JP5701068B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Description
図1はこの発明にかかる基板処理装置の第1実施形態を示す図である。また、図2は図1の基板処理装置における窒素ガスおよびDIWの供給態様を示す図である。さらに、図3は図1の基板処理装置におけるアームの動作態様を示す図である。この装置は半導体ウエハ等の基板Wの表面Wfに付着しているパーティクル等の汚染物質を除去するための凍結洗浄処理を実行可能な枚葉式の基板処理装置である。より具体的には、微細パターンが形成された基板表面Wfについて、その表面Wfに液膜を形成してそれを凍結させて凝固膜(凝固体)を形成した後、該凝固膜を除去することで凝固膜とともにパーティクル等を基板表面から除去する凍結洗浄処理を実行する基板処理装置である。凍結洗浄技術については上記特許文献1や特許文献2を始めとして多くの公知文献があるので、この明細書では詳しい説明を省略する。
図6はこの発明にかかる基板処理装置の第2実施形態の動作を示す図である。この第2実施形態が第1実施形態と大きく相違する点は凝固促進処理の内容であり、その他の構成は基本的に第1実施形態と同一である。すなわち、第2実施形態では、常温窒素ガス供給ユニット61の凝固促進用経路(マスフローコントローラ613+開閉バルブ614)はガス吐出ノズル7のみならず、ガス供給路29にも接続されている。そして、制御ユニット4が常温窒素ガス供給ユニット61を制御することで、流量調整された常温窒素ガスがガス吐出ノズル7とともにガス供給路29に圧送され、常温窒素ガスが基板Wの表面Wfのみならず裏面Wbにも凝固促進ガスとして供給される(ステップS2A)。これによって、液膜LFの凝固に要する時間をさらに短縮することができる。このように、第2実施形態では、基板Wの裏面Wbが本発明の「基板の下面」に相当する。また、常温窒素ガス供給ユニット61およびガス供給路29が本発明の「凝固促進手段」および「第2凝固促進部」として機能している。
図7はこの発明にかかる基板処理装置の第3実施形態の動作を示す図である。この第3実施形態が第1実施形態や第2実施形態と大きく相違する点は、凝固対象液を基板Wの表面Wfに供給して液膜LFを形成した後、所定時間だけ放置することで凝固膜FFを形成しており(ステップS1A)、凝固促進処理(ステップS2、S2A)を省略している点である。なお、その他の構成は基本的に第1実施形態や第2実施形態と同一である。すなわち、本発明では、従来の凍結洗浄技術で用いられていたDIWに代えて、ターシャリーブタノールや炭酸エチレンなどの常温よりも高い凝固点を有する凝固対象液を用いているため、基板Wの表面Wfに供給された凝固対象液は処理チャンバ1の常温雰囲気に放置されることで徐冷されて凝固する。また、基板Wを回転させた際に発生する気化熱が凝固対象液を凝固させる方向に作用する。そこで、第3実施形態では、ガス吐出ノズル7および凝固促進用経路(マスフローコントローラ613+開閉バルブ614)を設けず、装置構成の簡素化を図っている。
図8はこの発明にかかる基板処理装置の第4実施形態の動作を示す図である。この第4実施形態が第1実施形態と大きく相違する点は、凝固膜(凝固体)FFの除去態様であり、それに使用するDIWの温度であり、その他の構成は基本的に第1実施形態と同一である。すなわち、第1実施形態では凝固膜(凝固体)FFの除去に凝固対象液の凝固点よりも高い高温DIWを用いているのに対し、第4実施形態では常温DIWを用いている。これは、常温DIWへのターシャリーブタノールや炭酸エチレンの溶解度が比較的高いことを利用したものであり、常温DIWの供給によって凝固膜FFを溶解除去している(ステップS3A)。このように高温DIWを用いない第4実施形態では、融解除去処理用配管経路(流量調整弁623+加熱器624+開閉バルブ622)を設ける必要がなく、装置構成の簡素化を図ることができるとともに、DIW加熱が不要になったことでランニングコストの低減を図ることができる。また、除去処理とリンス処理を連続的、および一体的に行うことができ、処理の効率化を図ることができる。
凍結洗浄は上記したように基板Wの表面Wfに供給された凝固対象液を凝固させた後、その凝固体を基板表面から除去することで基板表面に付着するパーティクルなどを除去するものであるが、除去効率は凝固体の到達温度と密接に関連する。これは、本願発明者らによる、DIWを凝固対象液として用いた実験に基づき得られた知見であり、その知見内容は、単にDIWの液膜を凍結させるだけではなく、凍結後の液膜の到達温度が低くなるほどパーティクル除去効率が高まるというものである。この知見をターシャリーブタノールや炭酸エチレンなどを凝固対象液とする場合に適用することで同様の作用効果が得られることは容易に推測される。そこで、以下のおいては、上記実験内容および知見内容を詳しく説明した後、その知見を適用した実施形態について説明する。
