JPH0195521A - 洗浄方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、洗浄技術、特に、超音波エネルギを利用して
被洗浄物を洗浄する技術に関し、例えば、半導体装置の
製造工程において、ウェハを洗浄するのに利用して有効
な技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程において、超音波エネルギを利用
してウェハを洗浄する装置として、例えば、特開昭６２
−４５１２６号公報に記載されている洗浄装置がある。

すなわち、この洗浄装置は、被洗浄物としてのウェハを
薬液に浸漬し、ウェハに２００ＫＨｚ以上の超音波を照
射することにより、ウェハ近傍のみを発熱させて化学反
応を惹起せしめるとともに、異物に超音波によって物理
的外力を加えて異物をウェハの表面から効果的に遊離さ
せるようにしたものである。

ところで、超音波エネルギによる洗浄作用としては、次
の２つのものが考えられる。第１は、液中に発射された
超音波振動による液圧の強弱により発生するキャビテー
ションを要因とするものであり、第２は、キャビテーシ
ョンが発生しない程度の周波数の超音波が被洗浄物に直
接的に衝突し、被洗浄物の表面をスクラブすることによ
り、洗浄効果を得るものである。

ところが、キャビテーションを主に利用する洗浄装置に
おいては、次のような問題点がある。

（１）　　ウェハ表面の微細な深溝の奥は洗浄されにく
く、深溝の奥に塵埃や汚れ等の異物が残留してしまう。

（２）　　ウェハに付着する異物は付着力が強いため、
キャビテーションだけでは異物が落ちない場合が多い。

（３）　　ウェハから一度落ちた異物が洗浄槽に居残り
、ウェハに再付着する。

（４）超音波エネルギが強いと、衝撃によりウェハに作
り込まれた集積回路にクランク等の障害が発生する。

そこで、前記洗浄装置においては、キャビテーションが
生じない２００Ｋｌｌｚ以上の超音波をウェハに照射す
ることにより、この問題点を解決している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、キャビテーションを発生させない超音波を利用
する洗浄技術においては、キャビテーションを利用する
ものに比べて洗浄力が弱いため、付着の強い異物や深溝
の奥の異物についての除去力が不足し、洗浄が不充分に
なる場合が発生するという問題点があることが、本発明
者によって明らかにされた。

本発明の目的は、充分な洗浄効果を得ることができる洗
浄技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において藺示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、次の通りである。

すなわち、超音波が乗せられている液体噴流を液中にて
被洗浄物に噴射させることにより、洗浄を行うようにし
たものである。

〔作用〕

前記した手段によれば、液中に浸漬された状態で、被洗
浄物に超音波が乗せられた液体噴流が噴射されるため、
深溝内部において表面張力により洗浄液が入り込めずに
異物が残留していたところにも有効に作用することにな
る。すなわち、噴流が表面張力を突き破り、洗浄液を深
溝内部まで行き渡らせることにより、異物を深溝から排
除する。

また、液体噴流の噴射力と同時に、超音波が深溝の奥ま
で伝播されるため、超音波洗浄により高い洗浄効率が実
施されることになる。

さらに、前記洗浄作用中、液体噴流により洗浄槽中に洗
浄液の流れが発生し、被洗浄物から脱落した異物が速や
かに洗浄槽の外へ排出されるため、異物の再付着が確実
に防止される。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例であるウェハ洗浄装置を示す
縦断面図、第２図はその超音波噴流噴射装置を示す拡大
部分斜視図、第３図はその縦断面図、第４図はウェハ保
持装置を示す一部切断正面図、第５図および第６図はそ
の作用を説明するための各拡大部分断面図である。

本実施例において、このウェハ洗浄装置はエツチング液
を用いて１次洗浄されたウェハ１を純水を用いて２次ま
たは３次洗浄するものとして構成されており、洗浄液と
しての純水２を貯留するための洗浄槽３を備えている。

