JP2015023069A - 基板洗浄装置および基板洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板表面に付着したパーティクル等の汚染物質を効率よく除去する基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供することを、目的とする。【解決手段】この基板洗浄装置１は、基板９および汚染物質に付着させる、極性を持つ高分子を供給する、高分子供給部３と、高分子が付着した基板９に対して非接触物理洗浄を行う、物理洗浄部４と、を備える。基板９と汚染物質とは、ファンデルワールス力等により物理吸着されている。基板９および汚染物質に、帯電した高分子が付着することにより、基板９と汚染物質との双方が同極に帯電する。これにより、基板９と汚染物質との付着力が、静電斥力により低下する。基板９と汚染物質との付着力が低下した状態で物理洗浄を行うことにより、物理的なダメージを抑えつつ、効率よく汚染物質を除去することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、基板の表面から異物を除去する基板洗浄装置および基板洗浄方法に関する。

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、基板表面に付着したパーティクルを除去するために、ＳＣ−１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合溶液）などの薬液を用いた基板洗浄方法が従来知られている。ＳＣ−１溶液を用いた従来の基板洗浄方法については、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００７−２８１３５８号公報

近年の半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、基板表面に形成するパターンが微細化している。これにより、より微細なパーティクルを除去する必要が生じる。

特許文献１に記載のように、従来のＳＣ−１溶液を用いた基板洗浄方法では、アンモニアによる基板のエッチングロスが生じる。このため、微細化したパターンでは、デバイス不良が起こる虞がある（段落０００６）。また、単に基板表面に対してＳＣ−１溶液を供給することのみでは、基板表面に付着するパーティクルを基板表面から良好に除去することができない（段落００１２、図１）。

一方、パーティクルのサイズが小さくなるにつれ、基板表面とパーティクルとの付着力が強くなる。ＳＣ−１溶液を用いることなく、物理洗浄のみにより微細なパーティクルを十分に除去しようとすると、パターンを倒壊させる虞がある（段落０００５）。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、パターンの損傷を抑制しつつ、基板表面に付着したパーティクル等の汚染物質を効率よく除去する基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供することを、目的とする。

上記課題を解決するため、本願の第１発明は、基板に付着した汚染物質を除去するための基板洗浄装置において、基板および汚染物質に付着させる、極性を持つ高分子を供給する、高分子供給部と、前記高分子が付着した前記基板に対して非接触物理洗浄を行う、物理洗浄部と、を備える。

本願の第２発明は、第１発明の基板洗浄装置において、前記高分子は、イオン性界面活性剤である。

本願の第３発明は、第２発明の基板洗浄装置において、前記イオン性界面活性剤は、分子量１０，０００以下である。

本願の第４発明は、第３発明の基板洗浄装置において、前記イオン性界面活性剤は、分子量１，２００以下である。

本願の第５発明は、第２発明から第４発明までのいずれかの基板洗浄装置において前記イオン性界面活性剤は、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）系、ウレタン系、ポリカルボン酸系、アクリル樹脂系、チオール系、あるいは、シラン系、のいずれかの界面活性剤からなる。

本願の第６発明は、第１発明から第５発明までのいずれかの基板洗浄装置において、前記高分子が付着した前記基板と、前記高分子が付着した前記汚染物質とは、純水または水溶液中において反発力を有する。

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洗浄装置において、前記物理洗浄部は、微粒化した洗浄液を前記基板の表面に噴射する、二流体ノズルと、前記二流体ノズルを前記基板の表面に沿って走査させるノズル移動機構と、を有する。

本願の第８発明は、第１発明から第６発明までのいずれかの基板洗浄装置において、前記物理洗浄部は、前記基板の表面に洗浄液を供給する、洗浄液供給ノズルと、前記基板の表面に供給される洗浄液に超音波振動を付加する、超音波発生部と、を有する。

本願の第９発明は、第１発明から第８発明までのいずれかの基板洗浄装置において、前記高分子を前記基板から脱離させる脱離手段をさらに備える。

本願の第１０発明は、第９発明の基板洗浄装置において、前記脱離手段は、脱離液を供給する、脱離液供給部である。

本願の第１１発明は、第１０発明の基板洗浄装置において、前記脱離液は、オゾンを溶解した溶液である。

本願の第１２発明は、第９発明の基板洗浄装置において、前記脱離手段は、ＵＶオゾン洗浄部である。

本願の第１３発明は、第９発明の基板洗浄装置において、前記脱離手段は、前記基板の表面を加熱する加熱機構を有する。

本願の第１４発明は、第１３発明の基板洗浄装置において、前記加熱機構は、前記基板の表面を４００℃以上に加熱する。

本願の第１５発明は、第１３発明または第１４発明の基板洗浄装置において、前記脱離手段は、前記基板を内部に収容するチャンバ内を減圧する減圧機構をさらに有する。

本願の第１６発明は、基板に付着した汚染物質を除去するための基板洗浄方法において、ａ）汚染物質が付着した基板に対し、極性を持つ高分子を供給する、高分子供給工程と、ｂ）前記工程ａ）の後で、前記高分子が付着した前記基板に対して非接触物理洗浄を行う、物理洗浄工程と、を備える。

本願の第１７発明は、第１６発明の基板洗浄方法において、前記工程ａ）において供給される前記高分子は、イオン性界面活性剤である。

本願の第１８発明は、第１７発明の基板洗浄方法において、前記イオン性界面活性剤は、分子量１０，０００以下である。

本願の第１９発明は、第１８発明の基板洗浄方法において、前記イオン性界面活性剤は、分子量１，２００以下である。

本願の第２０発明は、第１７発明から第１９発明までのいずれかの基板洗浄方法において、前記イオン性界面活性剤は、水溶液中で親水基が正に帯電するカチオン型界面活性剤であり、前記工程ａ）において、中性の前記高分子の水溶液を前記基板に供給し、かつ、前記工程ｂ）において、前記基板表面に酸性の水溶液を接触させつつ、非接触物理洗浄を行う。

