(57)【要約】【課題】洗浄効率を低下させることなく、超音波発振に伴う半導体基板のパターン形成部へのダメージを抑制し得る超音波による半導体基板の洗浄方法を提供する。【解決手段】回転される円形状半導体基板に超音波ノズルから洗浄液を噴射させて当該半導体基板を洗浄する工程を、半導体基板の内周部分においては超音波の発振出力を低くする低出力洗浄工程１０２Ａと、外周部分においては超音波の発振出力を高くする高出力洗浄工程１０１Ａと、これら両工程１０２Ａ，１０１Ａ間における遷移領域洗浄工程１０３Ａとから構成したものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転される円形状半導体基板に超音波ノズルから洗浄液を噴射させて当該半導体基板を洗浄する際に、
半導体基板の内周部分においては超音波の発振出力を低くするとともに、その外周部分においては超音波の発振出力を高くすることを特徴とする超音波による半導体基板の洗浄方法。
【請求項２】
回転される円形状半導体基板に超音波ノズルから洗浄液を噴射させて当該半導体基板を洗浄する際に、
半導体基板の内周部分においては洗浄液の噴射流量を少なくするとともに、その外周部分においては洗浄液の噴射流量を多くすることを特徴とする超音波による半導体基板の洗浄方法。
【請求項３】
回転される円形状半導体基板に超音波ノズルから洗浄液を噴射させて当該半導体基板を洗浄する際に、
半導体基板の内周部分においては、超音波の発振出力を低くかつ洗浄液の噴射流量を少なくするとともに、その外周部分においては、超音波の発振出力を高くかつ洗浄液の噴射流量を多くすることを特徴とする超音波による半導体基板の洗浄方法。
【請求項４】
回転される円形状半導体基板に超音波ノズルから洗浄液を噴射させて当該半導体基板を洗浄する際に、
超音波ノズルを、半導体基板の中心から所定距離だけ離れた内側位置と基板の外周部位置との間で、往復移動または回転移動させることを特徴とする超音波による半導体基板の洗浄方法。
【請求項５】
回転される円形状半導体基板に超音波ノズルから洗浄液を噴射させて当該半導体基板を洗浄する際に、
超音波ノズルから噴射される洗浄液の噴流直径を１０マイクロメートル以下とすることを特徴とする超音波による半導体基板の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板を洗浄する際に、洗浄液に超音波振動を付与させる超音波による半導体基板の洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、円板状にされたウェーハなどの半導体基板に付着したパーティクルを効率よく除去することが要求される。この半導体装置である半導体基板を洗浄する方法には、複数枚の半導体基板を洗浄液中に浸漬させるバッチ式や、半導体基板に洗浄液を噴射させて一枚ずつ洗浄する枚葉式があるが、最近では、より洗浄制御性に優れるとともに、洗浄性能が高く、またコスト面においても優位性がある枚葉式の洗浄装置が広く採用されている。
【０００３】
この枚葉式の洗浄方法においては、半導体基板に噴射される洗浄液に超音波振動を付与し、その作用によって被洗浄物からパーティクルを除去する洗浄方式を採用した高性能の洗浄装置が実用化されている。
【０００４】
一般に、洗浄液に付与される超音波振動の帯域、すなわち発振周波数が高いほど、半導体基板上のより微細なパーティクルを除去できることが知られている。従来、洗浄液に付与される超音波振動の周波帯域は１０ｋＨｚ程度であったが、近年、半導体プロセスの微細化の加速から、より微細なパーティクルを除去する必要性が高まるに従って、１０００ｋＨｚを超える超音波を付与する超音波洗浄装置が開発され、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
前記洗浄装置における超音波ノズルには、振動子が取り付けられた振動板が設けられるとともに、この振動子に超音波発振器が接続されている。
そして、この超音波発振器は所定の周波数で発振を行い、所定の電力が振動子に印加される。これによって、振動子が超音波振動を行い、その振動に振動板が連動して洗浄液に超音波振動が付与される。
【０００６】
ここで、従来の超音波洗浄装置を用いた半導体基板の洗浄方法について説明する。
この洗浄装置に用いられる超音波ノズルの揺動方法としては、図９（ａ）に示すように、半導体基板の外縁Ｅと中心Ｏとを往復させるのが一般的である。この際、被洗浄物である半導体基板は高速回転しているため、当該超音波ノズルから噴射させる洗浄液は、図９（ａ）の９０１にて示す軌道を往復しながら、当該半導体基板の全面に超音波が付与された洗浄水が供給されて洗浄が行われる。このときの基板中心からの距離に対する超音波出力は、一般に、図９（ｂ）の９０２で示されるように一定値Ｐ０を保っている。
【０００７】
