JP5886224B2 - 基板洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、洗浄液の存在下で、半導体ウエハ等の基板の表面に円柱状で長尺状に延びるロール洗浄部材を接触させながら、基板及びロール洗浄部材を共に一方向に回転させて基板表面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法に関する。本発明の基板洗浄方法は、半導体ウエハ表面の洗浄や、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）装置、ＰＤＰ（プラズマディスプレイ）装置及びＣＭＯＳイメージセンサ等を製造する時の基板表面の洗浄にも適用される。

近年の半導体デバイスの微細化に伴い、基板上に物性の異なる様々な材料の膜を形成してこれを洗浄することが広く行われている。例えば、基板表面の絶縁膜内に形成した配線溝を金属で埋めて配線を形成するダマシン配線形成工程においては、ダマシン配線形成後に化学機械的研磨（ＣＭＰ）で基板表面の余分な金属を研磨除去するようにしており、ＣＭＰ後の基板表面には、金属膜、バリア膜及び絶縁膜などの水に対する濡れ性の異なる複数種の膜が露出する。

ＣＭＰによって、金属膜、バリア膜及び絶縁膜などが露出した基板表面には、ＣＭＰに使用されたスラリの残渣（スラリ残渣）や金属研磨屑などが存在し、基板表面の洗浄が不十分となって基板表面に残渣物が残ると、基板表面の残渣物が残った部分からリークが発生したり、密着性不良の原因になるなど信頼性の点で問題となる。このため、金属膜、バリア膜及び絶縁膜などの水に対する濡れ性の異なる膜が露出した基板表面を高い洗浄度で洗浄する必要がある。

ＣＭＰ後の基板表面を洗浄する洗浄方法として、洗浄液の存在下で、半導体ウエハ等の基板の表面に円柱状の長尺状に延びるロール洗浄部材（ロールスポンジまたはロールブラシ）を接触させながら、基板及びロール洗浄部材を共に一方向に回転させて基板の表面を洗浄するスクラブ洗浄が知られている。

図１は、従来のロール洗浄部材を使用して基板表面をスクラブ洗浄している時の概要を示す。図１に示すように、ロール洗浄部材Ｒは、基板Ｗの直径よりもやや長い長さを有しており、ロール洗浄部材Ｒは、その長手方向中央部において回転軸Ｏ_１が基板Wの回転軸Ｏ_２と直交する状態で基板Wの表面と接触するように配置されている。そして、基板Ｗの表面に洗浄液供給ノズルＮから洗浄液を供給しながら、回転軸Ｏ_２を中心に回転中の基板Ｗの表面に、その直径方向の全長に亘って、回転軸Ｏ_１を中心に回転中のロール洗浄部材Ｒを接触させ、洗浄液の存在の下で、基板Ｗの表面をロール洗浄部材Ｒに擦り付けることで洗浄特性を得るようにしている。

ここに、基板Ｗの表面の洗浄は、基板Ｗの表面とロール洗浄部材Ｒとが互いに接触する、長さＬの洗浄エリアＥで行われる。この洗浄エリアＥは、基板Ｗのほぼ回転軸Ｏ_２を境として、基板Ｗとロール洗浄部材Ｒの回転方向が互いに逆になって基板Ｗとロール洗浄部材Ｒの相対回転速度が相対的に高い、長さＬ_ｉの逆方向洗浄エリアＥ_１と、基板Ｗとロール洗浄部材Ｒの回転方向が互いに同じになって基板Ｗとロール洗浄部材Ｒの相対回転速度が相対的に低い、長さＬ_ｆの順方向洗浄エリアＥ_２に分けられ、この逆方向洗浄エリアＥ_１と順方向洗浄エリアＥ_２からなる洗浄エリアＥに洗浄液を効率よく供給することが求められる。

このため、図１に示すように、洗浄液供給ノズルＮは、例えば基板Ｗが上から見て時計回り方向に回転し、基板Ｗの上方に位置するロール洗浄部材Ｒも左側からみて時計回り方向に回転している場合には、洗浄エリアＥを境に基板Ｗを上から見て左右の左側エリアＷ_Ｌと右側エリアＷ_Ｒに分けた場合における右側エリアＷ_Ｒに洗浄液を供給するように、一般に配置されている。これによって、基板Ｗに供給されて基板Ｗ上に保持された洗浄液は、基板Ｗの回転により、先ず基板Ｗの回転方向とロール洗浄部材Ｒの回転方向が同じ順方向洗浄エリアＥ_２に供給される。順方向洗浄エリアＥ_２では、基板Ｗ上の洗浄液の移動方向とロール洗浄部材Ｒの回転方向が同じ方向（順方向）となり、このためロール洗浄部材Ｒが基板Ｗ上の洗浄液を巻き込みながら接触物理的な洗浄が行われる。そして、順方向洗浄エリアＥ_２を通過した基板Ｗ上の洗浄液は、基板Ｗの回転により次の接触物理洗浄が行われる逆方向洗浄エリアＥ_１に供給される。

