JP6320762B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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Description

この発明は、ポーラス構造を有する膜(ポーラス膜)が表層に形成されている基板を、処理する技術に関する。処理対象となる基板には、例えば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、FED(Field Emission Display)用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板、等が含まれる。
半導体装置や液晶表示装置等の製造工程では、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板等の基板から異物を除去する洗浄処理が行われる。洗浄処理に関して、例えば、特許文献1,2には、所謂、二流体ノズルを用いて、純水とガスとを混合して純水の液滴を生成し、この純水の液滴を基板に向けて噴射して、純水の液滴が基板に衝突する際の運動エネルギーによって、基板に付着している異物を物理的に除去する技術が開示されている。
ところで、近年、層間絶縁膜の低誘電率化の要求に応じるべく、デンス膜では達成することが難しい、比誘電率が2.5以下の膜(いわゆる、Ultra Low-k膜:ULK膜)を、ポーラス構造(多孔構造)を有するポーラス膜(多孔膜)により達成する技術が実用化されている。
特許文献3に記載されているように、このようなポーラス膜は水を嫌う(水によって、誘電率に変化が生じる)とされ、ポーラス膜に対しては純水による洗浄は好ましくないとされていた。そこで、例えば特許文献3では、純水を用いずに、IPA(イソプロピルアルコール)を用いて、ポーラス膜を有する基板を洗浄することが提案されている。
特開2009−21617号公報 特開2011−77153号公報 特開2003−275696号公報
ところで、液滴の生成条件(処理液の流量およびガスの流量)を等しくして、処理液としてIPAを用いてIPAの液滴で基板を洗浄する場合と、処理液として純水を用いて純水の液滴で基板を洗浄する場合とを比べると、前者の方が後者よりも低い異物除去効果しか得られないことが判明している。したがって、純水を用いずに、IPAの液滴だけで、表層にポーラス膜が形成されている基板を洗浄する場合、基板のダメージは抑制されるものの、相当な時間IPAの液滴の噴出を続けなければ基板から異物を十分に除去できないという難点がある。この態様では、処理時間が長くなり、IPAの消費量の増大も避けられない。このため、表層にポーラス膜が形成されている基板を十分に洗浄できる別の手法が求められていた。
この発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、表層にポーラス膜が形成されている基板を、ダメージを抑制しつつ、十分に洗浄できる技術を提供することを目的とする。
第1の態様は、ポーラス構造を有するポーラス膜が表層に形成されている基板を処理する基板処理方法であって、a)水を含有する第1処理液と気体とを混合して前記第1処理液の液滴を生成して、前記第1処理液の液滴を、前記ポーラス膜に向けて噴射する工程と、b)前記a)工程の後に、前記第1処理液よりも揮発性の高い有機溶剤である第2処理液と気体とを混合して前記第2処理液の液滴を生成して、前記第2処理液の液滴を、前記ポーラス膜に向けて噴射する工程と、を備える。
第2の態様は、第1の態様に係る基板処理方法であって、前記第1処理液が、純水である。
第3の態様は、第1または第2の態様に係る基板処理方法であって、前記第2処理液が、イソプロピルアルコールである。
第4の態様は、第1から第3のいずれかの態様に係る基板処理方法であって、前記a)工程において、前記第1処理液の液滴の着液位置を移動させつつ、前記第1処理液の液滴を前記ポーラス膜に向けて噴射する。
第5の態様は、第1から第4のいずれかの態様に係る基板処理方法であって、前記b)工程において、前記第2処理液の液滴の着液位置を移動させつつ、前記第2処理液の液滴を前記ポーラス膜に向けて噴射する。
第6の態様は、ポーラス構造を有するポーラス膜が表層に形成されている基板を処理する基板処理装置であって、基板を保持する保持部と、処理液と気体とを混合して前記処理液の液滴を生成して、前記液滴を噴射する二流体ノズルと、前記二流体ノズルに、水を含有する第1処理液の液滴を生成させて、前記第1処理液の液滴を、前記ポーラス膜に向けて噴射させ、その後に、前記第1処理液よりも揮発性の高い有機溶剤である第2処理液の液滴を生成させて、前記第2処理液の液滴を、前記ポーラス膜に向けて噴射させる、制御部と、を備える。
第1〜第6の態様によると、まず、水を含有する第1処理液の液滴によって、基板に付着している異物が有効に除去される。このときに、ポーラス膜のポーラス内に入り込んでしまった第1処理液は、次の工程で、第2処理液に置換されて、ポーラス内から除去される。したがって、水を含有する第1処理液がポーラス内に残留することに起因して基板にダメージが生じることがない。また、ポーラス内の第2処理液は、速やかに揮発するので、第2処理液が基板にダメージを与えることもない。このように、第1〜第6の態様によると、表層にポーラス膜が形成されている基板を、ダメージを抑制しつつ、十分に洗浄できる。
特に、第4の態様によると、第1処理液の液滴の着液位置が移動するので、基板の上面内の広い範囲に第1処理液の液滴を衝突させることができる。これによって、基板の上面内を特に十分に洗浄できる。
特に、第5の態様によると、第2処理液の液滴の着液位置が移動するので、基板の上面内の広い範囲に第2処理液の液滴を衝突させることができる。これによって、基板の上面内におけるダメージの発生を特に十分に抑制できる。
