JP2005005469A

JP2005005469A - 基板処理装置および基板処理方法

Info

Publication number: JP2005005469A
Application number: JP2003166937A
Authority: JP
Inventors: Sadao Hirae; 貞雄平得; Masanobu Sato; 雅伸佐藤; Shuichi Yasuda; 周一安田
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】処理対象の基板を良好に処理できる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置１は、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック１０と、スピンチャック１０に保持されたウエハＷに、フッ素系の不活性溶剤であるハイドロフルオロエーテル（以下、「ＨＦＥ」という。）の液滴を供給して処理する二流体ノズル２とを含んでいる。スピンチャック１０および二流体ノズル２は、チャンバ３内に配置されており、チャンバ３外には、ウエハＷの処理に用いたＨＦＥを回収する溶剤回収タンク８と、チャンバ３内で生じたＨＦＥの蒸気を液化させて回収する溶剤液化装置１３とが設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハなどの処理対象の基板の表面を処理するための基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という。）の表面にはパーティクルが付着する。このため、製造工程の適当な段階でウエハの表面を洗浄する必要がある。
ウエハ表面を洗浄するための基板処理装置には、洗浄液と気体とを混合することにより洗浄液の液滴を生成して噴射する二流体ノズルを備えたものがある。二流体ノズルから噴射される洗浄液の液滴をウエハに衝突させることにより、ウエハ表面に付着しているパーティクルは、洗浄液の液滴の運動エネルギーにより、物理的に除去される。洗浄液としては、水（脱イオン水）が使用されている。
【０００３】
このような基板処理装置は、たとえば、下記特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２７０５６４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、ウエハ表面に、いわゆるＬｏｗ−Ｋ膜（酸化シリコンの誘電率が低い膜）など撥水性が高い膜や、微細な多数の空孔を有する多孔質膜が、層間絶縁膜として形成されるようになってきている。撥水性が高い膜の表面に微細な凹部が形成されている場合、二流体ノズルにより水の液滴を生成して、ウエハに噴射しても、水はこのような微細な凹部に入ることができない。したがって、このような凹部に存在するパーティクルを充分に除去できなかった。すなわち、ウエハ表面を良好に洗浄できなかった。
【０００６】
また、処理対象のウエハが、表面に多孔質膜が形成されたものである場合、膜中に水が浸入すると、このような水を容易に除去できなかった。
これらの問題を解決するために、水を用いず、減圧下（たとえば、０．１気圧）または大気中でガスエッチングを行うドライ洗浄を採用することも考えられる。しかし、ドライ洗浄は、化学分解しやすいパーティクルを除去する場合には効果があるが、ウエハの表面に化学分解し難いパーティクルが付着している場合には、このようなパーティクルを充分に除去できない。
【０００７】
また、処理液は、パーティクルの基板に対する付着力を弱くする作用を有するので、処理液を用いることによりパーティクルの除去を容易にする効果があるが、処理液を用いないドライ洗浄では、このような効果は得られない。以上のような理由により、ドライ洗浄の洗浄効率は悪かった。
そこで、この発明の目的は、処理対象の基板を良好に処理できる基板処理装置を提供することである。
【０００８】
この発明の他の目的は、処理対象の基板を良好に処理できる基板処理方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、処理対象の基板（Ｗ）を保持する基板保持機構（１０）と、純水の表面張力より小さな表面張力を有するフッ素系の不活性溶剤を供給する溶剤供給部（８）と、気体を供給する気体供給部（１８）と、上記溶剤供給部から供給される上記不活性溶剤と、上記気体供給部から供給される気体とを混合して、当該不活性溶剤の液滴を生成し、上記基板保持機構に保持された処理対象の基板に当該不活性溶剤の液滴を噴射する二流体ノズル（２）とを備えたことを特徴とする基板処理装置（１）である。
【００１０】
なお、括弧内の英字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、括弧内の数字を含め、この項において同じ。
