JP3772056B2

JP3772056B2 - 半導体基板の洗浄方法

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Publication number: JP3772056B2
Application number: JP24617699A
Authority: JP
Inventors: 寛冨田; 基之佐藤; 壮一灘原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: US6431185B1; JP2000188273A; US6673163B2; US20020170572A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体基板の洗浄方法に関するものであり、特に微小のパーティクルを十分に除去することの可能な、枚葉式の半導体基板の洗浄方法、特に、洗浄対象物の平面部と窪み部を同時に洗浄する、従来の接触洗浄（Ｐｅｎ）と非接触洗浄（ＣＪ）とを組み合わせた新しい洗浄方法（キャビジェット複合ペン洗浄方法：以下「Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄方法」）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の加工寸法がサブミクロン単位の微細なものになるに従い、半導体装置の製造に用いる半導体基板の表面に附着したパーティクルは極微小なものでも不良の原因となり、徹底した除去を可能とする工程管理が求められている。また、同様に表面に附着した金属等の不純物は極微量のものでも電気特性不良の原因となり、同様に徹底した除去が求められている。
【０００３】
このため、近年表面パーティクルを効果的に除去する方法としてメガヘルツ帯の超音波を印加した高圧純水で洗浄することで非常に清浄度の高い表面を得る方法が開発され、このような方法を用いた装置開発も進んでいる。
【０００４】
このような方法を用いた装置としては枚葉式の洗浄装置が知られている。ところが、これらの枚葉洗浄装置に備えられている各種洗浄ノズル（例えばウォータージェットノズル、キャビテーションジェットノズル、メガソニック付きウォータージェットノズルなど）を用いた洗浄においては、１）高圧水が半導体基板表面に噴射・照射されたとき、２）高周波（メガソニック）を印加したときに、水蒸気のミストが気相中に舞い上がる問題がある。このミストは半導体基板の洗浄後のスピン乾燥工程において逆吸着し、基板上にウォーターマークとして残存したり、さらには気相中のゴミに付着してそれが基板上にパーティクルとして逆吸着することがある。尚、ここで述べている高圧水とは、メガソニック付きウォータージェットノズルの場合は数Ｋｇｆ／ｃｍ^２程度、ウォータージェットノズル、キャビテーションジェットノズルの場合は数１０Ｋｇｆ／ｃｍ^２ないし数１００Ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の圧力を有するものである。
【０００５】
そこで、このようなミストの発生を防止する対策として、半導体基板外周部に排気口を設けて強制排気する方式の半導体基板洗浄装置が知られている。
【０００６】
以下に図３４を用いて、従来の半導体基板洗浄装置の概要を説明する。
【０００７】
図３４は、従来の枚葉式の半導体基板洗浄装置に半導体基板を載置したときの要部の概略見取図である。図中、１は上下面が密閉され、ほぼ円筒状に形成された半導体基板洗浄装置のチャンバーであり、その底部ほぼ中央を貫通して、軸状の基板ホルダー２がチャンバー１底面と気密に、かつ、回転摺動可能に載置されている。その基板ホルダー２は、チャンバー１外部の一端で図示しない回転機構に接続されており、高速で回転可能となっている。また、その基板ホルダー２のチャンバー１内部の他端には、基板固定冶具６が接続されている。その基板固定冶具６には半導体基板２０がほぼ水平に固定され、その半導体基板２０は基板ホルダー２の回転によって回転可能になっている。また、半導体基板２０表面上部にわずかに離間して、高圧水ジェットのノズル４の先端４Ａが、高圧水ジェットを噴出可能に載置されている。このノズル４は先端４Ａ近くをノズルフレーム５によって支持固定されている。
【０００８】
一方、軸状のノズル支持アーム３が、チャンバー１の上面周辺部近くで気密を保持した状態でチャンバー上面を貫通して摺動可能に載置されており、その上端にはチャンバー１外部で図示しない回転機構が接続され、一定角度範囲で回転摺動可能となっている。また、ノズル支持アーム３の下部はチャンバー１内でチャンバー中心部方向に向かってＬ字状に形成され、そのＬ字状に形成された端部に上記のノズルフレーム５が固定されている。
【０００９】
このような構成を取る事により、ノズル支持アーム３を一定角度回転することにより、ノズルフレーム５を半導体基板２０の直径方向全体に走査することができ、さらに基板ホルダー２を回転させることで半導体基板２０の全面をノズル先端４Ａと近接させることが可能となる。
【００１０】
また、ノズル４は高圧水の供給管を兼ねており、細いステンレスチューブないしテフロンチューブ等の柔軟な管で形成され、ノズル支持アーム３の回転に十分追随可能な長さ的余裕を持って、チャンバー１の上部からチャンバー１外部に気密を保持した状態で導出されている。そのチャンバー１外部の一端は図示しない高圧水供給部に接続され、高圧水が連続して供給可能とされている。
【００１１】
また、チャンバー１の上面ほぼ中央にはガス供給口１０が形成されており、窒素等の不活性ガスを供給することができる。一方、チャンバー１の半導体基板２０の載置部より下部に、外部の図示しない排気装置に接続された排気口１１が形成されており、上記のガス供給口１０から供給された不活性ガスを排気することができる。このような構成を取り、半導体基板２０表面に高圧水を噴出して洗浄する際に不活性ガスを流すことにより、不活性ガスとともに高圧水から発生するミストを排気口１１に効率的に導くことができ、また、高圧水も効果的に排水することができる。
【００１２】
次にこの装置を用いて半導体基板表面を洗浄する方法について説明する。
【００１３】
上記した装置に、ノズル先端４Ａに近接して半導体基板２０を載置する（図３４）。
【００１４】
次に、基板ホルダー２、ノズル支持アーム３をそれぞれ所望の角度で回転し、ガス供給口１０から窒素ガスを供給し、排気口１１から、排気することによりチャンバー１内にガス流を作り、高圧水をノズル先端４Ａから噴出させることにより半導体基板２０表面を洗浄する。
【００１５】
ここで、高圧水に例えば１．６ＭＨｚ程度の高周波を印加しておくことにより、高圧水の噴出時に高周波が半導体基板２０表面に伝播し、その周波数に応じて半導体基板２０表面に附着した微細なダストが振動励起されて浮き上がり、高圧水によって除去される。これにより、清浄な半導体基板２０表面がえられる。このときにチャンバー１内には多量のミストが発生するが、チャンバー１内には上記のガス流が形成されているため、発生したミストはガス流とともに排気口１１に排出される。
【００１６】
この後、高圧水の供給を止め、基板ホルダー２の回転のみを行うことによりスピン乾燥により半導体基板２０を乾燥させることができる。
【００１７】
つぎに、従来の洗浄方法について述べる。
６４ＭＤＲＡＭ以降、デバイスプロセスに平坦化プロセスのために多用されるようになったChemical Mechanical Polishing（ＣＭＰ）装置によって行われる洗浄方法は、Ｄｒｙ in/outのコンセプト（半導体基板をドライ状態でＣＭＰ装置内に搬入し、平坦化工程・洗浄工程終了後、ドライ状態でＣＭＰ装置から搬出する）にもとづいて平坦化（研磨）工程と洗浄工程とから構成されている。
【００１８】
ＣＭＰの主目的であるウエハーの平坦化工程では、スラリと呼ばれる研磨粒子と化学薬品が用いられており、研磨粒子はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリカ（ＳｉＯ₂）、セリア（ＣｅＯ₂）などが使われている。ＣＭＰの対象となる膜としては、酸化膜、ポリシリコン膜、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などがある。洗浄工程はその平坦化工程で用いた研磨粒子を除去することが主目的である。
【００１９】
本件発明者はＣＭＰ後のウエハー表面に残留した研磨粒子を効果的に除去するＣＭＰポストクリーニングの方法も検討した。なお、本明細書で述べるＣＭＰポストクリーニングとは、平坦化工程が終了し、濡れたままのウエハーをスピンドライ乾燥させるまでに行う洗浄のことを指しており、具体的にはロールスポンジ洗浄（Ｒ／Ｓ）やペンシルスポンジ洗浄（Ｐｅｎ）、超音波洗浄（ＭＪ）、キャビティション・ジェット洗浄（Cavitation jet：ＣＪ）などがある。現在のＣＭＰポストクリーニング方法としては、Ｒ／Ｓ洗浄とＰｅｎ洗浄を連続して行う二段洗浄や、Ｒ／Ｓ洗浄、Ｐｅｎ洗浄、ＭＪ洗浄を連続して行う三段洗浄が主流となっている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
まずはじめに、上述の従来の半導体基板洗浄装置の問題点を述べる。
即ち、
（１）ノズル先端４Ａから噴出した高圧水は半導体基板２０表面で多量のミストを発生し、その大半は排気口１１より排出されるが、チャンバー１内に浮遊するものも多く、それらの浮遊ミストが再度半導体基板２０表面に附着する。それらのミストには気相中のダストが吸着して含まれている場合があり、附着後にミストの水分が蒸発すると、半導体基板２０表面にダストが残留して固着してしまい、除去が困難になる。また、ダストが含まれていないミストが半導体基板２０表面に吸着し、水分が蒸発した場合でも、いわゆるウォーターマークとしてミストの痕跡が残存する場合がある。
【００２１】
