JP2012019156A

JP2012019156A - 基板洗浄装置および基板洗浄方法

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Publication number: JP2012019156A
Application number: JP2010157105A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sekiguchi; 口賢治関
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: JP5528927B2

Abstract

【課題】基板に供給される液体の力が小さい場合であっても基板の表面に付着したパーティクル等を十分に除去することができ、基板のデバイスパターンの破壊を抑制しつつ基板に対する洗浄性能を向上させることができる基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供する。
【解決手段】基板洗浄装置１は、保持部１２により保持された基板Ｗの表面に洗浄液の液膜を形成するための洗浄液供給部２０と、洗浄液供給部２０により基板Ｗの表面に形成された洗浄液の液膜内において、温度の異なる部分を発生させることにより当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせる対流発生機構４０と、洗浄液の液膜に対して物理力を与える液体を供給する液体供給部３０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の洗浄を行う基板洗浄装置および基板洗浄方法に関し、とりわけ、基板のデバイスパターンの破壊を抑制しつつ基板に対する洗浄性能を向上させることができる基板洗浄装置および基板洗浄方法に関する。

半導体デバイスの製造工程において、半導体ウエハ（以下、単にウエハともいう。）にパーティクルが付着したまま様々な処理を行うと、正常な処理を行うことができず、歩留まりが悪くなる。このため、ウエハの洗浄処理を行う必要がある。

ウエハの洗浄処理方法として、例えばウエハをスピンチャック上で回転させながらその表面に純水や薬液からなる洗浄液を供給することによりウエハの表面に洗浄液の液膜を形成し、液膜が表面に形成されたウエハに対して更に二流体ノズルにより洗浄液の液滴を噴射することによりウエハの表面に付着したパーティクルを除去し、最後にウエハを高速回転させることにより乾燥させるような方法が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００３−２０９０８７号公報

ところで、上述のようなウエハの洗浄処理方法において、図６に示すように、ウエハＷの表面に形成される洗浄液の液膜Ｃに境界層Ｂが形成される。ここで、境界層Ｂとは、ウエハＷ上の洗浄液の液膜ＣにおけるウエハＷの表面と接する部分に発生する、液の流れができない部分のことをいう。このように、境界層Ｂにおいて液の流れができない状態では、ウエハＷに付着したパーティクルＰをウエハＷの表面から動かして除去するためには、二流体ノズルによりウエハＷに対して噴射される洗浄液の液滴Ｄの大きさを大きくしたり、液滴Ｄの速度を大きくしたりして、洗浄液の液滴ＤがウエハＷの表面におよぼす物理力を大きくしなければならない。しかしながら、二流体ノズルによりウエハＷに対して噴射される洗浄液の液滴ＤがこのウエハＷの表面におよぼす物理力が大きくなると、ウエハＷのデバイスパターンＷ１が微細化された場合には、このパターンＷ１を破壊してしまうおそれがある。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、基板の表面に形成された洗浄液の液膜内の境界層と境界層より上方の領域との間に対流を生じさせることにより境界層が解消され、基板の表面に付着したパーティクル等が基板の表面から離れやすくすることにより、基板に供給される液体の物理力が小さい場合であっても基板の表面に付着したパーティクル等を十分に除去することができ、基板のデバイスパターンの破壊を抑制しつつ基板に対する洗浄性能を向上させることができる基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明の基板洗浄装置は、基板を保持する保持部と、前記保持部により保持された基板の表面に洗浄液を供給し、この基板の表面に洗浄液の液膜を形成するための洗浄液供給部と、前記洗浄液供給部により基板の表面に形成された洗浄液の液膜内において、温度の異なる部分を発生させることにより当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせる対流発生機構と、前記洗浄液の液膜に対して物理力を与える液体を供給する液体供給部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の基板洗浄装置においては、前記対流発生機構は、前記保持部により保持された基板上の洗浄液の液膜の表面に対して、前記洗浄液供給部により基板の表面に形成される洗浄液の液膜とは異なる温度の液体または気体を供給する温度調整ノズルであってもよい。

この場合、前記温度調整ノズルにより基板上の洗浄液の液膜の表面に供給される液体または気体の温度は、前記洗浄液供給部により基板の表面に形成される洗浄液の液膜の温度よりも高くなっていてもよい。

あるいは、前記温度調整ノズルにより基板上の洗浄液の液膜の表面に供給される液体または気体の温度は、前記洗浄液供給部により基板の表面に形成される洗浄液の液膜の温度よりも低くなっていてもよい。

本発明の基板洗浄装置においては、前記対流発生機構は、前記洗浄液供給部により基板の表面に形成された洗浄液の液膜を加熱して当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせる加熱機構であってもよい。

あるいは、前記対流発生機構は、前記洗浄液供給部により基板の表面に形成された洗浄液の液膜を冷却して当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせる冷却機構であってもよい。

本発明の基板洗浄装置においては、前記液体供給部は、洗浄液とガスとを混合して洗浄液の液滴を生成し、前記洗浄液の液膜に対して洗浄液の液滴を噴射する二流体ノズルであってもよい。

この場合、前記対流発生機構は、前記二流体ノズルから噴射される洗浄液の液滴が、基板の表面に形成された洗浄液の液膜と異なる温度になるように、前記二流体ノズルに供給される洗浄液の温度を調整する洗浄液温調部であってもよい。

あるいは、前記対流発生機構は、前記二流体ノズルから噴射される洗浄液の液滴が、基板の表面に形成された洗浄液の液膜と異なる温度になるように、前記二流体ノズルに供給されるガスの温度を調整するガス温調部であってもよい。

