JP3927936B2 - 枚葉式洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハーや液晶ガラス基板、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エハーや液晶ガラス基板、ハードディスク基板の枚葉式洗浄装置として、ウエハー等と超音波伝達部間に水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に記載のウエハー洗浄装置の構造を図５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を備えている。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。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。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、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。

半導体ウエハー等の洗浄対象物を、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と半導体ウエハー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、半導体ウエハーの表面を洗浄する。

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６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、パターンを形成した半導体ウエハーの場合、強力な超音波によってそのパターンが破壊されてしまうことがある。これは、キャビテーション現象によるキャビテーション撃力や半導体ウエハーや液晶ガラス基板の固有振動数と超音波の周波数が近いことによって起こる過剰共振により生じるものと考えられている。
この現象を避けるため、１ＭＨｚ以上の超音波を用いて、キャビテーションの発生率低下と超音波周波数を洗浄対象物である半導体ウエハーや液晶ガラス基板の固有振動数から遠ざける方法も用いられている。この場合、洗浄対象物がパターン形成前の半導体ウエハーであったり、或いはパターンが半導体ウエハー面から出ておらず埋没している場合などは、その汚れ具合によっては１ＭＨｚ以下の低い周波数が洗浄に適している場合がある。
ところが、上記洗浄装置に用いている超音波の周波数は、全て単一周波数であって、洗浄対象物に応じて自在に対応することができない。

本発明の課題は、洗浄対象物が半導体ウエハーの場合に、パターン形成の有無に関わらず対応した洗浄が可能であり、また他の洗浄対象物の場合でも汚れ具合に応じて自在選択して洗浄することができ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、被洗浄物の一面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他面に対向配置される振動素子と、該振動素子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素子面に対し平行移動させる駆動部材と、前記振動素子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素子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、
前記支持部材を上部が円板状に形成された回転テーブルで構成するとともに、前記振動素子を、前記回転テーブルの中心部から周辺部に至る長さの複数個の直方体に形成するとともに並列に配置し、かつそれぞれの振動素子が異なる振動数で振動するようにしたことを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の枚葉式洗浄装置において、超音波発振器は、異なる周波数を出力することができると共に、出力の強弱も調整自在に構成されていることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の枚葉式洗浄装置において、異なる周波数の周波数には、８００ｋＨｚ、２ＭＨｚの２つを含むことを特徴としている。

本発明は、上記のように構成されているので、パターンが形成されていない半導体ウエハーや液晶ガラス基板を洗浄する時には、複数の周波数のうちの低い周波数の超音波振動を用い、場合によっては高い周波数の超音波振動も併用すると、それぞれの長所が相まって効果的な洗浄がおこなえる。
また、パターンを形成した半導体ウエハーや繊細な表面構造の洗浄対象物を洗浄するときには、高い周波数の超音波振動を用いて洗浄する。場合によって、低い周波数の超音波振動を低出力にて併用することもでき、洗浄対象物の表面にダメージを与えないで効果的な洗浄がおこなえる。このように、一台で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、洗浄対象物である半導体ウエハーＷの直径より若干小さい直径の円環２８が、回転テーブル２２と同心状に取り付けられていて、その上に洗浄するための半導体ウエハーＷが載置されるようになっている。

また、前記回転テーブル２２の上部表面に近接して、複数個の超音波振動子３０を内蔵した超音波筐体３２が配置されている。該筐体３２は、回転テーブル２２の上に半導体ウエハーＷを載置すると、ウエハーＷの表面と僅かな間隙を持って対向するように位置している。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が、場合によっては固定位置でも良い。

前記筐体３２内に収納された複数個の超音波振動子３０は、その固有振動数が異なり、例えば一つの超音波振動子３０ａは２ＭＨｚで、他の一つの超音波振動子３０ｂは８００ｋＨｚとなっている。図では、超音波振動子が３個記載されているが、３個目は他の振動周波数のものを用いても良いし、また予備として設けておいてもよい。

