JP2001319911A - 基板洗浄装置及び基板洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板表面に対して効果的に処理薬液を供給す
ることが可能な公転式の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。 【解決手段】 水平方向に処理薬液Ｌを吐出するスプレ
ーノズル２と、カセットＣに収納された基板Ｗを略水平
に保持した状態でスプレーノズル２を中心にして水平に
回転する回転かご３とを有する公転式の基板洗浄装置に
おいて、回転かごに、回転かご３の回転で生じる遠心力
によって基板Ｗの表面がスプレーノズル２側に向かって
傾くようにカセットＣを支持する可動支点８及び可動か
ご６を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板洗浄装置及び基
板洗浄方法に関し、特には高清浄度が要求される半導体
ウエハのような基板の洗浄に用いられる公転式の基板洗
浄装置及び基板洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造においては、ウエハ形
状の基板表面に存在する各種の汚染物質や残留物質が、
基板表面に対する成膜特性や基板に形成された素子特性
などに悪影響を及ぼすことが知られている。このため、
例えば、高温処理工程においては、その前工程として有
機物や金属汚染源及び粒子状異物の除去を目的とした洗
浄処理が行われている。また、パターニング及びイオン
注入工程の後には、マスクとなるフォトレジストの除去
を目的とした基板の洗浄処理が行われている。

【０００３】図４には、洗浄処理を行う際に用いられる
基板洗浄装置の一例として、ＦＳＩ方式と呼ばれる公転
式の基板洗浄装置の構成を示す。尚、図４（１）は上面
図であり、図４（２）は正面図である。これらの図に示
す基板洗浄装置は、開閉自在な処理チャンバ１と、その
中央に立設されたスプレーノズル２と、スプレーノズル
２を中心として処理チャンバ１内において回転する回転
かご（いわゆるクレードル）３とを備えている。

【０００４】図５には、スプレーノズルの水平方向断面
図を示した。この図に示すように、スプレーノズル２
は、例えば純水ライン２ａ、Ｎ2 （窒素）ライン２ｂ、
薬液ライン２ｃを備え、各処理薬液（純水及び窒素を含
む）がそれぞれ水平方向に吐出されるように構成されて
いる。

【０００５】また、各回転かご３は、側周壁を構成する
板材に多数の開口が設けられたものや、パイプの組み付
けによって側周壁が構成されたものであり、その内側壁
には複数の基板（いわゆる半導体ウエハ）Ｗが収納され
たフッ素樹脂製のカセットＣが固定される。ただし、回
転かご３にカセットＣを固定して状態においては、カセ
ットＣに収納された基板は、水平状態に保たれることと
する。さらに、正面図のみの図示としたが、処理チャン
バ１内には、回転かご３の外周部に純水ノズル（ＳＢＳ
Ｐ：Side Ball Spray）４が設置されており、この純水
ノズル４からは処理チャンバ１の中心方向に向かって水
平方向に純水が供給される。

【０００６】このような基板洗浄装置では、スプレーノ
ズル２を中心にして公転する基板Ｗに対して、スプレー
ノズル２から吐出された処理薬液（薬液、純水及びＮ2
）が噴霧供給される。また、基板Ｗに噴霧供給された
処理薬液は、基板Ｗの公転による遠心力で外方向に流さ
れて振り切られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
基板洗浄装置においては、基板表面（機能表面であり、
パターン形成面）と処理薬液の噴霧方向とが平行にな
る。このため、処理薬液が基板表面に供給され難く、無
駄な薬液量が使用されている。

【０００８】また、基板表面と処理薬液の噴霧方向とが
平行になるため、基板表面に処理薬液が衝突する際の物
理的作用による洗浄効果を全く期待できず、十分な洗浄
効果を得ることができない。このため例えば、処理薬液
として純水を用いたリンスを行う場合には、基板表面に
おいて効果的に純水置換が行われず、置換不足による汚
染（ミスト残り）が生じる場合もある。このようなミス
ト残りは、微細化が進行した素子においては、素子特性
を劣化させる要因になる。

