(57)【要約】【課題】洗浄液の消費量を抑え、洗浄処理の均一性を高め、基板へのダメージを抑えることができる装置を提供する。【解決手段】基板Ｗを支持するスピンベース１０と、スピンベースの下面側に垂設された円筒状回転支軸１６と、円筒状回転支軸を回転させる機構２６〜３２と、長手方向寸法が基板の半径寸法より小さくされ回転する基板の表面へ洗浄液を吐出する細長矩形状の吐出口を有し、吐出口から基板表面へ吐出される洗浄液に向けて超音波を発射する超音波振動子を備えた超音波洗浄ノズル４６と、超音波洗浄ノズルを基板の表面に沿って移動させるノズル移動手段４８〜５２とを備えて基板洗浄装置を構成した。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対し洗浄液を供給して基板を洗浄する基板洗浄装置であって、
基板を支持して回転させる基板支持・回転手段と、
長手方向寸法が基板の半径寸法より小さくされ前記基板支持・回転手段により支持されて回転させられる基板の表面へ洗浄液を吐出する細長矩形状の吐出口を有し、その吐出口から基板表面へ吐出される洗浄液に向けて超音波を発射する超音波振動子、および、この超音波振動子を駆動させる高周波発信器を備えた超音波洗浄ノズルと、
この超音波洗浄ノズルを、前記基板支持・回転手段により支持されて回転させられる基板の表面に沿って移動させるノズル移動手段と、
を備えたことを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項２】
前記超音波洗浄ノズルの吐出口から１．６ｌ／ｍｉｎ〜６．５ｌ／ｍｉｎの流量で洗浄液が基板の表面へ吐出されるようにした請求項１記載の基板洗浄装置。
【請求項３】
前記超音波洗浄ノズルの超音波パワーを１４０Ｗ以下に調節するパワーコントローラを備えた請求項１または請求項２記載の基板洗浄装置。
【請求項４】
基板に対し洗浄液を供給して基板を洗浄する基板洗浄方法であって、
基板を回転させるとともに、長手方向寸法が基板の半径寸法より小さい細長矩形状の吐出口を有する超音波洗浄ノズルを基板の表面に沿って移動させながら、超音波洗浄ノズルの吐出口から超音波振動が付与された洗浄液を１．６ｌ／ｍｉｎ〜６．５ｌ／ｍｉｎの流量で基板の表面全体へ吐出することを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項５】
前記超音波洗浄ノズルの吐出口から基板の表面へ吐出された洗浄液を回収する請求項４記載の基板洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、光ディスク用基板等の基板の表面へ洗浄液を供給して基板を枚葉式で洗浄する装置および方法、特に洗浄液に超音波振動を付与して基板を洗浄する基板洗浄装置および基板洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板、例えば半導体ウエハの表面へ洗浄液を供給してウエハを１枚ずつ洗浄するときに、ウエハ表面へ供給される洗浄液に超音波振動を付与することにより、洗浄工程におけるスループットを高めることが行われている。この場合に、吐出口からウエハ表面へ吐出される洗浄液に向けて超音波を発射する超音波振動子を備えた超音波洗浄ノズルが使用される。超音波洗浄ノズルとしては、従来、ウエハの直径と同等程度もしくはウエハの半径以上の長さのスリット状吐出口を有するノズル、および、スポット状に絞った吐出口を有するノズルが使用されている。
【０００３】
スリット状吐出口を有する超音波洗浄ノズルを備えたウエハ洗浄装置では、スリット状吐出口からウエハの表面全体に対して洗浄液を均一に吐出し、均一な洗浄処理を行うことができるようにしている。また、スリット状吐出口の長手寸法が大きいので、ウエハへの超音波の照射範囲を広くして、超音波の伝播範囲を広げることができる。このため、超音波によるウエハに対するダメージを抑えることができる、といった利点を有している。
【０００４】