この発明によれば、二流体ノズルから、純水の表面張力（７３．４ｄｙｎ／ｃｍ）より小さな表面張力を有するフッ素系の不活性溶剤の液滴が噴射される。このような表面張力が小さい不活性溶剤は、撥水性を有する膜に形成された凹部内や、微細な凹部内に入ることができるので、このような凹部内に処理液である不活性溶剤の作用を及ぼすことができる。すなわち、このような基板処理装置により、処理対象の基板を良好に処理できる。
【００１１】
不活性溶剤は、たとえば、撥水性を有する膜に形成された凹部内や、微細な凹部内に存在するパーティクルを除去するためのものであってもよい。この場合、処理対象の基板を良好に洗浄できる。
上記溶剤供給部は、請求項２記載のように、イソプロピルアルコールの表面張力（２１．３ｄｙｎ／ｃｍ）より小さな表面張力を有する不活性溶剤を供給するものであることが好ましい。
【００１２】
また、不活性溶剤の蒸気は、イソプロピルアルコールの蒸気のように爆発することがないので、基板処理装置を防爆構造にする必要がない。
上記溶剤供給部から供給される当該不活性溶剤は、請求項３記載のようにハイドロフルオロエーテルであってもよい。
ハイドロフルオロエーテル（以下、「ＨＦＥ」という。）としては、たとえば、化学式Ｃ_４Ｆ_９ＯＣＨ_３またはＣ_４Ｆ_９ＯＣ_２Ｈ_５で表されるものを好適に使用することができる。これらは、いずれも表面張力が１３．６ｄｙｎ／ｃｍであるので、基板表面の撥水性を有する膜に形成された微細な凹部に容易に入ることができる。したがって、このような基板処理装置により、処理対象の基板をさらに良好に処理できる。
【００１３】
また、ＨＦＥの比重は、およそ１．５であるので、ＨＦＥの液滴は、同じ大きさの水の液滴と比べて質量が大きく、大きな運動エネルギーを有して基板に衝突することができる。したがって、基板の処理効率を高くすることができる。
また、ＨＦＥは引火点を有さないので、基板を処理する際に発火するおそれがない。しかも、ＨＦＥは、揮発性が高いので、処理後の基板を容易に乾燥させることができる。このため、処理対象の基板に多孔質が形成されている場合でも、基板の処理に伴ってこのような多孔質膜中に浸入したＨＦＥを、容易に除去できる。
【００１４】
さらに、ＨＦＥのオゾン破壊係数（ＯｚｏｎｅＤｅｐｌｅｔｉｎｇＰｏｔｅｎｔｉａｌ；ＯＤＰ）は０であるので、ＨＦＥの蒸気が装置外に流出した場合でも、環境に悪影響を与えることもない。
さらに、ＨＦＥと水とは互いに溶解しない。このため、ＨＦＥに水が混入した場合でも、このような水とＨＦＥとは分離するので容易に水を除去できる。
請求項４記載の発明は、上記基板保持機構に保持された基板と上記二流体ノズルとの間隔が５ｍｍないし５０ｍｍになるように、上記基板保持機構および上記二流体ノズルの少なくとも一方を移動する間隔調整機構（２３）をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置である。
【００１５】
このように基板と二流体ノズルとを近接させて、不活性溶剤の液滴を基板に噴射することにより、パーティクルに大きな運動エネルギーを与えて除去できる。
この基板処理装置は、上記基板保持機構に保持された基板と上記二流体ノズルとが、当該基板にほぼ平行な方向に相対的に移動するように、上記基板保持機構および上記二流体ノズルの少なくとも一方を移動する処理位置移動機構をさらに備えていてもよい。この場合、基板保持機構に保持された基板における二流体ノズルによる処理位置を移動させて、当該基板の全面を処理できる。
【００１６】
間隔調整機構と処理位置移動機構とは、同じものであってもよい。
また、二流体ノズルからの当該不活性溶剤の液滴の主たる噴射方向と、上記基板保持機構に保持された基板の法線とのなす角度は、請求項５記載のように０度ないし４５度であることが好ましい。これにより、二流体ノズルにより生成された不活性溶剤の液滴を、効率的に基板表面に衝突させて、基板表面に存在するパーティクルを除去できる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、上記二流体ノズル内における気体および不活性溶剤の流路が非金属からなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置である。
この発明によれば、基板保持機構に保持された基板に、不活性溶剤の液滴とともに金属が供給されることがないようにすることができる。これにより、当該基板が金属汚染されることを回避できる。
【００１８】
上記二流体ノズル内における気体および不活性溶剤の流路は、たとえば、樹脂からなるものとすることができる。二流体ノズルは、その内部の気体および不活性溶剤の流路に沿う部分のみが非金属からなるものであってもよく、二流体ノズルの全体が非金属からなるものであってもよい。
請求項７記載の発明は、上記二流体ノズルから上記基板保持機構に保持された処理対象の基板に噴射される上記不活性溶剤を回収するための回収機構（８，１３）をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理装置である。
【００１９】
この発明によれば、回収機構により回収された不活性溶剤を、処理対象の基板を処理するために再利用することができる。ＨＦＥは高価であるので、不活性溶剤としてＨＦＥを使用する場合、回収機構によりＨＦＥを回収して再利用することにより、処理コストを低減できる。
