JP2017204495A

JP2017204495A - 基板洗浄装置

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Publication number: JP2017204495A
Application number: JP2016093755A
Authority: JP
Inventors: 孝一深谷; Koichi Fukaya; 知淳石橋; Tomoatsu Ishibashi; 央二郎中野; Hisajiro Nakano
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2016-05-09
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2017-11-16

Abstract

【課題】高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることの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を保持する基板保持機構７０と、基板保持機構７０に保持された基板Ｗを回転させる基板回転機構７２と、回転している基板Ｗの表面に向けて２流体ジェットを噴出させる２流体ノズル４６と、２流体ノズル４６へ供給される洗浄液の比抵抗値を調整する比抵抗調整機構７４を備える。２流体ノズル４６へ供給される洗浄液の比抵抗値を小さくすることにより、２流体ノズル４６から噴出される液滴の帯電量を抑制することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、２流体ジェットを用いて基板表面を洗浄する基板洗浄装置に関する。

従来から、基板表面を非接触で洗浄する洗浄方法として、２流体ジェット（２ＦＪ）を使用した洗浄方法が知られている。この２ＦＪ洗浄では、高速気体（例えばＣＯ₂ガス）に乗せた微小な液滴（例えば純水のミスト）を２流体ノズルから基板表面に向けて噴出させて衝突させ、この液滴の基板表面への衝突で発生した衝撃波を利用して基板表面のパーティクル等を除去（洗浄）する（例えば特許文献１参照）。

高速の２ＦＪ洗浄では、ガスの流量が高く、流速も早い（２００ｍ／秒以上、好ましくは２５０ｍ／秒以上）。そのため、噴出時におけるガスと純水との接触や液滴とノズル内壁との接触により、基板表面に供給される液滴が（通常の２Ｆ洗浄に比べて）電荷を帯び易くなる。したがって、高速の２ＦＪ洗浄では、洗浄時の基板表面の帯電量が大きくなる傾向にあった。

特開２００５−２９４８１９号公報

従来、通常の２ＦＪ洗浄においては、２ＦＪノズルへ供給する純水にＣＯ₂ガスを予め混入し、ＣＯ₂水をイオン化させて、電荷（電子）を流れやすくすることで、液滴の帯電量の抑制が図られていた。しかしながら、高速の２ＦＪ洗浄においては、このような従来の方法では、液滴の帯電量を十分に抑制できず、帯電の影響によりパーティクルが付着し易くなるという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることのできる基板洗浄装置を提供することを目的とする。

本発明の基板洗浄装置は、基板を保持する基板保持機構と、前記基板保持機構に保持された前記基板を回転させる基板回転機構と、回転している前記基板の表面に向けて２流体ジェットを噴出させる２流体ノズルと、前記２流体ノズルへ供給される洗浄液の比抵抗値を調整する比抵抗調整機構と、を備えている。

この構成によれば、比抵抗調整機構を用いることによって、２流体ノズルへ供給される洗浄液（例えばＣＯ₂水）の比抵抗値を調整することができる。２流体ノズルへ供給される洗浄液の比抵抗値が小さいほど、２流体ノズルから噴出される液滴の帯電量を抑制することができる。これにより、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができ、帯電したパーティクルが基板に付着するのを抑制することができる。

また、本発明の基板洗浄装置では、前記２流体ノズルへ供給される洗浄液の流量を調整する流量調整機構を備えてもよい。

この構成によれば、流量調整機構を用いることによって、２流体ノズルへ供給される洗浄液の流量を調整することができる。２流体ノズルへ供給される洗浄液の流量が大きいほど、２流体ノズルから噴出される液滴の帯電量を抑制することができる。これにより、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができ、帯電したパーティクルが基板に付着するのを抑制することができる。

また、本発明の基板洗浄装置では、前記基板の表面に向けてリンス液を供給するリンス液供給ノズルを備え、前記リンス液供給ノズルが、前記洗浄液を前記基板の表面に供給可能であってもよい。

この構成によれば、２流体ノズルから洗浄液が基板の表面に供給されるだけでなく、リンス液供給ノズルからも洗浄液が基板の表面に供給されるので、基板の表面に供給される洗浄液の流量を増大させることができる。基板の表面に供給される洗浄液の流量が大きいほど、基板の表面の帯電量を抑制することができる。これにより、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができ、帯電したパーティクルが基板に付着するのを抑制することができる。

また、本発明の基板洗浄装置では、前記基板の表面に向けて、導電性を有する薬液を供給する薬液供給ノズルを備えてもよい。

この構成によれば、薬液供給ノズルから導電性を有する薬液が基板の表面に供給されるので、基板の表面の帯電量を抑制することができる。これにより、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができ、帯電したパーティクルが基板に付着するのを抑制することができる。

