(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスクラスターを基板に照射することにより、基板に付着しているパーティクルを除去する基板洗浄方法において、
基板に付着しているパーティクルについて粒径を含むパーティクル情報を取得する工程と、
前記工程で取得されたパーティクル情報に基づいて、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ーの粒径に係わる因子を調整する工程と、
その後、基板の置かれる処理雰囲気よりも圧力の高い領域から、処理雰囲気に前記洗浄用のガスを吐出し、断熱膨張により前記ガスクラスターを生成させる工程と、
前記ガスクラスターを基板の表面に垂直に照射してパーティクルを除去する工程と、を含むことを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
前記基板は、パターン凹部が表面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の基板洗浄方法。
【請求項３】
前記パーティクル情報を取得する工程は、パーティクル情報をコンピュータ用の記憶部に記憶させる工程であり、
前記ガスクラスターの粒径に係わる因子を調整する工程は、コンピュータが前記記憶部に記憶されている情報に基づいて、前記因子を調整するための制御信号を出力する工程であることを特徴とする請求項１または２記載の基板洗浄方法。
【請求項４】
前記ガスクラスターの照射量は、１平方センチメートル当たり１０１１オーダー以上１０１５オーダー以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
【請求項５】
前記ガスクラスターの粒径に係わる因子を調整する工程は、洗浄用のガスの供給圧力及び洗浄用のガスの温度の少なくとも一方を調整する工程であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
【請求項６】
前記洗浄用のガスは、二酸化炭素ガス、または二酸化炭素ガス及びヘリウムガスの混合ガスであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
【請求項７】
前記基板の置かれる処理雰囲気よりも圧力の高い領域の圧力は、０．３ＭＰａ〜５．０ＭＰａであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
【請求項８】
パーティクル情報は、基板上の位置とパーティクルの粒径とを対応付けた情報を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
【請求項９】
ガスクラスターを基板に照射することにより、基板に付着しているパーティクルを除去する基板洗浄装置において、
基板が載置され、真空雰囲気で基板の洗浄処理を行うための洗浄処理室と、
前記洗浄処理室の処理雰囲気よりも圧力の高い領域から洗浄用のガスを前記洗浄室内の基板に向けて吐出し、断熱膨張により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ーを生成させるためのノズル部と、
基板に付着しているパーティクルについて粒径を含むパーティクル情報に基づいて、ガスクラスターの粒径に係わる因子を調整するための制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記ノズル部は、前記ガスクラスターを基板の表面に垂直に照射するように設定されていることを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項１０】
前記ノズル部に供給される洗浄用のガスの供給圧力を調整する圧力調整部を更に備え、
前記制御信号は、前記圧力調整部を介して洗浄用のガスの圧力を調整するための信号であることを特徴とする請求項９記載の基板洗浄装置。
【請求項１１】
前記圧力調整部は、昇圧機構を含むことを特徴とする請求項１０記載の基板洗浄装置。
【請求項１２】
前記昇圧機構にて昇圧された洗浄用のガスの圧力は、０．３〜５．０ＭＰａであることを特徴とする請求項１１に記載の基板洗浄装置。
【請求項１３】
前記洗浄用のガスは、二酸化炭素ガス、または二酸化炭素ガス及びヘリウムガスの混合ガスであることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項１４】
前記ノズル部に供給される洗浄用のガスの温度を調整する温度調整部を更に備え、
前記制御信号は、前記温度調整部を介して洗浄用のガスの温度を調整するための信号であることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項１５】
前記パーティクル情報は、基板上の位置とパーティクルの粒径とを対応付けた情報を含むことを特徴とする請求項９ないし１４のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項１６】
基板に対して真空処理モジュールにより真空処理を行うための真空処理装置において、
請求項９ないし１５のいずれか一項に記載の基板洗浄装置と、
前記基板洗浄装置と前記真空処理モジュールとの間で基板を搬送するための基板搬送機構と、を備えたことを特徴とする真空処理装置。
【請求項１７】
前記真空処理モジュールにおける真空処理前及び真空処理後の少なくとも一方の基板に付着しているパーティクルについて粒径を含むパーティクル情報を取得するための基板検査部と、
前記基板検査部にて検査を終えた基板を前記基板洗浄装置に搬送するための基板搬送機構を備えたことを特徴とする請求項１６記載の真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスクラスターにより基板上のパーティクルを除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置では、製造工程中における基板へのパーティクルの付着が製品の歩留まりを左右する大きな要因の一つになっている。このため基板に対して処理を行う前あるいは後に基板を洗浄することが行われているが、基板へのダメージを抑えながら簡易な手法で確実にパーティクルを除去する洗浄技術の開発が望まれている。パーティクルと基板との間の付着力以上の物理的剪断力を与えて基板の表面からパーティクルを剥離する様々な洗浄技術が研究、開発されており、その一つとしてガスクラスターの物理的剪断力を利用した技術が挙げられる。
【０００３】
ガスクラスターは、高圧のガスを真空中に噴出し、断熱膨張によりガスを凝縮温度まで冷却することによって原子または分子が多数寄り集まった塊（クラスター）である。基板洗浄の際には、このガスクラスターをそのままもしくは適宜加速させて基板に照射してパーティクルを除去している。ガスクラスターの基板への照射は基板の表面に対して斜めから行われるが、基板の表面のパターン内に付着しているパーティクルを除去する場合、パーティクルから見てパターンが構造物となってしまう。このため、ガスクラスターが構造物に邪魔されてパーティクルに届きにくくなり、パターン内のパーティクルを除去することが困難になる。
【０００４】
