JP3704260B2 - Substrate cleaning apparatus and substrate cleaning method - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレイ・パネル）基板、あるいは、磁気ディスク用のガラス基板やセラミック基板などのような各種の基板に洗浄処理を施すための基板洗浄装置および基板洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程には、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の表面に成膜やエッチングなどの処理を繰り返し施して微細パターンを形成していく工程が含まれる。微細加工のためにはウエハの両面、特に薄膜が形成されるウエハの一方面（薄膜形成面）を清浄に保つ必要があるから、必要に応じてウエハの洗浄処理が行われる。たとえば、ウエハの薄膜形成面上に形成された薄膜を研磨剤を用いて研磨処理（以下、ＣＭＰ処理という）した後には、研磨剤（スラリー）がウエハ両面に残留しているから、このスラリーを除去する必要がある。
【０００３】
上述のような従来のウエハの洗浄を行うウエハ洗浄装置は、たとえば、ウエハを回転させながらその両面に洗浄液を供給しつつウエハの両面をスクラブ洗浄する両面洗浄装置と、ウエハを回転させながらその両面に洗浄液を供給しつつウエハの一方面（薄膜形成面）をスクラブ洗浄および超音波洗浄する片面洗浄装置と、ウエハを回転させながらその両面に純水を供給して水洗し、次いで純水の供給を停止させてウエハを高速回転させることでウエハ表面の水分を振り切り乾燥させる水洗・乾燥装置とからなっている。
【０００４】
ここで特に、上述の片面洗浄装置には、主にウエハ表面に固着したパーティクルを除去するために、ウエハの表面をスポンジブラシによってスクラブ洗浄するブラシ洗浄機構と、主にウエハ表面に残留する微細なパーティクルを除去するために、ウエハの表面に向けて超音波が付与された洗浄液を供給する超音波洗浄機構とが備えられ、これらの機構によって、ウエハ表面に付着しているゴミやスラリーなどの微細なパーティクルを除去できるようになっている。
【０００５】
そして、上記超音波洗浄機構は、超音波発振器からのパルスを受けて超音波振動する振動板によって洗浄液に超音波を付与し、この超音波が付与された洗浄液をウエハ表面に向けて吐出する超音波ノズルを備えており、この洗浄液の持つ超音波振動エネルギーによって、微細なパーティクルがウエハ表面から離脱されて除去できるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の薄膜形成パターンの高精細化に伴って、より微細なパーティクルの除去が必要となってきており、上述した従来のウエハ洗浄装置の超音波洗浄機構では、このより微細なパーティクルの除去に対応できないという問題が生じていた。すなわち、従来の超音波洗浄機構においては、超音波ノズルの吐出口先端から、実際に超音波が付与された洗浄液が供給されるウエハ表面までの距離（以下、吐出距離という）が大きくされているため、この距離の間に洗浄液に付与された超音波振動エネルギーが減衰してしまって、ウエハ表面が十分に超音波洗浄されず、より微細なパーティクルを除去できないという問題があった。また、上述の吐出距離の間には、大気中の空気が洗浄液に混入して気泡となり、この気泡によっても、洗浄液の持つ超音波振動エネルギーが減衰してしまって、ウエハ表面が十分に超音波洗浄されず、より微細なパーティクルを除去できないという問題もあった。
【０００７】
したがって、ウエハ表面にゴミやスラリーなどの微細なパーティクルが残ってしまい、半導体装置の製造工程において歩留りの低下につながり、大きな問題となっていた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、基板表面の微細なパーティクルを十分に除去し、基板表面の洗浄力を向上させることが可能な基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の技術的課題を解決するための、請求項１に係る発明は、基板に垂直な回転軸を中心として所定の回転方向に基板を回転させる基板回転手段と、この基板回転手段によって回転される基板表面に対向可能に設けられた基板対向面、この基板対向面内に先端部が配置されて基板と基板対向面との間に洗浄液を供給するノズル、および、基板対向面内に設けられてノズルから基板と基板対向面との間に供給された洗浄液に超音波振動を付与する振動面を有する超音波洗浄部材と、上記基板対向面と基板表面との間隔を所定の間隔に設定可能な間隔設定手段と、上記基板回転手段によって回転される基板表面に沿って上記超音波洗浄部材を移動させる移動手段とを備え、上記移動手段が基板の回転軸から離れる方向に超音波洗浄部材を移動させる場合には、上記間隔設定手段は基板対向面と基板表面との間隔を第１の間隔に設定し、逆に、上記移動手段が基板の回転軸に近づく方向に超音波洗浄部材を移動させる場合には、上記間隔設定手段は基板対向面と基板表面との間隔を上記第１の間隔よりも大きい第２の間隔に設定することを特徴とする基板洗浄装置である。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の基板洗浄装置において、上記ノズルの先端部は、振動面の内部領域に設けられていることを特徴とする基板洗浄装置である。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の基板洗浄装置において、上記ノズルの先端部は、振動面の外部領域に設けられていることを特徴とする基板洗浄装置である。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の基板洗浄装置において、ノズルの先端部から基板の回転軸までの距離は、振動面の少なくとも一部から基板の回転軸までの距離よりも小さいことを特徴とする基板洗浄装置である。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項３または４に記載の基板洗浄装置において、ノズルの先端部は、基板の回転方向に関して、振動面の少なくとも一部よりも上流側に配置されていることを特徴とする基板洗浄装置である。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の基板洗浄装置において、上記間隔設定手段は、基板と基板対向面とが最も近接している部分の間隔を３ｍｍ以下に設定可能であることを特徴とする基板洗浄装置である。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の基板洗浄装置において、上記間隔設定手段は、超音波洗浄部材に対して基板表面に向かう力を付与する付与手段と、上記ノズルから供給される洗浄液の流量または圧力を調整する洗浄液調整手段と、を含むことを特徴とする基板洗浄装置である。
【００１８】
請求項８に係る発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の基板洗浄装置において、上記移動手段は、少なくとも、上記基板対向面が基板の回転軸と交差する位置と、上記基板対向面が基板の外周と交差する位置との間で、上記超音波洗浄部材を移動させるものであることを特徴とする基板洗浄装置である。
【００２０】
請求項９に係る発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の基板洗浄装置において、上記超音波洗浄部材とは別に備えられ、基板表面の回転軸近傍部に向けて洗浄液を供給する補助洗浄液供給手段をさらに備えることを特徴とする基板洗浄装置である。
【００２１】
請求項１０に係る発明は、基板に垂直な回転軸を中心として基板を回転させる基板回転工程と、この基板回転工程で回転させられている基板表面とこの基板表面に対向する基板対向面との間に、基板対向面内に先端部を有するノズルが洗浄液を供給する洗浄液供給工程と、この洗浄液供給工程で供給された洗浄液に対して、基板対向面内に設けられた振動面を有する超音波洗浄部材から超音波振動を付与することで、基板表面を超音波洗浄する超音波洗浄工程と、上記基板回転工程で回転させられている基板表面に沿って上記超音波洗浄部材を移動させる超音波洗浄部材移動工程と、上記超音波洗浄部材移動工程で基板の回転軸から離れる方向に超音波洗浄部材を移動させる場合には、上記基板対向面と基板表面との間隔を第１の間隔に設定し、逆に、上記超音波洗浄部材移動工程で基板の回転軸に近づく方向に超音波洗浄部材を移動させる場合には、上記基板対向面と基板表面との間隔を上記第１の間隔よりも大きい第２の間隔に設定する間隔設定工程と、を備えることを特徴とする基板洗浄方法である。
【００２２】
ここで、請求項１に係る発明の基板洗浄装置によると、基板回転手段によって回転される基板と基板対向面との間（以下、間隙空間という）に、基板対向面内に先端部が位置するノズルから洗浄液が供給されて満たされ、この間隙空間に満たされた洗浄液は基板対向面内にある振動面によって超音波が付与される。
【００２３】
ここで、この間隙空間内に満たされた洗浄液は、大気に曝されることがなく、気泡等の空気の混入されることがない。したがって、このように間隙空間に満たされた状態にある洗浄液は、超音波振動が付与されると効率良く超音波振動エネルギーを伝達されるので、基板表面の微細なパーティクルを十分に除去し、基板表面の洗浄力を向上させることができる。
【００２４】
また、基板は回転軸を中心に所定の回転方向に回転されているため、間隙空間に満たされた洗浄液は、常に基板の回転軸から離れる方向に遠心力を受け、また、この遠心力の方向に直交する方向、つまり、基板の回転方向に沿う方向に回転力を受けている。このため、間隙空間内の洗浄液は、その内部に滞留することなく円滑に間隙空間の外部に流れ出て行く。したがって、間隙空間における洗浄液の置換効率が向上して、常に新鮮な超音波振動が付与された洗浄液が基板表面に接していることとなり、基板表面の洗浄力をさらに向上させることができる。
さらに、間隔設定手段によって、基板対向間隔を適切な間隔に設定すれば、間隙空間に洗浄液を満たすことができる。たとえば、この間隔設定手段は、基板表面を洗浄する時には、超音波洗浄部材の基板対向面を基板表面に近接させ、基板表面を洗浄しない時、たとえば、基板搬送時などには、超音波洗浄部材の基板対向面を基板表面から離間させるものであってもよい。また、たとえば、基板対向間隔を微調整するようなものであってもよい。
さらに、この発明では、移動手段によって、回転される基板表面に沿って超音波洗浄部材を移動させることができる。このようにすれば、超音波洗浄部材の基板対向面が比較的小さかったとしても、この基板対向面を基板表面に沿って移動可能であるので、基板表面の広い領域に渡って超音波洗浄を行うことができる。たとえば、請求項８に係る発明の基板洗浄装置のように、基板対向面が、基板の回転軸と基板の外周との両方に交差するような範囲で、超音波洗浄部材を移動させるようにすれば、基板表面の全域に渡って超音波洗浄を行うことができる。
そして、この発明では、超音波洗浄部材が基板の回転軸から離れるように移動している場合は、基板対向間隔を小さくして基板表面を超音波洗浄し、超音波洗浄部材が基板の回転軸に近づくように移動している場合は、基板対向間隔を大きくして基板表面の洗浄を行わないようにできる。すなわち、超音波洗浄部材の移動は、常に基板の内方から外方に向かう方向、すなわち、ほぼ基板表面の洗浄液にかかる遠心力の方向で行われることになる。このため、洗浄液の流れが円滑になるので洗浄液の滞留も少なく、また、基板表面のパーティクルを効率的に基板外方に掃き出すことができ、洗浄液の置換効率を向上させるので、基板表面の洗浄力をさらに向上させることができる。
【００２５】
なお、ここでいう「基板回転手段」とは、基板の一方面を吸着保持しつつ上記基板の回転軸を中心に回転する吸着式のスピンチャックであってもよく、基板の周縁部をその下方および端面でピン保持しつつ基板の回転軸を中心に回転するピン保持式のスピンチャックであってもよい。あるいは、基板の周縁部の端面に当接しつつ基板の回転軸に平行な軸を中心に回転する少なくとも３つのローラピンのようなものであってもよい。すなわち、基板に垂直な回転軸を中心として所定の回転方向に基板を回転させるものであれば、どのような形態であってもよい。
【００２６】
また、ここでいう「基板表面」とは、基板の薄膜が形成された面であっても、基板の薄膜が形成されていない面であってもよく、また、基板の上面、下面のいずれでもよい。すなわち、基板表面とは、基板の周縁部の端面を除いたどの面であってもよい。
【００２７】
さらに、ここでいう「基板対向面」とは、基板表面に対向するような面であればよく、基板表面に平行な面であっても平行でない面であってもよい。また、基板対向面は、平面に限らず、曲面であってもよく、凸部や凹部を有する面であってもよい。
【００２８】
またさらに、ここでいう「洗浄液」とは、純水および薬液（たとえば、フッ酸、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸、酢酸、アンモニアまたはこれらの過酸化水素水溶液など）のいずれであってもよく、基板表面を洗浄できる液体であればなんでもよい。
【００２９】
請求項２に係る発明の基板洗浄装置によると、ノズルの先端部は、振動面の内部領域に設けられている。すなわち、基板対向面内において、ノズルの先端部は振動面に取り囲まれた状態となっている。ここで、基板表面と基板対向面との間隔（以下、基板対向間隔という）、洗浄液の流量または圧力、および基板の回転速度などの関係が適切である場合は、間隙空間内に洗浄液が満たされた状態となる。しかしながら、そうでない場合は、ノズルの先端部から供給された洗浄液は、基板の回転にともなう遠心力および回転力を受けて、基板の回転軸から離れる方向、および基板の回転方向の下流側に向かって流れようとするため、間隙空間の一部が洗浄液に満たされない場合も考えられる。
【００３０】
しかしながら、このような場合であっても、振動面はノズルの先端部を取り囲むように配置されているので、ノズルの先端部からどの方向に洗浄液が流れたとしても、確実に洗浄液に超音波振動を付与できる。したがって、確実に、基板表面の洗浄力を向上させることができる。
【００３１】
請求項３に係る発明の基板洗浄装置によると、ノズルの先端部は、振動面の外部領域に設けられている。すなわち、基板対向面内において、ノズルの先端部は振動面から外れた位置にある。この場合、請求項２のように、ノズルの先端部が振動面に取り囲まれた状態となっている場合に比べ、振動面の構造を簡単にできる。
【００３２】
このように、ノズルの先端部を振動面の外部領域に設ける場合には、たとえば、請求項４に係る発明の基板洗浄装置のように、ノズルの先端部から基板の回転軸までの距離を、振動面の少なくとも一部から基板の回転軸までの距離よりも小さく設定するとよい。すなわち、振動面の少なくとも一部は、ノズルの先端部よりも基板の回転軸から離れた位置に配置される。このようにすれば、ノズルの先端部から供給された洗浄液は、基板の回転による遠心力によって振動面のある方向に導かれるため、確実に洗浄液に超音波振動を付与できる。したがって、確実に、基板表面の洗浄力を向上させることができる。
【００３３】
