JP2015015284A - 基板洗浄装置および基板洗浄方法 - Google Patents

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知淳 石橋
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Abstract

【課題】ロール洗浄具による洗浄に使用された洗浄液を速やかに基板から除去することができる基板洗浄装置を提供する。【解決手段】基板洗浄装置は、基板Wを保持して回転させる基板保持部71〜74,75と、基板Wの第1の領域R1に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズル87と、洗浄液の存在下で基板Wに摺接することで基板Wを洗浄するロール洗浄具77と、基板Wの第2の領域R2に純水を供給する純水供給ノズル88とを備える。第2の領域R2は、ロール洗浄具77に関して第1の領域R1の反対側に位置しており、純水の供給方向は、基板Wの中心側から外周側に向かう方向である。【選択図】図2

Description

本発明は、ウェーハなどの基板に洗浄液を供給しながら基板をロール洗浄具で洗浄する基板洗浄装置および基板洗浄方法に関する。本発明の基板洗浄装置及び基板洗浄方法は、直径300mmのウェーハのみならず、直径450mmのウェーハの洗浄にも適用でき、さらにはフラットパネル製造工程やCMOSやCCDなどのイメージセンサー製造工程、MRAMの磁性膜製造工程などにも適用することが可能である。
半導体デバイスの製造工程では、シリコン基板上に物性の異なる様々な膜が形成され、これら膜に様々な加工が施されることで微細な金属配線が形成される。例えば、ダマシン配線形成工程においては、膜に配線溝を形成し、この配線溝にCuなどの金属を埋め込み、その後、化学機械研磨(CMP)により余分な金属を除去することで金属配線が形成される。基板を研磨した後は、通常、基板洗浄装置によって基板が洗浄される。基板の洗浄は、基板を水平に回転させ、かつ薬液などの洗浄液を供給ノズルから基板に供給しながら、ロールスポンジなどのロール洗浄具を基板に摺接させることによって行われる。
特開2010−278103号公報
洗浄液の存在下でロール洗浄具により基板をこすり洗いすると、パーティクルなどの洗浄屑が発生し、結果として基板上には洗浄屑を含む洗浄液が存在する。このような洗浄液は、できるだけ速やかに基板から排出することが望ましい。しかしながら、基板は水平に回転しているため、遠心力で洗浄液が基板から除去されるにはある程度の時間がかかる。基板上の洗浄液は、基板の回転に伴って再びロール洗浄具に接触し、その後、供給ノズルから供給された新たな洗浄液によって基板の中心側に押し戻されてしまう。このため、洗浄屑を含んだ洗浄液は基板上に長い間残留し、基板に新たに供給された洗浄液を希釈することとなり、結果として洗浄効率を低下させていた。
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、ロール洗浄具による洗浄に使用された洗浄液を速やかにウェーハなどの基板から除去す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。
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を保持して回転させる基板保持部と、前記基板の第1の領域に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、前記洗浄液の存在下で前記基板に摺接することで前記基板を洗浄するロール洗浄具と、前記基板の第2の領域に純水を供給する純水供給ノズルとを備え、前記第2の領域は、前記ロール洗浄具に関して前記第1の領域の反対側に位置しており、前記純水の供給方向は、前記基板の中心側から外周側に向かう方向であることを特徴とする基板洗浄装置である。
