JP6678448B2 - 基板洗浄方法および基板洗浄装置 - Google Patents

Description

この発明は、一方主面にパターンを有する基板の他方主面を洗浄する基板洗浄方法および装置に関するものである。なお、当該基板には、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、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などの各種基板などが含まれる。

半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程においては、基板の表面に成膜やエッチングなどの処理を繰り返し施して微細パターンを形成する工程が含まれる。ここで、当該基板の裏面にパーティクルが付着していると、これがフォトリソグラフィ工程におけるデフォーカス要因となり、所望の微細パターンを形成するのが難しくなる。また、裏面にパーティクルが付着した基板によってクロスコンタミネーションが発生することもある。さらに、基板搬送時には基板の裏面を真空吸着や静電吸着することが多く、その過程で基板の裏面にチャック痕が付着してしまうことがある。そこで、これらの問題を解決するために、基板を洗浄する技術が数多く提案されている。例えば特許文献１に記載の装置は、基板の表面に対して洗浄液に超音波を付与した超音波印加液を供給するとともに、裏面に対して溶存気体濃度を増加させた洗浄液を供給する。これにより、基板の表面および裏面が同時に洗浄される。

特開２００４−３３５５２５号公報

ところで、上記特許文献１に記載の装置では、基板の表面に形成されたパターンに対してダメージが与えられるのを防止するために溶存ガス濃度を低下させた洗浄液が用いられている。しかしながら、基板面積が大きくなると、雰囲気中のガスが基板表面に供給した洗浄液に溶け込み、キャビテーションが生じることでパターン倒壊が防げなくなる。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板の一方主面に形成されたパターンに対してダメージを与えることなく、基板の他方主面を洗浄することができる基板洗浄技術を提供することを目的とする。

この発明の第１の態様は、一方主面にパターンを有する基板の他方主面を洗浄する基板洗浄方法であって、イオン性気体を水に溶解したイオン性気体溶解水の液膜で一方主面を覆う第１工程と、一方主面が液膜に覆われた状態で、処理液に超音波を印加した超音波印加液を他方主面へ供給して、他方主面を超音波で発生するキャビテーションにより洗浄する第２工程と、を備え、第１工程は、水を脱気して脱気水を生成する脱気工程と、脱気水にイオン性気体を溶解させてイオン性気体溶解水を生成する溶解工程とを有することを特徴としている。
また、この発明の第２の態様は、一方主面にパターンを有する基板の他方主面を洗浄する基板洗浄方法であって、イオン性気体を水に溶解したイオン性気体溶解水の液膜で一方主面を覆う第１工程と、一方主面が液膜に覆われた状態で、処理液に超音波を印加した超音波印加液を他方主面へ供給して、他方主面を超音波で発生するキャビテーションにより洗浄する第２工程と、一方主面が液膜に覆われている間、液膜の周囲をイオン性気体と同じまたは異なる種類のイオン性気体の雰囲気にする第３工程と、を備えることを特徴としている。

また、この発明の第３の態様は、基板洗浄装置であって、基板の両主面のうちパターンを有する一方主面に対し、イオン性気体を水に溶解したイオン性気体溶解水を供給して液膜を形成する溶解水供給部と、一方主面が液膜に覆われた基板の他方主面に対し、処理液に超音波を印加した超音波印加液を供給して他方主面を超音波で発生するキャビテーションにより洗浄する超音波印加液供給部と、を備え、溶解水供給部は、水を脱気して脱気水を生成する脱気部と、脱気部により生成された脱気水にイオン性気体を溶解させてイオン性気体溶解水を生成する溶解部とを有することを特徴としている。
さらに、この発明の第４の態様は、基板洗浄装置であって、基板の両主面のうちパターンを有する一方主面に対し、イオン性気体を水に溶解したイオン性気体溶解水を供給して液膜を形成する溶解水供給部と、一方主面が液膜に覆われた基板の他方主面に対し、処理液に超音波を印加した超音波印加液を供給して他方主面を超音波で発生するキャビテーションにより洗浄する超音波印加液供給部と、一方主面が液膜に覆われている間、液膜の周囲へイオン性気体と同じまたは異なる種類のイオン性気体を供給する気体供給部と、を備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、基板の一方主面にパターンが形成され、他方主面が洗浄対象面となっている。基板の一方主面に対し、イオン性気体溶解水が供給されて液膜が形成される。この液膜は、大きく２つの特徴を有している。すなわち、イオン性気体は、キャビテーションの要因となる酸素や窒素などの非イオン性気体が液膜に溶解するのを抑制する機能を果たす。つまり、液膜中には既にイオン性気体が含まれており、液膜の雰囲気中の非イオン性気体の液膜への溶解を阻止する。また、イオン性気体はキャビテーションの要因とならないという特徴を有している。というのも、キャビテーションが発生するためには気体サイズがある程度以上であることが要件となるが、イオン性気体は液膜中でイオン化して存在しており、個々のイオン性気体のサイズは比較的小さいからである。つまり、そのままではキャビテーションの発生核とならない。また、電離しているため、イオン性気体同士の凝集によって大型サイズに成長することもない。したがって、液膜中でのイオン性気体の存在がキャビテーションの要因とならず、非イオン性気体が液膜に溶け込むのを効果的に抑制する。このように液膜は基板の一方主面側でのキャビテーションの発生を効果的に抑制する。