二流体ノズルから基板保持機構に保持された処理対象の基板に噴射される不活性溶剤としては、当該基板にあたった後下方へ流れるものや、当該基板にあたった後気化するものや、当該基板にあたらずに気化または液体として飛散するものが考えられる。回収機構は、これらのうち主として当該基板にあたった後、下方へ流れるものを回収するものとすることができる。
【００２０】
請求項８記載の発明は、上記回収機構が、上記不活性溶剤の蒸気を冷却することにより液化させる液化機構（１３）を含むことを特徴とする請求項７記載の基板処理装置である。
この発明によれば、二流体ノズルによる基板の処理中に不活性溶剤の蒸気が発生した場合でも、このような不活性溶剤の蒸気を液化機構により液化して回収することができる。液化機構は、不活性溶剤の沸点（たとえば、６１℃または７６℃）と比べて充分低い温度にされた冷却管の表面に、不活性溶剤の蒸気を接触させて液化させるものであってもよく、活性炭などの吸着媒体に不活性溶剤を吸着させることにより、不活性溶剤の蒸気を液化させるものであってもよい。
【００２１】
請求項９記載の発明は、上記回収機構が、回収された不活性溶剤を収容する溶剤回収タンク（８）を含むことを特徴とする請求項７または８記載の基板処理装置である。
この発明によれば、溶剤回収タンクに収容された溶剤が二流体ノズルに供給されるように構成することができる。すなわち、溶剤回収タンクが、溶剤供給部の一部をなすものとすることができる。この場合、溶剤回収タンク内に充分な量の不活性溶剤が収容された状態で、二流体ノズルと溶剤回収タンクとの間を不活性溶剤が循環するようにすることにより、基板の連続処理を安定して行うことができる。
【００２２】
請求項１０記載の発明は、上記二流体ノズルが、上記溶剤供給部から供給される不活性溶剤を吐出する溶剤吐出口（３９ａ）、および上記気体供給部から供給される気体を吐出する気体吐出口（３４ａ）が形成されたケーシング（３４）であって、上記溶剤吐出口と上記気体吐出口とが近接して配置されたケーシングを有し、このケーシング外の上記溶剤吐出口付近で当該溶剤吐出口から吐出される不活性溶剤と上記気体吐出口から吐出される気体とを混合させることによって当該不活性溶剤の液滴を生成するものであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の基板処理装置である。
【００２３】
この二流体ノズルは、いわゆる、外部混合型の二流体ノズルであり、ケーシング外で不活性溶剤と気体とを混合（衝突）させて当該不活性溶剤の液滴を生成することができる。このため、ケーシング内で不活性溶剤と気体とを混合（衝突）させて当該不活性溶剤の液滴を生成する場合（いわゆる、内部混合の場合）のように、ケーシング内部がこれらの不活性溶剤または気体に削られて発塵することはない。したがって、処理対象の基板に、このような発塵によるパーティクルが付着することはない。
【００２４】
請求項１１記載の発明は、上記基板保持機構に保持された処理対象の基板に生じた静電気を除去するための除電機構（４７）をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の基板処理装置である。
この発明によれば、基板保持機構に保持された基板に静電気が生じた場合でも、除電機構によりこのような静電気を除去できる。二流体ノズルにより噴射される不活性溶剤が絶縁性が高いものである場合、基板保持機構に保持された基板に静電気が生じることがある。特に、ＨＦＥは絶縁性が高く、ＨＦＥの液滴が衝突された基板には静電気が生じやすい。このような静電気を、除電機構により除去できる。除電機構は、たとえば、イオナイザとすることができる。
【００２５】
請求項１２記載の発明は、純水の表面張力より小さな表面張力を有するフッ素系の不活性溶剤と気体とを混合して当該不活性溶剤の液滴を生成する液滴生成工程と、この液滴生成工程により生成された当該不活性溶剤の液滴を、処理対象の基板（Ｗ）の表面に衝突させて当該基板を処理する工程とを含むことを特徴とする基板処理方法である。
この発明に係る方法は、請求項１記載の基板処理装置により実施することができ請求項１記載の基板処理装置と同様の効果を奏することができる。
【００２６】
請求項１３記載の発明は、上記不活性溶剤が、ハイドロフルオロエーテルであることを特徴とする請求項１２記載の基板処理方法である。
この発明に係る方法は、請求項３記載の基板処理装置により実施することができ請求項３記載の基板処理装置と同様の効果を奏することができる。
請求項１４記載の発明は、上記基板を処理する工程の後、当該基板を乾燥させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２または１３記載の基板処理方法である。
【００２７】
