JP2008103423A - 基板洗浄装置及びこれを用いた基板洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の両面を同時に洗浄すると共に、基板に対して適切な洗浄力で洗浄する基板洗浄装置及びこれを用いた基板洗浄方法を提供する。
【解決手段】ウェハ１０を回転自在に保持するサセプタ２と、超音波振動が付与された純水をウェハ１０に垂直な方向に対して傾斜した方向から吐出してウェハ１０の上面に衝突させる第１ノズル５と、前記純水をウェハ１０に垂直な方向に対して傾斜した方向から吐出してウェハ１０の下面に衝突させる第２ノズル６とを具備し、第１ノズル５から吐出される純水によって洗浄されるウェハ１０の一方の面の第１被洗浄領域１０ａと第２ノズル６から吐出される純水によって洗浄されるウェハ１０の他方の面の第２被洗浄領域１０ｂとが、互いに対向するよう第１ノズル５と第２ノズル６から純水を吐出させる。
【選択図】図１

Description

本発明は基板洗浄装置及びこれを用いた基板洗浄方法に関し、特に、超音波振動が付与された洗浄液を基板に吐出して洗浄する場合に適用して有用なものである。

半導体製造工程には、基板の表面を清浄に保ち、またパーティクル、金属汚染などを効果的に除去する洗浄工程がある。この洗浄工程は、基板を汚染する物質や洗浄工程の前後の工程の種別に応じて様々な洗浄方法の中から適切なものが用いられており、例えば基板に対して超音波振動を付与された洗浄液を使用して洗浄するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されている基板洗浄装置は、基板を起立姿勢に保持して搬送する搬送機構を備えており、洗浄液として純水を吐出する一対の超音波ノズルが基板を挟んで対向配置されている。この超音波ノズルは所定の振動周波数を有する超音波振動子を内蔵しており、純水タンクから供給される純水に超音波振動を加えて、この純水を基板に吐出する。このようにして、純水に付与された振動の作用によって基板の両面から微粒子を効率よく除去することが可能になっている。

特開平７−２４９６０５号公報（第２図、第３頁）

しかしながら、特許文献１に開示されている基板洗浄装置では、一対の超音波ノズルが基板を挟んで対向配置されており、基板面に対して垂直方向から基板の各面に向かって上記純水を吐出するため、超音波ノズルから吐出された洗浄液は基板面に衝突してその一部が反射する。かかる反射方向は超音波ノズルの洗浄液の吐出方向と対向する方向であるため、この結果、超音波ノズルから吐出される洗浄液の圧力が減殺され、洗浄効果が低下する。

これに対して、基板の一方面に対してのみ純水を吐出する場合、超音波ノズルから基板の一方面に吐出された純水の振動は、基板を突き抜けて他方面側にまで伝達したり、基板表面に残留している純水を媒質として他方面側にまで伝達することがある。この結果、例えば基板の他方面側に配線パターンが形成されている場合、一方面側に吐出される純水の振動の影響により、基板の他方面上に形成された配線パターンが基板から剥離する事態が生じる虞がある。また、このように一方の超音波ノズルのみを用いる場合、基板の両面を一面ずつ洗浄することになるため、基板洗浄装置には基板の反転機構等が必要となり、洗浄に掛かる時間の増加や装置の大型化及び高コスト化を招くことになる。