本発明によれば、イオン性気体溶解水の液膜で基板の一方主面を覆った状態で基板の他方主面を超音波洗浄しているため、基板の一方主面に形成されたパターンに対してダメージを与えることなく、基板の他方主面を洗浄することができる。

本発明にかかる基板洗浄装置の第１実施形態を示す図である。 図１に示す装置の部分平面図である。 図１に示す基板洗浄装置の動作を示すフローチャートである。 液膜の構成とダメージとの関係を調べた実験結果を示すグラフである。 本発明にかかる基板洗浄装置の第２実施形態を示す図である。

図１は本発明にかかる基板洗浄装置の第１実施形態を示す図である。また、図２は図１に示す装置の部分平面図である。この基板洗浄装置１は、図示を省略する処理チャンバ内で基板Ｗの表面Ｗｆを下方に向けたフェイスダウン状態で基板Ｗを保持しながら基板Ｗの裏面Ｗｂに付着しているパーティクルＰＴなどの不要物を除去する装置である。より具体的には、ＤＩＷ（脱イオン水：Ｄｅ Ｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ）や純水（以下、これらを総称して「水」という）に対して脱気処理を施した脱気水にイオン性気体を溶解させてイオン性気体溶解水を作成する。そして、イオン性気体溶解水を基板Ｗの表面Ｗｆに供給して基板Ｗの表面Ｗｆをイオン性気体溶解水の液膜ＬＦで覆う。また、脱気水に超音波を印加して超音波印加水を作成するとともに、窒素ガスを飽和レベル程度にまで高めた飽和水を作成する。そして、上記したように基板Ｗの表面Ｗｆを液膜ＬＦで覆った状態で、超音波印加水および飽和水を基板Ｗの裏面Ｗｂに供給して超音波洗浄処理を施す。この超音波洗浄処理を実行した後、水で濡れた基板Ｗをスピン乾燥させる。なお、図１の破線領域に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆにはｐｏｌｙ−Ｓｉ等からなるデバイスパターンＤＰが形成されている。

基板洗浄装置１は基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック１０を備えている。スピンチャック１０は、回転支軸１１がモータを含むチャック回転機構２０の回転支軸に連結されており、チャック回転機構２０の駆動により回転軸Ｊ（鉛直軸）回りに回転可能となっている。回転支軸１１の上端部には、円盤状のスピンベース１２が一体的にネジなどの締結部品によって連結されている。したがって、装置全体を制御する制御機構９０からの動作指令に応じてチャック回転機構２０が作動することによりスピンベース１２が回転軸Ｊ回りに回転する。また、制御機構９０はチャック回転機構２０を制御してスピンチャック１０の回転数を調節する。

スピンベース１２の周縁部付近には、基板Ｗの周縁部を把持するための複数個のチャックピン１３が立設されている。チャックピン１３は、円形の基板Ｗを確実に保持するために複数個設けてあればよく、スピンベース１２の周縁部に沿って基板Ｗの回転中心（回転軸Ｊ）に対して等角度間隔で配置されている。なお、本実施形態では、図２に示すように、３つのチャックピン１３が設けられている。

チャックピン１３のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部とを備えている。各チャックピン１３は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。

スピンベース１２に対して基板Ｗが受渡しされる際には、複数個のチャックピン１３を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、複数個のチャックピン１３を押圧状態とする。押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン１３は基板Ｗの周縁部を把持してその基板Ｗをスピンベース１２から所定間隔を隔てた上方位置で略水平姿勢に保持することができる。これにより、基板Ｗはその表面（パターン形成面）Ｗｆを下方に向け、裏面Ｗｂを上方に向けた状態、つまりフェイスダウン状態で支持される。このように、本実施形態では、基板Ｗの表面Ｗｆは、鉛直方向においてスピンチャック１０のスピンベース１２と所定距離だけ離間しながら対向して配置された状態で、スピンチャック１０に保持される。