特許文献１，２には、洗浄液の存在下で、基板の表面にロール洗浄部材（ロールブラシやロールスポンジ）を互いに接触させつつ両者を回転させて基板の表面をスクラブ洗浄するスクラブ洗浄装置であって、基板が１回転するに伴って、順方向洗浄エリアと逆方向洗浄エリアとに洗浄液が供給されるように基板表面に洗浄液を供給するスクラブ洗浄装置が記載されている。特許文献３，４には、洗浄液の存在下で、基板の表面にロール洗浄部材（ロールブラシやロールスポンジ）を互いに接触させつつ両者を回転させて基板の表面をスクラブ洗浄するスクラブ洗浄装置であって、ロール洗浄部材を挟んだ両側から基板表面に洗浄液を供給するようにしたスクラブ洗浄装置が記載されている。

特開２０１０−２７８１０３号公報 特開２０１０−７４１９１号公報 特開２００３−７７８７６号公報 特開平９−６９５０２号公報

基板とロール洗浄部材の相対回転速度が相対的に低い順方向洗浄エリアは、低い物理洗浄性しか得られず、基板とロール洗浄部材の相対回転速度が相対的に高い逆方向洗浄エリアは、高い物理洗浄性が得られる。図１に示すように、洗浄液供給ノズルＮを基板Ｗの右側エリアＷ_Ｒに設置すると、基板Ｗに供給されて保持された洗浄液は、基板Ｗとロール洗浄部材Ｒの回転に伴って、洗浄液の運搬される方向とロール洗浄部材Rの回転方向が一致していてロール洗浄部材Ｒにより後押しされる順方向洗浄エリアＥ_２から排出され、この下流側である逆方向洗浄エリアＥ_１にスムーズに送り込まれる。しかし、順方向洗浄エリアＥ_２より排出された洗浄液は一度洗浄処理に使用されて洗浄特性が劣化しており、さらに、基板Ｗの水平回転に伴って運搬されることから、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの外部へ排出されながら逆方向洗浄エリアＥ_１に到達するために洗浄液量は大幅に減少する結果となる。

このため、高い物理洗浄性が得られる逆方向洗浄エリアに大量の洗浄液を供給し、この逆方向洗浄エリアで基板の洗浄に使用された洗浄液を、低い物理洗浄性しか得られない順方向洗浄エリアに供給して巡回使用することで、総合的に高い洗浄性能が得られると考えられる。

また、順方向洗浄エリアには、ロール洗浄部材や基板の寸法や回転速度などの洗浄条件によって、基板とロール洗浄部材の相対回転速度がゼロとなる領域が生じる。この相対回転速度がゼロとなる領域及びその周辺等では、ロール洗浄部材を基板に対して単純に押し付けている（スタンプしている）だけのような状況にある。このためロール洗浄部材との接触によって基板表面が逆汚染されてしまうことがあり、この逆汚染された領域を効果的に洗浄することが求められる。

特許文献１は大口径の薄い基板の洗浄に関するものであり、洗浄液を基板の低速回転時に中央部に供給すると洗浄液が中央部に滞留し、基板が反って中央部の洗浄が不十分になることを抑止しようとするものである。特許文献２はロール洗浄部材の交換時期を判定してロール洗浄部材の汚染を抑止しようとするものである。
特許文献１，２に記載の発明は、上記のようなロール洗浄部材を使用したスクラブ洗浄における順方向洗浄エリアと逆方向洗浄エリアの物理洗浄性の違いを考慮したものではない。特許文献１，２の図に示される洗浄液供給ノズルの配置位置は、図面作成上の便宜等を考慮したものであって、偶発的に生じた構成であると考えられる。このため、引用文献１，２にあっては、明細書中に、洗浄液供給ノズルの配置位置と、基板とロール洗浄部材の相対回転速度との関係等について何ら記載されていない。

また、特許文献３，４に記載のように、ロール洗浄部材を挟んだ両側から基板表面に洗浄液を供給すると、洗浄液の使用量が相対的に増えて不経済であるばかりでなく、構造的にもかなり複雑となる。また、基板の平置きによるロール洗浄部材との接触洗浄において、基板上の洗浄液は、基板の水平回転による遠心力の影響を受けて、基板の外周方向へ移動し排出されるが、基板の回転軸付近では、遠心力が非常に低いか、もしくは無いことから、洗浄液が停滞して溜まりやすく、このため、新洗浄液との入れ替えも困難であることから洗浄特性を劣化させることが想定される。

