(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する保持手段と、
基板の周辺に処理液のミストを発生させる発生手段と、
基板の温度を調整する調整手段と、
前記発生手段により処理液のミストを発生させ、前記調整手段により基板の温度を第１の温度とすることにより、処理液のミストを基板に付着させ、前記調整手段により基板の温度を第１の温度より高い第２の温度とすることにより、処理液を基板から脱離させる制御手段と、
を備え、
前記発生手段は、
処理液を不活性ガスで粉砕する二流体ノズルと、
前記二流体ノズルに処理液を供給する第１の供給手段と、
前記二流体ノズルに不活性ガスを供給する第２の供給手段と、
前記二流体ノズルを基板に接近又は基板から離隔させる接離手段、
を備え、
前記第１の供給手段により前記二流体ノズルに処理液を供給し、前記第２の供給手段により前記二流体ノズルに不活性ガスを供給することにより、基板の周辺に処理液のミストを発生させ、
前記接離手段により前記二流体ノズルを基板に接近させた状態で、処理液のミストを基板に付着させ、
前記接離手段により前記二流体ノズルを基板から離隔させた状態で、処理液を基板から脱離させる、
基板処理装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記第１の供給手段による前記二流体ノズルへの処理液の供給及び前記第２の供給手段による前記二流体ノズルへの不活性ガスの供給の開始後、前記二流体ノズルへの処理液の供給量を漸減させ不活性ガスの供給量を漸増させる、
請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記接離手段により前記二流体ノズルを基板から離隔させた後に、前記調整手段により基板の温度を第１の温度より高い第２の温度とする、
請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を洗浄する基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの洗浄は、半導体ウエハを処理液に浸漬することにより、又は、半導体ウエハの表面に処理液を供給することにより行われるのが一般的である。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２は、その一例を示す先行技術文献である。特許文献１は、処理槽に貯留した処理液に半導体ウエハを浸漬することにより半導体ウエハを洗浄するバッチ式の基板処理装置を開示している。また、特許文献２は、半導体ウエハの表面に処理液を供給することにより半導体ウエハを洗浄する枚葉式の基板処理装置を開示している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２８５９号公報
【特許文献２】特開２００６−１４０２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のバッチ式の基板処理装置には、半導体ウエハの洗浄の際の処理液の使用量が多くなるという問題があった。また、従来のバッチ式の基板処理装置には、静電気の発生により、半導体ウエハの表面に形成されている素子の電気特性が劣化してしまうという問題もあった。このような静電気による損傷等は、半導体ウエハの表面に酸化膜や窒化膜等の絶縁性が高い膜が形成されている場合に特に問題となる。
【０００６】
これらの問題のうち、前者の処理液の使用量の問題については、枚葉式の基板処理装置を採用することにより解決することができるが、後者の静電気の発生の問題は、枚葉式の基板処理装置を採用しても解決することはできない。
