(57)【要約】　　　（修正有）【課題】パーティクルの除去効率を向上する。【解決手段】超音波が付与された洗浄液を複数用い、少なくともひとつは他の洗浄液と異なる周波数の超音波を付与している。これら複数の超音波ノズル７、１０の少なくともひとつを、その吐出方向軸が基板の被処理面に対して８０〜８５度の角度に配置し、他のノズルの少なくともひとつは前記ノズルと９０度の挟角を持ち、前記２つのノズルの吐出方向軸が基板の被処理面の１点で交錯すべく配置することにより洗浄効果を顕著なものとしている。【選択図】　図１
2004146439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄液に超音波を付与し、基板の処理面上に当てて基板を洗浄する工程において、超音波が付与された洗浄液を複数用い、前記複数の洗浄液のうち少なくともひとつは、他の洗浄液と異なる周波数の超音波を付与されていることを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
洗浄液に超音波を付与し、基板の処理面上に当てて基板を洗浄する工程において、超音波が付与された洗浄液を複数用い、少なくとも一つの洗浄水に複数の異なる周波数を同時に付与することを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項３】
前記複数の周波数が２ＭＨｚ以下の周波数と２ＭＨｚ以下の周波数を少なくとも含むことを特徴とする請求項１乃至２記載の基板洗浄方法。
【請求項４】
基板を保持するための基板保持手段、前記基板を回転する基板回転手段、前記基板保持手段によって保持された前記基板の被処理面に向けて超音波が付与された洗浄液を吐出する複数の超音波ノズルを備えた基板洗浄装置において、前記複数の超音波ノズルの少なくともひとつの第１のノズルは、その吐出方向軸が前記基板の被処理面に対して８０〜８５度の角度に配置され、さらに他のノズルの少なくともひとつの第２のノズルは前記第１のノズルと９０度の挟角を持ち、前記第１のノズルと前記第２のノズルの吐出方向軸が前記基板の被処理面の１点で交錯すべく配置されていることを特徴とする基板洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置を製造するためのウエハ基板、液晶パネルを製造するためのガラス基板、あるいは光ディスク用の基板などを洗浄する基板洗浄方法および装置に関するもので特に各種基板の被処理面に超音波を付与した洗浄液を使用して洗浄する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化に伴い、より微小な基板表面の欠陥、異物が歩留まり低下の要因となってきている。また一方、数的には少ないが１００％欠陥となる大きなサイズの異物も歩留まり低下の要因となっている。半導体ウエハなどの基板を洗浄する場合、基板に異物、パーティクルなどが付着しているとその基板自体に悪影響を与えたり、洗浄後の工程で他の基板を汚染させたりするという問題が発生する。そこで、従来より、基板に付着した異物、パーティクルなどは化学的あるいは物理的に除去している。
【０００３】
物理的洗浄に関して、現在の主流は３種類ある。第１はブラシで基板の被処理面をスクラブする方式、第２は洗浄液に高圧をかけて基板の被処理面に当てる高圧ジェット方式、第３は超音波を付加した洗浄液を基板の被処理面に当てる超音波方式である。
【０００４】
第１の方法は洗浄効果が最も高いが、ブラシに起因する発塵の恐れがあり、また、微細な配線パターン等にはダメージを与える（パターン崩れ）等の恐れがあり使用できる工程は限定されてくる。
【０００５】
第２の方法は第３の方法に比べると洗浄効果はやや落ちる傾向があり、静電気などによるダメージ（静電破壊）の恐れがある。
【０００６】
第３の方法は近年最も多く採用されてきている方法である（例えば特許文献１参照）。超音波の周波数帯も従来のもの（キロヘルツ帯）に比べ高くなってきている。最近開発されたメガヘルツ帯の超音波を洗浄装置で用いた場合、以下のような利点が考えられる。
【０００７】
１）サブミクロンのパーティクル除去が可能である。
【０００８】
２）キャビテーションが発生しないため、被洗浄物へのダメージが少ない。
【０００９】
３）波長が短いため、定在波の影響がなく、むらのない洗浄効果が得られる。
【００１０】
