(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を１枚毎に保持し回転させる回転体部材と、前記基板の表面に洗浄液を供給する表面洗浄用ノズルと、前記基板の裏面に洗浄液を供給する裏面洗浄用ノズルと、前記基板の一方の面に高周波音波を照射する高周波音波発振子と、前記基板の他方の面に紫外線を照射する紫外線光源と、前記基板と紫外線光源の間隙に雰囲気ガスを供給する供給ノズルとからなり、基板を高速回転させ、両面に低濃度の洗浄液を供給しながら、一方の面を高周波音波照射により洗浄し、他方の面を高周波音波の伝播と紫外線照射で発生した活性種により洗浄することを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項２】
基板と紫外線光源との間に紫外線透過板を設け、洗浄液の跳ね返りによる紫外線光源の劣化を防止することを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
【請求項３】
ＵＬＰＡフィルタを取り付け、基板に対して垂直にクリーンな空気を供給しながら、基板を高速度で回転させることにより、パーティクルの増加を抑えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板洗浄装置。
【請求項４】
洗浄液が、超純水に、酸素、オゾン、過酸化水素、フッ酸、水素含有フッ酸、又は界面活性剤を注入したものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の基板洗浄装置。
【請求項５】
紫外線光源が、波長が３６５ｎｍ以下の紫外線を照射できる水銀ランプ、重水素ランプ、又はエキシマランプであることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の基板洗浄装置。
【請求項６】
雰囲気ガスが、窒素、不活性ガス、又はフィルタを透過させて清浄化した空気であることを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の基板洗浄装置。
【請求項７】
紫外線の照射により、酸素、オゾン、又は過酸化水素を含む洗浄液中に、酸性化ラジカル、酸化種、又は酸素を含有するイオンを発生させ、他方の面に伝播した高周波音波と重畳させることにより、基板から有機物酸化膜及び重金属を除去することを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の基板洗浄装置。
【請求項８】
紫外線の照射により、水素、又は水素含有フッ酸を含む洗浄液中に、還元性ラジカルを発生させ、基板に水素終端構造を形成させることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の基板洗浄装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８に記載の基板洗浄装置により、基板を洗浄することを特徴とする基板洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の洗浄装置及び洗浄方法に関し、特に、半導体ウェハやＬＣＤ用基板等の洗浄を少量の洗浄液で行い、かつ高速洗浄を可能とした基板洗浄装置及び基板洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光エネルギーを活用した洗浄技術として、洗浄液を用いずに、紫外光をシリコンウェハ表面に照射し、気相活性種の発生によりウェハ表面を洗浄するドライ洗浄技術が知られている。
【０００３】
このような、ドライ洗浄技術は、例えば、特開昭６２−１２６６３８号公報、特開昭６２−１９０７３０号公報、特開昭６２−２５４４２５号公報、特開平３−２８３４２９号公報、特開平４−３６２２２号公報等に記載されている。
【０００４】