【０００７】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、処理液の使用量を減らすとともに、静電気の発生を抑制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、請求項１の発明は、基板を保持する保持手段と、基板の周辺に処理液のミストを発生させる発生手段と、基板の温度を調整する調整手段と、前記発生手段により処理液のミストを発生させ、前記調整手段により基板の温度を第１の温度とすることにより、処理液のミストを基板に付着させ、前記調整手段により基板の温度を第１の温度より高い第２の温度とすることにより、処理液を基板から脱離させる制御手段と、を備える基板処理装置である。
【０００９】
また、請求項１の発明は、前記発生手段は、処理液を不活性ガスで粉砕する二流体ノズルと、前記二流体ノズルに処理液を供給する第１の供給手段と、前記二流体ノズルに不活性ガスを供給する第２の供給手段と、を備え、前記第１の供給手段により前記二流体ノズルに処理液を供給し、前記第２の供給手段により前記二流体ノズルに不活性ガスを供給することにより、基板の周辺に処理液のミストを発生させる。
【００１０】
また、請求項１の発明は、前記発生手段は、前記二流体ノズルを基板に接近又は基板から離隔させる接離手段、をさらに備え、前記接離手段により前記二流体ノズルを基板に接近させた状態で、処理液のミストを基板に付着させ、前記接離手段により前記二流体ノズルを基板から離隔させた状態で、処理液を基板から脱離させる。
【００１１】
請求項２の発明は、前記制御手段は、前記第１の供給手段による前記二流体ノズルへの処理液の供給及び前記第２の供給手段による前記二流体ノズルへの不活性ガスの供給の開始後、前記二流体ノズルへの処理液の供給量を漸減させ不活性ガスの供給量を漸増させる、請求項１に記載の基板処理装置である。請求項３の発明は、前記制御手段は、前記接離手段により前記二流体ノズルを基板から離隔させた後に、前記調整手段により基板の温度を第１の温度より高い第２の温度とする、請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板と処理液のミストとの温度差により基板を洗浄しているので、処理液の使用量を減らすことができる。また、処理液のミストは小さい粒子であるので、静電気の発生を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明によれば、微細なミストを大量に発生させることができる。
【００１４】
また、本発明の発明によれば、処理液のミストの基板への付着及び処理液の基板からの脱離を効率的に行うことができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、処理液の使用量をさらに減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜１  第１実施形態＞
第１実施形態は、半導体ウエハＷの周辺に処理液のミストを発生させた上で、半導体ウエハＷへの処理液のミストの付着と、半導体ウエハＷからの処理液の脱離と引き起こし、半導体ウエハＷを洗浄する基板処理装置１に関する実施形態である。基板処理装置１は、「ドライミスト」と呼ばれる微細なミストはある温度以上の物体を濡らすことがないという現象を利用した装置である。
【００１７】
基板処理装置１は、複数の半導体ウエハＷを同時に処理するバッチ式の装置である。基板処理装置１は、半導体ウエハＷの他、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板、磁気ディスク用又は光ディスク用のガラス基板又はセラミックス基板等の各種基板も処理することができる。
【００１８】
＜１．１  基板処理装置の構成＞
｛全体構成｝
図１は、本発明の第１実施形態に係る基板処理装置１の模式図である。図１は、基板処理装置１の本体１０２の平断面の他、本体１０２に付随する配管系や制御系を図示している。また、図２は、図１のＡ−Ｏ−Ａの切断線における本体１０２の断面図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、基板処理装置１の本体１０２は、複数の半導体ウエハＷを水平に保持するとともに半導体ウエハＷを回転させる保持回転部１１１と、半導体ウエハＷの周辺に処理液のミストを発生させるミスト発生部１２０とをチャンバ１０４の内部に設け、半導体ウエハＷに赤外光を照射する加熱用ランプ１１０を石英窓１０８の外側に設けた構造を有している。
