TWI421927B - 基板清洗方法及基板清洗裝置 - Google Patents

Description

基板清洗方法及基板清洗裝置

本發明係關於用以除去附著於基板表面之顆粒等污染物質之基板清洗方法及基板清洗裝置。作為基板，可使用半導體晶圓、光罩用玻璃基板、液晶顯示用玻璃基板、電漿顯示用玻璃基板、以及光碟用基板等。

自先前以來，已知作為用以除去附著於基板表面之顆粒等污染物質之1種處理之凍結清洗技術。該技術係使形成於基板表面之液膜凍結，藉由除去該凍結膜而從基板表面連同凍結膜除去顆粒等。例如專利文獻1所記載之技術中，對基板表面供給作為清洗液之DIW(去離子水)形成液膜後，藉由使噴出冷卻氣體之噴嘴於基板表面附近掃描而凍結液膜。其後，藉由再次供給DIW除去凍結膜，進行從基板表面除去顆粒。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2008-071875號公報(圖5)

上述先前之清洗技術中，由於需要依次實行(1)液膜之形成，(2)液膜之凍結，(3)凍結膜之除去此3階段步驟，因此處理上會費時，進而在生產率提高之點上尚有改良之餘地。特別係欲提高除去顆粒之能力，上述先前技術需要增大形成之液膜厚度，延長供給冷卻氣體之時間。但，如此將進而增加處理時間，難以兼顧顆粒等之除去能力與處理之生產率。

本發明係鑑於上述問題而完成者，其目的係提供一種用以除去附著於基板表面之顆粒等污染物質之基板清洗方法及基板清洗裝置，可得到高生產率，且可有效除去顆粒等之技術。

為達成上述目的，本發明之基板清洗方法之特徵在於具備：向基板噴出供給清洗液之清洗液供給步驟；及於前述清洗液供給步驟後，將殘留於前述基板表面之清洗液除去之清洗液除去步驟；前述清洗液供給步驟中，一面噴出前述清洗液，一面對噴出之清洗液供給比該清洗液之凝固點低溫之冷卻氣體。

另，為達成上述目的，本發明之基板清洗裝置之特徵在於具備：保持基板之基板保持機構；對保持於前述基板保持機構之基板噴出供給清洗液之清洗液供給機構；及對從前述清洗液供給機構噴出之前述清洗液供給冷卻氣體之冷卻氣體供給機構；前述冷卻氣體供給機構係對於從前述清洗液供給機構對前述基板噴出之前述清洗液，供給比前述清洗液之凝固點低溫之前述冷卻氣體。

後述詳情，但本申請案發明者等進行對基板供給清洗液時，使比該清洗液之凝固點低溫之冷卻氣體與該清洗液接觸而冷卻清洗液之實驗。其結果可知，即使基板表面之液膜全面不凍結，亦可得到與先前凍結清洗技術同等或超過其之顆粒除去效果。另，由於一面供給清洗液一面冷卻氣體，因此比起依次進行液膜之形成與其凍結之先前技術，可以高生產率進行處理。即，本發明之基板清洗方法及基板清洗裝置，可得到高生產率且有效除去顆粒等。

根據本發明，由於一面對基板供給清洗液，一面為冷卻該清洗液而供給比該清洗液凝固點低溫之冷卻氣體，因此與藉由清洗液形成液膜後凍結該液膜之技術相比，可以較高生產率且高清洗效果除去附著於基板表面之顆粒等。

若一面參照添加附圖閱讀以下詳細說明，則將更完全明瞭本發明之前述及其他目的與新穎特徵。但，附圖只是用以解說者，不限定本發明之範圍。

圖1係顯示本發明之基板處理裝置之第1實施形態之圖。另，圖2係顯示圖1之基板處理裝置之控制構成之方塊圖。該基板處理裝置係可實行將附著於半導體晶圓等基板W之表面Wf及背面Wb之顆粒等污染物質除去之基板清洗處理的單片式基板清洗裝置。更具體言之，係藉由眾所周知之凍結清洗技術，對形成微細圖案之基板表面Wf進行顆粒等除去，且藉由本發明之清洗技術對基板表面Wf相反側之基板背面Wb進行顆粒等除去之基板處理裝置。

該基板處理裝置具備於其內部具有對基板W實施清洗處理之處理空間之處理腔室1。處理腔室1內設有：於使基板表面Wf朝上方之狀態下，使基板W保持大致水平姿勢地旋轉之旋轉夾盤2；向保持於旋轉夾盤2之基板W之表面Wf，噴出用以凍結液膜之冷卻氣體之冷卻氣體噴出噴嘴3；對基板表面Wf供給處理液之液滴之雙流體噴嘴5；向保持於旋轉夾盤2之基板W之表面Wf噴出藥液之藥液噴出噴嘴6；及與保持於旋轉夾盤2之基板W之表面Wf對向配置之遮斷構件9。作為處理液，可使用藥液或純水或DIW(deionized water；去離子水)等之清洗液等。

旋轉夾盤2中，旋轉支軸21與包含馬達之夾頭旋轉機構22之旋轉軸連結，藉由被夾頭旋轉機構22驅動，從而旋轉支軸21可以旋轉中心AO為中心旋轉。於旋轉支軸21上端部，藉由螺絲等締結零件一體地連結有圓盤狀旋轉基座23。因此，根據來自控制裝置全體之控制單元4(圖2)之動作指令，使夾頭旋轉機構22作動時，旋轉基座23以旋轉中心AO為中心旋轉。