また、スポット状の吐出口を有する超音波洗浄ノズルを備えたウエハ洗浄装置では、超音波洗浄ノズルをウエハの表面に沿ってウエハ全面にわたり走査させて洗浄処理の均一性を向上させるようにしている。この超音波洗浄ノズルでは、吐出口が絞られているので、その吐出口からは少量、例えば０．１ｌ／ｍｉｎ〜１ｌ／ｍｉｎといった流量の洗浄液しか吐出されない。このため、洗浄液が有効に使用されて、洗浄液の使用量を少なく抑えることができる、といった利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スリット状吐出口を有する超音波洗浄ノズルでは、長手方向寸法の大きいスリット状吐出口が形設されるので、必然的にノズルが大型化する。そして、超音波振動子によって洗浄液に対し良好に超音波振動を付与するためには、ノズル内部の液溜め部に洗浄液を充満させて振動子が常に接液している状態に保つ必要があり、長手方向寸法の大きいスリット状吐出口からは多量、例えば１０ｌ／ｍｉｎ〜数十ｌ／ｍｉｎといった流量の洗浄液が流出することになる。このため、洗浄液の一部が無駄に消費されて洗浄液の使用量が多くなる。また、超音波振動子が大型になるため、超音波洗浄ノズルを固定して用いることが多く、このように超音波洗浄ノズルを固定して用いた場合には、洗浄処理の均一性を十分に高めることが難しい、といった問題点がある。
【０００６】
一方、スポット状の吐出口を有する超音波洗浄ノズルでは、吐出口が搾られており、ウエハ表面の各部に対して超音波の伝播範囲がスポット的に集中するため、ウエハへのダメージを生じ易い、といった問題点がある。
【０００７】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、洗浄液の消費量を抑え、かつ、洗浄処理の均一性を高めるとともに、基板へのダメージを抑えることができる基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、基板に対し洗浄液を供給して基板を洗浄する基板洗浄装置であって、基板を支持して回転させる基板支持・回転手段と、長手方向寸法が基板の半径寸法より小さくされ前記基板支持・回転手段により支持されて回転させられる基板の表面へ洗浄液を吐出する細長矩形状の吐出口を有し、その吐出口から基板表面へ吐出される洗浄液に向けて超音波を発射する超音波振動子、および、この超音波振動子を駆動させる高周波発信器を備えた超音波洗浄ノズルと、この超音波洗浄ノズルを、前記基板支持・回転手段により支持されて回転させられる基板の表面に沿って移動させるノズル移動手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の基板洗浄装置において、前記超音波洗浄ノズルの吐出口から１．６ｌ／ｍｉｎ〜６．５ｌ／ｍｉｎの流量で洗浄液が基板の表面へ吐出されるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２記載の基板洗浄装置において、前記超音波洗浄ノズルの超音波パワーを１４０Ｗ以下に調節するパワーコントローラを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、基板に対し洗浄液を供給して基板を洗浄する基板洗浄方法であって、基板を回転させるとともに、長手方向寸法が基板の半径寸法より小さい細長矩形状の吐出口を有する超音波洗浄ノズルを基板の表面に沿って移動させながら、超音波洗浄ノズルの吐出口から超音波振動が付与された洗浄液を１．６ｌ／ｍｉｎ〜６．５ｌ／ｍｉｎの流量で基板の表面全体へ吐出することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項４記載の基板洗浄方法において、前記超音波洗浄ノズルの吐出口から基板の表面へ吐出された洗浄液を回収することを特徴とする。
【００１３】