洗浄槽３は石英ガラスやステンレス等のような耐食性を
有する材料を用いて浴槽形状に形成されており、洗浄槽
３には溢流槽４が溢流を受は得るように隣接して連設さ
れている。洗浄槽３には純水２がその上縁から溢流槽４
へ溢流するように貯留されており、洗浄槽３には純水供
給管５が純水２を緩やか、かつ全体にわたって均等に供
給し得るように配管されている。溢流槽４の底壁には排
水口６が溢流を排水し得るように開設されており、排水
口６は排水管（図示せず）を通じて廃液処理装置や廃液
溝に接続されている。

洗浄槽３の上方空間にはウェハ保持袋！ｉ！２０が移送
装置ｌＯにより移送されるように設備されている。すな
わち、この移送装置１０は横送りねじ軸１１を備えてお
り、横送りねじ軸１１は洗浄槽３の真上空間と、１次ま
たは２次洗浄空間および洗浄済みウェハの受は渡し空間
（図示せず）とを連絡するように略水平に架設されてい
るとともに、モータ１２により回転駆動されるように構
成されている。横送り、ねじ軸１１には横移動体１３が
進退自在に螺合されて支持されており、この横移動体１
３には縦送りねじ軸１４が略垂直に配されて回転自在に
吊持されている。縦送りねじ軸１４は横移動体１３に設
備されているモータ１５により回転駆動されるように構
成されている。縦送りねじ軸１４には縦移動体１６が進
退自在に螺合されて支持されており、この縦移動体１６
にはウェハ保持装置２０の機枠２１が固装されている。

ウェハ保持装置２０の機枠２１は略直方体の箱形状に形
成されており、機枠２１内にはガイドレール２２が略水
平に配されて架設されている。機枠２１内のガイドレー
ル２２の下方には一対のシリンダ装置２３．２３がガイ
ドレール２２と略平行に、かつ、互いに背中合わせに配
されて据え付けられている。ガイドレール２２には一対
のアーム２４．２４がその両端部に配されて、その上端
部を摺動自在に嵌合されて横移動するようにそれぞれ吊
持されており、両アーム２４．２４には各シリンダ装置
２３．２３のピストンロッド２３ａ、２３ａが両アーム
を横移動させ得るように連結されている０両アーム２４
．２４の下端部には保持溝２５が互いの対向面に略垂直
に配されて刻設されており、第４図に示されているよう
に、保持溝２５はウェハ１の外周縁部に両脇から嵌合さ
れることにより、ウェハ１を略垂直に保持するようにな
っている。

洗浄槽３内には、超音波が乗せられている純水噴流を噴
射するためのノズル装置（以下、超音波噴流噴射装置と
いうことがある。）３０が、吊持装置２６により上下動
されるように設備きれている。すなわち、この吊持装Ｍ
２６は送りねじ軸２７を備えており、この送りねじ軸２
７は洗浄槽３の真上に略垂直に配されて回転自在に支持
されているとともに、モータ２８により回転駆動される
ように構成されている。送りねじ軸２７には上下動体２
９が進退自在に螺合されて支持されており、この上下動
体２９には超音波噴流噴射装！！３０のベース３１が固
装されている。

超音波噴流噴射装置３０のベース３１は略円筒形状の密
閉中空体に形成されており、一部に開設された給水口３
２に給水チューブ（図示せず）等を接続されることによ
り、その中空部は給水路３４を構成するようになってい
る。ベース３１には給水バイブから成るサポート３３が
その両端に配されてそれぞれ固定的に吊持されており、
サポート３３の中空部はベース３１の中空部に流体連結
されることにより、給水路３４を構成するようになって
いる。両サポート３３．３３の下端部にはノズル３５が
架橋された状態で固定的に支持されており、ノズル３５
は後述する純水噴流をウェハ１の表面に対して所定の傾
斜角θをもって斜め上向きに噴射し得るように、サポー
トに支持されている。　　　　゛ 第２図および第３図に詳示されているように、ノズル３
５は大略ハウス形状の密閉中空体に形成されており、そ
の両端の側壁においてサポート３３に連結されて支持さ
れている。ノズル３５の両側壁には給水口３７が中空部
３６内外を貫通するようにそれぞれ開設されており、給
水口３７にはサポート３３に形成されている給水路３４
が中空部３７に給水し得るように流体連結されている。

