KR20160004203A - 기판 세정 방법 및 기판 세정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 가스 클러스터를 이용하여, 기판에 대한 파티클의 재부착을 억제하면서, 피처리 기판에 부착된 파티클을 높은 제거율로 제거하는 것이다. 해결 수단으로서, 처리 용기 내에 피처리 기판을 배치하고 그 내부를 배기하여 진공으로 보지하고, 처리 용기 내의 피처리 기판을 향하여, 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 조사하고, 하전 가스 클러스터를, 피처리 기판에 도달하기 전에 가속시키며, 가속된 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 피처리 기판에 충돌시켜서 피처리 기판 상의 파티클을 제거하고, 그 때 대전된 피처리 기판 및 파티클을 제전하며, 피처리 기판으로부터 제거되고, 제전된 파티클을 배기류와 함께 처리 용기로부터 배출시킨다.

Description

기판 세정 방법 및 기판 세정 장치{SUBSTRATE CLEANING METHOD AND SUBSTRATE CLEANING APPARATUS}
본 발명은 가스 클러스터를 이용한 기판 세정 방법 및 기판 세정 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 과정에 있어서는, 기판에 부착되어 있는 파티클이 제품의 결함으로 이어지기 때문에, 기판에 부착된 파티클을 제거하는 세정 처리가 실행된다. 이러한 기판 세정 기술로서는, 기판 표면에 가스 클러스터를 조사하여, 그 물리적인 작용에 의해 기판 표면의 파티클을 제거하는 기술이 주목받고 있다.
가스 클러스터를 이용하여 기판 표면을 세정하는 방법으로서는, CO2 등의 클러스터 생성용 가스를 고압으로 하여 노즐로부터 분사하고, 단열 팽창에 의해 가스 클러스터를 생성시키고, 생성된 가스 클러스터를 이온화부에서 이온화하고, 이것을 가속 전극에 의해 가속하여 형성된 가스 클러스터 이온 빔을 기판에 조사하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
한편, 기판 세정에 관한 것은 아니지만, 단열 팽창에 의해 생성된 중성의 가스 클러스터를 기판에 조사하는 기술도 알려져 있으며(예를 들면, 특허 문헌 2), 이러한 기술을 기판의 세정 처리에 적용하여, 기판으로의 전기적 데미지를 저감하는 것도 검토되고 있다.
일본 공개 특허 제 1992-354865 호 공보 국제 공개 제 2010/021265 호 팜플렛
그런데, 상기 특허문헌 1과 같이 가스 클러스터 이온 빔을 이용하여 기판의 세정을 실행하는 경우, 및 특허문헌 2와 같이 중성의 가스 클러스터 빔을 이용하여 기판의 세정을 실행한 경우 모두, 가스 클러스터 빔에 의해 파티클이 제거될 때에, 기판과 파티클의 마찰에 의해 이들이 대전되어, 파티클이 기판에 재부착될 가능성이 있다는 것이 판명되었다.
또한, 특허문헌 2와 같은 중성의 가스 클러스터 빔을 이용하여 파티클을 물리적으로 제거하는 경우에는, 가스 클러스터가 가속되지 않기 때문에, 물리적 작용을 충분히 끌어낼 수 없을 가능성이 있어서, 세정이 충분히 실행되지 않을 우려가 있다. 클러스터 사이즈를 크게 하는 것에 의해 물리력을 향상시킬 수 있지만, 이러한 경우, 클러스터 사이즈보다 작은 파티클의 제거 비율을 효과적으로 향상시키는 것은 어렵다. 또한 클러스터 사이즈를 크게 하는 것은, 기판 상의 미세한 구조물(패턴)에 손상을 줄 가능성도 커진다.
본 발명은, 이러한 사정에 감안하여 이루어진 것으로서, 가스 클러스터를 이용하여, 피처리 기판에 대한 파티클의 재부착을 억제하면서, 피처리 기판에 부착된 파티클을 높은 제거 비율로 제거할 수 있는 기판 세정 방법 및 기판 세정 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 관점은, 기판을 세정하는 기판 세정 방법으로서, 처리 용기 내에 피처리 기판을 배치하고, 그 내부를 배기하여 진공으로 보지하는 것과, 상기 처리 용기 내의 피처리 기판을 향하여, 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 조사하는 것과, 상기 하전 가스 클러스터를 피처리 기판에 도달하기 전에 가속시키는 것과, 가속된 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 피처리 기판에 충돌시켜서 피처리 기판 상의 파티클을 제거하는 것과, 상기 충돌 후에, 대전된 피처리 기판 및 파티클을 제전(除電)하는 것과, 피처리 기판으로부터 제거되고, 제전된 파티클을 배기류와 함께 상기 처리 용기로부터 배출시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법을 제공한다.
본 발명의 제 2 관점은, 가스 클러스터를 이용하여 기판을 세정하는 기판 세정 장치로서, 피처리 기판을 수용하도록 구성된 처리 용기와, 상기 처리 용기 내를 배기하여 진공으로 보지하는 배기 기구와, 상기 처리 용기 내의 피처리 기판을 향하여, 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 조사하는 수단과, 상기 하전 가스 클러스터를 피처리 기판에 도달하기 전에 가속시키는 수단과, 상기 가속된 가스 클러스터를 포함하는 상기 가스 클러스터에 의해 피처리 기판 상의 파티클이 제거되었을 때에, 대전된 피처리 기판 및 파티클을 제전하는 제전 수단을 구비하며, 상기 피처리 기판으로부터 제거되고, 상기 제전 수단에 의해 제전된 파티클을, 상기 배기 기구에 의해 배기류와 함께 상기 처리 용기로부터 배출시키는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 하전 가스 클러스터는, 상기 처리 용기 내에 클러스터 생성 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해 생성된 가스 클러스터의 적어도 일부를 하전시키는 것에 의해 생성할 수 있다. 하전 가스 클러스터는 단열 팽창시키는 것에 의해 생성된 가스 클러스터에 전자파를 조사하는 것에 의해 생성할 수 있으며, 그와 같은 전자파로서 진공 자외선을 이용할 수 있다.
상기 피처리 기판 및 제거된 파티클을 제전할 때에, 상기 하전 가스 클러스터를 생성할 때의 전자파원으로부터 방사되는 전자파를 이용할 수 있다.
상기 하전 가스 클러스터는, 상기 처리 용기 내에 클러스터 생성 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해 생성된 가스 클러스터에, 이온화원으로 생성된 이온을 공급하는 것에 의해 생성할 수도 있다.
또한, 상기 하전 가스 클러스터는, 상기 처리 용기 내에 클러스터 생성 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해서도 생성할 수 있다. 이러한 경우에, 상기 혼합 가스의 헬륨 가스의 유량과 클러스터 생성 가스의 유량의 비율은 10% 내지 99%의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 상기 하전 가스 클러스터는 상기 처리 용기 내에 클러스터 생성 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해서도 생성할 수 있다. 이러한 경우에, 상기 혼합 가스의 수소 가스의 유량과 클러스터 생성 가스의 유량의 비율은, 10% 내지 99%의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 상기 하전 가스 클러스터는 상기 처리 용기 내에 알코올 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해서도 생성할 수 있다. 알코올 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스라도 좋다. 이들 어느 경우에도, 상기 가스를 분사시킬 때의 압력은 0.1MPa 내지 5MPa인 것이 바람직하다.
