(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物を洗浄するための超音波洗浄ユニットであり、
超音波振動子と、
前記超音波振動子が固定された超音波振動板と、前記超音波振動板の前記振動子が固定されていない側の面と対向して配置され超音波伝達板とを含み、前記超音波振動子が発信した超音波振動を、前記超音波伝達板により前記洗浄液を介して前記被洗浄物に向かって拡散させる拡散手段と、
前記超音波振動板と前記超音波伝達板とで挟まれた空間に液体を供給し、前記拡散手段を冷却する冷却手段と、
を備え、
前記超音波伝達板は、前記超音波振動板側の反対側が曲面状の凸形状と、前記超音波振動板と前記被洗浄物に対して角度を持たせた形状のうち少なくとも一方の形状に設けられていることを特徴とする超音波洗浄ユニット。
【請求項２】
被洗浄物を保持する保持手段と、
前記被洗浄物の被洗浄面に対して相対的に移動可能に設けられた請求項１に記載の超音波洗浄ユニットと、
前記被洗浄面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、
を有することを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項３】
保持手段により保持された被洗浄物の被洗浄面に対し、請求項１に記載の超音波洗浄ユニットを相対的に移動して、前記拡散手段の前記超音波伝達板と前記被洗浄面とを所定距離まで近接する工程と、
前記被洗浄面に対して洗浄液を供給し、前記被洗浄面と前記拡散手段の前記超音波伝達板との間を前記洗浄液で満たす工程と、
前記超音波振動子を駆動し、前記拡散手段を介して伝播してきた超音波振動を拡散させて前記被洗浄面に伝播し、前記被洗浄面の洗浄を行う工程と、
を有することを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項４】
前記超音波振動子を、前記被洗浄物を共振させないように駆動することを特徴とする請求項３記載の超音波洗浄方法。
【請求項５】
前記超音波振動子は、所定間隔毎にＯＮ−ＯＦＦを繰り返しながら駆動することを特徴とする請求項３或いは４に記載の超音波洗浄方法。
【請求項６】
前記超音波振動子は、位相、振幅のいずれか一方が異なる複数種類の超音波を連続的に発振するように駆動されることを特徴とする請求項３或いは４のいずれかに記載の超音波洗浄方法。
【請求項７】
前記超音波振動子は、波長が整数倍若しくは整数分の波長とは異なる複数種類の超音波を連続的に発振するように駆動されることを特徴とする請求項３或いは４のいずれかに記載の超音波洗浄方法。
【請求項８】
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲートコンダクタを形成する工程と、
前記ゲートコンダクタ上にゲートキャップを形成する工程と、
前記ゲートキャップのマスクパターンに従って前記ゲートコンダクタを前記ゲート絶縁膜までエッチングする工程と、
上記請求項３乃至７のいずれかに記載の超音波洗浄方法を利用して表面を洗浄する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
液晶表示装置用のガラス基板上にＳｉＮ膜、Ｓｉ０２膜、ａ−Ｓｉ膜を順次形成する工程と、
前記ａ−Ｓｉ膜をレーザによりアニールしてｐｏｌｙ化する工程と、
ｐｏｌｙ化したＳｉ膜をエッチングしてゲートとなるｐｏｌｙ−Ｓｉの島を形成する工程と、
上記請求項３乃至７のいずれかに記載の超音波洗浄方法を利用して表面を洗浄する工程とを有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を形成するシリコンウエハや化合物半導体ウエハ等の半導体基板や、液晶表示装置を形成するガラス基板などの被洗浄物を超音波処理により洗浄する際に好適な、超音波振動ユニット、超音波洗浄装置、超音波洗浄方法、及び、これら洗浄技術を適用した半導体装置の製造方法、及び液晶表示装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板や液晶表示装置用のガラス基板などの製造工程では、種々の微細加工の前後で、半導体基板やガラス基板などに付着したサブミクロンオーダーのパーティクル等を洗浄除去する必要がある。そこで、被洗浄物に対して、ダメージの少ない５００ｋＨｚ〜１．５ＭＨｚの高周波数の超音波を印加した洗浄液を照射して洗浄する超音波洗浄方法が用いられている。
