WO2024018986A1 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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WO2024018986A1
WO2024018986A1 PCT/JP2023/025854 JP2023025854W WO2024018986A1 WO 2024018986 A1 WO2024018986 A1 WO 2024018986A1 JP 2023025854 W JP2023025854 W JP 2023025854W WO 2024018986 A1 WO2024018986 A1 WO 2024018986A1
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WO
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substrate
vacuum
cleaning
unit
transfer
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/025854
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English (en)
French (fr)
Inventor
仁 小杉
常長 中島
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 東京エレクトロン株式会社 filed Critical 東京エレクトロン株式会社
Publication of WO2024018986A1 publication Critical patent/WO2024018986A1/ja

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Definitions

  • the present disclosure relates to a substrate processing apparatus and a substrate processing method.
  • gas cluster cleaning is a technique for removing contaminants such as chemical residue and minute particles after wet processing.
  • Gas cluster cleaning is a process in which gas clusters are caused to collide with deposits (contaminants such as particles) on the substrate surface at high speed and are removed by physical force. Gas cluster cleaning can remove minute contaminants on the substrate surface that cannot be removed by wet processes, and is therefore expected to be further developed in the future.
  • gas cluster cleaning gas clusters irradiated from a nozzle located directly above the substrate are incident on the substrate approximately perpendicularly. Therefore, although it is good at removing substances attached to horizontal surfaces, it is not good at removing deep holes, trenches, and defects inside 3D structures.
  • Patent Document 1 discloses a technique for improving the removal efficiency of particles inside pattern recesses by optimizing the particle size of gas clusters based on particle information.
  • Patent Document 2 describes dry cleaning a substrate that has been wet cleaned in the process of manufacturing a semiconductor device.
  • a wet-cleaned substrate is first subjected to a first thermal treatment in a high vacuum atmosphere at a temperature of 600° C. to 800° C. and a pressure of 1 ⁇ 10 ⁇ 6 Pa to 1 ⁇ 10 ⁇ 8 Pa. Cleaning is performed to remove the oxide film remaining on the substrate.
  • a second thermal cleaning is performed in a hydrogen atmosphere at a temperature of 750 to 800°C (800 to 900°C in some cases) and a pressure of 133.3 to 1000 Pa to remove contamination such as carbon.
  • Patent Document 2 The dry cleaning in Patent Document 2 is performed as a pretreatment for the step of epitaxially growing a crystal layer on a substrate from which an oxide film has been removed, and at least the second thermal cleaning in a hydrogen atmosphere and the epitaxial growth step are performed in the same chamber. is carried out continuously.
  • the present disclosure provides a technique for efficiently removing deposits (particles and their causative substances) on the surface of a substrate (including the surface of pattern recesses) by dry cleaning.
  • a substrate processing apparatus includes a container mounting table on which a substrate transport container that accommodates a substrate is placed, and a loading/unloading/unloading of the substrate stored in the substrate transport container placed on the container mounting table.
  • a dry cleaning block comprising a loading/unloading block equipped with a substrate transfer device for performing dry cleaning, and a plurality of processing units for dry cleaning substrates under a reduced pressure atmosphere, the dry cleaning block comprising: The dry cleaning block is provided with a reduced pressure transfer device for transferring substrates, and the load is provided with at least one load lock unit that connects the loading/unloading block in a normal pressure atmosphere and the dry cleaning block in a reduced pressure atmosphere.
  • the dry cleaning block includes, as the plurality of processing units, at least one vacuum baking unit that removes deposits attached to the surface of the substrate by heating the substrate under a reduced pressure atmosphere; and at least one gas cluster cleaning unit that removes deposits attached to the surface of the substrate by irradiating the surface of the substrate with gas cluster under a reduced pressure atmosphere.
  • deposits on the surface of the substrate can be efficiently removed by dry cleaning.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a substrate processing system according to an embodiment of a substrate processing apparatus.
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view showing a configuration example of a first cleaning area of a dry cleaning block of the substrate processing system of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view showing an example of the configuration of a vacuum baking unit provided in a first cleaning area.
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view showing an example of the configuration of a gas cluster cleaning unit provided in a second cleaning area of a dry cleaning block of the substrate processing system of FIG. 1.
  • FIG. FIG. 5 is a schematic vertical sectional view showing an example of a configuration of a nozzle of the gas cluster cleaning unit shown in FIG. 4.
  • FIG. 3 schematically shows a COX diagram for explaining a method for determining processing conditions for vacuum baking.
  • 2 is a graph showing an example of changes in the pressure around a substrate and the temperature of the substrate in a series of processing steps performed in the substrate processing system of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a modified embodiment of a substrate processing system.
  • the substrate processing system 1 includes a loading/unloading block 2, a load lock block 3, and a dry cleaning block (processing block) 4.
  • the carry-in/out block 2 has a carrier placement area 11 and a substrate transfer area 12.
  • the loading/unloading block 2 is in a normal pressure (atmospheric pressure) atmosphere, and is normally filled with clean room air.
  • the carrier mounting area 11 is also called a load port, and is provided with a container mounting table on which a plurality of carriers C (substrate transport containers) can be mounted.
  • Each carrier C accommodates a plurality of substrates W (for example, semiconductor wafers) in a horizontal position at regular intervals in the vertical direction.
  • a substrate transfer device 13 is provided in the substrate transfer area 12.
  • the substrate transfer device 13 can be configured as, for example, an articulated transfer robot, and has, for example, a fork-shaped substrate holder that holds the substrate W as an end effector.
  • the substrate transport device 13 can take out the substrate W from any carrier C placed on the carrier placement area 11.
  • the load lock block 3 has a role as an interface between the loading/unloading block 2 in a normal pressure atmosphere and the dry cleaning block 4 in a vacuum (reduced pressure) atmosphere.
  • a first load lock unit 141 and a second load lock unit 142 are provided side by side in the horizontal direction (Y direction).
  • Each load-lock unit (141, 142) includes a load-lock chamber configured as a vacuum container, a substrate mounting table provided in the load-lock chamber for temporarily mounting a substrate W, and a loading/unloading block 2.
  • the gate valve GV1 on the side (high pressure side) and the gate valve GV2 on the dry cleaning block 4 side (low pressure side) adjust the pressure inside the load lock chamber between the loading/unloading block 2 side pressure and the dry cleaning block 4 side pressure. and a pressure regulating device (not shown).
  • the pressure regulating device includes at least a vacuum pump that evacuates the inside of the load lock chamber, and a gas introduction mechanism that introduces gas (for example, air) into the load lock chamber to release the vacuum state.
  • the load lock unit is widely used in semiconductor manufacturing equipment having a vacuum (reduced pressure) transfer system, and a detailed explanation of its structure and function will be omitted.
  • the second load lock unit 142 is provided with a temperature regulator (142b (schematically shown only in FIG. 1)) that regulates the temperature of the substrate W.
  • the temperature controller includes, for example, a heater built into a substrate mounting table (142a (schematically shown only in FIG. 1)).
  • the first load lock unit 141 is not provided with such a temperature controller.
  • first load lock unit 141 and the second load lock unit 142 may be stacked in the vertical direction (Z direction).
  • the dry cleaning block 4 includes a first cleaning area 30 in which a plurality of vacuum baking units 34 are provided, a second cleaning area 40 in which a plurality of gas cluster cleaning units 41 are provided, and a first cleaning area 30 and a second cleaning area. It has a transport area 15 provided between the transport area 20 and the transport area 15 .
  • the transport area 15 is provided with a substrate transport device 16 (hereinafter referred to as "reduced pressure transport device 16" for distinction) that transports the substrate W under a reduced pressure atmosphere.
  • the reduced pressure transfer device 16 can be configured as, for example, a multi-axis transfer robot, and has, for example, a fork-shaped substrate holder that holds the substrate W as an end effector.
  • the first cleaning area 30 includes a transfer section 31, a vacuum transfer section 32, and a vacuum bake section 33.
  • the delivery section 31 is provided with a first delivery unit (TRS) 311 and a second delivery unit (TRS) 312.
  • the first delivery unit 311 and the second delivery unit 312 are stacked vertically, for example, the first delivery unit 311 is on the upper side and the second delivery unit 312 is on the lower side.
  • the first delivery unit 311 is used when transporting the substrate W from the transport area 15 to the first cleaning area 30, and the second transport unit 312 is used when transporting the substrate W from the first cleaning area 30 to the transport area 15. used for.
  • a substrate mounting table on which a substrate W can be temporarily placed is provided inside each delivery unit (311, 312).
  • a cooler (312b (schematically shown only in FIG. 1)) for cooling the substrate W is provided on the substrate mounting table (312a (schematically shown only in FIG. 1)) of the second transfer unit 312.
  • the first delivery unit 312 is not provided with such a temperature controller (not only a cooler but also a heater).
  • the vacuum transfer section 32 includes a vacuum transfer chamber 321 and a vacuum transfer machine 322 installed within the vacuum transfer chamber 321.
  • the vacuum transfer machine 322 can be configured as, for example, an articulated transfer robot, and has, for example, a fork-shaped substrate holder that holds the substrate W as an end effector.
  • a loading/unloading entrance G1 for the substrate W is provided in the portions of the first transfer unit 311 and the second transfer unit 312 facing the transfer area 15.
  • a loading/unloading port G2 for the substrate W is provided at the connection portion of the first transfer unit 311 and the second transfer unit 312 with the wall of the vacuum transfer chamber 321.
  • the carry-in/out entrance G1 and the carry-in/out entrance G2 may be simply openings that are always open.
  • the vacuum baking section 33 is provided with a plurality of vacuum baking units (BAKE) 34.
  • the plurality of vacuum baking units 34 are lined up in the vertical direction.
  • the vacuum bake unit 34 has a vacuum chamber 341 having a generally rectangular parallelepiped shape.
  • the vacuum chamber 341 is hermetically connected to the wall of the vacuum transfer chamber 321.
  • the vacuum chamber 341 has a substrate W loading/unloading port 342 provided with a gate valve GV3 in a connection area with the vacuum transfer chamber 321.
  • a heater 343 is provided on the ceiling wall 3411 and bottom wall 3412 of the vacuum chamber 341.
  • the heater 343 is, for example, a lamp heater.
  • Examples of the lamp heater include a UV heater and an LED heater.
  • the lamp heater is provided so that the front and back surfaces of the substrate W are uniformly irradiated with lamp light.
  • the top surface of the bottom wall 3412 is provided with a plurality (eg, three) of stationary support pins 344 extending upwardly therefrom.
  • the substrate W carried into the vacuum chamber 341 is supported by support pins 344 and heated by radiant heat from the heater 343 .
  • a radiation thermometer 345 is provided on the bottom wall 3412. The temperature of the substrate W is controlled by controlling the output of the heater 343 based on the deviation between the actual temperature of the substrate W measured by the radiation thermometer 345 and the target temperature.
  • An exhaust port 346 and an air supply port 347 are provided in the bottom wall 3412 of the vacuum chamber 341, preferably in the center of the bottom wall 3412. By providing the exhaust port 346 and the air supply port 347 below the central portion of the substrate W, the airflow within the vacuum chamber 341 during exhaust and air supply can be made uniform.
  • the exhaust port 346 is connected to an exhaust line 3461 in which an on-off valve 3462 and a vacuum pump (here, a turbo molecular pump TMP) are interposed.