本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、基板とロール洗浄部材を共に回転させながら互いに接触させて基板を洗浄する洗浄機構において、基板の洗浄を高効率で行って洗浄性能を総合的に高め、しかも逆汚染を格段に低減させた基板洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明の基板洗浄方法は、基板を洗浄する基板洗浄方法において、基板支持装置により基板を支持し、前記基板支持装置により基板を一方向に回転させ、基板の直径のほぼ全長に亘って直線状に延びるロール洗浄部材を該ロール洗浄部材の回転軸が基板の回転軸とほぼ直交するように位置させ、該ロール洗浄部材を一方向に回転させつつ、該ロール洗浄部材を洗浄エリアにおいて基板の表面に接触させて基板の表面をスクラブ洗浄し、前記ロール洗浄部材が基板の表面をスクラブ洗浄する間、所定の洗浄液供給角度θで洗浄液供給ノズルから基板表面の第１洗浄エリアに洗浄液を供給し、前記第１洗浄エリアは、基板の表面と前記ロール洗浄部材とが互いに接触する洗浄エリアの一部であり、前記第１洗浄エリアにおいて、基板の回転速度方向は前記ロール洗浄部材の回転速度方向と反対方向であり、前記ロール洗浄部材の回転軸から時計回り方向の角度として定義される前記所定角度θは、基板の表面に投影した前記ロール洗浄部材の回転軸と基板の表面に投影した洗浄液供給方向とのなす角度であり、前記所定角度θは、１°以上９０°未満である。
本発明の実施形態では、基板の直径のほぼ全長に亘って直線状に延びるロール洗浄部材と基板とをそれぞれ一方向に回転させつつ、洗浄液の存在下で、前記ロール洗浄部材と基板表面とを洗浄エリアに沿って互いに接触させて該表面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法において、基板の１回転に伴って、前記洗浄エリア上の前記ロール洗浄部材と基板の相対回転速度が相対的に高い逆方向洗浄エリアに洗浄液が供給された後、前記洗浄エリア上の前記ロール洗浄部材と基板の相対回転速度が相対的に低い順方向洗浄エリアに洗浄液が供給されるように、基板の表面に洗浄液を供給する。
ここで、第１洗浄エリア（逆方向洗浄エリアとも称する）に洗浄液を供給するとは、洗浄液を基板上に供給するにあたり、基板中心部あるいは基板中心近傍の順方向洗浄エリアにも一部の洗浄液が供給されるものの、第１洗浄エリア（逆方向洗浄エリア）に洗浄液の大部分が供給されるようにするという意味である。

これにより、高い物理洗浄性が得られる逆方向洗浄エリアに大量の洗浄液を供給し、この逆方向洗浄エリアで基板の洗浄に使用された洗浄液を、低い物理洗浄性しか得られない順方向洗浄エリアに供給して巡回使用することができるため、総合的に高い洗浄性能を得ることができる。しかも、逆方向洗浄エリアには基板とロール洗浄部材の相対移動速度がゼロとなる領域は存在せず、逆方向洗浄エリアで基板を重点的に洗浄することにより、基板表面のロール洗浄部材からの逆汚染を格段に低減することができる。
逆方向洗浄エリアに大量の洗浄液を供給するが、この場合の洗浄液の量は０．５〜２．０リットル／ｍｉｎである。

前記所定角度θは、１°以上９０°未満である。
このように、洗浄液の前記供給角度が特定の範囲になるように、洗浄液供給ノズルの位置を決めて洗浄液を基板に供給することにより、基板の表面に供給された洗浄液は該表面に保持されて逆方向洗浄エリアに運ばれ、ロール洗浄部材の回転に伴って、基板の回転方向に対して上流側に掻き出される。掻き出された洗浄液は、基板上に停滞することなく、後から基板の表面に供給され該表面に保持されて逆方向洗浄エリアに運ばれてくる洗浄液と、基板の回転に伴う遠心力とにより速やかに基板の外周より外部に排出される。

本発明の好ましい一態様において、基板の直径のほぼ全長に亘って直線状に延びる下部ロール洗浄部材を一方向に回転させつつ、該下部ロール洗浄部材を洗浄エリアにおいて基板の裏面に接触させて基板の裏面をスクラブ洗浄し、基板の回転速度方向が前記下部ロール洗浄部材の回転速度方向と反対方向である基板裏面の洗浄エリアに、下部洗浄液供給ノズルから洗浄液を供給する。
基板の回転速度を高めることによって洗浄性能を高めることが好ましい。ロール洗浄部材の回転速度が一定である場合には、基板の回転速度を上げることで洗浄特性を向上させることが出来る。例えば、基板の回転速度を５０ｒｐｍから３００ｒｐｍにする。

本発明の基板洗浄方法によれば、大量の洗浄液を高い物理洗浄性が得られる逆方向洗浄エリアに供給する。これにより、逆方向洗浄エリアに供給された洗浄液は逆方向洗浄エリアにおいて効率よく基板を洗浄した後、必要な量の洗浄液が逆方向洗浄エリアを通過して順方向洗浄エリアに供給され、この部分における洗浄に使用されることになる。したがって、基板の洗浄性能を総合的に高めて洗浄後に基板表面に残存するディフェクト数を大幅に低減し、しかも基板表面のロール洗浄部材からの逆汚染を格段に低減することができる。

