JP5622282B2 - 基板裏面洗浄装置 - Google Patents

Description

この発明は、表面に処理液が供給された基板の裏面を洗浄する基板裏面洗浄装置に関するものである。

一般に、半導体製造工程においては、フォトリソグラフィ工程が利用されており、例えば半導体ウエハ（以下にウエハという）等の基板の上にフォトレジストを塗布し、レジスト膜を所定の回路パターンに応じて露光し、現像処理することにより回路パターンを形成する。フォトリソグラフィ工程には、通常、塗布・現像処理装置に露光装置を接続した処理システムが用いられる。

フォトリソグラフィ工程では、鉛直軸回りに回転する基板の表面に例えばフォトレジスト液や現像液等の処理液を供給して、遠心力により液膜を拡げている。この際、基板の裏面に回り込む処理液を除去するために、基板裏面の周辺内方側に洗浄液を供給して処理液を除去するスピン洗浄方法が知られている。

従来のこの種の基板裏面洗浄方法（装置）として、基板裏面側の周辺内方側の定位置に裏面洗浄ノズルを配置し、基板の回転数を一定の条件にて基板の回転方向の接線位置に対して洗浄液を吐出して基板裏面洗浄処理を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３４８５４７１号公報（特許請求の範囲、図５）

ところで、基板であるウエハのサイズが既存のΦ３００ｍｍウエハから大口径（Φ４５０ｍｍ）のウエハになると、特許文献１に記載の裏面洗浄方式では、ウエハ裏面の洗浄性が低下する傾向が認められている。例えば、レジスト塗布処理において、ウエハ裏面洗浄性の確保は、露光処理のデフォーカス対策のため重要である。ウエハ大口径化によるウエハ裏面洗浄性の確保に対して、裏面洗浄の処理時間の延長により補完可能であるが、多量の裏面洗浄液を消費する懸念がある。

しかしながら、近年の省資源化、ＣＯ2低減の観点から省薬液化の要求は高まっており、その対策が求められている。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、大口径の基板に対する裏面洗浄性の確保及び裏面洗浄性の向上を図ると共に、裏面洗浄液の省薬液化を図れるようにした基板裏面洗浄装置を提供することを目的とする。

この発明に係る基板裏面洗浄装置は、鉛直軸回りに基板を回転自在に保持する基板保持部と、上記基板保持部を回転する回転駆動部と、上記基板保持部にて保持された基板の表面に処理液を供給する処理液供給ノズルと、上記基板保持部によって回転する基板の裏面の周辺内方における複数の位置に対して洗浄液を供給する裏面洗浄ノズルと、上記回転駆動部の回転及び上記裏面洗浄ノズルの駆動を制御する制御部と、を具備し、上記制御部からの信号に基づいて、上記基板裏面に上記洗浄液を緩やかに拡散すべく第１の回転数で回転して洗浄液を供給する洗浄液吐出工程と、上記第１の回転数より高速の第２の回転数で回転して上記基板裏面の洗浄液を急速に拡散して振り切る洗浄液振り切り工程と、を交互に複数回繰り返し行い、この際、上記基板の裏面に対する洗浄液の吐出箇所が基板の径方向に沿って可変に形成されると共に、上記洗浄液吐出工程と、上記洗浄液振り切り工程とを３回繰り返し行い、上記洗浄液吐出工程における１回目から３回目の上記洗浄液の吐出箇所を、基板の外周から７５ｍｍ，５５ｍｍ，５ｍｍとする、ことを特徴とする（請求項１）。

請求項１記載の基板裏面洗浄装置において、上記裏面洗浄ノズルは複数個設けられ、各裏面洗浄ノズルは、上記基板の周辺内方において径方向に異なる複数位置に対して洗浄液を供給する方が好ましい（請求項２）。

請求項１又は２に記載の基板裏面洗浄装置において、上記裏面洗浄ノズルが基板の裏面に洗浄液を供給する位置毎に、上記基板の裏面に対する洗浄液の吐出角度が異なるように形成してもよい（請求項３）。

（１）請求項１，２に記載の発明によれば、基板裏面に洗浄液を緩やかに拡散すべく第１の回転数で回転して洗浄液を供給する洗浄液吐出工程と、第１の回転数より高速の第２の回転数で回転して基板裏面の洗浄液を急速に拡散して振り切る洗浄液振り切り工程と、を交互に複数回繰り返し行うことにより、洗浄液吐出工程においては、低速回転であるため処理液と洗浄液とが接触し易くなり、洗浄液自体の化学溶解反応によるいわば化学的洗浄よって処理液を除去することができ、洗浄液振り切り工程においては、高速回転に伴う遠心力による洗浄処理及び洗浄液振り切りによるいわば物理的洗浄によって処理液を除去することができる。したがって、洗浄液の溶解性を利用した化学的洗浄と遠心力を利用した物理的洗浄を複数回（例えば３回）繰り返すことによって、基板裏面に付着した処理液を除去することができる。この場合、基板の裏面に洗浄液を供給する位置を基板の周辺内方において径方向に異なる複数位置とすることにより、洗浄領域を広げることができ、更に裏面洗浄性の向上を図ることができる（請求項２）。

（２）請求項３に記載の発明によれば、基板の裏面に対する洗浄液の吐出角度を可変にすることにより、少ない裏面洗浄ノズルによって裏面洗浄領域を確保することができる。

（３）請求項１に記載の発明によれば、基板の裏面に対する洗浄液の吐出箇所を基板の径方向に沿って可変とすることにより、少ない裏面洗浄ノズルによって裏面洗浄領域を確保することができる。この場合、洗浄液吐出工程における１回目から３回目の上記洗浄液の吐出箇所を、基板の外周から７５ｍｍ，５５ｍｍ，５ｍｍとすることにより、基板の径方向に対して多段的に可変洗浄処理を行うことができる。

この発明によれば、上記のように構成することにより、大口径の基板に対する裏面洗浄性の確保及び裏面洗浄性を図ることができると共に、裏面洗浄液の省薬液化を図ることができる。

