JP2009152291A - 基板洗浄装置及びこの基板洗浄装置を用いた基板洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超臨界流体が基板洗浄空間内に形成する渦の中心位置を変更することができる基板洗浄装置及び基板洗浄方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、洗浄空間Ｓを規定する内壁２５に対して所定の角度αで当該洗浄空間Ｓ内に超臨界流体を吐出させる３つ以上の流体吐出部２１と、流体吐出部２１にそれぞれ超臨界流体を供給するための供給流路と、供給流路から分流されて各流体吐出部２１から吐出される超臨界流体の流量を制御する吐出流量制御手段３０と、を備え、吐出流量制御手段３０は、一部の流体吐出部２１から第１の流量で超臨界流体が吐出されると共にそれ以外の流体吐出部２１から第１の流量よりも小流量の第２の流量で超臨界流体が吐出され、且つ、第１の流量が分流される流体吐出部２１が順次移行するように、供給流路１１における超臨界流体の分流の流量を調整することを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、超臨界流体を用いて半導体基板やフラットパネルディスプレー用のガラス基板等の基板表面の洗浄及びレジスト剥離処理等を行う基板洗浄装置及びこの基板洗浄装置を用いた基板洗浄方法に関する。

半導体製造装置やフラットパネルディスプレー（ＦＰＤ）用のガラス基板の製造工程においては、被洗浄物としての半導体基板（半導体ウエハ）やガラス基板に回路パターンを形成するリソグラフィプロセスがある。このリソグラフィプロセスは、基板（被洗浄物）にレジストを塗布し、このレジストに回路パターンの形成されたマスクを介して光を照射し、レジストの光が照射されていない部分（又は光が照射された部分）を除去し、除去された部分を現像、剥離又はエッチング等の処理を行うという一連の工程を繰り返すことで前記回路パターンを基板に転写する。

この一連の工程における各工程では、前記半導体基板やガラス基板が汚染されていると回路パターンを精密に形成することができなくなり、不良品の発生原因となる。従って、回路パターンを形成する際の工程において、基板表面がレジストや塵埃等の微粒子（パーティクル）の残留していない清浄な状態となるよう、前記半導体基板やガラス基板の洗浄が行われている。

従来、前記基板の洗浄方法としては、水や洗浄液等の液体を用いて基板表面を洗浄するいわゆるウェット方式が採用されてきた。しかし、近年、回路パターンサイズの微細化に伴い、ウェット方式の洗浄では、基板に形成された回路パターンが洗浄に用いる液体の表面張力で倒壊する（パターン倒れ）といった問題が生じていた。そこで、近年、前記基板の洗浄に超臨界流体を用いる洗浄方法が採用されている。

この超臨界流体を用いた基板洗浄装置としては、基板の表面（洗浄面）に沿って洗浄剤等が添加された超臨界流体を流すことで、微細な回路パターンのパターン倒れを生じさせることなく当該基板表面の洗浄を行う装置が知られている。

このような基板洗浄装置においては、超臨界流体の流れが基板上で渦を巻く場合がある。この場合、渦中心付近では他の位置の超臨界流体よりも流れが遅くなるためレジストの剥離処理において処理むらが発生する場合がある。また、前記超臨界流体の渦が一定位置に形成される場合には、洗い流したパーティクルの前記渦中心への集中によって、基板表面における傷等の発生といった不具合が懸念される。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、超臨界流体が基板洗浄空間内に形成する渦の中心位置を変更することができる基板洗浄装置及び基板洗浄方法を提供することを課題とする。

そこで、上記課題を解消すべく、本発明に係る基板洗浄装置は、基板の表面を超臨界流体で洗浄する基板洗浄装置であって、基板を洗浄するための洗浄空間を有する基板洗浄チャンバーと、前記洗浄空間を規定する内壁に対して所定の角度で当該洗浄空間内に超臨界流体を吐出させる３つ以上の流体吐出部と、前記流体吐出部にそれぞれ超臨界流体を供給するための供給流路と、前記洗浄空間内の超臨界流体を外部へ排出するための流体排出部と、前記供給流路から分流されて各流体吐出部から吐出される超臨界流体の流量を制御する吐出流量制御手段と、を備え、前記吐出流量制御手段は、一部の流体吐出部から第１の流量で超臨界流体が吐出されると共にそれ以外の流体吐出部から第１の流量よりも小流量の第２の流量で超臨界流体が吐出され、且つ、前記第１の流量が分流される流体吐出部が順次移行するように、前記供給流路における超臨界流体の分流の流量を調整することを特徴とする。

かかる構成では、供給流路を通じて洗浄空間内に供給された超臨界流体が流体吐出部から洗浄空間内に所定の角度で吐出されることで、基板の表面に沿って超臨界流体の渦が形成される。この超臨界流体の渦によって当該基板表面の洗浄が行われる。

しかも、上記構成では、３つ以上の流体吐出部において第１の流量が分流される一部の流体吐出部が順次移行するように供給流路における超臨界流体の分流の流量が調整されている。そのため、前記洗浄空間内に形成される超臨界流体の渦の中心（渦中心）の位置が前記基板の表面に沿って回転移動する。

このように、基板上に形成される超臨界流体の渦が、その渦中心を前記基板の表面に沿って回転移動するように形成されることで、レジストの剥離処理における処理むらの発生が抑制され、基板表面に対してレジストの剥離処理が均一に行われる。さらに、前記渦中心が基板上を回転移動することで、洗い流したパーティクルの集中する位置も移動することになり、基板表面の前記渦中心に対応する位置での傷の発生も抑制される。

本発明に係る基板洗浄装置においては、前記供給流路は、主流路と、この主流路から分岐した３つ以上の流量調整路と、これら各流量調整路に接続された分配流路と、を有し、各分配流路にはそれぞれ１以上の前記流体吐出部が接続される構成であってもよい。