（２）上記のようにミストの一部がチャンバー内に浮遊しているため、それがチャンバー内壁に附着することが多い。この内壁は通常塩ビ等の樹脂製であるが、半導体基板の洗浄に酸、アルカリを含有する洗浄液を用いると、チャンバー内壁で酸（例えば塩酸）とアルカリ（例えばアンモニア水溶液）が反応して塩化アンモニウムなどの塩が形成され、壁面に附着してパーティクル源となる恐れがある。これらの洗浄液は純水よりも強力な洗浄力を有するが、上記の問題のためこれらは使用できない。
【００２２】
上記の問題を解決する方法として、例えば：
ａ）半導体基板２０の外周端部にガードリング型のカップを載置して、特にミスト発生の多い半導体基板外周端部からの発生ミストが舞い上がらないようにする方法。
ｂ）半導体基板上にその半導体基板とほぼ同形状の円盤を用意し、その円盤の中心から薬液を入れ、円盤とウェハー間を薬液で満たして洗浄することで、ミスト発生を抑える方法、
などが提案されている。しかしながら、上記のａ）では、ウェハーの周辺からのミストは防止できるが、ウェハー上で発生するミストに対しては全く効果が無い。また、ｂ）ではミストの発生自体を抑制できるが、超音波を印加するという、ウォータージェットとしての本来の効果が得られないなどの問題がある。
【００２３】
つぎに、従来の洗浄方法についての問題について述べる。
図３５は、ＣＭＰの平坦化工程後に、研磨されたウエハー表面に研磨粒子が残留する様子を示す。図３５（Ａ）はデッシング、図３５（Ｂ）はスクラッチ、図３５（Ｃ）は合わせマーカの断面であり、６１は残留する研磨粒子、６２はウエハー表面上に形成された膜のうち凹部に残存する部分、６３はウエハーである。研磨されたウエハー表面にはパターンの形状、ＣＭＰ条件によっては上記のデッシングやスクラッチなどの窪みが生じ、そこに研磨粒子が陥没する。また、これら以外の顕著な窪みの例として、Ｗ−ＣＭＰではPフォトリソグラフィ工程に用いる合わせマーク（図３５（Ｃ））の窪みに研磨粒子が詰まるなどの問題があり、これらの残留粒子を除去する必要がある。
【００２４】
これら残留粒子を除去する方法には、物理的な力で粒子を除去するものと、化学的な力で粒子を除去するものがあり、物理的な力で粒子を除去する方法には、接触によるものと非接触によるものがある。
【００２５】
物理的な力で粒子を除去する方法の中でも、接触洗浄（例えば、Ｒ／Ｓ＋Ｐｅｎの二段洗浄）では窪みの中に陥没した研磨粒子に直接接触できないため、上記のようなデッシング、スクラッチ、合わせマークの内部に残留する研磨粒子を除去することが非常に困難である。
【００２６】
また、ＭＪやＣＪなどの非接触型の物理洗浄を行うことによって粒子を除去する検討がなされているが、ＭＪ洗浄においては超音波の周波数、出力等のハード条件と粒子除去率の関係が、洗浄に用いる超純水の溶存ガス濃度で変化するなどの問題があり、ＭＪ洗浄を使いこなしていない。一方、ＣＪ洗浄では、高圧水の吹き出しおよびウエハーへの垂直照射によって洗浄薬液ミストが発生し、乾燥時にウォーターマークの逆汚染を引き起こす等の問題がある。
【００２７】
また、一般的にＭＪやＣＪなどの非接触型の物理洗浄評価には窪みの無い平面のウエハー上に吸着した粒子を用いた洗浄能力評価が主であり、規格化された窪み（凹部）中に存在する粒子の除去と言う意味では殆ど検討がなされていない。
【００２８】
本発明は、従来の接触洗浄（Ｐｅｎ）と非接触洗浄（ＣＪ）の両方の利点を有する、新しい洗浄方法（キャビジェット複合ペン洗浄方法、以下「Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄方法」）を開発して、平面部と窪み部を同時に洗浄できるＣＭＰポストクリーニング方法を提供する。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る半導体基板の洗浄方法は、
半導体基板洗浄装置の基板ホルダー部に半導体基板を載置する工程と、
前記半導体基板を回転させる工程と、
前記回転している半導体基板の被洗浄面に向けて高圧洗浄液を噴出しつつ、高周波を印加する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００３０】
上記方法において、前記印加される高周波は、少なくとも４００ｋＨｚの高周波を含むことが望ましく、また、８００ｋＨｚ以下の周波数帯において連続する周波数成分を有することも望ましい。このように構成することにより、付着する粒子径が多様な場合にもこれら粒子を有効に排除することが可能となる。
【００３１】
また、上記方法において、前記高圧洗浄液は、前記半導体基板上に移動可能に設けられた洗浄液ノズルから前記被洗浄面に向けて噴出され、かつ前記洗浄液ノズルの内径は０．３ｍｍ以上とし、前記被洗浄面から前記洗浄液ノズル先端までの間隔（高圧水吹き出し位置）は、７ｍｍ以上とすることが望ましい。また、基板回転数は１０ｒｐｍ以上の回転速度、好ましくは１０００ｒｐｍ以上の回転速度とすることが望ましい。さらに、前記高圧洗浄液に印加される圧力は３０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上とすることが望ましい。このように構成することにより、高周波を発生するためのキャビティーが効率的に形成され洗浄効果を高めることができる。
【００３２】
また、前記連続する周波数成分を有する高周波は、開口端と該開口端に連接する中空部を有するペンシルスポンジと、該中空部にノズル先端が突出するように設けられた洗浄ノズルとからなる、一つの高周波発生装置によって発生されても良い。このようにすることにより、複数の高周波発生装置を設けなくとも、多様な周波数成分を有する高周波を同時に被洗浄面に印加することが可能となる。
【００３３】
また、前記洗浄方法において、前記被洗浄面の電位と該被洗浄面に付着する粒子のゼータ電位（固体と液体の界面を横切るように存在する電気的ポテンシャル：界面動電位）が同種の電位となるように、洗浄液のｐＨを選択することが望ましい。また、洗浄液のｐHを選択するだけでなく、界面活性剤（カチオン系、アニオン系）を用いてこれらのゼータ電位を制御しても良い。このように構成することにより、前記被洗浄面と該被洗浄面に付着する粒子のゼータ電位差による斥力によって、粒子を被洗浄面から離間させ、あるいは再付着することを防止でき、その結果、洗浄効果を高めることが可能となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態（以下実施形態と略記する）について詳細に説明する。
【００４３】
（第一の実施形態）
以下に図１を参照して、本発明の第一の実施形態にかかる半導体基板洗浄装置を詳細に説明する。
【００４４】
図１は、本発明の第一の実施形態に係る枚葉式の半導体基板洗浄装置に半導体基板を載置したときの要部の概略見取図である。図中、１は上下面が密閉され、ほぼ円筒状に形成された塩ビ製の半導体基板洗浄装置のチャンバーであり、その底部ほぼ中央を貫通して、軸状の塩ビ製の基板ホルダー２がチャンバー１底面と気密に、かつ、回転摺動可能に載置されている。その基板ホルダー２は、チャンバー１外部の一端で図示しない回転機構に接続されており、高速で回転可能となっている。また、その基板ホルダー２のチャンバー１内部の他端には、基板ホルダー２下部からの操作により半導体基板を着脱可能に形成された基板固定冶具６が接続されている。その基板固定冶具６には半導体基板２０が表面（デバイス形成面）を上にしてほぼ水平に固定され、その半導体基板２０は基板ホルダー２の回転によって回転可能になっている。
【００４５】
この半導体基板２０は、チャンバー１側面に接続された図示しないロードロックチャンバーから搬入することにより、チャンバー１内の雰囲気を破らずに搬入載置可能であり、また、搬出可能である。
【００４６】
また、半導体基板２０表面から上部にわずかに離間して、細いステンレスチューブ、テフロンチューブないし窒化珪素からなるチューブで形成された高圧水ジェットのノズル４の先端４Ａが、高圧水ジェットを噴出可能に載置されている。このノズル４は先端４Ａ近くを塩ビ製のノズルフレーム５によって支持固定されている。更に、このノズルフレーム５の下部側周には、下部中央部から突き出したノズル４を覆うようにテフロン製で円錐状の傘型覆い５Ａが取り付けられており、ノズル４から噴出した高圧水により発生するミストの飛散を防止できるようになっている。
【００４７】
一方、塩ビコーティングされた軸状のノズル支持アーム３が、チャンバー１の上面周辺部近くで気密を保持した状態でチャンバー上面を貫通して摺動可能に載置されており、その上端にはチャンバー１外部で図示しない回転機構が接続され、一定角度範囲で回転摺動可能となっている。また、ノズル支持アーム３の下部はチャンバー１内でチャンバー中心部方向に向かってＬ字状に形成され、そのＬ字状に形成された端部に上記のノズルフレーム５が固定されている。
【００４８】
このような構成を取る事により、ノズルフレーム５はノズル支持アーム３に安定的に固定され、また、ノズル支持アーム３を一定角度回転することにより、ノズルフレーム５を半導体基板２０の直径方向全体に走査することができ、さらに基板ホルダー２を回転させることで半導体基板２０の全面をノズル先端４Ａと近接させることが可能となる。
【００４９】
また、細いステンレスチューブ、テフロンチューブまたは窒化珪素からなるチューブ等の管で形成されたノズル４は高圧水の供給管を兼ねており、ノズル支持アーム３の回転に十分追随可能な長さ的余裕を持って、チャンバー１上部からチャンバー１外部に気密を保持した状態で導出されている。そのチャンバー１外部の一端は図示しない高圧水供給部に接続され、高圧水が連続して供給可能とされている。
【００５０】
また、チャンバー１の上面ほぼ中央にはガス供給口１０が形成されており、窒素等の不活性ガスを供給することができる。一方、チャンバー１の半導体基板２０の載置部より下部に、外部に載置された図示しない排気装置に接続された排気口１１が形成されており、上記のガス供給口１０から供給された不活性ガスを排気することができる。このような構成を取り、半導体基板２０表面に高圧水を噴出して洗浄する際に不活性ガスを流すことにより、不活性ガスとともに高圧水から発生するミストを排気口１１に効率的に導くことができ、また、高圧水も効果的に排水することができる。
【００５１】