於旋轉基座23周緣部附近，立設有用以把持基板W周緣部之複數個夾頭針24。為確實保持圓形基板W，夾頭針24可設置3個以上，沿著旋轉基座23周緣部以等角度間隔配置。各夾頭針24具備從下方支持基板W周緣部之下面支持部，及按壓支持於下面支持部之基板W外周端面、保持基板W之端面保持部。各夾頭針24構成為可切換於端面保持部按壓基板W外周端面之按壓狀態，與端面保持部從基板W之外周端面分離之解放狀態之間。

對旋轉基座23交接基板W時夾頭針24成為解放狀態，對基板W進行清洗處理時夾頭針24成為按壓狀態。藉由成為按壓狀態，夾頭針24把持基板W之周緣部，可使該基板W從旋轉基座23隔開特定間隔地保持大致水平姿勢。如此，基板W以使其表面(圖案形成面)Wf向上方，使背面Wb向下方之狀態被保持。

旋轉夾盤2之外側設有第1旋動馬達31。於第1旋動馬達31連接有第1旋動軸33。於第1旋動軸33，以於水平方向延伸之方式連結有第1臂35，於第1臂35之前端安裝有冷卻氣體噴出噴嘴3。並且，根據來自控制單元4之動作指令，第1旋動馬達31作動，因此第1臂35繞第1旋動軸33搖動。

冷卻氣體噴出噴嘴3與氣體供給部64(圖2)連接，根據來自控制單元4之動作指令，由氣體供給部64對冷卻氣體噴出噴嘴3供給冷卻氣體。更具體言之，從設於氣體供給部64之氮氣儲存部641供給之氮氣，藉由熱交換器642冷卻至比DIW之凝固點更低的溫度，如此冷卻之氮氣作為冷卻氣體供給於冷卻氣體噴出噴嘴3。冷卻氣體噴出噴嘴3對向配置於基板表面Wf時，從冷卻氣體噴出噴嘴3向基板表面Wf噴出冷卻氣體。從冷卻氣體噴出噴嘴3噴出冷卻氣體之狀態下，控制單元4一面使基板W旋轉一面使該冷卻氣體噴出噴嘴3從基板旋轉中心向外周部移動，因此可遍及基板表面Wf全面供給冷卻氣體。此時，如後所述，若於基板表面Wf藉由DIW預先形成液膜，則使該液膜全體凍結，可於基板表面Wf全面生成DIW之凍結膜。

另，於旋轉夾盤2外側設有第2旋動馬達51。於第2旋動馬達51連接有第2旋動軸53，於第2旋動軸53連結有第2臂55。於第2臂55之前端安裝有雙流體噴嘴5。並且，根據來自控制單元4之動作指令使第2旋動馬達51作動時，雙流體噴嘴5繞第2旋動軸53搖動。該雙流體噴嘴使作為處理液之DIW與氮氣於空中(噴嘴外部)碰撞，生成DIW液滴，即所謂外部混合型雙流體噴嘴。

另，於旋轉夾盤2外側設有第3旋動馬達67。於第3旋動馬達67連接有第3旋動軸68。於第3旋動軸68，以水平方向延伸之方式連結有第3臂69，於第3臂69之前端安裝有藥液噴出噴嘴6。並且，根據來自控制單元4之動作指令使第3旋動馬達67作動，藉此藥液噴出噴嘴6可於基板W之旋轉中心AO上方之噴出位置，與從噴出位置退避至側方之待機位置間往復移動。藥液噴出噴嘴6與藥液供給部61連接。並且根據來自控制單元4之動作指令，SC1溶液(氨水與過氧化氫水之混合水溶液)等藥液從藥液供給部61壓送至藥液噴出噴嘴6。

再者，作為冷卻氣體噴出噴嘴3、雙流體噴嘴5及藥液噴出噴嘴6以及附隨該等之臂或其旋動機構，可使用與例如前述專利文獻1(日本特開2008-071875號公報)所記載者相同構造者。因此本說明書省略關於該等構成更詳細之說明。

於旋轉夾盤2上方設有中心部具有開口之圓盤狀遮斷構件9。遮斷構件9其下面(底面)係與基板表面Wf大致平行對向之基板對向面，其平面尺寸形成與基板W直徑同等以上之大小。遮斷構件9大致水平安裝於具有大致圓筒形狀之支持軸91之下端部。支持軸91藉由於水平方向延伸之臂92，可繞通過基板W中心之垂直軸旋轉地被保持。另，於臂92連接有遮斷構件旋轉機構93與遮斷構件升降機構94。

遮斷構件旋轉機構93根據來控制單元4之動作指令，使支持軸91繞通過基板W中心之垂直軸旋轉。另，遮斷構件旋轉機構93對應保持於旋轉夾盤2之基板W之旋轉，以與基板W相同旋轉方向且大致相同旋轉速度旋轉遮斷構件9之方式構成。

另，遮斷構件升降機構94根據來自控制單元4之動作指令，使遮斷構件9接近旋轉基座23與之對向或反之遠離旋轉基座23。具體言之，對基板處理裝置搬出入基板W時，遮斷構件升降機構94使遮斷構件9上升至旋轉夾盤2上方之遠離位置(圖1所示位置)。另一方面，對基板W實施特定處理時，遮斷構件升降機構94使遮斷構件9下降至設定在保持於旋轉夾盤2之基板W表面Wf極其附近之對向位置。

