特許 6775638 基板洗浄装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6775638

(24)【登録日】2020年10月8日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】基板洗浄装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20201019BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 643C

   H01L21/304 643A

【請求項の数】9

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2019-108364(P2019-108364)

(22)【出願日】2019年6月11日

(62)【分割の表示】特願2015-218517(P2015-218517)の分割

【原出願日】2015年11月6日

(65)【公開番号】特開2019-169731(P2019-169731A)

(43)【公開日】2019年10月3日

【審査請求日】2019年6月11日

(31)【優先権主張番号】特願2014-229313(P2014-229313)

(32)【優先日】2014年11月11日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】230104019

【弁護士】

【氏名又は名称】大野 聖二

(74)【代理人】

【識別番号】230112025

【弁護士】

【氏名又は名称】小林 英了

(74)【代理人】

【識別番号】230117802

【弁護士】

【氏名又は名称】大野 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100106840

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 耕司

(74)【代理人】

【識別番号】100131451

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 理

(74)【代理人】

【識別番号】100167933

【弁理士】

【氏名又は名称】松野 知紘

(74)【代理人】

【識別番号】100174137

【弁理士】

【氏名又は名称】酒谷 誠一

(74)【代理人】

【識別番号】100184181

【弁理士】

【氏名又は名称】野本 裕史

(72)【発明者】

【氏名】深谷 孝一

(72)【発明者】

【氏名】前田 幸次

(72)【発明者】

【氏名】石橋 知淳

(72)【発明者】

【氏名】中野 央二郎

【審査官】 小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１３０８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２０６９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３８０８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１１７７９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６

Ｂ０８Ｂ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を保持する基板保持機構と、
前記基板保持機構に保持された前記基板を回転させる基板回転機構と、
前記基板の外周位置に設けられ、前記基板の表面に向けてキャリアガスと液滴を含む２流体ジェットを噴出させる２流体ノズルと、
前記２流体ノズルの近傍に設けられる排気機構と、
前記基板の表面に接触し、前記基板の中心と前記基板の周縁との間を揺動可能であるペンシル型洗浄具と、
を備え、
前記２流体ノズルは、前記ペンシル型洗浄具の揺動可能な範囲と重複しない位置に設けられるとともに、前記基板の回転方向の上流側に向けて前記２流体ジェットを噴出するように、所定角度で傾けて設けられ、
前記排気機構は、前記２流体ノズルから前記基板に供給された液滴を前記キャリアガスを含む気体とともに排出する、基板洗浄装置。

【請求項2】

基板を保持する基板保持機構と、
前記基板保持機構に保持された前記基板を回転させる基板回転機構と、
前記基板の外周位置に設けられ、前記基板の表面に向けてキャリアガスと液滴を含む２流体ジェットを噴出させる２流体ノズルと、
前記２流体ノズルの近傍に設けられる排気機構と、
前記基板の表面に接触し、前記基板の中心と前記基板の周縁との間を揺動可能であるペンシル型洗浄具と、
を備え、
前記２流体ノズルは、前記ペンシル型洗浄具の揺動可能な範囲と重複しない位置に設けられるとともに、平面視で、前記基板の回転方向の上流側に向けて、前記基板の回転方向とのなす角が０°〜９０°の範囲で設けられ、
前記排気機構は、前記２流体ノズルから前記基板に供給された液滴を前記キャリアガスを含む気体とともに排出する、基板洗浄装置。

【請求項3】

前記２流体ノズルは、側面視で、前記基板の回転方向の上流側に向けて、前記基板の回転方向とのなす角が４５°〜９０°の範囲で傾けて設けられている、請求項１に記載の基板洗浄装置。

【請求項4】

前記基板の表面を揺動して洗浄する揺動洗浄機構と、
前記揺動洗浄機構から供給された洗浄液を気体とともに排出する排出孔と、
を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。

【請求項5】

基板を保持することと、
保持された前記基板を回転させることと、
ペンシル型洗浄具を、前記基板の表面に接触させて、前記基板の中心と前記基板の周縁との間で揺動させることと、
キャリアガスと液滴を含む２流体ジェットを、前記ペンシル型洗浄具の揺動可能な範囲と重複しない前記基板の外周位置に設けられるとともに、前記基板の回転方向の上流側に向けて前記２流体ジェットを噴出するように、所定角度で傾けて設けられた２流体ノズルから前記回転する基板の表面に向けて噴出させることと、
前記２流体ノズルから前記基板に供給された液滴を、前記キャリアガスを含む気体とともに前記２流体ノズルの近傍に設けられた排気機構から排気することと、
を含む、基板処理方法。

【請求項6】

基板を保持することと、
保持された前記基板を回転させることと、
ペンシル型洗浄具を、前記基板の表面に接触させて、前記基板の中心と前記基板の周縁との間で揺動させることと、
キャリアガスと液滴を含む２流体ジェットを、前記ペンシル型洗浄具の揺動可能な範囲と重複しない前記基板の外周位置に設けられるとともに、平面視で、前記基板の回転方向の上流側に向けて、前記基板の回転方向とのなす角が０°〜９０°の範囲で設けられた２流体ノズルから前記回転する基板の表面に向けて噴出させることと、
前記２流体ノズルから前記基板に供給された液滴を、前記キャリアガスを含む気体とともに前記２流体ノズルの近傍に設けられた排気機構から排気することと、
を含む、基板処理方法。