しかしながら、回転する半導体基板上の特定の位置における速度は、半導体基板６００の中心Ｏからの半径方向での距離Ｒにより異なり、半導体基板の中心Ｏではゼロであり、その外縁Ｅでは最大となる。すなわち、超音波ノズルから出る超音波の衝突確率は、当該半導体基板の中心部で最大となる。
【０００８】
さらに、図９（ｂ）に示すように、基板中心Ｏからの距離Ｒに対する超音波の発振出力９０２は、通常、基板中心Ｏからの距離Ｒに拘わらず、常に最大値Ｐ０をとることから、基板中心Ｏに近づくほど超音波による衝撃は大きくなるのが一般的であった。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−８５３８０号公報（明細書および図１参照）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超音波の出力に対する半導体基板表面の耐性が強いとされるスパッタリングに代表される配線材料をその成膜処理後に洗浄する場合には、半導体基板へのダメージの影響は少なく、むしろ基板中心近傍に付着したパーティクルに対する除去性能が高まり、製品への影響はないが、超音波の出力に対する半導体基板表面の耐性が弱いドライエッチングに代表されるアルミニウム配線等のパターン形成後に洗浄する場合は、特に、基板中心近傍でパターンの破壊を招き、製品の歩留まりが低下し、またはパーティクル等による長期信頼性が低下するなどの品質上の問題が発生する。また、アルミニウム配線ほどの影響には至らないものの、コンタクトプラグ形成後における洗浄のように、ホール系のパターン洗浄においても、前記と同様の懸念があるとされている。
【００１１】
図１０は、図９記載の洗浄方法により、ある一定の超音波出力のもとで半導体基板を洗浄した場合の基板中心からの距離に対する、欠陥密度１０００の傾向を示したグラフである。この欠陥密度は、アルミ配線の場合は配線パターンの崩れ、若しくは配線の曲がり、また、コンタクトホールの場合は、下地絶縁膜の破壊、若しくは、コンタクトホール間の微細な割れやクラックを示す。
【００１２】
すなわち、超音波洗浄に伴うダメージによる欠陥密度１０００は、基板中心からの距離に関係なく超音波の出力を一定としたとき、半導体基板の回転に伴う速度が最小となる基板中心部に近づくほど多くなることを示している。勿論、超音波の出力を極力下げることにより、前記基板中心近傍におけるダメージ等による欠陥を低減させ、または完全に無くすことも可能であるが、この場合には、半導体基板の中心を除く広範な領域で洗浄効率を著しく低下させることになる。すなわち、パターン部の洗浄に関して、極めて高い除去性能を満足する超音波出力条件を確立したとしても、その条件下においては、基板中心近傍で欠陥が多発するため、半導体基板の洗浄効率を高めつつパターンへのダメージの影響をなくすことは、非常に、困難であることを示している。
【００１３】
そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、洗浄効率を低下させることなく、超音波発振に伴う半導体基板のパターン形成部へのダメージを抑制し得る超音波による半導体基板の洗浄方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る超音波による半導体基板の洗浄方法は、
回転される円形状半導体基板に超音波ノズルから洗浄液を噴射させて当該半導体基板を洗浄する際に、
半導体基板の内周部分においては超音波の発振出力を低くするとともに、その外周部分においては超音波の発振出力を高くする方法である。
【００１５】
また、本発明の請求項２に係る超音波による半導体基板の洗浄方法は、
回転される円形状半導体基板に超音波ノズルから洗浄液を噴射させて当該半導体基板を洗浄する際に、
半導体基板の内周部分においては洗浄液の噴射流量を少なくするとともに、その外周部分においては洗浄液の噴射流量を多くする方法である。
【００１６】
また、本発明の請求項３に係る超音波による半導体基板の洗浄方法は、
回転される円形状半導体基板に超音波ノズルから洗浄液を噴射させて当該半導体基板を洗浄する際に、
半導体基板の内周部分においては、超音波の発振出力を低くかつ洗浄液の噴射流量を少なくするとともに、その外周部分においては、超音波の発振出力を高くかつ洗浄液の噴射流量を多くする方法である。
【００１７】
上記請求項１〜請求項３に係る洗浄方法によれば、被洗浄物である半導体基板を回転させているとき、基板上での速度が最小となる基板中心近傍における超音波の発振出力を低くおよび／または洗浄液の流量を少なくさせて、基板中心近傍での洗浄性能を抑制するようにしたので、パターン形成後の洗浄時における基板表面へのダメージを抑制させ得る。
【００１８】
また、本発明の請求項４に係る超音波による半導体基板の洗浄方法は、
回転される円形状半導体基板に超音波ノズルから洗浄液を噴射させて当該半導体基板を洗浄する際に、
超音波ノズルを、半導体基板の中心から所定距離だけ離れた内側位置と基板の外周部位置との間で、往復移動または回転移動させる方法である。