本発明の好ましい態様は、前記第2の領域は、前記基板の回転方向に関して前記ロール洗浄具の下流側の領域であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記純水の供給方向は、前記ロール洗浄具に沿って前記基板の中心側から外周側に向かう方向であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板の表面に対する前記純水の供給角度は、5度から60度までの範囲内であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板の第1の領域は、前記基板の回転方向に関して前記ロール洗浄具の上流側に位置し、かつ前記ロール洗浄具に沿って直線的に延びる領域であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記純水供給ノズルは、前記ロール洗浄具の長手方向に垂直な前記基板の中心線を横切るように純水の流れを前記基板の表面上に形成することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板保持部は、前記基板をその表面が傾斜した状態で保持し、回転させることを特徴とする。
本発明の他の態様は、基板を保持して回転させ、前記基板の第1の領域に洗浄液を供給し、前記洗浄液の存在下でロール洗浄具を前記基板に摺接させることで前記基板を洗浄し、前記基板の洗浄中に、前記基板の第2の領域に純水を供給し、前記第2の領域は、前記ロール洗浄具に関して前記第1の領域の反対側に位置しており、前記純水の供給方向は、前記基板の中心側から外周側に向かう方向であることを特徴とする基板洗浄方法である。
本発明の好ましい態様は、前記第2の領域は、前記基板の回転方向に関して前記ロール洗浄具の下流側の領域であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記純水の供給方向は、前記ロール洗浄具に沿って前記基板の中心側から外周側に向かう方向であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板の表面に対する前記純水の供給角度は、5度から60度までの範囲内であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板の第1の領域は、前記基板の回転方向に関して前記ロール洗浄具の上流側に位置し、かつ前記ロール洗浄具に沿って直線的に延びる領域であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ロール洗浄具の長手方向に垂直な前記基板の中心線を横切るように前記純水の流れを前記基板の表面上に形成することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板をその表面が傾斜した状態で回転させることを特徴とする。
本発明によれば、洗浄液は、ロール洗浄具に接触した後、純水の流れによって速やかに基板から押し流される。したがって、新たに供給された洗浄液は使用済みの洗浄液に希釈されることがなくなり、結果として、洗浄効率を上げることができる。
本発明の実施形態に係る基板洗浄装置を備えた基板処理装置の全体構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る基板洗浄装置を示す斜視図である。 図2に示す基板洗浄装置の上面図である。 純水供給ノズルの側面図である。 ウェーハを傾斜させた例を示す図である。 ウェーハを傾斜させた他の例を示す図である。 基板洗浄装置の他の実施形態を示す上面図である。 基板洗浄装置のさらに他の実施形態を示す上面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る基板洗浄装置を備えた基板処理装置の全体構成を示す平面図である。図1に示すように、基板処理装置は、略矩形状のハウジング10と、多数のウェーハ等の基板をストックする基板カセットが載置されるロードポート12を備えている。ロードポート12は、ハウジング10に隣接して配置されている。ロードポート12には、オープンカセット、SMIF(Standard Manufacturing Interface)ポッド、またはFOUP(Front Opening Unified Pod)を搭載することができる。SMIF、FOUPは、内部に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。
ハウジング10の内部には、複数(この実施形態では4つ)の研磨ユニット14a〜14dと、研磨後の基板を洗浄する第1洗浄ユニット16及び第2洗浄ユニット18と、洗浄後の基板を乾燥させる乾燥ユニット20が収容されている。研磨ユニット14a〜14dは、基板処理装置の長手方向に沿って配列され、洗浄ユニット16,18及び乾燥ユニット20も基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。
