JP6612176B2 - 基板洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、２流体ジェットを用いて基板表面を洗浄する基板洗浄装置に関する。

従来から、基板表面を非接触で洗浄する洗浄方法として、２流体ジェット（２ＦＪ）を使用した洗浄方法が知られている。この２ＦＪ洗浄では、高速気体（例えばＣＯ₂ガス）に乗せた微小な液滴（例えば純水のミスト）を２流体ノズルから基板表面に向けて噴出させて衝突させ、この液滴の基板表面への衝突で発生した衝撃波を利用して基板表面のパーティクル等を除去（洗浄）する（例えば特許文献１参照）。

高速の２ＦＪ洗浄では、ガスの流量が高く、流速も早い（２００ｍ／秒以上、好ましくは２５０ｍ／秒以上）。そのため、噴出時におけるガスと純水との接触や液滴とノズル内壁との接触により、基板表面に供給される液滴が（通常の２Ｆ洗浄に比べて）電荷を帯び易くなる。したがって、高速の２ＦＪ洗浄では、洗浄時の基板表面の帯電量が大きくなる傾向にあった。

特開２００５−２９４８１９号公報

従来、通常の２ＦＪ洗浄においては、２ＦＪノズルへ供給する純水にＣＯ₂ガスを予め混入し、ＣＯ₂水をイオン化させて、電荷（電子）を流れやすくすることで、液滴の帯電量の抑制が図られていた。しかしながら、高速の２ＦＪ洗浄においては、このような従来の方法では、液滴の帯電量を十分に抑制できず、帯電の影響によりパーティクルが付着し易くなるという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることのできる基板洗浄装置を提供することを目的とする。

本発明の基板洗浄装置は、基板を保持する基板保持機構と、前記基板保持機構に保持された前記基板を回転させる基板回転機構と、回転している前記基板の表面に向けて２流体ジェットを噴出させる２流体ノズルと、を備え、前記２流体ノズルは、導電性材料で構成されている。

この構成によれば、２流体ノズルが導電性材料で構成されるので、２流体ノズルから２流体ジェットとして噴出される液滴の帯電量を抑制することができる。これにより、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができ、帯電したパーティクルが基板に付着するのを抑制することができる。

また、本発明の基板洗浄装置では、前記２流体ノズルは、ノズル全体が導電性材料で構成されてもよい。

この構成によれば、２流体ノズルのノズル全体が導電性材料で構成されると、２流体ノズルから噴出される液滴（帯電抑制された後の液滴、わずかに帯電している液滴）により洗浄対象である基板表面がマイナスに帯電する。基板の種類や洗浄条件によっては、基板がマイナスに帯電しているほうが好ましい場合がある。そのような場合に、液滴がマイナスに帯電するように制御することができる。

また、本発明の基板洗浄装置では、前記２流体ノズルは、ノズル先端部が導電性材料で構成されており、ノズル根端部は非導電性材料で構成されてもよい。

この構成によれば、２流体ノズルのノズル先端部が導電性材料で構成され、ノズル根端部が非導電性材料で構成されると、２流体ノズルから噴出される液滴（帯電抑制された後の液滴、わずかに帯電している液滴）により洗浄対象である基板表面がプラスに帯電する。このようにノズル材質の組み合わせで液滴がプラスに帯電するように制御することができる。

また、本発明の基板洗浄装置では、前記導電性材料は、導電性カーボンＰＥＥＫまたは導電性カーボンＰＴＦＥであってもよい。

この構成によれば、導電性カーボンＰＥＥＫまたは導電性カーボンＰＴＦＥを用いることによって、２流体ノズルを導電性材料で構成することができ、２流体ノズルから噴出される液滴の帯電量を抑制することが実現可能となる。

また、本発明の基板洗浄装置では、前記２流体ジェットの噴出速度は、少なくとも２００ｍ／秒以上であり、好ましくは２５０ｍ／以上であってもよい。

この構成によれば、高速の２ＦＪ洗浄（２流体ジェットとして噴出される液滴の速度が、少なくとも２００ｍ／秒以上であり、好ましくは２５０ｍ／以上である２ＦＪ洗浄）で、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができる。

