(57)【要約】【課題】薬液及び純水の消費量を削減できる基板洗浄装置及び基板洗浄方法【解決手段】洗浄液と基板１００を収納する洗浄槽１１と、洗浄槽１１中の洗浄液に超音波振動を印加する超音波振動子１５と、洗浄液を循環させて基板１００を洗浄する循環装置１０と、洗浄液中の溶存ガス濃度を測定する測定装置２０と、溶存ガス濃度の測定結果に基づき、溶存ガス濃度が一定値になるように大気から洗浄液に溶解されるガス量を調整する調整装置３０とを備える。【選択図】図１
2008091546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄液と基板を収納する洗浄槽と、
前記洗浄槽中の前記洗浄液に超音波振動を印加する超音波振動子と、
前記洗浄液を循環させて前記基板を洗浄する循環装置と、
前記洗浄液中の溶存ガス濃度を測定する測定装置と、
前記溶存ガス濃度の測定結果に基づき、前記溶存ガス濃度が一定値になるように大気から前記洗浄液に溶解されるガス量を調整する調整装置
とを備えることを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項２】
前記調整装置が、前記循環装置を制御して前記洗浄液の循環する流量を調整する流量制御ユニットを備えることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
【請求項３】
前記調整装置に制御され、前記洗浄液の温度を調整する温度調整装置を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の基板洗浄装置。    
【請求項４】
洗浄液を循環させるステップと、
前記洗浄液中の溶存ガス濃度を測定するステップと、
前記溶存ガス濃度の測定結果に基づき、前記溶存ガス濃度が一定値になるように大気から前記洗浄液に溶解されるガス量を調整するステップと、
前記洗浄液に超音波振動を印加するステップ
とを含み、前記洗浄液によって基板を洗浄することを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項５】
前記洗浄液の循環する流量の調整及び前記洗浄液の温度の調整の少なくともいずれかにより前記溶存ガス濃度を調整することを特徴とする請求項４に記載の基板洗浄方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の洗浄方法に係り、特に洗浄液に超音波振動を印加する基板洗浄装置及び基板洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路（ＬＳＩ）が形成される基板の洗浄に、超音波洗浄が適用されている。「超音波洗浄」とは、基板を浸した洗浄液に数十〜数ＭＨｚの超音波振動を与えることにより、基板上に付着した異物等を弾き飛ばす方法である。近年では、溶存ガスを含む洗浄液に超音波を印加することにより発生するマイクロバブル効果により、異物の除去性を高める方法が採用されている。
【０００３】
しかし、ＬＳＩの高集積化が進むにつれ、基板上に形成される素子パターンが微細化されてきた。そのため、超音波振動の強度が強すぎて基板上に形成された素子が破壊されることがある。又、洗浄液に超音波振動を印加する超音波振動子の出力が一定であっても、溶存ガス濃度が低くなった場合等に、洗浄液を伝搬する超音波振動の強度が変動することがある。したがって、異物の除去性を高く、且つ素子破壊を防止するために、溶存ガス濃度を一定に保つことが重要である。
【０００４】
貯めおきした洗浄液を循環させて基板を洗浄する基板洗浄方法では、貯めおきした状態の洗浄液に接する大気からの洗浄液へのガスの自然溶解、或いは洗浄液から大気へのガスの自然脱気が生じる。そのため、洗浄液中の溶存ガス濃度を一定に保つことは困難である。上記問題を解決するため、例えば、常に新しい純水を供給し、純水と薬液を混合して一定量のガスが溶解された洗浄液を製造する、いわゆるワンバス洗浄を行う洗浄装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかし、ワンバス洗浄では薬液が使い捨てになる。更にワンバス洗浄では純水が大量に必要であるという問題がある。例えば、２００ｍｍ径のウェハを洗浄する場合に２０〜３０リットル／分、３００ｍｍ径のウェハを洗浄する場合に３０〜４０リットル／分の純水が必要である。