図４は超音波を利用した一般的なスクラバ装置の概略図であり、以下この図面を参照しながら従来の技術を説明する。１はウエハ基板やガラス基板、光ディスク用基板（以下、基板と略す。）、２は基板を支持する支持台（回転台）、３は支持台１に取り付けられた基板２を支持する支持ピン、４は支持台を回転させるためのモータなどの回転機構、５は洗浄で使用した洗浄水を溜めるカップ、６はカップ５内に溜まった洗浄水を排液する排液口、３１は洗浄液に超音波を付加する超音波ノズル、３２は洗浄液をタンク（図示せず）から超音波ノズル３１に給液する配管、３３は超音波ノズル３１で使用する超音波を発生させる高周波発振回路、３４は超音波ノズル３１を支持する支持アーム、３５は超音波ノズル３１を基板の上部に移動し、更に基板１で円弧状に移動させる位置調整機構、１５は洗浄液を吐出するノズル、１６は洗浄液をタンク（図示せず）からノズル１５に供給する配管である。以下この装置の動作を説明する。
【００１１】
基板１は搬送アームなどの搬送機構（図示せず）を介して支持台２に搬送される。
【００１２】
搬送された基板１は支持台２に取り付けられた支持ピン３に載せられる。支持ピン３は基板１裏面との接触が少ない形状とし、基板１が水平になるようにするために３個以上設置されている。支持台２はモータなどの回転機構４により所定の回転数で回転される。
【００１３】
一方、超音波ノズル３１には洗浄液を専用容器（図示せず）より供給するための配管３２、および洗浄液に高周波発振回路３３が接続されており、発振された高周波を超音波ノズル３１内にある振動子に伝えることにより超音波を付与している。ここで生成された洗浄液を回転している基板１の被処理面に当てることで基板１表面に付着した異物、パーティクルを除去できる。この超音波ノズル３１は支持アーム３４を介して位置調整機構３５に接続されている。支持台２の回転が安定した後、位置調整機構３５に接続された超音波ノズル３１は基板１の中央部に移動し、超音波を付与された洗浄液を吐出する。その後基板１の半径よりも少し長めに、つまり基板１の外側に洗浄液が出る位置まで円弧状に移動し、再び、基板１の中央部まで移動し、以降この動作を所定の回数まで繰り返した後超音波ノズル３１はカップ５よりも外に移動する。
【００１４】
超音波ノズル３１が基板１外周部まで移動しているときには基板１中央部への洗浄水の供給がなくなり被処理面が乾燥する恐れがあるため、これを防止するためにもう１つのノズル１５が付加されており、これには配管１６を介して洗浄液が供給される。このノズル１５は移動することなく常に基板１中央部に洗浄液を当てられるようになっている。ここでは洗浄液の代わりに超純水を使用することも可能である。一連の洗浄作業が終了すると超音波ノズル３１は基板１の外側に移動し、回転機構４の回転数を高くすることで、基板１をスピン乾燥する。その後、搬送機構により基板１を搬出し、次の基板が搬送され以上の動作が繰り返される。基板が順次洗浄される。
【００１５】
【特許文献１】
特開２０００−２１６１２６号公報（第４−６頁、図１、図２）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の基板洗浄装置では超音波ノズルの特性、特に発振周波数により除去できる異物パーティクルのサイズに限界があった。つまり周波数の低い超音波ノズルで付加された洗浄水では大きいサイズの異物は除去しやすいが、小さいサイズの異物が除去しにくく、出力を上げると基板に対してダメージを与える可能性があった。あるいは、周波数の高い超音波ノズルの場合には小さいサイズの異物が除去しやすく、基板に対するダメージもかなり抑えることができる。しかし、大きいサイズの異物が除去しにくい、等の課題があった。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明の基板洗浄方法においては超音波が付与された洗浄液を複数用い、少なくともひとつは他の洗浄液と異なる周波数の超音波を付与している。さらに本発明の洗浄装置においてはこれら複数の超音波ノズルの少なくともひとつを、その吐出方向軸が基板の被処理面に対して８０〜８５度の角度に配置し、さらに他のノズルの少なくともひとつは前記ノズルと９０度の挟角を持ち、前記少なくとも２つのノズルの吐出方向軸が基板の被処理面の１点で交錯すべく配置することにより洗浄効果を顕著なものとしている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の超音波を利用した基板洗浄装置の概略図である。以下図面を参照しながら説明する。
【００１９】
１はウエハ基板やガラス基板、光ディスク用基板（以下、基板と略す。）、２は基板を支持する支持台（回転台）、３は支持台１に取り付けられた基板２を支持する支持ピン、４は支持台を回転させるためのモータなどの回転手段、５は洗浄で使用した洗浄水を溜めるカップ、６はカップ５内に溜まった洗浄水を排液する排液口、７は洗浄液に超音波を付加する超音波ノズル（以下ノズルと記載する）、８は洗浄液をタンク（図示せず）から超音波ノズル７に供給する配管、９は超音波ノズル７で使用する超音波を発生させる高周波発振回路、１０は洗浄液に超音波を付加するもう一方の超音波ノズル（以下ノズルと記載する）、１１は洗浄液をタンク（図示せず）から超音波ノズル１０に供給する配管、１２は超音波ノズル１０で使用する超音波を発生させる高周波発振回路、１３は超音波ノズル７および超音波ノズル１０を支持する支持アーム、１４は支持アーム１３に連結されており、超音波ノズル７および１０を基板の上部に移動し、更に基板１で円弧状に移動させる位置調整手段、１５は洗浄液を吐出するノズル、１６は洗浄液をタンク（図示せず）からノズル１５に供給する配管である。以下この装置の洗浄方法を説明する。
