JP4855232B2 - Cleaning device and cleaning method - Google Patents
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本発明は洗浄装置および洗浄方法に関し、特に、洗浄液に超音波を伝導させて、洗浄液に浸漬させた基板を洗浄する洗浄装置および洗浄方法に関する。 The present invention relates to a cleaning apparatus and a cleaning method, and more particularly to a cleaning apparatus and a cleaning method for cleaning a substrate immersed in a cleaning liquid by conducting ultrasonic waves through the cleaning liquid.
従来から、半導体基板などを洗浄する産業用洗浄技術の1つに、超音波洗浄技術がある。この技術を利用した超音波洗浄装置は半導体製造プロセスにおいて重要であって、例えば、半導体製造プロセスにおける半導体基板に対する溶液処理、リンス、リフトオフなどの洗浄工程に用いられている。 Conventionally, an ultrasonic cleaning technique is one of industrial cleaning techniques for cleaning semiconductor substrates and the like. An ultrasonic cleaning apparatus using this technique is important in a semiconductor manufacturing process, and is used, for example, in a cleaning process such as solution processing, rinsing, and lift-off for a semiconductor substrate in the semiconductor manufacturing process.
そして、超音波洗浄装置は、洗浄液が入れられた洗浄槽と、周波数信号を振動子に送信する超音波発振機と、洗浄槽に接して設けられ、発振機からの周波数信号を受けて振動する発振子(振動子)とから主に構成されている。 The ultrasonic cleaning apparatus is provided in contact with the cleaning tank, the ultrasonic oscillator that transmits a frequency signal to the vibrator, and the cleaning tank, and receives the frequency signal from the oscillator and vibrates. It is mainly composed of an oscillator (vibrator).
次に、このような超音波洗浄装置による洗浄原理を、図を用いて説明する。
図11は、従来の超音波洗浄装置によって洗浄される半導体基板の断面模式図であり、図12は、従来の超音波洗浄装置によって洗浄された半導体基板の断面模式図である。
Next, the principle of cleaning using such an ultrasonic cleaning apparatus will be described with reference to the drawings.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor substrate cleaned by a conventional ultrasonic cleaning apparatus, and FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor substrate cleaned by a conventional ultrasonic cleaning apparatus.
被洗浄物として半導体基板100を例に挙げて説明する。なお、半導体基板100は、図11に示すように、半導体基板100上にレジスト膜100aによって反転パターンを形成しておき、反転パターンにパターン膜100bが形成されている。 The semiconductor substrate 100 will be described as an example of the object to be cleaned. As shown in FIG. 11, in the semiconductor substrate 100, a reverse pattern is formed on the semiconductor substrate 100 with a resist film 100a, and the pattern film 100b is formed in the reverse pattern.
超音波洗浄装置において、超音波発振機から周波数信号を入力した振動子が洗浄槽を振動させて、洗浄槽に入れられた洗浄液に、溶在酸素などの微小な気泡が核となって無数の真空に近い微小空洞(以下、「キャビテーション101」と呼ぶ。)を発生させる。 In an ultrasonic cleaning device, a vibrator that receives a frequency signal from an ultrasonic oscillator vibrates the cleaning tank, and countless counts of microbubbles such as dissolved oxygen are formed in the cleaning liquid in the cleaning tank. A microcavity close to a vacuum (hereinafter referred to as “cavitation 101”) is generated.
そして、図12に示すように、洗浄槽の洗浄液に浸漬させた半導体基板100上のレジスト膜100aおよびパターン膜100bを、キャビテーション101が破裂する際の衝撃波によって除去させることができる。 Then, as shown in FIG. 12, the resist film 100a and the pattern film 100b on the semiconductor substrate 100 immersed in the cleaning liquid in the cleaning tank can be removed by a shock wave when the cavitation 101 bursts.
一般に、超音波洗浄装置では、キャビテーションは発生周波数が大きくなるにつれて、個々の気泡が放出するエネルギーが減少するため、低い周波数(20kHzから40kHz程度まで)を用いた超音波洗浄が行われている。 Generally, in an ultrasonic cleaning apparatus, as the frequency of cavitation increases, the energy released by individual bubbles decreases, so ultrasonic cleaning using a low frequency (from about 20 kHz to about 40 kHz) is performed.
ところが、超音波が低周波になるにつれて、キャビテーションのエネルギーは増加するものの、一方で波長が大きくなる。このため、超音波の出射波と反射波とで合成される定在波の間隔も大きくなるため、洗浄槽内の場所に依存して、洗浄力(定在波の腹と節)に大きな分布が生じ、確実な基板洗浄ができないという課題があった。 However, as the ultrasonic wave becomes lower in frequency, the cavitation energy increases, but the wavelength increases. For this reason, since the interval of the standing wave synthesized by the outgoing wave and the reflected wave of the ultrasonic wave also becomes large, depending on the location in the washing tank, the cleaning power (standing wave antinodes and nodes) has a large distribution As a result, there was a problem that reliable substrate cleaning could not be performed.
