超音波基板処理ユニット及び超音波基板処理装置
【課題】重量の増加を抑制しつつ、超音波を放射する放射面を大きく確保できる超音波基板処理ユニット及び超音波基板処理装置を提供する。
【解決手段】超音波基板処理ユニット10は、対向する半導体ウェハWHの表面WSに超音波を放射する放射面31を有する振動体30と、これを超音波振動させて、放射面31から超音波を放射させる複数の超音波振動子21とを備える。振動体30は、クサビ形状で、放射面31を複数の分割放射面に仮想的に分割する複数のクサビ部からなる。クサビ部は、分割放射面、これと鋭角αをなし、超音波振動子21で加振される加振面、分割放射面と鋭角βをなし、加振面とも角γをなし、分割放射面及び加振面に直交する仮想直交面に対して直交し、加振面から離れるほど分割放射面に近づく平坦なクサビ面、で囲まれる形態とされてなる。
【解決手段】超音波基板処理ユニット10は、対向する半導体ウェハWHの表面WSに超音波を放射する放射面31を有する振動体30と、これを超音波振動させて、放射面31から超音波を放射させる複数の超音波振動子21とを備える。振動体30は、クサビ形状で、放射面31を複数の分割放射面に仮想的に分割する複数のクサビ部からなる。クサビ部は、分割放射面、これと鋭角αをなし、超音波振動子21で加振される加振面、分割放射面と鋭角βをなし、加振面とも角γをなし、分割放射面及び加振面に直交する仮想直交面に対して直交し、加振面から離れるほど分割放射面に近づく平坦なクサビ面、で囲まれる形態とされてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の被処理基板の被処理表面に、純水や薬液を介して超音波を照射し、この基板の被処理表面の洗浄や処理を行う超音波基板処理ユニット、及びこれを備えて被処理基板を処理する超音波基板処理装置に関し、特に、被処理基板の広い範囲を処理できる超音波基板処理ユニット及び超音波基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハやガラス基板等の基板の表面を洗浄等する基板処理装置や洗浄装置として、たとえば、特許文献１，２が知られている。これらに記載のものでは、三角柱状（くさび形）の振動体の取付面（背面）に超音波振動子を取り付け、これを振動させて、基板に対向させた基板対向面（平行面）から超音波を放射させて、基板を洗浄等する。
これらの装置では、取付面（背面）の大きさに比して、広い放射面から超音波を放射できるので、基板の広い範囲に亘って洗浄等を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６３１９５号公報（図１参照）
【特許文献２】特開２００４−３５６５９２号公報（図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１，２に記載されているように、基板が振動体よりも大きい場合には、基板を回転させて、基板全体の洗浄等を行うことにならざるを得ない。
しかしながら、処理のスループット向上の要請や、半導体ウェハなどの被処理基板の大型化に伴い、さらに大きな放射面を有する超音波基板処理ユニット及びこれを備えた超音波基板処理装置が求められている。
これに対応するに当たり、単に、振動体を比例的に大型化する、例えば、振動体の各部の寸法を２倍とすると、放射面の大きさは４倍（２2倍）とすることができる。しかし、振動体の重量は８倍（２3倍）になるというように、単に放射面の大きさを大きくするだけでは、振動体の重量の増加の方が大きく影響し、振動体の吊り下げ等、振動体の保持が難しくなる不具合がある。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、重量の増加を抑制しつつ、超音波を放射する放射面を大きく確保できる超音波基板処理ユニット及び超音波基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
その解決手段の一態様は、被処理基板の被処理表面に対向させて、上記被処理表面に向けて超音波を放射する平坦な単一の放射面を有する一体の振動体と、上記振動体を超音波振動させて、上記放射面から超音波を放射させる複数の超音波振動子と、を備える超音波基板処理ユニットであって、上記振動体は、クサビ形状をなし、上記放射面を複数の分割放射面に仮想的に分割する、複数のクサビ部からなり、複数の上記クサビ部は、それぞれ、上記分割放射面と、上記分割放射面と鋭角をなし、少なくとも１つの上記超音波振動子の超音波振動が加えられる平坦な加振面と、上記分割放射面と鋭角をなし、上記加振面とも角をなし、上記分割放射面及び上記加振面に直交する仮想直交面に対して直交し、上記加振面から離れるほど上記分割放射面に近づく平坦なクサビ面と、で囲まれる形態とされてなる超音波基板処理ユニットである。
【０００７】
この超音波基板処理ユニットでは、単一の放射面を有する振動体を用いながらも、この振動体は、放射面を複数の分割放射面に仮想的に分割する複数のクサビ部からなっている。なお、このクサビ部は、分割放射面と加振面及びクサビ面とで囲まれ、クサビ形状をなしている。
従って、各々クサビ部の加振面を、それぞれ少なくとも１つの超音波振動子で加振することで、各々のクサビ部の分割放射面から超音波が放射されるから、従来に比して、さらに広い面積に亘って、被処理基板を処理（洗浄等）することができる。
しかも、例えば、放射面の面積を２倍としても、振動体の重量もこれに比例して２倍程度となるだけに止めることができる。かくして、重量の増加を抑制しつつ、超音波を放射する放射面を大きく確保した超音波基板処理ユニットとすることができる。従って、振動体の保持も容易である。
さらに、振動体を一体としているので、従来のクサビ形の振動体を複数同時に用いたとした場合よりも、振動体の扱いや処理が容易である。また、被処理基板の被処理表面が、放射面よりも小さい場合には、被処理基板を回転させることなく一度に洗浄等の処理を行うことができる。
【０００８】
なお、振動体を上述のように構成したので、各クサビ部は、各分割放射面で単一の放射面を形成する一方、加振面は互いに異なる方向を向いている。また、クサビ面も互いに異なる方向を向いている。
この振動体は、一体の部材とされてなり、たとえば、全体を金属塊からの削り出しで形成した金属体や一体に鋳造した金属体、一体焼結したセラミックス体が挙げられる。
【０００９】
また、加振面に超音波振動を加える超音波振動子は、接着剤等によって、加振面に直接固着されていても良いし、振動伝達部材を介して接続されていても良い。
超音波振動子としては、たとえば、板状の圧電セラミックスからなるものが挙げられる。その他、積層型、ボルト締めランジュバン形振動子などの超音波振動子を用いることもできる。また、１つの加振面に、複数の超音波振動子を接続しても良い。そのほか、クサビ部の加振面に接続する超音波振動子の共振周波数を、各クサビ部のうち、一部について異ならせる、或いは、いずれのクサビ部についても互いに異ならせるようにすることもできる。
なお、各クサビ部の加振面に接続された各超音波振動子を、駆動するパターンとしては様々なパターンを用いることができる。たとえば、各超音波振動子を、同時に駆動しても良いし、交互に駆動したり、順次駆動する、或いは一部のみ駆動するなどの駆動パターンとすることができる。
【００１０】
振動体は、各クサビ部の分割放射面が互いに同じ面積となる形態とするのが好ましく、さらには、各クサビ部が互いに同様の形態となるのが好ましい。
また、クサビ面と加振面とのなす角は、鋭角、鈍角のいずれとしても良いが、９０度近くの大きさとするのが好ましく、特に、９０度とすると良い。このようにすると、加振面から入射した超音波を、クサビ面で反射することなく、このクサビ面に沿ってクサビ部の先端に向けて進行させることができる。このため、クサビ部のうち先端部分まで直接超音波を伝えることが出来る上、クサビ面での超音波の反射に伴って、分割放射面から放射される超音波の強度が場所的に不均一となるのを防止し、分割放射面の各所から均一に超音波を放射させることができる。
【００１１】
また、上述の超音波基板処理ユニットであって、前記クサビ部は、前記クサビ面と前記加振面とのなす角が９０度である超音波基板処理ユニットとすると良い。
【００１２】
この超音波基板処理ユニットでは、クサビ部において、加振面がクサビ面と直交している。なお、加振面は分割放射面と鋭角に交叉している。このため、加振面からこの加振面に直交する方向に入射した超音波は、（クサビ面が加振面に直交しているから）クサビ面に沿って、このクサビ面と分割放射面が接近する先細の先端側に向けてクサビ部（振動体）内を進行する。すると、超音波が進行するに従って、分割放射面のうち加振面に近い部位から順に、超音波の一部が到達するので、ここから、この分割放射面と被処理基板との間に保持される純水などの媒体を介して、被処理基板に向けて超音波が放射される。そして、クサビ部内を進行する超音波は、クサビ面と加振面とがなす角を鈍角である場合と異なり、加振面から最も離れた先端部（クサビ面と分割放射面が交叉する付近）まで直接届くため、分割放射面について、その加振面側から先端部まで、全体に亘って均一に超音波を放射することができる。しかも、クサビ面と加振面とがなす角を鋭角とした場合と異なり、クサビ部内を進行する超音波が、クサビ面に反射されることなくクサビ面に沿って進行するので、反射波との干渉等による超音波強度の場所的な不均一が生じにくく、分割放射面の各部から放射される超音波の強度が、加振面からの距離に影響されにくい。
