清洗方法、半导体器件的制造方法及显示器件的制造方法

专利名称：清洗方法、半导体器件的制造方法及显示器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体、液晶显示器件、电子器件等的精密清洗所使用的超声波振荡电源。
背景技术：
在半导体制造工序中，作为微小尘埃的微粒是引起合格率降低的重要原因之一。因此，在半导体、液晶显示器件、电子器件等的制造工序中，在各种微细加工的前后，要清洗掉附着在半导体、液晶显示器件及电子器件等表面的亚微米级微粒。
一般情况下，这种清洗同时使用用药液作为清洗液的化学清洗方法，以及对该清洗液施加超声波的超声波清洗等物理清洗方法。化学清洗对微粒的去除有效，而物理清洗对去除牢固附着的较大粒子有效。
在该清洗工序中，进行清洗时须去除的微粒大小是0.1μm级，并且必须使金属离子不溶解到清洗液中。这样的清洗工序一般使用的是浸渍式及槽式超声波处理装置。浸渍式超声波处理装置是在放有半导体、液晶显示器件、电子器件等被清洗物的清洗槽中放满处理液，将超声波振子与振动板一起安装在清洗槽底面或侧面，从该超声波振子向清洗槽放射超声波，并对处理液施加超声波振动，以此进行清洗。
但是，如果是玻璃基片时，其尺寸在1m见方以上，或者是半导体基片时，其尺寸在12英寸以上，在这样表面处理或加工面的尺寸为大型的情况下，用浸渍式，就很难在一个载体中分别放入例如25片被处理物同时进行处理。因此，往往用槽式采用一片一片进行处理的片叶式处理方式。在该槽式处理方法中，一般用传送带运送工件(被处理物)，在该过程中进行清洗等各种必要的处理。
槽式清洗单元具有形成有槽的中空状本体。该本体与处理液的供给管连接，从该供给管供给本体内的处理液从槽中流出。
在本体内部，面对处理液的流道，设有由金属薄板、石英板等构成的振动板。该振动板上粘接固定着振子。振动板的共振频率以往使用的是25-100kHz，但为了使被清洗物受到的损伤小，最多使用的是MHz频带的超声波。如果对振子施加电压，使振动板进行超声波振动，则流入本体内的处理液就有了超声波振动，利用从槽中流出的处理液进行被处理物的清洗。
但是，由于近年来形成于半导体基片及液晶显示器件用玻璃基片上的图形趋向于微细化，所以，即使使用以往被认为损伤小的MHz频带的超声波，对于微细图形，也已证实对其有损伤。此外还证实，超声波对于形成半导体基片的硅晶体本身也带来损伤。
这些对微细图形的损伤及对硅晶体的损伤使产品合格率显著下降。因此，为了减少这些损伤，考虑降低超声波输出功率，但如果降低输出功率，则附着在半导体基片表面的微粒的去除效果就会下降，残留微粒会使产品合格率下降。

发明内容
本发明的目的在于，提供这样的清洗方法、半导体器件的制造方法及有源矩阵型显示器件的制造方法，使用该方法既不会降低去除附着在被处理物表面微粒的效率，又不会损伤在作为被处理物的半导体、液晶显示器件及电子器件等上面形成的微细图形。
本发明提供一种超声波清洗方法，其特征在于，具有照射第一超声波来清洗被清洗物的第一工序；以及照射第二超声波来清洗所述被清洗物的第二工序，所述第一工序及第二工序连续反复进行，边以规定间隔依次改变所述第一超声波及所述第二超声波，边照射被清洗物进行清洗，所述第一超声波与所述第二超声波的波长不相同，以抵消规定点的共振。
本发明提供一种超声波清洗方法，其特征在于，具有照射第一超声波来清洗被清洗物的第一工序；以及照射第二超声波来清洗所述被清洗物的第二工序，所述第一工序及第二工序连续反复进行，边以规定间隔依次改变所述第一超声波及所述第二超声波，边照射被清洗物进行清洗，所述第一超声波与所述第二超声波的相位和振幅中的任何一个不相同。
本发明提供一种超声波清洗方法，其特征在于，连续性照射多种超声波来清洗被清洗物，所述多种超声波的波长互不相同，所述多种超声波每隔规定间隔照射到被清洗物进行清洗，以抵消所述被清洗物的规定点中的共振。
