TWI772380B - 氣體團簇處理裝置及氣體團簇處理方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種當對基板照射氣體團簇來進行基板處理時，能夠於短時間使其到達氣體團簇的生成所必要之氣體供給壓力，且氣體供給壓力的控制性良好之技術。 　　對基板(S)照射氣體團簇而對基板(S)進行規定的處理之氣體團簇處理裝置(100)，具有：處理容器(1)；及氣體供給部(13)，供給用來生成氣體團簇之氣體；及質量流量控制器(14)，控制從氣體供給部(13)被供給的氣體的流量；及團簇噴嘴(11)，以規定的供給壓力被供給用來生成氣體團簇之氣體，將該氣體噴出至被真空保持之處理容器內而藉由絕熱膨脹令其團簇化；及壓力控制部(15)，具有背壓控制器(17)，設於質量流量控制器14與團簇噴嘴(11)之間的配管(12)，控制用來生成氣體團簇之氣體的供給壓力。

Description

氣體團簇處理裝置及氣體團簇處理方法
本發明有關氣體團簇(gas cluster)處理裝置及氣體團簇處理方法。
半導體元件的製造過程中，附著於基板的微粒(particle)會造成製品的缺陷，因此會進行將附著於基板的微粒予以除去之洗淨處理。作為這樣的基板洗淨技術，對基板表面照射氣體團簇，藉由其物理性作用來除去基板表面的微粒之技術正受到矚目。
作為將氣體團簇對基板表面照射之技術，已知有一種將CO2 等的團簇生成用氣體設為高壓再從噴嘴噴射至真空中，藉由絕熱膨脹使氣體團簇生成，將生成的氣體團簇藉由離子化部予以離子化，再把將其藉由加速電極加速而形成之氣體團簇離子束對基板照射之技術(例如參照專利文獻1)。
此外，已知還有一種將CO2 等的團簇生成用氣體及He等的加速用氣體之複數種氣體從噴嘴噴射至真空中，把藉由絕熱膨脹而生成的中性的氣體團簇對基板照射之技術(例如參照專利文獻2)。
從噴嘴照射的氣體團簇的直徑是由氣體的供給壓力所決定，因此必須控制氣體供給壓力，但如專利文獻1、2亦記載般，習知主要是以氣體的供給流量來控制氣體的供給壓力。也就是說，氣體的供給壓力和供給流量成比例，因此藉由控制氣體的供給流量便能控制氣體的供給壓力。此外，如專利文獻2所示，供給壓力的微調整是使用壓力調整閥來進行。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2006-500741號公報 　　[專利文獻2]日本特開2013-175681號公報
[發明所欲解決之問題]
氣體的供給流量通常是藉由質量流量控制器(掌握和內部的流路中的氣體的質量流量成比例之溫度變化，變換成電子訊號，再基於和來自外部的設定流量相對應之電子訊號，令流量控制閥作動，控制成設定好的流量)而受控制，但依質量流量控制器所做的流量控制，到達設定壓力為止會花費長時間。此外，若欲使氣體的供給量增加至比和設定供給壓力相對應的供給量還多來縮短到達至設定供給壓力的時間，則供給壓力相對於藉由壓力調整閥設定的壓力而言會過衝(overshoot)，壓力的控制性會降低。此外，若發生這樣的過衝，則質量流量控制器下游側的壓力會上昇而無法做出質量流量控制器前後的差壓，氣體供給量的控制本身會失靈。
是故，本發明欲解決之問題在於提供一種當對基板照射氣體團簇來進行基板處理時，能夠於短時間使其到達氣體團簇的生成所必要之氣體供給壓力，且氣體供給壓力的控制性良好之技術。 [解決問題之技術手段]
為解決上述問題，本發明之第1觀點，提供一種氣體團簇處理裝置，係對被處理體照射氣體團簇而對被處理體進行規定的處理之氣體團簇處理裝置，其特徵為，具有：處理容器，供被處理體配置；及氣體供給部，供給用來生成氣體團簇之氣體；及流量控制器，控制從前述氣體供給部被供給的氣體的流量；及團簇噴嘴，以規定的供給壓力被供給用來生成前述氣體團簇之氣體，將前述氣體噴出至被真空保持之處理容器內，令前述氣體藉由絕熱膨脹而團簇化；及壓力控制部，具有背壓控制器，設於前述流量控制器與前述團簇噴嘴之間的配管，控制用來生成前述氣體團簇之氣體的供給壓力。
能夠設計成，前述壓力控制部，構成為具有從前述配管分歧之分歧配管，前述背壓控制器設於前述分歧配管，來自前述配管的氣體流至前述背壓控制器而被排氣，前述背壓控制器，其一次側的壓力被設定成成為前述規定的供給壓力，於前述一次側的壓力到達了前述規定的供給壓力之時間點，多餘的氣體透過前述背壓控制器而被排氣。
較佳是，作為前述背壓控制器，具有在前述分歧配管串聯設置之第1背壓控制器及第2背壓控制器，作為前述第1背壓控制器使用差壓範圍狹小的高精度之物並且一次側的壓力被設定成成為前述氣體供給壓力的設定值，作為前述第2背壓控制器使用差壓範圍比前述第1背壓控制器還寬之物並且一次側的壓力被設定成成為比前述氣體壓力的設定值還低的值。
能夠更具有控制前述流量控制器的設定流量之控制手段，前述控制手段，於從前述氣體供給部被供給的前述氣體的供給壓力達前述規定的供給壓力之前，將前述流量控制器的設定流量，控制成超過到達前述規定的供給壓力所必須的流量之第1流量，前述壓力控制部，具有計測流至前述背壓控制器的氣體的流量之流量計測器，前述控制手段，基於該流量計測器的計測值，將前述流量控制器的設定值，控制成比可維持前述規定的供給壓力之流量還大，且比前述第1流量還小之第2流量。
