JP2017045751A - 基板洗浄装置および基板洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波印加液を用いて基板の一方主面を洗浄する基板洗浄技術の汎用性を高める。【解決手段】基板の一方主面に対し、第１液体に超音波を付与した超音波印加液を吐出する第１吐出部と、一方主面に対し、溶存する気体の濃度が第１液体よりも高い第２液体を吐出する第２吐出部と、一方主面上において、超音波印加液の吐出位置を固定したまま、超音波印加液と第２液体とが混合する混合領域の位置を制御する混合位置制御部と、を備えている。【選択図】図１

Description

この発明は、基板の一方主面を洗浄する基板洗浄装置および方法に関するものである。なお、当該基板には、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などの各種基板などが含まれる。

半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程においては、基板の表面に成膜やエッチングなどの処理を繰り返し施して微細パターンを形成する工程が含まれる。ここで、当該基板の裏面にパーティクルが付着していると、これがフォトリソグラフィ工程におけるデフォーカス要因となり、所望の微細パターンを形成するのが難しくなる。また、裏面にパーティクルが付着した基板によってクロスコンタミネーションが発生することもある。さらに、基板搬送時には基板の裏面を真空吸着や静電吸着することが多く、その過程で基板の裏面にチャック痕が付着してしまうことがある。そこで、これらの問題を解決するために、基板を洗浄する技術が数多く提案されている。例えば特許文献１に記載の装置は、基板の表面に対して洗浄液に超音波を付与した超音波印加液を供給するとともに、裏面に対して溶存気体濃度を増加させた洗浄液を供給する。これにより、基板の表面および裏面が同時に洗浄される。

特開２００４−３３５５２５号公報

ところで、上記特許文献１に記載の装置では、基板の所望領域を超音波印加液で洗浄するために、超音波印加液を基板の表面に吐出するための超音波ノズルを移動させている。この超音波ノズルの内部には、超音波振動子が設けられている。この超音波振動子はケーブルを介して高周波発信器と電気的に接続されている。このため、超音波ノズルを移動させることは、単に液体を吐出するためのノズルを移動させる場合よりも装置構成が複雑で、大型の処理チャンバが必要となる等の制約が生じる。その結果、汎用性に劣るという問題があった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、超音波印加液を用いて基板の一方主面を洗浄する基板洗浄技術の汎用性を高めることを目的とする。

この発明の一態様は、基板洗浄装置であって、基板の一方主面に対し、第１液体に超音波を付与した超音波印加液を吐出する第１吐出部と、一方主面に対し、溶存する気体の濃度が第１液体よりも高い第２液体を吐出する第２吐出部と、一方主面上において、超音波印加液の吐出位置を固定したまま、超音波印加液と第２液体とが混合する混合領域の位置を制御する混合位置制御部と、を備えることを特徴としている。

また、この発明の他の態様は、基板洗浄方法であって、第１液体に超音波を付与した超音波印加液を基板の一方主面に吐出する位置を固定したまま、溶存する気体の濃度が第１液体よりも高い第２液体と、超音波印加液とを一方主面に吐出して一方主面上において超音波印加液と第２液体とが混合する混合領域を形成し、混合領域に対応する一方主面の領域を洗浄することを特徴としている。

本発明によれば、基板の一方主面に対して超音波印加液（＝第１液体＋超音波）が吐出される位置は固定されている。そして、当該一方主面には、上記超音波印加液のみならず、溶存する気体の濃度が第１液体よりも高い第２液体が吐出され、混合領域が形成される。この混合領域では、第２液体に多くの溶存気体が存在するとともに、そこに超音波印加液を介して超音波が与えられる。その結果、当該混合領域で数多くのキャビテーションが発生し、当該混合領域に対応する一方主面の領域が良好に洗浄される。したがって、超音波印加液の吐出位置を変更させることなく、一方主面の所望領域をキャビテーションにより良好に洗浄することができ、超音波を用いた基板洗浄処理の汎用性を高めることができる。

本発明にかかる基板洗浄装置の第１実施形態を示す図である。 図１に示す装置の部分平面図である。 図１に示す装置において基板を低速回転させながら超音波印加液および飽和水を吐出したときの基板の表面状態および洗浄原理を示す図である。 図１に示す装置において基板を中速回転させながら超音波印加液および飽和水を吐出したときの基板の表面状態および洗浄原理を示す図である。 図１に示す装置において基板を高速回転させながら超音波印加液および飽和水を吐出したときの基板の表面状態および洗浄原理を示す図である。 図１に示す基板洗浄装置の動作を示すフローチャートである。 本発明にかかる基板洗浄装置の第２実施形態を示す図である。 本発明にかかる基板洗浄装置の第３実施形態を示す図である。 本発明にかかる基板洗浄装置の第４実施形態を示す図である。 図７に示す装置において基板を低速回転させながら超音波印加液および飽和水を吐出したときの基板の表面状態および洗浄原理を示す図である。 図７に示す装置において基板を中速回転させながら超音波印加液および飽和水を吐出したときの基板の表面状態および洗浄原理を示す図である。

図１は本発明にかかる基板洗浄装置の第１実施形態を示す図である。また、図２は図１に示す装置の部分平面図である。この基板洗浄装置１は、図示を省略する処理チャンバ内で基板Ｗの表面Ｗｆを上方に向けたフェイスアップ状態で基板Ｗを保持しながら２種類の洗浄液（第１液体に超音波を印加した超音波印加液、第２液体中の溶存気体濃度を高めた飽和液）によって半導体ウエハ等の基板Ｗの表面Ｗｆに付着しているパーティクル（図３Ａ〜３Ｃ中の符号ＰＴ）などの不要物を除去する装置である。より具体的には、上記第１液体および第２液体として、ＤＩＷ（脱イオン水：Ｄｅ Ｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ）を用いている。特に第１液体については脱気処理を施した脱気水に超音波を印加して超音波印加液を作成している。また、第２液体については、窒素気体などの気体を溶解させて第２液体中の気体濃度を飽和レベル程度にまで高めた飽和水を作成している。そして、これら超音波印加液および飽和水を基板Ｗの表面Ｗｆに供給して表面洗浄処理を施す。また、裏面Ｗｂに対しては、ＤＩＷを供給して裏面洗浄処理を施す。こうした洗浄処理を実行した後、ＤＩＷで濡れた基板Ｗをスピン乾燥させる。なお、図面への図示を省略するが、基板Ｗの表面Ｗｆにはｐｏｌｙ−Ｓｉ等からなるデバイスパターンが形成されている。