本发明提供一种超声波清洗方法，其特征在于，连续性照射多种超声波来清洗被清洗物，所述多种超声波的相位和振幅中的任何一个不相同，所述多种超声波每隔规定间隔照射到被清洗物进行清洗。
本发明提供一种半导体器件的制造方法，其特征在于，对于形成有图形的半导体基板的表面，连续性照射多种超声波来进行清洗，所述图形包含宽度为0.2μm以下、平面形状比为1.0以上凸形状结构物，对所述半导体基板照射所述多种超声波中波长不同的超声波，以抵消所述半导体基板的规定点的共振。
本发明提供一种半导体器件的制造方法，其特征在于，对于形成有图形的半导体基板的表面，连续性照射多种超声波来进行清洗，所述图形包含宽度为0.2μm以下、平面形状比为1.0以上凸形状结构物，所述多种超声波的相位和振幅中的任何一个不相同。
本发明提供一种半导体器件的制造方法，其特征在于，对于露出金属配线的半导体基板的表面，连续照射多种超声波来进行清洗，所述多种超声波的波长互不相同，以抵消所述半导体基板的规定点的共振。
本发明提供一种半导体器件的制造方法，其特征在于，对于露出金属配线的半导体基板的表面，连续照射多种超声波来进行清洗，所述多种超声波的相位和振幅中的任何一个不相同，以抵消所述半导体基板的规定点的共振。
本发明提供一种显示器件的制造方法，其特征在于，对于露出Si或者金属配线的表面，连续照射多种超声波来进行清洗，在所述表面的规定点，对被清洗物照射所述多种超声波中的波长不相同的超声波，以抵消共振。
本发明提供一种显示器件的制造方法，其特征在于，对于露出Si或者金属配线的表面，连续照射多种超声波来进行清洗，所述多种超声波的相位和振幅中的任何一个不相同。
又，上述各清洗方法及实施形态或制造方法，也可以适当组合后应用，也可以单独应用。
如上所述，若采用本发明，就可以不损伤被清洗物，进行精密的超声波清洗。
在以下的说明中将阐明本发明的进一步目的和作用效果，一部分通过以下说明可以明了，或通过本发明的实践可以认识到。本发明的目的及效果通过以下说明指出的手段及其结合可以实现和获得。


附图与说明书一起构成说明书部分，阐明本发明的最佳实施例，以上的总体说明及以下实施例的详细说明用于说明本发明的原理。
图1A至图1F所示为洗涤原理的机理示意图。
图2所示为在硅片上形成损伤的说明图。
图3A至图3C所示为输送波的波形图。
图4所示为损伤与输送波频率的相关性曲线图。
图5A至图5D是产生损伤的推定机理说明图。
图6A至图6F是产生损伤的推定机理说明图。
图7所示为损伤与每1波形脉冲的相关性图。
图8所示为输送波频率与微粒去除能力之间的关系图。
图9所示为在第2实施形态的清洗方法中照射的超声波脉冲的波形图。
图10所示为将第2实施形态的清洗方法应用于晶体时的缺陷结果。
图11所示为将第2实施形态的清洗方法应用于半导体器件的有效区域制造时的缺陷结果。
图12所示为将第2实施形态的清洗方法应用于液晶显示器制造时的缺陷结果。
图13所示为在第3实施形态的清洗方法中照射的超声波脉冲的波形图。
图14所示为将第3实施形态的清洗方法应用于晶体时的缺陷结果。
图15所示为将第3实施形态的清洗方法应用于半导体器件的有效区域制造时的缺陷结果。
图16所示为将第3实施形态的清洗方法应用于液晶显示器件制造时的缺陷结果。
图17所示为在第4实施形态的清洗方法中照射的超声波脉冲的波形图。
图18所示为将第5实施形态的清洗方法应用于晶体时的缺陷结果。
图19所示为将第6实施形态的清洗方法应用于半导体器件的有效区域制造时的缺陷结果。
图20所示为将第7实施形态的清洗方法应用于液晶显示器件制造时的缺陷结果。
图21A至图21C所示为应用本发明的半导体器件制造工序概况。
图22所示为超声波清洗装置的示意图。