【００２０】
｛チャンバ｝
チャンバ１０４は、上端及び下端が閉じられた円筒形状の密閉容器である。チャンバ１０４の側面には蓋１０６が設けられており、側面には左右一対の石英窓１０８が形成されている。
【００２１】
蓋１０６はチャンバ１０４に対して開閉可能となっている。基板処理装置１では、蓋１０６が開かれた状態において図示しない搬出入機構によりチャンバ１０４の内部へ半導体ウエハＷが搬入されるとともに、チャンバ１０４の内部から半導体ウエハＷが搬出される。また、基板処理装置１では、蓋１０６が閉じられた状態において、チャンバ１０４を略密閉状態になる。チャンバ１０４を略密閉状態とするのは、処理液のミストがチャンバ１０４外に散逸しないようにするためである。
【００２２】
｛加熱用ランプ｝
加熱用ランプ１１０は、一対の石英窓１０８に対して、一対設けられており、石英窓１０８を介して半導体ウエハＷに赤外光を照射することにより、半導体ウエハＷを加熱する。加熱用ランプ１１０の点灯及び消灯は、制御部１４０により制御されている。加熱用ランプ１１０としては、ハロゲンランプを用いることが望ましい。ただし、半導体ウエハＷの温度の調整手段としてハロゲンランプを用いることは必須ではなく、他の種類のランプを用いることもできる。より一般的に言えば、加熱用ランプ１１０は、処理液のミストが半導体ウエハＷに付着する温度ＴLと処理液のミストが半導体ウエハＷに付着しない温度ＴHとの間で半導体ウエハＷの温度を調整する役割を果たしうる他の調整手段に置き換えることができる。もちろん、調整手段を加熱装置だけで構成することも必須ではなく、加熱装置と冷却装置とを組み合わせて構成してもよい。
【００２３】
｛保持回転部｝
保持回転部１１１は、図２に示すように、保持棒１１２、結合部材１１４及び回転機構１１６を備える。
【００２４】
保持棒１１２は、鉛直方向に伸びている。保持棒１１２には、半導体ウエハＷの外縁部と嵌合する溝が形成されている。基板処理装置１では、複数の半導体ウエハＷの縁部を溝に嵌合させ、３本の保持棒１１２で半導体ウエハＷを把持することにより、半導体ウエハＷを水平に保持する。３本の保持棒１１２で半導体ウエハＷを把持したとき、複数の半導体ウエハＷは、間隔を置いて鉛直方向に規則的に配列された状態となる。なお、図２には、保持回転部１１１が４枚の半導体ウエハＷを保持している状態を図示しているが、保持回転部１１１が３枚以下又は５枚以上の半導体ウエハＷを保持するようにしてもよい。
【００２５】
回転機構１１６は、結合部材１１４により結合された３本の保持棒１１２を回転軸１９２の周りに回転させる。これにより、基板処理装置１では、複数の半導体ウエハＷを水平面内で回転させることができる。回転機構１１６の動作は、制御部１４０により制御されている。回転機構１１６は、例えば、モータ等により構成される。
【００２６】
｛ミスト発生部｝
ミスト発生部１２０は、チャンバ１０４内に一対設けられており、スプレーヘッダ１２２及び駆動機構１２６を備える。
【００２７】
スプレーヘッダ１２２は、規則的に配列された複数の二流体ノズル１２４を一体化したものである。
【００２８】
二流体ノズル１２４は、不活性ガスで処理液を粉砕し、チャンバ１０４の内部を浮遊する処理液の微細なミストを発生させる。なお、二流体ノズル方式によるミストの発生には、微細なミストを大量に発生させることができるという利点があるが、このことは、二流体ノズル方式以外の方式によりミストを発生させることを妨げるものではない。例えば、ブロア式、遠心式、超音波式等によりミストを発生させることもできる。
【００２９】
処理液としては、例えば、純水や純水に数ｐｐｍのフッ酸（ＨＦ）を溶解させたものを好適に用いることができる。また、不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス（Ｎ2）を好適に用いることができる。ただし、ここで例示した以外の処理液や不活性ガスを用いることも妨げられない。
