JP3746248B2 - 超音波洗浄用ノズル、超音波洗浄装置及び半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を形成するシリコンウエハや化合物半導体ウエハ等の半導体基板や、液晶表示装置を形成するガラス基板等の被洗浄物を超音波処理により洗浄する際に好適な、超音波洗浄用ノズル、超音波洗浄装置、及び、これら洗浄技術を適用した半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体基板や液晶表示装置用のガラス基板等の製造工程では、種々の微細加工の前後で、半導体ウエハやガラス基板等に付着したサブミクロンオーダのパーティクル等を洗浄除去する必要がある。そこで、半導体ウエハ等の被洗浄物に対して、ダメージの少ない600kHz〜1.5MHzの高周波数の超音波を印加した洗浄液をノズルから照射して洗浄する超音波洗浄方法が用いられている。
【0003】
図9の(a)はこのような超音波洗浄方法に用いられる超音波洗浄用ノズルの一例を示す図である。超音波洗浄用ノズル10は、洗浄液Lが導入口11aから導入される中継室11と、この中継室11内に設けられ、中継室11内の流体に超音波振動を与える振動部12と、この振動部12と対向する位置に設けられ、洗浄液を吐出するとともに、中継室12側に設けられたその流路の内径が吐出口13aに向けて漸次狭くなるノズル体13とを備えている。なお、振動部12は、発振器12aと、振動子12bと、振動板12cとから構成されている。
【0004】
このように構成された超音波洗浄用ノズル10では、導入口11aから中継室11に導入され、発振器12aにより600kHz〜1.5MHz程度の周波数の電力が与えられて振動子12bが振動し、さらにその振動が振動板12cを介して洗浄液Lに超音波が印加される。洗浄液はノズル体13を通過し、吐出口13aから半導体ウエハにスポット照射される。このとき、超音波出力を円錐状の吐出口13a外で収束させて半導体ウエハW表面に与える超音波エネルギをあげることが行われていた。なお、図9の(b)中矢印Pは超音波の進行方向を模式的に示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述した洗浄方法であると次のような問題があった。すなわち、超音波の印加により中継室11内で乱れが増した洗浄液Lが吐出口13aの外でさらに霧化するため、更に超音波が拡散される。また、円錐形状のノズル体13は、超音波が吐出口13a外で集中する設計になっているため、その音圧レベルは照射距離や流量変動に大きく影響され、この乱れによって洗浄性能が著しく低下するという問題があった。
【0006】
また、図9の(b)に示すようにノズル体13内で反射した超音波と振動板12cから直進した超音波とが合成され、局部的に強い超音波が生成されることによって配線パターンの破壊やSi結晶の欠陥等の製品不良が発生する虞があった。
【0007】
そこで本発明は、洗浄液を整流化し照射距離や流量変動による音圧値の乱れを抑制するとともに、ノズル内での不要な反射音波を軽減させ、製品不良を起さない超音波洗浄用ノズル、洗浄装置及びこれら洗浄技術を用いて形成された半導体装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の超音波洗浄用ノズル、超音波洗浄装置及び半導体装置は次のように構成されている。
【0009】
(1)洗浄液に超音波振動を与え被洗浄物に向けて吐出する超音波洗浄用ノズルにおいて、上記洗浄液が導入される中継室と、この中継室に設けられ、中継室内の洗浄液に超音波振動を与える振動部と、この振動部と対向する位置に設けられ、上記洗浄液を吐出するとともに、上記中継室側に設けられその内径が漸次狭くなる第1流路及びこの第1流路と連続して設けられその内径が一定で、かつ、上記超音波振動のうち、前記洗浄液を吐出する方向に対して、斜め方向に進むものが複数回反射する長さを有する第2流路を有する吐出流路とを備えていることを特徴とする。
【0010】
(2)上記(1)に記載された超音波洗浄用ノズルであって、上記第1流路と上記第2流路とは一体成型されているものであることを特徴とする。