かかる構成によれば、各流量調整路内を流通する超臨界流体の流量を調整するだけで洗浄空間内に形成される渦中心の回転移動を制御できる。

前記吐出流量制御手段は、前記流量調整路に設けられる分流量調整手段と、この分流量調整手段を制御する制御手段と、を有する構成であることが好ましい。

このように吐出流量制御手段を分流量調整手段と制御手段とに分けることで、洗浄空間内に形成される渦中心の回転移動が制御できると共に各手段の構成の簡素化を図ることができる。

また、前記分流量調整手段は、開口度を調整できる流量制御弁であり、前記制御手段は、前記流量制御弁の開口度調整動作を制御する構成であってもよい。

かかる構成によれば、簡単な構成によって流量調整路内を流通する超臨界流体の流量を調整することができる。また、流量制御弁は、種々開発されているため汎用品も多く、コスト削減を図ることができる。

また、前記分流量調整手段は、流路を開閉する開閉弁であり、前記制御手段は、前記開閉弁の開閉動作を制御する構成であってもよい。

かかる構成によれば、開と閉（開放と閉塞）の二つの状態間を切換えるだけのより簡単な構成の弁によって供給流路における超臨界流体の分流量を調整することができる。さらに、開閉弁の開閉動作は、開と閉の二つの状態間の切り換えのみであるため、この開閉動作の制御も容易になる。

また、前記分流量調整手段は、オリフィスをさらに備え、前記開閉弁とオリフィスとは、前記主流路に対して並列になるように流量調整路に設けられてもよい。

かかる構成によれば、全ての開閉弁を閉じても、主流路に対して前記開閉弁と並列に設けられたオリフィスを通過して所定流量の超臨界流体が洗浄空間内に吐出される。そのため、オリフィスの選定によって、開閉弁を用いて流量調整路の流量調整が可能になる。

また、前記流体排出部は、前記洗浄空間に配置された前記基板に対向する対向壁に複数設けられ、これら複数の流体排出部は、前記洗浄空間から超臨界流体を外部へ順次に排出するよう、切換え可能に構成される構成であってもよい。

かかる構成によれば、流体排出部が切換えられることで、洗浄空間内から超臨界流体が排出される位置が変化するため、超臨界流体の渦中心の位置が切換えられた流体排出部に向かって移動する。そのため、前記切換えのタイミングが調整されることで、より超臨界流体の渦中心の位置の制御が行い易くなる。

また、上記課題を解消すべく、本発明に係る基板洗浄方法は、供給流路から供給された超臨界流体を洗浄空間内に吐出させて基板の表面を洗浄する基板洗浄方法であって、前記洗浄空間を規定するチャンバーの内壁に間隔をおいて配置されると共に、超臨界流体を前記内壁に対して所定の角度で前記洗浄空間内に吐出可能な少なくとも３つ以上の流体吐出部を使用し、一部の流体吐出部から第１の流量で超臨界流体を吐出させると共に、その他の流体吐出部から第１の流量よりも小流量である第２の流量で超臨界流体を吐出させ、且つ、前記第１の流量が吐出される流体吐出部が順次移行するように、前記供給流路から各流体吐出部へ分流される超臨界流体の流量を当該供給流路において調整することを特徴とする。

かかる構成では、前記同様、洗浄空間内に形成される超臨界流体の渦によって基板表面の洗浄が行われる。さらに、前記洗浄空間内に形成される超臨界流体の渦中心の位置が、前記基板の表面に沿って回転移動することで、レジストの剥離処理における処理むらの発生が抑制され、基板表面に対してレジストの剥離処理が均一に行われる。また、前記渦中心が基板上を回転移動することで、洗い流したパーティクルの集中する位置も移動することになり、基板表面の前記渦中心に対応する位置での傷の発生も抑制される。

以上より、本発明によれば、超臨界流体が基板洗浄空間内に形成する渦の中心位置を変更することができる基板洗浄装置及び基板洗浄方法を提供することができるようになる。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る基板洗浄装置は、洗浄剤等を添加した超臨界流体（以下、単に「超臨界流体」と称する。）を用いて半導体基板（ウエハ）やフラットパネルディスプレー（ＦＰＤ）のガラス基板（以下、両方を併せて単に「基板」とも称する。）のレジスト剥離処理やパーティクルの洗浄を行う装置である。特に、微細な回路パターンが形成された基板を、パターン倒れを生じさせないように洗浄する際に用いられる装置である。尚、本実施形態において用いられる超臨界流体は、臨界点以上の高温・高圧下におくことで超臨界状態となった二酸化炭素（ＣＯ_２）である。

具体的には、図１に示されるように、基板洗浄装置１０は、基板ｗ（図２参照）を洗浄する基板洗浄チャンバー２０と、基板洗浄チャンバー２０から排出された超臨界流体を循環させて再度基板洗浄チャンバー２０に導入するための循環流路管１１と、循環流路管１１の途中に設けられて当該循環流路管１１内の超臨界流体を循環させる循環ポンプ１２と、循環流路管１１から分流されて基板洗浄チャンバー２０に供給される超臨界流体の各分流の流量を制御する吐出流量制御手段３０と、を備える。

基板洗浄チャンバー２０は、超臨界流体を用いて基板ｗのレジスト剥離処理及び洗浄処理が内部で行われるチャンバーである。この基板洗浄チャンバー２０は、図２乃至図４（ｂ）にも示されるように、基板（処理基板）ｗを収容して洗浄するための洗浄空間Ｓと、この洗浄空間Ｓ内に超臨界流体を吐出するための複数の流体吐出部２１，２１，…と、循環流路管１１から供給される超臨界流体を各流体吐出部２１に分配するための分配主流路２２と、洗浄空間Ｓ内の超臨界流体を外部へ排出するための流体排出部２３と、をチャンバー本体Ｂに有する。