このように基板Ｗを保持したスピンチャック１０をチャック回転機構２０により回転駆動することで基板Ｗを所定の回転数で回転させる。そして、後で詳述するように３方向から互いに異なる種類の洗浄液を供給して洗浄処理を行う（図１参照）。その１つ目の洗浄液はイオン性気体溶解水ＩＷであり、基板Ｗの鉛直下方側から基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に供給される。２つ目の洗浄液は飽和水ＳＷであり、基板Ｗの鉛直上方側から基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に供給される。３つ目の洗浄液は超音波印加水ＵＷであり、基板Ｗの径方向外側上方から基板Ｗの裏面Ｗｂの周縁部に供給される。こうした３つの吐出位置から吐出される洗浄液によって洗浄処理がスピンチャック１０に保持された基板Ｗに対して実行される。

本実施形態では、回転支軸１１は中空形状に仕上げられており、イオン性気体溶解水ＩＷを基板Ｗの表面Ｗｆに向けて供給するための供給管１４が回転支軸１１の中空部分に挿通されている。この供給管１４はスピンベース１２の上面まで延び、その端面が基板Ｗの表面Ｗｆの中央部を臨んでいる。つまり、供給管１４の上端部がノズル口１４１として機能する。また、供給管１４の下端部はイオン性気体溶解水ＩＷを生成して供給する供給機構３０と接続されている。

供給機構３０は、ＤＩＷ供給源に接続された脱ガス部３１と、脱ガス部３１および炭酸ガス供給源に接続されたイオン性気体溶解部３２と、イオン性気体溶解部３２に接続されたイオン性気体溶解水用の流量調節部３３と、バルブ３４とを有している。脱ガス部３１はＤＩＷ供給源から送られてくるＤＩＷから気体成分を脱気して脱気水を生成し、イオン性気体溶解部３２に送り込む（脱気工程）。このイオン性気体溶解部３２は、流入してきた脱気水に対し、炭酸ガス供給源から送られてくる炭酸ガスを溶解させてイオン性気体溶解水ＩＷを生成し、イオン性気体溶解水用流量調節部３３に送り込む（溶解工程）。この流量調節部３３はマスフローコントローラ（massflowcontroller,ＭＦＣ）などで構成されており、制御機構９０からの流量指令に応じた流量のイオン性気体溶解水ＩＷをノズル口１４１に向けて流す機能を有している。このため、流量調節されたイオン性気体溶解水ＩＷが供給管１４に圧送され、ノズル口１４１から基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に吐出される。基板Ｗの表面Ｗｆに着液したイオン性気体溶解水ＩＷは基板Ｗの表面Ｗｆ全体に行き渡り、イオン性気体溶解水ＩＷの液膜ＬＦが形成される。一方、制御機構９０からの閉指令に応じてバルブ３４が閉じると、供給管１４へのイオン性気体溶解水ＩＷの圧送が停止される。その結果、ノズル口１４１から基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に向けてのイオン性気体溶解水ＩＷの吐出も停止される。なお、上記ＤＩＷ供給源としては、基板洗浄装置１が設置される工場に装備される用力を用いてもよい。もちろん、基板洗浄装置１内にＤＩＷの貯留タンクを設け、これをＤＩＷ供給源として用いてもよい。また、基板洗浄装置１内に二酸化炭素を貯留するガスボンベを配置し、これを炭酸ガス供給源として用いてもよい。

また、本実施形態では、図１に示すように、炭酸ガス供給源から供給される炭酸ガスはスピンベース１２と基板Ｗの表面Ｗｆの間に形成される空間ＳＰに供給可能となっている。すなわち、回転支軸１１の内壁面と供給管１４の外壁面の隙間は、円筒状のガス供給路１５を形成している。このガス供給路１５はバルブ１６を介して炭酸ガス供給源と接続されている。このため、制御機構９０からの開指令に対応してバルブ１６が開くと、炭酸ガスが上記空間ＳＰに供給され、イオン性気体溶解水ＩＷの液膜ＬＦの周囲を炭酸ガスの雰囲気とすることができる。一方、制御機構９０からの閉指令に応じてバルブ１６が閉じると、上記空間ＳＰへの炭酸ガスの圧送が停止される。なお、この実施形態では、後述するようにイオン性気体以外の気体成分、例えば窒素や酸素などが液膜ＬＦに溶解されてキャビテーションの発生核となるのを防止するためにイオン性気体として炭酸ガスを上記空間ＳＰに供給しているが、液膜ＬＦへのイオン性気体の溶解量が飽和量以上であるときには、炭酸ガスの代わりに窒素ガス、空気や他の不活性ガスなどを供給するように構成してもよい。

