JP2011151333A - 洗浄装置および洗浄方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の、ウエハなどを対象とする、純水などの洗浄液を用いた超音波振動体方式の枚葉式超音波スピン洗浄装置は、洗浄によってウエハ表面に与えるダメージが小さいといった利点を持つが、汚染物質などの異物を除去するための洗浄時間が長いといった課題を有しており、これを短時間化する必要がある。
【解決手段】超音波振動を伝播させる振動体の超音波照射面と、ウエハ表面の間隔における洗浄液を積極的に攪拌するように、振動体自体を超音波照射面内の垂直軸中心に回転させる構造とする。このことで、超音波振動によりウエハ表面から遊離して洗浄液中に浮遊する異物を再度ウエハ表面に付着する確率が大きく低下し、汚染洗浄液を洗浄作用領域である間隔部分から速やかに流出させることにより、洗浄時間の大幅短縮が可能となった。
【選択図】図2
【解決手段】超音波振動を伝播させる振動体の超音波照射面と、ウエハ表面の間隔における洗浄液を積極的に攪拌するように、振動体自体を超音波照射面内の垂直軸中心に回転させる構造とする。このことで、超音波振動によりウエハ表面から遊離して洗浄液中に浮遊する異物を再度ウエハ表面に付着する確率が大きく低下し、汚染洗浄液を洗浄作用領域である間隔部分から速やかに流出させることにより、洗浄時間の大幅短縮が可能となった。
【選択図】図2
Description
本発明は、洗浄装置に関し、とくに半導体ウエハなどの基板の洗浄に好適な洗浄装置および洗浄方法に関する。
近年、半導体素子の製造において、使用ウエハサイズの大口径化がますます進んでいるなか、ウエハの洗浄工程においては、大型洗浄槽によるディップ洗浄方式に代わって、枚葉式で、ウエハの回転を行わせつつ洗浄する、いわゆる枚葉式スピン洗浄方式の採用が多くなされてきている。それは、例えば、(a)洗浄処理のウエハ面内均一性の確保容易化、(b)面内から除去された汚染物質の再付着の抑制、(c)使用洗浄液、リンス用純水の削減、(d)洗浄装置の立ち上げ時間の短縮化、などの可能性において有利な点をもつことに起因する。
さらに、自回転するウエハ表面に、超音波ノズルから洗浄液を噴射させて汚染物質を除去するといった、超音波ノズル方式などの枚葉式超音波スピン洗浄装置が開発されている。この方式は、超音波ノズル内の振動子を発振させて超音波を発生させ、その超音波を、噴射洗浄液を媒体としてウエハ表面に伝播させ、超音波エネルギーでウエハ表面の汚染を除去する、といった作用効果を用いている。
図6に、その超音波ノズル方式の枚葉式超音波スピン洗浄装置の主要部模式図を示す。図において、図示しない超音波振動子を内蔵した超音波ノズル101から洗浄対象物であるウエハ102の表面にむけて洗浄液103を噴射するように構成する。超音波ノズル101内の超音波振動子を動作させたとき、発生超音波が洗浄液103を媒体としてウエハ102表面に伝播する。図示しないウエハ搭載テーブルなどのウエハ搭載手段によってウエハ102を回転させた状況下で、洗浄液103がウエハ102の表面に当たる領域、すなわち超音波照射領域104がウエハ102の中心部と外周部間を往復運動するように、図示しない超音波ノズルホルダーなどの超音波ノズル保持手段を用いて往復運動させれば、超音波照射領域104がウエハ102全面を走査することになって、ウエハ102表面全域が洗浄されることとなる。
一方、半導体素子の微細化・高集積化の進展に伴って、素子の層間絶縁膜の薄膜化ならびに低寄生容量化への要請から、その膜への低誘電率絶縁材料の適用が活発化している。そういった絶縁材料として、例えば微細な空孔(ポア)が内部に一様に分布形成された多孔質シリカ(ポーラスシリカ)材料がある。この多孔質シリカ膜を反応性ドライエッチングによって加工して、例えば100nm以下の微細パターンが表面に形成されているウエハを、上記のような超音波ノズル方式の枚葉式超音波スピン洗浄装置で洗浄を行うと、この材料がかなりの程度の脆弱性を有することから、噴射される超音波洗浄水が与える比較的大きな超音波ダメージにより、微細なパターンが破壊されることがある。
こういった脆弱な微細パターンの洗浄時での破壊を回避するための直接的な方法としては、パターンの脆弱性に応じて、ウエハ表面に照射する単位面積当たりの超音波エネルギーを小さくすることが必要であり、このために超音波ノズル101に内蔵された超音波振動子を駆動する超音波発信器の駆動出力を調整して対応する。