【０００９】さらに、上述したように洗浄効果が不十分
であるため、この結果として、洗浄処理に要する時間も
長時間になり、さらに多量の処理薬液が消費されること
になる。

【００１０】そこで本発明は、効果的な薬液洗浄を行う
ことで、処理薬液を節約することが可能であると共に清
浄度の高い基板表面を得ることが可能な基板洗浄装置及
び基板洗浄方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明の基板洗浄装置は、水平方向に処理薬液
を吐出するスプレーノズルと、カセットに収納された基
板を略水平に保持すると共にスプレーノズルを中心にし
て水平に回転する回転かごとを有する公転式の基板洗浄
装置において、回転かごには、当該回転かごの回転で生
じる遠心力によって基板の表面がスプレーノズル側に向
かって傾くようにカセットを支持する支持機構が設けら
れたことを特徴としている。

【００１２】このような構成の基板洗浄装置では、回転
かごが回転することによって、この回転かごに保持され
たカセットが傾斜し、カセットに収納された基板がスプ
レーノズル側に向かって傾けられる。このため、スプレ
ーノズルから水平方向に吐出された処理薬液が、基板の
表面に対して高い角度から供給されることになる。した
がって、処理薬液が基板の表面に噴霧供給され易くなる
と共に、処理薬液が基板表面に衝突することによる物理
的な洗浄作用が期待できるようになる。また、カセット
の傾斜は、回転かごの回転で生じる遠心力によるため、
回転かごの回転が停止した状態においてはカセットの傾
きはない。したがって、回転かごの回転が停止した状態
においては、カセットに収納された基板が水平に保たれ
ることになる。

【００１３】また、本発明の基板洗浄方法は、上述の基
板洗浄装置を用いた洗浄方法であり、略水平に保たれた
基板をスプレーノズルを中心にして水平面内で公転させ
ると共に、スプレーノズルから水平方向に吐出させた処
理薬液を基板に供給する基板洗浄方法において、基板の
公転によって生じる遠心力によって、当該基板の表面を
スプレーノズル側に向かって傾けることを特徴としてい
る。

【００１４】このような基板洗浄方法では、基板の公転
を停止させた状態では、基板の表面が水平に保たれるた
め、スプレーノズルから供給された処理薬液が基板上に
留められ、基板表面に対して化学的な洗浄が十分に行わ
れる。また、基板を公転させた状態では、基板の表面が
スプレーノズル側に向かって傾けられるため、スプレー
ノズルから供給された処理薬液が基板の表面に衝突し、
物理的な洗浄が行われることになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。尚、図４及び図５を用いて
説明した従来の基板洗浄装置と同様の構成部品には同一
の符号を付し、重複する説明は省略する。

【００１６】図１（１）は本実施形態の基板洗浄装置の
正面図であり、図１（２）はこの正面図の要部拡大図で
ある。これらの図に示す基板洗浄装置は、図４及び図５
を用いて説明した従来の基板洗浄装置と同様の処理チャ
ンバ１、スプレーノズル２、回転かご３及び純水ノズル
４に加えて、本実施形態に特有の可動かご６及び可動支
点８｛いずれも図１（２）のみに図示｝からなる支持機
構を備えている。

【００１７】可動かご６は、複数の基板Ｗが収納される
カセットＣを保持すると共に、カセットＣ内の基板Ｗを
水平に保ちつつ、その側壁部分の任意高さにおいて回転
かご３に対して固定された可動支点８に支持される。こ
のため、カセットＣは、可動かご６に保持された状態で
可動支点８を介して回転かご３に支持されることにな
る。

【００１８】可動支点８は、回転かご３の内壁に、回転
かご３の回転中心に対して放射状方向に回転自在な支点
として取り付けられている。また、可動支点８による可
動かご６の支持位置は、カセットＣを保持した状態の可
動かご６の重心よりも高い位置で、かつ静止状態におい
てカセットＣに収納されたウエハＷを水平に保てる位置
であることとする。このような位置に設定された可動支
点８によって可動かご６を支持させることで、図２
（２）に示すように、回転かご３を回転させると、図中
矢印に示すように可動支点８に支持させた可動かご６に
遠心力が作用し、回転かご３の回転中心（すなわちスプ
レーノズル２）に対して可動かご６が放射状方向に傾
き、可動かご６に保持させたカセットＣ内の基板Ｗの表
面が回転中心側に向かって傾くのである。このため、回
転かご３の回転数を大きくするほど可動かご６（すなわ
ちカセットＣ）の傾斜角度θが大きくなるように構成さ
れていることになる。

