(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄対象となる１つの半導体基板の外周端部に押し当てられて回転することにより該半導体基板を水平に保持しかつ回転させる駆動ローラと、
前記半導体基板の表裏面近傍に、該半導体基板に対して進退可能に設けられ、該半導体基板に接触して回転することにより該半導体基板の表裏面の汚れを除去するロールスポンジと、
超音波振動子と一体的に形成され、超音波振動が印加された洗浄液を、前記ロールスポンジの回転軸に直交する向きに吐出するノズルの先端が前記基板の端部に向けられ、前記基板の外周端部から該基板の半径方向外側に所定の距離だけ離間して配置され、且つ前記基板の厚みよりもノズル直径が大きい洗浄液供給ノズルと、
を具備してなり、
前記洗浄液供給ノズルから前記基板の表裏両面に、振動周波数が４００〜５００ｋＨｚの超音波振動を印加された洗浄液を供給し、前記基板の表裏両面を同時洗浄すると同時にロールスポンジを前記基板に押し当てて回転させることを特徴とする半導体基板の洗浄装置。
【請求項２】
前記洗浄液供給ノズルからの洗浄液の照射角は−２０度〜＋２０度の範囲であることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の洗浄装置。
【請求項３】
前記洗浄液は、ｐＨが７以上のアルカリ性水溶液又はアニヨン系の界面活性剤であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の洗浄装置。
【請求項４】
洗浄対象となる１つの半導体基板を駆動ローラにより水平に保持し該半導体基板を回転させ、
前記回転する半導体基板の表裏面にロールスポンジを押し当て、該ロールスポンジを回転させ、
超音波振動子と一体的に形成され、且つ前記基板の厚みよりもノズル直径が大きい洗浄液供給ノズルを、前記基板の外周端部から半導体基板の半径方向外周に所定の距離だけ離間して配置し、超音波振動が印加された洗浄液を、前記ロールスポンジの回転軸に直交する向きに吐出するノズルの先端を基板端部に向け、
この状態で前記洗浄液供給ノズルから前記基板の表裏両面に振動周波数が４００〜５００ｋＨｚの超音波振動を印加した洗浄液を供給し、前記基板表裏両面を同時洗浄すると同時に前記ロールスポンジを前記基板に押し当てて回転させることを特徴とす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、ウェット処理を用いた半導体基板の洗浄装置及びその洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置のさらなる微細化の進む現在では、寸法微細化の要求とは別に、デバイスの高信頼性化の要求が高まってきている。特に、基板表面の清浄化への要求はますます厳しいものになっており、半導体製造プロセスの様々な工程で半導体基板の洗浄が行われている。
【０００３】
ここで、現在ＣＭＰに用いられている洗浄技術を例にとって説明する。
【０００４】
ＣＭＰでは、スラリーとして用いられるＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＣｅＯx等が研磨後のウェハ表面に付着する。付着するパーティクルの数は、２００ｍｍ径のＳｉウェハの場合、０．２μｍ径のパーティクルが４〜４×１０4個程度である。このウェハ表面に対して以下に示す第１次及び第２次の洗浄を施す。
【０００５】
まず第１次の洗浄工程は、まず、Ｓｉウェハの周縁部の複数点をスピンベースと呼ばれる回転体で保持するとともに、スピンベースを回転させる。このスピンベースの回転により回転するウェハにロールスポンジを当て、スキャンさせてロールスポンジ棒で挟むようにパーティクルや金属不純物等の汚れを除去する。この方法では、Ｓｉウェハ上に吸着している汚れを物理的な接触式の洗浄により除去するタイプであり、スポンジをパーティクル等に接触させることができる場合には除去効果が高く、特に、例えばベアＳｉウェハ等に対して高い洗浄能力を持つ。しかし、表裏面に凹部が形成されている場合、凹部にまでスポンジを接触させることができないため、洗浄効果がほとんどない。
【０００６】
第２の洗浄工程を図２１を用いて説明する。図２１はスキャン方式の枚葉型洗浄装置の概念図である。Ｓｉウェハ１はその外周端面でスピンベースに設けられた図示しないスピンチャックにより保持されており、このスピンベースが回転することによりＳｉウェハ１は矢印の方向に回転する。また、このＳｉウェハ１表面上に所定の距離をおいてメガソニックノズル３１が設けられている。このメガソニックノズル３１はペン状のノズル先端部を有し、このノズル３１がＳｉウェハ１の直径方向にスキャンされる。このノズル３１の先端部から洗浄液３３をウェハ１に照射し、ウェハ１表面に残存するパーティクルや金属不純物等の汚れを除去する。なお、この第２次の洗浄工程における洗浄液３３照射の際には、洗浄液３３をノズル内蔵のメガソニック振動子により超音波振動を付与し、振動が洗浄液３３を介してウェハ１表面に伝播するようにする。このように、超音波振動をウェハ１に与えることにより、振動の加速度によって酸やアルカリ等による化学洗浄との相乗効果で洗浄効果を著しく高めることができる。
