JP2004103991A - 表面洗浄装置および表面洗浄方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】被処理体の表面から離脱した付着物が、被処理体の表面に再付着することを防止して、被処理体の清浄度を向上させることが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】パルスレーザ光ＬＢ１を照射することにより、被処理体Ｗの表面に吸着された付着物Ｈを被処理体Ｗの表面から離脱させる。そして、パルスレーザ光ＬＢ１の照射により被処理体Ｗの表面から離脱した付着物Ｈに対し、連続波レーザ光ＬＢ２による光放射圧を与えて、雰囲気ガスの流れが有効に作用する位置まで付着物Ｈを誘導する。誘導された付着物Ｈは、雰囲気ガスにより搬送されて、排出口６１に吸引される。
【選択図】図２
【解決手段】パルスレーザ光ＬＢ１を照射することにより、被処理体Ｗの表面に吸着された付着物Ｈを被処理体Ｗの表面から離脱させる。そして、パルスレーザ光ＬＢ１の照射により被処理体Ｗの表面から離脱した付着物Ｈに対し、連続波レーザ光ＬＢ２による光放射圧を与えて、雰囲気ガスの流れが有効に作用する位置まで付着物Ｈを誘導する。誘導された付着物Ｈは、雰囲気ガスにより搬送されて、排出口６１に吸引される。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面洗浄装置および表面洗浄方法に関し、特に半導体基板や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】
半導体デバイス製造工程において用いられるマスクやウェーハなどで要求される基板表面の清浄度は、年々、高くなっている。清浄度は付着する異物（付着物）の大きさと付着密度について考慮される。
【０００３】
集積化の向上に伴い、基板表面上に作製されるデバイスの寸法サイズが縮小されてきた。作製プロセスに異常をもたらす付着物のサイズは、配線幅の寸法の約１／２と考えられている。従って、付着が許容される付着物のサイズも縮小している。
【０００４】
同時に、要求される付着物の付着密度も縮小されてきた。多品種少量な生産体制が予想される将来には、マスクやウェーハの表面に１つの塵埃も付着していない状態が求められると考えられる。特にパターン作製工程に用いられるマスクは塵埃の付着が１つも許されない。現在、達成されている清浄度は、直径２００ｍｍのウェーハ表面について１０個程度である。
【０００５】
そのような超清浄度と考えられる表面清浄化方法の一つとして、レーザ・クリーニング方法が挙げられる。従来の洗浄方法においては、基板の裏面に付着していた付着物が除去されて薬液中に漂い、基板の表面へ再付着することが懸念される。レーザ・クリーニング法はドライ・クリーニング法であり、なおかつ局所的にクリーニングを行うので裏面に付着している付着物を基板表面へ移動させることがない。
【０００６】
レーザ・クリーニング法の原理として、▲１▼付着物と基板表面の化学的結合を切断する、▲２▼付着物を化学的に分解する、そして、▲３▼付着物あるいは基板を瞬間的に熱膨張させお互いの距離を引き離す、といった方法が代表的である。以下に、それぞれの詳細について述べる。
【０００７】
まず、▲１▼の付着物と基板表面の化学的結合を切断する方法は、基板表面と付着物間との化学結合エネルギーの約２倍を超える光子エネルギーを持つ波長のレーザ光を照射することによって実現される。コールドロン社のレーザ・クリーニング法はこの手法によって説明されている（例えば、特許文献１〜６参照。）。
コールドロン社の特許では、さらに、基板に対して不活性な気体を基板表面に供給し、除去された付着物を搬送することにより基板表面への再付着防止を主張しており、また、レーザ光と雰囲気ガスの供給ノズルの工夫による再付着防止についても主張している。
【０００８】
▲２▼の付着物を化学的に分解する方法は、レーザ光照射によって混合雰囲気を活性化させ、付着物を化学的に除去するものである。例えば、酸素雰囲気へＮＦ３などハロゲン原子を含む気体を混合し、付着物の除去効率を向上させる。すなわち、燃焼によって付着物の除去を行う。有機物の付着物に対して特に有効である。しかしながら、無機物の付着物の場合でも、アブレーションと雰囲気の熱膨張によって除去が行われると主張している。オラミル社が提供するレーザ・クリーニング法がこれに該当する（例えば、特許文献７〜１０参照。）。
【０００９】
▲３▼の付着物あるいは基板を瞬間的に熱膨張させお互いの距離を引き離す方法は、レーザ光照射により付着物あるいは基板表面を瞬間的に加熱し、基板表面の瞬間的な熱膨張によって付着物を弾き飛ばすものである。理化学研究所の特許がこれに該当する（例えば、特許文献１１〜１４参照。）。
【００１０】
いずれの方法においても、基板表面へ導入した雰囲気の流れによって、離脱された付着物を装置外へ搬送している。
【００１１】
【特許文献１】
特許第２６３４２４５号公報
【特許文献２】
特許第２８２０５３４号公報
【特許文献３】
特表平７−５０５５７７号公報
【特許文献４】
特表平１０−５０４１３９号公報
【特許文献５】
特表平１１−５０７２９８号公報
【特許文献６】
特表２０００−５１５８１１号公報
【特許文献７】
特表２０００−５００２８２号公報
【特許文献８】
特表２０００−５００２８３号公報
【特許文献９】
特表２０００−５００２８４号公報
【特許文献１０】
特表２０００−５００２８５号公報
【特許文献１１】
特許第２６１５３６２号公報
【特許文献１２】
特許第３１０６０４０号公報
【特許文献１３】
特開平７−３１１１８１号公報
【特許文献１４】
特開平７−３０７３１４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザ・クリーニング法は除去された付着物が再付着するといった問題点を持つ。
【００１３】
まず、言葉の定義を行う。図５に示すように、基板から１０ｎｍ以内の距離でファンデルワールス力が支配的に働く領域をＡとし、基板から１０ｎｍ〜１μｍの距離にある領域をＢとし、基板から１μｍ以上の距離で雰囲気ガスの流れによって付着物Ｈが搬送される領域をＣとする。なお、図中、雰囲気ガスの流れを矢印Ｄによって示している。
【００１４】
そして、ファンデルワールス力が支配的に働く領域Ａから領域Ｂに付着物Ｈを基板から移動させることを「離脱」とする。一方で、領域Ｂに「離脱」された付着物を、雰囲気ガスの流れによって付着物Ｈが搬送される領域Ｃへと引き離すことを「除去」とする。
【００１５】
従来のレーザ・クリーニング法はレーザ光照射によって離脱された付着物を、雰囲気ガスの流れによって除去する手法を採用している。レーザ光照射による付着物−基板間の化学結合の切断、付着物の熱膨張を誘起して付着物を離脱させ、雰囲気ガスの導入によって付着物を除去する。
【００１６】
しかしながら、レーザ光照射によって離脱された付着物Ｈが雰囲気ガスの流れによって効果的に除去されるためには、雰囲気ガスの流れが有効に働く領域Ｃまで離脱された付着物を誘導しなくてはならない。なぜならば、基板から１０ｎｍ〜１μｍの距離にある領域Ｂは、雰囲気ガスの流れの境界層内にあることから、雰囲気ガスの速度が減少しており、雰囲気ガスの流れが有効に作用しないからである。従って、離脱された付着物Ｈと基板との距離が境界層外である領域Ｃに到達しない場合、付着物Ｈは重力などによって基板表面へ再付着してしまう。
【００１７】
離脱された付着物Ｈが雰囲気流れの境界層外である領域Ｃへ到達できない理由は、レーザ光照射により付着物の離脱のみが誘起されることにある。前述したコールドロン社の特許において、レーザ光照射は付着物と基板表面の化学結合を切断するため、レーザ光照射は付着物を基板表面から離脱することに留まり、雰囲気流れの境界層外である領域Ｃに到達しない。
また、理化学研究所の特許において、レーザ光照射は付着物あるいは基板表面の瞬間的な熱膨張を誘起するが、それぞれの熱膨張による長さの変化は付着物のサイズあるいは基板表面の吸収長さに依存するため、付着物−基板間の距離は雰囲気流れの境界層外である領域Ｃに到達しない。
【００１８】
このように、従来のレーザ・クリーニング法の問題点は、レーザ光照射が付着物の離脱を誘起するに留まる点にある。その問題点を解決するためには、雰囲気流れが有効に働く境界層外へ付着物を搬送する手段を講じる必要がある。
【００１９】
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、被処理体の表面から離脱した付着物が、被処理体の表面に再付着することを防止して、被処理体の清浄度を向上させることが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。