【００１９】
本請求項４に係る洗浄方法によれば、被洗浄物である半導体基板が回転している場合、その速度が最小となる基板中心部での洗浄液の噴射が避けられるとともに、中心部を除いた領域において、超音波ノズルを、往復移動または回転移動させるようにしたので、基板中心部での洗浄液の噴射によるダメージを抑制させ得る。
【００２０】
さらに、本発明の請求項５に係る超音波による半導体基板の洗浄方法は、
回転される円形状半導体基板に超音波ノズルから洗浄液を噴射させて当該半導体基板を洗浄する際に、
超音波ノズルから噴射される洗浄液の噴流直径を１０マイクロメートル以下とする方法である。
【００２１】
本請求項５に係る洗浄方法によれば、洗浄液の噴流直径を小さくすることにより、被洗浄物である半導体基板と洗浄液との衝突する範囲を従来に比べて狭くしたので、洗浄性能の低下が避けられない基板中心部でも高い洗浄性能を維持しつつ、洗浄液の噴射によるダメージを抑制させ得る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態に係る超音波による半導体基板の洗浄方法を、図面に基づき説明する。
【００２３】
図１は、超音波を用いた半導体基板の洗浄方法を説明するグラフであり、円形状の半導体基板（ウェーハ）の中心Ｏからの半径方向の距離Ｒに対する、超音波ノズルから供給される洗浄液に付与（付加）する超音波の発振出力（以下、超音波出力という）Ｐの制御方法と当該半導体基板の表面に噴射する洗浄液の噴射流量Ｑとの関係を示すものである。なお、Ｒ０は被洗浄物である半導体基板の外周半径（外縁までの距離）とし、また以下の説明においては、中心Ｏから距離Ｒの点を、その距離を表す記号Ｒでもって示すものとする。
【００２４】
図１（ａ）において、１０１Ａは、最大値Ｐ０の超音波出力で洗浄する高出力洗浄工程であり、半導体基板中心Ｏから距離Ｒ２の第２中間点（Ｒ２）から外縁Ｒ０までの部分、つまり基板の外周部分（外周近傍または外縁部ともいう）を洗浄する場合を示す。
【００２５】
また、１０２Ａは、最小値Ｐ１の超音波出力で洗浄する低出力洗浄工程であり、半導体基板中心Ｏから距離Ｒ１の第１中間点（Ｒ１）から中心Ｏまでの部分、つまり基板の内周部分（内周近傍または中心部ともいう）を洗浄する場合を示す。
【００２６】
そして、前記高出力洗浄工程１０１Ａと低出力洗浄工程１０２Ａとの中間には、遷移領域洗浄工程１０３Ａが設けられており、第１中間点Ｒ１から第２中間点Ｒ２までの中間部を洗浄する場合を示す。なお、距離Ｒ１および距離Ｒ２の具体的な数値については後述する。
【００２７】
前記遷移領域洗浄工程１０３は、図１（ａ）に示すように、高出力洗浄工程１０１Ａと低出力洗浄工程１０２Ａとを直線で補間する１０３Ａの場合と、図１（ｂ）に示すように、高出力洗浄工程１０１Ａと低出力洗浄工程１０２Ａとを曲線で補間する１０３Ｂの場合とがあり、いずれを用いてもよい。
【００２８】
また、図１（ｃ）に示すように、第１中間点Ｒ１と第２中間点Ｒ２との間において、高出力洗浄工程１０１Ａと低出力洗浄工程１０２Ｂとを二段階で切り替えるようにして、遷移領域洗浄工程を設けなくてもよい。
【００２９】
次に、超音波の発振出力について説明する。
まず、超音波ノズルから噴射される洗浄液の流量１１１は、半導体基板のどの位置においても、常に一定値Ｑ０にされる。このとき、当該超音波ノズルから噴射されて基板の外縁部Ｒ０に衝突する洗浄液に付与される超音波出力１０１Ａは最大値Ｐ０にされる。
【００３０】
このＰ０の値は、洗浄に係わる他のパラメータ、例えば洗浄液の流量や洗浄液に微量に付加される二酸化炭素、水素、オゾン等の気体分子の濃度、または洗浄液の温度等を一定に安定させた状態で、任意の位置で少なくとも基板に１箇所の欠陥が発生するような境界値における出力の８０％（上限）に設定される。
【００３１】
この出力で洗浄することができる範囲、つまり高出力洗浄可能領域は、基板中心Ｏからの距離Ｒで表したとき、基板の外縁Ｒ０から第２中間点Ｒ２までの範囲内である。なお、このＲ２の値は、超音波ノズルから噴射される洗浄液と半導体基板との位置関係を示した図５において、当該超音波ノズルから噴射される洗浄液の半導体基板５００近傍における噴流である水柱５０５の半径ｒの１０倍以上であることが望ましい。つまり、Ｒ２≧１０ｒである。なお、図５はコンタクト系パターンの断面を示しており、５０１は半導体基板の最下層であるシリコン基板、５０２は前処理工程の多層膜、５０３は多層の酸化膜、５０４は最下層（第１番目）のコンタクト部を示している。
【００３２】
例えば、半導体基板の表面近傍における洗浄液の水柱の半径は、近似的には超音波ノズルの半径と同じと見なせることから、超音波ノズルの半径が２ｍｍであるとき、第２中間点Ｒ２は基板中心Ｏから２０ｍｍ以上離れていればよい。
【００３３】