支持軸91係被插通有加工成中空且其內部連通於遮斷構件9之開口之氣體供給路95。氣體供給路95與氣體供給部64連接，從氮氣儲存部641不通過熱交換器642供給之氮氣作為乾燥氣體供給。本實施形態中，對基板W進行清洗處理後之乾燥處理時，從氣體供給路95對遮斷構件9與基板表面Wf間形成之空間供給氮氣。另，於氣體供給路95內部插通有連通遮斷構件9之開口之液體供給管96，於液體供給管96下端結合有噴嘴97。液體供給管96與DIW供給部62連接，從DIW供給部62供給DIW，可由噴嘴97將DIW作為沖洗液向基板表面Wf噴出。

DIW供給部62具有DIW儲存部621及熱交換器622，熱交換器622使從DIW儲存部621供給之DIW冷卻至其凝固點附近溫度。即，DIW供給部62可供給從DIW儲存部621供給之常溫DIW，及藉由熱交換器622冷卻至凝固點附近溫度之DIW。

旋轉夾盤2之旋轉支軸21為中空軸。於旋轉支軸21內部插通有用以對基板W背面Wb供給處理液之處理液供給管25。並且旋轉支軸21之內壁面與處理液供給管25之外壁面之間隙形成圓筒狀氣體供給路29。處理液供給管25及氣體供給路29延伸至接近保持於旋轉夾盤2之基板W下面(背面Wb)之位置，其前端設有向基板W下面中央部噴出處理液及氣體之下面噴嘴27。

處理液供給管25與藥液供給部61及DIW供給部62連接。並且從藥液供給部61供給之SC1溶液等藥液，或從DIW供給部62供給之DIW選擇性地供給於處理液供給管25。另一方面，氣體供給路29與氮氣供給部64連接，可對旋轉基座23與基板背面Wb間形成之空間供給來自氮氣供給部64之氮氣。

圖3A及3B係顯示旋轉基座之構造之圖。更具體言之，圖3A係顯示旋轉基座23上面之構造之圖。圖3B係其剖面圖。如圖3A所示，於旋轉基座23上面23a之外周端部立設有複數之夾頭針24，藉由該等夾頭針24可使處理對象之基板W保持大致水平。

另，於旋轉基座上面23a之中心設有下面噴嘴27。如圖3A及圖3B所示，下面噴嘴27具備向基板之旋轉中心開口之第1噴出口271，及與第1噴出口271同軸並以圍繞其之方式開口之第2噴出口272。第1噴出口271與處理液供給管25連通，向基板下面(本實施形態中係未形成圖案之基板背面Wb)噴出從藥液供給部61供給之SC1溶液等藥液，或從DIW供給部62供給之DIW。另一方面，第2噴出口272與氣體供給路29連通，噴出來自氮氣供給部64之氮氣。因此，所噴出之氮氣向基板下面之供給DIW之位置，或圍繞該位置之周邊位置供給。

接著，針對如上述構成之基板處理裝置之清洗處理動作，一面參照圖4至圖6B進行說明。圖4係顯示圖1之基板處理裝置之清洗處理動作之流程圖。另，圖5A、5B、5C、5D、6A及6B係顯示清洗處理動作之模式圖。該裝置中，若將未處理基板W搬入裝置內，則控制單元4控制裝置各部，對該基板W實行一連串清洗處理。此處，基板係於其表面Wf形成有微細圖案者之情形，以使該基板表面Wf朝向上方之狀態，將基板W搬入處理腔室1內，保持於旋轉夾盤2(步驟S101)。再者，遮斷構件9處在遠離位置，防止干擾於基板W。

於旋轉夾盤2保持未處理基板W時，遮斷構件9下降至對向位置，接近配置於基板表面Wf(步驟S102)。藉此，基板表面Wf在接近遮斷構件9之基板對向面之狀態下被覆蓋，基板表面Wf被從周邊氛圍遮斷。並且，控制單元4使夾頭旋轉機構22作動，使旋轉夾盤2旋轉，且從噴嘴97對基板表面Wf供給常溫之DIW。供給於基板表面之DIW隨著基板W之旋轉之離心力作用，向基板W之徑向向外均一擴大，其一部份向基板外被甩開。藉此，均一控制基板表面Wf全面之液膜厚度，於基板表面Wf全體形成具有特定厚度之液膜(水膜)(步驟S103)。再者，液膜形成時，如上述之甩開供給於基板表面Wf之DIW之一部份不是必要條件。例如，使基板W停止旋轉之狀態或使基板W以較低速旋轉之狀態下，亦可不從基板W甩開DIW而於基板表面Wf形成液膜。

如圖5A所示，該狀態下，於基板W表面Wf形成特定厚度之漿狀液膜LP。如此液膜形成結束時，控制單元4使遮斷構件9退避至遠離位置(步驟S104)。其後，分別對基板W之表面Wf及背面Wb合併進行以下處理。此處，漿狀液膜LP亦可藉由從藥液噴出噴嘴6供給之SC1液形成。

