JP4749749B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、基板の表面をスクラブブラシでスクラブすることによって当該基板表面から異物を取り除くための基板処理装置および基板処理方法に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、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、フォトマスク用基板などが含まれる。

半導体装置の製造工程では、工程間における基板（半導体ウエハ）の洗浄処理が不可欠である。基板を１枚ずつ洗浄する枚葉型の基板処理装置は、たとえば、基板をほぼ水平に保持して回転させる基板保持回転機構と、この基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板の表面をスクラブするスポンジ状のスクラブブラシと、前記基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板に洗浄薬液（アンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液）を供給する処理液ノズルとを備えている。

スクラブブラシは、たとえば、基板の回転領域外に配置された回転軸まわりに水平揺動する揺動アームの先端に取り付けられている。回転中の基板表面にスクラブブラシが押し付けられた状態で揺動アームが駆動されると、スクラブブラシは基板表面をスキャンしながらスクラブすることになる。これにより、基板表面全域の異物を除去することができる。

このようなスクラブ洗浄処理を多数枚の基板に対して行ううちに、スクラブブラシには、基板上の異物が転写して蓄積されていく。これを抑制するために、比較的長時間に渡って処理対象の基板が供給されない待機期間が生じると、スクラブブラシの水洗処理が行われる。具体的には、基板の回転領域外にスクラブブラシの待機位置が設定されていて、この待機位置に、洗浄ポットが設けられている。洗浄ポットは、スクラブブラシを収容することができる筒状容器であり、内部に、スクラブブラシに純水を供給する純水ノズルが配置されており、底面には排水管が接続されている。この構成により、待機期間中に、純水ノズルからスクラブブラシに純水を供給して、このスクラブブラシに付着した異物を洗い落とすことができる。
特開平８-１０７１９号公報

しかし、本願発明者の研究によると、意外にも、待機期間中に水洗処理を経たスクラブブラシによって最初に処理を受けた基板（１枚目の基板）には、その後に処理を受けた基板（２枚目以降の基板）に比較して、明らかに多くの異物（パーティクル）が残留する現象が確認されている。
本願発明者は、前記の現象を、スクラブブラシに付着した異物のゼータ電位の変動に起因するものと予想した。

基板（半導体ウエハ）のゼータ電位は一般に負である。したがって、基板から異物を剥離しやすくするためには、異物のゼータ電位を負に制御することが効果的である。この目的で、スクラブ洗浄工程では、アンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液が洗浄薬液として基板表面に供給されるのである。
ところが、洗浄ポットで純水の供給を受けたスクラブブラシは、ｐＨが低くなってしまう。このような状態のスクラブブラシを基板表面に押し付けると、これに接した異物のゼータ電位が正となり、このような異物の基板表面からの除去が困難な状況に立ち至ると考えられる。その後、アルカリ性の洗浄薬液を供給しながらスクラブ洗浄処理を繰り返すうちに、スクラブブラシはアルカリ性洗浄薬液を豊富に含んだ状態となるため、前述のような状況が解消される。

このようなメカニズムで、待機期間終了後の１枚目の基板に明らかな洗浄不良が見られたものと推測される。
この発明の目的は、基板表面の異物をより確実に除去することができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）を保持する基板保持機構（１）と、この基板保持機構に保持された基板の表面をスクラブして基板表面の異物を除去するためのスクラブブラシ（３）と、前記スクラブブラシで基板をスクラブしていない待機時において、前記スクラブブラシの表面にアルカリ性気体を供給するアルカリ性気体供給機構（５，２２，２４，３２，４５）とを含むことを特徴とする基板処理装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。

この構成によれば、待機時には、スクラブブラシの表面にアルカリ性気体が供給されることにより、このスクラブブラシの表面および当該表面に付着している異物のゼータ電位が負に制御される。そのため、待機期間終了後にスクラブブラシが基板に接触したときに、基板（一般的にゼータ電位は負）上の異物のゼータ電位が正になってしまうことを回避でき、基板上の異物の剥離が困難となったりすることがない。また、スクラブブラシ表面の異物だけでなく、スクラブブラシ自身のゼータ電位も負に制御されることになるから、スクラブブラシに異物が強固に付着してしまうこともなく、基板のスクラブ時には、スクラブブラシの表面への異物の蓄積を抑制できる。

前記アルカリ性気体とは、スクラブブラシおよびその表面に付着している異物のゼータ電位を負に制御することができる気体のことであり、より具体的には、スクラブブラシの表面のｐＨを９以上に制御できる気体を意味する。このようなアルカリ性気体の例は、アンモニアである。アンモニア水は、揮発によってアンモニア気体を発生する揮発性水溶液であるから、適切な濃度のアンモニア水（たとえばｐＨ１０以上のもの）からの揮発によって生成したアンモニア気体をアルカリ性気体としてスクラブブラシに供給することとしてもよい。また、アンモニア水に限らず、ＮＨ₄＋、ＲＮＨ₃＋、Ｒ₂ＮＨ₂＋、Ｒ₃ＮＨ＋、Ｒ₄Ｎ＋ のイオンを少なくとも１つ含む水溶液であってもよい。なお、「Ｒ」はアルキル基を表す。

