JP2006095458A - 枚葉式洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 半導体ウエハーのような洗浄対象物に対し最も効果的な洗浄がおこなえる枚葉式洗浄方法及び洗浄装置の提供にある。
【解決手段】洗浄装置は、被洗浄物を支持する支持部材22,28と、支持部材に支持された被洗浄物の洗浄面に対向配置される超音波振動板32と、該振動板と被洗浄物との間に洗浄液を供給する液供給ノズル36と、支持部材を振動板面に対し平行移動させる駆動部材26と、振動板を超音波振動させる超音波発振器34とを備え、振動板の振動面を、被洗浄物の洗浄面に対し数mm以内でかつ洗浄面における平均音圧が最高点またはその近傍以内の位置に近接配備され、支持部材に支持された被洗浄物Wを移動させながら振動板を超音波振動させて、介在する洗浄液により被洗浄物面を洗浄するように構成している。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体ウェーハや液晶ガラス基板、ハードディスク基板を一枚毎に超音波振動を用いて洗浄する枚葉式の洗浄方法及び洗浄装置に関するものである。
従来から、超音波振動を用いた半導体ウェーハや液晶ガラス基板、ハードディスク基板の枚葉式洗浄装置として、ウェーハ等と超音波伝達部間に液体を表面張力により満たし、超音波を発振して洗浄するものが知られている。例えば、特許文献1、2に記載されたものがそれである。
特許文献1に記載のウェーハ洗浄装置の構造を図7に示す。
この洗浄装置は、処理タンク101の壁100を通って挿入された伸張プローブ104を備えており、該プローブ104は、容器の一方の外端部に片持ち支持されている。また、該プローブ104と処理タンク壁100との間に挟持された適当なOリング102は、処理タンク101に適正なシールを与えているとともに、ハウジング120内に収納された熱伝導部材は、音響的にかつ機械的にプローブ104に結合されている。
更に、該ハウジング120内に収納された圧電型トランスデューサは、熱伝導部材に音響的に結合されている。
特許文献1に記載のウェーハ洗浄装置の構造を図7に示す。
この洗浄装置は、処理タンク101の壁100を通って挿入された伸張プローブ104を備えており、該プローブ104は、容器の一方の外端部に片持ち支持されている。また、該プローブ104と処理タンク壁100との間に挟持された適当なOリング102は、処理タンク101に適正なシールを与えているとともに、ハウジング120内に収納された熱伝導部材は、音響的にかつ機械的にプローブ104に結合されている。
更に、該ハウジング120内に収納された圧電型トランスデューサは、熱伝導部材に音響的に結合されている。
処理タンク101内においては、支持部108がプローブ104に平行にかつ極めて接近して位置している。該支持部108は中心部にシャフト110を有し、該シャフト110は処理タンク101の外側に延出してモータ112に接続されている。
半導体ウェーハ等の洗浄対象物を、タンク101内の支持部108の上に置き、圧電型トランスデューサを駆動してプローブ104を超音波振動させるとともに、液供給ノズルから洗浄液を洗浄対象物の表面に供給し、支持部108を回転させる。プローブ104と半導体ウェーハとの間に入った洗浄液は、プローブ104から高周波エネルギーが伝搬され、半導体ウェーハの表面を洗浄する。
一方、特許文献2に記載の洗浄装置(ウエット処理装置)の構造を図8に示す。
この洗浄装置12は、一側に処理液3を導入する導入側通路5と他側にウエット処理後の処理液3を排出する排出側通路6とを備え、導入側通路5と排水側通路6との間に被処理物1に対し導入側通路5から導入した処理液3をガイドしつつ振動を与えながら被処理物1をウエット処理する振動ガイド部材2を備えたウエット処理本体15を有している。
また、振動ガイド部材2と被処理物1とを所定間隙に維持し、間隙に処理液3を保持させる位置調整部材4が設けられており、かつ振動ガイド部材2は振動子7を備えていて、振動ガイド部材2の被処理物側と反対の外面に振動子7が形成され、振動ガイド部材2の内部に超音波振動子7からの振動を振動ガイド部材2の被処理物の外面に伝える液11を備えている。
特表2000−508237号公報
特開2002−299304号公報
この洗浄装置12は、一側に処理液3を導入する導入側通路5と他側にウエット処理後の処理液3を排出する排出側通路6とを備え、導入側通路5と排水側通路6との間に被処理物1に対し導入側通路5から導入した処理液3をガイドしつつ振動を与えながら被処理物1をウエット処理する振動ガイド部材2を備えたウエット処理本体15を有している。