【００１９】また、可動支点８は、所定のトルクを有し
ていても良い。この場合、カセットＣを保持した可動か
ご６の重心位置よりも高い位置範囲において可動支点８
による可動かご６の支持高さを調整することで、図２
（１）に示すように回転かご３の回転を停止させた状態
においてカセットＣ内の基板Ｗが水平に保たれ、かつ図
２（２）に示したように回転かご３の回転数に対する可
動かご６（すなわちカセット及び基板Ｗ）の傾斜角度θ
が自在に設定されるように構成されていることとする。

【００２０】ここで、回転かご３が最も速い回転数で回
転した場合のカセットＣの傾斜角度（最大傾斜角度θma
x ）は、カセットＣに収納された基板Ｗの大きさ及びそ
の配置間隔（ピッチ）によって所定の値に設定されるこ
ととする。例えば直径２００ｍｍの基板Ｗが、６．３５
ｍｍのピッチでカセットＣ内に収納されている場合、最
大傾斜角度θmax は、θmax ＝５°程度に設定されるこ
ととする。

【００２１】さらに、この可動支点８は、可動かご６を
介して支持したカセットＣ内の基板Ｗを水平に保った状
態において、回転かご３と可動かご６との間に、所定の
間隔が保たれるように可動かご６を支持する。この間隔
は、回転かご３の回転によるカセットＣの傾斜を、傾斜
角度θ＝０°〜θmax の範囲で妨げることのない値であ
るか、または最大傾斜角度θmaxとなる値であることと
する。

【００２２】次に、このように構成された基板洗浄装置
を用いた基板洗浄方法を説明する。

【００２３】先ず、基板Ｗが収納されたカセットＣを可
動かご６に取り付けると共に、可動支点８を介して可動
かご６を回転かご３に支持させる。この際、回転かご３
の回転を停止させた状態においてカセットＣ内に収納さ
れた基板Ｗが水平に保たれ、かつ回転かご３を最も速く
回転させた状態においてカセットＣの上方がスプレーノ
ズル２側に向かって最大傾斜角度θmax だけ傾くよう
に、カセットＣを保持した可動かご６の側壁においての
可動支点８による支持高さを調整する。

【００２４】次に、一連の洗浄シーケンスにしたがっ
て、スプレーノズル２及び純水ノズル４及びここでの図
示を省略したその他のノズルから各種の処理薬液Ｌを吐
出させつつ、回転かご３を所定の回転数で回転させる。
これによって、基板Ｗの公転によって生じる遠心力によ
って、基板Ｗの表面をスプレーノズル２側に向かって傾
けながら、基板Ｗの洗浄を行う。

【００２５】図３は、硫酸過水を用いて基板の洗浄を行
う場合の洗浄シーケンスの一例であり、硫酸過水によ
る洗浄、Hot Rinse（温純水を用いた洗浄）及びCol
d Rinse（常温純水を用いた洗浄）が行われる。

【００２６】尚、Hot Rinseの工程においては、Wafer
Rinse（基板Ｗの洗浄でありスプレーノズル２からの温
純水供給）、Line Rinse（硫酸過水を供給する薬液ライ
ンの温純水による洗浄）、ＳＢＳＰRinse（純水ノズル
４からの温純水供給）を行う。さらに、Cold Rinseの
工程においては、Plenum Rinse（処理チャンバ１の排水
管の常温純水による洗浄）、Line Rinse（硫酸過水を供
給する薬液ラインの常温純水による洗浄）、ＳＢＳＰRi
nse（純水ノズル４からの常温純水供給）、Chamber Rin
se（回転かご３間に設けられたノズルからの常温純水供
給）、SolutionLine Purge（スプレーノズル２内の純水
を窒素置換するための窒素供給）及びwafer Rinse（基
板Ｗの洗浄でありスプレーノズル２からの常温純水供
給）を行う。