超音波洗浄における洗浄効率を向上させるためには、被洗浄物表面における超音波エネルギーを上げることが効率向上につながるため、超音波発振源の改良や、特願平７−２８３１８３号公報に記載されているように、超音波発振源からの超音波を収束させて被洗浄物表面における超音波エネルギーを上げることが行われている。
しかし超音波発振源の出力増大には限界があり、振動板は超音波振動子、更にはこれらの接着を行う接着剤などの寿命や信頼性にも限界がある。従って、後者の超音波エネルギーを上げるために、超音波出力を収束させてその見かけ上の出力を増大する方法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来は超音波出力を収束して被洗浄物表面に与える超音波エネルギーを上げることが行われていたが、近年、基板上に形成される配線等のパターンの微細化が進み、従来はダメージが少ないと考えられていた高周波の超音波でもダメージが生じるようになってきた。出願人はこのダメージ発生の原理を詳しく調査した結果、超音波振動子から発振された超音波がある点で収束した結果、その点において配線の破壊や結晶に影響を及ぼすほどのエネルギーが生じていることを突き止めた。つまり、従来から行われていた、超音波エネルギーを上昇させるための超音波振動の収束・合成が原因であったわけである。本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、被洗浄物にダメージを与えることなく清浄な超音波洗浄を行うことが可能な超音波振動ユニット、超音波洗浄装置、超音波洗浄方法、半導体装置の製造方法、及び液晶表示装置の製造方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波洗浄ユニットは、超音波振動子と、該超音波振動子が発振した超音波振動を拡散する拡散手段と、該拡散手段を冷却する冷却手段とを有することを特徴とする。
本発明において、拡散手段は、超音波振動子が固定された超音波振動板と、該超音波振動板と対向して配置された超音波伝達板とを有し、冷却手段は、超音波振動板と超音波伝達板とで挟まれた空間に液体を供給する液体供給手段と、空間から液体を排出するための液体排出手段とを有することを許容する。
また、超音波伝達板は、超音波振動板から空間を満たした液体を介して伝播してきた超音波振動を拡散する機能を有することを許容する。
更に、超音波伝達板は、対向して配置された超音波振動板と反対側に凸形状をなすことを許容する。
また、冷却手段は、超音波振動子の周囲に環状に配置されていることを許容する。
更に、超音波伝達板は、対向して配置された超音波振動板と反対側に曲面状の凸形状を有することを許容する。
また、超音波伝達板は、対向して配置された超音波振動板に対して所定角度傾斜させて配置されていることを許容する。
【０００５】
また、本発明の超音波洗浄装置は、被洗浄物を保持する保持手段と、被洗浄物の被洗浄面に対して相対的に移動可能に設けられた超音波洗浄ユニットとを有する超音波洗浄装置において、超音波洗浄ユニットは、一方の面に超音波振動子が固定され他方の面が前記被洗浄物と対向して配置される超音波振動子からの超音波振動を拡散する拡散手段と、該拡散手段を冷却する冷却手段とを有し、被洗浄面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段とを有することを特徴とする。
本発明において、拡散手段は、一方の面が前記被洗浄物と対向して配置された超音波伝達板と、一方の面が該超音波伝達板の他方の面と対向して配置され他方の面に超音波振動子が固定された超音波振動板とを有し、冷却手段は、超音波伝達板と超音波振動板とで挟まれた空間に液体を供給する液体供給手段と、空間から液体を排出するための液体排出手段とを有することを許容する。
また、超音波伝達板は、超音波振動板から空間を満たした液体を介して伝播してきた超音波振動を、被洗浄物に対して拡散して伝播する機能を有することを許容する。
更に、超音波伝達板は、一方の面側に凸形状をなすことを許容する。
また、冷却手段は、超音波振動子の周囲に環状に配置されていることを許容する。
【０００６】
更に、超音波伝達板は、一方の面が前記被洗浄面に対して所定角度傾斜させて配置していることを許容する。
本発明の超音波洗浄方法は、保持手段により保持された被洗浄物の被洗浄面に対し、一方の面に超音波振動子が固定され他方の面が前記被洗浄物と対向して配置される超音波振動子からの超音波振動を拡散する拡散手段と、該拡散手段を冷却する冷却手段とを有する超音波洗浄ユニットを相対的に移動して、拡散手段の一方の面と被洗浄面とを所定距離まで近接する工程と、被洗浄面に対して洗浄液を供給し、被洗浄面と拡散手段の一方の面との間を洗浄液で満たす工程と、超音波振動子を駆動し、拡散手段を介して伝播してきた超音波振動を拡散させて被洗浄面に伝播し、被洗浄面の洗浄を行う工程とを有することを特徴とする。