【０００７】
しかしながら、この図２１に示す枚葉型洗浄装置では、洗浄時間がスキャン時間を含めて長時間に及ぶことが問題となる。そこで、この洗浄時間を短縮するために考案された棒状タイプの発振器を有する洗浄装置の概念図を図２２に示す。図２２に示すように、図２１と同じくＳｉウェハ１はその外周端面でスピンベースに設けられた図示しないスピンチャックにより保持されており、このスピンチャックが回転することによりＳｉウェハ１は矢印の方向に回転する。そして、このＳｉウェハ１の表面から所定の距離をおいて棒状発振器４１がウェハ直径位置に配置される。この棒状発振器４１の一端から他端まで、同時に洗浄液３３がＳｉウェハ１に向けて照射される。これにより、スキャン方式の洗浄装置に比較して洗浄時間を短縮することができる。
【０００８】
しかしながら、図２１及び図２２に示した枚葉型洗浄装置では、超音波発振器に対向する面しか高い洗浄効果が得られず、裏面側の洗浄効果が表側に比較して劣る問題がある。そこで、ウェハを反転させて再度裏面側を洗浄する方法も考えられるが、洗浄時間が倍必要となり、スループットが悪くなる問題がある。
【０００９】
また、枚葉型で洗浄液中にウェハを全部浸し、洗浄液中で超音波を印加する方法も提案されているが、これは薬液使用量が増す問題と洗浄液を浸すチャンバ（カップ）自身に逆付着し、繰り返し洗浄の際のパーティクルや金属不純物等の汚れの除去効果がばらつく原因となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来の枚葉型半導体基板の洗浄装置では、超音波発振器に対向するウェハ面しか高い洗浄効果が得られず、裏面側の洗浄効果が表側に比較して劣る問題がある。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、半導体基板表裏面に付着した汚れを効率よく除去できる半導体基板の洗浄装置及びその洗浄方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体基板の洗浄装置は、洗浄対象となる１つの半導体基板の外周端部に押し当てられて回転することにより該半導体基板を水平に保持しかつ回転させる駆動ローラと、前記半導体基板の表裏面近傍に、該半導体基板に対して進退可能に設けられ、該半導体基板に接触して回転することにより該半導体基板の表裏面の汚れを除去するロールスポンジと、超音波振動子と一体的に形成され、超音波振動が印加された洗浄液を、前記ロールスポンジの回転軸に直交する向きに吐出するノズルの先端が前記基板の端部に向けられ、前記基板の外周端部から該基板の半径方向外側に所定の距離だけ離間して配置され、且つ前記基板の厚みよりもノズル直径が大きい洗浄液供給ノズルと、を具備してなり、前記洗浄液供給ノズルから前記基板の表裏両面に、振動周波数が４００〜５００ｋＨｚの超音波振動を印加された洗浄液を供給し、前記基板の表裏両面を同時洗浄すると同時にロールスポンジを前記基板に押し当てて回転させることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る半導体基板の洗浄方法は、洗浄対象となる１つの半導体基板を駆動ローラにより水平に保持し該半導体基板を回転させ、前記回転する半導体基板の表裏面にロールスポンジを押し当て、該ロールスポンジを回転させ、超音波振動子と一体的に形成され、且つ前記基板の厚みよりもノズル直径が大きい洗浄液供給ノズルを、前記基板の外周端部から半導体基板の半径方向外周に所定の距離だけ離間して配置し、超音波振動が印加された洗浄液を、前記ロールスポンジの回転軸に直交する向きに吐出するノズルの先端を基板端部に向け、この状態で前記洗浄液供給ノズルから前記基板の表裏両面に振動周波数が４００〜５００ｋＨｚの超音波振動を印加した洗浄液を供給し、前記基板表裏両面を同時洗浄すると同時に前記ロールスポンジを前記基板に押し当てて回転させることを特徴とする。
【００１９】
（作用）
本発明では、洗浄液供給ノズルから超音波振動を有する洗浄液が半導体基板の表面及び裏面の両面に供給されるため、半導体基板の表裏面を同時に洗浄できるため、洗浄時間を短縮することができる。また、ノズルから洗浄液を供給するため、半導体基板を洗浄液中に全部浸す浸漬式に比較しても薬液使用量が少なくてすむ。
【００２０】
また、洗浄液に超音波振動を付与する超音波振動子を保持治具に設けることにより、超音波振動を半導体基板の表裏面に同時に付与することができる。
【００２１】
また、保持治具に設けた超音波振動子を半導体基板に直接接する構造とすることにより、洗浄液を振動媒体とせずに超音波振動を直接半導体基板に付与することができる。これにより、半導体基板中を通過する衝撃波により、半導体基板の直径方向に連続的に超音波振動を付与することができる。
【００２２】