本願の第２１発明は、第１７発明から第１９発明までのいずれかの基板洗浄方法において、前記イオン性界面活性剤は、水溶液中で親水基が負に帯電するアニオン型界面活性剤であり、前記工程ａ）において、酸性の前記高分子の水溶液を前記基板に供給し、かつ、前記工程ｂ）において、前記基板表面に中性の水溶液または純水を接触させつつ、非接触物理洗浄を行う。

本願の第２２発明は、第１６発明から第２１発明のいずれかの基板洗浄方法において、ｃ）前記工程ｂ）の後で、前記高分子を前記基板から脱離させる、脱離処理工程をさらに備える。

本願の第１発明から第２２発明によれば、基板および汚染物質に、帯電した高分子が付着することにより、基板と汚染物質との双方が同極に帯電する。これにより、基板と汚染物質との間に静電斥力が生じ、基板と汚染物質との付着力が低下する。この状態において物理洗浄を行うことにより、物理的なダメージを抑えることで基板上のパターンの損傷を抑制しつつ、効率よく汚染物質を除去することができる。

本願の第２発明および第１６発明によれば、イオン性界面活性剤の帯電した親水基が、基板および汚染物質の表面に付着する。これにより、帯電した高分子が、基板および汚染物質の表面に付着しやすい。

本願の第３発明および第１８発明によれば、イオン性界面活性剤の分子量が１０，０００以下である。一方、汚染物質の粒子径が６００ナノメートル以下の場合、イオン性界面活性剤の分子量が１０，０００以下での分散効果が高い。これにより、６００ナノメートル以下の微細な汚染物質を、より確実に除去する。

本願の第４発明および第１９発明によれば、イオン性界面活性剤の分子量が１，２００以下である。一方、汚染物質の粒子径が３０ナノメートル以下の場合、イオン性界面活性剤の分子量が１，２００以下での分散効果が高い。これにより、３０ナノメートル以下の微細な汚染物質を、より確実に除去する。

本願の第６発明によれば、一旦基板から剥離した汚染物質が、再び基板に付着するのを抑制できる。これにより、より確実に汚染物質を除去できる。

本願の第９発明から第１５発明および第２２発明によれば、汚染物質を除去した後に、基板から高分子を脱離させることができる。

本願の第２０発明によれば、工程ａ）では、基板および汚染物質が、中性の水溶液に接触する。ＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４では、ゼータ電位がｐＨ約５以下でプラス、ｐＨ約５以上でマイナスとなるため、表面がＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４の基板では、工程ａ）において、基板および汚染物質の固体表面のゼータ電位がマイナスとなり、カチオン型界面活性剤のプラスに帯電した親水基が固体表面に付着しやすい。

その後、工程ｂ）では、酸性の水溶液を接触させることにより、固体表面のゼータ電位をゼロ前後（ｐＨ５前後）、またはプラス（ｐＨ５未満）に変化させる。これにより、基板および汚染物質の表面は、それぞれプラスに帯電しているため、静電斥力により反発し合う。このような状態において物理洗浄を行うと、物理的なダメージを抑えつつ、効率よく汚染物質を除去できる。

本願の第２１発明によれば、工程ａ）では、基板および汚染物質が、酸性の水溶液に接触する。ＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４では、ゼータ電位がｐＨ約５以下でプラス、ｐＨ約５以上でマイナスとなるため、表面がＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４の基板では、工程ａ）において、基板および汚染物質の固体表面のゼータ電位がプラスとなり、アニオン型界面活性剤のマイナスに帯電した親水基が固体表面に付着しやすい。

その後、工程ｂ）では、中性の水溶液または純水を接触させることにより、固体表面のゼータ電位をマイナス（ｐＨ５以上）に変化させる。これにより、基板および汚染物質の表面は、それぞれマイナスに帯電しているため、静電斥力により反発し合う。このような状態において物理洗浄を行うと、物理的なダメージを抑えつつ、効率よく汚染物質を除去できる。

基板洗浄装置の構成を示した縦断面図である。 基板洗浄装置の主な制御機構を示すブロック図である。 基板洗浄処理の流れを示したフローチャートである。 分散液の吐出時の様子を模式的に示した図である。 物理洗浄時の様子を模式的に示した図である。 脱離液の吐出時の様子を模式的に示した図である。 アニオン型界面活性剤を使用した場合の、分散液の吐出時の様子を模式的に示した図である。 アニオン型界面活性剤を使用した場合の、物理洗浄時の様子を模式的に示した図である。 一変形例に係る基板洗浄装置の構成を示した縦断面図である。 他の変形例に係る基板洗浄装置の構成を示した縦断面図である。 他の変形例に係る基板洗浄装置の構成を示した縦断面図である。

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。

＜１．一実施形態に係る基板洗浄装置＞
図１は、基板洗浄装置１の構成を示した縦断面図である。図２は、基板洗浄装置１の主な制御機構を示すブロック図である。

この基板洗浄装置１は、半導体の製造工程において、半導体ウエハ９を内部に収容して洗浄を行う装置である。図１および図２に示すように、本実施形態の基板洗浄装置１は、保持部２、高分子供給部３、物理洗浄部４、脱離液供給部５、排液捕集部６、および制御部１０を備えている。

保持部２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２は、略円板状のベース部２１と、ベース部２１の上面に設けられた複数のチャックピン２２と、ベース部２１を回転させる回転機構２３とを有する。

複数のチャックピン２２は、ベース部２１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２２に保持される。各チャックピン２２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２１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。

保持部２は、半導体ウエハ９の略中心と、回転機構２３の中心軸２０とが重なるように、半導体ウエハ９を保持する。回転機構２３は、例えば、モータにより実現できる。回転機構２３を動作させると、ベース部２１、チャックピン２２、および半導体ウエハ９が、中心軸２０を中心として回転する。

