JP6297308B2 - 基板洗浄装置及び基板洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、洗浄液の存在下で、水平に回転している半導体ウエハ等の基板の表面に、鉛直方向に延びる円柱状の洗浄部材（ペンシル洗浄部材）の下端接触面を接触させ、洗浄部材を自転させながら一方向に向けて移動させて、基板表面をスクラブ洗浄する基板洗浄装置及び基板洗浄方法に関する。本発明の基板洗浄装置及び基板洗浄方法は、φ４５０ｍｍの大口径の半導体ウエハにも対応でき、フラットパネル製造工程やＣＭＯＳやＣＣＤなどのイメージセンサー製造工程、ＭＲＡＭの磁性膜製造工程などにも適用される。

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）や金属研磨屑などのパーティクル（ディフェクト）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。

半導体ウエハ等の基板の表面を、鉛直方向に延びる洗浄部材を自転させつつ一方向に移動させてスクラブ洗浄する基板洗浄装置として、基板表面への作用部位が先細り状の洗浄部材を使用したもの（特許文献１参照）、洗浄部材を所定角度傾斜させて径方向の一端部だけが基板と接触するようにしたもの（特許文献２参照）、少なくとも洗浄作用面を平滑に形成した天然ゴムからなる洗浄部材を使用したもの（特許文献３参照）等が提案されている。更に、基板と洗浄部材とを互いに逆方向に回転させて洗浄効果を高めた基板洗浄装置が提案されている（特許文献４参照）。

特開２００２−１８３６８号公報 特開２０００−１５１８９号公報 特開平１０−３１２９８２号公報 特開２００６−７３７８８号公報

従来の一般的なダマシン配線にあっては、金属としてタングステンが使用され、絶縁膜として酸化膜がそれぞれ使用されていた。タングステン及び酸化膜は、例えば水に対する接触角が１５°以下の親水性の表面特性を有している。近年、ダマシン配線にあっては、配線金属として銅が、絶縁膜として、誘電率が低い、いわゆるlow−k膜が採用されるようになってきている。この銅及びlow-k膜は、ＣＭＰ後の表面特性が、例えば水に対する接触角が３０°以上の疎水性であることから、ＣＭＰによって、銅及びlow-k膜が露出した基板表面を、洗浄液の存在下、鉛直方向に延びる洗浄部材（ペンシル洗浄部材）を使用したスクラブ洗浄で洗浄しようとすると、基板表面の濡れ性の不均一性が拡大して、基板表面を高い洗浄度で洗浄することが困難となる。

洗浄後に基板表面上に残存するスラリ残渣等のパーティクル（ディフェクト）は、半導体デバイスの歩留まり低下を招くことから、表面状態が疎水性である半導体デバイスにおけるＣＭＰ研磨後の基板表面のように、たとえ表面状態が疎水性であっても、基板表面を高い洗浄度で洗浄して基板表面に残存するディフェクト数を低減できるようにした基板洗浄装置及び基板洗浄方法の開発が強く望まれている。

半導体ウエハ等の基板の表面を、鉛直方向に延びる洗浄部材を自転させつつ一方向に移動させてスクラブ洗浄する、従来の一般的な基板洗浄装置にあっては、洗浄部材の変形に伴う洗浄部材の基板表面に対する接触圧力の変化を考慮したものではないため、基板表面のほぼ全域を高い洗浄度で洗浄することが一般に困難であった。

特に、今後シリコンウエハのサイズが、最大でφ３００ｍｍからφ４５０ｍｍの大口径となることから、φ４５０ｍｍのシリコンウエハ等の基板の表面のほぼ全域を高い洗浄度で洗浄することが更に困難になると考えられる。

本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、たとえ表面特性が疎水性であっても、基板表面のほぼ全域を高い洗浄度で効率的に洗浄して、基板表面に残存するディフェクト数を低減できるようにした基板洗浄装置及び基板洗浄方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の基板洗浄装置の一態様は、洗浄部材を、鉛直方向に延びる回転軸を中心に回転させながら一方向に向けて移動させ、洗浄液の存在下で、前記洗浄部材の下端接触面を水平に回転している基板の表面に擦り付けて該表面を洗浄する基板洗浄装置において、前記洗浄部材は、下端接触面と外周面上の直線とのなす角αが９０°＜α≦１５０°の逆円錐台形状を有し、前記洗浄部材の回転軸を該洗浄部材の移動方向と同じ方向に傾斜させながら、前記洗浄部材の下端接触面の全面を基板に接触させつつ前記洗浄部材を一方向に向けて移動させる。

