JP6159210B2 - 洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents
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Description
本発明は例えば金属物や半導体基板などの洗浄に関する。
近年、粒径が１μｍ未満の気泡（ultra fine bubble、ウルトラファインバブル、以下、「ＵＦＢ」と称す）を含有する液体を洗浄液として用いる洗浄方法が期待されている。
しかしながら、ＵＦＢを含有する洗浄液を用いる洗浄方法について、さらに洗浄効率を高めることが求められているという課題がある。
本発明は、この課題を解決するため、より効率的に洗浄することができる洗浄方法を提供する。
請求項１に記載の発明は、ウルトラファインバブルを含有する洗浄液中に被洗浄物を浸した状態で、当該洗浄液を流動させる洗浄方法であって、前記洗浄液の流速は、ウルトラファインバブルを含有しない洗浄液で洗浄した場合において洗浄効率の変化が鈍化し始める流速以上である。
請求項２に記載の発明は、前記被洗浄物は、半導体基板である。
請求項３に記載の発明は、洗浄槽と、洗浄液を流動させる攪拌部と、攪拌部を制御する制御部を備え、前記洗浄槽内に貯留したウルトラファインバブルを含有する洗浄液中に被洗浄物を浸した状態で、当該洗浄液を流動させる半導体基板の洗浄装置であって、 前記制御部は、前記洗浄液の流速が、ウルトラファインバブルを含有しない洗浄液で洗浄した場合において洗浄効率の変化が鈍化し始める流速以上となるように前記攪拌部を制御する半導体基板の洗浄装置である。また、請求項４に記載の発明は、洗浄槽と、洗浄液を流動させる攪拌部と、攪拌部を制御する制御部を備え、前記洗浄槽内に貯留したウルトラファインバブルを含有する洗浄液中に被洗浄物を浸した状態で、当該洗浄液を流動させる金属物の洗浄装置であって、前記制御部は、前記洗浄液の流速が、ウルトラファインバブルを含有しない洗浄液で洗浄した場合において洗浄効率の変化が鈍化し始める流速以上となるように前記攪拌部を制御する金属物の洗浄装置である。
本発明によれば、より効率的に洗浄することができる。
図１は本発明の実施の形態における洗浄装置１００を示す模式図である。洗浄装置１００は、洗浄槽１と、攪拌部２と、載置部３とを含んで構成されている。
洗浄槽１は底のある円筒形状であって、洗浄液Ａが貯留される内部空間１ａを有する。攪拌部２は洗浄槽１の内壁の底に置かれた棒状の磁石であって洗浄液Ａを攪拌する回転子２ａと、主として電磁石で構成され回転子２ａの方へ磁界を与えることにより回転子２ａを回転させる駆動部２ｂと、駆動部２ｂに電気的に接続されて回転子２ａを所定の回転速度、所定の洗浄時間で回転するように駆動部２ｂを制御する制御部２ｃとを含む。回転子２ａは洗浄槽１ａの底面の法線方向を中心として回転する。載置部３は洗浄槽１の内壁の中間位置に突設されて被洗浄物Ｂが載せられる。
上記の洗浄装置１００を用いて実験的に行った洗浄について説明する。
まず、洗浄液ＡとしてＵＦＢ（粒径が１μｍ未満の気泡）を含まない超純水（Ｈ２Ｏ）を、液面が載置部３上方に位置するまで注ぐ。注いだ超純水の量は具体的には１リットルである。
次に、シリコン（Ｓｉ）ウェハを載置部３上に載置する。このシリコンウェハには洗浄効率を診るために、総量５０ナノグラムのアルミニウム（Ａｌ）元素を有する液体をシリコンウェハの一方面に滴下して塗布して乾燥させることによって、総量５０ナノグラムのアルミニウム元素を含む異物を一方面に付着させている。この異物が付着した面を洗浄槽１の底に対向するようにシリコンウェハを載置部３上に載置する。
次に、制御部２ｃによって回転速度８５０ｒｐｍで３０分間、回転子２ａを回転させることによって、洗浄液Ａに流れを付けて攪拌してシリコンウェハを洗浄する。
次に、洗浄後のシリコンウェハを洗浄液Ａ中から取り出して、気相分解法及びＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）質量分析法を組み合わせて、洗浄後のシリコンウェハに残ったアルミニウム元素の量を記録する。
