(57)【要約】【課題】処理容器に収容された基板表面の自然酸化膜をフッ酸などの反応性ガスを用いてエッチングし、かつこのエッチング速度を紫外光の照射によって向上させる場合に、処理容器の外部から直接紫外光を照射するとなると、光学窓の窓材が、高価で高硬度のサファイアガラスなどに制限されてしまう。【解決手段】被処理基板１を収容する処理容器２と、この処理容器２の内部に通じる開口部５に設けられた光学窓６と、この光学窓６を通して処理容器２の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射手段（１５，１６）と、照射されたレーザ光を集光する集光レンズ１７とを備える基板処理装置において、集光レンズ１７によるレーザ光の焦点位置Ｆｐを処理容器２の内部の雰囲気中に設定するとともに、レーザ光照射手段は、焦点位置Ｆｐの雰囲気をブレイクダウンさせ得るパワー密度をもつ赤外域のレーザ光を照射するものとする。【選択図】図１
2005236073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器の内部に通じる開口部に設けられた光学窓と、
前記光学窓を通して前記処理容器の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記レーザ光照射手段によって照射されたレーザ光を集光する集光手段とを備え、
前記集光手段による前記レーザ光の焦点位置を前記処理容器の内部の雰囲気中に設定するとともに、
前記レーザ光照射手段は、前記焦点位置の雰囲気をブレイクダウンさせ得るパワー密度をもつ赤外域のレーザ光を照射する
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記レーザ光照射手段は、フェムト秒レーザ光を発生するレーザ光源を有する
ことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記光学窓と前記集光手段とを一体に構成してなる
ことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記処理容器の内部に前記雰囲気を形成する雰囲気ガスを供給するもので、前記雰囲気ガスとして反応性ガスを供給する第１のガス供給系と、前記雰囲気ガスとしてアルゴンガスを供給する第２のガス供給系とを有するガス供給手段を備える
ことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記処理容器の内部で前記レーザ光の光軸を前記被処理基板の基板面とほぼ平行に設定してなる
ことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記光学窓は、アクリル樹脂からなる
ことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項７】
被処理基板を処理容器に収容するとともに、前記処理容器の開口部に設けられた光学窓を通して前記処理容器の内部にレーザ光を照射しつつ前記被処理基板の処理を行う際に、
前記処理容器の内部の雰囲気中に前記レーザ光の焦点位置を設定するとともに、前記処理容器の外部から、前記焦点位置の雰囲気をブレイクダウンさせ得るパワー密度をもつ赤外域のレーザ光を照射して前記焦点位置でブレイクダウンさせることにより、前記処理容器の内部で紫外光を発生させる
ことを特徴とする基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の被処理基板を処理する基板処理装置及び基板処理方法に関し、特に、被処理基板の表面に付着した有機汚れや無機汚れ等の付着物を、被処理基板の表面から除去する基板洗浄装置及び基板洗浄方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体基板（以下、「ウエハ」と記す）の処理においては、ウエハが空気中の酸素と反応することによってウエハの表面に自然酸化膜が生成される。この自然酸化膜は、ゲート酸化膜やコンタクト抵抗を増大させる。そのため、ウエハに成膜を行う前に自然酸化膜を除去する必要がある。特に、半導体製造プロセスの中には、ウエハの表面状態を原子レベルで制御するプロセスが含まれるため、ウエハ表面に存在する自然酸化膜を確実に除去することが求められる。