基板処理装置の模式的な側面図である。 二流体ノズルの模式的な側断面図である。 基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。 処理対象となる基板の表層付近の様子を模式的に示す断面図である。 基板処理装置によって行われる処理の一例を説明するための図である。 第1液滴処理を説明するための図である。 第2液滴処理を説明するための図である。 純水およびIPAの各々について、窒素ガスの流量の増加に伴う異物除去率の変動態様を示す図である。 純水およびIPAの各々について、窒素ガスの流量の増加に伴う比誘電率の変動態様を示す図である。
以下、図面を参照しながら、実施の形態について説明する。以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。また、以下に参照する各図では、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。
<1.基板処理装置100の構成>
基板処理装置100は、例えば半導体ウエハ等の円板状の基板9を、1枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置である。基板処理装置100の構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、基板処理装置100の模式的な側面図である。
基板処理装置100は、スピンチャック1と、飛散防止部2と、液滴供給部3と、制御部4と、を備える。
<スピンチャック1>
スピンチャック1は、基板9を、略水平姿勢に保持する基板保持部であって、当該基板9を、その主面の中心を通る鉛直な回転軸のまわりで回転させる。
スピンチャック1は、基板9より若干大きい円板状の部材であるスピンベース11を備える。スピンベース11の下面中央部には、回転軸部12が連結されている。回転軸部12は、その軸線を鉛直方向に沿わすような姿勢で配置される。また、回転軸部12には、これをその軸線まわりに回転駆動する回転駆動部(例えば、モータ)13が接続される。回転軸部12および回転駆動部13は、筒状のケーシング14内に収容されている。また、スピンベース11の上面の周縁部付近には、適当な間隔をおいて複数個(例えば6個)の保持部材15が設けられている。保持部材15は、基板9の端面と当接して基板9の水平方向の位置決めを行うとともに、スピンベース11の上面より僅かに高い位置で(すなわち、スピンベース11の上面から定められた間隔を隔てて)、基板9を略水平姿勢で保持する。
この構成において、保持部材15がスピンベース11の上方で基板9を保持した状態で、回転駆動部13が回転軸部12を回転すると、スピンベース11が鉛直方向に沿った軸心周りで回転され、これによって、スピンベース11上に保持された基板9が、その面内の中心を通る鉛直な回転軸のまわりで、回転される。
回転駆動部13および保持部材15は、制御部4と電気的に接続されており、制御部4の制御下で動作する(図3参照)。つまり、スピンベース11上に基板9を保持するタイミング、保持された基板9を開放するタイミング、および、スピンベース11の回転態様(具体的には、回転開始タイミング、回転終了タイミング、回転数(すなわち、回転速度)、等)は、制御部4によって制御される。
<飛散防止部2>
飛散防止部2は、スピンベース11に保持されて回転される基板9から飛散する処理液等を受け止める。
飛散防止部2は、カップ21を備える。カップ21は、上端が開放された筒形状の部材であり、スピンチャック1を取り囲むように設けられる。カップ21は、例えば、内部材211、中部材212、および、外部材213を、備える。
内部材211は、上端が開放された筒形状の部材であり、円環状の底部材211aと、底部材211aの内側縁部から上方に延びる円筒状の内壁部材211bと、底部材211aの外側縁部から上方に延びる円筒状の外壁部材211cと、内壁部材211bと外壁部材211cとの間に立設された円筒状の案内壁211dと、を備える。案内壁211dは、底部材211aから上方に延び、上端部付近が内側上方に向かって湾曲している。内壁部材211bの少なくとも先端付近は、スピンチャック1のケーシング14に設けられた鍔状部材141の内側空間に収容される。
底部材211aには、内壁部材211bと案内壁211dとの間の空間と連通する排液溝(図示省略)が形成される。この排液溝は、工場の排液ラインと接続される。また、この排液溝には、溝内を強制的に排気して、内壁部材211bと案内壁211dとの間の空間を負圧状態とする排気液機構が接続されている。内壁部材211bと案内壁211dとの間の空間は、基板9の処理に使用された処理液を集めて排液するための空間であり、この空間に集められた処理液は、排液溝から排液される。
また、底部材211aには、案内壁211dと外壁部材211cとの間の空間と連通する第1の回収溝(図示省略)が形成される。第1の回収溝は、第1の回収タンクと接続される。また、この第1の回収溝には、溝内を強制的に排気して、案内壁211dと外壁部材211cとの間の空間を負圧状態とする排気液機構が接続されている。案内壁211dと外壁部材211cとの間の空間は、基板9の処理に使用された処理液を集めて回収するための空間であり、この空間に集められた処理液は、第1の回収溝を介して、第1の回収タンクに回収される。
中部材212は、上端が開放された筒形状の部材であり、内部材211の案内壁211dの外側に設けられている。中部材212の上部は内側上方に向かって湾曲しており、その上端縁部は案内壁211dの上端縁部に沿って折曲されている。
中部材212の下部には、内周面に沿って下方に延びる内周壁部材212aと、外周面に沿って下方に延びる外周壁部材212bとが形成される。内周壁部材212aは、内部材211と中部材212とが近接する状態(図1に示される状態)において、内部材211の案内壁211dと外壁部材211cとの間に収容される。また、外周壁部材212bの下端は、円環状の底部材212cの内側縁部に着設される。底部材212cの外側縁部からは、上方に延びる円筒状の外壁部材212dが立設される。
