JP2015023085A - 基板洗浄装置および基板洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の洗浄効果を向上させることができ、かつ洗浄屑を含んだ洗浄液を速やかに基板から排除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を水平面に対して所定の角度で傾けた状態で回転させる基板保持部７１〜７４，７５と、基板Ｗの表面上の上側領域に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズル８５Ａ，８５Ｂ，８７Ａ，８７Ｂと、洗浄液の存在下で基板Ｗの表面に接触するロール洗浄具７７，７８と、ロール洗浄具７７，７８を、基板Ｗを引き上げる方向に回転させる洗浄具回転機構８０，８１とを備える。
【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。

従来の基板洗浄装置として、基板を鉛直姿勢にして回転させながら、ロールスポンジを基板の表面に接触させることで基板の表面を洗浄する装置が知られている。図６は、従来の基板洗浄装置を模式的に示す側面図であり、図７は図６に示す基板洗浄装置の正面図である。図６および図７に示すように、基板洗浄装置は、基板Ｗを鉛直姿勢に支持し、かつ回転させる２つのローラー１０１，１０２と、ローラー１０１，１０２に支持された基板Ｗの両面に接触する２つのロールスポンジ１０４，１０５と、基板Ｗの両面に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズル１０６，１０７，１０８とを備えている。

基板Ｗは次のようにして洗浄される。基板Ｗを２つのローラー１０１，１０２で回転させるとともに、ロールスポンジ１０４，１０５をその軸心まわりに回転させる。この状態で、基板Ｗに洗浄液をロールスポンジ１０４，１０５の上から供給する。基板Ｗの両面は、洗浄液の存在下でロールスポンジ１０４，１０５によりこすり洗いされる。

図６および図７に示す従来の装置では、ロールスポンジ１０４，１０５は基板Ｗを下方に押し出す方向に回転し、２つのローラー１０１，１０２が基板Ｗの下向きの荷重を支持している。しかしながら、このような構造には次のような問題点がある。基板Ｗの表面は、洗浄液の存在下でロールスポンジ１０４，１０５と基板Ｗとの摺接により洗浄されるため、基板Ｗの表面上で最も洗浄効果が高い領域は、ロールスポンジ１０４，１０５と基板Ｗとの相対速度が最も高い領域Ｃである。

この領域Ｃ上に存在する洗浄液は、基板Ｗの回転に伴って再び領域Ｄでロールスポンジ１０４，１０５に接触する。領域Ｃで基板Ｗの洗浄に使用された洗浄液にはパーティクルなどの洗浄屑が含まれている。このため、一旦洗浄に使用された洗浄液が再び領域Ｄでロールスポンジ１０４，１０５に接触すると、洗浄屑がロールスポンジ１０４，１０５に付着するおそれがある。さらに、洗浄屑を含んだ洗浄液は、基板Ｗの外側から供給される新たな洗浄液によって基板Ｗの内側に押し戻され、基板Ｗから排除されにくい。その結果、新たな洗浄液が使用済みの洗浄液によって希釈され、洗浄効果が低下することがある。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、基板の洗浄効果を向上させることができ、かつ洗浄屑を含んだ洗浄液を速やかに基板から排除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、基板を水平面に対して所定の角度で傾けた状態で回転させる基板保持部と、前記基板の表面上の上側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の表面に接触するロール洗浄具と、前記ロール洗浄具を、前記基板を引き上げる方向に回転させる洗浄具回転機構と、前記基板の表面上の下側領域に純水を供給する純水供給ノズルとを備えた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、前記ロール洗浄具は、前記基板の幅よりも長いことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板保持部は、前記基板の周縁部を保持する少なくとも３つの保持ローラーと、前記保持ローラーのうちの少なくとも１つを回転させる基板回転機構とを備え、前記保持ローラーのうちの少なくとも１つは、前記ロール洗浄具から前記基板に伝えられる上向きの力を支持する位置に配置されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記所定の角度は、３０度以上であり、かつ８０度以下であることを特徴とする。

本発明の他の態様は、基板を水平面に対して所定の角度で傾けた状態で基板を回転させ、前記基板の表面上の上側領域に洗浄液を供給し、かつ前記基板の表面上の下側領域に純水を供給しながら、前記洗浄液の存在下で前記基板の表面にロール洗浄具を接触させ、前記ロール洗浄具を、前記基板を引き上げる方向に回転させ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、前記所定の角度は、３０度以上であり、かつ８０度以下であることを特徴とする。

