(57)【要約】処理容器の内部に基板を配置する工程と、前記処理容器の内部に配置されたガスノズルの噴射口からガスを噴射する工程と、前記ガスノズルからのガスの噴射によって発生した垂直衝撃波を、前記基板の主表面に衝突させる工程と、前記垂直衝撃波を前記基板の前記主表面に衝突させることにより、前記基板の前記主表面に付着したパーティクルを除去する工程とを有する、基板洗浄方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器の内部に基板を配置する工程と、
前記処理容器の内部に配置されたガスノズルの噴射口からガスを噴射する工程と、
前記ガスノズルからのガスの噴射によって発生した垂直衝撃波を、前記基板の主表面に衝突させる工程と、
前記垂直衝撃波を前記基板の前記主表面に衝突させることにより、前記基板の前記主表面に付着したパーティクルを除去する工程とを有する、基板洗浄方法。
【請求項２】
前記垂直衝撃波を前記基板の前記主表面に衝突させる時に、前記基板の前記主表面の近傍における前記垂直衝撃波の質量流束密度が６ｋｇ／ｍ２ｓ以上である、請求項１に記載の基板洗浄方法。
【請求項３】
前記垂直衝撃波を前記基板の前記主表面に衝突させる時に、前記ガスノズルの前記噴射口と前記基板の前記主表面とのギャップが３７ｍｍ以上４５ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の基板洗浄方法。
【請求項４】
ガスの噴射によって発生したガスクラスターを、前記基板の前記主表面に衝突させる工程を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板洗浄方法。
【請求項５】
処理容器と、
前記処理容器の内部に配置される基板を保持する基板保持部と、
前記処理容器の内部にガスを噴射するガスノズルと、
前記基板保持部に保持されている前記基板に対する前記ガスの衝突を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記ガスノズルからの前記ガスの噴射により発生した垂直衝撃波を前記基板の主表面に衝突させることにより、前記基板の前記主表面に付着したパーティクルを除去する、基板処理装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記垂直衝撃波を前記基板の前記主表面に衝突させる時に、前記基板の前記主表面の近傍における前記垂直衝撃波の質量流束密度を６ｋｇ／ｍ２ｓ以上に制御する、請求項５に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記垂直衝撃波を前記基板の前記主表面に衝突させる時に、前記ガスノズルの噴射口と前記基板の前記主表面とのギャップを３７ｍｍ以上４５ｍｍ以下に制御する、請求項５または６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記制御部は、ガスの噴射によって発生したガスクラスターを、前記基板の前記主表面に衝突させる、請求項５〜７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項９】
処理容器の内部に配置されたガスノズルの噴射口からガスを噴射する工程と、
前記ガスノズルからのガスの噴射によって発生した垂直衝撃波を、前記処理容器の内部に配置された衝突板の表面に衝突させる工程と、
前記垂直衝撃波が前記衝突板の前記表面に衝突することで発生した気流を、前記処理容器の内壁面に吹き付ける工程と、
前記気流を前記処理容器の内壁面に吹き付けることにより、前記処理容器の内壁面に付着したパーティクルを除去する工程とを有する、処理容器洗浄方法。
【請求項１０】
前記垂直衝撃波を前記衝突板の前記表面に衝突させる時に、前記衝突板の前記表面の近傍における前記垂直衝撃波の質量流束密度が６ｋｇ／ｍ２ｓ以上である、請求項９に記載の処理容器洗浄方法。
【請求項１１】
前記垂直衝撃波を前記衝突板の前記表面に衝突させる時に、前記ガスノズルの前記噴射口と前記衝突板の前記表面とのギャップが３７ｍｍ以上４５ｍｍ以下である、請求項９または１０に記載の処理容器洗浄方法。
【請求項１２】
前記処理容器の内部に、前記処理容器の内壁面から除去された前記パーティクルを運ぶ渦状の気流を形成する工程を有する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の処理容器洗浄方法。
【請求項１３】
処理容器と、
前記処理容器の内部にガスを噴射する第１ガスノズルと、
前記処理容器の内部に配置された衝突板に対する、前記第１ガスノズルから噴射されたガスの衝突を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第１ガスノズルからのガスの噴射により発生した垂直衝撃波を前記衝突板の表面に衝突させることにより、前記処理容器の内壁面に付着したパーティクルを除去する気流を発生させる、基板処理装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記垂直衝撃波を前記衝突板の前記表面に衝突させる時に、前記衝突板の前記表面の近傍における前記垂直衝撃波の質量流束密度を６ｋｇ／ｍ２ｓ以上に制御する、請求項１３に記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記垂直衝撃波を前記衝突板の前記表面に衝突させる時に、前記第１ガスノズルの噴射口と前記衝突板の前記表面とのギャップを３７ｍｍ以上４５ｍｍ以下に制御する、請求項１３または１４に記載の基板処理装置。
【請求項１６】
前記処理容器の内部に、前記処理容器の内壁面から除去された前記パーティクルを運ぶ渦状の気流を形成する第２ガスノズルを備える、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板洗浄方法、処理容器洗浄方法、および基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の基板洗浄方法は、ノズル部からガスを吐出することによりガスクラスターを生成する工程と、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。ガスクラスターの照射時におけるノズル部の先端から基板までの距離が１０ｍｍ〜１００ｍｍである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開２０１５−２６７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示の一態様は、基板を汚染するパーティクルを効率良く除去できる、技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係る基板洗浄方法は、
処理容器の内部に基板を配置する工程と、
前記処理容器の内部に配置されたガスノズルの噴射口からガスを噴射する工程と、
