特許 5945178 ガスクラスター照射機構およびそれを用いた基板処理装置、ならびにガスクラスター照射方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5945178

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】ガスクラスター照射機構およびそれを用いた基板処理装置、ならびにガスクラスター照射方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20160621BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20160621BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20160621BHJP

   B08B 5/00 20060101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 645Z

   H01L21/302 102

   H01L21/302 201A

   B08B5/00 Z

【請求項の数】17

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-150695(P2012-150695)

(22)【出願日】2012年7月4日

(65)【公開番号】特開2014-13834(P2014-13834A)

(43)【公開日】2014年1月23日

【審査請求日】2015年3月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099944

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 宏志

(72)【発明者】

【氏名】井内 健介

(72)【発明者】

【氏名】土橋 和也

【審査官】 ▲高▼須 甲斐

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第６４４９８７３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１１−１９８９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７１５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８７８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１８８２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４９０５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ０８Ｂ ５／００

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空に保持された処理容器内にガスを噴射して断熱膨張によりガスクラスターを生成し、前記処理容器内に配置された被処理基板にガスクラスターを照射するガスクラスター照射機構であって、
前記処理容器内にガスを噴射する複数のガス噴射ノズルを有するノズルユニットと、
前記ノズルユニットにガスクラスターを生成するためのガスを供給するガス供給部と
を具備し、
前記ノズルユニットは、前記ガス噴射ノズルから前記ガスが必要な流量で供給された際に到達する前記処理容器内の圧力が、ガスクラスターを破壊しない程度の圧力となるように前記ガス噴射ノズルの本数が設定され、
前記ノズルユニットにおいて、前記複数のガス噴射ノズルのうち隣接するものどうしを、これらから噴射されたガスのうちガスクラスターの形成に寄与しなかった残留ガスの広がる範囲が互いに重ならないように配置することを特徴とするガスクラスター照射機構。

【請求項2】

前記処理容器内の圧力は、前記ノズルユニットに供給するガスの供給圧力が１ＭＰａ以下では０．３ｋＰａ以下、供給圧力が１〜５ＭＰａでは３ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載のガスクラスター照射機構。

【請求項3】

前記複数のガス噴射ノズルのうち隣接するものどうしの距離を２０ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスクラスター照射機構。

【請求項4】

前記ノズルユニットと被処理基板とは相対的に移動可能に設けられ、これらを相対移動させながら被処理基板全面にガスクラスターを照射することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスクラスター照射機構。

【請求項5】

前記ノズルユニットを複数有し、前記複数のノズルユニットのうち一つからガスを噴射するとともに、順次ノズルユニットを変えてガスを噴射することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガスクラスター照射機構。

【請求項6】

前記複数のノズルユニットのうち互いに隣接するノズルユニットにおける前記ガス噴射ノズルの位置がずれていることを特徴とする請求項５に記載のガスクラスター照射機構。

【請求項7】

前記互いに隣接するノズルユニットにおける前記ガス噴射ノズルのずらす距離を、一つのガス噴射ノズルからのクラスター照射範囲と同じかそれよりも小さくし、前記ノズルユニットの数を、被処理基板の直径方向において、ガス噴射ノズルからガスクラスターが照射されない部分が形成されない数とすることを特徴とする請求項６に記載のガスクラスター照射機構。

【請求項8】

前記ガスクラスター照射機構は、処理チャンバに被処理基板を搬送するための真空トランスファチャンバまたはロードロックチャンバに設けられ、被処理基板を搬送する搬送アームに被処理基板を載せた状態でガスクラスターの照射を行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のガスクラスター照射機構。