これにより、洗浄部材を一方向に向けて移動させつつ、洗浄部材の下端接触面を基板の表面に擦り付けて該表面を洗浄する時、洗浄部材の回転軸を傾けることにより、該洗浄部材の変形量（撓み量）が変化する場合であっても、洗浄部材の下端接触面の一部が基板表面から浮き上がってしまうことを防止でき、これによって、洗浄部材の基板表面に対する接触圧力を調整して、たとえ表面特性が疎水性であっても、基板表面のほぼ全域を高い洗浄度で効率的に洗浄することができる。

前記洗浄部材の回転軸を該洗浄部材の移動方向と同じ方向に傾斜させながら、前記洗浄部材を一方向に向けて移動させる。例えば、洗浄部材の移動方向が右方向であれば、洗浄部材の回転軸を右方向に傾斜させる。これにより、洗浄部材の移動方向に沿って変形量（撓み量）が大きくなるように洗浄部材を変形させ、洗浄部材の基板表面に対する接触圧力が洗浄部材の移動方向に沿って大きくなるようにして、基板表面を洗浄部材で洗浄することができる。

前記洗浄部材を前記基板の回転方向に対して逆方向に回転させることが好ましい。
これにより、洗浄部材の基板の外周側により近い部分の洗浄部材の回転速度と基板の回転速度の相対回転速度を相対的に高めて、基板の外周側領域の洗浄効果を高めることができる。

前記洗浄部材の下端接触面が前記基板の回転中心を通り、かつ前記洗浄部材の回転軸が前記基板の回転中心を通らないように前記洗浄部材を一方向に向けて移動させることが好ましい。
これによって、基板の回転中心部を確実に洗浄することができる。

本発明の基板洗浄方法は、逆円錐台形状を有し、下端接触面と外周面上の直線とのなす角αが９０°＜α≦１５０°の洗浄部材を、鉛直方向に延びる回転軸を中心に回転させ、前記洗浄部材の回転軸を該洗浄部材の移動方向と同じ方向に傾斜させながら、前記洗浄部材の下端接触面の全面を基板に接触させつつ前記洗浄部材を一方向に向けて移動させ、洗浄液の存在下で、前記洗浄部材の下端接触面を水平に回転している基板の表面に擦り付けて該表面を洗浄する。
本発明の基板洗浄装置の他の態様は、洗浄液の存在下で、洗浄部材の下端接触面を基板の表面に擦り付けて該表面を洗浄する基板洗浄装置において、前記洗浄部材は、下端接触面と外周面上の直線とのなす角αが９０°＜α≦１５０°の逆円錐台形状を有し、前記洗浄部材を基板の表面に対して傾斜させながら、前記洗浄部材の下端接触面の全面を基板に接触させつつ前記洗浄部材を一方向に向けて移動させる。

本発明によれば、洗浄部材を一方向に向けて移動させつつ、洗浄部材の下端接触面を基板の表面に擦り付けて該表面を洗浄する時、洗浄部材の回転軸を傾けることにより、該洗浄部材の変形量（撓み量）が変化する場合であっても、洗浄部材の下端接触面の一部が基板表面から浮き上がってしまうことを防止できる。これによって、洗浄部材の基板表面に対する接触圧力を調整して、表面特性が疎水性であっても、基板表面のほぼ全域を高い洗浄度で効率的に洗浄して、基板表面に残存するディフェクト数を低減することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る基板洗浄装置を備えた基板処理装置の全体構成を示す平面図である。 図２は、図１に示す第２洗浄ユニットとして使用される、本発明の実施形態の基板洗浄装置を示す斜視図である。 図３は、図２に示す第２洗浄ユニットの基板と洗浄部材との関係を示す斜視図である。 図４は、洗浄部材の斜視図である。 図５は、洗浄部材の底面図である。 図６は、洗浄部材の中心を通る縦断面図である。 図７（ａ）は、洗浄部材の回転軸が鉛直軸と一致するようにして、洗浄部材を回転させつつ、洗浄部材を移動させている状態を示す図であり、図７（ｂ）は、洗浄部材の回転軸を洗浄部材の移動方向と同じ方向に傾斜させた状態で、洗浄部材を回転させつつ、洗浄部材を移動させている状態を示す図である。 図８（ａ）は、従来の一般的な円柱状の洗浄部材の回転軸が鉛直軸と一致するようにして、洗浄部材を回転させつつ、洗浄部材を移動させている状態を示す図であり、図８（ｂ）は、洗浄部材の回転軸を洗浄部材の移動方向と同じ方向に傾斜させた状態で、洗浄部材を回転させつつ、洗浄部材を移動させている状態を示す図である。 図９は、図７（ｂ）に示す状態における洗浄部材の基板の表面に対する接触圧力の分布状態を示す図である。 図１０（ａ）は、図９における洗浄部材の左半分（基板中心側に位置する部分）における、基板の回転方向、洗浄部材の回転方向及び洗浄部材の基板の表面に対する接触圧力の関係を示す図であり、図１０（ｂ）は、洗浄部材の右半分（基板外周側に位置する部分）における、基板の回転方向、洗浄部材の回転方向及び洗浄部材の基板の表面に対する接触圧力の関係を示す図である。 図１１は、図８（ａ）に示す状態における洗浄部材の基板の表面に対する接触圧力の分布状態を示す図である。 図１２（ａ）は、図１１における洗浄部材の左半分（基板中心側に位置する部分）における、基板の回転方向、洗浄部材の回転方向及び洗浄部材の基板の表面に対する接触圧力の関係を示す図であり、図１２（ｂ）は、洗浄部材の右半分（基板外周側に位置する部分）における、基板の回転方向、洗浄部材の回転方向及び洗浄部材の基板の表面に対する接触圧力の関係を示す図である。 図１３は、基板、洗浄部材及び洗浄液供給ノズルの位置関係を示す平面図である。 図１４は、実施例１，２及び比較例１，２における、サンプル表面に残ったディフェクト数を計測した結果を示すグラフである。 図１５は、実施例３及び比較例３における、サンプル表面に残ったディフェクト数を計測した結果を示すグラフである。

