(57)【要約】【課題】洗浄効果の高い基板洗浄装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る基板洗浄装置は、ステージ部、流路、洗浄液供給手段、および容器、を具備する。前記ステージ部は、被処理基板を載置可能なものである。前記流路は、スパイラル状であって、前記ステージ部上に前記被処理基板が載置された際に、前記被処理基板の表面から上方に離間した位置に配置される。前記洗浄液供給手段は、前記流路に、前記被処理基板を洗浄する洗浄液を供給する。前記容器は、少なくとも前記被処理基板が洗浄処理される際に、前記ステージ部および前記流路の一部を覆うように構成されており、前記流路から排出される前記洗浄液を蓄積する。【選択図】図２
2015109372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を載置可能なステージ部と、
このステージ部を回転させる回転軸部と、
前記ステージ部上に前記被処理基板が載置された際に、前記被処理基板の表面から上方に離間した位置に配置され、一定幅を有するスパイラル状の流路と、
この流路に、前記被処理基板を洗浄する洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、
少なくとも前記被処理基板が洗浄処理される際に、前記ステージ部および前記流路の一部を覆うように構成され、前記流路から排出される前記洗浄液を蓄積する容器と、
を具備し、
前記ステージ部は、少なくとも被処理基板を洗浄する際に、前記回転軸部の回転によって回転することすることを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項２】
被処理基板を載置可能なステージ部と、
このステージ部上に前記被処理基板が載置された際に、前記被処理基板の表面から上方に離間した位置に配置されるスパイラル状の流路と、
この流路に、前記被処理基板を洗浄する洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、
少なくとも前記被処理基板が洗浄処理される際に、前記ステージ部および前記流路の一部を覆うように構成され、前記流路から排出される前記洗浄液を蓄積する容器と、
を具備することを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項３】
前記流路は、一定幅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。
【請求項４】
前記ステージ部を回転させる回転軸部をさらに具備し、
前記ステージ部は、少なくとも被処理基板を洗浄する際に、前記回転軸部の回転によって回転することを特徴とする請求項２または３に記載の基板洗浄装置。
【請求項５】
前記ステージ部は、複数のアームで構成されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の基板洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、基板洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板洗浄装置の一つとして、枚葉式ウェハ処理装置が知られている。この装置は、処理チャンバーの中でウェハを回転させながら、ウェハ上のノズルから薬液や水を吐出すことにより、ウェハの洗浄を行うものである。
【０００３】
従来のこの種の基板洗浄装置において、薬液や水等の洗浄液を吐出するノズルは、ウェハ上方において、ウェハの中央に固定設置される。あるいは、ノズルは、ウェハ上方において、ウェハの中央からウェハの外周方向に揺動する。ノズルから吐出される洗浄液は、ウェハ表面上において、ウェハの中央からウェハの外周方向に向かって流れる。
【０００４】
