JP2006278957A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板表面の異物をより確実に除去することができる基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【解決手段】この基板処理装置は、ウエハＷを保持して回転させるスピンチャック１と、ウエハＷにアルカリ性処理液を供給する処理液ノズル２と、ウエハＷをスクラブするスクラブブラシ３と、このスクラブブラシ３を移動させるノズル移動機構４と、待機ポット５とを備えている。スクラブブラシ３によってウエハＷの異物を除去するためのスクラブ処理をしていない待機時には、スクラブブラシ３は待機ポット５で待機させられる。待機ポット５には、アルカリ性液体としてのアンモニア水が供給されており、待機状態のスクラブブラシ３の表面に液体および気体の形態で供給される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、基板の表面をスクラブブラシでスクラブすることによって当該基板表面から異物を取り除くための基板処理装置および基板処理方法に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。

半導体装置の製造工程では、工程間における基板（半導体ウエハ）の洗浄処理が不可欠である。基板を１枚ずつ洗浄する枚葉型の基板処理装置は、たとえば、基板をほぼ水平に保持して回転させる基板保持回転機構と、この基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板の表面をスクラブするスポンジ状のスクラブブラシと、前記基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板に洗浄薬液（アンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液）を供給する処理液ノズルとを備えている。

スクラブブラシは、たとえば、基板の回転領域外に配置された回転軸まわりに水平揺動する揺動アームの先端に取り付けられている。回転中の基板表面にスクラブブラシが押し付けられた状態で揺動アームが駆動されると、スクラブブラシは基板表面をスキャンしながらスクラブすることになる。これにより、基板表面全域の異物を除去することができる。

このようなスクラブ洗浄処理を多数枚の基板に対して行ううちに、スクラブブラシには、基板上の異物が転写して蓄積されていく。これを抑制するために、比較的長時間に渡って処理対象の基板が供給されない待機期間が生じると、スクラブブラシの水洗処理が行われる。具体的には、基板の回転領域外にスクラブブラシの待機位置が設定されていて、この待機位置に、洗浄ポットが設けられている。洗浄ポットは、スクラブブラシを収容することができる筒状容器であり、内部に、スクラブブラシに純水を供給する純水ノズルが配置されており、底面には排水管が接続されている。この構成により、待機期間中に、純水ノズルからスクラブブラシに純水を供給して、このスクラブブラシに付着した異物を洗い落とすことができる。
特開平８-１０７１９号公報

しかし、本願発明者の研究によると、意外にも、待機期間中に水洗処理を経たスクラブブラシによって最初に処理を受けた基板（１枚目の基板）には、その後に処理を受けた基板（２枚目以降の基板）に比較して、明らかに多くの異物（パーティクル）が残留する現象が確認されている。
本願発明者は、前記の現象を、スクラブブラシに付着した異物のゼータ電位の変動に起因するものと予想した。

基板（半導体ウエハ）のゼータ電位は一般に負である。したがって、基板から異物を剥離しやすくするためには、異物のゼータ電位を負に制御することが効果的である。この目的で、スクラブ洗浄工程では、アンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液が洗浄薬液として基板表面に供給されるのである。
ところが、洗浄ポットで純水の供給を受けたスクラブブラシは、その表面のｐＨが低くなってしまう。このような状態のスクラブブラシを基板表面に押し付けると、これに接した異物のゼータ電位が正となり、このような異物の基板表面からの除去が困難な状況に立ち至ると考えられる。その後、アルカリ性の洗浄薬液を供給しながらスクラブ洗浄処理を繰り返すうちに、スクラブブラシはアルカリ性洗浄薬液を豊富に含んだ状態となるため、前述のような状況が解消される。

このようなメカニズムで、待機期間終了後の１枚目の基板に明らかな洗浄不良が見られたものと推測される。
この発明の目的は、基板表面の異物をより確実に除去することができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）を保持する基板保持機構（１）と、この基板保持機構に保持された基板の表面をスクラブして基板表面の異物を除去するためのスクラブブラシ（３）と、前記スクラブブラシで基板をスクラブしているときに、当該基板の表面にアルカリ性処理液を供給する処理液供給機構（２，１１）と、前記スクラブブラシで基板をスクラブしていない待機時において、前記スクラブブラシの表面にアルカリ性流体を供給するアルカリ性流体供給機構（５，２２，２４，３２，４０，４５）とを含むことを特徴とする基板処理装置である。前記基板保持機構は、基板を保持して回転させる基板保持回転機構であってもよい。なお、括弧内の英数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、この項において同じ。