ロードポート12、研磨ユニット14a、及び乾燥ユニット20に囲まれた領域には、第1基板搬送ロボット22が配置され、また研磨ユニット14a〜14dと平行に、基板搬送ユニット24が配置されている。第1基板搬送ロボット22は、研磨前の基板をロードポート12から受け取って基板搬送ユニット24に渡すとともに、乾燥後の基板を乾燥ユニット20から受け取ってロードポート12に戻す。基板搬送ユニット24は、第1基板搬送ロボット22から受け取った基板を搬送して、各研磨ユニット14a〜14dとの間で基板の受け渡しを行う。各研磨ユニットは、研磨面に研磨液(スラリー)を供給しながら、ウェーハなどの基板を研磨面に摺接させることで、基板の表面を研磨する。
第1洗浄ユニット16と第2洗浄ユニット18の間に位置して、これらの洗浄ユニット16,18および基板搬送ユニット24の間で基板を搬送する第2基板搬送ロボット26が配置され、第2洗浄ユニット18と乾燥ユニット20との間に位置して、これらの各ユニット18,20の間で基板を搬送する第3基板搬送ロボット28が配置されている。更に、ハウジング10の内部に位置して、基板処理装置の各ユニットの動きを制御する動作制御部30が配置されている。
この例では、第1洗浄ユニット16として、洗浄液の存在下で、基板の表裏両面にロールスポンジなどのロール洗浄具を擦り付けて基板を洗浄する本発明の実施形態に係る基板洗浄装置が使用されている。第2洗浄ユニット18として、ペンスポンジタイプの基板洗浄装置が使用されている。また、乾燥ユニット20として、基板を保持し、移動するノズルからIPA蒸気を噴出して基板を乾燥させ、更に高速で回転させ遠心力によって基板を乾燥させるスピン乾燥装置が使用されている。
基板は、研磨ユニット14a〜14dの少なくとも1つにより研磨される。研磨された基板は、第1洗浄ユニット16と第2洗浄ユニット18により洗浄され、さらに洗浄された基板は乾燥ユニット20により乾燥される。
図2は、第1洗浄ユニット(基板洗浄装置)16を示す斜視図である。図2に示すように、第1洗浄ユニット16は、ウェーハWを水平に保持して回転させる4つの保持ローラー71,72,73,74と、ウェーハWの上下面に接触する円柱状のロールスポンジ(ロール洗浄具)77,78と、これらのロールスポンジ77,78をその軸心まわりに回転させる洗浄具回転機構80,81と、ウェーハWの上面にリンス液(例えば純水)を供給する上側リンス液供給ノズル85と、ウェーハWの上面に薬液を供給する上側薬液供給ノズル87とを備えている。図示しないが、ウェーハWの下面にリンス液(例えば純水)を供給する下側リンス液供給ノズルと、ウェーハWの下面に薬液を供給する下側薬液供給ノズルが設けられている。本明細書では、薬液およびリンス液を総称して洗浄液といい、上側薬液供給ノズル87およびリンス液供給ノズル85を総称して洗浄液供給ノズルということがある。
保持ローラー71,72,73,74は図示しない駆動機構(例えばエアシリンダ)によって、ウェーハWに近接および離間する方向に移動可能となっている。4つの保持ローラーのうちの2つの保持ローラー71,74は、基板回転機構75に連結されており、これら保持ローラー71,74は基板回転機構75によって同じ方向に回転されるようになっている。4つの保持ローラー71,72,73,74がウェーハWを保持した状態で、2つの保持ローラー71,74が回転することにより、ウェーハWはその軸心まわりに回転する。本実施形態では、ウェーハWを保持して回転させる基板保持部は、保持ローラー71,72,73,74と基板回転機構75から構成される。
上側のロールスポンジ77を回転させる洗浄具回転機構80は、その上下方向の動きをガイドするガイドレール89に取り付けられている。また、この洗浄具回転機構80は昇降駆動機構82に支持されており、洗浄具回転機構80および上側のロールスポンジ77は昇降駆動機構82により上下方向に移動されるようになっている。なお、図示しないが、下側のロールスポンジ78を回転させる洗浄具回転機構81もガイドレールに支持されており、昇降駆動機構によって洗浄具回転機構81および下側のロールスポンジ78が上下動するようになっている。昇降駆動機構としては、例えばボールねじを用いたモータ駆動機構またはエアシリンダが使用される。ウェーハWの洗浄時には、ロールスポンジ77,78は互いに近接する方向に移動してウェーハWの上下面に接触する。ロール洗浄具として、ロールスポンジに代えて、ロールブラシが使用されることもある。