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、本発明の実施形態に係る基板洗浄装置を備えた基板処理装置の全体構成を示す平面図である。図１に示すように、基板処理装置は、略矩形状のハウジング１０と、多数の半導体ウエハ等の基板をストックする基板カセットが載置されるロードポート１２を備えている。ロードポート１２は、ハウジング１０に隣接して配置されている。ロードポート１２には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができる。ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。

ハウジング１０の内部には、複数（この例では４つ）の研磨ユニット１４ａ〜１４ｄと、研磨後の基板を洗浄する第１洗浄ユニット１６及び第２洗浄ユニット１８と、洗浄後の基板を乾燥させる乾燥ユニット２０が収容されている。研磨ユニット１４ａ〜１４ｄは、基板処理装置の長手方向に沿って配列され、洗浄ユニット１６，１８及び乾燥ユニット２０も基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。本発明の実施形態に係る基板洗浄装置は、第２洗浄ユニット１８に適用されている。

ロードポート１２、該ロードポート１２側に位置する研磨ユニット１４ａ及び乾燥ユニット２０に囲まれた領域には、第１搬送ロボット２２が配置され、研磨ユニット１４ａ〜１４ｄと平行に、搬送ユニット２４が配置されている。第１搬送ロボット２２は、研磨前の基板をロードポート１２から受け取って搬送ユニット２４に受け渡すとともに、乾燥後の基板を乾燥ユニット２０から受け取ってロードポート１２に戻す。搬送ユニット２４は、第１搬送ロボット２２から受け取った基板を搬送して、各研磨ユニット１４ａ〜１４ｄとの間で基板の受け渡しを行う。

第１洗浄ユニット１６と第２洗浄ユニット１８の間に位置して、これらの各ユニット１６，１８との間で基板の受け渡しを行う第２搬送ロボット２６が配置され、第２洗浄ユニット１８と乾燥ユニット２０との間に位置して、これらの各ユニット１８，２０との間で基板の受け渡しを行う第３搬送ロボット２８が配置されている。更に、ハウジング１０の内部に位置して、基板処理装置の各機器の動きを制御する制御部３０が配置されている。

この例では、第１洗浄ユニット１６として、洗浄液の存在下で、基板の表面（及び裏面）に、円柱状で長尺状に水平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それぞれ一方向に回転させて基板の表面（及び裏面）をスクラブ洗浄するロール洗浄ユニットが使用されている。この第１洗浄ユニット（ロール洗浄ユニット）１６は、洗浄液に１ＭＨｚ付近の超音波を加え、洗浄液の振動加速度による作用力を基板表面に付着した微粒子に作用させるメガソニック洗浄を併用するように構成されている。

第２洗浄ユニット１８として、本発明の実施形態の基板洗浄装置が使用されている。また、乾燥ユニット２０として、水平に回転する基板に向けて、移動する噴射ノズルからＩＰＡ蒸気を噴出して基板を乾燥させ、更に基板を高速で回転させ遠心力によって基板を乾燥させるスピン乾燥ユニットが使用されている。

図２は、図１に示す第２洗浄ユニット１８として使用される、本発明の実施形態に係る基板洗浄装置の概要を示す斜視図で、図３は、図２に示す第２洗浄ユニット１８における基板と洗浄部材との関係を示す斜視図である。