また、振動ガイド部材2と被処理物1とを所定間隙に維持し、間隙に処理液3を保持させる位置調整部材4が設けられており、かつ振動ガイド部材2は振動子7を備えていて、振動ガイド部材2の被処理物側と反対の外面に振動子7が形成され、振動ガイド部材2の内部に超音波振動子7からの振動を振動ガイド部材2の被処理物の外面に伝える液11を備えている。
ところで、上記洗浄装置では、超音波振動子(プローブ)と被洗浄対象物面との距離が特定されていない。被洗浄対象物面における平均音圧は、使用する超音波周波数と振動子と被洗浄対象物面との距離によって大きく異なるもので、被洗浄対象物面の平均音圧が低い距離で洗浄しても、使用する電力や洗浄時間の割には所定の洗浄効果を得ることができない。
本発明の課題は、半導体ウェーハのような洗浄対象物に対し最も効果的な洗浄がおこなえる枚葉式洗浄方法及び洗浄装置の提供にある。
上記課題に鑑み、本発明は次のような手段を採用した。
請求項1記載の発明は、被洗浄物を支持部材によって支持させると共に、該被洗浄物の洗浄面に超音波振動板を対向配置し、該振動板と被洗浄物との間に洗浄液を供給して、前記支持部材を前記振動板面に対し平行移動させながら前記振動板を超音波振動させて、介在する洗浄液により前記被洗浄物の洗浄面を洗浄する枚葉式洗浄方法であって、
前記振動板の振動面を、被洗浄物の洗浄面における平均音圧が最高点またはその近傍以内の位置に近接配備して洗浄するようにしたことを特徴としている。
なお、この場合に近傍とは、最高点の平均音圧の2/3の位置を示し、振動板の振動面と被洗浄物の洗浄面との距離は最高点から該近傍以内に設定することが望ましい。
請求項1記載の発明は、被洗浄物を支持部材によって支持させると共に、該被洗浄物の洗浄面に超音波振動板を対向配置し、該振動板と被洗浄物との間に洗浄液を供給して、前記支持部材を前記振動板面に対し平行移動させながら前記振動板を超音波振動させて、介在する洗浄液により前記被洗浄物の洗浄面を洗浄する枚葉式洗浄方法であって、
前記振動板の振動面を、被洗浄物の洗浄面における平均音圧が最高点またはその近傍以内の位置に近接配備して洗浄するようにしたことを特徴としている。
なお、この場合に近傍とは、最高点の平均音圧の2/3の位置を示し、振動板の振動面と被洗浄物の洗浄面との距離は最高点から該近傍以内に設定することが望ましい。
請求項3記載の発明は、被洗浄物を支持する支持部材と、支持部材に支持された被洗浄物の洗浄面に対向配置される超音波振動板と、該振動板と被洗浄物との間に洗浄液を供給する液供給ノズルと、前記支持部材を前記振動板面に対し平行移動させる駆動部材と、前記振動板を超音波振動させる超音波発振器とを備え、前記支持部材に支持された被洗浄物を移動させながら振動板を超音波振動させて介在する洗浄液により被洗浄物面を洗浄する枚葉式洗浄装置であって、前記振動板の振動面を、被洗浄物の洗浄面における平均音圧が最高点またはその近傍以内の位置に近接配備されていることを特徴としている。
なお、この場合に近傍とは、最高点の平均音圧の2/3の位置を示し、振動板の振動面と被洗浄物の洗浄面との距離は最高点から該近傍以内に設定することが望ましい。
なお、この場合に近傍とは、最高点の平均音圧の2/3の位置を示し、振動板の振動面と被洗浄物の洗浄面との距離は最高点から該近傍以内に設定することが望ましい。
請求項5記載の発明は、請求項3又は4記載の発明において、前記支持部材は上部が円板状に形成された回転テーブルからなり、前記駆動部材により該上部が水平面上を回転するように構成されていることを特徴としている。
本発明に係る枚葉式洗浄方法は、超音波振動板をウェーハのような被洗浄物の洗浄面に対して平均音圧が高い距離に配置するので効果的に洗浄能力を発揮することができる。
また、本発明に係る枚葉式洗浄装置も、超音波振動板がウェーハのような被洗浄物の洗浄面に対して平均音圧が高い距離に配置されているので効果的に洗浄能力を発揮することができる。
なお、超音波の発振周波数を変えることにより、パターンを形成した半導体ウェーハや繊細な表面構造の洗浄対象物を洗浄する場合には、パターンにダメージを与えない高い周波数、例えば950kHzを用いれば効果的な洗浄がおこなえる。
また、より繊細なパターンを形成した半導体ウェーハやより繊細な表面構造の洗浄対象物を洗浄するときには、より周波数の高い、例えば2MHzを用いて洗浄する。
なお、その際には周波数に対応した振動板に変えるとともに振動板の振動面と被洗浄対象物の洗浄面との距離を調整する必要が生じる。
このように、洗浄装置一台で超音波ユニットをつけかえることにより種々の工程の洗浄に対応することができ、省スペース化にも役立つといえる。