【0011】
(3)上記(1)に記載された超音波洗浄用ノズルであって、上記第2流路の内壁面には樹脂が設けられていることを特徴とする。
【0013】
(4)超音波洗浄用ノズルから洗浄液を吐出して被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置において、上記洗浄液を吐出する超音波洗浄用ノズルと、上記洗浄液を上記超音波洗浄用ノズルに供給する洗浄液供給部と、上記被洗浄物を位置決めする位置決め部とを備え、上記超音波洗浄用ノズルは、上記洗浄液が導入される中継室と、この中継室に設けられ、中継室内の流体に超音波振動を与える振動部と、この振動部と対向する位置に設けられ、上記洗浄液を吐出するとともに、上記中継室側に設けられその内径が漸次狭くなる第1流路及びこの第1流路と連続して設けられその内径が一定で、かつ、上記超音波振動のうち、前記洗浄液を吐出する方向に対して、斜め方向に進むものが複数回反射する長さを有する第2流路を有する吐出流路とを具備することを特徴とする。
【0014】
(5)上記(4)に記載された超音波洗浄装置であって、上記振動部は、所定間隔毎にON−OFFを繰り返しながら駆動することを特徴とする。
【0015】
(6)半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、上記ゲート絶縁膜上にゲートコンダクタを形成する工程と、上記ゲートコンダクタ上にゲートギャップを形成する工程と、上記ゲートギャップのマスクパターンに従って上記ゲートコンダクタを上記ゲート絶縁膜までエッチングする工程と、(1)〜(3)のいずれか記載の超音波洗浄ノズルから照射された洗浄液を用いて表面を洗浄する工程とを有する製造方法により形成されたことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施の形態に係る超音波洗浄装置20の構成を示す図、図2は超音波洗浄装置20に組み込まれた超音波洗浄用ノズル60を示す断面図、図3は超音波洗浄用ノズル60における超音波の進行方向を模式的に示す説明図である。
【0017】
超音波洗浄装置20は、被洗浄物となる半導体ウエハWを支持するとともに、回転させる回転ステージ機構30と、後述する超音波洗浄用ノズル60を位置決めするための位置決め機構40と、超音波洗浄用ノズル60に洗浄液Lを供給する洗浄液供給部50と、位置決め機構40により、回転ステージ機構30に支持された半導体ウエハWに超音波が印加された洗浄液Lを照射する超音波洗浄用ノズル60とを備えている。
【0018】
回転ステージ機構30は、有底筒状のカップ体31と、このカップ体31の低部の略中心位置に設けられ、モータ(不図示)の回転軸に連結された回転ステージ32とを備えている。なお、カップ体31の底部には洗浄処理後の洗浄液Lを排出するための排出口(不図示)が設けられている。また、カップ体31の上方には、半導体ウエハWから飛散した洗浄液Lをカップ体31の内側へ反射して半導体ウエハWに跳ね返るのを防止し、洗浄液Lを排出口側へ導くために中心側に向けて傾斜させた内壁31aが設けられている。回転ステージ32の外周側には、環状に複数の支持ピン32aが等間隔に設けられており、これら支持ピン32aにより半導体ウエハWを支持固定している。
【0019】
位置決め機構40はロボットアーム等から構成されており、超音波洗浄用ノズル60を、半導体ウエハWの被洗浄面Waと対向させるとともに、半導体ウエハWの軸方向及び半導体ウエハWの径方向に沿って移動可能に設けられている。超音波洗浄用ノズル60は、筒状の中継室70と、この中継室70の一方の開口を蓋するように設けられ中継室70内部の洗浄液Lに超音波を付与する振動部80と、中継室70の他方の開口に取り付けられたノズル体90とを備えている。
【0020】
中継室70には、導入口71が連通して設けられており、洗浄液供給部50から洗浄液Lが供給される。振動部80は、電圧が印加されることにより発振する発振器81と、この発振器81により600kHz〜1.5MHz程度の周波数の電力が与えられて振動する振動子82と、この振動子82に隣接配置された振動板83とから構成されている。ノズル体90は石英等から形成されており、中継室70側に設けられたテーパノズル(第1流路)91と、吐出側に設けられた円筒状の延長ノズル(第2流路)92とから構成されている。なお、図2中92aは吐出口を示している。テーパノズル91と延長ノズル92とは一体に形成されており、その内壁面の継ぎ目は滑らかなものとなるように形成されている。
