(57)【要約】【課題】微細パターンの非破壊とパーティクル除去効率の向上を図った洗浄方法及び洗浄装置を提供すること。【解決手段】洗浄液中に溶解させるガスを、被洗浄物２の洗浄時の環境圧力よりも高い圧力で加圧することによって洗浄液中に飽和状態まで溶解し、ガスが飽和状態まで溶解した洗浄液を、環境圧力下に供給することによって溶解したガスを過飽和状態にし、ガスが過飽和状態まで溶解した洗浄液に超音波振動を付与することによって気泡の発生を促進させながら、洗浄液にて被洗浄物の被処理面を洗浄処理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄液中に溶解させるガスを、被洗浄物の洗浄時の環境圧力よりも高い圧力で加圧することによって洗浄液中に飽和状態まで溶解し、
前記ガスが飽和状態まで溶解した前記洗浄液を、前記環境圧力下に供給することによって溶解したガスを過飽和状態にし、
前記ガスが過飽和状態まで溶解した洗浄液に超音波振動を付与することによって気泡の発生を促進させながら、前記洗浄液にて被洗浄物の被処理面を洗浄処理する
ことを特徴とする洗浄方法。
【請求項２】
前記被洗浄物の被処理面に接する前記洗浄液に、前記被処理面より上側から超音波振動を加えることを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項３】
前記被洗浄物の被処理面とは反対の面側から、前記被洗浄物、或いは前記反対の面に接する液体に超音波振動を加えることにより、前記処理面に接する前記洗浄液に超音波振動を加える
ことを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項４】
被洗浄物の被処理面に接する前記洗浄液に、前記被処理面の上側と、前記被洗浄物の被処理面とは反対の面側、或いは反対の面に接する液体側との両方から、同時に超音波振動を加える
ことを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項５】
超音波発振子と被洗浄物との空隙に洗浄液による液膜を形成し、
前記液膜の内部に負圧領域を発生させて気泡の発生を促進させる
ことを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項６】
前記洗浄液中に発生させた気泡にパーティクルを取り込んで排出する
ことを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項７】
前記洗浄液にアルカリ性の洗浄液を用いる
ことを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項８】
被洗浄物の洗浄時の環境圧力よりも高い圧力で加圧して飽和状態までガスを溶解した洗浄液が収容された洗浄液容器と、
前記洗浄液容器からのガス飽和洗浄液を、前記環境圧力下に配置した被洗浄物に供給する供給手段と、
超音波発振子とを備え、
前記ガス飽和洗浄液を、前記被洗浄物上でガス過飽和状態にし、
前記ガス過飽和状態の洗浄液に超音波発振子からの超音波を付与して、気泡の発生を促進させながら、前記洗浄液にて被洗浄物の被処理面を洗浄するようにして成る
ことを特徴とする洗浄装置。
【請求項９】
前記超音波発振子が前記洗浄物の被処理面より上側に配置されて成る
ことを特徴とする請求項８記載の洗浄装置。
【請求項１０】
前記超音波発振子が前記被洗浄物の被処理面とは反対の面側
または、前記反対の面に接する液体側に配置されて成る
ことを特徴とする請求項８記載の洗浄装置。
【請求項１１】
前記超音波発振子が前記洗浄物の被処理面より上側と、前記被洗浄物の被処理面の反対側の面側、或いは、前記反対側の面に接する液体側とに配置されて成る
ことを特徴とする請求項８記載の洗浄装置。
【請求項１２】
前記超音波発振子が前記供給手段を内蔵し、
前記超音波発振子と前記被洗浄物との空隙に所定の流速でガス過飽和洗浄液を供給するようにして成る
ことを特徴とする請求項８記載の洗浄装置。
【請求項１３】
前記配管は、折曲部分がアールを付けて緩く曲げられて成る
ことを特徴とする請求項８記載の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体製造工程における半導体ウェハ表面に付着したパーティクル、あるいはフォトマスク、液晶ディスプレイ基板等の表面に付着したパーティクルを除去するための、ガス過飽和溶液を用いた洗浄方法及び洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいて、半導体基板上に付着しているパーティクル（微細粒子）を除去する工程では、一般的に、半導体材料を酸化させる酸化剤（薬剤）とこの薬剤によって生成された酸化膜を除去するエッチング材が混合された洗浄液を使用する（例えばアンモニア＋過酸化水素水など）。一般にパーティクルの除去率を上昇するためには前述の洗浄液の処理温度と薬液濃度を高くして、半導体基板表面により厚い酸化膜を形成し、短時間でその膜をエッチングして、その基板表面上に付着しているパーティクルごと除去するという手段が必要になる。しかしながら、近年では半導体プロセスの微細化に伴う低膜厚ロス洗浄の必要性や、環境に対する悪影響という観点から、前述したような高温・高濃度の薬液の使用が難しくなってきた。