【００２７】また、この図においては、横軸を時間と
し、縦軸を回転数及び各処理薬液（硫酸過水、温純水ま
たは常温純水）Ｌの供給状態としている。

【００２８】この図に示すように、一連の洗浄シーケン
スにおいては、回転かご３の回転数を４７ステップにお
いて０ｒｐｍ〜５００ｒｐｍの間で段階的に変化させ
る。特に、硫酸過水の洗浄工程では、断続的な硫酸過
水の供給に伴い、回転かご３を断続的に回転させ、しか
もその回転数を変化させる。

【００２９】例えば、処理薬液（例えば硫酸過水）Ｌに
対して基板Ｗ表面を浸漬させた状態にする場合には、回
転かご３の回転を止めることによって、基板Ｗを水平に
保つ（図中Ａ部）。これによって、供給された処理薬液
Ｌが基板Ｗの表面上に留まり、処理薬液に対して基板Ｗ
表面が浸漬された状態、すなわち「液盛り」された状態
となり、基板Ｗ表面において化学的な作用による洗浄が
進行することになる。

【００３０】また、基板Ｗ上の異物を除去する場合や基
板Ｌ上の薬液を純水で完全に置換する場合には、回転か
ご３を回転させることによって基板Ｗを傾斜させる（図
中Ｂ）。これによって、スプレーノズル２から水平方向
に吐出された処理薬液Ｌが基板Ｗの表面に対して高い角
度から供給され、処理薬液Ｌの衝突による物理的な洗浄
作用を伴う効果の高い洗浄が行われると共に、基板Ｗ表
面の異物が遠心力によって外側に振り切られて除去され
ることになる。また、基板Ｗの表面に無駄なく処理薬液
（純水）Ｌが供給され、効率的に純水置換が行われるこ
とになる。一方、この際に純水ノズル４から吐出された
純水は、基板Ｗの裏面に無駄なくしかも物理的な作用を
伴って供給されることになり、これによって基板Ｗの裏
面の洗浄が行われることになる。

【００３１】尚、基板乾燥時には、基板Ｗ表面の処理薬
液を遠心力によって除去するため、回転かごを回転させ
ることとなる。

【００３２】以上説明した構成の基板洗浄装置及びこれ
を用いた基板洗浄方法では、回転かご３が回転すること
によって、カセットＣが傾斜して内部に収納された基板
Ｗの表面がスプレーノズル２側に向かって傾けられる。
このため、スプレーノズル２から吐出された処理薬液Ｌ
が、基板Ｗの表面に対して高い角度から供給されること
になる。

【００３３】したがって、基板Ｗ表面に対して処理薬液
Ｌが無駄なく供給されて処理薬液Ｌの供給率が上昇する
と共に、処理薬液Ｌが基板Ｗ表面に衝突することによる
物理的な洗浄作用が期待できるようになる。この結果、
効果的な薬液洗浄が行われて清浄度の高い基板Ｗ表面を
得ることが可能になり、洗浄工程の完成度の向上を図る
ことが可能になる。さらにこのことから、処理時間およ
び処理薬液の使用量の削減を図ることが可能になり、洗
浄工程のコストの削減を図ることが可能になる。

【００３４】また、カセットの傾斜は、回転かご３の回
転で生じる遠心力によって生じるため、回転かご３の回
転が停止した状態においてはカセットＣの傾きはない。
したがって、回転かご３の回転を停止させた場合に、カ
セットＣに収納された基板Ｗを水平に保つことができ、
カセットＣ内から基板Ｗが滑り落ちることを防止でき
る。さらに、処理薬液Ｌを水平に維持された基板Ｗ上に
留めることができるため、化学的な作用による洗浄を十
分に行うことも可能である。

【００３５】しかも、傾斜自在な可動かご６を設けたこ
とで、人手によって行っていた回転かご３に対するカセ
ットＣの着脱が容易になる。このため、カセットＣを着
脱する際の作業ミスを低減することが可能になる。