【００１３】
さらに、上述のいずれかに記載の超音波基板処理ユニットであって、前記振動体は、各々の前記クサビ部のうち前記加振面から最も離れた先端部が、いずれも前記放射面の径方向の中央部分に集まった形態とされてなる超音波基板処理ユニットとすると良い。
【００１４】
この超音波基板処理ユニットでは、各クサビ部の先端部が、放射面の径方向の中央部分に集まった形態とされている。この先端部は、放射面とクサビ面との間の距離（厚み）が薄くなっている。従って、この振動体は、周囲が厚く、中央部分が薄い形態となっている。
また、この振動体は、放射面の径方向の外側、つまり振動体の外周に各クサビ部の加振面が位置している形態となる。このため、複数のクサビ部が含まれていながら、各加振面の面積を十分に確保できるから、より大きな超音波振動子で加振面全体を加振できるので、各クサビ部を、従って、振動体全体を、各超音波振動子で十分に加振できる。かくして、各分割放射面から、従って放射面から、強力な超音波を放射させることができる。
【００１５】
さらに、上述の超音波基板処理ユニットであって、前記振動体は、各々の前記クサビ部の前記分割放射面およびクサビ面が三角形状をなす形態とされてなる超音波基板処理ユニットとすると良い。
【００１６】
従来（特許文献１，２参照）の三角柱状（クサビ状）の振動体と比較すれば判るように、この超音波基板処理ユニットでは、上述の形態の振動体を有するので、各クサビ部において、分割放射面の大きさの割に、加振面を大きく確保できるから、より大きな超音波振動子で加振面全体を加振できるので、各クサビ部を、従って、振動体全体を、各超音波振動子で十分に加振できる。かくして、各分割放射面から、従って放射面から、強力な超音波を放射させることができる。
【００１７】
さらに、上述の超音波基板処理ユニットであって、前記振動体は、各々の前記クサビ部が、互いに同形状となる形態とされてなり、各々のクサビ部の前記加振面に接続される前記超音波振動子も、互いに同等である超音波基板処理ユニットとすると良い。
【００１８】
この超音波基板処理ユニットでは、振動体は、各クサビ部の先端部が中央に集まり、各分割放射面が三角形状で、しかも各クサビ部が同形状となる形態とされてなる。このような形態の振動体では、放射面が正多角形（たとえば正方形）となる。しかも、各クサビ部において、加振面に接続される超音波振動子も互いに同等である。
このため、この超音波基板処理ユニットでは、同形状の各クサビ部を、同等の超音波振動子で超音波振動させることができるので、放射面全体に亘って、均一に超音波を放射させることができる。
【００１９】
さらに、上述のいずれか１項に記載の超音波基板処理ユニットであって、前記振動体は、前記放射面の大きさが、前記被処理基板の前記被処理表面よりも、大きくされてなる超音波基板処理ユニットとすると良い。
【００２０】
この超音波基板処理ユニットでは、振動体の放射面が、被処理基板の被処理表面よりも大きくされている。このため、振動体の放射面で被処理表面全体を覆うようにして、超音波によって洗浄等の処理を行うことで、従来のように、被処理基板を回転させることなく、容易にかつ早く、被処理表面全体を処理することができる。
【００２１】
さらに、上述のいずれか１項に記載の超音波基板処理ユニットと、前記超音波振動子を駆動する駆動装置と、を備える超音波基板処理装置とすると良い。
【００２２】
前述の超音波基板処理ユニットを備える超音波基板処理装置では、振動板の放射面の大きさを大きく確保できる一方で、振動体の重量増加を抑制した超音波基板処理装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態にかかる超音波基板処理装置を示す説明図である。
【図２】実施形態にかかる超音波基板処理装置のうち、振動体及び超音波振動子を有する超音波基板処理ユニットの斜視図である。
【図３】実施形態にかかる超音波基板処理装置のうち、超音波基板処理ユニットの平面図である。
【図４】実施形態にかかる超音波基板処理装置のうち、超音波基板処理ユニットの側面図である。
【図５】実施形態にかかり、振動体の放射面における分割の様子を示す説明図である。
【図６】実施形態にかかり、振動体の分割放射面及び加振面と、これらに直交する仮想直交面との関係を示す説明図である。
【図７】実施形態にかかり、振動体を複数のクサビ部に仮想的に分割した場合の、クサビ部の形状を示す、クサビ部及び振動子ユニットの仮想的な側面図である。
【図８】変形形態１にかかり、振動体の放射面における分割の様子を示す説明図である。
【図９】変形形態２にかかり、振動体の放射面における分割の様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（実施形態）
超音波基板処理ユニット及びこれを用いた超音波基板処理装置についての実施の形態を、図１〜図７を参照して説明する。
図１に示す超音波基板処理装置１は、主として、超音波基板処理ユニット１０と、これを駆動する駆動装置２と、洗浄液ＣＷを供給する洗浄液供給装置５からなる。このうち、図２〜図４に示す超音波処理ユニット１０は、大略、正方形椀状とされた振動体３０と、その側面３３にそれぞれ固着された４つの超音波振動子２１をそれぞれ含む４つの振動子ユニット２０とからなる。駆動装置２は、各々超音波振動子２１を駆動する発振回路ユニット４と、これらの駆動を総合的に制御する駆動制御装置３とを含んでいる。
【００２５】
洗浄液供給装置５は、供給配管６を通じて、洗浄液ＣＷを振動体３０の供給孔３４Ｈに供給する。供給された洗浄液ＣＷは、振動体３０の放射面３１（図１中、下面）と、これに対向する半導体ウェハＷＨの表面ＷＳとの間を満たして、放射面３１から放射された超音波を半導体ウェハＷＨの表面ＷＳに伝える媒体として機能する。
一方、この洗浄液ＣＷは、排出孔３５Ｈを通じて、排出配管７から排出される。
【００２６】
次いで、超音波処理ユニット１０について、図２〜図４を参照して説明する。この超音波処理ユニット１０は、前述したように、振動体３０と、４つの振動子ユニット２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）とならなる。
このうち、振動体３０は、金属塊から削り出されて一体に形成されている。この振動体３０は、厚み方向一方側（図４中、下側）の放射面３１が平坦な平面とされている一方、その逆側の面は、中央が凹んだ凹形面３２とされている。さらに具体的には、凹形面３２は、これによって形成される空間が、概略、四角錐台となる凹形状を有しており、中央に向かう４つの稜線３２Ｒが形成されている。
次述する給液孔３４Ｈ，排出孔３５Ｈ、及び保持ネジ孔３６Ｈは、いずれも、この稜線３２Ｒ上に形成されている。これらを、後述する各クサビ部４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ同士の境界となる稜線３２Ｒ上に形成することで、各クサビ部４０Ａ等を伝わる超音波振動への影響を少なくすることができるからである。
【００２７】
振動体３０の径方向ＤＲの中央部分（稜線３２Ｒの交点）には、供給配管６を接続する給液部３４が形成されており、その中心（振動体３０の径方向ＤＲの中心）には、放射面３１まで届く給液孔３４Ｈが穿孔されている。
また、稜線３２Ｒ上には、排出配管７を接続し、排出孔３５Ｈを通じて放射面３１側からの洗浄液ＣＷを排出する排出部３５がそれぞれ形成されている。
さらに、この稜線３２Ｒ上には、保持ネジ孔３６Ｈがそれぞれ形成されており、図１に示すように、これにユニット保持具８を締結して、超音波処理ユニット１０を所定位置に保持する。
また、振動体３０の側面３３（加振面４２）には、矩形板状で、圧電セラミックスからなる超音波振動子２１（図４において、２１Ｂ，２１Ｄのみ破線で示す）が、接着剤（図示しない）により固着されている。
【００２８】
この超音波振動子２１は、防水カバー２４（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）により、液密に包囲されている。超音波振動子２１は、それぞれ、この防水カバー２４に形成した接続端子２２（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）、及び、接続ケーブル２３（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ）を介して、駆動装置２の発振回路ユニット４に接続されている。このため、駆動制御装置３の指示に従って、発振回路ユニット４が作動することにより、超音波振動子２１を駆動し、この超音波振動子２１に超音波振動を生じさせることができる。
【００２９】
この振動体３０について、さらに詳細に説明する。図５に示すように、振動体３０を、その放射面３１において、対角線に相当する分割線ＬＬ，ＭＭで仮想的に分割する。すると、振動体３０は、４つの互いに同一形態のクサビ部４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ）に、仮想的に分割され、放射面３１は、分割放射面４１（４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ）に分割される。図７に示すように、各クサビ部４０（４０Ａ…）には、それぞれ振動子ユニット２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）が配置され、その加振面４２（４２Ａ…）に、超音波振動子２１（２１Ａ…）が１つずつ固着されている。