底部材212cには、外周壁部材212bと外壁部材212dとの間の空間と連通する第2の回収溝(図示省略)が形成される。第2の回収溝は、第2の回収タンクと接続される。また、この第2の回収溝には、溝内を強制的に排気して、外周壁部材212bと外壁部材212dとの間の空間を負圧状態とする排気液機構が接続されている。外周壁部材212bと外壁部材212dとの間の空間は、基板9の処理に使用された処理液を集めて回収するための空間であり、この空間に集められた処理液は、第2の回収溝を介して、第2の回収タンクに回収される。
外部材213は、上端が開放された筒形状の部材であり、中部材212の外側に設けられている。外部材213の上部は内側上方に向かって湾曲しており、その上端縁部201は、中部材212の上端縁部および内部材211の上端縁部より僅かに内方で下方に折曲されている。内部材211、中部材212、および、外部材213が近接する状態(図1に示される状態)において、中部材212の上端縁部および内部材211の上端縁部が、外部材213の折曲された部分によって、覆われる。
外部材213の下部には、内周面に沿って下方に延びるように内周壁部材213aが形成される。内周壁部材213aは、中部材212と外部材213とが近接する状態(図1に示される状態)において、中部材212の外周壁部材212bと外壁部材212dとの間に収容される。
カップ21には、これを昇降移動させるカップ駆動機構22が配設されている。カップ駆動機構22は、例えば、ステッピングモータにより構成される。カップ駆動機構22は、カップ21が備える3個の部材211,212,213を、独立して昇降させる。
内部材211、中部材212、および、外部材213の各々は、カップ駆動機構22の駆動を受けて、上方位置と下方位置との間で移動される。ここで、各部材211,212,213の上方位置は、当該部材211,212,213の上端縁部が、スピンベース11上に保持された基板9の側方に配置される位置である。一方、各部材211,212,213の下方位置は、当該部材211,212,213の上端縁部が、スピンベース11の上面よりも下方に配置される位置である。ただし、カップ駆動機構22は、制御部4と電気的に接続されており、制御部4の制御下で動作する(図3参照)。つまり、カップ21の位置(具体的には、内部材211、中部材212、および、外部材213各々の位置)は、制御部4によって制御される。
外部材213が下方位置に配置されている状態(すなわち、内部材211、中部材212、および、外部材213の全てが、下方位置に配置されている状態)を指して、以下「カップ21が待避位置にある」という。スピンベース11に対する基板9の搬出入が行われる間は、カップ21は、待避位置に配置される。
一方、外部材213が上方位置に配置されている状態を指して、以下「カップ21が処理位置にある」という。ただし、「カップ21が処理位置にある」状態には、以下の3つの状態が含まれる。第1の状態は、内部材211、中部材212、および、外部材213の全てが、上方位置に配置された状態である(図1に示される状態)。この状態では、スピンチャック1に保持されている基板9から飛散した処理液は、内部材211の内壁部材211bと案内壁211dとの間の空間に集められて、排液溝から排液される。第2の状態は、内部材211が下方位置に配置されるとともに、中部材212および外部材213が上方位置に配置された状態である。この状態では、スピンチャック1に保持されている基板9から飛散した処理液は、内部材211の案内壁211dと外壁部材211cとの間の空間に集められて、第1の回収タンクに回収される。第3の状態は、内部材211および中部材212が下方位置に配置されるとともに、外部材213が上方位置に配置された状態である。この状態では、スピンチャック1に保持されている基板9から飛散した処理液は、中部材212の外周壁部材212bと外壁部材212dとの間の空間に集められて、第2の回収タンクに回収される。
<液滴供給部3>
液滴供給部3は、スピンチャック1に保持されている基板9に向けて、処理液の液滴を供給する。液滴供給部3は、処理液にガスを衝突させて処理液の液滴を生成して、これを噴出する二流体ノズル31を備える。
二流体ノズル31の構成例について、図2を参照しながら具体的に説明する。図2は、二流体ノズル31の構成を模式的に示す縦断面図である。
二流体ノズル31は、そのケーシング外で、処理液にガスを衝突させて処理液の液滴を生成する、所謂、外部混合型の二流体ノズルであり、ケーシングを構成する外筒301と、外筒301に内嵌された内筒302と、を備える。
外筒301および内筒302は、いずれも、円筒状の外形を呈し、中心軸Lを共有する同軸状に配置されている。また、外筒301の下端面301aは、中心軸Lと直交するリング状の面となっている。基板9の処理時には、二流体ノズル31は、この中心軸Lが、基板9の上面に垂直になるような姿勢(すなわち、下端面301aが基板9の上面と平行になるような姿勢)で、配置される。
内筒302には、中心軸Lに沿う直線状の内部空間303が形成されている。この内部空間303は、内筒302の下端で円形に開口する。内部空間303の上端には、処理液供給源321,322と接続された分岐配管323(後述する)が、接続されている。分岐配管323を介して処理液供給源321,322から供給された処理液は、内部空間303に流入し、その下端の開口304から吐出(中心軸Lに沿って下向きに吐出)される。つまり、内部空間303は、処理液の流路であり、開口304は、処理液の吐出口である。以下において、内部空間303を「処理液流路303」ともいう。また、内部空間303の下端の開口304を「処理液吐出口304」ともいう。
内筒302は、大径部分302aと、その下方に連続して設けられ、大径部分302aよりも外径が小さい小径部分302bと、を備える。内筒302の外側に嵌められる外筒301の内径は、大径部分302aの外径と等しく、外筒301は、その下端部分を除いてほぼ一定の内径を有している。したがって、小径部分302bの外壁と外筒301の内壁との間には間隙305が形成される。この間隙305は、中心軸Lを中心とした断面リング状の空間であり、外筒301の下端でリング状(すなわち、処理液吐出口304を取り囲むリング状)に開口する。