【００３６】尚、本発明の基板洗浄装置は、以上実施形
態で説明した構成に限定されることはなく、回転かご３
の回転で生じる遠心力によって基板Ｗの表面がスプレー
ノズル２側に向かって傾くようにカセットＣを支持でき
る支持機構を備えていれば良い。ただし、回転かご３の
回転速度が最も速い場合におけるカセットＣの最大傾斜
角度θmax が、スプレーノズル２から水平方向に吐出さ
れた処理薬液Ｌに対して上下の基板Ｗが影にならない程
度に抑えられることとする。

【００３７】このような支持機構を有していれば、回転
かご３の回転を停止させた状態でカセットＣ内の基板を
水平に維持して基板Ｗの落下を防止できると共に、回転
かご３を回転させた状態ではスプレーノズルから水平方
向に吐出される処理薬液Ｌを有効に基板表面に供給でき
るため、実施形態と同様の効果を期待することができ
る。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の基板洗浄装
置によれば、回転かごの回転によって基板がスプレーノ
ズル側に向かって傾けられる構成にしたことで、回転か
ごの回転が停止した状態において基板がカセットから落
下することを防止しつつ、スプレーノズルから吐出され
た処理薬液を基板の表面に対して高い角度から無駄なく
供給することが可能になる。このため、効率良く、しか
も物理的な洗浄作用によって基板表面の洗浄を行うこと
が可能になる。したがって、基板表面の清浄度を向上さ
せることが可能になると共に、処理薬液及び洗浄時間の
削減を図り洗浄工程におけるコストの削減を図ることが
可能になる。

【００３９】また、本発明の基板洗浄方法によれば、基
板の公転を停止させることで水平に保たれた基板上に処
理薬液を留めて化学的な洗浄を十分に行い、かつ基板を
公転させて傾けることで基板の表面に無駄なく処理薬液
を供給しつつ処理薬液を衝突させて物理的な洗浄を行う
ことができる。したがって、基板表面の洗浄を効果的に
行い、基板表面の清浄度を向上させることが可能になる
と共に、処理薬液及び洗浄時間の削減を図り洗浄工程に
おけるコストの削減を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（１）は本実施形態の基板洗浄装置の正面図で
あり、（２）はこの正面図の要部拡大図である。

【図２】基板洗浄装置を用いた基板洗浄方法を説明する
図である。

【図３】硫酸過水洗浄を行う場合の洗浄シーケンスを示
す図である。

【図４】従来の公転式の基板洗浄装置を説明する図であ
る。

【図５】公転式の基板洗浄装置におけるスプレーノズル
の構成を示す図である。

【符号の説明】

２…スプレーノズル、３…回転かご、６…可動かご、８
…可動支点、Ｃ…カセット、Ｌ…処理薬液、Ｗ…基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向に処理薬液を吐出するスプレー
   ノズルと、カセットに収納された基板を略水平に保持す
   ると共に前記スプレーノズルを中心にして水平に回転す
   る回転かごとを有する公転式の基板洗浄装置において、 前記回転かごには、当該回転かごの回転で生じる遠心力
   によって前記基板の表面がスプレーノズル側に向かって
   傾くように前記カセットを支持する支持機構が設けられ
   たことを特徴とする基板洗浄装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の基板洗浄装置において、 前記支持機構は、前記回転かごに対して固定されると共
   に当該回転かごの回転中心に対して放射状方向に振り子
   運動自在に前記カセットを支持する可動支点を備えたこ
   とを特徴とする基板洗浄装置。
3. 【請求項３】 略水平に保たれた基板をスプレーノズル
   を中心にして水平面内で公転させると共に、前記スプレ
   ーノズルから水平方向に吐出させた処理薬液を前記基板
   に供給する基板洗浄方法において、 前記基板の公転によって生じる遠心力によって、当該基
   板の表面をスプレーノズル側に向かって傾けることを特
   徴とする基板洗浄方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の基板洗浄方法において、 前記基板の最大傾斜角度は、前記処理薬液が吐出される
   水平方向に対して、上下方向に所定間隔を保って配置さ
   れた前記基板が互いに重なり合うことのない程度に設定
   されることを特徴とする基板洗浄方法。