ここで、「振動面の少なくとも一部」とは、たとえば、振動面のうちの基板の外周部に最も近い部分、すなわち、振動面のうちの基板の回転軸から最も離れた部分であってもよい。たとえば、この部分が、ノズルの先端部よりも基板の回転軸から離れた位置に配置された場合、遠心力の作用によって、ノズルの先端部から供給された洗浄液は確実に振動面を通過することになる。
【００３４】
また、たとえば、請求項５に係る発明の基板洗浄装置のように、ノズルの先端部を、基板の回転方向に関して、振動面の少なくとも一部よりも上流側に配置すればよい。すなわち、振動面の少なくとも一部は、基板の回転方向に関して、ノズルの先端部よりも下流側に配置される。このようにすれば、ノズルの先端部から供給された洗浄液は、基板の回転による回転力によって振動面のある方向に導かれるため、確実に洗浄液に超音波振動を付与できる。したがって、確実に、基板表面の洗浄力を向上させることができる。
【００３５】
ここで、「振動面の少なくとも一部」とは、たとえば、振動面のうちの基板の回転方向に関して最も下流側の部分であってもよい。たとえば、この部分が、基板の回転方向に関して、ノズルの先端部よりも下流側に配置された場合、回転力の作用によって、ノズルの先端部から供給された洗浄液は確実に振動面を通過することになる。
【００３７】
上記間隔設定手段は、たとえば、請求項６に係る発明の基板洗浄装置のように、基板と基板対向面とが最も近接している部分の間隔（以下、最近接間隔という）を３ｍｍ以下に設定できるようにしてもよい。ここで、基板表面の洗浄に用いられている通常の洗浄液は、その表面張力により概ね３ｍｍ以上の厚みの液膜を基板表面に形成する。このため、間隙空間のうち、基板対向間隔が３ｍｍ以下の部分においては、間隙空間は確実に洗浄液に満たされる。したがって、洗浄液に伝達された超音波振動エネルギーを十分に維持することができ、基板表面の洗浄力をさらに向上させることができる。
【００３８】
あるいは、請求項７に係る発明の基板洗浄装置のように、間隔設定手段は、超音波洗浄部材に対して基板表面に向かう力を付与しつつ、ノズルから供給される洗浄液の流量または圧力を調整することによって、基板対向間隔を設定するものであってもよい。すなわち、超音波洗浄部材を基板表面に向けて押しつけようとする力と、間隙空間への洗浄液の供給流量または圧力による反発力との均衡をとることで、基板対向間隔を調整する。
【００３９】
この場合、洗浄液の供給流量または圧力を調整するだけで基板対向間隔を容易かつ精密に調整できる。さらには、基板対向間隔が大きくなって、間隙空間の洗浄液に空気の層あるいは気泡が入り込もうとすると、付与手段からの力が作用して、自動的に基板対向間隔が小さくなる方向に戻り、また、基板対向間隔が小さくなって、超音波洗浄部材の基板対向面が基板表面に接触しようとすると、洗浄液調整手段によって調整された洗浄液の流量や圧力が作用して、自動的に基板対向間隔が大きくなる方向に戻る。したがって、いずれの場合であっても、基板対向間隔を自動的に最適間隔に調整できる。
【００４０】
なお、付与手段とは、たとえば、超音波洗浄部材を基板表面に向かう方向に弾性力を加えるための、弾性を有するバネ、ベローズおよびゴムなどの弾性体であってもよいし、所定の空気圧で加圧されたシリンダー室を有するシリンダーであってもよい。また、洗浄液調整手段とは、たとえば、洗浄液を供給するノズルに接続された配管に介装された流量調整弁または圧力調整弁であってもよい。
【００４２】
なお、超音波洗浄部材の基板対向面は、十分に大きく、基板の回転軸と外周部とを含むような領域に形成されていてもよい。
【００４４】
請求項９に係る発明の基板洗浄装置によると、超音波洗浄部材とは別に、補助洗浄液供給手段から、基板表面の回転軸近傍部に向けて洗浄液を供給する。ここで、移動手段によって超音波洗浄部材が移動されて基板の周縁部付近に位置している場合には、洗浄液にかかる遠心力の作用のため、基板の回転軸近傍は超音波洗浄部材からの洗浄液の供給が達しておらず、その部分は乾燥してしまう。しかしながら、この請求項９に係る発明の基板洗浄装置によれば、基板の回転軸近傍に洗浄液を供給し、その部分の乾燥を防止するので、ゴミやスラリーなどのパーティクルが基板表面に固着してしまうことを防止できる。
【００４５】
また、補助液供給手段は、単に洗浄液のみを吐出するものであってもよく、また、超音波が付与された洗浄液を供給するノズルであってもよい。なお、この補助液供給手段から供給される洗浄液は、洗浄液の濃度管理の問題から、超音波洗浄部材から供給される洗浄液と同一の種類であることが好ましい。しかしながら、超音波洗浄部材から供給される洗浄液とは異なる種類の洗浄液を供給することで、この超音波洗浄部材から供給される洗浄液とは異なる洗浄効果をあげることも可能である。
【００４６】
請求項１０に係る発明の基板洗浄方法によると、基板に垂直な回転軸を中心として回転させられている基板の表面とこれに対向する基板対向面との間に、基板対向面内に先端部を有するノズルが洗浄液を供給し、この洗浄液に対して、基板対向面内に設けられた振動面が超音波振動を付与することで、基板表面を超音波洗浄する。このため、請求項１に記載した発明と同様な効果を奏する基板処理方法を提供できる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下に、上述の技術的課題を解決するための本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置の主要部の構成を簡略的に示す斜視図である。なお、この基板洗浄装置は、ＣＭＰ処理後のウエハの両面をスクラブ洗浄して、比較的大きなパーティクルを除去した後に、ウエハＷの上面Ｗａ（薄膜形成面）を再度スクラブ洗浄し超音波洗浄して比較的微細なパーティクルを除去する装置である。また、この基板洗浄装置に対するウエハの搬出または搬入は、ウエハＷの下面Ｗｂ（薄膜形成面とは反対側の面）を吸着保持するハンド（図１に２点鎖線で示すＨ）を有するウエハ搬送ロボット等によって適宜行われている。
【００４８】
この基板洗浄装置は、ウエハＷを回転軸Ｒを中心に回転方向Ｆの方向に回転させるウエハ回転機構１０、ウエハ上面Ｗａを超音波洗浄するための超音波洗浄機構２０、ウエハ上面Ｗａをスクラブ洗浄するためのブラシ洗浄機構３０、およびウエハ上面Ｗａとウエハの回転軸Ｒとが交差する点Ｏ（ウエハの中心Ｏ）付近に向けて洗浄液を供給する補助液供給機構４０とからなっている。
【００４９】
ウエハ回転機構１０は、図示しない回転駆動源から回転駆動力を伝達されて回転方向Ｆの方向に回転するスピン軸１１と、このスピン軸１１の上端部に設けられ、ウエハの下面Ｗｂを上面にある複数の吸着孔により吸着保持するスピンチャック１２とからなっている。これらの構成により、ウエハ回転機構１０は、ウエハの下面Ｗｂを吸着保持しつつ、ウエハＷに垂直なウエハの回転軸Ｒを中心として回転方向Ｆの方向にウエハＷを回転させることができるようになっている。
【００５０】
また、超音波洗浄機構２０は、ウエハ上面Ｗａと対向するように設けられた基板対向面ＷＦ、この基板対向面ＷＦ内に先端部が配置されて純水などの洗浄液を供給するノズル（後述の図２のＮ）、および、基板対向面ＷＦ内に設けられてこのノズルから供給された洗浄液に超音波振動を付与する振動面（後述の図２のＶＦ）を有し、基板対向面ＷＦとウエハ上面Ｗａとの間に供給された洗浄液に超音波振動を付与するための超音波洗浄ヘッド２１と、この超音波洗浄ヘッド２１を一方端で保持する揺動アーム２２と、この揺動アーム２２をアーム軸２３を中心として所定の角度範囲で回動（揺動）させるモータ等の揺動駆動源２４と、超音波洗浄ヘッド２１および揺動アーム２２を上下方向に昇降させるモータ等の昇降駆動源２５とからなっている。
【００５１】
なお、揺動アーム２２と揺動駆動源２４との間には、揺動駆動源２４からの回転駆動力を揺動アーム２２に伝達する揺動伝達機構２４ｔが設けられている。たとえば、この揺動伝達機構２４ｔは、揺動駆動源２４としてのモータの出力軸とアーム軸２３のそれぞれに取りつけられた１組のプーリと、この１組のプーリ間に掛け渡されたベルトとからなるベルト＆プーリ機構などである。これにより、揺動駆動源２４としてのモータの出力軸を回動させれば、アーム軸２３が回動し、揺動アーム２３が回動する。
【００５２】
また、揺動アーム２２と昇降駆動源２５との間には、昇降駆動源２５からの回転駆動力を上下方向の駆動力に変換して揺動アーム２２に伝達する昇降伝達機構２５ｔが設けられている。たとえば、この昇降伝達機構２５ｔは、昇降駆動源２５としてのモータの出力軸に対して回転可能に接続されたボールネジ軸と、揺動アーム２２から揺動駆動源２４に至るまでの構造物を直線移動可能に保持し、ボールネジ軸に螺合する移動子とからなるボールネジ機構等が設けられている。これにより、昇降駆動源２５としてのモータの出力軸を回動させれば、ボールネジ軸が回転して移動子が上下移動し、揺動アーム２３から揺動駆動源２４に至るまでの構造物が昇降する。
【００５３】
これらの構成により、超音波洗浄機構２０は、超音波洗浄ヘッド２１（正確には、基板対向面ＷＦの中心部）を、揺動駆動源２４によって経路Ａ１およびＡ３に沿って往復移動させることができ、また、昇降駆動源２５によって経路Ａ２およびＡ４に沿って上下移動させることができるようになっている。すなわち、超音波洗浄機構２０は、超音波洗浄ヘッド２１を、ウエハ上面Ｗａと基板対向面ＷＦとの間隔（以下、基板対向間隔Ｄとする）が第１の間隔Ｄ１である状態を保ちつつ経路Ａ１上をウエハの回転軸Ｒから離れる方向に水平移動させた後、経路Ａ２上を上昇させ、次に、基板対向間隔Ｄが第１の間隔Ｄ１よりも大きい第２の間隔Ｄ２である状態を保ちつつ経路Ａ２上をウエハの回転軸Ｒに近づく方向に水平移動させた後、経路Ａ４上を下降させるようになっている。
【００５４】
また、ブラシ洗浄機構３０は、ウエハ上面Ｗａをスクラブ洗浄するためのスポンジブラシを有するブラシ部３１と、このブラシ部３１を一方端で回転可能に保持する揺動アーム３２と、この揺動アーム３２をアーム軸３３を中心として所定の角度範囲で回動（揺動）させるモータ等の揺動駆動源３４と、ブラシ部３１および揺動アーム３２を上下方向に昇降させるモータ等の昇降駆動源３５とからなっている。なお、ブラシ部３１は、揺動アーム３２内に設けられた図示しないモータ等の回転駆動源により自転されるようになっている。なお、揺動アーム３２と揺動駆動源３４との間、および、揺動アーム３２と昇降駆動源３５との間には、超音波洗浄機構２０と同様な構造の揺動伝達機構３４ｔおよび昇降伝達機構３５ｔが設けられている。
【００５５】
これらの構成により、超音波洗浄機構２０と同様に、ブラシ洗浄機構３０は、ブラシ部３１を、揺動駆動源２４によりウエハ上面Ｗａに沿って水平移動させることができ、また、昇降駆動源２５により上下移動させることができるようになっている。なお、このブラシ部３１および超音波洗浄ヘッド２１が、ウエハの中心Ｏ付近で干渉しないように、それぞれの移動は制御されている。
【００５６】
さらに、補助液供給機構４０は、ウエハ上面Ｗａの中心Ｏ付近に向けて洗浄液を供給する補助液供給ノズル４１と、この補助液供給ノズル４１に対して洗浄液を送り込む補助液配管４２と、この補助液配管４２が接続された洗浄液供給源４３とからなっている。また、この補助液配管４２の途中部には、補助液供給ノズル４１からの補助液の供給を開始／停止させるためのバルブ４４が介装されている。
【００５７】
なお、この補助液供給機構４０からの洗浄液は、少なくとも、ノズルを有する超音波洗浄ヘッド２１がウエハの中心Ｏ付近に位置していない間は、ウエハの中心Ｏに供給されるようになっている。このため、常に、ウエハ上面Ｗａ全域は洗浄液が供給される状態となる。ただし、このウエハ上面Ｗａの乾燥をさらに防止するためには、ウエハＷがスピンチャック１２上に保持されている間は、常に、補助液供給ノズル４１からウエハ上面Ｗａに洗浄液が供給されているのが好ましい。
【００５８】
次に、以上の構成を有する基板洗浄装置による洗浄処理動作について簡単に説明する。まず、超音波洗浄ヘッド２１が経路Ａ２の上端に位置している状態で、図示しないウエハ搬送ロボットのハンドＨによって、予め両面が洗浄されたウエハＷが基板洗浄装置内に搬入され、スピンチャック１２の上面に載置されて吸着保持される。このスピンチャック１２によるウエハＷの吸着保持とほぼ同時に、ウエハの中心Ｏ付近に向けて補助液供給機構４０の液供給ノズル４１より洗浄液が供給される。次に、ウエハＷを吸着保持したスピンチャック１２が図示しない回転駆動源によって高速で回転されて、ウエハＷが回転軸Ｒを中心に回転方向Ｆの方向に回転される（基板回転工程）。
【００５９】
そして、揺動駆動源２４によって揺動アーム２２が回動されて、超音波洗浄機構２０の超音波洗浄ヘッド２１が経路Ａ３に沿ってウエハの中心Ｏの上方に移動されるとほぼ同時に、超音波洗浄機構２０のノズルより洗浄液が供給される（洗浄液供給工程）。
【００６０】
次に、昇降駆動源２５によって経路Ａ４に沿って揺動アーム２２が下降されて、超音波洗浄ヘッド２１がウエハの中心Ｏ付近のウエハ上面Ｗａに近接される。その後、上述のように経路Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の順に超音波洗浄ヘッド２１が移動および昇降する動作が複数回繰り返されて、超音波洗浄が行われる（超音波洗浄工程、超音波洗浄部材移動工程、間隔設定工程）。なお、この超音波洗浄工程と同時に、あるいは超音波洗浄工程に前後して、ブラシ洗浄機構２０によるスクラブ洗浄が行われる。
【００６１】
そして、ウエハ回転機構１０によるウエハＷの回転が停止されるとともに、超音波洗浄機構２０からの洗浄液の供給が停止される。そして最後に、補助液供給機構４０からの洗浄液の供給が停止された直後、図示しないウエハ搬送ロボットのハンドＨ’によってウエハＷが基板洗浄装置から搬出されて、１枚のウエハＷに対するこの基板処理装置での洗浄処理が終了する。この後は、次の水洗・乾燥装置で水洗・乾燥されて最終仕上され、ウエハＷを複数枚収容可能なカセットに収容される。
【００６２】
さて、次に、本願発明の特徴部分となる超音波洗浄機構２０の超音波洗浄ヘッド２１について図を用いて、詳しく説明する。図２は、超音波洗浄ヘッド２１の構成を簡略的に示す装置側方から見た断面図である。超音波洗浄ヘッド２１は、たとえば、４ふっ化テフロン（poly tetra fluoro ethylene）などのフッ素樹脂からなる本体部２１１と、この本体部２１１の底面に相当する基板対向面ＷＦ内に振動面ＶＦを有する平面視でドーナツ状の振動板２１２と、この振動板２１２の上面に貼りつけられ、超音波発振器２１４からのパルスを受けて振動板２１２を超音波振動させる平面視でドーナツ状の振動子２１３と、基板対向面ＷＦ内に先端部ＮＳを有し、本体部２１１のほぼ中央に挿通された上述のノズルＮとからなっている。
【００６３】
なお、本体部２１１は上述の揺動アーム２２の一方端の下面にボルト等によって固定されており、本体部２１１内を挿通するノズルＮは、揺動アーム２２の内部を通るノズル配管ＮＨを介して、上述の補助液供給機構４０の補助液配管４２が接続された洗浄液供給源４３に接続されている。また、ノズル配管ＮＨの途中部には、ノズルＮからの洗浄液の供給を開始／停止させるためのバルブＮＶが介装されている。
【００６４】
以上の構成により、バルブＮＶが開成されてノズルＮから洗浄液が供給されるとともに、超音波洗浄ヘッド２１が、基板対向間隔Ｄが第１の間隔Ｄ１となる位置まで近接されると、ウエハＷと基板対向面ＷＦとに挟まれた空間（間隙空間Ｋ）に洗浄液が満たされる。そして、この間隙空間Ｋに満たされた洗浄液に対して、振動板２１２からの超音波振動が付与され、ウエハ上面Ｗａの超音波洗浄が行われる。