この構成によれば、スクラブブラシで基板をスクラブしているときには、処理液供給機構から基板表面に供給されるアルカリ性処理液によって、スクラブブラシの表面はアルカリ性（ｐＨが７超、好ましくは９以上、さらに好ましくは１０以上）に保持される。一方、スクラブブラシで基板をスクラブしていない待機時には、アルカリ性流体供給機構からスクラブブラシの表面にアルカリ性流体が供給されることにより、スクラブブラシの表面は、やはり、アルカリ性（ｐＨが７超、好ましくは９以上、さらに好ましくは１０以上）に保持される。

こうして、スクラブブラシの表面は、スクラブ処理中および待機中のいずれの期間においても、アルカリ性に保持され、これにより、このスクラブブラシの表面および当該表面に付着している異物のゼータ電位が、終始、負に維持される。そのため、待機期間終了後にスクラブブラシが基板に接触したときに、基板（一般的にゼータ電位は負）上の異物のゼータ電位が正になってしまうようなことがなく、基板上の異物の剥離が困難となったりすることがない。また、スクラブブラシ表面の異物だけでなく、スクラブブラシ自身のゼータ電位も負に制御されることになるから、スクラブブラシに異物が強固に付着してしまうこともなく、基板のスクラブ時には、スクラブブラシの表面への異物の蓄積を抑制できる。

前記アルカリ性流体とは、スクラブブラシおよびその表面に付着している異物のゼータ電位を負に制御することができる流体のことであり、より具体的には、スクラブブラシの表面のｐＨを７よりも大きな値（好ましくは９以上、さらに好ましくは１０以上）に制御できる液体または気体を意味する。このようなアルカリ性流体の例は、アンモニアである。したがって、アンモニア水をスクラブブラシに供給すればよい。また、アンモニア水は、揮発によってアンモニア気体を発生する揮発性水溶液であるから、適切な濃度のアンモニア水（たとえばｐＨ１０以上のもの）からの揮発によって生成したアンモニア気体をアルカリ性気体としてスクラブブラシに供給することとしてもよい。また、アンモニア水に限らず、ＮＨ₄＋、ＲＮＨ₃＋、Ｒ₂ＮＨ₂＋、Ｒ₃ＮＨ＋、Ｒ₄Ｎ＋ のイオンを少なくとも１つ含む水溶液であってもよい。なお、「Ｒ」はアルキル基を表す。

前記アルカリ性処理液も同様に、スクラブブラシおよびその表面に付着している異物ならびに基板表面に付着している異物のゼータ電位を負に制御することができる液体のことであり、より具体的には、スクラブブラシの表面のｐＨを７よりも大きな値（好ましくは９以上、さらに好ましくは１０以上）に制御できる液体を意味する。このようなアルカリ性処理液の例としては、アンモニア水およびアンモニア過酸化水素水混合液を挙げることができる。ほかにも、ＮＨ₄＋、ＲＮＨ₃＋、Ｒ₂ＮＨ₂＋、Ｒ₃ＮＨ＋、Ｒ₄Ｎ＋ のイオンを少なくとも１つ含む水溶液をアルカリ性処理液として適用することができる。

前記アルカリ性処理液およびアルカリ性流体は、異なる種類のアルカリ性物質からなるものであってもよいが、請求項２に記載されているように、前記処理液供給機構およびアルカリ性流体供給機構は、同種のアルカリ性物質の液体および流体をそれぞれ供給するものであることが好ましい。これにより、スクラブ処理時および待機時におけるスクラブブラシ表面の状態の変化をさらに抑制することができ、スクラブブラシの表面のゼータ電位を確実に負に維持することができる。

前記処理液供給機構およびアルカリ性流体供給機構が、いずれも同種のアルカリ性液体を供給するものであることがより好ましく、実質的に同濃度の同種アルカリ性液体を供給するものであれば、さらに好ましい。これにより、スクラブ処理時および待機時を問わず、スクラブブラシの表面の状態をほぼ一定に保持することができる。
請求項３記載の発明は、前記処理液供給機構は、基板をスクラブしているときの前記スクラブブラシの表面のｐＨが９以上（より好ましくは１０以上）に維持されるアルカリ性処理液を供給するものであり、前記アルカリ性流体供給機構は、前記待機時における前記スクラブブラシの表面のｐＨが９以上（より好ましくは１０以上）に維持されるアルカリ性流体を供給するものであることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。

この構成により、スクラブ処理時および待機時のいずれにおいても、スクラブブラシの表面のｐＨが９以上に保持され、これによって、スクラブブラシの表面およびこの表面に付着した異物のゼータ電位を確実に負に維持することができる。
請求項４記載の発明は、前記アルカリ性流体供給機構は、前記待機時における前記スクラブブラシの表面のｐＨが、基板をスクラブしているときの前記スクラブブラシの表面のｐＨよりも低い値となるアルカリ性流体を供給するものである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。

