JP5320845B2 - 洗浄装置、洗浄方法及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子デバイスの製造工程において基板の表面の洗浄に用いられる洗浄装置、洗浄方法及び電子デバイスの製造方法に関する。

電子デバイスの製造工程のうち、基板（ウエハ）の表面の洗浄に用いられる洗浄装置として、ウエハを１枚ずつ洗浄する枚葉式の洗浄装置が知られている。この枚葉式の洗浄装置はウエハの大口径化への対応が比較的容易であり、大口径のウエハの洗浄装置として主流を占めつつある。

枚葉式の洗浄装置の一つとして、超音波を用いた洗浄装置がある。図１は従来の超音波を用いた枚葉式の洗浄装置の一例を示す模式図である。図１に示すように、従来の超音波洗浄装置１００では、超音波ノズル１０１に内蔵された超音波振動子（図示せず）を作動させつつ超音波ノズル１０１から洗浄液１０２を噴射させて洗浄を行っていた。

また、図２に示すような超音波振動体（以下、単に振動体と呼ぶ）を用いた洗浄装置２００が知られている。ここに、図２は、従来の超音波振動体を用いた枚葉式の洗浄装置の一例を示す模式図である。図２に示すように、洗浄装置２００は、超音波振動子２０２が取り付けられた振動体２０１を備えている。振動体２０１には、照射面２０１ａが形成されている。振動体２０１は支持体２０４によって支持され、照射面２０１ａとウエハ９９の表面とが僅かな隙間をあけて平行に対向するように配置される。図２（ｂ）に示すように、洗浄液２０５は振動体２０１の近くに配置された洗浄液ノズル２０３から噴出され、照射面２０１ａとウエハ９９の表面との隙間を満たす。それと同時に、超音波振動子２０２で発生させた超音波を照射面２０１ａからウエハ９９に照射して洗浄を行なっていた。
特開２００３−１８１３９４号公報 特開２００３−３１５４０号公報

ところが、近年半導体装置の微細化が進行し、表面上のデバイスパターンの機械的強度が低下している。さらに、層間絶縁膜の比誘電率を下げる目的でポアと呼ばれる微細な空孔が内部に一様に分布した多孔質シリカ（ポーラスシリカ）等の機械的強度の弱い材料が用いられるようになり、洗浄によるデバイスパターン破壊が一層発生しやすくなっている。このため、上述の洗浄装置１００（図１参照）では、超音波の与えるダメージによってウエハ９９表面のデバイスパターンが破壊されることがある。

また、上述の洗浄装置２００（図２参照）は、ウエハ表面に付着した異物の除去効率が低いという問題点がある。このため、洗浄装置２００は、十分な洗浄効果を得るために、上述の洗浄装置１００と比べて数倍の洗浄時間が必要となる。したがって、洗浄装置２００ではウエハ１枚当たりの処理に長時間を要し、電子デバイスの製造工程全体の処理能力を低下させてしまうおそれがある。さらに、洗浄装置２００では、振動体の洗浄面と基板（ウエハ）の表面との間の隙間に対して、外部から洗浄液を供給しているため、当該隙間全体に亘って洗浄液を行き渡らせることが困難である。洗浄液の膜がない部分では超音波がウエハ９９に到達せず洗浄効果が期待できないため、ウエハ９９全体で均一に洗浄できないおそれがある。

そこで、洗浄装置、洗浄方法及び電子デバイスの製造方法において、処理速度を向上するとともに基板（ウエハ）全面を均一に洗浄可能とすること目的とする。

上記目的は、超音波を照射する第１の照射面及び第２の照射面を備え、かつ、前記第１の照射面及び前記第２の照射面内に洗浄液を噴出する噴出口をそれぞれ備えた振動体と、前記第１の照射面及び前記第２の照射面のそれぞれと対向する基板を保持する保持部材と、を備え、前記保持部材は前記基板を鉛直方向に立てて保持し、前記噴出口は前記照射面の中央よりも上側であって、前記洗浄液が前記基板と第１の照射面及び前記第２の照射面との間の領域全体に均一に行き渡るような位置に配置されている洗浄装置により達成することができる。

すなわち、振動体は超音波を照射する照射面を両側に備えることにより、照射面と対向する基板の２つの被洗浄面を同時に洗浄できる。これにより、被洗浄面１面当たりの処理速度（洗浄速度）が向上する。また、洗浄液の噴出口が照射面内に設けられているため、照射面とウエハ表面との隙間に確実に洗浄液を供給することができ、回転するウエハに対して安定した洗浄液の膜を形成することができる。これによりウエハの全面にわたって均一な洗浄を行うことができる。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図３は、本発明の第１実施形態に係る洗浄装置の全体構成を示す模式図である。図４（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る洗浄装置の超音波洗浄ユニットの先端部分の外観を示す斜視図であり、図４（ｂ）はその正面図である。図５は、本発明の第１実施形態に係る洗浄装置の洗浄中の様子を示す断面図である。図６は、本発明の第１実施形態に係る洗浄装置でのウエハ及び超音波照射ユニットの移動方向を示す模式図である。なお、図中の矢印Ｙで示す方向は鉛直上方向に対応する（上記以外の他の図でも同様である）。

図３に示すように、本発明の第１実施形態に係る洗浄装置１０は、振動体２０、超音波振動子２１及び支持体２２よりなる超音波洗浄ユニット２４を備えている。超音波洗浄ユニット２４の両側方には、基板である基板（ウエハ）５０を立てた状態で保持するガイドローラ１１ｃが配置されている。また、超音波洗浄ユニット２４の上方にはウエハ５０を搬送するためのロボットハンド１４及びロボットハンドガイド１５が設けられている。以下、洗浄装置１０の構成について更に説明する。

振動体２０は、超音波振動子２１を介して支持体２２に取り付けられる。図４（ａ）に示すように、振動体２０は、円筒形に形成されており、水平方向の両端には、平坦な円形の照射面２０ａが形成されている。振動体２０の内部には、洗浄液の流路となるＴ字型の洗浄液流路２０ｃが形成されている。また、図４（ｂ）に示すように照射面２０ａの中心部分には、洗浄液を噴出する噴出口２０ｂが形成されている。