こうした駆動出力の調整による超音波の小出力化は可能ではあるが、実際問題として、内蔵超音波振動子の形状・構造などによって決まる固有の超音波振動条件から、駆動出力がある下限を下回ると安定した超音波振動を得ることができなくなる。また、高い超音波周波数で駆動する場合、超音波振動子の駆動出力が一定の大きさを下回ると、超音波ノズルから噴射された洗浄液中での超音波の減衰が急激に増し、超音波がウエハ表面に達しないといった現象も生じる。こういったことのため、特に非常に小さな駆動出力で振動子を動作させてウエハ表面を洗浄するには、このような超音波ノズル方式の枚葉式超音波スピン洗浄装置には多くの不都合な点がある。
そこで、ウエハ表面に与える超音波のダメージを低減させる方法として、超音波振動体を利用して超音波をウエハ表面に照射する方法が考えられている。
図7に典型的な例を示す。図7(1)は、超音波振動体方式の枚葉式超音波スピン洗浄装置の主要部模式図で、図7(2)は要部拡大断面図である。図7(1)に図示するように、例えば振動体支持手段107で支持された、三角柱の形状をした振動体105(例えば、セラミックス材料や石英材料などからなる)の平坦な面の一つに超音波振動子106を取り付ける。また図示するように振動体105の他の平坦な面の一つをウエハ102の被洗浄面と平行、かつ僅かな間隔を隔てて向かい合うように振動体105を振動体支持手段107で保持する。洗浄液ノズル108から洗浄液103を供給し、振動体―ウエハ表面の間隔が洗浄液103によって完全に満たされるようにする。
断面図の図7(2)を参照し、このように振動体―ウエハ表面の間隔が洗浄液103によって完全に満たされ状態で超音波振動子106を駆動すると、発生した超音波は振動体105の内部を伝播し、ウエハ102に向かい合った面の全体から洗浄液103へ伝えられ、更に洗浄液103中を伝播して被洗浄面であるウエハ102の表面へと届き洗浄が行われる。ウエハ102と向かい合う振動体105の面の振動の様相は、超音波振動子106の振動の仕方や振動体105の形状・材質などで決まるため、事前にシミュレーションで予測可能である。従って、それぞれの目的に応じて振動体105の設計に反映される。
本図では三角柱形状の振動体の例を示したが、振動体形状はこれに限らず、例えば、円柱、四角柱なども適用可能である。また必ずしも振動体を傾斜させる必要は無く、適用状況に応じて垂直に配置しても構わない。振動体の材料なども様々に検討されている。
このような振動体を介して超音波を伝播する方法は、超音波振動子で発生した超音波振動が伝播して振動体の広い面積全面が振動するようにできることから、振動のエネルギーが分散し、被洗浄面での単位面積当たりに照射される超音波エネルギーは、超音波ノズル方式のそれに比べて大幅に小さいものとなり、ウエハ表面に与える超音波のダメージを低減させるといった効果がある。
さらに、この方法の場合、振動体の表面で発生した超音波は、微小な厚さの洗浄液の膜(例えば、数mmから多くは1mm前後、あるいはそれ以下の厚さの洗浄液膜)の中を伝播するだけでウエハ表面など被洗浄面に達するので、たとえ振動体の表面での超音波振動のエネルギーが小さなものであっても、大きな減衰を伴わずに被洗浄面に超音波を照射することができ、確実に、特に破壊され易いパターンなどの洗浄の効果を発揮させることができる。
しかし、図7に示したような、振動体からの超音波の伝播を用いた超音波振動体方式の枚葉式超音波スピン洗浄装置では、一般に、例えば、図6に示したノズル方式などに比べ、ウエハに付着している異物の除去効率が低いという問題がある。表面に同一条件で異物を付着したウエハを洗浄すると、超音波振動体方式の枚葉式超音波スピン洗浄装置を超音波ノズル方式のそれとで比較すると、同等の異物除去率が得られるまで数倍の時間を要することがある。
多数のウエハを同時に処理できるバッチ式処理と異なり、枚葉式においてウエハ一枚当たりの処理に長時間を要することは、プロセス全体の処理能力を大きく低下させることになり、製造上、極めて深刻な問題を生じる。
そこで、本発明の課題は、ウエハ表面上に脆弱かつ微細なパターンが形成されている場合などにおいてでも、それらのパターンを破壊することなく、短時間でウエハ表面にある異物を取り除く、効率良い洗浄が可能な、超音波振動体方式の枚葉式超音波スピン洗浄装置および洗浄方法を提供することにある。
本発明の洗浄装置は、
振動体の一端に超音波振動子が装着され、他端に超音波照射面が形成された超音波発生手段と、
洗浄対象の基板の被洗浄面を、前記超音波照射面に対して、平行に一定間隔で対向するように保持する基板保持手段と、
前記超音波照射面を、前記被洗浄面に垂直な回転軸を中心に回転させ、かつ前記基板上を平面走査させる超音波照射面回転走査手段と、
前記超音波照射面と前記被洗浄面間を、洗浄中において常時洗浄液で満たす洗浄液供給手段と、
を有することを特徴とする。
振動体の一端に超音波振動子が装着され、他端に超音波照射面が形成された超音波発生手段と、