基板洗浄装置１は、基板Ｗの表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック１０を備えている。スピンチャック１０は、回転支軸１１がモータを含むチャック回転機構２０の回転支軸に連結されており、チャック回転機構２０の駆動により回転軸Ｊ（鉛直軸）回りに回転可能となっている。回転支軸１１の上端部には、円盤状のスピンベース１２が一体的にネジなどの締結部品によって連結されている。したがって、装置全体を制御する制御ユニット３０からの動作指令に応じてチャック回転機構２０が作動することによりスピンベース１２が回転軸Ｊ回りに回転する。また、制御ユニット３０はチャック回転機構２０を制御してスピンチャック１０の回転数を調節する。

スピンベース１２の周縁部付近には、基板Ｗの周縁部を把持するための複数個のチャックピン１３が立設されている。チャックピン１３は、円形の基板Ｗを確実に保持するために複数個設けてあればよく、スピンベース１２の周縁部に沿って基板Ｗの回転中心（回転軸Ｊ）に対して等角度間隔で配置されている。なお、本実施形態では、図２に示すように、３つのチャックピン１３が設けられている。

チャックピン１３のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部とを備えている。各チャックピン１３は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。

スピンベース１２に対して基板Ｗが受渡しされる際には、複数個のチャックピン１３を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、複数個のチャックピン１３を押圧状態とする。押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン１３は基板Ｗの周縁部を把持してその基板Ｗをスピンベース１２から所定間隔を隔てた上方位置で略水平姿勢に保持することができる。これにより、基板Ｗはその表面（パターン形成面）Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態、つまりフェイスアップ状態で支持される。このように、本実施形態では、基板Ｗの裏面Ｗｂは、鉛直方向においてスピンチャック１０のスピンベース１２と所定距離だけ離間しながら対向して配置された状態で、スピンチャック１０に保持される。

このように基板Ｗを保持したスピンチャック１０をチャック回転機構２０により回転駆動することで基板Ｗを所定の回転数で回転させる。そして、後で詳述するように３方向から洗浄液を供給して洗浄処理を行う（図１参照）。その１つ目の洗浄液はＤＩＷであり、基板Ｗの鉛直下方側から基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に供給される。２つ目の洗浄液は飽和水ＳＷであり、基板Ｗの鉛直上方側から基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に供給される。３つ目の洗浄液は超音波印加液ＵＬであり、基板Ｗの径方向外側上方から基板Ｗの表面Ｗｆの周縁部に供給される。こうした３つの吐出位置から吐出される洗浄液によって洗浄処理がスピンチャック１０に保持された基板Ｗに対して実行される。

本実施形態では、回転支軸１１は中空形状に仕上げられており、ＤＩＷを裏面Ｗｂに向けて供給するための供給管１４が回転支軸１１の中空部分に挿通されている。この供給管１４はスピンベース１２の上面まで延び、その端面が基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部を臨んでいる。つまり、供給管１４の上端部がノズル口１４１として機能する。また、供給管１４の下端部はバルブ１５を介してＤＩＷ供給源と接続されている。このため、制御ユニット３０からの開指令に対応してバルブ１５が開くと、供給管１４にＤＩＷが圧送され、ノズル口１４１から基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に吐出される。一方、制御ユニット３０からの閉指令に応じてバルブ１５が閉じると、供給管１４へのＤＩＷの圧送が停止される。その結果、ノズル口１４１から基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部へのＤＩＷの吐出も停止される。なお、上記ＤＩＷ供給源としては、装置１が設置される工場に装備される用力を用いてもよい。もちろん、装置１内にＤＩＷの貯留タンクを設け、これをＤＩＷ供給源として用いてもよい。

ノズル口１４１の鉛直上方には、飽和水ノズル４１が固定配置されている。この飽和水ノズル４１は、その下方端部に設けられたノズル口４１１を基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に対向させて配置されている。また、飽和水ノズル４１の上端部は飽和水供給部５０と接続されている。この飽和水供給部５０では、配管５１が飽和水ノズル４１とＤＩＷ供給源とを相互に接続するとともに、当該配管５１に対してバルブ５２、飽和水用流量調節機構５３および気体濃度調節機構５４がノズル側から上記順序で介設されている。

気体濃度調節機構５４は、ＤＩＷ供給源から供給されるＤＩＷに窒素気体などの気体を溶解させてＤＩＷ中の気体濃度を飽和レベル程度にまで高め、これによって気体リッチな飽和水ＳＷを作成する機能を有している。具体的な構成としては例えば特開２００４−７９９９０号公報に記載されたものを用いることができる。このようにＤＩＷでの溶存気体濃度を増大させた飽和水ＳＷを、後で説明するように超音波印加液ＵＬに混合させると、その混合領域で飽和水ＳＷへの超音波の印加によって気泡の発生と消滅、つまりキャビテーションが促進され、優れた洗浄効果が得られる。

飽和水ＳＷは配管５１を介して飽和水用流量調節機構５３に与えられる。この飽和水用流量調節機構５３は、マスフローコントローラ（mass flow controller, ＭＦＣ）などで構成されており、制御ユニット３０からの流量指令に応じた流量の飽和水ＳＷを飽和水ノズル４１に向けて流す機能を有している。そして、制御ユニット３０からの開指令を受けてバルブ５２が開くと、飽和水用流量調節機構５３により流量調節された飽和水ＳＷが飽和水ノズル４１に送られる。その結果、制御ユニット３０により設定された流量の飽和水ＳＷが飽和水ノズル４１のノズル口４１１から吐出し、基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に供給される。一方、制御ユニット３０からの閉指令に応じてバルブ５２が閉じると、飽和水ノズル４１への飽和水ＳＷの圧送が停止される。その結果、飽和水ノズル４１からの飽和水ＳＷの吐出も停止される。

