JP2000262989A

JP2000262989A - 基板洗浄装置

Info

Publication number: JP2000262989A
Application number: JP2000004930A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Tsuga; 智仁都賀; Yoshiaki Yamaguchi; 嘉昭山口; Takehisa Nitta; 雄久新田; Masahiro Miki; 正博三木
Original assignee: UCT Corp
Current assignee: UCT Corp
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】少量の洗浄液を極めて効率よく使用し、高清
浄な洗浄を可能として、基板洗浄効果を格段に向上させ
る。【解決手段】線状ノズル１１２は、設置されたウェハ
１０４の裏面に位置するように固定されている。他方、
線状ノズル１１３は、ウェハ１０４の略中心部位から外
周方向にわたって可動とされており、使用しないときに
はウェハ１０４の外周方向に位置しており、洗浄時には
線状ノズル１１２と上方から見て重なる部位まで回動す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板洗浄装置に関
し、特に半導体ウェハ等の基板洗浄に好適に適用され
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイス製造の基板洗浄工
程は、いわゆるバッチ式洗浄法により行なわれている。
この洗浄法は、基板を１０枚単位で並列させた状態で洗
浄漕に侵漬させて洗浄する手法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バッチ
式洗浄法では、生産性を向上させようとすれば並列する
基板間隔を狭くせざるを得ず、その結果として基板間の
洗浄液の流入・排出時間、洗浄液流の均一性の確保等が
本質的に困難となる。また、常に隣接する基板の裏面に
より基板表面が汚染の影響を受けるという欠点がある。
更に、基板を順次異なる洗浄液の洗浄漕に移動させると
きや、洗浄漕へ薬液を流入・排出させるときに多くの時
間が必要であるという問題もある。更に、基板洗浄の際
に必要な薬液及び超純水の使用量が莫大であるという問
題もある。

【０００４】そこで本発明は、少量の洗浄液を極めて効
率よく使用し、高清浄な洗浄を可能として、基板洗浄効
果を格段に向上させることができる基板洗浄装置を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の基板洗浄装置
は、所定部位に設置された基板に洗浄液を供給すること
により、前記基板を洗浄する基板洗浄装置であって、前
記基板の表面及び裏面に同時に前記洗浄液を吐出する一
対の洗浄液噴射手段を備えており、一方の洗浄液噴射手
段は、前記洗浄液を介して前記基板に高周波又は超音波
を印加する機能を有するとともに、他方の洗浄液噴射手
段は、設置された前記基板の略中心部位から外周方向に
わたって可動とされており、洗浄時には、双方の前記洗
浄液噴射手段からの前記洗浄液の前記基板上における吐
出領域が上方から見て重なるように稼働する。

【０００６】本発明の基板洗浄装置の一態様例は、基板
毎に装着し、当該基板を円周方向に回転させながら前記
洗浄液を供給する基板枚葉スピン洗浄装置である。

【０００７】本発明の基板洗浄装置の一態様例において
は、前記基板上の洗浄液の液膜の厚みを前記超音波の波
長の１／４以上の略一定値に保つようにしている。

【０００８】本発明の基板洗浄装置の一態様例におい
て、前記各洗浄液噴射手段は、一方に設置された線状ノ
ズルに対し、上方から見てこれと重なり合うように静止
固定できる線状ノズルが他方に設置されており、一方か
ら印加された高周波又は超音波のエネルギーが伝播され
た基板上の部位を、他方の洗浄液噴射手段による洗浄液
で覆えるようにしている。

【０００９】本発明の基板洗浄装置の一態様例において
は、前記一方の洗浄液噴射手段が前記基板の裏面から所
定距離離間されて設置され、前記他方の洗浄液噴射手段
が前記基板の表面から所定距離離間されて設置されてい
る。

【００１０】本発明の基板洗浄装置の一態様例において
は、前記基板に高周波又は超音波を印加する機能を有す
る前記一方の洗浄液噴射手段は前記基板の下部に設置さ
れている。

【００１１】本発明の基板洗浄装置の一態様例において
は、前記一方の洗浄液噴射手段は、前記高周波又は超音
波を発生する手段と、前記高周波又は超音波が伝播さ
れ、前記洗浄液を吐出する線状ノズルとを有し、前記線
状ノズルの幅が前記高周波又は超音波を発生する手段か
ら上方に向かって幅狭となるように形成されている。

【００１２】本発明の基板洗浄装置の一態様例において
は、前記幅狭とされた領域は、前記高周波又は超音波を
発生する手段から近距離音場領域の範囲内とされてい
る。

【００１３】本発明の基板洗浄装置の一態様例において
は、前記幅狭とされた領域における前記線状ノズルの内
壁面に複数の段差面が形成されている。

【００１４】本発明の基板洗浄装置の一態様例において
は、前記段差面の凹量が前記高周波又は超音波の波長の
略１／４とされている。

【００１５】本発明の基板洗浄装置の一態様例において
は、前記線状ノズルの上端近傍に前記線状液を排出する
ための排出口が設けられている。

【００１６】本発明の基板洗浄装置の一態様例において
は、前記各洗浄液噴射手段の接液部は、アモルファスカ
ーボンからなる。

【００１７】本発明の基板洗浄装置の一態様例におい
て、前記一方の洗浄液噴射手段は、前記高周波又は超音
波を発生する手段と、前記高周波又は超音波が伝播さ
れ、前記洗浄液を吐出する線状ノズルとを有し、前記高
周波又は超音波を発生する手段と前記基板との間の所定
領域に純水が供給され、前記純水を介して前記洗浄液に
前記高周波又は超音波を印加する。

