KR101768758B1 - 기판 세정 방법, 기판 세정 장치 및 진공 처리 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
고쿠리츠 다이가쿠 호진 교토 다이가쿠
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Abstract

기판 표면에 부착한 파티클을 높은 제거율로 제거할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
기판인 웨이퍼(W)에 부착하고 있는 파티클(100)에 대해 입경을 포함하는 파티클 정보(74)를 취득하고, 이 파티클 정보(74)에 근거하여, 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터(200)의 입경에 관한 인자, 예를 들면 가스 압력을 조정한다. 그 후, 웨이퍼(W)가 배치되는 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터, 처리 분위기로 상기 세정용의 가스를 토출하고, 단열 팽창에 의해 상기 가스 클러스터(200)를 생성시킨다. 이 가스 클러스터(200)를 웨이퍼(W)의 표면에 수직으로 조사하면, 파티클(100)의 입경에 대응하는 입경의 가스 클러스터(200)에 의해 세정 처리를 행할 수 있고, 그 결과, 웨이퍼(W)의 표면에 회로 패턴을 위한 오목부(81)가 형성되어 있어도 오목부(81) 내의 파티클(100)을 높은 제거율로 제거할 수 있다.

Description

기판 세정 방법, 기판 세정 장치 및 진공 처리 장치{SUBSTRATE WASHING METHOD, SUBSTRATE WASHING DEVICE, AND VACUUM PROCESSING DEVICE}
본 발명은, 가스 클러스터에 의해 기판상의 파티클을 제거하는 기술에 관한 것이다.
반도체 제조 장치에서는, 제조 공정중에 있어서의 기판으로의 파티클의 부착이 제품의 제품 수율을 좌우하는 큰 요인의 하나로 되어 있다. 이 때문에 기판에 대해서 처리를 행하기 전 혹은 후에 기판을 세정하는 것이 행해지고 있지만, 기판으로의 손상을 억제하면서 간이한 수법으로 확실하게 파티클을 제거하는 세정 기술의 개발이 요구되고 있다. 연구, 개발되고 있는 세정 기술로서는, 파티클과 기판의 사이의 부착력 이상의 물리적 전단력(剪斷力)을 인가하여 기판의 표면으로부터 파티클을 박리하는 수법을 들 수 있고, 그 하나로서 가스 클러스터의 물리적 전단력을 이용한 기술을 들 수 있다.
가스 클러스터는, 고압의 가스를 진공 중에 분출하고, 단열 팽창에 의해 가스를 응축 온도까지 냉각하는 것에 의해 원자 또는 분자가 다수 모여진 덩어리(클러스터)이다. 기판 세정 시에는, 이 가스 클러스터는, 그대로 혹은 적절히 가속되고 기판에 조사되어, 파티클이 제거된다. 가스 클러스터의 기판으로의 조사는 기판의 표면에 대해 비스듬히 행해지지만, 기판의 표면의 패턴내에 부착하고 있는 파티클을 제거하는 경우, 파티클로부터 보아 패턴이 구조물로 되어 버린다. 이 때문에, 가스 클러스터는 구조물에 방해받아 파티클에 도달하기 어려워져, 패턴내의 파티클을 제거하는 것이 곤란하게 된다.
또한 본 발명자 등은, 동일한 가스 클러스터의 노즐을 이용해도 파티클의 제거율이 높은 경우와 낮은 경우가 있는 것을 파악하여, 이 제거율의 차이가 파티클의 입경에 관련하고 있는 것을 발견했다. 그래서 파티클의 제거율이 낮은 경우에는 가스 클러스터의 가속 전압을 크게 히여 그 운동 에너지를 높이는 것을 생각할 수 있지만, 그렇게 하면 기판의 표면에 손상이 가해질 우려가 있다.
특개평 제4－155825호 공보에는, 희가스의 클러스터를 개체 표면에 수직으로 입사하는 도면이 기재되어 있지만, 파티클의 입경에 관련하여 제거율에 차이가 생긴다고 하는 착안점은 기재되지 않았다.
또한 특개평 제11－330033호 공보에는, 미크론 파티클 및 서브미크론 파티클을 제거하는 경우의 클러스터의 바람직한 사이즈가 기재되어 있지만, 본 발명의 과제에 대해 언급되어 있지 않고, 또한 그 과제의 해결법에 대해서도 기재되지 않았다.
본 발명은 이러한 사정 하에 이루어진 것으로, 그 목적은 기판 표면에 부착한 파티클을 높은 제거율로 제거할 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 기판 세정 방법은, 기판에 부착하고 있는 파티클을 제거하는 기판 세정 방법에 있어서,
기판에 부착하고 있는 파티클에 대해 입경을 포함하는 파티클 정보를 취득하는 공정과,
상기 공정에서 취득된 파티클 정보에 근거하여, 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터의 입경에 관한 인자를 조정하는 공정과,
그 후, 기판이 배치되는 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터, 처리 분위기로 상기 세정용의 가스를 토출하고, 단열 팽창에 의해 상기 가스 클러스터를 생성시키는 공정과,
상기 가스 클러스터를 기판의 표면에 수직으로 조사하여 파티클을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 기판 세정 장치는, 기판에 부착하고 있는 파티클을 제거하는 기판 세정 장치에 있어서,
기판이 탑재되어, 진공 분위기에서 기판의 세정 처리를 행하기 위한 세정 처리실과,
상기 세정 처리실의 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터 세정용의 가스를 상기 세정실내의 기판을 향해 토출하고, 단열 팽창에 의해 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성시키기 위한 노즐부와,
기판에 부착하고 있는 파티클에 대해 입경을 포함하는 파티클 정보에 근거하여, 가스 클러스터의 입경에 관한 인자를 조정하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하며,
상기 노즐부는, 상기 가스 클러스터를 기판의 표면에 수직으로 조사하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 기판에 대해서 진공 처리 모듈에 의해 진공 처리를 행하기 위한 진공 처리 장치에 있어서,
본 발명의 기판 세정 장치와,
상기 기판 세정 장치와 진공 처리 모듈의 사이에 기판을 반송하기 위한 기판 반송 기구를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 기판에 부착하고 있는 파티클에 대해 입경을 포함하는 파티클 정보를 취득하고, 이 정보에 근거하여 가스 클러스터의 입경에 관한 인자를 조정하여 가스 클러스터를 기판의 표면에 수직으로 조사하고 있다. 이 때문에 파티클의 입경에 대응하는 입경의 가스 클러스터에 의해 세정 처리를 행할 수 있고, 그 결과, 기판의 표면의 패턴 오목부가 형성되어 있어도 오목부내의 파티클을 높은 제거율로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 진공 처리 장치의 일 실시 형태를 나타내는 평면도이다.
도 2는 웨이퍼의 표면을 나타내는 평면도이다.
도 3은 진공 처리 장치에 마련된 기판 세정 장치의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 4는 기판 세정 장치의 노즐부의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 5는 진공 처리 장치에 마련된 제어부의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 6은 기판에 형성된 오목부를 나타내는 종단면도이다.
도 7은 파티클이 가스 클러스터에 의해 제거되는 형태를 나타내는 측면도이다.
도 8은 파티클이 가스 클러스터에 의해 제거되는 형태를 나타내는 측면도이다.
도 9는 웨이퍼의 표면을 나타내는 평면도이다.
도 10은 기판 세정 장치의 제 2 실시 형태를 나타내는 종단측면도이다.
도 11은 기판 세정 장치의 제 3 실시 형태를 나타내는 종단측면도이다.
도 12는 기판 세정 장치의 제 4 실시 형태를 나타내는 종단측면도이다.
도 13은 파티클의 제거율과 운동 에너지의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 14는 가스 클러스터의 조사 전후의 웨이퍼 표면의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 15는 가스 클러스터를 구성하는 분자 수와 압력의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 16은 파티클의 제거율과 운동 에너지의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 17은 가스 클러스터를 구성하는 분자 수와 온도의 관계를 나타내는 특성도이다.
본 발명의 기판 세정 장치를 내장한 진공 처리 장치의 제 1 실시 형태에 있어서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 멀티 챔버 시스템인 진공 처리 장치(1)의 전체 구성을 나타내는 평면도이다. 상기 진공 처리 장치(1)에는, 예를 들면 25매의 기판인 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼」라고 한다) W가 수납된 밀폐형의 반송 용기인 FOUP(11)를 탑재하기 위한 반입출 포트(12)가 횡렬로, 예를 들면 3개소에 배치되어 있다. 또한, 이들 반입출 포트(12)의 배열을 따르도록 대기 반송실(13)이 마련되어 있고, 대기 반송실(13)의 정면벽에는, 상기 FOUP(11)의 덮개와 함께 개폐되는 게이트 도어 GT가 장착되어 있다.