図１に示すように、ノズル口１４１の鉛直上方には、洗浄液吐出ノズル４１が固定配置されている。この洗浄液吐出ノズル４１は、その下方端部に設けられたノズル口４１１を基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に対向させて配置されている。また、洗浄液吐出ノズル４１の上端部は飽和水供給機構５０と接続されている。この飽和水供給機構５０は、Ｎ２ガス供給源およびＤＩＷ供給源に接続された気体濃度調節部５１と、気体濃度調節部５１に接続された飽和水用流量調節部５２と、バルブ５３とを有している。気体濃度調節部５１はＤＩＷ供給源から供給されるＤＩＷに対し、Ｎ２ガス供給源から供給される窒素ガスを溶解させてＤＩＷ中の気体濃度を飽和レベル程度にまで高める。このように気体濃度調節部５１は非イオン性気体の一例となる窒素ガスをリッチに含む飽和水ＳＷを作成する機能を有している。具体的な構成としては例えば特開２００４−７９９９０号公報に記載されたものを用いることができる。こうして生成された飽和水ＳＷを気体濃度調節部５１は飽和水用流量調節部５２に送り込む。

飽和水用流量調節部５２は、流量調節部３３と同様にマスフローコントローラなどで構成されており、制御機構９０からの流量指令に応じた流量の飽和水ＳＷを洗浄液吐出ノズル４１に向けて流す機能を有している。このため、制御機構９０からの開指令に対応してバルブ５３が開くと、流量調節された飽和水ＳＷが洗浄液吐出ノズル４１に圧送され、洗浄液吐出ノズル４１のノズル口４１１から基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に吐出される。このとき、後で説明するように基板Ｗを予め回転させておくことで飽和水ＳＷは基板Ｗの裏面Ｗｂ全体に行き渡る。そして、基板Ｗの裏面Ｗｂ上の飽和水ＳＷに、後で説明するように超音波印加水ＵＷに混合させると、その混合領域で飽和水ＳＷへの超音波の印加によって気泡の発生と消滅、つまりキャビテーションが促進され、優れた洗浄効果が得られる。一方、制御機構９０からの閉指令に応じてバルブ５３が閉じると、洗浄液吐出ノズル４１への飽和水ＳＷの圧送が停止される。その結果、洗浄液吐出ノズル４１からの基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に向けての飽和水ＳＷの吐出も停止される。なお、上記Ｎ２ガス供給源としては、基板洗浄装置１が設置される工場に装備される用力を用いてもよし、基板洗浄装置１内に窒素ガスを貯留する炭酸ガスボンベを配置し、これをＮ２ガス供給源として用いてもよい。

超音波印加水ＵＷを基板Ｗの裏面Ｗｂに供給して優れた効率で超音波洗浄処理を実行するために、図１に示すように、スピンチャック１０に保持された基板Ｗの径方向外側上方に超音波ノズル６１が固定配置されている。この超音波ノズル６１は、先端部に設けられたノズル口６１１を基板Ｗの裏面Ｗｂの周縁部に対向させて配置されている。この超音波ノズル６１は、上記ノズル口６１１以外に、脱気水を導入するための導入口６１２および振動子６１３を有している。導入口６１２は脱気水供給機構７０に接続されており、脱気水供給機構７０から供給される脱気水を超音波ノズル６１の内部に案内する機能を有している。

脱気水供給機構７０は、脱ガス部３１に接続された脱気水用の流量調節部７１と、バルブ７２とを有している。流量調節部７１は、流量調節部３３、５２と同様にマスフローコントローラなどで構成されており、制御機構９０からの流量指令に応じた流量の脱気水を導入口６１２に向けて流す機能を有している。このため、制御機構９０からの開指令に対応してバルブ７２が開くと、流量調節された脱気水が超音波ノズル６１に圧送される。そして、制御機構９０からの制御信号に基づき発振器６３から発振信号が超音波ノズル６１内の振動子６１３に出力されると、振動子６１３が振動して超音波を発生させる。これによって、超音波が脱気水に印加されて超音波ノズル６１で超音波印加水ＵＷが生成され、流量調節部７１で調節された流量でノズル口６１１から基板Ｗの裏面Ｗｂの周縁部に向けて吐出される。このように本実施形態では、脱気処理を受けたＤＩＷに超音波を印加して超音波印加水ＵＷを生成している。したがって、超音波印加水ＵＷ内でのキャビテーションの発生を抑制することができ、超音波印加水ＵＷが基板Ｗの裏面Ｗｂに供給された飽和水ＳＷと混合されるまでに超音波印加水ＵＷ内で超音波が減衰されるのを抑え、上記飽和水ＳＷに対して超音波を効率的に供給することが可能となっている。一方、制御機構９０からの閉指令に応じてバルブ７２が閉じると、超音波ノズル６１への脱気水の圧送が停止され、超音波印加水ＵＷの供給も停止される。その結果、超音波ノズル６１からの超音波印加水ＵＷの吐出も停止される。なお、本実施形態では、２つの供給機構３０、７０で脱ガス部３１を兼用しているが、各供給機構３０、７０で専用の脱ガス部を設けてもよい。