前記ガスノズルからのガスの噴射によって発生した垂直衝撃波を、前記基板の主表面に衝突させる工程と、
前記垂直衝撃波を前記基板の前記主表面に衝突させることにより、前記基板の前記主表面に付着したパーティクルを除去する工程とを有する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の一態様によれば、基板を汚染するパーティクルを効率良く除去できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、一実施形態に係る基板処理装置を示す側面図である。
【図２】図２は、一実施形態に係るガスノズル移動機構を示す平面図である。
【図３】図３は、一実施形態に係る垂直衝撃波の基板への衝突を示す断面図である。
【図４】図４は、ガスノズルの噴射口から下方向への距離Ｌと、噴射口から噴射されたガスの圧力との関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、ガスノズルの噴射口から下方向への距離Ｌと、噴射口から噴射されたガスの質量流束密度との関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、図５（ｃ）に示すシミュレーション結果の一例のグラフである。
【図７】図７は、粒径２００ｎｍのパーティクルの除去率ＰＲＥ１と、ガスノズルの噴射口と基板の主表面とのギャップＧ１との関係の一例を示す図である。
【図８】図８は、ガスノズルの噴射口と基板の主表面とのギャップＧ１と、噴射口から噴射されたガスの質量流束密度との関係の一例を示す図である。
【図９】図９は、一実施形態に係るガスクラスターの基板への衝突を示す断面図である。
【図１０】図１０は、粒径４０ｎｍのパーティクルの除去率ＰＲＥ２と、ガスノズルの噴射口と基板の主表面とのギャップＧ１との関係の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、一実施形態に係る基板洗浄方法を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、一実施形態に係る基板洗浄方法によって洗浄される基板の状態の経時変化を示す図である。
【図１３】図１３は、一実施形態に係る基板処理装置の処理容器洗浄時の状態を示す側面図である。
【図１４】図１４は、ガスノズルの噴射口と基板保持部の基板保持面とのギャップＧ２と、噴射口から噴射されたガスの流速との関係の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、一実施形態に係る処理容器洗浄方法を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、一実施形態に係る処理容器の内壁面である側壁面に形成されるガスノズルを示す図である。
【図１７】図１７は、渦状の気流を形成するガスノズルのノズル穴の断面形状の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、渦状の気流を形成するガスノズルのノズル穴の断面形状と、ノズル穴の出口から噴射されたガスの流速との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。尚、各図面において同一の又は対応する構成には同一の又は対応する符号を付し、説明を省略することがある。以下の説明において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は互いに垂直な方向であり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向は水平方向、Ｚ軸方向は鉛直方向である。また、下方とは鉛直方向下方（Ｚ軸負方向）を意味し、上方とは鉛直方向上方（Ｚ軸正方向）を意味する。
【０００９】
図１は、一実施形態に係る基板処理装置を示す側面図である。図２は、一実施形態に係るガスノズル移動機構を示す平面図である。基板処理装置１０は、基板２の主表面３に向けてガスを噴射することにより、基板２の主表面３に付着したパーティクル５、６（図１２参照）を除去する。基板２は、例えばシリコンウェハなどの半導体基板である。基板処理装置１０は、処理容器２０と、基板保持部３０と、回転軸部３４と、回転駆動部３６と、昇降駆動部３８と、ガスノズル４０と、ガスノズル移動機構５０と、ガス供給機構６０と、減圧機構７０と、制御部９０とを備える。
【００１０】
処理容器２０は、基板２が処理される空間を内部に有する。処理容器２０の内部は、例えば円柱状の空間である。処理容器２０は、基板２の搬入出口であるゲート（不図示）と、ゲートを開閉するゲートバルブ（不図示）とを有する。
【００１１】
基板保持部３０は、処理容器２０の内部に配置され、基板２を保持する基板保持面３１を有する。基板保持部３０は、例えば、基板２のパーティクル５、６が除去される主表面３を上に向けて、基板２を水平に保持する。
【００１２】
回転軸部３４は、基板保持部３０の中央から下方に延びており、鉛直に配置される。回転軸部３４の上端部は処理容器２０の内部に配置され、回転軸部３４の下端部は処理容器２０の外部に配置される。
【００１３】
回転駆動部３６は、回転軸部３４を鉛直軸周りに回転させることにより、基板保持部３０を回転させる。回転駆動部３６は、例えば回転モータと、回転モータの回転駆動力を回転軸部３４に伝達する伝達機構とを有する。
【００１４】
昇降駆動部３８は、基板保持部３０を昇降させる。昇降駆動部３８は、例えば流体圧シリンダなどで構成される。昇降駆動部３８は、回転駆動部３６を介して基板保持部３０を昇降させるが、回転駆動部３６を介さずに基板保持部３０を昇降させてもよい。
【００１５】
ガスノズル４０は、基板保持部３０に保持されている基板２の主表面３に向けて、ガスを噴射する。ガスノズル４０は、ガスの噴射口４１を下に向けて、基板保持部３０の上方に配置される。
【００１６】
ガスノズル移動機構５０は、基板保持部３０の径方向に、ガスノズル４０を移動させる。ガスノズル移動機構５０は、基板保持部３０の中心部の真上の位置と、基板保持部３０の外周部の真上の位置との間で、ガスノズル４０を移動させる。
【００１７】
ガスノズル移動機構５０は、例えば旋回アーム５１と、旋回アーム５１を旋回させる旋回駆動部５２とを有する。旋回アーム５１は、水平に配置され、その先端部に、ガスノズル４０の噴射口４１を下に向けて、ガスノズル４０を保持する。旋回駆動部５２は、旋回アーム５１の基端部から下方に延びる旋回軸５３を中心に、旋回アーム５１を旋回させる。
【００１８】
なお、ガスノズル移動機構５０は、旋回アーム５１と旋回駆動部５２との代わりに、ガイドレールと直動機構とを有してもよい。ガイドレールは水平に配置され、直動機構がガイドレールに沿ってガスノズル４０を移動させる。
【００１９】