この発明に係る基板裏面洗浄装置を適用した塗布・現像処理装置に露光装置を接続した処理システムの全体を示す概略平面図である。 上記処理システムの概略斜視図である。 この発明の第１実施形態に係る基板裏面洗浄装置を適用した塗布処理装置の概略縦断面図である。 上記第１実施形態に係る基板裏面洗浄装置を示す概略平面図である。 この発明における裏面洗浄ノズルの洗浄液吐出状態を示す概略底面図である。 上記第１実施形態に係る基板裏面洗浄方法の処理手順を示すフローチャートである。 この発明の第２実施形態に係る基板裏面洗浄装置における裏面洗浄ノズルの吐出位置を示す概略底面図である。 上記第２実施形態における洗浄液吐出角度を示す概略側面図である。 第２実施形態の裏面洗浄の処理手順のみを示すフローチャートである。 この発明の第３実施形態に係る基板裏面洗浄装置における裏面洗浄ノズルの吐出状態を示す概略側面図である。 第３実施形態の裏面洗浄の処理手順のみを示すフローチャートである。 裏面洗浄除去率とバックリンス量の評価試験に用いられる３００ｍｍウエハと４５０ｍｍウエハのリンス吐出位置を示す概略底面図である。 上記評価試験の結果の裏面洗浄除去率とバックリンス量の関係を示すグラフである。 ３００ｍｍウエハと４５０ｍｍウエハの回転数を変えた場合の裏面洗浄除去率とバックリンス量の関係を示すグラフである。 ３００ｍｍウエハと４５０ｍｍウエハの回転数を変えた場合の除去率１００％を達成するバックリンス量を示すグラフである。 ウエハの回転数による裏面洗浄のメカニズムを模式的に示す概略底面図である。 裏面洗浄処理時のリンス液吐出時とリンス液振り切り時のウエハの回転数と洗浄除去率の関係を示すグラフである。 ３００ｍｍウエハと４５０ｍｍウエハのバックリンス量を比較して示すグラフである。

以下、この発明の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。ここでは、この発明に係る基板裏面洗浄装置を塗布・現像処理装置に露光処理装置を接続した処理システムに適用した場合について説明する。

上記処理システムは、被処理基板である半導体ウエハＷ（以下にウエハＷという）を複数枚例えば２５枚を密閉収納するキャリア１０を搬出入するためのキャリアステーション１と、このキャリアステーション１から取り出されたウエハＷにレジスト塗布，現像処理等を施す処理部２と、ウエハＷの表面に光を透過する液層を形成した状態でウエハＷの表面を液浸露光する露光部４と、処理部２と露光部４との間に接続されて、ウエハＷの受け渡しを行うインターフェース部３とを具備している。

キャリアステーション１は、キャリア１０を複数個並べて載置可能な載置部１１と、この載置部１１から見て前方の壁面に設けられる開閉部１２と、開閉部１２を介してキャリア１０からウエハＷを取り出すための受け渡しアームＡ１とが設けられている。

また、キャリアステーション１の奥側には筐体２０にて周囲を囲まれる処理部２が接続されており、この処理部２にはキャリアステーション１から見て左手手前側から順に加熱・冷却系のユニットを多段化した棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３を配置し、右手に液処理ユニットＵ４，Ｕ５を配置する。棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の間に、各ユニット間のウエハＷの受け渡しを行う主搬送アームＡ２，Ａ３が棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３と交互に配列して設けられている。また、主搬送アームＡ２，Ａ３は、キャリアステーション１から見て前後方向に配置される棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３側の一面部と、後述する例えば右側の液処理ユニットＵ４，Ｕ５側の一面部と、左側の一面をなす背面部とで構成される区画壁２１により囲まれる空間内に置かれている。また、キャリアステーション１と処理部２との間、処理部２とインターフェース部３との間には、各ユニットで用いられる処理液の温度調節装置や温湿度調節用のダクト等を備えた温湿度調節ユニット２２が配置されている。

インターフェース部３は、処理部２と露光部４との間に前後に設けられる第１の搬送室３Ａ及び第２の搬送室３Ｂにて構成されており、それぞれに第１のウエハ搬送部Ａ４及び第２のウエハ搬送部Ａ５が設けられている。

棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３は、液処理ユニットＵ４，Ｕ５にて行われる処理の前処理及び後処理を行うための各種ユニットを複数段例えば１０段に積層した構成とされており、その組み合わせはウエハＷを加熱（ベーク）する加熱ユニット（ＨＰ）、ウエハＷを冷却する冷却ユニット（ＣＰＬ）等が含まれる。また、液処理ユニットＵ４，Ｕ５は、例えば図２に示すように、レジストや現像液などの薬液収納部の上に反射防止膜を塗布するボトム反射防止膜塗布ユニット（ＢＣＴ）２３、塗布ユニット（ＣＯＴ）２４、ウエハＷに現像液を供給して現像処理する現像ユニット（ＤＥＶ）２５等を複数段例えば５段に積層して構成されている。この発明に係る基板裏面洗浄装置は塗布ユニット（ＣＯＴ）２４に設けられている。

次に、上記の処理システムにおけるウエハＷの流れについて簡単に説明する。先ず外部からウエハＷの収納されたキャリア１０が載置台１１に載置されると、開閉部１２と共にキャリア１０の蓋体が外されて受け渡しアームＡ１によりウエハＷが取り出される。そしてウエハＷは棚ユニットＵ１の一段をなす受け渡しユニットを介して主搬送アームＡ２へと受け渡され、棚ユニットＵ１〜Ｕ３内の一つの棚にて、塗布処理の前処理として、反射防止膜の形成や冷却ユニットによる基板の温度調整などが行われる。

その後、主搬送アームＡ２によりウエハＷは塗布ユニット（ＣＯＴ）２４内に搬入され、ウエハＷの表面にレジスト膜が成膜される。このとき、この発明に係る基板裏面洗浄装置１００にてウエハＷの裏面が洗浄される。レジスト膜が成膜されたウエハＷは主搬送アームＡ２により外部に搬出され、加熱ユニットに搬入されて所定の温度でベーク処理がなされる。ベーク処理を終えたウエハＷは、冷却ユニットにて冷却された後、棚ユニットＵ３の受け渡しユニットを経由してインターフェース部３へと搬入され、このインターフェース部３を介して露光部４内に搬入される。なお、液浸露光用の保護膜をレジスト膜の上に塗布する場合には、上記冷却ユニットにて冷却された後、処理部２における図示しないユニットにて保護膜用の薬液の塗布が行われる。その後、ウエハＷは露光部４に搬入されて液浸露光が行われる。

