WO2011115155A1 - 基板洗浄装置及び基板洗浄方法 - Google Patents

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cleaning
cluster
cleaning agent
cleaned
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土橋　和也
布瀬　暁志
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東京エレクトロン株式会社
岩谷産業株式会社
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    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H01L21/6704—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing
    • H01L21/67051—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing using mainly spraying means, e.g. nozzles

Definitions

  • the present invention relates to a substrate cleaning apparatus and a substrate cleaning method for cleaning a substrate to which an object to be cleaned is attached.
  • Patent Document 1 discloses a substrate cleaning apparatus including a rotation mechanism that rotates a wafer, a line-shaped discharge nozzle that discharges a cleaning liquid onto the wafer in a line, and a moving mechanism that moves the line-shaped discharge nozzle along the wafer. It is disclosed. According to the substrate cleaning apparatus according to Patent Document 1, even a large wafer can be cleaned with cleaning water with extremely high throughput and cleaning capability.
  • a wet cleaning solution that uses diluted cleaning agent and compensates for the reduction in cleaning power due to the dilution of cleaning agent by physical auxiliary means Cleaning methods are being considered.
  • the physical auxiliary means include ultrasonic cleaning and two-fluid jet cleaning. In the two-fluid jet cleaning, pure water and high-pressure nitrogen gas are mixed, fine droplets are ejected from a nozzle, and dirt is removed using a shock wave generated when the microdroplets collide with the wafer surface. It is.
  • the conventional wet cleaning method has the following technical problems as the device structure formed on the wafer is miniaturized and complicated.
  • First problem When physical auxiliary means such as ultrasonic waves and two-fluid spray are used, the miniaturized device structure may be physically damaged.
  • Second problem The miniaturized device structure may collapse due to the surface tension of water.
  • Third problem When the substrate is dried after wet cleaning, a watermark is generated on the surface of the substrate, resulting in deterioration and failure of device performance.
  • Fourth problem A water-soluble material, such as La, formed on a substrate may be damaged in the cleaning process.
  • Fifth problem Substrate materials other than the object to be cleaned formed on the substrate may be lost by cleaning.
  • Sixth problem The device structure may be destroyed by discharge generated between the water charged in the cleaning process and the substrate.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is removed by injecting a cluster formed by a plurality of different cleaning agent molecules separately onto the substrate and injecting the cluster.
  • a cluster formed by a plurality of different cleaning agent molecules separately onto the substrate and injecting the cluster.
  • a substrate cleaning apparatus is a substrate cleaning apparatus for cleaning a substrate to which an object to be cleaned is attached.
  • Cluster injection means for injecting a cluster formed by a plurality of cleaning agent molecules onto the substrate; and
  • a suction means for sucking an object to be cleaned removed by spraying a cluster, and a means for relatively moving the substrate and the cluster spray means along the surface of the substrate to which the object to be cleaned is attached.
  • the substrate cleaning apparatus includes a container that accommodates the substrate, a vacuum pump that depressurizes the interior of the container, and a cleaning agent container that stores a cleaning agent.
  • the substrate cleaning apparatus is characterized in that the suction means includes a plurality of suction portions, and the plurality of suction portions are arranged in parallel to the nozzles.
  • a substrate cleaning apparatus is a substrate cleaning apparatus for cleaning a substrate to which an object to be cleaned is attached.
  • Cluster injection means for injecting a plurality of clusters of cleaning agent molecules onto the substrate, and the cleaning agent molecules
  • means for moving means for moving.
  • the substrate cleaning apparatus includes a container that accommodates the substrate, a vacuum pump that depressurizes the interior of the container, and a cleaning agent container that stores a cleaning agent.
  • the substrate cleaning apparatus according to the present invention is characterized in that a cross section of the nozzle nozzle is linear.
  • the substrate cleaning apparatus includes a support member that supports the plurality of nozzles such that a spraying direction of the cleaning agent is a non-normal direction of the substrate.
  • the plurality of cleaning molecules are substances selected from the group consisting of an organic solvent, hydrogen fluoride, hydrochloric acid, ozone, ammonia hydrogen peroxide, water, isopropyl alcohol, nitrogen, and argon. It is a molecule.
  • the substrate cleaning method according to the present invention is a substrate cleaning method for cleaning a substrate to which an object to be cleaned is attached.
  • the substrate cleaning method according to the present invention is a substrate cleaning method for cleaning a substrate to which an object to be cleaned is attached.
  • the substrate is scanned while the cluster formed by a plurality of cleaning agent molecules is sprayed onto the substrate by the cluster spraying means.
  • the cluster of cleaning agents reaches the surface of the substrate, it is thought that the cleaning agent molecules spread on the surface of the substrate in a high density state close to that of the liquid, and the liquid phase cleaning agent is applied as if it acts on the object to be cleaned. It is speculated that it is possible to remove the washed product. Since the object to be cleaned removed by the cluster injection is sucked by the suction means, it is possible to suppress the object to be cleaned from reattaching to the substrate.
  • the cluster of cleaning agent molecules sprayed onto the substrate are removed by the cluster of cleaning agent molecules sprayed onto the substrate as compared with the cryogenic aerosol irradiation method. Furthermore, since it is not cleaning using water, it is possible to avoid the technical problems of wet cleaning such as microroughness, watermark, loss of substrate material, and destruction of device structure. Furthermore, when an ion beam is irradiated, the substrate may be damaged by ions and electrons. However, when a cluster of cleaning agents is sprayed onto the substrate, the organic solvent molecules only spread along the substrate surface, There is no damage.
  • the inside of the container is depressurized by a vacuum pump.
  • the plurality of nozzles constituting the cluster injection means are arranged in parallel, and each nozzle injects the cleaning agent supplied from the cleaning agent storage portion through the supply path into the storage body.
  • the temperature of each cleaning agent sprayed from the nozzle is lowered and clustered by adiabatic expansion.
  • the substrate is scanned while ejecting a cluster formed by a plurality of cleaning agent molecules onto the substrate by the cluster ejecting means.
  • the operation related to the cluster injection of the cleaning agent is as described above. Since the object to be cleaned that has been removed by the cluster injection is transported to the outside by the transport gas sent to the substrate, the object to be cleaned can be prevented from reattaching to the substrate.
  • the inside of the container is depressurized by a vacuum pump.
  • the plurality of nozzles constituting the cluster injection means are arranged in parallel, and each nozzle injects the cleaning agent supplied from the cleaning agent storage portion through the supply path into the storage body.
  • the temperature of each cleaning agent sprayed from the nozzle is lowered and clustered by adiabatic expansion.
  • the substrate can be efficiently cleaned.
  • the nozzle is supported by the support member so that the spraying direction of the cleaning agent is a non-normal direction of the substrate. Therefore, by moving the nozzle to the outside of the substrate while spraying the cluster, the object to be cleaned removed from the substrate can be blown away by spraying the cluster.
  • various types of contaminants are removed from the substrate as compared with the cryogenic aerosol irradiation method while avoiding the technical problems of wet cleaning such as microroughness, watermark, substrate material loss, and device structure destruction. can do.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a side cross-sectional view schematically illustrating a configuration example of a cluster ejection head. It is the chart which showed an example of the 1st thru / or the 3rd cleaning agent. It is explanatory drawing which showed the difference with the cluster injection with respect to a board
  • FIG. 10 is a side cross-sectional view schematically showing a configuration example of a substrate cleaning apparatus according to Modification 1.
  • FIG. 9 is a side cross-sectional view schematically illustrating a configuration example of a cluster ejection head according to Modification Example 1.
  • FIG. 10 is a side sectional view schematically showing one configuration example of a substrate cleaning apparatus in Modification 2.
  • a substrate cleaning apparatus is an apparatus that cleans a substrate to which an object to be cleaned is attached.
  • the substrate cleaning apparatus avoids the technical problems of wet cleaning and is more diverse than a cryogenic aerosol irradiation method. This makes it possible to remove various contaminants from the substrate.