また、本発明に係る枚葉式洗浄装置も、超音波振動板がウェーハのような被洗浄物の洗浄面に対して平均音圧が高い距離に配置されているので効果的に洗浄能力を発揮することができる。
なお、超音波の発振周波数を変えることにより、パターンを形成した半導体ウェーハや繊細な表面構造の洗浄対象物を洗浄する場合には、パターンにダメージを与えない高い周波数、例えば950kHzを用いれば効果的な洗浄がおこなえる。
また、より繊細なパターンを形成した半導体ウェーハやより繊細な表面構造の洗浄対象物を洗浄するときには、より周波数の高い、例えば2MHzを用いて洗浄する。
なお、その際には周波数に対応した振動板に変えるとともに振動板の振動面と被洗浄対象物の洗浄面との距離を調整する必要が生じる。
このように、洗浄装置一台で超音波ユニットをつけかえることにより種々の工程の洗浄に対応することができ、省スペース化にも役立つといえる。
図1に、本発明に係る枚葉式洗浄装置の実施の形態を示す。なお、図1(a)は平面図、(b)は側面図である。
この枚葉式洗浄装置20は、図に示すように、上部が円板状に形成された回転テーブル22を有しており、該回転テーブル22の中心部下側には回転軸24が固定されていて、該回転軸24はモータ26の軸に連結されている。
回転テーブル22の表面には、該回転テーブル22と同心状に、洗浄対象物である半導体ウェーハWの直径より若干大きな直径のウエハチャック28が取り付けられていて、該ウエハチャック28によって被洗浄物の半導体ウェーハWを側面からチャッキングするようになっている。なお、回転テーブル22、ウエハチャック28は本発明にいう支持部材に該当する。
この枚葉式洗浄装置20は、図に示すように、上部が円板状に形成された回転テーブル22を有しており、該回転テーブル22の中心部下側には回転軸24が固定されていて、該回転軸24はモータ26の軸に連結されている。
回転テーブル22の表面には、該回転テーブル22と同心状に、洗浄対象物である半導体ウェーハWの直径より若干大きな直径のウエハチャック28が取り付けられていて、該ウエハチャック28によって被洗浄物の半導体ウェーハWを側面からチャッキングするようになっている。なお、回転テーブル22、ウエハチャック28は本発明にいう支持部材に該当する。
また、前記回転テーブル22の上部表面に近接して、超音波振動子30を内蔵した超音波筐体(超音波ユニット、振動板ともいう。)32が配置されている。 なお、ここで近接とは距離として6mm以内のことをいい、好ましくは4mm以内であることを示している。
該筐体32は、回転テーブル22の上に半導体ウェーハWを載置した後に、ウェーハWの表面と僅かな間隙を持って対向する位置に下降してくる。なお、この位置は、図示せぬ機構によって間隙を近づけたり離したり自在にできるように構成されている。
該筐体32は、回転テーブル22の上に半導体ウェーハWを載置した後に、ウェーハWの表面と僅かな間隙を持って対向する位置に下降してくる。なお、この位置は、図示せぬ機構によって間隙を近づけたり離したり自在にできるように構成されている。
また、前記回転テーブル22の上方に近接して、洗浄液38を噴出する液供給ノズル36が設けられており、回転テーブル22上に載置された洗浄対象物(ウェーハ)表面に洗浄液38を供給するように構成されている。
洗浄対象物の一種である半導体ウェーハWの洗浄は、先ず半導体ウェーハWを回転テーブル22の上に載せ、モータ26を駆動して回転テーブル22を水平面上で回転させることによりウェーハWも同様に回転させる。それとともに、液供給ノズル36から洗浄液(純水等)を供給し、超音波筐体32とウェーハWとの間に液膜40を形成させ、振動子30によって発生させた超音波を筐体32を介して液膜40に照射し、ウェーハWの表面を洗浄する。
洗浄工程の洗浄シーケンスは、洗浄液供給/低速回転→液膜形成/低速回転→超音波照射(洗浄処理)/低速回転→リンス処理/中速回転→乾燥/高速回転という具合になる。
洗浄工程の洗浄シーケンスは、洗浄液供給/低速回転→液膜形成/低速回転→超音波照射(洗浄処理)/低速回転→リンス処理/中速回転→乾燥/高速回転という具合になる。
超音波照射時の超音波筐体32の振動面は、ウェーハWの洗浄面に対し6mm以内でかつ洗浄面における平均音圧が最高点またはその近傍以内の位置に近接配備して洗浄するようにする。なお、この場合に近傍とは、最高点の平均音圧の2/3の位置を示し、筐体32の振動面と被洗浄物の洗浄面との距離は最高点から該近傍以内に設定することが望ましい。また、上記最高点の意味は、ウェーハWの洗浄面と超音波筐体32の振動面との距離を変えていくときに、ウェーハWの洗浄面の平均音圧が超音波の波長の基づき正弦波に近い変化が生じるが、その曲線の各頂点部分をいう(図3,4参照)。