  • a vacuum pump here, a turbo molecular pump TMP
  • the internal space of the entire transfer area 15, the internal space of the first and second transfer units 311, 312 in the first cleaning area 30, and the internal space of the vacuum transfer chamber 321 of the vacuum transfer section 32 are (Here, the rotary pump RP) constantly maintains a medium vacuum (for example, about 1 Pa).
  • the transfer area 15 is surrounded by an airtight housing wall
  • the vacuum transfer chamber 321 is surrounded by an airtight housing wall
  • the first and second transfer units 311 and 312 are provided with a substrate mounting table. It has an airtight housing wall surrounding it.
  • the first and second delivery units 311 and 312 are hermetically connected to the transfer area 15 via the carry-out port G1, and are also hermetically connected to the vacuum transfer chamber 321 via the carry-out port G2. .
  • the rotary pump RP is connected to the vacuum transfer chamber 321 instead of being connected to the vacuum transfer chamber 321. It may also be connected to the conveyance area 15 as shown at the right end of FIG. It is also possible to connect separate rotary pumps RP to the first cleaning area 30 and the transport area 15.
  • the pressure within the vacuum transfer chamber 321 is always maintained at medium vacuum (approximately 1 Pa), the pressure within the vacuum chamber 341 connected thereto will not rise higher than this. For this reason, there is no need to provide a rough pump together with the turbo molecular pump TMP for suctioning the vacuum chamber 341.
  • the air supply port 347 is connected to a gas supply source 3473 (for example, a nitrogen gas supply source) via an air supply line 3471 in which an on-off valve 3472 is provided.
  • a gas supply source 3473 for example, a nitrogen gas supply source
  • an on-off valve 3472 is provided.
  • the pressure within the vacuum chamber 341 can be detected by a pressure sensor 348.
  • the detected value of the pressure sensor 348 can be used, for example, to control when the pressure inside the vacuum chamber 341 is set to high vacuum and when the pressure is returned to medium vacuum.
  • the reduced-pressure transport device 16 in the transport area 15 can transport substrates W into and out of these load lock units via the transport entrance G1 of the first delivery unit 311 and the second delivery unit 312.
  • the vacuum transport machine 322 of the vacuum transport section 32 can transport the substrate W into and from the load lock units via the transport entrance G2 of the first delivery unit 311 and the second delivery unit 312.
  • the vacuum transfer machine 322 of the vacuum transfer section 32 can carry substrates W into and out of all the vacuum baking units 34 of the vacuum baking section 33 .
  • the second cleaning area 40 has a plurality of gas cluster cleaning units 41.
  • the gas cluster cleaning unit 41 it is possible to use an appropriate publicly known unit, and for example, the gas cluster cleaning unit 41 disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-175681 (Patent Document 1), which is an earlier application filed by the applicant and his co-applicants, can be used. can be used.
  • the gas cluster cleaning unit 41 includes a vacuum chamber 42 .
  • a mounting table 43 for mounting the substrate W is arranged within the vacuum chamber 42 .
  • a cylindrical protrusion 44 is formed in the center of the ceiling wall of the vacuum chamber 42, and a nozzle 45 is provided within the protrusion 44.
  • One side of the vacuum chamber 42 is provided with a loading/unloading port 46 for the substrate W provided with a gate valve GV4.
  • the reduced pressure transfer device 16 in the transfer area 15 can enter the vacuum chamber 42 through the transfer port 46 with the gate valve GV4 opened, and place the substrate W on the mounting table 43.
  • a lift pin (not shown) that passes through the mounting table 43 and is movable up and down (such a configuration is well known in the field of semiconductor manufacturing equipment) is provided to move the substrate W between the reduced pressure transfer device 16 and the mounting table 43. You may assist with the delivery.
  • Connected to the bottom of the vacuum chamber 42 is an exhaust pipe 47 in which a pressure regulating valve 48 and a vacuum pump 49 are sequentially provided.
  • the mounting table 43 is movable in the X direction and the Y direction by a horizontal movement mechanism 50 having a configuration similar to an XY table. By moving the mounting table 43 using the horizontal movement mechanism 50, the gas cluster irradiated from the nozzle 45 can be applied to any position on the surface of the substrate W supported by the mounting table 43.
  • the mounting table 43 may be provided with a temperature control mechanism (not shown) for controlling the temperature of the substrate W supported by the mounting table 43.
  • the nozzle 45 discharges cleaning gas toward the substrate W supported on the mounting table 43 from a pressure region higher than the pressure in the space near the substrate W in the vacuum chamber 42 .
  • the discharged gas expands adiabatically and generates gas clusters, which are collections of atoms or molecules of the cleaning gas.
  • the nozzle 45 includes a substantially cylindrical pressure chamber 451.
  • An orifice portion 452 having an opening diameter of, for example, about 0.1 mm is provided at the lower end of the pressure chamber 451, and a gas diffusion portion 453 whose diameter increases downward is connected to the orifice portion 452.
  • the nozzle 45 is provided so as to irradiate the gas cluster onto the surface of the substrate W approximately perpendicularly.
  • approximately perpendicular irradiation means, as shown in FIG. is within the range of 90 degrees ⁇ 15 degrees.
  • a configuration may be adopted in which the gas clusters discharged from the nozzle 45 are ionized midway through, and the course is further bent by a bending mechanism. In this case, it is sufficient that the angle between the direction vector of the path of the gas cluster after bending and the surface of the substrate W is in the range of 90 degrees ⁇ 15 degrees.
  • the downstream end of the gas supply path 6 is connected to the upper end of the pressure chamber 451 of the nozzle 45 .
  • a pressure control valve 61 is provided in the gas supply path 6 .
  • a carbon dioxide (CO2) gas supply path 62 and a helium (He) gas supply path 63 are connected to the upstream end of the gas supply path 6.
  • the CO2 gas supply path 62 is connected to the CO2 supply source 62b via the on-off valve V1 and the flow rate control valve 62a, and the He gas supply path 63 is connected to the He gas source 63b through the on-off valve V2 and the flow rate control valve 63a. It is connected.
  • a gas cluster is formed from CO2 gas, which is a cleaning gas.
  • He gas is a gas for accelerating the gas flow, that is, the gas cluster. He gas is difficult to form clusters, and by mixing He gas with CO2 gas, the speed of clusters generated from CO2 gas can be increased.
  • the gas supply path 6 is provided with a pressure sensor 64 that detects the pressure within the gas supply path 6 . Based on the detected value of the pressure sensor 64, the opening degree of the pressure control valve 61 is controlled by the control unit 7 so that the pressure in the gas supply path 6 becomes a desired pressure, thereby increasing the pressure in the pressure chamber 451 of the nozzle 45. Gas pressure is controlled.
  • the pressure sensor 64 may detect the pressure within the pressure chamber 451.
  • the substrate processing system 1 includes a control device 100.
  • the control device 100 is made up of, for example, a computer, and includes a calculation section 101 and a storage section 102.
  • the storage unit 102 stores programs (including processing recipes) that control various processes executed in the substrate processing system 1.
  • the calculation unit 101 controls the operation of the substrate processing system 1 by reading and executing a program stored in the storage unit 102.
  • the program may be one that has been recorded on a computer-readable storage medium, and installed in the storage unit 102 of the control device 100 from the storage medium.
  • Examples of computer-readable storage media include hard disks (HD), flexible disks (FD), compact disks (CD), magnetic optical disks (MO), and memory cards.
  • Processing of the substrate W is performed under the control of the control device 100.
  • An example of the substrate W to be processed by the substrate processing system 1 is a substrate processed by a stand-alone liquid processing system other than the substrate processing system 1.
  • An example of a suitable substrate W to be processed is one on which semiconductor circuit manufacturing has progressed to some extent and unevenness has been formed on the surface.
  • An example of the liquid processing system is one including a plurality of single-wafer liquid processing units.
  • the liquid processing system may be well known in the art of semiconductor manufacturing equipment. In the single-wafer liquid processing unit of the liquid processing system, liquid processing is performed, for example, consisting of the following steps.
  • a chemical solution for example, DHF, SC1, etc.
  • DIW is supplied to the substrate W as a rinsing liquid for rinsing.
  • step then supply IPA to the substrate to perform an IPA replacement step, and finally, perform a spin drying step in which the substrate is rotated at high speed without supplying any liquid to the substrate to dry the substrate.
  • the substrate has attached to it minute deposits (for example, those derived from organic substances dissolved in IPA or chemical residues from the chemical cleaning process) that are not a problem according to conventional standards.
  • Such a substrate W is accommodated in a carrier C, carried into the substrate processing system 1, and processed according to the procedure described below.
  • an IPA puddle is formed on the surface of the substrate W without performing the spin drying step after performing the IPA replacement step of the series of steps described above, and this is, for example, It may be dried using a supercritical drying device using critical carbon dioxide. Also in this case, minute deposits (described above) are attached to the surface of the substrate W, which are not a problem according to conventional standards.
  • Such a substrate W is also a processing target in the substrate processing system 1.
  • the substrate transport device 13 of the carry-in/out block 2 takes out one substrate W from the carrier C placed on the carrier placement area 11.
  • the substrate transfer device 13 carries the taken-out substrate W into the first load lock unit 141 (LL) in which the gate valve GV2 is closed and the gate valve GV1 is opened.
  • the gate valve GV1 is closed, and the inside of the first load lock unit 141 is evacuated until the pressure becomes approximately equal to the pressure inside the transfer area 15 (for example, about 1 Pa).
  • the gate valve GV2 is opened, and the reduced pressure transfer device 16 (H-Arm) in the transfer area 15 takes out the substrate W from the first load lock unit 141.
  • the reduced pressure transfer device 16 enters the first transfer unit 311 (TRS) of the first cleaning area 30 through the carry-out entrance G1, transfers the substrate W to the first transfer unit 311, and exits from the first transfer unit 311. .
  • the vacuum transfer machine 322 (V-Arm) of the vacuum transfer section 32 enters the first transfer unit 311 via the carry-in/out port G2, and takes out the substrate W from the first transfer unit 311.
  • the vacuum transfer machine 322 carries the substrate W into the vacuum chamber 341 of one vacuum bake unit 34 (Bake) with the gate valve GV3 open, and places it on the support pins 344.
  • the gate valve GV3 is closed.
  • the pressure inside the vacuum chamber 341 is approximately 1 Pa, which is approximately equal to the pressure inside the vacuum transfer chamber 321.
  • the inside of the vacuum chamber 341 is evacuated by the turbo molecular pump TMP to a high vacuum of, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa, and the substrate W is heated to a predetermined temperature (for example, 40° C. to 200° C.) by the heater 343. It is heated to a temperature of about 30°F (°C). Setting of the processing pressure and processing temperature will be described later.
  • the pressure in the vacuum chamber 341 and the temperature of the substrate W are monitored by a pressure sensor 348 and a radiation thermometer 345, respectively, and based on the monitoring results, the turbo molecular pump TMP and The operating state of heater 343 is controlled.
  • the deposits (or decomposition and vaporization) adhering to the surface of the substrate W are vaporized. Then, it separates from the surface of the substrate W and is exhausted from the vacuum chamber 341 via the exhaust line 3461.
