WO2023037946A1 - 基板処理装置、及び基板処理方法 - Google Patents

基板処理装置、及び基板処理方法 Download PDF

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gas
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gap
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洋介 川渕
孝洋 安武
常長 中島
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東京エレクトロン株式会社
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    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
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    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Definitions

  • the present disclosure relates to a substrate processing apparatus and a substrate processing method.
  • a mixed gas composed of a reactive gas (for example, ClF 3 gas) and an additive gas (for example, Ar gas) is ejected from a nozzle outlet into a vacuum processing chamber, and adiabatic expansion of the mixed gas causes a reaction.
  • a reactive cluster is generated and the substrate surface is processed with the reactive cluster.
  • One aspect of the present disclosure provides a technique for regulating the gas flow around the substrate and suppressing reattachment of particles to the substrate.
  • a substrate processing apparatus includes a processing container that includes a processing chamber that is decompressed to a pressure lower than atmospheric pressure, a holding unit that holds a substrate in the processing chamber, and a substrate that is held by the holding unit. a nozzle for injecting gas to irradiate gas clusters onto the first main surface of the substrate.
  • the processing container includes a facing wall including a first facing surface facing the first main surface of the substrate, a plate provided on a part of the first facing surface of the facing wall, and the facing wall and the plate. and a through hole penetrating through.
  • the plate has a second facing surface facing the first major surface of the substrate.
  • the through holes are passageways for the gas and have outlets in the second facing surface of the plate.
  • a first gap is formed between the opposing wall and the substrate, and a second gap is formed between the plate and the substrate, the second gap being narrower than the first gap.
  • FIG. 1 is a diagram showing a substrate processing apparatus according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of movement of the holding part in FIG. 1;
  • FIG. 3 is an enlarged view of a part of FIG. 1 showing an example of gas flow.
  • FIG. 4 is a diagram showing gas flows in the substrate processing apparatus according to the reference embodiment.
  • the substrate processing apparatus 1 removes particles adhering to the first main surface Wa of the substrate W by irradiating the first main surface Wa of the substrate W with gas clusters.
  • the substrate W is, for example, a silicon wafer.
  • the substrate W may be a compound semiconductor wafer, a sapphire substrate, or a glass substrate.
  • the substrate W has a first main surface Wa and a second main surface Wb opposite to the first main surface Wa.
  • the substrate processing apparatus 1 includes, for example, a processing vessel 2, a holding section 3, a nozzle 5, a gas supply section 6, a decompression section 7, a drive section 8, and a control section 9, as shown in FIG. Prepare.
  • the processing container 2 includes therein a processing chamber 21 that is decompressed to a pressure lower than atmospheric pressure by the decompression unit 7 .
  • the processing container 2 has a ceiling wall 22 , a bottom wall 23 and side walls 24 .
  • the side wall 24 is formed in a frame shape.
  • a gate 25 serving as a loading/unloading port for the substrate W is formed on the side wall 24 .
  • Gate 25 is opened and closed by gate valve 26 .
  • the holding part 3 holds the substrate W in the processing chamber 21 .
  • the holding unit 3 holds the substrate W horizontally, for example, with the first main surface Wa of the substrate W facing upward.
  • the first main surface Wa is a main surface irradiated with gas clusters.
  • the holding unit 3 holds the substrate W so that the center of the first main surface Wa coincides with the center line of the rotating shaft 82 to be described later.
  • the nozzle 5 has an injection port 51 for injecting gas so as to irradiate the substrate W held by the holding part 3 with gas clusters.
  • the jetting direction of the gas is, for example, the direction perpendicular to the first main surface Wa of the substrate W, for example, the downward direction. Since the gas cluster collides perpendicularly with the first main surface Wa, it is possible to suppress the pattern collapse of the concave-convex pattern previously formed on the first main surface Wa.
  • the nozzle 5 has a gas supply chamber 52, a throat 53, and a tapered hole 54 in this order from upstream to downstream (for example, from top to bottom).
  • Tapered hole 54 has injection port 51 at its downstream end.
  • the tapered hole 54 has a larger diameter from upstream to downstream.
  • the gas After the gas is supplied to the gas supply chamber 52 , the gas is accelerated by passing through the throat 53 and jetted from the jet port 51 .
  • the injected CO 2 gas is adiabatically expanded in the pre-decompressed processing chamber 21, so that it is cooled to the condensation temperature.
  • the CO 2 molecules are bound together by van der Waals forces to form gas clusters, which are aggregates of CO 2 molecules.
  • the gas cluster collides with the particles adhering to the first main surface Wa of the substrate W and blows off the particles. Gas clusters can also blow away particles around the colliding position by colliding with the first main surface Wa without directly colliding with the particles. Since the gas cluster becomes hot due to the collision, it is decomposed into pieces and exhausted from the exhaust port 231 of the bottom wall 23 .
  • the exhaust port 231 is provided, for example, at a position facing the nozzle 5 , specifically, directly below the nozzle 5 . Note that the position of the exhaust port 231 is not particularly limited.
  • the gas supply unit 6 supplies the nozzle 5 with a raw material gas that forms gas clusters.
  • the raw material gas is injected from the nozzle 5 and adiabatically expanded in the pre-decompressed processing chamber 21 to be cooled to the condensation temperature and form gas clusters, which are aggregates of molecules or atoms.
  • the raw material gas contains at least one gas selected from, for example, carbon dioxide (CO 2 ) gas and argon (Ar) gas.
  • the gas supply unit 6 may supply a mixed gas of source gas and carrier gas to the nozzle 5 .
  • the carrier gas has a lower molecular weight or atomic weight than the source gas. Therefore, the carrier gas has a higher condensation temperature than the source gas. Therefore, the carrier gas does not form gas clusters.
  • the carrier gas contains at least one gas selected from, for example, hydrogen (H 2 ) gas and helium (He) gas.