前記基板保持機構は、基板を保持して回転させる基板保持回転機構であってもよい。
請求項２記載の発明は、前記スクラブブラシで基板をスクラブしているときに、当該基板の表面に処理液を供給する処理液供給機構（２）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
この構成によれば、スクラブブラシによって基板表面から除去された異物を、処理液によって、基板外へと洗い流すことができる。また、処理液によって湿潤な状態となったスクラブブラシに対して、待機時にアルカリ性気体を供給すると、スクラブブラシの表面付近はアルカリ性液体による湿潤な状態に保持される。これにより、待機期間終了後のスクラブ洗浄処理を効率的に行える。

前記処理液としては、アルカリ性液体が好ましく、具体的には、アンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液が好ましい。このような処理液を用いることにより、基板上の異物のゼータ電位を負に制御することができるので、基板表面から効率的に異物を除去することができる。その他、処理液としては、アンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液に限らず、ＮＨ₄＋、ＲＮＨ₃＋、Ｒ₂ＮＨ₂＋、Ｒ₃ＮＨ＋、Ｒ₄Ｎ＋ のイオンを少なくとも１つ含む水溶液であってもよい。

請求項３記載の発明は、前記基板表面をスクラブする処理位置と、この処理位置から退避した待機位置との間で、前記スクラブブラシを移動させるブラシ移動機構（４）をさらに含み、前記アルカリ性気体供給機構は、前記待機位置にある前記スクラブブラシにアルカリ性気体を供給するものであることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。

この構成によれば、ブラシ移動機構によってスクラブブラシを処理位置と待機位置との間で移動する構成であるので、簡単な構成で、待機位置にあるスクラブブラシにアルカリ性気体を供給できる。
請求項４記載の発明は、前記待機位置にある前記スクラブブラシに洗浄液を供給する洗浄液供給機構（２１，２３，３８）をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の基板処理装置である。

この構成によれば、スクラブブラシを待機位置において洗浄することができるので、スクラブブラシに付着した異物を除去することができる。それとともに、待機位置において、スクラブブラシにアルカリ性気体が供給されるから、スクラブ部材およびその表面にわずかに残留した異物のゼータ電位を負に制御できる。これにより、より効率的に基板を洗浄できる。

また、洗浄液によってスクラブ部材を湿潤な状態に保持することができ、かつ、その状態のスクラブ部材にアルカリ性気体が供給されることによって、スクラブ部材はアルカリ性液体で湿潤な状態に保持されることになる。これにより、待機期間終了直後から、基板の効率的なスクラブ洗浄が可能になる。
なお、前記洗浄液としては、純水、還元水（水素水）、電解イオン水（特にアルカリイオン水）のうちの少なくともいずれか１つを用いることができる。ここで、特に還元水（水素水）やアルカリイオン水を洗浄液として用いた場合には、スクラブ部材およびその表面にわずかに残留した異物のゼータ電位をより確実に負に制御することができる。

請求項５記載の発明は、前記アルカリ性気体供給機構は、揮発してアルカリ性気体を発生する揮発性アルカリ性液体を前記待機位置の下方において貯留するアルカリ性液体貯留部（３２，４５）を含むことを特徴とする請求項３または４記載の基板処理装置である。
この構成によれば、アルカリ性液体貯留部にアルカリ性液体を貯留しておき、このアルカリ性液体の揮発によって生じるアルカリ性気体がスクラブブラシに供給される。このような構成では、アルカリ性液体をスクラブブラシに直接供給する場合に比較して、アルカリ性液体の消費量が著しく少なくなるので、ランニングコストを低く抑えることができる。

「揮発性アルカリ性液体」は、アンモニア水のように、室温（たとえば、２３℃）で揮発性を有するものであってもよいし、室温よりも高温に加熱することによってアルカリ性気体を揮発する液体であってもよい。揮発のために加熱を要する場合には、アルカリ性液体貯留部を加熱する加熱機構を設けたり、アルカリ性液体貯留部外で予め加熱した高温のアルカリ性液体をアルカリ性液体貯留部に供給するようにしたりすればよい。

アルカリ性液体の濃度は揮発によって徐々に低下していくから、アルカリ性液体貯留部に必要に応じてアルカリ性液体を供給するアルカリ性液体供給機構（２２，２４，４０）がさらに備えられていることが好ましい。
請求項６記載の発明は、前記アルカリ性液体貯留部の上方に配置され、このアルカリ性液体貯留部への他液の混入を抑制または阻止する液受け部材（４８）をさらに含むことを特徴とする請求項５記載の基板処理装置である。

