(57)【要約】【課題】超音波振動が印加された処理液を基板に吐出し、当該処理液により生じる基板振動を利用して異物を除去し、かつ、キャビテーションによる基板の損傷を抑制できる基板処理装置および基板処理方法を提供する。【解決手段】この基板処理装置は、第１処理液供給部２０、および、基板９の上面に対向する対向部材４０を有する。第１処理液供給部２０は、基板９の上面と対向部材４０の下面との間に液体が充填された状態で、基板９の第１吐出位置Ｐ１に、超音波が印加された第１処理液２６を吐出する。そして、第１処理液２６により基板９を振動させ、当該振動により基板９の表面から異物９Ｐを遊離させることにより、基板９に付着した異物を除去する。また、基板９の上面と対向部材４０の下面との間に液体が充填されることにより、キャビテーションによる基板９の損傷を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面から異物を除去する基板処理装置であって、
前記基板を略水平に保持する保持部と、
前記基板の上面に対向する対向部材と、
前記保持部に保持された前記基板の第１吐出位置に、超音波が印加された第１処理液を吐出する第１処理液供給部と、
を備え、
前記基板の上面と前記対向部材の下面との間に液体が充填された状態で、前記第１処理液供給部から第１処理液を吐出する基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記第１処理液供給部が、前記対向部材と反対方向へ斜め下向きに前記第１処理液を吐出する基板処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記第１処理液供給部からの第１処理液の吐出時に、
前記第１処理液供給部の吐出口と前記対向部材との間において、前記基板上の液層が、前記基板から前記吐出口までの高さ、および、前記基板から前記対向部材の下面までの高さのうちの少なくとも一方より大きい厚みを維持しつつ繋がる基板処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記第１吐出位置は、前記基板の端縁部である基板処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記基板は、中心軸を中心とする略円板状であり、
前記基板と前記第１処理液供給部とを、前記中心軸を中心に相対的に回転させる回転機構をさらに備える基板処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の基板処理装置であって、
前記対向部材は、前記基板の略中央を覆う基板処理装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記保持部に保持された前記基板の第２吐出位置に、第２処理液を吐出する第２処理液供給部をさらに備え、
前記基板の上面と前記対向部材の下面との間に第２処理液が供給される基板処理装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記第１処理液は、脱イオン水、ＳＣ−１、イソプロピルアルコールまたはハイドロフルオロエーテルのいずれか、またはこれらの混合液である基板処理装置。
【請求項９】
請求項７に記載の基板処理装置であって、
前記第２処理液は、脱イオン水、ＳＣ−１、イソプロピルアルコールまたはハイドロフルオロエーテルのいずれか、またはこれらの混合液である基板処理装置。
【請求項１０】
基板の表面から異物を除去する基板処理方法であって、
略水平に保持された基板と、前記基板に対向する対向部材との間に液体を充填しつつ、超音波が印加された処理液を前記基板の表面の他の領域に供給する基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面から異物を除去する基板処理装置および基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、カラーフィルタ用基板、記録ディスク用基板、太陽電池用基板、電子ペーパー用基板などの精密電子装置用基板の製造工程では、基板の表面から異物を除去するために、種々の洗浄処理が行われる。例えば、超音波振動が印加された処理液を基板に供給して、基板の表面から異物を除去する、いわゆる超音波洗浄が従来知られている。
【０００３】
超音波洗浄を行う従来の基板処理装置については、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−４５６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波洗浄は、処理液に超音波振動を印加することにより、処理液中にキャビテーションを生じさせ、当該キャビテーションの物理的作用によって、基板の表面から異物を除去する。しかしながら、超音波振動により生じる液中のキャビテーションは、その発生位置やエネルギーを制御することが難しい。このため、キャビテーションによって、基板上の微細なパターンが損傷を受ける場合があった。
