JP2011151282A - 超音波洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波洗浄で問題となっていた洗浄ムラ（洗い残し）の問題を解消し、パーティクル除去を効果的に行うこのできる超音波洗浄方法を提供することにある。
【解決手段】 少なくとも、洗浄槽中の洗浄液に被洗浄物を浸漬し、超音波振動子から発生する超音波を前記洗浄槽中の洗浄液に伝播させて前記被洗浄物を洗浄する超音波洗浄方法であって、前記超音波振動子から発生する超音波による被洗浄物の洗浄を、少なくとも２以上の超音波出力条件で行うことを特徴とする超音波洗浄方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハを始めとした半導体部品等の被洗浄物を洗浄液に浸漬し、超音波を照射して洗浄する超音波洗浄方法に関する。

デバイスのデザインルール微細化に伴う品質改善要求の一つにウェーハパーティクルの低減がある。このパーティクル低減要求は、ウェーハ表面の個数のみではなく、デザインルールの微細化に合わせてサイズが小さくなり、ますます厳しいものとなっている。この品質要求を達成するためには、清浄度の高い洗浄技術が必要となる。半導体ウェーハを始めとした半導体部品等の被洗浄物の洗浄において、効率良くパーティクルを除去するために、超音波洗浄を併用するのが一般的となっている。この超音波洗浄は、付着パーティクルの種類やウェーハの状態、洗浄後の品質等によって、周波数、出力、超音波制御、超音波洗浄槽、洗浄時間等が決定され、現在まで様々な超音波洗浄方法が提案されている（特許文献１、特許文献２等）。

また、最近は、より微小なパーティクル除去、および、ウェーハ表面にダメージを与えないために、所謂メガソニックと呼ばれる１ＭＨｚといった高周波による超音波洗浄が行われる場合が多い。

半導体シリコンウェーハ表面の微小なパーティクルを除去するためには、強力でウェーハ表面全体をムラ無く洗浄できる超音波洗浄が必要である。
しかし、現状の超音波洗浄は、振動子の周波数、出力、形状、配置等に起因する洗浄ムラ、洗浄槽、槽内の噴流管、ウェーハ保持冶具等の構造物による洗浄ムラが問題となっている。

特に、上記のようなメガソニックと呼ばれる超音波洗浄は、高周波のため指向性が強く、洗浄槽内の治具等による洗浄ムラ（洗い残し）が発生する問題があり、詳述すると、洗浄槽内に配置されたウェーハ支持治具や配管の影となる部分にメガソニックが照射されないことに起因して、また、メガソニック振動子の配置に応じ、洗浄ムラが生じてしまっていた。

そこで、超音波洗浄で問題となっていた洗浄ムラの問題を解消し、パーティクル除去を効果的に行うことのできる超音波洗浄方法が求められている。

特開平８−１３１９７８号公報 特開２００９−１２５６４５号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、超音波洗浄で問題となっていたウェーハ表面の洗浄ムラ（洗い残し）問題を解消することができる超音波洗浄方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によれば、少なくとも、洗浄槽中の洗浄液に被洗浄物を浸漬し、超音波振動子から発生する超音波を前記洗浄槽中の洗浄液に伝播させて前記被洗浄物を洗浄する超音波洗浄方法であって、前記超音波振動子から発生する超音波による被洗浄物の洗浄を、少なくとも２以上の超音波出力条件で行うことを特徴とする超音波洗浄方法を提供する。

このように、超音波振動子から発生する超音波による被洗浄物の洗浄を、少なくとも２以上の超音波出力条件で行うことによって、ある特定の超音波出力で洗い残しとなっている領域を、当該超音波出力とは異なる他の効果的に洗浄できる超音波出力で洗浄することによって補完し、洗い残しとなっている領域を打ち消すことができ、被洗浄面内での洗浄ムラを抑制することができるため、パーティクルの除去を効果的に行うことができる。

また、前記少なくとも２以上の超音波出力条件で行う洗浄を、前記超音波振動子から発生する超音波の出力を、前記被洗浄物の洗浄中に連続的又は段階的に変化させることにより行うことができる。

このように、超音波振動子から発生する超音波の出力を、被洗浄物の洗浄中に連続的又は段階的に変化させることで、被洗浄物を少なくとも２以上の超音波出力条件で洗浄することができる。