この構成によれば、アルカリ性液体貯留部への他液（アルカリ性液体以外の液体）の混入を防ぐ液受け部材が設けられているので、アルカリ性液体貯留部内のアルカリ性液体が不用意に希釈されることがない。これにより、スクラブブラシに確実に必要量のアルカリ性気体を供給できる。
とくに、スクラブブラシに洗浄液を供給する洗浄液供給機構が備えられている場合に、この構成を採用することが好ましい。これにより、洗浄液によるアルカリ性液体の希釈を抑制または防止できる。

請求項７記載の発明は、基板の表面をスクラブブラシでスクラブし、前記基板表面の異物を除去するスクラブ工程と、前記スクラブブラシで基板をスクラブしていない待機時において、前記スクラブブラシの表面にアルカリ性気体を供給し、前記スクラブブラシおよびこのスクラブブラシに付着した異物のゼータ電位を負に制御するアルカリ性気体供給工程とを含むことを特徴とする基板処理方法である。

この方法により、請求項１の発明と同様な効果が得られる。
請求項８記載の発明は、前記スクラブ工程と並行して前記基板の表面に処理液を供給する処理液供給工程をさらに含むことを特徴とする請求項７記載の基板処理方法である。
この方法により、請求項２の発明と同様な効果が得られる。
請求項９記載の発明は、前記待機時に、前記スクラブブラシに洗浄液を供給する洗浄液供給工程をさらに含むことを特徴とする請求項７または８記載の基板処理方法である。

この方法により、請求項４の発明と同様な効果が得られる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の基本的な構成を説明するための図解的な斜視図である。この基板処理装置は、基板の一例である半導体ウエハＷ（以下「ウエハＷ」という。）をほぼ水平に保持して回転させる基板保持回転機構としてのスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持されたウエハＷのほぼ回転中心に向けて処理液を供給する処理液ノズル２と、ウエハＷの表面をスクラブするスクラブブラシ３と、このスクラブブラシ３を移動させるためのブラシ移動機構４と、スクラブブラシ３を待機させておくための待機ポット５とを備えている。

スピンチャック１は、円盤状の回転ベース６と、この回転ベース６をほぼ水平に支持するとともに鉛直軸線まわりに回転自在な回転軸７と、この回転軸７に回転力を与えるチャック回転駆動機構８とを備えている。回転ベース６の上面には、ウエハＷの端面に接触して当該ウエハＷを握持する複数のチャックピン９が立設されている。この構成により、ウエハＷをほぼ水平な状態に保持して回転させることができる。

処理液ノズル２には、薬液供給源からの薬液が薬液バルブ１１を介して供給されているとともに、純水供給源からの純水（脱イオン水）が純水バルブ１２を介して供給されている。すなわち、薬液バルブ１１を開くことにより、処理液ノズル２からウエハＷに薬液を供給することができ、純水バルブ１２を開くことにより、処理液ノズル２からウエハＷに純水を供給することができる。スピンチャック１を回転状態として処理液（薬液または純水）をウエハＷのほぼ回転中心に供給すると、この処理液は遠心力を受けてウエハＷの上面のほぼ全域に広がり、ウエハＷの周端縁から外方へと流下していくことになる。

薬液供給源から供給される薬液は、この実施形態では、アルカリ性液体である。より具体的には、アンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液である。ウエハＷに悪影響のない限りにおいて、その他のアルカリ性液体を用いてもよいが、半導体製造工場において一般的に利用可能なアンモニア水またはアンモニア過酸化水素水の使用が最も適切である。

スクラブブラシ３は、たとえば、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）からなるスポンジ状のスクラブ部材である。スクラブブラシ３を移動させるためのブラシ移動機構４は、先端にスクラブブラシ３を下向きに保持する揺動アーム１５と、この揺動アーム１５をほぼ水平に支持する支持軸１６と、この支持軸１６を鉛直軸線まわりに回動させる揺動駆動機構１７と、支持軸１６を上下動させる昇降駆動機構１８とを備えている。この構成により、スクラブブラシ３は、ウエハＷの上方で水平方向に移動することができるとともに、上下動してウエハＷに接離することができる。ウエハＷの回転中に、スクラブブラシ３をウエハＷの表面に接触させた状態で揺動アーム１５を揺動させると、スクラブブラシ３はウエハＷの回転中心から周縁部まで移動し、これにより、ウエハＷの表面の全域をスキャンしながらスクラブしていく。

