超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法
【課題】被洗浄基板へのダメージの発生を抑えることができ、また、エレクトロニクス産業等で使用される高精密度の基板等に対して高清浄度の洗浄を行うことが可能な超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法を提供すること。
【解決手段】被洗浄物を超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域（超音波照射領域）外の洗浄液の液面下の近傍に位置するように保持して、超音波によって洗浄液の表面に表面張力波を励起させ、被洗浄物に超音波を直接照射することなしに、表面張力波による音圧によって被洗浄物の微粒子汚染物を剥離するようにして、被洗浄基板へのダメージの発生を抑える。
【解決手段】被洗浄物を超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域（超音波照射領域）外の洗浄液の液面下の近傍に位置するように保持して、超音波によって洗浄液の表面に表面張力波を励起させ、被洗浄物に超音波を直接照射することなしに、表面張力波による音圧によって被洗浄物の微粒子汚染物を剥離するようにして、被洗浄基板へのダメージの発生を抑える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法に関し、特に、被洗浄物にダメージを与えることなく、高清浄度の洗浄が可能な超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクス産業における硝子基板やシリコンウェーハの基板洗浄においては、高い清浄度が要求される。このような基板等の被洗浄物を洗浄する方法としては、洗浄液中に複数枚の基板を浸漬するディップ方式や基板に洗浄液を噴射して一枚ずつ洗浄処理する枚葉方式があり、近年では高い清浄度の洗浄が可能であり、コスト的にも有利な枚葉方式が多く採用されている。ディップ方式、枚葉方式ともに洗浄液中に超音波振動を印加して、その振動作用によって被洗浄物から微粒子汚染物を除去する洗浄方式であり、超音波洗浄として実用化されている。
【０００３】
例えば、ディップ方式の超音波洗浄では、洗浄液を満たした容器内に浸漬した基板等の被洗浄物に向けて超音波振動を印加する。超音波振動が液体中を伝搬する際に発生する微小な気泡（キャビテーション気泡）が超音波振動の正負のサイクル応じて振動し、その周囲に存在する微粒子汚染物を除去する。しかしながら、超音波振動の振幅が大きくなると、正のサイクルにおいて気泡が消滅し、その際に発生する衝撃波が被洗浄物にダメージを与える。特に１００ｋＨｚ以下の低周波超音波においては超音波振動の振幅が大きく、被洗浄物にダメージを与え易い。このため、エレクトロニクス産業における硝子基板やシリコンウェーハの洗浄においては、超音波振動の振幅の小さい４００ｋＨｚ以上の高周波の超音波が用いられている。
【０００４】
また、特許文献１乃至特許文献４には、枚葉方式の超音波洗浄が開示されている。特許文献１の超音波洗浄は、超音波発振体を内蔵したヘッド内に洗浄液が導入され、ヘッドの出口側から洗浄液が被洗浄物側に供給されて洗浄液槽に落下し、また、被洗浄物は、洗浄液槽から垂直に上方に向かって引き上げられながら移動する。ヘッドによる洗浄液の供給及び超音波の印加により被洗浄物に弾性表面波または板波が励振され、被洗浄物の表面に接する洗浄液に流動力が生じ、その水流分布は表面近傍で大きな流速なる。このように、被洗浄物の上面に付着した微粒子汚染物を弾性表面波または板波によって剥離するものである。
【０００５】
特許文献２は、上部が開口した容器内に供給された洗浄液に超音波振動を印加することで、洗浄液を水平面上から押し上げる。水平面上から押し上げられた洗浄液に基板等の被洗浄物の下面が接触する状態で被洗浄物を水平方向に移動する。同時に被洗浄物の上面から洗浄液を供給する。被洗浄物の下面から印加された超音波の一部が被洗浄物の上面へ透過し、被洗浄物の上面に付着した微粒子汚染物に作用して、洗浄処理を行うものである。
【０００６】
特許文献３は、洗浄液を満たした容器内に浸漬した被洗浄物と同程度の放射面積を有する振動子を平行に配置し、被洗浄物の下面へ向けて超音波振動を印加するようにしたものである。このとき、超音波振動の一部は被洗浄物を透過し、被洗浄基板の上面に付着した微粒子汚染物に作用して被洗浄基板の両面を同時に洗浄するものである。これにより、被洗浄物の洗浄時間が短縮される。
【０００７】
また、特許文献４には、図１６に示す処理装置が開示されている。図１６に示すように、室３００の上部の両端に液面に対して傾斜するようにメガソニック変換器３０４を配し、基板Ｓを基板支持ノッチ３０２で垂直方向移動させるようにする。また、洗浄液を室３００の底部より供給して、室３００の上部のせきで洗浄液を落下させるようにする。基板Ｓを基板支持ノッチ３０２で垂直方向移動させながら、メガソニック変換器３０４のエネルギーＥを直接照射するようにして、基板の洗浄を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３０９５４８号公報
【特許文献２】特開平１０−１０６９９８号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ００／２１６９２号公報
【特許文献４】特表２００５−５１２３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の複数枚の基板を同時に洗浄処理するディップ方式の超音波洗浄では、洗浄液が被洗浄物の表面に沿って流動するが、数ミクロン以下の殆ど流動しない層が界面に沿って存在する。このため、被洗浄物の表面に付着している汚染物が十分に除去されない問題点がある。超音波の印加は被洗浄物の表面近傍の洗浄液層を撹乱する手段として有効であるが、超音波振動の振幅の小さい１ＭＨｚ程度の超音波では、十分な洗浄ができない問題点がある。
