JP4929042B2 - ウエハエッジクリーナー - Google Patents

Description

本発明はウエハエッジクリーナーに係り、特に、半導体製造において被処理体であるウエハの外周部に付着した不要物の除去を行うのに適したウエハエッジクリーナーに関する。

DRＡＭやマイクロプロセッサ等の半導体装置の製造工程において、歩留まりを向上させるためには、異物粒子の発生を低減させることが重要である。異物粒子の発生要因の１つとして、エッチング処理やＣＶＤ処理等のウエハ処理工程において被処理体であるウエハの裏面外周部に堆積膜が生成され、該堆積膜が例えば被処理体の搬送中に剥がれて異物粒子となることが挙げられる。ここで、エッチング処理工程で被処理体の裏面外周に堆積物が付着する原因について図１５を用いて説明する。

一般に、プラズマ処理装置内に設置されている被処理体を戴置するための下部電極５２は、該下部電極５２の上面がプラズマ粒子の入射により消耗しないようにするため、被処理体２が１〜２ｍｍ程度はみ出して下部電極の被処理体戴置面に戴置されるようになっている。プラズマ９３中で生成されたイオン９４はプラズマから被処理体に垂直に入射する。そのため、下部電極の被処理体戴置面からはみ出した被処理体の裏面外周など、プラズマから見て陰になっている部位にはイオンの入射はほとんど無い。対して中性粒子９５はさまざまな角度で被処理体やフォーカスリング５３などに入射し、被処理体や電極などで跳ね返されながらプラズマから見て陰になっている部位に入り込むことができる。被処理体の裏面外周部は堆積性の中性粒子が付着してもイオンの入射による衝撃で除去されることが無いため、結果として堆積物５１が付着する。この現象は特に新しい半導体材料の採用や半導体装置の微細化の進展により堆積性の強い処理ガスが多用されるようになってから顕著になっている。

このようにしてウエハ処理工程において付着した被処理体裏面外周の堆積物を除去する方法については、これまでにいくつかの方法が提案されている。例えば、特許文献１にあるように、エッチング処理を行うプラズマ処理室内において、被処理体の裏面外周に沿ってクリーニングのためのプラズマを生成することにより除去する方法がある。

また、特許文献２〜６にあるように、反応性ガスにより被処理体裏面外周部に付着した堆積物を活性化して除去する方法が提案されている。すなわち、特許文献２には、ウエハの表面や裏面に、ノズルから反応性ガスの流れを供給すると共に光を照射し、不要な膜を除去する構成が開示されている。特許文献３には、基材の外周部を案内路に位置させ、この案内路に不要物除去のための反応性ガスを導入し、基材の外周部に沿って流す構成が開示されている。

特許文献４には、基材をステージに支持し、この基材の外周部に吹出しノズルからオゾン等の反応性ガスを供給すると共に、基材の上側に配置された照射部からレーザーを収束照射する構成が開示されている。

さらに、特許文献５や特許文献６には、ステージ上にウエハを支持し、加熱器でウエハ裏面外周部を局所加熱すると共に、この局所加熱された部位の近傍の反応性ガス吹出し口から不要膜除去のための反応性ガスを吹出す構成が開示されている。

特開２００６−３１９０４３号公報 ＵＳ２００５／０２８４５６８ Ａ１ 特開２００６−２８７１７０号公報 特開２００６−４９８７０号公報 特開２００６−４９８６９号公報 特開２００６−２８７１６９号公報

特許文献１に開示された方法、すなわち、エッチング等を行うプラズマ処理室内において、被処理体の裏面外周部に付着した堆積物を除去する場合、そもそもプラズマ処理室がこの堆積物を除去することに特化した装置でないため、その除去速度は速いとは限らない。また、この堆積物を除去している間は次の被処理体のエッチング等の処理ができないため、スループットが低下する。

一方、特許文献２〜６に開示された反応性のガスを被処理体裏面外周部に供給し化学的な反応により除去する方法において、レーザーやランプにより被処理体の裏面外周部を過熱する場合、被処理体の裏面外周部の過熱に伴って被処理体表面に形成されている微細パターンも同時に加熱してしまい、該微細パターンがダメージを受ける恐れがある。また、微細パターンの形成されている部分が過剰に加熱されないようにするため、被処理体の裏面外周部分を過熱しながらも、それ以外の部分は冷却する必要があり、被処理体を戴置するステージに冷却能力の大きい冷却機構を設置していた。そのため、ステージの構造が複雑となり、除去装置のコストが高くなる等の問題があった。