また、本発明の基板洗浄装置では、前記２流体ジェットの噴出速度は、少なくとも２００ｍ／秒以上であり、好ましくは２５０ｍ／以上であってもよい。

この構成によれば、高速の２ＦＪ洗浄（２流体ジェットとして噴出される液滴の速度が、少なくとも２００ｍ／秒以上であり、好ましくは２５０ｍ／以上である２ＦＪ洗浄）で、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができる。

本発明によれば、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができる。

本発明の第１の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）を備えた基板処理装置の全体構成を示す平面図である。本発明の第１の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す斜視図である。本発明の第１の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す平面図である。本発明の第１の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す側面図である。本発明の第１の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の帯電抑制効果の説明図である。本発明の第１の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の帯電抑制効果の説明図である。本発明の第１の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の帯電抑制効果の説明図である。本発明の第２の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態の基板洗浄装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、半導体ウェハの洗浄等に用いられる基板洗浄装置の場合を例示する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の基板洗浄装置の構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）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、多数の半導体ウェ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 Inter
face）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（図１の例では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。本発明の基板洗浄装置は、第２洗浄ユニット１８に適用されている。

図１に示すように、ロートポート１２、該ロートポート１２側に位置する研磨ユニット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が配置されている。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トポート１２から受け取って基板搬送ユニット２４に受け渡すとともに、乾燥後の基板を乾燥ユニット２０から受け取ってロートポート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。

第１洗浄ユニット１６と第２洗浄ユニット１８の間には、これらの各ユニット１６，１８との間で基板の受け渡しを行う第２基板搬送ロボット２６が配置されている。また、第２洗浄ユニット１８と乾燥ユニット２０との間には、これらの各ユニット１８，２０との間で基板の受け渡しを行う第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の内部には、基板処理装置の各機器の動きを制御する制御部３０が配置されている。この制御部３０は、第２洗浄ユニット（基板洗浄装置）１８の動きを制御する機能も備えている。

本実施の形態では、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状に延びるロール洗浄部材を擦り付けて基板を洗浄するロール洗浄ユニットが使用されている。この第１洗浄ユニット（ロール洗浄ユニット）１６は、洗浄液に１ＭＨｚ付近の超音波を加え、洗浄液の振動加速度による作用力を基板表面に付着した微粒子に作用させるメガソニック洗浄を併用するように構成されている。

また、第２洗浄ユニット１８として、本発明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ユニットが使用されている。なお、洗浄部は、洗浄ユニット１６，１８を上下２段に配置した上下２段構造としてもよい。この場合、洗浄部は、上下２段の基板処理ユニットを有する。

図２は、本実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の斜視図であり、図３は、本実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の平面図である。

図２及び図３に示すように、本実施の形態の基板洗浄装置（第２洗浄ユニット）１８は、基板Ｗの周囲を囲繞する洗浄槽４０と、この処理槽４０の側方に立設した回転自在な支持軸４２と、この支持軸４２の上端に基部を連結した水平方向に延びる揺動アーム４４を備えている。洗浄槽４０において、基板Ｗは、チャック等で保持され、チャック等の回転により回転するように構成されている。揺動アーム４４の自由端（先端）には、２流体ノズル４６が上下動自在に取り付けられている。

２流体ノズル４６には、Ｎ₂ガス等のキャリアガスを供給するキャリアガス供給ライン５０と、純水またはＣＯ₂ガス溶解水等の洗浄液を供給する洗浄液供給ライン５２が接続されており、流体ノズル４６の内部に供給されたＮ₂ガス等のキャリアガスと純水またはＣＯ₂ガス溶解水等の洗浄液を流体ノズル４６から高速で噴出させることで、キャリアガス中に洗浄液が微小液滴（ミスト）として存在する２流体ジェット流が生成される。この流体ノズル４６で生成される２流体ジェット流を回転中の基板Ｗの表面に向けて噴出させて衝突させることで、微小液滴の基板表面への衝突で発生した衝撃波を利用した基板表面のパーティクル等を除去（洗浄）を行うことができる。