この発明によれば、不活性溶剤として揮発性が高いもの（たとえば、イソプロピルアルコールより揮発性が高いもの）を用いた場合、基板処理工程の後、容易に基板を乾燥させることができる。特に、ＨＦＥは揮発性が高いので、ＨＦＥを用いて基板処理工程を実施した場合、短時間で基板を乾燥させることができる。この場合、基板表面に多孔質膜が形成されている場合でも、このような多孔質膜中に浸入したＨＦＥは容易に気化して多孔質膜から抜ける。
【００２８】
従来、基板の乾燥を容易にするために、水で基板を処理（洗浄）した後、当該基板表面に残っている水を揮発性が高い溶剤で洗い流してから、乾燥することがあった。この発明によれば、基板の処理に用いる不活性溶剤自体を揮発性が高いものとすることにより、基板処理後、この不活性溶剤を他の溶剤で洗い流すことなく、すぐに乾燥工程を実施できるので、工数を削減できる。
基板を乾燥させる工程は、たとえば、基板をほぼ水平な面内で高速で回転させる工程を含んでいてもよい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下では、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の図解的な断面図である。
この基板処理装置１は、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗの表面を洗浄するためのものであり、処理対象のウエハＷの表面には、たとえば、凹部（たとえば、ダマシン工程により、銅配線を埋め込むためのもの）が形成された撥水性を有する膜（たとえば、いわゆるＬｏｗ−Ｋ膜）や多孔質の膜が形成されたものとすることができる。これらの膜は、たとえば、ウエハＷに層間絶縁膜を形成するためのものであってもよい。
【００３０】
基板処理装置１は、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック１０と、スピンチャック１０に保持されたウエハＷに、フッ素系の不活性溶剤であるハイドロフルオロエーテル（以下、「ＨＦＥ」という。）の液滴を供給して処理する二流体ノズル２とを含んでいる。スピンチャック１０および二流体ノズル２は、チャンバ３内に配置されている。チャンバ３の上部にはフィルタ４６が取り付けられている。フィルタ４６は、たとえば、ＨＥＰＡ（ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＰａｒｔｉｃｌｅＡｉｒ）フィルタとすることができる。
【００３１】
スピンチャック１０は、鉛直方向に沿って配置された回転軸１１およびその上端に垂直に取り付けられた円板状のスピンベース１２を備えている。スピンベース１２により、ウエハＷの下面中央部を吸着してウエハＷを保持できる。
回転軸１１には回転駆動機構１４が結合されており、回転軸１１をその中心軸のまわりに回転させることができるようになっている。これによりスピンチャック１０に保持されたウエハＷをほぼ水平な面内で回転させることができる。
【００３２】
二流体ノズル２は、アーム２１を介して揺動軸２３ａに結合されており、揺動軸２３ａには、揺動軸２３ａをその中心軸まわりに揺動させる移動機構２３が結合されている。移動機構２３により、アーム２１に結合された二流体ノズル２を、スピンチャック１０に保持されたウエハＷ上で移動させることができ、二流体ノズル２によるウエハＷ上の処理位置を、ウエハＷの中心部から周縁部に至る各部に移動させることができる。
【００３３】
また、移動機構２３は、揺動軸２３ａをその中心軸に沿う方向（ほぼ鉛直方向）に移動させることができる。これにより、二流体ノズル２とスピンチャック１０に保持されたウエハＷとの間隔を、５ｍｍないし５０ｍｍの範囲で任意に調整できるようになっている。
アーム２１の内部には、二流体ノズル２の内部空間に連通した溶剤流路２１ａが形成されている。アーム２１には溶剤供給配管２４の一端が接続されており、溶剤流路２１ａと溶剤供給配管２４の内部空間とは連通している。溶剤供給配管２４の他端には、チャンバ３外に配置され、ＨＦＥが収容された溶剤回収タンク８が連通接続されている。溶剤供給配管２４には、金属イオンおよびパーティクル除去用の複数のフィルタを備えたフィルタ部２４ａが介装されている。溶剤供給配管２４は、溶剤回収タンク８の側面下部に接続されている。
【００３４】
溶剤回収タンク８に収容されたＨＦＥは、たとえば、化学式Ｃ_４Ｆ_９ＯＣＨ_３またはＣ_４Ｆ_９ＯＣ_２Ｈ_５で表されるもの（たとえば、住友スリーエム株式会社から商品名ノベックＨＦＥとして提供されているもの）とすることができる。
溶剤供給配管２４には、開度調整が可能なバルブ２４Ｖが介装されており、バルブ２４Ｖを開くことにより、溶剤回収タンク８に収容されたＨＦＥを二流体ノズル２に導入できるとともに、二流体ノズル２に導入されるＨＦＥの流量を調整できる。溶剤供給配管２４には、溶剤回収タンク８内のＨＦＥを二流体ノズル２に送るためのポンプが介装されていてもよい。
【００３５】
また、二流体ノズル２には、窒素ガス配管２５を介して、窒素ガス供給部１８から高圧の窒素ガスを供給可能である。窒素ガス配管２５には開度調整が可能なバルブ２５Ｖが介装されており、二流体ノズル２に供給される窒素ガスの流路の開閉、および窒素ガスの流量の調節を行うことができるようになっている。