間隙305の上端付近には、外筒301の内外面を貫通して設けられたL字型の導入管306の一端が、連通している。この導入管306の他端には、ガス供給源331と接続された配管332(後述する)が、接続されている。配管332および導入管306を介してガス供給源331から供給されたガスは、間隙305に流入し、その下端の開口307から吐出される。つまり、間隙305は、ガスの流路であり、開口307はガスの吐出口である。以下において、間隙305を「ガス流路305」ともいう。また、間隙305の下端の開口307を「ガス吐出口307」ともいう。
小径部分302bの下端付近には、その外周面から径方向外方に向けて張り出すフランジ308が形成される。フランジ308には、これを貫通する貫通孔309が形成されており、ガス流路305に流入したガスは、この貫通孔309を通過する際に流れる方向を変換されて、中心軸Lのまわりを旋回するように流れる旋回流とされる。
小径部分302bにおける、フランジ308が形成されている部分よりも下側の部分には、フランジ308の下側面から中心軸Lに沿って突出する円筒状の短筒部310が形成されている。短筒部310は、その中心軸が中心軸Lと一致するように配置されている。短筒部310の外径は、外筒301の下端面301aの内縁径よりも小さく、短筒部310の下端面と外筒301の下端面301aとの間には、中心軸Lを取り囲むリング状の開口307が形成される。この開口307が、間隙(すなわち、ガス流路)305を外部空間に連通させる開口(すなわち、ガス吐出口)307を形成する。
ガス流路305に流入したガスは、フランジ308に形成された貫通孔309を通過する際に旋回流とされて、短筒部310の周囲の空間311に流入する。ここで、外筒301の内壁面における、短筒部310の周りを取り囲む部分は、下方に向かうにしたがって内径が小さくなる縮径形状に形成されている。したがって、短筒部310の周囲の空間311に流入したガスの旋回流は、当該空間311内で、旋回するにつれ中心軸Lに近づく渦巻き状の気流となって、ガス吐出口307から吐出される。ガス吐出口307から吐出された渦巻き状の気流は、処理液吐出口304から中心軸Lに沿って吐出される処理液を取り囲むように流れて、中心軸L上のある点Fに収束するように進む。以下において、この点Fを「収束点F」ともいう。
処理液吐出口304から処理液が吐出されるとともに、ガス吐出口307からガスが吐出されると、二流体ノズル31の外部空間(具体的には、収束点Fおよびその付近)において、処理液(すなわち、液相の処理液)とガスとが衝突して混合されて、処理液が微細な液滴となる。すなわち、処理液の液滴が生成される。生成された処理液の液滴は、ガスの気流によって加速されて噴流となる。すなわち、収束点Fの下方において、ガスは、旋回するにつれ中心軸Lから遠ざかりつつ下方に向かう渦巻き状の気流となっており、液滴は、この気流によって加速されることによって、基板9に向けて噴射される。
再び図1を参照する。二流体ノズル31には、これに処理液を供給する配管系である処理液供給部32が接続されている。処理液供給部32は、具体的には、例えば、第1処理液供給源321、第2処理液供給源322、分岐配管323、および、複数のバルブ324,325を、組み合わせて構成されている。
第1処理液供給源321は、第1処理液の供給源である。第1処理液は、水を含有する処理液である。一方、第2処理液供給源322は、第2処理液の供給源である。第2処理液は、第1処理液よりも揮発性の高い有機溶剤である。ここでは、例えば、第1処理液は、純水(Deionized water:DIW)であり、第2処理液は、IPA(イソプロピルアルコール)であるとする。
第1処理液供給源321は、分岐配管323の分岐側の一端に接続されており、第2処理液供給源322は、分岐配管323の分岐側の他端に接続されている。また、分岐配管323の合流側の端部は、二流体ノズル31(具体的には、二流体ノズル31の内筒302)に接続されている。分岐配管323の分岐位置と第1処理液供給源321との間には、第1バルブ324が介挿されており、分岐配管323の分岐位置と第2処理液供給源322との間には、第2バルブ325が介挿されている。
また、二流体ノズル31には、これにガスを供給する配管系であるガス供給部33が接続されている。ガス供給部33は、具体的には、例えば、ガス供給源331、配管332、および、ガスバルブ333を、組み合わせて構成されている。この構成において、ガス供給源331は、ガス(ここでは、例えば、窒素(N)ガス)を供給する供給源であり、このガス供給源331が、ガスバルブ333が介挿された配管332を介して、二流体ノズル31(具体的には、二流体ノズル31の導入管306)に接続されている。もっとも、ガス供給源331は、窒素ガス以外のガス(例えば、窒素ガス以外の各種の不活性ガス、乾燥空気、等)を供給するものであってもよい。
上記の構成において、第1バルブ324とガスバルブ333とが開放されると、第1処理液供給源321から供給される純水(液相の純水)と、ガス供給源331から供給される窒素ガスとが、二流体ノズル31に供給される。そして、二流体ノズル31で、純水と窒素ガスとが混合されて、純水が微細な液滴となり、この液滴が噴流となって、二流体ノズル31から吐出される。
また、第2バルブ325とガスバルブ333とが開放されると、第2処理液供給源322から供給されるIPA(液相のIPA)と、ガス供給源331から供給される窒素ガスとが、二流体ノズル31に供給される。そして、二流体ノズル31で、IPAと窒素ガスとが混合されて、IPAが微細な液滴となり、この液滴が噴流となって、二流体ノズル31から吐出される。
ただし、第1バルブ324、第2バルブ325、および、ガスバルブ333の各々は、制御部4と電気的に接続されており、制御部4の制御下で開閉される(図3参照)。つまり、二流体ノズル31からの処理液の吐出態様(具体的には、吐出開始タイミング、吐出終了タイミング、吐出される液滴の種類、吐出流量、吐出される液滴の勢い、等)は、制御部4によって制御される。