また、超音波振動子及び洗浄液供給ノズルが単一であり両者が一体的に形成されている場合には、ノズル先端部から半導体基板側部に向けて超音波振動を付与することができるため、表裏両面同時に洗浄可能となり、かつ装置コストを抑えることができる。
【００２３】
また、上記洗浄装置にロールスポンジを設けて洗浄を行うことにより、従来必要とされていた２段階の洗浄が１度の洗浄で可能となり、洗浄時間を短縮することができるとともに、洗浄効果が飛躍的に向上する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００２５】
（第１参考例）
図１は本発明の第１参考例に係る半導体基板の洗浄装置の全体構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。本実施形態は、超音波等の物理的な振動エネルギーをウェハの両面に与え、パーティクル等の汚れをウェハ上から効果的に排出させることができる装置を提案するものである。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、洗浄対象である円板状のＳｉウェハ１の外周端面には、駆動ローラ２が当接配置されている。同図では単一の駆動ローラ２のみ図示するが、図１（ｂ）の上面図に示すように、駆動ローラ２はＳｉウェハ１を保持するため、Ｓｉウェハ１の外周に沿って所定の位置に４個設けられている。これら駆動ローラ２によりＳｉウェハ１の水平方向の位置が規定される。
【００２７】
また、これら駆動ローラ２はＳｉウェハ１表面の法線方向に軸方向が規定された回転軸を有し、この回転軸を中心に回転可能である。複数の駆動ローラ２がそれぞれ同じ回転数で回転することにより、Ｓｉウェハ１の中心を回転中心に一致させて回転させることができる。Ｓｉウェハ１の回転速度は数１０ｒｐｍ〜数１００ｒｐｍで回転する。また、駆動ローラ２の回転軸は、Ｓｉウェハ１の中心を回転中心として外周に沿って移動することができる。
【００２８】
Ｓｉウェハ１の周縁部近傍には、Ｓｉウェハ１の外周端面から距離ｄだけ離間して超音波発振ノズル３が設置される。超音波は直進性が強いため、超音波の伝搬条件に基づいて距離ｄは制限されないが、Ｓｉウェハ１の表裏両面に超音波が印加された液体として後述する洗浄液５を供給するために、距離ｄは１０〜２０ｍｍ以下が好ましい。但し、この距離ｄは水圧にも依存するためこの範囲に限定されることはない。
【００２９】
また、超音波発振ノズル３の先端部はＳｉウェハ１に向けられており、ノズル幅（ノズル先端径）はｌである。このノズル幅ｌは最低でも１ｍｍ以上が必要であり、５ｍｍ〜５０ｍｍの直径であることが望ましい。
【００３０】
この超音波発振ノズル３には液体導入口４が設けられており、この液体導入口４から洗浄液５が導入される。この洗浄液５は、超音波発振ノズル３の先端部からＳｉウェハ１に向けて照射され、これによりＳｉウェハ１の表裏両面に供給される。図の点線は、超音波の波面の進行を示しており、以下、本参考例において同様である。また、超音波発振ノズル３には超音波発振器６が設けられており、超音波振動機構と洗浄液供給機構が一体的に形成されている。この超音波発振器６により超音波を発振することにより、超音波が洗浄液５を伝搬してＳｉウェハ１の表裏両面に超音波振動を付与することができる。
【００３１】
液体導入口４から供給される液体としては純水、化学洗浄薬品としては塩酸、アンモニア、フッ酸、過酸化水素水、オゾン水、電解イオン水（酸性水、アルカリ性水）等の酸若しくはアルカリ水溶液、酸化力もしくは還元性を有する薬液、又はアニオン系、アニヨン系若しくはノニオン系の界面活性剤等を用いる。特に望ましくは、ｐＨが７以上のアルカリ性水溶液又はアニヨン系の界面活性剤である。
【００３２】
また、供給される洗浄液５の流量は、超音波発振ノズル３のノズル幅ｌに依存するが、数１００ｃｃ／ｍｉｎ〜数リットル／ｍｉｎであることが望ましい。
【００３３】
上記洗浄装置を用いた半導体基板の洗浄方法を説明する。
【００３４】
まず、図１に示した第２次の洗浄工程の前に、第１次の洗浄工程として図２に示すようなロールスポンジ洗浄が行われる。このロールスポンジ洗浄では、図示しない薬液供給ノズルからｐＨ１０程度のアンモニア水等からなる洗浄液をＳｉウェハ１の表裏面に供給するとともに、Ｓｉウェハ１の表裏面に進退可能に設けられた円筒状のロールスポンジ７ａ及び７ｂをウェハ１表裏面に押し当て、さらに駆動ローラ２を回転させる。これにより、Ｓｉウェハ１を回転させた状態で、ロールスポンジ７ａ及び７ｂを回転させてウェハ１表裏面に付着したパーティクルや金属不純物等の汚れを除去する。
【００３５】
次に、第２の洗浄工程として、図１に示した装置を用いた超音波洗浄を以下に示す手法により行う。
【００３６】
まず、図２に示すロールスポンジ洗浄の場合と同様に、駆動ローラ２を回転させることによりＳｉウェハ１を回転させる。そして、超音波発振ノズル３をＳｉウェハ１の外周端面から所定の距離ｄだけ離間して設置し、照射角度をＳｉウェハ１表面に対して０°になるようにノズル先端部を調節する。そして、液体導入口４から洗浄液５を超音波発振ノズル３を介してＳｉウェハ１に供給する。供給された洗浄液５によりＳｉウェハ１の表裏両面ともに浸される。
