KR20150013036A - 기판 세정 방법 및 기판 세정 장치 - Google Patents

기판 세정 방법 및 기판 세정 장치 Download PDF

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KR20150013036A
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카즈야 도바시
켄스케 이나이
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

웨이퍼(W)에 가스 클러스터를 조사하여, 웨이퍼(W)에 부착한 파티클을 제거함에 있어서, 파티클을 신속하게 높은 제거율로 제거하는 것이다. 웨이퍼(W)에 부착하고 있는 파티클을 제거하기 위하여, 노즐부(4)의 선단으로부터 웨이퍼(W)까지의 거리가 10 mm ~ 100 mm의 범위로 설정되고, 또한 세정 처리실(31) 내의 압력을 적절한 크기로 설정하여 가스 클러스터를 웨이퍼(W)의 표면에 조사하고 있다. 따라서, 파티클을 신속하게 높은 제거율로 제거할 수 있다. 또한 노즐부(4)로부터 웨이퍼(W)의 표면에 수직으로 조사하고 있기 때문에 오목부 패턴의 도괴를 억제할 수 있다. 또한, 노즐부(4)로 이산화탄소 가스와 헬륨 가스를 소정의 유량비로 혼합한 혼합 가스를 공급하여, 가스 클러스터를 생성함으로써 파티클의 제거 효율을 상승시킬 수 있다.

Description

기판 세정 방법 및 기판 세정 장치{SUBSTRATE CLEANING METHOD AND SUBSTRATE CLEANING APPARATUS}
본 발명은, 기판에 가스 클러스터를 조사하여 기판의 표면을 세정하는 기술에 관한 것이다.
반도체 제조 장치에서는, 제조 공정 중에서의 기판에의 파티클의 부착이 제품의 수율을 좌우하는 큰 요인 중 하나가 되고 있다. 이 때문에 기판에 대하여 처리를 행하기 전 혹은 후에 기판의 세정이 행해지고 있지만, 기판에의 데미지를 억제하면서 간이한 방법으로 확실하게 파티클을 제거하는 세정 기술의 개발이 요망되고 있다. 연구 개발되고 있는 세정 기술로서는, 파티클과 기판 간의 부착력 이상의 물리적 전단력을 부여하여 기판의 표면으로부터 파티클을 괴리하는 방법을 들 수 있고, 그 하나로서 예를 들면 특허문헌 1에 나타낸 바와 같은 가스 클러스터의 물리적 전단력을 이용한 기술을 들 수 있다.
가스 클러스터는, 고압의 가스를 진공 중에 분출하고, 단열 팽창에 의해 가스를 응축 온도까지 냉각함으로써 원자 또는 분자가 다수 모인 덩어리(클러스터)이다. 기판 세정 시에는, 이 가스 클러스터는, 그대로 혹은 적당히 가속되어 기판에 조사되고, 파티클이 제거된다.
가스 클러스터는, 전용의 노즐로부터 조사됨으로써 생성되기 때문에, 그 조사 영역이 한정된다. 이 때문에, 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼(이하 '웨이퍼'라고 함)와 같은 대구경 면적의 처리에 적용시킬 경우에는, 스루풋의 향상이 과제이며, 클러스터 노즐 한 개당 파티클의 제거 성능을 향상시킬 필요가 있다.
가스 클러스터의 파티클의 제거 성능을 향상시키는 방법으로서는, 예를 들면 가스 클러스터를 이온화시켜 기판에 조사하는 기술(가스 클러스터 이온빔)이 있다. 이 방법은, 생성된 가스 클러스터가 이온화되었을 시, 가스 클러스터를 구성하고 있는 분자가 서로 반발하는 성질을 이용하여 가스 클러스터의 조사 직경을 크게 하고 있어, 높은 스루풋이 얻어진다. 그러나 가스 클러스터 이온빔을 생성하기 위해서는, 대규모의 장치가 필요하다는 등의 문제가 있었다.
특허문헌 2에는, 가스 클러스터 노즐을 기판의 표면에 대하여 비스듬하게 향해, 기판의 표면으로부터 10 mm 직상(直上)으로 떨어진 위치로부터 기판의 주연부에 가스 클러스터를 조사하는 것이 기재되어 있지만, 본 발명과는 구성이 상이하다.
일본특허공개공보 2013-026327호 일본특허공개공보 2012-216636호(단락 0026, 0036)
본 발명은 이러한 사정 하에 이루어진 것이며, 그 목적은, 기판에 가스 클러스터를 조사하여, 기판에 부착한 파티클을 제거함에 있어서, 파티클을 신속하게 높은 제거율로 제거할 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 기판 세정 방법은, 기판에 부착하고 있는 파티클을 제거하는 기판 세정 방법에 있어서, 상기 기판과 노즐부를 대향시키는 공정과, 상기 기판이 놓여지는 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터, 상기 노즐부를 통하여 진공 분위기인 처리 분위기에 세정용의 가스를 토출하고, 단열 팽창에 의해 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성하는 공정과, 상기 가스 클러스터를 기판의 표면에 수직으로 조사하여 파티클을 제거하는 공정을 포함하고, 상기 가스 클러스터의 조사 시에서의 노즐부의 선단으로부터 기판까지의 거리가 10 mm ~ 100 mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기판 세정 장치는, 기판에 부착하고 있는 파티클을 제거하는 기판 세정 장치에 있어서, 기판이 재치되고, 진공 분위기로 기판의 세정 처리를 행하기 위한 세정 처리실과, 상기 기판이 재치되어 있는 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터 세정용의 가스를 상기 세정 처리실 내의 기판을 향해 토출하고, 단열 팽창에 의해 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성하기 위한 노즐부를 구비하고, 상기 노즐부는, 선단으로부터 기판까지의 거리가 10 mm ~ 100 mm이며 또한 상기 가스 클러스터를 기판의 표면에 수직으로 조사하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 기판에 부착하고 있는 파티클을 제거하기 위하여, 노즐부의 선단으로부터 기판까지의 거리가 10 mm ~ 100 mm로 설정된 상태에서, 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 노즐부로부터 기판의 표면에 수직으로 조사하고 있다. 따라서, 신속하게 파티클을 높은 제거율로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진공 처리 장치의 구성을 도시한 평면도이다.
도 2는 진공 처리 장치에 설치된 기판 세정 장치의 구성을 도시한 종단면도이다.
도 3은 기판 세정 장치의 노즐부의 일례를 도시한 종단면도이다.
도 4는 진공 처리 장치에 설치된 제어부를 도시한 구성도이다.
도 5는 기판에 형성된 오목부를 도시한 종단면도이다.
도 6a ~ 도 6d는 파티클이 가스 클러스터에 의해 제거되는 상태를 도시한 측면도이다.
도 7a ~ 도 7d는 파티클이 가스 클러스터에 의해 제거되는 상태를 도시한 측면도이다.
도 8은 가스 클러스터 조사 후의 세정 처리실 내의 압력 분포를 나타낸 특성도이다.
도 9는 세정 처리실 내의 압력과 파티클 제거율과의 관계를 나타낸 특성도이다.
도 10은 세정 처리실 내의 압력과 파티클 제거율과의 관계를 나타낸 특성도이다.
도 11은 노즐부의 일차측 압력과 파티클 제거율과의 관계를 나타낸 특성도이다.
도 12는 노즐부의 일차측 압력과 파티클 제거율과의 관계를 나타낸 특성도이다.