また、図１に示すように、スピンチャック１０に保持された基板Ｗの径方向外側上方に超音波ノズル６１が固定配置されている。この超音波ノズル６１は、先端部に設けられたノズル口６１１を基板Ｗの表面Ｗｆの周縁部に対向させて配置されている。この超音波ノズル６１は、上記ノズル口６１１以外に、脱気水を導入するための導入口６１２および振動子６１３を有している。導入口６１２は脱気水供給部７０に接続されており、脱気水供給部７０で生成される脱気水を超音波ノズル６１の内部に案内する機能を有している。

脱気水供給部７０では、配管７１が超音波ノズル６１の導入口６１２とＤＩＷ供給源とを相互に接続するとともに、当該配管７１に対してバルブ７２、脱気水用流量調節機構７３および脱ガス機構７４がノズル側から上記順序で介設されている。この脱ガス機構７４はＤＩＷ供給源から送られてくるＤＩＷから溶存気体を取り去る、つまり脱気処理を施してＤＩＷ中の溶存気体濃度を低下させる。このように脱気処理を受けたＤＩＷに超音波を印加してもＤＩＷ内でのキャビテーションの発生を抑制することができる。したがって、後で詳述するように、超音波印加液ＵＬが上記飽和水ＳＷと混合されるまでに超音波印加液ＵＬ内で超音波が減衰されるのを抑え、混合領域に超音波を効率的に供給することが可能となっている。

脱気水は配管７１を介して脱気水用流量調節機構７３に与えられる。この脱気水用流量調節機構７３は、飽和水用流量調節機構５３と同様に、マスフローコントローラなどで構成されており、制御ユニット３０からの流量指令に応じた流量の脱気水がバルブ７２を介して超音波ノズル６１に圧送される。ここで、制御ユニット３０からの開指令に応じてバルブ７２が開くと、脱気水が導入口６１２を介して超音波ノズル６１の内部に送り込まれる。また、この脱気水は超音波の印加を受けて超音波印加液ＵＬとなり、ノズル口６１１から基板Ｗの表面Ｗｆの周縁部に向けて吐出される。より詳しくは、超音波ノズル６１には振動子６１３が図１に示すようにノズル口６１１から吐出される超音波印加液ＵＬの吐出方向（図１中の矢印の方向）においてノズル口６１１の反対側に配置されている。そして、制御ユニット３０からの制御信号に基づき発振器６３から発振信号が超音波ノズル６１内の振動子６１３に出力されると、振動子６１３が振動して超音波を発生させる。これによって、超音波が脱気水に印加されて超音波印加液ＵＬが生成され、基板Ｗの径方向外側上方位置を吐出位置とし、基板Ｗの表面Ｗｆの周縁部に向けて吐出される。一方、制御ユニット３０からの閉指令に応じてバルブ７２が閉じると、超音波ノズル６１への脱気水の圧送が停止され、超音波印加液ＵＬの供給も停止される。その結果、超音波ノズル６１からの超音波印加液ＵＬの吐出も停止される。

なお、図１中の符号３１は、タッチパネルなどにより構成される表示操作部であり、制御ユニット３０から与えられる画像情報を表示する表示部として機能と、ユーザが表示部に表示されたキーやボタンなどを操作して入力した情報を受け取り、制御ユニット３０の送信する操作入力部として機能とを兼ね備えている。もちろん、表示部と操作入力部とを個別に設けてもよいことは言うまでもない。また、図１中の符号３２は制御ユニット３０に設けられた記憶部であり、洗浄処理を行うに際して予め設定される種々の条件、つまり処理条件や洗浄プログラム等を記憶する機能を有している。そして、制御ユニット３０が洗浄プログラムにしたがって装置各部を制御することで上記混合領域の位置を制御して基板Ｗの表面全体に対して超音波洗浄処理を施す。このように本実施形態では、制御ユニット３０が本発明の「混合位置制御部」として機能する。以下においては、制御ユニット３０による混合領域の位置制御によって表面Ｗｆが超音波洗浄される理由について図３Ａないし図３Ｃを参照しつつ説明した後で、上記した基板洗浄装置１の動作について説明する。

図３Ａは図１に示す装置において基板を低速回転させながら超音波印加液ＵＬおよび飽和水ＳＷを吐出したときの基板の表面状態および洗浄原理を示す図である。また、図３Ｂは図１に示す装置において基板を中速回転させながら超音波印加液ＵＬおよび飽和水ＳＷを吐出したときの基板の表面状態および洗浄原理を示す図である。さらに、図３Ｃは図１に示す装置において基板を高速回転させながら超音波印加液ＵＬおよび飽和水ＳＷを吐出したときの基板の表面状態および洗浄原理を示す図である。ここでいう「低速」、「中速」および「高速」とは超音波洗浄処理に適した回転数範囲内での速度を意味しており、スピン乾燥時の回転数とは区別されるものである。なお、ここでは、図３Ａないし図３Ｃ中の各（ａ）欄に示すように、回転数による混合領域の位置制御を検証するために、直径３００［ｍｍ］の半導体ウエハ（基板Ｗ）に対して飽和水ノズル４１から吐出される飽和水ＳＷの流量および超音波ノズル６１から吐出される超音波印加液ＵＬの流量をともに２．０［Ｌ／ｍｉｎ］に固定したまま、「低速」、「中速」および「高速」として、それぞれ「３０ｒｐｍ」、「８０ｒｐｍ」および「５００ｒｐｍ」と設定した場合を例示している。なお、裏面Ｗｂに対してＤＩＷを供給しているが、これは上記混合領域の位置制御と直接関係しない。

