JP5016351B2 - 基板処理システム及び基板洗浄装置 - Google Patents
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Description
本発明は、基板処理システム及び基板洗浄装置に関し、基板の裏面や周縁部に付着した異物を除去する基板洗浄装置を備える基板処理システムに関する。
通常、基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）に所定の処理を施す基板処理装置では、ウエハと該ウエハを載置する載置台との接触に起因する金属片、例えばアルミの金属片や、処理ガスの反応に起因する反応生成物、例えば、フルオロカーボン系のポリマー等が発生する。これらの異物（パーティクル）は、ウエハに付着して該ウエハの表面に形成された半導体デバイスの品質を低下させる。
ウエハに付着したパーティクルを除去する方法として、エッチング処理が施されたウエハをウエット処理室においてフッ酸溶液や純水によって水洗するウエット洗浄方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、アンモニア水やフッ酸溶液等の洗浄液が満たされた洗浄槽に複数のウエハを浸漬して洗浄する方法も知られている。これらの方法によってエッチング処理中にウエハに付着したパーティクルを除去することができる。
特開平４−１４２２２号公報
しかしながら、上述したウエット洗浄方法では、主にウエハの表面に向けて純水等を吹き付けるため、ウエハの裏面に付着したパーティクルやウエハの周縁部（ベベル（Bevel）部）に付着したベベルポリマー（Bevel Polymer）を除去することができない。
ウエハの裏面に付着したパーティクルは、ウエハを載置台に載置した際、該ウエハを浮き上がらせるため、ウエハの表面に塗布されたフォトレジストを露光するリソグラフィー工程において、焦点位置がフォトレジストの位置と一致せず、露光を正確に行うことができない。また、ウエハの周縁部のベベルポリマーは、液浸露光装置においてウエハをレンズに対して移動させる際、ウエハ及びレンズ間に介在する超純水中を通過する。このとき、ベベルポリマーが剥がれて超純水中に混じることがあり、該ベベルポリマーが光を遮光するため、やはり露光を正確に行うことができない。なお、ウエハの周縁部には当該リソグラフィー工程の前に形成されたフォトレジストの残渣が残留することがあり、該フォトレジストの残渣もベベルポリマーと同様に超純水中に混じることがある。その結果、該ウエハから製造される半導体デバイスの品質を低下させるという問題がある。
また、エッチング処理が施されたウエハは、複数のウエハを互いに平行に保持する密閉容器、例えば、フープ（Foup）等に収容されて搬送されるが、該フープ内において上方に位置するウエハの裏面や周縁部から異物（パーティクル、ポリマー）が剥離して下方に位置するウエハの表面に落下して付着し、該下方のウエハから製造される半導体デバイスの品質を低下させるという問題がある。
また、上述した洗浄槽に複数のウエハを浸漬する方法では、ウエハの表面のパーティクルだけでなく、ウエハの裏面のパーティクルやウエハの周縁部のベベルポリマーを除去することが可能であるが、除去されたパーティクルは洗浄液中に留まるため、該パーティクルがウエハに再付着（クロスコンタミネーション）することがあり、半導体デバイスの品質を低下させるという問題がある。
さらに、上述したウエット洗浄方法において、仮にウエハの裏面のパーティクルやベベルポリマーが除去されたとしても、ウエット洗浄における純水の流れは制御されていないため、除去されたパーティクル等がウエット洗浄されているウエハの隣で、例えば、同時にウエット洗浄されているウエハの表面に再付着して、半導体デバイスの品質を低下させるという問題がある。
本発明の目的は、基板の裏面や周縁部に付着した異物を完全に除去することができる基板処理システム及び基板洗浄装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理システムは、載置台から突出した支持部材に支持された基板に所定の処理を施す基板処理装置と、少なくとも前記所定の処理の前後のいずれかにおいて前記基板を洗浄する基板洗浄装置とを備える基板処理システムであって、前記基板洗浄装置は、気相及び液相の２つの相状態を呈する洗浄物質と、高温ガスとを、前記基板の下方から前記基板の裏面及び周縁部に向けて噴出する噴出装置と、前記基板の上方から前記基板の表面に向けて他のガスを噴出する他の噴出装置と、を有し、前記噴出装置からの前記洗浄物質及び前記高温ガスの噴出と前記他の噴出装置からの前記他のガスの噴出とが同時に行われ、前記他のガスの噴出流量が前記洗浄物質及び前記高温ガスの噴出流量よりも多いことを特徴とする。
請求項２記載の基板処理システムは、請求項１記載の基板処理システムにおいて、前記噴出装置は、前記洗浄物質及び前記高温ガスを、前記基板の裏面に対して斜めに噴出することを特徴とする。