次に、当該超音波ノズルから噴射されて基板の内周部分に衝突する洗浄液に付与される超音波出力１０２Ａは最小値のＰ１である。この出力で洗浄する範囲、つまり低出力洗浄可能領域は、基板中心からの距離で表したとき、基板中心０から第１中間点Ｒ１までの範囲内である。なお、距離Ｒ１は、図５において、超音波ノズルから噴射される洗浄液の、基板５００の表面近傍における洗浄液の水柱５０５の半径ｒの５倍以上かつ１０倍未満であることが望ましい。つまり、５ｒ≦Ｒ１＜１０ｒである。
【００３４】
例えば、半導体基板の表面近傍における洗浄液の水柱の半径は、近似的には超音波ノズルの半径と同じと見なせることから、超音波ノズルの半径が２ｍｍであるとき、距離Ｒ２は基板中心Ｏから少なくとも１０ｍｍ以上離れていることが必要である。これは、半径ｒの超音波ノズルから噴射されて超音波が付与された洗浄液の水柱が、半導体基板のごく近傍ではノズルの半径ｒとほぼ同じであるが、回転する基板に前記洗浄液が衝突する瞬間に水柱の範囲が広がり、実際には、超音波の影響を受ける範囲は洗浄液の水柱の数倍に達するからである。実際に、超音波に対する耐性が弱く、その影響を受けやすいアルミ配線パターンに適用した場合、半径２ｍｍの超音波ノズルから噴射された洗浄液と同時に供給される超音波による配線曲がりのダメージに代表される欠陥の大半は半径１０ｍｍ以内の位置にあり、かつ、その付近でのダメージの密度が他のどの領域に比べても高くなっている。同様に、半径２０ｍｍよりも外側の領域では、前記ダメージの影響は極めて小さくなっている。
【００３５】
なお、第１中間点Ｒ１から第２中間点Ｒ２までの遷移領域における超音波出力の条件は、基板内周部分の低出力側の設定値Ｐ１から、基板外周部分の高出力側の設定値Ｐ０までの範囲内であれば、どのような挙動を示しても良い。
【００３６】
例えば、図１（ａ）の１０３Ａは直線で補間した場合を、また図１（ｂ）の１０３Ｂは曲線で補間した場合を示している。また、図１（ａ）および図１（ｂ）の場合は、超音波発振器に対して極めて精巧な制御を必要とするため、機構が複雑となることから、図１（ｃ）のように、第１中間点Ｒ１と第２中間点Ｒ２との間において、超音波出力を２段階に切り替える出力制御を行い、遷移領域洗浄工程を設けなくてもよい。この場合、それぞれに超音波振動子を具備する超音波ノズル２基を併用することで、実現することができる。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態に超音波に係る半導体基板の洗浄方法を、図面に基づき説明する。
図２は、上記第１の実施形態と同様に、超音波を用いた半導体基板の洗浄方法を説明するグラフであり、円形状の半導体基板の中心Ｏからの距離Ｒに対する、超音波ノズルから半導体基板の表面に噴射する洗浄液の流量（噴射流量）Ｑの制御方法と、前記ノズルから供給される洗浄液に付与（付加）する超音波出力Ｐの制御方法との関係を示したものである。なお、Ｒ０は半導体基板の外周半径である。また、中心Ｏから距離Ｒの点を、その距離を表す記号Ｒでもって示すものとする。
【００３８】
図２（ａ）において、２１１Ａは、超音波ノズルからの噴射流量が最大値Ｑ０でもって洗浄する高流量洗浄工程であり、第２中間点Ｒ２から外縁Ｒ０までの外周部分で行う洗浄方法である。２１２Ａは、噴射流量が最小値Ｑ１でもって洗浄する低流量洗浄工程であり、第１中間点Ｒ１から基板中心０までの内周部分で行う洗浄方法である。なお、基板中心Ｏからの距離Ｒ１およびＲ２の具体的な数値は、上記第１の実施の形態と同じ値を用いることができる。
【００３９】
また、高流量洗浄工程２１１Ａと低流量洗浄工程２１２Ａとの中間には、遷移領域洗浄工程２１３Ａが設けられており、第１中間点Ｒ１から第２中間点Ｒ２までの中間部分で行う洗浄方法である。
【００４０】
なお、遷移領域洗浄工程２１３は、図２（ａ）のように、高流量洗浄工程２１１Ａと低流量洗浄工程２１２Ａとを直線で補間する２１３Ａの場合と、図２（ｂ）のように、高流量洗浄工程２１１Ａと低流量洗浄工程２１２Ａとを曲線で補間する２１３Ｂの場合とがあり、いずれを用いてもよい。
【００４１】
次に、洗浄液の流量について説明する。
まず、超音波ノズルから供給される超音波出力２０１は、基板のどの位置においても、常に一定値Ｐ０をとるものとする。このとき、当該超音波ノズルから噴射される洗浄液の噴射流量２１１Ａは最大値Ｑ０にされている。このＱ０の値は、洗浄に係わる他のパラメータ、例えば、超音波の出力、洗浄液に微量に付加される二酸化炭素、水素、オゾン等の気体分子の濃度、または洗浄液の濃度等を一定値に安定した状態で、任意の位置で少なくとも基板に１箇所の欠陥が発生するような境界値における流量の８０％（上限）に設定される。
【００４２】
この流量で洗浄することができる範囲、つまり高流量洗浄領域は、基板中心Ｏからの距離Ｒで表したとき、基板の外縁Ｒ０から第２中間点Ｒ２までの範囲内である。なお、このＲ２の値は、超音波ノズルから噴射される洗浄液５０５と半導体基板５００との位置関係を示した図５において、当該超音波ノズルから噴射される洗浄液５０５の基板近傍における半径ｒの１０倍以上であることが望ましい。つまり、Ｒ２≧１０ｒである。