本発明の基板洗浄方法は、保持部により基板を保持する工程と、前記保持部により保持された基板の表面に洗浄液の液膜を形成する工程と、基板の表面に形成された洗浄液の液膜内において温度の異なる部分を発生させることにより当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせる工程と、前記洗浄液の液膜に対して物理力を与える液体を供給する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の基板洗浄方法においては、洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、基板の表面に形成された洗浄液の液膜の表面に対して、基板の表面に形成された洗浄液の液膜とは異なる温度の液体または気体を供給してもよい。

この場合、洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、基板の表面に形成された洗浄液の液膜の表面に供給される液体または気体の温度は、基板の表面に形成された洗浄液の液膜の温度よりも高くなっていてもよい。

あるいは、洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、基板の表面に形成された洗浄液の液膜の表面に供給される液体または気体の温度は、基板の表面に形成された洗浄液の液膜の温度よりも低くなっていてもよい。

本発明の基板洗浄方法においては、洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、基板の表面に形成された洗浄液の液膜を加熱機構により加熱してもよい。

あるいは、洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、基板の表面に形成された洗浄液の液膜を冷却機構により冷却してもよい。

本発明の基板洗浄方法においては、洗浄液の液膜に対して物理力を与える液体を供給する際に、二流体ノズルにおいて洗浄液とガスとを混合して洗浄液の液滴を生成し、前記洗浄液の液膜に対して前記二流体ノズルから洗浄液の液滴を噴射するようになっていてもよい。

この場合、洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、前記二流体ノズルから噴射される洗浄液の液滴が、基板の表面に形成された洗浄液の液膜と異なる温度になるように、前記二流体ノズルに供給される洗浄液の温度を調整してもよい。

あるいは、洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、前記二流体ノズルから噴射される洗浄液の液滴が、基板の表面に形成された洗浄液の液膜と異なる温度になるように、前記二流体ノズルに供給されるガスの温度を調整してもよい。

本発明の基板洗浄装置および基板洗浄方法によれば、基板に供給される液体の物理力が小さい場合であっても基板の表面に付着したパーティクル等を十分に除去することができ、基板のデバイスパターンの破壊を抑制しつつ基板に対する洗浄性能を向上させることができる。

本発明の一の実施の形態における基板洗浄装置の構成を示す概略構成図である。図１に示す基板洗浄装置における二流体ノズルの構成の詳細を示す縦断面図である。洗浄液の液滴がウエハに噴射されるときの状態を拡大して示す図である。本発明における基板洗浄装置の他の構成を示す概略構成図である。本発明における基板洗浄装置の更に他の構成を示す概略構成図である。従来のウエハの洗浄処理方法における、洗浄液の液滴がウエハに噴射されるときの状態を拡大して示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一の実施の形態について説明する。図１乃至図３は、本発明による基板洗浄装置および基板洗浄方法の一の実施の形態を示す図である。このうち、図１は、本実施の形態における基板洗浄装置の構成を示す概略構成図であり、図２は、図１に示す基板洗浄装置における二流体ノズルの構成の詳細を示す縦断面図である。また、図３は、洗浄液の液滴がウエハに噴射されるときの状態を拡大して示す図である。

まず、基板洗浄装置１の全体的な構成について図１を用いて説明する。この基板洗浄装置１は、被処理基板としての半導体ウエハ（以下、単にウエハともいう）Ｗを洗浄するためのものである。

基板洗浄装置１は、チャンバー１０と、このチャンバー１０内に設置された、ウエハＷを保持するためのスピンチャック１２と、を備えている。また、チャンバー１０内には、スピンチャック１２により保持されるウエハＷを覆うよう外筒１６が設けられている。以下、このような基板洗浄装置１の各構成要素の詳細について説明する。

スピンチャック１２は、ウエハＷをほぼ水平に保持しながら回転させるものであり、具体的には、鉛直方向に延びるよう配置された回転軸部と、この回転軸部の上端に取り付けられた円板状のスピンベースとを有している。スピンチャック１２によりウエハＷを保持する際に、当該ウエハＷはスピンベースの上面に載置されるようになっている。回転軸部にはモータ等のスピンチャック駆動機構（図示せず）が取り付けられており、このスピンチャック駆動機構は回転軸部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。このことにより、スピンチャック１２に保持されたウエハＷを水平面上で回転させることができるようになっている。また、スピンチャック１２はスピンチャック昇降機構（図示せず）により鉛直方向にも往復移動することができるようになっている。このことにより、ウエハＷをチャンバー１０内に搬入してスピンチャック１２に保持させるときや、スピンチャック１２上にあるウエハＷをチャンバー１０の外部に搬出するときには、スピンチャック１２の上端を外筒１６の上端よりも高くすることができる。一方、スピンチャック１２に保持されたウエハＷに対してリンスノズル２０（後述）や二流体ノズル３０（後述）から洗浄液を供給するときには、スピンチャック１２に保持されたウエハＷの側方に外筒１６の側壁が位置するようにすることができる。このようなスピンチャック１２により、ウエハＷを保持して回転させる保持部が構成されている。

チャンバー１０内において、スピンチャック１２の側方を取り囲むように略円筒状の外筒１６が設けられている。外筒１６の中心軸はスピンチャック１２の回転軸部の中心軸と略一致しており、この外筒１６は、下端に底板が設けられているとともに上端は開口している。

外筒１６の底板には洗浄液排出管５０の一端が接続されている。ここで、ウエハＷに対する洗浄等に用いられ外筒１６の底板に送られた洗浄液は洗浄液排出管５０を介して排出される。