照射面２０ａは例えば直径３０ｍｍ程度に形成され、噴出口２０ｂ及び洗浄液流路２０ｃの直径は、例えば４ｍｍ程度に形成される。また、照射面２０ａ同士の間隔は、例えば６０ｍｍ程度に形成される。

なお、振動体２０の形状は上述のように円筒形に限定されるものではなく、２つの平行な照射面２０ａを有し、照射面２０ａから超音波を均一な強度で照射できる形状であれば適宜変更しても良い。また、照射面２０ａの形状も円形に限定されるものではく、例えば矩形状等としても良い。

振動体２０の材料は、周波数１ＭＨｚ以上の超音波を少ない損失で伝達できる材料として合成石英を用いることができる。なお、振動体２０の材料はこれに限定されるものではなく、超音波を良好に伝搬させる材料であり、かつ、洗浄液の化学的作用によって腐食等の発生しない材料であれば採用することができる。洗浄液の種類によっては、例えば、ステンレスやセラミック等を使用してもよい。

振動体２０には、図３に示すように配管１７を介して洗浄液供給装置１２が接続されている。洗浄液供給装置１２はポンプ（図示せず）を備え、洗浄液を一定の流量で供給することができる。また、配管１７は耐薬品性に優れ、柔軟性を有するテフロンチューブ等を用いることができる。

超音波振動子２１は、１ＭＨｚ以上の周波数の振動を発生できるものを用いることができ、より好ましくは３ＭＨｚ程度で振動するものを用いることができる。周波数１ＭＨｚ以上の高い周波数の超音波は、キャビテーションによる気泡（真空の領域）の発生を抑制でき、衝撃波によるデバイスパターンの破壊を抑制できる。また周波数を高くすることにより超音波の振動による加速度が増大するため、デバイスパターン破壊を抑制しつつ異物を除去できる。超音波振動子２１は、図３に示すように、配線１３ａを介して電源装置１３と接続されている。

支持体２２は、例えば、テフロン（登録商標）樹脂を焼き付けた直径３０ｍｍ程度のステンレス管を用いることができる。支持体２２は、図３に示すように、駆動機構２３と連結されている。駆動機構２３は、例えばクランク機構やシリンダ機構等を備えており、振動体２０を上下方向（Ｙ方向）に往復運動させることができる。洗浄動作中において、駆動機構２３は振動体２０を、例えば速度３０ｍｍ／秒で移動させることができる。

ガイドローラ１１ｃは、図３に示すように回転軸１１ｂ上に設けられている。回転軸１１ｂはモーター１１ａと連結されており、モーター１１ａによってガイドローラ１１ｃを回転させることができる。モーター１１ａ、回転軸１１ｂ及びガイドローラ１１ｃは、図３の紙面奥行き方向に更に１組並列して配置されている。そして、ガイドローラ１１ｃは、図６に示すように、２つ一組となって下から支えるようにしてウエハ５０を鉛直方向に立てた状態で保持することができる。

一組のガイドローラ１１ｃが例えば図６の矢印Ｒ２方向に回転することにより、ウエハ５０を鉛直方向に立てたまま姿勢を変化させることなく、矢印Ｒ１方向に回転させることができる。ウエハ５０の回転速度は、直径１２インチのウエハにおいて、例えば２００ｒｐｍ程度とすることができる。なお、ウエハ５０の回転速度を速くすることにより、洗浄液がウエハ５０の表面から排出される速度を速め、異物の再付着防止効果を高めることができる。しかし、ウエハ５０の回転速度を速くしすぎると、ウエハ５０と照射面２０ａとの隙間に安定して洗浄液の膜が形成できなくなり、均一な洗浄効果が得られなくなる。

ガイドローラ１１ｃは、振動体２０の照射面２０ａとウエハ５０との間隔が３ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ程度となるように配置される。なお、照射面２０ａとウエハ５０との間隔が３ｍｍ以上開くと洗浄液中での超音波の減衰が増大し、洗浄効率が低下する。

ロボットハンド１４は、図３に示すように、ロボットハンドガイド１５に取り付けられており、ウエハ５０の上方に配置される。ロボットハンド１４はウエハ５０の外周部を挟むようにしてウエハ５０を保持することができる。ロボットハンド１４は、ロボットハンドガイド１５によって上下方向に移動でき、横方向へはロボットハンドガイド１５に沿って移動することができる。これにより、ウエハ５０を図３の矢印Ａ、Ｂ及びＣに示すように、ウエハカセット１６ａ、１６ｂ及びガイドローラ１１ｃ間を搬送することができる。

ウエハカセット１６ａ、１６ｂは、洗浄装置１０へウエハ５０を搬入及び搬出するために用いられる。搬入側ウエハカセット１６ａは、洗浄装置１０へ搬入するウエハ５０を収容し、搬出側ウエハカセット１６ｂは洗浄が終了したウエハ５０を収容する。

その他、特に図示しないが、洗浄装置１０は洗浄液を回収する洗浄液回収装置と、洗浄装置１０内の浮遊パーティクル等を除去するクリーンエア装置と、洗浄を終えたウエハを回転させて乾燥させるスピン乾燥装置と、洗浄装置１０の各部の動作を集中管理するコンピュータ等の制御装置とを備えている。

以下、第１実施形態に係る洗浄装置１０による洗浄動作について説明する。

まず、基板であるウエハ５０を、搬入側ウエハカセット１６ａに収容した状態で洗浄装置１０に搬入する。続いて、ロボットハンド１４及びロボットハンドガイド１５を協働させて最初のウエハ５０を搬入側ウエハカセット１６ａから取り出し、図３の超音波洗浄ユニットの左側のガイドローラ１１ｃ上に載置する。次に、モーター１１ａを駆動してウエハ５０を回転させるとともに、洗浄液供給装置１２から振動体２０に洗浄液を送り出す。それと同時に電源装置１３から超音波振動子２１に高周波電力を供給して超音波を発生させる。この状態で、図６に示すように、駆動装置２３により振動体２０を上下方向（Ｙ方向）に往復運動させることで、照射面２０ａをウエハ５０の外周と中心との間を往復運動させることにより、１枚目のウエハ５０の一方の面を洗浄する。