また、回転速度を４００ｒｐｍ、０ｒｐｍ、その他の条件を同じにして上記と同様の洗浄を行った。
さらに、アルミニウム元素をガリウム（Ｇａ）元素に置き換え、その他の条件を同じにして上記と同様の洗浄を行った。
以上のように、洗浄液ＡとしてＵＦＢを含まない超純水を用いる洗浄について、回転速度が０ｒｐｍ、４００ｒｐｍ、８５０ｒｐｍの３つの場合、異物に含まれる元素がアルミニウム元素、ガリウム元素の２つの場合、３×２で計６つの場合について実験を行い、それぞれの場合について洗浄後に残った元素の量を記録した。
また、洗浄液ＡとしてＵＦＢを含む超純水（以下、「ＵＦＢ超純水」と称す）を用いる洗浄を行った。この実験では、上述の超純水をＵＦＢ超純水に置き換えたものであり、その他の条件は同じである。このＵＦＢ超純水は、１ミリリットル当たり約４５億個のＵＦＢが含まれ、全てが窒素で構成されるＵＦＢを含む超純水を採用した。なお、この出願時点の技術水準では、１ミリリットル当たり約８０億個のＵＦＢを有する液体を生成することが可能である。
図２は上記アルミニウム元素を異物に含む場合の洗浄の実験結果を示し、図３はガリウム元素を異物に含む場合の洗浄の実験結果を示す。図２及び図３の横軸は上述の回転速度、縦軸は上述の洗浄後のシリコンウェハに残った元素の量であって、洗浄前の異物の総量５０ナノグラムに対する洗浄後に残った異物の総量を百分率（％）で表している。破線は超純水を用いた洗浄、実線はＵＦＢ超純水を用いた洗浄を示す。
図２及び図３が示すように、超純水を用いた洗浄ではシリコンウェハに残った元素の量は回転速度０ｒｐｍから４００ｒｐｍの領域では減少しているが、４００ｒｐｍから８５０ｒｐｍの領域はほぼ横ばいである。これに対して、ＵＦＢ超純水を用いた洗浄ではシリコンウェハに残った元素の量は回転速度０ｒｐｍから４００ｒｐｍの領域ではほぼ横ばいないしは減少しているが、４００ｒｐｍから８５０ｒｐｍの領域は急激に減少している。
また、上述の実験結果について、回転速度８５０ｒｐｍでの洗浄後のシリコンウェハに残った異物の量であって、洗浄前の異物の総量５０ナノグラムに対する洗浄後に残った異物の総量を百分率（％）で表したものを、洗浄液Ａとして超純水の場合及びＵＦＢ超純水の場合それぞれについて、図４では異物にアルミニウムを含む場合、図５では異物にゲルマニウムを含む場合を示している。これらに示すように、超純水を用いた洗浄ではアルミニウムを含有する異物が２６％、ガリウム元素を含有する異物が３６％しか除去できないのに対して、ＵＦＢ超純水を用いた洗浄ではアルミニウム元素を含有する異物が７０％、ガリウム元素を含有する異物が８９％も除去でき、超純水の洗浄の場合と比較して明らかに差があることが分かった。
以上のことから、回転速度を４００ｒｐｍ以上から８５０ｒｐｍに上げても、超純水では２６〜３６％しか異物を除去できず、４００ｒｐｍから８５０ｒｐｍへの傾向からして、８５０ｒｐｍ以上に回転速度を上げても異物のさらなる除去は期待できない。これに対して、ＵＦＢ超純水では超純水と比べて７０〜８９％と明らかな差で異物を除去でき、４００ｒｐｍから８５０ｒｐｍへの傾向からして、８５０ｒｐｍ以上に回転速度を上げれば異物のさらなる除去が期待できる。このように、ＵＦＢ超純水を用いた洗浄では、超純水と比較して画期的に洗浄効率が上がることが確認できた。
以上のように、ＵＦＢ超純水中にシリコンウェハを浸した状態で、ＵＦＢ超純水を流動させる洗浄において、ＵＦＢを含有しない超純水洗浄液で洗浄した場合において洗浄効率の変化が鈍化し始める流速（図２及び図３に示す洗浄装置１００の流速洗浄効率特性においては、破線の傾きがマイナスから０以上へ変わる点であり、４００ｒｐｍ）以上であれば、ＵＦＢ超純水を用いた洗浄は超純水を用いた洗浄よりも画期的に洗浄効率が上がる。