【００１８】本発明の基板洗浄装置の一態様例におい
て、前記純水が供給される領域は、前記高周波又は超音
波を発生する手段から近距離音場領域の範囲内とされて
いる。

【００１９】

【作用】本発明の基板洗浄装置においては、一方（例え
ば下方）の洗浄液噴射手段から洗浄液の噴射と共に高周
波又は超音波が基板の一方の面（例えば裏面）に印加
し、可動とされた他方（例えば上方）の洗浄液噴射手段
から一方の洗浄液噴射手段と上方から見て重なる部位で
洗浄液を噴射する。この場合、一方の洗浄液噴射手段の
基板を介した対向部位に他方の洗浄液噴射手段が位置す
るため、各洗浄液噴射手段と基板との間隔で決まる洗浄
液の液膜の厚みが所望の一定値に保たれるのみならず、
一方の洗浄液噴射手段からの高周波又は超音波が基板を
介して他方の洗浄液噴射手段側の洗浄液の液膜へ極めて
効率良く印加されることになる。従って、基板の表裏面
を最小限の洗浄液量で高精度に洗浄することが可能とな
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の基板洗浄装置の具
体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明
する。本実施形態の基板洗浄装置は、半導体ウェハ等の
ウェット洗浄プロセスにおいて広範囲の機能を実現でき
るウェハ枚葉スピン洗浄装置である。

【００２１】図１は、本実施形態の基板洗浄装置の主要
構成を示す概略断面図である。この基板洗浄装置は、洗
浄する対象であるシリコン基板等の基板（ウェハ）１０
４が収められる閉空間となり、ウェハ１０４の搬出入部
位となるゲートバルブ１０５を備えた洗浄チャンバー１
０１内に、ウェハ１０４を側面から保持するウェハ保持
ピン１０３を有し、固定されたウェハ１０４を図中矢印
の方向に回転させる回転駆動モータを備えたウェハ設置
手段１０６と、ウェハ設置手段１０６を側方から包囲す
るように設けられた洗浄液衝突緩衝板１０２と、ウェハ
１０４に洗浄液を供給するための洗浄液供給機構１１１
とを備えて構成されている。ここで、洗浄液衝突緩衝板
１０２は必ずしも必要とは限らず、洗浄チャンバーの形
状に多少の曲面を持たせることにより、洗浄液衝突緩衝
板１０２の役割を代替せしめることも可能である。

【００２２】なお、基板洗浄装置には、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、洗浄後にウェハ１０４を乾燥させる際にウェ
ハ１０４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ってウェハ１０４を乾
燥させたり、洗浄チャンバー１０１内を高濃度のＮ₂ガ
ス又は不活性ガス等で置換した状態でウェハ１０４の洗
浄を行なうこと等ができる。

【００２３】洗浄液供給機構１１１は、洗浄液の流路と
なる配管１０７と、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１０８と、設置されたウェハ１０４の表面及び裏
面近傍に設けられ、洗浄原液注入器１０８により所望の
濃度に調整された洗浄液を回転するウェハ１０４の表裏
面に同時に供給する一対の洗浄液噴射手段である同一形
状の線状ノズル１１２，１１３を備えて構成されてい
る。

【００２４】線状ノズル１１２は、図２及び図３に示す
ように、設置されたウェハ１０４の裏面に位置するよう
に固定されている。他方、線状ノズル１１３は、ウェハ
１０４の略中心部位から外周方向にわたって可動とされ
ており、使用しないときには図２に示すようにウェハ１
０４の外周方向に位置しており、洗浄時には図３に示す
ように線状ノズル１１２と上方から見て重なる部位まで
回動する。

【００２５】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、フッ化水
素酸、水素含有フッ化水素酸、界面活性剤、各種薬液調
合超純水等を含むものを用い、これらの薬液を後述する
各洗浄工程毎に切り替えて供給する。

【００２６】次に、線状ノズル１１２，１１３の構成、
及び両者の位置関係について詳細に説明する。

【００２７】図７は、線状ノズル１１２の一例を示す斜
視図である。線状ノズル１１２、線状ノズル１１３はこ
のように長手方向に延在する形状とされ、図７に示す態
様では、ノズル１２１の間から線状に吐出された線状液
がウェハ１０４の表面及び裏面に供給される。

【００２８】図４、図５及び図６は、洗浄時に線状ノズ
ル１１２，１１３がウェハ１０４の表面及び裏面に配置
された状態を示している。これらの図において、線状ノ
ズル１１２，１１３の双方から洗浄液１２０が供給さ
れ、且つウェハ１０４の裏面（下方）に設置された洗浄
ノズル１１２からは、洗浄液１２０ととにメガソニック
（超音波）が供給される。また、これらの図において線
状ノズル１１２，１１３は、紙面に対して垂直方向に延
在するものとする。なお、矢印Ａはウェハ１０４の回転
方向を示している