【０００３】
そこで、低温・低濃度の洗浄液でも高いパーティクル除去率を保つ手段として洗浄液中に超音波を印加する方法が行われてきた。このように、洗浄液の濃度・温度が低くても
洗浄液及び、半導体基板に照射する超音波の強度を高める方法により、パーティクル除去率の低下を防ぐことが可能となった。
【０００４】
ところで、超音波によって洗浄効果が高まる理由としては、洗浄液中を超音波振動が透過する際に発生する疎密波によってもたらされる微揺動による液の流れと、疎密波の疎の部分に発生する気圧の低い蒸気性のキャビテーションバブルが、そのバブルを取り囲む気圧の高い部分によって押しつぶされ圧壊（消滅）するときに発生する衝撃波によるものが考えられる。また、その衝撃波は発生した蒸気性キャビテーションバブルの径が大きいほど強いものとなる。これらの理由から、洗浄液中に照射を行う超音波の強度は高いほど多く、かつ径の大きな蒸気性のキャビテーションバブルが発生し洗浄効果が高くなることが考えられる。
【０００５】
しかし照射する超音波の強度が高すぎると、洗浄液中の高い音圧によって洗浄液内部に激しく蒸気性キャビテーションが発生する。そして洗浄対象物面に微細構造物（例えばＭＥＭＳパターンなど）が形成されている場合、そのキャビテーションがパターン近傍で発生すると、それによって微細パターンが破壊され、歩留まりが著しく低下するという問題点がある。
【０００６】
超音波振動が洗浄液内を伝わるとき、音圧により液中圧力が高くなる部分と低くなる部分が形成される。キャビテーションとはその圧力が低くなった部分に真空状態に近い泡（蒸気性キャビテーションバブル）が生じる現象のことであり、先述のキャビテーションバブルは発生直後に押しつぶされて急激に消滅する。このときに洗浄液どうしが激しくぶつかり合い、その際に生じる衝撃波が洗浄液中を伝わりパーティクル除去に寄与する。
しかし時としてその衝撃波が非常に大きくなり、前述のように半導体基板上の微細パターンにダメージをもたらすことがある。
【０００７】
そこで、先述の洗浄液にガスを溶解させる、あるいは既に溶解されているガス（例えばＮ２など）を積極的に使用することによって、キャビテーションの影響を抑えながらもパーティクル除去効果に影響を与えることの無い洗浄方法が近年多く報告されている。
【０００８】
つまり、洗浄液中にガスが溶解されていると、気圧の低い蒸気性キャビテーションバブルが発生した場合、周囲の洗浄薬液中に溶存しているガスが、キャビテーションバブル内に取り込まれ、発生直後には真空に近い状態であった前記バブルの内部はガス成分を含むある程度の気圧を持ったバブルとなる。このバブル内に入りこんだ溶解ガスは再び洗浄液中に溶解していき、やがては消滅する。この消滅速度は、先述した溶解ガスの入り込むことの無い真空に近い蒸気性キャビテーションバブルよりも穏やかになっており、突発的に発生する強い衝撃波の影響を低下する。
【０００９】
しかし、上述のような、洗浄液にガスを溶解させる方法では、突発的な強度の高い衝撃波の発生頻度は減少したが、全く無くなったわけではない。図８は従来の技術による装置を使用したときの洗浄液中の音圧を測定したグラフである。横軸に測定時間、縦軸に超音波の強度を示す音圧が示されている。そして、半導体基板上のパーティクルを除去する場合の最適な音圧は、パーティクル除去閾値とパターン破壊閾値の間ということになる。
【００１０】
図８から、突発的な大きなキャビテーションの発生に起因すると思われる、パターン破壊の閾値を超えてしまうような大きな音圧が測定されているのがわかる。この原因として考えられるのは、洗浄液中にキャビテーションバブルが発生したときに、溶解ガスがその近傍に存在しなかった場合である。つまり、バブル内に入り込む溶解ガスが無いために衝撃波の緩衡作用が働かずに、突発的に強い衝撃波が半導体基板に到達するのである。
このような場合に図８に示されるような音圧が発生し、基板上に形成されている微細パターンを破壊してしまう。
【００１１】