洗浄が完了した後、ロボットハンド１４及びロボットハンドガイド１５を駆動して、最初のウエハ５０を、図３の矢印Ｂに示すように搬送して、超音波洗浄ユニットの右側のガイドローラ１１ｃ上に載置する。同時に、２枚目のウエハ５０を搬送側ウエハカセット１６ａから取り出して、矢印Ａに示すように搬送する。これにより、振動体２０の両方の照射面２０ａと２枚のウエハ５０とが対向するように配置される。

続いて、モーター１１ａを駆動させてガイドローラ１１ｃ上の２枚のウエハ５０を回転させつつ、洗浄液供給装置１２から振動体２０に洗浄液を供給し、電源装置１３から超音波振動子２１に高周波電力を供給して洗浄を行う。このとき、洗浄液は図５に示すように、配管１７及び振動体２０内部の洗浄液流路２０ｃを通って両方の照射面２０ａ内に設けられた噴出口２０ｂから噴出する。そして、ウエハ５０と照射面２０ａとの間の隙間に洗浄液の膜５５を形成する。一方、超音波振動子２１で発生した超音波は振動体２０内を伝搬してゆき、照射面２０ａからウエハ５０に向けて照射される。超音波は洗浄液の膜５５を伝搬してウエハ５０の表面に到達してウエハ５０の表面を振動させる。この振動でウエハ５０の表面に付着した異物が脱落して、異物が洗浄液側に移行する。異物はウエハ５０の洗浄液の流れとともにウエハ５０表面から排出される。図３に示すように、ウエハ５０が鉛直方向に立てて配置されているため洗浄液はウエハ５０の表面に沿って下方に流れる。

振動体２０は、図６に示すように、ウエハ５０の外周と中心との間を矢印Ｑにより示す方向に往復運動することにより、ウエハ５０の被洗浄面全面を洗浄することができる。噴出口２０ｂは、照射面２０ａ内に形成されているため、照射面２０ａとウエハ５０との間隔が狭くても、照射面２０ａとウエハ５０との間に安定した洗浄液の膜５５を形成することができる。これにより、ウエハ５０の被洗浄面全面を均一に洗浄することができる。

以上のように、１つの振動体２０によって、２つのウエハ５０の被洗浄面を同時に洗浄することができる。

つづいて、ロボットハンド１４及びロボットハンドガイド１５により、最初のウエハ５０を図３の矢印Ｃに示すように搬出側ウエハカセット１６ｂに移送する。同時に、２枚目のウエハ５０を矢印Ｂに示すように搬送し、３枚目のウエハ５０を矢印Ａに示すように順送りで搬送する。その後、上述したように超音波洗浄ユニット２４を用いた洗浄を行う。以後、搬入側ウエハカセット１６ａの全てのウエハ５０の洗浄が完了するまで、ウエハ５０を順送りに移動させながら、超音波洗浄ユニット２４を用いた洗浄を繰り返す。以上のようにして搬入側ウエハカセット１６ａに収容された１ロット分のウエハ５０の洗浄が完了する。

洗浄装置１０は最初と最後のウエハ５０の洗浄を除き、１回の洗浄動作でウエハ５０の２つの被洗浄面を洗浄することができる。このため、従来よりも早くウエハの洗浄を行うことができる。

また、洗浄液の噴出口２０ｂが照射面２０ａ内に配置されているため、洗浄液の膜５５を安定して形成することができウエハ５０の全面を均一に洗浄することができる。

（第１実施形態の変形例）
以下、第１実施形態の変形例について説明する。ここに、図７（ａ）は、中心に噴出口が設けられた照射面を水平に配置したときの洗浄液の流れの様子を示す模式図であり、図７（ｂ）は、同じ照射面を垂直に配置した時の洗浄液の流れの様子を示す模式図である。

振動体２０において、照射面２０ａが水平となるように配置されて洗浄が行われる場合には、図７（ａ）に示すように、中央に配置された噴出口２０ｂから噴出した洗浄液はあらゆる方向に均一に流れて、照射面２０ａとウエハ５０との間を均一に満たすことができる。

しかし、本発明の第１実施形態のように、ウエハ５０を鉛直方向に立てた状態で洗浄を行う洗浄装置１０では、照射面２０ａが垂直に配置される。ウエハ５０と照射面２０ａの隙間内での洗浄液の流れには、鉛直下向きに重力が作用する。したがって、図７（ｂ）に示すように噴出口２０ｂよりも下側の下向きの洗浄液の流れは重力によって加速され、噴出口２０ｂより上側の上向きの洗浄液の流れは重力によって減速される。このため、洗浄液の供給流量、ウエハ５０と照射面２０ａとの間隔、使用する洗浄液の粘度及び表面張力のバランスによっては、照射面２０ａの下側部分に洗浄液の流れが集中し、例えば図７（ｂ）の斜線部Ｄに示すような照射面２０ａの上側の領域で洗浄液が行き渡らない可能性がある。このように、条件によっては照射面２０ａとウエハ５０との間に安定した洗浄液の膜が形成できず、ウエハ５０を均一に洗浄することができないおそれがある。

また、鉛直下向きの洗浄液の流れが速い部分では、洗浄液が照射面２０ａと接触している時間が短く、洗浄液の洗浄作用の有効活用という観点からは効率が低下する。すなわち、同一の洗浄効果を得るのに必要な洗浄液の量が増大してしまう。

（変形例１）
そこで、第１実施形態に係る振動体２０の変形例１として、図８に示すような振動体２５を洗浄装置１０に用いることができる。ここに、図８（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例１に係る振動体の外観を示す斜視図であり、図８（ｂ）はその正面図である。

図８（ａ）、（ｂ）に示すように、振動体２５は、その照射面２５ａ内部における噴出口２５ｂの位置が中心（I-I線）よりも上側に形成されている。噴出口２５ｂの位置は、例えば、照射面２５ａの中心より７．５ｍｍ程度上方に移動した位置とすることができる。なお、噴出口２５ｂの位置以外の振動体２５の形状は、第１実施形態の振動体２０（図４参照）と同様とすることができる。