【００２９】ここで、図４は、線状ノズル１１２，１１
３のノズル形状が図７に示すように平行な対向する壁面
で構成されたものを示している。

【００３０】図４に示す構成の線状ノズル１１２，１１
３では、ノズル１１２，１１３の開口端とウェハ１０４
の距離を近接させることにより、洗浄効率を向上させる
ことが可能である。すなわち、開口端を近接させること
によってウェハ１０４の回転に対する洗浄液１２０の粘
性による抵抗を大きくすることができるからである。こ
こで、線状ノズル１１２と線状ノズル１１３の相対的な
位置を上方から見て重なる位置に設定しているため、線
状ノズル１１２から洗浄液１２０を介してウェハ１０４
の裏面に伝播したメガソニックを、ウェハ１０４を介し
て線状ノズル１１３から吐出される洗浄液１２０へ伝播
させることができ、ウェハ１０４の表裏面を効率良く洗
浄することができる。

【００３１】また、図４（ｂ）は、ウェハ１０４の回転
数を比較的大きく設定した場合に好適な線状ノズル１１
２，１１３の位置関係を示している。このように、ウェ
ハ１０４の回転数に応じて、線状ノズル１１２と線状ノ
ズル１１３の位置関係を所定量ずらすことにより、線状
ノズル１１２，１１３それぞれから吐出される洗浄液１
２０がウェハ１０４上において供給される位置を対向さ
せることができる。従って、線状ノズル１１２，１１３
の相対的位置はウェハ１０４上における洗浄液１２０の
供給位置が表面と裏面において重なるように配置するこ
とが望ましく、この場合においては線状ノズル１１２，
１１３の位置がウェハ１０４の表面と裏面で重なること
は必ずしも必要ではない。

【００３２】図５はウェハ１０４の表面（上方）に設置
される線状ノズル１１３の別の態様を示している。ここ
では、線状ノズル１１３は斜面状に形成されており、こ
の斜面の上を線状液が流れてウェハ１０４上に供給され
る。そして、矢印Ａで示すウェハ１０４の回転方向と、
斜面を流れる線状液の方向が互いに反対方向に設定され
る。

【００３３】このような構成においては、斜面を流れる
線状液の方向をウェハ１０４の回転方向と対向させるこ
とにより、更なる洗浄効率の向上を達成することが可能
となる。すなわち、ウェハ１０４の回転に対して斜面を
流れ落ちる洗浄液１２０のエネルギーを加算することが
できるからである。この場合においても、線状ノズル１
１３とウェハ１０４の距離（ｄ₁）を近接させることに
よって、洗浄液１２０の粘性を利用して洗浄効率を向上
させることができる。

【００３４】ここで、ウェハ１０４の裏面に設置される
洗浄ノズル１１２は、斜面端の位置、すなわち洗浄ノズ
ル１１３の洗浄液１２０がウェハ１０４上に供給される
位置に対向して設置するのが望ましい。これにより、洗
浄ノズル１１２から供給されるメガソニックを、洗浄ノ
ズル１１２からの洗浄液１２０を介してウェハ１０４へ
供給し、更に、洗浄ノズル１１３からウェハ１０４上に
供給された洗浄液１２０に効率よく伝播させることがで
きる。

【００３５】図６はウェハ１０４の表面（上方）に設置
される線状ノズル１１３の更に別の態様を示している。
ここでは、線状ノズル１１３はパイプ形状とされ内部に
洗浄液１２０が供給される。パイプ状の線状ノズル１１
３には、ウェハ１０４の表面に向かって開口部が設けら
れており、ここから洗浄液１２０がウェハ１０４の表面
に向かって供給される。ここでも、パイプ状の線状ノズ
ル１１３から洗浄液１２０を供給する方向が、ウェハ１
０４の回転方向と反対方向とされているため、図５に示
す態様の線状ノズル１１３と同等の効果を得ることがで
きる。また、パイプ状の線状ノズル１１３の下端とウェ
ハ１０４との間隔（ｄ₂）を調整することにより、洗浄
液１２０の粘性を利用して洗浄効率を向上させることが
可能となる。なお、パイプ状の線状ノズル１１３からウ
ェハ１０４に向かって洗浄液を供給する開口は線状のス
リットとしても良いし開孔（ホール）複数箇所設けても
よい。

【００３６】次に、線状ノズル１１２，１１３の構成を
詳細に説明する。なお、以下の説明においては、ウェハ
１０４の下部に設置される線状ノズル１１２を中心に説
明するが、メガソニック供給機構を除いた状態として線
状ノズル１１３の構成に適用することは勿論可能であ
る。

【００３７】図７は、線状ノズル１１２の全体構成を示
す斜視図である。線状ノズル１１２は、ノズル１２１、
超音波振動子１２３、振動板１２２、洗浄液供給管１２
４を有して構成されている。ここで、図７においては便
宜状、ノズル１２１の端面を断面として示しているが、
実際にはノズル１２１は端面にも形成されており、線状
液供給管１２４から供給される線状液は上方のみに供給
される構成とされている。

【００３８】洗浄液噴射手段の接液部である、ノズル１
２１および振動板１２２は、アモルファスカーボンで形
成されたものである。これにより、洗浄液、特にフッ酸
溶液によるパーティクル発生を最小限に抑えることを可
能としている。

【００３９】超音波振動子１２３は、例えばセラミック
から成る圧電素子から構成され、所定の高周波を印加す
ることにより超音波振動を発生する。超音波振動は、超
音波振動子１２３上に貼り付けられた振動板１２２を介
して更に上方に伝播される。

