JP2001179196A - 超音波洗浄方法および装置 - Google Patents

超音波洗浄方法および装置

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JP2001179196A
JP2001179196A JP37135599A JP37135599A JP2001179196A JP 2001179196 A JP2001179196 A JP 2001179196A JP 37135599 A JP37135599 A JP 37135599A JP 37135599 A JP37135599 A JP 37135599A JP 2001179196 A JP2001179196 A JP 2001179196A
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ultrasonic cleaning
ultrasonic
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dispersion medium
cleaning method
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Yuji Fukazawa
雄二 深澤
Itsuro Ishizaki
逸郎 石崎
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
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Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波による超音波洗浄において、配線など
の形成された基板を、配線を損傷することなく、塵やパ
ーティクルを取り去ることのできる超音波洗浄方法およ
び装置を提供すること。 【解決手段】 分散媒と、この分散媒中に微粒子状に分
散された液体または粘弾性物質からなる媒体中で超音波
洗浄する方法および装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、分散媒と、この分
散媒中に微粒子状に分散された液体または粘弾性物質か
らなる媒体中で超音波洗浄する方法およびその装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板、液晶基板、ガラス基板や精
密工業部品などの洗浄には、超音波洗浄が幅広く行われ
ている。超音波洗浄においては、洗浄水としては、酸素
や窒素などの溶存ガスを含む水やこれら溶存ガスを含有
しない脱気水が用いられている。従来の超音波洗浄にお
いて、純水のみを用いた場合には超音波のパワーが高い
と、ウエハ上に加工されたアルミニウム等の配線が断線
したり、剥がれたりしていた。 特に、超音波洗浄を配
線パターン形成済みの半導体基板に実施する場合におい
ては、近頃の配線パターンの微細化に伴って除去すべき
パーティクルばかりでなく配線パターンそのものが損傷
を受けて破断したりしてしまうことがある。上述した脱
気水を洗浄水として用いると、図4(b)に示すよう
に、突起状の配線は折れてしまうにも関わらず、除去さ
れるべきパーティクルは残ったままとなってしまうとい
う不具合が生じていた。
【0003】また、超音波の周波数という面からみる
と、例えば、枚葉式洗浄においては、周波数約1.5M
Hzの超音波を用いて、純水あるいは酸・アルカリ等の
薬液を用いる方法がある。基板上のパーティクルを除去
するには印加するパワーが高い方が良いが、余り高いパ
ワーだと基板にダメージ(例えば、配線がある場合は、
断線不良等)を与えるという問題があった。
【0004】超音波の周波数は、洗浄効果および基板に
与えるダメージと密接に関わっている。例えば、500
kHz以上の超音波で精密洗浄を行うと、配線パターン
を備えた基板などに損傷を与えてしまう。
【0005】一方、超音波の原理については、特に高周
波域ではまだよく解明されていないが、周波数が高いほ
ど基板に与えるダメージは少なくなり、かつ微細箇所の
洗浄効果、基板全体の洗浄の均一性が向上するものと認
識されている。しかしながら、単に超音波の周波数を高
くしただけではこうした利点は得られていないのが現状
である。
【0006】上述したような高周波の超音波洗浄と組み
合わせて用いる洗浄液として上述したような脱気水を用
いると、特に、0.1μm〜10μm程度のファインパ
ターンを有する基板では、パターンが破損するだけで塵
やパーティクルは残ったままになるという不具合が生じ
ていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、特
にファインパターンを有する基板等を、優れた汚れ除去
性を実現すると同時に、パターンを破損することなく超