【００２０】
【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、被処理体の表面に吸着された付着物を離脱させ得る離脱用レーザ光を照射する離脱用レーザ光照射手段と、雰囲気ガスの流れを形成し、前記付着物を当該雰囲気ガスの流れにより搬送して排出する排出手段と、前記離脱用レーザ光の照射により前記被処理体から離脱した前記付着物を、前記雰囲気ガスの流れが有効に作用する位置まで誘導するように、前記付着物に対し光放射圧を与える光放射圧印加手段とを有する。
【００２１】
上記の本発明の表面洗浄装置では、離脱用レーザ光照射手段により付着物に離脱用レーザ光が照射されると、被処理体の表面に吸着された付着物は、被処理体の表面から離脱する。
離脱用レーザ光の照射により被処理体の表面から離脱した付着物に対し、光放射圧印加手段により光放射圧が与えられることにより、雰囲気ガスの流れが有効に作用する位置まで付着物が誘導される。
誘導された付着物は、排気手段により形成された雰囲気ガスの流れにより搬送されて、排出される。
【００２２】
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、レーザ光を照射して被処理体の表面に吸着された付着物を離脱させ、離脱させた前記付着物を雰囲気ガスの流れにより搬送して排出する表面洗浄方法であって、前記レーザ光の照射により前記被処理体から前記付着物を離脱させた後に、前記雰囲気ガスの流れが有効に作用する位置まで前記付着物を誘導するように、前記付着物に対し光放射圧を与える。
【００２３】
上記の本発明の表面洗浄方法では、レーザ光を照射して被処理体の表面に吸着された付着物を離脱させる。
レーザ光の照射により被処理体から付着物を離脱させた後に、前記付着物に対し光放射圧を与えることにより、付着物は、雰囲気ガスの流れが有効に作用する位置まで誘導される。
光放射圧により誘導された付着物は、雰囲気ガスの流れにより搬送されて排出される。
【００２４】
【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。
【００２５】
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は、大別して、例えば被処理体となるウェーハやフォトマスク等の基板Ｗを収容するチャンバ１と、チャンバ１内に設置され基板Ｗを保持するステージ２と、基板Ｗに離脱用レーザ光ＬＢ１を照射する離脱用レーザ光照射手段３と、基板Ｗに付着した付着物へ光放射圧を与えるための光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２を照射する光放射圧印加手段４と、チャンバ１内に雰囲気ガスを供給するガス供給口５と、チャンバ２内の雰囲気ガスとともに基板Ｗに付着した付着物を排出する排出手段６とを有する。
【００２６】
チャンバ１には、基板Ｗを搬出入するためのゲートバルブ等からなる搬出入口１１が設置されている。また、チャンバ１には、離脱用レーザ光ＬＢ１および光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２が入射する位置に各レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２を透過する光学窓１２，１３が設置されている。光学窓１２，１３は、例えば、石英ガラス等により形成されている。
【００２７】
ステージ２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、さらに、基板Ｗを平面方向に移動させる。これは、例えば、メカニカルステージとモータの組み合わせにより実現される。清浄化を行う基板Ｗの表面は、予め表面検査機により検査されて、付着物の付着位置が測定されている。
ステージ２は、図示しない制御部に接続されており、制御部は、表面検査機により計測された付着物の位置データに応じた位置へそれぞれのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２が照射されるように、基板Ｗを設置したステージ２の制御を行う。
【００２８】
離脱用レーザ光照射手段３は、離脱用レーザ光ＬＢ１を出射する離脱用レーザ光源３１と、反射ミラー３２と、反射ミラー３２により反射された離脱用レーザ光ＬＢ１を集光する集光レンズ３３と、集光レンズ３３を移動させて離脱用レーザ光の焦点位置を変える光学系制御機構３４とを有する。
【００２９】
離脱用レーザ光源３１は、基板表面から付着物を離脱させる離脱用レーザ光ＬＢ１として、パルスレーザ光を出射する。
離脱用のパルスレーザ光はパルス幅が２５ｎｓより短いレーザ光がふさわしい。パルス幅は、付着物あるいは基板の熱膨張が誘起される時間に対応するため、その時間が長すぎる場合は付着物が離脱するために必要な加速度を得られないためである。
【００３０】
離脱用のパルスレーザ光の波長は特に限定しない。波長が紫外域の場合ではレーザ光の光子エネルギーが大きくなるため、付着物−基板間の化学結合を切断することが容易になる。また、波長が可視域あるいは赤外域の場合でも、パルス幅が例えば１０ｐｓ以下といった十分に短い場合においては、多光子吸収過程が効果的に発生し、紫外域の場合と同様に付着物−基板間の化学結合が切断される。
【００３１】
反射ミラー３２は、ミラー面の角度を変更する駆動部を備え、これにより横方向から入射した離脱用レーザ光ＬＢ１の光軸を曲げる角度調整を行い、離脱用レーザ光ＬＢ１の基板Ｗへの照射位置を制御する。
【００３２】
集光レンズ３３は、反射ミラー３２により反射された離脱用レーザ光ＬＢ１を集光して、基板Ｗの表面から所定の位置に焦点を結ぶ。
【００３３】
光学系制御機構３４は、集光レンズ３３を図中の矢印の向きに移動させて、離脱用レーザ光ＬＢ１の焦点を基板表面から任意の位置に制御する。これは、例えば、メカニカルステージとモータの組み合わせにより実現される。
【００３４】
光放射圧印加手段４は、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２を出射する光放射圧印加用レーザ光源４１と、反射ミラー４２と、反射ミラー４２により反射された光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２を集光する集光レンズ４３と、集光レンズ４３を移動させて光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点位置を変える光学系制御機構４４とを有する。
【００３５】
光放射圧印加用レーザ光源４１は、基板表面から離脱した付着物に光放射圧を与える光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２として、連続波レーザ光を出射する。
連続波レーザ光は、そのパワーが基板Ｗへ損傷を与えるために十分でない値に設定する。また、連続波レーザ光は基板に対して透明な波長を選択する。具体的には基板ＷがＳｉ結晶ウェーハである場合、１．２〜６μｍの波長において内部吸収が少なくなるため、この波長領域の範囲で選択する。
【００３６】
連続波レーザ光の集光強度密度は、０．１〜１Ｗ／ｃｍ２ に抑える。低すぎる強度密度は有効な光放射圧を得ることができず、高すぎる強度密度は付着物や基板表面の溶融を引き起こすからである。
【００３７】
反射ミラー４２は、ミラー面の角度を変更する駆動部を備え、これにより横方向から入射した光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の光軸を曲げる角度調整を行い、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の基板Ｗへの照射位置を制御する。
【００３８】
集光レンズ４３は、反射ミラー４２により反射された光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２を集光して、基板Ｗの表面から所定の位置に焦点を結ぶ。
【００３９】
光学系制御機構４４は、集光レンズ４３を図中の矢印の向き、すなわち基板Ｗの表面に対し接近あるいは離間する方向に移動させて、基板表面に対し垂直な方向への焦点の移動を制御する。これは、例えば、メカニカルステージとモータの組み合わせにより実現される。これにより、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点に働く光放射圧による付着物の誘導が制御される。