一方、基板の大径化に伴い、複数枚の基板を洗浄液を貯留した洗浄槽内に浸して洗浄するバッチ式洗浄装置から、一枚の基板を回転可能なホルダに搭載して基板を回転させると共に洗浄液を上から垂らす枚葉式スピン洗浄装置への転換が図られている。
【０００５】
これまで、発明者らは、このような枚葉式スピン洗浄装置の技術開発を行ってきた。そして、高応答性の各種薬液の切替えが速く、一連の洗浄を高速に行える高スループットの洗浄装置を提供することを目的として、以下の洗浄装置を開発した。
【０００６】
開発した枚葉式スピン洗浄装置は、超純水流路に洗浄液の原液又は原ガスを注入して所望の濃度の洗浄液とする洗浄原液注入手段と、超純水流路に連結され、所望の濃度に調整された洗浄液又は超純水を基板の表裏両面に同時に供給する洗浄液供給手段と、洗浄液を介して基板に超音波又は０．５ＭＨｚ以上の高周波を重畳する手段と、基板を回転させる手段又は基板及び洗浄液供給手段のいずれか１つを一方向に移動させる手段とを有し、超純水流路への原液又は原ガスの注入を制御して、基板の洗浄液による洗浄と超純水による洗浄とを連続して行うことを可能としたものである（特願平８−１７４００５号、特願平８−２１１５５７号）。
【０００７】
また、基板の表面側は、洗浄液を供給手段のみで、高周波を重畳する手段は裏面からとすることで構造を単純化した枚葉式スピン洗浄装置も開発した（特願平９−２５２７５０号）。
【０００８】
このようなスピン洗浄装置においては、洗浄液に８００ｋＨｚ〜５ＭＨｚ程度の周波数の振動を与えながら、基板に洗浄液を供給する超音波発生装置を用いるのが一般的である。
【０００９】
パーティクル除去対策において高周波音波照射技術は必要不可欠である。高周波音波の照射により、０．１μｍサイズのパーティクルの除去が可能とされ、更にキャビテーション発生もなく、機械的なダメージや静電気によるデバイス破壊がなくなったとされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パーティクル除去効果のメカニズムについては、まだ理論的に解明されていないことも多い。高周波音波を用いたパーティクル除去方法は、実際にデバイス製造プロセスに導入されているが、プロセスによっては、電気的特性が劣化したり、デバイスパターンが破壊されてしまうといった問題が生じている。
【００１１】
また、洗浄装置に洗浄液を清浄に供給する技術に対する要求はますます厳しくなっている。今日において、薬液は調合・希釈・輸送のプロセスの各々において汚染を受けており、これを防止する技術的な対策は容易ではない。
【００１２】
すなわち、従来の薬液供給技術は「大量調整方式」であり、貯槽・配管・継ぎ手・バルブ・ポンプ・フローメーター・フローレギュレーター等のすべての構成部品からの粒子汚染の防止は困難である。その上、各種部品を組合わせて複数の薬液の供給ラインを構築しようとすると、薬液供給系システムは非常に複雑かつ大型となる。このような薬液供給系システムでは、将来的に半導体製造ラインをコンパクトに構成するという目的に対して到底合致させることはできない。従って、洗浄する基板表面の直近で各種薬液およびラジカル種を供給する薬液供給システムの開発が必要とされていた。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、基板の洗浄効率を向上させ、基板に与えるダメージを軽減するとともに少量の薬液でより高清浄な洗浄を可能とする基板洗浄装置及び基板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】
本発明の基板洗浄装置は、基板表面へ洗浄液を供給して、当該基板を洗浄する基板洗浄装置であって、前記基板の表裏面のうちの一方の面へ紫外線を照射するとともに他方の面へ高周波音波を照射して、前記基板の表裏面を洗浄する。
【００１５】
本発明の基板洗浄装置の一態様例においては、前記基板を１枚毎に装着し、当該基板を回転させて洗浄する。
