JP2015126167A - 基板洗浄装置および基板洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面の微細構造の液置換を行うことができない。
【解決手段】ウェハ１９０を支持する基板支持台１１６と、基板支持台１１６と隙間を介して対向して配置された振動素子１１２および振動素子１１２に高周波電力を付与して振動させる超音波発振器１１１を備えた超音波発振部１１０と、処理液１２７を上記隙間に供給する複数のノズル１２４および複数のノズル１２４によって供給される処理液１２７の流量を検知する流量検知部１２８を備えた処理液供給部とを有している。さらに、超音波発振部１１０からの超音波の発振と前記処理液供給部からの処理液１２７の供給とを制御する第１の制御部を有しており、振動素子１１２の周囲に複数のノズル１２４が振動素子１１２を囲むように設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体集積回路装置用基板、表示装置用ガラス基板、フォトマスク装置用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、フィルム基板等に対して、洗浄処理を行う基板洗浄装置および洗浄方法に関する。

近年、半導体デバイスの高速・高集積化を目的とした、素子の微細化・三次元化が進んでおり、その製造装置には、同構造への対応が求められている。例えば、集積度を大幅に高めるために、キャパシタの構造を深孔形状（シリンダ形状）とするデバイス製造技術などが提案されている。

半導体構造が、深孔形状のように三次元化、かつ微細化した構造になると、その洗浄工程において、洗浄後に深孔内に洗浄液が残留してしまうことがある。そのため、洗浄工程において、深孔内に洗浄液が残留しないような液置換を実現する洗浄装置を開発する必要がある。

洗浄工程における液置換に関する公知例として、特開２０１２−２０９２９９号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、「金属膜が形成された基板においてパターンの倒壊を抑制することを目的に、水を含むリンス液が、金属膜が形成された基板に供給される（Ｓ２）。その後、水酸基を含まない第１溶剤が、基板に供給されることにより、基板に保持されている液体が第１溶剤に置換される（Ｓ４、Ｓ５）。その後、水酸基を含まない第２溶剤を含み金属を疎水化する疎水化剤が、基板に供給されることにより、基板に保持されている液体が疎水化剤に置換される（Ｓ６）。」と記載されている（要約参照）。

また、特開２０１２−７４５８９号公報（特許文献２）がある。この特許文献２には、「処理液消費量の低減を実現できるとともに、基板の広範囲に処理液を行き渡らせることができる基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的として、ノズル３の対向面２３には吐出口２６が形成されている。対向面２３を、水平姿勢のウエハＷ表面に微小間隔Ｓを隔てて対向配置させる。ウエハＷの回転開始後、ウエハＷ表面の対向領域Ａ１と対向面２３との間の空間にＤＩＷを供給し、当該空間を液密状態とするとともにＤＩＷの供給を停止して、当該空間にＤＩＷの液溜まりＤＬを形成する。液溜まりＤＬの形成後、吐出口２６からＤＩＷが吐出される。ウエハＷの表面にＤＩＷの液膜が形成された後、吐出口２６からＤＩＷに代えて薬液が吐出される。ウエハＷの表面を覆う液膜が、ＤＩＷから薬液へと置換される。」と記載されている（要約参照）。

特開２０１２−２０９２９９号公報 特開２０１２−７４５８９号公報

洗浄工程における液置換に関する公知例として、上記特許文献1では洗浄液を効率的に置換するために、超音波の撹拌効果を利用する技術などが提案されている。同技術では、被洗浄物と振動子の間に液膜を形成する必要があるが、被洗浄物の表面が超親水性または超撥水性である場合、被洗浄物上の表面に液膜を形成するような装置構造ではないため、液膜を保持できない恐れがあり、液膜が形成できない箇所での液置換は不可能であることが課題である。

また、上記特許文献２には、ノズルと被洗浄物のウエハとの間に液膜を形成する技術などが提案されているが、同技術では、液膜に流れを形成することはできないため、液膜内に洗浄液が滞留し、上記深孔内の液置換が不十分になる恐れがあることが課題である。

本発明の目的は、基板の表面が超親水性または超撥水性であっても液置換を行うことができる技術を提供することにある。

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

本発明に係る基板洗浄装置は、基板を支持する基板支持台と、基板支持台と隙間を介して対向して配置された振動素子と、振動素子に高周波電力を付与して振動させる超音波発振器とを備えた超音波発振部と、処理液を隙間に供給する複数のノズルを備えた処理液供給部と、複数のノズルによって供給される処理液の流量を検知する流量検知部と、超音波発振部からの超音波の発振と、処理液供給部からの処理液の供給とを制御する第１の制御部と、を有し、上記振動素子の周囲に複数のノズルが設けられ、複数のノズルのうちの一部もしくは全てのノズルから、制御された流量の処理液が供給されるものである。

また、本発明に係る基板洗浄方法は、基板支持台に基板を配置する工程と、基板支持台に対向して設けられた複数のノズルから基板の表面に第１の処理液を供給する洗浄工程と、を有し、上記複数のノズルのそれぞれから供給される第１の処理液の流量を、複数のノズルの一部もしくは全てに対してノズルごとに制御するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