ガスノズル移動機構５０は、ガスノズル４０を昇降させる昇降駆動部５４をさらに有してよい。昇降駆動部５４は、例えば流体圧シリンダなどで構成される。昇降駆動部５４は、旋回駆動部５２を介してガスノズル４０を昇降させるが、旋回駆動部５２を介さずにガスノズル４０を昇降させてもよい。
【００２０】
ガス供給機構６０は、ガスノズル４０にガスを供給する。ガス供給機構６０は、下流端がガスノズル４０に接続される共通ラインＬ１と、共通ラインＬ１の上流端から第１供給源６１まで延びる第１分岐ラインＬ２と、共通ラインＬ１の上流端から第２供給源６２まで延びる第２分岐ラインＬ３とを有する。
【００２１】
共通ラインＬ１には、ガスノズル４０へのガスの供給圧Ｐを調整する圧力調整弁６３が設けられる。圧力調整弁６３は、制御部９０による制御下で、ガスノズル４０へのガスの供給圧Ｐを調整する。なお、共通ラインＬ１の、圧力調整弁６３の上流側には、ガスブースターなどの昇圧器がさらに設けられてもよい。
【００２２】
第１分岐ラインＬ２には、第１開閉弁６４と、第１流量調整弁６５とが設けられる。第１開閉弁６４がガスの流路を開くと、第１供給源６１からガスノズル４０にガスが供給される。第１流量調整弁６５は、第１分岐ラインＬ２を流れるガスの流量を調整する。第１開閉弁６４がガスの流路を閉じると、第１供給源６１からガスノズル４０へのガスの供給が停止される。
【００２３】
第２分岐ラインＬ３には、第２開閉弁６６と、第２流量調整弁６７とが設けられる。第２開閉弁６６がガスの流路を開くと、第２供給源６２からガスノズル４０にガスが供給される。第２流量調整弁６７は、第２分岐ラインＬ３を流れるガスの流量を調整する。第２開閉弁６６がガスの流路を閉じると、第２供給源６２からガスノズル４０へのガスの供給が停止される。
【００２４】
第１供給源６１は、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）ガスをガスノズル４０に供給する。一方、第２供給源６２は、例えば水素（Ｈ２）ガスをガスノズル４０に供給する。ガスノズル４０に供給されるガスに含まれる、二酸化炭素ガスの含有率Ｃは、第１流量調整弁６５と第２流量調整弁６７とによって調整される。第１流量調整弁６５と第２流量調整弁６７とは、制御部９０による制御下で、二酸化炭素ガスの含有率Ｃを調整する。なお、制御部９０が二酸化炭素ガスの含有率Ｃをゼロに設定する場合、第２開閉弁６６は、制御部９０による制御下で、ガスの流路を閉じる。
【００２５】
減圧機構７０は、処理容器２０の内部を減圧する。減圧機構７０は、例えば、処理容器２０の内部のガスを吸引する吸引ポンプ７１と、処理容器２０の内壁面２２に形成される吸引口２７から吸引ポンプ７１まで延びる吸引ライン７２の途中に設けられる圧力調整弁７３とを有する。吸引口２７は、処理容器２０の下壁面２４に形成され、回転軸部３４の周りに等間隔で複数配置されてよい。
【００２６】
制御部９０は、例えばコンピュータで構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリなどの記憶媒体９２とを備える。記憶媒体９２には、基板処理装置１０において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部９０は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、基板処理装置１０の動作を制御する。また、制御部９０は、入力インターフェース９３と、出力インターフェース９４とを備える。制御部９０は、入力インターフェース９３で外部からの信号を受信し、出力インターフェース９４で外部に信号を送信する。
【００２７】
かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されていたものであって、その記憶媒体から制御部９０の記憶媒体９２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、例えば、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スク（ＭＯ）、メモリーカードなどが挙げられる。なお、プログラムは、インターネットを介してサーバからダウンロードされ、制御部９０の記憶媒体９２にインストールされてもよい。
【００２８】
図３は、一実施形態に係る垂直衝撃波の基板への衝突を示す断面図である。ガスノズル４０は、例えば、一般的にラバールノズルと呼ばれるものであり、噴射口４１および供給口４２よりも小さい直径のスロート４３を有する。ガスノズル４０は、スロート４３と噴射口４１との間に、スロート４３から噴射口４１に向うほど直径が大きくなるテーパー穴４５を有する。
【００２９】
ガスノズル４０は、処理容器２０の内部に配置される。処理容器２０の内部は、減圧機構７０によって予め減圧される。ガスノズル４０の供給口４２に供給されたガスは、スロート４３を通過することにより音速を超える速度に加速され、噴射口４１から噴射される。
【００３０】
噴射されたガスは、垂直衝撃波ＳＷを形成する。垂直衝撃波ＳＷは、マッハディスク（Mach Disk）とも呼ばれる。垂直衝撃波ＳＷは、伝播方向に対し垂直な波面を有する衝撃波である。衝撃波は、処理容器２０の内部を超音速で伝播する圧力の不連続な変化である。
【００３１】
制御部９０は、基板保持部３０に保持されている基板２に対するガスの衝突を制御する。基板２に対するガスの衝突は、例えば、（１）ガスノズル４０の噴射口４１と基板２の主表面３とのギャップＧ１、（２）ガスノズル４０に供給されるガスに含まれる、二酸化炭素ガスの含有率Ｃ、および（３）ガスノズル４０へのガスの供給圧Ｐなどによって変化する。
【００３２】
そこで、制御部９０は、ギャップＧ１、二酸化炭素ガスの含有率Ｃ、供給圧Ｐのうち少なくとも１つを制御することで、基板２に対するガスの衝突を制御する。ここで、制御部９０は、基板保持部３０のＺ軸方向位置を制御することでギャップＧ１を制御してもよいし、ガスノズル４０のＺ軸方向位置を制御することでギャップＧ１を制御してもよい。
【００３３】
制御部９０は、ガスの噴射により発生した垂直衝撃波ＳＷを、基板２の主表面３に衝突させる。垂直衝撃波ＳＷが基板２の主表面３に作用するので、詳しくは後述するが、基板２の主表面３に付着した、粒径が１００ｎｍ以上である大粒径のパーティクル５を効率良く除去できる。
【００３４】
ガスノズル４０の中心線は、基板２の主表面３に対し垂直に配置されてよい。垂直衝撃波ＳＷの波面が、基板２の主表面３に平行に衝突する。それゆえ、垂直衝撃波ＳＷが基板２の主表面３に作用する範囲が広く、大粒径のパーティクル５を効率良く除去できる。また、基板２の主表面３の凹凸パターン４のパターン倒壊を抑制できる。
【００３５】
図４は、ガスノズルの噴射口から下方向への距離Ｌと、噴射口から噴射されたガスの圧力との関係の一例を示す図である。図４（ａ）は、二酸化炭素ガスの含有率Ｃが２５体積％であって水素ガスの含有率が７５体積％であるときの圧力のシミュレーション結果の一例を示す。図４（ｂ）は、二酸化炭素ガスの含有率Ｃが５０体積％であって水素ガスの含有率が５０体積％であるときの圧力のシミュレーション結果の一例を示す。図４（ｃ）は、二酸化炭素ガスの含有率Ｃが１００体積％であって水素ガスの含有率が０体積％であるときの圧力のシミュレーション結果の一例を示す。