【請求項9】

真空に保持される処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を支持する基板支持部と、
前記処理容器内にガスを噴射して断熱膨張によりガスクラスターを生成し、被処理基板にガスクラスターを照射するガスクラスター照射機構と
を具備し、ガスクラスターにより被処理基板に所定の処理を施す基板処理装置であって、
前記ガスクラスター照射機構は、
前記処理容器内にガスを噴射する複数のガス噴射ノズルを有するノズルユニットと、
前記ノズルユニットにガスクラスターを生成するためのガスを供給するガス供給部と
を有し、
前記ノズルユニットは、前記ガス噴射ノズルから前記ガスが必要な流量で供給された際に到達する前記処理容器内の圧力が、ガスクラスターを破壊しない程度の圧力となるように前記ガス噴射ノズルの本数が設定され、
前記ノズルユニットにおいて、前記複数のガス噴射ノズルのうち隣接するものどうしを、これらから噴射されたガスのうちガスクラスターの形成に寄与しなかった残留ガスの広がる範囲が互いに重ならないように配置することを特徴とする基板処理装置。

【請求項10】

前記処理容器内の圧力は、前記ノズルユニットに供給するガスの供給圧力が１ＭＰａ以下では０．３ｋＰａ以下、供給圧力が１〜５ＭＰａでは３ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。

【請求項11】

前記複数のガス噴射ノズルのうち隣接するものどうしの距離を２０ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の基板処理装置。

【請求項12】

前記ノズルユニットと被処理基板とを相対的に移動させる駆動機構をさらに具備し、前記ガスクラスター照射機構は、これらを相対移動させながら被処理基板全面にガスクラスターを照射することを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項13】

前記ガスクラスター照射機構は、前記ノズルユニットを複数有し、前記複数のノズルユニットのうち一つからガスを噴射して処理を行うとともに、順次ノズルユニットを変えてガスを噴射することを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項14】

前記複数のノズルユニットのうち互いに隣接するノズルユニットにおける前記ガス噴射ノズルの位置がずれていることを特徴とする請求項１３に記載の基板処理装置。

【請求項15】

前記互いに隣接するノズルユニットにおける前記ガス噴射ノズルのずらす距離を、一つのガス噴射ノズルからのクラスター照射範囲と同じかそれよりも小さくし、前記ノズルユニットの数を、被処理基板の直径方向において、ガス噴射ノズルからガスクラスターが照射されない部分が形成されない数とすることを特徴とする請求項１４に記載の基板処理装置。

【請求項16】

前記処理容器は、処理チャンバに被処理基板を搬送するための真空トランスファチャンバまたはロードロックチャンバであり、被処理基板を搬送する搬送アームに被処理基板を載せた状態で前記ガスクラスター照射機構からガスクラスターの照射を行うことを特徴とする請求項９から請求項１５のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項17】

真空に保持された処理容器内にガスを噴射して断熱膨張によりガスクラスターを生成し、前記処理容器内に配置された被処理基板にガスクラスターを照射するガスクラスター照射方法であって、
前記処理容器内に複数のガス噴射ノズルからガスを噴射する際に、前記ガス噴射ノズルから前記ガスが必要な流量で供給された際に到達する前記処理容器内の圧力が、ガスクラスターを破壊しない程度の圧力となるように前記ガス噴射ノズルの本数を設定し、
前記複数のガス噴射ノズルのうち隣接するものどうしを、これらから噴射されたガスのうちガスクラスターの形成に寄与しなかった残留ガスの広がる範囲が互いに重ならないように配置することを特徴とするガスクラスター照射方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスクラスター照射機構およびそれを用いた基板処理装置、ならびにガスクラスター照射方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近時、試料表面にガスクラスターを照射して試料表面の加工や洗浄を行うガスクラスター技術が、選択性の高い加工や洗浄を可能にする技術として注目されている。

【0003】

試料表面にガスクラスターを照射する方法としては、例えば、ガスクラスターをイオン化し、電界や磁界により加速して試料表面に衝突させる、ガスクラスターイオンビームを用いた方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

上記ガスクラスターイオンビームを用いた方法では、クラスターはイオン化しており、基板への電気的ダメージが懸念されるため、ニュートライザー等を用いてクラスターイオンを電気的に中性にして試料に衝突させるようにしているが、このような手法を用いてもクラスターを完全に電気的中性にすることが困難である。

【0005】

そこで、このような電気的ダメージを生じないガスクラスター照射技術として、ガスの断熱膨張を利用して中性のガスクラスターを照射する技術が提案されている（特許文献２）。