洗浄空間Ｓは、水平な略円盤状に形成された空間で、基板ｗを配置した際に当該基板ｗを周縁方向から囲む円周状の内壁２５と、互いに対向する上下一対の対向壁（上側対向壁及び下側対向壁）２６，２７と、によって規定されている。内壁２５は、その壁面が平面視円形で、当該内壁２５には複数の流体吐出部２１，２１，…が設けられている。下側対向壁２７は、昇降可能なステージ２８の上部によって構成され、上面が平滑な水平面となるように形成され、洗浄空間Ｓ内に搬入された基板ｗが配置される。このステージ２８が降下又は上昇することで、洗浄空間Ｓと外部とを連通し、洗浄空間Ｓ内に基板ｗを搬入及び搬出するための基板挿入口２９が開閉する（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。

ステージ２８の下側には、上下に延びるピストン２８ａが接続されており、ピストン２８ａの中間部には大径部２８ｂが形成されている。

上側対向壁２６は、周縁部２６ａが径方向外側且つ上方に向かって傾斜し、中央部には一対（２つ）の流体排出部２３，２３が設けられている。

各流体排出部２３は、基板洗浄チャンバー２０の外部に配置された流路切換バルブ４０に排出管４１を介してそれぞれ接続されている。この流路切換バルブ４０は、洗浄空間Ｓから超臨界流体を排出する流体排出部２３を切換える。即ち、前記一対の流体排出部２３，２３は、流路切換バルブ４０によって、交互に洗浄空間Ｓ内の超臨界流体を排出するように切換えられる。流路切換バルブ４０は循環流路管１１に接続されて、流体排出部２３からの超臨界流体をこの循環流路管１１に流入させる。

複数の流体吐出部２１，２１，…は、内壁２５に沿って間隔をおいて設けられ且つ内壁２５に対して所定の角度αで洗浄空間Ｓ内に超臨界流体を吐出できるように設けられている。詳細には、複数の流体吐出部２１，２１，…は、内壁２５の周方向に沿って等間隔となるように当該内壁２５に設けられ且つ共通の面（水平な仮想面Ｖ：図２参照）に沿って超臨界流体を吐出するように設けられている。即ち、全ての流体吐出部２１，２１，…が下側対向壁２７の壁面に対して同じ高さ位置となるように設けられている。各流体吐出部２１は、内壁２５に対する水平方向の角度がそれぞれαとなるように、且つ平面視で例えば時計回りの方向に超臨界流体を吐出（噴出）するように設けられている。また、各流体吐出部２１は、すべて長さ及び内径が等しく且つ前記水平な仮想面Ｖに沿って時計回りに湾曲した円弧状に形成されている。また、各流体吐出部２１は、吐出側先端面が内壁２５の壁面と面一となるように内壁２５に設けられている。

尚、本実施形態においては、各流体吐出部２１は、その吐出側先端面が内壁２５の壁面と面一となるように設けられているが、洗浄空間Ｓ内に形成される後述の超臨界流体による渦の妨げとならない程度であれば、前記壁面から突出していてもよい。また、各流体吐出部２１は、内壁２５を前記仮想平面Ｖの位置で上下に分離し、対向する分離面に溝を切り欠き、前記分離した内壁２５を併せることによって形成されてもよく、管材を内壁２５に埋め込むことで形成されてもよい。

分配主流路２２は、複数の分配流路部２２ａ，２２ａ，…に分割され、各分配流路部２２ａは、循環流路管１１から超臨界流体が供給されると共に流体吐出部２１が接続されている。本実施形態においては、分配主流路２２は、４つの分配流路部２２ａに分割されている。詳細には、分配主流路２２は、内壁２５の壁面と同心となるような円環状の流路をその軸方向の長さが等しくなるように分割した形状の複数の分配流路部２２ａ，２２ａ，…によって構成されている。この分配主流路２２は、内壁２５の壁面からの距離が一定となるように前記壁面の外側（洗浄空間Ｓの径方向外側）に形成されると共に軸方向における各位置での内径が同一になるように形成されている。また、前記各分配流路部２２ａには、それぞれ等しい数の流体吐出部２１…が接続されており、分配主流路２２（分配流路部２２ａ）の内径は、この流体吐出部２１の内径よりも大きい。

循環流路管１１は、基板洗浄チャンバー２０の洗浄空間Ｓから排出された超臨界流体を前記洗浄空間Ｓへ供給するための管路である。この循環流路管１１は、主流路管１３と、循環ポンプ１２の下流側且つ基板洗浄チャンバー２０の上流側で分配流路部２２ａに対応する数（本実施形態においては、４本）に分岐した流量調整管１４と、で構成されている。この流量調整管１４は、それぞれ対応する分配流路部２２ａに接続される。本実施形態において、各流量調整管１４は、２つ（２本）の並列流路管１４ａ，１４ｂに一旦分岐し、下流端でこの分岐した並列流路管１４ａ，１４ｂが合流している。

尚、上記の主流路管１３と流量調整管１４と分配流路部２２ａとによって供給流路が構成されている。この供給流路は、各流体吐出部２１にそれぞれ超臨界流体を供給するための流路であり、分配流路部２２ａのみが基板洗浄チャンバー２０内に配置され、他の主流路管１３及び流量調整管１４は、基板洗浄チャンバー２０の外部に配置される循環流路管１１を構成している。