図11はこの発明にかかる基板処理装置の第6実施形態の動作を示す図である。この第6実施形態が第2実施形態(図6)と大きく相違する点は、凝固促進処理(ステップS2A)を経て凝固膜(凝固体)FFが形成された後でかつ凝固膜FFの除去(ステップS3)前に、冷却処理(ステップS6A)を実行している点であり、その他の構成は第2実施形態と基本的に同一である。この冷却処理では、ガス供給路29から常温窒素ガスを基板Wの裏面Wbに供給するとともに、ガス吐出ノズル7については上記した第5実施形態と同様に常温窒素ガスを基板表面Wfに向けて吐出しながら基板表面Wfの上方でスキャン移動される。このように基板Wの表面Wfおよび裏面Wbの両方から常温窒素ガスが供給されて凝固膜(凝固体)FFが冷却されているため、パーティクル除去効率を高めることができる。しかも、第5実施形態よりも短時間で、凝固膜FFの到達温度を常温まで低下させることができるため、処理時間の短縮を図ることができる。
上記第5実施形態(図10)および第6実施形態(図11)では、凝固膜(凝固体)FFを冷却して到達温度を低下させるための冷却流体として常温窒素ガスを用いているが、常温窒素ガスの代わりに常温DIWを利用してもよい。
図13はこの発明にかかる基板処理装置の第8実施形態の動作を示す図である。この第8実施形態では、凝固促進処理(ステップS2A)を経て凝固膜(凝固体)FFが形成されると、ノズル7、27からの常温窒素ガス(凝固促進ガス)の吐出を停止し、第1アーム71を待機位置Ps1に移動させて基板表面Wfからノズル7を待避させる。その後で、遮断部材9を基板表面Wfに近接配置し、さらに遮断部材9に設けられたノズル97から凝固膜(凝固体)FFに向けて常温DIWを供給するとともに、ノズル27から基板Wの裏面Wbに常温DIWを供給する(ステップS6C)。なお、本実施形態においても、第7実施形態と同様に、常温DIWにより凝固膜FFが溶解除去される前にノズル7からの常温DIWの供給を停止させる。そして、こうして凝固膜FFの温度を低下させた後、高温DIWによる融解除去処理(ステップS3)、常温DIWによるリンス処理(ステップS4)および常温窒素ガスによる乾燥処理(ステップS5)を行う。
上記第7実施形態および第8実施形態では、常温DIWにより凝固膜FFが溶解除去されない程度でノズル7から常温DIWを凝固膜(凝固体)FFに供給しているが、上記したように常温DIWを基板Wの表面Wfに継続して供給することで凝固膜FFを溶解除去することができる。また、凝固膜FFの除去後においても常温DIWをさらに継続して供給することで基板Wに対するリンス処理を行うことができる。そこで、第9実施形態では、図14に示すように、冷却処理(ステップS6B)、除去処理(ステップS3A)およびリンス処理(ステップS4)を常温DIWで行っている。このように高温DIWを用いない第9実施形態では、融解除去処理用配管経路(流量調整弁623+加熱器624+開閉バルブ622)を設ける必要がなく、装置構成の簡素化を図ることができるとともに、DIW加熱が不要になったことでランニングコストの低減を図ることができる。また、冷却処理、除去処理およびリンス処理を連続的、および一体的に行うことができ、処理の効率化を図ることができる。
7…ガス吐出ノズル
8…凝固対象液吐出ノズル
27…下方側液体吐出ノズル
29…ガス供給路
61…常温窒素ガス供給ユニット
62…DIW供給ユニット
64…凝固対象液供給ユニット
65…配管
66…保温・温調用ガス供給ユニット
67…低温窒素ガス供給ユニット
68…パージ用ガス供給ユニット
69…真空発生部
97…上方側液体吐出ノズル
651…外管
652…内管
FF…凝固膜(凝固体)
LF…液膜
W…基板
Wb…基板裏面
Wf…基板表面
Claims (20)
- 上面にパーティクルが付着した基板を略水平に保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板の上面に常温よりも高い凝固点を有する凝固対象液を供給し、前記基板の上面に前記凝固対象液の凝固体を形成することで、前記パーティクルを前記基板の上面から脱離させて前記凝固体に含ませる凝固体形成手段と、
前記凝固体形成手段により形成された凝固体を除去する除去手段と
を備え、
前記除去手段は、前記凝固体を除去することで前記凝固体とともに前記パーティクルを前記基板の上面から除去することを特徴とする基板処理装置。 - 請求項1に記載の基板処理装置であって、
前記凝固体形成手段は、前記凝固対象液の凝固点以上に前記凝固対象液を加熱して前記基板の上面に供給する基板処理装置。 - 請求項1または2に記載の基板処理装置であって、
前記凝固対象液の凝固点より低い温度の冷却流体を前記基板に供給して前記凝固対象液の凝固を促進させる凝固促進手段をさらに備える基板処理装置。 - 請求項3に記載の基板処理装置であって、
前記凝固促進手段は、前記凝固対象液が供給された前記基板の上面に対し、前記冷却流体を供給する第1凝固促進部を有する基板処理装置。 - 請求項3または4に記載の基板処理装置であって、
