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JP7813143B2 - 基板洗浄方法および基板洗浄装置 - Google Patents
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JP7813143B2 - 基板洗浄方法および基板洗浄装置 - Google Patents

基板洗浄方法および基板洗浄装置

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Description

本発明は、基板洗浄方法および基板洗浄装置に関する。
特許文献１には、保持された基板の上下面にエッチング液を供給して化学的洗浄を行い、その後、純水を供給してエッチング液を除去する基板洗浄方法が開示されている。
特開２０００－１７６３８６号公報
本発明の課題は、より洗浄力が高い基板洗浄方法および基板洗浄装置を提供することである。
本発明の一態様によれば、基板の下面に薬液を供給する第１ステップと、その後、前記基板の下面に気泡含有液体を供給する第２ステップと、を備える基板洗浄方法が提供される。
前記第１ステップによって、前記基板の下面に薬液の液膜が形成され、前記第２ステップによって、前記液膜が前記気泡含有液体に置換されるのが望ましい。
前記第２ステップの前に、前記気泡含有液体を生成するステップを備えてるのが望ましい。
前記気泡含有液体を生成するステップでは、超音波によって洗浄液に気泡を発生させて前記気泡含有液体を生成するのが望ましい。
前記第１ステップにおける薬液の供給流速より、前記第２ステップにおける気泡含有液体の供給流速が速いのが望ましい。
前記第１ステップでは、第１ノズルから薬液を供給し、前記第２ステップでは、前記第１ノズルとは異なる第２ノズルから前記気泡含有液体を供給するのが望ましい。
前記第２ステップでは、単管ノズルから前記気泡含有液体を供給するのが望ましい。
前記第２ステップでは、前記基板の下面の中心近傍と、前記基板の周縁部と、に前記気泡含有液体を供給するのが望ましい。
前記第２ステップでは、前記基板の下面に前記気泡含有液体および超音波洗浄液を供給するのが望ましい。
前記第２ステップでは、前記基板の下面に前記気泡含有液体および２流体を供給するのが望ましい。
前記気泡含有液体は、気泡を含有した純水であるのが望ましい。
前記気泡含有液体に含まれる気泡の径は、１μｍ以上５００μｍ以下であるのが望ましい。
前記気泡含有液体に含まれる気泡は、窒素、水素、オゾン、二酸化炭素および酸素の１以上の気泡であるのが望ましい。
前記基板の上面には金属膜が形成されており、前記気泡含有液体に含まれる気泡は、窒素および／または水素の気泡を含むのが望ましい。
前記第１ステップの前に、前記基板の下面をスクラブ洗浄するステップを備えるのが望ましい。
前記第１ステップでは、気泡を含有する薬液を供給するのが望ましい。
本発明の別の態様によれば、基板を保持する基板保持部と、保持された前記基板の下面に薬液を供給する第１ノズルと、保持された前記基板の下面に気泡含有液体を供給する第２ノズルと、前記第１ノズルが薬液を供給した後に前記第２ノズルが気泡含有液体を供給するよう制御を行う制御部と、を備える基板洗浄装置が提供される。
前記第２ノズルは、ガス供給部と、液体供給部と、前記ガス供給部からのガスと、前記液体供給部からの液体と、を混合して前記気泡含有液体を生成する気泡含有液体生成部と、生成された気泡含有液体を前記基板の下面に噴射する単管ノズルと、を有するのが望ましい。
