JP2015099937A - 基板洗浄方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に付着している異物（パーティクルやエッチング時の残渣等）をドライ洗浄により良好に除去することができる技術を提供する。【解決手段】アッシング時の酸化によりウエハＷの表面に形成されたシリコン酸化膜８を、フッ化水素ガスによりエッチングすることで、ウエハＷに付着したパーティクルＰをシリコン酸化膜８ごと除去する。このフッ化水素によるエッチング時には、ウエハＷの向きを表面が下を向くように設定し、更にウエハＷを加熱させることにより、パーティクルＰに対して重力に加えて熱泳動力を作用させる。また、アッシング時のシリコン酸化膜８をエッチングした後、更に例えばオゾンガスによりウエハＷの表面を酸化し、次いでフッ化水素ガスによるエッチングを行う連続工程を１回あるいは２回以上実施することで、より一層確実にパーティクルＰを除去することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、基板上に付着している異物を除去する技術に関する。

基板に半導体装置を製造するための一連の工程において、プロセスモジュール内で行われるプロセス中や基板の搬送中に異物であるパーティクルが付着することがあり、そのまま基板に対して後工程が行われて半導体装置が製造されると歩留まりが低下する。このため、発塵抑制のための対策がとられているが、パーティクルが付着しやすいドライエッチングが行われた後の基板は、洗浄ステーションに搬入されて、洗浄処理が行われパーティクルが除去される。

パーティクル除去を目的とした洗浄方法としては、アンモニア水と過酸化水素水との混合液によるリフトオフを利用したウェット洗浄、超音波等により物理的に除去するウェット洗浄、化学反応性ガスにより化学的にパーティクルを除去するドライ洗浄及びガスによる衝撃力を利用したドライ洗浄（エアロゾル洗浄）等が挙げられる。ウェット洗浄は、リフトオフした後のパーティクルが薬液中に移動し排出されるため再付着の懸念はないが、ウォーターマークの生成を回避するために複雑なレシピが必要となり、またパターンの線幅が狭くなると洗浄液の乾燥時に表面張力によりパターン倒れが起こるという問題がある。また、化学的なパーティクル除去では、パーティクルの組成が既知の場合でなければ適用できないし、特定の材質のパーティクルのみしか除去できない。ガスによる衝撃力を利用した洗浄については、パーティクルの除去能力と衝撃によるパターン倒れの起こる確率とがトレードオフの関係であることから、共に適用できる工程が限られている。

特許文献１には、マクスウェル応力、ガス衝撃波、熱応力及び熱泳動力、機械的振動を利用したパーティクル除去について記載されている。また、特許文献２には、ガスクラスターによるパーティクルの物理的な除去について記載されている。しかし、両特許文献共に、本発明で述べるリフトオフを利用したドライ洗浄によるパーティクル除去については記載されていない。

特開２００５−１０１５３９号公報 特開２００１−１３７７９７号公報

本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、基板に付着している異物（パーティクルやエッチング時の残渣等）をドライ洗浄により良好に除去することができる技術を提供することにある。

本発明における基板洗浄方法は、
基板を、表面が下を向くように保持部に保持する工程と、
基板の表面に酸化用のガスを供給して基板の表面を酸化する工程と、
前記保持部に保持された基板の下向きの表面にエッチングガスを供給して、前記工程により酸化された酸化膜をエッチングすることにより、基板の表面に付着している異物を酸化膜ごと除去する除去工程と、を含み、
この除去工程は、重力の作用に加えて、熱泳動力及び静電斥力の少なくとも一方を異物に作用させるために、基板を加熱する工程及び基板を帯電させる工程の少なくとも一方を併用して行われることを特徴とする。

また、他の本発明における基板洗浄方法は、
エッチングマスクを用いて、真空雰囲気にてエッチングガスによりエッチングした後の基板の表面に付着している異物を除去する方法において、
前記エッチング後に真空を破らずに、前記基板を表面が下を向くように保持部に保持する工程と、
前記保持部に保持された基板の下向きの表面にエッチングガスを供給して、当該基板の表層部をエッチングすることにより、基板の表面に付着している異物を表層部ごと除去する除去工程と、を含み、
この除去工程は、重力の作用に加えて、熱泳動力及び静電斥力の少なくとも一方を異物に作用させるために、基板を加熱する工程及び基板を帯電させる工程の少なくとも一方を併用して行われることを特徴とする。

本発明における基板処理装置は、
基板を、表面が下を向くように保持する保持部を内部に有する処理容器と、
前記保持部に保持された基板の表面を酸化するために酸化用のガスを供給する酸化用のガス供給部と、
前記酸化用のガスにより酸化された基板の表面を下向きのままエッチングして、基板の表面に付着している異物を酸化膜ごと除去するためにエッチングガスを基板の表面に供給するエッチングガス供給部と、
基板上の異物に熱泳動力を作用させるために基板を加熱する加熱機構及び基板上の異物に静電斥力を作用させるために基板を帯電させる帯電機構のうちの少なくとも一方と、を備えたことを特徴とする。