請求項１に係る発明の基板洗浄装置においては、基板支持・回転手段により基板を支持して回転させるとともに、ノズル移動手段によって超音波洗浄ノズルを基板の表面に沿って移動させながら、超音波洗浄ノズルの超音波振動子から洗浄液に向けて超音波を発射し、超音波洗浄ノズルの細長矩形状の吐出口から洗浄液を基板表面へ吐出する。このようにして、基板の表面が洗浄液で洗浄されるとともに超音波洗浄される。このとき、超音波洗浄ノズルの吐出口は細長矩形状であるので、基板への超音波の伝播範囲が集中せずに広がり、このため、超音波による基板へのダメージが抑えられる。また、超音波洗浄ノズルの細長矩形状の吐出口は、その長手方向寸法が基板の半径寸法より小さいので、吐出口から基板表面へ流出する洗浄液の流量を少なくして、洗浄液の使用量を抑えることが可能になる。さらに、超音波洗浄ノズルは、基板の表面に沿って移動しながら洗浄液を基板の表面へ吐出するので、洗浄処理の均一性を向上させることが可能である。
【００１４】
請求項２に係る発明の基板洗浄装置では、超音波洗浄ノズルが基板の表面に沿って移動しながらその吐出口から１．６ｌ／ｍｉｎ〜６．５ｌ／ｍｉｎの流量で洗浄液が基板表面へ吐出されることにより、洗浄液の使用量が抑えられ、洗浄処理の均一性が向上する。
【００１５】
請求項３に係る発明の基板洗浄装置では、超音波洗浄ノズルの超音波パワーを最大で１４０Ｗに調節することが可能であり、十分に洗浄効果を上げることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明の基板洗浄方法によると、基板を回転させるとともに、超音波洗浄ノズルを基板の表面に沿って移動させながら、超音波洗浄ノズルにより超音波を照射しつつ細長矩形状の吐出口から洗浄液を基板表面へ吐出する。このようにして、基板の表面が洗浄液で洗浄されるとともに超音波洗浄される。このとき、吐出口が細長矩形状である超音波洗浄ノズルが使用されるので、基板への超音波の伝播範囲が集中せずに広がり、このため、超音波による基板へのダメージが抑えられる。また、吐出口の長手方向寸法が基板の半径寸法より小さくされた超音波洗浄ノズルが使用され、その吐出口から１．６ｌ／ｍｉｎ〜６．５ｌ／ｍｉｎの流量で洗浄液が基板表面へ吐出されるので、洗浄液の使用量を抑えることが可能になる。さらに、超音波洗浄ノズルは、基板の表面に沿って移動しながら洗浄液を基板の表面へ吐出するので、洗浄処理の均一性を向上させることが可能である。
【００１７】
請求項５に係る発明の基板洗浄方法では、超音波洗浄ノズルの吐出口から基板の表面へ吐出された洗浄液が回収されることにより、洗浄液の消費量をより少なくすることが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、この発明の実施形態の１例を示し、基板洗浄装置の要部を端面で示した概略構成図である。
【００２０】
この基板洗浄装置は、基板、例えば半導体ウエハＷを水平姿勢に支持する円板状のスピンベース１０を備えている。このスピンベース１０の上面側周縁部には、ウエハＷの周縁部を把持する複数本、例えば６本のチャックピン１２が、円周方向に等配されて植設されている。チャックピン１２は、ウエハＷの下面側周縁部に当接してウエハＷを支持する支持部１２ａと、支持部１２ａ上に支持されたウエハＷの外周端面を押圧してウエハＷを固定する固定部１２ｂとから構成されている。そして、チャックピン１２の固定部１２ｂは、詳細な構造は図示していないが、ウエハＷの外周端面を押圧してウエハＷを固定する状態とウエハＷの外周端面から離脱してウエハＷを開放する状態とを切り替えることができるようになっている。
【００２１】