バルブ２４Ｖ，２５Ｖを同時に開き、二流体ノズル２にＨＦＥおよび窒素ガスを同時に導入すると、二流体ノズル２によりＨＦＥの液滴が生成されて噴射される。
【００３６】
バルブ２５Ｖの開度を変え、二流体ノズル２に導入される窒素ガスの圧力（流量）を変えることにより、二流体ノズル２により生成されるＨＦＥの液滴の粒径を変化させることができる。これにより、ＨＦＥの液滴によるウエハＷの処理特性を変化させることができる。
スピンチャック１０の側方を取り囲むように、円筒状のガード部材４が配置されている。ガード部材４は、外筒４ａおよびその内部に配置された内筒４ｂを備えている。外筒４ａおよび内筒４ｂは、ほぼ鉛直方向に沿う中心軸を共有している。外筒４ａの上端は内筒４ｂの上端より高い。外筒４ａは、その上部において他の部分より径が小さくなっており、同様に、内筒４ｂは、その上部において、他の部分より径が小さくなっている。
【００３７】
外筒４ａ上端の内径はウエハＷの外径よりわずかに大きく、内筒４ｂ上端の内径はウエハＷの外径と同程度である。外筒４ａおよび内筒４ｂを側壁として、有底の溶剤回収槽５が形成されている。溶剤回収槽５により、二流体ノズル２によるウエハＷの処理に使用されるＨＦＥを回収することができる。溶剤回収槽５の上部は、溶剤導入口５ａとして開口している。
ガード部材４には上下機構６が結合されており、ガード部材４を鉛直方向に沿って移動できるようになっている。これにより、ウエハＷを搬入してスピンチャック１０に保持するときや、スピンチャック１０上のウエハＷを搬出するときには、ガード部材４（外筒４ａ）の上端をスピンチャック１０の上端より低くできるとともに、二流体ノズル２によるウエハＷの処理時には、スピンチャック１０に保持されたウエハＷの側方に溶剤導入口５ａが位置するようにできる。
【００３８】
溶剤回収槽５の底部には、溶剤回収配管７の一端が連通接続されている。溶剤回収配管７の他端は、溶剤回収タンク８の側面上部に連通接続されている。溶剤回収配管７には、金属イオンおよびパーティクル除去用の複数のフィルタを備えたフィルタ部７ａが介装されている。
溶剤回収タンク８は、溶剤回収槽５より低い位置にある。これにより、溶剤回収槽５に回収されたＨＦＥは、重力の作用により、溶剤回収配管７を経て溶剤回収タンク８へと導かれるようになっている。溶剤回収配管７は充分大きな内径を有しており、溶剤回収配管７の内部がＨＦＥにより液密にならないようにされている。
【００３９】
溶剤回収タンク８の上方には、溶剤液化装置１３が配置されている。溶剤回収タンク８と溶剤液化装置１３の下部との間には、送気管９および溶剤回収配管１５が配設されている。
溶剤液化装置１３は、ケーシング４１および複数（この実施形態では２つ）の冷却ユニット４２を備えている。冷却ユニット４２は、ケーシング４１の内外に渡って配設されたループ状の冷却管４３を備えている。冷却管４３は、ケーシング４１の内部では、ジグザグ状に成形されていて表面積が大きくされている。
【００４０】
また、ケーシング４１の外部で、冷却管４３に冷却循環装置４４が介装されている。冷却管４３の内部には水が満たされており、冷却循環装置４４によりこの水を冷却するとともに冷却管４３内を循環させることができる。冷却管４３内の水は、冷却循環装置４４によりＨＦＥの沸点（たとえば、６１℃または７６℃）と比べて充分低い温度（たとえば、数℃ないし室温）に調整可能である。
溶剤液化装置１３の上部とチャンバ３の上部（フィルタ４６）との間には、送気管１６が配設されている。送気管１６にはブロワ１７が介装されている。ブロワ１７を作動させることにより、送気管１６内の気体を、溶剤液化装置１３側からチャンバ３側へと送ることができる。このような気体は、フィルタ４６により異物が除去されてチャンバ３内に導入される。
【００４１】
したがって、ブロワ１７を作動させると、チャンバ３内の気体は、溶剤回収槽５、溶剤回収配管７、溶剤回収タンク８、送気管９、溶剤液化装置１３、送気管１６（ブロワ１７）、およびフィルタ４６を経て、チャンバ３内に戻るように循環される。溶剤回収配管７内がＨＦＥにより液密にならないようにされていることにより、二流体ノズル２によるウエハＷの処理時にも、チャンバ３内の気体は、上述の経路で循環することができる。以上の経路を循環する気体の一部が、溶剤液化装置１３とチャンバ３との間で、外部の空気と置換するように構成されていてもよい。
【００４２】
二流体ノズル２によるウエハＷの処理（洗浄）時には、ＨＦＥの蒸気が発生する。ブロワ１７が作動されている場合、このような蒸気は、溶剤回収配管７および送気管９を経て、溶剤液化装置１３のケーシング４１内に導入される。この際、冷却管４３の内部を冷却循環装置４４により冷却された水が流されていると、冷却管４３の表面に接触したＨＦＥの蒸気は液化する。液化されたＨＦＥは下方へと流れ落ち、溶剤回収配管１５を経て回収タンク８に回収される。
【００４３】