【０００６】
このため、キャビテーションより制御しやすい基板振動を利用して、基板から異物を除去する洗浄方法が、検討されている。当該洗浄方法では、超音波振動が印加された処理液を、基板に対して局所的に吐出して、基板を振動させる。そして、基板の振動によって、基板から異物を遊離させる。しかしながら、この洗浄方法でも、局所的に吐出された処理液が、基板上のパターンに接触すると、当該処理液中のキャビテーションによって、パターンが損傷する虞がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、超音波振動が印加された処理液を基板に吐出し、当該処理液により生じる基板振動を利用して異物を除去し、かつ、キャビテーションによる基板の損傷を抑制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を、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、基板の表面から異物を除去する基板処理装置であって、前記基板を略水平に保持する保持部と、前記基板の上面に対向する対向部材と、前記保持部に保持された前記基板の第１吐出位置に、超音波が印加された第１処理液を吐出する第１処理液供給部と、を備え、前記基板の上面と前記対向部材の下面との間に液体が充填された状態で、前記第１処理液供給部から第１処理液を吐出する。
【０００９】
本願の第２発明は、第１発明の基板処理装置であって、前記第１処理液供給部が、前記対向部材と反対方向へ斜め下向きに前記第１処理液を吐出する。
【００１０】
本願の第３発明は、第１発明または第２発明の基板処理装置であって、前記第１処理液供給部からの第１処理液の吐出時に、前記第１処理液供給部の吐出口と前記対向部材との間において、前記基板上の液層が、前記基板から前記吐出口までの高さ、および、前記基板から前記対向部材の下面までの高さのうちの少なくとも一方より大きい厚みを維持しつつ繋がる。
【００１１】
本願の第４発明は、第１発明から第３発明までのいずれかの基板処理装置であって、前記第１吐出位置は、前記基板の端縁部である。
【００１２】
本願の第５発明は、第１発明から第４発明までのいずれかの基板処理装置であって、前記基板は、中心軸を中心とする略円板状であり、前記基板と前記第１処理液供給部とを、前記中心軸を中心に相対的に回転させる回転機構をさらに備える。
【００１３】
本願の第６発明は、第５発明の基板処理装置であって、前記対向部材は、前記基板の略中央を覆う。
【００１４】
本願の第７発明は、第１発明から第６発明までのいずれかの基板処理装置であって、前記保持部に保持された前記基板の第２吐出位置に、第２処理液を吐出する第２処理液供給部をさらに備え、前記基板の上面と前記対向部材の下面との間に第２処理液が供給される。
【００１５】
本願の第８発明は、第１発明から第７発明までのいずれかの基板処理装置であって、前記第１処理液は、脱イオン水、イソプロピルアルコールまたはハイドロフルオロエーテルのいずれか、またはこれらの混合液である。
【００１６】
本願の第９発明は、第７発明の基板処理装置であって、前記第２処理液は、脱イオン水、イソプロピルアルコールまたはハイドロフルオロエーテルのいずれか、またはこれらの混合液である。
【００１７】
本願の第１０発明は、基板の表面から異物を除去する基板処理方法であって、略水平に保持された基板と、前記基板に対向する対向部材との間に液体を充填しつつ、超音波が印加された処理液を前記基板の表面の他の領域に供給する。
【発明の効果】
【００１８】
本願の第１発明から第９発明によれば、第１処理液により基板を振動させ、当該振動により基板の表面から異物を遊離して除去できる。また、対向部材と対向する部分において、基板上のパターンの損傷を抑制できる。
【００１９】
特に、本願の第２発明によれば、超音波が印加された第１処理液が、対向部材と基板との間に直接流入しない。これにより、対向部材と対向する部分において、基板上のパターンの損傷をさらに抑制できる。
【００２０】
特に、本願の第３発明によれば、対向部材と基板との間の液体に超音波が伝播しにくい。これにより、対向部材と対向する部分において、基板上のパターンの損傷をさらに抑制できる。
【００２１】
特に、本願の第４発明によれば、超音波が印加された第１処理液が、基板上のパターンに直接吐出されない。これにより、基板上のパターンの損傷をさらに抑制できる。
【００２２】
特に、本願の第５発明によれば、基板全体に超音波振動を伝達できる。これにより、基板の表面に付着した異物を効率よく除去できる。
【００２３】
特に、本願の第６発明によれば、対向部材と対向する部分を広く確保できる。これにより、基板の表面に付着した異物をさらに効率よく除去できる。