そこで、洗浄液中の溶解ガス濃度が低くても、キャビテーションバブルが発生した際に、効率よくバブル内に溶解ガスを取り込む方法が考案された。（特許文献１参照）。ところで洗浄液中にバブルが多く存在する場合、超音波振動は、前記バブルの影響で減衰してしまい、洗浄効果を低下させてしまう。しかし、この技術は大気圧でガスを必要最小限に溶解した洗浄液を、減圧チャンバー内に設置された半導体基板上に供給することで、キャビテーションバブルを多く発生させながらも、超音波振動が減衰しないような工夫がなされている。
【特許文献１】特開平１０−３３５２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述したように、超音波照射を利用した洗浄方法では、超音波照射の強度が強くなるほど蒸気性キャビテーションが激しく発生し、それに伴う衝撃波の多く発生する。このため、衝撃波によるエネルギーは非常に大きく、例えば半導体基板上に付着したパーティクルも効率よく除去するが、微細パターンの破壊などの発生を頻繁に引き起こす。また、このキャビテーションの発生頻度、強さ、洗浄液中における発生場所などは制御することができない。
【００１３】
一方、上述した特許文献１に記載の発明においても、キャビテーションの発生箇所や、キャビテーションバブルに起因する衝撃波の強度は制御が出来ない。そのため、突発的に発生する、微細パターンを破壊するような衝撃波を抑えることは難しいという問題点がある。
【００１４】
本発明は、上述に点に鑑み、微細パターンの非破壊とパーティクル除去効率の向上を図った洗浄方法及び洗浄装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明に係る洗浄方法は、洗浄液中に溶解させるガスを、被洗浄物の洗浄時の環境圧力よりも高い圧力で加圧することによって洗浄液中に飽和状態まで溶解し、ガスが飽和状態まで溶解した洗浄液を、環境圧力下に供給することによって溶解したガスを過飽和状態にし、ガスが過飽和状態まで溶解した洗浄液に超音波振動を付与することによって気泡の発生を促進させながら、洗浄液にて被洗浄物の被処理面を洗浄処理することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る洗浄装置は、被洗浄物の洗浄時の環境圧力よりも高い圧力で加圧して飽和状態までガスを溶解した洗浄液容器と、洗浄液容器からのガス飽和洗浄液を、環境圧力下に配置した被洗浄物に供給する供給手段と、超音波発振子とを備え、ガス飽和洗浄液を、被洗浄物上でガス過飽和状態にし、ガス過飽和状態の洗浄液に超音波発振子からの超音波を付与して、気泡の発生を促進させながら、洗浄液にて被洗浄物の被処理面を洗浄するようにして成ることを特徴とする。
【００１７】
洗浄時の環境圧力としては、大気圧が好ましい。洗浄液としては、アルカリ性洗浄液を用いるのが好ましい。また微細パターンダメージを発生せずに基板エッチングを行うという観点からであればフッ酸などの酸性洗浄液でも良い。
【００１８】
本発明の洗浄方法では、洗浄液中のガスを高い圧力下で飽和状態とし、この洗浄液をこれよりも低い圧力下に供給することにより、洗浄液中のガスが過飽和状態になり気泡が発生しやすい状態にした後、超音波振動を付与する。このとき、洗浄液の一部あるいは全面に均一な強度の超音波を照射することが出来る発振子を用いる事により粒径が揃った多くの気泡が発生し、それらのバブルが消滅する際に発生する衝撃波による音圧はパーティクル除去閾値とパターン破壊閾値との間の最適値に収まる。この効果により、微細パターンを破壊することなく被洗浄物上のパーティクルが除去され洗浄される。
【００１９】
本発明の洗浄装置によれば、洗浄時の環境圧力より高い圧力下でガス飽和された洗浄液を、洗浄液溶液供給手段を介して環境圧力下に配置した被洗浄物に供給し、洗浄液中のガスを過飽和状態にして気泡が発生しやすい状態にした後、超音波振動を付与することにより、洗浄液中に粒径の揃った気泡が多く発生し、微細パターンを破壊することなく安定した被洗浄物上のパーティクルの除去、洗浄が行える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、洗浄液にガス過飽和溶液を使用することによって従来の方法よりも粒径の揃った気体性キャビテーションバブル（内部にガスを多く含む気泡）を多く発生することが可能とるため、キャビテーションに起因する衝撃波が洗浄液中を均一かつ最適な強度で伝わる。このため、安定した洗浄効果と微細パターンの非破壊洗浄が可能となる。
つまり、本発明は被洗浄物の洗浄において、微細パターンの非破壊とパーティクル除去効率の向上を図った洗浄方法及び洗浄装置を提供するものである。
【００２１】
