(57)【要約】【課題】  振動体を用いるスピン洗浄（及びその装置）の洗浄時間を短くすること。【解決手段】  回転中の基板の表面に供給される洗浄液に浸され状態で、前記洗浄液に超音波を照射する照射面を有する振動体と、前記振動体に固定され、前記超音波を発生する超音波振動子とを具備する超音波照射ユニットと、前記超音波照射ユニットが取り付けられ、少なくても前記表面に垂直な方向に往復運動する可動部を有する第１の往復運動ユニットとを具備すること。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に供給される洗浄液に浸され状態で、前記洗浄液に超音波を照射する照射面を有する振動体と、前記振動体に固定され、前記超音波を発生する超音波振動子とを具備する超音波照射ユニットと、
前記超音波照射ユニットが取り付けられ、少なくとも前記表面に垂直な方向に往復運動する可動部を有する第１の往復運動ユニットとを、
具備する洗浄装置。
【請求項２】
請求項１に記載の洗浄装置において、
前記照射面が、凸状であることを、
特徴とする洗浄装置。
【請求項３】
基板の表面に供給した洗浄液に、前記表面に対向する照射面から超音波を照射し、
前記照射面を、少なくとも前記表面に垂直な方向に往復運動させる、
基板の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗浄装置及び洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、ホトレジスト加工やドライエッチング等の多くの工程を経て製造される。しかし、これらの工程を経る度に、被加工対象である半導体基板の表面は汚染される。これらの汚染を除去するため、半導体装置の製造過程には、多くの洗浄工程が存在する。
【０００３】
半導体基板を洗浄する方法としては、以前は、ウエハ状の半導体基板（以下、ウエハと呼ぶ）を洗浄液で満たされた洗浄槽に浸すディップ洗浄が一般的であった。このディップ洗浄では、作業効率を向上させるため、複数のウエハを同時に洗浄液に浸すバッチ処理が行われる。
【０００４】
しかし、ウエハの大口径化に伴い、近年、枚葉式のスピン洗浄が、主流になってきている。これは、枚葉式のスピン洗浄が、洗浄効果の面内均一性、洗浄液及びリンス用純水の削減、及び装置立ち上げ時間の短縮等の点で優れているためである。更に、枚葉式のスピン洗浄には、ウエハから除去した異物が、半導体ウエハに再付着し難いという利点もある。
【０００５】
枚葉式のスピン洗浄には、回転しているウエハに向かって、超音波ノズルから洗浄液を噴きつける洗浄方法（以下、超音波ノズル洗浄と呼ぶ）がある。上記超音波ノズルには、超音波振動子が内蔵されている。この超音波振動子が振動すると、超音波が発生して、洗浄液に照射される。この超音波は、洗浄液中を伝搬してウエハ表面に到達し、ウエハ表面から異物を除去する。
【０００６】
ところで、半導体素子の配線ルールの微細化は、近年、著しく進んでいる。このような半導体素子の製造過程では、微細で壊れ易い構造物がウエハの表面に形成される。
【０００７】
例えば、上記半導体素子の層間絶縁膜は、多くの場合、反応性ドライエッチング等によって、多孔質シリカ（ポーラスシリカ）に微細構造を形成した絶縁膜である。多孔質シリカ（ポーラスシリカ）は、微細な空孔（ポア）が内部に一様に分散して、比誘電率が低くなった絶縁膜である。
【０００８】
一方、多孔質シリカには、脆いという欠点がある。このため、多孔質シリカによって形成された層間絶縁膜に超音波ノズル洗浄を施すと、層間絶縁膜が、容易に破壊されてしまう。
【０００９】
そこで、ウエハ表面に与えるダメージの少ない、振動体を用いたスピン洗浄が開発された。この洗浄方法では、まず、ウエハ表面に広がった洗浄液に、振動体の一側面が浸される。次に、洗浄液に浸っている側面全体から、ウエハの表面に超音波が照射され、ウエハ表面の汚れが除去される。
【００１０】
この方法によれば、ウエハ表面の単位面積に単位時間内に照射される超音波エネルギー（以下、超音波照射エネルギー密度と呼ぶ）が、小さくなる。従って、ウエハ表面が受けるダメージが小さくなり、多孔質シリカ等に形成された微細構造の破壊が、起こり難くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１８１３９４号公報
【特許文献２】特開２００３−３１５４０号公報
【特許文献３】特開２００８−１９８６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、このような超音波振動体を用いるスピン洗浄方法（以下、振動体スピン洗浄と呼ぶ）には、超音波ノズルスピン洗浄に比べ、洗浄時間が著しく長いという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、振動体を用いるスピン洗浄（及びその装置）の洗浄時間を短くすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本装置の第１の側面は、超音波照射ユニットと、上記超音波照射ユニットが取り付けられ、少なくとも基板の表面に垂直な方向に往復運動する可動部を有する往復運動ユニットとを具備する洗浄装置を提供する。