次にこの装置を用いて半導体基板表面を洗浄する方法について説明する。
上記した装置のノズル先端４Ａに近接した位置に、図示しないロードロックチャンバーから半導体基板２０を導入して載置する（図１）。次に、基板ホルダー２を例えば１００ないし１０００ｒｐｍの回転数で、またノズル支持アーム３を１０ないし５０ｍｍ／ｓｅｃ程度の摺動速度で動かし、ガス供給口１０から窒素ガスを１０ｓｌｍ程度供給し、排気口１１から、排気することによりガス流を作り、さらに高圧水をノズル先端４Ａから例えば１ないし１０ｓｃｃｍ程度噴出させることにより半導体基板２０表面を洗浄する。
【００５２】
ここで、高圧水に１．６ＭＨｚ程度の高周波を印加しておくことにより、高圧水の噴出時に高周波が半導体基板２０表面に伝播し、その周波数に応じて半導体基板２０表面に附着した微細なダストが振動励起されて浮き上がり、高圧水によって除去される。これにより、清浄な半導体基板２０表面がえられる。
【００５３】
ところで、この高圧水噴出時にノズル先端４Ａから高圧水がジェット水流となって噴出し、半導体基板２０に照射されて反射され、大量の水蒸気ミストが発生する。
【００５４】
本実施形態では、この水蒸気ミストは傘型覆い５Ａ内側のテフロンの疎水性表面にぶつかり、エネルギーを失ってそのまま水滴を形成し、半導体基板２０表面に落ちる。従って、水蒸気ミストの状態で半導体基板２０表面に附着することがない。
【００５５】
図２に、傘型覆い５Ａ近傍の拡大見取図を示す。ここで、Ａは傘型覆い５Ａの下端部から半導体基板２０表面までの距離、Ｂは傘型覆い５Ａ下端部の開口長、Ｃはノズル先端４Ａから半導体基板２０表面までの距離をそれぞれ示している。
【００５６】
図３に傘型覆い５Ａの下端から半導体基板２０表面までの距離Ａをノズル高さとし、そのノズル高さを５ｍｍ及び１ｍｍとした場合の、半導体基板洗浄時の高圧水の圧力（一次高圧水圧力）を横軸にとり、洗浄、乾燥後の８インチ半導体基板上の附着ダスト数（ウェハー当たりパーティクル数）を縦軸にとったときの関係を示す。ここで、傘型覆い５Ａ下端部の開口長Ｂは１００ｍｍ、また、ノズル先端４Ａから半導体基板２０表面までの距離Ｃは１０ｍｍとした。
【００５７】
図３より、ノズル高さを１ｍｍに設定した場合には、１００ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の高圧水であってもウェハー当たりパーティクル数（ミストの逆吸着による）は５個程度以下と低く抑えられるが、ノズル高さを５ｍｍとした場合は５０ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の高圧水でもウェハー当たりパーティクル数は１０個程度とノズル高さを１ｍｍに設定した場合と比較して多くなることが判った。
【００５８】
次に、図４に傘型覆い５Ａ下端部の開口長Ｂ（ノズル幅Ｂ）を２０ｍｍから１００ｍｍまで変化させ、半導体基板２０に照射する高圧水の圧力を５０ｋｇｆ／ｃｍ^２、１００ｋｇｆ／ｃｍ^２としたときの洗浄・乾燥後のウェハー当たりパーティクル数の関係を示した。尚、ここで、ノズル高さＡは１ｍｍである。この図から明らかなように、高圧水の圧力によって違いはあるが、ノズル幅８０ｍｍ以上であればウェハー当たりパーティクル数は安定して少ないものの、ノズル幅４０ｍｍ以下になるとウェハー当たりパーティクル数は非常に多くなることが判った。
【００５９】
次に本実施形態の係る半導体基板洗浄装置の変形例につき図面を用いて説明する。
【００６０】
図５は本実施形態の変形例の断面概略見取図である。ここで、上述の第一の実施形態と同一部分には同一符号を付し説明を省略する。
【００６１】
本変形例では、上述の第一の実施形態の傘型覆い５Ａに変えて、テフロン製のスポンジ固定冶具５Ｂがノズルフレーム下端に取り付けられている。そして、スポンジ固定冶具５Ｂ内部にはノズル先端４Ａの周辺を取り囲むようにドーナッツ状に形成されたテフロン製、またはポリビニル系樹脂製のペンシルスポンジ５Ｃがその底面が半導体基板２０表面に接するように固定されている。
【００６２】
上記の変形例による装置を用いて基板洗浄を行えば、ペンシルスポンジ５Ｃを半導体基板２０表面に接触させながら洗浄することにより、スポンジ固定冶具５Ｂの外部にミストが飛散することは更に少ない。
【００６３】
また、ペンシルスポンジ５Ｃを半導体基板２０表面に接触させているため、スポンジ固定冶具５Ｂと半導体基板２０との間隔はペンシルスポンジ５Ｃが半導体基板２０表面に接触する位置からスポンジ固定冶具５Ｂが半導体基板２０に接触する直前まで許容され、許容範囲が広い。
【００６４】
ここでペンシルスポンジ５Ｃは、図２２に示したノズル先端部の要部の断面図のように円筒型に形成してもよい。尚、ここで図５と同一の部分については同一の符号を付し説明を省略する。このような形態を取る事により、ペンシルスポンジ５Ｃが半導体基板２０表面と密接ないし、接触する面積が増加し、ペンシルスポンジ５Ｃ先端と半導体基板２０表面との間に多少の空隙が生じても、スポンジ固定冶具５Ｂの外部にミストが飛散することは更に少ない。
【００６５】
このような形状とすることで、スポンジ固定冶具５Ｂの外部にミストが飛散する可能性を更に少なくすることができる。
【００６６】
また、ペンシルスポンジ５Ｃの材質はポリビニル系樹脂に限ることはない。
【００６７】
（第二の実施形態）
つぎに、本発明の第二の実施形態に係る、例えば上記ペンシルスポンジ５Ｃを用いた洗浄方法について詳細に説明する。
【００６８】
本発明に係るＣａｖｉｐｅｎ洗浄方法を、従来のＰｅｎによる洗浄方法、ＣＪによる洗浄方法、ＭＪによる洗浄方法とを比較する実験、およびＣａｖｉｐｅｎ洗浄方法に影響を与える各種パラメータをしらべる実験を以下の要領で行った。
【００６９】
１）実験装置
洗浄実験装置として、Ｒ／Ｓモジュールが２台、Ｐｅｎ（Ｃａｖｉｐｅｎ共用）、ＭＪ、ＣＪの各モジュールを各１台ずつもちいた。各モジュールは、基本的に図３４に示すような基板洗浄装置と同様の構造であり、洗浄方法の種類に応じてノズルの構造が異なる。
【００７０】
これらモジュールに用いた、Ｐｅｎ、ＣＪ、Ｃａｖｉｐｅｎ、ＭＪの各ノズルの概略断面図をそれぞれ図６（Ａ）乃至（Ｄ）に示す。図６において、１２はノズル治具、１３は柱状PVA製ペンシルスポンジ、１４は低圧水ノズル、１５は高圧水ノズル、５Ｃは中空部を有するPVA製ペンシルスポンジ、１６は該ペンシルスポンジの中空部、１７は高周波生成用振動子、１８はテフロン製ノズル先端部である。
【００７１】
Ｐｅｎにおいては、ペンシルスポンジ１３を回転させながら洗浄面上を走査することによって、接触洗浄を行う。
【００７２】
ＣＪにおいては、高圧水ノズル１５に高圧水（１０〜１１０ｋｇｆ／ｃｍ²）が供給され、低圧水ノズル１４には低圧水（１〜２ｋｇｆ／ｃｍ²）が同時に供給され、洗浄面に向けて射出される。射出された高圧水と低圧水の界面で多数のキャビティー（Ｃａｖｉｔｙ：空洞）が形成される。ＣａｖｉｐｅｎではＰｅｎに用いるPVA製スポンジに、内径５〜８ｍｍの中空部１６を有するスポンジをペンシルスポンジ５Ｃを用いている。その中に、高圧水を出す（高圧水）ノズル４だけが取り付けてある。ペンシルスポンジ５Ｃの中空部１６内に溜まる薬液中に高圧水が吹き出されることでキャビティーが発生する。
【００７３】
なお、高圧水を吹き出す高圧水ノズル１５およびノズル４にはパラメーターとして、ノズル径（Ｄ＝０．３，０．４ｍｍ）、ウエハーからの高さ（Ｌ＝３，５，７，９，１１ｍｍ）がある。
【００７４】
ＭＪにおいては、周波数２００ｋＨｚ，４００ｋＨｚ，７００ｋＨｚ，１ＭＨｚ，１．５ＭＨｚを用いた。
【００７５】
２）試料：
ウエハー（半導体基板）は８インチベアーＳｉウエハーを平面ウエハーとしてリファレンス（比較用基準）に用いた。該ウエハーには、８インチＳｉウエハーにＲＩＥでＬ／Ｓの溝を形成したものを用いた（以下「凹形状ウエハー」という）。トレンチ深さは５０００Åで最小Ｌ／Ｓは１μｍ／３μｍである。その凹形状ＳｉウエハーにＬＰ−ＣＶＤでＴＥＯＳ，Ｐｏｌｙ−Ｓｉ，ＳｉＮ膜をそれぞれ２００〜２０００Åの厚さで成膜した。
【００７６】
粒子については洗浄評価に用いた粒子は高純度アルミナ（平均粒径０．７ミクロン：アドマテックス社製）を超純水に撹拌させたものを標準粒子液として用いた。
【００７７】
３）洗浄評価手順
評価装置はベアＳｉウエハーに対してはＳＰ１又はＳＦＳ６２００，凹形状ウエハーにはＡＩＴ−８０００（全てＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）を、それぞれパーティクルカウンタとして用いた。各ウエハーのイニシャルのパーティクル（Ｄｅｆｅｃｔ）量を欠陥検査装置で測定した。その後、ウエハー上に粒子を塗布させるために、Ｒ／Ｓモジュールにて１００ｒｐｍでウエハーを回転させたまま保持し、固定ノズルから超純水を照射してウエハー表面を濡れ性に保った後、標準粒子液を約３ｃｃウエハー表面のみに垂らし、純水ロールスクラブ洗浄を２０秒行った。その後、ウエハーを乾燥させる場合にはＭＪモジュールにてスピン乾燥させた。これをドライサンプルと呼ぶ。一方、ウエハーを乾燥させずに、ウエット状態でウエハーに吸着している粒子の洗浄評価を行う場合にはそのまま、各洗浄モジュールにウエハーを搬送させて、洗浄評価を行った。これをウエットサンプルと呼ぶ。ドライサンプルは標準粒子の吸着初期値をＳＰ１，ＳＦＳ６２００とＡＩＴで測定後、各洗浄モジュールで洗浄評価を行った。ドライサンプル及びウエットサンプルは各モジュールで洗浄後、ＳＰ１，ＳＦＳ６２００とＡＩＴで最終粒子残留値を計測した。また、洗浄評価に用いた薬液は室温の希アンモニア水とし、主の洗浄条件として水素イオン濃度（ｐＨ）を１０とした。また、希釈効果（ｐＨ依存度）を調べる実験ではｐＨ７〜１０を範囲に選んだ。
【００７８】
４）周波数特性評価方法
Ｃａｖｉｐｅｎで発生するキャビティーの周波数特性評価をＭＪ（１．５ＭＨｚ）をリファレンスとして行った。ウエハーと同じ径のＳＵＳ製円盤に直径５ｍｍの穴を開け、直径５ｍｍの音圧センサー（東陽テクニカ製）を円盤裏面側から挿入し、円盤表面とセンサー表面を一致させた。このセンサー直上にＭＪ、Ｃａｖｉｐｅｎを設置し、洗浄条件にてノズルを揺動させずにセンサー上に照射した。デジタルアナライザーにて周波数特性解析を行った。