【００３０】
この振動体３０を仮想的に分割したクサビ部４０について説明する。本実施形態では、振動体３０をなす各クサビ部４０は、側面視、図７に示すように、略三角形状をなしている。具体的には、分割放射面４１（放射面３１）と加振面４２（側面３３）とがなす角αは、鋭角（たとえば、７０度）とされている。また、加振面４２（側面３３）と、凹形面３２の一部をなすクサビ面４３とがなす角γは、直角とされている。従って、分割放射面４１（放射面３１）とクサビ面４３とがなす角βは、鋭角（たとえば２０度）とされている。このクサビ面４３は、加振面４２から離れるほど分割放射面４１に近づく平坦なクサビ面となっている。しかも、このクサビ面４３は、図６に示すように、分割放射面４１（放射面３１）及び加振面４２に直交する仮想直交面ＨＰに対して直交している。
なお、クサビ部４０において、加振面４２から離れる側（図７中、左側）を先端側と表現することとする。
また、本実施形態では、各クサビ部４０（４０Ａ…）は、各分割放射面４１（４１Ａ…）で単一の放射面３１を形成する一方、加振面４２は互いに異なる方向を向いている。また、クサビ面４３も互いに異なる方向を向いている。
【００３１】
また、このクサビ部４０のうち、加振面４２には、図７において破線で示すように、超音波振動子２１が固着されている。従って、この超音波振動子２１を駆動装置２で駆動して超音波振動させると、加振面４２から進行超音波ＵＳ１が、この加振面４２に直交する方向に進行する。ここで、前述したように、本実施形態では、加振面４２とクサビ面４３とがなす角γが直角とされている。このため、進行超音波ＵＳ１は、クサビ面４３に沿って先端側（図７中、左下方向）に向けて進行する。従って、本実施形態の超音波基板処理ユニット２０（振動体３０）では、進行超音波ＵＳ１が、クサビ面４３で反射されること無く、クサビ面４３と分割放射面が接近する先細の先端側に向けて、クサビ部４０内を進行する。
【００３２】
すると、進行超音波ＵＳ１が進行するに従って、分割放射面４１のうち加振面４２に近い部位から順に、進行超音波ＵＳ１の一部が到達するので、ここから、この分割放射面４１と半導体ウェハＷＨの表面ＷＳとの間に保持される洗浄液ＣＷを介して、半導体ウェハＷＨの表面ＷＳに向けて放射超音波ＵＳ２が放射される（放射の際、超音波は屈折する）。
そして、クサビ部４０内を進行する進行超音波ＵＳ１は、角γを鈍角とした場合と異なり、クサビ面４３に沿って、加振面４２から最も離れた先端部４５（クサビ面４３と分割放射面４１が交叉する付近）まで直接届くため、分割放射面４１について、その加振面４２側から先端部４５まで、全体に亘って均一に放射超音波ＵＳ２を放射することができる。しかも、角γを鋭角とした場合と異なり、クサビ部４０内を進行する進行超音波ＵＳ１が、クサビ面４３に反射されることなくクサビ面４３に沿って進行するので、反射波との干渉等による超音波強度の場所的な不均一が生じにくく、分割放射面４２の各部から放射される放射超音波ＵＳ２の強度が、加振面４２からの距離に影響されにくくなっている。
【００３３】
しかも、この超音波基板処理ユニット１０では、単一の放射面３１を有する振動体３０を用いながらも、この振動体３０は、放射面３１を４つの分割放射面４１に仮想的に分割する４つのクサビ部４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ）からなっている。
従って、各々クサビ部４０の加振面４３を、超音波振動子２１で加振することで、各々のクサビ部４０の分割放射面４１から放射超音波ＵＳ２を放射させることができるから、従来に比して、さらに広い面積に亘って、半導体ウェハＷＨを洗浄することができる。
しかも、本実施形態の超音波基板処理ユニット１０では、例えば、放射面３１の大きさを、１つのクサビ部の分割放射面の４倍としているが、振動体３０の重量もこれに比例して、１つのクサビ部の４倍程度となるに止めることができる。かくして、重量の増加を抑制しつつ、超音波を放射する放射面を大きく確保できる超音波基板処理ユニット１０とすることができる。従って、ユニット保持具８による振動体３０の保持も容易である。また、この超音波基板処理ユニット１０を用いた本実施形態の超音波基板処理装置１でも、振動板３０の放射面３１の大きさを大きく確保できる一方で、振動体３０の重量増加を抑制することができる。
【００３４】
さらに、たとえば、クサビ部４０に相当する個別のクサビ形の振動体を４つ並べて用いた場合に比して、本実施形態では、振動体３０を一体としているので、振動体３０の扱いや処理が容易である。また、本実施形態では、図５に破線で示すように（図１、図７も参照）、半導体ウェハＷＨの表面ＷＳが、放射面３１よりも小さいので、この半導体ウェハＷＨを回転させることなく一度に洗浄処理を行うことができる。
【００３５】
さらに、本実施形態の超音波基板処理ユニット１０では、各クサビ部４０の先端部４５（４５Ａ…）が、放射面３１の径方向ＤＲの中央部分に集まった形態とされている（図５参照）。この先端部４５は、他に比して、放射面４１とクサビ面４３との間の距離（厚み）が薄くなっている。つまり、この振動体３０は、周囲が厚く、中央部分が薄い形態となっている。
その一方、この振動体３０は、放射面３１の径方向ＤＲの外側、つまり振動体３０の外周に各クサビ部４０の加振面４２が位置している形態となる。このため、複数のクサビ部４０（４０Ａ…）が含まれていながら、各加振面４２の面積を十分に確保できるから、より大きな超音波振動子２１で加振面４２全体を加振できるので、各クサビ部４０を、従って、振動体３０全体を、各超音波振動子２１で十分に加振できる。かくして、各分割放射面４１（４１Ａ…）から、従って放射面３１から、強力な放射超音波ＵＳ２を放射させることができる。
【００３６】
また、本実施形態では、各クサビ部４０は、分割放射面４１（４１Ａ…）が互いに同じ同形であり同面積とされている。このため、各クサビ部４０に関する特性を同じとすることができ、取り扱いが容易である。
【００３７】
さらに、本実施形態の超音波基板処理ユニット１０では、振動体３０は、各々のクサビ部４０の分割放射面４１およびクサビ面４３が三角形状をなす形態とされてなる。
従来（特許文献１，２参照）の三角柱状（クサビ状）の振動体と比較すれば判るように、この超音波基板処理ユニット１０では、上述の形態の振動体３０を有するので、各クサビ部４０において、分割放射面４１の大きさの割に、加振面４２を大きく確保できるから、より大きな超音波振動子２１で加振面４２全体を加振できるので、各クサビ部４０を、従って、振動体１０全体を、各超音波振動子２１で十分に加振できる。かくして、各分割放射面４１から、従って放射面３１から、強力な放射超音波ＵＳ２を放射させることができる。
【００３８】
しかも、この実施形態では、振動体３０は、の各々のクサビ部４０が、互いに同形状となる形態とされている上、各々のクサビ部４０（４０Ａ…）の加振面４２（４２Ａ…）に接続される超音波振動子２１（２１Ａ…）も、互いに同等（同形状、同特性）とされている。
即ち、本実施形態の超音波基板処理ユニット１０では、振動体３０は、各クサビ部４０（４０Ａ…）の先端部４５が中央に集まり、各分割放射面４１が三角形状で、しかも各クサビ部４０が互いに同形状となる形態とされてなる。このような形態の振動体３０では、放射面３１が正多角形（たとえば正方形）となる。しかも、各クサビ部４０において、加振面４２に接続される超音波振動子２１（２１Ａ…）も互いに同等である。
このように超音波基板処理ユニット１０では、同形状の各クサビ部４０を、同等の超音波振動子２１で超音波振動させることができるので、放射面３１全体に亘って、均一に放射超音波ＵＳ２を放射させることができる。
【００３９】
なお、本実施形態の超音波基板処理装置１では、駆動装置２（駆動制御回路３）による各発振回路ユニットの駆動パターンを変えることによって、放射面３１（分割放射面４１）から放射させる放射超音波ＵＳ２の放射パターンや放射タイミングを制御することができる。たとえば、最も単純には、４つの発振回路ユニット４を同時に駆動して、各超音波振動子２１（２１Ａ…）をいずれも振動させて、放射面３１全面から同時に放射超音波ＵＳ２を放射させるパターンが挙げられる。また、４つの発振回路ユニット４を順に駆動して、各超音波振動子２１（２１Ａ…）を順に振動させて、放射面３１の各分割放射面４１から順に放射超音波ＵＳ２を放射させるパターンが挙げられる。あるいは、２つの発振回路ユニット４毎に駆動して、各超音波振動子２１（２１Ａ…）を２つずつ交互に振動させて、放射面３１の分割放射面４１の２つずつから交互に放射超音波ＵＳ２を放射させるパターンも挙げられる。
【００４０】
（変形形態１）
上述した実施形態では、振動体３０として、２本の仮想分割線ＬＬ、ＭＭにより、正方形状の放射面３１が、４つの三角形状の分割放射面４１（４１Ａ…）に仮想的に分割されて、４つのクサビ部４０（４０Ａ…）から構成される形態とした。
【００４１】