【００６５】
ここで、この間隙空間Ｋに満たされた洗浄液は、間隙空間Ｋ内の領域は大気と触れることはないので、気泡等の空気が混入することない。したがって、この洗浄液は、超音波振動が付与されると効率良く超音波振動エネルギーを伝達されるので、基板表面の微細なパーティクルを十分に除去し、基板表面の洗浄力を向上させることができる。
【００６６】
そして、第１の間隔Ｄ１は、十分に間隙空間Ｋが洗浄液で満たされる間隔であればよく、通常３ｍｍ以下、好ましくは１〜２ｍｍ程度に設定される。なお、この一実施形態においては、この基板対向間隔Ｄの設定は、昇降駆動源２５によって行われており、上述の図１の説明で示したように、昇降駆動源２５によって、基板対向間隔Ｄは第１の間隔Ｄ１と第２の間隔Ｄ２との２つの間隔に設定される。
【００６７】
次に示す図３は、超音波洗浄ヘッド２１の基板対向面ＷＦ、振動面ＶＦ、およびノズルの先端部ＮＳと、ウエハＷとの関係を示す平面図である。既に説明したように、基板対向間隔Ｄが第１の間隔Ｄ１である状態で、アーム軸２３を中心に揺動アーム２２が所定の角度αだけ回動されると、基板対向面ＷＦがウエハの回転軸Ｒと交差する位置ＷＦ１からウエハＷの外方位置ＷＦ２までの間で、超音波洗浄ヘッド２１は経路Ａ１上を移動させられる。また、超音波洗浄ヘッド２１の基板対向面ＷＦの通過領域は、ウエハの中心ＯからウエハＷの外周までを含む。
【００６８】
よって、ウエハＷが回転方向Ｆの方向に３６０度以上回転されると、この基板対向面ＷＦの通過領域はウエハ上面Ｗａ全域を覆うことになり、ウエハ上面Ｗａ全域を超音波洗浄することが可能となる。なお、少なくとも、上述の位置ＷＦ１から基板対向面ＷＦがウエハＷの外周と交差する位置ＷＦ３までの間で、超音波洗浄ヘッド２１が移動されれば、この効果を達成することができる。
【００６９】
次に、洗浄液のウエハ上面Ｗａ上での挙動について説明しておく。まず、ウエハ上面Ｗａ上の洗浄液には、ウエハＷの回転によって、ウエハの回転軸Ｒから離れる方向に遠心力が、ウエハＷの回転方向Ｆの方向に回転力が付与される。このため、ウエハ上面Ｗａに供給された洗浄液は、ウエハの回転軸Ｒから離れる方向および回転方向Ｆの方向に流れようとする傾向となる。
【００７０】
ここで、洗浄液の供給流量とウエハＷの回転速度との関係が適切な場合、たとえば、その供給流量が大きくてウエハＷの回転速度が小さい場合には、洗浄液の液膜が厚く形成され、洗浄液は間隙空間Ｋ内に満たされた状態となる、しかしながら、その供給流量が小さくてウエハＷの回転速度が大きい場合には、洗浄液の液膜が薄く形成されてしまい、洗浄液は間隙空間Ｋ内に満たされず、ウエハの回転軸Ｒから離れる方向および回転方向Ｆの方向に偏ってしまう。しかしながら、この一実施形態においては、ノズルの先端部ＮＳの周囲は振動面ＶＦで取り囲まれており、すなわち、ノズルの先端部ＮＳは振動面ＶＦの内部領域に設けられているので、間隙空間Ｋ内の洗浄液がどの方向に偏ったとしても、洗浄液に超音波振動を十分に付与することができる。
【００７１】
しかしながら、超音波洗浄ヘッド２１の構造上の都合等により、ノズルの先端部ＮＳを振動面ＶＦの外部領域に設けなければならないような場合には、次の図４および図５に示すような構造の別の超音波洗浄ヘッド１２１にすればよい。図４は、この超音波洗浄ヘッド１２１の構成を簡略的に示す装置側方から見た断面図である。図５は、この超音波洗浄ヘッド１２１の基板対向面ＷＦ、振動面ＶＦ、およびノズルの先端部ＮＳと、ウエハＷとの関係を示す平面図である。なお、この図４および図５の構成において、図２および図３の構成と同様な部分については、その詳細な説明を省略し、図２および図３の各部と同一の参照符号を付して示す。
【００７２】
この超音波洗浄ヘッド１２１においては、平面視で円形状の振動板２１２から離れた位置に、ノズルの先端部ＮＳが位置されている。すなわち、ノズルの先端部ＮＳは、振動面ＶＦの外部領域に配置されている。そして、ノズルの先端部ＮＳに対して、ウエハの回転軸Ｒからより離れた位置に振動面ＶＦのうちのウエハＷの外周部に最も近い部分ＶＦａが配置されており、言いかえれば、ノズルの先端部ＮＳからウエハの回転軸Ｒまでの距離は、振動面ＶＦのうちのウエハＷの外周部に最も近い部分ＶＦａからウエハの回転軸Ｒまでの距離よりも小さくされている。このようにすれば、ノズルの先端部ＮＳから供給された洗浄液は、ウエハＷの回転による遠心力によって振動面ＶＦのある方向に導かれるため、確実に洗浄液に超音波振動を付与できる。
【００７３】
また、ノズルの先端部ＮＳは、ウエハＷの回転方向Ｆに関して、振動面ＶＦのうちのウエハＷの回転方向Ｆに関して最も下流側の部分ＶＦｂよりも上流側に配置されている。このようにすれば、ノズルの先端部ＮＳから供給された洗浄液は、ウエハＷの回転による回転力によって振動面ＶＦのある方向に導かれるため、確実に洗浄液に超音波振動を付与できる。
【００７４】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、上述した一実施形態においては、間隔設定手段としての昇降駆動源２５によって基板対向間隔Ｄを第１の間隔Ｄ１に設定するようにしていたが、この昇降駆動源２５とは別の間隔設定手段によって、さらに基板対向間隔Ｄ（Ｄ１）を微調節するようにしてもよい。すなわち、昇降駆動源２５によって基板対向間隔Ｄを第１の間隔Ｄ１近傍に大まかに設定するとともに、別の間隔設定手段によって基板対向間隔Ｄを第１の間隔Ｄ１に精密に設定するようにしてもよい。
【００７５】
これについて、図６を用いて説明する。この図６においては、超音波洗浄ヘッド２１の上方に設けられ、超音波洗浄ヘッド２１に対してウエハ上面Ｗａに向かう弾性力を付与する弾性力付与機構５０と、ノズルＮに接続されたノズル配管の途中部に介装され、洗浄液の供給流量や供給圧力を調整する洗浄液調整機構６０とが、さらに設けられている。
【００７６】
弾性力付与機構５０は、下端に超音波洗浄ヘッド２１がボルト等によって固定されて揺動アーム２２を挿通する円柱状の軸５１と、揺動アーム２２の内部に設けられて軸５１を上下方向にのみ移動可能に保持する一対の軸受け５２，５２と、揺動アーム２２と超音波洗浄ヘッド２１との間の軸５１の周囲に設けられて弾性を有する樹脂、たとえば、４ふっ化テフロン（poly tetra fluoro ethylene）などのフッ素樹脂からなるベローズ５３とからなっている。
【００７７】
なお、軸５１の上端部には、軸５１が下方に抜け落ちるのを防止するための円板状の抜け止め部５１ａが形成されている。また、軸受け５２，５２は、軸５１が軸５１を中心として回転しないように軸５１を保持している。さらに、ベローズ５３は、圧縮バネと同様に作用して、揺動アーム２２と超音波洗浄ヘッド２１とが互いに離れる方向に、すなわち、超音波洗浄ヘッド２１に対してウエハ上面Ｗａに向かう弾性力を付与している。
【００７８】
また、洗浄液調整機構６０は、ノズルに接続されたノズル配管ＮＨの途中部に介装されてこのノズル配管ＮＨを流通する洗浄液の流量を調整する流量調整弁６１と、ノズル配管ＮＨの途中部に介装されてこのノズル配管ＮＨを流通する洗浄液の圧力を調整する圧力調整弁６２とからなっている。なお、洗浄液調整機構６０においては、必ずしも、流量調整弁６１と圧力調整弁６２との両方が設けられている必要はなく、少なくともいずれか一方のみが設けられていてもよい。
【００７９】
以上の構成からなる間隔設定手段（弾性力付与機構５０および洗浄液調整機構６０）によると、弾性力付与機構５０によって超音波洗浄ヘッド２１に対してウエハ上面Ｗａに向かう弾性力を付与しつつ、洗浄液調整機構６０によって洗浄液の流量または圧力を調整することができる。そして、超音波洗浄ヘッド２１をウエハ上面Ｗａに向けて押しつけようとする力と、間隙空間Ｋへの洗浄液の供給流量または圧力による反発力との均衡をとることで、基板対向間隔Ｄ（Ｄ１）を精密に設定できる。
【００８０】
さらには、外的要因により、基板対向間隔Ｄ（Ｄ１）が大きくなって、間隙空間Ｋの洗浄液に空気の層あるいは気泡が入り込もうとすると、弾性力付与機構５０からの力が作用して、自動的に基板対向間隔Ｄ（Ｄ１）が小さくなる方向に戻り、また、基板対向間隔Ｄ（Ｄ１）が小さくなって、超音波洗浄ヘッド２１の基板対向面ＷＦがウエハ上面Ｗａに接触しようとすると、洗浄液調整機構６０によって調整された洗浄液の流量圧力が作用して、自動的に基板対向間隔Ｄ（Ｄ１）が大きくなる方向に戻る。このためいずれの場合であっても、基板対向間隔Ｄ（Ｄ１）は自動的に最適間隔に調整できる。
【００８１】
なおここで、弾性力付与機構５０のベローズ５３は、コイルバネやゴムなどの弾性体で置換え可能である。また、たとえば、ベローズ５３内の空間ＫＢに適切な圧力の空気を供給して、ベローズ５３内をシリンダー室として利用し、超音波洗浄ヘッド２１をウエハ上面Ｗａに向かう力を付与してもよい。この場合のベローズ５３は弾性力を十分に有するものでなくてもよく、ベローズ５３内の空間ＫＢの空気圧が主に超音波洗浄ヘッド２１へ力を付与することとなる。
【００８２】
また、図７に示すように、超音波洗浄ヘッド２２１の基板対向面ＷＦが、ウエハの中心ＯからウエハＷの外周部までを含む大きさで形成されているような構成を採用してもよい。
【００８３】
この図７の超音波洗浄ヘッド２２１においては、長方形状の基板対向面ＷＦの長手方向に沿って複数のノズルの先端部ＮＳおよび複数の振動面ＶＦが配列されている。また、それぞれのノズルの先端部ＮＳは、ウエハＷの回転方向Ｆに関して、振動面ＶＦよりも上流側に配置されている。これらの構成により、ウエハ上面Ｗａ全域に超音波洗浄を行うことができる。
【００８４】
ウエハＷの洗浄処理の前後に、ウエハＷがハンドＨなどによって搬入又は搬出される場合には、ハンドＨとの干渉を避けるために超音波洗浄ヘッド２２１をウエハＷから退避させるのが好ましい。たとえば、点ＯＳを中心として超音波洗浄ヘッド２２１を旋回させることができる図示しない旋回駆動機構によって、ウエハＷの搬入および搬出中は、図７の２点鎖線で示すような位置に超音波洗浄ヘッド２２１を移動させてもよい。
【００８５】
また、上述した一実施形態において、揺動駆動源２４および揺動伝達機構２４ｔによって、超音波洗浄ヘッド２１はウエハ上面Ｗａに沿って円弧を描くように往復移動（揺動）させられているが、超音波洗浄ヘッド２１をウエハ上面Ｗａに沿って直線移動させるものであってもよい。たとえば、揺動伝達機構２４ｔに代えて、昇降伝達機構２５ｔとして説明したようなボールネジ機構などを用い、ウエハ上面Ｗａに沿ってウエハの回転軸Ｒに対して離れる方向および近づく方向に超音波洗浄ヘッド２１を往復直線移動（揺動）させてもよい。
【００８６】
次に、上述した一実施形態において、超音波洗浄ヘッド２１に設けられたノズルの先端部ＮＳの形状はほぼ円形であるが、いかなる形状であってもよく、たとえば、所定の方向に長く形成されたスリット状であってもよい。特に、図７で示したようなウエハ上面Ｗａに沿って移動しない超音波洗浄ヘッド２２１においては、ウエハの回転軸Ｒから離れる方向に長く形成されたスリット状の先端部ＮＳとするのが、洗浄液を広範囲に供給できる点で有効である。
【００８７】
また、上述した一実施形態において、超音波洗浄ヘッド２１に設けられた振動板２１２（振動面ＶＦ）の形状はほぼ円形であるが、これに限らず、矩形状やのものであってもよい。ただし、振動子２１３からの超音波振動が最も効率的に振動板２１２に与えられるので、振動板２１２の形状を円形とするのが好ましい。
【００８８】
また、上述した一実施形態において、基板対向面ＷＦは、ウエハ上面Ｗａとほぼ平行に対向する平面であるが、これに限らず、ウエハ上面Ｗａに対して傾斜して対向する平面であってもよいし、ウエハ上面Ｗａに対して突出したり凹んだりした曲面であってもよい。また、基板対向面ＷＦの表面に、凸部や凹部があってもよい。
【００８９】
なお、上述した一実施形態において、洗浄液として純水を用いているが、基板を洗浄可能な液体であればなんでもよく、たとえば、フッ酸、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸、酢酸、アンモニアまたはこれらの過酸化水素水溶液などの薬液であってもよい。
【００９０】
また、上述した一実施形態において、超音波洗浄ヘッド２１の本体部２１１やベローズ５３などの材質はフッ素樹脂としているが、洗浄液に対する耐液性を有し、機械的強度が十分であるものであれば何でもよい。たとえば、洗浄液が純水である場合には、塩化ビニルやアクリルなどの樹脂、またはステンレスやアルミニウムなどの金属等の材質としてもよい。また、洗浄液が薬液である場合には、その薬液の種類によって異なるが、主に、フッ素樹脂や塩化ビニル等の樹脂が適用される。
【００９１】
また、上述した一実施形態において、ウエハ回転機構１０は、ウエハの下面Ｗｂを吸着保持するスピンチャック１２によって、ウエハＷを保持しつつ回転させるようにしていたが、ウエハＷの周縁部をその下方および端面でピン保持しつつウエハの回転軸Ｒを中心に回転するピン保持式のスピンチャックであってもよい。
【００９２】
あるいは、ウエハ回転機構１０は、ウエハＷの周縁部の端面に当接しつつウエハの回転軸Ｒに平行な軸を中心に回転する少なくとも３つのローラピンのようなものであってもよい。このローラピンを用いたウエハ回転機構１０は、特に、ウエハＷの両面を超音波洗浄する場合に有効であり、超音波洗浄ヘッド２１をウエハＷを挟む位置に配置すれば、ウエハ両面（ＷａおよびＷｂ）の全域を良好に超音波洗浄できる。なお、この場合、ウエハ下面Ｗｂを洗浄する超音波洗浄ヘッド２１は、その基板対向面ＷＦが上方に向いてしまうが、このような場合には、たとえば、基板対向面ＷＦの外周を、基板対向面ＷＦから突出する堰部材で取り囲むようにすれば、基板対向面ＷＦ上の堰部材の内部に、洗浄液が所定量だけ一時的に保持される。このため、間隙空間Ｋ内に洗浄液を容易に満たすことができ、洗浄液に対して十分な超音波振動を付与することができる。
【００９３】
また、上述した一実施形態においては、ＣＭＰ処理後のウエハＷを洗浄する場合について説明しているが、これに限られるものではなく、本発明は、広く、ウエハＷを洗浄するものに対しても適用することができる。
【００９４】
さらに、上述した一実施形態においては、半導体ウエハＷを洗浄する場合について説明しているが、本発明は、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレイ・パネル）基板、あるいは、磁気ディスク用のガラス基板やセラミック基板などのような他の各種の基板の洗浄に対して広く適用することができる。また、その基板の形状についても、上述した一実施形態の円形基板の他、正方形や長方形の角型基板に対しても、本発明を適用することができる。
【００９５】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の設計変更を施すことが可能である。
【００９６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１に係る発明の基板洗浄装置によると、洗浄液は間隙空間に満たされた状態となり、超音波振動が付与されると効率良く超音波振動エネルギーを伝達されるので、基板表面の微細なパーティクルを十分に除去し、基板表面の洗浄力を向上させることができるという効果を奏する。また、基板の回転により、間隙空間内の洗浄液は、その内部に滞留することなく円滑に間隙空間の外部に流れ出て行くので、間隙空間における洗浄液の置換効率が向上して、常に新鮮な超音波振動が付与された洗浄液が基板表面に接していることとなり、基板表面の洗浄力をさらに向上させることができるという効果を奏する。