揺動アーム１５には、スクラブブラシ３を鉛直軸線まわりに自転させるためのブラシ回転駆動機構２０が内蔵されている。
待機ポット５は、スクラブブラシ３を受け入れることができる筒状容器体であり、スクラブブラシ３を洗浄するための洗浄液としての純水が洗浄液供給管２１から供給され、スクラブブラシ３のゼータ電位を制御するためのアルカリ性液体としてのアンモニア水がアルカリ性液体供給管２２から供給されるようになっている。洗浄液供給管２１は、洗浄液バルブ２３を介して洗浄液供給源（純水供給源）に接続されている。また、アルカリ性液体供給管２２は、アルカリ性液体バルブ２４を介してアルカリ性液体供給源（アンモニア水供給源）に接続されている。また、待機ポット５の底面には、排液管２５が接続されている。

前述のチャック回転駆動機構８、揺動駆動機構１７、昇降駆動機構１８およびブラシ回転駆動機構２０の動作、ならびに薬液バルブ１１、純水バルブ１２、洗浄液バルブ２３およびアルカリ性液体バルブ２４の開閉は、制御装置３０によって制御されるようになっている。
図２は、待機ポット５の構成例を示す図解的な断面図である。待機ポット５は、ポット本体３１と、このポット本体３１内に設けられたアルカリ性液体貯留部３２とを備えている。ポット本体３１は、有底筒状（この構成例では円筒状）容器からなり、その上面は開放されていて、スクラブブラシ３を受け入れるブラシ入口３３が形成されている。アルカリ性液体貯留部３２は、ポット本体３１内にほぼ水平に配置された板状体で構成されており、ポット本体３１の高さ方向中間位置に取り付けられている。アルカリ性液体貯留部３２よりも上方のポット本体内空間は、スクラブブラシ３の全体を収容することができるスクラブブラシ収容空間３４を形成しており、アルカリ性液体貯留部３２よりも下方のポット本体内空間は、排液部３５を形成している。

アルカリ性液体貯留部３２の中央部には、スクラブブラシ３の下面に対向する位置に開口３６が形成されている。すなわち、アルカリ性液体貯留部３２は、環状の板状体で構成されている。そして、開口３６を介して、アルカリ性液体貯留部３２の上下に位置するスクラブブラシ収容空間３４および排液部３５が連通している。
ポット本体３１の側壁３７においてアルカリ性液体貯留部３２よりも上方の位置には、洗浄液供給管２１が接続される洗浄液ポート３８が設けられている。この洗浄液ポート３８の液吐出口３９は、ポット本体３１内に収容された位置（待機位置）にあるスクラブブラシ３に対向しており、このスクラブブラシ３に対して洗浄液としての純水を吐出する洗浄液ノズルを形成している。

ポット本体３１の側壁３７においてアルカリ性液体貯留部３２よりも上方の位置には、さらに、アルカリ性液体供給管２２が接続されるアルカリ性液体ポート４０が設けられている。このアルカリ性液体ポート４０からは少流量でアルカリ性液体としてのアンモニア水が導入（いわゆる、スローリーク）される。この導入されたアンモニア水は、ポット本体３１の内壁面を伝って流下してアルカリ性液体貯留部３２に達し、その上面に、表面張力によって、アルカリ性液体の液膜（アルカリ性液膜。アンモニア水膜）４１を形成する。このアルカリ性液膜４１は、たとえば厚さ２mm程度の液膜であり、アルカリ性液体貯留部３２上に、たとえば、表面張力によって保持される３〜４ｃｃ程度の液量のアルカリ性液溜まりを形成する。このアルカリ性液膜４１の揮発によって、液中のアルカリ性気体（アンモニアガス）が放出され、このアルカリ性気体（蒸気）は、スクラブブラシ３へと供給されることになる。なお、このようにアルカリ性の蒸気のみがスクラブブラシ３に供給される場合には、アルカリ性液体が供給される場合に比べて、含まれる金属不純物の量が少ないため、スクラブブラシ３の金属汚染が抑制されるという効果がある。ここで、揮発によって希釈されたアルカリ性液体は、アルカリ性液体ポート４０から供給される新液と置換されるので、アルカリ性液膜４１の濃度は所定の値に保持される。

洗浄液ポート３８の液吐出口３９からスクラブブラシ３に洗浄液としての純水が吐出されるとき、飛散した洗浄液によってアルカリ性液膜４１が希釈される場合がある。しかしこのような場合であっても、アルカリ性液体ポート４０からのスローリークによってアルカリ性液膜４１に新液が供給されることにより、このアルカリ性液膜４１の濃度は希釈前の値に回復する。これにより、スクラブブラシ３に対してアンモニア気体を確実に供給できる。

なおここで、開口３６の大きさはスクラブブラシ３の下面の面積よりも大きくしておくほうが好ましい。このようにすれば、洗浄液ポート３８の液吐出口３９から吐出されてスクラブブラシ３に当たって飛散した純水が、アルカリ性液体貯留部３２上のアンモニア水膜４１に混入することがさらに抑えられ、アンモニア水が希釈されるのを抑制することができる。

