(57)【要約】【課題】基板の裏面とベベル部への付着異物を除去することのできる基板裏面のドライ洗浄方法とその装置を提供する。【解決手段】非洗浄対象の基板を容器内に搬送し、前記基板を非接触に吊り下げて保持し、前記基板の裏面に、放出後は気化や揮発によって残留することの無い流体を放出し、前記基板の裏面に付着する異物を前記流体を当てることで除去し、当該除去作業後に前記基板を前記容器から搬出する。【効果】基板の裏面や端部に付着した異物を、再付着や再汚染を起こすことも無く、また、除去装置からの発塵も無しに、かつ、付着異物の性状に無関係に効率的に除去可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被洗浄対象の基板を容器内に搬送し、前記基板を非接触に吊り下げて保持し、前記基板の裏面に、放出後は気化や揮発によって残留することの無い流体を放出し、前記流体を当てることで前記基板の裏面に付着する異物を除去し、
当該除去作業後に前記基板を前記容器から搬出することを特徴とする基板裏面のドライ洗浄方法。
【請求項２】
被洗浄対象の基板を気体の供給と吸引のバランスにより非接触で保持する基板保持手段と、前記基板の裏面に異物除去のための流体を放出する流体供給手段と、前記基板保持手段と前記流体供給手段を制御する制御手段を備えた基板裏面ドライ洗浄装置であって、
前記基板保持手段は、前記基板に対して気体を噴出する供給口と、当該供給口の周囲に設けられた前記気体を吸引する吸引口とからなる基板保持モジュラーを複数備え、
前記流体供給手段は、放出後は気化や揮発によって残留することの無い流体を基板裏面に対して放出する流体噴出ノズルと、当該流体噴出ノズルを前記基板平面と平行な面上で移動させるノズル移動手段を備え、
前記制御手段は、前記複数の基板保持モジュラーの気体供給と吸引の状態を、各基板保持モジュラー毎に独立して制御し、且つ前記ノズル移動手段を移動して基板裏面の全面に前記流体を当てるように制御することを特徴とする基板裏面ドライ洗浄装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記基板保持手段は、前記基板との距離を測定するためのギャップセンサーと、前記基板の最外周部の位置を検出する位置センサーが備えられることを特徴とする基板裏面ドライ洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、あるいは液晶表示装置の製造に用いられる基板の裏面や端部のドライ洗浄に係り、プラズマ処理などを含む真空処理の過程で、当該基板の裏面や端部に付着した異物を、ドライ状態で除去する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの裏面及び端縁から付着物を除去する方法及び装置に関しては、特公平６−７０２７３号公報（特許文献１）に示されるように、半導体ウエハの表面を、フェースプレートと称される上部電極に押し付けて、ウエハ裏面とサセプタと称される下部電極の間にプラズマを発生させて、ウエハの裏面及び端縁から付着物を除去する方法がある。しかし、この場合は、ウエハ表面を、プラズマが回り込まないようにした電極に押し付けることが必要となるため、その接触によってウエハ周辺の素子にダメージを与えたり、ウエハの押し当て時や引き剥がし時に異物発塵が生じる危険性を抱えていた。さらに、当該具体例で示されるように、ウエハを持ち上げて上部電極に押し当てるリフトピンが必要であり、プラズマ中にリフトピンが晒されることによる２次的な汚染や発塵の危険性を抱えていると同時に、リフトピンが接触する部分の付着異物の除去ができないという問題があった。
【０００３】
また、特開平１０−２２２７６号公報（特許文献２）には、成膜時にウエハ裏面に付着した薄膜をエッチングによって除去することが開示されている。この場合は、プラズマ中に設けた熱遮蔽板とウエハ表面とを一定の隙間を持って保持し、ウエハ裏面に回り込んだプラズマでウエハ裏面をエッチングする構成となっている。しかし、この場合も、リフトピンでウエハを押し上げているため、特公平６−７０２７３号公報（特許文献１）と同様の問題を抱え、かつ熱遮蔽板からの２次的な汚染や発塵の危険性も合せ持っていた。
【０００４】
また、ウエハ裏面保持では無く、ウエハ端部を保持する形態としては、特開平１１−
２６４３１号公報（特許文献３）があるが、エッジ部を把持し、ウエハを回転させるために強い保持力が必要となり、エッジ部の欠け発生が懸念されると共に、エッジ部の付着異物をプラズマで除去できないという問題があった。
【０００５】
また、ウエハを非接触に保持するという技術は、特開２００３−２９７９０１号公報
（特許文献４）に記載されている。本公報に記載されている非接触ウエハ保持機構は「ベルヌーイ効果」を利用したものであり、流速の速い場所と遅い場所で生じる圧力差でもってウエハを保持機構に吸い寄せる原理を使ったものである。ベルヌーイ効果を利用するためには、
