JP2015062249A

JP2015062249A - 洗浄方法及び洗浄装置

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Publication number: JP2015062249A
Application number: JP2014235605A
Authority: JP
Inventors: 廣瀬　治道; Harumichi Hirose; 治道廣瀬
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2015-04-02

Abstract

【課題】微細バブルの洗浄に有効なより多くの性質を利用しつつ効果的な洗浄を可能にする洗浄方法及び洗浄装置を提供する。
【解決手段】処理液をかけて被洗浄物を洗浄する洗浄方法であって、マイクロナノバブルやナノバブル等の比較的小さいサイズのバブルを含む第１処理液を前記被洗浄物にかける第１ステップ（Ｓ３）と、該第１ステップの後に、前記第１処理液に含まれるバブルより大きいサイズのマイクロバブル等のバブルを含む第２処理液を前記第１処理液が付着した状態の前記被洗浄物にかける第２ステップ（Ｓ４）とを有し、第１処理液での洗浄の後に、該第１処理液に含まれるバブルより大きいサイズのバブルを含む第２処理液での洗浄がなされるので、比較的小さいバブルの好ましい性質を利用した第１処理液による洗浄の後に、比較的大きいバブルの好ましい性質を利用した第２処理液による洗浄を行うことができるようになる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体基板等の被洗浄物に処理液をかけて当該被洗浄物を洗浄する洗浄方法及び洗浄装置に関する。

従来、半導体ウェーハ等の板状基板の表面に微細バブルを含有する処理液をかけて当該基板を洗浄する基板処理装置（基板処理方法）が提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１に開示される基板処理装置では、マイクロバブルを含むマイクロバブル水（処理液）を基板表面に吹き付けて当該基板表面を洗浄している。このような基板処理装置では、マイクロバブル水に含まれるマイクロバブル（微細バブル）の物理的衝撃、発散エネルギー、電気的吸着性等の性質を利用して基板表面をより良好に洗浄することができるようになる。

また、特許文献２に開示される基板処理装置では、更に、基板から除去すべきパーティクルの大きさに応じてマイクロバブル水に含まれるマイクロバブル（微細バブル）の大きさを調整することができるようになっている。このような基板処理装置によれば、サイズの大きいパーティクルが多い工程ではマイクロバブルのサイズを大きめに設定し、一方、サイズの小さいパーティクルが多い工程ではマイクロバブルのサイズを小さめに設定することができる。

特開２００８−９３５７７号公報特開２００８−８０２３０号公報

ところで、特許文献１や特許文献２に記載されるようなマイクロバブル水（処理液）に含まれるマイクロバブル（微細バブル）の物理的衝撃、発散エネルギー、電気的吸着性等の洗浄に有効な複数の性質は、微細バブルであれば一律同程度に発揮され得るものではない。あるサイズの微細バブルの、例えば、物理的衝撃については特に良好であるものの、他の性質、例えば、電気吸着性については特に良好であるというものではなかったり、他のサイズの微細バブルの、逆に、例えば、電気吸着性については特に良好であるものの、他の性質、例えば、物理的衝撃については特に良好であるというものではなかったりする。

しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示される基板処理装置では、マイクロバブル水（処理液）に含まれるマイクロバブルのサイズを調整する機能を有するものではあるが、あるサイズのパーティクルの除去を目的とした洗浄においては、マイクロバブルのサイズが決められてしまうので、その決められたサイズのマイクロバブルのある性質については特に良好であるものの、そのサイズのマイクロバブルの他の性質については特に良好であるとは限らない。

このように、従来の基板処理装置（洗浄装置）では、微細バブルの洗浄に好ましい多くの性質を有効に利用することが必ずしもできていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、微細バブルの洗浄に有効なより多くの性質を利用しつつ効果的な洗浄を可能にする洗浄方法及び洗浄装置を提供するものである。

本発明に係る洗浄方法は、処理液をかけて被洗浄物を洗浄する洗浄方法であって、バブルを含む第１処理液を前記被洗浄物にかける第１ステップと、該第１ステップの後に、前記第１処理液に含まれるバブルより大きいサイズのバブルを含む第２処理液を前記第１処理液が付着した状態の前記被洗浄物にかける第２ステップを有し、前記被洗浄物は搬送路上を搬送され、前記第２ステップは、前記第１ステップより搬送方向の下流側でなされることを特徴とする。