前記凝固促進手段は、前記凝固対象液が供給された前記基板の下面に対し、前記冷却流体を供給する第2凝固促進部を有する基板処理装置。 - 請求項1または2に記載の基板処理装置であって、
前記除去手段は、前記凝固対象液が前記基板の上面に供給された後、所定時間の経過により前記凝固対象液が凝固した後に凝固体を除去する基板処理装置。 - 請求項1ないし6のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
前記除去手段は、前記凝固体が形成された前記基板の上面に対し、前記凝固対象液の凝固点より高い温度の高温除去液を供給して前記凝固体を除去する基板処理装置。 - 請求項1ないし6のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
前記除去手段は、前記凝固体が形成された前記基板の上面に対し、前記凝固対象液を溶解する除去液を供給して前記凝固体を除去する基板処理装置。 - 請求項1ないし8のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
前記凝固体の形成後でかつ前記凝固体の除去前に、前記凝固体を冷却して前記凝固体の温度を低下させる冷却手段をさらに備える基板処理装置。 - 請求項9に記載の基板処理装置であって、
前記冷却手段は、前記凝固体が形成された前記基板の上面に、前記凝固対象液の凝固点より低い温度の冷却流体を前記基板に供給する第1冷却部を有する基板処理装置。 - 請求項9または10に記載の基板処理装置であって、
前記冷却手段は、前記凝固体が形成された前記基板の下面に、前記凝固対象液の凝固点より低い温度の冷却流体を前記基板に供給する第2冷却部を有する基板処理装置。 - 請求項3ないし5のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
前記凝固促進手段は、前記凝固体が形成された後も、前記除去手段による前記凝固体の除去前まで前記冷却流体の供給を継続させて前記凝固体を冷却する基板処理装置。 - 請求項1ないし12のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
前記除去手段による前記凝固体の除去後に前記基板の上面にリンス液を供給して前記基板の上面をリンスするリンス手段をさらに備える基板処理装置。 - 請求項8に記載の基板処理装置であって、
前記除去手段は、前記凝固体を除去した後も、前記除去液の供給を継続させて前記基板の上面をリンスする基板処理装置。 - 前記凝固体形成手段が、前記凝固対象液を供給する凝固対象液供給部と、前記凝固対象液を前記基板の上面に吐出するノズルと、一方端が前記凝固対象液供給部に接続されるとともに他方端が前記ノズルに接続されて前記凝固対象液供給部から供給される前記凝固対象液を前記ノズルに流通させる配管とを有する請求項1ないし14のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
前記ノズルおよび前記配管内で前記凝固対象液が凝固するのを防止する凝固防止手段をさらに備える基板処理装置。 - 請求項15に記載の基板処理装置であって、
前記凝固防止手段は、前記ノズルおよび前記配管内の前記凝固対象液の温度を前記凝固対象液の凝固点以上に保温する基板処理装置。 - 請求項16に記載の基板処理装置であって、
前記配管は、一方端が前記凝固対象液供給部に接続されるとともに他方端が前記ノズルに接続される内管と、内部に前記内管が挿通される外管とを有し、
前記凝固防止手段は前記内管と前記外管の間に前記凝固対象液の温度より高温の保温流体を供給する保温流体供給部を有する基板処理装置。 - 請求項15に記載の基板処理装置であって、
前記凝固防止手段は、前記凝固体形成手段による前記凝固体の形成後に、前記配管の一方端に対し、前記凝固対象液の温度より高温のパージ用流体を供給して前記ノズルおよび前記配管内の前記凝固対象液を前記ノズルの吐出口から排出するパージ部を有する基板処理装置。 - 請求項15に記載の基板処理装置であって、
前記凝固防止手段は、前記凝固体形成手段による前記凝固体の形成後に、前記配管の一方端に負圧を与えて前記ノズルおよび前記配管内の前記凝固対象液を前記配管の一方端から排出する吸引排出部を有する基板処理装置。 - 略水平に保持され、パーティクルが付着した基板の上面に常温よりも高い凝固点を有する凝固対象液を供給し、前記基板の上面に前記凝固対象液の凝固体を形成することで、前記パーティクルを前記基板の上面から脱離させて前記凝固体に含ませる工程と、
前記基板の上面から前記凝固体を除去することで、前記凝固体とともに前記パーティクルを前記基板の上面から除去する工程と
を備えることを特徴とする基板処理方法。
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