二流体ノズル31は、水平に延在するアーム34の先端部に取り付けられている。アーム34の基端部は、軸線を鉛直方向に沿わすような姿勢で配置された昇降軸35の上端に連結されている。昇降軸35は、ノズル基台36に配設されている。
ノズル基台36には、二流体ノズル31を駆動するノズル駆動部37が配設されている。ノズル駆動部37は、例えば、昇降軸35をその軸線まわりに回転させる回転駆動部(例えば、サーボモータ)と、昇降軸35をその軸線に沿って伸縮させる昇降駆動部(例えば、ステッピングモータ)と、を含んで構成される。ノズル駆動部37が昇降軸35を回動させると、二流体ノズル31が、水平面内の円弧軌道に沿って移動し、ノズル駆動部37が昇降軸35を伸縮させると、二流体ノズル31が、基板9の上面と近接離間する方向に移動する。
ただし、ノズル駆動部37は、制御部4と電気的に接続されており、制御部4の制御下で動作する(図3参照)。つまり、二流体ノズル31の位置は、制御部4によって制御される。なお、制御部4は、二流体ノズル31からの液滴の噴出が行われない間は、二流体ノズル31を、基板9の搬送経路と干渉しない位置(待避位置)に配置する。
<制御部4>
制御部4は、基板処理装置100内の各部を動作制御する装置である。制御部4のハードウエアとしての構成は、一般的なコンピュータと同様のものを採用できる。すなわち、制御部4は、例えば、各種演算処理を行うCPU、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるROM、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAM、制御用ソフトウェアやデータ等を記憶しておく磁気ディスク、等を備えている。制御部4において、プログラムに記述された手順に従って主制御部としてのCPUが演算処理を行うことにより、基板処理装置100の各部を制御する各種の機能部が実現される。もっとも、制御部4において実現される一部あるいは全部の機能部は、専用の論理回路等でハードウエア的に実現されてもよい。また、制御部4のメモリあるいはハードディスクには、基板処理装置100の処理内容を定めた処理レシピが記憶されている。
制御部4は、図3に示されるように、回転駆動部13、保持部材15、カップ駆動機構22、第1バルブ324、第2バルブ325、ガスバルブ333、ノズル駆動部37、等と電気的に接続されている。制御部4が、処理レシピに従って、これらの各部を動作させることにより、基板9に対する一連の処理が進行する。
<2.基板9>
次に、基板処理装置100で処理対象とされる基板9の表層付近の様子について、図4を参照しながら説明する。図4は、当該基板9の表層付近の様子を模式的に示す断面図である。
基板処理装置100で処理対象とされる基板9の表層には、比誘電率(k値)が低い膜(具体的には、比誘電率が例えば2.5以下の膜であり、所謂、Ultra Low-k膜:ULK膜)が形成される。比誘電率が2.5以下の膜は、デンス膜では達成することが難しく、このような膜は、ポーラス膜(多孔膜)により達成される。つまり、基板9の表層には、ポーラス構造(多孔構造)を有するULK膜(以下、単に、「ポーラス膜90」ともいう)が形成される。ポーラス膜90における、ポーラス(空孔)の平均直径は、例えば、約0.9nm(ナノメートル)程度である。
<3.処理の流れ>
基板処理装置100にて行われる処理の流れについて、図1および図5を参照しながら説明する。図5は、基板処理装置100において行われる処理の流れの一例を示す図である。基板処理装置100においては、制御部4の制御下で、以下に説明する一連の処理が実行される。
まず、カップ21および二流体ノズル31が、各々の待避位置に配置されている状態において、搬送ロボット(図示省略)が、基板9を基板処理装置100に搬入し、基板9を、その表面(ポーラス膜90が形成されている側の面)が上を向く姿勢で、スピンベース11上に配置する(ステップS1)。スピンベース11上に配置された基板9は、一群の保持部材15によって保持される。これによって、スピンベース11上に、基板9が、略水平姿勢で保持された状態となる。
スピンベース11上に基板9が保持されると、スピンベース11の回転が開始され、これによって、スピンベース11上に保持される基板9が、水平姿勢で回転開始される(ステップS2)。
続いて、第1液滴処理が行われる(ステップS3)。第1液滴処理について、図6を参照しながら説明する。図6は、第1液滴処理を説明するための図であり、その一部分には、第1液滴処理における基板9の表面付近の様子が模式的に拡大表示されている。
第1液滴処理においては、第1バルブ324およびガスバルブ333が開放される。すると、二流体ノズル31において、純水と窒素ガスとが混合されて純水の液滴D1が生成され、二流体ノズル31から、回転される基板9のポーラス膜90に向けて、当該純水の液滴D1の噴流が吐出される。ただし、この吐出と並行して、ノズル駆動部37が、二流体ノズル31を、スピンベース11上の基板9の上面と非接触状態で近接する水平面内において、基板9の回転方向と交差する方向に沿って移動させる。具体的には、ノズル駆動部37は、二流体ノズル31を、基板9の中央部と対向する第1位置(すなわち、二流体ノズル31から吐出された液滴の噴流が、基板9の上面中央部に衝突する位置)P1と、基板9の周縁部と対向する第2位置(すなわち、二流体ノズル31から吐出された液滴の噴流が、基板9の上面周縁部に衝突する位置)P2とを結ぶ円弧軌道に沿って、往復移動させる。基板9が回転している状態で、二流体ノズル31が第1位置P1と第2位置P2との間を往復移動すると、二流体ノズル31から吐出される純水の液滴D1の着液位置が、基板9の上面の全域を移動(走査(スキャン))し、基板9の上面内の全ての位置に、純水の液滴D1が衝突する。すなわち、基板9の上面の全域に、純水の液滴D1が供給される。