本発明は、上述の如き従来技術に鑑み、基板の両面を同時に洗浄すると共に、基板に対して適切な洗浄力で洗浄する基板洗浄装置及びこれを用いた基板洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明の態様は、基板を保持する基板保持手段と、
超音波振動が付与された洗浄液を前記基板面に垂直な方向に対して傾斜した方向から吐出して前記基板の一方面に衝突させる第１洗浄手段と、前記洗浄液を前記基板面に垂直な方向に対して傾斜した方向から吐出して前記基板の他方面に衝突させる第２洗浄手段とを具備し、前記第１洗浄手段から吐出される洗浄液によって洗浄される基板の一方の面の第１被洗浄領域と前記第２洗浄手段から吐出される洗浄液によって洗浄される基板の他方の面の第２被洗浄領域とが、互いに対向していることを特徴とする基板洗浄装置にある。
これによれば、第１洗浄手段と第２洗浄手段とは基板の一方面・他方面に対して傾斜した方向から洗浄液を吐出するため、基板の一方面・他方面で反射した洗浄液の方向が、第１洗浄手段と第２洗浄手段とから吐出された洗浄液の方向に対向することが回避される。この結果第１洗浄手段と第２洗浄手段とから吐出された洗浄液の勢いは減殺されず、基板を効果的に洗浄することができる。
また、第１洗浄手段から吐出された洗浄液と第２洗浄手段から吐出された洗浄液とが基板の両側から同一部位に向けて同時に洗浄液を吐出するため、かかる同一部位では、第１洗浄手段からの洗浄液による圧力と第２洗浄手段からの洗浄液による圧力とが相殺されることになる。この結果、基板の両面を同時に洗浄して一定の洗浄効果を維持することと、基板に形成された配線パターンの基板からの剥離を防ぐこととを両立することができる。

ここで前記基板洗浄装置は、前記第１洗浄手段から吐出される洗浄液の吐出方向と、前記第２洗浄手段から吐出される洗浄液の吐出方向とが同軸上で対向していることが好ましい。
これによれば、第１洗浄手段及び第２洗浄手段の純水の噴射方向が基板を挟んで同軸上に対向するため、基板の前記同一部位への純水の圧力や振動が最も相殺される。このため、配線パターンの基板からの剥離を最も効果的に防止することができる。

また、前記基板洗浄装置は、前記第１被洗浄領域に吐出される洗浄液に付与される第１超音波振動と前記第２被洗浄領域に吐出される洗浄液に付与される第２超音波振動とを合成した合成振動の振幅が前記第１超音波振動の振幅よりも小さくなるように前記第１超音波振動と前記第２超音波振動との位相差が設定されていることが好ましい。
これによれば、第１洗浄手段から吐出される純水に付与される超音波振動と、第２洗浄手段から吐出される純水に付与される超音波振動との合成振動の振幅が、第１超音波振動又は第２超音波振動の振幅よりも小さくなるため、基板に対して一定の洗浄効果を有し且つ、基板に形成された配線パターンの基板からの剥離を防ぐことができる。

また、前記基板洗浄装置は、前記第１洗浄手段から吐出される洗浄液の流量が前記第２洗浄手段から吐出される洗浄液の流量よりも大きいことが好ましい。
これによれば、第１洗浄手段及び第２洗浄手段からの純水の吐出量の差により、基板の一方面の前記同一部位に掛かる圧力が、基板の他方面の前記同一部位に掛かる圧力により減殺される。これにより、基板の一方面に対する洗浄効果を維持しつつ、基板の他方面に形成された配線パターンが基板から剥離することを防止することができる。

本発明の他の態様は、基板を保持する基板保持手段と、超音波振動が付与された洗浄液を前記基板面に垂直な方向に対して傾斜した方向から吐出して前記基板の一方面に衝突させる第１洗浄手段と、前記洗浄液を前記基板面に垂直な方向に対して傾斜した方向から吐出して前記基板の他方面に衝突させる第２洗浄手段とを具備する基板洗浄装置を用いた基板洗浄方法であって、前記第１洗浄手段から吐出される洗浄液によって洗浄される基板の一方の面の第１被洗浄領域と前記第２洗浄手段から吐出される洗浄液によって洗浄される基板の他方の面の第２被洗浄領域とが、互いに対向するように前記第１洗浄手段及び前記第２洗浄手段から前記洗浄液を吐出させることを特徴とする基板洗浄方法にある。
これによれば、第１洗浄手段と第２洗浄手段とに基板の一方面・他方面に対して傾斜した方向から洗浄液を吐出させるため、基板の一方面・他方面で反射した洗浄液の方向が、第１洗浄手段と第２洗浄手段とから吐出された洗浄液の方向に対向することが回避される。この結果第１洗浄手段と第２洗浄手段とから吐出された洗浄液の勢いは減殺されず、基板を効果的に洗浄することができる。
また、第１洗浄手段から吐出された洗浄液と第２洗浄手段から吐出された洗浄液とが基板の両側から同一部位に向けて同時に洗浄液を吐出するため、かかる同一部位では、第１洗浄手段からの洗浄液による圧力と第２洗浄手段からの洗浄液による圧力とが相殺されることになる。この結果、基板の両面を同時に洗浄して一定の洗浄効果を維持することと、基板に形成された配線パターンの基板からの剥離を防ぐこととを両立することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
〈実施形態１〉
本発明の第１の実施の形態に係る基板洗浄装置を図面に基づき詳細に説明する。図１（ａ）は、実施形態１に係る基板洗浄装置の概略側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の要部拡大図である。図１（ａ）に示すように、基板洗浄装置はチャンバ１を具備しており、チャンバ１内部にはサセプタ２が回転可能に設けられている。サセプタ２は、チャック２ａを介してウェハ１０の縁部を把持すると共に基板であるウェハ１０の軸心とサセプタ２の回転軸とが一致するようウェハ１０を保持している。