図３は図１に示す基板洗浄装置の動作を示すフローチャートである。処理の開始前には、バルブ１６、３４、５３、７２はいずれも閉じられており、スピンチャック１０は静止している。そして、制御機構９０は予め記憶部（図示省略）に記憶されているプログラムにしたがって装置各部を以下のように制御して基板Ｗの洗浄処理および乾燥処理を行う。すなわち、基板搬送ロボット（図示省略）により１枚の基板Ｗが、いわゆるフェイスダウン状態でスピンチャック１０に載置されチャックピン１３により保持される（ステップＳ１）。これにより、図１の部分拡大図（破線領域）に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆに設けられたデバイスパターンＤＰは下向に向いた状態で位置決めされる。

次のステップＳ２では、バルブ７２を開いて脱気水を超音波ノズル６１に圧送し、ノズル口６１１から基板Ｗの表面Ｗｆの周縁部に向けて吐出する。この段階では、脱気水への超音波印加を行っておらず、上記脱気水をノズル口６１１から基板Ｗの裏面Ｗｂに供給する。これと同時に、バルブ３４を開いて流量調節部３３により調節された流量でイオン性気体溶解水ＩＷを供給管１４に圧送し、ノズル口１４１から基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に向けて吐出する。これによりイオン性気体溶解水ＩＷが基板Ｗの表面Ｗｆに沿って径方向に広がり、液膜ＬＦを形成する（第１工程）。さらに、この液膜形成と並行して、バルブ１６を開いてイオン性気体である炭酸ガスをガス供給路１５に圧送し、スピンベース１２と基板Ｗの表面Ｗｆの間の空間ＳＰに供給する（第３工程）。これによって、液膜ＬＦの周囲の雰囲気は炭酸ガスとなり、酸素や窒素などの非イオン性気体が液膜ＬＦに溶解するのを確実に防止することができる。また、雰囲気中の炭酸ガスが液膜ＬＦに溶解したとしても、キャビテーションの発生源とはならない。この点については、後で実験結果とともに詳述する。なお、本実施形態では、イオン性気体溶解水ＩＷの供給は乾燥処理前まで継続される。

そして、基板Ｗの裏面Ｗｂでの脱気水の液膜が形成されるとともに、イオン性気体溶解水ＩＷの液膜ＬＦが表面Ｗｆに形成される（ステップＳ３で「ＹＥＳ」）と、発振器６３から発振信号を振動子６１３に出力する（ステップＳ４）。こうして、超音波印加水ＵＷが基板Ｗの裏面Ｗｂに供給され、超音波印加水ＵＷの液膜が形成される。なお、超音波ノズル６１からの脱気水および超音波印加水ＵＷの吐出流量については、脱気水用流量調節部７１によって調節可能であり、予め指定された値に設定することができる。また、脱気水の液膜を形成するときの脱気水の流量と、液膜形成後の超音波印加水ＵＷの流量とを異ならせるように制御してもよい。

これに続いて、バルブ５３を開いて飽和水ＳＷを洗浄液吐出ノズル４１に圧送し、ノズル口４１１から基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に向けて吐出する（ステップＳ５）。このときの飽和水ＳＷは飽和水用流量調節部５２によって調節される。また、チャック回転機構２０によるスピンチャック１０の回転駆動を開始する（ステップＳ６）。この回転初期では、基板Ｗの回転中心近傍で飽和水ＳＷと脱気水との混合領域が形成される。そして、当該混合領域で溶存気体（窒素ガス）と超音波とによってキャビテーションが効率的に発生し、混合領域に対応する表面領域からパーティクルＰＴが効果的に除去される（超音波洗浄処理：第２工程）。

この実施形態では、次のステップＳ７で回転数を調節して混合領域が形成される位置を基板Ｗの径方向にシフトさせ、上記のようにして超音波洗浄処理が実行される領域を移動させる。このような回転数の調節による混合領域のシフトはステップＳ８で「ＹＥＳ」と判定されるまで、つまり基板Ｗの表面全面に対する洗浄処理を完了するまで繰り返して行われる。なお、図１では、混合領域が基板Ｗの裏面Ｗｂの周縁部近傍に移動してきたときを模式的に図示している。本実施形態では、超音波洗浄処理を行っている間、飽和水ＳＷおよび超音波印加水ＵＷの吐出流量は一定に維持されている。したがって、混合領域のシフト態様は基板Ｗの回転数のみで制御されており、回転数パターンを選択することで種々の態様で超音波洗浄処理を行うことができる。例えば、回転数を低速から高速に変更させる低高速パターンでは、混合領域が表面中央部から周縁部に移動しながら基板Ｗの裏面Ｗｂが洗浄される。また、回転数を高速から低速に変更させる高低速パターンでは、混合領域が周縁部から表面中央部に移動しながら基板Ｗの裏面Ｗｂが洗浄される。また、低高速パターンおよび高低速パターンを交互に繰り返すことで往復洗浄が実行される。さらに、回転数の変化についても、その変化率を一定に設定してもよいし、表面中央部と周縁部とで異ならせる、例えば表面中央部で比較的大きく、周縁部に進むにしたがって小さくなるように回転数を変化させてもよい。