また本発明者らは、同じガスクラスターのノズルを用いてもパーティクルの除去率が高い場合と低い場合とがあることに気が付き、この除去率の差異がパーティクルの粒径に関連していることを見出した。そこでパーティクルの除去率が低い場合にはガスクラスターの加速電圧を大きくしてその運動エネルギーを高めることが考えられるが、そうすると基板の表面にダメージが加わるおそれがある。
特許文献１には、希ガスのクラスターを個体表面に垂直に入射する図面が記載されているが、パーティクルの粒径に関連して除去率に差異が生じるといった着眼点は記載されていない。
また特許文献２には、ミクロン微粒子及びサブミクロン微粒子を除去する場合のクラスターの好ましいサイズが記載されているが、本発明の課題に踏み込まれておらず、またその課題の解決法についても記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１５５８２５号公報（図１）
【特許文献２】特開平１１−３３００３３号公報（段落００２５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は基板表面に付着したパーティクルを高い除去率で除去することのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の基板洗浄方法は、ガスクラスターを基板に照射することにより、基板に付着しているパーティクルを除去する基板洗浄方法において、
基板に付着しているパーティクルについて粒径を含むパーティクル情報を取得する工程と、
前記工程で取得されたパーティクル情報に基づいて、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ーの粒径に係わる因子を調整する工程と、
その後、基板の置かれる処理雰囲気よりも圧力の高い領域から、処理雰囲気に前記洗浄用のガスを吐出し、断熱膨張により前記ガスクラスターを生成させる工程と、
前記ガスクラスターを基板の表面に垂直に照射してパーティクルを除去する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の基板洗浄装置は、ガスクラスターを基板に照射することにより、基板に付着しているパーティクルを除去する基板洗浄装置において、
基板が載置され、真空雰囲気で基板の洗浄処理を行うための洗浄処理室と、
前記洗浄処理室の処理雰囲気よりも圧力の高い領域から洗浄用のガスを前記洗浄室内の基板に向けて吐出し、断熱膨張により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ーを生成させるためのノズル部と、
基板に付着しているパーティクルについて粒径を含むパーティクル情報に基づいて、ガスクラスターの粒径に係わる因子を調整するための制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記ノズル部は、前記ガスクラスターを基板の表面に垂直に照射するように設定されていることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明は、基板に対して真空処理モジュールにより真空処理を行うための真空処理装置において、
本発明の基板洗浄装置と、
前記基板洗浄装置と真空処理モジュールとの間で基板を搬送するための基板搬送機構と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、基板に付着しているパーティクルについて粒径を含むパーティクル情報を取得し、この情報に基づいてガスクラスターの粒径に係わる因子を調整してガスクラスターを基板の表面に垂直に照射している。このためパーティクルの粒径に見合った粒径のガスクラスターにより洗浄処理を行うことができ、その結果、基板の表面のパターン凹部が形成されていても凹部内のパーティクルを高い除去率で除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明にかかる真空処理装置の一実施の形態を示す平面図である。
【図２】ウエハの表面を示す平面図である。
【図３】真空処理装置に設けられた基板洗浄装置の一例を示す縦断面図である。
【図４】基板洗浄装置のノズル部の一例を縦断面図である。
【図５】真空処理装置に設けられた制御部の一例を示す構成図である。
【図６】基板に形成された凹部を示す縦断面図である。
【図７】パーティクルがガスクラスターにより除去される様子を示す側面図である。
【図８】パーティクルがガスクラスターにより除去される様子を示す側面図である。
【図９】ウエハの表面を示す平面図である。
【図１０】基板洗浄装置の第２の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図１１】基板洗浄装置の第３の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図１２】基板洗浄装置の第４の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図１３】パーティクルの除去率と運動エネルギーとの関係を示す特性図である。
【図１４】ガスクラスターの照射前後のウエハ表面の一部を示す平面図である。
【図１５】ガスクラスターを構成する分子数と圧力との関係を示す特性図である。
【図１６】パーティクルの除去率と運動エネルギーとの関係を示す特性図である。
【図１７】ガスクラスターを構成する分子数と温度との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の基板洗浄装置を組み込んだ真空処理装置の第１の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、マルチチャンバシステムである真空処理装置１の全体構成を示す平面図である。前記真空処理装置１には、例えば２５枚の基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗが収納された密閉型の搬送容器であるＦＯＵＰ１１を載置するための搬入出ポート１２が横並びに例えば３箇所に配置されている。また、これら搬入出ポート１２の並びに沿うように大気搬送室１３が設けられており、大気搬送室１３の正面壁には、前記ＦＯＵＰ１１の蓋と一緒に開閉されるゲートドアＧＴが取り付けられている。
【００１３】
大気搬送室１３における搬入出ポート１２の反対側の面には、例えば２個のロードロック室１４，１５が気密に接続されている。これらロードロック室１４，１５には夫々図示しない真空ポンプとリーク弁とが設けられており、常圧雰囲気と真空雰囲気とを切り替えられるように構成されている。なお、図中Ｇはゲートバルブ（仕切り弁）である。また、大気搬送室１３内には、ウエハＷを搬送するための多関節アームにより構成された第１の基板搬送機構１６が設けられている。さらに、前記大気搬送室１３の正面側から背面側を見て、大気搬送室１３の右側壁には、基板検査部であるウエハ検査部１７が設けられ、左側壁には、ウエハＷの向きや偏心の調整を行うアライメント室１８が設けられている。前記第１の基板搬送機構１６は、ＦＯＵＰ１１、ロードロック室１４，１５、ウエハ検査部１７及びアライメント室１８に対して、ウエハＷの受け渡しを行う役割を有する。このため、第１の基板搬送機構１６は、例えばＦＯＵＰ１１の並び方向に（図１中Ｘ方向）に移動自在、昇降自在、鉛直軸回りに回転自在及び進退自在に構成されている。
【００１４】