また、洗浄液にアルカリ性薬液を用いた場合、ウェハに付着しているパーティクルはキャビテーションによって発生したバブルに取り込まれ、表面から剥離され薬液中に遊離するため、被洗浄物の洗浄面に再付着することなく装置外に洗浄液と共に排出されていく。このため、更なる洗浄効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態に係る洗浄方法の原理を説明する。本実施の洗浄方法では、洗浄液を加圧容器の中に封入し溶解ガス（例えばＮ２、ＣＯ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｏ２、Ｈ２など）を被洗浄物の洗浄時の環境圧力下、例えば、大気圧下にある半導体基板処理チャンバーよりも高い気圧で加圧する。その高圧下の状態でガスを洗浄液に十分溶解させることにより飽和溶解状態とした洗浄液を、前記圧力よりも低い圧力である大気圧下に供給すると、溶解されたガスは洗浄液に対し過飽和状態になり、ガスで内部が満たされた気体性バブルが発生しやすい状態となる。このような状態の洗浄液では気体性バブルを発生させるのに必要なエネルギー閾値が非常に低くなっている。このため上記状態の洗浄液に超音波を与えると、ガスが過飽和状態で溶解している洗浄液中で気泡が発生し易くなる。
これにより、蒸気性キャビテーションバブルを発生させるような強いエネルギーが与えられずとも、少しの衝撃で均一な径の気体性バブルが非常に多く発生するようになる。
【００２３】
図２に常圧下においてＮ２を飽和させた純水に超音波振動を加えたものと、５気圧で同ガスを飽和した純水を常圧下に供給してガス過飽和状態にしたものに超音波振動を加えた物の各々に発生したバブル径とその頻度を測定したデータを示す。グラフは横軸にバブル径、縦軸にバブルの発生頻度（発生数）を示している。図２中の曲線Ｉはガス過飽和状態、曲線ＩＩはガス飽和状態である。５気圧で加圧したガス過飽和の純水のほうがバブル粒径のばらつきが少なく、狭い粒径範囲に多くのバブルが発生していることが分かる。
【００２４】
このように、高圧下で洗浄液中にガスを過飽和させ、常圧下に供給するという工程を経ることによって、従来よりも粒径のそろった気体性バブルを発生させることができるという制御を得る。この方法により洗浄液中に強い衝撃波が発生しても、多くの均一な径の気体性バブルが衝撃波を均等に分散して、液中に伝える特徴を持つ。
【００２５】
なお、この発生した多くの気体性バブルのバブル粒径が均一になる傾向は、ガスが洗浄液中に多く溶解して、かつ過飽和時の圧力と被洗浄物（例えば半導体基板）洗浄時の圧力差が大きい程高くなる。したがって、常圧で飽和し真空状態で処理を行っても、差圧は１気圧であるために効果はそれほど高くならないが、差圧が１気圧でも、過飽和時の圧力を２気圧とし、１気圧で処理を行えば、溶解ガスによる発泡の効果は前述の条件よりも高くなる。大気圧でガスを飽和するよりも２気圧でガスを飽和したほうが、溶解度は高くなるからである。また、５気圧から１気圧の差圧４気圧であれば更なる効果が得られる。
【００２６】
ところで、アルカリ性の半導体洗浄薬液（例えば非常に多く使用されている過酸化水素水−アンモニア水からなるＳＣ−１など）を用いてパーティクル除去洗浄を行う理由はゼータ電位の観点からである。半導体基板の材料に代表されるシリコンは酸性、アルカリ性のどちらの薬液に浸漬した場合でも常に負である。ところが、前記基板に付着している多くのパーティクルは、洗浄薬液が酸性であった場合は正に帯電し、半導体基板の電位とは反対になるので、除去されても再付着しやすくなってしまう。逆に、アルカリ性では前記基板と同じ負となるので、除去されやすくなり、再付着も起こりにくい。
【００２７】
ここで、アルカリ性薬液中に発生したバブル（キャビテーションやガス起因など発生方法は問わない）は正に帯電することが知られている。すなわち前記バブルは半導体基板や除去されるべきパーティクルと異なる電位であるので、基板表面近傍で発生したバブルについては前記基板の洗浄面に引き寄せられ、また、基板に付着しているパーティクルを取り込みやすくなる。また先述した発生状態とは別に、ウェハ表面に供給されたガス過飽和液体中においてバブルは液中に存在する付着パーティクルによる起伏があると、その部分を核にバブルが発生しやすくなる。従って、この部分で発生したバブルはパーティクルを取り込みながら成長しパーティクルを包み込む。先述した状況によってパーティクルを取り込んだバブルは、表面から剥離され薬液中に遊離するため、被洗浄物の洗浄面に再付着することなく装置外に洗浄液と共に排出されていく。このため、洗浄液にアルカリ溶液を用いることで、更なる洗浄効果が得られる。
【００２８】
以上のように、多くの径のそろった気体性バブルは、キャビテーションによる微細パターンを破壊してしまうような衝撃波を均等に分散することができることに加え、洗浄液がアルカリ性薬液であることによって、気体性バブル自体がパーティクルをうまく取り込むことが出来る。
【００２９】
