TWI680020B - 基板洗淨方法及基板洗淨裝置 - Google Patents

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TWI680020B
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Abstract

使用氣體團簇，一邊抑制微粒再附著於被處理基板，一邊以高去除率來去除附著於被處理基板的微粒。
將被處理基板配置於處理容器內，對其中進行排氣而保持為真空，且朝向處理容器內的被處理基板照射包含有帶電氣體團簇之氣體團簇，而在到達被處理基板之前，使帶電氣體團簇加速，並使包含有被加速之帶電氣體團簇的氣體團簇衝撞被處理基板，從而去除被處理基板上之微粒，此時，對帶電的被處理基板及微粒進行除電，使從被處理基板去除而被除電之微粒與排氣流一起從處理容器排出。

Description

基板洗淨方法及基板洗淨裝置
本發明，係關於使用了氣體團簇之基板洗淨方法及基板洗淨裝置。
在半導體裝置之製造過程中，由於附著於基板之微粒會導致製品之缺陷，因此，進行去除附著於基板之微粒的洗淨處理。作為像這樣的基板洗淨技術，對基板表面照射氣體團簇，且藉由該物理性作用來去除基板表面之微粒的技術，係備受矚目。
作為使用氣體團簇來洗淨基板表面的方法，係已知下述方法：使CO2等之團簇生成用氣體成為高壓而從噴嘴噴射，且藉由絕熱膨脹來生成氣體團簇，以離子化部使所生成的氣體團簇離子化，而對基板照射藉由加速電極來加速此而形成的氣體團簇離子束(例如，參閱專利文獻1)。
另一方面，雖非關基板洗淨，但亦已知對基板照射藉由絕熱膨脹所生成之中性之氣體團簇的技術(例如專利文獻2)，亦探討將像這樣的技術應用於基板之洗 淨處理，而降低對基板之電氣損傷。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開平4-354865號公報
[專利文獻2] 國際公開第2010/021265號手冊
然而，如上述專利文獻1般，使用氣體團簇離子束來進行基板之洗淨的情況，及如專利文獻2般，使用中性之氣體團簇束來進行基板之洗淨的情況，皆發現在藉由氣體團簇束來去除微粒之際，該些會因基板與微粒之摩擦而帶電，從而有微粒再附著於基板的可能性。
又，在使用像專利文獻2之中性之氣體團簇束來物理性地去除微粒的情況下，由於氣體團簇未被加速，故有未充分發揮物理性作用的可能性，從而有未充分進行洗淨之虞。雖可藉由增大團簇尺寸的方式來提升物理力，但在該情況下，難以有效地提升小於團簇尺寸之微粒的去除率。又，增大團簇尺寸之方式，係對基板上之微細構造物(圖案)造成損傷的可能性也變大。
本發明，係有鑑於該情事而進行研究者，以提供基板洗淨方法(該基板洗淨方法，係可一邊使用氣體 團簇來抑制微粒再附著於被處理基板，一邊以高去除率來去除附著於被處理基板的微粒)及基板洗淨裝置為課題。
為了解決上述課題，本發明之第1觀點，係提供一種基板洗淨方法，其係使用氣體團簇來洗淨基板，該基板洗淨方法，其特徵係，包含有：將被處理基板配置於處理容器內，對其中進行排氣而保持為真空的步驟；藉由使團簇生成氣體以高壓力噴射至前述處理容器內並使其絕熱膨脹的方式，生成氣體團簇並朝向前述被處理基板進行照射的步驟；對前述氣體團簇照射電磁波，將前述氣體團簇之至少一部分設成為帶電氣體團簇的步驟；在到達前述被處理基板前，使前述帶電氣體團簇加速的步驟；在前述被加速之帶電氣體團簇到達前述被處理基板前，對前述帶電氣體團簇照射電磁波，從而對前述帶電氣體團簇進行除電，抑制前述被處理基板之電荷損害的步驟；使前述氣體團簇衝撞前述被處理基板，從而去除前述被處理基板上之微粒的步驟；在去除前述被處理基板上的微粒之際，對帶電的前述被處理基板及前述微粒照射電磁波而進行除電的步驟；及使從前述被處理基板去除而被除電之微粒與排氣流一起從前述處理容器排出的步驟，在對前述帶電氣體團簇、前述被處理基板及已去除之微粒進行除電之際，使用從生成前述帶電氣體團簇時之電磁波源所放射的電磁波。
本發明之第2觀點，係提供一種基板洗淨裝置，其係使用氣體團簇來洗淨基板，該基板洗淨裝置，其特徵係，具備有：處理容器，配置有被處理基板，且保持為真空；排氣機構，對前述處理容器內進行排氣；氣體團簇生成機構，藉由使團簇生成氣體以高壓力噴射至前述處理容器內並使其絕熱膨脹的方式，生成氣體團簇並朝向前述被處理基板進行照射；帶電裝置，藉由對前述氣體團簇照射電磁波的方式，將前述氣體團簇之至少一部分設成為帶電氣體團簇；裝置，在到達前述被處理基板之前，使前述帶電氣體團簇加速；及除電裝置，在對到達前述被處理基板前之前述帶電氣體團簇照射電磁波而進行除電，且藉由包含有前述被加速之氣體團簇的前述氣體團簇來去除前述被處理基板上的微粒之際，對帶電的前述被處理基板及前述微粒照射電磁波而進行除電，前述帶電裝置及前述除電裝置，係具有共用之電磁波源，藉由從前述電磁波源所照射的電磁波，進行帶電及除電，並藉由前述除電裝置，對到達前述被處理基板前之前述帶電氣體團簇進行除電，藉此，抑制前述被處理基板之電荷損害，並且藉由前述排氣機構，使從前述被處理基板去除而被前述除電裝置除電的微粒與排氣流一起從前述處理容器排出。