また、超音波振動子を、被洗浄物を共振させないように駆動することを許容し、好ましくは、所定間隔毎にＯＮ−ＯＦＦを繰り返しながら駆動する、或いは、位相、振幅のいずれか一方が異なる複数種類の超音波を連続的に発振するように駆動する、或いは、波長が整数倍若しくは整数分の波長とは異なる複数種類の超音波を連続的に発振するように駆動することを許容する。
【０００７】
更に、被洗浄物は、幅０．２μｍ以下の凸形状を有する構造物を含むパターンが形成された半導体基板であることを許容する。
また、被洗浄物は、金属配線が露出した半導体基板であることを許容する。
更に、被洗浄物は、Ｓｉ或いは金属配線が露出した液晶表示装置用ガラス基板であることを許容する。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上にゲートコンダクタを形成する工程と、ゲートコンダクタ上にゲートキャップを形成する工程と、ゲートキャップのマスクパターンに従ってゲートコンダクタをゲート絶縁膜までエッチングする工程と、上記超音波洗浄方法を利用して表面を洗浄する工程とを有することを特徴とする。
本発明の液晶用事装置の製造方法は、液晶表示装置用のガラス基板上にＳｉＮ膜、Ｓｉ０２膜、ａ−Ｓｉ膜を順次形成する工程と、ａ−Ｓｉ膜をレーザによりアニールしてｐｏｌｙ化する工程と、ｐｏｌｙ化したＳｉ膜をエッチングしてゲートとなるｐｏｌｙ−Ｓｉの島を形成する工程と、上記超音波洗浄方法を利用して表面を洗浄する工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の超音波洗浄ユニット及びそれを用いた超音波洗浄装置の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の枚葉スピン洗浄タイプの超音波洗浄装置の断面図、図２は超音波洗浄ユニットの一部斜視図、図３は超音波洗浄ユニットの断面図、図４は被洗浄物と超音波洗浄ユニットの関係を示す平面図、図５は縦断面図である。超音波洗浄装置１０は、シリコンウエハなどの半導体基板や液晶表示装置用ガラス基板などの被洗浄物１１を保持するスピン処理装置１２と、被洗浄物１１に対して洗浄液１３を供給すると共に、該洗浄液１３に超音波を付与して被洗浄物１１の被洗浄面１１ａを洗浄する超音波洗浄ユニット１４から構成されている。図中１５は、有底筒状のカップ体であり、カップ体１５の底部には洗浄処理後の洗浄液１３を排出するための排出口１６が設けられている。また、カップ体１５の上方は、被洗浄物１１から飛散
した洗浄液１３がカップ体１５の内壁で反射して被洗浄物１１に跳ね返るのを防止し、洗浄液１３を排出口１６側へ導くために中心側に向けて傾斜させている。カップ体１５の低部の略中心位置には、モータ１７の軸に連結された回転軸１８が貫通しており、カップ体１５に設けられた軸受１９により回転可能に支持されている。回転軸１８の上部には、その回転中心を回転軸１８に固定された回転ステージ２０が固着されている。回転ステージ２０の外周側には、環状に複数の支持ピン２１が等間隔に設けられており、これら支持ピン２１により被洗浄物１１を支持固定している。そして、これら回転ステージ２０及び複数の支持ピン２１により保持手段を構成している。
【０００９】
被洗浄物１１の被洗浄面１１ａと対向する位置には、少なくとも矢印Ａ（被洗浄物１１に対して接離する方向）及びＢ方向（被洗浄物１１の被洗浄面１１ａと平行な方向）に移動可能に設けられたアーム２２が設けられており、その先端部には超音波洗浄ユニット１４が取り付けられている。超音波洗浄ユニット１４は、被洗浄物１１の被洗浄面１１ａに対して洗浄液１３を供給するノズル体２３と、被洗浄面１１ａ上に供給された洗浄液１３に対して超音波を印加する超音波付与手段２４とから構成されている。ノズル体２３は、図１では一つしか記載していないが、図４に示すように複数設けることが好ましい。具体的には、被洗浄物１１が矢印Ｃ方向に回転する場合は、これから超音波付与手段２４と対向する被洗浄物１１の上流側に洗浄液１３を供給する構造であり、図中の被洗浄物１１の左側については超音波付与手段２４の図中下側に３つのノズル体２３ａ、２３ｂ、２３ｃを設け、被洗浄物１１の右側については超音波付与手段２４の図中上側に同じく３つのノズル体２３ｄ、２３ｅ、２３ｆを設けている。このような構成とすることで、付与した洗浄液１３に対して効率良く超音波を付与することができ、洗浄効果を向上させることができる。