【０００３】
自然酸化膜を除去する方法としては、フッ酸蒸気を用いたベーパーエッチング法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、被洗浄物となるウエハを処理容器（チャンバ）に収容し、この処理容器の内部にフッ酸を含むガスを導入することにより、ウエハの表面をフッ酸蒸気に晒して自然酸化膜をエッチングにより除去するものである。
【０００４】
また、自然酸化膜をエッチングする際のエッチング速度を向上させるために、ウエハの表面をフッ酸蒸気に晒すのと並行して、ウエハに紫外光（紫外線）を照射する技術が知られている（例えば、特許文献２、３参照）。また、特許文献２には、処理容器に収容されたウエハに紫外光を照射するために、処理容器の壁部分に開口部を設けるとともに、この開口部に光学窓を設け、処理容器の外部で紫外光源により発生させた紫外光を、光学窓を通して容器内のウエハに照射する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２１７９１９号公報
【特許文献２】特開平３−１４７３２２号公報
【特許文献３】特開平６−２１０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記従来の技術のように処理容器の開口部に設けた光学窓を通してウエハに紫外光を照射する場合は、光学窓の特性として、紫外光の透過率が高いこと、フッ酸蒸気などの反応性ガスに対して十分な耐腐食性を有することが要求される。こうした要求を満たす光学窓の材料（窓材）としては、紫外光の透過率を６０〜８０％ほど確保できるサファイアガラスがある。しかしながら、サファイアガラスは、材料コストが高いうえに、硬度が非常に高いために加工性に難があった。また、光透過性の高い光学窓を得るには、サファイアガラスに含まれる不純物濃度を低く抑える必要があり、この点もコスト増の一因になっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る基板処理装置は、被処理基板を収容する処理容器と、この処理容器の内部に通じる開口部に設けられた光学窓と、この光学窓を通して処理容器の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、このレーザ光照射手段によって照射されたレーザ光を集光する集光手段とを備え、集光手段によるレーザ光の焦点位置を処理容器の内部の雰囲気中に設定するとともに、レーザ光照射手段は、焦点位置の雰囲気をブレイクダウンさせ得るパワー密度をもつ赤外域のレーザ光を照射するものである。
【０００８】
本発明に係る基板処理装置においては、レーザ光照射手段によって照射されたレーザ光を、集光手段で集光しつつ、光学窓を通して処理容器の内部に取り込み、その内部の雰囲気をレーザ光の焦点位置でブレイクダウンさせることにより、処理容器の内部で紫外光が発生するため、処理容器の外部から直接紫外光を照射しなくても、被処理基板に紫外光を照射することが可能となる。
【０００９】
本発明に係る基板処理方法は、被処理基板を処理容器に収容するとともに、処理容器の開口部に設けられた光学窓を通して処理容器の内部にレーザ光を照射しつつ被処理基板の処理を行う際に、処理容器の内部の雰囲気中にレーザ光の焦点位置を設定するとともに、処理容器の外部から、焦点位置の雰囲気をブレイクダウンさせ得るパワー密度をもつ赤外域のレーザ光を照射して焦点位置でブレイクダウンさせることにより、処理容器の内部で紫外光を発生させるものである。
【００１０】
本発明に係る基板処理方法においては、処理容器の外部から赤外域のレーザ光を照射して焦点位置でブレイクダウンさせることにより、処理容器の内部で紫外光を発生させるため、処理容器の外部から直接紫外光を照射しなくても、処理容器に収容された被処理基板に紫外光を照射することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、処理容器の外部から直接紫外光を照射しなくても、処理容器に収容された被処理基板に紫外光を照射することができる。