能夠設計成，前述氣體供給部，作為用來生成前述氣體團簇之氣體，是個別地供給至少2種類的氣體，作為前述流量控制器，具有和前述至少2種類的氣體的各者相對應之至少2個的流量控制器，前述至少2種類的氣體，於前述至少2個的流量控制器的下游側在前述配管匯流，前述壓力控制部，設於前述配管的前述至少2種類的氣體的全部匯流後之部分。
亦可更具有昇壓器，設於前述配管的比設有前述壓力控制部之部分還上游側，將前述氣體昇壓。此外，亦可設計成，前述壓力控制部，更具有從前述配管將前述背壓控制器旁通而排氣之旁通流路、及將旁通流路開關之開關閥，於氣體團簇處理後將前述開關閥開啟，將前述團簇噴嘴及前述配管內的氣體透過前述旁通流路予以排氣。亦可更具有調溫器，設於比設有前述壓力控制部的分歧配管部分還下游側，且包含前述團簇噴嘴部在內於比其上游側將前述氣體調溫。作為前述流量控制器合適是質量流量控制器。
較佳是，作為前述第1流量，控制成可維持前述規定的供給壓力之流量的1.5倍至50倍的範圍，作為前述第2流量，控制成可維持前述規定的供給壓力之流量的1.02倍至1.5倍的範圍。
本發明之第2觀點，提供一種氣體團簇處理方法，係將用來生成氣體團簇的氣體，透過配管供給至團簇噴嘴，令前述氣體從前述團簇噴嘴噴出至被真空保持之處理容器內，令前述氣體藉由絕熱膨脹而團簇化，對配置於前述處理容器內的被處理體照射氣體團簇，來對被處理體進行規定的處理之氣體團簇處理方法，其特徵為，將前述氣體的流量控制成規定的流量，將前述氣體的一部分從前述配管排出，藉此將前述配管中的供給壓力控制成規定的供給壓力。
上述第2觀點中，能夠藉由背壓控制器來控制前述供給壓力。在此情形下，能夠設計成，前述背壓控制器，設於從前述配管分歧之分歧配管，從前述配管被排出的氣體通過前述分歧配管而流至前述背壓控制器，前述背壓控制器，被設定成其一次側的壓力成為前述規定的供給壓力，於前述一次側的壓力到達了前述規定的供給壓力之時間點，多餘的氣體透過前述背壓控制器被排出。此外，作為前述背壓控制器，能夠具有在前述分歧配管串聯設置之第1背壓控制器及第2背壓控制器，作為前述第1背壓控制器使用差壓範圍狹小的高精度之物並且一次側的壓力被設定成成為前述氣體供給壓力的設定值，作為前述第2背壓控制器使用差壓範圍比前述第1背壓控制器還寬之物並且一次側的壓力被設定成成為比前述氣體壓力的設定值還低的值。
較佳是，作為前述第1流量，控制成可維持前述規定的供給壓力之流量的1.5倍至50倍的範圍，作為前述第2流量，控制成可維持前述規定的供給壓力之流量的1.02倍至1.5倍的範圍。 [發明之功效]
按照本發明，是藉由流量控制器控制從氣體供給部被供給之氣體的流量，藉由具有背壓控制器之壓力控制部控制用來生成流量控制器與團簇噴嘴之間的配管中的氣體團簇之氣體的供給壓力，故會以大流量流通用來生成氣體團簇之氣體，於成為了規定的供給壓力的時間點能夠使多餘的氣體排出，能夠於短時間使其到達規定的氣體供給壓力。此外，像這樣，於到達了規定的供給壓力的時間點排出多餘的氣體，藉此氣體供給壓力不會發生過衝，此外，藉由背壓控制器於處理中氣體供給壓力會被維持一定，因此氣體供給壓力的控制性良好。
以下參照所附圖面詳細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為本發明的第1實施形態之氣體團簇處理裝置示意截面圖。
本實施形態之氣體團簇處理裝置100，為用來對被處理體的表面照射氣體團簇而進行被處理體表面的洗淨處理之物。
此氣體團簇處理裝置100，具有隔出用來進行洗淨處理的處理室之處理容器1。在處理容器1內的底部鄰近設有載置被處理體亦即基板S之基板載置台2。
作為基板S，能夠舉出半導體晶圓、或平面顯示器用的玻璃基板等種種物品，並無特別限定。
在處理容器1內的上部，以和基板載置台2相向之方式，設有將氣體團簇朝向基板S照射之團簇噴嘴11。團簇噴嘴11，具有本體部11a、及呈圓錐狀之先端部11b。在本體部11a與先端部11b之間，具有直徑為例如0.1mm程度的孔口(orifice)部。
基板載置台2，是藉由驅動部3而受驅動，藉由驅動部3驅動基板載置台2，藉此令基板S與團簇噴嘴11之間產生相對性移動。驅動部3，構成為具有X軸軌道3a、及Y軸軌道3b之XY平台。另，亦可將基板載置台2固定性地設置，而令團簇噴嘴11驅動。
在處理容器1的底部設有排氣口4，在排氣口4連接有排氣配管5。在排氣配管5，設有真空泵浦6，藉由此真空泵浦6處理容器1內會被真空排氣。此時的真空度可藉由設於排氣配管5之壓力控制閥7來控制。藉由該些排氣配管5、真空泵浦6、及壓力控制閥7而構成排氣機構10，藉此處理容器1內會被保持成規定的真空度，例如0.1～300Pa。
在處理容器1的側面，設有用來進行基板S的搬出入之搬出入口8，透過此搬出入口8連接至真空搬送室(未圖示)。搬出入口8可藉由閘閥9而開關，藉由真空搬送室內的基板搬送裝置(未圖示)，進行對處理容器1之基板S的搬出入。
供給用來在噴嘴11內生成氣體團簇的氣體亦即團簇生成氣體之氣體供給配管12的一端，係貫通處理容器1的天壁而連接至團簇噴嘴11，在氣體供給配管12的另一端，連接有供給該種氣體之氣體供給源13。在氣體供給配管12，設有控制團簇生成氣體的供給流量之流量控制器亦即質量流量控制器14。
在質量流量控制器14與團簇噴嘴11之間，設有控制被供給至團簇噴嘴11的氣體的供給壓力之壓力控制部15。