【００１０】
本実施の形態では被洗浄物１１を回転させる構造であるため、上述したようにノズル体２
３を配置しているが、被洗浄物１１を例えばベルトコンベアのような直進方向に搬送する場合においては、超音波付与手段２４の被洗浄物１１の搬送方向に対して上流側に設ければよい。ノズル体２３の設置位置に関しては、本実施の形態に限られるものではなく、被洗浄物１１表面に充分な量を供給できればどの位置に設けても構わない。更に、本実施の形態では、ノズル体２３を超音波付与手段２４と別体として設けているが、超音波付与手段２４と一体的に設けても良く、また、洗浄液１３を後述する超音波伝達板２８表面を伝って被洗浄物１１に供給するような構成としても良い。また、各ノズル体２３ａ乃至２３ｆから吐出する洗浄液１３の量については、その吐出量に差を持たせることが好ましい。具体的には、被洗浄物１１は矢印Ｃ方向に回転しているため、被洗浄物１１の中心に供給した洗浄液１３は遠心力により外周方向に流れることとなる。従って、被洗浄物１１の被洗浄面１１ａ表面に対して洗浄液１３を略均一に供給するために、被洗浄物１１の中心側に位置するノズル体２３ｃ、２３ｄから吐出する洗浄液１３の量を最も多くし、ノズル体２３ｂ、２３ｅ、ノズル体２３ａ、２３ｆの順に吐出量を減少させている。
【００１１】
本実施の形態では、被洗浄物１１を回転させる構造であるため、上述したようにノズル体２３ａ乃至２３ｆからの洗浄液吐出量に差を持たせているが、被洗浄物１１が直進方向に搬送されるような場合においては、その吐出量に差を持たせなくても構わない。
超音波付与手段２４は、図２及び図３に詳しく示すように、例えばチタン酸鉛系の超音波振動子２５、超音波振動子２５が接着され、超音波振動子２５の振動を伝える超音波振動板２６、更には超音波振動板２６と対向する位置に設けられ該超音波振動子２５とで空間２７を構成する超音波伝達板２８とから構成された超音波拡散手段を有している。尚、超音波振動子２５は圧電素子やピエゾ素子であっても構わない。
超音波振動子２５は、その発振周波数が１〜８ＭＨｚであり、振動することにより自ら発熱する。このとき、超音波振動板２６が無負荷の状態であると、自らの振動及び発熱により超音波振動子２５は自己破壊してしまうことがある。更に、発熱により、超音波振動子２５と超音波振動板２６とを接着している接着剤（例えばエポキシ系の熱硬化型接着剤）が耐熱温度以上に達してしまうため、接着状態が劣化して超音波振動の伝達にロスを生じてしまう。
【００１２】
そこで、超音波伝達板２８には、超音波振動板２６に対する負荷を与えるためと、超音波振動子２５と超音波振動板２６とを接着している接着剤を冷却する冷却手段として、空間２７内に例えば水などの冷却水（液体）を供給するための冷却水供給口（液体供給手段）２９、及び冷却水（液体）を排出するための冷却水排出口（液体排出手段）３０を複数ずつ設けている。
更に、超音波洗浄を行う場合、洗浄液の温度が高いと洗浄効果が向上することが確認されているが、超音波振動子２５が接着された超音波振動板２６に直接高温の洗浄液が接すると、これらを接着している接着剤の耐久性が極端に短くなってしまうため、洗浄液を高温とすることはできなかった。しかし、上述したような冷却水を介して超音波伝達板２８に接する洗浄液に超音波を付与する構成とすることで、接着剤に対する熱ダメージを考慮する必要はなくなるので、高温の洗浄液を利用することもできる。
尚、図中では冷却水供給口２９、冷却水排出口３０共に複数ずつ設けているが、その数は超音波洗浄ユニット２４の大きさにより適宜選択すればよい。これら冷却水供給口２９及び冷却水排出口３０は、アーム２２内部を通じて図示しない冷却水供給源及び冷却水排出手段に接続されている。
【００１３】
超音波振動子２５には、電源線２５ａを介して図示しない例えばＲＦ電源が接続されており、これを制御駆動することにより、超音波振動の発振を制御するように構成している。超音波振動板２６は、平板状の石英、単結晶のサファイア、ＳｉＣ、アルミナ、ＳＵＳ、又はＴａ板などから構成されている。超音波伝達板２８は、超音波振動板２６と反対側に凸状に形成されており、その材質は超音波振動板２６と同様に石英、単結晶のサファイア、ＳｉＣ、アルミナ、ＳＵＳ、或いはＴａ板などから構成されている。尚、超音波伝達板２８は、直接洗浄液１３に接するため、洗浄液の種類によっては、超音波伝達板２８に含まれる成分が溶出して被洗浄物１１を逆に汚染することも考えられる。従って、その材質については、使用する洗浄液１３の種類によって適宜選択する必要がある。