各超音波振動子３０ａ，３０ｂは、それぞれ超音波発振器３４に接続されており、それぞれ固有の振動数に該当する周波数の出力を受ける。超音波発振器３４は、各周波数の出力のＯＮ・ＯＦＦは勿論のこと、強弱の調整も自在におこなえるとともにタイマー機能も有している。

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（ウエハー）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エハーＷの洗浄は、先ず半導体ウエハー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エハー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（水）を供給し、超音波筐体３２とウエハーＷとの間に液膜４０を形成させ、振動素子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、ウエハーＷの表面を洗浄する。

各超音波振動子３０ａ，３０ｂは上述したように振動周波数が異なり、また超音波発振器３４は、それぞれの超音波振動子３０ａ，３０ｂの駆動電力と駆動時間を制御することができる。
例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）後洗浄のように、研磨剤又は研磨屑を取り除きたいときなど剥離する力が必要となり、低周波の超音波洗浄が必要となる。また、パターン形成後にこのような平坦化処理をした場合、低周波ではパターン剥離の可能性があれば、超音波発振器３４からの出力を低周波を低く、高周波を強くして対応させることができる。
また、今日のようにパターンが微細になっている場合には、例えば２ＭＨｚの高周波を強く発振させ、大きなパーティクル除去用に低周波の超音波８００ｋＨｚを若干投入させる方法もある。

図２は、実際に２個の超音波振動子３０ａ，３０ｂを同時に駆動したとき、ウエハーＷなどの洗浄対象物上の音圧分布を示したもので、振動素子は２ＭＨｚと８００ｋＨｚである。それぞれの素子上に音が発生しているのが確認でき、周波数によって異なる音圧分布となることがよくわかる。更に、それを振動子の長手方向と直交する方向で足し合わせれば、図３に示すように、若干のバラツキは生じるが、比較的均一な音が出ていることを確認することができる。この方法で相対的にウエハー上を回転するため、均一な洗浄が可能となる。図４は、図２上の中心部分Ａの音圧スペクトルを示したもので、両方の周波数成分が均一に投入されていることがわかる。

上記実施の形態では、回転テーブル２２を用いてその上に洗浄対象物を載せ、上方から異なる周波数で振動する複数個の超音波振動子で洗浄液を介して洗浄対象物の表面を洗浄するようにしたが、これに限らず、洗浄対象物が異なる周波数で振動する複数個の超音波振動子と相対的平行移動する形式のものに適応することができる。例えば、洗浄対象物をベルトコンベアに載せて平行移動させるような構造の物でもよい。

本発明は、半導体ウエハーや液晶ガラス基板、ハードディスク基板を超音波で枚葉式に洗浄する装置に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。 異なる周波数の振動子を同時に駆動したときの、洗浄対象物面上の音圧分布を示したものである。 図２で示す音圧分布を振動子の長手方向に直交する方向で足し合わせた図である。 図２に示す音圧分布の中心部分Ａ点の音圧スペクトルを示す図である。 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 円環
３０ 超音波振動子
３２ 筐体
３４ 超音波発振器
３６ 液供給ノズル
３８ 洗浄液
４０ 液膜

Claims (3)

1. 被洗浄物の一面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他面に対向配置される振動素子と、該振動素子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素子面に対し平行移動させる駆動部材と、前記振動素子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素子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、
   前記支持部材を上部が円板状に形成された回転テーブルで構成するとともに、前記振動素子を、前記回転テーブルの中心部から周辺部に至る長さの複数個の直方体状に形成するとともに並列に配置し、かつそれぞれの振動素子が異なる振動数で振動するようにしたことを特徴とする枚葉式洗浄装置。
2. 前記超音波発振器は、異なる周波数を出力することができると共に、出力の強弱も調整自在に構成されていることを特徴とする請求項１記載の枚葉式洗浄装置。
3. 前記異なる周波数の周波数には、８００ｋＨｚ、２ＭＨｚの２つを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の枚葉式洗浄装置。