【００１６】
本発明の基板洗浄装置の一態様例においては、前記紫外線の光源が、水銀ランプ、重水素ランプ、エキシマランプのいずれかである。
【００１７】
本発明の基板洗浄装置の一態様例においては、前記紫外線の波長が３６５ｎｍ以下である。
【００１８】
本発明の基板洗浄装置は、基板を保持し回転させる回転部材と、前記基板の一方の面に洗浄液を供給する第１の洗浄液供給部と、前記基板の他方の面に洗浄液を供給する第２の洗浄液供給部と、前記一方の面に高周波音波を照射する音波発生部と、前記他方の面に紫外線を照射する光源とを備えている。
【００１９】
本発明の基板洗浄装置の一態様例においては、前記光源が、水銀ランプ、重水素ランプ、エキシマランプのいずれかである。
【００２０】
本発明の基板洗浄装置の一態様例においては、前記光源と前記基板との間隙が窒素又は不活性ガス雰囲気とされている。
【００２１】
本発明の基板洗浄装置の一態様例においては、前記光源と前記基板との間隙が、フィルタを透過させて清浄化された空気の雰囲気とされている。
【００２２】
本発明の基板洗浄装置の一態様例においては、前記洗浄液は酸素、オゾン及び過酸化水素のうちから選ばれた少なくとも１種を含む。
【００２３】
本発明の基板洗浄装置の一態様例においては、前記洗浄液はフッ酸を含む。
【００２４】
本発明の基板洗浄装置の一態様例においては、前記洗浄液は界面活性剤を含む。
【００２５】
本発明の基板洗浄装置の一態様例においては、前記光源と前記基板との間に紫外線透過板が設けられている。
【００２６】
本発明の基板洗浄方法は、基板の表裏面に酸素、オゾン及び過酸化水素のうちから選ばれた少なくとも１種を含む洗浄液を供給し、前記基板の表裏面のうちの一方の面へ紫外線を照射するとともに前記基板の他方の面に高周波音波を照射して、少なくとも前記一方の面に供給された前記洗浄液中に酸化性ラジカル、酸化種及び／又は酸素を含有するイオンを発生させて前記基板を洗浄する。
【００２７】
本発明の基板洗浄方法は、基板の表裏面に少なくとも水素を含む洗浄液又は水素含有フッ酸溶液を供給し、前記基板の表裏面のうちの一方の面へ紫外線を照射するとともに前記基板の他方の面に高周波音波を照射して、少なくとも前記一方の面に供給された前記洗浄液中に還元性ラジカルを発生させて前記基板表面に水素終端構造を形成する。
【００２８】
本発明の基板洗浄装置の一態様例においては、前記基板を１枚毎に回転させながら洗浄する。
【００２９】
本発明の基板洗浄装置の一態様例においては、前記高周波音波を、前記他方の面に供給された前記洗浄液を介して前記基板に伝播させ、更に、前記基板から前記一方の面に供給された前記洗浄液へ伝播させる。
【００３０】
【作用】
本発明においては、主に紫外線の照射によって洗浄液中に酸化性ラジカル（ＨＯ・，ＨＯ2 ・）等、各種酸化種及びイオン（Ｏ3 ，Ｈ2 Ｏ2 ，Ｏ- ，Ｏ2 - ，Ｏ3 - ）等の活性種を発生させて、これらの酸化性ラジカル、活性種による酸化作用を生じさせ、これに高周波音波を重畳させることにより、基板表面の有機物酸化膜、重金属を効率良く除去することができる。
【００３１】
また、洗浄液として、界面活性剤を含有した洗浄液を用いた場合でも、紫外線及び高周波音波を照射することにより、酸化作用を生じさせて、効率良く粒子除去を行うことができる。
【００３２】
更に、洗浄液として水素を含む洗浄液を用い、紫外線及び高周波音波を照射することにより、洗浄液中に還元性ラジカル（Ｈ・）を発生させ、基板（シリコンウェハ）表面に水素終端構造を形成することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図３は、本発明の基板洗浄装置の全体構成を示す模式図である。また、図２は、図３の基板洗浄装置における紫外線光源装置の構成を詳細に示す模式図である。以下、これらの図を参照しながら本実施形態を具体的に説明する。
【００３４】