高分子供給部３は、高分子供給ノズル３１と、第１配管３２、高分子供給源３３、および第１開閉弁３４を有する。高分子供給ノズル３１は、保持部２に保持された半導体ウエハ９の上面に、分散液を吐出するためのノズルである。分散液には、極性を持つ高分子の界面活性剤である、イオン性界面活性剤Ｓが含まれる。高分子供給ノズル３１は、第１配管３２を介して、高分子供給源３３と流路接続されている。また、第１配管３２の経路途中には、第１開閉弁３４が介挿されている。このため、第１開閉弁３４を開放すると、高分子供給源３３から第１配管３２を通って高分子供給ノズル３１に、分散液が供給される。そして、高分子供給ノズル３１から半導体ウエハ９の上面に、分散液が吐出される。これにより、分散液に含まれるイオン性界面活性剤Ｓが、半導体ウエハ９と、半導体ウエハ９に付着した汚染物質であるパーティクルとに、付着する。なお、高分子供給源３３から供給される分散液は、液体のイオン性界面活性剤Ｓの原液であってもよいし、液体または固体のイオン性界面活性剤Ｓの水溶液であってもよい。

イオン性界面活性剤Ｓには、例えば、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）などのポリイミン系界面活性剤や、３−アミノプロピルトリエトキシシランなどのシラン系界面活性剤が使用される。また、イオン性界面活性剤Ｓには、ウレタン系界面活性剤、ポリカルボン酸系界面活性剤、アクリル樹脂系界面活性剤、または、チオール系界面活性剤が使用されてもよい。

イオン性界面活性剤Ｓは、分子量が１０，０００以下であることが好ましい。そうすると、粒子径が６００ナノメートル以下のパーティクルに対して分散効果が大きい。また、イオン性界面活性剤Ｓは、分子量が１，２００以下であることがより好ましい。そうすると、粒子径が３０ナノメートル以下のパーティクルに対して分散効果が大きい。

例えば、第５４回理論応用力学講演会講演論文集ｐ４５〜４８（神谷秀博、２００５）に記載のように、分子量３００〜７０，０００のポリエチレンイミン（ＰＥＩ）系分散剤を添加した、粒子径の異なるアルミナ粒子スラリーの見かけ粘度は、粒子径がサブミクロンサイズのアルミナ粒子に対しては、分散剤の分子量１０，０００程度で粘度が極小となり、粒子径７〜３０ナノメートルのアルミナ粒子に対しては、分散剤の分子量１，２００で粘度が極小値を示す。

このように、イオン性界面活性剤Ｓの分子量を１０，０００以下または１，２００以下にすることにより、より微細なパーティクルについて、半導体ウエハとパーティクルとの付着力を効果的に低下させることができる。

また、イオン性界面活性剤Ｓを溶解させる溶媒として、例えば、純水（脱イオン水、ＤＩＷ）や炭酸水（ＣＯ２水溶液）が用いられる。イオン性界面活性剤Ｓを各種溶媒に溶解させて用いることにより、分散液のｐＨを調整することができる。

物理洗浄部４は、洗浄ノズル４１、第２配管４２、第３配管４３、洗浄液供給源４４、気体供給源４５、第２開閉弁４６、第３開閉弁４７、およびノズル移動機構４８を有する。洗浄ノズル４１は、保持部２に保持された半導体ウエハ９の上面に、ミスト状の洗浄液の液滴を吹き付けるためのノズルである。洗浄ノズル４１は、洗浄液供給源４４から供給される洗浄液と気体供給源から供給される気体とを混合することにより、ミスト状の洗浄液の液滴を生成する、いわゆる二流体ノズルである。すなわち、物理洗浄部４は、いわゆる二流体洗浄装置である。

洗浄ノズル４１は、第２配管４２を介して、洗浄液供給源４４と流路接続されている。第２配管４２の経路途中には、第２開閉弁４６が介挿されている。また、洗浄ノズル４１は、第３配管４３を介して、気体供給源４５と流路接続されている。第３配管４３の経路途中には、第３開閉弁４７が介挿されている。このため、第２開閉弁４６および第３開閉弁４７を開放すると、洗浄液供給源４４から第２配管４２を通って洗浄ノズル４１に洗浄液が供給されるとともに、気体供給源４５から第３配管４３を通って気体が供給される。これにより、洗浄ノズル４１から半導体ウエハ９の上面に、ミスト状の洗浄液の液滴が吹き付けられる。すなわち、物理洗浄部４は、微粒化した洗浄液を半導体ウエハ９の上面に噴射することによって、半導体ウエハ９に対して非接触物理洗浄を行う。

洗浄ノズル４１は、ノズル移動機構４８により、水平方向に移動可能である。したがって、洗浄ノズル４１は、半導体ウエハ９の上方を走査しながら、半導体ウエハ９の上面に洗浄液を吹き付けることができる。これにより、半導体ウエハ９の上面全体に対し、均一に物理洗浄を行うことができる。

洗浄液供給源４４から供給される洗浄液には、例えば、純水や炭酸水が用いられる。気体供給源４５から供給される気体には、例えば、窒素ガスなどの不活性ガスや、清浄空気や、炭酸ガスが用いられる。洗浄液および当該気体は、半導体ウエハ９に付着させるイオン性界面活性剤Ｓの種類を考慮して選択される。

脱離液供給部５は、半導体ウエハ９の上面に付着したイオン性界面活性剤Ｓを脱離させる、脱離手段である。脱離液供給部５は、脱離液供給ノズル５１、第４配管５２、脱離液供給源５３、および第４開閉弁５４を有する。脱離液供給ノズル５１は、保持部２に保持された半導体ウエハ９の上面に、脱離液を吐出するためのノズルである。脱離液供給ノズル５１は、第４配管５２を介して、脱離液供給源５３と流路接続されている。また、第４配管５２の経路途中には、第４開閉弁５４が介挿されている。このため、第４開閉弁５４を開放すると、脱離液供給源５３から第４配管５２を通って脱離液供給ノズル５１に、脱離液が供給される。そして、脱離液供給ノズル５１から半導体ウエハ９の上面に、脱離液が吐出される。これにより、半導体ウエハ９に付着したイオン性界面活性剤Ｓが、脱離する。脱離液は、例えば、オゾンを溶解した溶液、すなわち、オゾン水である。

