JP5803154B2

JP5803154B2 - 超音波洗浄装置

Info

Publication number: JP5803154B2
Application number: JP2011047507A
Authority: JP
Inventors: ひとみ古谷
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: JP2012183465A

Description

本発明は、各種フォトマスク、半導体ウェハ、ガラス基板、金属板等の板状の素材に付着した異物を、超音波を用いて除去する超音波洗浄装置に関するものである。特にフォトマスクの洗浄に関する。

フォトマスク、半導体ウェハ、液晶ディスプレイ用基板等の基板を洗浄する方法として、例えば洗浄液を収容した槽（洗浄槽）に基板を浸漬し、槽の底部に設けた超音波振動子から超音波を発射して超音波洗浄を行う方法がある。超音波振動子に電圧を印加すると、固有の周波数の超音波が発生する。この超音波が洗浄槽内の洗浄液に伝えられることにより、洗浄液中の基板を物理的に洗浄することができる。

また、ノズルに超音波振動子を装着し、ノズル内に噴出した洗浄液に超音波を与えた状態でその洗浄液を基板（被洗浄物）に向けて噴射することにより洗浄する方法が特許文献１に開示されている。また、棒状の振動部材を斜めに切断して超音波の発信面とし、切断面とは逆の端に超音波振動子を取り付けて、超音波の発信面を被洗浄物に対向して近接させ、微小間隔を保って超音波を与えながら、その側部から洗浄液を流入させて被洗浄物を洗浄する超音波装置が特許文献２に開示されている。

例えば、従来の超音波洗浄装置として、図３（ａ）に示すように、振動部材１１の一端は斜めに切断されて、超音波の発信面７が形成され、振動部材１１の他端に膨大部１１ａが構成されて、この膨大部１１ａに超音波振動子１２が装着され、この超音波振動子１２を覆うように振動子ケース１３が振動部材１１の膨大部１１ａにパッキン１４を介して図示していないネジで固定され、振動子ケース１３の端部をケーブル１５が貫通し、ケーブル１５のコード１５ａが超音波振動子１２に接続され、図３（ｂ）に示すように、洗浄液噴出ノズル４の内部に洗浄液を噴出し、回転する被洗浄物９の上に洗浄液を噴出するとともに、この洗浄液に超音波振動子１２からの超音波を与えて被洗浄物９を洗浄するようにしたものが提案されている。

このような従来の超音波洗浄装置では、被洗浄物の回転中心から外周方向に向かって超音波振動子を揺動させ、同時に被洗浄物を高速回転させて、スパイラル状に回転中心部から外周方向へ向かう洗浄方法が採られて来たが、そのために、除去された異物が洗浄液と共に外周方向へ流され、再び被洗浄物に付着するという問題を抱えていた。

特開２００１−６２３５０号公報特開２００６−３２６４８６号公報

本発明の課題は、被洗浄物に超音波を照射することにより除去された異物が被洗浄物へ再付着することを防止することができる超音波洗浄装置を提供することである。

上記課題を解決するための手段として、本発明の請求項１による超音波洗浄装置は、
少なくとも、超音波を超音波振動子から洗浄液に伝える振動部材と洗浄液の噴出口と吸引口と、を備えており、
前記振動部材は平板状の剛体であり、平板状の超音波振動子に接合されており、
前記洗浄液の噴出口と吸引口は、前記振動部材の表面または前記振動部材が、被洗浄物が載置された平面に形成する垂直投影の内側に配置されている超音波洗浄装置において、
接合された超音波振動子と振動部材に形成された貫通孔によって形成された噴出口または吸引口であって、前記振動部材の幾何学的な中心点から見て、前記噴出口が前記吸引口より前記中心点に近い位置に配置されており、
振動部材に形成された噴出口および吸引口の総面積が、前記噴出口および吸引口が形成されているのと同一面の前記振動部材の表面積の２０％〜８０％であり、
周波数９５０ＫＨｚ〜５ＭＨｚ、出力０．１Ｗ〜３０Ｗ、時間１０秒〜１０分、振動部材の表面（超音波の発信面）と被洗浄物との間隔を０．１ｍｍ〜５ｍｍ、なる条件下で洗浄を行なうことを特徴とする。

本発明の請求項２による超音波洗浄装置は、
振動部材の材質が、石英またはダイヤモンドまたはアルミナまたはチタンまたは窒化珪素またはステンレス鋼、のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄装置である。

