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JP2002373878A - 基板表面のクリーニング装置及び方法 - Google Patents

基板表面のクリーニング装置及び方法

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Publication number
JP2002373878A
JP2002373878A JP2001180066A JP2001180066A JP2002373878A JP 2002373878 A JP2002373878 A JP 2002373878A JP 2001180066 A JP2001180066 A JP 2001180066A JP 2001180066 A JP2001180066 A JP 2001180066A JP 2002373878 A JP2002373878 A JP 2002373878A
Authority
JP
Japan
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substrate surface
plasma
laser beam
cleaning
chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2001180066A
Other languages
English (en)
Inventor
Takahiko Mitsuta
隆彦 光田
Masahito Kanazawa
正仁 金沢
Osamu Kato
修 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
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Publication date
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、基板表面に付着したシリカ等の無
機物を効果的に除去できるクリーニング方法および装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明による基板表面のクリーニング装
置は、パルスレーザビーム(2)を処理室(10)内の基板表
面(18A)に誘導する光学系(20)と、前記処理室(10)の上
流側に接続されたプラズマ室(15)内でプラズマを発生さ
せるための電源系(21)とを備え、前記プラズマ室(15)内
におけるプラズマ反応により発生した活性種(19)を前記
基板表面(18A)に到達させることにより、前記基板表面
(18A)の付着物をエッチングして前記基板表面(18A)から
切離し、さらに前記基板表面(18A)に前記パルスレーザ
ビーム(2)を照射することにより前記付着物を前記基板
表面から除去する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板表面の洗浄方
法及び装置に関し、特に、基板表面に付着した無機物を
除去できるようにするための新規な改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、用いられていたこの種の装置とし
ては図2で示される、例えばクリーニング装置の構成を
挙げることができる。半導体製造分野や液晶ディスプレ
イ製造分野における精密洗浄工程では、基板の表面に付
着した付着物を洗浄するために、有機溶剤や水溶液を用
いる湿式洗浄が用いられている。しかし、この方式では
廃液処理といった環境問題や、素子微細化に伴う汚染物
粒子径の微小化の問題などに対応できない恐れがあり、
新たな洗浄方式が要望されていた。そこで、湿式洗浄の
代わりにレーザを用いた乾式洗浄が提案されてきた。
【0003】図2において、符号1で示されるものはエ
キシマレーザ発振器であり、エキシマレーザ発振器1か
らはパルスレーザビーム2が出力される。このパルスレ
ーザビーム2の光路上には、エキシマレーザ発振器1の
側から順に可変アッテネータ3、ビームホモジナイザ
4、アパーチャ5、集光レンズ6及び被洗浄物7が設置
されている。被洗浄物7は、試料台8の上に搭載されて
いる。なお、特開平07−074135、特開平08−
019766、特開平11−326461には、いずれ
もエキシマレーザ発振器から出力されるパルスレーザビ
ームを用いて被洗浄物の表面をクリーニングする方法が
記載されている。
【0004】図2に示すクリーニング装置の動作につい
て説明する。エキシマレーザ発振器1から出力されるパ
ルスレーザビーム2をビームホモジナイザ4で均一の光
強度分布を持つビームに変換し、ビームホモジナイザ4
から出力されたパルスレーザビームのサイズと形状をア
パーチャ5で決定する。アパーチャ5から出力されたパ
ルスレーザビーム2を集光レンズ6にて縮小または拡大
して、試料台8の上に設置されたシリコンウエハ等の被
洗浄物7の表面に照射し、被洗浄物7の表面に付着した
汚染物を除去する。このとき、被洗浄物7のクリーニン
グに必要な照射エネルギー密度が得られるように、可変
アッテネータ3を用いて照射エネルギー密度を制御す
る。
【0005】エキシマレーザ発振器1から出力されるパ
ルスレーザビーム2が被洗浄物7の表面に照射される
と、被洗浄物7の表面で光吸収が生じる。被洗浄物7の
表面で吸収された光エネルギーは熱に変換される。エキ
シマレーザ発振器1から出力されるパルスレーザビーム
2は、パルス幅が数十nsの短パルスであるため、照射
部は瞬時に高温になった後に瞬間的に冷却される。
【0006】上記の光吸収は、被洗浄物の表面に付着し
た汚染物のみで生じる場合と、被洗浄物の表面のみで生