또한, 하전 가스 클러스터의 가속은, 하전 가스 클러스터가 피처리 기판에 도달할 때까지, 하전 가스 클러스터와 반대의 극성을 갖는 전하에 의해 하전 가스 클러스터를 인입하는 것에 의해 실행할 수 있다. 또한, 상기 하전 가스 클러스터를 피처리 기판에 도달하기 전에 제전하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 처리 용기 내의 기판 배치 영역을 덮는 착탈 가능한 커버를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 피처리 기판은 접지된 기판 보지체에 보지되고, 상기 기판 보지체를 통하여 접지되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 피처리 기판을 향하여 조사된 하전 가스 클러스터를 피처리 기판에 도달하기 전에 가속시키고, 가속된 하전 가스 클러스터를 피처리 기판에 충돌시키므로, 가스 클러스터의 에너지가 높고, 제거하기 어려운 형태의 파티클도 제거할 수 있어, 파티클의 제거율을 향상시킬 수 있다. 또한, 대전된 피처리 기판이나 파티클을 제전하여, 피처리 기판으로부터 제거된 파티클을 배기류와 함께 배출하므로, 피처리 기판에 대한 파티클의 재부착을 억제할 수 있다. 또한, 피처리 기판을 제전하는 것에 의해, 피처리 기판의 전하 데미지(charge demage)를 억제할 수도 있다. 또한, 하전 클러스터를 피처리 기판 충돌 전에 제전하는 것에 의해, 피처리 기판으로의 전하 데미지나 과잉 전하의 부가를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 단면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 처리 동작을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 단면도,
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 단면도,
도 5는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 단면도,
도 6은 He 가스의 혼합비와 가스 클러스터 속도(공급 가스:CO2 100%로 생성한 가스 클러스터의 속도를 1로 한 상대값)의 관계를 나타내는 도면,
도 7은 제 4 실시형태에 의해 하전 가스 클러스터가 생성되는 것을 검증한 실험에 이용한 계측 시스템을 도시하는 모식도,
도 8은 클러스터 생성 가스인 CO2 가스만을 공급한 경우와, CO2 가스에 He를 혼합하여 공급한 경우(CO2:He=1:1 및 CO2:He=1:9)와, He만을 공급한 경우에 대하여, 가스의 공급 압력을 변화시켰을 때의 도 7의 계측 시스템에 의해 계측되는 이온 전류를 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 단면도,
도 10은 가스 속도의 1차 이론식의 모델을 설명하기 위한 도면,
도 11은 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 단면도,
도 12는 하전 가스 클러스터를 가속시키는 수단의 다른 예를 도시하는 단면도,
도 13은 하전 가스 클러스터를 가속시키는 수단의 또 다른 예를 도시하는 단면도.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.
＜제 1 실시형태＞
우선, 제 1 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 단면도이다.
기판 세정 장치(100)는 기판에 부착된 파티클을 가스 클러스터에 의해 제거하여 기판의 세정 처리를 실행하는 것이다.
이러한 기판 세정 장치(100)는 세정 처리를 실행하기 위한 처리실을 구획하는 처리 용기(1)를 갖고 있다. 처리 용기(1) 내에는 피처리 기판(S)을 탑재하는 기판 탑재대(2)가 마련되어 있다. 피처리 기판(S)으로서는, 반도체 웨이퍼나, 플랫 패널 디스플레이용의 유리 기판 등 여러가지의 것을 들 수 있으며, 부착된 파티클을 제거할 필요가 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 기판 탑재대(2)는 구동 기구(3)에 의해 구동되도록 되어 있다.
처리 용기(1)의 측벽 하부에는 배기구(4)가 마련되어 있으며, 배기구(4)에는 배기 배관(5)이 접속되어 있다. 배기 배관(5)에는, 진공 펌프(6)가 마련되어 있으며, 이 진공 펌프(6)에 의해 처리 용기(1) 내가 진공 배기되도록 되어 있다. 이 때의 진공도는 배기 배관(5)에 마련된 압력 제어 밸브(7)에 의해 제어 가능하게 되어 있다. 이들에 의해 배기 기구가 구성되고, 이것에 의해 처리 용기(1) 내가 소정의 진공도로 보지된다.
기판 탑재대(2)의 상방에는, 피처리 기판(S)에 세정용의 가스 클러스터를 조사하는 가스 클러스터 조사 기구(10)가 배치되어 있다. 가스 클러스터 조사 기구(10)는, 처리 용기(1) 내의 상부에 기판 탑재대(2)에 대향하여 마련된 클러스터 노즐(11)과, 처리 용기(1) 외부에 마련된, 클러스터 노즐(11)에 클러스터를 생성하기 위한 가스를 공급하는 클러스터 생성 가스 공급부(12)와, 클러스터 생성 가스 공급부(12)로부터의 가스를 클러스터 노즐(11)로 인도하는 가스 공급 배관(13)을 갖고 있다. 가스 공급 배관(13)에는, 개폐 밸브(14) 및 유량 제어기(15)가 마련되어 있다. 클러스터 노즐(11)은, 선단으로 갈수록 넓어지는 원추형 노즐로 구성되어 있지만, 형상은 이것에 한정되지 않는다.
클러스터 생성 가스 공급부(12)로부터 클러스터 생성 가스를 공급할 때, 도시되어 있지 않은 승압기(가스 부스터)에 의해 승압되고, 예를 들면 5MPa 이하의 고압이 된다. 또한, 역시 도시는 하고 있지 않지만, 가스 공급 배관(13)에는 압력계가 마련되어 있으며, 그 압력계가 계측한 압력값에 근거하여 공급 압력이 제어된다. 클러스터 노즐(11)로부터 클러스터 생성 가스가 진공으로 보지된 처리 용기(1)(처리실) 내에 분사되면, 클러스터 생성 가스가 단열 팽창하여, 가스의 원자 또는 분자의 일부가 반데르발스 힘에 의해 수 개 내지 약 107개 응집하여, 가스 클러스터가 생성된다.
클러스터 생성 가스는 특별히 한정되지 않지만, CO2 가스, Ar 가스, N2 가스, SF6 가스, CF4 가스 등이 예시된다. 이들은 단독이어도, 혼합한 것이어도 적용 가능하다.
생성된 가스 클러스터를 파괴시키지 않고 피처리 기판(S)에 분사시키기 위해서는, 처리 용기(1) 내의 압력은 낮은 편이 좋고, 예를 들면, 클러스터 노즐(11)에 공급하는 가스의 공급 압력이 1MPa 이하에서는 10Pa 이하, 공급 압력이 1MPa 내지 5MPa에서는 300Pa 이하인 것이 바람직하다.
처리 용기(1)의 한쪽의 측벽에는, 처리 용기(1)의 내부에 진공 자외선(VUV)을 방사하는 VUV 램프(20)가 마련되어 있다. VUV 램프(20)로부터 방사된 VUV는, 그 에너지에 의해서 조사 영역의 기체를 이온화시키는 작용을 갖는다. 따라서, 클러스터 노즐(11)로부터 분사된 가스 클러스터(C)에 VUV가 조사되는 것에 의해 가스 클러스터(C) 중 적어도 일부가 마이너스 또는 플러스로 하전되어, 하전 입자가 된다.
또한, 클러스터 노즐(11)로부터 분사된 가스 클러스터(C)가 피처리 기판(S)에 충돌하고, 피처리 기판(S)에 부착되어 있는 파티클이 제거될 때에, 피처리 기판(S)과 파티클의 마찰 등에 의해, 이들이 대전되어, 파티클이 피처리 기판(S)에 재부착될 우려가 있지만, VUV 램프(20)로부터의 VUV는 피처리 기판(S)의 근방 분위기로도 조사되어 이온이 생성되고, 생성된 이온에 의해, 대전한 피처리 기판(S) 및 파티클이 제전되어 파티클의 재부착이 억제된다.
즉, VUV 램프(20)는, 가스 클러스터(C)를 하전시키는 하전 수단(이온화 수단), 및 피처리 기판(S) 및 피처리 기판(S)으로부터 제거된 파티클 및 하전 클러스터를 제전하는 제전 수단으로서 기능한다. 또한, 이러한 하전 수단이나 제전 수단으로서는, VUV에 한정되지 않으며, 기체를 이온화시키는 에너지를 갖는 파장의 전자파이면 사용할 수 있어, X선이나 감마선, 자외선의 일부 등, 파장이 300nm 이하의 전자파를 매우 바람직하게 이용할 수 있다.