壓力控制部15，具有從氣體供給配管12的質量流量控制器14與團簇噴嘴11之間的部分分歧出之分歧配管16、及設於分歧配管16之背壓(back pressure)控制器17、及計測流至分歧配管16的氣體的流量之流量計18。分歧配管16的另一端，連接至排氣配管5。在分歧配管16的背壓控制器17的上游側，設有壓力計19。背壓控制器17，具有將一次側，亦即背壓控制器17的上游側的壓力控制成一定值之功能。具體而言，背壓控制器17具備洩壓閥，若一次側的壓力到達設定壓力則洩壓閥會打開，多餘的氣體會被排氣，以使氣體供給壓力被維持一定。作為背壓控制器17，是使用受到差壓控制而使得一次側的壓力成為被供給至團簇噴嘴11之氣體的供給壓力，例如0.9MPa之物。壓力計19，為監控背壓控制器17的上游側的壓力之物。另，流量計18雖設於背壓控制器17的下游側，但只要能測定分歧配管16的氣體流量則設置位置不受限定。
另，在氣體供給配管12，於質量流量控制器14的前後設有開關閥21及22。此外，在分歧配管16的背壓控制器17的下游側設有開關閥23。
從氣體供給源13被供給至團簇噴嘴11的團簇生成氣體的供給壓力，係藉由壓力控制部15而被控制成例如0.3～5.0MPa的範圍的高壓。從氣體供給源13被供給的團簇生成氣體，一旦從團簇噴嘴11噴射至被保持成例如0.1～300Pa的真空之處理容器1內，則被供給的氣體會絕熱膨脹，氣體的原子或分子的一部分會藉由凡得瓦力而凝聚數個至約107 個，成為氣體團簇。
團簇生成氣體雖無特別限定，但能夠合適地使用可生成團簇之氣體，例如CO2 氣體、Ar氣體、N2 氣體、SF6 氣體、CF4 氣體等。亦可設計成將團簇生成氣體混合複數種來供給。此外，亦可混合H2 氣體或He氣體作為團簇加速用。
為了使生成的氣體團簇不被破壞而噴射至基板S，處理容器1內的壓力以較低為佳，例如若供給至團簇噴嘴11的氣體的供給壓力為1MPa以下則較佳是100Pa以下，若供給壓力為1～5MPa則較佳是1000Pa以下。
氣體團簇處理裝置100，具有控制部30。控制部30，為控制氣體團簇處理裝置100的各構成部(閥、質量流量控制器、背壓控制器、驅動部等)之物，特別是對背壓控制器17賦予設定壓力的指令，此外，基於流量計18的計測流量來進行質量流量控制器14的流量控制。
接著，說明像這樣構成的氣體團簇處理裝置100的處理動作。 　　開啟閘閥9透過搬出入口8從真空搬送室將基板S搬入至藉由真空泵浦6而常時被排氣之處理容器1內，載置於基板載置台2上。將閘閥9關閉後，藉由壓力控制閥7將處理容器1內的壓力控制成規定的壓力。
其後，將氣體團簇生成氣體以規定的供給壓力供給至團簇噴嘴11。此時的氣體供給壓力的控制，習知是使用質量流量控制器藉由控制氣體供給流量來進行。如圖2所示，氣體供給壓力與氣體供給流量之關係屬於比例關係，其關係和團簇噴嘴的孔口直徑相依。此外，氣體供給壓力的微調整，是藉由設於質量流量控制器的下游側之壓力控制閥(調節器；regulator)來進行。
但，當藉由氣體供給流量來控制氣體供給壓力的情形下，即使設定質量流量控制器的氣體供給流量使成為規定的供給壓力，由於會在氣體從團簇噴嘴的孔口流通之狀態下進行昇壓，因此從孔口流出的氣體量與供給的氣體量穩定化為止會花費時間，如圖3所示，至設定好的供給壓力為止之到達時間會拖長。例如，當使用CO2 氣體作為團簇生成氣體，昇壓至0.9MPa的情形下，會花費15分鐘以上。
另一方面，若欲使氣體的供給量增加至比和設定供給壓力相對應的供給量還多來縮短到達至設定供給壓力的時間，則到達時間雖會比習知還縮短，但如圖4所示，相對於設定好的期望壓力而言，供給壓力會過衝，壓力的控制性會降低。此外，若發生這樣的過衝，則質量流量控制器下游側的壓力會上昇而無法做出質量流量控制器前後的差壓，氣體供給流量的控制本身會失靈。即使在質量流量控制器的下游側設置了氣體供給壓力的微調整用的壓力調整閥(調節器)，同樣地質量流量控制器下游側的壓力會上昇，而無法做出質量流量控制器前後的差壓，氣體供給流量的控制本身會失靈。
鑑此，本實施形態中，為消弭這樣的問題，是藉由具有背壓控制器17之壓力控制部15，來進行團簇生成氣體的氣體供給壓力之控制。
以下，參照圖5的流程圖說明氣體供給壓力的控制方法的一例。 　　最初，一面藉由質量流量控制器14將流量控制成第1流量一面供給團簇生成氣體，使得團簇生成氣體以超過和設定好的氣體供給壓力相對應之到達必要流量的流量被供給(步驟1)。
一旦到達設定好的氣體供給壓，則背壓控制閥17的洩壓閥打開，多餘的氣體透過分歧配管16被排出，透過氣體供給配管12往團簇噴嘴11被供給的團簇生成氣體的供給壓力會被保持一定，於此時間點開始基板S的洗淨處理(步驟2)。
洗淨處理開始後，將藉由流量計18計測出的分歧配管16的氣體流量值，反饋至質量流量控制器14，將團簇生成氣體的供給流量，控制成比能夠維持設定好的氣體供給壓力之流量還大，且比第1流量還小之第2流量(步驟3)。
像這樣，設計成在控制團簇生成氣體的供給壓力之壓力控制部15設置背壓控制器17，來控制氣體供給壓力本身，故即使藉由質量流量控制器14的設定而以大流量供給團簇生成氣體，於供給壓力到達了設定壓力的時間點將多餘的氣體透過背壓控制器17排出，藉此仍能將氣體供給壓力控制成設定壓力。因此，能夠供給大流量的團簇生成氣體，能夠於短時間令其到達設定好的氣體供給壓力。例如，當供給壓力為0.9MPa時，習知從氣體供給開始至到達設定供給壓力而穩定為止之時間必須要15分鐘以上，而本實施形態中能夠縮短至4分鐘以下。