一方、上記のようにして基板Ｗの裏面Ｗｂが超音波洗浄処理を受けている間、基板Ｗの表面Ｗｆに対してイオン性気体溶解水ＩＷが供給され続け、デバイスパターンＤＰは液膜ＬＦで覆われている。このため、後で実験結果とともに詳述する理由によって、超音波振動が基板Ｗの表面Ｗｆに伝播してきても液膜ＬＦでキャビテーションは発生せず、デバイスパターンＤＰへのダメージは生じていない。

こうして、基板Ｗの裏面Ｗｂ全体に対して超音波洗浄処理が実行される（ステップＳ８で「ＹＥＳ」と判定される）と、発振器６３が発振信号の出力を停止し、それに続いてバルブ１６、３４、５３、７２を閉じて炭酸ガス、イオン性気体溶解水ＩＷ、飽和水ＳＷおよび脱気水の供給を停止して洗浄処理を終了する。また、洗浄処理の完了とともに、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに残る水を除去する乾燥処理を行う。すなわち、スピンチャック１０の回転数を上げて基板Ｗを高速回転させ（ステップＳ９）、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの液体成分、実質的には水を振り切ることによって基板Ｗを乾燥させる。なお、別途、窒素気体を吐出するノズルを設け、乾燥処理の実行中に窒素気体を基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに吹き付けるように構成してもよく、これによって乾燥した基板Ｗへのミスト等の付着や酸化を防止することができる。

こうした乾燥処理が終了すると、スピンチャック１０の回転を停止する（ステップＳ１０）。そして、基板搬送ロボットが乾燥された基板Ｗをスピンチャック１０から取り出し、別の装置へ搬出することで（ステップＳ１１）、１枚の基板Ｗに対する洗浄処理が完了する。また上記処理を繰り返すことにより、複数の基板Ｗを順次処理することができる。

以上のように、この実施形態では、イオン性気体溶解水ＩＷを供給して液膜ＬＦを形成しているため、次のような作用効果が得られる。この液膜ＬＦでは、イオン性気体はイオン化して存在しており、個々のイオン性気体のサイズは比較的小さい。そのため、そのままではキャビテーションの発生核とならない。また、電離によりイオン性気体同士の凝集は起こり難く、大型サイズに成長することも難しい。このようにイオン性気体が液膜ＬＦに含まれているものの、それ自体はキャビテーションの発生源となっていない。また、このように基板Ｗの表面Ｗｆを覆っている液膜ＬＦに既にイオン性気体が溶解しているため、キャビテーションの発生要因となる酸素や窒素などの非イオン性気体が液膜ＬＦに溶解するのを効果的に抑制することができる。その結果、基板Ｗの表面Ｗｆに形成されたデバイスパターンＤＰに対してダメージを与えることなく、基板Ｗの裏面Ｗｂを超音波洗浄することができる。

また、上記実施形態では、超音波洗浄を行っている間、スピンベース１２と基板Ｗの表面Ｗｆの間の空間ＳＰを炭酸ガスの雰囲気にしているため、非イオン性気体が液膜ＬＦに溶解するのを効果的に防止している。その結果、液膜ＬＦでのキャビテーションの発生をさらに効果的に抑制してダメージレスで基板Ｗの裏面Ｗｂを超音波洗浄することができる。

このような作用効果を検証するため、図１に示す基板洗浄装置１において、周波数４３０ｋＨｚ、出力５０Ｗの超音波ノズル６１を用いるとともにノズル口１４１から供給する洗浄液および空間ＳＰに供給する気体の組み合わせを変えながら、基板１枚当たりで発生するダメージ数を測定した。その結果をまとめたものが図４である。同図中の「ＣＯ２溶解水」は上記実施形態のイオン性気体溶解水ＩＷであり、イオン性気体として炭酸ガスを用いている。また、同図中の括弧書きは空間ＳＰに供給した気体の種類を表しており、空気（ａｉｒ）および炭酸ガス（ＣＯ２）のいずれも１００［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で供給した。同図からわかるように、イオン性気体溶解水ＩＷを用いることで基板Ｗに与えるダメージを大幅に低減させることが可能となっている。また、空間ＳＰに供給する気体についても、イオン性気体を用いることでダメージの低減を図ることが可能となっている。