液浸露光を終えたウエハＷは第２のウエハ搬送部Ａ５により露光部４から取り出され、棚ユニットＵ６の一段をなす加熱ユニット（ＰＥＢ）に搬入される。その後、ウエハＷは第１のウエハ搬送部Ａ４によって加熱ユニット（ＰＥＢ）から搬出され、主搬送アームＡ３に受け渡される。そしてこの主搬送アームＡ３により現像ユニット２５内に搬入される。現像ユニット２５では、現像処理に兼用する基板裏面洗浄装置（図示せず）により基板の現像が行われ、更に洗浄が行われる。その後、ウエハＷは主搬送アームＡ３により現像ユニット２５から搬出され、主搬送アームＡ２、受け渡しアームＡ１を経由して載置台１１上の元のキャリア１０へと戻される。

＜第１実施形態＞
この発明の基板裏面洗浄装置を塗布処理装置に組み合わせた実施の形態について図３及び図４を参照して説明する。

図３及び図４に示すように、上記基板裏面洗浄装置１００（以下に裏面洗浄装置１００という）は、ケーシング２６内に、ウエハＷの裏面中央部を吸引吸着して水平姿勢に保持する基板保持部であるスピンチャック３０を具備している。スピンチャック３０は軸部３１を介して、例えばサーボモータ等の回転駆動部３２と連結されており、この回転駆動部３２によりウエハＷを保持した状態で回転可能なように構成されている。なお、回転駆動部３２は、制御部であるコントローラ８０に電気的に接続されており、コントローラ８０からの制御信号に基づいてスピンチャック３０の回転数が制御される。また、ケーシング２６には、ウエハＷの搬入出口２７が設けられ、この搬入出口２７にはシャッタ２８が開閉可能に配設されている。

上記スピンチャック３０上のウエハＷの側方を囲むようにして上方側が開口するカップ体４０が設けられている。このカップ体４０は、円筒状の外カップ４１と、上部側が内側に傾斜した筒状の内カップ４２とからなり、外カップ４１の下端部に接続された例えばシリンダ等の昇降機構４３により外カップ４１が昇降し、更に内カップ４２は外カップ４１の下端側内周面に形成された段部に押し上げられて昇降可能なように構成されている。なお、昇降機構４３は、コントローラ８０に電気的に接続されており、コントローラ８０からの制御信号に基づいて外カップ４１が昇降するように構成されている。

また、スピンチャック３０の下方側には円形板４４が設けられており、この円形板４４の外側には断面が凹部状に形成された液受け部４５が全周に亘って設けられている。液受け部４５の底面にはドレイン排出口４６が形成されており、ウエハＷからこぼれ落ちるか、あるいは振り切られて液受け部４５に貯留されたレジスト液や洗浄液は、このドレイン排出口４６を介して装置の外部に排出される。また円形板４４の外側には断面山形のリング部材４７が設けられている。なお、円形板４４を貫通する例えば３本の基板支持ピンである昇降ピン（図示せず）が設けられており、この昇降ピンと基板搬送手段（図示せず）との協働作用によりウエハＷはスピンチャック３０に受け渡しされるように構成されている。

一方、スピンチャック３０に保持されたウエハＷの上方側には、レジスト液等の処理液供給ノズル５０がノズル移動機構２００によって昇降可能及び水平移動可能に設けられている。処理液供給ノズル５０は、流量調整弁Ｖ１を介設した処理液供給管５１を介して処理液供給源５２に接続されている。

上記処理液供給ノズル５０は支持部材であるノズルアーム５５の一端側に支持されており、このノズルアーム５５の他端側は図示しない昇降機構を備えた移動基台５６に連結されている。更に、移動基台５６は、例えばケーシング２６の底面にてＸ方向に伸びるガイド部材５７に沿って、例えば、ボールねじ機構やタイミングベルト機構等からなるノズル移動機構２００により横方向に移動可能なように構成されている。また、カップ４０の一方の外側には、処理液供給ノズル５０の待機部５８が設けられ、この待機部５８ではノズル先端部の洗浄などが行われる。

また、スピンチャック３０によって保持されるウエハＷの下方には、裏面洗浄ノズル６０が設けられており、裏面洗浄ノズル６０は流量調整弁Ｖ２を介設した洗浄液供給管６１を介して洗浄液供給源６２に接続されている。洗浄液の流量及び供給時間は、流量調整弁Ｖ２によって調整される。

この場合、裏面洗浄ノズル６０はウエハＷの周辺内方において径方向に異なる位置、例えば外周からの距離がＤ１とＤ２の法線上の位置におけるウエハＷの回転方向かつ接線方向に洗浄液を吐出するように構成されている（図５参照）。例えば、ウエハＷのサイズがΦ４５０ｍｍである場合には、上記外周からの距離Ｄ１は７５ｍｍに設定され、Ｄ２は５５ｍｍに設定される。なお、図３では複雑な表示を避けるために省略して１個の裏面洗浄ノズル６０を示している。

処理液供給ノズル５０を移動させるためのノズル移動機構２００、スピンチャック３０を回転させる回転駆動部３２及びカップ４０の昇降機構４３、処理液、洗浄液の流量を調整する流量調整弁Ｖ１，Ｖ２は、コントローラ８０に電気的に接続されており、例えばコントローラ８０に内蔵されたコンピュータに格納されたプログラムに基づいて上記各部に制御信号を出力するように構成されている。

次に、上記のように構成される基板裏面洗浄装置１００の動作態様について説明する。最初に、ウエハＷが基板裏面洗浄装置１００内に搬入されていない時には、外カップ４１、内カップ４２は下降位置にあり、処理液供給ノズル５０及び溶剤供給ノズル６０は所定の待機位置にて待機している。上記処理システムにおいて、ウエハＷが主搬送アームＡ３（図１参照）により基板裏面洗浄装置１００内に搬入されると、主搬送アームＡ３と図示しない昇降ピンとの協働作用によりウエハＷはスピンチャック３０に受け渡される。

その後、外カップ４１及び内カップ４２が上昇位置に設定されると共に、処理液供給ノズル５０からウエハＷ上にレジスト液が供給され、スピンチャック３０が回転して公知のスピンコート法によりレジスト液の供給（塗布）が行われる。この実施形態では、ウエハＷを例えば１０００ｒｐｍの回転数で１秒（ｓｅｃ）回転させると共に、処理液供給ノズル５０からレジスト液をウエハＷの中心部に供給（吐出）する。そしてウエハＷの回転による遠心力によりウエハＷの表面に沿ってレジスト液は外側に広がり、薄膜状の液膜が形成される。