請求項３記載の基板処理システムは、請求項１又は２記載の基板処理システムにおいて、前記噴出装置及び前記基板は互いに平行且つ相対的に移動することを特徴とする。
請求項４記載の基板処理システムは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理システムにおいて、前記噴出装置は、前記基板の裏面に向けて開口する吸気部を有することを特徴とする。
請求項５記載の基板処理システムは、請求項１乃至４のいずれか１項記載の基板処理システムにおいて、前記基板洗浄装置は、前記洗浄物質及び前記高温ガスに振動を付与する他の振動付与装置を有することを特徴とする。
請求項６記載の基板処理システムは、請求項１乃至５のいずれか１項記載の基板処理システムにおいて、前記基板洗浄装置は、前記洗浄物質及び前記高温ガスの流速をパルス波的に変動させる流速変動装置を有することを特徴とする。
請求項７記載の基板処理システムは、請求項１乃至６のいずれか１項記載の基板処理システムにおいて、前記洗浄物質は、水、有機溶剤、界面活性剤及び洗浄溶液からなる群から選択された１つであることを特徴とする。
請求項８記載の基板処理システムは、請求項１乃至７のいずれか１項記載の基板処理システムにおいて、前記所定の処理はエッチング処理であることを特徴とする。
請求項９記載の基板処理システムは、請求項１乃至７のいずれか１項記載の基板処理システムにおいて、前記所定の処理はフォトレジストの露光処理又はコータデベロッパ処理であることを特徴とする。
請求項１０記載の基板処理システムは、請求項１乃至９のいずれか1項に記載の基板処理システムにおいて、前記高温ガスの温度は８０℃〜１５０℃であることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１１記載の基板洗浄装置は、気相と液相の２つの相状態を呈する洗浄物質と、高温ガスとを、載置台から突出した支持部材に支持された基板の下方から前記基板の裏面及び周縁部に向けて噴出する噴出装置と、前記基板の上方から前記基板の表面に向けて他のガスを噴出する他の噴出装置と、を備え、前記噴出装置からの前記洗浄物質及び前記高温ガスの噴出と前記他の噴出装置からの前記他のガスの噴出とが同時に行われ、前記他のガスの噴出流量が前記洗浄物質及び前記高温ガスの噴出流量よりも多いことを特徴とする。
請求項１記載の基板処理システム及び請求項１１記載の基板洗浄装置によれば、載置台から突出したピンに支持された基板の下方から該基板の裏面及び周縁部に向けて気相と液相の２つの相状態を呈する洗浄物質と、高温ガスとが噴出される。高温ガスは基板の裏面や周縁部に付着した比較的大きい異物を熱応力や粘性力によって除去する。また、噴出された高温ガスによって基板の裏面や周縁部には該高温ガスが流れない境界層が発生するが、液相を呈する洗浄物質は境界層に進入し、境界層内の比較的小さい異物の周りに付着する。該洗浄物質が異物の周りに付着すると、該異物と基板の引力、例えば、ファンデルワールス力が低下する。さらに、境界層に進入した液相を呈する洗浄物質は異物に衝突して物理的衝撃を与える。これにより、比較的小さい異物も除去される。したがって、基板の裏面や周縁部に付着した異物を完全に除去することができる。また、基板の上方から基板の表面に向けて他のガスが噴出され、このとき、他のガスの噴出流量が洗浄物質及び高温ガスの噴出流量よりも多いので、基板の裏面及び周縁部に向けて噴出された洗浄物質及び高温ガスによって該基板が移動するのを防止することができると共に、基板の裏面や周縁部から除去された異物が基板の表面に回り込むのを防止して該表面に異物が付着するのを防止することができる。
請求項２記載の基板処理システムによれば、基板の裏面に対して洗浄物質及び高温ガスが斜めに噴出される。斜めに噴出された洗浄物質及び高温ガスは境界層を基板の裏面に沿って押しのけるため、比較的小さい異物を境界層から露出することができる。これにより、基板の裏面に付着した比較的小さい異物を確実に除去することができる。
請求項３記載の基板処理システムによれば、噴出装置及び基板は互いに平行且つ相対的に移動するので、基板の裏面や周縁部から除去された異物が基板の裏面や周縁部に向けて噴出される高温ガスの流れに乗って再び基板の裏面や周縁部に押し付けられることがなく、もって、基板の裏面や周縁部へ異物が再付着するのを防止することができる。
請求項４記載の基板処理システムによれば、基板の裏面に向けて吸気口が開口するので、基板の裏面から除去された異物を吸引し、基板の裏面へ異物が再付着するのを確実に防止することができる。
請求項５記載の基板処理システムによれば、基板の裏面や周縁部に向けて噴出される洗浄物質及び高温ガスに振動が付与されるので、洗浄物質や高温ガスが異物に与える物理的衝撃を大きくすることができる。その結果、異物の除去を促進することができる。
請求項６記載の基板処理システムによれば、洗浄物質及び高温ガスの流速がパルス波的に変動するので、洗浄物質や高温ガスに圧力変動を発生させることができ、もって、洗浄物質や高温ガスが異物に与える物理的衝撃を大きくすることができる。その結果、異物の除去を促進することができる。