於基板表面側，冷卻氣體噴出噴嘴3從待機位置移動至基板之旋轉中心上方。並且如圖5B所示，由冷卻氣體噴出噴嘴3向旋轉之基板W表面Wf噴出冷卻氣體，冷卻氣體噴出噴嘴3緩緩向基板W之端緣位置移動(步驟S111)。藉此，形成於基板表面Wf之表面區域之液膜LP被冷卻而部份凍結，如圖5C所示，凍結區域(凍結區域FR)形成於基板表面Wf之中央部。並且，藉由噴嘴3向方向Dn之掃描，凍結區域FR從基板表面Wf之中央部向周緣部擴大，如圖5D所示，基板表面Wf之液膜最終全面凍結。若液膜全體凍結，則冷卻氣體噴出噴嘴3退避，且遮斷構件9接近配置於基板表面Wf(步驟S122)，進而從設於遮斷構件9之噴嘴97向基板表面Wf之凍結的液膜開始供給常溫DIW。

另一方面，於基板背面側，從設於旋轉基座23之下面噴嘴27之第1噴出口271噴出DIW，作為背面清洗液開始供給於基板背面Wb(步驟S121)，與此同時，或比其稍遲從下面噴嘴27之第2噴出口272噴出氮氣(步驟S122)。其結果，如圖5B至5D所示，以從基板背面Wb之中心向外側擴大之方式由DIW形成液膜，最終在基板端部甩開DIW。

此處，從下面噴嘴27供給於基板背面Wb之DIW及氮氣，係分別藉由熱交換器622及642而冷卻者。之後詳述，根據本申請案發明者等之實驗，藉由向基板噴出冷卻至凝固點附近溫度之DIW，及冷卻至低於DIW之凝固點的溫度之氣體(冷卻氣體)，可得到高顆粒除去效率。並且，冷卻氣體之供給持續特定時間、較佳為液膜在基板表面側直至完全凍結期間後，停止供給冷卻氣體(步驟S123)。

如圖6A所示，實行至此之處理之時點，在基板W一面夾於遮斷構件9與旋轉基座23間一面旋轉之狀態下，對基板W兩面供給DIW。此處，亦可取代對基板表面Wf供給常溫DIW，而從雙流體噴嘴5供給DIW液滴。接著同時停止對基板兩面供給DIW(步驟S131)，進行乾燥基板之乾燥處理(步驟S132)。即，如圖6B所示，從設於遮斷構件9之噴嘴97及設於旋轉基座23之下面噴嘴3一面噴出氮氣，一面高速旋轉基板W，藉此甩開殘留於基板W之DIW，使基板W乾燥。此時所供給之氮氣作為乾燥氣體而發揮作用，係不通過熱交換器642之常溫氣體。如此乾燥處理結束後，藉由搬出處理完之基板W而結束對1片基板之處理(步驟S133)。

針對根據上述處理所得之清洗效果進行說明。首先，對基板表面Wf之處理係眾所周知之凍結清洗處理。若如上所述凍結液膜，則進入基板表面Wf與顆粒間之液膜體積增加(攝氏0℃之水變成攝氏0℃之冰時，其體積大致增加1.1倍)，顆粒僅與基板表面Wf離開微小距離。其結果，基板表面Wf與顆粒間之附著力降低，進而顆粒從基板表面Wf脫離。此時，即使於基板表面Wf形成有微細圖案時，藉由液膜之體積膨脹施加於圖案之壓力在所有方向相等，即施加於圖案之力相抵。因此，可防止圖案之剝離或損壞，且從基板表面Wf只剝離顆粒。並且，藉由以重新供給之DIW除去凍結之液膜，可從基板表面Wf除去顆粒等。

另一方面，在基板背面側，由於DIW之供給係連續進行，因此液膜不會凍結，保持從基板中心向端部流動之狀態。該點之基板背面Wb之清洗作用可說係利用與凍結處理完全不同之原理者。以下針對採用如此構成之原委進行說明。

圖7係說明本申請案發明者等進行之實驗之圖。如圖7所示，本申請案發明者等使用可向基板噴出DIW及冷卻氣體之實驗裝置，使其動作條件進行各種變化，研究對顆粒(主要為矽碎屑)之除去效果。該實驗裝置中，具有向矽基板中心開口之第1噴出口2701與以包圍其周圍之方式開口之第2噴出口2702之噴嘴270，配置於旋轉之基板W之旋轉中心軸AO上，可一面從第1噴出口2701噴出DIW，一面從第2噴出口2702噴出冷卻氣體。

更具體言之，圖7之實驗裝置之標準動作條件如下：

DIW液體溫度：0℃；

DIW流量：1.2 L/min；

氣體流量：100 L/min；

氣體溫度：-170℃；

基板旋轉數：750 rpm；

處理時間：10 sec

測定使DIW之液體溫度、冷卻氣體之溫度及基板之旋轉數從上述標準值變化時之顆粒除去率(PRE)。其結果之一例顯示於圖8至圖10。

圖8係顯示DIW之液體溫度與顆粒除去率之關係圖。首先，不噴出冷卻氣體(或一面噴出常溫氣體)對基板W供給DIW時，如圖8之「△」符號所示，無關DIW之液體溫度，顆粒除去率(PRE)在2~3%左右。與此相對，如圖8之「○」符號所示，若一面供給冷卻氣體(-170℃)一面對基板W供給DIW，則觀察到特別是DIW之液體溫度在2℃以下時PRE顯著上升。