ノズル３５には噴出口３８が先細りとなった頂辺に配さ
れて、一定幅に細長く開設されており、噴出口３８はウ
ェハｌの全幅に一定強さの純水噴流（ジェット）３９を
均一に噴射し得るように構成されている。

ノズル中空部３６における底部には、超音波振動子４１
と超音波レンズ４２とを備えている超音波発生装置４０
が２００ＫＨｚ以上の超音波をノズル３５が噴射する純
水噴流３９に乗せ得るように設備されている。すなわち
、超音波レンズ４２は略長方形のパネル形状に形成され
て、ノズル中空部３６内にこれを上下に仕切るように架
設されており、超音波振動子４１は超音波レンズ４２の
下面に付設されている。超音波レンズ４２の上面には凹
曲面４２ａが形成されており、この凹曲面４２ａにより
超音波レンズ４２は超音波振動子４１から伝播された振
動に基づいて、きわめて高い指向性および収束性を示す
超音波４３をノズル３５の噴流３９に乗せ得るように構
成されている。そして、このレンズ４２は超音波４３が
ノズル噴出口３８から噴出された噴流３９がウェハｌの
表面に噴き当たる位置で最も収束するように設定されて
いる。

ちなみに、超音波レンズ４２はタンタル（Ｔａ）等のよ
うな超音波振動の付勢下であっても腐食（エロージョン
）されない材料を用いて作製することが望ましい。

次に、前記構成にがかるウェハ洗浄装置の作用を説明す
ることにより、本発明の一実施例であるウェハ洗浄方法
を説明する。

エツチング液等を用いられて１次または２次洗浄された
被洗浄物としてのウェハ１は、湿潤状態のままウェハ保
持装置２０により保持されて、移送装置１０により洗浄
槽３の真上に移送されるとともに、洗浄槽３の貯留水中
に浸漬されてノズル３５に対向される。

すなわち、ウェハ保持装置２０における両アーム２４．
２４がシリンダ装置２３．２３によって開かれた後、閉
じられることにより、ウェハ１は両アームの保持溝２５
．２５によって挟持される。

ウェハ１が保持装置２０によって保持されると、モータ
１５によって縦送り軸１４が回転されて保持装置２０が
上昇された後、モータ１２によって横送り軸１１が回転
されて保持装置２０が洗浄槽３の真上まで移送される。

続いて、モータ１５によって縦送り軸１４が前記とは逆
に回転されて保持装置２０が下降され、アーム２４．２
４間で保持されているウェハ１がアームごと洗浄槽３内
の貯留に水没される。そして、必要に応じて、移送装置
１０におけるモータ１２．１５を制御されることにより
、？ｘ　？Ｎされたウェハ１はノズル３５と対向される
。

このとき、純水供給管５により純水２が洗浄槽３に供給
され続けているため、純水２は洗浄槽３の上縁から溢流
槽４ヘオーバフローされている。

したがって、洗浄槽３には新鮮な純水が常時貯留されて
いるとともに、浸漬されたウェハ１はこの新鮮な純水に
より自然洗浄されることになる。

ウェハ１が洗浄槽３の貯留水中に浸漬されるとともに、
ノズル３５に対向されると、純水圧送装置（図示せず）
から給水チューブを通じて、純水２が超音波噴流噴射装
置３０の給水路３４にベース３１の給水口３２から所定
の圧力（約２ｋｇ／ｃａｌ）をもって圧送される。給水
路３４に圧送された純水２はノズル３５の給水口３７か
らノズル中空部３６内へ圧送される。ノズル中空部３６
内へ圧送された純水２は適正な流圧、流速、流量に自然
的に制御され、噴出口３８から洗浄槽３の貯留水中へ噴
流３９となって噴出され、噴出口３８に対向されている
ウェハ１の表面に貯留水を貫通して噴射される。