在本發明中，可使用真空紫外線作為前述電磁波。
而且，前述帶電氣體團簇之加速，係可在前述帶電氣體團簇到達前述被處理基板為止的期間，透過藉 由電荷(該電荷，係具有與前述帶電氣體團簇相反的極性)來吸引前述帶電氣體團簇的方式而進行。
而且，具有可裝卸的蓋體(該蓋體，係覆蓋前述處理容器內的基板配置區域)為較佳。又，前述被處理基板，係被保持於接地的基板保持體，且通過前述基板保持體而接地為較佳。
根據本發明，由於是在到達被處理基板之前，使朝向被處理基板所照射之帶電氣體團簇加速，並使被加速之帶電氣體團簇衝撞被處理基板，因此，亦可去除氣體團簇之能量高且難以去除之形態的微粒，且可提高微粒之去除率。又，由於是對帶電之被處理基板或微粒進行除電，而使從被處理基板所去除的微粒與排氣流一起排出，因此，可抑制微粒再附著於被處理基板。又，亦可藉由對被處理基板進行除電的方式，來抑制被處理基板之電荷損害。而且，以在衝撞被處理基板之前對帶電團簇進行除電的方式，可抑制對被處理基板之電荷損害或施加過剩的電荷。
1‧‧‧處理容器
2‧‧‧基板載置台
3‧‧‧驅動機構
4‧‧‧排氣口
5‧‧‧排氣配管
6‧‧‧真空泵
7‧‧‧壓力控制閥
10、50、60‧‧‧氣體團簇照射機構
11、51、61‧‧‧團簇噴嘴
12、52、62‧‧‧團簇生成氣體供給部
20、20a、20b‧‧‧VUV燈
21‧‧‧加速用電極
22‧‧‧電源
30‧‧‧控制部
42‧‧‧離子化源
45‧‧‧電漿源
53‧‧‧He氣體供給部
53’‧‧‧H2氣體供給源
100、101、102、103、104、105‧‧‧基板洗淨裝置
C、C1‧‧‧帶電氣體團簇
S‧‧‧被處理基板
[圖1]表示本發明之第1實施形態之基板洗淨裝置的剖面圖。
[圖2]用以說明本發明之第1實施形態之基板洗淨裝置之處理動作的圖。
[圖3]表示本發明之第2實施形態之基板洗淨裝置的剖面圖。
[圖4]表示本發明之第3實施形態之基板洗淨裝置的剖面圖。
[圖5]表示本發明之第4實施形態之基板洗淨裝置的剖面圖。
[圖6]表示He氣體之混合比與氣體團簇速度(供給氣體：將由CO2100%生成之氣體團簇的速度設成為1的相對值)之關係的圖。
[圖7]表示使用於驗證了藉由第4實施形態而生成帶電氣體團簇之實驗之計測系統的示意圖。
[圖8]表示針對僅供給作為團簇生成氣體之CO2氣體的情形、將He混合至CO2氣體並進行供給的情形(CO2：He=1：1及CO2：He=1：9)及僅供給He的情形，藉由使氣體之供給壓力改變時之圖7之計測系統所計測之離子電流的圖。
[圖9]表示本發明之第5實施形態之基板洗淨裝置的剖面圖。
[圖10]用以說明氣體速度之一次理論式之模型的圖。
[圖11]表示本發明之第6實施形態之基板洗淨裝置的剖面圖。
[圖12]表示使帶電氣體團簇加速之裝置之其他例的剖面圖。
[圖13]表示使帶電氣體團簇加速之裝置之另外其他例的剖面圖。
以下，參閱添加圖式來說明本發明之實施形態。
<第1實施形態>
首先，說明第1實施形態。
圖1，係表示本發明之第1實施形態之基板洗淨裝置的剖面圖。
基板洗淨裝置100，係指藉由氣體團簇來去除附著於基板之微粒，而進行基板之洗淨處理者。
該基板洗淨裝置100，係具有處理容器1(該處理容器，係分隔用以進行洗淨處理之處理室)。在處理容器1內，係設置有載置被處理基板S之基板載置台2。作為被處理基板S，係可列舉出半導體晶圓或平板顯示器用之玻璃基板等各種基板，且只要為必須去除附著的微粒，則不特別限定。基板載置台2，係能夠藉由驅動機構3來予以驅動。
在處理容器1之側壁下部，係設置有排氣口4，在排氣口4，係連接有排氣配管5。在排氣配管5，係 設置有真空泵6，能夠藉由該真空泵6來對處理容器1內進行真空排氣。此時之真空度，係可藉由設置於排氣配管5之壓力控制閥7來控制。藉由該些而構成排氣機構，藉由此，處理容器1內被保持為預定真空度。
在基板載置台2之上方，係配置有對被處理基板S照射洗淨用氣體團簇的氣體團簇照射機構10。氣體團簇照射機構10，係具有：團簇噴嘴11，在處理容器1內之上部，與基板載置台2相對向而設置：團簇生成氣體供給部12，設置於處理容器1外，且對團簇噴嘴11供給用以生成團簇的氣體：及氣體供給配管13，將來自團簇生成氣體供給部12的氣體引導至團簇噴嘴11。在氣體供給配管13，係設置有開關閥14及流量控制器15。團簇噴嘴11，雖係構成為前端為逐漸擴展的錐形噴嘴，但形狀並不限定於此。
在從團簇生成氣體供給部12供給團簇生成氣體之際，係藉由未圖示的升壓器(氣體升壓機)來予以升壓，且被設定為例如5MPa以下之高壓。又，雖同樣未圖示，但在氣體供給配管13，係設置有壓力計，且根據其壓力計所計測的壓力值來控制供給壓力。當從團簇噴嘴11將團簇生成氣體噴射至保持為真空的處理容器1(處理室)內時，則團簇生成氣體會絕熱膨脹，且氣體之原子或分子的一部分會因凡得瓦爾力凝聚數個~約107個，而生成氣體團簇。