請求項７記載の基板処理システムによれば、基板の裏面や周縁部に向けて噴出される洗浄物質は、水、有機溶剤、界面活性剤及び洗浄溶液からなる群から選択された１つである。これらの洗浄物質の沸点は比較的低いので、容易に気相及び液相の２つの相状態を混在させることができる。また、これらの洗浄物質は異物に付着しやすいので、該異物と基板の引力を確実に弱めることができる。
請求項８記載の基板処理システムによれば、基板の洗浄の少なくとも前後のいずれかにおいて実行される所定の処理はエッチング処理である。ここで、基板の裏面や周縁部に付着した異物を完全に除去することができるので、エッチング処理を実行する基板処理装置内への基板の搬入時において異物が該基板処理装置内へ進入するのを防止することができると共に、エッチング処理において発生した反応生成物やポリマーに起因する異物の他の基板処理装置内への進入を阻止することができる。
請求項９記載の基板処理システムによれば、基板の洗浄の少なくとも前後のいずれかにおいて実行される所定の処理はフォトレジストの露光処理又はコータデベロッパ処理である。ここで、基板の裏面や周縁部に付着した異物を完全に除去することができるので、液浸露光装置における基板の浮き上がりを防止すると共に、液浸露光装置の超純水中への異物の混入を防止することができ、もって、露光を正確に行うことができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理システムについて説明する。
図１は、本実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
図１において、基板処理システム１０は、平面視六角形のトランスファモジュール１１と、該トランスファモジュール１１の周囲において放射状に配置された４つのプロセスモジュール１２〜１５と、矩形状の共通搬送室としてのローダーモジュール１６と、トランスファモジュール１１及びローダーモジュール１６の間に配置され、トランスファモジュール１１及びローダーモジュール１６を連結する２つのロード・ロックモジュール１７，１８とを備える。
各プロセスモジュール１２〜１５は、半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗに所定の処理を施す基板処理装置である。例えば、プロセスモジュール１２はウエハＷにプラズマを用いてエッチング処理を施すエッチング処理装置であり、プロセスモジュール１５はウエハＷの裏面や周縁部に洗浄処理を施す基板洗浄装置である。
基板処理システム１０では、トランスファモジュール１１及び各プロセスモジュール１２〜１５は内部の圧力が真空に維持され、トランスファモジュール１１と各プロセスモジュール１２〜１５とは、それぞれ真空ゲートバルブ１９〜２２を介して接続される。また、ローダーモジュール１６の内部圧力が大気圧に維持される一方、トランスファモジュール１１の内部圧力は真空に維持される。そのため、各ロード・ロックモジュール１７，１８は、それぞれトランスファモジュール１１との連結部に真空ゲートバルブ２３，２４を備えると共に、ローダーモジュール１６との連結部に大気ドアバルブ２５，２６を備えることによって、その内部圧力を調整可能な真空予備搬送室として構成される。また、各ロード・ロックモジュール１７，１８はローダーモジュール１６及びトランスファモジュール１１の間において受渡されるウエハＷを一時的に載置するためのウエハ載置台２７，２８を有する。
トランスファモジュール１１はその内部に配置された屈伸及び旋回自在になされたフロッグレッグタイプの基板搬送ユニット２９を有し、基板搬送ユニット２９は、水平方向に伸縮自在且つ回転自在なアーム３０と、該アーム３０の先端部に接続されてウエハＷを支持する二股状の搬送フォーク３１とを有する。基板搬送ユニット２９は、各プロセスモジュール１２〜１５や各ロード・ロックモジュール１７，１８の間においてウエハＷを搬送する。
ローダーモジュール１６には、上述したロード・ロックモジュール１７，１８の他、２５枚のウエハＷを収容する容器としてのフープ（Front Opening Unified Pod）３２がそれぞれ載置される３つのフープ載置台３１と、フープ３２から搬出されたウエハＷの位置をプリアライメントするオリエンタ３３とが接続されている。
ローダーモジュール１６は、内部に配置され且つウエハＷを搬送する基板搬送ユニット３４と、各フープ載置台３１に対応するように側壁に配置されたウエハＷの投入口としての３つのロードポート３５とを有する。基板搬送ユニット３４は、水平方向に伸縮自在且つ回転自在なアーム３６と、該アーム３６の先端部に接続されてウエハＷを支持する二股状の搬送フォーク３７とを有する。基板搬送ユニット３４はアーム３６を伸縮・回転させることによってウエハＷを支持する搬送フォーク３７を所望の位置に移動させ、これにより、ウエハＷを所望の位置に搬送する。具体的に、基板搬送ユニット３４は、フープ載置台３１に載置されたフープ３２からウエハＷをロードポート３５経由で取り出し、該取り出したウエハＷを各ロード・ロックモジュール１７，１８やオリエンタ３３へ搬出入する。