吐出流量制御手段３０は、前記供給流路から分流されて洗浄空間Ｓ内に吐出される超臨界流体の各分流量（各流体吐出部２１から吐出される流量）を制御する。このように各分流量が制御されることで、後述するように洗浄空間Ｓ内に形成される超臨界流体の渦の中心位置が回転移動するように制御される。具体的には、この吐出流量制御手段３０は、分流量調整手段３１と、この分流量調整手段３１の分流量調整動作を制御する分流量制御手段３２とを有する。

分流量調整手段３１は、各流量調整管１４にそれぞれ設けられる。これら各分流量調整手段３１が調整されることで、流量調整管１４毎に内部を流通する超臨界流体の流量の調整が可能となる。このように各流量調整管１４内を流通する超臨界流体の流量が調整されることで、各分配流路部２２ａにそれぞれ供給される超臨界流体の流量が分配流路部２２ａ毎に調整される。それに伴って洗浄空間Ｓ内に流体吐出部２１を介して吐出される超臨界流体の流量（分流量）が調整される。本実施形態においては、分流量調整手段３１は、並列流路管１４ａ，１４ｂのうちの第１の並列流路管１４ａに設けられる開閉弁３１ａと、第２の並列流路管１４ｂに設けられるオリフィス（絞り）３１ｂとで構成される。

開閉弁３１ａは、第１の並列流路管１４ａ内を超臨界流体が流通可能な開放状態と、超臨界流体が流通不可能な閉塞状態と、の２つの状態間で切換可能な弁である。この開閉弁３１ａの開閉制御、即ち、第１の並列流路管１４ａ内を流通する超臨界流体の流量調整動作の制御は、分流量制御手段３２によって制御される。この制御の詳細については後述する。

尚、本実施形態において、開閉弁３１ａとしてはエアーオペレートバルブが用いられている。このエアーオペレートバルブ（開閉弁）３１ａは、途中に電磁弁１５ａが設けられたエアー配管１５によって分流量制御手段３２に接続されている。そして、分流量制御手段３２に設けられたコントローラー（図示せず）で電磁弁１５ａを開閉制御し、エアー配管１５を介してエアーオペレートバルブ３１ａにエアーが供給され又はエアーの供給が停止されることでエアーオペレートバルブ３１ａが開閉制御される。

分流量制御手段３２は、前記各分流量調整手段３１を制御する（本実施形態においては、開閉弁３１ａを開閉制御する）ことで、一部の流体吐出部２１から後述の大流量（第１の流量）で超臨界流体が吐出されると共にそれ以外の流体吐出部から後述の小流量（第２の流量）の超臨界流体が吐出され、且つ、前記大流量が分流される流体吐出部２１が順次移行するように、各流量調整管１４への超臨界流体の分流量を調整する。尚、分流量制御手段３２の制御の詳細については後述する。

循環流路管１１には、基板洗浄チャンバー２０の下流側且つ循環ポンプ１２の上流側に、排気管（排気ライン）１６、二酸化炭素（ＣＯ_２）供給管（ＣＯ_２供給ライン）１７、洗浄剤（添加薬）供給管（洗浄剤供給ライン）１８がそれぞれ接続されている。排気管１６に設けられたバルブ１６ａの開閉により循環流路管１１からの二酸化炭素の排気が行われる。二酸化炭素供給管１７に設けられたバルブ１７ａの開閉により循環流路管１１への二酸化炭素の供給が行われる。洗浄剤供給管１８に設けられたバルブ１８ａの開閉により循環流路管１１への洗浄剤の供給が行われる。

また、循環流路管１１には、循環ポンプ１２の下流側且つ流量調整管１４の上流側にフィルター１９が設けられている。このフィルター１９は、基板洗浄処理中に発生するパーティクルを当該フィルター１９を通過する超臨界流体から取り除き、基板ｗへのパーティクルの再付着を防止するためのものである。

本実施形態に係る基板洗浄装置１０は、以上の構成からなり、次に、基板洗浄装置１０の動作について説明する。

まず、ステージ２８下側のピストン２８ａの大径部２８ｂ上側のチャンバー本体Ｂとの間隙ｓ１内に流体が注入されることで、ピストン２８ａが押し下げられ、ステージ２８が降下する。ステージ２８が降下した状態で、基板洗浄チャンバー２０側部に開いた基板挿入口２９から基板ｗが洗浄空間Ｓ内に搬入される（図４（ａ）参照）。

基板ｗが搬入された後、大径部２８ｂ上側のチャンバー本体Ｂとの間隙ｓ１内から流体が排出されると共に下側の間隙ｓ２内に流体が注入される。また、同時にピストン２８ａ下側のチャンバー本体Ｂとの間隙ｓ３内にも流体が注入される。このように流体が注入されることで、ピストン２８ａが押し上げられ、ステージ２８が上昇する。その際、基板挿入口２９がステージ２８の側壁によって閉じられ、洗浄空間Ｓ内が液密及び気密状態となる。

次に、バルブ１６ａが閉じた状態でバルブ１７ａが開放されて二酸化炭素供給管１７から循環流路管１１、循環ポンプ１２及び基板洗浄チャンバー２０等の超臨界流体が循環する循環サイクルを構成する構成要素内に超臨界流体（超臨界ＣＯ_２）が充填される。また、バルブ１８ａが一時開かれて洗浄剤供給管１８からこの超臨界流体に所定量の洗浄剤が添加され、循環ポンプ１２により超臨界流体が前記循環サイクル内を循環する。この循環により、基板洗浄チャンバー２０においては、超臨界流体が流体吐出部２１から洗浄空間Ｓ内に吐出されて洗浄空間Ｓの中心部に向かい、流体排出部２３から外部に排出される。