従来においては、キャビテーションバブルが圧壊（消滅）するときに発生する衝撃波がパーティクルの除去に大きく寄与していたが、本発明の洗浄方法においては、先述の原理に加え超音波照射によって多く発生した気体性バブルがパーティクルを取り込み、除去を行う効果を合わせることで洗浄効果をさらに高めている。また、洗浄液中にバブルが多く発生していると超音波振動は減衰される、と先述したが、その減衰が問題となるのは、キャビテーションなどを発生させる時などに大きなエネルギーを印加する必要があるからである。しかし、本実施の形態に係る洗浄方法では、ガス過飽和状態の薬液を使用するために、弱いエネルギー照射でも多くのバブルが発生する。更に超音波発振子と洗浄基板との距離を小さくする事が可能な枚葉洗浄機を使用すれば、超音波振動の減衰によるパーティクル除去効果への影響はほとんど無い。
【００３０】
一方、本実施の形態の洗浄装置は、洗浄液中のキャビテーション起因によるバブル、ガス起因によるバブルの両方のバブルを積極的に利用して行う洗浄装置である。よって、超音波が洗浄液中で減衰しにくくするため、枚様式の洗浄装置でかつ超音波発振子と被洗浄物の距離が短い装置構造であることが好ましい。
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１に、本発明に係る洗浄方法に適用される洗浄装置の一実施の形態を示す。この洗浄装置は半導体基板やマスクなどの洗浄に用いられるものであるが、本実施の形態では被洗浄物に半導体基板を適用した場合とする。
【００３３】
本実施の形態に係る洗浄装置１は、洗浄すべき半導体基板２を載置保持する保持手段３と、圧力下でガスを溶解させた洗浄液４〔４ａ，４ｂ〕を収容した加圧タンク５、６と、加圧タンク５、６内のガス溶解洗浄液を半導体基板２の表面に供給するための洗浄液の供給手段１０と、半導体基板２の表面に供給された洗浄液に超音波を振動させるための超音波振動子９とを備えて成る。
【００３４】
洗浄液の供給手段１０は、加圧タンク５、６内のガス溶解洗浄液を半導体基板２まで送る配管７と、配管７の先端にあってガス溶解洗浄液を表面に供給するための供給ノズル８とを有して構成される。
【００３５】
本例では、加圧タンク５内に洗浄液４としてリンス用の純水洗浄液４ａが収容され、加圧タンク６に洗浄液４として薬液４ｂが収容される。純水加圧タンク５からは純水用配管１１が導出され、薬液加圧タンク６からは薬液用配管１２が導出される。両配管１１及び１２は途中で合流され、１本の配管１３となって供給ノズル８に連結される。一方、それぞれの加圧タンク５及び６にガスを供給するための配管、いわゆる過飽和ガス配管１４が設けられ、この過飽和ガス配管１４が分岐され、それぞれの分岐配管１４ａ、１４ｂがそれぞれの加圧タンク５及び６内に挿入配置される。過飽和ガス配管１４を通って、大気圧より高い圧力ガスが加圧タンク５、６に供給される。
【００３６】
半導体基板２の保持手段３、供給ノズル８及び超音波発振子９の少なくとも発振面は、図示しないが、処理チャンバーの大気雰囲気内に配置される。
【００３７】
本発明に係るガス過飽和溶液を用いた超音波洗浄装置１は、半導体基板２を取り付ける回転可能なスピンチャック、半導体基板２表面に洗浄液を供給するための洗浄液配管１３、半導体基板２表面に供給された洗浄液に超音波を振動させる超音波発振子９、洗浄液に圧力下でガスを溶解させるための加圧タンク５、６、ガスをタンクに供給するための過飽和ガス配管１４から構成される。
【００３８】
半導体基板２の保持手段３は、いわゆるスピンチャックで構成され、回転軸１５を中心に回転可能に配置される。保持手段（以下、スピンチャックという）３は、６本の円柱形状であるピン１７を有し、被洗浄物である半導体基板２を高速回転させても確実に固定することが出来る構造を備える。尚、このような基板固定構造は公知の技術によるものでもよい。さらに図示はしていないが、スピンチャック３の回転軸１５の内部にも薬液配管が備わっており、前記基板の裏面洗浄を行うことも可能であり、かつ、チャックを回転させるためのモーター駆動部との連結構造を備える。
【００３９】
薬液配管１２及び、純水配管１１が合流された配管１３とに連結された供給ノズル８は、半導体基板２の表面付近で、かつ後述する超音波発振子９の可能な限り近くに配置される。図１では薬液配管１２と純水配管１１が途中で合流して１本になっているが、各々独立していて複数本あってもよい。これらの洗浄液配管１３が、加圧タンク５、６においてガスが過飽和された薬液及び純水を、半導体基板表面に供給する。また、薬液にはアルカリ溶液を用いる。
【００４０】
供給ノズル８の供給口付近には超音波発振子９が取り付けられており、その発振面はスピンチャック３に取り付けられた半導体基板２と平行である。そして、前述の洗浄液配管１３から供給された薬液もしくは純水が表面張力により液膜を形成することが出来るように、半導体基板２と超音波発振子９の距離は極めて近く設置されている。