また、基板処理システム１０は、各構成要素の動作を制御するシステムコントローラ（図示しない）と、ローダーモジュール１６の長手方向に関する一端に配置されたオペレーションパネル３７とを備える。上記システムコントローラは各種処理に対応するプログラムに応じて各構成要素の動作を制御する。オペレーションパネル３７は各構成要素の動作状況を表示し、操作者の操作入力を受け付ける。
図２は、図１における基板洗浄装置としてのプロセスモジュールの構成を概略的に示す断面図である。
図２において、プロセスモジュール１５は、ウエハＷを収容するチャンバ３８と、該チャンバ３８内の底部に配置されてウエハＷを載置するステージ３９と、チャンバ３８内の天井部に配置されてステージ３９に対向するシャワーヘッド４０と、チャンバ３８内のガスを排気する排気口４１とを備える。
ステージ３９は上面３９ａから突出自在な複数のプッシャーピン４２と、該ステージ３９を貫通して上面３９ａに開口する複数の洗浄剤噴出穴４３とを有する。該洗浄剤噴出穴４３は洗浄剤振動付与装置４４（他の振動付与装置）を介して洗浄剤供給管４５と連通し、該洗浄剤供給管４５はヒータ４６及びバルブからなるパルスジェネレータ４７（流速変動装置）を介して洗浄剤供給装置（図示しない）に接続される。
また、シャワーヘッド４０は内部にバッファ室４８を有する。該バッファ室４８はダウンフローガス供給管４９と連通し、該ダウンフローガス供給管４９はダウンフローガス供給装置（図示しない）に接続される。バッファ室４８は複数の貫通穴５０を介してチャンバ３８内と連通する。
プロセスモジュール１５において、チャンバ３８内に搬入されたウエハＷは、その裏面がステージ３９の上面３９ａと対向するように該上面３９ａに載置され、プッシャーピン４２はウエハＷを上面３９ａから離間させるように該ウエハＷを持ち上げる。
洗浄剤供給装置は、液相及び気相の２つの相状態（以下、単に「２相状態」という。）を呈する洗浄物質、例えば、純水と、不活性ガス、例えば、窒素ガスとが混合された洗浄剤をヒータ４６、洗浄剤供給管４５及び洗浄剤振動付与装置４４を介して洗浄剤噴出穴４３に供給する。該洗浄剤噴出穴４３は供給された洗浄剤をウエハＷの裏面や周縁部に向けて噴出する。したがって、ステージ３９は洗浄剤の噴出装置として機能する。
ここで、ヒータ４６は洗浄剤、特に、窒素ガスを加熱し、洗浄剤振動付与装置４４は洗浄剤に超音波振動を付与する。また、パルスジェネレータ４７はバルブを開閉させることにより、図３に示すように、洗浄剤の流速をパルス波的に変動させる。すなわち、洗浄剤にパルス波的な圧力変動を発生させる。これにより、洗浄剤噴出穴４３からウエハＷの裏面や周縁部に向けて噴出される洗浄剤は、超音波振動し且つパルス波的に圧力変動する２相状態の純水及び高温窒素ガス（高温ガス）を含む。なお、高温窒素ガスの温度は８０℃〜１５０℃であるのが好ましい。
通常、エッチング処理が施されたウエハＷの裏面や周縁部にはパーティクルやポリマー等の異物が付着する。これらの異物の大きさは様々である。異物が付着したウエハＷの裏面や周縁部に向けてガスを噴出すると、ウエハＷの裏面や周縁部には境界層５１が発生する（図４（Ａ））。該境界層５１内ではガスが殆ど流れない。ここで、比較的大きい異物ＰＬはその一部が境界層５１から突出するため、ガス５２と接触して該ガス５２の粘性力を受けてウエハＷの裏面や周縁部から剥離する。一方、比較的小さい異物ＰＳは境界層５１から突出することがないため、ガス５２の粘性力を受けることが無く、その結果、ウエハＷの裏面や周縁部から剥離することがない。
プロセスモジュール１５では、これに対応して、ステージ３９が、異物が付着するウエハＷの裏面や周縁部に向けて上記洗浄剤、すなわち、２相状態を呈する純水及び高温窒素ガスを噴出する。このとき、噴出された高温窒素ガス５３によってウエハＷの裏面や周縁部には境界層５１が発生するが、噴出された高温窒素ガス５３は境界層５１から一部が突出する比較的大きい異物ＰＬを熱応力や粘性力によって除去する。ここで、液体は境界層に進入可能であるため、噴出された２相状態を呈する純水５４のうち液相を呈するものは境界層５１に進入する（図４（Ｂ））。
境界層５１に進入した純水５４の一部は多数の微細な純水粒５４ａとなって境界層５１から突出しない比較的小さい異物ＰＳの周りに付着する（図４（Ｃ））。純水粒５４ａが異物ＰＳの周りに隙間無く付着すると、ウエハＷを構成する分子や原子と、異物ＰＳを構成する分子や原子との間に作用する引力、例えば、ファンデルワールス力が低下する。したがって、異物ＰＳはウエハＷの裏面や周縁部から剥離しやすくなる。また、境界層５１に進入した純水５４のうち、微細な純水粒５４ａとならない純水５４は異物ＰＳに衝突して該異物ＰＳに物理的衝撃を与える。これにより、境界層５１から突出する比較的大きい異物ＰＬだけでなく、境界層５１から突出しない比較的小さい異物ＰＳも除去することができる。したがって、ウエハＷの裏面や周縁部に付着した異物を完全に除去することができる。
なお、境界層５１には僅かではあるがガスの対流が発生しているため、例え、純水５４が衝突しなくても、純水粒５４ａが周りに隙間無く付着した異物ＰＳは該対流によっても移動して除去される。