圖9係顯示冷卻氣體之溫度與顆粒除去率之關係圖。另，圖10係顯示基板之旋轉數與顆粒除去率之關係圖。若使DIW之液體溫度為一定(0℃)，使冷卻氣體溫度產生各種變化，則如圖9所示，可知冷卻氣體溫度越低越可得到高PRE。另，如圖10所示，確認基板之旋轉數越高，PRE亦越高。

如此，藉由使供給於基板W之DIW之液體溫度冷卻至凝固點附近，進而連同冷卻氣體供給於基板W，清晰可知比起單純地持續供給常溫之DIW之情形，可得到遠高於其之顆粒除去效果。另，若適當設定處理條件，則凍結清洗處理中所得之PRE上升。特別在上述實驗中，可在10 sec之短處理時間得到高PRE，與具有液膜形成、液膜凍結及凍結膜除去等步驟之先前凍結清洗處理相比，可以說在處理生產率之點上具有較大優勢。

由根據如此處理除去顆粒之機制，液體溫度及冷卻氣體溫度越低，顆粒除去效果越高，進而基板旋轉數越高，顆粒除去效果越高之實驗事實，本申請案發明者等考慮到如下模型。

圖11A及11B係顯示該清洗技術中顆粒除去機制之模型圖。如圖11A所示，於未處理基板W表面分散有顆粒等污染物質P。本清洗技術中，旋轉如此基板W，供給冷卻至凝固點附近之DIW，及比DIW凝固點更低溫之冷卻氣體。如此，從噴嘴27向基板W噴出之DIW在到達基板W前後藉由冷卻氣體進一步冷卻而局部凍結。如圖11B之「◇」符號所示，於DIW液中生成微小冰塊C。含有冰塊C之DIW藉由因基板W旋轉之離心力，從中心向端部沿著基板表面流動。此時，DIW中之冰塊C與附著於基板W表面之顆粒P碰撞，使其從基板W表面遊離。從基板W遊離之顆粒P藉由DIW之流動向基板端部方向流動，最終連同在端部被甩開之DIW液滴從基板W表面去除。

此意味著冷卻氣體之溫度需要比背面清洗液(本實施形態中為DIW)之凝固點更低溫。另，冷卻氣體之溫度越低，越可提高清洗效果。

另，亦可認為該技術係使用於液體中分散有固體之清洗液之技術，但該清洗技術中，固體成份與清洗液為相同組成且常溫下為液體，因此固體成份不會殘留於清洗後之基板上。

再者，該清洗技術中，不凍結液膜全體而藉由流動之液體(DIW)除去顆粒。因此，關於除去進入液體難以進入之微細圖案內部之顆粒，眾所周知之凍結清洗技術依然為有效。另一方面，藉由適當設定液體溫度、冷卻氣體溫度及基板之旋轉數，本發明之清洗技術可比凍結清洗技術於短時間得到更高PRE。

因此，本實施形態中，由除去進入微細圖案內部之顆粒之觀點，關於作為圖案形成面之基板表面Wf適用凍結清洗技術，另一方面，由在不形成圖案之基板背面Wb無法較厚形成清洗液膜之觀點，適用基於上述原理之清洗技術。藉此，基板W之表面Wf、背面Wb任一者都可高效進行顆粒除去。另，可同時進行對基板表面Wf之處理，及對基板背面Wb之處理，因此可短時間清洗基板之兩面。

另，該清洗技術中，對供給於基板中心附近之DIW周圍供給冷卻氣體，如此被冷卻之DIW藉由離心力擴大至基板端部，藉此進行基板全面之清洗。即，該清洗技術中，可使噴出冷卻氣體之噴嘴固定配置於基板之旋轉中心附近，無需移動噴嘴。因此，相對掃描噴嘴在構造上較難之基板下面，亦可較佳地進行清洗處理。

如上之本實施形態中，對保持大致水平方向旋轉之基板W背面Wb，從設於其下方之下面噴嘴27噴出作為背面清洗液之DIW及冷卻其之冷卻氣體，藉此進行基板背面Wb之清洗。此處，藉由使冷卻氣體之溫度比背面清洗液之凝固點溫度低，可在短處理時間得到高顆粒除去效果。特別係由於一面供給清洗液一面供給冷卻氣體，因此比起依次進行液膜形成、其凍結及除去之先前技術之凍結清洗技術，可以高生產率進行處理。再者，藉由預先使清洗液之DIW冷卻至其凝固點附近，可更提高顆粒除去效果。

再者，關於冷卻氣體之供給開始時點，與DIW之供給開始大致同時或較其稍遲較佳。由以上實驗結果可知，即使不供給冷卻氣體而僅供給DIW，清洗效果亦不會上升。另一方面，在供給DIW之前供給冷卻氣體時，認為由於供給對象之基板被冷卻，故噴出之DIW會立即凍結。因此最有效率為，冷卻氣體與DIW之供給開始大致同時，或配合噴出之DIW到達基板表面之時點，僅比DIW之供給開始稍遲而開始供給。

另，先停止冷卻氣體接著亦連續供給DIW，可更確實從基板表面沖洗從基板遊離之顆粒等。此意味著在停止供給DIW之前停止供給冷卻氣體較佳。

另，該清洗技術中，由於不全面凍結基板上之液膜而使清洗液流動，因此將清洗液及冷卻氣體供給於基板之中心附近，且使基板旋轉，藉此可於基板全面流動清洗液進行清洗。即，可不移動噴出冷卻氣體之噴嘴，於基板全面得到高清洗效果。並且因為無需移動噴嘴，故即使對水平保持之基板下面亦可得到高清洗效果。

