JP4334813B2 - 基板洗浄装置および基板洗浄方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板の表面に洗浄液を供給して基板を洗浄するための基板洗浄装置および基板洗浄方法に関する。洗浄の対象となる基板には、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
超ＬＳＩや液晶表示装置の製造工程の中で、たとえば、半導体ウエハや液晶表示パネル用ガラス基板などの表面に洗浄処理を施す工程は重要な工程の１つである。洗浄処理工程を実施する装置の中には、基板の表面に超音波振動が付与された洗浄液（以下「超音波洗浄液」という。）を供給し、その超音波洗浄液で基板の表面を洗浄するものがある。
【０００３】
基板を１枚ずつ超音波洗浄液で洗浄する枚葉型の超音波洗浄装置では、たとえば、基板を水平に保持して回転させるスピンチャックと、このスピンチャックに保持された基板の表面に超音波洗浄液を供給するための超音波ノズルとが備えられている。そして、スピンチャックによって基板を水平面内で回転させる一方で、超音波ノズルを基板の上方で往復移動させつつ、その超音波ノズルから基板の表面に超音波洗浄液を供給することにより、基板の表面の全域に超音波洗浄液が供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、基板の周縁部における洗浄性能が基板の中央部に比べて劣ることが明らかになってきた。とくに、表面に微細な凹凸を有する基板では、中央部に形成されている凹部に入り込んだ異物は除去できるものの、周縁部に形成されている凹部に入り込んだ異物を良好に除去することができなかった。このように基板の周縁部における洗浄性能が劣る原因としては、たとえば、基板の周縁部上の各点では、基板の回転による移動速度が中央部上の各点に比べて大きいため、超音波ノズルからの超音波洗浄液が入射する時間が中央部上の各点に比べて短いことなどが考えられる。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、基板の中央部だけでなく、周縁部も良好に洗浄することができる基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）を回転させつつ基板の表面に洗浄液を供給して基板を洗浄する基板洗浄装置であって、超音波振動が付与された洗浄液を基板の中央部に向けて供給する第１の超音波ノズル（２３）と、超音波振動が付与された洗浄液を基板の周縁部に向けて供給する第２の超音波ノズル（２４）とを含み、上記第１の超音波ノズルは、予め定める第１の周波数の超音波振動が付与された洗浄液を供給するものであり、上記第２の超音波ノズルは、上記第１の周波数以下である低い第２の周波数の超音波振動が付与され、上記第１の超音波ノズルから供給される洗浄液よりも高い超音波振動エネルギーを有する洗浄液を、上記第１の超音波ノズルから供給される洗浄液の流量よりも多い流量で供給するものであることを特徴とする基板洗浄装置である。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、基板の中央部には、第１の超音波ノズルから超音波振動が付与された洗浄液が供給され、基板の周縁部には、第２の超音波ノズルから超音波振動が付与された洗浄液が供給される。ゆえに、基板の回転によって高速に移動する周縁部にも洗浄液を十分に入射させることができ、周縁部に付着した異物を良好に除去することができる。
【０００８】
なお、請求項２記載のように、上記第１の周波数は、１０００ｋＨｚ以上に設定されていることが好ましい。これにより、基板の周縁部における洗浄性能をさらに向上させることができる。
【００１１】
また、請求項３記載のように、上記第１の超音波ノズルは、基板の中央部から周縁部にかけて位置を変えながら洗浄液を供給するものであってもよい。さらにまた、請求項４に記載のように、上記第２の超音波ノズルは、基板の周縁部上で位置を変えながら洗浄液を供給するものであってもよい。これらの場合、請求項５記載のように、上記基板洗浄装置は、上記第１および第２の超音波ノズルが取り付けられており、基板の表面に対向する位置で揺動可能なスキャンアーム（２２）をさらに含み、上記第２の超音波ノズルは、上記第１の超音波ノズルよりも上記スキャンアームの揺動中心から近い位置に配置されていてもよい。
また、請求項６に記載のように、上記第１の超音波ノズルは、基板の中央部から周縁部にかけて位置を変えながら洗浄液を供給するものであり、上記第２の超音波ノズルは、固定配置され、基板の周縁部の一定の位置に洗浄液を供給するものであってもよい。