처리 용기(1) 내에 있어서의 클러스터 노즐(11)과 기판 탑재대(2) 상의 피처리 기판(S) 사이에는, VUV 조사에 의해 하전된 가스 클러스터(C)를 가속하는 가속 수단으로서의 가속용 전극(21)이 마련되어 있다. 가속용 전극(21)에는 전원(22)으로부터 전압이 인가된다. 이 때의 전압은, 0.1kV 내지 20kV 정도가 바람직하다.
또한, 가속용 전극(21) 아래에는, 접지된 접지 전극(23)이 마련되어 있다. 처리 용기(1) 및 기판 탑재대(2)도 접지되어 있다. 이들이 접지되어 있는 것에 의해, 파티클에 작용하는 정전기적인 힘의 영향을 작게 할 수 있다.
상술한 구동 기구(3)는, 클러스터 노즐(11)로부터 분사된 가스 클러스터(C)가 피처리 기판(S)의 전면에 조사되도록 기판 탑재대(2)를 일 평면 내에서 이동시키는 것이며, 예를 들면 XY 테이블로 이루어져 있다. 또한, 이와 같이 구동 기구(3)에 의해 기판 탑재대(2)를 거쳐서 피처리 기판(S)을 평면 이동시키는 대신에, 클러스터 노즐(11)을 평면 이동시켜도 좋고, 또한 기판 탑재대(2)와 클러스터 노즐(11)의 양쪽을 평면 이동시켜도 좋다. 또한, 기판 탑재대(2)를 회전시켜, 클러스터 노즐을 이동시켜도 좋다.
처리 용기(1)의 측면에는, 피처리 기판(S)의 반입출을 실행하기 위한 반입출구(도시하지 않음)가 마련되어 있으며, 이 반입출구를 거쳐서 진공 반송실(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 반입출구는 게이트 밸브(도시하지 않음)에 의해 개폐 가능하게 되어 있으며, 진공 반송실 내의 기판 반송 장치에 의해, 처리 용기(1)에 대한 피처리 기판(S)의 반입출이 실행된다.
기판 세정 장치(100)는 제어부(30)를 갖고 있다. 제어부(30)는, 기판 세정 장치(100)의 가스의 공급[개폐 밸브(14) 및 유량 제어기(15)], 가스의 배기[압력 제어 밸브(7)], 구동 기구(3)에 의한 기판 탑재대(2)의 구동, VUV 램프(20)에 의한 VUV의 조사, 전원(22)의 전압 등을 제어하는 마이크로프로세서(컴퓨터)를 구비하는 컨트롤러를 갖고 있다. 컨트롤러에는, 오퍼레이터가 기판 세정 장치(100)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 실행하는 키보드나, 기판 세정 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등이 접속되어 있다. 또한, 컨트롤러에는, 기판 세정 장치(100)에 있어서의 처리를 컨트롤러의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나 처리 조건에 따라서 기판 세정 장치(100)의 각 구성부에 소정의 처리를 실행시키기 위한 제어 프로그램인 처리 레시피나, 각종 데이터 베이스 등이 저장된 기억부가 접속되어 있다. 레시피는 기억부 내의 적절한 기억 매체에 기억되어 있다. 그리고, 필요에 따라서, 임의의 레시피를 기억부로부터 호출하여 컨트롤러에 실행시킴으로써, 컨트롤러의 제어하에서, 기판 세정 장치(100)에서의 소망의 처리가 실행된다.
다음에, 이상과 같은 기판 세정 장치(100)의 처리 동작에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다.
우선, 게이트 밸브를 개방하여 반입출구를 거쳐서 피처리 기판(S)을 반입하고, 기판 탑재대(2) 상에 탑재하며, 처리 용기(1) 내를 진공 펌프(6)에 의해 진공 흡인하여 소정 압력의 진공 상태로 하는 동시에, 클러스터 생성 가스 공급부(12)로부터 CO2 가스 등의 클러스터 생성 가스를, 소정 유량으로 승압기(가스 부스터)에 의해 승압하여, 소정의 공급 압력으로 클러스터 노즐(11)로부터 분사한다. 이것에 의해, 클러스터 노즐(11)로부터 분사된 클러스터 생성 가스가 단열 팽창하여, 거의 중성의 가스 클러스터(C)가 생성된다[도 2의 (a)]. 또한, 승압기를 이용하지 않고 클러스터 생성 가스의 유량만으로 공급 압력을 조정해도 좋다.
클러스터 노즐(11)로부터 분사된 가스 클러스터(C)에, VUV 램프(20)로부터 방사된 VUV가 조사되는 것에 의해, 가스 클러스터(C)의 적어도 일부는 마이너스 또는 플러스로 대전된다. 그리고, 가속용 전극(21)에 예를 들어 정전하가 공급되는 것에 의해, 마이너스로 대전된 가스 클러스터(C)는 가속용 전극(21)에 인입되어 가속된다. 한편, 플러스로 대전된 가스 클러스터(C)는 가속용 전극(21)과 반발하고, 가속용 전극(21) 외부로 이동하여 배기된다[도 2의 (b)]. 가속용 전극(21)으로 인입되어 가속된 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터(C)는 보유하는 에너지가 증가하여, 세정력이 증대한다.
이 때에, 피처리 기판(S)에 조사되는 가스 클러스터(C)의 수는 플러스로 대전한 가스 클러스터(C)의 수만큼 감소하지만, 피처리 기판(S)에 도달하는 가스 클러스터(C)의 수가 기판 세정에 충분한 수가 되도록, 클러스터 노즐(11)로부터 분사되는 가스 클러스터(C)의 수를 조정하면 좋다.
가속용 전극(21)을 통과한 가스 클러스터(C) 중 하전 가스 클러스터는, 가속 시의 속도를 그대로 유지하여 높은 에너지를 보지한 채로, VUV 램프(20)에 의한 VUV 조사 분위기 중의 플러스 전하(플러스 이온)에 의해 전기적으로 중화된다[도 2의 (c)]. 이것에 의해, 피처리 기판(S)으로의 전하 데미지나 과잉 전하의 부가를 억제할 수 있다.
그리고, 가속용 전극(21)으로 가속된 고에너지의 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터(C)를 피처리 기판(S)에 충돌시키는 것에 의해, 가스 클러스터(C)의 물리적 에너지에 의해서 기판(S)의 표면에 부착되는 파티클(P)을 높은 제거율로 제거할 수 있다.
그런데, 파티클(P)이 피처리 기판(S)으로부터 제거될 때에, 피처리 기판(S)과 파티클(P)의 마찰에 의해, 기판(S) 및 파티클(P)이 플러스 또는 마이너스로 대전되기 때문에, 피처리 기판(S)으로부터 제거된 파티클(P)이 피처리 기판(S)에 재부착되는 것이 염려된다. 그러나, 본 실시형태에서는, VUV 램프(20)로부터의 VUV가 피처리 기판(S)의 근방 분위기로도 조사되며, 그것에 의해 생성된 이온에 의해, 대전된 피처리 기판(S) 및 파티클(P)이 중화되어 제전되고, 제전된 파티클(P)은 배기구(4)로부터 배기된다[도 2의 (d)]. 따라서, 피처리 기판(S)으로의 파티클의 재부착을 극히 유효하게 억제할 수 있다.
이 때, 파티클(P)은 완전하게 중화되지 않고 일부 전하가 남을 가능성이 있지만, 피처리 기판(S)[기판 탑재대(2)]이나 처리 용기(1)는 접지되어 있으며, 파티클로의 정전적인 영향은 작기 때문에, 그 경우에도 파티클은 피처리 기판(S)이나 처리 용기(1)에 재부착되는 일없이 배기류와 함께 배기된다.