また、純水５４がウエハＷの裏面や周縁部に付着して長時間かけて蒸発すると、ウォーターマークを発生させる可能性があるが、ウエハＷの裏面や周縁部には高温窒素ガス５３が吹き付けられるので、ウエハＷの裏面に付着した純水５４は直ちに蒸発する。したがって、ウエハＷの裏面や周縁部にはウォーターマークが発生することがない。
また、プロセスモジュール１５では、ウエハＷの裏面や周縁部に向けて噴出される洗浄剤は、超音波振動し且つパルス波的に圧力変動するため、純水５４が異物に与える物理的衝撃を大きくすることができる。その結果、ウエハＷの裏面や周縁部からの異物の除去を促進することができる。さらに、洗浄剤、特に、高温窒素ガスがパルス波的に圧力変動すると、該圧力変動に応じて境界層５１の厚さも変動する。該境界層５１の厚さ変動は異物に振動を付与するため、これによっても、異物の除去を促進することができる。
図２に戻り、ダウンフローガス供給装置は、他の不活性ガス、例えば、アルゴンガスを、ダウンフローガス供給管４９を介してシャワーヘッド４０のバッファ室４８に供給する。該バッファ室４８は供給されたアルゴンガスを複数の貫通穴５０を介してチャンバ３８内、特に、ウエハＷの表面に向けて噴出する。これにより、チャンバ３８内においてウエハＷの表面に向けたダウンフローが発生する。したがって、シャワーヘッド４０はダウンフローの噴出装置（他の噴出装置）として機能する。チャンバ３８内に発生したダウンフローはウエハＷの表面からステージ３９の脇へ流れ、排気口４１から排出される。
プロセスモジュール１５では、シャワーヘッド４０からのダウンフローの流量がステージ３９からの洗浄剤の噴出流量よりも多く設定される。したがって、ウエハＷの裏面や周縁部から除去された異物を巻き込んだ洗浄剤の流れがウエハＷの表面に回り込むのを防止することができ、もって、ウエハＷの表面に異物が付着するのを防止することができる。また、ウエハＷがステージ３９から噴出された洗浄剤によって移動する、例えば、プッシャーピン４２から浮き上がるのを防止することができる。
上述したプロセスモジュール１５は、洗浄剤によってウエハＷの裏面や周縁部に付着した異物を除去したが、除去可能なものはこれに限られず、例えば、ウエハＷの周縁部に残留するフォトレジストの残渣も除去することができる。
上述したプロセスモジュール１５では、洗浄剤の洗浄物質として純水を用いたが、洗浄物質はこれに限られない。例えば、有機溶剤（エタノール、メタノール、エチレングリコール、イソプロピルアルコール等）、界面活性剤又は洗浄溶液（ＳＣ１、ＳＣ２、ＢＨＦ、ＤＨＦ等）を用いてもよい。これらの洗浄物質の沸点は比較的低いので、容易に気相及び液相の２つの相状態を混在させることができる。また、これらの洗浄物質は異物に付着しやすいので、該異物とウエハＷとの引力（例えば、ファンデルワールス力）を確実に弱めることができる。特にエチレングリコールはポリマーと組成が似ているので、異物がポリマーを主成分とする場合、洗浄物質としてエチレングリコールを用いると、上述した熱応力や粘性力による除去、並びにファンデルワールス力の低下を利用した除去だけでなく、液相のエチレングリコールへの溶出を利用した除去も起こるため、異物の除去をより促進することができる。
また、上述したプロセスモジュール１５では、洗浄剤の不活性ガスとして窒素ガスを用いたが、粘性力の観点からはガスを構成する分子の分子量が大きいほど好ましく、例えば、アルゴンガスやクリプトンガスを用いてもよい。
上述した基板処理システム１０のプロセスモジュール１２はエッチング処理装置なので、該基板処理システム１０ではプロセスモジュール１５による洗浄処理の前後のいずれかにおいてエッチング処理が実行される。ここで、プロセスモジュール１５はウエハＷの裏面や周縁部に付着した異物を完全に除去することができるので、洗浄処理の後にエッチング処理を実行する場合、プロセスモジュール１２内へのウエハＷの搬入時において異物がプロセスモジュール１２内へ進入するのを防止することができ、洗浄処理の前にエッチング処理を実行する場合、エッチング処理において発生した反応生成物やポリマーに起因する異物のプロセスモジュール１３，１４内への進入を阻止することができる。
なお、プロセスモジュール１２はウエハＷにフォトレジストの露光処理を施す液浸露光装置であってもよく、この場合、基板処理システム１０ではプロセスモジュール１５による洗浄処理の後にフォトレジストの露光処理が実行される。ここで、プロセスモジュール１５はウエハＷの裏面や周縁部に付着した異物を完全に除去することができるので、液浸露光装置における載置台からのウエハＷの浮き上がりを防止すると共に、液浸露光装置の超純水中への異物の混入を防止することができ、もって、露光を正確に行うことができる。また、プロセスモジュール１２はウエハＷにコータデベロッパ処理を施すデベロッパであってもよい。
上述したプロセスモジュール１５では、洗浄剤に超音波振動を付与したが、超音波振動の代わりに、例えば、０．１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波振動を付与してもよい。また、洗浄剤の流速におけるパルス波的変動の周波数は、圧力変動により物理的衝撃を異物に効果的に伝達するために、低い方が好ましく、例えば、１Ｈｚ程度であるのがよい。