  • FIG. 1 is a side sectional view schematically showing a configuration example of a substrate cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1
  • FIG. 3 is a side cross-sectional view schematically showing one configuration example of FIG.
  • the substrate cleaning apparatus according to the present embodiment includes a processing chamber (container) 1 having a hollow and substantially rectangular parallelepiped shape that accommodates a wafer W.
  • the processing chamber 1 is provided with a loading / unloading port 11 for loading and unloading the wafer W into the processing space in the processing chamber 1. By closing the loading / unloading port 11 with the door body 12, the processing space can be sealed.
  • a wafer support 2 that holds the wafer W substantially horizontally is provided.
  • the wafer support 2 includes a table unit 21 on which the wafer W is placed. As shown in FIG. 2, the table portion 21 is provided with three holding members 22 at the top, and holds the wafer W substantially horizontally by bringing the holding members 22 into contact with the three peripheral portions of the wafer W, respectively. It is configured.
  • the table portion 21 includes a shaft portion 23 that protrudes downward from its substantially central portion, and the lower end of the shaft portion 23 is fixed to the processing chamber 1.
  • a cluster ejection head 3 that ejects a cluster formed by a plurality of different cleaning agent molecules separately onto the wafer W and sucks an object to be cleaned that has been removed by cluster ejection is disposed above the processing chamber 1.
  • the cluster ejection head 3 has a rod shape whose longitudinal direction is wider than the diameter of the wafer W, and is supplied through first to third cleaning agent supply pipes 31a, 32a, and 33a, which will be described later, as shown in FIG.
  • the first to third nozzles 31c, 32c, and 33c for injecting the first to third cleaning agents are provided.
  • the first to third nozzles 31 c, 32 c, and 33 c are arranged in parallel in the transfer direction of the cluster ejection head 3.
  • the first to third cleaning agents are collectively referred to as “cleaning agents” as appropriate.
  • the cross sections of the injection port portions 31e, 32e, and 33e of the first to third nozzles 31c, 32c, and 33c are linear as shown in FIG. 2, and the width of the injection port in the longitudinal direction is equal to or larger than the diameter of the wafer W. .
  • the cleaning agent sprayed from the first to third nozzles 31c, 32c, 33c is clustered by adiabatic expansion.
  • the cluster ejection head 3 has three first to third suction sections for sucking the objects to be cleaned, which are removed by ejecting the clusters of the cleaning agent molecules from the first to third nozzles 31c, 32c, and 33c.
  • 31d, 32d, and 33d are juxtaposed with the first to third nozzles 31c, 32c, and 33c.
  • a suction pump 35 is connected to the first to third suction parts 31d, 32d, and 33d via a suction pipe.
  • the first to third nozzles 31c, 32c, and 33c constitute cluster ejecting means, and the first to third suction parts 31d, 32d, and 33d are removed by ejecting clusters of cleaning agent molecules.
  • a suction means for sucking the cleaning object is configured.
  • the first to third nozzles 31c, 32c, 33c are supported by a nozzle arm (support member) 42.
  • the nozzle arm 42 is provided above the wafer W supported by the wafer support 2, and supports the nozzle so that the spraying direction of the first to third cleaning agents is a non-normal direction of the wafer W.
  • the base end portion of the nozzle arm 42 is supported so as to be movable along a guide rail 41 arranged substantially horizontally.
  • a drive mechanism 43 that moves the nozzle arm 42 along the guide rail 41 is also provided.
  • the guide rail 41 and the drive mechanism 43 constitute a transfer mechanism that transfers the cluster ejection head 3 supported by the nozzle arm 42 along the surface of the wafer W.
  • the nozzle arm 42 By driving the drive mechanism 43, the nozzle arm 42 can move between above the wafer W held on the wafer support 2 and outside the periphery of the wafer W.
  • the operation of the drive mechanism 43 is controlled by the control unit 7.
  • the guide rail 41 and the drive mechanism 43 correspond to means for relatively moving the substrate and the cluster ejecting means along the surface of the substrate on which the object to be cleaned is attached.
  • the first to third cleaning agents connected to the first to third cleaning agent supply units 51, 52, and 53, respectively, which store the first to third cleaning agents, are respectively connected to the first to third nozzles 31c, 32c, and 33c.
  • Supply pipes (supply paths) 31a, 32a, 33a are connected.
  • the first to third cleaning agent supply pipes 31a, 32a, and 33a supply the first to third cleaning agents in a gas phase state from the first to third cleaning agent supply units 51, 52, and 53 to the processing chamber 1.
  • 1st to 3rd opening-and-closing valve 31b, 32b, and 33b are provided in the 1st thru / or 3rd detergent supply pipe 31a, 32a, and 33a, respectively.
  • the opening / closing operation of the first to third opening / closing valves 31b, 32b, 33b is controlled by the control unit 7.
  • FIG. 4 is a chart showing an example of the first to third cleaning agents.
  • the first to third cleaning agents can be appropriately selected according to the type of the object to be cleaned.
  • an organic solvent may be used as the first cleaning agent and nitrogen N 2 soot gas may be used as the second cleaning agent.
  • an organic solvent may be used as the first and second cleaning agents, and nitrogen N 2 soot gas may be used as the third cleaning agent.
  • silicon monoxide SiO water may be used as the first cleaning agent, hydrogen fluoride as the second cleaning agent, and isopropyl alcohol IPA and nitrogen N2 soot gas as the third cleaning agent.
  • hydrochloric acid HCl is used as the first cleaning agent
  • ozone O3 soot is used as the second cleaning agent
  • nitrogen N2 soot gas is used as the third cleaning agent.
  • ozone O3 soot may be employed as the first cleaning agent
  • nitrogen N2 soot gas may be employed as the second cleaning agent.
  • ammonia hydro APM may be used as the first cleaning agent, nitrogen N2 soot gas as the second cleaning agent, or nitrogen N2 soot gas or argon Ar as the first cleaning agent.
  • water H2 O is used as the first cleaning agent
  • isopropyl alcohol IPA is used as the second cleaning agent
  • nitrogen N2 gas is used as the third cleaning agent. good.
  • the cleaning agents necessary to remove each object to be cleaned are sequentially clustered, and the cleaning agents common to each object to be cleaned can be selected appropriately. good.
  • an organic solvent may be used as the first cleaning agent, ozone O3 as the second cleaning agent, and nitrogen N2 gas as the third cleaning agent.
  • an exhaust unit 10 is provided at an appropriate location in the processing chamber 1, and a vacuum pump 6 that depressurizes the inside of the processing chamber 1 to about 10 Pa, for example, is connected to each exhaust unit 10 via a pipe 63. Since clustering of the cleaning agent is realized by adiabatic expansion of the cleaning agent, it is preferable that the vicinity of the cluster jet head 3 is in a reduced pressure state.
  • the first exhaust unit 10 may be provided in the vicinity of the cluster ejection head 3, and the second and third exhaust units 10, 10 may be provided below the side wall of the processing chamber 1.
  • the vacuum pump 6 includes, for example, a turbo molecular pump 61 (TMP: Turbo : Molecular Pump) and a roughing dry vacuum pump 662 (DP: Dry Pump) provided in the preceding stage. These operations are controlled by the control unit 7.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the difference between cluster injection to the substrate and ion beam irradiation.
  • a simulation showing the behavior of the argon atom and the state of the substrate when the substrate is irradiated or jetted with an ion beam and cluster of argon atoms will be described.
  • the ion beam and cluster of a cleaning agent molecule show the same behavior as an argon atom.
  • 5A and 5B show the substrate before and after the irradiation and ejection of the ion beam and cluster, and the argon ions and the argon cluster irradiated on the substrate.
  • each argon atom constituting the ion beam in which 2000 argon atoms are gathered has an energy of 10 eV.
  • FIG. 5B As described above, when high-energy argon atoms collide with the substrate, it can be seen that the substrate is physically damaged as shown in FIG. 5B. Needless to say, damage to the substrate leads to device failure and performance degradation.
  • the right diagram in FIG. 5B shows a cluster in which, for example, 20000 argon atoms are gathered.