【００２４】
特に、本願の第７発明によれば、基板と対向部材との間に第２処理液が供給される。これにより、基板の上面と対向部材の下面との間に液体が充填された状態を保ちやすい。
【００２５】
また、本願の第１０発明によれば、超音波が印加された処理液により基板を振動させ、当該振動により基板の表面から異物を遊離して除去できる。また、対向部材と対向する部分において、基板上のパターンの損傷を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】基板処理装置の構成を示した水平断面図である。
【図２】洗浄処理ユニットの構成を示した縦断面図である。
【図３】図２に示す洗浄処理ユニット１１の主な制御機構を示すブロック図である。
【図４】異物除去処理の流れを示したフローチャートである。
【図５】処理液の吐出時の様子を模式的に示した図である。
【図６】実験１中の様子を示した概略図である。
【図７】実験１の結果を示した図である。
【図８】実験２中の様子を示した概略図である。
【図９】実験２中の様子を示した概略図である。
【図１０】実験２の結果を示した図である。
【図１１】実験３の結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
＜１．一実施形態に係る基板処理装置＞
＜１−１．基板処理装置の全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１の全体構成を示した水平断面図である。基板処理装置１は、半導体の製造工程において、半導体ウエハ９の表面に付着したパーティクル等の異物を除去する、枚様式の洗浄装置である。基板処理装置１は、洗浄処理ユニット１１と、流体ボックス１２と、インデクサユニット１３と、オープナー１４とを備えている。
【００２９】
図１に示すように、基板処理装置１には、複数の洗浄処理ユニット１１および流体ボックス１２が備えられている。図１中には、洗浄処理ユニット１１および流体ボックス１２がそれぞれ４つずつ示されているが、本実施形態の基板処理装置１では、洗浄処理ユニット１１および流体ボックス１２が縦方向に２段重なる。すなわち、基板処理装置１は、洗浄処理ユニット１１および流体ボックス１２を、下段にそれぞれ４つずつ、上段にそれぞれ４つずつ備えている。
【００３０】
洗浄処理ユニット１１は、半導体ウエハ９を内部に収容して洗浄を行う。洗浄処理ユニット１１の詳細については、後述する。洗浄処理ユニット１１は、通路１５を挟んで２つずつ並んで設けられている。また、洗浄処理ユニット１１には、それぞれ、後述するセンターロボット１８に面して搬入出口１１１が設けられている。流体ボックス１２は、それぞれ洗浄処理ユニット１１に隣接し、洗浄処理ユニット１１に供給される液体や気体の配管、開閉弁等を収容する。
【００３１】
インデクサユニット１３は、通路１５と直交する方向に延びている。インデクサユニットの略中央と、通路１５とは連結している。インデクサユニット１３内には、オープナー１４から搬入した半導体ウエハ９をシャトル１７へと受け渡すインデクサロボット１６が備えられている。インデクサロボット１６は、インデクサユニット１３内を、通路１５と直交する方向に移動する。また、インデクサロボット１６は、半導体ウエハ９を保持するハンド部１６１を有している。ハンド部１６１は、上下方向に昇降移動自在であるとともに、上下方向に延びる回転軸を中心として、回転自在である。
【００３２】
オープナー１４は、半導体ウエハ９を複数枚収容したＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）を載置する載置面１４１と、ＦＯＵＰをインデクサユニット１３内に運び入れるための開閉蓋１４２とを有する。
【００３３】
通路１５には、シャトル１７およびセンターロボット１８が配置されている。シャトル１７は、半導体ウエハ９を保持し、インデクサロボット１６とセンターロボット１８との間を、インデクサユニット１３と直交する方向に移動する。センターロボット１８は、半導体ウエハ９を１枚ずつ保持し、シャトル１７と洗浄処理ユニット１１との間で半導体ウエハ９の受け渡しを行うハンド部１８１を有する。ハンド部１８１は、上下方向に昇降移動自在であるとともに、水平方向に伸縮自在である。また、インデクサユニット１８は、ハンド部１８１を、搬入出口１１１から洗浄処理ユニット１１の内部まで移動させることができる。
【００３４】
次に、基板処理装置１の外部から半導体ウエハ９を洗浄処理ユニット１１へと搬入する手順について説明する。
【００３５】
基板処理装置１の外部から自動搬送車両等により搬入されたＦＯＵＰは、オープナー１４の載置面１４１に載置される。次に、オープナー１４の開閉蓋１４２が開放され、インデクサロボット１６がＦＯＵＰから未処理の半導体ウエハ９を１枚ずつ取り出す。インデクサロボット１６は、取り出した半導体ウエハ９を保持しつつ、インデクサユニット１３内を、通路１５に隣接する位置まで移動する。そして、インデクサロボット１６は、シャトル１７へと半導体ウエハ９を受け渡す。