このような洗浄空間Ｓ内の超臨界流体の流れによって、当該洗浄空間Ｓ内に搬入された基板表面のレジスト剥離処理やパーティクルの洗浄等の基板表面の洗浄（洗浄処理）が行われる。このとき、後述するように分流量制御手段３２による各流量調整管１４の開閉弁３１ａの開閉制御及びタイマー（図示せず）による流路切換バルブ４０の切換えタイミングの制御によって、洗浄空間Ｓ内に形成される超臨界流体の流れが制御され、基板ｗの洗浄が行われる。基板ｗの洗浄が終了すると、排気管１６のバルブ１６ａが開けられ、前記循環サイクル内から当該排気管１６を通じて超臨界流体が排出される。超臨界流体排出後、基板ｗが洗浄空間Ｓ内から搬入と逆の手順で搬出される。

以下、洗浄空間Ｓ内の超臨界流体の流れによる基板ｗ表面の洗浄時における分流量制御手段３２による開閉弁３１ａの開閉制御、及びタイマー等による流路切換バルブ４０の切換えタイミングの制御について図５（ａ）乃至図６（ｂ）も参照しつつ説明する。尚、以下では説明の便宜上、複数の分配流路部２２ａ，２２ａ，…にそれぞれ接続される流量調整管１４，１４，…の一つ（図３における左側の流量調整管１４）を第１流量調整管１４１とし、図３において時計回りに第２流量調整管１４２、第３流量調整管１４３及び第４流量調整管１４４とも称する。

全ての開閉弁３１ａが開いた状態で、循環流路管１１から基板洗浄チャンバー２０の洗浄空間Ｓ内に超臨界流体が供給される。詳細には、超臨界流体は、循環ポンプ１２から循環流路管１１の主流路管１３に送り出され、当該循環流路管１１が分岐することで形成されている４つの流量調整管１４を経て分配主流路２２を構成する各分配流路部２２ａに到達する。さらに詳細には、各流量調整管１４を流れる超臨界流体の流れは、各流量調整管１４に設けられた第１及び第２の並列流路管１４ａ，１４ｂ内をそれぞれ流れるように一旦分流される。そして、第１の並列流路管１４ａにおいては開閉弁３１ａを通過後、第２の並列流路管１４ｂにおいてはオリフィス３１ｂを通過後に、各並列流路管１４ａ，１４ｂが合流することで前記分流された超臨界流体の流れも合流し、この合流後に超臨界流体が部分流路部２２ａに到達する。このとき、各流量調整管１４を流れる超臨界流体の流量がそれぞれ同一となるため各分配流路部２２ａに供給される超臨界流体の流量がそれぞれ同一となる。

このようにして循環流路管１１から超臨界流体が各分配流路部２２ａに供給され、これら各分配流路部２２ａから当該分配流路部２２ａに接続される各流体吐出部２１へ供給される。

その際、分配流路部２２ａが軸方向において内径が同一に構成されていることから、軸方向における各位置での圧力が同一となる。従って、共通（同一）の分配流路部２２ａに接続されている各流体吐出部２１には、同一圧力で超臨界流体が供給され、共通の分配流路部２２ａに接続された一群（複数）の流体吐出部２１，２１，…から洗浄空間Ｓ内に吐出される超臨界流体の流量がそれぞれ同一となる。また、上記のように各分配流路部２２ａに供給される超臨界流体の流量が同一であるため、内壁２５に設けられた全ての流体吐出部２１から吐出される超臨界流体の流量がそれぞれ同一となる。

洗浄空間Ｓ内に供給された超臨界流体は、各流体吐出部２１から吐出される際、洗浄空間Ｓを規定する基板洗浄チャンバー２０の内壁２５から何れも平面視時計回りの方向に当該洗浄空間Ｓ内に吐出される。このように吐出されることで、超臨界流体は、内壁２５側から洗浄空間Ｓの中心に向かって当該洗浄空間Ｓ内に配置された基板表面に沿って渦を形成しつつ流れる。この超臨界流体の渦によって当該基板ｗに対して擬似的な枚葉スピン洗浄が行われる。

このとき、流路切換バルブ４０は、一方（図５（ａ）において左側）の流体排出部２３から超臨界流体が排出されるように切換えられている。そのため、前記渦状に流れる超臨界流体は、洗浄空間Ｓ内を内壁２５側から中心に向かって基板ｗに沿うように流れ、当該洗浄空間Ｓの中心部で上側対向壁２６中央部に形成された前記一方側の流体排出部２３に向かって渦を巻きつつ上昇するように流れる（図５（ａ）参照）。

この状態で、流路切換バルブ４０が切換えられると超臨界流体を洗浄空間Ｓから排出する流体排出部２３が他方側（図５（ａ）において右側）に切り換わる。そのため、前記上昇する流れの向かう方向が切り換わり、これに伴って渦の中心部に形成される超臨界流体の流れの遅い領域（よどみ）ｐが移動する（図５（ｂ）参照）。この流路切換バルブ４０の切換えを繰り返すことで、前記よどみｐは、基板ｗ上を洗浄空間Ｓの径方向に沿って往復動する。前記流路切換バルブ４０の切換タイミングは、タイマー（図示せず）によって所定の周期で行われる。このタイマーの切換え周期は任意に調整可能である。

また、超臨界流体が前記渦を巻きつつ上昇するように流れる状態で、各分流量調整手段３１を分流量制御手段３２によって制御することで各流量調整管１４を流れる超臨界流体の流量が調整され、前記よどみｐを移動させることができる。具体的には、４つの開閉弁３１ａのうち１つの開閉弁３１ａが開き、他の３つの開閉弁３１ａが閉じた状態で、この開いた状態の開閉弁３１ａが順に移行、本実施形態においては、第１流量調整管１４１から図３において時計回りの順に移行する。

