JPH06103684B2 - 高速原子線による物体表面の清浄方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は集積回路などの半導体製造に用いられるシリコ
ンウエハやその他微細加工の施される物質の清浄方法及
びその装置に関する。

（従来の技術） 近年、多くの技術分野において物質表面に微細加工を施
すものが提案されている。例えば、半導体製造に用いら
れるシリコンウエハはその表面に薄膜形成エッチング等
のプロセスを繰り返して電子回路が形成される。そし
て、これら電子回路内の素子の集積度を高めるため、回
路を形成する線幅がサブミクロン単位にまで縮小されて
いる。このような微細加工を行うにあたって、上記シリ
コンウエハやその他の物質の表面の油分やダストなどの
汚れは致命的であり、これらを完全に取り除くことが要
求されている。

このような洗浄として、従来は超純水、有機溶剤、酸、
アルカリ溶液などや、超音波によるもののように液体中
で行われる湿式の洗浄がある。また、不活性ガスや半導
体基板と同質のイオンビームの照射によって、ウエハ表
面の油分やダストなどを飛ばしてしまう清浄などがあ
る。

（発明が解決しようとする課題） 上記のような湿式の洗浄においては、当然ながら乾燥工
程が必要であり、そのための装置と時間が要求される。
また正確に均一な洗浄は困難であるために、局所的に汚
れが残る可能性がある。

次に、不活性ガスや半導体基板と同質のイオンビーム照
射による清浄では、ウエハは高真空内に置かれるが、こ
のイオンビームがその高真空の雰囲気に若干含まれてい
る油分をイオン化して、逆にウエハ表面に汚させてしま
う可能性がある。特に、不活性ガスイオンを用いる場合
には、照射された不活性ガスイオンによって発生する欠
陥を補修する必要があり、また、ウエハ表面内部にもぐ
り込む不活性ガスを放出させるために熱焼鈍する必要も
ある。加えて、不活性ガスにしろ半導体基板と同質のも
のにしろイオンビームを用いる場合には、一度弾き飛ば
した油分やダストも上記のようにイオン化して再付着す
る可能性がある。特に、ウエハ表面の汚染物が絶縁性の
高い物質である場合などでは、イオンビームの持つ電荷
の効果でチャージアップがおこりその部分に電位が発生
してイオンが入射しづらくなり、清浄が進行しなくな
る。

本発明の目的は、上述の問題を解決して、低コストで処
理時間が早く、ほぼ完全な清浄を行うことができる物体
表面の清浄方法及びその装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の上記目的は、清浄対象体と同物質の原子を加速
し且つ電気的に中性の高速原子線とし、この高速原子線
を清浄対象体の表面に照射して清浄対象体の表面上の異
物を弾き飛ばして清浄することを特徴とする高速原子線
による物体表面の清浄方法により達成される。

即ち、真空中において清浄対象体の表面をそれと同物質
の電気的に中性な高速原子線によって照射するので、高
速原子線を走査するか清浄対象体を走査移動すること
で、その清浄対象体表面を均一に照射することは容易で
あり、これにより汚染物を一掃することができる。また
清浄対象体と同一元素の高速原子線の照射であるので、
清浄対象体内部に止まっても問題はなく、熱焼鈍の必要
がない。更に好適な加速エネルギーによって照射するこ
とにより、清浄と同時に表面付近に定着させることがで
き、単原子層を形成することも可能である。加えて電気
的に中性の高速原子線であるので、処理室内の雰囲気に
含まれる油分などをイオン化することがなく、清浄対象
体への汚れの再付着を防ぐことができる。特に、表面が
絶縁性の高い物質である場合にも電荷のチャージアップ
による清浄不能状態が生じることは無い。

上述の清浄方法を実現する装置として、前記清浄対象体
と同物質のガスを用いてこの原子を電気的に中性な高速
原子線として照射する高速原子線源と、前記高速原子線
源の照射口に接続され且つその高速原子線の照射軸線上
に清浄対象体を配置する真空状態の処理室とを有する構
成の清浄装置がある。

この装置の高速原子線源としては、清浄対象体と同物質
で高速原子線源内の雰囲気として供給されたガスを陽イ
オン化する放電電極と、この陽イオンを加速する加速電
極と、この加速された陽イオンを清浄対象体に均一に照
射するための走査電極と、陽イオンを電気的に中性化す
る電子源とから成るものがある。