【００７９】
［実験結果］
最初に、評価の基準となるＭＪパーティクル洗浄評価結果を示す。（周波数依存性評価：全てドライサンプル）
図７は、ベアーＳｉウエハーでの異なる周波数を印加した場合の洗浄効果（除去率：％）を示す。洗浄条件はウエハー回転数１００ｒｐｍ、ノズルスキャン速度５ｍｍ／ｓｅｃ、スキャン回数３回、ノズル照射角度４０〜４５度とした。一般に粒子の洗浄効果は超音波の出力を増加させると向上するため、単純に周波数のみの比較検討を行うため、この除去評価に用いた各周波数の出力は各周波数ピークの振幅電圧を２７０ｍＶとし、１．５ＭＨｚのみを３７０ｍＶとした。この結果、０．２〜１０ミクロン程度までの凝集粒子を含んだ粒子全体において、その洗浄効果に周波数依存性があるのが分かり、特に２００〜７００ｋＨｚのような、数百ｋＨｚオーダーの周波数がＭＨｚに比べて高い洗浄効果を示すことが分かった。
【００８０】
また、図８に、ベアーＳｉウエハーでのウエハーセンター位置にノズルを固定した際の同一照射部位（直径４０ｍｍの円）における２００，４００，５００，７００ｋＨｚでの洗浄時間依存性を示した（洗浄後の残留粒子数／４０ｍｍの円）。各周波数共に照射時間が増すと洗浄効果が上昇（残留アルミナ粒子数が減少）する。
【００８１】
しかしながら、同じ２０秒間照射で異なる周波数を印加して洗浄した場合、それぞれの洗浄速度を比較すると、４００〜７００ｋＨｚの周波数帯が顕著に速いことも判明した。
【００８２】
次に、凹形状ウエハーに関する洗浄効果の基準を示すものとして、表面の膜としてＳｉＮ膜を上述のような凹形状ウエハー上に成膜した試料について、ＭＪによる印加周波数を変えた場合のアルミナ粒子の洗浄効果の変化を試験した。該試験結果による印加周波数と除去率の関係を図９に示す。洗浄前後の粒子残存状況をＡＩＴ−８０００を用いて調べた結果、この凹形状ウエハーでも、４００ｋＨｚ近傍が最も高い洗浄効果を有していることが分かった。
【００８３】
一般に超音波を用いた粒子除去メカニズムは、超音波の加速度エネルギー、直進流エネルギー、キャビティーションによる空洞破壊時のエネルギーが関与すると言われている。超音波の周波数と洗浄可能な粒子サイズとの関係は、前述したように明瞭になっていないが、経験的に２８ｋＨｚで３ミクロン程度以上のサイズの粒子を除去できると言う基準に対して、周波数の反比例の関係になっていると言われている。つまり、除去能力可能粒子サイズは：
除去能力可能粒子サイズ（ミクロン）＝３×28×10³（Hz）／使用周波数（f）という関係式で表される。この式によれば、５００ｋＨｚで約０．１６ミクロン以上のサイズ、１ＭＨｚで約０．０８ミクロン以上のサイズ粒子を除去可能となる。従って、今回用いたような平均粒子径が０．７ミクロン（最小０．１〜最大３ミクロン）程度である球粒子を洗浄する場合には、全ての粒子サイズでＭＨｚ帯の方がｋＨｚ帯よりも高い洗浄能力を有すと思われていた。しかしながら、上記試験結果から分かるとおり、実際には数百ｋＨｚの超音波が高い洗浄能力を有した結果となった。
【００８４】
上記実験結果から、この様なアルミナ粒子を除去するためには、液中において低周波数側で生じ易いキャビティーによる洗浄が効果的であることがわかる。つまり、加速度および直進流エネルギーが主要因となるＭＨｚ帯洗浄では、ＣＭＰ後にウエハー表面に吸着している粒子を物理的な力だけで除去するのは困難と言える。ＭＨｚ帯洗浄で洗浄効果を持たせるためには、粒子が吸着している膜自体を化学的にエッチングし、リフトオフ作用と併用することで、粒子除去効果が期待できる。
【００８５】
一方、超音波を用いた洗浄で問題となるのはウエハーへのダメージであり、バッチ式のウエハー洗浄装置でも同様にダメージの問題を抱えている。この場合のウエハーへのダメージとは、ＵＬＳＩ微細パターンのパターン崩れ（飛び）が主であり、０．２５ミクロンデバイスでも深刻な問題となっている。このダメージ問題はパターンの微細化に伴って判明してきた現象であり、パターンサイズと洗浄対象となるパーティクルサイズがほぼ同じサイズであることが問題である可能性が高い。
【００８６】
このパターン飛びの問題を解決するために、本来の目的である粒子の除去と言う観点からは除去効率が低下するが、パターン飛びが起こらない程度にまでＭＨｚの出力を落とす試みや、洗浄薬液や超純水に酸素、窒素、アルゴンなどの気体を送り込み、粒子除去に関与すると思われるキャビティーだけを効率良く発生させて、超音波の加速度および直進流エネルギーの程度を弱める試みがなされている。しかしながら、ウエハーにダメージを与えないで、パーティクルのみを効果的に除去する方法が明確になっていないため、現状では超音波洗浄をＣＭＰポストクリーニングに使用することは困難である。
【００８７】
［Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄方法］
本発明にかかるＣａｖｉｐｅｎ洗浄方法は、おおよそ以下のように行われる。
【００８８】
図１０は本発明にかかるＣａｖｉｐｅｎ洗浄方法を実施する装置の一例を示す概略図であり、図１に示す装置と大略同様であり、同一の部材・部位には同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
【００８９】
図１０に示す装置において、ノズル先端４Ａに近接した位置に、図示しないロードロックチャンバーから半導体基板２０を導入して載置する。
【００９０】
次に、基板ホルダー２を例えば１００ないし１０００ｒｐｍの回転数で、またノズル支持アーム３を１０ないし５０ｍｍ／ｓｅｃ程度の摺動速度で動かし、ガス供給口１０から窒素ガスを１０ｓｌｍ程度供給し、排気口１１から、排気することによりガス流を作り、さらに、たとえば３０ｋｇｆ／ｃｍ^２乃至１１０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力を加えた高圧水を、ペンシルスポンジ５Ｃの中空部１６内に突出するノズル先端４Ａから例えば１乃至１０ｓｃｃｍ程度噴出させることにより半導体基板２０表面を洗浄する。また、これら洗浄工程中、半導体基板２０表面をウエット状態に保つように、リンス液供給管（図示せず）からリンス液を該表面に供給しても良い。
【００９１】
ここで、ノズル先端４Ａから噴射される高圧水が、ペンシルスポンジ５Ｃ内の中空部１６内に溜まった静止水又は低圧水と接触すると、多数のキャビティが生ずる。これらキャビティがつぶれる際に高周波が発生し、高周波が半導体基板２０表面に伝播し、その周波数に応じて半導体基板２０表面に附着した微細なダストが振動励起されて浮き上がり、高圧水によって除去される。これにより、清浄な半導体基板２０表面がえられる。
【００９２】
［Ｃａｐｖｅｎ洗浄方法と他の洗浄方法との効果の比較］
次にＣａｖｉｐｅｎ洗浄によるパーティクル除去効果・洗浄効果を他の洗浄方法の効果と比較する試験を行った。試験には、表面の膜としてＴＥＯＳ膜を成膜した凹形状ウエハーに前述の標準粒子塗布を施した資料（以下「ＴＥＯＳ凹形状ウエハー」という）を用いて、化学洗浄、Ｐｅｎ洗浄、Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄の洗浄効果を測定し、比較した。なお、化学洗浄については希アンモニア水洗浄のみを行った場合、Ｐｅｎ洗浄については希アンモニア水洗浄と同時にＰｅｎ洗浄を行った場合、Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄については希アンモニア水洗浄と同時にＣａｖｉｐｅｎ洗浄を行った場合、それぞれを測定した。また、比較対象としてリファレンス（標準粒子塗布無し）のＴＥＯＳ凹形状ウエハーについても測定を行った。またこれらの資料はウエット搬送された状態で洗浄を行った。
【００９３】
化学洗浄のみ行ったＴＥＯＳ凹形状ウエハーでは、ほぼ全面に残留粒子が残っており、化学洗浄と同時にＰｅｎ洗浄を行ったＴＥＯＳ凹形状ウエハーでは、化学洗浄のみ行ったＴＥＯＳ凹形状ウエハーにくらべて残留粒子はかなり少ないが、全面に残留有粒子が見られ、化学洗浄と同時にＣａｖｉｐｅｎ洗浄を行ったＴＥＯＳ凹形状ウエハーでは、ほぼリファレンスと同様の状態に近いほど粒子が除去されていることが分かった。
【００９４】
上記測定結果を図１１に示す。図１１から明らかなように、標準粒子を純水ロールスクラブしたものを化学洗浄しただけでは数万のオーダーで粒子が吸着している。すなわち、ウエット搬送後に希アンモニア水リンスを行った化学洗浄のみでは、アルミナ粒子を殆ど除去できない。ただし、この希アンモニア水処理は室温状態で行っているため、アルカリ溶液による酸化膜のエッチングが殆ど起こらない。熱酸化膜換算で数Å程度エッチングできるＲＣＡ洗浄のＳＣｌ処理を行うための７０℃程度まで温度を上げることをすれば、リフトオフ効果で粒子除去が少しは期待できる。
【００９５】
希アンモニア水リンス状態にＣａｖｉｐｅｎ洗浄を加えると、リファレンスの標準粒子を純水ロールスクラブしていないイニシャル欠陥レベル（標準粒子液塗布前の状態）まで除去が可能となった。これは、Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄においてはＰｅｎ洗浄による接触洗浄とキャビティーによる非接触洗浄を同時に行っているため、凹部の溝内部に吸着している粒子を除去できたためと言える。しかしながら、希アンモニア水リンス状態に物理洗浄であるＰｅｎ洗浄のみを行っても、９０％程度はアルミナ粒子を除去できたが、１０％程度はウエハー上にに取り残された。これは、ペンシルスポンジのみでは接触可能な溝上部に吸着していたアルミナが除去できても、溝内部（又は底部）に吸着されている粒子は除去できないことを意味している。
【００９６】
［Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄法のハードパラメータ依存性］