これにより、光学窓の窓材としては、紫外光を透過しなくても、赤外光を十分に透過する材料であれば良いため、材料コストが安くて加工が容易なアクリル樹脂を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の第１実施形態に係る基板処理装置（基板洗浄装置）の構成を示す概略図である。図示した基板処理装置は、ウエハ等の被処理基板１を収容する処理容器（チャンバ）２を備えている。処理容器２の内部には、被処理基板１を水平に支持する支持台３が組み込まれている。支持台３上には複数のチャッキング部材４が設けられている。各々のチャッキング部材４は、被処理基板１の裏面（下面）の汚染を防止するために、支持台３上に供給された被処理基板１のエッジ部分（外周縁）に当接することにより、被処理基板１を支持台３から若干浮かせた状態で支持する。
【００１４】
また、処理容器２の上部には、当該処理容器２の上壁を部分的に開口した状態で開口部５が形成されている。開口部５は、支持台３上に水平に支持された被処理基板１の表面（上面）と対向する位置に形成されている。そして、この処理容器２の開口部５に光学窓６が設けられている。光学窓６は、光透過性を有する平らな板状部材（例えば、透明基板）によって構成されている。また、光学窓６は、処理容器２の内部に通じる開口部５を塞ぐ（密閉する）状態で、処理容器２の上側の外面部に取り付けられている。
【００１５】
さらに、処理容器２には、それぞれ異なる種類のガスＧ１，Ｇ２を供給する２つのガス供給管７，８が接続されている。各々のガス供給管７，８は、処理容器２の側壁を貫通する状態に設けられている。また、各々のガス供給管７，８の途中には、ガスの供給を制御するための制御バルブ９，１０が設けられ、これらの制御バルブ９，１０によって各種ガスＧ１，Ｇ２の供給・停止や供給量を自在に制御し得る構成となっている。一方のガス供給管７は、基板処理用（本形態例では基板洗浄用）の反応性ガスＧ１を供給するもので、他方のガス供給管８は雰囲気置換用のパージガスＧ２を供給するものである。反応性ガスＧ１としては、ハロゲン原子を含むガス（ハロゲンガス、フッ酸蒸気など）を用いることができる。また、パージガスＧ２としては、窒素ガスを用いることができる。
【００１６】
また、処理容器２には、当該処理容器２の内部に充満した雰囲気ガスを排ガスＧ３として排気するための排気管１１が接続されている。排気管１１は、光学窓６の取り付け位置（開口部５の形成位置）の近傍で処理容器２の上壁を貫通する状態に設けられている。排気管１１の途中には、排ガスＧ３の排気を制御するための制御バルブ１２が設けられ、この制御バルブ１２によって排ガスＧ３の排気・停止や排気量を自在に制御し得る構成となっている。さらに、ガス供給管７，８と相対向する側の処理容器２の側壁部分には、基板出入口１３が設けられている。基板出入口１３は、処理容器２の内部に被処理基板１を取り込んだり、取り込んだ被処理基板１を処理容器２の外部に取り出したりするために設けられたものである。基板出入口１３は、可動式のシャッター部材１４によって開閉される構成となっている。基板出入口１３がシャッター部材１４で閉鎖された状態では、処理容器２の内部が完全に閉じられた密閉空間となる。
【００１７】
一方、処理容器２の外側（外部）には、レーザ照射手段を構成するレーザ光源１５及びレーザ調整器１６とともに集光レンズ１７が設けられている。レーザ光源１５は、光学窓６を通して処理容器２の内部に照射されるレーザ光の発生源となるものである。レーザ調整器１６は、レーザ光源１５から出射されたレーザ光の光軸と強度（パワー）を調整するもので、例えば、無限焦点レンズ、光学フィルタ、反射ミラーなどを用いて構成される。このレーザ調整器１６においては、レーザ光源１５から出射されたレーザ光が光学窓６に向けて進行するように、当該レーザ光の光軸を例えば反射ミラーで調整するとともに、当該レーザ光を光学フィルタに通すことにより、当該レーザ光の強度が所望のレベルまで低下（減衰）するように調整する。集光レンズ１７は、レーザ調整器１６と光学窓６の間に設けられている。この集光レンズ１７は、レーザ調整器１６から光学窓６に向けて進行するレーザ光が所望の位置で焦点を結ぶように集光するもので、例えば凸レンズによって構成される。
【００１８】