これに対し、本変形形態１の超音波基板処理ユニット１１０における振動体１３０では、図８に示すように、２本の仮想分割線ＮＮ，ＰＰにより、正方形状の放射面１３１を４つの正方形状の分割放射面１４１（１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃ，１４１Ｄ）に仮想的に分割されて、４つの互いに同形状のクサビ部１４０（１４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｃ，１４０Ｄ）を含む形態とされている。
各クサビ部１４０における各クサビ面の傾斜方向は、各クサビ部１４０中を進行する進行超音波ＵＳ１の進行方向を、図８中に示すことで、判るようにしてある。
この変形形態１にかかる超音波基板処理ユニット１１０でも、実施形態と同様、各々クサビ部１４０の各分割放射面１４１から放射超音波ＵＳ２が放射されるから、従来に比して、さらに広い面積に亘って、半導体ウェハＷＨを処理することができる。
【００４２】
但し、本変形形態１では、４つの互いに同等の超音波振動子１２１（１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄ）の長さが、放射面１３１の各辺の約１／２の大きさとなるので、前述の実施形態における超音波振動子２１よりも小さくなっている（約半分）。このため、放射面１３１から放射できる放射超音波ＵＳ２の強度が、実施形態よりも小さくなる。
【００４３】
（変形形態２）
本変形形態２の超音波基板処理ユニット２１０における振動体２３０は、図９に示すように、正六角形状の放射面２３１を有する。この振動体２３０は、この放射面２３１の中心を通る対角線を３本の仮想分割線ＱＱ，ＲＲ，ＳＳにより、この放射面２３１が、６つの三角形状の分割放射面２４１（２４１Ａ，２４１Ｂ，２４１Ｃ，２４１Ｄ，２４１Ｅ，２４１Ｆ）に仮想的に分割されて、６つの互いに同形状のクサビ部２４０（２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃ，２４０Ｄ，２４０Ｅ，２４０Ｆ）を含む形態とされている。なお、容易に理解出来るように、各クサビ部２４０におけるクサビ面（図示しない）の三角形状となる。
【００４４】
本変形形態２における振動体２３０は、実施形態の振動体３０と同様、中央部分の厚みが薄くされた形態となっている。また、６つの同等の超音波振動子２２１（２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃ，２２１Ｄ，２２１Ｅ，２２１Ｆ）が、振動体２３０のうち放射面２３１の外周をなす加振面２４２（２４２Ａ…）にそれぞれ接続されている。従って、各クサビ部２４０中を進行する進行超音波ＵＳ１は、図９中に示すように、いずれも放射面２３１の径方向の中央部分の先端部２４５に向かってそれぞれ進行する。
【００４５】
この変形形態２にかかる超音波基板処理ユニット２１０でも、実施形態と同様、各々クサビ部２４０の各分割放射面２４１から放射超音波ＵＳ２が放射されるから、従来に比して、さらに広い面積に亘って、半導体ウェハＷＨを処理することができる。また、実施形態と同様な部分については同様の作用効果を奏する。
【００４６】
以上において、本発明を実施形態及び変形形態１，２に即して説明したが、本発明は上記実施形態等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、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態では、超音波基板処理装置１として、半導体ウェハＷＨを洗浄するものを示したが、薬液等を用いて、被処理基板を超音波（放射超音波）で処理するものとしても良い。また、超音波振動子２１として、板状の圧電セラミックス体を加振面４２に直接接着した例を示したが、ボルト締めランジュバン形振動子などを用いることもできる。
また、実施形態では、振動体３０の中央に１つの給液孔３４Ｈ（給液部３４）を、振動体３０の周囲部分に４つの排出孔（排出部３５）を設けた例を示した。しかし、例えば、図１に破線に矢印で示すように、この逆に、周囲部分に給液孔（給液部）を設け、中央に排出孔（排出部）を設けるようにしても良い。また、実施形態における４つの排出孔３５Ｈのうち、２つを排出孔ままとし、他の２つを給液孔に代えるようにすることもできる。
なお、いずれの場合も、給液孔３４Ｈ及び排出孔３５Ｈは、各クサビ部４０Ａ等の境界に形成される稜線３２Ｒ上に形成するのが好ましい。
【符号の説明】
【００４７】
ＷＨ 半導体ウェハ（被処理基板）
ＷＳ （半導体ウェハの）表面（被処理表面）
ＣＷ 洗浄液（媒体）
１ 超音波基板処理装置
２ 駆動装置
３ 駆動制御装置
１０，１１０，２１０ 超音波基板処理ユニット
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 振動子ユニット
２１，２１Ａ,２１Ｂ，２１Ｃ,２１Ｄ,１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄ，２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃ，２２１Ｄ，２２１Ｅ，２２１Ｆ 超音波振動子
３０，１３０，２３０ 振動体
３１，１３１，２３１ 放射面
３２ 凹形面
３３ 側面（加振面）
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，１４０，１４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｃ，１４０Ｄ，２４０，２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃ，２４０Ｄ，２４０Ｅ，２４０Ｆ クサビ部
４１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，１４１，１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃ，１４１Ｄ，２４１，２４１Ａ，２４１Ｂ，２４１Ｃ，２４１Ｄ，２４１Ｅ，２４１Ｆ 分割放射面
４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ 加振面
４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄ クサビ面
α 分割放射面と加振面とがなす角
β 分割放射面とクサビ面とがなす角
γ 加振面とクサビ面とがなす角
ＵＳ１ （クサビ部（振動体）を伝わる）進行超音波
ＵＳ２ （クサビ部（分割放射面）から放射された）放射超音波
ＨＰ （分割放射面及び加振面に直交する）仮想直交面
４５，４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ，４５Ｄ （クサビ部の）先端部
ＤＲ （放射面の）径方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の被処理基板の被処理表面に、純水や薬液を介して超音波を照射し、この基板の被処理表面の洗浄や処理を行う超音波基板処理ユニット、及びこれを備えて被処理基板を処理する超音波基板処理装置に関し、特に、被処理基板の広い範囲を処理できる超音波基板処理ユニット及び超音波基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハやガラス基板等の基板の表面を洗浄等する基板処理装置や洗浄装置として、たとえば、特許文献１，２が知られている。これらに記載のものでは、三角柱状（くさび形）の振動体の取付面（背面）に超音波振動子を取り付け、これを振動させて、基板に対向させた基板対向面（平行面）から超音波を放射させて、基板を洗浄等する。
これらの装置では、取付面（背面）の大きさに比して、広い放射面から超音波を放射できるので、基板の広い範囲に亘って洗浄等を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６３１９５号公報（図１参照）
【特許文献２】特開２００４−３５６５９２号公報（図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１，２に記載されているように、基板が振動体よりも大きい場合には、基板を回転させて、基板全体の洗浄等を行うことにならざるを得ない。
しかしながら、処理のスループット向上の要請や、半導体ウェハなどの被処理基板の大型化に伴い、さらに大きな放射面を有する超音波基板処理ユニット及びこれを備えた超音波基板処理装置が求められている。
これに対応するに当たり、単に、振動体を比例的に大型化する、例えば、振動体の各部の寸法を２倍とすると、放射面の大きさは４倍（２2倍）とすることができる。しかし、振動体の重量は８倍（２3倍）になるというように、単に放射面の大きさを大きくするだけでは、振動体の重量の増加の方が大きく影響し、振動体の吊り下げ等、振動体の保持が難しくなる不具合がある。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、重量の増加を抑制しつつ、超音波を放射する放射面を大きく確保できる超音波基板処理ユニット及び超音波基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