チャンバー１０内においてスピンチャック１２により保持されたときのウエハＷの上方の位置に、リンスノズル２０、二流体ノズル３０および温度調整ノズル４０がそれぞれ下向きに設けられている。リンスノズル２０は、スピンチャック１２により保持されたウエハＷの表面に洗浄液を供給し、このウエハＷの表面に洗浄液の液膜を形成するようになっている。また、二流体ノズル３０は、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜の表面に洗浄液の液滴を噴射し、ウエハＷの表面に付着したパーティクル等を除去するようになっている。また、温度調整ノズル４０は、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜の表面に対して、この洗浄液の液膜よりも高い温度の洗浄液を供給するようになっている。以下、各ノズル２０、３０、４０の構成の詳細について説明する。

図１および図２に示すように、リンスノズル２０は、ウエハＷの洗浄処理を行う際に、スピンチャック１２により保持されたウエハＷの中心部から上方に離間した位置に配置されるようになっている。より詳細には、図１に示すように、リンスノズル２０は、アーム２６を介して回転軸部２８に連結されている。回転軸部２８には、当該回転軸部２８を正逆両方向に回転させるアーム駆動機構（図示せず）が設けられている。このアーム駆動機構が、回転軸部２８を中心としてアーム２６を水平方向に回転させることにより、リンスノズル２０を、ウエハＷの中心部の上方の位置からウエハＷの周縁部の外方の位置までの範囲内で水平面に沿って往復移動させるようになっている。このことにより、ウエハＷに対して洗浄処理を行う際には、リンスノズル２０をウエハＷの中心部の上方の位置に配置させ、一方、チャンバー１０の外部からスピンチャック１２にウエハＷを載置したり、スピンチャック１２からウエハＷを取り外してチャンバー１０の外部に搬送したりする際には、リンスノズル２０をウエハＷの周縁部の外方の位置まで移動させることとなる。また、アーム駆動機構は、回転軸部２８を鉛直方向に往復移動させることができるようになっている。このことにより、リンスノズル２０の先端と、スピンチャック１２に保持されるウエハＷとの間隔を調整することができるようになっている。

図１に示すように、リンスノズル２０には洗浄液供給管２４が接続されており、この洗浄液供給管２４によりリンスノズル２０に対して洗浄液が供給されるようになっている。洗浄液供給管２４の上流側端部には洗浄液タンク２２が設けられており、この洗浄液タンク２２には純水や薬液からなる洗浄液が貯留されている。そして、ポンプ等の図示しない圧送手段により、洗浄液タンク２２から洗浄液が洗浄液供給管２４に送られるようになっている。洗浄液供給管２４には、開度調整が可能なバルブ２４ａが介設されている。

上述のように、リンスノズル２０は、スピンチャック１２により保持されたウエハＷの表面に洗浄液を供給し、このウエハＷの表面に洗浄液の液膜を形成するための洗浄液供給部を構成するようになっている。

図１に示すように、二流体ノズル３０および温度調整ノズル４０はそれぞれアーム４８に取り付けられている。二流体ノズル３０および温度調整ノズル４０が取り付けられたアーム４８は回転軸部４６に連結されている。回転軸部４６には、当該回転軸部４６を正逆両方向に回転させるアーム駆動機構（図示せず）が設けられている。このアーム駆動機構が、回転軸部４６を中心としてアーム４８を水平方向に回転させることにより、二流体ノズル３０および温度調整ノズル４０を、ウエハＷの中心部近傍の上方の位置からウエハＷの周縁部の外方の位置までの範囲内で水平面に沿って往復移動させるようになっている。また、アーム駆動機構は、回転軸部４６を鉛直方向に往復移動させることもできるようになっている。

なお、図１に示す基板洗浄装置１の態様では、二流体ノズル３０および温度調整ノズル４０が共通のアーム４８に取り付けられた例について説明したが、二流体ノズル３０および温度調整ノズル４０がそれぞれ別のアームに取り付けられるようになっていてもよい。この場合には、二流体ノズル３０および温度調整ノズル４０を互いに独立して移動させることができるようになる。

図１に示すように、二流体ノズル３０には洗浄液供給管３４が接続されており、この洗浄液供給管３４により二流体ノズル３０に対して洗浄液が供給されるようになっている。洗浄液供給管３４の上流側端部には洗浄液タンク３２が設けられており、この洗浄液タンク３２には純水や薬液からなる洗浄液が貯留されている。そして、ポンプ等の図示しない圧送手段により、洗浄液タンク３２から洗浄液が洗浄液供給管３４に送られるようになっている。洗浄液供給管３４には、開度調整が可能なバルブ３４ａが介設されている。また、洗浄液供給管３４には、この洗浄液供給管３４を通る洗浄液の温度を調整する洗浄液温調部３４ｂが設けられている。このような洗浄液温調部３４ｂにより、二流体ノズル３０に送られる洗浄液の温度を調整することができ、このことにより二流体ノズル３０から噴射される洗浄液の液滴の温度を調整することができる。

また、二流体ノズル３０には窒素ガス供給管３６が接続されており、この窒素ガス供給管３６により二流体ノズル３０に対して液滴生成用ガスとしての窒素ガスが供給されるようになっている。なお、液滴生成用ガスとして、窒素ガスの代わりにクリーンエアを用いてもよい。窒素ガス供給管３６の上流側端部には窒素ガス供給機構３８が設けられており、この窒素ガス供給機構３８は高圧の窒素ガスを窒素ガス供給管３６に供給することができるようになっている。また、窒素ガス供給管３６にはバルブ３６ａが介設されている。このバルブ３６ａの開度を変え、二流体ノズル３０に送ら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３０において生成される洗浄液の液滴の粒子径を変化させることができるようになっている。また、窒素ガス供給管３６には、この窒素ガス供給管３６を通る窒素ガスの温度を調整するガス温調部３６ｂが設けられている。このようなガス温調部３６ｂにより、二流体ノズル３０に送られる窒素ガスの温度を調整することができ、このことにより二流体ノズル３０から噴射される洗浄液の液滴の温度を調整することができる。

