JP2015095583A - 基板洗浄方法、基板洗浄システムおよび記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】下地膜の侵食を抑えつつ、基板に付着した粒子径の小さい不要物を除去すること。
【解決手段】実施形態に係る基板洗浄方法は、成膜処理液供給工程と、剥離処理液供給工程とを含む。成膜処理液供給工程は、表面が親水性の基板に対し、揮発成分を含み基板上に膜を形成するための成膜処理液を供給する。剥離処理液供給工程は、揮発成分が揮発することによって成膜処理液が基板上で固化または硬化してなる処理膜に対し、処理膜を基板から剥離させる剥離処理液を供給する。
【選択図】図４

Description

開示の実施形態は、基板洗浄方法、基板洗浄システムおよび記憶媒体に関する。

従来、シリコンウェハや化合物半導体ウェハ等の基板に付着したパーティクルの除去を行う基板洗浄装置が知られている。

この種の基板洗浄装置としては、基板の表面に液体や気体等の流体を供給することによって生じる物理力を利用してパーティクルを除去するものがある（特許文献１参照）。また、基板の表面にＳＣ１等の薬液を供給し、供給した薬液が持つ化学的作用（たとえば、エッチング作用）を利用してパーティクルを除去する基板洗浄装置も知られている（特許文献２参照）。

特開平８−３１８１８１号公報 特開２００７−２５８４６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術のように物理力を利用する手法では、粒子径の小さいパーティクルやポリマー等の不要物を除去することが困難であった。

また、特許文献２に記載の技術のように、薬液の化学的作用を利用してパーティクルを除去する手法では、たとえばエッチング作用等によって基板の下地膜が侵食されるおそれがあった。

実施形態の一態様は、下地膜の侵食を抑えつつ、基板に付着した粒子径の小さい不要物を除去することのできる基板洗浄方法、基板洗浄システムおよび記憶媒体を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る基板洗浄方法は、成膜処理液供給工程と、剥離処理液供給工程とを含む。成膜処理液供給工程は、表面が親水性の基板に対し、揮発成分を含み基板上に膜を形成するための成膜処理液を供給する。剥離処理液供給工程は、揮発成分が揮発することによって成膜処理液が基板上で固化または硬化してなる処理膜に対し、処理膜を基板から剥離させる剥離処理液を供給する。

実施形態の一態様によれば、下地膜の侵食を抑えつつ、基板に付着した粒子径の小さい不要物を除去することができる。

図１Ａは、第１の実施形態に係る基板洗浄方法の説明図である。 図１Ｂは、第１の実施形態に係る基板洗浄方法の説明図である。 図１Ｃは、第１の実施形態に係る基板洗浄方法の説明図である。 図１Ｄは、第１の実施形態に係る基板洗浄方法の説明図である。 図１Ｅは、第１の実施形態に係る基板洗浄方法の説明図である。 図２は、第１の実施形態に係る基板洗浄システムの構成を示す模式図である。 図３は、第１の実施形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式図である。 図４は、第１の実施形態に係る基板洗浄装置が実行する基板洗浄処理の処理手順を示すフローチャートである。 図５Ａは、本洗浄方法と２流体洗浄との比較結果を示す図である。 図５Ｂは、本洗浄方法と２流体洗浄との比較結果を示す図である。 図６Ａは、本洗浄方法と薬液洗浄との比較結果を示す図である。 図６Ｂは、本洗浄方法と薬液洗浄との比較結果を示す図である。 図７は、第２の実施形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式図である。 図８は、第２の実施形態に係る基板洗浄装置が実行する基板洗浄処理の処理手順を示すフローチャートである。 図９は、第３の実施形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式図である。 図１０は、第４の実施形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式図である。 図１１は、第４の実施形態に係る基板洗浄装置が実行する基板洗浄処理の処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する基板洗浄方法、基板洗浄システムおよび記憶媒体の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
＜基板洗浄方法の内容＞
まず、第１の実施形態に係る基板洗浄方法の内容について図１Ａ〜図１Ｅを用いて説明する。図１Ａ〜図１Ｅは、第１の実施形態に係る基板洗浄方法の説明図である。

図１Ａに示すように、第１の実施形態に係る基板洗浄方法では、シリコンウェハや化合物半導体ウェハ等の基板（以下、「ウェハＷ」と記載する）のパターン形成面に対し、揮発成分を含みウェハＷ上に膜を形成するための処理液（以下、「成膜処理液」と記載する）を供給する。

ここで、ウェハＷのパターン形成面は、たとえば親水性の膜（図示せず）で覆われることにより、あるいは、オゾン水などを用いた親水化処理が施されることにより、親水性を有している。

ウェハＷのパターン形成面に供給された成膜処理液は、揮発成分の揮発による体積収縮を起こしながら固化または硬化して処理膜となる。これにより、ウェハＷ上に形成されたパターンやパターンに付着したパーティクルＰがこの処理膜に覆われた状態となる（図１Ｂ参照）。なお、ここでいう「固化」とは、固体化することを意味し、「硬化」とは、分子同士が連結して高分子化すること（たとえば架橋や重合等）を意味する。

つづいて、図１Ｂに示すように、ウェハＷ上の処理膜に対して剥離処理液が供給される。剥離処理液とは、前述の処理膜をウェハＷから剥離させる処理液である。

具体的には、剥離処理液は親水性の処理液であり、処理膜上に供給された後、処理膜中に浸透していきウェハＷの界面に到達する。ウェハＷの界面であるパターン形成面は親水性を有しているため、ウェハＷの界面に到達した剥離処理液は、ウェハＷの界面であるパターン形成面に浸透する。

このように、ウェハＷと処理膜との間に剥離処理液が浸入することにより、処理膜は「膜」の状態でウェハＷから剥離し、これに伴い、パターン形成面に付着したパーティクルＰが処理膜とともにウェハＷから剥離する（図１Ｃ参照）。