詳細には、第１流量調整管１４１の開閉弁３１ａが開くと共に第２乃至第４流量調整管１４２乃至１４４の各開閉弁３１ａが閉まった状態となる。次に、第２流量調整管１４２の開閉弁３１ａが開くと共に第１、第３及び第４流量調整管１４１，１４３，１４４の各開閉弁３１ａが閉まった状態となる。次に、第３流量調整管１４３の開閉弁３１ａが開くと共に第１、第２及び第４流量調整管１４１，１４２，１４４の各開閉弁３１ａが閉まった状態となる。次に、第４流量調整管１４４の開閉弁３１ａが開くと共に第１乃至第３流量調整管１４１乃至１４３の各開閉弁３１ａが閉まった状態となる。この各状態が所定時間ずつ順に繰り返されるように第１乃至第４流量調整管１４１乃至１４４の各開閉弁３１ａが分流量制御手段３２によって制御されることで第１乃至第４流量調整管１４１乃至１４４を流れる超臨界流体の流量が調整される。

ここで、第１流量調整管１４１の開閉弁３１ａが開き、第２乃至第４流量調整管１４２乃至１４４の各開閉弁３１ａが閉じた状態の場合について、より詳細に説明する。第２乃至第４流量調整管１４２乃至１４４においては、第１の並列流路管１４ａ内の超臨界流体の流れが止まり、第２の並列流路管１４ｂ内にだけ超臨界流体が流れる。そのため、開閉弁３１ａが閉じた第２乃至第４流量調整管１４２乃至１４４には、オリフィス３１ｂによって規定される流量（小流量）の超臨界流体がそれぞれ流れ、当該第２乃至第４流量調整管１４２乃至１４４に対応する各分配流路部２２ａに供給される。これに対し、開閉弁３１ａの開いた第１流量調整管１４１においては、前述のオリフィス３１ｂに流量を規定される第２の並列流路管１４ｂ内を流れる超臨界流体に加え、第１の並列流路管１４ａ内も超臨界流体が流れ、当該流量調整管１４が接続された部分流路部２２ａにはこれらを併せた量（大流量）の超臨界流体が供給される。

このように第１乃至第４流量調整管１４１乃至１４４の各開閉弁３１ａのうち、開いた１つの開閉弁３１ａが順次移行すると共に他の３つの開閉弁３１ａが閉じた状態となるように分流量制御手段３２によって各開閉弁３１ａが制御されることで、供給される超臨界流体の流量の多い分配流路部２２ａが前記内壁２５の周方向に沿って順次移行する。即ち、大流量が供給される分配流路部２２ａが洗浄空間Ｓを規定する内壁２５の周方向に沿って順次（図３において時計回りに）移行する。

従って、第１流量調整管１４１の開閉弁３１ａが開いたとき、第１流量調整管１４１が接続された分配流路部２２ａに設けられた一群の流体吐出部２１，２１，…からの吐出量が大流量となり、前記渦の中心が洗浄空間Ｓの中心位置から移動する（図６（ａ）の矢印参照）。

次に、第２流量調整管１４２の開閉弁３１ａが開いたときは、当該第２流量調整管１４２が接続された分配流路部２２ａに設けられた一群の流体吐出部２１，２１，…からの吐出量が大流量となり、前記渦の中心位置が移動する（図６（ｂ）の矢印参照）。

次に、第３流量調整管１４３の開閉弁３１ａが開いたときには、当該第３流量調整管１４３が接続された分配流路部２２ａに設けられた一群の流体吐出部２１，２１，…からの吐出量が大流量となるため、図６（ｃ）のように、さらに前記渦の中心位置が移動する。また、第４流量調整管１４４の開閉弁３１ａが開いたときには、当該第４流量調整管１４４が接続された分配流路部２２ａに設けられた一群の流体吐出部２１，２１，…からの吐出量が大流量となるため、図６（ｄ）のように、さらに前記渦の中心位置が移動する。

このように洗浄空間Ｓを規定する内壁２５の周方向に沿って配置される複数の分配流路部２２ａ，２２ａ，…に対し、大流量の超臨界流体が供給される分配流路部２２ａが前記周方向に沿って順次移行し、残りの分配流路部２２ａには小流量の超臨界流体が供給されるように、各開閉弁３１ａを分流量制御手段３２によって制御する。そうすることで、洗浄空間Ｓ内に形成される超臨界流体の渦の中心位置が前記周方向に沿って回転移動するようになる。

このようにして、分流量制御手段３２による第１乃至第４流量調整管１４１乃至１４４における分流量調整手段３１の制御（本実施形態においては、開閉弁３１ａの開閉制御）による超臨界流体の流量の調整、又はタイマー等による流路切換バルブ４０の切換えタイミングの調整によって、洗浄空間Ｓ内に形成される超臨界流体の渦中心の位置を基板ｗ上で回転移動又は直線的に移動させることができる。

また、前記分流量調整手段３１の制御（前記開閉弁３１ａの開閉制御）と流路切換バルブ４０の切換えタイミングの調整とを組み合わせて制御することで、より自在に超臨界流体の渦中心の位置を移動させることができる。尚、前記分流量調整手段３１の制御のみで洗浄空間Ｓ内に形成される渦の中心が十分な回転移動をする場合は、上側対向壁２６に設けられる流体排出部２３は、１つだけでもよい。また、流体排出部２３が上側対向壁２６に３つ以上設けられることで、さらに自在に超臨界流体の渦中心の回転移動の制御が可能となる。

次に、本実施形態に係る基板洗浄装置１０の作用及び効果を説明する。

基板洗浄装置１０では、供給流路（循環流路管１１及び分配流路部２２ａ）を通じて洗浄空間Ｓ内に供給された超臨界流体が流体吐出部２１から洗浄空間内に所定の角度αで吐出されることで、基板ｗの表面に沿って超臨界流体の渦が形成される。この超臨界流体の渦によって当該基板表面の洗浄が行われる。