図3は、図2に示す基板洗浄装置の上面図である。保持ローラー71,72,73,74によって保持されたウェーハWの上方には、ウェーハWの上面に純水を供給するための純水供給ノズル88が配置されている。純水供給ノズル88は、ロールスポンジ77に隣接して配置されており、ウェーハWの中心側から外周側に向かって純水を供給するように配置されている。すなわち、純水供給ノズル88から供給された純水は、ロールスポンジ77に沿ってウェーハW上をその中心側から外周側に向かって流れる。
純水供給ノズル88は、ロールスポンジ77に関して薬液供給ノズル87およびリンス液供給ノズル85(すなわち、洗浄液供給ノズル)の反対側に配置されている。図3に示すように、薬液およびリンス液(すなわち洗浄液)は、回転しているウェーハWの上面上の第1の領域R1に供給され、純水は第2の領域R2に供給される。第1の領域R1および第2の領域R2は、ロールスポンジ77の両側に位置する2つの領域として定義される。すなわち、第2の領域R2は、ロールスポンジ77に関して第1の領域R1の反対側に位置している。
ウェーハWの第1の領域R1に供給された薬液およびリンス液は、ウェーハWの回転に伴ってロールスポンジ77に接触し、その後、第2の領域R2に移送される。この第2の領域R2に移送された薬液およびリンス液は、ウェーハWのスクラブ洗浄によって発生したパーティクルなどの洗浄屑を含んでいる。純水供給ノズル88から供給される純水は、第2の領域R2内にウェーハWの外側へ向かう流れを形成し、この流れが薬液およびリンス液をウェーハWから押し流す。したがって、ウェーハWのスクラブ洗浄に使用された薬液およびリンス液(すなわち洗浄液)は純水によって速やかにウェーハWから除去され、薬液およびリンス液による洗浄効果を向上することができる。さらに、ロールスポンジ77内に蓄積される洗浄屑の量が低減されるので、ロールスポンジ77の寿命を飛躍的に伸ばすことができる。
図4は、純水供給ノズル88の側面図である。図4に示すように、純水供給ノズル88は、ウェーハWの表面に対して傾いている。純水の供給角度(図4では記号αで示す)はある程度小さいことが好ましい。これは、ウェーハWに衝突したときに純水が飛び散ることを防ぐため、およびウェーハWの外側に向かって純水の強い流れを形成するためである。具体的には、ウェーハWの表面に対する純水の供給角度は、5度以上かつ60度以下であることが好ましい。より好ましい供給角度は5度以上かつ30度以下である。
洗浄液(薬液およびリンス液)を除去する効果を確実とするために、純水の流量は500mL/min〜2L/minであることが好ましい。純水の流量が高ければ、ウェーハWの上から見たときの純水の供給方向は、ロールスポンジ77と平行でなくともよい。つまり、ウェーハWの上から見たときの純水の供給方向は、ロールスポンジ77に対して傾いていてもよい。
洗浄液(薬液およびリンス液)を除去する効果を確実とするために、純水が供給される第2の領域R2は、図3に示すように、ウェーハWの回転方向においてロールスポンジ77の下流側であることが好ましい。この位置に定義された第2の領域R2に純水を供給することにより、純水の流れが洗浄液をウェーハWから押し流すのに十分な時間を確保することができる。
図3に示すように、純水供給ノズル88は、ロールスポンジ77の長手方向に垂直なウェーハWの中心線CLを横切るように純水の流れをウェーハWの表面上に形成することが好ましい。このように流れる純水は、ウェーハWの中心領域に存在する洗浄液を押し流すことができる。
次に、ウェーハWを洗浄する工程について説明する。まず、保持ローラー71,72,73,74によりウェーハWをその軸心まわりに回転させる。次いで、上側薬液供給ノズル87および図示しない下側薬液供給ノズルからウェーハWの上面及び下面に薬液が供給される。この状態で、ロールスポンジ77,78がその水平に延びる軸心周りに回転しながらウェーハWの上下面に摺接することによって、ウェーハWの上下面をスクラブ洗浄する。ロールスポンジ77,78は、ウェーハWの直径(幅)よりも長く、ウェーハWの上下面全体に接触するようになっている。薬液がウェーハWに供給されている間、純水が純水供給ノズル88からウェーハWに供給される。スクラブ洗浄に使用された薬液は、ウェーハWの第2の領域R2上に形成される純水の流れによってウェーハWから速やかに排出される。