  • the cluster also has an energy of 20 keV, like the ion beam.
  • each argon atom constituting an ion beam in which 20000 argon atoms are gathered has an energy of 1 eV.
  • FIG. 6 are explanatory views conceptually showing an example of the substrate cleaning method according to the embodiment of the present invention.
  • the control unit 7 drives the vacuum pump 6 to depressurize the interior of the processing chamber 1 to about 10 Pa, and controls the operation of the drive mechanism 43, thereby moving the cluster ejection head 3 to one end side of the wafer W (for example, To the left end side in FIG.
  • control part 7 supplies the 1st thru
  • the control unit 7 drives the suction pump 35 to start suction of the object to be cleaned that has been removed by the cluster injection of the first to third cleaning agents.
  • the control unit 7 controls the operation of the drive mechanism 43 to move the cluster ejection head 3 from one end of the wafer W to the other end side (for example, the right end side in FIG. 1) at a predetermined speed.
  • the first to third cleaning agents supplied to the first to third nozzles 31c, 32c, and 33c are sprayed toward the wafer W in the processing chamber 1, but the inside of the processing chamber 1 is depressurized by the vacuum pump 6. Therefore, the sprayed first to third cleaning agents are adiabatically expanded, and clusters formed by aggregation of the first to third cleaning agent molecules are generated separately. The generated clusters of the first to third cleaning agents collide with the surface of the wafer W.
  • the first object to be cleaned is decomposed by the first cleaning agent as shown in FIG.
  • the removed object to be cleaned is blown away toward the first suction part 31d by the first cleaning agent cluster sprayed onto the wafer W, and is sucked into the first suction part 31d.
  • the cluster ejection head 3 moves and the cluster of the second cleaning agent is ejected to the portion where the first cleaning agent is ejected as shown in FIG. 8, the second object to be cleaned is decomposed, and the second It is sucked by the suction part 32d.
  • the cluster of the third cleaning agent is jetted onto the portion where the cluster jet head 3 moves and the third cleaning agent is cluster-sprayed as shown in FIG. 9, the third object to be cleaned is decomposed, It is sucked by the third suction part 33d.
  • various objects to be cleaned can be removed by spraying the first to third cleaning agent clusters.
  • the substrate cleaning apparatus and the substrate cleaning method according to the embodiment it is possible to remove more various contaminants from the substrate as compared with the cryogenic aerosol irradiation method while avoiding the technical problem of wet cleaning.
  • the substrate cleaning apparatus and the substrate cleaning method according to the present embodiment are useful. It can also be applied to mask cleaning of a multilayer device manufacturing apparatus such as an organic EL.
  • One of organic EL organic vapor deposition methods is a linear source method. In this vapor deposition method, a mask is placed on a glass substrate, and a plurality of organic materials are continuously vapor deposited. Since the mask is used repeatedly, a plurality of organic materials are deposited on the mask surface.
  • the substrate cleaning apparatus In order to prevent this deposit from peeling off during film formation and contaminating the substrate, periodic mask cleaning or replacement is necessary. Therefore, the substrate cleaning apparatus according to the present embodiment is provided in the multilayer device manufacturing apparatus, and the mask cleaning is possible by continuously spraying a cluster of cleaning agents corresponding to the removal of a plurality of organic materials. Thus, an organic EL device can be efficiently manufactured.
  • the disassembled objects to be cleaned can be blown off and sucked to the first to third suction parts 31d, 32d, 33d side by the transfer of the first to third nozzles 31c, 32c, 33c and the injection of the clusters.
  • the processing chamber 1 can be downsized as compared with the case where the wafer W is transferred.
  • a cluster irradiation head provided with three nozzles and a suction unit has been described.
  • two or more nozzles and suction units may be provided in the cluster irradiation head.
  • FIG. 10 is an explanatory view conceptually showing an example of a substrate cleaning method performed using four cleaning agents.
  • FIG. 10A shows the wafer W before the etching process. On the wafer W, an insulating layer, a gate, and a resist are sequentially laminated to form a multilayer structure.
  • FIG. 10B shows the wafer W after etching the wafer shown in FIG. 10A. After the multilayer structure is etched, organic residues, metal residues and other particles adhere to the wafer W.
  • the first nozzle is an organic solvent
  • the second nozzle is ozone
  • the third nozzle is hydrochloric acid
  • the fourth nozzle is nitrogen N2 gas.
  • the organic object to be cleaned is decomposed by the cluster injection of the organic solvent, and then organic substances other than the resist are decomposed by the cluster injection of ozone. Following the cluster injection of ozone, the metal is also decomposed by the cluster injection of hydrochloric acid. Finally, by injecting nitrogen N 2 soot gas, the decomposed object to be cleaned is removed from the wafer. According to the substrate processing apparatus configured as described above, the resist, the organic residue, the metal residue, and the particles can be removed from the wafer W.
  • the substrate cleaning apparatus may be provided with an electron beam irradiation unit that irradiates the wafer W with an electron beam.
  • the substrate cleaning apparatus may be provided with ionization means for ionizing the cleaning agent cluster.
  • the substrate cleaning apparatus may be provided with heating means for heating the wafer W.
  • the heating means includes, for example, a heater provided on the substrate support, an infrared lamp that irradiates the wafer W with infrared rays, and the like.
  • the processing chamber 1 may be provided with a reaction promoting gas supply unit that supplies the processing chamber 1 with a gas that promotes the reaction between the cleaning agent and the cleaning target.
  • a configuration in which a plurality of nozzles are provided in one nozzle arm has been described, but a configuration in which a plurality of nozzle arms are provided, and a plurality of nozzles may be provided in each nozzle arm, It is also possible to provide a nozzle for injecting one type of cleaning agent in each nozzle arm.
  • the substrate cleaning apparatus according to the modified example 1 is configured to transport the object to be cleaned, which has been decomposed by the cluster injection of the cleaning agent, to the first to third suction units by the transport gas. Since the substrate cleaning apparatus according to the first modification differs from the above-described embodiment only in the configuration relating to the first to third nozzles and the carrier gas, the difference will be mainly described below.
  • FIG. 11 is a side sectional view schematically showing one configuration example of the substrate cleaning apparatus according to the first modification
  • FIG. 12 is a side schematically showing one configuration example of the cluster ejection head 203 according to the first modification. It is sectional drawing.
  • the first to third nozzles 231c, 232c, and 233c of the cluster ejection head 203 constituting the substrate cleaning apparatus according to the first modification are arranged by the nozzle arm 42 so that the ejection direction of the cleaning agent is substantially normal to the wafer W. It is supported.
  • the cleaning agent is cluster-injected substantially perpendicularly to the wafer W on which the pattern shown in FIG. 10 is formed, the cleaning effect can be further improved as compared with the case of injecting in an oblique direction.
  • the first to third nozzles 31c, 32c, and 33c are arranged so as to spray in the non-normal direction of the wafer W.
  • the first to third nozzles 231c, 232c, and 233c are arranged so that the spray direction is the normal direction of the wafer W, thereby preventing the cleaning gas from being blocked locally.
  • a carrier gas for delivering the decomposed object to be cleaned to the first to third suction parts 31 d, 32 d, 33 d side to the surface of the wafer W is provided.
  • the carrier gas delivery port 13 may be provided at a portion facing the exhaust unit 10 provided above the table unit 21.
  • a carrier gas supply pipe 81 connected to a carrier gas supply unit 83 that supplies carrier gas such as argon gas and nitrogen gas is connected to the exhaust unit 10.
  • the carrier gas supply unit 83 is provided with an on-off valve 82.
  • the opening / closing operation of the opening / closing valve 82 is controlled by the control unit 7.
  • the opening / closing timing of the opening / closing valve 82 is not particularly limited.
  • the control unit 7 may be configured to alternately open and close the first to third cleaning agent opening / closing valves and the opening / closing valve 82.
  • the cleaning agent cluster irradiation and the carrier gas delivery may be performed in parallel by optimizing the flow rate of the carrier gas.