【００１２】
請求項７記載の発明は、基板（Ｗ）を回転させつつ基板の表面に洗浄液を供給して基板を洗浄する方法であって、予め定める第１の周波数の超音波振動が付与された洗浄液を基板の中央部に向けて供給する第１の超音波洗浄液供給工程と、上記第１の周波数以下である第２の周波数の超音波振動が付与され、上記第１の超音波洗浄液供給工程で基板に供給される洗浄液よりも高い超音波振動エネルギーを有する洗浄液を、上記第１の超音波洗浄液供給工程で基板に供給される洗浄液の流量よりも多い流量で基板の周縁部に向けて供給する第２の超音波洗浄液供給工程とを含むことを特徴とする基板洗浄方法である。
この方法によれば、請求項１に関連して述べた効果と同様な効果を達成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板洗浄装置の構成を説明するための概念的な断面である。この基板洗浄装置は、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの基板Ｗの表面に付着している異物を除去する洗浄処理工程を行うためのものであり、隔壁で区画された処理室内に、基板Ｗを水平に保持して回転させるためのスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持された基板Ｗの上面に超音波振動が付与された洗浄液を供給するためのスキャンノズル装置２と、処理に用いられた後の洗浄液を受けるための処理カップ３とを備えている。
【００１４】
洗浄液としては、たとえば、フッ酸、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸、酢酸、アンモニア、クエン酸、蓚酸、ＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド）などの薬液、または純水、イオン水、オゾン水、炭酸水、還元水（水素水）、磁気水など、のうちの少なくともいずれか１つを含む液体を用いることができる。
スピンチャック１は、処理カップ３内に配置されていて、たとえば、処理カップ３の底面を貫通して鉛直方向に延びたスピン軸１１と、スピン軸１１の上端に取り付けられたスピンベース１２と、このスピンベース１２の周縁部に配設された複数個のチャック１３とを有している。複数個のチャック１３は、基板Ｗの周縁部に当接して、この基板Ｗを水平な状態で保持することができるようになっている。また、スピン軸１１には、モータなどの駆動源を含む回転駆動機構１４が結合されていて、チャック１３で基板Ｗを水平に保持した状態で、回転駆動機構１４からスピン軸１１に駆動力を入力することにより、基板Ｗを水平な面内で回転させることができる。
【００１５】
スキャンノズル装置２は、処理カップ３の外側で鉛直方向に延びたスキャン軸２１と、このスキャン軸２１の上端から水平方向に延びたスキャンアーム２２と、スキャンアーム２２の先端に取り付けられた第１の超音波ノズル２３と、スキャンアーム２２の中間部に取り付けられた第２の超音波ノズル２４と、スキャン軸２１に結合された揺動駆動機構２５とを含む構成である。揺動駆動機構２５は、モータなどの駆動源を備えており、この駆動源が発生する駆動力をスキャン軸２１に伝達して、スキャン軸２１をその中心軸線まわりに回転させることができ、そのスキャン軸２１の回転によりスキャンアーム２２を揺動させることができる。
【００１６】
第１および第２の超音波ノズル２３，２４は、スキャンアーム２２が基板Ｗの回転中心上を通るように延びた状態で、それぞれ基板Ｗの回転中心および周縁部に洗浄液を入射させることができるように、スキャンアーム２２の下面に吐出口を鉛直下方に向けて取り付けられている。
第１および第２の超音波ノズル２３，２４には、それぞれ洗浄液タンク４から延びた洗浄液供給管４１，４２が接続されている。第１の超音波ノズル２３に接続された洗浄液供給管４１の途中部には、ポンプ４１１およびバルブ４１２が介装されており、バルブ４１２を開閉することによって、ポンプ４１１で洗浄液タンク４から汲み出した洗浄液を第１の超音波ノズル２３に供給したり、その供給を停止したりすることができるようになっている。第２の超音波ノズル２４に接続された洗浄液供給管４２の途中部にも、ポンプ４２１およびバルブ４２２が介装されており、バルブ４２２を開閉することによって、ポンプ４２１で洗浄液タンク４から汲み出した洗浄液を第２の超音波ノズル２４に供給したり、その供給を停止したりすることができるようになっている。