ここで、例えば、光学窓６の窓材としてアクリル樹脂（ＰＭＭＡ樹脂：ポリメチルメタクリレート樹脂）を用いるものとする。アクリル樹脂は、被処理基板１の洗浄に用いられるフッ酸蒸気などの反応性ガスＧ１に対して十分に高い耐腐食性を有し、さらにサファイアガラスなどの硬質材料に比較して加工が非常に容易であり、材料コストも安いという利点を有するものの、光学的には赤外光を透過しやすく紫外光を透過しにくいという特性を有している。例えば、住友化学（株）製のアクリル材料であるスミペックス（登録商標）の場合は、８００ｎｍの近赤外光の透過率が８０％以上と高いのに対し、２６６ｎｍの紫外光の透過率は２０％以下と低くなっている。
【００１９】
そこで本第１実施形態に係る基板処理装置では、集光レンズ１７によって集光されたレーザ光が焦点を結ぶ位置（すなわちレーザ光の焦点位置）Ｆｐを、処理容器２の内部の雰囲気中に設定してある。さらに詳述すると、集光レンズ１７で集光されたレーザ光は光学窓６を透過して処理容器２の内部に進入し、最終的に被処理基板１の表面に照射されるが、レーザ光の焦点位置Ｆｐは、このレーザ光が光学窓６を透過してから被処理基板１の表面に到達するまでの間、つまり光学窓６と被処理基板１との間の雰囲気中に設定されている。具体例として、光学窓６の厚み寸法が１０ｍｍ、光学窓６から被処理基板１までの距離が３０ｍｍ、集光レンズ１７の焦点距離が２０ｍｍ、光学窓６から集光レンズ１７までの距離が５ｍｍであるとすると、レーザ光の焦点位置Ｆｐは、光学窓６から被処理基板１側に５ｍｍ入り込んだところに設定される。
【００２０】
ちなみに、処理容器２の内部の雰囲気は、処理容器２の内部に導入される雰囲気ガスによって構成されるものである。したがって、例えば、処理容器２の内部にガス供給管７から反応性ガスＧ１を導入（供給）した場合は、この反応性ガスＧ１が雰囲気ガスとなって容器内部の雰囲気が構成されることになる。
【００２１】
また、本第１実施形態に係る基板処理装置では、レーザ光源１５が、処理容器２の内部で焦点位置Ｆｐの雰囲気をブレイクダウン（レーザブレイクダウン）させ得るパワー密度をもつ赤外域（おおよそ波長７８０ｎｍ以上）のレーザ光を生成するものとなっている。具体的には、レーザ光源１５において、例えば、波長が８００ｎｍの近赤外域のレーザ光で、パルス幅がサブピコ秒の超短光パルスレーザであるフェムト秒レーザ光を生成するものとなっている。この波長８００ｎｍのフェムト秒レーザ光を用いることにより、集光レンズ１７で集光させたレーザ光をアクリル樹脂製の光学窓６に入射したときに、当該レーザ光を高い透過率をもって光学窓６の一方（容器外）から他方（容器内）に透過させることができる。
【００２２】
上記構成からなる基板処理装置を用いて被処理基板１の洗浄（酸化膜の除去など）を行う場合は、図２に示すように、処理容器２内を真空排気した後、制御バルブ１０を適宜操作してガス供給管８からパージガスＧ２を供給する（ステップＳ１，Ｓ２）。次に、パージガスＧ２の供給を停止した後、処理容器２の側壁に設けたシャッター部材１４で基板出入口１３を開放し、この基板出入口１３から被処理基板１を取り込むとともに、支持台３上で複数のチャッキング部材４により被処理基板１を水平に支持する（ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５）。こうして処理容器２の内部に被処理基板１を導入した後は、シャッター部材１４によって基板出入口１３を閉鎖する（ステップＳ６）。
【００２３】
次に、制御バルブ９を適宜操作してガス供給管７から反応性ガスＧ１を供給するとともに、制御バルブ１２を適宜操作して排気管１１から適量ずつガスを排気することにより、処理容器２の内部を反応性ガスＧ１で充満させる（ステップＳ７）。これにより、処理容器２の内部が反応性ガスＧ１で満たされた雰囲気となるため、この状態でレーザ光源１５からレーザ光（フェムト秒レーザ光）を出射させる（ステップＳ８）。
【００２４】
こうして出射されたレーザ光はレーザ調整器１６を経て集光レンズ１７に入射し、この集光レンズ１７で集光されながら光学窓６を透過する。光学窓６を透過したレーザ光は、図３に示すように、処理容器２の内部の雰囲気中に設定された焦点位置Ｆｐで焦点を形成する。その際、焦点位置Ｆｐでは、レーザ光のパワー密度が局所的に高くなって雰囲気ガス（反応性ガス）が分子レベルでブレイクダウン（絶縁破壊）を起こし、これによってフェムト秒レーザ光の第３高調波である紫外光（波長２６６ｎｍの光）が発生する。このとき、レーザブレイクダウンによる紫外光の発生量が不足する場合は、紫外光の発生効率を高めためのガス（例えば、アルゴンガスなど）を、反応性ガスＧ１とは別に容器内に導入してもよい。