또한, 피처리 기판(S)이 접지되어 있는 것에 의해, 만일 피처리 기판(S) 이외로부터 대전된 파티클이 발진(發塵)한 경우도, 그들 재부착을 극히 유효하게 억제할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 피처리 기판(S)을 향하여 조사된 가스 클러스터의 적어도 일부를 VUV에 의해 하전시키고, 가속용 전극(21)으로 가속하여 피처리 기판(S)에 충돌시키므로, 가스 클러스터(C)의 에너지가 높고, 보다 작은 파티클이나, 막 형상으로 형성된 파티클(막 형상 불순물) 등, 제거하기 어려운 형태의 파티클도 제거할 수 있어, 파티클의 제거율을 향상시킬 수 있다. 또한, 대전한 피처리 기판이나 파티클을 VUV에 의해 제전하고, 피처리 기판(S)으로부터 제거된 파티클을 배기류와 함께 배출하므로, 피처리 기판(S)에 대한 파티클의 재부착을 억제할 수 있다. 또한, VUV 램프(20)로부터의 VUV에 의해, 피처리 기판(S)에 충돌하기 전의 하전 가스 클러스터를 전기적으로 중화(제전)하는 것에 의해, 피처리 기판(S)의 전하 데미지(이온 데미지)를 억제할 수도 있다.
또한, 하나의 VUV 램프(20)가, 가스 클러스터(C)를 하전시키는 수단, 및 피처리 기판(S) 및 피처리 기판(S)으로부터 제거된 파티클을 제전하는 수단 및 하전 클러스터를 제전하는 수단으로서 기능하므로, 장치 구성을 간이하게 할 수 있다.
＜제 2 실시형태＞
다음에, 제 2 실시형태에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 단면도이다.
본 실시형태에서는, 제 1 실시형태의 VUV 램프(20) 대신에, 가스 클러스터(C)를 하전하는 수단으로서의 VUV 램프(20a)와, 피처리 기판(S) 및 피처리 기판(S)으로부터 제거된 파티클 및 하전 클러스터를 제전하는 수단으로서의 VUV 램프(20b)의 2개의 VUV 램프를 마련하고, 또한 처리 용기(1) 내의 가속용 전극(21)보다 아래의 기판 배치 영역을 착탈 가능한 커버(41)로 덮도록 하여, 커버(41)를 접지하고 있다. 그 이외의 구성은 제 1 실시형태와 동일하므로, 설명은 생략한다.
본 실시형태의 기판 세정 장치(101)에 있어서는, 클러스터 노즐(11)로부터 피처리 기판(S)을 향하여 조사되고 가스 클러스터(C)의 적어도 일부는 VUV 램프(20a)로부터의 VUV에 의해 하전되며, 이 하전 가스 클러스터는 가속용 전극(21)으로 가속된 상태에서 피처리 기판(S)에 충돌한다. 이 때문에, 하전 가스 클러스터를 포함한 가스 클러스터(C)는 높은 물리적 에너지를 보유하고, 이 물리적 에너지에 의해서 피처리 기판(S)의 표면에 부착되는 파티클(P)을 높은 제거율로 제거할 수 있다. 또한, VUV 램프(20b)로부터의 VUV에 의해, 대전된 피처리 기판(S) 및 파티클을 제전하고, 제거한 파티클을 배기류와 함께 배출하므로, 파티클의 재부착을 억제할 수 있다. 또한, VUV 램프(20b)로부터의 VUV에 의해, 피처리 기판(S)에 충돌하기 전의 하전 가스 클러스터를 전기적으로 중화(제전)하는 것에 의해, 피처리 기판(S)의 전하 데미지를 억제할 수도 있다.
이 때, 처리 용기(1) 내의 기판 배치 영역을 착탈 가능한 커버(41)로 덮도록 했으므로, 피처리 기판(S)으로부터 제거된 파티클을 커버(41)에 부착시킬 수 있어, 처리 후에 커버(41)를 분리하여 세정한 후, 재차 설치하는 것에 의해, 청정도가 높은 세정 프로세스를 계속적으로 실시할 수 있다.
＜제 3 실시형태＞
다음에, 제 3 실시형태에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 단면도이다.
본 실시형태의 기판 세정 장치(102)에 있어서는, 제 2 실시형태의 가스 클러스터(C)를 하전시키는 수단으로서의 VUV 램프(20a) 대신에, 처리 용기(1) 외부에 이온화원(42)을 마련하고, 이온화원(42)에 의해 생성한 이온 성분을, 처리 용기(1) 내의 가스 클러스터 통과부에 도입하도록 하고 있다. 또한, 제 1 실시형태와 같은 접지 전극(23)이 마련되어 있다. 그 이외의 구성은 제 2 실시형태와 마찬가지이므로, 설명은 생략한다.
이온화원(42)은, 용기(43)와, 용기(43) 내에 Ar 가스와 같은 이온화 가스를 도입하는 이온화 가스 도입부(44)와, 용기(43) 내에 마련된 플라스마원(45)을 갖는다. 용기(43) 내에서 플라스마원(45)에 의해 생성된 플라스마 내의 이온 및 전자가, 플라스마 도입관(46)을 지나, 처리 용기(1) 내에 있어서 구획 부재(47)로 구획된 가스 클러스터 통과 영역에 도입된다. 이것에 의해, 클러스터 노즐(11)로부터 피처리 기판(S)을 향하여 조사된 가스 클러스터(C)의 적어도 일부가 이온화되어 하전 가스 클러스터가 되고, 가속용 전극(21)으로 가속되고, 가속된 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터(C)가 피처리 기판에 충돌한다. 이것에 의해, 그 때의 물리적 에너지에 의해서 기판(S)의 표면에 부착되는 파티클(P)을 높은 제거율로 제거할 수 있다. 또한, VUV 램프(20b)로부터의 VUV에 의해, 대전된 피처리 기판(S) 및 제거된 파티클을 제전하여, 배기류와 함께 배출하므로, 피처리 기판(S)에 대한 파티클의 재부착을 억제할 수 있다. 또한, VUV 램프(20b)로부터의 VUV에 의해, 피처리 기판(S)에 충돌하기 전의 하전 가스 클러스터를 전기적으로 중화(제전)하는 것에 의해, 피처리 기판(S)에의 전하 데미지 등을 억제할 수도 있다.
이 때, 구획 부재(47)로 구획된 가스 클러스터 통과 영역에 반응성 가스를 도입하고, 이온화된 가스 클러스터(C)와 함께 반응성 가스를 피처리 기판(S)에 조사하는 것에 의해, 가스 클러스터에 의한 세정 처리와 반응성 가스에 의한 세정 처리를 병용하여 실행하는 것도 가능해진다.
＜제 4 실시형태＞
다음에, 제 4 실시형태에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 단면도이다.
본 실시형태의 기판 세정 장치(103)에 있어서는, 제 1 내지 제 3 실시형태와는 달리, VUV 램프 등의 가스 클러스터를 하전시키는 수단을 이용하는 일없이, 하전 가스 클러스터를 생성시킨다. 즉, 제 1 내지 제 3 실시형태에서 이용한 가스 클러스터 조사 기구(10) 대신에, 클러스터 가스 생성 가스와 He 가스를 공급 가능한 가스 클러스터 조사 기구(50)를 이용하는 것에 의해, 클러스터 노즐로부터 하전 가스 클러스터를 분사한다. He 가스는 후술하는 바와 같이 가스 클러스터를 대전시키기 위한 가스로서 기능한다.