排液捕集部６は、使用後の分散液、洗浄液、および脱離液を回収する部位である。排液捕集部６は、保持部２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６１の底部に流路接続された第５配管６２とを有する。分散液、洗浄液、および脱離液は、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、分散液、洗浄液、および脱離液は、第５配管６２を通って、基板洗浄装置１の外部へ排出され、再生処理または廃棄処理される。

制御部１０は、図２に示すように、チャックピン２２、回転機構２３、第１開閉弁３４、第２開閉弁４６、第３開閉弁４７、ノズル移動機構４８、および、第４開閉弁５４などの、基板洗浄装置１に設けられた種々の動作機構を制御する。制御部１０は、各種演算処理を行うＣＰＵ１０１と、各種プログラムおよび各種情報を記憶するメモリ１０２とを備える。ＣＰＵ１０１が、メモリ１０２を参照しながら所定の処理プログラムを実行することにより、基板洗浄装置１における半導体ウエハ９の洗浄処理が進行する。

なお、上述した保持部２、高分子供給部３、物理洗浄部４、脱離液供給部５、および排液捕集部６は、温度および清浄度が制御されたチャンバ８の内部に配置される。また、チャンバ８に設けられた搬入出口を開閉するためのシャッタ機構や、搬入出口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も、制御部１０により動作制御される。

＜２．基板洗浄処理について＞
続いて、上記の基板洗浄装置１を用いた基板洗浄処理について、説明する。図３は、基板洗浄装置１における基板洗浄処理の流れを示したフローチャートである。図４は、分散液の吐出時の様子を、模式的に示した図である。図５は、物理洗浄時の様子を、模式的に示した図である。図６は、脱離液の吐出時の様子を、模式的に示した図である。

この基板洗浄装置１では、半導体ウエハ９の表面に付着したパーティクル９１を除去することを目的として、基板洗浄処理を行う。この基板洗浄装置１において、半導体ウエハ９の洗浄処理を行うときには、制御部１０が、基板洗浄装置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。以下、図３を参照しながら、各部の動作について説明する。

基板洗浄装置１は、まず、所定の搬送機構によって、半導体ウエハ９をチャンバ８の内部に搬入する。搬入の際、チャンバ８の搬入出口は開放され、当該搬入出口からチャンバ８内へと半導体ウエハ９が搬入される。また、保持部２の複数のチャックピン２２を外側へ開くとともに、ベース部２１の上方に、半導体ウエハ９が配置される。そして、複数のチャックピン２２を内側へ閉じることにより、所定の搬送機構から保持部２へ、半導体ウエハ９を移載する。半導体ウエハ９は、デバイス面を上面に向けた水平姿勢で、保持部２に保持される（ステップＳ１）。半導体ウエハ９の移載が完了すると、チャンバ８の搬入出口が閉鎖される。

次に、基板洗浄装置１は、第１開閉弁３４を開放する。これにより、図４に示すように、高分子供給ノズル３１から分散液３０が吐出される（ステップＳ２）。分散液３０は、高分子供給ノズル３１から、半導体ウエハ９の上面の略中央へ向けて吐出される。また、分散液３０の吐出開始と同時に、または、吐出開始後に、回転機構２３を動作させることにより、ベース部２１の回転を開始する。これにより、半導体ウエハ９の上面全体に、分散液を塗布する。

本実施形態のイオン性界面活性剤Ｓは、分子量１，２００のポリエチレンイミン（ＰＥＩ）系界面活性剤である。ポリエチレンイミン系界面活性剤は、水溶液中で親水基が正に帯電する、カチオン（陽イオン）型界面活性剤である。分散液３０は、イオン性界面活性剤Ｓを純水に溶解させた水溶液である。このため、分散液３０は、ｐＨ７前後の中性となっている。また、イオン性界面活性剤Ｓの親水基は正に帯電している。

本実施形態の半導体ウエハ９は、デバイス面の表面がＳｉＯ_２の皮膜で覆われている。また、除去対象の汚染物質であるパーティクル９１の多くが、ＳｉＯ_２の粒子である。ＳｉＯ_２表面のゼータ電位は、例えば、ウルトラクリーンＵＬＳＩ技術（アドバンストエレクトロニクスシリーズ）ｐ１６２〜１６４（大見忠弘、１９９５）に記載のように、ｐＨ５付近において正負が転じる。ｐＨ５より酸性側、すなわち、ｐＨ５未満においてＳｉＯ_２表面のゼータ電位は正となり、ｐＨ５よりアルカリ性側、すなわち、ｐＨ５以上においてＳｉＯ_２表面のゼータ電位は負となる。

したがって、本実施形態の分散液３０はｐＨ７前後であるため、分散液３０が半導体ウエハ９に接触している時、半導体ウエハ９およびパーティクル９１の表面のゼータ電位は負となる。

半導体ウエハ９とパーティクル９１とは、ファンデルワールス力等により物理吸着している。半導体ウエハ９の上面全体に分散液を接触させることにより、半導体ウエハ９の表面と、パーティクル９１の表面とに、イオン性界面活性剤Ｓが付着する。このとき、上述の通り、半導体ウエハ９およびパーティクル９１のゼータ電位は負であり、イオン性界面活性剤Ｓは正に帯電している。このため、イオン性界面活性剤Ｓが半導体ウエハ９およびパーティクル９１に引きつけられ、イオン性界面活性剤Ｓが半導体ウエハ９およびパーティクル９１の表面に効率よく付着する。