超音波付与手段２４の長さは、図４に示すように被洗浄物１１（図中はシリコンウエハを示している）の直径より若干長く形成されている。このような構成とすることで、被洗浄物１１が１８０度回転することで全面を一通り洗浄することができる。但し、この長さに関しては、被洗浄物１１の大きさにより適宜変更可能であり、例えば、図４のように円形をした被洗浄物１１である場合は、上述したようにその直径であったり、その半径より若干大きく構成して回転中心から外周までをカバーするように構成したりでき、更には、スポット的に超音波振動を付与するように小さく構成することも可能である。また、被洗浄物１１が角型の基板（例えば液晶表示装置用ガラス基板など）で、これが直線方向に搬送されているような場合は、その幅方向の長さより若干長く構成すれば、被洗浄物が超音波付与手段２４の下を通過することで全面を一通り洗浄することができ、効率的である。図中破線で示した領域２８ａは、後述する超音波伝達板２８と被洗浄物１１とが洗浄液１３により連通された部分を示している。
【００１４】
上記超音波洗浄装置１０における洗浄原理について、図５をも参照しながら説明すると、被洗浄物１１の被洗浄面１１ａと、超音波付与手段２４の超音波伝達板２８とのギャップを０．５ｍｍ以上、例えば１ｍｍ程度まで近付け、このギャップに洗浄液１３を供給すると図５に示すように、洗浄液１３は表面張力により超音波伝達板２８側に凸形状をなして接触する。一方、超音波振動子２５による振動は、超音波振動板２６から空間２７を満たした冷却水を介して超音波伝達板２８に達する。超音波伝達板２８に達した超音波は、超音波伝達板２８の曲面状の凸形状により放射状に拡散されて洗浄液１３に対して超音波を付与することになる。つまり、超音波伝達板２８により拡散された超音波は、洗浄液１３中、或いは被洗浄面１１ａ表面において収束することは無く、単位面積あたりにおいて発振された超音波エネルギー以上のエネルギー収束点が生じることが無くなる。従って、被洗浄面１１ａに形成された配線などの凸形状を有する構造物や被洗浄物１１表面に露出している部材の結晶構造などにダメージを与えるようなことを抑制することができる。上述したような超音波洗浄装置１０を利用しての洗浄方法について以下に説明する。まず、アーム２２が回転ステージ２０上から退避した状態で、被洗浄物（例えばシリコンウエハ）１１を回転ステージ２０に環状に設けた支持ピン２１受け渡して支持固定する。この間、カップ体１５外に設けた洗浄手段（図示しない）に超音波付与手段２４を移動させ、洗浄液１３と接する超音波伝達板２８の表面を洗浄することができる。次に、アーム２２を回動・駆動して超音波洗浄ユニット１４を被洗浄物１１上に水平移動させ、更に、被洗浄物１１表面と超音波付与手段２４の超音波伝達板２８の最凸部とが所定のギャップとなるまで下降させる。
【００１５】
被洗浄物１１と超音波付与手段２４とを所定の関係に位置させた後、モータ１７を駆動して被洗浄物１１を矢印Ｃ方向に回転させ、ノズル体２３ａ乃至２３ｆから被洗浄物１１の被洗浄面１１ａに対して洗浄液１３を供給する。被洗浄面１１ａ上に所定量の洗浄液１３が供給されると、図５に示すように、超音波伝達板２８と被洗浄面１１ａとのギャップが洗浄液１３により満たされ、領域２８ａにおいて被洗浄面１１ａと超音波伝達板２８とが洗浄液１３によりつながる。この状態において超音波振動子２５を駆動すると、超音波振動は超音波振動板２６、空間２７を満たした冷却水、超音波伝達板２８、及び洗浄液１３を介して被洗浄物１１の被洗浄面１１ａに達し、被洗浄面１１ａ表面に付着したパーティクル等を除去し洗浄することができる。洗浄後の洗浄液１３は、被洗浄物１１の回転による遠心力により外周側に飛散して排出口１６から排出される。ここで、超音波振動子２５の駆動方法について説明する。近年、シリコンウエハなどの基板表面に形成される配線は微細化される方向にあり、従来ダメージが起きることの無かった帯域の超音波であってもダメージが生じることがある。そこで、本実施の形態においては、超音波を連続的に付与しつづけるのではなく、ＯＮ−ＯＦＦを繰り返して照射する、或いは、位相、波長、振幅のいずれか一つが異なる複数種類の超音波を連続的に照射する方法を採用している。以下、具体的に説明する。
【００１６】
図６は、超音波をＯＮ−ＯＦＦ繰り返しながら照射した場合の超音波の波形を示した図である。図６（ａ）は超音波に１００Ｈｚの搬送波を重畳させて駆動した場合を示し、図６（ｂ）は２００Ｈｚの搬送波に重畳させた場合、図６（ｃ）は１０００Ｈｚの搬送波に重畳させた場合を示す。このように超音波をＯＮ−ＯＦＦ繰り返すことにより、ＯＮ時の超音波により配線や基板を構成する結晶が共振するが、所定時間後にＯＦＦすることにより、共振が治まり配線や結晶にダメージを与えるほどの共振にまで達することを防止することができる。