【００３６】
インデクサロボット１６から、半導体ウエハ９を１枚、または、複数枚受け取ったシャトル１７は、通路１５内をセンターロボット１８の近傍まで移動する。次に、センターロボット１８のハンド部１８１は、シャトル１７が搬送した半導体ウエハ９を受け取る。センターロボット１８は、ハンド部１８１を搬入出口１１１から洗浄処理ユニット１１内へと伸ばし、半導体ウエハ９を洗浄処理ユニット１１内へと搬入する。搬入終了後、搬入出口１１１は閉鎖され、洗浄処理ユニット１１内で半導体ウエハ９の洗浄が行われる。
【００３７】
前述の通り、本実施形態では、洗浄処理ユニット１１は、上段と下段の２段に重なって配置されている。センターロボット１８のハンド部１８１は上下方向に昇降自在であり、上段の洗浄処理ユニット１１および下段の洗浄処理ユニット１１のいずれにも半導体ウエハ９を搬入できる。
【００３８】
洗浄処理ユニット１１内で処理が完了した半導体ウエハ９は、センターロボット１８にて搬出され、シャトル１７に移載され、インデクサロボット１６によってＦＯＵＰの所定の位置に収容される。
【００３９】
基板処理装置１は、このような洗浄処理ユニット１１を複数備えており、複数枚の半導体ウエハ９を、複数のチャンバにおいて並列に処理できる。
【００４０】
＜１−２．洗浄処理ユニットの構成＞
図２は、洗浄処理ユニット１１の構成を示した図である。図３は、洗浄処理ユニット１１の主な制御機構を示すブロック図である。
【００４１】
図２および図３に示すように、本実施形態の洗浄処理ユニット１１は、保持部５０、第１処理液供給部２０、第２処理液供給部３０、対向部材４０、排液捕集部６０、および制御部１０を備えている。
【００４２】
保持部５０は、略円板状の基板である半導体ウエハ９を、略水平に保持する機構である。保持部５０は、略円板状のベース部５１と、ベース部５１の上面に設けられた複数のチャックピン５２と、ベース部５１を回転させる回転機構５３とを有する。
【００４３】
複数のチャックピン５２は、ベース部５１の周縁部付近の上面に、等角度間隔で配置されている。半導体ウエハ９は、パターンが形成されるデバイス領域を上面側に向けた状態で、チャックピン５２に保持される。各チャックピン５２は、半導体ウエハ９の周縁部の下面および外周端面に接触し、ベース部５１の上面から空隙を介して上方の位置に、半導体ウエハ９を支持する。
【００４４】
保持部５０は、半導体ウエハ９の略中心と回転機構５３の中心軸５５とが重なるように、半導体ウエハ９を保持する。回転機構５３は、例えば、モータにより実現できる。回転機構５３を動作させると、ベース部５１、チャックピン５２、および半導体ウエハ９が、中心軸５５を中心として回転する。これにより、半導体ウエハ９と第１処理液供給部２０とが、相対的に回転する。
【００４５】
第１処理液供給部２０は、第１ノズル２１、第１配管２２、第１処理液供給源２３、第１開閉弁２４、および、超音波振動子２５を有する。第１ノズル２１は、保持部５０に保持された半導体ウエハ９の上面に、第１処理液を吐出するためのノズルである。第１ノズル２１は、第１配管２２を介して、第１処理液供給源２３と流路接続されている。また、第１配管２２の経路途中には、第１開閉弁２４が介挿されている。このため、第１開閉弁２４を開放すると、第１処理液供給源２３から第１配管２２を通って第１ノズル２１に、第１処理液が供給される。そして、第１ノズル２１から半導体ウエハ９の上面に、第１処理液が吐出される。
【００４６】
また、第１ノズル２１には、超音波振動を発生させる超音波振動子２５が組み込まれている。超音波振動子２５を駆動させると、第１ノズル２１の内部において、第１処理液に超音波振動が印加される。そして、超音波振動が印加された第１処理液が、第１ノズル２１から吐出される。超音波振動は、例えば、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの低周波振動であってもよく、１ＭＨｚ以上の高周波振動であってもよい。
【００４７】
第１ノズル２１は、対向部材４０の端縁部付近に配置される。また、第１ノズル２１の吐出口２１０は、対向部材４０と重ならない位置に配置される。第１処理液供給部２０は、第１ノズル２１から、対向部材４０と反対方向（中心軸５５に対する外側）へ斜め下向きに、超音波振動が印加された第１処理液を吐出する。
【００４８】
第１処理液が吐出される半導体ウエハ９上の位置を「第１吐出位置」とすると、本実施形態の第１吐出位置は、半導体ウエハ９の端縁部である。第１吐出位置となる半導体ウエハ９の端縁部には、パターンが形成されていない。そのため、超音波振動が印加された第１処理液が、半導体ウエハ９上のパターンに直接吐出されない。
【００４９】