대기 반송실(13)에 있어서의 반입출 포트(12)의 반대측의 면에는, 예를 들면 2개의 로드록실(14, 15)이 기밀(氣密)하게 접속되어 있다. 이들 로드록실(14, 15)에는 각각 도시하지 않은 진공 펌프와 리크 밸브가 마련되어 있고, 상압(常壓) 분위기와 진공 분위기를 전환하도록 구성되어 있다. 또한, 도면 중 G는 게이트 밸브(구획 밸브)이다. 또한, 대기 반송실(13)내에는, 웨이퍼 W를 반송하기 위한 관절 아암에 의해 구성된 제 1 기판 반송 기구(16)가 마련되어 있다. 또한, 상기 대기 반송실(13)의 정면측으로부터 배면측을 보아, 대기 반송실(13)의 우측벽에는, 기판 검사부인 웨이퍼 검사부(17)가 마련되고, 좌측벽에는, 웨이퍼 W의 방향이나 편심의 조정을 행하는 얼라인먼트실(18)이 마련되어 있다. 상기 제 1 기판 반송 기구(16)는, FOUP(11), 로드록실(14, 15), 웨이퍼 검사부(17) 및 얼라인먼트실(18)에 대해서, 웨이퍼 W의 교환을 행하는 역할을 갖는다. 이 때문에, 제 1 기판 반송 기구(16)는, 예를 들면 FOUP(11)의 배열 방향으로(도 1 중 X 방향) 이동 자유롭게, 승강 자유롭게, 수직축 주위로 회전 자유롭게 및 진퇴 자유롭게 구성되어 있다.
대기 반송실(13)로부터 보았을 때에, 로드록실(14, 15)의 안쪽에는, 진공 반송실(2)이 기밀하게 접속되어 있다. 또한, 진공 반송실(2)에는, 기판 세정 장치인 세정 모듈(3)과, 복수개, 이 예에서는 5개의 진공 처리 모듈(21∼25)이 각각 기밀하게 접속되어 있다. 이들 진공 처리 모듈(21∼25)은, 이 예에서는, 회로 패턴 형성용의 오목부인 구리 배선 매립용의 그루브 및 비아 홀이 형성된 웨이퍼 W에 대해서, 구리 배선을 포함하는 성막용의 CVD(Chemical Vapor Deposition) 처리나 스퍼터링 처리를 행하는 진공 처리 모듈로서 구성되어 있다.
또한, 진공 반송실(2)은, 진공 분위기로서 웨이퍼 W의 반송을 행하는 제 2 기판 반송 기구(26)를 구비하고 있다. 이 기판 반송 기구(26)는, 로드록실(14, 15), 세정 모듈(3), 진공 처리 모듈(21∼25)에 대해서, 웨이퍼 W의 교환을 행하는 역할을 갖고 있다. 이 제 2 기판 반송 기구(26)는, 수직축 주위로 회전 자유롭게, 진퇴 자유롭게 구성된 다관절 아암(26a)을 구비하며, 상기 아암(26a)이 기대(26b)에 의해, 길이 방향(도 1 중 Y 방향)으로 이동 자유롭게 구성되어 있다.
계속해서, 웨이퍼 검사부(17) 및 세정 모듈(3)에 대해 설명한다. 웨이퍼 검사부(17)는, 웨이퍼 W에 부착하고 있는 파티클에 대해서, 입경을 포함하는 파티클 정보를 취득하기 위한 것이다. 상기 파티클 정보란, 예를 들면 웨이퍼 W상의 파티클의 위치와 그 크기를 알기 위한 정보이다. 웨이퍼 검사부(17)로서는, 웨이퍼 표면의 파티클의 입경을 평가할 수 있는 장치, 예를 들면 정반사광이나 산란광을 이용하는 광학식이나 전자선식의 표면 결함 검사 장치를 이용할 수 있다. 또한, 주사형 전자 현미경(SEM)이나 주사형 터널 현미경(STM), 원자간력 현미경(AFM) 등의 주사형 프로브 현미경을 이용하도록 해도 좋다.
웨이퍼 검사부(17)의 구체적인 장치를 들면, KLA Tencor사제 Puma9500 시리즈 등의 암시야 패턴 부여 웨이퍼 검사 장치, KLA Tencor사제 2830 시리즈 등의 명시야 패턴 부여 웨이퍼 검사 장치, 히타치 하이테크사제 CG4000 시리즈 등의 고분해 가능 FEB 측장 장치, 히타치 하이테크사제 RS6000 시리즈 등의 결함 리뷰 SEM 장치 등이다. 또한, 본 발명의 처리 대상인 웨이퍼는, 패턴 오목부가 형성되어 있지 않은 경우도 포함되고, 그 경우에는, 웨이퍼 검사부로서는, 예를 들면 KLA Tencor사제 SP3 등의 암시야 비(non)패턴 결함 검사 장치 등을 이용할 수 있다.
이러한 장치를 이용하는 경우에는, 예를 들면 제 1 기판 반송 기구(16)의 액세스 범위에, 웨이퍼 W의 교환용의 입출력 포트를 배치하고, 입출력 포트를 거쳐서 웨이퍼 검사부(17)내의 검사 영역과 제 1 기판 반송 기구(16)의 사이에서 웨이퍼 W의 교환을 행하도록 구성해도 좋다. 또한, 상기 검사 장치에 있어서의 입출력 포트를 떼어내어, 검사 장치 본체를 대기 반송실(13)에 접속해도 좋고, 웨이퍼 검사부(17)에서는, 예를 들면 도 2에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 W상의 표면 상태가 검출되고, 이에 의해 파티클의 위치와 그 크기를 대응지은 파티클 정보가 취득된다. 도 2 중 (100)은 파티클이다. 취득된 파티클 정보는, 후술하는 제어부(7)에 전송된다.
그 다음에, 세정 모듈(3)에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다. 이 세정 모듈(3)은, 웨이퍼 W를 내부에 수납하여 부착물의 제거 처리를 행하기 위한 진공 용기로 이루어지는 세정 처리실(31)을 구비하고 있다. 이 세정 처리실(31)내에는, 웨이퍼 W를 탑재하기 위한 탑재대(32)가 배치되어 있다. 세정 처리실(31)의 천정면에 있어서의 중앙부에는, 상방측을 향해 돌출부(39)(예를 들면, 원통 형상)가 형성되어 있고, 이 돌출부(39)에는 노즐부(4)가 가스 클러스터의 생성 기구로서 마련되어 있다. 도 3 중 (34)는 반송구이며, (35)는 이 반송구(34)의 개폐를 행하는 게이트 밸브이다.
예를 들면, 반송구(35)에 접근한 위치에 있어서의 세정 처리실(31)의 바닥면에는, 여기에서는 도시를 생략하지만, 탑재대(32)에 형성된 관통구를 관통하도록 지지 핀(도시 생략)이 마련되어 있다. 탑재대(32)의 하방에는, 상기 지지 핀을 승강시키는 도시하지 않은 승강 기구가 마련되어 있다. 상기 지지 핀과 승강 기구는, 제 2 기판 반송 기구(26)와 탑재대(32)의 사이에서 웨이퍼 W의 교환을 행하는 역할을 갖고 있다. 세정 처리실(31)의 바닥면에는, 상기 세정 처리실(31)내의 분위기를 진공 배기하기 위한 배기로(36)의 일단측이 접속되어 있고, 이 배기로(36)의 타단측에는 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(37)를 거쳐서 진공 펌프(38)가 접속되어 있다.
탑재대(32)는, 상기 탑재대(32)상의 웨이퍼 W에 대해서 면내에 걸쳐서 노즐부(4)가 상대적으로 주사되도록, 구동부(33)에 의해 수평 방향으로 이동 자유롭게 구성되어 있다. 상기 구동부(33)는, 탑재대(32)의 하방에 있어서의 세정 처리실(31)의 바닥면에 있어서 X축 방향을 따라 수평으로 연장하는 X축 레일(33a)과, Y축 방향을 따라 수평으로 연장하는 Y축 레일(33b)을 구비하고 있다. Y축 레일(33b)은, X축 레일(33a)을 따라 이동 자유롭게 구성되고, 이 Y축 레일(33b)의 위쪽에 탑재부(32)가 지지되어 있다. 또한, 탑재대(32)에는, 상기 탑재대(32)상의 웨이퍼 W의 온도 조절을 행하기 위한 도시하지 않은 온도 조절 기구가 마련되어 있다.