なお、成膜処理液は、揮発成分の揮発に伴う体積収縮によって生じる歪み（引っ張り力）により、パターン等に付着したパーティクルＰをパターン等から引き離すことができる。

つづいて、ウェハＷから剥離された処理膜に対し、処理膜を溶解させる溶解処理液が供給される。これにより、処理膜は溶解し、処理膜に取り込まれていたパーティクルＰは、溶解処理液中に浮遊した状態となる（図１Ｄ参照）。その後、溶解処理液や溶解した処理膜を純水等で洗い流すことにより、パーティクルＰは、ウェハＷ上から除去される（図１Ｅ参照）。

このように、第１の実施形態に係る基板洗浄方法では、ウェハＷ上に形成された処理膜をウェハＷから「膜」の状態で剥離させることで、パターン等に付着したパーティクルＰを処理膜とともにウェハＷから除去することとした。

したがって、第１の実施形態に係る基板洗浄方法によれば、化学的作用を利用することなくパーティクル除去を行うため、エッチング作用等による下地膜の侵食を抑えることができる。

また、第１の実施形態に係る基板洗浄方法によれば、従来の物理力を利用した基板洗浄方法と比較して弱い力でパーティクルＰを除去することができるため、パターン倒れを抑制することもできる。

さらに、第１の実施形態に係る基板洗浄方法によれば、従来の物理力を利用した基板洗浄方法では除去が困難であった、粒子径が小さいパーティクルＰを容易に除去することが可能となる。かかる点については、第１の実施形態に係る基板洗浄方法と従来の物理力を利用した基板洗浄方法とのパーティクル除去率の比較結果（図５参照）を用いて後述する。

なお、第１の実施形態に係る基板洗浄方法において、処理膜は、ウェハＷに成膜された後、パターン露光を行うことなくウェハＷから全て除去される。したがって、洗浄後のウェハＷは、成膜処理液を塗布する前の状態、すなわち、パターン形成面が露出した状態となる。

＜基板洗浄システムの構成＞
次に、第１の実施形態に係る基板洗浄システムの構成について図２を用いて説明する。図２は、第１の実施形態に係る基板洗浄システムの構成を示す模式図である。なお、以下においては、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。

図２に示すように、基板洗浄システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２と処理ステーション３とは隣接して設けられる。

搬入出ステーション２は、キャリア載置部１１と、搬送部１２とを備える。キャリア載置部１１には、複数枚のウェハＷを水平状態で収容可能な複数の搬送容器（以下、「キャリアＣ」と記載する）が載置される。

搬送部１２は、キャリア載置部１１に隣接して設けられる。搬送部１２の内部には、基板搬送装置１２１と、受渡部１２２とが設けられる。

基板搬送装置１２１は、ウェハＷを保持するウェハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１２１は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１２２との間でウェハＷの搬送を行う。

処理ステーション３は、搬送部１２に隣接して設けられる。処理ステーション３は、搬送部１３と、複数の基板洗浄装置１４とを備える。複数の基板洗浄装置１４は、搬送部１３の両側に並べて設けられる。

搬送部１３は、内部に基板搬送装置１３１を備える。基板搬送装置１３１は、ウェハＷを保持するウェハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１３１は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いて受渡部１２２と基板洗浄装置１４との間でウェハＷの搬送を行う。

基板洗浄装置１４は、上述した基板洗浄方法に基づく基板洗浄処理を実行する装置である。かかる基板洗浄装置１４の具体的な構成については、後述する。

また、基板洗浄システム１は、制御装置４を備える。制御装置４は、基板洗浄システム１の動作を制御する装置である。かかる制御装置４は、たとえばコンピュータであり、制御部１５と記憶部１６とを備える。記憶部１６には、基板洗浄処理等の各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１５は、記憶部１６に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板洗浄システム１の動作を制御する。

なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置４の記憶部１６にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。

上記のように構成された基板洗浄システム１では、まず、搬入出ステーション２の基板搬送装置１２１が、キャリアＣからウェハＷを取り出し、取り出したウェハＷを受渡部１２２に載置する。受渡部１２２に載置されたウェハＷは、処理ステーション３の基板搬送装置１３１によって受渡部１２２から取り出されて基板洗浄装置１４へ搬入され、基板洗浄装置１４によって基板洗浄処理が施される。洗浄後のウェハＷは、基板搬送装置１３１により基板洗浄装置１４から搬出されて受渡部１２２に載置された後、基板搬送装置１２１によってキャリアＣに戻される。

＜基板洗浄装置の構成＞
次に、基板洗浄装置１４の構成について図３を参照して説明する。図３は、第１の実施形態に係る基板洗浄装置１４の構成を示す模式図である。

図３に示すように、基板洗浄装置１４は、チャンバ２０と、基板保持機構３０と、液供給部４０と、回収カップ５０とを備える。

チャンバ２０は、基板保持機構３０と液供給部４０と回収カップ５０とを収容する。チャンバ２０の天井部には、ＦＦＵ（Fan Filter Unit）２１が設けられる。ＦＦＵ２１は、チャンバ２０内にダウンフローを形成する。

ＦＦＵ２１は、バルブ２２を介してダウンフローガス供給源２３に接続される。ＦＦＵ２１は、ダウンフローガス供給源２３から供給されるダウンフローガス（たとえば、ドライエア）をチャンバ２０内に吐出する。

基板保持機構３０は、回転保持部３１と、支柱部３２と、駆動部３３とを備える。回転保持部３１は、チャンバ２０の略中央に設けられる。回転保持部３１の上面には、ウェハＷを側面から保持する保持部材３１１が設けられる。ウェハＷは、かかる保持部材３１１によって回転保持部３１の上面からわずかに離間した状態で水平保持される。

支柱部３２は、鉛直方向に延在する部材であり、基端部が駆動部３３によって回転可能に支持され、先端部において回転保持部３１を水平に支持する。駆動部３３は、支柱部３２を鉛直軸まわりに回転させる。