【００３０】
駆動機構１２６は、一方側がチャンバ１０４の内壁に固定され、他方側にスプレーヘッダ１２２を取り付けている。駆動機構１２６は、スプレーヘッダ１２２を半導体ウエハＷに接近又は半導体ウエハＷから離隔させることにより、ミストの発生源となる二流体ノズル１２４を半導体ウエハＷに接近又は半導体ウエハＷから離隔させる。駆動機構１２６の動作は、制御部１４０により制御されている。
【００３１】
｛配管系｝
図１に示すように、処理液の配管１２８の一端は二流体ノズル１２４に接続され、配管１２８の他端は処理液の供給源１３０に接続される。これにより、基板処理装置１では、二流体ノズル１２４に処理液を供給することが可能になる。配管１２８には、処理液の流量を調整する流量調整バルブ１３２が挿入されている。流量調整バルブ１３２は制御部１４０により制御されている。
【００３２】
同様に、不活性ガスの配管１３４の一端は二流体ノズル１２４に接続され、配管１３４の他端は不活性ガスの供給源１３６に接続される。これにより、基板処理装置１では、二流体ノズル１２４に不活性ガスを供給することが可能になる。配管１３４には、不活性ガスの流量を調整する流量調整バルブ１３８が挿入されている。流量調整バルブ１３８は制御部１４０により制御されている。
【００３３】
｛制御系｝
制御部１４０は、組み込みコンピュータを含んで構成され、基板処理装置１の各構成を統括制御する。
【００３４】
＜１．２  基板処理装置の動作＞
図３は、二流体ノズル１２４と半導体ウエハＷとの距離、加熱用ランプ１１０の点灯及び消灯、半導体ウエハＷの回転、処理液の流量、不活性ガスの流量の時間変化を示すタイムチャートである。
【００３５】
図３に示すように、半導体ウエハＷの洗浄に当たっては、まず、制御部１４０の制御を受けて回転機構１１６の運転が開始され、半導体ウエハＷの回転が開始される（時刻ｔ1）。時刻ｔ1の時点では、二流体ノズル１２４は半導体ウエハＷに接近させられており、加熱用ランプ１１０は消灯させられており、処理液及び不活性ガスの供給は行われていない。
【００３６】
続いて、半導体ウエハＷの回転が安定した後に、制御部１４０の制御を受けて流量調整バルブ１３２，１３８が開かれ、二流体ノズル１２４への処理液及び不活性ガスの供給が開始される（時刻ｔ2）。時刻ｔ2の時点では、加熱用ランプ１１０は依然として消灯させられたままであるので、半導体ウエハＷの温度は、処理液のミストが付着する第１の温度ＴLとなっている。したがって、二流体ノズル１２４への処理液及び不活性ガスの供給により半導体ウエハＷの周辺に処理液のミストが発生すると、処理液のミストが半導体ウエハＷ表面に付着することになる。そして、半導体ウエハＷに付着した処理液は、半導体ウエハＷの回転が引き起こす遠心力により半導体ウエハＷの中心部から縁部へ流れ、半導体ウエハＷに付着したパーティクルを洗い流すことになる。
【００３７】
このような半導体ウエハＷの洗浄によれば、従来のバッチ式の基板処理装置よりも洗浄の際の処理液の使用量を減らすことができる。また、このような半導体ウエハＷの洗浄によれば、処理液のミストはマイナスイオンを帯びているので、静電気の発生を抑制することができ、半導体ウエハＷが損傷してしまったり半導体ウエハＷの表面に形成されている素子の電気特性が劣化してしまうという事態を避けることができる。
【００３８】
半導体ウエハＷの洗浄中に二流体ノズル１２４を半導体ウエハＷに接近させているのは、処理液のミストの発生源を半導体ウエハＷに接近させて処理液のミストが半導体ウエハＷに付着しやすくするためである。
【００３９】
また、半導体ウエハＷの洗浄中に処理液の供給量を漸減させ不活性ガスの供給量を漸増させるのは、処理液の使用量をさらに減らすためである。ここで、処理液の供給量を漸減させても、半導体ウエハＷの洗浄に必要な処理液のミストの量も漸減してゆくので，半導体ウエハＷの洗浄効果が低下することはない。
【００４０】