【００２５】
処理容器２の内部で発生した紫外光は、支持台３に支持された被処理基板１の表面に照射される。したがって、被処理基板１の表面に付着した付着物（自然酸化膜等）は、ガス供給管７から処理容器２内に導入された反応性ガスとの化学反応により除去されるとともに、この化学反応によるエッチングが紫外光の照射によって促進される。このとき、レーザ調整器１６による光軸の調整により、被処理基板１の上方でレーザ光の焦点位置Ｆｐを基板表面と平行に走査することにより、被処理基板１全体に紫外光とレーザ光を均一に照射する（ステップＳ９）。その際、レーザ調整器１６でレーザ光の光軸を調整しただけでは、レーザ光の焦点位置Ｆｐが円弧状に変位（上下動）することになる。そうした場合は、集光レンズ１７に焦点距離可変機能（ズーム機能）を持たせ、レーザ光の光軸調整に連動して焦点距離を調整（可変）することにより、被処理基板１の基板面と平行に焦点位置Ｆｐを移動させることができる。
【００２６】
また、レーザ光の焦点位置Ｆｐで紫外光の発生に寄与しなかったレーザ光は、焦点位置Ｆｐから被処理基板１に向けて徐々に広がりながら進行し、最終的に基板表面に到達する。このとき、被処理基板１の表面に照射されるレーザ光の照射面積は、焦点位置Ｆｐから被処理基板１までの距離を適度に長く確保することで広くなる。そのため、レーザ光の照射による被処理基板１の損傷を回避することができる。特に、集光レンズ１７の光学特性として、焦点距離が短い（開口数が大きい）ものを採用すれば、集光レンズ１７を透過してからのレーザ光の広がり角度が大きくなるため、被処理基板１に対して、より広い面積でレーザ光を照射させることができる。したがって、レーザ光の照射による被処理基板１のダメージを低減することができる。また、レーザ光はもともと赤外域の波長光であるため、この波長光を被処理基板１の表面に広い面積で照射することにより、基板表面の温度を上昇させることができる。
【００２７】
その後、所定の処理時間が経過したら、レーザ光の照射を停止した後、制御バルブ９を操作してガス供給管７からの反応性ガスＧ１の供給を終了する（ステップＳ１０，Ｓ１１）。次に、排気管１２を通して一旦処理容器２内を真空排気した後、制御バルブ１０を操作してガス供給管８からパージガスＧ２を供給することにより、処理容器２内に残っている反応性ガスや反応後の残留ガスを容器内に排出する（ステップＳ１２，Ｓ１３）。次いで、パージガスＧ２の供給を停止した後、シャッター部材１４で基板出入口１３を開放し、この基板出入口１３を通して洗浄済みの被処理基板１を容器外に取り出す（ステップＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１６）。
【００２８】
この基板処理装置によれば、近赤外域の波長をもつフェムト秒レーザ光を、光学窓６を通して処理容器２の内部に照射することにより、レーザ光の焦点位置Ｆｐでブレイクダウンによる紫外光を発生させることができるため、従来のように処理容器の外側から紫外光を照射しなくても、処理容器２内に収容された被処理基板１の表面に紫外光を照射することができる。したがって、被処理基板１の表面の付着物（自然酸化膜等）と反応性ガスとの化学反応（エッチング）を紫外光の照射によって促進し、洗浄処理時間を短縮することができる。また、光学窓６を透過するレーザ光は赤外域（近赤外域）の波長光となるため、紫外光を透過しにくいアクリル樹脂などの窓材を光学窓６に使用することができる。したがって、光学窓６の加工を容易に行うことができる。また、仮にアクリル樹脂を窓材として使用し、この窓材に直接紫外光を照射して、当該窓材を透過した少量の紫外線を基板表面に照射する装置構成を採用した場合は、洗浄開始から洗浄終了まで窓材に継続的に紫外光が照射され、この紫外光の大半が窓材に吸収されるため、窓材が変質して光学特性の劣化を招くことになるが、上述のように赤外域のレーザ光を光学窓６に照射した場合は、紫外光照射による窓材の変質を回避することができる。
【００２９】