【請求項7】

基板を保持する基板保持機構と、
前記基板保持機構に保持された前記基板を回転させる基板回転機構と、
前記基板の表面に接触可能なペンシル型洗浄具と、
前記基板の表面に向けて、洗浄液供給ラインから供給された洗浄液を含む液滴とキャリアガス供給ラインから供給されたキャリアガスを含む２流体ジェットを噴出させる２流体ノズルと、
前記基板の周囲に配置されるカバーと、
前記カバーを回転させるカバー回転機構と、
前記２流体ノズルから前記基板に供給された液滴を、前記キャリアガスを含む気体とともに排出する排出孔と、
前記基板の中心と前記基板の周縁との間を揺動可能であり、前記ペンシル型洗浄具と前記２流体ノズルが設けられた揺動アームと、
前記ペンシル型洗浄具と前記２流体ノズルと前記カバー回転機構と前記揺動アームを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記基板の表面に前記ペンシル型洗浄具を接触させながら、前記揺動アームを揺動させて前記基板の表面を洗浄するペンシル洗浄工程と、
前記ペンシル洗浄工程に引き続き、前記カバー回転機構により前記基板と同一の角速度で前記カバーを回転させながら、前記２流体ノズルから２流体ジェットを噴射しつつ前記揺動アームを揺動させて前記基板の表面を洗浄する２流体ジェット洗浄工程と、
を実行するための制御を行う、基板洗浄装置。

【請求項8】

前記ペンシル洗浄工程は、前記ペンシル型洗浄具を前記基板の表面に接触させながら、前記揺動アームを前記基板の中心と前記基板の周縁との間で揺動させる工程を、複数回繰り返す、請求項７に記載の基板洗浄装置。

【請求項9】

前記２流体ジェット洗浄工程は、前記２流体ノズルから２流体ジェットを噴射しつつ前記揺動アームを前記基板の中心と前記基板の周縁との間で揺動させる工程を、複数回繰り返す、請求項７または８に記載の基板洗浄装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２流体ジェットを用いて基板表面を洗浄する基板洗浄装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、基板表面を非接触で洗浄する洗浄方法として、２流体ジェット（２ＦＪ）を使用した洗浄方法が知られている。この洗浄方法では、高速気体に乗せた微小な液滴（ミスト）を２流体ノズルから基板表面に向けて噴出させて衝突させ、この液滴の基板表面への衝突で発生した衝撃波を利用して基板表面のパーティクル等を除去（洗浄）する（例えば特許文献１参照）。

【0003】

ところが２流体洗浄では、２流体ジェットを基板の表面に衝突させて基板の表面の微少パーティクルを除去するときに、回転する基板の遠心力や２流体洗浄のサイドジェットにより基板表面の液滴が周囲に飛散する。飛散した液滴が洗浄モジュールの外壁に付着すると、洗浄モジュール内の汚染や基板への再付着につながるおそれがある。そこで、従来の装置では、液滴の飛散を抑制するために、回転する基板の周囲にカバーを設置し、外壁に向けて飛散する液滴をカバーで受け止め、カバーの下部から装置外部へ排出し、基板への再付着を防止して、ディフェクト（Defect）を抑制していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−２９４８１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の装置では、基板の周囲に設置されるカバーが固定されていた。２流体洗浄では、２流体ノズルから噴出させる液滴の速度（流速）が高速であり、サイドジェットの速度（径方向の液滴の飛散速度）も高速である（図７参照）。例えば、一般的な２流体洗浄では、２流体ノズルから噴出させる液滴の速度Ｖｏは、２５０〜３５０ｍ／秒であり、サイドジェットの速度Ｖｆ（径方向の液滴の飛散速度）は、３００〜４００ｍ／秒である。さらに、高速２流体洗浄あるいは超高速２流体洗浄では、２流体ノズルから噴出させる液滴の速度Ｖｏは、３５０〜４００ｍ／秒であり、サイドジェットの速度Ｖｆ（径方向の液滴の飛散速度）は、７００〜１２００ｍ／秒である。

【0006】

このように２流体洗浄では、サイドジェットの速度（径方向の液滴の飛散速度）が非常に高くなり、カバーに衝突した液滴が跳ね返って基板表面に再付着するおそれがある。特に、高速２流体洗浄あるいは超高速２流体洗浄では、基板表面に再付着するおそれが高くなる。

【0007】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、２流体洗浄を行うときに、カバーからの液滴の跳ね返りを抑え、液滴が基板の表面に再付着するのを防ぐことのできる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】

【0008】

本発明の基板洗浄装置は、基板を保持する基板保持機構と、基板保持機構に保持された基板を回転させる基板回転機構と、基板の表面に向けて２流体ジェットを噴出させる２流体ノズルと、基板の周囲に配置されるカバーと、カバーを回転させるカバー回転機構と、を備え、カバー回転機構は、基板と同一の回転方向にカバーを回転させる。

【0009】

この構成によれば、２流体洗浄の際に、基板の回転により発生する遠心力や２流体洗浄で発生するサイドジェットにより基板の表面の液滴が飛散してカバーに衝突しても、カバーが基板と同一の回転方向に回転しているので、カバーが回転していない場合に比べて液滴の衝突速度を低減させることができる。これにより、カバーからの液滴の跳ね返りを抑えることができ、液滴が基板の表面に再付着するのを防ぐことができる。

【0010】

また、本発明の基板洗浄装置は、基板を保持する基板保持機構と、基板保持機構に保持された基板を回転させる基板回転機構と、基板の表面を揺動して洗浄する揺動洗浄機構と、基板の周囲に配置されるカバーと、カバーを回転させるカバー回転機構と、を備え、カバー回転機構は、基板と同一の回転方向にカバーを回転させる。