純水の液滴D1が、基板9の上面内の各位置に衝突することによって、当該位置に付着している異物(パーティクル)が物理的に除去される。ここでは、主として、ポーラス膜90のポーラスのサイズよりも十分に大きい異物が、除去対象とされる。ただし、二流体ノズル31に供給される純水の流量が同じであれば、二流体ノズル31に供給される窒素ガスの流量が大きいほど、二流体ノズル31から噴出される液滴の運動エネルギーが大きくなり、基板9の異物除去率(Particle Removal Efficiency:PRE)が高まる(後に説明する図8のグラフA1(DIW)を参照)。第1液滴処理においては、二流体ノズル31から噴出される純水の液滴D1の運動エネルギーが、十分に大きなものとなるように(具体的には、純水の液滴D1が基板9の上面の異物を十分に除去できるような運動エネルギーを有するものとなるように)、十分な流量の窒素ガスを流しながら、純水の液滴D1が生成される。一例として、純水の流量は0.1(l/min)であり、窒素ガスの流量は30(l/min)である。十分に大きな運動エネルギーを有する純水の液滴D1が、基板9の上面内の各位置に勢いよく衝突することによって、当該位置に付着している異物が十分に除去される。一方で、このような大きな運動エネルギーを有する純水の液滴D1が勢いよく基板9に衝突すると、衝突した純水の液滴D1の一部が、ポーラス膜90の表面に露出しているポーラスに入り込む。
第1バルブ324およびガスバルブ333が開放されてから定められた時間が経過すると、第1バルブ324およびガスバルブ333が閉鎖されて、二流体ノズル31からの純水の液滴D1の噴流の吐出が停止される。これによって、第1液滴処理が終了する。上述したとおり、第1液滴処理が終了した後の基板9の上面においては、純水の液滴D1の一部が、ポーラス膜90の表面に露出しているポーラスに入り込んだ状態となっている。
続いて、第2液滴処理が行われる(ステップS4)。第2液滴処理について、図7を参照しながら説明する。図7は、第2液滴処理を説明するための図であり、その一部分には、第2液滴処理における基板9の表面付近の様子が模式的に拡大表示されている。
第2液滴処理においては、第2バルブ325およびガスバルブ333が開放される。すると、二流体ノズル31において、IPAと窒素ガスとが混合されてIPAの液滴D2が生成され、二流体ノズル31から、回転される基板9のポーラス膜90に向けて、当該IPAの液滴D2の噴流が吐出される。ただし、この吐出と並行して、ノズル駆動部37が、二流体ノズル31を、スピンベース11上の基板9の上面と非接触状態で近接する水平面内において、基板9の回転方向と交差する方向に沿って移動させる。具体的には、ノズル駆動部37は、二流体ノズル31を、基板9の中央部と対向する第1位置P1と、基板9の周縁部と対向する第2位置P2とを結ぶ円弧軌道に沿って、往復移動させる。このように、第2液滴処理においても、第1液滴処理と同様、基板9が回転している状態で、二流体ノズル31が第1位置P1と第2位置P2との間を往復移動するので、二流体ノズル31から吐出されるIPAの液滴D2の着液位置が、基板9の上面の全域を移動(走査)し、基板9の上面内の全ての位置に、IPAの液滴D2が衝突する。すなわち、基板9の上面の全域に、IPAの液滴D2が供給される。
IPAの液滴D2が、基板9の上面内の各位置に衝突することによって、当該位置に付着している異物が物理的に除去される。また、IPAの液滴D2によって、基板9に付着している有機物などの残渣が溶解されて除去される。さらに、IPAの液滴D2が、基板9の上面内の各位置に供給されることによって、当該位置に残存している純水が、IPAに置換される。ただし、第2液滴処理においても、二流体ノズル31から噴出されるIPAの液滴D2の運動エネルギーが十分に大きなものとなるように(具体的には、基板9に衝突したIPAの液滴D2の一部が、ポーラス膜90の表面に露出しているポーラスに入り込むことができるような運動エネルギーを有するものとなるように)、十分な流量の窒素ガスを流しながらIPAの液滴D2が生成される。一例として、IPAの流量は0.1(l/min)であり、窒素ガスの流量は30(l/min)である。十分に大きな運動エネルギーを有するIPAの液滴D2が勢いよく基板9に衝突することによって、衝突したIPAの液滴D2の一部が、ポーラス膜90の表面に露出しているポーラスに入り込み、当該ポーラス内に残存していた純水が、IPAに置換される。つまり、第2液滴処理では、基板9の表面上に残存している純水だけでなく、基板9の表面に露出しているポーラス内に入り込んでいる純水までもが、IPAに置換される。
第2バルブ325およびガスバルブ333が開放されてから定められた時間が経過すると、第2バルブ325およびガスバルブ333が閉鎖されて、二流体ノズル31からのIPAの液滴D2の噴流の吐出が停止される。これによって、第2液滴処理が終了する。
続いて、乾燥処理が行われる(ステップS5)。具体的には、基板9に向けての処理液の吐出が停止された状態で、スピンベース11の回転速度が、高速の回転速度(例えば、液滴処理時の回転速度よりも高速の回転速度)に上昇される。これによって、スピンベース11上の基板9に残存しているIPAが振り切られて基板9から除去され、基板9が乾燥される(所謂、スピンドライ)。また、IPAは、純水に比べて揮発しやすい。したがって、ポーラス内の純水と置換されたIPAも、速やかに揮発する。
スピンベース11が高速の回転速度で回転され始めてから定められた時間が経過すると、スピンベース11の回転が停止される。
続いて、カップ21および二流体ノズル31が、各々の待避位置に移動されるとともに、保持部材15が基板9を開放し、搬送ロボット(図示省略)が、当該基板9を基板処理装置100から搬出する(ステップS6)。以上で、当該基板9に対する一連の処理が終了する。
<4.洗浄態様とダメージとの関係>
ここで、表層にポーラス膜90が形成されている基板9の洗浄態様と、当該基板9が受けるダメージとの関係性について、図8、図9を参照しながら説明する。