また、サセプタ２に保持されたウェハ１０の上面（一方面）側の上方にはガイドレール３がウェハ１０の径方向に沿って延設されており、ウェハ１０の下面（他方面）側の下方にはガイドレール４がウェハ１０の径方向に沿って延設されている。

ガイドレール３には、洗浄液の一例である純水を吐出する第１ノズル５（第１洗浄手段）がガイドレール３に沿って移動自在に支持されており、ガイドレール４には純水を吐出する第２ノズル６（第２洗浄手段）がガイドレール４に沿って移動自在に支持されている。

さらに詳言すると、図１（ｂ）に示すように、第１ノズル５は、その先端部に純水を軸方向に吐出する吐出口５ａを有しており、吐出口５ａからの純水の吐出方向がウェハ１０の上面に垂直な方向に対して傾斜した方向となる状態でガイドレール３に支持されている。また第２ノズル６は、その先端部に純水を軸方向に吐出する吐出口６ａを有しており、吐出口６ａからの純水の吐出方向がウェハ１０の下面に垂直な方向に対して傾斜した方向となる状態でガイドレール４に支持されている。

さらに本実施形態では、少なくともウェハ１０の洗浄時において、第１ノズル５及び第２ノズル６は、第１ノズル５の純水の吐出方向と第２ノズル６の純水の吐出方向とが同軸上で対向するような方向・角度で傾斜して各ガイドレール３，４に支持されている。

また、第１ノズル５及び第２ノズル６は、第１ノズル５から吐出される純水と第２ノズル６から吐出される純水とがウェハの同一部位に向けて衝突するように純水を吐出する。以下、ウェハ１０の上面の前記同一部位近傍を第１被洗浄領域１０ａといい、ウェハ１０の下面の前記同一部位近傍を第２被洗浄領域１０ｂという。すなわち、第１ノズル５から吐出される純水によって洗浄されるウェハ１０の一方の面の第１被洗浄領域１０ａと第２ノズル６から吐出される純水によって洗浄されるウェハ１０の他方の面の第２被洗浄領域１０ｂとが、互いに対向している。

そして、これらの第１ノズル５及び第２ノズル６は、各ガイドレール３，４に沿って移動する際にも、第１被洗浄領域１０ａと第２被洗浄領域１０ｂとが互いに対向するよう連動して移動する。例えば、第１ノズル５がウェハ１０の上面の軸心部から縁部に亘り移動しながら純水を吐出する場合、第２ノズル６は第１ノズル５の移動速度に合わせてウェハ１０の下面の軸心部から縁部に亘り移動しながら純水を吐出する。第１ノズル５からの純水の吐出方向と第２ノズル６からの純水の吐出方向とは上述したように同軸上で対向しているため、各ノズル５，６はこの対向した状態を維持したまま移動することになる。