さらに、化学的な反応を用いる従来の方式では、堆積膜の表層から徐々に深さ方向に削り取るように除去するため、深さ（厚さ）方向の除去速度という概念が存在する。例えば除去速度が１０００ｎｍ／ｓｅｃで、除去すべき堆積膜の厚さが１００ｎｍである場合、除去に必要な時間は０．１秒となる。もし、除去処理に費やした時間が０．０５秒であると、厚さ５０ｎｍの堆積膜が除去されずに残ってしまうことになる。従って、除去速度の観点から被処理体１枚当たりの処理時間の短縮にはおのずと限界が生じることになる。そのため、ウエハの処理工程と、その処理に伴いウエハに付着した堆積膜の除去処理工程とを含めた全体の処理工程の時間が長くなり、スループットが低下する。

本発明の目的は、被処理体であるウエハの外周に付着した不要物を低コストで除去できるウエハエッジクリーナーを提供することにある。

本発明の他の目的は、被処理体であるウエハの外周に付着した不要物を高スループットで除去できるウエハエッジクリーナーを提供することにある。

本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。即ち、本発明のウエハエッジクリーナーは、略大気雰囲気の除去処理室と、該除去処理室内に配置されウエハを戴置するためのステージと、該ステージを周方向に回転するための回転機構と、前記ウエハに照射するパルスレーザー光を生成するパルス発振型のレーザー光源とを備え、前記レーザー光源から、ピークパワー密度が３０ｋＷ／ｍｍ ^２ 以上のパルスレーザー光を前記ウエハの裏面外周部に照射することにより、前記ウエハの裏面外周部に付着した不要物を気化させて除去することを特徴とする。

本発明によれば、被処理体の外周に付着した不要物を低コストで除去できる。また、被処理体の外周に付着した不要物を高スループットで除去できる。

本発明の代表的な実施例によれば、ウエハエッジクリーナーは、パルス発振型のレーザー光源と、ウエハを戴置するためのステージと、該ステージを周方向に回転させための回転機構とを用い、レーザー光のピークパワー密度が３０ｋＷ／ｍｍ^２以上のパルスレーザー光を被処理体裏面外周部に照射することにより、瞬間的な加熱によって被処理体裏面外周部に付着した堆積物を気化させて除去する。

パルスレーザー光の照射によって、該堆積膜が蒸発する程度の温度まで被処理体裏面外周部を局所的に加熱し該堆積膜を気化させて除去しても、被処理体の裏面外周部以外の部分の温度上昇を十分抑えることができる。そのため、化学的反応によって該堆積膜を除去するために用いていた反応性ガスの供給機構等が不要となり、除去装置のコストが安くなる。

また、パルスレーザーによる加熱により堆積物を蒸発させる方式により、堆積膜の表層から下層まで一括して加熱し、瞬時に蒸発させることになる。そのため、化学的な反応を用いる方式と比べて処理にかかる時間を大幅に短縮し、スループットを向上できるメリットがある。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

まず、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１はウエハエッジクリーナーの装置全体の概要を示している。図２と図３は、第１の実施形態の動作を説明するためのものであり、各々図１の一部を拡大して示したものである。ウエハエッジクリーナーは、略大気雰囲気の除去処理室１を有し、その内部に設置されたステージ４に被処理体２であるウエハが設置される。該ステージには、被処理体を周方向に回転できるようにするための回転機構５８及びその制御装置が取り付けられている。また被処理体の回転中に被処理体がステージからずれないようにするため、被処理体をステージに真空チャックできるように構成されている。すなわち、この真空チャックのため、ステージ４の被処理体戴置面にはガスの流路が設置してあり（図示せず）、被処理体をステージに固定する際は、該流路内をドライポンプ５６によって減圧排気する。

本実施例では、ガスの流路にドライエアーを供給するためのドライエアー源８５を接続してあり、被処理体をステージからはずす際は、該ガスの流路に処理ドライエアーを供給する。ここでドライエアーとは露点温度０℃以下の低露点のエアーとする。被処理体を戴置するステージの直径W1は、被処理体の裏面外周に堆積物が付着する工程にて用いたプラズマ処理装置の被処理体を戴置するための電極おける被処理対戴置面の直径W2よりも小さくし、被処理体の裏面外周部の堆積物が付着した部分がステージから十分はみ出るようになっている。そして、被処理体を周方向に回転させながら被処理体裏面外周に付着した堆積物にパルス状のレーザー光を照射して堆積物を除去する。

レーザー光はレーザー光源６０から放出され、ミラー７２で反射させる。ミラーで反射したレーザー光をレンズ７１で所定のビーム径に調節し、被処理体の裏面外周部に照射する。被処理体における照射位置は、該ミラーの角度と水平方向の位置によって調整する。該ミラーはミラー位置制御器７３に取り付けられている。ウエハエッジクリーナーは、ミラーの位置や角度を制御できるミラー制御機構を備えている。これにより、例えば図２に示したようにレーザー光が被処理体の最外周部を照射したり、図３に示したように最外周からやや内側の部分を照射したりできる。また、被処理体の中心とステージの回転軸の中心がややずれた場合は、そのずれ量に応じて、被処理体の回転とミラー位置を連動させるようにしてもよい。

