JP6048043B2 - 基板洗浄方法、基板洗浄装置及び真空処理システム - Google Patents

Description

本発明は、基板の周縁部あるいは裏面を洗浄する技術に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、半導体ウエハ（以下、ウエハという。）の上に多層膜を積層してこの上にレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて単一のエッチング装置にて各膜に応じたエッチングガスにより前記多層膜にホールやトレンチを形成する工程が検討されている。しかしながらその際にウエハの周縁部や裏面に付着物が付着する場合がある。その要因としては、ドライエッチングプロセス時におけるエッチング残差の付着、成膜処理時におけるウエハ裏面側への成膜ガスの回り込みが挙げられる。このような付着物はウエハを次工程で処理するときあるいは搬送時にパーティクルの発生要因となるため、事前に除去する必要がある。従来ウエハの周縁部に強固に付着した付着物を洗浄する手法としては、樹脂材を用いたブラシ洗浄やＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などが行われている。しかしながらこのような手法では、機械的な手法であることから洗浄部材を介して二次汚染が発生する虞がある。また洗浄時に水を使用するためウエハ上の薄膜が水溶性材料の場合には、溶出する懸念があり、あるいはＳｉＣＯＨなどの低誘電率膜へダメージを与えるなど水に起因する悪影響が発生する場合がある。

特許文献１には、ガスクラスターをイオン化させずに半導体基板に照射することにより、半導体基板やその表面に形成された薄膜層のエッチングや平坦化を行うことが記載されているが、ウエハの周縁部を洗浄することについては記載されていない。
また特許文献２には、ウエハに向かってドライアイスの粒子を吹き付けることによりフォトレジスト膜を除去する技術が記載されている。しかしながらウエハＷに付着したポリマーを除去するためにドライアイスの粒子をウエハに吹き付けた場合には、ウエハ自体が破損する場合や、ドライアイスによる二次汚染が生じる懸念がある。

国際公開２０１０／０２１２６５号 特開２００７−２３２９０１号

本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は基板の周縁部裏面に付着する付着物を基板への悪影響を抑えた状態で良好に洗浄することができる技術を提供することにある。

本発明の基板洗浄方法は、基板の裏面または周縁部に付着している付着物を除去する基板洗浄方法において、
基板を保持部に保持する工程と、
前記基板の置かれる処理雰囲気の圧力よりもその内部の圧力が高いノズル部から処理雰囲気に二酸化炭素ガスを含む洗浄用ガスを吐出し、断熱膨張により二酸化炭素ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを生成する工程と、
前記ガスクラスターを基板の裏面または周縁部に照射して付着物を除去する工程と、を含み、
前記ノズル部の内部の圧力は、当該内部のガス温度における二酸化炭素の沸騰線に相当する圧力よりも少し低い圧力であって、強固な二酸化炭素のガスクラスターが得られる圧力であることを特徴とする。

本発明の基板洗浄装置は、排気口を有する処理室内に設けられ、基板を保持するための保持部と、
前記保持部に保持された基板の裏面または周縁部に付着している付着物を除去するために当該基板の裏面または周縁部にガスクラスターを照射するためのノズル部と、
前記ノズル部に二酸化炭素ガスを含む洗浄用ガスを供給するためのガス供給部
と、
前記ノズル部の内部の圧力を調整するための圧力調整部と、
前記ノズル部と基板保持部とを相対的に移動させるための移動機構と、を備え、
前記ノズル部の内部の圧力は、前記ノズル部の内部の圧力は、当該内部のガス温度における二酸化炭素の沸騰線に相当する圧力よりも少し低い圧力であって、強固な二酸化炭素のガスクラスターが得られる圧力に設定されていることを特徴とする。

本発明の真空処理システムは、真空雰囲気下で基板を搬送する真空搬送室と、
この真空搬送室に仕切りバルブを介して接続され、基板に対して真空処理を行う真空処理モジュールと、
前記真空搬送室に仕切りバルブを介して接続され、前記真空処理モジュールにて真空処理された基板の裏面及び周縁部の少なくとも一方を洗浄するための上述の基板洗浄装置と、を備える。