図７は、超音波のＯＮ−ＯＦＦを行うのではなく、位相、波長、振幅の異なる複数の超音波を連続的に照射した場合の超音波の波形を示した図である。図７（ａ）は連続照射の照射中に位相を１８０度ずらすケースで、８０パルス毎に位相を１８０度ずらしている。図７（ｂ）は連続照射の照射中に波長（パルス幅）を変えるケースで、１５９０Ｈｚ／８０パルス、７４９Ｈｚ／４０パルスを交互に照射している。但し、この際、変化させる波長を元の波長の整数倍、或いは整数分の１の波長としてしまうと共振を起こしてしまうので、これを外した波長とする必要がある。また、図７（ｃ）は連続照射の照射中に位相はそのままにして、一定時間毎に振幅（パルスの出力）を変えるケースで、３０Ｗ／８０パルス、５Ｗ／８０パルスを交互に照射している。これらのような照射方法は、配線や結晶中に生じている共振を相殺する超音波を切り替えながら付与することになり、連続的に一定の超音波を付与し続けた場合に比べ、ダメージの発生を１００分の１に低減できる。上記説明では、それぞれ２種類の超音波を切り替えながら付与する場合について説明しているが、３種類以上の超音波を切り替えながら付与することも可能であり、また、複数種類の超音波を重ねてし、所定タイミング毎にその超音波の種類を切り替えて共振を抑えるような方法も可能である。
【００１７】
また、超音波振動子２５、超音波振動板２６、超音波伝達板２８及び超音波振動子２５と超音波振動板２６を接着している接着剤などは、時間と共に劣化する。そこで、超音波伝達板２８と被洗浄面１１ａとの間のギャップにおける超音波状態、或いは空間２７内における超音波状態をセンサにより検出し、その程度によっては超音波振動子２５を駆動するＲＦ電源へのフィードバック制御を行うことや、各部品の交換時期の認識に利用することができる。
次に、本実施の形態に係る超音波洗浄方法を半導体装置のアクティブエリアと液晶表示装置の液晶セルの製造に適用した場合について説明する。
図８は、半導体装置の製造工程におけるアクティブエリア及びゲートコンダクタの形成工程を示す図である。デザインルールがあまり厳しくない場合には、配線等に対するダメージはあまり問題とならないが、デザインルールが厳しくなり、０．２μｍレベルになってくると配線等にダメージが発生しやすくなることが分かっている。
まず、例えばシリコンウエハからなる半導体基板上にゲート絶縁膜（ゲート酸化膜）を形成し、その上部にゲートコンダクタを形成する。そして、ゲートコンダクタ上にゲートキャップを構成する、例えばＳｉＮ膜を形成し、その上部にレジスト膜を形成する。次に、レジスト膜を露光現像してパターニングし、マスクを形成した後、ＳｉＮ膜をエッチングしてゲートキャップを形成する（図８（ａ））。次に、マスクとして利用したレジストを除去し、表面を洗浄した後、ゲートキャップのマスクパターンに従ってゲートコンダクタをゲート絶縁膜までエッチングする（図８（ｂ））。そして、表面を洗浄した後、ゲートの側壁周囲に酸化膜からなるスペーサを形成し（図８（ｃ））、例えばＤＲＡＭのゲートが完成する。
【００１８】
上記のような半導体装置の製造工程において、エッチング等の工程の後には、その後の工程で他の層を形成するために表面を清浄にする必要があり、そのときに本発明に係る超音波洗浄方法が効果的である。なぜならば、デザインルールが０．２μｍレベル（金属配線については０．７μｍレベル以下）になり、更にアスペクト比（図８（ｃ）におけるＨ／Ｗ）が１以上のものになると、従来の超音波洗浄方法では、図８（ｂ）における符号Ａ、或いは図８（ｃ）における符号Ｂの部分で配線が倒れてしまい、パターン欠損となる可能性が大きくなり、場合によっては歩留まり率が５０％以下となることも考えられる。ここで、本発明による超音波洗浄方法を適用することにより、配線等に対するダメージを極力低減でき、歩留まり率を１００％に近づけることができる。次に、ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴ方式の液晶表示装置における液晶セルを構成するガラス基板上に、ゲートを形成する工程での適用例について説明する。液晶表示装置の場合は、半導体装置に比べて処理面積が大きくなる。また、表示能力を向上させるために開口部を大きくすることが要望されている。そのため、画素部を大きくすると共に、ドライバ等の周辺化路部を小さくすることが必要になる。
【００１９】