このように、噴出口２５ｂを照射面２５ａの中心よりも上側に形成することにより、噴出口２５ａよりも上側の照射面２５ａの面積を小さくすることができ、洗浄面２５ａとウエハ５０との間に洗浄液の膜が形成されない領域が発生するのを防ぐことができる。

（変形例２）
振動体２０の変形例２として、図９に示すような振動体２６を洗浄装置１０に用いることができる。ここに、図９（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例２に係る振動体の外観を示す斜視図であり、図９（ｂ）はその正面図である。

図９（ａ）、（ｂ）に示すように第１実施形態の変形例２に係る振動体２６は、その水平方向の両方の端部に平坦な照射面２６ａが形成されている。照射面２６ａは、楕円形に形成されており、その楕円の長軸は鉛直方向と一致するように配置されている。照射面２６ａの中心（II-II線）よりも上側の部分に噴出口２６ｂが形成されている。噴出口２６ｂは、図９（ａ）に示すように、振動体２６の内部に形成されたＴ字型の洗浄液流路２６ｃにつながっている。

照射面２６ａは、長軸と短軸との比率を例えば５：３程度とすることができ、例えば、長軸側の長さを５０ｍｍ程度、短軸側の長さを３０ｍｍ程度とすることができる。この場合には、噴出口２６ｂ及び洗浄液流路の直径を例えば４ｍｍ程度とし、噴出口２６ｂの位置は、照射面２６ａの上端から例えば７．５ｍｍ程度下の位置に配置することができる。

振動体２６は、超音波振動子２１を介して支持体２２と接続されている。第１実施形態に係る振動体２０（図３参照）のときと同様に、振動体２６は２つの照射面２６ａがウエハ５０と３ｍｍ以下の間隔をあけて配置されて、ウエハ５０の２つの被洗浄面を同時に洗浄することができる。さらに、ウエハ５０を鉛直方向に立てて配置した場合に、噴出口２６ｂの位置が中心よりも上側に設けられているため、噴出口２６ｂよりも上側で洗浄液によって満たされない領域が発生するのを防止することができる。また、照射面２６ａは上下方向に長い形状とされているため、鉛直下向きに速い流速で流れ落ちる洗浄液に対して、より広い領域で照射面２６ｂ上の洗浄液の膜を形成することができる。これにより、洗浄液の洗浄作用をより効率良く活用することができ、一定の洗浄液当たりの洗浄効率を向上させることができる。

（変形例３）
振動体２０の変形例３として、図１０に示すような振動体２７を洗浄装置１０に用いることができる。ここに、図１０（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例３に係る振動体の正面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のIII-III線に沿った断面図である。

変形例３の振動体２７は第１実施形態に係る振動体２０と同様の円筒形に形成され、照射面２７ａの形状及び噴出口２７ｂの位置も振動体２０と同様に形成されている。ただし、図１０に示すように、照射面２７ａに溝２７ｄが形成されている点で振動体２０の照射面２０ａと異なる。溝２７ｄは、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、水平方向に伸び、一定の幅及び一定の間隔をあけて形成されている。溝２７ｄは、例えば幅１ｍｍ程度、深さ０．５ｍｍ程度に形成され、例えば２ｍｍ程度の間隔で平行に配置される。これにより、照射面２７ａとウエハとの間の隙間を流れる洗浄液の流水抵抗は、水平方向の成分よりも上下方向の成分の方が大きくなる。このため、洗浄液は溝２７ｄを形成しない場合に比べて水平方向により流れやすくなる。したがって、重力の作用によって上下方向に集中しがちであった洗浄液の流れが水平方向にも分散され、洗浄液が照射面２７ａとウエハ５０との間の領域全体により均一に行き渡る。

（変形例４）
第１実施形態に係る振動体２０の変形例４として、図１１に示すような振動体２８を洗浄装置１０に用いることができる。ここに、図１１は、本発明の第１実施形態の変形例４に係る振動体の正面図である。本実施形態の変形例４に係る振動体２８は、変形例３に係る振動体２７の噴出口２７ｂ（図１０参照）の位置を変更したものである。図１１に示すように、変形例４に係る振動体２８は、照射面２８ａ上に水平方向に伸びる溝２８ｄが形成されており、噴出口２８ｂの位置が照射面２８ａの中心よりも上側に配置されている。噴出口２８ｂの位置は、例えば照射面２８ａの上端側から７．５ｍｍ程度下の位置とすることができる。なお、振動体２８の溝２８ｄを含めたその他の部分の形状は、変形例３に係る振動体２７と同様とすることができる。

変形例４に係る振動体２８は、水平方向に伸びる溝２８ｄが形成されるとともに噴出口２８ｂの位置が照射面２８の中心よりも上側に形成されている。このため、噴出口２８ｂよりも上側で洗浄液によって満たされない領域が発生するのを防止することができる。また、重力の作用によって上下方向に集中しがちであった洗浄液の流れが水平方向にも分散されて、洗浄液が照射面２８ａとウエハ５０との間の領域全体により均一に行き渡らせることができる。

（変形例５）
第１実施形態に係る振動体２０の変形例５として、図１２に示すような振動体２９を洗浄装置１０に用いることができる。ここに、図１２は、本発明の第１実施形態の変形例５に係る振動体の正面図である。本実施形態の変形例５に係る振動体２９は、変形例３に係る振動体２７の照射面２７ａの形状及び噴出口２７ｂ（図１０参照）の位置を変更したものである。

図１２に示すように、変形例５に係る振動体２９は、照射面２９ａの長軸が鉛直方向に一致するように形成された楕円形とされ、照射面２９ａ上には水平方向に伸びる溝２９ｄが形成されている。また、噴出口２９ｂの位置が照射面２９ａの中心よりも上側に配置されている。なお、照射面２９ａの形状及び噴出口２９ｂの位置は、変形例２に係る振動体２６（図９参照）のときと同様とすることができる。また、振動体２９の溝２９ｄの幅、深さ、及び間隔は、変形例３に係る振動体２７（図１０参照）のときと同様とすることができる。