本発明によれば、ロール洗浄具と基板との相対速度が最も高い領域に供給された洗浄液は、基板の回転に伴って基板の表面上の下側領域に移動される。基板は所定の角度で傾斜しているので、下側領域に移動した洗浄液は、その自重と遠心力とにより基板から速やかに排除される。したがって、基板の洗浄効果を向上させることができる。

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。 基板洗浄装置を示す側面図である。 図２に示す基板洗浄装置の正面図である。 基板洗浄装置の他の実施形態を示す側面図である。 図４に示す基板洗浄装置の正面図である。 従来の基板洗浄装置を示す側面図である。 図６に示す従来の基板洗浄装置の正面図である。

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。

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を示す側面図であり、図３は、図２に示す第１洗浄ユニット１６の正面図である。第１洗浄ユニット１６は、ウェーハＷを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、上側のロールスポンジ７７をその軸心まわりに回転させる洗浄具回転機構８０と、下側のロールスポンジ７８をその軸心まわりに回転させる洗浄具回転機構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８５Ａ，８５Ｂ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８７Ａ，８７Ｂとを備えている。

さらに、第１洗浄ユニット１６は、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８５Ｃ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８７Ｃとを備えている。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、薬液供給ノズル８７Ａ〜８７Ｃおよびリンス液供給ノズル８５Ａ〜８５Ｃを総称して洗浄液供給ノズルということがある。これら洗浄液供給ノズルからの洗浄液のウェーハ面に対する入射角は鋭角である。具体的には、洗浄液供給ノズルは、ウェーハ面上を下方に流れる洗浄液の流れを形成する角度で配置される。

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７２，７３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７２，７３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の周縁部を保持した状態で、２つの保持ローラー７２，７３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。基板回転機構７５は、モータと、このモータの駆動力を保持ローラー７２，７３に伝達するベルトなどから構成される。本実施形態では基板回転機構７５は２つの保持ローラー７２，７３に連結されているが、基板回転機構７５は保持ローラー７１，７２，７３，７４のうちの１つに連結されていてもよく、または３つ以上の保持ローラーに連結されていてもよい。

保持ローラー７１，７２，７３，７４の軸心は、鉛直方向に対して傾いて傾斜しており、その結果として、保持ローラー７１，７２，７３，７４に保持されたウェーハＷは水平面に対して所定の角度αで傾いている。ウェーハＷは、デバイス面（すなわち、デバイスが形成された面）が上を向いた状態で保持ローラー７１，７２，７３，７４に保持される。

上側薬液供給ノズル８７Ａ，８７Ｂおよび上側リンス液供給ノズル８５Ａ，８５Ｂは、傾いたウェーハＷの上面の上側領域に薬液およびリンス液を供給する。同様に、下側薬液供給ノズル８７Ｃおよび下側リンス液供給ノズル８５Ｃは、傾いたウェーハＷの下面の上側領域に薬液およびリンス液を供給する。ウェーハＷに供給された薬液およびリンス液は、その自重によってウェーハＷ上を下方に流れてロールスポンジ７７，７８に接触する。ここで、ウェーハＷの上面の上側領域とは、ウェーハＷの上面上を水平に延びる中心線（図３において符号Ｌで表す）の上方の領域であり、ウェーハＷの下面の上側領域とは、ウェーハＷの下面上を水平に延びる中心線（図示せず）の上方の領域である。

図２の矢印で示すように、ロールスポンジ７７，７８は、保持ローラー７１，７２，７３，７４に保持されたウェーハＷを引き上げる方向に洗浄具回転機構８０，８１によって回転される。回転するロールスポンジ７７，７８からウェーハＷに伝えられる上向きの力は、上側の２つの保持ローラー７１，７４によって支持される。基板保持部を構成する保持ローラーの数および配置は、図２および図３に示す実施形態に限られない。例えば、３つの保持ローラーをウェーハＷの周囲に配置し、そのうちの１つを上記上向きの力を支持する位置に配置してもよい。保持ローラーの数は、少なくとも３つであり、好ましくは４つ以上である。

ロールスポンジ７７，７８は、図示しない移動機構によってウェーハＷに接触および離間する方向に移動されるようになっている。このような移動機構としては、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。

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８７Ａ，８７Ｂおよび下側薬液供給ノズル８７Ｃ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。

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供給ノズル８５Ａ〜８５Ｃからリンス液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。ウェーハＷの濯ぎ時に、ロールスポンジ７７，７８をウェーハＷの上下面から離間させてもよい。ウェーハＷのスクラブ洗浄時に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に供給されてもよい。