洗浄対象の基板の被洗浄面を、前記超音波照射面に対して、平行に一定間隔で対向するように保持する基板保持手段と、
前記超音波照射面を、前記被洗浄面に垂直な回転軸を中心に回転させ、かつ前記基板上を平面走査させる超音波照射面回転走査手段と、
前記超音波照射面と前記被洗浄面間を、洗浄中において常時洗浄液で満たす洗浄液供給手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の洗浄方法は、
振動体の一端に超音波振動子が装着され、他端に超音波照射面が形成された超音波発生手段を用い、
洗浄対象の基板の被洗浄面を、前記超音波照射面に一定間隔で対向するように保持し、
前記超音波照射面を、前記被洗浄面に交わる方向を回転軸として回転させ、かつ前記基板上を平面走査させ、
前記超音波照射面と前記被洗浄面間を、洗浄中において常時洗浄液で満たして、前記被洗浄面を洗浄することを特徴とする。
振動体の一端に超音波振動子が装着され、他端に超音波照射面が形成された超音波発生手段を用い、
洗浄対象の基板の被洗浄面を、前記超音波照射面に一定間隔で対向するように保持し、
前記超音波照射面を、前記被洗浄面に交わる方向を回転軸として回転させ、かつ前記基板上を平面走査させ、
前記超音波照射面と前記被洗浄面間を、洗浄中において常時洗浄液で満たして、前記被洗浄面を洗浄することを特徴とする。
本発明の洗浄装置によって、ウエハ表面のダメージが抑制できるといった振動体方式自体の特徴に加え、洗浄効率が低いといった課題を、振動体の超音波照射面と被洗浄物であるウエハ表面の間隔における洗浄液を積極的に攪拌するように、振動体自体を超音波照射面内の垂直軸中心に回転させることで、ウエハ表面から遊離して洗浄液中に浮遊する異物を再度ウエハ表面に付着せしめなくすることで、洗浄効率の大幅向上(=洗浄時間の大幅短縮)の効果を得ることが可能となる。
以下に、本発明の実施の形態を、添付図を参照しつつ説明する。
(異物除去効率向上のための検討)
まず、本発明の発明者らは、上記課題である、振動体利用の洗浄方法における異物除去効率の低さの原因の調査を行った。
(異物除去効率向上のための検討)
まず、本発明の発明者らは、上記課題である、振動体利用の洗浄方法における異物除去効率の低さの原因の調査を行った。
ウエハ表面から超音波によって汚染物質などの異物を洗浄除去するプロセスには、大きく2つのステップがあると考えられる。
その第一は、ウエハ表面に照射された超音波のエネルギーにより、ウエハ表面に付着している異物を、ウエハ表面から離脱させ、洗浄液中に浮遊させるステップである。照射された超音波のエネルギーが大きいほど異物への離脱作用は大きく、異物除去効率が高くなる。しかし、ウエハ表面に与えるダメージはより大きくなり、ウエハ表面に形成されたパターンなどの構造物の破壊が生じる可能性が高まる。
その第二は、洗浄液中に浮遊した異物を、洗浄液とともに、ウエハ表面近傍から除去するステップである。ウエハ表面における洗浄液の流れが停滞すると、せっかく超音波の作用によって洗浄液中に浮遊させた異物が、再びウエハ表面に付着する傾向が高まり、除去効率の低下を招く。このような再付着は、特にウエハ表面と異物のそれぞれの材料の洗浄液中における電位(ゼータ電位)の極性が異なり、その結果、相互に引力が生じた場合において、顕著に発生する。
上記プロセスのステップを踏まえて検討した結果、振動体を利用して洗浄する方法では、単位面積あたりに照射される超音波のエネルギーは、超音波ノズルを利用する方法に比べると大幅に小さくなってはいるものの、ウエハ表面から異物を離脱させ、洗浄液中に浮遊させるには十分であることが判った。そして、振動体を利用する方法の洗浄効率を低下させているものの多くは、振動体とウエハ表面に挟まれた微小な空間における洗浄液の流れの悪さと、そのために生じるウエハ表面への異物の再付着によるものであることが明らかになった。
(装置主要部構成例)
上記検討結果を踏まえ、ウエハ表面へのダメージが小さいといった利点を活かしつつ、再付着の発生を大幅に低減させることができる、新たな洗浄装置を考案した。以下にその装置の実施例について添付図を用いて説明する。
上記検討結果を踏まえ、ウエハ表面へのダメージが小さいといった利点を活かしつつ、再付着の発生を大幅に低減させることができる、新たな洗浄装置を考案した。以下にその装置の実施例について添付図を用いて説明する。
図1は、本発明装置の基本となる主要部の構成を説明するための断面模式図であり、図1(1)は、本発明の主要部分の垂直断面図、図1(2)は同じく水平断面図である。本図に示すように、ウエハ1の面と、振動体2の最下面である超音波照射面4とが、狭い間隔5を置いて対向し、間隔5は洗浄液3によって満たされている。振動体2は超音波を良好に伝播させる材料からなり、また、この場合、一定長の円柱状の形状をなしている。