スピンベース１０の中心部には、透孔１４が形成されており、その透孔１４に連通するように、スピンベース１０の下面側に円筒状回転支軸１６が垂設されている。円筒状回転支軸１６の周囲には、基台板１８上に固着された有蓋円筒状のケーシング２０が配設されている。そして、円筒状回転支軸１６は、基台板１８およびケーシング２０に、それぞれ軸受２２、２４を介して鉛直軸回りに回転自在に支持されている。ケーシング２０内には、基台板１８上に固定されてモータ２６が配設されている。モータ２６の回転軸には駆動側プーリ２８が固着され、一方、円筒状回転支軸１６には従動側プーリ３０が嵌着されていて、駆動側プーリ２８と従動側プーリ３０とにベルト３２が掛け回されている。これらの機構により、円筒状回転支軸１６が回転させられ、円筒状回転支軸１６の上端に固着されたスピンベース１０に保持されたウエハＷが、水平面内で回転させられるようになっている。また、円筒状回転支軸１６の中空部には、洗浄液供給源に流路接続されたノズル３４が挿通されている。このノズル３４の上端吐出口からは、スピンベース１０に保持されたウエハＷの下面中央部に向けて洗浄液が吐出されるようになっている。
【００２２】
ケーシング２０の周囲には、それを取り囲むように配置された円筒壁部３６、および、この円筒壁部３６と一体に形成されケーシング２０の円筒部外周面の下端部に連接した底壁部３８が、基台板１８上に固着されて配設されている。そして、ケーシング２０の円筒部と円筒壁部３６と底壁部３８とで回収槽４０が構成される。回収槽４０の底部をなす底壁部３８は、縦断面がＶ字形状に形成されており、底壁部３８には排液用孔４２が形設されている。また、基台板１８には、排液用孔４２に連通するように排液口４４が形設されており、図示していないが、排液口４４には、洗浄液回収タンクに流路接続された回収用配管が連通接続されている。
【００２３】
スピンベース１０に保持されたウエハＷの上方には、ウエハＷの表面と対向するように吐出口が配置される超音波洗浄ノズル４６が配設されている。超音波洗浄ノズル４６は、走査アーム４８の先端部に固着されており、走査アーム４８は、アーム保持部５０によって片持ち式に保持され、アーム保持部５０は、ノズル走査機構５２、例えば水平方向へ直線的に往復駆動する直動機構に連結されている。また、ノズル走査機構５２は、鉛直方向に配設された回転支軸５４の上端部に固着されている。回転支軸５４は、ノズル移動機構５６に連結されており、ノズル移動機構５６によって回動させられるとともに上下方向に往復移動させられる。そして、ノズル走査機構５２により、超音波洗浄ノズル４６をスピンベース１０上のウエハＷの表面に沿ってウエハＷの半径方向へ往復移動させることができる。また、ノズル移動機構５６により、超音波洗浄ノズル４６をウエハＷの表面に対して接近および離間させ、また、超音波洗浄ノズル４６を水平面内で揺動させてウエハＷの上方空間から退避させることができるようになっている。なお、ノズル走査機構やノズル移動機構は、図示例のものに限らず、各種の機構を採用し得る。
【００２４】
超音波洗浄ノズル４６は、図２に斜視図を、図３に長手方向に沿って切断した縦断面図を、図４に長手方向と直交する方向に切断した縦断面図をそれぞれ示すように、下半部の断面形状がＶ字形をなし下端面に細長矩形状の吐出口６０が形設された筐体５８と、筐体５８の上壁面に形成された透孔６２の位置に固設された超音波振動子６４とを備えて構成されている。筐体５８は、フッ素樹脂等の耐薬品性を有する素材で形成されている。また、超音波振動子６４の表面には、石英もしくは高純度ＳｉＣ（炭化珪素）の薄板が貼り付けられている。筐体５８の細長矩形状の吐出口６０は、その長手方向寸法がウエハＷ（例えば直径８インチ）の半径寸法より小さくされ、例えば、吐出口６０の長手方向寸法は１０ｍｍ〜３５ｍｍであり、その短手方向寸法は１．３ｍｍ〜４．０ｍｍである。また、スピンベース１０に保持されたウエハＷの表面と超音波洗浄ノズル４６の下端との距離は、例えば２ｍｍ〜３０ｍｍ程度とされる。
【００２５】
超音波振動子６４には、ケーブル６６が電気的に接続されており、ケーブル６６は、図示していないが、高周波発信器に電気的に接続されている。また、超音波振動子６４の超音波パワーを、例えば最大で１４０Ｗに調節するパワーコントローラを備えている。超音波振動子６４からは、筐体５８の内部に充満した洗浄液６８に向けて超音波が発射され、吐出口６０から吐出される洗浄液６８に超音波振動が付与される。
