JP2023028395A - 基板洗浄装置、基板洗浄方法及び基板研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な方法により、リンス処理中に粒子が基板に付着するのを抑制する【解決手段】基板を回転させながら洗浄具を基板の表面に摺接させてスクラブ洗浄する基板洗浄装置において、基板の表面に洗浄液を噴射することでスクラブ洗浄後の基板のリンス処理を行う洗浄液供給部を備え、リンス処理における洗浄液の温度は０℃～２０℃に設定されている。洗浄液供給部は、基板の中心付近に向けて洗浄液を供給する第１洗浄液供給部と、基板の中心と縁との間の領域に向けてスプレー状に洗浄液を供給する第２洗浄液供給部とを備え、第１洗浄液供給部による洗浄液の第１噴射角度は、第２洗浄液供給部による洗浄液の第２噴射角度よりも小さい。また、リンス処理中の第１期間において第１速度で前記基板を回転させ、第１期間に引き続く第２期間において第１速度よりも早い第２速度で前記基板を回転させる。【選択図】図３

Description

本発明は、研磨後の基板を洗浄する装置及び方法に関するものである。

半導体デバイス形成用の基板の表面を平坦化する方法の一つとして、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置による研磨がある。ＣＭＰでは、基板等の研磨対象物の表面を研磨部材に押し当て、研磨部材と研磨対象物との間に研磨液を供給しつつ、研磨部材と研磨対象物とを相対運動させることにより、研磨対象物の表面を平坦に研磨するようにしている。

基板を研磨する研磨装置には、研磨処理後の基板表面を洗浄する基板洗浄装置が備えられている（例えば特許文献１参照）。基板洗浄では、研磨後の基板を回転させるとともに、基板上に薬液を吹き付けつつロールスポンジやペンスポンジ等の洗浄具を基板上で回転させることで、基板洗浄が行われる。洗浄液による基板洗浄後、洗浄具を基板から退避させ、薬液や純水（ＤＩＷ）を基板に供給することで、基板表面へのリンス処理が行われる。これにより、洗浄処理後に基板上に残留した粒子（例えば、洗浄処理で除去しきれなかった研磨剤の粒子や研磨された基板の粒子）を除去する。

特開２００１－３５８２１号公報

基板洗浄処理にあたっては、粒子が基板に付着するのを抑制するために、基板表面に供給される洗浄液のｐＨが塩基側に調整されている。しかしながら、基板表面の洗浄液の粘性により、基板表面の近傍における洗浄液の流速は非常に小さくなるため、リンス処理によっても、基板表面の洗浄液中に浮遊する粒子を基板の外部に排出することが困難であった。また、基板へのスクラブ処理後に洗浄具を基板から退避させてリンス処理を行う場合、リンス処理中に、洗浄具から粒子が付着した洗浄液が基板に滴下することがある。それにより、リンス処理中に基板上に付着した粒子が残留し、研磨／洗浄処理後の基板の品質が劣化してしまうおそれがあった。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、簡便な方法により、リンス処理中に粒子が基板に付着するのを抑制することが可能な基板洗浄装置及び方法、並びにかかる洗浄装置を備えた基板研磨装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、基板を回転させながら洗浄具を前記基板の表面に摺接させてスクラブ洗浄する基板洗浄装置であって、前記スクラブ洗浄後に前記洗浄具を前記基板の表面から退避させる洗浄具駆動機構と、前記基板の表面に洗浄液を噴射することで、スクラブ洗浄後の前記基板のリンス処理を行う洗浄液供給部とを備え、前記リンス処理における前記洗浄液の温度は０℃～２０℃に設定されていることを特徴とする。

本発明の一態様は、基板を回転させながら洗浄具を前記基板の表面に摺接させてスクラブ洗浄する基板洗浄装置であって、前記基板の表面に洗浄液を噴射することで、スクラブ洗浄後の前記基板のリンス処理を行う洗浄液供給部を備え、前記洗浄液供給部は、前記基板の中心付近に向けて洗浄液を供給する第１洗浄液供給部と、前記基板の中心と縁との間の領域に向けてスプレー状に洗浄液を供給する第２洗浄液供給部とを備え、前記基板の表面に対する前記第１洗浄液供給部による洗浄液の噴射角度を第１噴射角度とし、前記基板の表面に対する前記第２洗浄液供給部による洗浄液の噴射角度を第２噴射角度としたとき、前記第１噴射角度は前記第２噴射角度よりも小さいことを特徴とする。