また、前記少なくとも２以上の超音波出力条件で行う洗浄を、前記被洗浄物を、洗浄槽間で超音波出力条件が異なる複数の前記洗浄槽中の洗浄液に順次浸漬することにより行うことができる。

このように、被洗浄物を、洗浄槽間で超音波出力条件が異なる複数の洗浄槽中の洗浄液に順次浸漬することで、被洗浄物を少なくとも２以上の超音波出力条件で洗浄することができる。

また、前記洗浄液を、アンモニア、過酸化水素水、及び水の混合溶液とすることができる。

このように、本発明の超音波洗浄方法では、洗浄液として、アンモニア、過酸化水素水、及び水の混合溶液（所謂ＳＣ−１洗浄液）を用いることができる。

また、前記超音波振動子から発生する超音波を、超音波伝播水を満たした超音波伝播槽を介して前記洗浄槽中の洗浄液に伝播させることが好ましい。

このように、超音波振動子から発生する超音波を、超音波伝播水を満たした超音波伝播槽を介して洗浄槽中の洗浄液に伝播させることにより、超音波振動が緩和されて被洗浄物への過度の衝撃が抑制され、均一に超音波を洗浄槽中の洗浄液に伝播させることができる。

以上説明したように、本発明の超音波洗浄方法を用いれば、洗浄ムラが抑制された強力な超音波洗浄が実現できる。これにより、パーティクル除去を効果的に行うことができる。また、本発明の超音波洗浄方法を用いれば、メガソニック等の高周波の超音波を利用した場合にも、洗浄ムラが抑制された効果的なパーティクル除去を行うことができる。

本発明の超音波洗浄方法で用いる超音波洗浄装置の１例を示す概略図である。 本発明の他の超音波洗浄方法の説明図である。 実施例１における超音波洗浄後のシリコンウェーハの観察図である。 比較例１における超音波洗浄後のシリコンウェーハの観察図である。 比較例２における超音波洗浄後のシリコンウェーハの観察図である。 実施例２における超音波洗浄後のシリコンウェーハの観察図である。 実施例３における超音波洗浄後のシリコンウェーハの観察図である。 比較例３における超音波洗浄後のシリコンウェーハの観察図である。 比較例４における超音波洗浄後のシリコンウェーハの観察図である。

以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、従来、半導体シリコンウェーハ表面の微小なパーティクルを除去するためには、強力でウェーハ表面全体をムラ無く洗浄できる超音波洗浄が求められている。特に、メガソニックと呼ばれる超音波洗浄は、高周波のため指向性が強く、洗浄ムラが発生する問題があり、洗浄ムラを抑制し、パーティクル除去を効果的に行うことのできる超音波洗浄方法が求められていた。

本発明者らは、超音波洗浄を強力にしようと、発振機の出力を上げ超音波を強くすると、超音波振動子の周波数、形状、配置等に起因する洗浄ムラが発生し、出力を下げると超音波の減衰により超音波振動子との距離が遠い領域の洗浄力が低下してしまい、ウェーハ全面を洗浄ムラなく洗浄することができないこと、即ち、超音波の出力に応じて効果的に洗浄ができる領域が異なることに着目した。

そして、本発明者は、鋭意検討を行った結果、被洗浄物を２以上の超音波出力条件で洗浄することによって、ある特定の超音波出力では洗い残しとなっている領域を、当該超音波出力とは異なる他の出力で洗浄することによって、効果的に洗浄できる領域を変更することによって、洗浄ムラを抑制できることを見出した。即ち、従来は、同じ被洗浄物に対しては、１つの出力条件でしか超音波洗浄がなされていなかったが、本発明では、被洗浄物の洗浄中に超音波の出力を変化させ、洗浄効果の高い領域をオーバーラップさせることで、被洗浄面内を均一に洗浄できることを見出した。

以下、本発明の超音波洗浄方法について、実施態様の一例として、図１を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は、本発明の超音波洗浄方法の第１実施形態に用いる超音波洗浄装置を示す図である。

図１の洗浄槽１１には、基板等の被洗浄物１３を洗浄するための洗浄液１２が満たされている。超音波振動子１４は超音波発振器（不図示）により高周波電圧を印加されて駆動し、これにより発生する超音波を超音波伝播槽１６を介して洗浄槽１１中の洗浄液１２に伝播させて、保持治具１７により保持されている被洗浄物１３を超音波洗浄する。
この超音波洗浄の際、超音波振動子１４から発生する超音波の出力を連続的又は段階的に変化させ、超音波洗浄を少なくとも２以上の超音波出力条件で行う。