구체적으로는, 본 실시형태의 가스 클러스터 조사 기구(50)는, 처리 용기(1) 내의 상부에 기판 탑재대(2)에 대향하여 마련된 클러스터 노즐(51)과, 처리 용기(1) 외부에 마련된, 클러스터 노즐(51)에 클러스터를 생성하기 위한 가스를 공급하는 클러스터 생성 가스 공급부(52) 및 He 가스를 공급하는 He 가스 공급부(53)와, 클러스터 생성 가스 공급부(52)에 접속된 클러스터 생성 가스 공급 배관(54) 및 He 가스 공급부(53)에 접속된 He 가스 공급 배관(55)과, 클러스터 생성 가스 공급 배관(54) 및 He 가스 공급 배관(55)이 합류하여 클러스터 생성 가스 및 He 가스를 클러스터 노즐(51)로 인도하는 혼합 가스 공급 배관(56)을 갖고 있다. 클러스터 생성 가스 공급 배관(54)에는 개폐 밸브(57) 및 유량 제어기(58)가 마련되어 있으며, He 가스 공급 배관(55)에는 개폐 밸브(59) 및 유량 제어기(60)가 마련되어 있다. 클러스터 노즐(51)은, 제 1 내지 제 3 실시형태와 마찬가지로, 선단으로 갈수록 넓어지는 형상의 원추형 노즐로 구성되어 있지만, 형상은 이것에 한정되지 않는다.
도시는 하고 있지 않지만, 혼합 가스 공급 배관(56)에는, 혼합 가스를 승압하는 승압기(가스 부스터)가 마련되며, 이것에 의해 공급 압력이 0.1MPa 내지 5MPa의 고압이 된다. 또한, 역시 도시는 하고 있지 않지만, 클러스터 생성 가스 공급 배관(54) 및 He 가스 공급 배관(55)에는 압력계가 마련되어 있으며, 그 압력계가 계측한 압력값에 근거하여 공급 압력이 제어된다.
또한, 본 실시형태는, 가스 클러스터를 하전하는 수단으로서의 VUV 램프가 존재하지 않으며, 제전하는 수단으로서 제 2 실시형태와 마찬가지의 VUV 램프(20b)를 갖고 있는 점, 및 가스 클러스터 조사 기구(10) 대신에, 가스 클러스터 조사 기구(50)를 이용하는 점 이외에는, 제 1 실시형태와 동일하게 구성되어 있기 때문에, 설명은 생략한다.
본 실시형태에서는, 우선, 게이트 밸브를 개방하여 반입출구를 거쳐서 피처리 기판(S)을 반입하고, 기판 탑재대(2) 상에 탑재하며, 처리 용기(1) 내를 진공 펌프(6)에 의해 진공 흡인하여 소정 압력의 진공 상태로 하는 동시에, 가스 클러스터 조사 기구(50)의 클러스터 노즐(51)로부터, 상술한 CO2 가스 등의 클러스터 생성 가스와 He 가스를, 소정 유량으로 필요에 따라 승압기(가스 부스터)에 의해 승압하여, 0.1MPa 내지 5MPa의 범위의 공급 압력으로 분사한다. 이것에 의해, 클러스터 생성 가스는 단열 팽창에 의해서 클러스터화되지만, He 가스는 클러스터화되기 어려우며, 거의 가스인 채로 클러스터 노즐(51)로부터 분사된다.
이 때의 클러스터 노즐(51)로부터의 분사 속도는 가스 클러스터보다 클러스터화되지 않은 He 가스쪽이 빨라진다. 이 때문에, He 가스가 가스 클러스터를 압출하여 가스 클러스터의 속도를 상승시킨다. 실제로, 클러스터 생성 가스인 CO2 가스에 He 가스를 혼합하여 클러스터 노즐로부터 분사했을 때의 가스 클러스터의 속도를 시산(試算)한 결과를 도 6에 도시한다. 도 6은 He 가스의 혼합비와 가스 클러스터의 속도의 관계를 도시하는 도면이지만, He 가스의 혼합비가 커짐에 따라서, 가스 클러스터의 속도가 상승하고 있다는 것을 알 수 있다.
이와 같이 가스 클러스터의 속도가 상승하면, 가스 클러스터와 클러스터 노즐(51)의 내벽 사이에 마찰이 생기고, 전하를 띤 하전 가스 클러스터를 포함한 가스 클러스터(C1)가 생성되며, 그와 같이 생성된 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터(C1)가 피처리 기판(S)을 향하여 조사된다. 이 때, 가스 클러스터의 속도가 클수록 하전 가스 클러스터의 수가 많아진다. 또한, 가스 클러스터와 He 가스의 마찰에 의해서도 전하가 생긴다.
이 때의 He 가스의 유량과 클러스터 생성 가스의 유량과의 비율은 10% 내지 99%의 범위가 바람직하다. 또한, 클러스터 노즐(51)로부터의 공급 압력은 0.1MPa 내지 5MPa인 것이 바람직하다. 또한, 처리 용기(1) 내의 압력은 300Pa 이하인 것이 바람직하다.
이상과 같이 하여 형성된 하전 가스 클러스터 중, 가속용 전극(21)과 반대의 극성의 것은 인입되어 가속된 상태로 피처리 기판(S)에 충돌한다. 이 때문에, 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터(C1)는 높은 물리적 에너지를 보유하고, 이 물리적 에너지에 의해서, 보유하는 에너지가 증가하여 세정력이 증대한 상태로 피처리 기판(S)에 충돌한다. 따라서, 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터(C1)의 물리적 에너지에 의해서 피처리 기판(S)의 표면에 부착하는 파티클(P)을 높은 제거율로 제거할 수 있다.
가속용 전극(21)으로 가속된 고에너지의 하전 가스 클러스터는, 가속 시의 속도를 그대로 유지하여 높은 에너지를 보지한 채로, VUV 램프(20b)에 의한 VUV 조사 분위기 중의 이온에 의해 전기적으로 중화된다. 이것에 의해, 피처리 기판(S)에의 전하 데미지나 과잉 전하의 부가를 억제할 수 있다. 또한, 파티클이 피처리 기판(S)으로부터 제거되었을 때의 마찰에 의해, 피처리 기판(S) 및 제거된 파티클이 대전되어 파티클이 재부착될 우려가 있지만, VUV 램프(20b)로부터 VUV가 조사되는 것에 의해, 피처리 기판(S) 근방에 생성된 이온에 의해 피처리 기판(S) 및 제거된 파티클이 제전되고, 제전된 파티클(P)은 배기구(4)로부터 배기류와 함께 배출되기 때문에, 피처리 기판(S)으로의 파티클의 재부착을 극히 유효하게 억제할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 클러스터 노즐(51)로부터 하전 가스 클러스터를 포함한 가스 클러스터(C1)를 분사하고, 하전 가스 클러스터를 가속용 전극(21)으로 가속하여 피처리 기판(S)에 충돌시키므로, 가스 클러스터(C1)의 에너지가 높고, 제거하기 어려운 형태의 파티클도 제거할 수 있어, 파티클의 제거율을 향상시킬 수 있다. 또한, 대전된 피처리 기판이나 파티클을 VUV에 의해 제전하고, 피처리 기판(S)으로부터 제거된 파티클을 배기류와 함께 배출하므로, 피처리 기판(S)에 대한 파티클의 재부착을 억제할 수 있다. 또한, VUV 램프(20b)로부터의 VUV에 의해, 피처리 기판(S)에 충돌하기 전의 하전 가스 클러스터를 전기적으로 중화(제전)할 수 있으므로, 피처리 기판(S)의 전하 데미지를 억제할 수도 있다.
또한, CO2 가스와 같은 클러스터 생성 가스에 He 가스를 혼합하여 클러스터 노즐(51)로부터 분사하는 것과 같은, 간이한 수법에 의해 하전 가스 클러스터를 생성할 수 있으므로, 가스 클러스터를 하전시키는 하전 수단이 불필요하여, 장치 구성을 간이하게 할 수 있다.