  • the cleaning target can be more effectively removed by spraying the cleaning agent substantially perpendicularly to the wafer W, and the carrier gas Is delivered to the wafer W, so that the object to be cleaned can be effectively sucked.
  • the configuration including both the carrier gas delivery port and the first to third suction units has been described, but the first to third suction units are eliminated and the feed is sent from the carrier gas delivery port. You may comprise so that a to-be-cleaned object may be conveyed outside with gas.
  • the substrate cleaning apparatus according to the modified example 2 is configured to fix the cluster ejection head to the processing chamber and transfer the wafer side. Since only the structure of the substrate cleaning apparatus according to the modification 2 is different from that of the above-described embodiment, the difference will be mainly described below.
  • FIG. 13 is a side sectional view schematically showing a configuration example of the substrate cleaning apparatus in the second modification.
  • the substrate cleaning apparatus according to Modification 2 includes a processing chamber 301 in which the cluster ejection head 3 is fixed at a substantially central portion of the top plate.
  • a driving mechanism 343 that moves the table unit 21 in the horizontal direction is provided at the bottom of the processing chamber 301.
  • the drive mechanism 343 can move the table unit 21 in such a range that at least the entire surface of the wafer W can be scanned by the cluster ejection head 3.
  • the processing chamber 301 has a lateral width necessary for moving the table unit 21 within a range in which the entire surface of the wafer W can be scanned by the cluster ejection head 3.
  • the driving mechanism 343 corresponds to a unit that relatively moves the substrate and the cluster injection unit along the surface of the substrate to which the object to be cleaned is attached.

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Abstract

　マイクロラフネス、ウォーターマーク、基板材料損失、デバイス構造の破壊といったウェット洗浄が有する技術的課題を回避しつつ、極低温エアロゾル照射手法に比べてより多様な汚染物を基板から除去することができる基板洗浄装置を提供する。　被洗浄物が付着したウェハＷを洗浄する基板洗浄装置に、洗浄剤分子が複数集合してなるクラスターをウェハＷに噴射するクラスター噴射手段と、前記洗浄剤分子のクラスターを噴射することによって除去された被洗浄物を吸引する吸引手段と、ウェハＷ及び前記クラスター噴射手段を、被洗浄物が付着したウェハＷの面に沿って相対移動させる手段を備える。

Description

基板洗浄装置及び基板洗浄方法
　本発明は、被洗浄物が付着した基板を洗浄する基板洗浄装置及び基板洗浄方法に関する。
　各種基板処理工程後のウェハ洗浄には、水をベースとしたウェット洗浄が採用されている。特許文献１には、ウェハを回転させる回転機構と、ウェハに洗浄液をライン状に吐出するライン状吐出ノズルと、ライン状吐出ノズルをウェハに沿って移動させる移動機構とを備えた基板洗浄装置が開示されている。特許文献１に係る基板洗浄装置によれば、大型のウェハであっても、洗浄水によりスループットおよび洗浄能力を極めて高くして洗浄することができる。
　一方、ウェハ表面のマイクロラフネス、基板材料の損失等によるデバイス性能の劣化を防止すべく、希釈化した洗浄剤を利用し、洗浄剤の希釈化による洗浄力の低下を物理的補助手段によって補うウェット洗浄手法が検討されている。物理的補助手段としては、超音波洗浄、２流体ジェット洗浄などが挙げられる。２流体ジェット洗浄は、純水と高圧窒素ガスとを混合して微小液滴をノズルから噴射し、該微小液滴がウェハ表面に衝突する際に発生する衝撃波を利用して汚れを除去する手法である。
特開２０００－３２５８９４号公報
　しかしながら、従来のウェット洗浄手法は、ウェハ上に形成されるデバイス構造の微細化及び複雑化に伴い、以下のような技術的課題を有している。
　第１の課題：超音波、２流体スプレー等の物理的補助手段を利用した場合、微細化されたデバイス構造が物理的に損傷することがある。
　第２の課題：微細化されたデバイス構造が水の表面張力によって崩壊することがある。
　第３の課題：ウェット洗浄後に基板を乾燥させた場合、基板表面にウォーターマークが発生し、デバイス性能の劣化及び不良を招く。
　第４の課題：基板に形成された水溶性材料、例えばＬａが洗浄工程で損傷することがある。
　第５の課題：基板に形成された被洗浄物以外の基板材料が洗浄によって損失することがある。
　第６の課題：洗浄工程において帯電した水と、基板との間で発生した放電によって、デバイス構造が破壊されることがある。
　なお、上述のウェット洗浄の技術的課題を回避する手法として、窒素Ｎ2 、アルゴンＡｒガスを用いた極低温エアロゾル（Ａｅｒｏｓｏｌ）照射手法が提案されている。しかし、洗浄が可能な汚染物は限られており、多様な汚染物を除去することは困難である。
　本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、異なる複数の洗浄剤分子が各別に複数集合してなるクラスターを基板に夫々噴射し、該クラスターを噴射することによって除去された被洗浄物を吸引することによって、マイクロラフネス、ウォーターマーク、基板材料損失、デバイス構造の破壊といったウェット洗浄が有する技術的課題を回避しつつ、極低温エアロゾル照射手法に比べてより多様な汚染物を基板から除去することができる基板洗浄装置及び基板洗浄方法を提供することにある。