基本的な工程は、ガラス基板上にＳｉＮ膜、Ｓｉ０２膜、更にはａ−Ｓｉ膜を形成した後、ａ−Ｓｉ膜表面を洗浄する。その後、ａ−Ｓｉ膜をレーザによりアニールしてｐｏｌｙ化した後にマスクを形成し、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をエッチングしてゲートとなるｐｏｌｙ−Ｓｉの島を形成した後、その表面を洗浄する。そして、ｐｏｌｙ−Ｓｉの島を含むガラス基板表面上に絶縁膜、金属膜を形成した後、レジストを塗布、露光現像してマスクを形成し、金属膜をエッチングしてゲート線を形成している。
液晶表示装置の製造工程においては、半導体装置に比べて大面積を短時間で洗浄することが必要となるため、超音波洗浄では大きなパワーを投入する必要がある。従来の超音波洗浄方法を適用した場合、ガラス基板上のダメージ箇所の数は１０箇所程度であり数的には少ない。しかし、液晶表示装置の場合、冗長回路がないため、ダメージ１箇所が致命的な問題となる。そこで、本発明の超音波洗浄方法を適用すると、ダメージ箇所はほぼ０にまで低減することが実験的に確認している。
以上のように、本実施の形態における超音波洗浄装置を利用して超音波洗浄を行うと、従来の超音波洗浄方法に比べて配線等に対するダメージや、基板等を構成する物質の結晶状態に与えるダメージを極力低減することができ、半導体装置や液晶表示装置の製造工程における歩留まりを大幅に向上することが可能となる。
【００２０】
次に、上記実施の形態における超音波付与手段の変形例について説明する。図９は、超音波付与手段の第１の変形例である。超音波付与手段４０は、一対の支持部４１ａ、４１ｂを有しており、これら支持部４１ａ、４１ｂの間を、これら支持部４１ａ、４１ｂの一部と、超音波振動子４２を接着固定した超音波振動板４３、板状部材を一方に凸状に形成した超音波伝達板４４、及び図示しない一対の側板により囲って空間４５を形成している。一方の支持部４１ａには、空間４５内へ冷却水を導入するための冷却水供給口４６ａ（超音波付与手段４０の長手方向に複数設けることも可能）が設けられており、対する他方の支持部４１ｂには、冷却水を排出するための冷却水排出口４６ｂ（冷却水供給口４６ａと同様に複数設けることも可能）を設けている。超音波付与手段４０をこのような構造とすることにより、製造が容易になると共に、各部材を別体で構成することでメンテナンスや部材の交換をスムーズ且つ容易に行うことができるようになる。図１０は、超音波付与手段の第２の変形例である。上記第１の変形例と同様の構成については同一の符号を付して説明は省略する。超音波付与手段５０は、一対の支持部５１ａ、５１ｂを有しており、これら支持部５１ａ、５１ｂの間を、これら支持部５１ａ、５１ｂの一部と、超音波振動子４２を接着固定した超音波振動板４３、平板状の超音波伝達板５４、及び図示しない一対の側板により囲って空間５５を形成している。本変形例においては、超音波伝達板５４を平板状に形成した点と、超音波伝達板５４を超音波振動板４３に対して角度を持たせて固定した点が異なる。このように角度を持たせることにより、超音波振動子４２から発せられた振動は超音波振動板４３、空間５５に満たされた冷却水、及び振動伝達板５４を介して被洗浄物１１に伝播した超音波振動が、被洗浄物１１により反射されて戻ってきた場合、超音波伝達板５４によりその方向が変えられ、超音波振動子４２や超音波振動板４３との接着部に反射振動がダメージを与えることを防止することができる。尚、超音波伝達板５４の取り付け角度は、超音波振動板４３からの振動の透過と反射振動の関係から、２度〜２０度程度傾けると良く、１５度程度とすることが好ましい。
【００２１】
図１１は、超音波付与手段の第３の変形例である。上記各変形例と同様の構成については同一の符号を付して説明は省略する。上記変形例と異なる点は、超音波伝達板６４を支持部６１ａ、６１ｂのほぼ中心位置で折り曲げた形状となっている点である。このような構造とすることで、上記第２の変形例と同様に反射振動のダメージ低減に効果があると共に、被洗浄物１１の被洗浄面１１ａと超音波伝達板６４との間を洗浄液１３が満たす部分を広くすることができ、上記第２の変形例に比べて洗浄効率を向上することができる。図１２は、超音波付与手段の第４の変形例である。上記各変形例と同様の構成については同一の符号を付して説明は省略する。本変形例は、超音波伝達板が第１の変形例の超音波伝達板４４と異なる。本変形例における超音波伝達板７４は、超音波振動板４３と対向する側の面が平面状に形成され、被洗浄物１１と対向する側の面が凸形状に形成されたレンズ形状をなしている点が特徴である。このような構成とすることにより、超音波伝達板７４から放射される超音波振動がより均一に拡散されることとなり、被洗浄面１１ａにおけるエネルギーを均一にして洗浄処理能力の差を低減することができる。