基板の表面の洗浄効果を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る基板洗浄装置の全体構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る基板洗浄装置における超音波発振部の拡大図である。 実施の形態１に係る基板洗浄装置における処理液供給部の拡大図である。 図３の処理液供給部の各ノズルに設けられた流量制御機構の拡大図である。 実施の形態１に係る液置換処理における微細構造を有したウェハへの処理液供給状態の一例を示す概念図である。 比較例（水流なし）と実施の形態１（水流あり）と実施の形態２（水流および超音波印加あり）のそれぞれにおける液置換度の測定結果を示すデータ図である。 実施の形態３に係る基板洗浄装置の全体構成の一例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る基板洗浄装置の全体構成の一例を示すブロック図、図２は実施の形態１に係る基板洗浄装置における超音波発振部の拡大図、図３は実施の形態１に係る基板洗浄装置における処理液供給部の拡大図である。さらに、図４は図３の処理液供給部の各ノズルに設けられた流量制御機構の拡大図、図５は実施の形態１に係る液置換処理における微細構造を有したウェハへの処理液供給状態の一例を示す概念図である。

本実施の形態１では、被処理物である基板の一例として半導体ウェハを取り上げ、半導体ウェハに対して洗浄処理・液置換処理を行う場合について説明する。

まず、本実施の形態１の基板洗浄装置１００の例を図１乃至図５を用いて説明する。

図１に示す基板洗浄装置１００は、基板の一例として、表面が円形の半導体ウェハ（以下、ウェハと略記する）１９０を用い、ウェハ１９０の上記表面に洗浄液またはリンス水等の処理液による処理を行うための枚葉式の超音波洗浄装置である。

基板洗浄装置１００の構成は、超音波を発振する超音波発振部１１０と、洗浄液またはリンス水等の処理液１２７を供給する処理液供給部１２０と、乾燥を行う乾燥部１３０と、を備えている。さらに、超音波発振部１１０からの超音波の発振と、処理液供給部１２０からの洗浄液またはリンス水等の処理液１２７の供給と、乾燥部１３０からの乾燥とを実行・制御する制御部１４０と、洗浄および液置換が行われる処理室１６０と、を含んでいる。ここで、超音波の発振、処理液１２７の供給、および乾燥の制御は、制御部１４０に限らず複数の制御部によって行ってもよい。

詳細には、ウェハ１９０を支持する基板支持台１１６と、超音波発振部１１０と、処理液供給部１２０と、制御部１４０と、を有している。超音波発振部１１０は、超音波発振器１１１と、振動素子１１２と、振動素子ケース１１３と、ケーブル１１４と、振動伝達部材１１５と、基板支持台１１６と、振動素子可動アーム１１７とから構成される。

超音波発振器１１１は、周波数２０ｋＨｚ以上で、かつ所定の振幅の電気信号（高周波電力）を振動素子１１２に付与して振動させる。ウェハ１９０が配線幅１００ｎｍ未満の微細な配線パターンを有する場合、周波数は０．５ＭＨｚから１０ＭＨｚ、望ましくは０．５ＭＨｚから３ＭＨｚである。

振動素子１１２は、図２に示すように振動素子ケース１１３に覆われており、基板支持台１１６と微小隙間１７０を介して対向して配置されている。ケーブル１１４は、振動素子ケース１１３の端部に通され、一端が振動素子１１２に接続し、他端が超音波発振器１１１に接続している。そして、図４に示すように振動素子１１２の所定の一面には、振動伝達部材１１５が取り付けられており、振動素子１１２および振動伝達部材１１５は、振動素子ケース１１３を介して振動素子可動アーム１１７に取り付けられている。

なお、振動素子１１２は、超音波発振器１１１から高周波電力を付与されると伸縮振動し、その伸縮振動を振動伝達部材１１５に伝播する。

振動伝達部材１１５は、超音波の伝搬性が高く、使用劣化による発塵の恐れがなく、金属成分が溶出しない材質で構成されるのが望ましい。本実施の形態１では、例えば石英ガラスとする。振動伝達部材１１５の形状は板状で、その厚さｔは（１）式に従って決められている。

ｔ［ｍ］＝ｎλ_Ｑ／２・・・・（１）
ｎ：自然数
λ_Ｑ：石英ガラス中での超音波の波長［ｍ］
例えば、周波数が１ＭＨｚの場合、波長λ_Ｑは約６ｍｍであるため、厚さｔを約３ｍｍの自然数倍とすればよい。そして、振動伝達部材１１５の上面には振動素子１１２が接続され、一方、下面は基板支持台１１６に対向して微小間隔（基板支持台１１６と振動伝達部材１１５とによって形成される微小隙間）１７０を保つように配置される。

次に、図３および図４を用いて処理液供給部１２０について説明する。処理液供給部１２０は、洗浄液またはリンス水等の処理液１２７を貯えた第１タンク１２１ａ、第２タンク１２１ｂと、処理液供給ポンプ１２２と、処理液供給配管１２３と、微小隙間１７０に処理液１２７を供給する複数のノズル１２４と、複数のノズル１２４のそれぞれに設けられた流量制御機構１２５と、複数のノズル１２４を支持するノズル支持台１２６と、ノズル１２４から供給される洗浄液またはリンス水等の処理液１２７の流量を検知する流量検知部１２８とから構成される。ただし、基板支持台１１６は、処理液供給部１２０に含まれていなくてもよい。