도 13은 혼합 가스 중의 헬륨의 유량의 비율과 클러스터빔 강도와의 관계를 나타낸 특성도이다.
도 14는 노즐 이간 거리에 의한 가스 클러스터의 조사 위치로부터의 거리와 파티클의 잔수의 관계를 나타낸 특성도이다.
제 1 실시예에 따른 기판 세정 방법을 실시하기 위한 기판 세정 장치를 탑재한 진공 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 멀티 챔버 시스템인 진공 처리 장치의 전체 구성을 도시한 평면도이다. 상기 진공 처리 장치에는, 예를 들면 25 매의 기판인 웨이퍼(W)가 수납된 밀폐형의 반송 용기인 FOUP(11)을 재치하기 위한 반입출 포트(12)가 횡으로 나란히 예를 들면 3 개소에 배치되어 있다. 또한, 이들 반입출 포트(12)의 배열을 따르도록 대기 반송실(13)이 설치되어 있고, 대기 반송실(13)의 정면벽에는, 상기 FOUP(11)의 덮개와 함께 개폐되는 게이트 도어(GT)가 설치되어 있다.
대기 반송실(13)에서의 반입출 포트(12)의 반대측에는 예를 들면 2 개의 로드록실(14, 15)이 기밀하게 접속되어 있다. 이들 로드록실(14, 15)에는 도시하지 않은 진공 펌프와 리크 밸브가 설치되어 있어, 상압 분위기와 진공 분위기가 전환되도록 구성되어 있다. 또한, 도면 중 G는 게이트 밸브이다.
또한, 대기 반송실(13)에는 웨이퍼(W)를 반송하기 위한 제 1 기판 반송 기구(16)가 설치되어 있다. 또한, 상기 대기 반송실(13)의 정면측으로부터 배면측을 봤을 때, 좌측 벽에는, 웨이퍼의 방향 또는 편심의 조정을 행하는 얼라이먼트실(18)이 설치되어 있다. 상기 제 1 기판 반송 기구(16)는 FOUP(11), 로드록실(14, 15) 및 얼라이먼트실(18)에 대하여 웨이퍼(W)의 전달을 행하는 역할을 가진다. 제 1 기판 반송 기구(16)는, 예를 들면 FOUP(11)의 배열 방향(도 1 중 X 축 방향)으로 이동 가능, 승강 가능, 수직축 중심으로 회전 가능 및 진퇴 가능하게 구성되어 있다.
로드록실(14, 15)의 대기 반송실(13)측으로부터 봤을 때 내측에는, 진공 반송실(2)이 기밀하게 접속되어 있다. 진공 반송실(2)에는 기판 세정 장치인 세정 모듈(3)과, 복수 개 예를 들면 5 개의 진공 처리 모듈(21 ~ 25)이 각각 기밀하게 접속되어 있다. 진공 처리 모듈(21 ~ 25)은, 예를 들면 성막용의 CVD(Chemical Vapor Deposition) 처리 또는 스퍼터링 처리를 행하는 진공 처리 모듈로서 구성된다.
진공 반송실(2)은 진공 분위기에서 웨이퍼(W)의 반송을 행하는 제 2 기판 반송 기구(26)를 구비하고 있다. 제 2 기판 반송 기구(26)는 수직축 중심으로 회전 가능, 진퇴 가능하게 구성된 다관절 암을 구비하고, 당해 암이 길이 방향(도 1 중 Y 방향)으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 각 로드록실(14, 15), 세정 모듈(3) 및 진공 처리 모듈(21 ~ 25)에 대하여 웨이퍼(W)의 전달을 행한다.
이어서, 세정 모듈(3)에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 이 세정 모듈은 진공 용기로 이루어지는 세정 처리실(31)을 구비하고 있다. 세정 처리실(31) 내에는, 웨이퍼(W)를 수평인 자세로 재치하기 위한 재치대(32)가 설치된다. 도면 중 34는 반송구이며, 35는 반송구의 개폐를 행하기 위한 게이트 밸브이다.
예를 들면 반송구(34)에 근접한 위치에서의 세정 처리실(31)의 바닥면에는, 재치대(32)에 형성된 관통홀을 관통하도록 지지 핀(도시 생략)이 설치되어 있다. 재치대(32)의 하방에는, 상기 지지 핀을 승강시키는 도시하지 않은 승강 기구가 설치되어 있다. 상기 지지 핀과 승강 기구는, 제 2 기판 반송 기구(26)와 재치대(32)의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행하는 역할을 한다. 세정 처리실(31)의 바닥면에는, 세정 처리실(31) 내의 분위기를 배기하기 위한 배기로(36)의 일단측이 접속되어 있고, 이 배기로의 타단측에는 예를 들면 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(37)를 개재하여 진공 펌프(38)가 접속되어 있다.
재치대(32)는 구동부(33)에 의해 수평 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 상기 구동부(33)는 재치대(32)의 하방에서의 세정 처리실(31)의 저면에서, 반송구(34)측으로부터 내측(X 축 방향)을 따라 수평하게 연장되는 X 축 레일(33a)과, 도 2 중 지면 방향으로 표면측으로부터 이면측 방향(Y 축 방향)을 따라 수평하게 연장되는 Y 축 레일(33b)을 구비하고 있다. Y 축 레일(33b)은 X 축 레일(33a)을 따라 이동 가능하게 구성된다. 이 Y 축 레일(33b)의 상방에는 승강 기구(39)를 개재하여 재치대(32)가 설치되어 있고, 재치대(32)는 구동부(33)에 의해 X 축 및 Y 축 방향으로 이동 가능하게 구성되고, 승강 기구(39)에 의해 승강 가능하게 구성되어 있다. 또한 재치대(32)에는, 재치대(32)에 재치된 웨이퍼(W)의 온도 조절을 행하기 위한 도시하지 않은 온조기구가 설치되어 있다.
세정 처리실(31)의 천장면에서의 중앙부에는, 상방측을 향해 돌출부(30)가 형성되어 있고, 이 돌출부(30)에는, 가스 클러스터를 조사하기 위한 노즐인 노즐부(4)가 설치되어 있다. 노즐부(4)는, 세정 처리실(31) 내의 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터 세정용의 가스를 상기 세정 처리실(31) 내의 웨이퍼(W)를 향해 조사하고, 단열 팽창에 의해 세정용 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성시키기 위한 것이다. 이 노즐부(4)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 하단부가 개구되도록 개략 원통 형상의 압력실(41)을 구비하고 있다. 이 압력실의 하단부는, 오리피스부(42)를 이루도록 구성되어 있다. 이 오리피스부(42)에는 하방을 향함에 따라 직경이 확장되는 가스 확산부(43)가 접속되어 있다. 상기 오리피스부(42)에서의 개구 직경(개구부의 직경)은 0.05 mm ~ 0.2 mm인 것이 바람직하고, 예를 들면 0.1 mm 정도가 되어 있다.
또한 노즐부(4)는, 기술한 바와 같이, 상기 가스 클러스터를 웨이퍼(W)의 표면에 수직으로 조사하도록 설치되어 있다. 여기서 '수직으로 조사한다'란, 도 3에 도시한 바와 같이 예를 들면 노즐부(4)의 길이 방향의 중심축(L)과 재치대(32)의 재치면(웨이퍼(W)의 표면)이 이루는 각(θ)이 90° ± 15°의 범위에 있는 상태이다. 또한, 노즐부(4)의 선단으로부터 재치대(32)에 재치된 웨이퍼(W)의 표면까지의 이간 거리(D)는 10 mm에서 100 mm로 설정되고, 바람직하게는 20 mm에서 100 mm로 설정되고, 보다 바람직하게는 50 mm에서 100 mm로 설정된다.