【００３６】
図４のシミュレーションでは、ＡＮＳＹＳ社の流体解析ソフトウェア（商品名：Ｆｌｕｅｎｔ）を用いて、定常状態の流体解析を実施した。また、図４のシミュレーションでは、供給口４２の直径を１０ｍｍに、スロート４３の直径を０．２４ｍｍに、噴射口４１の直径を４．４ｍｍに、テーパー穴４５のテーパー角度を６°に、それぞれ設定した。さらに、図４のシミュレーションでは、供給口４２におけるガスの供給圧Ｐを０．７ＭＰａに、供給口４２におけるガスの温度を−１０℃に、処理容器２０の内部の気圧を４０Ｐａに、それぞれ設定した。さらにまた、図４のシミュレーションでは、ガスノズル４０の中心線を中心に左右対称な長方形の２次元解析領域を設定し、２次元解析領域の四辺にガスが自由に流出する流出境界を設定した。
【００３７】
図４から明らかなように、ガスノズル４０の噴射口４１から下方向への距離Ｌが約３０ｍｍ〜４０ｍｍの領域ＧＡ（図６参照）と、距離Ｌが約７０ｍｍ〜８０ｍｍの領域ＧＢ（図６参照）とに、圧力の不連続な変化である垂直衝撃波ＳＷが形成されることが分かる。
【００３８】
図５は、ガスノズルの噴射口から下方向への距離Ｌと、噴射口から噴射されたガスの質量流束密度Ｄとの関係の一例を示す図である。図５（ａ）は、二酸化炭素ガスの含有率Ｃが２５体積％であって水素ガスの含有率が７５体積％であるときの質量流束密度のシミュレーション結果の一例を示す。図５（ｂ）は、二酸化炭素ガスの含有率Ｃが５０体積％であって水素ガスの含有率が５０体積％であるときの質量流束密度のシミュレーション結果の一例を示す。図５（ｃ）は、二酸化炭素ガスの含有率Ｃが１００体積％であって水素ガスの含有率が０体積％であるときの質量流束密度のシミュレーション結果の一例を示す。なお、図５のシミュレーションは、図４のシミュレーションと同じ設定で実施した。
【００３９】
質量流束密度Ｄとは、単位時間に単位面積を通過するガスの質量を示す物理量であり、垂直衝撃波ＳＷの強さの指標である。質量流束密度Ｄは、下記の式（１）から算出される。
Ｄ＝ρ×ｖ・・・（１）
上記の式（１）において、ρはガスの密度（ｋｇ／ｍ３）であり、ｖはガスの流速（ｍ／ｓ）である。ガスの流速が正であることはガスが上方から下方に流れることを意味し、ガスの流速が負であることはガスが下方から上方に流れることを意味する。供給圧Ｐが大きいほど、ガスの密度ρとガスの流速ｖの両方が大きくなるので、質量流束密度Ｄが大きくなる。また、水素ガスよりも大きな分子量の二酸化炭素ガスの含有率Ｃが大きいほど、ガスの密度ρが大きくなるので、質量流束密度Ｄが大きくなる。
【００４０】
図５のシミュレーション結果と、図４のシミュレーション結果とから明らかなように、質量流束密度Ｄの大きさが大きいところで、垂直衝撃波ＳＷが形成されることが分かる。
【００４１】
図６は、図５（ｃ）に示すシミュレーション結果の一例のグラフである。図６に示すように、距離Ｌがゼロから大きくなるに従って、質量流束密度Ｄが急激に低下した後、質量流束密度Ｄが急激に上昇し、その後、質量流束密度Ｄは低下と上昇とを繰り返す。
【００４２】
図６のシミュレーション結果と、図４のシミュレーション結果とを比較すれば明らかなように、垂直衝撃波ＳＷは、質量流束密度Ｄの値が各ピーク値の半値以上になる領域ＧＡ、ＧＢで形成されることが分かる。
【００４３】
なお、垂直衝撃波ＳＷは、距離Ｌが約０ｍｍ〜２５ｍｍの領域であって質量流束密度Ｄが急激に低下する領域では、発生しない。
【００４４】
図７は、粒径２００ｎｍのパーティクルの除去率ＰＲＥ１と、ガスノズルの噴射口と基板の主表面とのギャップＧ１との関係の一例を示す図である。パーティクルの除去率ＰＲＥ１は、下記の式（２）から算出した。
ＰＲＥ１＝（ｎ１−ｎ２）／ｎ１×１００・・・（２）
上記の式（２）において、ｎ１は洗浄前の基板２の主表面３に付着させた粒径２００ｎｍのシリカ粒子の数であり、ｎ２は洗浄後の基板２の主表面３に残った粒径２００ｎｍのシリカ粒子の数である。シリカ粒子の数ｎ１、ｎ２は、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）によって計測した。
【００４５】
基板２の洗浄は、基板保持部３０の回転数を１５０ｒｐｍに、ガスノズル４０の旋回速度を１°／ｓにそれぞれ設定し、基板保持部３０に保持されている基板２の主表面３の全体にガスノズル４０からガスを衝突させることにより実施した。また、基板２の洗浄は、図４のシミュレーションと同様に、供給口４２の直径を１０ｍｍに、スロート４３の直径を０．２４ｍｍに、噴射口４１の直径を４．４ｍｍに、テーパー穴４５のテーパー角度を６°に、それぞれ設定した。さらに、基板２の洗浄は、図４のシミュレーションと同様に、供給口４２におけるガスの供給圧Ｐを０．７ＭＰａに、供給口４２におけるガスの温度を−１０℃に、処理容器２０の内部の気圧を４０Ｐａに、それぞれ設定した。
【００４６】
図７から明らかなように、ギャップＧ１が約４０ｍｍであるときに、粒径２００ｎｍのシリカ粒子の除去率ＰＲＥ１が向上することが分かる。なお、ギャップＧ１が約４０ｍｍであるときには、後述の図８から明らかなように、垂直衝撃波ＳＷが基板２の主表面３に衝突する。従って、垂直衝撃波ＳＷを基板２の主表面３に衝突させることにより、粒径２００ｎｍのシリカ粒子の除去率ＰＲＥ１が向上することが分かる。
【００４７】
また、図７から明らかなように、水素ガスよりも大きな分子量の二酸化炭素ガスの含有率Ｃが大きいほど、粒径２００ｎｍのシリカ粒子の除去率ＰＲＥ１が向上することが分かる。上記の式（１）から明らかなように、質量流束密度Ｄはガスの密度ρに比例するので、水素ガスよりも大きな分子量の二酸化炭素ガスの含有率Ｃが大きいほど、質量流束密度Ｄが大きくなることが理由であると推定される。
【００４８】
図８は、ガスノズルの噴射口と基板の主表面とのギャップＧ１と、噴射口から噴射されたガスの質量流束密度との関係の一例を示す図である。図８（ａ）は、ギャップＧ１が３５ｍｍであるときの質量流束密度のシミュレーション結果の一例を示す。図８（ｂ）は、ギャップＧ１が４０ｍｍであるときの質量流束密度のシミュレーション結果の一例を示す。図８（ｃ）は、ギャップＧ１が５０ｍｍであるときの質量流束密度のシミュレーション結果の一例を示す。
【００４９】
図８のシミュレーションでは、ガスノズル４０の噴射口４１から下方に３５ｍｍ、４０ｍｍ、または５０ｍｍ離れた位置に、基板２の主表面３として、長方形の２次元解析領域の下側の一辺にはガスの出入りの無い壁面境界を設定した。長方形の２次元解析領域の残りの三辺にはガスが自由に流出する流出境界を設定した。また、図８のシミュレーションでは、二酸化炭素ガスの含有率Ｃを１００体積％に、水素ガスの含有率を０体積％に、それぞれ設定した。これら以外の設定は、図４のシミュレーションと同じ設定であった。