図１において、１０１は密閉容器、１０２はシリコンウェハ等の基板、１０３はウェハ表面洗浄用のノズル，１０４はウェハ裏面洗浄用のノズルである。基板１０２は端部を３点又はそれ以上で保持する基板保持部材１０５により保持され、回転体部材１０８が回転することにより回転する。本実施形態に示す基板洗浄装置は、基板１０２を１枚ごとに装着し、基板１０２回転させて洗浄するいわゆるウェハ枚葉スピン洗浄装置である。
【００３５】
ノズル１０３，１０４には、超純水流路１１０が接続され、さらにこの流路には洗浄液の原液又は原ガスを所定量注入し、所定の濃度の洗浄液とする洗浄原液注入器１０９が接続されている。そして、洗浄原液注入器１０９により所望の濃度に調整された洗浄液がノズル１０３，１０４からウェハ表裏面に同時に供給される。
【００３６】
洗浄液としては、酸素を含有した超純水、オゾンを含有した超純水、希薄過酸化水素水、フッ酸溶液、水素含有フッ酸溶液、界面活性剤、各種薬液調合超純水等を含むもの用い、これらの薬液を洗浄目的毎に切り替えて供給する。界面活性剤の好適な例として、ダイキン工業株式会社製の商品名Ｓ１（アニオン系界面活性剤）がある。
【００３７】
２０１は紫外線光源であり、基板１０２の裏面からの高周波音波とともに重畳照射が可能である。紫外線光源２０１は、水銀ランプ・重水素ランプ・各種エキシマランプなどを用いる。紫外線光源２０１としては、好適には３６５ｎｍ以下の紫外線を少なくとも１０ｍＷ／ｃｍ2 程度以上の強度で処理表面に照射できるものを用いる。具体的には、水銀ランプ（２５４ｎｍ・１８５ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、Ｘｅエキシマ（１７２ｎｍ）、ＡｒＢｒ（１６１ｎｍ）、Ｆ2 （１５４ｎｍ）などを用いるのが好適である。
【００３８】
そして、これら短波長の光を基板１０２上に供給された洗浄液に対して照射することにより、洗浄液の水溶液中でラジカル・活性種を生成することができる。そして、ラジカル・活性種の作用により、より強力な洗浄作用が発揮される。これにより、高周波音波の強度を低くすることができ、高周波音波による基板１０２へのダメージを軽減できる。また、洗浄液の酸素、オゾン、過酸化水素等の濃度を著しく低減することができる。このように、基板１０２の極く表面でラジカル種を作ることでより一層の洗浄効果を得ることができる。
【００３９】
また、波長が２００ｎｍ以下の紫外線は、照射した水溶液中の酸化還元電位を高める効果がある。酸化還元電位の上昇は、基板１０２表面の重金属の除去に必須の条件である。波長により空気・水透過率が変化するので、好適の雰囲気条件を設定することが必要であることはいうまでもない。
【００４０】
図３は、図１とは異なる構成の基板洗浄装置の全体構成を示す図である。図１に示した基板洗浄装置では光源を密閉容器１０１（洗浄チャンバー）内に設置しているが、図３に示す基板洗浄装置においては、紫外線透過板３０１によって、密閉容器１０１と紫外線光源２０１が設置された光源室２０２とが隔離されている。紫外線透過板３０１には高純度石英・高純度フッ化物の結晶あるいはガラスを任意に用いることができる。このように、紫外線光源２０１と基板１０２の間に紫外線透過板３０１を設けることにより、洗浄液の跳ね返りによる紫外線光源２０１の劣化を抑止することができる。好適には、紫外線透過板３０１は高純度石英透過板を用い、フッ酸系薬液による洗浄を行うときは、石英表面にフッ化マグネシウムを蒸着して用いるのがよい。
【００４１】
図２は、図３に示した基板洗浄装置における、紫外線光源装置の構成を詳細に示す図であって、紫外線光源装置を上方から示す平面図である。紫外線光源２０１は複数の紫外線ランプ２０１ａからなり、基板１０２上の全領域を覆うように配置されている。これにより、基板１０２上の全域に滴下された洗浄液に対して紫外線を照射することができる。
【００４２】
