JP2006032637A - 基板洗浄装置及び基板洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板を回転させながら、薬液処理→洗浄処理→乾燥処理の順で処理を行う基板洗浄装置における、洗浄処理工程から乾燥処理工程の間に一定の期間を設け、この期間における基板の回転速度を制御することでミストの発生を抑える基板洗浄装置及び基板洗浄方法を提供する。
【解決手段】 本発明の基板洗浄装置および基板洗浄方法においては、洗浄処理工程終了後、乾燥処理工程開始までの間に加速工程を設け、この工程において基板の回転速度を低速から高速に段階的に変化させる。基板の回転数を緩やかに加速させ、最終的に基板の回転速度を、乾燥処理工程に適した速度にまで上昇させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、基板洗浄装置及び基板洗浄方法に関し、特に基板を回転させながら、薬液処理→洗浄処理→乾燥処理の順で洗浄を行う基板洗浄における、洗浄処理→乾燥処理に移行する際の回転制御を最適化させた基板洗浄装置及び基板洗浄方法に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、各工程の前後で必要に応じて基板に付着した不純物の除去などが行われる。
例えば、回転する半導体基板の中央部に向けて薬液および洗浄液を供給し、遠心力を利用してこの薬液および洗浄液を基板上に広げ、洗浄を行う手法がある。このような洗浄装置は、被洗浄物である基板を水平に固定するステージと、その中央を回転軸として１０〜３０００回転／分の任意の速度で回転できる回転機構と、ステージに固定される基板上に薬液および洗浄液を供給するノズルとより構成される。基板洗浄のステップは、第１に薬液処理、第２に洗浄処理、第３に乾燥処理の３段階で構成される。ノズルから供給される薬液および洗浄液は、回転する基板上を広がり、基板の薬液処理および洗浄処理を行う。供給される薬液および洗浄液は、基板上を流れ、ステージ外周部に沿って設けられた回収チャンバーによって回収される。洗浄液による洗浄を終えると、洗浄液の供給を止め、基板の回転速度を上げて基板上に残った洗浄液を振り切って、乾燥させる。

最後の乾燥処理において、高速回転による渦気流が発生し、ステージが設置されるケース内には洗浄液のミストが飛散する。このミストが上方に飛散し排気口から有効な排気が行えないという問題がある。ミストには多量の不純物が含まれるため、これが基板上に付着して基板乾燥後に粒径が非常に小さい粒子であるパーティクルとなり、製品の不良の原因となっていた。これに対して、吸引口をケース側面に設けてミストを排出する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

この技術によると、発生するミストを除去するために排気設備の増強を行っているが、設備の増強にともなうコストの上昇により、安価なシステムを実現することができなくなる。また、排気設備が正常に維持できていることが前提となるため、それが維持できないトラブル等に遭遇した場合は、即座に前述の問題点が再発する。したがって、ミストの発生自体を減少させることが重要となる。このような観点からも、いくつかの技術が提案されている（例えば、特許文献２及び３）。
特開２０００−１５３２０９号公報 特開平８−１９５３７５号公報 実開昭５８−１７０８３１号公報

しかしながら、基板の大型化にともないミストの発生量も多くなるので、上記技術だけではミストの除去に限界がある。また、デバイスの微細化にともない、微細なパターン間にまで十分に洗浄液を行き渡らせる必要があるため、洗浄処理時の回転速度は従来１０００回転／分程度であったものを３００回転／分程度まで抑えなければならない。

図７は、大型基板に対する基板の洗浄工程の経過時間と回転数を表した図表である。 処理工程は、薬液処理工程、洗浄処理工程、乾燥処理工程の３段階に分けられる。
図７に表すように、洗浄処理工程終了後、乾燥処理工程開始までの約２秒の間に、基板の回転数は３００回転／分から一気に１５００回転／分まで上昇させられる。洗浄処理工程の終了にともなって基板への洗浄液の供給は停止されるが、この時点では基板表面に多量の洗浄液が残留している。このため、基板の回転数を一気に上昇させることで、この基板上に残留する洗浄液も一気に遠心力により振り切られて回収チャンバーの壁面に激しく衝突し、ミスト発生を促進させてしまう。この現象は、基板の口径が大きくなるほど、また微細化にともなって洗浄処理工程における回転数が低くなり、乾燥処理工程における回転数との差が大きくなるほど、顕著に現れてくる。