図２及び図３に示すように、本発明の実施形態の基板洗浄装置としての第２洗浄ユニット１８は、半導体ウエハ等の基板Ｗを保持し回転させる基板保持機構４０と、基板保持機構４０で保持される基板Ｗの側方に配置された回転自在な支持軸４２と、この支持軸４２の上端に基部を連結した水平方向に延びる揺動アーム４４を備えている。揺動アーム４４の自由端（先端）には、例えばＰＶＡスポンジから成り、略鉛直方向に延びる回転軸Ｏ_１を中心に回転するペンシル型洗浄部材４６が上下動自在かつ自転自在に取付けられている。このペンシル型洗浄部材４６の直径は、基板Ｗの直径より小さく設定されている。更に、基板保持機構４０で保持される基板Ｗの側方かつ上方に位置して、水平に回転している基板Ｗの表面に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズル４８が配置されている。

基板保持機構４０は、基板Ｗを水平状態に保持するチャック６０を先端に装着した複数本（図示では４本）のアーム６２を備えており、このアーム６２の基端は、回転軸６４と一体に回転する基台６６に連結されている。これによって、基板保持機構４０のチャック６０で保持された基板Ｗは、矢印Ｅ方向に回転するようになっている。

ペンシル型洗浄部材４６は、支持軸４２の回転に伴う揺動アーム４４の揺動によって、図３に矢印Ｍで示すように、基板Ｗの略半径方向に沿って、基板Ｗのほぼ中心から基板の外周縁に向かって移動する。

ペンシル型の洗浄部材４６は、図４乃至図６に詳細に示すように、下端接触面４６ａの面積（直径Ｄ_１）よりも上端面４６ｂの面積（直径Ｄ_２）の方が広くなっている（Ｄ_１＜Ｄ_２）。ペンシル型洗浄部材４６の中心を通る縦断面図を図６に示す。図６に示すように、ペンシル型洗浄部材４６は、下端接触面４６ａと外周面４６ｃ上の直線（母線）とのなす角αが９０°＜α≦１５０°の逆円錐台形状を有している。この洗浄部材４６の下端接触面４６ａと外周面４６ｃ上の直線とのなす角αは、９０°＜α≦１２０°であることが好ましく、９５°＜α≦１２０°であることが更に好ましい。

第２洗浄ユニット１８による基板Ｗの洗浄例を説明する。図２に示すように、先ず、基板保持機構４０のチャック６０で基板Ｗを水平に保持して回転させる。この基板Ｗの回転方向Ｅは、例えば図２及び図３に示すように、時計回り方向である。この水平に回転している基板Ｗの表面に洗浄液供給ノズル４８から洗浄液を供給する。この時、ペンシル型の洗浄部材４６は、基板Ｗの回転中心近傍の上方である洗浄開始位置Ａ（図１３参照）に位置している。

次に、洗浄部材４６を基板Ｗの回転方向Ｅとは逆の回転方向Ｆ（図２及び図３参照）に回転させながら下降させ、洗浄部材４６の下端接触面４６ａを基板Ｗの表面に所定の押圧力で接触させる。そして、下端接触面４６ａを基板Ｗの表面に所定の押圧力で接触させながら、揺動アーム４４を稼働させて、ペンシル型の洗浄部材４６を、図３に示す、基板Ｗのほぼ半径方向に沿った移動方向Ｍに沿って、基板Ｗの外周縁の洗浄終了位置まで移動させる。これによって、基板Ｗの全表面の洗浄部材４６によるスクラブ洗浄が行われる。

ここに、図７（ａ）に示すように、洗浄部材４６の回転軸Ｏ_１が鉛直軸Ｏ_２と一致するようにして、回転軸Ｏ_１を中心に洗浄部材４６を回転させつつ、基板Ｗの外周縁に向け、移動方向Ｍに沿って洗浄部材４６を移動させても良い。本実施例では、図７（ｂ）に示すように、洗浄部材４６の回転軸Ｏ_１を洗浄部材４６の移動方向Ｍと同じ方向に傾斜角θだけ傾斜させた状態で、つまり、洗浄部材４６の回転軸Ｏ_１を鉛直軸Ｏ_２に対して傾斜角θだけＭ方向に傾斜させた状態で、回転軸Ｏ_１を中心に洗浄部材４６を回転させつつ、基板Ｗの外周縁に向け、移動方向Ｍに沿って洗浄部材４６を移動させるようにしている。傾斜角θは、好ましくは１°〜１５°である。傾斜角θを大きくしすぎると洗浄部材４６と基板Ｗとの間に洗浄液が入りにくくなり、また洗浄部材４６の傾斜により基板に圧力がかかりすぎ、接触面内での圧力分布が偏りすぎるという観点から傾斜角を１°以上１５°以下（１°≦α≦１５°）に設定している。ここで、傾斜角αは、１°以上でなくとも、洗浄部材４６の回転軸Ｏ_１が傾斜していない状態すなわち傾斜角が０°より大きければよい。