その解決手段の一態様は、被処理基板の被処理表面に対向させて、上記被処理表面に向けて超音波を放射する平坦な単一の放射面を有する一体の振動体と、上記振動体を超音波振動させて、上記放射面から超音波を放射させる複数の超音波振動子と、を備える超音波基板処理ユニットであって、上記振動体は、クサビ形状をなし、上記放射面を複数の分割放射面に仮想的に分割する、複数のクサビ部からなり、複数の上記クサビ部は、それぞれ、上記分割放射面と、上記分割放射面と鋭角をなし、少なくとも１つの上記超音波振動子の超音波振動が加えられる平坦な加振面と、上記分割放射面と鋭角をなし、上記加振面とも角をなし、上記分割放射面及び上記加振面に直交する仮想直交面に対して直交し、上記加振面から離れるほど上記分割放射面に近づく平坦なクサビ面と、で囲まれる形態とされてなる超音波基板処理ユニットである。
【０００７】
この超音波基板処理ユニットでは、単一の放射面を有する振動体を用いながらも、この振動体は、放射面を複数の分割放射面に仮想的に分割する複数のクサビ部からなっている。なお、このクサビ部は、分割放射面と加振面及びクサビ面とで囲まれ、クサビ形状をなしている。
従って、各々クサビ部の加振面を、それぞれ少なくとも１つの超音波振動子で加振することで、各々のクサビ部の分割放射面から超音波が放射されるから、従来に比して、さらに広い面積に亘って、被処理基板を処理（洗浄等）することができる。
しかも、例えば、放射面の面積を２倍としても、振動体の重量もこれに比例して２倍程度となるだけに止めることができる。かくして、重量の増加を抑制しつつ、超音波を放射する放射面を大きく確保した超音波基板処理ユニットとすることができる。従って、振動体の保持も容易である。
さらに、振動体を一体としているので、従来のクサビ形の振動体を複数同時に用いたとした場合よりも、振動体の扱いや処理が容易である。また、被処理基板の被処理表面が、放射面よりも小さい場合には、被処理基板を回転させることなく一度に洗浄等の処理を行うことができる。
【０００８】
なお、振動体を上述のように構成したので、各クサビ部は、各分割放射面で単一の放射面を形成する一方、加振面は互いに異なる方向を向いている。また、クサビ面も互いに異なる方向を向いている。
この振動体は、一体の部材とされてなり、たとえば、全体を金属塊からの削り出しで形成した金属体や一体に鋳造した金属体、一体焼結したセラミックス体が挙げられる。
【０００９】
また、加振面に超音波振動を加える超音波振動子は、接着剤等によって、加振面に直接固着されていても良いし、振動伝達部材を介して接続されていても良い。
超音波振動子としては、たとえば、板状の圧電セラミックスからなるものが挙げられる。その他、積層型、ボルト締めランジュバン形振動子などの超音波振動子を用いることもできる。また、１つの加振面に、複数の超音波振動子を接続しても良い。そのほか、クサビ部の加振面に接続する超音波振動子の共振周波数を、各クサビ部のうち、一部について異ならせる、或いは、いずれのクサビ部についても互いに異ならせるようにすることもできる。
なお、各クサビ部の加振面に接続された各超音波振動子を、駆動するパターンとしては様々なパターンを用いることができる。たとえば、各超音波振動子を、同時に駆動しても良いし、交互に駆動したり、順次駆動する、或いは一部のみ駆動するなどの駆動パターンとすることができる。
【００１０】
振動体は、各クサビ部の分割放射面が互いに同じ面積となる形態とするのが好ましく、さらには、各クサビ部が互いに同様の形態となるのが好ましい。
また、クサビ面と加振面とのなす角は、鋭角、鈍角のいずれとしても良いが、９０度近くの大きさとするのが好ましく、特に、９０度とすると良い。このようにすると、加振面から入射した超音波を、クサビ面で反射することなく、このクサビ面に沿ってクサビ部の先端に向けて進行させることができる。このため、クサビ部のうち先端部分まで直接超音波を伝えることが出来る上、クサビ面での超音波の反射に伴って、分割放射面から放射される超音波の強度が場所的に不均一となるのを防止し、分割放射面の各所から均一に超音波を放射させることができる。
【００１１】
また、上述の超音波基板処理ユニットであって、前記クサビ部は、前記クサビ面と前記加振面とのなす角が９０度である超音波基板処理ユニットとすると良い。
【００１２】
この超音波基板処理ユニットでは、クサビ部において、加振面がクサビ面と直交している。なお、加振面は分割放射面と鋭角に交叉している。このため、加振面からこの加振面に直交する方向に入射した超音波は、（クサビ面が加振面に直交しているから）クサビ面に沿って、このクサビ面と分割放射面が接近する先細の先端側に向けてクサビ部（振動体）内を進行する。すると、超音波が進行するに従って、分割放射面のうち加振面に近い部位から順に、超音波の一部が到達するので、ここから、この分割放射面と被処理基板との間に保持される純水などの媒体を介して、被処理基板に向けて超音波が放射される。そして、クサビ部内を進行する超音波は、クサビ面と加振面とがなす角を鈍角である場合と異なり、加振面から最も離れた先端部（クサビ面と分割放射面が交叉する付近）まで直接届くため、分割放射面について、その加振面側から先端部まで、全体に亘って均一に超音波を放射することができる。しかも、クサビ面と加振面とがなす角を鋭角とした場合と異なり、クサビ部内を進行する超音波が、クサビ面に反射されることなくクサビ面に沿って進行するので、反射波との干渉等による超音波強度の場所的な不均一が生じにくく、分割放射面の各部から放射される超音波の強度が、加振面からの距離に影響されにくい。
【００１３】
さらに、上述のいずれかに記載の超音波基板処理ユニットであって、前記振動体は、各々の前記クサビ部のうち前記加振面から最も離れた先端部が、いずれも前記放射面の径方向の中央部分に集まった形態とされてなる超音波基板処理ユニットとすると良い。
【００１４】
この超音波基板処理ユニットでは、各クサビ部の先端部が、放射面の径方向の中央部分に集まった形態とされている。この先端部は、放射面とクサビ面との間の距離（厚み）が薄くなっている。従って、この振動体は、周囲が厚く、中央部分が薄い形態となっている。
また、この振動体は、放射面の径方向の外側、つまり振動体の外周に各クサビ部の加振面が位置している形態となる。このため、複数のクサビ部が含まれていながら、各加振面の面積を十分に確保できるから、より大きな超音波振動子で加振面全体を加振できるので、各クサビ部を、従って、振動体全体を、各超音波振動子で十分に加振できる。かくして、各分割放射面から、従って放射面から、強力な超音波を放射させることができる。
【００１５】
さらに、上述の超音波基板処理ユニットであって、前記振動体は、各々の前記クサビ部の前記分割放射面およびクサビ面が三角形状をなす形態とされてなる超音波基板処理ユニットとすると良い。
【００１６】
従来（特許文献１，２参照）の三角柱状（クサビ状）の振動体と比較すれば判るように、この超音波基板処理ユニットでは、上述の形態の振動体を有するので、各クサビ部において、分割放射面の大きさの割に、加振面を大きく確保できるから、より大きな超音波振動子で加振面全体を加振できるので、各クサビ部を、従って、振動体全体を、各超音波振動子で十分に加振できる。かくして、各分割放射面から、従って放射面から、強力な超音波を放射させることができる。
【００１７】
さらに、上述の超音波基板処理ユニットであって、前記振動体は、各々の前記クサビ部が、互いに同形状となる形態とされてなり、各々のクサビ部の前記加振面に接続される前記超音波振動子も、互いに同等である超音波基板処理ユニットとすると良い。
【００１８】
この超音波基板処理ユニットでは、振動体は、各クサビ部の先端部が中央に集まり、各分割放射面が三角形状で、しかも各クサビ部が同形状となる形態とされてなる。このような形態の振動体では、放射面が正多角形（たとえば正方形）となる。しかも、各クサビ部において、加振面に接続される超音波振動子も互いに同等である。
このため、この超音波基板処理ユニットでは、同形状の各クサビ部を、同等の超音波振動子で超音波振動させることができるので、放射面全体に亘って、均一に超音波を放射させることができる。
【００１９】
さらに、上述のいずれか１項に記載の超音波基板処理ユニットであって、前記振動体は、前記放射面の大きさが、前記被処理基板の前記被処理表面よりも、大きくされてなる超音波基板処理ユニットとすると良い。
【００２０】
この超音波基板処理ユニットでは、振動体の放射面が、被処理基板の被処理表面よりも大きくされている。このため、振動体の放射面で被処理表面全体を覆うようにして、超音波によって洗浄等の処理を行うことで、従来のように、被処理基板を回転させることなく、容易にかつ早く、被処理表面全体を処理することができる。
【００２１】
さらに、上述のいずれか１項に記載の超音波基板処理ユニットと、前記超音波振動子を駆動する駆動装置と、を備える超音波基板処理装置とすると良い。
【００２２】
前述の超音波基板処理ユニットを備える超音波基板処理装置では、振動板の放射面の大きさを大きく確保できる一方で、振動体の重量増加を抑制した超音波基板処理装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態にかかる超音波基板処理装置を示す説明図である。