このような構成により、被洗浄物に対して、バブルを含む第１処理液での洗浄の後に、該第１処理液に含まれるバブルより大きいサイズのバブルを含む第２処理液での洗浄がなされるので、比較的小さいバブルの特に洗浄に有効な性質を利用した第１処理液による洗浄の後に、比較的大きいバブルの特に良好な性質を利用した第２処理液による洗浄を行うことができる。

例えば、第１処理液に含まれるバブルをマイクロナノバブルやナノバブルのような極めて小さいサイズのバブルにすると、その極めて小さいバブルが圧壊（消滅）する際に生じるラジカル反応によって被洗浄物表面から有機残渣を有効に除去することができる（極めて小さいバブルの洗浄に有効な性質）とともに、極めて小さいバブルが負電位に帯電するので、パーティクルの表面に付着するその極めて小さいバブルの電位反発により当該パーティクルを被洗浄物から分離させることができる（極めて小さいバブルの洗浄に有効な性質）。そして、第２処理液に含まれるバブルをマイクロバブル等の前記マイクロナノバブルやナノバブルより大きいサイズのバブルにすると、前述したように、被洗浄物表面から分離されたパーティクルに付着するその比較的大きいバブルによって、そのパーティクルを処理液表面まで比較的早く浮上させることができるようになる（比較的大きいバブルの洗浄に有効な性質）。

本発明に係る洗浄装置は、被洗浄物に処理液をかけて洗浄する洗浄装置であって、バブルを含む第１処理液を前記被洗浄物にかける第１洗浄機構と、前記第１洗浄機構によりかけられた第１処理液が付着した状態の前記被洗浄物に前記第１処理液に含まれるバブルより大きいサイズのバブルを含む第２処理液を前記被洗浄物にかける第２洗浄機構とを有し、前記被洗浄物が搬送される搬送経路を有し、前記第２洗浄機構は、前記第１洗浄機構より搬送方向の下流側に配置されたことを特徴とする。

このような構成により、被洗浄物に対して、第１洗浄機構によるバブルを含む第１処理液での洗浄の後に、第２洗浄機構により前記第１処理液に含まれるバブルより大きいサイズのバブルを含む第２処理液での洗浄がなされるので、比較的小さいバブルの好ましい性質を利用した第１処理液による洗浄の後に、比較的大きいバブルの好ましい性質を利用した第２処理液による洗浄を行うことができる。

本発明に係る洗浄方法及び洗浄装置によれば、被洗浄物に対して、比較的小さいバブルの好ましい性質を利用した第１処理液による洗浄の後に、比較的大きいバブルの好ましい性質を利用した第２処理液による洗浄を行うことができるので、比較的小さいバブルの洗浄に好ましい性質、次いで、比較的大きいバブルの洗浄に好ましい性質を順次利用しつつ当該被洗浄物を洗浄することができる。従って、微細バブルの好ましいより多くの性質を有効に利用しつつ被洗浄物の効果的な洗浄が可能になる。

本発明の第１の実施の形態に係る洗浄装置を模式的に示す図である。図１に示す洗浄装置においてなされる半導体ウェーハ基板（被洗浄物）の洗浄手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

本発明の実施の形態に係る洗浄装置は、図１に示すように構成される。この洗浄装置は、半導体基板（被洗浄物）に処理液をかけて当該半導体基板を洗浄するものである。

図１において、この洗浄装置１００は搬送機構１０を有する。搬送機構１０は、その搬送方向（矢印参照）に順次所定間隔で配列されたローラ（搬送経路）を有しており、被洗浄物となる半導体基板（以下、単に基板という）Ｗが回転するローラ上を順次移動しつつ搬送されるようになっている。搬送機構１０の順次配列されるローラに対向して、その搬送方向の上流側から順次、洗浄ノズル２０、二流体ノズル３０、アクアナイフ４０、洗浄ノズル５０、乾燥前ノズル６０及びエアナイフ７０が配置されている。