　本発明に係る基板洗浄装置は、被洗浄物が付着した基板を洗浄する基板洗浄装置において、洗浄剤分子が複数集合してなるクラスターを前記基板に噴射するクラスター噴射手段と、前記洗浄剤分子のクラスターを噴射することによって除去された被洗浄物を吸引する吸引手段と、前記基板及び前記クラスター噴射手段を、被洗浄物が付着した基板の面に沿って相対移動させる手段とを備えることを特徴とする。
　本発明に係る基板洗浄装置は、前記基板を収容する収容体と、該収容体の内部を減圧する真空ポンプと、洗浄剤を収容する洗浄剤収容部とを備え、前記クラスター噴射手段は、前記洗浄剤収容部から前記収容体へ前記洗浄剤を供給する供給路と、該供給路を通じて供給された洗浄剤を噴射する複数のノズルとを備え、前記複数のノズルは並設されていることを特徴とする。
　本発明に係る基板洗浄装置は、前記吸引手段は複数の吸引部を備え、複数の前記吸引部は各ノズルに並設されていることを特徴とする。
　本発明に係る基板洗浄装置は、被洗浄物が付着した基板を洗浄する基板洗浄装置において、洗浄剤分子が複数集合してなるクラスターを前記基板に夫々噴射するクラスター噴射手段と、前記洗浄剤分子のクラスターを噴射することによって除去された被洗浄物を外部へ搬送する搬送ガスを基板に送出する手段と、前記基板及び前記クラスター噴射手段を、被洗浄物が付着した基板の面に沿って相対移動させる手段とを備えることを特徴とする。
　本発明に係る基板洗浄装置は、前記基板を収容する収容体と、該収容体の内部を減圧する真空ポンプと、洗浄剤を収容する洗浄剤収容部とを備え、前記クラスター噴射手段は、前記洗浄剤収容部から前記収容体へ前記洗浄剤を供給する供給路と、該供給路を通じて供給された洗浄剤を噴射する複数のノズルとを備え、前記複数のノズルは並設されていることを特徴とする。
　本発明に係る基板洗浄装置は、前記ノズルの噴射口断面は線状であることを特徴とする。
　本発明に係る基板洗浄装置は、前記洗浄剤の噴射方向が前記基板の非法線方向になるように複数の前記ノズルを支持する支持部材を備えることを特徴とする。
　本発明に係る基板洗浄装置は、前記複数の洗浄剤分子は、有機溶媒、フッ化水素、塩酸、オゾン、アンモニア過酸化水素、水、イソプロピルアルコール、窒素及びアルゴンからなる群より選択される物質の分子であることを特徴とする。
　本発明に係る基板洗浄方法は、被洗浄物が付着した基板を洗浄する基板洗浄方法において、洗浄剤分子が複数集合してなるクラスターを前記基板に噴射する工程と、前記洗浄剤分子のクラスターを噴射することによって除去された被洗浄物を吸引する工程と、クラスターの噴射箇所を変更する工程とを有することを特徴とする。
　本発明に係る基板洗浄方法は、被洗浄物が付着した基板を洗浄する基板洗浄方法において、洗浄剤分子が複数集合してなるクラスターを前記基板に噴射する工程と、前記洗浄剤分子のクラスターを噴射することによって除去された被洗浄物を外部へ搬送する搬送ガスを基板に送出する工程と、クラスターの噴射箇所を変更する工程とを有することを特徴とする。
　本発明にあっては、クラスター噴射手段によって、洗浄剤分子が複数集合してなるクラスターを基板に噴射しながら、基板を走査する。洗浄剤のクラスターが基板表面に到達すると、洗浄剤分子が液体に近い高密度状態で基板表面に広がると考えられており、液相の洗浄剤が被洗浄物に作用するかのようにして被洗浄物を除去することが可能であると推測されている。クラスターの噴射によって除去された被洗浄物は、吸引手段によって吸引されるため、被洗浄物が基板に再付着することを抑制することができる。また、基板に噴射される洗浄剤分子のクラスターによって、極低温エアロゾル照射手法に比べてより多様な被洗浄物が除去される。
　更に、水を用いた洗浄では無いため、マイクロラフネス、ウォーターマーク、基板材料損失、デバイス構造の破壊といったウェット洗浄が有していた技術的課題を回避することが可能である。
　更にまた、イオンビームを照射した場合、イオン及び電子によって基板が損傷する虞があるが、洗浄剤のクラスターを基板に噴射した場合、有機溶剤分子は基板表面に沿って広がるのみであり、基板が損傷することは無い。
　本発明にあっては、収容体の内部は真空ポンプによって減圧されている。クラスター噴射手段を構成する複数のノズルは並設されており、各ノズルは、洗浄剤収容部から供給路を通じて供給された洗浄剤を収容体内へ噴射する。ノズルから噴射された各洗浄剤は断熱膨張によって温度が低下し、クラスター化される。
　本発明にあっては、複数の吸引部が複数の各ノズルに並設されているため、複数の洗浄剤のクラスター噴射によって除去された被洗浄物を効率的に除去することが可能である。
　本発明にあっては、クラスター噴射手段によって、洗浄剤分子が複数集合してなるクラスターを基板に噴射しながら、基板を走査する。洗浄剤のクラスター噴射に係る作用は上述の通りである。クラスターの噴射によって除去された被洗浄物は、基板に送出された搬送ガスによって外部へ搬送されるため、被洗浄物が基板に再付着することを抑制することができる。
　本発明にあっては、収容体の内部は真空ポンプによって減圧されている。クラスター噴射手段を構成する複数のノズルは並設されており、各ノズルは、洗浄剤収容部から供給路を通じて供給された洗浄剤を収容体内へ噴射する。ノズルから噴射された各洗浄剤は断熱膨張によって温度が低下し、クラスター化される。
　本発明にあっては、ノズルの噴射口の断面は線状であるため、基板を効率的に洗浄することが可能である。
　本発明にあっては、洗浄剤の噴射方向が基板の非法線方向になるようにノズルが支持部材によって支持されている。従って、クラスターを噴射させながらノズルを基板の外側へ移送させることによって、基板から除去された被洗浄物をクラスターの噴射によって吹き飛ばすことが可能である。
　本発明にあっては、レジスト、ケイ素酸化物ＳｉＯｘ、金属系、有機物系、各種パーティクル又はイオンを除去することが可能である。
　本発明によれば、マイクロラフネス、ウォーターマーク、基板材料損失、デバイス構造の破壊といったウェット洗浄が有する技術的課題を回避しつつ、極低温エアロゾル照射手法に比べてより多様な汚染物を基板から除去することができる。
本発明の実施の形態に係る基板洗浄装置の一構成例を模式的に示した側断面図である。 図１のII－II線断面図である。 クラスター噴射ヘッドの一構成例を模式的に示した側断面図である。 第１乃至第３洗浄剤の一例を示した図表である。 基板に対するクラスター噴射と、イオンビーム照射との相異を示した説明図である。 本発明の実施の形態に係る基板洗浄方法の一例を概念的に示した説明図である。 本発明の実施の形態に係る基板洗浄方法の一例を概念的に示した説明図である。 本発明の実施の形態に係る基板洗浄方法の一例を概念的に示した説明図である。 本発明の実施の形態に係る基板洗浄方法の一例を概念的に示した説明図である。 ４つの洗浄剤を用いて行った基板洗浄方法の一例を概念的に示した説明図である。 変形例１に係る基板洗浄装置の一構成例を模式的に示した側断面図である。 変形例１に係るクラスター噴射ヘッドの一構成例を模式的に示した側断面図である。 変形例２における、基板洗浄装置の一構成例を模式的に示した側断面図である。
　以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。本発明の実施の形態に係る基板洗浄装置は、被洗浄物が付着した基板を洗浄する装置であり、特にウェット洗浄が有する技術的課題を回避し、かつ極低温エアロゾル照射手法に比べてより多様な汚染物を基板から除去することを可能にしたものである。
＜基板洗浄装置＞
　図１は、本発明の実施の形態に係る基板洗浄装置の一構成例を模式的に示した側断面図、図２は、図１のII－II線断面図、図３は、クラスター噴射ヘッド３の一構成例を模式的に示した側断面図である。本実施の形態に係る基板洗浄装置は、ウェハＷを収容する中空略直方体の処理室（収容体）１を備える。処理室１には、図２に示すように、処理室１内の処理空間にウェハＷを搬入及び搬出させるための搬入出口１１が設けられている。この搬入出口１１を扉体１２で閉じることにより、処理空間を密閉状態にすることができる。
　処理室１の内部には、ウェハＷを略水平に保持するウェハ支持台２が設けられている。ウェハ支持台２は、ウェハＷが載せられるテーブル部２１を備える。テーブル部２１には、図２に示すように、上部に３個の保持部材２２が設けられ、保持部材２２をウェハＷの周縁３箇所にそれぞれ当接させてウェハＷを略水平に保持するように構成されている。テーブル部２１は、その略中央部から下方へ突出した軸部２３を備え、軸部２３の下端は処理室１に固定されている。