【００４０】洗浄液供給管１２４は、振動子１２２上に
洗浄液１２０を供給する。振動子１２２上に供給された
洗浄液１２０には、振動板１２２からの超音波振動（メ
ガソニック）が伝播される。

【００４１】図８は、振動子１２２から伝播されたメガ
ソニックにより洗浄液１２０中に伝わる波面を模式的に
示した断面図である。超音波振動子１２３から振動子１
２２を介して洗浄液１２０中に伝播する振動は、超音波
振動子１２３上における振動板１２２の各点より生じる
球面波として伝播し、これらが重なりあった平面波とし
て矢印Ｂ方向に伝播してウェハ１０４の裏面へと伝えら
れる。

【００４２】図８に示す、振動板１２２から上方に向か
って距離Ｅの範囲は、近距離（近接）音場領域を示して
いる。この領域においては、振動源に近接しているため
洗浄液中に放射状に球面波が伝播される（矢印Ａ方向
等）。従って、この範囲においては横方向に伝播する振
動がノズル１２１によって反射され、不要な反射波が洗
浄液１２０中に伝わる可能性がある。

【００４３】本実施形態においては、この状態を考慮し
て、近距離音場領域ではノズル１２１の壁面を下面に向
かって幅広形状に拡げて斜面１２１ａを形成している。
このように近距離音場領域においてノズル１２１を斜面
１２１ａとして形成し、幅を拡大することによって、メ
ガソニックがノズル１２１の内壁面で反射することによ
る不要な反射波の発生を最小限に抑えることができる。

【００４４】近距離音場領域Ｅは、メガソニックの波長
をλ、超音波振動子の幅を２ｄとした場合に、以下に示
す式で規定される。Ｅ＝ｄ²／λ

【００４５】従って、斜面１２１ａの垂直方向の距離
は、近距離音場領域（Ｅ＝ｄ²／λ）よりも大きく設定
しておくことが望ましい。すなわち、メガソニックの周
波数を１．５ＭＨｚ，波長（λ）を１ｍｍ、超音波振動
子１２３の幅（２ｄ）を３ｍｍとした場合において、近
距離音場領域は、２ｄ＝３であることを考慮して、Ｅ＝１．５²／１＝２．２５（ｍｍ）となるため、斜面１２１ａの垂直方向の距離を２．２５
ｍｍ以上とすることによって反射波による弊害を抑止し
たノズル形状とすることができる。

【００４６】また、メガソニックの周波数を１．５ＭＨ
ｚ，波長（λ）を１ｍｍ、超音波振動子１２３の幅（２
ｄ）を５ｍｍとした場合において、近距離音場領域は、Ｅ＝２．２５²／１＝６．２５（ｍｍ）となるため、斜面１２１ａの垂直方向の距離を６．２５
ｍｍ以上とすることによって反射波による弊害を抑止し
たノズル形状とすることができる。

【００４７】図１１は、ノズル１２１の斜面１２１ａを
内側から見た状態の斜視図である。斜面１２１ａの内壁
面には所定の間隔で微小な段差１２１ｃ（グレーティン
グ）が形成されている。また、図１２は、斜面１２１ａ
が延在する方向と垂直な方向の断面を示している。

【００４８】図１２に示すように、段差１２１ｃの凹量
はメガソニックの波長（λ）の１／４程度としておくの
が好ましい。このように凹量を設定することによって、
斜面１２１ａの内壁面でメガソニックが反射した場合
に、振動板１２２から斜面１２１ａへ向かう波との内壁
面１２１ｃにおける反射波とを効果的に干渉させること
ができ、反射波を的確に減衰させることが可能である。

【００４９】次に、図９を参照しながら、ノズル１２１
内での洗浄液１２０の流れについて説明する。上述した
ように、近距離音場領域Ｅよりも上方においては、メガ
ソニックが平面波として洗浄液１２０中を上方へ伝播す
る。従って、図８に示した平面波の幅で洗浄液１２０は
上方に向かって流れることになる。

【００５０】ここで、図８に示すように、平面波の横方
向の幅は超音波振動子１２３の横幅（Ｄ₁）と略同一と
なる。従って、この範囲において洗浄液１２０は上方に
向かって流れ、ノズル１２１の間隔（Ｄ₂）の中央位置
においてその表面が盛り上がることなる。

【００５１】そして、本実施形態においては、ノズル１
２１の間隔（Ｄ₂）を超音波振動子１２３の幅（Ｄ₁）
よりも大きく設定している。一例として、超音波振動子
１２３の幅（Ｄ₁）を３ｍｍ程度とした場合には、ノズ
ル１２１の間隔（Ｄ₂）を５ｍｍ程度に設定する。超音
波振動子１２３の幅（Ｄ₁）を５ｍｍ程度とした場合に
は、ノズル１２１の間隔（Ｄ₂）を８ｍｍ程度に設定す
るのが好ましい。

【００５２】このように、ノズル１２１の間隔（Ｄ₂）
を超音波振動子１２３の幅（Ｄ₁）よりも大きく設定す
ることにより、上方に流れた洗浄液１２０は表面におい
て横方向に流れ、図９の矢印で示すようにノズル１２１
の垂直な壁面に沿って下方に流れることになる。

【００５３】このように、上方に向かった洗浄液１２０
をノズル１２１の壁面に沿って下方に流して循環させる
ことにより、洗浄液１２０がノズル１２１から外部に流
出する量を最小限に抑えることができ、且つ超音波振動
子１２３からのメガソニックを確実にウェハ１０４に伝
播させることが可能である。