図1(1)は、円柱状の振動体2の中心軸6が鉛直方向に向くように、これを保持したときの、その最下部およびその近傍の範囲を示す。
振動体2の図示しない上方の一端には、図示しない超音波振動子が接続され、また同振動子は図示しない高周波信号電源と接続される。高周波信号電源を動作させると超音波振動子は超音波(振動)を発生させ、この超音波(振動)は振動体2を伝播し、振動体2の最下端の平坦状の平面に加工された面、即ち超音波照射面4に達する。超音波照射面4に達した超音波(振動)は、これに接する媒質中に放射されるが、この場合は洗浄液3中に放射される。
具体的な手順としては、本実施例においては、ウエハ1の表面を洗浄液3にて超音波洗浄する場合であるから、まず水平に保持したウエハ1の表面に、図示しないノズルから洗浄液3を供給し、一定の厚さの洗浄液膜を形成するようにする。そして、超音波照射面4が洗浄液3中に完全に入るように、振動体2を保持する。すなわち、互いに平行な超音波照射面4とウエハ1の表面に挟まれた間隙5が完全に洗浄液3で満たされるようにする。
前述のように、振動体2を伝播して超音波照射面4に達した超音波(振動)は、超音波照射面4から洗浄液3内に向けて照射され、洗浄液3に対して作用するとともに、洗浄液3中を伝播し、ウエハ1の表面に対しても作用する。こうして、洗浄液3と超音波(振動)の作用とで、ウエハ1の表面に付着していた異物は、表面から遊離し、洗浄液3の中に浮遊し、洗浄液3の流れにのって外部に運び去られることとなる。
このとき、超音波照射面4とウエハ1の表面の間隔5を一定に保ったまま、超音波照射面4にウエハ1の表面の全面を掃引させること(例えば、ウエハ1の自回転運動と超音波照射面4の一軸方向走査を組み合わせることなど)で、ウエハ1の表面の片面全面が洗浄される。
このとき、更に、振動体2自体を、中心軸6を中心に、例えば矢印の回転方向7で示す方向に回転させる構成とする。これにより、超音波照射面4とウエハ1表面に挟まれた間隙5を満たしている洗浄液3中において、例えば、模式的に示した乱流8の矢印で示すように、積極的に乱流を生じさせて、浮遊物が含まれる洗浄液3を攪拌する。この洗浄液の攪拌の程度は、ウエハ自体の回転運動が加われば更に進むし、勿論、振動体の回転速度にも依存する。
こうした振動体の回転による攪拌を伴う構成と、回転を行わず積極的な攪拌を伴わない構成を比べると、前者のほうが、ウエハ1の表面から遊離した異物を含んだ洗浄液3がこの間隙5から排出されるまでの間に、異物がウエハ1表面に再付着する確率が大幅に小さくなる。その結果、洗浄液3とともに異物がこの間隙5から外部に排出される効率が大きく向上し、さらに、ウエハ1の表面全体での異物の除去効率を格段に向上させることが可能となる。
(装置実施例)
図2は、本発明の一実施例である洗浄装置における中心的な役割を行う構成要素である、振動体ユニット部分を説明するための垂直断面模式図である。
図2は、本発明の一実施例である洗浄装置における中心的な役割を行う構成要素である、振動体ユニット部分を説明するための垂直断面模式図である。
円柱状の振動体2の最上部には、振動体2と中心軸を共有する円盤状のフランジ9が形成されている。本実施例においては、振動体2とフランジ9は合成石英により切れ目のない一体で成型されている。また、振動体2およびフランジ9の中心軸の位置に、洗浄液3を流す目的で、最上端から最下端まで貫通するように、円筒形の穴である流路10が開けられており、フランジ9の上側の面の中心と、振動体2の最下端面、すなわち超音波照射面4の中心には、それぞれ流路10の末端の開口部16が存在している。本実施例では振動体2とフランジ9の材質として合成石英を採用したが、これらの材質はこれに限定されたものではなく、超音波を良好に伝播させるものであり、かつ、洗浄液3と接触した時に他の部材を汚染するような物質の溶出を起こさない材料であれば、どのような材質を用いてもよい。
振動体2とフランジ9を支持する目的で、上部軸受11および下部軸受12が設置されている。
まず、上部軸受11は、円盤状のフランジ9の周囲をすっぽりと覆っており、下側の面の中央に設けた円形の穴から振動体2が鉛直下向きに飛び出している。上部軸受11の円形の穴とそこから伸びる振動体2の間には、振動体2が自由に回転できるだけのわずかな遊び程度の隙間が設けられている。
上部軸受11の上側の面の中央部には、振動体2の中心軸の真上に当たる位置に、超音波振動子13が埋め込まれている。また、上部軸受11の上下の面のそれぞれには、上部軸受11の内側に洗浄液3を供給するための送液管14が複数個所接続されている。送液管14は、図示しない送液ポンプに接続されていて、この送液ポンプを動作させると、洗浄液3が送液管14を通って上部軸受11の内部へと供給される。