【００１５】
ここで、上記超音波照射ユニットは、回転中の上記基板の表面に供給される洗浄液に浸され状態で、上記洗浄液に超音波を照射する照射面を有する振動体と、上記振動体に固定され、上記超音波を発生する超音波振動子とを具備する。
【００１６】
また、上記の目的を達成するために、本方法の第１の側面は、回転している基板の表面に供給した洗浄液に、上記表面に対向する照射面から超音波を照射し、上記照射面を、少なくとも上記表面に垂直な方向に往復運動させる基板の洗浄方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本洗浄装置及び本洗浄方法によれば、超音波振動体を用いるスピン洗浄の洗浄時間が短くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】振動体スピン洗浄を説明する、洗浄中のウエハの斜視図である。
【図２】超音波振動子が一側面に設けられた三角柱状の振動体及び洗浄中のウエハの状態を、図１の矢印の方向から見た図である。
【図３】実施の形態の洗浄装置の構成及び動作を説明する図である。
【図４】振動体の、上下方向の往復運動を説明する模式図である。
【図５】振動体が下から上に移動した時の、洗浄液の挙動を説明する図である。
【図６】実施例の洗浄装置の平面図である。
【図７】洗浄装置の正面を矢印８Ａの方向から見た正面図である。
【図８】洗浄装置の側面を矢印８Ｂの方向から見た側面図である。
【図９】洗浄チャンバー及びその周辺装置の平面図である。
【図１０】図９のX-X線に於ける断面を、矢印の方向から見た断面図である。
【図１１】台座に取り付けられた状態の超音波照射ユニットを、真上からみた平面図である。
【図１２】図１１のXII-XII線に於ける断面図である。
【図１３】洗浄開始前における、洗浄チャンバー及びその周辺装置の状態を説明する平面図である。
【図１４】洗浄装置の動作を説明する断面図である。
【図１５】洗浄装置の動作を説明する平面図である。
【図１６】変形例の振動体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２０】
まず、本実施の形態のよりよい理解のために実施の形態の説明に先立って、先に説明した振動体スピン洗浄の問題点を、図面を用いて説明する。
【００２１】
（１）振動体スピン洗浄の問題点
図１は、振動体スピン洗浄を説明する、洗浄中のウエハの斜視図である。図２は、第１の側面３に、超音波振動子２が設けられた三角柱状の振動体４及び洗浄中のウエハ６の状態を、図１の矢印８の方向から見た図である。
【００２２】
まず、図示されていない回転テーブルに、ウエハ６を吸着させ、高速回転をさせる（図１参照）。
【００２３】
次に、振動体４の第２の側面１０とウエハ６の表面を、１ｍｍ程度の間隔を開けて、対向させる。この時、振動体４は、アーム１１によって支持されている。
【００２４】
この状態でウエハ６の表面１６に、ノズル１２から洗浄液１４を供給する。すると、洗浄液１４は、ウエハ６の回転によって、振動体４とウエハ６の間に入り込む（図２参照）。
【００２５】
この状態で、超音波振動子２を駆動して、第１の側面３から第２の側面１０に向かう超音波を発生させる。第２の側面１０に到達した超音波は、第２の側面１０全体から、洗浄液１４に照射される。
【００２６】
洗浄液１４に照射された超音波は、洗浄液１４の内部を伝搬し、ウエハ６の表面１６に到達する。この超音波の生み出す振動によって、ウエハ表面１６に付着した異物が、除去される。
【００２７】
このように、振動体スピン洗浄では、振動体４の側面１０全体から超音波が照射される。従って、ウエハ６に照射される超音波の照射エネルギー密度（超音波照射エネルギー密度）は、小さくなる。故に、ウエハ表面に形成された微細構造は、破壊され難くなる。
【００２８】
その反面、ウエハ表面に付着した異物が除去され難くなり、一定の異物除去率が得られるまでの洗浄時間が、超音波ノズルスピン洗浄による洗浄時間の数倍になる。
【００２９】
すなわち、振動体スピン洗浄には、洗浄時間が長くなるという問題がある。
【００３０】
（２）洗浄時間の長時間化の原因
このような問題を解消するため、本発明者は、振動体スピン洗浄で洗浄時間が長くなる原因を検討した。
【００３１】
振動体スピン洗浄による異物の除去過程は、大きく３つのステップに分けられる。
【００３２】
―異物離脱ステップ―
このステップでは、超音波振動によって異物が、ウエハ表面１６から離脱し、ウエハ６と振動体４の間を満たす洗浄液１４の中で浮遊する。
【００３３】
超音波照射エネルギー密度が低いと、本ステップは円滑に進まない。この場合、洗浄時間が長くなる。
【００３４】
―洗浄液流出ステップ―
このステップでは、この異物を含んだ洗浄液が、ウエハ表面１６と振動体４の間から流出する。
【００３５】
本ステップは、洗浄液１４の流れによって、進行する。洗浄液１４の流れが、ウエハ６と振動体４の間で停滞していると、本ステップは、円滑に進まない。この場合にも、洗浄時間が長くなる。尚、洗浄液１４の流れは、ウエハ６の回転が生み出す遠心力によって発生する。
【００３６】