本発明の一態様は、基板を回転させながら洗浄具を前記基板の表面に摺接させてスクラブ洗浄する基板洗浄装置であって、前記基板の表面に洗浄液を噴射することで、スクラブ洗浄後の前記基板のリンス処理を行う洗浄液供給部と、前記基板を所定速度で回転させる基板回転機構を備え、前記基板回転機構は前記リンス処理中の第１期間において第１速度で前記基板を回転させ、前記第１期間に引き続く第２期間において前記第１速度よりも早い第２速度で前記基板を回転させるよう構成することを特徴とする。

本発明によれば、簡便な方法により、リンス処理中に粒子が基板に付着するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置を含む基板処理装置の概略構成を示す平面図である。 基板洗浄装置の構成を示す斜視図である。 図２の基板洗浄装置の構成を示す平面図である。 基板洗浄装置の機能ブロック図である。 回転中の基板表面からの距離と、基板上の洗浄液の流速の関係の一例を示すグラフである。 基板上の粒子が除去又は再付着される様子を示す説明図である。 基板上の液体温度と物質移動係数との関係を示すグラフである。 基板上の液体温度と残留粒子数の比率の関係を示すグラフである。 ピン型ノズルとスプレー型ノズルの位置関係の一例を示す説明図である。 ピン型ノズルとスプレー型ノズルの位置関係及び残留粒子数の比率を示す説明図である。 基板の半径方向位置と基板上の液膜厚さの関係を示すグラフである。 基板の回転速度とリンス処理のシミュレーション条件の説明図である。 洗浄液が基板のエッジ部から表面に回り込む様子を示す説明図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る基板洗浄装置を含む基板処理装置の構成を概略的に示したものであり、基板処理装置１０は、ハウジング１２、ロードポート１４を有している。ロードポート１４には、例えば多数の基板Ｗを収容するオープンカセットが搭載されている。

ハウジング１２の内部には、基板Ｗの研磨（平坦化）を行うための複数の研磨ユニット１６ａ～１６ｄと、研磨後の基板Ｗを洗浄する第１洗浄ユニット１８及び第２洗浄ユニット２０と、洗浄後の基板Ｗを乾燥させる乾燥ユニット２２が収容されている。図１の例では、研磨ユニット１６ａ～１６ｄが基板処理装置１０の長手方向に沿って並べられ、洗浄ユニット１８，２０及び乾燥ユニット２２が研磨ユニット１６ａ～１６ｄと並行に並べられている。

ロードポート１４と、研磨ユニット１６ａ及び乾燥ユニット２２との間には、第１搬送ロボット２４が配置されている。第１搬送ロボット２４は、研磨前の基板Ｗをロードポート１４から受け取って搬送ユニット２４に受け渡し、また、乾燥ユニット２２から取り出された乾燥後の基板Ｗを搬送ユニット２４から受け取る。また、研磨ユニット１６ａ～１６ｄと、洗浄ユニット１８、２０及び乾燥ユニット２２との間には、搬送ユニット２６が配置されている。

第１洗浄ユニット１８と第２洗浄ユニット２０との間には、これらの間で基板Ｗの受け渡しを行う第２搬送ロボット２８が配置されている。また、第２洗浄ユニット２０と乾燥ユニット２２との間には、これらの間で基板Ｗの受け渡しを行う第３搬送ユニット３０が配置されている。

ハウジング１２の内部には、基板処理装置１０の各機器の動きを制御する制御ユニット３２が配置されている。制御ユニット３２は、例えば汎用のコンピュータ装置であり、ＣＰＵ、制御プログラムを記憶するメモリ、入力部、表示部などを備えている。また、制御ユニット３２は、外部入力を受け入れる入力部３４を備えている。ここで、外部入力には、ユーザによる機械的な操作、並びに有線または無線による外部装置からの信号の入力が含まれ得る。

制御ユニット３２は、記憶部（メモリ）３６に記憶された制御プログラムを起動させることにより、基板処理装置１０の各機器の動きを制御する。基板処理装置１０の動作を制御するための制御プログラムは、予め制御ユニット３２を構成するコンピュータにインストールされていても良く、あるいは、ＤＶＤ，ＢＤやＳＳＤ等の記憶媒体に記憶されていても良く、さらには、インターネットを介して制御ユニット３２にインストールするようにしても良い。