この時、前述のように、図６において、下端接触面４６ａと外周面４６ｃ上の直線とのなす角αが９０°＜α≦１５０°の逆円錐台形状を有している洗浄部材４６を使用することで、下端接触面４６ａの一部が基板Ｗの表面から浮き上がってしまうことを防止することができる。

つまり、図８（ａ）に示すように、従来の一般的な円柱状の洗浄部材（以下、比較洗浄部材という）５０を、その回転軸Ｏ_３が鉛直軸Ｏ_４と一致するようにして、回転軸Ｏ_３を中心に回転させつつ、基板Ｗの外周縁に向け、移動方向Ｍに沿って比較洗浄部材５０を移動させる場合には、比較洗浄部材５０の下端接触面５０ａは基板Ｗの表面から浮き上がることはない。しかし、図８（ｂ）に示すように、比較洗浄部材５０の回転軸Ｏ_３を比較洗浄部材５０の移動方向Ｍと同じ方向に傾斜角θだけ傾斜させた状態で、回転軸Ｏ_３を中心に比較洗浄部材５０を回転させつつ、基板Ｗの外周縁に向け、移動方向Ｍに沿って移動させると、比較洗浄部材５０の移動方向側の外周面に撓みによるくびれ部分５２が発生し、この括れ部分５２の下方にある下端接触面５０ａの部分が基板Ｗの表面から浮き上がってしまう。図８において、洗浄部材５０の回転方向Ｆと基板Ｗの回転方向Ｅは同じ方向である。

このように、比較洗浄部材５０の下端接触面５０ａの一部が基板Ｗの表面から浮き上がる傾向にあると、比較洗浄部材５０と基板Ｗとの間にパーティクル（ディフェクト）が保持され、この比較洗浄部材５０と基板Ｗとの間に保持されたパーティクルが比較洗浄部材５０の外部の基板Ｗ上に排出されて基板Ｗ上に残ってしまう。

本実施例では、洗浄部材４６を逆円錐台形状にすることによって、洗浄部材４６の回転軸Ｏ_１を洗浄部材４６の移動方向Ｍと同じ方向に傾斜角θだけ傾斜させた状態で、回転軸Ｏ_１を中心に洗浄部材４６を回転させつつ、基板Ｗの外周縁に向け、移動方向Ｍに沿って洗浄部材４６を移動させても、下端接触面４６ａの一部が基板Ｗの表面から浮上ることがない。この場合、図９に示すように、洗浄部材４６の変形量（撓み量）は、下端接触面４６ａが洗浄部材４６の移動方向Ｍ側に向かうほど大きくなるため、洗浄部材４６の基板Ｗの表面に対する接触圧力Ｐが洗浄部材４６の移動方向Ｍに向かうほど大きくなるようにすることができる。

つまり、洗浄部材４６の基板Ｗの外周側により近い部分（図９において洗浄部材４６の右半分部分）では洗浄部材４６の基板Ｗの表面に対する接触圧力Ｐ_１が相対的に大きく、洗浄部材４６の基板Ｗの中心側により近い部分（図９において洗浄部材４６の左半分部分）では洗浄部材４６の基板Ｗの表面に対する接触圧力Ｐ_２が相対的に小さくなる。これによって、洗浄部材４６の基板Ｗの表面に対する接触圧力Ｐを調整して、基板Ｗの表面特性が疎水性であっても、基板Ｗの表面のほぼ全域を高い洗浄度で効率的に洗浄することができる。

このように、洗浄部材４６の基板Ｗの外周側により近い部分（図９において洗浄部材４６の右半分部分）では、図１０（ｂ）に示すように、洗浄部材４６の基板Ｗの表面に対する接触圧力Ｐ_１が相対的に大きく、かつ基板Ｗと洗浄部材４６の相対回転速度が比較的大きくなるようにすることで、この洗浄部材の部分での洗浄効率を高めることができる。一方、洗浄部材４６の基板Ｗの中心側により近い部分（図９において洗浄部材４６の左半分部分）では、図１０（ａ）に示すように、洗浄部材４６の基板Ｗの表面に対する接触圧力Ｐ_２が相対的に小さく、かつ基板Ｗと洗浄部材４６の相対回転速度が比較的小さくなるようにすることで、この洗浄部材の部分での基板Ｗの洗浄部材４６からの逆汚染を少なくすることができる、これにより、高い洗浄性を維持して、基板の外周まで確実に洗浄することができる。