本発明は、二酸化炭素ガスを含む洗浄ガスを、ノズル部内の温度における二酸化炭素の沸騰線に相当する圧力よりも少し低い圧力に設定して、二酸化炭素のガスクラスター（二酸化炭素分子の集合体）を生成している。このような条件で生成された二酸化炭素のガスクラスターは、液体に相変化する直前の状態であることからクラスター径が大きく（クラスターの構成分子数が多く）、分子が強固に固まっている（強固な）ガスクラスターである。このため基板の周縁部あるいは裏面にガスクラスターを照射したときに強い洗浄力が発揮されるので、付着物を良好に除去することができ、また局所的な洗浄を行うことができることから、基板の表面(集積回路形成等のために必要な処理が行われる被処理面)に対するダメージのおそれがない。

本発明の洗浄方法の実施の形態を示す構成図である。 二酸化炭素の気液境界曲線を示す特性図である。 ガスクラスターによる基板周縁部の付着物の除去工程を示す説明図である。 ガスクラスターによる基板周縁部の付着物の除去工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態の基板洗浄方法の他の例を示す構成図である。 本発明の実施の形態に係る真空処理システムの全体を示す平面図である。 本発明の基板洗浄装置の実施の形態を示す縦断側面図である。 本発明の基板洗浄装置の実施の形態を示す平面図である。 基板洗浄装置に用いられるノズル部を示す縦断側面図である。 第２の実施の形態に係る基板洗浄装置を示す縦断側面図である。 第２の実施の形態の遮蔽板を示す平面図である。 ガスクラスターにより除去された付着物の再付着を防ぐ様子を示す説明図である。 ベアシリコンウエハ上に形成されたポリシリコンパターンを示す斜視図である。 実施例に係るガスクラスターをポリシリコンパターンに照射したときの状態を示すＳＥＭ写真である。 実施例に係るガスクラスターをポリシリコンパターンに照射したときの状態を示すＳＥＭ写真である。 実施例に係るガスクラスターをポリシリコンパターンに照射したときの状態を示すＳＥＭ写真である。 ＣＯ_２ガスの圧力とマスクパターンの傾倒率との関係を示す特性図である。 実施例におけるウエハに対するガスクラスター照射の効果を示すＳＥＭ写真である。

本発明の基板処理方法は、二酸化炭素（ＣＯ_２）をクラスター化してガスクラスターを形成し、得られたガスクラスターを基板の周縁部あるいは基板の裏面部に照射して当該部位に付着している付着物を除去しようとする手法である。
はじめにガスクラスターの生成プロセスを説明すると、まずＣＯ_２ガスを数ＭＰａ、例えば５ＭＰａの圧力で圧縮し、その高圧状態のガスを、例えばオリフィスを介して真空雰囲気内に放出する。放出されたＣＯ_２ガスは、一挙に膨張するため断熱膨張により温度が凝縮温度以下になる。凝縮した分子は、ファンデルワールス力により結合するため、ＣＯ_２分子の集合体であるガスクラスターが生成される。ここでＣＯ_２ガスを選定した理由は以下のとおりである。ＣＯ_２ガスは、比熱比γが１．２９であり、例えばＡｒガスの比熱比γが１．６７である。ガスクラスターの一分子あたりの運動エネルギーＫは、Ｋ＝γ／（γ−１）×Ｋ_Ｂ×Ｔ_０の式で示される。なおＫ_Ｂは、ボルツマン定数であり、Ｔ_０はガス温度を示す。上述の式よりガス温度が２７℃の時、ＣＯ_２の一分子あたりの運動エネルギーは、１１５ｍｅＶとなり、Ａｒの一分子あたりの運動エネルギーは、６４．６ｍｅＶとなる。このためＣＯ_２ガスの一分子あたりのエネルギーが大きく、物理的なエネルギーの大きいガスクラスターを生成する事が可能になる。
ガスクラスターを得るためのノズル部６の内部（ノズル部６の吐出口であるオリフィスの一次側）の圧力、即ちＣＯ_２ガスが断熱膨張をする前の圧力は、当該ＣＯ_２ガスの温度における沸騰線（気液境界線）上の圧力よりも少し低い圧力であって、強固なガスクラスターが得られる圧力である。この圧力の定義については後述する。