【0011】

この構成によれば、揺動洗浄の際に供給される大流量のリンス水が基板の回転により発生する遠心力により基板の表面から液滴となって飛散してカバーに衝突しても、カバーが基板と同一の回転方向に回転しているので、カバーが回転していない場合に比べて液滴の衝突速度を低減させることができる。これにより、カバーからの液滴の跳ね返りを抑えることができ、液滴が基板の表面に再付着するのを防ぐことができる。

【0012】

また、本発明の基板洗浄装置は、基板を保持する基板保持機構と、基板保持機構に保持された基板を回転させる基板回転機構と、基板の表面を超音波を用いて洗浄する超音波洗浄機構と、基板の周囲に配置されるカバーと、カバーを回転させるカバー回転機構と、を備え、カバー回転機構は、基板と同一の回転方向にカバーを回転させる。

【0013】

この構成によれば、超音波洗浄の際に供給される大流量のリンス水が基板の回転により発生する遠心力により基板の表面から液滴となって飛散してカバーに衝突しても、カバーが基板と同一の回転方向に回転しているので、カバーが回転していない場合に比べて液滴の衝突速度を低減させることができる。これにより、カバーからの液滴の跳ね返りを抑えることができ、液滴が基板の表面に再付着するのを防ぐことができる。

【0014】

また、本発明の基板洗浄装置では、カバー回転機構は、基板と同一の角速度でカバーを回転させてもよい。

【0015】

この構成によれば、カバーが基板と同一の角速度で回転しているので、カバーが基板と異なる角速度で回転している場合（例えば、カバーが回転していない場合）に比べて液滴の衝突速度を低減させることができる。

【0016】

また、本発明の基板洗浄装置では、基板の外端とカバーの先端との径方向の距離Ａは、２ｍｍ〜８０ｍｍの範囲に設定され、基板とカバーの先端との高さ方向の距離Ｂは、３ｍｍ〜５０ｍｍの範囲に設定され、基板の外端とカバーの内周面との径方向の距離Ｃは、２ｍｍ〜８０ｍｍの範囲に設定されてもよい。

【0017】

この構成によれば、基板に対してカバーが適切な位置に配置されるため、カバーからの液滴の跳ね返りを抑えることができ、液滴が基板の表面に再付着するのを防ぐことができる。

【0018】

また、本発明の基板洗浄装置では、基板の外端とカバーの先端との径方向の距離Ａは、２ｍｍに設定され、基板とカバーの先端との高さ方向の距離Ｂは、１５ｍｍに設定され、基板の外端とカバーの内周面との径方向の距離Ｃは、１９ｍｍに設定されてもよい。

【0019】

この構成によれば、基板に対してカバーが最適な位置に配置されるため、カバーからの
液滴の跳ね返りを抑えることができ、液滴が基板の表面に再付着するのを防ぐことができる。

【0020】

また、本発明の基板洗浄装置では、２流体ノズルは、基板の回転方向の上流側に向けて２流体ジェットを噴出するように、所定角度で傾けて設けられてもよい。

【0021】

この構成によれば、２流体ノズルから基板の回転方向の上流側に向けて（基板の回転に抗して）２流体ジェットが噴出されるので、回転する基板に対する２流体ジェットの相対速度が上昇し、洗浄性能を向上させることができる。

【0022】

また、本発明の基板洗浄装置は、基板洗浄装置を収容するケーシングと、ケーシングの壁面に設けられ、ケーシング内に気体を流入させる一対の気体流入口と、ケーシングの下部に設けられ、ケーシング内の気体を排出する気体排出口と、を備え、一対の気体流入口は、ケーシングの対向する壁面に設けられ、基板より高い位置に配置されてもよい。

【0023】

この構成によれば、ケーシングの対向する壁面に設けられた一対の気体流入口からケーシング内に気体が流入する。一対の気体流入口は基板より高い位置に配置されているので、一対の気体流入口から流入した気体は、ケーシング内の中央部において基板の上方でぶつかって、下降気流が形成され、ケーシングの下部の気体排出口から排出される。このとき。ケーシング内の液滴やミストも、下降気流にのってケーシングの下部の気体排出口から排出される。これにより、ケーシング内に液滴やミストが蔓延するのを抑制することができ、液滴やミストの再付着によるディフェクト（Defect）を抑制することができる。

【0024】

また、本発明の基板洗浄装置は、基板洗浄装置の上流側および下流側には、それぞれ基板搬送エリアが隣接して設けられており、気体流入口は、基板搬送エリアの送風ユニットから送風される気体をケーシング内に導入してもよい。

【0025】

この構成によれば、基板洗浄装置に隣接する基板搬送エリアの送風ユニットを利用して、ケーシング内に液滴やミストが蔓延するのを抑制することができる。

【0026】

また、本発明の基板洗浄装置は、気体流入口には、ケーシング内に気体を供給するための気体供給ラインが接続されてもよい。

【0027】

この構成によれば、気体供給ラインから供給される気体により、ケーシング内に液滴やミストが蔓延するのを抑制することができる。したがって、例えば基板洗浄装置に隣接する基板搬送エリアの送風ユニットを利用できない場合であっても、ケーシング内に液滴やミストが蔓延するのを抑制することができる。

