JP5892109B2 - 超音波洗浄装置及び洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハを始めとした半導体部品等の被洗浄物を薬液や純水に浸漬し、超音波を照射して洗浄する洗浄方法及び超音波洗浄装置に関する。

半導体ウェーハの洗浄において、ウェーハ表面のパーティクルを効率良く除去するために超音波洗浄を併用するのが一般的である。この超音波洗浄は、付着パーティクルの種類やウェーハの状態、洗浄後の品質等によって、周波数、出力、超音波制御、超音波洗浄槽、洗浄時間等が決定される。最近では、より微小なパーティクルの除去を行い、かつウェーハ表面にダメージを与えないために、１ＭＨｚといった高周波（所謂、メガソニック）による超音波洗浄が行われる場合が多い。しかし、メガソニックは高周波のため、指向性が強く、洗浄槽内の治具等の影となる部分が洗い残しとなり、それによる洗浄ムラが発生する問題を持っている。このため、超音波処理槽を複数設置して、冶具等の位置をずらすことによって洗浄ムラの解消を図っている。

また、上記の超音波洗浄には超音波振動板として、主にステンレスの板が用いられている。しかし、ステンレス板を直接洗浄中の洗浄液に接触させると、ステンレス板から金属イオンが溶出し、この金属イオンによってウェーハや洗浄槽が汚染される問題がある。そこで、洗浄液を入れる洗浄槽とその底面を内部に配置する外槽の二重構造として、外槽の底面に超音波振動子を取り付けて、超音波を伝播するための伝播水を入れて、伝播水を介して間接的に石英ガラス等で作製される洗浄槽中の被洗浄物に超音波を照射する方法が用いられている。

特開平３−２２２４１９号公報 特開２００７−４４６６２号公報

外槽の伝播水では伝播する超音波振動によって水中に気泡が発生する。すると、その気泡が洗浄槽の底面に付着して洗浄槽内への超音波の伝播を妨害する問題が起こる。そこで、洗浄槽の底面を傾斜させて、洗浄槽の底面に付着した気泡を傾斜に沿って上昇させることによって、底面に留めさせないようにする方法が開示されている（特許文献１、２）。

しかし、例えば図２で示される装置のように、洗浄槽１’の底面の右側が深くなるように傾斜をつけた場合、外槽２’に装着された振動板３’から発振する超音波（矢印）は、洗浄槽１’の底面を通過する超音波と反射する超音波に分かれる。洗浄槽１’の底面で反射した超音波は伝播水４’中を伝わり、外槽２’底面で反射し、再び洗浄槽１’底面で通過する超音波と反射する超音波に分かれる。これらを繰り返すことによって、槽内の左側が右側に比べて超音波が強くなり、槽内で超音波の強度にムラができてしまい、結果としてウェーハＷの洗浄ムラが発生してしまう。特に、図３に示すような２つの洗浄槽（１０１ａ、１０１ｂ）を有する超音波洗浄装置でウェーハＷを洗浄した場合、保持具に保持されたウェーハＷの向きが同じであると、全ての槽で左右の超音波の強度のムラが同一となり、洗浄後のウェーハＷに強い洗浄ムラが発生してしまう。

本発明は上記問題点を鑑みなされたものであって、超音波洗浄によるウェーハの洗浄において、ウェーハの洗浄ムラを解消することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
底面に傾きを有する洗浄槽を用いて被洗浄物の超音波洗浄を行う洗浄方法であって、前記洗浄槽を複数用い、該複数の洗浄槽の底面の傾きの方向を隣り合う洗浄槽ごとに変えて前記被洗浄物を洗浄するときに、
前記被洗浄物の主面が前記洗浄槽の底面の傾きの方向と平行になるように、前記洗浄槽内に前記被洗浄物を配置して洗浄する洗浄方法を提供する。

このように複数の洗浄槽の底面の傾きを隣り合う槽ごとに変える洗浄方法であれば、それぞれの洗浄槽中の超音波の強い位置と弱い位置が入れ替えることができ、洗浄効果の高い領域が補完され、洗浄フローとして被洗浄物、特にウェーハの洗浄ムラを解消することができる。

