップＳＴ３）。

【００５３】以上のようにして、基板Ｗの洗浄領域を制
御することにより、表面検査機により計測された付着物
の全てが除去される。なお、上記のように付着物の存在
する位置のみ局所的に洗浄領域を制御する他、光学系制
御機構４３により基板表面の全面を走査して洗浄するこ
とも可能である。

【００５４】上記の本実施形態に係る表面洗浄装置によ
れば、レーザ光ＬＢの集光によって発生するブレイクダ
ウンから得られる衝撃波、プラズマ、ラジカル、熱によ
り、基板表面の付着物へ物理的衝撃、電気的反応、化学
結合の切断、そして熱反応を与え、基板表面から除去す
ることにより、基板表面に直接レーザ光ＬＢを照射する
ことなく、基板に付着した付着物を除去することができ
る。

【００５５】従って、基板表面に損傷を与えないレーザ
・クリーニング法を実現することができることから、製
造プロセスの歩留まりを向上でき、さらに、薬液を使用
しないため、環境負荷を増大させない。

【００５６】また、雰囲気ガスＧとして、ブレイクダウ
ンにより付着物と化学反応して、その除去を促すラジカ
ル等の化学種を発生する雰囲気を選定することにより、
さらにその除去効果を高めることができる。

【００５７】また、レーザ光ＬＢの焦点サイズは１０μ
ｍ以下にされるため、局所的でありながら大まかな位置
の設定で処理が可能となる。また、表面検査機で得られ
た汚染物質の位置を利用することで、より効率的な除去
を図ることができる。

【００５８】なお、ブレイクダウンによって発生した微
小体積のプラズマ洗浄を局所的に実現するが、プラズマ
洗浄にありがちなプラズマ発塵は発生しにくい。

【００５９】第２実施形態図５は、本実施形態に係る表面洗浄装置の概略構成の一
例を示す図である。図５に示す表面洗浄装置では、光学
系制御機構４３により集光レンズ４２を移動させてその
焦点位置を制御する第１実施形態と異なり、基板自体を
移動させることにより、焦点Ｆの位置を制御する。な
お、その他の構成については、第１実施形態と同様であ
るため、その説明は省略する。

【００６０】保持手段３ａは、基板Ｗを真空吸着あるい
はメカニカルチャックにより保持するとともに、例え
ば、基板Ｗを平面方向に移動させ、基板Ｗを回転させる
ように可動し得るように構成されている。これは、例え
ば、メカニカルステージとモータとの組み合わせにより
実現される。

【００６１】上記構成の表面洗浄装置では、第１実施形
態と同様に、洗浄処理がなされるが、図４に示すステッ
プＳＴ３において、付着物の位置データに応じた位置に
レーザ光ＬＢの焦点Ｆの位置がくるように保持手段３ａ
により基板Ｗを回転および移動させて、基板Ｗに対する
レーザ光ＬＢの焦点Ｆの位置を制御し、レーザ光ＬＢの
焦点Ｆが付着物の近傍における雰囲気ガスＧに結ばれる
ようにすることにより、基板Ｗの洗浄領域の制御がなさ
れる。

【００６２】以上により、第１実施形態と同様に、レー
ザ光ＬＢの集光によって発生するブレイクダウンから得
られる衝撃波、プラズマ、ラジカル、熱により、基板表
面の付着物へ物理的衝撃、電気的反応、化学結合の切
断、そして熱反応を与え、基板表面から付着物を除去す
る。

【００６３】上記の本実施形態に係る表面洗浄装置によ
っても、第１実施形態と同様の効果を得ることができ
る。

【００６４】第３実施形態図６は、本実施形態に係る表面洗浄装置の概略構成の一
例を示す図である。第１実施形態では、チャンバ２の側
壁に雰囲気ガス供給手段６と、雰囲気ガス吸気手段７と
を設けることにより、基板の表面に略平行に雰囲気ガス
Ｇのガス流を形成して、除去した付着物の基板への再付
着を防止することとした。本実施形態では、この基板へ
の再付着をさらに防止可能な機構を有するものである。