本実施形態の洗浄ユニット１８、２０は、後述の洗浄具を自転させながら基板Ｗの表面に接触させることにより基板Ｗを洗浄するとともに、洗浄処理後に洗浄液を供給してリンス処理を行う。また、洗浄ユニット１８、２０は、洗浄具と合わせて、二流体ジェットにより基板Ｗの表面を洗浄する二流体ジェット洗浄装置を使用してもよい。

乾燥ユニット２２は、一例として、回転する基板Ｗに向けて、図示しないノズルからＩＰＡ蒸気を噴出することにより基板Ｗを乾燥させる。あるいは、基板Ｗを高速で回転させて遠心力によって基板Ｗを乾燥させてもよい。

図２及び図３は、本実施形態に係る基板洗浄装置４０の概略構成を示したものであり、図４は基板洗浄装置の機能ブロック図である。基板洗浄装置４０（図１の基板洗浄ユニット１８、２０の各々に相当）は、基板Ｗを回転させる基板ローラ５０を駆動する基板ローラ駆動機構４２と、基板のブラッシングを行うためのロールスポンジ５２、５３を駆動するスポンジ駆動機構４４と、洗浄液としての純水（ＤＩＷ）を供給する純水供給ユニット４６と、洗浄液としての薬液を供給する薬液供給ユニット４８を備えている。

洗浄液としては、例えば、対象となる基板表面の膜種に応じて、純水（ＤＩＷ）等のリンス液、アルカリ系溶液（アンモニア水、アンモニア過酸化水素（ＳＣ１））、界面活性剤、キレート剤等の薬液、あるいはそれらの混合薬液を用いることができる。本実施形態では、洗浄液として、薬液と純水（ＤＩＷ）を用いている。

基板洗浄装置４０は、ほぼ同一水平面上に配置された４つの基板ローラ５０と、一対の略円柱形状のロールスポンジ５２、５３、純水（ＤＩＷ）供給ノズル５４、５５と、薬液供給ノズル５６、５７とを備えている。 なお、２つの基板洗浄装置４０のそれぞれは、図示しない隔壁などで隔離されており、基板洗浄処理中に吹き付けられる洗浄液（薬液、純水）が外部に漏れないようにされている。また、この隔壁には、基板Ｗを基板洗浄装置４０へと出し入れするためのシャッター機構を設けることができる。

基板Ｗの中心の近傍に洗浄液を供給する純水供給ノズル５４と薬液供給ノズル５６を組み合わせたものを第１洗浄液供給部６１と称する。また、基板Ｗの中心と縁部との間の領域に洗浄液を供給する純水供給ノズル５５と薬液供給ノズル５７を組み合わせたものを第２洗浄液供給部６２と称する。

基板ローラ５０の各々は、肩部（支持部）５０Ａと、肩部５０Ａの上に設けられた小径の保持部５０Ｂの２段構成とされており、肩部５０Ａで基板Ｗの底面を支持しつつ、保持部５０Ｂで基板Ｗの側面（エッジ部）を保持する。基板ローラ５０は基板ローラ駆動機構４２に備えられた図示しないエアシリンダによって、互いに近接および離間する方向に移動可能となっている。基板ローラ５０が互いに近接することで、保持部５０Ｂにより基板Ｗをほぼ水平に保持することができる。基板ローラ５０のうちの少なくとも１つは、基板ローラ駆動機構４２によって回転駆動される構成となっており、これにより基板Ｗを水平面内で回転させることができる。また、基板ローラ５０の回転速度（すなわち基板Ｗの回転速度）は、制御ユニット３２により適宜調整することができる。

ロールスポンジ５２，５３は水平面内に延びており、基板ローラ５０によって保持された基板Ｗに接触してこれを洗浄する。ロールスポンジ５２，５３は、スポンジ駆動機構４４によって、その長手方向を軸として回転される。また、ロールスポンジ５２，５３は、その上下方向の動きをガイドするガイドレール５８に取り付けられており、スポンジ駆動機構４４によりガイドレール５８に沿って上下方向に移動することができ、これにより基板Ｗに接触する位置と、基板Ｗから退避する位置との間で移動可能とされている。