チャンバ３内にはイオナイザ４７が設けられており、スピンチャック１０に保持されたウエハＷ周縁部に向けてイオンを照射することができる。これにより、スピンチャック１０に保持されたウエハＷに静電気が生じていた場合でも、このような静電気をイオナイザにより照射されたイオンにより中和して除去できる。バルブ２４Ｖ，２５Ｖの開閉、ならびに回転駆動機構１４、移動機構２３、上下機構６、冷却循環装置４４、ブロワ１７、およびイオナイザ４７の動作は制御部２０により制御できるようになっている。
【００４４】
図２は、二流体ノズル２の構造を示す図解的な断面図である。
二流体ノズル２は、いわゆる外部混合型のものであり、ケーシング外で（開放された空間で）処理液に気体を衝突させて処理液の液滴を生成することができる。二流体ノズル２は、ケーシングを構成する外管３４とその中に嵌め込まれた内管３９とを含んでおり、ほぼ円柱状の外形を有している。
内管３９および外管３４は、樹脂（たとえば、フッ素樹脂）からなり、二流体ノズル２内における窒素ガスおよびＨＦＥの流路に金属が存在しないようにされている。このため、二流体ノズル２を起源とする金属が、ＨＦＥの液滴とともにウエハＷに供給されて、ウエハＷが金属汚染されることはない。
【００４５】
内管３９と外管３４とは、共通の中心軸Ｑを有して同軸状に配置されている。内管３９の内部は、溶剤流路３９ｂとなっている。内管３９と外管３４との間には、中心軸Ｑを中心とした円筒状間隙である気体流路３４ｂが形成されている。
気体流路３４ｂは、二流体ノズル２の一方の端部では、環状の気体吐出口３４ａとして開口しており、二流体ノズル２の他方の端部では、内管３９と外管３４とが接しており開口は形成されていない。気体流路３４ｂは、二流体ノズル２の軸方向中央部では径がほぼ一定であるが、気体吐出口３４ａ近傍では、気体吐出口３４ａから一定距離離れた点に収束するように、端部に向かって径が小さくなっている。
【００４６】
溶剤流路３９ｂは、気体吐出口３４ａの中心部近傍に溶剤吐出口３９ａとして開口している。溶剤吐出口３９ａと気体吐出口３４ａとは、近接して形成されている。基板処理装置１において、二流体ノズル２は、溶剤吐出口３９ａおよび気体吐出口３４ａが下方に向くように取り付けられている。
二流体ノズル２の溶剤吐出口３９ａ側とは反対側の端部には、アーム２１が接続されている。アーム２１の内部に形成された溶剤流路２１ａと溶剤流路３９ｂとは連通しており、溶剤流路２１ａから溶剤流路３９ｂにＨＦＥを導入できるようになっている。また、二流体ノズル２の側面で中心軸Ｑ方向のほぼ中間部には、窒素ガス配管２５が接続されている。窒素ガス配管２５の内部空間と気体流路３４ｂとは連通しており、気体流路３４ｂに窒素ガスを導入できるようになっている。
【００４７】
溶剤流路２１ａから二流体ノズル２にＨＦＥを供給すると、ＨＦＥは溶剤吐出口３９ａから吐出される。窒素ガス配管２５から二流体ノズル２に窒素ガスを供給すると、窒素ガスは気体吐出口３４ａから吐出される。溶剤吐出口３９ａと気体吐出口３４ａとが近接して形成されていることにより、溶剤吐出口３９ａから吐出されたＨＦＥと気体吐出口３４ａから吐出された窒素ガスとは、ケーシングを構成する外管３４外の溶剤吐出口３９ａ付近で衝突する（混合される。）。これにより、ＨＦＥの液滴が生成される。
【００４８】
このような二流体ノズル２は、ケーシング内でＨＦＥ（不活性溶剤）と気体とを混合（衝突）させて当該不活性溶剤の液滴を生じさせる場合（いわゆる、内部混合の場合）のように、ケーシング内部がこれらの不活性溶剤または気体に削られて発塵することはない。したがって、ウエハＷに、このような発塵によるパーティクルが付着することはない。
基板処理装置１において、二流体ノズル２からのＨＦＥの液滴の主たる噴射方向とウエハＷの法線とのなす角度は、この実施形態ではほぼ０度になるように調整されているが、０度ないし４５度の範囲内の適当な角度であってもよい。
【００４９】
図１を参照して、ウエハＷを洗浄するときは、予め、制御部２０により、冷却循環装置４４およびブロワ１７が制御されて、冷却管１７内を所定の温度に冷却された水が循環するようにされるとともに、チャンバ３内の気体が溶剤液化装置１３を介して循環するようにされる。
その後、制御部２０により上下機構６が制御されて、スピンチャック１０の上端がガード部材４の上端より高くされる。この状態で、図外のロボットアームによりウエハＷが搬入されて、ウエハＷが、その中心が回転軸１１の中心軸上にほぼのるように、ほぼ水平にスピンチャック１０に保持される。
【００５０】
そして、制御部２０により、上下機構６が制御されてスピンチャック１０に保持されたウエハＷの側方に溶剤導入口５ａが位置するように、ガード部材４が下降される。さらに、制御部２０により移動機構２３が制御されて、二流体ノズル２とスピンチャック１０に保持されたウエハＷとの間隔が、５ｍｍないし５０ｍｍに調整され、回転駆動機構１４が制御されて、スピンチャック１０に保持されたウエハＷが回転される。
【００５１】
続いて、制御部２０の制御により、バルブ２４Ｖ，２５Ｖが開かれて、二流体ノズル２にＨＦＥおよび窒素ガスが導入される。これにより、二流体ノズル２からスピンチャック１０に保持されたウエハＷに向けてＨＦＥの液滴が噴射されて、ウエハＷが処理される。同時に、制御部２０により移動機構２３が制御されて、二流体ノズル２によるウエハＷの処理位置がウエハＷの中心部と周縁部との間で移動される。これにより、ウエハＷの上面の全面が均一に処理される。