変形例に係る振動体２９は、水平方向に伸びる溝２９ｄが形成されるとともに、照射面２９ａが楕円形に形成され、噴出口２９ｂの位置が照射面２９の中心よりも上側に形成されている。このため、噴出口２９ｂよりも上側で洗浄液によって満たされない領域が発生するのを防止することができる。また、重力の作用によって上下方向に集中しがちであった洗浄液の流れが水平方向にも分散されて、洗浄液が照射面２９ａとウエハ５０との間の領域全体により均一に行き渡らせることができる。さらに、上下方向に縦長に形成されているため、鉛直下向きに速い流速で流れる洗浄液に対しより広い領域で照射面２９ａ上に洗浄液の膜を形成することができる。これにより、洗浄液の洗浄作用をより効率よく活用することができ、一定の洗浄液あたりの洗浄効果を向上させることができる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について説明する。ここに、図１３は、本発明の第２実施形態に係る洗浄装置の全体構成を示す模式図である。図１４は、本発明の第２実施形態に係る洗浄装置の第１の洗浄動作を示す模式図である。図１５は、本発明の第２実施形態に係る洗浄装置の第２の洗浄動作を示す模式図である。なお、上記各図において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付してある。

第２実施形態に係る洗浄装置３０は、図１３に示すように、複数の超音波洗浄ユニット２４が一列に並んで配置されている。各超音波洗浄ユニット２４及びそれを構成する振動体２０、超音波振動子２１、支持体２２は第１実施形態の超音波洗浄ユニット２４と同様である。なお、振動体２０に代えて、第１実施形態の変形例１〜５に係る振動体２５〜２９を用いてもよい。超音波洗浄ユニット２４の数に特に制限はないが、例えば、２５枚のウエハ５０を１ロットとする製造工程に用いる洗浄装置３０の場合には、超音波洗浄ユニット２４を２６台並べて１ロット分のウエハ５０の両面を一度に洗浄できるようにすることもできる。

駆動機構２３は、各々の超音波洗浄ユニット２４に設けられている。駆動機構２３の動作は第１実施形態と同様である。なお、本実施形態の洗浄装置３０はこれに限定されるものではなく、例えば、駆動機構２３を１台のみとして、全ての超音波洗浄ユニット２４を１台の駆動機構２３に接続してもよい。

モーター１１ａ及び回転軸１１ｂは、第１実施形態と同様に図１３の紙面奥行き方向に２つ並列して配置されている。ガイドローラ１１ｃは超音波洗浄ユニット２４の側方に配置されている。ただし、隣接する超音波洗浄ユニット２４に挟まれる部分にはガイドローラ１１ｃが１組のみ配置され、この部分では１枚のウエハ５０のみ載置される。このため、隣接する超音波洗浄ユニット２４に挟まれる部分に載置されるウエハ５０は、その表裏両面が隣接する２つの超音波洗浄ユニット２４で同時に洗浄される。

各ガイドローラ１１ｃの位置は、その上に載置されるウエハ５０の表面と超音波洗浄ユニット２４の照射面２０ａとの間隔が３ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ程度となるように調整されている。

ロボットハンド１４は、洗浄装置３０で一度に洗浄されるウエハ５０の数と同じか又はそれ以上設けられている。これにより、洗浄装置３０内でのウエハ５０の搬送を迅速に行うことができる。なお、ロボットハンド１４及びそれを支持するロボットハンドガイド１５の動作は第１実施形態と同様である。

図１３に示すように、洗浄装置３０には複数の洗浄液供給装置１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられている。これにより、洗浄液供給装置１２ａに接続された超音波洗浄ユニット２４と洗浄液供給装置１２ｂに接続された超音波洗浄ユニット２４との間で異なる種類の洗浄液を用いて洗浄を行うことができる。また、洗浄液供給装置１２ａのように２つの超音波洗浄ユニット２４に接続することにより、複数の超音波洗浄ユニット２４に同じ洗浄液を供給することができる。なお、洗浄装置３０において、洗浄液供給装置（例えば１２ａ〜１２ｃ）の数は使用する洗浄液の種類数に応じて適宜変更することができる。例えば、洗浄液の種類が１つのみの場合には洗浄液供給装置１２ａのみとしてもよい。また、洗浄液供給装置の数を超音波洗浄ユニット２４の数と同数とすれば、各超音波洗浄ユニット２４に供給する洗浄液を洗浄目的に応じてそれぞれ変えることができる。例えば、ウエハ表面に付着しているパーティクルを除去するのに効果的な洗浄液を用いた洗浄と、重金属イオンを除去するための洗浄液を用いた洗浄とを、１台の洗浄装置３０で行うこともできる。また、洗浄装置３０において、搬出側カセット１６ｂ側の超音波洗浄ユニット２４に超純水を供給して超純水によるリンスを行うようにすることもできる。

高周波電源１３は、各超音波洗浄ユニット２４の超音波振動子２１と接続されている。本実施形態の高周波電源１３は、各々の超音波洗浄ユニット２４で異なる周波数の電力を供給してそれぞれ異なる周波数の超音波を発生させることができる。また、高周波電源１３は、すべての超音波洗浄ユニット２４に同じ周波数の電力を供給して超音波の周波数を全部同じとすることもできる。

その他、特に図示しないが、第２実施形態に係る洗浄装置３０にも、洗浄液を回収する洗浄液回収装置と、洗浄装置３０内の浮遊パーティクル等を除去するクリーンエア装置と、洗浄を終えたウエハを回転させて乾燥させるスピン乾燥装置と、洗浄装置３０の各部の動作を集中管理するコンピュータ等の制御装置とが設けられている。

以下、第２実施形態の洗浄装置３０の洗浄動作について説明する。

（第１の洗浄動作）
以下、図１３及び図１４を参照しつつ、本実施形態に係る洗浄装置３０の第１の洗浄動作について説明する。ここに、図１４は、第２実施形態の洗浄装置の第１の洗浄動作を示す模式図である。なお、図１４は、超音波洗浄ユニット２４を１０台設けた洗浄装置３０を例に示すものであり、符号Ｍ１〜Ｍ１１は、ウエハ５０がガイドローラ１１ｃに載置されて洗浄が行われる洗浄位置を示す。符号Ｍ１は最も搬入側寄りの洗浄位置を示し、符号Ｍ１１が最も搬出側寄りの洗浄位置を示す。