本ステップが円滑に進まないと、洗浄液中に浮遊している異物が、ウエハ表面１６に再付着してしまう。このため、洗浄効率が低下して、洗浄時間が長くなる。
【００３７】
尚、異物の再付着は、洗浄液中における異物とウエハ表面の電位（ゼータ電位）の極性が逆の場合、双方の間に引力が発生して、特に、顕著になる。
【００３８】
―洗浄液排出ステップ―
このステップでは、異物を含んだ洗浄液が、ウエハ６の上から排出される。このステップも、遠心力が生み出す洗浄液１４の流れによって進行する。このステップを阻害する要因は、存在しないと考えられる。
【００３９】
上記各ステップの遅延要因を考慮して、本発明者は、振動体スピン洗浄が長時間化する原因を検討した。
【００４０】
検討の結果、まず、上記異物離脱ステップに於ける超音波照射エネルギー密度は、異物をウエハ表面１６から離脱させるのに充分であることが判明した。一方、洗浄液１４の流れが、振動体４とウエハ６の間で停滞している可能性が、高いことも明らかになった。これは、振動体４の第２の側面１０とウエハ表面１６の間隔が、高々数ｍｍと狭いためである。
【００４１】
このような検討の結果、本発明者は、振動体スピン洗浄の洗浄時間が長くなる原因は、振動体４とウエハ６の間に於ける洗浄液１４の滞留にあるとの結論に達した。
【００４２】
（３）本実施の形態の洗浄装置及び洗浄方法
そこで、本実施の形態では、振動体４に、第２の側面１０から洗浄液１４に超音波を照射させながら、少なくともウエハ６の表面１６に垂直な方向に往復運動を行わせる。
【００４３】
振動体４が上下に往復運動すると、振動体４とウエハ６の間から、異物を含む洗浄液が、強制的に排出される。このため、異物の再付着が回避され、異物除去率が向上する。故に、本実施の形態によれば、洗浄時間が短くなる。
【００４４】
尚、振動体４の上下往復運動は、ウエハ表面１６と第２の側面１０の間に、洗浄液１４が満たされた隙間を保ったまま、行うことが好ましい。すなわち、第２の側面１０がウエハの表面１６に触れず、しかも、洗浄液１４から飛び出さないことが好ましい。
【００４５】
第２の側面１０がウエハの表面に接触すると、ウエハ表面に形成された微細構造が破壊されてしまう。また、第２の側面１０が洗浄液１４から出てしまう期間があると、その間超音波照射が行われず、異物除去率が低下する。
【００４６】
尚、振動体４は、図２に示すような三角柱状のブロックでなくてもよい。寧ろ、上下方向へ往復運動の容易性を考慮すると、以下に説明する円柱状のブロックの方が、振動体としては好ましい。
【００４７】
図３は、本実施の形態の洗浄装置１８の構成及び動作を説明する図である。但し、図３に示す例では、振動体が、円柱状のブロックによって形成されている。
【００４８】
本洗浄装置１８は、円柱状の振動体４ａと、振動体４ａに固定された超音波振動子２ａを含む、超音波照射ユニット２０を有している。
【００４９】
ここで、振動体４ａの第１の底面２２に超音波振動子２ａが、固定されている。一方、振動体４ａの第２の底面２４は、回転中のウエハ６（基板）の表面に供給された洗浄液１４に浸され状態で、超音波振動子２ａが発生する超音波を、洗浄液１４に照射する照射面である。
【００５０】
この時に照射された超音波が、洗浄液１４を伝搬して、ウエハ表面１６に照射される。そこで、第２の底面２４を、以後、超音波照射面と呼ぶ。
【００５１】
また、本洗浄装置１８は、超音波照射ユニット２０が取り付けられ、少なくともウエハ６の表面１６に垂直な方向２６に往復運動する可動部を含む第１の往復運動ユニット（図示せず）を有している。
【００５２】
そして、本洗浄装置１８は、超音波照射面（第２の底面２４）とウエハ６の間に、洗浄液１４が満たされた隙間を保ったまま、上記第１の往復運動ユニットによって、超音波照射ユニット２０を、少なくともウエハ６の表面１６に垂直な方向２６に往復運動させる。
【００５３】
図４は、振動体４ａの往復運動を説明する模式図である。
【００５４】
振動体４ａは、被洗浄面（洗浄対象面）であるウエハ表面１６と超音波照射面２４の間隔（ギャップ２５）が最大となる位置２８と、この間隔が最小となる位置３０の間を、上下に往復運動する。
【００５５】
矢印３２が示すように、振動体４ａが上から下に移動すると、異物が浮遊している洗浄液１４（振動体４ａとウエハ６に挟まれた洗浄液）が、振動体４ａとウエハ６の間から強制的に排出される。その後、異物を含む洗浄液１４は、遠心力によって生じた洗浄液の流れに乗って、ウエハ６の上から排出される。
【００５６】
図５は、振動体４ａが下から上に移動した時の洗浄液１４の挙動を説明する図である。
【００５７】
矢印３４に示すように、振動体４ａが下から上に移動すると、異物を含まない新鮮な洗浄液１４（振動体４ａの周囲の洗浄液）が、振動体４ａとウエハ６の間に流入する。
【００５８】
従って、本洗浄装置１８によれば、振動体４ａとウエハ６の間から、異物の浮遊する洗浄液１４が、円滑に排出される。故に、洗浄効率が向上し、洗浄時間が短縮される。
【００５９】
尚、振動体４ａの往復運動は、ウエハ表面１６に垂直な方向だけに振動する往復運動でもよいし、ウエハ表面１６に斜めな方向に振動する往復運動であってもよい。或いは、振動体４ａの往復運動は、ウエハ表面１６に垂直な面内で円運動をする往復運動であってもよい。