また、本実施の形態１の基板洗浄装置１００では、振動素子１１２の周囲に複数のノズル１２４が振動素子１１２を取り囲むように設けられている。そして、複数のノズル１２４は、それぞれが基板支持台１１６に向かってストレートに延在しており、それぞれのノズル１２４の開口部が基板支持台１１６と対向している先端形状となっている。

さらに、複数のノズル１２４のそれぞれに沿って流量検知部１２８も設けられている。すなわち、ノズル支持台１２６に複数のノズル１２４と複数の流量検知部１２８とが取り付けられ、ノズル１２４と流量検知部１２８とが１対１で、かつ両者が沿うように取り付けられている。

そして、振動素子１１２の先端側の一面には振動伝達部材１１５が取り付けられているため、複数のノズル１２４と流量検知部１２８は、振動伝達部材１１５の周囲に振動伝達部材１１５を取り囲むように配置されている。

言い換えると、複数のノズル１２４と流量検知部１２８は、振動伝達部材１１５の上方に取り付けられたノズル支持台１２６によって支持されて、振動伝達部材１１５の周囲に配置されている。そして、複数の流量検知部１２８は、全てのノズル１２４に対応して配置され、それぞれの独立制御された流量を検知する。

つまり、複数のノズル１２４のそれぞれには、供給する処理液１２７の流量をノズル１２４ごとに独立して変更可能な流量制御機構１２５が設けられている。

また、基板洗浄装置１００では、図３に示すように、第１タンク１２１ａ、第２タンク１２１ｂと処理液供給ポンプ１２２とが接続され、必要に応じてそれぞれのタンクから洗浄液もしくはリンス水等を排出させる。そして、処理液供給配管１２３は、一端が処理液供給ポンプ１２２と接続され、かつ他端がノズル支持台１２６を介して複数のノズル１２４と接続されている。

したがって、図１に示す制御部（第１の制御部）１４０の制御により、第１タンク１２１ａまたは第２タンク１２１ｂから処理液１２７を処理液供給ポンプ１２２によって排出させ、処理液供給配管１２３を介して複数のノズル１２４からウェハ１９０の表面に処理液１２７を供給する。

その際、各ノズル１２４から供給する処理液１２７の流量は、制御部１４０によりそれぞれに設定することができ、制御部１４０で設定された流量に基づき、各ノズル１２４に設けられた流量制御機構１２５により、ノズル１２４ごとに流量を独立して変更（制御）可能となっている。

また、基板洗浄装置１００は、図１に示すように乾燥部１３０として、モータ１３１を有している。モータ１３１は、基板支持台１１６の下部に取り付けられており、モータ１３１を駆動させることにより、基板支持台１１６を回転させ、基板支持台１１６上に配置された被処理物であるウェハ１９０を回転させて乾燥させることができる（スピン乾燥）。

また、図１に示すように、制御部１４０は、制御用データ処理部１４１と、制御用データ表示部１４２と、ケーブル１４３，１４４，１４５，１４６，１４７，１４８，１４９，１５０とによって構成されている。そして、制御用データ処理部１４１は、ケーブル１４３で制御用データ表示部１４２と接続され、かつケーブル１４４で超音波発振器１１１と接続され、さらにケーブル１４５で振動素子可動アーム１１７と接続され、かつケーブル１４６で第１タンク１２１ａおよび第２タンク１２１ｂと接続されている。さらに、ケーブル１４７で処理液供給ポンプ１２２と接続され、かつケーブル１４８で複数のノズル１２４のそれぞれに設けられた図３に示す流量制御機構１２５と接続され、さらにケーブル１４９で流量検知部１２８と接続され、かつケーブル１５０でモータ１３１と接続されている。

また、図１および図２に示すように、基板洗浄装置１００の処理室１６０には、超音波発振部１１０の構成部材のうちの振動素子１１２、振動素子ケース１１３、ケーブル１１４、振動伝達部材１１５、基板支持台１１６、振動素子可動アーム１１７、および処理液供給配管１２３を備えている。さらに、処理液供給部１２０の構成部材のうちの複数のノズル１２４、流量制御機構１２５、ノズル支持台１２６、流量検知部１２８を備えている。また、乾燥部１３０として、モータ１３１を備え、制御部１４０の制御用データ処理部１４１と接続されるケーブル１４５、ケーブル１４８、ケーブル１４９およびケーブル１５０を含んでいる。

次に、基板洗浄装置１００を用いてウェハ１９０を洗浄処理する操作手順について説明する。

なお、本実施の形態１では、洗浄工程として、まず、ウェハ１９０に洗浄液（第１の処理液）を供給して洗浄を行い、その後、液置換工程として、ウェハ１９０にリンス水（第２の処理液）を供給して液置換を行う場合について説明する。

ただし、液置換工程については、リンス水を供給した後、洗浄液を供給して洗浄液に液置換してもよい。また、洗浄の対象物が切り替わる等で洗浄液が他の洗浄液に切り替わる場合には、異なった洗浄液同士が混ざることは避けなければならないので、切り替える前にリンス水で置換する。