【００５０】
図８から明らかなように、ギャップＧ１が４０ｍｍである場合、基板２の主表面３に、質量流束密度Ｄが約８ｋｇ／ｍ２ｓである垂直衝撃波ＳＷを衝突できることが分かる。なお、図８のシミュレーション結果と、図５（ｃ）および図６に示すシミュレーション結果とで、垂直衝撃波ＳＷの発生する位置が僅かにずれるのは、境界条件の設定に起因する。２次元解析領域の下側の一辺に壁面境界を設定した図８のシミュレーション結果が実施例であり、２次元解析領域の下側の一辺に流出境界を設定した図５（ｃ）および図６のシミュレーション結果が参考例である。
【００５１】
図９は、一実施形態に係るガスクラスターの基板への衝突を示す断面図である。図９に示すガスクラスターＧＣの基板２への衝突と、図３に示す垂直衝撃波ＳＷの基板２への衝突とでは、ギャップＧ１、二酸化炭素ガスの含有率Ｃ、供給圧Ｐのうち少なくとも１つが異なる。先ず、ガスクラスターＧＣの発生について説明する。
【００５２】
ガスノズル４０は、処理容器２０の内部に配置される。処理容器２０の内部は、減圧機構７０によって予め減圧される。ガスノズル４０の供給口４２に供給されたガスは、スロート４３を通過するときに音速になり、スロート４３を通過した後は断熱膨張によって音速を超える速度に加速され、噴射口４１から噴射される。
【００５３】
噴射されたガスは、減圧された処理容器２０の内部で断熱膨張するので、凝縮温度まで冷却され、原子または分子の集合体であるガスクラスターＧＣを形成する。ガスクラスターＧＣは、例えば二酸化炭素ガスの分子同士がファンデルワールス力によって結合した集合体である。
【００５４】
水素ガスは、二酸化炭素ガスと混合状態でスロート４３を通過することで、二酸化炭素ガスの噴射速度を上げることができ、結果として二酸化炭素ガスで形成されるガスクラスターＧＣを加速することができる。
【００５５】
制御部９０は、ガスの噴射により発生したガスクラスターＧＣを、基板２の主表面３に衝突させる。ガスクラスターＧＣが基板２の主表面３に作用するので、詳しくは後述するが、基板２の主表面３に付着した、粒径が数十ｎｍである小粒径のパーティクル６を効率良く除去できる。
【００５６】
図１０は、粒径４０ｎｍのパーティクルの除去率ＰＲＥ２と、ガスノズルの噴射口と基板の主表面とのギャップＧ１との関係の一例を示す図である。パーティクルの除去率ＰＲＥ２は、下記の式（３）から算出した。
ＰＲＥ２＝（ｎ３−ｎ４）／ｎ３×１００・・・（３）
上記の式（３）において、ｎ３は洗浄前の基板２の主表面３に付着させた粒径４０ｎｍのシリカ粒子の数であり、ｎ４は洗浄後の基板２の主表面３に残った粒径４０ｎｍのシリカ粒子の数である。シリカ粒子の数ｎ３、ｎ４は、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）によって計測した。
【００５７】
基板２の洗浄は、基板保持部３０の回転数を１５０ｒｐｍに、ガスノズル４０の旋回速度を１°／ｓにそれぞれ設定し、基板保持部３０に保持されている基板２の主表面３の全体にガスノズル４０からガスを衝突させることにより実施した。また、基板２の洗浄は、図４のシミュレーションと同様に、供給口４２の直径を１０ｍｍに、スロート４３の直径を０．２４ｍｍに、噴射口４１の直径を４.４ｍｍに、テーパー穴４５のテーパー角度を６°に、それぞれ設定した。さらに、基板２の洗浄は、図４のシミュレーションと同様に、供給口４２におけるガスの供給圧Ｐを０．７ＭＰａに、供給口４２におけるガスの温度を−１０℃に、処理容器２０の内部の気圧を４０Ｐａに、それぞれ設定した。
【００５８】
図１０から明らかなように、質量流束密度Ｄが約８ｋｇ／ｍ２ｓの垂直衝撃波ＳＷが基板２の主表面３に衝突する条件（Ｇ１＝４０ｍｍ、Ｃ＝１００体積％）よりも、除去率ＰＲＥ２の良い条件が存在することが分かる。小粒径のパーティクル６は、小さな表面積を有するので、垂直衝撃波ＳＷの圧力を十分に受けにくく、その恩恵を十分に受けにくい。小粒径のパーティクル６の除去には、分子の集合体であるガスクラスターＧＣの高速衝突が有効である。また、上記段落［００５４］に記載したように、水素ガスと混合させることにより、ガスクラスターＧＣの速度を上げる事が出来る。
【００５９】
また、図１０から明らかなように、二酸化炭素ガスの含有率Ｃが１００体積％である場合、ギャップＧ１に関係なく、粒径４０ｎｍのシリカ粒子の除去率ＰＲＥ２が略ゼロであった。ガスクラスターＧＣの失速を抑制する水素ガスが不足することが原因であると推定される。
【００６０】
図１１は、一実施形態に係る基板洗浄方法を示すフローチャートである。図１１に示す各工程は、制御部９０による制御下で実施される。
【００６１】
基板洗浄方法は、処理容器２０の内部に基板２を配置する工程Ｓ１０１を有する。この工程Ｓ１０１では、搬送装置が、処理容器２０の外部から処理容器２０の内部に基板２を搬入し、搬入した基板２を基板保持部３０の基板保持面３１に配置する。基板保持部３０は、基板２の主表面３を上に向けて、基板２を水平に保持する。
【００６２】
基板処理方法は、処理容器２０の内部に配置されたガスノズル４０の噴射口４１からガスを噴射する工程Ｓ１０２を有する。この工程Ｓ１０２では、減圧機構７０が処理容器２０の内部のガスを吸引すると共に、ガス供給機構６０がガスノズル４０にガスを供給する。
【００６３】
ガスノズル４０に供給されるガスの組成（例えば二酸化炭素ガスの含有率Ｃ）は、例えば第１流量調整弁６５と第２流量調整弁６７とによって調整される。二酸化炭素ガスの含有率Ｃが１００体積％である場合、第２開閉弁６６がガスの流路を閉じる。また、ガスノズル４０に供給されるガスの供給圧Ｐは、圧力調整弁６３によって調整される。
【００６４】
基板処理方法は、ガスの噴射によって垂直衝撃波ＳＷを形成する工程Ｓ１０３を有する。垂直衝撃波ＳＷが形成される領域ＧＡ、ＧＢは図６に示すように不連続的であり、垂直衝撃波ＳＷが形成されない領域が存在する。
【００６５】
基板処理方法は、垂直衝撃波ＳＷを基板２の主表面３に衝突させる工程Ｓ１０４を有する。垂直衝撃波ＳＷの波面が基板２の主表面３に平行に衝突してよい。垂直衝撃波ＳＷが基板２の主表面３に作用する範囲が広い。また、基板２の主表面３の凹凸パターン４のパターン倒壊を抑制できる。
【００６６】
垂直衝撃波ＳＷを基板２の主表面３に衝突させる時に、ガスノズル４０の噴射口４１と基板２の主表面３とのギャップＧ１は、例えば３７ｍｍ以上４５ｍｍ以下に制御されてよい。強さの強い垂直衝撃波ＳＷを、基板２の主表面３に衝突させることができる。
【００６７】
また、垂直衝撃波ＳＷを基板２の主表面３に衝突させる時に、基板２の主表面３の近傍におけるガスの質量流束密度Ｄは、例えば６ｋｇ／ｍ２ｓ以上に制御されてよい。強さの強い垂直衝撃波ＳＷを、基板２の主表面３に衝突させることができる。なお、Ｄは、１５ｋｇ／ｍ２ｓ以下に制御されてよい。基板２の主表面３の近傍とは、主表面３から２ｍｍ以内の範囲を意味する。
【００６８】
