JP2018006491A - 洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】洗浄後の基板表面の乾燥不良を低減する洗浄装置を提供する。リンス後、乾燥前の表面の液滴形成位置を制御し、基板表面のウォーターマーク形成を低減する。【解決手段】リンス工程終了時、スピン乾燥工程前における、リンス液供給と基板回転機構の回転が停止するタイミングを同期させることにより、リンス液の液滴の形成位置を制御し、高品位の洗浄が高収率で達成できる。基板の枚葉洗浄装置を、少なくとも、基板を保持するための基板固定機構と、基板を回転させるための基板回転機構と、リンス液供給のためのリンス機構により構成し、リンス機構からのリンス液供給と基板回転機構の回転が停止するタイミングを同期させることができる機構を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、洗浄装置に関する。

半導体基板の洗浄装置としては、バッチ洗浄装置および枚葉洗浄装置が広く用いられている。バッチ洗浄装置は、スループットが高いことがメリットである一方で、枚葉洗浄装置はクロスコンタミネーションを低減することが可能であるため、高い基板清浄度を達成できると言われている。そのため、半導体基板の洗浄の仕上げ工程には枚葉洗浄機が用いられることが多い。枚葉洗浄装置の工程は、おおまかに超音波洗浄やブラシ洗浄などによる機械的洗浄工程、基板表面を洗い流すためのリンス工程、基板を乾燥するためのスピン乾燥工程により構成されることが多い。（特許文献１、２を参照）

近年、半導体基板はシリコン以外にも、SiCやGaN、ダイヤモンドなどの様々な次世代材料基板が開発され、洗浄工程もまたそれぞれの材質に合わせて最適化が必要とされている。特に基板表面の撥水性は物質によって異なり、洗浄後の基板清浄度に大きな影響を与える。親水性の高い基板の枚葉洗浄においては、リンス後、スピン乾燥工程前にリンス液が基板表面のほぼ全面をおおうが、疎水性の高い基板の枚葉洗浄においては、リンス後、スピン乾燥前にリンス液が液滴となって基板表面に残存する。これら液滴をスピン乾燥工程において乾燥させる際、親水性の高い基板においてはリンス液が移動しやすく、基板乾燥は容易であるが、疎水性の高い基板においては小さい液滴が形成されやすく、スピン回転による遠心力では液滴が移動しにくい。その結果、リンス液がスピン回転中に自然乾燥してしまい、ウォーターマークとなって基板表面に残存してしまう。

特開２００５−８５９７８号公報 特開２０１０−０３７３９号公報

前述の通り、疎水性の高い基板においては、枚葉洗浄機のリンス後、乾燥前の表面に小さな液滴が形成されやすいため、乾燥不良が発生し、その結果、ウォーターマークが基板表面に形成されるという課題が有った。形成されたウォーターマークには、不純物が含まれることから、洗浄後の成膜工程やデバイス加工工程において、不良発生の原因となるため好ましくない。本発明は上記の事情を鑑みてなされたものである。

本発明者らは課題を解決する手段として、以下の本発明を提供するに至った。少なくとも、基板を保持するための基板固定機構と、基板を回転させるための基板回転機構と、リンス液供給のためのリンス機構により構成され、さらに前記リンス機構からのリンス液供給と前記基板回転機構の回転が停止するタイミングを同期させることができる機構を含む、基板の枚葉洗浄装置。

我々は鋭意検討の結果、リンス工程終了時、スピン乾燥工程前における、リンス液供給と基板回転機構の回転が停止するタイミングを同期させることにより、リンス液の液滴の形成位置を制御できることを見出した。液滴の形成位置を制御することにより、小さな液滴でもスピン乾燥による乾燥が容易となり、高品位の洗浄が高収率で達成できるという効果を有する。高品位の洗浄を達成することにより、洗浄後の工程である成膜工程やデバイス工程においても、デバイスの高収率化が可能となる。

本発明における洗浄機構の模式図。 リンス工程終了時、スピン乾燥工程前における、リンス液供給と基板回転機構の回転を同時に停止した場合の基板表面の写真。 リンス工程終了時、スピン乾燥工程前における、リンス液と基板回転機構の停止タイミングを同期させなかった場合の基板表面の写真。 スピン乾燥後のウォーターマークの写真。

本発明の枚葉洗浄装置１の機構について説明する。本装置には、少なくとも基板固定機構２と基板回転機構３、リンス機構４、および基板回転機構３とリンス機構４の停止するタイミングを同期させる機構（同期機構５）が含まれる。これらの機構以外に超音波洗浄機構やスクラブ洗浄機構が装置構成に含まれてもよい。