イオン性界面活性剤Ｓが半導体ウエハ９およびパーティクル９１の表面に付着することにより、半導体ウエハ９およびパーティクル９１の表面は、それぞれ正に帯電する。半導体ウエハ９とパーティクル９１の双方が同極に帯電すると、半導体ウエハ９とパーティクル９１との間に静電斥力が働く。したがって、半導体ウエハ９とパーティクル９１との付着力が低下する。これにより、パーティクル９１が半導体ウエハ９から剥離する、または、剥離しやすい状態となる。

なお、ステップＳ２において、半導体ウエハ９およびパーティクル９１のゼータ電位が負であることにより、イオン性界面活性剤Ｓの親水基の有する正電荷が一部打ち消される。しかしながら、半導体ウエハ９およびパーティクル９１の表面に付着するイオン性界面活性剤Ｓの電荷量が、ゼータ電位を上回るため、半導体ウエハ９とパーティクル９１との間には正の静電斥力が働く。

半導体ウエハ９の上面全体に分散液が供給された後、基板洗浄装置１は、第１開閉弁３４を閉鎖し、高分子供給ノズル３１からの分散液３０の吐出を停止する。

続いて、基板洗浄装置１は、第２開閉弁４６および第３開閉弁４７を開放する。これにより、図５に示すように、洗浄ノズル４１から半導体ウエハ９の上面に、ミスト状の洗浄液４０の液滴が吹き付けられる。洗浄ノズル４１は、回転機構２３により回転している半導体ウエハ９の上方を水平方向に走査しながら、半導体ウエハ９の上面に洗浄液４０を吹き付ける。これにより、半導体ウエハ９の上面全体に対して、非接触物理洗浄を行う（ステップＳ３）。

本実施形態の洗浄液４０は、ｐＨ５前後の炭酸水である。このため、半導体ウエハ９およびパーティクル９１の表面に洗浄液４０が接触すると、半導体ウエハ９およびパーティクル９１のゼータ電位はおよそゼロとなる。これにより、イオン性界面活性剤Ｓの電荷を打ち消すゼータ電位がゼロとなるため、半導体ウエハ９と、パーティクル９１との静電斥力が増す。すなわち、半導体ウエハ９と、パーティクル９１との反発力が増す。

なお、洗浄液４０がｐＨ５以下であってもよい。そうすると、半導体ウエハ９およびパーティクル９１のゼータ電位が正となる。この場合、半導体ウエハ９およびパーティクル９１のゼータ電位と、イオン性界面活性剤Ｓの電荷との双方が正となるため、半導体ウエハ９と、パーティクル９１との静電斥力がさらに増す。すなわち、半導体ウエハ９と、パーティクル９１との反発力がさらに増す。

このように、半導体ウエハ９とパーティクル９１との間に反発力が生じた状態で物理洗浄を行うことにより、物理洗浄の洗浄時間を長くしたり、洗浄パワーを大きくしたりすることなく、汚染物質の除去力を増加させることができる。それどころか、半導体ウエハ９とパーティクル９１との間の反発力を充分大きくすることにより、物理洗浄の洗浄時間を短縮したり、洗浄パワーを小さくすることができる。すなわち、物理的なダメージを最小限に抑えることで半導体ウエハ９上のパターンの損傷を抑制しつつ、確実に汚染物質であるパーティクル９１を除去することができる。

上記の通り、ステップＳ２およびステップＳ３において、イオン性界面活性剤Ｓが付着した半導体ウエハ９と、イオン性界面活性剤Ｓが付着したパーティクル９１とは、純水または水溶液中において、反発力を有している。これにより、一旦半導体ウエハ９から剥離したパーティクル９１が、半導体ウエハ９に再付着するのが抑制されている。したがって、半導体ウエハ９に付着したパーティクル９１を、より確実に除去することができる。

半導体ウエハ９の上面全体に対して洗浄液４０の吹きつけが完了すると、基板洗浄装置１は、第２開閉弁４６および第３開閉弁４７を閉鎖し、洗浄ノズル４１からの洗浄液４０の吐出を停止する。

その後、基板洗浄装置１は、第４開閉弁５４を開放する。これにより、図６に示すように、脱離液供給ノズル５１から半導体ウエハ９の上面に、脱離液５０が吐出される。半導体ウエハ９が回転機構２３により回転していることにより、半導体ウエハ９の上面全体に脱離液５０が効率よく供給される。本実施形態では、脱離液５０はオゾン水である。

イオン性界面活性剤Ｓが付着した半導体ウエハ９の表面に脱離液５０が接触することにより、脱離液５０中のオゾンから分離した活性酸素が、イオン性界面活性剤Ｓと化学的に結合し、イオン性界面活性剤Ｓが半導体ウエハ９から脱離する（ステップＳ４）。同時に、イオン性界面活性剤Ｓは、二酸化炭素や水などの物質に分解される。

半導体ウエハ９の上面のイオン性界面活性剤Ｓが脱離されると、基板洗浄装置１は、第４開閉弁５４を閉鎖し、脱離液供給ノズル５１からの脱離液５０の吐出を停止する。脱離液５０の吐出を停止した後、基板洗浄装置１は、回転機構２３の回転数を上昇させて、所定時間、半導体ウエハ９を高速回転させて、スピン乾燥を行う。これにより、半導体ウエハ９上に残存した脱離液５０が、遠心力により除去される。なお、スピン乾燥中、乾燥気体を半導体ウエハ９の表面に供給することにより、乾燥効率を向上させてもよい。

半導体ウエハ９の表面が乾燥した後、基板洗浄装置１は、回転機構２３の動作を停止させ、ベース部２１および半導体ウエハ９の回転を停止する。

最後に、基板洗浄装置１は、チャンバ８の搬入出口を開放し、所定の搬送機構によって、半導体ウエハ９をチャンバ８の外部へ搬出する（ステップＳ５）。

＜３．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。

上記の実施形態では、イオン性界面活性剤はカチオン型界面活性剤であったが、本発明はこれに限られない。イオン性界面活性剤は、水溶液中で親水基が負に帯電するアニオン（陰イオン）型界面活性剤であってもよい。