図３Ａに示すように、基板Ｗの回転数が低速に設定された状態で、超音波ノズル６１は基板Ｗの径方向外側上方から超音波印加液ＵＬを基板Ｗの表面Ｗｆの周縁部に吐出すると、超音波印加液ＵＬは基板Ｗの表面Ｗｆの中央部にまで広がり、表面Ｗｆ全体に超音波印加液ＵＬの液膜が形成される。その後で飽和水ノズル４１から表面Ｗｆの中央部に吐出された飽和水ＳＷは超音波印加液ＵＬと混合し、混合領域ＭＲを形成する。ただし、低速回転であるため、基板Ｗの径方向への飽和水ノズル４１の広がりは弱く、その結果、同図に示すように、混合領域ＭＲは表面Ｗｆの中央部近傍に形成される。なお、図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃ中の符号「ＢＤ」は混合領域ＭＲの超音波ノズル６１側の境界を表している。

混合領域ＭＲでは、表面Ｗｆの中央側から供給される飽和水ＳＷと、表面Ｗｆの周縁側から供給される超音波印加液ＵＬとが混合される。このため、同図の（ｂ）欄中の模式図で示されるように、混合領域ＭＲには数多くの溶存気体ＤＧが存在するとともに、超音波印加液ＵＬ中を伝播してきた超音波が混合領域ＭＲに到達し、基板Ｗの表面Ｗｆの近傍で発生するキャビテーションによって混合領域ＭＲに対応する表面領域からパーティクルＰＴが効果的に除去される。また、実施形態では、超音波印加液ＵＬは脱気水に超音波を印加したものであるため、超音波印加液ＵＬ内での超音波のエネルギー減衰は少なく、効率的な超音波洗浄を行うことができる。このように、基板Ｗの回転数を例えば３０［ｒｐｍ］に設定することによって、基板Ｗの表面Ｗｆのうち当該回転数に対応した領域を効果的に洗浄することができる。

このようにして超音波洗浄される領域は基板Ｗの回転数の変化に伴って変位する。つまり、図３Ｂに示すように、基板Ｗの回転数が中速に設定されると、回転数が増大された分だけ混合領域ＭＲは超音波ノズル６１側にシフトする。そして、当該混合領域ＭＲにおいても、低速回転の場合と同様に、飽和水ＳＷ由来の溶存気体ＤＧと超音波印加液ＵＬを伝播してきた超音波とによって混合領域ＭＲでキャビテーションが発生し、混合領域ＭＲに対応する表面領域からパーティクルＰＴが効果的に除去される。

さらに、回転数が増大されると、図３Ｃに示すように、混合領域ＭＲは基板Ｗの周縁部近傍までシフトする。そして、低速回転および中速回転の場合と同様にして混合領域ＭＲに対応する表面領域からパーティクルＰＴが効果的に除去される。

これらの検証および考察から明らかなように、混合領域ＭＲを基板Ｗの表面Ｗｆ上に形成することで表面Ｗｆを部分的に、かつ良好に超音波洗浄することができる。しかも、飽和水ノズル４１および超音波ノズル６１の両方を固定配置しているものの、スピンチャック１０に保持された基板Ｗの回転数を制御することで混合領域ＭＲを移動させることができる。したがって、基板Ｗの回転数を所望値に設定することで基板Ｗの表面Ｗｆのうち任意の表面領域を良好に超音波洗浄することができる。また、図３Ａないし図３Ｃから容易に類推できるように、基板Ｗの回転数を連続的あるいはステップ状に変化させることで基板Ｗの表面Ｗｆを広範囲にわたって効率的に洗浄することができる。例えば回転数を例えば３０［ｒｐｍ］から５００［ｒｐｍ］の範囲で変化させることで基板Ｗの表面全体を良好に洗浄することができる。このような洗浄原理に基づき、本実施形態では、制御ユニット３０は装置各部を図４に示すように制御して基板洗浄処理を行っている。

図４は図１に示す基板洗浄装置の動作を示すフローチャートである。処理の開始前には、バルブ１５、５２、７２はいずれも閉じられており、スピンチャック１０は静止している。そして、制御ユニット３０は予め記憶部３２に記憶されているプログラムにしたがって装置各部を以下のように制御して基板Ｗの洗浄処理および乾燥処理を行う。すなわち、基板搬送ロボット（図示省略）により１枚の基板Ｗがスピンチャック１０に載置されチャックピン１３により保持される（ステップＳ１）。

次のステップＳ２ではバルブ７２を開いて脱気水を超音波ノズル６１に圧送し、ノズル口６１１から基板Ｗの表面Ｗｆの周縁部に向けて吐出する。この段階では、脱気水への超音波印加を行っておらず、上記脱気水を基板Ｗの表面Ｗｆに供給する。これと同時に、バルブ１５を開いてＤＩＷを供給管１４に圧送し、ノズル口１４１から基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に向けて吐出する。なお、裏面ＷｂへのＤＩＷの供給は乾燥処理前まで継続される。

そして、脱気水の液膜が表面Ｗｆに形成される（ステップＳ３で「ＹＥＳ」）と、発振器６３から発振信号を振動子６１３に出力する（ステップＳ４）。こうして、超音波印加液ＵＬが基板Ｗの表面Ｗｆに供給され、超音波印加液ＵＬの液膜が形成される。なお、超音波ノズル６１からの脱気水および超音波印加液ＵＬの吐出流量については、脱気水用流量調節機構７３によって調節可能であり、予め指定された値に設定することができる。また、液膜を形成するときの脱気水の流量と、液膜形成後の超音波印加液ＵＬの流量とを異ならせるように制御してもよい。