【００３７】
そして、超音波発振器６から超音波振動を付与する。発振された超音波は超音波発振ノズル３及び洗浄液５を介してＳｉウェハ１中を伝搬する。この際、Ｓｉウェハ１の表裏両面がともに洗浄液５に浸された状態であるため、表裏両面を流れる洗浄液５中を超音波が伝搬し、結果としてＳｉウェハ１の表裏両面に超音波振動が付与される。超音波は直進性が強いためＳｉウェハ１表裏面が濡れている範囲には超音波が印加されている。このように超音波振動がＳｉウェハ１表裏面に付与されることにより、Ｓｉウェハ１に付着したパーティクルや金属不純物等の汚れを表裏両面同時に除去される。また、Ｓｉウェハ１を回転させながら超音波洗浄を行うため、Ｓｉウェハ１の表裏全面が超音波洗浄される。
【００３８】
このように本参考例によれば、ロールスポンジ洗浄の後に超音波洗浄を行う際に、洗浄対象とするＳｉウェハ１の外周端面に設置した超音波発振ノズル３から表裏両面に同時に洗浄液５を供給し、またノズル３から超音波を発振させることにより、洗浄液５を介してＳｉウェハ１の表裏両面に同時に超音波振動が付与されるため、Ｓｉウェハ１の表裏両面を同時に洗浄することができ、洗浄時間が短縮される。また、単一の超音波発振器６のみで構成されるため、装置コストの低減が図れる。
【００３９】
図３は上記洗浄方法により洗浄評価を行った実験データを示す図であり、この実験では、洗浄対象として、パターンが形成されているため、表面に比較的段差の大きい凹凸が形成されたＳｉウェハ表面にＳｉＮ膜が２２００Å成膜されたものを用いた。（ａ），（ｂ）はＳｉウェハ１表面、（ｃ），（ｄ）はＳｉウェハ１裏面についての金属不純物等の汚れの分布をパーティクルカウンタ（ＡＩＴ−８０００）で測定した図であり、（ａ）及び（ｃ）はＡｌ2Ｏ3により汚染された後、（ｂ）及び（ｄ）は超音波洗浄後の観察図である。汚染後にウェハに付着したＡｌ2Ｏ3が超音波洗浄により、表裏両面ともに充分に除去されているのが分かる。
【００４０】
次に、超音波発振ノズル３のＳｉウェハ１に対する照射角度を変えた形態について説明する。図４に示すように、Ｓｉウェハ１の表面に対して超音波発振ノズル３の先端部の位置を種々変更する。Ｓｉウェハ１の表面に対して洗浄液５及び超音波の供給される角度をθとする。超音波発振ノズル３に対してＳｉウェハ１を垂直、すなわち角度θ＝０°で設置した場合、Ｓｉウェハ１の表裏両面にほぼ同量の洗浄液５が供給される。超音波発振ノズル３の照射方向を下向きに変えた場合、すなわち洗浄液５をＳｉウェハ１の表面側から供給した場合、角度θは正になり、Ｓｉウェハ１の裏面側に供給される洗浄液５が減少し、洗浄効果は著しく低下する。一方、照射方向を上向きに変えた場合、すなわち洗浄液５をＳｉウェハ１の裏面側から供給した場合には角度θは負となるが、Ｓｉウェハ１の表面側に供給される洗浄液５はＳｉウェハ１上に残存する。
【００４１】
このように超音波発振ノズル３の照射角度θを変えた場合のパーティクル除去効果を図５に示す。横軸は洗浄液５及び超音波の照射角度θ、縦軸はパーティクルの除去効果を示す。
【００４２】
Ｓｉウェハ１の表面側及び裏面側ともに照射角度θが０°近傍では充分な除去効果が見られている。これは、照射角度θが０°近傍で洗浄液５及び超音波が表裏両面に充分に供給されるためである。また、照射角度θを負側にシフトさせた場合、０°から−５０°程度まででは表裏両面ともに充分なパーティクル除去効果が見られているのに対して、θを正側にシフトさせた場合、照射角度０°から５０°にかけて、表面洗浄効果が充分であるのに対して裏面洗浄効果が急激に低下する。これは、洗浄液５がＳｉウェハ１の斜め上方から照射された場合には、裏面側には充分に洗浄液５が供給されないためである。
【００４３】
また、照射角度θを負側にシフトすると洗浄液５がＳｉウェハ１全面に供給できなくなり、−６０〜−７０°よりさらに負側にシフトすると洗浄効果が著しく低下する。裏面側の洗浄効果に関しては、表面側にも洗浄液５は供給されるため±６０°程度までは高い洗浄効果を有する。しかしながら、±８０〜９０°近傍では反射波の影響を受けて洗浄効率が低下する。
【００４４】
以上より、Ｓｉウェハ１の表裏両面ともに充分なパーティクル除去効果を得るためには、照射角度θが±１０〜２０°以内、理想的には０°に設定されることが望ましいことが分かる。
【００４５】
次に、超音波の周波数を変えて洗浄評価を行った場合のＳｉウェハ１の顕微鏡写真を図６及び図７に示す。図６（ａ）〜（ｃ）は２００ｋＨｚ、図６（ｄ）〜（ｆ）は４００ｋＨｚ、図７（ｇ）〜（ｉ）は５００ｋＨｚ、図７（ｊ）〜（ｌ）は７００ｋＨｚの周波数で超音波を印加した顕微鏡写真である。２００ｋＨｚの場合、３０秒間の洗浄を行っても、パーティクルはあまり除去されていない。但し、ウェハ中心から直径８０ｍｍ程度の範囲内においては、パーティクルは充分に除去されている。４００ｋＨｚでは、１０秒間洗浄を行っただけでウェハ全体に洗浄効果があり、さらに３０秒間洗浄を行うとかなりパーティクルは除去されている。５００ｋＨｚでは、４００ｋＨｚの場合と同様にウェハ全体に洗浄効果がある。３０秒間の洗浄で、さらにパーティクルは除去されており、４００ｋＨｚよりも洗浄能力が高い。７００ｋＨｚでは、３０秒間の洗浄を行ってもウェハ中心から直径８０ｍｍ範囲内程度しか洗浄されていない。しかし、洗浄されている直径８０ｍｍ範囲内ではパーティクルは充分に除去されており、２００ｋＨｚの場合よりは洗浄効果は若干高い。