團簇生成氣體雖不特別限定，但例示有CO2 氣體、Ar氣體、N2氣體、SF6氣體、CF4氣體等。該些，係亦可單獨應用，且亦可混合應用。
為了不破壞所生成之氣體團簇並使其噴射至被處理基板S，而處理容器1內之壓力越低越好，例如供給至團簇噴嘴11之氣體的供給壓力為1MPa以下時，10Pa以下為較佳，供給壓力為1~5MPa時，300Pa以下為較佳。
在處理容器1之一方的側壁，係設置有將真空紫外線(VUV)放射至處理容器1之內部的VUV燈20。從VUV燈20所放射之VUV，係具有藉由該能量來使照射區域之氣體離子化的作用。因此，藉由對從團簇噴嘴11所噴射之氣體團簇C照射VUV的方式，氣體團簇C之至少一部分會帶有負或正電荷，而成為荷電粒子。
又，在從團簇噴嘴11所噴射之氣體團簇C衝撞被處理基板S，從而去除附著於被處理基板S的微粒之際，該些雖會因被處理基板S與微粒之摩擦等而帶電，而有微粒再附著於被處理基板S之虞，但來自VUV燈20之VUV，係亦被照射至被處理基板S之附近環境而生成離子，且藉由所生成之離子，對帶電之被處理基板S及微粒進行除電，從而抑制微粒之再附著。
亦即，VUV燈20，係具有帶電裝置(離子化裝置)和除電裝置的功能，該帶電裝置，係使氣體團簇C帶電，該除電裝置，係對被處理基板S及從被處理基板S所去除之微粒及帶電團簇進行除電。另外，作為像這樣之 帶電裝置或除電裝置，係不限於VUV，只要為具有使氣體離子化之能量之波長的電磁波即可使用，且可適當地使用X射線或伽瑪射線、紫外線之一部分等，波長為300nm以下的電磁波。
在處理容器1內之團簇噴嘴11與基板載置台2上的被處理基板S之間，係設置有加速用電極21(該加速用電極，係作為使藉由VUV照射而帶電之氣體團簇C加速的加速裝置)。在加速用電極21，係從電源22施加電壓。此時之電壓，係0.1~20kV左右為較佳。
又，在加速用電極21之下方，係設置有接地的接地電極23。處理容器1及基板載置台2亦接地。藉由該些接地的方式，可減小作用於微粒之靜電力的影響。
上述之驅動機構3，係以對被處理基板S全面照射從團簇噴嘴11所噴射之氣體團簇C的方式，使基板載置台2在一平面內移動者，例如由XY平台所構成。另外，亦可像這樣使團簇噴嘴11在平面移動來代替藉由驅動機構3而經由基板載置台2，使被處理基板S在平面移動，又，亦可使基板載置台2與團簇噴嘴11兩者在平面移動。又，亦可使基板載置台2旋轉，而使團簇噴嘴移動。
在處理容器1之側面，係設置有用以進行被處理基板S之搬入搬出的搬入搬出口(未圖示)，且經由該搬入搬出口而連接於真空搬送室(未圖示)。搬入搬出口，係可藉由閘閥(未圖示)予以開關，且藉由真空搬送 室內之基板搬送裝置來對處理容器1進行被處理基板S之搬入搬出。
基板洗淨裝置100，係具有控制部30。控制部30，係具有控制器，該控制器，具備有控制基板洗淨裝置100之氣體的供給(開關閥14及流量控制器15)、氣體之排氣(壓力控制閥7)、由驅動機構3所進行之基板載置台2的驅動、由VUV燈20所進行之VUV的照射、電源22之電壓等的微處理器(電腦)。在控制器，係連接有鍵盤(該鍵盤，係操作者為了管理基板洗淨裝置100而進行指令之輸入操作等)或顯示器(該顯示器，係可視化地顯示基板洗淨裝置100之運轉狀況)等。又，在控制器，係連接有儲存了處理配方或各種資料庫等的記憶部，該處理配方，係指用於以控制器之控制來實現基板洗淨裝置100之處理的控制程式，或用於因應處理條件而使預定處理執行於基板洗淨裝置100之各構成部的控制程式。配方，係記憶於記憶部中之適宜的記憶媒體。且，因應所需，從記憶部呼叫任意之配方而使其實行於控制器，藉此，在控制器的控制下，進行基板洗淨裝置100中之所期望的處理。
接下來，參閱圖2來說明如上述般之基板洗淨裝置100的處理動作。
首先，將閘閥開啟，經由搬入搬出口搬入被處理基板S而載置於基板載置台2上，且藉由真空泵6對處理容器1內進行抽真空而成為預定壓力之真空狀態，並且從團簇 生成氣體供給部12，使CO2氣體等的團簇生成氣體以預定流量且藉由升壓器(氣體升壓機)升壓，並以預定之供給壓力，從團簇噴嘴11噴射。藉由此，從團簇噴嘴11所噴射之團簇生成氣體會絕熱膨脹，而生成大致中性的氣體團簇C(圖2(a))。另外，亦可不使用升壓器而僅以團簇生成氣體之流量來調整供給壓力。
藉由對從團簇噴嘴11所噴射之氣體團簇C照射從VUV燈20所放射之VUV方式，氣體團簇C之至少一部分會帶有負或正電。而且，藉由對加速用電極21供給例如正電荷的方式，帶有負電之氣體團簇C會被吸引至加速用電極21而加速。另一方面，帶有正電之氣體團簇C，係與加速用電極21相斥，且朝向加速用電極21外移動而進行排氣(圖2(b))。包含有被吸引至加速用電極21而加速之帶電氣體團簇的氣體團簇C，係保有之能量會增加，而洗淨力會增大。
此時，照射至被處理基板S之氣體團簇C的個數，雖僅減少帶有正電之氣體團簇C的個數，但只要以使到達被處理基板S之氣體團簇C的個數成為充分對基板洗淨之個數的方式，來調整從團簇噴嘴11所噴射之氣體團簇C的個數即可。