純水供給ノズル５４、５５は基板Ｗの斜め上方に位置し、基板Ｗの上面に純水を供給する。薬液供給ノズル５６、５７は基板Ｗの斜め上方に位置し、基板Ｗの上面に薬液を供給する。純水供給ノズル５４、５５及び薬液供給ノズル５６、５７は、ロールスポンジ５２，５３の長手方向とほぼ平行に延びる支持部材６０によって支持される。純水供給ノズル５４、５５は、それぞれ別個の純水供給管６４，６５を介して純水供給ユニット４６に接続され、純水が個別に供給される。また、薬液供給ノズル５６、５７は、それぞれ別個の薬液供給管６６，６７を介して薬液供給ユニット４８に接続され、薬液が個別に供給される。

純水供給ユニット４６及び薬液供給ユニット４８は、流量調整機能及び温度調節機構を備えており、制御ユニット３２によりその動作が制御されている。これにより、純水供給ノズル５４、５５及び薬液供給ノズル５６、５７に供給される純水及び薬液の流量及び温度を適宜調整することができる。

基板洗浄装置４０による基板Ｗへの洗浄・リンス処理は、次のように行われる。基板Ｗの搬入時には、基板ローラ５０は互いに離間した位置にある。また、上側のロールスポンジ５２は基板Ｗの搬送位置から上昇した位置に保持されており、下側のロールスポンジ５３は基板Ｗの搬送位置から下降した位置に保持されている。

不図示の搬送ユニットにより搬送されてきた基板Ｗは、まず基板ローラ５０の肩部５０Ａの上に載置される。その後、ローラ駆動機構４２が駆動して、基板ローラ５０が互いに近接する方向（基板Ｗに向かう方向）に移動することにより、基板Ｗは保持部５０Ｂによってほぼ水平に保持される。

次いで、スポンジ駆動機構４４が駆動すると、上側のロールスポンジ５２が下降して基板Ｗの上面に接触するとともに、下側のロールスポンジ５３が上昇して基板Ｗの下面に接触する。これにより、図２に示すように、基板Ｗの中心を含む領域がロールスポンジ５２、５３によって挟まれる。なお、ロールスポンジ５２，５３が基板Ｗに接触する位置は、図２に示す位置に限られることはなく、基板Ｗの中心から外れた位置に接触するように構成しても良い。

その後、純水供給ユニット４６及び薬液供給ユニット４８が駆動して、流量及び温度が調整された純水及び薬液が、純水供給ノズル５４、５５及び薬液供給ノズル５６、５７から基板Ｗに供給される。そして、ローラ駆動機構４２及びスポンジ駆動機構４４が駆動して、基板ローラ５０によって基板Ｗが設定速度にて水平面内で回転しつつ、ロールスポンジ５２，５３がその軸心周りに回転しながら基板Ｗの上下面にそれぞれ接触することによって、基板Ｗの上下面がスクラブ洗浄される。なお、スクラブ洗浄処理において、薬液供給ノズル５６，５７からの薬液の供給のみとしてもよい。

スクラブ洗浄後、ロールスポンジ５２，５３が基板Ｗの上下面から退避され、純水供給ノズル５４、５５及び薬液供給ノズル５６、５７から純水及び薬液を基板Ｗに供給することで、基板洗浄後のリンス処理が行われる。リンス処理の詳細については後述する。リンス処理後、不図示の搬送ユニットによって基板Ｗが基板洗浄装置４０から搬出される。

図３において、基板Ｗが上面側から見て時計回りに回転しており、かつ、基板Ｗの上側のロールスポンジ５２が側面から見て時計回りに回転しているものとする。図３の例では、純水供給ノズル５４，５５の上方に薬液供給ノズル５６，５７が配置されており、ロールスポンジ５２，５３が基板Ｗに接触する領域の近傍に洗浄液（薬液、純水）を供給する。純水供給ノズル５４，５５及び薬液供給ノズル５６，５７による洗浄液の供給方向は、ロールスポンジ５２，５３の長手方向とほぼ直交している。

なお、薬液供給ノズル５６，５７の上方に純水供給ノズル５４，５５を設置する構成としても良い。また、薬液供給ノズル５６，５７により薬液が基板Ｗに供給される位置と、純水供給ノズル５４，５５により純水が基板Ｗに供給される位置は、同じであっても良いし、異なっていても良い。例えば、薬液供給ノズル５６，５７により薬液が基板Ｗに吹き付けられる位置を、ロールスポンジ５２，５３により近づけることにより、スクラブ洗浄をより効果的に行うことができる。