具体实施例方式
以下参照

本发明的实施形态。
首先，参照图1A至图1F，说明本发明用超声波进行物理清洗的清洗原理的机理。
在半导体、液晶显示器件、电子器件等被清洗物1上，通过有机污染物2附着有微粒3(图1A)。使清洗液4(例如纯水)流过被清洗物1表面，从未图示的超声波清洗单元通过清洗液4将例如1.6MHz的超声波照射到被清洗物1的表面，作用于附着在表面的微粒3及有机污染物2(图1B)。清洗液4受到超声波的照射后，在清洗液4中生成OH根(图1C)。生成的OH根使附着在被清洗物1表面的有机污染物2氧化分解(图1D)。并由于照射超声波引起的振动及微小气蚀的冲击波，微粒3脱离被清洗物1(图1E)。微粒3离开被清洗物1上升，清洗结束(图1F)。
以下对应用本发明第1实施形态的超声波清洗时发生的损伤进行说明。本第1实施形态的特征是，不是对被清洗物连续照射超声波，而是反复进行超声波的照射和停止。
首先，根据用以下条件对被清洗物进行超声波清洗的实验结果进行说明。
被清洗物样品硅片 P型(1、0、0)面清洗装置片叶旋转清洗装置处理条件1％稀氢氟酸溶液(DHF)30秒→脱气水1.6MHz10分钟→臭氧水1.6MHz60秒→1％DHF30秒→臭氧水清洗10秒→旋转干燥30秒超声波输出条件电源输出30W参照图2，对按这些条件对被清洗物1即硅片(半导体基片)的硅晶体进行清洗时发生的硅片损伤情况进行说明。将P型(1、0、0)面经过氢退火的硅片1用DHF进行处理之后，进行10分钟的MHz频带清洗。又，超声波振动频率在0.6MHz以上为理想。
此时，如果将用普通驱动方式即连续波驱动的MHz频带的超声波照射到硅片1上，则如图2所示，在硅片1中央的硅晶体表面，会产生最大为1μm左右的裂纹13引起的损伤。已确认，在MHz频带的超声波上重叠100Hz的输送波进行驱动时，也同样发生该现象。
再将重叠在MHz频带超声波上的输送波频率从图3A所示的100Hz上升至图3B所示的200Hz、图3C所示的1000Hz及10000Hz(未图示)，进行了实验。
图4所示为该实验结果，可以确认，输送波的频率提高，则损伤数减少。输送波的频率只要比发出清洗用超声波的振子的共振频率低就行。
对该现象的原因，参照图5A-图5D所示的示意图，关注到硅片的任意一点进行说明。如果对该点连续照射超声波脉冲，超声波就前进至硅片1的规定深度(图5A)。超声波前进到的区域的硅晶体12a、12b……12n因超声波而发生振动，并由于摆那样的现象，振幅渐渐增大。另一方面，在超声波未前进到的区域，硅晶体虽未直接因超声波而振动，但随着超声波前进到的区域的硅晶体的振动而作振动，由此而进行振动。在它们的分界处，在硅晶体12a、12b、……12n开始产生龟裂(图5B)。如果继续照射超声波，则分界处的龟裂扩大(图5C)。分界处的龟裂进一步发展，就在分界处发生断裂，产生裂纹，从而发生损伤(图5D)。
下面参照图6A-图6D所示的示意图，对配线图形之类的结构体进行说明。如果超声波照射结构体14，结构体14由于超声波振动而向超声波前进方向及其相反方向振动(图6A、图6B)。并且，如果在同一部位受到超声波照射，则结构体14的振动由于振子运动而增幅、振幅增大(图6C、图6D)。振幅进一步扩大时，就会因断裂而发生损伤(图6E、图6F)。
根据这样的情况，考虑如果通过提高输送波的频率来减少每次连续照射的超声波脉冲数，就可以使因增幅而增大的振幅在未照射超声波脉冲的时间内得到缓和。
图7示出了损伤与每一波形脉冲的相关性。该图显示，与损伤的大小无关，每一波形的脉冲数越少，损伤也越少。
因此，为了限制连续照射在被清洗物一点上的超声波，通过规定重叠高频共振频率的输送波的波形，设定对被清洗物的一个点一次连续照射的脉冲数，并在与下一脉冲进行照射的时间之间设置缓和时间，就能防止增大振幅。
