JP4007742B2

JP4007742B2 - 超音波洗浄方法

Info

Publication number: JP4007742B2
Application number: JP2000021320A
Authority: JP
Inventors: 仁史小野; 崇木村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2020-01-31
Also published as: JP2001205205A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子、ＰＤＰ、などのフラットパネルディスプレーや半導体基板等の製造工程において用いられる超音波洗浄方法に関し、特に少量の洗浄液で効果的な洗浄を行える超音波洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶表示素子、ＰＤＰ、などのフラットパネルディスプレーや半導体基板等の製造工程において、超音波洗浄ノズルにより洗浄液を供給する、枚葉式の超音波洗浄装置が用いられている。
【０００３】
図６は、その超音波洗浄装置の洗浄部の一例を示す模式図である。この図に示すように、超音波洗浄装置は、被洗浄物である基板１０の上方に超音波洗浄ノズル１１を備えている。そして、その超音波洗浄ノズル１１から超音波が照射された洗浄液１２を、水平を保って搬送される基板１０の上面に対して噴射し、基板１０に付着した例えば有機物、金属などのパーティクルを除去し、洗浄を行う。また、洗浄液に照射され超音波を発生させるための振動素子は通常、超音波洗浄ノズル１１の中、又は、超音波洗浄ノズル１１に洗浄液を供給するための供給配管１３内に設けられる。
【０００４】
洗浄液１２の噴射の形態としては、超音波洗浄ノズル１１より基板１０の幅長と同等以上の幅でシャワー状に洗浄液１２を照射し、さらに、振動素子により洗浄液１２に超音波を照射するシャワー方式が一般的になっている。
【０００５】
また、特開平１０−１６３１５３号公報に記載された洗浄装置では、洗浄液を基板上面に設けた空隙に流し、同時に空隙に流れる洗浄液に超音波を照射することで被洗浄物を洗浄している。
【０００６】
また、特開平１０−１０６９９８号公報に記載された超音波処理方法及び超音波処理装置は、発振器容器底面に配された超音波振動子が発振した際に生じる液面の盛り上がりにより基板裏面から超音波を照射するとともに、上面の供給口から上面に洗浄液を供給することで、被洗浄物を洗浄している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
洗浄装置において洗浄に使用する洗浄液の量を少なくし、洗浄性能を向上させ、短時間で目的の洗浄性能を得ることは重要な課題である。
【０００８】
従来から実施されていた、図６に記載の超音波洗浄ノズルを使用した洗浄装置では超音波振動面に発生する気泡が振動素子の破壊を招く危険がある。ここで、気泡の発生を防止するために大量の洗浄液を通ずると洗浄液の使用量が膨大になてしまうという課題がある。
【０００９】
また、特開平１０−１６３１５３号公報に記載された洗浄装置では、基板と超音波振動面の境界を作るための平板状の構造物が必要になり、早い流速で洗浄液を通じた場合に、平板と洗浄液が擦れたことにより静電気が発生し、半導体回路を破壊する課題がある。また、平板状の構造物は超音波振動面上に気泡を発生させない必要が有るために水膜を厚くできず、被洗浄物からの距離が短くなり、平板状の構造物から発生したパーティクルや金属イオンが被洗浄物に付着し、洗浄性能を低下させる課題を持っていた。振動面上に気泡を発生させないように、超音波振動素子の配置を上下逆にしたり、超音波振動面を２重底にして気泡の発生を防止した場合でも、早い流速で洗浄液を通じた場合に、平板と洗浄液が擦れたことにより静電気が発生し、半導体素子を破壊する課題がある。
【００１０】