【００５４】次に、ウェハ１０４を乾燥させる際の線状
ノズル１１２中の洗浄液１２０の状態について説明す
る。図１０は、乾燥時における線状ノズル１１２を示し
ている。

【００５５】図１０に示すように、線状ノズル１１２に
おけるノズル１２１の壁面には、排出口１２１ｂが設け
られている。乾燥時には、洗浄液供給管１２４からの洗
浄液１２０の供給が停止され、前述したようにウェハ１
０４の表裏面同時にＮ₂ガス等を吹きつけながらウェハ
１０４を高速回転させることにより、ウェハ１０４をを
乾燥させる。

【００５６】この際、洗浄液供給管１２４からの洗浄液
１２０の供給を停止すると、排出口１２１ｂからノズル
１２１内の洗浄液１２０が排出されることとなる。これ
により、ノズル１２１内の洗浄液１２０の液面は、排出
口１２１ｂよりも下に位置することになる。従って、ノ
ズル１２１の先端から洗浄液１２０の表面を十分離間さ
せることができる。これにより、乾燥時にウェハ１０４
を高速回転させたとしても、ウェハ１０４の裏面から洗
浄液１２０の表面まで十分な距離が確保されているた
め、高速回転による洗浄液１２０の吹き上がり、離散を
抑止することができ、乾燥時にウェハ１０４へ洗浄液１
２０が付着することを抑止することができる。特に、ノ
ズル１２１の間隔（Ｄ₂）が２ｍｍより大きい場合に
は、洗浄液１１２０の上方への吸い込みが激しいため、
排出口１２１ｂを設けることによってこの吸い込みを抑
止することができる。なお、排出口１２１ｂは１か所あ
るいは数か所設けることが可能である。

【００５７】次に、より具体的な構成の線状ノズル１１
２の構成を、図１３〜図１６を参照しながら説明する。

【００５８】図１３は、線状ノズル１１２の全体構成を
示す斜視図である。ここで、スリット１２５ａから洗浄
液１２０がウェハ１０４の裏面に吐出される。１２８は
洗浄液供給管であって、振動板上に洗浄液１２０を供給
するものである。１２６は振動子カバーであって、内部
に超音波振動子１３１が格納されている。１２７は超音
波振動子１３１へ高周波を伝達する給電ケーブルであ
る。

【００５９】図１４は、スリット１２５ａの延在する方
向と垂直な方向における、線状ノズル１１２の断面を示
す図である。線状ノズル１１２は、上ブロック（ホーン
部）１２５、振動板１３０、下ブロック１３２、振動子
カバー１２６を主要な構成部材として構成されている。

【００６０】上ブロック１２５は、図８において説明し
た線状ノズル１１２のノズル１２１に相当する部材であ
って、上ブロック１２５に形成されたスリット１２５ａ
は振動板１３０に向けて幅広に形成されている。この幅
広に形成された部分が、前述した近距離音場領域に相当
する。

【００６１】上ブロック１２５の下面には振動板１３０
が取り付けられている。上ブロック１２５と振動板１３
０は周縁部において密着しており、Ｏリング１２９によ
って洗浄液１２０の漏れ出しが抑止されている。そし
て、上ブロック１２５と振動板１３０の間に洗浄液供給
管１２８から洗浄液１２０が供給される。従って、洗浄
液１２０は、上ブロック１２５と振動板１３０の間で、
且つＯリング１２９の内側に存在することになる。

【００６２】振動板１３０の裏面には超音波振動子１３
１が貼り付けられている。下ブロック１３２の超音波振
動子１３１に対応する部位は開口部とされており、この
開口部に超音波振動子１３１が収められる。

【００６３】そして、下ブロック１３２の下部には、超
音波振動子１３１を覆うように振動子カバー１２６が取
り付けられている。好適には、振動子カバー１２６内の
空間にＮ₂ガス等を流すことによって、振動子カバー１
２６内に発生する汚染を最小限に抑えることが可能であ
る。

【００６４】洗浄液供給管１２８は、下ブロック１３２
及び振動板１３０を貫通して、上ブロック１２５と振動
板１３０の間に供給される。ここで、洗浄液供給管１２
８は、上ブロック１２５に形成された供給溝１２５ｃに
接続されている。

【００６５】図１５は、上ブロック１２５を下方から見
た平面図である。供給溝１２５ｃはスリット１２５ａを
囲むようにコの字形状に形成されている。そして、図１
５に示す１２５ｇは、供給溝１２５ｃにおいて洗浄液供
給管１２８が接続される部位を示している。

【００６６】供給溝１２５ｃとスリット１２５ａの斜面
１２５ｂの間に隙間部が形成されている。上ブロック１
２５において隙間部を形成する面１２５ｄは、上ブロッ
ク１２５の周縁において振動板１３０と密着する部位よ
りも微小量だけ凹面として形成されており、振動板１３
０と密着させた際に微小量の隙間が形成される。この隙
間の量としては、０．２ｍｍ程度が適当である。

【００６７】図１６は、洗浄液供給管１２８から供給溝
１２５ｃに供給された洗浄液１２０が隙間部を通ってス
リット１２５ａの到達する様子を示す模式図である。図
１６も図１５と同様に上ブロック１２５を下方から見た
平面図であるが、図１５に示す２点鎖線１２５ｆの領域
を拡大した状態の平面図を示している。