【特許文献１】特開２００３−２３４３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、薬液及び純水の消費量を削減できる基板洗浄装置及び基板洗浄方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明の一態様によれば、洗浄液と基板を収納する洗浄槽と、洗浄槽中の洗浄液に超音波振動を印加する超音波振動子と、洗浄液を循環させて基板を洗浄する循環装置と、洗浄液中の溶存ガス濃度を測定する測定装置と、溶存ガス濃度の測定結果に基づき溶存ガス濃度が一定値になるように大気から洗浄液に溶解されるガス量を調整する調整装置とを備える基板洗浄装置が提供される。
【０００８】
本願発明の他の態様によれば、洗浄液を循環させるステップと、洗浄液中の溶存ガス濃度を測定するステップと、溶存ガス濃度の測定結果に基づき、溶存ガス濃度が一定値になるように大気から洗浄液に溶解されるガス量を調整するステップと、洗浄液に超音波振動を印加するステップとを含み、洗浄液によって基板を洗浄する基板洗浄方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、薬液及び純水の消費量を削減できる基板洗浄装置及び基板洗浄方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の第１乃至第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。又、以下に示す第１乃至第３の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る基板洗浄装置は、図１に示すように、洗浄液と基板１００を収納する洗浄槽１１と、洗浄槽１１中の洗浄液に超音波振動を印加する超音波振動子１５と、洗浄液を循環させて基板１００を洗浄する循環装置１０と、洗浄液中の溶存ガス濃度を測定する測定装置２０と、溶存ガス濃度の測定結果に基づき、溶存ガス濃度が一定値になるように大気から洗浄液に溶解されるガス量を調整する調整装置３０とを備える。ここで、調整される溶存ガス濃度は、例えば洗浄液の溶存窒素（Ｎ2）ガス濃度等である。超音波振動子１５が、洗浄槽１１中の洗浄液に印加する超音波の周波数は数十〜数ＭＨｚ程度である。
【００１２】
図１に示す基板洗浄装置は、更に予備槽１２、温度調整装置１３及びフィルタ１４を更に備える。予備槽１２に洗浄液が供給される。測定装置２０は、予備槽１２内の洗浄液中の溶存ガス濃度を測定する。温度調整装置１３は、調整装置３０に制御されて洗浄液の温度を調整する。フィルタ１４は、洗浄液からごみ等の異物を除去する。図１は、循環装置１０−洗浄槽１１−予備槽１２−温度調整装置１３−フィルタ１４−循環装置１０の順に洗浄液が循環する基板洗浄装置の例である。
【００１３】
図１に示すように、調整装置３０は流量制御ユニット３１及び温度制御ユニット３２を備える。流量制御ユニット３１は、循環装置１０を制御して、基板洗浄装置を循環する洗浄液の流量（以下において、単に「流量」という。）を調整する。温度制御ユニット３２は、温度調整装置１３を制御して洗浄液の温度を調整する。
【００１４】
洗浄槽１１の上面は開放されており、洗浄槽１１内の洗浄液は大気に接している。そのため、大気からの洗浄液へのガスの自然溶解、或いは洗浄液から大気へのガスの自然脱気が生じる。その結果、洗浄液中の溶存ガス濃度が変動する。
【００１５】
図２に、洗浄液の溶存Ｎ2ガス濃度に対する洗浄液による基板上の異物の除去率の例を示す。ここで「除去率」は、洗浄前の基板に付着した異物に対する、洗浄後に基板から除去された異物の比率である。図２に示したように、基板上の異物の除去率は洗浄液の溶存Ｎ2ガス濃度に依存する。
【００１６】
更に、超音波振動子１５が洗浄液に印加する超音波の出力が一定であっても、溶存ガス濃度が低くなった場合等に洗浄液を伝搬する超音波振動の強度が変動して、基板上に形成された素子が破壊されることがある。破壊される素子数は溶存Ｎ2ガス濃度に依存する。したがって、効率よく基板上の異物を除去するために、洗浄液の溶存Ｎ2ガス濃度を一定に保つことが必要である。
【００１７】
そのため、洗浄液中の溶存ガス濃度について、基板洗浄に最適な設定値が予め設けられる。設定値は、実験等によって得られる、基板の洗浄効果が高く且つ基板上に形成された素子が破壊されない溶存ガス濃度値に設定される。
【００１８】
溶存ガス濃度の測定値が設定値と異なる場合、調整装置３０は、流量制御ユニット３１或いは温度制御ユニット３２によって溶存ガス濃度を調整する。一般に、基板洗浄装置を循環する洗浄液中の溶存ガス濃度は、大気へのガスの自然脱気により時間経過と共に減少する。しかし、大気から洗浄液へのガスの自然溶解と大気へのガスの自然脱気のバランスが取れた時点で、洗浄液の循環を開始してから一定時間後に溶存ガス濃度は安定する。図３は、洗浄液を流量１２リットル／分で循環させた場合の、洗浄液の溶存Ｎ2ガス濃度を示した例である。図３に示したグラフの縦軸は洗浄液の溶存Ｎ2ガス濃度であり、横軸は基板洗浄装置を洗浄液が循環し始めた時刻からの経過時間である。図３に示した例では、循環を開始してから１００秒程度で、溶存Ｎ2ガス濃度は安定する。調整装置３０は、溶存ガス濃度が設定値で一定になるように、以下に説明する方法によって洗浄液の流量と温度を調整する。