かかる基板保持機構３０は、駆動部３３を用いて支柱部３２を回転させることによって支柱部３２に支持された回転保持部３１を回転させ、これにより、回転保持部３１に保持されたウェハＷを回転させる。

液供給部４０は、基板保持機構３０に保持されたウェハＷに対して各種の処理液を供給する。かかる液供給部４０は、ノズル４１と、ノズル４１を水平に支持するアーム４２と、アーム４２を旋回および昇降させる旋回昇降機構４３とを備える。

ノズル４１は、バルブ４４ａ〜４４ｄを介して、オゾン水供給源４５ａ、トップコート液供給源４５ｂ、ＤＩＷ供給源４５ｃおよびアルカリ現像液供給源４５ｄにそれぞれ接続される。なお、ＤＩＷは、常温（２３〜２５度程度）の純水である。本実施形態では、液供給部のノズル４１は１つであるが、２つ以上のノズルを設けても良い。例えば、種別の異なる各処理液を個別に供給するために、４つのノズルを設けても良い。

液供給部４０は、上記のように構成されており、オゾン水、トップコート液、ＤＩＷまたはアルカリ現像液をウェハＷに対して供給する。

ここで、オゾン水は、ウェハＷのパターン形成面を親水化する親水化処理液の一例である。なお、オゾン水に代えて、たとえば過酸化水素水を親水化処理液として使用してもよい。また、ＴＡＲＣ（top anti-reflecting coat）等の親水膜の塗布や、アッシング（Ashing）、ＵＶ照射、一分子層の親水基付与等の他の手法を用いて親水化処理を行っても良い。

トップコート液は、ウェハＷ上にトップコート膜を形成するための成膜処理液の一例である。トップコート膜とは、レジストへの液浸液の浸み込みを防ぐためにレジストの上面に塗布される保護膜である。また、液浸液とは、たとえばリソグラフィ工程における液浸露光に用いられる液体である。

ＤＩＷは、トップコート膜をウェハＷから剥離させる剥離処理液の一例である。なお、ＤＩＷは、後述する溶解処理液供給処理後のリンス処理においてリンス処理液としても用いられる。

アルカリ現像液は、トップコート膜を溶解させる溶解処理液の一例である。アルカリ現像液としては、たとえばアンモニア水、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ：Tetra Methyl Ammonium Hydroxide）等の４級水酸化アンモニウム水溶液、コリン水溶液の少なくとも一つを含んでいればよい。

回収カップ５０は、回転保持部３１を取り囲むように配置され、回転保持部３１の回転によってウェハＷから飛散する処理液を捕集する。回収カップ５０の底部には、排液口５１が形成されており、回収カップ５０によって捕集された処理液は、かかる排液口５１から基板洗浄装置１４の外部へ排出される。また、回収カップ５０の底部には、ＦＦＵ２１から供給されるダウンフローガスを基板洗浄装置１４の外部へ排出する排気口５２が形成される。

＜基板洗浄システムの具体的動作＞
次に、基板洗浄装置１４の具体的動作について図４を参照して説明する。図４は、第１の実施形態に係る基板洗浄システム１が実行する基板洗浄処理の処理手順を示すフローチャートである。

図４に示すように、基板洗浄装置１４では、まず、基板搬入処理が行われる（ステップＳ１０１）。かかる基板搬入処理では、基板搬送装置１３１（図２参照）によってチャンバ２０内に搬入されたウェハＷが基板保持機構３０の保持部材３１１により保持される。このときウェハＷは、パターン形成面が上方を向いた状態で保持部材３１１に保持される。その後、駆動部３３によって回転保持部３１が回転する。これにより、ウェハＷは、回転保持部３１に水平保持された状態で回転保持部３１とともに回転する。

つづいて、基板洗浄装置１４では、親水化処理が行われる（ステップＳ１０２）。かかる親水化処理では、液供給部４０のノズル４１がウェハＷの中央上方に位置する。その後、レジストが形成されていないウェハＷのパターン形成面に対して、親水化処理液であるオゾン水が供給される。ウェハＷへ供給されたオゾン水は、ウェハＷの回転に伴う遠心力によってウェハＷのパターン形成面に広がる。これにより、ウェハＷのパターン形成面が親水化される。

なお、ウェハＷのパターン形成面が既に親水性を有している場合には、上記の親水化処理を省略してもよい。

つづいて、基板洗浄装置１４では、成膜処理液供給処理が行われる（ステップＳ１０３）。かかる成膜処理液供給処理では、レジストが形成されていないウェハＷのパターン形成面に対して、成膜用処理液であるトップコート液が供給される。このように、トップコート液は、レジストを介することなくウェハＷ上に供給される。

ウェハＷへ供給されたトップコート液は、ウェハＷの回転に伴う遠心力によってウェハＷの表面に広がる。そして、トップコート液が揮発成分の揮発に伴う体積収縮を起こしながら固化または硬化することによって、ウェハＷのパターン形成面にトップコート液の液膜が形成される。

なお、トップコート液には、固化または硬化する際に体積が収縮する性質を有するアクリル樹脂が含まれている。これにより、揮発成分の揮発だけでなく、アクリル樹脂の硬化収縮によっても体積収縮が引き起こされるため、揮発成分のみを含む成膜処理液と比べて体積収縮率が大きく、パーティクルＰを強力に引き離すことができる。特に、アクリル樹脂は、エポキシ樹脂等の他の樹脂と比較して体積収縮率が大きいため、パーティクルＰに引っ張り力を与えるという点でトップコート液は有効である。

また、基板洗浄装置１４は、ウェハＷに対してトップコート液を供給する前に、たとえばＭＩＢＣ（４−メチル−２−ペンタノール）等のトップコート液と親和性のある溶剤をウェハＷに供給してもよい。これにより、ウェハＷのパターン形成面の濡れ性が高まるため、ウェハＷのパターン形成面にトップコート液を塗り広げ易くなる。したがって、トップコート液の使用量を削減することができるとともに、処理時間の短縮化を図ることができる。