本発明の請求項３による超音波洗浄装置は、
振動部材と被洗浄物の距離を一定に保持する機構と前記振動部材を被洗浄物と並行に移動させる機構を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波洗浄装置である。

本発明の超音波洗浄装置によれば、被洗浄物から超音波の作用により異物が脱離し、且つ洗浄液と共に吸引、排出されるため、再付着することを防ぐことができる。

本発明の超音波洗浄装置の例を示す俯瞰図である。本発明の超音波波洗浄装置の例を示す断面図である。従来の超音波洗浄装置の例。（ａ）は超音波の発生部の例を示す概略図、（ｂ）は構成の例を示す概略図である。評価用フォトマスクの例を示す概略図である。

以下、本発明の超音波洗浄装置の具体的構成についてその一例を詳細に説明する。なお
、後述する実施形態は、本発明の具体的な構成を示す一例であり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図１は本発明の超音波洗浄装置の例を示す俯瞰図である。
図に示されているとおり、超音波振動子２と振動部材１は平面状をしており、接合されている。そして、超音波振動子２と振動部材１の双方を貫通するように設けた複数の孔３（以下、洗浄液噴出口３とも言う）に、複数の洗浄液噴出用のノズル４（以下、洗浄液噴出ノズル４とも言う）を備え、さらに前記洗浄液噴出口３の外周に前記超音波振動子２と振動部材１の双方を貫通するように設けた複数の孔５（以下、洗浄液吸引口５とも言う）に、洗浄液吸引用のノズル６（以下、洗浄液吸引ノズル６とも言う）とが備えられている。
洗浄を行う際には、振動部材１のうち、超音波振動子２と接していない面と微小間隙を設けて対向するように被洗浄物９を支持する機構を備えている。また、振動部材１を被洗浄物９と並行して移動させる機構を備えることもできる。
この時、洗浄液噴出ノズル４から洗浄液を吐出しながら、超音波振動子２を発振させて、振動部材１を振動させ、被洗浄物９を洗浄し、洗浄液吸引ノズル６から，被洗浄物９から除去された異物と共に洗浄液を吸引し排出する。

このように構成された本発明の超音波洗浄装置８によれば、洗浄液噴出口３の外周部に設けた洗浄液吸引口５から洗浄液を吸引、排出することで、除去された異物が被洗浄物９へ再付着することを防ぐことができる。
より効果的な洗浄を行うためには，洗浄液噴出口３および洗浄液吸引口５の面積の和が、振動部材１の洗浄液噴出口３および洗浄液吸引口５と同一面の面積に対して、２０％〜８０％の範囲にある事が好ましい。その様にすると超音波振動が伝わり易く、洗浄を効果的に実施することができる。

ここで、本発明の振動部材１としては、石英、ダイヤモンド、アルミナ、チタン、窒化珪素、ステンレス等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
また、超音波振動子２には各種の市販されているものを用いることができる。
超音波振動の出力や振動数は、フォトマスクの大きさや異物の種類によって、洗浄が効果的に行われるように設定されなければならない。例えば、周波数９５０ＫＨｚ〜５ＭＨｚ、出力０．１Ｗ〜３０Ｗ、時間１０秒〜１０分、なる条件下で超音波洗浄を行うことが好ましい。この範囲外では、洗浄効果が不十分であるか、逆に洗浄効果が強過ぎるため、微細パターンを倒壊させる恐れがある。具体的な良好な洗浄条件を見出す為には、超音波の周波数、超音波出力、洗浄時間、被洗浄物との間隔、などを実験的に追及する必要があるのは言うまでも無い。振動部材１の表面（超音波の発信面７）と被洗浄物９との間隔（間隙）は、薬液で満たされていれば良いが、この間隔を０．１ｍｍ〜５ｍｍとすることが好ましい。

また、本発明の洗浄方法及び装置に用いることができる洗浄液として、純水、アンモニア水と過酸化水素水の混合液、硫酸と過酸化水素水の混合液、塩酸と過酸化水素水の混合液、硫酸、アンモニア水、過酸化水素水、水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液、オゾンガス溶解水、水素ガス溶解水、窒素ガス溶解水、炭酸ガス溶解水、ヘリウムガス溶解水、アルゴンガス溶解水、界面活性剤を用いることができる。本願発明は洗浄の他にリンス工程でも使用可能である。