  • the carrier gas suppresses the liquefaction of the raw material gas inside the nozzle 5 by lowering the partial pressure of the raw material gas. Further, the carrier gas increases the gas supply pressure to the nozzle 5 to a desired atmospheric pressure, thereby increasing the acceleration of the raw material gas and promoting the growth of gas clusters.
  • CO 2 gas is used as the raw material gas and H 2 gas is used as the carrier gas, but the combination is not particularly limited.
  • the size of the gas cluster can be adjusted, for example, by (A) the gas pressure of the gas supply chamber 52, (B) the flow rate ratio between the source gas and the carrier gas, (C) the gas pressure of the processing chamber 21, and the like. If the gas cluster size is too small, the particle removal efficiency will be too low. On the other hand, if the size of the gas cluster is too large, the uneven pattern previously formed on the first main surface Wa of the substrate W collapses.
  • the decompression unit 7 decompresses the processing chamber 21 to a pressure lower than the atmospheric pressure.
  • the decompression unit 7 includes, for example, a suction pump for sucking gas from the processing chamber 21, a suction line connecting the exhaust port 231 of the bottom wall 23 and the suction pump, and a pressure controller provided in the middle of the suction line. and The pressure controller adjusts the gas pressure in the processing chamber 21 under the control of the controller 9 .
  • the gas pressure in the processing chamber 21 is controlled to 5 Pa to 120 Pa, for example.
  • the drive unit 8 has a rotation drive unit 81 that rotates the holding unit 3, as shown in FIGS.
  • the holding unit 3 holds the substrate W such that the center of the first main surface Wa of the substrate W coincides with the center line of the rotating shaft 82 .
  • the rotation driving portion 81 rotates the holding portion 3 around the center line of the rotating shaft 82 . Thereby, the irradiation position of the gas cluster on the first main surface Wa of the substrate W can be moved in the circumferential direction of the substrate W. As shown in FIG.
  • the drive section 8 has a movement drive section 83 that moves the holding section 3 .
  • the movement drive unit 83 relatively moves the nozzle 5 and the holding unit 3 in the radial direction of the substrate W by moving the holding unit 3 in a direction perpendicular to the center line of the rotating shaft 82 . Thereby, the irradiation position of the gas cluster on the first main surface Wa of the substrate W can be moved in the radial direction of the substrate W. As shown in FIG.
  • the movement drive unit 83 moves the holding unit 3 in a direction perpendicular to the center line of the rotation shaft 82 by rotating an arm (not shown), for example. Note that the movement drive unit 83 may move the holding unit 3 along the guide rail instead of rotating the arm.
  • the rotation drive unit 81 moves the irradiation position of the gas cluster in the circumferential direction of the substrate W, and the movement drive unit 83 moves the irradiation position of the gas cluster in the radial direction of the substrate W. Therefore, the entire first main surface Wa of the substrate W can be irradiated with gas clusters.
  • the nozzle 5 is fixed to the processing container 2 in this embodiment, it may be provided movably inside the processing container 2 . In this case, it is possible to move the irradiation position of the gas cluster on the first main surface Wa of the substrate W in the radial direction of the substrate W by moving the nozzle 5 instead of the holding portion 3 .
  • the control unit 9 is, for example, a computer, and includes a CPU (Central Processing Unit) 91 and a storage medium 92 such as a memory.
  • the storage medium 92 stores programs for controlling various processes executed in the substrate processing apparatus 1 .
  • the control unit 9 controls the operation of the substrate processing apparatus 1 by causing the CPU 91 to execute programs stored in the storage medium 92 .
  • the ceiling wall 22 of the processing container 2 has a first opposing surface 221 that faces the first main surface Wa of the substrate W. As shown in FIG. The first facing surface 221 of the ceiling wall 22 and the first main surface Wa of the substrate W are parallel to form a first gap G1.
  • the first gap G1 is determined in consideration of the workability of loading/unloading the substrate W and the like.
  • the ceiling wall 22 has a nozzle storage section 222 .
  • the nozzle storage part 222 is a space for storing the nozzle 5 .
  • the nozzle 5 has, for example, a T-shaped cross section, and the nozzle storage part 222 has, for example, a rectangular cross section.
  • the distance between the injection port 51 of the nozzle 5 and the first main surface Wa of the substrate W is determined in consideration of the particle removal efficiency, and adjusted to the optimum distance.
  • the nozzle 5 injects gas perpendicularly to the first main surface Wa of the substrate W.
  • the gas changes direction by colliding with the first major surface Wa of the substrate W.
  • the gas spreads radially along the first main surface Wa of the substrate W from the position where it collides with the substrate W (that is, the irradiation position of the gas cluster).
  • the gas flows outside the peripheral edge of the first main surface Wa, it flows downward toward the exhaust port 231 of the bottom wall 23 .
  • Problems of the substrate processing apparatus 1 include the following (1) to (3).
  • (1) The size of the first gap G1 is large, and in the first gap G1, not only the flow of gas moving away from the irradiation position of the gas cluster but also the flow of gas flowing backward toward the irradiation position of the gas cluster is formed. (see dashed line A1 in FIG. 4).
  • the backflow of the gas hinders ejection of particles detached from the substrate W at the irradiation position of the gas cluster. As a result, the particles adhere to the first main surface Wa of the substrate W again.
  • the size of the nozzle storage part 222 is larger than the size of the nozzle 5, and there is an excess space in the nozzle storage part 222, causing gas to flow back from the outside to the inside of the nozzle storage part 222 (broken line in FIG. 4).
  • the counterflowing gas hinders the ejection of particles detached from the substrate W. FIG. As a result, the particles adhere to the first main surface Wa of the substrate W again.
  • the above problem (3) occurs even when the nozzle 5 is not fixed and moves in the radial direction of the substrate W, but it is remarkable when the nozzle 5 is fixed and the holder 3 moves. This is because the size of the processing chamber 21 is set large so that the holding unit 3 can move.