さらに続いて、半導体ウエハＷの洗浄に必要な時間が経過した後、制御部１４０の制御を受けて駆動機構１２６が二流体ノズル１２４を半導体ウエハＷから離隔させる（時刻ｔ3）。半導体ウエハＷから処理液を脱離させるのに先立って、処理液のミストの発生源を半導体ウエハＷから離隔させて半導体ウエハＷに処理液のミストが付着しにくくするためである。
【００４１】
次に、制御部１４０の制御を受けて加熱用ランプ１１０が点灯させられる（時刻ｔ4）。これにより、半導体ウエハＷの温度は、処理液のミストが付着しない第２の温度ＴHに上昇するので、半導体ウエハＷの周辺に処理液のミストが残存していても、処理液のミストが半導体ウエハＷに新たに付着することはなくなり、処理液を半導体ウエハＷから脱離させることができるようになる。
【００４２】
なお、このような半導体ウエハＷの乾燥中に、処理液の供給量をさらに漸減しつつも処理液のミストの発生を継続するのは、乾燥中の静電気の発生を抑制するためである。
【００４３】
＜２  第２実施形態＞
第２実施形態は、半導体ウエハＷの周辺に処理液のミストを発生させた上で、半導体ウエハＷへの処理液のミストの付着と、半導体ウエハＷからの処理液の脱離と引き起こし、これを利用して半導体ウエハＷを洗浄する基板処理装置２に関する実施形態である。基板処理装置２は、「ドライミスト」と呼ばれる微細なミストはある温度以上の物体を濡らすことがないという現象を利用した装置である。
【００４４】
基板処理装置２は、１枚の半導体ウエハＷを一時に処理する枚葉式の装置である。基板処理装置２は、半導体ウエハＷの他、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板、磁気ディスク用又は光ディスク用のガラス基板又はセラミックス基板等の各種基板も処理することができる。
【００４５】
＜２．１  基板処理装置の構成＞
｛全体構成｝
図４は、本発明の第２実施形態に係る基板処理装置２の模式図である。図４は、基板処理装置２の本体２０２の立断面の他、本体２０２に付随する配管系や制御系を図示している。
【００４６】
図４に示すように、基板処理装置２の本体２０２は、半導体ウエハＷを保持するとともに半導体ウエハＷを回転させる保持回転部２１１と、半導体ウエハＷの周辺に処理液のミストを発生させるミスト発生部２２０とをチャンバ２０４の内部に設けた構造を有している。
【００４７】
｛チャンバ｝
チャンバ２０４は、上端及び下端が閉じられた円筒形状の密閉容器である。チャンバ２０４の側面には蓋２０６が設けられている。
【００４８】
蓋２０６はチャンバ２０４に対して開閉可能となっている。基板処理装置２では、蓋２０６が開かれた状態において図示しない搬出入機構によりチャンバ２０４の内部へ半導体ウエハＷが搬入されるとともに、チャンバ２０４の内部から半導体ウエハＷが搬出される。また、基板処理装置２では、蓋２０６が閉じられた状態において、チャンバ２０４を略密閉状態になる。チャンバ２０４を略密閉状態とするのは、処理液のミストがチャンバ２０４外に散逸しないようにするためである。
【００４９】
｛保持回転部｝
保持回転部２１１は、保持テーブル２１２、結合部材２１４及び回転機構２１６を備える。
【００５０】
保持テーブル２１２は、端部に３つのチャック２１３を備えており、半導体ウエハＷをチャック２１３で把持することにより半導体ウエハＷを水平に保持する。
【００５１】
回転機構２１６は、結合部材２１４の上端に結合された保持テーブル２１２を回転軸２９２の周りに回転させる。これにより、基板処理装置２では、半導体ウエハＷを水平面内で回転させることができる。回転機構２１６の動作は、制御部２４０により制御されている。回転機構２１６は、例えば、モータ等により構成される。
【００５２】
また、保持テーブル２１２の上面には、半導体ウエハＷに赤外光を照射する加熱用ランプ２１０が組み込まれている。加熱用ランプ２１０の点灯及び消灯は、制御部２４０により制御されている。加熱用ランプ２１０としては、ハロゲンランプを用いることが望ましい。ただし、半導体ウエハＷの温度の調整手段としてハロゲンランプを用いることは必須ではなく、他の種類のランプを用いることもできる。より一般的に言えば、加熱用ランプ２１０は、処理液のミストが半導体ウエハＷに付着する第１の温度ＴLと処理液のミストが半導体ウエハＷに付着しない第２の温度ＴHとの間で半導体ウエハＷの温度を調整する役割を果たしうる他の調整手段に置き換えることができる。もちろん、当該調整手段を加熱装置だけで構成することも必須ではなく、加熱装置と冷却装置とを組み合わせて構成してもよい。