【図２】実施形態にかかる超音波基板処理装置のうち、振動体及び超音波振動子を有する超音波基板処理ユニットの斜視図である。
【図３】実施形態にかかる超音波基板処理装置のうち、超音波基板処理ユニットの平面図である。
【図４】実施形態にかかる超音波基板処理装置のうち、超音波基板処理ユニットの側面図である。
【図５】実施形態にかかり、振動体の放射面における分割の様子を示す説明図である。
【図６】実施形態にかかり、振動体の分割放射面及び加振面と、これらに直交する仮想直交面との関係を示す説明図である。
【図７】実施形態にかかり、振動体を複数のクサビ部に仮想的に分割した場合の、クサビ部の形状を示す、クサビ部及び振動子ユニットの仮想的な側面図である。
【図８】変形形態１にかかり、振動体の放射面における分割の様子を示す説明図である。
【図９】変形形態２にかかり、振動体の放射面における分割の様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（実施形態）
超音波基板処理ユニット及びこれを用いた超音波基板処理装置についての実施の形態を、図１〜図７を参照して説明する。
図１に示す超音波基板処理装置１は、主として、超音波基板処理ユニット１０と、これを駆動する駆動装置２と、洗浄液ＣＷを供給する洗浄液供給装置５からなる。このうち、図２〜図４に示す超音波処理ユニット１０は、大略、正方形椀状とされた振動体３０と、その側面３３にそれぞれ固着された４つの超音波振動子２１をそれぞれ含む４つの振動子ユニット２０とからなる。駆動装置２は、各々超音波振動子２１を駆動する発振回路ユニット４と、これらの駆動を総合的に制御する駆動制御装置３とを含んでいる。
【００２５】
洗浄液供給装置５は、供給配管６を通じて、洗浄液ＣＷを振動体３０の供給孔３４Ｈに供給する。供給された洗浄液ＣＷは、振動体３０の放射面３１（図１中、下面）と、これに対向する半導体ウェハＷＨの表面ＷＳとの間を満たして、放射面３１から放射された超音波を半導体ウェハＷＨの表面ＷＳに伝える媒体として機能する。
一方、この洗浄液ＣＷは、排出孔３５Ｈを通じて、排出配管７から排出される。
【００２６】
次いで、超音波処理ユニット１０について、図２〜図４を参照して説明する。この超音波処理ユニット１０は、前述したように、振動体３０と、４つの振動子ユニット２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）とならなる。
このうち、振動体３０は、金属塊から削り出されて一体に形成されている。この振動体３０は、厚み方向一方側（図４中、下側）の放射面３１が平坦な平面とされている一方、その逆側の面は、中央が凹んだ凹形面３２とされている。さらに具体的には、凹形面３２は、これによって形成される空間が、概略、四角錐台となる凹形状を有しており、中央に向かう４つの稜線３２Ｒが形成されている。
次述する給液孔３４Ｈ，排出孔３５Ｈ、及び保持ネジ孔３６Ｈは、いずれも、この稜線３２Ｒ上に形成されている。これらを、後述する各クサビ部４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ同士の境界となる稜線３２Ｒ上に形成することで、各クサビ部４０Ａ等を伝わる超音波振動への影響を少なくすることができるからである。
【００２７】
振動体３０の径方向ＤＲの中央部分（稜線３２Ｒの交点）には、供給配管６を接続する給液部３４が形成されており、その中心（振動体３０の径方向ＤＲの中心）には、放射面３１まで届く給液孔３４Ｈが穿孔されている。
また、稜線３２Ｒ上には、排出配管７を接続し、排出孔３５Ｈを通じて放射面３１側からの洗浄液ＣＷを排出する排出部３５がそれぞれ形成されている。
さらに、この稜線３２Ｒ上には、保持ネジ孔３６Ｈがそれぞれ形成されており、図１に示すように、これにユニット保持具８を締結して、超音波処理ユニット１０を所定位置に保持する。
また、振動体３０の側面３３（加振面４２）には、矩形板状で、圧電セラミックスからなる超音波振動子２１（図４において、２１Ｂ，２１Ｄのみ破線で示す）が、接着剤（図示しない）により固着されている。
【００２８】
この超音波振動子２１は、防水カバー２４（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）により、液密に包囲されている。超音波振動子２１は、それぞれ、この防水カバー２４に形成した接続端子２２（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）、及び、接続ケーブル２３（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ）を介して、駆動装置２の発振回路ユニット４に接続されている。このため、駆動制御装置３の指示に従って、発振回路ユニット４が作動することにより、超音波振動子２１を駆動し、この超音波振動子２１に超音波振動を生じさせることができる。
【００２９】
この振動体３０について、さらに詳細に説明する。図５に示すように、振動体３０を、その放射面３１において、対角線に相当する分割線ＬＬ，ＭＭで仮想的に分割する。すると、振動体３０は、４つの互いに同一形態のクサビ部４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ）に、仮想的に分割され、放射面３１は、分割放射面４１（４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ）に分割される。図７に示すように、各クサビ部４０（４０Ａ…）には、それぞれ振動子ユニット２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）が配置され、その加振面４２（４２Ａ…）に、超音波振動子２１（２１Ａ…）が１つずつ固着されている。
【００３０】
この振動体３０を仮想的に分割したクサビ部４０について説明する。本実施形態では、振動体３０をなす各クサビ部４０は、側面視、図７に示すように、略三角形状をなしている。具体的には、分割放射面４１（放射面３１）と加振面４２（側面３３）とがなす角αは、鋭角（たとえば、７０度）とされている。また、加振面４２（側面３３）と、凹形面３２の一部をなすクサビ面４３とがなす角γは、直角とされている。従って、分割放射面４１（放射面３１）とクサビ面４３とがなす角βは、鋭角（たとえば２０度）とされている。このクサビ面４３は、加振面４２から離れるほど分割放射面４１に近づく平坦なクサビ面となっている。しかも、このクサビ面４３は、図６に示すように、分割放射面４１（放射面３１）及び加振面４２に直交する仮想直交面ＨＰに対して直交している。
なお、クサビ部４０において、加振面４２から離れる側（図７中、左側）を先端側と表現することとする。
また、本実施形態では、各クサビ部４０（４０Ａ…）は、各分割放射面４１（４１Ａ…）で単一の放射面３１を形成する一方、加振面４２は互いに異なる方向を向いている。また、クサビ面４３も互いに異なる方向を向いている。
【００３１】
また、このクサビ部４０のうち、加振面４２には、図７において破線で示すように、超音波振動子２１が固着されている。従って、この超音波振動子２１を駆動装置２で駆動して超音波振動させると、加振面４２から進行超音波ＵＳ１が、この加振面４２に直交する方向に進行する。ここで、前述したように、本実施形態では、加振面４２とクサビ面４３とがなす角γが直角とされている。このため、進行超音波ＵＳ１は、クサビ面４３に沿って先端側（図７中、左下方向）に向けて進行する。従って、本実施形態の超音波基板処理ユニット２０（振動体３０）では、進行超音波ＵＳ１が、クサビ面４３で反射されること無く、クサビ面４３と分割放射面が接近する先細の先端側に向けて、クサビ部４０内を進行する。
【００３２】
すると、進行超音波ＵＳ１が進行するに従って、分割放射面４１のうち加振面４２に近い部位から順に、進行超音波ＵＳ１の一部が到達するので、ここから、この分割放射面４１と半導体ウェハＷＨの表面ＷＳとの間に保持される洗浄液ＣＷを介して、半導体ウェハＷＨの表面ＷＳに向けて放射超音波ＵＳ２が放射される（放射の際、超音波は屈折する）。
そして、クサビ部４０内を進行する進行超音波ＵＳ１は、角γを鈍角とした場合と異なり、クサビ面４３に沿って、加振面４２から最も離れた先端部４５（クサビ面４３と分割放射面４１が交叉する付近）まで直接届くため、分割放射面４１について、その加振面４２側から先端部４５まで、全体に亘って均一に放射超音波ＵＳ２を放射することができる。しかも、角γを鋭角とした場合と異なり、クサビ部４０内を進行する進行超音波ＵＳ１が、クサビ面４３に反射されることなくクサビ面４３に沿って進行するので、反射波との干渉等による超音波強度の場所的な不均一が生じにくく、分割放射面４２の各部から放射される放射超音波ＵＳ２の強度が、加振面４２からの距離に影響されにくくなっている。
【００３３】
しかも、この超音波基板処理ユニット１０では、単一の放射面３１を有する振動体３０を用いながらも、この振動体３０は、放射面３１を４つの分割放射面４１に仮想的に分割する４つのクサビ部４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ）からなっている。