【００４６】
このようなパーティクル洗浄効果の超音波周波数依存性を図８に示す。洗浄対象はベアウェハ、ウェハの回転数を１００ｒｐｍ、アーム揺動回数は３回、アーム揺動速度は５ｍｍ／ｓｅｃ、ノズル角度は４５°、洗浄液の流量は２００〜７００ｋＨｚでは５．０リットル／ｍｉｎ、１〜１．５ＭＨｚでは１．２リットル／ｍｉｎとして測定を行った。図６及び図７の顕微鏡写真と同様に、４００ｋＨｚから５００ｋＨｚにかけて洗浄効果のピークがあり、ピークを境に徐々に洗浄効果が下がっている。
【００４７】
さらに、パーティクルの洗浄効果は洗浄対象によっても変わってくる。図８はベアウェハを洗浄対象とした場合を示すが、凹パターンが形成された洗浄対象を洗浄する場合にはその効果が異なる。図９は、パターンが形成されているため、表面に比較的段差の大きい凹凸が形成されたＳｉウェハ表面にＳｉＮ膜が２２００Å成膜されたものを洗浄対象としたパーティクル除去率の超音波周波数依存性を示す図である。ベアウェハと同様に、４００ｋＨｚから５００ｋＨｚにかけて洗浄効果のピークがあるが、ピークにおける周波数から離れるにつれて、急激に洗浄効果が落ちていることが分かる。従来、凹パターンが形成されたウェハの凹部からパーティクルを排出させ、ウェハ上から効果的にパーティクルを除去するには、１ＭＨｚ程度の周波数の超音波を用いるのが適当であると考えられていたが、本実験結果により、４００ｋＨｚから５００ｋＨｚ程度が最適な周波数であることが分かった。
【００４８】
また、洗浄対象及び超音波周波数を種々変更して洗浄評価を行った実験結果を図１０に示す。１５００ｋＨｚや２００ｋＨｚの周波数を用いて洗浄を行った場合、フラットなベアウェハの場合にはＡｌ2Ｏ3除去効果は４００ｋＨｚを含めて大差ないが、５０ｎｍの凹部パターン又は５００ｎｍの凹部パターンを有するウェハの場合、除去効果はかなり低下する。凹部パターンの凹凸の大きさが大きくなるほど除去効果は低下する。これに対して、４００ｋＨｚの超音波周波数を用いた場合には、凹部パターンの凹凸の大きさにかかわらず充分な洗浄能力を有している。これより、凹部パターンを有する洗浄対象の場合には、特に４００ｋＨｚ程度が最適な周波数であることが分かる。
【００４９】
また、洗浄効果はさらに洗浄液５のｐＨによっても変化する。実験条件において洗浄液５のｐＨを変化させた場合のＡｌ2Ｏ3の除去効果を図１１に示す。横軸は洗浄液５のｐＨ、縦軸はＡｌ2Ｏ3の除去効果を示す。４００ｋＨｚと１．５ＭＨｚの超音波周波数で、５００ｎｍの深さの凹部を有するウェハのＡｌ2Ｏ3除去効果を示す。４００ｋＨｚの場合、ｐＨが８以上、好ましくはｐＨが１０以上で充分なパーティクル除去効果が得られる。これに対して１．５ＭＨｚの場合はｐＨを上げても充分な除去効果が得られない。以上より、特にパーティクルの洗浄効果に有効に働くのは、ｐＨが７以上のアルカリ性溶液あるいはアニヨン系の界面活性剤である。
【００５０】
上記参考例の変形例を図１２に示す。上記参考例においては、Ｓｉウェハ１の表面の法線方向が垂直になるように設置し、横側から洗浄液５を供給する場合を示しているが、図１２に示す変形例では、Ｓｉウェハ１の表面の法線方向が水平になるように設置し、Ｓｉウェハ１の上側から洗浄液５を自由落下させて洗浄液５を供給する。これ以外の構成は上記実施形態と共通する。この場合、超音波が印加された洗浄液５は自由落下するため、超音波発振ノズル３とＳｉウェハ１の外周端面との距離ｄ’は数１０ｍｍ離れていても問題ない。この場合、洗浄液５の自由落下を利用して洗浄液５を供給するため、Ｓｉウェハ１の表裏面に充分に洗浄液５を供給することができる。
【００５１】
（第１実施形態）
図１３（ａ）は本発明の第１実施形態に係る半導体基板の洗浄装置の全体構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。本実施形態は、第１参考例の洗浄装置にロールスポンジ洗浄機構を付加した形態を示す。第１参考例と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５２】
図１３（ａ）に示すように、Ｓｉウェハ１の表裏面には、それぞれ円筒状のロールスポンジ７ａ及び７ｂが円筒側面でＳｉウェハ１を挟んで、かつＳｉウェハ１に対して進退可能に設けられている。また、駆動ローラ２の回転軸は、Ｓｉウェハ１の中心を回転中心として外周に沿って移動することができる。すなわち、駆動ローラ２によるＳｉウェハ１の保持位置は、駆動ローラ２をＳｉウェハ１の周りで移動させることにより常時変化させることができる。なお、図に示す点線は、超音波の波面の進行を示している点は第１参考例と同様である。