光源室２０２と基板１０２表面との距離は、可及的に近接させるのがよいことはいうまでもないが、更に効果的にはこの雰囲気を窒素など紫外線吸収係数の小さい気体で置換するのがよい。このため窒素ガス又は不活性ガス等の供給ノズル１１２が設置される。更に、基板１０２へ照射する紫外線を減衰させないように光源室２０２内に水素等の気体を流した際には、紫外線透過板３０１により基板１０２表面上の窒素と光源室２０１における水素を紫外線透過板３０１によって確実に分離することができる。
【００４３】
裏面洗浄用のノズル１０４の内部には高周波音波発振子１０７が配設されている。高周波音波発振子１０７は、基板１０２の裏面側から洗浄液の液膜を介して超音波を基板１０２に照射し、基板１０２の洗浄効果を高める役割を果たす。
【００４４】
高周波音波発振子１０７は、基板１０２の裏面側に必要最小限の大きさで設けられている。超音波は基板１０２を通して基板の表面側に供給されている洗浄液まで伝搬するため、表面側に洗浄液が存在すれば、表面の洗浄も裏面と同時にかつ効果的に洗浄することができる。上述した紫外光照射により、高周波音波の強度（エネルギー）を軽減することができるため、図３に示すように高周波音波の照射を基板１０２の片面のみとすることができ、超音波が基板１０２へ与えるダメージを最小限に抑えることができる。
【００４５】
また、紫外光照射と超音波の照射を共に用いることにより、洗浄液中の薬液の化学作用への依存性を軽減することができ、薬液の種類と濃度を減少させても効率良く洗浄効果を得ることができる。これにより、基板洗浄装置における薬液供給系を単純化することができる。
【００４６】
高周波音波発振子１０７から照射される超音波は、洗浄液、基板１０２を通って基板１０２の表面側に伝搬する。ここで、基板１０２の表面における超音波の音圧が大きいほど、表面側の洗浄効果は増大する。基板１０２表面における超音波の音圧は、超音波の基板１０２への入射角度、基板１０２の厚さ、超音波の周波数等により変動するため、基板１０２表面側での超音波の音圧が略々最大となるよう超音波の入射角度を調節するのが好ましい。
【００４７】
なお、超音波の照射によっても、洗浄液内にラジカル・活性種を生成することができる。従って、基板１０２の裏面においても、ラジカル・活性種による強力な洗浄作用が発揮されることとなる。
【００４８】
超音波が効率的に伝搬して基板１０２の表裏面の洗浄効果を高めるためには、気泡を含まずにノズル１０３，１０４から基板１０２の表面まで洗浄液の膜を形成する必要がある。また、液体膜の厚さは、洗浄効果を上げるために最適な厚さに設定するのが望ましいが、これは、ノズルと基板との距離によって定めることができる。
【００４９】
また、洗浄効果を高めるファクターとして、基板１０２の表面と液体の相対速度が挙げられる。すなわち、このファクターには基板１０２を回転させる回転数が関係する。基板回転数は１０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ程度に設定するのが望ましく、特に、洗浄効率の面から１５００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍ程度の範囲の回転数とするのが特に好適である。
【００５０】
一方、基板１０２を高速度で回転させると、チャンバー内乱気流を引き起こし、パーティクル増加の一因となるケースがある。このような場合、図４に示すようにチャンバー（密閉容器１０１）天井にＵＬＰＡフィルタを取り付け、基板１０２に対して垂直にクリーンな空気を供給することにより、乱れのない流れ（図４に示す矢印Ａ）、いわゆるラミナーフローを実現できる。
【００５１】
超音波の周波数としては、０．５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ程度の範囲に設定するのが好適である。紫外線照射機構のない高周波音波のみの場合は、周波数を２ＭＨｚ以上とすることにより洗浄効率を一層向上させることができる。
【００５２】