また、各ノズル５，６は、純水が第１被洗浄領域１０ａと第２被洗浄領域１０ｂとに同時に衝突するように純水を吐出する。本実施形態では、ウェハ１０の上面から吐出口５ａまでの距離とウェハ１０の下面から吐出口６ａまでの距離とが等しくなっているため、各ノズル５，６は同時に純水を吐出する。

なお、第１ノズル５及び第２ノズル６は、純水を貯留する純水タンク７と接続されており、純水タンク７より供給された純水に超音波振動を与える超音波振動子（図示せず）を具備している。

そして、基板洗浄装置には、図示しない制御部が設けられており、ガイドレール３の第１ノズル５の位置、ガイドレール４の第２ノズル６の位置、第１ノズル５の純水の吐出量、第２ノズル６の純水の吐出量、及び各ノズル５，６の純水の吐出開始・吐出停止のタイミングを任意に設定可能である。また制御部は、第１ノズル５から吐出される純水に付与される超音波振動（第１超音波振動）と第２ノズル６から吐出される純水に付与される超音波振動（第２超音波振動）とを個別に設定することが可能であり、例えばそれぞれの純水に付与する超音波振動に位相差を設けて純水を吐出させることもできる。

なお、超音波振動を付与された純水とは、所定の周波数帯（例えばキロヘルツ帯乃至ギガヘルツ帯）の周波数で振動する超音波振動子により水分子が振動させられているものをいう。かかる純水がウェハ１０に衝突すると、水分子の振動によりウェハ１０表面のパーティクル等が効果的に除去される。

ここで、本実施形態に係る基板洗浄装置の基板洗浄時の動作について説明する。まずウェハ１０がチャンバ１内に搬送され、サセプタ２に保持される。次にサセプタ２が回転し、各ノズル５，６が所定の位置に移動する。例えば第１ノズル５は、ウェハ１０の上面の軸心部近傍が第１被洗浄領域１０ａとなる位置に占位し、第２ノズル６は、ウェハ１０の下面の軸心部近傍が第２被洗浄領域１０ｂとなる位置に占位する。次に各ノズル５，６は純水の吐出を開始する。そして第１ノズル５はウェハ１０の縁側に向かって移動し、第２ノズル６は第１ノズル５の移動速度に合わせてウェハ１０の縁側に向かって移動する。すなわち、第１被洗浄領域１０ａと第２被洗浄領域１０ｂとが互いに対向するように、ウェハ１０の軸心から縁部に径方向に沿って移動する。最後に、第１被洗浄領域１０ａと第２被洗浄領域１０ｂとがウェハ１０の縁部に達したら純水の吐出を停止し、ウェハ１０を乾燥させるなどの処理を行う。

以上に説明した構成の基板洗浄装置によれば、第１ノズル５はウェハ１０の上面に対して傾斜した方向から純水を吐出する。これにより、ウェハ１０の上面に衝突して反射する純水は、第１ノズル５の吐出口５ａへ向かうことはないため、第１ノズル５から吐出された純水の勢いは反射する純水により減殺されずに、ウェハ１０を効果的に洗浄することができる。上述のことは第２ノズル６についても同様である。

また、本実施形態に係る基板洗浄装置によれば、第１ノズル５から吐出される純水（以下、純水Ａと称する。）及び第２ノズル６から吐出される純水（以下、純水Ｂと称する。）の吐出量、並びに純水Ａ及び純水Ｂに付与される超音波振動を制御することで、ウェハ１０の第１被洗浄領域１０ａ及び第２被洗浄領域１０ｂの洗浄効果を制御することができる。

詳言すると、第１被洗浄領域１０ａと第２被洗浄領域１０ｂとが互いに対向しているため、純水Ａによる第１被洗浄領域１０ａに掛かる吐出圧力と純水Ｂによる第２被洗浄領域１０ｂに掛かる吐出圧力とが相殺されることになる。この結果、純水が各被洗浄領域１０ａ、１０ｂに衝突することにより一定の洗浄効果が得られる一方、ウェハ１０の各被洗浄領域１０ａ、１０ｂ近傍に形成された配線パターンのウェハ１０からの剥離を防ぐことができる。