【００５３】
本実施形態に係る半導体基板の洗浄装置の動作を説明する。
【００５４】
まず、駆動ローラ２を回転させることによりＳｉウェハ１を回転させる。そして、回転するＳｉウェハ１の表裏面にロールスポンジ２を押し当て、ロールスポンジ２を回転させる。ロールスポンジ２を押し当てると同時に、超音波発振ノズル３をＳｉウェハ１の外周端面から所定の距離ｄだけ離間して設置し、照射角度をＳｉウェハ１表面に対して０°に設定する。そして、液体導入口４から洗浄液５を超音波発振ノズル３を介してＳｉウェハ１に供給する。供給された洗浄液５によりＳｉウェハ１の表裏両面ともに浸される。
【００５５】
このような状態で、超音波発振器６から超音波を発振すると、発振された超音波は超音波発振ノズル３及び洗浄液５を介してＳｉウェハ１中を伝搬する。これにより、Ｓｉウェハ１の表裏両面に同時に超音波振動が付与される。この超音波振動により、Ｓｉウェハ１に付着したパーティクルを表裏両面同時に除去することができるとともに、ロールスポンジ２をＳｉウェハ１に押し当て回転させることにより、さらに洗浄効果が高まる。また、ロールスポンジ２の洗浄の際には、Ｓｉウェハ１の保持治具として用いられる駆動ローラ２の回転軸を、ロールスポンジ２の洗浄動作に伴ってＳｉウェハ１の中心を回転中心としてその外周に沿って移動させる。
【００５６】
このように本実施形態によれば、超音波振動を両面同時に直接ウェハに照射できるため、ウェハ表裏面の凹部のパーティクルを効果的に除去できるという第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、ロールスポンジ洗浄と組み合わせているためさらに洗浄効果が増す。また、ロールスポンジ洗浄を別工程として行う必要がないため、洗浄時間の短縮も図れる。
【００５７】
また、駆動ローラ２の回転軸を、ロールスポンジ２の洗浄動作に伴ってＳｉウェハ１の中心を回転中心としてその外周に沿って移動させることにより、ロールスポンジ２による洗浄動作を妨げることなくＳｉウェハ１のエッジ部まで効果的に洗浄することができる。
【００５８】
すなわち、通常用いられるＳｉウェハ１の保持方式としては、例えばスピンチャック方式があるが、スピンチャック方式ではＳｉウェハ１の同じ位置を常時保持し続けるため、Ｓｉウェハ１の保持部を洗浄することができず、またＳｉウェハ１の横から超音波印加液体を与える超音波発振ノズル３を据え付けることができず、チャックピン部（ウェハ保持部）及びチャックアーム部の影となる部分は洗浄できない。
【００５９】
これに対して、駆動ローラ２を用いた場合にはＳｉウェハ１を自由に変化させることができるため、ロールスポンジ洗浄２の洗浄動作を妨げることなくＳｉウェハ１の保持位置、すなわちＳｉウェハ１のエッジ部まで充分に洗浄することができ、パーティクル除去効果が飛躍的に高まる。
【００６０】
図１４は本実施形態と第１参考例さらには従来の洗浄装置における洗浄効果を比較して示した図であり、縦軸は残留したＡｌ2Ｏ3の数である。深さ０．５μｍのシリコントレンチに窒化膜（ＬＰ−ＳｉＮ膜）を０．２μｍ成膜した凹形状形成ウェハにアルミナスラリーを吸着させた場合に各種洗浄した後のアルミナスラリー洗浄効果を示す。検出にはＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のＡＩＴ−８０００を用いた。アルミナＣＭＰスラリーを吸着させてそのままスピン乾燥した場合には４×１０4〜５×１０4個のスラリーが検出された。ｐＨ１０程度のアンモニア水を用いてロールスポンジ洗浄を１分行った場合には３×１０4〜４×１０4個のスラリーが検出され、ほとんど洗浄効果は得られない。これに対して、第１参考例の超音波洗浄を行った場合、数１００個程度までスラリーを除去でき超音波洗浄の凹部洗浄効果が明瞭に観察された。しかしながら、表層に固着している大きな凝集したアルミナは洗浄できない。本実施形態のように、超音波洗浄とロールスポンジ洗浄を同時に行った場合には、１００個以下までアルミナスラリーを除去できた。この結果は、接触及び非接触洗浄を同時に行った効果が顕著に見られ、各々単独で行うよりも洗浄効果が飛躍的に向上した。さらに本発明では、従来ロールスポンジ洗浄しか行われなかった裏面側の洗浄効果も飛躍的に向上した。
【００６１】
（第２参考例）
図１５（ａ）は本発明の第２参考例に係る半導体基板の洗浄装置の全体構成を示す側面図である。
【００６２】
図１５（ａ）に示すように、洗浄対象である円板状のＳｉウェハ１の外周に沿って、Ｓｉウェハ１の中心が回転中心に一致するように、Ｓｉウェハ１のベベル部分に当接して水平方向のウェハ１の位置を規定する複数の駆動ローラ２が配置されている。また、これら駆動ローラ２は回転軸を中心に回転可能な回転体である。Ｓｉウェハ１表面及び裏面にはそれぞれ薬液供給ノズル８ａ及び８ｂが設けられ、Ｓｉウェハ１の中心部近傍に薬液が供給されるようにそれぞれのノズル先端部が配置される。