一方、図１１に示すように、比較洗浄部材５０の回転軸Ｏ_３を鉛直軸Ｏ_４と一致させ、回転軸Ｏ_３を中心に比較洗浄部材５０を回転させつつ、基板Ｗの外周縁に向け、移動方向Ｍに沿って比較洗浄部材５０を移動させると、比較洗浄部材５０の変形量（撓み量）が比較洗浄部材５０の全域でほぼ一定となって、比較洗浄部材５０の基板Ｗの表面に対する接触圧力Ｐ_３が比較洗浄部材５０の全域でほぼ一定となる。このため、比較洗浄部材５０の基板Ｗの表面に対する接触圧力Ｐ_３を比較洗浄部材５０の移動方向Ｍに沿って次第に大きくなるように調整することができず、特に、特性が疎水性である基板表面のほぼ全域を高い洗浄度で効率的に洗浄することが困難となる。

更に、基板Ｗの回転方向Ｅと比較洗浄部材５０の回転方向Ｆを互いに同じ方向とすると、比較洗浄部材５０の基板Ｗの中心側により近い部分（図１１において比較洗浄部材５０の左半分部分）では、基板Ｗの回転方向Ｅと比較洗浄部材５０の回転方向Ｆが互いに逆方向となって、図１２（ａ）に示すように、両者の相対回転速度が相対的に高く（両回転速度の和）なる。一方、比較洗浄部材５０の基板Ｗの外周側により近い部分（図１１において比較洗浄部材５０の右半分部分）では、図１２（ｂ）に示すように、基板Ｗの回転方向Ｅと比較洗浄部材５０の回転方向Ｆが互いに順方向となって、両者の相対回転速度が相対的に低く（両回転速度の差の絶対値）なる。

このため、比較洗浄部材５０の基板Ｗの中心側に位置する部分では、高い洗浄性を確保できるものの、比較洗浄部材５０の基板Ｗの外周側に位置する部分では、高い洗浄性を確保できず、比較洗浄部材５０から基板Ｗへの逆汚染が生じて、基板Ｗの外周部での洗浄度が低下してしまう。

なお、本実施例では、基板Ｗと洗浄部材４６とを互いに逆方向に回転させているが、同じ方向に回転させてもよい。

図１３に示すように、洗浄部材４６の洗浄開始位置Ａは、洗浄部材４６が基板Ｗのほぼ半径方向に沿った移動方向Ｍに沿って移動する時、基板Ｗの回転中心Ｏ_５付近を確実に通過するように、移動方向Ｍに沿って基板Ｗの回転中心Ｏ_５より後方の位置に設定されている。つまり、洗浄部材４６が洗浄開始位置Ａに位置するとき、洗浄部材４６の下端接触面４６ａは、基板Ｗの回転中心Ｏ_５に触れることはなく、洗浄部材４６が移動方向Ｍに沿って移動する時に、下端接触面４６ａが基板Ｗの回転中心Ｏ_５上を通過するように構成されている。

洗浄部材４６の洗浄開始位置Ａを基板Ｗの外周縁近傍に設定し、洗浄部材４６が基板Ｗの直径のほぼ全長に亘って移動し、その途中で、下端接触面４６ａが基板Ｗの回転中心
Ｏ_５上を通過するようにしてもよい。

また、洗浄部材４６の回転軸Ｏ_１を通り、洗浄部材４６の移動方向Ｍに沿って延びる直線Ｓ_１と、基板Ｗの回転中心Ｏ_５を通り前記直線Ｓ_１と平行な直線Ｓ_２との距離Ｌは、０より大きく、洗浄部材４６の下端接触部４６ａの半径Ｒ（＝Ｄ_１／２）よりも小さく（０＜Ｌ＜Ｄ_１／２）設定されている。

これにより、洗浄部材４６の下端接触面４６ａが基板Ｗの回転中心Ｏ_５上を通り、かつ洗浄部材４６の回転軸Ｏ_１が基板Ｗの回転中心Ｏ_５上を通らないようにして、基板Ｗの回転中心Ｏ_５の無回転部分を洗浄部材４６で確実に洗浄することができる。

洗浄液供給ノズル４８として、基板Ｗ上に細長い矩形状に洗浄液が分布される洗浄ノズルではなく、基板Ｗ上に楕円状に洗浄液が分布される円錐ノズルが使用され、洗浄液供給ノズル４８から供給された洗浄液が基板Ｗの回転中心Ｏ_５付近まで直接または洗浄液の流れで達するように、洗浄液供給ノズル４８が配置されている。更に、洗浄液供給ノズル４８は、洗浄液供給ノズル４８の噴射方向、つまり洗浄液供給ノズル４８と基板Ｗの回転中心Ｏ_５とを結ぶ直線Ｓ_３と前記直線Ｓ_２とがなす角度βが、６０°〜１２０°となる位置に配置されている。このように洗浄液供給ノズル４８を配置することにより、ペンシル型洗浄部材４６が稼働する範囲に多量の新鮮な洗浄液を供給することができる。
ここでは、薬液供給ノズルとして円錐ノズルを使用し、楕円状に洗浄液が分布するようにしているが、ノズル形状や洗浄液の分布形状がこれらに限定されることはない。