また、他の本発明における基板処理装置は、
エッチング用の処理容器を有し、エッチングマスクを用いてエッチングガスにより基板の表面をエッチングするエッチングモジュールと、
前記エッチング用の処理容器に気密に接続され、基板を搬送する基板搬送機構を有する真空搬送室と、
この真空搬送室に気密に接続され、基板を、表面が下を向くように保持するための保持部を内部に有する洗浄用の処理容器と、
前記保持部に保持された基板の表面に付着している異物を表層部ごと除去するためにエッチングガスを基板の表面に供給するエッチングガス供給部と、
基板上の異物に熱泳動力を作用させるために基板を加熱する加熱機構及び基板上の異物に静電斥力を作用させるために基板を帯電させる帯電機構のうちの少なくとも一方と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、異物が付着した基板の表面に対して、ドライ環境下でリフトオフすることにより、ウェット洗浄の場合に問題となっているウォーターマークの生成やパターン倒れ等が起こることなく、基板から異物を遊離させて除去することができる。また、このとき、基板の表面を下方に向けて重力を利用することにより、基板から遊離した大きな異物の基板への再付着を抑制するとともに、基板から遊離した小さな異物については熱泳動や静電気によりその再付着を抑制する。このことにより、基板に対して良好な異物除去処理を行うことができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す概要図である。 上述の基板処理装置に設けられている洗浄モジュールを示す縦断側面図である。 上述の洗浄モジュールに備えられている基板受け渡し機構を示す平面図である。 上述の洗浄モジュールに備えられているガス供給部を示す斜視図である。 洗浄工程における作用を説明する基板部分の概念断面図である。 各力学作用によるパーティクルの移動速度を示す特性図である。 第２の実施形態に係る保持反転機構を示す横断平面図である。 第３の実施形態に係る洗浄モジュールを示す縦断側面図である。 第３の実施形態に係る保持部を示す縦断側面図である。 洗浄処理される基板の他の例を示す縦断面概要図である。 洗浄処理される基板の他の例を示す縦断面概要図である。

本発明の基板洗浄装置の実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。図１は、本発明の基板洗浄装置を含むマルチチャンバシステムをなす基板処理装置１である。図１中１１は大気搬送室であり、この大気搬送室１１には、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハという。）Ｗの搬入出を行うための搬入出ステージ１２とウエハＷの位置決め用のアライメントモジュール１３が隣接して設けられており、これら搬入出ステージ１２、アライメントモジュール１３及び後述のロードロック室１５の間でウエハＷの受け渡しを行う基板搬送機構１４が設けられている。また、大気搬送室１１は、ロードロック室１５を介して真空搬送室１６に接続されている。

この真空搬送室１６には、複数のエッチングモジュール１７と本発明の実施形態に係わる基板洗浄装置である洗浄モジュール２とが気密に接続されている。また、真空搬送室１６には、回転、伸縮自在な基板搬送機構１８が設けられており、ロードロック室１５及び前記各モジュール１７、２との間でウエハＷの受け渡しを行うことができるようになっている。基板処理装置１は制御部１０を備えており、この制御部１０により洗浄モジュール２を含めた各機器の動作を制御している。

次に、洗浄モジュール２について説明する。図２に示すように、洗浄モジュール２は、真空容器である処理容器３を備え、この処理容器３内には、ウエハＷを保持して反転させるための保持反転機構６が設けられている。この保持反転機構６は、図２及び図３に示すように、真空搬送室１６とは反対側の処理容器３の側壁に設けられた回転機構６７、この回転機構６７から処理容器３の中央に向かって水平（図中Ｘ方向）に伸びる回転軸６３、この回転軸６３の先端（回転機構６７と反対側の端）において回転軸６３と直交するように水平（図３中Ｙ方向）に伸びるガイド部材６４を備えている。

このガイド部材６４の両端には、各々Ｘ方向に伸び、互いに同期して近付くように、あるいは遠ざかるように移動する一対のクランプ部材６２、６２が設けられている。これらクランプ部材６２、６２における互いに対向する部位は、ウエハＷの周縁を狭圧保持する（クランプする）ようにウエハＷの周縁に対応する円弧形状になっている。クランプ部材６２、６２を移動する機構としては、ガイド部材６４に沿って伸びると共に、両端部が互いに逆ネジの関係となるようにネジ切りされたボールネジをクランプ部材６２、６２に螺合させ、このボールネジをモータで回転させる機構などにより構成される。この場合、ボールネジを正転、逆転させることで、クランプ部材６２、６２が互いに接近、離隔する動作を行い、ウエハＷのクランプ保持、その解除を行うことができる。また、前記回転機構６７により回転軸６３をＸ方向を軸として１８０°回転させることにより、クランプ部材６２により保持されたウエハＷの向きを表裏逆転、つまりウエハＷの表面を上向きと下向きとの間で反転させることができる。