【0028】

また、本発明の基板洗浄装置は、２流体ノズルは、導電性部材で構成されてもよい。

【0029】

この構成によれば、２流体ノズルの先端部が、導電性部材で構成されるので、２流体ノズルから噴出される液滴の帯電量を抑えることができる。これにより、２流体洗浄による基板表面の帯電量を抑制でき、帯電したパーティクルが基板に付着することによるディフェクト（Defect）を抑制することができる。

【0030】

また、本発明の基板洗浄装置は、導電性を有する薬液を基板に供給する薬液供給ノズルを備えてもよい。

【0031】

この構成によれば、薬液供給ノズルから導電性を有する薬液が供給されるので、基板表面の帯電量を抑えることができる。これにより、２流体洗浄による基板表面の帯電量を抑
制でき、帯電したパーティクルが基板に付着することによるディフェクト（Defect）を抑制することができる。

【発明の効果】

【0032】

本発明によれば、２流体洗浄を行うときに、カバーからの液滴の跳ね返りを抑え、液滴が基板の表面に再付着するのを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）を備えた基板処理装置の全体構成を示す平面図である。

【図2】本発明の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す斜視図である。

【図3】本発明の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す平面図である。

【図4】本発明の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す側面図である。

【図5】本発明の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の要部を示す説明図である。

【図6】本発明の実施の形態の基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）における２流体洗浄の液滴の衝突速度の説明図である。

【図7】２流体洗浄のサイドジェットの速度の説明図である。

【図8】他の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す斜視図である。

【図9】他の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す斜視図である。

【図10】他の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す斜視図である。

【図11】他の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成を示す斜視図である。

【図12】他の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の要部を示す平面図である。

【図13】他の実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の要部を示す側面図である。

【図14】気流改善機能を備えた基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の要部を示す側面図である。

【図15】気流改善機能を備えた基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の要部を示す側面図である。

【図16】気流改善機能を備えた基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の他の例の要部を示す側面図である。

【図17】気流改善機能を備えた基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の他の例の要部を示す側面図である。

【図18】帯電抑制機能を備えた基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の要部を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、本発明の実施の形態の基板洗浄装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、半導体ウェハの洗浄等に用いられる基板洗浄装置の場合を例示する。

【0035】

図１は、本実施の形態の基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）を備えた基板処理装置の全体構成を示す平面図である。図１に示すように、基板処理装置は、略矩形状のハウジング
１０と、多数の半導体ウェハ等の基板をストックする基板カセットが載置されるロードポート１２を備えている。ロードポート１２は、ハウジング１０に隣接して配置されている。ロードポート１２には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができる
。ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。

【0036】

ハウジング１０の内部には、複数（図１の例では４つ）の研磨ユニット１４ａ〜１４ｄと、研磨後の基板を洗浄する第１洗浄ユニット１６及び第２洗浄ユニット１８と、洗浄後の基板を乾燥させる乾燥ユニット２０が収容されている。研磨ユニット１４ａ〜１４ｄは、基板処理装置の長手方向に沿って配列され、洗浄ユニット１６，１８及び乾燥ユニット２０も基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。本発明の基板洗浄装置は、第２洗浄ユニット１８に適用されている。

【0037】

図１に示すように、ロートポート１２、該ロートポート１２側に位置する研磨ユニット１４ａ及び乾燥ユニット２０に囲まれた領域には、第１基板搬送ロボット２２が配置されている。また、研磨ユニット１４ａ〜１４ｄと平行に、基板搬送ユニット２４が配置されている。第１基板搬送ロボット２２は、研磨前の基板をロートポート１２から受け取って基板搬送ユニット２４に受け渡すとともに、乾燥後の基板を乾燥ユニット２０から受け取ってロートポート１２に戻す。基板搬送ユニット２４は、第１基板搬送ロボット２２から受け取った基板を搬送して、各研磨ユニット１４ａ〜１４ｄとの間で基板の受け渡しを行う。

【0038】

第１洗浄ユニット１６と第２洗浄ユニット１８の間には、これらの各ユニット１６，１８との間で基板の受け渡しを行う第２基板搬送ロボット２６が配置されている。また、第２洗浄ユニット１８と乾燥ユニット２０との間には、これらの各ユニット１８，２０との間で基板の受け渡しを行う第３基板搬送ロボット２８が配置されている。

【0039】

更に、ハウジング１０の内部には、基板処理装置の各機器の動きを制御する制御部３０が配置されている。この制御部３０は、第２洗浄ユニット（基板洗浄装置）１８の動きを制御する機能も備えている。

【0040】

本実施の形態では、第１洗浄ユニット１６として、洗浄液の存在下で、基板の表裏両面にロール状に延びるロール洗浄部材を擦り付けて基板を洗浄するロール洗浄ユニットが使用されている。この第１洗浄ユニット（ロール洗浄ユニット）１６は、洗浄液に１ＭＨｚ付近の超音波を加え、洗浄液の振動加速度による作用力を基板表面に付着した微粒子に作用させるメガソニック洗浄を併用するように構成されている。

【0041】

また、第２洗浄ユニット１８として、本発明の基板洗浄装置が使用されている。また、乾燥ユニット２０として、基板を保持し、移動するノズルからＩＰＡ蒸気を噴出して基板を乾燥させ、更に高速で回転させ遠心力によって基板を乾燥させるスピン乾燥ユニットが使用されている。なお、洗浄部は、洗浄ユニット１６，１８を上下２段に配置した上下２段構造としてもよい。この場合、洗浄部は、上下２段の基板処理ユニットを有する。

【0042】

図２は、本実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の斜視図であり、図３は、本実施の形態における基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の平面図である。

