JP2007201374A - 基板の洗浄処理装置及び洗浄処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱膨張によって生成される基板洗浄用の固体粒子の粒径を基板の表面状態などに応じて制御できるようにした洗浄処理装置を提供することにある。
【解決手段】基板を洗浄処理するための洗浄処理装置であって、
基板が供給されるチャンバ１６と、断熱膨張させることで固体粒子を生成する流体をチャンバ内の基板に向けて供給するノズル体２８と、ノズル体によって供給される固体粒子の粒径を制御する湿度制御手段３６及び温度制御手段３７を具備する。
【選択図】 図３

Description

この発明は流体を断熱膨張させることで生成される固体粒子によって基板を洗浄処理する洗浄処理装置及び洗浄処理方法に関する。

たとえば、半導体装置や液晶表示装置の製造工程においては、半導体ウエハやガラス板などの基板に回路パターンを形成する工程がある。回路パターンを形成する場合、成膜された基板にレジストを塗布してから露光し、露光後に現像液によって現像処理してからエッチング液でエッチング処理することで、基板の表面に回路パターンを精密に形成する。

基板に回路パターンを形成したならば、その基板の表面に付着残留するレジスト膜やレジスト残渣などの有機物を剥離液によって除去する。剥離液によって有機物を除去したならば、その基板の板面を洗浄液で洗浄処理するということが繰り返して行われる。
基板を洗浄処理する場合、通常、洗浄液が用いられる。基板の洗浄効果を高めるには、薬液などの有害な洗浄液が用いられることがある。有害な洗浄液を用いると、洗浄後における洗浄液の処理に高価な設備や多くの手間が掛かるということがある。

そこで、最近では基板の洗浄を微細な固体粒子を用いて行なうことが実用化されている。固体粒子による基板の洗浄は、たとえば特許文献１に示されているように、液体の二酸化炭素をノズルから噴射させて断熱膨張させることで、粉末状の固体粒子を生成する。そして、この固体粒子を基板の被洗浄面に吹き付けることで、その被洗浄面を洗浄するようにしている。
特開２００３−２７５６９５号公報

基板には、その種類によって被洗浄面に形成される回路パターンの形状が異なる。たとえば、微細な凹凸が多く形成されている場合や比較的平坦な場合などがある。被洗浄面に固体粒子を吹き付ける場合、その固体粒子の粒径によって被洗浄面が受けるエネルギが異なる。

そのため、微細な凹凸が多く形成されている被洗浄面を洗浄する場合には、固体粒子の粒径を小さくして被洗浄面に与える衝撃を小さくすることで、被洗浄面を損傷させることなく洗浄できるようにしたり、比較的平坦な被洗浄面の場合には固体粒子の粒径を大きくして被洗浄面の洗浄を効率よく確実に行なえるようにするなどのことが要求される。

しかしながら、基板の被洗浄面を固体粒子で洗浄する従来の洗浄技術では、被洗浄面に吹き付けられる固体粒子の粒径を制御ということが行なわれていなかった。そのため、基板を被洗浄面の凹凸などの状態に応じて損傷させることなく、確実かつ効率よく洗浄することができないということがあった。

この発明は、基板に吹き付けられる固体粒子の粒径を制御することができるようにした洗浄処理装置及び洗浄処理方法を提供することにある。

この発明は、基板を洗浄処理するための洗浄処理装置であって、
上記基板が供給されるチャンバと、
断熱膨張させることで固体粒子を生成する流体を上記チャンバ内の基板に向けて供給する流体供給手段と、
この流体供給手段によって供給される上記固体粒子の粒径を制御する粒径制御手段と
を具備したことを特徴とする洗浄処理装置にある。

上記粒径制御手段は、上記チャンバ内の湿度を制御することが好ましい。

上記粒径制御手段は、上記チャンバ内の温度を制御することが好ましい。

上記流体供給手段から上記基板に向けて供給される上記固体粒子の粒径を検出する検出手段を有し、
上記粒径制御手段は上記検出手段の検出に基いて制御されることが好ましい。

上記流体供給手段は、上記流体が供給されるノズル体と、このノズル体から噴射された流体が周囲に拡散するのを制限する筒状の拡散防止部材とによって構成されていることが好ましい。