上部軸受11の内側には、ちょうどフランジ9の上下の面と接触するような位置に、微小な突起15が複数個設置されている。フランジ9を上下から挟むように設置されている突起15の先端とフランジ9の間には、フランジ9が自由に回転できるだけのわずかな遊び程度の隙間が設けられている。
上部軸受11の内部に洗浄液3が一定の流量で供給されると、フランジ9の周囲はすべて洗浄液3によって満たされ、ちょうど洗浄液3が潤滑液の役割を果たし、フランジ9は上部軸受11の内部で滑らかに回転できるようになる。上部軸受11の内側には、突起15が設けられているので、回転中のフランジ9が上下どちらかに移動しても、突起15の先端がフランジ9の表面に接触するので、フランジ9と上部軸受11が広い面積で接触して両者の間に大きな摩擦が発生することがない。
上部軸受11の内部に供給された洗浄液3は、その多くの割合が、流路10を通って上から下に向かって流れ、振動体2の最下端の超音波照射面4の中心に開いている開口部16から、ウエハ1と超音波照射面4に挟まれた間隔5へと放出される。この間隔5を満たした洗浄液3により、ウエハ1の表面の洗浄が行われる。また、洗浄液3は、上部軸受11の下側の面に設けた円形の穴と振動体2の間の隙間からも多くが漏れ出ることになるが、そもそもウエハ1上には全面に同じ洗浄液3の膜が形成されているので、洗浄作業には支障は生じない。
下部軸受12は、振動体2の外周に沿ってぐるりと一周する円筒状の部材を中心に成り立っている。円筒状の部材の内側と振動体2の間には、振動体2が自由に回転できるだけのわずかな遊び程度の隙間が設けられている。下部軸受12の円筒状の部材には、やはり複数の送液管14が接続されていて、図示しない送液ポンプの動作によって、円筒状の部材の内側と振動体2に挟まれた空間に洗浄液3が供給される。
下部軸受12においても、下部軸受12の円筒状の部材の内側と振動体2の間の隙間に供給された洗浄液3が、やはり潤滑液の役割を果たし、振動体2は下部軸受12に位置決めされた状態で滑らかに回転することができる。下部軸受12と振動体2の間の隙間からも、供給された洗浄液3が漏れ出るが、そもそもウエハ1上には全面に同じ洗浄液3の膜が形成されているので、洗浄作業には支障は生じない。
振動体2およびフランジ9は、上部軸受11によって鉛直方向の位置決めがなされ、また、下部軸受12によって水平方向の位置決めがなされた状態で支持され、同時に滑らかに回転することができる。
一方、振動体2の外周には、複数個所に駆動輪17が接触している。駆動輪17は、図示しない動力機構の動作によって回転することができる。本実施例では、駆動輪17の振動体2の外周と接触する最外周部分には、振動体2の外周との間に一定の摩擦を生じることができ、かつ、汚染物質の溶出が少ないシリコーンゴムを用いている。振動体2の周囲を取り囲むように配置した複数個の駆動輪17を、同時に振動体2の外周側面に押し当てて、同一方向に回転させることにより、振動体2とフランジ9はその中心軸を中心に回転する。
図2に示した振動体ユニットによる洗浄について説明する。
まず、洗浄対象物であるウエハ1を、洗浄装置内の図示しない支持台上に水平に載置して固定する。支持台を回転させて、ウエハ1を水平に支持したまま回転させる。
振動体2の下側先端の超音波照射面4が、ウエハ1の表面と所定の間隔を置いて平行に向かい合うように、この振動体ユニットを図示しない機構により支持する。超音波照射面4とウエハ1の表面の間隔5は、ウエハ1の表面に形成される洗浄液3の膜の中に超音波照射面4が確実に浸ることができ、かつ、洗浄動作中に超音波照射面4がウエハ1の表面に接触することがないような範囲で設定すればよい。この点に関しては、本発明のみにおいて考慮しなければならない特殊な事情はなく、従来の振動体を用いた洗浄方法と同様に設定すればよい。具体的には、どんなに大きい場合でも2〜3mm程度、多くの場合は1mm前後である。
送液ポンプを動作させて上部軸受11および下部軸受12に洗浄液3を供給する。主として流路10を経由して洗浄液3がウエハ1の表面に供給される。ウエハ1は回転しているので、洗浄液3はウエハ1上で濡れ広がり、ウエハ1上に洗浄液3の一定の厚さの膜が形成される。この時、振動体2の先端の超音波照射面4が確実に洗浄液3の膜に浸ることができるよう、洗浄液3の供給流量と、ウエハ1の回転速度を調整する必要がある。
ウエハ1上に形成された洗浄液3の膜が安定したら、駆動輪17を動作させて、振動体2を回転させる。また、超音波振動子13を動作させて超音波振動を発生させる。