  • the deposits to be removed by vacuum baking cleaning include substances that have adhered to the surface of the substrate due to the liquid treatment process applied to the substrate W before being carried into the substrate processing system 1. Examples include higher fatty acids (e.g. erucamide), organic compounds such as activators, residuals of inorganic chemicals for liquid treatment (e.g. hydrofluoric acid) (which are attached to the substrate surface at the molecular level), etc. .
  • the principle of vacuum bake cleaning will be briefly explained below.
  • the “detachment limit temperature” refers to the temperature at which the substance to be removed cannot be desorbed from the substrate even if the pressure is below the vapor pressure line of the COX diagram of the substance to be removed at a temperature lower than the relevant temperature. The meaning differs from substance to substance.
  • erucamide C 22 H 43 NO
  • the COX diagram of erucamide is schematically shown in FIG.
  • the boiling point (under atmospheric pressure) of erucamide is about 480°C
  • the withdrawal limit temperature is about 40°C.
  • the processing temperature of the vacuum baking process needs to be at least about 40°C or higher.
  • the vapor pressure at 200°C is approximately 8 Pa
  • the vapor pressure at 50°C is approximately 2 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa.
  • Processing at a temperature near the vapor pressure line VP takes a long time, so when the processing temperature is 200°C, the processing pressure is, for example, 1 Pa, and when the processing temperature is 50°C, the processing pressure is, for example, 1 ⁇ 10 -5 Pa. , vacuum baking may be performed. If there is no risk that the heat will adversely affect the semiconductor device components already formed on the substrate, it is possible to increase the processing temperature even higher than 200°C, for example up to about 300°C. . However, in general, from the viewpoint of avoiding thermal damage to the substrate and semiconductor device components already formed on the substrate or surface oxidation, it is considered that the upper limit of the processing temperature is preferably about 200°C.
  • the processing pressure is at least about 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa. That is, the upper limit of the processing temperature can be determined depending on whether or not there is an adverse effect on the substrate, and the lower limit of the processing pressure can be determined by taking into consideration throughput, running cost, device manufacturing cost, etc.
  • the lower limit of the treatment temperature may be higher than the above-mentioned separation limit temperature. In other words, in FIG.
  • the area is located within a triangular area surrounded by the vapor pressure line VP and two straight lines indicating the upper limit value of the processing temperature and the lower limit value of the processing pressure determined based on the above concept. What is necessary is to determine the appropriate processing conditions (processing temperature and processing pressure).
  • Erucamide has a large molecular weight and is one of the substances that are particularly difficult to remove among the substances that are expected to be removed by vacuum baking. Therefore, if the treatment conditions are determined according to erucamide, it is possible to simultaneously remove erucamide and other deposits by vacuum baking.
  • adhering substances suitable for removal by vacuum baking include those that are physically adsorbed to the surface of the substrate, and those that adhere to the surface of the substrate as a result of suppressing vaporization due to entanglement of molecules. can be mentioned. Things that are physically adsorbed on the surface of the substrate include those that are bonded by polar attraction such as hydrogen bonds, and those that are bonded by van der Waals force. Most of the deposits derived from the processing liquid used in the wet process (especially cleaning treatment) of semiconductor substrates fall under the above category. On the other hand, it is difficult to remove substances that are adsorbed (chemically adsorbed) on the substrate surface due to bonds with extremely high binding energy, such as chemical bonds (ionic bonds, auxiliary bonds, and metallic bonds).
  • N2 gas is supplied into the vacuum chamber 341 via the air supply line 3471, and the pressure inside the vacuum chamber 341 is approximately equal to the pressure inside the vacuum transfer chamber 321 (approximately 1 Pa). Make equal.
  • N2 gas is supplied while monitoring the pressure inside the vacuum chamber 341 with the pressure sensor 348, and when the pressure inside the vacuum chamber 341 reaches about 1 Pa, the on-off valve 3472 is closed. be able to.
  • the gate valve GV3 is opened, and the vacuum transfer machine 322 (V-Arm) takes out the substrate W from the vacuum chamber 341.
  • the vacuum transfer machine 322 carries the substrate W into the second delivery unit 312 (Cool) via the carry-in/out entrance G2.
  • the substrate W stays in the second transfer unit 312 for a predetermined time, and during that time, the temperature of the substrate W is lowered to around room temperature by a cooling device built into the substrate mounting table of the second transfer unit 312.
  • the reduced pressure transfer device 16 (H-Arm) enters the second transfer unit 311 through the carry-in/out entrance G1, and takes out the substrate W from the second transfer unit 311.
  • a radiation thermometer (not shown) may be provided within the second delivery unit 312. In this case, the substrate W may be taken out from the second transfer unit 311 once it is confirmed that the temperature of the substrate W detected by the radiation thermometer has reached around room temperature.
  • the reduced pressure transfer device 16 transports the taken-out substrate W into one of the gas cluster cleaning units 41 (GCS) in the second cleaning area 40, where the gate valve GV4 is opened.
  • GCS gas cluster cleaning units 41
  • the gas cluster cleaning unit 41 a process of removing particles from the surface of the substrate W placed on the mounting table 43 is performed using a gas cluster.
  • the pressure in the vacuum chamber 42 (that is, the pressure in the space near the substrate W) is set to about 0.1 to 100 Pa (here, it is assumed to be a medium vacuum of about 1 Pa), and the nozzle 45 is Cleaning gas (carbon dioxide gas) is supplied at a pressure higher than that (for example, 0.3 to 5.0 MPa).
  • the cleaning CO2 gas discharged from the nozzle 45 into the vacuum chamber 42 is cooled to below its condensation temperature by rapid adiabatic expansion, and its molecules (symbol "201" in FIG. 5) are bonded to each other by van der Waals forces. As a result, a gas cluster (symbol "200" in FIG. 5) is formed.
  • the gas cluster derived from the gas discharged from the nozzle 45 is irradiated perpendicularly to the surface of the substrate W. Whether the gas cluster directly collides with a particle on the surface of the substrate W or the surface of the substrate W near the particle, the kinetic energy of the gas cluster causes the particle to be detached from the surface of the substrate W. to blow away.
  • Patent Document 1 for details of the mechanism of particle removal and the procedure for determining gas cluster cleaning conditions. Particles separated from the surface of the substrate W are exhausted from the vacuum chamber 42 through the exhaust path 36.
  • each substrate W is inspected before being carried into the substrate processing system 1 to create a particle map, and based on this particle map, gas clusters are created by targeting the locations where particles are present. may be irradiated.
  • the gate valve GV4 is opened, the reduced pressure transfer device 16 (H-Arm) takes out the substrate W from the gas cluster cleaning unit 41, and the gate valve GV2 is opened, and It is carried into the second load lock unit 142 (LLB) with the gate valve GV1 closed. Gate valve GV2 is then closed.
  • the temperature inside the vacuum chamber 42 and the temperature of the substrate W decrease due to the cooling caused by the adiabatic expansion of the cleaning gas described above, and the temperature within the vacuum chamber 42 and the temperature of the substrate W decrease to a low temperature of, for example, about -50°C at the end of gas cluster cleaning. It becomes. Therefore, when the atmosphere is introduced into the second load lock unit 142, dew condensation occurs on the substrate W. In order to prevent this, the substrate W is retained in the second load lock unit 142 for a predetermined time while maintaining the inside of the second load lock unit 142 in a reduced pressure state, and a heater built into the substrate mounting table is used. The temperature of the substrate W is raised to room temperature (approximately 25° C.).
  • the atmosphere for example, clean room air
  • the pressure of the second load lock unit 142 is returned to normal pressure.
  • the gate valve GV1 is opened, the substrate transfer device 13 takes out the substrate W from the second load lock unit 142, and transfers the substrate to the original carrier placed in the carrier placement area 11 of the carry-in/out block 2 (CSB).
  • CSB carry-in/out block 2
  • FIG. 7 shows an example of changes in the pressure around the substrate and the temperature of the substrate in the series of steps described above. 1 to 15 in the top row of FIG. The abbreviations and reference numbers of the components of the substrate processing system 1 that are held are shown.
  • the pressure in the conveyance area 15 (see process numbers 11 and 13) and the processing pressure in the gas cluster cleaning unit 41 are the same, but the pressure is not limited to this, and these pressures are It doesn't matter if they are different from each other.
  • the time required to adjust the pressure inside the gas cluster cleaning unit 41 to the processing pressure (usually equivalent to evacuation time) is the pressure inside the transfer area 15 and the gas cluster cleaning It depends on the difference from the processing pressure in unit 41.
  • the time required to adjust the pressure inside the vacuum bake unit 34 to the processing pressure (usually corresponds to evacuation time) is the difference between the pressure inside the transfer area 15 and the processing pressure in the vacuum bake unit 34.
  • the pressure within the transfer area 15 may be determined so that the total time required for pressure adjustment is minimized.
  • the processing pressure in the vacuum baking unit 34 is not limited to high vacuum, but may be medium vacuum depending on the type of substance to be removed.
  • vacuum bake cleaning was performed first and then gas cluster cleaning was performed, but the invention is not limited to this.
  • Gas cluster cleaning may be performed first, followed by vacuum bake cleaning. At least one or both of vacuum bake cleaning and gas cluster cleaning may be performed multiple times. In this case, vacuum bake cleaning and gas cluster cleaning may be performed alternately.
  • the substrate that has been cooled by gas cluster cleaning may be heated before being input into the vacuum baking unit 34.
  • a heater may be incorporated into the substrate mounting table of the first transfer unit 311, or a third transfer unit 313 (indicated by a chain line in FIG. 2) may be provided and a heater may be incorporated into the substrate mounting table built therein. may be incorporated.
  • the last process performed in the dry cleaning block 4 is vacuum bake cleaning, there is no need to provide a heater on the substrate mounting table of the second load lock unit 142.
  • a cooler is provided on the substrate mounting table of the second load lock unit 142 to cool the substrate heated during vacuum bake cleaning. You can.
  • the second load lock unit 142 having a substrate mounting table with a heater may be used to heat the substrate W after gas cluster cleaning before inputting it into the vacuum bake unit 34. May be used for.
  • the temperature control function to be provided to the load lock unit (141, 142) of the load lock block 3 and the transfer unit (311, 312, 313) of the dry cleaning block 4 depends on the required flexibility of equipment operation. (The degree of freedom in the order of execution of gas cluster cleaning and vacuum bake cleaning) and the device cost may be taken into consideration when deciding. As shown by the chain line in FIG. 2, if the dry cleaning block 4 is provided with a third transfer unit 313 having a heating function for the substrate W, the flexibility of equipment operation will be increased, and an increase in equipment cost will be minimized. It is considered that
  • the substrate processing system 1 may be constructed by stacking sets of the load lock block 3 and dry cleaning block 4 shown in FIG. 1 in multiple stages.
  • one vacuum conveyance device 16 in the conveyance area 15 may be provided for each set of load lock block 3 and dry cleaning block 4.
  • one vacuum conveyance device 16 common to all sets may be provided.
  • a transport device 16 may also be provided.
  • the dry cleaning block may be configured as shown in FIG.
  • two vacuum bake unit rows are provided in the first cleaning area 30A, and each vacuum bake unit row is composed of a plurality of vacuum bake units 34 stacked in the vertical direction.
  • Each vacuum baking unit 34 has a gate valve G3 at a portion facing the transfer area 15.