処理容器３内には、ガス供給部７が備えられている。ガス供給部７は、図４に示すように、空洞のリング状部材の上面に、周方向に沿って、多数のガス吹き付け孔７１が間隔をおいて穿設されている。ガス供給部７の下部には、ガス供給管７２が接続されている。このガス供給管７２は、処理容器３底面を貫通して、処理容器３の下方において分岐しており、その分岐の先では夫々開閉弁を介してフッ化水素（ＨＦ）ガス供給系７６及びオゾン（Ｏ３）ガス供給系７８に接続している。

また、処理容器３内の上部には、例えば赤外線ランプなどの輻射ランプからなる加熱機構４が設けられている。この加熱機構４は、その下方において反転機構６により保持されたウエハＷに向けて赤外線を照射することでウエハＷを加熱することができる。処理容器３の天井部には、排気口５１が形成され、この排気口５１は排気管５２を介して真空排気機構である真空ポンプ５に接続されている。Ｇはゲートバルブ、３１はウエハＷの搬送口である。

次に、本実施形態における洗浄モジュールの作用について説明する。先ず、これから処理されるウエハＷを複数枚収納したキャリアが、基板処理装置１の搬入出ステージ１２に載置される。大気搬送室１１内の搬送機構１４により、前記キャリアからウエハＷを１枚取り出して、このウエハＷの保持位置をアライメントモジュール１３にて調整した後、ウエハＷをロードロック室１５に搬入する。このウエハＷは、真空搬送室１６の搬送機構１８により受け取られ、真空搬送室１６を介してエッチングモジュール１７に搬入される。エッチングモジュール１７は、真空容器内に平行平板電極をなす上部電極及びウエハＷ載置台を兼用する下部電極が設けられ、これら電極間に高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ化するように構成されている。ウエハＷの表面構造は、ポリシリコン層８３の上にレジストマスクが形成されており、エッチングモジュール１７にて臭化水素（ＨＢｒ）ガスなどのプラズマによりエッチングすることでウエハＷの表面にトレンチやホール（凹部）８５を形成する。次いで、このウエハＷに対して酸素（Ｏ２）プラズマでアッシングすることにより前記レジストマスクが除去され、かつトレンチ８５内部も含めたウエハＷの表面全体に亘って酸化ケイ素（ＳｉＯ２）薄膜８が形成される（図５中（ａ））。

そして、エッチングモジュール１７から搬出されたウエハＷは、被処理面を上に向けた状態でその裏面側にて搬送機構１８により保持され、取り出される。このウエハＷは、この状態のまま、真空搬送室１６及び搬入口３１を介して洗浄モジュール２に搬入される。そして、ウエハＷをクランプ部材６２により挟み込んで保持して、搬送機構１８を少し下降させる。これにより、搬送機構１８から保持反転機構６にウエハＷが受け渡され、続いて搬送機構１８を洗浄モジュール２の外に退出させて、ゲートバルブＧを閉じる。保持反転機構６は、クランプ部材６２に保持されたウエハＷを表裏逆転させる。

しかる後、ウエハＷは、加熱機構４から照射される赤外線により例えば１５０℃〜２００℃に加熱され（図５中（ａ））、この状態でガス供給部７からフッ化水素ガスをウエハＷの表面に供給し、これによりウエハＷの表面のシリコン酸化膜８がエッチングされる。このため、ウエハＷの表面に付着していた異物であるパーティクルＰが、シリコン酸化膜８と共に表面から離れ、ウエハＷの表面付近の気中に浮遊した状態となる（図５中（ｂ））。なお、ウエハＷの表面には、エッチング時の残渣やアッシング時のレジストの滓などが付着しており、本願ではこれらを総称して異物と呼んでいるが、実施形態の説明ではこれらをパーティクルＰと称して説明することとする。シリコン酸化膜８がエッチングされる膜厚は、例えば０．５Å以下と極めて薄い。なお、シリコン酸化膜８のエッチングにより、ウエハＷの表面では水が発生するが、ウエハＷの温度は１５０℃〜２００℃であるため、ドライ環境は保たれる。

ここで、ウエハＷから遊離したパーティクルＰに働く力について説明する。ウエハＷの表面が下向きであることから、パーティクルＰは重力によりウエハＷの表面から離れようとする。また、ウエハＷが加熱されていることから、ウエハＷの界面と下方側空間との間には温度勾配が形成され、このためパーティクルＰには熱泳動力が作用し、パーティクルＰは重力と熱泳動力とによる下向きの力、即ちウエハＷの表面から離れようとする力が作用する。一方、パーティクルＰはブラウン運動をするが、ブラウン運動の方向はランダムであるため、ブラウン運動の影響が重力や熱泳動力に比べて相対的に大きいと、ウエハＷに対してパーティクルＰの再付着が起こり易くなる。