そして、ウェハ１９０上に洗浄液が残留したままの状態で洗浄工程（液置換工程）を終えるのは避ける必要があるため、最後はリンス水で液置換して終了する。

まず、基板支持台１１６や超音波発振部１１０等を備えた図１に示す基板洗浄装置１００を準備する。ここでは、一例として、基板洗浄装置１００の第１タンク１２１ａに洗浄液（第１の処理液）が収容され、一方、第２タンク１２１ｂにリンス水（第２の処理液）が収容されており、処理に応じて弁等で切り替えて何れかの処理液１２７を供給する場合を説明するが、基板洗浄装置１００が備えるタンクの数は、処理液１２７の種類の数に応じて種々変更可能である。

なお、洗浄液は、一例として、希フッ酸、レジスト除去液等であるが、これらに限定されるものではない。また、リンス水は、一例として、脱イオン水であるが、これに限らず、ガス溶存水もしくは脱気水等であってもよい。

次に、基板支持台１１６上に被処理物であるウェハ（基板）１９０を配置する。すなわち、ウェハ１９０を基板洗浄装置１００の処理室１６０内の基板支持台１１６上に配置し、基板支持台１１６によって水平に保持する。その後、制御用データ処理部１４１にウェハ１９０の面内パターンの情報を読み込ませる。すると、制御用データ処理部１４１は、洗浄条件およびウェハ１９０の面内パターンの情報に基づき、制御用データ処理部１４１で実行する洗浄処理のパラメータ、例えば流量や、超音波条件、洗浄時間等を決定する。

次に、前記決定に基づき、超音波発振部１１０と処理液供給部１２０と乾燥部１３０とを制御し、洗浄処理を実行する。または、操作者が上記洗浄処理のパラメータを制御用データ表示部１４２に任意に入力することで、上記洗浄処理のパラメータが制御用データ処理部１４１に読み込まれ、上記洗浄処理を実行させることもできる。

そして、制御用データ処理部１４１の指示（制御）に基づき、洗浄液（第１の処理液）を含む第１タンク１２１ａから、処理液供給ポンプ１２２により洗浄液を排出させ、さらに処理液供給配管１２３を介して複数のノズル１２４から洗浄液をウェハ１９０の表面に供給する。その際、洗浄液は、制御部１４０によって指示（制御）された流量で供給され、これにより、ウェハ１９０の洗浄を開始する（洗浄工程）。

なお、本実施の形態１においては、前記洗浄処理で、超音波を用いない場合を説明する。振動素子１１２および振動伝達部材１１５、さらに振動伝達部材１１５の周囲に振動素子１１２（振動伝達部材１１５）を取り囲むように配置された複数のノズル１２４は、振動素子可動アーム１１７に取り付けられ、ウェハ１９０上を自由（自在）に移動することができる。

また、振動伝達部材１１５は、対向する基板支持台１１６、さらに望ましくは、基板支持台１１６上に配置されるウェハ１９０の処理表面に対して微小間隔（微小隙間）１７０を保つように配置される。微小間隔１７０を、例えば１から５ｍｍ程度にすることで、ウェハ１９０上に液膜を形成しやすくすることができる。

本実施の形態１では、振動伝達部材１１５を、対向する基板支持台１１６に配置されるウェハ１９０の処理表面に対して２ｍｍ程度の微小間隔１７０を保つように配置する。さらに、振動伝達部材１１５（振動素子１１２）の周囲に、この振動伝達部材１１５を取り囲むように複数のノズル１２４が配置されているため、洗浄液を微小間隔１７０に供給すると、振動伝達部材１１５の直下に液膜を形成することができる。

ここで、複数のノズル１２４に流量制御機構１２５、例えば電磁弁を設けることにより、ノズル１２４ごとに独立して流量を制御でき、任意方向に洗浄液の流れを形成することができる。このとき、流量検知部１２８を、全てのノズル１２４に対応させて設けているため、全てのノズル１２４の流量を検知し、制御用データ処理部１４１にフィードバックすることができる。

次に、液置換処理を行う（液置換工程）。すなわち、複数のノズル１２４から洗浄液（第１の処理液）とは異なるリンス水（第２の処理液）をウェハ１９０の表面に供給して洗浄液をリンス水に置換する。

液置換処理では、まず、図１に示す基板洗浄装置１００において使用するタンクを第１タンク１２１ａから第２タンク１２１ｂに切り替える。

そして、制御用データ処理部１４１の指示（制御）に基づき、リンス水（第２の処理液）を含む第２タンク１２１ｂから、処理液供給ポンプ１２２によりリンス水を排出させ、さらに処理液供給配管１２３を介して複数のノズル１２４からリンス水をウェハ１９０の表面に供給する。その際、リンス水も制御部１４０によって指示（制御）された流量で供給される。

これにより、液置換処理が行われる（液置換工程）。

液置換工程においても、上述の洗浄工程と同様に、振動伝達部材１１５（振動素子１１２）を取り囲むように設けられた複数のノズル１２４から、リンス水がウェハ１９０上の微小間隔１７０に供給されるため、図５に示すように、振動伝達部材１１５の直下にリンス水（処理液１２７）の液膜を形成することができる。したがって、液置換は、リンス水をウェハ１９０に供給しながら行われる。

さらに、複数のノズル１２４に流量制御機構１２５、例えば電磁弁が設けられているため、ノズル１２４ごとに独立して流量を制御することができる。その結果、任意方向にリンス水の流れ（図５のＰ部）を十分に形成することができる。このとき、流量検知部１２８を、全てのノズル１２４に対応させて設けているため、全てのノズル１２４の流量を検知し、そして、制御用データ処理部１４１にフィードバックし、流量を制御することができる。