【００６３】
図１５（ｂ）はこのＳｉウェハ１及び駆動ローラ２を上面から見た図である。洗浄対象であるＳｉウェハ１の周縁部に接するように、ウェハ１を回転させるための駆動ローラ２が４個配置されている。駆動ローラ２がそれぞれ実線の矢印の方向に同じ回転数で回転することにより、Ｓｉウェハ１はその中心を回転中心として破線の矢印の方向に回転する。
【００６４】
図１５に示す駆動ローラ２近傍を拡大して図１６に示す。駆動ローラ２は超音波振動子４を内蔵している。この駆動ローラ２は上記したように４個設けられている。駆動ローラ２のＳｉウェハ１接触面は直接超音波振動子４が接する構造である。この場合、Ｓｉウェハ１と超音波振動子４の接触面は、少なくともＳｉウェハ１のベベル端が超音波振動子４に接触していればよい。このようにＳｉウェハ１のベベル端に超音波振動子４が直接接触する構造をなすことにより、超音波振動子４により発生した超音波振動はＳｉウェハ１に直接伝搬する。なお、同図においてＳｉウェハ１中の矢印は、超音波の進行を示している。
【００６５】
本参考例に係る半導体基板の洗浄装置の動作を説明する。
【００６６】
まず第１次の洗浄工程として、Ｓｉウェハ１の周縁部の複数点を駆動ローラ２で保持すると同時に回転させ、洗浄液を供給しながら回転するウェハ１に図示しないロールスポンジを当て、スキャンさせてロールスポンジ棒で挟むようにウェハ１表裏面に付着したパーティクルを除去する。
【００６７】
次に、第１の洗浄工程と同様に、駆動ローラ２を回転させることにより、Ｓｉウェハ１を回転させる。そして、この回転したＳｉウェハ１の表裏面に対して同時に薬液供給ノズル８ａ及び８ｂから洗浄液を供給する。この薬液供給ノズル８ａ及び８ｂは、洗浄条件に応じて所定の速度でＳｉウェハ１表面付近をスキャンする。この洗浄液の供給と同時に、駆動ローラ２に設けられた超音波振動子４により超音波を発生させる。これにより、超音波振動子４に接するＳｉウェハ１に直接超音波振動が付与され、この振動は図の矢印に示す方向、すなわちウェハ１の直径方向に進行する。このように、超音波振動がＳｉウェハ１に直接付与された状態で洗浄が行われ、Ｓｉウェハ１表裏面に付着したパーティクルが除去される。
【００６８】
以上の工程により洗浄したＳｉウェハ１のパーティクルの洗浄効果を図１７に示す。図１７は８インチのＳｉウェハ１表面にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を施した場合のパーティクル数を表すもので、比較としてＣＭＰ直後のパーティクル数と、従来のウェハ洗浄を行った場合も併せて示す。従来のウェハ洗浄では１．６ＭＨｚのスキャン方式のメガソニック洗浄を行った。図１７に示すように、ＣＭＰ後のパーティクル数は１０4個付着していたのが、従来のウェハ洗浄により１０2個程度まで減少しているが、０．５μｍ以上の大きなパーティクルは除去効果が低い。これに対して、本参考例のウェハ洗浄を行った場合、０．１μｍ以上のパーティクルにわたって数個以下まで除去できていることが分かる。
【００６９】
このように本参考例によれば、超音波振動を直接Ｓｉウェハ１に照射することにより、ウェハ１剛体中を通過する衝撃波によって、直径方向に連続的に超音波振動を与えることができる。また、Ｓｉウェハ１の表裏両面に薬液供給ノズル８ａ及び８ｂを設けることにより、Ｓｉウェハ１の表裏面に薬液を同時に供給することができ、表裏面の洗浄を同時に行うことができ、洗浄時間を短縮することができる。
【００７０】
本参考例では図１６に示すように駆動ローラ２に設けられた超音波振動子４がＳｉウェハ１に直接接する構成としたが、例えば図１８に示すように、駆動ローラ２表面に保護板１１を設け、超音波振動子４とＳｉウェハ１が保護板１１を介して接する構成としてもよい。このように保護板１１を設けることにより、超音波振動子４及び駆動ローラ２の薬液耐性を向上させることができる。保護板１１としては例えば炭化珪素（ＳｉＣ），石英（ＳｉＯ2 ）等の薄板が用いられるが、これらの材料には限定されない。
【００７１】
また、図１６及び図１８に示す構成以外でも本発明を適用できる。例えば、Ｓｉウェハ１と超音波振動子４が直接接しない構成であっても、Ｓｉウェハ１の外周端面を流れる薬液（純水を含む）を振動媒体として利用することにより、超音波振動を有効にＳｉウェハ１に付与することができる。すなわち、パーティクル及び不純物の脱離を促す超音波エネルギーの供給エネルギーは、ウェハ１自身以外にも、ウェハ１表面に流れる液体自体も、振動子４に接することにより超音波振動媒体となりうる。
【００７２】
さらに、第１実施形態と同じように、ロールスポンジ洗浄を組み合わせることもできる。
【００７３】
（第３参考例）
図１９は本発明の第３参考例に係る半導体基板の洗浄装置の全体構成を示す図であり、図２０は本洗浄装置の要部を拡大した図である。
【００７４】