図６は、重力、５℃／ｃｍの温度勾配下での熱泳動及びブラウン運動夫々に由来する、気圧１３．３×１０^３ Ｐａ（１ｔｏｒｒ）におけるパーティクルＰの移動速度の算出結果を示す図である。例えば粒径が０．０７μｍ以上のパーティクルＰの場合には、重力による移動速度の方がブラウン運動による移動速度よりも大きいため、ウエハＷの表面を下に向けることがパーティクルＰの再付着防止に有効である。また、例えば粒径が０．０１μｍ〜１０μｍのパーティクルＰにおいては、５℃／ｃｍの温度勾配下での熱泳動による移動速度の方がブラウン運動による移動速度よりも大きいため、パーティクルＰの再付着防止には、５℃／ｃｍの温度勾配下での熱泳動を利用することが有効である。しかし、この場合でも、ウエハＷの表面を上に向けた場合には、１μｍ以上のパーティクルＰにおいては熱泳動による移動速度よりも重力による移動速度のほうが支配的になるため、パーティクルＰの再付着のリスクが高くなる。

本実施形態では、ウエハＷは表面が下向きの状態のため、重力と熱泳動力により、前述したリフトオフによりウエハＷから遊離したパーティクルＰのウエハＷへの再付着のリスクが軽減される。このことは、大きなパーティクルＰがウエハＷに再付着することを重力により抑制し、微小なパーティクルＰがウエハＷに再付着することを熱泳動により抑制しているということもできる。そして、この遊離パーティクルＰは、ウエハＷへの再付着が抑えられながら、ウエハＷの表面上を流れる気流に運ばれ、排気口５１より排出され、こうしてウエハＷの表面の洗浄処理が行われる。この実施形態では、１回目のリフトオフの後、再度ウエハＷの表面にシリコン酸化膜８を形成してリフトオフを行う。具体的には、１回目のリフトオフの後、オゾンガス供給系７８からガス供給部７を介してウエハＷの表面にオゾンガスを供給する。オゾンによりシリコンが酸化されることで、ウエハＷの表面にシリコン酸化膜８が形成される（図５中（ｃ））。そして、フッ化水素ガス供給系７６からガス供給部７を介してウエハＷの表面にフッ化水素ガスを供給し、リフトオフする（図５中（ｄ））。

ここまでの工程をまとめると、ウエハＷはエッチングモジュール１７にてレジストマスクを除去するために酸素を含むガスによりアッシングすることで酸化され、次いで洗浄モジュール２にてエッチングされ、更に酸化、エッチングされる。即ち、この実施形態では、洗浄モジュール２において、酸化、エッチングの連続工程を行っているが、この連続工程は１回のみであってもよいし、複数回繰り返して行ってもよい。その回数は、エッチングモジュール１７の装置性能などに基づくパーティクルＰの量や、エッチングにより形成されるパターンの線幅などに応じて、適切な値を例えば事前の試験により設定すればよい。

アッシングにより酸化されたウエハＷの表面を洗浄モジュール２にてエッチングし、更に酸化、エッチングを行う利点は次の通りである。図５に示すように、遊離したパーティクルＰにはブラウン運動によるランダムな移動が起こる。微細なトレンチなどの凹部８５内では遊離したパーティクルＰが、重力や熱泳動力により若干は排出される方向に移動しても、このブラウン運動により、再び再付着してしまう可能性がある。そこで、酸化、エッチングを繰り返すことで、パーティクルＰの再付着位置をウエハＷの表層側に移動させていくことで、最終的には高い除去率でパーティクルＰを除去することができる。

上述の実施形態によれば、アッシングにより表面が酸化されたシリコン酸化膜８をフッ化水素ガスによりエッチングしているので、エッチングモジュール１７にてレジストマスクを用いて行ったエッチング時に付着したパーティクルＰがシリコン酸化膜８ごと除去される。そして、フッ化水素によるエッチング時にはウエハＷの向きを表面が下を向くように設定し、更にウエハＷを加熱してパーティクルＰに対して重力に加えて熱泳動力を作用させているので、ウエハＷから遊離したパーティクルＰの再付着が抑えられ、良好なパーティクルＰの除去処理（洗浄処理）を行うことができる。そして、ドライ環境下でウエハＷの表面を洗浄してパーティクルＰを除去するようにしているので、ウォーターマークの生成やパターン倒れ等といった、ウェット洗浄にて取り上げられている課題が解決される。また、アッシング時のシリコン酸化膜８をエッチングした後、更に例えばオゾンガスによりウエハＷの表面を酸化し、次いでフッ化水素ガスによるエッチングを行う連続工程を１回あるいは２回以上実施することで、既述のようにより一層確実にパーティクルＰを除去することができる。