図１は本発明の実施の形態を示す図である。本発明の基板洗浄方法は、例えばウエハＷの保持部である回転ステージ４２が用いられている。回転ステージ４２は、例えば静電チャックにより構成されており、ウエハＷをその裏面中心部を吸着して水平姿勢に保持する。回転ステージ４２上のウエハＷの裏面に対向する部位には、クラスターを生成するためのノズル部６が設けられる。ノズル部６は、円筒状の圧力室６７を備えており、ノズル部６の先端部には、吐出口６６が設けられる。吐出口６６の基端部は、オリフィスになっており、吐出口６６は、先端部に向かってラッパ状に広がっている。ノズル部６の基端側には、配管からなるガス供給路５０が接続されている。ガス供給路５０は、ＣＯ_２ガス供給源５１に接続されており、ガス供給部を構成している。ガス供給部には、上流側からＣＯ_２ガス供給源５１、流量調整部５２、バルブ５３、昇圧機５４、圧力計５５及びバルブ５６が介設されており、洗浄ガス供給系８となっている。圧力室６７の圧力の調整は圧力計５５の検出値に従って、流量調整部５２によりＣＯ_２ガス供給源５１からの供給流量が調整することにより行われる。

ガスクラスターを生成するためのＣＯ_２の圧力について図２を用いて説明する。図２はＣＯ_２の沸騰線（気液境界線）を示しており、上方側の領域はＣＯ_２が液相となる領域であり、下方側の領域は気相となる領域である。またＣＯ_２は７．３８ＭＰａ以上、３１．１℃以上の領域は超臨界となり、０．５２ＭＰａ、−５６．６℃のポイントは三重点である。本発明のオリフィスの一次側のＣＯ_２ガスの圧力は、当該ＣＯ_２ガスの温度における前記沸騰線に相当する圧力よりも少し低い圧力であって、強固なガスクラスターが得られる圧力に設定される。このような圧力に設定されたＣＯ_２ガスは、気体から液体に相変化する直前の状態であるため、ＣＯ_２のガスクラスターは、クラスター径が大きく（クラスターの構成分子数が多く）、分子が強固に固まっていると推測され、被照射体に対して大きな衝撃力を与える。
ＣＯ_２のガスクラスターが強固である場合には、例えばベアシリコンウエハの表面に形成されたポリシリコンからなるパターン、例えば高さ１００ｎｍ、幅４５ｎｍ、長さ６００ｎｍの大きさの矩形のポリシリコンのパターンを倒壊させることができる。これに対して前記沸騰線に相当する圧力よりもかなり低い圧力例えば２５％よりも低い圧力にて形成したＣＯ_２のガスクラスターは、前記パターンを倒壊させることができない。

後述の実施例では、実際のパターン群に対してノズル部６内の圧力を変えてガスクラスターを照射し、圧力とパターンの倒壊の有無との関係を取得しており、その結果からもわかるように、ガスクラスターが強固であるか否かについては明確に判断することができる。つまり強固なガスクラスターと、沸騰線に相当する圧力よりもかなり低い圧力で形成された、強固とはいえないガスクラスターとは、パターンの倒壊の有無にみられるように、衝撃力が大きく異なり、洗浄能力に格段の差異がある。このことは、ＣＯ_２ガスの温度における前記沸騰線に相当する圧力よりも少し低い圧力であって、強固なガスクラスターが得られる圧力と、強固なガスクラスターが得られる圧力の下限値以下の圧力とは、ガスクラスターを例えばパターンなどに照射することにより明確に区別できることを意味している。従って前記沸騰線に相当する圧力よりも少し低い圧力がどのような圧力であるのかは明確である。
前記沸騰線に相当する圧力よりも少し低い圧力の具体的な値としては、沸騰線に相当する圧力の少なくとも７５％以上の大きさであり、その圧力範囲において、強固なガスクラスターが得られる圧力値である。図２には、前記「少し低い圧力」の範囲をイメージとして捉えるために斜線領域として示してある。

こうして生成されたガスクラスターは、図３に示すように、ノズル部６から当該ノズル部６の軸方向に直進して放出され、ウエハＷの表面に対して例えば４５°の傾きをもってウエハの周縁部に向かい、当該周縁部に付着している付着物１０に衝突する。これによりガスクラスター３は個別のＣＯ_２分子に分解するとともにガスクラスター３の衝突による衝撃及びＣＯ_２分子が飛散するときの衝撃により、図４に示すように付着物１０が破壊されて剥離する。剥離した付着物はウエハの外方に飛散するが、ウエハＷの上方に向かって飛び散るものもあるため、後述の具体例のようにパージガスをウエハの表面に供給することが好ましい。また、後述の具体例のように遮蔽板を設けても良い。なお、図３、図４中３０はクラスター化する前のＣＯ_２分子を示す。