此外，图8所示为关于输送波频率与微粒去除能力的实验结果图。已证实，载波的频率为2500Hz以下时，对于微粒的去除能力不存在频率引起的差异。
根据以上各实验结果，输送波频率只要比发出超声波的振子共振频率低即可，一般情况下，1000Hz以上为实用范围，但非晶质等抗损伤强的，即使是更低的100Hz左右也允许；相反，配线图形等抗损伤更弱的，则10000Hz以上为实用范围。
此外，关于占空比(施加时间/重复周期时间)，一旦因摆现象而开始被晃动的被清洗物的规定部位，一般是以与被晃动时间基本相同的时间停止的，所以，最好占空比为50％以下，但是，占空比过分下降，每单位时间可以投入的超声波功率就受到限制，并且规定部位未必必须缓和到静止为止，所以，虽然与被清洗物的结构及材质也有关，但大致占空比在80％以下为实用范围。
在上述第1实施形态中，对反复进行超声波的照射、停止的实施形态进行了说明，而在以下各实施形态中，对不进行超声波的照射、停止而降低损伤的方法进行说明。
参照图9说明第2实施形态。图9所示为第2实施形态的清洗方法中，照射的超声波脉冲波形图。在本实施形态中，不是进行超声波的照射、停止，而是在连续照射的照射过程中使相位错开180度。又，在图9中，每80个脉冲错开180度相位。通过采用这样的照射方法，从图10所示可知，使相位错开时，无论是错开90度、180度还是270度，损伤数均为不错开相位连续照射时的大致100分之一。其原因可以认为，连续照射时，会发生用图5A至图6F说明过的损伤，但如该第2实施形态所示，在中途改变相位，就起作用抵消共振，所以缺陷减少。
图11和图12分别示出了将本实施形态的照射方法应用于后面将详细叙述的半导体器件(例如DRAM)的有效区域和液晶显示器件的制造时所产生的损伤结果。在图11中，1200个/片以上的图形缺陷几乎为0，而在图12中，9个/片以上的图形缺陷为0。因此，如果采用本第2实施形态，就能大幅度减少图形缺陷，并有效去除微粒。
参照图13说明第3实施形态。图13所示为第3实施形态的清洗方法中照射的超声波脉冲波形图。在本实施形态中，超声波相位保持不变，每隔一定时间改变脉冲宽度。在图13中，交替照射1590kHz的80个脉冲与749kHz的40个脉冲。通过采用这样的照射方法，从图14所示可知，与第2实施形态一样，缺陷数变为以同样的脉冲宽度连续照射时的大致100分之一。其原因可以认为是，与第2实施形态一样，通过中途改变脉冲宽度，使共振抵消，所以缺陷减少。
图15及图16分别示出将本实施形态的照射方法应用于后面将详细叙述的半导体器件的有效区域和液晶显示器件制造时的缺陷结果。从图15及图16均可知，与第2实施形态一样，能大幅度减少图形缺陷。
参照图17说明第4实施形态。图17所示为第3实施形态的清洗方法中照射的超声波脉冲波形图。在本实施形态中，超声波相位保持不变，每隔一定时间改变脉冲输出。又，在图17中，交替照射30W的80个脉冲和5W的80个脉冲。通过采用这样的照射方法，从图18所示可知，与第2实施形态一样，缺陷数变为以30W输出连续照射时的大致100分之一。其原因可以认为，与第2实施形态一样，通过中途改变输出，使共振抵消，所以缺陷减少。
图19和图20分别示出将本实施形态的照射方法应用于后面将详细叙述的半导体器件有效区域和液晶显示器件制造时的缺陷结果。从图19和图20均可以看出，与第2实施形态一样，能大幅度减少图形缺陷。
对应用上述清洗方法的半导体器件的有效区域及栅极导电体的形成工序进行说明。设计规则不太严格时，损伤不太成问题，但设计规则严格，达到0.2μm级时，损伤就容易出现。图21A至图21C示出应用本发明的半导体器件的制造工序概况。