  • the processing container 2 includes a plate 27 provided on a part of the first facing surface 221 of the ceiling wall 22 and a ceiling wall 22 as shown in FIG. and a through hole 28 passing through the plate 27 . Since the plate 27 is provided on a part of the first facing surface 221 of the ceiling wall 22, the workability of loading and unloading the substrate W is not impaired.
  • the loading/unloading operation of the substrate W is preferably performed at a position (a position outside the plate 27) where the entire substrate W does not overlap the plate 27 when viewed from above (not shown).
  • the plate 27 may be removable from the ceiling wall 22 .
  • the plate 27 has a second facing surface 271 facing the first main surface Wa of the substrate W.
  • the second opposing surface 271 of the plate 27 and the first major surface Wa of the substrate W are parallel to form a second gap G2.
  • the through hole 28 is a gas passage and has an outlet 281 on the second facing surface 271 of the plate 27 .
  • An outlet 281 of the through hole 28 faces the second gap G2.
  • the second gap G2 is narrower than the first gap G1.
  • the movement driving section 83 moves the holding section 3 between the loading/unloading position and the processing position.
  • the loading/unloading position is a position where the substrate W is attached to and detached from the holding unit 3, and is preferably a position (a position outside the plate 27) where the entire substrate W does not overlap the plate 27 when viewed from above.
  • the processing position is a position where the substrate W is irradiated with gas clusters, and a second gap G2 is formed between at least a portion of the first main surface Wa of the substrate W and the second opposing surface 271 of the plate 27. position.
  • the second gap G2 is narrow, the flow velocity of gas moving away from the irradiation position of the gas cluster is high, and the flow of gas that flows backward toward the irradiation position of the gas cluster does not occur.
  • the particles detached from the substrate W at the irradiation position of the gas cluster can be quickly discharged, and reattachment of the particles to the first main surface Wa of the substrate W can be suppressed. Therefore, the number of particles adhering to the substrate W can be reduced.
  • the size of the second gap G2 is, for example, 20 mm or less, preferably 15 mm or less.
  • the size of the second gap G2 is measured in a direction orthogonal to the first main surface Wa of the substrate W. As shown in FIG. If the size of the second gap G2 is 20 mm or less, the flow velocity of the gas moving away from the irradiation position of the gas cluster is sufficiently high.
  • the size of the second gap G2 is preferably 1 mm or more, more preferably 5 mm or more.
  • a distance D between the peripheral edge of the second opposing surface 271 and the center of the outlet 281 of the through hole 28 is, for example, 50 mm or more over the entire peripheral edge of the second opposing surface 271 . If the distance D is 50 mm or more, it is possible to suppress backflow of gas around the irradiation position of the gas cluster, and to suppress redeposition of particles.
  • the peripheral edge of the second facing surface 271 is circular in this embodiment, it may be quadrangular and its shape is not particularly limited. It is sufficient if the distance D is 50 mm or more. Distance D may be equal to or greater than the diameter of substrate W (eg, 300 mm). The distance D is preferably 400 mm or less.
  • the plate 27 has a tapered surface 272 on its peripheral edge that approaches the first facing surface 221 of the ceiling wall 22 as the distance from the centerline of the through hole 28 increases.
  • the tapered surface 272 is inclined with respect to the first opposing surface 221, and gradually widens the gas flow from the second gap G2 toward the first gap G1.
  • the ceiling wall 22 of the processing container 2 has a cylindrical body 223 that partially fills the space of the nozzle storage section 222, as shown in FIG.
  • the cylindrical body 223 suppresses the backflow of gas from the outside to the inside of the nozzle storage section 222, and suppresses reattachment of particles.
  • the cylindrical body 223 fills a part of the space of the nozzle storage part 222 to regulate the flow of gas from the nozzle 5 toward the substrate W, suppress the expansion of the gas flow, and move from the nozzle 5 toward the substrate W. Increase gas velocity. As a result, gas clusters are efficiently generated and particle removal efficiency is enhanced.
  • the nozzle 5 has a T-shaped cross section and has a shaft portion 55 and a flange portion 56 larger than the shaft portion 55 .
  • the shaft portion 55 is provided vertically, for example.
  • the flange portion 56 is provided horizontally on the upper end of the shaft portion 55 .
  • a gas supply chamber 52 is formed on the upper surface of the flange portion 56 , and an injection port 51 is formed on the lower surface of the shaft portion 55 .
  • the tubular body 223 surrounds the shaft portion 55 .
  • the cylindrical body 223 has, for example, a straight hole 282 into which the shaft portion 55 of the nozzle 5 is inserted, and a first tapered hole 283 that widens toward the substrate W from the straight hole 282 .
  • the cylindrical body 223 is in contact with the plate 27.
  • a second tapered hole 284 that widens toward the substrate W from the first tapered hole 283 is formed in the plate 27 .
  • a second tapered hole 284 is formed continuously from the first tapered hole 283 .
  • An outlet 281 of the through hole 28 is formed at the downstream end of the second tapered hole 284 .
  • the through hole 28 has a straight hole 282, a first tapered hole 283, and a second tapered hole 284 in this order from upstream to downstream.
  • the first tapered hole 283 and the second tapered hole 284 have a shape extending downstream from the tapered hole 54 of the nozzle 5, and suppress the expansion of the gas flow and the backflow of the gas.
  • the substrate processing apparatus 1 includes a rectifying ring 4 which surrounds the periphery of the substrate W held by the holding section 3 and regulates the gas flow at the periphery of the substrate W.
  • the rectifying ring 4 can block the flow of the gas that rolls back toward the peripheral edge of the substrate W, and can suppress redeposition of particles.
  • the rectifying ring 4 protrudes from the first main surface Wa of the substrate W toward the first facing surface 221 of the ceiling wall 22 and the second facing surface 271 of the plate 27 .