【００４３】
例えば、半導体基板の表面近傍における洗浄液の水柱の半径は、近似的には超音波ノズルの半径と同じと見なせることから、超音波ノズルの半径が２ｍｍである場合、第２中間点Ｒ２は基板中心Ｏから２０ｍｍ以上離れていればよい。
【００４４】
次に、当該超音波ノズルから噴射されて基板内周部分に供給される洗浄液の噴射流量２１２Ａは最小値Ｑ１である。この出力で洗浄する範囲、つまり低出力洗浄領域は、基板中心Ｏからの距離Ｒで表したとき、基板中心Ｏと第１中間点Ｒ１との間の範囲となる。なお、このＲ１の距離は、図５において、超音波ノズルから噴射される洗浄液の、基板近傍における半径ｒの５倍以上１０倍未満であることが望ましい。つまり、５ｒ≦Ｒ１＜１０ｒである。
【００４５】
例えば、半導体基板の表面近傍における洗浄液の水柱の半径は、近似的には超音波ノズルの半径と同じと見なせることから、超音波ノズルの半径が２ｍｍである場合、第２中間点Ｒ２は基板中心Ｏから少なくとも１０ｍｍ以上離れていることが必要である。これは、半径ｒの超音波ノズルから噴射されかつ超音波が付与された洗浄液の水柱が、半導体基板のごく近傍ではノズルの半径ｒとほぼ同じであるが、回転する基板に前記洗浄液が衝突する瞬間に前記水柱の範囲が広がり、結果的に、超音波が付与されてエネルギーを持った洗浄液によって影響を受ける範囲が、当該ノズルの噴射口から供給される洗浄液の水柱の半径の数倍に達するからである。なお、第１中間点Ｒ１と第２中間点Ｒ２との間の遷移領域における超音波ノズルから噴射する洗浄液の流量の条件は、基板内周部分の低流量側の設定値Ｑ１から基板外周部分の高流量側の設定値Ｑ０までの範囲内であれば、どのような挙動を示しても良い。例えば、図２（ａ）の２１３Ａの場合は直線で補間した場合、図２（ｂ）の２１３Ｂの場合は曲線で補間した場合を、それぞれ示している。
【００４６】
上記第１および第２の実施の形態によれば、被洗浄物である半導体基板が回転しているとき、基板上の点の速度が最小となる基板内周部分における洗浄液の流量を低下させて衝突速度を低下させたり、または超音波の発振出力を低下させて基板表面における実効出力を低下させることにより、基板中心に極めて近い限定された領域、つまり内周部分での洗浄性能を抑制し、特に、パターン形成後の洗浄において基板表面に対するダメージを著しく抑制する（減少させる）効果が得られる。
【００４７】
次に、本発明の第３の実施形態に超音波に係る半導体基板の洗浄方法を、図面に基づき説明する。
本第３の実施の形態に係る洗浄方法は、上述した第１および第２の実施の形態において説明した洗浄方法を組み合わせたものである。
【００４８】
すなわち、図３に示すように、高出力の超音波出力条件（最大超音波出力ともいう）３０１と大流量の噴射流量条件（最大噴射流量ともいう）３１１の組み合わせで洗浄する高パワー洗浄工程、低出力の超音波出力条件（最小超音波出力ともいう）３０２と小流量の噴射流量条件（最小噴射流量ともいう）３１２の組み合わせで洗浄する低パワー洗浄工程、およびその中出力の超音波出力条件３０３と同じく中流量の噴射流量条件３１３の組み合わせで洗浄する中パワー洗浄工程が具備されたものであり、やはり、基板内周部分におけるダメージを抑制することができる。
【００４９】
例えば、図３に示すように、基板内周部分における最小噴射流量３１２（設定値Ｑ１）を、最大噴射流量３１１（設定値Ｑ０）の０．７倍とし、同様に、基板中心部における最小超音波出力３０２（設定値Ｐ１）を最大超音波出力３０１（設定値Ｐ０）の０．７倍とする。このとき、基板外周部分に対する基板内周部分の、超音波出力比と噴射流量比との積の上限が０．５となるように設定することが望ましい。
【００５０】
このように、上記第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る洗浄方法を組み合わせることにより、欠陥密度を示す図４のグラフの番号４００にて示す範囲のように、基板内周部分のダメージを抑制することができ、かつ基板内周部分以外の位置での洗浄効率を低下させることがない。したがって、半導体製品の歩留まりの向上および信頼性の向上に寄与することができる。
【００５１】
次に、本発明の第４の実施の形態に係る超音波による半導体基板の洗浄方法を、図面を参照しながら説明する。
図６の（ａ）〜（ｄ）は超音波ノズルの走査軌道（移動行程）を示したものであり、また、図６（ｅ）は半導体基板の中心からの半径方向の距離に対する超音波出力６０２の設定値を示したものであり、同図の（ａ）〜（ｄ）の走査軌道に拘わらず、すべて同一の値とする。図６において、６０１Ａは曲線軌道を、６０１Ｂは円形軌道を、６０１Ｃは楕円形軌道を、６０１Ｄは卵形軌道をそれぞれ示しており、また同図中、Ａは超音波ノズルの内側走査範囲限界（基板中心との最接近部）を示し、Ｂは超音波ノズルの外側走査範囲限界（基板外縁との最接近部）を示し、Ｅは半導体基板の外縁を示し、Ｏは半導体基板の中心を示す。