超音波振動子13で発生した超音波振動は、まず、上部軸受11の内部を満たしている洗浄液3を伝播して、フランジ9の上側側面に達する。超音波振動は、その後、フランジ9および振動体2を伝播して、超音波照射面4から、ウエハ1上に形成された洗浄液3の膜へと照射され、ウエハ1の表面に到達する。ウエハ1の表面に付着していた異物は、超音波の作用によって、ウエハ1の表面から遊離して洗浄液3へと浮き上がり、液中に浮遊する。振動体2が回転していることにより、超音波照射面4とウエハ1に挟まれた間隔5を満たしている洗浄液3の内部は激しく攪拌される。このため、一度洗浄液3中に浮遊した異物は、ウエハ1の表面に再付着しにくくなり、洗浄液3の流れに乗ってこの間隔5の外部へと流され、さらにはウエハ1の回転によってウエハ1の外部へと振り切られる。
本実施例では、超音波照射面4とウエハ1に挟まれた間隔5への洗浄液3の供給は、超音波照射面4の中心に設けられた流路10の末端の開口部16から行い、超音波照射面4の中心から外周方向へと洗浄液3が広がるような様式を採用した。このような様式は、超音波照射面4の面積が大きく、超音波照射面4の外周からウエハ1の回転を利用して洗浄液3をこの空間の内部に巻き込むように供給することが困難な場合(例えば、図7に例示した装置など)には,非常に有効である。しかし、そのような事情がない場合には,この間隔5への洗浄液3の供給方法は,本実施例で採用した様式に限定されるものではなく、勿論、外部ノズルから供給するような様式を採用してもよい。
次に、図2に示した振動体ユニットを、洗浄作業中にどのような運動を行わせるかについて、図3を用いて説明する。
図3は、本実施例を搭載した洗浄装置の上面部に設置されている、ウエハの洗浄を行うための洗浄チャンバーを、鉛直上方から見た平面模式図である。
洗浄チャンバー18は、ウエハの洗浄を行うために、洗浄装置の上面部に設けられた空間であり、上側に円形の広い開口部を持っている。洗浄チャンバー18の中心部には,洗浄対象物であるウエハ1を水平に支持、固定し、さらに回転させるためのウエハチャックが設置されている。ウエハチャックは、図3ではウエハ1の下側に隠れているため、図示されていない。洗浄チャンバー18の外縁部には、ウエハ1の回転によって洗浄液が洗浄チャンバー18の外部に飛散するのを防止するためのカップ19が設けられている。
洗浄チャンバー18の両側には、ガイドレール20が設置されていて、その上でスライダー21が自在に往復運動するようになっている。2つのスライダー21の間には、台座22が渡されていて、その中央には、振動体ユニット23が設置されている。振動体ユニット23は、図2で詳細を説明した振動体ユニットと同一の物であるが、図3において細部を詳細に図示することは省略している。
図3(1)に示すように、洗浄作業を行っていない時、例えばウエハ1の交換作業を行っている時には、振動体ユニット23は洗浄チャンバー18の外部に退避している。
洗浄作業を開始すると、図3(2)に示すように、振動体ユニット23は、洗浄チャンバー18の内部に移動し、さらに鉛直方向にも移動して、図2に示した超音波照射面4が洗浄に適した所定の位置まで接近する。振動体ユニット23において、洗浄液の供給、振動体の回転、超音波の照射が開始され、洗浄作業が開始される。スライダー21が、ガイドレール20上を移動方向24の矢印で示す方向に往復運動することで、超音波照射面がウエハ1の全面を掃引し、ウエハ1の全面が洗浄される。
図4に,本実施例を搭載した洗浄装置の全体像の三面模式図を示す。
筐体25の上面に、図3に示した洗浄チャンバー18やガイドレール20などの洗浄作業を行うための構成要素が水平に配置されている。さらに、洗浄前後のウエハを収容するためのウエハラック26や、ウエハラック26と洗浄チャンバー18の間のウエハの搬送を行うためのウエハ搬送機構27などの構成要素も設置されている。これらの構成要素が雰囲気中の浮遊異物によって汚染されることを防止するため、筐体25の上面には、これらの構成要素を覆い隠すように、クリーンブース28が設置されていて、その内部が極めて清浄度の高い環境に維持されている。洗浄装置全体の操作は、操作パネル29を介して自動化された処理レシピにより行われる。
ところで、本発明において、振動体2の超音波照射面4は、平坦な平面であっても充分な効果が得られるが、超音波照射面4に凹凸を設けることによって、本発明の効果がより大きく得られるようになる。図5(1)は、超音波照射面4に凹凸を設けた一実施例の平面模式図であり,円形の超音波照射面2を中心角が45度の8つの扇形の領域に分け、各領域の間に微小な段差30を設けたものである。この実施例では、隣り合う扇形の領域の間に、0.2mmの段差が設けられている。表面にこのような段差を設けた超音波照射面2を、ウエハ1の表面に形成させた洗浄液3の膜に浸した状態で回転させると、段差がない場合と比べて、超音波照射面4に接している洗浄液3の内部を攪拌する効果がさらに高まる。また、図5(2)は、同じく超音波照射面4に凹凸を設けた一実施例の平面模式図であるが、こちらでは,高さ0.2mmの微小な突起31を超音波照射面2の一面に設けている。図5(2)のような凹凸の様式でも、図5(1)の実施例と同様に攪拌の程度を高める効果が得られる。