なお、第１処理液には、例えば、脱イオン水（純水）が使用される。ただし、脱イオン水に代えて、イソプロピルアルコールやハイドロフルオロエーテル等の薬液を、第１処理液として使用してもよい。また、脱イオン水、イソプロピルアルコール、およびハイドロフルオロエーテルの２つ以上を混合させた洗浄液や、アンモニア水と過酸化水素水との混合液であるＳＣ−１洗浄液を、第１処理液として使用してもよい。
【００５０】
第２処理液供給部３０は、第２ノズル３１、第２配管３２、第２処理液供給源３３、および、第２開閉弁３４を有する。第２ノズル３１は、保持部５０に保持された半導体ウエハ９の上面に、第２処理液を吐出するためのノズルである。第２ノズル３１は、第２配管３２を介して、第２処理液供給源３３と流路接続されている。また、第２配管３２の経路途中には、第２開閉弁３４が介挿されている。このため、第２開閉弁３４を開放すると、第２処理液供給源３３から第２配管３２を通って第２ノズル３１に、第２処理液が供給される。そして、第２ノズル３１から半導体ウエハ９の上面に、第２処理液が吐出される。
【００５１】
第２ノズル３１から吐出された第２処理液は、半導体ウエハ９の上面と、対向部材４０の下面との間に充填される。ここで、第２処理液が吐出される半導体ウエハ９上の位置を「第２吐出位置」とすると、第２吐出位置は、第１吐出位置よりも中心軸５５に近いことが望ましい。そうすると、半導体ウエハ９が回転した場合に、第２吐出位置に吐出された第２処理液が、半導体ウエハ９と対向部材４０との間に充填されやすい。
【００５２】
なお、第２処理液には、例えば、脱イオン水（純水）が使用される。ただし、脱イオン水に代えて、イソプロピルアルコールやハイドロフルオロエーテル等の薬液を、第２処理液として使用してもよい。また、脱イオン水、イソプロピルアルコール、およびハイドロフルオロエーテルの２つ以上を混合させた洗浄液や、アンモニア水と過酸化水素水との混合液であるＳＣ−１洗浄液を、第２処理液として使用してもよい。
【００５３】
なお、半導体ウエハ９の上面における処理の均一性を高めるためには、第１処理液と第２処理液とに、同じ種類の液体を使用することが好ましい。
【００５４】
対向部材４０は、液体を充填させるための隙間を介して、半導体ウエハ９の上面と略平行に対向して配置される。図２に示すように、対向部材４０は、第１吐出位置より僅かに径方向内側の位置から、半導体ウエハ９の略中央までを含む半導体ウエハ９の上面の一部分を覆っている。これにより、半導体ウエハ９が回転することで、対向部材４０は半導体ウエハ９の上面のより多くの部分と、中心軸方向に重なることができる。
【００５５】
排液捕集部６０は、使用後の第１処理液および第２処理液を回収する部位である。排液捕集部６０は、保持部５０に保持された半導体ウエハ９を環状に包囲するカップ６１と、カップ５１の底部に流路接続された第３配管６２とを有する。第１ノズル２１から吐出された第１処理液および第２ノズル３１から吐出された第２処理液は、半導体ウエハ９に供給された後、カップ６１の内部に捕集される。その後、第１処理液および第２処理液は、第３配管６２を通って基板処理装置１の外部へ排出され、再生処理または廃棄処理される。
【００５６】
制御部１０は、図３に示したように、チャックピン５２、回転機構５３、第１開閉弁２４、第２開閉弁３４、および超音波振動子２５と、電気的に接続されている。制御部１０は、ＣＰＵ等の演算処理部やメモリを有するコンピュータにより構成されていてもよく、あるいは、電子回路により構成されていてもよい。制御部１０は、ユーザの操作、各種の入力信号、または予め設定されたプログラムに従って、チャックピン５２、回転機構５３、第１開閉弁２４、第２開閉弁３４、および超音波振動子２５の動作を制御する。
【００５７】
なお、上述した保持部５０、第１処理液供給部２０、第２処理液供給部３０、対向部材４０、および排液捕集部６０は、温度および清浄度が制御されたチャンバ７０の内部に配置される。また、図１に示す搬入出口１１１を開閉するためのシャッタ機構や、搬入出口１１１を介して半導体ウエハ９を搬入および搬出するための搬送機構であるセンターロボット１８も、制御部１０により動作制御される。
【００５８】
＜２．異物除去処理について＞
続いて、上記の洗浄処理ユニット１１を用いた異物除去処理について、説明する。図４は、洗浄処理ユニット１１における異物除去処理の流れを示したフローチャートである。図５は、半導体ウエハ９に対する第１処理液２６および第２処理液３６吐出時の様子を、模式的に示した図である。
【００５９】
この基板処理装置１において、異物除去処理を行うときには、制御部１０が、基板処理装置１内の各部を動作制御する。これにより、以下の動作が進行する。
【００６０】
基板処理装置１は、上述の通り、センターロボット１８が半導体ウエハ９を洗浄処理ユニット１１の内部に搬入する。また、保持部５０の複数のチャックピン５２を外側へ開くとともに、ベース部５１の上方に、半導体ウエハ９を配置する。そして、複数のチャックピン５２を内側へ閉じることにより、センターロボット１８のハンド部１８１から保持部５０へ、半導体ウエハ９を移載する。半導体ウエハ９は、デバイス面を上面側に向けた水平姿勢で、保持部５０に保持される（ステップＳ１）。