  • a delivery unit row is provided next to the first cleaning area 30A.
  • the delivery unit row is composed of a plurality of delivery units 312 (or 311) stacked in the vertical direction.
  • the plurality of delivery units 312 (or 311) are used to transfer substrates waiting to be delivered to the vacuum baking unit 34, substrates waiting to be delivered to the gas cluster cleaning unit 41, and substrates to the load lock unit 141 (or 142).
  • At least some (or all) of the plurality of delivery units 312 may be provided with a heating and/or cooling function for the substrate W. This feature can be used to heat substrates processed in gas cluster cleaning unit 41 or to cool substrates heated in vacuum bake unit 34.
  • the load lock unit 142 does not need to be provided with a temperature control function.
  • the number of load lock units 141 (or 142) may be increased and stacked vertically.
  • the reduced pressure conveyance device 16 of the conveyance area 15 provided between the first cleaning area 30A and the second cleaning area 40 (which has the same configuration as the second cleaning area 40 in FIG. 1) is , all load lock units 141 , all vacuum bake units 34 , all gas cluster cleaning units 41 , and all transfer units 312 .
  • Vacuum bake cleaning and gas cluster cleaning have a mutually complementary relationship in that deposits that are difficult to remove with one cleaning method can be removed relatively easily with the other cleaning method. Therefore, most of the substances that cause particles attached to the substrate W to be cleaned can be removed.
  • Table 1 shows the characteristics of vacuum bake cleaning and gas cluster cleaning. As shown in Table 1, vacuum bake cleaning removes deposits from the substrate by vaporizing them, whereas gas cluster cleaning removes deposits from the substrate using the collision energy of clusters. Due to this difference, there are the following differences. That is, since the gas clusters are irradiated perpendicularly to the surface of the substrate W, they are attached to surfaces that are "visible" when the surface of the substrate W is viewed from vertically above (for example, including the bottom surface of the concave portion of the pattern). Particles can be removed more efficiently (than vacuum baking).
  • surfaces that are "invisible” when the surface of the substrate W is viewed from above in the vertical direction for example, the inner side of a deep recess, the surface of a horizontal groove that branches in the middle of a vertical groove and extends laterally
  • Particles attached to "hard to see” surfaces for example, the side surfaces of shallow recesses, surfaces near the bottom of deep recesses
  • vacuum bake cleaning it is possible to remove deposits on surfaces that are "invisible” or "hard to see” because it is sufficient to apply heat to the deposits in a reduced pressure atmosphere.
  • no pattern damage in gas cluster cleaning in Table 1 means that no pattern damage occurs unless processing is performed under conditions that extremely increase collision energy.
  • Table 2 shows substances that can be removed by vacuum bake cleaning and gas cluster cleaning.
  • " ⁇ ” means removable
  • “ ⁇ ” means removable but not very suitable
  • "x” means not removable.
  • many of the substances that can be removed by vacuum bake cleaning and those that can be removed by gas cluster cleaning are common. Considering Table 1, it is possible to remove deposits other than non-volatile substances attached to "invisible” or "hard to see” surfaces by combining vacuum bake cleaning and gas cluster cleaning. Recognize.
  • Table 3 shows the temperatures and pressures used in vacuum bake cleaning and gas cluster cleaning.
  • Vacuum bake cleaning and gas cluster cleaning have in common that they are vacuum processes, but differ in temperature (heated, non-heated) and degree of vacuum (high vacuum, medium vacuum). Both vacuum bake cleaning and gas cluster cleaning are reduced pressure (vacuum) processes. Therefore, equipment for vacuum bake cleaning and equipment for gas cluster cleaning (vacuum transfer equipment, load lock unit, etc.) can be used in common. Further, a space in which vacuum baking cleaning equipment is provided and a space in which vacuum transfer equipment is provided can be reduced in pressure by a common vacuum pump. Therefore, the total equipment cost can be significantly reduced compared to the case where the substrate processing system for vacuum bake cleaning and the substrate processing system for gas cluster cleaning are provided separately as stand-alone systems.
  • the substrate W is not limited to a semiconductor wafer, and may be any other type of substrate used in the manufacture of semiconductor devices, such as a glass substrate or a ceramic substrate.
  • Substrate C Substrate transport container 2 Carrying in/out block 3 Load lock block 141, 142 Load lock unit 4 Dry cleaning block 13 Substrate transport device 34 Vacuum baking unit 41 Gas cluster cleaning unit

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Abstract

基板処理装置の一実施形態は、基板の搬出入ブロックと、減圧雰囲気下で基板のドライ洗浄を行う複数の処理ユニットと減圧搬送装置とを備えたドライ洗浄ブロックと、常圧雰囲気の搬出入ブロックと減圧雰囲気のドライ洗浄ブロックとを接続する少なくとも１つのロードロックユニットが設けられたロードロックブロックと、を備え、ドライ洗浄ブロックは、複数の処理ユニットとして、減圧雰囲気下で基板を加熱することにより、基板の表面に付着した付着物を除去する少なくとも１つの真空ベークユニットと、減圧雰囲気下で基板の表面にガスクラスタを照射して、基板の表面に付着した付着物を除去する少なくとも１つのガスクラスタ洗浄ユニットとを有している。

Description

基板処理装置および基板処理方法