しかも、３つ以上の流体吐出部２１において大流量（第１の流量）が分流される一部の流体吐出部２１が順次移行するように前記供給流路における超臨界流体の分流量が調整されている。そのため、洗浄空間Ｓ内に形成される超臨界流体の渦の中心（渦中心）の位置が基板ｗの表面に沿って回転移動する。

このように、基板ｗ上に形成される超臨界流体の渦が、その渦中心を基板ｗの表面に沿って回転移動するように形成されることで、レジストの剥離処理における処理むらの発生が抑制され、基板表面に対してレジストの剥離処理が均一に行われる。さらに、前記渦中心が基板ｗ上を回転移動することで、洗い流したパーティクルの集中する位置も移動することになり、基板表面の前記渦中心に対応する位置での傷の発生も抑制される。

また、供給流路は、主流路管１３と、この主流路管１３から分岐した４つの流量調整管１４と、これら各流量調整管１４に接続された分配流路部２２ａと、を有し、各分配流路部２２ａにはそれぞれ複数の流体吐出部２１，２１，…が接続される。そのため、流量調整管１４内を流通する超臨界流体の流量を調整するだけで洗浄空間Ｓ内に形成される渦中心の回転移動を制御できる。

また、吐出流量制御手段３０を流量調整管１４に設けられる分流量調整手段３１と、この分流量調整手段３１を制御する分流量制御手段３２と、に分けることで、洗浄空間Ｓ内に形成される渦中心の回転移動が制御できると共に各手段３１，３２の構成の簡素化を図ることができる。

また、分流量調整手段３１は、流路を開放又は閉塞する開閉弁３１ａであり、分流量制御手段３２は、開閉弁３１ａの開閉動作を制御する構成とすることで、開と閉の二つの状態間を切換えるだけのより簡単な構成の弁によって流量調整管１４毎の流量を調整することができる。さらに、開閉弁３１ａの開閉動作は、開と閉の二つの状態間の切り換えのみであるため、この開閉動作の制御も容易になる。その結果、分流量制御手段３２の簡素化も図ることができる。

また、分流量調整手段３１は、超臨界流体を所定流量だけ通過させるオリフィス３１ｂをさらに備え、開閉弁３１ａとオリフィス３１ｂとは、主流路１３に対して並列になるように流量調整管１４に設けられる。そのため、全ての開閉弁３１ａを閉じても、主流路１３に対して開閉弁３１ａと並列に設けられたオリフィス３１ｂを通過して所定流量の超臨界流体が洗浄空間Ｓ内に吐出される。そのため、分流量調整手段３１が開閉弁３１ａのみで構成される場合に比べ、全ての開閉弁３１ａを閉じても洗浄空間Ｓ内の高圧状態が保ち易く、基板ｗを洗浄する流体の超臨界状態が保ち易くなる。

また、流体排出部２３は、洗浄空間Ｓに配置された基板ｗに対向する上側対向壁２６に２つ設けられ、これら２つの流体排出部２３，２３は、洗浄空間Ｓから超臨界流体を外部へ順次に排出するよう、切換え可能に構成される。このように洗浄空間Ｓから外部へ超臨界流体を排出可能な流体排出部２３が切換えられることで、超臨界流体の渦中心の位置が切換えられた流体排出部２３に向かって移動する。そのため、前記切換えのタイミングが調整されることで、より超臨界流体の渦中心の位置の制御が行い易くなる。

また、上記基板洗浄装置１０を用いた基板洗浄方法では、洗浄空間Ｓ内に形成される超臨界流体の渦によって基板表面の洗浄が行われる。さらに、洗浄空間Ｓ内に形成される超臨界流体の渦中心の位置が、基板ｗの表面に沿って回転移動することで、レジストの剥離処理における処理むらの発生が抑制され、基板表面に対してレジストの剥離処理が均一に行われる。また、渦中心が基板ｗ上を回転移動することで、洗い流したパーティクルの集中する位置も移動することになり、基板表面の前記渦中心に対応する位置での傷の発生も抑制される。

尚、本発明の基板洗浄装置及び基板洗浄方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、本実施形態においては、分配主流路２２は、４つの分配流路部２２ａに分割されているが、これに限定される必要はなく、３つ又は５つ以上の分配流路部に分割されていてもよい。分配主流路が３つ以上に分割されていれば、流量調整管に設けられた分流量調整手段を制御することで洗浄空間内に形成される超臨界流体の渦の中心位置を回転移動させることができる。また、分配主流路を分割する数が多くなるほど、所望する回転移動の軌道に沿ってより正確に前記渦の中心位置を回転移動させ易くなる。

また、本実施形態においては、分流量調整手段３１は、各流量調整管１４に並列に設けられた開閉弁３１ａ及びオリフィス３１ｂによって構成され、分流量制御手段３２は、開閉弁３１ａの開閉動作の制御を行う制御手段が用いられているがこれに限定される必要はない。即ち、分流量調整手段として各流量調整管に開口度を調整できる流量制御弁が用いられ、分流量制御手段３２として前記流量調整弁の開口度調整動作を制御する制御手段が用いられてもよい。このようにしても、３つ以上の流体吐出部において大流量（第１の流量）が分流される一部の流体吐出部２１が順次移行するように供給流路における超臨界流体の分流量が調整できる。そのため、洗浄空間Ｓ内に形成される超臨界流体の渦の中心（渦中心）の位置が基板の表面に沿って回転移動する。さらに、流量制御弁は、種々開発されているため汎用品も多く、コスト削減を図ることができる。