従って、各々クサビ部４０の加振面４３を、超音波振動子２１で加振することで、各々のクサビ部４０の分割放射面４１から放射超音波ＵＳ２を放射させることができるから、従来に比して、さらに広い面積に亘って、半導体ウェハＷＨを洗浄することができる。
しかも、本実施形態の超音波基板処理ユニット１０では、例えば、放射面３１の大きさを、１つのクサビ部の分割放射面の４倍としているが、振動体３０の重量もこれに比例して、１つのクサビ部の４倍程度となるに止めることができる。かくして、重量の増加を抑制しつつ、超音波を放射する放射面を大きく確保できる超音波基板処理ユニット１０とすることができる。従って、ユニット保持具８による振動体３０の保持も容易である。また、この超音波基板処理ユニット１０を用いた本実施形態の超音波基板処理装置１でも、振動板３０の放射面３１の大きさを大きく確保できる一方で、振動体３０の重量増加を抑制することができる。
【００３４】
さらに、たとえば、クサビ部４０に相当する個別のクサビ形の振動体を４つ並べて用いた場合に比して、本実施形態では、振動体３０を一体としているので、振動体３０の扱いや処理が容易である。また、本実施形態では、図５に破線で示すように（図１、図７も参照）、半導体ウェハＷＨの表面ＷＳが、放射面３１よりも小さいので、この半導体ウェハＷＨを回転させることなく一度に洗浄処理を行うことができる。
【００３５】
さらに、本実施形態の超音波基板処理ユニット１０では、各クサビ部４０の先端部４５（４５Ａ…）が、放射面３１の径方向ＤＲの中央部分に集まった形態とされている（図５参照）。この先端部４５は、他に比して、放射面４１とクサビ面４３との間の距離（厚み）が薄くなっている。つまり、この振動体３０は、周囲が厚く、中央部分が薄い形態となっている。
その一方、この振動体３０は、放射面３１の径方向ＤＲの外側、つまり振動体３０の外周に各クサビ部４０の加振面４２が位置している形態となる。このため、複数のクサビ部４０（４０Ａ…）が含まれていながら、各加振面４２の面積を十分に確保できるから、より大きな超音波振動子２１で加振面４２全体を加振できるので、各クサビ部４０を、従って、振動体３０全体を、各超音波振動子２１で十分に加振できる。かくして、各分割放射面４１（４１Ａ…）から、従って放射面３１から、強力な放射超音波ＵＳ２を放射させることができる。
【００３６】
また、本実施形態では、各クサビ部４０は、分割放射面４１（４１Ａ…）が互いに同じ同形であり同面積とされている。このため、各クサビ部４０に関する特性を同じとすることができ、取り扱いが容易である。
【００３７】
さらに、本実施形態の超音波基板処理ユニット１０では、振動体３０は、各々のクサビ部４０の分割放射面４１およびクサビ面４３が三角形状をなす形態とされてなる。
従来（特許文献１，２参照）の三角柱状（クサビ状）の振動体と比較すれば判るように、この超音波基板処理ユニット１０では、上述の形態の振動体３０を有するので、各クサビ部４０において、分割放射面４１の大きさの割に、加振面４２を大きく確保できるから、より大きな超音波振動子２１で加振面４２全体を加振できるので、各クサビ部４０を、従って、振動体１０全体を、各超音波振動子２１で十分に加振できる。かくして、各分割放射面４１から、従って放射面３１から、強力な放射超音波ＵＳ２を放射させることができる。
【００３８】
しかも、この実施形態では、振動体３０は、の各々のクサビ部４０が、互いに同形状となる形態とされている上、各々のクサビ部４０（４０Ａ…）の加振面４２（４２Ａ…）に接続される超音波振動子２１（２１Ａ…）も、互いに同等（同形状、同特性）とされている。
即ち、本実施形態の超音波基板処理ユニット１０では、振動体３０は、各クサビ部４０（４０Ａ…）の先端部４５が中央に集まり、各分割放射面４１が三角形状で、しかも各クサビ部４０が互いに同形状となる形態とされてなる。このような形態の振動体３０では、放射面３１が正多角形（たとえば正方形）となる。しかも、各クサビ部４０において、加振面４２に接続される超音波振動子２１（２１Ａ…）も互いに同等である。
このように超音波基板処理ユニット１０では、同形状の各クサビ部４０を、同等の超音波振動子２１で超音波振動させることができるので、放射面３１全体に亘って、均一に放射超音波ＵＳ２を放射させることができる。
【００３９】
なお、本実施形態の超音波基板処理装置１では、駆動装置２（駆動制御回路３）による各発振回路ユニットの駆動パターンを変えることによって、放射面３１（分割放射面４１）から放射させる放射超音波ＵＳ２の放射パターンや放射タイミングを制御することができる。たとえば、最も単純には、４つの発振回路ユニット４を同時に駆動して、各超音波振動子２１（２１Ａ…）をいずれも振動させて、放射面３１全面から同時に放射超音波ＵＳ２を放射させるパターンが挙げられる。また、４つの発振回路ユニット４を順に駆動して、各超音波振動子２１（２１Ａ…）を順に振動させて、放射面３１の各分割放射面４１から順に放射超音波ＵＳ２を放射させるパターンが挙げられる。あるいは、２つの発振回路ユニット４毎に駆動して、各超音波振動子２１（２１Ａ…）を２つずつ交互に振動させて、放射面３１の分割放射面４１の２つずつから交互に放射超音波ＵＳ２を放射させるパターンも挙げられる。
【００４０】
（変形形態１）
上述した実施形態では、振動体３０として、２本の仮想分割線ＬＬ、ＭＭにより、正方形状の放射面３１が、４つの三角形状の分割放射面４１（４１Ａ…）に仮想的に分割されて、４つのクサビ部４０（４０Ａ…）から構成される形態とした。
【００４１】
これに対し、本変形形態１の超音波基板処理ユニット１１０における振動体１３０では、図８に示すように、２本の仮想分割線ＮＮ，ＰＰにより、正方形状の放射面１３１を４つの正方形状の分割放射面１４１（１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃ，１４１Ｄ）に仮想的に分割されて、４つの互いに同形状のクサビ部１４０（１４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｃ，１４０Ｄ）を含む形態とされている。
各クサビ部１４０における各クサビ面の傾斜方向は、各クサビ部１４０中を進行する進行超音波ＵＳ１の進行方向を、図８中に示すことで、判るようにしてある。
この変形形態１にかかる超音波基板処理ユニット１１０でも、実施形態と同様、各々クサビ部１４０の各分割放射面１４１から放射超音波ＵＳ２が放射されるから、従来に比して、さらに広い面積に亘って、半導体ウェハＷＨを処理することができる。
【００４２】
但し、本変形形態１では、４つの互いに同等の超音波振動子１２１（１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄ）の長さが、放射面１３１の各辺の約１／２の大きさとなるので、前述の実施形態における超音波振動子２１よりも小さくなっている（約半分）。このため、放射面１３１から放射できる放射超音波ＵＳ２の強度が、実施形態よりも小さくなる。
【００４３】
（変形形態２）
本変形形態２の超音波基板処理ユニット２１０における振動体２３０は、図９に示すように、正六角形状の放射面２３１を有する。この振動体２３０は、この放射面２３１の中心を通る対角線を３本の仮想分割線ＱＱ，ＲＲ，ＳＳにより、この放射面２３１が、６つの三角形状の分割放射面２４１（２４１Ａ，２４１Ｂ，２４１Ｃ，２４１Ｄ，２４１Ｅ，２４１Ｆ）に仮想的に分割されて、６つの互いに同形状のクサビ部２４０（２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃ，２４０Ｄ，２４０Ｅ，２４０Ｆ）を含む形態とされている。なお、容易に理解出来るように、各クサビ部２４０におけるクサビ面（図示しない）の三角形状となる。
【００４４】
本変形形態２における振動体２３０は、実施形態の振動体３０と同様、中央部分の厚みが薄くされた形態となっている。また、６つの同等の超音波振動子２２１（２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃ，２２１Ｄ，２２１Ｅ，２２１Ｆ）が、振動体２３０のうち放射面２３１の外周をなす加振面２４２（２４２Ａ…）にそれぞれ接続されている。従って、各クサビ部２４０中を進行する進行超音波ＵＳ１は、図９中に示すように、いずれも放射面２３１の径方向の中央部分の先端部２４５に向かってそれぞれ進行する。
【００４５】
この変形形態２にかかる超音波基板処理ユニット２１０でも、実施形態と同様、各々クサビ部２４０の各分割放射面２４１から放射超音波ＵＳ２が放射されるから、従来に比して、さらに広い面積に亘って、半導体ウェハＷＨを処理することができる。また、実施形態と同様な部分については同様の作用効果を奏する。
【００４６】
以上において、本発明を実施形態及び変形形態１，２に即して説明したが、本発明は上記実施形態等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、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態では、超音波基板処理装置１として、半導体ウェハＷＨを洗浄するものを示したが、薬液等を用いて、被処理基板を超音波（放射超音波）で処理するものとしても良い。また、超音波振動子２１として、板状の圧電セラミックス体を加振面４２に直接接着した例を示したが、ボルト締めランジュバン形振動子などを用いることもできる。