図７は、上記の基板洗浄装置１を用いた基板洗浄処理において、イオン性界面活性剤Ｓａとしてアニオン型界面活性剤を用いた場合の、分散液の吐出時の様子を、模式的に示した図である。図８は、図７の例において、物理洗浄時の様子を、模式的に示した図である。

図７の例では、分散剤に含まれるイオン性界面活性剤Ｓａは、分子量１０，０００以下のポリカルボン酸系のアニオン型界面活性剤である。分散液３０ａは、イオン性界面活性剤Ｓａを炭酸水に溶解させた水溶液である。このため、分散液３０ａは、酸性であり、ｐＨ５未満となっている。また、イオン性界面活性剤Ｓａの親水基は負に帯電している。

一方、分散液３０ａがｐＨ５未満であるため、分散液３０ａが半導体ウエハ９およびパーティクル９１に接触すると、半導体ウエハ９およびパーティクル９１のゼータ電位は正となり、イオン性界面活性剤Ｓａが半導体ウエハ９およびパーティクル９１に引きつけられる。したがって、イオン性界面活性剤Ｓａが半導体ウエハ９およびパーティクル９１の表面に効率よく付着する。

イオン性界面活性剤Ｓａが半導体ウエハ９およびパーティクル９１の表面に付着することにより、半導体ウエハ９およびパーティクル９１の表面は、それぞれ負に帯電する。半導体ウエハ９とパーティクル９１の双方が同極に帯電すると、半導体ウエハ９とパーティクル９１との間に静電斥力が働く。したがって、パーティクル９１が半導体ウエハ９から剥離する、または、剥離しやすい状態となる。

半導体ウエハ９の上面全体に分散液３０ａが供給され、イオン性界面活性剤Ｓａが半導体ウエハ９およびパーティクルの表面に付着した後、図８に示すように、半導体ウエハ９の上面には洗浄液４０ａが吹き付けられ、物理洗浄される。

図８の例では、物理洗浄に使用される洗浄液４０ａは、ｐＨ７の純水である。このため、半導体ウエハ９およびパーティクル９１の表面に洗浄液４０ａが接触すると、半導体ウエハ９およびパーティクル９１のゼータ電位が負に転じる。これにより、半導体ウエハ９と、パーティクル９１との静電斥力が増す。すなわち、半導体ウエハ９と、パーティクル９１との反発力が増す。なお、洗浄液４０ａとして、純水に代えて、ｐＨ７前後の中性の水溶液を用いてもよい。

このようにすれば、イオン性界面活性剤がアニオン型界面活性剤の場合であっても、半導体ウエハ９とパーティクル９１との間に反発力が生じた状態で物理洗浄を行うことにより、汚染物質の除去力を増加させることができる。すなわち、物理的なダメージを最小限に抑えて半導体ウエハ９上のパターンの損傷を抑制しつつ、確実に汚染物質であるパーティクル９１を除去することができる。

図９は、一変形例に係る基板洗浄装置１ｂの構成を示した縦断面図である。図９の例では、物理洗浄部４ｂは、二流体洗浄装置に代えて、超音波洗浄装置である。物理洗浄部４ｂは、洗浄ノズル４１ｂ、第２配管４２ｂ、洗浄液供給源４４ｂ、第２開閉弁４６ｂ、および超音波振動子４９ｂを有する。

洗浄ノズル４１ｂは、第２配管４２ｂを介して、洗浄液供給源４４ｂと流路接続された、洗浄液供給ノズルである。また、第２配管４２ｂの経路途中には、第２開閉弁４６ｂが介挿されている。また、洗浄ノズル４１ｂには、超音波振動を発生させる超音波振動子４９ｂが組み込まれている。超音波振動子４９ｂを駆動させると、洗浄ノズル４１ｂの内部において、洗浄液に超音波振動が付加される。超音波振動は、例えば、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの低周波振動であっても良く、１ＭＨｚ以上の高周波振動であってもよい。

このため、第２開閉弁４６ｂを開放するとともに、超音波振動子４９ｂを駆動させると、洗浄ノズル４１ｂから半導体ウエハ９ｂの上面に、超音波振動が付加された洗浄液が供給される。半導体ウエハ９ｂの表面に付着したパーティクルは、超音波振動のエネルギーによって、半導体ウエハ９ｂの表面から遊離する。すなわち、物理洗浄部４ｂは、半導体ウエハ９ｂに対して、超音波振動を利用した非接触物理洗浄を行う。

このように、本発明の基板洗浄装置の物理洗浄部は、半導体ウエハに対して非接触物理洗浄を行う装置であれば、二流体洗浄装置、超音波洗浄装置、またはその他の洗浄装置であってもよい。

図１０は、他の変形例に係る基板洗浄装置１ｃの構成を示した縦断面図である。図１０の例では、基板洗浄装置１ｃは、脱離手段として、脱離液供給部に代えて、ＵＶオゾン洗浄部５ｃを備える。

ＵＶオゾン洗浄部５ｃは、半導体ウエハ９ｃの表面に対して、ＵＶオゾン洗浄を行う。ＵＶオゾン洗浄部５ｃは、ＵＶランプ５５ｃ、酸素供給配管５６ｃ、酸素供給源５７ｃ、および酸素供給用開閉弁５８ｃを有する。ＵＶランプ５５ｃは、半導体ウエハ９ｃの上方に配置されている。

酸素供給配管５６ｃは、一端が酸素供給源５７ｃと接続され、他端がチャンバ８ｃ内に配置された酸素供給口５６１ｃとなっている。また、酸素供給配管５６ｃの経路途中には、酸素供給用開閉弁５８ｃが介挿されている。このため、酸素供給用開閉弁５８ｃが開放されると、酸素供給口５６１ｃからチャンバ８ｃ内へ酸素が供給される。チャンバ８ｃ内へ供給された酸素は、紫外線が照射されると、オゾンを生成する。なお、チャンバ８ｃ内の酸素濃度がＵＶオゾン洗浄を行うのに充分である場合、酸素供給配管５６ｃ、酸素供給源５７ｃ、および酸素供給用開閉弁５８ｃを省略してもよい。