次に、本実施の形態１における液置換を行った結果について説明する。図５は、微細構造である深孔１９１が形成されたウェハ１９０の表面に、処理液１２７の流れ（リンス水の流れ（水流））Ｐが形成された状態での液置換処理を示したものである。

以下、本願発明者らが検討した微細構造の一例である深孔１９１の液置換の評価方法を説明する。ここで、上記微細構造（深孔１９１）の孔の直径は、１０ｎｍから５０ｎｍ程度であり、本実施の形態１においては、例えば、５０ｎｍ程度とする。

まず、深孔１９１内の液体の存在を可視化する方法について説明する。蛍光物質を指標物に用い、深孔１９１内に導入した蛍光物質から蛍光を検出することで、深孔１９１内の液体の存在を可視化することができる。ここで、蛍光物質には、一例として、ローダミンＢ（励起５４０ｎｍ、吸収６２５ｎｍ）を使用した。

次に、上記液体の存在を可視化する方法を用いて、微細構造（深孔１９１）内の液置換の度合いを測定する方法を以下に示す。

まず、予め深孔１９１が形成されたウェハ１９０を蛍光物質の溶解液に浸漬し、深孔１９１内に蛍光物質を導入した後、乾燥する。そして、上記乾燥したウェハ１９０を例えば水に浸漬すると、シリンダ状の深孔１９１内に水が浸入し、深孔１９１内が蛍光物質の水溶液で満たされる。さらに、深孔１９１内の蛍光物質が孔外に拡散、すなわち孔外の水と置換することにより、蛍光強度が減衰する。

このように、ウェハ１９０を液体に浸漬する前後で蛍光強度が減衰する。そのため、液置換前後の蛍光強度を測定することにより、液置換の度合い（以下、液置換度と表記する）を定量的に評価することができる。上記液置換度の算出には、下記の（２）式を用いた。

液置換度= (液置換前の蛍光強度-液置換後の蛍光強度)/液置換前の蛍光強度・・（２）
（２）式では、液置換度が高いほど、液置換が促進されたことを意味する。

ここで、図６は比較例（水流なし）と、実施の形態１（水流あり）と、後述する実施の形態２（水流および超音波印加あり）のそれぞれにおける液置換度の測定結果を示すデータ図である。

詳細には、比較例として、水流の無い状態（Ｒ０）と、本実施の形態１として、水流が有る状態（Ｒ１）とで、６０秒間の液置換度を比較している。本実施の形態１の水の流量は、１Ｌ/ｍｉｎ程度とし、微細構造の深孔１９１の開口部を、流れの方向（水流）Ｐに対し略垂直に配置した。

その結果、比較例の液置換度Ｒ０より、本実施の形態１の液置換度Ｒ１の方が２〜４割程度高くなる。すなわち、ウェハ１９０の表面の振動伝達部材１１５との微小間隔１７０に水流が形成されていることによって、液置換が促進された。

このように、ウェハ１９０の表面に液膜を形成し、かつ処理液１２７の流れを形成することができるため、ウェハ１９０の処理表面が超親水性または超撥水性であっても、効率的に液置換することができる。

上記洗浄工程および液置換工程が終了した後、乾燥工程が開始される。基板支持台１１６に取り付けられモータ１３１によって、基板支持台１１６を回転することで、基板支持台１１６上のウェハ１９０上の水を振り切り、ウェハ１９０を乾燥させる。

このウェハ１９０の乾燥終了を以って、洗浄処理終了とする。

本実施の形態１の基板洗浄装置および基板洗浄方法によれば、振動伝達部材１１５（振動素子１１２）の周囲を取り囲むように配置された複数のノズル１２４から、制御された流量の洗浄液またはリンス水等の処理液１２７がウェハ１９０に供給される。これにより、ウェハ１９０の表面が超親水性または超撥水性であっても、ウェハ１９０の表面に処理液１２７の液膜を均一に形成することができる。さらに、ウェハ１９０の表面で処理液１２７が衝突し合うため、ウェハ１９０の表面に処理液１２７の水流を形成することができる。

その結果、ウェハ１９０の表面の洗浄効果を向上させることができる。

また、液置換処理において、ウェハ１９０の表面に形成された深孔１９１（微細構造）内の液置換を促進させることができる。

また、複数のノズル１２４のそれぞれには、流量制御機構１２５が設けられているため、それぞれのノズル１２４における流量を、ノズル１２４ごとに独立して制御することができる。

その結果、ウェハ１９０の表面に形成される水流を任意方向に形成することができる。例えば、複数のノズル１２４のうちの一部のノズル１２４における流量を、上記一部のノズル１２４以外のノズル１２４の流量に比べて大きくすることで、流量が大きいノズル側から小さいノズル側に水流を形成することができる。これにより、深孔（微細構造）内の液置換をさらに促進させることができる。

なお、ウェハ１９０の表面（微細構造の開口部付近）に水流が形成されると微細構造内の液置換が促進される理由については、処理液１２７の水分子の大きさに対して十分に孔径が大きい孔においては、拡散支配により液置換が進むと考えられるが、同様の現象が微細構造の孔に対しても生じるものと推測される。