大気搬送室１３から見たときに、ロードロック室１４，１５の奥側には、真空搬送室２が気密に接続されている。また、真空搬送室２には、基板洗浄装置である洗浄モジュール３と、複数個この例では５個の真空処理モジュール２１〜２５と、が夫々気密に接続されている。これら真空処理モジュール２１〜２５は、この例では、回路パターン形成用の凹部である銅配線埋め込み用の溝及びビアホールが形成されたウエハＷに対して、銅配線を含む成膜用のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理やスパッタリング処理を行う真空処理モジュールとして構成されている。
【００１５】
また、真空搬送室２は、真空雰囲気にてウエハＷの搬送を行う第２の基板搬送機構２６を備えており、この基板搬送機構２６により、ロードロック室１４，１５、洗浄モジュール３、真空処理モジュール２１〜２５に対して、ウエハＷの受け渡しが行われるようになっている。この第２の基板搬送機構２６は、鉛直軸回りに回転自在、進退自在に構成された多関節アーム２６ａを備え、当該アーム２６ａが基台２６ｂにより、長さ方向（図１中Ｙ方向）に移動自在に構成されている。
【００１６】
続いて、ウエハ検査部１７及び洗浄モジュール３について説明する。ウエハ検査部１７は、ウエハＷに付着しているパーティクルについて、粒径を含むパーティクル情報を取得するためのものである。前記パーティクル情報とは、例えばウエハＷ上のパーティクルの位置とその大きさとを知るための情報である。ウエハ検査部１７としては、ウエハ表面のパーティクルの粒径を評価できる装置、例えば正反射光や散乱光を利用する光学式や電子線式の表面欠陥検査装置を用いることができる。また、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等の走査型プローブ顕微鏡を用いるようにしてもよい。
【００１７】
ウエハ検査部１７の具体的な装置を挙げると、ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｐｕｍａ９５００シリーズ等の暗視野パターン付きウエハ検査装置、ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社製２８３０シリーズ等の明視野パターン付きウエハ検査装置、日立ハイテク社製ＣＧ４０００シリーズ等の高分解能ＦＥＢ測長装置、日立ハイテク社製ＲＳ６０００シリーズ等の欠陥レビューＳＥＭ装置等である。なお、本発明の処理対象であるウエハは、パターン凹部が形成されていない場合も含まれ、その場合には、ウエハ検査部としては例えばＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社製ＳＰ３等の暗視野ノンパターン欠陥検査装置などを用いることができる。
【００１８】
これらの装置を用いる場合には、例えば第１の基板搬送機構１６によりアクセスできる領域に、ウエハＷの受け渡し用の入出力ポートを配置してもよい。この場合、入出力ポートを介してウエハ検査部１７内の検査領域と第１の基板搬送機構１６との間でウエハＷの受け渡しが行われる。また、上記検査装置における入出力ポートを取り外し、検査装置本体を大気搬送室１３に接続してもよい、ウエハ検査部１７では、例えば図２に示すように、ウエハＷ上の表面状態が検出され、これによりパーティクルの位置とその大きさを対応付けたパーティクル情報が取得される。図２中１００はパーティクルである。取得されたパーティクル情報は、後述する制御部７に送られる。
【００１９】
次いで、洗浄モジュール３について、図３を参照して説明する。この洗浄モジュール３は、ウエハＷを内部に収納して付着物の除去処理を行うための真空容器からなる洗浄処理室３１を備えており、この洗浄処理室３１内には、ウエハＷを載置するための載置台３２が配置されている。洗浄処理室３１の天井面における中央部には、上方側に向かって突出部33（例えば円筒形状）が形成されており、この突出部部３３にはノズル部４がガスクラスターの生成機構として設けられている。図２中３４は搬送口であり、３５はこの搬送口３４の開閉を行うゲートバルブである。
【００２０】
例えば搬送口３５に寄った位置における洗浄処理室３１の床面には、ここでは図示を省略するが、載置台３２に形成された貫通口を貫通するように支持ピンが設けられている。そして、載置台３２に設けられた図示しない昇降機構及び前記支持ピンの協働作用によって、第２の基板搬送機構２６との間においてウエハＷの受け渡しを行うように構成されている。洗浄処理室３１の床面には、当該洗浄処理室３１内の雰囲気を真空排気するための排気路３６の一端側が接続されており、この排気路３６の他端側にはバタフライバルブなどの圧力調整部３７を介して真空ポンプ３８が接続されている。
【００２１】
載置台３２は、当該載置台３２上のウエハＷに対して面内に亘ってノズル部４が相対的に走査されるように、駆動部３３により水平方向に移動自在に構成されている。前記駆動部３３は、載置台３２の下方における洗浄処理室３１の床面においてＸ軸方向に沿って水平に伸びるＸ軸レール３３ａと、Ｙ軸方向に沿って水平に伸びるＹ軸レール３３ｂと、を備えている。Ｙ軸レール３３ｂは、Ｘ軸レール３３ａに沿って移動自在に構成され、このＹ軸レール３３ｂの上方に載置部３２が支持されている。なお、載置台３２には、当該載置台３２上のウエハＷの温調を行うための図示しない温調機構が設けられている。
【００２２】
前記ノズル部４は、前記洗浄処理室３１の処理雰囲気よりも圧力の高い領域から洗浄用のガスを前記洗浄処理室３１内のウエハＷに向けて吐出し、断熱膨張により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ーを生成させるためのものである。このノズル部４は、図４に示すように、下端部が開口するように例えば概略円筒形状に形成された圧力室４１を備えている。この圧力室４１の下端部は、オリフィス部４２をなすように構成されている。このオリフィス部４２には、下方に向かうにつれて拡径するガス拡散部４３が接続されている。前記オリフィス部４２における開口径は例えば０．１ｍｍ程度となっている。
【００２３】
また、ノズル部４は、既述のように、前記ガスクラスターをウエハＷの表面に垂直に照射するように設けられている。ここで、「垂直に照射する」とは、図４に示すように、例えばノズル部４の長さ方向の中心軸Ｌと載置台３２の載置面（ウエハＷの表面）とのなす角θが９０度±１５度の範囲にある状態である。また、ノズル部４からのガスクラスター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場合には、設計上想定している進路とウエハＷの表面とのなす角が既述の範囲である状態である。前記中心軸ＬとウエハＷの表面とのなす角θは、後述する実施例のガスクラスターの照射角度に相当するものである。
【００２４】
ウエハＷ上におけるガスクラスターの照射位置を変えるために図３の例では、載置台３２を移動させるように構成しているが、載置台３２を移動させずにノズル部４を移動させるように構成してもよい。この場合例えば洗浄処理室３１の天井部にノズル部４をＸ、Ｙ方向に移動できる移動機構を設けると共にノズル部４のガス導入ポートにフレキシブルなガス供給管を接続する構成とすることができる。
【００２５】