本発明によれば、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができる。

本発明の第１の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）を備えた基板処理装置の全体構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の帯電抑制効果の説明図である。 本発明の第２の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す側面図である。 本発明の第２の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の帯電抑制効果の説明図である。

以下、本発明の実施の形態の基板洗浄装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、半導体ウェハの洗浄等に用いられる基板洗浄装置の場合を例示する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の基板洗浄装置の構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）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、多数の半導体ウェ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 Inter
face）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（図１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。本発明の基板洗浄装置は、第２洗浄ユニット１８に適用されている。

図１に示すように、ロートポート１２、該ロートポート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基板搬送ロボット２２が配置されている。また、研磨ユニット１４ａ〜１４ｄと平行に、基板搬送ユニット２４が配置されている。第１基板搬送ロボット２２は、研磨前の基板をロートポート１２から受け取って基板搬送ユニット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トポート１２に戻す。基板搬送ユニット２４は、第１基板搬送ロボット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の間には、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基板搬送ロボット２６が配置されている。また、第２洗浄ユニット１８と乾燥ユニット２０との間には、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基板搬送ロボット２８が配置されている。

更に、ハウジング１０の内部には、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。この制御部３０は、第２洗浄ユニット（基板洗浄装置）１８の動きを制御する機能も備えている。

本実施の形態では、第１洗浄ユニット１６として、洗浄液の存在下で、基板の表裏両面にロール状に延びるロール洗浄部材を擦り付けて基板を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。

また、第２洗浄ユニット１８として、本発明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、基板を保持し、移動するノズルからＩＰＡ蒸気を噴出して基板を乾燥させ、更に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。なお、洗浄部は、洗浄ユニット１６，１８を上下２段に配置した上下２段構造としてもよい。この場合、洗浄部は、上下２段の基板処理ユニットを有する。

図２は、本実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の斜視図であり、図３は、本実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の平面図である。

図２及び図３に示すように、本実施の形態の基板洗浄装置（第２洗浄ユニット）１８は、基板Ｗの周囲を囲繞する洗浄槽４０と、この処理槽４０の側方に立設し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。洗浄槽４０において、基板Ｗは、チャック等で保持され、チャック等の回転により回転するように構成されている。揺動アーム４４の自由端（先端）には、２流体ノズル４６が上下動自在に取り付けられている。

２流体ノズル４６には、Ｎ₂ガス等のキャリアガスを供給するキャリアガス供給ライン５０と、純水またはＣＯ₂ガス溶解水等の洗浄液を供給する洗浄液供給ライン５２が接続されており、流体ノズル４６の内部に供給されたＮ₂ガス等のキャリアガスと純水またはＣＯ₂ガス溶解水等の洗浄液を流体ノズル４６から高速で噴出させることで、キャリアガス中に洗浄液が微小液滴（ミスト）として存在する２流体ジェット流が生成される。この流体ノズル４６で生成される２流体ジェット流を回転中の基板Ｗの表面に向けて噴出させて衝突させることで、微小液滴の基板表面への衝突で発生した衝撃波を利用した基板表面のパーティクル等を除去（洗浄）を行うことができる。

支持軸４２は、支持軸４２を回転させることで該支持軸４２を中心に揺動アーム４４を揺動させる駆動機構としてのモータ５４に連結されている。

この例では、揺動アーム４４の先端に、例えばＰＶＡスポンジから成るペンシル型洗浄具６０が上下動自在かつ回転自在に取り付けられている。更に、洗浄槽４０の側上方に位置して、チャック等で保持されて回転中の基板Ｗの表面に、リンス液を供給するリンス液供給ノズル６２と、薬液を供給する薬液供給ノズル６４が配置されている。ペンシル型洗浄具６０の下端を、回転中の基板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の揺動によってペンシル型洗浄具６０を移動させ、同時に、基板Ｗの表面にリンス液または薬液を供給することで、基板Ｗの表面の接触洗浄が行われるようになっている。なお、上記基板Ｗの表面の接触洗浄は、必要に応じて行われる処理であり、必ずしも必要ではない。