  本開示は、基板処理装置および基板処理方法に関する。
　半導体装置の製造において、ウエットプロセス後の薬液残渣や微小パーティクル等の汚染物質を除去するための技術として、ガスクラスタ洗浄がある。ガスクラスタ洗浄は、ガスクラスタを基板表面の付着物（パーティクル等の汚染物質）に高速で衝突させて物理的な力によって除去するものである。ガスクラスタ洗浄は、ウエットプロセスで除去しきれない基板表面の微細な汚染物質を除去することができるため、今後の発展が望まれている。ガスクラスタ洗浄では、基板の真上に位置するノズルから照射されたガスクラスタが基板に概ね垂直に入射する。このため、水平面に付着した物質の除去は得意であるが、深いホール、トレンチ、３Ｄ構造体の内部の欠陥を除去することは苦手である。特許文献１には、パーティクル情報に基づいてガスクラスタの粒径の最適化を行うことにより、パターン凹部の内部にあるパーティクルの除去効率を向上させる技術が開示されている。
　特許文献２には、半導体装置の製造過程においてウエット洗浄がされた基板をドライクリーニングすることが記載されている。特許文献１では、ウエット洗浄がなされた基板に対して、まず、温度が６００℃～８００℃、圧力が１×１０－６Ｐａ～１×１０－８Ｐａの高真空雰囲気下で第１のサーマルクリーニングを行なって、基板上に残存する酸化膜を除去する。次いで、温度が７５０～８００℃（場合によっては８００℃～９００℃）、圧力が１３３．３～１０００Ｐａの水素雰囲気下で第２のサーマルクリーニングを行ない、炭素などのコンタミネーションを除去する。特許文献２におけるドライクリーニングは、酸化膜が除去された基板の上に結晶層をエピタキシャル成長させる工程の前処理として行われ、少なくとも水素雰囲気下での第２のサーマルクリーニングとエピタキシャル成長工程とが、同じチャンバで連続的に行われる。
特開２０１３－１７５６８１号公報 国際公開ＷＯ０１／０３３６１８
　本開示は、ドライクリーニングにより基板の表面（パターン凹部の表面も含む）の付着物（パーティクルおよびその原因物質）を効率良く除去する技術を提供する。
 本開示の一実施形態に係る基板処理装置は、基板を収容する基板搬送容器が載置される容器載置台と、前記容器載置台に載置された基板搬送容器に収納された基板の搬出入を行う基板搬送装置と、が設けられた搬出入ブロックと、減圧雰囲気下で基板のドライ洗浄を行う複数の処理ユニットを備えたドライ洗浄ブロックであって、当該ドライ洗浄ブロック内において減圧雰囲気下で基板を搬送する減圧搬送装置が設けられている、前記ドライ洗浄ブロックと、常圧雰囲気の前記搬出入ブロックと減圧雰囲気の前記ドライ洗浄ブロックとを接続する少なくとも１つのロードロックユニットが設けられたロードロックブロックと、を備え、前記ドライ洗浄ブロックは、前記複数の処理ユニットとして、減圧雰囲気下で基板を加熱することにより、基板の表面に付着した付着物を除去する少なくとも１つの真空ベークユニットと、減圧雰囲気下で基板の表面にガスクラスタを照射して、基板の表面に付着した付着物を除去する少なくとも１つのガスクラスタ洗浄ユニットと、を有している。
  本開示によれば、ドライクリーニングにより基板の表面（パターン凹部の表面も含む）の付着物を効率良く除去することができる。
基板処理装置の一実施形態に係る基板処理システムの概略横断面図である。 図１の基板処理システムのドライ洗浄ブロックの第１洗浄エリアの一構成例を示す概略縦断面図である。 第１洗浄エリアに設けられた真空ベークユニットの一構成例を示す概略縦断面図である。 図１の基板処理システムのドライ洗浄ブロックの第２洗浄エリアに設けられたガスクラスタ洗浄ユニットの一構成例を示す概略縦断面図である。 図４のガスクラスタ洗浄ユニットのノズルの一構成例を示す概略縦断面図である。 真空ベーク処理の処理条件の決定方法を説明するためのＣＯＸ線図を概略的に示したものである。 図１の基板処理システムで行われる一連の処理工程における基板の周囲の圧力および基板の温度の変化の一例を示すグラフである。 基板処理システムの変形実施形態を示す概略横断面図である。
  以下、基板処理装置の一実施形態である基板処理システムの構成について添付図面を参照して説明する。本願明細書および図面では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸＹＺ直交座標系を定義し、必要に応じてこの座標系を参照して説明を行う。Ｚ軸正方向は鉛直上向き方向である。
　図１に示すように、基板処理システム１は、搬出入ブロック２と、ロードロックブロック３と、ドライ洗浄ブロック（処理ブロック）４とを備えている。
　搬出入ブロック２は、キャリア載置エリア１１および基板搬送エリア１２を有している。搬出入ブロック２は常圧（大気圧）雰囲気であり、通常はクリーンルーム内空気により満たされている。キャリア載置エリア１１はロードポートなどとも呼ばれ、そこには複数のキャリアＣ（基板搬送容器）を載置することができる容器載置台が設けられている。各キャリアＣには、複数枚の基板Ｗ（例えば半導体ウエハ）が水平姿勢で鉛直方向に等間隔で収容されている。
　基板搬送エリア１２には、基板搬送装置１３が設けられている。基板搬送装置１３は、例えば多関節搬送ロボットとして構成することができ、エンドエフェクタとして、基板Ｗを保持する例えばフォーク形状の基板保持具を有している。基板搬送装置１３は、キャリア載置エリア１１に載置された任意のキャリアＣから基板Ｗを取り出すことができる。
　ロードロックブロック３は、常圧雰囲気の搬出入ブロック２と、真空（減圧）雰囲気のドライ洗浄ブロック４との間のインターフェイスとしての役割を有する。ロードロックブロック３には、第１ロードロックユニット１４１および第２ロードロックユニット１４２が水平方向（Ｙ方向）に並んで設けられている。
　各ロードロックユニット（１４１，１４２）は、真空容器として構成されたロードロックチャンバと、基板Ｗを一時的に載置するためにロードロックチャンバ内に設けられた基板載置台と、搬出入ブロック２側（高圧側）のゲートバルブＧＶ１およびドライ洗浄ブロック４側（低圧側）のゲートバルブＧＶ２と、ロードロックチャンバ内の圧力を搬出入ブロック２側圧力とドライ洗浄ブロック４側圧力との間で調節する圧力調節機器（図示せず）とを有している。圧力調節機器は、ロードロックチャンバ内を真空引きする真空ポンプと、真空状態を解除するためにロードロックチャンバ内にガス（例えば空気）を導入するガス導入機構とを少なくとも含む。なお、ロードロックユニットは、真空（減圧）搬送系を有する半導体製造装置において広く用いられているものであり、構造および機能の詳細な説明は省略する。
　第２ロードロックユニット１４２には、基板Ｗを温調する温調器（１４２ｂ（図１のみに概略的に示した））が設けられている。温調器は、例えば基板載置台（１４２ａ（図１のみに概略的に示した））に内蔵された加熱器（ヒータ）からなる。第１ロードロックユニット１４１にはこのような温調器は設けられていない。
　第１ロードロックユニット１４１および第２ロードロックユニット１４２を、図１に示すように水平方向（Ｙ方向）に並べることに代えて、鉛直方向（Ｚ方向）に積層して設けてもよい。
　ドライ洗浄ブロック４は、複数の真空ベークユニット３４が設けられた第１洗浄エリア３０と、複数のガスクラスタ洗浄ユニット４１が設けられた第２洗浄エリア４０と、第１洗浄エリア３０と第２洗浄エリア２０との間に設けられた搬送エリア１５とを有している。
　搬送エリア１５には、減圧雰囲気下で基板Ｗを搬送する基板搬送装置１６（以下、区別のため、「減圧搬送装置１６」と呼ぶ。）が設けられている。減圧搬送装置１６は、例えば多軸搬送ロボットとして構成することができ、エンドエフェクタとして、基板Ｗを保持する例えばフォーク形状の基板保持具を有している。
　図１および図２に示すように、第１洗浄エリア３０は、受け渡し部３１と、真空搬送部３２と、真空ベーク部３３とを有している。
　受け渡し部３１には、第１受け渡しユニット（ＴＲＳ）３１１および第２受け渡しユニット（ＴＲＳ）３１２が設けられている。第１受け渡しユニット３１１および第２受け渡しユニット３１２は上下に重ねられており、例えば第１受け渡しユニット３１１が上側にあり、第２受け渡しユニット３１２が下側にある。第１受け渡しユニット３１１は、搬送エリア１５から第１洗浄エリア３０に基板Ｗを搬入するときに用いられ、第２受け渡しユニット３１２は、第１洗浄エリア３０から搬送エリア１５に基板Ｗを搬出するときに用いられる。
　各受け渡しユニット（３１１，３１２）の内部には、その上に一時的に基板Ｗを置くことができる基板載置台が設けられている。第２受け渡しユニット３１２の基板載置台（３１２ａ（図１のみに概略的に示した））には、基板Ｗを冷却するための冷却器（３１２ｂ（図１のみに概略的に示した））が内蔵されている。第１受け渡しユニット３１２には、このような温調器（冷却器だけでなく加熱器も）は設けられていない。
　真空搬送部３２は、真空搬送室３２１と、真空搬送室３２１内に設置された真空搬送機３２２とを有している。真空搬送機３２２は、例えば多関節搬送ロボットとして構成することができ、エンドエフェクタとして、基板Ｗを保持する例えばフォーク形状の基板保持具を有している。
　第１受け渡しユニット３１１および第２受け渡しユニット３１２の搬送エリア１５に面した部分には基板Ｗの搬出入口Ｇ１が設けられている。第１受け渡しユニット３１１および第２受け渡しユニット３１２の真空搬送室３２１の壁体との接続部には基板Ｗの搬出入口Ｇ２が設けられている。搬出入口Ｇ１および搬出入口Ｇ２は、常時開放型の単なる開口であってもよい。
　真空ベーク部３３には、複数の真空ベークユニット（ＢＡＫＥ）３４が設けられている。複数の真空ベークユニット３４は鉛直方向に並んでいる。図３に示すように、真空ベークユニット３４は、概ね直方体の真空チャンバ３４１を有している。真空チャンバ３４１は、真空搬送室３２１の壁体に気密に連結されている。真空チャンバ３４１は、真空搬送室３２１との接続領域に、ゲートバルブＧＶ３が設けられた基板Ｗの搬出入口３４２を有している。
　真空チャンバ３４１の天井壁３４１１および底壁３４１２には、ヒーター３４３が設けられている。ヒーター３４３は、例えばランプヒータである。ランプヒータとしてはＵＶヒーター、ＬＥＤヒーター等が例示される。ランプヒータは、基板Ｗの表面および裏面に均等にランプ光が照射されるように設けられている。底壁３４１２の上面には、そこから上方に延びる複数の（例えば３本の）不動の支持ピン３４４が設けられている。真空チャンバ３４１に搬入された基板Ｗは、支持ピン３４４により支持され、ヒーター３４３からの輻射熱により加熱される。底壁３４１２には、輻射温度計３４５が設けられている。輻射温度計３４５により測定された基板Ｗの実際温度と目標温度との偏差に基づいてヒーター３４３の出力が制御されることにより、基板Ｗの温度が制御されるようになっている。
　真空チャンバ３４１の底壁３４１２、好ましくは底壁３４１２の中央部には、排気ポート３４６および給気ポート３４７が設けられている。基板Ｗの中央部の下方に排気ポート３４６および給気ポート３４７を設けることにより、排気時および給気時の真空チャンバ３４１内の気流を均一化することができる。
　排気ポート３４６には、開閉弁３４６２および真空ポンプ（ここではターボ分子ポンプＴＭＰ）が介設された排気ライン３４６１が接続されている。排気ポート３４６を介して真空チャンバ３４１内の雰囲気を吸引することにより、真空チャンバ３４１内の圧力を１×１０－５Ｐａ程度の高真空にすることができる。
　なお、搬送エリア１５全体の内部空間、並びに、第１洗浄エリア３０のうちの第１および第２受け渡しユニット３１１，３１２の内部空間および真空搬送部３２の真空搬送室３２１の内部空間は、真空ポンプ（ここではロータリーポンプＲＰ）により、常時、中真空（例えば約１Ｐａ）に維持されている。好適な一構成例において、搬送エリア１５は気密なハウジング壁より囲まれており、真空搬送室３２１は気密なハウジング壁により囲まれており、第１および第２受け渡しユニット３１１，３１２は基板載置台を囲む気密なハウジング壁を有している。そして、第１および第２受け渡しユニット３１１，３１２は、搬出入口Ｇ１を介して搬送エリア１５に気密に接続されており、また、搬出入口Ｇ２を介して真空搬送室３２１に気密に接続されている。