前記圧力室４１の上端部には、洗浄処理室３１の天井面を貫通して伸びるガス供給路６の一端側が接続されており、このガス供給路６には圧力調整部をなす圧力調整バルブ６１を介して、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスの供給路６２と、ヘリウム（Ｈｅ）ガスの供給路６３とが夫々接続されている。前記供給路６２は、開閉バルブＶ１及び流量調整部６２ａを介して二酸化炭素ガスの供給源６２ｂに接続され、前記供給路６３は、開閉バルブＶ２及び流量調整部６３ａを介してヘリウムガスの供給源６３ｂに接続されている。
【００２６】
前記二酸化炭素ガスは洗浄用のガスであり、このガスによりガスクラスターが形成される。また、ヘリウムガスは押し出し用のガスである。ヘリウムガスはクラスターを形成しにくく、二酸化炭素ガスにヘリウムガスを混合すると、二酸化炭素ガスにより生成したクラスターの速度を上げる作用がある。また、ガス供給路６１には、当該ガス供給路６１内の圧力を検出する圧力検出部６４が設けられており、この圧力検出部６４の検出値に基づいて、後述する制御部７により圧力調整バルブ６１の開度が調整され、圧力室４１内のガス圧力が制御されるように構成されている。前記圧力検出部６４は、圧力室４１内の圧力を検出するものであってもよい。
【００２７】
また、前記圧力検出部６４の検出値に基づく圧力調整は、二酸化炭素ガス流量調整部６２aおよびヘリウムガス流量調整部６３ｂにてガス流量を調整して、行ってもよい。更にまた、各ガスの開閉バルブと圧力調整バルブ６１の間に例えばガスブースターのような昇圧機構を用いて供給圧力を上昇させ、圧力調整バルブ６１で調整してもよい。
【００２８】
この真空処理装置１には、図５に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うための例えばコンピュータからなる制御部７が設けられている。この制御部７は、ＣＰＵ７１、プログラム７２、記憶部７３を備えている。前記プログラム７２は、後述の洗浄処理に加えて、真空処理モジュール２１〜２５にて行われる真空処理に対応した装置の動作を実行するように、ステップ群が組まれている。プログラム７２は、例えばハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスク等の記憶媒体に格納され、そこから制御部７内にインストールされる。
【００２９】
また、前記記憶部７３には、前記ウエハ検査部１７にて取得されたパーティクル情報７４が記憶されている。このパーティクル情報７４とは、ウエハＷの位置とパーティクルのサイズとを対応付けた情報である。パーティクルのサイズは、例えばウエハ検査部１７にて設定されたパーティクルの粒径の範囲に応じて割り当てられた値であり、例えば２０ｎｍ以上４０ｎｍ未満、４０ｎｍ以上６０ｎｍ未満といった値によりサイズが規定される。図５では、このサイズをＰ１，Ｐ２・・・と記載し、規格した値として取り扱っている。またウエハＷの位置とは、例えばウエハ検査部１７にて管理しているウエハ上の座標位置であり、図５では、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３…として記載している。ウエハ上の座標位置とは、例えばウエハＷに形成された結晶方向を示すためのノッチの中心とウエハＷの中心とを通るラインをＸ座標軸、このラインに直交するラインをＹ座標軸とし、これら座標軸で特定されるＸ、Ｙ座標系の位置として決めることができる。
【００３０】
さらに、制御部７は、このパーティクル情報７４に基づいて、パーティクルの粒径の範囲と、その範囲に属するパーティクルの位置とを対応付けたデータテーブル７５を作成する機能を備えている。前記パーティクルの粒径の範囲は、予め設定されたガスクラスターのサイズ（粒径）毎に割り当てられたものである。図５では、このデータテーブル７５におけるパーティクルの粒径の範囲をＰＡ，ＰＢ・・・と記載し、規格化した値として取り扱っている。
【００３１】
後述するように、規格化されたパーティクルの粒径とパーティクルを除去するために適切なガスクラスターのサイズとは対応しており、またガスクラスターのサイズとこのサイズを決定する因子であるガス供給圧力とは対応している。このため、記憶部７３のデータデーブル７５は、ウエハＷの表面におけるガスクラスターの照射位置とガス圧力との関係を規定したデータであるということができる。プログラム７２は、このデータを読み出すことにより、ガスクラスターの照射位置に順次ウエハＷを移動させるための制御信号を洗浄モジュール３の駆動部３３に出力すると共に、ガスクラスターを照射するときのガスの圧力を決定するために圧力調整バルブ６１の開度の指令信号（制御信号）を出力する。
【００３２】
続いて、上述の実施の形態の作用について説明する。搬入出ポート１２にＦＯＵＰ１１が載置されると、第１の基板搬送機構１６により当該ＦＯＵＰ１１からウエハＷが取り出される。このウエハＷには、図６に示すように、パターン凹部である銅配線埋め込み用の凹部（溝及びビアホール）８１が形成されている。次いで、ウエハＷは常圧雰囲気の大気搬送室１３を介してアライメント室１８に搬送され、アライメントが行われる。この後、ウエハＷは第１の基板搬送機構１６によりウエハ検査部１７に搬送され、ここでパーティクル情報が取得される。取得されたパーティクル情報は制御部７に送られて、制御部７では既述のデータテーブル７５が作成される。
【００３３】
ウエハ検査部１７にて検査が行われたウエハＷは、第１の基板搬送機構１６により常圧雰囲気に設定されたロードロック室１４，１５に搬入される。そして、ロードロック室１４，１５内の雰囲気が真空雰囲気に切り換えられた後、第２の基板搬送機構２６により洗浄モジュール３に搬送され、パーティクルの除去処理が行われる。この例では、ウエハ検査部１７にて検査を終えたウエハＷを洗浄モジュール３に搬送するときには、ウエハ検査部１７から第１の基板搬送機構１６によりウエハＷを受け取っている。このため、第１の基板搬送機構１６は、ウエハ検査部１７にて検査を終えたウエハＷを洗浄モジュール３に搬送するための基板搬送機構に相当する。
【００３４】
洗浄モジュール３では、ガスクラスターを用いて、ウエハＷの表面からパーティクルを除去する処理が行われる。前記ガスクラスターは、ウエハＷの置かれる処理雰囲気よりも圧力の高い領域から処理雰囲気にガスを供給して、断熱膨張によりガスの凝縮温度まで冷却することによって、ガスの原子または分子が集合体として寄り集まって生成する物質である。例えば処理雰囲気をなす洗浄処理室３１における処理圧力を例えば０．１〜１００Ｐａの真空雰囲気に設定すると共に、ノズル部４に対して例えば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。この洗浄用のガスは、洗浄処理室３１の処理雰囲気に供給されると、急激な断熱膨張により凝縮温度以下に冷却されるので、図４に示すように、互いの分子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ー２００となる。ガスクラスター２００はこの例では中性である。例えばガスクラスターは、５×１０３原子（分子）／クラスターで  ８ｎｍ程度であるので、５×１０３原子（分子）／クラスター以上であることが好ましい。
【００３５】
ノズル部４から生成するガスクラスター２００は、ウエハＷに向かって垂直に照射される。そして、図６に示すように、ウエハＷの回路パターンのための凹部８１内に入り込み、当該凹部８１内のパーティクル１００を吹き飛ばして除去する。
【００３６】