【００５２】
本第４の実施の形態においては、超音波ノズルの揺動範囲（移動範囲）が円形状の半導体基板（ウェーハ）の中心Ｏから所定距離（一定距離）だけ離されていることを特徴としている。
【００５３】
すなわち、半導体基板の外周半径をＲ０とすると、基板中心Ｏからの走査領域の半径方向成分Ｒが、Ｒ１≦Ｒ≦Ｒ０＋ΔＲの範囲とされる。つまり、基板に噴射される洗浄液は、基板中心Ｏから距離Ｒ１だけ離れた位置と外縁Ｒ０からΔＲだけ外側に進んだ位置との間で走査（移動）される。超音波ノズルについて言えば、当該ノズルが、基板中心Ｏから距離Ｒ１（所定距離）だけ離れた内側位置と基板の外周部位置との間で移動されることになる。
【００５４】
次に、上記距離Ｒ１の設定について説明する。
上述したように、基板中心への洗浄液の噴射を避けること、および基板中心部での洗浄力を著しく弱くしないためには、距離Ｒ１は或る範囲内であることが要求される。
【００５５】
この距離Ｒ１については、超音波ノズルから噴射される基板近傍における洗浄液の噴流半径である水柱半径（超音波ノズルの半径でもある）ｒの５倍以上かつ１０倍未満であることが望ましい（勿論、噴流直径として述べることもできる）。つまり、５ｒ≦Ｒ１＜１０ｒである。例えば、半導体基板の表面近傍における洗浄液の水柱半径は、近似的には超音波ノズルの半径と同じと見なせることから、超音波ノズルの半径が２ｍｍである場合には、距離Ｒ１は基板中心Ｏから少なくとも１０ｍｍ以上離れていることが必要である。これは、超音波ノズルから噴射された洗浄液の水柱半径ｒが半導体基板のごく近傍ではノズル半径とほぼ同じであるが、回転する基板に洗浄液が衝突する瞬間に水柱の範囲が広がり、実際には、超音波の影響を受ける範囲が洗浄液の水柱の数倍に達するからである。実際に、超音波に対する耐性が弱く、その影響を受けやすいアルミ配線パターンに適用した場合、半径２ｍｍの超音波ノズルから噴射された洗浄液と同時に供給される超音波による配線曲がりのダメージに代表される欠陥の大半は半径１０ｍｍ以内の位置にあり、しかもその付近でのダメージの密度が他のどの領域に比べても高くなっている。一方、半径が２０ｍｍよりも外側の領域では、ダメージの影響が極めて小さくなっているため、必要以上にＲ１の値を大きくする必要はない。他方、ΔＲについてはＲ１と同じである必要はなく、洗浄液が基板に衝突しないような外方の位置であればよい。つまり、少なくとも超音波ノズルの直径（２ｒ）分だけ当該基板の外側に離れていればよい（ΔＲ≧２ｒ）。
【００５６】
この走査方法で最も簡単なものは、図６（ａ）に示すように、半導体基板の真上で一次元的にＡＢ間を円弧状の曲線でもって複数回往復（揺動）させる方法である。この走査方法では、基板中心Ｏに最も近い点Ａで超音波ノズルが一時的に停止することになるが、基板中心Ｏより十分離れた点Ａでノズルが一時停止するため、その点での衝突確率は、従来の洗浄方法における基板中心部にて停止する場合よりも十分小さく、したがってダメージの発生には至らない。
【００５７】
さらに、基板の中心付近における超音波ノズルの一時的な停止を避けるため、超音波ノズルを往復移動させる替わりに、連続的に回転移動させて走査を行うことで、基板へのダメージを無くすことができる。
【００５８】
すなわち、図６（ｂ）に示すような円形軌道、図６（ｃ）に示すような楕円形軌道、図６（ｄ）に示すような卵形軌道でもって複数回連続して走査させればよい。なお、各軌道の形状に拘わらず、走査速度は常に一定にされる。
【００５９】
このとき、図６（ｃ）に示すような楕円形軌道においては、長径を基板の半径方向に一致させることが望ましく、また図６（ｄ）に示すような卵形軌道においては、点Ａ側、つまり、基板中心Ｏに近い側の軌道の曲率半径を小さくすることが望ましい。
【００６０】
これは、回転する基板上でその速度が小さくなる基板中心付近において、超音波ノズルが停滞することにより、長時間、超音波が付与（付加）されるのを回避するためである。
【００６１】
さらに、図７に示すように、超音波ノズルの走査範囲を、基板の半面側に限定することなく、基板の全面にしてもよい。
この場合の実例として、図７（ａ）に最も簡単な走査軌道を、また図７（ｂ）に複雑な走査軌道を示す。なお、図７（ａ）および（ｂ）の場合の超音波出力は、図７（ｃ）の番号７０２に示すように、一定値Ｐ０に保たれている。なお、図７においても、Ａは超音波ノズルの内側走査範囲限界（基板中心との最接近部）を示し、Ｂは超音波ノズルの外側走査範囲限界（基板外縁との最接近部）を示し、Ｅは半導体基板の外縁を示し、Ｏは半導体基板の中心を示している。
【００６２】