【0021】
このように構成された超音波洗浄装置20を利用しての洗浄方法について以下に説明する。まず、位置決め機構40により超音波洗浄用ノズル60を回転ステージ32上から退避させる。この状態で、半導体ウエハWを回転ステージ32上に載せ、支持ピン32aで支持固定する。次に、位置決め機構40により回動・駆動して超音波洗浄用ノズル60を半導体ウエハW上に水平移動させ、更に、半導体ウエハW表面と吐出口92aとが所定のギャップとなるまで下降させる。
【0022】
次に、モータを駆動して半導体ウエハWを矢印C方向に回転させ、洗浄液供給部50から超音波洗浄用ノズル60の中継室61内に洗浄液Lを所定圧で供給する。これと同時に発振器81により振動子82を駆動し、振動板83を振動させる。洗浄液Lが振動板83に触れると洗浄液Lに振動板83から超音波振動が伝達される。さらに、中継室70内が洗浄液Lで満たされると、ノズル体90を介して吐出口92aより半導体ウエハWに向けて超音波が印加された洗浄液Lが照射される。
【0023】
半導体ウエハWの被洗浄面Waに到達した洗浄液Lは、被洗浄面Wa表面に付着したパーティクル等を除去し洗浄する。洗浄後の洗浄液Lは、半導体ウエハWの回転による遠心力により外周側に飛散してカップ体31の排出口から排出される。
【0024】
図4は、超音波洗浄用ノズル60を用いた場合と、従来の超音波洗浄用ノズルを用いた場合における一定時間内の音圧レベルの変動を比較して示すグラフである。また、図5の(a),(b)は、超音波洗浄用ノズル60と従来の超音波洗浄用ノズルにおいて条件を変えた場合の音圧レベルを示すグラフである。
【0025】
図5の(a)に示すように、照射距離を10〜50mmで変えた場合、従来の超音波洗浄用ノズルでは、音圧レベルがばらつくのに対し、本実施の形態に係る超音波洗浄用ノズル60においては10〜30mmの間ではほぼ一定レベルが保たれている。さらに、図5の(b)に示すように、洗浄液Lの流量を1.2〜1.6l/minで変えた場合、従来の超音波洗浄用ノズルでは、音圧レベルがばらつくのに対し、本実施の形態に係る超音波洗浄用ノズル60においてはほぼ一定レベルが保たれている。
【0026】
これらの現象は延長ノズル92を設けることで、洗浄液Lに対する整流効果が増したためであると考えられる。また、図3に示すように、振動板83から出た超音波のうちノズル体90の内壁面にあたったものが大きく減衰することから、延長ノズル92を設けることで斜め方向に進む超音波を効果的に減衰させることができるためである。
【0027】
次に、超音波洗浄用ノズル60におけるノズル体90の形状の設定方法について説明する。ノズル体90の延長ノズル92は内径が一定の円筒状に形成されており、その軸方向長さは洗浄液Lの洗浄特性に影響する。
【0028】
延長ノズル92の軸方向長さを5mmとしたノズル体、12mmとしたノズル体、従来のノズル体の3種類について、各種測定を行った。例えば、吐出口から半導体ウエハWまでの照射距離を変化させた場合の音圧値の変動は、軸方向長さを12mmとした場合が最も少ない。また、単位時間あたりの音圧ピークの変動が最も少ない。
【0029】
さらに吐出口92aの直径とほぼ同じ直径の照射領域において音圧レベルを測定した場合も、その分布が平坦であり、また最大ピークに対する異常ピークの比率が最も低くなっている。このため、発振出力を高くすることができ、低出力でも除去が可能な窒化シリコンはもちろん、高出力でしか除去できないポリスチレン系ラテックス粒子等もほぼ完全に除去することが可能となった。
【0030】
これらの現象は延長ノズル92を長くすることで洗浄液Lに対する整流効果が増したためであると考えられる。また、図3に示すように、振動板83から出た超音波のうちノズル体90の内壁面にあたったものは大きく減衰することから、延長ノズル92を長くすることに伴って反射回数が増え、減衰率が高くなるためであると考えられる。このため、吐出口92aから吐出される洗浄液Lに印加される超音波は直線状に進むものが大半となる。