この構成では、待機時にスクラブブラシに供給されるアルカリ性流体の濃度は、アルカリ性処理液に比較して低くてもよいので、薬液消費量を抑制しながら、スクラブブラシの表面をアルカリ性に維持することができる。
請求項５記載の発明は、前記基板表面をスクラブする処理位置と、この処理位置から退避した待機位置との間で、前記スクラブブラシを移動させるブラシ移動機構（４）をさらに含み、前記アルカリ性気体供給機構は、前記待機位置にある前記スクラブブラシにアルカリ性気体を供給するもの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である。

この構成によれば、ブラシ移動機構によってスクラブブラシを処理位置と待機位置との間で移動する構成であるので、簡単な構成で、待機位置にあるスクラブブラシにアルカリ性流体を供給できる。
前記アルカリ性流体供給機構は、揮発してアルカリ性気体を発生する揮発性アルカリ性液体を供給するものであってもよい。これにより、スクラブブラシに対して、気体の形態でアルカリ性物質を供給することが可能となる。たとえば、前記待機位置の下方において揮発性アルカリ性液体を貯留するアルカリ性液体貯留部（３２，４５）を設けておくことにより、このアルカリ性液体貯留部に貯留されたアルカリ性液体の揮発によって生じるアルカリ性気体がスクラブブラシに供給される。このような構成では、アルカリ性液体をスクラブブラシに直接供給する場合に比較して、アルカリ性液体の消費量が著しく少なくなるので、ランニングコストを低く抑えることができる。また、スクラブブラシにアルカリ性液体を直接供給する場合でも、アルカリ性液体貯留部にアルカリ性液体が貯留されるようにしておくことによって、スクラブブラシに対して液体および気体の両方の形態でアルカリ性物質を供給することができる。

「揮発性アルカリ性液体」は、アンモニア水のように、室温（たとえば、２３℃）で揮発性を有するものであってもよいし、室温よりも高温に加熱することによってアルカリ性気体を揮発する液体であってもよい。揮発のために加熱を要する場合には、アルカリ性液体貯留部を加熱する加熱機構を設けたり、アルカリ性液体貯留部外で予め加熱した高温のアルカリ性液体をアルカリ性液体貯留部に供給するようにしたりすればよい。

アルカリ性液体の濃度は揮発によって徐々に低下していくから、アルカリ性液体貯留部に必要に応じてアルカリ性液体を供給するアルカリ性液体供給機構（２２，２４，４０）がさらに備えられていることが好ましい。
請求項６記載の発明は、基板の表面をスクラブブラシでスクラブし、前記基板表面の異物を除去するスクラブ工程と、前記スクラブ工程と並行して前記基板の表面にアルカリ性処理液を供給する処理液供給工程と、前記スクラブブラシで基板をスクラブしていない待機時において、前記スクラブブラシの表面にアルカリ性流体を供給し、前記スクラブブラシおよびこのスクラブブラシに付着した異物のゼータ電位を負に維持するアルカリ性流体供給工程とを含むことを特徴とする基板処理方法である。

この方法により、請求項１の発明と同様な効果が得られる。この方法についても、基板処理装置の発明と同様な変形を施すことが可能である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の基本的な構成を説明するための図解的な斜視図である。この基板処理装置は、基板の一例である半導体ウエハＷ（以下「ウエハＷ」という。）をほぼ水平に保持して回転させる基板保持回転機構としてのスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持されたウエハＷのほぼ回転中心に向けて処理液を供給する処理液ノズル２と、ウエハＷの表面をスクラブするスクラブブラシ３と、このスクラブブラシ３を移動させるためのブラシ移動機構４と、スクラブブラシ３を待機させておくための待機ポット５とを備えている。

スピンチャック１は、円盤状の回転ベース６と、この回転ベース６をほぼ水平に支持するとともに鉛直軸線まわりに回転自在な回転軸７と、この回転軸７に回転力を与えるチャック回転駆動機構８とを備えている。回転ベース６の上面には、ウエハＷの端面に接触して当該ウエハＷを握持する複数のチャックピン９が立設されている。この構成により、ウエハＷをほぼ水平な状態に保持して回転させることができる。

処理液ノズル２には、薬液供給源からの薬液が薬液バルブ１１を介して供給されているとともに、純水供給源からの純水（脱イオン水）が純水バルブ１２を介して供給されている。すなわち、薬液バルブ１１を開くことにより、処理液ノズル２からウエハＷに薬液を供給することができ、純水バルブ１２を開くことにより、処理液ノズル２からウエハＷに純水を供給することができる。スピンチャック１を回転状態として処理液（薬液または純水）をウエハＷのほぼ回転中心に供給すると、この処理液は遠心力を受けてウエハＷの上面のほぼ全域に広がり、ウエハＷの周端縁から外方へと流下していくことになる。