【００４１】
また、供給ノズル８と超音波発振子９は、半導体基板２の洗浄面上を、その回転中心から円周方向に向かって移動できる機構を備えており、半導体基板２の回転動作と合わせて、前記基板表面を全て洗浄できるようになっている。なお、ガスが過飽和された薬液及び純水が流れる配管１３には、その内部で気圧低下が発生しバブルが発生するのを防ぐため、可能な限りノズル供給口に近い部分に開閉バルブ１６を設け、ガス加圧タンク５、６内部から前記開閉バルブ１６までは全て均一な圧力を保つ構造としている。
【００４２】
また、洗浄液が配管を流れる際、洗浄液の流れ方向を変える場合において急激にその洗浄液の向きを変えるとキャビテーションが発生してしまい、半導体基板の洗浄面に達する前にバブルが大量に発生してしまう。つまり、配管の角部分すなわち折曲部（符号２０参照）では、洗浄液の圧力が低下し、それがキャビテーションの原因となる。そこで、洗浄液配管の曲率は可能な限り緩やかな形状としている。すなわち、アールを付けて、緩く曲げられた形状とする。
【００４３】
加圧タンク５、６に導入した純水配管１１、薬液配管１２はタンク下方まで延びており、内部の薬液もしくは純水を全て取り出すことができる構造としている。また過飽和ガス配管１４は加圧タンク上部の壁面付近でカットされている。加圧タンク５、６の過飽和ガス配管１４の一次側には加圧ガス圧力調整用のレギュレーター２１とガス洗浄用のフィルター２２が備えられている。この加圧タンク５、６においてガスが過飽和された洗浄液が、半導体基板２に供給される。
【００４４】
次に、図１の洗浄装置１を用いて、半導体基板２を実際に洗浄する洗浄方法を、動作手準と共に示す。まず、夫々の加圧タンク５、６にアルカリ性の洗浄薬液と純水を供給し、圧力が大気圧よりも高い高圧ガスによって、飽和状態にする。なお、このときに使用するガスはＮ２、ＣＯ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｏ２、Ｈ２などである。
【００４５】
一方、半導体基板２を内部が大気圧に維持された処理チャンバ（図示せず）にロードし、図１に示すスピンチャック３に固定する。そして基板回転数を所望の値まで徐々に増していくが、先述したように、半導体基板２の洗浄面と超音波発振子９とが形成するわずかな空隙の間に薬液を供給し、その表面張力による液膜を媒体として超音波振動を伝え洗浄を行ため、前記の液膜が張り切れてしまうような高速回転は出来ない。そのため、回転数は１０[ｒｐｍ]〜５００[ｒｐｍ]が好ましい。
【００４６】
次に、超音波発振子９と薬液配管１２を半導体基板２の洗浄面に移動する。そして、薬液を供給すると同時に超音波発振子９に超音波を加え洗浄を開始する。このときに、必要に応じて前記発振子９と薬液ノズル８を基板洗浄面内で連動させながら、かつ前記基板の回転中心から円周方向に向かって移動（往復運動）させる。
【００４７】
洗浄液配管１３の先端のノズル８から、大気圧中の半導体基板２の表面に供給されたガス飽和洗浄液は、大気圧との圧力差によりガス過飽和状態となり、気泡が発生し、同時に超音波発振子９からの超音波により、粒径の揃った多数の気泡が発生する。半導体基板表面のパーティクルは、この気泡に取り込まれるようにして基板表面から除去され排出される。粒径の揃った多数の気泡が発生するため、キャビテーションに起因する衝撃波が薬液中を均一な強度でつたわり、微細パターンを破壊することなく、洗浄が行われる。
【００４８】
洗浄終了後、純水リンスを行う。この工程に使用する純水はガス加圧した純水であっても、そうでなくてもよい。本例ではガス加圧した純水を用いており、薬液洗浄と同様の作用によって良好なリンス処理が行われる。また、この工程で発振子に付着した薬液成分も十分に洗い流す作業も含む。
【００４９】
リンス終了後、ノズル８及び超音波発振子９を半導体基板２の洗浄面より退避し、半導体基板２を乾燥させる。その後、半導体基板２をアンロードする。以上の手順により、半導体基板２のパーティクルが除去される。
【００５０】
次に、本発明に係る他の実施の形態（変化例）について説明する。
【００５１】
〔変化例１〕
図３に示すように、超音波発振子９は洗浄液配管１３を備えた形状でもよい。図３に、発振子９と半導体基板２との位置関係、及び半導体基板２を例えば時計回りaに回転させた場合の薬液の流れを示す。図３に図示するように半導体基板2を回転させ、超音波発振子9を前記基板2の洗浄面上部の非常に近い場所に位置させた後に、洗浄液を供給する。薬液の供給量が適量であると、図４の発振子９下部の斜線で示した付近に大気圧よりも気圧の低い負圧領域２６が生じる。本発明は、ガスを高圧で飽和させた状態で薬液を気圧の低い部分に供給することで過飽和状態とし、気泡の発生を促進する方法であるために負圧を生じさせることは好ましい。