上記チャンバ内には、上記基板の被処理面との間に空間部を形成するカバーが上記被処理面に対向して配置されていて、
上記流体供給手段は上記空間部に上記流体を供給するよう配置されていることが好ましい。

この発明は、基板を洗浄処理するための洗浄処理方法であって、
上記基板をチャンバ内に供給する工程と、
断熱膨張させることで固体粒子を生成する流体を上記チャンバ内に供給された基板に向けて供給する工程と、
上記基板に供給される上記固体粒子の粒径を制御する工程と
を具備したことを特徴とする洗浄処理方法にある。

上記基板に向けて供給される固体粒子の粒径を測定する工程を有し、
その測定に基いて上記基板に供給される上記固体粒子の粒径を制御することが好ましい。

この発明によれば、基板に向けて供給される固体粒子の粒径を制御するため、基板を、その被洗浄面の凹凸形状などの状態に応じた粒径の固体粒子によって確実に洗浄することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４はこの発明の第１の実施の形態を示し、図１は基板Ｗの洗浄処理装置１の概略的構成を示す。この洗浄処理装置１はカセットステーション２を有する。このカセットステーション２はカセット３に未処理の基板Ｗが収容されたローダ部４と、後述するように処理液によって処理された基板Ｗをカセット３に回収するアンローダ部５とを備えている。

なお、上記洗浄処理装置１では基板Ｗとして半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス板などを処理することが可能であって、この実施の形態では半導体ウエハを処理する例で説明している。

上記カセットステーション２には受け渡しユニット７が隣接して設けられている。この受け渡しユニット７には一対のスピン洗浄処理ユニット８が隣接して設けられている。つまり、カセットステーション２、受け渡しユニット７及びスピン洗浄処理ユニット８は一列に配置されている。

上記受け渡しユニット７はロボット装置１１を備えている。このロボット装置１１は図１に矢印で示すＸ、Ｙ及びθ方向に駆動可能となっていて、処理前の基板Ｗと処理後の基板Ｗを別々に扱う一対のアーム１２ａ，１２ｂを有する。そして、一方のアーム１２ａによって上記ローダ部４のカセット３に収容された未処理の基板Ｗを取り出して一対のスピン洗浄処理ユニット８に交互に供給する。各アーム１２ａ，１２ｂは伸縮駆動される。第２のアーム１２ｂの動きを図２に鎖線で示す。

スピン洗浄処理ユニット８に供給された基板Ｗはここで洗浄処理される。洗浄処理された基板Ｗは上記ロボット装置１１の他方のアーム１２ｂによって取り出された後、上記アンローダ部５のカセット３に収容される。

上記スピン処理ユニット８は図３に示すようにチャンバ１６を有する。このチャンバ１６の一側壁にはシャッタ１７によって開閉される出し入れ口１８が形成され、底部には内部の雰囲気や処理液を排出する複数の排出管１９が接続されている。排気管１９は図示しない排気ポンプに接続されていて、チャンバ１内の雰囲気が排出されるようになっている。なお、排気管１９には上記排気ポンプによる排気量を制御するダンパ２１が開度調整可能に設けられている。

上記チャンバ１６内には駆動源２２によって回転駆動される回転テーブル２３が設けられている。この回転テーブル２３は周囲がカップ体２４によって覆われている。このカップ体２４は下部カップ２４ａと、この下部カップ２４ａに対して上下動可能に設けられた上部カップ２４ｂとからなる。なお、上記排出管１９は上記カップ体２４の内部に連通するよう設けられている。

上記回転テーブル２３には、基板Ｗの下面を支持する支持ピン２５及び支持ピン２５によって支持された基板Ｗの外周面に係合する係合ピン２６が設けられている。それによって、上記出し入れ口１８から回転テーブル２３に供給された基板Ｗは、この回転テーブル２３と一体に回転するようになっている。

回転テーブル２３に保持された基板Ｗの上方には、流体供給手段としてのノズル体２８が配設されている。このノズル体２８は配管２９によって洗浄用流体としての高圧炭酸ガスを貯蔵した供給ボンベ３１に接続されている。上記配管２９には開閉制御弁３２が設けられている。この開閉制御弁３２及び上記回転テーブル２３の駆動源２２は図４に示す制御装置３４によって開閉制御されるようになっている。