これに対し、基板などの被洗浄物の揺動、洗浄液の撹拌、周波数の変動による最適洗浄位置の移動などの洗浄力分布を減らす方法が提案されている(例えば、特許文献1,2参照。)。
On the other hand, methods for reducing the cleaning force distribution such as swinging of an object to be cleaned such as a substrate, stirring of a cleaning liquid, and movement of an optimal cleaning position due to frequency fluctuation have been proposed (for example, see
また、複数の振動板を2方向や3方向に配置し、同時に超音波を出射させることにより、相対的に洗浄力の弱い位置を無くす試みも行われている(例えば、特許文献3,4参照。)。
しかし、特許文献1,2では、洗浄力分布は縮小するが、その分、洗浄力自体も分散して低下するため、大幅な洗浄時間の短縮ができないという課題があった。
また、特許文献3,4では出力(電圧)を2つあるいは3つに分散させてしまうため、特許文献1,2と同様に大幅な洗浄時間の短縮ができないという課題があった。
However, in
Further, in
そして、超音波を用いたリフトオフプロセスの場合、被洗浄物の除去したい異物(例えば、レジスト膜など)が洗浄液に直接ふれていないために、被洗浄物全面に形成されたパターン膜の表面に亀裂が発生し、洗浄液が被洗浄物にしみこむまで、洗浄液によるレジスト溶解効果が期待できない。さらに近年の微細化により、亀裂が入りにくいパターンになっており、従来の超音波洗浄技術のキャビテーションによる効果だけでは、洗浄力が不足しているという問題があった。 In the lift-off process using ultrasonic waves, since the foreign matter (for example, resist film) to be removed from the object to be cleaned is not directly in contact with the cleaning liquid, the surface of the pattern film formed on the entire surface of the object to be cleaned is cracked. Until the cleaning liquid penetrates into the object to be cleaned, the resist dissolving effect by the cleaning liquid cannot be expected. Furthermore, due to recent miniaturization, the pattern is difficult to crack, and there is a problem that the cleaning power is insufficient only by the effect of cavitation of the conventional ultrasonic cleaning technology.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、洗浄効率の高い超音波洗浄を行うことができる洗浄装置および洗浄方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a point, and it aims at providing the washing | cleaning apparatus and washing | cleaning method which can perform ultrasonic cleaning with high cleaning efficiency.
本発明では上記課題を解決するために、洗浄液11に超音波を伝導させて、洗浄液11に浸漬させた基板1を洗浄する洗浄装置10において、図1に示すように、洗浄液11が入れられた洗浄槽12と、洗浄槽12に設置され、除去対象物が付着した基板1を保持する保持部13と、基板1の固有振動数の信号を発生させる超音波発振機15と、洗浄槽12に設置され、信号を受け、固有振動数で振動し、超音波を発生させて洗浄槽12を振動させる振動子16と、を有することを特徴とする洗浄装置10が提供される。
In the present invention, in order to solve the above-described problem, in the cleaning apparatus 10 that cleans the
このような洗浄装置によれば、制御ユニットによって、超音波発振機から基板の固有振動数に対応する信号が入力された振動子が振動することによって、基板の固有振動数に対応する超音波が発生され、洗浄槽内の洗浄液に、基板の固有振動数の超音波が伝導させられるようになる。 According to such a cleaning apparatus, an ultrasonic wave corresponding to the natural frequency of the substrate is generated by the vibration of the vibrator to which the signal corresponding to the natural frequency of the substrate is input from the ultrasonic oscillator by the control unit. The ultrasonic wave having the natural frequency of the substrate is conducted to the cleaning liquid in the cleaning tank.
また、本発明では上記課題を解決するために、洗浄液に超音波を伝導させて、前記洗浄液に浸漬させた基板を洗浄する洗浄方法において、超音波発振機により、前記洗浄液が入れられた洗浄槽に設置された保持部が保持する、除去対象物が付着した基板の固有振動数の信号を発生させる工程と、前記洗浄槽に設置された振動子により、前記信号を受けて、前記固有振動数で振動し、前記超音波を発生させて前記洗浄槽を振動させる工程と、を有することを特徴とする洗浄方法が提供される。 Further, in the present invention, in order to solve the above problems, in a cleaning method for cleaning a substrate immersed in the cleaning liquid by conducting ultrasonic waves in the cleaning liquid, a cleaning tank in which the cleaning liquid is put by an ultrasonic oscillator holder installed is kept in the steps of generating a natural frequency of the signal substrate removal target is attached, by the installed transducer to the cleaning tank, by receiving the signal, the unique And a step of vibrating the cleaning tank by generating the ultrasonic wave at a vibration frequency.
このような洗浄方法によれば、制御ユニットによって、超音波発振機から基板の固有振動数に対応する信号が入力された振動子が振動することによって、基板の固有振動数に対応する超音波が発生され、洗浄槽内の洗浄液に、基板の固有振動数の超音波が伝導させられるようになる。 According to such a cleaning method, the ultrasonic wave corresponding to the natural frequency of the substrate is generated by the vibration of the vibrator to which the signal corresponding to the natural frequency of the substrate is input from the ultrasonic oscillator by the control unit. The ultrasonic wave having the natural frequency of the substrate is conducted to the cleaning liquid in the cleaning tank.
本発明では、振動子が、超音波発振機から除去対象物が付着した基板の固有振動数に対応する信号を入力して、振動することによって超音波を発生し、洗浄槽内の洗浄液に除去対象物が付着した基板の固有振動数の超音波が伝導するようにした。これにより、洗浄液に浸漬された基板が振動子から発生した超音波により共振し、基板から除去対象物を除去することができる。
In the present invention, the vibrator inputs a signal corresponding to the natural frequency of the substrate to which the object to be removed is attached from the ultrasonic oscillator, and generates an ultrasonic wave by vibrating to be removed to the cleaning liquid in the cleaning tank. Ultrasonic waves with the natural frequency of the substrate to which the object is attached are conducted. Thereby, the substrate immersed in the cleaning liquid resonates by the ultrasonic wave generated from the vibrator , and the removal target can be removed from the substrate .
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、先に本発明の概要について説明して、本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The outline of the present invention will be described first, and the embodiments of the present invention will be described. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the matters described in the claims and equivalents thereof.
図1は、本発明の洗浄装置の概要図であり、図2は、基板の要部断面模式図である。
洗浄装置10は、図1に示すように、洗浄液11が入れられた洗浄槽12に、保持部13が設置され、保持部13に基板1が配置されている。そして、洗浄槽12の底部に設置された振動子16は、超音波発振機15から周波数信号が入力される。さらに保持部13および超音波発振機15は、制御ユニット14によって制御される。
FIG. 1 is a schematic view of a cleaning apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a main part of a substrate.