図１９に示すように、Ｓｉウェハ１の表裏面にそれぞれ薬液供給ノズル８ａ及び８ｂが配置されている点は第３実施形態と同様である。Ｓｉウェハ１はウェハホルダ２１により保持されており、さらにこのＳｉウェハ１の水平位置を規定する複数のチャックピン２２がＳｉウェハ１の外周端面に超音波振動子２３を介して当接するように配置されている。このチャックピン２２は常時Ｓｉウェハ１の同じ位置を保持し続ける。但し、複数のチャックピン２２の保持部に複数の振動子２３を取り付ける場合には、相互が干渉し合って振動強度を劣化させるため、ウェハ１中心の点対称部分には超音波振動子２３を設置しないようにする。
【００７５】
また、Ｓｉウェハ１の裏面側に配置された薬液供給ノズル８ｂの円筒部外周には、円筒状の回転部材２４が薬液供給ノズル８ｂを囲むように取り付けられている。また、この回転部材２４の上端部には支持部材２５が取り付けられ、この支持部材２５によりウェハホルダ２１を支持している。回転部材２４が薬液供給ノズル８ｂの周囲を回転に伴いウェハホルダ２１が回転部材２４の回転軸を中心軸として回転し、これによりＳｉウェハ１を回転させることができる。
【００７６】
このように、本参考例のようにウェハ１を保持する機構としてスピンチャック方式を用いた場合でも、第３実施形態と同様にＳｉウェハ１の表裏両面を同時に洗浄することができる。
【００７７】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。洗浄対象はＳｉウェハのみならず、半導体基板であればその材料には限定されない。また、駆動ローラ２の数は４個に限定されるものではなく、Ｓｉウェハ１を保持することができる構成であれば何個でも良い。但しロールスポンジ２の洗浄動作を規制しない程度の数であることが好ましい。
【００７８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、洗浄液供給ノズルから供給される洗浄液が半導体基板の表裏両面を浸すとともに、該半導体基板の表裏両面に超音波振動が付与されるため、半導体基板の表裏面を同時に洗浄でき、洗浄時間を短縮することができる。また、ノズルから洗浄液を供給するため、半導体基板を洗浄液中に全部浸す浸漬式に比較しても薬液使用量が少なくてすむ。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１参考例に係る半導体基板の洗浄装置の全体構成を示す図。
【図２】  本発明の対象とする半導体基板の洗浄方法に用いられるロールスポンジ洗浄の概念図。
【図３】  同参考例に係る凹部の形成された半導体基板の洗浄装置を用いて洗浄実験を行った後に半導体基板上に残存するパーティクルを示す顕微鏡写真図。
【図４】  同参考例に係る超音波ノズルの基板に対する照射角度を変化させた場合の概念図。
【図５】  同参考例に係る超音波ノズルの基板に対する照射角度θとパーティクル除去効果の関係を示す図。
【図６】  同参考例に係る超音波の周波数を変えて洗浄実験を行った後に半導体基板上に残存するパーティクルを示す顕微鏡写真図。
【図７】  同参考例に係る超音波の周波数を変えて洗浄実験を行った後に半導体基板上に残存するパーティクルを示す顕微鏡写真図。
【図８】  同参考例に係る洗浄効果のベアウェハにおける超音波周波数依存性を示す図。
【図９】  同参考例に係る洗浄効果の超音波周波数依存性をＳｉＮパターンが形成されたウェハを用いて測定した実験結果を示す図。
【図１０】  ウェハに照射される超音波の周波数を変えた場合の洗浄効果を示す図。
【図１１】  同参考例に係る半導体基板の洗浄方法における洗浄効果のｐＨ依存性を示す図。
【図１２】  同参考例に係る半導体基板の洗浄装置の変形例を示す図。
【図１３】  本発明の第１実施形態に係る半導体基板の洗浄装置の全体構成を示す図。
【図１４】  同実施形態、第１参考例及び従来の洗浄装置における洗浄効果を比較して示した図。
【図１５】  本発明の第２参考例に係る半導体基板の洗浄装置の全体構成を示す側面図。
【図１６】  同参考例に係る半導体基板の洗浄装置の要部を示す図。
【図１７】  同参考例に係る半導体基板の洗浄方法と従来の洗浄方法との洗浄効果を比較して示した図。
【図１８】  同参考例に係る半導体基板の洗浄装置の変形例を示す図。
【図１９】  本発明の第３参考例に係る半導体基板の洗浄装置の全体構成を示す図。
【図２０】  同参考例に係る半導体基板の洗浄装置の要部を拡大して示した図。
【図２１】  従来の単一メガソニックノズルを用いた半導体基板の洗浄装置の概略図。
【図２２】  従来の棒状超音波発振器を用いた半導体基板の洗浄装置の概略図。
【符号の説明】
１…Ｓｉウェハ
２…駆動ローラ
３…超音波発振ノズル
４…液体導入口
５…洗浄液
６…超音波発振器
７ａ，７ｂ…ロールスポンジ
８ａ，８ｂ…薬液供給ノズル
１１…保護板
２１…ウェハホルダ
２２…チャックピン
２３…超音波振動子
２４…回転部材
２５…支持部材
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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