상기 노즐부(4)는, 상기 세정 처리실(31)의 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터 세정용의 가스를 상기 세정 처리실(31)내의 웨이퍼 W를 향해 토출하고, 단열 팽창에 의해 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성시키기 위한 것이다. 이 노즐부(4)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 하단부가 개구하도록, 예를 들면 개략 원통 형상으로 형성된 압력실(41)을 구비하고 있다. 이 압력실(41)의 하단부는, 오리피스(orifice)부(42)를 이루도록 구성되어 있다. 이 오리피스부(42)에는, 하방을 향함에 따라 직경이 확대되는 가스 확산부(43)가 접속되어 있다. 상기 오리피스부(42)에 있어서의 개구 직경은, 예를 들면 0.1mm 정도로 되어 있다.
또한, 노즐부(4)는, 이미 기술된 바와 같이, 상기 가스 클러스터를 웨이퍼 W의 표면에 수직으로 조사하도록 마련되어 있다. 여기서, 「수직으로 조사한다」는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 노즐부(4)의 길이 방향의 중심축 L과 탑재대(32)의 탑재면(웨이퍼 W의 표면)이 이루는 각 θ가 90도 ±15도의 범위에 있는 상태이다. 또한, 노즐부(4)로부터의 가스 클러스터를 도면 중에 이온화시키고, 또한 굽힘(bending) 기구에 의해 진로를 굽히는 경우에는, 「수직으로 조사한다」는, 설계상 상정하고 있는 진로와 웨이퍼 W의 표면이 이루는 각이 이미 기술된 범위인 상태이다. 상기 중심축 L과 웨이퍼 W의 표면이 이루는 각 θ는, 후술하는 실시예의 가스 클러스터의 조사 각도에 상당하는 것이다.
도 3의 예에서는, 웨이퍼 W상에 있어서의 가스 클러스터의 조사 위치를 변경하기 위해서 탑재대(32)를 이동시키도록 구성하고 있다. 그러나 본 발명은, 탑재대(32)를 이동시키지 않고 노즐부(4)를 이동시키도록 구성해도 좋다. 이 경우, 예를 들면 세정 처리실(31)의 천정부에 노즐부(4)를 X, Y 방향으로 이동할 수 있는 이동 기구를 마련함과 아울러 노즐부(4)의 가스 도입 포트에 유연한 가스 공급관을 접속하는 구성으로 할 수 있다.
상기 압력실(41)의 상단부에는, 세정 처리실(31)의 천정면을 관통하여 연장하는 가스 공급로(6)의 일단측이 접속되어 있다. 이 가스 공급로(6)에는 압력 조정부를 이루는 압력 조정 밸브(61)를 거쳐서, 이산화탄소(CO2) 가스의 공급로(62)와, 헬륨(He) 가스의 공급로(63)가 각각 접속되어 있다. 상기 공급로(62)는, 개폐 밸브 V1 및 유량 조정부(62a)를 거쳐서 이산화탄소 가스의 공급원(62b)에 접속되고, 상기 공급로(63)는, 개폐 밸브 V2 및 유량 조정부(63a)를 거쳐서 헬륨 가스의 공급원(63b)에 접속되어 있다.
상기 이산화탄소 가스는 세정용의 가스이며, 이 가스에 의해 가스 클러스터가 형성된다. 또한, 헬륨 가스는 배기용의 가스이다. 헬륨 가스는 클러스터를 형성하기 어렵고, 이산화탄소 가스에 헬륨 가스를 혼합하면, 이산화탄소 가스에 의해 생성한 클러스터의 속도를 높이는 작용이 있다. 또한, 가스 공급로(6)에는, 상기 가스 공급로(6)내의 압력을 검출하는 압력 검출부(64)가 마련되어 있고, 이 압력 검출부(64)의 검출 값에 근거하여, 후술하는 제어부(7)에 의해 압력 조정 밸브(61)의 개방도가 조정되고, 압력실(41)내의 가스 압력이 제어되도록 구성되어 있다. 상기 압력 검출부(64)는, 압력실(41)내의 압력을 검출하는 것이어도 좋다.
또한, 상기 압력 검출부(64)의 검출 값에 근거하는 압력 조정은, 이산화탄소 가스 유량 조정부(62a) 및 헬륨 가스 유량 조정부(63a)에서 가스 유량을 조정하여, 행해도 좋다. 또한, 각각의 개폐 밸브 V1, V2와 압력 조정 밸브(61)의 사이에, 예를 들면 가스 부스터와 같은 승압 기구를 이용하여 공급 압력을 상승시켜, 압력 조정 밸브(61)에서 조정해도 좋다.
이 진공 처리 장치(1)에는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 장치 전체의 동작의 제어를 행하기 위한, 예를 들면 컴퓨터로 이루어지는 제어부(7)가 마련되어 있다. 이 제어부(7)는, CPU(71), 프로그램(72), 기억부(73)를 구비하고 있다. 상기 프로그램(72)는, 후술의 세정 처리에 부가하여, 진공 처리 모듈(21∼25)에서 행해지는 진공 처리에 대응한 장치의 동작을 실행하도록, 스텝군이 구성되어 있다. 프로그램(72)은, 예를 들면 하드 디스크, 컴팩트 디스크, 광학 자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체에 저장되어, 거기로부터 제어부(7)내에 인스톨된다.
또한, 상기 기억부(73)에는, 상기 웨이퍼 검사부(17)에서 취득된 파티클 정보(74)가 기억되어 있다. 이 파티클 정보(74)는, 웨이퍼 W의 위치와 파티클의 사이즈를 대응지은 정보이다. 파티클의 사이즈는, 예를 들면 웨이퍼 검사부(17)에서 설정된 파티클의 입경의 범위에 따라 할당된 값이며, 예를 들면 20nm 이상 40nm 미만, 40nm 이상 60nm 미만이라고 하는 값에 의해 사이즈가 규정된다. 도 5에서는, 이 사이즈를 P1, P2···이라고 기재하여, 규격한 값으로서 취급하고 있다. 또한 웨이퍼 W의 위치는, 예를 들면 웨이퍼 검사부(17)에서 관리하고 있는 웨이퍼상의 좌표 위치이며, 도 5에서는, K1, K2, K3…로서 기재하고 있다. 웨이퍼상의 좌표 위치는, 예를 들면 웨이퍼 W에 형성된 결정 방향을 나타내기 위한 노치의 중심과 웨이퍼 W의 중심을 통과하는 라인을 X 좌표축, 이 라인에 직교하는 라인을 Y 좌표축으로 하여, 이들 좌표축에서 특정되는 X, Y 좌표계의 위치로서 결정할 수 있다.
또한, 제어부(7)는, 이 파티클 정보(74)에 근거하여, 파티클의 입경의 범위와, 그 범위에 속하는 파티클의 위치를 대응지은 데이터 테이블(75)을 작성하는 기능을 구비하고 있다. 상기 파티클의 입경의 범위는, 미리 설정된 가스 클러스터의 사이즈(입경)마다 할당된 것이다. 도 5에서는, 이 데이터 테이블(75)에 있어서의 파티클의 입경의 범위를 PA, PB···이라고 기재하여, 규격화한 값으로서 취급하고 있다.
후술하는 바와 같이, 규격화된 파티클의 입경과 파티클을 제거하기 위해서 적절한 가스 클러스터의 사이즈는 대응하고 있고, 또한 가스 클러스터의 사이즈와 이 사이즈를 결정하는 인자인 가스 공급 압력은 대응하고 있다. 이 때문에, 기억부(73)의 데이터 테이블(75)은, 웨이퍼 W의 표면에 있어서의 가스 클러스터의 조사 위치와 가스 압력의 관계를 규정한 데이터라고 할 수 있다. 프로그램(72)은, 이 데이터를 판독함으로써, 가스 클러스터의 조사 위치에 순차적으로 웨이퍼 W를 이동시키기 위한 제어 신호를 세정 모듈(3)의 구동부(33)에 출력함과 아울러, 가스 클러스터를 조사할 때의 가스의 압력을 결정하기 위해서 압력 조정 밸브(61)의 개방도의 지령 신호(제어 신호)를 출력한다.