薬液供給源から供給される薬液は、この実施形態では、アルカリ性液体（アルカリ性処理液）である。より具体的には、アンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液である。ウエハＷに悪影響のない限りにおいて、その他のアルカリ性液体を用いてもよいが、半導体製造工場において一般的に利用可能なアンモニア水またはアンモニア過酸化水素水の使用が最も適切である。

スクラブブラシ３は、たとえば、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）からなるスポンジ状のスクラブ部材である。スクラブブラシ３を移動させるためのブラシ移動機構４は、先端にスクラブブラシ３を下向きに保持する揺動アーム１５と、この揺動アーム１５をほぼ水平に支持する支持軸１６と、この支持軸１６を鉛直軸線まわりに回動させる揺動駆動機構１７と、支持軸１６を上下動させる昇降駆動機構１８とを備えている。この構成により、スクラブブラシ３は、ウエハＷの上方で水平方向に移動することができるとともに、上下動してウエハＷに接離することができる。ウエハＷの回転中に、スクラブブラシ３をウエハＷの表面に接触させた状態で揺動アーム１５を揺動させると、スクラブブラシ３はウエハＷの回転中心から周縁部まで移動し、これにより、ウエハＷの表面の全域をスキャンしながらスクラブしていく。

揺動アーム１５には、スクラブブラシ３を鉛直軸線まわりに自転させるためのブラシ回転駆動機構２０が内蔵されている。
待機ポット５は、スクラブブラシ３を受け入れることができる筒状容器体であり、スクラブブラシ３のゼータ電位を制御するためのアルカリ性液体（アルカリ性流体）としてのアンモニア水がアルカリ性液体供給管２２から供給されるようになっている。アルカリ性液体供給管２２は、アルカリ性液体バルブ２４を介してアルカリ性液体供給源（アンモニア水供給源）に接続されている。また、待機ポット５の底面には、排液管２５が接続されている。

前述のチャック回転駆動機構８、揺動駆動機構１７、昇降駆動機構１８およびブラシ回転駆動機構２０の動作、ならびに薬液バルブ１１、純水バルブ１２およびアルカリ性液体バルブ２４の開閉は、制御装置３０によって制御されるようになっている。
図２は、待機ポット５の構成例を示す図解的な断面図である。待機ポット５は、ポット本体３１を備えている。ポット本体３１は、有底筒状（この構成例では円筒状）容器からなり、その上面は開放されていて、スクラブブラシ３を受け入れるブラシ入口３３が形成されている。ポット本体３１の底面部３２は、ほぼ水平に形成されており、アルカリ性液体を貯留するアルカリ性液体貯留部としての機能を有する。ポット本体３１内の空間は、スクラブブラシ３の全体を収容することができるスクラブブラシ収容空間３４を形成している。

ポット本体３１の側壁３７には、アルカリ性液体供給管２２が接続されるアルカリ性液体ポート４０が設けられている。このアルカリ性液体ポート４０の液吐出口４０ａは、ポット本体３１内に収容された位置（待機位置）にあるスクラブブラシ３に対向しており、このスクラブブラシ３に対してアルカリ性液体を吐出するアルカリ性液体ノズルを形成している。

スクラブブラシ３にぶつかって底面部３２へと落下するアルカリ性液体は、この底面部３２上に、表面張力によって、アルカリ性液体の液膜（アルカリ性液膜。アンモニア水膜）４１を形成する。このアルカリ性液膜４１は、たとえば厚さ２mm程度の液膜であり、底面部３２上に、たとえば、表面張力によって保持される３〜４ｃｃ程度の液量のアルカリ性液溜まりを形成する。このアルカリ性液膜４１からの揮発によって、液中のアルカリ性気体（アンモニアガス）が放出され、このアルカリ性気体（蒸気）は、スクラブブラシ３へと供給されることになる。こうして、スクラブブラシ３には、液体および気体の両形態で、アルカリ性物質が供給されることになる。

ポット本体３１の底面部３２には、排液管２５に接続された排液ポート４３が設けられている。この排液ポート４３は、底面部３２に導かれたアルカリ性液体（アンモニア水）を排液管２５へと導く。
次に、図１および図２を参照して、この基板処理装置の動作を説明する。
未処理のウエハＷは、基板搬送ロボット（図示せず）によってスピンチャック１に受け渡される。スピンチャック１にウエハＷが保持されると、制御装置３０は、チャック回転駆動機構８を制御してスピンチャック１を回転させる。これにより、ウエハＷは、ほぼ水平姿勢に保持された状態で鉛直軸線まわりに回転された回転状態となる。