基板処理方法は、粒径が１００ｎｍ以上である大粒径のパーティクル５を除去する工程Ｓ１０５を有する。この工程Ｓ１０５では、垂直衝撃波ＳＷが、その圧力によって大粒径のパーティクル５を基板２の主表面３から分離させる。
【００６９】
上記の工程Ｓ１０２〜工程Ｓ１０５は、基板２の垂直衝撃波ＳＷが当たる位置を変更しながら、繰り返し行われる。その変更は、例えば、回転駆動部３６が基板保持部３０を回転させながら、ガスノズル移動機構５０が基板２の径方向にガスノズル４０を移動させることにより実施される。基板２の主表面３の全体に垂直衝撃波ＳＷを当てることができる。
【００７０】
なお、本実施形態では基板保持部３０を回転させると共に基板２の径方向にガスノズル４０を移動させることにより基板２の垂直衝撃波ＳＷが当たる位置を変更するが、本開示の技術はこれに限定されない。例えば、ガスノズル４０を固定した状態で、基板保持部３０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させてもよい。
【００７１】
基板処理方法は、基板２に対するガスの衝突条件を変更する工程Ｓ１０６を有する。この工程Ｓ１０６では、制御部９０が、ギャップＧ１、二酸化炭素ガスの含有率Ｃ、供給圧Ｐのうち少なくとも１つを変更することで、基板２に対するガスの衝突条件を変更する。変更前の衝突条件（例えば大粒径のパーティクル５の除去用の衝突条件）と、変更後の衝突条件（例えば小粒径のパーティクル６の除去用の衝突条件）とは、それぞれ、実験またはシミュレーションによって決められ、予め記憶媒体９２に記憶される。
【００７２】
基板処理方法は、処理容器２０の内部に配置されたガスノズル４０の噴射口４１からガスを噴射する工程Ｓ１０７を有する。この工程Ｓ１０７では、減圧機構７０が処理容器２０の内部のガスを吸引すると共に、ガス供給機構６０がガスノズル４０にガスを供給する。
【００７３】
ガスノズル４０に供給されるガスの組成（例えば二酸化炭素ガスの含有率Ｃ）は、例えば第１流量調整弁６５と第２流量調整弁６７とによって調整される。二酸化炭素ガスの含有率Ｃは、ガスクラスターＧＣの失速を抑制すべく、好ましくは９０体積％以下である。また、ガスノズル４０に供給されるガスの供給圧Ｐは、圧力調整弁６３によって調整される。
【００７４】
基板処理方法は、ガスの噴射によってガスクラスターＧＣを形成する工程Ｓ１０８を有する。ガスクラスターＧＣは、例えば二酸化炭素ガスの分子同士がファンデルワールス力によって結合した集合体である。
【００７５】
基板処理方法は、ガスクラスターＧＣを基板２の主表面３に衝突させる工程Ｓ１０９を有する。ガスクラスターＧＣは基板２の主表面３に垂直に衝突してよい。基板２の主表面３の凹凸パターン４のパターン倒壊を抑制できる。
【００７６】
基板処理方法は、粒径が数十ｎｍである小粒径のパーティクル６を除去する工程Ｓ１１０を有する。上述の如く、小粒径のパーティクル６の除去には、分子の集合体であるガスクラスターＧＣの高速衝突が有効である。
【００７７】
上記の工程Ｓ１０７〜工程Ｓ１１０は、基板２のガスクラスターＧＣが当たる位置を変更しながら、繰り返し行われる。その変更は、例えば、回転駆動部３６が基板保持部３０を回転させながら、ガスノズル移動機構５０が基板２の径方向にガスノズル４０を移動させることにより実施される。基板２の主表面３の全体にガスクラスターＧＣを当てることができる。
【００７８】
なお、本実施形態では基板保持部３０を回転させると共に基板２の径方向にガスノズル４０を移動させることにより基板２のガスクラスターＧＣが当たる位置を変更するが、本開示の技術はこれに限定されない。例えば、ガスノズル４０を固定した状態で、基板保持部３０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させてもよい。
【００７９】
基板処理方法は、基板２を処理容器２０の内部から処理容器２０の外部に搬出する工程Ｓ１１１を有する。この工程Ｓ１１１では、基板保持部３０が基板２の保持を解除し、搬送装置が基板保持部３０から基板２を受け取り、受け取った基板２を処理容器２０の内部から処理容器２０の外部に搬出する。
【００８０】
なお、図１１に示す各工程の順番は特に限定されない。例えば、基板処理装置１０がガスノズル４０を複数有する場合、基板処理装置１０は、一のガスノズル４０を用いて工程Ｓ１０２〜Ｓ１０５を実施するのと並行して、他の一のガスノズル４０を用いて工程Ｓ１０７〜Ｓ１１０を実施してもよい。
【００８１】
また、図１１に示す工程の一部は実施されなくてもよい。基板処理装置１０がガスノズル４０を複数有する場合、ガスノズル４０毎にガスが基板２の主表面３に衝突する条件を設定できるので、工程Ｓ１０６は不要である。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態の基板処理方法は、垂直衝撃波ＳＷを基板２の主表面３に衝突させることにより、基板２の主表面３に付着した大粒径のパーティクル５を除去する工程Ｓ１０５を有する。ガスクラスターＧＣを基板２の主表面３に衝突させる場合に比べて大粒径のパーティクル５の除去効率を向上でき、基板２の洗浄時間を短縮できる。
【００８３】
垂直衝撃波ＳＷを基板２の主表面３に衝突させることにより小粒径のパーティクル６を除去することも可能であるが、その除去効率はガスクラスターＧＣを基板２の主表面３に衝突させる場合に比べて低下することがある。
【００８４】
そこで、本実施形態の基板処理方法は、ガスクラスターＧＣを基板２の主表面３に衝突させることにより、基板２の主表面３に付着した小粒径のパーティクル６を除去する工程Ｓ１１０を有する。これにより、小粒径のパーティクル６の除去効率を向上でき、基板２の洗浄時間を短縮できる。
【００８５】
図１２は、一実施形態に係る基板洗浄方法によって洗浄される基板の状態の経時変化を示す図である。図１２（ａ）は、ガスを噴射する工程Ｓ１０１の直前における基板の状態を示す図である。図１２（ｂ）は、垂直衝撃波によって大粒径のパーティクルを除去する工程Ｓ１０５の直後における基板の状態を示す図である。図１２（ｃ）は、ガスクラスターによって小粒径のパーティクル６を除去する工程Ｓ１１０の直後における基板の状態を示す図である。
【００８６】
垂直衝撃波ＳＷによって大粒径のパーティクル５を除去する工程Ｓ１０５は、ガスクラスターＧＣによって小粒径のパーティクル６を除去する工程Ｓ１１０の後に実施されてもよいが、図１２に示すように工程Ｓ１１０の前に実施されてよい。大粒径のパーティクル５を先に除去することで、小粒径のパーティクル６が露出するので、小粒径のパーティクル６の除去効率を向上できる。基板２の主表面３が凹凸パターン４を有する場合に特に有効である。
【００８７】
なお、垂直衝撃波ＳＷを衝突させた領域にガスクラスターＧＣを衝突させる限り、一のガスノズル４０を用いて工程Ｓ１０２〜Ｓ１０５を実施するのと並行して、他の一のガスノズル４０を用いて工程Ｓ１０７〜Ｓ１１０を実施してもよい。
【００８８】