【００４０】
ガス供給口５は、チャンバ１の側壁に設置され、図示しないチャンバ１の外部に設置されたガス供給源に接続されており、基板Ｗに対して不活性な雰囲気ガスをチャンバ１内に供給する。例えば、ヘリウム、窒素あるいはアルゴンのような化学的に不活性な雰囲気ガスを供給する。
【００４１】
排出手段６は、チャンバ１内に設置されたノズル形状の排出口６１と、排出口６１と配管を介して接続されたバルブ６２と、バルブ６２と配管を介して接続された付着物ろ過部６３と、付着物ろ過部６３と配管を介して接続された吸引機６４とを有する。
【００４２】
排出口６１は、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の基板Ｗへの照射位置に向けて設置されており、チャンバ１内の雰囲気ガスを排出することで基板Ｗ上に雰囲気ガスの流れを形成するとともに、雰囲気ガスの流れにより搬送された付着物を雰囲気ガスとともにチャンバ１外へ排出する。
【００４３】
付着物ろ過部６３は、例えば、フィルターにより構成されており、排出口６１により雰囲気ガスとともに吸引された付着物をふるい分け、吸引機６４への付着物の進入を防止する。
【００４４】
吸引機６４は、例えば、真空ポンプにより構成されており、チャンバ１内の雰囲気ガスの排気量をバルブ６２によって調整することにより、チャンバ１内を所定の減圧状態に維持する。
【００４５】
次に、上記構成の表面洗浄装置の洗浄動作について、その洗浄原理を示す図２を参照して説明する。
【００４６】
まず、不活性ガス等の雰囲気ガスが層状に流れるために必要な流速となるように、ガス供給口５による雰囲気ガスの供給量および排出口６１による雰囲気ガスの排気量を調整しておく。
【００４７】
そして、予め表面検査機により測定された付着物Ｈの位置へそれぞれのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２が照射されるように、基板Ｗを設置したステージ２の制御を行い、基板Ｗの位置決めを行う。
【００４８】
基板Ｗの位置決め後、図２（ａ）に示すように、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２を集光レンズ４３によって集光し、基板表面へ照射する。このとき、焦点Ｆは基板内部に結ぶように集光レンズ４３の位置決め制御を行う。なお、上述したように、レーザ光のパワーは基板Ｗへ損傷を与えるために十分でない値に設定されている。
【００４９】
光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆが基板Ｗの内部に及ぶように照射した状態で、離脱用レーザ光ＬＢ１を照射する。この離脱用レーザ光ＬＢ１の照射により、付着物Ｈと基板Ｗ表面の化学結合の切断や、付着物Ｈあるいは基板Ｗ表面が瞬間的に加熱され膨張されることにより、付着物Ｈを基板Ｗの表面から離脱させる。
【００５０】
これにより、付着物Ｈは、基板Ｗと付着物Ｈ間のファンデルワールス力（引力）が支配的に働く領域Ａから、雰囲気ガスによる流れが作用しない領域Ｂへ引き離される（図５参照）。
【００５１】
離脱用レーザ光ＬＢ１の照射により基板Ｗの表面から付着物Ｈを離脱させた後に、図２（ｂ）に示すように、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の集光を行う集光レンズ４３の位置を光学系制御機構４４によって制御して、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆの位置を基板表面から離れる方向へ移動させる。
【００５２】
光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆを基板Ｗから離れる方向へ移動させることにより、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆにおいて付着物Ｈに対して働く光放射圧が、基板Ｗの表面から付着物Ｈが離れるような方向へ働く。この結果、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の光放射圧により、付着物Ｈは、雰囲気ガスの流れが作用しない領域Ｂから、雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域Ｃへ誘導される（図５参照）。
【００５３】
雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域Ｃへ誘導された付着物Ｈは、雰囲気ガスの流れによって搬送されて、排出口６１により吸引され、付着物Ｈの除去が完了する。
【００５４】
以上のように、特定の位置における付着物Ｈの除去が完了した後に、同様にして、ステージ２を他の付着物Ｈの位置に合わせて移動させて、同様に除去することにより、基板Ｗ上に付着した全ての付着物Ｈの除去が行われる。
【００５５】
上記の本実施形態に係る表面洗浄装置および表面洗浄方法によれば、離脱用レーザ光ＬＢ１の照射により基板Ｗの表面から離脱された付着物は、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の光放射圧によって雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域まで誘導されることから、雰囲気ガスの流れによって付着物が効果的に搬送され、基板表面の別の部分へ再付着することが防止される。
【００５６】
これにより、基板表面から離脱された付着物が再付着することなく確実に除去され、清浄化プロセスの実行時間が短縮される。清浄化プロセスの実行時間が短縮されることによって、少ない設備台数でも要求される清浄化処理の完遂が可能となり、初期投資コストが軽減される。
【００５７】
また、基板Ｗから離れる方向に付着物に対し光放射圧を与えることで、離脱用レーザ光ＬＢ１により基板Ｗから離脱した付着物が、雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域まで移動することが促進されることから、レーザ・クリーニングにおける付着物の除去効率を向上させる。
【００５８】
除去効率が向上することにより、清浄化プロセスの実行回数が低減される。実行回数の低減は清浄化プロセスの実行時間を短縮することになる。同様にして、清浄化プロセスの実行時間が短縮されることによって、少ない設備台数でも要求される清浄化処理の完遂が可能となり、初期投資コストが軽減される。
【００５９】
さらに、付着物に基板から離れる方向の光放射圧が与えられているため、離脱用レーザ光ＬＢ１の出力が低減される。このとき必要とされる離脱用レーザ光ＬＢ１は、付着物と基板表面の化学結合の切断や、付着物あるいは基板表面を瞬間的に加熱し膨張させて距離を離すためのみを達成するような出力に設定できる。
【００６０】
付着物を基板から離脱するために照射される離脱用レーザ光ＬＢ１の出力が低減されることによって、レーザ光照射により損傷が発生する閾値が低い基板に対してもレーザ・クリーニング法を適用することが可能になる。
【００６１】
以上のような効果により、総じて、レーザ・クリーニング法の実用性が高まり、半導体デバイスの製造プロセスにおける歩留まりが向上し、無駄な製造コストおよびリソースが低減され、なおかつ環境問題への対策にもつながる。
【００６２】
第２実施形態
本実施形態では、被処理体となる基板Ｗとして、ステンシルマスクを例にとり、当該ステンシルマスクの開口部分へ入りこんだ付着物を除去する例について説明する。
【００６３】
図３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。なお、第１実施形態と同様の構成要素には同一符号を付してあり、その説明は省略する。
【００６４】
本実施形態では、排出口６１ａが、ステンシルマスクＭの裏側に設置されている。このため、ステージ２はステンシルマスクＭの周囲を保持し、ステンシルマスクＭの裏面側において中空構造をなしている。そして、ステージ２の中空部分に排出口６１ａが設置されている。
【００６５】
次に、上記構成の表面洗浄装置の洗浄動作について、その洗浄原理を示す図４を参照して説明する。
【００６６】
まず、第１実施形態と同様にして、不活性ガス等の雰囲気ガスが層状に流れるために必要な流速となるように、ガス供給口５による雰囲気ガスの供給量および排出口６１ａによる雰囲気ガスの排気量を調整しておく。
ここで、ステンシルマスクＭの裏面側において雰囲気ガスの流れが形成されるようにしておく。これは、ガス供給口５の設置位置を変更することにより実現される。