超音波の出力は、被洗浄物の洗浄を２以上の出力条件で行うことができれば、どのように変化させても良く、例えば高出力、低出力の順に段階的に変化させても良いし、低出力、高出力の順に変化させても良い。更に、例えば高出力、低出力、高出力、低出力のように、高出力と低出力とを繰り返し変化させることもできる。このように段階的に超音波の出力を変化させる場合、出力範囲は特に限定されないが、高出力／低出力＝１．５〜３．５倍となるように出力を変化させることが好ましい。
また、超音波の出力を連続的に変化させる場合にも、２以上の出力条件で洗浄することができれば、出力の変化方法は特に限定されない。

尚、超音波振動子１４から発生する超音波を、脱気水等の超音波伝播水１５を満たした超音波伝播槽１６を介して洗浄槽１１中の洗浄液１２に伝播させることが好ましい。
このように、超音波伝播槽１６を介することで、超音波振動が緩和されて被洗浄物１３への過度の衝撃が抑制され、また、より均一に洗浄することができる。
もちろん、本発明では洗浄槽１１の底面や側面に超音波振動子１４を直接設置するようにしてもよい。

また、本発明の超音波洗浄方法の第２実施形態について図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の超音波洗浄方法の第２実施形態を示す説明図である。

被洗浄物２３を、洗浄槽間で超音波出力条件が異なる複数の前記洗浄槽中の洗浄液に順次浸漬することにより行うことで、少なくとも２以上の超音波出力条件で洗浄を行う。

詳述すると、被洗浄物２３を、先ず、超音波振動子２４から発生する超音波を第１の超音波出力条件に設定した洗浄槽２１の洗浄液２２に浸漬し、第１の出力条件での超音波洗浄を行う。
次いで、被洗浄物２３を、超音波振動子２４’から発生する超音波を前記の第１の出力条件とは異なる第２の超音波出力条件に設定した洗浄槽２１’の洗浄液２２’に浸漬し、再度洗浄を行うことで、第１の出力条件とは異なる第２の超音波出力条件で、被洗浄物２３の洗浄を行う。

このように、超音波出力条件が異なる洗浄槽の洗浄液に順次浸漬することで、少なくとも２以上の超音波出力条件で超音波洗浄を行うことができる。

また、各超音波振動子２４・２４’から発生する超音波は、脱気水等の超音波伝播水２５・２５’を満たした超音波伝播槽２６・２６’を介して各洗浄槽２１・２１’中の洗浄液２２・２２’に伝播させることが好ましい。もちろん、洗浄槽２１・２１’に直接超音波振動子２４・２４’を設置してもよい。また、この場合第１の出力条件及び第２の出力条件は、それぞれ超音波振動子２４・２４’の出力を段階的または連続的に変化させるようにしても良い。

ここで、被洗浄物２３を順次浸漬していく複数の洗浄槽は、図２に示すような２槽に限らず、被洗浄物２３を順次浸漬していく工程で、２以上の超音波出力条件で洗浄することができれば、何槽用いても良い。

尚、本発明は、上記のように単一洗浄槽や複数洗浄槽において、２以上の超音波出力条件で超音波洗浄を行うものであれば、上記実施形態に限られない。
例えば、被洗浄物を一つの洗浄槽中で段階的に超音波出力を変化させて超音波洗浄を行い、その後、更に、他の出力条件に固定した他の洗浄槽中の洗浄液に被洗浄物を浸漬し、超音波洗浄を行うこともできる。

このように、本発明によれば、少なくとも２以上の超音波出力条件で超音波洗浄を行うことによって、ある特定の超音波出力で洗い残しとなっている領域を、当該超音波出力とは異なる他の超音波出力で効果的に洗浄することができ、このように洗い残しとなる部分を打ち消すことによって、洗浄ムラを抑制することができるため、パーティクルの除去を効果的に行うことができる。

また、本発明は、超音波振動子から発生する超音波が、１ＭＨｚ以上の高周波（所謂メガソニック）である場合にも好適である。従来、メガソニック洗浄は、高い指向性が起因して洗浄槽内に配置されたウェーハ支持治具や配管の影となる部分にメガソニックが照射されず、洗浄ムラが発生する問題や、振動子の配置に応じた洗浄ムラが発生する問題があった。
しかし、上記のような本発明の超音波洗浄方法を用いれば、１ＭＨｚ以上の高周波による洗浄であっても、洗浄ムラが抑制された効果的なパーティクル除去を行うことができるため、有効である。