また、間隔設定手段によって、基板対向間隔を適切な間隔に設定すれば、間隙空間に洗浄液を満たすことができるという効果を奏する。
さらに、超音波洗浄部材の基板対向面が比較的小さかったとしても、この基板対向面を基板表面に沿って移動可能であるので、基板表面の広い領域に渡って超音波洗浄を行うことができるという効果を奏する。
そして、洗浄液の流れが円滑になるので洗浄液の滞留も少なく、また、基板表面のパーティクルを効率的に基板外方に掃き出すことができ、洗浄液の置換効率を向上させるので、基板表面の洗浄力をさらに向上させることができるという効果を奏する。
【００９７】
請求項２に係る発明の基板洗浄装置によると、ノズルの先端部からどの方向に洗浄液が流れたとしても、確実に洗浄液に超音波振動を付与できるので、基板表面の洗浄力を確実に向上させることができるという効果を奏する。
【００９８】
請求項３に係る発明の基板洗浄装置によると、ノズルの先端部が振動面に取り囲まれた状態となっている場合に比べ、振動面の構造を簡単にできるという効果を奏する。
【００９９】
請求項４に係る発明の基板洗浄装置によると、ノズルの先端部から供給された洗浄液は、基板の回転による遠心力によって振動面のある方向に導かれるため、確実に洗浄液に超音波振動を付与でき、したがって、基板表面の洗浄力を確実に向上させることができるという効果を奏する。
【０１００】
請求項５に係る発明の基板洗浄装置によると、ノズルの先端部から供給された洗浄液は、基板の回転による回転力によって、下流側の振動面のある方向に導かれるため、確実に洗浄液に超音波振動を付与でき、したがって、基板表面の洗浄力を確実に向上させることができるという効果を奏する。
【０１０２】
請求項６に係る発明の基板洗浄装置によると、間隙空間のうち、基板対向間隔が３ｍｍ以下の部分においては、間隙空間は確実に洗浄液に満たされるので、基板表面の洗浄力をさらに向上させることができるという効果を奏する。
【０１０３】
請求項７に係る発明の基板洗浄装置によると、洗浄液の供給流量または圧力を調整するだけで基板対向間隔を容易かつ精密に調整でき、さらには、基板対向間隔を自動的に最適間隔に調整できるという効果を奏する。
【０１０５】
請求項８に係る発明の基板洗浄装置によると、超音波洗浄部材の基板対向面が比較的小さかったとしても、基板対向面が基板の回転軸と基板の外周との両方に交差するような範囲で、超音波洗浄部材を移動させるので、基板表面の全域に渡って超音波洗浄を行うことができるという効果を奏する。
【０１０７】
請求項９に係る発明の基板洗浄装置によると、基板の回転軸近傍に洗浄液を供給し、その部分の乾燥を防止するので、ゴミやスラリーなどのパーティクルが基板表面に固着してしまうことを防止できるという効果を奏する。
【０１０８】
請求項１０に係る発明の基板洗浄方法によると、請求項１に記載した発明と同様な効果を奏する基板処理方法を提供できるという効果を奏する。
【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主要部の構成を簡略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置の超音波洗浄ヘッドの構成を簡略的に示す装置側方から見た断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置の超音波洗浄ヘッドの基板対向面、振動面、およびノズルの先端部と、ウエハとの関係を示す平面図である。
【図４】本発明に係る別の超音波洗浄ヘッドの構成を簡略的に示す装置側方から見た断面図である。
【図５】本発明に係る別の超音波洗浄ヘッドの基板対向面、振動面、およびノズルの先端部と、ウエハとの関係を示す平面図である。
【図６】本発明に係る弾性力付与機構および洗浄液調整機構の構成を簡略的に示す装置側方から見た断面図である。
【図７】本発明に係るさらに別の超音波洗浄ヘッドの基板対向面、振動面、およびノズルの先端部と、ウエハとの関係を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ ウエハ回転機構（基板回転手段）
１１ スピン軸
１２ スピンチャック
２０ 超音波洗浄機構
２１ 超音波洗浄ヘッド（超音波洗浄部材）
２１１ 本体部
２１２ 振動板
２１３ 振動子
２１４ 超音波発振器
２２ 揺動アーム
２３ アーム軸
２４ 揺動駆動源（移動手段の一部）
２４ｔ 揺動伝達機構（移動手段の一部）
２５ 昇降駆動源（間隔設定手段の一部）
２５ｔ 昇降伝達機構（間隔設定手段の一部）
３０ ブラシ洗浄機構
４０ 補助液供給機構（補助洗浄液供給手段）
４１ 補助液供給ノズル
４２ 補助液配管
４３ 洗浄液供給源
４４ バルブ
５０ 弾性力付与機構（付与手段、間隔設定手段の一部）
５１ 軸
５１ａ 抜け止め部
５２ 軸受け
５３ ベローズ
６０ 洗浄液調整機構（洗浄液調整手段、間隔設定手段の一部）
６１ 流量調整弁
６２ 圧力調整弁
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ 基板対向面の経路
Ｄ 基板対向間隔
Ｄ１ 第１の間隔
Ｄ２ 第２の間隔
Ｆ ウエハの回転方向（基板の回転方向）
Ｋ 間隙空間
Ｎ ノズル
ＮＳ ノズルの先端部
ＮＨ ノズル配管
ＮＶ バルブ
Ｏ ウエハの中心
Ｒ ウエハの回転軸（基板の回転軸）
ＶＦ 振動面
ＶＦａ 振動面のうちのウエハの外周部に最も近い部分（振動面の少なくとも一部）
ＶＦｂ 振動面のうちのウエハの回転方向に関して最も下流側の部分（振動面の少なくとも一部）
Ｗ ウエハ（基板）
Ｗａ ウエハ上面
Ｗｂ ウエハ下面
ＷＦ 基板対向面
ＷＦ１ 基板対向面がウエハの回転軸と交差する位置（基板対向面が基板の回転軸と交差する位置）
ＷＦ２ ウエハの外方位置
ＷＦ３ 基板対向面がウエハの外周と交差する位置（基板対向面が基板の外周と交差する位置）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate for cleaning various substrates such as a semiconductor wafer, a glass substrate for a liquid crystal display device, a PDP (plasma display panel) substrate, or a glass substrate or a ceramic substrate for a magnetic disk. The present invention relates to a cleaning apparatus and a substrate cleaning method.
[0002]
[Prior art]
The manufacturing process of a semiconductor device includes a process of forming a fine pattern by repeatedly performing processes such as film formation and etching on the surface of a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”). For microfabrication, it is necessary to keep both surfaces of the wafer, particularly one surface (thin film forming surface) of the wafer on which a thin film is formed, so that the wafer is subjected to a cleaning process as necessary. For example, after the thin film formed on the thin film forming surface of the wafer is polished using an abrasive (hereinafter referred to as CMP process), the abrasive (slurry) remains on both surfaces of the wafer. Need to be removed.
[0003]
The conventional wafer cleaning apparatus for cleaning the wafer as described above includes, for example, a double-sided cleaning apparatus that scrubs and cleans both surfaces of the wafer while supplying the cleaning liquid to both sides of the wafer while rotating the wafer, and both surfaces of the wafer while rotating the wafer. A single-sided cleaning device that scrubs and ultrasonically cleans one side of the wafer (thin film forming surface) while supplying a cleaning solution to the wafer, and supplies pure water to both sides of the wafer while rotating the wafer, followed by washing with pure water. Is stopped and the wafer is rotated at a high speed to shake off and dry the moisture on the wafer surface.
[0004]
In particular, the above-described single-sided cleaning apparatus mainly includes a brush cleaning mechanism that scrubs the surface of the wafer with a sponge brush in order to remove particles fixed on the wafer surface, and a fine remaining on the wafer surface. In order to remove particles, an ultrasonic cleaning mechanism that supplies a cleaning liquid to which ultrasonic waves are applied toward the wafer surface is provided. By these mechanisms, fine particles such as dust and slurry adhering to the wafer surface are provided. You can remove the particles.
[0005]
The ultrasonic cleaning mechanism applies an ultrasonic wave to the cleaning liquid by a vibration plate that receives ultrasonic pulses from an ultrasonic oscillator and vibrates ultrasonically, and discharges the cleaning liquid to which the ultrasonic waves are applied toward the wafer surface. A sonic nozzle is provided, and fine particles can be detached from the wafer surface and removed by the ultrasonic vibration energy of the cleaning liquid.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the recent high definition of thin film formation patterns, it is necessary to remove finer particles, and the ultrasonic cleaning mechanism of the conventional wafer cleaning apparatus described above removes these finer particles. The problem of not being able to respond to has occurred. That is, in the conventional ultrasonic cleaning mechanism, the distance from the tip of the discharge port of the ultrasonic nozzle to the wafer surface to which the cleaning liquid to which ultrasonic waves are actually applied is supplied (hereinafter referred to as discharge distance) is increased. Therefore, the ultrasonic vibration energy applied to the cleaning liquid during this distance is attenuated, and there is a problem that the wafer surface is not sufficiently ultrasonically cleaned and finer particles cannot be removed. Also, during the above-mentioned discharge distance, air in the atmosphere is mixed into the cleaning liquid to form bubbles, which also attenuate the ultrasonic vibration energy of the cleaning liquid, so that the wafer surface is sufficiently ultrasonic. There was also a problem that finer particles could not be removed without being washed.