此外，步驟2中於供給壓力到達了設定壓力的時間點排出多餘的氣體，故氣體供給壓力不會發生過衝，此外，藉由背壓控制器17，於洗淨處理中氣體供給壓力會被維持一定，因此氣體供給壓力的控制性良好。
又，洗淨處理開始後，藉由流量計18計測作為多餘的氣體而流至分歧配管16的氣體的流量，而能夠基於該計測值來控制團簇生成氣體的流量，故能夠減少對氣體團簇的生成沒有幫助之無用的氣體量。
＜第2實施形態＞ 　　接著，說明第2實施形態。 　　圖6為本發明的第2實施形態之氣體團簇處理裝置示意截面圖。 　　本實施形態之氣體團簇處理裝置101的基本構成和第1實施形態的圖1相同，但作為用來生成氣體團簇之氣體是供給至少2種類的氣體，這點和圖1相異。
本實施形態中，作為用來生成氣體團簇之氣體，是個別地供給包含至少1種類的團簇生成氣體在內之至少2種類的氣體。例如，可設計成將上述的CO2 氣體、Ar氣體、N2 氣體、SF6 氣體、CF4 氣體等的團簇生成氣體個別地供給2種類以上，亦可設計成分別供給團簇生成氣體、及用來將團簇生成氣體加速之加速用氣體。加速用氣體，是當團簇生成氣體單獨無法獲得必要的速度的情形下被使用，其本身難以生成團簇，但具有將藉由團簇生成氣體而生成的氣體團簇予以加速之作用。作為加速用氣體，能夠使用He氣體、H2 氣體等。亦可使用使基板S的表面發生規定的反應之反應氣體等的其他氣體。
圖6例子中，揭示具有供給第1氣體之第1氣體供給源13a、及供給第2氣體之第2氣體供給源13b，而供給2種類的氣體之情形。具體而言，示例作為從第1氣體供給源13a被供給的第1氣體是團簇生成氣體即CO2 氣體，作為從第2氣體供給源13b被供給的第2氣體是加速氣體即H2 氣體或He氣體之情形。亦可將第1氣體或第2氣體做成混合複數種氣體而成之物。
在第1氣體供給源13a連接有第1配管12a，在第2氣體供給源13b連接有第2配管12b。第1配管12a及第2配管12b，連接至從團簇噴嘴11延伸之氣體供給配管12，第1氣體及第2氣體，分別從第1氣體供給源13a及第2氣體供給源13b通過第1配管12a及第2配管12b而在氣體供給配管12匯流，被供給至團簇噴嘴11。在第1配管12a，設有控制第1氣體的供給流量之流量控制器亦即第1質量流量控制器(MFC1)14a。此外，在第2配管12b，設有控制第2氣體的供給流量之流量控制器亦即第2質量流量控制器(MFC2)14b。
另，當供給3種類以上的氣體的情形下，只要因應其數量進一步設置氣體供給源、配管、質量流量控制器即可。
本實施形態之氣體團簇處理裝置101中，亦如同圖1所示第1實施形態之氣體團簇處理裝置100般，具有壓力控制部15。壓力控制部15，設於第1質量流量控制器14a及第2質量流量控制器14b與團簇噴嘴11之間，具有從氣體供給配管12分歧出之分歧配管16、及設於分歧配管16之背壓控制器17、及計測流至分歧配管16的氣體的流量之流量計18。在分歧配管16的背壓控制器17的下游側，如同第1實施形態般，設有開關閥23。
另，在第1配管12a，於第1質量流量控制器14a的前後設有開關閥21a及22b，在第2配管12b，於第2質量流量控制器14b的前後設有開關閥21b及22b。
此外，本實施形態之氣體團簇處理裝置101中，亦如同第1實施形態之氣體團簇處理裝置100般，具有控制各構成部(閥、質量流量控制器、背壓控制器、驅動部等)之控制部30。本實施形態中，控制部30，對背壓控制器17賦予設定壓力的指令，此外，基於流量計18的計測流量來進行第1質量流量控制器14a及第2質量流量控制器14b的流量控制。
另，有關其他構成，係和第1實施形態之氣體團簇處理裝置100相同，因此省略說明。
接著，說明像這樣構成的氣體團簇處理裝置101的處理動作。 　　如同第1實施形態般，開啟閘閥9透過搬出入口8從真空搬送室將基板S搬入至藉由真空泵浦6而常時被排氣之處理容器1內，載置於基板載置台2上。將閘閥9關閉後，藉由壓力控制閥7將處理容器1內的壓力控制成規定的壓力。
其後，作為用來生成氣體團簇之氣體，是將包含至少1種類的團簇生成氣體在內之至少2種類的氣體往團簇噴嘴11供給。圖6例子中，從第1氣體供給源13a及第2氣體供給源13b，供給第1氣體及第2氣體。
像這樣當供給複數種類的氣體的情形下，若依使用習知的質量流量控制器控制氣體供給流量來控制氣體供給壓力之手法，則除了有如上述般，至設定好的供給壓力為止之到達時間長、供給壓力的控制性差這一問題點以外，還有氣體比率可能變得不穩定之問題點。
也就是說，如上述的圖4所示，一旦供給壓力過衝，質量流量控制器下游側的壓力上昇，而變得無法做出質量流量控制器前後的差壓，則氣體供給流量的控制會變得失靈，將複數種類的氣體的比率維持成設定比率也會變得失靈。
例如，當使用CO2 氣體作為團簇生成氣體、使用He氣體或H2 氣體作為加速用氣體的情形下，一旦該些氣體比率偏離設定，CO2 比變成極端地高，則在團簇噴嘴11部分，CO2 分壓可能會上昇而發生液化。一旦發生CO2 的液化，則會生成巨大團簇，在基板S上的圖樣恐會發生損傷。