洗浄装置１００は、リンス液供給機構２１、５１、Ｏ₂溶存液生成機構３２、エア溶存液生成機構４２、６２、酸素ガスボンベ３１、エアボンベ４１、６１、及び純水の貯められたタンク８０を有している。リンス液供給機構２１は、タンク８０からの純水をリンス液として送通管２２を通して洗浄ノズル２０に供給する。また、リンス液供給機構５１も、同様に、タンク８０からの純水をリンス液として送通管５２を通して洗浄ノズル５０に供給する。これら洗浄ノズル２０、５０は、供給されるリンス液（純水）を噴出する。

Ｏ₂溶存液生成機構３２は、タンク８０から供給される純水と酸素ボンベ３１から供給される酸素ガスとを混合し、高圧力下でその酸素ガスを純水中に溶解させて、過飽和状態あるいはそれに近い状態となる酸素溶存液を生成する。Ｏ₂溶存液生成機構３２は、生成した酸素溶存液をその高圧状態を維持しつつ送通管３４を通して洗浄ノズル２０より基板Ｗ搬送方向の下流側に位置する二流体ノズル３０に供給する。エアボンベ３５から高圧エアが供給される二流体ノズル３０は、供給される酸素溶存液を高圧エアとともに噴出する。二流体ノズル３０から酸素溶存液が噴出する際に圧力解放がなされて、過飽和状態あるいはそれに近い状態の酸素溶存液中の溶存酸素が気化して微細バブルが発生する。これにより、二流体ノズル３０から酸素の微細バブルを含有する液体が第１処理液として霧状となって噴出する（第１洗浄機構）。二流体ノズル３０においては、供給される高圧エアの流量に応じて噴出する液中に含まれる微細バブルのサイズを調整することが可能であり、この二流体ノズル３０から第１処理液として噴出する液中に含まれる酸素のバブルは、マイクロナノバブルあるいはナノバブル等の極めて小さいサイズ（例えば、１０μｍ以下程度）に設定されている。

エア溶存液生成機構４２、６２は、それぞれ、タンク８０から供給される純水とエアボンベ４１、６１から供給される空気とを混合し、高圧力下で空気を純水中に溶解させてエア溶存液を生成する。エア溶存液生成機構４２、６２は、生成したエア溶存液をその高圧状態を維持しつつ送通管４３ａ、６３ａを通してバブル発生ユニット４４、６４に供給する。バブル発生ユニット４４、６４は、複数のオリフィスを有する構造となっており、供給される高圧状態のエア溶存液がその複数のオリフィスを通過する際に圧力解放されて、エア溶存液中の溶存空気が気化して空気の微細バブルが発生する。

バブル発生ユニット４４は、エア溶存液から得られる空気の微細バブルを含有する液体を二流体ノズル３０より基板Ｗ搬送方向の下流に配置されるアクアナイフ４０に送通管４３ｂを通して供給する。アクアナイフ４０は、供給される微細バブルを含む液体を第２処理液として基板Ｗの搬送方向の上流側に向けて噴出する（第２洗浄機構）。エア溶存液生成機構４２及びバブル発生ユニット４４を含む機構では、純水に混合させる空気の流量や圧力解放の特性等を制御することにより、アクアナイフ４０に供給される液中に含まれる微細バブルのサイズを調整することが可能である。アクアナイフ４０から第２処理液として噴出される液中に含まれる空気のバブルは、マイクロバブル等の前述した二流体ノズル３０から噴出する第１処理液中に含まれる微細バブルより大きいサイズ（例えば、５０μｍ程度）に設定されている。

バブル発生ユニット６４は、エア溶存液から得られる微細バブルを含有する液体を前述したアクアナイフ４０及び洗浄ノズル５０より基板Ｗ搬送方向の下流側に配置される乾燥前ノズル６０に送通管６３ｂを通して供給する。乾燥前ノズル６０は、供給される微細バブルを含む液体を第３処理液として噴出する（第３洗浄機構）。エア溶存液生成機構６２及びバブル発生ユニット６４を含む機構でも、純水に混合させる空気の流量や圧力解放の特性等を制御することにより、乾燥前ノズル６０に供給される液中に含まれる微細バブルのサイズを調整することが可能であり、乾燥前ノズル６０から第３処理液として噴出される液中に含まれる空気のバブルは、マイクロバブルあるいはミリバブル等の、前述したアクアナイフ４０から噴出する第２処理液中に含まれる微細バブルより大きいサイズ（例えば、１００μｍ以上程度）に設定される。