압력실(41)의 상단부에는, 도 2에 도시한 바와 같이 세정 처리실(31)의 천장면을 관통하여 연장되는 가스 공급로(6)의 일단이 접속되어 있다. 이 가스 공급로(6)의 타단측은, 분기되어 제 1 분기로(62) 및 제 2 분기로(63)가 설치되어 있다. 이들 제 1 분기로(62) 및 제 2 분기로(63)의 분기점과 가스 공급로의 일단과의 사이에는 압력 조정 밸브(61)가 설치되어 있다. 제 1 분기로(62)의 상류측에는, 개폐 밸브(V1) 및 유량 조정부(64)를 개재하여 이산화탄소 가스(CO2) 공급원(66)이 접속된다. 또한 제 2 분기로(63)의 타단측에는, 개폐 밸브(V2) 및 유량 조정부(65)를 개재하여 헬륨 가스(He) 공급원(67)이 접속된다. 또한 가스 공급로(6)에는, 가스 공급로(6) 내의 압력을 검출하는 압력 검출부(68)가 설치된다.
상기 이산화탄소 가스는 세정용의 가스이며, 이 가스에 의해 가스 클러스터가 형성된다. 헬륨 가스는 가스 클러스터를 형성하기 어렵지만, 후술하는 바와 같이, 세정 처리실(31) 내에서의 이산화탄소 가스의 분압을 낮추어, 가스 클러스터와 이산화탄소 가스 분자와의 충돌을 방해하는 기능과, 이산화탄소로부터 생성되는 가스 클러스터의 속도를 향상시키는 기능이 있다. 가스 공급로(6)에는, 당해 가스 공급로(6) 내의 압력을 검출하는 압력 검출부(68)가 설치되어 있고, 이 압력 검출부(68)의 검출값에 기초하여, 후술하는 제어부(7)에 의해 압력 조정 밸브(61)의 개방도가 조정되고, 압력실(41) 내의 가스 압력이 제어되도록 구성되어 있다. 상기 압력 검출부(68)는 압력실(41) 내의 압력을 검출하는 것이어도 된다.
또한, 상기 압력 검출부(68)의 검출값에 기초하는 압력 조정은, 이산화탄소 가스 유량 조정부(64) 및 헬륨 가스 유량 조정부(65)로 가스 유량을 조정하여 행해도 된다. 또한, 각 가스의 개폐 밸브(V1, V2)와 압력 조정 밸브(61)의 사이에 예를 들면 가스 부스터와 같은 승압 기구를 이용하여 공급 압력을 상승시켜, 압력 조정 밸브(61)로 조정해도 된다.
또한 세정 모듈(3)에는, 도 4에 도시한 것과 같은 제어부(7)가 설치된다. 도 4중 90은 버스이며, 버스(90)에는 CPU(91), 메모리(92), 세정 모듈(3)이 행하는 후술하는 동작에서의 각 단계를 실행하기 위한 프로그램(93)이 접속되어 있다. 이 제어부(7)는, 재치대(32)의 구동부(33) 및 승강 기구(39)의 제어 또는 압력계(68)의 값에 기초하는 압력 조정 밸브(61), 개폐 밸브(V1, V2), 유량 조정부(64, 65) 등의 조정을 위한 제어 신호를, 상기 프로그램(93)에 기초하여 출력한다. 또한 이 프로그램(93)은, 예를 들면 콤팩트 디스크, 하드 디스크, 광학 자기 디스크 등에 수납되고 제어부(7)에 인스톨 된다.
진공 처리 장치의 전체적인 웨이퍼(W)의 처리에 대하여 간단히 설명하면, 반입출 포트(12)에 FOUP(11)이 재치되면, 제 1 기판 반송 기구(16)에 의해 FOUP(11)으로부터 웨이퍼(W)가 취출된다. 이 웨이퍼(W)는, 층간 절연막을 구비하고, 이 층간 절연막에는, 예를 들면 오목부의 패턴인 구리 배선 매립용의 오목부(홈 및 비아 홀)가 형성되어 있다.
FOUP(11)에 의해 반입된 웨이퍼(W)는, 대기 반송실(13)을 거쳐 얼라이먼트실(18)로 반송되어 얼라이먼트가 행해진다. 이 후, 웨이퍼(W)는, 제 1 기판 반송 기구(16)에 의해, 로드록실(14, 15) 및 제 2 기판 반송 기구(26)를 거쳐 세정 모듈(3)로 반송되고, 파티클의 제거 처리가 행해진다.
세정 모듈(3)에서 파티클이 제거된 웨이퍼(W)는, 제 2 기판 반송 기구(26)에 의해, 진공 처리 모듈(21 ~ 25)로 반송되고, 배리어층의 형성 또는 CVD 처리가 행해진다. 이 후 웨이퍼(W)는 진공 반송실(2) → 로드록실(14, 15) → 대기 반송실(13)의 순으로 반송되고, 반입출 포트(12)의 예를 들면 원래의 FOUP(11)으로 되돌려지게 된다.
이어서, 본 발명의 실시예에 따른 세정 모듈(3)의 작용에 대하여 설명한다. 미리 노즐부(4)와 웨이퍼(W) 간의 상기 이간 거리(D)가 예를 들면 100 mm가 되도록 높이 위치가 설정되어 있다. 웨이퍼(W)는 제 2 기판 반송 기구(26)에 의해 세정 모듈(3)로 반입되고, 기술한 도시하지 않은 지지 핀과 제 2 기판 반송 기구(26)의 협동 작용에 의해 재치대(32)에 재치된다. 이어서, 구동부(33)에 의해 수평 방향의 위치 결정이 행해지고, 웨이퍼(W) 표면에서의 가스 클러스터의 조사 개시 위치가 노즐부(4)의 가스 클러스터의 조사 위치(직하(直下) 위치)가 되도록 이동한다. 이 예에서는 가스 클러스터의 조사 위치는 웨이퍼(W)의 주연부이다.
이 후 웨이퍼(W)에서의 상기 조사 개시 위치를 향해, 노즐부(4)로부터 이산화탄소 가스와 헬륨 가스의 유량비 1 : 1의 혼합 가스를 토출하여 가스 클러스터를 생성한다. 노즐부(4)에서의 오리피스부(42)의 상류측을 일차측, 하류측을 이차측으로 하면, 노즐부(4)의 일차측의 압력인 공급 압력은 0.5 MPa ~ 5.0 MPa가 바람직하고, 0.9 MPa ~ 5.0 MPa가 보다 바람직하고, 예를 들면 4 MPa로 설정된다. 또한, 노즐부(4)의 이차측인 세정 처리실(31) 내의 처리 분위기의 압력은 최대 200 Pa의 압력으로 설정된다.
유량 조정부(64, 65)에 의해 이산화탄소 가스 및 헬륨 가스의 유량은 미리 설정한 유량으로 조정되고, 압력 조정 밸브(61), 개폐 밸브(V1, V2)가 열려, 이산화탄소 가스 및 헬륨 가스의 혼합 가스가 노즐부(4)로 공급된다. 이산화탄소 가스는, 압력이 높은 노즐부(4)로부터, 압력의 낮은 세정 처리실(31)의 처리 분위기로 공급되면, 급격한 단열 팽창에 의해 응축 온도 이하로 냉각되므로, 도 3에 도시한 바와 같이, 서로의 분자(201)끼리가 반데르발스 힘에 의해 결합하여, 분자(201)의 집합체인 가스 클러스터(200)가 된다.