【００２６】
また、筐体５８の側壁面には、液導入口７０が形設されており、その液導入口７０に、図示しない洗浄液供給装置に流路接続された洗浄液供給用配管７２が連通接続されている。洗浄液供給装置から洗浄液供給用配管７２を通って超音波洗浄ノズル４６の筐体５８内へ供給される洗浄液６８は、筐体５８の内部を常に満たし、吐出口６０からウエハＷの表面へ吐出される。吐出口６０からの吐出流量は、例えば１．６ｌ／ｍｉｎ〜６．５ｌ／ｍｉｎ程度とされる。
【００２７】
上記した構成の洗浄装置によってウエハＷを洗浄する場合には、モータ２６を駆動させて、スピンベース１０上のウエハＷを水平面内で回転させるとともに、ノズル走査機構５２によって超音波洗浄ノズル４６を、図１に実線と二点鎖線で示すように、スピンベース１０上のウエハＷの表面に沿ってウエハＷの半径方向へ往復移動させながら、超音波洗浄ノズル４６の超音波振動子６４から筐体５８内の洗浄液６８に向けて超音波を発射しつつ、超音波洗浄ノズル４６の吐出口６０から洗浄液をウエハＷの表面へ吐出する。また同時に、ノズル３４の上端吐出口からも、スピンベース１０に保持されたウエハＷの下面中央部に向けて洗浄液を吐出する。
【００２８】
図５の（ａ）は、ウエハＷに対する超音波洗浄ノズル４６の走査方法を吐出口６０の動きで概念的に示す平面図である。図５の（ａ）に示すように、吐出口６０の長手方向がウエハＷの半径方向に沿うように超音波洗浄ノズル４６を配置し、回転しているウエハＷに対して超音波洗浄ノズル４６の吐出口６０を、矢印で示すようにウエハＷの半径方向に沿ってウエハＷの周縁付近と中心付近との間で直線的に往復移動させる。１回の往復移動の時間は、例えば３秒〜１５秒程度とされる。このようにすることにより、超音波洗浄ノズル４６の吐出口６０から吐出される洗浄液がウエハＷの表面全体に満遍なく均等に供給されることとなる。
【００２９】
なお、ウエハＷに対する超音波洗浄ノズル４６の走査方法は、図５の（ａ）に示したものに限らない。例えば、図５の（ｂ）に示すように、吐出口６０の長手方向がウエハＷの半径方向と直交するように超音波洗浄ノズル４６を配置したり、図５の（ｃ）に示すように、吐出口６０の長手方向がウエハＷの半径方向と斜めに交差するように超音波洗浄ノズル４６を配置したりして、それぞれ、回転しているウエハＷに対して超音波洗浄ノズル４６の吐出口６０を、矢印で示すようにウエハＷの半径方向に沿ってウエハＷの周縁付近と中心付近との間で直線的に往復移動させるようにしてもよい。
【００３０】
以上のようにして、ウエハＷの表面が洗浄液で均一に洗浄処理されるとともに超音波洗浄される。また、ウエハＷの裏面側も、ノズル３４の上端吐出口から吐出された洗浄液によって洗浄されるとともに、ウエハＷの裏面まで伝わった超音波振動によって洗浄され、ウエハＷの裏面側に付着したパーティクルが除去される。
【００３１】
そして、この洗浄装置では、超音波洗浄ノズル４６の吐出口６０がスポット状ではなく細長矩形状であるため、ウエハＷへの超音波の伝播範囲が集中せずに広がり、超音波によるウエハＷへのダメージが抑えられる。また、超音波洗浄ノズル４６の吐出口６０は、その長手方向寸法がウエハＷの半径寸法より小さくされているので、従来のスリット状吐出口を有する超音波洗浄ノズルに比べて、吐出口６０からウエハＷの表面へ流出する洗浄液の流量が少なくなり、洗浄液の使用量が抑えられる。さらに、この洗浄装置は、回収槽４０を備えており、ウエハＷの周縁から流れ落ちる洗浄液は、回収槽４０内へ流入し、回収槽４０内から排液用孔４２および排液口４４を通って排出され、回収用タンク等に回収される。したがって、洗浄液の消費量がさらに抑えられる。
【００３２】