前述した乾燥前ノズル６０より基板Ｗ搬送方向の下流側に配置されるエアナイフ７０には、エアボンベ７１からの高圧空気が供給されており、エアナイフ７０からエアが基板Ｗ搬送方向の上流側に向けて噴出するようになっている。

前述したような構造の洗浄装置１００において、搬送機構１０のローラ上を順次搬送される基板Ｗ（被洗浄物）に対して、図２に示す手順に従って処理（洗浄処理）がなされる。

基板Ｗが前工程（例えば、ゲート配線パターニング工程）から搬送路（搬送機構１０のローラ上）に搬入されると（Ｓ１）、当該基板Ｗの搬送が開始される。搬送される基板Ｗは、まず、洗浄ノズル２０から噴出するリンス液が吹き付けられる（Ｓ２）。これにより基板Ｗのプレリンス処理がなされる。洗浄ノズル２０の位置を通過してプレリンス処理のなされた基板Ｗは、更に、搬送されて、二流体ノズル３０から噴出する第１処理液が吹き付けられる（Ｓ３：第１ステップ）。第１処理液には酸素（Ｏ₂）のマイクロナノバブルやナノバブル等の極めて小さいバブルが含有されており、このような第１処理液が基板Ｗの表面に吹き付けられると、その極めて小さい酸素のバブルが圧壊（消滅）する際に生じ得るラジカル反応、更にそれにより電離する酸素の作用等によって基板Ｗ表面から有機残渣が剥離され得るともに、極めて小さいバブルが負電位に帯電するので、そのように剥離された有機残渣やパーティクルの表面に付着する微細バブルの電位反発により当該有機残渣や他のパーティクルが基板Ｗ表面から分離され得る。このようにして基板Ｗ表面に付着した第１処理液中には、基板Ｗ表面から剥離・分離された有機残渣やパーティクルが浮遊している。

二流体ノズル３０の位置を通過して第１処理液による洗浄のなされた基板Ｗは、更に、搬送されて、アクアナイフ４０から噴出する第２処理液が吹き付けられる（Ｓ４：第２ステップ）。アクアナイフ４０からは搬送方向の上流側に向けて第２処理液が噴出されるので、その噴出力と基板Ｗの下流側への移動とが相俟って、アクアナイフ４０から吹き付けられる第２処理液によって基板Ｗ表面に付着した第１処理液が飛ばされていく。また、第２処理液にはマイクロバブル等の前記第１処理液に含まれる微細バブルより大きいサイズのバブルが含有されているので、その比較的大きいバブルが前述したように基板Ｗ表面から剥離・分離された有機残渣やパーティクルに付着すると、その比較的大きいバブルによって、その有機残渣やパーティクルを処理液表面まで比較的早く浮上させることができる。これにより、有機残渣やパーティクルが浮遊する第１処理液がアクアナイフ４０からの第２処理液の吹き付けにより飛ばされる際に、その有機残渣やパーティクルが再び基板Ｗ表面に付着してしまうことを確実に防止することができる。

アクアナイフ４０の位置を通過して第２処理液による洗浄のなされた基板Ｗは、更に、搬送されて、洗浄ノズル５０から噴出するリンス液（純水）が吹き付けられる（Ｓ５）。このリンス液により、基板Ｗ表面に残った第２処理液が流し落とされる。

洗浄ノズル５０の位置を通過してリンス処理のなされた基板Ｗは、更に、搬送されて、乾燥前ノズル６０から噴出する第３処理液が吹き付けられる（Ｓ６：第３ステップ）。この乾燥前ノズル６０から吹き付けられる第３処理液により基板表面Ｗに不均一に残ったリンス液が流し落とされて、当該基板Ｗ表面が第３処理液にて一様に覆われた状態となる。そして、第３処理液には、アクアナイフ４０から噴出する第２処理液に含まれるバブル及び二流体ノズル３０から噴出する第１処理液に含まれるバブルより大きいサイズのバブルが含まれており、そのバブルによってその第３処理液中に含まれる液分が比較的少ない状態となっている。従って、基板Ｗ表面が液分の比較的少ない第３処理液によって一様に覆われた状態となる。