As shown in FIG. 1, in the cleaning apparatus 10, a holding unit 13 is installed in a cleaning tank 12 in which a cleaning liquid 11 is placed, and the
洗浄液11は、洗浄槽12に入れられている。洗浄液11は、浸漬された基板1に対し、洗浄槽12を介して振動子16からの超音波振動を伝導させる。また、洗浄液11は被洗浄物に応じて様々な薬液を用いることによって洗浄効果を向上させることができる。
The cleaning liquid 11 is placed in the cleaning tank 12. The cleaning liquid 11 conducts ultrasonic vibration from the vibrator 16 through the cleaning tank 12 to the immersed
洗浄槽12は、洗浄液11が入れられているとともに、側部の内側に保持部13および底部に振動子16が備えられている。
保持部13は、洗浄槽12の側壁に備えられた駆動部13aにアーム13bが接続されるとともに、アーム13bの先端部に支持枠13cが接続されることによって構成されている。
The cleaning tank 12 is provided with a cleaning liquid 11, and is provided with a holding part 13 inside a side part and a vibrator 16 at the bottom part.
The holding unit 13 is configured by connecting an arm 13b to a driving unit 13a provided on a side wall of the cleaning tank 12, and connecting a support frame 13c to a tip of the arm 13b.
駆動部13aは、制御ユニット14によって制御されており、アーム13bおよび支持枠13cを介して、基板1を洗浄槽12の底面から所定の位置に調整し、振動子16に対して水平方向に揺動させる。
The drive unit 13 a is controlled by the
アーム13bは、L字型を成して、駆動部13aと接続されており、一部が洗浄液11に浸漬して、先端部に支持枠13cが設置されている。なお、駆動部13aによって、アーム13bの長さを自由に調節でき、支持枠13cと洗浄槽12の底面からとの位置を自由に調整する。 The arm 13b has an L-shape and is connected to the drive unit 13a. A part of the arm 13b is immersed in the cleaning liquid 11 and a support frame 13c is installed at the tip. Note that the length of the arm 13b can be freely adjusted by the drive unit 13a, and the positions of the support frame 13c and the bottom surface of the cleaning tank 12 can be freely adjusted.
支持枠13cは、振動子16と対向するようにアーム13bの先端に設置されており、内部に基板1を設置させる。
制御ユニット14は、保持部13の揺動や基板1の洗浄槽12中での位置および超音波発振機15から出力させる周波数信号の制御を行う。
The support frame 13c is installed at the tip of the arm 13b so as to face the vibrator 16, and the
The
超音波発振機15は、制御ユニット14に制御されて、周波数信号を振動子16へ出力する。
振動子16は、入力した周波数信号に応じて振動して、洗浄槽12を介して洗浄液11中に超音波を発生させる。
The
The vibrator 16 vibrates according to the input frequency signal and generates ultrasonic waves in the cleaning liquid 11 via the cleaning tank 12.
基板1は、図2に示すように、基板1上にレジスト膜1aによって反転パターンを形成しておき、反転パターン上を含む全面にパターン膜1bが形成されている。
このような構成の洗浄装置10による基板1の洗浄について以下に説明する。
As shown in FIG. 2, the
The cleaning of the
被洗浄物である基板1を保持部13の支持枠13cに配置する。なお、基板1の固有振動数を事前に解析しておく。
制御ユニット14によって、事前に解析した基板1の固有振動数に対する周波数信号を超音波発振機15から出力させるとともに、駆動部13aを介して、基板1を洗浄槽12の底面と水平方向に揺動させる。
The
The
超音波発振機15から周波数信号を受けた振動子16は振動して、洗浄槽12を介して洗浄液11に超音波を伝導させる。
この時、図2に示すように、基板1に共振が発生することで、レジスト膜1aおよびレジスト膜1a上のパターン膜1bが除去され、レジスト膜1a上にないパターン膜1bのみを基板1上に残すことができる。
The vibrator 16 receiving the frequency signal from the
At this time, as shown in FIG. 2, the
なお、被洗浄物の固有振動数を利用したリフトオフプロセスなどの洗浄は、基板1とパターン膜1bとの密着力が、基板1とレジスト膜1aとの密着力およびレジスト膜1aとパターン膜1bとの密着力よりも大きい時により効果を得ることができる。
In the cleaning such as the lift-off process using the natural frequency of the object to be cleaned, the adhesion between the
また、振動子16によって発生した超音波の定在波の腹に基板1を位置させると、振幅が大きい定在波の腹の位置では、基板1への洗浄効率を向上させることができる。
以上のように、本発明の洗浄装置において、被洗浄物である半導体基板の固有振動数に応じた超音波によって洗浄を行うと、被洗浄物に共振が発生し、被洗浄物に効率的かつ均一に超音波を作用させることができ、リフトオフプロセスなどによる洗浄効率、洗浄の確実性および安定性を大幅に向上させることができる。
Further, when the
As described above, in the cleaning apparatus of the present invention, when cleaning is performed using ultrasonic waves according to the natural frequency of the semiconductor substrate that is the object to be cleaned, resonance occurs in the object to be cleaned, and the object to be cleaned is efficiently and Ultrasonic waves can be applied uniformly, and the cleaning efficiency by the lift-off process and the like, the reliability and stability of cleaning can be greatly improved.
次に、本発明を用いた実施の形態について説明する。
図3は、実施の形態における洗浄装置の断面模式図である。
洗浄装置20は、洗浄液21が入れられた洗浄槽22に、保持部23が設置され、保持部23上にセラミック基板であるアルミナ−炭化チタン(AlTiC)基板2が配置されている。そして、洗浄槽22の底部に設置された振動子26は、超音波発振機25から周波数信号が入力される。さらに保持部23および超音波発振機25は、制御ユニット24によって制御される。
Next, an embodiment using the present invention will be described.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the cleaning device according to the embodiment.