【００１９】
調整装置３０が流量制御ユニット３１によって溶存ガス濃度を調整する方法を、以下に説明する。洗浄液の流量が多いほど、時間当りに大気に接する洗浄液の面積が増大し、大気から洗浄液に自然溶解するガス量が増大する。つまり、洗浄液の流量が多いほど、洗浄液中の溶存ガス濃度は増大する。一方、洗浄液の流量が少ないほど、洗浄液中の溶存ガス濃度は減少する。流量制御ユニット３１は循環装置１０を制御して、単位時間、例えば１分あたりに洗浄槽１１を通過する洗浄液の流量を調整する。洗浄液の流量を調整することにより、洗浄液中の溶存ガス濃度が設定値で一定になるように調整される。循環装置１０は、例えば内蔵するポンプの回転数を調整することにより、洗浄液の流量を調整する。その結果、時間あたりに大気に接する洗浄液の流量を調整できる。
【００２０】
温度制御ユニット３２によって溶存ガス濃度を調整することも可能である。自然溶解するガス量は洗浄液の温度に依存するため、温度制御ユニット３２は、温度調整装置１３を制御して洗浄液の温度を調整することによって、設定値になるように溶存ガス濃度を調整する。一般に、洗浄液の温度が高いほど、溶存Ｎ2ガス濃度は低下する。
【００２１】
尚、洗浄液の流量の調整と洗浄液の温度の調整を併用して、洗浄液中の溶存ガス濃度が設定値で一定になるように調整してもよいことは勿論である。
【００２２】
以下に、図１に示した基板洗浄装置によって、基板を洗浄する方法を説明する。先ず、循環装置１０が、循環装置１０−洗浄槽１１−予備槽１２−温度調整装置１３−フィルタ１４−循環装置１０の順に洗浄液を循環させる。
【００２３】
予備槽１２中の洗浄液中の溶存ガス濃度が、測定装置２０により測定される。測定装置２０によって測定された溶存ガス濃度の測定値は、調整装置３０に送られる。
【００２４】
調整装置３０は、溶存ガス濃度の測定値を、予め設定された溶存ガス濃度の設定値と比較する。溶存ガス濃度の測定値が設定値と異なる場合、調整装置３０は、上記に説明した方法によって、洗浄液中の溶存ガス濃度を設定値に調整する。
【００２５】
予備槽１２から排出された洗浄液水は、温度調整装置１３において温度調整された後、フィルタ１４で異物が除去される。その後、洗浄液は循環装置１０を経由して洗浄槽１１に送られる。図１に示した例では、洗浄液水が洗浄槽１１の下部から洗浄槽１１に供給される。又、洗浄槽１１からオーバーフローした洗浄液が予備槽１２に供給される。
【００２６】
溶存ガス濃度が設定値で一定に安定した後、図示を省略する支持装置によって、洗浄槽１１内の洗浄液に浸かる位置に基板１００が設置される。超音波振動子１５によって洗浄槽１１内の洗浄液に超音波振動が印加され、基板１００が洗浄される。尚、洗浄液中の溶存ガス濃度が調整される前に基板１００を洗浄槽１１内に設置し、溶存ガス濃度が設定値で一定に安定した後に、洗浄液に超音波振動を印加してもよい。
【００２７】
以上に説明したように、図１に示した基板洗浄装置は、洗浄液の流量の調整や洗浄液の温度の調整によって大気から溶解されるガス量を調整することにより、洗浄液中の溶存ガス濃度を一定に保ちながら洗浄液を循環させることが可能である。つまり、本発明の第１の実施の形態に係る基板洗浄装置によれば、循環する洗浄液中の溶存ガス濃度を基板洗浄に最適な設定値に調整ができる。その結果、基板上に形成された素子を破壊することなく、基板を洗浄できる。更に、図１に示した基板洗浄装置では洗浄液を循環させるため、薬液が使い捨てにならず、更に大量の純水を必要としない。そのため、本発明の第１の実施の形態に係る基板洗浄装置によれば、ワンバス洗浄を行う基板洗浄装置に比べて純水や薬液等の消費量を削減できる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る基板洗浄装置は、図４に示すように、基板洗浄装置がチャンバー５０によって囲まれている点が図１と異なる。チャンバー５０の内部は、チャンバー５０の外部の大気（以下において、「外気」という。）から遮断される。図４に示す基板洗浄装置は、チャンバー５０内の大気（以下において、「内気」という。）の、洗浄液に溶解されるガスの濃度を調整するガス濃度調整装置５５、及び洗浄液に溶解されるガスをガス濃度調整装置５５に供給するガス供給装置６０を更に備える。又、図４に示した調整装置３０は、ガス濃度調整装置５５を制御するガス濃度制御ユニット３３を更に備える。その他の構成については、図１に示す第１の実施の形態と同様である。