なお、上記第１実施形態においては、レーザ調整器１６と光学窓６との間に集光レンズ１７を設け、この集光レンズ１７でレーザ光を集光するものとしたが、これ以外にも、例えば図４に示すように光学窓６の上面部を半球状の連続した凹凸形状に成形することにより、光学窓６と一体構造で集光用のレンズ（マイクロレンズ）１８を形成することも可能である。かかる装置構成を採用した場合は、別途、集光レンズ１７を設ける必要がなくなるため、光学部品の点数を削減することができる。
【００３０】
また、上記第１実施形態においては、被処理基板１の洗浄に際して、処理容器２の内部にガス供給管７から反応性ガスＧ１を供給するものとしたが、例えば、図５に示すように、ガス供給管１９と制御バルブ２０からなる別のガス供給系を追加し、このガス供給系からアルゴンガスやキセノンガスなどのバッファガス（希ガス）Ｇ４を処理容器２内の供給し得る構成としてもよい。かかる装置構成を採用した場合は、処理容器２内へのバッファガス（アルゴンガス）Ｇ４の導入により、雰囲気中の焦点位置Ｆｐでブレイクダウンさせた際の紫外光の発生効率を高めることができる。そのため、被処理基板１の表面に、より効果的に紫外光を照射することができる。ちなみに、アルゴンガスを導入した場合にフェムト秒レーザ光による紫外光の発生効率が向上することは、S.Backusらが発表した技術論文(OPTICS LETTERS,1996,Vol.21,No.9,p.665-667）に記載されている。
【００３１】
図６は本発明の第２実施形態に係る基板処理装置（基板洗浄装置）の構成を示す概略図である。図示した基板処理装置は、上記第１実施形態と同様に、被処理基板３１を収容する処理容器３２と、この処理容器３２の内部で被処理基板３１を水平に支持する支持台３３及び複数のチャッキング部材３４を備えている。また、処理容器３２の側壁部には、同一軸上で相対向する状態に開口部３５，３６が設けられている。そして、一方の開口部３５には光学窓３７が設けられ、他方の開口部３６にも光学窓３７が設けられている。各々の光学窓３７，３８は、上記第１実施形態と同様に、光透過性を有する板状部材（例えば、透明基板）によって構成されている。また、各々の光学窓３７，３８は、処理容器３２の内部に通じる開口部３５，３６を塞ぐ（密閉する）状態で、処理容器２の側壁の外面部に取り付けられている。
【００３２】
さらに、処理容器３２の上壁部分には、３つのガス供給管３９，４０，４１が接続されている。このうち、ガス供給管３９は反応性ガスＧ１を供給し、ガス供給管４０はパージガスＧ２を供給し、ガス供給管４１はバッファガスＧ４を供給するものである。各々のガス供給管３９，４０，４１には、ガスの供給を制御するための制御バルブ４２，４３，４４が個別に設けられ、これらの制御バルブ４２，４３，４４によって各種ガスＧ１，Ｇ２，Ｇ４の供給・停止や供給量を自在に制御し得る構成となっている。
【００３３】
また、処理容器３２の上壁部分には、当該処理容器３２の内部に充満した雰囲気ガスを排ガスＧ３として排気するための排気管４５が接続されている。排気管４５の途中には、排ガスＧ３の排気を制御するための制御バルブ４６が設けられ、この制御バルブ４６によって排ガスＧ３の排気・停止や排気量を自在に制御し得る構成となっている。また、処理容器３２の側壁部分には上記開口部３６の下側に位置して基板出入口４７が設けられ、この基板出入口４７が可動式のシャッター部材４８によって開閉される構成となっている。
【００３４】
一方、処理容器３２の外側（外部）には、レーザ照射手段を構成するレーザ光源４９及びレーザ調整器５０とともに集光レンズ５１が設けられている。レーザ光源４９及びレーザ調整器５０の詳細については上記第１実施形態で記述したとおりである。また、集光レンズ５１と反対側には光ダンパ５２が設けられている。光ダンパ５２は、レーザ調整器５０で光軸調整されたレーザ光の光軸上に、上記集光レンズ５１及び光学窓３７，３８とともに配置されている。この光ダンパ５２は、光学窓３８を通して処理容器３２の外部に出射されたレーザ光を取り込むとともに、このレーザ光を、例えばダンパ内部にＶ字形に組み込まれた一対の反射板で繰り返し反射させることにより、レーザパワーを減衰させるものである。
【００３５】