図１は、従来のロール洗浄部材を使用して基板表面をスクラブ洗浄している時の概要を示す図である。 図２は、本発明の基板洗浄方法に使用されるスクラブ洗浄装置の一例を示す概要図である。 図３は、図２に示すスクラブ洗浄装置のロール洗浄部材、基板及び洗浄液供給ノズルの関係を示す概要図である。 図４は、図２に示すスクラブ洗浄装置のロール洗浄部材、基板、洗浄液供給ノズル及び該ノズルからの洗浄液の供給方向の関係を示す平面図である。 図５（ａ）は、順方向洗浄エリアにおける基板とロール洗浄部材をそれらの回転速度と共に示す断面図であり、図５（ｂ）は、逆方向洗浄エリアにおける基板とロール洗浄部材をそれらの回転速度と共に示す断面図である。 図６は、実施例１，２及び比較例１における洗浄後に基板表面に残存するディフェクト数を示すグラフである。 図７は、実施例３，４及び比較例２における洗浄後に基板表面に残存するディフェクト数を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を、図２乃至図５を参照して説明する。
図２は、本発明の基板洗浄方法に使用されるスクラブ洗浄装置の一例を示す概要図である。図２に示すように、このスクラブ洗浄装置は、表面を上にして半導体ウエハ等の基板Ｗの周縁部を支持し基板Ｗを水平回転させる、水平方向に移動自在な複数本（図では４本）のスピンドル１０と、スピンドル１０で支持して回転させる基板Ｗの上方に昇降自在に配置される上部ロールホルダ１２と、スピンドル１０で支持して回転させる基板Ｗの下方に昇降自在に配置される下部ロールホルダ１４を備えている。

上部ロールホルダ１２には、円柱状で長尺状に延びる、例えばＰＶＡからなる上部ロール洗浄部材（ロールスポンジ）１６が回転自在に支承されている。下部ロールホルダ１４には、円柱状で長尺状に延びる、例えばＰＶＡからなる下部ロール洗浄部材（ロールスポンジ）１８が回転自在に支承されている。

上部ロールホルダ１２は、上部ロールホルダ１２を昇降させ、上部ロールホルダ１２で回転自在に支承した上部ロール洗浄部材１６を矢印Ｆ_１に示す方向（左側から見て時計回り方向）に回転させる駆動機構（図示せず）に連結されている。下部ロールホルダ１４は、下部ロールホルダ１４を昇降させ、下部ロールホルダ１４で回転自在に支承した下部ロール洗浄部材１８を矢印Ｆ_２に示す方向（左側から見て反時計回り方向）に回転させる駆動機構（図示せず）に連結されている。

スピンドル１０で支持して回転させる基板Ｗの上方に位置して、上部ロール洗浄部材１６を境に上方から見て時計方向に回転している基板Ｗの表面（上面）を左右の左側エリアＷ_Ｌと右側エリアＷ_Ｒに分けた時における左側エリアＷ_Ｌに洗浄液を供給する上部洗浄液供給ノズル２０が配置されている。また、スピンドル１０で支持して回転させる基板Ｗの下方に位置して、上記基板表面左側エリアＷ_Ｌの裏面（下面）に洗浄液を供給する下部洗浄液供給ノズル２０Ｌ（図３）が配置されている。

上記構成のスクラブ洗浄装置において、スピンドル１０の上部に設けたコマ２４の外周側面に形成した嵌合溝２４ａ内に基板Ｗの周縁部を位置させて内方に押し付けてコマ２４を回転（自転）させることにより、基板Ｗを矢印Ｇで示す方向（上から見て時計回り方向）に水平に回転させる。この例では、４個のうち２個のコマ２４が基板Ｗに回転力を与え、他の２個のコマ２４は、基板Ｗの回転を受けるベアリングの働きをしている。なお、全てのコマ２４を駆動機構に連結して、基板Ｗに回転力を付与するようにしてもよい。

このように基板Ｗを水平に回転させた状態で、上部洗浄液供給ノズル２０から基板Ｗの表面（上面）の左側エリアＷ_Ｌに洗浄液（薬液）を供給しつつ、上部ロール洗浄部材１６を回転させながら下降させて回転中の基板Ｗの表面に接触させ、これによって、洗浄液の存在下で、基板Ｗの表面を上部ロール洗浄部材１６でスクラブ洗浄する。上部ロール洗浄部材１６の長さは、基板Ｗの直径より僅かに長く設定されている。そして、上部ロール洗浄部材１６は、その中心軸（回転軸）Ｏ_１が、基板Ｗの回転軸Ｏ_２とほぼ直交する位置に位置して、基板Ｗの直径の全長に亘って延びるように配置され、これによって、基板Ｗの直径の一方の端部から他方の端部に亘って同時に洗浄される。