音波洗浄することのできる超音波洗浄方法および装置を
提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、分散媒と、この分散媒中に微粒子状に分散された液
体または粘弾性物質からなる媒体中で超音波洗浄するこ
とを特徴とする超音波洗浄方法が提供される。
【0009】本発明の超音波洗浄方法において用いる洗
浄液体はいわゆる分散系である。分散媒としてニュート
ン流体を、分散質として非ニュートン流体を用いてい
る。洗浄の前には、分散媒と、液体または粘弾性物質か
らなる分散質をよく攪拌してから行うのがよい。
【0010】また、前記分散媒は水溶性であり、前記液
体は非水溶性である。具体的には、分散媒としては水や
各種ガス溶解水、非水溶性液体としてはシリコーン、I
PAをはじめとする有機物質等が例示される。
【0011】また、前記粘弾性物質は粒子である。
【0012】理論に縛られるのは意図するところではな
いが、本発明によれば、超音波によって粒子が圧縮され
て、元の形状に戻るときのエネルギーにより塵やパーテ
ィクルが効果的に除去されるものと考えられる。
【0013】本発明の超音波洗浄方法に用いる洗浄液体
において、分散質の混合割合は分散媒の0.1体積%で
ある。
【0014】本発明の超音波洗浄方法において、前記分
散媒と前記液体または粘弾性物質は、相分離および/ま
たは沈降分離により回収することができる。すなわち、
室温で相溶しない分散媒と分散質を選択するのが好まし
い。
【0015】本発明の超音波洗浄方法の洗浄対象物とし
ては例えば、基板が例示される。本発明は半導体装置や
液晶表示装置などの基板洗浄に好適であり、特に突起部
を有するファインパターンの基板に用いると、ダメージ
を与えることなく優れた洗浄力が発揮される。ここでい
うファインパターンの配線パターンとは、パターン幅
0.1μm〜10μmを指す。本発明によれば、0.1
0μm、0.15μm、0.20μm、0.25μmと
いった非常に微細なパターンの形成された基板に対して
も、パターンを破損することなく清浄にすることができ
る。
【0016】ただし、本発明の対象はこうした基板類に
限定されるものではなく、例えば、金属部品、表面処理
部品、電子部品、半導体部品、電気部品、精密機械部
品、光学部品、ガラス部品、セラミックス部品といった
工業用精密部品など、高い清浄度を必要とする超音波洗
浄を行う対象であれば何でもよい。
【0017】本発明の超音波洗浄方法における洗浄は浸
漬または吹き付けによって行われる。浸漬させる場合に
は、浸漬した後にすすぎ洗浄など後工程が必要なことが
あるが、吹き付け(スプレー)の場合にはこの後工程を
必要としないという利便性がある。
【0018】本発明の超音波洗浄方法において用いる超
音波の周波数は20kHz以上とする。超音波の周波数
は、好ましくは20kHz〜3MHz、より好ましくは
50kHz〜3MHzである。周波数が高くなればなる
ほど、洗浄剤として用いる粒子の粒径は小さい方がよ
い。
【0019】本発明の他の態様によれば、超音波を照射
する手段と、前記超音波照射手段に、分散媒と、液体ま
たは粘弾性物質からなる分散質を混合して供給する手段
と、前記混合された分散媒と分散質を分離回収する手段
とを備えたことを特徴とする洗浄装置が提供される。
【0020】本発明で用いる混合された分散媒と分散質
には、上述した成分の他、pH調節剤や界面活性剤等が
含有されていてもよい。界面活性剤としては、ノニオン
系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面
活性剤等が挙げられ、これらを単独あるいは混合して用
いてよい。配合割合は特に限定されるものではないが、
0.1〜50%(体積比)とする。
【0021】ノニオン系界面活性剤としては、モノラウ
リン酸グリセリル、モノミリスチン酸グリセリル、モノ
ステアリン酸グリセリル、モノオレイン酸グリセリルの
ようなグリセリン脂肪酸エステル;同様の脂肪酸残基を
有するポリグリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチ
レングリセリン脂肪酸エステル、およびポリオキシエチ
レン脂肪酸エステル;ポリオキシエチレンラウリルエー
テル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシ
エチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレ
イルエーテルのようなポリオキシエチレンアルキルエー
テル;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、
ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルのようなポ
リオキシエチレンアルキルフェニルエーテル;オキシエ
チレン・オキシプロピレンブロック共重合体;ならびに
ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサンが例示され
る。
【0022】アニオン系界面活性剤としては、ヘキシル
ベンゼンスルホン酸ナトリウム、オクチルベンゼンスル
ホン酸ナトリウム、デシルベンゼンスルホン酸ナトリウ
ム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、セチルベ
ンゼンスルホン酸ナトリウム、ミリスチルベンゼンスル
ホン酸ナトリウムのようなアルキルベンゼンスルホン酸
ナトリウム;ブチルナフチルスルホン酸ナトリウムのよ
うなアルキルナフチルスルホン酸ナトリウム;ポリオキ
シエチレンオクチルエーテル硫酸エステルナトリウム、
ポリオキシエチレンデシルエーテル硫酸エステルナトリ
ウム、ポリオキシエチレンイコシルエーテル硫酸エステ
ルナトリウムのようなポリオキシエチレンモノアルキル
エーテル硫酸エステルナトリウム塩;ポリオキシエチレ
ンデシルフェニルエーテル硫酸エステルナトリウムのよ
うなポリオキシエチレンモノ(アルキルフェニル)エー
テル硫酸エステルナトリウム塩などが例示される。
【0023】カチオン系界面活性剤としては、オクチル
トリメチルアンモニウムクロリド、ドデシルトリメチル
アンモニウムクロリド、ヘキサデシルトリメチルアンモ
ニウムクロリド、牛脂トリメチルアンモニウムクロリ
ド、ヤシ油トリメチルアンモニウムクロリド、オクチル
ジメチルベンジルアンモニウムクロリド、デシルジメチ
ルベンジルアンモニウムクロリド、ジオクタデシルジメ
チルアンモニウムクロリドのような第四級アンモニウム
塩が例示される。
【0024】本発明において、溶解させ乳化を容易にす
るために、必要に応じて有機溶媒を配合してもよい。有
機溶媒は、上記の機能を果たすものであれば特に限定さ
れず、n−へキサン、n−へプタン、シクロヘキサン、
メチルシクロヘキサン、イソパラフィン混合溶媒、ガソ
リン、ゴム揮発油、ミネラルスピリット、灯油のような
脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレンのような芳香族
炭化水素類;n−ブチルエーテル、メチルフェニルエー
テルのようなエーテル類;メチルイソブチルケトン、ジ
エチルケトンのようなケトン類;酢酸−n−ブチル、イ
ソノナン酸イソノニル、イソノナン酸イソトリデシル、
ラウリン酸イソプロピル、ミリスチン酸イソプロピル、
ジオクタン酸−2,2−ジメチルプロペン−1,3−ジ
イルのようなエステル類;ヘキサメチルジシロキサン、
オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキ
サン、ドデカメチルペンタシロキサンのような鎖状揮発
性シロキサン類;ならびにオクタメチルシクロテトラシ
ロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデカ
メチルシクロヘキサシロキサンのような環状揮発性シロ
キサン類が例示され、用途によって適宜選択され、1種
を用いても2種以上を併用しても差し支えない。
【0025】
【発明の実施の形態】[実施例1]図1に概略断面図を
示す枚葉式超音波洗浄装置を参照して本発明の一実施形
態を説明する。
【0026】純水が供純水給ライン5から混合・攪拌ミ
キサー3へ供給され、そこでシリコーンと混合攪拌され
て洗浄液1として、約1.5MHzの周波数の超音波ノ
ズル2へと送られる。図2に超音波ノズル2の拡大断面
図を示す。超音波ノズル2は、上部に超音波素子9を備
えており、洗浄液1が収容されている。超音波ノズル2
から、全体に洗浄液が均一にかかるよう回転させなが
ら、ウエハ10へ洗浄液1が吹き付けられる。図4
(a)に示すように、微細な配線パターンの形成された
ウエハであっても、配線にダメージを与えることなく塵
やパーティクルのみが除去される。
【0027】洗浄に用いられた後の洗浄液1は、洗浄液
回収ライン7を通じて、洗浄液回収・分離タンク4へと
送られ、ここで純水は純水廃液ライン8から廃棄され、
シリコーンはシリコーン回収・供給ライン6を経て混合
・攪拌ミキサー3へと再び送られて再利用される。
【0028】このように、シリコーンと純水からなる洗
浄液は、静止放置しておくと比重の違いから自然とシリ
コーンが上層、純水が下層と分離されるため、回収およ
び再利用が容易である。純水とシリコーンの比率は各々
の流量比によって調整できる。例えば純水:シリコーン
=2:1の割合でミキサーにて混合すると純水中にシリ
コーンが微小粒となって均一に分布するようになる。こ
の微小なシリコーンの径はミキサーによって調整可能で
あり、この状態で超音波を照射すると、純水中のシリコ
ーンは純水とは異なったエネルギーの吸収・発散を行な