【００２０】
基板１は搬送アームなどの搬送手段（図示せず）を介して支持台２に搬送される。搬送された基板１は支持台２に取り付けられた支持ピン３に載せられる。支持ピン３は基板１裏面との接触が少ない形状とし、基板１が水平になるようにするために３個以上設置されている。支持台２はモータなどの回転手段４により所定の回転数で回転される。
【００２１】
一方、超音波ノズル７には洗浄液を専用容器（図示せず）より供給するための配管８、および洗浄液に高周波発振回路９が接続されており、発振された高周波を超音波ノズル７内にある振動子に伝えることにより超音波を付与している。もう一方の超音波ノズル１０には洗浄液を専用容器（図示せず）より供給するための配管１１、および洗浄液に高周波発振回路１２より発振された高周波を超音波ノズル１０内にある振動子に伝えることで超音波を付与している。これら超音波ノズル７、１０はノズル本体内に導入された洗浄液に超音波を付与する振動子を備え、かつ、その振動子はノズル先端の洗浄液吐出孔の近傍に超音波が収束するような焦点を持つ凹面球型振動子あるいはレンズ結合型収束振動子である。
【００２２】
双方の超音波ノズル７、１０で生成された各々の超音波を付与された洗浄液を回転している基板１の被処理面の１点に集中して当てることで基板１表面に付着した異物、パーティクルを除去する。この超音波ノズル７および１０は支持アーム１３を介して位置調整手段１４に接続される。基板１を支持台２に設置後、その回転が安定した後、位置調整手段１４により超音波ノズル７および１０は基板１の中央部に移動し、各々所定の周波数、出力の超音波を付与された洗浄液を吐出する。その後基板１の半径よりも少し長めに、つまり基板１の外側に洗浄液が出る位置まで円弧状に移動し、再び、洗浄液を吐出した状態のまま基板１の中央部まで移動し、以降この動作を所定の回数まで繰り返した後、超音波ノズル７および１０はカップ５よりも外に移動し、超音波の発振は停止し、洗浄液の吐出も停止する。
【００２３】
超音波ノズル７および１０が基板１外周部まで移動しているときには基板１中央部への洗浄水の供給がなくなり被処理面が乾燥する恐れがあるため、これを防止するためにもう１つのノズル１５が付加されており、これには配管１６を介して洗浄液が供給される。尚、ここで使用する場合には超純水でも可能である。このノズル１５は移動することなく常に基板１中央部に洗浄液を当てられるようになっている。一連の洗浄作業が終了すると回転手段４の回転数を高くして、基板１をスピン乾燥する。その後搬送手段により基板１を搬出し、次の基板が搬送され以上の動作が繰り返される。
【００２４】
図２は上記実施例の基板洗浄装置に使用する超音波ノズルに関する概略図である。１７は各超音波ノズルを固定する支持台、１８は各超音波ノズルの位置合わせをする位置調整ネジ、１９は支持アーム１３に接続する支持棒である。また添え字のａは低周波、ｂは高周波を示している。超音波ノズル７および１０は２個１組で支持台１７に固定され、位置調整ネジ１８によって角度および方向を調整できる。そして超音波ノズルの支持台は支持棒を介して支持アーム１３に接続される。洗浄する基板１の表面状態によって使用する超音波ノズルが選択できる。ここでは低周波として１．５ＭＨｚ、高周波として２．７ＭＨｚを選択した。前述のように超音波ノズルは周波数固有の振動子を使用しているため広い範囲の周波数帯で使用することができないため、２セットで一組とした。
【００２５】
図３は支持アームの詳細図である。２０は超音波ノズル７の垂直方向の位置調整手段、２１は同ノズル７の水平方向の位置調整手段、２２は超音波ノズル１０の水平方向の位置調整手段、２３は同ノズル７の垂直方向の位置調整手段である。
【００２６】
上記手段を用いることで基板１の被処理面から超音波ノズルまでの距離を調整することで各超音波の位相を調節することができる。
【００２７】
一般的にパーティクル除去可能サイズは２８ｋＨｚで３μｍサイズを基準としてその周波数の反比例により求められる。即ち、下式より求めると、
パーティクルサイズ＝３μｍ×［２８×１０３（Ｈｚ）／使用周波数］
計算上、１．５ＭＨｚで０．０５６μｍ、２．７ＭＨｚで０．０３１μｍまで除去が可能である。また、分子のエネルギーは周波数が低くなるほど大きくなる。
【００２８】