この洗浄装置で用いる洗浄液としては、純水でも洗浄効果が認められるが、例えば、アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液や水素ガスを純水に溶解させた液を使用すると、より効果的である。また、塩酸と過酸化水素水との混合水溶液、希薄なフッ酸水溶液、フッ酸と塩酸との混合水溶液、フッ酸と過酸化水素水との混合水溶液、フッ酸にオゾンガスを溶解させた液など、メタル汚染を除去することができる薬液を使用すると、比較的軽い汚染程度であれば、一回の洗浄処理により、ウエハからパーティクルとメタル汚染とを除去することができる。また、より厳しい汚染を対象とする場合やより高レベルの清浄度が必要な場合などには、以下のように洗浄処理を２回に分けて行うようにするとよい。
【００３３】
▲１▼　アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液や水素ガスを純水に溶解させた液を洗浄液として使用し、上記した洗浄装置によりウエハの洗浄処理を行う。▲２▼　塩酸と過酸化水素水との混合水溶液、希薄なフッ酸水溶液、フッ酸と塩酸との混合水溶液、フッ酸と過酸化水素水との混合水溶液、フッ酸にオゾンガスを溶解させた液などを洗浄液として使用し、上記した洗浄装置によりウエハの洗浄処理を行う。
【００３４】
これらの▲１▼および▲２▼の洗浄処理を、▲１▼→▲２▼の順、あるいは▲２▼→▲１▼の順で行う。なお、このように連続して▲１▼および▲２▼の洗浄処理を行うときは、▲２▼の処理については、超音波洗浄ノズル４６を備えた洗浄装置を使用せずに洗浄処理を行うようにしてもよい。また、▲１▼の処理と▲２▼の処理との間に純水リンス処理を行うようにすることもできる。そして、薬液を用いた洗浄処理が終了すると、最終の純水リンス処理を行い、最後にウエハをスピン乾燥させる
【００３５】
以上説明した基洗浄装置は、各種の洗浄工程、例えば、酸化、拡散前、ＣＶＤ等の成膜処理前のウエハからのパーティクル除去、アッシング後のパーティクル除去、ポリマー除去など、いわゆる前洗浄や後洗浄の工程で広く一般的に使用することが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１および請求項２に係る各発明の基板洗浄装置を使用すると、洗浄液の消費量を抑え、かつ、洗浄処理の均一性を高めるとともに、基板へのダメージを抑えることができる。
【００３７】
請求項３に係る発明の基板洗浄装置では、十分に洗浄効果を上げることができる。
【００３８】
請求項４に係る発明の基板洗浄方法によると、洗浄液の消費量を抑え、かつ、洗浄処理の均一性を高めるとともに、基板へのダメージを抑えることができる。
【００３９】
請求項５に係る発明の基板洗浄方法では、洗浄液の消費量をより少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の１例を示し、基板洗浄装置の要部を端面で示した概略構成図である。
【図２】図１に示した基板洗浄装置の構成要素である超音波洗浄ノズルの構成を示す斜視図である。
【図３】図２に示した超音波洗浄ノズルを長手方向に沿って切断した断面を示す図である。
【図４】図２に示した超音波洗浄ノズルを長手方向と直交する方向に切断した断面を示す図である。
【図５】図１に示した基板洗浄装置において、ウエハに対する超音波洗浄ノズルの走査方法を吐出口の動きで概念的に示す平面図である。
【符号の説明】
Ｗ　半導体ウエハ
１０　スピンベース
１２　チャックピン
１６　円筒状回転支軸
１８　基台板
２０　ケーシング
２２、２４　軸受
２６　モータ
２８、３０　プーリ
３２　ベルト
３４　ノズル
３６　円筒壁部
３８　底壁部
４０　回収槽
４４　排液口
４６　超音波洗浄
４８　走査アーム
５０　アーム保持部
５２　ノズル走査機構
５４　回転支軸
５６　ノズル移動機構
５８　筐体
６０　細長矩形状の吐出口
６４　超音波振動子
６６　ケーブル
６８　洗浄液
７０　液導入口
７２　洗浄液供給用配管
【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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