処理液供給ノズル５０がレジスト液の供給を停止した直後に速やかに裏面洗浄ノズル６０から洗浄液を吐出してウエハＷの裏面の洗浄を行う。以下に、この洗浄工程について図５及び図６を参照して詳細に説明する。

まず、ウエハＷが主搬送アームＡ３（図１参照）により基板裏面洗浄装置１００内に搬入され、ウエハＷがスピンチャック３０にて保持される（ステップＳ１）。その後、処理液供給ノズル５０がウエハＷの上方中心部に移動し、処理液供給ノズル５０からウエハＷにレジスト液が供給されると共に、ウエハＷを回転（回転数：１０００ｒｐｍ、時間：１ｓｅｃ）してレジスト塗布処理を行う｛ステップＳ２｝。

レジスト塗布後、ウエハＷを低速の第１の回転数（１２０ｒｐｍ）で回転し、裏面洗浄ノズル６０からウエハＷの裏面の外周から７５ｍｍと５５ｍｍの法線上の位置に、ウエハＷの回転方向かつ接線方向に洗浄液を３ｓｅｃ間吐出して、洗浄液をウエハＷ裏面の周辺内方に緩やかに拡散する｛洗浄液吐出（１）；ステップＳ３｝。これにより、レジスト液と洗浄液とが接触し易くなり、洗浄液自体の化学溶解反応によるいわば化学的洗浄によってレジスト液が除去される。

その後、洗浄液の吐出を停止し、ウエハＷを高速の第２の回転数（１０００ｒｐｍ）で、１ｓｅｃ間回転して、ウエハＷの裏面の洗浄液を急激に拡散すると共に、振り切る｛洗浄液振り切り（１）；ステップＳ４｝。これにより、ウエハＷの高速回転に伴う遠心力による洗浄処理及び洗浄液振り切りによるいわば物理的洗浄によってレジスト液が除去される。

次に、再びウエハＷを低速の第１の回転数（１２０ｒｐｍ）で回転し、裏面洗浄ノズル６０から上記と同様にウエハＷの裏面の外周から７５ｍｍと５５ｍｍの法線上の位置に、ウエハＷの回転方向かつ接線方向に洗浄液を３ｓｅｃ間吐出して、洗浄液をウエハＷ裏面の周辺内方に緩やかに拡散する｛洗浄液吐出（２）；ステップＳ５｝。

その後、再び洗浄液の吐出を停止し、ウエハＷを高速の第２の回転数（１０００ｒｐｍ）で、１ｓｅｃ間回転して、ウエハＷの裏面の洗浄液を急激に拡散すると共に、振り切る｛洗浄液振り切り（２）；ステップＳ６｝。

その後、再びウエハＷを低速の第１の回転数（１２０ｒｐｍ）で回転し、裏面洗浄ノズル６０から上記と同様にウエハＷの裏面の外周から７５ｍｍと５５ｍｍの法線上の位置に、ウエハＷの回転方向かつ接線方向に洗浄液を３ｓｅｃ間吐出して、洗浄液をウエハＷ裏面の周辺内方に緩やかに拡散する｛洗浄液吐出（３）；ステップＳ７｝。

その後、再び洗浄液の吐出を停止し、ウエハＷを高速の第２の回転数（１０００ｒｐｍ）で、１ｓｅｃ間回転して、ウエハＷの裏面の洗浄液を急激に拡散すると共に、振り切る｛洗浄液振り切り（３）；ステップＳ８｝。

上記のようにして、ウエハＷを低速の第１の回転数（１２０ｒｐｍ）で回転し、裏面洗浄ノズル６０からウエハＷの裏面の外周から７５ｍｍと５５ｍｍの法線上の位置に、ウエハＷの回転方向かつ接線方向に洗浄液を３ｓｅｃ間吐出して、洗浄液をウエハＷ裏面の周辺内方に緩やかに拡散する洗浄液吐出工程と、洗浄液の吐出を停止し、ウエハＷを高速の第２の回転数（１０００ｒｐｍ）で、１ｓｅｃ間回転して、ウエハＷの裏面の洗浄液を急激に拡散すると共に、振り切る洗浄液振り切り工程とを３回繰り返して行う。

その後、ウエハＷを１０ｓｅｃ間、高速回転（回転数：１０００ｒｐｍ）して、ウエハＷの裏面に残った洗浄液を除去する｛スピン乾燥；ステップＳ９｝。

その後、ウエハＷは基板裏面洗浄装置１００内から搬出されて、処理は終了する。

第１実施形態の裏面洗浄方法によれば、ウエハ裏面に洗浄液を緩やかに拡散すべく第１の回転数（１２０ｒｐｍ）で回転して洗浄液を供給する洗浄液吐出工程と、第１の回転数より高速の第２の回転数（１０００ｒｐｍ）で回転してウエハ裏面の洗浄液を急速に拡散して振り切る洗浄液振り切り工程と、を交互に３回繰り返し行うことにより、洗浄液吐出工程においては、低速回転であるため処理液と洗浄液とが接触し易くなり、洗浄液自体の化学溶解反応によるいわば化学的洗浄によってレジスト液を除去することができ、洗浄液振り切り工程においては、高速回転に伴う遠心力による洗浄処理及び洗浄液振り切りによるいわば物理的洗浄によってレジスト液を除去することができる。したがって、洗浄液の溶解性を利用した化学的洗浄と遠心力を利用した物理的洗浄を３回繰り返すことによって、ウエハ裏面に付着したレジスト液を除去することができる。この場合、ウエハＷの裏面に洗浄液を供給する位置を、基板の周辺内方の径方向の外周から７５ｍｍと５５ｍｍという異なる位置とすることにより、洗浄領域を広げることができ、更に裏面洗浄性の向上を図ることができる。

なお、第１の回転数は、１０〜１２０ｒｐｍの範囲であることが好ましく、第２の回転数は、１０００〜３０００ｒｐｍの範囲であることが好ましい。

＜第２実施形態＞
上記第１実施形態では、裏面洗浄ノズル６０の洗浄液の吐出角度が固定式の場合について説明したが、図８に示す第２実施形態のように、裏面洗浄ノズル６０の洗浄液の吐出角度を可変式としてもよい。