しかしながら、ウェハの表面を流れる洗浄液の流速は、ウェハの中央近傍に比べて、ウェハの外周近傍において速くなる。また、単位面積あたりの洗浄液量は、ウェハの中央近傍に比べて、ウェハの外周近傍において少なくなる。従って、洗浄効果に面内位置依存が発生する。一般的には、ウェハ外周近傍において洗浄効果が劣り、ディフェクトの付着などの問題が起こる。一方、ウェハの中央近傍においては、洗浄液の流速が得られ難いため、これに起因してディフェクトが残ると言った洗浄不足問題が起こる場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５８２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施形態は、洗浄効果の高い基板洗浄装置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】
【０００７】
実施形態に係る基板洗浄装置は、ステージ部、流路、洗浄液供給手段、および容器、を具備する。前記ステージ部は、被処理基板を載置可能なものである。前記流路は、スパイラル状であって、前記ステージ部上に前記被処理基板が載置された際に、前記被処理基板の表面から上方に離間した位置に配置される。前記洗浄液供給手段は、前記流路に、前記被処理基板を洗浄する洗浄液を供給する。前記容器は、少なくとも前記被処理基板が洗浄処理される際に、前記ステージ部および前記流路の一部を覆うように構成されており、前記流路から排出される前記洗浄液を蓄積する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る基板洗浄装置である枚葉式ウェハ洗浄装置の全体構造を示す概要図である。
【図２】流路保持部に保持された流路を上側から見た場合の模式的な平面図である。
【図３】スパイラル状の流路を洗浄液が流れる様子を説明するための流路の模式的な平面図である。
【図４】所定の洗浄条件に基づいて洗浄液を流路に流した場合における、ウェハの表面上における位置と、その位置における洗浄液の流速と、の関係をシミュレーションにより検討した結果を示す。
【図５】他の所定の洗浄条件に基づいて洗浄液を流路に流した場合における、ウェハの表面上における位置と、その位置における洗浄液の流速と、の関係をシミュレーションにより検討した結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、実施形態に係る基板洗浄装置について説明する。なお、以下に説明する基板洗浄装置は、被処理基板である半導体ウェハを一枚ずつ洗浄処理する枚葉式ウェハ洗浄装置である。
【００１０】
図１は、実施形態に係る半導体洗浄装置である枚葉式ウェハ洗浄装置１０（以下、ウェハ洗浄装置１０と称する。）の全体構造を示す概要図である。なお、図中の矢印は、洗浄液が流れる方向を示している。
【００１１】
図１に示すウェハ洗浄装置１０は、半導体ウェハ１１（以下、ウェハ１１と称する。）を保持することができるウェハ保持部１２、ウェハ保持部１２に保持されたウェハ１１の表面上において薬液、水等の洗浄液が流れる方向等を決定する流路１３、およびウェハ保持部１２、流路１３等を覆うカップ状の容器１４、を有する。
【００１２】
ウェハ保持部１２は、処理されるウェハ１１が載置されるステージ部１２ａおよび回転軸部１２ｂを有する。
【００１３】
ステージ部１２ａは、回転軸部１２ｂより枝分かれした、少なくとも３本以上の複数のアームで構成されている。各々のアームの先端近傍には、ウェハ１１を保持するためのチャック機構１６が備えられている。従って、ステージ部１２ａ上にウェハ１１が載置された際に、ウェハ１１の裏面とステージ部１２表面との間には、ステージ部１２の外周から中心に向かって広がる空間１５が形成される。
【００１４】
回転軸部１２ｂは、その一端において、円錐の頂点に相当するステージ部１２ａの裏面中央に固定されており、他端において、駆動機構（図示せず）に接続されている。回転軸部１２ｂは、駆動機構によって制御される回転制御範囲（０〜５０００ｒｐｍ）において回転可能であるとともに、軸方向に向かって昇降可能なものである。なお、ウェハ１１の洗浄処理中において、回転軸部１２ｂは、低速で回転する。
【００１５】
このようなウェハ保持部１２にウェハ１１が保持されると、回転軸部１２ｂの回転によってステージ部１２ａが回転し、これによってウェハ１１が回転するが、ステージ部１２ａの回転に伴う遠心力によって、ステージ部１２ａの表面上に載置されるウェハ１１がステージ部１２ａから離脱してしまうことを抑制するために、ステージ部１２ａの表面上には、ウェハ１１を保持、固定するための保持機構１６が備えられている。