　また、処理室１の上部には、異なる複数の洗浄剤分子が各別に複数集合してなるクラスターをウェハＷに夫々噴射し、クラスター噴射によって除去された被洗浄物を吸引するクラスター噴射ヘッド３が設けられている。クラスター噴射ヘッド３は、長手方向がウェハＷの直径よりも幅広に形成された棒状であり、図３に示すように、後述する第１乃至第３洗浄剤供給管３１ａ，３２ａ，３３ａを通じて供給された第１乃至第３洗浄剤をそれぞれ噴射する第１乃至第３ノズル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃを備える。第１乃至第３ノズル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃは、クラスター噴射ヘッド３の移送方向に並設されている。以下、第１乃至第３洗浄剤に共通の構成を説明する際、第１乃至第３洗浄剤を適宜「洗浄剤」と総称する。第１乃至第３ノズル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃの噴射口部分３１ｅ，３２ｅ，３３ｅの断面は、図２に示すように線状であり、長手方向における噴射口の幅はウェハＷの直径以上である。処理室１が減圧されている状態で、第１乃至第３ノズル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃから噴射された洗浄剤は断熱膨張によってクラスター化される。また、クラスター噴射ヘッド３には、第１乃至第３ノズル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃから洗浄剤分子のクラスターを噴射することによって除去された被洗浄物をそれぞれ吸引する３つの第１乃至第３吸引部３１ｄ，３２ｄ，３３ｄが第１乃至第３ノズル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃに並設されている。第１乃至第３吸引部３１ｄ，３２ｄ，３３ｄには、吸引管３４を介して吸引ポンプ３５が接続されている。なお、第１乃至第３ノズル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃは、クラスター噴射手段を構成し、第１乃至第３吸引部３１ｄ，３２ｄ，３３ｄは、洗浄剤分子のクラスターを噴射することによって除去された被洗浄物を吸引する吸引手段を構成している。
　第１乃至第３ノズル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃは、ノズルアーム（支持部材）４２によって支持されている。ノズルアーム４２は、ウェハ支持台２に支持されたウェハＷの上方に備えられており、第１乃至第３洗浄剤の噴射方向がウェハＷの非法線方向になるようにノズルを支持する。ノズルアーム４２の基端部は、略水平に配置されたガイドレール４１に沿って移動自在に支持されている。また、ガイドレール４１に沿ってノズルアーム４２を移動させる駆動機構４３が備えられている。ガイドレール４１及び駆動機構４３によって、ノズルアーム４２に支持されたクラスター噴射ヘッド３をウェハＷの表面に沿って移送する移送機構を構成している。駆動機構４３の駆動により、ノズルアーム４２は、ウェハ支持台２に保持されたウェハＷの上方とウェハＷの周縁より外側との間で移動することができる。駆動機構４３の動作は制御部７によって制御される。なお、ガイドレール４１及び駆動機構４３は、基板及びクラスター噴射手段を、被洗浄物が付着した基板の面に沿って相対移動させる手段に対応する。
　第１乃至第３ノズル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃには、第１乃至第３洗浄剤を収容する第１乃至第３洗浄剤供給部５１，５２，５３にそれぞれ接続された第１乃至第３洗浄剤供給管（供給路）３１ａ，３２ａ，３３ａが接続されている。第１乃至第３洗浄剤供給管３１ａ，３２ａ，３３ａは、第１乃至第３洗浄剤供給部５１，５２，５３から処理室１へ気相状態の第１乃至第３洗浄剤を供給する供給路であり、第１乃至第３洗浄剤供給管３１ａ，３２ａ，３３ａには、それぞれ第１乃至第３開閉弁３１ｂ、３２ｂ、３３ｂが設けられている。第１乃至第３開閉弁３１ｂ、３２ｂ、３３ｂの開閉動作は、制御部７によって制御される。
　図４は、第１乃至第３洗浄剤の一例を示した図表である。図４に示すように、被洗浄物の種類に応じて、第１乃至第３洗浄剤を適宜選択することができる。例えば、レジストを除去するためには、第１洗浄剤に有機溶剤、第２洗浄剤に窒素Ｎ2 ガスを採用すれば良い。また、高ドーズによってクラスト層が形成されたレジストを除去するためには、第１及び第２洗浄剤に有機溶剤、第３洗浄剤に窒素Ｎ2 ガスを採用すれば良い。更に、一酸化ケイ素ＳｉＯを除去するためには、第１洗浄剤に水、第２洗浄剤にフッ化水素、第３洗浄剤にイソプロピルアルコールＩＰＡ及び窒素Ｎ2 ガスを採用すれば良い。更にまた、メタルを除去するためには、第１洗浄剤に塩酸ＨＣｌ、第２洗浄剤にオゾンＯ3 、第３洗浄剤に窒素Ｎ2 ガスを採用すれば良い。更にまた、レジスト以外の有機物を除去するためには、第１洗浄剤にオゾンＯ3 、第２洗浄剤に窒素Ｎ2 ガスを採用すれば良い。更にまた、その他のパーティクルを除去するためには、第１洗浄剤にアンモニア加水ＡＰＭ、第２洗浄剤に窒素Ｎ2 ガス、又は第１洗浄剤に窒素Ｎ2 ガス若しくはアルゴンＡｒを採用すれば良い。更にまた、フッ素Ｆ、塩素Ｃｌ、アンモニアＮＨ4 のイオンを除去するためには、第１洗浄剤に水Ｈ2 Ｏ、第２洗浄剤にイソプロピルアルコールＩＰＡ、第３洗浄剤に窒素Ｎ2 ガスを採用すれば良い。
　複数種類の被洗浄物を除去したい場合、各被洗浄物を除去するために必要な洗浄剤が順次クラスター噴射され、また各被洗浄物に共通の洗浄剤を共通化できるように適宜選択すれば良い。例えば、レジストと、レジスト以外の有機物と、パーティクルとを除去したい場合、第１洗浄剤に有機溶剤、第２洗浄剤にオゾンＯ3 、第３洗浄剤に窒素Ｎ2 ガスを採用すれば良い。
　更に、処理室１の適宜箇所に排気部１０が設けられ、各排気部１０には、処理室１内部を例えば約１０Ｐａに減圧する真空ポンプ６が配管６３を介して接続されている。洗浄剤のクラスター化は、洗浄剤の断熱膨張によって実現されるため、クラスター噴射ヘッド３の近傍が減圧状態にある方が好ましい。例えば、図１に示すように、クラスター噴射ヘッド３の近傍に第１の排気部１０を設け、第２及び第３の排気部１０，１０を処理室１の側壁の下部に設けると良い。真空ポンプ６は、例えば、ターボ分子ポンプ６１（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）と、その前段に設けられた粗引き用のドライ真空ポンプ６６２（ＤＰ：Dry Pump）とで構成されており、真空ポンプ６の動作は制御部７によって制御されている。
　図５は、基板に対するクラスター噴射と、イオンビーム照射との相異を示した説明図である。ここでは、アルゴン原子のイオンビーム及びクラスターを基板に照射又は噴射させた場合のアルゴン原子の挙動及び基板の状態を示したシミュレーションについて説明する。なお、洗浄剤分子のイオンビーム及びクラスターについてもアルゴン原子と同様の挙動を示すと考えられる。図５Ａ、Ｂは、イオンビーム及びクラスターの照射及び噴射の前後における基板と、基板に照射されるアルゴンイオン及びアルゴンのクラスターを示している。図５Ａでは、例えば、２０００個のアルゴン原子が集まったイオンビームが図示されている。イオンビームは、２０ｋｅＶのエネルギーを有している。従って、２０００個のアルゴン原子が集まったイオンビームを構成する個々のアルゴン原子は、１０ｅＶのエネルギーを有する。このように、高エネルギーのアルゴン原子が基板に衝突すると、図５Ｂに示すように、基板が物理的に損傷してしまうことが分かる。基板の損傷は、言うまでも無く、デバイスの不良及び性能の低下を招く。
　一方、図５Ｂの右図には、例えば、２００００個のアルゴン原子が集まったクラスターが図示されている。クラスターも、イオンビームと同様、２０ｋｅＶのエネルギーを有している。従って、２００００個のアルゴン原子が集まったイオンビームを構成する個々のアルゴン原子は、１ｅＶのエネルギーを有する。このように、低エネルギーのアルゴン原子が基板に衝突すると、図５Ｂに示すように、基板を損傷すること無く、液体に近い高密度状態で基板表面に広がることが分かる。