同時に、下部洗浄液供給ノズル２０Ｌから基板Ｗの裏面（下面）の左側エリアＷＬに洗浄液を供給しつつ、下部ロール洗浄部材１８を回転させながら上昇させて回転中の基板Ｗの裏面に接触させ、これによって、洗浄液の存在下で、基板Ｗの裏面を下部ロール洗浄部材１８でスクラブ洗浄する。下部ロール洗浄部材１８の長さは、基板Ｗの直径より僅かに長く設定されていて、前述の基板Ｗの表面とほぼ同様に、基板Ｗの直径の一方の端部から他方の端部に亘って同時に洗浄される。

上記のようにして、基板Ｗの表面に上部洗浄液供給ノズル２０（以下、単に洗浄液供給ノズルという）から洗浄液を供給しつつ、基板Ｗの表面を上部ロール洗浄部材（以下、単にロール洗浄部材という）１６で洗浄する時、図３に示すように、基板Ｗとロール洗浄部材１６は、ロール洗浄部材１６の軸方向に沿って基板Ｗの直径方向の全長に亘って直線状に延びる、長さＬの洗浄エリア３０で互いに接触し、この洗浄エリア３０に沿った位置で基板Ｗの表面がスクラブ洗浄される。上部洗浄供給ノズル２０は、基板Ｗ上へ洗浄液を供給するために使用されるノズルの総称であり、扇形分布スプレーノズル、複数の供給孔を有する多孔ノズル、スリット状の供給口を有するスリットノズルあるいは複数の単孔ノズルを使用する場合、およびこれらを組み合わせる場合等が挙げられる。このような供給ノズルの形状あるいは使用本数による洗浄液の供給方法は種々の場合があり、どの場合であってもよい。

図4は、洗浄中の基板とロール洗浄部材の位置関係を真上から見た図である。図４に示すように、基板Ｗの回転軸Ｏ_２を中心とした回転に伴う洗浄エリア３０に沿った基板Ｗの回転速度Ｖ_Ｗの大きさは、基板Ｗの回転軸Ｏ_２上でゼロとなり、回転軸Ｏ_２を挟んで基板Ｗの回転速度Ｖ_Ｗの向き（洗浄方向）が互いに逆となる。一方、ロール洗浄部材１６の回転に伴う洗浄エリア３０に沿ったロール洗浄部材１６の回転速度Ｖ_Ｒの大きさは、洗浄エリア３０の全長に亘って一定で、回転速度Ｖ_Ｒの向き（洗浄方向）も同じとなる。

なお、図４において、洗浄エリア３０の長手方向中心線に沿ってｘ軸を取り、基板Ｗの表面の該ｘ軸に直交する方向にｙ軸を取り、ｘ軸とｙ軸との交点を基板Ｗの回転軸Ｏ_２が通るようにしている。

このため、洗浄エリア３０は、基板Ｗの回転軸Ｏ_２を挟んで、基板Ｗの回転速度Ｖ_Ｗの向きとロール洗浄部材１６の回転速度Ｖ_Ｒの向きが同じとなる、長さＬ_ｆの順方向洗浄エリア３２と、基板Ｗの回転速度Ｖ_Ｗの向きとロール洗浄部材１６の回転速度Ｖ_Ｒの向きが互いに逆向きとなる、長さＬ_ｉの逆方向洗浄エリア３４に分けられる。

順方向洗浄エリア３２では、図５（ａ）に示すように、基板Ｗの回転速度Ｖ_Ｗとロール洗浄部材１６の回転速度Ｖ_Ｒの相対回転速度の大きさが、両者の回転速度の大きさの差の絶対値となって相対的に低くなり、低い物理洗浄性しか得られない。しかも、基板Ｗの回転速度Ｖ_Ｗとロール洗浄部材１６の回転速度Ｖ_Ｒの大きさによっては、図４に示すように、両者の相対回転速度の大きさがゼロ（Ｖ_Ｗ＝Ｖ_Ｒ）となって、基板Ｗが洗浄されない領域Ｍが生じることがある。この基板Ｗが洗浄されない領域Ｍは、基板Ｗとロール洗浄部材１６とが単に接触しているだけで、基板Ｗの表面のロール洗浄部材１６によるスクラブ洗浄が行われず、逆にロール洗浄部材１６に付着した残渣等が基板Ｗの表面に押し付けられて再付着し、基板Ｗの表面の汚染の原因となると考えられる。

一方、逆方向洗浄エリア３４では、図５（ｂ）に示すように、基板Ｗの回転速度Ｖ_Ｗとロール洗浄部材１６の回転速度Ｖ_Ｒの相対回転速度の大きさが、両者の回転速度の大きさの和となって相対的に高くなり、高い物理洗浄性が得られる。