In the cleaning apparatus 20, a holding unit 23 is installed in a cleaning tank 22 in which a cleaning liquid 21 is placed, and an alumina-titanium carbide (AlTiC)
洗浄液21は、洗浄槽22に入れられている。洗浄液21は、浸漬されたAlTiC基板2に対し、洗浄槽22を介して振動子26からの超音波振動を伝導させる。また、洗浄液21は被洗浄物に応じて様々な薬液を用いることによって洗浄効果を向上させることができる。
The cleaning liquid 21 is placed in the cleaning tank 22. The cleaning liquid 21 conducts ultrasonic vibration from the vibrator 26 through the cleaning tank 22 to the immersed
洗浄槽22は、洗浄液21が入れられているとともに、側部の内側に保持部23および底部に振動子26が備えられている。
保持部23は、洗浄槽22の側壁に備えられた駆動部23aにアーム23bが接続されるとともに、アーム23bの先端部に支持枠23cが接続されることによって構成されている。
The cleaning tank 22 is provided with a cleaning liquid 21 and is provided with a holding part 23 inside a side part and a vibrator 26 at the bottom part.
The holding unit 23 is configured by connecting an arm 23b to a driving unit 23a provided on a side wall of the cleaning tank 22 and connecting a support frame 23c to a tip of the arm 23b.
駆動部23aは、制御ユニット24によって制御されており、アーム23bおよび支持枠23cを介して、AlTiC基板2を洗浄槽22の底面および側壁から所定の位置に調整し、振動子26に対して水平方向に揺動させる。
The drive unit 23 a is controlled by the
アーム23bは、L字型を成して、駆動部23aと接続されており、一部が洗浄液21に浸漬して、先端部に支持枠23cが設置されている。なお、駆動部23aによって、アーム23bの長さを自由に調節でき、支持枠23cと洗浄槽22の底面からとの位置を自由に調整する。 The arm 23b is L-shaped and connected to the drive unit 23a. A part of the arm 23b is immersed in the cleaning liquid 21, and a support frame 23c is installed at the tip. The length of the arm 23b can be freely adjusted by the drive unit 23a, and the positions of the support frame 23c and the bottom surface of the cleaning tank 22 can be freely adjusted.
支持枠23cは、振動子26と対向するようにアーム23bの先端に設置されており、支持枠23cの内部のAlTiC基板2は振動子26と垂直になるように設置される。
制御ユニット24は、保持部23の揺動やAlTiC基板2の洗浄槽22中での位置および超音波発振機25から出力させる周波数信号の制御を行う。
The support frame 23 c is installed at the tip of the arm 23 b so as to face the vibrator 26, and the
The
超音波発振機25は、制御ユニット24に制御されて、周波数信号を振動子26へ出力する。
振動子26は、入力した周波数信号に応じて振動して、洗浄槽22を介して洗浄液21中に超音波を発生させる。
The
The vibrator 26 vibrates according to the input frequency signal and generates ultrasonic waves in the cleaning liquid 21 through the cleaning tank 22.
次に、被洗浄物である半導体基板について説明する。
図4は、実施の形態における半導体基板の要部断面模式図である。
セラミック基板であるAlTiC基板2上にレジスト膜2aによって反転パターンを形成しておき、反転パターンにアルミナ(Al2O3)膜2bが形成されている。
Next, a semiconductor substrate that is an object to be cleaned will be described.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an essential part of a semiconductor substrate in the embodiment.
A reverse pattern is formed by a resist film 2a on an
レジスト膜2aは、AlTiC基板2上に形成(厚さ:6μm)されて、フォトリソグラフィ(クラリアントジャパン製、i線用レジストおよびデベロッパー)による、パターン(最小パターン:約9μm×約3μm、最大パターン:約300μm×約200μm)を有する。 The resist film 2a is formed on the AlTiC substrate 2 (thickness: 6 μm), and is a pattern (minimum pattern: about 9 μm × about 3 μm, maximum pattern) by photolithography (manufactured by Clariant Japan, i-line resist and developer). About 300 μm × about 200 μm).
Al2O3膜2bは、レジスト膜2a上に、スパッタ法によって、Al2O3によって形成(厚さ:5000nm)され、リフトオフプロセスのテストパターンとした。
このような構成の洗浄装置20によるAlTiC基板2の洗浄について以下に説明する。
The Al 2 O 3 film 2b was formed on the resist film 2a by sputtering using Al 2 O 3 (thickness: 5000 nm), and used as a test pattern for the lift-off process.
The cleaning of the
被洗浄物であるAlTiC基板2を保持部23の支持枠23cに配置する。そして、AlTiC基板2の固有振動数を解析する。
AlTiC基板2の固有振動数の解析について以下に説明する。
The
The analysis of the natural frequency of the
3次元シェル要素3シェルにおいて、AlTiC基板2の固有振動数の解析には、被洗浄体のモデルを作成し、作成したモデルの固有値解析を行い、そして、モデルの各固有振動モードに対する応答を解析する。なお、解析するにあたって、計算効率向上のために、モデルは2次元の均一構造とする。また、AlTiC基板2の固有振動数の解析には、PATRAN(ver.2005)を用いて、AlTiC基板2の基板物性や拘束条件から2次元モデルを作成し、インプットファイルを出力する。そして、このインプットファイルから、ソルバとしてABAQUS(ver6.4)を用いて解析を行う。
To analyze the natural frequency of the
なお、PATRANは、車両、船舶、エンジン、精密機械の開発、建築、航空宇宙分野などの構造解析などで広く利用されており、CADシステムで作成された形状モデルに直接アクセスし、多様な解析のモデリングから結果処理までを統一されたユーザインタフェースで行うことができる汎用プリプロセッサである。 PATRAN is widely used in the development of vehicles, ships, engines, precision machinery, construction, structural analysis in the field of aerospace, etc., and directly accesses the shape model created by the CAD system to model various analyzes. This is a general-purpose preprocessor that can perform everything from result processing to result processing with a unified user interface.