【0006】

特許文献２では、反応ガスであるＣｌＦ_３ガスと、それよりも低沸点のガスであるＡｒガスとの混合ガスを、液化しない範囲の圧力で噴出部から断熱膨張させながら真空処理室内に噴出させ、反応性クラスターを生成し、その反応性クラスターを真空処理室内の試料に噴射して試料表面を加工する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平８−３１９１０５号公報

【特許文献2】国際公開第２０１０／０２１２６５号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、上記特許文献２に開示された技術では、基本的に一つの噴射部（ノズル）からガスを噴射させてクラスターを生成しているが、一つのノズルから生成されるガスクラスターの照射領域は数ｍｍφであり、半導体ウエハのような大面積の基板の処理に適用する場合に、スループットが問題となる。

【0009】

このようなスループットの問題は、ガス噴射ノズルを複数本設けることにより解消することは可能であるが、ガス噴射ノズルを複数設けるとガス流量が増加し、それによる真空度の低下によって処理性能が低下してしまう。すなわち、ガスクラスターは真空度が低いと破壊されてしまうため、ノズルの本数が多くなって真空度が所定値よりも低下すると、ガスクラスターの破壊により処理性能が低下してしまうのである。また、ガスクラスターノズルの本数が適正でも局所的に真空度が低くなることがあり、その場合にはその部分で処理性能が低下してしまう。

【0010】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、ガスクラスターを破壊させずに高スループットでガスクラスターによる処理が可能なガスクラスター照射機構およびガスクラスター照射方法、ならびにそのようなガスクラスター照射機構を備えた基板処理装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、真空に保持された処理容器内にガスを噴射して断熱膨張によりガスクラスターを生成し、前記処理容器内に配置された被処理基板にガスクラスターを照射するガスクラスター照射機構であって、前記処理容器内にガスを噴射する複数のガス噴射ノズルを有するノズルユニットと、前記ノズルユニットにガスクラスターを生成するためのガスを供給するガス供給部とを具備し、前記ノズルユニットは、前記ガス噴射ノズルから前記ガスが必要な流量で供給された際に到達する前記処理容器内の圧力が、ガスクラスターを破壊しない程度の圧力となるように前記ガス噴射ノズルの本数が設定され、前記ノズルユニットにおいて、前記複数のガス噴射ノズルのうち隣接するものどうしを、これらから噴射されたガスのうちガスクラスターの形成に寄与しなかった残留ガスの広がる範囲が互いに重ならないように配置することを特徴とするガスクラスター照射機構を提供する。

【0012】

前記処理容器内の圧力は、前記ノズルユニットに供給するガスの供給圧力が１ＭＰａ以下では０．３ｋＰａ以下、供給圧力が１〜５ＭＰａでは３ｋＰａ以下であることが好ましい。また、前記複数のガス噴射ノズルのうち隣接するものどうしの距離を２０ｍｍ以上とすることが好ましい。

【0013】

前記ノズルユニットと被処理基板とは相対的に移動可能に設けられ、これらを相対移動させながら被処理基板全面にガスクラスターを照射するように構成することができる。

【0014】

ガスクラスター照射機構としては、前記ノズルユニットを複数有し、前記複数のノズルユニットのうち一つからガスを噴射するとともに、順次ノズルユニットを変えてガスを噴射するものとすることができる。この場合に、前記複数のノズルユニットのうち互いに隣接するノズルユニットにおける前記ガス噴射ノズルの位置がずれていることが好ましい。前記互いに隣接するノズルユニットにおける前記ガス噴射ノズルのずらす距離を、一つのガス噴射ノズルからのクラスター照射範囲と同じかそれよりも小さくし、前記ノズルユニットの数を、被処理基板の直径方向において、ガス噴射ノズルからガスクラスターが照射されない部分が形成されない数とすることが好ましい。

【0015】

ガスクラスター照射機構は、処理チャンバに被処理基板を搬送するための真空トランスファチャンバまたはロードロックチャンバに設けられ、被処理基板を搬送する搬送アームに被処理基板を載せた状態でガスクラスターの照射を行うものとすることができる。