超音波周波数を950kHz、2MHzの2種類を用いて、純水(DIW)のみによるウェーハW面のパーティクルの除去状態をテストした。その結果を図2に示す。
超音波周波数950kHz、洗浄面におけるパワー5W/cm2 、超音波照射時間18sec、回転テーブル22の回転数10rpm、純水供給量0.5/min、ウェーハWと振動板32の振動面との距離2mmのとき、除去率65.7%であり、ウェーハWと振動板32の振動面との距離3mmのとき、除去率88.0%であった。
超音波周波数2MHz、洗浄面におけるパワー4W/cm2 、超音波照射時間18sec、回転テーブル22の回転数10rpm、純水供給量0.5/min、ウェーハWと振動板32の振動面との距離2mmのとき、除去率79.7%であり、ウェーハWと振動板32の振動面との距離3mmのとき、除去率63.7%であった。
なお、照射時間は18secで高い除去性能を得ることができるので、処理性能の高い洗浄装置が提供できる。
超音波周波数950kHz、洗浄面におけるパワー5W/cm2 、超音波照射時間18sec、回転テーブル22の回転数10rpm、純水供給量0.5/min、ウェーハWと振動板32の振動面との距離2mmのとき、除去率65.7%であり、ウェーハWと振動板32の振動面との距離3mmのとき、除去率88.0%であった。
超音波周波数2MHz、洗浄面におけるパワー4W/cm2 、超音波照射時間18sec、回転テーブル22の回転数10rpm、純水供給量0.5/min、ウェーハWと振動板32の振動面との距離2mmのとき、除去率79.7%であり、ウェーハWと振動板32の振動面との距離3mmのとき、除去率63.7%であった。
なお、照射時間は18secで高い除去性能を得ることができるので、処理性能の高い洗浄装置が提供できる。
これらの結果の根拠を調べるため、ウェーハと振動板32との距離を変えながら、ウェーハWの表面における平均音圧を測定した。
950kHzのときは、図3に示すような結果となり、2MHzのときは図4に示す結果となった。図2に示す結果と照合すると、950kHzのときは、ウェーハと振動板32の振動面との距離2mmより3mmの方が平均音圧が高く、2MHzのときは、ウェーハWと振動板32の振動面との距離3mmより2mmの方が平均音圧が高くなりパーティクル除去率が高いことがわかる。
950kHzのときは、図3に示すような結果となり、2MHzのときは図4に示す結果となった。図2に示す結果と照合すると、950kHzのときは、ウェーハと振動板32の振動面との距離2mmより3mmの方が平均音圧が高く、2MHzのときは、ウェーハWと振動板32の振動面との距離3mmより2mmの方が平均音圧が高くなりパーティクル除去率が高いことがわかる。
従って、950kHzのときに、効率よく洗浄するためには、ウェーハWと振動板32の振動面との距離を平均音圧の最高点である1.7mm、2.5mm、3.3mm等にするのがよいことがわかる。
一方、2MHzのときは、ウェーハWと振動板32の振動面との距離1.9mm、2.35mm、2.8mm等がよいことがわかる。
これらの点が最も短時間で洗浄効果を得る位置であるが、最高点の平均音圧の2/3の位置を示すP線より上方の平均音圧を得られる距離に該当すれば所望の効果を得ることができる。
ただし、いずれの場合にも、その距離は洗浄液の表面張力によってできる液膜の形成できる範囲までである。
一方、2MHzのときは、ウェーハWと振動板32の振動面との距離1.9mm、2.35mm、2.8mm等がよいことがわかる。
これらの点が最も短時間で洗浄効果を得る位置であるが、最高点の平均音圧の2/3の位置を示すP線より上方の平均音圧を得られる距離に該当すれば所望の効果を得ることができる。
ただし、いずれの場合にも、その距離は洗浄液の表面張力によってできる液膜の形成できる範囲までである。
図5は、超音波周波数950kHzと2MHzのときのそれぞれの振動板32の表面における音圧分布と、長辺方向の平均音圧分布を示したものである。点線で示した理想的な音圧分布に、実線で示した測定値を対比させると、950kHzでは標準偏差0.22で、2MHzでは0.34となり、全面においてほぼ均等な洗浄効果を得ることができる。
図6は、洗浄液としてAPM(Ammonia-Hydrogen Peroxide Mixture)を用い、超音波振動の強度を変えて、パーティクルの除去性能を試験した結果を示したものである。950kHzよりも2MHzの方が少ないパワーで効果的にパーティクルの除去ができることがわかる。ただし、1.0W/cm2 まで高めると同じ効果を得ることができる。なお、洗浄時間は同一である。