  • a third gap G3 is formed between the tip (for example, the upper end) of the rectifying ring 4 and the second facing surface 271 of the plate 27 .
  • the third gap G3 is narrower than the second gap G2.
  • the third gap G3 is narrow, the flow velocity of the gas flowing radially outward of the substrate W from the peripheral edge of the substrate W along the second facing surface 271 of the plate 27 is high, and the flow of the gas rolling back toward the peripheral edge of the substrate W is high. does not occur. Therefore, redeposition of particles can be suppressed.
  • the third gap G3 may be variable.
  • the rectifying ring 4 may be relatively movable with respect to the holder 3 in a direction perpendicular to the first main surface Wa of the substrate W (for example, the vertical direction).
  • the rectifying ring 4 forms two gas flows near the periphery of the substrate W, for example.
  • One flow is a flow parallel to the second facing surface 271 of the plate 27 and a flow directed radially outward of the substrate W from the peripheral edge of the substrate W.
  • FIG. Another flow is flow perpendicular to the second facing surface 271 of the plate 27 and through the gap formed between the peripheral edge of the substrate W and the rectifying ring 4 (eg downward flow).
  • the rectifying ring 4 has, for example, a vertical portion 41 perpendicular to the first main surface Wa of the substrate W and an inclined portion inclined to the first main surface Wa of the substrate W. 42 and .
  • the inclined portion 42 becomes farther from the first facing surface 221 of the ceiling wall 22 and the second facing surface 271 of the plate 27 toward the radially outer side of the substrate W.
  • the inclined portion 42 can smoothly change the direction of part of the gas flow along the second opposing surface 271 of the plate 27 to the gas flow away from the second opposing surface 271 of the plate 27 .
  • the rotation driving section 81 may rotate the rectifying ring 4 together with the holding section 3 .
  • the substrate W held by the holder 3 and the rectifying ring 4 can be rotated in the same direction at the same number of rotations.
  • a relative speed difference between the substrate W and the straightening ring 4 can be reduced, and rebounding of particles colliding with the straightening ring 4 can be suppressed. After colliding with the straightening ring 4 , the particles flow along the vertical portion 41 of the straightening ring 4 .
  • the plate 27, the cylindrical body 223, and the rectifying ring 4 are used to solve the three problems (1) to (3) above. Any one or more selected from the plate 27, the cylindrical body 223, and the rectifying ring 4 may be used.
  • the ceiling wall 22 is the opposite wall facing the first main surface Wa of the substrate W.
  • the nozzle 5 is arranged above the substrate W, but the technology of the present disclosure is not limited to this.