この場合、裏面洗浄ノズル６０は、ウエハＷ裏面からＨ（例えば、１０ｍｍ）離れた下方位置に配設されており、例えばステッピングモータを用いた角度調整機構（図示せず）によって洗浄液の吐出角度がウエハＷの裏面に対して３０°、４５°及び９０°に可変可能すなわち角度調整可能に形成されている。なお、角度調整機構はコントローラ８０に電気的に接続されており、コントローラ８０からの制御信号に基づいて吐出角度が調整される。

このように構成することにより、図７及び図８に示すように、裏面洗浄ノズル６０の吐出角度を９０°にしてウエハＷの裏面内方の外周からＤ３の位置（例えば、５ｍｍの位置）に洗浄液を吐出することができ、これによりウエハＷのベベル部の洗浄を行うことができる。また、裏面洗浄ノズル６０の吐出角度を９０°から４５°に変えると、図８に示すように、吐出角度が９０°のときの吐出位置からＬ１の距離（１０ｍｍ）離れた位置に洗浄液を吐出することができ、洗浄液の跳ね返りを少なくすることができる。この状態で例えばウエハＷの外周からＤ５の位置（例えば、７５ｍｍの位置）に洗浄液を吐出してウエハ裏面側の外周部７５ｍｍの領域の裏面洗浄を行うことができる。更に、裏面洗浄ノズル６０の吐出角度を９０°から３０°に変えると、図８に示すように、吐出角度が９０°のときの吐出位置からＬ２の距離（１７ｍｍ）離れた位置に洗浄液を吐出することができ、吐出角度が４５°の場合に比べて洗浄液の描く軌跡を長くして、洗浄液の跳ね返りを更に少なくすることができる。また、ウエハＷの裏面に対する洗浄液の入射角が緩やかになるため、洗浄液がウエハＷの裏面上に拡がり易い。この状態で例えばウエハＷの外周からＤ５の位置よりも若干外周側のＤ６の位置（例えば、約７５ｍｍ）の位置に洗浄液を吐出してウエハ裏面側の外周部約７５ｍｍの領域の裏面洗浄を行うことができる。

なお、第２実施形態において、その他の部分は第１実施形態と同じであるので、同一部分に同一補号を比して説明は省略する。

次に、第２実施形態の裏面洗浄工程について図９を参照して説明する。図９では、裏面洗浄工程のみを示している。なお、ここでは裏面洗浄ノズル６０の洗浄液吐出量は５０ｍｌ／ｍｉｎ．に設定されている。

第１実施形態と同様に、レジスト塗布処理を行った後、ウエハＷを低速の第１の回転数（１２０ｒｐｍ）で回転し、吐出角度が４５°に調整された裏面洗浄ノズル６０からウエハＷの裏面の外周から７５ｍｍの法線上の位置に、ウエハＷの回転方向かつ接線方向に洗浄液を３ｓｅｃ間吐出して、洗浄液をウエハＷ裏面の周辺内方に緩やかに拡散する｛洗浄液吐出（１）；ステップＳ２−１｝。これにより、ウエハ裏面側の外周から７５ｍｍの領域のレジスト液と洗浄液とが接触し易くなり、洗浄液自体の化学溶解反応によるいわば化学的洗浄によってレジスト液が除去される。

その後、洗浄液の吐出を停止し、ウエハＷを高速の第２の回転数（１０００ｒｐｍ）で、１ｓｅｃ間回転して、ウエハＷの裏面の洗浄液を急激に拡散すると共に、振り切る｛洗浄液振り切り（１）；ステップＳ２−２｝。これにより、ウエハＷの高速回転に伴う遠心力による洗浄処理及び洗浄液振り切りによるいわば物理的洗浄によってレジスト液が除去される。

次に、裏面洗浄ノズル６０の吐出角度を３０°に調整して、再びウエハＷを低速の第１の回転数（１２０ｒｐｍ）で回転し、裏面洗浄ノズル６０から上記と同様にウエハＷの裏面の外周から約７５ｍｍの法線上の位置に、ウエハＷの回転方向かつ接線方向に洗浄液を３ｓｅｃ間吐出して、洗浄液をウエハＷ裏面の周辺内方に緩やかに拡散する｛洗浄液吐出（２）；ステップＳ２−３｝。これにより、洗浄液吐出（１）（Ｓ２−１）に比べてウエハＷの裏面に対する洗浄液の入射角が緩やかになるため、洗浄液がウエハＷの裏面上に拡がり易くなり、洗浄液自体の化学溶解反応によるいわば化学的洗浄によってレジスト液が除去される。

その後、再び洗浄液の吐出を停止し、ウエハＷを高速の第２の回転数（１０００ｒｐｍ）で、１ｓｅｃ間回転して、ウエハＷの裏面の洗浄液を急激に拡散すると共に、振り切る｛洗浄液振り切り（２）；ステップＳ２−４｝。

その後、裏面洗浄ノズル６０の吐出角度を９０°に調整して、再びウエハＷを低速の第１の回転数（１２０ｒｐｍ）で回転し、裏面洗浄ノズル６０からウエハＷの裏面の周辺内方の外周から５ｍｍの位置に洗浄液を３ｓｅｃ間吐出して、ウエハＷのベベル部を洗浄する｛洗浄液吐出（３）；ステップＳ２−５｝。

その後、再び洗浄液の吐出を停止し、ウエハＷを高速の第２の回転数（１０００ｒｐｍ）で、１ｓｅｃ間回転して、ウエハＷの裏面の洗浄液を急激に拡散すると共に、振り切る｛洗浄液振り切り（３）；ステップＳ２−６｝。

その後、ウエハＷを１０ｓｅｃ間、高速回転（回転数：１０００ｒｐｍ）して、ウエハＷの裏面に残った洗浄液を除去した後、ウエハＷは基板裏面洗浄装置１００内から搬出されて、処理は終了する。

第２実施形態の裏面洗浄方法によれば、ウエハＷの裏面に対する洗浄液の吐出角度を可変にすることにより、少ない裏面洗浄ノズル６０によって広範囲の裏面洗浄領域を確保することができる。この場合、洗浄液吐出工程における１回目から３回目のウエハＷに対する吐出角度を、４５°，３０°，９０°とすることにより、基板の径方向に対して多段的に可変洗浄処理を行うことができる。