ウェーハＷの表面は、洗浄液の存在下でロールスポンジ７７とウェーハＷとの摺接により洗浄されるため、ウェーハＷの表面上で最も洗浄効果が高い領域は、ロールスポンジ７７とウェーハＷとの相対速度が最も高い領域Ｄ（図３参照）である。この領域Ｄに存在する洗浄液（薬液および／またはリンス液）は、ウェーハＷの回転に伴ってその上面の下側領域に移動される。ウェーハＷは所定の角度αで傾いているので、洗浄液はその自重および遠心力によってウェーハＷから速やかに排出される。従って、洗浄液に含まれるパーティクルなどの洗浄屑がロールスポンジ７７に付着せず、さらには新たな洗浄液が使用済みの洗浄液によって希釈されない。よって、ロールスポンジ７７の寿命を伸ばすことができ、さらにウェーハＷの洗浄効果を向上させることができる。このような効果は、ウェーハＷの下面についても同様に得られる。

ウェーハＷの水平面に対する角度αは、０度よりも大きく、９０度以下であり、好ましくは、３０度以上、かつ８０度以下である。

洗浄屑を含む洗浄液（薬液および／またはリンス液）を確実にウェーハＷから排除するために、図４および図５に示すように、ウェーハＷの上面の下側領域に純水を供給する上側純水供給ノズル９０Ａ、およびウェーハＷの下面の下側領域に純水を供給する下側純水供給ノズル９０Ｂを設けることが好ましい。純水供給ノズル９０Ａ，９０Ｂは、ロールスポンジ７７，７８に平行な領域に純水を供給するように構成されている。純水供給ノズル９０Ａ，９０Ｂとしては、フラットノズルが使用される。ただし、ロールスポンジ７７，７８の長手方向に沿った直線的な領域に純水を供給することができるのであれば、純水供給ノズル９０Ａ，９０Ｂ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純水供給ノズル９０Ａ，９０Ｂとして使用してもよい。

純水供給ノズル９０Ａ，９０Ｂは、ウェーハ面と垂直な方向に対して傾いて配置されている。より具体的には、純水供給ノズル９０Ａ，９０Ｂは、ウェーハ面上を下方に流れる純水の流れを形成する角度で配置されている。純水は、ロールスポンジ７７，７８の直ぐ下方の領域に供給され、ウェーハＷの上下面の下側領域上を下方に流れる。ここで、ウェーハＷの上面の下側領域とは、ウェーハＷの上面上を水平に延びる中心線（図５において符号Ｌで表す）の下方の領域であり、ウェーハＷの下面の下側領域とは、ウェーハＷの下面上を水平に延びる中心線（図示せず）の下方の領域である。

領域Ｄに存在する洗浄液（薬液および／またはリンス液）は、ウェーハＷの回転に伴ってその上面および下面の下側領域に移動される。洗浄液は、図５に示すように、その自重、遠心力、および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。

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
８５Ａ，８５Ｂ 上側リンス液供給ノズル
８５Ｃ 下側リンス液供給ノズル
８７Ａ，８７Ｂ 上側薬液供給ノズル
８７Ｃ 下側薬液供給ノズル
９０Ａ，９０Ｂ 純水供給ノズル

Claims (6)

1. 基板を水平面に対して所定の角度で傾けた状態で回転させる基板保持部と、
   前記基板の表面上の上側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の表面に接触するロール洗浄具と、
   前記ロール洗浄具を、前記基板を引き上げる方向に回転させる洗浄具回転機構と、
   前記基板の表面上の下側領域に純水を供給する純水供給ノズルとを備えたことを特徴とする基板洗浄装置。
2. 前記ロール洗浄具は、前記基板の幅よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
3. 前記基板保持部は、前記基板の周縁部を保持する少なくとも３つの保持ローラーと、前記保持ローラーのうちの少なくとも１つを回転させる基板回転機構とを備え、
   前記保持ローラーのうちの少なくとも１つは、前記ロール洗浄具から前記基板に伝えられる上向きの力を支持する位置に配置され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. 前記所定の角度は、３０度以上であり、かつ８０度以下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. 基板を水平面に対して所定の角度で傾けた状態で基板を回転させ、
   前記基板の表面上の上側領域に洗浄液を供給し、かつ前記基板の表面上の下側領域に純水を供給しながら、前記洗浄液の存在下で前記基板の表面にロール洗浄具を接触させ、
   前記ロール洗浄具を、前記基板を引き上げる方向に回転させることを特徴とする基板洗浄方法。
6. 前記所定の角度は、３０度以上であり、かつ８０度以下であることを特徴とする請求項５に記載の基板洗浄方法。

Images