また、除去処理室内にはフォトダイオード等の光検出器６４−１を設置してあり、ミラーを動かしながら、被処理体のエッジで反射したレーザー光を検出することで、被処理体の外周位置を検出できるように構成されている。例えば、図２のようにレーザー光が被処理体の最外周部に照射されているときは、レーザー光が被処理体のコーナー部（湾曲部）で反射されて一部の光は光検出器６４に入射する（図２中の（ｉ）の線）。対して、図３のように被処理体の最外周部のコーナー部にレーザー光が照射されていないときは、被処理体のエッジでの散乱光を検出するための光検出器にほとんどレーザー散乱光は入射しない。従って、ミラーを少しずつ動かして、光検出器でレーザー散乱光をモニタすることにより、レーザーが最外周部を照射しているかを判定することができる。

被処理体からはずれたレーザー光が天板や除去処理室内で跳ね返り被処理体の表面の微細パターンを照射すると、その部分が局所的に加熱され、微細構造が破壊されてしまう恐れがある。そこで、被処理体を外れたレーザー光はビームダンパー６２にて終端されるようにするため、被処理体の上方にはハーフミラー７４を設置し、レーザー光を所定の方向に反射させるように構成されている。

また、ハーフミラーにおける光の透過方向には光検出器６４−２を設置し、光検出器６４−１と同様に、レーザー光の検出によって被処理体のエッジを検出するように構成されている。即ち、図２のように被処理体の最外周をレーザーが照射されている時は、レーザーの一部は被処理体をはずれ、ハーフミラー７４に到達し、一部の光はハーフミラーを透過して光検出器に入る。

対して、図３に示したように、レーザー光を被処理体外周からやや内側を照射している時は、ハーフミラーにレーザー光が到達しないため、ハーフミラーの透過方向に設置された光検出器６４−２にはレーザー光は入射しない。そのため、光検出器６４−２でレーザー光の入射をモニタしながらミラーの位置を調整すれば、被処理体の外周を検出することができる。なお、ハーフミラーではほとんどの例えば９８％の光を反射してビームダンパーにて終端し、わずかな例えば２%程度の光が透過して光検出器６４−２に入射するような反射・透過率のハーフミラーを用いるのが良い。

レーザー照射により蒸発した堆積物が被処理体に再び付着しないようにするため、ステージ４に対向してシャワープレート５が設置されており、該シャワープレートから被処理体に向ってドライエアーを供給するように構成されている。このエアーの流れにより、蒸発した堆積物が被処理体に飛来するのを阻止することができる。また、被処理体のレーザー照射位置とステージとの間にもドライエアーを供給できるように、ガス導入ノズル８８が設置されている。真空チャックによって被処理体を固定する際、ステージと被処理体のわずかな隙間から空気を吸い込む恐れがあり、蒸発した堆積物を含んだエアーを吸引すると、被処理体の裏面やステージを汚染してしまう。これを阻止するために、ガス導入ノズル８８からドライエアーを供給することにより、真空チャックにより吸い込むガスはドライエアーとし、またレーザー照射により蒸発した堆積物は被処理体の外周方向へ輸送されるように構成されている。なお、シャワープレートから供給するエアーや被処理体の裏面外周付近に供給するエアーは、酸素、窒素、CF系ガスなど、空気以外のガスでもよい。

また、ウエハエッジクリーナーの除去処理室の内壁は蒸発した堆積物の再付着により汚れるため、内壁部材として取り外して交換可能なスワップパーツを用いるとよい。また、除去処理室内ではレーザー照射によって堆積物を蒸発させているため、これを含んだエアーは排気ノズル８９により排気され、ドライエアー源８５に戻し、ここで揮発した堆積物を除去するように構成されている。また除去処理室内の圧力は大気に対して負圧とする。排気ノズルは被処理体のレーザー照射位置からできるだけ近い位置に設置するのが望ましい。なお、ウエハエッジクリーナーは、その全体の動作を統括して制御するコントローラ８−１を備えている。

次に、図４（４Ａ、４Ｂ）、図５（５Ａ、５Ｂ）、および図６を参照しながらレーザー光源に必要な仕様について述べる。レーザー光源の特性を示す指標としては波長の他、平均パワー、パルスエネルギー、パルス幅、ピークパワー、パルス周波数などがある。これらの値について、基礎実験に用いたレーザー光源（波長５３２ｎｍのYＡＧレーザー）を例に特性等を説明する。