二流体ノズル３０の構成について、図２を参照して具体的に説明する。図２は、二流体ノズル３０の縦断面図である。二流体ノズルとは、一般的にガスと液体とを混合させることにより微小な液滴を生成し、この微小な液滴を噴射する方式のノズルのことをいう。図２において、二点鎖線３１で示される領域は、二流体ノズル３０から噴射される洗浄液の液滴の噴射範囲を示している。前述のように、二流体ノズル３０には、洗浄液供給管３４を介して純水や薬液からなる洗浄液が供給されるとともに、窒素ガス供給管３６から窒素ガスが供給されるようになっている。

二流体ノズル３０の構成についてより詳細に説明すると、この二流体ノズル３０は例えばフッ素樹脂から形成された略円柱状のノズル本体３０ａを有しており、このノズル本体３０ａの内部には、洗浄液供給管３４に連通するような洗浄液流路３０ｂと、窒素ガス供給管３６に連通するような窒素ガス流路３０ｃとがそれぞれ設けられている。そして、ノズル本体３０ａの下端部において、洗浄液流路３０ｂおよび窒素ガス流路３０ｃが合流するようになっており、この合流箇所３０ｄにおいて、洗浄液流路３０ｂから送られた洗浄液と、窒素ガス流路３０ｃから送られた窒素ガスとが衝突して混合し、このことにより当該合流箇所３０ｄにおいて洗浄液の液滴が形成され、ウエハＷに対してノズル本体３０ａの下端部からこの洗浄液の液滴が下方に噴射されるようになっている。

また、図１に示すように、温度調整ノズル４０には洗浄液供給管４４が接続されており、この洗浄液供給管４４により温度調整ノズル４０に対して洗浄液が供給されるようになっている。洗浄液供給管４４の上流側端部には洗浄液タンク４２が設けられており、この洗浄液タンク４２には高温の洗浄液が貯留されている。より詳細には、洗浄液タンク４２に貯留される洗浄液の温度は、洗浄液タンク２２に貯留される洗浄液の温度よりも高くなっている。そして、ポンプ等の図示しない圧送手段により、洗浄液タンク４２から高温の洗浄液が洗浄液供給管４４に送られ、この洗浄液供給管４４から温度調整ノズル４０に高温の洗浄液が送られるようになっている。また、洗浄液供給管４４には、開度調整が可能なバルブ４４ａが介設されている。このようにして、温度調整ノズル４０は、スピンチャック１２により保持されたウエハＷ上の洗浄液の液膜の表面に対して、リンスノズル２０によりウエハＷの表面に形成される洗浄液の液膜よりも高温の洗浄液を供給するようになる。

なお、洗浄液タンク４２に高温の洗浄液が貯留される代わりに、洗浄液タンク４２には、洗浄液タンク２２に貯留される洗浄液と略同一の温度の洗浄液が貯留され、洗浄液供給管４４にヒータ等の加熱機構（図示せず）が設けられるようになっていてもよい。この場合でも、洗浄液供給管４４を洗浄液が通過する際に、この洗浄液供給管４４に設けられた加熱機構により洗浄液が加熱させられるので、温度調整ノズル４０に高温の洗浄液が送られるようになる。このことにより、温度調整ノズル４０は、スピンチャック１２により保持されたウエハＷ上の洗浄液の液膜の表面に対して、リンスノズル２０によりウエハＷの表面に形成される洗浄液の液膜よりも高温の洗浄液を供給するようになる。

次に、このような構成からなる基板洗浄装置１の動作について説明する。

まず、スピンチャック昇降機構によりスピンチャック１２を上方に移動させた状態においてウエハＷをチャンバー１０内に搬入し、このスピンチャック１２にウエハＷを保持させる。そして、スピンチャック１２を降下させ、このスピンチャック１２の側方に外筒１６の側壁が位置するようにする。

次に、チャンバー１０内においてスピンチャック１２に保持されて回転するウエハＷの表面にリンスノズル２０により洗浄液を供給し、このウエハＷの表面に洗浄液の液膜を形成する。

スピンチャック１２に保持されて回転するウエハＷの表面に洗浄液の液膜が形成された後、このウエハＷ上の洗浄液の液膜の表面に対して二流体ノズル３０により洗浄液の液滴を噴射するとともに、温度調整ノズル４０により高温の洗浄液を供給する。ここで、ウエハＷ上の洗浄液の液膜の表面に対して、この洗浄液の液膜よりも温度が高い洗浄液が温度調整ノズル４０により供給されるので、洗浄液の液膜において温度の異なる部分（具体的には、温度が高い部分）が発生し、洗浄液の液膜内に対流が生じることとなる。このことについて図３を用いて詳述する。図３は、二流体ノズル３０により洗浄液の液滴ＤがウエハＷ上の洗浄液の液膜Ｃの表面に噴射されるときの状態を拡大して示す図である。

図３に示すように、ウエハＷ上の洗浄液の液膜Ｃの表面に対して、この洗浄液の液膜Ｃよりも温度が高い洗浄液が温度調整ノズル４０により供給されることにより、洗浄液の液膜Ｃにおいて温度の異なる部分（具体的には、温度が高い部分）が発生し、図３における洗浄液の液膜Ｃ内の矢印に示すように対流が生じることとなる。そして、洗浄液の液膜Ｃ内の境界層と境界層より上方の領域との間に対流が生じると、この境界層内にも液の流れが引き起こされ、図６に示すような境界層Ｂが解消される。このようにして、本実施の形態においては、温度調整ノズル４０は、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜Ｃ内において温度の異なる部分を発生させることにより当該洗浄液の液膜Ｃ内に対流を生じさせる対流発生機構を構成するようになる。

