JP2013115357A - 洗浄液供給装置、洗浄液供給方法、基板洗浄装置、および基板洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のような二流体ノズルや高圧ジェットを用いた場合、たとえば、パターン等が形成された基板を洗浄する場合、洗浄液の供給される力によって、基板上に形成されたパターンに損傷が生じる場合があり、一方、損傷を防止するために供給する力を抑制すれば、洗浄を十分に行えないという問題があった。
【解決手段】微細気泡を含む洗浄液を用いて基板の洗浄を行う。洗浄液を供給するノズルの先端を、基板上に形成された液膜の液面より低い位置に配置し、ノズルの先端部分付近（微細気泡発生領域）を洗浄液が通過する際に、洗浄液中に微細気泡が発生するように構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、洗浄液供給装置、洗浄液供給方法、基板洗浄装置、および基板洗浄方法に関する。

たとえば半導体ウェーハやガラス基板等の基板を洗浄する工程において、基板の洗浄に用いられる洗浄液中に微細な気泡を含ませ、パーティクル等の汚染物を微細な気泡に吸着させ、そして除去することによって基板を洗浄する技術が、従来より用いられている。このとき、洗浄液は、二流体ノズルや高圧ジェットによって基板に供給される。

特開２００８−９８４３９号公報

しかし、従来のような二流体ノズルや高圧ジェットを用いた場合、たとえば、パターン等が形成された基板を洗浄する場合、洗浄液の供給される力によって、基板上に形成されたパターンに損傷が生じる場合があり、一方、損傷を防止するために供給する力を抑制すれば、洗浄を十分に行えないという問題があった。

上記課題を達成するため、本発明の一実施形態の洗浄液供給装置は、気体を溶解した洗浄液を基板に供給するノズルと、前記ノズルの位置の調整を行うノズル調整手段と、前記ノズル調整手段によって基板上に形成された洗浄液液膜と前記ノズル内の洗浄液との差圧が調整されることによって微細気泡を含む洗浄液が供給されることを特徴とする。

また本発明の一実施形態の基板洗浄装置は、基板を保持する基板保持手段と、前記基板を処理する洗浄液を生成する洗浄液生成ユニットと、上記洗浄液供給装置とを有することを特徴とする。

洗浄対象物の性質に応じて必要な量の微細気泡を供給することができる。

本発明の第一の実施形態による基板洗浄装置の概略構成図である。 本発明の第一の実施形態による洗浄ユニットの概略構成図である。 本発明の第一の実施形態によるノズルの平面図である。 本発明の第二の実施形態による洗浄ユニットの概略構成図である。 本発明の第二、第三の実施形態によるノズルの平面図である。 本発明の第三の実施形態による洗浄ユニットの概略構成図である。 本発明の第四の実施形態による洗浄ユニットの概略構成図である。

（実施例１）
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る基板洗浄装置１は、基板保持部２、洗浄液生成ユニット３と、洗浄液生成ユニット３で生成された気体溶存液を洗浄ユニット１０に供給するための液供給配管７と、気体溶存液をウェーハＷに供給するノズル８とを備えている。

基板保持部２は、図示しないモータが備えられており、図示しない制御部の制御により、図１に示す矢印Ａ方向に回転し、載置しているウェーハＷを回転させることができる。基板保持部２とウェーハＷの間には図示しないチャック機構があり、ウェーハＷは静電チャック等の方法で載置されている。

洗浄液生成ユニット３は、液体供給部４、気体供給部５、気液混合部６を備えており、液体供給部４から供給された液体と、気体供給部５から供給された気体とが、気液混合部６にて混合され、溶解されるように構成されている。

図２は、洗浄ユニット１０の断面図である。洗浄ユニット１０（洗浄液供給装置）は、洗浄液生成ユニット３にて生成された洗浄液をウェーハＷの上面に供給するノズル８、ノズル８のＸＹＺ方向（図１参照）の動作を調整制御するためのノズル調整手段９を備えている。