【００６８】図１６に示すように、洗浄液供給管１２８
から供給溝１２５ｃへ供給された洗浄液１２０は、供給
溝１２５ｃに沿って流れ、面１２５ｄにより形成された
隙間部を通ってスリット１２５ａの直下へ向かう。スリ
ット１２５ａの直下においては、振動板１３０が超音波
振動子１３０によって振動しているため図８及び図９に
おいて説明したように洗浄液１２０が上方へと流れ、ウ
ェハ１０４の裏面に供給される。

【００６９】以上説明したような図１３〜図１６に示す
装置においては、スリット１２５ａの直下の振動板１３
０へ均一に洗浄液１２０を供給することができるため、
ウェハ１０４の裏面に供給する洗浄液１２０を均一、且
つ、ムラなく供給することが可能である。

【００７０】以上説明したように、線状ノズル１１２及
び線状ノズル１１３をウェハ１０４の表裏面に配置し、
ウェハ１０４の下方の線状ノズル１１２からメガソニッ
クを供給することにより、メガソニックにより洗浄液１
２０中に生じる気泡を線状ノズル１１２からウェハ１０
４の裏面に供給された洗浄液１２０中から効果的に取り
除くことが可能である。すなわち、ウェハ１０４の上方
に設置した線状ノズル１１３に超音波振動子を設置した
場合には、線状ノズル１１３内に気泡が発生した場合
に、気泡が上方へ浮き上がって振動板の直下に取り残さ
れることが想定され、これによりメガソニックが効率良
く洗浄液１２０に伝播しなくなることが想定される。本
実施形態のように、ウェハ１０４の上方に設置した線状
ノズル１１２に超音波振動子１２３，１３０を設置する
ことにより、洗浄液１２０中の気泡を洗浄液１２０とウ
ェハ１０４の接触面、あるいはその側方から確実に逃が
すことが可能である。

【００７１】以下、図１〜図３のウェハ枚葉スピン洗浄
装置を用いたウェハ洗浄プロセスについて図１７を用い
て工程順に説明する。先ず、オゾン（Ｏ₃）を含む超純
水を線状ノズル１１２，１１３から回転するウェハ１０
４の表裏面に供給する（ステップＳ１）。これにより、
ウェハ１０４の表裏面に吸着する有機物、金属、各種粒
子等を除去する。

【００７２】続いて、フッ化水素酸（ＨＦ）に過酸化水
素水（Ｈ₂Ｏ₂）及び界面活性剤を混合させた混合溶液
を用い、この混合溶液に周波数が０．８ＭＨｚ〜６．０
ＭＨｚのメガソニックを照射させた洗浄液を同様にして
ウェハ１０４の表裏面に供給する（ステップＳ２）。具
体的には、線状ノズル１１２からウェハ１０４に混合溶
液を噴射すると共にメガソニックを印加し、同時に線状
ノズル１１２と上方から見て重なる部位で線状ノズル１
１３から混合溶液を噴射する。このとき、液膜の厚みが
所望の一定値に保たれるのみならず、線状ノズル１１２
からのメガソニックがウェハ１０４を介して線状ノズル
１１３の混合溶液の液膜へ極めて効率良く印加されるこ
とになる。なお、液膜の厚みは、混合溶液でのメガソニ
ックの波長の１／４程度以上とすることが望ましい。１
／４程度以下では、線状ノズル１１２，１１３から噴射
される混合溶液に十分にメガソニックを重畳させること
が困難となる。また、メガソニックの波長は、周波数が
１ＭＨｚであれば１．５ｍｍ程度、１．５ＭＨｚでは
１．０ｍｍ程度、５ＭＨｚでは０．３ｍｍ程度となる。

【００７３】これにより、ステップＳ１でウェハ１０４
に残留した有機物、金属、各種粒子等を除去する。ここ
で、洗浄液に照射するメガソニックの周波数を０．８Ｍ
Ｈｚより小さくすると、十分な洗浄効果が期待できない
反面、周波数をあまり大きくすると洗浄装置の所定部位
等に何らかの悪影響が生じる懸念があるため、現在のと
ころ６．０ＭＨｚ程度が上限であると考えられる。しか
しながら、前記悪影響の懸念が解消され、又はこれを除
去することが可能となれば、将来的には更に高い周波数
とすることも期待される。

【００７４】続いて、オゾンを含む超純水である洗浄液
を同様にしてウェハ１０４の表裏面に供給する（ステッ
プＳ３）。これにより、ステップＳ２でウェハ１０４に
残留した界面活性剤を除去する。

【００７５】続いて、超純水を同様にしてウェハ１０４
の表裏面に供給する（ステップＳ４）。これにより、ウ
ェハ１０４の表面をリンスする。しかる後、Ｎ₂ガスを
通気させてウェハ１０４を乾燥させ（ステップＳ５）、
洗浄プロセスが終了する。

【００７６】このように、本実施形態によれば、洗浄時
には線状ノズル１１２のウェハ１０４を介した対向部位
に線状ノズル１１３が位置するため、各線状ノズル１１
２，１１３とウェハ１０４との間隔で決まる洗浄液の液
膜の厚みが所望の一定値に保たれるのみならず、洗浄ノ
ズル１１２からのメガソニックがウェハ１０４を介して
線状ノズル１１３の洗浄液の液膜へ極めて効率良く印加
されることになる。従って、ウェハ１０４の表裏面を最
小限の洗浄液量で高精度に洗浄することが可能となる。