【００１６】
流路１３は、ステージ部１２ａに保持されたウェハ１１の表面上方において、ウェハ１１の表面から僅かに離間した位置（例えばウェハ１１の表面と流路１３の下端との間の距離Ｇ（以下、ウェハ１１と流路１３とのギャップＧと称する。）が０．５〜５ｍｍ程度となる位置）に、流路１３を保持する流路保持部１７に保持された状態で配置される。なお、流路保持部１７は、流路１３を移動可能に保持するものであり、流路１３を保持する支持梁１７ａ、および支持梁１７ａを少なくとも上下方向に移動させる昇降駆動軸１７ｂ、からなる。この流路保持部１７は、少なくともウェハ１１の洗浄処理中においては、流路１３を、図示する位置に配置する。
【００１７】
図２は、流路保持部１７に保持された流路１３を上側から見た場合の模式的な平面図である。図２に示すように、流路１３は、洗浄液に対して耐性を有する板状の流路部材をスパイラル状（渦巻き状）に形成したものである。実施形態に係るウェハ洗浄装置１０において適用される流路１３は、例えば流路部材間の幅Ｗが一定となるように形成されたものである。このような流路１３は、例えば十字状の支持梁１７ａに保持されている。
【００１８】
図３は、スパイラル状の流路１３を洗浄液が流れる様子を説明するための流路の模式的な平面図である。なお、図中の点線矢印は、洗浄液が流れる方向を示している。
【００１９】
図３に示すように、流路１３に対して洗浄液を供給する洗浄液供給手段である洗浄液供給ノズル１８から、流路１３の中央部分に洗浄液が供給されると、洗浄液は、スパイラル状の流路１３に沿って流れ、排出部１３ａから排出される。排出された洗浄液は、後述の容器１４内に一時的に蓄積される。
【００２０】
なお、洗浄液供給ノズル１８は、図１に示すように支持梁１７ａに固定され、支持梁１７ａの移動とともに移動するものであってもよいし、洗浄液供給ノズル１８を移動するための移動機構を別途設け、支持梁１７ａとは独立して移動することができるものであってもよい。
【００２１】
図１を参照する。容器１４は、薬液、水等の洗浄液を貯めることができるものであり、少なくともウェハ１１の洗浄処理中においては、ウェハ保持部１２のステージ部１２ａ全体を覆うとともに、流路保持部１７に保持された流路１３の下端を含む一部を覆うように構成される。
【００２２】
容器１４の底部には、容器１４中に洗浄液を供給する洗浄液供給管１９、および容器１４中の洗浄液を排出する洗浄液排出管２０、が接続されている。この洗浄液供給管１９および上述の洗浄液供給ノズル１８は、バルブ（図示せず）を介して、共通の洗浄液供給路２１に接続されている。そして、洗浄液供給管１９および洗浄液供給ノズル１９には、洗浄液供給路２１を介して洗浄液が供給される。
【００２３】
なお、容器１４の外周部の一部には、容器１４内の洗浄液の一部が供給され、供給された洗浄液を循環して再利用するための循環用容器２２が設けられていてもよい。循環用容器２２の底面には、循環ライン２３が設けられており、循環用容器２２内の洗浄液は、循環ライン２３を介して、洗浄液を再利用可能にするための洗浄液処理部（図示せず）に供給される。洗浄液処理部において処理された洗浄液は、洗浄液供給路２１を介して洗浄液供給管１９および洗浄液供給ノズル１８に再供給される。
【００２４】
なお、循環用容器２２が設けられない場合、容器１４内の洗浄液は、オーバーフローによって容器１４外に排出される。
【００２５】
以上の説明したウェハ洗浄装置１０は、以下のように使用される。まず、容器１４から上方に露出した状態のウェハ保持部１２のステージ部１２ａの表面上にウェハ１１を載置、固定する。そして、洗浄液供給路２１から洗浄液供給管１９を介して容器１４内に所定量の洗浄液を供給する。なお、所定量とは、容器１４内にウェハ１１および流路１３が配置された場合において、ウェハ１１の表面と、容器１４内の洗浄液の表面と、の距離Ｄ（洗浄液深さＤ）が所定の距離（深さ）となる量を意味する。
【００２６】
この後、ウェハ保持部１２の回転軸部１２ｂを動作させることにより、ステージ部１２ａを下降させ、ステージ部１２ａに固定されたウェハ１１を、容器１４内に配置する。
【００２７】
次に、流路保持部１７の昇降駆動軸１７ｂを動作させて、支持梁１７ａに固定された流路１３および洗浄液供給ノズル１８を下降させる。このようにして、流路１３を、ウェハ１１の表面から僅かに離間した位置に配置する。