通過加速用電極21後之氣體團簇C中之帶電氣體團簇，係在維持加速時的速度而保持高能量的狀態下，藉由以VUV燈20所進行之VUV照射環境中的正電荷(正離子)來電性中和(圖2(c))。藉由此，可抑 制對被處理基板S之電荷損害或施加過剩的電荷。
而且，可藉由使氣體團簇C(該氣體團簇，係包含有以加速用電極21所加速之高能量的帶電氣體團簇)衝撞被處理基板S的方式，藉由氣體團簇C之物理性能量，以高去除率來去除附著於基板S之表面的微粒P。
然而，在微粒P從被處理基板S被去除之際，由於基板S及微粒P因被處理基板S與微粒P之摩擦而帶有正或負電，因此，擔心從被處理基板S所去除之微粒P會再附著至被處理基板S。但是，在本實施形態中，來自VUV燈20之VUV亦被照射至被處理基板S之附近環境，且藉由因此而生成的離子，來中和帶電之被處理基板S及微粒P並進行除電，除電後之微粒P，係從排氣口4進行排氣(圖2(d))。因此，可極有效地抑制微粒再附著於被處理基板S。
此時，微粒P雖有未被完全中和而殘存一部分電荷的可能性，但由於被處理基板S(基板載置台2)或處理容器1為接地，且對微粒之靜電的影響小，因此，即使在該情況下，微粒亦不會再附著於被處理基板S或處理容器1且與排氣流一起被排出。
另外，藉由被處理基板S為接地的方式，即使從被處理基板S以外帶電的微粒產生了塵屑時，亦可極有效地抑制該些之再附著。
如此一來，根據本實施形態，由於是藉由VUV使朝向被處理基板S所照射之氣體團簇的至少一部 分帶電，並以加速用電極21來加速而衝撞被處理基板S，因此，亦可去除氣體團簇C之能量高且更小的微粒或形成為膜狀的微粒(膜狀雜質)等、難以去除之形態的微粒，且可提高微粒之去除率。又，由於是藉由VUV來對帶電之被處理基板或微粒進行除電，且使從被處理基板S所去除之微粒與排氣流一起排出，因此，可抑制微粒再附著於被處理基板S。而且，藉由來自VUV燈20之VUV，對衝撞被處理基板S之前的帶電氣體團簇進行電性中和(除電)，藉由此，亦可抑制被處理基板S之電荷損害(離子損傷)。
又，由於一個VUV燈20，係具有使氣體團簇C帶電的裝置和對被處理基板S及從被處理基板S所去除之微粒進行除電的裝置及對帶電團簇進行除電的裝置之功能，故可使裝置構成簡單。
<第2實施形態>
接下來，說明第2實施形態。
圖3，係表示本發明之第2實施形態之基板洗淨裝置的剖面圖。
在本實施形態中，係設置VUV燈20a(該VUV燈20a，係作為使氣體團簇C帶電的裝置)與VUV燈20b(該VUV燈20b，係作為對被處理基板S及從被處理基板S所去除之微粒及帶電團簇進行除電的裝置)之2個VUV燈來代替第1實施形態之VUV燈20，而且，能 夠以可裝卸的蓋體41來覆蓋比處理容器1內之加速用電極21更往下方的基板配置區域，並使蓋體41接地。由於其他構成，係與第1實施形態相同，故省略說明。
在本實施形態之基板洗淨裝置101中，從團簇噴嘴11朝向被處理基板S所照射之氣體團簇C的至少一部分，係藉由來自VUV燈20a的VUV而帶電，該帶電氣體團簇，係在以加速用電極21來加速的狀態下，衝撞被處理基板S。因此，包含有帶電氣體團簇之氣體團簇C，係保有高物理性能量，可藉由該物理性能量，以高去除率來去除附著於被處理基板S之表面的微粒P。又，由於是藉由來自VUV燈20b的VUV，對帶電之被處理基板S及微粒進行除電，並使所去除之微粒與排氣流一起排出，故可抑制微粒之再附著。又，藉由來自VUV燈20b的VUV，對衝撞被處理基板S之前的帶電氣體團簇進行電性中和(除電)，藉由此，亦可抑制被處理基板S之電荷損害。
此時，由於以可裝卸的蓋體41來覆蓋處理容器1內之基板配置區域，故可使從被處理基板S所去除之微粒附著於蓋體41，且可藉由在處理後拆卸蓋體41而進行洗淨後，再度進行設置的方式，來持續地實施潔淨度高的洗淨程序。
<第3實施形態>
接下來，說明第3實施形態。
圖4，係表示本發明之第3實施形態之基板洗淨裝置的剖面圖。
在本實施形態之基板洗淨裝置102中，係在處理容器1外設置離子化源42來代替VUV燈20a(該VUV燈，係作為使第2實施形態之氣體團簇C帶電的裝置)，且設成為使藉由離子化源42所生成的離子成分導入至處理容器1內之氣體團簇通過部。又，設置有與第1實施形態相同的接地電極23。由於其他構成，係與第2實施形態相同，故省略說明。
離子化源42，係具有：容器43：離子化氣體導入部44，將如Ar氣體般的離子化氣體導入至容器43內：及電漿源45，設置於容器43內。在容器43內藉由電漿源45所生成之電漿中的離子及電子，係經由電漿導入管46，被導入至處理容器1內之由分隔構件47分隔出的氣體團簇通過區域。藉由此，從團簇噴嘴11朝向被處理基板S所照射之氣體團簇C的至少一部分會被離子化，而成為帶電氣體團簇，且以加速用電極21來加速，包含有被加速之帶電氣體團簇的氣體團簇C會衝撞被處理基板。藉由此，可藉由此時之物理性能量，以高去除率來去除附著於基板S之表面的微粒P。又，由於是藉由來自VUV燈20b之VUV，對帶電之被處理基板S及所去除之微粒進行除電，而與排氣流一起排出，故可抑制微粒再附著於被處理基板S。又，藉由來自VUV燈20b之VUV，對衝撞被處理基板S之前的帶電氣體團簇電性中和(除 電)，藉由此，亦可抑制對被處理基板S之電荷損害。