この状態で、制御装置３０は、薬液バルブ１１を開き、処理液ノズル２からウエハＷの回転中心に向けてアルカリ性処理液を供給させる。このアルカリ性処理液は、ウエハＷ上で遠心力を受けて、ウエハＷの回転中心から外方へと向かう処理液流を形成する。
制御装置３０は、さらに、揺動駆動機構１７および昇降駆動機構１８を制御することにより、スクラブブラシ３をウエハＷの回転中心付近の上方へと導く。その後、制御装置３０は、昇降駆動機構１８を制御することにより、スクラブブラシ３を下降させ、ウエハＷの表面に接触させる。この状態で、制御装置３０は、さらに、揺動駆動機構１７を制御し、スクラブブラシ３をウエハＷの回転中心からその周縁部へと移動させる。これにより、ウエハＷの表面のほぼ全域がスキャンされつつスクラブ洗浄されることになる。

スクラブブラシ３がウエハＷの周縁部に達すると、制御装置３０は、昇降駆動機構１８を制御してスクラブブラシ３を上昇させて、ウエハＷの表面から離間させる。この状態で、制御装置３０は、さらに、揺動駆動機構１７を制御して、スクラブブラシ３をウエハＷの回転中心付近へと導く。
以後、同様の動作が所定回数だけ繰り返されることにより、ウエハＷのスクラブ洗浄が行われることになる。スクラブブラシ３によるスクラブによってウエハＷの表面から剥離した異物は、ウエハＷ上の処理液流によってウエハＷの外方へと排除され、処理液とともに流下する。

このようなスクラブ洗浄処理が行われているときのスクラブブラシ３の位置（ウエハＷの回転中心からその周縁部の間の位置）が、スクラブブラシ３の処理位置である。
スクラブ洗浄処理中は、スクラブブラシ３は、常に、処理液ノズル２からウエハＷに供給されるアルカリ性液体に接している。そのため、スクラブ洗浄処理中は、スクラブブラシ３の表面はアルカリ性に保持され、たとえば、そのｐＨは９以上（より好ましくは１０以上）に維持される。

スクラブ洗浄工程が終了すると、制御装置３０は、揺動駆動機構１７および昇降駆動機構１８を制御することにより、スクラブブラシ３を待機ポット５内に収容する。この待機ポット５に収容されたときのスクラブブラシ３の位置が待機位置である。
その後、制御装置３０は、薬液バルブ１１を閉じ、代わって、純水バルブ１２を開く。これにより、回転状態のウエハＷの回転中心に向けて、処理液ノズル２から純水が供給されることになる。こうして、ウエハＷの純水リンス処理が行われる。

所定時間の純水リンス処理の後には、制御装置３０は、純水バルブ１２を閉じて純水の供給を停止するとともに、チャック回転駆動機構８を制御してスピンチャックの回転速度を所定の乾燥速度まで上昇させる。これにより、ウエハＷの表面の水分を遠心力によって振り切る乾燥工程が行われる。
所定時間の乾燥工程の後には、制御装置３０は、チャック回転駆動機構８を制御してスピンチャック１の回転を停止するとともに、チャックピン９によるウエハＷの握持を解除する。この状態で基板搬送ロボットによって、処理済みのウエハＷが払い出されることになる。

同様な処理が複数枚のウエハＷに対して繰り返し実行される。
一方、制御装置３０は、スクラブブラシ３が待機ポット５のスクラブブラシ収容空間３４に収容された待機期間中において、ブラシ回転駆動機構２０によってスクラブブラシ３を自転させるとともに、アルカリ性液体バルブ２４を開き、アルカリ性液体ポート４０の液吐出口４０ａからアルカリ性液体（この実施形態ではアンモニア水）を吐出させる。このアルカリ性液体は、スクラブブラシ３の表面に達し、このスクラブブラシ３の表面のｐＨを９以上（より好ましくは１０以上）に保持する。

制御装置３０は、スクラブブラシ３が待機ポット３のスクラブブラシ収容空間３４に収容されている期間中終始アルカリ性液体バルブ２４を開状態に保持してもよいが、一定時間だけアルカリ性液体バルブ２４を開いた後には、これを閉じて、アルカリ性液体のスクラブブラシ３への供給を一定時間に制限し、アルカリ性液体の使用量を抑制することとしてもよい。また、スクラブブラシ３への一定時間のアルカリ性液体の供給を、所定の時間間隔を開けて繰り返し行うようにして、間欠的にアルカリ性液体を供給する制御を行ってもよい。

前述のとおり、スクラブブラシ３に供給されたアルカリ性液体は、ポット本体３１の底面部３２において液膜４１を形成し、ここから揮発したアルカリ性気体（アンモニアガス）がスクラブブラシ３に至るから、これにより、スクラブブラシ３の表面のｐＨを９以上に維持することが可能である。したがって、一定時間のアルカリ性液体の供給後に、その供給を停止しても、スクラブブラシ３の表面のゼータ電位を負に保持することができる。

