JP2000061408A - 洗浄装置及び洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハなどの基板を回転させながら、
超音波を発振した洗浄液を基板に供給して洗浄するにあ
たって安定した洗浄を行うこと 【解決手段】 基板２０の洗浄を行う容器２３の外に音
圧検出部６を設け、基板を洗浄する前に洗浄液ノズル３
から超音波が印加された洗浄液を音圧検出部６に供給
し、超音波の音圧を検出する。そしてここで検出された
音圧に基づいて発振器制御部７１にて発振器４の出力を
調整し、調整された出力を振動子４に与えて超音波を洗
浄液に印加すると共にその洗浄液をノズル３から基板２
０に供給して基板を洗浄する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板を洗浄する洗浄
装置及び洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）
や液晶ディスプレイ用のガラス基板は、集積回路が形成
される工程の途中で例えば成膜、エッチングあるいは研
磨工程の後で表面の清浄度を高くするために洗浄が行わ
れる。

【０００３】基板を洗浄する手法の一つとして超音波を
用いる方法がある。この方法は、図８に示すようにスピ
ンチャック１１に基板１２を保持し、スピンチャック１
１を回転させながら洗浄液ノズル１３から洗浄液を基板
１２の表面に吹き付けると共に、ノズル１３内に設けら
れた振動子（超音波発振子）１４により洗浄液に超音波
を発振して洗浄液を振動させ、振動による水の加速度と
基板１２の回転で発生する水流により汚染物を除去して
いる。洗浄工程中洗浄液ノズル１３は基板１２の中央部
と周縁部との間でスキャンされ、基板１２の表面全体が
洗浄される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで基板１２の表
面における超音波の音圧が何らかの要因例えば振動子１
４の劣化（詳しくは振動子本体からの振動板の剥離現
象）などによる発振エネルギーの変化、あるいは洗浄液
の流量変化などにより変わることがあった。しかしなが
ら回路パターンが微細化し、薄膜化してくると、パーテ
ィクルの許容範囲が厳しくなり、基板１２の表面におけ
る超音波の音圧が小さいと十分な洗浄効果が得られない
し、逆に超音波の音圧が大き過ぎると例えば表面のメタ
ルが剥離するなどのダメージを受け、歩留まりの低下の
一因となってしまう。

【０００５】本発明は、このような事情の下になされた
ものでありその目的は、超音波を発振した洗浄液により
基板を洗浄するにあたって安定した洗浄を行うことので
きる技術を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の洗浄装置は、基
板を保持して板面に沿って回転させる基板保持部と、こ
の基板保持部に保持された基板に洗浄液を供給して基板
を洗浄する洗浄液供給部と、この洗浄液供給部から供給
される洗浄液に超音波を印加する振動子と、この振動子
に電力を供給する発振器と、前記基板を洗浄する前に、
前記洗浄液供給部から洗浄液が供給され、その洗浄液に
印加された超音波の音圧を検出する音圧検出部と、この
音圧検出部の検出値に基づいて前記発振器の出力値を設
定するための発振器制御部と、を備え、前記基板の洗浄
時に、前記発振器制御部にて設定された出力値に基づい
て前記発振器を動作させることを特徴とする。

【０００７】洗浄液が供給される音圧検出部の検出面の
高さは、例えば基板保持部に保持された基板の表面の高
さとほぼ同じである。また洗浄液供給部に送られる洗浄
液の温度は、温度検出部からの温度検出値に基づいて温
度調整部により洗浄液の温度を調整することが好まし
い。

【０００８】また本発明の洗浄方法は、発振器から振動
子に電力を供給して、振動子から超音波を洗浄液に印加
する工程と、洗浄液を洗浄液供給部から音圧検出部に供
給し、この音圧検出部にて、洗浄液に印加された超音波
の音圧を検出する工程と、前記音圧検出部にて検出され
た音圧に基づいて前記発振器の出力値を設定する工程
と、設定された出力値に基づいて前記発振器を動作さ
せ、前記振動子から超音波を洗浄液に印加すると共にそ
の洗浄液を基板に供給して基板を洗浄する工程と、を含
むことを特徴とする。