なお、基板洗浄装置には、洗浄後に基板１０２を乾燥させるために、Ｎ2 ガス又は不活性ガス等を供給するためのノズル（不図示）が設けられており、基板１０２の表面、または表裏面同時にＮ2 ガス等を吹き付けながら高速回転することにより、基板１０２を乾燥させることができる。
【００５３】
次に、本実施形態における基板１０２を洗浄するステップの概略について説明する。
【００５４】
先ず、１枚のシリコンウェハ等の基板１０２をウェハ保持部材１０５上に載置し固定する。
【００５５】
次に、ウェハ回転機構１０６により、回転体部材１０８及びウェハ保持部材１０５を回転させて、基板１０２を回転させる。上述したように、基板回転数は１０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ程度の範囲とするのが好適である。
【００５６】
次に、洗浄原液注入器１０９から注入された洗浄液を、ノズル１０３，１０４から基板１０２の表面及び裏面へ供給する。これにより、ノズル１０３から基板１０２の表面の全域に渡って洗浄液の膜が形成される。また、基板１０２の裏面では、ノズル１０４から基板１０２の裏面の全域に渡って洗浄液の膜が形成される。すなわち、基板１０２の表面及び裏面の全域に洗浄液の膜が形成されることになる。
【００５７】
次に、基板１０２の裏面側に設置された高周波音波発振子１０７により、基板１０２の裏面に形成された洗浄液の膜に対して超音波振動を与える。超音波振動は基板１０２の裏面を覆う洗浄液から基板１０２へ伝播し、更に基板１０２から基板１０２の表面を覆う洗浄液に伝播する。
【００５８】
次に、紫外線光源２０１から短波長の光線を基板１０２の表面に形成された洗浄液の膜に対して照射する。これにより、洗浄液の水溶液中でラジカル・活性種を生成する。
【００５９】
この状態で、所定時間洗浄を行う。所定時間の経過後、必要に応じて洗浄液を切り換えて、異なる目的の洗浄を行う。その後、超純水を用いた洗浄を行った後、洗浄液の供給、紫外線の照射、超音波の発振を停止する。その後、基板１０２を高速回転しながらＮ2 ガス等の不活性ガスを不図示のノズルから吹きつけることにより、基板１０２を乾燥させる。なお、上述した工程の順番は適宜入れ換えることが可能である。
【００６０】
【実施例】
以下、上記実施形態を具体的に実施した２つの実施例について説明する。
【００６１】
（実施例１）
図２及び図３に示したウェハ枚葉洗浄装置を用いてシリコンウェハ基板の洗浄を行った結果を表１に示す。また、実施例１Ａと実施例１Ｂにおける高周波音波の照射条件を表２に、各洗浄ステップに用いた薬液の組成を表３に示す。紫外線光源としては、キセノンエキシマランプを用い、照射波長は１７２ｎｍ、照射強度は２０ｍＷ／ｃｍ2 の条件で照射した。また、ウェハ回転数は１０００ｒｐｍ〜１５００ｒｐｍとして行った。
【００６２】
【表１】
0004088810.tif 000002
【００６３】
【表２】
0004088810.tif 000003
【００６４】
【表３】
0004088810.tif 000004
【００６５】
なお、シリコンウェハは表裏同時洗浄を行い、洗浄された両面の重金属・有機物濃度及び粒子数はほぼ同一水準であったため、表１には表面側の測定値のみを表示した。表面の評価は、重金属、有機物、粒子のそれぞれについて表４に示す測定方法によって行った。
【００６６】
【表４】
0004088810.tif 000005
【００６７】
まず、洗浄ステップを説明する。洗浄ステップ▲１▼では、オゾン水によりシリコンウェハ表面有機物を除去する。洗浄ステップ▲２▼では、フッ酸・過酸化水素水・界面活性剤の調合洗浄液の酸化作用、ゼータ電位制御及び表面の極微量のエッチング作用により、重金属及び粒子を除去する。洗浄ステップ▲３▼では、シリコンウェハ表面に吸着された界面活性剤をオゾン水の酸化作用により除去する。洗浄ステップ▲４▼では、オゾン水により生成したシリコンウェハ表面酸化膜を除去し、洗浄ステップ▲５▼で超純水リンスを行う。最後に窒素気流によりシリコンウェハ表面を乾燥する。（ステップ▲６▼）