  • the holding part 3 may hold the substrate W vertically with the first main surface Wa of the substrate W facing sideways, and the side wall 24 may be a wall facing the first main surface Wa of the substrate W.
  • the nozzles 5 may be arranged laterally of the substrate W. FIG.
  • the holding part 3 may hold the substrate W horizontally with the first main surface Wa of the substrate W facing downward, and the bottom wall 23 is a facing wall facing the first main surface Wa of the substrate W.
  • the nozzle 5 may be positioned below the substrate W. FIG.

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Abstract

基板処理装置は、大気圧よりも低い圧力に減圧される処理室を内部に含む処理容器と、前記処理室にて基板を保持する保持部と、前記保持部で保持されている前記基板の第１主面に対してガスクラスターを照射すべく、ガスを噴射するノズルと、を備える。前記処理容器は、前記基板の前記第１主面に対向する第１対向面を含む対向壁と、前記対向壁の前記第１対向面の一部に設けられるプレートと、前記対向壁と前記プレートを貫通する貫通穴と、を有する。前記プレートは前記基板の前記第１主面に対向する第２対向面を有する。前記貫通穴は前記ガスの通路であって前記プレートの前記第２対向面に出口を有する。前記対向壁と前記基板の間に第１隙間が形成され、前記プレートと前記基板の間に第２隙間が形成され、前記第２隙間は前記第１隙間よりも狭い。

Description

基板処理装置、及び基板処理方法
　本開示は、基板処理装置、及び基板処理方法に関する。
　特許文献１に記載の加工方法は、反応性ガス（例えばＣｌＦ３ガス）と添加ガス（例えばＡｒガス）とからなる混合ガスをノズル出口から真空処理室に噴出させ、混合ガスの断熱膨張により反応性クラスタを生成し、この反応性クラスタで基板表面を加工する。
日本国特開２０１３－４６００１号公報
　本開示の一態様は、基板周辺のガスの流れを整え、基板に対するパーティクルの再付着を抑制する、技術を提供する。
　本開示の一態様に係る基板処理装置は、大気圧よりも低い圧力に減圧される処理室を内部に含む処理容器と、前記処理室にて基板を保持する保持部と、前記保持部で保持されている前記基板の第１主面に対してガスクラスターを照射すべく、ガスを噴射するノズルと、を備える。前記処理容器は、前記基板の前記第１主面に対向する第１対向面を含む対向壁と、前記対向壁の前記第１対向面の一部に設けられるプレートと、前記対向壁と前記プレートを貫通する貫通穴と、を有する。前記プレートは前記基板の前記第１主面に対向する第２対向面を有する。前記貫通穴は前記ガスの通路であって前記プレートの前記第２対向面に出口を有する。前記対向壁と前記基板の間に第１隙間が形成され、前記プレートと前記基板の間に第２隙間が形成され、前記第２隙間は前記第１隙間よりも狭い。
　本開示の一態様によれば、基板周辺のガスの流れを整え、基板に対するパーティクルの再付着を抑制することができる。
図１は、一実施形態に係る基板処理装置を示す図である。 図２は、図１の保持部の移動の一例を示す図である。 図３は、図１の一部を拡大した図であってガスの流れの一例を示す図である。 図４は、参考形態に係る基板処理装置のガスの流れを示す図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。尚、各図面において同一の又は対応する構成には同一の又は対応する符号を付し、説明を省略することがある。
　図１～図３を参照して、一実施形態に係る基板処理装置１について説明する。基板処理装置１は、基板Ｗの第１主面Ｗａにガスクラスターを照射することで、第１主面Ｗａに付着したパーティクルを除去する。基板Ｗは、例えばシリコンウェハである。基板Ｗは、化合物半導体ウェハ、サファイア基板、又はガラス基板であってもよい。基板Ｗは、第１主面Ｗａと、第１主面Ｗａとは反対向きの第２主面Ｗｂと、を有する。基板処理装置１は、例えば、図１に示すように、処理容器２と、保持部３と、ノズル５と、ガス供給部６と、減圧部７と、駆動部８と、制御部９とを備える。
　処理容器２は、減圧部７によって大気圧よりも低い圧力に減圧される処理室２１を内部に含む。処理容器２は、天井壁２２と、底壁２３と、側壁２４と、を有する。側壁２４は、枠状に形成される。側壁２４には、基板Ｗの搬入出口であるゲート２５が形成される。ゲート２５は、ゲートバルブ２６によって開閉される。
　保持部３は、処理室２１にて基板Ｗを保持する。保持部３は、例えば、基板Ｗの第１主面Ｗａを上に向けて、基板Ｗを水平に保持する。第１主面Ｗａは、ガスクラスターを照射する主面である。保持部３は、第１主面Ｗａの中心が後述する回転軸８２の中心線に一致するように、基板Ｗを保持する。
　ノズル５は、保持部３に保持されている基板Ｗに対してガスクラスターを照射すべく、ガスを噴射する噴射口５１を有する。ガスの噴射方向は、例えば基板Ｗの第１主面Ｗａに対して垂直な方向であり、例えば下方向である。ガスクラスターが第１主面Ｗａに対して垂直に衝突するので、第１主面Ｗａに予め形成された凹凸パターンのパターン倒壊を抑制できる。
　ノズル５は、例えば、図３に示すように、上流側から下流側（例えば上側から下側）に向けて、ガス供給室５２と、スロート５３と、テーパー穴５４と、をこの順番で有する。テーパー穴５４は、その下流端に、噴射口５１を有する。テーパー穴５４は、上流側から下流側に向かうほど、大きな直径を有する。
　ガスは、ガス供給室５２に供給された後、スロート５３を通過することにより加速され、噴射口５１から噴射される。噴射されたＣＯ２ガスは、予め減圧された処理室２１にて断熱膨張するので、凝縮温度まで冷却される。これにより、ＣＯ２分子同士がファンデルワールス力により結合し、ＣＯ２分子の集合体であるガスクラスターが形成される。