この装置は高速原子線が原子単位でイオン化され且つ加
速されるので、単一の元素で形成される物質に対してよ
り好適である。特に清浄対象体としては、半導体基板と
して広く使用されているシリコンウエハがあり、これに
対応する高速原子線源内に雰囲気として供給できるガス
として珪素を基体とした化合物であるシランガスがあ
る。

また、清浄対象体となる物質の内、高速原子線源への供
給に対して適当なガス体がないものについては、その物
質の固体の加熱によって気化して、高速原子線源へ供給
することもできる。

（実施例） 以下、添付図面を用いて本発明の実施例について説明す
る。

第１図は本発明の清浄装置の一実施例を示す概略構成図
である。

この装置はまず、高速原子線源１の原子線照射口6a側に
処理室６が気密に接続されている。処理室６への清浄対
象体30の搬入・搬出は搬入出口22においてなされる。高
速原子線源１には材料ガスボンベ８と不活性ガスボンベ
９からのパイプが処理室６への照射口6aとは反対側に接
続されている。更に、清浄対象体物質が通常状態で固体
の場合、この固体の蒸発源31が備えられ、材料ガスボン
ベ８と同様な配置で処理室６に接続される。

本実施例の装置の作用を以下に説明する。

清浄前の清浄対象体30が処理室６の所定位置に搬入され
ると、処理室６は粗引きポンプ17と高真空ポンプ16によ
って高真空領域まで真空排気される。

清浄対象体30の物質が気体で供給できる場合は高速原子
線源１には材料ガスボンベ８から清浄対象体30と同物質
のガスがマスフローコントローラー15によって処理室６
内の雰囲気に含まれる量を調整されて供給される。また
清浄対象体物質が固体として供給される場合は蒸発源31
において加熱部32において固体33を加熱蒸発させて蒸気
として処理室６内に供給される。そして、このガス又は
蒸気は放電空間２においてその原子または分子が陽イオ
ンとなる。この陽イオンは引き出し電極３によって放電
空間２から引き出され、且つ加速され、処理室６への照
射口6a方向へ進む。引き出し電極３から照射口6aまでの
間には走査電極４と電子源５が配置されており、加速さ
れた陽イオンは走査電極４によって所望の幅を以て走査
された後、電子源５から電子を与えられて電気的に中性
となり、この中性となった高速の原子は上記走査幅で処
理室６内へ照射され、この所定の照射位置に上述のよう
に停止している清浄対象体30がターゲットとなる。そし
て、照射された高速の原子により清浄対象体30表面を、
そこに付着している油脂やダストなどを弾き飛ばして一
緒に削り取り、又は照射速度の設定によってその物質の
単原子層を形成することができ、清浄な表面を得ること
ができる。そして、この清浄処理が終了した後、不活性
ガスボンベ９からガス供給によって処理室６内のパージ
を行い、高真空ポンプ16・粗引きポンプ17によって真空
排気されて、残留ガス等の再付着を防止する。処理後の
清浄対象体30は既存の保存施設に移動され、保管され
る。また、パージ後の不活性ガスはガス処理設備19によ
って処理される。

以下、清浄対象体30にシリコンウエハ11を適用してより
実際的な実施例を第２図により示している。ここで、第
１図と同一作用をする要素には同一の符号を付してい
る。

この装置はまず、高速原子線源１と処理室６との配置は
第１図と同様である。そして、処理室６への洗浄前のシ
リコンウエハ11進入側には予備室７が配置されている。
また、洗浄後のシリコンウエハ11送出側には予備室８と
ウエハ保管室９が配置されている。予備室７と処理室６
の間及び処理室６と予備室８の間、更に予備室８とウエ
ハ保管室９の間はそれぞれを気密に遮断自在の搬送装置
10によって接続され、シリコンウエハ11はこの搬送装置
10によって各容器内を運搬される。高速原子線源１には
窒素ガスボンベ12とモノシランガスボンベ13からのパイ
プが処理室６への照射口6aとは反対側に接続され、予備
室７と予備室８には窒素ガスボンベ14が接続されてい
る。なお、珪素原子供給のためモノシランガスを使用し
ているが、珪素を基体としているシランガスであれば使
用可能である。

本実施例の装置の作用を以下に説明する。

洗浄前のシリコンウエハ11が予備室７内に搬入された
後、この予備室７は粗引きポンプ18によって真空排気さ
れ、また、処理室６は粗引きポンプ17と高真空ポンプ16
によって高真空領域まで真空排気される。そしてシリコ
ンウエハ11は処理室６の所定位置まで搬送装置10によっ
て移動される。