発明者は、純水と窒素ガスとを混合して生成される純水の液滴を、表層にポーラス膜90が形成されている基板9に向けて噴射した場合、純水の流量が同じであれば、窒素ガスの流量が大きいほど、異物除去率(Particle Removal Efficiency:PRE)が高まることを、見いだした(図8のグラフA1(DIW)を参照。ただし、図8の各グラフにおいて、縦軸は異物除去率を、横軸は窒素ガスの流量を、それぞれ表している。また、各サンプルにおける純水の流量は全て等しい。)。これは、窒素ガスの流量が大きくなるほど、生成される純水の液滴の運動エネルギーが大きくなり、異物を除去する物理力が大きくなるためと考えられる。
また、発明者は、表層にポーラス膜90が形成されている基板9に向けて、処理液と窒素ガスとを混合して生成される処理液の液滴を噴射する場合、液滴の生成条件(処理液の流量および窒素ガスの流量)が等しければ、処理液としてIPAを用いるよりも、処理液として純水を用いる方が、高い異物除去効果を得られることを見いだした(図8のグラフA2(IPA)を参照。ただし、グラフA1(DIW)の全サンプルにおける純水の流量とグラフA2(IPA)の全サンプルにおけるIPAの流量とは等しい。)。これは、純水の表面張力がIPAの表面張力よりも大きく、また、純水の方が比重も大きいため、同じ量の窒素ガスを用いて液滴化された純水とIPAとを比べると、前者の液滴の方が異物を除去する物理力が高いためと考えられる。
ここまでの実験および考察に基づけば、表層にポーラス膜90が形成されている基板9の異物除去率を高めるためには、純水と十分な流量の窒素ガスとを混合して純水の液滴を生成して、当該純水の液滴を基板9に向けて噴射することが有効であると考えられる。
ところが、その一方で、発明者は、純水と混合される窒素ガスの量が増加すると、生成された純水の液滴の噴射を受けたポーラス膜90の比誘電率が上昇することを、見いだした(図9のグラフB1(DIW)を参照。ただし、図9の各グラフにおいて、縦軸は比誘電率の変動率を、横軸は窒素ガスの流量を、それぞれ表している)。純水と比較的多量の窒素ガスとを混合して純水の液滴を生成してこれを基板9に噴射した場合に、ポーラス膜90の比誘電率が上昇してしまう原因は、次のように考えられる。すなわち、一般的なポーラス膜90のポーラスの平均直径は約0.9nmとごく微小であり、純水の液滴のサイズは、ポーラスのサイズよりも大きい。このため、液滴の運動エネルギーが比較的小さければ、当該液滴がポーラス内に入り込むことはない。ところが、上述したとおり、窒素ガスの流量が大きくなるにつれて生成される純水の液滴の運動エネルギーが大きくなるため、ある境界値を超える流量の窒素ガスを流しながら生成された液滴が基板9に噴射されると、純水の液滴の運動エネルギーが大きすぎるために、当該液滴の一部が、ポーラスの中に押し込まれてしまう現象が生じる。ポーラス内に入り込んでしまった純水は、スピンドライ等では除去されづらいため、ポーラス内に残留し、これが、ポーラス膜90の比誘電率の上昇を引き起こす原因となる。ポーラス内に入り込んだ純水は、比誘電率の上昇だけでなく、基板9のメタル成分の腐食等も引き起こす虞がある。つまり、ポーラス内に入り込んだ純水は、基板9に各種のダメージを与える原因となり得る。
このように、表層にポーラス膜90が形成されている基板9の異物除去率を高めるためには、純水と十分な流量の窒素ガスとを混合して純水の液滴を生成して、当該純水の液滴を基板9に向けて噴射することが有効であるものの、そのような洗浄態様では、基板9に各種のダメージ(比誘電率の上昇、メタル成分の腐食等)が生じてしまう虞があることが、発明者の上記の実験および考察によって判明した。
なお、発明者は、IPAの場合は、これと混合される窒素ガスの量が増加しても、生成されたIPAの液滴の噴射を受けたポーラス膜90の比誘電率の上昇は生じにくいことを、確認している(図9のグラフB2(IPA))。これは、純水よりも揮発性が高いIPAは、その液滴がポーラス内に入り込んだとしても、ポーラス内に残留せずに、速やかに揮発するためと考えられる。つまり、ポーラス内に入り込んだIPAは、基板9にダメージを与える原因となりにくい。
上述したとおり、基板処理装置100においては、はじめに、純水と窒素ガスとを混合して純水の液滴を生成して、当該純水の液滴を基板9に向けて噴射し(ステップS3:第1液滴処理)、その後、IPAと窒素ガスとを混合してIPAの液滴を生成して、当該IPAの液滴を基板9に向けて噴射する(ステップS4:第2液滴処理)。
この構成によると、第1液滴処理において、IPAよりも異物除去能力が高い純水の液滴によって、表層にポーラス膜90が形成されている基板9に付着している異物が有効に除去される。一方で、第1液滴処理においてポーラス内に純水が入り込んでしまったとしても、この純水は、続く第2液滴処理において、IPAに置換されて、ポーラス内から除去される。したがって、ポーラス内に純水が残留することに起因して基板9にダメージが生じることがない。つまり、基板9のダメージを心配せずに、純水の液滴を生成する際の窒素ガスの流量を大きくすることができる。また、ポーラス内のIPAは、速やかに揮発するので、IPAが基板9にダメージを与えることもない。このように、上記の態様によると、表層にポーラス膜90が形成されている基板9を、ダメージを抑制しつつ、十分に洗浄できる。
なお、上記の説明においては、第1処理液として純水が、第2処理液としてIPAが、それぞれ用いられていたが、第1処理液として、水を含有する処理液を用い、第2処理液として、第1処理液よりも揮発性の高い有機溶剤を用いれば、純水とIPAの組み合わせ以外の処理液の組み合わせでも、上記に説明したものと同様の効果が得られる。すなわち、第1処理液として、水を含有する処理液(例えば、炭酸水)を用いれば、第1処理液として純水を用いた場合と同程度以上の異物除去効果を得られる。また、第1液滴処理において第1処理液がポーラス内に入り込んでしまっても、当該第1処理液は、続く第2液滴処理において、第2処理液に置換されて、ポーラス内から除去されるので、ポーラス内に水が残留することに起因して基板9にダメージが生じることがない。一方で、第2処理液として、第1処理液よりも揮発性の高い有機溶剤(例えば、メタノール、エタノール、アセトン、および、IPAのうちの少なくとも1種を含む有機溶剤)を用いれば、ポーラス内の第1処理液が容易に第2処理液に置換されるので、ポーラス内に第1処理液が残存することを、十分に回避できる。また、第1処理液と置き換わってポーラス内に入り込んだ第2処理液は、速やかに揮発するので、当該第2処理液が基板9にダメージを与えることもない。
