JP2017204495A - 基板洗浄装置 - Google Patents

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孝一 深谷
知淳 石橋
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知淳 石橋
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央二郎 中野
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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 (5)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
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