相對於此，本實施形態中，以第1質量流量控制器14a控制來自第1氣體供給源13a的第1氣體，以第2質量流量控制器14b控制來自第2氣體供給源13b的第2氣體，將第1氣體及第2氣體以規定比率，且以它們成為超過和設定好的氣體供給壓力相對應之到達必要流量的流量之方式予以供給，藉由背壓控制器17使成為設定供給壓力，而供給至團簇噴嘴11。因此，如同第1實施形態般，除了發揮能夠於短時間令其到達設定好的氣體供給壓力，且不使其發生氣體供給壓力的過衝而獲得良好的氣體供給壓力的控制性之效果外，還能獲得不發生氣體供給壓力的過衝所引起之無法以質量流量控制器做流量控制，而能夠將第1氣體及第2氣體的比率維持在設定比率之效果。使用3種類以上的氣體之情形亦同。
此外，如同第1實施形態般，洗淨處理開始後，藉由流量計18計測作為多餘的氣體而流通至分歧配管16之氣體的流量，將該計測值反饋至質量流量控制器14a，14b。如此一來，能夠維持氣體的比率，同時減少對氣體團簇的生成沒有幫助之無用的氣體量。
另，作為流量控制器的設定流量亦即第1流量，能夠設定成從可維持設定好的供給壓力之流量的1.5倍至50倍的範圍。若為50倍的範圍內，則能夠精度良好地進行同一流量控制器下之控制。又，若為1.5倍至5.0倍的範圍的流量，則不會發生極端的流速變化，可將第1氣體與第2氣體之比率更佳精度良好地予以維持，若為1.5倍至2.0倍的範圍的流量則更佳。作為第2流量，能夠控制成可維持前述規定的供給壓力之流量的1.02倍至1.5倍的範圍。
＜第3實施形態＞ 　　接著，說明第3實施形態。 　　圖7為本發明的第3實施形態之氣體團簇處理裝置示意截面圖。 　　本實施形態之氣體團簇處理裝置102的基本構成和第2實施形態的圖6相同，但壓力控制部具有串聯配置的2個背壓控制器，這點和圖6相異。
如圖7所示，本實施形態之氣體團簇處理裝置102中，壓力控制部15’，具有從質量流量控制器14a，14b與團簇噴嘴11之間的氣體供給配管12分歧出之分歧配管16、及設於分歧配管16之第1背壓控制器17a、及設於分歧配管16的第1背壓控制器17a的下游側之第2背壓控制器17b、及計測流至分歧配管16的氣體的流量之流量計18。分歧配管16的另一端，連接至排氣配管5。流量計18的位置，只要能測定分歧配管16的氣體流量則不受限定。在分歧配管16的第1背壓控制器17a的上游側，設有第1壓力計19a，在第2背壓控制器17b的上游側，設有第2壓力計19b，來監控分歧配管16內的該些位置的壓力。在分歧配管16的第1背壓控制器17a的下游側、及第2背壓控制器17b的下游側，分別設有開關閥23a及23b。
像這樣，藉由將2個背壓控制器串聯配置，而設計成將下游側的第2背壓控制器17b的一次側設定成規定的壓力，藉由上游側的第1背壓控制器17a來進行氣體供給配管12中的氣體供給壓力之控制，則能夠進一步縮短從氣體供給開始至到達設定供給壓力而穩定為止之時間。也就是說，作為第1背壓控制器17a使用差壓測距小的高精度之物，作為第2背壓控制器17b使用差壓測距相對大之物，藉此便能藉由第2背壓控制器17b進行粗略的壓力控制，藉由第1背壓控制器17a進行狹小差壓範圍之控制，而能夠將從氣體供給開始至到達設定供給壓力而穩定為止之時間，於1分鐘以下的短時間內進行。
例如，作為第1背壓控制器17a使用電子控制式的Δ0.3MPa差壓(微差壓)控制型，作為第2背壓控制器17b使用機械式的Δ1MPa差壓控制型之物，將第1背壓控制器17a的一次側壓力(氣體供給壓力)設為0.9MPa，將第2背壓控制器17b的一次側壓力設為0.75MPa，藉此能夠將從氣體供給開始至到達設定供給壓力而穩定為止之時間，從使用一個背壓控制器時之4分鐘程度縮短成15～20sec程度。此外，電子控制式的微差壓型的背壓控制器，雖差壓測距狹小但誤差為高精度的±0.01MPa，因此能夠以高精度控制氣體供給壓力。
另，圖7中如同第2實施形態般，揭示了供給複數種類的氣體之情形，但亦可為如第1實施形態般供給1種類的氣體之情形。此外，亦可將背壓控制器串聯設置3個以上。
＜第4實施形態＞ 　　接著，說明第4實施形態。 　　圖8為本發明的第4實施形態之氣體團簇處理裝置示意截面圖。 　　本實施形態之氣體團簇處理裝置103的基本構成和第3實施形態的圖7相同，但壓力控制部更具有將背壓控制器旁通之旁通配管及將旁通配管開關之開關閥，這點和圖7相異。
如圖8所示，本實施形態之氣體團簇處理裝置103中，壓力控制部15”，除了具有圖7所示第3實施形態之壓力控制部15’的全部構成要素以外，更具有一端連接至分歧配管16中的第1背壓控制器17a的上游側部分，另一端連接至第2背壓控制器17b的下游側部分，而將第1背壓控制器17a及第2背壓控制器17b旁通之旁通配管41、及設於旁通配管41之開關閥42。
當不設置旁通配管41及開關閥42的情形下，基板處理結束後，即使停止氣體的供給，殘存於團簇噴嘴11及配管的氣體仍會因差壓而持續從團簇噴嘴11吐出。一般而言，和處理容器1鄰接之真空搬送室，是被保持成比處理容器1還低壓，因此於基板S的搬出之際，必須使處理容器1內的壓力進一步降低，差壓會變得更大，導致從氣體供給停止至實際上氣體的吐出停止為止之時間拖長。