[0007]
Therefore, fine particles such as dust and slurry remain on the wafer surface, leading to a decrease in yield in the manufacturing process of the semiconductor device, which is a serious problem.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a substrate cleaning apparatus and a substrate cleaning method capable of solving the above technical problems, sufficiently removing fine particles on the substrate surface, and improving the cleaning power of the substrate surface. There is to do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above technical problem, the invention according to claim 1 is a substrate rotating means for rotating the substrate in a predetermined rotation direction around a rotation axis perpendicular to the substrate, and is rotated by the substrate rotating means. A substrate facing surface provided to be able to face the substrate surface, a nozzle for supplying a cleaning liquid between the substrate and the substrate facing surface with a tip portion disposed in the substrate facing surface, and a substrate facing surface. An ultrasonic cleaning member having a vibration surface for applying ultrasonic vibration to the cleaning liquid supplied between the substrate and the substrate facing surface from the nozzle;A distance setting means capable of setting a distance between the substrate facing surface and the substrate surface to a predetermined distance; and a moving means for moving the ultrasonic cleaning member along the substrate surface rotated by the substrate rotating means;WithWhen the moving means moves the ultrasonic cleaning member in the direction away from the rotation axis of the substrate, the interval setting means sets the interval between the substrate facing surface and the substrate surface to the first interval, When moving the ultrasonic cleaning member in a direction in which the moving unit approaches the rotation axis of the substrate, the interval setting unit sets the interval between the substrate facing surface and the substrate surface to a second interval larger than the first interval. Set toA substrate cleaning apparatus.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the substrate cleaning apparatus according to the first aspect, the tip portion of the nozzle is provided in an internal region of the vibration surface.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the substrate cleaning apparatus according to the first aspect, the tip of the nozzle is provided in an external region of the vibration surface.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the substrate cleaning apparatus according to the third aspect, the distance from the tip of the nozzle to the rotation axis of the substrate is smaller than the distance from at least a part of the vibration surface to the rotation axis of the substrate. This is a substrate cleaning apparatus.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the substrate cleaning apparatus according to the third or fourth aspect, the tip of the nozzle is disposed upstream of at least a part of the vibration surface in the rotation direction of the substrate. The substrate cleaning apparatus is characterized.
[0015]
  Claim6The invention according to claim1 to 52. The substrate cleaning apparatus according to claim 1, wherein the interval setting means is capable of setting an interval between portions where the substrate and the substrate facing surface are closest to each other to 3 mm or less.
[0016]
  Claim7The invention according to claimAny one of 1 to 6In the substrate cleaning apparatus, the interval setting unit includes an applying unit that applies a force toward the substrate surface to the ultrasonic cleaning member, and a cleaning liquid adjusting unit that adjusts a flow rate or a pressure of the cleaning liquid supplied from the nozzle. And a substrate cleaning apparatus.
[0018]
  Claim8The invention according to claimAny one of 1-7In the substrate cleaning apparatus, the moving means includes the ultrasonic wave at least between a position where the substrate facing surface intersects the rotation axis of the substrate and a position where the substrate facing surface intersects the outer periphery of the substrate. A substrate cleaning apparatus characterized by moving a cleaning member.
[0020]
  Claim9The invention according to claim1Or8The substrate cleaning apparatus according to claim 1, further comprising auxiliary cleaning liquid supply means that is provided separately from the ultrasonic cleaning member and that supplies a cleaning liquid toward the vicinity of the rotation axis of the substrate surface. Device.
[0021]
  Claim 10The invention according to the present invention includes a substrate rotation step for rotating a substrate about a rotation axis perpendicular to the substrate, and a substrate surface rotated in the substrate rotation step and a substrate facing surface facing the substrate surface, A cleaning liquid supply process in which a nozzle having a tip in the substrate facing surface supplies cleaning liquid, and a vibration surface provided in the substrate facing surface with respect to the cleaning liquid supplied in the cleaning liquid supplying processFrom an ultrasonic cleaning member havingBy applying ultrasonic vibration, an ultrasonic cleaning process for ultrasonically cleaning the substrate surface;An ultrasonic cleaning member moving step for moving the ultrasonic cleaning member along the substrate surface rotated in the substrate rotating step, and an ultrasonic cleaning in a direction away from the rotation axis of the substrate in the ultrasonic cleaning member moving step. In the case of moving the member, the interval between the substrate facing surface and the substrate surface is set to the first interval, and on the contrary, the ultrasonic cleaning member is moved in the direction approaching the rotation axis of the substrate in the ultrasonic cleaning member moving step. , The interval setting step of setting the interval between the substrate facing surface and the substrate surface to a second interval larger than the first interval;A substrate cleaning method comprising:
[0022]
According to the substrate cleaning apparatus of the first aspect of the present invention, the tip is located in the substrate facing surface between the substrate rotated by the substrate rotating means and the substrate facing surface (hereinafter referred to as a gap space). The cleaning liquid is supplied and filled from the nozzle, and the cleaning liquid filled in the gap space is given ultrasonic waves by the vibration surface in the substrate facing surface.
[0023]
Here, the cleaning liquid filled in the gap space is not exposed to the atmosphere and air such as bubbles is not mixed. Therefore, since the cleaning liquid filled in the gap space in this way efficiently transmits ultrasonic vibration energy when ultrasonic vibration is applied, the fine particles on the substrate surface are sufficiently removed, The surface detergency can be improved.
[0024]
  Further, since the substrate is rotated in a predetermined rotation direction around the rotation axis, the cleaning liquid filled in the gap space always receives a centrifugal force in a direction away from the rotation axis of the substrate, and the direction of this centrifugal force DirectlyExchangeRotational force is received in the direction along which the substrate rotates, that is, the direction along the direction of rotation of the substrate. For this reason, the cleaning liquid in the gap space smoothly flows out of the gap space without staying in the gap space. Therefore, the cleaning liquid replacement efficiency in the gap space is improved, and the cleaning liquid to which fresh ultrasonic vibration is always applied is in contact with the substrate surface, so that the cleaning power of the substrate surface can be further improved.
Further, if the substrate facing interval is set to an appropriate interval by the interval setting means, the cleaning liquid can be filled in the gap space. For example, when the substrate surface is cleaned, the interval setting means brings the ultrasonic cleaning member close to the substrate surface, and when the substrate surface is not cleaned, for example, when the substrate is transported, the ultrasonic cleaning member The substrate facing surface may be separated from the substrate surface. Further, for example, the substrate facing distance may be finely adjusted.
Furthermore, in the present invention, the ultrasonic cleaning member can be moved along the rotated substrate surface by the moving means. In this way, even if the substrate-facing surface of the ultrasonic cleaning member is relatively small, the substrate-facing surface can be moved along the substrate surface, so that ultrasonic cleaning can be performed over a wide area of the substrate surface. It can be carried out. For example, as in the substrate cleaning apparatus of the invention according to claim 8, the ultrasonic cleaning member is moved within a range in which the substrate facing surface intersects both the rotation axis of the substrate and the outer periphery of the substrate. For example, ultrasonic cleaning can be performed over the entire surface of the substrate.
In the present invention, when the ultrasonic cleaning member moves away from the rotation axis of the substrate, the substrate surface is ultrasonically cleaned by decreasing the substrate facing interval, and the ultrasonic cleaning member is rotated by the rotation axis of the substrate. When moving so as to approach the distance, the substrate facing interval can be increased so that the substrate surface is not cleaned. That is, the ultrasonic cleaning member is always moved in the direction from the inside to the outside of the substrate, that is, in the direction of the centrifugal force applied to the cleaning liquid on the substrate surface. For this reason, since the flow of the cleaning liquid becomes smooth, there is little stagnation of the cleaning liquid, and the particles on the substrate surface can be efficiently swept out of the substrate, and the cleaning liquid replacement efficiency is improved because the cleaning liquid replacement efficiency is improved. Can be further improved.
[0025]
  The “substrate rotating means” here may be an adsorption-type spin chuck that rotates about the rotation axis of the substrate while adsorbing and holding one surface of the substrate. Alternatively, a pin holding type spin chuck that rotates about the rotation axis of the substrate while holding the pins at the end face may be used. Alternatively, it may be at least three roller pins that rotate around an axis parallel to the rotation axis of the substrate while being in contact with the end surface of the peripheral edge of the substrate. That is, if the substrate is rotated in a predetermined rotation direction around a rotation axis perpendicular to the substrate,NoSuch a form may be sufficient.
[0026]
The “substrate surface” here may be a surface on which a thin film of a substrate is formed or a surface on which a thin film of a substrate is not formed. Good. In other words, the substrate surface may be any surface except the end surface of the peripheral edge of the substrate.
[0027]
Furthermore, the “substrate facing surface” here may be a surface facing the substrate surface, and may be a surface parallel to the substrate surface or a surface not parallel to the substrate surface. Further, the substrate facing surface is not limited to a flat surface, and may be a curved surface or a surface having a convex portion or a concave portion.
[0028]
Furthermore, the “cleaning liquid” herein may be any of pure water and chemicals (for example, hydrofluoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid, ammonia, or an aqueous hydrogen peroxide solution thereof). Any liquid that can clean the substrate surface may be used.
[0029]
According to the substrate cleaning apparatus of the second aspect, the tip of the nozzle is provided in the inner region of the vibration surface. That is, the tip of the nozzle is surrounded by the vibration surface in the substrate facing surface. Here, when the relationship between the distance between the substrate surface and the substrate facing surface (hereinafter referred to as the substrate facing distance), the flow rate or pressure of the cleaning liquid, and the rotation speed of the substrate is appropriate, the gap space is filled with the cleaning liquid. It becomes a state. However, if this is not the case, the cleaning liquid supplied from the tip of the nozzle receives centrifugal force and rotational force accompanying the rotation of the substrate, and moves away from the rotation axis of the substrate and downstream in the rotation direction of the substrate. Therefore, there may be a case where a part of the gap space is not filled with the cleaning liquid.
[0030]
However, even in such a case, since the vibration surface is arranged so as to surround the tip of the nozzle, no matter which direction the cleaning liquid flows from the tip of the nozzle, the ultrasonic vibration is surely applied to the cleaning liquid. Can be granted. Therefore, it is possible to reliably improve the cleaning power of the substrate surface.
[0031]
According to the substrate cleaning apparatus of the third aspect of the invention, the tip of the nozzle is provided in the external region of the vibration surface. That is, in the surface facing the substrate, the tip of the nozzle is located away from the vibration surface. In this case, the structure of the vibration surface can be simplified as compared with the case where the tip end portion of the nozzle is surrounded by the vibration surface.
[0032]
Thus, when the tip of the nozzle is provided in the external region of the vibration surface, for example, the distance from the tip of the nozzle to the rotation axis of the substrate as in the substrate cleaning apparatus according to the invention according to claim 4, It may be set smaller than the distance from at least a part of the vibration surface to the rotation axis of the substrate. That is, at least a part of the vibration surface is disposed at a position farther from the rotation axis of the substrate than the tip of the nozzle. In this way, the cleaning liquid supplied from the tip of the nozzle is guided in a direction having a vibration surface by the centrifugal force generated by the rotation of the substrate, so that ultrasonic vibration can be reliably applied to the cleaning liquid. Therefore, it is possible to reliably improve the cleaning power of the substrate surface.
[0033]
Here, “at least a part of the vibration surface” means, for example, a portion of the vibration surface that is closest to the outer peripheral portion of the substrate, that is, a portion of the vibration surface that is farthest from the rotation axis of the substrate. Good. For example, when this portion is arranged at a position farther from the rotation axis of the substrate than the tip of the nozzle, the cleaning liquid supplied from the tip of the nozzle surely passes through the vibration surface by the action of centrifugal force. become.
[0034]
Further, for example, as in the substrate cleaning apparatus of the invention according to claim 5, the tip of the nozzle may be arranged upstream of at least a part of the vibration surface with respect to the rotation direction of the substrate. That is, at least a part of the vibration surface is disposed downstream of the tip of the nozzle with respect to the rotation direction of the substrate. In this way, since the cleaning liquid supplied from the tip of the nozzle is guided in a direction with the vibration surface by the rotational force due to the rotation of the substrate, it is possible to reliably apply ultrasonic vibration to the cleaning liquid. Therefore, it is possible to reliably improve the cleaning power of the substrate surface.
[0035]
Here, “at least a part of the vibration surface” may be, for example, the most downstream portion of the vibration surface with respect to the rotation direction of the substrate. For example, when this portion is disposed downstream of the nozzle tip with respect to the rotation direction of the substrate, the cleaning liquid supplied from the nozzle tip surely passes through the vibration surface by the action of the rotational force. become.
[0037]
  the aboveThe interval setting means is, for example, a claim6As in the substrate cleaning apparatus according to the invention, the interval between the portions where the substrate and the substrate facing surface are closest to each other (hereinafter referred to as the closest interval) may be set to 3 mm or less. Here, a normal cleaning liquid used for cleaning the substrate surface forms a liquid film having a thickness of approximately 3 mm or more on the substrate surface due to the surface tension. Therefore, in the gap space, the gap space is surely filled with the cleaning liquid in the portion where the substrate facing distance is 3 mm or less. Therefore, the ultrasonic vibration energy transmitted to the cleaning liquid can be sufficiently maintained, and the cleaning power of the substrate surface can be further improved.
[0038]
  Or claims7As in the substrate cleaning apparatus according to the invention, the interval setting means adjusts the flow rate or pressure of the cleaning liquid supplied from the nozzle while applying a force toward the substrate surface to the ultrasonic cleaning member. You may set a space | interval. That is, the substrate facing interval is adjusted by balancing the force for pressing the ultrasonic cleaning member toward the substrate surface and the repulsive force due to the supply flow rate or pressure of the cleaning liquid to the gap space.