ポット本体３１の底板４２には、排液管２５に接続された排液ポート４３が設けられている。この排液ポート４３は、排液部３５に導かれた液体を排液管２５へと導く。排液部３５には、洗浄液ポート３８から吐出された洗浄液、およびアルカリ性液膜４１を構成するアルカリ性液体（アンモニア水）が、開口３６を通って流下してくる。これらの液体が、排液ポート４３から排液管２５へと排出されていくことになる。

次に、図１および図２を参照して、この基板処理装置の動作を説明する。
未処理のウエハＷは、基板搬送ロボット（図示せず）によってスピンチャック１に受け渡される。スピンチャック１にウエハＷが保持されると、制御装置３０は、チャック回転駆動機構８を制御してスピンチャック１を回転させる。これにより、ウエハＷは、ほぼ水平姿勢に保持された状態で鉛直軸線まわりに回転された回転状態となる。

この状態で、制御装置３０は、薬液バルブ１１を開き、処理液ノズル２からウエハＷの回転中心に向けて処理液を供給させる。この処理液は、ウエハＷ上で遠心力を受けて、ウエハＷの回転中心から外方へと向かう処理液流を形成する。
制御装置３０は、さらに、揺動駆動機構１７および昇降駆動機構１８を制御することにより、スクラブブラシ３をウエハＷの回転中心付近の上方へと導く。その後、制御装置３０は、昇降駆動機構１８を制御することにより、スクラブブラシ３を下降させ、ウエハＷの表面に接触させる。この状態で、制御装置３０は、さらに、揺動駆動機構１７を制御し、スクラブブラシ３をウエハＷの回転中心からその周縁部へと移動させる。これにより、ウエハＷの表面のほぼ全域がスキャンされつつスクラブ洗浄されることになる。

スクラブブラシ３がウエハＷの周縁部に達すると、制御装置３０は、昇降駆動機構１８を制御してスクラブブラシ３を上昇させて、ウエハＷの表面から離間させる。この状態で、制御装置３０は、さらに、揺動駆動機構１７を制御して、スクラブブラシ３をウエハＷの回転中心付近へと導く。
以後、同様の動作が所定回数だけ繰り返されることにより、ウエハＷのスクラブ洗浄が行われることになる。スクラブブラシ３によるスクラブによってウエハＷの表面から剥離した異物は、ウエハＷ上の処理液流によってウエハＷの外方へと排除され、処理液とともに流下する。

このようなスクラブ洗浄処理が行われているときのスクラブブラシ３の位置（ウエハＷの回転中心からその周縁部の間の位置）が、スクラブブラシ３の処理位置である。
スクラブ洗浄工程が終了すると、制御装置３０は、揺動駆動機構１７および昇降駆動機構１８を制御することにより、スクラブブラシ３を待機ポット５内に収容する。この待機ポット５に収容されたときのスクラブブラシ３の位置が待機位置である。

その後、制御装置３０は、薬液バルブ１１を閉じ、代わって、純水バルブ１２を開く。これにより、回転状態のウエハＷの回転中心に向けて、処理液ノズル２から純水が供給されることになる。こうして、ウエハＷの純水リンス処理が行われる。
所定時間の純水リンス処理の後には、制御装置３０は、純水バルブ１２を閉じて純水の供給を停止するとともに、チャック回転駆動機構８を制御してスピンチャックの回転速度を所定の乾燥速度まで上昇させる。これにより、ウエハＷの表面の水分を遠心力によって振り切る乾燥工程が行われる。

所定時間の乾燥工程の後には、制御装置３０は、チャック回転駆動機構８を制御してスピンチャック１の回転を停止するとともに、チャックピン９によるウエハＷの握持を解除する。この状態で基板搬送ロボットによって、処理済みのウエハＷが払い出されることになる。
同様な処理が複数枚のウエハＷに対して繰り返し実行される。

制御装置３０は、当該基板処理装置の運転期間中、アルカリ性液体バルブ２４を常時開成している。これにより、待機ポット５では、アルカリ性液体貯留部３２にアルカリ性液膜４１が形成された状態が終始保たれ、このアルカリ性液膜４１からのアルカリ性ガス（この実施形態ではアンモニアガス）の揮発によって、ポット本体３１内はアルカリ性ガスが充満した状態に保持される。これにより、待機位置（待機ポット５内）に配置されたスクラブブラシ３は、その表面付近のｐＨが９以上に保持され、当該スクラブブラシ３の表面およびこの表面に付着した異物のゼータ電位が負に保持されることになる。