【００６１】
次に、基板処理装置１は、第２開閉弁３４を開放することにより、第２ノズル３１から第２処理液３６の吐出を開始する（ステップＳ２）。第２処理液３６は、第２ノズル３１から、半導体ウエハ９の上面に設定された第２吐出位置Ｐ２へ向けて、吐出される。また、第２処理液３６の吐出開始と同時に、または、吐出開始後に、回転機構５３を動作させることにより、ベース部５１の回転を開始する。これにより、半導体ウエハ９の上面と、対向部材４０の下面との間に第２処理液３６が充填される。
【００６２】
その後、第２開閉弁３４を開状態に維持しつつ、第１開閉弁２４を開放し、さらに、超音波振動子２５を駆動させる。これにより、第１ノズル２１からの第１処理液２６の吐出を開始する（ステップＳ３）。第１処理液２６は、第１ノズル２１から、半導体ウエハ９の端縁部に設定された第１吐出位置Ｐ１へ向けて、吐出される。図５に示すように、本実施形態では、半導体ウエハ９の上面のうち、パターン９１が形成されるデバイス領域より外側に、第１吐出位置Ｐ１が設定されている。また、本実施形態では、半導体ウエハ９の端縁部に形成されたテーパ面上に、第１吐出位置Ｐ１が設定されている。
【００６３】
第１ノズル２１から吐出される第１処理液２６には、超音波振動子２５により、超音波振動が印加されている。このため、半導体ウエハ９に第１処理液２６が供給されると、第１処理液２６から半導体ウエハ９に、超音波振動９Ｂが伝播する。また、当該超音波振動９Ｂは、第１吐出位置Ｐ１の近傍だけではなく、図５のように、半導体ウエハ９の全体に伝播する。これにより、半導体ウエハ９の上面が振動し、図５中に拡大して示したように、パターン９１が形成された半導体ウエハ９の上面から、異物９Ｐが遊離する。
【００６４】
一方、半導体ウエハ９の上面と対向部材４０の下面との間には、上述の通り、第２処理液３６が充填されている。第２処理液３６は、その表面張力によって、半導体ウエハ９の上面と、対向部材４０の下面との双方に引きつけられる。したがって、第２処理液３６の液層の厚みは、対向部材４０が無い場合より大きくなる。このような第２処理液３６の充填領域では、後述する実験１〜３において示されるように、キャビテーションに起因するパターン９１の損傷が、抑制される。これは、第１処理液２６の超音波振動が、上述した第２処理液３６の充填領域には、伝播にくいためと考えられる。
【００６５】
また、本実施形態では、対向部材４０の端縁部と、第１ノズル２１の吐出口２１０とが、近接している。このため、第１処理液２６の吐出時には、図５に示すように、第１処理液供給部２０の第１ノズル２１の吐出口２１０と対向部材４０との間において、半導体ウエハ９上の液層が、半導体ウエハ９から対向部材４０の下面までの高さより大きい厚みを維持しつつ繋がる。すなわち、吐出口２１０から対向部材４０まで、液体の充填領域が連続的に形成されている。その結果、第１吐出位置Ｐ１より中心軸５５側において、キャビテーションに起因するパターン９１の損傷が、抑制される。
【００６６】
なお、第１ノズル２１の吐出口２１０は、対向部材４０よりも軸方向下側に位置してもよい。その場合には、吐出口２１０と対向部材４０との間において、半導体ウエハ９上の液層が、半導体ウエハ９から吐出口２１０までの高さより大きい厚みを維持しつつ、繋がっていればよい。すなわち、吐出口２１０と対向部材４０との間において、半導体ウエハ９上の液層が、半導体ウエハ９から吐出口２１０までの高さ、および、半導体ウエハ９から対向部材４０の下面までの高さのうちの少なくとも一方より大きい厚みを維持しつつ繋がっていればよい。
【００６７】
図５に示すように、半導体ウエハ９のデバイス領域の上部には、第２処理液３６の液流３６Ｆが形成されている。このため、デバイス領域から遊離した異物９Ｐは、液流３６Ｆに乗って、半導体ウエハ９の外部まで流される。このように、本実施形態の基板処理装置１は、半導体ウエハ９自体に伝播する超音波振動９Ｂによって、半導体ウエハ９の表面から異物９Ｐを除去する。
【００６８】
基板処理装置１は、このような第１処理液２６および第２処理液３６の吐出を、所定時間継続する。その後、基板処理装置１は、第１開閉弁２４を閉鎖するとともに、超音波振動子２５の駆動を停止させる。これにより、第１処理液供給部２０からの第１処理液２６の吐出を、停止させる（ステップＳ４）。また、それに続いて、第２開閉弁３４を閉鎖する。これにより、第２処理液供給部３０からの第２処理液３６の吐出を停止させる（ステップＳ５）。その後、回転機構５３を停止させることにより、ベース部５１の回転を停止する。
【００６９】