【００６７】
そして、第１実施形態と同様に、予め表面検査機により測定された付着物Ｈの位置へそれぞれのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２が照射されるように、ステンシルマスクＭを設置したステージ２の制御を行い、ステンシルマスクＭの位置決めを行う。
【００６８】
ステンシルマスクＭの位置決め後、図４（ａ）に示すように、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２を集光レンズ４３によって集光し、ステンシルマスクＭへ照射する。このとき、焦点ＦがステンシルマスクＭの表面より上方に結ばれるように集光レンズ４３の位置決め制御を行う。
【００６９】
光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点ＦがステンシルマスクＭの表面の上方に及ぶように照射した状態で、離脱用レーザ光ＬＢ１としてパルスレーザ光をステンシルマスクＭへ繰り返し照射する。この離脱用レーザ光ＬＢ１の照射により、付着物とステンシルマスク表面の化学結合の切断や、付着物あるいはステンシルマスク表面が瞬間的に加熱・膨張されることにより、付着物ＨがステンシルマスクＭの開口の内表面から離脱する。
【００７０】
現在の段階において、ステンシルマスクＭの開口径は１００ｎｍ弱程度であるため、ステンシルマスクＭの開口の内表面から離脱した付着物は、ステンシルマスクＭと付着物Ｈ間のファンデルワールス力（引力）が支配的に働く領域Ａから、雰囲気ガスによる流れが作用しない領域Ｂへ引き離されている状態にある（図５参照）。すなわち、ステンシルマスクＭの開口内には、有効な雰囲気ガスの流れが形成されていない状態にあるといえる。
【００７１】
従って、上記の離脱用レーザ光ＬＢ１としてパルスレーザ光をステンシルマスクＭへ繰り返し照射している間に、図４（ｂ）に示すように、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆの位置をマスク表面から裏面へ移動させる。これにより、ステンシルマスクＭの開口内に有効な雰囲気ガスの流れが形成されていない状態においても、開口の内表面から離脱した付着物Ｈは、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆに働く光放射圧によって、ステンシルマスクＭの開口内から開口外へと誘導される。
【００７２】
そして、さらに光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆの位置をステンシルマスクＭの裏面から離れる方向へ移動させることにより、付着物Ｈは、雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域へ誘導される。
【００７３】
雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域へ誘導された付着物Ｈは、雰囲気ガスの流れによって搬送されて、排出口６１ａにより吸引され、付着物Ｈの除去が完了する。
【００７４】
以上のように、特定の位置における付着物Ｈの除去が完了した後に、同様にして、ステージ２を他の付着物Ｈの位置に合わせて移動させて、同様に除去することにより、ステンシルマスクの開口の内表面に付着した全ての付着物Ｈの除去が行われる。
【００７５】
上記の本実施形態に係る表面洗浄装置および表面洗浄方法によれば、離脱用レーザ光ＬＢ１の照射によりステンシルマスクの開口の内表面から離脱された付着物は、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の光放射圧によってステンシルマスクＭの開口外へ誘導され、さらに、ステンシルマスクＭの裏面側における雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域まで誘導されることから、雰囲気ガスの流れによって付着物が効果的に搬送され、ステンシルマスクの開口の内表面へ再付着することが防止される。
【００７６】
これにより、第１実施形態と同様に、ステンシルマスクの開口の内表面から離脱された付着物が再付着することなく確実に除去され、ステンシルマスクの清浄化プロセスの実行時間が短縮される。清浄化プロセスの実行時間が短縮されることによって、少ない設備台数でも要求される清浄化処理の完遂が可能となり、初期投資コストが軽減される。
【００７７】
また、ステンシルマスクＭの表面側から裏面側へと光放射圧を付着物に対し与えることで、雰囲気ガスの流れが有効に作用しないステンシルマスクの開口内から開口外へと付着物を誘導させることにより、レーザ・クリーニングにおける付着物の除去効率を向上させることができる。
【００７８】
除去効率が向上することにより、ステンシルマスクの清浄化プロセスの実行回数が低減される。実行回数の低減は清浄化プロセスの実行時間を短縮することになる。同様にして、清浄化プロセスの実行時間が短縮されることによって、少ない設備台数でも要求される清浄化処理の完遂が可能となり、初期投資コストが軽減される。
【００７９】
さらに、第１実施形態と同様に、付着物にステンシルマスクＭの裏面から離れる方向の光放射圧が与えられているため、離脱用レーザ光ＬＢ１の出力が低減され、レーザ光照射により損傷が発生する閾値が低いステンシルマスクに対してもレーザ・クリーニング法を適用することが可能になる。
【００８０】
以上のような効果により、総じて、レーザ・クリーニング法の実用性が高まり、ステンシルマスクの製造プロセスにおける歩留まりが向上し、無駄な製造コストおよびリソースが低減され、なおかつ環境問題への対策にもつながる。
【００８１】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本実施形態では、光放射圧印加用レーザ光と離脱用レーザ光を用いて、ウェーハ等の基板ＷやステンシルマスクＭに付着した付着物を除去する方法について、一例を上げて説明したが、被処理体に特に限定はない。
【００８２】
また、雰囲気ガスの種類に特に限定はない。さらに、ガス供給口やガス排気口等の位置は、被処理体の表面に有効な雰囲気ガスの流れを形成するように、被処理体に応じて変更すればよい。
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。
【００８３】
【発明の効果】
本発明の表面洗浄装置によれば、被処理体の表面から離脱した付着物が、被処理体の表面に再付着することを防止して、被処理体の清浄度を向上させることができる。このように、被処理体から離脱した付着物が確実に除去されることから、被処理体の洗浄に要する実行時間が短縮され、少ない設備台数でも要求される清浄度を達成することができる。
【００８４】
本発明の表面洗浄方法によれば、被処理体の表面から離脱した付着物が、被処理体の表面に再付着することを防止して、被処理体の清浄度を向上させることができる。このように、被処理体から離脱した付着物が確実に除去されることから、被処理体の洗浄に要する実行時間が短縮される。
【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】第１実施形態に係る表面洗浄装置の洗浄動作において、その洗浄原理を示す図である。
【図３】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４】第２実施形態に係る表面洗浄装置の洗浄動作において、その洗浄原理を示す図である。
【図５】レーザ・クリーニング法によって基板から離脱した付着物の挙動と、基板の表面からの距離との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…チャンバ、２…ステージ、３…離脱用レーザ光照射手段、４…光放射圧印加手段、５…ガス供給口、６…排出手段、１１…搬出入口、１２，１３…光学窓、３１…離脱用レーザ光源、３２…反射ミラー、３３…集光レンズ、３４…光学系制御機構、４１…光放射圧印加用レーザ光源、４２…反射ミラー、４３…集光レンズ、４４…光学系制御機構、６１，６１ａ…排出口、６２…バルブ、６３…付着物ろ過部、６４…吸引機、ＬＢ１…離脱用レーザ光、ＬＢ２…光放射圧印加用レーザ光、Ｗ…基板、Ｍ…ステンシルマスク、Ｈ…付着物。
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面洗浄装置および表面洗浄方法に関し、特に半導体基板や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】