노즐부(4)로부터 조사되는 가스 클러스터(200)는, 웨이퍼(W)를 향해 수직으로 조사되고, 도 5에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 회로 패턴을 위한 오목부(81) 내로 들어가, 당해 오목부(81) 내의 파티클(100)을 날려 제거한다.
도 6a ~ 도 7d는, 웨이퍼(W) 상의 파티클(100)이 가스 클러스터(200)에 의해 제거되는 모습을 모식적으로 도시하고 있다. 도 6a ~ 도 6d는, 웨이퍼(W) 상의 파티클(100)에 가스 클러스터(200)가 충돌하는 경우이다. 이 경우 가스 클러스터(200)는, 도 6a에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면에 수직으로 조사되고, 예를 들면 파티클(100)에 대해서는 기울기 상방측에 충돌할 가능성이 높다. 가스 클러스터(200)는, 도 6b에 도시한 바와 같이 파티클에 오프셋된 상태(위로부터 봤을 때 가스 클러스터(200)의 중심과 파티클(100)의 중심이 어긋나 있는 상태)로 충돌하면, 도 6c에 도시한 바와 같이, 충돌 시의 충격으로 파티클(100)에 대하여 횡 방향으로 움직이는 힘을 부여한다. 그 결과 파티클(100)은 도 6d에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면으로부터 박리되어 떠올라, 측방 혹은 기울기 상방으로 날린다.
또한, 가스 클러스터(200)는 파티클(100)에 직접 충돌하지 않고 도 7a ~ 도 7d에 도시한 바와 같이 파티클(100)의 근방에 조사됨으로써도 당해 파티클(100)을 제거할 수 있다. 도 7a에 도시한 바와 같이 가스 클러스터(200)는 웨이퍼(W)에 충돌하면, 구성 분자(201)가 횡 방향으로 확산되면서 분해된다(도 7b 참조). 이 때, 높은 운동 에너지 밀도 영역이 횡 방향(수평 방향)으로 이동하기 때문에, 이에 의해 파티클(100)이 웨이퍼(W)로부터 박리되어 날린다(도 7c, 도 7d 참조). 이렇게 하여 파티클(100)은 오목부(81)로부터 박리되어 진공 분위기의 세정 처리실(31) 내에 비산하고, 배기로(36)를 거쳐 세정 처리실(31)의 외부로 제거된다.
한편 회로의 집적도가 높아지고 있는 점에서, 웨이퍼(W) 상의 서로 인접하는 상기 오목부끼리의 사이의 볼록부의 폭 치수는 상당히 작지만, 가스 클러스터는, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 수직으로 조사되므로, 상기 볼록부의 도괴, 이른바 패턴 무너짐이 억제된다.
이 후 노즐부(4)로부터 가스 클러스터의 조사를 행하는 상태에서, 재치대(32)를 수평 방향으로 이동시켜, 웨이퍼(W)의 표면에서의 가스 클러스터의 조사 위치를 순차 이동시킨다. 이에 의해 웨이퍼(W)의 표면 전체에 가스 클러스터가 조사되고, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 부착하고 있는 파티클이 제거된다.
여기서 시뮬레이션의 결과에 기초하면, 노즐부(4)와 웨이퍼(W)가 어느 정도 가까워지면, 가스 클러스터를 웨이퍼(W)에 조사한 후, 가스 클러스터를 구성하고 있던 이산화탄소의 분자가 조사 위치 부근에 체류하여, 웨이퍼(W)의 표면 부근의 영역의 가스 농도가 높아진다.
도 8은, 노즐부(4)와 웨이퍼(W)의 상기 이간 거리(D)를 10 mm로 설정하고, 또한 노즐부(4)의 일차측의 압력을 4 MPa, 세정 처리실의 압력을 35 Pa로 각각 설정하고, 노즐부(4)로부터, 가스 클러스터를 조사한 경우의 세정 처리실(31) 내의 압력 분포도이다. 이 압력 분포도로부터, 웨이퍼(W)의 표면에서의 가스 클러스터가 조사되는 영역의 근방에 이산화탄소 가스 분자 집합(202)이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이 이산화탄소 가스 분자 집합(202)은, 가스 클러스터를 형성하지 않고 직진적으로 비행한 이산화탄소 분자가 웨이퍼(W)와 충돌함으로써, 웨이퍼(W) 표면 근방의 이산화탄소 가스 농도가 국소적으로 높아진 영역이다.
전술한 바와 같은 잔류 가스의 농도가 높은 영역에서는, 가스 클러스터가 이산화탄소 가스 분자와 충돌할 확률이 높아진다. 이산화탄소 가스의 분자와 이산화탄소에 의해 구성되는 가스 클러스터가 충돌하면, 그 충돌의 충격에 의해, 가스 클러스터를 구성하는 이산화탄소 분자의 일부가 집합체로부터 분리되고, 가스 클러스터의 구성 분자수가 감소하여, 운동 에너지가 작아진다.
한편 노즐부(4)가 웨이퍼(W)로부터 어느 정도 떨어져 있으면, 가스 클러스터를 구성하지 않는 이산화탄소 가스 분자가 웨이퍼(W)에 충돌할 때까지의 확산의 정도가 커지고, 나아가서는 웨이퍼(W)의 표면에서의 체류의 정도는 작아지므로, 이산화탄소 가스 분자 집합(202)은 실질적으로 형성되지 않는다. 따라서 이 경우에는, 노즐부(4)로부터 웨이퍼(W)를 향하는 가스 클러스터는, 가스 클러스터를 구성하지 않고 기판 표면 근방에 존재하는 이산화탄소 가스 분자와의 가스 클러스터의 이산화탄소 가스 분자군과의 충돌 확률이 낮아져, 운동 에너지의 저하가 억제된다.
또한, 가스 클러스터는 노즐부(4)의 오리피스부(42)로부터 방사 형상으로 조사되기 때문에 노즐부(4)가 웨이퍼(W)로부터 멀어질수록, 웨이퍼(W)의 표면에서의 조사 영역이 넓어진다. 따라서, 노즐부(4)와 웨이퍼(W)의 상기 이간 거리(D)를 크게 하면, 가스 클러스터의 1 회의 조사에 의한 세정 면적이 커지므로, 스루풋 향상의 점에서 유리하다.
그러나 노즐부(4)와 웨이퍼(W)가 너무 떨어져 있으면, 가스 클러스터가 웨이퍼(W)에 도달할 때까지의 처리 분위기 중의 이동 거리가 길어져, 처리 분위기 중에 잔류하고 있는 이산화탄소 가스의 농도가 낮다고는 해도 이산화탄소 가스와 충돌할 확률이 높아진다. 이 때문에 상기 충돌의 빈도를 낮게 하기 위해서는, 처리 분위기의 압력을 상당히 낮게 해야 하며, 배기 능력이 큰 진공 펌프를 이용해야 한다는 점에서, 설비가 대규모가 되어, 코스트도 상승하기 때문에 득책은 아니다.