基板Ｗの表面に供給された洗浄液は、基板Ｗが水平に回転していることで遠心力を受けて、基板Ｗの表面への接触と同時に基板の外周方向に移動しながら、基板Ｗの全表面に拡がる。このため、前述のように、洗浄液供給ノズル４８の洗浄部材４６の移動方向Ｍに対する角度βを６０°〜１２０°とすることで、新鮮で多量の洗浄液を洗浄部材４６の下端接触面４６ａに供給することができる。

洗浄液供給ノズル４８から供給された洗浄液が基板Ｗに接触する接触エリアＣの基板Ｗに対する最外周位置と基板Ｗの回転中心Ｏ_５との距離Ｓ_４は、基板Ｗの半径の１／３以上であることが好ましく、このように洗浄液が基板Ｗに接触した状態で基板Ｗが回転すると、洗浄液は、基板Ｗの表面上に遠心力でより均一に拡がる。この接触エリアＣの基板Ｗに対する最外周位置に位置する洗浄液は、基板Ｗの表面上において、遠心力によって基板Ｗの外周へ運搬される際、洗浄部材４６の最外周位置Ｂよりも手前で基板Ｗの外周に排出されることが好ましい。このため、例えば、基板Ｗの表面が疎水性（接触角≧６０°）の場合、基板の回転速度は、２００ｒｐｍ以上に設定される。

洗浄液の存在下で基板に洗浄部材を擦り付けて基板をスクラブ洗浄する場合、総合的な洗浄特性は、洗浄液を用いたパーティクル等の除去洗浄特性と洗浄部材の接触による接触洗浄特性の総和になる。この例のように、新鮮で多量の洗浄液を洗浄部材４６の下端接触面４６ａに供給することで、高い洗浄特性を得るとともに、洗浄液の使用効率を高めることができる。

図１に示す基板処理装置では、ロードポート１２内の基板カセットから取り出した基板の表面を、研磨ユニット１４ａ〜１４ｄのいずれかに搬送して研磨する。そして、研磨後の基板表面を第１洗浄ユニット（ロール洗浄ユニット）１６で粗洗浄した後、第２洗浄ユニット（基板洗浄装置）１８で仕上げ洗浄する。そして、洗浄後の基板を第２洗浄ユニット１８から取り出し、乾燥ユニット２０に搬入して乾燥させ、しかる後、乾燥後の基板をロードポート１２の基板カセット内に戻す。

接触洗浄の総合的な洗浄性は、洗浄部材の接触による汚染と洗浄特性の総和になる。そこで、洗浄部材の接触による基板への汚染を評価するため、表面特性が親水性のサンプル基板表面を、図２に示す第２洗浄ユニット（基板洗浄装置）１８を使用して洗浄し、更に洗浄後のサンプル基板をスピン乾燥させた時に、サンプル基板表面に残った４２ｎｍ以上のパーティクル（ディフェクト）の数を計測した時の結果を図１４に実施例１として示す。同様にして、表面特性が疎水性のサンプル基板表面を、図２に示す第２洗浄ユニット（基板洗浄装置）１８を使用して洗浄し、更に洗浄後のサンプル基板をＩＰＡ乾燥させた時に、サンプル基板表面に残った４２ｎｍ以上のパーティクル（ディフェクト）の数を計測した時の結果を図１４に実施例２として示す。

図１４には、従来の一般的な洗浄ユニットを使用して、表面特性が親水性のサンプル基板表面を洗浄し、その他は実施例１と同様にして、サンプル基板表面に残った４２ｎｍ以上のパーティクル（ディフェクト）の数を計測した時の結果を比較例１として、同様にして、表面特性が疎水性のサンプル基板表面に残った４２ｎｍ以上のパーティクル（ディフェクト）の数を計測した時の結果を比較例２として示している。

図１４において、ディフェクト数は、比較例を１００％として、実施例のディフェクト数を比較例に対する百分率で示している。図１５においても同様に示す。

図１４から、実施例１、２は、比較例１，２に比較して、洗浄後にサンプル基板表面に残存する４２ｎｍ以上のディフェクト数を格段（親水性表面では７０．６９％、疎水性表面では０．２２％）に減少させて汚染を防止することができることが判る。この効果は、基板表面が疎水性の性状の場合に顕著であることが判る。