そして、図６に示すような境界層Ｂが解消された状態で、ウエハＷ上の洗浄液の液膜Ｃの表面に対して二流体ノズル３０により洗浄液の液滴Ｄが噴射されることにより、このウエハＷに付着したパーティクルＰが除去される。ここで、二流体ノズル３０からウエハＷ上の洗浄液の液膜Ｃの表面に対して噴射される洗浄液の液滴Ｄの物理力は、ウエハＷのデバイスパターンＷ１（以下、パターンＷ１ともいう）を破壊しないような大きさに設定されている。なお、実際には、ウエハＷ上の洗浄液の液膜Ｃの表面に対して二流体ノズル３０により洗浄液の液滴Ｄが噴射されるタイミングは、ウエハＷ上の洗浄液の液膜Ｃの表面に対して温度調整ノズル４０により高温の洗浄液が供給されてこの洗浄液の液膜Ｃ内で対流が発生するタイミングと同時であってもよい。

その後、リンスノズル２０、二流体ノズル３０および温度調整ノズル４０をウエハＷの周縁部よりも外方に移動させ、スピンチャック駆動機構がスピンチャック１２を高速回転させる。このことにより、スピンチャック１２に保持されたウエハＷも高速回転させられ、ウエハＷの乾燥が行われる。このようにして、基板洗浄装置１による一連のウエハＷの洗浄処理の動作が終了する。

以上のように本実施の形態の基板洗浄装置１によれば、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜内において温度の異なる部分（具体的には、温度が高い部分）を発生させることにより当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせる温度調整ノズル４０が設けられている。具体的には、温度調整ノズル４０は、スピンチャック１２により保持されたウエハＷ上の洗浄液の液膜の表面に対して、ウエハＷの表面に形成される洗浄液の液膜とは異なる温度の洗浄液（具体的には、洗浄液の液膜よりも温度が高い洗浄液）を供給するようになっている。このように、温度調整ノズル４０により、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜内の境界層と境界層より上方の領域との間に対流を生じさせ、境界層内にも液の流れを引き起こすことで、境界層を解消することができる。このとき、パーティクルが存在するウエハＷの表面上にも液の流れが発生するので、ウエハＷ上からパーティクルを引き離す力が生じる。このため、ウエハＷのパターンが破壊されることを抑制するために二流体ノズル３０によりウエハＷに噴射される洗浄液の液滴の速度を小さくしたり、洗浄液の液滴の大きさを小さくしたりして、洗浄液の液滴がウエハＷの表面におよぼす物理力を弱くしても、ウエハＷ上に存在するパーティクルをウエハＷの表面から引き離すことができる。このように、本実施の形態の基板洗浄装置１によれば、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜内に対流を生じさせ、境界層内にも液の流れを引き起こすことにより、ウエハＷの表面上にも液の流れが発生し、ウエハＷの表面に付着したパーティクル等を十分に除去することができ、ウエハＷのパターンの破壊を抑制するとともにウエハＷに対する洗浄性能を向上させることができる。

また、本実施の形態の基板洗浄方法によれば、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜内において温度の異なる部分（具体的には、温度が高い部分）を発生させることにより当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせ、対流が生じた洗浄液の液膜に対して二流体ノズル３０から洗浄液の液滴を噴射するようになっている。このような基板洗浄方法によれば、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜内の境界層と境界層より上方の領域との間に対流を生じさせ、境界層内にも液の流れを引き起こすことで、境界層を解消することができる。このとき、パーティクルが存在するウエハＷの表面上にも液の流れが発生するので、ウエハＷ上からパーティクルを引き離す力が生じる。このため、ウエハＷのパターンが破壊されることを抑制するためにウエハＷに噴射される洗浄液の液滴の速度を小さくしたり、洗浄液の液滴の大きさを小さくしたりして、洗浄液の液滴がウエハＷの表面におよぼす物理力を弱くしても、ウエハＷ上に存在するパーティクルをウエハＷの表面から引き離すことができる。このように、本実施の形態の基板洗浄方法によれば、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜内に対流を生じさせ、境界層内にも液の流れを引き起こすことにより、ウエハＷの表面上にも液の流れが発生し、ウエハＷの表面に付着したパーティクル等を十分に除去することができ、ウエハＷのパターンの破壊を抑制するとともにウエハＷに対する洗浄性能を向上させることができる。

本実施の形態の基板洗浄装置１や基板洗浄方法においては、ウエハＷ上の洗浄液の液膜内に異なる温度の層を形成するようになっているが、ウエハＷ上の洗浄液の液膜の下側（ウエハＷの表面との接触部）の温度が高い方がより好ましい。すなわち、洗浄液の液膜内に発生する対流は、温度の高い方から低い方へ動くため、ウエハＷ上の洗浄液の液膜の下側の温度が高い場合には、下から上へ移動する対流が発生し、ウエハＷ上のパーティクルを動かす力として、このような対流はより効果的になる。