処理対象の複数枚のウエハＷは、間断なく当該基板処理装置に搬入されるとは限らず、バッチ間などでは、比較的長い待機期間（たとえば２〜３時間）が生じる場合がある。このような待機期間中には、スクラブブラシ３は待機位置（待機ポット５内）に保持されることになる。
所定時間以上（たとえば、３０分以上）に渡って、未処理のウエハＷが当該基板処理装置に搬入されないとき、制御装置３０は、洗浄液バルブ２３を所定時間だけ開く。これにより、洗浄液ポート３８の液吐出口３９から、ポット本体３１に収容されたスクラブブラシ３に向けて洗浄液としての純水が吐出されることになる。これにより、スクラブブラシ３に付着した異物が洗い流され、開口３６から排液部３５へと流下した後、排液ポート４３を介して排液管２５へと導かれる。こうして、待機期間中には、スクラブブラシ３の水洗処理が行われる。

スクラブブラシ３の水洗処理時には、制御装置３０は、ブラシ回転駆動機構２０を制御して、スクラブブラシ３を自転させてもよい。これにより、スクラブブラシ３に付着した異物をより効率的に除去できる。
スクラブブラシ３の水洗によって、このスクラブブラシ３は純水で膨潤した状態となる。この状態のスクラブブラシ３がポット本体３１内に保持されると、アルカリ性液膜４１からのアルカリ性ガス（この実施形態ではアンモニアガス）の供給を受けて、スクラブブラシ３の表面付近は速やかにアルカリ水溶液（この実施形態ではアンモニア水）で膨潤した状態に至る。すなわち、アルカリ性ガスとスクラブブラシ３内の純水とが結びつき、スクラブブラシ３の表面付近のｐＨが速やかに上昇する。これにより、スクラブブラシ３の表面およびそこに残留している異物のゼータ電位が、いずれも負に制御されることになる。

本願発明者によるリトマス試験紙を用いた実験では、水洗直後のスクラブブラシ３の表面のｐＨは７程度であったが、同表面のｐＨは、約１０秒で１１程度にまで上昇した。よって、前述のように長時間（たとえば３０分以上）に渡って未処理ウエハＷが搬入されなかった場合だけでなく、連続して未処理ウエハＷが供給されている場合であってもスクラブブラシ３が待機位置で少なくとも約１０秒待機すれば、スクラブブラシ３の表面のｐＨが十分に上昇する効果が得られることとなる。

待機期間後に未処理のウエハＷの処理を行うとき、このウエハＷの表面、スクラブブラシ３の表面およびそこに付着した異物の表面電位はいずれも負である。また、ウエハＷの表面には、アルカリ性の液体であるアンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液が薬液として供給されるので、ウエハＷ表面の異物のゼータ電位も負となる。このような状況でスクラブ洗浄を行うと、ウエハＷの表面の異物が剥離しやすく、剥離した異物はウエハＷおよびスクラブブラシ３のいずれにも再付着しにくくなる。また、スクラブブラシ３の表面の残留異物がスクラブブラシ３から剥離しても、このような異物のウエハＷまたはスクラブブラシ３への再付着も生じにくい。むろん、スクラブブラシ３への異物の蓄積も抑制される。そして、ウエハＷおよびスクラブブラシ３から剥離した異物は処理液（アンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液）によって洗い流されてウエハＷ外へと排出される。このようにして、待機期間直後のウエハＷに対する洗浄処理を良好に行うことができ、いずれのウエハＷに対しても良好なスクラブ洗浄処理を施すことができるようになる。

また、アルカリ性液体をスクラブブラシ３に供給するのではなく、アルカリ性液体から揮発させたアルカリ性気体をスクラブブラシ３に供給する構成であるから、アルカリ性液体の消費量が少ない。これにより、ランニングコストをさほど増加させることなく、スクラブ洗浄の品質を向上することができる。
図３は、半導体プロセスにおいて存在し得る種々の物質について、ｐＨとゼータ電位との関係を調べた結果を示す図である。この図から、一般的に、ｐＨ９以上であれば、ゼータ電位を確実に負とすることができ、典型的な半導体ウエハであるシリコンウエハとその表面の異物とを反発させることができると考えられる。

図４は、アルカリ性液体の一例としてのアンモニア水の濃度とそのｐＨとの関係を示す図である。この図から、アンモニア：水＝１：１０００のアンモニア水でもｐＨは約１０であり、スクラブブラシおよびその表面の異物のゼータ電位の制御に十分な効果が得られることが判る。
図５は、待機ポット５の他の構成例を示す図解的な断面図である。この図５において、前述の図２に示された各部に対応する部分には、図２の場合と同一の参照符号を付して示す。

この構成例では、底板４２の内方に排液ポート４３を取り囲む筒状（たとえば円筒状）の堰部材４４が立設されている。この堰部材４４の外方にはポット本体３１の側壁３７の内面との間に、アルカリ性液体を貯留するアルカリ性液体貯留部４５が形成されている。すなわち、このアルカリ性液体貯留部４５は、排液ポート４３を取り囲む環状に形成されている。側壁３７には、アルカリ性液体貯留部４５にアルカリ性液体を供給するためのアルカリ性液体ポート４０が設けられており、このアルカリ性液体ポート４０にアルカリ性液体供給管２２が結合されている。