上記実施例では、超音波周波数として950kHzと2MHzを例に述べたが、その他の周波数を利用する場合も、同様にウェーハと振動板との距離を変えながらウェーハ表面における平均音圧を予め測定し、平均音圧の最高点が得られた距離またはその2/3以内の近傍位置に振動板の振動面を配置すれば、パーティクルの効率的な除去が可能となり、洗浄効果の高い洗浄装置を実現できる。
本発明は、半導体ウェーハや液晶ガラス基板、ハードディスク基板を超音波で枚葉式に洗浄する装置として効率よく使用することが可能である。
20 枚葉式洗浄装置
22 回転テーブル
24 回転軸
26 モータ
28 ウエハチャック
30 超音波振動子
32 筐体(振動板)
34 超音波発振器
36 液供給ノズル
38 洗浄液
40 液膜
W ウェーハ
22 回転テーブル
24 回転軸
26 モータ
28 ウエハチャック
30 超音波振動子
32 筐体(振動板)
34 超音波発振器
36 液供給ノズル
38 洗浄液
40 液膜
W ウェーハ
Claims (5)
- 被洗浄物を支持部材によって支持させると共に、該被洗浄物の洗浄面に超音波振動板を対向配置し、該振動板と被洗浄物との間に洗浄液を供給して、前記支持部材を前記振動板面に対し平行移動させながら前記振動板を超音波振動させて、介在する洗浄液により前記被洗浄物の洗浄面を洗浄する枚葉式洗浄方法であって、
前記振動板の振動面を、被洗浄物の洗浄面における平均音圧が最高点またはその近傍以内の位置に近接配備して洗浄するようにしたことを特徴とする枚葉式洗浄方法。 - 前記近傍とは、最高点の平均音圧の2/3の位置を示すことを特徴とする請求項1記載の枚葉洗浄方法。
- 被洗浄物を支持する支持部材と、支持部材に支持された被洗浄物の洗浄面に対向配置される超音波振動板と、該振動板と被洗浄物との間に洗浄液を供給する液供給ノズルと、前記支持部材を前記振動板面に対し平行移動させる駆動部材と、前記振動板を超音波振動させる超音波発振器とを備え、前記支持部材に支持された被洗浄物を移動させながら振動板を超音波振動させて介在する洗浄液により被洗浄物面を洗浄する枚葉式洗浄装置であって、
前記振動板の振動面を、被洗浄物の洗浄面における平均音圧が最高点またはその近傍以内の位置に近接配備されていることを特徴とする枚葉式洗浄装置。 - 前記近傍とは、最高点の平均音圧の2/3の位置を示すことを特徴とする請求項3記載の枚葉洗浄装置。
- 前記支持部材は上部が円板状に形成された回転テーブルからなり、前記駆動部材により該上部が水平面上を回転するように構成されていることを特徴とする請求項3又は4記載の枚葉式洗浄装置。
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JP2004286136A JP2006095458A (ja) | 2004-09-30 | 2004-09-30 | 枚葉式洗浄方法及び洗浄装置 |
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KR100954566B1 (ko) | 2007-12-26 | 2010-04-22 | 세메스 주식회사 | 트랜스미터 및 이를 포함하는 기판 세정 장치 |
CN102513304A (zh) * | 2011-12-30 | 2012-06-27 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 半导体硅片的清洗方法 |
-
2004
- 2004-09-30 JP JP2004286136A patent/JP2006095458A/ja active Pending
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CN102513304A (zh) * | 2011-12-30 | 2012-06-27 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 半导体硅片的清洗方法 |
CN102513304B (zh) * | 2011-12-30 | 2015-07-15 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 半导体硅片的清洗方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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