　搬送エリア１５と第１洗浄エリア３０（真空ベーク部３３を除く）とが常時連通している図示された実施形態においては、ロータリーポンプＲＰを、真空搬送室３２１に接続することに代えて、図１の右端部に示すように搬送エリア１５に接続してもよい。別々のロータリーポンプＲＰを、第１洗浄エリア３０および搬送エリア１５に接続することも可能である。
　真空搬送室３２１内の圧力が、常時、中真空（約１Ｐａ程度）に維持されているため、これに接続された真空チャンバ３４１内の圧力がこれより高くなることはない。このため、真空チャンバ３４１を吸引するためのターボ分子ポンプＴＭＰに粗引き用のポンプを併設する必要はない。
　給気ポート３４７には開閉弁３４７２が介設された給気ライン３４７１を介して、ガス供給源３４７３（例えば窒素ガス供給源）に接続されている。高真空となっていた真空チャンバ３４１内に、給気ポート３４７を介して適量のガスを供給することにより、真空チャンバ３４１内の圧力を真空搬送室３２１内の圧力と同様の圧力（この例では１Ｐａ程度の中真空）に戻すことができる。ガス供給源から供給されるガスは窒素ガスに限定されるものではないが、低酸素濃度かつ低湿度のガスの方が好ましい。
　真空チャンバ３４１内の圧力は、圧力センサ３４８により検出可能である。圧力センサ３４８の検出値は、例えば、真空チャンバ３４１内の圧力を高真空にするときに、および圧力を中真空に戻すときの制御に用いることができる。
　搬送エリア１５の減圧搬送装置１６は、第１受け渡しユニット３１１および第２受け渡しユニット３１２の搬出入口Ｇ１を介してこれらのロードロックユニットに対して基板Ｗを搬出入することができる。真空搬送部３２の真空搬送機３２２は、第１受け渡しユニット３１１および第２受け渡しユニット３１２の搬出入口Ｇ２を介してこれらのロードロックユニットに対して基板Ｗを搬出入することができる。真空搬送部３２の真空搬送機３２２は、真空ベーク部３３の全ての真空ベークユニット３４に対して基板Ｗを搬出入することができる。
　次に、第２洗浄エリア４０について説明する。第２洗浄エリア４０は、複数のガスクラスタ洗浄ユニット４１を有する。ガスクラスタ洗浄ユニット４１としては、適当な公知のものを用いることが可能であり、例えば、本件出願人とその共同出願人による先行出願に係る特開２０１３－１７５６８１号（特許文献１）に開示されたものを用いることができる。
　以下、ガスクラスタ洗浄ユニット４１について図４および図５を参照して簡単に説明しておく。ガスクラスタ洗浄ユニット４１は、真空チャンバ４２を備えている。真空チャンバ４２内には、基板Ｗを載置するための載置台４３が配置されている。真空チャンバ４２の天井壁中央部には、円筒形の突出部４４が形成されており、突出部４４内にノズル４５が設けられている。真空チャンバ４２の一側面には、ゲートバルブＧＶ４が設けられた基板Ｗの搬出入口４６が設けられている。
　搬送エリア１５の減圧搬送装置１６は、ゲートバルブＧＶ４が開かれた搬出入口４６を通って真空チャンバ４２に進入して、載置台４３に基板Ｗを載置することができる。載置台４３を貫通する昇降可能なリフトピン（図示せず）を設けて（このような構成は半導体製造装置の分野で周知である）、減圧搬送装置１６と載置台４３との間での基板Ｗの受け渡しを補助してもよい。真空チャンバ４２の底部には、圧力調整弁４８および真空ポンプ４９が順次介設された排気管４７が接続されている。
  載置台４３は、ＸＹテーブルに類似する構成を有する水平移動機構５０により、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能である。水平移動機構５０により載置台４３を移動させることにより、ノズル４５から照射されたガスクラスタを、載置台４３に支持された基板Ｗの表面の任意の位置に照射することができる。載置台４３に、載置台４３に支持された基板Ｗの温調を行うための温調機構（図示せず）を設けてもよい。
  ノズル４５は、真空チャンバ４２内にある基板Ｗの近傍の空間の圧力よりも高い圧力の領域から、洗浄用のガスを載置台４３に支持された基板Ｗに向けて吐出する。その結果、吐出されたガスは断熱膨張し、洗浄用のガスの原子または分子の集合体であるガスクラスタを生成させる。ノズル４５は、図５に示すように、略円筒形状の圧力室４５１を備えている。圧力室４５１の下端部には、例えば開口径が０．１ｍｍ程度のオリフィス部４５２が設けられ、オリフィス部４５２には下方に向かうにつれて拡径するガス拡散部４５３が接続されている。
　ノズル４５は、ガスクラスタを基板Ｗの表面に概ね垂直に照射するように設けられている。ここで、「概ね垂直に照射する」とは、図５に示すように、例えばノズル４５の長さ方向の中心軸Ｌと載置台４３の載置面（基板Ｗの表面）とのなす角θが９０度±１５度の範囲にあることを意味する。なお、ノズル４５から吐出されたガスクラスタを途中でイオン化させ、更に曲げ機構により進路を曲げる構成を採用する場合もある。この場合、曲げた後のガスクラスタの進路の方向ベクトルと基板Ｗの表面とのなす角が９０度±１５度の範囲にあればよい。
  ノズル４５の圧力室４５１の上端部には、ガス供給路６の下流端が接続されている。
ガス供給路６には圧力制御弁６１が介設されている。ガス供給路６の上流端には、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス供給路６２と、ヘリウム（Ｈｅ）ガス供給路６３とが接続されている。ＣＯ２ガス供給路６２は、開閉弁Ｖ１及び流量制御弁６２ａを介してＣＯ２供給源６２ｂに接続され、Ｈｅガス供給路６３は、開閉弁Ｖ２及び流量制御弁６３ａを介してＨｅガス供給源６３ｂに接続されている。
  洗浄用のガスであるＣＯ２ガスからガスクラスタが形成される。Ｈｅガスはガス流つまりガスクラスタを増速するためのガスである。Ｈｅガスはクラスタを形成しにくく、ＣＯ２ガスにＨｅガスを混合することにより、ＣＯ２ガスから生成されたクラスタの速度を増加させることができる。ガス供給路６には、当該ガス供給路６内の圧力を検出する圧力センサ６４が設けられている。圧力センサ６４の検出値に基づいて、ガス供給路６内の圧力が所望の圧力となるように制御部７により圧力制御弁６１の開度が制御され、これによりノズル４５の圧力室４５１内のガス圧力が制御される。圧力センサ６４は、圧力室４５１内の圧力を検出してもよい。
　図１に示すように、基板処理システム１は、制御装置１００を備えている。制御装置１００は、たとえばコンピュータからなり、演算部１０１と記憶部１０２とを備える。記憶部１０２には、基板処理システム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（処理レシピも含む）が格納される。演算部１０１は、記憶部１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム１の動作を制御する。
　プログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置１００の記憶部１０２にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
　次に、基板処理システム１内における基板Ｗの処理の流れについて説明する。基板Ｗの処理は制御装置１００による制御の下で行われる。
　基板処理システム１により処理される基板Ｗとしては、この基板処理システム１とは別のスタンドアローンの液処理システムにより液処理された基板が例示される。好適な処理対象の基板Ｗとしては、ある程度半導体回路の製造が進行し表面に凹凸が形成されたものが例示される。液処理システムとしては複数の枚葉式液処理ユニットを含むものが例示される。液処理システムは、半導体製造装置の技術分野で周知のものであってよい。液処理システムの枚葉式液処理ユニットでは、例えば、以下のような工程からなる液処理が実施される。まず、スピンチャックにより保持されて回転する基板Ｗに対して、薬液（例えばＤＨＦ、ＳＣ１等）を供給して例えば薬液洗浄工程を実施し、次いで、リンス液としてＤＩＷを基板Ｗに供給してリンス工程を実施し、次いで、ＩＰＡを基板に供給してＩＰＡ置換工程を実施し、最後に、基板に何も液を供給しない状態で基板を高速回転させて基板を乾燥させるスピン乾燥工程を実施する。乾燥処理後の基板には、従来の基準では問題にならない程度の微小な付着物（例えばＩＰＡに溶解していた有機物由来のもの、あるいは薬液洗浄工程の薬液残渣）が付着している。そのような基板ＷがキャリアＣに収容されて、基板処理システム１に搬入され、以下に説明する手順で処理される。
　基板処理システム１により処理される基板Ｗとしては、上記一連の工程のうちのＩＰＡ置換工程を施した後に、スピン乾燥工程を行わずに基板Ｗの表面にＩＰＡパドルを形成し、これを例えば超臨界二酸化炭素を用いた超臨界乾燥装置により乾燥させたものであってもよい。この場合も、従来の基準では問題にならない程度の微小な付着物（上述したもの）が基板Ｗの表面に付着している。このような基板Ｗも基板処理システム１における処理対象である。
　最初に、搬出入ブロック２（ＣＳＢ）の基板搬送装置１３が、キャリア載置エリア１１に載置されたキャリアＣから１枚の基板Ｗを取り出す。基板搬送装置１３は、取り出した基板ＷをゲートバルブＧＶ２が閉鎖され、かつ、ゲートバルブＧＶ１が開放された状態となっている第１ロードロックユニット１４１（ＬＬ）に搬入する。次いで、ゲートバルブＧＶ１が閉じられて、第１ロードロックユニット１４１内が搬送エリア１５内の圧力（例えば１Ｐａ程度）とほぼ等しい圧力となるまで真空引きされる。
　次いで、ゲートバルブＧＶ２が開放され、搬送エリア１５の減圧搬送装置１６（Ｈ－Ａｒｍ）が、第１ロードロックユニット１４１から基板Ｗを取り出す。減圧搬送装置１６は、搬出入口Ｇ１を通って第１洗浄エリア３０の第１受け渡しユニット３１１（ＴＲＳ）内に進入し、第１受け渡しユニット３１１に基板Ｗを受け渡し、第１受け渡しユニット３１１から退出する。
　次に、真空搬送部３２の真空搬送機３２２（Ｖ－Ａｒｍ）が、搬出入口Ｇ２を介して第１受け渡しユニット３１１に進入し、第１受け渡しユニット３１１から基板Ｗを取り出す。真空搬送機３２２は、この基板Ｗを、ゲートバルブＧＶ３が開放された状態となっている１つの真空ベークユニット３４（Ｂａｋｅ）の真空チャンバ３４１に搬入し、支持ピン３４４上に載置する。真空搬送機３２２が真空チャンバ３４１から退出すると、ゲートバルブＧＶ３が閉じられる。このときの真空チャンバ３４１内の圧力は真空搬送室３２１内の圧力とほぼ等しい１Ｐａ程度である。
　次に、ターボ分子ポンプＴＭＰにより真空チャンバ３４１内が真空引きされ、例えば１×１０－５Ｐａ程度の高真空とされ、かつ、ヒーター３４３により基板Ｗが予め定められた温度（例えば４０℃～２００℃程度の温度）の温度に加熱される。処理圧力および処理温度の設定については後述する。このとき、真空チャンバ３４１内の圧力および基板Ｗの温度は圧力センサ３４８および輻射温度計３４５によりそれぞれ監視され、監視結果に基づいて、所望のプロセス条件が維持されるように、ターボ分子ポンプＴＭＰおよびヒーター３４３の運転状態が制御される。
　上記の真空度および基板温度が維持された状態を予め定められた時間（例えば６０～６００秒程度）継続することにより、基板Ｗの表面に付着している付着物（あるいは分解および気化）が気化されて、基板Ｗの表面から離脱し、排気ライン３４６１を介して真空チャンバ３４１内から排出される。真空ベーク洗浄（真空ベーク処理）による除去対象となる付着物としては、基板処理システム１に搬入される前に基板Ｗに対して施された液処理工程に起因して基板の表面に付着した物質、例えば、高級脂肪酸（例えばエルカアミド）、活性剤等の有機化合物、液処理用の無機薬液（例えばフッ酸）の残差（これは分子レベルで基板表面に付着している）等が例示される。以下、真空ベーク洗浄の原理について簡単に説明しておく。
　付着物のＣＯＸ線図の蒸気圧線（図６の斜線ＶＰを参照）より下にある圧力で、かつ、離脱限界温度より高い温度の雰囲気に基板を置けば、基板の表面に付着した有機物を除去することができる。ここで、「離脱限界温度」とは、当該温度より低い温度下においては、圧力が除去対象物質のＣＯＸ線図の蒸気圧線より下にあったとしても、基板から離脱させることができない温度を意味し、これは物質毎に異なる。