【０００９】発振器の出力値を設定する工程は、例えば
検出された音圧が正常か否かを判断し、音圧が正常であ
れば今までの出力値を設定値とすると共に音圧が異常で
あれば、検出された音圧に基づいて発振器の出力値を補
正する工程を含む。この場合発振器の出力値を補正した
後、例えばその補正後の出力値に基づいて発振器を動作
させ、洗浄液に印加された超音波の音圧を検出してその
音圧が正常か否かを判断し、音圧が異常であれば、再度
検出された音圧に基づいて発振器の出力値を補正する工
程を含む。また発振器の出力値の補正回数が設定回数を
越えたときには出力値の調整作業を停止するようにして
もよい。

【００１０】このような発明によれば、例えば振動子の
劣化などにより超音波の音圧が変動しても、音圧検出部
にて検出した音圧に基づいて発振器の出力を調整してい
るので、音圧が予定の大きさにコントロ−ルされ、この
結果音圧が大きすぎることによる基板表面へのダメ−ジ
例えば金属剥離などを生じるおそれがないし、また音圧
が小さすぎることによるパ−ティクルの残存といった不
具合を防止でき、安定した洗浄を行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の洗浄装置の実施の
形態を示す全体構成図である。この装置は基板２０例え
ば半導体ウエハを吸着保持する基板保持部をなすスピン
チャック２と、このスピンチャック２を回転軸２１を介
して鉛直な軸のまわりに回転させるモータなどからなる
駆動部２２と、スピンチャック２を囲むように設けられ
た容器２３と、を備えている。容器２３は、例えば固定
された外筒部２３ａと、この外筒部２３ａの内側にて昇
降部２４により昇降するカップ２３ｂとからなる。

【００１２】前記スピンチャック２に保持された基板２
０の上方側には洗浄液供給部である洗浄液ノズル３が設
けられており、この洗浄液ノズル３は図示しないアーム
により、基板２と対向しながら水平に移動できるように
構成される。この洗浄液ノズル３は、図２に示すように
通水室を形成する筒状部３１と、この筒状部３１の底部
に設けられたノズル部分３２とを備えている。洗浄液ノ
ズル３には、超音波発振用の振動子４が組み合わせて設
けられ、この振動子４は筒状部３１の上部に設けられた
振動板４１とこの振動板４１を介して超音波を洗浄液に
印加する振動子本体４２とを備えている。振動子４には
発振器４３（図１参照）から電力が供給される。

【００１３】前記筒状部３１の側部には洗浄液供給管５
が接続されている。この洗浄供給管５には、洗浄液の温
度を調整するための温度調整部５１が組み合わせて設け
られている。この温度調整部５１は、例えばペルチェ素
子を用いたサーモモジュールを洗浄液供給管５の周囲に
設けて構成してもよいし、あるいはサーモモジュールで
温度調整された循環水を、洗浄液供給管５の外側に同心
状に設けた水路に流す構成としてもよい。また洗浄液供
給管５における温度調整部５１の下流側には水温を検出
する温度検出部５２が設けられ、その温度検出値は後述
の水温制御部に送られる。更に洗浄液供給管５は吐出バ
ルブ５０、流量計５３及び定圧バルブ５４が設けられ、
その基端側は図示しない洗浄液供給源に接続されてい
る。

【００１４】基板２０を収容する前記容器２３の外側例
えば洗浄液ノズル３のホーム位置の下方側には、ノズル
３から吐出する洗浄液に印加された超音波の音圧を検出
するための音圧検出部６が設けられ、この音圧検出部６
の検出面は例えばスピンチャック２に保持される基板２
０の表面とほぼ同じ高さに設定されている。音圧検出部
６は振動子の使い方を逆にしたもの、つまり振動に応じ
た電圧値を検出するように構成したものを用いることが
できる。