なお、上記実施形態では、裏面洗浄ノズル６０を可変式としたが、ウエハＷの裏面の洗浄液供給位置、例えば、ウエハＷの裏面外周から７５ｍｍ，５５ｍｍ，５ｍｍの位置毎に吐出角度を変えて裏面洗浄ノズル６０を配置してもよい。

＜第３実施形態＞
図１０は、この発明の第３実施形態に係る裏面洗浄装置における裏面洗浄ノズル６０の吐出状態を示す概略側面図である。

第３実施形態における裏面洗浄ノズル６０は、図１０に示すように、スピンチャック３０によって保持されたウエハＷの下方位置に配設され、ノズル移動機構６３によって洗浄液吐出箇所をウエハＷの径方向に可変に形成されている。

ノズル移動機構６３は、例えばボールねじ機構やタイミングベルト機構等にて形成されており、裏面洗浄ノズル６０を載置する可動台６５をノズル移動機構６３の往復移動部６４に連結することで、裏面洗浄ノズル６０の液吐出箇所をウエハＷの径方向に可変可能にしている。なお、ノズル移動機構６３はコントローラ８０と電気的に接続されており、コントローラ８０からの制御信号に基づいて裏面洗浄ノズル６０の液吐出箇所がウエハＷの径方向に可変可能になっている。

この場合、裏面洗浄ノズル６０は、ノズル移動機構６３によってウエハＷの外周から７５ｍｍの位置（Ｄ５）と外周から５ｍｍの位置（Ｄ３）の範囲内の任意の位置例えば外周から７５ｍｍの位置（Ｄ５）、外周から５５ｍｍの位置（Ｄ４）、外周から３５ｍｍの位置（Ｄ７）、外周から５ｍｍの位置（Ｄ３）等任意の位置に可変可能に構成されている。

なお、第３実施形態において、その他の部分は第１実施形態と同じであるので、説明は省略する。

次に、第３実施形態の裏面洗浄工程について図１１を参照して説明する。図１１では、裏面洗浄工程のみを示している。なお、ここでは裏面洗浄ノズル６０の洗浄液吐出量は５０ｍｌ／ｍｉｎ．に設定され、吐出角度が４５°と９０°に調整可能に形成される場合について説明する。

第１実施形態と同様に、レジスト塗布処理を行った後、ウエハＷを低速の第１の回転数（１２０ｒｐｍ）で回転し、吐出角度が４５°に調整された裏面洗浄ノズル６０からウエハＷの裏面の外周から７５ｍｍの法線上の位置に、ウエハＷの回転方向かつ接線方向に洗浄液を３ｓｅｃ間吐出して、洗浄液をウエハＷ裏面の周辺内方に緩やかに拡散する｛洗浄液吐出（１）；ステップＳ３−１｝。これにより、ウエハ裏面側の外周から７５ｍｍの領域のレジスト液と洗浄液とが接触し易くなり、洗浄液自体の化学溶解反応によるいわば化学的洗浄によってレジスト液が除去される。

その後、洗浄液の吐出を停止し、ウエハＷを高速の第２の回転数（１０００ｒｐｍ）で、１ｓｅｃ間回転して、ウエハＷの裏面の洗浄液を急激に拡散すると共に、振り切る｛洗浄液振り切り（１）；ステップＳ３−２｝。これにより、ウエハＷの高速回転に伴う遠心力による洗浄処理及び洗浄液振り切りによるいわば物理的洗浄によってレジスト液が除去される。

次に、裏面洗浄ノズル６０の吐出角度が４５°の状態で、再びウエハＷを低速の第１の回転数（１２０ｒｐｍ）で回転し、裏面洗浄ノズル６０から上記と同様にウエハＷの裏面の外周から５５ｍｍの法線上の位置に、ウエハＷの回転方向かつ接線方向に洗浄液を３ｓｅｃ間吐出して、洗浄液をウエハＷ裏面の周辺内方に緩やかに拡散する｛洗浄液吐出（２）；ステップＳ３−３｝。これにより、ウエハ裏面側の外周から５５ｍｍの領域のレジスト液と洗浄液とが接触し易くなり、洗浄液自体の化学溶解反応によるいわば化学的洗浄によってレジスト液が除去される。

その後、再び洗浄液の吐出を停止し、ウエハＷを高速の第２の回転数（１０００ｒｐｍ）で、１ｓｅｃ間回転して、ウエハＷの裏面の洗浄液を急激に拡散すると共に、振り切る｛洗浄液振り切り（２）；ステップＳ３−４｝。

その後、裏面洗浄ノズル６０の吐出角度を９０°に調整して、再びウエハＷを低速の第１の回転数（１２０ｒｐｍ）で回転し、裏面洗浄ノズル６０からウエハＷの裏面の周辺内方の外周から５ｍｍの位置に洗浄液を３ｓｅｃ間吐出して、ウエハＷのベベル部を洗浄する｛洗浄液吐出（３）；ステップＳ３−５｝。

その後、再び洗浄液の吐出を停止し、ウエハＷを高速の第２の回転数（１０００ｒｐｍ）で、１ｓｅｃ間回転して、ウエハＷの裏面の洗浄液を急激に拡散すると共に、振り切る｛洗浄液振り切り（３）；ステップＳ３−６｝。

その後、ウエハＷを１０ｓｅｃ間、高速回転（回転数：１０００ｒｐｍ）して、ウエハＷの裏面に残った洗浄液を除去した後、ウエハＷは基板裏面洗浄装置１００内から搬出されて、処理は終了する。

第３実施形態の裏面洗浄方法によれば、ウエハＷの裏面に対する洗浄液の吐出箇所をウエハＷの径方向に沿って可変とすることにより、少ない裏面洗浄ノズル６０によって広範囲の裏面洗浄領域を確保することができる。この場合、洗浄液吐出工程における１回目から３回目の上記洗浄液の吐出箇所を、ウエハＷの外周から７５ｍｍ，５５ｍｍ，５ｍｍとすることにより、ウエハＷの径方向に対して多段的に可変洗浄処理を行うことができる。