また、特開平１０−１０６９９８号公報に記載された装置では、パーティクルを除去するために十分な力を持つ超音波出力で超音波洗浄を行った場合、液面の盛り上がりが小さく、不均一となる。液面を高く盛り上げるためには、超音波の出力を大きくする必要があり、そのためには、大きな電力とその入力に耐える高価な振動素子が必要になる、しかし、盛り上がりの不均一さは対策ができず、不均一さを無視できる程度に基板と液面を近づけると、基板と発振容器が擦れ、被洗浄物にキズをつけてしまう課題がある。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は不要な構造物を被洗浄物近傍から無くし、洗浄液の使用量を削減し、均一な安定した洗浄性能を発揮できる超音波洗浄方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波洗浄方法は、フラットパネルディスプレイまたは半導体基板の被洗浄面に、供給ノズルによって洗浄液を供給するとともに、前記被洗浄面の反対側の面に、超音波ノズルによって超音波が照射された超音波洗浄液を吹き付けることにより前記フラットパネルディスプレイまたは半導体基板の洗浄を行う超音波洗浄方法であって、前記超音波洗浄液が吹き付けられる部分の反対側の、前記被洗浄面上の部分における前記洗浄液の厚みＬが、前記超音波の波長をλとしたときに、
ｎλ−０．３λ≦Ｌ≦ｎλ＋０．３λ （ｎは正の整数）
を満たすように、前記供給ノズルから前記洗浄液を供給することを特徴とする。
【００１４】
また、前記被洗浄面に水平な方向における前記供給ノズルと超音波ノズルとの距離を調整することにより、前記洗浄液の厚みＬを調整することを特徴とする。
【００１５】
また、前記被洗浄面に対する前記供給ノズルからの前記洗浄液の供給角度を調整することにより、前記洗浄液の厚みＬを調整することを特徴とする。
【００１６】
また、前記被洗浄面に垂直な方向における前記供給ノズルと超音波ノズルとの距離を調整することにより、前記洗浄液の厚みＬを調整することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１から図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、これにより、本発明が限定されるものではない。
【００１８】
本実施の形態にかかる省洗浄液型超音波洗浄装置は、例えば、液晶表示素子の製造工程や半導体ウエハーの製造工程等に用いられるものであり、すなわち、膜堆積、洗浄、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、アッシング、レジスト剥離で構成されるリソグラフィー工程の内、洗浄、湿式エッチング、レジスト剥離の工程（以下ウエット工程）で用いられるものである。
【００１９】
ウエット工程に用いられる装置は、ローダー、洗浄・エッチング・レジスト剥離等の処理（以下ウエット処理）、リンス、仕上げ洗浄、乾燥、アンローダーにより構成される。ウエット処理、リンス、仕上げ洗浄は、例えば、被洗浄物に求められる洗浄度、除去対象物質、タクトタイムなどで槽の大きさや数が決定される。また、スペースの問題で複数の槽を設置できない場合には、ウエット処理、リンス、仕上げ洗浄ごとに洗浄液を吹き付けるノズルを交換し、乾燥を含め１槽でウエット工程を形成する場合もある。
【００２０】
ローダーから送られた基板４は、搬送ローラー３が一定方向に回転することで、ウエット処理槽に搬送される。基板４はウエット処理液５の排水性能を良くするために、任意の方向に角度を付けた状態で搬送されたり、極端な場合には基板４を垂直に起立させた状態や表裏逆で搬送されることもあり、あらゆる場合に本発明は有効である。以後は簡単のために、水平に搬送される状態について説明を行う。
【００２１】
搬送された基板４はカーテンノズル（供給ノズル）１から吹き出されるウエット処理液５に接触し、基板４表面がウエット処理液５に濡らされる。このとき、ウエット処理液５は基板４を均一に濡らす必要がある。理由はウエット工程では、被洗浄物とウエット処理液が長時間接触するほど洗浄、エッチング、レジスト剥離が進行するためであり、不均一に照射されたウエット処理液は基板内の任意の場所でウエット処理液５との接触時間をばらつかせる、つまり、被洗浄物の仕上がりが不均一になる。
【００２２】
従来から用いられてきた、配管に直接接続するタイプの噴射式のスプレーノズルを使用した場合にも、カーテン状の水流を作ることができるが、スプレーノズル直下のウエット処理液流量とスプレーノズルから離れた個所での流量が異なり、均一な照射は不可能である。但し、スプレーノズルを使用した場合でも、スプレーノズル直下の流量とスプレーノズルから離れた個所での流量が５％以内の差であれば均一なウエット処理液の照射が可能であり、複数のノズルを組み合わせた場合に均一照射に近い状況を呈することがある。
【００２３】