また、実施形態では、振動体３０の中央に１つの給液孔３４Ｈ（給液部３４）を、振動体３０の周囲部分に４つの排出孔（排出部３５）を設けた例を示した。しかし、例えば、図１に破線に矢印で示すように、この逆に、周囲部分に給液孔（給液部）を設け、中央に排出孔（排出部）を設けるようにしても良い。また、実施形態における４つの排出孔３５Ｈのうち、２つを排出孔ままとし、他の２つを給液孔に代えるようにすることもできる。
なお、いずれの場合も、給液孔３４Ｈ及び排出孔３５Ｈは、各クサビ部４０Ａ等の境界に形成される稜線３２Ｒ上に形成するのが好ましい。
【符号の説明】
【００４７】
ＷＨ 半導体ウェハ（被処理基板）
ＷＳ （半導体ウェハの）表面（被処理表面）
ＣＷ 洗浄液（媒体）
１ 超音波基板処理装置
２ 駆動装置
３ 駆動制御装置
１０，１１０，２１０ 超音波基板処理ユニット
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 振動子ユニット
２１，２１Ａ,２１Ｂ，２１Ｃ,２１Ｄ,１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄ，２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃ，２２１Ｄ，２２１Ｅ，２２１Ｆ 超音波振動子
３０，１３０，２３０ 振動体
３１，１３１，２３１ 放射面
３２ 凹形面
３３ 側面（加振面）
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，１４０，１４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｃ，１４０Ｄ，２４０，２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃ，２４０Ｄ，２４０Ｅ，２４０Ｆ クサビ部
４１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，１４１，１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃ，１４１Ｄ，２４１，２４１Ａ，２４１Ｂ，２４１Ｃ，２４１Ｄ，２４１Ｅ，２４１Ｆ 分割放射面
４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ 加振面
４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄ クサビ面
α 分割放射面と加振面とがなす角
β 分割放射面とクサビ面とがなす角
γ 加振面とクサビ面とがなす角
ＵＳ１ （クサビ部（振動体）を伝わる）進行超音波
ＵＳ２ （クサビ部（分割放射面）から放射された）放射超音波
ＨＰ （分割放射面及び加振面に直交する）仮想直交面
４５，４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ，４５Ｄ （クサビ部の）先端部
ＤＲ （放射面の）径方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板の被処理表面に対向させて、上記被処理表面に向けて超音波を放射する平坦な単一の放射面を有する一体の振動体と、
上記振動体を超音波振動させて、上記放射面から超音波を放射させる複数の超音波振動子と、を備える
超音波基板処理ユニットであって、
上記振動体は、
クサビ形状をなし、上記放射面を複数の分割放射面に仮想的に分割する、複数のクサビ部からなり、
複数の上記クサビ部は、それぞれ、
上記分割放射面と、
上記分割放射面と鋭角αをなし、少なくとも１つの上記超音波振動子の超音波振動が加えられる平坦な加振面と、
上記分割放射面と鋭角βをなし、上記加振面とも角γをなし、上記分割放射面及び上記加振面に直交する仮想直交面に対して直交し、上記加振面から離れるほど上記分割放射面に近づく平坦なクサビ面と、
で囲まれる形態とされてなる
超音波基板処理ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波基板処理ユニットであって、
前記クサビ部は、
前記クサビ面と前記加振面とのなす角γが９０度である
超音波基板処理ユニット。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の超音波基板処理ユニットであって、
前記振動体は、
各々の前記クサビ部のうち前記加振面から最も離れた先端部が、いずれも前記放射面の径方向の内側部分に集まった形態とされてなる
超音波基板処理ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波基板処理ユニットであって、
前記振動体は、
各々の前記クサビ部の前記分割放射面およびクサビ面が三角形状をなす形態とされてなる
超音波基板処理ユニット。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波基板処理ユニットであって、
前記振動体は、
各々の前記クサビ部が、互いに同形状となる形態とされてなり、
各々のクサビ部の前記加振面に接続される前記超音波振動子も、互いに同等である
超音波基板処理ユニット。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の超音波基板処理ユニットであって、
前記振動体は、
前記放射面の大きさが、前記被処理基板の前記被処理表面よりも、大きくされてなる
超音波基板処理ユニット。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の超音波基板処理ユニットと、
前記超音波振動子を駆動する駆動装置と、を備える
超音波基板処理装置。
【請求項１】
被処理基板の被処理表面に対向させて、上記被処理表面に向けて超音波を放射する平坦な単一の放射面を有する一体の振動体と、
上記振動体を超音波振動させて、上記放射面から超音波を放射させる複数の超音波振動子と、を備える
超音波基板処理ユニットであって、
上記振動体は、
クサビ形状をなし、上記放射面を複数の分割放射面に仮想的に分割する、複数のクサビ部からなり、
複数の上記クサビ部は、それぞれ、
上記分割放射面と、
上記分割放射面と鋭角αをなし、少なくとも１つの上記超音波振動子の超音波振動が加えられる平坦な加振面と、
上記分割放射面と鋭角βをなし、上記加振面とも角γをなし、上記分割放射面及び上記加振面に直交する仮想直交面に対して直交し、上記加振面から離れるほど上記分割放射面に近づく平坦なクサビ面と、
で囲まれる形態とされてなる
超音波基板処理ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波基板処理ユニットであって、
前記クサビ部は、
前記クサビ面と前記加振面とのなす角γが９０度である
超音波基板処理ユニット。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の超音波基板処理ユニットであって、
前記振動体は、
各々の前記クサビ部のうち前記加振面から最も離れた先端部が、いずれも前記放射面の径方向の内側部分に集まった形態とされてなる
超音波基板処理ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波基板処理ユニットであって、
前記振動体は、
各々の前記クサビ部の前記分割放射面およびクサビ面が三角形状をなす形態とされてなる
超音波基板処理ユニット。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波基板処理ユニットであって、
前記振動体は、
各々の前記クサビ部が、互いに同形状となる形態とされてなり、
各々のクサビ部の前記加振面に接続される前記超音波振動子も、互いに同等である
超音波基板処理ユニット。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の超音波基板処理ユニットであって、
前記振動体は、
前記放射面の大きさが、前記被処理基板の前記被処理表面よりも、大きくされてなる
超音波基板処理ユニット。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の超音波基板処理ユニットと、
前記超音波振動子を駆動する駆動装置と、を備える
超音波基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−９５０７（Ｐ２０１２−９５０７Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４１８７１（Ｐ２０１０−１４１８７１）
【出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（０００２４３３６４）本多電子株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（０００２４３３６４）本多電子株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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