図４に示すように、ｘ軸に沿って延びる逆方向洗浄エリア３４におけるロール洗浄部材の回転軸Ｏ_１と、洗浄液供給ノズル２０から基板Ｗの表面に供給される洗浄液の該表面に投影した供給方向とがなす洗浄液の供給角度θは、１°以上９０°未満であることが好ましい。図４において供給角度θは、ロール洗浄部材の回転軸Ｏ_１から時計方向にみた角度である。
洗浄液の供給角度は、逆方向洗浄エリア３４に大量の洗浄液を供給したいという点と洗浄液が基板から排出される方向とを考慮して選択する必要がある。そのため、基板Ｗの半径とほぼ同じ長さ（長手方向）Ｌｉを有する逆方向洗浄エリア３４のいずれの箇所に洗浄液の供給方向が向いた場合であっても、前記供給角度θは１°以上９０°未満であることが好ましい。より好ましくは、洗浄液の供給角度θは３０°以上８０°未満である。

以下、洗浄液供給ノズル２０が単孔ノズルである場合を考えてみる。供給角度θが０°の場合は、洗浄液供給ノズル２０がｘ軸上にある場合であり、この場合には洗浄液の供給方向は回転軸O_１と重なり、逆方向洗浄エリア３４に洗浄液を供給できない。
時計回りに回転している基板Ｗの基板表面に洗浄液を供給して先ず逆方向洗浄エリア３４に大量の洗浄液を供給するためには、洗浄液供給ノズル２０は図４においてｘ軸より上側に位置する必要がある。しかし、洗浄液供給ノズル２０がｙ軸上またはｙ軸より右側かつｘ軸より上側に位置する場合には、供給角度が９０°以上となる場合がある。例えば、逆方向洗浄エリア３４のうち基板Ｗの中心部近傍に向けて洗浄液供給ノズル２０から洗浄液を供給する場合である。この場合は、基板Ｗの回転方向に逆らう方向に洗浄液供給ノズル２０から洗浄液を供給することになり、また洗浄液が基板の中心部に向けて供給されるようになるため、汚染物を洗浄除去した洗浄液を基板上から排出するという観点から好ましくない。

洗浄液の供給角度の範囲を選定することにより、どのような形状のノズルをいくつ使用する場合であっても洗浄液供給ノズル２０の位置を決めることができる。このように、洗浄液の供給角度を特定して洗浄液を基板Wに供給することにより、基板Ｗの表面に供給された洗浄液は該表面に保持されて逆方向洗浄エリア３４に運ばれ基板表面を洗浄し、洗浄に使用された洗浄液の一部はロール洗浄部材１６の回転に伴って、基板Ｗの回転方向に対して上流側に掻き出される。掻き出された洗浄液は、基板Ｗ上に停滞することなく、あとから基板Ｗの表面に供給され該表面に保持されて逆方向洗浄エリア３４に運ばれてくる洗浄液と、基板の回転に伴う遠心力とにより速やかに基板の外周より外部に排出される。

本発明の基板洗浄方法は、図２に示すスクラブ洗浄装置を使用し、スピンドル１０で水平に保持して回転させた基板Ｗの表面に、ロール洗浄部材１６を回転させながらロール洗浄部材１６を接触させて該表面をスクラブ洗浄する。このスクラブ洗浄時に、基板Ｗの表面に洗浄液供給ノズル２０から洗浄液を供給する。

前述のように、洗浄エリア３０上の長さＬ_ｆの順方向洗浄エリア３２では、低い物理洗浄性しか得られず、長さＬ_ｉの逆方向洗浄エリア３４では、高い物理洗浄性が得られる。そこで、この例では、基板Ｗの表面に洗浄液供給ノズル２０から供給された洗浄液が、基板Ｗの１回転に伴って、先ず高い物理洗浄性が得られる逆方向洗浄エリア３４に供給され、この逆方向洗浄エリア３４で基板Ｗの洗浄に使用された後、低い物理洗浄性しか得られない順方向洗浄エリア３２に供給されて巡回するようにしている。

逆方向洗浄エリア３４では、基板Ｗの回転に伴って運ばれる洗浄液の流れの方向と逆方向にロール洗浄部材１６が回転する。基板Ｗの表面に供給された洗浄液は、逆方向洗浄エリア３４を基板Ｗの回転により通過した後に順方向洗浄エリア３２に供給される。このため、順方向洗浄エリア３２において、洗浄液が不足することはない。

この例のように、高い物理洗浄性が得られる逆方向洗浄エリア３４に大量の洗浄液を供給することで、たとえ順方向洗浄エリア３２に供給される洗浄液が不足しても、総合的に高い洗浄性能を得ることができる。しかも、逆方向洗浄エリア３４には基板Ｗとロール洗浄部材１６の相対移動速度がゼロとなる領域Mは存在せず、逆方向洗浄エリア３４で基板Ｗを重点的に洗浄することによって、基板Ｗの表面のロール洗浄部材１６からの逆汚染は格段に低減する。