ウエット処理液５を均一に照射するためには、望ましくは図１に示すように、カーテンノズル１を用いてカーテン状（膜状、平板状）にウエット処理液５を吹き出させることが良い。カーテンノズル１は幅長全域で安定した１ｍｍ以下のスリットを形成させたものが有効である。カーテンノズル１から吐出するウエット処理液５の流量は、スリットの幅や長さ、カーテンノズルに流入するウエット処理液５の流入圧力、カーテンノズル１の接液部分の表面あらさ、カーテンノズル１と基板間との距離、カーテンノズル１と基板垂直方向が成す角度により制御できる。
【００２４】
カーテンノズル１の下を通過した基板４は超音波洗浄ノズル２の上を通過する。超音波洗浄ノズル２からはウエット処理液５が吹き出されており、超音波洗浄ノズル２の内部や処理液導入配管に設けられた超音波振動素子が振動することで、ウエット処理液５に超音波振動が印可される。超音波振動を印可されたウエット処理液５は基板４の裏面に当たる、超音波振動は基板４を突き抜けてカーテンノズル１から照射された基板４上のウエット処理液５に伝えられる。
【００２５】
基板４の上面（被洗浄面）は例えば、トランジスタやカラーフィルターや堆積膜が存在するウエット工程でウエット処理を行う重要な個所であり、ウエット処理の対象個所である。
【００２６】
基板４を突き抜けた超音波は基板４上のウエット処理液５に振動を与えるが、超音波は強い指向性を持つ波動であるため、反射、屈折、回折など波動としての性質を持つ。そのために、超音波の波長と基板４上のウエット処理液５の厚さが重要となる。なお、本明細書において、ウエット処理液５の厚さとは、基板４における超音波印加位置Ｐにおけるウエット処理液の厚さの平均値をいうものとする。
【００２７】
超音波の波長と基板４上のウエット処理液５の厚さの関係について以下に説明する。超音波ノズル２からの超音波の周波数が１ＭＨｚで基板上のウエット処理液５が水であった場合、水中の音速は１５００ｍ／ｓであるから、超音波の波長は、
１５００／１００００００＝１．５ｍｍ
と、求めることができる。水膜の厚みを変化させた場合のパーティクルの除去性能は表１の通りであった。
【００２８】
【表１】

【００２９】
表１から、判るように、波長と同じ水膜厚さであった場合、水膜の厚みは１．５ｍｍのときに最も高い除去率を示し、波長の半分の場合には最も低い除去率を示した。また、表１においては水膜厚さが１．２５ｍｍ〜２ｍｍのときに、９０％以上の高い除去率が得られた。なお、ここでの水膜の厚さは、基板反対側から超音波が吹き付けられる部分における厚さである。
【００３０】
上述のような現象は、基板４上のウエット処理液中において定在波が立つことによるものと思われ、ウエット処理液（水）の厚さを表１の範囲よりもさらに広い範囲で振ると、除去率の高低が繰り返し見られる。高い除去率が得られる範囲は、ウエット処理液の厚さをＬとしたとき、
ｎλ−０．３λ≦Ｌ≦ｎλ＋０．３λ
（ｎは正の整数、λは超音波の波長）
を満たす範囲であった。ウエット処理液５の消費量を少なくするには、nは小さい方が良いが、ｎ＝１では基板４上にウエット処理液５が枯渇した部分が生じる可能性があるため、ｎ＝２がより現実的であった。
【００３１】
超音波の周波数が５００ｋＨｚの場合についても同様なテストを実施したが、１ＭＨｚの周波数の時と同様の傾向を示し、ウエット処理液（ここでは水）の厚さＬが、ｎλ±０．３λの範囲以内であるときに高い除去率が得られた。
【００３２】
さらに、周波数が１ＭＨｚの超音波ノズル２に、レジスト剥離ができるウエット処理液５を通じた場合の剥離性能（剥離性能の評価は光学顕微鏡による目視確認により行った）についても同様であり、ウエット処理液５の厚さＬがウエット処理液５中における超音波の波長をλとしたときｎλ±０．３λの範囲以内のときに高い除去率が得られ、そこから外れると、剥離が全く進行していなかった。
【００３３】
本実施の形態の超音波洗浄装置では、以上の結果に基づき、超音波の波長λと基板４上のウエット処理液５の厚さＬが、ｎλ±０．３λの範囲以内になるようにウエット処理液を供給する。ウエット処理液５の膜厚のコントロール方法について以下に説明する。
【００３４】
図２〜図５は、そのコントロール方法の一例を説明する図である。
【００３５】
図２に示す方法では、カーテンノズル１から所定流量のウエット処理液５を供給しておきながら、基板４の表面に略平行な方向における超音波ノズル２とカーテンノズル１との間隔Ｄ１を調整することにより、超音波の印加位置Ｐ（基板反対側において超音波洗浄液が吹き付けられる部分）でのウエット処理液５の厚さＬを所定範囲に設定する。具体的には、超音波ノズル２とカーテンノズル１との間隔Ｄ１の調整を予め実験等により求めておいた値に設定したり、超音波印加位置Ｐでのウエット処理液５の厚さＬを実際に観測しながら上記間隔Ｄ１を調整することにより行う。