ところで、本発明に係るＣａｖｉｐｅｎ洗浄方法において、キャビティーが生じる理由は以下のように考えられている。図１２にキャビティー発生概念図を示す。図１２において、５Ｂはノズル治具、４は高圧水ノズル、５Ｃはペンシルスポンジ、７１はノズル４から射出された高速水柱、７２は低速または静水状態の水、７３はキャビティ、Ｄはノズル内径、Ｌはウエハーからノズル下端部までの高さ、Ｐはノズル内の高圧水の圧力である。
【００９７】
図１２において、ノズル内の経路に高圧の水（あるいは洗浄薬液、以下単に「水」とする）が供給されると、ノズル下端開口部から水が高速の水柱となって射出される。射出された水は、洗浄面とペンシルスポンジの下端との隙間から一部は流出するが、それ以外はペンシルスポンジの中空部内に低速または静水状態の水７２として留まる。低速または静止状態の水７２中に高速の水７１が噴出されると、速度の違う水自身の摩擦によりキャビティー（空洞）７３が生じる。キャビティー７３の発生過程を考えると、高速の水を吹き出すノズル内径Ｄが大きいと、高速水柱７１の表面積が増大するため、静水７２との接触面積が増大する。また、ウエハーからノズル下端部までの高さＬ、すなわち高速水柱の吹き出し位置が高いことも、同様に静水との接触面積を増大させる。さらに、高速水に加えられる圧力Ｐが高いと高速水の流速が増すため、単位時間当たりの接触面積が増大する。従って、これらのパラメータは全て静水７２との接触面積を増大させ、その結果キャビテイ７３を効率良く発生させる因子である。
【００９８】
次に、Ｃａｖｉｐｅｎの洗浄能力をハードパラメーター（ノズル径（Ｄ）、吹き出し位置（Ｌ）、ウエハー回転数、洗浄液の圧力（Ｐ）、図１２参照）を変化させて洗浄効果の評価をおこなった。
【００９９】
図１３は、Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄方法において、ノズル径（Ｄ）を０．３ｍｍ、０．４ｍｍにした場合の洗浄効果の違いを示す。他のパラメータについては、吹き出し位置（Ｌ）＝１１ｍｍ、ウエハー回転数＝１０００ｒｐｍ、圧力（Ｐ）＝５０ｋｇｆ／ｃｍ２、とした。図１３から明らかなように、ノズル径の大きいほうが、洗浄効果が高いことが分かった。
【０１００】
図１４は、Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄方法において、高圧水吹き出し位置（Ｌ）を７ｍｍ、１１ｍｍにした場合の洗浄効果の違いを示す。他のパラメータについては、ノズル径（Ｄ）＝０．３ｍｍ、ウエハー回転数＝１０００ｒｐｍ、圧力（Ｐ）＝１１０ｋｇｆ／ｃｍ^２、とした。図１４から明らかなように、高圧水吹き出し位置の高いほうが、洗浄効果が高いことが分かった。
【０１０１】
図１５は、Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄方法において、ウエハー回転数を１０ｒｐｍ，１００ｒｐｍ，１０００ｒｐｍにした場合の洗浄効果の違いを示す。他のパラメータについては、ノズル径（Ｄ）＝０．３ｍｍ、吹き出し位置（Ｌ）＝１１ｍｍ、圧力（Ｐ）＝５０ｋｇｆ／ｃｍ^２、とした。図１５から明らかなように、ウエハー回転数が大きいほうが、洗浄効果が高いことが分かった。
【０１０２】
図１６は、洗浄液に加えられた圧力（Ｐ）の違いによって生ずる洗浄効果の違いを示す。ノズル径（Ｄ）＝０．３ｍｍ、吹き出し位置（Ｌ）＝１１ｍｍ、ウエハー回転数＝１０００ｒｐｍという条件下で圧力（Ｐ）を５０ｋｇ、１１０ｋｇとした場合、およびノズル径（Ｄ）＝０．４ｍｍ、吹き出し位置（Ｌ）＝１１ｍｍ、ウエハー回転数＝２０００ｒｐｍという条件下で圧力（Ｐ）を３０ｋｇ、６０ｋｇ、９０ｋｇとした場合をそれぞれ測定した。図１６から明らかなように、圧力（Ｐ）が増大するにつれて、洗浄効果が上昇することが分かった。
【０１０３】
すなわち、図１３〜図１６から分かるように、Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄の洗浄能力は、高圧水のノズル径が大きいほど、ノズルの高圧水吹き出し位置がウエハーから離れるほど、圧力が高いほど向上する。また、ウエハーの回転数は高回転数ほど洗浄効果は向上する。これらパラメータを、条件（洗浄装置、洗浄面材質等）の許す限り大きな値に設定することによって、本発明に係るＣａｖｉｐｅｎ洗浄方法の洗浄効果を一層増大させることができる。
【０１０４】
［ドライ／ウエットと膜種依存性］
ドライ搬送後に洗浄を行う場合とウエット搬送後に洗浄を行う場合とを比較すると、ドライ搬送後においては粒子が洗浄面に固着してしまうため、ウエット搬送後に洗浄を行うほうが、洗浄効果は高いとされている。また、洗浄面上の膜の種類によって、洗浄効果に差異が生ずることが分かっている。これらの要因と本発明に係るＣａｖｉｐｅｎ洗浄との関係についても以下のように評価を行った。
【０１０５】
凹形状Ｓｉ−Ｌ／Ｓサンプル上にＴＥＯＳ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ，ＳｉＮのそれぞれの膜を形成した資料について、Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄によるアルミナ粒子除去効果を測定比較する実験を行った。Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄の主たる条件（ノズル径０．４ｍｍ、ノズル高さ１１ｍｍ、高圧水９０ｋｇｆ／ｃｍ²、ウエハー回転数２０００ｒｐｍ）は一定とした。これら３種の資料についてはドライ状態での洗浄結果を測定し、さらにＳｉＮの試料についてはウエット状態での洗浄結果も測定した。また、比較基準として、ウエット状態でのＰｅｎ洗浄の洗浄結果も測定した。
【０１０６】
これらの結果を図１７に示す。なお、図１７において、「初期値」は標準粒子液塗布後の粒子数、「乾燥後」はドライ搬送後の粒子数、「洗浄後」は洗浄処理後の粒子数を表す。
【０１０７】
Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄により、ＴＥＯＳ膜とｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の形成された凹形状ウエハーでは、ドライサンプルでも、比較基準のウエット状態でのＰｅｎ洗浄と同じ程度にまで除去することができることがわかった。しかしながら、ＳｉＮ膜の形成された凹形状ウエハーでは洗浄が容易なウエットサンプルでも完全には比較基準にまで除去することができない。一方、Ｐｅｎ洗浄ではウエットサンプルでも、ＳｉＮ膜上のアルミナ粒子は殆ど除去できない。
【０１０８】
［ｐＨ依存性］
次に、物理的洗浄時に用いる化学洗浄の効果を明らかにするために、洗浄効果の水素イオン濃度（ｐＨ）依存性を試験した。この試験においてｐＨはアンモニア水を超純水で希釈して変化させた。また、Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄は前述のセンター条件でおこない、Ｐｅｎ洗浄もリファレンスとして行った。試験には、ＴＥＯＳ凹形状ウエハーを用い、異なるｐＨ（ｐＨ７からｐＨ１０）の洗浄液で洗浄した場合のアルミナ除去効果を測定した。また、比較対照としてｐＨ７でのＰｅｎ洗浄の洗浄効果も測定した。これらの結果を図１８に示す。
【０１０９】
図１８から分かるように、同じｐＨ７で比較するとＰｅｎ洗浄とＣａｖｉｐｅｎ洗浄ではＣａｖｉｐｅｎ洗浄が粒子除去能力が高いことが分かる。さらに、ｐＨを上げていくとＣａｖｉｐｅｎ洗浄のアルミナの洗浄効率が上がることが分かる。すなわち、粒子除去にはｐＨ依存性がある事が分かった。このようなｐＨ依存性を示す理由は、ｐＨの変化によって、膜と粒子それぞれのゼータ電位は変化し、両者のゼータ電位差もそれに伴って変化し、その結果両者の斥力の変化となって現れるためと考えられる。両者に斥力が働けば、粒子は膜からはなれ易くなり、また一旦膜から離れた粒子が膜に再付着することも少なくなる。
【０１１０】
前述の図１７に示す結果から分かるようにな膜種依存性があること、およびこの図１８に示す実験結果からわかるようなｐＨ依存性があることから、粒子除去にはゼータ電位コントロールが必要であることが分かる。室温のアンモニア水ではＴＥＯＳ膜、ＳｉＮ膜などは殆どエッチングされないことから、単純に薬液中での被吸着対象膜と吸着粒子間の表面電位差が大きければ、斥力が大きくなり除去が容易になると思われ、さらに、一旦除去されても再吸着を抑制できることになる。また、ゼータ電位コントロールを行う手段として、界面活性剤（カチオン系、アニオン系）を用いても良い。
【０１１１】
柏木正弘、服部毅、「シリコンウエハー表面のクリーン技術」（株）リアライズ社、ｐ．６７、（１９９５）に記載の、Ｓｉ，ＳｉＯ_２，ＳｉＮそれぞれの膜種のゼータ電位のｐＨ依存性のデータを図１９に示す。また、Wllbur C. Krusell, John M. de Larlos, Jackle Zhang, "Mechanical brush scrubbing for post-CMP clean", Solid State Technology, pp. 109-114 (June 1995) に記載のＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３のゼータ電位のｐＨ依存性のデータを図２０に示す。これらのデータから見ると、基本的にはｐＨが７以上では酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、シリコン膜などは負の電荷を有し、アルミナ粒子はｐＨ８を境に、ｐＨ８以下では正の電荷を有し、ｐＨ８以上では負の電荷を有するようになると考えられる。洗浄液のアルカリの濃度が高くなる（水酸基濃度が上がる）と、膜表面の電位は負に傾く。従って、膜と吸着粒子間で同電位であった場合には、各々電位が大きくなると大きな斥力が働き、除去が容易になる。すなわち、アルカリ濃度が高いと負の電位が大きくなり、粒子除去が容易になると言える。
【０１１２】
［周波数依存性］