【0043】

図２及び図３に示すように、本実施の形態の基板洗浄装置（第２洗浄ユニット）１８は、基板Ｗの周囲を囲繞する洗浄槽４０と、この処理槽４０の側方に立設した回転自在な支持軸４２と、この支持軸４２の上端に基部を連結した水平方向に延びる揺動アーム４４を
備えている。洗浄槽４０において、基板Ｗは、チャック等で保持され、チャック等の回転により回転するように構成されている。揺動アーム４４の自由端（先端）には、流体ノズル（２流体ノズル）４６が上下動自在に取り付けられている。

【0044】

流体ノズル４６には、Ｎ₂ガス等のキャリアガスを供給するキャリアガス供給ライン５
０と、純水またはＣＯ₂ガス溶解水等の洗浄液を供給する洗浄液供給ライン５２が接続さ
れており、流体ノズル４６の内部に供給されたＮ₂ガス等のキャリアガスと純水またはＣ
Ｏ₂ガス溶解水等の洗浄液を流体ノズル４６から高速で噴出させることで、キャリアガス
中に洗浄液が微小液滴（ミスト）として存在する２流体ジェット流が生成される。この流体ノズル４６で生成される２流体ジェット流を回転中の基板Ｗの表面に向けて噴出させて衝突させることで、微小液滴の基板表面への衝突で発生した衝撃波を利用した基板表面のパーティクル等を除去（洗浄）を行うことができる。

【0045】

支持軸４２は、支持軸４２を回転させることで該支持軸４２を中心に揺動アーム４４を揺動させる駆動機構としてのモータ５４に連結されている。

【0046】

この例では、揺動アーム４４の先端に、例えばＰＶＡスポンジから成るペンシル型洗浄具６０が上下動自在かつ回転自在に取り付けられている。更に、洗浄槽４０の側上方に位置して、チャック等で保持されて回転中の基板Ｗの表面に、リンス液を供給するリンス液供給ノズル６２と、薬液を供給する薬液供給ノズル６４が配置されている。ペンシル型洗浄具６０の下端を、回転中の基板Ｗの表面に所定の押圧力で接触させながら、揺動アーム４４の揺動によってペンシル型洗浄具６０を移動させ、同時に、基板Ｗの表面にリンス液または薬液を供給することで、基板Ｗの表面の接触洗浄が行われるようになっている。なお、上記基板Ｗの表面の接触洗浄は、必要に応じて行われる処理であり、必ずしも必要ではない。

【0047】

図３に示すように、流体ノズル４６は、揺動アーム４４の揺動に伴って、オフセット位置Ａから、基板Ｗの中心Ｏの上方位置及び該中心Ｏから所定間隔離間した変位点Ｂの上方位置を通って、基板Ｗの外周部外方の洗浄終了位置Ｃに、円弧状の移動軌跡に沿って移動することで、基板Ｗの表面の洗浄を行う。この洗浄時に、回転中の基板Ｗの表面に向けて、キャリアガス中に洗浄液が微小液滴（ミスト）として存在する２流体ジェット流を流体ノズル４６から噴出させる。なお、図３は、流体ノズル４６が変位点Ｂの上方位置に位置している状態を示している。

【0048】

ここで、基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の構成について、図面を参照しながら、より詳細に説明する。図４は、基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の側面図である。

【0049】

図４に示すように、基板洗浄装置は、基板Ｗを水平に保持する基板保持機構１と、基板保持機構１を介して基板Ｗをその中心軸周りに回転させるモータ（回転機構）２と、基板Ｗの周囲に配置される回転カバー３を備えている。

【0050】

基板保持機構１は、基板Ｗの周縁部を把持する複数のチャック７０と、これらチャック７０が固定される円形の台座７１と、この台座７１を支持するステージ７２と、このステージ７２を支持する中空状の支持軸７３を有している。この場合、台座７１、ステージ７２、支持軸７３は、同軸上に配置されている。回転カバー３は、ステージ７２の端部に固定され、ステージ７２と回転カバーも同軸上に配置されている。また、チャック７０に保持された基板Ｗと回転カバー３とは同軸上に位置している。

【0051】

支持軸７３の外周面にはモータ２が連結されている。モータ２のトルクは、支持軸７３に伝達され、これによりチャック７０に保持された基板Ｗが回転する。この場合、基板Ｗ
と回転カバーが一体に回転し、両者の相対速度は０となる。なお、基板Ｗと回転カバー３との間に若干の速度差があってもよい。

【0052】

このように、基板Ｗと回転カバー３を、同一の回転機構（モータ２）により回転させることができる。この場合、基板Ｗと回転カバー３を、同一の速度で回転させることができる。基板Ｗと回転カバー３とを同一の速度で回転させるとは、基板Ｗと回転カバー３とを同一の方向に同一の角速度で回転させることをいい、互いに逆方向に回転させることを含まない。この回転機構（モータ２）が、本発明の基板回転機構およびカバー回転機構に相当する。なお、基板Ｗと回転カバー３は、それぞれ別々の回転機構により回転させてもよい。

【0053】

また、図４に示すように、ステージ７２には、複数の排出孔７４が形成されている。排出孔７４は、例えば、回転カバー３の周方向に延びる長孔である。流体ノズル４６から供給された洗浄液は、キャリアガスや周囲雰囲気（通常は空気）とともにこの排出孔７４を通じて排出される。本実施の形態では、排気量が１〜３ｍ³／分の範囲で制御されている
。そして、給気量を排気量より低く制御することにより、基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）内の雰囲気を適切に排気される。これにより、液滴を気流に乗せて適切に排出することができ、液滴が基板上に飛散するのを抑制することができる。さらに、回転カバー３の外側には、固定カバー７５が設けられている。この固定カバー７５は、回転しない構成とされている。