此時，亦可藉由將反應性氣體導入至由分隔構件47分隔出之氣體團簇通過區域，並將已離子化之氣體團簇C與反應性氣體一起照射至被處理基板S的方式，來同時進行氣體團簇之洗淨處理與反應性氣體之洗淨處理。
<第4實施形態>
接下來，說明第4實施形態。
圖5，係表示本發明之第4實施形態之基板洗淨裝置的剖面圖。
在本實施形態之基板洗淨裝置103中，係與第1~第3實施形態不同，不需使用使VUV燈等之氣體團簇帶電的裝置，而生成帶電氣體團簇。亦即，藉由使用可供給團簇氣體生成氣體與He氣體之氣體團簇照射機構50來代替在第1~第3實施形態所使用之氣體團簇照射機構10的方式，從團簇噴嘴噴射帶電氣體團簇。He氣體，係具有如後述使氣體團簇帶電之氣體的功能。
具體而言，本實施形態之氣體團簇照射機構50，係具有：團簇噴嘴51，在處理容器1內之上部，與基板載置台2相對向而設置：團簇生成氣體供給部52(該團簇生成氣體供給部，係設置於處理容器1外，且對團簇噴嘴51供給用以生成團簇的氣體)及供給He氣體的He氣體供給部53：連接於團簇生成氣體供給部52之團簇 生成氣體供給配管54及連接於He氣體供給部53之He氣體供給配管55：及混合氣體供給配管56，團簇生成氣體供給配管54及He氣體供給配管55合流，而將團簇生成氣體及He氣體導入至團簇噴嘴51。在團簇生成氣體供給配管54，係設置有開關閥57及流量控制器58，在He氣體供給配管55，係設置有開關閥59及流量控制器60。團簇噴嘴51，雖係與第1~第3實施形態相同地，構成為前端為逐漸擴展的錐形噴嘴，但形狀並不限定於此。
雖未圖示，但在混合氣體供給配管56，係設置使混合氣體升壓的升壓器(氣體升壓機)，藉由此而將供給壓力設成為0.1~5MPa之高壓。又，雖同樣未圖示，但在團簇生成氣體供給配管54及He氣體供給配管55，係設置有壓力計，且根據其壓力計所計測的壓力值來控制供給壓力。
另外，由於本實施形態，係不存在作為使氣體團簇帶電之裝置的VUV燈，且作為除電之裝置，除了具有與第2實施形態相同之VUV燈20b該點及使用氣體團簇照射機構50來代替氣體團簇照射機構10該點以外，係構成為與第1實施形態相同，故省略說明。
在本實施形態中，係首先將閘閥開啟並經由搬入搬出口搬入被處理基板S，而載置於基板載置台2上，且藉由真空泵6對處理容器1內進行抽真空而成為預定壓力之真空狀態，並且從氣體團簇照射機構50之團簇噴嘴51，使上述之CO2氣體等之團簇生成氣體與He氣 體，以預定流量而因應所需藉由升壓器(氣體升壓機)進行升壓，並以0.1~5MPa之範圍的供給壓力進行噴射。藉此，團簇生成氣體雖係藉由絕熱膨脹來團簇化，但He氣體難以團簇化，而直接以大致氣體的狀態從團簇噴嘴51進行噴射。
對於此時之來自團簇噴嘴51的噴射速度來說，未團簇化之He氣體比氣體團簇快。因此，He氣體會將氣體團簇推出而使氣體團簇之速度上升。實際上，試算將He氣體混合至作為團簇生成氣體之CO2氣體而從團簇噴嘴進行噴射時之氣體團簇之速度的結果如圖6所示。圖6，雖係表示He氣體之混合比與氣體團簇之速度之關係的圖，但已知因He氣體之混合比變大，而氣體團簇之速度上升之情形。
如此一來，當氣體團簇之速度上升時，在氣體團簇與團簇噴嘴51的內壁之間會產生摩擦，而生成氣體團簇C1(該氣體團簇C1，係包含帶有電荷之帶電氣體團簇)，並朝向被處理基板S照射包含像這樣所生成之帶電氣體團簇的氣體團簇C1。此時，氣體團簇之速度越快，則帶電氣體團簇之個數越增多。另外，即使因氣體團簇與He氣體之摩擦，亦會產生電荷。
此時之He氣體之流量與團簇生成氣體之流量的比率，係10~99%之範圍為較佳。又，來自團簇噴嘴51之供給壓力，係0.1~5MPa為較佳。而且，處理容器1內之壓力，係300Pa以下為較佳。
以上述方式形成之帶電氣體團簇中之與加速用電極21相反極性者，係在被吸引而加速的狀態下，衝撞被處理基板S。因此，包含有帶電氣體團簇之氣體團簇C1，係保有高物理性能量，且藉由該物理性能量，在保有之能量增加而洗淨力增大的狀態下，衝撞被處理基板S。因此，可藉由包含有帶電氣體團簇之氣體團簇C1之物理性能量，以高去除率來去除附著於被處理基板S之表面的微粒P。
以加速用電極21加速之高能量的帶電氣體團簇，係在維持加速時之速度而保持高能量的狀態下，藉由以VUV燈20b所進行之VUV照射環境中的離子來電氣中和。藉由此，可抑制對被處理基板S之電荷損害或施加過剩的電荷。又，因微粒從被處理基板S去除後時的摩擦，雖有被處理基板S及所去除之微粒帶電而微粒再附著之虞，但藉由從VUV燈20b照射VUV的方式，藉由生成於被處理基板S附近的離子，對被處理基板S及所去除之微粒進行除電，而所除電之微粒P，係從排氣口4與排氣流一起排出，因而可極有效地抑制微粒再附著於被處理基板S。
如此一來，根據本實施形態，由於是從團簇噴嘴51噴射包含有帶電氣體團簇的氣體團簇C1，並以加速用電極21來加速帶電氣體團簇而使其衝撞被處理基板S，故亦可去除氣體團簇C1之能量高且難以去除之形態的微粒，且可提高微粒之去除率。又，由於是藉由VUV來 對帶電之被處理基板或微粒進行除電，且使從被處理基板S所去除之微粒與排氣流一起排出，因此，可抑制微粒再附著於被處理基板S。而且，由於可藉由來自VUV燈20b的VUV，對衝撞被處理基板S之前的帶電氣體團簇進行電性中和(除電)，故亦可抑制被處理基板S之電荷損害。