이러한 점에서, 노즐부(4)와 웨이퍼(W)의 상기 이간 거리(D)는, 너무 작지 않고, 또한 너무 크지 않고, 적절한 값으로 설정하는 것이 필요하다. 이 이간 거리(D)는, 후술한 실험예로부터 10 ~ 100 mm로 설정하는 것이 바람직하고, 20 ~ 100 mm로 설정하는 것이 보다 바람직하고, 또한 50 ~ 100 mm로 설정하는 것이 보다 더 바람직하다. 그리고 이간 거리(D)를 설정한 경우, 가스 클러스터에 의한 웨이퍼(W) 상의 파티클의 제거 작용은, 후술하는 실험예로부터 명백한 바와 같이, 처리 분위기의 압력에 의해 좌우된다.
이 실시예에서는, 처리 분위기의 바람직한 압력의 범위를, 후술하는 특정된 조건에서의 파티클의 제거율에 의해 평가하고 있다. 즉, 처리 분위기의 압력을 다양하게 변경하고, 각 압력마다 가스 클러스터를 시료 기판, 예를 들면 웨이퍼(W)에 1 초간 조사하여, 시료 기판에 부착하고 있는 파티클의 제거율을 구하고, 그 결과에 기초하여 높은 파티클의 제거율이 얻어지는 압력을 찾아내고 있다.
상기 파티클의 제거율이란, 시료 기판의 평가 영역에 대하여 가스 클러스터를 1 초간 조사했을 때, 가스 클러스터의 조사 전의 파티클수에 대한 조사 후에서의 파티클의 감소수의 비율이다. 즉, 가스 클러스터의 조사 전의 평가 영역 내의 파티클수를 n1, 가스 클러스터의 조사 후의 평가 영역 내의 파티클수를 n2로 하면 파티클의 제거율은 {(n1 - n2) / n1} × 100으로 나타내진다. 파티클의 제거율을 평가할 때의 파티클은 Φ23 nm의 실리카 입자가 이용되고, 평가 영역은, 시료 기판의 표면에서, 노즐부(4)의 중심축(L)의 위치를 중심으로 하는 한 변이 7 μm인 정방형 영역이다. 파티클의 계수는, 예를 들면 SEM(Scanning Electron Microscope : 주사형 전자 현미경)에 의해 행해진다. 가스 클러스터의 조사 전에, 상기 평가 영역에 부착시키는 파티클의 수는 예를 들면 150 ~ 200 개이다. 파티클의 입자 직경은 모두 23 nm로 일치되어 있지 않아도, 예를 들면 10 nm ~ 100 nm이면, 동등한 결과가 얻어진다. 또한 파티클의 제거율이 50% 이상이 되는 압력으로 설정되어 있다고 하는 판정은, 다른 방법이라도, 예를 들면 파티클의 재질이 실리카 이외이며, 파티클의 사이즈가 상기의 수치에서 벗어난 방법이라도, 그 방법의 결과로부터 상기 압력으로 설정되어 있다고 판단하는 것이 자연스러운 경우도 포함된다.
이 실시예에서는, 처리 분위기의 적절한 압력 범위를, 상기 파티클의 제거율이 50% 이상이 되는 압력 범위로서 취급하고 있다. 그런데 노즐부(4)로부터 토출되는 가스는, 이산화탄소 가스뿐 아니라 헬륨 가스도 포함되어 있다. 이 헬륨 가스의 역할은 다음과 같다.
세정 처리실(31) 내는, 진공 펌프에 의해, 압력이 설정값으로 설정되어 있다. 이 때문에 노즐부(4)로부터 토출되는 가스가 이산화탄소 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스이면, 헬륨 가스 분자가, 가스 클러스터를 구성하는 이산화탄소 분자보다 작기 때문에, 가스 클러스터는 헬륨 가스 분자와 충돌해도 부서지지 않는다. 이 때문에, 결국 가스 클러스터 전체의 운동 에너지의 저하가 억제되어, 높은 파티클의 제거율이 얻어진다. 또한 헬륨 가스는, 이산화탄소 가스를 가속시키는 역할도 있어, 헬륨 가스를 가하지 않았을 경우에 비해, 가스 클러스터의 운동 에너지가 커진다. 그러나 헬륨 가스가 너무 많으면, 노즐부(4)로부터 토출되는 이산화탄소 가스의 분압이 너무 적어지기 때문에, 가스 클러스터 생성에 필요한 이산화탄소 분자끼리의 충돌 빈도가 적어지기 때문에, 생성하는 가스 클러스터의 수가 감소되어, 세정 효과의 저하로 이어진다. 이 때문에 노즐부(4)로 공급되는 가스 중의 헬륨 가스의 바람직한 혼합비(P)는 0% < P ≤ 95%, 보다 바람직한 혼합비(P)는 10% ≤ P ≤ 90%이다. 또한, 노즐부(4)로부터 혼합 가스가 아닌, 이산화탄소 가스만을 토출하여 가스 클러스터를 생성한 경우에도 효과는 있다.
따라서 기술한 처리 분위기의 적절한 압력 범위는 최대 200 Pa라고 기재하고 있지만, 이는, 노즐부(4)로 공급되는 가스 중의 헬륨 가스의 혼합비가 50%인 경우에 적절한 압력 범위이며, 상기 적절한 압력 범위는, 헬륨 가스의 혼합비에 좌우되기 때문에, 각각의 혼합비에 따라 처리 분위기의 압력을 적정화하는 것이 바람직하다. 또한 파티클의 제거율이 50% 이상이면, 가스 클러스터를 이용한 세정 모듈(3)로서, 높은 스루풋을 얻으면서, 높은 세정 작용이 얻어지는 장치라고 할 수 있지만, 파티클의 제거율이 80% 이상이면 보다 한층 바람직하다.
예를 들면 상기 이간 거리(D)가 100 mm로, 노즐부(4)로 공급되는 가스 중의 헬륨의 혼합비가 90%인 경우에는, 후술하는 도 12로부터 상기 파티클의 제거율이 80% 이상이 되는 압력 범위는 3 MPa ~ 5 MPa이다.
또한 노즐부(4)의 일차측의 압력을 높임으로써, 강고한 가스 클러스터로 할 수 있지만, 그 압력이 너무 높을 경우에는, 웨이퍼(W)의 표면에 데미지가 가해지는 경우가 있다. 한편 노즐부(4)의 일차측의 압력이 너무 낮을 경우에는, 노즐부(4)로부터 조사되는 가스 클러스터가 강고한 가스 클러스터는 되지 않아, 파티클을 충분히 제거할 수 없다. 이 때문에 노즐부(4)의 일차측의 압력은 0.5 MPa ~ 5 MPa, 보다 바람직하게는 0.9 ~ 5.0 MPa로 설정하는 것이 바람직하다.
상술한 실시예는, 웨이퍼(W)에 부착하고 있는 파티클을 제거하기 위하여, 노즐부(4)의 선단으로부터 웨이퍼(W)까지의 거리가 10 mm ~ 100 mm의 범위로 설정되고, 또한 세정 처리실(31) 내의 압력을 적절한 크기로 설정하고 있다. 따라서, 파티클을 신속하게 높은 제거율로 제거할 수 있다. 또한, 노즐부(4)로부터 웨이퍼(W)의 표면에 가스 클러스터를 수직으로 조사하고 있기 때문에 오목부 패턴의 도괴를 억제할 수 있다. 또한 노즐부(4)로 공급하는 세정용 가스로서, 이산화탄소 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스를 이용하고 있으므로, 가스 클러스터의 운동 에너지가 크고, 이 때문에 파티클을 보다 더 높은 제거 효율로 제거할 수 있다.