【００６８】
実施例１Ａのデータは、実施例１Ｂのデータと比較するため、洗浄ステップ▲２▼以外の各ステップにおいて紫外線及び高周波音波の照射は行っていない。表１に示すように、実施例１Ａでは洗浄ステップ▲１▼，▲２▼，▲３▼で重金属、有機物、粒子が充分なレベルに除去されたことが示されている。しかしながら、洗浄ステップ▲４▼で前ステップより粒子が増加することが認められる。この現象は、希フッ酸洗浄につきまとう難問題として一般によく知られている。
【００６９】
実施例１Ｂにおいては、洗浄ステップ▲１▼，▲２▼，▲３▼，▲４▼及び窒素乾燥ステップ▲６▼においてキセノンエキシマランプによる紫外線照射を行った。また、洗浄ステップ▲１▼，▲２▼，▲３▼，▲４▼及び▲５▼において、高周波音波発振子１０７からシリコンウェハの裏面へ超音波を照射した。表２に示すように、洗浄ステップ▲２▼では、音波強度を実施例１Ａの場合の約１／６以下に低減して用いた。
【００７０】
結果として実施例１Ｂでは、洗浄ステップ▲１▼ではオゾンの酸化作用に加え、紫外線光源２０１からの紫外線により酸素含有超純水中に生成した酸素ラジカル・ＯＨラジカル等の酸化作用により、有機物除去時間を短縮することができた。洗浄ステップ▲２▼では紫外線と高周波音波の併用により、音波強度を低減しても実施例１Ａと同等の洗浄効果を得ることができた。このことは、超音波による単に物理的作用だけではなく、ラジカル種の発生による化学的作用が洗浄効率の向上に効果的であることを示している。
【００７１】
洗浄ステップ▲３▼では、オゾンの添加なしに超純水に空気と平衡して溶解している酸素約８ｐｐｍと、紫外線から生成するオゾン・酸素ラジカル・ＯＨラジカルにより表面に吸着した界面活性剤を除去することができた。
【００７２】
洗浄ステップ▲４▼では、実施例１Ａで認められた粒子の増加現象は生じていない。洗浄ステップ▲４▼でのシリコンウェハ表面は実施例１Ａでは疎水性であったが、紫外線を照射した実施例１Ｂにおいては親水性となることから、粒子の増加を抑制した効果は希フッ酸溶液に溶解している酸素が紫外線で活性化され、ベアシリコン表面を僅かに酸化して粒子付着を抑制したものと解釈される。
【００７３】
窒素乾燥ステップ▲６▼では、紫外線照射により乾燥時間が短縮された。総合処理時間は実施例１Ａの場合より約１０秒短縮され、スループットを向上させることができた。
【００７４】
（実施例２）
実施例１で用いたウェハ枚葉洗浄装置を用い、シリコンウェハ表面の洗浄を行った結果を表５に示す。実施例２においては、実施例１Ａに加えてシリコンウェハ表面に水素終端処理を行っている。
【００７５】
【表５】
0004088810.tif 000006
【００７６】
実施例１と同様に、紫外線光源２０１としてはキセノンエキシマランプを用い、照射波長は１７２ｎｍ、照射強度は２０ｍＷ／ｃｍ2 の条件で照射した。
【００７７】
また、水素終端率の評価方法は、ＸＰＳ（Ｘ線フォトスペクトロメトリー）により、シリコン表面からのＨ1Sスペクトル強度から水素終端率を測定した。
【００７８】
実施例２においては、洗浄ステップ▲１▼〜▲４▼及びこれらのステップにおける各薬液の組成は実施例１Ｂと同一条件であるが、洗浄ステップ▲５▼の条件が実施例１Ｂと異なる。
【００７９】
洗浄ステップ▲５▼は２ステップからなり、洗浄ステップ▲５▼-1は、水素を約２ｐｐｍ溶解させた希フッ酸溶液（ＨＦ  ０．０５％）をシリコンウェハ表面に供給しながら、キセノンエキシマランプによる紫外線の照射を１５秒間行った。
【００８０】
キセノンエキシマランプにより溶解水素から水素ラジカルが生成するためシリコンウェハ表面の水素終端形成が促進され、約１５秒でＸＰＳのＨ1Sスペクトルは充分な強度を示した。この水素終端処理は、シリコンエピタキシャル工程の前洗浄並びにデバイス工程のコンタクトホール洗浄に重要な効果をもたらすものである。