【0016】

本発明の第２の観点では、真空に保持される処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を支持する基板支持部と、前記処理容器内にガスを噴射して断熱膨張によりガスクラスターを生成し、被処理基板にガスクラスターを照射するガスクラスター照射機構とを具備し、ガスクラスターにより被処理基板に所定の処理を施す基板処理装置であって、前記ガスクラスター照射機構は、前記処理容器内にガスを噴射する複数のガス噴射ノズルを有するノズルユニットと、前記ノズルユニットにガスクラスターを生成するためのガスを供給するガス供給部とを有し、前記ノズルユニットは、前記ガス噴射ノズルから前記ガスが必要な流量で供給された際に到達する前記処理容器内の圧力が、ガスクラスターを破壊しない程度の圧力となるように前記ガス噴射ノズルの本数が設定され、前記ノズルユニットにおいて、前記複数のガス噴射ノズルのうち隣接するものどうしを、これらから噴射されたガスのうちガスクラスターの形成に寄与しなかった残留ガスの広がる範囲が互いに重ならないように配置することを特徴とする基板処理装置を提供する。

【0017】

本発明の第３の観点では、真空に保持された処理容器内にガスを噴射して断熱膨張によりガスクラスターを生成し、前記処理容器内に配置された被処理基板にガスクラスターを照射するガスクラスター照射方法であって、前記処理容器内に複数のガス噴射ノズルからガスを噴射する際に、前記ガス噴射ノズルから前記ガスが必要な流量で供給された際に到達する前記処理容器内の圧力が、ガスクラスターを破壊しない程度の圧力となるように前記ガス噴射ノズルの本数を設定し、前記複数のガス噴射ノズルのうち隣接するものどうしを、これらから噴射されたガスのうちガスクラスターの形成に寄与しなかった残留ガスの広がる範囲が互いに重ならないように配置することを特徴とするガスクラスター照射方法を提供する。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、ガス噴射ノズルからガスが必要な流量で供給された際に到達する処理容器内の圧力が、ガスクラスターを破壊しない程度の圧力となるようにガス噴射ノズルの本数が設定され、複数のガス噴射ノズルのうち隣接するものどうしを、これらから噴射されたガスのうちガスクラスターの形成に寄与しなかった残留ガスの広がる範囲が互いに重ならないように配置するので、全体的にも局所的にもガスクラスターが破壊するような高い圧力になることがなく、ガスクラスターを破壊させずに高スループットでガスクラスターによる処理が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るガスクラスター照射機構を備えた基板処理装置を示す断面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係るガスクラスター照射機構を示す平面図である。

【図3】隣接するガス噴射ノズルのガスクラスターの形成に寄与しなかった残留ガスが重なった状態を示す模式図である。

【図4】実際にガス噴射ノズルからのガスの流れをシミュレーションし、どの範囲まで残留ガスが広がるかを確認した結果を示す図である。

【図5】図４の結果に基づいてサンプル面上の圧力分布を求めた結果を示す図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係るガスクラスター照射機構を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るガスクラスター照射機構を備えた基板処理装置を示す断面図、図２は第１の実施形態に係るガスクラスター照射機構を示す平面図である。

【0021】

基板処理装置１００は、ガスクラスターにより基板の処理を行うものである。基板の処理としては、基板の洗浄処理、エッチング後の基板の残渣処理、エッチング処理等を挙げることができる。

【0022】

この基板処理装置１００は、基板処理を行うための処理室を区画する処理容器１を有している。処理容器１内には基板載置台２が設けられており、その上に被処理基板Ｓが載置される。被処理基板Ｓとしては、半導体ウエハ、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板等、種々のものを挙げることができ、特に限定されない。基板載置台２は、例えばＸＹテーブルからなる駆動機構３により一平面内で自由に移動できるようになっており、これにともなってその上の被処理基板Ｓも平面移動可能となっている。