ウエハＷ上のパーティクル１００がガスクラスター２００により除去される様子について、図７及び図８に模式的に示す。図７は、ウエハＷ上のパーティクル１００にガスクラスター２００が衝突する場合である。この場合、ガスクラスター２００は、図７（ａ）に示すように、ウエハＷの表面に垂直に照射され、例えばパーティクル１００に対しては斜め上方側から衝突する可能性が高い。ガスクラスター２００が図７（ｂ）に示すようにパーティクル１００にオフセットされた状態（上から見たときにガスクラスター２００の中心とパーティクル１００の中心とがずれている状態）で衝突すると、図７（ｃ）に示すように、ガスクラスター２００の衝突時の衝撃でパーティクル１００に対して、横方向へ動かす力が与えられる。この結果、、パーティクル１００がウエハＷ表面から剥離され、浮き上がって、側方または斜め上方に飛ばされる。
【００３７】
また、ガスクラスター２００は、パーティクル１００に直接衝突させず、図８（ａ）に示すようにパーティクル１００の近傍に照射することによっても当該パーティクル１００を除去できる。ガスクラスター２００は、ウエハＷに衝突すると、構成分子２０１が横方向に広がりながら分解していく（図８（ｂ）参照）。この際、高い運動エネルギー密度領域が横方向（水平方向）に移動していくため、これによりパーティクル１００がウエハＷから剥離され、吹き飛ばされる（図８（ｃ），（ｄ）参照）。こうして、パーティクル１００は凹部８１から飛び出して真空雰囲気の洗浄処理室３１内に飛散していき、排気路３６を介して洗浄処理室３１の外部へ除去される。
【００３８】
続いて、ガスクラスターの粒径とパーティクルの洗浄性能について説明する。後述の実施例により明らかなように、パーティクル１００の粒径に応じて、洗浄に適するガスクラスター２００の大きさが存在する。つまり、パーティクル１００よりもガスクラスター２００が極端に大きい場合、除去性能は発揮されず、パターンに与えるダメージが大き過ぎてしまう。一方、パーティクル１００よりもガスクラスター２００が極端に小さい場合、除去に必要な物理的剥離力を十分に与えることができず、やはり除去性能が不十分となってしまう。このため、ガスクラスターの大きさは、パーティクルの粒径の０．２〜２倍とすることが好ましい。このガスクラスターの大きさは、後述の実施例により明らかなように、洗浄用のガスである二酸化炭素ガスの供給圧力に依存する。従って、制御部７では、既述のように、ウエハ検査部１７にて取得されたパーティクル情報に基づいて、適切なガスクラスター２００の粒径を得るための二酸化炭素ガスの供給圧力を設定し、例えば圧力調整バルブ６１の開度により調整している。
【００３９】
こうして、洗浄モジュール３では、ウエハＷ上のパーティクルに対して、そのサイズに応じて、圧力調整バルブ６１を調整した状態で、ノズル部４から局所的にガスクラスター２００を照射して、パーティクル１００の除去を行っている。
そして図５に基づいて既に述べたように、パーティクル情報にはパーティクルが付着しているウエハＷ上の位置情報（図５に示したｋ１、ｋ２等）が含まれ、制御部７では、パーティクルサイズごとにパーティクルの位置を配列したデータを記憶している。従ってパーティクルサイズが同じであれば、照射条件が同じであるため、この照射条件が同じ位置、つまりパーティクルサイズＰＡであれば、位置ｋ１、ｋ２、ｋ４・・・に対して、パーティクルサイズＰＡのパーティクル除去に適した照射条件にてガスクラスターの照射を行なう。次いで、ガスクラスター照射条件を変更し、パーティクルサイズＰＢの位置ｋ３、ｋ５・・、に対して、パーティクルサイズＰＢのパーティクル除去に適した照射条件にてガスクラスターの照射を行うように、洗浄処理を進行させる。
【００４０】
洗浄モジュール３にてパーティクル１００が除去されたウエハＷは、真空搬送室２を介して第２の基板搬送機構２６により、例えばスパッタリング処理を行う真空処理モジュールに搬送されて、凹部８１に対して例えばチタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）等のバリア層が形成される。次いで、ウエハＷは、ＣＶＤ処理を行う真空処理モジュールに搬送され、ここで例えば銅配線を形成するために銅（Ｃｕ）の埋め込みが行われる。続いて、ウエハＷは第２の基板搬送機構２６により真空雰囲気に設定されたロードロック室１４，１５に搬入される。そして、当該ロードロック１４，１５室内の雰囲気が常圧雰囲気に切り換えられた後、大気搬送室１３に搬送され、第１の基板搬送機構１６により、搬入出ポート１２の例えば元のＦＯＵＰ１１に戻される。
【００４１】
上述の実施の形態によれば、ウエハＷの表面を検査して、パーティクル１００の粒径及びパーティクル１００が付着している位置を含む情報を取得している。そして、この情報に応じて、パーティクル１００に対応する大きさに調整されたガスクラスター２００をウエハＷの表面に照射しているので、ウエハＷに付着したパーティクル１００の除去性能を高めることができる。また、ガスクラスター２００をウエハＷに垂直に照射しているので、凹部８１を構成する壁部にガスクラスター２００が邪魔されることなく、凹部８１内にガスクラスター２００を確実に照射することができる。このため、凹部８１内のパーティクル１００にガスクラスター２００が届くため、当該パーティクル１００を高い除去率で除去できる。
【００４２】
また、ガスクラスター２００をパーティクル１００の近傍に照射しても、パーティクル除去を行うことができるため、ガスクラスター２００の照射量（ドーズ量）が少なくて済む。あるポイントにガスクラスター２００を照射すれば、当該照射ポイントの近傍の複数個のパーティクル１００を除去できるからである。従って、照射されるガスクラスター２００の個数が少なくて済むので、ガスクラスターの照射による処理雰囲気の圧力上昇が抑えられ、洗浄処理室３１の圧力を低い状態で維持できる。このように低い圧力の下では、ガスクラスター２００の速度が大きいため、ウエハＷやパーティクル１００に対して高速で衝突し、衝突時の衝撃力が大きくなる。従って、ガスクラスター２００が構成分子２０１に分解するときの破壊力が大きくなり、衝突したパーティクル１００や近傍のパーティクル１００に与えるエネルギーが増大する。このように、ガスクラスター２００の照射量を抑えることによって、ガスクラスター２００の速度が高められるので、この点においてもパーティクルの除去に寄与することになる。このようなことからガスクラスター２００の照射量はパーティクル除去に有効な要件の一つであると言える。
【００４３】
一方、パーティクル１００の大きさによって除去率が異なり、従来の２流体スプレー法による洗浄ではパーティクル１００の大きさが２００ｎｍを下回ると、除去率が低下することが把握されている。この２流体スプレー法は、数十μｍの大きさの水滴と窒素（Ｎ２）ガスとを混合し、スプレー状にウエハＷに吹き付けてパーティクルの除去を行うものである。
【００４４】
これに対して、ガスクラスター２００の照射によるパーティクル除去は、後述の実施例からも明らかなように、１２ｎｍ〜４９ｎｍのパーティクル１００に対しても有効である。この実施例からガスクラスターの照射量を規定すると、ガスクラスターの照射量は１平方センチメートル当たり１０１１オーダー以上１０１５オーダー以下であることが好ましい。ここで、ガスクラスターの照射量とは、単位面積当たりに照射されるガスクラスターの個数であり、以下の測定方法により、求められる。  