　一例として、除去対象物質として、脂肪酸の一種であるエルカアミド（Ｃ２２Ｈ４３ＮＯ）を想定する。エルカアミドのＣＯＸ線図を図６に概略的に示す。エルカアミドの沸点（大気圧下）は約４８０℃であり、離脱限界温度は約４０℃である。つまり真空ベーク処理の処理温度は、少なくとも約４０℃以上とする必要がある。ＣＯＸ線図上において２００℃のときの蒸気圧が約８Ｐａ、５０℃のときの蒸気圧が約２×１０－５Ｐａである。蒸気圧線ＶＰ付近の温度で処理を行うと処理時間が長くなるため、処理温度が２００℃のときは例えば１Ｐａの処理圧力で、５０℃のときは例えば１×１０－５Ｐａの処理圧力で、真空ベーク処理を行えばよい。熱により、基板に既に形成されている半導体デバイス構成要素に悪影響が生じるおそれが無いのならば、処理温度を２００℃よりさらに高くすること、例えば上限で３００℃程度まで高くすることも可能ではある。しかしながら、一般的には、基板および基板に既に形成されている半導体デバイス構成要素への熱ダメージあるいは表面酸化を回避する観点からは処理温度の上限は２００℃程度が好ましいものと考えられる。
　さらに処理圧力を低くすることも可能であるが、そうすることにより、真空引き時間が長くなりスループットの低下につながること、及び／又は、さらに高性能な真空ポンプが求められること等のデメリットも考えられる。このため、目下のところ、実用上、処理圧力は低くても１×１０－５Ｐａ程度とすることが好ましい。つまり、処理温度の上限値は基板に悪影響が生じるか否かにより決定することができ、処理圧力の下限値は、スループット、ランニングコスト、装置製造コスト等を考慮して決定することができる。処理温度の下限値は前述した離脱限界温度より高ければよい。つまり、図６において、蒸気圧線ＶＰと、上記の考え方に基づいて決定された処理温度の上限値および処理圧力の下限値を示す２つの直線とに囲まれた三角形のエリア内に位置するような処理条件（処理温度および処理圧力）を決定すればよい。
　エルカアミドは、分子量が大きく、真空ベーク処理による除去対象として想定される物質のうち、特に除去し難いものの一つである。従って、エルカアミドに合わせて処理条件を決定すれば、エルカアミドと同時に他の物質からなる付着物も同時に真空ベーク処理により除去することが可能である。
　真空ベーク処理により、エルカアミドよりも分子量が小さい高級脂肪酸、活性剤等の有機化合物を除去することも可能である。また、有機化合物に限らず、液処理用の無機薬液（例えばフッ酸）の残差（これは分子レベルで基板表面に付着している）も除去することが可能である。エルカアミドよりも蒸気圧線がグラフ中で左上側にある物質については、より低温度、高圧力（低真空度）の処理条件で除去することが可能である。液処理ユニットにおいて基板に施された工程から基板に付着している物質は予測できるため、予測される付着物に対応しうる処理条件を決定すればよい。エルカアミドよりも蒸気圧線が図６のグラフ中で左上側にある物質の場合、処理圧力は例えば１Ｐａ程度の圧力（中真空）であってもよい。なお、処理圧力を過度に高くすると付着物の除去効率が低下するため、処理圧力は１Ｐａ程度以下とすることが好ましい。
　なお、真空ベーク処理により除去するのに適した付着物としては、基板の表面に物理吸着しているもの、および分子同士の絡み合いにより気化が抑制された結果として基板の表面に付着しているものが挙げられる。基板の表面に物理吸着しているものとしては、水素結合のように極性引力により結合しているもの、ファンデルワールス力により結合しているものが含まれる。半導体基板のウエットプロセス（特に洗浄処理）で用いる処理液由来の付着物の大半のものは上記に該当する。一方で、化学結合（イオン結合、供給結合、金属結合）のような非常に結合エネルギが高い結合により基板表面に吸着されている（化学吸着されている）物質を除去することは困難であるため、真空ベーク処理により除去する対象には含まれない。また、完全に固化（結晶化）した付着物の除去は困難であり（但し、前述した処理温度例えば２００℃程度で容易に分解されるものは除く）、除去対象の付着物としては、液体または半固体状態のものが主な対象となる。
　真空ベーク処理（真空ベーク洗浄）が終了したら、給気ライン３４７１を介して真空チャンバ３４１内にＮ２ガスを供給し、真空チャンバ３４１内の圧力を真空搬送室３２１内の圧力（１Ｐａ程度）とほぼ等しくする。このとき、例えば、圧力センサ３４８により真空チャンバ３４１内の圧力を監視しながら、Ｎ２ガスを供給してゆき、真空チャンバ３４１内の圧力が１Ｐａ程度となったら開閉弁３４７２を閉じるといった手順を採用することができる。
　次に、ゲートバルブＧＶ３が開かれて、真空搬送機３２２（Ｖ－Ａｒｍ）が真空チャンバ３４１から基板Ｗを取り出す。真空搬送機３２２は、基板Ｗを、搬出入口Ｇ２を介して第２受け渡しユニット３１２（Ｃｏｏｌ）に搬入する。基板Ｗは、予め定められた時間、第２受け渡しユニット３１２に滞留し、その間に、第２受け渡しユニット３１２の基板載置台に内蔵された冷却装置により、基板Ｗの温度が常温付近まで下げられる。次いで、減圧搬送装置１６（Ｈ－Ａｒｍ）が、搬出入口Ｇ１を通って第２受け渡しユニット３１１内に進入し、第２受け渡しユニット３１１から基板Ｗを取り出す。第２受け渡しユニット３１２内に輻射温度計（図示せず）を設けてもよい。この場合、輻射温度計により検出された基板Ｗの温度が常温付近になったことが確認されたら、第２受け渡しユニット３１１から基板Ｗを取り出すようにしてもよい。
　次いで、減圧搬送装置１６は、取り出した基板Ｗを、ゲートバルブＧＶ４が開かれている第２洗浄エリア４０のガスクラスタ洗浄ユニット４１（ＧＣＳ）の一つに搬入する。
  ガスクラスタ洗浄ユニット４１内では、ガスクラスタを用いて、載置台４３に載置された基板Ｗの表面からパーティクルを除去する処理が行われる。処理条件の一例を示すと、真空チャンバ４２の圧力（つまり基板Ｗの近傍の空間内の圧力）を０．１～１００Ｐａ程度（ここでは１Ｐａ程度の中真空とする）として、ノズル４５に対してそれよりも高い圧力（例えば０．３～５．０ＭＰａ）の圧力で洗浄用のガス（二酸化炭素ガス）を供給する。ノズル４５から真空チャンバ４２内に吐出された洗浄用のＣＯ２ガスは、急激な断熱膨張により凝縮温度以下に冷却され、互いの分子（図５の符号「２０１」）同士がファンデルワールス力により結合して、集合体であるガスクラスタ（図５の符号「２００」）となる。
　ノズル４５から吐出されたガス由来のガスクラスタは、基板Ｗの表面に垂直に照射される。ガスクラスタは、基板Ｗの表面にあるパーティクルに直接衝突した場合、パーティクルの近傍の基板Ｗの表面に衝突した場合のいずれの場合も、ガスクラスタの運動エネルギにより、パーティクルを基板Ｗの表面から離脱させる（吹き飛ばす）。パーティクル除去の作用機序の詳細並びにガスクラスタ洗浄の条件決定の手順については特許文献１を参照されたい。基板Ｗの表面から離脱したパーティクルは、排気路３６を通って真空チャンバ４２から排出される。
　実際の処理においては、水平移動機構５０により載置台４３に載置された基板Ｗを動かしながら、基板Ｗの表面全域に漏れなくガスクラスタを照射してもよい。これに代えて、例えば、基板処理システム１に搬入される前に各基板Ｗの検査を行ってパーティクルマップを作成し、このパーティクルマップに基づいて、パーティクルが存在しているところを狙ってガスクラスタを照射してもよい。
　ガスクラスタ洗浄ユニット４１におけるガスクラスタ洗浄が終了したら、ゲートバルブＧＶ４が開かれ、減圧搬送装置１６（Ｈ－Ａｒｍ）が基板Ｗをガスクラスタ洗浄ユニット４１から取り出し、ゲートバルブＧＶ２が開放され、かつ、ゲートバルブＧＶ１が閉鎖された状態となっている第２ロードロックユニット１４２（ＬＬＢ）に搬入する。次いで、ゲートバルブＧＶ２が閉じられる。
　ガスクラスタ洗浄中に、前述した洗浄用のガスの断熱膨張による冷却により、真空チャンバ４２内の温度および基板Ｗの温度は低下してゆき、ガスクラスタ洗浄の終了時点では例えば－５０℃程度の低温となっている。このため、第２ロードロックユニット１４２に大気を導入すると、基板Ｗに結露が生じてしまう。これを防止するため、第２ロードロックユニット１４２内を減圧状態に維持したまま、予め定められた時間だけ第２ロードロックユニット１４２内に基板Ｗを滞留させ、基板載置台に内蔵された加熱器により、基板Ｗを常温（約２５℃）まで昇温する。
　基板Ｗの温度が常温となったら、第２ロードロックユニット１４２内に大気（例えばクリーンルーム内空気）が導入され、第２ロードロックユニット１４２の圧力が常圧に戻される。次いで、ゲートバルブＧＶ１が開放され、基板搬送装置１３が第２ロードロックユニット１４２から基板Ｗを取り出し、その基板を搬出入ブロック２（ＣＳＢ）のキャリア載置エリア１１に載置された元のキャリアＣに収納する。以上により、基板処理システム１内における１枚の基板Ｗに対する一連の搬送および処理が終了する。
　上記の一連の工程における基板周囲の圧力および基板の温度の変化の一例を図７に示した。図７の最上段の１～１５は工程番号、次の段およびその次の段の、ＣＳＢ（２），ＬＬ（１４１），Ｈ－ＡＲｍ（１６）等のアルファベットおよび括弧書きの数字は基板が保持されている基板処理システム１の構成要素の略称および参照符号を示している。
　図７のグラフでは、搬送エリア１５内の圧力（工程番号１１，１３を参照）と、ガスクラスタ洗浄ユニット４１における処理圧力が同じであるが、これに限定されるものではなく、これらの圧力は互いに異なっていても構わない。図１に示した構成の場合、ガスクラスタ洗浄ユニット４１内の圧力を処理圧力に調節するための所要時間（通常は、真空引き時間に相当する）は、搬送エリア１５内の圧力とガスクラスタ洗浄ユニット４１での処理圧力との差に依存する。また、真空ベークユニット３４内の圧力を処理圧力に調節するための所要時間（通常は、真空引き時間に相当する）は、搬送エリア１５内の圧力と真空ベークユニット３４での処理圧力との差に依存する。このため、圧力調整の所要時間の総和が最小となるように搬送エリア１５内の圧力を決定してもよい。なお、先に説明したように、真空ベークユニット３４での処理圧力は高真空に限らず、除去対象の物質の種類によっては中真空の場合もありうる。
　上記の実施形態では、最初に真空ベーク洗浄を行い、次にガスクラスタ洗浄を行ったがこれに限定されるものではない。最初にガスクラスタ洗浄を行い、次に真空ベーク洗浄を行ってもよい。真空ベーク洗浄およびガスクラスタ洗浄のうちの少なくとも一方または両方を複数回行ってもよい。この場合、真空ベーク洗浄およびガスクラスタ洗浄を交互に行ってもよい。
　ガスクラスタ洗浄の後に真空ベーク洗浄を行う場合には、ガスクラスタ洗浄により冷却されてしまった基板を、真空ベークユニット３４に投入する前に加熱してもよい。この場合、第１受け渡しユニット３１１の基板載置台に加熱器を組み込んでもよいし、あるいは第３の受け渡しユニット３１３（図２に鎖線で示した）を設けてそれに内蔵された基板載置台に加熱器を組み込んでもよい。
　ドライ洗浄ブロック４で実行される最後の処理が真空ベーク洗浄である場合には、第２ロードロックユニット１４２の基板載置台に加熱器を設ける必要はない。なおこの場合、第２受け渡しユニット３１２の基板載置台に冷却器を設けることに代えて、第２ロードロックユニット１４２の基板載置台に冷却器を設け、真空ベーク洗浄時に加熱された基板を冷却してもよい。
　搬送スケジュールに問題が生じないならば、加熱器付きの基板載置台を有する第２ロードロックユニット１４２を、ガスクラスタ洗浄を行った後の基板Ｗを真空ベークユニット３４に投入する前に加熱する用途に用いてもよい。
　ロードロックブロック３のロードロックユニット（１４１，１４２）およびドライ洗浄ブロック４の受け渡しユニット（３１１，３１２，３１３）にどのような温調機能を持たせるかについては、要求される装置運用のフレキシビリティ（ガスクラスタ洗浄および真空ベーク洗浄の実行順序の自由度）および装置コストを勘案して決定すればよい。図２に鎖線で示すようにドライ洗浄ブロック４に基板Ｗの加熱機能を有する第３の受け渡しユニット３１３を設ければ、装置運用のフレキシビリティが高まり、かつ装置コストの増大も最小限に抑制されるものと考えられる。
　一変形実施形態において、図１に示したロードロックブロック３およびドライ洗浄ブロック４のセットを多段に積層することにより基板処理システム１を構築してもよい。この場合、搬送エリア１５の減圧搬送装置１６は、ロードロックブロック３およびドライ洗浄ブロック４のセット毎に１つずつ設けてもよく、これに代えて、全てのセットに対して共通の１つの減圧搬送装置１６を設けてもよい。