【００５２】
このとき、ＨＦＥの液滴の運動エネルギーにより、ウエハＷの表面に付着したパーティクルが物理的に除去される。二流体ノズル２とウエハＷとの間隔とが５ｍｍないし５０ｍｍの間隔で近接して配置されていることにより、ウエハＷ表面に大きな運動エネルギーを有するＨＦＥの液滴を衝突させることができる。
また、二流体ノズル２からのＨＦＥの液滴の主たる噴射方向とウエハＷの法線とのなす角度がほぼ０度にされていることにより、二流体ノズル２により生成されたＨＦＥの液滴は、効率的にウエハＷ表面に衝突されて、ウエハＷ表面に存在するパーティクルが除去される。このような効果は、二流体ノズル２からのＨＦＥの液滴の主たる噴射方向とウエハＷの法線とのなす角度が０度ないし４５度のときに良好に得られる。
【００５３】
化学式Ｃ_４Ｆ_９ＯＣＨ_３またはＣ_４Ｆ_９ＯＣ_２Ｈ_５で表されるＨＦＥの表面張力は１３．６ｄｙｎ／ｃｍであり、純水の表面張力（７３．４ｄｙｎ／ｃｍ）と比べて著しく小さい。このため、ウエハＷ表面に供給されたＨＦＥは、ウエハＷ上の撥水性を有する膜に形成された凹部や、微細な凹部に入ることができるので、このような凹部に存在するパーティクルを除去できる。したがって、ウエハＷは良好に洗浄される。
【００５４】
また、ＨＦＥの比重は、およそ１．５であるので、ＨＦＥの液滴は、同じ大きさの水の液滴と比べて質量が大きく、大きな運動エネルギーを有してウエハＷに衝突することができる。したがって、ウエハＷの洗浄効率を高くすることができる。
ＨＦＥは絶縁性が高いので、ウエハＷにＨＦＥの液滴が衝突すると、ウエハＷに静電気が生じる。このため、二流体ノズル２によるウエハＷの処理中は、制御部２０によりイオナイザ４７が作動されて、ウエハＷに生じた静電気が除去される。
【００５５】
一定時間、二流体ノズル２によるウエハＷの処理が継続された後、制御部２０の制御によりバルブ２４Ｖ，２５Ｖが閉じられる。これにより、二流体ノズル２からのＨＦＥの液滴の噴射が停止されて、ウエハＷの処理（洗浄）が終了する。
続いて、制御部２０により回転駆動機構１４が制御されて、スピンチャック１０に保持されたウエハＷが高速回転される。これにより、ウエハＷが振り切り乾燥される。ＨＦＥは揮発性が高いので、ウエハＷは短時間で乾燥する。また、ウエハＷ表面に多孔質膜が形成されている場合でも、このような多孔質膜中に浸入したＨＦＥは容易に気化して多孔質膜から抜ける。
【００５６】
その後、制御部２０により、回転駆動機構１４が制御されてスピンチャック１０に保持されたウエハＷの回転が停止される。さらに、制御部２０により上下機構６が制御されてガード部材４が下降されて、ウエハＷがガード部材４の上端より高くされる。この状態でウエハＷが搬出されて１枚のウエハＷの処理が終了する。
ウエハＷの処理時および乾燥時に、ウエハＷ表面のＨＦＥは、回転するウエハＷの遠心力により側方へと振り切られて、溶剤導入口５ａから溶剤回収槽５へと導入され、溶剤回収配管７を経て溶剤回収タンク８に回収される。また、ウエハＷの処理時および乾燥時に、ＨＦＥの蒸気が発生するが、このような蒸気は溶剤液化装置１３により液化されて溶剤回収タンク８に回収される。
【００５７】
溶剤回収タンク８に回収されたＨＦＥは、再び、二流体ノズル２によるウエハＷの処理に用いられる。すなわち、ＨＦＥは再利用される。これにより、高価なＨＦＥの消費量を少なくして処理コストを低減できる。
溶剤回収タンク８から二流体ノズル２に供給されるＨＦＥが、再び溶剤回収タンク８に戻るまでに、溶剤回収タンク８内のＨＦＥがなくならないように、溶剤回収タンク８内には充分な量のＨＦＥが収容されていることが好ましい。これにより、ウエハＷの連続処理が可能となる。
【００５８】
このように、ＨＦＥが二流体ノズル２と溶剤回収タンク８との間を循環されて使用される間に、ＨＦＥに水分が混入することがある。しかし、ＨＦＥと水とは互いに溶解せず、しかも、ＨＦＥの比重（１．５）は水の比重より大きいので、このような水分はＨＦＥと分離し、溶剤回収タンク８内でＨＦＥの上に浮きあがる。
溶剤供給配管２４が溶剤回収タンク８の側面下部に接続されていることにより、溶剤回収タンク８内でＨＦＥの上に存在している水分が二流体ノズル２に供給されることはない。また、このように分離した水分は、容易に除去できる。
【００５９】
さらに、ＨＦＥのオゾン破壊係数は０であるので、ＨＦＥが基板処理装置１外に漏れ出た場合でも、環境に悪影響を与えることもない。
さらに、ＨＦＥは引火点を有さないので、ウエハＷを処理する際に発火や爆発のおそれがない。
本発明に係る一実施形態の説明は以上の通りであるが、本発明は他の形態でも実施できる。たとえば、溶剤液化装置１３の代わりに、活性炭などの吸着媒体に不活性溶剤（ＨＦＥ）を吸着させることにより、不活性溶剤の蒸気を液化させて回収する液化機構が用いられてもよい。この場合、液化機構は、たとえば、大量の活性炭が収容された容器の中を、ＨＦＥ（不活性溶剤）の蒸気を含む気体が通過するように構成することができる。