半導体デバイス製造工程において用いられるマスクやウェーハなどで要求される基板表面の清浄度は、年々、高くなっている。清浄度は付着する異物（付着物）の大きさと付着密度について考慮される。
【０００３】
集積化の向上に伴い、基板表面上に作製されるデバイスの寸法サイズが縮小されてきた。作製プロセスに異常をもたらす付着物のサイズは、配線幅の寸法の約１／２と考えられている。従って、付着が許容される付着物のサイズも縮小している。
【０００４】
同時に、要求される付着物の付着密度も縮小されてきた。多品種少量な生産体制が予想される将来には、マスクやウェーハの表面に１つの塵埃も付着していない状態が求められると考えられる。特にパターン作製工程に用いられるマスクは塵埃の付着が１つも許されない。現在、達成されている清浄度は、直径２００ｍｍのウェーハ表面について１０個程度である。
【０００５】
そのような超清浄度と考えられる表面清浄化方法の一つとして、レーザ・クリーニング方法が挙げられる。従来の洗浄方法においては、基板の裏面に付着していた付着物が除去されて薬液中に漂い、基板の表面へ再付着することが懸念される。レーザ・クリーニング法はドライ・クリーニング法であり、なおかつ局所的にクリーニングを行うので裏面に付着している付着物を基板表面へ移動させることがない。
【０００６】
レーザ・クリーニング法の原理として、▲１▼付着物と基板表面の化学的結合を切断する、▲２▼付着物を化学的に分解する、そして、▲３▼付着物あるいは基板を瞬間的に熱膨張させお互いの距離を引き離す、といった方法が代表的である。以下に、それぞれの詳細について述べる。
【０００７】
まず、▲１▼の付着物と基板表面の化学的結合を切断する方法は、基板表面と付着物間との化学結合エネルギーの約２倍を超える光子エネルギーを持つ波長のレーザ光を照射することによって実現される。コールドロン社のレーザ・クリーニング法はこの手法によって説明されている（例えば、特許文献１〜６参照。）。
コールドロン社の特許では、さらに、基板に対して不活性な気体を基板表面に供給し、除去された付着物を搬送することにより基板表面への再付着防止を主張しており、また、レーザ光と雰囲気ガスの供給ノズルの工夫による再付着防止についても主張している。
【０００８】
▲２▼の付着物を化学的に分解する方法は、レーザ光照射によって混合雰囲気を活性化させ、付着物を化学的に除去するものである。例えば、酸素雰囲気へＮＦ３などハロゲン原子を含む気体を混合し、付着物の除去効率を向上させる。すなわち、燃焼によって付着物の除去を行う。有機物の付着物に対して特に有効である。しかしながら、無機物の付着物の場合でも、アブレーションと雰囲気の熱膨張によって除去が行われると主張している。オラミル社が提供するレーザ・クリーニング法がこれに該当する（例えば、特許文献７〜１０参照。）。
【０００９】
▲３▼の付着物あるいは基板を瞬間的に熱膨張させお互いの距離を引き離す方法は、レーザ光照射により付着物あるいは基板表面を瞬間的に加熱し、基板表面の瞬間的な熱膨張によって付着物を弾き飛ばすものである。理化学研究所の特許がこれに該当する（例えば、特許文献１１〜１４参照。）。
【００１０】
いずれの方法においても、基板表面へ導入した雰囲気の流れによって、離脱された付着物を装置外へ搬送している。
【００１１】
【特許文献１】
特許第２６３４２４５号公報
【特許文献２】
特許第２８２０５３４号公報
【特許文献３】
特表平７−５０５５７７号公報
【特許文献４】
特表平１０−５０４１３９号公報
【特許文献５】
特表平１１−５０７２９８号公報
【特許文献６】
特表２０００−５１５８１１号公報
【特許文献７】
特表２０００−５００２８２号公報
【特許文献８】
特表２０００−５００２８３号公報
【特許文献９】
特表２０００−５００２８４号公報
【特許文献１０】
特表２０００−５００２８５号公報
【特許文献１１】
特許第２６１５３６２号公報
【特許文献１２】
特許第３１０６０４０号公報
【特許文献１３】
特開平７−３１１１８１号公報
【特許文献１４】
特開平７−３０７３１４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザ・クリーニング法は除去された付着物が再付着するといった問題点を持つ。
【００１３】
まず、言葉の定義を行う。図５に示すように、基板から１０ｎｍ以内の距離でファンデルワールス力が支配的に働く領域をＡとし、基板から１０ｎｍ〜１μｍの距離にある領域をＢとし、基板から１μｍ以上の距離で雰囲気ガスの流れによって付着物Ｈが搬送される領域をＣとする。なお、図中、雰囲気ガスの流れを矢印Ｄによって示している。
【００１４】
そして、ファンデルワールス力が支配的に働く領域Ａから領域Ｂに付着物Ｈを基板から移動させることを「離脱」とする。一方で、領域Ｂに「離脱」された付着物を、雰囲気ガスの流れによって付着物Ｈが搬送される領域Ｃへと引き離すことを「除去」とする。
【００１５】
従来のレーザ・クリーニング法はレーザ光照射によって離脱された付着物を、雰囲気ガスの流れによって除去する手法を採用している。レーザ光照射による付着物−基板間の化学結合の切断、付着物の熱膨張を誘起して付着物を離脱させ、雰囲気ガスの導入によって付着物を除去する。
【００１６】
しかしながら、レーザ光照射によって離脱された付着物Ｈが雰囲気ガスの流れによって効果的に除去されるためには、雰囲気ガスの流れが有効に働く領域Ｃまで離脱された付着物を誘導しなくてはならない。なぜならば、基板から１０ｎｍ〜１μｍの距離にある領域Ｂは、雰囲気ガスの流れの境界層内にあることから、雰囲気ガスの速度が減少しており、雰囲気ガスの流れが有効に作用しないからである。従って、離脱された付着物Ｈと基板との距離が境界層外である領域Ｃに到達しない場合、付着物Ｈは重力などによって基板表面へ再付着してしまう。
【００１７】
離脱された付着物Ｈが雰囲気流れの境界層外である領域Ｃへ到達できない理由は、レーザ光照射により付着物の離脱のみが誘起されることにある。前述したコールドロン社の特許において、レーザ光照射は付着物と基板表面の化学結合を切断するため、レーザ光照射は付着物を基板表面から離脱することに留まり、雰囲気流れの境界層外である領域Ｃに到達しない。
また、理化学研究所の特許において、レーザ光照射は付着物あるいは基板表面の瞬間的な熱膨張を誘起するが、それぞれの熱膨張による長さの変化は付着物のサイズあるいは基板表面の吸収長さに依存するため、付着物−基板間の距離は雰囲気流れの境界層外である領域Ｃに到達しない。
【００１８】
このように、従来のレーザ・クリーニング法の問題点は、レーザ光照射が付着物の離脱を誘起するに留まる点にある。その問題点を解決するためには、雰囲気流れが有効に働く境界層外へ付着物を搬送する手段を講じる必要がある。
【００１９】
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、被処理体の表面から離脱した付着物が、被処理体の表面に再付着することを防止して、被処理体の清浄度を向上させることが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。
【００２０】
【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、被処理体の表面に吸着された付着物を離脱させ得る離脱用レーザ光を照射する離脱用レーザ光照射手段と、雰囲気ガスの流れを形成し、前記付着物を当該雰囲気ガスの流れにより搬送して排出する排出手段と、前記離脱用レーザ光の照射により前記被処理体から離脱した前記付着物を、前記雰囲気ガスの流れが有効に作用する位置まで誘導するように、前記付着物に対し光放射圧を与える光放射圧印加手段とを有する。
【００２１】
上記の本発明の表面洗浄装置では、離脱用レーザ光照射手段により付着物に離脱用レーザ光が照射されると、被処理体の表面に吸着された付着物は、被処理体の表面から離脱する。
離脱用レーザ光の照射により被処理体の表面から離脱した付着物に対し、光放射圧印加手段により光放射圧が与えられることにより、雰囲気ガスの流れが有効に作用する位置まで付着物が誘導される。
誘導された付着物は、排気手段により形成された雰囲気ガスの流れにより搬送されて、排出される。
【００２２】
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、レーザ光を照射して被処理体の表面に吸着された付着物を離脱させ、離脱させた前記付着物を雰囲気ガスの流れにより搬送して排出する表面洗浄方法であって、前記レーザ光の照射により前記被処理体から前記付着物を離脱させた後に、前記雰囲気ガスの流れが有効に作用する位置まで前記付着物を誘導するように、前記付着物に対し光放射圧を与える。