（実施の形態２）
本実施の形態２では、基板洗浄装置１００の例を図６を用いて説明する。図６では、図１に示す基板洗浄装置１００を用いて、図５のウェハ１９０に形成された深孔１９１内の６０秒間の液置換度を比較している。本実施の形態２は、洗浄処理または液置換処理において、ウェハ１９０の表面への処理液（第１の処理液、第２の処理液）１２７の供給を、振動素子１１２を介して超音波を伝達しながら行うものである。

なお、基板洗浄装置１００における洗浄処理方法および液置換処理方法については、超音波振動を付与する以外は、上記実施の形態１の洗浄処理方法および液置換処理方法と同様であるため、その重複説明は省略する。

また、液置換度を評価する際は、実施の形態１と同様に、振動伝達部材１１５を、対向する基板支持台１１６に配置されるウェハ１９０の表面に対して２ｍｍ程度の微小間隔１７０を保つように配置した。

さらに、水の流量も実施の形態１と同様に、１Ｌ/ｍｉｎ程度とし、図５の深孔（微細構造）１９１の開口部を流れの方向に対し略垂直に配置した。なお、本実施の形態２においては、超音波発振器１１１からウェハ１９０上の処理液１２７に対して超音波照射を行う。その際の超音波の周波数は、例えば１ＭＨｚ、電力は０．６Ｗ/ｃｍ^２、照射時間を３０秒とした。

その結果、図６に示すように、実施の形態１での水流が有る状態での液置換度（Ｒ１）よりも、本実施の形態２での、水流が有り、かつ超音波を照射した状態での液置換度（Ｒ２）の方が３〜４割程度大きくなっており、液置換が促進されているのが判る。

すなわち、振動伝達部材１１５（振動素子１１２）の周囲に振動伝達部材１１５を取り囲むように配置された複数のノズル１２４から、洗浄液またはリンス水等の処理液１２７を吐出することにより、振動伝達部材１１５の直下に形成された液膜に対し、超音波振動を処理液１２７に付与すると、ウェハ１９０の表面（微細構造の開口部）に向かう水流（音響流）が誘起される。

さらに、上記音響流により、上記開口部付近の境界層（上記開口部の表面付近の流速が減衰する層）が薄くなる。上記音響流の誘起および上記境界層の厚さの減少により、開口部付近の水流が形成されるため、液置換に有利になる。

これにより、実施の形態１よりもさらに液置換を促進させることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態３では、洗浄処理だけでなく液置換判定も行うことができる基板洗浄装置２００の例を図７を用いて説明する。図７は実施の形態３に係る基板洗浄装置の全体構成の一例を示すブロック図である。

本実施の形態３の実施の形態１および２との違いは、基板洗浄装置２００には、基板洗浄装置１００が備える部材だけでなく、第２の制御部である液置換判定部１８０も備えられている点である。

液置換判定部１８０は、図５の深孔１９１等の微細構造内からの蛍光強度を液の浸漬前後で測定することにより、液置換を定量的に判定する機構を有している。

ここで、液置換判定部１８０は、洗浄や液置換等の処理が行われたウェハ１９０に電磁波を照射する電磁波照射部１８１と、ウェハ１９０に形成された深孔１９１等の微細構造内に付着する蛍光物質から発生する電磁波を検知する電磁波検知部１８２と、上記蛍光物質から発生し、電磁波検知部１８２によって検知された電磁波を表示する電磁波表示部１８３と、ケーブル１８４と、ケーブル１８５と、ケーブル１８６とから構成されている。

詳細には、電磁波照射部１８１と電磁波検知部１８２は、ケーブル１８４で接続され、電磁波検知部１８２と電磁波表示部１８３は、ケーブル１８５で接続されている。また、電磁波照射部１８１と制御用データ処理部１４１はケーブル１８６で接続されている。なお、電磁波表示部１８３は、制御用データ表示部１４２が兼ねても良い。

また、電磁波照射部１８１と電磁波検知部１８２は、指標物となる蛍光物質により、照射電磁波の波長と検出する電磁波の波長とを変える必要がある。上記蛍光物質としてローダミンＢを用いる場合、上記ローダミンＢを励起するための励起波長は、５４０ｎｍ、蛍光波長は、６２５ｎｍであるため、電磁波照射部１８１の電磁波の波長は、励起波長として５４０ｎｍ程度が良く、電磁波検知部１８２で検出する電磁波の波長は、６０５ｎｍ程度が良い。

次に、基板洗浄装置２００を用いた本実施の形態３の液置換判定方法について説明する。

まず、基板支持台１１６上に配置されたウェハ１９０の表面に微細構造が形成された領域を示す面内パターンの情報を含むデータを、制御部（第１の制御部）１４０の制御用データ処理部１４１に読み込ませる（第１の工程）。

次に、ウェハ１９０を、蛍光物質が溶けた第１の蛍光物質溶液に浸漬する（第２の工程）。上記第１の蛍光物質溶液は、例えば、上記ローダミンＢを含む溶液である。これにより、ウェハ１９０の表面および深孔１９１内に上記第１の蛍光物質溶液が付着した状態となる。

その後、ウェハ１９０の表面にリンス水を供給し、ウェハ１９０の表面を洗い流す。これにより、ウェハ１９０の表面の上記第１の蛍光物質溶液は除去される（第３の工程）。その結果、上記第１の蛍光物質溶液は、ウェハ１９０の深孔１９１内に残留した状態となる。