つづいて、基板洗浄装置１４では、乾燥処理が行われる（ステップＳ１０４）。かかる乾燥処理では、たとえばウェハＷの回転速度を所定時間増加させることによってトップコート液を乾燥させる。これにより、トップコート液に含まれる揮発成分の揮発が促進し、トップコート液が固化または硬化して、ウェハＷのパターン形成面にトップコート膜が形成される。

なお、ステップＳ１０４の乾燥処理は、たとえば、図示しない減圧装置によってチャンバ２０内を減圧状態にする処理であってもよいし、ＦＦＵ２１から供給されるダウンフローガスによってチャンバ２０内の湿度を低下させる処理であってもよい。これらの処理によっても、揮発成分の揮発を促進させることができる。

また、ここでは、揮発成分の揮発を促進させる場合の例について示したが、トップコート液が自然に固化または硬化するまでウェハＷを基板洗浄装置１４で待機させてもよい。また、ウェハＷの回転を停止させたり、トップコート液が振り切られてウェハＷの表面が露出することがない程度の回転数でウェハＷを回転させたりすることによって、揮発成分の揮発を促進させてもよい。

つづいて、基板洗浄装置１４では、剥離処理液供給処理が行われる（ステップＳ１０５）。かかる剥離処理液供給処理では、ウェハＷ上に形成されたトップコート膜に対して、剥離処理液であるＤＩＷが供給される。トップコート膜へ供給されたＤＩＷは、ウェハＷの回転に伴う遠心力によってトップコート膜上に広がる。

ＤＩＷは、トップコート膜中に浸透してウェハＷの界面に到達し、ステップＳ１０２の親水化処理によって親水化されたウェハＷの界面（パターン形成面）に浸透して、トップコート膜をウェハＷから剥離させる。これにより、ウェハＷのパターン形成面に付着したパーティクルＰがトップコート膜とともにウェハＷから剥離される。

つづいて、基板洗浄装置１４では、溶解処理液供給処理が行われる（ステップＳ１０６）。かかる溶解処理液供給処理では、ウェハＷから剥離されたトップコート膜に対して溶解処理液であるアルカリ現像液が供給される。これにより、トップコート膜は溶解する。

なお、溶解処理液としてアルカリ現像液を用いた場合、ウェハＷおよびパーティクルＰに同一極性のゼータ電位を生じさせることができる。これにより、ウェハＷとパーティクルＰとが反発し合うようになるため、パーティクルＰのウェハＷへの再付着を防止することができる。

つづいて、基板洗浄装置１４では、リンス処理が行われる（ステップＳ１０７）。かかるリンス処理では、回転するウェハＷに対してＤＩＷが供給されることにより、溶解したトップコート膜やアルカリ現像液中に浮遊するパーティクルＰが、ＤＩＷとともにウェハＷから除去される。

つづいて、基板洗浄装置１４では、乾燥処理が行われる（ステップＳ１０８）。かかる乾燥処理では、たとえばウェハＷの回転速度を所定時間増加させることによって、ウェハＷの表面に残存するＤＩＷを振り切ってウェハＷを乾燥させる。その後、ウェハＷの回転が停止する。

つづいて、基板洗浄装置１４では、基板搬出処理が行われる（ステップＳ１０９）。かかる基板搬出処理では、基板搬送装置１３１（図２参照）によって、基板洗浄装置１４のチャンバ２０からウェハＷが取り出される。その後、ウェハＷは、受渡部１２２および基板搬送装置１２１を経由して、キャリア載置部１１に載置されたキャリアＣに収容される。かかる基板搬出処理が完了すると、１枚のウェハＷについての基板洗浄処理が完了する。

＜物理力を用いた洗浄方法との比較＞
ここで、物理力を用いた洗浄方法である２流体洗浄と、第１の実施形態に係る基板洗浄方法（以下、「本洗浄方法」と記載する）との比較結果について図５Ａおよび図５Ｂを参照して説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、本洗浄方法と２流体洗浄との比較結果を示す図である。

ここで、図５Ａには、ベアシリコンウェハ上に各種粒径のＳｉＯ２パーティクルを付着させ、各洗浄方法によるパーティクル除去率の比較結果を示している。図５Ｂには、高さ０．５μｍ、幅０．５μｍのパターンが１．０μｍ間隔で形成されたウェハに対して２流体洗浄と本洗浄方法とをそれぞれ行った場合における、各洗浄方法によるパーティクル除去率の比較結果を示している。

まず、図５Ａを参照し、粒子径の小さいパーティクルＰの除去性能について説明する。図５Ａには、パーティクルＰの粒子径が７０ｎｍである場合のパーティクル除去率の結果を左下がり斜線のハッチングで、１００ｎｍである場合の結果を網掛けのハッチングで、２００ｎｍである場合の結果を右下がり斜線のハッチングで示している。

図５Ａに示すように、２流体洗浄のパーティクル除去率は、パーティクルＰの粒子径が２００ｎｍの場合にはほぼ１００％であったが、粒子径が１００ｎｍの場合には３０％程度、粒子径が７０ｎｍの場合には５％程度と、粒子径が小さくなるに従って大幅に減少する結果となった。これにより、２流体洗浄では、粒子径の小さいパーティクルＰを除去することが困難であることがわかる。

一方、本洗浄方法のパーティクル除去率は、パーティクルＰの粒子径にかかわらず、９０〜１００％程度と高い値を示した。このように、本洗浄方法によれば、２流体洗浄では除去が困難であった粒子径の小さいパーティクルＰを除去することが可能である。

つづいて、図５Ｂを参照し、パターンの隙間に入り込んだパーティクルＰの除去性能について説明する。図５Ｂには、パーティクルＰの粒径が２００ｎｍの場合において、それぞれ「ダメージ無し条件」および「ダメージ有り条件」の２つの条件で実施した場合における各洗浄方法のパーティクル除去率の結果を示している。