なお、この純水Ａ及び純水Ｂの吐出量は同じである必要はなく、異なっていてもよい。例えば純水Ａの吐出量が純水Ｂの吐出量よりも多くなるようにした場合、ウェハ１０の第１被洗浄領域１０ａに掛かる圧力は、ウェハ１０の第２被洗浄領域１０ｂに掛かる圧力に減殺されるが、第１被洗浄領域１０ａに対する洗浄効果を維持することができる。また第２被洗浄領域１０ｂ近傍の配線パターンがウェハ１０から剥離することも防止できる。

また、第１ノズル５及び第２ノズル６から純水を吐出させる方法として、前回の吐出から次回の吐出までの間に短時間の休止期間を有するいわゆる間欠吐出をさせてもよい。この場合、第１ノズル５及び第２ノズル６の両ノズルから純水を吐出させるタイミングと休止させるタイミングを同一にする。間欠吐出させることで洗浄効果を高めることができる。

また、第１超音波振動と第２超音波振動との周波数の位相差を制御することでウェハ１０に対する洗浄効果の調節ができる。同位相の場合、ウェハ１０を突き抜けて伝達する振動がウェハ１０の各被洗浄領域１０ａ、１０ｂの近傍で相殺されることになる。このため、超音波振動による洗浄効果は低下するものの、両面を同時に洗浄すると共に例えばウェハ１０に形成された配線パターンがウェハ１０から剥離することを防ぐことができる。

一方、異なる位相、例えば位相差がπ／４程度となるような超音波振動が純水に付与されている場合においても同様であり、第１超音波振動及び第２超音波振動は完全には相殺されないものの、これらの合成振動の振幅は第１超音波振動又は第２超音波振動よりも小さくなる。したがって、かかる合成振動を有する超音波振動によりウェハ１０の第１被洗浄領域１０ａ及び第２被洗浄領域１０ｂは洗浄されることになり、一定の洗浄効果を有し且つ、上述したような配線パターンの剥離を防ぐことができる。

なお、第１ノズル５及び第２ノズル６の純水の吐出方向が同軸上で対向するときは、上述したような圧力や振動は最も効果的に相殺される。このことは配線パターンの剥離を防止することを優先する場合に好適である。

また、各ノズル５，６は、回転しているウェハ１０に対して径方向に移動しながら純水をウェハ１０の上面・下面に衝突させるため、ウェハ１０の両面の全面に亘って純水を衝突させて洗浄することが可能になっている。これにより、ウェハ１０の片面ずつ洗浄する際に必要となるウェハ１０の反転機構が不要となり、装置の製造コストを低減することができる。

〈他の実施形態〉
実施形態１では、各ノズル５，６は、ウェハ１０の径方向に沿って移動したが、このような移動経路に限定されず、第１被洗浄領域１０ａと第２被洗浄領域１０ｂとが互いに対向し、且つ同時に純水により衝突されるよう連動して移動すればよい。例えば各ノズル５，６がウェハ１０の縁部から軸心部に亘り移動しながら純水を吐出してもよいし、上述のような移動を繰り返してもよい。また、ウェハ１０は回転せずに保持される一方、各ノズル５，６がウェハ１０の各面の全面に亘って純水を吐出するよう移動してもよい。また、各ノズル５，６が固定される一方、ウェハ１０が移動するようにしてもよい。

また、実施形態１では、第１ノズル５の純水の吐出方向と第２ノズル６の純水の吐出方向とは同軸上で対向していたが、これに限定されない。図２（ａ）は、他の実施形態に係る基板洗浄装置の要部拡大図である。図示するように、第１ノズル５Ａ及び第２ノズル６Ａはそれぞれウェハ１０の上面・下面に垂直な方向に対して傾斜しているが、各ノズル５Ａ，６Ａの純水の吐出方向は同軸上で対向していない。このように、第１ノズル５及び第２ノズル６は、第１被洗浄領域１０ａと第２被洗浄領域１０ｂとが互いに対向するよう純水の吐出方向が決められておればよく、チャンバ１やサセプタ２等の形状に合わせて自由にノズルの配置を行うことができる。