基板S的搬出，於這樣的氣體供給停止後，必須於來自團簇噴嘴11的氣體吐出停止後進行，處理結束後的基板交換的時間會由於此氣體吐出時間而拖長，而對處理的產能帶來不良影響。
相對於此，本實施形態中，設置了旁通配管41及開關閥42，故藉由設計成於處理中關閉著開關閥42，於處理結束後將開關閥42開啟，團簇噴嘴11內及配管內的氣體便會透過旁通配管41藉由排氣機構10迅速地被吸引。因此，氣體供給停止後，能夠縮短來自團簇噴嘴的氣體吐出停止為止之時間，能夠縮短基板交換之時間。
實際上，當將氣體供給壓力設為0.9MPa，不使用旁通配管及開關閥的情形下，氣體供給停止後，來自團簇噴嘴的氣體吐出停止為止之時間為12秒。相對於此，使用旁通配管及開關閥，於氣體供給停止後將開關閥開啟而透過旁通配管吸引氣體，藉此該時間會被縮短成1/6即2秒。
另，圖8的氣體團簇處理裝置103，揭示在圖7所示氣體團簇處理裝置102的壓力控制部運用了旁通配管及開關閥之情形者，但亦可在圖1所示氣體團簇處理裝置100、圖6所示氣體團簇處理裝置101運用旁通配管及開關閥。
＜第5實施形態＞ 　　接著，說明第5實施形態。 　　圖9為本發明的第5實施形態之氣體團簇處理裝置示意截面圖。 　　本實施形態之氣體團簇處理裝置104的基本構成和第3實施形態的圖7相同，但在比排氣配管的壓力控制部的連接位置還上游側設有昇壓器，這點和圖7相異。
如圖9所示，本實施形態之氣體團簇處理裝置104中，在氣體供給配管12的比壓力控制部15’的連接部，亦即分歧配管16的連接部還上游側，設有昇壓器45。
昇壓器45，例如由氣體助力器(gas booster)所構成，為令供給至氣體供給配管12的氣體的壓力上昇之物。昇壓器45，有助於提高供給至團簇噴嘴11的氣體的供給壓力。
但，當如習知般藉由質量流量控制器所做的氣體供給流量之控制來進行氣體供給壓力之控制的情形下，藉由使用昇壓器，除了從團簇噴嘴11的孔口流出的氣體量與供給的氣體量穩定化為止之時間以外，還存在昇壓器45的壓力穩定為止之時間，因此至設定好的供給壓力為止之到達時間會更加拖長。
相對於此，本實施形態中，是設計成使用背壓控制器來控制氣體供給壓力本身，藉此能夠於短時間將氣體供給壓力控制成設定壓力，故也能縮短昇壓器45的壓力穩定化為止所需之時間。因此，當如本實施形態般設置了昇壓器45的情形下，能夠更加提高縮短從氣體供給開始至到達設定供給壓力而穩定為止之時間的效果。
另，圖9的氣體團簇處理裝置104，揭示在圖7所示氣體團簇處理裝置102運用了昇壓器之情形者，但亦可在圖1所示氣體團簇處理裝置100、圖6所示氣體團簇處理裝置101、圖8所示氣體團簇處理裝置103運用昇壓器。
＜第6實施形態＞ 　　接著，說明第6實施形態。 　　圖10為本發明的第6實施形態之氣體團簇處理裝置示意截面圖。 　　本實施形態之氣體團簇處理裝置105的基本構成和第3實施形態的圖7相同，但具有將團簇噴嘴調溫之調溫機構，這點和圖7相異。
如圖10所示，本實施形態之氣體團簇處理裝置105中，在團簇噴嘴11的周圍設有調溫機構50。調溫機構50，為進行供給至團簇噴嘴11之氣體的調溫之物，藉由調溫機構50所做的團簇生成氣體之加熱或冷卻，能夠調整氣體團簇尺寸。如此一來，能夠有效地進行氣體團簇所做的洗淨處理。
當藉由調溫機構50進行氣體的調溫的情形下，氣體供給部側的氣體溫度與最靠近團簇噴嘴11的調溫機構50附近的氣體溫度會產生差距。例如，若藉由調溫機構50進行氣體之冷卻，則通過團簇噴嘴11的孔口部分之氣體流量會增加。是故，在此情形下，團簇噴嘴11若依常溫時(非調溫時)用來維持設定好的氣體供給壓力所必須之氣體流量，可能不會到達期望的氣體供給壓力。因此，當如習知般藉由質量流量控制器所做的氣體供給流量之控制來進行氣體供給壓力之控制的情形下，若令團簇噴嘴11的溫度變化，則每次必須設定和其相對應之氣體流量，而成為氣體供給壓力的不穩定化因素。
相對於此，本實施形態中，對於團簇噴嘴11之氣體供給壓力是藉由背壓控制器而總是被控制成一定，因此即使發生了調溫機構50所造成的溫度變動仍可達成穩定的氣體供給。此外，即使萬一發生供給氣體流量不足或過多的情形下，流量計18的計測值會反饋至質量流量控制器14a，14b，故能夠維持穩定的氣體供給。
另，圖10的氣體團簇處理裝置105，揭示在圖7所示氣體團簇處理裝置102運用了調溫機構之情形者，但亦可在圖1所示氣體團簇處理裝置100、圖6所示氣體團簇處理裝置101、圖8所示氣體團簇處理裝置103、圖9所示氣體團簇處理裝置104運用調溫機構。
＜實驗例＞ 　　接著，說明本發明之實驗例。 　　在此，使用CO2 氣體作為團簇生成氣體，使用H2 氣體或He氣體作為加速用氣體，藉由圖6的氣體團簇處理裝置101進行了氣體團簇所做的基板處理。
將基板S搬入至藉由真空泵浦6而常時被排氣之處理容器1，將背壓控制器17的一次側的壓力，亦即氣體供給壓力設定成0.9MPa。本例中於計算上，到達0.9MPa所必須之總流量為1000sccm，當將CO2 氣體與H2 氣體或He氣體之流量比訂為1:1的情形下之必要流量，係CO2 氣體與H2 氣體或He氣體皆為500sccm。