第１の洗浄動作では、ウエハ５０を洗浄位置Ｍ１〜Ｍ１１に向けて順送りに搬送しながら洗浄を繰り返す。以下、具体的な洗浄動作について説明する。

ウエハ５０は搬入側ウエハキャリア１６ａに収容されて１ロット分まとめて洗浄装置３０に搬入される。

まず、ロボットハンド１４及びロボットハンドガイド１５を駆動させて、最初のウエハ５０を搬入側ウエハキャリア１６ａから取り出し、矢印Ｓ１に示すように洗浄位置Ｍ１に搬送する。つづいて、ウエハ５０を回転させ、振動体２０から洗浄液の噴出及び超音波の照射を行いながら、超音波洗浄ユニット２４を駆動して最初のウエハ５０の被洗浄面を洗浄する。

次に、最初のウエハ５０を、矢印Ｓ２に示すように洗浄位置Ｍ２に搬送するとともに、２枚目のウエハ５０をＳ１に示すように洗浄位置Ｍ１に搬送する。その後、洗浄位置に載置されたウエハ５０の被洗浄面を洗浄する。

以後、同様にしてウエハ５０を矢印Ｓ１〜Ｓ１２に示すように順送りに搬送しながら、洗浄動作を繰り返す。洗浄が終了したウエハ５０は、搬出側ウエハキャリア１６ｂに収容される。１ロット分のウエハ５０の洗浄が完了したら、ウエハ５０は搬出側ウエハキャリア１６ｂによって洗浄装置３０から搬出されて一連の洗浄動作が完了する。

図１４に示すように、１０台の超音波洗浄ユニット２４を用いた洗浄装置３０の第１の洗浄動作では、超音波洗浄ユニット２４がウエハ５０に挟まれるように配置される。これにより、複数の被洗浄面の洗浄が同時に進行する。１０台の超音波洗浄ユニット２４を用いた洗浄装置３０の場合には、すべての洗浄位置にウエハ５０が配置されると、２０面の被洗浄面を１度に洗浄することができ、洗浄速度を高めることができる。

なお、上述のようにウエハ５０を順送りに搬送しながら洗浄を行う場合には、各々の超音波洗浄ユニット２４で使用する洗浄液の種類を、洗浄目的に応じてそれぞれ変えると効果的である
また、各々の超音波洗浄ユニット２４で超音波振動子２１の発生する超音波の周波数を異なる値とすると好適である。ウエハ５０の表面に付着しているパーティクルはその粒径に応じて最適な超音波周波数がある。そこで、ウエハ５０の表面へのダメージが顕著にならない範囲で、異なる複数の周波数の超音波を各超音波洗浄ユニット２４から順次照射することによって、パーティクルの除去効率が向上させつつ、迅速な洗浄を行うことができる。

（第２の洗浄動作）
以下、図１３及び図１５を参照しつつ本実施形態に係る洗浄装置３０の第２の洗浄動作について説明する。ここに、図１５は、第２実施形態の洗浄装置３０の第２の洗浄動作を示す模式図である。なお、図１５は、超音波洗浄ユニット２４を１０台設けた洗浄装置３０を例に示すものであり、符号Ｍ１〜Ｍ１１は、ウエハがガイドローラ１１ｃに載置されて洗浄が行われる洗浄位置を示す。符号Ｍ１は最も搬入側寄りの洗浄位置を示し、符号Ｍ１１が最も搬出側寄りの洗浄位置を示す。

本実施形態の洗浄装置３０の第２の洗浄動作は、複数のウエハ５０を同時処理する。以下、具体的な洗浄動作について説明する。

ウエハ５０は搬入側ウエハキャリア１６ａに収容された形で１ロット分まとめて洗浄装置３０に搬入される。

まず、ロボットハンド１４及びロボットハンドガイド１５（図１３参照）を駆動させて、複数のウエハ５０を搬入側ウエハキャリア１６ａから取り出し、矢印Ｓ１に示すように洗浄位置Ｍ２〜Ｍ１０に搬送する。ここで、洗浄位置Ｍ２〜Ｍ１０は、隣接した２つの超音波洗浄ユニット２４に挟まれた洗浄位置であり、ウエハ５０の表裏両面を同時に洗浄できる洗浄位置である。つぎに、ウエハ５０を回転させ、振動体２０から洗浄液の噴出及び超音波の照射を行いながら、各超音波洗浄ユニット２４をウエハ５０で移動させて、複数のウエハ５０の表裏両面の洗浄を行う。

次に、矢印Ｓ２に示すように、洗浄位置Ｍ２〜Ｍ１０のウエハ５０を、搬送側ウエハキャリア１６ｂに搬送する。

以後、搬入側ウエハキャリア１６ａに収容された１ロット分全てのウエハ５０の洗浄が完了するまで、同様の動作を繰り返すことで洗浄が完了する。

洗浄が終了したウエハ５０は搬出側ウエハキャリア１６ｂに収容され、１ロット分全てのウエハ５０の洗浄が完了すると洗浄装置３０から搬出される。

図１５に示すように、１０台の超音波洗浄ユニット２４を用いた洗浄装置３０の第２の洗浄動作では、最大で１８面の被洗浄面の洗浄を１度に洗浄でき、９枚のウエハ５０の表裏両面が同時に洗浄できる。

このため、第２の洗浄動作によれば、従来よりも洗浄速度を高めることができる。

なお、洗浄装置３０を第２の洗浄動作で使用する場合には、すべてのウエハ５０について均一な条件で洗浄を行うべく、各超音波洗浄ユニット２４に供給する洗浄液の種類を同じとすることが好ましい。また、各超音波洗浄ユニット２４の超音波の周波数も全て同じものとすることが好ましい。

（実験例）
本願発明者は、第２実施形態の洗浄装置３０を用いることによって単位時間当たりのウエハ処理量を増大できることを実験的に確認した。

直径８インチ（約２００ｍｍ）の両面鏡面研磨されたシリコンウエハの両方の表面に、厚さ１００ｎｍの熱酸化膜を形成し、その表面に平均粒径０．１５μｍのシリカ（ＳｉＯ₂）微粒子を片面当たり３万個程度付着させた試料を作製した。