＜その他の実施形態＞
上記第１実施形態では、固定式の裏面洗浄ノズル６０が２個設けられる場合について説明したが、固定式の裏面洗浄ノズル６０の数はこれに限定されるものではなく、例えば、図１０に示すウエハＷの外周から７５ｍｍの位置（Ｄ５）、外周から５５ｍｍの位置（Ｄ４）及び外周から３５ｍｍの位置（Ｄ７）におけるウエハＷの回転方向かつ接線方向に対して洗浄液を吐出する３個の裏面洗浄ノズル６０を用いてもよい。また、ウエハＷの外周から７５ｍｍの位置（Ｄ５）と、外周から５５ｍｍの位置（Ｄ４）のそれぞれの対向位置（１８０度の位置）に洗浄液を吐出する４個の裏面洗浄ノズル６０を用いてもよい。

なお、上記実施形態においては、裏面洗浄ノズル６０の吐出方向は接線方向としていたが、ウエハＷの裏面外周の法線方向としてもよい。

また、上記実施形態においては、ウエハＷの裏面に洗浄液を吐出する時の回転数を低回転（例えば１２０ｒｐｍ）、洗浄液の吐出を停止している時の回転数を高回転（例えば１０００ｒｐｍ）としていた。しかし、この代わりに、洗浄液を吐出する時の回転数を高回転（例えば１０００ｒｐｍ）、洗浄液の吐出を停止している時の回転数を低回転（例えば１２０ｒｐｍ）としても、洗浄液の吐出と吐出停止を繰り返す間欠洗浄を行わない従来技術と比較して、薬液消費量を削減することができる。

また、上記第１実施形態においては、固定式の裏面洗浄ノズル６０の吐出角度が固定である場合について説明したが、吐出位置に応じて裏面洗浄ノズル６０の吐出角度を変えもよい。

また、上記実施形態では、この発明に係る裏面洗浄装置をレジスト塗布処理に適用した場合について説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、鉛直軸回りに回転する基板の表面に処理液が供給される基板処理、例えば現像処理にも適用できる。

以下、この発明を完成させるために行った評価実験について説明する。
（評価実験１）
評価条件
・レジスト：ＡｒＦ液浸工程対応のポジ型フォトレジストをベアウエハの表面に塗布
・洗浄液（バックリンス液）：シクロヘキサノン
・吐出流量：１００ｍｌ／ｍｉｎ
・ノズル：接線方向（２本）
・吐出位置：ウエハ外周から７０ｍｍ
上記評価条件で、図１２に示すΦ３００ｍｍウエハＷＡを１０００ｒｐｍで回転した場合（既存のΦ３００ｍｍウエハの洗浄手法）と、Φ４５０ｍｍウエハＷＢを１０００ｒｐｍと５００ｒｐｍで回転した場合の裏面洗浄除去率とバックリンス量を調べたところ、図１３に示すような結果が得られた。

上記評価実験１の結果、既存のΦ３００ｍｍウエハの洗浄手法に対して面積比が１．８倍のΦ４５０ｍｍウエハの洗浄手法では約３．４倍のリンス量が必要であることが判った。

（評価実験２）
次に、上記評価条件のうち、Φ４５０ｍｍウエハでの吐出位置をウエハＷ外周から７５ｍｍ（Φ３００ｍｍウエハは外周から７０ｍｍ）の条件として、５秒間吐出と振り切り乾燥を繰り返して行い、Φ４５０ｍｍウエハの回転数を１２０ｒｐｍ、５００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍに変化させて、レジスト除去率とバックリンス量の関係を調べたところ、図１４及び図１５に示す結果が得られた。

上記評価実験２の結果、Φ４５０ｍｍウエハにおいては、１２０ｒｐｍのときが、既存のΦ３００ｍｍウエハの洗浄手法のバックリンス量２５．０ｍｌ（繰り返し３回）に対して３３．３ｍｌ（繰り返し４回）と少なく、次いで２０００ｒｐｍ（繰り返し５回）、１０００ｒｐｍ（繰り返し７回）、５００ｒｐｍ（繰り返し１０回）であった。

評価実験２から裏面洗浄のメカニズムを考察すると、低速の１２０ｒｐｍでは図１６（ａ）に示すように、レジスト膜はバックリンス位置Ｄ０を起点として、バックリンス液Ｌは比較的大きい粒径のまま拡がり、リンス液自体の化学的な溶解作用によりレジストを除去する。図１６（ａ）において、レジスト残渣と除去領域のピッチＰａは１０〜１５ｍｍであった。

これに対して、高速の１０００ｒｐｍでは図１６（ｂ）に示すように、レジスト膜はバックリンス位置Ｄ０を起点として、バックリンス液Ｌが細分化されて排出されることによりレジストは鋭角的に放射状に除去される。これは高速回転処理による物理的な洗浄作用が支配していると推測される。図１６（ｂ）において、レジスト残渣と除去領域のピッチＰｂは２〜３ｍｍであった。

（評価実験３）
上記評価実験２の結果より低速回転１２０ｒｐｍによる化学的な溶解作用と高速回転１０００ｒｐｍにより物理的な洗浄作用に着目して、１２０ｒｐｍ時にバックリンス（リンス液吐出）と１０００ｒｐｍ時のバックリンスの停止を繰り返す間欠吐出の効果を調べるために、表１に示すような洗浄工程の手順、すなわち、１２０ｒｐｍ時のバックリンスを５ｓｅｃ間行う洗浄液吐出工程と、１０００ｒｐｍ時のバックリンスの停止を１ｓｅｃ間行う洗浄液振り切り工程を繰り返し３回行う手順で評価実験３を行った。なお、このときのバックリンスの吐出位置は外周から７５ｍｍの位置に設定した。

評価実験３の結果、裏面洗浄除去率は１００％達成できた。

（評価実験４）
上記評価実験３では間欠吐出時間が１５ｓｅｃであるので、間欠吐出時間の短縮を試みるために、評価実験３の洗浄工程における洗浄液吐出時間を５ｓｅｃから３ｓｅｃに代えて、表２に示すような洗浄工程の手順、すなわち、１２０ｒｐｍ時のバックリンスを３ｓｅｃ間行う洗浄液吐出工程と、１０００ｒｐｍ時のバックリンスの停止を１ｓｅｃ間行う洗浄液振り切り工程を繰り返し３回行う手順で評価実験４を行った。