【００１７】
また、第１および第２の超音波ノズル２３，２４には、それぞれ超音波振動子２３１，２４１が組み込まれている。これらの超音波振動子２３１，２４１には、それぞれ第１および第２の超音波発振器５１，５２が接続されている。第１の超音波ノズル２３に組み込まれた超音波振動子２３１は、第１の超音波発振器５１からの発振信号を受けて振動することにより、洗浄液供給管４１から供給される洗浄液に予め定める高周波数（１０００ｋＨｚ以上、好ましくは１０００〜１５００ｋＨｚ）の超音波振動を付与する。一方、第２の超音波ノズル２４に組み込まれた超音波振動子２４１は、第２の超音波発振器５２からの発振信号を受けて振動することにより、洗浄液供給管４２から供給される洗浄液に予め定める低周波数（２０〜１０００ｋＨｚ未満、好ましくは８００〜１０００ｋＨｚ未満）の超音波振動を付与する。
【００１８】
基板Ｗの洗浄処理の際には、スピンチャック１によって基板Ｗが水平面内で回転されつつ、その回転している基板Ｗの上面に、第１および第２の超音波ノズル２３，２４から超音波振動の付与された洗浄液が供給される。その際、揺動駆動機構２５からスキャン軸２１に駆動力が入力されて、スキャンアーム２２が所定の角度範囲内で繰り返し揺動（スキャン）される。スキャンアーム２２が揺動する所定の角度範囲は、図２に示すように、スキャンアーム２２の揺動により、第１の超音波ノズル２３が基板Ｗの回転中心付近から周縁部に至る円弧状の軌跡を描き、かつ、第２の超音波ノズル２４が基板Ｗの周縁部上で円弧状の軌跡を描くように設定されている。
【００１９】
これにより、基板Ｗの中央部には、第１の超音波ノズル２３から予め定める高周波数の超音波振動が付与された洗浄液が入射し、基板Ｗの周縁部には、第１の超音波ノズル２３からだけでなく、第２の超音波ノズル２４からも予め定める低周波数の超音波振動が付与された洗浄液が入射する。ゆえに、基板Ｗの回転によって高速に移動する周縁部にも洗浄液を十分に入射させることができ、周縁部に付着した異物を良好に除去することができる。
【００２０】
ここで、超音波ノズルの周波数および洗浄液の種類の違いによる洗浄効果を確認するために、本願発明者は、半導体ウエハの洗浄性能を試験した。この洗浄性能の試験は、上記第１の超音波ノズル２３に相当する位置にのみ１つの超音波ノズルを取り付け、この超音波ノズルの周波数およびノズルに供給する洗浄液の種類を変えて、以下のように行った。
▲１▼超音波ノズルから１５００ｋＨｚの超音波振動が付与された薬液を供給する場合
▲２▼超音波ノズルから５００ｋＨｚの超音波振動が付与された純水を供給する場合
▲３▼超音波ノズルから５００ｋＨｚの超音波振動が付与された薬液を供給する場合
▲４▼超音波ノズルから８００ｋＨｚの超音波振動が付与された純水を供給する場合
のそれぞれについて、薬液または純水の供給時間（洗浄時間）を６０秒間とし、この間にスキャンアーム２２を１７回往復させた時の異物除去率（洗浄後の半導体ウエハの表面に付着している異物の個数／洗浄前の半導体ウエハの表面に付着していた異物の個数）を調べた。薬液には、ＨＦ（フッ酸）を用いた。
【００２１】
この実験によると、▲１▼＜▲２▼＜▲３▼＜▲４▼の順に洗浄性能（異物除去率）が大幅に向上することがわかった。すなわち、超音波ノズルの周波数が１５００ｋＨｚよりも５００ｋＨｚ、５００ｋＨｚよりも８００ｋＨｚにした方が洗浄効果が高いことが判明した。またさらに、同じ周波数の場合、純水よりも薬液（ＨＦ）を用いた方が洗浄効果が高いことが判明した。
この結果から、特に異物が残留しやすい基板Ｗの周縁部に対しては、比較的周波数の低い超音波ノズルを適用するのが好ましく、さらには、純水ではなく薬液を適用するのがより好ましいことが導き出される。なお、特に異物が比較的残留しにくい基板Ｗの中央部に対しては、比較的周波数の高い超音波ノズルを適用してもよい。
【００２２】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、基板Ｗの周縁部における洗浄性能をさらに高めるために、第２の超音波発振器５２からの発振信号の出力を第１の超音波発振器５１からの発振信号の出力よりも大きく設定して、第２の超音波ノズル２４から基板Ｗの周縁部に供給される洗浄液に高いエネルギーの超音波振動を付与するようにしてもよい。
【００２３】