図７（ａ）の走査軌道７０１Ａは半導体基板７００の全面を、すなわち基板の直径にほぼ沿って走査（曲線軌道）しているが、基板７００の中心に最も接近した点Ａは、基板中心Ｏより距離Ｒ１だけ離されている。さらに、点Ａ付近においても、走査速度を一定にすることが可能であることから、点Ａ付近にて、当該ノズルが停滞するのを回避することが可能である。また、図７（ｂ）の走査軌道７０１Ｂの場合も基板全面を渦巻状に走査（渦巻軌道）しているが、基板７００の中心に最も接近した点Ａは、基板中心Ｏより距離Ｒ１だけ離れている。さらに、前記点Ａ付近においても走査速度を一定にすることが可能であることから、点Ａ付近で当該ノズルが停滞するのを回避することができる。以上の理由から、特に基板中心部におけるダメージを低減することが可能となる。
【００６３】
上記第４の実施の形態によれば、被洗浄物である半導体基板が回転している場合、その速度が最小となる基板中心付近で超音波によるエネルギーを持った洗浄液の噴射が避けられるとともに、中心部を除いた領域で超音波ノズルを１次元的曲線軌道や回転軌道でもって走査することにより、基板中心における洗浄液の噴射によるダメージを著しく抑制させることができる。
【００６４】
次に、本発明の第５の実施の形態に係る超音波による半導体基板の洗浄方法を、図面を参照しながら説明する。
図８は本発明における超音波洗浄方法を用いたときの、洗浄位置近傍における半導体基板の断面および洗浄液の噴射方向を示したものである。図８において、８００は半導体基板である。ここでは、簡単のために、コンタクト系パターンの断面を示している。８０１は半導体基板の最下層であるシリコン基板、８０２は前処理工程の多層膜、８０３は多層の酸化膜、８０４は最下層（第１番目）のコンタクト部であり、また８０５は超音波ノズルから噴射された洗浄液である。
【００６５】
なお、前処理工程における多層膜８０２および多層酸化膜８０３は、実際には、多数の薄膜で構成されるが、１つの層として示している。
ここで、洗浄液の半導体基板近傍における衝突速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、洗浄液の流量をＱ（ｍｍ３／ｓ）、洗浄液と基板表面との衝突面積をａ（ｍｍ２）とすると、ｖ＝Ｑ／ａ（ｍｍ／ｓ）となり、また、洗浄液と基板表面との衝突面積をａを衝突半径ｒで表すと、ａ＝πｒ２（ｍｍ）となる。
【００６６】
そして、洗浄能力を従来の場合よりも低下させることなく、しかも半導体基板の表面にダメージを与えることなく洗浄するためには、噴射流量を少なくするとともに衝突速度ｖについては同一であることが必要である。
【００６７】
したがって、従来例における洗浄液の半導体基板に衝突した際の面積をａ１、その半径をｒ１、衝突速度をｖ１、流量をＱ１とし、本実施の形態における洗浄液の半導体基板に衝突した際の面積をａ２、その半径をｒ２、衝突速度をｖ２、流量をＱ２とした場合、衝突速度を一定にするためには、ｖ＝ｖ１＝Ｑ１／Ａ１＝Ｑ２／Ａ２＝ｖ２となることが必要である。
【００６８】
前記式において、面積ａを衝突半径ｒで置き換えると、ｖ＝ｖ１＝Ｑ１／πｒ１２＝Ｑ２／πｒ２２＝ｖ２となる。なお、従来の洗浄方法では、洗浄液が半導体基板に接触する半径ｒ１は小さくとも０．１ｍｍのオーダ（水準）である。
【００６９】
本実施の形態においては、コンタクトホールや配線等のパターン部に付着したパーティクルの除去を効率よく行うためには、洗浄液が当該基板に衝突する際の半径が各コンタクトホール間の距離、または各配線間の距離よりも小さいことが理想的である。
【００７０】
しかしながら、このような制御については、極めて微細な超音波ノズルを必要とすることから、その実施が困難となる。この場合、大きくとも各コンタクト間、または配線間のピッチの１０倍以下であることが望ましい。このときに必要な洗浄液の衝突半径ｒは０．０１ｍｍ以下となる。つまり、そのときの流量Ｑ２を従来の洗浄方法における標準の流量Ｑを用いて表すと、Ｑ２＝０．０１Ｑ（ｍｍ３／ｓ）となる。
【００７１】
例えば、洗浄液の水柱の半径ｒが０．１ｍｍで、流量Ｑが１．０Ｌ／ｍｉｎである場合に、洗浄液の水柱の半径ｒを０．０１ｍと微細にするとともに前記と同等の洗浄効果（言い換えれば、同一の速度）を得るためには、その流量Ｑは１０ｍＬ／ｍｉｎとなる。すなわち、洗浄液が半導体基板に直接衝突する面積については、従来の１／１００に抑えることができる。
【００７２】
このため、本実施の形態に係る洗浄方法を行うことにより、図９に記載の従来の超音波ノズルの走査領域により基板中心部まで洗浄したとしても、そのことによりパターンにダメージを与える範囲は、従来の１チップ（１０数ショット）単位から、中心に極めて近い１ショット単位まで低減することが可能となる。
【００７３】
さらに、本実施の形態では、洗浄液の水柱を微細にすることにより、すなわち微細な超音波ノズルを用いることにより、基板表面におけるパーティクルだけではなく、図８に記載のコンタクトパターン８０４の底部に付着している、ポリマー残り等の有機系の異物を効率よく除去することができ、したがってコンタクト抵抗に係わる電気特性が良くなり、半導体製品の歩留まりおよび信頼性が向上する。また、基板がアルミ配線である場合にも、配線間に付着した導電性のパーティクルを効率よく除去でき、したがって半導体製品の歩留まりおよび信頼性が向上するなど、副次的な効果も期待できる。