評価実験４の結果、裏面洗浄除去率は１００％達成できず、洗浄領域中心部から外周にかけて縞状にレジスト残渣が発生した。

（評価実験５）
次に、バックリンスの吐出位置を外周から７５ｍｍの位置と外周から５５ｍｍの位置に設定して、表３に示すような洗浄工程の手順、すなわち、１２０ｒｐｍ時のバックリンスを３ｓｅｃ間行う洗浄液吐出工程と、１０００ｒｐｍ時のバックリンスの停止を１ｓｅｃ間行う洗浄液振り切り工程を繰り返し３回行う手順で評価実験５を行った。

評価実験５の結果、裏面洗浄除去率は１００％達成できた。この時の間欠吐出時間は９ｓｅｃであり、バックリンスの吐出位置を外周から７５ｍｍの位置で行った評価実験３の間欠吐出時間１５ｓｅｃに比較して６ｓｅｃ短縮できた。

（評価実験６）
次に、洗浄液吐出工程の時間と回転数の関係を調べるために、バックリンスの吐出位置は評価実験５と同じ設定で、表４に示すような手順で評価実験６を行った。なお、時間（Ｔ）の値を、３ｓｅｃ，２ｓｅｃ，１ｓｅｃとしてそれぞれ実験した。

評価実験６の結果、表５に示すように、回転数１２０ｒｐｍに対して吐出時間３ｓｅｃと２ｓｅｃは裏面洗浄除去率が１００％であったが、吐出時間１ｓｅｃでは裏面洗浄除去率は１００％達成できなかった。

（評価実験７）
次に、洗浄液吐出工程と洗浄液振り切り工程における時間と回転数の関係を調べるために、表６に示すように、洗浄液吐出工程時（バックリンス吐出時）の回転数（Ｒ１）と洗浄液振り切り工程時の回転数（Ｒ２）を代えて評価実験７を行ったところ、図１７に示すような結果が得られた。

評価実験７の結果、バックリンス吐出時の回転数（Ｒ１）が１０〜１２０ｒｐｍで、洗浄液振り切り工程時の回転数（Ｒ２）が１０００〜３０００ｒｐｍの範囲において裏面洗浄除去率が１００％を達成できた。

（評価実験８）
次に、第２実施形態の裏面洗浄方法について、上記表３に示すような洗浄工程の手順、すなわち、１２０ｒｐｍ時のバックリンスを３ｓｅｃ間行う洗浄液吐出工程（１）｛吐出位置：７５ｍｍ、吐出角度：４５°｝、洗浄液吐出工程（２）｛吐出位置：７５ｍｍ、吐出角度：３０°｝、洗浄液吐出工程（３）｛吐出位置：５ｍｍ、吐出角度：９０°｝と、１０００ｒｐｍ時のバックリンスの停止を１ｓｅｃ間行う洗浄液振り切り工程を繰り返し３回行う手順で評価実験８を行った。評価実験８の結果、裏面洗浄除去率は１００％達成できた。

（評価実験９）
次に、第３実施形態の裏面洗浄方法について、上記表３に示すような洗浄工程の手順、すなわち、１２０ｒｐｍ時のバックリンスを３ｓｅｃ間行う洗浄液吐出工程（１）｛吐出位置：７５ｍｍ、吐出角度：４５°｝、洗浄液吐出工程（２）｛吐出位置：５５ｍｍ、吐出角度：４５°｝、洗浄液吐出工程（３）｛吐出位置：５ｍｍ、吐出角度：９０°｝と、１０００ｒｐｍ時のバックリンスの停止を１ｓｅｃ間行う洗浄液振り切り工程を繰り返し３回行う手順で評価実験９を行った。評価実験９の結果、裏面洗浄除去率は１００％達成できた。

以上の評価実験の結果から、図１８に示すように、既存のΦ３００ｍｍウエハの洗浄手法のバックリンス量が２５．０ｍｌに対して、大口径のΦ４５０ｍｍウエハにおいては、吐出位置が外周から７５ｍｍに設定した場合、バックリンス量が既存のΦ３００ｍｍウエハと同量の２５．０ｍｌであった。また、吐出位置を外周から７５ｍｍと外周から５５ｍｍの位置に設定した場合では、バックリンス量が１０．０ｍｌと少ない量であった。

３０ スピンチャック（基板保持部）
３２ 回転駆動部
５０ 処理液供給ノズル
６０ 裏面洗浄ノズル
６３ ノズル移動機構
８０ コントローラ（制御部）
Ｖ２ 流量調整弁

Claims (3)

1. 鉛直軸回りに基板を回転自在に保持する基板保持部と、
   上記基板保持部を回転する回転駆動部と、
   上記基板保持部にて保持された基板の表面に処理液を供給する処理液供給ノズルと、
   上記基板保持部によって回転する基板の裏面の周辺内方における複数の位置に対して洗浄液を供給する裏面洗浄ノズルと、
   上記回転駆動部の回転及び上記裏面洗浄ノズルの駆動を制御する制御部と、を具備し、
   上記制御部からの信号に基づいて、上記基板裏面に上記洗浄液を緩やかに拡散すべく第１の回転数で回転して洗浄液を供給する洗浄液吐出工程と、上記第１の回転数より高速の第２の回転数で回転して上記基板裏面の洗浄液を急速に拡散して振り切る洗浄液振り切り工程と、を交互に複数回繰り返し行い、この際、上記基板の裏面に対する洗浄液の吐出箇所が基板の径方向に沿って可変に形成されると共に、上記洗浄液吐出工程と、上記洗浄液振り切り工程とを３回繰り返し行い、上記洗浄液吐出工程における１回目から３回目の上記洗浄液の吐出箇所を、基板の外周から７５ｍｍ，５５ｍｍ，５ｍｍとする、ことを特徴とする基板裏面洗浄装置。
2. 請求項１記載の基板裏面洗浄装置において、
   上記裏面洗浄ノズルは複数個設けられ、各裏面洗浄ノズルは、上記基板の周辺内方において径方向に異なる複数位置に対して洗浄液を供給する、ことを特徴とする基板裏面洗浄装置。
3. 請求項１又は２に記載の基板裏面洗浄装置において、
   上記裏面洗浄ノズルが基板の裏面に洗浄液を供給する位置毎に、上記基板の裏面に対する洗浄液の吐出角度が異なるように形成されている、ことを特徴とする基板裏面洗浄装置。

Images