[0039]
In this case, the substrate facing distance can be easily and precisely adjusted only by adjusting the supply flow rate or pressure of the cleaning liquid. Furthermore, when the substrate facing interval becomes large and an air layer or bubbles try to enter the cleaning liquid in the gap space, the force from the applying means acts to automatically return the substrate facing interval to a decreasing direction. When the substrate facing distance becomes smaller and the substrate facing surface of the ultrasonic cleaning member tries to contact the substrate surface, the flow rate or pressure of the cleaning liquid adjusted by the cleaning liquid adjusting means acts and the substrate facing distance is automatically set. Return in the direction of increasing. Therefore, in either case, the substrate facing distance can be automatically adjusted to the optimum distance.
[0040]
The applying means may be, for example, an elastic body such as an elastic spring, bellows or rubber for applying an elastic force to the ultrasonic cleaning member in the direction toward the substrate surface, or at a predetermined air pressure. It may be a cylinder having a pressurized cylinder chamber. The cleaning liquid adjusting means may be, for example, a flow rate adjusting valve or a pressure adjusting valve interposed in a pipe connected to a nozzle that supplies the cleaning liquid.
[0042]
  The substrate facing surface of the ultrasonic cleaning memberIsIt is formed in an area that is sufficiently large and includes the rotation axis and outer periphery of the substrate.May.
[0044]
  Claim9According to the substrate cleaning apparatus of the invention, the cleaning liquid is supplied from the auxiliary cleaning liquid supply means toward the vicinity of the rotation axis of the substrate surface separately from the ultrasonic cleaning member. Here, when the ultrasonic cleaning member is moved by the moving means and is positioned near the peripheral edge of the substrate, the vicinity of the rotation axis of the substrate is separated from the ultrasonic cleaning member due to the action of centrifugal force applied to the cleaning liquid. The supply of the cleaning liquid has not been reached, and the part is dried. However, this claim9According to the substrate cleaning apparatus of the invention, since the cleaning liquid is supplied to the vicinity of the rotation axis of the substrate and drying of the portion is prevented, it is possible to prevent particles such as dust and slurry from adhering to the substrate surface.
[0045]
  Further, the auxiliary liquid supply means may simply eject only the cleaning liquid, or may be a nozzle that supplies the cleaning liquid to which ultrasonic waves are applied. The cleaning liquid supplied from the auxiliary liquid supply means is preferably the same type as the cleaning liquid supplied from the ultrasonic cleaning member because of the problem of concentration management of the cleaning liquid. However, by supplying a different type of cleaning liquid from the cleaning liquid supplied from the ultrasonic cleaning member, it is possible to obtain a cleaning effect different from that of the cleaning liquid supplied from the ultrasonic cleaning member..
[0046]
  Claim10According to the substrate cleaning method of the invention, a nozzle having a tip portion in the substrate facing surface between the surface of the substrate rotated about a rotation axis perpendicular to the substrate and the substrate facing surface facing the substrate surface. Supplies the cleaning liquid, and the vibration surface provided in the surface facing the substrate imparts ultrasonic vibration to the cleaning liquid, so that the substrate surface is ultrasonically cleaned. For this reason, the substrate processing method which has an effect similar to the invention described in claim 1 can be provided.
[0047]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a substrate cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention for solving the above technical problem will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a main part of a substrate cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention. The substrate cleaning apparatus scrubs both surfaces of the wafer after the CMP process to remove relatively large particles, and then scrubs and ultrasonically cleans the upper surface Wa (thin film forming surface) of the wafer W. An apparatus for removing relatively fine particles. Further, the wafer is carried out or carried into the substrate cleaning apparatus by transferring the wafer having a hand (H indicated by a two-dot chain line in FIG. 1) that holds the lower surface Wb (the surface opposite to the thin film forming surface) of the wafer W by suction. It is appropriately performed by a robot or the like.
[0048]
The substrate cleaning apparatus includes a wafer rotating mechanism 10 that rotates a wafer W in a rotation direction F about a rotation axis R, an ultrasonic cleaning mechanism 20 for ultrasonic cleaning the wafer upper surface Wa, and a scrub cleaning of the wafer upper surface Wa. And an auxiliary liquid supply mechanism 40 that supplies a cleaning liquid toward the vicinity of a point O (wafer center O) where the wafer upper surface Wa intersects with the rotation axis R of the wafer.
[0049]
The wafer rotation mechanism 10 is provided at the upper end portion of the spin shaft 11 which is rotated in the direction of the rotation direction F when a rotational driving force is transmitted from a rotational drive source (not shown), and the lower surface Wb of the wafer is the upper surface. The spin chuck 12 is held by suction through a plurality of suction holes. With these configurations, the wafer rotation mechanism 10 can rotate the wafer W in the rotation direction F about the rotation axis R of the wafer perpendicular to the wafer W while adsorbing and holding the lower surface Wb of the wafer. It has become.
[0050]
  Also,The ultrasonic cleaning mechanism 20 includes a substrate facing surface WF provided so as to face the wafer upper surface Wa, and a nozzle for supplying a cleaning liquid such as pure water with a tip portion disposed in the substrate facing surface WF (see FIG. 2 described later). N), and a vibration surface (VF in FIG. 2 described later) that is provided in the substrate facing surface WF and applies ultrasonic vibrations to the cleaning liquid supplied from the nozzle, and the substrate facing surface WF and the wafer upper surface An ultrasonic cleaning head 21 for applying ultrasonic vibration to the cleaning liquid supplied between Wa, an oscillating arm 22 holding the ultrasonic cleaning head 21 at one end, and the oscillating arm 22 as an arm. A swing drive source 24 such as a motor that rotates (swings) around a shaft 23 within a predetermined angle range, and a lift drive source 25 such as a motor that moves the ultrasonic cleaning head 21 and the swing arm 22 up and down. Consists of
[0051]
A swing transmission mechanism 24 t that transmits the rotational driving force from the swing drive source 24 to the swing arm 22 is provided between the swing arm 22 and the swing drive source 24. For example, the swing transmission mechanism 24t includes a pair of pulleys attached to the output shaft of the motor as the swing drive source 24 and the arm shaft 23, and a belt stretched between the pair of pulleys. Belt and pulley mechanism. Accordingly, when the output shaft of the motor as the swing drive source 24 is rotated, the arm shaft 23 is rotated and the swing arm 23 is rotated.
[0052]
Further, between the swing arm 22 and the lift drive source 25, a lift transmission mechanism 25t that converts the rotational drive force from the lift drive source 25 into a vertical drive force and transmits it to the swing arm 22 is provided. ing. For example, the lift transmission mechanism 25t linearly connects a ball screw shaft rotatably connected to an output shaft of a motor as the lift drive source 25 and a structure from the swing arm 22 to the swing drive source 24. A ball screw mechanism or the like is provided that includes a mover that is movably held and is screwed onto a ball screw shaft. As a result, if the output shaft of the motor as the lifting drive source 25 is rotated, the ball screw shaft rotates and the mover moves up and down, and the structure from the swing arm 23 to the swing drive source 24 is changed. Go up and down.
[0053]
With these configurations, the ultrasonic cleaning mechanism 20 can reciprocate the ultrasonic cleaning head 21 (more precisely, the central portion of the substrate facing surface WF) along the paths A1 and A3 by the swing drive source 24. It can be moved up and down along the paths A2 and A4 by the lifting drive source 25. That is, the ultrasonic cleaning mechanism 20 routes the ultrasonic cleaning head 21 while maintaining a state in which the distance between the wafer upper surface Wa and the substrate facing surface WF (hereinafter referred to as the substrate facing distance D) is the first distance D1. After horizontally moving on A1 in the direction away from the rotation axis R of the wafer, the path A2 is raised, and then the substrate facing distance D is a second distance D2 larger than the first distance D1. While maintaining the horizontal movement on the path A2 in a direction approaching the rotation axis R of the wafer, the movement on the path A4 is lowered.
[0054]
The brush cleaning mechanism 30 includes a brush part 31 having a sponge brush for scrub cleaning the wafer upper surface Wa, a swing arm 32 that rotatably holds the brush part 31 at one end, and the swing arm 32. Oscillating drive source 34 such as a motor that rotates (swings) within a predetermined angle range around arm shaft 33, and elevating drive source 35 such as a motor that elevates brush unit 31 and oscillating arm 32 in the vertical direction. It is made up of. The brush portion 31 is rotated by a rotation drive source such as a motor (not shown) provided in the swing arm 32. A swing transmission mechanism 34t having a structure similar to that of the ultrasonic cleaning mechanism 20 and a lift are provided between the swing arm 32 and the swing drive source 34 and between the swing arm 32 and the lift drive source 35. A transmission mechanism 35t is provided.
[0055]
With these configurations, similarly to the ultrasonic cleaning mechanism 20, the brush cleaning mechanism 30 can horizontally move the brush portion 31 along the wafer upper surface Wa by the swing drive source 24, and the elevation drive source 25. Can be moved up and down. The movements of the brush unit 31 and the ultrasonic cleaning head 21 are controlled so that they do not interfere near the center O of the wafer.
[0056]
Further, the auxiliary liquid supply mechanism 40 includes an auxiliary liquid supply nozzle 41 that supplies the cleaning liquid toward the vicinity of the center O of the wafer upper surface Wa, an auxiliary liquid pipe 42 that supplies the cleaning liquid to the auxiliary liquid supply nozzle 41, and the auxiliary liquid supply nozzle 42. It consists of a cleaning liquid supply source 43 to which a liquid pipe 42 is connected. A valve 44 for starting / stopping the supply of the auxiliary liquid from the auxiliary liquid supply nozzle 41 is interposed in the middle of the auxiliary liquid pipe 42.
[0057]
The cleaning liquid from the auxiliary liquid supply mechanism 40 is supplied to the center O of the wafer at least while the ultrasonic cleaning head 21 having the nozzle is not positioned near the center O of the wafer. . For this reason, the entire area of the wafer upper surface Wa is always supplied with the cleaning liquid. However, in order to further prevent the wafer upper surface Wa from being dried, the cleaning liquid is always supplied from the auxiliary liquid supply nozzle 41 to the wafer upper surface Wa while the wafer W is held on the spin chuck 12. Is preferred.
[0058]
Next, the cleaning processing operation by the substrate cleaning apparatus having the above configuration will be briefly described. First, in a state where the ultrasonic cleaning head 21 is positioned at the upper end of the path A2, a wafer W whose both surfaces have been cleaned in advance is carried into the substrate cleaning apparatus by a hand H of a wafer transfer robot (not shown), and the spin chuck 12 It is placed on the upper surface of and held by suction. The cleaning liquid is supplied from the liquid supply nozzle 41 of the auxiliary liquid supply mechanism 40 toward the vicinity of the center O of the wafer almost simultaneously with the adsorption and holding of the wafer W by the spin chuck 12. Next, the spin chuck 12 holding the wafer W by suction is rotated at a high speed by a rotation drive source (not shown), and the wafer W is rotated in the direction of the rotation direction F around the rotation axis R (substrate rotation process).
[0059]
The swing arm 22 is rotated by the swing drive source 24 and the ultrasonic cleaning head 21 of the ultrasonic cleaning mechanism 20 is moved above the center O of the wafer along the path A3. A cleaning liquid is supplied from the nozzle of the sonic cleaning mechanism 20 (cleaning liquid supply step).
[0060]
  Next, the swing arm 22 is lowered along the path A4 by the lifting drive source 25, and the ultrasonic cleaning head 21 is brought close to the wafer upper surface Wa near the center O of the wafer. Thereafter, as described above, the ultrasonic cleaning head 21 is moved and moved up and down in order of the paths A1, A2, A3, and A4, and ultrasonic cleaning is performed (ultrasonic cleaning process)., Ultrasonic cleaning member moving process, interval setting process). Note that scrub cleaning by the brush cleaning mechanism 20 is performed simultaneously with or before or after the ultrasonic cleaning step.
[0061]
Then, the rotation of the wafer W by the wafer rotation mechanism 10 is stopped, and the supply of the cleaning liquid from the ultrasonic cleaning mechanism 20 is stopped. Finally, immediately after the supply of the cleaning liquid from the auxiliary liquid supply mechanism 40 is stopped, the wafer W is unloaded from the substrate cleaning apparatus by the hand H ′ of the wafer transfer robot (not shown), and this substrate processing for one wafer W is performed. The cleaning process in the apparatus ends. Thereafter, the wafer is washed and dried by the next washing / drying apparatus, and finally finished, and is accommodated in a cassette capable of accommodating a plurality of wafers W.
[0062]
Next, the ultrasonic cleaning head 21 of the ultrasonic cleaning mechanism 20 which is a characteristic part of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view of the configuration of the ultrasonic cleaning head 21 as seen from the side of the apparatus. The ultrasonic cleaning head 21 has, for example, a main body portion 211 made of a fluororesin such as Teflon tetrafluoride (polytetrafluoroethylene), and a vibration surface VF in a substrate facing surface WF corresponding to the bottom surface of the main body portion 211. A donut-shaped diaphragm 212 in a plan view and a donut-shaped vibrator 213 in a plan view that is affixed to the upper surface of the diaphragm 212 and receives a pulse from the ultrasonic oscillator 214 to ultrasonically vibrate the diaphragm 212. The above-mentioned nozzle N has a front end NS in the substrate facing surface WF, and is inserted substantially through the center of the main body 211.
[0063]
The main body 211 is fixed to the lower surface of one end of the swing arm 22 by a bolt or the like, and the nozzle N inserted through the main body 211 is connected to the nozzle pipe NH passing through the swing arm 22. The auxiliary liquid pipe 42 of the auxiliary liquid supply mechanism 40 is connected to a cleaning liquid supply source 43 to which the auxiliary liquid pipe 42 is connected. Further, a valve NV for starting / stopping the supply of the cleaning liquid from the nozzle N is interposed in the middle of the nozzle pipe NH.
[0064]
With the above configuration, when the valve NV is opened and the cleaning liquid is supplied from the nozzle N, and the ultrasonic cleaning head 21 is brought close to the position where the substrate facing distance D becomes the first distance D1, A cleaning liquid is filled in a space (gap space K) sandwiched between the substrate facing surfaces WF. Then, ultrasonic vibration from the vibration plate 212 is applied to the cleaning liquid filled in the gap space K, and ultrasonic cleaning of the wafer upper surface Wa is performed.
[0065]
Here, since the cleaning liquid filled in the gap space K does not come into contact with the atmosphere in the gap space K, air such as bubbles is not mixed therein. Therefore, since this cleaning liquid efficiently transmits ultrasonic vibration energy when ultrasonic vibration is applied, fine particles on the substrate surface can be sufficiently removed, and the cleaning power of the substrate surface can be improved.