上記開閉制御弁３２が開放されると、供給ボンベ３１の高圧炭酸ガスが上記ノズル体２８から基板Ｗの上面である、被洗浄面に向けて噴射される。ノズル体２８から噴射された炭酸ガスは断熱膨張して温度が急激に−８０度付近まで低下する。それによって、微細な粒径の固体粒子（ドライアイス）が生成される。そして、その固体粒子が基板Ｗに吹き付けられると、その基板Ｗの上面、つまり回路パターンが形成された被洗浄面が洗浄されることになる。

炭酸ガスの断熱膨張によって生成される固体粒子は水の凝固温度よりも低いから、蒸気圧の関係で固体粒子の近くの水分が結露して凝固し、固体粒子の粒径が大きくなる。したがって、固体粒子が生成されるチャンバ１６内の湿度や温度によって固体粒子の粒径を制御することが可能となる。

上記チャンバ１６には、固体粒子の粒径を制御する粒径制御手段としてチャンバ１６内の湿度を制御する湿度制御手段３６と、温度を制御する温度制御手段３７が設けられている。湿度制御手段３６は上記チャンバ１６内に乾燥気体としての窒素ガスを供給する乾燥気体供給管３８を有する。この乾燥気体供給管３８はチャンバ１６の外部に導出され、流量制御弁３９を介して図示しない窒素ガスの供給源に接続されている。

上記チャンバ１６内の湿度は湿度計４１によって測定される。湿度計４１によって測定された湿度は図４に示すように上記制御装置３４に入力される。制御装置３４は湿度計４１が測定した湿度に基いて上記流量制御弁３９の開度を制御する。それによって、チャンバ１６内の湿度が制御されるから、その湿度に応じて上記ノズル体２８から炭酸ガスを噴射することで生成される固体粒子の粒径を制御することができるようになっている。

上記温度制御手段３７は、上記ノズル体２８の先端部に投光面を向けて配置された加熱手段としての投光器４４を有する。この投光器４４は上記ノズル体２８から高圧炭酸ガスが噴射されることで生成される固体粒子に熱線を照射する。

それによって、チャンバ１６内の固体粒子が生成される部分の雰囲気の温度が上昇するから、断熱膨張によって生成される固体粒子の粒径を変えることができる。上記投光器４４は上記制御装置３４によってその投光面から出力される熱線の強度が制御されるようになっている。

上記ノズル体２８から高圧炭酸ガスが噴射されることで生成された固体粒子の粒径は検出手段としての粒径検出器４５によって検出される。この粒径検出器４５は上記ノズル体２８から吹き出される上記固体粒子に向けてレーザ光Ｌを出力するレーザ発振器４６と、固体粒子で散乱するレーザ光Ｌ（散乱光）を検出する受光器４７を有する。レーザ発振器４６は上記制御装置３４によって発停が制御される。

上記受光器４７による受光信号は上記制御装置３４に出力される。制御装置３４は上記受光器４７による受光信号によってチャンバ１６内で生成された固体粒子の粒径を算出する。

制御装置３４は、算出された固体粒子の粒径を予め設定された設定値と比較し、その比較に基いて上記湿度制御手段３６又は上記温度制御手段３７の少なくともどちらか一方を制御する。それによって、上記チャンバ１６内の湿度若しくは固体粒子が生成される雰囲気の温度を制御し、その固体粒子の粒径を上記制御装置３４で設定された大きさに制御して基板Ｗの被洗浄面に吹き付けるようになっている。

このように構成された洗浄処理装置１によって基板Ｗの被洗浄面を洗浄処理する場合、まず、チャンバ１６内の回転テーブル２３に基板Ｗを供給する。ついで、回転テーブル２３を回転させるとともに、開閉制御弁３２を開放して供給ボンベ３１の高圧炭酸ガスをノズル体２８から基板Ｗに向けて噴射させる。

ノズル体２８から噴射された高圧炭酸ガスは断熱膨張して急激に温度低下する。それによって、チャンバ１６内には固体粒子（ドライアイス）が生成される。このようにして生成された固体粒子は、高圧炭酸ガスが上記ノズル体２８から噴射されるときの圧力によって基板Ｗの上面である、被洗浄面に向かって吹き付けられる。