【００２９】
ガス濃度調整装置５５は、ガス供給装置６０から供給されるガスをチャンバー５０内に供給することにより内気のガス濃度を上げる。或いは、ガス濃度調整装置５５は、外気をチャンバー５０内に導入して、内気のガス濃度を下げる。
【００３０】
図４に示した基板洗浄装置はチャンバー５０によって外気から遮断されている。そのため、ガス濃度調整装置５５によって内気のガス濃度を調整することにより、洗浄液から自然脱気するガス量及び洗浄液に自然溶解するガス量を調整できる。例えば、内気のガス濃度を高めて洗浄液に溶解されるガス量を増やす、或いは内気のガス濃度を低くして洗浄液に溶解されるガス量を減少させる。つまり、溶存ガス濃度の測定値が設定値と異なる場合、調整装置３０は、ガス濃度制御ユニット３３によってガス濃度調整装置５５を制御することにより、洗浄液中の溶存ガス濃度を設定値に調整する。
【００３１】
図４では基板洗浄装置全体をチャンバー５０によって囲む例を示したが、実際に洗浄液が大気と接する部分のみ、例えば洗浄槽１１及び予備槽１２のみをチャンバー５０によって囲んでもよい。他は、第１の実施の形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
【００３２】
本発明の第２の実施の形態に係る基板洗浄装置によれば、洗浄液の流量の調整及び洗浄液の温度の調整に加え、洗浄液と接する大気のガス濃度の調整によって、洗浄液中の溶存ガス濃度を基板洗浄に最適な設定値に調整できる。
【００３３】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る基板洗浄装置は、図５に示すように、溶解装置７０、及び溶解装置７０に洗浄液に溶解させるガスを供給するガス供給装置６０を更に備える点が図１と異なる。又、図５に示した調整装置３０は、溶解装置７０を制御する溶解装置制御ユニット３４を更に備える。その他の構成については、図１に示す第１の実施の形態と同様である。
【００３４】
溶解装置７０は、洗浄液が循環する経路のどこに配置してもよいが、図５は予備槽１２と温度調整装置１３の間に溶解装置７０を配置した例を示す。溶解装置７０は、溶解装置制御ユニット３４に制御され、ガス供給装置６０から供給されたガスを洗浄液に溶解させる。或いは溶解装置７０は、洗浄液に溶解されるガス量を調整して、洗浄液中の溶存ガス濃度を調整する。つまり、溶存ガス濃度の測定値が設定値と異なる場合、調整装置３０は、溶解装置制御ユニット３４によって溶解装置７０が洗浄液に溶解されるガス量の制御、及びガス溶解の開始或いは停止を制御することにより、洗浄液中の溶存ガス濃度を設定値に調整する。他は、第１の実施の形態と実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。
【００３５】
本発明の第３の実施の形態に係る基板洗浄装置によれば、洗浄液の流量の調整や洗浄液の温度の調整によって自然溶解するガス量を調整するだけでは溶存ガス濃度を設定値に調整できない場合に、強制的にガスを洗浄液に溶解させることによって洗浄液中の溶存ガス濃度を設定値に調整できる。
【００３６】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１乃至第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３７】
既に述べた第１乃至第３の実施の形態の説明においては、洗浄液に溶解されるガスがＮ2ガスである場合を例として説明したが、大気中に含まれるＮ2ガス以外の、酸素（Ｏ2）ガス、アルゴンガス（Ａｒ）等の溶解量を調整してもよい。
【００３８】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式図である。
【図２】溶存ガス濃度と異物の除去率との関係を示すグラフである。
【図３】循環時間と溶存ガス濃度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…循環装置
１１…洗浄槽
１２…予備槽
１３…温度調整装置
１４…フィルタ
１５…超音波振動子
２０…測定装置
３０…調整装置
３１…流量制御ユニット
３２…温度制御ユニット
３３…ガス濃度制御ユニット
３４…溶解装置制御ユニット
５０…チャンバー
５５…ガス濃度調整装置
６０…ガス供給装置
７０…溶解装置
１００…基板
【図１】
2008091546.tif 000003
【図２】
2008091546.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008091546.tif 000006
【図５】
2008091546.tif 000007