第１洗浄液供給部６１は、いわゆるペン型噴射器であり、基板Ｗの中心付近に向けて、比較的小さな幅方向の角度でロールスポンジ５２の長手方向に対してほぼ垂直に洗浄液を供給する。第１洗浄液供給部６１からの洗浄液がロールスポンジ５２と基板Ｗとの間を通る際に、基板Ｗとロールスポンジ５２との接触領域が洗浄される。その後、洗浄液はロールスポンジ５２の奥に侵入する。基板Ｗの中心近傍では遠心力がそれほど大きくないため、洗浄液は基板Ｗの回転に伴ってロールスポンジ５２側に戻される（図３の矢印Ｆ１参照）。これにより、基板Ｗの上面における奥側もロールスポンジ５２によって洗浄される。

第２洗浄液供給部６２は、第１洗浄液供給部６１よりも大きな幅方向の角度で、基板Ｗの中心からやや離れた位置に向けて、ロールスポンジ５２の長手方向に対してほぼ垂直に、かつ、基板Ｗの回転方向と同じ向きに洗浄液をスプレー状に供給する。スプレー状に洗浄液を供給するため、洗浄液の勢いを抑えて基板Ｗへの負荷を軽減できる。

第２洗浄液供給部６２からの洗浄液がロールスポンジ５２と基板Ｗとの間を通る際に、基板Ｗの中央よりやや外側の部分において、基板Ｗとロールスポンジ５２との接触領域が洗浄される。ここで、第２洗浄液供給部１０２からの洗浄液が供給される領域では、基板Ｗの回転方向と、ロールスポンジ５２の回転方向と、洗浄液供給部６２からの洗浄液の供給方向とが一致する。そのため、これらの相対速度が小さくなり、洗浄液が基板Ｗおよびロールスポンジ５２と接触している時間が長くなり、洗浄力が向上する。

第２洗浄液供給部６２からの洗浄液はロールスポンジ５２の奥に侵入する。洗浄液の供給方向はロールスポンジ５２と垂直であり、かつ、基板Ｗの回転方向と洗浄液の供給方向とが一致するため、この洗浄液は基板Ｗの回転によって基板Ｗの内側に押し戻されることなく、遠心力によって基板Ｗの外側に飛ばされる（図３の矢印Ｆ２参照）。これにより、長時間の洗浄に用いられた後の洗浄液が基板Ｗに留まるのを抑えることができる。

ここで、基板Ｗの上面においては、図３に示すように、第１洗浄液供給部６１からの供給方向と、第２洗浄液供給部６２からの供給方向とが一致するのが望ましい。洗浄液の供給方向が逆であると、第１洗浄液供給部６１からの洗浄液と第２洗浄液供給部６２からの洗浄液とが衝突した場合に、対流が発生して洗浄液が舞い上がってしまい、空気中の塵などを含んだ洗浄液が基板Ｗに着地し、基板Ｗを汚染してしまうおそれが生じるためである。

図５は、基板Ｗの表面からの距離に対する液体の流速（液流速）の関係の一例（計算値）を示したものであり、基板の回転速度を１００ｒｐｍ、液体（純水）の供給量を１Ｌ／ｍｉｎとした場合について示している。基板Ｗと液体との摩擦及び液体の粘性による影響で、基板Ｗの近傍（表面からの距離が小さい領域）における液体の流れが非常に小さいことが分かる。

図６は、基板Ｗ上の洗浄液の液膜に粒子が付着した場合の、当該粒子の流れを示した説明図である。粒子７０が液膜７２の上層に止まっている場合には、当該上層での液体の流れは速い（液流速が大きい）ため、基板Ｗの回転を伴うリンス処理により、粒子が基板Ｗの外部へ除去されやすくなる。一方、粒子が液膜の下層に到達する場合には、当該下層での液体の流れが遅い（液流速が小さい）ため、粒子は基板Ｗの外部に除去されにくくなる。

このため、洗浄処理後に基板表面に残留する粒子や、ロールスポンジ（洗浄具）から基板に滴下する（粒子が付着した）洗浄液が、リンス処理中に基板Ｗの液膜内に残留し、リンス処理後の基板Ｗの表面に付着する場合がある。そうすると、研磨／洗浄処理後の基板の品質が劣化してしまう。

ここで、スピンリンスプロセスにおける粒子の付着量は、物質移動係数ｋ（基板表面の鉛直方向の粒子の移動量を決める係数）に依存する。物質移動係数ｋが高いほど、物質が鉛直方向へ移動しやすくなる。すなわち、基板Ｗ上の液膜に付着した粒子が基板Ｗの表面に向かって（鉛直方向に）移動しやすくなる。