固体粒子が生成されてから基板Ｗに向かう途中で、固体粒子の粒径は粒径検出器４５によって検出される。検出された固体粒子の粒径は制御装置３４に予め設定された設定粒径と比較される。この設定粒径は基板Ｗの種類に応じて設定される。

たとえば、基板Ｗの被洗浄面が比較的平坦な場合には大きな粒径の固体粒子に設定し、基板Ｗの被洗浄面に比較的強い衝撃力を与えて洗浄するようにした方が洗浄効果を上げることができる。基板Ｗの被洗浄面に形成された回路パターンに微細な凹凸が多い場合には、固体粒子の粒径を小さくして基板Ｗの被洗浄面に与える衝撃力を小さくすることで、回路パターンを損傷させずに洗浄することが可能となる。

すなわち、制御装置３４に設定される固体粒子の粒径は、基板Ｗの種類、たとえば基板Ｗに形成される回路パターンの形状等に応じて設定され、その設定粒径の値は実験によって予め求めておくことができる。

上記粒径検出器４５によって検出された固体粒子の粒径と、制御装置３４に設定された設定粒径が異なる場合、制御装置３４は湿度制御手段３６又は温度制御手段３７の少なくともどちらか一方を制御し、ノズル体２８から高圧炭酸ガスが噴射されることによって生成される固体粒子の粒径を制御する。

たとえば、湿度制御手段３６による固体粒子の粒径の制御は次のように行なわれる。粒径検出器４５によって検出される固体粒子の粒径が制御装置３４に設定された設定粒径よりも大きい場合には、チャンバ１６に供給される窒素ガスの量が増大するよう、制御装置３４によって湿度制御手段３６の流量制御弁３９の開度が制御される。

それによって、チャンバ１６内の湿度が低下し、断熱膨張によって生成される固体粒子に付着凝固する水分が減少するから、基板Ｗに吹き付けられる固体粒子の粒径を小さくすることができる。

逆に、粒径検出器４５によって検出される固体粒子の粒径が制御装置３４に設定された設定粒径よりも小さい場合には、流量制御弁３９の開度を小さくしてチャンバ１６に供給する窒素ガスの量を減少させる。それによって、チャンバ１６内の湿度が高くなるから、断熱膨張によって生成される固体粒子に付着凝固する水分が多くなるため、基板Ｗに吹き付けられる固体粒子の粒径を大きくすることができる。

上記ノズル体２８によって生成される固体粒子の粒径を温度制御手段３７によって制御する場合には、制御手段３４によって温度制御手段３７の投光器４４から出力される熱線の強さを粒径検出器４５が検出する固体粒子の粒径に応じて制御する。測定された粒径が設定粒径よりも大きな場合には熱線を強くする。それによって、チャンバ１６内の高圧炭酸ガスが断熱膨張して固体粒子が生成される部分の雰囲気の温度が上昇するから、その雰囲気の温度上昇に応じて固体粒子の粒径が小さくなる。

逆に、測定された粒径が設定粒径よりも小さな場合には投光器４４の熱線を弱くする。それによって、高圧炭酸ガスが断熱膨張して固体粒子が生成される部分の雰囲気温度が低下するから、その温度低下に応じて固体粒子の粒径が大きくなる。つまり、固体粒子が生成される雰囲気の温度を制御すれば、その温度に応じて固体粒子の粒径を制御することが可能となる。

固体粒子の粒径の制御は、制御装置３４によって湿度制御手段３６と温度制御手段３７の両方を同時に制御して行うようにしてもよく、２つの手段３６，３７を同時に制御して粒径を制御すれば、その制御を迅速に行なうことが可能となる。

このように、ノズル体２８から高圧炭酸ガスを噴射することで生成される固体粒子の粒径が基板Ｗの種類に応じて制御装置３４によって設定された設定粒径になるよう制御されれば、基板Ｗの被洗浄面を損傷させるようなことなく確実に、しかも効率よく洗浄処理することが可能となる。