スクラブ洗浄後、ロールスポンジ77,78をウェーハWの上下面に摺接させながら、回転するウェーハWの上面及び下面にリンス液として純水を供給することによってウェーハWの濯ぎ(リンス)が行われる。リンス液がウェーハWに供給されている間も同様に、純水が純水供給ノズル88からウェーハWに供給される。ウェーハWのリンスに使用されたリンス液は、ウェーハWの第2の領域R2上に形成される純水の流れによってウェーハWから速やかに排出される。
薬液をリンス液で希釈するために、薬液とリンス液が同時にウェーハWの第1の領域R1に供給されることもある。この場合も、薬液およびリンス液がウェーハWに供給されている間は、純水が純水供給ノズル88からウェーハWの第2の領域R2に供給される。
図5に示すように、保持ローラー71,72,73,74は、ウェーハWを、その表面が第1の領域R1から第2の領域R2に向かって下方に傾斜した状態で保持し、回転させてもよい。あるいは、図6に示すように、保持ローラー71,72,73,74は、純水供給ノズル88から吐出された純水の流れ方向に沿ってウェーハ表面が下方に傾斜した状態でウェーハWを保持し、回転させてもよい。図5および図6に示すこれらの例によれば、洗浄液は、その自重と遠心力とにより、ウェーハWの表面からより速やかに排除される。
図7に示すように、ウェーハWの第3の領域R3に純水を供給する純水供給ノズル90をさらに設けてもよい。第3の領域R3は、ロールスポンジ77に関して第1の領域R1と同じ側に位置しており、ウェーハWの回転方向に関してロールスポンジ77の下流側に位置している。さらに、ウェーハWの回転方向に関して第3の領域R3は第1の領域R1の上流側に位置している。2つの純水供給ノズル88,90は、ウェーハWの中心に関して対称的に配置される。第2の純水供給ノズル90は、第1の純水供給ノズル88と同様に、ウェーハWの中心側から外周側に向かって純水を供給するように配置される。図7に示す実施形態では、リンス液供給ノズルを省略することができる。
図8は、更に他の実施形態を示す図である。図8に示す実施形態が図7に示す実施形態と異なる点は、平らな扇状の噴流を形成するフラットノズルが薬液供給ノズル87に使用されている点と、第4の領域R4に薬液を供給する薬液供給ノズル92が設けられている点点である。第4の領域R4は、ロールスポンジ77に関して第2の領域R2と同じ側に位置しており、ウェーハWの回転方向に関してロールスポンジ77の上流側に位置している。図8に示す実施形態では、リンス液供給ノズルは設けられていない。
フラットノズルは、直線的な狭い領域に液体を供給するのに適している。第4の領域R4に薬液を供給する薬液供給ノズル92にもフラットノズルが使用されている。この実施形態では、図8に示すように、薬液供給ノズル87から薬液が供給される第1の領域R1は、ウェーハWの回転方向に関してロールスポンジ77の上流側に位置し、かつロールスポンジ77に沿って直線的に延びる狭い領域である。薬液供給ノズル92から薬液が供給される第4の領域R4も、ウェーハWの回転方向に関してロールスポンジ77の上流側に位置し、かつロールスポンジ77に沿って直線的に延びる狭い領域である。
フラットノズルを薬液供給ノズル87,92として使用することにより、ロールスポンジ77の長手方向に沿った直線的な領域に薬液を供給することができる。このような領域に供給された薬液は、ウェーハWの回転に伴ってロールスポンジ77に均一に接触するので、均一なウェーハ洗浄を実現することができる。ロールスポンジ77の長手方向に沿った直線的な領域に薬液を供給することができるのであれば、薬液供給ノズル87,92はフラットノズルに限られない。例えば、スリット状の液体吐出口を持つスリットノズルまたは直線上に配列された複数の液体吐出口を持つ多孔ノズルを薬液供給ノズル87,92として使用してもよい。
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよい。
10 ハウジング
12 ロードポート
14a〜14d 研磨ユニット
16 第1洗浄ユニット(基板洗浄装置)
18 第2洗浄ユニット
20 乾燥ユニット
22 第1基板搬送ロボット