　他の変形実施形態において、ドライ洗浄ブロックを図８に示すように構成してもよい。図８の変形実施形態では、第１洗浄エリア３０Ａに、真空ベークユニット列が２列設けられ、各真空ベークユニット列は、鉛直方向に積層された複数の真空ベークユニット３４から構成されている。各真空ベークユニット３４は、搬送エリア１５に面した部位にゲートバルブＧ３を有している。第１洗浄エリア３０Ａの隣に、受け渡しユニット列が１列設けられている。受け渡しユニット列は、鉛直方向に積層された複数の受け渡しユニット３１２（３１１でもよい）から構成されている。複数の受け渡しユニット３１２（３１１でもよい）は、真空ベークユニット３４への搬入を待っている基板、ガスクラスタ洗浄ユニット４１への搬入を待っている基板、ロードロックユニット１４１（１４２でもよい）への搬入を待っている基板の待機場所（バッファ）として設けられている。複数の受け渡しユニット３１２の少なくともいくつかに（全てでもよい）、基板Ｗの加熱及び／又は冷却機能を設けてもよい。この機能は、ガスクラスタ洗浄ユニット４１において処理された基板を加熱するために、あるいは、真空ベークユニット３４で加熱された基板を冷却するために用いることができる。このように構成した場合は、ロードロックユニット１４２に温調機能を設けなくてもよい。ロードロックユニット１４１（１４２でもよい）の数を増やして鉛直方向に積層してもよい。この変形実施形態では、第１洗浄エリア３０Ａと第２洗浄エリア４０（これは図１の第２洗浄エリア４０と同じ構成を有する）との間に設けられた搬送エリア１５の減圧搬送装置１６が、全てのロードロックユニット１４１、全ての真空ベークユニット３４、全てのガスクラスタ洗浄ユニット４１および全ての受け渡しユニット３１２に対して基板を搬出入することができる。
　次に、真空ベーク洗浄とガスクラスタ洗浄との役割分担について説明する。真空ベーク洗浄とガスクラスタ洗浄とは、一方の洗浄方法により除去することが困難な付着物を他方の洗浄方法により比較的容易に除去することができるという相互補完の関係にある。このため、洗浄対象の基板Ｗに付着している付着物（パーティクル）原因物質の多くを除去することができる。
　真空ベーク洗浄およびガスクラスタ洗浄の特徴を下記の表１～表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１は、真空ベーク洗浄およびガスクラスタ洗浄の特性を示している。表１に示すように、真空ベーク洗浄は付着物を気化して基板から除去するのに対して、ガスクラスタ洗浄はクラスタの衝突エネルギにより付着物を基板から除去する。この相違により、以下のような差異がある。すなわち、ガスクラスタは基板Ｗの表面に垂直に照射されるため、基板Ｗの表面を鉛直方向上方から見たときに「見える」表面（例えばパターンの凹部の底面も含まれる）に付着しているパーティクルを（真空ベークよりも）効率良く除去することができる。一方で、基板Ｗの表面を鉛直方向上方から見たときに「見えない」表面（例えば深い凹部の奥の側面、縦溝の途中で分岐して側方に延びる横溝の表面など）、あるいは、「見え難い」表面（例えば浅い凹部の側面、深い凹部の底部近傍の表面）に付着しているパーティクルを除去することはできないか、できたとしても除去効率が非常に低い。真空ベーク洗浄は、付着物に対して減圧雰囲気で熱を加えればよいので、「見えない」表面あるいは「見え難い」表面の付着物を除去することが可能である。
　なお、表１のガスクラスタ洗浄における「パターンダメージ　なし」とは、極端に衝突エネルギを高めるような条件で処理を行わない限り、パターンダメージは生じないという意味である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２は真空ベーク洗浄およびガスクラスタ洗浄により除去可能な物質を示している。表２において、「○」は除去可能、「△」は除去可能であるがあまり適していない、「×」は除去不可能を意味している。表２に示すように、真空ベーク洗浄により除去可能な物質とガスクラスタ洗浄により除去可能な物質の多くが共通している。表１と合わせて考えると、「見えない」表面あるいは「見え難い」表面に付着した不揮発性物質以外の付着物は、真空ベーク洗浄とガスクラスタ洗浄とを組みあわせることにより除去可能であることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 　表３は真空ベーク洗浄およびガスクラスタ洗浄で用いられる温度および圧力を示している。真空ベーク洗浄およびガスクラスタ洗浄は、真空処理である点において共通しており、温度（加熱、非加熱）および真空度（高真空、中真空）が相違している。真空ベーク洗浄とガスクラスタ洗浄はいずれも減圧（真空）プロセスである。従って、真空ベーク洗浄用の機器とガスクラスタ洗浄用の機器（真空搬送用の機器、ロードロックユニット等）とを共用することができる。また、真空ベーク洗浄用の機器が設けられる空間と真空搬送用の機器が設けられる空間とを共通の真空ポンプにより減圧することもできる。このため、真空ベーク洗浄用の基板処理システムとガスクラスタ洗浄用の基板処理システムとをスタンドアローンのシステムとして別々に設けた場合と比較して、トータルの装置コストを大幅に削減することができる。
　今回開示された実施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。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　基板Ｗは半導体ウエハに限定されるものではなく、ガラス基板、セラミック基板等の半導体装置の製造において用いられる他の種類の基板であってもよい。
　Ｗ　基板
　Ｃ　基板搬送容器
　２　搬出入ブロック
　３　ロードロックブロック
　１４１，１４２　ロードロックユニット
　４　ドライ洗浄ブロック
　１３　基板搬送装置
　３４　真空ベークユニット
　４１　ガスクラスタ洗浄ユニット

Claims (15)

  1. 　基板を収容する基板搬送容器が載置される容器載置台と、前記容器載置台に載置された基板搬送容器に収納された基板の搬出入を行う基板搬送装置と、が設けられた搬出入ブロックと、
    　減圧雰囲気下で基板のドライ洗浄を行う複数の処理ユニットを備えたドライ洗浄ブロックであって、当該ドライ洗浄ブロック内において減圧雰囲気下で基板を搬送する減圧搬送装置が設けられている、前記ドライ洗浄ブロックと、
    　常圧雰囲気の前記搬出入ブロックと減圧雰囲気の前記ドライ洗浄ブロックとを接続する少なくとも１つのロードロックユニットが設けられたロードロックブロックと、
    を備え、
    　前記ドライ洗浄ブロックは、前記複数の処理ユニットとして、
    　減圧雰囲気下で基板を加熱することにより、基板の表面に付着した付着物を除去する少なくとも１つの真空ベークユニットと、
    　減圧雰囲気下で基板の表面にガスクラスタを照射して、基板の表面に付着した付着物を除去する少なくとも１つのガスクラスタ洗浄ユニットと、
    を有している、基板処理装置。
  2. 　前記ドライ洗浄ブロックは、
    　複数の前記真空ベークユニットが設けられた第１洗浄エリアと、
    　複数の前記ガスクラスタ洗浄ユニットが設けられた第２洗浄エリアと、
    　前記減圧搬送装置が設けられた搬送エリアと、
    を有し、
    　前記搬送エリアは、前記第１洗浄エリアと前記第２洗浄エリアとの間に配置され、
    　前記減圧搬送装置は、前記第１洗浄エリアと、前記第２洗浄エリアと、前記ロードロックブロックとの間で前記基板を搬送する、請求項１記載の基板処理装置。
  3. 　第１洗浄エリアに、
    　前記複数の真空ベークユニットと、
    　前記複数の真空ベークユニットが接続された真空搬送室であって、その内部に真空搬送機が設けられている、前記真空搬送室と、
    　前記真空搬送室に接続された少なくとも１つの受け渡しユニットと、
    が設けられ、
    　前記真空搬送機と、前記複数の真空ベークユニットとの間で基板の受け渡しが可能であり、
    　前記受け渡しユニットと、前記搬送エリアの前記減圧搬送装置との間で基板の受け渡しが可能であり、
    　前記受け渡しユニットと、前記真空搬送機との間で基板の受け渡しが可能である、
    請求項２記載の基板処理装置。
  4. 　前記少なくとも１つの受け渡しユニットには、少なくとも第１受け渡しユニットおよび第２受け渡しユニットが含まれており、少なくとも前記第２受け渡しユニットに、前記真空ベークユニットによりこれから処理が施される基板、または、前記真空ベークユニットにより処理が施された基板の温度を調節するための温調部が設けられている、請求項３記載の基板処理装置。
  5. 　前記第２受け渡しユニットの前記温調部は、前記真空ベークユニットにより処理が施された基板を前記減圧搬送装置に受け渡す前に、当該基板を冷却する冷却器を有する、請求項４記載の基板処理装置。
  6. 　前記第２受け渡しユニットの前記温調部は、前記ガスクラスタ洗浄ユニットにより処理されたときに冷却された基板を前記真空搬送機に受け渡す前に、当該基板を加熱する加熱器を有する、請求項４記載の基板処理装置。
  7. 　前記第１受け渡しユニットは基板の温調機能を有していない、請求項４記載の基板処理装置。
  8. 　前記第１洗浄エリアに設けられた前記複数の真空ベークユニットは鉛直方向に並んでおり、前記真空搬送機は、前記複数の真空ベークユニットの全てに対して基板の受け渡しができるように設けられている、請求項３記載の基板処理装置。
  9. 　前記第１洗浄エリアの前記真空搬送室および前記受け渡しユニットの内部空間と、前記搬送エリアの内部空間とが共通の真空ポンプにより減圧されることにより同じ圧力に制御されている、請求項３記載の基板処理装置。
  10. 　前記ロードロックブロックの前記少なくとも１つのロードロックユニットには、第１ロードロックユニットおよび第２ロードロックユニットが含まれており、前記第２ロードロックユニットには、前記ガスクラスタ洗浄ユニットにより処理されたときに冷却された基板を加熱する加熱器が設けられている、請求項１記載の基板処理装置。
  11. 　前記第１ロードロックユニットは基板の温調機能を有していない、請求項１０記載の基板処理装置。
  12. 　前記第１ロードロックユニットおよび前記第２ロードロックユニットは、水平方向に隣り合って並んでいるか、あるいは、鉛直方向に並んでいる、請求項１０記載の基板処理装置。
  13. 　前記基板処理装置により処理される基板は、他の基板処理装置にて液処理された基板であって、前記液処理に由来する付着物が表面に付着した基板である、請求項１記載の基板処理装置。
  14. 　基板を、常圧雰囲気にある基板搬送装置により、少なくとも１つのロードロックユニットが設けられたロードロックブロックに搬入する工程と、
    　減圧雰囲気とされた搬送エリアに設けられた減圧搬送装置により、前記ロードロックブロックから前記基板を取り出す工程と、
    　前記基板を、前記減圧搬送装置により、真空ベークユニットが設けられた第１洗浄エリアに搬入し、前記真空ベークユニットにより前記基板に真空ベーク洗浄を施す工程と、
    　前記基板を、前記減圧搬送装置により、ガスクラスタ洗浄ユニットが設けられた第２洗浄エリアに搬入し、前記ガスクラスタ洗浄ユニットにより前記基板にガスクラスタ洗浄を施す工程と、
    　前記真空ベーク洗浄および前記ガスクラスタ洗浄が施された基板を、前記減圧搬送装置により、ロードロックブロックに搬入する工程と、
    　常圧雰囲気にある前記基板搬送装置により、前記基板を前記ロードロックブロックから搬出する工程と、
    を備えた基板処理方法。
  15. 　前記基板は、液処理された基板であって、前記液処理に由来する付着物が表面に付着した基板である、請求項１４記載の基板処理方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013175681A (ja) * 2012-02-27 2013-09-05 Kyoto Univ 基板洗浄方法、基板洗浄装置及び真空処理装置
WO2020022103A1 (ja) * 2018-07-24 2020-01-30 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法及び基板処理装置

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