【００６５】図６に示す表面洗浄装置では、レーザ光Ｌ
Ｂが焦点Ｆを結んだ後、パワー密度が適切に減少した位
置に、レーザ光ＬＢに対して透明な仕切り板８が配置さ
れている。

【００６６】仕切り板８よりもレーザ光ＬＢの進行方向
の上流側には、仕切り板８に連結され、吸気口９ａを有
する雰囲気ガス吸気手段９が設けられており、雰囲気ガ
ス吸気手段９およびこれに連結された仕切り板８は、チ
ャンバ２の上部に固定されている。

【００６７】また本実施形態における装置構成では、第
２実施形態と同様に、基板を保持する保持手段３ａが回
転し、かつ平面方向に移動し得るように構成されてお
り、基板Ｗの洗浄を行なう領域の位置制御は、この保持
手段３ａの移動によって行う。

【００６８】上記構成の本実施形態に係る洗浄装置の動
作について説明する。まず、付着物を搬送する酸素等の
雰囲気ガスＧを、雰囲気ガス供給室６１からチャンバ２
内に供給し、供給された雰囲気ガスＧは、雰囲気ガス吸
気手段９の吸気口９ａ内に導入されて、基板Ｗ表面から
垂直に離れるように流されて、チャンバ２の外へ搬送さ
れる。

【００６９】このような雰囲気ガスＧのガス流が形成さ
れている状態で、レーザ光源４１からレーザ光ＬＢが出
射され、出射されたレーザ光ＬＢは、集光レンズ４２に
よって、チャンバ２内の雰囲気Ｇに集光される。レーザ
光ＬＢは、清浄化を行う基板Ｗの表面に対して平行に入
射する。このとき、チャンバ２内に形成されるレーザ光
ＬＢの焦点位置が基板Ｗの洗浄領域の上方に形成される
ように、保持手段３ａを移動させることで基板の位置制
御を行なう。

【００７０】集光され高パワー密度になったレーザ光Ｌ
Ｂは、雰囲気ガスＧを構成する酸素をブレイクダウン
し、衝撃波、熱、プラズマ、Ｏ₃ ラジカル、Ｏラジカル
を発生させ、基板Ｗの表面に付着した付着物を除去す
る。除去された付着物は雰囲気ガスＧの気流によって速
やかに基板Ｗの表面から垂直方向へ離れるように搬送さ
れて、雰囲気ガス吸気手段９によりチャンバ２外へ排出
される。

【００７１】基板Ｗの表面上の雰囲気において焦点Ｆを
結んだレーザ光ＬＢは、透明な仕切り板８を通過し、入
射側の集光レンズ４２の焦点距離と同じ距離を進んだ後
に、集光レンズ４２よりも焦点距離の小さい集光レンズ
５２によって並行あるいは集光される。集光レンズ５２
を通過したレーザ光ＬＢは、発塵を抑える機構を有する
光ダンパ５１で終端されることとなる。

【００７２】そして、基板Ｗの洗浄を行なう領域の位置
制御は、第２実施形態と同様に、図４に示すステップＳ
Ｔ３において、付着物の位置データに応じた位置にレー
ザ光ＬＢの焦点の位置がくるように保持手段３ａにより
基板Ｗを回転および移動させて、基板Ｗに対するレーザ
光ＬＢの焦点の位置を制御し、レーザ光ＬＢの焦点が付
着物の近傍における雰囲気ガスＧに結ばれるようにする
ことにより、基板Ｗの洗浄領域の制御がなされる。

【００７３】上記構成の本実施形態に係る洗浄装置によ
れば、基板Ｗの表面から垂直に離れるような雰囲気ガス
Ｇのガス流が形成されているため、レーザブレイクダウ
ンにより付着物が基板表面から除去されると、当該付着
物は雰囲気ガスＧとともに基板Ｗの表面に対して垂直方
向に搬送されていくため、既に清浄化された基板Ｗの表
面を通過することなくチャンバ２の外へ排出することが
できることから、除去された付着物が基板の別の箇所へ
再付着する効果を第１実施形態に比して向上させること
ができる。また、同様にして、第１実施形態と同様の効
果を得ることができる。