【００１０】
更に、微細化が進んだ半導体デバイスでは、超音波振動の振幅の小さい１ＭＨｚ程度の超音波であってもダメージの発生が報告されている。特許文献１乃至特許文献４に開示された従来の枚葉洗浄方法では、いずれも、微細パターンのない被洗浄物の裏面側へ直接超音波印加するようにして、被洗浄物自体を振動させて、基板表面の微細デバイスへも超音波エネルギーが伝搬される。このため、微細化が進んだ半導体デバイスでは、超音波振動の振幅の小さい１ＭＨｚ程度の超音波であっても超音波振動の影響を受けて、ダメージが発生する恐れがある。
【００１１】
そこで、本発明は、被洗浄物を超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域（超音波照射領域）外の洗浄液の液面下の近傍に位置するように保持して、超音波によって洗浄液の表面に表面張力波を励起させ、被洗浄物に超音波を直接照射することなしに、表面張力波による音圧によって被洗浄物の微粒子汚染物を剥離するようにしたことにより、被洗浄基板へのダメージの発生を抑えることができ、また、エレクトロニクス産業等で使用される高精密度の基板等に対して高清浄度の洗浄を行うことが可能な超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目標達成のため、本発明の超音波洗浄装置は、洗浄液を貯留し、被洗浄物を浸漬した洗浄槽と、超音波振動を発する超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波振動を前記洗浄液に付与する振動板と、前記超音波振動子を駆動する超音波発振器と、を有し、前記被洗浄物は、前記超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域外に位置するように保持されて、被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の超音波洗浄装置における前記被洗浄物は、前記超音波振動子からの超音波の平面波が直接当たらない位置に保持されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の超音波洗浄装置は、前記超音波振動子を駆動して前記振動板により前記洗浄槽の洗浄液の液面に向けて超音波を印加して、前記洗浄液の液面に表面張力波を発生させるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の超音波洗浄装置は、前記洗浄液の液面における前記表面張力波によって被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の超音波洗浄装置は、前記表面張力波の伝搬方向と同一方向に、前記洗浄液が流動するように洗浄液を供給するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の超音波洗浄装置は、前記被洗浄物から前記洗浄液の液面までの距離は、１０ｍｍ（ミリメートル）以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の超音波洗浄装置における前記被洗浄物は、前記洗浄槽の洗浄液の液面と平行となるように、前記洗浄液の液面の近傍に位置するように保持されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の超音波洗浄装置における前記超音波振動子及び前記振動板は、前記洗浄液の液面と平行を成すように設けられていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の超音波洗浄装置における前記超音波振動子及び前記振動板は、洗浄液の液面に対して傾きを有するように設けられていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の超音波洗浄装置は、前記振動板を前記洗浄槽の底部全面に配し、前記超音波振動子を駆動する前記超音波発振器は、発振回路、振幅変調回路及び周波数変調回路を備え、前記発振回路による４００ＫＨｚ以上の周波数を有する信号を、前記振幅変調回路及び前記周波数変調回路の少なくとも１つの変調回路によって変調した信号で前記超音波振動子を励振して、前記洗浄液中に超音波を照射して洗浄を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の超音波洗浄装置における前記超音波振動子は、平面視において、前記被洗浄物を囲むように単数又は複数配置されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の超音波洗浄方法は、超音波振動により被洗浄物を洗浄する超音波洗浄方法であって、超音波振動を発する超音波振動子を有する超音波振動発生手段と、前記超音波振動発生手段が装着され、洗浄液を貯留し、被洗浄物を浸漬した洗浄槽とを備え、前記被洗浄物は、前記超音波振動発生手段の前記超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域外に位置するように保持されて、被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の超音波洗浄方法における前記被洗浄物は、前記超音波振動発生手段の前記超音波振動子からの超音波の平面波が直接当たらない位置に保持されていることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の超音波洗浄方法は、前記超音波振