另，對如上保持水平之基板上面進行清洗處理之同時，進行下面之清洗，藉此可短時間清洗基板兩面。此時，於基板之一面形成有圖案時，使該圖案形成面保持向上，對上面使用眾所周知之凍結清洗技術，另一方面，利用上述清洗技術清洗圖案形成面之相反面。藉此，可防止圖案之損壞且有效率地清洗基板兩面。

接著，針對本發明之基板處理裝置之第2實施形態進行說明。上述第1實施形態中，針對基板W上面之清洗適用眾所周知之凍結清洗技術，另一方面，對下面之清洗適用本發明之清洗技術。但，本發明之清洗技術不僅在清洗基板下面時，即使清洗基板上面之情形亦可適用。再者，如下說明之第2實施形態般，亦可藉由本發明之清洗技術同時清洗基板上面及下面兩方。

圖12係顯示本發明之基板處理裝置之第2實施形態之圖。該實施形態之裝置構成，除省略冷卻氣體噴出噴嘴及附隨於其之機構外，基本上與圖1所示之第1實施形態相同，只是其動作有一部份不同。因此，此處關於與第1實施形態之裝置相同構成，附加相同符號而省略說明。

本實施形態之基板處理裝置中，可將從氮氣供給機構64對連接於遮斷構件9之氣體供給路95供給之氮氣，切換成通過熱交換器642之冷卻氣體與不通過其之乾燥氣體。即，可自遮斷構件9下面選擇性地噴出常溫之乾燥氣體，及比DIW凝固點低溫之冷卻氣體。同樣，從設於遮斷構件9下面之噴嘴97，可選擇性地噴出從DIW供給部62供給之常溫DIW，及藉由熱交換器622冷卻至凝固點附近之DIW。

圖13係顯示圖12之基板處理裝置之清洗處理動作之流程圖。該動作在搬入基板W、遮斷構件9接近配置於與基板的對向位置之前為止與第1實施形態相同(步驟S201、S202)。接著，遮斷構件9及旋轉基座23以同一方向、同一旋轉速度旋轉，從設於遮斷構件9之噴嘴97及設於旋轉基座之下面噴嘴27，分別向基板之旋轉中心開始供給作為冷卻至凝固點附近溫度之清洗液之DIW(步驟S203)。再者，與此同時或稍遲於此，從遮斷構件9及旋轉基座23開始供給冷卻氣體(步驟S204)。

藉此，如以上說明的在第1實施形態之基板下面Wb之現象，藉由冷卻氣體進而冷卻之DIW沿著基板W從其中心向端部流動之現象，在基板W之表面Wf及背面Wb雙方產生。如前所述，可舉出一面使基板W旋轉一面藉由冷卻氣體冷卻供給於基板W之DIW，藉此短時間且高顆粒除去之效果。本實施形態中，由於同時對基板表面Wf及背面Wb雙方實行該清洗方法，因此可短時間有效清洗基板W兩面。

冷卻氣體之供給持續特定時間後停止其供給(步驟S206)，之後藉由只供給DIW，可更確實將殘留於基板上之顆粒等從基板上去除。其後，與第1實施形態相同，停止供給DIW(步驟S207)，藉由進行乾燥處理後搬出基板(步驟S207、S208)，結束對基板W之清洗處理。

根據本實施形態，可在基板W兩面得到高顆粒除去效果。特別在基板W上面側亦適用本發明之清洗技術，因此比起利用依次進行液膜之形成與其凍結、除去之凍結清洗技術之情形，可更短時間得到清洗效果。藉此，可格外提高清洗處理之生產率。另，由於無需用以使冷卻氣體掃描噴出之機構，因此亦可使裝置構成小型且簡單化。本實施形態特別適於清洗在表面與背面之任一面皆未形成圖案之基板。

如上說明，該等實施形態中，基板處理裝置(圖1、圖12)相當於本發明之「基板清洗裝置」，旋轉夾盤2作為本發明之「基板保持機構」而發揮作用。另，DIW供給部62作為本發明之「清洗液供給機構」而發揮作用，熱交換器622作為本發明之「預冷機構」而發揮作用。另，該等實施形態中，氮氣供給部64作為本發明之「冷卻氣體供給機構」而發揮作用，下面噴嘴27相當於本發明之「噴嘴」。

另，該等實施形態中，圖4之流程圖中之步驟S121、S122及圖13之流程圖中之步驟S204，相當於本發明之「清洗液供給步驟」。再者，圖4之流程圖中之步驟S132及圖13之流程圖中之步驟S207，相當於本發明之「清洗液除去步驟」。

再者，本發明不限於上述實施形態，在不脫離其主旨範圍內可進行上述以外之各種變更。例如上述各實施形態中，使用DIW作為本發明之「清洗液」，但清洗液不限於此。例如亦可將碳酸水、氫水、稀薄濃度(例如1 ppm左右)之氨水、稀薄濃度之鹽酸、或於DIW加入少量界面活性劑者作為清洗液。