上述したプロセスモジュール１５はシャワーヘッド４０を備えたが、図５に示すように、プロセスモジュール１５はシャワーヘッド４０の代わりにウエハＷを保持するアーム５５（保持装置）を備えてもよい。アーム５５はチャンバ３８内の側壁部に設けられ、ウエハＷの周縁部を保持する。これにより、ウエハＷがステージ３９から噴出された洗浄剤によって移動する、例えば、浮き上がるのを確実に防止することができる。このとき、プロセスモジュール１５はアーム５５に振動を付与するアーム振動付与装置５６を備えてもよく、これにより、ウエハＷを振動させることができ、もって、異物の除去をさらに促進することができる。
また、プロセスモジュール１５は、図６に示すように、ウエハＷを保持し且つウエハＷの表裏面を反転させるアーム５７（保持装置）を備えてもよい。この場合、プロセスモジュール１５はチャンバ３８内の天井部に、洗浄剤振動付与装置５８、洗浄剤供給管５９、ヒータ６０及びパルスジェネレータ７６を介して洗浄剤供給装置（図示しない）に接続された、ステージ３９と同様の構造を有するシャワーヘッド６１を備える。
シャワーヘッド６１は、アーム５７に保持されたウエハＷの表面に向けて２相状態を呈する純水及び高温窒素ガスが混合された洗浄剤を噴出する。また、アーム５７がウエハＷの表裏面を反転させてウエハＷの裏面をシャワーヘッド６１させたとき、シャワーヘッド６１はウエハＷの裏面に向けて上記洗浄剤を噴出する。これにより、洗浄剤によってウエハＷの裏面の異物だけでなくウエハＷの表面の異物も除去することができる。
さらに、図６のプロセスモジュール１５では、チャンバ３８内の底部にシャワーヘッド４０と同様の構造を有するステージ６２を備えてもよく、これにより、ウエハＷにおいて洗浄液が噴出される面とは反対の面に向けてアルゴンガスを噴出することができる。これにより、除去された異物が上記反対の面に回り込んで該反対の面に付着するのを防止することができる。
また、上述したプロセスモジュール１５では、ステージ３９がウエハＷの裏面や周縁部に向けて２相状態を呈する純水及び高温窒素ガスが混合された洗浄剤を噴出したが、気相のみを呈する純水（洗浄物質）及び高温窒素ガスが混合された洗浄剤を噴出してもよい。ここで、気相のみを呈する純水は、複数のクラスタ化した水分子を含むとする。このときも、図７（Ａ）に示すように、ウエハＷの裏面や周縁部には境界層５１が発生するが、噴出された高温窒素ガス５３は境界層５１から一部が突出する比較的大きい異物ＰＬを熱応力や粘性力によって除去する。ここで、クラスタ化した水分子６３は境界層５１に進入する。
境界層５１に進入したクラスタ化した水分子６３の一部は１つ１つの水分子６３ａに分かれて境界層５１から突出しない比較的小さい異物ＰＳの周りに付着する（図７（Ｂ））。水分子６３ａが異物ＰＳの周りに隙間無く付着すると、ウエハＷを構成する分子や原子と、異物ＰＳを構成する分子や原子との間に作用する引力、例えば、ファンデルワールス力が低下する。したがって、異物ＰＳはウエハＷの裏面や周縁部から剥離しやすくなる。また、境界層５１に進入したクラスタ化した水分子６３のうち、微細な水分子６３ａとならないクラスタ化した水分子６３は異物ＰＳに衝突して該異物ＰＳに物理的衝撃を与える。
これにより、２相状態を呈する純水及び高温窒素ガスが混合された洗浄剤を噴出する場合と同様に、境界層５１から突出する比較的大きい異物ＰＬだけでなく、境界層５１から突出しない比較的小さい異物ＰＳも除去することができる。したがって、ウエハＷの裏面や周縁部に付着した異物を完全に除去することができる。
上述したように境界層５１には僅かではあるがガスの対流が発生しているため、例え、クラスタ化した水分子６３が衝突しなくても、水分子６３ａが周りに隙間無く付着した異物ＰＳは該対流によっても移動して除去されること、並びに、気相のみを呈する純水及び高温窒素ガスが混合された洗浄剤に超音波振動を付与し、該洗浄剤の流速をパルス波的に変動させて異物の除去をさらに促進することができることも、２相状態を呈する純水及び高温窒素ガスが混合された洗浄剤を噴出する場合と同様である。
なお、洗浄剤に含まれる洗浄物質としては、上述した純水だけでなく、有機溶剤（エタノール、メタノール、エチレングリコール、イソプロピルアルコール等）、界面活性剤又は洗浄溶液（ＳＣ１、ＳＣ２、ＢＨＦ、ＤＨＦ等）を用いてもよいことも、２相状態を呈する純水及び高温窒素ガスが混合された洗浄剤を噴出する場合と同様である。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理システムについて説明する。
本実施の形態に係る基板処理システムは、ウエハＷの裏面や周縁部に洗浄処理を施すプロセスモジュールの構造が第１の実施の形態と異なるのみであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