【0031】
次に、振動子82の駆動方法について説明する。近年、半導体ウエハW等の基板表面に形成される配線は微細化される方向にあり、従来ダメージが起きることの無かった帯域の超音波であってもダメージが生じることがある。そこで、本実施の形態においては、超音波を連続的に付与しつづける方法の他、ON−OFFを繰り返して照射する方法を採用している。すなわち、超音波をON−OFFを繰り返すことにより、ON時の超音波により配線や基板を構成する結晶が共振するが、所定時間後にOFFすることにより、共振が治まり配線や結晶にダメージを与えるほどの共振にまで達することを防止することができる。
【0032】
このような照射方法は、配線や結晶中に生じている共振を相殺する超音波を切り替えながら付与することになり、連続的に一定の超音波を付与し続けた場合に比べ、ダメージの発生を100分の1までに低減できる。
【0033】
上述したように、本実施の形態における超音波洗浄装置20を用いると、従来の超音波洗浄方法に比べて配線等に対するダメージや、基板等を構成する物質の結晶状態に与えるダメージを極力低減しつつ、効率よく半導体ウエハWの超音波洗浄を行うことが可能となる。したがって、歩留まりがよい半導体装置を得ることが可能となる。
【0034】
図6は、超音波洗浄用ノズル60の第1の変形例を示す断面図である。本変形例においては、延長ノズル92内に円筒状の樹脂材93を固定したものである。樹脂材93を固定することにより、延長ノズル92の内壁面に反射する超音波の減衰をより大きくすることができ、吐出口92aから吐出される洗浄水Lに印加される超音波の直進性をより高めることができる。このため、数10%程度、出力向上させても半導体ウエハWにダメージを与えることがない。さらに、延長ノズル92自体の耐食性が向上するという効果も得られる。なお、樹脂材93を固定するのではなく、10〜100μm程度の樹脂を塗布するようにしてもよい。
【0035】
図7は、超音波洗浄用ノズル60の第2の変形例を示す断面図である。本変形例においては、ノズル体90の代わりに、ノズル体94を用いている。ノズル体94は、一定の割合でその内径が漸次狭くなるテーパノズル95と、このテーパノズル95に接続されており、上記一定の割合よりも少ない割合でその内径が漸次狭くなる延長ノズル96を用いている。このようなノズル体94を用いた場合であっても、吐出口96aから照射する洗浄水Lを整流することができ、ノズル体90を用いた場合とほぼ同様の効果を得ることができる。
【0036】
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る超音波洗浄装置100の構成を示す図である。なお、図6において図1と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0037】
超音波洗浄装置100においては、半導体ウエハWを回転させる回転ステージ機構30の代わりに、被洗浄物Hを直進させて図8中矢印X方向に移動させるコンベア機構110を用いている。さらに、超音波洗浄用ノズル60の代わりに超音波洗浄用ノズル120を設けている。なお、超音波洗浄用ノズル120は、超音波洗浄用ノズル60と同様の断面形状を有し、矢印X方向に直交する矢印Y方向に沿って各部材が延設される構成となっている。
【0038】
このように構成された超音波洗浄装置100においても、上述した超音波洗浄装置20と同様の効果を得ることができる。
【0039】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、洗浄の対象となる被洗浄物の種類や洗浄液の流量、パーティクル等の除去対象に応じて、各部材の寸法、超音波の出力等を変更してもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【0040】
【発明の効果】
本発明によれば、洗浄液を整流化し照射距離や流量変動による音圧値の乱れを抑制するとともに、ノズル内での不要な反射音波を軽減させ、製品不良を起さないことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す図。