また、上述の実施形態では、第１および第２の超音波ノズル２３，２４が同じスキャンアーム２２に取り付けられているとしたが、スピンチャック１に保持された基板Ｗの上方で互いに干渉することなく揺動可能な２本のスキャンアームを設けて、一方のスキャンアームに第１の超音波ノズル２３を配置し、他方のスキャンアームに第２の超音波ノズル２４を配置してもよい。この場合、第２の超音波ノズル２４が配置されたスキャンアームの移動速度（スキャン速度）を第１の超音波ノズル２３が配置されたスキャンアームの移動速度よりも遅くすることにより、基板Ｗの周縁部における洗浄性能のさらなる向上が図られてもよい。
【００２４】
さらにまた、第２の超音波ノズル２４から吐出される洗浄液の流量を第１の超音波ノズル２３からの洗浄液の流量よりも多く設定することにより、基板Ｗの周縁部における洗浄性能のさらなる向上が図られてもよい。
また、第１の超音波ノズル２３を処理室の隔壁などに取り付けて固定配置することにより、第１の超音波ノズル２３からの洗浄液が基板Ｗの表面の中央部の一定の位置に入射するようにしてもよい。この場合、第２の超音波ノズル２４は、スキャンアーム２２に配置されていてもよいし、処理室の隔壁などに取り付けて固定配置されていてもよい。
【００２５】
さらには、第１の超音波ノズル２３のみをスキャンアーム２２に配置し、第２の超音波ノズル２４を処理室の隔壁などに取り付けて固定配置することにより、第２の超音波ノズル２４からの洗浄液が基板Ｗの表面の周縁部の一定の位置に入射するようにしてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板洗浄装置の構成を説明するための概念的な断面である。
【図２】スキャンアームが揺動する角度範囲について説明するための図である。
【符号の説明】
１ スピンチャック
２ スキャンノズル装置
４ 洗浄液タンク
２２ スキャンアーム
２３ 超音波ノズル
２４ 超音波ノズル
Ｗ 基板

Claims (7)

1. 基板を回転させつつ基板の表面に洗浄液を供給して基板を洗浄する基板洗浄装置であって、
   超音波振動が付与された洗浄液を基板の中央部に向けて供給する第１の超音波ノズルと、
   超音波振動が付与された洗浄液を基板の周縁部に向けて供給する第２の超音波ノズルとを含み、
   上記第１の超音波ノズルは、予め定める第１の周波数の超音波振動が付与された洗浄液を供給するものであり、
   上記第２の超音波ノズルは、上記第１の周波数以下である第２の周波数の超音波振動が付与され、上記第１の超音波ノズルから供給される洗浄液よりも高い超音波振動エネルギーを有する洗浄液を、上記第１の超音波ノズルから供給される洗浄液の流量よりも多い流量で供給するものであることを特徴とする基板洗浄装置。
2. 上記第１の周波数は、１０００ｋＨｚ以上に設定されていることを特徴とする請求項１記載の基板洗浄装置。
3. 上記第１の超音波ノズルは、基板の中央部から周縁部にかけて位置を変えながら洗浄液を供給するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の基板洗浄装置。
4. 上記第２の超音波ノズルは、基板の周縁部上で位置を変えながら洗浄液を供給するものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板洗浄装置。
5. 上記基板洗浄装置は、上記第１および第２の超音波ノズルが取り付けられており、基板の表面に対向する位置で揺動可能なスキャンアームをさらに含み、
   上記第２の超音波ノズルは、上記第１の超音波ノズルよりも上記スキャンアームの揺動中心から近い位置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. 上記第１の超音波ノズルは、基板の中央部から周縁部にかけて位置を変えながら洗浄液を供給するものであり、
   上記第２の超音波ノズルは、固定配置され、基板の周縁部の一定の位置に洗浄液を供給するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の基板洗浄装置。
7. 基板を回転させつつ基板の表面に洗浄液を供給して基板を洗浄する方法であって、
   予め定める第１の周波数の超音波振動が付与された洗浄液を基板の中央部に向けて供給する第１の超音波洗浄液供給工程と、
   上記第１の周波数以下である第２の周波数の超音波振動が付与され、上記第１の超音波洗浄液供給工程で基板に供給される洗浄液よりも高い超音波振動エネルギーを有する洗浄液を、上記第１の超音波洗浄液供給工程で基板に供給される洗浄液の流量よりも多い流量で基板の周縁部に向けて供給する第２の超音波洗浄液供給工程と
   を含むことを特徴とする基板洗浄方法。

Images