一方、超音波発生装置４０における超音波発振子４１に
高周波電圧が印加され、所定の周波数帯域（２００ＫＨ
ｚ〜ＩＭＨｚ）の超音波が超音波レンズ４２に伝播され
る。この超音波レンズ４１によって指向性および収束性
の高い超音波４３が、ノズル中空部３６内に圧送されて
満たされている純水２の中へ噴出口３８に向けて発射さ
れる。ノズル中空部３６内の純水中へ噴出口３８に向け
て発射された超音波４３は、当該純水２が噴出口３８か
ら噴流３９となって洗浄槽３の貯留水中に噴出されてい
るため、この噴流３９に乗って伝播されることになる。

したがって、超音波４３が乗った純水噴流３９（以下、
超音波噴流４４ということがある。）が洗浄槽３の貯留
水中を貫通してウェハ１の表面に噴射されることになる
。このとき、超音波４３は超音波レンズ４２により、噴
流３９のウェハｌとの噴射点において収束するように制
御されているため、ウェハ１にはきわめて高密度の超音
波４３が効果的に照射される。

超音波噴流４４がウェハ１に噴射されると、吊持装置２
６および／または移送装置１０により、ノズル３５がウ
ェハｌに対して相対的に上下動走査され、超音波噴流４
４がウェハ１全面に繰り返し噴射される。このとき、ノ
ズル３５がサポート３３．３３によって斜め上向きの傾
斜角θをもって支持されているため、超音波噴流４４の
ウェハ１に対する噴射角はその傾斜角θに依存される。

そして、超音波噴流４４がウェハ１に噴射されると、後
述するような洗浄作用によってウェハｌがきわめて効果
的に洗浄される。

また、超音波噴流４４がウェハ１に対して斜め上向きの
傾斜角θをもって噴射されているため、超音波噴流４４
の洗浄作用によってウェハ１から洗い落とされた異物４
５は、第１図に矢印で示されているように噴流３９のウ
ェハＩに対する斜め上向きの反射流４６に乗って貯留水
の水面まで搬送され、溢流と共に溢流槽４へ強制的に排
出される。したがって、洗い落とされた異物４５がウェ
ハ１に再付着する危険性は大幅に低下されることになる
。

所定の洗浄が終了すると、ウェハ保持装置２０が上昇さ
れることにより、ウェハｌが洗浄槽３の貯留水中から引
き上げられる。引き上げられたウェハｌは前述した移送
作動に準じて、洗浄済みウェハの受は渡し位置に移送さ
れ、次工程へと送られて行く。

以降、前記作動が繰り返されることにより、ウェハが１
枚宛、自動的に純水洗浄されて行く。

ところで、最近、半導体装置の製造工程においては素子
分離技術としてＵ溝によるアイソレーション技術が適用
されて来ている。ところが、この溝はきわめて深溝で、
しかも狭小であるため、この溝を有するウェハについて
の水洗はきわめて困難化している。

すなわち、ウェハのシリコン面はきわめて高い疏水性を
示し、表面張力が大きく作用するため、第５図に示され
ているように、狭小の深？ｍ４１の奥には表面張力によ
る気泡４８が発生し易い。この気泡４８の奥に異物４５
がある場合、異物は洗浄水に接触せず、また超音波も気
泡に邪魔されて異物に到達することができないため、洗
浄されずに残留してしまう。

しかし、本実施例においては、超音波が乗せられた噴流
がウェハに噴射されることにより、洗浄が実行されるた
め、このような深溝を有するウェハについても確実に洗
浄することができる。