【００２８】
この状態において、ウェハ保持部１２の回転軸部１２ｂの回転速さを制御することによりステージ部１２ａを所定の速さで回転させ、また、洗浄液供給ノズル１８から流路１３の中央部に洗浄液を供給する。
【００２９】
流路１３に供給された洗浄液の大部分は、流路１３に沿ってウェハ１１の表面上を渦巻き状に流れ、この洗浄液の流れによって、ウェハ１１の表面が洗浄される。なお、流路１３に沿って流れた洗浄液は、流路１３の排出口１３ａから容器１４内に排出され、一時的に容器１４内に蓄積された後、循環用容器２２内に排出される、またはオーバーフローによって容器１４外に排出される。
【００３０】
ここで、流路１３は、スパイラル状の構造を有し、かつ場所によらず一定の幅Ｗを有するため、ウェハ１１表面の中央部近傍を流れる洗浄液の流速および洗浄液量と、ウェハ１１表面の外周部近傍を流れる洗浄液の流速および洗浄液量と、の差はともに小さい。したがって、ウェハ１１の表面内における洗浄効果の位置依存が小さい状態で、ウェハ１１の表面が洗浄される。
【００３１】
このようにしてウェハ１１表面の洗浄が終了すると、洗浄液供給ノズル１８からの洗浄液の供給を停止させる。そして、昇降駆動軸１７ｂを駆動して流路保持部１７の支持梁１７ａを上方に移動させることにより、流路１３を、容器１４上方に移動させる。さらに、回転軸部１２ｂの回転を停止させてステージ部１２ａの回転を停止させるとともに、回転軸部１２ｂを上昇させてステージ部１２ａを、容器１４上方に移動させる。
【００３２】
この後、回転軸部１２ｂの回転速さを制御して、ステージ部１２ａを高速回転させ、ステージ部１２ａ上のウェハ１１を乾燥させる。
【００３３】
以上の過程を経て、ウェハ１１の洗浄処理は完了する。
【００３４】
ここで、本願発明者等は、以上に説明したウェハ洗浄装置１０において、ウェハ１１の表面上を流れる洗浄液の流速を、シミュレーションにより検討した。以下にその結果を示す。
【００３５】
図４は、以下に示す洗浄条件Ａに基づいて洗浄液を流路に流した場合における、ウェハ１１の表面上における位置と、その位置における洗浄液の流速と、の関係をシミュレーションにより検討した結果を示す。
【００３６】
なお、洗浄条件Ａは、以下の通りである。
【００３７】
・流路の流路幅Ｗ：１０ｍｍ
・洗浄液深さＤ：１０ｍｍ
・流路に供給される洗浄液の流量Ｌ：１Ｌ／ｍｉｎ
・ステージ部の回転速さ：０ｒｐｍ
・ウェハの表面と流路とのギャップＧ：０．５ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ
ここで、流速は、以下の式（１）を適用して算出した。
【００３８】
流速Ｖ（ｃｍ／ｍｉｎ）＝Ｌ／（２ｒπＧ＋ＤＷ）・・・式（１）
ただし、式（１）においてｒは、ウェハの中央からの距離（ｃｍ）である。
【００３９】
このような洗浄条件Ａに基づいて洗浄液を流路に流した場合、図４に示すように、ウェハ１１の表面と流路１３とのギャップＧが長くなるほど、洗浄液の流速が低下した。これは、ウェハ１１の表面と流路１３とのギャップＧが長くなるほど、ウェハ１１の表面と流路１３との間から流れ出る洗浄液の量が多くなるためである、と考えられる。この結果より、ウェハ１１の表面と流路１３とのギャップＧを短くするほど、高い洗浄効果を得ることができる、ということが分かる。
【００４０】
しかしながら、このような洗浄条件Ａにおいては、ウェハ１１の外周に近いほど洗浄液の流速が低下する。これは、例えば４００ｍｍ以上の大型のウェハを洗浄する場合において、問題となる。
【００４１】
図５は、以下に示す洗浄条件Ｂに基づいて洗浄液を流路に流した場合における、ウェハ１１の表面上における位置と、その位置における洗浄液の流速と、の関係をシミュレーションにより検討した結果を示す。
【００４２】
なお、洗浄条件Ｂは、以下の通りである。
【００４３】
・流路の流路幅Ｗ：１０ｍｍ
・洗浄液深さＤ：１０ｍｍ
・流路に供給される洗浄液の流量Ｌ：１Ｌ／ｍｉｎ
・ステージ部の回転速さｎ：０ｒｐｍ、２．４ｒｐｍ、４．８ｒｐｍ
・ウェハの表面と流路とのギャップＧ：２ｍｍ
ここで、流速は、以下の式（２）を適用して算出した。
【００４４】