【００７４】第４実施形態図７は、本実施形態に係る表面洗浄装置の概略構成の一
例を示す図である。第１〜第３実施形態では、チャンバ
２内にレーザ光ＬＢを照射するレーザ光照射手段４を一
つ有する装置構成について説明したが、本実施形態で
は、当該レーザ光照射手段を複数設け、さらに、各レー
ザ光照射手段に対応してレーザ光減衰手段を設けたもの
である。

【００７５】すなわち、チャンバ２には、レーザ光ＬＢ
１が入射する位置および出射する位置に、レーザ光を透
過する光学窓２１ａ，２２ａが設置され、さらに、レー
ザ光ＬＢ２が入射する位置および出射する位置に、レー
ザ光を透過する光学窓２１ｂ，２２ｂが設置されてお
り、この光学窓２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは、例
えば、石英ガラス等により形成されている。

【００７６】保持手段３ａは、基板Ｗを真空吸着あるい
はメカニカルチャックにより保持し、かつ、基板Ｗを平
面方向に移動させ、基板Ｗを回転させるように可動し得
るように構成されている。本実施形態では、基板Ｗの洗
浄領域の制御は、この保持手段３ａによる基板の位置制
御によって行なう。

【００７７】レーザ光照射手段４ａは、レーザ光源４１
ａと、レーザ光源４１ａにより出射されたレーザ光ＬＢ
１を集光する集光レンズ４２ａとを有する。レーザ光照
射手段４ｂは、レーザ光源４１ｂと、レーザ光源４１ｂ
により出射されたレーザ光ＬＢ２を集光する集光レンズ
４２ｂとを有する。

【００７８】レーザ光源４１ａ，４１ｂは、チャンバ２
内に設置された基板Ｗの表面に対して平行にレーザ光を
出射するように設けられている。このレーザ光源４１
ａ，４１ｂは、例えば、第１実施形態と比して、低強
度、長パルス幅のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２を出射する。

【００７９】集光レンズ４２ａ，４２ｂは、例えば円筒
レンズ（シリンドリカルレンズ）により構成され、清浄
化を行う基板Ｗの表面に対して平行に入射されるレーザ
光ＬＢ１，ＬＢ２を、チャンバ２内に導入される雰囲気
ガスの流れる空間に集光する。ここで、集光レンズ４２
ａにより集光されるレーザ光ＬＢ１の焦点Ｆ１の位置
と、集光レンズ４２ｂにより集光されるレーザ光ＬＢ２
の焦点Ｆ２の位置とが重なるように、集光レンズ４２
ａ，４２ｂが配置されている。

【００８０】レーザ光減衰手段５ａは、光ダンパ５１ａ
と、光学窓２２ａを通ってチャンバ２外へ出射されたレ
ーザ光ＬＢ１を光ダンパ５１ａへ向けて集光する集光レ
ンズ５２ａとを有する。レーザ減衰手段５ｂは、光ダン
パ５１ｂと、光学窓２２ｂを通ってチャンバ２外へ出射
されたレーザ光ＬＢ２を光ダンパ５１ｂへ向けて集光す
る集光レンズ５２ｂとを有する。

【００８１】次に、上記構成の表面洗浄装置の動作につ
いて説明する。まず、酸素ガス等の雰囲気ガスＧが層状
に流れるために必要な流速となるように、雰囲気ガス供
給手段６による雰囲気ガスの供給量および雰囲気ガス吸
気手段７による雰囲気ガスの吸気量を調整しておく。

【００８２】チャンバ２内に設置された基板Ｗの表面上
に雰囲気ガスＧの層流を形成した後、レーザ光源４１
ａ，４１ｂからレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２が出射され、出
射されたレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２は、集光レンズ４２
ａ，４２ｂによって、チャンバ２内に導入される雰囲気
ガスＧの空間に集光され、焦点Ｆ１，Ｆ２を形成する。
この焦点Ｆ１，Ｆ２の位置は重なるように設定されてお
り、２つのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２による焦点Ｆが形成
される。