【0054】

図５は、基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）の要部の説明図である。本実施の形態では、基板の外端と回転カバーの先端との径方向の距離Ａは、２ｍｍ〜８０ｍｍの範囲に設定され、基板と回転カバーの先端との高さ方向の距離Ｂは、３ｍｍ〜５０ｍｍの範囲に設定され、基板の外端と回転カバーの内周面との径方向の距離Ｃは、２ｍｍ〜８０ｍｍの範囲に設定されることが望ましい。例えば、基板の外端と回転カバーの先端との径方向の距離Ａは、２ｍｍに設定され、基板と回転カバーの先端との高さ方向の距離Ｂは、１５ｍｍに設定され、基板の外端と回転カバーの内周面との径方向の距離Ｃは、１９ｍｍに設定されている。

【0055】

以上のように構成された基板洗浄装置について、その動作を説明する。

【0056】

基板処理装置では、ロードポート１２内の基板カセットから取り出した基板の表面を、研磨ユニット１４ａ〜１４ｄのいずれかに搬送して研磨する。そして、研磨後の基板表面を第１洗浄ユニット（ロール洗浄ユニット）１６で洗浄した後、２流体ジェット流を使用した第２洗浄ユニット（基板洗浄ユニット）１８で更に洗浄する。この第２洗浄ユニット（基板洗浄ユニット）１８で基板表面を洗浄する時、流体ノズル４６の移動速度を制御しながら、２流体ジェット流を回転中の基板Ｗの表面に向けて噴出させる。

【0057】

本実施の形態では、第１洗浄ユニット１６でロール洗浄して第２洗浄ユニット１８に搬入した基板を回転させながら、基板表面に、リンス液供給ノズル６２から数秒（例えば３秒）リンス液を供給して基板表面のリンス洗浄を行い、薬液供給ノズル６４から薬液を基板表面に噴射しながら、ペンシル型洗浄具６０を所定回数（例えば２〜３回）でスキャンさせて基板表面をペンシル洗浄した後、同じ第２洗浄ユニット１８内で、直ちに２流体ジェット流を使用した洗浄を開始するようにしている。

【0058】

２流体ジェット流を使用した基板表面の洗浄は、揺動アーム４４を所定回数（例えば１〜４回）で揺動させて、２流体ジェット流を噴出している流体ノズル４６を回転中の基板の上方を移動させることで行われる。揺動アーム４４の角速度、つまり流体ノズル４６の移動速度は、処理許容な時間および回数から算出される。なお、２流体ジェット流を使用
して基板表面を洗浄しているときの基板の回転速度とペンシル型洗浄具６０使用して基板表面を洗浄しているときの基板の回転速度とを必ずしも一致させる必要はない。

【0059】

そして、洗浄後の基板を第２洗浄ユニット１８から取り出し、乾燥ユニット２０に搬入してスピン乾燥させ、しかる後、乾燥後の基板をロードポート１２の基板カセット内に戻す。

【0060】

本実施の形態の基板洗浄装置によれば、２流体洗浄の際に、基板の回転により発生する遠心力や２流体洗浄で発生するサイドジェットにより基板の表面の液滴が飛散して回転カバーに衝突しても、回転カバーが基板と同一の回転方向に回転しているので、カバーが回転していない場合に比べて液滴の衝突速度を低減させることができる。これにより、回転カバーからの液滴の跳ね返りを抑えることができ、液滴が基板の表面に再付着するのを防ぐことができる。

【0061】

この場合、回転カバーが基板と同一の角速度で回転しているので、回転カバーが基板と異なる角速度で回転している場合（例えば、カバーが回転していない場合）に比べて液滴の衝突速度を低減させることができる。

【0062】

例えば、図６に示すように、固定カバーの場合（カバーが回転していない場合）には、液滴の衝突速度Ｖは、Ｖ₁（＝ｒ₁ω）となり、液滴（大きな相対速度でカバーに衝突した液滴）が気流に逆らって基板上に飛散する場合があるのに対して、回転カバーの場合（特に、回転カバーが基板と同一の角速度で回転している場合）には、液滴の衝突速度Ｖは、Ｖ₁−Ｖ₂（＝ｒ₁ω−ｒ₂ω≒０）となり、液滴の衝突速度を低減することができる。この場合、液滴（小さな相対速度でカバーに衝突した液滴）は気流に乗って下部から導き出すことができる。なお、ここで、ｒ₁は、基板Ｗの半径であり、ｒ₂は、回転カバーの内周面の半径である。また、ωは、基板Ｗと回転カバーの角速度である。

【0063】

また、本実施の形態では、図５に示すように、基板Ｗに対して回転カバーが最適な位置に配置されるため、回転カバーからの液滴の跳ね返りを抑えることができ、液滴が基板の表面に再付着するのを防ぐことができる。

【0064】

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

【0065】

例えば、以上の説明では、揺動アーム４４の先端に流体ノズル（２流体ノズル）４６とペンシル型洗浄具６０の両方が設けられた例について説明したが、図８に示すように、揺動アーム４４の先端に流体ノズル（２流体ノズル）４６のみが設けられていてもよい。また、図９に示すように、揺動アーム４４の先端にペンシル型洗浄具６０のみが設けられていてもよい。さらに、図１０に示すように、基板洗浄装置１８には、基板Ｗの表面を超音波を用いて洗浄する超音波洗浄機９０が設けられていてもよい。