これは、独自のダイレクト形状アクセス機能により、CADシステムの形状に直接アクセスし、解析機能により様々な解析プログラムとの統合を実現することができるためである。 This is because the shape of the CAD system can be directly accessed by the unique direct shape access function, and integration with various analysis programs can be realized by the analysis function.
また、PATRANの中で一度有限要素モデルを作成すれば、多くの有限要素法ソルバに応じたデータに自由に変換するだけでなく、それぞれのソルバをPATRANから実行し、結果の評価まで行うことができる。なお、ソルバとは、有限要素法や境界要素法などの数値解析を行うための大規模な連立1次方程式を解くプログラムのことをいう。 In addition, once a finite element model is created in PATRAN, not only can it be freely converted into data corresponding to many finite element method solvers, but each solver can be executed from PATRAN and the results can be evaluated. it can. The solver is a program that solves a large-scale simultaneous linear equation for performing numerical analysis such as a finite element method or a boundary element method.
有限要素法において、ABAQUSとは、PATRANのソルバであって、構造問題のシミュレーションを可能にする汎用有限要素法解析プログラムである。特に、非線形解析に特化して、接触、材料破壊などの強烈な非線形性を含む問題などに対応することができる。また、モデル化のために豊富な要素、材料、解析機能ライブラリィが用意されている。 In the finite element method, ABAQUS is a PATRAN solver and is a general-purpose finite element method analysis program that enables simulation of structural problems. In particular, it is possible to deal with problems including intense nonlinearity such as contact and material destruction by specializing in nonlinear analysis. A rich library of elements, materials and analysis functions are available for modeling.
まず、被洗浄体のモデルの作成のために、AlTiC基板2の特性、ビーム(基板拘束部)の特性および拘束条件を以下のように設定する。
図5は、モデル形成のインプットファイルのカードの一例である。
First, in order to create a model of an object to be cleaned, the characteristics of the
FIG. 5 is an example of an input file card for model formation.
図5(A)は、AlTiC基板2の特性、図5(B)は、ビーム(基板拘束部)特性および図5(C)は、拘束条件のインプットファイルのカードの一例をそれぞれ示している。
FIG. 5A shows the characteristics of the
AlTiC基板2の特性のインプットファイルのカード(図5(A))では、コード31aは弾性率が420GPa、ポアソン比が0.24をそれぞれ表し、コード32aは密度が4.32e(−9)kg/mm3を表し、コード33aはAlTiC基板2のエレメントが2次元4節点シェル要素であることをそれぞれ表している。
In the input file card of the characteristics of the AlTiC substrate 2 (FIG. 5A), the code 31a represents an elastic modulus of 420 GPa and a Poisson's ratio of 0.24, respectively, and the code 32a has a density of 4.32e (-9) kg. / mm 3 represents the code 33a represents respectively the elements of the
ビームの特性のインプットファイルのカード(図5(B))では、コード31bはビーム弾性率が1GPa,ポアソン比が0.3であることをそれぞれ表し、コード32bはビームのエレメントが2次元3接点梁要素を表し、コード33bはビームの方向成分をz軸マイナス方向に長さ5mm、直径1mmであることをそれぞれ表している。 In the input file card of the beam characteristics (FIG. 5B), the code 31b indicates that the beam elastic modulus is 1 GPa and the Poisson's ratio is 0.3, and the code 32b indicates that the beam element is a two-dimensional three-contact. The beam element represents a beam element, and the code 33b represents that the direction component of the beam is 5 mm in length in the negative z-axis direction and 1 mm in diameter.
ビームの拘束条件のインプットファイルのカード(図5(C))では、コード31cはビーム下端ノード(各種エレメントを構成する節点)を拘束し、本実施の形態ではオリフラ部エッジが2点であることを表している。 In the input file card (FIG. 5C) of the beam constraint condition, the code 31c constrains the beam lower end node (nodes constituting various elements), and in this embodiment, the orientation flat part edge is two points. Represents.
図6は、基板の2次元シェルモデルを表した図である。
なお、AlTiC基板2の2次元シェルモデル35として、AlTiC基板2の基板寸法の直径を125mm、厚さを2mm、基板中心からオリフラ35aまでの垂線の長さを59.05mm(オリフラ長は40.96mm)とする。そして、節点数を3517、要素数を3352のモデル規模として、2つの拘束点35bにてビームで固定するようにする。また、軸の設定は、例えば、1軸(x軸)は、オリフラ35aと平行方向に、2軸(y軸)は、厚みを定義(平面ひずみ要素)に、3軸(z軸)は、オリフラ35aと垂直方向とする。
FIG. 6 shows a two-dimensional shell model of the substrate.
As the two-dimensional shell model 35 of the
次に、AlTiC基板2の固有値解析を行う。
本実施の形態における洗浄装置20(カイジョー製)の各周波数(28kHz,38kHz,100kHz,200kHz,430kHz,950kHz)の周辺周波数(±10kHz程度。但し、100kHzについては±20kHz)の範囲について、AlTiC基板2の固有振動数を求める。
Next, eigenvalue analysis of the
An AlTiC substrate in the range of the peripheral frequency (about ± 10 kHz, but ± 20 kHz for 100 kHz) of each frequency (28 kHz, 38 kHz, 100 kHz, 200 kHz, 430 kHz, 950 kHz) of the cleaning device 20 (made by Kaijo) in the present embodiment. 2's natural frequency is obtained.