【0023】

処理容器１の側壁下部には排気口４が設けられており、排気口４には排気配管５が接続されている。排気配管５には、真空ポンプ等を備えた排気機構６が設けられており、この排気機構６により処理容器１内が真空排気されるようになっている。このときの真空度は排気配管５に設けられた圧力制御バルブ７により制御可能となっている。

【0024】

基板載置台２の上方には、被処理基板Ｓにガスクラスターを照射するガスクラスター照射機構１０が配置されている。ガスクラスター照射機構１０は、基板載置台２に対向して設けられたノズルユニット１１と、ノズルユニット１１にクラスターを生成するためのガスを供給するガス供給部１２と、ガス供給部１２からのガスをノズルユニット１１へ導くガス供給配管１３とを有している。ガス供給配管１３には、開閉バルブ１４および流量制御器１５が設けられている。ノズルユニット１１は、ヘッダ１６とヘッダ１６に設けられた複数（図では４個）のガス噴射ノズル１７とを有している。そして、ガス供給配管１３からのガスクラスターを生成するためのガスは、ヘッダ１６を経て複数のガス噴射ノズル１７から噴出される。ガス噴射ノズル１７は先端がラッパ状をなすコニカルノズルとして構成されているが、形状はこれに限定されず、単にヘッダ１６に形成された小孔（オリフィス）であってもよい。

【0025】

ガス噴射ノズル１７から噴射されたガスは、排気機構６により真空排気された処理容器１（処理室）内で断熱膨張し、ガスの原子または分子の一部がファンデルワールス力により数個から数万個凝集してガスクラスターとなる。ガスクラスターは直進する性質を有しており、直進したガスクラスターが被処理基板Ｓの表面に照射され、所望の処理、例えば、被処理基板Ｓの表面の洗浄処理が行われる。ガスクラスターにより洗浄処理を行う場合には、通常のガスでは除去できない付着物を有効に除去することができる。このとき、処理容器１内の圧力とガス噴射ノズル１７から噴射する前のガスの圧力との差圧が大きいほどガス噴射ノズル１７から噴射されるガスクラスターが被処理基板Ｓに衝突する際のエネルギーを大きくすることができる。

【0026】

ガスクラスターを形成するためのガスは特に限定されないが、Ａｒガス、Ｎ_２ガス、ＣＯ_２ガス、ＣｌＦ_３ガス、ＨＦガス等が例示される。また、Ｈ_２Ｏ等の液体の蒸気を使用してもよい。これらは単独でも、混合したものでも適用可能であり、混合ガスとしてＨｅガスを用いてもよい。

【0027】

生成されたガスクラスターを破壊させずに被処理基板Ｓに噴射させるためには、処理容器１内の真空度は高い方ほうがよく（つまり圧力が低いほうがよく）、ノズルユニット１１に供給するガスの供給圧力が１ＭＰａ以下では０．３ｋＰａ以下、供給圧力が１〜５ＭＰａでは３ｋＰａ以下であることが好ましい。

【0028】

本実施形態では、スループットを高めるため、ガス噴射ノズル１７を複数設けている。ただし、ガス噴射ノズル１７の本数が多くなると、ガス流量が増加して真空度が低下し、ガスクラスターの破壊につながるおそれがあるため、ガス噴射ノズル１７の本数は、ガス噴射ノズル１７からガスが必要な流量で供給された際に到達する処理容器１内の圧力が、ガスクラスターを破壊しない程度の圧力となる本数に設定される。

【0029】

また、ガス噴射ノズル１７からガスが噴射された際には、ガスクラスターの形成に寄与しなかった残留ガスが周囲に広がるが、この残留ガスの広がる範囲が隣接するガス噴射ノズル１７どうしで重なると、その部分で局部的に真空度が低下し（圧力が上昇し）、ガスクラスターが破壊されて処理性能が低下してしまうおそれがあるため、本実施形態では、複数のガス噴射ノズル１７のうち隣接するものどうしを、これらから噴射されたガスのうちガスクラスターの形成に寄与しなかった残留ガスの広がる範囲が互いに重ならないように配置する。

