JP4255459B2 - 基板洗浄装置および基板洗浄方法 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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。

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。
特開平８−１３０２０２号公報

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。

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。
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。

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、を備え、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。

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。
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。
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。

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。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５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。

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をさらに備えることを特徴とする基板洗浄装置である。
請求項８に係る発明は、請求項７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。

請求項９に係る発明は、請求項７または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。
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超音波洗浄工程と、上記基板対向面、ノズルおよび振動面を有する超音波洗浄部材に対して基板表面に向かう力を付与手段から付与する一方で、上記ノズルから供給される洗浄液の流量または圧力を洗浄液調整手段によって調整することにより、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。

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。
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。

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。

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。

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。
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。

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。
また、この発明では、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、この発明においては、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る。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。
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。
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。
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。

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。
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。

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。

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。

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。

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。

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。

請求項７に係る発明の基板洗浄装置によると、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。

なお、超音波洗浄部材の基板対向面が、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た場合は、この移動手段は特に必要ではなく、基板を回転させるだけで、基板表面全域に渡って超音波洗浄を行うことができる。
また、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の間隔に設定するようにしてもよい。この場合、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。

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。

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。

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。

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。さらにまた、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。

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。
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。

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。
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。

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。

請求項７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、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。

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。
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。
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）。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。

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。

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、参考例に係る超音波洗浄ヘッド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。

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。

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。

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。
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。

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。

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。

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。

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。

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参考例に係る超音波洗浄ヘッド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。

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。

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。

上述の構成においては、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、この発明の一実施形態においては、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）が微調節される。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が第１の間隔Ｄ１に精密に設定される。

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。
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。

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。

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。

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（間隔設定工程）。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。

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。

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。

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、ウエハＷの洗浄処理中に、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に沿って移動させられているが、このウエハ洗浄処理中の超音波洗浄ヘッド２１の移動は必ずしも必要ではない。たとえば、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場合には、ウエハ洗浄処理中の超音波洗浄ヘッド２２１の移動は特に必要はなくなる。

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Ｗの洗浄処理中に、超音波洗浄ヘッド２２１をウエハ上面Ｗａに沿って移動させずに、ウエハ上面Ｗａ全域に超音波洗浄を行うことができる。

なお、この場合、ウエハの中心Ｏは常に基板対向面ＷＦで覆われて洗浄液が供給されているので乾燥することがなく、よって、特に補助液供給機構４０を設ける必要はない。また、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。

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。

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。

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。
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。

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。
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。

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。
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。

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。
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。

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。

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。 参考例に係る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。 上記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。 別の参考例に係る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。 上記別の参考例に係る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。 本発明の一実施形態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。 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）

Claims (10)

1. 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、
   を備え、
   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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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１〜５のいずれかに記載の基板洗浄装置。
7. 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をさらに備える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。
8. 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７に記載の基板洗浄装置。
9. 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７または８に記載の基板洗浄装置。
10. 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超音波洗浄工程と、
    上記基板対向面、ノズルおよび振動面を有する超音波洗浄部材に対して基板表面に向かう力を付与手段から付与する一方で、上記ノズルから供給される洗浄液の流量または圧力を洗浄液調整手段によって調整することにより、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。

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