（１）ウエハを一旦爪で持ち上げ、ウエハ保持面とその反対面（ウエハ全体）を同圧力状態にする。
（２）不活性ガスをウエハ中心部からウエハに平行になるように供給し、ウエハ外周に排出する。
（３）このとき、流路面積が中心部から外周部に拡大するため、ガス流速は中心部で速く、周辺部で遅くなる。このため、中心部から若干離れた場所での圧力がウエハ外周部や、ウエハの反対面に比べて相対的に低くなる。
（４）この圧力差でウエハを保持機構に吸い寄せる。
という手順で、ウエハを非接触保持することになる。
【０００６】
よって、初めにウエハを、その端部とは言え、機械的にチャッキングして持ち上げる必要があると考えられる。また、保持するための圧力差は、流路の断面積の変化が一定であるため、たとえガス流量を増加させても、圧力差の変化量はほとんど変わらない。高いガス流速を与えることは、ガス圧力の高いガスを供給することに他ならないため、ウエハを外に吹き飛ばす可能性がある。したがって、ウエハ保持力を可変にできない。本公報の技術は、ウエハの裏面洗浄に適用された技術ではないが、ウエハ保持力を可変に出来ない状態であれば、その洗浄流体の反力変化を微妙に調整することはできず、ウエハ裏面洗浄への適用は困難である。
【０００７】
【特許文献１】特公平６−７０２７３号公報
【特許文献２】特開平１０−２２２７６号公報
【特許文献３】特開平１１−２６４３１号公報
【特許文献４】特開２００３−２９７９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
最近の半導体素子のパターンの縮小や液晶基板の大形化に伴い、例えば、半導体素子のドライエッチングにおいても、基板表面の付着異物が、０.１６μｍ 以上の異物で１０個／ウエハ以下が要求されるようになってきている。この理由は、付着異物が加工におけるマスクになったり、基板上に残留して配線間のショートを引き起こしたりと、製品歩留まりを低下させたりする大きな要因になっているからである。また、歩留まり低下を防止するために、異物除去のための頻繁な洗浄作業を必要とするために生産性の低下を惹起する要因も作り込んでいる。さらに、異物付着に関しては基板の表面だけでは無く、裏面や、基板の端部（ベベル部と称される）においても、処理後に基板へ付着する異物の数量の上限値が次第に小さくなってきている。その理由は、基板の収納容器の中や、後処理として実施されるウエット洗浄の中でのクロスコンタミネーションによる基板の裏面やベベル部の付着異物の基板表面への転移の問題があるからである。
【０００９】
したがって、基板の裏面やベベル部の付着異物の除去も必須となるが、従来技術においては、基板の裏面をリフトピンで保持したり、基板の外周部を保持したりと、接触構造のサポート機構を必要とし、それらが２次的な汚染や発塵を引き起こすという問題を抱えていた。
【００１０】
また、従来技術においては、具体的な除去手段としてはプラズマを利用して、基板の裏面やベベル部の付着異物を除去するというものであった。しかし、プラズマで付着異物を除去する場合において、付着異物が有機物である場合は、酸素プラズマ等での酸化作用で除去することも可能であるが、付着異物が無機物である場合は、プラズマで気化しやすい物質に変換する必要があり、基板に加工された材料によっては、使用するガスの選択が困難であった。
【００１１】
また、基板そのものをエッチングして基板物質の気化する力で付着物質を除去することも適用されているが、基板そのものを加工してしまうという問題があった。さらには、この場合に付着異物がマスクとなって、異物は除去できたが、基板の異物が付着していた部分がエッチングの作用で凸部形状に残り、基板の面板異物検査装置での異物検出において、付着異物なのか、基板の凸部なのかを見分けられず、付着異物の除去効果を検証しにくいという課題も残っていた。
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、簡単な構造でもって、基板の裏面とベベル部への付着異物を除去することのできる基板裏面のドライ洗浄方法とその装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の特徴的手段の１つとして、基板を大気圧前後の圧力で、清浄な空気のダウンフロー流の中に置くことで、除去した基板裏面やベベル部の付着異物の当該基板への再付着を防止する。
【００１４】
そして、２つめの手段としては、基板の表面を非接触の保持装置で支え、リフトピンなどの接触による不都合を解消するものである。
【００１５】