尚、本発明の超音波洗浄方法に用いる超音波振動子の形状や配置は特に限定されず、適宜変更が可能である。

また、本発明の超音波洗浄方法において、洗浄液は特に限定されないが、アンモニア、過酸化水素水、及び水の混合溶液とすることが好ましく、また、純水や半導体部品等の洗浄液として用いられる通常の薬液等も用いることができる。
尚、ウェーハ等の洗浄において、ウェーハ表面粗さを低減するために、比較的低温（例えば５０℃）の洗浄液で洗浄を行う方法があるが、このような洗浄能力が低めの洗浄液の場合でも、本発明の超音波洗浄方法によれば、効果的にパーティクルの除去を行うことができる。

以下、実施例と比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
鏡面研磨後の直径３００ｍｍのシリコンウェーハを以下のように洗浄した。
上記シリコンウェーハをオゾン水で洗浄し、図１の超音波洗浄装置を用いて以下の条件で超音波洗浄を行った。
尚、超音波洗浄における洗浄液１２はアンモニア、過酸化水素水、水の混合液（ＳＣ−１）とし（混合比 １：１：１０）、洗浄液温度を５０℃とした。超音波振動子１４から発生する超音波の周波数は１ＭＨｚ（メガソニック）とした。
被洗浄物１３である上記シリコンウェーハを上記洗浄液１２に浸漬し、６分間の洗浄時間で超音波出力を１分間ずつ高出力ａ（９００Ｗ）→低出力ｂ（３００Ｗ）→高出力ａ（９００Ｗ）→低出力ｂ（３００Ｗ）→高出力ａ（９００Ｗ）→低出力ｂ（３００Ｗ）と段階的に変更して洗浄した。
その後、リンス（超音波洗浄なし）、乾燥したシリコンウェーハを、パーティクルカウンターによって観察した。洗浄後のシリコンウェーハの観察図を図３に示す。ＬＰＤ（≧４１ｎｍ）は４６個と少なく、パーティクル除去能力が改善し、洗浄ムラが抑制されていることが判った。

（比較例１）
実施例１におけるＳＣ−１による超音波洗浄工程を、超音波の出力を高出力ａ（９００Ｗ）、洗浄時間を６分間とした以外は上記実施例１と同様にシリコンウェーハの洗浄を行った。
洗浄後のシリコンウェーハの観察図を図４に示す。超音波振動子に起因すると見られる洗浄ムラが発生し、ＬＰＤ（≧４１ｎｍ）は５０３４個と非常に多かった。

（比較例２）
実施例１におけるＳＣ−１による超音波洗浄工程を、超音波の出力を低出力ａ（３００Ｗ）、洗浄時間を６分間とした以外は上記実施例１と同様の条件でシリコンウェーハの洗浄を行った。
洗浄後のシリコンウェーハの観察図を図５に示す。ＬＰＤ（≧４１ｎｍ）は３３２個と多く見られ、ウェーハ外周部も保持冶具の影になる部分にパーティクルが残っていた。

（実施例２）
上記実施例１におけるＳＣ−１による超音波洗浄工程を、図２に示す超音波洗浄方法で行った以外は上記実施例１と同様の条件でシリコンウェーハの洗浄を行った。
実施例１で用いた洗浄液（ＳＣ−１）が満たされた２槽の洗浄槽（２１、２１’）を使用して、被洗浄物２３であるシリコンウェーハを、１槽目の洗浄槽２１で高出力ａ（９００Ｗ）で３分間超音波洗浄した後に、２槽目の洗浄槽２１’で低出力ｂ（３００Ｗ）で３分間超音波洗浄を行った。
洗浄後のシリコンウェーハの観察図を図６に示す。ＬＰＤ（≧４１ｎｍ）が５７個と少なく、パーティクル除去能力が改善し、洗浄ムラが抑制されていることが確認できた。