首先，例如在硅基片210上形成栅极绝缘膜214(栅极氧化膜)，在其上部形成栅极导电体213，再在栅极导电体上形成构成栅极罩212的例如SiN(SiliconNitride氮化硅)膜，在其上部形成抗蚀剂膜211。对抗蚀剂膜211进行暴光显影而成像，形成掩膜，刻蚀SiN膜，形成栅极罩212(图21A)。接着，去除抗蚀剂211，清洗表面之后，按栅极罩212的掩膜图形，刻蚀栅极导电体213至栅极绝缘膜214(图21B)。再清洗表面之后，在栅极侧壁形成氧化膜215，在栅极周围形成隔离片216(图21C)，就完成例如DRAM的栅极。
在上述半导体器件的制造中，在刻蚀等工序之后，因为在其后的工序中要形成另外的层，所以必须清洗表面，此时使用本发明的超声波清洗方法是有效的。因为，当设计规则达到0.2μm级，用传统方法进行超声波清洗时，很可能会去除图21B中的(a)或图21C中的(b)所示部分，造成图形缺陷。如果在上述工序中完全不进行去除微粒的处理，则例如设计规则在0.13μm以下时，合格率仅在50％以下。此外，用传统的清洗方法进行超声波清洗时也一样。而应用本发明的清洗方法，就如上所述，图形缺陷几乎为0，可知本发明是非常有效的。此外，作为应用本发明的半导体器件，如上所述应用于设计规则为0.2μm以下的器件就很理想，而如果应用于平面形状比(例如图21C中的H/W)为1以上的器件则效果更佳。此外，关于金属配线，应用于0.7μm以下的效果更佳。
接着，对应用于P-SiTFT(Poly-Silicon Thin Film Transistor)方式的液晶显示器件的栅极形成工序的例子进行说明。基本工序是，在玻璃基片上形成SiN膜、SiO2膜、a-Si膜之后，清洗a-Si膜。然后，使a-Si膜退火、聚合化之后，形成掩膜，刻蚀poly-Si膜，形成作为栅极的poly-Si的凸点，再清洗其表面。在poly-Si膜之上形成绝缘膜、金属膜之后，形成抗蚀剂膜并加以暴光、显影，刻蚀金属膜，形成栅极线。
在液晶显示器件的情况下，面积比半导体大。此外，为了提高显示能力，最好加大开口部分。因此，须加大象素部分，并减小驱动器等外围电路。
在液晶显示器件的制造工序中，因为如上所述，必须在短时间内清洗比半导体器件的制造工序更大的面积，所以，在超声波清洗中须投入较大的功率。使用传统清洗方法引起的缺陷，例如如图12所示为10个以下，但在液晶显示器的情况下，因为无冗长电路，故这是致命性缺陷。但是，将本发明的清洗方法应用于上述工序的清洗工序时，例如从上述的图12可知，缺陷数变为0，是非常有效的。又，在半导体器件的情况下，理想的是设计规则为0.2μm以下且平面形状比为1以上，而在液晶显示器的情况下，设计规则为5μm以下且平面形状比为0.05以上时，应用本发明的清洗方法为理想。此外，关于金属配线，宽度为5μm以下的应用本发明的清洗方法较理想。
下面对使用上述超声波清洗方法的超声波清洗装置进行说明。图22为超声波清洗装置的清洗部的示意图。
超声波清洗装置是片叶旋转清洗装置，用作为保持机构的、竖立设置在旋转台22上的销23支承着被清洗物1例如半导体基片。旋转台22的转轴25由轴承27支承，并由电动机26驱动而旋转。又，轴承27固定在壳体28上。壳体28的上部有开口，在开口处配置超声波清洗单元30。超声波清洗单元30内装有未图示的振子和振动板，并可沿与被清洗物1的清洗面平行的方向自由移动。在壳体28的下部设有清洗液4的排出口29a、29b。
由于这样的构成，由未图示的驱动手段驱动振子，使振子按规定间隔反复进行振动、停止，从超声波清洗单元30向半导体基片1的被清洗面供给加有重叠在输送波上的超声波的清洗液4，在不损伤半导体基片(被清洗物1)的情况下对半导体基片进行清洗。
如上所述，若采用本发明，就能不损伤被清洗物地进行良好的超声波清洗。
本行业技术人员容易发现本发明进一步的优点及作出改进。因此，本发明在其更广的范围内，并不受本发明的说明书、典型设备及图示例子的限制。不脱离本发明的宗旨或范围，可以作出各种改进。