【００６０】
このように、本洗浄方法は、回転している基板（ウエハ６）の表面に供給した洗浄液１４に、上記表面に対向する照射面（超音波照射面２４）から超音波を照射し、上記照射面を、少なくとも上記表面に垂直な方向に往復運動させる基板の洗浄方法である。
【実施例】
【００６１】
（１）構  成
（i）全体構成
図６は、本実施例の洗浄装置３６の平面図である。図７は、本洗浄装置３６の正面を矢印８Ａの方向から見た正面図である。図８は、本洗浄装置３６の側面を矢印８Ｂの方向から見た側面図である。
【００６２】
本洗浄装置３６は、箱型の筐体３８と、この筐体３８の上面に設置された操作パネル４０と、同じく筐体３８の上面に設置されたクリーンブース４２を有している。
【００６３】
操作パネル４０は、洗浄装置３６の動作を制御するコンピューター（図示せず）に、洗浄条件等の動作条件を入力するための入力装置である。
【００６４】
クリーンブース４２には、洗浄チャンバー４４と、洗浄対象であるウエハ６を格納するウエハラック４６と、ウエハ搬送ユニット４８と、後述する振動体ユニット５０と、振動体ユニット５０が取り付けられた水平往復運動ユニット５１が格納されている。
【００６５】
クリーンブース４２には、ウエハ６及び各ユニットを浮遊パーティクルによる汚染から守るため、ＨＥＰＡフィルター（High Efficiency Particulate Air Filter)を含む空調装置が設けられている。
【００６６】
ウエハ搬送ユニット４８は、ウエハラック４６と洗浄チャンバー４４の間で、ウエハ６を搬送する。この搬送動作によって、多数のウエハ６を連続的に洗浄することが可能になる。
【００６７】
（ii）洗浄チャンバー及びその周辺装置
図９は、洗浄チャンバー４４及びその周辺装置の平面図である。図１０は、図９のX-X線に於ける断面を、矢印の方向から見た断面図である。尚、図１０には、切断面の先に見える部材も記載されている。
【００６８】
洗浄チャンバー４４は、筐体３８の上面に開口部を有する洗浄室である。
【００６９】
そして、洗浄チャンバー４４の周端部には、洗浄チャンバー４４の上にせり出す、リング状のカップ５２が設けられている。このカップ５２は、洗浄液が、洗浄チャンバー４４の周囲へ飛散することを防止するためのものである。
【００７０】
洗浄チャンバー４４の底部の中心からは、鉛直上向きに回転軸５４が突き出している。
この回転軸５４の上端には、円盤状のチャックテーブル（回転台）５６が水平に取り付けられている。
【００７１】
チャックテーブル５６は、図示しない排気ユニットに接続されている。この排気ユニットを動作させることによって、洗浄対象物であるウエハ６が、チャックテーブル５６に吸着され、水平に固定される。
【００７２】
また、回転軸５４は、図示しない駆動装置に接続されている。この駆動装置を動作させると、チャックテーブル５６が、ウエハ６を固定した状態で、所定の回転数で回転する。
【００７３】
すなわち、本洗浄装置３６は、ウエハ６を水平に固定した状態で、鉛直方向の軸を中心として回転する回転台（チャックテーブル５６）を有している。
【００７４】
次に、洗浄チャンバー４４の両側には、ガイドレール５８が、一本ずつ平行に設けられている。夫々のガイドレール５８には、スライダー６０が一つずつ取り付けられている。スライダー６０は、図示しない駆動ユニットによって、ガイドレール５８に沿って自在に移動することができる。ここで、両側のスライダー６０を結ぶ直線がガイドレール５８に直交するように、両スライダーは移動する。
【００７５】
次に、両スライダー６０の間に、台座６２が架設されている。この台座６２の中央部には、振動体ユニット５０が設置されている。ここで、振動体ユニット５０は、後述するように、超音波照射ユニットと、その上下運動のための往復運動ユニット（以下、上下往復ユニットと呼ぶ）を有している。
【００７６】
ここで、両側のスライダー６０がガイドレール５８に沿って往復すると、振動体ユニット５０は、ウエハ６の直径に沿って往復運動する。
【００７７】
すなわち、スライダー６０及び台座６２は、振動体ユニット５０が取り付けられ、ウエハ６の表面に平行な方向に往復運動する可動部６４を形成している。そして、この可動部６４とガイドレール５８が、水平往復運動ユニット５１を形成している。
【００７８】
尚、図９及び１０には、振動体ユニット５０が、退避スポット９２に退避している状態が描かれている。
【００７９】
ところで、ガイドレール５８は、図示しない駆動ユニットによって、上下に移動する。このガイドレール５８の移動によって、振動体ユニット５０の高さが変化する。
【００８０】
また、台座６２の下面には、洗浄液１４を噴射するノズル１２が設けられている。ノズル１２の位置および向きは、ウエハ洗浄中、ノズル１２から噴射された洗浄液が、超音波照射面２４とウエハ表面１６の間を確実に満たすように調整されている。
【００８１】
尚、図示はされていないが、台座６２は、振動体ユニット５０に接続された高周波信号ケーブルを担持している。この高周波信号ケーブルが供給する高周波信号によって、振動体ユニット５０に設けられた超音波振動子が動作する。
【００８２】