<5.効果>
上記の実施の形態においては、まず、水を含有する第1処理液の液滴によって、基板9に付着している異物が有効に除去される。このときに、ポーラス膜90のポーラス内に入り込んでしまった第1処理液は、次の工程で、第2処理液に置換されて、ポーラス内から除去される。したがって、水を含有する第1処理液がポーラス内に残留することに起因して基板9にダメージが生じることがない。また、ポーラス内の第2処理液は、速やかに揮発するので、第2処理液が基板9にダメージを与えることもない。このように、上記の実施の形態によると、表層にポーラス膜90が形成されている基板を、ダメージを抑制しつつ、十分に洗浄できる。
また、上記の実施の形態によると、第1処理液の液滴の着液位置が移動するので、基板9の上面内の広い範囲(上記の実施の形態においては、基板9の上面の全域)に第1処理液の液滴を衝突させることができる。これによって、基板9の上面内を特に十分に洗浄できる。
また、上記の実施の形態によると、第2処理液の液滴の着液位置が移動するので、基板の上面内の広い範囲(上記の実施の形態においては、基板9の上面の全域)に第2処理液の液滴を衝突させることができる。これによって、基板9の上面内におけるダメージの発生を特に十分に抑制できる。
<6.変形例>
上記の実施の形態では、二流体ノズル31は、ケーシング外で処理液に窒素ガスを衝突させて処理液の液滴を生成する、所謂、外部混合型の二流体ノズルであるとしたが、ケーシング内で処理液に窒素ガスを衝突させて処理液の液滴を生成する、所謂、内部混合型の二流体ノズルであってもよい。
また、上記の実施の形態においては、二流体ノズル31が移動しながら基板9に向けて液滴を噴出する構成としたが、二流体ノズル31が移動せずに、基板9の上面内における定められた位置に向けて、液滴を噴出する構成としてもよい。例えば、純水の液滴、および、IPAの液滴の少なくとも一方は、静止した二流体ノズル31から、基板9の例えば中心に向けて噴出される構成としてもよい。
また、上記の実施の形態において、二流体ノズル31が基板9に向けて純水の液滴を噴出するのと並行して、ストレートノズル等から、基板9の例えば中心に向けて、液相の純水が吐出供給される構成としてもよい。
また、上記の実施の形態において、二流体ノズル31が基板9に向けてIPAの液滴を噴出するのと並行して、ストレートノズル等から、基板9の例えば中心に向けて、液相のIPAが吐出供給される構成としてもよい。
また、上記の実施の形態において、第1液滴処理および第2液滴処理のうちの少なくとも一方が行われる間、スピンベース11上の基板9の上面に向けてガス(例えば、窒素ガス)を供給し続けてもよい(所謂、カバーガス)。
また、上記の実施の形態においては、スピンチャック1は、基板9を水平方向に挟む挟持式のチャックであるとしたが、スピンチャックは、基板9の下面を吸着するバキューム式のチャックであってもよい。
また、上記の実施の形態において、基板9は、半導体ウエハであるとしたが、基板9は、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用ガラス基板、太陽電池用基板、等であってもよい。
以上のとおり、本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1 スピンチャック
11 スピンベース
2 飛散防止部
21 カップ
3 液滴供給部
31 二流体ノズル
32 処理液供給部
321 第1処理液供給源
322 第2処理液供給源
324 第1バルブ
325 第2バルブ
33 ガス供給部
331 ガス供給源
333 ガスバルブ
37 ノズル駆動部
4 制御部
9 基板
90 ポーラス膜
100 基板処理装置

Claims (6)

  1. ポーラス構造を有するポーラス膜が表層に形成されている基板を処理する基板処理方法であって、
    a)水を含有する第1処理液と気体とを混合して前記第1処理液の液滴を生成して、前記第1処理液の液滴を、前記ポーラス膜に向けて噴射する工程と、
    b)前記a)工程の後に、前記第1処理液よりも揮発性の高い有機溶剤である第2処理液と気体とを混合して前記第2処理液の液滴を生成して、前記第2処理液の液滴を、前記ポーラス膜に向けて噴射する工程と、
    を備える、基板処理方法。
  2. 請求項1に記載の基板処理方法であって、
    前記第1処理液が、純水である、
    基板処理方法。
  3. 請求項1または2に記載の基板処理方法であって、
    前記第2処理液が、イソプロピルアルコールである、
    基板処理方法。
  4. 請求項1から3のいずれかに記載の基板処理方法であって、
    前記a)工程において、
    前記第1処理液の液滴の着液位置を移動させつつ、前記第1処理液の液滴を前記ポーラス膜に向けて噴射する、
    基板処理方法。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載の基板処理方法であって、
    前記b)工程において、
    前記第2処理液の液滴の着液位置を移動させつつ、前記第2処理液の液滴を前記ポーラス膜に向けて噴射する、
    基板処理方法。
  6. ポーラス構造を有するポーラス膜が表層に形成されている基板を処理する基板処理装置であって、
    基板を保持する保持部と、
    処理液と気体とを混合して前記処理液の液滴を生成して、前記液滴を噴射する二流体ノズルと、
    前記二流体ノズルに、水を含有する第1処理液の液滴を生成させて、前記第1処理液の液滴を、前記ポーラス膜に向けて噴射させ、その後に、前記第1処理液よりも揮発性の高い有機溶剤である第2処理液の液滴を生成させて、前記第2処理液の液滴を、前記ポーラス膜に向けて噴射させる、制御部と、
    を備える、基板処理装置。
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