다음에, 본 실시형태에 의해 하전 가스 클러스터가 생성되는 것을 검증한 실험에 대해 설명한다. 도 7은 이 실험에 이용한 계측 시스템을 도시하는 모식도이다. 가스 클러스터 조사 기구(200)는, CO2 가스 봄베(201)와 He 가스 봄베(202)를 갖고, 이들로부터 공급된 CO2 가스와 He 가스를 혼합하고, 혼합 가스를 가스 부스터(203)로 승압하고, 클러스터 노즐(204)로부터 소정의 공급압으로 제 1 챔버(207) 내에 분사하여, 가스 클러스터를 생성시킨다. 도면부호(205)는 매스플로우 컨트롤러, 도면부호(206)는 압력계이다. 제 1 챔버(207) 내는 진공 펌프(208)에 의해 진공 분위기가 된다. 클러스터 노즐(204)로부터 분사되는 가스 클러스터는 직진하여 스키마콘(schema cone; 209)을 통과하여, 제 2 챔버(210)에 도달한다. 제 2 챔버(210)는 진공 펌프(211)에 의해 진공 분위기가 된다. 제 2 챔버(210)에는, 그 내부를 직진한 가스 클러스터가 도달하는 위치에 패러데이 컵(213)이 마련되어 있다. 패러데이 컵(213)에는, 전류계(214)가 접속되어 있다. 또한, 제 2 챔버(210) 내에는, 패러데이 컵(213)으로의 가스 클러스터의 통로를 차단하는 셔터(212)가 개폐 가능하게 마련되어 있다.
이러한 계측 시스템을 이용하여, CO2 가스만을 공급한 경우와, CO2 가스에 He를 혼합하여 공급한 경우(CO2:He=1:1 및 CO2:He=1:9)와 He만을 공급한 경우에서, 공급 압력을 변화시킨 경우의 이온 전류를 구했다. 이온 전류는, 이하의 같이 계산했다.
이온 전류 = [셔터-폐쇄 시의 전류값] - [셔터 개방시의 전류값]
그 결과를 도 8에 나타낸다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, He 가스만을 공급한 경우에는 가스 공급 압력이 증가해도 이온 전류의 증가가 보이지 않으며, CO2 가스만을 공급한 경우는, 가스 공급 압력 증가에 따라 이온 전류는 조금 증가하는데 그쳤지만, CO2 가스에 He를 혼합하는 것에 의해, 공급 압력의 증가에 따라서, 이온 전류가 크게 증가하며, 그 증가량은 He의 비율이 많을수록 많다는 것이 확인되었다. 즉, CO2 가스에 He 가스를 혼합하는 것에 의해서, 가스 클러스터를 효과적으로 하전할 수 있다는 것이 확인되었다.
＜제 5 실시형태＞
다음에, 제 5 실시형태에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 단면도이다.
본 실시형태의 기판 세정 장치(104)에서는, 제 4 실시형태와 마찬가지로, 클러스터 생성 가스에 가스 클러스터를 대전시키기 위한 가스를 혼합하여 하전 가스 클러스터를 형성하지만, 가스 클러스터를 대전시키기 위한 가스로서 수소 가스(H2 가스)를 이용하는 점이 제 4 실시형태와는 다르다.
따라서, 도 9에서는, 도 5의 장치의 He 가스 공급(53) 및 He 가스 공급 배관(55) 대신에, H2 가스 공급부(53') 및 H2 가스 공급 배관(55')이 마련되어 있지만, 다른 구성은 도 5의 장치와 마찬가지이므로, 설명은 생략한다.
본 실시형태에서는, 우선, 게이트 밸브를 개방하여 반입출구를 거쳐서 피처리 기판(S)을 반입하고, 기판 탑재대(2) 상에 탑재하고, 처리 용기(1) 내를 진공 펌프(6)에 의해 진공 흡인하여 소정 압력의 진공 상태로 하는 동시에, 가스 클러스터 조사 기구(50)의 클러스터 노즐(51)로부터, 상술한 CO2 가스 등의 클러스터 생성 가스와 H2 가스를, 소정 유량으로 필요에 따라 승압기(가스 부스터)에 의해 승압하고, 0.1MPa 내지 5MPa의 범위의 공급 압력으로 분사한다. 이것에 의해, 클러스터 생성 가스는 단열 팽창에 의해서 클러스터화되지만, H2 가스는 He 가스와 마찬가지로 클러스터화되기 어려우며, 거의 가스인 채로 클러스터 노즐(51)로부터 분사된다.
이 때의 클러스터 노즐(51)로부터의 분사 속도는 가스 클러스터보다 클러스터화되지 않은 H2 가스쪽이 빨라진다. 이 때문에, H2 가스가 가스 클러스터를 압출하여 가스 클러스터의 속도를 상승시킨다. 이 때의 클러스터 생성 가스인 CO2 가스에 H2 가스를 혼합하여 클러스터 노즐로부터 분사했을 때의 가스 클러스터의 속도는, 도 10의 모델에 있어서의 가스 속도의 1차 이론식으로부터 산출할 수 있다. 도 10에 있어서, PO는 도입 가스 압력, TO는 도입 가스 온도, ρO은 가스 밀도, Ps는 생성부 진공도이다. 이 때, 가스 속도(υ)는 이하의 (1) 식으로 주어진다.
[식 1]
　
Figure pat00001
단, kB : 볼츠만 정수
γ : 도입 가스의 비열비
m : 도입 가스 분자의 질량이다.
상기 (1) 식에 있어서, 1-(Ps/P0)의 값은, 클러스터 생성 압력에서는 거의 1이므로, 가스 클러스터의 속도는 이하의 (2) 식으로 나타낼 수 있다.
[식 2]
Figure pat00002
여기서, 제 4 실시형태와 같이 가스 클러스터를 대전시키기 위한 가스로서 He 가스를 이용한 경우와 본 실시형태와 같이 H2 가스를 이용한 경우에 대하여, 각각 클러스터 생성 가스인 CO2 가스와의 비율을 1:1로 하여 상기 (2) 식으로 가스 클러스터의 속도(υ)를 계산하면, He 가스를 혼합한 경우의 가스 클러스터의 속도를 1로 했을 때에, H2 가스를 혼합한 경우의 가스 클러스터의 속도는 약 1.2가 되고, 속도비는 약 1.2배가 된다.
즉, 대전시키기 위한 가스로서 H2 가스를 이용하는 것에 의해, 제 4 실시형태의 He 가스를 이용하는 경우보다, 10% 내지 20% 정도 가스 클러스터의 속도가 커지는 것이 계산에 의해 구해졌다.
다음에, 열유체 시뮬레이션에 의해, He 및 H2 가스의 노즐 출구 부근의 가스 온도를 계산한 결과, 모두 -200℃ 이하가 되며, 단열 팽창 후에 CO2의 비점인 -78.5℃(194.5K) 이하로 되고 있다는 것이 확인되었다. 이것으로부터, 제 4 실시형태와 같이 클러스터 생성 가스에 He 가스를 혼합한 경우와 마찬가지로, H2 가스를 혼합한 경우도 클러스터 생성 조건을 만족하고 있다는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 클러스터 생성 가스에 H2 가스를 혼합하는 것에 의해 가스 클러스터를 생성할 수 있으며, 제 4 실시형태와 마찬가지로, 클러스터 노즐(51)로부터 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터(C1)를 분사하고, 하전 가스 클러스터를 가속용 전극(21)으로 가속하여 피처리 기판(S)에 충돌시키므로, 가스 클러스터(C1)의 에너지가 높고, 제거하기 어려운 형태의 파티클도 제거할 수 있어, 파티클의 제거율을 향상시킬 수 있다. 또한, 대전된 피처리 기판이나 파티클을 VUV에 의해 제전하고, 피처리 기판(S)으로부터 제거된 파티클을 배기류와 함께 배출하므로, 피처리 기판(S)에 대한 파티클의 재부착을 억제할 수 있다. 또한, VUV 램프(20b)로부터의 VUV에 의해, 피처리 기판(S)에 충돌하기 전의 하전 가스 클러스터를 전기적으로 중화(제전)할 수 있으므로, 피처리 기판(S)의 전하 데미지를 억제할 수도 있다.