ここで、「ダメージ無し条件」とは、ウェハ上に厚さ２ｎｍの熱酸化膜を形成するとともに、かかる熱酸化膜上に、高さ１００ｎｍ、幅４５ｎｍのｐｏｌｙ−Ｓｉパターンを形成し、かかるｐｏｌｙ−Ｓｉパターンを倒壊させない所定の力で洗浄を行った条件のことである。また、「ダメージ有り条件」とは、上記のサンプルパターンを倒壊させる所定の力で洗浄を行った条件のことである。

なお、図５Ｂには、パターン無しウェハについてのパーティクル除去率を左下がり斜線のハッチングで示し、パターン有りウェハについてのパーティクル除去率を右下がり斜線のハッチングで示している。本洗浄方法については、サンプルパターンの倒壊が発生しなかった。このため、本洗浄方法については、「ダメージ無し条件」の結果のみを示す。

図５Ｂに示すように、パターン無しウェハに対する本洗浄方法、２流体洗浄（ダメージ無し条件）および２流体洗浄（ダメージ有り条件）のパーティクル除去率は、いずれも１００％に近い値であり、両洗浄方法に大きな違いは見られなかった。

一方、パターン有りウェハに対する２流体洗浄のパーティクル除去率は、ダメージ無し条件で約１７％程度、ダメージ有り条件でも約３２％とパターン無しウェハと比べて大幅に減少した。このように、パターン有りウェハのパーティクル除去率がパターン無しウェハの場合と比べて大幅に減少したことから、２流体洗浄では、パターンの隙間に入り込んだパーティクルＰが除去され難いことがわかる。

これに対し、本洗浄方法は、パターン有りウェハに対しても、パターン無しウェハの場合と同様、１００％に近い値を示した。このように、パターン無しウェハとパターン有りウェハとで、パーティクル除去率にほとんど変化がなかったことから、本洗浄方法によって、パターンの隙間に入り込んだパーティクルＰが適切に除去されたことがわかる。

このように、本洗浄方法によれば、２流体洗浄と比較して、パターンを倒壊させにくいばかりでなく、パターン間に入り込んだパーティクルＰを適切に除去することができる。

＜化学的作用を用いた洗浄方法との比較について＞
次に、化学的作用を用いた洗浄方法であるＳＣ１（アンモニア過水）による薬液洗浄と、本洗浄方法との比較について説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、本洗浄方法と薬液洗浄との比較結果を示す図である。図６Ａにはパーティクル除去率の比較結果を、図６Ｂにはフィルムロスの比較結果をそれぞれ示している。フィルムロスとは、ウェハ上に形成された下地膜である熱酸化膜の侵食深さのことである。

なお、薬液洗浄については、アンモニア水と過酸化水素水と水とをそれぞれ１：２：４０の割合で混合したＳＣ１を使用し、温度６０℃、供給時間６００秒の条件で洗浄を行った。また、ウェハには、高さ０．５μｍ、幅０．５μｍのパターンが１．０μｍ間隔で形成されたウェハを用いた。パーティクルＰの粒径は、２００ｎｍである。

図６Ａに示すように、薬液洗浄によるパーティクル除去率は、９７．５％であり、本洗浄方法のパーティクル除去率（９８．９％）と比べて僅かに低いものの、上述した２流体洗浄とは異なり、パターンの隙間に入り込んだパーティクルＰが適切に除去されていることがわかる。

一方、図６Ｂに示すように、薬液洗浄を行った結果、７Ａ（オングストローム）のフィルムロスが生じたが、本洗浄方法を行ってもフィルムロスは生じなかった。このように、本洗浄方法は、下地膜を侵食することなく、パターンの隙間に入り込んだパーティクルＰを除去することが可能であることがわかる。

以上のように、本洗浄方法は、パターン倒れや下地膜の侵食を防止しつつ、粒子径の小さいパーティクルＰやパターンの隙間に入り込んだパーティクルＰを適切に除去することができるという点で、物理力を用いた洗浄方法や化学的作用を用いた洗浄方法よりも有効である。

上述してきたように、第１の実施形態に係る基板洗浄システム１は、成膜処理液供給部（液供給部４０）と、剥離処理液供給部（液供給部４０）と、溶解処理液供給部（液供給部４０）を備える。成膜処理液供給部は、表面が親水性のウェハＷに対し、揮発成分を含みウェハＷ上に膜を形成するための成膜処理液（トップコート液）を供給する。剥離処理液供給部は、揮発成分が揮発することによってウェハＷ上で固化または硬化した成膜処理液（トップコート膜）に対して該成膜処理液（トップコート膜）をウェハＷから剥離させる剥離処理液（ＤＩＷ）を供給する。そして、溶解処理液供給部は、固化または硬化した成膜処理液（トップコート膜）に対して該成膜処理液（トップコート膜）を溶解させる溶解処理液（アルカリ現像液）を供給する。

したがって、第１の実施形態に係る基板洗浄システム１によれば、下地膜の侵食を抑えつつ、ウェハＷに付着した粒子径の小さいパーティクルＰを除去することができる。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、剥離処理液として純水を用いる場合の例について説明したが、剥離処理液は、純水に限定されない。たとえば、溶解処理液として用いられるアルカリ現像液よりも低濃度のアルカリ現像液を剥離処理液として用いることとしてもよい。

図７は、第２の実施形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図７に示すように、第２の実施形態に係る基板洗浄装置１４Ａが備える液供給部４０Ａは、バルブ４４ｅ〜４４ｈを介して、第１アルカリ現像液供給源４５ｅ、第２アルカリ現像液供給源４５ｆ、第３アルカリ現像液供給源４５ｇ、第４アルカリ現像液供給源４５ｈにそれぞれ接続される。