　以上のシミュレーション結果より、洗浄剤のクラスターをウェハＷに噴射した場合、洗浄剤分子は、ウェハＷを損傷させること無く、ウェハＷ表面に液体のような高密度状態で広がっていると考えられる。洗浄剤分子は、液体に近い状態でウェハＷ表面に広がるため、洗浄剤と、被洗浄物との反応は、液相反応に近い状態であると考えられており、洗浄剤による被洗浄物の効果的な除去を可能にしていると予想されている。
＜基板洗浄方法＞
　次に、ウェハＷから、上述の基板洗浄装置を用いて被洗浄物を除去する方法を説明する。
　図６乃至図９は、本発明の実施の形態に係る基板洗浄方法の一例を概念的に示した説明図である。図６に示すように、ウェハＷには、第１乃至第３洗浄剤によってそれぞれ洗浄が可能な３種類の被洗浄物が付着している場合を説明する。まず、制御部７は、真空ポンプ６を駆動させて、処理室１の内部を約１０Ｐａに減圧させ、駆動機構４３の動作を制御することによって、クラスター噴射ヘッド３をウェハＷの一端側（例えば、図１中左端側）へ移送する。そして、制御部７は、第１乃至第３開閉弁３１ｂ、３２ｂ、３３ｂを開状態にさせることによって、第１乃至第３洗浄剤を第１乃至第３ノズル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃへ供給させる。次いで、制御部７は、吸引ポンプ３５を駆動させることによって、第１乃至第３洗浄剤のクラスター噴射によって除去された被洗浄物の吸引を開始する。また、制御部７は、駆動機構４３の動作を制御することによって、クラスター噴射ヘッド３をウェハＷの一端から他端側（例えば、図１中右端側）へ所定速度で移送させる。第１乃至第３ノズル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃへ供給された第１乃至第３洗浄剤は、処理室１内のウェハＷに向けて噴射されるが、処理室１の内部が真空ポンプ６によって減圧されているため、噴射された第１乃至第３洗浄剤は、断熱膨張し、第１乃至第３洗浄剤分子が集合してなるクラスターが各別に生成される。生成された第１乃至第３洗浄剤のクラスターは、ウェハＷ表面に衝突する。
　クラスター噴射ヘッド３が移動し、第１洗浄剤のクラスターがウェハＷに噴射された場合、図７に示すように、第１洗浄剤によって第１の被洗浄物が分解される。そして、除去された被洗浄物は、ウェハＷ上に噴射された第１洗浄剤のクラスターによって、第１吸引部３１ｄ側へ吹き飛ばされ、第１吸引部３１ｄに吸引される。クラスター噴射ヘッド３が移動し、第１洗浄剤がクラスター噴射された部位に、図８に示すように第２洗浄剤のクラスターが噴射されると、第２の被洗浄物が分解され、第２吸引部３２ｄに吸引される。更に、クラスター噴射ヘッド３が移動し、第３洗浄剤がクラスター噴射された部位に、図９に示すように第３洗浄剤のクラスターが噴射されると、第３の被洗浄物が分解され、第３吸引部３３ｄに吸引される。以上のように、第１乃至第３洗浄剤のクラスターを噴射することによって、多様な被洗浄物を除去することができる。
　実施の形態に係る基板洗浄装置及び基板洗浄方法によれば、ウェット洗浄が有する技術的課題を回避しつつ、極低温エアロゾル照射手法に比べてより多様な汚染物を基板から除去することができる。
　特に多層構造のエッチング後には、多様な洗浄対象物がウェハＷに付着しているため、本実施の形態に係る基板洗浄装置及び基板洗浄方法は有用である。
　また、有機ＥＬのような多層デバイス製造装置のマスク洗浄にも適用することができる。有機ＥＬの有機蒸着方法の一つに、リニアソース方式がある。この蒸着方法は、ガラス基板にマスクを設置し、複数の有機材料を連続的に蒸着させる。マスクは繰り返し使用するため、マスク表面には複数の有機材料が堆積する。この堆積物が成膜時に剥離し、基板を汚染する事を防ぐためには、定期的なマスク洗浄もしくは交換が必要である。そこで、本実施の形態に係る基板洗浄装置を前記多層デバイス製造装置に設け、複数の有機材料の除去に対応する洗浄剤のクラスターを連続的に噴射するように構成することによって、マスク洗浄が可能となり、効率的に有機ＥＬデバイスを製造することが可能になる。
　また、第１乃至第３ノズル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃの移送及びクラスターの噴射によって、分解した被洗浄物を第１乃至第３吸引部３１ｄ，３２ｄ，３３ｄ側へ吹き飛ばし、吸引することができる。
　更に、クラスター噴射ヘッド３を移送させるように構成してあるため、ウェハＷを移送させる場合に比べて、処理室１を小型化することができる。
　なお、実施の形態では、３つのノズル及び吸引部が設けられたクラスター照射ヘッドを説明したが、２つ又は４つ以上のノズル及び吸引部をクラスター照射ヘッドに備えても良い。
　図１０は、４つの洗浄剤を用いて行った基板洗浄方法の一例を概念的に示した説明図である。図１０Ａは、エッチング工程前のウェハＷを示している。ウェハＷには、絶縁層、ゲート及びレジストが順に積層され、多層構造を形成している。図１０Ｂは、図１０Ａに示したウェハをエッチングした後のウェハＷを示している。多層構造のエッチング後においては、有機系残渣、メタル系残渣、その他のパーティクルがウェハＷに付着する。そして、４つのノズル及び吸引部をクラスター照射ヘッドに備えた基板洗浄装置において、第１のノズルに有機溶剤、第２のノズルにオゾン、第３のノズルに塩酸、第４のノズルに窒素Ｎ2 ガスを供給するように構成する。まず、有機溶剤のクラスター噴射によって、有機系の被洗浄物が分解され、次にオゾンのクラスター噴射によってレジスト以外の有機物が分解される。オゾンのクラスター噴射に続いて、塩酸のクラスター噴射によってメタルも分解される。最後に窒素Ｎ2 ガスを噴射することによって、分解された被洗浄物がウェハ上から除去される。このように構成された基板処理装置によれば、レジスト、有機系残渣、メタル系残渣及びパーティクルをウェハＷから除去することができる。
　一方、洗浄剤と、被洗浄剤との反応を促進させるべく、下記の構成部を追加しても良い。例えば、ウェハＷに電子線を照射する電子線照射部を基板洗浄装置に備えると良い。また、洗浄剤のクラスターをイオン化するイオン化手段を基板洗浄装置に備えると良い。更に、ウェハＷを加熱する加熱手段を基板洗浄装置に備えると良い。加熱手段は、例えば基板支持台に設けられたヒータ、ウェハＷに赤外線を照射する赤外線ランプ等で構成される。更にまた、洗浄剤と、被洗浄剤との反応を促進させるガスを処理室１に供給する反応促進ガス供給部を処理室１に備えると良い。
　また、実施の形態では、１本のノズルアームに複数のノズルを設けた構成を説明したが、複数のノズルアームを備え、各ノズルアームに複数のノズルを設けるように構成しても良いし、各ノズルアームに１種類の洗浄剤を噴射するノズルを設けるように構成することもできる。
（変形例１）
　変形例１に係る基板洗浄装置は、洗浄剤のクラスター噴射によって分解した被洗浄物を搬送する搬送ガスによって第１乃至第３吸引部へ搬送するように構成されている。変形例１に係る基板洗浄装置は、第１乃至第３ノズル及び搬送ガスに係る構成のみが上述の実施の形態と異なるため、以下では主に上記相異点について説明する。
　図１１は、変形例１に係る基板洗浄装置の一構成例を模式的に示した側断面図、図１２は、変形例１に係るクラスター噴射ヘッド２０３の一構成例を模式的に示した側断面図である。変形例１に係る基板洗浄装置を構成するクラスター噴射ヘッド２０３の第１乃至第３ノズル２３１ｃ，２３２ｃ，２３３ｃは、洗浄剤の噴射方向がウェハＷの略法線方向になるようにノズルアーム４２によって支持されている。図１０に示すパターンが形成されたウェハＷに対して略垂直に洗浄剤をクラスター噴射した場合、斜め方向に噴射する場合に比べてより洗浄効果を上昇させることができる。
　つまり、図３に示す実施形態では、ウェハＷの非法線方向に噴射するように第１乃至第３ノズル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃが配置されているが、ウェハＷ上に形成されたパターンなどによって、局所的に洗浄剤が遮られてクラスターが衝突しない箇所が発生する虞がある。そこで、図１２に示すように、噴射方向がウェハＷの法線方向になるように第１乃至第３ノズル２３１ｃ，２３２ｃ，２３３ｃを配置することによって、局所的に洗浄ガスが遮られるのを防止して、クラスターが衝突しない箇所が発生するのを防止することができる。