これに続いて、バルブ５２を開いて飽和水ＳＷを飽和水ノズル４１に圧送し、ノズル口６１１から基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に向けて吐出する（ステップＳ５）。このときの飽和水ＳＷは飽和水用流量調節機構５３によって調節される。また、チャック回転機構２０によるスピンチャック１０の回転駆動を開始する（ステップＳ６）。この回転初期では、例えば図３Ａに示すように、基板Ｗの回転中心近傍に混合領域ＭＲが形成される。そして、当該混合領域ＭＲで溶存気体ＤＧと超音波とによってキャビテーションが効率的に発生し、混合領域ＭＲに対応する表面領域からパーティクルＰＴが効果的に除去される（超音波洗浄処理）。

この実施形態では、次のステップＳ７で回転数を調節して混合領域ＭＲが形成される位置を基板Ｗの径方向にシフトさせ、上記のようにして超音波洗浄処理が実行される領域を移動させる。このような回転数の調節による混合領域ＭＲのシフトはステップＳ８で「ＹＥＳ」と判定されるまで、つまり基板Ｗの表面全面に対する洗浄処理を完了するまで繰り返して行われる。なお、本実施形態では、超音波洗浄処理を行っている間、飽和水ＳＷおよび超音波印加液ＵＬの吐出流量は一定に維持されている。したがって、混合領域ＭＲのシフト態様は基板Ｗの回転数のみで制御されており、回転数パターンを選択することで種々の態様で超音波洗浄処理を行うことができる。例えば、回転数を低速から高速に変更させる低高速パターンでは、混合領域ＭＲが表面中央部から周縁部に移動しながら基板Ｗの表面Ｗｆが洗浄される。また、回転数を高速から低速に変更させる高低速パターンでは、混合領域ＭＲが周縁部から表面中央部に移動しながら基板Ｗの表面Ｗｆが洗浄される。また、低高速パターンおよび高低速パターンを交互に繰り返すことで往復洗浄が実行される。さらに、回転数の変化についても、その変化率を一定に設定してもよいし、表面中央部と周縁部とで異ならせる、例えば表面中央部で比較的大きく、周縁部に進むにしたがって小さくなるように回転数を変化させてもよい。

こうして、基板Ｗの表面全体に対して超音波洗浄処理が実行される（ステップＳ８で「ＹＥＳ」と判定される）と、発振器６３が発振信号の出力を停止し、それに続いてバルブ１５、５２、７２を閉じて飽和水ＳＷ、脱気水およびＤＩＷの供給を停止して洗浄処理を終了する。また、洗浄処理の完了とともに、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに残るＤＩＷを除去する乾燥処理を行う。すなわち、スピンチャック１０の回転数を上げて基板Ｗを高速回転させ（ステップＳ９）、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの液体成分、実質的にはＤＩＷを振り切ることによって基板Ｗを乾燥させる。なお、別途、窒素気体を吐出するノズルを設け、乾燥処理の実行中に窒素気体を基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに吹き付けるように構成してもよく、これによって乾燥した基板Ｗの表面Ｗｆへのミスト等の付着や酸化を防止することができる。

こうした乾燥処理が終了すると、スピンチャック１０の回転を停止する（ステップＳ１０）。そして、基板搬送ロボットが乾燥された基板Ｗをスピンチャック１０から取り出し、別の装置へ搬出することで（ステップＳ１１）、１枚の基板Ｗに対する洗浄処理が完了する。また上記処理を繰り返すことにより、複数の基板Ｗを順次処理することができる。

以上のように、この実施形態では、飽和水ノズル４１および超音波ノズル６１を固定配置し、飽和水ノズル４１から吐出される飽和水ＳＷと超音波ノズル６１から吐出される超音波印加液ＵＬとを混合させて超音波洗浄処理を行っている。したがって、超音波洗浄処理において超音波ノズル６１の移動が不要となり、装置構成が簡素で、しかも処理チャンバの小型化を図ることができ、高い汎用性を有している。

また、基板Ｗの回転数を所定範囲内で連続的あるいは段階的に調節することで基板Ｗの表面全体を効率的に超音波洗浄することができる。一方、基板Ｗの回転数を個別に設定することによって、例えば図３Ａ〜図３Ｃに示すように、基板Ｗの表面Ｗｆの任意の領域を超音波洗浄することができる。

また、飽和水ＳＷに溶存する気体の濃度を超音波印加液ＵＬよりも高く設定しているため、混合領域ＭＲで数多くの溶存気体が存在し、数多くのキャビテーションが混合領域ＭＲで発生して高い洗浄能力で超音波洗浄処理を行うことができる。特に、本実施形態では、超音波印加液ＵＬを脱気水で構成しているため、混合領域ＭＲに到達するまでの超音波のエネルギー減衰は少なく、混合領域ＭＲでの超音波洗浄をさらに効率的に行うことができる。

なお、上記実施形態では、制御ユニット３０が基板Ｗの回転数を調節することで混合領域ＭＲの位置を制御しているが、制御ユニット３０が飽和水用流量調節機構５３を制御することで飽和水ＳＷの流量を調節し、混合領域ＭＲの位置を制御することも可能である。また、制御ユニット３０が脱気水用流量調節機構７３を制御することで超音波印加液ＵＬの流量を調節し、混合領域ＭＲの位置を制御することも可能である。このように制御ユニット３０が基板Ｗの回転数、飽和水ＳＷの流量および超音波印加液ＵＬの流量のうち少なくとも１つ以上を調節することで混合領域ＭＲの位置を制御するように構成してもよく、いずれの場合も、制御ユニット３０は本発明の「混合位置制御部」として機能する。また、飽和水ＳＷの流量および超音波印加液ＵＬの流量のうち少なくとも一方を調節することで混合領域ＭＲの位置を制御する場合には、基板Ｗを静止させた状態で上記超音波洗浄処理を行ってもよい。これらの点については、後で説明する実施形態においても同様である。

図５は本発明にかかる基板洗浄装置の第２実施形態を示す図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、飽和水ノズル４１が基板Ｗの上方空間で表面Ｗｆと平行に往復移動可能に配置され、制御ユニット３０からの移動指令に応じてノズル移動機構８０が飽和水ノズル４１を往復移動させる。なお、その他の構成は第１実施形態と同一であるため、同一符号を付して構成説明を省略する。