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、基板を回転させながら、薬液処理→洗浄処理→乾燥処理の順で処理を行う基板洗浄装置における、洗浄処理工程から乾燥処理工程の間に一定の期間を設け、この期間における基板の回転速度を制御することでミストの発生を抑える基板洗浄装置及び基板洗浄方法を提供することにある。

本発明の基板洗浄装置においては、洗浄処理工程終了後、乾燥処理工程開始までの間に加速工程を設け、この工程において基板の回転速度を低速から高速に段階的に変化させる。基板の回転数を緩やかに加速させ、最終的に基板の回転速度を、乾燥処理工程に適した速度にまで上昇させる。

すなわち、本発明の第１の態様によれば、
基板を水平に保ちその中心を軸として回転させる基板回転機構と、
基板の上に設けられたノズルを介して前記基板の表面に薬液および洗浄液を供給する液体供給機構と、
前記基板回転機構及び前記液体供給機構を制御する制御部と、
前記基板回転機構の外周部に沿って設けられ前記基板より流れた薬液および洗浄液を回収する回収チャンバーと、
を備え、
前記制御部は、
前記液体供給機構により前記ノズルから薬液を供給する期間は前記基板回転機構が第1の回転速度で回転するように制御し、
前記液体供給機構により前記ノズルから洗浄液を供給する期間は前記基板回転機構が第２の回転速度で回転するように制御し、
前記液体供給機構により前記ノズルからの洗浄液供給が停止した後、前記回転機構を前記第２の回転速度から前記基板の表面に残る前記洗浄液を振り切る程度の第３の回転速度まで、段階的に加速させながら回転するように制御することを特徴とする基板洗浄装置が提供される。

ここで、前記回収チャンバーの前記回転機構に対する面に、衝突する水の衝撃を吸収する緩衝部材が設けられたものとすることができる。
また、前記緩衝部材は、撥水性の材料で構成されたものとすることができる。
また、前記緩衝部材はメッシュ状であるものとすることができる。
またさらに、前記メッシュの先端に、テーパーが設けられたものとすることができる。

一方、本発明の第２の態様によれば、基板を水平に保ちその中心を軸として回転させながら、基板の表面にノズルより薬液および洗浄液を供給して基板の洗浄を行う、基板洗浄方法であって、
前記基板を第１の回転速度で回転させながら薬液を供給する薬液処理工程と、
前記基板を第２の回転速度で回転させながら洗浄液を供給する洗浄処理工程と、
前記基板を前記第２の回転速度より大きい第３の回転速度で回転させながら前記基板上の洗浄液を乾燥させる乾燥処理工程と、
前記洗浄処理工程と前記乾燥処理工程の間に、前記基板の回転速度を前記第２の回転速度から前記第３の回転速度まで段階的に加速させる加速工程と、
を備えたことを特徴とする基板洗浄方法が提供される。

ここで、前記基板の直径を３００ミリメートルとしたとき、前記第２の回転速度が約３００回転／分であるものとすることができる。

本発明によれば、基板を回転させながら、薬液処理→水洗処理→乾燥処理の順で処理を行う基板洗浄方法において、洗浄処理工程と乾燥処理工程の間に加速工程を設け、基板の回転速度を緩やかに加速させる。このため、洗浄処理工程が終了した時点で基板の表面に残留する洗浄液は穏やかな遠心力により移動するため、回収チャンバーの壁面に激しく衝突することはなく、衝突によるミストの発生を抑制できる。さらに、基板洗浄装置において、回収チャンバーの壁面に設置した緩衝部材によって衝突の衝撃が抑えられるため、ミスト発生の抑制効果は高まる。
このようにして、基板洗浄時のミスト発生を抑えることができるので、半導体製品の歩留まり向上が可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、回転による遠心力を利用して基板の洗浄を行う基板洗浄装置の概要を表す模式図である。
すなわち、本実施形態の基板洗浄装置は、回転ステージ１０１と、その回転を制御する基板回転機構１０２と、回転ステージ１０１の上方に設けられたノズル１０３と、ノズルを介して薬液および洗浄液を供給する液体供給機構１０４と、基板回転機構１０２および液体供給機構１０４の制御を行う制御部１０５と、より構成される。