超音波振動子２１の振動周波数は１ＭＨｚとして全ての超音波洗浄ユニット２４について同一の周波数で振動させた。また、洗浄液はすべての超音波洗浄ユニット２４について、１Ｌの超純水中に水素ガスを１．５ｍＬ溶解させた水素溶解水を用いた。

なお、ウエハ表面の洗浄効果の評価は、洗浄の前後でウエハ表面検査装置を用いてウエハ表面に付着しているシリカ粒子の数を計測して行い、ウエハ上に付着したシリカ微粒子の９９％が除去できたところで洗浄が完了したものと判定した。

まず、振動体２０の洗浄能力の条件を揃えて評価を行うため、第２実施形態の洗浄装置の１つの超音波洗浄ユニット２４を用いて、試料の片面の洗浄に要する時間を測定した。その結果、片面を洗浄するのに必要な時間は３３０秒であった。

つぎに、本実施形態の洗浄装置３０を第２の洗浄動作で動作させた時に、１ロット分の２５枚のシリコンウエハの洗浄に必要な時間の測定を行った。ここで実験例では、洗浄装置３０として超音波洗浄ユニット２４を１０個備えた装置を用いた。また、洗浄はシリコンウエハの両面を同時に洗浄することができる部分、すなわち、超音波洗浄ユニット２４に挟まれた部分（９枚分）のみを用いて洗浄を行った。このため、２５枚のシリコンウエハ（試料）を９枚、９枚、７枚の３回に分けて洗浄を行った。本実験例では、１回目〜３回目までの各洗浄は３３０秒かかるため、２５枚のシリコンウエハの洗浄に９９０秒要した。

これに対し、従来の洗浄装置ではシリコンウエハを片面ずつ洗浄するため、１枚のシリコンウエハの洗浄に必要な時間は片面の所要時間を２倍して６６０秒かかってしまう。さらに、１ロット分（２５枚）のシリコンウエハを洗浄するためには６６０秒を２５倍して、１６５００秒かかってしまう。

このように、１０個の超音波洗浄ユニット２４を備えた洗浄装置３０を用いることにより、２５枚のウエハの表裏両面を研磨するのに要する時間が、１６分の１以下に短縮できることが確認できた。

つぎに、本願発明者は、上述の１０個の超音波洗浄ユニット２４を備えた洗浄装置３０を用いて、シリコンウエハを順送りに移送しながら洗浄を行う第１の洗浄動作させた時の洗浄速度及び洗浄効果について評価を行った。

順送りで移送しながら洗浄を行う場合についても、シリコンウエハの表裏両面を同時に洗浄することができる９か所の洗浄位置のみを用いて洗浄した。なお、超音波振動子２１の振動周波数は１ＭＨｚとして全ての超音波洗浄ユニット２４について同一の周波数で振動させた。また、洗浄液はすべての超音波洗浄ユニット２４について、１Ｌの超純水中に水素ガスを１．５ｍＬ溶解させた水素溶解水を用いた。

各洗浄位置では４０秒間だけ洗浄を行い、シリコンウエハを順送りに次の洗浄位置に送って洗浄作業を進めた。その結果、９番目の洗浄位置での洗浄が終わった時点では、付着させた微粒子が９９％以上洗浄できることが確認できた。ロボットハンド１４による各洗浄位置間の搬送には約５秒を要するため、最後の９番目の洗浄位置から洗浄が完了したウエハが取り出される時間間隔、すなわちシリコンウエハ１枚当たりの洗浄時間は約４５秒であった。

一方、従来の洗浄装置では、上述のようにシリコンウエハを片面ずつ洗浄するため、両面の洗浄に６６０秒必要である。したがって、１０個の超音波洗浄ユニット２４を備えた洗浄装置３０でウエハを順送りしながら洗浄することによって、ウエハ１枚当たりの洗浄に要する時間を１４分の１に短縮できることが確認できた。

（その他の実施形態）
以上で説明した上記各実施形態に係る洗浄装置及びそれを用いた洗浄方法は、半導体装置等の電子デバイスの製造工程に使用することができる。この場合には、ウエハ上への成膜やパターニング工程等の間の洗浄工程に本実施形態に係る洗浄装置及び洗浄方法を用いることができる。

例えば、機械的強度が低い微細の配線構造やポーラスシリカ等の低誘電率膜などをパターニングした直後の洗浄工程に上記各実施形態の洗浄装置及び洗浄方法を用いると、ウエハ表面のデバイスパターンを破壊することなく、迅速に洗浄を行うことができ好適である。

以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。

（付記１）超音波を照射する第１の照射面及び第２の照射面を備え、かつ、前記第１の照射面及び前記第２の照射面内に洗浄液を噴出する噴出口をそれぞれ備えた振動体と、
前記第１の照射面及び前記第２の照射面のそれぞれと対向する基板を保持する保持部材と、
を備えたことを特徴とする洗浄装置。

（付記２）前記保持部材は前記基板を鉛直方向に立てて保持し、前記噴出口は前記照射面の中央よりも上側に配置されていることを特徴とする付記１に記載の洗浄装置。

（付記３）前記第１の照射面及び前記第２の照射面は、鉛直方向に縦長に形成されていることを特徴とする付記１又は２に記載の洗浄装置。

（付記４）前記第１の照射面及び前記第２の照射面には、水平方向の溝が形成されていることを特徴とする付記１乃至３の何れか１項に記載の洗浄装置。

（付記５）前記振動体を複数備え、前記振動体と前記基板とが交互に配置されること特徴とする付記１乃至４の何れか１項に記載の洗浄装置。

（付記６）前記基板を、前記複数の振動体の照射面間で一定方向に順送りしながら洗浄を行うことを特徴とする付記５に記載の洗浄装置。

（付記７）超音波を照射する第１の照射面及び第２の照射面を備え、かつ、前記第１の照射面内及び前記第２の照射面内に洗浄液を噴出する噴出口をそれぞれ備えた振動体と、
前記第１の照射面及び前記第２の照射面のそれぞれと対向する基板を保持する保持部材とを備えた洗浄装置を用いた洗浄方法であって、
前記基板を前記第１の照射面及び前記第２の照射面のそれぞれと対向させて保持し、
該保持した前記基板のそれぞれの被洗浄面を同時に洗浄する
ことを特徴とする洗浄方法。