表面特性が疎水性のlow-k膜（ｋ＝２．４）を表面に形成したサンプル基板の該表面（low-k膜）を研磨ユニットで研磨し、研磨後のサンプル基板表面を、前述と同様にして、図２に示す第２洗浄ユニット（基板洗浄装置）１８を使用して洗浄し、更に洗浄後のサンプル基板をＩＰＡ乾燥させた時に、サンプル基板表面に残った１００ｎｍ以上のパーティクル（ディフェクト）の数を計測した時の結果を図１５に実施例３として示す。サンプル基板表面（low-k膜表面）を研磨し、従来の一般的な洗浄ユニットを使用して研磨後のサンプル基板表面を洗浄した。洗浄後のサンプル基板をＩＰＡ乾燥させ、実施例３と同様に１００ｎｍ以上のパーティクル（ディフェクト）の数を計測した。計測した時の結果を比較例３として図１５に示している。

図１５から、実施例は、比較例に比較して、洗浄後にサンプル基板表面に残存する１００ｎｍ以上のディフェクト数を格段（約３０％減）に減少させ得ることが判る。

本発明によれば、たとえ基板の表面特性が疎水性であっても、基板の表面を高い洗浄度で洗浄することができる。つまり、配線金属として銅を使用し、絶縁膜としてlow−k膜を採用してダマシン配線を形成し、ＣＭＰによって、表面が疎水性の銅及びlow−k膜が露出した基板表面であっても、この基板表面を高い洗浄度で洗浄して表面に残存するディフェクト数を低減することができる。

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。

１４ａ〜１４ｄ 研磨ユニット
１６ 第１洗浄ユニット
１８ 第２洗浄ユニット（基板洗浄装置）
２０ 乾燥ユニット
２４ 搬送ユニット
３０ 制御部
４０ 基板保持機構
４４ 揺動アーム
４６ 洗浄部材
４６ａ 下端接触面
４６ｂ 上端面
４６ｃ 外周面
４８ 洗浄液供給ノズル
５０ 比較洗浄部材

Claims (7)

1. 洗浄部材を、鉛直方向に延びる回転軸を中心に回転させながら一方向に向けて移動させ、洗浄液の存在下で、前記洗浄部材の下端接触面を水平に回転している基板の表面に擦り付けて該表面を洗浄する基板洗浄装置において、
   前記洗浄部材は、下端接触面と外周面上の直線とのなす角αが９０°＜α≦１５０°の逆円錐台形状を有し、
   前記洗浄部材の回転軸を該洗浄部材の移動方向と同じ方向に傾斜させながら、前記洗浄部材の下端接触面の全面を基板に接触させつつ前記洗浄部材を一方向に向けて移動させることを特徴とする基板洗浄装置。
2. 前記洗浄部材を前記基板の回転方向に対して逆方向に回転させることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
3. 前記洗浄部材の下端接触面が前記基板の回転中心を通り、かつ前記洗浄部材の回転軸が前記基板の回転中心を通らないように前記洗浄部材を一方向に向けて移動させることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
4. 逆円錐台形状を有し、下端接触面と外周面上の直線とのなす角αが９０°＜α≦１５０°の洗浄部材を、鉛直方向に延びる回転軸を中心に回転させ、前記洗浄部材の回転軸を該洗浄部材の移動方向と同じ方向に傾斜させながら、前記洗浄部材の下端接触面の全面を基板に接触させつつ前記洗浄部材を一方向に向けて移動させ、洗浄液の存在下で、前記洗浄部材の下端接触面を水平に回転している基板の表面に擦り付けて該表面を洗浄することを特徴とする基板洗浄方法。
5. 前記洗浄部材を前記基板の回転方向に対して逆方向に回転させることを特徴とする請求項４に記載の基板洗浄方法。
6. 前記洗浄部材の下端接触面が前記基板の回転中心を通り、かつ前記洗浄部材の回転軸が前記基板の回転中心を通らないように前記洗浄部材を一方向に向けて移動させることを特徴とする請求項４に記載の基板洗浄方法。
7. 洗浄液の存在下で、洗浄部材の下端接触面を基板の表面に擦り付けて該表面を洗浄する基板洗浄装置において、
   前記洗浄部材は、下端接触面と外周面上の直線とのなす角αが９０°＜α≦１５０°の逆円錐台形状を有し、
   前記洗浄部材を基板の表面に対して傾斜させながら、前記洗浄部材の下端接触面の全面を基板に接触させつつ前記洗浄部材を一方向に向けて移動させることを特徴とする基板洗浄装置。

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