ところで、図１等に示すガスノズル４０から噴射されたガスが基板２の主表面３に衝突すると、放射状の気流が形成される。この気流は、基板２の主表面３に沿って流れ、処理容器２０の内壁面２２に吹き付けられる。
【００８９】
処理容器２０の内壁面２２は、上壁面２３と、下壁面２４と、上壁面２３の外周から下壁面２４の外周まで延びる側壁面２５とを有する。基板２の主表面３は水平に配置されるので、基板２の主表面３に沿って流れる気流は側壁面２５に吹き付けられる。
【００９０】
基板２の主表面３に沿って流れる気流は、基板２の主表面３から剥離されたパーティクル５、６を、処理容器２０の側壁面２５に吹き付ける。それゆえ、処理容器２０の側壁面２５には、パーティクルが付着する。
【００９１】
そこで、制御部９０は、処理容器２０の側壁面２５に付着したパーティクルを除去すべく、処理容器２０の内部に配置された衝突板に対する、ガスノズル４０から噴射されたガスの衝突を制御する。衝突板としては、例えば図１３に示すように、基板保持部３０が用いられる。
【００９２】
なお、基板保持部３０の代わりに、専用のダミー基板が用いられてもよい。ダミー基板は、基板２と同様に、基板保持部３０に保持される。ダミー基板は、処理容器２０の内部に保管されてもよいし、処理容器２０の外部に保管され、使用時に処理容器２０の内部に搬入されてもよい。
【００９３】
図１３は、一実施形態に係る基板処理装置の処理容器洗浄時の状態を示す側面図である。処理容器２０の洗浄は、例えば一の基板２が処理容器２０の内部から処理容器２０の外部に搬出された後、別の一の基板２が処理容器２０の外部から処理容器２０の内部に搬入される前に実施される。
【００９４】
制御部９０は、ガスノズル４０から噴射されたガスを基板保持部３０の基板保持面３１に衝突させることにより、放射状の気流ＧＦを形成する。この気流ＧＦは、基板２の主表面３に沿って流れ、処理容器２０の側壁面２５に吹き付けられ、側壁面２５に付着したパーティクルを除去する。
【００９５】
図１４は、ガスノズルの噴射口と基板保持部の基板保持面とのギャップＧ２と、噴射口から噴射されたガスの流速との関係の一例を示す図である。図１４（ａ）は、ギャップＧ２が３５ｍｍであるときの流速のシミュレーション結果の一例を示す。図１４（ｂ）は、ギャップＧ２が４０ｍｍであるときの流速のシミュレーション結果の一例を示す。図１４（ｃ）は、ギャップＧ２が５０ｍｍであるときの流速のシミュレーション結果の一例を示す。図１４において、色の諧調は流速の大きさを表す。色が黒色から白色に近づくほど、流速の大きさが大きい。
【００９６】
図１４のシミュレーションでは、ガスノズル４０の噴射口４１から下方に３５ｍｍ、４０ｍｍ、または５０ｍｍ離れた位置に、基板保持部３０の基板保持面３１として、長方形の２次元解析領域の下側の一辺にガスの出入りの無い壁面境界を設定した。長方形の２次元解析領域の残りの三辺にはガスが自由に流出する流出境界を設定した。また、図１４のシミュレーションでは、二酸化炭素ガスの含有率Ｃを１００体積％に、水素ガスの含有率を０体積％に、それぞれ設定した。これら以外の設定は、図４のシミュレーションと同じ設定であった。
【００９７】
図１４から明らかなように、ギャップＧ２が４０ｍｍである場合、基板保持部３０の基板保持面３１に衝突したガスによって、放射状の気流ＧＦを遠くまで高速で流せることが分かる。また、ギャップＧ２が約４０ｍｍであるときには、上述の図８から明らかなように、垂直衝撃波ＳＷが基板保持部３０の基板保持面３１に衝突する。従って、垂直衝撃波ＳＷを基板保持部３０の基板保持面３１に衝突させることにより、放射状の気流ＧＦを遠くまで高速で流せることが分かる。
【００９８】
図１５は、一実施形態に係る処理容器洗浄方法を示すフローチャートである。図１５に示す各工程は、制御部９０による制御下で実施される。図１５に示す各工程は、例えば、一の基板２が処理容器２０の内部から処理容器２０の外部に搬出された後、別の一の基板２が処理容器２０の外部から処理容器２０の内部に搬入される前に実施される。
【００９９】
処理容器洗浄方法は、処理容器２０の内部に配置されたガスノズル４０の噴射口４１からガスを噴射する工程Ｓ２０１を有する。この工程Ｓ２０１では、減圧機構７０が処理容器２０の内部のガスを吸引すると共に、ガス供給機構６０がガスノズル４０にガスを供給する。
【０１００】
ガスノズル４０に供給されるガスの組成（例えば二酸化炭素ガスの含有率Ｃ）は、例えば第１流量調整弁６５と第２流量調整弁６７とによって調整される。二酸化炭素ガスの含有率Ｃが１００体積％である場合、第２開閉弁６６がガスの流路を閉じる。また、ガスノズル４０に供給されるガスの供給圧Ｐは、圧力調整弁６３によって調整される。
【０１０１】
処理容器洗浄方法は、ガスの噴射によって垂直衝撃波ＳＷを形成する工程Ｓ２０２を有する。垂直衝撃波ＳＷが形成される領域ＧＡ、ＧＢ（図６参照）は不連続的であり、垂直衝撃波ＳＷが形成されない領域が存在する。
【０１０２】
処理容器洗浄方法は、垂直衝撃波ＳＷを基板保持部３０の基板保持面３１に衝突させる工程Ｓ２０３を有する。垂直衝撃波ＳＷの波面が基板保持部３０の基板保持面３１に平行に衝突してよい。垂直衝撃波ＳＷが基板保持部３０の基板保持面３１に作用する範囲が広い。
【０１０３】
垂直衝撃波ＳＷを基板保持部３０の基板保持面３１に衝突させる時に、ガスノズル４０の噴射口４１と基板保持部３０の基板保持面３１とのギャップＧ２は、例えば３７ｍｍ以上４５ｍｍ以下に制御されてよい。強さの強い垂直衝撃波ＳＷを、基板保持部３０の基板保持面３１に衝突させることができる。
【０１０４】
また、垂直衝撃波ＳＷを基板保持部３０の基板保持面３１に衝突させる時に、基板保持部３０の基板保持面３１の近傍におけるガスの質量流束密度Ｄは、例えば６ｋｇ／ｍ２ｓ以上に制御されてよい。強さの強い垂直衝撃波ＳＷを、基板保持部３０の基板保持面３１に衝突させることができる。なお、Ｄは、１５ｋｇ／ｍ２ｓ以下に制御されてよい。
【０１０５】
処理容器洗浄方法は、垂直衝撃波ＳＷが基板保持部３０の基板保持面３１に衝突することで発生した気流ＧＦを、処理容器２０の内壁面２２に吹き付ける工程Ｓ２０４を有する。気流ＧＦは、放射状に形成され、処理容器２０の側壁面２５に吹き付けられる。
【０１０６】
処理容器洗浄方法は、気流ＧＦを処理容器２０の内壁面２２に吹き付けることにより、処理容器２０の内壁面２２に付着したパーティクルを除去する工程Ｓ２０５を有する。処理容器２０の内壁面２２から除去されたパーティクルは、処理容器２０の下壁面２４に形成される吸引口２７を介して、処理容器２０の内部から処理容器２０の外部に排出される。
【０１０７】
上記の工程Ｓ２０１〜工程Ｓ２０５は、ギャップＧ２を予め定められた範囲（例えば３７ｍｍ以上４５ｍｍ以下）に維持すると共に基板保持部３０とガスノズル４０の両方を鉛直方向に移動させながら、繰り返し行われる。側壁面２５の鉛直方向に広い範囲を洗浄できる。
【０１０８】