ここで、本第２実施形態の装置構成においては、レーザ光源４９から出射されたレーザ光がレーザ調整器５０で光軸調整されて集光レンズ５１に入射するとともに、この集光レンズ５１から光学窓３７を通して処理容器３２の内部に進出するようになっている。また、処理容器３２の内部では、支持台３３によって支持された被処理基板３１の上方で当該基板面と平行にレーザ光が通過して光学窓３８に到達し、この光学窓３８を通して容器外の光ダンパ５２に取り込まれるようになっている。また、集光レンズ５１によって集光されたレーザ光が焦点を結ぶ位置（すなわちレーザ光の焦点位置）Ｆｐは、処理容器３２の内部の雰囲気中に設定されている。さらに詳述すると、集光レンズ５１で集光されたレーザ光は光学窓３７を透過して処理容器３２の内部に進入し、そこに収容されている被処理基板３１の直上で焦点を結ぶように構成されている。
【００３６】
上記構成からなる基板処理装置を用いて被処理基板１の洗浄（酸化膜の除去など）を行う場合は、図７に示すように、処理容器３２内を真空排気した後、制御バルブ４３を適宜操作してガス供給管４０からパージガスＧ２を供給する（ステップＳ２１，Ｓ２２）。次に、パージガスＧ２の供給を停止した後、処理容器３２の側壁に設けたシャッター部材４８で基板出入口４７を開放し、この基板出入口４７から被処理基板３１を取り込むとともに、支持台３３上で複数のチャッキング部材３４により被処理基板３１を水平に支持する（ステップＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２５）。こうして処理容器３２の内部に被処理基板３１を導入した後は、シャッター部材４８によって基板出入口４７を閉鎖する（ステップＳ２６）。
【００３７】
次に、制御バルブ４２，４４を適宜操作してガス供給管３９，４１からそれぞれ反応性ガスＧ１とバッファガス（紫外光発生促進ガス）Ｇ４を供給するとともに、制御バルブ４６を適宜操作して排気管４５から適量ずつガスを排気することにより、処理容器３２の内部を反応性ガスＧ１とバッファガスＧ４で充満させる（ステップＳ２７，Ｓ２８）。これにより、処理容器３２の内部が反応性ガスＧ１で満たされた雰囲気となるため、この状態でレーザ光源４９からレーザ光（フェムト秒レーザ光）を出射させる（ステップＳ２９）。
【００３８】
こうして出射されたレーザ光はレーザ調整器５０を経て集光レンズ５１に入射し、この集光レンズ５１で集光されながら光学窓３７を透過する。光学窓３７を透過したレーザ光は、処理容器３２の内部の雰囲気中に設定された焦点位置Ｆｐで焦点を形成する。その際、焦点位置Ｆｐでは、レーザ光のパワー密度が局所的に高くなって雰囲気ガスがブレイクダウンを起こし、これによってプラズマとともに、フェムト秒レーザ光の第３高調波である紫外光（波長２６６ｎｍの光）が発生する。
【００３９】
処理容器３２の内部で発生した紫外光は、支持台３３に支持された被処理基板３１の表面に照射される。したがって、被処理基板３１の表面に付着した付着物（自然酸化膜等）は、ガス供給管３９から処理容器３２内に導入された反応性ガスとの化学反応により除去されるとともに、この化学反応によるエッチングが紫外光の照射によって促進される。このとき、レーザ調整器５０による光軸の調整により、被処理基板３１の上方でレーザ光の焦点位置Ｆｐを基板表面と平行に走査することにより、被処理基板１全体に紫外光を均一に照射する（ステップＳ３０）。また、レーザ光の焦点位置Ｆｐで紫外光の発生に寄与しなかったレーザ光は、被処理基板３１の上方を水平に通過して光学窓３８に達し、この光学窓３８を透過して光ダンパ５２に取り込まれる。このとき、光ダンパ５２でレーザ光のパワーを減衰させることにより、光ダンパ５２でレーザ光を完全に吸収し、装置内外へのレーザ光の影響を防止することができる。
【００４０】
その後、所定の処理時間が経過したら、レーザ光の照射を停止した後、制御バルブ４２，４４を操作してガス供給管３９からの反応性ガスＧ１の供給とガス供給管４１からのバッファガスＧ４の供給を共に終了した後、排気管４５を通して一旦処理容器３２内を真空排気する（ステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３，Ｓ３４）。次に、制御バルブ４３を操作してガス供給管４０からパージガスＧ２を供給することにより、処理容器３２内に残っている反応性ガスや反応後の残留ガスを容器内に排出する（ステップＳ３５）。次いで、パージガスＧ２の供給を停止した後、シャッター部材４８で基板出入口４７を開放し、この基板出入口４７を通して洗浄済みの被処理基板３１を容器外に取り出す（ステップＳ３６，Ｓ３７，Ｓ３８）。