物質移動係数ｋは、次式で定義される。
ｋ＝０．３３２×Ｓｃ^１／３×Ｒｅ_ｘ ^１／２×（Ｄ／ｘ）
Ｓｃ＝μ／Ｄ、Ｒｅ_ｘ＝ｕｘ／ν
ここで、Ｄ［ｍ^２／ｓ］は拡散係数であり、ｘは基板Ｗの半径方向位置、μは粘性係数、ｕは物質の速度、νは動粘性係数である。

図７は、物質移動係数ｋの温度依存性を示したグラフであり、（ａ）は物質移動係数ｋの絶対値（計算値）、（ｂ）は２０℃における物質移動係数ｋを基準としたときの、各温度における物質移動係数の比率を示している。なお、基板Ｗの回転速度を１００ｒｐｍ、基板Ｗの半径位置ｒを１００ｍｍ、液体供給量を１Ｌ／ｍｉｎの計算結果を示している。図７のグラフより、液体の温度が高いほど、物質移動係数ｋが高くなる（すなわち、液膜の粒子が基板Ｗに再付着しやすくなる）傾向があることが分かる。

図８は、リンス処理で供給される洗浄液（純水）の温度を変化させた場合の、リンス処理後の基板Ｗの残留粒子数の比を求めたグラフであり、液温が低くなるほど、残留粒子数が減少していることが分かる。なお、リンス処理で供給される洗浄液の液温としては、基板Ｗの回転速度を３００ｒｐｍ以下とした場合において、０℃～２０℃とすることが好ましく、０℃～１５℃とすることが特に好ましい。また、リンス処理での洗浄液の液温を、スクラブ洗浄処理での液温より低く定めることが好ましい。

このため、洗浄処理後のリンス処理において、基板Ｗに供給する純水の温度を低くすることで、洗浄処理後に液膜に残留する粒子や、ロールスポンジから基板Ｗ上の液膜に滴下される洗浄液に含まれる粒子を、リンス処理により効率的に基板Ｗの外部に排出することができる。これにより、基板Ｗ上の液膜内の粒子を除去するために高速に基板Ｗを回転させたり、時間をかけてリンス処理を行う必要がなくなり、リンス処理に要する時間の短縮化（スループットの向上）を図ることができる。

（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る基板洗浄装置の概要を示したものであり、第１洗浄液供給部６１及び第２洗浄液供給部６２の位置関係が異なる以外は、上述の第１の実施形態と構成は同一であるため、詳細な説明は省略する。

図９において、ピン型ノズルから構成される第１洗浄液供給部６１を構成するノズルによる洗浄液の供給角度（ノズルの中心軸と基板Ｗとの角度θ１）が、第２洗浄液供給部６２を構成するノズルによる洗浄液の供給角度θ２よりも小さくなるように、構成されている。洗浄液の供給角度を小さくすることで、基板Ｗに達する洗浄液の速度の水平方向の成分が大きくなり、基板Ｗの回転により回り込まれることなく基板Ｗの外部に洗浄液が排出されやすくなる。これにより、基板Ｗ上の液膜中の粒子を効率よく外部に排出することができる。

図１０は、第１洗浄液供給部６１の配置を変化させた場合の、残留粒子数比の変化を示したグラフであり、（ａ）は第１洗浄液供給部６１の配置及びリンス処理の条件を、（ｂ）は各条件における残留粒子数比を、それぞれ示している。図１０（ａ）において、条件（１）は、上記第１実施形態と同じ位置に第１洗浄液供給部６１を配置したものであり、第２洗浄液供給部とほぼ同じ高さ（ほぼ同じ噴射角度）にて、基板Ｗの中心に向けて洗浄液を供給する。同図において、粒子液滴下位置は、ロールスポンジから落下する洗浄液の排出を模擬した実験を行うために、粒子液を滴下した位置を示している。

条件（２）は、ピン型ノズルで構成される第１洗浄液供給部６１による洗浄液の供給角度を、第２洗浄液供給部６２よりも小さくした場合であり（図９参照）、第１洗浄液供給部６１からの洗浄液が、基板Ｗの回転により回り込まれることなく基板Ｗの外部に洗浄液が排出されやすくなる。本実施形態では、第１洗浄液供給部６１による洗浄液の供給角度θ１を１５°、第２洗浄液供給部６２による洗浄液の供給角度θ２を３０°と設定している。