図7は、固有値解析のインプットファイルのカードの一例である。
AlTiC基板2の固有振動数を求めるために、AlTiC基板2の中心をy方向(基板厚さ方向)に拘束し、例えば、100kHzの周辺周波数である80kHzから120kHzの間でAlTiC基板2の固有値解析を行う場合、図7のようなカードを図5のインプットファイルに添付する。
FIG. 7 is an example of an input file card for eigenvalue analysis.
In order to obtain the natural frequency of the
図7の各コードについて説明する。コード41は固有振動数の各モード、幾何学非線形解析、ステップの最大数をソルバし、コード42はLANCZOS固有値ソルバを使用して、80kHzから120kHzの周波数範囲で500の固有振動モード数の抽出を表し、コード43はノード715(基板中心)を2軸(y軸)方向への振動付与を表し、コード44は、最後に抽出する解析結果(ミーゼス応力と基板変形)の貼付を表している。 Each code in FIG. 7 will be described. Code 41 solves each mode of natural frequency, geometric nonlinear analysis, maximum number of steps, and code 42 uses the LANCZOS eigenvalue solver to extract 500 natural vibration modes in the frequency range from 80 kHz to 120 kHz. The code 43 represents the application of vibration in the biaxial (y-axis) direction of the node 715 (substrate center), and the code 44 represents the pasting of the analysis result (Mises stress and substrate deformation) to be extracted last.
このようにAlTiC基板2の固有値解析を行うために、周波数範囲および振動モード数、基板中心をy方向に拘束して、80kHzから120kHzの範囲でAlTiC基板2の固有値解析を行うように規定する。そして、このように規定したカードを図5のインプットファイルのカードに添付して、ABAQUSのインプットファイルを作成する。そして、ABAQUSによって解析されて、AlTiC基板2の80kHzから120kHzの範囲の固有振動モードが得られる。そして、28kHz,38kHz,200kHz,430kHz,950kHzの周辺周波数(±10kHz)についても同様にして解析を行う。
In order to perform eigenvalue analysis of the
この結果(不図示)によれば、本実施の形態のAlTiC基板2の振動は、AlTiC基板2の固有の振動モードにより分布が異なっており、特に周波数が100kHz周辺において、大きな振動が得られた。
According to this result (not shown), the vibration of the
最後に、AlTiC基板2の周波数応答解析を行う。
固有値解析を行って得られた固有の振動モードを持つAlTiC基板2に対して、任意の周波数を印加したときの応答を解析する。
Finally, frequency response analysis of the
The response when an arbitrary frequency is applied to the
図8は、周波数応答解析のインプットファイルのカードの一例である。
AlTiC基板2の周波数応答解析を行うために、例えば、固有値解析の結果から大きな振動が得られた100kHz周辺における周波数応答を行う場合には、固有値解析につづいて、図8に示すようなカードを図6,7のインプットファイルのカードに添付して、ABAQUSのインプットファイルを作成する。そして、ABAQUSを用いて解析する。
FIG. 8 shows an example of an input file card for frequency response analysis.
In order to perform the frequency response analysis of the
図8の各コードについて説明する。コード51は固有振動数、幾何学非線形解析をそれぞれ表し、コード52は100kHzにおける周波数応答解析を表し、コード53は1kHzから100kHzの周波数範囲の振幅1mmのsin波の印加を表し、コード54はモーダル解析における基礎加振の定義、AMPで定義した波の印加、変位の印加、2軸(y軸)方向、固有値解析の“BOUNDARY”で定義したCENTER部への加振をそれぞれ表し、コード55はモーダル減衰を指定するデータ行を1から500モードで2.5%の減衰を表し、コード56は使用する固有振動モードを指定するデータ行を1から500の固有振動モードのすべての使用を表し、コード57は最後に解析結果(ミーゼス応力)の貼付を表している。 Each code in FIG. 8 will be described. Code 51 represents natural frequency and geometric nonlinear analysis, code 52 represents frequency response analysis at 100 kHz, code 53 represents application of a sin wave with an amplitude of 1 mm in a frequency range of 1 kHz to 100 kHz, and code 54 represents modal. Definition of basic excitation in analysis, application of wave defined by AMP, application of displacement, biaxial (y-axis) direction, excitation to CENTER part defined by “BOUNDARY” of eigenvalue analysis, code 55 A data line specifying modal damping represents 2.5% attenuation in 1 to 500 modes, code 56 represents a data line specifying the natural vibration mode to use, and all uses of 1 to 500 natural vibration modes, A code 57 represents the pasting of the analysis result (Mises stress).
図9,10は、周波数応答解析結果の図の例である。
図9,10は、ABAQUSによる解析結果から、AlTiC基板2に洗浄装置20の各周波数(28kHz,38kHz,100kHz,200kHz,430kHz,950kHz)を印加した際の応力分布を示している。
9 and 10 are examples of diagrams of frequency response analysis results.