まず生成したガスクラスターをイオン化させ、ガスクラスターの並進方向と対面に位置するファラデーカップ部分にイオン化させてガスクラスターを衝突させる。その際ファラデーカップの電流値を計測する事で、ガスクラスターの個数を算出する。
【００４５】
続いて、洗浄モジュール３において、真空処理の前及び真空処理の後のウエハＷに付着しているパーティクルの除去を行う場合について説明する。この例では、真空処理モジュールはエッチング処理やアッシング処理を行うモジュールとして構成されている。また、ＦＯＵＰ１１に収納されたウエハＷは、例えばパターニングされたフォトレジストマスクが表面に積層されたものである。ウエハＷは、ウエハ検査部１７にてパーティクル情報が取得され、アライメントが行われた後、ロードロック室１４，１５及び真空搬送室２を介して、洗浄モジュール３に搬送され、既述のようにしてパーティクルの除去が行われる。次いで、ウエハＷはエッチング処理を行う真空処理モジュール及びアッシング処理を行う真空処理モジュールに順次搬送される。こうして、図６に示すように、凹部８１を備えたパターンの形成が行われる。このように、エッチング処理を行う前に、ウエハＷ上のパーティクルの除去を行うのは、パーティクルがフォトレジストマスクの一部とみなされ、エッチング不良を引き起こす要因となるからである。
【００４６】
必要であれば、エッチング処理やアッシング処理後、再度、洗浄モジュール３により、パーティクルの除去を行っても良い。その場合は、ウエハＷは、エッチング処理やアッシング処理後、真空搬送室２、ロードロック室１４，１５を介して第１の基板搬送機構１６に受け取られ、ウエハ検査部１７に搬送されてパーティクル情報が取得される。続いて、ウエハＷは大気搬送室１３、ロードロック室１４，１５を介して第２の基板搬送機構２６に受け取られ、洗浄モジュール３に搬送されて、エッチング処理により付着したパーティクルの除去処理が行われる。洗浄処理後のウエハＷは、真空搬送室２、ロードロック室１４，１５を介して第１の基板搬送機構１６に受け取られ、元のＦＯＵＰ１１に戻される。
【００４７】
なお、ウエハ検査部１７は真空搬送室２に対して、洗浄モジュール３とは別途異なる位置に接続するようにしてもよく、ウエハ検査部１７としてはＳＥＭ等の真空系計測装置を用いることができる。このような場合ウエハ検査部にて検査を終えたウエハを洗浄モジュール３に搬送する基板搬送機構と、洗浄モジュール３と真空処理モジュールとの間で基板を搬送する基板搬送機構とは、例えば共用化される。また、ウエハ検査部１７は真空処理装置に組み込まずに、スタンドアローンの装置として用いるようにしてもよい。その場合は取得した計測情報を制御部４へ反映させるようにする。
【００４８】
また、ロットの先頭のウエハＷについてパーティクルの検査を行ってパーティクル情報を取得し、この情報に基づいて設定されたガスクラスター照射条件を用いて、洗浄モジュール３においてロットの全てのウエハＷについてパーティクルの除去を行うようにしてもよい。さらに、ロットの全てのウエハＷについてパーティクルの検査を行って、ウエハＷ毎に前記情報に基づいてガスクラスター照射条件を設定し、この条件を用いてウエハＷ毎にパーティクルの除去を行うようにしてもよい。
【００４９】
さらにまた、先の実施の形態では、ウエハＷの表面においてパーティクルが付着している領域に対して局所的にガスクラスターを照射したが、例えばパーティクルの量が多い場合には、パーティクルサイズ（パーティクルのサイズの範囲を規格化した大きさ）ごとに付着領域を例えば矩形の所定の大きさの区画領域Ｓとして規格化するようにしてもよい。例えば図９に示すように、ウエハＷの表面を升目状に区画し、パーティクルが区画領域Ｓの中に含まれていれば、その区画領域Ｓに対して、パーティクルのサイズに応じたガスクラスターのサイズを選定してガスクラスターを照射するといった手法を採用してもよい。
【００５０】
さらにまた、ガスクラスターは、ウエハＷの全面に照射するようにしてもよい。この場合、ウエハＷ上のパーティクルの粒径を把握し、その粒径に対応するガスクラスターのサイズを調整する。そして、パーティクルの粒径によっては、ガスクラスターのサイズが複数通り調整され、例えば各サイズ毎に全面照射が行われる。
【００５１】
続いて、本発明の第２の実施の形態について、図１０を参照しながら説明する。この実施の形態は、ガスクラスターのサイズを調整する因子として、二酸化炭素ガスの温度を調整する例である。この例では、例えばノズル部４及び、当該ノズル部４近傍のガス供給路６の周囲を囲むように温度調整室９１が設けられている。この温度調整室９１には、温調媒体供給管９２がノズル部４の圧力室４１の側壁に沿うように挿入され、当該温調媒体供給管９２は、前記圧力室４１の下方側近傍で開口している。この温調媒体供給管９２はチラー９３に接続されており、このチラー９３により所定温度に調整された温調媒体が温調媒体供給管９２を介して温度調整室９１内に供給される。また、温度調整室９１には、当該温度調整室９１内の温調媒体をチラー９３に循環供給するための供給路９４が設けられている。図１０中９５は温度検出部、９６は流量調整バルブである。当該実施の形態では、温度調整室９１、温調媒体供給管９２及びチラー９３により、二酸化炭素ガスの温度を調整する温度調整部が構成されている。
【００５２】
後述の実施例により明らかなように、ガスクラスター２００のサイズと、圧力室４１に供給される洗浄用のガス（二酸化炭素ガス）の温度との間には相関関係があり、ガス温度が低いほど、ガスクラスター２００のサイズが大きくなる。従って、この例では、ウエハＷ表面のパーティクル１００の粒径に応じてガスクラスター２００のサイズが決定されたら、このサイズに見合うように、チラー９３を制御する。つまり、例えば温度検出部９５により、温調媒体の循環路例えば供給路９４内の温調媒体の温度を検出する。そして、この検出値に基づいてチラー９３にて温調媒体を温度調整し、この温度調整された温調媒体をノズル部４及びガス供給路６の周囲に循環させる。こうして、二酸化炭素ガスの温度を調整して、ガスクラスターサイズを制御している。また、流量調整バルブ９６の開度を調整することにより、温調媒体の供給量を制御して、二酸化炭素ガスの温度を調整するようにしてもよい。
【００５３】
この実施の形態においても、上述の第１の実施の形態と同様に、パーティクル１００の粒径に応じて、その大きさが調整されたガスクラスター２００をパーティクル１００に照射しているので、ウエハＷに付着したパーティクル１００の除去性能を高めることができる。また、ガスクラスター２００をウエハＷに垂直に照射しているので、凹部８１内のパーティクル１００を高い除去率で除去できる。以上において、二酸化炭素ガスに混合されるヘリウムガスの混合比により、ガスクラスター２００の加速度を調整するようにしてもよい。ヘリウムガスはクラスターを形成しにくく、ヘリウムガスを混合すると、二酸化炭素ガスにより生成したクラスターの速度を上げる作用がある。このため、ヘリウムガスの混合量を多くすると、ガスクラスター２００の加速度を大きくすることができる。従って、事前に適切なヘリウムガスの混合比を例えばクラスターのサイズ毎に把握しておき、パーティクルの洗浄時にヘリウムガスの混合比を事前に把握した値に調整するようにしてもよい。例えば、二酸化炭素ガスの流量を一定にしておき、二酸化炭素ガスとヘリウムガスとの混合比と、ガスクラスターのサイズと、を対応付けたデータを制御部７に持たせておき、ガスクラスターのサイズに応じて前記混合比（例えばヘリウムガスの流量）を調整するようにしてもよい。  