【００２２】
図１３は、超音波付与手段の第５の変形例である。上記各変形例と同様の構成については同一の符号を付して説明は省略する。本変形例は、超音波伝達板が第２の変形例の超音波伝達板５４と異なる。本変形例における超音波伝達板８４は、超音波振動板４３と対向する側の面が平面状に形成され、被洗浄物１１と対向する側の面が凸形状に形成されたレンズ形状をなしている点が特徴である。このような構成とすることにより、第２の変形例が有する効果に加え、超音波伝達板８４から放射される超音波振動がより均一に拡散されることとなり、被洗浄面１１ａにおけるエネルギーを均一にして洗浄処理能力の差を低減することができる。
図１４は、スポット的に超音波を照射可能な構成とした超音波付与手段の第６の変形例であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。超音波付与手段９０は、リング状の支持部９１を有しており、内部に一方の面（図中下方の面）が凸形状（本変形例においては球面）をなし、他方の面が平面上に形成された超音波拡散手段９３を有している。この超音波拡散手段９３は石英、サファイア、ＳｉＣ、アルミナ、ステンレス、或いはＴａのいずれか一種から構成されている。超音波拡散手段９３の他方の面のほぼ中心位置には超音波振動子９２が接着固定されており、その外周には例えばフッ素系樹脂などからなる熱伝導シート９６が設けられている。この熱伝導シート９６上には、内部に冷却水導通路９４ａが形成されたリング状の冷却手段９４が設けられ、冷却水導通路９４ａには、冷却水を供給する冷却水供給口９５ａ及び冷却水を排出するための冷却水排出口９５ｂを設けている。超音波付与手段９０をこのような構成とすることにより、超音波拡散手段９３を冷却すると共に、超音波拡散手段９３を介して超音波振動子９２を接着剤と共に冷却することができ、更に製造が容易になると共に、メンテナンスや部材の交換をスムーズ且つ容易に行うことができる。
【００２３】
上述した実施の形態及び変形例においては、図１乃至１３に示すような直線状の形態や、図１４に示すようなスポット照射可能な形態としているが、これらの組合せは自由であり、必要に応じて適宜採用することができ、それぞれ同様の効果を奏することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、被洗浄物にダメージを与えることを極力低減すると共に、被洗浄物表面を精密に洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の枚葉スピン洗浄タイプの超音波洗浄装置の断面図
【図２】  超音波洗浄ユニットの一部斜視図
【図３】  超音波洗浄ユニットの断面図
【図４】  被洗浄物と超音波洗浄ユニットの関係を示す平面図
【図５】  被洗浄物と超音波洗浄ユニットの関係を示す縦断面図
【図６】  超音波をＯＮ−ＯＦＦ繰り返しながら照射した場合の超音波の波形を示した図
【図７】  （ａ）は連続照射の照射中に位相を１８０度ずらした場合の超音波の波形を示した図、（ｂ）は連続照射の照射中に波長（パルス幅）を変えた場合の超音波の波形を示した図、（ｃ）は連続照射の照射中に振幅（パルスの出力）を変えた場合の超音波の波形を示した図
【図８】  半導体装置の製造工程におけるアクティブエリア及びゲートコンダクタの形成工程を示す工程図
【図９】  超音波付与手段の第１の変形例を示す図
【図１０】  超音波付与手段の第２の変形例を示す図
【図１１】  超音波付与手段の第３の変形例を示す図
【図１２】  超音波付与手段の第４の変形例を示す図
【図１３】  超音波付与手段の第５の変形例を示す図
【図１４】  （ａ）は超音波付与手段の第６の変形例を示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図
【符号の説明】
１０…超音波洗浄装置、１１…被洗浄物、１２…スピン処理装置、１３…洗浄液、１４…超音波洗浄ユニット、２３、２３ａ乃至２３ｆ…ノズル、２４…超音波付与手段、２５…超音波振動子、２６…超音波振動板、２７…空間、２８…超音波伝達板、２９…冷却水供給口、３０…冷却水排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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