図８は、本実施の形態に係る基板処理システムが備える基板洗浄装置としてのプロセスモジュールの構成を概略的に示す断面図である。
図８において、プロセスモジュール６４は、ウエハＷを収容するチャンバ６５と、該チャンバ６５内に配置されてウエハＷを水平に保持するアーム６６と、該保持されたウエハＷの裏面に対して斜めに対向するように配置された洗浄剤噴出ノズル６７と、チャンバ６５内の天井部に配置されてウエハＷの表面と対向するシャワーヘッド４０と、チャンバ６５内のガスを排気する排気口４１とを備える。
洗浄剤噴出ノズル６７は、チャンバ３８内において水平に設置されたガイドレール６８（図中の白抜き矢印）に沿って移動するため、洗浄剤噴出ノズル６７及びウエハＷは互いに平行且つ相対的に移動する。
図９は、図８における洗浄剤噴出ノズルの構成を概略的に示す図であり、図９（Ａ）は、ウエハと洗浄剤噴出ノズルの位置関係を示す図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）における線Ｂ−Ｂに沿う断面図であり、図９（Ｃ）は、図９（Ｂ）におけるＣ部の拡大図である。
図９（Ａ）に示すように、洗浄剤噴出ノズル６７は篦状部材からなり、頂部においてウエハＷの裏面に対して斜めに対向する対向面６７ａを有する。該対向面６７ａには複数の洗浄剤噴出穴６９が開口する。各洗浄剤噴出穴６９からは洗浄剤が噴出される。対向面６７ａは洗浄剤噴出ノズル６７の移動方向（図中白抜き矢印で示す）に対して直角方向に延出し、該直角方向に関する対向面６７ａの長さはウエハＷの直径以上であるため、洗浄剤噴出ノズル６７は各洗浄剤噴出穴６９から噴出される洗浄剤によってウエハＷの裏面全体を走査することができる。また、対向面６７ａには複数の吸気穴７０（吸気部）が開口する。したがって、これらの吸気穴７０はウエハＷの裏面に向けて開口する。吸気穴７０はウエハＷの裏面や周縁部から除去された異物を洗浄剤と共に吸引する。
洗浄剤噴出ノズル６７は、図９（Ｂ）に示すように、内部に各洗浄剤噴出穴６９と連通するバッファ部７１と、各吸気穴７０と連通する吸気路７２とを有する。該吸気路７２は吸引装置（図示しない）と連通する。また、各洗浄剤噴出穴６９は、図９（Ｃ）に示すように、対向面６７ａにおける開口部は末広がり状に形成される。これにより、各洗浄剤噴出穴６９は、ウエハＷの裏面や周縁部に向けて満遍なく洗浄剤を噴出することができる。
図８に戻り、洗浄剤噴出ノズル６７の各洗浄剤噴出穴６９はバッファ部７１、可撓パイプ７３及び洗浄剤振動付与装置４４（他の振動付与装置）を介して洗浄剤供給管４５と連通し、該洗浄剤供給管４５はヒータ４６及びパルスジェネレータ４７を介して洗浄剤供給装置（図示しない）に接続される。また、シャワーヘッド４０のバッファ室４８は複数の貫通穴５０を介してチャンバ６５内と連通する。
本実施の形態でも、洗浄剤供給装置は、液相及び気相の２相状態を呈する洗浄物質、例えば、純水と、不活性ガス、例えば、窒素ガスとが混合された洗浄剤をヒータ４６、洗浄剤供給管４５、洗浄剤振動付与装置４４及び可撓パイプ７３を介してバッファ部７１に供給する。該バッファ部７１に供給された洗浄剤は、さらに、各洗浄剤噴出穴６９を介してウエハＷの裏面や周縁部に向けて噴出される。したがって、洗浄剤噴出ノズル６７は洗浄剤の噴出装置として機能する。このとき、ウエハＷの裏面や周縁部において、比較的大きい異物ＰＬが高温窒素ガスの熱応力や粘性力によって除去され、ファンデルワールス力が純水粒の付着によって低下した比較的小さい異物ＰＳは純水の衝突によって除去されることは、第１の実施の形態と同様である。
また、シャワーヘッド４０からダウンフローがウエハＷの表面に向けてダウンフローが発生し、ウエハＷの表面に異物が付着するのを防止することも第１の実施の形態と同様である。
さらに、洗浄剤噴出ノズル６７では、上述したように、ウエハＷの裏面に対して斜めに対向する対向面６７ａに、洗浄剤を噴出する洗浄剤噴出穴６９が配されるため、洗浄剤噴出ノズル６７はウエハＷの裏面に対して洗浄剤を斜めに噴出する。
ここで、図１０に示すように、斜めに噴出された洗浄剤７４は境界層７５をウエハＷの裏面に沿って押しのけるため、比較的小さい異物ＰＳの一部を境界層７５から露出することができる。これにより、比較的小さい異物ＰＳにも高温窒素ガスの熱応力や粘性力を作用させ、もって、該異物ＰＳを確実に除去することができる。
ところで、ウエハＷの裏面の全体に向けて洗浄剤が同時に噴出されると、除去された異物が該洗浄剤の流れに乗って再びウエハＷの裏面や周縁部に押し付けられて付着する虞があるが、プロセスモジュール６４では、上述したように、洗浄剤噴出ノズル６７及びウエハＷは互いに平行且つ相対的に移動するため、ウエハＷの裏面の全体に向けて洗浄剤が同時に噴出されることがなく、これにより、除去された異物が再びウエハＷの裏面や周縁部に押し付けられることがない。また、上述したように、吸気穴７０がウエハＷの裏面や周縁部から除去された異物を洗浄剤と共に吸引する。その結果、ウエハＷの裏面や周縁部へ異物が再付着するのを確実に防止することができる。