また、ガスクラスターの粒径の調整は、洗浄用のガスの圧力及び洗浄用のガスの温度の両方の調整により行うようにしてもよい。  
また本発明の第３の実施形態について、図１１を参照しながら説明する。第３の実施形態は、ガスクラスターをイオン化して加速電圧により加速する例である。前記ノズル部４と載置部３２との間には、ノズル部４側から順番に差動排気部５１、イオン化部５２、加速電極５３よりなる加速照射部及び磁石５４が設けられている。前記差動排気部５１は、スキマー５１ａと、中央にクラスタービームを通過させる孔部が形成された仕切りプレート５１ｂと、を備えている。スキマー５１ａと仕切りプレート５１ｂとの間の領域は、図示しない専用の真空ポンプで排気することにより高真空化されている。
【００５４】
前記イオン化部５２は、フィラメント、アノード５２ａ及び引出電極５２ｂを備え、フィラメントとアノード５２ａとの間にイオン化電圧を印加することにより、アノード５２ａ内を通過するクラスターに電子が衝突し、イオン化される。前記引出電極５２ｂには直流電源部５２ｃから負の電位が与えられており、これによりクラスターイオンを引き出すように構成されている。前記加速電極５３は、電圧が可変の直流電源部５５に接続され、ウエハＷの電位に対して正の高電圧を印加して加速電圧とし、クラスターイオンをウエハＷの方向に加速させるように構成されている。従って、載置台３２は例えば接地電位とされる。前記磁石５４は、クラスターイオンに含まれるモノマーイオンを除去するものである。  
本装置形態も前述の図３（非イオン化タイプ）と同様に、パーティクル情報に応じてクラスター粒径に関わる因子を調整するが、さらに運動エネルギーが必要な場合、ノズル部４より下方に具備されているイオン化部で加速されることで、運動エネルギーの増加ができる。このため、制御部７より直流電圧値（加速電圧値）が調整され、最適なクラスターエネルギーを得る事が出来る。また事前に適切な加速電圧を例えばクラスターのサイズ毎に把握しておき、パーティクルの洗浄時に加速電圧が事前に把握した値に調整されるようにしてもよい。
【００５５】
また、ノズル部をパーティクルのサイズ毎に複数個用意してもよい。このような例は図３に示す装置（非イオン化タイプ）であっても図１１に示す装置（イオン化タイプ）のいずれであっても適用できる。このような構成では、例えばパーティクルサイズが２段階（Ｐα、Ｐβ）に設定されており、パーティクルサイズＰαのパーティクルに対しては、一方のノズル部からパーティクルサイズＰαのパーティクル除去に適した照射条件にてガスクラスターが照射され、パーティクルサイズＰβのパーティクルに対しては、他方のノズル部からパーティクルサイズＰβのパーティクル除去に適した照射条件にてガスクラスターが照射されて、パーティクル除去が行われる。また、両ノズル部の夫々にて、複数のパーティクルサイズのパーティクルの除去を行うようにしてもよい。
【００５６】
続いて、本発明の第４の実施の形態について説明する。この例は、ウエハ検査部を真空搬送室２に接続するものであり、この場合、例えば図１２に示すように、ウエハ検査部１７を洗浄モジュール３と組み合わせて構成するようにしてもよい。図１２に示す例は、検査室と洗浄処理室３１とを共用化したものであり、洗浄処理室３１の上壁３０の上には、突出部３３に隣接した領域に、既述のウエハ検査装置を備えた収納部８２が設けられている。図中３０ａは上壁３０に形成された検査用の開口部であり、この開口部３０ａの下方側が検査領域となる。この例では、収納部８２の下方側の検査領域に載置台３２を位置させて、前記開口部３０ａを介してパーティクル検査が行われ、次いで載置台３２を突出部３３+の下方側に位置させて、パーティクルの除去が行われる。
【実施例】
【００５７】
続いて、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
（実施例１：運動エネルギーとパーティクル除去率との関係）
図１１に示す洗浄モジュール３にて、二酸化炭素ガスのガスクラスターによるパーティクルの除去を行うにあたり、運動エネルギーを変えて処理を行い、パーティクルの除去率について評価を行った。このとき、処理条件は以下のとおりとし、加速電極５３への供給電圧（加速電圧）を制御する事で、運動エネルギーを変化させた。そして、洗浄処理前後のウエハ表面をＳＥＭにより観察することにより、パーティクル数を検出し、除去率を求めた。
【００５８】
洗浄対象基板                      ：単結晶シリコンウェハ
圧力室への二酸化炭素ガスの供給圧力：２．０ＭＰａ
ガスクラスターの照射角度θ        ：９０度
ガスクラスターの照射量            ：３×１０１４／ｃｍ２
パーティクル                      ：粒径２３ｎｍのＳｉＯ２
この結果を図１３に示す。後述する通り、ガスクラスターの運動エネルギーには分布があり、図中横軸は運動エネルギーの強度がピークとなる値で、縦軸はパーティクルの除去率である。なお後述する実施例で示すの運度エネルギーとは、強度分布のピークとなる運動エネルギー値を指す。図１３により、運動エネルギーとパーティクルの除去率との間には良い相関があり、運動エネルギーの増加に伴って、除去率が高くなることが認められた。この際、運動エネルギーが５０ｋeＶ／クラスターのときには９２％の除去率を確保できることが認められた。この事から、運動エネルギーを５０ｋeＶ／クラスターとすることにより、粒径２３ｎｍのＳｉＯ２粒子を剥離するために十分な力を得られることが理解される。また、この際、パターンが形成されたウエハＷに対して、運動エネルギーを５０ｋeＶ／クラスターとしてガスクラスターの照射を行った後、前記パターンについてＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により形態観察を行ったところ、ダメージは発生していないことが確認されている。
【００５９】
さらに、運動エネルギーが２５ｋeＶ／クラスターのときには、粒径２３ｎｍのパーティクル（ＳｉＯ２  粒子）に対する除去率は１１％となっている。従って、照射量を、３×１０１４/ｃｍ２の１０倍とすることにより９０％以上の除去率を確保できることが推察される。以上を踏まえて、本発明者らは、１平方センチメートル当たりのガスクラスターの照射量は１０１5オーダー以下に設定することが好ましいと捉えている。
【００６０】
（実施例２：パターン内部のパーティクルの除去）
図１１に示す洗浄モジュール３にて、パターン内部のパーティクルについて、二酸化炭素ガスのガスクラスターにより除去を行い、この除去の評価を行った。このとき、処理条件は以下のとおりとし、洗浄処理前後のウエハ表面をＳＥＭにより観察することにより、除去効果を確認した。
圧力室への二酸化炭素ガスの供給圧力：２．０ＭＰａ
ガスクラスターの照射角度θ        ：９０度
ガスクラスターの照射量            ：３×１０１４／ｃｍ２
クラスター運動エネルギー  ：４０ｋｅＶ/クラスター  
パーティクル                      ：粒径２３ｎｍのＳｉＯ２
パターン                          ：８０ｎｍＬ／Ｓ    