この洗浄処理ユニット１１では、上述したステップＳ２〜Ｓ３のように、第１処理液２６の吐出を開始する前に、第２処理液３６の吐出を開始する。また、上述したステップＳ４〜Ｓ５のように、第１処理液２６の吐出を停止させた後に、第２処理液３６の吐出を停止させる。このようにすれば、第１処理液２６の吐出開始時および吐出終了時においても、半導体ウエハ９と対向部材４０との間に第２処理液３６が充填した状態にできる。したがって、第１処理液２６の吐出開始時および吐出終了時においても、キャビテーションに起因するパターン９１の損傷を抑制できる。
【００７０】
その後、基板処理装置１は、複数のチャックピン５２を外側へ開き、センターロボット１８により、保持部５０から洗浄処理ユニット１１の外部へ、半導体ウエハ９を搬出する（ステップＳ６）。
【００７１】
＜３．諸実験＞
上記の実施形態では、超音波振動を印加した処理液を基板上に吐出する際に、液体の充填領域を形成することによって、当該充填領域において、キャビテーションに起因する基板上のパターンの損傷を、抑制させた。以下では、液体の充填領域を形成することと、パターンの損傷が抑制されることとの関連性を示す諸実験について説明する。
【００７２】
＜３−１．実験１＞
まず、実験１について説明する。図６は、実験１の実験中の様子を示した概略図である。図７は、実験１の結果を示す図である。
【００７３】
図６に示すように、実験１では、半導体ウエハ９を回転させることなく、第１ノズル２１から超音波振動を印加した第１処理液２６を半導体ウエハ９の中央付近の第１吐出位置Ｐ１に吐出した。第１処理液２６には、脱イオン水を使用した。本実験では、第１処理液２６の吐出角度は、半導体ウエハ９に対して６０度とした。また、第１処理液２６の吐出方向とは逆方向において、第１ノズル２１と半導体ウエハ９との間に液体の充填領域２９を形成した状態で実験を行った。
【００７４】
図６に示すように、半導体ウエハ９の第１吐出位置Ｐ１よりも吐出方向側に前方領域９５、反対側に後方領域９６を定め、前方領域９５および後方領域９６における微粒子除去効率およびパターンの損傷数を計測した。なお、前方領域９５および後方領域９６の面積は同一である。
【００７５】
図７は、前方領域９５および後方領域９６における、０．０６マイクロメートル以上の微粒子の除去効率（以下、ＰＲＥ）およびパターンの損傷数を表した図である。図７に示すように、前方領域９５におけるパターンの損傷数が１３５０個であるのに対し、後方領域９６におけるパターンの損傷数は、２３個と非常に少ない。これにより、液体の充填領域２９を形成したことにより、後方領域９６においてキャビテーションに起因する半導体ウエハ９上のパターンの損傷が抑制されていると考えられる。
【００７６】
一方、前方領域９５におけるＰＲＥが６９％であるのに対し、後方領域９６におけるＰＲＥは５１％である。すなわち、後方領域９６において、前方領域９５の約７４％のＰＲＥが確認された。これにより、後方領域９６においても、パターン上に付着した微粒子を除去できることが確認できた。この実験１の結果から、液体の充填領域を形成しつつ、超音波振動を印加した処理液を半導体ウエハ９上に吐出することにより、パターンの損傷を抑制し、かつ、パターン上に付着した微粒子を除去できると考えられる。
【００７７】
＜３−２．実験２＞
次に、実験２について説明する。図８および図９は、実験２中の様子を示した概略図である。図１０は、実験２の結果を示す図である。
【００７８】
図８および図９に示すように、実験２では、第２ノズル３１から第２処理液３６を供給しつつ、第１ノズル２１から超音波振動を印加した第１処理液２６を半導体ウエハ９へ吐出した。第１処理液２６および第２処理液３６には、いずれも脱イオン水を使用した。本実験では、第１処理液２６を吐出する第１吐出位置Ｐ１は、半導体ウエハ９の端縁部である。また、第２処理液３６を吐出する第２吐出位置Ｐ２は半導体ウエハ９の中央付近である。本実験では、第１処理液２６の吐出角度は、実験１と同様、半導体ウエハ９に対して６０度とした。
【００７９】
本実験では、半導体ウエハ９を静止させた（０ｒｐｍ）場合と、中心軸５５を中心に２０ｒｐｍおよび７５ｒｐｍにて回転させた場合について、液体充填の有無、ＰＲＥ、およびパターンの損傷数を計測した。なお、第１処理液２６および第２処理液３６の吐出量や吐出時間、第１処理液２６に印加する超音波振動の振動数、およびその他の条件については、同一の条件下で実験を行った。
【００８０】
図１０に示すように、０ｒｐｍおよび２０ｒｐｍでは液体充填があるが、７５ｒｐｍでは液体充填は無い。すなわち、０ｒｐｍおよび２０ｒｐｍにおいては、図８に示すように、第１処理液２６の吐出方向とは逆方向において、第１ノズル２１と半導体ウエハ９との間に液体の充填領域２９が形成されている。一方、７５ｒｐｍにおいては、回転数が大きくなったことにより、遠心力が大きくなり、図９に示すように、充填領域が形成されていない。
【００８１】
当該条件下において、回転数が増加するにつれて、ＰＲＥも増加している。これにより、回転数が大きいほどＰＲＥが大きくなり、より効率よくパターン上に付着した微粒子を除去できると考えられる。