【００２３】
上記の本発明の表面洗浄方法では、レーザ光を照射して被処理体の表面に吸着された付着物を離脱させる。
レーザ光の照射により被処理体から付着物を離脱させた後に、前記付着物に対し光放射圧を与えることにより、付着物は、雰囲気ガスの流れが有効に作用する位置まで誘導される。
光放射圧により誘導された付着物は、雰囲気ガスの流れにより搬送されて排出される。
【００２４】
【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。
【００２５】
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は、大別して、例えば被処理体となるウェーハやフォトマスク等の基板Ｗを収容するチャンバ１と、チャンバ１内に設置され基板Ｗを保持するステージ２と、基板Ｗに離脱用レーザ光ＬＢ１を照射する離脱用レーザ光照射手段３と、基板Ｗに付着した付着物へ光放射圧を与えるための光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２を照射する光放射圧印加手段４と、チャンバ１内に雰囲気ガスを供給するガス供給口５と、チャンバ２内の雰囲気ガスとともに基板Ｗに付着した付着物を排出する排出手段６とを有する。
【００２６】
チャンバ１には、基板Ｗを搬出入するためのゲートバルブ等からなる搬出入口１１が設置されている。また、チャンバ１には、離脱用レーザ光ＬＢ１および光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２が入射する位置に各レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２を透過する光学窓１２，１３が設置されている。光学窓１２，１３は、例えば、石英ガラス等により形成されている。
【００２７】
ステージ２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、さらに、基板Ｗを平面方向に移動させる。これは、例えば、メカニカルステージとモータの組み合わせにより実現される。清浄化を行う基板Ｗの表面は、予め表面検査機により検査されて、付着物の付着位置が測定されている。
ステージ２は、図示しない制御部に接続されており、制御部は、表面検査機により計測された付着物の位置データに応じた位置へそれぞれのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２が照射されるように、基板Ｗを設置したステージ２の制御を行う。
【００２８】
離脱用レーザ光照射手段３は、離脱用レーザ光ＬＢ１を出射する離脱用レーザ光源３１と、反射ミラー３２と、反射ミラー３２により反射された離脱用レーザ光ＬＢ１を集光する集光レンズ３３と、集光レンズ３３を移動させて離脱用レーザ光の焦点位置を変える光学系制御機構３４とを有する。
【００２９】
離脱用レーザ光源３１は、基板表面から付着物を離脱させる離脱用レーザ光ＬＢ１として、パルスレーザ光を出射する。
離脱用のパルスレーザ光はパルス幅が２５ｎｓより短いレーザ光がふさわしい。パルス幅は、付着物あるいは基板の熱膨張が誘起される時間に対応するため、その時間が長すぎる場合は付着物が離脱するために必要な加速度を得られないためである。
【００３０】
離脱用のパルスレーザ光の波長は特に限定しない。波長が紫外域の場合ではレーザ光の光子エネルギーが大きくなるため、付着物−基板間の化学結合を切断することが容易になる。また、波長が可視域あるいは赤外域の場合でも、パルス幅が例えば１０ｐｓ以下といった十分に短い場合においては、多光子吸収過程が効果的に発生し、紫外域の場合と同様に付着物−基板間の化学結合が切断される。
【００３１】
反射ミラー３２は、ミラー面の角度を変更する駆動部を備え、これにより横方向から入射した離脱用レーザ光ＬＢ１の光軸を曲げる角度調整を行い、離脱用レーザ光ＬＢ１の基板Ｗへの照射位置を制御する。
【００３２】
集光レンズ３３は、反射ミラー３２により反射された離脱用レーザ光ＬＢ１を集光して、基板Ｗの表面から所定の位置に焦点を結ぶ。
【００３３】
光学系制御機構３４は、集光レンズ３３を図中の矢印の向きに移動させて、離脱用レーザ光ＬＢ１の焦点を基板表面から任意の位置に制御する。これは、例えば、メカニカルステージとモータの組み合わせにより実現される。
【００３４】
光放射圧印加手段４は、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２を出射する光放射圧印加用レーザ光源４１と、反射ミラー４２と、反射ミラー４２により反射された光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２を集光する集光レンズ４３と、集光レンズ４３を移動させて光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点位置を変える光学系制御機構４４とを有する。
【００３５】
光放射圧印加用レーザ光源４１は、基板表面から離脱した付着物に光放射圧を与える光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２として、連続波レーザ光を出射する。
連続波レーザ光は、そのパワーが基板Ｗへ損傷を与えるために十分でない値に設定する。また、連続波レーザ光は基板に対して透明な波長を選択する。具体的には基板ＷがＳｉ結晶ウェーハである場合、１．２〜６μｍの波長において内部吸収が少なくなるため、この波長領域の範囲で選択する。
【００３６】
連続波レーザ光の集光強度密度は、０．１〜１Ｗ／ｃｍ２ に抑える。低すぎる強度密度は有効な光放射圧を得ることができず、高すぎる強度密度は付着物や基板表面の溶融を引き起こすからである。
【００３７】
反射ミラー４２は、ミラー面の角度を変更する駆動部を備え、これにより横方向から入射した光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の光軸を曲げる角度調整を行い、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の基板Ｗへの照射位置を制御する。
【００３８】
集光レンズ４３は、反射ミラー４２により反射された光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２を集光して、基板Ｗの表面から所定の位置に焦点を結ぶ。
【００３９】
光学系制御機構４４は、集光レンズ４３を図中の矢印の向き、すなわち基板Ｗの表面に対し接近あるいは離間する方向に移動させて、基板表面に対し垂直な方向への焦点の移動を制御する。これは、例えば、メカニカルステージとモータの組み合わせにより実現される。これにより、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点に働く光放射圧による付着物の誘導が制御される。
【００４０】
ガス供給口５は、チャンバ１の側壁に設置され、図示しないチャンバ１の外部に設置されたガス供給源に接続されており、基板Ｗに対して不活性な雰囲気ガスをチャンバ１内に供給する。例えば、ヘリウム、窒素あるいはアルゴンのような化学的に不活性な雰囲気ガスを供給する。
【００４１】
排出手段６は、チャンバ１内に設置されたノズル形状の排出口６１と、排出口６１と配管を介して接続されたバルブ６２と、バルブ６２と配管を介して接続された付着物ろ過部６３と、付着物ろ過部６３と配管を介して接続された吸引機６４とを有する。
【００４２】
排出口６１は、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の基板Ｗへの照射位置に向けて設置されており、チャンバ１内の雰囲気ガスを排出することで基板Ｗ上に雰囲気ガスの流れを形成するとともに、雰囲気ガスの流れにより搬送された付着物を雰囲気ガスとともにチャンバ１外へ排出する。
【００４３】
付着物ろ過部６３は、例えば、フィルターにより構成されており、排出口６１により雰囲気ガスとともに吸引された付着物をふるい分け、吸引機６４への付着物の進入を防止する。
【００４４】
吸引機６４は、例えば、真空ポンプにより構成されており、チャンバ１内の雰囲気ガスの排気量をバルブ６２によって調整することにより、チャンバ１内を所定の減圧状態に維持する。
【００４５】
次に、上記構成の表面洗浄装置の洗浄動作について、その洗浄原理を示す図２を参照して説明する。