このとき、前記底面の傾きの方向を隣り合う洗浄槽の間で前後対称又は左右対称とすることが好ましい。

このような洗浄槽を用いる洗浄方法であれば、より効果的に洗浄ムラを解消することができる。

また、本発明は、
底面に傾きを有する洗浄槽と、該洗浄槽の底面を内部に配置する外槽と、該外槽に装着された振動板とを備える超音波洗浄装置であって、前記洗浄槽が複数備えられ、該複数の洗浄槽の底面の傾きの方向が隣り合う洗浄槽ごとに異なるものであり、
前記洗浄槽で洗浄する被洗浄物の主面が前記洗浄槽の底面の傾きの方向と平行である超音波洗浄装置を提供する。

このように複数の洗浄槽の底面の傾きを隣り合う槽ごとに異なるものを備える超音波洗浄装置であれば、それぞれの洗浄槽中の超音波の強い位置と弱い位置が入れ替わり、洗浄効果の高い領域が補完され、結果として被洗浄物、特にウェーハの洗浄ムラを解消することができる。

このうち、前記複数の洗浄槽として、前記底面の傾きの方向が隣り合う洗浄槽の間で前後対称又は左右対称であるものを備えることが好ましい。

このような洗浄槽を備える洗浄装置であれば、より効果的に洗浄ムラを解消することができる。

本発明の洗浄装置及び超音波洗浄装置を用いて被洗浄物、特にウェーハを洗浄することにより、指向性があるような超音波であっても、それぞれの洗浄槽中の超音波の強い位置と弱い位置が入れ替わることにより洗浄効果の高い領域が補完され、洗浄フローとして、ウェーハの洗浄ムラを解消することができる。その結果、ウェーハの全面を均一に洗浄することができる。

本発明の超音波洗浄装置の一例（実施例）を示す概略図である。 一般の超音波洗浄装置の１ユニットの一例を示す概略図である。 比較例１で用いた超音波洗浄装置を示す概略図である。 比較例２で用いた超音波洗浄装置を示す概略図である。 実施例で洗浄を行った後のウェーハのパーティクルマップである。 比較例１で洗浄を行った後のウェーハのパーティクルマップである。 比較例２で洗浄を行った後のウェーハのパーティクルマップである。

本発明者らは、底面に傾きを有する洗浄槽を用いた被洗浄物の超音波洗浄による洗浄方法について、鋭意検討したところ、上記の洗浄槽を複数用い、かつ、隣り合う槽の間で底面の傾きの向きを変える洗浄方法であれば、洗浄槽中において洗浄効果の高い領域が補完され、洗浄フローとして、ウェーハの洗浄ムラを解消することができることを見出し、本発明を完成させた。

以下、図面を参照して本発明を説明する。
上記の方法を実施する装置としては、図１に示される超音波洗浄装置を例示できる。
図１に示される超音波洗浄装置は、図２に示されるような装置を１ユニットとして、２つのユニットを洗浄槽の底面の傾きが異なるように配置したものであり、底面に傾きを有する洗浄槽（１ａ、１ｂ）と、洗浄槽（１ａ、１ｂ）の底面を内部に配置する外槽（２ａ、２ｂ）と、外槽（２ａ、２ｂ）に装着された振動板（３ａ、３ｂ）とを備えるものであり、２つの洗浄槽（１ａ、１ｂ）の底面の傾きの方向が逆になるように配置したものである。

洗浄槽（１ａ、１ｂ）は、後述の洗浄液で満たされ、ウェーハＷを洗浄液中に浸漬して超音波洗浄を行うものである。このような洗浄槽（１ａ、１ｂ）の形状としては、底面に傾きを有し、外槽（２ａ、２ｂ）中の伝播水４で発生する気泡を傾きに沿って上昇させるものであれば特に限定されず、側面を直方形や円柱形としてもよい。また、材質は特に限定されないが、例えば、石英ガラス製のものを用いることができる。