【００３６】
図３に示す方法では、超音波ノズル２とカーテンノズル１とを基板４を挟んで対向するように配置しておき、カーテンノズル１のスリット幅、カーテンノズル１へのウエット処理液５の供給圧力、カーテンノズル１内部の液体流動経路の表面仕上げによりウエット処理液供給量を増減することにより、厚さＬをコントロールする。具体的には、予め行った実験に基づいて上記の各値を設定したり、超音波印加位置でのウエット処理液５の厚さＬを実際に観測しながら、カーテンノズル１へのウエット処理液５の供給圧力の調整することで、コントロールを実行する。
【００３７】
図４に示す方法では、カーテンノズル１からのウエット処理液５の供給を基板１に対して傾けることによりウエット処理液５の超音波印加位置Ｐでの膜厚Ｌを調整する。具体的には、予め行った実験に基づいてカーテンノズル１の角度を設定したり、超音波印加位置Ｐでのウエット処理液５の厚さＬを実際に観測しながら、カーテンノズル１の角度を調整することで膜厚Ｌの調整を行う。
【００３８】
図５に示す方法では、カーテンノズル１の基板４に対する高さを変えてウエット処理液膜厚をコントロールする。なお、図５では、図２と同様に基板４の表面に略平行な方向において超音波ノズル２とカーテンノズル１とを所定間隔Ｄ２離しているが、これに限るものではない。この方法では、具体的には、予め行った実験に基づいてカーテンノズル１の高さを設定したり、超音波印加位置Ｐでのウエット処理液５の厚さＬを実際に観測しながら、カーテンノズル１の高さを調整することで膜厚Ｌの調整を行う。
【００３９】
以上、図２〜図５を用いてウエット処理液の膜厚の調整方法について示したが、図２〜図５の方法は互いに組み合わせて使用することも、勿論可能である。
【００４０】
また、以上の実施の形態では、カーテンノズル１と超音波ノズル２を１組用いる場合について示したが、それだけでは目標の処理レベルに達しない場合には複数組のカーテンノズル１と超音波ノズル２を組み合わせることや超音波の出力を向上することで対応できる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、超音波を印加する位置において被洗浄物上の洗浄液の厚みＬを、超音波の波長をλとしたとき、
ｎλ−０．３λ≦Ｌ≦ｎλ＋０．３λ （nは正の整数）
を満たすように設定するため、超音波洗浄を効果的に行うことができる。また、ウエット処理液の使用量を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる超音波洗浄装置の超音波洗浄部を示す概略図である。
【図２】ウエット処理液の厚みを調整する方法を説明する図である。
【図３】ウエット処理液の厚みを調整する他の方法を説明する図である。
【図４】ウエット処理液の厚みを調整する更に他の方法を説明する図である。
【図５】ウエット処理液の厚みを調整する更に他の方法を説明する図である。
【図６】従来のシャワー式超音波装置の超音波洗浄部を示す概略の側面図である。
【符号の説明】
１カーテンノズル
２超音波ノズル
３搬送ローラー
４基板
５ウエット処理液
１０基板
１１シャワー式超音波ノズル
１２ウエット処理液
１３液供給配管

Claims

フラットパネルディスプレイまたは半導体基板の被洗浄面に、供給ノズルによって洗浄液を供給するとともに、前記被洗浄面の反対側の面に、超音波ノズルによって超音波が照射された超音波洗浄液を吹き付けることにより前記フラットパネルディスプレイまたは半導体基板の洗浄を行う超音波洗浄方法であって、
前記超音波洗浄液が吹き付けられる部分の反対側の、前記被洗浄面上の部分における前記洗浄液の厚みＬが、前記超音波の波長をλとしたときに、
ｎλ−０．３λ≦Ｌ≦ｎλ＋０．３λ （ｎは正の整数）
を満たすように、前記供給ノズルから前記洗浄液を供給することを特徴とする超音波洗浄方法。
請求項１に記載の超音波洗浄方法において、
前記被洗浄面に水平な方向における前記供給ノズルと超音波ノズルとの距離を調整することにより、前記洗浄液の厚みＬを調整することを特徴とする超音波洗浄方法。
請求項１に記載の超音波洗浄方法において、
前記被洗浄面に対する前記供給ノズルからの前記洗浄液の供給角度を調整することにより、前記洗浄液の厚みＬを調整することを特徴とする超音波洗浄方法。
請求項１に記載の超音波洗浄方法において、
前記被洗浄面に垂直な方向における前記供給ノズルと超音波ノズルとの距離を調整することにより、前記洗浄液の厚みＬを調整することを特徴とする超音波洗浄方法。