前述したように、ｘ軸に沿って延びる逆方向洗浄エリア３４におけるロール洗浄部材の回転軸Ｏ_１と、洗浄液供給ノズル２０から基板Ｗの表面に供給される洗浄液の該表面に投影した供給方向とがなす洗浄液の供給角度θ（回転軸Ｏ_１から時計回りにみた角度）を、１°以上９０°未満とすることで、基板Ｗの表面に供給された洗浄液は該表面に保持されて逆方向洗浄エリア３４に運ばれ、ロール洗浄部材１６の回転に伴って、基板Ｗの回転方向に対して上流側に掻き出される。掻き出された洗浄液は、基板Ｗ上に停滞することなく、あとから基板Ｗの表面に供給され該表面に保持されて逆方向洗浄エリア３４に運ばれてくる洗浄液と、基板の回転に伴う遠心力とにより速やかに基板の外周より外部に排出される。

ＣＭＰは、一般に裏面を接触吸着して保持した基板の表面に対して行われる。このため、ＣＭＰ後の基板裏面は通常汚染されており、その後の洗浄で高い洗浄度で洗浄することが求められる。ここに、水平に保持した基板の裏面に供給されて該裏面に付着した洗浄液は、重力の影響を受け、自重により落下しやすい。このため、基板裏面に洗浄液を滞留させることは、基板表面と比較してより困難となる。すなわち、基板表面に供給される洗浄液と同じ流量の洗浄液を基板裏面に供給した場合、基板裏面に供給されて高い洗浄性が得られる洗浄エリアへ到達する洗浄液の液量が基板表面に比べて少なくなり、基板裏面の洗浄性が低下する。しかしながら、前述の基板表面とほぼ同様な洗浄方法を用いて、つまり、図３に示す、基板Ｗの裏面と接触するロール洗浄部材１８と該基板Ｗの相対回転速度が相対的に高い洗浄エリアに洗浄液が供給されるように、基板Ｗの裏面に洗浄液を供給する。これによって、基板Ｗの裏面に供給された洗浄液がロール洗浄部材１８と基板Ｗの相対回転速度が相対的に高い洗浄エリアに到達する時間を最短にすることで、自重による洗浄液の落下に起因する洗浄液の減少量を最小限に留めて、基板裏面の基板表面とほぼ同様の洗浄効果を得ることができる。

図６は、基板洗浄後に基板表面に残存するディフェクト数を測定した結果を、実施例１、実施例２及び比較例１について示している。スクラブ洗浄装置は図２に示す装置を使用した。
実施例１には、基板の左側エリアＷ_Ｌ（図２参照）に第１流量の洗浄液を供給しながら、基板表面を第１洗浄条件と第２洗浄条件で洗浄し乾燥させた時に基板表面に残存する４２ｎｍ以上のディフェクト数を測定した結果を示している。実施例２には、基板の左側エリアＷ_Ｌ（図２参照）に第１流量より大きな第２流量の洗浄液を供給しながら、基板表面を第１洗浄条件と第２洗浄条件で基板表面を洗浄し乾燥させた時に基板表面に残存する４２ｎｍ以上のディフェクト数を測定した結果を示している。比較例１には、基板の右側エリアＷ_Ｒ（図２参照）に第１流量の洗浄液を供給しながら、基板表面を第１洗浄条件と第２洗浄条件で洗浄し乾燥させた時に基板表面に残存する４２ｎｍ以上のディフェクト数を測定した結果を示している。
基板表面の乾燥は、スピンリンスドライを行った。また、ディフェクト数の測定は、ケーエルエー・テンコール（KLA−Tencor）社製の欠陥測定装置ＳＰ２を用いて行った。以下に述べるディフェクト数の測定も同様に行った。
図６における縦軸は、比較例１の第１洗浄条件におけるディフェクト数を１．０として、それぞれ各条件で洗浄したときのディフェクト数の相対的比率を示している。

この実施例１，２では、表面をＤＨＦ（希フッ酸）洗浄し、しかる後にＯ_３洗浄することで最表面に表面酸化膜を生成したベアシリコン基板を、研磨処理を施すことなく、被洗浄基板として使用した。このベアシリコン基板の表面特性は、超純水による接触角測定が接触角１°〜３°程度の親水性である。第１洗浄条件は、ベアシリコン基板を５０ｒｐｍで、ロール洗浄部材を２００ｒｐｍでそれぞれ回転させて低洗浄特性を得る条件であり、第２洗浄条件は、ベアシリコン基板を１５０ｒｐｍで、ロール洗浄部材を２００ｒｐｍでそれぞれ回転させて高洗浄特性を得る条件である。

この図６から、第１洗浄条件の実施例１，２にあっては、比較例１に比べ、基板表面に残存するディフェクト数を、例えば６５％〜５１％まで大幅に低減できる。さらに高い洗浄度である第２洗浄条件の実施例１，２にあっては、高い洗浄度で基板表面を効率的に洗浄して、基板表面に残存するディフェクト数を、例えば５３％〜２４％まで大幅に低減できることが判る。特に、洗浄条件１と洗浄条件２の比較から、基板の回転速度を高めて、ロール洗浄部材と基板の相対回転速度を相対的に高めることで、より高い洗浄効果が得られ、また、実施例１と実施例２から、図２に示す基板の左側エリアＷ_Ｌに供給される洗浄液の液量を増やすことによって、更に高い洗浄効果が得られることが判る。例えば図６から、基板表面に残るディフェクト数が２４％まで低減していることが判る。