また、本実施形態においては、複数の開閉弁３１ａのうち１つだけを開き、残り全てを閉じた状態となるように制御しているがこれに限定される必要はない。即ち、複数の開閉弁のうち２つ以上の開閉弁が開き、残りが閉じた状態であってもよく、１つの開閉弁のみが閉じ、残り全ての開閉弁が開いた状態であってもよい。このように制御した場合であっても、洗浄空間Ｓ内に形成される渦の中心位置が回転移動するように制御できればよい。

また、本実施形態においては、各流量調整管１４に分流量調整手段３１として開閉弁３１ａとオリフィス３１ｂとが並列に配置されているがこれに限定される必要もない。即ち、各流量調整管１４が分岐されることなくそれぞれ開閉弁３１が設けられ、これら各開閉弁３１がそれぞれ開閉制御されることで渦中心の回転移動が制御されるように構成されてもよい。このように構成されても、各開閉弁を制御することによって各流体吐出部２１から吐出（噴出）される超臨界流体の流量が内壁２５の周方向において変化する（一定でない）ため、前記渦中心の回転移動の制御が可能となる。

本実施形態に係る基板洗浄装置の概略構成図を示す。 同実施形態に係る基板洗浄装置における基板洗浄チャンバーの一部拡大構成図を示す。 図２のＡ−Ａ断面における一部拡大構成図を示す。 同実施形態に係る基板洗浄装置における、（ａ）はステージが降下した状態の基板洗浄チャンバーの概略構成図を示し、（ｂ）はステージが上昇した状態の基板洗浄チャンバーの概略構成図を示す。 同実施形態に係る基板洗浄装置における、（ａ）は一方の流体排出部から超臨界流体が排出される状態の超臨界流体の流れの概念図を示し、（ｂ）は他方の流体排出部から超臨界流体が排出される状態の超臨界流体の流れの概念図を示す。 同実施形態に係る基板洗浄装置における、（ａ）は第１流量調整管の開閉弁が開いた状態の超臨界流体の流れの概念図を示し、（ｂ）は第２流量調整管の開閉弁が開いた状態の超臨界流体の流れの概念図を示し、（ｃ）は第３流量調整管の開閉弁が開いた状態の超臨界流体の流れの概念図を示し、（ｄ）は第４流量調整管の開閉弁が開いた状態の超臨界流体の流れの概念図を示す。

符号の説明

１０ 基板洗浄装置
１１ 循環流路管
２０ 基板洗浄チャンバー
２１ 流体吐出部
２３ 流体排出部
２５ 内壁
３０ 吐出流量制御手段
Ｓ 洗浄空間
ｗ 基板
α 角度

Claims (8)

1. 基板の表面を超臨界流体で洗浄する基板洗浄装置であって、
   基板を洗浄するための洗浄空間を有する基板洗浄チャンバーと、
   前記洗浄空間を規定する内壁に対して所定の角度で当該洗浄空間内に超臨界流体を吐出させる３つ以上の流体吐出部と、
   前記流体吐出部にそれぞれ超臨界流体を供給するための供給流路と、
   前記洗浄空間内の超臨界流体を外部へ排出するための流体排出部と、
   前記供給流路から分流されて各流体吐出部から吐出される超臨界流体の流量を制御する吐出流量制御手段と、を備え、
   前記吐出流量制御手段は、一部の流体吐出部から第１の流量で超臨界流体が吐出されると共にそれ以外の流体吐出部から第１の流量よりも小流量の第２の流量で超臨界流体が吐出され、且つ、前記第１の流量が分流される流体吐出部が順次移行するように、前記供給流路における超臨界流体の分流の流量を調整することを特徴とする基板洗浄装置。
2. 前記供給流路は、主流路と、この主流路から分岐した３つ以上の流量調整路と、これら各流量調整路に接続された分配流路と、を有し、
   各分配流路にはそれぞれ１以上の前記流体吐出部が接続されることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
3. 前記吐出流量制御手段は、前記流量調整路に設けられる分流量調整手段と、この分流量調整手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする請求項２に記載の基板洗浄装置。
4. 前記分流量調整手段は、開口度を調整できる流量制御弁であり、
   前記制御手段は、前記流量制御弁の開口度調整動作を制御することを特徴とする請求項３に記載の基板洗浄装置。
5. 前記分流量調整手段は、流路を開閉する開閉弁であり、
   前記制御手段は、前記開閉弁の開閉動作を制御することを特徴とする請求項３に記載の基板洗浄装置。
6. 前記分流量調整手段は、オリフィスをさらに備え、
   前記開閉弁とオリフィスとは、前記主流路に対して並列になるように流量調整路に設けられることを特徴とする請求項５に記載の基板洗浄装置。
7. 前記流体排出部は、前記洗浄空間に配置された前記基板に対向する対向壁に複数設けられ、
   これら複数の流体排出部は、前記洗浄空間から超臨界流体を外部へ順次に排出するよう、切換え可能に構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
8. 供給流路から供給された超臨界流体を洗浄空間内に吐出させて基板の表面を洗浄する基板洗浄方法であって、
   前記洗浄空間を規定するチャンバーの内壁に間隔をおいて配置されると共に、超臨界流体を前記内壁に対して所定の角度で前記洗浄空間内に吐出可能な少なくとも３つ以上の流体吐出部を使用し、
   一部の流体吐出部から第１の流量で超臨界流体を吐出させると共に、その他の流体吐出部から第１の流量よりも小流量である第２の流量で超臨界流体を吐出させ、且つ、前記第１の流量が吐出される流体吐出部が順次移行するように、前記供給流路から各流体吐出部へ分流される超臨界流体の流量を当該供給流路において調整することを特徴とする基板洗浄方法。

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