なお、本発明による基板洗浄装置および基板洗浄方法は、上記の態様に限定されるものではなく、様々の変更を加えることができる。

例えば、ウエハＷ上の洗浄液の液膜の表面に対して、温度調整ノズル４０により、この洗浄液の液膜とは異なる温度の洗浄液を供給する代わりに、二流体ノズル３０によりこの洗浄液の液膜内に対流を生じさせるようになっていてもよい。より具体的には、リンスノズル２０によりウエハＷの表面に形成される洗浄液の液膜とは異なる温度の洗浄液の液滴が二流体ノズル３０によりウエハＷ上の洗浄液の液膜に噴射されることによって、この洗浄液の液膜内で対流が生じるようになる。この場合、洗浄液供給管３４に設けられた洗浄液温調部３４ｂにより、二流体ノズル３０に供給される洗浄液の温度を調整することにより、あるいは、窒素ガス供給管３６に設けられたガス温調部３６ｂにより、二流体ノズル３０に供給される窒素ガスの温度を調整することにより、二流体ノズル３０から噴射される洗浄液の液滴の温度を、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜の温度と異なるようにする。この変形例においては、洗浄液供給管３４に設けられる洗浄液温調部３４ｂや、窒素ガス供給管３６に設けられたガス温調部３６ｂにより、ウエハＷ上の洗浄液の液膜内に対流を生じさせる対流発生機構が構成されるようになる。

ウエハＷ上の洗浄液の液膜とは異なる温度の洗浄液の液滴を二流体ノズル３０によりウエハＷ上の洗浄液の液膜に噴射することによって、この洗浄液の液膜内で対流を生じさせる場合には、ウエハＷ上の洗浄液の液膜における二流体ノズル３０から洗浄液の液滴が噴射された箇所で対流が発生するとともに、この噴射された洗浄液の液滴によって異なる温度になった液がウエハＷの回転にともなってウエハＷの周縁部へ流れることにより、ウエハＷ上の洗浄液の液膜全体に異なる温度の部分が広がり、この洗浄液の液膜内の境界層との対流が発生するようになる。そして、対流が生じて境界層が解消された洗浄液の液膜に、この二流体ノズル３０により物理力を与える液体（洗浄液の液滴）が供給されることにより、ウエハＷからパーティクル等が除去されるようになる。

また、他の変形例としては、温度調整ノズル４０は、スピンチャック１２により保持されたウエハＷ上の洗浄液の液膜の表面に対して、洗浄液以外の液体を供給するようになっていてもよい。また、温度調整ノズル４０は、スピンチャック１２により保持されたウエハＷ上の洗浄液の液膜の表面に対して、高温の液体を供給する代わりに、高温の気体（具体的には、例えば高温の窒素ガス等）を供給するようになっていてもよい。この場合でも、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜内に対流を生じさせることができるので、境界層内にも液の流れを引き起こすことで、境界層を解消することができる。このとき、パーティクルが存在するウエハＷの表面上にも液の流れが発生するので、ウエハＷ上からパーティクルを引き離す力が生じる。

また、本発明による基板洗浄装置および基板洗浄方法においては、温度調整ノズル４０は、スピンチャック１２により保持されたウエハＷ上の洗浄液の液膜の表面に対して、このウエハＷ上の洗浄液の液膜よりも低い温度の液体または気体を供給するようになっていてもよい。この場合には、スピンチャック１２により保持されたウエハＷ上の洗浄液の液膜の表面に対して、このウエハＷ上の洗浄液の液膜よりも温度が低い液体や気体が供給されることにより、この洗浄液の液膜内において温度が低い部分が発生する。そして、この場合でも、洗浄液の液膜内において温度が高い部分が発生した場合と同様に、洗浄液の液膜内に対流が生じることとなる。このことにより、パーティクルが存在するウエハＷの表面上にも液の流れが発生するので、ウエハＷ上からパーティクルを引き離す力が生じる。

また、本発明による基板洗浄装置および基板洗浄方法においては、洗浄液の液膜に対流を生じさせる対流発生機構として、温度調整ノズル４０を用いる代わりに、ウエハＷ上の洗浄液の液膜を直接的に加熱する加熱機構やこの洗浄液の液膜を直接的に冷却する冷却機構を用いてもよい。以下、対流発生機構として、上述のような加熱機構や冷却機構が適用された場合の例について図４および図５を用いて説明する。

図４に示すような、本発明による他の構成の基板洗浄装置１ａにおいては、図１に示す基板洗浄装置１と比較して、温度調整ノズル４０、洗浄液タンク４２、洗浄液供給管４４等が設けられておらず、代わりに、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜を加熱する加熱機構６０が設けられている。なお、図４に示す基板洗浄装置１ａにおいては、図１に示す基板洗浄装置１と同じ構成要素については同じ参照符号を付してその説明を省略する。以下、このような基板洗浄装置１ａの構成について詳述する。

図４に示すような基板洗浄装置１ａにおいては、スピンチャック１２より保持されるウエハＷの上方に、加熱機構６０がわずかに離間して設けられている。この加熱機構６０は、リンスノズル２０によりウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜を加熱して当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせるようになっている。すなわち、スピンチャック１２に保持されて回転するウエハＷの表面に洗浄液の液膜が形成された後、このウエハＷ上の洗浄液の液膜に対して二流体ノズル３０により洗浄液の液滴を噴射するとともに、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜を加熱機構６０により加熱する。ここで、洗浄液の液膜が加熱されることにより、この洗浄液の液膜内において温度の異なる部分（具体的には、温度が高い部分）が発生し、洗浄液の液膜内に対流が生じることとなる。そして、洗浄液の液膜内の境界層と境界層より上方の領域との間に対流が生じると、この境界層内にも液の流れが引き起こされ、図６に示すような境界層Ｂが解消される。このように、図４に示すような基板洗浄装置１ａにおいては、加熱機構６０は、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜内において温度の異なる部分（具体的には、温度が高い部分）を発生させることにより当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせる対流発生機構を構成するようになる。

そして、図６に示すような境界層Ｂが解消された状態で、ウエハＷ上の洗浄液の液膜の表面に対して二流体ノズル３０により洗浄液の液滴が噴射されることにより、このウエハＷに付着したパーティクルが除去される。