【００８１】
以上、本実施形態において説明したように、紫外光と高周波音波を同時に照射して、洗浄液中にラジカル等の活性種を生成させながら表面処理を行うことにより、従来不可欠であった洗浄液中のオゾンあるいは過酸化水素の濃度を極めて低濃度とすることができ、場合によっては酸素を無添加としても酸化作用を発揮させることができる。紫外光と高周波音波により、洗浄液中に溶解している酸素（常温で８ｐｐｍ）がオゾン、活性酸素、酸素ラジカルなどを生成するからである。例えば、過酸化水素の濃度は一般的に用いられる０．５％〜数％から、約３桁低い５ｐｐｍ〜数１０ｐｐｍまで低下させても酸化作用を発揮させることができる。
【００８２】
また、紫外光を併用することにより、高周波音波の強度を微弱にすることができ、界面活性剤の濃度を低下させて、粒子除去効果を維持できる。この効果は、シリコンウェハ表面と粒子の接点を紫外光が分解する粒子リフトオフ作用によるものと認められる。このことは、デバイス構造破壊作用の軽減と、界面活性剤処理後の表面からの界面活性剤除去ステップの軽減に寄与するものである。
【００８３】
更に、紫外光線の照射を行うことで洗浄液中に生成された水素ラジカルにより、究極的な完全ウェハ表面というべき水素終端構造が完結できる。従来の希フッ酸処理による最終ステップでは、シリコンウェハ表面の水素終端が不完全であることが大きな課題であったが、水素を溶解させた希フッ酸に紫外光を照射することにより、水素ラジカルを生成して解決することができる。
【００８４】
従って本実施形態によれば、紫外光照射機構の付加により、基板表面でのラジカル反応を効果的に行うことにより、これまでの薬液に依存した酸化反応から脱却することができる。また、現在用いられているＲＣＡ洗浄と比較しても、薬液種、薬液量共に大幅に削減することができ、更に、超純水の消費量までも大幅に削減することができる。また、光と音波の重畳によるラジカル反応の利用は、超音波照射機構を基板の両面からではなく例えば裏面のみとすることを可能とし、基板洗浄装置の構造を単純化することができる。
【００８５】
また、本発明は、これまでの紫外光照射ドライ洗浄とは異なり、ウエット洗浄に紫外光照射機構を付加している。すなわち、基板の表と裏を流れる洗浄液にそれぞれ紫外線と高周波音波を同時に照射することによって、高い効率で洗浄に必要なラジカル等の活性種を基板の極く表面上の洗浄液中に高濃度で発生させることができる。
【００８６】
【発明の効果】
本発明によれば、洗浄効果を向上させることができ、基板に与えるダメージを軽減するとともに少量の薬液でより高清浄な洗浄を可能とする基板洗浄装置及び基板洗浄方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る紫外線光源を示す上面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置の主要部を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置においてＵＬＰＡフィルタを付加した態様の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０１  密閉容器
１０２  （シリコンウェハ等の）基板
１０３  表面洗浄用のノズル
１０４  裏面洗浄用のノズル
１０５  ウェハ保持部材
１０６  ウェハ回転機構
１０７  超音波発振子
１０８  回転体部材
１０９  洗浄原液注入器
１１０  超純水流路
１１１  不活性ガス供給装置
１１２  不活性ガス供給ノズル
２０１  紫外線光源
３０１  紫外線透過板
４０１  ＵＬＰＡフィルタ
【図１】
0004088810.tif 000007
【図２】
0004088810.tif 000008
【図３】
0004088810.tif 000009
【図４】
0004088810.tif 000010