【００７７】（実験例）ここで、前記洗浄プロセスによ
って得られる洗浄液の液膜の厚みとウェハ表面の清浄度
との関係を調べる実験を行なった。以下、この実験につ
いて説明する。

【００７８】前記洗浄プロセスを以下に示す各条件の下
で行い、液膜の厚み（ｍｍ）とパーティクル除去率
（％）との関係を調べた。ここで、洗浄液として超純水
を用い、メガソニックの周波数を１．５ＭＨｚ（ウェハ
の裏面からのみ印加）とし、洗浄時間を１６秒とした。
実験結果を以下の表１に示す。

【００７９】

【表１】

【００８０】なお、ウェハは直径が８インチのものであ
り、粒子は直径が０．１６μｍ以上のものを計数対象と
した。また、パーティクル除去率（％）は、１００×
｛１−（洗浄後のウェハのパーティクル数／洗浄前のウ
ェハのパーティクル数）｝と定義した。

【００８１】表１から明らかなように、本実施形態の基
板浄装置によれば、洗浄液の液膜の厚みを所望値に保つ
ことにより、ウェハの清浄度の大幅な向上が実現するこ
とが分かった。

【００８２】次に、図１８を参照しながら、ウェハ１０
４の下部に設置される洗浄ノズル１１２の他の態様につ
いて説明する。図１８に示す洗浄ノズル１１２は、ノズ
ル１２１、超音波振動子１２３、振動板１２２、洗浄液
供給管１２４を有して構成されている。この態様では、
図７に示した構成と異なり、振動板１２２の上部におい
て所定の間隔をあけて配置されたノズル１２１は、底部
において水平に設置されたアモルファスカーボン板１４
０によって接続されている。上記同様、ノズル１２１は
アモルファスカーボンから構成されている。また、アモ
ルファスカーボン板１４０の厚さは０．５ｍｍ程度、若
しくは振動子１２３からのメガソニックの波長の１／２
程度とするのが望ましい。また、振動板１２２は上述の
例ではアモルファスカーボンを使用したが、石英を使用
してもよい。

【００８３】そして、振動板１２２とカーボン板１４０
との間には純水（ＵＰＷ）が供給されている。純水は、
純水供給管１４１から供給されて純水排出管１４２から
排出される。振動子１２３から振動板１２２に伝わった
振動は、純水を介してカーボン板１４０に伝播する。そ
して、カーボン板１４０上に供給されている洗浄液１２
０に振動が伝播する。

【００８４】前述したように、振動板１２２から上方に
向かって距離Ｅ（＝ｄ²／λ）の範囲は、近距離音場領
域となる。従って、振動板１２２とカーボン板１４０と
の間隔を距離Ｅよりも大きく確保することにより、カー
ボン板１４０上からウェハ１０４に向かって平面波を伝
播させることができる。また、振動板１２２の水平方向
の端面から純水供給管１４１、純水排出管１４２までの
間隔も距離Ｅ以上確保しておく。これにより、純水中で
不要な反射波が伝わることを抑止することができる。

【００８５】このような構成の洗浄ノズル１１２におい
ては、主として近距離音場領域に純水を供給することに
より、不要な反射波が洗浄液１２０中に伝わることを抑
止することができ、効率良くウェハ１０４の洗浄を行う
ことが可能となる。また、振動子１２３とウェハ１０４
との間隔は距離Ｅ以上確保する必要があるが、振動子１
２３とウェハ１０４との間に純水を供給することによ
り、この領域においては比較的素材コストの高いアモル
ファスカーボン等から構成される部材を配置する必要が
なくなる。従って、洗浄ノズル１１２の製造コストを大
幅に低減させることが可能となる。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、少量の洗浄液を極めて
効率よく使用し、高清浄な洗浄を可能として、基板洗浄
効果を格段に向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による基板洗浄装置（ウェ
ハ枚葉スピン洗浄装置）の主要構成を示す模式図であ
る。