図３に示すように、流体ノズル４６は、揺動アーム４４の揺動に伴って、オフセット位置Ａから、基板Ｗの中心Ｏの上方位置及び該中心Ｏから所定間隔離間した変位点Ｂの上方位置を通って、基板Ｗの外周部外方の洗浄終了位置Ｃに、円弧状の移動軌跡に沿って移動することで、基板Ｗの表面の洗浄を行う。この洗浄時に、回転中の基板Ｗの表面に向けて、キャリアガス中に洗浄液が微小液滴（ミスト）として存在する２流体ジェット流を流体ノズル４６から噴出させる。なお、図３は、流体ノズル４６が変位点Ｂの上方位置に位置している状態を示している。

ここで、基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成について、図面を参照しながら、より詳細に説明する。図４は、本実施の形態の基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を説明するための側面図である。

図４に示すように、基板洗浄装置は、基板Ｗを水平に保持する基板保持機構７０と、基板保持機構７０を介して基板Ｗをその中心軸周りに回転させるモータ（回転機構）７２と、回転している基板Ｗの表面に向けて２流体ジェットを噴出させる２流体ノズル４６を備えている。本実施の形態の２流体ノズル４６は、一体型であり、ノズル全体が導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えば、導電性カーボンＰＥＥＫや導電性カーボンＰＴＦＥが用いられる。この場合、２流体ジェットの噴出速度は、少なくとも２００ｍ／秒以上であり、好ましくは２５０ｍ／以上である。すなわち、この基板洗浄装置は、高速の２ＦＪ洗浄用の基板洗浄装置である。

図５は、本実施の形態の基板洗浄装置の帯電抑制効果の説明図である。図５では、ノズル全体を導電性材料（導電性ＰＥＥＫ）で構成した例が「実施例１」として実線で示されており、ノズル全体を非導電性材料（非導電性ＰＴＦＥ）で構成した例が「比較例」として破線で示されている。

このような第１の実施の形態の基板洗浄装置によれば、図５に示すように、２流体ノズル４６を導電性材料で構成することにより、２流体ノズル４６から２流体ジェットとして噴出される液滴の帯電量を抑制することができる。これにより、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板Ｗの表面が帯電するのを抑えることができ、帯電したパーティクルが基板Ｗに付着するのを抑制することができる。

本実施の形態では、２流体ノズル４６のノズル全体が導電性材料で構成されるので、図５に示すように、２流体ノズル４６から噴出される液滴（帯電抑制された後の液滴、わずかに帯電している液滴）により洗浄対象である基板Ｗの表面がマイナスに帯電する。基板Ｗの種類や洗浄条件によっては、基板Ｗがマイナスに帯電しているほうが好ましい場合がある。そのような場合に、液滴がマイナスに帯電するように制御することができる。

また、本実施の形態では、導電性カーボンＰＥＥＫまたは導電性カーボンＰＴＦＥを用いることによって、２流体ノズル４６を導電性材料で構成することができ、２流体ノズル４６から噴出される液滴の帯電量を抑制することが実現可能となる。

また、本実施の形態では、高速の２ＦＪ洗浄（２流体ジェットとして噴出される液滴の速度が、少なくとも２００ｍ／秒以上であり、好ましくは２５０ｍ／以上である２ＦＪ洗浄）で、洗浄対象である基板Ｗの表面が帯電するのを抑えることができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の基板洗浄装置について説明する。ここでは、第２の実施の形態の基板洗浄装置が、第１の実施の形態と相違する点を中心に説明する。ここで特に言及しない限り、本実施の形態の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。

図６は、本実施の形態の基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を説明するための側面図である。図６に示すように、本実施の形態の２流体ノズル４６は、ノズル先端部４６ａとノズル根端部４６ｂとに分割された分割型である。そして、ノズル先端部４６ａが導電性材料で構成されており、ノズル根端部４６ｂは非導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えば、導電性カーボンＰＥＥＫや導電性カーボンＰＴＦＥが用いられ、非導電性材料としては、例えば、非導電性ＰＴＦＥが用いられる。この場合も、２流体ジェットの噴出速度は、少なくとも２００ｍ／秒以上であり、好ましくは２５０ｍ／以上である。すなわち、この基板洗浄装置も、高速の２ＦＪ洗浄用の基板洗浄装置である。