上記種々の実験結果から、Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄が凹部中の粒子を効率良く除去できることがわかった。Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄が非接触洗浄にも関わらず、凹部中の粒子を除去できるのは、効果的にキャビティを発生させているからと考えられる。そこで、Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄ではどの程度の周波数のキャビティーが発生しているかを測定し、評価した。また、比較のために通常の１．６ＭＨｚのＭＪ洗浄での周波数も測定した。Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄の条件は、洗浄効果に有為差が生じたノズル径Ｄを０．４ｍｍ、ノズル高さＬを１１ｍｍとして、圧力を３０，６０，９０ｋｇｆ／ｃｍ²と変えて測定した。またＭＪについては印加周波数を１．６ＭＨｚとした。図２１に音圧センサーで測定した各周波数における洗浄の周波数特性データを示す。なお、図２１の結果からはＭＪの高周波強度が、Ｃａｖｉｐｅｎのそれよりも大きいように見えるが、これは両者のノズル口径の差、音圧センサのノイズレベルの差等によるものであり、Ｃａｖｉｐｅｎの発生する高周波強度がＭＪのそれに劣ることを示すものではない。
【０１１３】
図２１に示すデータから分かるように、ＭＪでは１．６ＭＨｚの１／４周波数（４００ｋＨｚ）にピークが存在することが検知された。また、Ｃａｖｉｐｅｎでは、１ｋＨｚ以下の周波数帯において、連続する周波数成分を有する高周波が発生しており、圧力を増加させると、１ＭＨｚ以下で全ての周波数の強度が高まった。
【０１１４】
ＭＪ洗浄方法において、パーティクル除去効果の高い周波数帯は、ＭＨｚ帯ではなく、２００〜７００ｋＨｚのｋＨｚ帯であることを先に述べた。図２１のデータから分かるようにＣａｖｉｐｅｎで発生するキャビティは、パーティクル除去効果の高い周波数帯である、主に１ＭＨｚ以下の数百ｋＨｚ帯の高周波を発生するのである。これが、Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄方法が高い粒子除去効果を示した要因だと考えられる。
【０１１５】
（第三の実施形態）
次に図２３を参照して、本発明の第三の実施形態に係る半導体基板洗浄装置に付いて詳細に説明する。
【０１１６】
図２３は、本発明の第三の実施形態に係る半導体基板洗浄装置に半導体基板を載置したときの要部の概略見取図である。
【０１１７】
尚、図２３で図１と同一の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
【０１１８】
本実施形態では、前記の第一の実施形態とは異なり、ステンレスに塩ビコーティングされた基板ホルダー２はチャンバー１の上面ほぼ中央を貫通して気密に且つ摺動可能に形成されている。この基板ホルダー２はチャンバー１の外部の一端で図示しない回転機構に接続され、高速で回転可能となっている。また、その基板ホルダー２のチャンバー１内部の他端には半導体基板を着脱可能に形成された基板固定冶具６が接続されている。その基板固定冶具６には半導体基板２０が表面（デバイス形成面）を上にしてほぼ水平に固定され、その半導体基板２０は基板ホルダー２の回転によって回転可能になっている。
【０１１９】
また、チャンバー１の上面にはリンス水供給管７が気密を保持した状態で貫通しており、半導体基板２０表面にリンス水（超純水）が供給可能とされている。
【０１２０】
一方、半導体基板２０の裏面から下方にわずかに離間して、テフロンチューブ、細いステンレスチューブあるいは窒化珪素からなるチューブで形成された高圧水ジェットのノズル４の先端４Ａが高圧水ジェットを噴出可能に載置されている。このノズル４は先端４Ａ近くをノズルフレーム５によって支持固定されている。
【０１２１】
また、チャンバー１の底面にはその周辺部近くで気密を保持した状態でチャンバー１底面を貫通して断面円形で軸状のノズル支持アーム３が摺動可能に載置されている。チャンバー１外部のノズル支持アームの一端には図示しない回転機構が接続され、一定角度範囲で回転可能となっている。又、ノズル支持アーム３の上部はチャンバー１内でチャンバー１中心方向に向かってＬ字型に形成され、そのＬ字型に形成された端部に上記のノズルフレーム５が固定されている。
【０１２２】
このような構成を取る事により、ノズルフレーム５はノズル支持アーム３に安定的に固定され、また、ノズル支持アーム３を一定角度範囲で回転することにより、ノズルフレーム５を半導体基板２０裏面の直径方向全体に走査することができ、さらに基板ホルダー２を回転させることで半導体基板２０裏面の全面をノズル先端４Ａと近接させることが可能となる。
【０１２３】
また、テフロンチューブ等の柔軟な管で形成されたノズル４は高圧水の供給管を兼ねており、ノズル支持アーム３の回転に十分追随可能な長さ的余裕を持って、チャンバー１底部からチャンバー１外部に気密を保持した状態で導出されている。そのチャンバー１外部の一端は図示しない高圧水供給部に接続され、高圧水が連続して供給可能とされている。
【０１２４】
また、チャンバー１の上面にはガス供給口１０が形成されており、窒素等の不活性ガスを供給することができる。一方、チャンバー１の半導体基板２０の載置部より下部に、外部に載置された図示しない排気装置に接続された排気口１１が形成されており、上記のガス供給口１０から供給された不活性ガスを排気することができる。
【０１２５】
次にこの装置を用いて半導体基板表面を洗浄する方法について説明する。
【０１２６】
上記した装置に、ロードロックチャンバーから半導体基板２０を導入して裏面をノズル先端４Ａに近接して基板固定冶具６に固定する（図２３）。
【０１２７】
次に、基板ホルダー２、ノズル支持アーム３をそれぞれ、１００ｒｐｍ、１０ないし５０ｍｍ／ｓｅｃ程度で動かし、ガス供給口１０から窒素ガスを１０ｓｌｍ程度供給し、排気口１１から排気することによりチャンバー１内にガス流を作り、５０ないし１５０ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の圧力で高圧水を内径５ｍｍ程度のノズル先端４Ａから半導体基板２０裏面に向けて１ないし１０ｓｃｃｍ程度噴出させる。さらに、リンス水供給管７から超純水を半導体基板２０表面に１００ないし５００ｓｃｃｍ程度供給する。
【０１２８】
ここで、高圧水に１．６ＭＨｚ程度の高周波を印加しておくことにより、本発明者らが確認したところによれば、図２４に模式的に示したように、高圧水の噴出時に高周波が半導体基板２０裏面に形成された薄い水皮膜５０に衝撃波として伝わり、その高周波が半導体基板中を伝播して半導体基板２０表面に衝撃を加え、その周波数に応じて半導体基板２０表面に附着した微細なダストが振動励起されて浮き上がり、リンス水によって除去されることが分かった。この時、半導体基板２０を伝播することによる衝撃波の減衰は殆ど見られず、上記の本発明の第一の実施の形態と同様のダストの浮き上がりが発生することが確認された。この浮き上がったダストは、リンス水供給管７から供給される超純水によって洗浄され、これにより、清浄な半導体基板２０表面がえられることが確認された。このようにリンス水は単に浮き上がったダストを押し流すだけであるため、高圧であることは不要であり、０．１ないし１ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の低圧で十分である。
【０１２９】
また、図２５に示すように、半導体基板２０裏面に噴出する一次高圧水圧力と、半導体基板２０表面に伝播する衝撃波の強度（透過二次強度）は比例することが確認されており、一次高圧水圧力で衝撃波強度を制御できることが確認された。
【０１３０】
上記の実施形態に係る半導体基板の洗浄方法によれば、高圧水の噴出は半導体基板２０の裏面に向かって行われる。このため、ミストの発生する領域は半導体基板２０の裏面側のみに限定され、半導体基板２０の表面側にミストが廻り込むことがない。このため、半導体基板２０の表面側にミストに起因するダスト附着が起こることはない。
【０１３１】
また、上記の実施形態に係る半導体基板の洗浄方法によれば、表面洗浄用のリンス水は低圧水で良い。ここで、半導体基板表面に附着しているダスト以外の金属等の不純物の除去には酸、アルカリを用いてエッチングすることが有効であるが、本実施の形態では上記の低圧リンス水に変えて酸、アルカリ等の化学薬品を使用することが可能となる。即ち、リンス水が低圧であるため半導体基板上部にまで化学薬品が飛散することが無く、また、裏面に噴射された高圧水によるミストが半導体基板２０の表面側に廻り込むこともないため、半導体基板２０より下部の装置内面のみを耐酸性、耐アルカリ性にしておけば、リンス水に替えて酸、アルカリを含む溶液を用いて洗浄しても洗浄装置内壁を腐食する恐れも、洗浄装置内に塩化アンモニウムなどの無機塩が附着する恐れも無い。また、裏面洗浄の必要に応じて、高圧水として化学薬品を用いることも可能である。尚、従来の技術では、高圧水ミストが洗浄装置上部にも舞い上がり、特に、ロードロック部分にも進入してしまっていた。ロードロック部分は半導体基板の搬入出を可能にしかつ遮薮時に十分な気密を維持するためにゲートバルブ等を用い、金属面同士での気密を維持することが必要であり、この部分を耐酸性、耐アルカリ性の表面で形成すること不可能であった。しかしながら上記の本実施の形態によれば耐酸性、耐アルカリ性を要求される部分は半導体基板より下部に位置する領域のみであり、上記のロードロック部は除外することができる。これらの半導体基板より下部に位置する領域は摺動部分は小領域のみであり、テフロンシール等で十分に気密を維持し得る。従って本実施の形態では半導体基板より下部の洗浄装置内壁をテフロンコーティング等によって耐酸性、耐アルカリ性とすることで純水よりも洗浄力の強い酸、アルカリ等をリンス水、高圧水として使用することができる。
【０１３２】
尚、ここで用いる酸、アルカリとしては、塩酸、アンモニア水、過酸化水素水、オゾン水、電界イオン水など及びそれらの混合物が適当である。
【０１３３】