なお、洗浄剤噴出ノズル６７における各洗浄剤噴出穴６９の断面形状は、図９（Ａ）に示す円形状に限られず、三角形状、四角形状、星形状等であってもよい。
また、アーム６６はウエハＷの表裏面を反転させてもよく、これにより、ウエハＷの裏面の異物だけでなくウエハＷの表面の異物も除去することができる。
なお、上述した各実施の形態では、基板洗浄装置としてのプロセスモジュールは基板処理システム１０に組み込まれていたが、基板洗浄装置としてのプロセスモジュールが基板処理システム１０に組み込まれることなく単独で配置されていてもよい。
また、上述した各実施の形態では、洗浄処理が施される基板が半導体ウエハであったが、基板はこれに限られず、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。
Ｗ ウエハ
ＰＬ，ＰＳ 異物
１０ 基板処理システム
１２，１５ プロセスモジュール
３８，６５ チャンバ
３９，６２ ステージ
４０，６１ シャワーヘッド
４３，６９ 洗浄剤噴出穴
４４，５８ 洗浄剤振動付与装置
４７，７６ パルスジェネレータ
５１，７５ 境界層
５３ 高温窒素ガス
５４ 純水
５４ａ 純水粒
５５，５７，６６ アーム
６３ クラスタ化した水分子
６３ａ 水分子
６７ 洗浄剤噴出ノズル
７０ 吸気穴
７４ 洗浄剤
ＰＬ，ＰＳ 異物
１０ 基板処理システム
１２，１５ プロセスモジュール
３８，６５ チャンバ
３９，６２ ステージ
４０，６１ シャワーヘッド
４３，６９ 洗浄剤噴出穴
４４，５８ 洗浄剤振動付与装置
４７，７６ パルスジェネレータ
５１，７５ 境界層
５３ 高温窒素ガス
５４ 純水
５４ａ 純水粒
５５，５７，６６ アーム
６３ クラスタ化した水分子
６３ａ 水分子
６７ 洗浄剤噴出ノズル
７０ 吸気穴
７４ 洗浄剤
Claims (11)
- 載置台から突出した支持部材に支持された基板に所定の処理を施す基板処理装置と、少なくとも前記所定の処理の前後のいずれかにおいて前記基板を洗浄する基板洗浄装置とを備える基板処理システムであって、
前記基板洗浄装置は、
気相及び液相の２つの相状態を呈する洗浄物質と、高温ガスとを、前記基板の下方から前記基板の裏面及び周縁部に向けて噴出する噴出装置と、
前記基板の上方から前記基板の表面に向けて他のガスを噴出する他の噴出装置と、を有し、
前記噴出装置からの前記洗浄物質及び前記高温ガスの噴出と前記他の噴出装置からの前記他のガスの噴出とが同時に行われ、前記他のガスの噴出流量が前記洗浄物質及び前記高温ガスの噴出流量よりも多いことを特徴とする基板処理システム。 - 前記噴出装置は、前記洗浄物質及び前記高温ガスを、前記基板の裏面に対して斜めに噴出することを特徴とする請求項１記載の基板処理システム。
- 前記噴出装置及び前記基板は互いに平行且つ相対的に移動することを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理システム。
- 前記噴出装置は、前記基板の裏面に向けて開口する吸気部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理システム。
- 前記基板洗浄装置は、前記洗浄物質及び前記高温ガスに振動を付与する他の振動付与装置を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の基板処理システム。
- 前記基板洗浄装置は、前記洗浄物質及び前記高温ガスの流速をパルス波的に変動させる流速変動装置を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の基板処理システム。
- 前記洗浄物質は、水、有機溶剤、界面活性剤及び洗浄溶液からなる群から選択された１つであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の基板処理システム。
- 前記所定の処理はエッチング処理であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の基板処理システム。
- 前記所定の処理はフォトレジストの露光処理又はコータデベロッパ処理であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の基板処理システム。
- 前記高温ガスの温度は８０℃〜１５０℃であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の基板処理システム。
- 気相と液相の２つの相状態を呈する洗浄物質と、高温ガスとを、載置台から突出した支持部材に支持された基板の下方から前記基板の裏面及び周縁部に向けて噴出する噴出装置と、
前記基板の上方から前記基板の表面に向けて他のガスを噴出する他の噴出装置と、を備え、
前記噴出装置からの前記洗浄物質及び前記高温ガスの噴出と前記他の噴出装置からの前記他のガスの噴出とが同時に行われ、前記他のガスの噴出流量が前記洗浄物質及び前記高温ガスの噴出流量よりも多いことを特徴とする基板洗浄装置。
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