【図２】使用しないときにおける基板洗浄装置の洗浄ノ
ズル近傍を拡大して示す模式図である。

【図３】使用時おける基板洗浄装置の洗浄ノズル近傍を
拡大して示す模式図である。

【図４】本発明の一実施形態による基板洗浄装置の線状
ノズルを示す模式図である。

【図５】本発明の一実施形態による基板洗浄装置の線状
ノズルを示す模式図である。

【図６】本発明の一実施形態による基板洗浄装置の線状
ノズルを示す模式図である。

【図７】本発明の一実施形態による基板洗浄装置のウェ
ハの下面に設けられる線状ノズルを示す模式図である。

【図８】本発明の一実施形態による線状ノズルにおい
て、洗浄液中を伝播する波動を示す断面図である。

【図９】本発明の一実施形態による線状ノズルにおい
て、洗浄液中の流れを示す断面図である。

【図１０】本発明の一実施形態による線状ノズルにおい
て、乾燥時の洗浄液の状態を示す断面図である。

【図１１】本発明の一実施形態による線状ノズルの内壁
面を示す斜視図である。

【図１２】本発明の一実施形態による線状ノズルの内壁
面を示す断面図である。

【図１３】本発明の一実施形態による線状ノズルの具体
的構成を示す斜視図である。

【図１４】本発明の一実施形態による線状ノズルの具体
的構成を示す断面図である。

【図１５】本発明の一実施形態による線状ノズルの上ブ
ロックを示す平面図である。

【図１６】本発明の一実施形態による線状ノズルの上ブ
ロックを拡大して示す平面図である。

【図１７】本発明の一実施形態による基板洗浄装置を用
いた洗浄工程を示すブロック図である。

【図１８】本発明の一実施形態による基板洗浄装置のウ
ェハの下面に設けられる線状ノズルの別の態様を示す模
式図である。

【符号の説明】

１０１洗浄チャンバー１０２洗浄液衝突緩衝板１０３ウェハ保持ピン１０４ウェハ１０５ゲートバルブ１０６ウェハ設置手段１０７配管１０８洗浄原液注入器１１１洗浄液供給機構１１２，１１３線状ノズル１２０洗浄液１２１ノズル１２２振動板１２３超音波振動子１２４洗浄液供給管１２５上ブロック１２６振動子カバー１２７給電ケーブル１２８洗浄液供給管１２９，１３４Ｏリング１３０振動板１３１超音波振動子１３２下ブロック１４０アモルファスカーボン板１４１純水供給管１４２純水排出管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新田雄久東京都文京区本郷４丁目１番４号株式会社ウルトラクリーンテクノロジー開発研究所内 (72)発明者三木正博東京都文京区本郷４丁目１番４号株式会社ウルトラクリーンテクノロジー開発研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定部位に設置された基板に洗浄液を供
給することにより、前記基板を洗浄する基板洗浄装置で
あって、前記基板の表面及び裏面に同時に前記洗浄液を吐出する
一対の洗浄液噴射手段を備えており、一方の洗浄液噴射手段は、前記洗浄液を介して前記基板
に高周波又は超音波を印加する機能を有するとともに、他方の洗浄液噴射手段は、設置された前記基板の略中心
部位から外周方向にわたって可動とされており、洗浄時には、双方の前記洗浄液噴射手段からの前記洗浄
液の前記基板上における吐出領域が上方から見て重なる
ように稼働することを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項２】基板毎に装着し、当該基板を円周方向に
回転させながら前記洗浄液を供給する基板枚葉スピン洗
浄装置であ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】前記基板上の洗浄液の液膜の厚みを前記
超音波の波長の１／４以上の略一定値に保つことを特徴
とする請求項１又は２に記載の基板洗浄装置。
【請求項４】前記各洗浄液噴射手段は、一方に設置さ
れた線状ノズルに対し、上方から見てこれと重なり合う
ように静止固定できる線状ノズルが他方に設置されてお
り、一方から印加された高周波又は超音波のエネルギーが伝
播された基板上の部位を、他方の洗浄液噴射手段による
洗浄液で覆えるようにしたことを特徴とする請求項１〜
３のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
【請求項５】前記一方の洗浄液噴射手段が前記基板の
裏面から所定距離離間されて設置され、前記他方の洗浄
液噴射手段が前記基板の表面から所定距離離間されて設
置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項
に記載の基板洗浄装置。
【請求項６】前記基板に高周波又は超音波を印加する
機能を有する前記一方の洗浄液噴射手段は前記基板の下
部に設置されていることを特徴とする請求項１〜５のい
ずれか１項に記載の基板洗浄装置。
【請求項７】前記一方の洗浄液噴射手段は、前記高周波又は超音波を発生する手段と、前記高周波又は超音波が伝播され、前記洗浄液を吐出す
る線状ノズルとを有し、前記線状ノズルの幅が前記高周波又は超音波を発生する
手段から上方に向かって幅狭となるように形成されてい
ることを特徴とする請求項６に記載の基板洗浄装置。
【請求項８】前記幅狭とされた領域は、前記高周波又
は超音波を発生する手段から近距離音場領域の範囲内と
されていることを特徴とする請求項７に記載の基板洗浄
装置。
【請求項９】前記幅狭とされた領域における前記線状
ノズルの内壁面に複数の段差面が形成されていることを
特徴とする請求項８に記載の基板洗浄装置。
【請求項１０】前記段差面の凹量が前記高周波又は超
音波の波長の略１／４とされていることを特徴とする請
求項９に記載の基板洗浄装置。
【請求項１１】前記線状ノズルの上端近傍に前記線状
液を排出するための排出口が設けられたことを特徴とす
る請求項６〜１０のいずれか１項に記載の基板線状装
置。
【請求項１２】前記各洗浄液噴射手段の接液部は、ア
モルファスカーボンからなることを特徴とする請求項６
〜１１のいずれか１項に記載の基板線状装置。
【請求項１３】前記一方の洗浄液噴射手段は、前記高周波又は超音波を発生する手段と、前記高周波又は超音波が伝播され、前記洗浄液を吐出す
る線状ノズルとを有し、前記高周波又は超音波を発生する手段と前記基板との間
の所定領域に純水が供給され、前記純水を介して前記洗
浄液に前記高周波又は超音波を印加することを特徴とす
る請求項６に記載の基板洗浄装置。
【請求項１４】前記純水が供給される領域は、前記高
周波又は超音波を発生する手段から近距離音場領域の範
囲内とされていることを特徴とする請求項１３に記載の
基板洗浄装置。