JPH0234923A - 超音波洗浄装置 - 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】 ［発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体基板（ウェーハとも呼ぶ）の表面に付
着した汚染物を除去する超音波洗浄装置に関するもので
、特にウェーハに付着した極微小の粒子状又は被膜状の
汚染物の除去に使用される。

（従来の技術） 半導体デバイスの高性能化、高集積密度化に伴い、ウェ
ーハプロセス工程で混入する微粒子状付着物及び微小な
被膜状付着物などの表面汚染物はプロセス加工精度の低
下、デバイス特性の信頼性紙下等を招く大きな要因とな
っている。　そのため上記表面汚染物の除去は、デバイ
スの代願性向上は勿論、歩留り向上のためにも不可欠な
ものとなっている。

このため従来よりウェーハの洗浄は、例えばＨ２Ｏ２等
の薬液による化学的処理と超音波洗浄等の物理的処理と
の併用が広く行なわれている。

特に超音波洗浄は２０ないし４０ｋＨｚの周波数帯域が
使用されているが、この周波数帯域では約１μｍ以下の
微粒子等の除去能力は不十分である。

第３図は従来から使用されている超音波洗浄装置例の概
要を説明するための模式図である。　超音波洗浄装置１
の洗浄［２の底部に振動板３を配置し、この裏面に超音
波振動子４を接着する。

洗浄槽２内には洗浄液５が満たされる。　半導体ウェー
ハ６は、その主面がほぼ鉛直になるようウェーハキャリ
ア７に複数枚搭載され、図示しないキャリアホルダーに
より洗浄液５内に浸される。

超音波振動子４は、図示しない超音波発振器により付勢
され、例えば４０ｋＨｚの周波数で振動する。　この振
動は、振動板３を介して超音波となって洗浄液５内を伝
播する。　この入射超音波は、洗浄液と空気との界面に
おいてその一部分が反射される。　このように伝播方向
が互いに反対の入射波と反射波が重畳されると、周知の
ように定在波８が発生する。

一般に強い超音波が液体内を伝播し、その音圧が負（稀
薄化位相）になると、液体内に気泡（空洞）が発生ずる
。　この現象をキャビテーション（空洞現象）という。

　引続き音圧が変化して正（圧縮化位相）になると、気
泡は急速に圧縮されて潰れる。　このとき局所的な高圧
と高温を伴う衝撃波が発生し、固体表面に付着する異物
の薄膜と汚染物を取去る。

この従来例では前述のように超音波の伝播により定在波
８が形成され、キャビテーションは定在波の腹の部分に
発生しやすく、節の部分は音圧が低く殆ど発生しない。

　定在波の腹と節とは交互に存在し、例えば４０ｋＨｚ
の超音波では水中において約１９１１毎に洗浄効果の強
い腹の部分がある。

このため洗浄槽内において、キャビテーションによる洗
浄効果にむらが生じ特に２０ないし４０ｋＨ２の周波数
帯域では１μｍ以下の大きさの汚染物の除去能力は不十
分となる。

（発明が解決しようとする課題） 半導体デバイスの高集積密度化、微細化の進展に伴い、
半導体ウェーハ上の除去対象となる微粒子状又は被膜状
の付着物の大きさは０．１ないし１μｍ程度の極微小と
なっている。　これらの極微粒子等の除去に対し、従来
の主としてキャビテーション機構に基づく２０ないし４
（ｌｋＨ７の超音波洗浄ではその効果が少なく、重要な
課題となっている。

本発明の目的は、半導体ウェーハ表面に付着した極微小
な粒子状又は被膜状の汚染物を効果的に除去できる超音
波洗浄装置を提供することである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 特許請求の範囲記載の第１請求項に係る発明は、半導体
基板を表面洗浄する装置において、洗浄槽底部に設けら
れた振動板と、該振動板に接着した異なる発振周波数帯
域に属する複数の超音波振動子とを具備することを特徴
とする半導体基板用の超音波洗浄装置である。

又第２請求項に係る発明は、６００ないし９００ｋＨｚ
の発振周波数帯域に属する超音波振動子と、１．５ない
し２．０ＭＨ２の発振周波数帯域に属する超音波振動子
とをそれぞれ１つ又は複数側照振動板に交互に配置して
接着した第１請求項記載の半導体基板用の超音波洗浄装
置である。

（作用） 本発明の第１請求項に係る超音波洗浄装置では、洗浄槽
底面の振動板に異なる発振周波数帯域に属する超音波振
動子を設けたので、洗浄液に複数の異なる超音波＠動を
与えることが可能となった。

これにより単一周波数の振動子を設けた従来の洗浄装置
に比し、異なる周波数振動の相乗効果により、洗浄槽内
における洗浄効果の場所による不均一性は大幅に改善さ
れた。

一般に超音波の周波数が数百ｋＨｚ以上の高周波になる
と、キャビテーション生成の期間が短くなり、キャビテ
ーションの発生は弱くなるが、その代わり液体分子の振
動加速度が高くなり、その結果高いエネルギーを持つ液
体分子の運動により表面付着物の除去作用が行なわれる
と考えられている。　この粒子加速機構による除去作用
が支配的な周波数帯域においては、大きさ０．１ないし
１μｍ程度の［！微小汚染物（粒子状及び被膜状の付着
物）の除去効率が極めて高いことが試行により確認され
た。