前記第２ノズルは、ガス供給部と、液体供給部と、前記ガス供給部からのガスと、前記液体供給部からの液体と、を混合して前記気泡含有液体を生成する気泡含有液体生成部と、生成された気泡含有液体が噴射される噴射孔が形成された筐体と、を有するのが望ましい。
前記筐体の上面は、前記噴射孔から斜め下方に延びる傾斜面を有するのが望ましい。
洗浄力が向上する。
従来の基板洗浄方法の一例を説明する図。 従来の基板洗浄方法の一例を説明する図。 本発明の一実施形態に係る基板洗浄方法の概要を説明する図。 本発明の一実施形態に係る基板洗浄方法の概要を説明する図。 本発明の一実施形態に係る基板洗浄方法の概要を説明する図。 一実施形態に係る基板洗浄装置の概略斜視図。 純水供給ノズル５の一例を示す模式図。 純水供給ノズル５の別の例を示す模式図。 純水供給ノズル５の別の例を示す模式図。 別の実施形態に係る基板洗浄装置の概略斜視図。 また別の実施形態に係る基板洗浄装置の概略斜視図。 基板洗浄の手順を示す工程図。
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
本発明は、主に基板の下面の洗浄に関する。まずは本発明の概要を説明する。
図１Ａおよび図１Ｂは、従来の基板洗浄方法の一例を説明する図である。まず、基板Ｗの上面をロールスポンジ２１で、同下面をロールスポンジ２２でスクラブ洗浄する（図１Ａ）。なお、基板Ｗの上面とは、保持された状態で鉛直方向上向きの面（通常はデバイスが形成された面）である。また、基板Ｗの下面とは、保持された状態で鉛直方向下向きの面（通常はデバイスが形成されていない面）である。
スクラブ洗浄が完了すると、ロールスポンジ２１，２２を基板Ｗから離間させる。そして、薬液供給ノズル４から基板Ｗの下面に薬液を供給し、薬液リンスを行う（図１Ｂ）。図示のように、薬液の供給により、基板Ｗの下面に薬液の液膜１００が形成される。この液膜１００には、基板Ｗの下面から除去された異物等が含まれている。
次いで、純水供給ノズル（不図示）から基板Ｗの下面に純水を供給し、純水リンスを行って液膜１００を除去する。
図２Ａ～図２Ｃは、本発明の一実施形態に係る基板洗浄方法の概要を説明する図である。まず、基板Ｗの上面および下面をスクラブ洗浄し、次いで基板Ｗの下面に薬液を供給して薬液リンスを行う点は従来と同様であり、基板Ｗの下面に薬液の液膜１００が形成される（図２Ａ）。
次いで、純水供給ノズル５から基板Ｗの下面に気泡を含む純水（以下「気泡含有純水」という。）を供給する。薬液の液膜１００の下部に到達した気泡含有純水１０１内の気泡は、その浮力によって気泡含有純水１０１中を上昇し、基板Ｗの下面と液膜１００との境界に入り込む（図２Ｂ）。それにより、液膜１００が基板Ｗの下面から脱離して落下し、液膜１００が効率よく除去される（図２Ｃ）。
このように、気泡含有純水を供給することで、薬液の液膜１００が気泡で置換され、基板Ｗの下面に液膜１００が残存するのを抑制でき、洗浄力が向上する。
以下、詳細に説明する。
図３は、一実施形態に係る基板洗浄装置の概略斜視図である。基板洗浄装置は、ほぼ同一水平面上に配置された４つのローラ１１～１４（基板保持部）と、洗浄部である２つの円柱状のロールスポンジ２１，２２と、ロールスポンジ２１，２２をそれぞれ回転させる回転機構３１，３２と、薬液供給ノズル４と、純水供給ノズル５と、制御部６とを備えている。
ローラ１１は保持部１１ａおよび肩部（支持部）１１ｂの２段構成となっている。肩部１１ｂの直径は保持部１１ａの直径よりも大きく、肩部１１ｂの上に保持部１１ａが設けられている。ローラ１２～１４もローラ１１と同様の構成を有している。ローラ１１～１４は不図示の駆動機構（例えばエアシリンダ）によって、互いに近接および離間する方向に移動可能となっている。ローラ１１～１４が互いに近接することで、保持部１１ａ～１４ａは基板Ｗをほぼ水平に保持することができる。また、ローラ１１～１４のうちの少なくとも１つは不図示の回転機構によって回転駆動される構成となっており、これにより基板Ｗを水平面内で回転させることができる。