すなわち、第６図に示されているように、狭小の深溝４
７の奥に表面張力による気泡４日が形成されていたとし
ても、超音波噴流４４が噴射されると、この気泡４８は
突き破られてしまうため、噴流の純水は深溝の奥に付着
している異物４５に噴射されることになり、その結果、
この異物４５はきわめて効果的に洗い流されることにな
る。

また、異物４５に噴流３９の純水が直接的に接触すると
、噴流に乗せられた超音波４３が異物４５に伝播される
ため、異物が超音波によってスクラブされることにより
、異物はその付着面から強制的に剥離されることになる
。しかも、このとき、超音波はウェハの表面において収
束されるように設定されているため、高密度で超音波が
異物に作用することになり、異物は有効にスクラブされ
、付着面から一層確実に剥離される。

ここで、噴流の深溝への侵入効果は噴流をウェハ面に直
角に噴射させた場合が最大である。しかし、直角に噴射
させると、噴射後、ウェハ面から反射する噴流がウェハ
の下流に回り込むため、再付着が発生し易くなる。そこ
で、噴流のｆｊ溝への侵入効果と、異物の再付着防止効
果等を考慮すると、超音波噴流はウェハに対して噴射角
θ＝３０度〜４０度をもって斜め上向きに噴射すること
が望ましい結果が得られた。

また、超音波噴流噴射装置３０における噴出口３８は太
すぎると、所定の噴射圧、噴射速度、噴射流量を得るの
に大量の純水が必要になるため、可及的に細い方がよい
、しかし、細すぎると、超音波４３が噴出口３８を効果
的に通過することができなくなる。そこで、噴出口３８
の太さは超音波４３が効果的に通過する最小値（ｌｆ１
以上）で、所定の噴射圧等が得られる最小値に設定する
ことが望ましい、　　− なお、被洗浄物であるウェハが生乾きになると、異物の
付着力がきわめて強大になり、洗浄が不可能になるが、
本実施例においては水中で洗浄が実施されるため、付着
力の増大は防止される。

ちなみに、集積回路の微細化に伴って、ウェハの表面に
形成されるパターンの断面はきわめて複雑化しており、
複雑化した断面の洗浄は深溝と同様にきわめて困難であ
るが、本実施例によれば、複雑化した断面であっても深
溝と同様に効果的に洗浄することができる。

前記実施例によれば次の効果が得られる。

（１１超音波が乗せられている液体噴流を液中にて被洗
浄物に噴射させることにより、深溝や複雑な断面に表面
張力によって形成されている気泡を噴流で突き破り、噴
流を深溝の奥等に付着した異物に接触させて洗い流させ
ることができるとともに、噴流を通じて超音波を異物に
直接作用させることができるため、深溝や複雑な断面を
有する被洗浄物等であっても充分に洗浄することができ
る。

（２）　　超音波噴流を被洗浄物に対して斜め上向きに
噴射させることにより、被洗浄物から剥離させた異物を
噴流による流れに乗せて移送し、洗浄槽内から強制的に
排出させることができるため、異物の被洗浄物への再付
着を確実に防止することができる。

（３）　　噴流による洗浄作用と超音波による洗浄作用
との相乗効果を利用することにより、超音波エネルギの
強さを抑制することができるため、被洗浄物のクランク
の発生等のような傷害事故を防止することができるとと
もに、２００ＫＨｚ以上の超音波を使用するため、超音
波によるキャビテーションを利用した洗浄作用に伴う弊
害を回避することができる。

（４）超音波を被処理物に対する噴流の噴射位置に集中
させることにより、被処理物の表面に超音波を高密度に
作用させることができるため、洗浄作用を一層高めるこ
とができる。

（５）　　クランク等の傷害の発生を防止しつつ、ウェ
ハを充分に純水洗浄することができるため、製造歩留り
、並びに製品の品質および信頼性を高めることができる
。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