ＵＶランプ５５ｃが半導体ウエハ９ｃの表面に紫外線光を照射すると、半導体ウエハ９ｃの表面に付着したイオン性界面活性剤が分解され、半導体ウエハ９ｃの表面からイオン性界面活性剤が脱離する。また、同時に、紫外線により発生したオゾンから分離した活性酸素が、イオン性界面活性剤と化学的に結合し、二酸化炭素や水などの揮発性物質に分解する。このように、脱離手段がＵＶオゾン洗浄部であっても、半導体ウエハに付着したイオン性界面活性剤を除去できる。

図１１は、他の変形例に係る基板洗浄装置１ｄの構成を示した縦断面図である。図１１の例では、基板洗浄装置１ｄは、脱離手段として、脱離液供給部に代えて、加熱機構７ｄおよび減圧機構７０ｄを有する。

加熱機構７ｄは、加熱用ノズル７１ｄ、加熱用気体供給配管７２ｄ、加熱用気体供給源７３ｄ、ヒータ７４ｄ、および加熱用開閉弁７５ｄを有する。加熱用ノズル７１ｄは、半導体ウエハ９ｄの上面に、加熱された加熱用気体を吐出するためのノズルである。加熱用ノズル７１ｄは、加熱用気体供給配管７２ｄを介して、加熱用気体供給源７３ｄと流路接続されている。また、加熱用気体供給管７２ｄの経路途中には、ヒータ７４ｄおよび加熱用開閉弁７５ｄが介挿されている。加熱用気体には、例えば、窒素ガスなどの不活性ガスが用いられる。

減圧機構７０ｄは、チャンバ８ｄ内の雰囲気を外部へ排出し、チャンバ８ｄ内を減圧する。減圧機構７０ｄは、排気管７６ｄおよび減圧ポンプ７７ｄを有する。排気管７６ｄは、一端がチャンバ８ｄの内部空間に接続され、他端に排気口７６１ｄを有する。排気管７６ｄの経路途中には、減圧ポンプ７７ｄが接続されている。減圧ポンプ７７ｄを駆動させると、チャンバ８ｄの内部の雰囲気が排気管７６ｄを介して排気口７６１ｄから排出される。これにより、チャンバ８ｄ内の雰囲気が減圧される。

チャンバ８ｄ内を減圧しつつ、加熱用開閉弁７５ｄを開放すると、加熱用気体供給源７３ｄから加熱用気体供給管７２ｄを通って、加熱用ノズル７１ｄに、ヒータ７４ｄにて加熱された加熱用気体が供給される。そして、加熱用ノズル７１ｄから半導体ウエハ９ｄの上面に、加熱された加熱用気体が吐出される。これにより、半導体ウエハ９ｄの上面が加熱される。このとき、加熱用ノズル７１ｄから吐出される加熱用気体は、４００℃以上であることが望ましい。

固体表面に付着している物質は、固体表面の温度を上げるに従い、付着力の弱いものから順次脱離する性質がある。このため、半導体ウエハ９ｄの上面が加熱されると、半導体ウエハ９ｄに付着したイオン性界面活性剤が、脱離する。半導体ウエハ９ｄの表面から脱離し、チャンバ８ｄ内の雰囲気中に浮遊したイオン性界面活性剤は、チャンバ８ｄ内の雰囲気とともに、排気口７６１ｄから排出される。チャンバ８ｄ内を減圧しつつイオン性界面活性剤を脱離させることにより、脱離したイオン性界面活性剤が再付着されることが、抑制されている。このように、脱離手段が加熱機構および減圧機構であっても、半導体ウエハに付着したイオン性界面活性剤を除去できる。

図１０の例や図１１の例のように、本発明の基板洗浄装置は、脱離液供給部に代えて、半導体ウエハに付着したイオン性界面活性剤を脱離させる構成であれば、ＵＶオゾン洗浄部や、加熱機構や、その他の構成を有していてもよい。

また、本発明は、洗浄対象たる基板が、ＳｉＯ_２の表面を有する半導体ウエハに限られない。上記の実施形態では、半導体ウエハの表面がＳｉＯ_２であったため、イオン性界面活性剤がカチオン型の場合は、分散液にｐＨが５より大きい水溶液、洗浄液にｐＨ５以下の水溶液を使用している。また、イオン性界面活性剤がアニオン型の場合は、分散液にｐＨ５未満の水溶液、洗浄液にｐＨ５より大きい純水または水溶液を使用している。これは、ＳｉＯ_２のゼータ電位がｐＨ５付近で正負反転するためである。分散液および洗浄液は、洗浄対象たる基板のゼータ電位のｐＨ依存性を考慮して選択する。

また、上記の実施形態または変形例では、高分子供給源３３、洗浄液供給源４４，４４ｂ、気体供給源４５、脱離液供給源５３、および酸素供給源５７ｃが、基板洗浄装置の一部であったが、これらの供給源には、工場内のユーティリティ設備を利用してもよい。

また、上記の実施形態や変形例の基板洗浄装置は、単一のチャンバ内において半導体ウエハの洗浄処理を行っていたが、本発明の基板洗浄装置は、このようなチャンバを複数備え、複数枚の半導体ウエハを、複数のチャンバにおいて並列に処理できるものであってもよい。

また、上記の基板洗浄装置は、半導体ウエハの製造工程に用いられるものであったが、本発明の基板洗浄装置および基板洗浄方法は、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、処理対象とするものであってもよい。