　ガスクラスターは、基板Ｗの第１主面Ｗａに付着したパーティクルに衝突し、パーティクルを吹き飛ばす。ガスクラスターは、パーティクルに直接衝突せずに第１主面Ｗａに衝突することでも、衝突する位置周辺のパーティクルを吹き飛ばすことができる。ガスクラスターは、衝突によって高温になるので、バラバラに分解され、底壁２３の排気口２３１から排気される。排気口２３１は、例えばノズル５に対向する位置、具体的にはノズル５の真下に設けられる。なお、排気口２３１の位置は特に限定されない。
　ガス供給部６は、ガスクラスターを形成する原料ガスをノズル５に供給する。原料ガスは、ノズル５から噴射され、予め減圧された処理室２１で断熱膨張することで、凝縮温度まで冷却され、分子または原子の集合体であるガスクラスターを形成する。原料ガスは、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）ガスおよびアルゴン（Ａｒ）ガスから選ばれる少なくとも１つ以上のガスを含む。
　ガス供給部６は、原料ガスとキャリアガスの混合ガスをノズル５に供給してもよい。キャリアガスは、原料ガスよりも小さな分子量または原子量を有する。それゆえ、キャリアガスは、原料ガスよりも高い凝縮温度を有する。従って、キャリアガスは、ガスクラスターを形成しない。キャリアガスは、例えば水素（Ｈ２）ガスおよびヘリウム（Ｈｅ）ガスから選ばれる少なくとも１つ以上のガスを含む。
　キャリアガスは、原料ガスの分圧を下げることで、ノズル５の内部での原料ガスの液化を抑制する。また、キャリアガスは、ノズル５に対するガスの供給圧を所望の気圧まで高めることで、原料ガスの加速を高め、ガスクラスターの成長を促す。本実施形態では原料ガスとしてＣＯ２ガスが用いられ、キャリアガスとしてＨ２ガスが用いられるが、その組み合わせは特に限定されない。
　ガスクラスターのサイズは、例えば、（Ａ）ガス供給室５２のガス圧、（Ｂ）原料ガスとキャリアガスとの流量比、（Ｃ）処理室２１のガス圧などで調整できる。ガスクラスターのサイズが小さ過ぎると、パーティクルの除去効率が低過ぎる。一方、ガスクラスターのサイズが大き過ぎると、基板Ｗの第１主面Ｗａに予め形成された凹凸パターンが倒壊する。
　減圧部７は、処理室２１を大気圧よりも低い圧力に減圧する。図示しないが、減圧部７は、例えば、処理室２１のガスを吸引する吸引ポンプと、底壁２３の排気口２３１と吸引ポンプを接続する吸引ラインと、吸引ラインの途中に設けられる圧力制御器とを有する。圧力制御器は、制御部９による制御下で、処理室２１のガス圧を調整する。ガスクラスターを基板Ｗに照射する際に、処理室２１のガス圧は例えば５Ｐａ～１２０Ｐａに制御される。
　駆動部８は、図１及び図２に示すように、保持部３を回転させる回転駆動部８１を有する。基板Ｗの第１主面Ｗａの中心が回転軸８２の中心線に一致するように、保持部３が基板Ｗを保持する。回転駆動部８１は、回転軸８２の中心線を中心に保持部３を回転させる。これにより、基板Ｗの第１主面Ｗａにおけるガスクラスターの照射位置を、基板Ｗの周方向に移動できる。
　駆動部８は、保持部３を移動させる移動駆動部８３を有する。移動駆動部８３は、回転軸８２の中心線に直交する方向に保持部３を移動させることで、基板Ｗの径方向にノズル５と保持部３を相対的に移動させる。これにより、基板Ｗの第１主面Ｗａにおけるガスクラスターの照射位置を、基板Ｗの径方向に移動できる。
　移動駆動部８３は、例えば、不図示のアームを旋回させることで、回転軸８２の中心線に直交する方向に保持部３を移動させる。なお、移動駆動部８３は、アームを旋回させる代わりに、ガイドレールに沿って保持部３を移動させてもよい。
　回転駆動部８１は基板Ｗの周方向にガスクラスターの照射位置を移動し、移動駆動部８３は基板Ｗの径方向にガスクラスターの照射位置を移動する。よって、基板Ｗの第１主面Ｗａ全体にガスクラスターを照射することができる。
　なお、本実施形態では、ノズル５が処理容器２に対して固定されるが、処理容器２の内部に移動可能に設けられてもよい。この場合、保持部３の代わりにノズル５を移動させることで、基板Ｗの第１主面Ｗａにおけるガスクラスターの照射位置を、基板Ｗの径方向に移動させることも可能である。
　制御部９は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）９１と、メモリなどの記憶媒体９２とを備える。記憶媒体９２には、基板処理装置１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部９は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、基板処理装置１の動作を制御する。
　次に、図４を参照して、参考形態に係る基板処理装置１の課題について説明する。処理容器２の天井壁２２は、基板Ｗの第１主面Ｗａに対向する第１対向面２２１を有する。天井壁２２の第１対向面２２１と、基板Ｗの第１主面Ｗａとは、平行であって、第１隙間Ｇ１を形成する。第１隙間Ｇ１は、基板Ｗの搬入出作業の作業性などを考慮して決められる。
　天井壁２２は、ノズル格納部２２２を有する。ノズル格納部２２２は、ノズル５を格納する空間である。ノズル５は例えばＴ字状の断面形状を有し、ノズル格納部２２２は例えば長方形状の断面形状を有する。ノズル５の噴射口５１と基板Ｗの第１主面Ｗａの距離は、パーティクルの除去効率を考慮して決められ、最適な距離に調節される。
　ノズル５は、基板Ｗの第１主面Ｗａに対して垂直にガスを噴射する。ガスは、基板Ｗの第１主面Ｗａに衝突することで向きを変える。ガスは、基板Ｗに衝突する位置（つまり、ガスクラスターの照射位置）から基板Ｗの第１主面Ｗａに沿って放射状に広がる。ガスは、第１主面Ｗａの周縁よりも外側に流れると、底壁２３の排気口２３１に向けて下方に流れる。
　参考形態に係る基板処理装置１の課題として、下記（１）～（３）が挙げられる。（１）第１隙間Ｇ１の大きさが大きく、第１隙間Ｇ１には、ガスクラスターの照射位置から遠ざかるガスの流れだけではなく、ガスクラスターの照射位置に向けて逆流するガスの流れも形成されてしまう（図４の破線Ａ１参照）。逆流するガスの流れは、ガスクラスターの照射位置で基板Ｗから脱離したパーティクルの排出を妨げる。その結果、パーティクルが基板Ｗの第１主面Ｗａに再付着してしまう。
　（２）ノズル格納部２２２の大きさがノズル５の大きさよりも大きく、ノズル格納部２２２に余剰空間が存在し、ノズル格納部２２２の外部から内部にガスが逆流してしまう（図４の破線Ａ２参照）。逆流するガスの流れは、基板Ｗから脱離したパーティクルの排出を妨げる。その結果、パーティクルが基板Ｗの第１主面Ｗａに再付着してしまう。