【００８３】このとき、２つのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２
が焦点Ｆにおいて重なることにより、レーザ光のパワー
密度が高まり、雰囲気ガスＧを構成する酸素をブレイク
ダウンし、衝撃波、熱、プラズマ、Ｏ₃ ラジカル、Ｏラ
ジカルを発生させ、基板Ｗの表面に付着した付着物を除
去する。除去された付着物は雰囲気ガスＧの気流によっ
て速やかに吸気管７２を介してチャンバ２外へ排出され
る。このときの焦点Ｆにおけるパワー密度はおおよそ１
０¹⁰Ｗ／ｃｍ² よりも大きくなるようにする。

【００８４】基板Ｗの表面上の雰囲気において焦点Ｆを
結んだレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２はそれぞれ、入射側の集
光レンズ４２ａ，４２ｂの焦点距離と同じ距離を進んだ
後に、集光レンズ４２ａ，４２ｂよりも焦点距離の小さ
い集光レンズ５２ａ，５２ｂによって並行あるいは集光
されて、発塵を抑える機構を有する光ダンパ５１ａ，５
１ｂで終端されることとなる。

【００８５】そして、上記の基板Ｗの洗浄領域の制御
は、保持手段３ａによる基板Ｗの位置制御により行なわ
れる。

【００８６】上記の本実施形態に係る表面洗浄装置によ
れば、２つのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の焦点Ｆ１，Ｆ２
の位置を合わせ、この２つのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の
焦点が重なった焦点Ｆにおいて高パワー密度となり、レ
ーザブレイクダウンを起こさせることから、各レーザ光
ＬＢ１，ＬＢ２をより低強度あるいは長いパルス幅のも
のを用いて行なうことができる。その他、第１実施形態
と同様の効果を得ることができる。

【００８７】本発明は、上記の実施形態の説明に限定さ
れない。例えば、レーザ光の基板への走査について、集
光レンズの位置を制御する方法や、基板の位置を制御す
る方法を例に説明したが、これに限られるものでなく、
例えば、ガルバノミラー等の反射鏡を用いる方法や、電
気光学偏向素子や音響光学偏向素子等を用いる方法を採
用することもできる。

【００８８】また、本実施形態では、レーザ光を基板の
表面に平行に入射させることにより、レーザ光を基板へ
照射させない例について説明したが、レーザ光の入射角
度についてはこれに限られるものでなく、レーザ光が基
板へ直接照射されない限りにおいて、種々の角度をもた
せてもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々の変更が可能である。

【００８９】

【発明の効果】本発明によれば、薬液を使用せず、被処
理体の構造へ損傷を与えずに、被処理体に付着した付着
物を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る表面洗浄装置の概略構成の
一例を示す図である。