（実施例３）
鏡面研磨後の直径３００ｍｍのシリコンウェーハを以下のように洗浄した。
上記シリコンウェーハをオゾン水で洗浄し、次いで図１の超音波洗浄装置を用いて超音波洗浄を行った。
尚、超音波洗浄における超音波振動子１４は実施例１、２、比較例１、２とは形状と配置が異なるものを用いた。超音波洗浄における洗浄液１２はアンモニア、過酸化水素水、水の混合液（ＳＣ−１）とし（混合比 １：１：１０）、洗浄液温度を５０℃とした。超音波振動子１４から発生する超音波の周波数は１ＭＨｚ（メガソニック）とした。
被洗浄物１３である上記シリコンウェーハを上記洗浄槽１１中の洗浄液１２に浸漬し、６分間の洗浄時間で超音波出力を１分間ずつ高出力ｃ（１０００Ｗ）→低出力ｄ（４００Ｗ）→高出力ｃ（１０００Ｗ）→低出力ｄ（４００Ｗ）→高出力ｃ（１０００Ｗ）→低出力ｄ（４００Ｗ）と段階的に変更して洗浄した。
その後、リンス（超音波洗浄なし）、乾燥をしたシリコンウェーハをパーティクルカウンターによって観察した。洗浄後の観察図を図７に示す。ＬＰＤ（≧４１ｎｍ）は５８個と少なく、パーティクル除去能力が改善し、洗浄ムラが抑制されたことがわかる。

（比較例３）
実施例３におけるＳＣ−１による超音波洗浄工程を、超音波の出力を高出力ｃ（１０００Ｗ）、洗浄時間を６分間とした以外は上記実施例３と同様の条件でシリコンウェーハの洗浄を行った。
洗浄後のシリコンウェーハの観察図を図８に示す。超音波振動子に起因すると見られる洗浄ムラが発生し、ＬＰＤ（≧４１ｎｍ）は６８１４個と非常に多かった。

（比較例４）
実施例３におけるＳＣ−１による超音波洗浄工程を、超音波の出力を低出力ｄ（４００Ｗ）、洗浄時間を６分間とした以外は上記実施例３と同様の条件でシリコンウェーハの洗浄を行った。
洗浄後のシリコンウェーハの観察図を図９に示す。ＬＰＤ（≧４１ｎｍ）は４５１個と多く見られた。

上記のように、超音波の出力を強くすると、ウェーハ外周下部から上部に向ってクシ状のパターンでパーティクルが除去できない部分が出てくる（比較例１、３）。一方、出力を弱くすると、全体的（特に、超音波振動子との距離が遠い領域）にパーティクル除去能力が弱くなることがわかる（比較例２、４）。
一方、実施例のように、超音波振動子から発生する超音波による被洗浄物の洗浄を、少なくとも２以上の超音波出力条件で行うことによって、洗浄ムラの問題を解消することができるため、パーティクルの除去を効果的に行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に含有される。

１１…洗浄槽、 １２…洗浄液、 １３…被洗浄物、 １４…超音波振動子、 １５…超音波伝播水、 １６…超音波伝播槽、 １７…保持治具、 ２１・２１’…洗浄槽、 ２２・２２’…洗浄液、 ２３…被洗浄物、 ２４・２４’…超音波振動子、 ２５・２５’…超音波伝播水、 ２６・２６’…超音波伝播槽。

Claims (5)

1. 少なくとも、洗浄槽中の洗浄液に被洗浄物を浸漬し、超音波振動子から発生する超音波を前記洗浄槽中の洗浄液に伝播させて前記被洗浄物を洗浄する超音波洗浄方法であって、
   前記超音波振動子から発生する超音波による被洗浄物の洗浄を、少なくとも２以上の超音波出力条件で行うことを特徴とする超音波洗浄方法。
2. 前記少なくとも２以上の超音波出力条件で行う洗浄を、前記超音波振動子から発生する超音波の出力を、前記被洗浄物の洗浄中に連続的又は段階的に変化させることにより行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄方法。
3. 前記少なくとも２以上の超音波出力条件で行う洗浄を、前記被洗浄物を、洗浄槽間で超音波出力条件が異なる複数の前記洗浄槽中の洗浄液に順次浸漬することにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波洗浄方法。
4. 前記洗浄液を、アンモニア、過酸化水素水、及び水の混合溶液とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の超音波洗浄方法。
5. 前記超音波振動子から発生する超音波を、超音波伝播水を満たした超音波伝播槽を介して前記洗浄槽中の洗浄液に伝播させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の超音波洗浄方法。
   
   

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