本発明における第２の実施形態について説明する。この実施形態では、重力と共に静電気の斥力を利用しており、装置構成については上述の実施形態とほぼ同様であるが保持反転機構６の構造が異なる。保持反転機構６のクランプ部材６２には、図７に示すように、保持反転機構６に保持されたウエハＷと接触するように電極４４が設けられている。この電極４４は、給電線４５により、処理容器３の外に備えられたスイッチＳＷを介して同じく処理容器３の外に備えられた直流電源１００の負極に接続されている。また、給電線４５は、電極４４側からクランプ部材６２及びガイド部材６４に沿って配線され、回転軸６３及び回転機構６７を介して処理容器３の外に引き出されている。

この場合、ウエハＷを保持反転機構６により保持すると、ウエハＷの周端が電極４４に接触するため、この状態でスイッチＳＷを閉じることにより、ウエハＷはこの電極４４を介してマイナスに帯電する。これにより、ウエハＷ上に付着しているパーティクルＰもマイナスに帯電するため、ウエハＷとパーティクルＰとの間に斥力が生じる。この斥力が、重力と共に、遊離したパーティクルＰの再付着防止のための作用として働く。この実施形態においても、加熱機構４によりウエハＷを加熱することで、パーティクルＰに対して重力、静電斥力に加えて熱泳動力が作用するようにしてもよい。この例において、給電線４５、直流電源１００及び電極４４は、帯電機構を構成している。

本発明における第３の実施形態について、図８及び図９を用いて説明する。この実施形態では、処理容器３の上部に、その下面側にウエハＷを水平に保持するための静電チャックである保持部９が設けられている。この保持部９には、負極側が接地された直流電源１００の正極側に接続された吸着用電極４１が埋設されている。保持部９の表面は誘電体層４３により被覆されており、この誘電体層４３を介してウエハＷを吸着保持する構造になっている。また、この誘電体層４３の一部には、吸着されたウエハＷと接触するように電極４４が設けられている。この電極４４は、給電線４５を介して接地されており、電極４４及び給電線４５は前記吸着用電極４１と絶縁されている。また、この実施形態では、処理容器３の側壁にＺガイド６１が設けられており、保持反転機構６は、図示しない昇降体を介してこのＺガイド６１に昇降自在に設けられている。

搬入口３１を介して処理容器３内に搬入されたウエハＷは、保持反転機構６により受け取られた後、表面が下を向くように反転させられる。そして、保持反転機構６をＺガイド６１に沿って上昇させ、この状態ではウエハＷの上面である裏面を保持部９に接触させる。次いで、スイッチＳＷを閉じて保持部９にウエハＷを吸着させる。次に、クランプ部材６２を開き、保持反転機構６をＺガイド６１に沿って下降させ、洗浄モジュール２内の下部に待機させた後、上述の実施形態同様、洗浄処理を行う。

この場合、スイッチＳＷを閉じてウエハＷを保持部９に吸着した時点で、ウエハＷはマイナスに帯電することになり、上述の第２の実施形態同様、ウエハＷ上に付着しているパーティクルＰもマイナスに帯電するため、ウエハＷとパーティクルＰとの間に斥力が生じる。この斥力が、重力と共に、遊離したパーティクルＰの再付着防止のための作用として働く。この実施形態においても、保持部９に加熱機構として例えばヒータを設け、パーティクルＰに対して重力、静電斥力に加えて熱泳動力が作用するようにしてもよい。この例において、吸着用電極４１、直流電源１００及び電極４４は、帯電機構を構成している。

本発明において洗浄処理されるウエハＷの他の例について以下に列挙する。
（１） 図１０は、単結晶シリコン層８１、シリコン酸化膜８２、ポリシリコン層８３をこの順に積層した積層構造体をシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜と略す）８４をハードマスクとし、エッチングモジュール１７にてエッチングして、積層構造体に凹部８５を形成したウエハＷの表面構造を示している。ポリシリコン層８３及び単結晶シリコン層８１をエッチングするガスとしては、例えば臭化水素と酸素の混合ガスを処理ガスとして用いている。また、シリコン酸化膜８２をエッチングするガスとしては、例えばＣＦ４、Ｃ２Ｆ４などのＣＦ系ガスを用いている。洗浄処理前の時点で、凹部８５の側壁には、エッチング時の副生成物としてシリコン酸化物の残渣物８６及びフッ化炭素化合物８７が図１０のように積層して付着している。洗浄モジュール２では、既述のように表面（被処理面）が下向きとなるようにウエハＷが保持反転機構６に保持され、フッ化水素ガスをウエハＷの表面に供給することにより、前記副生成物であるシリコン酸化物８６が除去され、このときに凹部８５の側壁に付着しているパーティクルＰやシリコン酸化物８６の上に積層されているフッ化炭素化合物８７も一緒に除去される。