또한, 제 4 실시형태와 마찬가지로, 간이한 수법에 의해 하전 가스 클러스터를 생성할 수 있으므로, 가스 클러스터를 하전시키는 하전 수단이 불필요하여, 장치 구성을 간이하게 할 수 있다. 또한, 대전시키기 위한 가스로서 H2 가스를 이용하는 것에 의해, 제 4 실시형태의 He 가스를 이용하는 경우보다, 10% 내지 20% 정도 가스 클러스터의 속도를 크게 할 수 있어, 가스 클러스터의 대전량을 많게 하여 세정 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
＜제 6 실시형태＞
다음에, 제 6 실시형태에 대하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 단면도이다.
본 실시형태의 기판 세정 장치(105)에 대해도 제 4 및 제 5 실시형태와 마찬가지로, VUV 램프 등의 가스 클러스터를 하전시키는 수단을 이용하는 일없이, 하전 가스 클러스터를 생성시키지만, 그 수법은 제 4 및 제 5 실시형태와는 다르다.
본 실시형태에서는, 클러스터가스 생성 가스로서 알코올을 공급 가능한 가스 클러스터 조사 기구(60)를 이용하는 것에 의해, 클러스터 노즐로부터 하전 가스 클러스터를 분사한다.
구체적으로는, 본 실시형태의 가스 클러스터 조사 기구(60)는, 처리 용기(1) 내의 상부에 기판 탑재대(2)에 대향하여 마련된 클러스터 노즐(61)과, 처리 용기(1) 외부에 마련된, 클러스터 노즐(61)에 클러스터를 생성하기 위한 가스인 알코올을 공급하는 클러스터 생성 가스 공급부(62)와, 클러스터 생성 가스 공급부(62)에 접속된 클러스터 생성 가스 공급 배관(63)을 갖고 있다. 클러스터 생성 가스 공급 배관(63)에는 개폐 밸브(64) 및 유량 제어기(65)가 마련되어 있다. 클러스터 노즐(61)은, 제 1 내지 제 5 실시형태와 마찬가지로, 선단으로 갈수록 넓어지는 원추형 노즐로 구성되어 있지만, 형상은 이것에 한정되지 않는다.
도시는 하고 있지 않지만, 클러스터 생성 가스 공급부(62)로부터 클러스터 생성 가스인 알코올 가스를 공급할 때, 알코올 공급 라인의 온도를 높여 알코올의 증기압을 상승시키는 것에 의해, 노즐로의 공급 압력을 증가시킬 수가 있다. 또한 불활성 가스 공급 라인을 알코올 공급 라인에 접속함으로써, 불활성 가스 공급 압력을 조정하여, 노즐의 공급 압력을 조정해도 좋다. 알코올과 같이 원료가 액체인 경우는, 고압 조건하에서 액화되는 것이 염려되기 때문에, 전술과 같은 승온 기구를 마련해도 좋다. 또한, 역시 도시는 되어 있지 않지만, 클러스터 생성 가스 공급 배관(63)에는 압력계가 마련되어 있으며, 그 압력계가 계측한 압력값에 근거하여 공급 압력이 제어된다.
또한, 본 실시형태에서도 제 4 실시형태와 같이, 가스 클러스터를 하전하는 수단으로서의 VUV 램프가 존재하지 않으며, 제전하는 수단으로서 제 2 실시형태와 같은 VUV 램프(20b)를 갖고 있는 점, 및 가스 클러스터 조사 기구(10) 대신에, 가스 클러스터 조사 기구(60)를 이용하는 점 이외는, 제 1 실시형태와 동일하게 구성되어 있으므로, 설명은 생략한다.
본 실시형태에서는, 우선, 게이트 밸브를 개방하고 반입출구를 거쳐서 피처리 기판(S)을 반입하고, 기판 탑재대(2) 상에 탑재하고, 처리 용기(1) 내를 진공 펌프(6)에 의해 진공 흡인 소정 압력의 진공 상태로 하는 동시에, 가스 클러스터 조사 기구(60)의 클러스터 노즐(61)로부터, 상술한 알코올 가스를, 소정 유량으로 필요에 따라 승온 기구나 승압기(가스 부스터)에 의해 승압하여, 소정의 공급 압력으로 분사한다. 이것에 의해, 알코올 가스는 단열 팽창에 의해서 클러스터화하여, 클러스터 노즐(61)로부터 분사된다.
알코올 가스는, 분자가 극성 분자이기 때문에, 무극성 분자인 CO2 가스와는 달리, 알코올 분자로 형성된 클러스터 표면에는, 극성 분자의 부전하를 외측(공간측)을 향하여 배열할 가능성이 있어, 대전되기 쉬워진다. 이 때문에, 알코올 가스를 클러스터화하는 것만으로도, 하전 가스 클러스터를 포함한 가스 클러스터(C1)를 형성할 수 있으며, 그와 같이 생성된 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터(C1)가 피처리 기판(S)을 향하여 조사된다.
알코올 가스로서는 메탄올 가스 및 에탄올 가스를 매우 바람직하게 이용할 수 있다. 이들은, 증기압이 20℃일 때를 기준으로 하여 50℃로 5배 정도, 70℃로 12배 정도, 100℃로 50배 정도가 되며, 액체 상태로 가온하여 버블링하는 것에 의해 비교적 다량으로 공급할 수 있다. 이 때문에, 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터(C1)를 많이 공급할 수 있다. 또한, 제 4 실시형태와 마찬가지로, He 가스 공급원 및 He 가스 공급 배관을 마련하여 He 가스를 혼합하는 것에 의해, 가스 클러스터의 대전량을 더욱 증가시킬 수 있다.
본 실시형태에 있어서도, 클러스터 노즐(61)로부터 하전 가스 클러스터를 포함한 가스 클러스터(C1)를 분사하고, 하전 가스 클러스터를 가속용 전극(21)으로 가속하여 피처리 기판(S)에 충돌시키므로, 가스 클러스터(C1)의 에너지가 높고, 제거하기 어려운 형태의 파티클도 제거할 수 있어, 파티클의 제거율을 향상시킬 수 있다. 또한, 대전된 피처리 기판이나 파티클을 VUV에 의해 제전하고, 피처리 기판(S)으로부터 제거된 파티클을 배기류와 함께 배출하므로, 피처리 기판(S)에 대한 파티클의 재부착을 억제할 수 있다. 또한, VUV 램프(20b)로부터의 VUV에 의해, 피처리 기판(S)에 충돌하기 전의 하전 가스 클러스터를 전기적으로 중화(제전)할 수 있으므로, 피처리 기판(S)의 전하 데미지를 억제할 수도 있다.
또한, 알코올 가스를 분사하기만 하는 간이한 수법에 의해 하전 가스 클러스터를 생성할 수 있으므로, 가스 클러스터를 하전시키는 하전 수단이 불필요하여, 장치 구성을 간이하게 할 수 있다.
＜다른 적용＞
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 일없이 여러 가지 변형을 할 수 있다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 클러스터 생성 가스를 단열 팽창시키는 것에 의해 가스 클러스터를 생성했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하전 가스 클러스터를 생성하는 수법도 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 실시형태에서는, 하전 가스 클러스터를 가속시키는 수단으로서, 클러스터 노즐과 피처리 기판 사이에 가속용 전극을 마련했지만, 제 4 실시형태와 같이, 클러스터 노즐로부터 하전 가스 클러스터를 분사하는 경우는, 이것에 한정하지 않고, 예를 들면, 도 12나 도 13에 도시하는 것을 이용할 수도 있다.