【００６０】
二流体ノズル２は、ケーシング内で、溶剤回収タンク８から供給される不活性溶剤（ＨＦＥ）と、窒素ガス供給部１８から供給される窒素とを混合して、不活性溶剤の液滴を生成する内部混合型のものであってもよい。
処理対象の基板は、ウエハＷ以外に、たとえば、液晶表示装置用ガラス基板のごときＦＰＤ（ＦｌａｔＰａｎｅｌＤｉｓｐｌａｙ）用基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板、電子部品などを実装するためのプリント基板など、エレクトロニクス分野における各種基板であってもよい。特に、濡れ性の低い各種部材を、本発明の基板処理装置および基板処理方法により、好適に処理できる。
【００６１】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の図解的な断面図である。
【図２】二流体ノズルの構造を示す図解的な断面図である。
【符号の説明】
１基板処理装置
２二流体ノズル
８溶剤回収タンク
１０スピンチャック
１３溶剤液化装置
１８窒素ガス供給部
２３移動機構
３４外管
３４ａ気体吐出口
３９ａ溶剤吐出口
４７イオナイザ
Ｗ半導体ウエハ

Claims

処理対象の基板を保持する基板保持機構と、
純水の表面張力より小さな表面張力を有するフッ素系の不活性溶剤を供給する溶剤供給部と、
気体を供給する気体供給部と、
上記溶剤供給部から供給される上記不活性溶剤と、上記気体供給部から供給される気体とを混合して、当該不活性溶剤の液滴を生成し、上記基板保持機構に保持された処理対象の基板に当該不活性溶剤の液滴を噴射する二流体ノズルとを備えたことを特徴とする基板処理装置。
上記溶剤供給部は、イソプロピルアルコールの表面張力より小さな表面張力を有する不活性溶剤を供給するものであることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
上記溶剤供給部から供給される上記不活性溶剤が、ハイドロフルオロエーテルであることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
上記基板保持機構に保持された基板と上記二流体ノズルとの間隔が５ｍｍないし５０ｍｍになるように、上記基板保持機構および上記二流体ノズルの少なくとも一方を移動する間隔調整機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
上記二流体ノズルからの上記不活性溶剤の液滴の主たる噴射方向と、上記基板保持機構に保持された基板の法線とのなす角度が０度ないし４５度であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
上記二流体ノズル内における気体および不活性溶剤の流路が非金属からなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置。
上記二流体ノズルから上記基板保持機構に保持された処理対象の基板に噴射される上記不活性溶剤を回収するための回収機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理装置。
上記回収機構が、上記不活性溶剤の蒸気を冷却することにより液化させる液化機構を含むことを特徴とする請求項７記載の基板処理装置。
上記回収機構が、回収された不活性溶剤を収容する溶剤回収タンクを含むことを特徴とする請求項７または８記載の基板処理装置。
上記二流体ノズルが、上記溶剤供給部から供給される不活性溶剤を吐出する溶剤吐出口、および上記気体供給部から供給される気体を吐出する気体吐出口が形成されたケーシングであって、上記溶剤吐出口と上記気体吐出口とが近接して配置されたケーシングを有し、このケーシング外の上記溶剤吐出口付近で当該溶剤吐出口から吐出される不活性溶剤と上記気体吐出口から吐出される気体とを混合させることによって当該不活性溶剤の液滴を生成するものであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の基板処理装置。
上記基板保持機構に保持された処理対象の基板に生じた静電気を除去するための除電機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の基板処理装置。
純水の表面張力より小さな表面張力を有するフッ素系の不活性溶剤と気体とを混合して当該不活性溶剤の液滴を生成する液滴生成工程と、
この液滴生成工程により生成された当該不活性溶剤の液滴を、処理対象の基板の表面に衝突させて当該基板を処理する工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。
上記不活性溶剤が、ハイドロフルオロエーテルであることを特徴とする請求項１２記載の基板処理方法。
上記基板を処理する工程の後、当該基板を乾燥させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２または１３記載の基板処理方法。