被洗浄物である基板Ｗは、回転ステージ１０１に固定される。回転ステージ１０１は回転軸１０６に取り付けられ、基板回転機構１０２によって回転制御される。その回転速度は、１０〜３０００回転／分の任意の速度に調整される。回転ステージに１０１には固定ピン１０７が設置され、回転運動によって基板Ｗがずれないように固定してある。ノズル１０３は、液体供給機構１０４によって薬液および洗浄液の供給が制御される。
制御部１０５は、基板回転機構１０２に対しては回転速度を、液体供給機構１０４に対しては薬液および洗浄液の供給に関する制御を行う。
基板洗浄は、回転中の基板上にノズル１０３より薬液および純水等の液体１０８を供給し、それが遠心力によって基板外周に向かって広がることを利用して行う。供給される液体は、基板上を流れ、図示しない回収チャンバにより回収される。

図２は、本発明の実施の形態にかかる基板の洗浄工程の経過時間と回転数を表した図表である。
処理工程は、薬液処理工程、洗浄処理工程、加速工程、乾燥処理工程の４段階に分けられる。

図２に表すように、洗浄処理工程終了後に設けられた加速工程は約２５秒間ある。この工程において、基板の回転数は３００回転／分から１５００回転／分まで、段階的に上昇させられる。図７と比べて長い時間をかけ穏やかに加速されていくので、洗浄処理工程終了時に基板表面に残留する洗浄液は穏やかな遠心力により基板外周部へと移動していく。このようにして基板外周部に達した洗浄液が回収チャンバーに衝突する際の衝撃は、図７の場合に比べて格段小さいものになる。したがって、衝突の衝撃によるミストの発生が、格段に抑えられる。

図３は、加速工程における基板の外周部の様子を表す模式図である。図１と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
図３において、固定ピン１０７によって基板Ｗが固定された回転ステージ１０１は、図示しない基板回転機構により回転している。回転ステージ１０１の裏面および側面を覆うように設置された回収チャンバー３０１には排水および排気口３０２が設けられ、基板上より振り切られた洗浄液および発生するミスト３０３を吸引する。今、基板Ｗの端部には、基板中央部より移動してきた洗浄液１０８が集まっており、これらは徐々に振り切られ回収チャンバー３０１によって回収されて排水および排気口へと流れていく。

図４は、図３に表す回収チャンバー３０１の一部を拡大した断面図である。図１、図３と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
図４において、回収チャンバー３０１の内壁には、固定ピン４０１によって緩衝部材４０２が止め付けられている。図４においてはその一部のみが表現されているが、緩衝部材４０２は、回収チャンバー３０４の内周を一周するように設置されている。この貼り付け位置は、基板回転時に振り切られた水滴が当たる位置になっている。緩衝部材４０２は、例えばテフロン（登録商標）樹脂のような撥水性の材質で構成されているので、衝突した水滴の衝撃を吸収し、かつその水滴を保持することなく速やかに回収チャンバー３０１へと導く。

図５は、図４に表す緩衝部材の表面を拡大した断面図である。緩衝部材４０２に親水性で水に濡れやすい材料を採用すると、緩衝部材上に水滴が長時間残留することになり、高速回転の風圧によってミスト発生の要因となる懸念がある。このため、緩衝部材４０２の表面は、撥水効果を高めるために、例えばメッシュ状を呈しておりその先端はテーパー形状５０１となっている。テーパー形状５０１とすることで、水滴が衝突する際の接触面積が小さくなり衝撃を緩和する効果が向上する。このような材質、形状を採用することで、ミスト発生の要因をなくすとともに、長時間残留した水滴によるバクテリアの発生を防ぐこともできる。

図６は、図５とは別の断面形状を持つ緩衝部材の表面を拡大した断面図である。図５と同様のテーパー形状６０１に加えて、その側面に水滴の流れを誘導する溝部６０２が形成されている。このような形状を採用すれば、緩衝部材の撥水効果はさらに向上する。