【００５２】
ここで、斜線部分に負圧領域２６を生じる理由を示す。洗浄液などの液体は粘性を持つ。このため、洗浄液は半導体基板２の動き（回転）ａに追従し、b方向（洗浄液の流れ方向）に移動を開始する。このとき、半導体基板2と発振子下部２４との空隙２５が非常に狭いため薬液などの液体がもつ表面張力によって液膜が非常に切れにくい状態となる。これによって、負圧領域２６を生じるのである。
【００５３】
また、薬液の供給量が多すぎてしまうと斜線部分２６は負圧にならず、ガスを大気圧に対して過飽和にする利点が無くなってしまう。以上のことから、例えば、直径２ｃｍの超音波発振子９をと半導体基板２との間隙２５を２ｍｍとした場合、前記基板２の回転数は１０〜５００回転／分、薬液の供給量は３０ｃｃ〜１５００ｃｃ／分程度が好ましい。
【００５４】
本発明に係る洗浄薬液を用いて、図４に示す洗浄方法を実施する場合、洗浄薬液が振動子内部で超音波印加されるのを防ぐために、図４で示したように超音波振動し内部に設けられている薬液配管１３と発振子部材９との間に超音波吸収構造１３aを備える必要がある。また、前記発振子部材９の内部で配管形状により薬液の流れ方向を変える場合、急激に薬液の向きを変えるとキャビテーションが発生してしまい、半導体基板２の洗浄面に達する前に薬液に気泡が大量に発生してしまう。そこで、配管の曲率は可能な限り緩やかな形状とすることが必要である。
【００５５】
〔変化例２〕
超音波が、半導体基板２の裏面から照射される方法を用いてもよい。本例では、図５に示すように、超音波発振子９を内蔵したスピンチャック３を設け、このスピンチャック３に保持した半導体基板２の裏面に超音波発振子９が対接するようになす。そのとき、半導体基板２表面（洗浄面）にガス過飽和薬液が供給され、超音波は半導体基板を介して前記薬液に振動を与える。これによって、洗浄液の液膜２９中に、気泡２８が発生する。
【００５６】
〔変化例３〕
超音波が、半導体基板の裏面から照射される方法の別の方法として、半導体基板の裏面に近接してある超音波発振子より、半導体基板の裏面に接する液体に超音波振動を付与する方法（図示せず）もある。ここで、裏面に接する液体とは、洗浄液、リンス液、又は、純水等の液体である。半導体基板の裏面に接する液体に超音波振動を付与することによって、その液体が媒体となり、超音波振動を半導体基板に伝える。そして、更に半導体基板を介しての被処理面に接するガス過飽和洗浄液に超音波振動が加わり、前記洗浄液に気泡が発生する。
【００５７】
〔変化例４〕
また、超音波ノズル３１に、本発明に係わるガス過飽和薬液４を使用してもよい（図６) 本実施の形態例では、図６に示すように、洗浄配管１３の先端に、超音波ノズル３１を連結し、その超音波ノズル３１のノズル口を半導体基板２の表面に対向させる。超音波ノズル３１は、ノズル内部の上部に超音波振動子９を備えた構成を有する。洗浄時には、ノズル内に洗浄液が導入され、ノズル口より洗浄液が半導体基板表面に供給されるとき、超音波振動子９からの超音波振動３２がノズル内部の洗浄液４を伝播して半導体基板表面に供給された洗浄液中に気泡が発生するようになされる。
【００５８】
〔変化例５〕
図示はしないが、半導体基板の被処理面の上側から、被処理面に接する洗浄液に超音波振動を付与する方法と、半導体基板の裏面から超音波を照射し、被処理面に接する洗浄液に超音波振動を付与する方法を、同時に行うような構成であっても良い。例えば、本実施の形態、変化例１、変化例４に記載のいずれかと、変化例２、変化例３に記載のいずれかの方法を任意で組み合わせることによって、そのような、両方から同時に超音波振動を付与する構成にすることができる。
【００５９】
〔変化例６〕
図７に示すように、ガス加圧タンク内部５、６に備えられる過飽和用ガス配管６のガス供給口は、加圧される液体の内部にあっても良い（バブリング構造）。また、ガス供給口の先端を複数本に分散させる、あるいは多孔質状の部材、いわゆるボールフィルタ３４を取り付けることにより、より細かい泡を液体内に供給しても良い。
【００６０】
上述した本実施の形態に係わる洗浄方法及び洗浄装置によれば、洗浄液内にガスを大気圧よりも高い気圧下で飽和させるために、より多くのガスを洗浄液中に溶解することができる。そして、この洗浄液を上記ガス飽和圧力よりも低い圧力の状態、例えば大気圧の状態に供給することにより、より多くの粒径の揃った気体性バブルを発生させることができる。すなわち、従来方法よりもガスを加圧した気圧と、被洗浄物例えば半導体基板の洗浄時に用いる気圧条件との差圧が大きいため、より多くの粒径の揃った気体性バブルを発生させることができる。
【００６１】