次に本装置１を用いた洗浄工程を説明する。まず、基板固定機構２により、洗浄対象である基板６は定位置に固定される。次に、リンス機構４によって、基板６表面はリンス液によって洗い流される。この工程においては、リンス液を基板６表面に均一に供給するために、基板回転機構３により基板６が回転した状態で、リンス液が供給される。リンス工程で用いるリンス液の種類やリンス液の流量については、特に限定されない。また、リンス工程の前に、超音波をのせたリンス液を供給して汚れを除去する超音波洗浄工程や、ブラシにより機械的に基板６をこすって汚れを除去するスクラブ洗浄工程が含まれてもよい。

その後、リンス機構４からのリンス液供給停止と、基板回転機構３の回転停止のタイミングを同期機構５により同期させて、リンス液の液滴が基板６上に形成される位置を調整する。液滴を形成する位置は、基板６外周側となるよう、リンス液と基板６の回転の停止タイミングを同期させた方が、その後のスピン乾燥工程にて遠心力が一方向にかかり、液滴が分裂して小さくならないために、望ましい。その後、基板回転機構３により、基板６は高速回転し、基板６は遠心力により乾燥される（スピン乾燥工程）。このスピン乾燥工程におけるスピン回転数や回転数上昇レート、および回転時間は特に限定されない。

上記の基板６の固定前、スピン乾燥工程後において、基板６の自動搬送工程が含まれてもよい。自動搬送工程を導入することにより、基板６の汚染を低減することが可能となる。

本機構（上記装置１）では、基板６として直径２インチ以下の小径基板を用いることが望ましい。基板６の径が小さいほど、スピン乾燥時の遠心力が小さくなり、液滴を除去する力を得にくくなることから、本機構の効果は小径基板において最大限に得ることができる。

また、より大きな遠心力を得て小径基板を乾燥するためには、スピン乾燥時に回転中心から基板６が偏心する、偏心乾燥機構が含まれている方が望ましい。偏心乾燥機構を含めることにより、遠心力が大きくなるため、本発明の機構の効果をより最大限に得ることができる。

（実施例１）
図１に示す装置１を用いた。基板６として、比較的疎水性が高い基板である酸化マグネシウム基板を用いて、検証実験を行った。基板６は表面が鏡面研磨済みのものを用い、基板サイズは10ｍｍ四方とした。まず、基板固定機構２により基板６を固定した。その後、基板６の回転を開始し、リンス機構４によって、基板６表面にリンス液をかけながした。回転数は120ｒｐｍ、リンス流量は、1.0Ｌ／ｍｉｎ、リンス時間は10秒とし、リンス液には純水を用いた。その後、停止タイミングの同期機構５により、リンス機構４からのリンス液供給と、基板回転機構３の回転を同時に停止した。リンス後の基板表面写真を図２に示す。液滴は基板外周側に形成されていることが確認された。最後に、スピン乾燥を行った。回転数は3000ｒｐｍ、回転時間は30秒とした。この条件で計５枚の基板６を洗浄し、リンス後の基板表面の液滴形成位置、および乾燥後のウォーターマークの有無を確認した。結果を表１に示す。リンス後には、基板外周側の定位置に液滴が形成され、また乾燥後にウォーターマークは確認されなかった。

（比較例１）
リンス液と基板回転機構３の停止タイミングを同期させずに、実施例１と同様の条件にて実験実施および評価を行った。結果を表１に示す。リンス後の液滴形成位置は基板外周、中央と、ランダムに発生し、基板中央に液滴が形成された場合には、乾燥後にウォーターマークが観察された。リンス後に基板中央に液滴が形成された基板写真を図３に、その基板の乾燥後に観察されたウォーターマークの写真を図４に示す。

上記の通り、リンス液と基板回転の停止タイミングを同期させることにより、液滴形成位置を制御し、ウォーターマークを低減できることが分かった。本発明を用いることにより、高品位の洗浄が高収率で達成できることを見出した。

１ 枚葉洗浄装置
２ 基板固定機構
３ 基板回転機構
４ リンス機構
５ 同期機構
６ 基板

Claims (1)

1. 少なくとも、基板を保持するための基板固定機構と、基板を回転させるための基板回転機構と、リンス液供給のためのリンス機構により構成され、さらに前記リンス機構からのリンス液供給と前記基板回転機構の回転が停止するタイミングを同期させることができる機構を含む、基板の枚葉洗浄装置。