以上のように、図４に示すような基板洗浄装置１ａによれば、対流発生機構として加熱機構６０が設けられているので、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜内の境界層と境界層より上方の領域との間に対流を生じさせ、境界層内にも液の流れを引き起こすことで、境界層を解消することができる。このとき、パーティクルが存在するウエハＷの表面上にも液の流れが発生するので、ウエハＷ上からパーティクルを引き離す力が生じる。このため、ウエハＷのパターンが破壊されることを抑制するために二流体ノズル３０によりウエハＷに噴射される洗浄液の液滴の速度を小さくしたり、洗浄液の液滴の大きさを小さくしたりして、洗浄液の液滴がウエハＷの表面におよぼす物理力を弱くしても、ウエハＷ上に存在するパーティクルをウエハＷの表面から引き離すことができる。このように、図４に示すような基板洗浄装置１ａによれば、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜内に対流を生じさせ、境界層内にも液の流れを引き起こすことにより、ウエハＷの表面上にも液の流れが発生し、ウエハＷの表面に付着したパーティクル等を十分に除去することができ、ウエハＷのパターンの破壊を抑制するとともにウエハＷに対する洗浄性能を向上させることができる。

なお、図４に示す基板洗浄装置１ａの構成では、加熱機構６０がスピンチャック１２とは別に設けられた例について説明したが、加熱機構６０がスピンチャック１２に内蔵されるようになっていてもよい。この場合でも、スピンチャック１２により保持されたウエハＷ上の洗浄液の液膜を加熱機構６０が加熱し、この洗浄液の液膜内に対流を生じさせることができるようになる。

また、図５に示すような、本発明による更に他の構成の基板洗浄装置１ｂにおいては、図１に示す基板洗浄装置１と比較して、温度調整ノズル４０、洗浄液タンク４２、洗浄液供給管４４等が設けられておらず、代わりに、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜を冷却する冷却機構７０が設けられている。なお、図５に示す基板洗浄装置１ｂにおいては、図１に示す基板洗浄装置１と同じ構成要素については同じ参照符号を付してその説明を省略する。以下、このような基板洗浄装置１ｂの構成について詳述する。

図５に示すような基板洗浄装置１ｂにおいては、スピンチャック１２より保持されるウエハＷの上方に、冷却機構７０がわずかに離間して設けられている。この冷却機構７０は、リンスノズル２０によりウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜を冷却して当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせるようになっている。すなわち、スピンチャック１２に保持されて回転するウエハＷの表面に洗浄液の液膜が形成された後、このウエハＷ上の洗浄液の液膜に対して二流体ノズル３０により洗浄液の液滴を噴射するとともに、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜を冷却機構７０により冷却する。ここで、洗浄液の液膜が冷却されることにより、この洗浄液の液膜内において温度の異なる部分（具体的には、温度が低い部分）が発生し、洗浄液の液膜内に対流が生じることとなる。そして、洗浄液の液膜内の境界層と境界層より上方の領域との間に対流が生じると、この境界層内にも液の流れが引き起こされ、図６に示すような境界層Ｂが解消される。このように、図５に示すような基板洗浄装置１ｂにおいては、冷却機構７０は、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜内において温度の異なる部分（具体的には、温度が低い部分）を発生させることにより当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせる対流発生機構を構成するようになる。

以上のように、図５に示すような基板洗浄装置１ｂによれば、対流発生機構として冷却機構７０が設けられているので、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜内の境界層と境界層より上方の領域との間に対流を生じさせ、境界層内にも液の流れを引き起こすことで、境界層を解消することができる。このとき、パーティクルが存在するウエハＷの表面上にも液の流れが発生するので、ウエハＷ上からパーティクルを引き離す力が生じる。このため、ウエハＷのパターンが破壊されることを抑制するために二流体ノズル３０によりウエハＷに噴射される洗浄液の液滴の速度を小さくしたり、洗浄液の液滴の大きさを小さくしたりして、洗浄液の液滴がウエハＷの表面におよぼす物理力を弱くしても、ウエハＷ上に存在するパーティクルをウエハＷの表面から引き離すことができる。このように、図５に示すような基板洗浄装置１ｂによれば、ウエハＷの表面に形成された洗浄液の液膜内に対流を生じさせ、境界層内にも液の流れを引き起こすことにより、ウエハＷの表面上にも液の流れが発生し、ウエハＷの表面に付着したパーティクル等を十分に除去することができ、ウエハＷのパターンの破壊を抑制するとともにウエハＷに対する洗浄性能を向上させることができる。

なお、図５に示す基板洗浄装置１ｂの構成では、冷却機構７０がスピンチャック１２とは別に設けられた例について説明したが、冷却機構７０がスピンチャック１２に内蔵されるようになっていてもよい。この場合でも、スピンチャック１２により保持されたウエハＷ上の洗浄液の液膜を冷却機構７０が冷却し、この洗浄液の液膜内に対流を生じさせることができるようになる。

また、本発明による基板洗浄装置および基板洗浄方法においては、ウエハＷ上の洗浄液の液膜に対して物理力を与える液体を供給する液体供給部として、二流体ノズル以外のものを用いることができる。具体的には、ウエハＷ上の洗浄液の液膜に対して物理力を与える液体を供給する液体供給部として、一流体スプレーや超音波ノズルを用いてもよい。このように、本発明による基板洗浄装置および基板洗浄方法においては、対流発生機構により対流が生じた洗浄液の液膜に対して物理力を与える液体を供給する液体供給部としては、スピンチャック１２により保持されたウエハＷと非接触のタイプのものであれば、二流体ノズルに限定されることはなく様々な種類のものを用いることができる。