支持軸４２は、支持軸４２を回転させることで該支持軸４２を中心に揺動アーム４４を揺動させる駆動機構としてのモータ５４に連結されている。

この例では、揺動アーム４４の先端に、例えばＰＶＡスポンジから成るペンシル型洗浄具６０が上下動自在かつ回転自在に取り付けられている。更に、洗浄槽４０の側上方に位置して、チャック等で保持されて回転中の基板Ｗの表面に、リンス液を供給するリンス液供給ノズル６２と、薬液を供給する薬液供給ノズル６４が配置されている。ペンシル型洗浄具６０の下端を、回転中の基板Ｗの表面に所定の押圧力で接触させながら、揺動アーム４４の揺動によってペンシル型洗浄具６０を移動させ、同時に、基板Ｗの表面にリンス液または薬液を供給することで、基板Ｗの表面の接触洗浄が行われるようになっている。なお、上記基板Ｗの表面の接触洗浄は、必要に応じて行われる処理であり、必ずしも必要ではない。

図３に示すように、流体ノズル４６は、揺動アーム４４の揺動に伴って、オフセット位置Ａから、基板Ｗの中心Ｏの上方位置及び該中心Ｏから所定間隔離間した変位点Ｂの上方位置を通って、基板Ｗの外周部外方の洗浄終了位置Ｃに、円弧状の移動軌跡に沿って移動することで、基板Ｗの表面の洗浄を行う。この洗浄時に、回転中の基板Ｗの表面に向けて、キャリアガス中に洗浄液が微小液滴（ミスト）として存在する２流体ジェット流を流体ノズル４６から噴出させる。なお、図３は、流体ノズル４６が変位点Ｂの上方位置に位置している状態を示している。

ここで、基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成について、図面を参照しながら、より詳細に説明する。図４は、本実施の形態の基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を説明するための側面図である。

図４に示すように、基板洗浄装置は、基板Ｗを水平に保持する基板保持機構７０と、基板保持機構７０を介して基板Ｗをその中心軸周りに回転させるモータ（回転機構）７２と、回転している基板Ｗの表面に向けて２流体ジェットを噴出させる２流体ノズル４６と、２流体ノズル４６へ供給される洗浄液の比抵抗値を調整する比抵抗調整機構７４を備えている。洗浄液としては、例えば、純水にＣＯ₂ガスを予め混入してイオン化したＣＯ₂水が用いられる。比抵抗調整機構７４は、例えば０．１ＭΩｃｍ〜１８ＭΩｃｍの範囲で、ＣＯ₂水の比抵抗値を調整することができる。なお、比抵抗調整機構７４は、公知のものを利用することができる。この場合、２流体ジェットの噴出速度は、少なくとも２００ｍ／秒以上であり、好ましくは２５０ｍ／以上である。すなわち、この基板洗浄装置は、高速の２ＦＪ洗浄用の基板洗浄装置である。

また、図４に示すように、この基板洗浄装置は、基板Ｗの表面に向けてリンス液を供給するリンス液供給ノズル６２と、基板の表面に向けて薬液を供給する薬液供給ノズル６４を備えている。このリンス液供給ノズル６２は、洗浄液（ＣＯ₂水）を基板の表面に供給できるように構成されている。また、薬液供給ノズル６４から供給される薬液としては、導電性を有する薬液が用いられる。

ここで、基板洗浄装置を用いて基板Ｗの洗浄を行うときの処理の流れを説明しておく。この基板洗浄装置では、まず基板Ｗが搬入されると、薬液供給ノズル６４から基板Ｗの表面に導電性を有する薬液が供給され、その後、２流体ノズル４６から２流体ジェットを噴出させて、基板Ｗの２流体洗浄が行われる。このとき用いられる洗浄液（ＣＯ₂水）は、比抵抗調整機構７４により比抵抗が小さくなるように調整されている。２流体洗浄を行う間、薬液供給ノズル６４から導電性を有する薬液を供給し続けることが望ましい。そして、２流体洗浄が終了した後、リンス供給ノズル６２からリンス液と洗浄液（ＣＯ₂水）が基板Ｗの表面に供給されて、薬液が洗い流される。

図５〜図７は、本実施の形態の基板洗浄装置の帯電抑制効果の説明図である。図５では、洗浄液（ＣＯ₂水）の比抵抗を大きく設定した例（例えば、１８ＭΩｃｍに設定した例）が破線で示されており、洗浄液（ＣＯ₂水）の比抵抗を小さく設定した例（例えば、０．１ＭΩｃｍに設定した例）が実線で示されている。また、図６では、基板Ｗの表面に供給される洗浄液の流量を小さく設定した例（リンス供給ノズル６２からも洗浄液（ＣＯ２水）を供給しない例）が破線で示されており、基板Ｗの表面に供給される洗浄液の流量を大きく設定した例（リンス供給ノズル６２からも洗浄液（ＣＯ２水）を供給した例）が実線で示されている。さらに、図７では、導電性を有する薬液が基板Ｗの表面に供給されない例が破線で示されており、導電性を有する薬液が基板Ｗの表面に供給された例が実線で示されている。