또한 본 발명은, 도 1에 도시한 대기 반송실(13)에 파티클 검사 장치를 접속해도 된다. 그 경우에는, 예를 들면 파티클 검사 장치에 의해 웨이퍼(W) 표면에 부착하고 있는 파티클의 위치 정보를 취득하고, 제어부(7)에 의해 파티클의 위치 정보에 기초하여, 웨이퍼(W) 표면에서의 파티클의 부착 위치를 향해 가스 클러스터를 국소적으로 조사하도록 해도 된다. 또한 본 발명의 기판 세정 장치는, 예를 들면 도 1에 도시한 진공 처리 장치 내에 설치하는 대신에, 단독 장치인 이른바 스탠드 얼론의 기판 세정 장치여도 된다. 또한, 가스 클러스터의 조사 위치를 웨이퍼(W) 표면을 주사시킬 시 노즐부(4)를 이동시키는 구성으로 해도 되고, 또한 노즐부(4)와 재치대(32)가 서로 이동하도록 구성해도 된다.
오목부 패턴으로서는, 층간 절연막에 형성된 구리 배선의 매립용의 홈 등에 한정되지 않고, 예를 들면 배선의 매립 위치에 대응한 영역 이외에 레지스트막이 형성되어 있는 레지스트 패턴이어도 된다. 또한, 가스 클러스터를 생성하기 위한 가스로서는 이산화탄소에 한정되지 않고, 예를 들면 아르곤(Ar)이어도 된다.
(실험예 1 : 노즐 이간 거리 및 세정 처리실(31) 내의 압력과 파티클 제거율과의 관계)
이하의 기재에서의 노즐부(4)의 선단으로부터 기판의 표면 간의 이간 거리(D)를 설명의 편의상 노즐 이간 거리라고 하는 것으로 한다. 노즐 이간 거리 및 세정 처리실(31) 내의 압력과 파티클의 제거율과의 관계를 조사하기 위하여 이하의 시험을 행했다. 도 2에 도시한 세정 모듈을 이용하여, 이간 거리(D)를 10 mm, 30 mm, 50 mm, 60 mm, 70 mm, 80 mm, 100 mm의 7 종류로 설정했다. 세정 처리실(31) 내의 압력은 각 노즐 이간 거리마다 20 Pa, 150 Pa 및 300 Pa의 3 종류로 설정하고, 각각의 조건하에서, 시료 기판을 향해 1 초간 가스 클러스터의 조사를 행하고, 파티클 제거율을 조사했다. 또한 클러스터 생성용의 가스는, 이산화탄소와 헬륨과의 유량비가 1 : 1이 되도록 설정한 혼합 가스를 이용하고, 노즐부(4)에서의 일차측의 압력은 4 MPa로 했다.
도 9는 이간 거리(D)를 10 mm ~ 60 mm로 설정한 경우의 결과를 나타내고, 도 10은 노즐 이간 거리를 70 mm ~ 100 mm로 설정한 경우의 결과를 나타낸다. 이 결과에 따르면, 세정 처리실(31) 내의 압력을 낮게 함으로써, 파티클의 제거율은 상승하는 것을 알 수 있다. 또한 세정 처리실(31) 내의 압력이 20 Pa로 낮을 경우에는, 노즐 이간 거리를 길게 설정하면, 파티클의 제거율은 높아져 있다. 이에 대하여 세정 처리실(31) 내의 압력을 300 Pa로 올렸을 경우에는, 노즐 이간 거리가 길면 파티클 제거율이 저하되는 경향이 보이고, 노즐 이간 거리를 60 mm 이상으로 설정했을 때에는, 노즐 이간 거리가 길수록, 파티클의 제거율은 낮아져 있었다. 기술한 바와 같이 노즐 이간 거리가 길어지면, 노즐부(4)로부터 조사된 가스 클러스터가 잔류 가스에 충돌하는 빈도가 높아지고, 따라서 파티클의 제거율은 처리 분위기의 압력의 영향을 크게 받는다.
따라서 목표로 하는 파티클의 제거율을 50% 이상으로 하면, 노즐 이간 거리를 10 mm, 80 mm, 100 mm로 설정한 경우에는 세정 처리실(31) 내의 압력은 120 Pa 이하, 30 mm, 60 mm로 설정한 경우에는 세정 처리실(31) 내의 압력은 170 Pa 이하, 70 mm로 설정한 경우에는, 세정 처리실(31) 내의 압력은 150 Pa 이하, 50 mm로 설정한 경우에는 200 Pa 이하의 압력으로 함으로써 목표 달성할 수 있다고 할 수 있다. 이 결과에 따르면, 노즐 이간 거리가 10 mm로 설정한 경우의 그래프와 30 mm로 설정한 경우의 그래프를 비교하면, 30 mm로 설정한 경우에는 10 mm로 설정한 경우와 비교하여 보다 바람직하다고 추측할 수 있다.
또한 노즐 이간 거리를 100 mm로 설정하고, 시료 기판을 향해 가스 클러스터를 0.2 초간 조사한 바, 파티클의 제거율은 80%를 초과하고 있었다. 노즐 이간 거리를 10 mm로 설정한 경우에는, 80% 정도의 파티클의 제거율을 얻기 위해서는 1 초 정도 걸린다. 따라서 노즐 이간 거리를 조정함으로써, 파티클의 제거에 요하는 시간을 짧게 할 수 있다고 할 수 있다.
(실험예 2 : 노즐부(4)의 일차측 압력 및 노즐 이간 거리와 파티클 제거율의 관계)
이어서 도 2에 도시한 세정 모듈(3)을 이용하여, 노즐 이간 거리를 10 mm로 설정하고, 노즐부(4)의 일차측의 압력을 2 MPa, 3 MPa, 4 MPa로 설정하여, 가스 클러스터를 조사했을 때의 파티클 제거율을 조사했다. 또한 노즐 이간 거리를 100 mm로 설정하고, 노즐부(4)의 일차측의 압력을 3 MPa로 설정했을 때의 파티클 제거율을 나타낸다. 또한 가스 클러스터는 60 초간 조사했다. 또한 세정용의 가스에는 이산화탄소 가스를 이용하고, 세정 처리실(31) 내의 압력은 최대 30 Pa로 했다.
도 11은 이 결과를 나타내고, 횡축에 노즐부(4)의 일차측 압력, 종축에 파티클 제거율을 나타낸 특성도이다. 이 결과에 따르면 노즐 이간 거리가 10 mm이며, 노즐부(4)의 일차측의 압력이 2 MPa인 경우에는 파티클 제거율은 거의 0이며, 노즐부(4)의 일차측의 압력이 3 MPa인 경우에는 파티클 제거율은 30% 정도이다. 노즐부(4)의 일차측의 압력을 높임으로써 파티클의 제거율은 상승하고, 노즐부(4)의 일차측의 압력을 4 MPa로 하면 80% 정도의 파티클의 제거율이 되어 있다. 따라서 노즐부(4)의 일차측의 압력을 높임으로써, 파티클의 제거율을 높일 수 있다고 할 수 있다. 또한 노즐 이간 거리를 100 mm로 설정하고, 노즐부(4)의 일차측의 압력을 3 MPa로 설정했을 때의 파티클의 제거율은 80% 정도이며, 노즐 이간 거리를 10 mm에서 100 mm로 변경함으로써도 파티클의 제거율을 높일 수 있다고 할 수 있다.