【0030】

処理容器１の側面には、被処理基板Ｓの搬入出を行うための搬入出口１８が設けられている。この搬入出口１８はゲートバルブ１９により開閉可能となっている。なお、基板処理装置１００は、基板を搬送する搬送装置を有し、その中が真空に保持される真空搬送室、またはロードロック室に接続されている。

【0031】

上述したように、駆動機構３は、基板載置台２を一平面内で移動するものであり、ノズルユニット１１と被処理基板Ｓとの間に相対移動を生じさせるものである。この駆動機構３は、ガス噴射ノズル１７から噴射されたガスクラスターが基板載置台２上の被処理基板Ｓの全面に照射されるように基板載置台２を移動させる。なお、駆動機構としては基板載置台２を移動させる代わりにノズルユニット１１を移動させてもよい。

【0032】

図１に示すように、基板処理装置１００は制御部２０を有している。制御部２０は、基板処理装置１００のガスの供給（開閉バルブ１４および流量制御器１５）、ガスの排気（圧力制御バルブ７）、駆動機構３による基板載置台２の駆動等を制御する、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたコントローラを有している。コントローラには、オペレータが基板処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、基板処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等が接続されている。また、コントローラには、基板処理装置１００における処理をコントローラの制御にて実現するための制御プログラムや処理条件に応じて基板処理装置１００の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムである処理レシピや、各種データベース等が格納された記憶部が接続されている。レシピは記憶部の中の適宜の記憶媒体に記憶されている。そして、必要に応じて、任意のレシピを記憶部から呼び出してコントローラに実行させることで、コントローラの制御下で、基板処理装置１００での所望の処理が行われる。

【0033】

次に、以上のような基板処理装置１００の処理動作について説明する。
まず、ゲートバルブ１９を開けて搬入出口１８を介して被処理基板Ｓを搬入し、基板載置台２上に載置する。

【0034】

次いで、駆動機構３により基板載置台２を初期位置に設定し、処理容器１内を排気機構６により真空引きするとともに、ノズルユニット１１の複数のガス噴射ノズル１７から所定のガスを所定流量で噴射する。これにより、処理容器１内を、ノズルユニット１１に供給するガスの供給圧力が１ＭＰａ以下では０．３ｋＰａ以下、供給圧力が１〜５ＭＰａでは３ｋＰａ以下の真空状態とするとともに、ガス噴射ノズル１７から噴射されたガスが断熱膨張してガスクラスターを生成し、このガスクラスターが直進して基板載置台２上の被処理基板Ｓに衝突し、洗浄処理等が行われる。このとき、被処理基板Ｓ表面上にまんべんなくガスクラスターが照射されるように、駆動機構３により被処理基板Ｓを移動させる。

【0035】

上述したように、一つのガス噴射ノズルから生成されるガスクラスターの照射領域は数ｍｍφであるから、ガス噴射ノズルが一つの場合には、大きい被処理基板Ｓを処理するとスループットが低いものとなる。このため、本実施形態では、ガス噴射ノズル１７を複数設けている。しかし、ガス噴射ノズル１７の本数が多くなると、ガス流量が増加して真空度が低下し、ガスクラスターの破壊につながるおそれがあるため、ガス噴射ノズル１７の本数は、ガス噴射ノズル１７からガスが必要な流量で供給された際に到達する処理容器１内の圧力が、ガスクラスターを破壊しない程度の圧力となる本数に設定される。

【0036】

例えば、ガスクラスターを生成させるためのガス噴射ノズルが１本のとき、ガス流量が７００ｓｃｃｍで処理容器１内の真空度（圧力）が１Ｐａとなるとすると、処理容器内の真空度をガスクラスターを破壊しない範囲内である１５Ｐａで基板処理を行う場合には、上記ガス噴射ノズルを１５本配置する。