まず、図４Ａに、平均パワーの例を示す。平均パワーとは１秒間に発振されたレーザー光の積算エネルギーでありパルス周波数に依存する。平均パワーの単位は［Ｗ］（ワット）である。図４Ａの例では平均パワーはパルス周波数１０ｋＨｚで最大値１４Ｗとなっている。パルスエネルギーとはレーザー１パルスあたりのエネルギーであり単位は［Ｊ］（ジュール）である。パルスエネルギーもパルス周波数に依存しており、例を図４Ｂに示す。パルスエネルギーはパルス周波数の低下に伴って増加する傾向がある。なお、平均パワーとパルスエネルギーとパルス周波数は以下の関係式が成り立つ。

平均パワー＝パルスエネルギー×パルス周波数
次に、パルス幅とは、図５ＡにＴｐとして示すようにレーザー１パルスが発振されている時間を示しており、単位は［ｓ］（秒）である。なお、Ｔはパルス間隔（＝パルス周波数に逆比例）を示している。パルス幅もパルス周波数に依存しており、例を図５Ｂに示す。パルス周波数が小さいほどパルス幅は小さくなる。例えば、パルス周波数１０ｋＨｚではパルス幅は約４０ｎｓであるが、パルス周波数１ｋＨでは約１５ｎｓと小さくなる。

次に、ピークパワーとは図５Ａ中に示したように、レーザーが発振されているときの瞬間的な最大パワーを意味しており、単位は［Ｊ／ｓ］である。近似的には、パルスエネルギーとパルス幅を用いて下記の式で示すことができる。

ピークパワー≒パルスエネルギー／パルス幅
ピークパワーは、図６に示すようにパルス周波数に依存している。例えばパルス周波数１０ｋＨｚではピークパワーは約４０ｋＷであるのに対して、１ｋＨｚでは約３００ｋＷに上昇する。

図４から図６に示した特性を有するレーザーを用いて、被処理体裏面外周部の堆積膜の除去を試みた。その結果を次に述べる。図７に、横軸をレーザーピークパワー密度、縦軸を堆積膜の除去厚さとして除去能力を示す。レーザーのビーム断面は略円形で、被処理体の照射位置におけるビームの直径は約０．７ｍｍとした。被処理体は直径３００ｍｍのＳｉウエハ用い、回転速度は約２０秒で１回転（約３ｒｐｍ）とした。ここでピークパワー密度とは、ピークパワーとビーム断面積を用いて下記の式で表されるものとする。

ピークパワー密度＝ピークパワー／ビーム断面積
図７から分かるように、ピークパワー密度が大きいほど除去量が多く、例えば５００ｋＷ／ｍｍ^２では約２５０ｎｍの厚さの堆積膜が除去できる結果となった。対してピークパワー密度が３０ｋＷ／ｍｍ^２では除去量は１０ｎｍ程度であった。また、図７には横軸のピークパワー密度に加えて、大まかにレーザーパルス周波数、平均パワーも示してある。除去量が多いのは平均パワーが低くても、ピークパワー密度が大きいときであり、ピークパワー密度が除去能力を決定していることがわかる。また、図７のデータはすべてウエハの回転速度が同じであるため、パルス周波数が高い方が、１地点あたりのレーザー照射回数は多くなる。除去量が多いのは、パルス周波数が小さい、即ち１地点あたりの照射回数は少ないが、ピークパワー密度が大きいときであり、やはりピークパワー密度が除去能力を決定していることがわかる。なお、図７ではピークパワー密度３０ｋＷ／ｍｍ^２以下における除去能力を示していないが、これは実験ではピークパワー密度が３０ｋＷ／ｍｍ^２より小さい場合は、堆積膜の初期膜厚のばらつきにより除去能力を明確に数値化することができなかったためである。

なお、連続発振型のCＷレーザーでは堆積膜の除去が難しく、ピークパワー密度が大きいパルスレーザーを用いる必要がある。このことを、図８、９を用いて説明する。

まず、図８はパルス発振型レーザーとCＷレーザーについて、被処理体の深さ方向の温度分布を示したものである。なお、パルス発振型レーザーについては概ねピークパワーが投入された瞬間であるものとする。図９は被処理体の表面と裏面の温度の時間変化についてパルス発振型とCＷ型レーザーで比較したものである。図８に示したように、パルス発振型のレーザーの場合、被処理体の裏側に付着した堆積膜に対して堆積膜の蒸発に必要な温度に加熱しても被処理体の表側の温度はほとんど上昇しない。対してCＷレーザーを用いて堆積膜の蒸発に必要な温度まで加熱すると、被処理体表面の温度が、微細パターンにダメージが入る温度を超えてしまう。