9 and 10 show the stress distribution when each frequency (28 kHz, 38 kHz, 100 kHz, 200 kHz, 430 kHz, 950 kHz) of the cleaning device 20 is applied to the
この結果によれば、洗浄装置20の周波数が28kHz(図9(A)),38kHz(図9(B)),430kHz(図10(B)),950kHz(図10(C))のとき、それぞれAlTiC基板2の中心部または中心部から±z方向へのミーゼス応力は、3.333×103Pa〜1.000×104Paの範囲であり、AlTiC基板2の中心部から外側に向って、ミーゼス応力は、0.000Pa〜6.667×103Paの範囲であった。
According to this result, when the frequency of the cleaning device 20 is 28 kHz (FIG. 9A), 38 kHz (FIG. 9B), 430 kHz (FIG. 10B), 950 kHz (FIG. 10C), The Mises stress in the ± z direction from the center of the
一方、洗浄装置20の周波数が100kHz(図9(C)),200kHz(図10(A))のとき、AlTiC基板2の中心部のミーゼス応力は、2.667×104Pa〜4.000×104Paであり、AlTiC基板2の中心部から外側に向って、ミーゼス応力は、1.667×104Pa〜2.667×104Paであり、特に周波数が100kHzのときに、高いミーゼス応力が広範囲で得られた。
On the other hand, when the frequency of the cleaning device 20 is 100 kHz (FIG. 9C) and 200 kHz (FIG. 10A), the Mises stress at the center of the
以上から、AlTiC基板2に100kHzの周波数を印加した時に最も大きな周波数応答が得られたことが分かる。
このようにして解析した結果、洗浄装置20から出力することができて、AlTiC基板2の固有振動数に最も近い周波数は100kHzであることが分かった。
From the above, it can be seen that the largest frequency response was obtained when a frequency of 100 kHz was applied to the
As a result of the analysis, it was found that the frequency that can be output from the cleaning device 20 and that is closest to the natural frequency of the
以下、解析して得られた周波数を実際に用いて洗浄を行った場合について説明する。
洗浄装置20において、図3に示したように、洗浄液21が入れられた洗浄槽22に、保持部23に保持されてAlTiC基板2を垂直にして配置した。そして、出力600Wで、20分間、洗浄装置20の各周波数(38kHz,100kHz,200kHz,430kHz,950kHz)で洗浄を行った。なお、20分間で洗浄が完了しなかった場合は、AlTiC基板2の1枚当たりのAl2O3膜2bの残率を評価した。
Hereinafter, a case where cleaning is performed by actually using the frequency obtained by analysis will be described.
In the cleaning apparatus 20, as shown in FIG. 3, the
周波数が38kHzを印加した場合、20分間の処理では全てのAl2O3膜2bを除去することができず、そのときの残率は45%であった。
解析結果による共振周波数である100kHzを印加した場合、4分間の処理で全てのAl2O3膜2bを除去することができた。
When a frequency of 38 kHz was applied, all the Al 2 O 3 films 2b could not be removed by the treatment for 20 minutes, and the remaining rate at that time was 45%.
When 100 kHz, which is the resonance frequency according to the analysis result, was applied, all of the Al 2 O 3 film 2b could be removed in 4 minutes.
解析結果では、2番目に大きい応力であった周波数である200kHzを印加した場合、8分間の処理で全てのAl2O3膜2bを除去することができた。
周波数が430kHzを印加した場合、20分間の処理では全てのAl2O3膜2bを除去することができず、そのときの残率は72%であった。
As a result of analysis, when 200 kHz, which is the frequency that was the second largest stress, was applied, all of the Al 2 O 3 film 2b could be removed in 8 minutes.
When a frequency of 430 kHz was applied, all the Al 2 O 3 films 2b could not be removed by the treatment for 20 minutes, and the remaining rate at that time was 72%.
周波数が950kHzを印加した場合、20分間の処理では全てのAl2O3膜2bを除去することができず、そのときの残率は98%であった。
以上、本発明の洗浄装置のように、被洗浄物である半導体基板の固有振動数に応じた超音波によって洗浄を行うと、被洗浄物に共振が発生し、被洗浄物に効率的かつ均一に超音波を作用させることができ、リフトオフプロセスなどによる洗浄効率、洗浄の確実性および安定性を大幅に向上させることができる。
When a frequency of 950 kHz was applied, all the Al 2 O 3 films 2b could not be removed by the treatment for 20 minutes, and the remaining rate at that time was 98%.
As described above, when cleaning is performed using ultrasonic waves according to the natural frequency of the semiconductor substrate that is the object to be cleaned, as in the cleaning apparatus of the present invention, resonance occurs in the object to be cleaned, and the object to be cleaned is efficiently and uniformly applied. Therefore, the cleaning efficiency by the lift-off process and the like, and the reliability and stability of the cleaning can be greatly improved.
(付記1) 洗浄液に超音波を伝導させて、前記洗浄液に浸漬させた基板を洗浄する洗浄装置において、
前記洗浄液が入れられた洗浄槽と、
前記洗浄槽に設置され、前記基板を保持する保持部と、
前記基板の固有振動数の信号を発生させる超音波発振機と、
前記洗浄槽に設置され、前記信号を受け、前記固有振動数で振動し、前記超音波を発生させて前記洗浄槽を振動させる振動子と、
を有することを特徴とする洗浄装置。
(Additional remark 1) In the washing | cleaning apparatus which conducts an ultrasonic wave to a washing | cleaning liquid and wash | cleans the board | substrate immersed in the said washing | cleaning liquid,
A cleaning tank containing the cleaning liquid;
A holding unit that is installed in the cleaning tank and holds the substrate;
An ultrasonic oscillator for generating a signal of the natural frequency of the substrate;
A vibrator that is installed in the cleaning tank, receives the signal, vibrates at the natural frequency, generates the ultrasonic wave, and vibrates the cleaning tank;
A cleaning apparatus comprising:
(付記2) 前記信号は、前記超音波の振動による前記基板の応答が最も高い前記固有振動数に対応することを特徴とする付記1記載の洗浄装置。
(付記3) 前記固有振動数は、前記基板に有限要素法を用いて解析されることを特徴とする付記1又は2記載の洗浄装置。
(Additional remark 2) The said signal respond | corresponds to the said natural frequency with the highest response of the said board | substrate by the vibration of the said ultrasonic wave, The cleaning apparatus of
(Supplementary Note 3) The cleaning apparatus according to
(付記4) 前記基板と前記基板に形成されたレジスト膜との第1の密着力および前記レジスト膜と前記基板に形成されたパターンを形成するパターン膜との第2の密着力は、前記基板と前記パターン膜との第3の密着力より小さいことを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の洗浄装置。