また本発明の基板洗浄装置は、ＣＯ_２ガスと共にＨｅガスをノズル部６に供給して、ガスクラスターを生成するように構成してもよい。例えば図５に示すようにガス供給路５０の配管を昇圧機５４の上流側にて分岐させて、配管である分岐路９４を介してＨｅ供給源と接続する。分岐路９４には、上流から流量調整部９２、バルブ９３が設けられる。なお分岐路９５はＣＯ_２側の分岐路を示す。ＣＯ_２ガスとＨｅガスとの混合には例えば流量調整部５２、９２により調整することができ、例えば１：９の混合比で混合する。その場合のノズル部６内の圧力は、全圧が沸騰線上よりわずかに低い圧力、例えば２０℃で５ＭＰａになるように設定する。Ｈｅガスと混合したＣＯ_２ガスによりガスクラスターを生成した場合には、ガスクラスターの噴射速度を上げることができ、よりエネルギーの高いガスクラスターとすることができるので好ましい。

[第１の実施の形態]
続いて上述の基板洗浄方法を実施するための具体的な装置の例について説明する。図６は、本発明の実施の形態である基板洗浄装置４を有する真空処理システムを示す図である。この真空処理システムは、平面形状が長方形である大気搬送室１を備えている。大気搬送室１における一方の長辺側には、半導体ウエハＷを搬入出するための搬入出ポートが設けられている。搬入出ポートは、複数のウエハＷを収納した、搬送容器であるＦＯＵＰが載置される複数の搬入出ステージ１３と、各搬入出ステージに設けられたドア１４と、を備えている。

また大気搬送室１における搬入出ステージ１３とは反対側には、左右に配置された２つのロードロック室１５（予備真空室）を介して例えば平面形状６角形の真空搬送室２が接続されている。大気搬送室１における短辺側には、ウエハＷの位置合わせを行うためのオリエンタを備えたアライメントモジュール１６が接続されている。大気搬送室１内にはウエハＷを搬入出ステージ１３、ロードロック室１５及びアライメントモジュール１６の間で受け渡すための搬送機構１２が備えられている。

真空搬送室２は、図示しない真空ポンプにより室内が真空雰囲気に保たれており、エッチング装置３の処理雰囲気を構成する第１の真空室３１及び基板洗浄装置４の処理雰囲気を構成する第２の真空室４１が接続されている。また、この真空搬送室２には、ロードロック室１５、アライメントモジュール１６、エッチング装置３及び基板洗浄装置４の間でウエハＷを受け渡すための搬送機構２２を備えている。なお、図６中のＧ１〜Ｇ３は、仕切りバルブをなすゲートバルブである。

また、この真空処理システムは、制御部９を備え、この制御部９の記憶部に記憶されたプログラム及び処理レシピを含むソフトウエアにより、ウエハＷの搬送、各ゲートバルブＧ１〜Ｇ３及びドア１４の開閉そして各真空室３１、４１における処理及び真空度の調整を行っている。
エッチング装置としては、容量結合型プラズマ方式や誘電コイルプラズマ方式などの周知の装置を用いることができる。容量結合型プラズマ方式の場合、真空室３１内に上部電極、下部電極を対向させ、両電極間に高周波を印加して処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマ中のイオンを、下部電極に印加したバイアスにより下部電極上のウエハＷに引き込んでウエハＷの表面をエッチングするように構成される。

第２の真空室４１により処理雰囲気が形成される基板洗浄装置４は、図７、図８に示すように、ウエハＷを水平姿勢で保持するための静電チャックを含む回転ステージ４２を備えている。この回転ステージ４２は、回転軸４３を介して第２の真空室４１の底部に固定された移動機構である回転機構４４に支持されており、吸着保持したウエハＷを鉛直軸周りに回転させることができる。