权利要求
1.一种超声波清洗方法，其特征在于，具有照射第一超声波来清洗被清洗物的第一工序；以及照射第二超声波来清洗所述被清洗物的第二工序，所述第一工序及第二工序连续反复进行，边以规定间隔依次改变所述第一超声波及所述第二超声波，边照射被清洗物进行清洗，所述第一超声波与所述第二超声波的波长不相同，以抵消规定点的共振。
2.一种超声波清洗方法，其特征在于，具有照射第一超声波来清洗被清洗物的第一工序；以及照射第二超声波来清洗所述被清洗物的第二工序，所述第一工序及第二工序连续反复进行，边以规定间隔依次改变所述第一超声波及所述第二超声波，边照射被清洗物进行清洗，所述第一超声波与所述第二超声波的相位和振幅中的任何一个不相同。
3.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述第二超声波的波长与所述第一超声波波长的整数倍或整数分之一的波长不相同。
4.根据权利要求1或2所述的清洗方法，其特征在于，所述超声波的振荡频率为0.6MHz以上。
5.一种超声波清洗方法，其特征在于，连续性照射多种超声波来清洗被清洗物，所述多种超声波的波长互不相同，所述多种超声波每隔规定间隔照射到被清洗物进行清洗，以抵消所述被清洗物的规定点中的共振。
6.一种超声波清洗方法，其特征在于，连续性照射多种超声波来清洗被清洗物，所述多种超声波的相位和振幅中的任何一个不相同，所述多种超声波每隔规定间隔照射到被清洗物进行清洗。
7.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，对于形成有图形的半导体基板的表面，连续性照射多种超声波来进行清洗，所述图形包含宽度为0.2μm以下、平面形状比为1.0以上凸形状结构物，对所述半导体基板照射所述多种超声波中波长不同的超声波，以抵消所述半导体基板的规定点的共振。
8.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，对于形成有图形的半导体基板的表面，连续性照射多种超声波来进行清洗，所述图形包含宽度为0.2μm以下、平面形状比为1.0以上凸形状结构物，所述多种超声波的相位和振幅中的任何一个不相同。
9.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，对于露出金属配线的半导体基板的表面，连续照射多种超声波来进行清洗，所述多种超声波的波长互不相同，以抵消所述半导体基板的规定点的共振。
10.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，对于露出金属配线的半导体基板的表面，连续照射多种超声波来进行清洗，所述多种超声波的相位和振幅中的任何一个不相同，以抵消所述半导体基板的规定点的共振。
11.一种显示器件的制造方法，其特征在于，对于露出Si或者金属配线的表面，连续照射多种超声波来进行清洗，在所述表面的规定点，对被清洗物照射所述多种超声波中的波长不相同的超声波，以抵消共振。
12.一种显示器件的制造方法，其特征在于，对于露出Si或者金属配线的表面，连续照射多种超声波来进行清洗，所述多种超声波的相位和振幅中的任何一个不相同。
全文摘要
一种将加有超声波的清洗液供给被清洗物，来清洗所述被清洗物的超声波清洗方法，对所述清洗液施加所述超声波，以规定间隔反复进行施加、停止的方式进行。用该超声波清洗方法进行清洗时，可以既不降低去除附着在被清洗物表面的微粒的效率，又不损伤被清洗物。
文档编号B08B3/02GK1623689SQ20041006156
公开日2005年6月8日 申请日期2001年4月27日 优先权日2000年9月11日
发明者速水直哉 申请人:东芝株式会社