うため、気化しやすい。結果として超音波のエネルギー
を緩和するとともに気化する際に新たなエネルギーを放
出する。前者は超音波による基板への直接的なダメージ
を緩和するとともに、後者は基板上に付着した不純物等
を除去するのに有効に働く。
【0029】[実施例2]図3に概略断面図を示す超音
波洗浄装置を参照して本発明の他の実施形態を説明す
る。
【0030】純水とシリコーンからなる洗浄液1を収容
し、超音波素子9が底部に取り付けられた処理槽11中
にウエハ10を浸漬して洗浄を行う。また、超音波素子
9の取り付け位置は処理槽11の側面であってもよい。
基板の処理槽は、脱脂のための前処理槽やすすぎや乾燥
のための後処理槽などを組み合わせた多槽としてもよ
い。吹き付け以外の構成は実施例1と同様である。
【0031】以上の実施例においては、純水とシリコー
ンを例としてとりあげてきたが、純水以外に酸、アルカ
リ等の薬液、そしてこのような薬液と分離する液体であ
れば任意の液体を組み合わせて用いることができる。ま
た、洗浄液は2種類以上の液体を任意で組み合わせて用
いてよく、その混合比、そしてこれに応じて、用いる周
波数を適宜変更することができる。
【0032】
【発明の効果】本発明の超音波洗浄方法および装置によ
れば、分散媒と、この分散媒中に微粒子状に分散された
液体または粘弾性物質からなる媒体、例えば、水溶性液
体と非水溶性液体を混合攪拌した液を用いることによっ
て非水溶性液体が緩和剤として働いて、こうしたダメー
ジが低減され、優れた洗浄効果が得られる。
【0033】また、本発明で用いる混合洗浄液は静止・
放置すると自然に分離するため、非水溶液の回収が比較
的容易に行なうことができ、回収・再利用することによ
ってランニングコストの低減も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態における超音波洗浄装置
の構成を示す概略断面図。
【図2】 図1に示した超音波ノズルの拡大断面図。
【図3】 本発明の他の実施形態における超音波洗浄装
置の概略断面図。
【図4】 超音波洗浄により洗浄した基板の拡大断面
図。
【符号の説明】
1…洗浄液 2…超音波ノズル 3…混合・攪拌ミキサー 4…洗浄液回収・分離タンク 5…供給ライン 6…シリコーン回収・供給ライン 7…洗浄液回収ライン 8…純水廃液ライン 9…超音波素子 10…ウエハ 11…処理槽 12…配線パターン 12’…折れてしまった配線パターン 13…パーティクル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石崎 逸郎 神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地1 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社内 Fターム(参考) 3B201 AA03 AB01 AB34 AB42 BB22 BB85 BB92 BB93 CB01 CD22

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分散媒と、この分散媒中に微粒子状に分
    散された液体または粘弾性物質からなる媒体中で超音波
    洗浄することを特徴とする超音波洗浄方法。
  2. 【請求項2】 前記分散媒は水溶性であり、前記液体は
    非水溶性であることを特徴とする請求項1記載の超音波
    洗浄方法。
  3. 【請求項3】 前記非水溶性液体はシリコーンであるこ
    とを特徴とする請求項2記載の超音波洗浄方法。
  4. 【請求項4】 前記粘弾性物質は粒子であることを特徴
    とする請求項1記載の超音波洗浄方法。
  5. 【請求項5】 前記粒子は高粘性で高分子のものである
    ことを特徴とする請求項4記載の超音波洗浄方法。
  6. 【請求項6】 前記分散媒と前記液体または粘弾性物質
    は、相分離および/または沈降分離により回収すること
    ができることを特徴とする請求項1記載の超音波洗浄方
    法。
  7. 【請求項7】 洗浄対象物が基板であることを特徴とす
    る請求項1記載の超音波洗浄方法。
  8. 【請求項8】 洗浄形態が浸漬または吹き付けであるこ
    とを特徴とする請求項1記載の超音波洗浄方法。
  9. 【請求項9】 超音波の周波数が20kHz以上である
    ことを特徴とする請求項1記載の超音波洗浄方法。
  10. 【請求項10】 超音波を照射する手段と、前記超音波
    照射手段に、分散媒と、液体または粘弾性物質からなる
    分散質を混合して供給する手段と、前記混合された分散
    媒および分散質を分離回収する手段とを備えたことを特
    徴とする洗浄装置。
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