第２の真空室４１の底面には、水平方向（Ｘ方向）に伸びるガイドレール６１が設けられており、このガイドレール６１にガイドされながら、図示しないボールねじ機構により駆動されて移動する移動体６２が設けられている。この移動体６２の上部には、図９に示すように、鉛直上方（図中Ｚ方向）に伸び、さらにその先で図中Ｙ方向に伸びる支持部材６３が設けられている。この支持部材６３の先端部には、角度調整機構６４を介して、図１で示した洗浄ガス供給系８と接続されたノズル部６（この例では「第１のノズル部６」という）が回転ステージ４２に保持されるウエハＷの下面の周縁部に照射する位置に設けられている。この角度調整機構６４は、Ｙ方向に伸びる回転軸６５を有するモータを含む駆動機構により構成される。第１のノズル部６は周胴部を回転軸６５の先端に固定されており、角度調整機構６４により回転軸を回転されることで、ガスクラスターの照射角度の調整が可能となっている。またウエハＷの上方側にも同様構成の第２のノズル部９０が設けられる。第２のノズル部９０はウエハＷのエッジ部分に向かって垂直上方からガスクラスターを照射するように設けられており、支持部材８８を介して移動体８２と接続される。移動体８７は第２の真空室４１の底部に設けられたガイドレール８６に固定され、ガイドレール８６に沿ってＸ方向に水平移動可能となっている。第２のノズル部９０は、洗浄ガス供給系８から分岐され、並列に伸ばされた配管と接続されている。

さらに図７に示すように第２の真空室４１内には、ウエハＷの上方側にパージガスノズル８０が設けられており、例えばＡｒガスや窒素ガスなどのパージガスの気流をウエハＷの上面側の周縁部に形成するように構成されている。パージガスノズル８０もノズル部６と同様な構成の支持部材８３及び移動体８２と接続される。移動体８２は第２の真空室４１の底部に設けられたガイドレール８１に固定され、ガイドレール８１に沿ってＸ方向に水平移動可能となっている。このパージガスノズル８０は、配管を介して、第２の真空室外に設けられたパージガス供給系８５に接続されている。このパージガス供給系８５、例えばパージガス供給源、流量調整部及びバルブなどにより構成されている。
第２の真空室４１の底部の排気ポート４５には、排気管４９が接続され、この排気管４９には圧力調整部４６を介して真空ポンプ４７が設けられ、第２の真空室４１内の圧力調整が可能となっている。

続いて上述の真空処理システムの作用について説明する。先ずウエハＷが収納された例えばＦＯＵＰからなる搬送容器が搬入出ステージ１３に載置され、搬送容器の蓋体と一緒にドア１４が開かれる。次いで搬送容器内のウエハＷが大気搬送室１内の搬送機構１２によりアライメントモジュール１６に搬送され、ここでウエハＷの向きが予め設定した向きに調整される。その後、ウエハＷは、搬送機構１２、ロードロック室１５、真空搬送室２内の搬送機構２２を介してエッチング装置３の真空室３１内に搬入される。

ウエハＷの表面には、例えば有機系の膜が形成され、更にその上にレジストマスク１が形成され、ウエハＷの周縁部はレジスト及び前記有機系が除去されていてウエハＷの基材であるシリコンが露出している。エッチング装置では、プラズマにより有機系膜をエッチングして、レジストマスクのパターンに応じた凹部が形成される。エッチング終了後のウエハＷの裏面側のベベル部（周縁部）にはエッチング時に生成された反応生成物などからなる付着物が付着している。

次いで、このウエハＷは、基板洗浄装置４の第２の真空室４１内に搬入され、回転ステージ４２に吸着保持され、回転機構４４により回転する。そして、第２の真空室４１内を圧力調整部４６により例えば１Ｐａ〜５００Ｐａの真空雰囲気に維持すると共に、ノズル部６の内部を記述の圧力に設定して当該ノズル部６からガスクラスターを吐出させ、付着物の除去が行われる。ここでは上述のように付着物はＣＯ_２のガスクラスターの物理的衝撃により、ウエハＷから遊離する。この遊離した付着物（反応生成物）は、パージガスノズル８０からウエハＷの表面側周縁部に向かって照射されるパージガス及び真空ポンプ４７の吸引作用により、ウエハＷの外方側に飛散してウエハＷよりも下方側に向かって流れ、排気ポート４５を介して第２の真空室４１の外に排出される。このようにして、付着物はウエハＷの周縁部から除去される。こうしてウエハＷの周縁部の洗浄が終了した後、ゲートバルブＧ３が開かれ、当該真空搬送室２の搬送機構２２により第２の真空室４１から搬出される。