[0066]
And the 1st space | interval D1 should just be a space | interval with which the gap | interval space K is fully filled with a washing | cleaning liquid, and is normally set to about 3 mm or less, Preferably about 1-2 mm. In this embodiment, the substrate facing distance D is set by the lifting drive source 25. As shown in the explanation of FIG. 1 above, the substrate facing distance D is set by the lifting drive source 25. Is set to two intervals, a first interval D1 and a second interval D2.
[0067]
FIG. 3 is a plan view showing the relationship between the wafer W and the substrate facing surface WF, the vibration surface VF, and the nozzle tip NS of the ultrasonic cleaning head 21. As described above, when the swing arm 22 is rotated about the arm shaft 23 by the predetermined angle α in the state where the substrate facing distance D is the first distance D1, the substrate facing surface WF becomes the wafer facing surface. The ultrasonic cleaning head 21 is moved on the path A1 from the position WF1 intersecting the rotation axis R to the outer position WF2 of the wafer W. Further, the passing region of the substrate facing surface WF of the ultrasonic cleaning head 21 includes from the center O of the wafer to the outer periphery of the wafer W.
[0068]
Therefore, when the wafer W is rotated by 360 degrees or more in the direction of the rotation direction F, the passing area of the substrate facing surface WF covers the entire wafer upper surface Wa, and the entire wafer upper surface Wa can be ultrasonically cleaned. It becomes. This effect can be achieved if the ultrasonic cleaning head 21 is moved at least between the position WF1 and the position WF3 where the substrate facing surface WF intersects the outer periphery of the wafer W.
[0069]
Next, the behavior of the cleaning liquid on the wafer upper surface Wa will be described. First, the cleaning liquid on the wafer upper surface Wa is given a centrifugal force in the direction away from the rotation axis R of the wafer and a rotation force in the direction of the rotation direction F of the wafer W by the rotation of the wafer W. For this reason, the cleaning liquid supplied to the wafer upper surface Wa tends to flow in the direction away from the rotation axis R of the wafer and the direction of the rotation direction F.
[0070]
Here, when the relationship between the supply flow rate of the cleaning liquid and the rotation speed of the wafer W is appropriate, for example, when the supply flow rate is high and the rotation speed of the wafer W is low, the cleaning liquid film is formed thick. However, when the supply flow rate is small and the rotation speed of the wafer W is high, a thin film of the cleaning liquid is formed, and the cleaning liquid is in the gap space K. It is not satisfied, and it is biased in the direction away from the rotation axis R of the wafer and in the direction of the rotation direction F. However, in this embodiment, the periphery of the nozzle tip NS is surrounded by the vibration surface VF, that is, the nozzle tip NS is provided in the inner region of the vibration surface VF. Regardless of the direction in which the cleaning liquid is biased, ultrasonic vibrations can be sufficiently applied to the cleaning liquid.
[0071]
However, when the tip end NS of the nozzle has to be provided in the external region of the vibration surface VF due to the structure of the ultrasonic cleaning head 21, the structure shown in FIGS. The other ultrasonic cleaning head 121 may be used. FIG. 4 is a cross-sectional view of the configuration of the ultrasonic cleaning head 121 as seen from the side of the apparatus. FIG. 5 is a plan view showing the relationship between the wafer W and the substrate facing surface WF, the vibration surface VF, and the nozzle tip NS of the ultrasonic cleaning head 121. 4 and 5, the detailed description of the same parts as those in FIGS. 2 and 3 is omitted, and the same reference numerals as those in FIGS. 2 and 3 are used. Show.
[0072]
In this ultrasonic cleaning head 121, the tip end NS of the nozzle is located at a position away from the circular diaphragm 212 in plan view. That is, the nozzle tip NS is disposed in an external region of the vibration surface VF. The portion VFa of the vibration surface VF that is closest to the outer peripheral portion of the wafer W is disposed at a position further away from the rotation axis R of the wafer with respect to the tip portion NS of the nozzle. The distance from the tip NS to the rotation axis R of the wafer is smaller than the distance from the portion VFa of the vibration surface VF closest to the outer periphery of the wafer W to the rotation axis R of the wafer. In this way, since the cleaning liquid supplied from the nozzle tip NS is guided in the direction of the vibration surface VF by the centrifugal force generated by the rotation of the wafer W, ultrasonic vibration can be reliably applied to the cleaning liquid.
[0073]
In addition, the nozzle tip NS is disposed upstream of the most downstream portion VFb of the vibration surface VF with respect to the rotation direction F of the wafer W with respect to the rotation direction F of the wafer W. In this way, the cleaning liquid supplied from the nozzle tip NS is guided in the direction of the vibration surface VF by the rotational force caused by the rotation of the wafer W, so that ultrasonic vibration can be reliably applied to the cleaning liquid.
[0074]
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above-described embodiment, the substrate facing interval D is set to the first interval D1 by the elevating drive source 25 as the interval setting means, but the interval setting different from the elevating drive source 25 is set. The substrate facing distance D (D1) may be further finely adjusted by the means. That is, the substrate facing distance D is roughly set in the vicinity of the first distance D1 by the lifting drive source 25, and the substrate facing distance D is precisely set to the first distance D1 by another distance setting means. Good.
[0075]
This will be described with reference to FIG. In FIG. 6, an elastic force applying mechanism 50 that is provided above the ultrasonic cleaning head 21 and applies an elastic force toward the wafer upper surface Wa to the ultrasonic cleaning head 21, and a nozzle pipe connected to the nozzle N And a cleaning liquid adjusting mechanism 60 for adjusting the supply flow rate and the supply pressure of the cleaning liquid.
[0076]
The elastic force imparting mechanism 50 includes a cylindrical shaft 51 through which the ultrasonic cleaning head 21 is fixed with a bolt or the like at the lower end and the swing arm 22 is inserted, and the shaft 51 provided in the swing arm 22 in the vertical direction. A pair of bearings 52, 52 that are movably held only on the shaft, and an elastic resin provided around the shaft 51 between the oscillating arm 22 and the ultrasonic cleaning head 21, for example, Teflon tetrafluoride (poly and a bellows 53 made of a fluororesin such as tetrafluoroethylene).
[0077]
  In addition, a disc-shaped retaining portion 51 a for preventing the shaft 51 from falling downward is formed at the upper end portion of the shaft 51. Further, the bearings 52 and 52 hold the shaft 51 so that the shaft 51 does not rotate around the shaft 51. In addition, BellowThe53 acts in the same way as a compression spring, and applies an elastic force toward the wafer upper surface Wa in a direction in which the swing arm 22 and the ultrasonic cleaning head 21 are separated from each other, that is, the ultrasonic cleaning head 21. Yes.
[0078]
The cleaning liquid adjusting mechanism 60 is interposed in the middle of the nozzle pipe NH connected to the nozzle and adjusts the flow rate of the cleaning liquid flowing through the nozzle pipe NH, and in the middle of the nozzle pipe NH. The pressure adjusting valve 62 is arranged to adjust the pressure of the cleaning liquid that is interposed and flows through the nozzle pipe NH. In the cleaning liquid adjusting mechanism 60, both the flow rate adjusting valve 61 and the pressure adjusting valve 62 are not necessarily provided, and at least one of them may be provided.
[0079]
According to the interval setting means (the elastic force applying mechanism 50 and the cleaning liquid adjusting mechanism 60) configured as described above, the cleaning liquid is applied to the ultrasonic cleaning head 21 by the elastic force applying mechanism 50 while applying an elastic force toward the wafer upper surface Wa. The flow rate or pressure of the cleaning liquid can be adjusted by the adjusting mechanism 60. Then, by balancing the force to press the ultrasonic cleaning head 21 toward the wafer upper surface Wa and the repulsive force due to the supply flow rate or pressure of the cleaning liquid to the gap space K, the substrate facing distance D (D1) Can be set precisely.
[0080]
Furthermore, when the substrate facing distance D (D1) is increased due to an external factor, and an air layer or bubbles try to enter the cleaning liquid in the gap space K, the force from the elastic force applying mechanism 50 acts, and the automatic When the substrate facing distance D (D1) is reduced, and the substrate facing distance D (D1) is decreased, the substrate facing surface WF of the ultrasonic cleaning head 21 attempts to contact the wafer upper surface Wa. The flow rate pressure of the cleaning liquid adjusted by the cleaning liquid adjusting mechanism 60 acts to automatically return to the direction in which the substrate facing distance D (D1) increases. Therefore, in either case, the substrate facing distance D (D1) can be automatically adjusted to the optimum distance.
[0081]
Here, the bellows 53 of the elastic force applying mechanism 50 can be replaced with an elastic body such as a coil spring or rubber. Further, for example, air having an appropriate pressure may be supplied to the space KB in the bellows 53 to use the inside of the bellows 53 as a cylinder chamber and apply a force toward the ultrasonic cleaning head 21 toward the wafer upper surface Wa. In this case, the bellows 53 may not have sufficient elastic force, and the air pressure in the space KB in the bellows 53 mainly applies a force to the ultrasonic cleaning head 21.
[0082]
  AlsoThe figureAs shown in FIG. 7, the substrate facing surface WF of the ultrasonic cleaning head 221 is formed to have a size including from the center O of the wafer to the outer peripheral portion of the wafer W.Configuration may be adopted.
[0083]
  In the ultrasonic cleaning head 221 of FIG. 7, a plurality of nozzle tips NS and a plurality of vibration surfaces VF are arranged along the longitudinal direction of the rectangular substrate facing surface WF. In addition, the tip portion NS of each nozzle is arranged on the upstream side of the vibration surface VF with respect to the rotation direction F of the wafer W. With these configurationsTheUltrasonic cleaning can be performed on the entire upper surface Wa of the wafer.
[0084]
CWhen the wafer W is loaded or unloaded by the hand H before or after the cleaning process of the wafer W, it is preferable to retract the ultrasonic cleaning head 221 from the wafer W in order to avoid interference with the hand H. For example, the ultrasonic cleaning head 221 that can rotate the ultrasonic cleaning head 221 around the point OS is used to move the ultrasonic cleaning head to a position indicated by a two-dot chain line in FIG. 7 during loading and unloading of the wafer W. 221 may be moved.
[0085]
In the above-described embodiment, the ultrasonic cleaning head 21 is reciprocated (oscillated) so as to draw an arc along the wafer upper surface Wa by the oscillation drive source 24 and the oscillation transmission mechanism 24t. The ultrasonic cleaning head 21 may be moved linearly along the wafer upper surface Wa. For example, instead of the swing transmission mechanism 24t, a ball screw mechanism or the like as described for the elevation transmission mechanism 25t is used, and the ultrasonic cleaning head is moved away from and toward the wafer rotation axis R along the wafer upper surface Wa. 21 may be reciprocated linearly (oscillated).
[0086]
Next, in the above-described embodiment, the shape of the tip portion NS of the nozzle provided in the ultrasonic cleaning head 21 is substantially circular, but may be any shape, for example, formed long in a predetermined direction. It may be a slit shape. In particular, in the ultrasonic cleaning head 221 that does not move along the wafer upper surface Wa as shown in FIG. 7, the slit-shaped tip NS formed long in the direction away from the rotation axis R of the wafer is the cleaning liquid. Is effective in that it can be supplied in a wide range.
[0087]
In the above-described embodiment, the shape of the vibration plate 212 (vibration surface VF) provided in the ultrasonic cleaning head 21 is substantially circular. However, the shape is not limited to this, and may be rectangular or the like. . However, since the ultrasonic vibration from the vibrator 213 is most efficiently applied to the diaphragm 212, the diaphragm 212 is preferably circular.
[0088]
In the above-described embodiment, the substrate facing surface WF is a flat surface facing the wafer upper surface Wa substantially in parallel. However, the present invention is not limited to this, and the substrate facing surface WF may be a flat surface inclined to the wafer upper surface Wa. Alternatively, it may be a curved surface protruding or recessed with respect to the wafer upper surface Wa. Further, a convex portion or a concave portion may be provided on the surface of the substrate facing surface WF.
[0089]
In the above-described embodiment, pure water is used as the cleaning liquid. However, any liquid that can clean the substrate may be used, for example, hydrofluoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid, ammonia, or these. A chemical solution such as an aqueous hydrogen peroxide solution may be used.
[0090]
In the above-described embodiment, the main body 211 and the bellows 53 of the ultrasonic cleaning head 21 are made of fluororesin. However, the material is resistant to the cleaning liquid and has sufficient mechanical strength. Anything is fine. For example, when the cleaning liquid is pure water, a material such as a resin such as vinyl chloride or acrylic, or a metal such as stainless steel or aluminum may be used. Further, when the cleaning liquid is a chemical liquid, a resin such as a fluororesin or vinyl chloride is mainly applied although it varies depending on the type of the chemical liquid.
[0091]
In the embodiment described above, the wafer rotating mechanism 10 is configured to rotate the wafer W while holding the wafer W by the spin chuck 12 that holds the lower surface Wb of the wafer by suction. Alternatively, a pin holding type spin chuck that rotates about the rotation axis R of the wafer while holding pins at the end face may be used.
[0092]
Alternatively, the wafer rotation mechanism 10 may be a kind of at least three roller pins that rotate around an axis parallel to the rotation axis R of the wafer while abutting the end face of the peripheral edge of the wafer W. The wafer rotation mechanism 10 using the roller pins is particularly effective when ultrasonic cleaning is performed on both surfaces of the wafer W. If the ultrasonic cleaning head 21 is disposed at a position sandwiching the wafer W, the wafer both surfaces (Wa and Wb). ) Can be satisfactorily ultrasonically cleaned. In this case, the ultrasonic cleaning head 21 for cleaning the wafer lower surface Wb has its substrate facing surface WF facing upward. In such a case, for example, the outer periphery of the substrate facing surface WF is disposed on the substrate facing surface. If it is surrounded by a weir member protruding from the surface WF, a predetermined amount of cleaning liquid is temporarily held inside the weir member on the substrate facing surface WF. For this reason, the cleaning liquid can be easily filled in the gap space K, and sufficient ultrasonic vibration can be applied to the cleaning liquid.