【００８２】
一方、図１０に示すように、０ｒｐｍおよび２０ｒｐｍではパターンの損傷数が０個であるのに対し、７５ｒｐｍではパターンの損傷数が２７個と増加している。７５ｒｐｍにおいて損傷数が増加した理由として、充填領域を保持していないことと、回転数が増加したことが考えられる。どちらの条件が損傷数の増加に寄与しているかを検証するため、実験３を行った。
【００８３】
＜３−３．実験３＞
続いて、実験３について説明する。図１１は、実験３の結果を示したグラフである。実験３の様子は、図８に示したものと同様である。
【００８４】
図８に示すように、実験３では実験２と同様、第２ノズル３１から第２処理液３６を供給しつつ、第１ノズル２１から超音波振動を印加した第１処理液２６を半導体ウエハ９へ吐出した。本実験では、第１処理液２６を吐出する第１吐出位置Ｐ１は、半導体ウエハ９の端縁部である。また、第２処理液３６を吐出する第２吐出位置Ｐ２は半導体ウエハ９の中央付近である。本実験では、第１処理液２６の吐出角度は、実験１および実験２と同様、半導体ウエハ９に対して６０度とした。なお、本実験では、５００ｒｐｍにおいても充填領域２９を形成するため、各処理液の吐出量等の条件は実験２と変えている。
【００８５】
本実験では、半導体ウエハ９を静止させた（０ｒｐｍ）場合と、半導体ウエハ９を２０ｒｐｍで回転させた場合と、半導体ウエハ９を５００ｒｐｍで回転させた場合とで、半導体ウエハ９上のパターンの損傷数をそれぞれ計測した。なお、第１処理液２６および第２処理液３６の吐出量や吐出時間、第１処理液２６に印加する超音波振動の振動数、およびその他の条件については、同一の条件下で実験を行った。
【００８６】
図１１に示すように、回転数が０ｒｐｍ、２０ｒｐｍ、および５００ｒｐｍの場合において、損傷数に大きな変化は見られなかった。これにより、０ｒｐｍから５００ｒｐｍの範囲においては、半導体ウエハ９の回転数と損傷数には相関関係がないと考えられる。
【００８７】
＜３−４．考察＞
以上の実験結果より、液体の充填領域を形成しつつ、超音波振動を印加した処理液を基板上に吐出することにより、パターンの損傷を抑制し、かつ、パターン上に付着した微粒子を除去できると考えられる。
【００８８】
＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
【００８９】
例えば、第２処理液供給部３０が、対向部材４０の周囲に配置されるのでは無く、対向部材４０に設けられた孔に第２処理液３６を供給する構成であってもよい。
【００９０】
また、対向部材４０が半導体ウエハ９のデバイス領域全体を覆う構成であってもよい。
【００９１】
また、上述の通り、超音波振動子２５により印加される超音波振動は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの低周波振動であってもよく、１ＭＨｚ以上の高周波振動であってもよい。ただし、高周波振動を使用すれば、低周波振動に比べて、処理液中に生じるキャビテーションのエネルギーを抑えることができる。したがって、高周波振動を使用すれば、仮に、第１処理液２６から、超音波振動が液中を伝播し、デバイス領域のパターン９１に達した場合であっても、パターン９１の損傷を抑制できる。
【００９２】
また、上記の基板処理装置１は、半導体ウエハ９を対象としていたが、本発明の基板処理装置および基板処理方法は、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、カラーフィルタ用基板、記録ディスク用基板、太陽電池用基板などの他の精密電子装置用基板を、対象とするものであってもよい。
【００９３】
また、基板処理装置の細部の構成については、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１  基板処理装置
９  半導体ウエハ
９Ｂ  超音波振動
９Ｐ  異物
１０  制御部
１１  洗浄処理ユニット
２０  第１処理液供給部
２１  第１ノズル
２２  第１配管
２３  第１処理液供給源
２４  超音波振動子
２４  第１開閉弁
２５  超音波振動子
２６  第１処理液
２９  充填領域
３０  第２処理液供給部
３１  第２ノズル
３２  第２配管
３３  第２処理液供給源
３４  第２開閉弁
３６  第２処理液
３６Ｆ  液流
４０  対向部材
５０  保持部
５５  中心軸
９１  パターン
９５  前方領域
９６  後方領域
Ｐ１  第１吐出位置
Ｐ２  第２吐出位置
【図１】
2014165349.tif 000003
【図２】
2014165349.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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