【００１５】ここでスピンチャック２上の基板２０に対
する洗浄液ノズル３の高さについて述べる。図３は洗浄
液ノズル３から洗浄液が吐出され、この洗浄液を超音波
が伝播していく様子を模式的に示したものである。超音
波の振幅（音圧）は、洗浄液ノズル３から下に向かうに
つれて、つまりノズル３から吐出する洗浄液中を伝播し
ていくにつれて徐々に大きくなり、ある距離ａのところ
で最大となり、その後は洗浄液中を伝播していくにつれ
て減衰する。距離ａは水の流量に関係し、流量が１リッ
トル／分では約３０ｍｍ、０．６リットル／分では約２
０ｍｍである。基板２０はノズル３から例えば２０ｍｍ
以上下方側に位置させる。その理由は、基板２０をノズ
ル３に接近させすぎると反射波により発振が減衰するか
らである。また基板２０をノズル３からあまり離しすぎ
ると気泡の発生が顕著となり、音圧を正確に測定できな
くなってしまうため、例えば流量が１〜１．２リットル
／分のときには基板２０はノズル３の下端から３０〜３
５ｍｍ下がった位置に置かれ、この場合前記距離ａとほ
ぼ同じである。超音波の周波数は例えば１．５ＭＨｚで
あり、この場合先の距離ａ（ノズル３の先端から音圧が
最大になる位置までの距離）は約３０ｍｍであり、ノズ
ル３の先端から基板２０の表面までの距離は約３０〜３
５ｍｍである。

【００１６】またこの実施の形態に係る洗浄装置は、図
１に示すように発振器制御部７１、水温制御部７２、流
量監視部７３及び回転数制御部７４を含む制御部７を備
えている。７５は操作部であり、振動子４の電力の設定
値や洗浄液の温度の設定値などを装置側制御部７６を介
して制御部７に入力するためのものである。発振器制御
部７１は、音圧検出部６にて検出された音圧検出値に基
づいて発振器４３の出力の目標値に対応するデータを設
定する機能を有する。

【００１７】水温制御部７２は、温度検出部５２にて検
出された温度検出値を取り込み、洗浄液の水温が設定温
度となるように温度調整部５１に制御信号を出力する機
能を有する。流量監視部７３は、流量計５３からの洗浄
液の流量検出値を取り込み、流量が設定範囲に入ってい
るか否かを監視する機能を有する。回転数制御部７４
は、エンコーダ２２ａにより検出されたスピンチャック
２の回転数を取り込み、スピンチャック２の回転数（基
板２０の回転数）が設定値となるように駆動部２２に制
御信号を出力する機能を有する。

【００１８】前記装置制御部７６にはアラーム発生部７
７が接続されており、このアラーム発生部７７は、洗浄
液の流量、水温あるいは音圧検出部６からの音圧検出
値、スピンチャック２の回転数などの各値が、各設定値
から外れたときにアラームを発生する機能を有する。

【００１９】また発振器４３の出力制御の具体例として
は、例えば図４に示すようなコルピッツ回路のトランジ
スタＴｒのベース電流を可変抵抗部ＲＢの抵抗値を変え
ることにより調整して出力（電力）を制御する手法、あ
るいは入力電圧（直流）ＥＣＣを変える手法、更にはこ
れらの両方を変える手法などを挙げることができる。な
おＲＡ、ＲＥは抵抗、Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２はコンデンサ、
ＲＦＣはインダクタンス成分、ＴＳはトランスである。
この場合発振器制御部７１では設定値と音圧検出値との
誤差に対応するデータを補正値とし、その補正値に基づ
いて前記抵抗値や電圧を変える。

【００２０】次に上述実施の形態の作用について述べ
る。例えば１カセット分の２５枚のウエハあるいは２カ
セット分の５０枚のウエハを１ロットとし、ロット単位
でウエハの洗浄を行うものとすると、ロットの先頭のウ
エハを洗浄する前に図５に示すように超音波の音圧が正
常か否かを調べる処理を行う。即ち図６（ａ）に示すよ
うに洗浄液ノズル３は容器２３の外側のホーム位置に置
かれており、この位置において吐出バルブ５０を開いて
洗浄液の吐出を開始する（ステップＳ１）。