上記一実施の形態では、固体粒子の制御を、粒径検出器４５により検出された粒径に基いて行なうようにしたが、チャンバ１６に供給する窒素ガスの量、つまりチャンバ１６内の湿度と固体粒子の粒径との関係や、投光器４４から出力される熱線の光量と固体粒子の粒径との関係を予め測定しておき、基板Ｗの種類に応じて要求される粒径に応じてチャンバ１６内の湿度や熱線の光量を設定するようにしてもよい。つまり、粒径検出器４５を用いずに、固体粒子の粒径を制御することも可能である。

温度制御手段３７は高圧炭酸ガスが断熱膨張する部分の雰囲気に向けて投光器４４の熱線を照射してチャンバ１６内の雰囲気を部分的に温度制御したが、チャンバ１６内に温風を供給し、チャンバ１６内の雰囲気全体の温度を制御するようにしてもよい。また、温度制御手段３７によって温度制御される雰囲気の温度を温度センサで検出し、その検出に基いて投光器による熱線の強さを制御するようにしてもよい。

図５はこの発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態はノズル体２８によって生成された固体粒子が周囲に拡散するのを拡散防止部材５１によって制限するようにしている。

上記拡散防止部材５１は円錐状の筒状部５２と、この筒状部５２の下端に設けられた平板状のガイド部５３を有する。上記ノズル体２８は上記筒状部５２の上端に取着され、上記ガイド部５３は回転テーブル２３に保持された基板Ｗの被処理面に所定の間隔で平行に離間対向するようになっている。上記筒状部５２の周壁には窒素ガスを供給する乾燥気体供給管３８が接続されている。

このような構成によれば、ノズル体２８によって生成された固体粒子は、拡散防止部材５１の筒状部５２によって周囲に拡散されるのが制限されながら基板Ｗの被処理面に向かって吹き付けられ、上記筒状部５２の下端に設けられたガイド部５３に沿って基板Ｗの被処理面の中心部から径方向外方に向かって流れる。

そのため、ノズル体２８によって生成された固体粒子は基板Ｗの被洗浄面に効率よく作用することになるから、基板Ｗの洗浄効率を向上させることができる。

しかも、わずかな量の窒素ガスによって固体粒子が生成される筒状部５２内の雰囲気の湿度を確実かつ迅速に制御することが可能となるから、湿度による固体粒子の粒径の制御を精密に、しかも経済的に行なうことが可能となる。

図６はこの発明の第３の実施の形態を示す。この実施の形態は図５に示す第２の実施の形態の変形例を示す拡散防止部材５１Ａであって、この拡散防止部材５１Ａは円錐状の筒状部５２だけによって構成されている。このような構成であっても、少ない窒素ガスの使用量によって固体粒子が生成される筒状部５２内の雰囲気の湿度を確実に制御することができる。

図７はこの発明の第４の実施の形態であって、この実施の形態は回転テーブル２３に保持される基板Ｗの被洗浄面に所定の間隔で離間対向するカバー５５を有する。それによって、カバー５５と基板Ｗの間に空間部５６が形成される。

上記カバー５５にはノズル体２８と乾燥気体供給管３８が先端を上記空間部５６に突出させて接続されている。それによって、ノズル体２８から上記空間部５６に高圧炭酸ガスが噴射されることで、この空間部５６で固体粒子が生成されるとともに、空間部５６の湿度が乾燥気体供給管３８によって供給される窒素ガスによって制御される。

このように、カバー５５によって基板Ｗの上方に固体粒子が生成される空間部５６を形成すれば、固体粒子が拡散するのを制限できるばかりか、わずかな量の窒素ガスによって上記空間部５６の湿度を制御することができるから、基板Ｗの洗浄を効率よく確実に行なうことが可能となる。

図８は、この発明の第５の実施の形態を示すノズル体２８Ａの変形例である。このノズル体２８Ａは内管６１と外管６２との二重管構造になっていて、内管６１には高圧炭酸ガスが供給され、外管６２には窒素ガスが供給される。

それによって、内管６１から噴射される高圧炭酸ガスが断熱膨張して固体粒子が生成され、外管６２から噴射される窒素ガスによって固体粒子が生成される領域が覆われるから、固体粒子が生成される領域の湿度を、外管６２から噴射される窒素ガスによって確実に、しかもわずかな量の窒素ガスによって制御することが可能となる。