第２実施形態では、第１実施形態と同様に、基板Ｗの表面Ｗｆに液膜が形成された後で飽和水ノズル４１のノズル口４１１から飽和水ＳＷが吐出される。すると、飽和水ノズル４１の直下位置で飽和水ＳＷと超音波印加液ＵＬとの混合領域ＭＲが形成され、キャビテーションによる超音波洗浄処理が実行される。また、本実施形態では、飽和水ノズル４１はノズル口４１１から飽和水ＳＷを吐出した状態のまま基板Ｗの表面Ｗｆと平行に移動する。このため、混合領域ＭＲが基板Ｗの径方向に移動し、それに伴って超音波洗浄された表面領域が基板Ｗの表面全体に広がる。

以上のように、第２実施形態においても、超音波ノズル６１を固定配置した状態のまま、超音波洗浄処理を行うことができ、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。なお、ここでは、飽和水ノズル４１を表面中央部の上方位置から表面周縁部の上方位置に移動させる、つまり基板Ｗの径方向に走査させることで基板Ｗの表面全体を超音波洗浄しているが、基板Ｗの表面Ｗｆの一部、つまり特定の洗浄対象領域を洗浄したい場合には、洗浄対象領域の上方位置に飽和水ノズル４１を位置決めした後でノズル口４１１から飽和水ＳＷを吐出し、当該洗浄対象領域に混合領域ＭＲを形成すればよい。このように第２実施形態では、水平方向における飽和水ノズル４１の位置決めによって基板Ｗの表面Ｗｆでの飽和水ＳＷの着液地点（図５中の符号ＰＳ）をピンポイントで制御することができ、任意の表面領域を超音波洗浄することができる。この場合、基板Ｗを回転させた状態のみならず、基板Ｗを静止させた状態で上記超音波洗浄処理を行ってもよい。この点については、次に説明する第３実施形態においても同様である。

また、飽和水ノズル４１を位置決めした状態で飽和水ノズル４１のノズル口４１１から吐出される飽和水ＳＷの吐出流量を絞る、例えばノズル口４１１から飽和水ＳＷが液滴状に吐出される程度に絞ると、飽和水ＳＷの拡散を最小限に抑制することができる。その結果、混合領域ＭＲのサイズを最小化し、微小な表面領域のみに対して超音波洗浄処理を施すことができる。

飽和水ＳＷの拡散を抑制して混合領域ＭＲの微小化を図るためには、例えば飽和水ノズル４１のノズル口４１１を基板Ｗの表面Ｗｆに形成されている超音波印加液ＵＬの液膜に近接させて液跳ねを抑制するのが望ましい。この要求を満足するためには、飽和水ノズル４１を鉛直方向に昇降自在に構成するとともにノズル移動機構８０によって飽和水ノズル４１を鉛直方向に位置決めするように構成するのが好適である。

図６は本発明にかかる基板洗浄装置の第３実施形態を示す図である。この第３実施形態が第２実施形態と大きく相違する点は、同図に示すように飽和水ノズル４１が揺動可能に設けられ、制御ユニット３０からの移動指令に応じてノズル移動機構８０が飽和水ノズル４１を揺動移動させて飽和水ＳＷの着液地点ＰＳを調節可能となっている点である。なお、その他の構成は第１実施形態および第２実施形態と同一であるため、同一符号を付して構成説明を省略する。

このように構成された第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、基板Ｗの表面Ｗｆに液膜が形成された後で飽和水ノズル４１のノズル口４１１から飽和水ＳＷが吐出される。すると、飽和水ノズル４１の直下位置で飽和水ＳＷと超音波印加液ＵＬとの混合領域ＭＲが形成され、キャビテーションによる超音波洗浄処理が実行される。また、本実施形態では、飽和水ノズル４１はノズル口４１１から飽和水ＳＷを吐出した状態のまま図６の紙面に対して垂直な方向に延びる揺動軸ＳＡ回りに揺動して着液地点ＰＳを基板Ｗの径方向に変位させる。このため、混合領域ＭＲが基板Ｗの径方向に移動し、それに伴って超音波洗浄された表面領域が基板Ｗの表面全体に広がる。

以上のように、第３実施形態においても、超音波ノズル６１を固定配置した状態のまま、超音波洗浄処理を行うことができ、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。なお、ここでは、飽和水ノズル４１を揺動軸ＳＡ回りに揺動させることで基板Ｗの表面全体を超音波洗浄しているが、基板Ｗの表面Ｗｆの一部、つまり洗浄対象領域を洗浄したい場合には、ノズル口４１１が洗浄対象領域を向くように飽和水ノズル４１を位置決めした後でノズル口４１１から飽和水ＳＷを吐出し、当該洗浄対象領域に混合領域ＭＲを形成すればよい。このように第３実施形態では、飽和水ノズル４１の揺動姿勢の制御によって基板Ｗの表面Ｗｆでの飽和水ＳＷの着液地点ＰＳをピンポイントで制御することができ、任意の表面領域を超音波洗浄することができる。

図７は本発明にかかる基板洗浄装置の第４実施形態を示す図である。この第４実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、超音波洗浄処理の対象となる面（本発明の「一方主面」に相当）が基板Ｗの裏面Ｗｂであるという点である。この第４実施形態では、供給管１４の下端部が飽和水供給部５０と接続されている。すなわち、飽和水供給部５０では、配管５１が供給管１４とＤＩＷ供給源とを相互に接続するとともに、当該配管５１に対してバルブ５２、飽和水用流量調節機構５３および気体濃度調節機構５４が供給管１４側から上記順序で介設されている。このため、制御ユニット３０により設定された流量の飽和水ＳＷが供給管１４に圧送され、制御ユニット３０からの開指令に応じてバルブ５２が開くと、供給管１４のノズル口１４１から吐出し、基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に供給される。一方、制御ユニット３０からの閉指令に応じてバルブ５２が閉じると、供給管１４への飽和水ＳＷの圧送が停止される。その結果、供給管１４のノズル口１４１からの飽和水ＳＷの吐出も停止される。このように、第４実施形態では、供給管１４が飽和水ノズルとして機能している。