[0093]
Further, in the above-described embodiment, the case where the wafer W after the CMP process is cleaned has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be widely used for cleaning the wafer W. Can also be applied.
[0094]
Further, in the above-described embodiment, the case of cleaning the semiconductor wafer W has been described. However, the present invention is for a glass substrate for a liquid crystal display device, a PDP (plasma display panel) substrate, or a magnetic disk. The present invention can be widely applied to cleaning various other substrates such as glass substrates and ceramic substrates. In addition to the circular substrate of the above-described embodiment, the present invention can also be applied to a square or rectangular square substrate.
[0095]
In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.
[0096]
【The invention's effect】
  As described above in detail, according to the substrate cleaning apparatus of the first aspect of the invention, the cleaning liquid is filled in the gap space, and the ultrasonic vibration energy is efficiently transmitted when the ultrasonic vibration is applied. Therefore, there is an effect that fine particles on the substrate surface can be sufficiently removed and the cleaning power of the substrate surface can be improved. In addition, the cleaning liquid in the gap space smoothly flows out of the gap space without staying in the gap space due to the rotation of the substrate, so that the replacement efficiency of the cleaning liquid in the gap space is improved and the ultrasonic wave is always fresh. Since the cleaning liquid to which vibration is applied is in contact with the substrate surface, the cleaning power of the substrate surface can be further improved.
Further, if the interval setting means sets the substrate facing interval to an appropriate interval, there is an effect that the cleaning liquid can be filled in the gap space.
Furthermore, even if the substrate facing surface of the ultrasonic cleaning member is relatively small, the substrate facing surface can be moved along the substrate surface, so that ultrasonic cleaning can be performed over a wide area of the substrate surface. There is an effect.
Also, since the flow of the cleaning liquid becomes smooth, there is little stagnation of the cleaning liquid, and particles on the substrate surface can be efficiently swept out of the substrate, and the replacement efficiency of the cleaning liquid is improved. There is an effect that it can be further improved.
[0097]
According to the substrate cleaning apparatus of the second aspect of the invention, the ultrasonic vibration can be reliably applied to the cleaning liquid regardless of the direction in which the cleaning liquid flows from the tip of the nozzle, so that the cleaning power of the substrate surface is reliably improved. There is an effect that can be.
[0098]
According to the substrate cleaning apparatus of the third aspect of the present invention, there is an effect that the structure of the vibration surface can be simplified as compared with the case where the tip portion of the nozzle is surrounded by the vibration surface.
[0099]
According to the substrate cleaning apparatus of the fourth aspect of the invention, the cleaning liquid supplied from the tip of the nozzle is guided in a certain direction of the vibration surface by the centrifugal force due to the rotation of the substrate, so that ultrasonic vibration is surely given to the cleaning liquid. Therefore, the cleaning power of the substrate surface can be reliably improved.
[0100]
According to the substrate cleaning apparatus of the fifth aspect of the invention, the cleaning liquid supplied from the tip of the nozzle is guided in the direction of the downstream vibration surface by the rotational force due to the rotation of the substrate. The sound wave vibration can be applied, and thus the cleaning power of the substrate surface can be surely improved.
[0102]
  Claim6According to the substrate cleaning apparatus of the invention, in the gap space, the gap space is surely filled with the cleaning liquid in the portion where the substrate facing distance is 3 mm or less, so that the cleaning power of the substrate surface can be further improved. There is an effect.
[0103]
  Claim7According to the substrate cleaning apparatus of the present invention, it is possible to easily and precisely adjust the substrate facing interval only by adjusting the supply flow rate or pressure of the cleaning liquid, and further, it is possible to automatically adjust the substrate facing interval to the optimum interval. Play.
[0105]
  Claim8With the substrate cleaning apparatus according to the invention, even if the substrate facing surface of the ultrasonic cleaning member is relatively small, the substrate facing surface is within a range that intersects both the rotation axis of the substrate and the outer periphery of the substrate. Since the sonic cleaning member is moved, the ultrasonic cleaning can be performed over the entire area of the substrate surface.
[0107]
  Claim9According to the substrate cleaning apparatus of the invention, since the cleaning liquid is supplied to the vicinity of the rotation axis of the substrate and the portion is prevented from being dried, it is possible to prevent particles such as dust and slurry from sticking to the substrate surface. Play.
[0108]
  Claim10According to the substrate cleaning method of the present invention, there is an effect that it is possible to provide a substrate processing method that exhibits the same effect as the invention described in claim 1.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a main part of a substrate cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view seen from the side of the apparatus, schematically showing the configuration of the ultrasonic cleaning head of the substrate cleaning apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing the relationship between the wafer and the substrate facing surface, the vibration surface, and the tip of the nozzle of the ultrasonic cleaning head of the substrate cleaning apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view seen from the side of the apparatus, schematically showing the configuration of another ultrasonic cleaning head according to the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing a relationship between a wafer and a substrate facing surface, a vibration surface, and a tip of a nozzle of another ultrasonic cleaning head according to the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view seen from the side of the apparatus, schematically showing the configuration of the elastic force applying mechanism and the cleaning liquid adjusting mechanism according to the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing a relationship between a wafer and a substrate facing surface, a vibration surface, and a tip of a nozzle of still another ultrasonic cleaning head according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Wafer rotation mechanism (substrate rotation means)
11 Spin axis
12 Spin chuck
20 Ultrasonic cleaning mechanism
21 Ultrasonic cleaning head (ultrasonic cleaning member)
211 Body
212 Diaphragm
213 vibrator
214 Ultrasonic oscillator
22 Swing arm
23 Arm shaft
24 Swing drive source (part of moving means)
24t swing transmission mechanism (part of moving means)
25 Lift drive source (part of interval setting means)
25t lift transmission mechanism (part of interval setting means)
30 Brush cleaning mechanism
40 Auxiliary liquid supply mechanism (auxiliary cleaning liquid supply means)
41 Auxiliary liquid supply nozzle
42 Auxiliary liquid piping
43 Cleaning liquid supply source
44 Valve
50 Elastic force application mechanism (applying means, part of interval setting means)
51 axis
51a Retaining part
52 Bearing
53 Bellows
60 Cleaning liquid adjustment mechanism (part of cleaning liquid adjustment means and interval setting means)
61 Flow control valve
62 Pressure regulating valve
A1, A2, A3, A4 Path of substrate facing surface
D Substrate facing distance
D1 first interval
D2 second interval
F Wafer rotation direction (substrate rotation direction)
K gap space
N nozzle
NS Nozzle tip
NH nozzle piping
NV valve
O Wafer center
R Wafer rotation axis (substrate rotation axis)
VF vibrating surface
VFa The portion of the vibration surface closest to the outer periphery of the wafer (at least part of the vibration surface)
VFb The most downstream portion of the vibration surface with respect to the rotation direction of the wafer (at least part of the vibration surface)
W Wafer (Substrate)
Wa Wafer top surface
Wb Wafer bottom surface
WF substrate facing surface
WF1 Position where the substrate facing surface intersects the rotation axis of the wafer (position where the substrate facing surface intersects the rotation axis of the substrate)
WF2 Wafer outward position
WF3 Position where the substrate facing surface intersects the outer periphery of the wafer (position where the substrate facing surface intersects the outer periphery of the substrate)

Claims (10)

基板に垂直な回転軸を中心として所定の回転方向に基板を回転させる基板回転手段と、
この基板回転手段によって回転される基板表面に対向可能に設けられた基板対向面、この基板対向面内に先端部が配置されて基板と基板対向面との間に洗浄液を供給するノズル、および、基板対向面内に設けられてノズルから基板と基板対向面との間に供給された洗浄液に超音波振動を付与する振動面を有する超音波洗浄部材と、
上記基板対向面と基板表面との間隔を所定の間隔に設定可能な間隔設定手段と、
上記基板回転手段によって回転される基板表面に沿って上記超音波洗浄部材を移動させる移動手段とを備え、
上記移動手段が基板の回転軸から離れる方向に超音波洗浄部材を移動させる場合には、上記間隔設定手段は基板対向面と基板表面との間隔を第１の間隔に設定し、逆に、上記移動手段が基板の回転軸に近づく方向に超音波洗浄部材を移動させる場合には、上記間隔設定手段は基板対向面と基板表面との間隔を上記第１の間隔よりも大きい第２の間隔に設定することを特徴とする基板洗浄装置。Substrate rotating means for rotating the substrate in a predetermined rotation direction about a rotation axis perpendicular to the substrate;
A substrate facing surface provided so as to face the substrate surface rotated by the substrate rotating means, a nozzle having a tip disposed in the substrate facing surface and supplying a cleaning liquid between the substrate and the substrate facing surface; and An ultrasonic cleaning member having a vibration surface provided in the substrate facing surface and imparting ultrasonic vibration to the cleaning liquid supplied between the substrate and the substrate facing surface from the nozzle;
An interval setting means capable of setting an interval between the substrate facing surface and the substrate surface to a predetermined interval;
Moving means for moving the ultrasonic cleaning member along the substrate surface rotated by the substrate rotating means ,
When the moving unit moves the ultrasonic cleaning member in a direction away from the rotation axis of the substrate, the interval setting unit sets the interval between the substrate facing surface and the substrate surface to the first interval, and conversely, When the moving means moves the ultrasonic cleaning member in a direction approaching the rotation axis of the substrate, the interval setting means sets the interval between the substrate facing surface and the substrate surface to a second interval larger than the first interval. setting a substrate cleaning apparatus which is characterized that you. 上記ノズルの先端部は、振動面の内部領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。  The substrate cleaning apparatus according to claim 1, wherein a tip portion of the nozzle is provided in an inner region of the vibration surface. 上記ノズルの先端部は、振動面の外部領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。  The substrate cleaning apparatus according to claim 1, wherein a tip portion of the nozzle is provided in an external region of the vibration surface. ノズルの先端部から基板の回転軸までの距離は、振動面の少なくとも一部から基板の回転軸までの距離よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の基板洗浄装置。  The substrate cleaning apparatus according to claim 3, wherein a distance from the tip of the nozzle to the rotation axis of the substrate is smaller than a distance from at least a part of the vibration surface to the rotation axis of the substrate. ノズルの先端部は、基板の回転方向に関して、振動面の少なくとも一部よりも上流側に配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の基板洗浄装置。  5. The substrate cleaning apparatus according to claim 3, wherein the tip of the nozzle is disposed upstream of at least a part of the vibration surface in the rotation direction of the substrate. 上記間隔設定手段は、基板と基板対向面とが最も近接している部分の間隔を３ｍｍ以下に設定可能であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板洗浄装置。It said interval setting means, the substrate cleaning apparatus according to any one of claims 1, characterized in that the substrate and the substrate-facing surface can be set apart of the portion closest to the 3mm below 5. 上記間隔設定手段は、超音波洗浄部材に対して基板表面に向かう力を付与する付与手段と、上記ノズルから供給される洗浄液の流量または圧力を調整する洗浄液調整手段と、を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の基板洗浄装置。The interval setting unit includes an applying unit that applies a force toward the substrate surface to the ultrasonic cleaning member, and a cleaning liquid adjusting unit that adjusts a flow rate or a pressure of the cleaning liquid supplied from the nozzle. The substrate cleaning apparatus according to claim 1 . 上記移動手段は、少なくとも、上記基板対向面が基板の回転軸と交差する位置と、上記基板対向面が基板の外周と交差する位置との間で、上記超音波洗浄部材を移動させるものであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の基板洗浄装置。The moving means moves the ultrasonic cleaning member at least between a position where the substrate facing surface intersects the rotation axis of the substrate and a position where the substrate facing surface intersects the outer periphery of the substrate. The substrate cleaning apparatus according to claim 1, wherein 上記超音波洗浄部材とは別に備えられ、基板表面の回転軸近傍部に向けて洗浄液を供給する補助洗浄液供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の基板洗浄装置。The above ultrasonic cleaning member provided separately from the substrate cleaning according to any one of claims 1, characterized by further comprising an auxiliary cleaning liquid supply means for supplying the cleaning liquid toward the rotary shaft vicinity of the substrate surface 8 apparatus. 基板に垂直な回転軸を中心として基板を回転させる基板回転工程と、
この基板回転工程で回転させられている基板表面とこの基板表面に対向する基板対向面との間に、基板対向面内に先端部を有するノズルが洗浄液を供給する洗浄液供給工程と、
この洗浄液供給工程で供給された洗浄液に対して、基板対向面内に設けられた振動面を有する超音波洗浄部材から超音波振動を付与することで、基板表面を超音波洗浄する超音波洗浄工程と、
上記基板回転工程で回転させられている基板表面に沿って上記超音波洗浄部材を移動さ せる超音波洗浄部材移動工程と、
上記超音波洗浄部材移動工程で基板の回転軸から離れる方向に超音波洗浄部材を移動させる場合には、上記基板対向面と基板表面との間隔を第１の間隔に設定し、逆に、上記超音波洗浄部材移動工程で基板の回転軸に近づく方向に超音波洗浄部材を移動させる場合には、上記基板対向面と基板表面との間隔を上記第１の間隔よりも大きい第２の間隔に設定する間隔設定工程と、
を備えることを特徴とする基板洗浄方法。A substrate rotation step of rotating the substrate about a rotation axis perpendicular to the substrate;
A cleaning liquid supply step in which a nozzle having a tip portion in the substrate facing surface supplies a cleaning liquid between the substrate surface rotated in the substrate rotating step and the substrate facing surface facing the substrate surface;
An ultrasonic cleaning process for ultrasonically cleaning the substrate surface by applying ultrasonic vibration to the cleaning liquid supplied in the cleaning liquid supply process from an ultrasonic cleaning member having a vibration surface provided in the substrate facing surface. When,
An ultrasonic cleaning member moving step of moving the ultrasonic cleaning member along the substrate surface rotated in the substrate rotating step ;
When moving the ultrasonic cleaning member in a direction away from the rotation axis of the substrate in the ultrasonic cleaning member moving step, the interval between the substrate facing surface and the substrate surface is set to a first interval, and conversely, When the ultrasonic cleaning member is moved in a direction approaching the rotation axis of the substrate in the ultrasonic cleaning member moving step, the interval between the substrate facing surface and the substrate surface is set to a second interval larger than the first interval. An interval setting process to be set;
A substrate cleaning method comprising:
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