よって低周波の場合には小さいサイズのパーティクルは除去しにくいが、洗浄水に付与される超音波のエネルギーが高いために大きなパーティクルを除去しやすいと考えられる。ただし、このエネルギーのために基板１に対するパターン崩れ等のダメージは大きくなる。一方、高周波の場合にはより小さいパーティクルは上記の通り除去できるが、大きなものは除去しにくくなる。ただし、基板１に対するダメージは小さくなる。
【００２９】
本発明はこれらの特徴を最大限に生かすもので、微細な配線パターンあるいはゲートパターンの場合には超音波ノズル７、１０双方を高周波タイプにすることで、各種パターンにダメージ（破壊）を与えることなく有効にパーティクルを除去できる。また、金属膜、あるいは絶縁膜の成膜後には膜厚に応じて超音波ノズルを選択することができる。膜厚が厚い場合には基板１に与えるダメージを考慮する必要がないので超音波ノズル７、１０双方とも低周波タイプにすることで高いエネルギーを付与することができ、パーティクルを効果的に除去できる。また、薄膜の場合には超音波ノズル７は高周波タイプ、１０は低周波タイプにすることで表面に付着したパーティクルを高いエネルギーで浮かし、上方から高周波の超音波を付加した洗浄水を当てることで、膜にダメージを与えることなく、微細なパーティクルも効果的に除去できる。更に、膜状態、パターンによっては超音波ノズル７に低周波タイプ、超音波ノズル１０に高周波タイプを用いることも可能である。また、超音波７あるいは１０を単独で使用することも可能である。
【００３０】
また、本発明の基板洗浄装置では、一方の超音波ノズル７を基板１に対して垂直よりも５〜１０度の傾きをつけて設置する。垂直に設置して洗浄液を基板の処理面に洗浄水を当てると配線パターン側壁などに付着した異物に衝突する確立が下がり洗浄効果が低下するためである。また、大きく角度をつけて設置するとトレンチやホールの中に洗浄液が入りにくくなり、洗浄効果は低下するため、垂直に近い角度として５〜１０度とした。もう一方の超音波ノズル１０は超音波による洗浄能力、つまり配線パターンの側壁に付着した異物を側面から洗浄水を当てて脱離させる効果と基板１の回転により基板１表面で発生する放射流による洗浄効果、再付着防止効果を利用するものである。
【００３１】
この２つの利点を有効に活用するために、洗浄液が１点に集中するように超音波ノズル７および１０を設置している。この確認には音圧センサ（図示せず）を用い、音圧が最大になるように集中点を決めている。更に超音波の直進性を考慮すると、最も有効な超音波ノズル７および１０間の角度として９０度が効果的である。双方の高周波発振回路９および１２が同じ周波数の場合には洗浄液の集中する点で同位相になるように超音波ノズル７および１０の位置を調整することにより、同じ出力で発振した場合１．４倍の出力が得られ、高い洗浄効果が期待できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明の基板洗浄方法および装置では複数の超音波ノズルを装置に組み込むことで、高周波発振装置の最大出力で得られるエネルギー（波高）以上にすることができ、パーティクルの除去効率を向上することができる。更に、低周波タイプの超音波ノズルと高周波タイプの超音波ノズルを組み合わせることで双方の超音波ノズルの欠点を補い、その特徴を最大限に利用することができる。その結果、巨大なサイズの異物、パーティクルからサブミクロンサイズのものまでサイズに関係なく広い範囲で除去が可能になる。更に、基板の被処理面の状態、即ち、パターンの粗密、成膜された膜の厚さに関係なく、高い洗浄効果を与えるものである。
【００３３】
また、液晶パネルに用いられる大面積のガラス基板、あるいは光ディスク用の基板に対してもダメージレスで、面内で均一性の良好な洗浄効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における基板洗浄方法および装置を説明する概略図
【図２】本発明の基板洗浄方法および装置に用いる超音波ノズルの概略図
【図３】本発明の基板洗浄方法および装置に用いる超音波ノズルの位相調整手段を兼ねた超音波ノズルの支持アームの概略図
【図４】従来の基板洗浄方法および装置を説明する概略図
【符号の説明】
１　基板
２　基板を支持する支持台
３　支持ピン
４　回転手段
５　カップ
６　排液口
７、１０　超音波ノズル
８、１１、１６　配管
９、１２　高周波発振回路
１３　支持アーム
１４、２０、２１、２２、２３　位置調整手段
１５　洗浄液を吐出するノズル
１７　ノズルを固定する支持台
１８　　位置調整ネジ
１９　支持棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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