【００４６】
まず、不活性ガス等の雰囲気ガスが層状に流れるために必要な流速となるように、ガス供給口５による雰囲気ガスの供給量および排出口６１による雰囲気ガスの排気量を調整しておく。
【００４７】
そして、予め表面検査機により測定された付着物Ｈの位置へそれぞれのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２が照射されるように、基板Ｗを設置したステージ２の制御を行い、基板Ｗの位置決めを行う。
【００４８】
基板Ｗの位置決め後、図２（ａ）に示すように、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２を集光レンズ４３によって集光し、基板表面へ照射する。このとき、焦点Ｆは基板内部に結ぶように集光レンズ４３の位置決め制御を行う。なお、上述したように、レーザ光のパワーは基板Ｗへ損傷を与えるために十分でない値に設定されている。
【００４９】
光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆが基板Ｗの内部に及ぶように照射した状態で、離脱用レーザ光ＬＢ１を照射する。この離脱用レーザ光ＬＢ１の照射により、付着物Ｈと基板Ｗ表面の化学結合の切断や、付着物Ｈあるいは基板Ｗ表面が瞬間的に加熱され膨張されることにより、付着物Ｈを基板Ｗの表面から離脱させる。
【００５０】
これにより、付着物Ｈは、基板Ｗと付着物Ｈ間のファンデルワールス力（引力）が支配的に働く領域Ａから、雰囲気ガスによる流れが作用しない領域Ｂへ引き離される（図５参照）。
【００５１】
離脱用レーザ光ＬＢ１の照射により基板Ｗの表面から付着物Ｈを離脱させた後に、図２（ｂ）に示すように、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の集光を行う集光レンズ４３の位置を光学系制御機構４４によって制御して、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆの位置を基板表面から離れる方向へ移動させる。
【００５２】
光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆを基板Ｗから離れる方向へ移動させることにより、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆにおいて付着物Ｈに対して働く光放射圧が、基板Ｗの表面から付着物Ｈが離れるような方向へ働く。この結果、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の光放射圧により、付着物Ｈは、雰囲気ガスの流れが作用しない領域Ｂから、雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域Ｃへ誘導される（図５参照）。
【００５３】
雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域Ｃへ誘導された付着物Ｈは、雰囲気ガスの流れによって搬送されて、排出口６１により吸引され、付着物Ｈの除去が完了する。
【００５４】
以上のように、特定の位置における付着物Ｈの除去が完了した後に、同様にして、ステージ２を他の付着物Ｈの位置に合わせて移動させて、同様に除去することにより、基板Ｗ上に付着した全ての付着物Ｈの除去が行われる。
【００５５】
上記の本実施形態に係る表面洗浄装置および表面洗浄方法によれば、離脱用レーザ光ＬＢ１の照射により基板Ｗの表面から離脱された付着物は、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の光放射圧によって雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域まで誘導されることから、雰囲気ガスの流れによって付着物が効果的に搬送され、基板表面の別の部分へ再付着することが防止される。
【００５６】
これにより、基板表面から離脱された付着物が再付着することなく確実に除去され、清浄化プロセスの実行時間が短縮される。清浄化プロセスの実行時間が短縮されることによって、少ない設備台数でも要求される清浄化処理の完遂が可能となり、初期投資コストが軽減される。
【００５７】
また、基板Ｗから離れる方向に付着物に対し光放射圧を与えることで、離脱用レーザ光ＬＢ１により基板Ｗから離脱した付着物が、雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域まで移動することが促進されることから、レーザ・クリーニングにおける付着物の除去効率を向上させる。
【００５８】
除去効率が向上することにより、清浄化プロセスの実行回数が低減される。実行回数の低減は清浄化プロセスの実行時間を短縮することになる。同様にして、清浄化プロセスの実行時間が短縮されることによって、少ない設備台数でも要求される清浄化処理の完遂が可能となり、初期投資コストが軽減される。
【００５９】
さらに、付着物に基板から離れる方向の光放射圧が与えられているため、離脱用レーザ光ＬＢ１の出力が低減される。このとき必要とされる離脱用レーザ光ＬＢ１は、付着物と基板表面の化学結合の切断や、付着物あるいは基板表面を瞬間的に加熱し膨張させて距離を離すためのみを達成するような出力に設定できる。
【００６０】
付着物を基板から離脱するために照射される離脱用レーザ光ＬＢ１の出力が低減されることによって、レーザ光照射により損傷が発生する閾値が低い基板に対してもレーザ・クリーニング法を適用することが可能になる。
【００６１】
以上のような効果により、総じて、レーザ・クリーニング法の実用性が高まり、半導体デバイスの製造プロセスにおける歩留まりが向上し、無駄な製造コストおよびリソースが低減され、なおかつ環境問題への対策にもつながる。
【００６２】
第２実施形態
本実施形態では、被処理体となる基板Ｗとして、ステンシルマスクを例にとり、当該ステンシルマスクの開口部分へ入りこんだ付着物を除去する例について説明する。
【００６３】
図３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。なお、第１実施形態と同様の構成要素には同一符号を付してあり、その説明は省略する。
【００６４】
本実施形態では、排出口６１ａが、ステンシルマスクＭの裏側に設置されている。このため、ステージ２はステンシルマスクＭの周囲を保持し、ステンシルマスクＭの裏面側において中空構造をなしている。そして、ステージ２の中空部分に排出口６１ａが設置されている。
【００６５】
次に、上記構成の表面洗浄装置の洗浄動作について、その洗浄原理を示す図４を参照して説明する。
【００６６】
まず、第１実施形態と同様にして、不活性ガス等の雰囲気ガスが層状に流れるために必要な流速となるように、ガス供給口５による雰囲気ガスの供給量および排出口６１ａによる雰囲気ガスの排気量を調整しておく。
ここで、ステンシルマスクＭの裏面側において雰囲気ガスの流れが形成されるようにしておく。これは、ガス供給口５の設置位置を変更することにより実現される。
【００６７】
そして、第１実施形態と同様に、予め表面検査機により測定された付着物Ｈの位置へそれぞれのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２が照射されるように、ステンシルマスクＭを設置したステージ２の制御を行い、ステンシルマスクＭの位置決めを行う。
【００６８】
ステンシルマスクＭの位置決め後、図４（ａ）に示すように、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２を集光レンズ４３によって集光し、ステンシルマスクＭへ照射する。このとき、焦点ＦがステンシルマスクＭの表面より上方に結ばれるように集光レンズ４３の位置決め制御を行う。
【００６９】
光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点ＦがステンシルマスクＭの表面の上方に及ぶように照射した状態で、離脱用レーザ光ＬＢ１としてパルスレーザ光をステンシルマスクＭへ繰り返し照射する。この離脱用レーザ光ＬＢ１の照射により、付着物とステンシルマスク表面の化学結合の切断や、付着物あるいはステンシルマスク表面が瞬間的に加熱・膨張されることにより、付着物ＨがステンシルマスクＭの開口の内表面から離脱する。
【００７０】