第１アルカリ現像液供給源４５ｅは、第１濃度（たとえば、０．１％）のアルカリ現像液を液供給部４０Ａへ供給し、第２アルカリ現像液供給源４５ｆは、第２濃度（たとえば、０．５％）のアルカリ現像液を液供給部４０Ａへ供給する。また、第３アルカリ現像液供給源４５ｇは、第３濃度（たとえば、１．０％）のアルカリ現像液を液供給部４０Ａへ供給し、第４アルカリ現像液供給源４５ｈは、第４濃度（たとえば、２．３８％）のアルカリ現像液を液供給部４０Ａへ供給する。本実施形態では、液供給部のノズル４１は１つであるが、２つ以上のノズルを設けても良い。例えば、種別の異なる各処理液を個別に供給するために４つのノズルを設ける。その場合、濃度の異なる第１〜第４濃度のアルカリ現像液は、そのうちの１つのノズルを用いて、バルブ４４ｅ〜４４ｈを切り替えることにより供給されるようにする。

次に、第２の実施形態に係る基板洗浄装置１４Ａの具体的動作について図８を参照して説明する。図８は、第２の実施形態に係る基板洗浄装置１４Ａが実行する基板洗浄処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図８には、剥離処理液供給処理および溶解処理液供給処理の処理手順のみを示している。その他の処理については、第１の実施形態に係る基板洗浄装置１４が実行する基板洗浄処理と同様であるため、ここでの説明は省略する。

図８に示すように、基板洗浄装置１４Ａでは、剥離処理液として、まず、第１アルカリ現像液供給源４５ｅから供給される第１濃度のアルカリ現像液を液供給部４０ＡからウェハＷへ供給する（ステップＳ２０１）。第１濃度のアルカリ現像液は、低濃度であるため、トップコート膜をほとんど溶解させることなく、ウェハＷから剥離させることができる。このため、剥離処理液としてＤＩＷを用いた場合と同様、パーティクルＰは、トップコート膜とともにウェハＷから剥離される。

つづいて、基板洗浄装置１４Ａでは、剥離処理液として、第２アルカリ現像液供給源４５ｆから供給される第２濃度（＞第１濃度）のアルカリ現像液を液供給部４０ＡからウェハＷへ供給する（ステップＳ２０２）。第２濃度のアルカリ現像液は、第１濃度のアルカリ現像液と比較して高濃度であるため、トップコート膜をわずかに溶解させながらウェハＷからさらに剥離させる。

つづいて、基板洗浄装置１４Ａでは、溶解処理液として、第３アルカリ現像液供給源４５ｇから供給される第３濃度（＞第２濃度）のアルカリ現像液を液供給部４０ＡからウェハＷへ供給する（ステップＳ２０３）。第３濃度のアルカリ現像液は、第２濃度のアルカリ現像液よりもさらに高濃度であるため、ウェハＷから剥離したトップコート膜を第２濃度のアルカリ現像液よりも高い溶解力で溶解させる。

さらに、基板洗浄装置１４Ａでは、溶解処理液として、第４アルカリ現像液供給源４５ｈから供給される第４濃度（＞第３濃度）のアルカリ現像液を液供給部４０ＡからウェハＷへ供給する（ステップＳ２０４）。第４濃度のアルカリ現像液は、第３濃度のアルカリ現像液よりもさらに高濃度であり、第３濃度のアルカリ現像液よりも高い溶解力でトップコート膜を溶解させる。

このように、溶解処理液供給処理において供給されるアルカリ現像液よりも低濃度のアルカリ現像液を剥離処理液としてトップコート膜に供給してもよい。かかる場合も、剥離処理液としてＤＩＷを用いた場合と同様に、ウェハＷからトップコート膜を剥離させることができる。

また、第２の実施形態に係る基板洗浄装置１４Ａでは、剥離処理液供給処理において供給するアルカリ現像液の濃度を、溶解処理液供給処理において供給されるアルカリ現像液の濃度を超えない範囲で低濃度から高濃度へ変化させることとした。これにより、トップコート膜の剥離と並行してトップコート膜の溶解も行うことができるため、基板洗浄処理に要する時間を短縮させることができる。

また、第２の実施形態に係る基板洗浄装置１４Ａでは、溶解処理液供給処理において、アルカリ現像液の濃度を低濃度から高濃度へ変化させることとした。このため、溶解処理液として高濃度のアルカリ現像液をいきなり供給した場合と比較して、トップコート膜のウェハＷへの膜残りを防止することができる。

なお、ここでは、剥離処理液供給処理において、まず、第１濃度のアルカリ現像液をトップコート膜に供給することとしたが、第１濃度のアルカリ現像液を供給する前に、ＤＩＷを供給してもよい。

また、ここでは、剥離処理液供給処理および溶解処理液供給処理において、アルカリ現像液の供給を２段階で行うこととしたが、剥離処理液供給処理および溶解処理液供給処理は、アルカリ現像液の供給を３段階以上で行ってもよい。また、剥離処理液供給処理および溶解処理液供給処理のいずれか一方のアルカリ現像液の供給を１段階で行ってもよい。

また、ここでは、液供給部４０Ａが、各濃度のアルカリ現像液を供給する複数の供給源（第１アルカリ現像液供給源４５ｅ〜第４アルカリ現像液供給源４５ｈ）に接続される場合の例について説明したが、液供給部４０Ａは、たとえば第４濃度のアルカリ現像液を供給する第４アルカリ現像液供給源４５ｈにのみ接続される構成としてもよい。

かかる場合、基板洗浄装置１４Ａは、第４濃度のアルカリ現像液とＤＩＷとをノズル４１から同時に供給することで、第４濃度のアルカリ現像液よりも低濃度のアルカリ現像液をウェハＷに供給することができる。基板洗浄装置１４Ａは、ＤＩＷの流量を調整することで、第１濃度〜第４濃度のアルカリ現像液をウェハＷに供給することが可能である。

また、ここでは、剥離処理液および溶解処理液に各濃度のアルカリ現像液を用いることとしたが、各濃度のＩＰＡ水溶液（ＩＰＡと純水の混合液）を用いてもよい。この場合、剥離処理液供給処理では低濃度ＩＰＡの水溶液と、溶解処理液供給処理では高濃度ＩＰＡの水溶液と、を段階的に供給する。