図２に示すように、洗浄ユニット１０の液供給配管７と反対側の先端部分８ａは、ウェーハＷ上に形成された洗浄液Ｌの液膜の液面よりも低い位置に位置するように配置される。ノズル８は、図２、図３に示すとおり、内部が空洞の円筒状をしており、液供給配管７から供給された洗浄液Ｌによって満たされるようになっている。処理に際して、液供給配管７から供給された洗浄液Ｌは、ウェーハＷ上に液膜を作り、さらにノズル８内に液が満ちた状態となる。ノズル８の先端部分８ａは、前述のとおり、ウェーハＷ上の液膜の液面よりも低い位置（ウェーハＷ側）に位置するように配置され、ノズル８内から洗浄液ＬがウェーハＷ上へ供給される際（図２に示す微細気泡発生領域Ｇを通過するとき）、洗浄液Ｌは減圧されて液中の気体が微細気泡になる。

ここでいう微細気泡とは、マイクロバブルやマイクロナノバブル、ナノバブルなどの概念を含む微細気泡である。例えば、マイクロバブルは１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。中でも、ナノバブルはその気泡がイオンの核に守られて液中に存在するもので、表面張力が非常に小さく、浸透力が高いという性質を持ち、基板の洗浄処理に効果的に作用する。

次に、基板洗浄装置１の処理動作について、説明する。

図示しない制御手段によって、液体供給部４、気体供給部５からそれぞれ液体と気体が気液混合部６に供給される。液体は、たとえば純水やアルカリ水等が用いられ、気体はオゾン、窒素、酸素、水素等、洗浄に適するものが用いられる。ここでは、液体は純水、気体は窒素ガスを用いる例をあげて、説明する。

気液混合部６内は、気体を液体に溶解させるための構造として、中空糸膜が備えられており、窒素が中空糸膜を通ることによって、純水に溶解される。窒素を溶解した純水は、液供給配管７を通って大気圧以上の圧力でノズル８に供給される。ノズル８内は既述のとおり、空洞となっている。ノズル８から供給された洗浄液Ｌはノズル８の内部を満たした後、ウェーハＷの上面に液膜を形成する（図２参照）。ノズル８内は、ウェーハＷ上に形成された液膜によって密閉状態となり、吐出抵抗が発生する。これによってノズル８内とウェーハ上の大気圧領域との間で差圧が生じる。洗浄液Ｌは、密閉状態となったノズル８内を出てウェーハＷ上の大気圧領域に供給されると（洗浄液Ｌが微細気泡発生領域Ｇ通過すると）、溶存していた窒素が洗浄液Ｌ中に留まることができなくなり、ナノバブル等の微細な気泡となって現れる。ウェーハＷ上にはパターンが形成されており、パターン間に洗浄液が供給されると同時に微細気泡が形成されるので、パターン間に存在するパーティクルを吸着除去することが可能になる。

また、ノズル８の位置は、ノズル調整手段９によって調節することが可能であり、ＸＹ方向の調整を行うことによって、ウェーハＷの処理すべき箇所を特定し、Ｚ方向の調整を行うことによって、微細気泡発生領域Ｇで生じさせる差圧を調整することができる。ノズル内の圧力と、微細気泡発生領域Ｇ通過後の圧力との差が大きくなることによって、乱流が発生し、その乱流によって微細気泡発生領域Ｇで発生した気泡が剪断され、より小さな径の気泡が生成される。差圧を調整することによって、生成する気泡の大きさを調整することができる。より小さいサイズの気泡を生成したい場合は、差圧を大きくすることが必要であるので、ノズル８のＺ方向位置をウェーハＷ側へ移動させ、気泡発生領域Ｇが狭くなるようにする。

このような実施形態によれば、洗浄液Ｌがノズル８からウェーハＷに供給される際に、ウェーハＷ上にて洗浄液Ｌが減圧され、ウェーハＷ上にて気泡が生成されるため、より微細な気泡を多く含む洗浄液Ｌが、ウェーハＷ上に形成されたパターンとパターンの間にも入り込みやすく、パターン間に存在する異物を吸着除去することができる。しかも、ウェーハＷ上に洗浄液Ｌを供給する際、微細気泡の効果を用いて基板の洗浄を行うため、従来用いていた高圧ジェットノズルのような、洗浄液を吹き付ける圧力によってゴミを吹き飛ばすものに比べて、パターン倒れを起こす等の損傷を防止しつつ、さらに十分にウェーハＷの洗浄を行うことができる。さらに、ノズルの位置を調整することによって、発生させる微細気泡のサイズを変えることができるため、洗浄対象の基板によって差圧を調節することができる。