アルカリ性液体貯留部４５の上方には、液受け部材４８が配置されている。液受け部材４８は、待機位置にあるスクラブブラシ３の下面に対向する中央部に開口４９を有する環状の板状体である。この液受け部材４８は、アルカリ性液体貯留部４５と待機位置のスクラブブラシ３との間において、洗浄液ポート３８よりも下方にほぼ水平に配置されている。

液受け部材４８は、平面視において、アルカリ性液体貯留部４５の上面のほぼ全域を覆っている。これにより、洗浄液ポート３８の液吐出口３９から洗浄液としての純水がスクラブブラシ３に向けて吐出されたときに、この純水がアルカリ性液体貯留部４５に入り込むことを抑制または防止している。これにより、アルカリ性液体貯留部４５に貯留されたアルカリ性液体が希釈されることを抑制または防止できる。

スクラブブラシ３に供給された後に流下する洗浄液は、液受け部材４８に形成された開口４９を通って、その直下に配置された排液ポート４３へと導かれて排出される。
一方、アルカリ性液体貯留部４５に貯留されたアルカリ性液体から揮発したアルカリ性気体は、開口４９を通ってその上方のスクラブブラシ収容空間３４に至り、待機位置のスクラブブラシ３へと供給される。

アルカリ性液体ポート４０は、高さ方向において液受け部材４８とアルカリ性液体貯留部４５との間に設けられている。このアルカリ性液体ポート４０に接続されたアルカリ性液体供給管２２に介装されたアルカリ性液体バルブ２４は、制御装置３０（図１参照）によって、当該基板処理装置の運転期間中常時開成状態に保持される。これにより、アルカリ性液体ポート４０からアルカリ性液体貯留部４５に対して、少流量でのアルカリ性液体供給が常時行われる（いわゆるスローリーク）。したがって、アルカリ性液体貯留部４５に貯留されたアルカリ性液体は、堰部材４４を乗り越えてオーバーフローし、排液ポート４３へと排出されることになる。こうして、アルカリ性液体貯留部４５内のアルカリ性液体を新液に置換することができるので、アルカリ性ガスの揮発による濃度の希釈を抑制して、アルカリ性ガスを常時発生させることができる。

アルカリ性液体供給管２２には、純水供給源からの純水を導く純水供給管４６が分岐接続されており、この純水供給管４６には、制御装置３０によって開閉制御される純水バルブ４７が介装されている。この純水バルブ４７は、メンテナンス時等、アルカリ性液体貯留部４５に貯留されたアンモニア水を純水に置換する目的で開かれる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、アルカリ性液体貯留部には、基板処理装置の運転期間中、常時、アルカリ性液体のスローリークを行うこととしているが、所定時間以上の待機期間が生じた場合にのみアルカリ性液体貯留部へのアルカリ性液体の供給を行うこととしてもよい。

また、上記の実施形態では、待機ポット５において、スクラブブラシ３の水洗処理を行うようにしているが、この水洗処理は必ずしも必要ではない。ただし、スクラブブラシ３の表面の異物を可能な限り減少させるとともに、待機期間中におけるスクラブブラシ３の乾燥を防ぐために、水洗処理を行うことが好ましい。
また、前述の実施形態では、アルカリ性液体からの揮発によってアルカリ性気体を生成させているが、アルカリ性ガス供給源（ガスタンク等）からのアルカリ性ガスを待機位置のスクラブブラシ３に供給するようにしてもよい。

また、アンモニア水のように十分な揮発性を有するアルカリ性液体を用いる場合は問題がないが、揮発性が不十分なアルカリ性液体を用いる場合には、スクラブブラシ等のゼータ電位を制御する効果が十分に得られないことも考えられる。このような場合には、たとえば、待機ポット５に、アルカリ性液体貯留部のアルカリ性液体を加熱する加熱機構（ヒータ等）を設け、アルカリ性液体の気化を促進させるようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、アルカリ性液体ポート４０から導入されるアルカリ性液体として、アンモニア水が用られているが、これに限らず、ＮＨ₄＋、ＲＮＨ₃＋、Ｒ₂ＮＨ₂＋、Ｒ₃ＮＨ＋、Ｒ₄Ｎ＋ のイオンを少なくとも１つ含む水溶液であってもよい。
また、前述の実施形態では、液吐出口３９から吐出される洗浄液として純水が用いられているが、これに限らず、還元水（水素水）、電解イオン水（特にアルカリイオン水）のうちの少なくともいずれか１つを用いることができる。特に、還元水（水素水）やアルカリイオン水を洗浄液として用いた場合には、さらにスクラブブラシ３の表面のｐＨを大きくすることができ、スクラブブラシ３およびその表面にわずかに残留した異物のゼータ電位をより確実に負に制御することができる。