（付記８）超音波を照射する第１の照射面及び第２の照射面を備え、かつ、前記第１の照射面及び前記第２の照射面内に洗浄液を噴出する噴出口をそれぞれ備えた振動体と、
前記第１の照射面及び前記第２の照射面のそれぞれと対向する基板を保持する保持部材とを備えた洗浄装置を用いた洗浄方法であって、
前記基板と前記第１の照射面及び前記第２の照射面のそれぞれと対向させて保持し、該保持した前記基板のそれぞれの被洗浄面を同時に洗浄する工程を有する
ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。

図１は、従来の超音波を用いた枚葉式の洗浄装置の一例を示す模式図である。 図２は、従来の振動体を用いた枚葉式の洗浄装置の一例を示す模式図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る洗浄装置の全体構成を示す模式図である。 図４（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る洗浄装置の超音波洗浄ユニットの先端部分の外観を示す斜視図であり、図４（ｂ）はその正面図である。 図５は、本発明の第１実施形態に係る洗浄装置の洗浄中の様子を示す断面図である。 図６は、本発明の第１実施形態に係る洗浄装置でのウエハ及び超音波照射ユニットの移動方向を示す模式図である。 図７（ａ）は、中心に噴出口が設けられた照射面を水平に配置したときの洗浄液の流れの様子を示す模式図であり、図７（ｂ）は、同じ照射面を垂直に配置した時の洗浄液の流れの様子を示す模式図である。 図８（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例１に係る振動体の外観を示す斜視図であり、図８（ｂ）はその正面図である。 図９（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例２に係る振動体の外観を示す斜視図であり、図９（ｂ）はその正面図である。 図１０（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例３に係る振動体の正面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のIII-III線に沿った断面図である。 図１１は、本発明の第１実施形態の変形例４に係る振動体の正面図である。 図１２は、本発明の第１実施形態の変形例５に係る振動体の正面図である。 図１３は、本発明の第２実施形態に係る洗浄装置の全体構成を示す模式図である。 図１４は、本発明の第２実施形態に係る洗浄装置の第１の洗浄動作を示す模式図である。 図１５は、本発明の第２実施形態に係る洗浄装置の第２の洗浄動作を示す模式図である。

符号の説明

１０、３０…洗浄装置、１１ａ…モーター、１１ｂ…回転軸、１１ｃ…ガイドローラ、
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…洗浄液供給装置、１３…電源装置、１３ａ…配線、１４…ロボットハンド、１５…ロボットハンドガイド、１６ａ…搬入側ウエハカセット、１６ｂ…搬出側ウエハカセット、１７…配管、２０、２５、２６、２７、２８、２９…振動体、２０ａ、２５ａ、２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａ…照射面、２０ｂ、２５ｂ、２６ｂ、２７ｂ、２８ｂ、２９ｂ…噴出口、２０ｃ、２５ｃ、２６ｃ、２７ｃ、２８ｃ、２９ｃ…洗浄液流路、２７ｄ、２８ｄ、２９ｄ…溝、２１…超音波振動子、２２…支持体、２３…駆動機構、５０、９９…ウエハ（基板）、１００、２００…洗浄装置、１０１…超音波ノズル、１０２…洗浄液、１０３…照射領域、１０４…支持体、２０１…振動体、２０１ａ…照射面、２０２…超音波振動子、２０３…洗浄液ノズル、２０４…支持体、２０５…洗浄液、Ｍ１〜Ｍ１１…洗浄位置。

Claims (4)

1. 超音波を照射する第１の照射面及び第２の照射面を備え、かつ、前記第１の照射面及び前記第２の照射面内に洗浄液を噴出する噴出口をそれぞれ備えた振動体と、
   前記第１の照射面及び前記第２の照射面のそれぞれと対向する基板を保持する保持部材と、
   を備え、
   前記保持部材は前記基板を鉛直方向に立てて保持し、前記噴出口は前記照射面の中央よりも上側であって、前記洗浄液が前記基板と第１の照射面及び前記第２の照射面との間の領域全体に均一に行き渡るような位置に配置されていることを特徴とする洗浄装置。
2. 前記振動体を複数備え、前記振動体と前記基板とが交互に配置されること特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
3. 超音波を照射する第１の照射面及び第２の照射面を備え、かつ、前記第１の照射面内及び前記第２の照射面内に洗浄液を噴出する噴出口をそれぞれ備えた振動体と、前記第１の照射面及び前記第２の照射面のそれぞれと対向する基板を保持する保持部材と、を備え、前記保持部材は前記基板を鉛直方向に立てて保持し、前記噴出口は前記照射面の中央よりも上側であって、前記洗浄液が前記基板と第１の照射面及び前記第２の照射面との間の領域全体に均一に行き渡るような位置に配置されている洗浄装置を用いた洗浄方法であって、
   前記基板を前記第１の照射面及び前記第２の照射面のそれぞれと対向させて保持し、
   該保持した前記基板のそれぞれの被洗浄面を同時に洗浄する
   ことを特徴とする洗浄方法。
4. 超音波を照射する第１の照射面及び第２の照射面を備え、かつ、前記第１の照射面及び前記第２の照射面内に洗浄液を噴出する噴出口をそれぞれ備えた振動体と、前記第１の照射面及び前記第２の照射面のそれぞれと対向する基板を保持する保持部材と、を備え、前記保持部材は前記基板を鉛直方向に立てて保持し、前記噴出口は前記照射面の中央よりも上側であって、前記洗浄液が前記基板と第１の照射面及び前記第２の照射面との間の領域全体に均一に行き渡るような位置に配置されている洗浄装置を用いた洗浄方法であって、
   前記基板を前記第１の照射面及び前記第２の照射面のそれぞれと対向させて保持し、該保持した前記基板のそれぞれの被洗浄面を同時に洗浄する工程を有する
   ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。

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