また、台座６２は、後述するアクチュエータに駆動電力を供給するケーブル（図示せず）と、洗浄液１４をノズル１２に供給するチューブ（図示せず）を担持している。
【００８３】
これらケーブル及びチューブは、洗浄チャンバー４４の外側に設けられた信号源や送液ポンプなどに接続されている。
【００８４】
（iii）振動体ユニット
図１１は、台座６２に取り付けられた状態の振動体ユニット５０を、真上からみた平面図である。図１２は、図１１のXII-XII線に於ける断面図である。尚、図１１には、天板６８を透視して見た部材が、破線で示されている。
【００８５】
振動体ユニット５０は、アクチュエータ６６を含む上下往復運動ユニット６５と、超音波照射ユニット２０ａを有している。（図１１及び１２参照）。
【００８６】
―超音波照射ユニット―
超音波照射ユニット２０ａは、振動体４ｂと、振動体４ｂの上面に固定された超音波振動子２ｂを有している。
【００８７】
図１２に示すように、振動体４ｂは、細長い円柱状の部分７２と、その上端に形成した円盤状の部分７３を有している。この円柱状部分の底面は、平坦に加工されている。この平坦な底面が、洗浄液１４に超音波を照射する超音波照射面２４である。
【００８８】
また、振動体４ｂの円柱状部分７２は、台座６２に設けられた貫通孔７６を通って、台座６２の上から下に伸びている。従って、超音波照射面２４の位置は、台座６２よりも低くなる。
【００８９】
振動体４ｂは、合成石英によって一体形成されたブロックである。
【００９０】
ここで、合成石英は、超音波を良く伝播させる材料である。また、合成石英は、化学的に安定で薬液に侵され難く、従って、汚染物質の溶出が極めて少ない材料である。故に、合成石英は、洗浄液１４に浸される振動体４ｂを形成する材料として好適である。しかし、振動体の材料は、合成石英に限られない。上記性質を有する材料であれば、振動体を形成する材料として、利用することができる。
【００９１】
ここで、本超音波照射ユニット２０ａの円柱状部分７２の直径及び長さは、夫々、１５ｍｍ及び８０ｍｍである。従って、超音波照射面２４の直径は、１５ｍｍである。超音波振動子２ｂの発生するエネルギーにもよるが、一般的には、超音波照射面２４の面積は、大きいほど好ましい。これは、超音波照射面２４の面積が大きいほど、ウエハ表面に照射される超音波照射エネルギー密度が小さくなって、ウエハ表面の微細構造が破壊され難くなるからである。
【００９２】
しかし、本発明者が検討したところ、超音波照射面２４の面積がある範囲を超えると、超音波照射面２４の上下運動の幅や振動の周期によらず、洗浄対象面９の表面に付着した異物の除去効率が低下することが明らかになった。
【００９３】
これは、超音波照射面２４の面積が大きくなると、超音波照射面２４とウエハ表面１６の間に滞留している洗浄液１４の排出が円滑に進まなくなるためである。従って、超音波照射面２４の直径は、ある一定値（具体的には、２０ｍｍ）以下であることが好ましい。
【００９４】
次に、超音波振動子２ｂは、円盤状の部分７３の中央に固定されている（図１２参照）。超音波振動子２ｂは、電極が形成された圧電素子を主要部とする装置である。
【００９５】
超音波振動子２ｂは、図示しない高周波電源に、高周波ケーブルによって接続されていている。この高周波電源を動作させて超音波振動子２ｂに高周波電力を供給すると、超音波振動子２ｂが超音波を発生する。この時発生する超音波が、合成石英製のブロックである振動体４ｂを伝播して、超音波照射面２４に達し、洗浄液１４中に照射される。
【００９６】
本実施例の超音波振動子２ｂの振動周波数及び出力は、夫々、３ＭＨｚ及び６０Ｗである。使用する超音波振動子２ｂの特性は、ウエハ表面上の微細構造の機械的強度に応じて適宜決められる。但し、振動周波数は、高いほど好ましい。これは、振動周波数が高いほど、微細構造が受けるダメージが小さくなるからである。例えば、振動周波数は、１.５ＭＨｚ以上が好ましい。
【００９７】
―上下往復運動ユニット―
上下往復運動ユニット６５は、シャーシ７４とスライダー７８とアーム８０を有する可動部と、アクチュエータ６６と天板６８と支柱８２とばね９０を有する駆動部とを具備している。
【００９８】
図１２に示すように、シャーシ７４は、振動体４ｂの円盤状部分７３の上面に固定されている。このシャーシ７４は、超音波振動子２ｂの周囲を覆い、超音波振動子２ｂを密封している。
【００９９】
更に、シャーシ７４は、その周囲に設けられた４つのスライダー７８に、アーム８０によって連結されている。尚、超音波照射面２４は、筒状のスライダー７８がシャーシ７４に連結されることによって、台座６２と平行になる。
【０１００】
各スライダー７８は、台座６２に垂直に立てられた４本の支柱８２に、取り付けられている。スライダー７８と台座６２の間には、支柱８２に通されたバネ９０が、設けられている。
【０１０１】
また、スライダー７８の内側側面には、支柱８２に遊びがないように接触するベアリング（図示せず）が設けられている。従って、スライダー７８は、支柱８２に沿って滑らかに滑走する。
【０１０２】
従って、シャーシ７４とスライダー７８とアーム８０によって形成された上記可動部は、台座６２に垂直な方向（鉛直方向）に、自在に移動することができる。
【０１０３】