【0066】

また、図１１に示すように、流体ノズル（２流体ノズル）４６は、基板の外周位置（エッジ位置）に設けられていてもよい。この流体ノズル（２流体ノズル）４６により、基板外周（エッジ）の表面を洗浄することができる。この場合、流体ノズル（２流体ノズル）４６の近傍に局所排気機構８０が設けられていてもよい。この局所排気機構８０により、基板の外周位置（エッジ位置）の排気を強化することができ、液滴の飛散を抑制することができる。なお、局所排気機構８０は必ずしも必要ではない。すなわち、局所排気機構８０は設けなくてもよい。

【0067】

また、２流体ノズル４６は、基板Ｗの回転方向の上流側に向けて２流体ジェットを噴出するように、所定角度で傾けて設けられてもよい。２流体ノズル４６は、平面視で、基板Ｗの回転方向の上流側に向けて、回転方向（接線方向）とのなす角０°〜９０°の範囲で設けることができる。図１２（ａ）の例では、２流体ノズル４６が、基板Ｗの回転方向の上流側に向けて、回転方向（接線方向）とのなす角０°で設けられている。これにより、回転する基板に対する２流体ジェットの相対速度が上昇し、洗浄性能を向上させることができる。図１２（ｂ）の例では、２流体ノズル４６が、基板Ｗの回転方向（接線方向）とのなす角９０°で設けられている。この場合、回転する基板に対する２流体ジェットの相対速度が低下せず、洗浄性能を（低下させずに）維持することができる。

【0068】

また、２流体ノズル４６は、側面視で、基板Ｗの回転方向の上流側に向けて、回転方向とのなす角４５°〜９０°の範囲で傾けて設けることができる。この場合、２流体ノズル４６は、側面視で、基板Ｗの回転方向の上流側に向けて、基板面とのなす角４５°〜９０°の範囲で傾けて設けることができるともいえる。図１３（ａ）の例では、２流体ノズル４６が、基板Ｗの回転方向の上流側に向けて、回転方向（基板面）とのなす角４５°で設けられている。これにより、回転する基板に対する２流体ジェットの相対速度が上昇し、洗浄性能を向上させることができる。図１３（ｂ）の例では、２流体ノズル４６が、基板Ｗの回転方向（基板面）とのなす角９０°で設けられている。この場合、回転する基板に対する２流体ジェットの相対速度が低下せず、洗浄性能を（低下させずに）維持することができる。

【0069】

図１４および図１５には、気流改善機能を備えた基板洗浄装置が示される。この基板洗浄装置１８は、ケーシング８０に収容されており、ケーシング８０の壁面の上部には、一対の通気プレート８１が設けられている。この場合、通気プレート８１は、基板Ｗより高い位置（図１４において上側）に配置されている。基板洗浄装置１８の上流側（図１４における左側）には、第２基板搬送ロボット２６の基板搬送エリア８２が隣接して設けられており、基板洗浄装置１８の下流側（図１４における右側）には、第３基板搬送ロボット２８の基板搬送エリア８３が隣接して設けられている。各基板搬送エリア８２、８３の上部には、それぞれ送風ユニット８４が設けられており、通気プレート８１には、送風ユニット８４から送風される気体をケーシング８０の内部に導入する気体流入口８５が設けられている。送風ユニット８４としては、例えば、ファンで空気を吸い込んでフィルターで清浄化するＦＦＵ（ファン・フィルタ・ユニット）を採用してもよい。この送風ユニット８４を備えることにより、基板を搬送するための基板搬送エリア８２、８３内で、垂直方向上方から下方へと清浄な空気をそれぞれ送風することができるため、下方からの粒子等の舞い上がりを防止し、基板搬送エリア８２、８３内で搬送中の基板の汚染を防止することができる。ケーシング８０の下部には、ケーシング８０の内部の気体を外部に排出する気体排出口８６が設けられている。この気体排出口８６は、上述の排出孔７４であってもよい。

【0070】

このような基板洗浄装置１８によれば、ケーシング８０の対向する壁面に設けられた一対の気体流入口８５からケーシング８０の内部に気体が流入する。一対の気体流入口８５は基板Ｗより高い位置に配置されているので、一対の気体流入口８５から流入した気体は、ケーシング８０の中央部において基板Ｗの上方でぶつかって、下降気流が形成され、ケーシング８０の下部の気体排出口８６から外部に排出される。このとき、ケーシング８０の内部の液滴やミストも、下降気流にのってケーシング８０の下部の気体排出口８６から外部に排出される。これにより、ケーシング８０の内部に液滴やミストが蔓延するのを抑制することができ、液滴やミストの再付着による汚染、ディフェクト（Defect）を抑制することができる。この場合、基板洗浄装置１８に隣接する基板搬送エリア８２、８３の送風ユニット８４を利用して、ケーシング８０の内部に液滴やミストが蔓延するのを抑制することができる。

【0071】

また、図１６および図１７には、気流改善機能を備えた基板洗浄装置の変形例が示される。この例では、通気プレート８１に気体供給ライン８７の気体供給ポート８８が接続されており、気体供給ライン８７から供給された気体（例えばＮ₂ガス）が気体流入口８５
からケーシング８０の内部に供給される。なお、気体供給ライン８７にはバルブ８９が設けられており、気体の供給をオン／オフ制御することができる。例えば、基板Ｗがケーシング８０の内部に搬送されたタイミングで、気体の供給をオン（開始）にし、基板Ｗの洗浄後、基板Ｗをケーシングから外部へ搬送したタイミングで、気体の供給をオフ（停止）にする。