又，由於可藉由將He氣體混合至如CO2氣體般之團簇生成氣體而從團簇噴嘴51進行噴射之所謂的簡單手法，來生成帶電氣體團簇，故不需具有使氣體團簇帶電的帶電裝置，可使裝置構成簡單。
接下來，針對驗證了藉由本實施形態來生成帶電氣體團簇的實驗進行說明。圖7，係表示使用於該實驗之計測系統的示意圖。氣體團簇照射機構200，係具有CO2氣體鋼瓶201與He氣體鋼瓶202，混合從該些所供給之CO2氣體與He氣體，並以氣體升壓機203來使混合氣體升壓，從團簇噴嘴204以預定的供給壓力噴射至第1腔室207內，而生成氣體團簇。符號205，係質流控制器：206，係壓力計。第1腔室207內，係藉由真空泵208而成為真空環境。從團簇噴嘴204所噴射之氣體團簇，係直線前進，通過分離錐(schema cone)209而到達第2腔室210。第2腔室210，係藉由真空泵211而成為真空環境。在第2腔室210中，係在其中直線前進之氣體團簇所到達的位置上設置有法拉第杯213。在法拉第杯213，係連接有電流計214。又，在第2腔室210內，係 設置有可開關的擋板212(該擋板，係遮斷氣體團簇進入法拉第杯213的通路)。
在使用像這樣的計測系統而僅供給CO2氣體的情況下、將He混合至CO2氣體並進行供給的情況下(CO2：He=1：1及CO2：He=1：9)及僅供給He的情況下，求出使供給壓力改變時的離子電流。離子電流，係如以下般來進行計算。
離子電流=[擋板關閉時之電流值]-[擋板開啟時之電流值]
其結果如圖8所示。如該圖所示確認到，在僅供給He氣體的情況下，係即使氣體供給壓力增加，仍觀察不到離子電流之增加，在僅供給CO2氣體的情況下，伴隨著氣體供給壓力增加，雖然離子電流僅輕微增加，但藉由將He混合至CO2氣體的方式，伴隨著供給壓力之增加，離子電流會大增，其增加量，係He的比例越多則越多。亦即，確認到可藉由將He氣體混合至CO2氣體的方式，有效地使氣體團簇帶電。
<第5實施形態>
接下來，說明第5實施形態。
圖9，係表示本發明之第5實施形態之基板洗淨裝置的剖面圖。
在本實施形態之基板洗淨裝置104中，雖係與第4實施形態相同地，將用以使氣體團簇帶電的氣體混 合至團簇生成氣體，而形成帶電氣體團簇，但使用氫氣(H2氣體)來作為用以使氣體團簇帶電的氣體該點，係與第4實施形態不同。
因此，在圖9中，雖設置有H2氣體供給部53’及H2氣體供給部55’來代替圖5之裝置的He氣體供給部53及He氣體供給配管55，但由於其他構成係與圖5之裝置相同，故省略說明。
在本實施形態中，係首先將閘閥開啟並經由搬入搬出口搬入被處理基板S，而載置於基板載置台2上，且藉由真空泵6對處理容器1內進行抽真空而成為預定壓力之真空狀態，並且從氣體團簇照射機構50之團簇噴嘴51，使上述之CO2氣體等的團簇生成氣體與H2氣體，以預定流量而因應所需藉由升壓器(氣體升壓機)進行升壓，並以0.1~5MPa之範圍的供給壓力進行噴射。藉此，團簇生成氣體，雖係藉由絕熱膨脹而團簇化，但H2氣體，係與He氣體相同地難以團簇化，而直接以大致氣體的狀態從團簇噴嘴51進行噴射。
對於此時之來自團簇噴嘴51的噴射速度來說，未團簇化之H2氣體比氣體團簇快。因此，H2氣體會將氣體團簇推出而使氣體團簇之速度上升。可從圖10的模型中之氣體速度的一次理論式計算出，此時之將H2氣體混合至作為團簇生成氣體之CO2氣體而從團簇噴嘴進行噴射時之氣體團簇的速度。在圖10中，P0，係導入氣體壓力：T0，係導入氣體溫度：ρ0，係氣體密度：Ps，係生 成部真空度。此時，以下述式(1)給予氣體速度ν。
Figure TWI680020B_D0001
 其中，kB：波茲曼常數
γ：導入氣體之比熱比
m：導入氣體分子之質量
在上述式(1)中，1-(Ps/P0)之值，係因團簇生成壓力大致為1，故氣體團簇之速度可由下述式(2)來表示。
Figure TWI680020B_D0002
在此，當針對如第4實施形態般，使用He氣體作為用以使氣體團簇帶電之氣體的情形與如本實施形態般，使用H2氣體的情形，分別將作為團簇生成氣體之CO2氣體的比率設成為1：1，並從上述式(2)來計算氣體團簇之速度ν時，則在將混合了He氣體之情形下之氣體團簇的速度設成為1時，混合了H2氣體之情形下之氣體團簇的速度約為1.2，而速度比約1.2倍。
亦即，藉由使用H2氣體來作為用以使其帶電之氣體的方式，相較於第4實施形態之使用He氣體的情況，藉由計算來求出使氣體團簇之速度增大10~20%左右。
接下來確認到，藉由熱流體模擬計算出He及H2氣體之噴嘴出口附近之氣體溫度的結果，皆為-200℃以下，且在絕熱膨脹後，成為CO2的沸點即-78.5℃(194.5K)以下。由此可知，如第4實施形態般，與將He氣體混合至團簇生成氣體的情形相同，混合H2氣體的情形亦滿足團簇生成條件。