계속해서, 상술의 실시 형태의 작용에 대해 설명한다. 반입출 포트(12)에 FOUP(11)가 탑재되면, 제 1 기판 반송 기구(16)에 의해 상기 FOUP(11)로부터 웨이퍼 W가 취출된다. 이 웨이퍼 W에는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 패턴 오목부인 구리 배선 매립용의 오목부(그루브 및 비아 홀)(81)이 형성되어 있다. 그 다음에, 웨이퍼 W는 상압 분위기의 대기 반송실(13)을 거쳐서 얼라인먼트실(18)에 반송되어, 얼라인먼트가 행해진다. 이 후, 웨이퍼 W는 제 1 기판 반송 기구(16)에 의해 웨이퍼 검사부(17)에 반송되고, 여기서 파티클 정보가 취득된다. 취득된 파티클 정보는 제어부(7)에 전송되어, 제어부(7)에서는 이미 기술된 데이터 테이블(75)이 작성된다.
웨이퍼 검사부(17)에서 검사가 행해진 웨이퍼 W는, 제 1 기판 반송 기구(16)에 의해 상압 분위기로 설정된 로드록실(14, 15)에 반입된다. 그리고, 로드록실(14, 15)내의 분위기가 진공 분위기로 전환된 후, 제 2 기판 반송 기구(26)에 의해 세정 모듈(3)에 반송되어, 파티클의 제거 처리가 행해진다. 이 예에서는, 웨이퍼 검사부(17)에서 검사를 종료한 웨이퍼 W를 세정 모듈(3)에 반송할 경우에는, 웨이퍼 W는, 웨이퍼 검사부(17)로부터 제 1 기판 반송 기구(16)에 전달된다. 이 때문에, 제 1 기판 반송 기구(16)는, 웨이퍼 검사부(17)에서 검사를 종료한 웨이퍼 W를 세정 모듈(3)에 반송하기 위한 기판 반송 기구에 상당한다.
세정 모듈(3)에서는, 가스 클러스터를 이용하여, 웨이퍼 W의 표면으로부터 파티클을 제거하는 처리가 행해진다. 상기 가스 클러스터는, 웨이퍼 W가 배치되는 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터 처리 분위기로 가스를 공급하고, 단열 팽창에 의해 가스의 응축 온도까지 냉각하는 것에 의해, 가스의 원자 또는 분자가 집합체로서 모여져서 생성하는 물질이다. 예를 들면, 처리 분위기를 이루는 세정 처리실(31)에 있어서의 처리 압력은, 예를 들면 0.1∼100Pa의 진공 분위기로 설정됨과 아울러, 세정용의 가스(이산화탄소 가스)가 노즐부(4)에 대해서, 예를 들면 0.3∼5.0MPa의 압력으로 공급된다. 이 세정용의 가스는, 세정 처리실(31)의 처리 분위기로 공급되면, 급격한 단열 팽창에 의해 응축 온도 이하로 냉각되므로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상호의 분자(201)끼리가 반데르발스력(van der Waals force)에 의해 결합하여, 집합체인 가스 클러스터(200)가 된다. 가스 클러스터(200)는 이 예에서는 중성이다. 예를 들면, 가스 클러스터는, 5×103 원자(분자)/클러스터로 8nm 정도이므로, 5×103 원자(분자)/클러스터 이상인 것이 바람직하다.
노즐부(4)로부터 생성하는 가스 클러스터(200)는, 웨이퍼 W를 향해 수직으로 조사되고, 도 6에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 W의 회로 패턴을 위한 오목부(81)내에 들어가서, 상기 오목부(81)내의 파티클(100)을 날려 버려 제거한다.
도 7 및 도 8은, 웨이퍼 W상의 파티클(100)이 가스 클러스터(200)에 의해 제거되는 형태를 모식적으로 나타내고 있다. 도 7은, 웨이퍼 W상의 파티클(100)에 가스 클러스터(200)가 충돌하는 경우이다. 이 경우, 가스 클러스터(200)는, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 W의 표면에 수직으로 조사되어, 예를 들면 파티클(100)에 대해서는 비스듬히 상방측으로부터 충돌할 가능성이 높다. 가스 클러스터(200)는, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이 파티클(100)에 오프셋된 상태(위로부터 보았을 때에 가스 클러스터(200)의 중심과 파티클(100)의 중심이 어긋나 있는 상태)에서 충돌하면, 도 7(c)에 나타낸 바와 같이, 충돌시의 충격으로 파티클(100)에 대해서, 횡방향으로 움직이는 힘을 인가한다. 이 결과, 파티클(100)이 웨이퍼 W 표면으로부터 박리되고, 떠올라, 측방 또는 비스듬히 상방측으로 날아간다.
또한, 가스 클러스터(200)는, 파티클(100)에 직접 충돌되지 않고, 도 8(a)에 나타낸 바와 같이 파티클(100)의 근방에 조사되는 것에 의해서도 상기 파티클(100)을 제거할 수 있다. 가스 클러스터(200)는, 웨이퍼 W에 충돌하면, 구성 분자(201)가 횡방향으로 퍼지면서 분해하여 간다(도 8(b) 참조). 이 때, 높은 운동 에너지 밀도 영역이 횡방향(수평 방향)으로 이동해 가기 때문에, 이에 의해 파티클(100)이 웨이퍼 W로부터 박리되어, 날려진다(도 8(c), (d) 참조). 이렇게 하여, 파티클(100)은 오목부(81)로부터 튀어나온 진공 분위기의 세정 처리실(31)내에 비산(飛散)해 가고, 배기로(36)를 거쳐서 세정 처리실(31)의 외부로 제거된다.
계속해서, 가스 클러스터의 입경과 파티클의 세정 성능에 대해 설명한다. 후술의 실시예에 의해 명백한 바와 같이, 파티클(100)의 입경에 따라, 세정에 적합한 가스 클러스터(200)의 크기가 존재한다. 즉, 파티클(100)보다도 가스 클러스터(200)가 극단적으로 큰 경우, 제거 성능은 발휘되지 않고, 패턴에 인가되는 손상이 너무 커져 버린다. 한편, 파티클(100)보다도 가스 클러스터(200)가 극단적으로 작은 경우, 제거에 필요한 물리적 박리력을 충분히 인가하지 못하고, 역시 제거 성능이 불충분하게 되어 버린다. 이 때문에, 가스 클러스터의 크기는, 파티클의 입경의 0.2∼2배로 하는 것이 바람직하다. 이 가스 클러스터의 크기는, 후술의 실시예에 의해 명백한 바와 같이, 세정용의 가스인 이산화탄소 가스의 공급 압력에 의존한다. 따라서, 제어부(7)에서는, 이미 기술된 바와 같이, 웨이퍼 검사부(17)에서 취득된 파티클 정보에 근거하여, 적절한 가스 클러스터(200)의 입경을 얻기 위한 이산화탄소 가스의 공급 압력을 설정하여, 예를 들면 압력 조정 밸브(61)의 개방도에 의해 조정하고 있다.
이렇게 하여, 세정 모듈(3)에서는, 웨이퍼 W상의 파티클에 대해서, 그 사이즈에 따라, 압력 조정 밸브(61)를 조정한 상태에서, 노즐부(4)로부터 국소적으로 가스 클러스터(200)를 조사하여, 파티클(100)의 제거를 행하고 있다.
그리고 도 5에 근거하여 이미 서술한 바와 같이, 파티클 정보에는 파티클이 부착하고 있는 웨이퍼 W상의 위치 정보(도 5에 나타낸 k1, k2 등)가 포함되고, 제어부(7)에서는, 파티클 사이즈마다 파티클의 위치를 배열한 데이터를 기억하고 있다. 따라서 파티클 사이즈가 동일하면, 조사 조건이 동일하기 때문에, 동일한 조사 조건으로 파티클 사이즈에 대응하는 파티클의 위치에 가스 클러스터를 조사한다. 구체적으로는, 파티클 사이즈 PA이면, 위치 k1, k2, k4···에 대해서, 파티클 사이즈 PA의 파티클 제거에 적합한 조사 조건으로 가스 클러스터의 조사를 행한다. 그 다음에, 가스 클러스터 조사 조건을 변경하여, 파티클 사이즈 PB의 위치 k3, k5··, 에 대해서, 파티클 사이즈 PB의 파티클 제거에 적합한 조사 조건으로 가스 클러스터의 조사를 행하도록, 세정 처리를 진행시킨다.
세정 모듈(3)에서 파티클(100)이 제거된 웨이퍼 W는, 진공 반송실(2)를 거쳐서 제 2 기판 반송 기구(26)에 의해, 예를 들면 스퍼터링 처리를 행하는 진공 처리 모듈에 반송되어, 오목부(81)에 대해서, 예를 들면 티탄(Ti)이나 텅스텐(W) 등의 배리어층이 형성된다. 그 다음에, 웨이퍼 W는, CVD 처리를 행하는 진공 처리 모듈에 반송되고, 여기서, 예를 들면 구리 배선을 형성하기 위해서 구리(Cu)의 매립이 행해진다. 계속해서, 웨이퍼 W는 제 2 기판 반송 기구(26)에 의해 진공 분위기로 설정된 로드록실(14, 15)에 반입된다. 그리고, 상기 로드록실(14, 15) 실내의 분위기가 상압 분위기로 변환된 후, 웨이퍼 W는, 대기 반송실(13)에 반송되고, 제 1 기판 반송 기구(16)에 의해, 반입출 포트(12)의, 예를 들면 원래의 FOUP(11)로 되돌려진다.