【0072】

この変形例によっても、気体供給ライン８７から供給される気体により、ケーシング８０の内部に液滴やミストが蔓延するのを抑制することができる。この場合には、例えば基板洗浄装置１８に隣接する基板搬送エリア８２、８３の送風ユニット８４を利用できない状況であっても、ケーシング８０の内部に液滴やミストが蔓延するのを抑制することができる。

【0073】

図１８には、帯電抑制を備えた基板洗浄装置が示される。この基板洗浄装置１８は、導電性を有する薬液を基板Ｗに供給する薬液供給ノズル６４と、リンス液（例えば純水）を基板Ｗに供給するリンス供給ノズル６２を備えている。この基板洗浄装置１８では、まず基板Ｗが搬入されると、薬液供給ノズル６４から基板Ｗの表面に導電性を有する薬液が供給され（図１８（ａ）参照）、その後、２流体ノズル４６から２流体ジェットを噴出させて、基板Ｗの２流体洗浄が行われる（図１８（ｂ）参照）。２流体洗浄を行う間、薬液供給ノズル６４から導電性を有する薬液を供給し続けることが望ましい。そして、２流体洗浄が終了した後、リンス供給ノズル６２からリンス液が基板Ｗの表面に供給されて、薬液が洗い流される（図１８（ｃ）参照）。

【0074】

このような基板洗浄装置１８によれば、薬液供給ノズル６４から導電性を有する薬液が供給されるので、基板Ｗの表面の帯電量を抑えることができる。これにより、２流体洗浄による基板表面の帯電量を抑制でき、帯電したパーティクルが基板Ｗに付着することによる汚染、ディフェクト（Defect）を抑制することができる。

【0075】

なお、２流体ノズル４６は、導電性部材（例えば、導電性ＰＥＥＫなど）で構成されてもよい。このような構成によっても、２流体ノズル４６から噴出される液滴の帯電量を抑えることができる。したがって、２流体洗浄による基板表面の帯電量を抑制でき、帯電したパーティクルが基板Ｗに付着することによる、汚染、ディフェクト（Defect）を抑制することができる。

【0076】

また、ＣＯ₂ガス溶解水等の洗浄液に比べてキャリアガス（Ｎ₂ガス等）のほうが流速が大きく、したがって、洗浄液供給ライン５２に比べて、キャリアガス（Ｎ₂ガス等）のキ
ャリアガス供給ライン５０のほうが帯電しやすい。そこで、２流体ノズル４６だけでなく、２流体ノズル４６に接続されたキャリアガス供給ライン５０を形成する部材にも導電性部材を用い、キャリアガス供給ライン５０がケーシング８０から出たポイントで、接地（アース）するように導線１０１をキャリアガス供給ライン５０と接続させることで、さらに、帯電を有効に防止できる（図１８（ａ）参照）。このように構成した場合、帯電したパーティクルが基板Ｗに付着することを抑制できるため、薬液供給ノズル６４は、必ずしも設けなくてもよい（このときには、リンス供給ノズル６２を設けないようにすることもできる）。また、基板洗浄装置１８より下流に、リンス液で基板Ｗを洗浄する洗浄ユニットが設けられている場合には、薬液供給ノズル６４は設けるようにするものの、リンス供給ノズル６２は、必ずしも設けなくてもよい。

【0077】

なお、本発明の基板洗浄装置が有する、上述の気流改善機能（図１４〜図１７を参照）については、２流体ノズルを用いた基板洗浄装置だけでなく、ペンシル型洗浄具などの揺動洗浄機構や超音波洗浄機構を用いた基板洗浄装置にも適用できる。また、上述したような、導電性部材で構成される２流体ノズルおよびキャリアガス供給ラインは、本実施例に記載した回転可能なカバーを有する基板洗浄装置だけでなく、固定されたカバーを有する基板洗浄装置にも適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0078】

以上のように、本発明にかかる基板洗浄装置は、２流体洗浄を行うときに、カバーからの液滴の跳ね返りを抑え、液滴が基板の表面に再付着するのを防ぐことができるという効果を有し、半導体ウェハの洗浄等に用いられ、有用である。

【符号の説明】

【0079】

１ 基板保持機構
２ モータ（基板回転機構、カバー回転機構）
３ 回転カバー
１０ ハウジング
１２ ロードポート
１４ａ〜１４ｄ 研磨ユニット
１６ 第１洗浄ユニット
１８ 第２洗浄ユニット（基板洗浄装置）
２０ 乾燥ユニット
２２ 第１基板搬送ロボット
２４ 基板搬送ユニット
２６ 第２基板搬送ロボット
２８ 第３基板搬送ロボット
３０ 制御部
４０ 洗浄槽
４２ 支持軸
４４ 揺動アーム
４６ 流体ノズル（２流体ノズル）
５０ キャリアガス供給ライン
５２ 洗浄液供給ライン
５４ モータ
６０ ペンシル型洗浄具
６２ リンス液供給ノズル
６４ 薬液供給ノズル
７０ チャック
７１ 台座
７２ ステージ
７３ 支持軸
７４ 排出孔
７５ 固定カバー
８０ ケーシング
８１ 通気プレート
８２ 基板搬送エリア
８３ 基板搬送エリア
８４ 送風ユニット
８５ 気体流入口
８６ 気体排出口
８７ 気体供給ライン
８８ 気体供給ポート
８９ バルブ
９０ 超音波洗浄機
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】