　（３）処理室２１に余剰空間が存在し、ガスクラスターの照射位置に向けて巻き戻るガスの流れが形成されてしまう（図４の破線Ａ３参照）。巻き戻るガスの流れは、基板Ｗから脱離したパーティクルの排出を妨げる。その結果、パーティクルが基板Ｗの第１主面Ｗａに再付着してしまう。
　上記（３）の課題は、ノズル５が固定されずノズル５が基板Ｗの径方向に移動する場合にも生じるが、ノズル５が固定され保持部３が移動する場合に顕著である。保持部３が移動できるように、処理室２１の大きさが大きく設定されるからである。
　本実施形態に係る処理容器２は、上記（１）の課題を解決すべく、図３に示すように、天井壁２２の第１対向面２２１の一部に設けられるプレート２７と、天井壁２２とプレート２７を貫通する貫通穴２８と、を有する。プレート２７は、天井壁２２の第１対向面２２１の一部に設けられるので、基板Ｗの搬入出作業の作業性を損なわない。基板Ｗの搬入出作業は、図示しないが上方から見たときに基板Ｗの全体がプレート２７と重ならない位置（プレート２７の外側の位置）で行われることが好ましい。プレート２７は、天井壁２２に対して着脱可能であってもよい。
　プレート２７は、基板Ｗの第１主面Ｗａに対向する第２対向面２７１を有する。プレート２７の第２対向面２７１と、基板Ｗの第１主面Ｗａとは、平行であって、第２隙間Ｇ２を形成する。貫通穴２８は、ガスの通路であって、プレート２７の第２対向面２７１に出口２８１を有する。貫通穴２８の出口２８１は第２隙間Ｇ２に面している。第２隙間Ｇ２は、第１隙間Ｇ１よりも狭い。
　移動駆動部８３は、保持部３を搬入出位置と処理位置との間で移動させる。搬入出位置は、保持部３に対する基板Ｗの着脱が行われる位置であって、好ましくは上方から見たときに基板Ｗの全体がプレート２７と重ならない位置（プレート２７の外側の位置）である。処理位置は、基板Ｗに対するガスクラスターの照射が行われる位置であって、基板Ｗの第１主面Ｗａの少なくとも一部がプレート２７の第２対向面２７１との間に第２隙間Ｇ２を形成する位置である。
　第２隙間Ｇ２が狭く、ガスクラスターの照射位置から遠ざかるガスの流速が速く、ガスクラスターの照射位置に向けて逆流するガスの流れが発生しない。その結果、ガスクラスターの照射位置で基板Ｗから脱離したパーティクルを速やかに排出でき、パーティクルが基板Ｗの第１主面Ｗａに再付着するのを抑制できる。従って、基板Ｗに付着するパーティクルの数を低減できる。
　第２隙間Ｇ２の大きさは、例えば２０ｍｍ以下であり、好ましくは１５ｍｍ以下である。第２隙間Ｇ２の大きさは、基板Ｗの第１主面Ｗａに直交する方向に計測する。第２隙間Ｇ２の大きさが２０ｍｍ以下であれば、ガスクラスターの照射位置から遠ざかるガスの流速が十分に速い。第２隙間Ｇ２の大きさは、好ましくは１ｍｍ以上であり、より好ましくは５ｍｍ以上である。
　第２対向面２７１の周縁と貫通穴２８の出口２８１の中心との距離Ｄは、第２対向面２７１の周縁全体に亘って、例えば５０ｍｍ以上である。距離Ｄが５０ｍｍ以上であれば、ガスクラスターの照射位置の周辺での、ガスの逆流を抑制でき、パーティクルの再付着を抑制できる。
　第２対向面２７１の周縁は、本実施形態では円形であるが、四角形であってもよく、その形状は特に限定されない。距離Ｄが５０ｍｍ以上であればよい。距離Ｄは、基板Ｗの直径（例えば３００ｍｍ）以上であってもよい。距離Ｄは、好ましくは４００ｍｍ以下である。
　プレート２７は、その周縁に、貫通穴２８の中心線から離れるほど天井壁２２の第１対向面２２１に近づくテーパー面２７２を有する。テーパー面２７２は、第１対向面２２１に対して傾斜しており、第２隙間Ｇ２から第１隙間Ｇ１に向けて徐々にガスの流れを広くする。ガスの流れの幅を連続的に変えることで、ガスの流れの乱れを抑制できる。
　本実施形態に係る処理容器２の天井壁２２は、上記（２）の課題を解決すべく、図３に示すように、ノズル格納部２２２の一部の空間を埋める筒状体２２３を有する。筒状体２２３は、ノズル格納部２２２の外部から内部にガスが逆流するのを抑制し、パーティクルの再付着を抑制する。
　筒状体２２３は、ノズル格納部２２２の一部の空間を埋めることで、ノズル５から基板Ｗに向かうガスの流れを整え、ガスの流れの広がりを抑制すると共に、ノズル５から基板Ｗに向かうガスの流速を速める。これにより、ガスクラスターを効率的に生成し、パーティクルの除去効率を高める。
　ノズル５は、Ｔ字状の断面形状を有し、軸部５５と軸部５５よりも大きいフランジ部５６とを有する。軸部５５は、例えば鉛直に設けられる。フランジ部５６は、軸部５５の上端に水平に設けられる。フランジ部５６の上面にはガス供給室５２が形成され、軸部５５の下面には噴射口５１が形成される。
　筒状体２２３は、軸部５５を取り囲む。筒状体２２３には、例えば、ノズル５の軸部５５が挿入されるストレート穴２８２と、ストレート穴２８２から基板Ｗに向かって広がる第１テーパー穴２８３と、が形成されている。
　筒状体２２３は、プレート２７に接している。プレート２７には、第１テーパー穴２８３から基板Ｗに向かって広がる第２テーパー穴２８４が形成されている。第２テーパー穴２８４は、第１テーパー穴２８３から連続的に形成される。第２テーパー穴２８４の下流端に、貫通穴２８の出口２８１が形成される。
　貫通穴２８は、上流側から下流側に向けて、ストレート穴２８２と、第１テーパー穴２８３と、第２テーパー穴２８４とをこの順番で有する。第１テーパー穴２８３と第２テーパー穴２８４は、ノズル５のテーパー穴５４を下流に向けて延長した形状を有し、ガスの流れの広がりを抑制すると共に、ガスの逆流を抑制する。
　本実施形態に係る基板処理装置１は、上記（３）の課題を解決すべく、保持部３により保持されている基板Ｗの周縁を囲み、基板Ｗの周縁におけるガスの流れを整える整流リング４を備える。整流リング４は、基板Ｗの周縁に向けて巻き戻るガスの流れを遮ることができ、パーティクルの再付着を抑制できる。
　整流リング４は、基板Ｗの第１主面Ｗａよりも、天井壁２２の第１対向面２２１及びプレート２７の第２対向面２７１に向けて突出している。整流リング４の先端（例えば上端）とプレート２７の第２対向面２７１の間に、第３隙間Ｇ３が形成される。第３隙間Ｇ３は第２隙間Ｇ２よりも狭い。
　第３隙間Ｇ３が狭く、プレート２７の第２対向面２７１に沿って基板Ｗの周縁から基板Ｗの径方向外側に向かうガスの流速が速く、基板Ｗの周縁に向けて巻き戻るガスの流れが発生しない。よって、パーティクルの再付着を抑制できる。なお、第３隙間Ｇ３が可変であってもよい。具体的には、基板Ｗの第１主面Ｗａと直交する方向（例えば鉛直方向）に、保持部３に対して整流リング４が相対的に移動可能であってもよい。
　整流リング４は、例えば、基板Ｗの周縁付近に、ガスの流れを２つ形成する。１つの流れは、プレート２７の第２対向面２７１に対して平行な流れであって、基板Ｗの周縁から基板Ｗの径方向外側に向かう流れである。別の流れは、プレート２７の第２対向面２７１に対して垂直な流れであって、基板Ｗの周縁と整流リング４の間に形成される隙間を通る流れ（例えば下向きの流れ）である。