ところで、後述するように洗浄対象であるウエハ６は、チャックテーブル５６に水平に固定される。また、台座６２も、（水平往復ユニット５１の）スライダー６０に、水平に取り付けられている。故に、（台座６２に平行な）超音波照射面２４は、運動中も含め、ウエハ表面１６に平行である。
【０１０４】
次に、天板６８には、ソレノイドタイプのアクチュエータ６６が固定されていている。また、天板６８の中央には、振動体４ｂの円柱状の部分７２と同軸となる、貫通孔８４が形成されている。
【０１０５】
アクチュエータ６６は、円柱状のプッシュピン８８を有している。このプッシュピン８８は、貫通孔８４を通って天板６８の下側に突き出ている。そして、プッシュピン８８の先端が、シャーシ７４の中心部分に接触している。尚、振動体４ｂの円柱状の部分７２とプッシュピン８８は、同軸である。
【０１０６】
これらアクチュエータ６６と天板６８と支柱８２とばね９０によって、上下往復運動ユニット６５の駆動部は、形成されている。
【０１０７】
アクチュエータ６６が動作していない時には、スライダー７８は、ばね９０の作用によって押し上げられ，さらに，アーム８０によってスライダー７８に固定されているシャーシ７４もプッシュピン８８を押し上げる。プッシュピン８８の上下方向の可動範囲は決まっており，プッシュピン８８は，その上側の限界まで押し上げられると，それ以上は動かなくなる。このように，アクチュエータ６６が動作していない時には，上下往復運動ユニット６５の可動部は，ばね９０の作用によって，プッシュピン８８をその上下方向の可動範囲の上側の限界まで押し上げ，その位置で静止する。
【０１０８】
電力が供給されアクチュエータ６６を動作させると、電力の大きさに応じて、プッシュピン８８が押し出される。すると、シャーシ７４を含む可動部が、下向きに移動する。そして、プッシュピン８８がシャーシ７４を押す力と、ばね９０がスライダー７８を押し返す力がバランスした位置で、上記可動部が静止する。
【０１０９】
この状態で、アクチュエータ６６に供給される電力が周期的に変化すると、上記可動部に取り付けられた振動体４ｂが、上下方向に往復運動を開始する。電力の変化は、例えば、上記静止位置に対応する電力を中心とする正弦波的変化であってもよいし、或いは上記電力を中心とする矩形状の変化であってもよい。
【０１１０】
振動体４ｂの上下運動の周期及び振幅は、アクチュエータ６６の応答特性、アクチュエータ６６に入力する電力、バネ９０のバネ定数などを調整することによって、所望の値に調整することができる。
【０１１１】
以上説明したように、本実施例では、シャーシ７４とスライダー７８とアーム８０を有する可動部と、アクチュエータ６６と天板６８と支柱８２とばね９０を有する駆動部によって、上下往復運動ユニット６５が形成されている。そして、この上下往復運動ユニット６５に、超音波照射ユニット２０ａが取り付けられている。
【０１１２】
但し、上下往復運動ユニットの構成は、このようなものに限られない。例えば、上下往復運動ユニットの構成は、モータが発生する回転運動を、超音波照射ユニット２０ａの上下運動に変換する構成であってもよい。
【０１１３】
（２）動  作
本洗浄装置３６は、上記各ユニット等を動作させる駆動装置（高周波電源、信号源、送液ポンプ等を含む）を有している。これら駆動装置は、上記コンピュータ（操作パネル４０に接続されたコンピュータ）が順次送出する命令に従って、各ユニット等を動作させる。これらユニット等の動作によって、ウエハの洗浄が行われる。
【０１１４】
図１３は、洗浄開始前における、洗浄チャンバー４４及びその周辺装置の状態を説明する平面図である。図１４及び１５は、本洗浄装置３６の動作を説明する断面図及び平面図である。
【０１１５】
図１３に示すように、洗浄開始前、振動体ユニット５０及びノズル１２は、洗浄チャンバー４４の外側に設けられた退避スポット９２内に収容されている。
【０１１６】
本洗浄装置３６が始動すると、ウエハ搬送ユニット４８が、洗浄対象物であるウエハ６をウエハラック４６から取り出して、チャックテーブル５６の真上に搬送する。
【０１１７】
次に、ウエハ搬送ユニット４８は、ウエハ６の中心と、チャックテーブル５６の中心が一致するように、チャックテーブル５６の上にウエハ６を載置する。図９及び１０には、この時の、洗浄チャンバー４４及びその周辺装置の状態が描かれている。
【０１１８】
次に、チャックテーブル５６が、ウエハ６を吸着し固定する。このままの状態で、回転軸５４が、所定の回転速度（例えば、１５０ｒｐｍ（round per minute））で回転し、チャックテーブル５６と共に、ウエハ６を回転させる。
【０１１９】
次に、ノズル１２が、退避スポット９２内で、一定量の洗浄液（例えば、水素溶解水）を噴射する。この洗浄液の噴射によって、ノズル１２の先端まで新鮮な洗浄液が導入される。
【０１２０】
次に、ガイドレール５８が、（水平往復運動ユニット５１の）可動部６４を上昇させる（図１３及び１４参照）。
【０１２１】
次に、スライダー６０が、退避スポット側から洗浄チャンバー側に向かって移動し、チャックテーブル５６の真上まで、可動部６４を搬送する。
【０１２２】
次に、ガイドレール５８が、退避スポット９２内にあった時と同じ高さまで降下する。このガイドレール５８の降下に従って、可動部６４も降下する（図１０参照）。
