JP2006095458A

JP2006095458A - 枚葉式洗浄方法及び洗浄装置

Info

Publication number: JP2006095458A
Application number: JP2004286136A
Authority: JP
Inventors: Emiko Shinohara; 恵美子篠原; Koichi Tamoto; 宏一田本
Original assignee: Kaijo Corp
Current assignee: Kaijo Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-13

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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／ｃｍ^２、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／ｃｍ^２、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。

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。

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／ｃｍ^２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。

本発明に係る枚葉式洗浄装置の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。振動板の振動面と被洗浄物面と距離を２ｍｍ、３ｍｍとして２種類の周波数のパーティクル除去率を測定した図である。周波数９５０ｋＨｚにおける振動板の振動面と被洗浄物面と距離と被洗浄物面上の平均音圧を測定した図である。周波数２ＭＨｚにおける振動板の振動面と被洗浄物面と距離と被洗浄物面上の平均音圧を測定した図である。振動板の振動面の音圧分布を周波数を変えて測定したスペクトル分布図である。洗浄液としてＡＰＭを用い、パーティクル除去率を周波数と出力との関係で示した図である。従来から知られている超音波を使用した枚葉式洗浄装置である。同じく従来から知られている超音波を使用した他の枚葉式洗浄装置である。

符号の説明

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

Claims

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。