ノズル口１４１の鉛直上方には、ＤＩＷノズル９１が固定配置されている。このＤＩＷノズル９１は、その下方端部に設けられたノズル口９１１を基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に対向させて配置されている。また、ＤＩＷノズル９１の上端部は配管９２を介してＤＩＷ供給源と接続されるとともに、当該配管９２に対してバルブ９３が介設されている。このため、制御ユニット３０からの開指令に応じてバルブ９３が開くと、ＤＩＷノズル９１のノズル口９１１からＤＩＷが吐出し、基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に供給される。なお、その他の構成は第１実施形態と基本的に同一であるため、同一符号を付して構成説明を省略する。

このように構成された第４実施形態では、処理の開始前には、バルブ５２、７２、９３はいずれも閉じられており、スピンチャック１０は静止している。そして、基板搬送ロボット（図示省略）により１枚の基板Ｗがスピンチャック１０に載置されチャックピン１３により保持されると、バルブ７２を開いて脱気水を超音波ノズル６１に圧送し、ノズル口６１１から基板Ｗの裏面Ｗｂの周縁部に向けて吐出する。これと同時に、バルブ９３を開いてＤＩＷをＤＩＷノズル９１に圧送し、ノズル口９１１から基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に向けて吐出する。なお、表面ＷｆへのＤＩＷの供給は乾燥処理前まで継続される。

そして、脱気水の液膜形成後に発振器６３から発振信号を振動子６１３に出力して超音波印加液ＵＬを基板Ｗの裏面Ｗｂに供給する。これによって、超音波印加液ＵＬの液膜が形成される。これに続いて、バルブ５２を開いて飽和水ＳＷを飽和水ノズル４１に圧送し、ノズル口１４１から基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に向けて吐出するとともに、チャック回転機構２０によるスピンチャック１０の回転駆動を開始する。この回転初期では、例えば図８Ａに示すように、基板Ｗの回転中心近傍に混合領域ＭＲが形成される。そして、当該混合領域ＭＲで溶存気体ＤＧと超音波とによってキャビテーションが発生し、混合領域ＭＲに対応する裏面領域からパーティクルＰＴが効果的に除去される（超音波洗浄処理）。

また、回転数の調節によって混合領域ＭＲが形成される位置を基板Ｗの径方向にシフトさせ、例えば図８Ｂに示すように超音波洗浄処理が実行される裏面領域を移動させる。こうした混合領域ＭＲのシフトを、基板Ｗの裏面全面に対する洗浄処理の完了まで行う。なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、飽和水ＳＷおよび超音波印加液ＵＬの吐出流量は一定に維持されているが、回転数パターンを選択することで種々の態様で超音波洗浄処理を行うことができる。また、回転数の変化についても、その変化率を一定に設定してもよいし、裏面中央部と周縁部とで異ならせる、例えば表面中央部で比較的大きく、周縁部に進むにしたがって小さくなるように回転数を変化させてもよい。

こうして、基板Ｗの裏面全体に対して超音波洗浄処理が実行されると、発振器６３が発振信号の出力を停止し、それに続いてバルブ５２、７２、９３を閉じて飽和水ＳＷ、脱気水およびＤＩＷの供給を停止して洗浄処理を終了する。また、洗浄処理の完了とともに、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに残るＤＩＷを除去する乾燥処理を行った後でスピンチャック１０の回転を停止する。そして、基板搬送ロボットが乾燥された基板Ｗをスピンチャック１０から取り出し、別の装置へ搬出する。

以上のように、第４実施形態においても、超音波ノズル６１を固定配置した状態のまま、基板Ｗの裏面全体を超音波洗浄することができ、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。また、基板Ｗの回転数を個別に設定することによって、例えば図８Ａや図８Ｂに示すように、基板Ｗの裏面Ｗｂの任意の領域を超音波洗浄することも可能である。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、常に基板Ｗを回転させた状態で混合領域ＭＲを形成して当該混合領域ＭＲに対応する基板Ｗの表面領域や裏面領域を洗浄しているが、基板Ｗを回転させることは必須要件ではなく、飽和水ＳＷや超音波印加液ＵＬの吐出流量によって混合領域ＭＲを位置決めする場合には、基板Ｗを静止状態のまま超音波洗浄処理を行うことも可能である。

また、上記実施形態では、超音波印加液ＵＬおよび飽和水ＳＷはともにＤＩＷであり、ＤＩＷが本発明の「第１液体」および「第２液体」に相当している。つまり、上記実施形態で使用している「第１液体」および「第２液体」は同一組成を有している。ここで、ＤＩＷの代わりに、水素水やオゾン水などの機能水、ＳＣ１（ammonia-hydrogen peroxide mixture：アンモニア過酸化水素水）、ＳＣ２（hydrochloric acid/hydrogen peroxide mixture：塩酸過酸化水素水）、希塩酸、ＦＰＭ（hydrofluoric acid-hydrogen peroxide mixture：ふっ酸／過酸化水素水溶液）、ＦＯＭ（hydrofluoric acid-hydrogen ozone mixture: ふっ酸／オゾン水溶液）、ＨＦＥ（hydrofluoroether：ハイドロフルオロエーテル）などの有機溶剤を上記「第１液体」および「第２液体」として用いてもよい。また、「第１液体」および「第２液体」として互いに異なる組成の液体を用いてもよく、上記した液体を適宜組み合わせて用いることができる。ただし、超音波ノズル６１は振動子６１３を内蔵するため、振動子６１３の耐薬性を考慮すると、ＤＩＷを「第１液体」とするのが望ましい。