【0037】

しかし、処理容器１内の全体の平均的な真空度が適切でも、局部的に真空度の低い領域が形成されると、その領域でクラスターが破壊して処理性能が低下することが見出された。また、このような局部的な真空度の低下は、隣接するガス噴射ノズル１７が近接して配置されていることが原因であることが見出された。すなわち、図３に示すように、ガス噴射ノズル１７からガスが噴射されてガスクラスターＣが形成され、ガスクラスターの形成に寄与しなかった残留ガスが破線で示す領域Ｒのように周囲に広がる。この残留ガスの広がる領域Ｒの範囲が隣接するガス噴射ノズル１７どうしで重なると、その部分で局部的に真空度が低下し（圧力が上昇し）、ガスクラスターが破壊されて処理性能が低下してしまうおそれがある。

【0038】

そこで、本実施形態では、複数のガス噴射ノズル１７のうち隣接するものどうしを、これらから噴射されたガスのうちガスクラスターの形成に寄与しなかった残留ガスの広がる範囲が互いに重ならないように配置する。

【0039】

実際にガス噴射ノズルからのガスの流れをシミュレーションし、どの範囲まで残留ガスが広がるかを確認した結果について説明する。ここでは、汎用熱流体解析ソフトであるＦＬＵＥＮＴ Ｖｅｒ．３を使用し、ＣＯ_２ガス流れのシミュレーションを行った。ガス噴出ノズルとしてコニカルノズルを用い、ガス噴射ノズルに対向してサンプル面が配置されている状態とし、計算条件は以下の表１に示すＡ〜Ｃの３条件とした。

【0040】

【表1】

【0041】

上記シミュレーション結果を図４に示す。図４は、各条件において、ノズルからＣＯ_２ガスを噴射した場合のガスの圧力分布を示すものである。また、図４の結果に基づいてサンプル面上の圧力分布を求めた結果を図５に示す。図５の横軸は、ノズル中心からの距離をとっている。

【0042】

これらの図に示すように、条件Ａ〜Ｃのいずれにおいても、サンプル面においては、ノズル近傍部分に圧力が最も高い部分が存在し、ノズル中心から１０ｍｍ付近でほぼバルクの圧力となっていることがわかる。この結果から、圧力にかかわらず、ノズルから噴射されたＣＯ_２ガスが半径１０ｍｍの範囲に広がっていると考えられる。以上のシミュレーション結果から、隣接するガス噴射ノズル１７は２０ｍｍ以上離隔していることが好ましい。

【0043】

例えば、上記例のように、１本で処理容器１内の真空度（圧力）が１Ｐａとなるガス噴射ノズルを１５本設けて、処理容器内の圧力を１５Ｐａにして基板処理を行う場合、基板として３００ｍｍウエハを用いると、上述のように２０ｍｍずつ離してガス噴射ノズルを配置すれば、３００ｍｍウエハの直径に対応させて１５本のガス噴射ノズルを１列に並べて配置することができる。

【0044】

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態に係るガスクラスター照射機構を示す平面図である。
図６に示すように、本実施形態のガスクラスター照射機構１０′は、基板載置台２に対向して設けられた３つのノズルユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、これらノズルユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃにクラスターを生成するためのガスを供給するガス供給部１２′と、ガス供給部１２′からのガスをノズルユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃへ導くガス供給配管とを有している。ガス配管は、ガス供給部１２′から延びる共通配管１３′と共通配管１３′から分岐してノズルユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃに接続された分岐配管１３ａ、１３ｂ、１３ｃを有している。分岐配管１３ａ、１３ｂ、１３ｃには、それぞれ、開閉バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび流量制御器１５ａ、１５ｂ、１５ｃが設けられている。ノズルユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、上記ノズルユニット１１と同様、ヘッダ１６とヘッダ１６に設けられた複数（図では４個）のガス噴射ノズル１７とを有している。そして、ガスクラスターを生成するためのガスは、ノズルユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃのヘッダ１６を経て複数のガス噴射ノズル１７から噴出される。ノズルユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃは一体的に設けられている。