上述の実施の形態によれば、ノズル部６内のＣＯ_２ガスの圧力をノズル部６内の温度における沸騰線上の圧力よりも少し低い圧力に調整することにより強固なＣＯ_２のガスクラスターを得て、これをウエハＷの周縁部に照射するようにしている。従って、ウエハＷの周縁部に付着する付着物を高い確実性を持って除去することができ、ウエハＷの周縁部を良好に洗浄することができる。

図７に示す基板洗浄装置では、ＣＯ２ガスをノズル部６に供給するようにしているが、既に図５に示して説明したようにＣＯ_２ガスに加えてＨｅガスを用い、両者の混合ガスをノズル部６に供給するようにしてもよい。更にガスクラスターにより洗浄する付着物については、ウエハＷの周縁部の付着物に限られるものではなく、ウエハＷの裏面側に付着している付着物であってもよい。ウエハＷの裏面側の付着物の例としては、静電チャックとの接触時に静電チャックから転写する付着物や、ウエハＷに対して成膜処理を行う時にウエハＷの裏面を保持する静電チャックとウエハＷの間に成膜ガスが回り込み、ウエハＷの裏面側に成膜された膜（付着物）を挙げる事ができる。

また本発明の真空処理システムは、エッチング装置に限らず、成膜装置などの真空処理装置（真空処理モジュール）を備える装置であってもよい。

さらに被処理基板としてはウエハＷのように円形基板に限られるものではなく、例えばフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）基板などの角型の基板でもよい。この場合には、ノズル部６、９０及びパージガスノズル７０を周縁に沿ってその一辺の一端から他端へと基板に対して相対的に移動するように構成することで基板洗浄処理を行うことができる。

[第２の実施の形態]
また図１０、図１１に示すようにウエハＷの表面側に遮蔽部材となる遮蔽板８９を設けて、破壊した付着物がウエハＷの表面側に再付着を防止するようにしても良い。遮蔽板８９は板状態を縦置きにした構造であって、平面形状がウエハＷの周縁部に沿って湾曲された円弧状をなしている。遮蔽板８９は回転ステージ４２に載置したウエハＷの外縁（周縁部の最も外側のライン）より、中心寄りの位置にウエハＷの周縁部に沿うように配置され、ガスクラスターによる洗浄時には、ウエハＷとは、隙間を開けた高さ位置（処理位置）に設けられる。遮蔽板８９は、支持腕９６を介して、第２の真空室４１内に設置された昇降機構９７により前記処理位置と、ウエハＷの移載時に第２の処理室４１内の搬送機構に対して、干渉しない退避位置との間で昇降自在に構成されている。

続いて第２の実施の形態の作用を説明する。図１２はガスクラスターを下方側の第１のノズル部６から照射した際の付着物の飛散の様子を示す。例えばウエハＷの下面側４５°の角度からガスクラスターを照射した場合に、付着物１０はガスクラスター３により破壊されて飛散し、飛散する付着物１０の一部はウエハＷの周縁部に沿って表面側に回り込もうとする。しかし遮蔽板８９が設けられているため、飛散物は遮蔽板８９により遮られ、当該遮蔽板８９にて跳ね返って、ウエハＷの外方向に向かう。そして第２の真空室４１の底部の排気ポート４５にて真空引きされていることから、飛散物は排気ポート４５に向かうこととなる。従ってウエハＷの周縁部から剥がされた付着物１０がウエハＷの表面への再付着を抑制することができる。

またガスクラスターは、ウエハＷ上におけるガスクラスターの照射位置が周方向に互いに異なるように第1のノズル部６及び第２のノズル部９０を設置して第１のノズル部６及び第２のノズル部９０から同時にガスクラスターを照射して互いのガスクラスターが干渉しないようにしてもよい。また第1のノズル部６、第２のノズル部９０から別々のタイミングでガスクラスターを照射してもよく、例えば、第２ノズル部９０からガスクラスターを照射してウエハＷを３６０°回転させた後、第２のノズル部９０からの照射を停止して、第１のノズル部６からガスクラスターを照射してウエハを３６０°回転させるようにしてもよい。