次に、本実施形態に係る半導体基板の洗浄装置を用いて表面にＭＯＳキャパシタの形成された半導体基板を洗浄した場合にＭＯＳキャパシタが静電破壊されるアンテナ比の最低値の一次高圧水圧力依存性を、従来の半導体基板の洗浄装置を用いた場合のそれと比較して図２６に示す。ここで、アンテナ比とは、ＭＯＳキャパシタのキャパシタ酸化膜の面積に対する、キャパシタ電極の面積を示したものであり、アンテナ比が大きい（電極面積が比較的大きい）ほど静電破壊に弱い。
【０１３４】
図２６に示したように、従来例（従来の半導体基板の洗浄装置を用いた場合）では、一次高圧水圧力が６０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下では静電破壊を起こすアンテナ比は１×１０^１７以上を維持しているが、それを越えると急激に低下し、一次高圧水圧力が１００ｋｇｆ／ｃｍ^２では１×１０^１３にまで低下してしまう。これに対し、本実施形態にかかる半導体基板の洗浄装置を用いた場合には、一次高圧水圧力が１００ｋｇｆ／ｃｍ^２でもアンテナ比は１×１０^１７以上を維持しており、顕著な相違があることが確認された。これは、従来の技術では高圧水の噴射時に表面との摩擦で高圧水圧力にほぼ比例して半導体基板表面に静電気が発生するのに対し、本実施形態にかかる半導体基板の洗浄装置を用いた場合には半導体基板表面に高圧水が触れることが無く表面に静電気が発生する恐れが非常に少ないためであると考えられる。このため、本実施形態によれば表面の半導体素子を破壊する危険が非常に小さく、高い素子信頼性を保証できる半導体基板洗浄方法を提供することができる。
【０１３５】
次に本実施形態に係る半導体基板の洗浄装置の変形例について図面を用いて説明する。
【０１３６】
図２７は第一の変形例の断面見取図であり、上記の図２３と同一の部分には同一の符号を付し説明を省略する。
【０１３７】
本変形例では図２３に示した基板ホルダー２とリンス水供給管７を合わせた機能を有する基板ホルダー兼リンス水供給管８を用いている。その基板ホルダー兼リンス水供給管８のチャンバー１内部の先端には半導体基板２０が着脱可能であるように形成された基板固定冶具６が接続されている。また、その基板固定冶具６には半導体基板２０を固定可能と成すように固定ピンが３本乃至５本程度形設され、その固定ピンに半導体基板２０が表面（デバイス形成面）を上にしてほぼ水平に固定されている。その半導体基板２０は、チャンバー１上面を貫通し、気密に且つ摺動可能に形成された基板ホルダー兼リンス水供給管８の回転によって回転可能になっている。このような形態を取る事により、本変形例では、上述の本発明の第二の実施形体に係る半導体基板の洗浄装置で述べた利点に加え、洗浄中は半導体基板２０表面中央部からリンス水が常に半導体基板２０表面を覆うようになっており、気相中の浮遊ダストが半導体基板２０表面に附着する余地が殆ど無く、更に清浄な半導体基板を得ることができる。
【０１３８】
また、図２８は第二の変形例の断面見取図であり、上記の図２３と同一の部分には同一の符号を付し説明を省略する。
【０１３９】
本変形例では、チャンバー１の底部外周部の排気口１１Ａに加えて、チャンバー１の底面ほぼ中央部に排気口１１Ｂが設けられている。この排気口１１Ｂからも排気を行うことにより、基板裏面で発生したミストをほぼ半導体基板直下の近接した部分から排気可能となる。これにより、本変形例では、上述の本発明の第二の実施形態に係る半導体基板の洗浄装置で述べた利点に加え、洗浄装置底面からのミストの反射等が抑えることができ、チャンバー１下部の容積を削減して、装置の小型化を図ることができる。
【０１４０】
（第四の実施形態）
次に本発明の第四の実施形態につき図２９を用いて詳細に説明する。
図２９は、本発明の第四の実施形態に係る半導体基板洗浄装置に半導体基板を載置したときの要部の概略見取図である。
尚、図２９で、図２３と同一の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
【０１４１】
本実施形態では、チャンバー１内部に、チャンバー１の底面をその底面として、洗浄槽１Ａがチャンバー１内部の半導体基板載置予定領域とノズル先端４Ａとが収納可能となるように形成されている。
【０１４２】
半導体基板２０は、第三の実施形態と同様に図示しないロードロックチャンバーを介してチャンバー１内の基板ホルダー６に取り付け可能である。また、本実施形態では、基板ホルダー２に図示しない上下駆動機構が取り付けられておりこれによって基板ホルダー２は上下駆動並びに回転が可能となっている。これにより、半導体基板２０をチャンバー１内に導入して基板固定冶具６に固定した後に、さらに基板ホルダー２をチャンバー１に対して降下させることにより半導体基板２０を洗浄槽１Ａ内部に収納することが可能である。
【０１４３】
また、ノズル４は、ノズル支持アーム内部に収納されてノズル支持アームとともにチャンバー１外部に導出され、外部から高圧水が供給可能とされている。
【０１４４】
また、洗浄槽１Ａにはリンス水供給管７からリンス水が供給可能であり、これにより洗浄槽１Ａをリンス水で満たすことが可能である。
【０１４５】
更に、洗浄槽１Ａの下部には図示しない排水バルブが取り付けられており、このバルブを開くことで、随時、洗浄槽１Ａ内部のリンス水を排出可能である。また、この排水は、排気口１１から装置外部に排出可能とされている。
【０１４６】
次にこの装置を用いて半導体基板を洗浄する方法について図２９を用いて詳細に説明する。
【０１４７】
上記した半導体基板洗浄装置に図示しないロードロックチャンバーを介して半導体基板２０を導入し、基板固定冶具６に固定する。その後、基板ホルダー２を降下させ、半導体基板２０がノズル先端４Ａに近接し、かつ、洗浄槽１Ａに収納される位置で停止させる。ここで、基板ホルダー２にはこの位置で回転可能となるように図示しない回転機構がチャンバー１外部で接続されている。
【０１４８】
次にリンス水供給管７から超純水を供給し、洗浄槽１Ａ内部に超純水を充満させた後、超純水の供給を続けながら洗浄槽１Ａ下部の図示しないバルブを開き、洗浄槽１Ａ中の超純水が徐々に置換されるようにする。尚、バルブを用いずに、洗浄槽１Ａ上部から超純水がオーバーフローするようにしてもよい。
【０１４９】
この状態でノズル先端４Ａから高圧水を半導体基板２０裏面に向けて噴出し、同時に、ノズル支持アーム３、基板ホルダー２の回転を行う。
【０１５０】
このようにして半導体基板の洗浄を行うことにより、本実施形態では上記の本発明の第三の実施形態に係る半導体基板の洗浄方法で述べた効果に加えて、以下の効果がある。即ち、
１）半導体基板２０は、常に超純水中に浸されており、表面が気相中に触れることはない。
気相中と比較すると、超純水中ではミストは存在せず、ダストも極めて少ない。このため超純水中で、超純水を順次置換しつつ洗浄を行うことで、ダスト附着、ダスト再附着の無い極めて清浄な半導体基板表面を得ることができる。
【０１５１】
２）洗浄槽１Ａ内壁、基板固定冶具６、ノズルフレーム５、ノズル支持アーム３をそれぞれ、耐薬品性の高いテフロン等で構成するか、それらでコーティングすることにより、リンス水として、酸性、アルカリ性の洗浄液を使用することが可能となる。これにより、半導体基板表面の金属附着物も除去することが可能となる。また、それに引続き、超純水による洗浄を行うことが可能である。この場合、必要に応じて、リンス水供給管を増設してリンス水の種類によって使い分けてもよい。
【０１５２】
ＣＭＰ後に上記の本発明の第四の実施の形態を用いた洗浄をおこなった半導体基板上のパーティクル数を、従来の洗浄方法、上述の第一の実施の形態の洗浄方法を行った場合と比較して図３０に示した。本実施の形態では、流水中でダスト除去を行うためミスト再附着の余地が無く、上述の第一の実施の形態の洗浄方法と比較しても、さらにパーティクル数が減少していることが分かる。
【０１５３】
次に本実施形態の変形例につき、図３１を用いて説明する。図３１（Ａ）は、上記の実施形態で用いたノズル先端４Ａ、及びノズルフレーム５の上面図である。ほぼ円筒型のノズルフレーム５の中心から細いテフロンチューブであるノズル先端４Ａが突き出している。
【０１５４】
図３１（Ｂ）は、ノズル先端４Ａ及びノズルフレーム５の第一の変形例を示しており、ほぼ洗浄する半導体基板の直径に相当する長さを有する直方体形のノズルフレーム５に、複数のノズル先端４Ａが突き出している。
【０１５５】
また、図３１（Ｃ）は、ノズル先端４Ａ及びノズルフレーム５の第二の変形例を示しており、断面がほぼ洗浄する半導体基板形状に相当する厚みのある円盤形状のノズルフレーム５に、複数のノズル先端４Ａがノズルフレーム５のほぼ全面に均一に突き出している。
【０１５６】
これらの変形例では、半導体基板の直径方向、ないしは、半導体基板のほぼ全面に対応してノズル先端４Ａが形成されているため、図２９に記載の基板ホルダー２を回転させればノズル支持アーム３は回転させなくても、半導体基板裏面全面を洗浄することが可能である。また、上記の第二の変形例では、ノズル先端４Ａが十分に密に形成されていれば、基板ホルダー２、ノズル支持アーム３共回転させなくても半導体基板裏面全面を洗浄することが可能である。これらの変形例を用いることにより、洗浄装置の回転部分を削減でき、装置構成を簡単にすることができる。また、これらの変形例では複数のノズル先端４Ａが必要であるが、ノズル４が細いため、複数のノズルを纏めてノズル支持アーム３内部に収納することが可能である。
【０１５７】
（第五の実施形態）
次に第五の実施形態につき図３２を用いて詳細に説明する。図３２は、ＣＭＰ（Chemical mechanical polish）装置等を用いてラッピングを行う際に、軸３０Ａ、ラッピング盤３０Ｂからなるラッピング冶具３０に貼付され、ラッピングの終了した半導体基板２０を洗浄する洗浄装置の要部断面図を示している。
【０１５８】