また、図５、６においてメッシュ状とした表面の形状も、テーパー形状５０１、６０１だけの突起物としてもよい。このような形状とすることで、さらに撥水効果が高まる。

以上説明してきたように本発明の基板洗浄装置および基板洗浄方法を採用することで、基板洗浄時に発生するミストを抑制し、パーティクルによる歩留まり低下を改善することができる。
本発明は、あらゆるサイズの基板において適用できるが、特に直径３００ミリメートル以上の大型基板において大きな効果を奏する。また、小さな基板であっても、洗浄処理工程と乾燥処理工程における基板回転数の差が大きい場合、例えば微細加工時などにおいて特に効果的が大きい。

なお、制御部１０５は、基板回転機構１０２、液体供給機構１０４に一連の動作を確実に実行させるためのプログラムを内蔵したものとすることができる。

回転による遠心力を利用して基板の洗浄を行う基板洗浄装置の概要を表す模式図である 本発明の実施の形態にかかる基板の洗浄工程の経過時間と回転数を表した図表である。 加速工程における基板の外周部の様子を表す模式図である。 図３に表す回収チャンバー３０１の一部を拡大した断面図である。 図４に表す緩衝部材の表面を拡大した断面図である。 図５とは別の断面形状を持つ緩衝部材の表面を拡大した断面図である。 大型基板に対する基板の洗浄工程の経過時間と回転数を表した図表である。

符号の説明

１０１ 回転ステージ
１０２ 基板回転機構
１０３ ノズル
１０４ 液体供給機構
１０５ 制御部
１０６ 回転軸
１０７、４０１ 固定ピン
１０８ 洗浄液
３０１、３０４ 回収チャンバー
３０２ 排気口
３０３ ミスト
４０２ 緩衝部材
５０１、６０１ テーパー形状
６０２ 溝部
Ｗ 基板

Claims (6)

1. 基板を水平に保ちその中心を軸として回転させる基板回転機構と、
   基板の上に設けられたノズルを介して前記基板の表面に薬液および洗浄液を供給する液体供給機構と、
   前記基板回転機構及び前記液体供給機構を制御する制御部と、
   前記基板回転機構の外周部に沿って設けられ前記基板より流れた薬液および洗浄液を回収する回収チャンバーと、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記液体供給機構により前記ノズルから薬液を供給する期間は前記基板回転機構が第1の回転速度で回転するように制御し、
   前記液体供給機構により前記ノズルから洗浄液を供給する期間は前記基板回転機構が第２の回転速度で回転するように制御し、
   前記液体供給機構により前記ノズルからの洗浄液供給が停止した後、前記回転機構を前記第２の回転速度から前記基板の表面に残る前記洗浄液を振り切る程度の第３の回転速度まで、段階的に加速させながら回転するように制御することを特徴とする基板洗浄装置。
2. 前記回収チャンバーの前記回転機構に対する面に、衝突する水の衝撃を吸収する緩衝部材が設けられたことを特徴とする請求項１記載の基板洗浄装置。
3. 前記緩衝部材は、撥水性の材料で構成されたことを特徴とする請求項２記載の基板洗浄装置。
4. 前記緩衝部材はメッシュ状であり、またはメッシュ状且つその先端にテーパーが設けられてなることを特徴とする請求項３記載の基板洗浄装置。
5. 基板を水平に保ちその中心を軸として回転させながら、基板の表面にノズルより薬液および洗浄液を供給して基板の洗浄を行う、基板洗浄方法であって、
   前記基板を第１の回転速度で回転させながら薬液を供給する薬液処理工程と、
   前記基板を第２の回転速度で回転させながら洗浄液を供給する洗浄処理工程と、
   前記基板を前記第２の回転速度より大きい第３の回転速度で回転させながら前記基板上の洗浄液を乾燥させる乾燥処理工程と、
   前記洗浄処理工程と前記乾燥処理工程の間に、前記基板の回転速度を前記第２の回転速度から前記第３の回転速度まで段階的に加速させる加速工程と、
   を備えたことを特徴とする基板洗浄方法。
6. 前記基板の直径を３００ミリメートルとしたとき、前記第２の回転速度が約３００回転／分であることを特徴とする請求項５記載の基板洗浄方法。