【００７４】
この第５の実施の形態によれば、洗浄液の水柱の直径を、従来の１／１０と微細化することにより、被洗浄物である半導体基板と洗浄液との衝突する範囲を、従来の１／１００に極小化することができ、したがって洗浄性能の低下が避けられない基板中心付近の領域でも高い洗浄性能を維持しつつ、基板における洗浄液の噴射によるダメージを著しく抑制させることができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１〜請求項３に係る半導体基板の洗浄方法によれば、被洗浄物である半導体基板を回転させているとき、基板上での速度が最小となる基板中心近傍における超音波の発振出力を低くおよび／または洗浄液の流量を少なくさせて、基板中心近傍での洗浄性能を抑制するようにしたので、パターン形成後の洗浄時における基板表面へのダメージを抑制することができる。
【００７６】
また、本発明の請求項４に係る半導体基板の洗浄方法によれば、被洗浄物である半導体基板が回転している場合、その速度が最小となる基板中心部での洗浄液の噴射が避けられるとともに、中心部を除いた領域において、超音波ノズルを往復移動や回転移動させるるようにしたので、基板中心部での洗浄液の噴射によるダメージを抑制することができる。
【００７７】
さらに、本発明の請求項５に係る半導体基板の洗浄方法によれば、洗浄液の噴流直径を小さくすることにより、被洗浄物である半導体基板と洗浄液との衝突する範囲を従来に比べて狭くしたので、洗浄性能の低下が避けられない基板中心部でも高い洗浄性能を維持しつつ、洗浄液の噴射によるダメージを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る洗浄方法を説明する距離とグラフである。
【図２】同第２の実施の形態に係る洗浄方法を説明する距離と射流量との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体洗浄方法を説明する基板中心からの距離と超音波出力および噴射流量との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態に係る洗浄方法を用いた場合の基板上での位置と欠陥密度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係る洗浄方法を説明する断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る洗浄方法を説明する図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る洗浄方法を説明する図である。
【図８】同第５の実施の形態に係る洗浄方法を説明する断面図である。
【図９】従来の洗浄方法を説明する図である。
【図１０】従来の洗浄方法を用いた場合の基板上の位置と欠陥密度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１Ａ      高出力洗浄工程
１０２Ａ      低出力洗浄工程
１０３Ａ      遷移領域洗浄工程
１０３Ｂ      遷移領域洗浄工程
１１１        噴射流量条件
２０１        超音波出力
２１１Ａ      高流量洗浄工程
２１２Ａ      低流量洗浄工程
２１３Ａ      遷移領域洗浄工程
３０１        超音波出力条件
３０２        超音波出力条件
３０３        超音波出力条件
３１１        噴射流量条件
３１２        噴射流量条件
３１３        噴射流量条件
５００        半導体基板
５０５        超音波ノズルから噴射された洗浄液
６００        半導体基板
６０１Ａ      超音波ノズルの走査軌道（曲線軌道）
６０１Ｂ      超音波ノズルの走査軌道（円形軌道）
６０１Ｃ      超音波ノズルの走査軌道（楕円形軌道）
６０１Ｄ      超音波ノズルの走査軌道（卵形軌道）
７００        半導体基板
７０１Ａ      超音波ノズルの走査軌道（曲線軌道）
７０１Ｂ      超音波ノズルの走査軌道（渦巻軌道）
８００        半導体基板
【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】
2004281833.tif 000009
【図８】
2004281833.tif 000010
【図９】
2004281833.tif 000011
【図１０】
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