ロールスポンジ２１は水平面内に延びており、ローラ１１～１４によって保持された基板Ｗの上面に接触してこれをスクラブ洗浄する。ロールスポンジ２１は回転機構３１によってロールスポンジ２１の長手方向を軸として回転される。また、回転機構３１は、その上下方向の動きをガイドするガイドレール３３に取り付けられ、かつ、昇降駆動機構３４に支持されている。昇降駆動機構３４により、回転機構３１およびロールスポンジ２１はガイドレール３３に沿って上下方向に移動する。
ロールスポンジ２２は水平面内に延びており、ローラ１１～１４によって保持された基板Ｗの下面に接触してこれをスクラブ洗浄する。ロールスポンジ２２はロールスポンジ２１の下方に配置され、回転機構３２によってロールスポンジ２２の長手方向を軸として回転される。昇降駆動機構などの図示を省略しているが、ロールスポンジ２１と同様、回転機構３２およびロールスポンジ２２も上下方向に移動する。
薬液供給ノズル４は基板Ｗの下方（直下または斜め下）に位置し、基板Ｗの下面に薬液を供給する。
純水供給ノズル５は基板Ｗの下方（直下または斜め下）に位置し、基板Ｗの下面に純水を供給する。本実施形態の特徴の１つとして、純水供給ノズル５は気泡含有純水を供給する。
制御部６は基板洗浄装置の全体を制御する。本実施形態の特徴の１つとして、制御部６は、薬液供給ノズル４を制御して薬液を供給させ、その後、純水供給ノズル５を制御して気泡含有純水を供給させる。
純水供給ノズル５の具体的な構成例を示す。
図４は、純水供給ノズル５の一例を示す模式図である。この純水供給ノズル５は、純水供給部５１と、ガス供給部５２と、筐体５３と、気泡含有純水生成部５４と、単管ノズル５５とを有する。純水供給部５１から純水が、ガス供給部５２から所定のガスが、筐体５３内に配置された気泡含有純水生成部５４に供給される。気泡含有純水生成部５４には微細孔が形成されており、純水とガスとが混合されて気泡含有純水が生成される。生成された気泡含有純水は、筐体５３の上面から突出した単管ノズル５５から斜め上方に噴射される。噴射された気泡含有純水は基板Ｗの下面の中心近傍に到達する。
純水供給ノズル５は所定の位置に固定配置されていてもよいし、直線的に移動可能であってもよいし、揺動可能であってもよい。揺動する場合、気泡含有純水が基板Ｗの下面の中心近傍に噴射される位置と、基板Ｗの周縁部に噴射される位置と、の間を純水供給ノズル５が揺動するのが望ましい。
また、基板Ｗの下面に対する気泡含有純水の供給角度に特に制限はない。ただし、基板Ｗの下面の中心にのみ気泡含有純水を供給した場合、基板Ｗの周縁部まで気泡含有純水が到達しないことも考えられる。よって、純水供給ノズル５を２以上設け、その一部は基板Ｗの下面の中心近傍に気泡含有純水を供給し、他の一部は基板Ｗの下面の周縁部に気泡含有純水を供給するようにしてもよい。
図５Ａおよび図５Ｂは、純水供給ノズル５の別の例を示す模式図である（図５Ａは側面図であり、図５Ｂは模式的な断面図である）。この純水供給ノズル５は、純水供給部５１と、ガス供給部５２と、筐体５３と、気泡含有純水生成部５４とを有する。純水供給部５１から純水が、ガス供給部５２から所定のガスが、円筒形の筐体５３内に配置された気泡含有純水生成部５４に供給される。気泡含有純水生成部５４には微細孔が形成されており、純水とガスとが混合されて気泡含有純水が生成される。生成された気泡含有純水は、筐体５３の上面に形成された１または複数の噴射孔５３１から上方に噴射される。噴射された気泡含有純水は基板Ｗの下面に到達する。