その後、ウェハ１９０をスピン乾燥等で乾燥させる（第４の工程）。これにより、ウェハ１９０の表面および深孔１９１内が乾燥し、深孔１９１内に蛍光物質が付着した状態となる。なお、ウェハ１９０の表面に残留する蛍光物質量は、測定上無視することができる。

その後、電磁波照射部１８１によってウェハ１９０に電磁波を照射し（第５の工程）、さらに深孔１９１内に付着した蛍光物質から発生する電磁波を電磁波検知部１８２によって検知する（第６の工程）。なお、ウェハ１９０の表面に残留する蛍光物質から発生する電磁波の強度は、深孔１９１内に付着する蛍光物質から発生する電磁波の強度に比べて、測定上無視できる程度に小さい。

その後、電磁波検知部１８２によって検知した電磁波を、電磁波表示部１８３によって表示する（第７の工程）。これにより、液置換前の段階でのウェハ１９０の深孔１９１内から発生される電磁波の強度を知ることができる。

次に、ウェハ１９０の表面に洗浄液を供給する。すると、上記洗浄液が深孔１９１内に浸入し、深孔１９１内に付着していた蛍光物質が溶けて形成された第２の蛍光物質溶液（洗浄液に蛍光物質が溶けて形成された溶液）と、供給された洗浄液とを液置換する（第８の工程）。

これにより、ウェハ１９０の深孔１９１内には、液置換後の液体が残留した状態となる。

その後、ウェハ１９０の表面にリンス水を供給し、ウェハ１９０の表面を洗い流す。これにより、ウェハ１９０の表面の上記第２の蛍光物質溶液は除去される（第９の工程）。その結果、上記第２の蛍光物質溶液は、ウェハ１９０の深孔１９１内に残留した状態となる。

その後、ウェハ１９０をスピン乾燥等で乾燥させる（第１０の工程）。これにより、ウェハ１９０の表面および深孔１９１内が乾燥し、深孔１９１内に蛍光物質が付着した状態となる。

その後、電磁波照射部１８１によってウェハ１９０に電磁波を照射し（第１１の工程）、さらに深孔１９１内に付着した蛍光物質から発生する電磁波を電磁波検知部１８２によって検知する（第１２の工程）。

その後、電磁波検知部１８２によって検知した電磁波を、電磁波表示部１８３によって表示する（第１３の工程）。これにより、液置換後のウェハ１９０の深孔１９１内の蛍光物質から発生される電磁波の強度を知ることができる。

その後、液置換判定部（第２の制御部）１８０によって、液置換前（第７の工程）と、液置換後（第１３の工程）とのそれぞれの電磁波の強度に基づき、上記第８の工程で行った液置換を判定する（第１４の工程）。

ここでは、液置換前の電磁波の強度に対して、液置換後の電磁波の強度が小さければ小さいほど、液置換が促進して行われたということになる。

以上の方法で液置換の判定を行い、その判定結果に基づいて、液置換工程におけるノズル１２４から供給される処理液（第１または第２の処理液）１２７の流量や、液置換工程における超音波条件の何れか、あるいは両者を決定する（第１５の工程）。

このように本実施の形態３の基板洗浄装置２００は、液置換判定部（第２の制御部）１８０を備えていることにより、液置換判定部１８０の液置換判定結果に基づき、ウェハ１９０またはテスト用基板（図示せず）を用いて、洗浄工程および液置換工程の有効性を検証することができる。

さらに、上記液置換判定結果に基づき、上述のように、洗浄工程および液置換工程のパラメータ（洗浄液やリンス水等の処理液１２７の流量、超音波周波数等）を調整することもできる。

以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる。

また、上記実施の形態では、液置換処理を含む洗浄処理が行われる基板として、半導体ウェハ（半導体基板）の場合を説明したが、上記基板は、ウェハ以外の表示装置用ガラス基板、フォトマスク装置用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板およびフィルム基板等であってもよい。

また、上記実施の形態では、複数のノズル１２４のそれぞれが基板支持台１１６に向かってストレートに延在し、それぞれの開口部が基板支持台１１６と対向しているノズル形状について説明したが、複数のノズル１２４のそれぞれは、各先端の開口部が、それぞれ振動素子１１２の下部の方向を向くようなノズル形状であってもよい。すなわち、各ノズル１２４の先端が振動素子１１２（振動伝達部材１１５）の下部に向かって傾斜（屈曲）した形状であってもよい。

これにより、振動素子１１２の直下に処理液１２７の水流を形成することができ、さらに微細構造内での液置換を促進させることができる。

１００ 基板洗浄装置
１１０ 超音波発振部
１１１ 超音波発振器
１１２ 振動素子
１１３ 振動素子ケース
１１４ ケーブル
１１５ 振動伝達部材
１１６ 基板支持台
１１７ 振動素子可動アーム
１２０ 処理液供給部
１２１ａ 第１タンク
１２１ｂ 第２タンク
１２２ 処理液供給ポンプ
１２３ 処理液供給配管
１２４ ノズル
１２５ 流量制御機構
１２６ ノズル支持台
１２７ 処理液
１２８ 流量検知部
１３０ 乾燥部
１３１ モータ
１４０ 制御部（第１の制御部）
１４１ 制御用データ処理部
１４２ 制御用データ表示部
１４３，１４４，１４５，１４６，１４７，１４８，１４９，１５０ ケーブル
１６０ 処理室
１７０ 微小隙間（微小間隔）
１８０ 液置換判定部（第２の制御部）
１８１ 電磁波照射部
１８２ 電磁波検知部
１８３ 電磁波表示部
１８４，１８５，１８６ ケーブル
１９０ ウェハ（基板）
１９１ 深孔（微細構造）
２００ 基板洗浄装置