以下に本発明の実施例を具体的に説明するが、これはあくまで一例であり、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
まず、図１に示すような本発明の超音波洗浄装置を用い、本発明に係る超音波洗浄装置を用いた超音波洗浄方法で洗浄を行い、洗浄後の基板の洗浄不良について評価した。
この際、振動部材及び超音波振動子の双方の面に洗浄液噴出口を円状に５箇所形成し、さらにその外周に洗浄液吸引口を円状に５箇所形成し、その総面積は振動部材の面積（７８．５ｃｍ^２）に対して３０％とし、基板と超音波発信面の隙間は１ｍｍとした。超音波の発振周波数は２ＭＨｚ、発振出力は４Ｗとした。また、洗浄液噴出ノズルから２２℃の洗浄液（アンモニア過酸化水素水；ＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：１：１００）を毎分１．０Ｌで噴出し、洗浄液吸引ノズルから洗浄液（アンモニア過酸化水素水）を吸引し、基板全面の洗浄を２分間行った後、基板を回転させながら脱イオン水を３分間噴出し、乾燥窒素中で乾燥した。

評価に用いた被洗浄物は、図４に示すフォトマスク基板上にＭｏＳｉ（モリブデンシリ
コン）パターンが形成され、大きさが約３００ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）粒子を使用して強制的に汚染を行った評価用フォトマスクを用いた。
その結果、評価用フォトマスクの表面に残ったＳｉ_３Ｎ_４粒子は強制的に汚染させたＳｉ
_３Ｎ_４粒子の個数のうち０．４％となり、計測誤差範囲内であり、再付着なく洗浄できた。

＜比較例＞
また、図３（ｂ）に示す従来の超音波洗浄装置を用い、実施例１と同じ評価用フォトマスクを用い、同じ条件の洗浄を行ったところ、強制的に汚染させたＳｉ_３Ｎ_４粒子の個数のうち、２７．２％が洗浄後の評価用フォトマスクの表面に残り、洗浄不十分と判定した。

なお、本発明は、上記で説明した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包含される。

１・・・振動部材
２・・・超音波振動子
３・・・洗浄液噴出口
４・・・洗浄液噴出ノズル
５・・・洗浄液吸引口
６・・・洗浄液吸引ノズル
７・・・超音波の発信面
８・・・本発明の超音波洗浄装置
９・・・被洗浄物
１１・・・従来の振動部材
１１ａ・・・膨大部
１２・・・従来の超音波振動子
１３・・・振動子ケース
１４・・・パッキン
１５・・・ケーブル
１５ａ・・・コードａ
１６・・・従来の超音波洗浄装置
２０・・・フォトマスク基板
２１・・・ＭｏＳｉパターン
２２・・・評価用フォトマスク
２３・・・Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）粒子

Claims

少なくとも、超音波を超音波振動子から洗浄液に伝える振動部材と洗浄液の噴出口と吸引口と、を備えており、
前記振動部材は平板状の剛体であり、平板状の超音波振動子に接合されており、
前記洗浄液の噴出口と吸引口は、前記振動部材の表面または前記振動部材が、被洗浄物が載置された平面に形成する垂直投影の内側に配置されている超音波洗浄装置において、
接合された超音波振動子と振動部材に形成された貫通孔によって形成された噴出口または吸引口であって、前記振動部材の幾何学的な中心点から見て、前記噴出口が前記吸引口より前記中心点に近い位置に配置されており、
振動部材に形成された噴出口および吸引口の総面積が、前記噴出口および吸引口が形成されているのと同一面の前記振動部材の表面積の２０％〜８０％であり、
周波数９５０ＫＨｚ〜５ＭＨｚ、出力０．１Ｗ〜３０Ｗ、時間１０秒〜１０分、振動部材の表面（超音波の発信面）と被洗浄物との間隔を０．１ｍｍ〜５ｍｍ、なる条件下で洗浄を行なうことを特徴とする超音波洗浄装置。
振動部材の材質が、石英またはダイヤモンドまたはアルミナまたはチタンまたは窒化珪素またはステンレス鋼、のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄装置。
振動部材と被洗浄物の距離を一定に保持する機構と前記振動部材を被洗浄物と並行に移動させる機構を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波洗浄装置。