另，上述各實施形態中，使用從相同氮氣儲存部供給之互相溫度不同之氮氣作為冷卻氣體及乾燥氣體，但作為冷卻氣體及乾燥氣體不限於氮氣。例如亦可乾燥氣體及冷卻氣體中任一方或兩方為乾燥空氣或其他惰性氣體。特別冷卻氣體係冷卻清洗液者，並非與基板直接接觸者，因此乾燥氣體宜使用作為冷卻氣體。

另，上述各實施形態中，噴出DIW之第1噴出口與噴出冷卻氣體之第2噴出口為同軸構造，但不限於如此構造。例如亦可於基板之旋轉軸上設置噴出清洗液之第1噴出口，另一方面與第1噴出口橫向並排配置噴出冷卻氣體之第2噴出口。如此構造中，冷卻氣體對基板旋轉軸不對稱地噴出，但由於使基板旋轉，因此實質上係等方性地進行處理。

另，上述各實施形態中，作為清洗液之DIW與作為冷卻氣體之氮氣向相同方向，即任一者都向基板噴出。但，冷卻氣體並非必須向基板噴出，可向朝向基板噴出之清洗液之液柱噴出。

另，上述各實施形態之基板處理裝置，將DIW儲存部621及氮氣儲存部641都內建於裝置內部，但清洗液及氣體供給源亦可設於裝置外部，例如可利用工廠內已設置之清洗液或氣體供給源。另，存在用以冷卻該等之既存設備時，可利用藉由該設備冷卻之清洗液或氣體。

另，上述各實施形態之基板處理裝置，係具有接近配置於基板W上方之遮斷構件9者，但本發明亦可適用於不具有遮斷構件之裝置。另，該等實施形態之裝置係藉由與基板W周緣部抵接之夾頭針24而保持基板W者，但基板保持方法不限於此，以其他方法保持基板之裝置亦可適用本發明。

另，上述第1實施形態係以眾所周知之凍結清洗技術清洗基板表面，利用本發明之清洗技術清洗基板背面者。另一方面，上述第2實施形態係利用本發明之清洗技術清洗基板兩面者。但，本發明之實施態樣不限於此，只清洗基板單面時亦可適用本發明。

以上按照特定實施例說明了本發明，但本發明係非意圖以限定之意思解釋者。若參照本發明之說明，與本發明之其他實施形態相同，精通於該技術者當明瞭所揭示之實施形態之各種變形例。故認為所附之專利請求範圍在不脫離發明之正確範圍內，係包含該變形例或實施形態者。

本發明中，可使基板一面保持大致水平一面旋轉，且向其旋轉中心供給清洗液。如此，藉由因基板旋轉而產生之離心力，清洗液從基板中心向端部流動，因此可使清洗液流動於基板全面。並且，根據本申請案發明者等之實驗亦可確認，基板旋轉數與顆粒除去效果間有相關性，藉由使基板旋轉從而可提高顆粒除去效果。

此時，可向基板上之清洗液供給位置或向該供給位置周圍供給冷卻氣體。如此，藉由冷卻氣體冷卻之清洗液由於離心力而向外側擴大，因此無需改變冷卻氣體之供給位置，與掃描冷卻氣體噴嘴之先前技術相比可簡化裝置構成。

另，亦可同時開始供給清洗液與冷卻氣體。即使對基板表面供給不伴隨冷卻氣體之清洗液，亦無法得到充分之顆粒除去效果。另，在供給清洗液之前供給冷卻氣體，只是冷卻基板將無意義。藉由同時開始供給清洗液與冷卻氣體，可使所使用之清洗液及冷卻氣體有效有助於清洗。

另，亦可在停止供給清洗液之前停止供給冷卻氣體。如此，冷卻氣體停止後將未冷卻之清洗液供給於基板表面，藉由冷卻之清洗液之作用沖洗從基板遊離之顆粒，可防止其殘留於基板上。

另，向基板噴出之清洗液亦可在預先冷卻至凝固點附近溫度之狀態下向基板供給。如此，藉由冷卻氣體對清洗液之冷卻效果提高，可得到更高之基板清洗效果。

另，上述基板清洗裝置亦可構成為：進而具備具有於基板旋轉軸上向基板開口之第1噴出口，及於第1噴出口附近開口之第2噴出口之噴嘴，從清洗液供給機構所供給之清洗液從噴嘴之第1噴出口噴出，另一方面，從冷卻氣體供給機構供給之冷卻氣體從噴嘴之第2噴出口噴出。

再者，噴嘴之第2噴出口可以與第1噴出口同軸地包圍第1噴出口之方式設置。如此，向基板之旋轉中心，以包圍從第1噴出口噴出之清洗液周圍之方式，冷卻氣體從第2噴出口噴出，可使清洗液高效冷卻，提高清洗效果。

另，噴嘴亦可使第1及第2噴出口向上地設於基板下方，可向基板下面噴出清洗液及冷卻氣體。根據如此構成，可對大致水平保持之基板下面供給清洗液與冷卻氣體，可除去附著於基板下面之顆粒等。將於基板表面附近掃描噴出冷卻氣體之噴嘴之先前的凍結清洗技術應用於基板下面側，有構造上之困難。與此相對，本發明中，由於可從基板之旋轉中心附近供給清洗液及冷卻氣體，因此無需掃描噴嘴，亦可較佳應用於基板下面之清洗處理。另，亦可組合基板上面側之處理而實行，此時，作為上面側之處理，亦可採用本發明之清洗技術、眾所周知之凍結清洗中任一者。