Claims (13)

1. 基板を支持する基板支持台と、前記基板支持台と隙間を介して対向して配置された振動素子と、前記振動素子に高周波電力を付与して振動させる超音波発振器とを備えた超音波発振部と、
   処理液を前記隙間に供給する複数のノズルを備えた処理液供給部と、
   前記複数のノズルによって供給される前記処理液の流量を検知する流量検知部と、
   前記超音波発振部からの超音波の発振と、前記処理液供給部からの前記処理液の供給とを制御する第１の制御部と、
   を有し、
   前記振動素子の周囲に前記複数のノズルが設けられ、前記複数のノズルのうちの一部もしくは全てのノズルから、制御された流量の前記処理液が供給されることを特徴とする基板洗浄装置。
2. 請求項１に記載の基板洗浄装置において、
   前記複数のノズルのうちの一部もしくは全てのノズルは、前記処理液の流量を前記ノズルごとに独立して変更可能な機構を備えていることを特徴とする基板洗浄装置。
3. 請求項２に記載の基板洗浄装置において、
   前記複数のノズルのうちの一部のノズルにおける前記処理液の流量は、前記一部以外のノズルにおける前記処理液の流量より大きくなるように制御されることを特徴とする基板洗浄装置。
4. 請求項３に記載の基板洗浄装置において、
   前記複数のノズルのうちの一部もしくは全てのノズル内に弁が設けられ、前記弁の開閉が制御されることを特徴とする基板洗浄装置。
5. 請求項１，２，３または４に記載の基板洗浄装置において、
   前記処理液によって処理が行われた前記基板に電磁波を照射する電磁波照射部と、
   前記基板から発生する電磁波を検知する電磁波検知部と、
   前記基板の液置換判定を実行する第２の制御部と、
   を有することを特徴とする基板洗浄装置。
6. 請求項５に記載の基板洗浄装置において、
   前記電磁波検知部によって検知された電磁波を表示する電磁波表示部を有することを特徴とする基板洗浄装置。
7. 基板支持台に基板を配置する工程と、
   前記基板支持台に対向して設けられた複数のノズルから前記基板の表面に第１の処理液を供給する洗浄工程と、
   を有し、
   前記複数のノズルのそれぞれから供給される前記第１の処理液の流量を、前記複数のノズルの一部もしくは全てに対してノズルごとに制御することを特徴とする基板洗浄方法。
8. 請求項７に記載の基板洗浄方法において、
   前記複数のノズルの一部もしくは全てのノズルは、前記第１の処理液の流量を前記ノズルごとに独立して変更可能な機構を備え、
   前記機構によって、前記第１の処理液の流量を制御することを特徴とする基板洗浄方法。
9. 請求項７または８に記載の基板洗浄方法において、
   前記洗浄工程の後、前記複数のノズルから前記第１の処理液とは異なる第２の処理液を前記基板の前記表面に供給して前記第１の処理液を前記第２の処理液に置換する液置換工程を有することを特徴とする基板洗浄方法。
10. 請求項７に記載の基板洗浄方法において、
    前記洗浄工程における前記基板の洗浄は、超音波を前記第１の処理液に伝達しながら行うことを特徴とする基板洗浄方法。
11. 請求項７に記載の基板洗浄方法において、
    前記基板を蛍光物質が溶けた第１の蛍光物質溶液に浸漬する工程と、
    前記基板の前記表面の第１の蛍光物質を除去する工程と、
    前記基板を乾燥する工程と、
    前記基板に電磁波を照射する工程と、
    前記基板に付着した前記第１の蛍光物質から発生する電磁波を検知する工程と、
    前記基板の前記表面に洗浄液を供給し、前記洗浄液に蛍光物質が溶けて形成された第２の蛍光物質溶液と前記洗浄液とを液置換する工程と、
    前記基板の前記表面の第２の蛍光物質を除去する工程と、
    前記基板を乾燥する工程と、
    前記基板に電磁波を照射する工程と、
    前記基板に付着した前記第２の蛍光物質から発生する電磁波を検知する工程と、
    前記第１もしくは第２の蛍光物質から発生する電磁波の強度に基づいて前記液置換を判定する工程と、
    を有することを特徴とする基板洗浄方法。
12. 請求項１１に記載の基板洗浄方法において、
    前記基板を前記第１の蛍光物質溶液に浸漬する前に、前記基板の前記表面に微細構造が形成された領域を示す面内パターンの情報を含むデータを、前記第１および第２の処理液の供給を制御する第１の制御部によって読み込むことを特徴とする基板洗浄方法。
13. 請求項１１または１２に記載の基板洗浄方法において、
    前記液置換の判定結果に基づき、前記洗浄工程の後の液置換工程における前記ノズルから供給される第１または第２の処理液の流量、もしくは前記液置換工程における超音波条件の何れかまたは両者を決定することを特徴とする基板洗浄方法。

Images