さらに、３つめの手段として、基板裏面やベベル部に物理的、及び熱的な作用を与えることのできる流体を当てることである。このことによって、付着異物が有機物や無機物などの性状に拘わらずに、また、基板そのものを傷付けたりすることが無い状態で、基板裏面の付着異物を除去することができるようになる。そして、この流体によって、例えば、流体中の固体が付着異物に直接当ることによる衝撃作用，固体が基板に当って液化する際の熱的作用、また、液化した流体が微少異物に凝集する作用，流体中の液体が直接微少異物に当って凝集する作用，凝集して大きな異物となったものに固体が直接当る作用，流体中の気体がその凝集異物に直接当る作用などが組合さった状態が生み出される。
【００１６】
４つめの手段としては、基板裏面やベベル部に当てる流体に、気体と、処理後は気化や揮発によって残留することの無い固体や、液体の内の単独、あるいはそれらの組合せからなる流体を用いることである。それらには、例えば、気体に気化性の固体を混合させた気固体、または揮発性の液体に気化性の固体を混合させた液固体からなる流体などが適用できる。このことで、基板裏面の付着異物を除去した流体が、基板や、基板を収納する容器内に残留すること無く、容器外に排出できて、流体による２次汚染を惹起することも解消できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、真空処理にて基板の裏面やベベル部に付着した異物を、再付着や再汚染を起こすことも無く、また、除去装置からの発塵も無しに、かつ、付着異物の性状に無関係に効率的に除去することが可能となり、半導体素子や液晶表示装置の歩留まりや生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
基板の付着異物は一般に、静電気による吸着力，分子間結合力，化学的結合力、もしくは、基板内への拡散力によるとされる。基板裏面の付着異物の除去に関しては、現在、ウエット洗浄が主流となっており、例えば、純水流中での回転ブラシによるスクラブ処理が適用されている。ウエット処理の利点は洗浄水によって静電気力をキャンセルできることと、回転ブラシの接触による分子間結合力のキャンセル、並びに、洗浄液を選択することによって化学的結合力と拡散力のキャンセルが可能なことである。しかし、ウエット洗浄は洗浄後の乾燥が必要なことや、洗浄液の後処理なども必要であり、付帯設備も含めて高価格な装置となっている。
【００１９】
その理由で、ウエット処理をドライ処理へと転換することが望まれている。ドライ処理の１形態であるプラズマを用いた場合の欠点は上記で述べた通りであるが、分子間結合力や化学的結合力や拡散にて付着している異物の除去効果も大きく無い。
【００２０】
そこで本発明では、非接触で基板表面を保持して、当該基板の裏面とベベル部をドライ洗浄することとした。以下、実施例を示しながら、その発明内容を説明する。
【００２１】
図１は本発明の装置概略図である。容器４の中に、基板２を非接触で吊り下げる形で保持する基板ホルダ１と、基板２の裏面に対して洗浄用の流体を噴出するための流体噴出ノズル３を収納している。流体噴出ノズル３は、水平方向に移動可能である。容器４の上部には、クリーンエアーを吸い込み吐き出すファン５が設けられており、ファン５の下にはフィルタ６が設けられる。容器４の下部には、排気筒７が設けられて、流下してきたクリーンエアーを容器４外に排出する。排出されたクリーンエアーはダクトによって容器４の上部に戻され循環しても良い。排気筒７には、除去された異物を吸着するフィルタや、使用された流体の再使用を目的とした吸着装置を設けることができる。容器４の中間部には、基板２の搬入搬出のための開口部８があり、基板２の出し入れに対応して、ゲートを開閉する開閉機構９を備える。なお、基板２の出し入れには、図示していないが、搬送ロボットによる搬送アームを用い、基板２の裏面を保持して基板ホルダ１の直下まで搬送する。
【００２２】
図２に基板ホルダ１の概略構造を示す。基板ホルダ１には、基板２の表面に対応した平面部を備えており、その面内の複数箇所に、クリーンエアーの供給口１１と、その供給口１１に対応して周囲を取り囲む形態で、吸引口１２が設けられた基板保持モジュラー２３が配置される。この基板保持モジュラー２３は平面部内に３ケ所以上で同心円状に等間隔で配置され、ネジ止めなどで固定されることが望ましい。供給口１１にはクリーンエアーの供給装置１５によって加圧エアーが個別に供給され、吸引口１２は、真空排気装置２１に連結されて、供給口１１から供給されたクリーンエアーを部分的に個別に吸引，排気する。この、供給圧と吸気圧と、基板端部から容器４内に流出するクリーンエアーの圧力バランスを適切に保つことによって基板２を搬送アームから受け取りつつ、非接触で浮遊させながら保持することができる。
【００２３】
なお、基板ホルダ１には、基板２との空間ギャップを計測するギャップセンサー１３が平面部の外周部近傍に複数箇所に設けられており、これらの計測値を基に、制御装置２０が、基板保持モジュラー２３の供給口１１と吸引口１２との圧力バランスを調整して空間ギャップを一定の範囲に収まるように制御する。さらに、基板２の最外周部の位置検出のための位置センサー１４が基板ホルダ１に複数個設けられ、基板２が基板ホルダ１から外れないように位置制御すると共に、基板２の保持位置の確認を行う。