条件（３）は、ピン型ノズルで構成される第１洗浄液供給部６１による洗浄液の供給角度を条件（２）と同じ角度と設定しつつ、第１洗浄液供給部６１による洗浄液を、粒子液滴下位置に向けて供給している。また、条件（１）～条件（３）において、薬液によるリンス時間を１０秒間、その後の純水によるリンス時間を１０秒間とし、洗浄液が滴下される時間を５秒間と設定している。また、基板Ｗの回転速度、洗浄液の流量及び温度、基板Ｗの半径といった条件については、条件（１）～条件（３）で同条件としている。

図１０（ｂ）は、各条件における残留粒子数比を示したものであり、条件（１）に比べると、ピン型ノズルの洗浄液供給部からの洗浄液の供給角度を小さくすることにより、基板Ｗ上の粒子が洗浄液により強制的に排出されることで、洗浄液による粒子の除去効果が高くなっていることが分かる。なお、第１洗浄液供給部６１による洗浄液の供給角度θ１については、０°～３０°の範囲内が好ましく、特に好ましくは５°～１０°である。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、リンス処理中に基板Ｗの回転速度を変化させることで、洗浄液による粒子の除去効果を高めるものである。図１１は、基板の半径方向位置に対する洗浄液の膜厚の一例を示したものであり、洗浄液の供給量は１Ｌ／ｍｉｎと定めている。また、基板Ｗの回転速度を５０ｒｐｍ、１５０ｒｐｍとした以外は、同じ条件と定めている。

図１１のグラフより、基板Ｗの中心付近は洗浄液が供給される部分に相当しており膜厚が高くなっており、基板Ｗの外周に向けて洗浄液の膜厚が小さくなっている。また、基板Ｗの回転速度が低いほど、洗浄液に作用する遠心力が小さくなるため、洗浄液の膜厚が大きくなっていることが分かる。洗浄液の膜厚を大きくすることにより、リンス処理中に付着する粒子が基板Ｗの表面に移動するのを抑制することができ、粒子の除去効果を高くすることができる。

図１２は、基板Ｗの回転速度の条件を変えたときのリンス処理の例を示したものであり、（ａ）は基板Ｗの回転速度に関する条件、（ｂ）は残留粒子数比の結果を示している。条件（１）では、リンス開始から終了（２０秒後）まで同一の回転速度（１５０ｒｐｍ）とし、条件（２）ではリンス開始から５秒間は低速度（５０ｒｐｍ）で、その後の１５秒間は条件（１）と同一速度（１５０ｒｐｍ）と定めている。また、条件（１）及び条件（２）において、薬液によるリンス時間を１０秒間、その後の純水によるリンス時間を１０秒間とし、洗浄液が滴下される時間を５秒間と設定している。また、洗浄液の流量及び温度、基板Ｗの半径といった条件については、条件（１）及び条件（２）で同条件としている。

図１２（ｂ）は、各条件における残留粒子数比を示したものであり、条件（１）に比べると、基板Ｗの回転速度を低くすることで、基板Ｗ上の洗浄液の膜厚が大きくなるため粒子が基板Ｗに付着することなく、基板Ｗの周辺部へ移動しやすくなる。その後、基板Ｗの回転速度を上げることで、遠心力により粒子が基板Ｗの外部へ排出されやすくなる。これにより、洗浄液による粒子の除去効果が高くなっていることが分かる。

本実施形態では、低速度としての基板Ｗの回転速度を５０ｒｐｍとしているが、これに限られることはなく、通常速度（本実施形態では１５０ｒｐｍであるが、１００ｒｐｍ以上とするのが好ましい）よりも低速であれば良く、例えば、３０ｒｐｍ～１５０ｒｐｍとするのが好ましい。また、低速度とする時間についても５秒間に限られることはなく、リンス処理のスループットや洗浄液の流量を考慮して、調整することができる。

本実施形態では、基板Ｗの回転速度を２段階で変化させているが、本発明はこれに限られることはなく、例えば３段階（５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、１５０ｒｐｍの順）、又は４段階以上で回転速度を切り替えるようにしてもよい。