例えば、超音波噴流ノズルは１基設けるに限らず、複数
基を並設してもよい。

洗浄液としては純水を使用するに限らず、エツチング液
等を使用してもよい。

噴流の噴射圧力、速度、流量、超音波の振動周波数、強
さ、超音波噴流の噴射角、噴射時間等々の具体的な値は
、被洗浄物の大きさ、形状、材質、使用する洗浄液の種
類等々の条件に対応して、実験やコンピュータによるシ
ュミレーション等のような経験的解析手法により、適宜
選定することが望ましい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるウェハの洗浄技術に
通用した場合について説明したが、それに限定されるも
のではなく、マスクやプリント配線基板、電子部品や電
子機器、その他の精密加工品等についての洗浄技術全般
に通用することができる。特に、本発明は深溝やきわめ
て複雑なパターンを有する物品を洗浄するのに適用して
優れた効果が得られる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。

超音波が乗せられてい・る液体噴流を液中にて被洗浄物
に噴射させることにより、深溝や複雑な断面に表面張力
によって形成されている気泡を噴流で突き破り、噴流を
深溝の奥等に付着した異物に接触させて洗い流すことが
できるとともに、噴流を通じて超音波を異物に直接作用
させることができるため、深溝や複雑な断面を有する被
洗浄物等であっても充分に洗浄することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるウェハ洗浄装置を示す
縦断面図、 第２図はその超音波噴流噴射装置を示す拡大部分斜視図
、 第３図はその縦断面図、 第４図はウェハ保持装置を示す一部切断正面図、第５図
および第６図はその作用を説明するための各拡大部分断
面図である。 １・・・ウェハ（被洗浄物）、２・・・純水（洗浄液）
、３・・・洗浄槽、４・・・溢流槽、５・・・純水供給
管、６・・・排水口、１０・・・移送装置、１１．１４
・・・横送りねじ軸、１２．１５・・・モータ、１３．
１６・・・移動体、２０・・・ウェハ保持装置、２１・
・・機枠、２２・・・ガイドレール、２３・・・シリン
ダ装置、２４・・・アーム、２５・・・保持溝、３０・
・・超音波噴流噴射装置、３１・・・ベース、３２・・
・給水口、３３・・・サポート、３４・・・給水路、３
５・・・ノズル、３６・・・中空部、３７・・・給水口
、３８・・・噴出口、３９・・・噴流、４０・・・超音
波発生装置、４１・・・超音波振動子、４２・・・超音
波レンズ、４３・・・超音波、４４・・・超音波噴流、
４５・・・異物、４６・・・反射流、４７・・・深溝、
４８・・・気泡。 代理人　弁理士　　梶　　原　　辰　　也箒２図 第４図 第５図　　　　　　　　第６Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波が乗せられている液体噴流を液中にて被洗浄
   物に噴射させることにより、洗浄を行うことを特徴とす
   る洗浄方法。 ２、超音波が乗せられている液体噴流が、被洗浄物に３
   ０〜４５度の傾斜角をもって斜め上向きに噴射されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の洗浄方法。 ３、超音波が、被洗浄物の表面付近で集中するように照
   射されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   洗浄方法。 ４、超音波が乗せられている液体噴流が、被洗浄物に対
   して相対的に移動されることにより全面的に噴射される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の洗浄方法
   。 ５、被洗浄物を液中に浸漬して洗浄するように構成され
   ている洗浄槽と、液中において液体噴流を被洗浄物に噴
   射させるノズルと、ノズルの液体噴流に超音波を乗せる
   ように構成されている超音波発生装置とを備えているこ
   とを特徴とする洗浄装置。 ６、超音波発生装置がノズルの内部に設備されており、
   超音波がノズルの噴出口外部付近に集中するように構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の洗浄装置。 ７、ノズルが、液体噴流を被洗浄物に対して３０〜４５
   度の傾斜角をもって斜め上向きに噴射させるように構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の洗浄装置。