この場合においても、フッ化水素ガスによるエッチングを行ってシリコン酸化物の残渣物８６を除去した後、オゾンガスによりポリシリコン層８３及び単結晶シリコン層８１を酸化し、続いてフッ化水素ガスによりエッチングを行ってもよく、更にこの酸化、エッチングの連続工程を２回以上繰り返してもよい。

（２） 図１１は、エッチングモジュール１７にて、ＳｉＮ膜８４をハードマスクとしてシリコン酸化膜８２をエッチングした後のウエハＷの表面構造を示している。シリコン酸化膜８２をエッチングするガスとしては既述のように例えばＣＦ系ガスを用いており、洗浄処理前の時点で凹部８５におけるシリコン酸化膜８２の側壁には、エッチング時の副生成物としてフッ化炭素化合物である残渣物８７が、図１１のように付着している。洗浄モジュール２では、オゾンガスを供給することにより、前記副生成物であるフッ化炭素化合物８７を除去し、このときに凹部８５の側壁に付着しているパーティクルＰも一緒に除去される。

そして、残渣物８７が除去されて露出したシリコン酸化膜８２を、フッ化水素ガスによりエッチングしてもよい。このように更なるエッチングを行うことにより、残渣物８７を除去するときに凹部８５内に再付着したパーティクルＰを除去できる。なお、フッ化水素ガスによりシリコン酸化膜８２をエッチングする場合には、凹部８５の設計寸法の誤差範囲に収まる程度に薄くエッチングすることが必要である。

（３） 上記（１）における基板Ｗの例として、シリコン酸化膜８２の代わりに例えばＡｌ２Ｏ３、ＨｆＯ及びＺｎＯ等の金属酸化膜のいずれかであってもよい。
（１）〜（３）について述べた各ウエハＷに対して洗浄処理を行う場合においても、先の実施形態と同様に熱泳動や静電斥力を利用してもよいことは勿論である。

洗浄処理の対象となるウエハＷの表面をエッチングする膜は、シリコンに限られるものではない。また、ウエハＷの表面をエッチングしてパーティクルＰを除去するにあたり、エッチングの前に酸化処理を行うことが必須ではなく、ウエハＷの表面の膜とこの膜をエッチングできるガスとの組み合わせが成り立つならば（例えば、先の他の実施形態の（２））、洗浄モジュール２に搬入されたウエハＷに対してそのままエッチングを行うようにしてもよい。また、パーティクルＰを除去するためのエッチングは、エッチングガスをプラズマ化するようにしてもよく、この場合には例えば処理空間に電力を供給する例えば誘導コイルを処理容器３の中あるいは外に設けるようにすればよい。

また、既述の例では、洗浄モジュール２内でウエハＷの表面を酸化し、次いでエッチングを行っているが、ウエハＷの表面の酸化処理については処理容器３の外、つまり図１の例でいえば、エッチングモジュール１７にて行い、その後洗浄モジュール２にてエッチングを行う場合であっても、本発明の範囲に含まれる。更にまた、洗浄モジュール２は、マルチチャンバシステムの中に組み込まれることに限定されるものではなく、スタンドアローン（単体の装置）として構成してもよい。

Ｇ ゲートバルブ
Ｗ 半導体ウエハ
Ｐ パーティクル
１ 基板処理装置
１０ 制御部
１１ 大気搬送室
１２ 搬入出ステージ
１３ アライメントモジュール
１４ 大気搬送室の搬送機構
１５ ロードロック室
１６ 真空搬送室
１７ エッチングモジュール
１８ 真空搬送室の搬送機構
２ 洗浄モジュール
３ 処理容器
３１ 搬入口
４ 加熱機構
４４ 電極
４５ 給電線
５ 真空ポンプ
５１ 排気口
５２ 排気管
６ 保持反転機構
６２ クランプ部材
６３ 回転軸
６４ ガイド部材
６７ 回転機構
７ ガス供給部
７１ ガス吹き付け孔
７２ ガス供給管
７６ フッ化水素ガス供給系
７８ オゾンガス供給系
８ 半導体ウエハに形成された酸化膜