１、１ａ、１ｂ基板洗浄装置
１０チャンバー
１２スピンチャック
１６外筒
２０リンスノズル
２２洗浄液タンク
２４洗浄液供給管
２４ａバルブ
２６アーム
２８回転軸部
３０二流体ノズル
３０ａノズル本体
３０ｂ洗浄液流路
３０ｃ窒素ガス流路
３０ｄ合流箇所
３１洗浄液の液滴の噴射範囲
３２洗浄液タンク
３４洗浄液供給管
３４ａバルブ
３４ｂ洗浄液温調部
３６窒素ガス供給管
３６ａバルブ
３６ｂガス温調部
３８窒素ガス供給機構
４０温度調整ノズル
４２洗浄液タンク
４４洗浄液供給管
４６回転軸部
４８アーム
５０洗浄液排出管
６０加熱機構
７０冷却機構
Ｗウエハ
Ｗ１デバイスパターン
Ｃ洗浄液の液膜
Ｄ洗浄液の液滴
Ｐパーティクル
Ｂ境界層

Claims

基板を保持する保持部と、
前記保持部により保持された基板の表面に洗浄液を供給し、この基板の表面に洗浄液の液膜を形成するための洗浄液供給部と、
前記洗浄液供給部により基板の表面に形成された洗浄液の液膜内において、温度の異なる部分を発生させることにより当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせる対流発生機構と、
前記洗浄液の液膜に対して物理力を与える液体を供給する液体供給部と、
を備えたことを特徴とする基板洗浄装置。
前記対流発生機構は、前記保持部により保持された基板上の洗浄液の液膜の表面に対して、前記洗浄液供給部により基板の表面に形成される洗浄液の液膜とは異なる温度の液体または気体を供給する温度調整ノズルであることを特徴とする請求項１記載の基板洗浄装置。
前記温度調整ノズルにより基板上の洗浄液の液膜の表面に供給される液体または気体の温度は、前記洗浄液供給部により基板の表面に形成される洗浄液の液膜の温度よりも高くなっていることを特徴とする請求項２記載の基板洗浄装置。
前記温度調整ノズルにより基板上の洗浄液の液膜の表面に供給される液体または気体の温度は、前記洗浄液供給部により基板の表面に形成される洗浄液の液膜の温度よりも低くなっていることを特徴とする請求項２記載の基板洗浄装置。
前記対流発生機構は、前記洗浄液供給部により基板の表面に形成された洗浄液の液膜を加熱して当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせる加熱機構であること特徴とする請求項１記載の基板洗浄装置。
前記対流発生機構は、前記洗浄液供給部により基板の表面に形成された洗浄液の液膜を冷却して当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせる冷却機構であること特徴とする請求項１記載の基板洗浄装置。
前記液体供給部は、洗浄液とガスとを混合して洗浄液の液滴を生成し、前記洗浄液の液膜に対して洗浄液の液滴を噴射する二流体ノズルであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
前記対流発生機構は、前記二流体ノズルから噴射される洗浄液の液滴が、基板の表面に形成された洗浄液の液膜と異なる温度になるように、前記二流体ノズルに供給される洗浄液の温度を調整する洗浄液温調部であることを特徴とする請求項７記載の基板洗浄装置。
前記対流発生機構は、前記二流体ノズルから噴射される洗浄液の液滴が、基板の表面に形成された洗浄液の液膜と異なる温度になるように、前記二流体ノズルに供給されるガスの温度を調整するガス温調部であることを特徴とする請求項７記載の基板洗浄装置。
保持部により基板を保持する工程と、
前記保持部により保持された基板の表面に洗浄液の液膜を形成する工程と、
基板の表面に形成された洗浄液の液膜内において温度の異なる部分を発生させることにより当該洗浄液の液膜内に対流を生じさせる工程と、
前記洗浄液の液膜に対して物理力を与える液体を供給する工程と、
を備えたことを特徴とする基板洗浄方法。
洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、基板の表面に形成された洗浄液の液膜の表面に対して、基板の表面に形成された洗浄液の液膜とは異なる温度の液体または気体を供給することを特徴とする請求項１０記載の基板洗浄方法。
洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、基板の表面に形成された洗浄液の液膜の表面に供給される液体または気体の温度は、基板の表面に形成された洗浄液の液膜の温度よりも高くなっていることを特徴とする請求項１１記載の基板洗浄方法。
洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、基板の表面に形成された洗浄液の液膜の表面に供給される液体または気体の温度は、基板の表面に形成された洗浄液の液膜の温度よりも低くなっていることを特徴とする請求項１１記載の基板洗浄方法。
洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、基板の表面に形成された洗浄液の液膜を加熱機構により加熱すること特徴とする請求項１０記載の基板洗浄方法。
洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、基板の表面に形成された洗浄液の液膜を冷却機構により冷却すること特徴とする請求項１０記載の基板洗浄方法。
洗浄液の液膜に対して物理力を与える液体を供給する際に、二流体ノズルにおいて洗浄液とガスとを混合して洗浄液の液滴を生成し、前記洗浄液の液膜に対して前記二流体ノズルから洗浄液の液滴を噴射することを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、前記二流体ノズルから噴射される洗浄液の液滴が、基板の表面に形成された洗浄液の液膜と異なる温度になるように、前記二流体ノズルに供給される洗浄液の温度を調整することを特徴とする請求項１６記載の基板洗浄方法。
洗浄液の液膜内に対流を生じさせる際に、前記二流体ノズルから噴射される洗浄液の液滴が、基板の表面に形成された洗浄液の液膜と異なる温度になるように、前記二流体ノズルに供給されるガスの温度を調整することを特徴とする請求項１６記載の基板洗浄方法。