　また、処理室１の側壁の適宜箇所には、分解された被洗浄物を第１乃至第３吸引部３１ｄ，３２ｄ，３３ｄ側へ搬送するための搬送ガスをウェハＷ表面に送出するための搬送ガス送出口１３が設けられている。例えば、テーブル部２１よりも上方に設けられた排気部１０に対向する部位に搬送ガス送出口１３を設けると良い。このように構成した場合、搬送ガスがウェハＷの表面を流れ、処理室１外に排気され、分解された被洗浄物がウェハＷ表面に再付着するのを抑制することができる。排気部１０には、アルゴンガス、窒素ガス等の搬送ガスを供給する搬送ガス供給部８３に接続された搬送ガス供給管８１が接続されている。
　搬送ガス供給部８３には、開閉弁８２が設けられている。開閉弁８２の開閉動作は、制御部７によって制御される。開閉弁８２の開閉タイミングは特に限定されないが、例えば、制御部７が第１乃至第３洗浄剤開閉弁及び開閉弁８２を交互に開閉させるように構成すると良い。第１乃至第３洗浄剤のクラスター噴射と、クラスター噴射によって分解した被洗浄物の搬送除去とを交互に行うことによって、ウェハＷに対するクラスターの噴射が搬送ガスの流れによって阻害されることを避けることができ、効果的に被洗浄物を除去することができる。もちろん、搬送ガスの流量を最適化することによって、洗浄剤のクラスター照射と、搬送ガスの送出を並行させても良い。
　変形例１に係る基板洗浄装置及び基板洗浄方法によれば、洗浄剤をウェハＷに対して略垂直に噴射させることによって、より効果的に被洗浄物を除去することができ、また、搬送ガスをウェハＷに送出することによって、分解した被洗浄物を効果的に吸引することができる。
　なお、変形例１では、搬送ガス送出口と、第１乃至第３吸引部との両方を備える構成を説明したが、第１乃至第３吸引部を廃し、搬送ガス送出口から送出される搬送ガスによって、被洗浄物を外部へ搬送するように構成しても良い。
（変形例２）
　変形例２に係る基板洗浄装置は、クラスター噴射ヘッドを処理室に固定し、ウェハ側を移送させるように構成されている。変形例２に係る基板洗浄装置は、斯かる構成のみが上述の実施の形態と異なるため、以下では主に上記相異点について説明する。
　図１３は、変形例２における、基板洗浄装置の一構成例を模式的に示した側断面図である。変形例２に係る基板洗浄装置は、クラスター噴射ヘッド３が天板の略中央部に固定された処理室３０１を備える。処理室３０１の底部には、テーブル部２１を水平方向へ移送させる駆動機構３４３が設けられている。駆動機構３４３は、少なくともウェハＷの全面をクラスター噴射ヘッド３で走査できるような範囲でテーブル部２１を移送させることができる。また、処理室３０１は、ウェハＷの全面をクラスター噴射ヘッド３で走査できるような範囲でテーブル部２１を移送させるために必要な横幅を有している。なお、駆動機構３４３は、基板及びクラスター噴射手段を、被洗浄物が付着した基板の面に沿って相対移動させる手段に対応する。
　変形例２にあっては、クラスター噴射ヘッド３は処理室３０１の天板に固定されているため、実施の形態１に比べて、駆動機構３４３からのパーティクルでウェハＷが汚染される虞を低減することができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　処理室（収容体）
　２　ウェハ支持台
　３　クラスター噴射ヘッド
　６　真空ポンプ
　７　制御部
　８３　搬送ガス供給部
　１３　搬送ガス送出口
　３１ａ　第１洗浄剤供給管
　３２ａ　第２洗浄剤供給管
　３３ａ　第３洗浄剤供給管
　３１ｂ　第１開閉弁
　３２ｂ　第２開閉弁
　３３ｂ　第３開閉弁
　３１ｃ　第１ノズル（クラスター噴射手段）
　３２ｃ　第２ノズル（クラスター噴射手段）
　３３ｃ　第３ノズル（クラスター噴射手段）
　３１ｄ　第１吸引部（吸引手段）
　３２ｄ　第２吸引部（吸引手段）
　３３ｄ　第３吸引部（吸引手段）
　３４　吸引管
　３５　吸引ポンプ
　４１　ガイドレール
　４２　ノズルアーム（支持部材）
　４３　駆動機構
　５１　第１洗浄剤供給部（洗浄剤収容部）
　５２　第２洗浄剤供給部（洗浄剤収容部）
　５３　第３洗浄剤供給部（洗浄剤収容部）
　８１　搬送ガス供給管
　８２　開閉弁
　Ｗ　ウェハ

Claims (10)

  1. 　被洗浄物が付着した基板を洗浄する基板洗浄装置において、
    　洗浄剤分子が複数集合してなるクラスターを前記基板に噴射するクラスター噴射手段と、
    　前記洗浄剤分子のクラスターを噴射することによって除去された被洗浄物を吸引する吸引手段と、
    　前記基板及び前記クラスター噴射手段を、被洗浄物が付着した基板の面に沿って相対移動させる手段と
    　を備えることを特徴とする基板洗浄装置。
  2. 　前記基板を収容する収容体と、
    　該収容体の内部を減圧する真空ポンプと、
    　洗浄剤を収容する洗浄剤収容部と
    　を備え、
    　前記クラスター噴射手段は、
    　前記洗浄剤収容部から前記収容体へ前記洗浄剤を供給する供給路と、
    　該供給路を通じて供給された洗浄剤を噴射する複数のノズルと
    　を備え、
    　前記複数のノズルは並設されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
  3. 　前記吸引手段は複数の吸引部を備え、
    　複数の前記吸引部は各ノズルに並設されている
    　ことを特徴とする請求項２に記載の基板洗浄装置。
  4. 　被洗浄物が付着した基板を洗浄する基板洗浄装置において、
    　洗浄剤分子が複数集合してなるクラスターを前記基板に夫々噴射するクラスター噴射手段と、
    　前記洗浄剤分子のクラスターを噴射することによって除去された被洗浄物を外部へ搬送する搬送ガスを基板に送出する手段と、
    　前記基板及び前記クラスター噴射手段を、被洗浄物が付着した基板の面に沿って相対移動させる手段と
    　を備えることを特徴とする基板洗浄装置。
  5. 　前記基板を収容する収容体と、
    　該収容体の内部を減圧する真空ポンプと、
    　洗浄剤を収容する洗浄剤収容部と
    　を備え、
    　前記クラスター噴射手段は、
    　前記洗浄剤収容部から前記収容体へ前記洗浄剤を供給する供給路と、
    　該供給路を通じて供給された洗浄剤を噴射する複数のノズルと
    　を備え、
    　前記複数のノズルは並設されている
    　ことを特徴とする請求項４に記載の基板洗浄装置。
  6. 　前記ノズルの噴射口断面は線状であることを特徴とする請求項２、３又は５に記載の基板洗浄装置。
  7. 　前記洗浄剤の噴射方向が前記基板の非法線方向になるように複数の前記ノズルを支持する支持部材を備える
    　ことを特徴とする請求項２、３、５又は６のいずれか一つに記載の基板洗浄装置。
  8. 　前記複数の洗浄剤分子は、
    　有機溶媒、フッ化水素、塩酸、オゾン、アンモニア過酸化水素、水、イソプロピルアルコール、窒素及びアルゴンからなる群より選択される物質の分子である
    　ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載の基板洗浄装置。
  9. 　被洗浄物が付着した基板を洗浄する基板洗浄方法において、
    　洗浄剤分子が複数集合してなるクラスターを前記基板に噴射する工程と、
    　前記洗浄剤分子のクラスターを噴射することによって除去された被洗浄物を吸引する工程と、
    　クラスターの噴射箇所を変更する工程と
    　を有することを特徴とする基板洗浄方法。
  10. 　被洗浄物が付着した基板を洗浄する基板洗浄方法において、
    　洗浄剤分子が複数集合してなるクラスターを前記基板に噴射する工程と、
    　前記洗浄剤分子のクラスターを噴射することによって除去された被洗浄物を外部へ搬送する搬送ガスを基板に送出する工程と、
    　クラスターの噴射箇所を変更する工程と
    　を有することを特徴とする基板洗浄方法。
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