図９はこの発明の第６の実施の形態を示すノズル体２８Ｂの変形例である。このノズル体２８Ｂは中心管６４、中間管６５及び外管６６の三重管構造になっている。中心管６４には基板表面をエッチング処理する、たとえばフッ素ガスなどの機能性ガスが供給され、中間管６５には高圧炭酸ガスが供給される。そして、外管６６には窒素ガスが供給される。

このような構成のノズル体２８Ｂによれば、図８に示すノズル体２８Ａと同様、固体粒子が生成される雰囲気の湿度を、わずかな使用量の窒素ガスによって確実に制御することが可能となるばかりか、中心管６４から機能性ガスを供給することで、基板Ｗに対して固体粒子による洗浄処理以外の処理、たとえばエッチングなどの処理を行なうことが可能となる。

なお、中心管６４に供給される機能性ガスはフッ素ガスに限られず、基板Ｗに対してエッチング以外の処理を行なう他の種類のガスであってもよい。
上記各実施の形態において、ノズル体を図示しないアームに取付け、このアームを回動させることで、上記ノズル体を基板の径方向に移動させながら基板を処理するようにしてもよい。

また、断熱膨張して固体粒子を生成する洗浄用流体として高圧炭酸ガスを挙げて説明したが、高圧炭酸ガスに代わり、高圧のメタンガス、ブタンガスなどであってもよく、更には高圧ガスに代わり液体窒素を用いてもよい。

この発明の第１の実施の形態を示す洗浄処理装置の概略的構成図。 ロボット装置の平面図。 スピン洗浄ユニットが設けられたチャンバの断面図。 制御系統を示すブロック図。 この発明の第２の実施の形態を示すノズル体が設けられる拡散防止部材の断面図。 この発明の第３の実施の形態を示すノズル体が設けられる拡散防止部材の断面図。 この発明の第４の実施の形態を示すノズル体が設けられるカバーの断面図。 この発明の第５の実施の形態を示すノズル体の一部断面した図。 この発明の第６の実施の形態を示すノズル体の一部断面した図。

符号の説明

１６…チャンバ、２３…回転テーブル、２４…カップ体、２８…ノズル体、３４…制御装置、３６…湿度制御手段、３７…温度制御手段、３８…乾燥気体供給管、４１…湿度計、４４…投光器、４５…粒径検出器、４６…レーザ発振器、４７…受光器。

Claims (8)

1. 基板を洗浄処理するための洗浄処理装置であって、
   上記基板が供給されるチャンバと、
   断熱膨張させることで固体粒子を生成する流体を上記チャンバ内の基板に向けて供給する流体供給手段と、
   この流体供給手段によって供給される上記固体粒子の粒径を制御する粒径制御手段と
   を具備したことを特徴とする洗浄処理装置。
2. 上記粒径制御手段は、上記チャンバ内の湿度を制御することを特徴とする請求項１記載の洗浄処理装置。
3. 上記粒径制御手段は、上記チャンバ内の温度を制御することを特徴とする請求項１記載の洗浄処理装置。
4. 上記流体供給手段から上記基板に向けて供給される上記固体粒子の粒径を検出する検出手段を有し、
   上記粒径制御手段は上記検出手段の検出に基いて制御されることを特徴とする請求項１記載の洗浄処理装置。
5. 上記流体供給手段は、上記流体が供給されるノズル体と、このノズル体から噴射された流体が周囲に拡散するのを制限する筒状の拡散防止部材とによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の洗浄処理装置。
6. 上記チャンバ内には、上記基板の被処理面との間に空間部を形成するカバーが上記被処理面に対向して配置されていて、
   上記流体供給手段は上記空間部に上記流体を供給するよう配置されていることを特徴とする請求項１記載の洗浄処理装置。
7. 基板を洗浄処理するための洗浄処理方法であって、
   上記基板をチャンバ内に供給する工程と、
   断熱膨張させることで固体粒子を生成する流体を上記チャンバ内に供給された基板に向けて供給する工程と、
   上記基板に供給される上記固体粒子の粒径を制御する工程と
   を具備したことを特徴とする洗浄処理方法。
8. 上記基板に向けて供給される固体粒子の粒径を測定する工程を有し、
   その測定に基いて上記基板に供給される上記固体粒子の粒径を制御することを特徴とする請求項７記載の洗浄処理方法。

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