另，該等基板清洗裝置中，亦可具備使清洗液預先冷卻至凝固點附近溫度之預冷機構。藉此，可更提高藉由冷卻氣體對清洗液之冷卻效果，進一步得到高基板清洗效果。

[產業上之可利用性]

本發明可應用於使在包含半導體晶圓、光罩用玻璃基板、液晶顯示用玻璃基板、電漿顯示用玻璃基板、FED(Field Emission Display)用基板、光碟用基板、磁碟用基板、光磁碟用基板等之基板全體表面形成之液膜凍結之基板處理裝置、液膜凍結方法及使用該液膜凍結方法之基板處理方法。

2．．．旋轉夾盤(基板保持機構)

3．．．冷卻氣體噴出噴嘴

9．．．遮斷構件

27．．．下面噴嘴(噴嘴)

62．．．DIW供給部(清洗液供給機構)

64．．．氮氣供給部(冷卻氣體供給機構)

622．．．熱交換器(預冷機構)

W．．．基板

Wb．．．基板背面

Wf．．．基板表面(圖案形成面)

圖1係顯示本發明之基板處理裝置之第1實施形態之圖；

圖2係顯示圖1之基板處理裝置之控制構成之方塊圖；

圖3A係顯示旋轉基座上面之構造之圖；

圖3B係旋轉基座之剖面圖；

圖4係顯示圖1之基板處理裝置之清洗處理動作之流程圖；

圖5A係顯示清洗處理動作之模式圖；

圖5B係顯示清洗處理動作之模式圖；

圖5C係顯示清洗處理動作之模式圖；

圖5D係顯示清洗處理動作之模式圖；

圖6A係顯示清洗處理動作之模式圖；

圖6B係顯示清洗處理動作之模式圖；

圖7係說明本申請案發明者等所進行之實驗之圖；

圖8係顯示DIW之液體溫度與顆粒除去率之關係圖；

圖9係顯示冷卻氣體之溫度與顆粒除去率之關係圖；

圖10係顯示基板旋轉數與顆粒除去率之關係圖；

圖11A係顯示該清洗技術中顆粒除去機制之模型圖；

圖11B係顯示該清洗技術中顆粒除去機制之模型圖；

圖12係顯示本發明之基板處理裝置之第2實施形態之圖；及

圖13係顯示圖12之基板處理裝置之清洗處理動作之流程圖。

3．．．冷卻氣體噴出噴嘴

23．．．旋轉基座

27．．．下面噴嘴

AO．．．旋轉中心軸

W．．．基板

Wb．．．基板背面

Wf．．．基板表面

Claims (9)

1. 一種基板清洗方法，其特徵在於具備：向基板噴出供給清洗液之清洗液供給步驟；及於前述清洗液供給步驟後，將殘留於前述基板表面之清洗液除去之清洗液除去步驟；前述清洗液供給步驟中，一面使前述基板一面保持略水平一面旋轉，且向前述基板之旋轉中心噴出前述清洗液，一面向前述基板上之前述清洗液之供給位置，或向該供給位置周圍供給比該清洗液之凝固點低溫之冷卻氣體，於供給前述基板之前述清洗液中，前述清洗液局部生成凝固之微小粒子。
2. 如請求項1之基板清洗方法，其中前述清洗液供給步驟中，同時開始供給前述清洗液與前述冷卻氣體。
3. 如請求項2之基板清洗方法，其中前述清洗液供給步驟中，在停止供給前述清洗液之前，停止供給前述冷卻氣體。
4. 如請求項1之基板清洗方法，其中前述清洗液供給步驟中，向前述基板供給預先冷卻至前述清洗液之凝固點附近溫度之前述清洗液。
5. 一種基板清洗裝置，其特徵在於具備：一面將基板保持略水平一面旋轉之基板保持機構；對保持於前述基板保持機構之基板之旋轉中心噴出供給清洗液之清洗液供給機構；及對從前述清洗液供給機構噴出之前述清洗液供給冷卻 氣體之冷卻氣體供給機構；前述冷卻氣體供給機構係於自前述清洗液供給機構向前述基板供給前述清洗液中，向前述基板上之前述清洗液之供給位置，或向該供給位置周圍供給比前述清洗液之凝固點低溫之前述冷卻氣體，於供給前述基板之前述清洗液中，前述清洗液局部生成凝固之微小粒子。
6. 如請求項5之基板清洗裝置，其係具備噴嘴，該噴嘴具有在前述基板之旋轉軸上向前述基板開口之第1噴出口，及於前述第1噴出口附近開口之第2噴出口；前述噴嘴之前述第1噴出口噴出從前述清洗液供給機構供給之前述清洗液，另一方面，前述噴嘴之前述第2噴出口噴出從前述冷卻氣體供給機構供給之前述冷卻氣體。
7. 如請求項6之基板清洗裝置，其中前述噴嘴之前述第2噴出口與前述第1噴出口同軸且包圍前述第1噴出口。
8. 如請求項6之基板清洗裝置，其中前述噴嘴使前述第1及第2噴出口向上地設於前述基板下方，向前述基板下面噴出前述清洗液及前述冷卻氣體。
9. 如請求項5之基板清洗裝置，其係具備將對前述基板噴出之前述清洗液預先冷卻至其凝固點附近溫度之預冷機構。