本発明は、第１の実施の形態のパージガスノズル８０と第２の実施の形態の遮蔽板８９とを備える構成とし、ウエハＷの周縁部から剥がれた付着物をパージガスにより、ウエハＷの外方に吹き飛ばす作用と遮蔽板８９によりウエハＷの表面に回り込むことを防ぐ作用との両方を得るようにしてもよい。

（実施例１）
ベアシリコンウエハの表面に高さｈ＝１００ｎｍ、幅ｄ＝４５ｎｍ、長さＬ＝６００ｎｍの大きさの矩形のポリシリコンのパターンを図１３に示すように幅方向に５００ｎｍの離間寸法aに設定して千鳥状に配置したパターン群を形成した。そしてこのパターン群の真上から、ウエハの表面とその軸線とが直交するようにノズル部６を配置し、当該ノズル部６からＣＯ_２により形成されるガスクラスターをパターン群に照射した。なお、ノズル部６のオリフィスとパターン群(ウエハの表面)との距離は１ｃｍである。ノズル部６の内部の温度は２０℃に設定し、圧力は３ＭＰａ、４ＭＰａ及び５ＭＰａの３通りに設定した。
各圧力におけるガスクラスター照射後のパターン群の状態をＳＥＭ写真である図１４、図１５及び図１６に夫々示す。ノズル部６の内部の圧力（オリフィスの一次側の圧力）が３ＭＰａの場合にはパターンは傾倒することはなかった。前記圧力が４ＭＰａの場合にはパターンの傾倒率は５％程度であり、ほとんど倒れないことがわかる。前記圧力が５ＭＰａの場合には、パターンの傾倒率は１００％となっていた。
図１７は、ノズル部６の内部の圧力とパターンの傾倒率との関係を示す。この結果からＣＯ_２の圧力を気液境界線の示す圧力に近づけることによりパターンの傾倒率が急激に上昇している。従って既述のように本発明のＣＯ_２ガスの温度における沸騰洗浄の圧力よりも少し低い圧力であって、強固なガスクラスターが得られる圧力とは、ガスクラスターを例えば上記のパターンに照射したときに、当該パターンの状態を観察することにより特定される。

（実施例２）
本発明を評価するために実施の形態の基板洗浄方法を用いて、次のような評価試験を行った。まずウエハＷに有機膜によりレジスト膜を形成した後、プラズマによるエッチング処理を行った。その後当該ウエハＷ（直径３０ｃｍ）の裏面周縁部に、ＣＯ_２のガスクラスターの照射を行った場合（実施例）と、ガスクラスターの照射を行わない場合（比較例）とで、ウエハＷ周縁部の状態を比較した。ノズル部６内に供給するＣＯ_２は、２０℃の雰囲気温度下で、５ＭＰａの圧力に設定し、第２の真空室４１内の圧力は３０Ｐａに設定した。ウエハＷに対するガスクラスターの照射角度は９０°に設定した。図１８はその結果を示し、実施例と比較例の夫々における、ウエハＷの周縁部の各部位Ｐ１〜Ｐ６のＳＥＭ写真による観察結果である。Ｐ１、Ｐ２はウエハＷの裏面部、Ｐ３、Ｐ４はベベル部、Ｐ５、Ｐ６は側面部に設定した。

比較例のウエハＷでは、ベベル部（Ｐ３、Ｐ４）や、側面部（Ｐ５、Ｐ６）において付着物が３００ｎｍ程度の厚さで確認され、裏面部（Ｐ１、Ｐ２）においても付着物が確認される。これに対して実施例のウエハＷでは、裏面部（Ｐ１、Ｐ２）に付着物が付着しておらず、ベベル部、側面部においても、付着物はほとんど残っていないことがわかる。ウエハＷのベベル部や側面部には、付着物が付着しやすいが、本発明の基板洗浄方法を用いた場合には、ウエハＷ周縁部の付着物を確実に除去できるということが裏付けられている。

３ ガスクラスター
４ 基板洗浄装置
６、９０ ノズル部
１０ 付着物
４１ 第２の真空室
４２ 回転ステージ
６２ 移動体
８０ パージガスノズル
８９ 遮蔽板
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (17)