（実施例２）
図４は、本発明の第二の実施形態による洗浄ユニットの概略を示す図である。なお、前述の第一の実施形態と同一の部品については、同一の符号を用いて説明を省略する。

第一の実施形態との違いは、ツバ８１aを備えたノズル８１を有している点である。ツバ８１ａは、図４、図５に示すとおりノズル８１の円周上に円形に設けられており、その幅は、乱流が起こる程度の大きさを有しているものであり、ウェーハＷの半径の三分の一以下の半径を有するものが好ましい。ノズル８１は、第一の実施形態によるノズル８と同様、窒素を溶解した純水を洗浄液ＬとしてウェーハＷ上に供給する。供給される際、第一の実施形態と同様、微細気泡発生領域Ｇ通過時に減圧され、洗浄液Ｌ中に溶存していた窒素ガスが、微細気泡となって現れる。しかし、第一の実施形態のように急激に大気圧に開放されず、洗浄液Ｌはノズル８１の先端に備えられたツバ８１ａとウェーハＷとの隙間を通過することにより、緩やかに徐々に減圧される。さらに、ツバ８１ａとウェーハＷとの隙間を通過するときに乱流が起こり、微細気泡発生領域Ｇで発生した微細気泡が剪断され、さらに小さな気泡となってウェーハＷに供給される。ウェーハＷに供給された洗浄液Ｌ中の微細気泡は、ウェーハＷ上に形成されたパターンとパターンの隙間に入り込み、異物を吸着、除去する。

ノズル８１のＸＹ方向、およびＺ方向の位置は、ノズル調整手段９によって調整可能であり、ツバ８１ａはそれに追随して位置決めされる。ツバ８１ａはウェーハＷ上に形成される液膜の液面よりも低い位置に位置するように位置が決められる。第一の実施形態と同様、よりサイズの小さい気泡を発生させる場合には、ノズル８１内とウェーハＷ上との差圧を大きくする必要があるため、ノズル８１およびツバ８１ａをウェーハＷ側に近づけるようにノズル調整手段９によってノズル８１のＺ軸方向の位置調整を行う。

また、ツバ８１ａが備えられていることによって、ウェーハＷ側に微細気泡が押されて接しやすくなり、ウェーハＷに微細気泡がより効果的に作用する。すなわち、よりパターン間に微細気泡が入り込みやすくなり、パターン間に存在する異物を吸着除去することができる。

（実施例３）実施例２の変形例
また、図６のように、ツバ８２ａを備えたノズル８２を有するようにしてもよい。ノズル８２は、ウェーハＷ側がテーパ状になっているツバ８２ａを備えている。ツバ８２ａは、前述のツバ８１ａと同様、ノズル８２の円周状に円形に設けられており（図５、図６）、その幅は、ウェーハＷの半径の半分ほどの半径を有するものが好ましく、ウェーハＷに面する側の面が、ウェーハＷの中央から外周方向へ向かって徐々に上側（ウェーハから離れる方向）に傾斜している。このような構成にすることによって、第二の実施形態と同様、洗浄液Ｌはノズル８２の先端に備えられたツバ８２ａとウェーハＷとの隙間を通過することにより、緩やかに徐々に減圧される。さらに、ツバ８２ａがテーパ状であることによって、大気圧に減圧されるスピードが緩やかになるため、乱流が起こりやすくなり、より小さいサイズの気泡を生成することが可能になる。このとき、ツバ８２ａの位置は、ウェーハＷに形成された液膜の液面より下であることが好ましいが、ツバ８２ａのすべてが液面の下である必要はない。ツバ８２ａの位置をノズル調整手段９によって調整することにより、ＸＹ方向の位置、Ｚ方向の位置（つまりノズル８２内の圧力とウェーハＷ上の圧力との差圧）を調整する。