상술의 실시 형태에 의하면, 웨이퍼 W의 표면을 검사하여, 파티클(100)의 입경 및 파티클(100)이 부착하고 있는 위치를 포함하는 정보를 취득하고 있다. 그리고, 이 정보에 따라, 파티클(100)에 대응하는 크기로 조정된 가스 클러스터(200)를 웨이퍼 W의 표면에 조사하고 있으므로, 웨이퍼 W에 부착된 파티클(100)의 제거 성능을 높일 수 있다. 또한, 가스 클러스터(200)를 웨이퍼 W에 수직으로 조사하고 있으므로, 오목부(81)를 구성하는 벽부에 가스 클러스터(200)가 방해받는 일 없이, 오목부(81)내에 가스 클러스터(200)를 확실하게 조사할 수 있다. 이 때문에, 오목부(81)내의 파티클(100)에 가스 클러스터(200)가 도달하기 때문에, 상기 파티클(100)을 높은 제거율로 제거할 수 있다.
또한, 가스 클러스터(200)를 파티클(100)의 근방에 조사해도, 파티클 제거를 행할 수 있기 때문에, 가스 클러스터(200)의 조사량(도우즈량)이 적어도 된다. 왜냐하면, 임의의 포인트에 가스 클러스터(200)를 조사하면, 상기 조사 포인트의 근방의 복수개의 파티클(100)을 제거할 수 있기 때문이다. 따라서, 조사되는 가스 클러스터(200)의 개수가 적어도 되므로, 가스 클러스터의 조사에 의한 처리 분위기의 압력 상승이 억제되어, 세정 처리실(31)의 압력을 낮은 상태로 유지할 수 있다. 이와 같이 낮은 압력 하에서는, 가스 클러스터(200)의 속도가 크기 때문에, 웨이퍼 W나 파티클(100)에 대해서 고속으로 충돌하여, 충돌시의 충격력이 커진다. 따라서, 가스 클러스터(200)가 구성 분자(201)로 분해할 때의 파괴력이 커져서, 충돌한 파티클(100)이나 근방의 파티클(100)에 인가하는 에너지가 증대한다. 이와 같이, 가스 클러스터(200)의 조사량을 억제하는 것에 의해, 가스 클러스터(200)의 속도를 높일 수 있으므로, 이 점에 있어서도 파티클의 제거에 기여하게 된다. 이러한 것으로부터 가스 클러스터(200)의 조사량은 파티클 제거에 유효한 요건의 하나라고 말할 수 있다.
한편, 파티클(100)의 크기에 따라 제거율이 상이하여, 종래의 2 유체 스프레이법에 따른 세정에서는 파티클(100)의 크기가 200nm를 하회하면, 제거율이 저하하는 것이 파악되어 있다. 이 2 유체 스프레이법은, 수십μm의 크기의 물방울과 질소(N2) 가스를 혼합하여, 스프레이 형상으로 웨이퍼 W에 내뿜어 파티클의 제거를 행하는 것이다.
이에 대해서, 가스 클러스터(200)의 조사에 의한 파티클 제거는, 후술의 실시예로부터도 명백한 바와 같이, 12nm∼49nm의 파티클(100)에 대해서도 유효하다. 이 실시예로부터 가스 클러스터의 조사량을 규정하면, 가스 클러스터의 조사량은 1 평방 센티미터 당 1011 오더 이상 1015 오더 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 가스 클러스터의 조사량이란, 단위 면적 당으로 조사되는 가스 클러스터의 개수이며, 이하의 측정 방법에 의해 구해진다.
우선 생성한 가스 클러스터를 이온화시켜, 가스 클러스터의 병진 방향과 대면에 위치하는 패러데이 컵(Faraday cup) 부분에 이온화시킨 가스 클러스터를 충돌시킨다. 그 때 패러데이 컵의 전류치를 계측함으로써, 가스 클러스터의 개수를 산출한다.
계속해서, 세정 모듈(3)에 있어서, 진공 처리 전 및 진공 처리 후의 웨이퍼 W에 부착하고 있는 파티클의 제거를 행하는 경우에 대해 설명한다. 이 예에서는, 진공 처리 모듈은 에칭 처리나 애싱 처리를 행하는 모듈로서 구성되어 있다. 또한, FOUP(11)에 수납된 웨이퍼 W는, 예를 들면 패터닝된 포토레지스트 마스크가 표면에 적층된 것이다. 웨이퍼 W는, 웨이퍼 검사부(17)에서 파티클 정보가 취득되고, 얼라인먼트가 행해진 후, 로드록실(14, 15) 및 진공 반송실(2)을 거쳐서, 세정 모듈(3)에 반송되고, 이미 기술한 바와 같이 하여 파티클의 제거가 행해진다. 그 다음에, 웨이퍼 W는 에칭 처리를 행하는 진공 처리 모듈 및 애싱 처리를 행하는 진공 처리 모듈에 순차적으로 반송된다. 이렇게 하여, 도 6에 나타낸 바와 같이, 오목부(81)를 구비한 패턴의 형성이 행해진다. 이와 같이, 에칭 처리를 행하기 전에, 웨이퍼 W상의 파티클의 제거를 행하는 이유는, 파티클이 포토레지스트 마스크의 일부로 간주되어, 에칭 불량을 일으키는 요인이 되기 때문이다.
필요하면, 에칭 처리나 애싱 처리 후, 재차, 세정 모듈(3)에 의해, 파티클의 제거를 행해도 좋다. 그 경우에는, 웨이퍼 W는, 에칭 처리나 애싱 처리 후, 진공 반송실(2), 로드록실(14, 15)을 거쳐서 제 1 기판 반송 기구(16)에 수취되고, 웨이퍼 검사부(17)에 반송되어 파티클 정보가 취득된다. 계속해서, 웨이퍼 W는 대기 반송실(13), 로드록실(14, 15)을 거쳐서 제 2 기판 반송 기구(26)에 수취되고, 세정 모듈(3)에 반송되어, 에칭 처리에 의해 부착된 파티클의 제거 처리가 행해진다. 세정 처리 후의 웨이퍼 W는, 진공 반송실(2), 로드록실(14, 15)을 거쳐서 제 1 기판 반송 기구(16)에 수취되어, 원래의 FOUP(11)로 되돌려진다.
또한, 웨이퍼 검사부(17)는 진공 반송실(2)에 대해서, 세정 모듈(3)과는 별도의 상이한 위치에 접속하도록 해도 좋고, 웨이퍼 검사부(17)로서는 SEM 등의 진공계 계측 장치를 이용할 수 있다. 이러한 경우 웨이퍼 검사부에서 검사를 종료한 웨이퍼를 세정 모듈(3)에 반송하는 기판 반송 기구와, 세정 모듈(3)과 진공 처리 모듈의 사이에서 기판을 반송하는 기판 반송 기구는, 예를 들면, 공용화된다. 또한, 웨이퍼 검사부(17)는 진공 처리 장치에 내장되지 않고, 스탠드얼론(standalone)의 장치로서 이용하도록 해도 좋다. 그 경우에는 취득한 계측 정보를 제어부(4)에 반영시키도록 한다.
또한, 본 발명은, 로트의 선두의 웨이퍼 W에 대해 파티클의 검사를 행하여 파티클 정보를 취득하고, 이 정보에 근거하여 설정된 가스 클러스터 조사 조건을 이용하여, 세정 모듈(3)에 있어서 로트의 모든 웨이퍼 W에 대해 파티클의 제거를 행하도록 해도 좋다. 또한, 본 발명은, 로트의 모든 웨이퍼 W에 대해 파티클의 검사를 행하고, 웨이퍼 W마다 상기 정보에 근거하여 가스 클러스터 조사 조건을 설정하고, 이 조건을 이용하여 웨이퍼 W마다 파티클의 제거를 행하도록 해도 좋다.