【００２１】そして洗浄液の流量が正常か否かを流量監
視部７３により判断し（ステップＳ２）、流量が異常で
あればアラーム発生部７７からアラームＡが発生し（ス
テップＳ３）、処理が停止し（ステップＳ４）、予定し
ていたロットの先頭のウエハに対する洗浄処理は行われ
ない。流量が正常であれば発振器４３を動作させて発振
を開始し洗浄液に超音波を印加する（ステップＳ５）と
共に、音圧検出部６にて検出した洗浄液の音圧例えば平
均表示音圧に基づいて制御部７にて音圧が正常か否かを
判断する（ステップＳ６）。

【００２２】なおこのとき例えば洗浄液の温度を検出
し、温度が異常であればアラームを発生して処理を停止
する。音圧が異常であれば発振を停止し（ステップＳ
７）、検出した音圧と予め設定した音圧との偏差に基づ
いて発振器４３の出力の補正値を求めてこの補正値を例
えば図４のトランジスタＴｒのベース電流の設定値に加
算する（ステップ８）。補正値が正常か否かを判断し
（ステップ９）、異常であればアラームＢを発生し（ス
テップＳ１０）、処理を停止する（ステップＳ４）。補
正値が正常であるか否かの判断の一例について述べる
と、例えば発振器４３の出力を予定の大きさとするため
の音圧設定値のディジタル値と音圧設定値に整合するよ
うに増幅された音圧検出値のディジタル値との誤差を求
め、例えば補正値が最大８ビットのデータとなるときに
は８ビット全てを使ったデータとなったときに異常と判
断する。

【００２３】補正値が正常であれば補正値のセット回数
（補正回数）ｎを１回加算し（ステップＳ１１）、ｎが
４回以上か否かを判断して（ステップＳ１２）、４回に
達していればアラームＣを発生し（ステップＳ１３）、
処理を停止する（Ｓ４）。ｎが４回に達していなければ
ステップＳ５に戻り、発振を開始する。出力の補正が行
われることによって、先のステップにて音圧が高ければ
発振器４３の出力（電力）が小さくなるようにコントロ
ールされ、音圧が低ければ発振器４３の出力が大きくな
るようにコントロールされる。そして音圧が正常であれ
ば、発振器出力の補正を行わず、そのときの発振器４３
に対する制御値、例えば図４に示すトランジスタＴｒの
ベース電流の設定値（発振器４３の出力の目標値に対応
する）をそのまま用いて次の洗浄工程に移る。

【００２４】このように発振器出力の補正値が大きすぎ
たり、補正を繰り返し行っても音圧の検出値が正常にな
らない場合には、音圧検出部６や発振器４３に経時変化
が発生した可能性があり、アラームを発生して処理を停
止することにより、こうした事態を速やかに検知するこ
とができ、また続いて行われる基板の洗浄処理を安定し
て行うことができる。

【００２５】洗浄水に印加される超音波の音圧を調べた
後は、基板２０に対して洗浄処理が行われる。即ちカッ
プ２３ｂを降下させ、図示しない搬送アームから基板２
０をスピンチャック２に受け渡し、スピンチャック２を
予め設定した回転数で回転させる。このとき回転数が異
常値であればアラーム発生部７７からアラームが発生
し、処理が停止する。次いで図６（ｂ）に示すように洗
浄液ノズル３をホーム位置から基板２０の上方まで移動
させ、洗浄液ノズル３から洗浄液を吐出させて基板２０
の表面に供給しながらノズル３を例えば基板２０の周縁
部→中心部→周縁部の経路でスキャンさせる。なお洗浄
時にはカップ２３ｂが上昇位置（図１の位置）にある。
このとき先の図５のフローでセットされた出力値に基づ
いて発振器４３が動作して振動子４を動作させ、この振
動によって生じる超音波を洗浄液に印加し、この結果洗
浄液ノズル３から超音波で振動する洗浄液例えば純水が
吐出することになる。