(Supplementary Note 4) The first adhesion force between the substrate and the resist film formed on the substrate and the second adhesion force between the resist film and the pattern film forming the pattern formed on the substrate are the
(付記5) 前記保持部による前記基板を保持する位置が、前記超音波による定在波の腹であることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1項に記載の洗浄装置。
(付記6) 前記保持部は、前記洗浄槽内に存在する洗浄力の強い位置と前記基板との相対的な位置を移動させるアームを有することを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項に記載の洗浄装置。
(Supplementary note 5) The cleaning apparatus according to any one of
(Additional remark 6) The said holding | maintenance part has an arm which moves the position with a strong cleaning power which exists in the said washing tank, and the relative position of the said board | substrate, Any one of
(付記7) 洗浄液に超音波を伝導させて、前記洗浄液に浸漬させた基板を洗浄する洗浄方法において、
超音波発振機により、前記洗浄液が入れられた洗浄槽に設置させた保持部が保持する前記基板の固有振動数の信号を発生させる工程と、
前記洗浄槽に設置させた振動子により、前記信号を受けて、前記固有振動数で振動し、前記超音波を発生させて前記洗浄槽を振動させる工程と、
を有することを特徴とする洗浄方法。
(Supplementary Note 7) In a cleaning method for cleaning a substrate immersed in the cleaning liquid by conducting ultrasonic waves to the cleaning liquid,
A step of generating a signal of a natural frequency of the substrate held by a holding unit installed in a cleaning tank in which the cleaning liquid is placed by an ultrasonic oscillator;
Receiving the signal by a vibrator installed in the cleaning tank, oscillating at the natural frequency, and generating the ultrasonic wave to vibrate the cleaning tank;
A cleaning method characterized by comprising:
(付記8) 前記信号は、前記超音波の振動による前記基板の応答が最も高い前記固有振動数に対応することを特徴とする付記7記載の洗浄方法。
(付記9) 前記固有振動数は、前記基板に有限要素法を用いて解析されることを特徴とする付記7又は8記載の洗浄方法。
(Additional remark 8) The said signal respond | corresponds to the said natural frequency with the highest response of the said board | substrate by the vibration of the said ultrasonic wave, The cleaning method of Additional remark 7 characterized by the above-mentioned.
(Supplementary note 9) The cleaning method according to supplementary note 7 or 8, wherein the natural frequency is analyzed on the substrate using a finite element method.
(付記10) 前記基板と前記基板に形成されたレジスト膜との第1の密着力および前記レジスト膜と前記基板に形成されたパターンを形成するパターン膜との第2の密着力は、前記基板と前記パターン膜との第3の密着力より小さいことを特徴とする付記7乃至9のいずれか1項に記載の洗浄方法。 (Supplementary Note 10) The first adhesion force between the substrate and the resist film formed on the substrate and the second adhesion force between the resist film and the pattern film forming the pattern formed on the substrate are the substrate The cleaning method according to any one of appendices 7 to 9, wherein the cleaning force is smaller than a third adhesion between the pattern film and the pattern film.
(付記11) 前記保持部による前記基板を保持する位置が、前記超音波による定在波の腹であることを特徴とする付記7乃至10のいずれか1項に記載の洗浄方法。
(付記12) 前記保持部は、前記洗浄槽内に存在する洗浄力の強い位置と前記基板との相対的な位置を移動させるアームを有することを特徴とする付記7乃至11のいずれか1項に記載の洗浄方法。
(Supplementary note 11) The cleaning method according to any one of supplementary notes 7 to 10, wherein a position where the substrate is held by the holding portion is an antinode of a standing wave by the ultrasonic wave.
(Additional remark 12) The said holding | maintenance part has an arm which moves the relative position of the position with the strong cleaning power which exists in the said washing tank, and the said board | substrate, Any one of Additional remark 7 thru | or 11 characterized by the above-mentioned. The cleaning method according to 1.
1 基板
10 洗浄装置
11 洗浄液
12 洗浄槽
13 保持部
13a 駆動部
13b アーム
13c 支持枠
14 制御ユニット
15 超音波発振機
16 振動子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記洗浄液が入れられた洗浄槽と、
前記洗浄槽に設置され、除去対象物が付着した基板を保持する保持部と、
前記基板の固有振動数の信号を発生させる超音波発振機と、
前記洗浄槽に設置され、前記信号を受け、前記固有振動数で振動し、前記超音波を発生させて前記洗浄槽を振動させる振動子と、
を有することを特徴とする洗浄装置。 In a cleaning apparatus for cleaning a substrate immersed in the cleaning liquid by conducting ultrasonic waves to the cleaning liquid,
A cleaning tank containing the cleaning liquid;
A holding unit that is installed in the cleaning tank and holds a substrate to which an object to be removed is attached ;
An ultrasonic oscillator for generating a signal of the natural frequency of the substrate;
A vibrator that is installed in the cleaning tank, receives the signal, vibrates at the natural frequency, generates the ultrasonic wave, and vibrates the cleaning tank;
A cleaning apparatus comprising:
超音波発振機により、前記洗浄液が入れられた洗浄槽に設置された保持部が保持する、除去対象物が付着した基板の固有振動数の信号を発生させる工程と、
前記洗浄槽に設置された振動子により、前記信号を受けて、前記固有振動数で振動し、前記超音波を発生させて前記洗浄槽を振動させる工程と、
を有することを特徴とする洗浄方法。 In the cleaning method of cleaning the substrate immersed in the cleaning liquid by conducting ultrasonic waves to the cleaning liquid,
A step of generating a signal of the natural frequency of the substrate to which the object to be removed is attached, held by a holding unit installed in the cleaning tank in which the cleaning liquid is placed, by an ultrasonic oscillator;
By the installed transducer to the cleaning tank, by receiving the signal, the steps of the oscillating at the natural frequency, to vibrate the cleaning tank to generate the ultrasound,
A cleaning method characterized by comprising:
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