図７は、本実施の形態の基板洗浄装置の帯電抑制効果の説明図である。図７では、ノズル先端部４６ａを導電性材料（導電性ＰＥＥＫ）で構成しかつノズル根端部４６ｂを非導電性材料（非導電性ＰＴＦＥ）で構成した例が「実施例２」として実線で示されており、ノズル全体を非導電性材料（非導電性ＰＴＦＥ）で構成した例が「比較例」として破線で示されている。

このような第２の実施の形態の基板洗浄装置によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。すなわち、図７に示すように、２流体ノズル４６を導電性材料で構成することにより、２流体ノズル４６から２流体ジェットとして噴出される液滴の帯電量を抑制することができる。これにより、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板Ｗの表面が帯電するのを抑えることができ、帯電したパーティクルが基板Ｗに付着するのを抑制することができる。

本実施の形態では、２流体ノズル４６のノズル先端部４６ａが導電性材料で構成され、ノズル根端部４６ｂが非導電性材料で構成されるので、図７に示すように、２流体ノズル４６から噴出される液滴（帯電抑制された後の液滴、わずかに帯電している液滴）により洗浄対象である基板Ｗの表面がプラスに帯電する。このようにノズル材質の組み合わせで液滴がプラスに帯電するように制御することができる。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

以上のように、本発明にかかる基板洗浄装置は、高速の２ＦＪ洗浄でも、洗浄対象である基板の表面が帯電するのを抑えることができるという効果を有し、半導体ウェハの洗浄等に用いられ、有用である。

１０ ハウジング
１２ ロードポート
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）
２２ 第１基板搬送ロボット
２４ 基板搬送ユニット
２６ 第２基板搬送ロボット
２８ 第３基板搬送ロボット
３０ 制御部
４０ 洗浄槽
４２ 支持軸
４４ 搖動アーム
４６ 流体ノズル
４６ａ ノズル先端部
４６ｂ ノズル根端部
５０ キャリアガス供給ライン
５２ 洗浄液供給ライン
５４ モータ
６０ ペンシル型洗浄具
７０ 基板保持機構
７２ モータ（回転機構）
Ｗ 基板

Claims (5)

1. 基板を保持する基板保持機構と、
   前記基板保持機構に保持された前記基板を回転させる基板回転機構と、
   回転している前記基板の表面に向けて液滴を含む２流体ジェットを噴出させる２流体ノズルと、
   を備え、
   前記２流体ノズルは、ノズル先端部が導電性材料で構成されており、ノズル根端部は非導電性材料で構成され、前記２流体ノズルからの前記液滴をプラスに帯電させてキャリアガスとともに噴出するように構成されており、
   前記導電性材料は、導電性カーボンＰＥＥＫまたは導電性カーボンＰＴＦＥである、基板洗浄装置。
2. 前記２流体ジェットの噴出速度は、少なくとも２００ｍ／秒以上である、請求項１に記載の基板洗浄装置。
3. 先端に前記２流体ノズルが設けられ、該２流体ノズルを基板上で円弧状に移動させるための搖動アームと、
   前記搖動アームの前記２流体ノズルと他端側に設けられ、該搖動アームと回転自在に連結された支持軸と、
   をさらに備えた、請求項１記載の基板洗浄装置。
4. 前記２流体ノズルから２流体ジェットを前記基板の表面に噴出させる制御装置を、さらに備えた、請求項１記載の基板洗浄装置。
5. 基板を基板保持機構に保持し、
   前記基板保持機構に保持された基板を回転させ、
   ノズル先端部が導電性材料で構成されるとともにノズル根端部が非導電性材料で構成された２流体ノズルを用いて、前記基板の表面に向けて、プラスに帯電させた液滴とキャリアガスを含む２流体ジェットを噴出して、該基板を洗浄することを特徴とする、基板洗浄方法。