（第３の実施形態）
上述した各実施形態では、トップコート液やアルカリ現像液といった複数の処理液を１つのアームのノズル４１から供給する場合の例について説明したが、基板洗浄装置は、複数のアームにノズルを備えていてもよい。以下では、基板洗浄装置が複数のアームにノズルを備える場合の例について図９を参照して説明する。図９は、第３の実施形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式図である。

図９に示すように、第３の実施形態に係る基板洗浄装置１４Ｂは、第１液供給部４０Ｂと、第２液供給部４０Ｃとを備える。

第１液供給部４０Ｂは、ノズル４１ａと、ノズル４１ａを水平に支持するアーム４２ａと、アーム４２ａを旋回および昇降させる旋回昇降機構４３ｂとを備える。同様に、第２液供給部４０Ｃは、ノズル４１ｂと、ノズル４１ｂを水平に支持するアーム４２ｂと、アーム４２ｂを旋回および昇降させる旋回昇降機構４３ｃとを備える。

そして、第１液供給部４０Ｂが備えるノズル４１ａは、バルブ４４ａ，４４ｃを介してオゾン水供給源４５ａとＤＩＷ供給源４５ｃとに接続され、第２液供給部４０Ｃが備えるノズル４１ｂは、バルブ４４ｂ，４４ｄを介してトップコート液供給源４５ｂとアルカリ現像液供給源４５ｄに接続される。

このように、基板洗浄装置１４Ｂは、オゾン水、トップコート液、ＤＩＷおよびアルカリ現像液を複数のアームのノズル４１ａ，４１ｂに分けて供給してもよい。

ここで、第２の実施形態に係る基板洗浄装置１４Ｂのように、アルカリ現像液の濃度を変化させる場合には、第１液供給部４０Ｂが備えるノズル４１ａからＤＩＷを供給しながら、第２液供給部４０Ｃが備えるノズル４１ｂからアルカリ現像液を供給すればよい。かかる場合、ウェハＷ上でアルカリ現像液とＤＩＷとが混合され、ウェハＷ上で低濃度のアルカリ現像液が生成される。

なお、ここでは、基板洗浄装置１４Ｂが２つの液供給部（第１液供給部４０Ｂおよび第２液供給部４０Ｃ）を備えることとしたが、１つの液供給部に対して複数のノズルを設けてもよい。

（第４の実施形態）
上述してきた各実施形態では、剥離処理液供給処理後に溶解処理液供給処理を行うことにより、ウェハＷから剥離されたトップコート膜を溶解させることとした。しかし、溶解処理液供給処理は、必ずしも実行されることを要しない。以下では、かかる場合の例について図１０を参照して説明する。図１０は、第４の実施形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式図である。

図１０に示すように、第４の実施形態に係る基板洗浄装置１４Ｃは、液供給部４０Ｄを備える。そして、液供給部４０Ｄが備えるノズル４１は、バルブ４４ａ〜４４ｃを介して、オゾン水供給源４５ａ、トップコート液供給源４５ｂおよびＤＩＷ供給源４５ｃにそれぞれ接続される。

次に、第４の実施形態に係る基板洗浄装置１４Ｃが実行する基板洗浄処理の処理手順について図１１を参照して説明する。図１１は、第４の実施形態に係る基板洗浄装置１４Ｃが実行する基板洗浄処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図１１に示すステップＳ３０１〜Ｓ３０４の処理は、第１の実施形態において説明したステップＳ１０１〜Ｓ１０４（図４参照）の処理と同様であるため、ここでの説明は省略する。

図１１に示すように、基板洗浄装置１４Ｃでは、乾燥処理後（ステップＳ３０４）、ＤＩＷ供給処理が行われる（ステップＳ３０５）。かかるＤＩＷ供給処理では、ウェハＷ上に形成されたトップコート膜に対して、剥離処理液であるＤＩＷが供給される。トップコート膜へ供給されたＤＩＷは、ウェハＷの回転に伴う遠心力によってトップコート膜上に広がる。

上述したように、剥離処理液としてのＤＩＷは、トップコート膜中に浸透してウェハＷの界面に到達し、親水化されたウェハＷの界面に浸透して、トップコート膜をウェハＷから剥離させる。これにより、ウェハＷに付着したパーティクルＰがトップコート膜とともにウェハＷから剥離される。そして、その後もＤＩＷを供給し続けることによって、剥離したトップコート膜とともにパーティクルＰがウェハＷ上から除去される。このように、第４の実施形態に係る基板洗浄装置１４Ｃは、処理液の切り替え等を行うことなく、剥離処理液供給処理およびリンス処理を連続的に行うことができる。

その後、図４に示すステップＳ１０８，Ｓ１０９と同様、乾燥処理（ステップＳ３０６）および基板搬出処理（ステップＳ３０７）が行われて、基板洗浄処理が終了する。

このように、たとえばパターンが形成されていないベアウェハのようにパーティクルＰを比較的容易に除去可能なウェハＷを処理対象とする場合には、剥離処理液供給処理後、溶解処理液供給処理を行うことなく、基板洗浄処理を終了することとしてもよい。

（その他の実施形態）
上述してきた第１〜第３の実施形態では、成膜処理液供給処理と溶解処理液供給処理とを同一チャンバ内で行うこととしたが、成膜処理液供給処理と溶解処理液供給処理とは、別チャンバで行うこととしてもよい。かかる場合、たとえば図４に示すステップＳ１０１（基板搬入処理）〜Ｓ１０４（乾燥処理）を行う第１の基板洗浄装置と、図４に示すステップＳ１０５（剥離処理液供給処理）〜Ｓ１０９（基板搬出処理）を行う第２の基板洗浄装置とを図２に示す処理ステーション３に配置すればよい。また、剥離処理液供給処理と溶解処理液供給処理とを別チャンバで行ってもよい。