このような第１の実施の形態の基板洗浄装置によれば、比抵抗調整機構７４を用いることによって、２流体ノズル４６へ供給される洗浄液（例えばＣＯ₂水）の比抵抗値を調整することができる。２流体ノズル４６へ供給される洗浄液の比抵抗値が小さいほど、２流体ノズル４６から噴出される液滴の帯電量を抑制することができる。これにより、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができ、帯電したパーティクルが基板に付着するのを抑制することができる。

本実施の形態では、２流体ノズル４６から洗浄液が基板の表面に供給されるだけでなく、リンス液供給ノズル６２からも洗浄液が基板の表面に供給されるので、基板の表面に供給される洗浄液の流量を増大させることができる。基板の表面に供給される洗浄液の流量が大きいほど、基板の表面の帯電量を抑制することができる。これにより、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができ、帯電したパーティクルが基板に付着するのを抑制することができる。

また、本実施の形態では、薬液供給ノズル６４から導電性を有する薬液が基板の表面に供給されるので、基板の表面の帯電量を抑制することができる。これにより、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができ、帯電したパーティクルが基板に付着するのを抑制することができる。

また、本実施の形態では、高速の２ＦＪ洗浄（２流体ジェットとして噴出される液滴の速度が、少なくとも２００ｍ／秒以上であり、好ましくは２５０ｍ／以上である２ＦＪ洗浄）で、洗浄対象である基板Ｗの表面が帯電するのを抑えることができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の基板洗浄装置について説明する。ここでは、第２の実施の形態の基板洗浄装置が、第１の実施の形態と相違する点を中心に説明する。ここで特に言及しない限り、本実施の形態の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。

図８は、本実施の形態の基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を説明するための側面図である。図８に示すように、本実施の形態の基板洗浄装置は、２流体ノズル４６へ供給される洗浄液の流量を調整する流量調整機構７６を備えている。流量調整機構７６は、公知のものを利用することができ、例えば流量バルブなどで構成されている。この場合も、２流体ジェットの噴出速度は、少なくとも２００ｍ／秒以上であり、好ましくは２５０ｍ／以上である。すなわち、この基板洗浄装置も、高速の２ＦＪ洗浄用の基板洗浄装置である。

このような第２の実施の形態の基板洗浄装置によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。すなわち、図５〜図７に示すように、２流体ノズル４６を導電性材料で構成することにより、２流体ノズル４６から２流体ジェットとして噴出される液滴の帯電量を抑制することができる。これにより、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板Ｗの表面が帯電するのを抑えることができ、帯電したパーティクルが基板Ｗに付着するのを抑制することができる。

本実施の形態では、流量調整機構７６を用いることによって、２流体ノズル４６へ供給される洗浄液の流量を調整することができる。２流体ノズル４６へ供給される洗浄液の流量が大きいほど、２流体ノズル４６から噴出される液滴の帯電量を抑制することができる。これにより、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができ、帯電したパーティクルが基板に付着するのを抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

以上のように、本発明にかかる基板洗浄装置は、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができるという効果を有し、半導体ウェハの洗浄等に用いられ、有用である。

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
１８第２洗浄ユニット（基板洗浄装置）
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制御部
４０洗浄槽
４２支持軸
４４搖動アーム
４６流体ノズル
５０キャリアガス供給ライン
５２洗浄液供給ライン
５４モータ
６０ペンシル型洗浄具
６２リンス液供給ノズル
６４薬液供給ノズル
７０基板保持機構
７２モータ（回転機構）
７４比抵抗調整機構
７６流量調整機構
Ｗ基板

Claims

基板を保持する基板保持機構と、
前記基板保持機構に保持された前記基板を回転させる基板回転機構と、
回転している前記基板の表面に向けて２流体ジェットを噴出させる２流体ノズルと、
前記２流体ノズルへ供給される洗浄液の比抵抗値を調整する比抵抗調整機構と、
を備える、基板洗浄装置。
前記２流体ノズルへ供給される洗浄液の流量を調整する流量調整機構を備える、請求項１に記載の基板洗浄装置。
前記基板の表面に向けてリンス液を供給するリンス液供給ノズルを備え、
前記リンス液供給ノズルが、前記洗浄液を前記基板の表面に供給可能である、請求項１または請求項２に記載の基板洗浄装置。
前記基板の表面に向けて、導電性を有する薬液を供給する薬液供給ノズルを備える、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
前記２流体ジェットの噴出速度は、少なくとも２００ｍ／秒以上であり、好ましくは２５０ｍ／以上である、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。