(실험예 3 : 헬륨 가스의 혼합율과 파티클 제거율과의 관계)
이어서 도 2에 도시한 세정 모듈(3)을 이용하여, 노즐부(4)로부터 이산화탄소 가스와 헬륨 가스와의 혼합 가스를 토출할 경우에 있어서, 헬륨 가스의 혼합율과 파티클의 제거율의 관계에 대하여 조사했다.
노즐부(4)로 세정용의 가스로서 헬륨 가스와 이산화탄소 가스의 혼합 가스를 공급하여 가스 클러스터의 생성을 행했다. 혼합 가스 중의 헬륨 가스의 유량의 비율을 50%, 90%의 2 종류로 설정하고, 각 비율마다 노즐부(4)의 일차측의 압력을 각각 1.5 MPa, 2 MPa, 3 MPa, 4 MPa로 설정하여, 가스 클러스터를 시료 기판을 향해 조사했을 때의 파티클의 제거율을 조사했다. 또한 가스 클러스터의 조사 시간은 60 초, 노즐 이간 거리는 10 mm로 설정했다. 또한 노즐부(4)로 공급되는 가스가 이산화탄소 가스뿐인 경우를 0%로 하고, 노즐부(4)의 일차측의 압력을 2 MPa, 3 MPa, 4 MPa로 설정하여, 가스 클러스터를 시료 기판을 향해 조사했을 때의 파티클의 제거율을 조사했다. 또한, 세정 처리실(31) 내의 압력은 최대 30 Pa로 했다.
도 12는 이 결과를 나타내고, 헬륨 가스의 유량의 비율(헬륨 가스 유량 / [헬륨 가스 유량 ＋ 이산화탄소 가스 유량] × 100)을 0%, 50%, 90%로 설정했을 때의 노즐부(4)의 일차측의 압력과 파티클 제거율과의 관계를 나타낸 특성도이다.
이 결과에 따르면 클러스터 생성용의 가스로서, 이산화탄소 가스와 헬륨 가스와의 혼합 가스를 이용한 경우에도, 노즐부(4)의 일차측의 압력을 높게 설정함으로써, 가스 클러스터로서 조사했을 때의 파티클의 제거율을 높일 수 있다. 또한 클러스터 생성용의 가스로서, 이산화탄소 가스만을 사용했을 경우와 비교하여 헬륨 가스와 이산화탄소 가스와의 혼합 가스에 의해 가스 클러스터를 생성함으로써 파티클의 제거율이 상승한다고 할 수 있다. 또한, 혼합 비율을 90%로 설정한 경우에도 양호한 제거율을 얻고 있는 것은, 이산화탄소에 의해 구성된 가스 클러스터와 장치 내 잔류 가스와의 충돌 빈도가 저하되고 있는 것에 더불어, 가스 클러스터의 속도 향상 효과도 기여하고 있다고 추측된다.
또한 노즐부(4)의 일차측의 압력을 2 MPa, 3 MPa, 4 MPa의 3 종류로 설정하고, 혼합 가스의 유량 중의 헬륨 가스의 유량의 비율을 각 압력마다 이하에 나타낸 값으로 설정하여, 가스 클러스터를 생성했을 때의 클러스터빔 강도를 측정했다.
2 MPa : 0%, 25%, 50%, 70%, 80%, 90%
3 MPa : 0%, 25%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%
4 MPa : 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 80%, 90%
또한 클러스터빔 강도에 대해서는, 압력계(이온 게이지)를 가스 클러스터빔축 상에 설치하여 압력값을 계측하고, 그 압력값과 빔축 상으로부터 이탈시킨 위치의 압력값과의 차분을 클러스터빔 강도로 했다. 또한, 세정 처리실(31) 내의 압력은 최대 30 Pa로 했다.
도 13은 이 결과를 나타내고, 노즐부(4)의 일차측의 압력을 2 MPa, 3 MPa, 4 MPa로 설정했을 때의 각각의 경우에서의 혼합 가스 중의 헬륨 가스의 유량의 비율('비'로서 나타내고 있음)과 클러스터빔 강도의 관계를 나타낸 특성도이다.
이 결과에 따르면, 혼합 가스 중의 헬륨 가스의 유량의 비율이 0%에서 80%까지의 경우에는, 혼합 가스 중의 헬륨 가스의 유량의 비율을 높게 함으로써 클러스터빔 강도가 높아진다. 그러나 혼합 가스 중의 헬륨 가스의 유량의 비율이 90%가 되면 클러스터빔 강도는 감소하는 것을 알 수 있다. 이 이유는 기술한 바와 같이 헬륨 가스가 너무 많아지면, 이산화탄소 가스의 분압이 너무 낮아지기 때문에, 가스 클러스터의 생성에 필요한 이산화탄소 분자끼리의 충돌 빈도가 적어지기 때문에, 생성하는 가스 클러스터의 수가 감소하는 것에 기인하고 있다고 상정되고, 따라서, 헬륨 가스의 비율은 95% 이하인 것이 바람직하고, 90% 미만인 것이 보다 바람직하다.
(실험예 4 : 노즐 이간 거리와 파티클의 제거 영역의 면적과의 관계)
도 2에 도시한 세정 모듈(3)을 이용하여, 노즐 이간 거리와 기판 상의 파티클의 제거 영역과의 관계에 대하여 조사했다. 노즐 이간 거리는 10 mm, 50 mm, 100 mm의 3 종류로 설정하고, 클러스터 생성용의 가스에는, 이산화탄소와 헬륨의 유량비가 1 : 1이 되도록 설정한 혼합 가스를 이용했다. 노즐부(4)의 일차측의 압력은 4 MPa로 설정하고, 세정 처리실(31) 내는 최대 30 Pa로 설정했다.
각 노즐 이간 거리마다 가스 클러스터를 시료 기판을 향해 60 초간 조사한 후, 시료 기판의 표면에 가스 클러스터의 조사 중심을 통과하는 직선 상에서의, 7 × 7 μm의 정방형 영역 중의 파티클의 잔수를 조사했다. 도 14는 그 결과를 나타내고, 횡축은 직선 상에서의 가스 클러스터의 조사 중심으로부터의 거리를 나타내고, 종축은 가스 클러스터 조사 후의 잔존 파티클 수를 나타내고 있다. 또한, 가스 클러스터의 조사 전의 파티클 수는 각 지점에서 150 ~ 200 개로 설정했다.
노즐 이간 거리를 50 mm로 설정한 경우에는, 노즐 이간 거리를 10 mm로 설정한 경우와 비교하여, 보다 넓은 영역에서 파티클이 제거되어 있었다. 또한 노즐 이간 거리를 100 mm로 설정한 경우에서는, 더 넓은 영역에서 파티클이 제거되어 있었다.
따라서, 하나의 노즐부(4)를 이용하여 웨이퍼(W) 1 매에 대한 세정 시간을 보다 짧게 하고자 한다면, 노즐 이간 거리를 길게 하는 편이 유리하다고 할 수 있다.