現在の段階において、ステンシルマスクＭの開口径は１００ｎｍ弱程度であるため、ステンシルマスクＭの開口の内表面から離脱した付着物は、ステンシルマスクＭと付着物Ｈ間のファンデルワールス力（引力）が支配的に働く領域Ａから、雰囲気ガスによる流れが作用しない領域Ｂへ引き離されている状態にある（図５参照）。すなわち、ステンシルマスクＭの開口内には、有効な雰囲気ガスの流れが形成されていない状態にあるといえる。
【００７１】
従って、上記の離脱用レーザ光ＬＢ１としてパルスレーザ光をステンシルマスクＭへ繰り返し照射している間に、図４（ｂ）に示すように、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆの位置をマスク表面から裏面へ移動させる。これにより、ステンシルマスクＭの開口内に有効な雰囲気ガスの流れが形成されていない状態においても、開口の内表面から離脱した付着物Ｈは、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆに働く光放射圧によって、ステンシルマスクＭの開口内から開口外へと誘導される。
【００７２】
そして、さらに光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の焦点Ｆの位置をステンシルマスクＭの裏面から離れる方向へ移動させることにより、付着物Ｈは、雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域へ誘導される。
【００７３】
雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域へ誘導された付着物Ｈは、雰囲気ガスの流れによって搬送されて、排出口６１ａにより吸引され、付着物Ｈの除去が完了する。
【００７４】
以上のように、特定の位置における付着物Ｈの除去が完了した後に、同様にして、ステージ２を他の付着物Ｈの位置に合わせて移動させて、同様に除去することにより、ステンシルマスクの開口の内表面に付着した全ての付着物Ｈの除去が行われる。
【００７５】
上記の本実施形態に係る表面洗浄装置および表面洗浄方法によれば、離脱用レーザ光ＬＢ１の照射によりステンシルマスクの開口の内表面から離脱された付着物は、光放射圧印加用レーザ光ＬＢ２の光放射圧によってステンシルマスクＭの開口外へ誘導され、さらに、ステンシルマスクＭの裏面側における雰囲気ガスの流れが有効に作用する領域まで誘導されることから、雰囲気ガスの流れによって付着物が効果的に搬送され、ステンシルマスクの開口の内表面へ再付着することが防止される。
【００７６】
これにより、第１実施形態と同様に、ステンシルマスクの開口の内表面から離脱された付着物が再付着することなく確実に除去され、ステンシルマスクの清浄化プロセスの実行時間が短縮される。清浄化プロセスの実行時間が短縮されることによって、少ない設備台数でも要求される清浄化処理の完遂が可能となり、初期投資コストが軽減される。
【００７７】
また、ステンシルマスクＭの表面側から裏面側へと光放射圧を付着物に対し与えることで、雰囲気ガスの流れが有効に作用しないステンシルマスクの開口内から開口外へと付着物を誘導させることにより、レーザ・クリーニングにおける付着物の除去効率を向上させることができる。
【００７８】
除去効率が向上することにより、ステンシルマスクの清浄化プロセスの実行回数が低減される。実行回数の低減は清浄化プロセスの実行時間を短縮することになる。同様にして、清浄化プロセスの実行時間が短縮されることによって、少ない設備台数でも要求される清浄化処理の完遂が可能となり、初期投資コストが軽減される。
【００７９】
さらに、第１実施形態と同様に、付着物にステンシルマスクＭの裏面から離れる方向の光放射圧が与えられているため、離脱用レーザ光ＬＢ１の出力が低減され、レーザ光照射により損傷が発生する閾値が低いステンシルマスクに対してもレーザ・クリーニング法を適用することが可能になる。
【００８０】
以上のような効果により、総じて、レーザ・クリーニング法の実用性が高まり、ステンシルマスクの製造プロセスにおける歩留まりが向上し、無駄な製造コストおよびリソースが低減され、なおかつ環境問題への対策にもつながる。
【００８１】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本実施形態では、光放射圧印加用レーザ光と離脱用レーザ光を用いて、ウェーハ等の基板ＷやステンシルマスクＭに付着した付着物を除去する方法について、一例を上げて説明したが、被処理体に特に限定はない。
【００８２】
また、雰囲気ガスの種類に特に限定はない。さらに、ガス供給口やガス排気口等の位置は、被処理体の表面に有効な雰囲気ガスの流れを形成するように、被処理体に応じて変更すればよい。
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。
【００８３】
【発明の効果】
本発明の表面洗浄装置によれば、被処理体の表面から離脱した付着物が、被処理体の表面に再付着することを防止して、被処理体の清浄度を向上させることができる。このように、被処理体から離脱した付着物が確実に除去されることから、被処理体の洗浄に要する実行時間が短縮され、少ない設備台数でも要求される清浄度を達成することができる。
【００８４】
本発明の表面洗浄方法によれば、被処理体の表面から離脱した付着物が、被処理体の表面に再付着することを防止して、被処理体の清浄度を向上させることができる。このように、被処理体から離脱した付着物が確実に除去されることから、被処理体の洗浄に要する実行時間が短縮される。
【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】第１実施形態に係る表面洗浄装置の洗浄動作において、その洗浄原理を示す図である。
【図３】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４】第２実施形態に係る表面洗浄装置の洗浄動作において、その洗浄原理を示す図である。
【図５】レーザ・クリーニング法によって基板から離脱した付着物の挙動と、基板の表面からの距離との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…チャンバ、２…ステージ、３…離脱用レーザ光照射手段、４…光放射圧印加手段、５…ガス供給口、６…排出手段、１１…搬出入口、１２，１３…光学窓、３１…離脱用レーザ光源、３２…反射ミラー、３３…集光レンズ、３４…光学系制御機構、４１…光放射圧印加用レーザ光源、４２…反射ミラー、４３…集光レンズ、４４…光学系制御機構、６１，６１ａ…排出口、６２…バルブ、６３…付着物ろ過部、６４…吸引機、ＬＢ１…離脱用レーザ光、ＬＢ２…光放射圧印加用レーザ光、Ｗ…基板、Ｍ…ステンシルマスク、Ｈ…付着物。
Claims (7)
- 被処理体の表面に吸着された付着物を離脱させ得る離脱用レーザ光を照射する離脱用レーザ光照射手段と、
雰囲気ガスの流れを形成し、前記付着物を当該雰囲気ガスの流れにより搬送して排出する排出手段と、
前記離脱用レーザ光の照射により前記被処理体から離脱した前記付着物を、前記雰囲気ガスの流れが有効に作用する位置まで誘導するように、前記付着物に対し光放射圧を与える光放射圧印加手段と
を有する表面洗浄装置。 - 前記光放射圧印加手段は、
光放射圧印加用レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記光放射圧印加用レーザ光の焦点位置を前記被処理体の前記表面から接近および離間する方向に制御する光学系と
を有する請求項１記載の表面洗浄装置。 - 前記光源は、前記光放射圧印加用レーザ光として連続波レーザ光を出射する
請求項２記載の表面洗浄装置。 - 前記離脱用レーザ光照射手段は、前記離脱用レーザ光としてパルスレーザ光を照射する
請求項１記載の表面洗浄装置。 - 前記被処理体を保持し、前記被処理体の表面に対する前記レーザ光の照射位置、および前記光放射圧を与える位置を制御する位置決め手段をさらに有する
請求項１記載の表面洗浄装置。 - レーザ光を照射して被処理体の表面に吸着された付着物を離脱させ、離脱させた前記付着物を雰囲気ガスの流れにより搬送して排出する表面洗浄方法であって、
前記レーザ光の照射により前記被処理体から前記付着物を離脱させた後に、前記雰囲気ガスの流れが有効に作用する位置まで前記付着物を誘導するように、前記付着物に対し光放射圧を与える
表面洗浄方法。 - 連続波レーザ光を照射して、当該連続波レーザ光の焦点位置に働く光放射圧を前記付着物に対し与える
請求項６記載の表面洗浄方法。
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