【０１２３】
次に、ノズル１２が、洗浄液１４の噴射を開始する。すると、遠心力によって、ウエハ６の表面に、洗浄液１４の薄い膜が形成される。この時、超音波照射面２４とウエハ表面１６の間に、洗浄液１４が侵入する。また、上記膜の内部には、ウエハ６の中心から外周に向かう、洗浄液の流れが形成される。
【０１２４】
次に、上下往復運動ユニット６５が、上下方向に往復運動を開始する。同時に、超音波照射ユニット２０ａが、ウエハ表面１６への超音波照射を開始する。
【０１２５】
更に、水平往復運動ユニット５１が、水平往復運動を開始する。この時、超音波照射ユニット２０ａとノズル１２は、ウエハ６の直径に沿った往復運動を開始する（図１５参照）。尚、図１５に示した区間９４は、可動部６４の往復運動範囲を示している。この往復運動とウエハ６の回転によって、ウエハ６の全面が洗浄される。
【０１２６】
所定の時間の経過後、ノズル１２による洗浄液噴射、超音波照射ユニット２０ａによる超音波照射、上下往復運動ユニット６５による上下運動、及び水平往復運動ユニット５１による水平運動が停止する。
【０１２７】
次に、振動体ユニット５０及びノズル１２が、ウエハ洗浄前の移動手順とは逆の手順に従って、退避スポット９２内に退避する。
【０１２８】
その後、ウエハ６の表面に超純水が注がれ、洗浄液がゆすがれる。次に、チャックテーブル５６が回転数を上げて、ウエハ６をスピン乾燥する。次に、チャックテーブル５６が停止する。最後に、ウエハ搬送ユニット４８が、ウエハ６をウエハラック４６に収納する。
【０１２９】
上記一連の動作によって、ウエハ６の洗浄が完了する。
【０１３０】
（３）洗浄条件
（i）ウエハ回転速度
本実施例に於けるウエハ６の回転速度は、１５０ｒｐｍである。
【０１３１】
ウエハ６の回転数が高くなれば、超音波照射面２４とウエハ表面１６の間に滞留する洗浄液１４の排出は、容易になる。
【０１３２】
一方で、ウエハ表面１６に於ける、洗浄液の厚さ２７は、薄くなる（図３参照）。この場合、超音波照射面２４とウエハ表面１６の間隔（ギャップ２５）が、狭められる。その結果、超音波照射面２４とウエハ表面１６が、接触しやすくなる。
【０１３３】
そこで、本実施例では、ウエハ回転速度が１５０ｒｐｍに設定され、更に、この回転速度で、洗浄液１４の膜厚が２ｍｍになるように、洗浄液１４の供給量が調整されている。
【０１３４】
（ii）上下往復運動の振幅
本実施例に於ける、超音波照射面２４の上下往復運動の振幅（すなわち、振動体４ｂの往復運動の振幅）は、０.８ｍｍである。
【０１３５】
振動体が上下すると、超音波照射面２４とウエハ表面１６の間隔（ギャプ２５）が変化する（図３参照）。本実施例では、ギャップ２５の最大値及び最小値が、夫々、１．３ｍｍ及び０．５ｍｍに設定されている。すなわち、超音波照射面２４の上下運動の振幅９６は、０．８ｍｍである（図４参照）。
【０１３６】
上下運動の振幅９６が大きいほど、超音波照射面２４とウエハ表面１６の間に滞留する洗浄液１４は、排出されやすくなる。しかし、ウエハ表面１６に存在するうねりなどによって、ウエハ６の表面１６は、回転中に、最大で２００〜３００μｍ上下する。従って、本実施例では、ギャップ２５の最小値が、０.５ｍｍ（＝５００μｍ）に設定されている。
【０１３７】
一方、ギャップ２５の最大値が大きくなり過ぎると、洗浄液１４の表面に超音波照射面２４が近づいて、超音波照射面２４とウエハ表面１６の間に、気泡が巻き込まれやすくなる。従って、本実施例では、ギャップ２４の最大値は、１.３ｍｍ（＜２ｍｍ）に設定されている。
【０１３８】
尚、ウエハ表面１６に付着した異物の除去効率と上下運動の振幅９６との関係を調べたところ、振幅９６が０．３ｍｍを超えると、異物除去率が改善されることが明らかになった。従って、振幅９６は、０.３ｍｍ以上が好ましい。
【０１３９】
（iii）上下往復運動の周期
本実施例に於ける、超音波照射面２４の上下運動の周波数（すなわち、振動体４ｂの往復運動の周期）は、５Ｈｚである。
【０１４０】
上下運動の周波数と、ウエハ表面１６に付着した異物の除去効率の関係を調べたところ、周波数が１Ｈｚを超えると、異物の除去効率が向上することが明らかになった。
【０１４１】
一方、周波数が１０Ｈｚを越えると、振動体４ｂの運動が不安定になることも、明らかになった。この場合、超音波照射面２４がウエハ表面１６に接触したり、洗浄液１４に気泡が巻き込まれたりする。このように超音波照射面２４の運動が不安定になる原因は、周波数の上昇によって、超音波照射面２４が洗浄液１４から受ける抵抗が、大きくなるためと考えられる。
【０１４２】
また、超音波照射面２４の上下運動の周波数が高くなると、ウエハ表面上での洗浄液膜の形成も不安定になる。
【０１４３】
従って、超音波照射面２４の上下運動の周波数は、１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下が好ましい。
【０１４４】
（４）洗浄効果
本発明者は、振動体４ｂの上下運動の有無による洗浄効果の違いを比較した。
【０１４５】