また、図４に示す実験以外にも、イオン性気体や非イオン性気体の液膜ＬＦへの溶解量がダメージに及ぼす影響を検証する実験を行ったところ、次の技術事項が明らかとなった。液膜ＬＦに対する窒素や酸素などの非イオン性気体の気体濃度が０．０２ｐｐｍを超える場合、液膜ＬＦにイオン性気体を追加的に溶解させたとしても、ダメージの発生を抑制することは困難であった。したがって、上記第１実施形態では、脱ガス部３１によってＤＩＷ供給源から供給されたＤＩＷを脱気して気体成分を０．０２ｐｐｍ以下に低減して脱気水を生成し、この脱気水を用いてイオン性気体溶解水ＩＷを生成している。したがって、超音波洗浄処理中に液膜ＬＦでキャビテーションが発生するのを防止し、これによってデバイスパターンＤＰに対するダメージ発生を効果的に防止することが可能となっている。

また、上記実施形態では、イオン性気体溶解水ＩＷで液膜ＬＦを形成することで、液膜ＬＦの雰囲気中の気体成分が液膜ＬＦに溶け込むのを抑制しているが、その抑制効果を発揮するためには、一定量以上の溶解量が必要であると考えられる。そこで、溶解量とダメージとの関係を実験したところ、ダメージを抑制するためには、少なくともイオン性気体を水に対する飽和溶解量（常温）の０．７倍以上、脱気水に溶解させるのが望ましいことがわかった。また、溶解量が増えるにしたがってダメージの発生防止効果は高まり、好ましくは飽和溶解量（常温）の１倍以上に設定するのがより望ましいが、２倍を超えても顕著な効果上昇が認めなれないため、ランニングコストの観点から２倍以下に設定するのが望ましい。

図５は本発明にかかる基板洗浄装置の第２実施形態を示す図である。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、いわゆるフェイスアップ状態で基板Ｗを洗浄する点である。つまり、図５に示すように、基板Ｗは、表面Ｗｆを上方に向けた状態でスピンチャック１０に保持される。また、スピンチャック１０に保持された基板Ｗの径方向外側下方に超音波ノズル６１が固定配置されている。そして、飽和水ＳＷはノズル口１４１から基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に向けて供給されるのに対し、イオン性気体溶解水ＩＷは洗浄液吐出ノズル４１のノズル口４１１から基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に供給される。さらに、空間ＳＰには、窒素ガスが供給されるように構成されている。なお、その他の構成は基本的に第１実施形態と同一であるため、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。

このように構成された第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、基板Ｗの表面Ｗｆにイオン性気体溶解水ＩＷの液膜ＬＦを形成して当該表面Ｗｆを覆った状態で裏面Ｗｂを超音波洗浄している。そのため、基板Ｗの表面Ｗｆに形成されたデバイスパターンＤＰに対してダメージを与えることなく、基板Ｗの裏面Ｗｂを超音波洗浄することが可能となっている。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記第１実施形態では、超音波ノズル６１を固定配置した状態で超音波洗浄処理を行っているが、超音波ノズル６１を基板Ｗの裏面Ｗｂに沿って水平方向に移動させながら超音波洗浄を行うことが可能である。

また、上記実施形態では、イオン性気体として炭酸ガスを用いているが、それ以外のイオン性気体、つまり水と反応してイオン化し、常温常圧下において気体状態である気体全般をイオン性気体として用いることができる。例えば、炭酸ガスの代わりにアンモニアガスを用いることができる。

また、上記実施形態では、脱気水を本発明の「処理液」として用いており、当該脱気水に対して超音波を印加した超音波印加水を本発明の「超音波印加液」として用いているが、脱気水と異なる液体を「処理液」として用いて超音波印加液を生成してもよい。ただし、超音波ノズル６１の耐薬性を考慮すると、上記した脱気水、ＤＩＷ、純水、ガス溶解水が望ましい。

また、上記第１実施形態では、イオン性気体溶解水ＩＷに含まれている気体と同じ成分、つまり炭酸ガスを空間ＳＰに供給しているが、これと異なるイオン性気体を空間ＳＰに供給しても第１実施形態と同様の作用効果が得られる。このように基板Ｗの表面Ｗｆが液膜ＬＦに覆われている間、液膜ＬＦの周囲をイオン性気体と同じまたは異なる種類のイオン性気体の雰囲気にしてもよい（第３工程）。なお、第２実施形態において、例えば特許文献１で用いられている雰囲気遮断板を基板Ｗの表面Ｗｆの上方に近接配置し、当該表面Ｗｆと雰囲気遮断板との空間にイオン性気体の雰囲気を形成してもよく（第３工程）、これによって第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