図７は、基板洗浄後に基板表面に残存するディフェクト数を測定した結果を、実施例３、実施例４及び比較例２について示している。
実施例３，４には、表面にＬｏｗ−ｋ膜（ＢＤ２ｘ，ｋ＝２．４）が成膜された基板をＣＭＰ装置でＣＭＰによる研磨処理を施してから、基板表面を上記実施例１，２と同じ条件で洗浄し、ＩＰＡ（Iso−Propyl Alcohol）乾燥させた時に基板表面に残る１２０ｎｍ以上のディフェクト数を測定した結果を示している。比較例２には、基板の右側エリアＷ_Ｒ（図２参照）に第１流量の洗浄液を供給しながら第１洗浄条件と第２洗浄条件で洗浄しＩＰＡ乾燥させた時の基板表面に残存する１２０ｎｍ以上のディフェクト数を測定した結果を示している。この基板の表面特性は、表面上での超純水による接触角測定が接触角４０°〜６０°程度の疎水性である。
図７における縦軸は、比較例１の第１洗浄条件におけるディフェクト数を１．０として、それぞれ各条件で洗浄したときのディフェクト数の相対的比率を示している。

この図７からも、第１洗浄条件の実施例３，４にあっては、比較例２に比べ、基板表面に残存するディフェクト数を、例えば８１％〜６５％まで大幅に低減できる。さらに高い洗浄度である第２洗浄条件の実施例３，４にあっては、比較例２に比べ、基板表面を効率的に洗浄して、基板表面に残存するディフェクト数を、例えば４２％〜３０％まで大幅に低減できることが判る。特に、洗浄条件１と洗浄条件２の比較から、洗浄特性能力に拘わらず、本発明が洗浄後に基板表面に残るディフェクト数を低減するのに有効であること、すなわち、基板とロール洗浄部材を共に回転させながら互いに接触させて基板を洗浄する接触物理的な洗浄において、洗浄性能を向上させることができることが判る。また、実施例３と実施例４から、図２に示す基板の左側エリアＷ_Ｌに供給される洗浄液の液量を増やすことによっても、高い洗浄効果を得られることが判る。例えば図７から、基板表面に残るディフェクト数が３０％まで低減していることが判る。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１０ スピンドル
１２ 上部ロールホルダ
１４ 下部ロールホルダ
１６ 上部ロール洗浄部材（ロールスポンジ）
１８ 下部ロール洗浄部材（ロールスポンジ）
２０ 上部洗浄液供給ノズル
３０ 洗浄エリア
３２ 順方向洗浄エリア
３４ 逆方向洗浄エリア
Ｌ 洗浄エリアの長さ
Ｌ_ｆ 順方向洗浄エリアの長さ
Ｌ_ｉ 逆方向洗浄エリアの長さ

Claims (3)

1. 基板を洗浄する基板洗浄方法において、
   基板支持装置により基板を支持し、
   前記基板支持装置により基板を一方向に回転させ、
   基板の直径のほぼ全長に亘って直線状に延びるロール洗浄部材を該ロール洗浄部材の回転軸が基板の回転軸とほぼ直交するように位置させ、該ロール洗浄部材を一方向に回転させつつ、該ロール洗浄部材を洗浄エリアにおいて基板の表面に接触させて基板の表面をスクラブ洗浄し、
   前記ロール洗浄部材が基板の表面をスクラブ洗浄する間、所定の洗浄液供給角度θで洗浄液供給ノズルから基板表面の第１洗浄エリアに洗浄液を供給し、
   前記第１洗浄エリアは、基板の表面と前記ロール洗浄部材とが互いに接触する洗浄エリアの一部であり、
   前記第１洗浄エリアにおいて、基板の回転速度方向は前記ロール洗浄部材の回転速度方向と反対方向であり、
   前記ロール洗浄部材の回転軸から時計回り方向の角度として定義される前記所定角度θは、基板の表面に投影した前記ロール洗浄部材の回転軸と基板の表面に投影した洗浄液供給方向とのなす角度であり、
   前記所定角度θは、１°以上９０°未満であることを特徴とする基板洗浄方法。
2. 基板の直径のほぼ全長に亘って直線状に延びる下部ロール洗浄部材を一方向に回転させつつ、該下部ロール洗浄部材を洗浄エリアにおいて基板の裏面に接触させて基板の裏面をスクラブ洗浄し、
   基板の回転速度方向が前記下部ロール洗浄部材の回転速度方向と反対方向である基板裏面の洗浄エリアに、下部洗浄液供給ノズルから洗浄液を供給することを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄方法。
3. 基板の回転速度を高めることによって洗浄性能を高めることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄方法。

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