流速Ｖ（ｃｍ／ｍｉｎ）＝Ｌ／（２ｒπＧ＋ＤＷ）＋２ｒπｎ・・式（２）
ただし、式（２）においてｒは、ウェハの中央からの距離（ｃｍ）である。
【００４５】
なお、上記洗浄条件Ｂにおいて、流路１３を流れる洗浄液の回転方向と、ステージ部１２ａの回転方向とは、反対方向である、とした。
【００４６】
以上の洗浄条件Ｂは、洗浄条件Ａと比較して、ウェハ１１の表面と流路１３とのギャップＧを固定するとともに、ステージ部１２ａを回転させている点において異なっている。
【００４７】
このように、ステージ部１２ａを回転させる洗浄条件Ｂに基づいて洗浄液を流路１３に流した場合、図５に示すように、ウェハ１１の外周近傍における洗浄液の流速の低下が改善される。そして、この改善量は、ステージ部１２ａの回転速さを速くするほど多くなる。これは、スパイラル状の流路１３を流れる流速に加えて、ウェハ回転によって生じる流速の合成によって、ウェハ中央と外周の流速差が緩和されるためである。
【００４８】
特にステージ部１２ａの回転速さを４．８ｒｐｍとした場合、洗浄液の最低流速は、ウェハ１１中央からの距離５０ｍｍの位置における流速である２８８ｃｍ／ｍｉｎとなり、洗浄液の最高流速は、ウェハ１１中央からの距離１００ｍｍの位置における流速である３７７ｃｍ／ｍｉｎとなり、両者の流速差をおよそ１．３倍程度にすることができた。
【００４９】
なお、図示は省略しているが、流路を用いない従来のウェハ洗浄装置において、ステージ部を４５ｒｐｍで回転させた場合、洗浄液の最低流速は、ウェハ中央からの距離１０ｍｍの位置における流速である２８２ｃｍ／ｍｉｎとなり、洗浄液の最高流速は、ウェハ中央からの距離１００ｍｍの位置における流速である２８２６ｃｍ／ｍｉｎとなり、両者の流速差はおよそ１０倍程度となる。このことを考慮すると、本願発明によれば、ウェハ１１表面上における洗浄液の流速差を大幅に小さくすることができ、ウェハ１１表面上における位置によって洗浄効果に差が生じること（洗浄効果の面内位置依存）が抑制される。
【００５０】
以上に説明した実施形態に係るウェハ洗浄装置１０によれば、ウェハ１１を洗浄する洗浄液は、ウェハ１１上に配置されたスパイラル状の流路１３に流される。これにより、ウェハ１１表面上の位置において洗浄液の流速に差が生じることを抑制することができる。また、スパイラル状の流路１３の幅Ｗを外周方向に進むに従って狭めることによって洗浄液の流速を制御することも可能であるが、例えば、図４で示したウェハ１１表面と流路１３とのギャップを２ｍｍ、ウェハの中央からの距離を１００ｍｍとした場合、流路１３の幅Ｗが１０ｍｍでは流速が７３ｃｍ／ｍｉｎに対して、流路１３の幅Ｗが５ｍｍでは流速が７６ｃｍ／ｍｉｎであり、流速制御に主体的効果を得るには至らない。この結果、洗浄効果の面内位置依存を抑制することができる。
【００５１】
また、実施形態に係るウェハ洗浄装置１０によれば、ウェハ１１の表面に清浄な洗浄液を供給するため、高い洗浄効果を得ることができる。さらに、洗浄後の洗浄液は容器１４に蓄積されるが、蓄積された洗浄液は、ウェハ１１の裏面とステージ部１２ａを構成するアーム間から空間１５にも侵入する。そして、空間１５内の洗浄液によって、ウェハ１１の裏面も洗浄される。従って、ウェハ１１の裏面に付着したパーティクルがウェハ１１の表面に付着する現象（クロスコンタミ）の発生も抑制することができる。
【００５２】
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１０・・・（枚葉式）ウェハ洗浄装置
１１・・・（半導体）ウェハ
１２・・・ウェハ保持部
１２ａ・・・ステージ部
１２ｂ・・・回転軸部
１３・・・流路
１３ａ・・・排出口
１４・・・容器
１５・・・空間
１６・・・保持機構
１７・・・流路保持部
１７ａ・・・支持梁
１７ｂ・・・昇降駆動軸
１８・・・洗浄液供給ノズル
１９・・・洗浄液供給管
２０・・・洗浄液排出管
２１・・・洗浄液供給路
２２・・・循環用容器
２３・・・循環ライン
【図１】
2015109372.tif 000003
【図２】
2015109372.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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