本発明で用いることのできる洗浄液としては、特に限定されないが、例えば、純水、アンモニア水と過酸化水素水と純水の混合水溶液、テトラメチルアンモニウム水溶液と過酸化水素水の混合水溶液、ならびに苛性ソーダ水と過酸化水素水の混合水溶液のうちのいずれかとすることができる。このような洗浄液は、特に研磨後のシリコンウェーハ等の洗浄に好適に用いることができる。

また、洗浄液の温度は特に限定されず、適宜設定することができる。例えばアンモニア水と過酸化水素水と純水の混合水溶液の場合、洗浄効果を高めつつ、洗浄後のウェーハの表面粗さが大きくなるのを防ぐ温度として、３０℃以上とすることができる。

外槽（２ａ、２ｂ）は、洗浄槽（１ａ、１ｂ）の底面を内部に配置し、振動板（３ａ、３ｂ）が装着されるものであり、超音波を伝播するため伝播水４で満たされるものを例示できる。上記のような超音波洗浄装置では、ウェーハＷを洗浄槽（１ａ、１ｂ）を介して洗浄するものであり、外槽（２ａ、２ｂ）由来の金属イオン等によるウェーハの汚染の心配がないため、外槽（２ａ、２ｂ）の材質をステンレスとすることもできる。

振動板（３ａ、３ｂ）は、例えば、超音波発振器により高周波電圧が印加されて駆動するものとすることができる。このような振動板（３ａ、３ｂ）の種類、材質、形状等は特に限定されないが、例えば、圧電振動子などの従来と同様のものとすることができる。

超音波発振器を用いる場合は、超音波発振器を振動板（３ａ、３ｂ）に各々接続し、高周波を印加して振動板（３ａ、３ｂ）を発振させるものとすることができる。

本発明では、洗浄に用いる超音波を、１ＭＨｚ以上の高周波（所謂、メガソニック）とすることができる。

上記では、図１で示される超音波洗浄装置を用いて説明を行ったが、本発明の洗浄方法及び超音波洗浄装置では、求める洗浄度やウェーハの種類に応じて、３つ以上の洗浄槽を有するようにしてもよいし、２つ以上の複数のユニットが隣り合う洗浄槽の底面の傾きが異なるように配置されたものを用いてもよい。

本発明では、隣り合う洗浄槽の底面の傾きが異なるように配置する。これにより、各洗浄槽の超音波の強い位置と弱い位置、即ち強度ムラを異なる箇所とすることができ、たとえ、保持具に保持されて洗浄されるウェーハの向きが同じであっても、ウェーハを連続して浸漬することで、洗浄効果の高い領域が補完され、ウェーハの洗浄ムラを解消することができる。
さらに、隣り合う洗浄槽の底面の傾きを前後対称又は左右対称とすることで、超音波の強度ムラが隣り合う槽ごとに対称の位置となり、より効果的に洗浄ムラを解消することができ、結果として、ウェーハの全面を均一に洗浄することができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例）
２槽のＳＣ１洗浄槽（１ａ、１ｂ）を用いて鏡面研磨後の直径３００ｍｍのシリコンウェーハＷを各槽３分ずつ合計６分ＳＣ１による超音波洗浄を行い、その後に純水でリンス及び乾燥を行った。このとき使用したＳＣ１洗浄液はアンモニア水（２８ｗｔ％）、過酸化水素水（３０ｗｔ％）、水の混合比を１：１：１０とした。また、洗浄液の温度を５０℃とした。２槽ある洗浄槽の１槽目として右側が深くなるように底面が傾斜した形状の石英ガラス製のもの（１ａ）、２槽目として左側が深くなるように底面が傾斜した形状の石英ガラス製のもの（１ｂ）を使用した（図１）。洗浄後のウェーハのパーティクル（ＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｆｅｃｔ））数（≧３７ｎｍ）をウェーハ表面検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ製ＳＰ２）で測定した。測定したパーティクルマップを図５に示す。ＬＰＤ数は２４個で図５に示す通りウェーハの全面が均一に洗浄されていることがわかる。１槽目は洗浄槽の底面の傾きの右側が深くなる形状であるため、ウェーハの左側のパーティクル除去効果が高く、２槽目では洗浄槽の底面の傾きが１槽目とは反対に左側が深くなる形状であるため、ウェーハの右側のパーティクル除去効果が高くすることができる。このため、１槽目と２槽目で超音波による洗浄効果の高い領域を補完することができ、ウェーハ全面を均一に洗浄することが可能となった。