次に、図９（図９Ａ、図９Ｂ）により、被処理体の温度の時間変化について説明する。 図９Ａに実線で示したように、パルス発振型レーザーでは、レーザー１パルスが照射される時間は例えば２０ｎｓの一瞬であり、次のレーザーパルスが照射されるまでには１ｍｓ即ち１００００００ｎｓの間隔がある。そのため、図９Ｂに実線で示したように、被処理体裏面外周部を一瞬高温に加熱しても、レーザー１パルスの照射時間よりもはるかに長い時間で熱が拡散するため、被処理体表面側の温度はほとんど上昇しない。対してCＷレーザーでは、図９Ａに破線で示したように常に被処理体裏面外周部を加熱しているため、図９Ｂに示したように被処理体表面側の温度が微細パターンにダメージが入る温度を容易に超えてしまう。以上の理由からピークエネルギーの大きいパルス発振型のレーザーを用いる必要があることがわかる。

このように、本発明によれば、反応性ガス用いることなく、パルスレーザー光を照射することで、堆積物に局部的にかつ瞬間的に、高エネルギーを供給し、照射域の堆積物のみを気化、蒸発させる。局部的にかつ瞬間的に照射するので、供給熱量は限られたものとなり、被処理体表面にはエネルギーが伝達されないようにしている。そのため、レーザー光源から供給されるレーザー光は、パルス間隔の長いものが望ましい。換言すると、パルスレーザーのパルス幅Ｔｐが一周期（パルス間隔）Ｔに占める比率をデューティ比とすると、デューティ比＝０．０１以下とするのが望ましい。例えば、パルス間隔を１ｍｓｅｃとした時、パルス幅は３０ｎｓｅｃとする。この場合ディーティー比は０．００００３である。デューティ比の望ましい範囲はパルス発振型レーザーの発振周波数やウエハ回転速度その等の条件によっても異なるが、１０^−８〜１０^−２とするのが望ましい。

次に、ウエハにダメージが入らないようにするためにはレーザーの平均エネルギーやウエハの回転速度がどれくらいでなければならないかについて、図１０を用いて簡単に説明する。図１０の横軸はレーザーの平均エネルギー、縦軸はウエハ回転速度である。図１０中の実線は、図４〜図６に示した特性のレーザー光源を用い、レーザーの照射スポットの直径約０．７ｍｍ、ピークパワー密度５００ｋＷ／ｍｍ^２で照射しながらウエハを１回転させたときにウエハに投入される熱量を基準とし、ウエハを１回転させる間にウエハに投入される熱量がこれと同じとなるときのレーザー平均パワーとウエハ回転速度の関係を示している。

図１０からわかるように、平均パワーが高いレーザーを用いたときは、ウエハをより速く回転させなければならない。例えば、平均出力約２００ｋＷのレーザー光源を用いた場合、ウエハの回転速度は６７０００ｒｐｍとなる。換言すると、平均パワーが高いレーザーを用いて、ゆっくりウエハを回転させると、ウエハ表面の微細パターン部分が過熱によってダメージを受けることになる。

さらにここで、CＷレーザーを用いた場合について、必要なウエハ回転速度を非常に単純に考える。平均出力約２００ｋＷのCＷレーザー光源を用い、ビーム照径を０．７ｍｍにした場合、ピークパワー密度は５００ｋＷ／ｍｍ^２とみなせる。そして、図１０中に示したように、レーザーの平均エネルギーが２００ｋＷの場合にウエハを約６７０００ｒｐｍの回転速度で１回転させることによりウエハに投入さえる熱量は、平均エネルギー９Ｗ、ピークパワー密度５００ｋＷ／ｍｍ^２のパルスレーザーを用いてウエハを約３ｒｐｍの回転速度で１回転させたときと同じになり、ウエハ表面の微細パターンにダメージは入らないことになる。

しかし、平均エネルギー９Ｗでピークパワーが２００ｋＷ（ピークパワー密度５００ｋＷ／ｍｍ^２）のレーザーで厚さ２５０ｎｍの堆積膜が除去できるにもかかわらず、同じ厚さの堆積膜を除去するのに、平均出力が例えば約２００００倍も大きい２００ｋＷの巨大な出力のCＷレーザーを用いるメリットはない。また、仮にこのような非現実的な巨大出力のレーザー光源を用意したとして、ウエハを６７０００ｒｐｍという非常に高速な速度で回転させるのは事実上不可能である。このことからもCＷレーザーではなく、パルスレーザーを用いるメリットがわかる。

なお、ウエハ表面の微細パターンにダメージが入らないようにするためには、ウエハの回転速度が約３ｒｐｍのとき、レーザーの平均照射パワーは概ね２０Ｗ程度に抑えなければならない（図１０中の破線）。この場合、ダメージが入らないようにするために必要なレーザー平均パワーとウエハ回転速度の関係は
ウエハ回転速度［ｒｐｍ］＞０．１５×レーザーの照射平均エネルギー［Ｗ］
となる。

ただし、係数の０．１５は実験で用いた装置から求めた除去装置固有の値であり、ステージ等のウエハの冷却能力によって変化する。ステージ等のウエハ冷却能力が２倍になれば係数は単純には半分の値になる。