도 12의 예에서는, 처리 용기(1) 내를, 가스 클러스터를 생성하는 부분과 하전 가스 클러스터를 피처리 기판에 조사하는 부분에 구획하는 금속제의 칸막이 부재(71)를 마련하고, 칸막이 부재(71)를 절연 부재(72)에 의해 처리 용기(1)로부터 절연한 상태에서, 전원(73)으로부터 칸막이 부재(71)에 전하를 부여하는 구성으로 하고 있다. 이것에 의해, 칸막이 부재(71)와 접지 전위인 클러스터 노즐(51) 사이에 전위차가 생겨, 칸막이 부재(71)를 통과하는 하전 가스 클러스터(C1)가 가속된다.
또한, 도 13에서는, 클러스터 노즐(51)을 애자(碍子) 등의 절연 부재(81)에 의해, 처리 용기(1)로부터 절연한 상태에서, 전원(82)으로부터 클러스터 노즐(51)에 전하를 부여하는 구성으로 하고 있다. 이것에 의해, 클러스터 노즐(51)과 접지 전위인 피처리 기판(S) 사이에 전위차가 생겨, 하전 가스 클러스터(C1)가 가속된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 피처리 기판이나 피처리 기판으로부터 제거된 파티클을 제전하는 수단으로서 VUV 램프와 같은 전자파 조사 수단을 이용한 예를 나타냈지만, 이것에 한정하는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기 복수의 실시형태를 적절히 조합하여 실행하는 것도 가능하다.
1 : 처리 용기 2 : 기판 탑재대
3 : 구동 기구 4 : 배기구
5 : 배기 배관 6 : 진공 펌프
7 : 압력 제어 밸브 10, 50, 60 : 가스 클러스터 조사 기구
11, 51, 61 : 클러스터 노즐 12, 52, 62 : 클러스터 생성 가스 공급부
20, 20a, 20b : VUV 램프 21 : 가속용 전극
22 : 전원 30 : 제어부
42 : 이온화원 45 : 플라즈마원
53 : He 가스 공급부 53' : H2 가스 공급부
100, 101, 102, 103, 104, 105 : 기판 세정 장치
C, C1 : 하전 가스 클러스터 S : 피처리 기판

Claims (33)

  1. 기판을 세정하는 기판 세정 방법에 있어서,
    처리 용기 내에 피처리 기판을 배치하고, 그 내부를 배기하여 진공으로 보지하는 것과,
    상기 처리 용기 내의 피처리 기판을 향하여, 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 조사하는 것과,
    상기 하전 가스 클러스터를 피처리 기판에 도달하기 전에 가속시키는 것과,
    가속된 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 피처리 기판에 충돌시켜서 피처리 기판 상의 파티클을 제거하는 것과,
    상기 충돌 후에, 대전한 피처리 기판 및 파티클을 제전하는 것과,
    피처리 기판으로부터 제거되고, 제전된 파티클을 배기류와 함께 상기 처리 용기로부터 배출시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터는, 상기 처리 용기 내에 클러스터 생성 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해 생성된 가스 클러스터의 적어도 일부를 하전시키는 것에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터는, 상기 가스 클러스터에 전자파를 조사하는 것에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전자파는 진공 자외선인 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처리 기판 및 제거된 파티클을 제전할 때에, 상기 하전 가스 클러스터를 생성할 때의 전자파원으로부터 방사되는 전자파를 이용하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터는, 상기 처리 용기 내에 클러스터 생성 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해 생성된 가스 클러스터에, 이온화원으로 생성된 이온을 공급하는 것에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터는, 상기 처리 용기 내에 클러스터 생성 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 혼합 가스의 헬륨 가스의 유량과 클러스터 생성 가스의 유량의 비율은 10% 내지 99%의 범위인 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터는, 상기 처리 용기 내에 클러스터 생성 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 혼합 가스의 수소 가스의 유량과 클러스터 생성 가스의 유량의 비율은 10% 내지 99%의 범위인 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터는, 상기 처리 용기 내에 알코올 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터는, 상기 처리 용기 내에 알코올 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 가스를 분사시킬 때의 압력은 0.1MPa 내지 5MPa인 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하전 가스 클러스터의 가속은, 하전 가스 클러스터가 피처리 기판에 도달할 때까지, 하전 가스 클러스터와 반대의 극성을 갖는 전하에 의해 하전 가스 클러스터를 인입하는 것에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 하전 가스 클러스터를, 피처리 기판에 도달하기 전에 제전하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처리 기판은 접지된 기판 보지체에 보지되고, 상기 기판 보지체를 통하여 접지되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 방법.
  17. 가스 클러스터를 이용하여 기판을 세정하는 기판 세정 장치에 있어서,
    피처리 기판을 수용하도록 구성된 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내를 배기하여 진공으로 보지하는 배기 기구와,
    상기 처리 용기 내의 피처리 기판을 향하여, 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 조사하는 수단과,
    상기 하전 가스 클러스터를, 피처리 기판에 도달하기 전에 가속시키는 수단과,
    상기 가속된 가스 클러스터를 포함하는 상기 가스 클러스터에 의해 피처리 기판 상의 파티클이 제거되었을 때에, 대전된 피처리 기판 및 파티클을 제전하는 제전 수단을 구비하며,
    상기 피처리 기판으로부터 제거되고, 상기 제전 수단에 의해 제전된 파티클을, 상기 배기 기구에 의해 배기류와 함께 상기 처리 용기로부터 배출시키는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 조사하는 수단은, 상기 처리 용기 내에 클러스터 생성 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해 가스 클러스터를 생성하는 가스 클러스터 생성 기구와, 생성된 가스 클러스터의 적어도 일부를 하전하는 하전 수단을 갖는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 하전 수단은 전자파를 조사하여 상기 가스 클러스터의 적어도 일부를 하전 가스 클러스터로 하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 하전 수단은 진공 자외선을 조사하는 진공 자외선 램프인 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 하전 수단은, 전자파를 조사하는 것에 의해, 상기 제전 수단으로서도 기능하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 조사하는 수단은, 상기 처리 용기 내에 클러스터 생성 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해 가스 클러스터를 생성하는 가스 클러스터 생성 기구와, 생성된 가스 클러스터의 적어도 일부에 이온을 공급하는 이온화원을 갖는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 조사하는 수단은, 상기 처리 용기 내에 클러스터 생성 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해, 상기 가스 클러스터의 적어도 일부를 하전 가스 클러스터로 하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 혼합 가스의 헬륨 가스의 유량과 클러스터 생성 가스의 유량의 비율은 10% 내지 99%의 범위인 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 조사하는 수단은, 상기 처리 용기 내에 클러스터 생성 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해, 상기 가스 클러스터의 적어도 일부를 하전 가스 클러스터로 하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 혼합 가스의 수소 가스의 유량과 클러스터 생성 가스의 유량의 비율은 10% 내지 99%의 범위인 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  27. 제 17 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 조사하는 수단은, 상기 처리 용기 내에 알코올 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것에 의해, 상기 가스 클러스터의 적어도 일부를 하전 가스 클러스터로 하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터를 포함하는 가스 클러스터를 조사하는 수단은, 상기 처리 용기 내에 알코올 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스를 고압력으로 분사시켜서 단열 팽창시키는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  29. 제 23 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 가스를 분사시킬 때의 압력은 0.1MPa 내지 5MPa인 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  30. 제 17 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하전 가스 클러스터를 가속시키는 수단은, 하전 가스 클러스터가 피처리 기판에 도달할 때까지, 하전 가스 클러스터와 반대의 극성을 갖는 전하에 의해 하전 가스 클러스터를 인입하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  31. 제 17 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 용기 내의 기판 배치 영역을 덮는 착탈 가능한 커버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  32. 제 17 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제전 수단은, 상기 하전 가스 클러스터를, 피처리 기판에 도달하기 전에 제전하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  33. 제 17 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    접지된 기판 보지체를 더 포함하고, 상기 피처리 기판은 상기 기판 보지체에 보지되고, 상기 기판 보지체를 통하여 접지되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
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