【図２】光ダンパの一構成例を説明するための断面図で
ある。

【図３】レーザブレイクダウンによる表面洗浄の原理を
説明するための図である。

【図４】基板の表面洗浄を局所的に行なうためのフロー
チャートである。

【図５】第２実施形態に係る表面洗浄装置の概略構成の
一例を示す図である。

【図６】第３実施形態に係る表面洗浄装置の概略構成の
一例を示す図である。

【図７】第４実施形態に係る表面洗浄装置の概略構成の
一例を示す図である。

【符号の説明】

１…表面洗浄装置、２…チャンバ、３，３ａ…保持手
段、４，４ａ，４ｂ…レーザ光照射手段、５…レーザ光
減衰手段、６…雰囲気ガス供給手段、７…雰囲気ガス吸
気手段、８…仕切り板、９…雰囲気ガス吸気手段、２
１，２１ａ，２１ｂ，２２，２２ａ，２２ｂ…光学窓、
４１，４１ａ，４１ｂ…レーザ光源、４２，４２ａ，４
２ｂ…集光レンズ、４３…光学系制御機構、５１，５１
ａ，５１ｂ…光ダンパ、５２，５２ａ，５２ｂ…集光レ
ンズ、５３…光学系制御機構、６１…雰囲気ガス供給
室、６２…供給管、７１…雰囲気ガス吸気室、７２…吸
気管、５１０…筐体、５１１…取り込み口、５１２…反
射板、５１３…吸気管、ＬＢ，ＬＢ１，ＬＢ２…レーザ
光、Ｗ…基板、Ｆ，Ｆ１，Ｆ２…焦点、Ｈ…付着物。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を用いて被処理体の表面に存在す
る付着物を除去する表面洗浄装置であって、前記被処理体の前記付着物の近傍の雰囲気に焦点を形成
し、焦点位置の雰囲気をブレイクダウンさせ得るパワー
密度をもつ前記レーザ光を照射するレーザ光照射手段を
有する表面洗浄装置。
【請求項２】前記レーザ光照射手段は、前記被処理体の
表面に直接レーザ光が照射されない角度で前記レーザ光
を照射する請求項１記載の表面洗浄装置。
【請求項３】前記レーザ光照射手段を複数有し、各レーザ光照射手段は、前記被処理体の前記付着物の近
傍の雰囲気に、互いの焦点位置が重なるように前記レー
ザ光を照射する請求項１記載の表面洗浄装置。
【請求項４】前記被処理体の表面に前記雰囲気を構成す
る雰囲気ガスのガス流を形成するガス流形成手段をさら
に有する請求項１記載の表面洗浄装置。
【請求項５】前記ガス流形成手段は、前記ブレイクダウ
ンにより前記付着物の除去を促す化学種を発生する前記
雰囲気ガスのガス流を形成する請求項４記載の表面洗浄
装置。
【請求項６】レーザ光を用いて被処理体の表面に存在す
る付着物を除去する表面洗浄装置であって、前記被処理体を収容し、前記レーザ光を透過する光学窓
を備える洗浄室と、前記被処理体の前記付着物の近傍の雰囲気に焦点を形成
し、焦点位置の雰囲気をブレイクダウンさせ得るパワー
密度をもつ前記レーザ光を前記光学窓を介して照射する
レーザ光照射手段とを有する表面洗浄装置。
【請求項７】前記レーザ光照射手段は、前記被処理体の
表面に直接レーザ光が照射されない角度で前記レーザ光
を照射する請求項６記載の表面洗浄装置。
【請求項８】前記レーザ光照射手段を複数有し、各レーザ光照射手段は、前記被処理体の前記付着物の近
傍の雰囲気に、互いの焦点位置が重なるように前記レー
ザ光を照射する請求項６記載の表面洗浄装置。
【請求項９】前記洗浄室に収容された前記被処理体の表
面に前記雰囲気を構成する雰囲気ガスのガス流を形成す
るガス流形成手段をさらに有する請求項６記載の表面洗
浄装置。
【請求項１０】前記ガス流形成手段は、前記ブレイクダ
ウンにより前記付着物の除去を促す化学種を発生する前
記雰囲気ガスのガス流を形成する請求項９記載の表面洗
浄装置。
【請求項１１】レーザ光を用いて被処理体の表面に存在
する付着物を除去する表面洗浄方法であって、前記被処理体の前記付着物の近傍の雰囲気に焦点を形成
し、焦点位置の雰囲気をブレイクダウンさせ得るパワー
密度をもつ前記レーザ光を照射することにより、被処理
体の表面に存在する付着物を除去する表面洗浄方法。
【請求項１２】前記レーザ光を照射する際に、前記被処
理体の表面に直接レーザ光が照射されない角度で前記レ
ーザ光を照射する請求項１１記載の表面洗浄方法。
【請求項１３】前記レーザ光を照射する前に、前記被処
理体の表面に前記雰囲気を構成する雰囲気ガスのガス流
を形成する工程をさらに有する請求項１１記載の表面洗
浄方法。
【請求項１４】前記ガス流を形成する工程において、前
記ブレイクダウンにより前記付着物の除去を促す化学種
を発生する前記雰囲気ガスのガス流を形成する請求項１
３記載の表面洗浄方法。