本発明における基板洗浄方法は、
真空雰囲気中にて基板を、表面が下を向くようにクランプ部材からなる保持部により周縁側から挟んで保持する工程と、
基板の表面に酸化用のガスを供給して基板の表面を酸化する工程と、
前記保持部に保持された基板の下向きの表面にエッチングガスを供給して、前記工程により酸化された酸化膜をエッチングすることにより、基板の表面に付着しているパーティクルを酸化膜ごと除去する除去工程と、を含み、
この除去工程は、真空雰囲気中で重力の作用に加えて、熱泳動力をパーティクルに作用させるために、基板を加熱する工程を併用して行われ、前記基板を加熱する工程は、ブラウン運動によるパーティクルの移動速度よりも熱泳動力によるパーティクルの移動速度を大きくするために基板を加熱する工程であることを特徴とする。

また、他の本発明における基板洗浄方法は、
エッチングマスクを用いて、真空雰囲気にてエッチングガスによりエッチングした後の基板の表面に付着しているパーティクルを除去する方法において、
前記エッチング後に真空を破らずに、前記基板を表面が下を向くようにクランプ部材からなる保持部により周縁側から挟んで保持する工程と、
前記保持部に保持された基板の下向きの表面にエッチングガスを供給して、当該基板の表層部をエッチングすることにより、基板の表面に付着しているパーティクルを表層部ごと除去する除去工程と、を含み、
この除去工程は、真空雰囲気中で重力の作用に加えて、熱泳動力をパーティクルに作用させるために、基板を加熱する工程を併用して行われ、前記基板を加熱する工程は、ブラウン運動によるパーティクルの移動速度よりも熱泳動力によるパーティクルの移動速度を大きくするために基板を加熱する工程であることを特徴とする。

本発明における基板処理装置は、
基板を、表面が下を向くように周縁側から挟んで保持するクランプ部材からなる保持部を内部に有し、その内部が真空雰囲気とされる処理容器と、
前記保持部に保持された基板の表面を酸化するために酸化用のガスを供給する酸化用のガス供給部と、
前記酸化用のガスにより酸化された基板の表面を下向きのままエッチングして、基板の表面に付着しているパーティクルを酸化膜ごと除去するためにエッチングガスを基板の表面に供給するエッチングガス供給部と、
基板上のパーティクルに熱泳動力を作用させて、ブラウン運動によるパーティクルの移動速度よりも熱泳動力によるパーティクルの移動速度を大きくするために基板を加熱する加熱機構と、を備えたことを特徴とする。

また、他の本発明における基板処理装置は、
エッチング用の処理容器を有し、エッチングマスクを用いてエッチングガスにより基板の表面をエッチングするエッチングモジュールと、
前記エッチング用の処理容器に気密に接続され、基板を搬送する基板搬送機構を有する真空搬送室と、
この真空搬送室に気密に接続され、基板を、表面が下を向くように周縁側から挟んで保持するためのクランプ部材からなる保持部を内部に有し、その内部が真空雰囲気とされる洗浄用の処理容器と、
前記保持部に保持された基板の表面に付着しているパーティクルを表層部ごと除去するためにエッチングガスを基板の表面に供給するエッチングガス供給部と、
基板上のパーティクルに熱泳動力を作用させて、ブラウン運動によるパーティクルの移動速度よりも熱泳動力によるパーティクルの移動速度を大きくするために基板を加熱する加熱機構と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、異物が付着した基板の表面に対して、ドライ環境下でリフトオフすることにより、ウェット洗浄の場合に問題となっているウォーターマークの生成やパターン倒れ等が起こることなく、基板から異物を遊離させて除去することができる。また、このとき、基板の表面を下方に向けて重力を利用することにより、基板から遊離した大きな異物の基板への再付着を抑制するとともに、基板から遊離した小さな異物については熱泳動によりその再付着を抑制する。このことにより、基板に対して良好な異物除去処理を行うことができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す概要図である。 上述の基板処理装置に設けられている洗浄モジュールを示す縦断側面図である。 上述の洗浄モジュールに備えられている基板受け渡し機構を示す平面図である。 上述の洗浄モジュールに備えられているガス供給部を示す斜視図である。 洗浄工程における作用を説明する基板部分の概念断面図である。 各力学作用によるパーティクルの移動速度を示す特性図である。 洗浄処理される基板の他の例を示す縦断面概要図である。 洗浄処理される基板の他の例を示す縦断面概要図である。

本発明において洗浄処理されるウエハＷの他の例について以下に列挙する。
（１） 図７は、単結晶シリコン層８１、シリコン酸化膜８２、ポリシリコン層８３をこの順に積層した積層構造体をシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜と略す）８４をハードマスクとし、エッチングモジュール１７にてエッチングして、積層構造体に凹部８５を形成したウエハＷの表面構造を示している。ポリシリコン層８３及び単結晶シリコン層８１をエッチングするガスとしては、例えば臭化水素と酸素の混合ガスを処理ガスとして用いている。また、シリコン酸化膜８２をエッチングするガスとしては、例えばＣＦ４、Ｃ２Ｆ４などのＣＦ系ガスを用いている。洗浄処理前の時点で、凹部８５の側壁には、エッチング時の副生成物としてシリコン酸化物の残渣物８６及びフッ化炭素化合物８７が図７のように積層して付着している。洗浄モジュール２では、既述のように表面（被処理面）が下向きとなるようにウエハＷが保持反転機構６に保持され、フッ化水素ガスをウエハＷの表面に供給することにより、前記副生成物であるシリコン酸化物８６が除去され、このときに凹部８５の側壁に付着しているパーティクルＰやシリコン酸化物８６の上に積層されているフッ化炭素化合物８７も一緒に除去される。