高速原子線源１にはモノシランガスボンベ13からモノシ
ランガスがマスフローコントローラー15によって処理室
６内の雰囲気に含まれる量を調整されて供給される。そ
して、このモノシランガスが放電空間２において珪素原
子と水素原子に分解され、珪素原子は更に珪素陽イオン
となる。この珪素陽イオンは引き出し電極３によって放
電空間２から引き出され、且つ加速され、処理室６への
照射口6a方向へ進む。引き出し電極３から照射口6aまで
の間には走査電極４と電子源５が配置されており、加速
された珪素陽イオンは走査電極４によって所望の幅を以
て走査された後、電子源５から電子を与えられて電気的
に中性となり、この中性となった高速の珪素原子は上記
走査幅で処理室６内へ照射され、この所定の照射位置に
上述のように停止しているシリコンウエハ11がターゲッ
トとなる。そして、照射された高速の珪素原子によりシ
リコンウエハ11表面を、そこに付着している油脂やダス
トなどを弾き飛ばし一緒に削り取り、又は珪素の単原子
層を形成し、清浄なシリコン表面を得ることができる。

洗浄されたシリコンウエハ11は予備室７と同様に粗引き
ポンプ18によって真空排気された予備室８内に搬送装置
10によって搬送され、予備室８は処理室６と遮断され
る。そして、予備室８は窒素ボンベ14から窒素が供給さ
れて大気圧となり、シリコンウエハ11はウエハ保管室９
に搬送されてストッカ20に保管される。

この時、高速原子線源１と処理室６においては窒素ボン
ベ12から窒素ガスが供給され、この充満した窒素ガスは
粗引きポンプ17と高真空ポンプ16によって高真空領域ま
で真空排気され、ガスパージが行われ、次の洗浄工程に
備えられる。

以上の工程が一枚のシリコンウエハ毎に繰り返される。

なお、上記実施例では高速原子線の走査を行っている
が、シリコンウエハ自体を走査する構成としてもよく、
更にシリコンウエハ全体を均一に照射できる高速原子線
源であれば、このような走査の構成を成す必要はない。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明の物体表面の清浄方法及び装
置は、真空中において物体表面をその物体と同一物質の
高速原子線によって照射して、物体表面の汚染物を弾き
飛ばすものであり、乾式の清浄によって処理工程及び装
置を簡素化することができる。しかも、その物体と同物
質で電気的に中性の高速原子線の照射であるので、照射
後の欠陥の補修や、熱焼鈍の必要が殆どなく、汚れの再
付着やウエハ表面の帯電による清浄不良を発生すること
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図である。 第２図は本発明の他の実施例を示す概略構成図である。 （図中符号） １…高速原子線源、２…放電空間 ３…引きし電極、４…走査電極 ５…電子源、６…処理室、6a…照射口 7,8…予備室、９…ウエハ保管室 10…搬送装置、11…シリコンウエハ 12,14…窒素ガスボンベ 13…モノシランガスボンベ 15…マスフローコントローラー 16…高真空ポンプ 17,18…粗引きポンプ 19…ガス処理装置、20…ウエハストッカ 22…搬入出口、30…清浄対象体 31…蒸発源、32…加熱部 33…固体、34…材料ガスボンベ 35…不活性ガスボンベ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】清浄対象体と同物質の原子を加速し且つ電
   気的に中性の高速原子線とし、この高速原子線を清浄対
   象体の表面に照射して清浄対象体の表面上の異物を弾き
   飛ばして清浄することを特徴とする高速原子線による物
   体表面の清浄方法。
2. 【請求項２】前記清浄対象体がシリコンウエハであるこ
   とを特徴とする請求項（１）の清浄方法。
3. 【請求項３】前記清浄対象体と同物質のガスを用いてこ
   の原子を電気的に中性な高速原子線として照射する高速
   原子線と、前記高速原子線源の照射口に接続され且つそ
   の高速原子線の照射軸線上に清浄対象体を配置する真空
   状態の処理室とを有することを特徴とする請求項（１）
   の清浄方法を行う清浄装置。
4. 【請求項４】前記清浄対象体がシリコンウエハであるこ
   とを特徴とする請求項（３）の清浄装置。