比較に用いた試料は、シリカ（ＳｉＯ２）微粒子を、熱酸化した表面に付着させたシリコンウエハである。シリコンウエハの直径は、８インチ（２００ｍｍ）である。付着させたシリカの平均粒径は０．１５μｍであり、その数は約３万個である。尚、熱酸化膜の厚さは、１００ｎｍである。
【０１４６】
洗浄効果は、ウエハ表面に付着した異物（ここでは、シリカ微粒子）の数を、洗浄の前後で測定して得られる異物除去率に基づいて評価した。具体的には、この異物除去率が９９％に達するまでの時間によって、洗浄効果を比較した。尚、異物数の計測は、ウエハ表面検査装置を使用して行った。
【０１４７】
比較実験に用いた条件は、以下の通りである。
【０１４８】
まず、振動体ユニット４ｂの水平往復運動の速度は、５０ｍｍ／ｓｅｃである。また、ウエハ６の回転速度は、１５０ｒｐｍである。また、超音波振動子２ｂの振動周波数及び出力は、夫々、３ＭＨｚ及び６０Ｗである。
【０１４９】
洗浄液は、超純水中に水素ガスを１．５ｍｇ／Ｌの濃度で溶解させた水素溶解水である。尚、ウエハ表面に形成する洗浄液膜の厚さは、２ｍｍである。
【０１５０】
まず、振動体４ｂに上下往復運動をさせずに、ギャップ２５を０．９ｍｍとして、ウエハの洗浄を行った。この場合、異物除去率９９％が得られる時間は、４２０秒であった。
【０１５１】
次に、振動体４ｂの上下往復運動の振幅及び周期を、夫々、０．８ｍｍ及び５Ｈｚとして、ウエハの洗浄を行った。ここで、上下往復運動は正弦波振動であり、最大ギャップ及び最小ギャップは、夫々、１．３ｍｍ及び０．５ｍｍである。この場合に、異物除去率９９％が得られるまでの時間は、７０秒であった。
【０１５２】
このように、本実施例によれば、ウエハの洗浄時間は、振動体に上下往復運動をさせない場合に比べ、著しく短くなる。
【０１５３】
（変形例）
図１６は、本変形例の振動体４ｃの断面図である。
【０１５４】
図１６に示すように、本振動体４ｃの超音波照射面２４ａは、凸状である。
【０１５５】
すなわち、本振動体４ｃの底面は、周端部より中心部が突き出している円錐形である。
【０１５６】
このような振動体４ｃを用いると、洗浄液１４の抵抗が小さくなり、異物を含む洗浄液１４の排出効果が高くなる。
【０１５７】
ここで、振動体４ｃの直径は、例えば、１５ｍｍである。一方、超音波照射面２４ａの突き出し量は、例えば、０．５ｍｍである。
【０１５８】
尚、超音波照射面２４ａの形状は、円錐形に限られない。例えば、超音波照射面２４ａは、球面であってもよい。
【符号の説明】
【０１５９】
２,２ａ,２ｂ・・・超音波振動子      ３・・・第１の側面      
４,４ａ,４ｂ,４ｃ・・・振動体      ６・・・ウエハ      
８,８Ａ,８Ｂ・・・矢印      １０・・・第２の側面
１１・・・アーム      １２・・・ノズル      １４・・・洗浄液１４
１６・・・ウエハ表面      １８・・・実施の形態の洗浄装置
２０、２０ａ・・・超音波照射ユニット
２２・・・第１の底面      ２４,２４ａ・・・第２の底面（超音波照射面）
２５・・・ギャップ      ２６・・・ウエハ表面に垂直な方向
２７・・・洗浄液の厚さ      ２８・・・ギャップが最大となる位置
３０・・・ギャップが最小となる位置      ３２、３４・・・矢印
３６・・・実施例の洗浄装置      ３８・・・筐体
４０・・・操作パネル      ４２・・・クリーンブース
４４・・・洗浄チャンバー      ４６・・・ウエハラック
４８・・・ウエハ搬送ユニット      ５０・・・振動体ユニット
５１・・・水平往復運動ユニット      
５２・・・カップ      ５４・・・回転軸
５６・・・チャックテーブル      ５８・・・ガイドレール
６０・・・スライダー      ６２・・・台座
６４・・・可動部      ６５・・・上下往復運動ユニット
６６・・・アクチュエータ      ６８・・・天板      
７２・・・円柱状に部分      ７３・・・円盤状の部分
７４・・・シャーシ      ７６・・・貫通孔
７８・・・スライダー      ８０・・・アーム
８２・・・支柱      ８４・・・貫通孔
８６・・・アクチュエータ      ８８・・・プッシュピン
９０・・・ばね      ９２・・・退避スポット
９４・・・区間      ９６・・・振幅
【図１】
2010245147.tif 000003
【図２】
2010245147.tif 000004
【図３】
2010245147.tif 000005
【図４】
2010245147.tif 000006
【図５】
2010245147.tif 000007
【図６】
2010245147.tif 000008
【図７】
2010245147.tif 000009
【図８】
2010245147.tif 000010
【図９】
2010245147.tif 000011
【図１０】
2010245147.tif 000012
【図１１】
2010245147.tif 000013
【図１２】
2010245147.tif 000014
【図１３】
2010245147.tif 000015
【図１４】
2010245147.tif 000016
【図１５】
2010245147.tif 000017
【図１６】
2010245147.tif 000018