作為步驟1，將CO2 氣體的流量及H2 氣體或He氣體的流量，皆以超過和0.9MPa相對應之到達必要流量的1000sccm予以供給。作為步驟2，於背壓控制器17作動而壓力穩定了的時間點開始洗淨處理。洗淨處理開始後，作為步驟3，將藉由流量計18計測出的流量反饋至質量流量控制器14a，14b，將CO2 氣體的流量及H2 氣體或He氣體的流量，控制成足以讓氣體供給壓力能夠維持在0.9MPa之超過500sccm而未滿1000sccm之流量。
藉由依以上方式控制，能夠將從氣體供給開始至到達設定供給壓力而穩定為止之時間壓在4分鐘以內，對團簇噴嘴11之氣體供給壓力被維持一定，成功進行穩定的處理。
為了比較，使用藉由質量流量控制器的流量來進行氣體供給壓力控制之氣體團簇處理裝置，進行了氣體團簇所做的基板處理。此時的裝置，如圖11所示，使用了如同圖6般具有2個氣體供給源及2個質量流量控制器，而在氣體供給配管12設置了壓力控制閥60來取代壓力控制部15之物。61為壓力計。另，圖11中對於和圖6相同之物標記相同符號。作為團簇生成氣體使用了CO2 氣體，作為加速用氣體使用了H2 氣體或He氣體。
將基板S搬入至藉由真空泵浦6而常時被排氣之處理容器1，將氣體供給壓力設定成0.9MPa。本例中於計算上，到達0.9MPa所必須之總流量為1000sccm，故將CO2 氣體與H2 氣體或He氣體之流量比訂為1:1，將CO2 氣體與H2 氣體或He氣體訂為皆500sccm。以此流量供給氣體，控制供給壓力，等待供給壓力穩定而進行了處理。此時，從供給氣體至供給壓力穩定為止，花費了15分鐘以上。
為了縮短用來穩定供給壓力之時間，藉由質量流量控制器將供給開始時的流量設定訂為CO2 氣體與H2 氣體或He氣體皆1000sccm。如此一來到達設定壓力為止之時間雖被縮短，但供給壓力過衝了。此外，於發生了過衝的時間點，質量流量控制器的下游側的壓力上昇，故無法做出質量流量控制器前後的差壓，控制發生擺動(hunting)，流量控制變得失靈，導致氣體比率偏離了規定的範圍。
由以上的結果，確認了本發明之功效。
＜其他運用＞ 　　以上雖已參照所附圖面說明本發明之實施形態，但本發明不限定於上述的實施形態，於本發明之思想的範圍內可做種種變形。
例如，上述實施形態中，揭示了將氣體團簇所做的基板處理運用於基板洗淨處理之情形，但不限於此，例如亦可運用於蝕刻這樣的加工。此外，亦可將上述複數個實施形態任意組合實施。
1‧‧‧處理容器2‧‧‧基板載置台3‧‧‧驅動部10‧‧‧排氣機構11‧‧‧團簇噴嘴12‧‧‧氣體供給配管13，13a，13b‧‧‧氣體供給源14，14a，14b‧‧‧質量流量控制器15，15’，15”‧‧‧壓力控制部16‧‧‧分歧配管17，17a，17b‧‧‧背壓控制器18‧‧‧流量計19，19a，19b‧‧‧壓力計21，22，23，23a，23b，42‧‧‧開關閥30‧‧‧控制部41‧‧‧旁通配管45‧‧‧昇壓器50‧‧‧調溫機構100，101，102，103，104，105‧‧‧氣體團簇處理裝置S‧‧‧基板(被處理體)
[圖1]本發明的第1實施形態之氣體團簇處理裝置示意截面圖。 　　[圖2]氣體供給壓力與氣體供給流量之關係示意圖。 　　[圖3]當藉由習知的氣體供給流量來控制氣體供給壓力的情形下之供給壓力的經時變化示意圖。 　　[圖4]當藉由習知的氣體供給流量來控制氣體供給壓力的情形下，令氣體的供給量增加至比和設定供給壓力相對應的供給量還多時之壓力的經時變化示意圖。 　　[圖5]本發明之氣體供給壓力的控制方法的一例示意流程圖。 　　[圖6]本發明的第2實施形態之氣體團簇處理裝置示意截面圖。 　　[圖7]本發明的第3實施形態之氣體團簇處理裝置示意截面圖。 　　[圖8]本發明的第4實施形態之氣體團簇處理裝置示意截面圖。 　　[圖9]本發明的第5實施形態之氣體團簇處理裝置示意截面圖。 　　[圖10]本發明的第6實施形態之氣體團簇處理裝置示意截面圖。 　　[圖11]習知的氣體團簇處理裝置示意截面圖。
1‧‧‧處理容器
2‧‧‧基板載置台
3‧‧‧驅動部
3a‧‧‧X軸軌道
3b‧‧‧Y軸軌道
4‧‧‧排氣口
5‧‧‧排氣配管
6‧‧‧真空泵浦
7‧‧‧壓力控制閥
8‧‧‧搬出入口
9‧‧‧閘閥
10‧‧‧排氣機構
11‧‧‧團簇噴嘴
11a‧‧‧本體部
11b‧‧‧先端部
12‧‧‧氣體供給配管
13‧‧‧氣體供給源
14‧‧‧質量流量控制器
15‧‧‧壓力控制部
16‧‧‧分歧配管
17‧‧‧背壓控制器
18‧‧‧流量計
19‧‧‧壓力計
21，22，23‧‧‧開關閥
30‧‧‧控制部
100‧‧‧氣體團簇處理裝置
S‧‧‧基板(被處理體)

Claims (12)

  1. 一種氣體團簇處理裝置，係對被處理體照射氣體團簇而對被處理體進行規定的處理之氣體團簇處理裝置，其特徵為，具有：處理容器，供被處理體配置；及氣體供給部，供給用來生成氣體團簇之氣體；及流量控制器，控制從前述氣體供給部被供給的氣體的流量；及團簇噴嘴，以規定的供給壓力被供給用來生成前述氣體團簇之氣體，將前述氣體噴出至被真空保持之處理容器內，令前述氣體藉由絕熱膨脹而團簇化；及壓力控制部，具有背壓控制器，設於前述流量控制器與前述團簇噴嘴之間的配管，控制用來生成前述氣體團簇之氣體的供給壓力，前述背壓控制器，設於從前述配管分歧之分歧配管，更具有控制前述流量控制器的設定流量之控制手段，前述控制手段，於從前述氣體供給部被供給的前述氣體的供給壓力達前述規定的供給壓力之前，將前述流量控制器的設定流量，控制成超過到達前述規定的供給壓力所必須的流量之第1流量，前述壓力控制部，具有計測流至前述背壓控制器的氣體的流量之流量計測器，前述控制手段，基於該流量計測器的計測值，將前述流量控制器的設定值，控制成比可維持前述規定的供給壓力之流量還大，且 