噴射孔５３１を多数設けることで、基板Ｗの広い領域に気泡含有純水を噴射できる。噴射孔５３１の一部は基板Ｗの下面の中心近傍の下方に、他の一部は基板Ｗの下面の周縁部の下方に配置されているのが望ましい。
また、筐体５３の上面に気泡が溜まらないような工夫がなされているのが望ましい。一例として、図示のように、噴射孔５３１から斜め下方に延びる傾斜面５３２が設けられる。これにより、傾斜面５３２に沿って気泡が上昇し、筐体５３の上面に溜まることなく、噴射孔５３１に導かれる。
ここで、気泡含有純水における気泡の径（直径）は、気泡の浮力を稼ぐという観点から、破裂しない範囲で大きい方が望ましい。ただし、気泡の径は基板Ｗの下面に形成される薬液の液膜よりは小さいのが望ましい。具体的には、液膜の厚さは２００～５００μｍ程度であるので、気泡の径は１μｍ以上５００μｍ、より好ましくは、１００μｍ以上５００μｍ以下であるのが望ましい。そして、図４の単管ノズル５５の径あるいは図５Ａおよび図５Ｂの噴射孔５３１の径は気泡の径より大きいのが望ましい。
また、気泡含有純水における気泡の密度ができるだけ高いのが望ましく、特に気相率が８０％以上であると洗浄効果は高くなる。
気泡の大きさや密度は、例えば図４および図５Ｂに示す気泡含有純水生成部５４の微細孔の大きさによって調整可能である。また、気泡含有純水生成部５４は純水に超音波を与えることで純水中に気泡を発生させてもよく、超音波の周波数によっても気泡の大きさや密度を調整可能である。
気泡の浮力を稼いで効率よく薬液の液膜を除去するためには、気泡が破裂しない程度において気泡含有純水の供給流速が速いのが望ましい。具体的には、薬液供給ノズル４からの薬液の供給流速より、純水供給ノズル５からの気泡含有純水の供給流速が速いのが望ましい。
また、薬液供給ノズル４および純水供給ノズル５に加え、基板Ｗの下面に超音波洗浄液を供給する超音波ノズル６１を設けてもよい（図６Ａ参照）。あるいは、薬液供給ノズル４および純水供給ノズル５に加え、基板Ｗの下面に２流体を供給する２流体ジェットノズル６２を設けてもよい（図６Ｂ参照）。２流体とは、例えば液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体である。
また、気泡のガス種は、窒素、水素、オゾン、二酸化炭素および酸素の１つ、または、２以上の混合であってよい。すなわち、これらのガスが図４または図５Ｂのガス供給部５２から供給されてよい。
気泡が窒素を含む場合、窒素の気泡が基板Ｗ近傍の溶存酸素量を低減するとともに、純水に溶存した窒素が機能水として酸素の溶存を抑制する。これにより、金属膜の腐食（特に酸化）を抑制できる。また、気泡が水素を含む場合も同様に金属膜の腐食（特に酸化）を抑制でき、かつ、セリア砥粒（基板研磨に用いられる研磨液）の再付着を抑制できる。気泡がオゾン含む場合、基板Ｗを親水化できるとともに、基板Ｗに付着した有機物および無機物を酸化させて溶出させることができる。気泡が二酸化炭素を含む場合、基板の帯電を抑制できる。複数のガスの気泡を混合することにより、それぞれの効果が得られる。
含有する気泡のガス種によって効果が異なるため、洗浄対象となる基板Ｗに応じたガス種の気泡を含有する気泡含有純水を供給するのが望ましい。例えば、基板の上面に銅膜などの金属膜が形成されている場合、その酸化を抑制すべく、窒素または水素を用いるのが望ましい。