じる場合と、これらの両方で生じる場合が考えられ、光
吸収が起きた場所では温度上昇により熱膨張が引き起こ
される。この熱膨張により、被洗浄物の表面に付着した
汚染物と被洗浄物7の表面の間に反発力が発生し、これ
により被洗浄物7表面に付着している汚染物は除去され
る。
【0007】この熱膨張により除去される汚染物は、被
洗浄物7の表面に物理的または静電的に付着している主
として金属や無機物の微粒子であり、被洗浄物7の表面
に付着している有機物は、エキシマレーザ発振器1から
出力されるパルスレーザビーム2の光エネルギーにより
分解され、気化して除去される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の装置は以上のよ
うに構成されていたため、次のような課題が存在してい
た。すなわち、主として金属や無機物の微粒子が付着し
ている被洗浄物の表面をレーザクリーニングするために
は、エキシマレーザ発振器から出力されるパルスレーザ
ビームがこの被洗浄物の表面に照射されたとき、被洗浄
物の表面で光吸収が生じることが必要である。しかし、
基板表面に付着したシリカ等の無機物は、エキシマレー
ザ発振器から出力されるパルスレーザビームに対してほ
とんど光吸収を示さないため除去することが困難である
という課題があった。
【0009】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、これまで除去が困難であっ
た被洗浄物である基板の表面に付着したシリカ等の無機
物を効果的に除去できるクリーニング方法および装置を
提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の基板表面のクリ
ーニング装置は、パルスレーザビームを発振するエキシ
マレーザ発振器と、前記パルスレーザビームを処理室内
の基板表面に誘導する光学系と、前記処理室の上流側に
接続されたプラズマ室と、前記プラズマ室内でプラズマ
を発生させるための電源系とを備え、前記プラズマ室内
におけるプラズマとの反応により発生した活性種を前記
基板表面に到達させることにより、前記基板表面の付着
物をエッチングして前記基板表面から切離し、さらに前
記基板表面に前記パルスレーザビームを照射する構成で
ある。また、本発明の基板表面のクリーニング方法は、
処理室の上流側に接続されたプラズマ室内で発生させた
プラズマを前記処理室内の基板の基板表面に到達させ、
プラズマ反応により前記基板表面の付着物を前記基板表
面から切離する工程と、前記基板表面にパルスレーザビ
ームを照射し、前記基板表面から切離された付着物を前
記基板表面から除去する工程とを備える構成である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明によるク
リーニング方法および装置の好適な実施の形態について
詳細に説明する。なお、従来装置と同一または同等部分
には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0012】図1に示すように、符号15で示されるも
のはプラズマ室であり、このプラズマ室15には、整合
器16を介してマイクロ波電源12が接続されると共
に、プラズマガスを供給するマスフローコントローラ1
3、14が接続されている。プラズマ室15と処理室1
0は、ガス輸送管17で接続されている。このガス輸送
管17によりプラズマ室15で発生させた活性種19を
試料台8の上に設置したシリカ粒子が付着したシリコン
ウエハ表面18A上に供給する。なお、ここでは、シリ
コンウエハ18を基板として用いた場合について説明す
るものとし、また、マイクロ波電源12及び整合器16
は電源系21としての役割を担うものである。
【0013】処理室10には、真空吸引部11が接続さ
れていると共に、パルスレーザビーム2の導入窓9が取
り付けられている。図1にはエキシマレーザ発振器1等
を図示しないが、実際には図2と同様にエキシマレーザ
発振器1、可変アッテネータ3、ビームホモジナイザ
4、アパーチャ5及び集光レンズ6が配設されている。
なお、可変アッテネータ3、ビームホモジナイザ4、ア
パーチャ5及び集光レンズ6はパルスレーザビーム2を
シリコンウエハ表面18Aに誘導するための光学系20
としての役割を担うものである。
【0014】このような構成の基板表面のクリーニング
装置及び方法において、処理室10内の試料台8の上
に、シリカ粒子が付着したシリコンウエハ18を設置
し、処理室10を真空吸引部11により真空引きする。
マスフローコントローラ13及び14を用いCF4ガス
及びO2ガスの流量を制御し、処理室10内の圧力を1
-3Torr程度に保ち、マイクロ波電源12から供給
されるマイクロ波を用いてプラズマ室15内を放電させ
るとプラズマが発生する。なお、プラズマ室15内でプ
ラズマを発生させるためには、電極に高周波電圧を印加
する方式ではなく、周知のキャビティをマイクロ波で励
起する方式でも良い。
【0015】CF4ガス及びO2ガスをプラズマ室15内
に導入した後、プラズマ室15内では、CF4+e→F*
+CF3+2eという反応によりF*(フッ素ラジカル)
が発生する。発生したF*は、プラズマから離れた環境
では炭素Cと再結合しCF4に戻るが、O2を添加するこ
とで炭素Cは酸素Oと先に結合するので、長寿命のF*
を得ることができる。
【0016】このようにしてプラズマが発生したとき
に、プラズマ室15内の圧力が処理室10内の圧力より
も高くなるように設定しておけば、プラズマ室15内で
発生したF*からなる活性種19が処理室10内に拡散
し、試料台8の上に設置されたシリカ粒子が付着したシ