以上述べたように、本実施例のウエハエッジクリーナーによれば、レーザー光のピークパワー密度が３０ｋＷ／ｍｍ^２以上のパルスレーザー光をウエハの裏面外周部に照射することにより、瞬間的な加熱によってウエハ裏面外周部に付着した堆積物を気化させて除去する。パルスレーザー光の照射によって、堆積膜が蒸発する程度の温度までウエハ裏面外周部を局所的に加熱し堆積膜を気化させて除去しても、ウエハの裏面外周部以外の部分の温度上昇を十分抑えることができる。そのため、化学的反応によって堆積膜を除去するために用いていた反応性ガスの供給機構等が不要となり、除去装置のコストが安くなる。また、パルスレーザーによる加熱により堆積物を蒸発させる方式により、堆積膜の表層から下層まで一括して加熱し、瞬時に蒸発させることになる。そのため、化学的な反応を用いる方式と比べて処理にかかる時間を大幅に短縮し、スループットを向上できるメリットがある。

次に、エッチング装置に本発明のウエハエッジクリーナーを組み合わせた第２の実施形態を説明する。本実施例のプラズマ処理装置は、図１１に示したように、プラズマ処理ユニット１０と、このプラズマ処理ユニットで処理された被処理体の裏面外周部の堆積物を除去するためのウエハエッジクリーナー３９、及びシステムコントローラ８−２で構成されている。すなわち、大気側搬送室３３と、ロック室３５と、真空側搬送室３１と、４つのエッチング処理室３０を備えたプラズマ処理装置の大気側搬送室３３に、図１で示したウエハエッジクリーナー（除去処理室）３９が組み合わされている。プラズマ処理ユニット１０は、本実施例では、４つのプラズマ処理室３０（３０−１〜３０−４）と、２つのロック室３５（３５−１，３５−２）が、真空搬送系（真空搬送室３１及び真空搬送ロボット３２）に接続されている。各プラズマ処理は、真空処理室と、この真空処理室内に設置され被処理体を戴置するための下部電極（試料台）、及び真空処理室内にプラズマを生成するための高周波電磁界の供給源や処理ガスの供給源などを有する。また各真空処理室には、室内減圧用のターボ分子ポンプが接続されている（図示略）。大気側搬送室３３は、大気／真空雰囲気切替え用のロック室３５を介して真空搬送系に接続されている。大気側搬送室３３には、被処理体を搬送するための大気搬送ロボット３４と、被処理体２を回転させながら被処理体のノッチ位置や被処理体の中心を検出するためのアライナー３６が設置されている。また、大気側搬送室３３には、被処理体を収納するフープ３８を設置するため、ウエハステーション３７も設置されている。

大気側搬送室３３には、さらに、被処理体の外周辺部のクリーニングを行なうウエハエッジクリーナー３９が接続されている。システムコントローラ８−２は、プラズマ処理ユニット及びウエハエッジクリーナーにおけるウエハの搬送、エッチング処理、除去処理の全体を制御する。

フープ３８から大気搬送ロボット３４により一枚ごとに取り出されたウエハはロック室３５を経て真空搬送系により真空処理室内に搬入され、エッチング処理される。処理済みのウエハは、真空搬送系によりロック室３５に搬出され、大気搬送ロボット３４により、ロック室３５からアライナー３６に搬送され、位置決めされた後、ウエハエッジクリーナー３９に搬送される。ここで、プラズマ処理ユニットにおける処理に伴い被処理体の裏面外周部に付着した堆積物が除去される。除去処理の完了したウエハは、大気搬送ロボット３４によりフープ３８に回収される。

この実施形態では、特に、ウエハエッジクリーナーをエッチング装置と組み合わせて用いる場合において、ウエハのエッチング処理に伴いウエハの裏面外周部に付着した不要な堆積膜をムラ無く除去するために必要な、レーザーのパルス周波数と被処理体の回転速度の関係について述べる。これは１枚の被処理体における堆積物の除去に必要な時間を決定する。

エッチング処理室において、被処理体のエッチング処理にかかる時間を被処理体１枚当たり２分とすると、処理室を４つ備えたプラズマ処理装置では毎分２枚の被処理体のエッチング処理が可能である。エッチング処理した被処理体をウエハエッジクリーナーで滞り無く処理するためには、３０秒に１枚の速度で被処理体裏面外周部の堆積膜を除去する能力が必要である。