また、基板洗浄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。

１，１ｂ，１ｃ 基板洗浄装置
２ 保持部
３ 高分子供給部
４，４ｂ 物理洗浄部
５ 脱離液供給部
５ｃ オゾン洗浄部
６ 排液捕集部
７ｄ 加熱機構
８，８ｃ，８ｄ チャンバ
９，９ｂ，９ｃ，９ｄ 半導体ウエハ
１０ 制御部
３０，３０ａ 分散液
３１ 高分子供給ノズル
４０，４０ａ 洗浄液
４１，４１ｂ 洗浄ノズル
４４，４４ｂ 洗浄液供給源
４５ 気体供給源
４８ ノズル移動機構
４９ｂ 超音波振動子
５０ 脱離液
５１ 脱離液供給ノズル
５５ｃ ＵＶランプ
５７ｃ 酸素供給源
７０ｄ 減圧機構
７１ｄ 加熱用ノズル
７３ｄ 加熱用気体供給源
７４ｄ ヒータ
９１ パーティクル
５６１ｃ 酸素供給口
Ｓ，Ｓａ イオン性界面活性剤

Claims (22)

1. 基板に付着した汚染物質を除去するための基板洗浄装置において、
   基板および汚染物質に付着させる、極性を持つ高分子を供給する、高分子供給部と、
   前記高分子が付着した前記基板に対して非接触物理洗浄を行う、物理洗浄部と、
   を備える基板洗浄装置。
2. 請求項１に記載の基板洗浄装置において、
   前記高分子は、イオン性界面活性剤である基板洗浄装置。
3. 請求項２に記載の基板洗浄装置において、
   前記イオン性界面活性剤は、分子量１０，０００以下である基板洗浄装置。
4. 請求項３に記載の基板洗浄装置において、
   前記イオン性界面活性剤は、分子量１，２００以下である基板洗浄装置。
5. 請求項２から請求項４までのいずれかに記載の基板洗浄装置において、
   前記イオン性界面活性剤は、
   ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）系、
   ウレタン系、
   ポリカルボン酸系、
   アクリル樹脂系、
   チオール系、
   あるいは、
   シラン系、
   のいずれかの界面活性剤からなる基板洗浄装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれかに記載の基板洗浄装置において、
   前記高分子が付着した前記基板と、前記高分子が付着した前記汚染物質とは、純水または水溶液中において反発力を有する、基板洗浄装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれかに記載の基板洗浄装置において、
   前記物理洗浄部は、
   微粒化した洗浄液を前記基板の表面に噴射する、二流体ノズルと、
   前記二流体ノズルを前記基板の表面に沿って走査させるノズル移動機構と、
   を有する基板洗浄装置。
8. 請求項１から請求項６までのいずれかに記載の基板洗浄装置において、
   前記物理洗浄部は、
   前記基板の表面に洗浄液を供給する、洗浄液供給ノズルと、
   前記基板の表面に供給される洗浄液に超音波振動を付加する、超音波発生部と、
   を有する基板洗浄装置。
9. 請求項１から請求項８までのいずれかに記載の基板洗浄装置において、
   前記高分子を前記基板から脱離させる脱離手段
   をさらに備える基板洗浄装置。
10. 請求項９に記載の基板洗浄装置において、
    前記脱離手段は、脱離液を供給する、脱離液供給部である基板洗浄装置。
11. 請求項１０に記載の基板洗浄装置において、
    前記脱離液は、オゾンを溶解した溶液である基板洗浄装置。
12. 請求項９に記載の基板洗浄装置において、
    前記脱離手段は、ＵＶオゾン洗浄部である基板洗浄装置。
13. 請求項９に記載の基板洗浄装置において、
    前記脱離手段は、前記基板の表面を加熱する加熱機構を有する基板洗浄装置。
14. 請求項１３に記載の基板洗浄装置において、
    前記加熱機構は、前記基板の表面を４００℃以上に加熱する基板洗浄装置。
15. 請求項１３または請求項１４に記載の基板洗浄装置において、
    前記脱離手段は、前記基板を内部に収容するチャンバ内を減圧する減圧機構をさらに有する基板洗浄装置。
16. 基板に付着した汚染物質を除去するための基板洗浄方法において、
    ａ）汚染物質が付着した基板に対し、極性を持つ高分子を供給する、高分子供給工程と、
    ｂ）前記工程ａ）の後で、前記高分子が付着した前記基板に対して非接触物理洗浄を行う、物理洗浄工程と、
    を備える基板洗浄方法。
17. 請求項１６に記載の基板洗浄方法において、
    前記工程ａ）において供給される前記高分子は、イオン性界面活性剤である基板洗浄方法。
18. 請求項１７に記載の基板洗浄方法において、
    前記イオン性界面活性剤は、分子量１０，０００以下である基板洗浄方法。
19. 請求項１８に記載の基板洗浄方法において、
    前記イオン性界面活性剤は、分子量１，２００以下である基板洗浄方法。
20. 請求項１７から請求項１９までのいずれかに記載の基板洗浄方法において、
    前記イオン性界面活性剤は、水溶液中で親水基が正に帯電するカチオン型界面活性剤であり、
    前記工程ａ）において、中性の前記高分子の水溶液を前記基板に供給し、
    かつ、
    前記工程ｂ）において、前記基板表面に酸性の水溶液を接触させつつ、非接触物理洗浄を行う、基板洗浄方法。
21. 請求項１７から請求項１９までのいずれかに記載の基板洗浄方法において、
    前記イオン性界面活性剤は、水溶液中で親水基が負に帯電するアニオン型界面活性剤であり、
    前記工程ａ）において、酸性の前記高分子の水溶液を前記基板に供給し、
    かつ、
    前記工程ｂ）において、前記基板表面に中性の水溶液または純水を接触させつつ、非接触物理洗浄を行う、基板洗浄方法。
22. 請求項１６から請求項２１までのいずれかに記載の基板洗浄方法において、
    ｃ）前記工程ｂ）の後で、前記高分子を前記基板から脱離させる、脱離処理工程
    をさらに備える基板洗浄方法。

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