また、純水に代えて他の液に気泡を含有させた液体を供給してもよい。薬液供給ノズルから供給される薬液が気泡を含有していてもよく、これにより洗浄力がさらに向上する。
図７は、基板洗浄の手順を示す工程図である。なお、基板Ｗの洗浄前、すなわち基板Ｗの搬入時には、ローラ１１～１４は互いに離間した位置にある。また、ロールスポンジ２１は上昇しており、ロールスポンジ２２は下降している。
そして、ロールスポンジ２１，２２が基板保持位置から離間した状態において、不図示の搬送ユニットにより（例えば研磨処理された後に）搬送されてきた基板Ｗは、ローラ１１～１４の肩部１１ｂ～１４ｂの上に載置される。その後、ローラ１１～１４が互いに近接する方向すなわち基板Ｗに向かう方向に移動することにより、基板Ｗは保持部１１ａ～１４ａによってほぼ水平に保持される。これにより、基板Ｗはローラ１１～１４によって概略水平方向に保持される（ステップＳ１）。
なお、洗浄対象の基板Ｗが研磨処理されたものである場合、研磨屑や研磨液が基板Ｗの上面および下面に付着していることがある。
次いで、ロールスポンジ２１が下降して基板Ｗの上面に接触するとともに、ロールスポンジ２２が上昇して基板Ｗの下面に接触する。そして、ローラ１１～１４によって基板Ｗが水平面内で回転しつつ、ロールスポンジ２１，２２がその軸心周りに回転しながら基板Ｗの上下面にそれぞれ接触することによって、基板Ｗの上下面がスクラブ洗浄される（ステップＳ２）。スクラブ洗浄が完了すると、ロールスポンジ２１が上昇して基板Ｗの上面から離間するとともに、ロールスポンジ２２が下降して基板Ｗの下面から離間する。
その後、薬液供給ノズル４から基板Ｗの下面に薬液を供給する（ステップＳ３）。言い換えると、制御部６は、薬液供給ノズル４が基板Ｗの下面に薬液を供給するよう、制御を行う。これにより、基板Ｗの下面に薬液の液膜が形成され、基板Ｗの下面の薬液リンスが行われる。
薬液リンスの後、純水供給ノズル５から基板Ｗの下面に気泡含有純水を供給する（ステップＳ４）。言い換えると、制御部６は、純水供給ノズル５が基板Ｗの下面に気泡含有純水を供給するよう、制御を行う。これにより純水リンスが行われ、図２Ａ～図２Ｃを用いて説明したように、基板Ｗの下面に形成された薬液の液膜（の少なくとも一部、望ましくは大部分、より望ましくは全部）が気泡含有純水によって置換され、基板Ｗの下面から除去される。
なお、基板洗浄装置が超音波ノズル６１を有する場合、ステップＳ４において超音波洗浄液を合わせて供給してもよい。また、基板洗浄装置が２流体ジェットノズル６２を有する場合、ステップＳ４において２流体を合わせて供給してもよい。
このように、本実施形態では、基板Ｗの下面の洗浄において、薬液リンスの後、気泡含有純水を供給する。そのため、気泡が薬液の液膜を基板Ｗの下面から脱離させ、基板Ｗの下面に液膜が残存するのを抑制する。結果として、洗浄力が向上する。
なお、気泡を発生させる手法は図４や図５Ａおよび図５Ｂで例示したものに限らず、公知の手法を用いてもよい。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
１１～１４ ローラ
２１，２２ ロールスポンジ
３１，３２ 回転機構
４ 薬液供給ノズル
５ 純水供給ノズル
５１ 純水供給部
５２ ガス供給部
５３ 筐体
５３１ 噴射孔
５３２ 傾斜面
５４ 気泡含有純水生成部
５５ 単管ノズル
６ 制御部
６１ 超音波ノズル
６２ ２流体ジェットノズル
１００ 液膜

Claims (16)

  1. 基板の下面に薬液を供給して、前記基板の下面に薬液の液膜を形成する第１ステップと、
    純水とガスを混合して気泡含有液体を生成するステップと、