本実施例の装置を用いて、発明効果を確認する実験を行った、
直径8インチ(200mm)のシリコンウエハの表面に厚さ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て試料とした。ウエハ表面検査装置を使用して、洗浄前後でウエハ表面に付着しているシリカ粒子の数を計測し、洗浄によってどれだけのシリカ粒子が除去されたか(除去率)を算出した。評価の目安として、付着させた微粒子の99%を洗浄除去できたところで、洗浄が完了したものと判定し、その洗浄完了時間で比較することとした。
直径8インチ(200mm)のシリコンウエハの表面に厚さ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て試料とした。ウエハ表面検査装置を使用して、洗浄前後でウエハ表面に付着しているシリカ粒子の数を計測し、洗浄によってどれだけのシリカ粒子が除去されたか(除去率)を算出した。評価の目安として、付着させた微粒子の99%を洗浄除去できたところで、洗浄が完了したものと判定し、その洗浄完了時間で比較することとした。
本実施例の装置では、振動体は直径20mm、長さ120mmの円柱状で、合成石英で製造された物を使用した。また、振動体の先端の超音波照射面の中心には、洗浄液を吐出するために直径4mmの開口部が設けられている。
超音波振動子で発生させる超音波の振動周波数は3MHz、出力は60Wとした。洗浄液には、超純水中に水素ガスを1.5mg/Lの濃度で溶解させた水素溶解水を使用した。
ウエハを、150rpmの速度で回転させた。水素溶解水は、ウエハが回転している状態で、ウエハ表面に厚さ2mmの膜を形成するように流量を調整して、超音波照射面の中心の開口部から吐出してウエハ上に供給した。
振動体ユニットは、ウエハ上で50mm/secの速度で、ウエハの中心とウエハの外周の間で往復運動をさせた。本実験で使用した振動体の先端の超音波照射面の形状は、凹凸を設けずに、平面とした。
まず,本実施例の装置を用いて、振動体を回転させずに洗浄を行った。この時、超音波照射面と洗浄対象面のギャップは,0.9mmで一定とした。その結果、洗浄が完了するまでには、平均で420秒を要した。
次に、超音波の照射条件などはすべて同一のままとし、振動体を、100rpmの回転数で回転させた。その結果、洗浄が完了するまでに要した平均時間は平均で60秒と、7分の1もの大幅に短縮した洗浄時間を得ることができた。いずれの場合も、ウエハ自体の回転を実施している状況下であるが、振動体の回転動作を加えて洗浄する効果が非常に大きいことが判る。さらに、図5で示した超音波照射面に凹凸をつけて洗浄実験を実施したところ、さらに、凡そ10〜20%程度の時間短縮効果を得ることができた。
以上のように、従来、洗浄効率が低いことが課題であった振動体を使用する洗浄装置において、振動体の超音波照射面と被洗浄物であるウエハ表面の間隔における洗浄液を積極的に攪拌するように、振動体自体を超音波照射面内の垂直軸中心に回転させ、このことで、超音波振動によりウエハ表面から遊離して洗浄液中に浮遊する異物を再度ウエハ表面に付着せしめないようにして、汚染洗浄液を洗浄作用領域である間隔部分から速やかに流出させることによって洗浄効率の大幅向上(=洗浄時間の大幅短縮)が実現できた。
この結果、本発明の洗浄装置により、超音波振動体方式の枚葉式超音波スピン洗浄装置が本来有するウエハ表面に与えるダメージが小さいといった利点を活かしつつ、課題でもあった洗浄効率の面でも大幅に高める洗浄装置を実現できた。
なお、本実施例において説明した使用素材や具体的な構成は一例であって、例えば、振動体材料(合成石英以外にセラミックスやステンレス鋼材など)、振動体形状(円柱状以外に、三、四角柱、あるいは六、八角柱など)、振動体回転機構、使用超音波周波数や出力値、洗浄液(ガス溶解水以外に純水、酸系・アルカリ系薬液,有機溶剤など)、洗浄液供給機構、また超音波放射面の凹凸(他に、例えば、格子状段差ほか多様な段差パターン、突起形状またその組み合わせなど)、回転振動体のウエハ走査機構などにおいて、多様な実施形態が実現可能であることは言うまでもない。
1、102 ウエハ
2、105 振動体
3、103 洗浄液
4 超音波照射面
5 間隔
6 中心軸