上記の工程Ｓ２０１〜工程Ｓ２０５は、ガスノズル４０を水平方向に移動させながら、繰り返し行われる。側壁面２５の周方向に離れた複数の部分（例えば図１３において左側部分と右側部分）に、ガスノズル４０を接近できる。それゆえ、側壁面２５の周方向に離れた複数の部分を強く洗浄できる。
【０１０９】
処理容器洗浄時の基板保持部３０に対するガスの衝突の強さは、基板洗浄時の基板２に対するガスの衝突の強さよりも強く設定されてよい。処理容器２０の側壁面２５に吹き付けられる気流の強さは、処理容器洗浄時に比べて、基板洗浄時に弱くなる。従って、処理容器洗浄時に側壁面２５から分離しなかったパーティクルは、基板洗浄時にも分離しないので、基板洗浄時に基板２を汚染しない。
【０１１０】
ガスの衝突の強さは、質量流束密度Ｄで表される。二酸化炭素ガスの含有率Ｃが大きいほど、上述の如く質量流束密度Ｄが大きいので、ガスの衝突の強さが強い。また、供給圧Ｐが大きいほど、上述の如く質量流束密度Ｄが大きいので、ガスの衝突の強さが強い。
【０１１１】
以上説明したように、本実施形態の処理容器洗浄方法は、垂直衝撃波ＳＷを基板保持部３０の基板保持面３１に衝突させる工程Ｓ２０３を有する。気流ＧＦを遠くまで高速で流すことができ、強い気流ＧＦで処理容器２０の内壁面２２に付着したパーティクルを効率良く除去できる。自動で処理容器２０を洗浄でき、ユーザの手間を軽減できる。
【０１１２】
なお、本実施形態の処理容器洗浄方法は、処理容器２０の内壁面２２から除去されたパーティクルを運ぶ渦状の気流を形成する工程を有しないが、この工程をさらに有してもよい。渦状の気流（以下、「サイクロン気流」とも呼ぶ。）に乗せて、パーティクルを処理容器２０の外部に効率良く排出できる。
【０１１３】
図１６は、一実施形態に係る処理容器の内部に渦状の気流を形成するガスノズルを示す図である。図１６（ａ）は、ガスノズルの配置の一例を示す平面図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＡ−Ａ線に沿ったガスノズルの一例を示す断面図である。
【０１１４】
基板処理装置１０は、処理容器２０の内部に、処理容器２０の内壁面２２から除去されたパーティクルを運ぶ渦状の気流を形成するガスノズル８０を有する。ガスノズル８０は、例えば処理容器２０の側壁面２５に、周方向に間隔をおいて複数配置される。
【０１１５】
複数のガスノズル８０は、それぞれ、処理容器２０の径方向に直交する方向に、ガスを噴射する出口８１を有する。噴射されたガスは、処理容器２０の側壁面２５に沿って渦状に流れ、処理容器２０の下壁面２４に形成される吸引口２７から排出される。
【０１１６】
出口８１は、例えば斜め下方に向けてガスを噴射してよい。なお、出口８１は、水平にガスを噴射してもよいし、斜め上方に向けてガスを噴射してもよい。いずれにしろ、出口８１が処理容器２０の径方向に直交する方向にガスを噴射すれば、渦状の気流が処理容器２０の内部に形成される。
【０１１７】
出口８１から噴射するガスとしては、窒素ガスなどの不活性ガスが用いられる。
【０１１８】
図１７は、渦状の気流を形成するガスノズルのノズル穴の断面形状の一例を示す図である。図１７（ａ）は、入口から出口にかけて内径が一定であるノズル穴の断面形状の一例を示す図である。図１７（ａ）において、入口８２の直径は２ｍｍ、出口８１の直径は２ｍｍ、入口８２から出口８１までの距離は５ｍｍである。図１７（ｂ）は、入口から出口にかけて内径が大きくなるノズル穴の断面形状の一例を示す図である。図１７（ｂ）において、入口８２の直径は０．５ｍｍ、出口８１の直径は２ｍｍ、入口８２から出口８１までの距離は５ｍｍ、入口８２から出口８１までのテーパー角度は約１６°である。
【０１１９】
図１８は、渦状の気流を形成するガスノズルのノズル穴の断面形状と、ノズル穴の出口から噴射されたガスの流速との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１８（ａ）は、図１７（ａ）に示すノズル穴の出口から噴射されたガスの流速のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１８（ｂ）は、図１７（ｂ）に示すノズル穴の出口から噴射されたガスの流速のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１８において、色の諧調は流速の大きさを表す。色が黒色から白色に近づくほど、流速の大きさが大きい。また、図１８において、横軸はノズル穴の出口８１からの噴射距離ＩＤを表す。
【０１２０】
図１８から明らかなように、入口８２から出口８１にかけて内径が大きくなるノズル穴を用いた場合、入口８２から出口８１にかけて内径が一定であるノズル穴を用いた場合に比べて、遠くまで高速でガスを流せることが分かる。従って、入口８２から出口８１にかけて内径が大きくなるノズル穴を用いれば、処理容器２０の内壁面２２から除去されたパーティクルを効率良く排出できることが分かる。
【０１２１】
以上、本開示に係る基板洗浄方法、処理容器洗浄方法、および基板処理装置の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、および組合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。
【０１２２】
上記実施形態のガスノズル４０によって供給されるガスは二酸化炭素ガスと水素ガスとの混合ガスまたは純粋な二酸化炭素ガスであるが、本開示の技術はこれに限定されない。例えば水素ガスの代わりに、ヘリウム（Ｈｅ）ガスが用いられてもよい。
【０１２３】
上記実施形態の基板２はシリコンウェハであるが、炭化珪素基板、サファイア基板、ガラス基板などであってもよい。
【０１２４】
上記実施形態の処理容器洗浄方法では、衝突板として、基板保持部３０またはダミー基板が用いられるので、垂直衝撃波ＳＷの衝突する表面が水平面であり、水平な気流ＧＦが形成されるが、衝突板の構成は特に限定されない。衝突板は、気流ＧＦを斜め上方向または斜め下方向に向けるべく、垂直衝撃波ＳＷの衝突する表面に傾斜面を有してもよい。
【０１２５】
本出願は、２０１８年１１月３０日に日本国特許庁に出願した特願２０１８−２２５６６９号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０１８−２２５６６９号の全内容を本出願に援用する。
【符号の説明】
【０１２６】
２    基板
３    主表面
５    大粒径のパーティクル
６    小粒径のパーティクル
１０  基板処理装置
２０  処理容器
２２  内壁面
３０  基板保持部（衝突板）
３１  基板保持面
４０  ガスノズル（第１ガスノズル）
４１  噴射口
８０  ガスノズル（第２ガスノズル）
９０  制御部
ＳＷ  垂直衝撃波
ＧＣ  ガスクラスター
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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