    その後、前記基板の下面に前記気泡含有液体を供給して、前記液膜を前記気泡含有液体に置換する第２ステップと、を備える基板洗浄方法。
  2. 前記第１ステップにおける薬液の供給流速より、前記第２ステップにおける気泡含有液体の供給流速が速い、請求項１に記載の基板洗浄方法。
  3. 前記第１ステップでは、第１ノズルから薬液を供給し、
    前記第２ステップでは、前記第１ノズルとは異なる第２ノズルから前記気泡含有液体を供給する、請求項１または２に記載の基板洗浄方法。
  4. 前記第２ステップでは、単管ノズルから前記気泡含有液体を供給する、請求項１乃至３のいずれかに記載の基板洗浄方法。
  5. 前記第２ステップでは、前記基板の下面の中心近傍と、前記基板の周縁部と、に前記気泡含有液体を供給する、請求項１乃至４のいずれかに記載の基板洗浄方法。
  6. 前記第２ステップでは、前記基板の下面に前記気泡含有液体および超音波洗浄液を供給する、請求項１乃至５のいずれかに記載の基板洗浄方法。
  7. 前記第２ステップでは、前記基板の下面に前記気泡含有液体および２流体を供給する、請求項１乃至５のいずれかに記載の基板洗浄方法。
  8. 前記気泡含有液体は、気泡を含有した純水である、請求項１乃至７のいずれかに記載の基板洗浄方法。
  9. 前記気泡含有液体に含まれる気泡の径は、１μｍ以上５００μｍ以下である、請求項１乃至８のいずれかに記載の基板洗浄方法。
  10. 前記気泡含有液体に含まれる気泡は、窒素、水素、オゾン、二酸化炭素および酸素の１以上の気泡である、請求項１乃至９のいずれかに記載の基板洗浄方法。
  11. 前記基板の上面には金属膜が形成されており、
    前記気泡含有液体に含まれる気泡は、窒素および／または水素の気泡を含む、請求項１０に記載の基板洗浄方法。
  12. 前記第１ステップの前に、前記基板の下面をスクラブ洗浄するステップを備える、請求項１乃至１１のいずれかに記載の基板洗浄方法。
  13. 前記第１ステップでは、気泡を含有する薬液を供給する、請求項１乃至１２のいずれかに記載の基板洗浄方法。
  14. 基板を保持する基板保持部と、
    保持された前記基板の下面に薬液を供給する第１ノズルと、
    保持された前記基板の下面に気泡含有液体を供給する第２ノズルと、
    前記第１ノズルが薬液を供給した後に前記第２ノズルが気泡含有液体を供給するよう制御を行う制御部と、を備え、
    前記第２ノズルは、
    ガス供給部と、
    液体供給部と、
    前記ガス供給部からのガスと、前記液体供給部からの液体と、を混合して前記気泡含有液体を生成する気泡含有液体生成部と、を有する基板洗浄装置。
  15. 前記第２ノズルは、生成された気泡含有液体を前記基板の下面に噴射する単管ノズルと、を有する、請求項１４に記載の基板洗浄装置。
  16. 基板を保持する基板保持部と、
    保持された前記基板の下面に薬液を供給する第１ノズルと、
    保持された前記基板の下面に気泡含有液体を供給する第２ノズルと、
    前記第１ノズルが薬液を供給した後に前記第２ノズルが気泡含有液体を供給するよう制御を行う制御部と、を備え、
    前記第２ノズルは、
    ガス供給部と、
    液体供給部と、
    前記ガス供給部からのガスと、前記液体供給部からの液体と、を混合して前記気泡含有液体を生成する気泡含有液体生成部と、
    生成された気泡含有液体が噴射される噴射孔が形成された筐体と、を有し、
    前記筐体の上面は、前記噴射孔から斜め下方に延びる傾斜面を有する、基板洗浄装置。
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