さらに、ノズルの噴射口の形状は特に限定されず、例えばスリット状でもよい。図２（ｂ）は、他の実施形態に係る基板洗浄装置の要部拡大図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＸ方向からの側面図である。図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、第１ノズル５Ｂは、開口の長さがウェハ１０の半径と一致するスリット５ｂを有しており、スリット５ｂから純水を吐出してウェハ１０の上面に衝突させる。また、第２ノズル６Ｂも同様に、開口の長さがウェハ１０の半径と一致するスリット６ｂを有しており、スリット６ｂから純水を吐出してウェハ１０の下面に衝突させる。

各ノズル５Ｂ，６Ｂから吐出される純水は面状になっており、この面がウェハ１０の垂直方向に対して傾斜している。また、このウェハ１０の上面の第１被洗浄領域１０ｃと下面の第２被洗浄領域１０ｄとは半径の長さと略一致する径方向に延びる線状の領域となっている。このような各ノズル５Ｂ，６Ｂを有する基板洗浄装置は、サセプタ２の回転によりウェハ１０を回転させるだけで、ウェハ１０の各面の全面が洗浄されるため、実施形態１に係る基板洗浄装置のような各ガイドレール３，４などが不要になり、装置の簡略化を図ることができる。

実施形態１に係る基板洗浄装置の概略側面図及びその要部拡大図である。 他の実施形態に係る基板洗浄装置の要部拡大図である。

符号の説明

１ チャンバ、 ２ サセプタ、 ５ 第１ノズル、 ６ 第２ノズル、 １０ ウェハ、 １０ａ，１０ｃ 第１被洗浄領域、 １０ｂ，１０ｄ 第２被洗浄領域

Claims (5)

1. 基板を保持する基板保持手段と、
   超音波振動が付与された洗浄液を前記基板面に垂直な方向に対して傾斜した方向から吐出して前記基板の一方面に衝突させる第１洗浄手段と、
   前記洗浄液を前記基板面に垂直な方向に対して傾斜した方向から吐出して前記基板の他方面に衝突させる第２洗浄手段とを具備し、
   前記第１洗浄手段から吐出される洗浄液によって洗浄される基板の一方の面の第１被洗浄領域と前記第２洗浄手段から吐出される洗浄液によって洗浄される基板の他方の面の第２被洗浄領域とが、互いに対向していることを特徴とする基板洗浄装置。
2. 請求項１に記載する基板洗浄装置において、
   前記第１洗浄手段から吐出される洗浄液の吐出方向と、
   前記第２洗浄手段から吐出される洗浄液の吐出方向とが同軸上で対向していることを特徴とする基板洗浄装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載する基板洗浄装置において、
   前記第１被洗浄領域に吐出される洗浄液に付与される第１超音波振動と前記第２被洗浄領域に吐出される洗浄液に付与される第２超音波振動とを合成した合成振動の振幅が前記第１超音波振動の振幅又は前記第２超音波振動の振幅よりも小さくなるように前記第１超音波振動と前記第２超音波振動との位相差が設定されていることを特徴とする基板洗浄装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載する基板洗浄装置において、
   前記第１洗浄手段から吐出される洗浄液の流量が前記第２洗浄手段から吐出される洗浄液の流量よりも大きいことを特徴とする基板洗浄装置。
5. 基板を保持する基板保持手段と、
   超音波振動が付与された洗浄液を前記基板面に垂直な方向に対して傾斜した方向から吐出して前記基板の一方面に衝突させる第１洗浄手段と、
   前記洗浄液を前記基板面に垂直な方向に対して傾斜した方向から吐出して前記基板の他方面に衝突させる第２洗浄手段とを具備する基板洗浄装置を用いた基板洗浄方法であって、
   前記第１洗浄手段から吐出される洗浄液によって洗浄される基板の一方の面の第１被洗浄領域と前記第２洗浄手段から吐出される洗浄液によって洗浄される基板の他方の面の第２被洗浄領域とが、互いに対向するように前記第１洗浄手段及び前記第２洗浄手段から前記洗浄液を吐出させることを特徴とする基板洗浄方法。

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