こうして、待機位置（待機ポット５内）に配置されたスクラブブラシ３は、その表面付近のｐＨが、スクラブ洗浄処理中と同様に、９以上に保持され、当該スクラブブラシ３の表面およびこの表面に付着した異物のゼータ電位が負に保持されることになる。
処理対象の複数枚のウエハＷは、間断なく当該基板処理装置に搬入されるとは限らず、バッチ間などでは、比較的長い待機期間（たとえば２〜３時間）が生じる場合がある。このような待機期間中には、スクラブブラシ３は待機位置（待機ポット５内）に保持されることになる。

待機期間後に未処理のウエハＷの処理を行うとき、このウエハＷの表面、スクラブブラシ３の表面およびそこに付着した異物の表面電位はいずれも負である。また、ウエハＷの表面には、アルカリ性の液体であるアンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液が薬液として供給されるので、ウエハＷ表面の異物のゼータ電位も負となる。このような状況でスクラブ洗浄を行うと、ウエハＷの表面の異物が剥離しやすく、剥離した異物はウエハＷおよびスクラブブラシ３のいずれにも再付着しにくくなる。また、スクラブブラシ３の表面の残留異物がスクラブブラシ３から剥離しても、このような異物のウエハＷまたはスクラブブラシ３への再付着も生じにくい。むろん、スクラブブラシ３への異物の蓄積も抑制される。そして、ウエハＷおよびスクラブブラシ３から剥離した異物は処理液（アンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液）によって洗い流されてウエハＷ外へと排出される。このようにして、待機期間直後のウエハＷに対する洗浄処理を良好に行うことができ、いずれのウエハＷに対しても良好なスクラブ洗浄処理を施すことができるようになる。

こうして、この実施形態の基板処理装置では、スクラブ洗浄処理中および待機期間中のいずれにおいても、スクラブブラシ３にはアルカリ性物質が供給され、その表面のｐＨが９以上（より好ましくは１０以上）に保持されるようになっている。これにより、スクラブブラシ３の表面およびこの表面に付着した異物のゼータ電位を、終始、負に維持することができるので、複数枚のウエハＷに対して均一に良好なスクラブ洗浄処理を施すことができる。

図３は、この発明の第２の実施形態を説明するための図解的な断面図であり、前述の図１の構成における待機ポット５の他の構成例が示されている。この図３において、前述の図２に対応する各部には、図２の場合と同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、アルカリ性液体ポート４０からは少流量でアルカリ性液体としてのアンモニア水が導入（いわゆる、スローリーク）される。この導入されたアンモニア水は、ポット本体３１の内壁面を伝って流下してアルカリ性液体貯留部としての底面部３２に達し、その上面に、表面張力によって、アルカリ性液体の液膜（アルカリ性液膜。アンモニア水膜）４１を形成する。

このアルカリ性液膜４１からの揮発によって、液中のアルカリ性気体（アンモニアガス）が放出され、このアルカリ性気体（蒸気）が、スクラブブラシ３へと供給されることになる。なお、このようにアルカリ性の蒸気のみがスクラブブラシ３に供給される場合には、アルカリ性液体が供給される場合に比べて、含まれる金属不純物の量が少ないため、スクラブブラシ３の金属汚染が抑制されるという効果がある。ここで、揮発によって希釈されたアルカリ性液体は、アルカリ性液体ポート４０から供給される新液と置換されるので、アルカリ性液膜４１の濃度は所定の値に保持される。

この場合、制御装置３０は、当該基板処理装置の運転期間中、アルカリ性液体バルブ２４を常時開成している。これにより、待機ポット５では、アルカリ性液体貯留部としての底面部３２にアルカリ性液膜４１が形成された状態が終始保たれ、このアルカリ性液膜４１からのアルカリ性ガス（この実施形態ではアンモニアガス）の揮発によって、ポット本体３１内はアルカリ性ガスが充満した状態に保持される。これにより、待機位置（待機ポット５内）に配置されたスクラブブラシ３は、その表面付近のｐＨが９以上（より好ましくは１０以上）に保持され、当該スクラブブラシ３の表面およびこの表面に付着した異物のゼータ電位が負に保持されることになる。

このようにこの実施形態では、待機位置では、気体の形態でアルカリ性物質をスクラブブラシ３に供給するようにしているので、アルカリ性液体の消費量を低減することができる。
図４は、この発明の第３の実施形態を説明するための図解的な断面図であり、前述の図１の構成における待機ポット５のさらに他の構成例が示されている。この図４において、前述の図２に対応する各部には、図２の場合と同一の参照符号を付して示す。