또한, 앞에서의 실시 형태에서는, 웨이퍼 W의 표면에 있어서 파티클이 부착하고 있는 영역에 대해서 국소적으로 가스 클러스터를 조사했다. 그러나 본 발명은, 이러한 방법으로 한정되는 일 없이, 예를 들면 파티클의 양이 많은 경우에는, 파티클 사이즈(파티클의 사이즈의 범위를 규격화한 크기)마다 부착 영역을, 예를 들면, 직사각형의 소정의 크기의 구획 영역 S로서 규격화하도록 해도 좋다. 본 발명은, 예를 들면 도 9에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 W의 표면을 바둑판 형상으로 구획하여, 파티클이 구획 영역 S내에 포함되어 있으면, 그 구획 영역 S에 대해서, 파티클의 사이즈에 따른 가스 클러스터의 사이즈를 선정하여 가스 클러스터를 조사한다고 하는 수법을 채용해도 좋다.
또한, 가스 클러스터는, 웨이퍼 W의 전체면에 조사하도록 해도 좋다. 이 경우, 웨이퍼 W상의 파티클의 입경을 파악하여, 그 입경에 대응하는 가스 클러스터의 사이즈를 조정한다. 그리고, 파티클의 입경에 따라서는, 가스 클러스터의 사이즈를 복수 갖도록 조정되어, 예를 들면 각 사이즈마다 전체면 조사가 행해진다.
계속해서, 본 발명의 제 2 실시 형태에 있어서, 도 10을 참조하면서 설명한다. 이 실시 형태는, 가스 클러스터의 사이즈를 조정하는 인자로서, 이산화탄소 가스의 온도를 조정하는 예이다. 이 예에서는, 예를 들면 노즐부(4) 및, 상기 노즐부(4) 근방의 가스 공급로(6)의 주위를 둘러싸도록 온도 조정실(91)이 마련되어 있다. 이 온도 조정실(91)에는, 온도 조절 매체 공급관(92)이 노즐부(4)의 압력실(41)의 측벽을 따르도록 삽입되고, 상기 온도 조절 매체 공급관(92)은, 상기 압력실(41)의 하방측 근방에서 개구하고 있다. 이 온도 조절 매체 공급관(92)은 칠러(chiller)(93)가 접속되어 있고, 이 칠러(93)에 의해 소정 온도로 조정된 온도 조절 매체가 온도 조절 매체 공급관(92)을 거쳐서 온도 조정실(91)내에 공급된다. 또한, 온도 조정실(91)에는, 상기 온도 조정실(91)내의 온도 조절 매체를 칠러(93)에 순환 공급하기 위한 공급로(94)가 마련되어 있다. 도 10 중 (95)는 온도 검출부, (96)은 유량 조정 밸브이다. 상기 실시 형태에서는, 온도 조정실(91), 온도 조절 매체 공급관(92) 및 칠러(93)에 의해, 이산화탄소 가스의 온도를 조정하는 온도 조정부가 구성되어 있다.
후술의 실시예에 의해 명백한 바와 같이, 가스 클러스터(200)의 사이즈와, 압력실(41)에 공급되는 세정용의 가스(이산화탄소 가스)의 온도의 사이에는 상관 관계가 있고, 가스 온도가 낮을수록, 가스 클러스터(200)의 사이즈가 커진다. 따라서, 이 예에서는, 웨이퍼 W 표면의 파티클(100)의 입경에 따라 가스 클러스터(200)의 사이즈가 결정된 후, 이 사이즈에 대응하도록, 칠러(93)를 제어한다. 즉, 예를 들면 온도 검출부(95)에 의해, 온도 조절 매체의 순환로, 예를 들면 공급로(94)내의 온도 조절 매체의 온도를 검출한다. 그리고, 이 검출 값에 근거하여 칠러(93)에서 온도 조절 매체를 온도 조정하고, 이 온도 조정된 온도 조절 매체를 노즐부(4) 및 가스 공급로(6)의 주위에 순환시킨다. 이렇게 하여, 제 2 실시 형태에서는, 이산화탄소 가스의 온도를 조정하여, 가스 클러스터 사이즈를 제어하고 있다. 또한, 유량 조정 밸브(96)의 개방도를 조정함으로써, 온도 조절 매체의 공급량을 제어하여, 이산화탄소 가스의 온도를 조정하도록 해도 좋다.
이 실시 형태에 있어서도, 상술의 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 파티클(100)의 입경에 따라, 그 크기가 조정된 가스 클러스터(200)를 파티클(100)에 조사하고 있으므로, 웨이퍼 W에 부착된 파티클(100)의 제거 성능을 높일 수 있다. 또한, 가스 클러스터(200)를 웨이퍼 W에 수직으로 조사하고 있으므로, 오목부(81)내의 파티클(100)을 높은 제거율로 제거할 수 있다. 이상에 있어서, 본 발명은, 이산화탄소 가스에 혼합되는 헬륨 가스의 혼합비에 의해, 가스 클러스터(200)의 가속도를 조정하도록 해도 좋다. 헬륨 가스는 클러스터를 형성하기 어렵고, 헬륨 가스를 혼합하면, 이산화탄소 가스에 의해 생성한 클러스터의 속도를 높이는 작용이 있다. 이 때문에, 헬륨 가스의 혼합량을 많게 하면, 가스 클러스터(200)의 가속도를 크게 할 수 있다. 따라서, 사전에 적합한 헬륨 가스의 혼합비를, 예를 들면 클러스터의 사이즈마다 파악해 두어, 파티클의 세정시에 헬륨 가스의 혼합비를 사전에 파악한 값으로 조정하도록 해도 좋다. 예를 들면, 이산화탄소 가스의 유량을 일정하게 해 두고, 이산화탄소 가스와 헬륨 가스의 혼합비와, 가스 클러스터의 사이즈를 대응지은 데이터를 제어부(7)에게 갖게 해 두고, 가스 클러스터의 사이즈에 따라 상기 혼합비(예를 들면, 헬륨 가스의 유량)를 조정하도록 해도 좋다.
또한, 가스 클러스터의 입경의 조정은, 세정용의 가스의 압력 및 세정용의 가스의 온도 모두의 조정에 의해 행하도록 해도 좋다.
또한 본 발명의 제 3 실시 형태에 있어서, 도 11을 참조하면서 설명한다. 제 3 실시 형태는, 가스 클러스터를 이온화하여 가속 전압에 의해 가속하는 예이다. 상기 노즐부(4)와 탑재부(32)의 사이에는, 노즐부(4)측으로부터 순서대로 차동 배기부(51), 이온화부(52), 가속 전극(53)으로 이루어지는 가속 조사부 및 자석(54)이 마련되어 있다. 상기 차동 배기부(51)는, 스키마(51a)와, 중앙에 클러스터 빔을 통과시키는 구멍 부분이 형성된 구분 플레이트(51b)를 구비하고 있다. 스키마(51a)와 구분 플레이트(51b)의 사이의 영역은, 도시하지 않은 전용의 진공 펌프에서 배기함으로써 고진공화되어 있다.
상기 이온화부(52)는, 필라멘트, 애노드(52a) 및 인출 전극(52b)을 구비하며, 필라멘트와 애노드(52a)의 사이에 이온화 전압을 인가함으로써, 애노드(52a)내를 통과하는 클러스터에 전자가 충돌하여, 이온화된다. 상기 인출 전극(52b)에는 직류 전원부(52c)로부터 음의 전위가 인가되고 있고, 이에 의해 클러스터 이온을 인출하도록 구성되어 있다. 상기 가속 전극(53)은, 전압이 가변의 직류 전원부(55)에 접속되고, 웨이퍼 W의 전위에 대해서 양의 고전압을 인가하여 가속 전압으로 하고, 클러스터 이온을 웨이퍼 W의 방향으로 가속시키도록 구성되어 있다. 따라서, 탑재대(32)는, 예를 들면 접지 전위로 된다. 상기 자석(54)은, 클러스터 이온에 포함되는 모노머(monomer) 이온을 제거하는 것이다.
제 3 실시 형태에 있어서도, 전술의 도 3(비이온화 타입)과 마찬가지로, 파티클 정보에 따라 클러스터 입경에 관련되는 인자를 조정하지만, 운동 에너지가 더 필요한 경우, 노즐부(4)보다 하방에 구비되어 있는 이온화부에서 가속됨으로써, 운동 에너지의 증가가 가능하다. 이 때문에, 제어부(7)로부터 직류 전압치(가속 전압치)가 조정되어, 최적인 클러스터 에너지를 얻을 수 있다. 또한 사전에 적합한 가속 전압을, 예를 들면 클러스터의 사이즈마다 파악해 두어, 파티클의 세정시에 가속 전압이 사전에 파악한 값으로 조정되도록 해도 좋다.