（実施例４）
図７は、本発明の第四の実施形態による洗浄ユニットの概略を示す図である。なお、前述の実施形態と同一の部品については、同一の符号を用いて説明を省略する。

第一乃至第三の実施形態との違いは、ツバ８３aを備えたノズル８３を有している点である。ノズル８３は、ウェーハＷ側に凹凸を有するツバ８３ａを有している。ツバ８３ａは、前述のツバ８１ａ、ツバ８２ａと同様、ノズル８３の円周上に円形に設けられており（図５、図７）、その幅は、ウェーハＷの半径の半分ほどの半径を有するものが好ましく、凹凸を有することにより、ツバ８３ａとウェーハＷの間を通過する洗浄液Ｌを繰り返し減圧、加圧することになる。これによって、乱流が起こり、微細気泡発生領域Ｇで生成された微細気泡が剪断されながらウェーハＷに供給される。微細気泡発生領域Ｇで生成された微細気泡が剪断されて、より微細な気泡となるので、さらに微細な気泡を多数含む洗浄液ＬがウェーハＷのパターン間に供給される。これによって、よりパターン間にサイズの小さい微細気泡が多数入り込みやすくなり、パターン間に存在する異物を吸着除去することが可能になる。ツバ８３ａに形成される凹凸のサイズや数は、特に限定しないが、通過する洗浄液Ｌに乱流が起きる程度の凹凸が形成される。

なお、上記実施の形態において、気液混合部６は中空糸膜を用いて気体を液体に溶解させる構成である例を挙げて説明したが、これに限らない。気体を液体に溶解させることのできるものであれば良く、例えば、混合部内で液体と気体を旋回させて溶解させるもの、加圧して溶解させるもの等でも良い。

また、基板保持部２は、超音波印加手段を備えていても良い。この場合、微細な気泡を含む洗浄液Ｌに超音波を印加することにより、ウェーハＷ上の洗浄液Ｌに含まれる気泡が圧壊され、その際に発生するキャビテーションによってウェーハＷ上に存在する異物が取り除かれる。すなわち、より効率よくウェーハＷの洗浄を行うことができる。

また、上記実施の形態において、基板洗浄装置１は基板保持部２が回転することによって洗浄処理が行われるものを例に挙げて説明したが、これに限らず、搬送ローラによって搬送しながら洗浄するものであってもよい。

なお、上記実施の形態においては、気体を液体に溶解させた状態の洗浄液をウェーハＷに供給する例を挙げて説明したが、これに限らず、微細気泡として気体を液体に存在させた状態でノズルに供給し、微細気泡を含む洗浄液Ｌを微細気泡発生領域Ｇを通過させてさらに微細気泡を発生させるようにしても良い。

なお、上記実施の形態においては、ツバはウェーハの半径の三分の一の半径を有するものを例に挙げて説明したが、これに限らず、洗浄対象物であるウェーハ上に付着したパーティクルの大きさ等によって決めるようにしてもよい。すなわち、小さなパーティクルを除去したい場合には、より小さな気泡が必要であるため、より長いツバを用いる。長いツバを用いることによって、ツバとウェーハ間を通過する洗浄液はツバとウェーハの隙間に存在する時間が長くなるため、微細気泡発生領域Ｇで発生した気泡が剪断され続け、より小さいサイズの気泡がウェーハＷに供給されることになる。

また、上記実施の形態において説明したノズルは、ＸＹＺ方向に揺動させることが可能であり、揺動させることによって、洗浄液Ｌに含まれる微細気泡を広範囲に行き渡らせることができ、洗浄効果がより向上する。

また、上記実施の形態においては、ツバは円形である例を挙げたが、これに限らず、四角形など、多角形のものであっても良い。

なお、上記実施の形態においては、気体が溶解されている液体をノズルに供給する例を挙げて説明したが、これに限らず、予め微細気泡を含む洗浄液をノズルに供給するようにしても良い。このような構成にすることにより、ウェーハＷにより多くの微細気泡を供給することが可能になる。