（２） 図８は、エッチングモジュール１７にて、ＳｉＮ膜８４をハードマスクとしてシリコン酸化膜８２をエッチングした後のウエハＷの表面構造を示している。シリコン酸化膜８２をエッチングするガスとしては既述のように例えばＣＦ系ガスを用いており、洗浄処理前の時点で凹部８５におけるシリコン酸化膜８２の側壁には、エッチング時の副生成物としてフッ化炭素化合物である残渣物８７が、図８のように付着している。洗浄モジュール２では、オゾンガスを供給することにより、前記副生成物であるフッ化炭素化合物８７を除去し、このときに凹部８５の側壁に付着しているパーティクルＰも一緒に除去される。

（３） 上記（１）における基板Ｗの例として、シリコン酸化膜８２の代わりに例えばＡｌ２Ｏ３、ＨｆＯ及びＺｎＯ等の金属酸化膜のいずれかであってもよい。

Claims (4)

1. 真空雰囲気中にて基板を、表面が下を向くようにクランプ部材からなる保持部により周縁側から挟んで保持する工程と、
   基板の表面に酸化用のガスを供給して基板の表面を酸化する工程と、
   前記保持部に保持された基板の下向きの表面にエッチングガスを供給して、前記工程により酸化された酸化膜をエッチングすることにより、基板の表面に付着しているパーティクルを酸化膜ごと除去する除去工程と、を含み、
   この除去工程は、真空雰囲気中で重力の作用に加えて、熱泳動力をパーティクルに作用させるために、基板を加熱する工程を併用して行われ、前記基板を加熱する工程は、ブラウン運動によるパーティクルの移動速度よりも熱泳動力によるパーティクルの移動速度を大きくするために基板を加熱する工程であることを特徴とする基板洗浄方法。
2. エッチングマスクを用いて、真空雰囲気にてエッチングガスによりエッチングした後の基板の表面に付着しているパーティクルを除去する方法において、
   前記エッチング後に真空を破らずに、前記基板を表面が下を向くようにクランプ部材からなる保持部により周縁側から挟んで保持する工程と、
   前記保持部に保持された基板の下向きの表面にエッチングガスを供給して、当該基板の表層部をエッチングすることにより、基板の表面に付着しているパーティクルを表層部ごと除去する除去工程と、を含み、
   この除去工程は、真空雰囲気中で重力の作用に加えて、熱泳動力をパーティクルに作用させるために、基板を加熱する工程を併用して行われ、前記基板を加熱する工程は、ブラウン運動によるパーティクルの移動速度よりも熱泳動力によるパーティクルの移動速度を大きくするために基板を加熱する工程であることを特徴とする基板洗浄方法。
3. 基板を、表面が下を向くように周縁側から挟んで保持するクランプ部材からなる保持部を内部に有し、その内部が真空雰囲気とされた処理容器と、
   前記保持部に保持された基板の表面を酸化するために酸化用のガスを供給する酸化用のガス供給部と、
   前記酸化用のガスにより酸化された基板の表面を下向きのままエッチングして、基板の表面に付着しているパーティクルを酸化膜ごと除去するためにエッチングガスを基板の表面に供給するエッチングガス供給部と、
   基板上のパーティクルに熱泳動力を作用させて、ブラウン運動によるパーティクルの移動速度よりも熱泳動力によるパーティクルの移動速度を大きくするために基板を加熱する加熱機構と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
4. エッチング用の処理容器を有し、エッチングマスクを用いてエッチングガスにより基板の表面をエッチングするエッチングモジュールと、
   前記エッチング用の処理容器に気密に接続され、基板を搬送する基板搬送機構を有する真空搬送室と、
   この真空搬送室に気密に接続され、基板を、表面が下を向くように周縁側から挟んで保持するためのクランプ部材からなる保持部を内部に有し、その内部が真空雰囲気とされた洗浄用の処理容器と、
   前記保持部に保持された基板の表面に付着しているパーティクルを表層部ごと除去するためにエッチングガスを基板の表面に供給するエッチングガス供給部と、
   基板上のパーティクルに熱泳動力を作用させて、ブラウン運動によるパーティクルの移動速度よりも熱泳動力によるパーティクルの移動速度を大きくするために基板を加熱する加熱機構と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。

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