　整流リング４は、図１及び図２に示すように、例えば、基板Ｗの第１主面Ｗａに対して垂直な垂直部４１と、基板Ｗの第１主面Ｗａに対して傾斜した傾斜部４２と、を有する。傾斜部４２は、基板Ｗの径方向外側に向かうほど、天井壁２２の第１対向面２２１及びプレート２７の第２対向面２７１から遠ざかる。傾斜部４２は、プレート２７の第２対向面２７１に沿ったガスの流れの一部を、プレート２７の第２対向面２７１から遠ざかるガスの流れに、円滑に方向転換できる。
　回転駆動部８１は、保持部３と共に整流リング４を回転させてもよい。保持部３に保持されている基板Ｗと整流リング４とを、同じ方向に、同じ回転数で回転させることができる。基板Ｗと整流リング４との相対的な速度差を低減でき、整流リング４に衝突するパーティクルの跳ね返りを抑制できる。パーティクルは、整流リング４に衝突した後、整流リング４の垂直部４１に沿って流れる。
　本実施形態では上記（１）～（３）の３つの課題を解決すべくプレート２７と筒状体２２３と整流リング４が用いられるが、上記（１）～（３）のうちの１つ以上の課題を解決できればよく、プレート２７と筒状体２２３と整流リング４から選ばれる１つ以上が用いられればよい。
　なお、本実施形態では保持部３は基板Ｗの第１主面Ｗａを上に向けて基板Ｗを水平に保持するので、天井壁２２が基板Ｗの第１主面Ｗａに対向する対向壁であり、ノズル５は基板Ｗの上方に配置されるが、本開示の技術はこれに限定されない。
　例えば、保持部３は基板Ｗの第１主面Ｗａを横に向けて基板Ｗを鉛直に立てて保持してもよく、側壁２４が基板Ｗの第１主面Ｗａに対向する対向壁であってもよく、ノズル５は基板Ｗの側方に配置されてもよい。
　また、保持部３は基板Ｗの第１主面Ｗａを下に向けて基板Ｗを水平に保持してもよく、底壁２３が基板Ｗの第１主面Ｗａに対向する対向壁であってもよく、ノズル５は基板Ｗの下方に配置されてもよい。
　以上、本開示に係る基板処理装置、及び基板処理方法の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、および組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。
　本出願は、２０２１年９月１３日に日本国特許庁に出願した特願２０２１－１４８４９５号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０２１－１４８４９５号の全内容を本出願に援用する。
１　　基板処理装置
２　　処理容器
２１　処理室
２２　天井壁（対向壁）
２２１　第１対向面
２７　プレート
２８　貫通穴
３　　保持部
５　　ノズル
Ｗ　　基板
Ｗａ　第１主面

Claims (13)

  1. 　大気圧よりも低い圧力に減圧される処理室を内部に含む処理容器と、前記処理室にて基板を保持する保持部と、前記保持部で保持されている前記基板の第１主面に対してガスクラスターを照射すべく、ガスを噴射するノズルと、を備え、
    　前記処理容器は、前記基板の前記第１主面に対向する第１対向面を含む対向壁と、前記対向壁の前記第１対向面の一部に設けられるプレートと、前記対向壁と前記プレートを貫通する貫通穴と、を有し、
    　前記プレートは前記基板の前記第１主面に対向する第２対向面を有し、前記貫通穴は前記ガスの通路であって前記プレートの前記第２対向面に出口を有し、前記対向壁と前記基板の間に第１隙間が形成され、前記プレートと前記基板の間に第２隙間が形成され、前記第２隙間は前記第１隙間よりも狭い、基板処理装置。
  2. 　前記第２隙間の大きさは、２０ｍｍ以下である、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 　前記第２対向面の周縁と前記貫通穴の前記出口の中心との距離は、前記第２対向面の周縁全体に亘って、５０ｍｍ以上である、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 　前記プレートは、その周縁に、前記貫通穴の中心線から離れるほど前記対向壁の前記第１対向面に近づくテーパー面を有する、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  5. 　前記ノズルは、上流側から下流側に向かって広がるテーパー穴を有し、
    　前記貫通穴は、前記ノズルの前記テーパー穴を下流に向けて延長した形状のテーパー穴を有する、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  6. 　前記保持部を回転させる駆動部を備える、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  7. 　前記保持部により保持されている前記基板の周縁を囲み、前記基板の周縁における前記ガスの流れを整える整流リングを備える、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  8. 　前記整流リングと前記プレートの間に第３隙間が形成され、前記第３隙間は前記第２隙間よりも狭い、請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 　前記保持部と共に前記整流リングを回転させる駆動部を備える、請求項７に記載の基板処理装置。
  10. 　大気圧よりも低い圧力に減圧される処理室を内部に含む処理容器と、
    　前記処理室にて基板を保持する保持部と、
    　前記保持部により保持されている前記基板の第１主面に対してガスクラスターを照射すべく、ガスを噴射するノズルと、
    　前記保持部により保持されている前記基板の周縁を囲み、前記基板の周縁における前記ガスの流れを整える整流リングと、
    を備える、基板処理装置。
  11. 　前記処理容器は、前記保持部により保持されている前記基板に対向する第１対向面を含む対向壁を有し、
    　前記整流リングは、前記基板の前記第１主面よりも、前記対向壁の前記第１対向面に向けて突出している、請求項１０に記載の基板処理装置。
  12. 　前記保持部と共に前記整流リングを回転させる駆動部を備える、請求項１０又は１１に記載の基板処理装置。
  13. 　請求項１、２、１０及び１１のいずれか１項に記載の基板処理装置を用いて、前記基板に対して前記ガスクラスターを照射することを含む、基板処理方法。
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