如上述，由於是可藉由將H2氣體混合至團簇生成氣體的方式來生成氣體團簇，且與第4實施形態相同地，從團簇噴嘴51噴射包含有帶電氣體團簇之氣體團簇C1，並以加速用電極21來加速帶電氣體團簇而使其衝撞被處理基板S，因此，亦可去除氣體團簇C1之能量高且難以去除之形態的微粒，且可提高微粒之去除率。又，由於是藉由VUV來對帶電之被處理基板或微粒進行除電，且使從被處理基板S所去除之微粒與排氣流一起排出，因此，可抑制微粒再附著於被處理基板S。而且，由於可藉由來自VUV燈20b的VUV，對衝撞被處理基板S之前的帶電氣體團簇進行電性中和(除電)，故亦可抑制被處理基板S之電荷損害。
又，由於是與第4實施形態相同地，可藉由簡易手法來生成帶電氣體團簇，故不需具有使氣體團簇帶電的帶電裝置，可使裝置構成簡單。又，藉由使用H2氣體作為用以使帶電之氣體的方式，相較於第4實施形態之使用He氣體的情形，可增大氣體團簇的速度10~20%左右，且增加氣體團簇之帶電量從而更提高洗淨效果。
<第6實施形態>
接下來，說明第6實施形態。
圖11，係表示本發明之第6實施形態之基板洗淨裝置的剖面圖。
即使在本實施形態之基板洗淨裝置105中，雖亦與第4及第5實施形態相同地，不需使用使VUV燈等之氣體團簇帶電的裝置而生成帶電氣體團簇，但該手法，係與第4及第5實施形態不同。
在本實施形態中，係藉由使用氣體團簇照射機構60(該氣體團簇照射機構，係可供給醇來作為團簇氣體生成氣體)的方式，從團簇噴嘴噴射帶電氣體團簇。
具體而言，本實施形態之氣體團簇照射機構60，係具有：團簇噴嘴61，在處理容器1內之上部，與基板載置台2相對向而設置：團簇生成氣體供給部62，設置於處理容器1外，且對團簇噴嘴61供給用以生成團簇之氣體的醇：及團簇生成氣體供給配管63，連接於團簇生成氣體供給部62。在團簇生成氣體供給配管63，係設置有開關閥64及流量控制器65。團簇噴嘴61，雖係與第1~第5實施形態相同地構成為，前端為逐漸擴展的錐形噴嘴，但形狀並不限定於此。
雖未圖示，但在從團簇生成氣體供給部62供給作為團簇生成氣體的醇氣體之際，係可以使醇供給管線之溫度上升而使醇之蒸氣壓上升的方式，增加對於噴嘴的 供給壓力。又，亦可以將惰性氣體供給管線連接於醇供給管線的方式，調整惰性氣體供給壓力而調整噴嘴之供給壓力。擔心如醇般，原料為液體時，在高壓條件下會液化，故亦可設置如前述般的升溫機構。又，雖同樣未圖示，但在團簇生成氣體供給配管63，係設置有壓力計，且根據其壓力計所計測的壓力值來控制供給壓力。
另外，由於即使在本實施形態中，亦與第4實施形態相同地，不存在作為使氣體團簇帶電之裝置的VUV燈，且作為除電之裝置，除了具有與第2實施形態相同之VUV燈20b該點及使用氣體團簇照射機構60來代替氣體團簇照射機構10該點以外，係構成為與第1實施形態相同，故省略說明。
在本實施形態中，係首先將閘閥開啟並經由搬入搬出口搬入被處理基板S，而載置於基板載置台2上，且藉由真空泵6對處理容器1內進行抽真空而成為預定壓力之真空狀態，並且從氣體團簇照射機構60之團簇噴嘴61，使上述之醇氣體以預定流量而因應所需藉由升溫機構或升壓器(氣體升壓機)進行升壓，並以預定的供給壓力進行噴射。藉此，醇氣體，係藉由絕熱膨脹來團簇化，從團簇噴嘴61進行噴射。
由於醇氣體之分子為極性分子，故與作為無極性分子的CO2氣體不同，且在由醇分子所形成之團簇表面，係有朝向外側(空間側)配列有極性分子之負電荷的可能性，從而變得易於帶電。因此，僅將醇氣體團簇化， 可形成包含有帶電氣體團簇之氣體團簇C1，而朝向被處理基板S照射包含有像這樣所生成之帶電氣體團簇的氣體團簇C1。
作為醇氣體，係可適當地使用甲醇氣體及乙醇氣體。該些，係以蒸氣壓為20℃時為基準，在50℃時成為5倍左右，在70℃時成為12倍左右，在100℃時成為50倍左右，且可藉由以液體狀態進行加溫來起泡的方式，比較多量地進行供給。因此，可供給大量包含有帶電氣體團簇的氣體團簇C1。又，可藉由與第4實施形態相同地，設置He氣體供給源及He氣體供給配管而混合He氣體的方式，進一步增加氣體團簇之帶電量。
由於即使在本實施形態中，亦是從團簇噴嘴61噴射包含有帶電氣體團簇之氣體團簇C1，且以加速用電極21來加速帶電氣體團簇而使其衝撞被處理基板S，故亦可去除氣體團簇C1之能量高且難以去除之形態的微粒，且可提高微粒之去除率。又，由於是藉由VUV來對帶電之被處理基板或微粒進行除電，且使從被處理基板S所去除之微粒與排氣流一起排出，因此，可抑制微粒再附著於被處理基板S。而且，由於可藉由來自VUV燈20b的VUV，對衝撞被處理基板S之前的帶電氣體團簇進行電性中和(除電)，故亦可抑制被處理基板S之電荷損害。
又，由於是可藉由僅噴射醇氣體之簡易手法，來生成帶電氣體團簇，故不需具有使氣體團簇帶電的 帶電裝置，可使裝置構成簡單。
<其他適用>
此外，本發明，係不限定於上述實施形態，可進行各種變形。例如，在上述實施形態中，雖係藉由使團簇生成氣體絕熱膨脹的方式，來生成氣體團簇，但並不限此。又，生成帶電氣體團簇之手法，亦不限定於上述實施形態。