リコンウエハ表面18A上に到達する。そして、この活
性種19によりシリカ粒子が付着したシリコンウエハ表
面18Aがエッチングされる。
【0017】このようなエッチング方式は、放電室分離
型ケミカルドライエッチングと呼ばれる形式であり、放
電室であるプラズマ室15内に発生した活性種19が、
シリコンウエハ表面18Aに到達し、シリコンウエハ表
面18Aと化学反応を起こし、揮発性の生成物が作られ
るというメカニズムを利用している。このようなメカニ
ズムによりシリコンウエハ表面18Aにおけるエッチン
グが進行する。このエッチングは化学反応であるため、
エッチングに方向性はなく、等方的なエッチングとな
る。通常、等方性エッチングでは、エッチング速度がす
べての方向で同一であり、エッチングは、シリコンウエ
ハ表面18Aから深さ方向とシリカ粒子とシリコンウエ
ハ表面18Aの接触部(結合部)への回り込みとが同時
に進行する。
【0018】このようなエッチングは、活性種19とシ
リカ粒子が付着したシリコンウエハ表面18Aの化学反
応により等方的に進行し、シリコンウエハ表面18Aに
付着したシリカ粒子とシリコンウエハ表面の結合が切断
される。このエッチングに要する時間は約2分間であ
る。シリコンウエハ18にプラズマ処理を行った後、こ
のプラズマ処理済みのシリコンウエハ18の表面18A
にエキシマレーザ発振器1から出力されるパルスレーザ
ビーム2を照射すれば、シリコンウエハ表面18Aに付
着したシリカ粒子を除去することができる。
【0019】以上のように、本発明の基板表面のクリー
ニング装置及び方法によれば、レーザクリーニング処理
室内に設置された被洗浄物の表面に、プラズマ室15か
ら活性種19を導入し、被洗浄物であるシリコンウエハ
18の表面18Aに付着したシリカ等の無機物の付着物
とシリコンウエハ表面18Aの結合を化学的エッチング
により切断するプラズマ処理を行った後に、シリコンウ
エハ18Aにパルスレーザビーム2を照射することによ
り、これまで除去が困難であったシリカ等の無機物粒子
を効果的に除去することが可能なクリーニング方法およ
び装置を提供することができる。なお、以上の説明で
は、シリコンウエハ18にシリカ等の無機物が付着した
場合について説明したが、基板はシリコンウエハに限定
されるものではなく、また、付着物もシリカに限らず、
従来除去が困難であった無機物全般を効果的に除去する
ことができる。
【0020】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、これまで
除去が困難であったシリカ等の無機物粒子を効果的に除
去することが可能な基板表面のクリーニング装置を提供
することができる。請求項2記載の発明によれば、これ
まで除去が困難であったシリカ等の無機物粒子を効果的
に除去することが可能な基板表面のクリーニング方法を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるクリーニング装置を概略的に示す
構成図である。
【図2】従来のクリーニング装置を概略的に示す構成図
である。
【符号の説明】
1 エキシマレーザ発振器 2 パルスレーザビーム 3 可変アッテネータ 4 ビームホモジナイザ 5 アパーチャ 6 集光レンズ 7 被洗浄物 8 試料台 9 導入窓 10 処理室 11 真空吸引部 12 マイクロ波電源 13、14 マスフローコントローラ 15 プラズマ室 16 整合器 17 ガス輸送管 18 シリコンウエハ 18A シリコンウエハ表面 19 活性種 20 光学系 21 電源系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 修 神奈川県横浜市金沢区福浦2丁目2番1号 株式会社日本製鋼所内 Fターム(参考) 5F004 AA14 BA04 BB03 DA01 DA26

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルスレーザビーム(2)を発振するレー
    ザ発振器(1)と、前記パルスレーザビーム(2)を処理室(1
    0)内の基板表面(18A)に誘導する光学系(20)と、前記処
    理室(10)の上流側に接続されたプラズマ室(15)と、前記
    プラズマ室(15)内でプラズマを発生させるための電源系
    (21)とを備え、前記プラズマ室(15)内におけるプラズマ
    反応により発生した活性種(19)を前記基板表面(18A)に
    到達させることにより、前記基板表面(18A)の付着物を
    エッチングして前記基板表面(18A)から切離し、さらに
    前記基板表面(18A)に前記パルスレーザビーム(2)を照射
    することにより前記付着物を前記基板表面(18A)から除
    去することを特徴とする基板表面のクリーニング装置。
  2. 【請求項2】 処理室(10)の上流側に接続されたプラズ
    マ室(15)内で発生させたプラズマを前記処理室(10)内の
    基板(18)の基板表面(18A)に到達させ、プラズマ反応に
    より前記基板表面(18A)の付着物を前記基板表面(18A)か
    ら切離する工程と、前記基板表面(18A)にパルスレーザ
    ビーム(2)を照射し、前記基板表面(18A)から切離された
    付着物を前記基板表面(18A)から除去する工程とを備え
    ることを特徴とする基板表面のクリーニング方法。
JP2001180066A 2001-06-14 2001-06-14 基板表面のクリーニング装置及び方法 Withdrawn JP2002373878A (ja)

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