また、上述してきた各実施形態では、液体状のＤＩＷを剥離処理液として用いる場合の例について説明したが、剥離処理液は、ミスト状のＤＩＷであってもよい。

また、上述してきた各実施形態では、ノズルを用いることによって、ＤＩＷをトップコート膜に直接供給する場合の例について説明したが、たとえば加湿装置などを用いてチャンバ内の湿度を高めることによって、トップコート膜に対してＤＩＷを間接的に供給するようにしてもよい。

また、上述してきた各実施形態では、常温の純水であるＤＩＷを剥離処理液として用いる場合の例について説明したが、たとえば加熱された純水を剥離処理液として用いてもよい。

また、上述してきた各実施形態では、成膜処理液としてトップコート液を用いるとともに、剥離処理液としてＤＩＷあるいは低濃度のアルカリ現像液を用いる場合の例について説明した。しかし、ウェハＷ上に形成された処理膜を溶解させることなく（あるいは、溶解させる前に）剥離させるプロセスが実行可能な組合せであれば、成膜処理液および剥離処理液の組合せは問わない。例えば、剥離処理液は、ＣＯ２水（ＣＯ２ガスが混合されたＤＩＷ）、酸またはアルカリ性の水溶液、界面活性剤添加水溶液、ＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）等のフッ素系溶剤、希釈ＩＰＡ（純水で希釈されたＩＰＡ：イソプロピルアルコール）、の少なくとも一つを含んでいればよい。

また、基板洗浄装置は、成膜処理液としてトップコート液を用いる場合に、成膜処理液供給処理を行う前に、トップコート液と親和性のある溶剤として、たとえばＭＩＢＣ（４−メチル−２−ペンタノール）をウェハＷに対して供給することとしてもよい。ＭＩＢＣは、トップコート液に含有されており、トップコート液と親和性がある。なお、ＭＩＢＣ以外のトップコート液と親和性のある溶剤としては、たとえばＰＧＭＥ（プロピレングリコールモノメチルエーテル）、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）などを用いてもよい。

このように、トップコート液と親和性のあるＭＩＢＣを事前にウェハＷに塗り広げておくことで、後述する成膜処理液供給処理において、トップコート液がウェハＷの上面に広がり易くなるとともに、パターンの隙間にも入り込み易くなる。したがって、トップコート液の使用量を削減することができるとともに、パターンの隙間に入り込んだパーティクルＰをより確実に除去することが可能となる。また、成膜処理液供給処理の処理時間の短縮化を図ることもできる。

また、上述してきた各実施形態では、溶解処理液供給処理としてアルカリ現像液を用いた場合の例について説明してきたが、溶解処理液は、アルカリ現像液に過酸化水素水を加えたものであってもよい。このように、アルカリ現像液に過酸化水素水を加えることによって、アルカリ現像液によるウェハ表面の面荒れを抑制することができる。

また、溶解処理液は、ＭＩＢＣ（４−メチル−２−ペンタノール）、シンナー、トルエン、酢酸エステル類、アルコール類、グリコール類（プロピレングリコールモノメチルエーテル）等の有機溶剤であってもよいし、酢酸、蟻酸、ヒドロキシ酢酸等の酸性現像液であってもよい。

さらに、溶解処理液は、界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤には表面張力を弱める働きがあるため、パーティクルＰのウェハＷ等への再付着を抑制することができる。また、除去対象の不要物としてはパーティクルに限らず、例えばドライエッチング後またはアッシング後に基板上に残存するポリマー等の他の物質でも良い。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

Ｗ ウェハ
Ｐ パーティクル
１ 基板洗浄システム
２ 搬入出ステーション
３ 処理ステーション
４ 制御装置
１４ 基板洗浄装置
２０ チャンバ
２１ ＦＦＵ
３０ 基板保持機構
４０ 液供給部
４５ａ オゾン水供給源
４５ｂ トップコート液供給源
４５ｃ ＤＩＷ供給源
４５ｄ アルカリ現像液供給源
４５ｅ 第１アルカリ現像液供給源
４５ｆ 第２アルカリ現像液供給源
４５ｇ 第３アルカリ現像液供給源
４５ｈ 第４アルカリ現像液供給源
５０ 回収カップ

Claims (8)

1. 表面が親水性の基板に対し、揮発成分を含み基板上に膜を形成するための成膜処理液を供給する成膜処理液供給工程と、
   前記揮発成分が揮発することによって前記成膜処理液が前記基板上で固化または硬化してなる処理膜に対して該処理膜を前記基板から剥離させる剥離処理液を供給する剥離処理液供給工程と
   を含むことを特徴とする基板洗浄方法。
2. 前記剥離処理液は、純水であること
   を特徴とする請求項１に記載の基板洗浄方法。
3. 前記成膜処理液供給工程の前に、基板の表面を親水化させる親水化工程
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の基板洗浄方法。
4. 前記成膜処理液供給工程は、
   前記基板に対してレジストを介することなく前記成膜処理液を供給すること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の基板洗浄方法。
5. 前記成膜処理液供給工程は、
   パターンが形成された前記基板における該パターンが形成された面に対して前記成膜処理液を供給すること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の基板洗浄方法。
6. 前記剥離処理液供給工程後、前記処理膜に対して該処理膜を溶解させる溶解処理液を供給する溶解処理液供給工程
   を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の基板洗浄方法。
7. 表面が親水性の基板に対し、揮発成分を含み基板上に膜を形成するための成膜処理液を供給する成膜処理液供給部と、
   前記揮発成分が揮発することによって前記成膜処理液が前記基板上で固化または硬化してなる処理膜に対して該処理膜を前記基板から剥離させる剥離処理液を供給する剥離処理液供給部と
   を備えることを特徴とする基板洗浄システム。
8. コンピュータ上で動作し、基板洗浄システムを制御するプログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
   前記プログラムは、実行時に、請求項１〜６のいずれか一つに記載の基板洗浄方法が行われるように、コンピュータに前記基板洗浄システムを制御させること
   を特徴とする記憶媒体。

Images