上記のラッピング冶具に貼付された半導体基板２０はラッピング工程の終了後、次工程に進む前に、図示した純水で満たされたラッピング盤洗浄槽４０内に浸され、ラッピング盤洗浄槽４０内に設置されたノズルフレーム５中の複数のノズル先端４Ａから噴出する高圧水によって裏面洗浄を行うことができる。ここで、ノズルフレームとしては上記の第四の実施形態の変形例で記載した直方体形のノズルフレーム５、ないし、厚みのある円盤形状のノズルフレーム５を用いることで、ノズルフレーム５乃至ラッピング冶具３０の何れかを回転させる（直方体形のノズルフレーム５使用のとき）か、両方とも固定させて使用する（厚みのある円盤形状のノズルフレーム５使用のとき）ことで短時間に十分に洗浄を行うことができる。
【０１５９】
また、このときの高圧水圧力（５０ｋｇｆ／ｃｍ^２）と、洗浄後の残留パーティクル数（Particle count／ウェハー）の関係を図３３に示した。この図に示したように、ＣＭＰ直後の非常に汚れた面であっても本実施の形態に記載の方法を用いることで、高圧水圧力１２０ｋｇｆ／ｃｍ^２とすれば、残留パーティクル数２０以下を実現できる。
【０１６０】
尚、上記の各実施形態ではノズル４は、テフロンチューブ、ステンレスチューブ、窒化珪素チューブを用いる例について説明したが、これは、ノズル中を流れる高圧水の水圧などによって適宜変さらすることができる。例えば、高圧水ポンプからノズル先端近傍までをステンレスチューブで形成し、ノズル先端部のみを窒化珪素で形成してもよい。このようにすることにより、十分な高圧水に耐え、かつ、半導体基板の近傍では汚染恐れの極めて少ないチューブとすることができる。また、ステンレスチューブ内壁に酸化クロム膜等を形成することで、高圧水に代えて高圧薬品を使用することも可能となる。また、テフロンチューブを用いて、先端部のみを窒化珪素としてもよい。このようにすることで、容易に耐薬品性のあるチューブを得る事ができる。さらに、高圧水の圧力によっては塩化ビニル製チューブでも使用できる場合も有り、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【０１６１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ダスト再附着の無い基板洗浄装置を提供することができる。また、その装置を用いて必要に応じて酸、アルカリ等の薬品を使用することができる。また、本発明によれば、ダスト再附着の無い半導体基板洗浄方法を提供することができる。さらに、複数の周波数発生源を用いることなく、粒子除去に有効な周波数帯の高周波を発生させることが可能であり、かつ平坦部・凹部の両方について粒子除去効果の高い非接触式半導体基板洗浄方法が提供でき、従来３段洗浄が必要だったＣＭＰ後洗浄モジュールをＲ／Ｓと組み合わせた２段洗浄で可能とし、凹部を有するウエハーにおいても高い粒子の洗浄効果を得ることを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第一の実施形態に係る枚葉式の半導体基板洗浄装置に半導体基板を載置したときの要部の概略見取図である。
【図２】傘型覆い５Ａ近傍の拡大見取図である。
【図３】傘型覆い５Ａの下端から半導体基板２０表面までの距離Ａをノズル高さとし、そのノズル高さを５ｍｍ及び１ｍｍとした場合の、半導体基板洗浄時の高圧水の圧力（一次高圧水圧力）を横軸にとり、洗浄、乾燥後の８インチ半導体基板上の附着ダスト数（ウェハー当たりパーティクル数）を縦軸にとったときの関係を示す図である。
【図４】傘型覆い５Ａ下端部の開口長Ｂ（ノズル幅Ｂ）を２０ｍｍから１００ｍｍまで変化させ、半導体基板２０に照射する高圧水の圧力を５０ｋｇｆ／ｃｍ^２、１００ｋｇｆ／ｃｍ^２としたときの洗浄・乾燥後のウェハー当たりのパーティクル数の関係を示した図である。
【図５】第一の実施形態の変形例の断面概略見取図である。
【図６】第二の実施形態に関する実験モジュールに用いた、Ｐｅｎ、ＣＪ、Ｃａｖｉｐｅｎ、ＭＪの各ノズルの概略断面図である。
【図７】ＭＪにおける洗浄効果の周波数依存性を示す図である。
【図８】ＭＪにおける洗浄効果の照射時間依存性を示す図である。
【図９】凹形状ウエハー上に成膜した試料についてのＭＪにおける洗浄効果の周波数依存性を示す図である。
【図１０】第二の実施例にかかるＣａｖｉｐｅｎ洗浄方法を実施する装置の概略図である。
【図１１】Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄によるパーティクル除去効果・洗浄効果を他の洗浄方法の効果と比較する試験の結果を示す図である。
【図１２】本発明にかかるＣａｖｉｐｅｎ洗浄方法におけるキャビティー発生原理を説明するための概念図である。
【図１３】Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄方法の洗浄効果のノズル径依存性を示す図である。
【図１４】Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄方法の洗浄効果の高圧水吹き出し位置依存性を示す図である。
【図１５】Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄方法の洗浄効果のウエハー回転数依存性を示す図である。
【図１６】Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄方法の洗浄効果の圧力依存性を示す図である。
【図１７】Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄方法の洗浄効果の表面膜種依存性を示す図である。
【図１８】Ｃａｖｉｐｅｎ洗浄方法の洗浄効果のｐＨ依存性を示す図である。
【図１９】Ｓｉ，ＳｉＯ２，ＳｉＮそれぞれの膜種のゼータ電位のｐＨ依存性を示す図である。
【図２０】ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３のゼータ電位のｐＨ依存性を示す図である。
【図２１】ＭＪおよびＣａｖｉｐｅｎ洗浄に関する、音圧センサーで測定した各周波数における洗浄の周波数特性を示す図である。
【図２２】第一の実施形態の変形例におけるノズル先端部の要部の断面図である。
【図２３】本発明の第三の実施形態に係る半導体基板洗浄装置に半導体基板を載置したときの要部の概略見取図である。
【図２４】高圧水の噴出時に高周波が半導体基板２０裏面に形成された薄い水皮膜５０に衝撃波として伝わり、その高周波が半導体基板中を伝播して半導体基板２０表面に衝撃を加える様子を模式的に示した図である。
【図２５】半導体基板２０裏面に噴出する一次高圧水圧力と、半導体基板２０表面に伝播する衝撃波の強度（透過二次強度）の関係を示した図である。
【図２６】本発明の第三の実施形態に係る半導体基板の洗浄装置を用いて表面にＭＯＳキャパシタの形成された半導体基板を洗浄した場合にＭＯＳキャパシタが静電破壊されるアンテナ比の最低値の一次高圧水圧力依存性を、従来の半導体基盤の洗浄装置を用いた場合のそれと比較して示した図である。
【図２７】本発明の第三の実施形態の第一の変形例の断面見取図である。
【図２８】本発明の第三の実施形態の第二の変形例の断面見取図である。
【図２９】本発明の第四の実施形態に係る半導体基板洗浄装置に半導体基板を載置したときの要部の概略見取図である。
【図３０】ＣＭＰ後に本発明の第四の実施の形態を用いた洗浄をおこなった半導体基板上のパーティクル数を、従来の洗浄方法、本発明の第一の実施の形態の洗浄方法を行なった場合と比較して示した図である。
【図３１】本発明の第四の実施形態の変形例における、ノズル先端４Ａ、及びノズルフレーム５の上面図である。
【図３２】本発明の第五の実施形態における洗浄装置の要部断面図である。
【図３３】本発明の第五の実施形態における洗浄装置を用いて洗浄したときの高圧水圧力（５０ｋｇｆ／ｃｍ^２）と、洗浄後の残留パーティクル数（particle count／ウェハー）の関係を示した図である。
【図３４】従来の枚葉式の半導体基板洗浄装置に半導体基板を載置したときの要部の概略見取図である。
【図３５】ＣＭＰ平坦化工程後に、研磨されたウエハー表面に研磨粒子が残留する様子を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・・チャンバー
１Ａ・・・・洗浄槽
２・・・・・基板ホルダー
３・・・・・ノズル支持アーム
４・・・・・ノズル
４Ａ・・・・ノズル先端
５・・・・・ノズルフレーム
５Ａ・・・・傘型覆い
５Ｂ・・・・スポンジ固定冶具
５Ｃ・・・・ペンシルスポンジ
６・・・・・基板固定冶具
７・・・・・リンス水供給管
８・・・・・基板ホルダー兼リンス水供給管
１０・・・・ガス供給口（供気口）
１１、１１Ａ、１１Ｂ・・排気口
１２・・・・ノズル治具
１３・・・・柱状PVA製ペンシルスポンジ
１４・・・・低圧水ノズル
１５・・・・高圧水ノズル
１６・・・・ペンシルスポンジの中空部
１７・・・・高周波生成用振動子
１８・・・・テフロン製ノズル先端部
２０・・・・半導体基板
３０・・・・ラッピング冶具
３０Ａ・・・軸
３０Ｂ・・・ラッピング盤
４０・・・・ラッピング盤洗浄槽
５０・・・・水被膜
６１・・・・研磨粒子
６２・・・・洗浄液
６３・・・・ウエハー
７１・・・・高速水柱
７２・・・・低速または静止状態の水
７３・・・・キャビティー（空洞）

Claims

半導体基板洗浄装置の基板ホルダー部に半導体基板を載置する工程と、
前記半導体基板を回転させる工程と、
前記回転している半導体基板の被洗浄面に向けて洗浄液ノズルから高圧洗浄液を噴出しつつ、前記洗浄液ノズルを囲むように設けられた中空部を有するペンシルスポンジの該中空部に噴出された高圧洗浄液の一部が留まることにより形成される洗浄液溜り中に前記高圧洗浄液を接触させることによってキャビティを発生させ、該キャビティの消滅により高周波を生成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体基板の洗浄方法。
半導体基板を載置する前記工程において、前記半導体基板はウエット状態で基板ホルダー部に載置され、かつ、該被洗浄面に付着する粒子を除去するために、前記被洗浄面がウエット状態に保たれるように、該被洗浄面上にリンス液が供給されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体基板の洗浄方法。