【図2】同超音波洗浄装置に組み込まれた超音波洗浄用ノズルを示す断面図。
【図3】同超音波洗浄用ノズルにおける超音波の進行方向を模式的に示す説明図。
【図4】同超音波洗浄用ノズルと従来の超音波洗浄用ノズルにおける一定時間内の音圧レベルの変動を示すグラフ。
【図5】同超音波洗浄用ノズルと従来の超音波洗浄用ノズルにおける音圧レベルを示すグラフであって、(a)は照射距離を変えた場合、(b)は洗浄液の流量を変えた場合。
【図6】同超音波洗浄用ノズルの第1の変形例を示す断面図。
【図7】同超音波洗浄用ノズルの第2の変形例を示す断面図。
【図8】本発明の第2の実施の形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す図。
【図9】従来の超音波洗浄用ノズルを示す図であって、(a)は断面図、(b)は超音波の進行方向を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
20…超音波洗浄装置
30…回転ステージ機構
32…回転ステージ
40…位置決め機構
50…洗浄液供給部
60,120…超音波洗浄用ノズル
70…中継室
80…振動部
81…発振器
82…振動子
83…振動板
90,94…ノズル体
91…テーパノズル(第1流路)
92…延長ノズル(第2流路)
93…樹脂体
110…コンベア機構
W…半導体ウエハ(半導体装置)
H…被洗浄体
Claims (6)
- 洗浄液に超音波振動を与え被洗浄物に向けて吐出する超音波洗浄用ノズルにおいて、上記洗浄液が導入される中継室と、この中継室に設けられ、中継室内の洗浄液に超音波振動を与える振動部と、この振動部と対向する位置に設けられ、上記洗浄液を吐出するとともに、上記中継室側に設けられその内径が漸次狭くなる第1流路及びこの第1流路と連続して設けられその内径が一定で、かつ、上記超音波振動のうち、前記洗浄液を吐出する方向に対して、斜め方向に進むものが複数回反射する長さを有する第2流路を有する吐出流路とを備えていることを特徴とする超音波洗浄用ノズル。
- 上記第1流路と上記第2流路とは一体成型されているものであることを特徴とする請求項1に記載の超音波洗浄用ノズル。
- 上記第2流路の内壁面には樹脂が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の超音波洗浄用ノズル。
- 超音波洗浄用ノズルから洗浄液を吐出して被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置において、上記洗浄液を吐出する超音波洗浄用ノズルと、上記洗浄液を上記超音波洗浄用ノズルに供給する洗浄液供給部と、上記被洗浄物を位置決めする位置決め部とを備え、上記超音波洗浄用ノズルは、上記洗浄液が導入される中継室と、この中継室に設けられ、中継室内の流体に超音波振動を与える振動部と、この振動部と対向する位置に設けられ、上記洗浄液を吐出するとともに、上記中継室側に設けられその内径が漸次狭くなる第1流路及びこの第1流路と連続して設けられその内径が一定で、かつ、上記超音波振動のうち、前記洗浄液を吐出する方向に対して、斜め方向に進むものが複数回反射する長さを有する第2流路を有する吐出流路とを具備することを特徴とする超音波洗浄装置。
- 上記振動部は、所定間隔毎にON−OFFを繰り返しながら駆動することを特徴とする請求項4に記載の超音波洗浄装置。
- 半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、上記ゲート絶縁膜上にゲートコンダクタを形成する工程と、上記ゲートコンダクタ上にゲートギャップを形成する工程と、上記ゲートギャップのマスクパターンに従って上記ゲートコンダクタを上記ゲート絶縁膜までエッチングする工程と、上記請求項1乃至3のいずれか記載の超音波洗浄ノズルから照射された洗浄液を用いて表面を洗浄する工程とを有する製造方法により形成されたことを特徴とする半導体装置。
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