比前述第1流量還小之第2流量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體團簇處理裝置，其中，作為前述背壓控制器，具有在前述分歧配管串聯設置之第1背壓控制器及第2背壓控制器，作為前述第1背壓控制器使用差壓範圍狹小的高精度之物並且一次側的壓力被設定成成為前述氣體供給壓力的設定值，作為前述第2背壓控制器使用差壓範圍比前述第1背壓控制器還寬之物並且一次側的壓力被設定成成為比前述氣體供給壓力的設定值還低的值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之氣體團簇處理裝置，其中，前述氣體供給部，作為用來生成前述氣體團簇之氣體，是個別地供給至少2種類的氣體，作為前述流量控制器，具有和前述至少2種類的氣體的各者相對應之至少2個的流量控制器，前述至少2種類的氣體，於前述至少2個的流量控制器的下游側在前述配管匯流，前述壓力控制部，設於前述配管的前述至少2種類的氣體的全部匯流後之部分。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之氣體團簇處理裝置，其中，更具有昇壓器，設於前述配管的比設有前述壓力控制部之部分還上游側，將前述氣體昇壓。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之氣體團簇處理裝置，其中，前述壓力控制部，更具有從前述配管將前述背壓控制器旁通而排氣之旁通流路及將前述旁通流路開關之開關閥，於氣體團簇處理後將前述開關閥開啟，將前述團簇噴嘴及前述配管內的氣體透過前述旁通流路予以排氣。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之氣體團簇處理裝置，其中，作為前述第1流量，控制成可維持前述規定的供給壓力之流量的1.5倍至50倍的範圍，作為前述第2流量，控制成可維持前述規定的供給壓力之流量的1.02倍至1.5倍的範圍。
  7. 一種氣體團簇處理方法，係將用來生成氣體團簇的氣體，透過配管供給至團簇噴嘴，令前述氣體從前述團簇噴嘴噴出至被真空保持之處理容器內，令前述氣體藉由絕熱膨脹而團簇化，對配置於前述處理容器內的被處理體照射氣體團簇，來對被處理體進行規定的處理之氣體團簇處理方法，其特徵為，將前述氣體的流量藉由流量控制器控制成規定的流量，將前述氣體的一部分從前述配管排出，藉此將前述配管中的供給壓力控制成規定的供給壓力，藉由背壓控制器控制前述供給壓力，前述背壓控制器，設於從前述配管分歧之分歧配管，於前述氣體的供給壓力達前述規定的供給壓力之前， 將前述流量控制器的設定流量，控制成超過到達前述規定的供給壓力所必須的流量之第1流量，計測從前述配管被排出而流至前述背壓控制器之氣體的流量，基於該計測所得之流量值，將前述氣體的流量，控制成比可維持前述規定的供給壓力之流量還大，且比前述第1流量還小之第2流量。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之氣體團簇處理方法，其中，從前述配管被排出的氣體通過前述分歧配管而流至前述背壓控制器，前述背壓控制器，被設定成其一次側的壓力成為前述規定的供給壓力，於前述一次側的壓力到達了前述規定的供給壓力之時間點，多餘的氣體透過前述背壓控制器被排出。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之氣體團簇處理方法，其中，作為前述背壓控制器，具有在前述分歧配管串聯設置之第1背壓控制器及第2背壓控制器，作為前述第1背壓控制器使用差壓範圍狹小的高精度之物並且一次側的壓力被設定成成為前述氣體供給壓力的設定值，作為前述第2背壓控制器使用差壓範圍比前述第1背壓控制器還寬之物並且一次側的壓力被設定成成為比前述氣體供給壓力的設定值還低的值。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之氣體團簇處理方法，其 中，作為用來生成前述氣體團簇之氣體，是個別地供給至少2種類的氣體，將前述至少2種類的氣體分別做流量控制，前述至少2種類的氣體於流量控制後，在前述配管匯流，於前述至少2種類的氣體的全部匯流之後，前述氣體的一部分被排出。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之氣體團簇處理方法，其中，前述氣體，在比前述氣體的一部分被排出之位置還上游側，藉由昇壓器被昇壓。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之氣體團簇處理方法，其中，作為前述第1流量，控制成可維持前述規定的供給壓力之流量的1.5倍至50倍的範圍，作為前述第2流量，控制成可維持前述規定的供給壓力之流量的1.02倍至1.5倍的範圍。
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