【００４１】
この基板処理装置によれば、近赤外域の波長をもつフェムト秒レーザ光を、光学窓３７を通して処理容器３２の内部に照射することにより、レーザ光の焦点位置Ｆｐでブレイクダウンによる紫外光を発生させることができるため、従来のように処理容器の外側から紫外光を照射しなくても、処理容器３２内に収容された被処理基板３１の表面に紫外光を照射することができる。したがって、上記第１実施形態と同様に、被処理基板３１の表面の付着物（自然酸化膜等）と反応性ガスとの化学反応（エッチング）を紫外光の照射によって促進し、洗浄処理時間を短縮することができる。また、光学窓３７を透過するレーザ光は赤外域（近赤外域）の波長光となるため、紫外光を透過しにくいアクリル樹脂などの窓材を光学窓３７、さらにはもう一つの光学窓３８に使用することができる。したがって、光学窓３７，３８の加工を容易に行うことができる。また、ガス供給管４１からパージガスＧ４としてアルゴンガスを導入することにより、上記第１実施形態と同様に、雰囲気中の焦点位置Ｆｐでブレイクダウンさせた際の紫外光の発生効率を高めて、被処理基板３１の表面に、より効果的に紫外光を照射することができる。
【００４２】
また、処理容器２の内部では、光学窓３７から入射するレーザ光の光軸を被処理基板３１の基板面とほぼ平行に設定することにより、被処理基板３１の上方を当該基板面と平行にレーザ光が通過するように構成したので、集光レンズ５１の焦点距離を長く確保したうで、被処理基板３１の直上にレーザ光の焦点位置Ｆｐを設定することができる。特に、集光レンズ５１の焦点距離を長く確保すると、それに合わせてＦナンバー（焦点距離を入射瞳径で割った値）の大きいレンズを採用することができる。上記S.Backusらが発表した技術論文(OPTICS LETTERS,1996,Vol.21,No.9,p.665-667)には、集光レンズ５１のＦナンバーが大きいほど、近赤外域のフェムト秒レーザ光による紫外光の発生効率が向上することが示されている。したがって、被処理基板３１への紫外光照射量を増加させることができる。さらに、紫外線の発生に寄与しなかったレーザ光が直接、被処理基板３１に照射されることがないため、レーザ光の焦点位置Ｆｐを被処理基板３１の近傍の雰囲気中に設定し、レーザブレイクダウンで生じた紫外光を被処理基板３１の表面に効率良く照射することができる。
【００４３】
なお、上記各実施形態においては、いずれも被処理基板を洗浄する装置及び方法への適用例について説明したが、本発明はこれに限らず、洗浄以外の処理を被処理基板に施す装置及び方法に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る基板洗浄装置を用いた基板処理方法を示すフローチャートである。
【図３】レーザ光の集光とこれに伴うブレイクダウン現象を説明する図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の他の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の更に他の構成を示す概略図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る基板処理装置の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る基板洗浄装置を用いた基板処理方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１，３１…被処理基板、２，３２…処理容器、５，３５…開口部、６，３７…光学窓、７，８，１９，３９，４０，４１…ガス供給管、１５，４９…レーザ光源、１６，５０…レーザ調整器、１７，５１…集光レンズ、１８…レンズ、Ｆｐ…焦点位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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