또한, 노즐부를 파티클의 사이즈마다 복수개 준비해도 좋다. 이러한 예는 도 3에 나타내는 장치(비이온화 타입) 또는 도 11에 나타내는 장치(이온화 타입)에 적용할 수 있다. 이러한 구성에서는, 예를 들면 파티클 사이즈가 2 단계(Pα, Pβ)로 설정되어 있고, 파티클 사이즈 Pα의 파티클에 대해서는, 한쪽의 노즐부로부터 파티클 사이즈 Pα의 파티클 제거에 적합한 조사 조건으로 가스 클러스터가 조사된다. 또한, 파티클 사이즈 Pβ의 파티클에 대해서는, 한쪽의 노즐부로부터 파티클 사이즈 Pβ의 파티클 제거에 적합한 조사 조건으로 가스 클러스터가 조사되어, 파티클 제거가 행해진다. 또한, 양 노즐부의 각각에서, 복수의 파티클 사이즈의 파티클의 제거를 행하도록 해도 좋다.
계속해서, 본 발명의 제 4 실시 형태에 대해 설명한다. 이 예는, 웨이퍼 검사부를 진공 반송실(2)에 접속하는 것으로, 이 경우, 예를 들면 도 12에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 검사부(17)를 세정 모듈(3)과 조합하여 구성하도록 해도 좋다. 도 12에 나타내는 예는, 검사실과 세정 처리실(31)을 공용화한 것으로, 세정 처리실(31)의 상벽(30) 상에는, 돌출부(39)에 인접한 영역에, 이미 기술된 웨이퍼 검사 장치를 구비한 수납부(82)가 마련되어 있다. 도면 중 (30a)는 상벽(30)에 형성된 검사용의 개구부이며, 이 개구부(30a)의 하방측이 검사 영역으로 된다. 이 예에서는, 수납부(82)의 하방측의 검사 영역에 탑재대(32)를 위치시켜, 상기 개구부(30a)를 거쳐서 파티클 검사가 행해지고, 그 다음에 탑재대(32)를 돌출부(33+)의 하방측에 위치시켜, 파티클의 제거가 행해진다.
실시예
계속해서, 본 발명의 효과를 확인하기 위해서 행한 실시예에 대해 설명한다.
(실시예 1： 운동 에너지와 파티클 제거율의 관계)
도 11에 나타내는 세정 모듈(3)에서, 이산화탄소 가스의 가스 클러스터에 의한 파티클의 제거를 행함에 있어, 운동 에너지를 변경하여 처리를 행해서, 파티클의 제거율에 대해 평가를 행했다. 이 때, 처리 조건은 이하와 같이 하여, 가속 전극(53)으로의 공급 전압(가속 전압)을 제어함으로써, 운동 에너지를 변화시켰다. 그리고, 세정 처리 전후의 웨이퍼 표면을 SEM에 의해 관찰함으로써, 파티클 수를 검출하여, 제거율을 구했다.
세정 대상 기판：단결정 실리콘 웨이퍼
압력실로의 이산화탄소 가스의 공급 압력： 2.0MPa
가스 클러스터의 조사 각도 θ ： 90도
가스 클러스터의 조사량 ： 3×1014/cm2
파티클 ： 입경 23nm의 SiO2
이 결과를 도 13에 나타낸다. 후술하는 바와 같이, 가스 클러스터의 운동 에너지에는 분포가 있고, 도면 중 가로축은 운동 에너지의 강도가 피크로 되는 값이고, 세로축은 파티클의 제거율이다. 또한 후술하는 실시예에서 나타내는 운동 에너지는, 강도 분포의 피크로 되는 운동 에너지 값을 나타낸다. 도 13에 의해, 운동 에너지와 파티클의 제거율의 사이에는 양호한 상관이 있고, 운동 에너지의 증가에 따라, 제거율이 높아지는 것이 인지되었다. 이 때, 운동 에너지가 50keV/클러스터인 때에는 92%의 제거율을 확보할 수 있는 것이 인지되었다. 이것으로부터, 운동 에너지를 50keV/클러스터로 함으로써, 입경 23nm의 SiO2 입자를 박리하기 위해서 충분한 힘을 얻을 수 있는 것이 이해된다. 또한, 이 때, 패턴이 형성된 웨이퍼 W에 대해서, 운동 에너지를 50keV/클러스터로 하여 가스 클러스터의 조사를 행한 후, 상기 패턴에 대해 SEM(주사형 전자 현미경)에 의해 형태 관찰을 행했는 바, 손상은 발생하고 있지 않은 것이 확인되어 있다.
또한, 운동 에너지가 25keV/클러스터인 때에는, 입경 23nm의 파티클(SiO2 입자)에 대한 제거율은 11%로 되어 있다. 따라서, 조사량을, 3×1014/cm2의 10배로 함으로써 90% 이상의 제거율을 확보할 수 있는 것이 추측된다. 이상을 근거로 하여, 본 발명자 등은, 1 평방 센티미터 당의 가스 클러스터의 조사량은 1011 오더 이하로 설정하는 것이 바람직한 것으로 파악하고 있다.
(실시예 2： 패턴 내부의 파티클의 제거)
도 11에 나타내는 세정 모듈(3)에서, 패턴 내부의 파티클에 대해서, 이산화탄소 가스의 가스 클러스터에 의해 제거를 행하여, 이 제거의 평가를 행했다. 이 때, 처리 조건은 이하와 같이 하여, 세정 처리 전후의 웨이퍼 표면을 SEM에 의해 관찰함으로써, 제거 효과를 확인했다.
압력실로의 이산화탄소 가스의 공급 압력： 2.0MPa
가스 클러스터의 조사 각도 θ： 90도
가스 클러스터의 조사량： 3×1014/cm2
클러스터 운동 에너지：40keV/클러스터
파티클 ： 입경 23nm의 SiO2
패턴 ： 80nmL/S
SEM에서 촬상한 패턴의 일부를 트레이스한 것을 도 14에 나타내지만, 도 14(a)는 가스 클러스터 미조사부 상태, 도 14(b)는 가스 클러스터 조사부 상태이다. 이와 같이 가스 클러스터 미조사부에는, 패턴의 오목부(81)의 바닥부나 측면에 파티클(100)이 존재하지만, 가스 클러스터 조사부에는 존재하지 않는 것이 확인되었다. 이에 의해, 이산화탄소 가스의 공급 압력을 2.0MPa, 가스 클러스터의 운동 에너지를 40keV/클러스터로 하고, 가스 클러스터를 웨이퍼 W에 대해서 수직으로 조사함으로써, 패턴의 오목부(81) 내부의 파티클(100)이 높은 제거율로 제거되는 것이 인지되었다.
(실시예 3： 가스 클러스터 사이즈와 압력의 관계)
도 11에 나타내는 세정 모듈(3)에서, 이산화탄소 가스의 가스 클러스터를 생성함에 있어, 압력실(41)로의 이산화탄소 가스의 공급 압력을 변경하여 가스 클러스터를 생성해서, 가스 클러스터 사이즈의 평가를 행했다. 이 때, 이산화탄소 가스의 공급 압력은, 1MPa, 2MPa, 4MPa로 하고, 비행 시간법과 이론식을 이용하여, 클러스터의 사이즈 분포, 즉 클러스터의 구성 분자 수와 강도의 관계를 구했다. 또한, 강도는 상기 구성 분자 수를 구비한 클러스터의 개수를 나타내는 것이다.
비행 시간법은, 동일한 에너지로 가속된 이온은, 질량에 따라서 상이한 비행 속도를 갖는 것을 이용한 질량 선별법이다. 이온의 질량을 m, 가속 전압을 Va, 이온의 전하를 q, 비행 거리를 L로 하면, 이온의 비행 시간 t는 다음 식에 의해 구해진다. L, Va는, 기지의 값이기 때문에, t를 측정하는 것에 의해, m/q를 구할 수 있다. 구체적으로는, 가스 클러스터를 이온화함과 아울러, 클러스터가 조사되는 영역에 배치된 MCP 검출기에 의해 전류를 검출하고 있다.
t=L×｛m/(2qVa)｝1/2
이 결과를 도 15에 나타낸다. 도면 중 가로축은, 1개의 가스 클러스터를 구성하는 이산화탄소의 분자 수, 세로축은 강도이다. 이산화탄소 가스의 공급 압력을 증가시킬수록, 강도의 분포와 피크치는, 가스 클러스터를 구성하는 분자 수가 많아지는 방향으로 쉬프트하고 있다. 그리고 1개의 가스 클러스터를 구성하는 분자 수가 많아지면, 클러스터 사이즈가 커지므로, 가스 압력에 의해 가스 클러스터의 사이즈를 조정할 수 있음이 인지된다.