（比較例１）
洗浄槽として２槽とも右側が深くなるように底面が傾斜した形状のもの（１０１ａ、１０１ｂ）を使用した（図３）ことを除いて実施例１と同じ条件で洗浄を行った。測定したパーティクルマップを図６に示す。ＬＰＤ数は７７個で図６に示す通りウェーハの右側にパーティクルが偏って残っていることがわかる。洗浄槽の底面の傾きが２槽とも右側が深くなる形状のため、伝播槽（外槽）内で超音波の一部が洗浄槽の底面および伝播槽の底面で反射することにより、洗浄槽の左側の超音波が強くなっている。このため、洗浄槽内のウェーハも右側に比べて左側の方が超音波の効果が強くなるため、ウェーハ左側のパーティクルは除去されているのに対して、右側はパーティクルを除去しきれず残ってしまっている。

（比較例２）
洗浄槽として２槽とも左側が深くなるように底面が傾斜した形状のもの（２０１ａ、２０１ｂ）を使用した（図４）ことを除いて実施例１と同じ条件で洗浄を行った。測定したパーティクルマップを図７に示す。ＬＰＤ数は１６９個で図７に示す通りウェーハ左側にパーティクルが偏って残っていることがわかる。比較例１とは反対に、洗浄槽の底面の傾きが２槽とも左側が深くなる形状のため、伝播槽（外槽）内で超音波の一部が洗浄槽の底面および伝播槽の底面で反射することにより、洗浄槽の右側の超音波が強くなっている。このため、洗浄槽内のウェーハも左側に比べて右側の方が超音波の効果が強くなるため、ウェーハ右側のパーティクルは除去されているのに対して、左側はパーティクルを除去しきれず残ってしまっている。

上記の結果から、本発明の洗浄方法及び超音波洗浄装置であれば、洗浄効果の高い領域が補完され、ウェーハの洗浄ムラを解消することができ、全面が均一に洗浄されたウェーハを得ることができることが明らかになった。

尚、本発明は、上記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。

１ａ、１ｂ…洗浄槽、 ２ａ、２ｂ…外槽、 ３ａ、３ｂ…振動板、 ４…伝播水、
Ｗ…ウェーハ。

Claims (4)

1. 底面に傾きを有する洗浄槽と、該洗浄槽の底面を内部に配置する外槽と、該外槽の底面に装着された振動板とを備える超音波洗浄装置を用いて被洗浄物の超音波洗浄を行う洗浄方法であって、前記洗浄槽を複数用い、該複数の洗浄槽の底面の傾きの方向を隣り合う洗浄槽ごとに変えて前記被洗浄物を洗浄するときに、
   前記被洗浄物の主面が前記洗浄槽の底面の傾きの方向と平行になるように、前記洗浄槽内に前記被洗浄物を配置して洗浄することを特徴とする洗浄方法。
2. 前記底面の傾きの方向を隣り合う洗浄槽の間で前後対称又は左右対称とすることを特徴とする請求項１に記載の洗浄方法。
3. 底面に傾きを有する洗浄槽と、該洗浄槽の底面を内部に配置する外槽と、該外槽の底面に装着された振動板とを備える超音波洗浄装置であって、前記洗浄槽が複数備えられ、該複数の洗浄槽の底面の傾きの方向が隣り合う洗浄槽ごとに異なるものであり、
   前記洗浄槽で洗浄する被洗浄物の主面が前記洗浄槽の底面の傾きの方向と平行であることを特徴とする超音波洗浄装置。
4. 前記複数の洗浄槽として、前記底面の傾きの方向が隣り合う洗浄槽の間で前後対称又は左右対称であるものを備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波洗浄装置。
   

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