又，在上述實施形態中，雖在團簇噴嘴與被處理基板之間設置加速用電極來作為使帶電氣體團簇加速的裝置，但如第4實施形態般，在從團簇噴嘴噴射帶電氣體團簇的情形下，並不限於此，例如亦可使用如圖12或圖13所示之裝置。
在圖12之例子中，係設成為如下述之構成：設置有金屬製之分隔構件71(該分隔構件，係將處理容器1內分隔為生成氣體團簇的部份與對被處理基板照射帶電氣體團簇的部分)，且在藉由絕緣構件72使分隔構件71與處理容器1絕緣的狀態下，從電源73對分隔構件71提供電荷。藉此，在分隔構件71與作為接地電位的團簇噴嘴51之間會產生電位差，而通過分隔構件71之帶電氣體團簇C1會被加速。
又，在圖13中，係設成為如下述之構成：在藉由礙子等的絕緣構件81來使團簇噴嘴51與處理容器1絕緣的狀態下，從電源82對團簇噴嘴51提供電荷。藉 此，在團簇噴嘴51與作為接地電位的被處理基板S之間會產生電位差，而帶電氣體團簇C1會被加速。
而且，在上述實施形態中，作為對被處理基板或從被處理基板所去除之微粒進行除電的裝置，雖表示了使用如VUV燈般之電磁波照射裝置的例子，但並不限於此。
而且，本發明，係亦可適當地組合上述複數個實施形態而進行實施。

Claims (9)

  1. 一種基板洗淨方法，其係使用氣體團簇來洗淨基板，該基板洗淨方法，其特徵係，包含有：將被處理基板配置於處理容器內，對其中進行排氣而保持為真空的步驟；藉由使團簇生成氣體以高壓力噴射至前述處理容器內並使其絕熱膨脹的方式，生成氣體團簇並朝向前述被處理基板進行照射的步驟；對前述氣體團簇照射電磁波，將前述氣體團簇之至少一部分設成為帶電氣體團簇的步驟；在到達前述被處理基板前，使前述帶電氣體團簇加速的步驟；在前述被加速之帶電氣體團簇到達前述被處理基板前，對前述帶電氣體團簇照射電磁波，從而對前述帶電氣體團簇進行除電，抑制前述被處理基板之電荷損害的步驟；使前述氣體團簇衝撞前述被處理基板，從而去除前述被處理基板上之微粒的步驟；在去除前述被處理基板上之微粒時，對帶電的前述被處理基板及前述微粒照射電磁波而進行除電的步驟；及使從前述被處理基板去除而被除電之微粒與排氣流一起從前述處理容器排出的步驟，在對前述帶電氣體團簇、前述被處理基板及已去除之微粒進行除電之際，使用從生成前述帶電氣體團簇時之電磁波源所放射的電磁波。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板洗淨方法，其中，前述電磁波，係真空紫外線。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之基板洗淨方法，其中，前述帶電氣體團簇之加速，係在前述帶電氣體團簇到達前述被處理基板為止的期間，透過藉由電荷來吸引前述帶電氣體團簇的方式而進行，該電荷，係具有與前述帶電氣體團簇相反的極性。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之基板洗淨方法，其中，前述被處理基板，係被保持於接地的基板保持體，且通過前述基板保持體而接地。
  5. 一種基板洗淨裝置，其係使用氣體團簇來洗淨基板，該基板洗淨裝置，其特徵係，具備有：處理容器，配置有被處理基板，且保持為真空；排氣機構，對前述處理容器內進行排氣；氣體團簇生成機構，藉由使團簇生成氣體以高壓力噴射至前述處理容器內並使其絕熱膨脹的方式，生成氣體團簇並朝向前述被處理基板進行照射；帶電裝置，藉由對前述氣體團簇照射電磁波的方式，將前述氣體團簇之至少一部分設成為帶電氣體團簇；加速裝置，在到達前述被處理基板前，使前述帶電氣體團簇加速；及除電裝置，在對到達前述被處理基板前之前述帶電氣體團簇照射電磁波而進行除電，且藉由包含有前述被加速之帶電氣體團簇的前述氣體團簇來去除前述被處理基板上的微粒之際，對帶電的前述被處理基板及前述微粒照射電磁波而進行除電，前述帶電裝置及前述除電裝置，係具有共用之電磁波源，藉由從前述電磁波源所照射的電磁波，進行帶電及除電，並藉由前述除電裝置，對到達前述被處理基板前之前述帶電氣體團簇進行除電，藉此，抑制前述被處理基板之電荷損害，並且藉由前述排氣機構，使從前述被處理基板予以去除且藉由前述除電裝置所除電的微粒與排氣流一起從前述處理容器排出。
  6. 如申請專利範圍第5項之基板洗淨裝置，其中，前述電磁波源，係照射真空紫外線的真空紫外線燈。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之基板洗淨裝置，其中，使前述帶電氣體團簇加速的加速裝置，係在前述帶電氣體團簇到達前述被處理基板為止的期間，藉由電荷來吸引前述帶電氣體團簇，該電荷，係具有與前述帶電氣體團簇相反的極性。
  8. 如申請專利範圍第5或6項之基板洗淨裝置，其中，更具備有可裝卸的蓋體，該可裝卸的蓋體，係覆蓋前述處理容器內的基板配置區域。
  9. 如申請專利範圍第5或6項之基板洗淨裝置，其中，前述被處理基板，係被保持於接地的基板保持體，且通過前述基板保持體而接地。
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