この実施形態では、底面部３２の内方に排液ポート４３を取り囲む筒状（たとえば円筒状）の堰部材４４が立設されている。この堰部材４４の外方にはポット本体３１の側壁３７の内面との間に、アルカリ性液体を貯留するアルカリ性液体貯留部４５が形成されている。
アルカリ性液体ポート４０の液吐出口４０ａから吐出されたアルカリ性液体は、スクラブブラシ３の表面に供給された後、落下して、アルカリ性液体貯留部４５に溜められ、厚い液膜４１を形成する。このアルカリ性液体貯留部４５に貯留されたアルカリ性液体からアルカリ性気体が揮発し、その上方のスクラブブラシ収容空間３４に至り、待機位置のスクラブブラシ３へと供給される。こうして、スクラブブラシ３に対して、液体および気体の両形態でアルカリ性物質を供給することができる。そして、この実施形態では、アルカリ性液体貯留部４５に比較的多量のアルカリ性液体を貯留することができるので、スクラブブラシ３に対して、アルカリ性気体を安定して供給することができる。

むろん、この実施形態を変形して、前述の第２の実施形態の場合のように、アルカリ性液体ポート４０から微少流量のアルカリ性液体を供給（いわゆるスローリーク）するようにしてもよい。この場合には、アルカリ性液体はスクラブブラシ３には直接は当たらず、アルカリ性液体貯留部４５に貯留されて厚い液膜４１を形成することになる。そして、この液膜４１を形成するアルカリ性液体からの揮発によって生じたアルカリ性ガスがスクラブブラシ３に供給され、このスクラブブラシ３の表面のｐＨが９以上（より好ましくは１０以上）に保持されることになる。

この場合、このアルカリ性液体ポート４０に接続されたアルカリ性液体供給管２２に介装されたアルカリ性液体バルブ２４は、制御装置３０（図１参照）によって、当該基板処理装置の運転期間中常時開成状態に保持される。これにより、アルカリ性液体ポート４０からアルカリ性液体貯留部４５に対して、少流量でのアルカリ性液体供給が常時行われる（いわゆるスローリーク）。したがって、アルカリ性液体貯留部４５に貯留されたアルカリ性液体は、堰部材４４を乗り越えてオーバーフローし、排液ポート４３へと排出されることになる。こうして、アルカリ性液体貯留部４５内のアルカリ性液体を新液に置換することができるので、アルカリ性ガスの揮発による濃度の希釈を抑制して、アルカリ性ガスを常時発生させることができる。

図５は、半導体プロセスにおいて存在し得る種々の物質について、ｐＨとゼータ電位との関係を調べた結果を示す図である。この図から、一般的に、ｐＨ９以上であれば、ゼータ電位を確実に負とすることができ、典型的な半導体ウエハであるシリコンウエハとその表面の異物とを反発させることができると考えられる。
図６は、アルカリ性液体の一例としてのアンモニア水の濃度とそのｐＨとの関係を示す図である。この図から、アンモニア：水＝１：１０００のアンモニア水でもｐＨは約１０であり、スクラブブラシおよびその表面の異物のゼータ電位の制御に十分な効果が得られることが判る。

以上、この発明のいくつかの実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の第２の実施形態および第３の実施形態の変形例では、アルカリ性液体貯留部に対しては、基板処理装置の運転期間中、常時、アルカリ性液体のスローリークを行うこととしているが、所定時間以上の待機期間が生じた場合にのみアルカリ性液体貯留部へのアルカリ性液体の供給を行うこととしてもよい。

また、前述の実施形態では、アルカリ性液体からの揮発によってアルカリ性気体を生成させているが、スクラブブラシ３に対する気体の形態でのアルカリ性物質の供給は、アルカリ性ガス供給源（ガスタンク等）からのアルカリ性ガスを待機位置のスクラブブラシ３に供給するようにしてもよい。
また、アンモニア水のように十分な揮発性を有するアルカリ性液体を用いる場合は問題がないが、揮発性が不十分なアルカリ性液体を用いる場合には、たとえば、待機ポット５に、アルカリ性液体貯留部のアルカリ性液体を加熱する加熱機構（ヒータ等）を設け、アルカリ性液体の気化を促進させるようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、アルカリ性液体ポート４０から導入されるアルカリ性液体として、アンモニア水が用いられているが、これに限らず、ＮＨ₄＋、ＲＮＨ₃＋、Ｒ₂ＮＨ₂＋、Ｒ₃ＮＨ＋、Ｒ₄Ｎ＋ のイオンを少なくとも１つ含む水溶液であってもよい。
また、前述の実施形態では、処理液ノズル２からウエハＷに供給されるアルカリ性処理液として、アンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液が用いられているが、これに限らず、ＮＨ₄＋、ＲＮＨ₃＋、Ｒ₂ＮＨ₂＋、Ｒ₃ＮＨ＋、Ｒ₄Ｎ＋ のイオンを少なくとも１つ含む水溶液であってもよい。