この場合、ウエハエッジクリーナーにおけるウエハステージの回転速度は２ｒｐｍ（３０秒／回）より速い速度が要求される。ここで、被処理体の回転速度とレーザーパルス周波数の望ましくない組み合わせの例として、被処理体の回転速度約６ｒｐｍ（約１０秒／回）、レーザーパルス周波数約１００Ｈｚのときの堆積物除去結果を図１２Ａに示す。５１は堆積物、１０１はウエハエッジを示す。図１２Ａには丸型の模様１０２が見られるが、これはレーザー１ショット毎の除去痕である。このような除去痕１０２が見られるのはレーザーパルス周波数が小さい一方で、ウエハの回転速度が速すぎるためである。ある１地点におけるレーザーの平均照射回数はウエハの回転速度［ｒｐｓ］（回転数／秒）とレーザーパルス周波数［Ｈｚ］、レーザー照射径（幅）［ｍ］、ウエハ径（直径）［ｍ］を用いて概ね以下の式で示される。

平均照射回数＝レーザー照射径×レーザーパルス周波数／（ウエハ径×π×ウエハ回転速度）
もし、平均照射回数が１回であると、照射スポット（除去痕１０２）は図１２のＡのようになり、平均照射回数が２回だと照射スポットは図１２Ｂのようになる。被処理体を１回転させる間に、堆積物を完全に除去するためには、照射回数は少なくとも１回よりは多くなければならない。この場合、下記式を満たす必要がある。

ウエハ径×π×ウエハ回転速度＜レーザー照射径×レーザーパルス周波数
例えば、レーザー照射径１ｍｍ、ウエハ回転速度０．０５ｒｐｓ（２０秒／回）、ウエハ径３００ｍｍにおいて、平均照射回数を１回以上にするためには、レーザーパルス周波数は１２０Ｈｚ以上でなければならないことになる。

本実施例によれば、被処理体の外周に付着した不要物を簡単な構造、換言すると低コストで除去可能なウエハエッジクリーナーを提供することができる。また、化学的な反応を用いる方式と比べて処理にかかる時間を大幅に短縮し、スループットを向上できるメリットがある。さらに、エッチング処理室からロック室を介して大気搬送装置により直接ウエハエッジクリーナーに処理済のウエハを搬送し、除去処理の完了したウエハを元のフープ３８に回収するので、ウエハの外周に付着した不要物を高スループットで除去できる。また、被処理体の裏面外周部に堆積物が付着したウエハをフープに収容することにより該堆積物がフープ内で剥離しフープ内を汚染するといった恐れがなくなるメリットがある。

次に、図１３（図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ）及び図１４により、本発明の第３の実施形態について説明する。

上記までは照射するレーザーの断面径状は円形を考えてきたが、次にレーザーの断面形状や大きさについて述べる。既に述べたように堆積膜除去にはピークパワー密度が重要である。ピークパワー密度を上げるためには、レーザー光源にピークパワーの高いものを用いるか、レーザーの照射径を小さくする方法がある。レーザー断面形状が円形で照射位置でのビーム直径が堆積膜の付着幅より小さい場合、図１３Ａのように例えば最初に被処理体エッジ部分の堆積膜を除去し、次にミラー７２の位置をずらして被処理体の内側部分の堆積膜を除去する方法がある。１００はレーザー照射スポットを示す。図１３Ａの例ではウエハを少なくとも２回転させる必要がある。もし被処理体１回転で完全に除去しようとすると、レーザー照射径を拡大しなければならない。もし、断面が円形のまま拡大すると図１３Ｂのようになる。仮にレーザーの照射径を２倍にしたとするとレーザーの照射断面積は４倍になるため同じ仕様のレーザー光源を用いた場合、ピークパワー密度は図１３Ａの場合と比べて１／４に低下する。

対して、図１４のように例えばシリンドリカルレンズ７１を用いて楕円状に拡大して照射すれば、図１３Cのようになる。楕円の短径の寸法は図１３Ａのままとし、長径を２倍にしたとするとピークエネルギー密度は１／２の低下に抑えられる。従って、同じ性能のレーザー光源を用いた場合、図１３Ｂに比べて図１３Ｃはピークパワー密度が２倍になる。即ち、図１３Ｃの場合は、図１３Ｂに比べてレーザー光源に必要なピークエネルギーは半分でよく、レーザー光源の装置コストが安くなるメリットがある。

このように、本実施例によれば、被処理体の外周に付着した不要物を簡単な構造、換言すると低コストで除去可能なウエハエッジクリーナーを提供することができる。また、化学的な反応を用いる方式と比べて処理にかかる時間を大幅に短縮し、スループットを向上できるメリットがある。また、瞬間的に堆積物を気化させて除去する方式のため、ステージに大がかりな被処理体冷却機能を設置する必要がなくなり、装置コストを低減できる。

なお、本発明は、ＣＶＤ装置、スパッタ蒸着装置、真空蒸着装置などのウエハに対する薄膜形成装置や、エッチング処理装置などのウエハに対する微細加工処理装置において、各装置における本来の処理工程でウエハの裏面外周部に付着した不要物を除去する必要のある場合に、広く応用できる。