また、前述の実施形態では、処理液ノズル２からウエハＷに供給される処理液として、アンモニア水またはアンモニア過酸化水素水混合液が用いられているが、これに限らず、ＮＨ₄＋、ＲＮＨ₃＋、Ｒ₂ＮＨ₂＋、Ｒ₃ＮＨ＋、Ｒ₄Ｎ＋ のイオンを少なくとも１つ含む水溶液であってもよい。
また、上記の実施形態では、ウエハＷを保持して回転させながらスクラブブラシ３でスクラブする基板処理装置を例にとったが、ウエハを非回転状態で保持しつつ、スクラブブラシ（たとえば、ロール状のもの）でスクラブする構成の基板処理装置に対しても、この発明を適用することができる。

さらに、上記の実施形態では、半導体ウエハの処理を行う装置を例にとったが、この発明は、液晶表示装置用ガラス基板等の他の種類の基板の処理のための装置にも同様に適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る基板処理装置の基本的な構成を説明するための図解的な斜視図である。 待機ポットの構成例を示す図解的な断面図である。 半導体プロセスにおいて存在し得る種々の物質について、ｐＨとゼータ電位との関係を調べた結果を示す図である。 アルカリ性液体の一例としてのアンモニア水の濃度とそのｐＨとの関係を示す図である。 待機ポットの他の構成例を示す図解的な断面図である。

符号の説明

１ スピンチャック（基板保持回転機構）
２ 処理液ノズル
３ スクラブブラシ
４ ブラシ移動機構
５ 待機ポット
６ 回転ベース
７ 回転軸
８ チャック回転駆動機構
９ チャックピン
１１ 薬液バルブ
１２ 純水バルブ
１５ 揺動アーム
１６ 支持軸
１７ 揺動駆動機構
１８ 昇降駆動機構
２０ ブラシ回転駆動機構
２１ 洗浄液供給管
２２ アルカリ性液体供給管
２３ 洗浄液バルブ
２４ アルカリ性液体バルブ
２５ 排液管
３０ 制御装置
３１ ポット本体
３２ アルカリ性液体貯留部
３３ ブラシ入口
３４ スクラブブラシ収容空間
３５ 排液部
３６ 開口
３７ 側壁
３８ 洗浄液ポート
３９ 液吐出口（洗浄液ノズル）
４０ アルカリ性液体ポート
４１ アルカリ性液膜
４２ 底板
４３ 排液ポート
４４ 堰部材
４５ アルカリ性液体貯留部
４６ 純水供給管
４７ 純水バルブ
４８ 液受け部材
４９ 開口
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (9)

1. 基板を保持する基板保持機構と、
   この基板保持機構に保持された基板の表面をスクラブして基板表面の異物を除去するためのスクラブブラシと、
   前記スクラブブラシで基板をスクラブしていない待機時において、前記スクラブブラシの表面にアルカリ性気体を供給するアルカリ性気体供給機構とを含むことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記スクラブブラシで基板をスクラブしているときに、当該基板の表面に処理液を供給する処理液供給機構をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記基板表面をスクラブする処理位置と、この処理位置から退避した待機位置との間で、前記スクラブブラシを移動させるブラシ移動機構をさらに含み、
   前記アルカリ性気体供給機構は、前記待機位置にある前記スクラブブラシにアルカリ性気体を供給するものであることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
4. 前記待機位置にある前記スクラブブラシに洗浄液を供給する洗浄液供給機構をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
5. 前記アルカリ性気体供給機構は、揮発してアルカリ性気体を発生する揮発性アルカリ性液体を前記待機位置の下方において貯留するアルカリ性液体貯留部を含むことを特徴とする請求項３または４記載の基板処理装置。
6. 前記アルカリ性液体貯留部の上方に配置され、このアルカリ性液体貯留部への他液の混入を抑制または阻止する液受け部材をさらに含むことを特徴とする請求項５記載の基板処理装置。
7. 基板の表面をスクラブブラシでスクラブし、前記基板表面の異物を除去するスクラブ工程と、
   前記スクラブブラシで基板をスクラブしていない待機時において、前記スクラブブラシの表面にアルカリ性気体を供給し、前記スクラブブラシおよびこのスクラブブラシに付着した異物のゼータ電位を負に制御するアルカリ性気体供給工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。
8. 前記スクラブ工程と並行して前記基板の表面に処理液を供給する処理液供給工程をさらに含むことを特徴とする請求項７記載の基板処理方法。
9. 前記待機時に、前記スクラブブラシに洗浄液を供給する洗浄液供給工程をさらに含むことを特徴とする請求項７または８記載の基板処理方法。
   
   

Images