以上説明したように、上記実施形態においては、基板Ｗの表面Ｗｆが本発明の「基板の一方主面」に相当し、基板Ｗの裏面Ｗｂが本発明の「基板の他方主面」に相当している。また、デバイスパターンＤＰが本発明の「パターン」の一例に相当している。また、供給機構３０が本発明の「溶解水供給部」の一例に相当している。また、超音波ノズル６１が本発明の「超音波印加液供給部」の一例に相当している。

この発明は、一方主面にパターンを有する基板の他方主面を洗浄する基板洗浄全般に適用することができる。

１…基板洗浄装置
３０…供給機構（溶解水供給部）
６１…超音波ノズル（超音波印加液供給部）
ＤＰ…デバイスパターン
ＩＷ…イオン性気体溶解水
ＬＦ…液膜
ＵＷ…超音波印加水
Ｗ…基板
Ｗｆ…基板の表面（基板の一方主面）
Ｗｂ…基板の裏面（基板の他方主面）

Claims (9)

1. 一方主面にパターンを有する基板の他方主面を洗浄する基板洗浄方法であって、
   イオン性気体を水に溶解したイオン性気体溶解水の液膜で前記一方主面を覆う第１工程と、
   前記一方主面が前記液膜に覆われた状態で、処理液に超音波を印加した超音波印加液を前記他方主面へ供給して、前記他方主面を前記超音波で発生するキャビテーションにより洗浄する第２工程と、を備え、
   前記第１工程は、水を脱気して脱気水を生成する脱気工程と、前記脱気水に前記イオン性気体を溶解させて前記イオン性気体溶解水を生成する溶解工程とを有することを特徴とする基板洗浄方法。
2. 一方主面にパターンを有する基板の他方主面を洗浄する基板洗浄方法であって、
   イオン性気体を水に溶解したイオン性気体溶解水の液膜で前記一方主面を覆う第１工程と、
   前記一方主面が前記液膜に覆われた状態で、処理液に超音波を印加した超音波印加液を前記他方主面へ供給して、前記他方主面を前記超音波で発生するキャビテーションにより洗浄する第２工程と、
   前記一方主面が前記液膜に覆われている間、前記液膜の周囲を前記イオン性気体と同じまたは異なる種類のイオン性気体の雰囲気にする第３工程と、
   を備えることを特徴とする基板洗浄方法。
3. 請求項１に記載の基板洗浄方法であって、
   前記脱気工程は、水に含まれる気体濃度を０．０２ｐｐｍ以下にする工程である基板洗浄方法。
4. 請求項１または３に記載の基板洗浄方法であって、
   前記溶解工程は、前記イオン性気体を水に対する飽和溶解量（常温）の０．７倍以上、前記脱気水に溶解させる工程である基板洗浄方法。
5. 請求項４に記載の基板洗浄方法であって、
   前記溶解工程は、前記飽和溶解量（常温）の１倍以上、２倍以下の前記イオン性気体を前記脱気水に溶解させる工程である基板洗浄方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板洗浄方法であって、
   水と反応してイオン化し、常温常圧下において気体状態である気体を前記イオン性気体として用いる基板洗浄方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板洗浄方法であって、
   前記第１工程は、前記イオン性気体として二酸化炭素を用いる、基板洗浄方法。
8. 基板の両主面のうちパターンを有する一方主面に対し、イオン性気体を水に溶解したイオン性気体溶解水を供給して液膜を形成する溶解水供給部と、
   前記一方主面が前記液膜に覆われた前記基板の他方主面に対し、処理液に超音波を印加した超音波印加液を供給して前記他方主面を前記超音波で発生するキャビテーションにより洗浄する超音波印加液供給部と、を備え、
   前記溶解水供給部は、水を脱気して脱気水を生成する脱気部と、前記脱気部により生成された前記脱気水に前記イオン性気体を溶解させて前記イオン性気体溶解水を生成する溶解部とを有することを特徴とする基板洗浄装置。
9. 基板の両主面のうちパターンを有する一方主面に対し、イオン性気体を水に溶解したイオン性気体溶解水を供給して液膜を形成する溶解水供給部と、
   前記一方主面が前記液膜に覆われた前記基板の他方主面に対し、処理液に超音波を印加した超音波印加液を供給して前記他方主面を前記超音波で発生するキャビテーションにより洗浄する超音波印加液供給部と、
   前記一方主面が前記液膜に覆われている間、前記液膜の周囲へ前記イオン性気体と同じまたは異なる種類のイオン性気体を供給する気体供給部と、
   を備えることを特徴とする基板洗浄装置。

Images