7 回転方向
8 乱流
9 フランジ
10 流路
11 上部軸受
12 下部軸受
13、106 超音波振動子
14 送液管
15 突起
16 開口部
17 駆動輪
18 洗浄チャンバー
19 カップ
20 ガイドレール
21 スライダー
22 台座
23 振動体ユニット
24 移動方向
25 筐体
26 ウエハラック
27 ウエハ搬送機構
28 クリーンブース
29 操作パネル
30 段差
31 突起
101 超音波ノズル
104 超音波照射領域
107 振動体支持手段
108 洗浄液ノズル
2、105 振動体
3、103 洗浄液
4 超音波照射面
5 間隔
6 中心軸
7 回転方向
8 乱流
9 フランジ
10 流路
11 上部軸受
12 下部軸受
13、106 超音波振動子
14 送液管
15 突起
16 開口部
17 駆動輪
18 洗浄チャンバー
19 カップ
20 ガイドレール
21 スライダー
22 台座
23 振動体ユニット
24 移動方向
25 筐体
26 ウエハラック
27 ウエハ搬送機構
28 クリーンブース
29 操作パネル
30 段差
31 突起
101 超音波ノズル
104 超音波照射領域
107 振動体支持手段
108 洗浄液ノズル
Claims (6)
- 振動体の一端に超音波振動子が装着され、他端に超音波照射面が形成された超音波発生手段と、
洗浄対象の基板の被洗浄面を、前記超音波照射面に一定間隔で対向するように保持する基板保持手段と、
前記超音波照射面を、前記被洗浄面に交わる方向を回転軸として回転させ、かつ前記基板上を平面走査させる超音波照射面回転走査手段と、
前記超音波照射面と前記被洗浄面間を、洗浄中において常時洗浄液で満たす洗浄液供給手段と、
を有することを特徴とする洗浄装置。 - 前記基板保持手段は、前記基板を回転させる回転手段を有することを特徴とする請求項1記載の洗浄装置。
- 前記洗浄液供給手段は、前記洗浄液が、前記超音波照射面に設けられた前記振動体の開口部から、前記被洗浄面に向かって吐出する構成を有することを特徴とする請求項1または2記載の洗浄装置。
- 前記超音波照射面は、凸部および/または凹部を有してい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洗浄装置。
- 前記振動体は、円柱状合成石英からなることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の洗浄装置。
- 振動体の一端に超音波振動子が装着され、他端に超音波照射面が形成された超音波発生手段を用い、
洗浄対象の基板の被洗浄面を、前記超音波照射面に一定間隔で対向するように保持し、
前記超音波照射面を、前記被洗浄面に交わる方向を回転軸として回転させ、かつ前記基板上を平面走査させ、
前記超音波照射面と前記被洗浄面間を、洗浄中において常時洗浄液で満たして、前記被洗浄面を洗浄することを特徴とする洗浄方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010013588A JP2011151333A (ja) | 2010-01-25 | 2010-01-25 | 洗浄装置および洗浄方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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ID=44538028
Family Applications (1)
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08130202A (ja) * | 1994-10-31 | 1996-05-21 | Sony Corp | 回転式半導体基板処理装置 |
JP2005074241A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Toshiba Corp | 超音波処理装置および基板処理方法 |
WO2009003343A1 (en) * | 2007-07-05 | 2009-01-08 | Acm Research (Shanghai) Inc. | Methods and apparatus for cleaning semiconductor wafers |
-
2010
- 2010-01-25 JP JP2010013588A patent/JP2011151333A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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