ＳＥＭにて撮像したパターンの一部をトレースしたものを図１４に示すが、図１４（ａ）はガスクラスター未照射部の状態、図１４（ｂ）はガスクラスター照射部の状態である。このようにガスクラスター未照射部には、パターンの凹部８１の底部や側面にパーティクル１００が存在するが、ガスクラスター照射部には存在しないことが確認された。これにより、二酸化炭素ガスの供給圧力を２．０ＭＰａ、ガスクラスターの運動エネルギーを４０ｋｅＶ/クラスターとし、ガスクラスターをウエハＷに対して垂直に照射する事で、パターンの凹部８１内部のパーティクル１００が高い除去率で除去されることが認められた。
【００６１】
（実施例３：ガスクラスターサイズと圧力との関係）
図１１に示す洗浄モジュール３にて、二酸化炭素ガスのガスクラスターを生成するにあたり、圧力室４１への二酸化炭素ガスの供給圧力を変えてガスクラスターを生成し、ガスクラスターサイズの評価を行った。このとき、二酸化炭素ガスの供給圧力は、１ＭＰａ、２ＭＰａ、４ＭＰａとし、飛行時間法と理論式を用いて、クラスターのサイズ分布つまりクラスターの構成分子数と強度との関係を求めた。なお、強度は前記構成分子数を備えたクラスターの個数を示すものである。
飛行時間法は、同じエネルギーで加速されたイオンは、質量によって異なる飛行速度を有することを利用した質量選別法である。イオンの質量をｍ、加速電圧をＶａ、イオンの電荷をｑ、飛行距離をＬとすると、イオンの飛行時間ｔは次式により求められる。Ｌ、Ｖａは、既知の値であるため、ｔを測定することによって、ｍ／ｑを求めることができる。具体的には、ガスクラスターをイオン化すると共に、クラスターが照射される領域に配置されたＭＣＰ検出器により電流を検出している。
【００６２】
ｔ＝Ｌ×｛ｍ／（２ｑＶａ）｝１／２
この結果を図１５に示す。図中横軸は、１個のガスクラスターを構成する二酸化炭素の分子数、縦軸は強度である。二酸化炭素ガスの供給圧力を増加させるほど、強度の分布とピーク値は、ガスクラスターを構成する分子数の多くなる方向へシフトしており、１個のガスクラスターを構成する分子数が多くなると、クラスターサイズが大きくなることから、ガス圧力によりガスクラスターのサイズを調整できることが認められる。
【００６３】
（実施例４：除去性能の粒径依存性）
図１１に示す洗浄モジュール３にて、二酸化炭素ガスのガスクラスターによるパーティクルの除去を行うにあたり、パーティクル粒径を変えて処理を行い、パーティクルの除去率について評価を行った。このとき、粒径が夫々１２ｎｍ、２３ｎｍ、４９ｎｍ、１０９ｎｍであるパーティクルを付着させた４通りの基板（ベアウエハ）を用い、ガスクラスターの粒径を２６ｎｍに設定して、パーティクルの除去率を調べた。処理条件は以下のとおりとし、各基板に対して運動エネルギーを変えて評価を行い、洗浄処理前後のウエハ表面をＳＥＭにより観察することにより、除去率を求めている。
洗浄対象基板                      ：単結晶シリコンウェハ
圧力室への二酸化炭素ガスの供給圧力：２．０ＭＰａ
ガスクラスターの照射角            ：９０度
ガスクラスターの照射量            ：３×１０１２／ｃｍ２
この結果を図１６に示す。図中横軸は、運動エネルギー、縦軸はパーティクルの除去率であり、パーティクルは、夫々粒径が１２ｎｍについては△、２３ｎｍについては□、４９ｎｍについては●、１０９ｎｍについては○にて夫々データをプロットしている。これにより、パーティクルの粒径が１２ｎｍ、２３ｎｍ、４９ｎｍの場合には、運動エネルギーの増加と共に除去率が向上し、運動エネルギーが５０ｋｅＶ／クラスター以上になると、いずれの場合も７０％以上の除去率を確保できることが認められた。これに対し、パーティクルが１０９ｎｍの場合には、９０ｋｅＶ／クラスターという高い運動エネルギーを与えても全く除去できないことがわかる。従って、パーティクルサイズに対して相対的に小さ過ぎるガスクラスターを用いても、パーティクルを除去できず、パーティクル粒径に見合ったサイズのガスクラスターを用いることが有効であることが裏付けられている。また、ガスクラスターのサイズ（粒径）は、パーティクルのサイズ（粒径）の０．２倍〜２倍に設定することが好ましいことが理解される。
【００６４】
さらに、この実施例では、ガスクラスターの照射量が３×１０１２／ｃｍ２のときにサイズが１２ｎｍ、２３ｎｍ、４９ｎｍのパーティクルについては除去できることが認められている。また、パーティクルの近傍に照射することによっても、パーティクルを除去できるというメカニズムと、当該照射ポイントの近傍の複数個のパーティクルが除去できる事、を踏まえると、１平方センチメートル当たりのガスクラスターの照射量が１０１１オーダー以上であれば、既述のサイズのパーティクルについては除去できることが理解される。一方、ガスクラスターの照射量を多くすれば、それだけパーティクルに直接当たるガスクラスターの個数が増えるので、パーティクルの除去が有効になる。従って、実施例１の結果とも合わせて、１平方センチメートル当たりのガスクラスターの照射量が１０１１オーダー以上１０１５オーダー以下であれば、４９ｎｍ以下のパーティクルについて効率よく除去できると言える。
【００６５】
（実施例５：ガスクラスターサイズと温度との関係）
図１７は、二酸化炭素ガスのガスクラスターを生成するにあたり、ノズル部４の温度とガスクラスターの運動エネルギーとの関係を圧力ごとに示している。ノズル部４の温度が下がるとガスクラスターの運動エネルギーが増加することから、ガスクラスターのサイズが大きくなっていることが分かる。従ってガスクラスターのサイズは、ガス温度を調整することにより制御できる。
【符号の説明】
【００６６】
Ｗ                半導体ウエハ
１３              大気搬送室
１６              第１の基板搬送機構
１７              ウエハ検査部
２                真空搬送室
２１〜２５        真空処理モジュール
２６              第２の基板搬送機構
３                洗浄モジュール
３１              洗浄処理室
３２              載置台
３３              駆動部
４                ノズル部
５３              加速電極
６１              圧力調整バルブ
１００            パーティクル
２００            ガスクラスター
【図１】
0005984424.tif 000002
【図２】
0005984424.tif 000003
【図３】
0005984424.tif 000004
【図４】
0005984424.tif 000005
【図５】
0005984424.tif 000006
【図６】
0005984424.tif 000007
【図７】
0005984424.tif 000008
【図８】
0005984424.tif 000009
【図９】
0005984424.tif 000010
【図１０】
0005984424.tif 000011
【図１１】
0005984424.tif 000012
【図１２】
0005984424.tif 000013
【図１３】
0005984424.tif 000014
【図１４】
0005984424.tif 000015
【図１５】
0005984424.tif 000016
【図１６】
0005984424.tif 000017
【図１７】
0005984424.tif 000018