【００２６】発振器４３への出力電力は例えばおよそ４
０〜５０ｗ、超音波の周波数は例えば１．５ＭＨｚであ
る。洗浄液の圧力については、定圧バルブ５４の上流側
の元圧は例えば１．０〜１．５ｋｇ／ｃｍ² であり、定
圧バルブ５４によりその下流側は１．０ｋｇ／ｃｍ² の
大きさにコントロールされ、、洗浄液の流量が一定にな
る。なお例えば用力側のトラブルなどで圧力を定圧バル
ブ５４でコントロールしきれなくなった場合には、流量
計５３の流量検出値が規定値から外れるのでアラームが
発生する。この場合アラーム発生と同時に運転を止める
例えば洗浄の流路に設けた図示しない遮断弁を閉じるな
どのシーケンスを組んでおくことが好ましい。

【００２７】洗浄液の流量が一定になるようにコントロ
ールする理由は、流量が変動すると洗浄液ノズル３の先
端から音圧が最大になるまでの距離ａが変動するので、
例えば流量が早ければ距離ａが長くなるので、流量を一
定にすることで距離ａを一定にし、それによって洗浄能
力を安定させるためである。なおこの実施の形態では流
量計５３の検出値を監視しているが、流量計の代わりに
流量を制御できる機能を備えた流量制御部であるマスフ
ロ−メ−タを用いて流量を所定値に制御するようにして
もよい。

【００２８】こうして前記基板２０に対する洗浄が行わ
れ、例えば基板２０に付着している数μｍのパーティク
ルが除去される。その後基板２０が回転して乾燥工程が
行われ、続いてカップ２３ｂが降下し、基板２０がスピ
ンチャック２から図示しない搬送アームに受け渡され
る。

【００２９】この後、次の基板２０の処理を行う前にノ
ズル３をホーム位置に戻し、ノズル３から洗浄液を吐出
して音圧のチェックを行い、音圧が規定値から外れてい
ればアラームを発生して例えば処理を停止する。なお図
５に示すような発振器４３の出力調整工程は、実施の形
態の如くロット単位毎につまり１ロットの先頭の基板２
０の洗浄処理を行う前に行ってもよいが、例えば各基板
２０を処理する前に行うようにしてもよい。

【００３０】上述の実施の形態によれば、例えば振動子
４の劣化などにより超音波の音圧が変動しても音圧検出
部６にて検出した音圧に基づいて発振器４３の出力を調
整して超音波を発振させるので、音圧が予定の大きさに
コントロ−ルされ、この結果音圧が大きすぎることによ
る基板２０表面へのダメ−ジ例えば金属剥離などを生じ
るおそれがないし、また音圧が小さすぎることによるパ
−ティクルの残存といった不具合を防止でき、安定した
洗浄を行うことができる。なお音圧検出部６の高さは基
板２０と同じ高さに限定されず、この場合は例えば音圧
検出値を補正してその補正値に基づいて発振器４３の出
力を調整すればよい。

【００３１】ここで洗浄液の水温と洗浄効率との関係を
図７に示す。図７の縦軸は、洗浄前後で夫々基板２０の
表面に付着している０．３０９μｍのポリスチレンラテ
ックスよりなるパーティクルの数を検出し、洗浄後に洗
浄前のパーティクルがどのくらいの割合で除去されたか
を求めたものである。この結果からパーティクルの除去
率が洗浄液の温度によって変わり、この例に示す温度範
囲では水温が２８℃で洗浄効率が最も高いことが分か
る。従って水温を加熱することによるエネルギーの消費
と洗浄効率とを考慮して最適な水温にコントロールする
ことが望ましい。

【００３２】なお本発明で用いる基板は、ウエハ、ＬＣ
Ｄ基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板
など各種の基板が対象になる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、洗浄液供
給部から音圧検出部に洗浄液を供給してここで超音波の
音圧を検出し、その検出値に基づいて発振器の出力を制
御しているので安定した洗浄処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る洗浄装置の全体構成
を示す構成図である。