その後、基板Ｗは、乾燥前ノズル６０の位置を通過してエアナイフ７０の位置を通過する際に、エアナイフ７０から噴出する高圧エアが吹き付けられる（Ｓ７）。この吹き付けられる高圧エアによって基板Ｗ表面に一様に残っている第３処理液（水分子）がその基板Ｗ表面より物理的に排除されて、基板Ｗの乾燥処理がなされる。前述したように、基板Ｗ表面を一様に覆う第３処理液は含有するバブルによって液分が比較的少ない状態となっているので、当該基板Ｗを効率的に、かつ、一様に乾燥させることができる。

このようにして乾燥処理の終了した基板Ｗは、搬送路（搬送機構１０のローラ上）から搬出され（Ｓ８）、次の工程（例えば、成膜処理工程）に移動される。

上述したような洗浄装置１００（洗浄方法：図２参照）によれば、基板Ｗに対して、バブル圧壊（消滅）時のラジカル反応の発生や電位反発等の比較的小さいバブルの好ましい性質を利用した第１処理液による洗浄の後に、パーティクルの浮上分離等の比較的大きいバブルの好ましい性質を利用した第２処理液による洗浄を行うことができるので、そのバブル圧壊（消滅）時のラジカル反応の発生や電位反発等の性質、それに次いで、パーティクルの浮上分離等の性質を順次利用しつつ基板Ｗを洗浄することができる。従って、それらの洗浄に好ましいバブルの多くの性質を有効に利用しつつ基板Ｗの効果的な洗浄が可能になる。

前述した洗浄装置１００は、搬送機構１００を搬送される基板Ｗに対して各洗浄処理を行う構造であったが、支持テーブル上にセットされた基板Ｗに対して、各ノズルが順次交換セットされながら各洗浄処理を行う構造のものであってもよい。

なお、二流体ノズル３０から噴出する第１処理液は、酸素のバブルを含むものであったが、例えば、更に活性化され易いオゾンのバブルを含むものであってもよい。また、第２処理液同様に空気のバブルを含むものであってもよい。

二流体ノズル３０から噴出する第１処理液は、純水に酸素等の気体のバブルを含有するものであったが、特に洗浄効果の高い薬液（例えば、アンモニア水、中性洗剤、アルカリ溶液等）にバブルを含有するものであってもよい。

また、前述した洗浄装置１００では、第１処理液を噴出する機構として二流体ノズル３０が用いられているが、第２処理液や第３処理液に含まれるバブルよりサイズの小さいバブルを含む処理液（第１処理液）を噴出することができるものであれば、他の構造のものであってもよい。

前述した洗浄装置１００は、半導体基板Ｗを被洗浄物とするものであったが、ガラス基板等の板状の物や、他の形状の物を被洗浄物とすることもできる。

１０搬送機構
２０洗浄ノズル
２１、５１リンス液供給機構
２２、５２送通管
３０二流体ノズル
３１酸素ボンベ
３２Ｏ₂溶存液生成機構
３４送通管
３５エアボンベ
４０アクアナイフ
４１、６１エアボンベ
４２、６２エア溶存液生成機構
４４、６４バブル発生ユニット
４３ａ、４３ｂ、６３ａ、６３ｂ送通管
６０乾燥前ノズル
７０エアナイフ
７１エアボンベ
１００洗浄装置

Claims

処理液をかけて被洗浄物を洗浄する洗浄方法であって、
バブルを含む第１処理液を前記被洗浄物にかける第１ステップと、
該第１ステップの後に、前記第１処理液に含まれるバブルより大きいサイズのバブルを含む第２処理液を前記第１処理液が付着した状態の前記被洗浄物にかける第２ステップを有し、
前記被洗浄物は搬送路上を搬送され、
前記第２ステップは、前記第１ステップより搬送方向の下流側でなされることを特徴とする洗浄方法。
被洗浄物に処理液をかけて洗浄する洗浄装置であって、
バブルを含む第１処理液を前記被洗浄物にかける第１洗浄機構と、
前記第１洗浄機構によりかけられた第１処理液が付着した状態の前記被洗浄物に前記第１処理液に含まれるバブルより大きいサイズのバブルを含む第２処理液を前記被洗浄物にかける第２洗浄機構とを有し、
前記被洗浄物が搬送される搬送経路を有し、
前記第２洗浄機構は、前記第１洗浄機構より搬送方向の下流側に配置されたことを特徴とする洗浄装置。