また一般的に、他の洗浄液としては化学物質を含んだ洗浄液がある。化学物質を含む洗浄液を用いた洗浄では、洗浄後、被洗浄物に付着した洗浄液が蒸発して化学物質が残ってしまい、残った化学物質を除去するためにはさらなる洗浄が必要となるなど、デメリットがある。これに対して、ＵＦＢ超純水を用いた洗浄では、洗浄液が蒸発した後は何も残らず、当然、化学物質を除去するための洗浄は必要ない。特に、シリコンウェハの洗浄においては従来から超純水を用いた洗浄が行われているが、これをＵＦＢ超純水に置き換えれば、超純水と同等レベルで上述のデメリットがなく、しかも、超純水よりも異物が除去できることが期待できる。
また、洗浄装置１００を用いてシリコンウェハ以外にも様々な種類の被洗浄物を洗う場合は以下のように構成してもよい。すなわち、様々な種類の被洗浄物ごとに、ＵＦＢを含まない所定の洗浄液を用いた洗浄を行い、図２及び図３に示すような洗浄液の流速と洗浄効率との関係を示す流速洗浄効率特性をデータとして予め測定して制御部２ｃに記憶しておく。そして、ある被洗浄物を洗浄装置１００で洗う場合は、予め記憶された複数の流速洗浄効率特性の中からこの被洗浄物に対応する流速洗浄効率特性を選択して、この選択された流速洗浄効率特性から上記鈍化し始める流速（回転速度）を所定の基準によって算出し、さらに、この算出した鈍化し始める流速以上の適度な流速を、所定の計算式（例えば鈍化し始める流速の２倍、３倍など）で制御部２ｃが算出する。そして、この算出された流速で、この流速洗浄特性に対応する洗浄液にＵＦＢを加えた洗浄液を用いて被洗浄物を洗う。これによって、被洗浄物を効率的に洗浄を行うことができる。
＜変形例＞
なお、本発明は実施の形態に限らない。例えば、ＵＦＢ超純水に含まれるＵＦＢは窒素で構成される場合を説明したが、窒素以外でもよい。また、ＵＦＢが含まれる液体は超純水以外でもよい。また、半導体基板はシリコンウェハ以外でもよい。また、基板はウェハ状のもの以外でもよい。被洗浄物は半導体基板の他、金属物などでもよい。また、洗浄液の流速とは、上記実施の形態で説明したように流速を生じさせる攪拌部の回転速度でもよいし、洗浄液自体の流速でもよい。
なお、本発明は実施の形態に限らない。例えば、ＵＦＢ超純水に含まれるＵＦＢは窒素で構成される場合を説明したが、窒素以外でもよい。また、ＵＦＢが含まれる液体は超純水以外でもよい。また、半導体基板はシリコンウェハ以外でもよい。また、基板はウェハ状のもの以外でもよい。被洗浄物は半導体基板の他、金属物などでもよい。また、洗浄液の流速とは、上記実施の形態で説明したように流速を生じさせる攪拌部の回転速度でもよいし、洗浄液自体の流速でもよい。
１ 洗浄槽、１ａ 内部空間、２ 攪拌部 ２ａ 回転子 ２ｂ 駆動部、２ｃ 制御部 ３ 載置部、１００ 洗浄装置、Ａ 洗浄液、Ｂ 被洗浄物
Claims (4)
- ウルトラファインバブルを含有する洗浄液中に被洗浄物を浸した状態で、当該洗浄液を流動させる洗浄方法であって、
前記洗浄液の流速は、
ウルトラファインバブルを含有しない洗浄液で洗浄した場合において洗浄効率の変化が鈍化し始める流速以上である洗浄方法。 - 前記被洗浄物が、
半導体基板である請求項１に記載の洗浄方法。 - 洗浄槽と、洗浄液を流動させる攪拌部と、攪拌部を制御する制御部を備え、前記洗浄槽内に貯留したウルトラファインバブルを含有する洗浄液中に被洗浄物を浸した状態で、当該洗浄液を流動させる半導体基板の洗浄装置であって、
前記制御部は、前記洗浄液の流速が、
ウルトラファインバブルを含有しない洗浄液で洗浄した場合において洗浄効率の変化が鈍化し始める流速以上となるように前記攪拌部を制御する半導体基板の洗浄装置。 - 洗浄槽と、洗浄液を流動させる攪拌部と、攪拌部を制御する制御部を備え、前記洗浄槽内に貯留したウルトラファインバブルを含有する洗浄液中に被洗浄物を浸した状態で、当該洗浄液を流動させる金属物の洗浄装置であって、
前記制御部は、前記洗浄液の流速が、
ウルトラファインバブルを含有しない洗浄液で洗浄した場合において洗浄効率の変化が鈍化し始める流速以上となるように前記攪拌部を制御する金属物の洗浄装置。
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