1. 基板の裏面または周縁部に付着している付着物を除去する基板洗浄方法において、
   基板を保持部に保持する工程と、
   前記基板の置かれる処理雰囲気の圧力よりもその内部の圧力が高いノズル部から処理雰囲気に二酸化炭素ガスを含む洗浄用ガスを吐出し、断熱膨張により二酸化炭素ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを生成する工程と、
   前記ガスクラスターを基板の裏面または周縁部に照射して付着物を除去する工程と、を含み、
   前記ノズル部の内部の圧力は、当該内部のガス温度における二酸化炭素の沸騰線に相当する圧力よりも少し低い圧力であって、強固な二酸化炭素のガスクラスターが得られる圧力であることを特徴とする基板洗浄方法。
2. 前記二酸化炭素の沸騰線に相当する圧力よりも少し低い圧力は、二酸化炭素の沸騰線に相当する圧力の７５％以上１００％未満の圧力であることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄方法。
3. 洗浄用ガスは、二酸化炭素ガス及びヘリウムガスを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の基板洗浄方法。
4. 前記洗浄用ガスは、ヘリウムガスの流量が二酸化炭素ガスの流量よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の基板洗浄方法。
5. 前記洗浄用ガスを構成する二酸化炭素ガスと、ヘリウムガスと、の混合比は１：９であることを特徴とする請求項４記載の基板洗浄方法。
6. 前記ガスクラスターを基板の裏面または周縁部に照射しているときに、当該基板の表面側からパージガスを当該表面側に供給する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
7. 前記ガスクラスターを基板の裏面または周縁部に照射して付着物を除去する工程は、基板から剥がれた付着物が基板の表面側に再付着することを抑えるために、基板の表面側における外縁よりも基板の中央寄りに、基板とは隙間を開けて遮蔽部材を位置させた状態で、行われることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
8. 基板は円形であり、前記保持部を回転させながら、前記ガスクラスターを基板の裏面または周縁部に照射することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
9. 排気口を有する処理室内に設けられ、基板を保持するための保持部と、
   前記保持部に保持された基板の裏面または周縁部に付着している付着物を除去するために当該基板の裏面または周縁部にガスクラスターを照射するためのノズル部と、
   前記ノズル部に二酸化炭素ガスを含む洗浄用ガスを供給するためのガス供給部
   と、
   前記ノズル部の内部の圧力を調整するための圧力調整部と、
   前記ノズル部と基板保持部とを相対的に移動させるための移動機構と、を備え、
   前記ノズル部の内部の圧力は、前記ノズル部の内部の圧力は、当該内部のガス温度における二酸化炭素の沸騰線に相当する圧力よりも少し低い圧力であって、強固な二酸化炭素のガスクラスターが得られる圧力に設定されていることを特徴とする基板洗浄装置。
10. 前記二酸化炭素の沸騰線に相当する圧力よりも少し低い圧力は、二酸化炭素の沸騰線に相当する圧力の７５％以上１００％未満の圧力であることを特徴とする請求項９に記載の基板洗浄装置。
11. 洗浄用ガスは、二酸化炭素ガス及びヘリウムガスを含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の基板洗浄装置。
12. 前記洗浄用ガスは、ヘリウムガスの流量が二酸化炭素ガスの流量よりも大きいことを特徴とする請求項１１記載の基板洗浄装置。
13. 前記洗浄用ガスを構成する二酸化炭素ガスと、ヘリウムガスと、の混合比は１：９であることを特徴とする請求項１２記載の基板洗浄装置。
14. 前記ガスクラスターを基板の裏面または周縁部に照射しているときに、当該基板の表面側からパージガスを当該表面側に供給するためのパージガス供給部を含むことを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
15. 前記ガスクラスターを基板の裏面または周縁部に照射することにより基板から剥がれた付着物が基板の表面側に再付着することを抑えるために、基板の表面側における外縁よりも中央寄りに、基板とは隙間を開けて遮蔽部材を設けたことを特徴とする請求項９ないし１４のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
16. 基板は円形であり、前記保持部を基板の中心部を軸として回転させるための回転機構を備えたことを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
17. 真空雰囲気下で基板を搬送する真空搬送室と、
    この真空搬送室に仕切りバルブを介して接続され、基板に対して真空処理を行う真空処理モジュールと、
    前記真空搬送室に仕切りバルブを介して接続され、前記真空処理モジュールにて真空処理された基板の裏面及び周縁部の少なくとも一方を洗浄するための請求項９ないし１６のいずれか一項に記載された基板洗浄装置と、を備えた真空処理システム。