【００２４】
ギャップセンサ１３には例えば容量式センサーが用いられ、位置センサー１４には光学式センサーが用いられる。
【００２５】
これらの空間ギャップと基板位置の制御により、基板２は基板ホルダ１の中で非接触で保持される。そこに、流体噴出ノズル３を用いて、流体供給装置２２で生成された、例えば、気体に気化性の固体を混合させた気固体、または、揮発性の液体に気化性の固体を混合させた液固体から流体の中の１つ、乃至、それらの組合せを用いた流体を、基板２の裏面やベベル部に当てて、それらに付着した異物に物理的及び熱的な作用を加える。このことにより、基板２の裏面やベベル部に付着した異物で、静電気力をもって付着しているものや、分子間結合力をもって付着しているものを除去することができる。なお、用いられる流体としては、気体や、処理後は気化や揮発によって残留することの無い固体や、液体の内の単独であっても、それらの組合せであっても良いことは言うまでも無い。
【００２６】
また、液体を用いても、液体は揮発性を持つものを使用するため、噴出ノズル３から放出されたときに、その一部は気体となっている可能性が高いし、断熱膨張による冷却効果によってその一部が固体化して、それらが混ざることもある。
【００２７】
これらの固体，液体，気体については、個体源としては二酸化炭素，純水，アルゴンなどの冷却固体で、常温，常圧下、あるいは高温，常圧下、あるいは常温，減圧下、もしくは高温，減圧下、で気化するものが選択される。高温化には、ダウンフローのクリーンエアをヒーターなどで加熱することが選択できる。また、軽い減圧には、排気筒７部を真空排気することで対応できる。この場合は、排気筒７を含め外気に対するシール効果を高めておくことは言うまでもない。液体源としては、液化二酸化炭素，液化アルゴンや、純水などの流体があり、気体に関しては、クリーンエアーや、窒素ガス，アルゴンなどの不活性ガスがある。
【００２８】
一般にドライ状態では基板２と噴出ノズル３から放出された流体との間や、噴出ノズル３から放出された流体に含まれる粒子間の摩擦によって静電気が発生するが、この場合は静電気除去装置の併設が望ましい。さらに、空気中の水分の結露による基板２へのウオーターマーク等の発生の問題もあり、容器４内の露点管理も必要となる。
【００２９】
また、流体噴出ノズル３は容器４の外に配置されたＸ−Ｙステージ１０とその制御装置２０によって、基板２のベベル部や裏面全体に満遍無く噴出流体を当てることができるように可動可能に配置される。
【００３０】
しかし、流体噴出ノズル３の流体によって基板２が反力を受け、基板２が基板ホルダ１に衝突する可能性が出て来る。このため、基板ホルダ１と基板２との空間ギャップの変動を、ギャップセンサ１３が捉えて、制御装置２０により、基板保持モジュラー２３の供給口１１のクリーンエアーの加圧と、吸引口１２の真空排気による圧力バランスでもって生じるエアークッション効果で、その反力を吸収する。流体噴出ノズル３の動きによって基板２に当る流体の反力が変動するが、複数個所に設けられた基板保持モジュラー２３によって、例えば１ケ所はエアークッション効果を強め、他の個所は基板２の保持効果を強めるなどの制御を行えば、反力の変動に応じられ、しかも基板２を落下させることも無い。即ち、本発明の構成では、複数設けた基板保持モジュラー２３を独立して制御することにより、ガス供給と真空排気によるバランス力を調節することで、基板２の非接触保持を実現している。
【００３１】
ドライ洗浄後は、基板２の直下に図示しない搬送アームを差し入れて、基板ホルダ１の吸引力を弱めることにより、搬送アーム上に基板２を移し換え、容器４外に搬出する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の装置構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の基板ホルダー部分の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…基板ホルダ、２…基板、３…流体噴出ノズル、４…容器、５…ファン、６…フィルタ、７…排気筒、８…開口部、９…開閉機構、１０…Ｘ−Ｙステージ、１１…供給口、
１２…吸引口、１３…ギャップセンサー、１４…位置センサー、１５…クリーンエアー供給装置、２０…制御装置、２１…真空排気装置、２２…流体供給装置、２３…基板保持モジュラー。
【図１】
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【図２】
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