4 : 노즐부
6 : 가스 공급로
7 : 제어부
31 : 세정 처리실
32 : 재치대
33 : 구동부
38 : 진공 펌프
39 : 승강 기구
42 : 오리피스부
61 : 압력 조정 밸브
62 : 이산화탄소 가스 공급관
63 : 헬륨 가스 공급관
64, 65 : 유량 조정부
66 : 이산화탄소 가스 공급원
67 : 헬륨 가스 공급원
V1, V2 : 개폐 밸브
W : 웨이퍼

Claims (19)

  1. 기판에 부착된 파티클을 제거하는 기판 세정 방법에 있어서,
    상기 기판과 노즐부를 대향시키는 공정과,
    상기 기판이 놓여지는 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터, 상기 노즐부를 통하여 진공 분위기인 처리 분위기에 세정용의 가스를 토출하고, 단열 팽창에 의해 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성하는 공정과,
    상기 가스 클러스터를 기판의 표면에 수직으로 조사하여 파티클을 제거하는 공정을 포함하고,
    상기 가스 클러스터의 조사 시에서의 노즐부의 선단으로부터 기판까지의 거리가 10 mm ~ 100 mm인 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은, 오목부의 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐부의 선단으로부터 기판까지의 거리가 20 mm ~ 100 mm인 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐부의 선단으로부터 기판까지의 거리가 50 mm ~ 100 mm인 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐부의 중심축 상의 위치를 중심으로 하는 한 변이 7 μm인 정방형 영역 내에 1 초간 가스 클러스터를 조사했을 때, 기판 상의 10 nm ~ 100 nm의 실리카 입자의 제거율이 50% 이상이 되도록, 상기 노즐부의 이차측의 압력이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 실리카 입자의 제거율이 80% 이상이 되도록, 상기 노즐부의 이차측의 압력이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 클러스터는, 이산화탄소 가스의 분자의 집합체인 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정용의 가스는, 헬륨 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    세정용의 가스의 총 유량에 대한 헬륨 가스 유량비는, 0%보다 많고 95% 이하인 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐부의 일차측의 압력은 0.9 MPa ~ 5.0 MPa인 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  11. 기판에 부착된 파티클을 제거하는 기판 세정 장치에 있어서,
    기판이 재치되고, 진공 분위기로 기판의 세정 처리를 행하기 위한 세정 처리실과,
    상기 기판이 재치되어 있는 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터 세정용의 가스를 상기 세정 처리실 내의 기판을 향해 토출하고, 단열 팽창에 의해 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성하기 위한 노즐부를 구비하고,
    상기 노즐부는, 선단으로부터 기판까지의 거리가 10 mm ~ 100 mm이며 또한 상기 가스 클러스터를 기판의 표면에 수직으로 조사하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 노즐부의 선단으로부터 기판까지의 거리가 20 mm ~ 100 mm인 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 노즐부의 선단으로부터 기판까지의 거리가 50 mm ~ 100 mm인 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 노즐부의 중심축 상의 위치를 중심으로 하는 한 변이 7 μm인 정방형 영역 내에 1 초간 가스 클러스터를 조사했을 때, 기판 상의 10 nm ~ 100 nm의 실리카 입자의 제거율이 50% 이상이 되도록, 상기 노즐부의 이차측의 압력이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 실리카 입자의 제거율이 80% 이상이 되도록, 상기 노즐부의 이차측의 압력이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 클러스터는, 이산화탄소 가스의 분자의 집합체인 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  17. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정용의 가스는, 헬륨 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    세정용의 가스의 총 유량에 대한 헬륨 가스 유량비는, 0%보다 많고 95% 이하인 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  19. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐부의 일차측의 압력은, 0.9 MPa ~ 5.0 MPa인 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170024213A (ko) 2015-08-24 2017-03-07 세메스 주식회사 기판 처리 방법 및 장치
KR20190120348A (ko) * 2017-03-23 2019-10-23 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 가스 클러스터 처리 장치 및 가스 클러스터 처리 방법
CN114556525A (zh) * 2019-10-23 2022-05-27 东京毅力科创株式会社 基板清洗方法和基板清洗装置

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180025904A1 (en) * 2014-10-06 2018-01-25 Tel Fsi, Inc. Systems and Methods for Treating Substrates with Cryogenic Fluid Mixtures
JP6545053B2 (ja) * 2015-03-30 2019-07-17 東京エレクトロン株式会社 処理装置および処理方法、ならびにガスクラスター発生装置および発生方法
US9776218B2 (en) * 2015-08-06 2017-10-03 Asml Netherlands B.V. Controlled fluid flow for cleaning an optical element
WO2017094388A1 (ja) 2015-11-30 2017-06-08 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置のチャンバークリーニング方法
WO2017098823A1 (ja) 2015-12-07 2017-06-15 東京エレクトロン株式会社 基板洗浄装置
JP2019009370A (ja) * 2017-06-28 2019-01-17 東京エレクトロン株式会社 クリーニングノズル付蓋体、熱処理装置及び熱処理装置用蓋体のクリーニング方法
KR20200066325A (ko) * 2017-09-29 2020-06-09 티이엘 매뉴팩처링 앤드 엔지니어링 오브 아메리카, 인크. 극저온 유체 혼합물들로 기판들을 처리하기 위한 시스템들 및 방법들
JP7038618B2 (ja) 2018-07-12 2022-03-18 東京エレクトロン株式会社 クリーニング方法及び基板処理装置
WO2020110858A1 (ja) 2018-11-30 2020-06-04 東京エレクトロン株式会社 基板洗浄方法、処理容器洗浄方法、および基板処理装置
WO2021085212A1 (ja) * 2019-11-01 2021-05-06 東京エレクトロン株式会社 基板洗浄装置および基板洗浄方法
WO2021085213A1 (ja) * 2019-11-01 2021-05-06 東京エレクトロン株式会社 基板洗浄装置および基板洗浄方法
US11450506B2 (en) * 2020-04-24 2022-09-20 Tel Manufacturing And Engineering Of America, Inc. Pattern enhancement using a gas cluster ion beam
CN114077164B (zh) * 2020-08-21 2023-03-24 长鑫存储技术有限公司 半导体机台清洗系统及半导体机台清洗方法
KR102305099B1 (ko) * 2020-11-19 2021-09-27 한국기초과학지원연구원 혼합 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치 및 이를 포함하는 질량 분석기
WO2024203583A1 (ja) * 2023-03-31 2024-10-03 東京エレクトロン株式会社 測定方法および基板処理装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100349948B1 (ko) * 1999-11-17 2002-08-22 주식회사 다산 씨.앤드.아이 클러스터를 이용한 건식 세정 장치 및 방법
CN102124544B (zh) * 2008-08-18 2013-11-13 岩谷产业株式会社 团簇喷射式加工方法、半导体元件、微机电元件及光学零件
JP2012119065A (ja) * 2010-11-29 2012-06-21 Japan Atomic Energy Agency イオン加速方法、イオン加速装置、及び、イオンビーム照射装置、医療用イオンビーム照射装置
JP5815967B2 (ja) * 2011-03-31 2015-11-17 東京エレクトロン株式会社 基板洗浄装置及び真空処理システム
JP5776397B2 (ja) * 2011-07-19 2015-09-09 東京エレクトロン株式会社 洗浄方法、処理装置及び記憶媒体
US9275866B2 (en) * 2014-05-15 2016-03-01 International Business Machines Corporation Gas cluster reactor for anisotropic film growth

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170024213A (ko) 2015-08-24 2017-03-07 세메스 주식회사 기판 처리 방법 및 장치
KR20190120348A (ko) * 2017-03-23 2019-10-23 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 가스 클러스터 처리 장치 및 가스 클러스터 처리 방법
CN114556525A (zh) * 2019-10-23 2022-05-27 东京毅力科创株式会社 基板清洗方法和基板清洗装置

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