また、ノズル８、８１、８２、８３のウェーハＷに対する位置は、図中ではウェーハＷの中央付近に位置しているが、これに限らず、ノズル調整手段９によってＸＹ方向へ移動させ、処理が必要な位置へ移動することが可能である。

上記実施形態においては、基板は半導体ウェーハを用いた例を記載したが、ガラス基板等、洗浄対象物であればよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 基板洗浄装置
２ 基板保持部
３ 気体溶存液生成ユニット
４ 液体供給部
５ 気体供給部
６ 気液混合部
７ 液供給配管
８ ノズル
８１ａ ノズル
８２ａ ノズル
８３ａ ノズル
９ ノズル調整手段
１０ 洗浄ユニット
Ｗ 基板（ウェーハ）
Ａ 基板回転方向
Ｇ 微細気泡発生領域
Ｌ 洗浄液

Claims (11)

1. 気体を溶解した洗浄液を基板に供給するノズルと、
   前記ノズルの位置の調整を行うノズル調整手段と、
   前記ノズル調整手段によって基板上に形成された洗浄液液膜と前記ノズル内の洗浄液との差圧が調整されることによって微細気泡を含む洗浄液が供給されることを特徴とする洗浄液供給装置。
2. 微細気泡を含む洗浄液を基板に供給するノズルと、
   前記ノズルの位置の調整を行うノズル調整手段と、
   前記ノズル調整手段によって基板上に形成された洗浄液液膜と前記ノズル内の洗浄液との差圧が調整されることによって前記微細気泡よりも微細なサイズとなった微細気泡を含む洗浄液が供給されることを特徴とする洗浄液供給装置。
3. 気体を溶解した洗浄液を生成する洗浄液生成ユニットと、
   前記洗浄液生成ユニットで生成された洗浄液を基板に供給するノズルと、
   前記ノズルの位置の調整を行うノズル調整手段と、
   前記ノズル調整手段によって基板上に形成された洗浄液液膜と前記ノズル内の洗浄液との差圧が調整されることによって微細気泡を含む洗浄液が供給されることを特徴とする洗浄液供給装置。
4. 前記ノズルの先端と前記基板の表面を洗浄液が通過する際に洗浄液が減圧されることを特徴とする請求項１〜３に記載の洗浄液供給装置。
5. 前記ノズルの前記基板に洗浄液を供給する側に前記基板上に形成された液膜と前記ノズル内の洗浄液との差圧を調整するためのツバが備えられていることを特徴とする請求項１〜４に記載の洗浄液供給装置。
6. 前記ツバの基板に面する側が中央から外周へ向けて上がるように傾斜するテーパ状となっていることを特徴とする請求項５に記載の洗浄液供給装置。
7. 前記ツバの基板に面する側に凹凸が施されていることを特徴とする請求項５または６に記載の洗浄液供給装置。
8. 基板を保持する基板保持手段と、
   前記基板を洗浄する洗浄液を生成する洗浄液生成ユニットと、
   請求項１〜７に記載の洗浄液供給装置を有することを特徴とする基板洗浄装置。
9. 前記基板保持手段が超音波印加手段を備えていることを特徴とする請求項８に記載の基板洗浄装置。
10. 気体を液体に溶解して基板を洗浄するための洗浄液を生成する洗浄液生成工程と、
    前記洗浄液を前記基板に供給する洗浄液供給工程と、
    前記洗浄液供給工程において前記基板上に形成された洗浄液液膜と前記洗浄液を前記基板に供給するためのノズル内の差圧を調整することにより前記洗浄液中に微細気泡を発生させる工程と、
    を有することを特徴とする洗浄液供給方法。
11. 気体を液体に溶解して基板を洗浄するための洗浄液を生成する工程と、
    前記洗浄液を前記基板に供給する洗浄液供給工程と、
    前記洗浄液供給工程において前記基板上に形成された洗浄液液膜と前記洗浄液を前記基板に供給するためのノズル内の差圧を調整することにより前記洗浄液中に微細気泡を発生させる工程と、
    を有することを特徴とする基板洗浄方法。

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