以上説明したように、上記実施形態においては、超音波ノズル６１が本発明の「第１吐出部」の一例に相当している。また、基板Ｗの表面Ｗｆに対して超音波洗浄処理を施す第１実施形態ないし第３実施形態においては基板Ｗの表面Ｗｆが本発明の「基板の一方主面」に相当し、飽和水ノズル４１が本発明の「第２吐出部」の一例に相当している。一方、基板Ｗの裏面Ｗｂに対して超音波洗浄処理を施す第４実施形態においては基板Ｗの表面Ｗｆが本発明の「基板の一方主面」に相当し、供給管１４が本発明の「第２吐出部」の一例に相当している。また、スピンチャック１０が本発明の「基板保持部」の一例に相当している。また、チャック回転機構２０が本発明の「基板回転部」の一例に相当している。また、ノズル移動機構８０が本発明の「移動部」の一例に相当している。

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明は、例えば混合位置制御部が、第１吐出部からの超音波印加液の吐出流量および第２吐出部からの第２液体の吐出流量のうちの少なくとも一方を調節して混合領域の位置を制御するように構成してもよい。

また、基板を水平に保持する基板保持部と、基板保持部により保持された基板の回転中心を通る鉛直軸回りに基板保持部を回転させる基板回転部をさらに備え、混合位置制御部が、基板保持部に保持された基板Ｗの回転数を調節して混合領域の位置を制御するように構成してもよい。

また、第２吐出部を基板に対して移動させる移動部をさらに備え、混合位置制御部が移動部を制御することで一方主面での第２液体の着液地点を調節して混合領域の位置を制御するように構成してもよい。

また、混合位置制御部が着液地点を一方主面内で走査させるように構成してもよい。

また、スピンベースと、スピンベースに設けられる複数のチャックとを有し、一方主面をスピンベースと対向させながらスピンベースから鉛直上方に所定距離だけ離間させた状態で複数のチャックによって保持する基板保持部をさらに備え、第１吐出部が基板保持部に保持される基板の径方向外側下方に設けられ、第２吐出部がスピンベースの中央部に設けられてもよい。

また、基板保持部により保持された基板の回転中心を通る鉛直軸回りに基板保持部を回転させる基板回転部をさらに備え、混合位置制御部が、基板保持部に保持された基板Ｗの回転数を調節して混合領域の位置を制御するように構成してもよい。

さらに、第１液体と第２液体とが同一組成を有するように構成してもよい。

この発明は、基板の一方主面を洗浄する基板洗浄技術全般に適用可能である。

１…基板洗浄装置
１０…スピンチャック（基板保持部）
１２…スピンベース
１３…チャックピン
１４…供給管（第２吐出部）
２０…チャック回転機構（基板回転部）
３０…制御ユニット（混合位置制御部）
４１…飽和水ノズル（第２吐出部）
６１…超音波ノズル（第１吐出部）
８０…ノズル移動機構（移動部）
ＤＧ…溶存気体
ＭＲ…混合領域
ＰＳ…着液地点
ＳＷ…飽和水（第２液体）
ＵＬ…超音波印加液
Ｗ…基板
Ｗｂ…裏面
Ｗｆ…表面

Claims (9)

1. 基板の一方主面に対し、第１液体に超音波を付与した超音波印加液を吐出する第１吐出部と、
   前記一方主面に対し、溶存する気体の濃度が前記第１液体よりも高い第２液体を吐出する第２吐出部と、
   前記一方主面上において、前記超音波印加液の吐出位置を固定したまま、前記超音波印加液と前記第２液体とが混合する混合領域の位置を制御する混合位置制御部と、
   を備えることを特徴とする基板洗浄装置。
2. 請求項１に記載の基板洗浄装置であって、
   前記混合位置制御部は、前記第１吐出部からの前記超音波印加液の吐出流量および前記第２吐出部からの前記第２液体の吐出流量のうちの少なくとも一方を調節して前記混合領域の位置を制御する基板洗浄装置。
3. 請求項１または２に記載の基板洗浄装置であって、
   前記基板を水平に保持する基板保持部と、
   前記基板保持部により保持された前記基板の回転中心を通る鉛直軸回りに前記基板保持部を回転させる基板回転部をさらに備え、
   前記混合位置制御部は、前記基板保持部に保持された前記基板の回転数を調節して前記混合領域の位置を制御する基板洗浄装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板洗浄装置であって、
   前記第２吐出部を前記基板に対して移動させる移動部をさらに備え、
   前記混合位置制御部は前記移動部を制御することで前記一方主面での前記第２液体の着液地点を調節して前記混合領域の位置を制御する基板洗浄装置。
5. 請求項４の基板洗浄装置であって、
   前記混合位置制御部は前記着液地点を前記一方主面内で走査させる基板洗浄装置。
6. 請求項１または２に記載の基板洗浄装置であって、
   スピンベースと、前記スピンベースに設けられる複数のチャックとを有し、前記一方主面を前記スピンベースと対向させながら前記スピンベースから鉛直上方に所定距離だけ離間させた状態で前記複数のチャックによって保持する基板保持部をさらに備え、
   前記第１吐出部は前記基板保持部に保持される前記基板の径方向外側下方に設けられ、
   前記第２吐出部は前記スピンベースの中央部に設けられる基板洗浄装置。
7. 請求項６に記載の基板洗浄装置であって、
   前記基板保持部により保持された前記基板の回転中心を通る鉛直軸回りに前記基板保持部を回転させる基板回転部をさらに備え、
   前記混合位置制御部は、前記基板保持部に保持された前記基板の回転数を調節して前記混合領域の位置を制御する基板洗浄装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板洗浄装置であって、
   前記第１液体と前記第２液体とは同一組成を有する基板洗浄装置。
9. 第１液体に超音波を付与した超音波印加液を基板の一方主面に吐出する位置を固定したまま、溶存する気体の濃度が前記第１液体よりも高い第２液体と、前記超音波印加液とを前記一方主面に吐出して前記一方主面上において前記超音波印加液と前記第２液体とが混合する混合領域を形成し、前記混合領域に対応する前記一方主面の領域を洗浄することを特徴とする基板洗浄方法。