本発明の第１の実施形態を説明するためのウエハエッジクリーナーの全体の概略図である。 図１の一部を拡大して示した概略図である。 図１の一部を拡大して示した概略図である。 レーザーの特性の例を示す図である。 レーザーの特性の例を示す図である。 第１の実施形態におけるレーザーの特性を説明する図である。 第１の実施形態におけるレーザーの特性を説明する図である。 レーザーの特性の例を示す図である。 第１の実施形態における、被処理体裏面外周部の堆積物を除去結果について説明する図である。 第１の実施形態における、被処理体の温度について説明する図である。 第１の実施形態における、被処理体の温度の時間変化について説明する図である。 第１の実施形態における、被処理体の温度の時間変化について説明する図である。 第１の実施形態における、レーザーパルス周波数が低いときの堆積物除去結果を説明する図である。 エッチング装置に本発明を適用した、第２の実施形態を説明する図である。 第２の実施形態におけるレーザーの照射スポットを説明する図である。 第２の実施形態におけるレーザーの照射スポットを説明する図である。 第３の実施形態におけるレーザーの照射スポットを説明する図である。 第３の実施形態におけるレーザーの照射スポットを説明する図である。 第３の実施形態におけるレーザーの照射スポットを説明する図である。 第３の実施形態におけるレーザーの光学系を説明する図である。 被処理体の裏面外周に堆積物が付着するメカニズムを説明する図である。 被処理体の裏面外周に堆積物が付着するメカニズムを説明する図である。

符号の説明

１…除去処理室、２…被処理体、４…ステージ、５…シャワープレート、６…分散板、７…ガス孔、８…コントローラ、１０…プラズマ処理ユニット１０、１５…圧力制御バルブ、３０…エッチング処理室、３１…真空搬送室、３２…真空搬送ロボット、３３…大気搬送室、３４…大気搬送ロボット、３５…ロック室、３６…アライナー、３７…ウエハステーション、３８…フープ、３９…被処理体外周部の体積物を除去する装置、５１…堆積物、５２…下部電極、５３…フォーカスリング、５６…ドライポンプ、５７…バルブ、５８…回転機構、６０…レーザー光源、６２…ビームダンパー、６４…光検出器、７０…レーザー光、７１…レンズ、７２…ミラー、７３…ミラー制御器、７４：ハーフミラー、８５…ドライエアー源、、８７…排気ファン、８８…ガス導入ノズル、８９：排気ノズル、９０…ＳｉOC膜、９１…レジスト、９３…プラズマ、９４…イオン、９５…中性粒子、１００…レーザー照射スポット、１０１…ウエハエッジ、１０２…除去痕。

Claims (7)

1. 略大気雰囲気の除去処理室と、
   該除去処理室内に配置されウエハを戴置するためのステージと、
   該ステージを周方向に回転するための回転機構と、
   前記ウエハに照射するパルスレーザー光を生成するパルス発振型のレーザー光源とを備え、
   前記レーザー光源から、ピークパワー密度が３０ｋＷ／ｍｍ ^２ 以上のパルスレーザー光を前記ウエハの裏面外周部に照射することにより、前記ウエハの裏面外周部に付着した不要物を気化させて除去することを特徴とするウエハエッジクリーナー。
2. 請求項１において、
   前記回転機構による前記ステージの回転速度が、前記ウエハの径、前記パルス発振型レーザーで生成されるレーザービーム径およびレーザーパルス周波数との間で、
   ウエハ径×π×回転速度＜レーザービーム径×レーザーパルス周波数の関係式を満たすように構成したことを特徴とするウエハエッジクリーナー。
3. 請求項１又は２において、
   前記パルスレーザー光のパルス幅Ｔｐが該パルスレーザー光の一周期Ｔに占める比率をデューティ比としたとき、デューティ比＝１０ ^−８ 〜１０ ^−２ であることを特徴とするウエハエッジクリーナー。
4. 請求項３において、
   前記レーザー光の平均出力が１００Ｗ以下、前記レーザー光の周波数が１００Ｈｚ乃至１００ＫＨｚの範囲にあることを特徴とするウエハエッジクリーナー。
5. 請求項１において、
   前記ウエハに対するレーザーの照射角度を調整する照射角度調整手段またはレーザーの照射位置を調整する照射位置調整手段の少なくとも１つを備えていることを特徴とするウエハエッジクリーナー。
6. 請求項１において、
   前記レーザーが前記ウエハの裏面外周部に照射されて形成される照射スポットの形状が前記ウエハの周方向についての長さよりも当該ウエハの径方向の長さを大きくされたことを特徴とするウエハエッジクリーナー。
7. 請求項６において、
   前記レーザー光源がシリンドリカルレンズを有することを特徴とするウエハエッジクリーナー。

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