【図２】洗浄液ノズル及び振動子を示す断面図である。

【図３】洗浄液ノズルから供給される洗浄液の水柱と超
音波とを模式的に示す説明図である。

【図４】発振器の回路の一例を示す回路図である。

【図５】本発明の実施の形態の作用を示すフローチャー
トである。

【図６】本発明の実施の形態の作用を示す説明図であ
る。

【図７】洗浄液の水温とパーティクルの除去率との関係
を示す説明図である。

【図８】超音波を用いた従来の基板洗浄方法を示す説明
図である。

【符号の説明】 ２２ 駆動部 ２３ 容器 ３ 洗浄液ノズル ４ 振動子 ４１ 振動板 ４２ 振動子本体 ４３ 発振器 ５ 洗浄液供給管 ５１ 温度調整部 ５２ 温度検出部 ５３ 流量計 ５４ 定圧バルブ ６ 音圧検出部 ７１ 発振器制御部 ７２ 水温制御部 ７３ 流量監視部 ７４ 回転数制御部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を保持して板面に沿って回転させる
   基板保持部と、 この基板保持部に保持された基板に洗浄液を供給して基
   板を洗浄する洗浄液供給部と、 この洗浄液供給部から供給される洗浄液に超音波を印加
   する振動子と、 この振動子に電力を供給する発振器と、 前記基板を洗浄する前に、前記洗浄液供給部から洗浄液
   が供給され、その洗浄液に印加された超音波の音圧を検
   出する音圧検出部と、 この音圧検出部の検出値に基づいて前記発振器の出力値
   を設定するための発振器制御部と、を備え、 前記基板の洗浄時に、前記発振器制御部にて設定された
   出力値に基づいて前記発振器を動作させることを特徴と
   する洗浄装置。
2. 【請求項２】 洗浄液が供給される音圧検出部の検出面
   の高さは、基板保持部に保持された基板の表面の高さと
   ほぼ同じであることを特徴とする請求項１記載の洗浄装
   置。
3. 【請求項３】 洗浄液供給部に送られる洗浄液の流路に
   は定圧バルブが設けられていることを特徴とする請求項
   １または２記載の洗浄装置。
4. 【請求項４】 洗浄液供給部に送られる洗浄液の温度を
   検出する温度検出部と、 前記洗浄液供給部に送られる洗浄液の流路に設けられ、
   前記温度検出部からの温度検出値に基づいて洗浄液の温
   度を調整するための温度調整部と、を備えたことを特徴
   とする請求項１、２、３または４記載の洗浄装置。
5. 【請求項５】 発振器から振動子に電力を供給して、振
   動子から超音波を洗浄液に印加する工程と、 洗浄液を洗浄液供給部から音圧検出部に供給し、この音
   圧検出部にて、洗浄液に印加された超音波の音圧を検出
   する工程と、 前記音圧検出部にて検出された音圧に基づいて前記発振
   器の出力値を設定する工程と、 設定された出力値に基づいて前記発振器を動作させ、前
   記振動子から超音波を洗浄液に印加すると共にその洗浄
   液を基板に供給して基板を洗浄する工程と、を含むこと
   を特徴とする洗浄方法。
6. 【請求項６】 発振器の出力値を設定する工程は、検出
   された音圧が正常か否かを判断し、音圧が正常であれば
   今までの出力値を設定値とすると共に音圧が異常であれ
   ば、検出された音圧に基づいて発振器の出力値を補正す
   る工程を含むことを特徴とする請求項５記載の洗浄方
   法。
7. 【請求項７】 発振器の出力値を補正した後、その補正
   後の出力値に基づいて発振器を動作させ、洗浄液に印加
   された超音波の音圧を検出してその音圧が正常か否かを
   判断し、音圧が異常であれば、再度検出された音圧に基
   づいて発振器の出力値を補正する工程を含むことを特徴
   とする請求項６記載の洗浄方法。
8. 【請求項８】 発振器の出力値の補正回数が設定回数を
   越えたときには出力値の調整作業を停止することを特徴
   とする請求項７記載の洗浄方法。