【0045】

ノズルユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、それぞれ第１の実施形態のノズルユニット１１と同様、ガス噴射ノズル１７の本数が、ガス噴射ノズル１７からガスが必要な流量で供給された際に到達する処理容器１内の圧力が、ガスクラスターを破壊しない程度の圧力となる本数に設定される。また、ノズルユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃの複数のガス噴射ノズル１７の配置に関しても、ノズルユニット１１と同様、隣接するものどうしを、これらから噴射されたガスのうちガスクラスターの形成に寄与しなかった残留ガスの広がる範囲が互いに重ならないように配置する。

【0046】

そして、制御部２０′により、ノズルユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃの開閉バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを順次開くように制御することにより、ノズルユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃの順に時間をずらしてガスクラスターを照射することができ、処理容器１内の全体的および局所的な真空度低下による処理性能の低下を抑制しつつ、一層高いスループットを得ることができる。

【0047】

このとき、図６に示すように、ガス噴射ノズル１７を、隣接するノズルユニットでずらして配置することにより、駆動機構３によるノズルユニット１１ａ、１１ｂ、１１ｃの横方向の移動を少なくすることができ、スループットをより高めることができる。特に、隣接するノズルユニットにおけるガス噴射ノズル１７のずらす距離を、一つのガス噴射ノズルからのクラスター照射範囲と同じかそれよりも小さくし、ノズルユニットの数を、被処理基板Ｓの直径方向において、ガス噴射ノズルからガスクラスターが照射されない部分が形成されない数とすることが好ましい。図６の例では、ノズルユニット１１ａのガス噴射ノズル１７と、ノズルユニット１１ｂのガス噴射ノズル１７と、ノズルユニット１１ｃのガス噴射ノズル１７とが、被処理基板Ｓの直径方向でガスクラスターが照射されない部分が形成されないように少しずつずれて配置されている。このようにすることにより、駆動機構３による被処理基板Ｓの移動方向を一方向のみとすることができ、極めて高いスループットを得ることができる。

【0048】

例えば、上記例のように、１本で処理容器１内の真空度（圧力）が１Ｐａとなるガス噴射ノズルを１５本設けて、処理容器内の圧力を１５Ｐａにして３００ｍｍウエハを処理する場合、一つのノズルユニットにガス噴射ノズルを２０ｍｍ間隔で１５本設ける場合、例えば一つのノズルからガスクラスターが照射される範囲を４ｍｍとすると、ガス噴射ノズルの位置を４ｍｍずつずらしたノズルユニットを５個設けることにより、３００ｍｍウエハの直径方向でガスクラスターが照射されない部分が形成されないようにすることができ、これらノズルユニットを一つずつ用いて順にガスを噴射することにより、ウエハの移動方向を一方向にして極めて高いスループットで処理を行うことができる。

【0049】

＜他の適用＞
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においては、ノズルユニットとしてガス噴射ノズルを一列に配置したものを示したが、これに限るものではない。

【0050】

また、上記実施形態では、基板の洗浄処理等を行う専用の装置に本発明のガスクラスター照射機構を用いた例を示したが、これに限るものではない。例えば、エッチング後またはアッシング後に基板の残渣処理を行う場合等は、例えばエッチングチャンバやアッシングチャンバ等の処理チャンバが接続された真空トランスファチャンバや、大気雰囲気に存在する基板を真空状態のエッチングチャンバやアッシングチャンバに搬送するためのロードロックチャンバに本発明のガスクラスター照射機構を設けて、エッチング処理やアッシング処理が終了した後、基板の搬送中にこれらチャンバでガスクラスターによる基板の残渣処理を行うことができる。この場合に、特別の基板載置台および駆動機構を設けることなく、システムに搭載された搬送アームに被処理基板を載せた状態で被処理基板を移動させながらガスクラスターを照射することが可能である。

【符号の説明】

【0051】

１；処理容器
２；基板載置台
３；駆動機構
６；排気機構
１０、１０′；ガスクラスター照射機構
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ；ノズルユニット
１２、１２′；ガス供給部
１４、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ；開閉バルブ
１６；ヘッダ
１７；ガス噴射ノズル
２０、２０′；制御部
１００；基板処理装置
Ｃ；ガスクラスター
Ｒ；残留ガスが広がる領域
Ｓ；被処理基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図5】

【図6】

【図4】