低い圧力状態を大気圧状態とする場合は、被洗浄物を配置する処理チャンバー内を圧力制御する必要がなくなる。洗浄装置の簡素化を図ることができる。
【００６２】
ガス過飽和薬液を使用することにより、従来の方法よりも粒径の揃った気体性バブルを多く発生することが可能となるため、キャビテーションに起因する衝撃波が薬液中を均一な強度で伝わる。このため安定した洗浄効果と微細パターンの非破壊洗浄が可能になる。
【００６３】
洗浄効果が高くなるために、従来よりも低温度あるいは常温、かつ低濃度の薬液を使用することが出来る。このため、例えば温度調節機構が不要になるなど、洗浄装置の簡素化が可能になり、さらに環境負荷も少なくなる。
【００６４】
洗浄液にアルカリ性薬液、例えばアンモニアと過酸化水素水の混合液を用いた場合において、被洗浄物である例えば半導体基板飢えに付着しているパーティクルは、アンモニア性薬液により負に帯電することが知られている。また、アルカリ性の薬液中で発生した気泡は正に帯電することが既に検証されている。すなわち、超音波と気泡の効果によって半導体基板から遊離した負の電荷を持つパーティクルは、正の電荷を持つ気泡に取り込まれるため、更なる洗浄効果が得られる。
【００６５】
超音波振動を加えることにより、さらに気体性バブルの発生を促進し、洗浄効果を高めることができる。
【００６６】
超音波発振子と被洗浄物との空隙に洗浄液による液膜を形成し、被洗浄物の動きに伴って洗浄液を所定の流速でガス過飽和洗浄液を供給することにより、液膜中に負圧領域を発生させ、より気体性バブルの発生を促進させることができる。
【００６７】
上例では、被洗浄物の洗浄時の環境圧力下として大気圧を用いたが、その他、大気圧以外の低い圧力、すなわち、加圧タンク５、６内において洗浄液中にガスを飽和状態で溶解する高い圧力よりも低い圧力を用いることもできる。環境圧力として大気圧を用いるときは、処理チャンバーに対する圧力制御手段等が不要となり、洗浄装置の簡素化を図ることができる。
【００６８】
気泡を発生しやすい状態にして、気泡中にパーティクルを取り込んで除去を行うため、洗浄液中に伝える超音波振動は僅かで良い。
【００６９】
超音波発振子を被洗浄物の裏面に配置するときは、超音波振動は被洗浄物内を伝播して洗浄液に与えられ、洗浄液が被洗浄物に供給される前に超音波振動で気体性バブルが発生することがない。
【００７０】
配管の折曲部分を、アールを付けて緩く曲げるようにすることにより、配管の折曲部分内を流れるガス飽和洗浄液中に負圧領域が発生するのを阻止することができ、バブルを発生させることなく、ガス飽和洗浄液を被洗浄物に供給することができる。
【００７１】
上例では、本発明の洗浄方法を半導体基板の表面に付着したパーティクルの除去、洗浄に適用したが、その他、フォトマスク、液晶ディスプレイ基板等の表面に付着したパーティクルを除去、洗浄、あるいはその他の被洗浄物に付着したパーティクルの除去、洗浄に適用することができる。
【００７２】
本発明の洗浄方法及び洗浄装置は、その要旨を逸脱しない範囲で変形、変更などが可能であり、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る洗浄装置の一実施の形態の構成図である。
【図２】常圧下においてＮ２を飽和させた純水と、５気圧で同ガスを飽和した純水  各々に発生したバブル径とその頻度を測定したデータを表した図である。
【図３】超音波発振子内部に薬液配管を有する構造を表す構成図である。
【図４】超音波発振子内部に薬液配管を有する構造を表す構成図である。
【図５】半導体基板裏面に発振子を有する構造を表す構成図である。
【図６】超音波ノズルに本発明に係わるガス過飽和薬液を使用した構造を表す構成図である。
【図７】バブリング構造を有するガス加圧タンクを表す構成図である。
【図８】従来の技術による装置を使用したときの洗浄液中の音圧を測定したグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
１・・洗浄装置、２・・ウェハ（半導体基板）、３・・スピンチャック、４・・洗浄液、４a・・純水、４ｂ・・薬液、５、６・・加圧タンク、７・・配管  ８・・供給ノズル、９・・超音波発振子、１０・・洗浄液配管、１１・・純水配管、１２・・薬液配管、１３・・洗浄液配管、１４・・過飽和ガス配管、１５・・回転軸、１６・・開閉バルブ、１７・・ピン、２０・・配管の折曲部、２１・・レギュレーター、２２・・フィルター、２４・・超音波発振子下部、２５・・間隙、２６・・負圧領域、２９・・液膜、２８・・気泡、３１・・超音波ノズル、３２・・超音波、３４・・ボールフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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