(실시예 4： 제거 성능의 입경 의존성)
도 11에 나타내는 세정 모듈(3)에서, 이산화탄소 가스의 가스 클러스터에 의한 파티클의 제거를 행함에 있어, 파티클 입경을 변경하여 처리를 행하여, 파티클의 제거율에 대해 평가를 행했다. 이 때, 입경이 각각 12nm, 23nm, 49nm, 109nm인 파티클을 부착시킨 4가지의 기판(베어 웨이퍼)을 이용하여, 가스 클러스터의 입경을 26nm로 설정하여, 파티클의 제거율을 조사했다. 처리 조건은 이하와 같이 하여, 각 기판에 대해서 운동 에너지를 변경하여 평가를 행하여, 세정 처리 전후의 웨이퍼 표면을 SEM에 의해 관찰함으로써, 제거율을 구하고 있다.
세정 대상 기판 ： 단결정 실리콘 웨이퍼
압력실로의 이산화탄소 가스의 공급 압력： 2.0MPa
가스 클러스터의 조사각 ： 90도
가스 클러스터의 조사량 ： 3×1012/cm2
이 결과를 도 16에 나타낸다. 도면 중 가로축은, 운동 에너지, 세로축은 파티클의 제거율이며, 파티클은, 각각 입경이 12nm에 대해서는 △, 23nm에 대해서는 □, 49nm에 대해서는 ●, 109nm에 대해서는 ○로 각각 데이터를 플롯하고 있다. 이에 의해, 파티클의 입경이 12nm, 23nm, 49nm인 경우에는, 운동 에너지의 증가와 함께 제거율이 향상하여, 운동 에너지가 50keV/클러스터 이상으로 되면, 어느 경우에도 70% 이상의 제거율을 확보할 수 있는 것이 인지되었다. 이에 대해서, 파티클이 109nm인 경우에는, 90keV/클러스터로 하는 높은 운동 에너지를 인가해도 완전히 제거할 수 없는 것을 알 수 있다. 따라서, 파티클 사이즈에 대해서 상대적으로 너무 작은 가스 클러스터를 이용해도, 파티클을 제거하지 못하고, 파티클 입경에 대응하는 사이즈의 가스 클러스터를 이용하는 것이 유효하다고 하는 것이 증명되어 있다. 또한, 가스 클러스터의 사이즈(입경)는, 파티클의 사이즈(입경)의 0.2배∼2배로 설정하는 것이 바람직한 것을 이해할 수 있다.
또한, 이 실시예에서는, 가스 클러스터의 조사량이 3×1012/cm2인 때에 사이즈가 12nm, 23nm, 49nm의 파티클에 대해서는 제거할 수 있는 것이 인지되어 있다. 또한, 파티클의 근방에 조사하는 것에 의해서도, 파티클을 제거할 수 있다고 하는 메커니즘과, 상기 조사 포인트의 근방의 복수개의 파티클을 제거할 수 있음에 입각하면, 다음의 것을 이해할 수 있다. 즉, 1 평방 센티미터 당의 가스 클러스터의 조사량이 1011 오더 이상이면, 이미 기술된 사이즈의 파티클에 대해서는 제거할 수 있다. 한편, 가스 클러스터의 조사량을 많게 하면, 그만큼 파티클에 직접 조사하는 가스 클러스터의 개수가 증가하므로, 파티클의 제거가 유효하게 된다. 따라서, 실시예 1의 결과에 따라, 1 평방 센티미터 당의 가스 클러스터의 조사량이 1011 오더 이상 1015 오더 이하이면, 49nm 이하의 파티클에 대해 효율적으로 제거할 수 있다고 말할 수 있다.
(실시예 5： 가스 클러스터 사이즈와 온도의 관계)
도 17은, 이산화탄소 가스의 가스 클러스터를 생성함에 있어, 노즐부(4)의 온도와 가스 클러스터의 운동 에너지의 관계를 압력마다 나타내고 있다. 노즐부(4)의 온도가 낮아지면 가스 클러스터의 운동 에너지가 증가하므로, 가스 클러스터의 사이즈가 커지고 있는 것을 알 수 있다. 따라서 가스 클러스터의 사이즈는, 가스 온도를 조정함으로써 제어할 수 있다.

Claims (18)

  1. 가스 클러스터를 기판에 조사함으로써 기판에 부착하고 있는 파티클을 제거하는 기판 세정 방법에 있어서,
    기판에 부착하고 있는 파티클에 대해 입경을 포함하는 파티클 정보를 취득하는 공정과,
    상기 공정에서 취득된 파티클 정보에 근거하여, 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터의 입경에 관한 인자를 조정하는 공정과,
    그 후, 기판이 배치되는 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터, 처리 분위기로 상기 세정용의 가스를 토출하고, 단열 팽창에 의해 상기 가스 클러스터를 생성시키는 공정과,
    상기 가스 클러스터를 기판의 표면에 대해서 90°±15°의 각도로 조사하여 파티클을 제거하는 공정을 포함하는
    것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은, 패턴 오목부가 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파티클 정보를 취득하는 공정은, 파티클 정보를 컴퓨터용의 기억부에 기억시키는 공정이며,
    상기 가스 클러스터의 입경에 관한 인자를 조정하는 공정은, 컴퓨터가 상기 기억부에 기억되어 있는 정보에 근거하여, 상기 인자를 조정하기 위한 제어 신호를 출력하는 공정인 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 클러스터의 조사량은, 1 평방 센티미터 당 1011 오더 이상 1015 오더 이하인 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 클러스터의 입경에 관한 인자를 조정하는 공정은, 세정용의 가스의 공급 압력 및 세정용의 가스의 온도 중 적어도 한쪽을 조정하는 공정인 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 세정용의 가스는, 이산화탄소 가스, 또는 이산화탄소 가스 및 헬륨 가스의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판이 배치되는 처리 분위기보다 압력이 높은 영역의 압력은, 0.3MPa∼5.0MPa인 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파티클 정보는, 기판상의 위치와 파티클의 입경을 대응지은 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  9. 가스 클러스터를 기판에 조사함으로써 기판에 부착하고 있는 파티클을 제거하는 기판 세정 장치에 있어서,
    기판이 탑재되어, 진공 분위기에서 기판의 세정 처리를 행하기 위한 세정 처리실과,
    상기 세정 처리실의 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터 세정용의 가스를, 상기 세정 처리실 내의 기판을 향해 토출하고, 단열 팽창에 의해 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성시키기 위한 노즐부와,
    기판에 부착하고 있는 파티클에 대해 입경을 포함하는 파티클 정보에 근거하여, 가스 클러스터의 입경에 관한 인자를 조정하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하며,
    상기 노즐부는, 상기 가스 클러스터를 기판의 표면에 수직으로 조사하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 신호에 근거하여, 상기 노즐부에 공급되는 세정용의 가스의 공급 압력을 조정하는 압력 조정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 압력 조정부는, 승압 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 승압 기구에서 승압된 세정용의 가스의 압력은, 0.3∼5.0MPa인 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정용의 가스는, 이산화탄소 가스, 또는 이산화탄소 가스 및 헬륨 가스의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  14. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 신호에 근거하여, 상기 노즐부에 공급되는 세정용의 가스의 온도를 조정하는 온도 조정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  15. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파티클 정보는, 기판상의 위치와 파티클의 입경을 대응지은 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  16. 기판에 대해서 진공 처리를 행하는 진공 처리 모듈과,
    청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재의 기판 세정 장치와,
    상기 기판 세정 장치와 상기 진공 처리 모듈의 사이에 기판을 반송하기 위한 기판 반송 기구를 구비한
    것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 진공 처리 모듈에 있어서의 진공 처리 전 및 진공 처리 후 중 적어도 한쪽의 기판에 부착하고 있는 파티클에 대해 입경을 포함하는 파티클 정보를 취득하기 위한 기판 검사부를 구비하고,
    상기 기판 반송 기구는 상기 기판 검사부에서 검사를 종료한 기판을 상기 기판 세정 장치에 반송하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 진공 처리 모듈에 있어서의 진공 처리 전 및 진공 처리 후 중 적어도 한쪽의 기판에 부착하고 있는 파티클에 대해 입경을 포함하는 파티클 정보를 취득하기 위한 기판 검사부와,
    상기 기판 검사부에서 검사를 종료한 기판을 상기 기판 세정 장치를 향해 반송하기 위한 다른 기판 반송 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.
KR1020147027264A 2012-02-27 2013-02-25 기판 세정 방법, 기판 세정 장치 및 진공 처리 장치 KR101768758B1 (ko)

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