本発明の第２請求項に係る超音波洗浄装置は、上記第１
請求項における異なる発振周波数帯域を２′Ｍ１類、即
ちソノ１つハロ００ないし９０（ｌｋＨ２、他の１つは
１．５ないし２．０ＭＨ７とし、それぞれの帯域に属す
る超音波振動子を、振動板に交互に配置接着した洗浄装
置である。　この２種類の周波数帯域は、０．１ないし
１μｍ程度の極微小汚染物の除去効率が実用上十分満足
する値となることを目途として試行により決められたも
のであり、その汚染物除去作用は、主として粒子加速１
１構により行なわれているものと推定される。

（実施例） 以下図面を参照して、本発明の実施例について説明する
。

第１図は、本発明の第１請求項及び第２請求項に係る半
導体基板（ウェーハ）を表面洗浄する超音波洗浄装置１
１の構成の一実施例を示す模式図である。　半導体ウェ
ーハ６はウェーハキャリア７に収納され、洗浄槽２にセ
ットされる。　洗浄槽底面は超音波振動を槽内の洗浄液
５に与える振動板１３より成る。　振動板１３には本発
明の特徴である少なくとも２種の異なる発振周波数帯域
に属する超音波振動子が接着される。　即ち６００ない
し９００ｋＨ２の発振周波数帯域に属する超音波振動子
１４と、１．５ないし２゜ＯＭＨ７の発振周波数帯域に
属する超音波振動子１５とが交互に配置される。

超音波振動子１４及び１５は、図示しない超音波発振装
置から付勢され、振動板を介して洗浄液に２種の超音波
振動を与える。　試行結果によれば振動子１４は、相対
的に大きめの極微小汚染物の除去に有効であり、振動子
１５は、小さめの極微小汚染物の除去に有効であること
が確認された。

例えば８００ｋＨｚの振動子単独の超音波洗浄装置では
、０．３ないし１μｌのｉＦｆ！微小汚染物の除去率と
して９５％が得られた。　又１．６ＭＨ２の振動子単独
では、０．１ないし０゜３μｍの極微小汚染物の除去率
は８０％であった。　このように数１００ｋＨ２以上の
発振周波数の振動子は、粒子加速機構により極微小汚染
物の除去に極めて有効である。

更に上記２種の発振周波数帯域に属する超音波振動子を
交互に配置して構成した本発明の洗浄装置では、両者の
相乗効果により０．１μｌ以上の極微小汚染物の除去率
をほぼ１００％に近い値とすることが可能となった。　
因みに２０ないし４０ｋＨ７の比較的低周波振動子単独
より成る従来の洗浄装置では、上記極微小汚染物に対す
る除去効果が殆ど見られなかった。

第２図は上記２種の振動子の配置例を示す斜視図である
。　同図（ａ　）は丸型の振動子を各４個ずつ交互に配
置したものである。　又同図（ｂ）は六角型の振動子の
交互配置により、密に超音波振動を与えるようにしたも
のである。　振動子の配置は、極微小汚染物を効果的に
除去できるよう試行により決定されるが、本実施例のよ
うに振動子が２種類の場合には第２図に示すように交互
に配置することにより好ましい結果が得られた。

なお本実施例では異なる２種の発振周波数帯域に属する
超音波振動子を配置した例を示したが、２種以上の発振
周波数帯域に属する振動子の配置により更に洗浄効果の
向上を図るくとも可能である。

［発明の効果］ 本発明の超音波洗浄装置においては、洗浄槽底面に少な
くとも２種の発振周波数帯域に属する振動子を設け、洗
浄液に２種以上の超音波振動を与えることにより、該洗
浄槽内にセットされた半導体ウェーハに付着した極微小
な粒子状又は被膜状の汚染物の除去を効果的に行うこと
が可能となった。

特に６００ないし９００ｋ）（Ｚと　１６５ないし２．
０ＭＨｚの２種の帯域の振動子を併置することにより０
．１μｌ以上の極微小汚染物の除去効率が大幅に向上し
た。

本発明の超音波洗浄装置により、特にサブミクロンプロ
セス（０，１ないし１μｍの線幅）を必要とする半導体
デバイスの信頼性と製造歩留りを向上させることが出来
るようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波洗浄装置の構成の一実施例を説
明するための模式図、第２図は振動板に接着した超音波
振動子の配置例を示す斜視図、第３図は従来の超音波洗
浄装置の構成例を説明するための模式図である。 １．１１・・・超音波洗浄装置、　２・・・洗浄槽、３
．１３・・・振動板、　４，１４．１５・・・超音波振
動子、　５・・・洗浄液、　６・・・半導体基板（ウェ
ーハ）、　７・・・ウェーハキャリア、　８・・・定在
波。 特許出願人　株式会社　東　　芝 （ａ＞ 超音波洗浄装置 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板を表面洗浄する装置において、洗浄槽底
   部に設けられた振動板と、該振動板に接着した異なる発
   振周波数帯域に属する複数の超音波振動子とを具備する
   ことを特徴とする超音波洗浄装置。 ２、６００ないし９００ｋＨｚの発振周波数帯域に属す
   る超音波振動子と、１．５ないし２．０ＭＨｚの発振周
   波数帯域に属する超音波振動子とを、該振動板に交互に
   配置して接着した特許請求の範囲第１項記載の超音波洗
   浄装置。