（第４の実施形態）
基板洗浄中および基板洗浄後（並びにリンス処理中及びリンス処理後）に、基板Ｗに付着した液体が移動することがある。これは、固体表面エネルギーが大きい方に液滴が引っ張られて移動するためであり、基板Ｗの表面は親水性となっており固体表面エネルギーが高いため、液滴が表面に移動しやすくなっている。このため、基板洗浄中に、基板裏面の縁部分から基板表面の縁部分に向けて洗浄液が移動する場合がある。また、基板洗浄後に基板側面に付着した洗浄液が、基板Ｗの表面に回り込む場合がある。そうすると、洗浄液に由来する粒子が基板Ｗの表面に付着するおそれがある。

このため、本実施形態では、基板洗浄処理または基板洗浄処理前の段階で、基板Ｗの側面及び裏面を親水化処理することで、側面及び裏面に付着する洗浄液が基板Ｗの表面に回り込むことを防止する。親水化処理の方法としては、硫酸と過酸化水素水の混合液、フッ化水素系薬液、イソプロピルアルコール等のアルコール類の液体を側面及び裏面に噴射する、または、基板Ｗの側面及び裏面にオゾン処理、プラズマ処理を施すことが好ましい。

上記の各実施形態では、洗浄液の液温、ピン型ノズルの洗浄液供給部の配置、基板Ｗの回転速度を調整することで、洗浄液による粒子の除去効果を高めるようにしている。これらの各方法を複数組み合わせても良く、これにより洗浄液による粒子の除去効果をさらに高めることができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１０ 基板処理装置
３２ 制御ユニット
４０ 基板洗浄装置
４２ 基板ローラ駆動機構
４４ スポンジ駆動機構
４６ 純水供給ユニット
４８ 薬液供給ユニット
５０ 基板ローラ
５２，５３ ロールスポンジ
５４，５５ 純水供給ノズル
５６，５７ 薬液供給ノズル
６１ 第１洗浄液供給部
６２ 第２洗浄液供給部
Ｗ 基板

Claims (8)

1. 基板を回転させながら洗浄具を前記基板の表面に摺接させてスクラブ洗浄する基板洗浄装置において、
   前記スクラブ洗浄後に前記洗浄具を前記基板の表面から退避させる洗浄具駆動機構と、
   前記基板の表面に洗浄液を噴射することで、スクラブ洗浄後の前記基板のリンス処理を行う洗浄液供給部とを備え、前記リンス処理における前記洗浄液の温度は０℃～２０℃に設定されていることを特徴とする、基板洗浄装置。
2. 前記洗浄液供給部は、前記スクラブ洗浄時において前記基板に洗浄液を供給するように構成されており、前記リンス処理で供給される前記洗浄液の温度は、前記スクラブ洗浄で供給される前記洗浄液の温度よりも低い、請求項１記載の基板洗浄装置。
3. 前記洗浄液供給部は、前記基板の中心付近に向けて洗浄液を供給する第１洗浄液供給部と、前記基板の中心と縁との間の領域に向けてスプレー状に洗浄液を供給する第２洗浄液供給部とを備え、
   前記基板の表面に対する前記第１洗浄液供給部による洗浄液の噴射角度を第１噴射角度とし、前記基板の表面に対する前記第２洗浄液供給部による洗浄液の噴射角度を第２噴射角度としたとき、前記第１噴射角度は前記第２噴射角度よりも小さい、請求項１又は２記載の基板洗浄装置。
4. 前記第２噴射角度は、５°～１０°の範囲内であることを特徴とする、請求項３記載の基板洗浄装置。
5. 前記基板を所定速度で回転させる基板回転機構を備え、
   前記基板回転機構は前記リンス処理中の第１期間において第１速度で前記基板を回転させ、前記第１期間に引き続く第２期間において前記第１速度よりも早い第２速度で前記基板を回転させるよう構成されている、請求項１ないし４のいずれか記載の基板洗浄装置。
6. 前記第１速度は３０ｒｐｍ～１５０ｒｐｍの範囲内である、請求項５記載の基板洗浄装置。
7. 基板を回転させながら洗浄具を前記基板の表面に摺接させてスクラブ洗浄するステップと、
   前記スクラブ洗浄後に前記洗浄具を前記基板の表面から退避させるステップと、
   前記基板の表面に洗浄液を噴射することで、スクラブ洗浄後の前記基板のリンス処理を行うステップとを備え、前記リンス処理における前記洗浄液の温度は０℃～２０℃に設定されていることを特徴とする、基板洗浄方法。
8. 前記基板に対して研磨処理を行う研磨部と、研磨処理後の前記基板に対して洗浄処理を行う請求項１ないし６のいずれか記載の洗浄装置を備えたことを特徴とする、基板処理装置。
   

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