【００５３】
｛ミスト発生部｝
ミスト発生部２２２は、チャンバ２０４内に二流体ノズル２２４及び駆動機構２２６を備える。
【００５４】
二流体ノズル２２４は、不活性ガスで処理液を粉砕し、チャンバ２０４の内部を浮遊する処理液の微細なミストを発生させる。なお、二流体ノズル方式によるミストの発生には、微細なミストを大量に発生させることができるという利点があるが、このことは、二流体ノズル方式以外の方式によりミストを発生させることを妨げるものではない。例えば、ブロア式、遠心式、超音波式等によりミストを発生させることもできる。
【００５５】
処理液としては、例えば、純水や純水に数ｐｐｍのフッ酸を溶解させたものを好適に用いることができる。また、不活性ガスとしては、例えば、窒素ガスを好適に用いることができる。ただし、ここで例示した以外の処理液や不活性ガスを用いることも妨げられない。
【００５６】
駆動機構２２６は、ミストの発生源となる二流体ノズル２２４を半導体ウエハＷに接近又は半導体ウエハＷから離隔させる。駆動機構２２６の動作は、制御部２４０により制御されている。
【００５７】
｛配管系｝
処理液の配管２２８の一端は二流体ノズル２２４に接続され、配管２２８の他端は処理液の供給源２３０に接続される。これにより、基板処理装置２では、二流体ノズル２２４に処理液を供給することが可能になる。配管２２８には、処理液の流量を調整する流量調整バルブ２３２が挿入されている。流量調整バルブ２３２は制御部２４０により制御されている。
【００５８】
同様に、不活性ガスの配管２３４の一端は二流体ノズル２２４に接続され、配管２３４の他端は不活性ガスの供給源２３６に接続される。これにより、基板処理装置２では、二流体ノズル２２４に不活性ガスを供給することが可能になる。配管２３４には、不活性ガスの流量を調整する流量調整バルブ２３８が挿入されている。流量調整バルブ２３８は制御部２４０により制御されている。
【００５９】
｛制御系｝
制御部２４０は、組み込みコンピュータを含んで構成され、基板処理装置２の各構成を統括制御する。
【００６０】
＜２．２  基板処理装置の動作＞
基板処理装置２においても、図３のタイムチャートにしたがって、二流体ノズル２２４と半導体ウエハＷとの距離、加熱用ランプ２１０の点灯及び消灯、半導体ウエハＷの回転、処理液の流量、不活性ガスの流量を制御することにより、半導体ウエハＷを洗浄・乾燥することができる。
【００６１】
このような基板処理装置２においても、基板処理装置１と同様に、従来のバッチ式の基板処理装置よりも洗浄の際の処理液の使用量を減らし、静電気の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第１実施形態に係る基板処理装置の模式図である。
【図２】図１のＡ−Ｏ−Ａの切断線における本体の断面図である。
【図３】二流体ノズルと半導体ウエハとの距離、加熱用ランプの点灯及び消灯、半導体ウエハの回転、処理液の流量、不活性ガスの流量の時間変化を示すタイムチャートである。
【図４】第２実施形態に係る基板処理装置の模式図である。
【符号の説明】
【００６３】
１，２  基板処理装置
１１０，２２０  加熱用ヒータ
１１１，２１１  保持回転部
１２０，２２０  ミスト発生部
１２４，２２４  二流体ノズル
１２６，２２６  駆動機構
１２８，２２８  配管
１３０，２３０  供給源
１３４，２３４  配管
１３６，２３６  供給源
Ｗ  半導体ウエハ
【図１】
0005053069.tif 000002
【図２】
0005053069.tif 000003
【図３】
0005053069.tif 000004
【図４】
0005053069.tif 000005