24 基板搬送ユニット
26 第2基板搬送ロボット
28 第3基板搬送ロボット
30 動作制御部
71〜74 保持ローラー
75 基板回転機構
77,78 ロールスポンジ
80,81 洗浄具回転機構
82 昇降駆動機構
85 リンス液供給ノズル
87 薬液供給ノズル
88 純水供給ノズル
89 ガイドレール
90 純水供給ノズル
92 薬液供給ノズル

Claims (14)

  1. 基板を保持して回転させる基板保持部と、
    前記基板の第1の領域に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
    前記洗浄液の存在下で前記基板に摺接することで前記基板を洗浄するロール洗浄具と、
    前記基板の第2の領域に純水を供給する純水供給ノズルとを備え、
    前記第2の領域は、前記ロール洗浄具に関して前記第1の領域の反対側に位置しており、
    前記純水の供給方向は、前記基板の中心側から外周側に向かう方向であることを特徴とする基板洗浄装置。
  2. 前記第2の領域は、前記基板の回転方向に関して前記ロール洗浄具の下流側の領域であることを特徴とする請求項1に記載の基板洗浄装置。
  3. 前記純水の供給方向は、前記ロール洗浄具に沿って前記基板の中心側から外周側に向かう方向であることを特徴とする請求項1または2に記載の基板洗浄装置。
  4. 前記基板の表面に対する前記純水の供給角度は、5度から60度までの範囲内であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
  5. 前記基板の第1の領域は、前記基板の回転方向に関して前記ロール洗浄具の上流側に位置し、かつ前記ロール洗浄具に沿って直線的に延びる領域であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
  6. 前記純水供給ノズルは、前記ロール洗浄具の長手方向に垂直な前記基板の中心線を横切るように純水の流れを前記基板の表面上に形成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
  7. 前記基板保持部は、前記基板をその表面が傾斜した状態で保持し、回転させ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。
  8. 基板を保持して回転させ、
    前記基板の第1の領域に洗浄液を供給し、
    前記洗浄液の存在下でロール洗浄具を前記基板に摺接させることで前記基板を洗浄し、
    前記基板の洗浄中に、前記基板の第2の領域に純水を供給し、
    前記第2の領域は、前記ロール洗浄具に関して前記第1の領域の反対側に位置しており、
    前記純水の供給方向は、前記基板の中心側から外周側に向かう方向であることを特徴とする基板洗浄方法。
  9. 前記第2の領域は、前記基板の回転方向に関して前記ロール洗浄具の下流側の領域であることを特徴とする請求項8に記載の基板洗浄方法。
  10. 前記純水の供給方向は、前記ロール洗浄具に沿って前記基板の中心側から外周側に向かう方向であることを特徴とする請求項8または9に記載の基板洗浄方法。
  11. 前記基板の表面に対する前記純水の供給角度は、5度から60度までの範囲内であることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
  12. 前記基板の第1の領域は、前記基板の回転方向に関して前記ロール洗浄具の上流側に位置し、かつ前記ロール洗浄具に沿って直線的に延びる領域であることを特徴とする請求項8乃至11のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
  13. 前記ロール洗浄具の長手方向に垂直な前記基板の中心線を横切るように前記純水の流れを前記基板の表面上に形成することを特徴とする請求項8乃至12のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
  14. 前記基板をその表面が傾斜した状態で回転させることを特徴とする請求項8乃至13のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
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