さらに、前述の実施形態では、待機ポット５内におけるスクラブブラシ３の表面へのアルカリ性流体の供給は、スクラブブラシ３の外部から行っているが、たとえば、スクラブブラシ３にアルカリ性液体ノズルを刺し入れておき、その吐出口をスクラブブラシ３の内部に配置して、スクラブブラシ３の内部からアルカリ性液体を染み出させる構成とすることもできる。この構成は、スクラブ洗浄処理中においてウエハＷ上にアルカリ性処理液を供給する処理液供給機構としても兼用可能である。この場合、スクラブ洗浄処理時および待機時において、スクラブブラシ３に対するアルカリ性液体の供給態様が等しくなるため、スクラブブラシ３の表面の状態を終始ほぼ一定に保持することができる。

また、上記の実施形態では、ウエハＷを保持して回転させながらスクラブブラシ３でスクラブする基板処理装置を例にとったが、ウエハを非回転状態で保持しつつ、スクラブブラシ（たとえば、ロール状のもの）でスクラブする構成の基板処理装置に対しても、この発明を適用することができる。
さらに、上記の実施形態では、半導体ウエハの処理を行う装置を例にとったが、この発明は、液晶表示装置用ガラス基板等の他の種類の基板の処理のための装置にも同様に適用することができる。

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設計変更を施すことが可能である。

この発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の基本的な構成を説明するための図解的な斜視図である。 待機ポットの構成例を示す図解的な断面図である。 この発明の第２の実施形態における待機ポットの構成を示す図解的な断面図である。 この発明の第３の実施形態における待機ポットの構成を示す図解的な断面図である。 半導体プロセスにおいて存在し得る種々の物質について、ｐＨとゼータ電位との関係を調べた結果を示す図である。 アルカリ性液体の一例としてのアンモニア水の濃度とそのｐＨとの関係を示す図である。

符号の説明

１ スピンチャック（基板保持回転機構）
２ 処理液ノズル
３ スクラブブラシ
４ ブラシ移動機構
５ 待機ポット
６ 回転ベース
７ 回転軸
８ チャック回転駆動機構
９ チャックピン
１１ 薬液バルブ
１２ 純水バルブ
１５ 揺動アーム
１６ 支持軸
１７ 揺動駆動機構
１８ 昇降駆動機構
２０ ブラシ回転駆動機構
２２ アルカリ性液体供給管
２４ アルカリ性液体バルブ
２５ 排液管
３０ 制御装置
３１ ポット本体
３２ 底面部
３３ ブラシ入口
３４ スクラブブラシ収容空間
３７ 側壁
４０ アルカリ性液体ポート
４０ａ 液吐出口
４１ アルカリ性液膜
４３ 排液ポート
４４ 堰部材
４５ アルカリ性液体貯留部
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (6)

1. 基板を保持する基板保持機構と、
   この基板保持機構に保持された基板の表面をスクラブして基板表面の異物を除去するためのスクラブブラシと、
   前記スクラブブラシで基板をスクラブしているときに、当該基板の表面にアルカリ性処理液を供給する処理液供給機構と、
   前記スクラブブラシで基板をスクラブしていない待機時において、前記スクラブブラシの表面にアルカリ性流体を供給するアルカリ性流体供給機構とを含むことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記処理液供給機構およびアルカリ性流体供給機構は、同種のアルカリ性物質の液体および流体をそれぞれ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。
3. 前記処理液供給機構は、基板をスクラブしているときの前記スクラブブラシの表面のｐＨが９以上に維持されるアルカリ性処理液を供給するものであり、
   前記アルカリ性流体供給機構は、前記待機時における前記スクラブブラシの表面のｐＨが９以上に維持されるアルカリ性流体を供給するものであることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
4. 前記アルカリ性流体供給機構は、前記待機時における前記スクラブブラシの表面のｐＨが、基板をスクラブしているときの前記スクラブブラシの表面のｐＨよりも低い値となるアルカリ性流体を供給するものである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。
5. 前記基板表面をスクラブする処理位置と、この処理位置から退避した待機位置との間で、前記スクラブブラシを移動させるブラシ移動機構をさらに含み、
   前記アルカリ性流体供給機構は、前記待機位置にある前記スクラブブラシにアルカリ性流体を供給するもの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。
6. 基板の表面をスクラブブラシでスクラブし、前記基板表面の異物を除去するスクラブ工程と、
   前記スクラブ工程と並行して前記基板の表面にアルカリ性処理液を供給する処理液供給工程と、
   前記スクラブブラシで基板をスクラブしていない待機時において、前記スクラブブラシの表面にアルカリ性流体を供給し、前記スクラブブラシおよびこのスクラブブラシに付着した異物のゼータ電位を負に維持するアルカリ性流体供給工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。

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