動発生手段の前記超音波振動子を駆動して前記洗浄槽の洗浄液の液面に向けて超音波を印加して、前記洗浄液の液面に表面張力波を発生させるようにしたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の超音波洗浄方法は、前記洗浄液の液面における前記表面張力波によって被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の超音波洗浄方法は、前記表面張力波の伝搬方向と同一方向に、前記洗浄液が流動するように洗浄液を供給するようにしたことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の超音波洗浄方法における前記超音波振動子は、平面視において、前記被洗浄物を囲むように単数又は複数配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、被洗浄物は、超音波振動子の洗浄槽内の超音波照射領域外に位置するように保持して、被洗浄物に超音波を直接照射することなしに、洗浄を行うことにより、被洗浄基板へのダメージの発生を抑えることができる。
【００３０】
また、被洗浄物の表面に近接する洗浄液表面に超音波を印加して表面張力波を励起させ、表面張力波による音圧により、被洗浄物から微粒子汚染物を剥離するようにしたことにより、高精密度の基板等に対して高清浄度の洗浄を行うことができる。
【００３１】
また、表面張力波の伝搬方向と同一方向に、洗浄液が流動するように洗浄液を供給するようにしたことにより、被洗浄物から剥離した微粒子汚染物の再付着を防止することができる。
【００３２】
また、被洗浄物は、洗浄槽の洗浄液の液面と平行となるように、前記洗浄液の液面の近傍に位置するように保持し、被洗浄物から前記洗浄液の液面までの距離を、１０ｍｍ（ミリメートル）以下としたことにより、洗浄槽の深さが浅くてよいため、小量の洗浄液で洗浄が可能となる。
【００３３】
また、本発明は、表面張力波が被洗浄物の表面に沿って被洗浄物の全域に伝搬するため、洗浄中に被洗浄物を移動させる移動手段が必要ないため、超音波洗浄装置を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す図であり、（ａ）は、超音波洗浄装置の正面から見た一部拡大図を含む断面図であり、（ｂ）は、超音波洗浄装置の構成を示す平面図である。
【図２】振動板の振動面から液面方向に距離２０ｍｍの位置における、音圧振幅レベルの分布を数値計算により求めた結果を示す図である。
【図３】超音波発振器の構成を示すブロック図である。
【図４】（ａ）は、振幅変調用信号の波形を示す図、（ｂ）は、発振回路から出力される信号の波形を示す図、（ｃ）は、発振回路から出力される信号を振幅変調用信号で振幅変調した高周波信号の波形を示す図である。
【図５】（ａ）は、周波数変調用信号の波形を示す図、（ｂ）は、発振回路から出力される信号の波形を示す図、（ｃ）は、発振回路から出力される信号を周波数変調用信号で周波数変調した高周波信号の波形を示す図である。
【図６】（ａ）は、発振回路から出力される信号を周波数変調用信号で周波数変調した高周波信号の波形を示す図、（ｂ）は、（ａ）に示す周波数変調した高周波信号を振幅変調した高周波信号の波形を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る他の超音波洗浄装置の構成を示す一部拡大図を含む断面図である。
【図８】振動板を底部全面に配置した超音波洗浄装置の構成を示す一部拡大図を含む断面図である。
【図９】（ａ）は、超音波洗浄装置における超音波音圧の測定箇所を示す図、（ｂ）は、洗浄槽内の水平方向における超音波音圧における振動速度振幅の測定結果を示す図である。
【図１０】（ａ）は、超音波洗浄装置における超音波音圧の測定箇所を示す図、（ｂ）は、洗浄槽内の垂直方向における超音波音圧における振動速度振幅の測定結果を示す図である。
【図１１】振動板の左右の両端に超音波振動子を配した超音波洗浄装置の構成を示す図である。
【図１２】図１１に示す超音波洗浄装置の超音波振動子を駆動する超音波発振器の構成を示すブロック図である。
【図１３】（ａ）は、振動板の左側に位置する超音波振動子を駆動した場合の超音波の伝搬を示す図であり、（ｂ）は、振動板の右側に位置する超音波振動子を駆動した場合の超音波の伝搬を示す図である。
【図１４】洗浄前後の微粒子分布を示す図であり、（ａ）は、洗浄前の半導体ウェーハの微粒子の分布を示す図、（ｂ）は、洗浄後の半導体ウェーハの微粒子の分布を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す断面図である。
【図１６】特許文献４に開示された処理装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明による超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法を実施するための形態について説明する。
【００３６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す図であり、図１（ａ）は、音波洗浄装置の正面から見た一部拡大図を含む断面図であり、図１（ｂ）は、超音波洗浄装置の構成を示す平面図である。尚、図１に示す超音波洗浄装置は、シリコンウェーハを１枚ずつ処理する枚葉式のものである。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、超音波洗浄装置１は、洗浄液１０を貯留する洗浄槽４と、洗浄槽４の側面に設けられた洗浄液供給口７（図１（ａ）に示す）と、洗浄液供給口７を有する洗浄槽４の側面と対向する側面に設けられた洗浄液排出口８（図１（ａ）に示す）と、洗浄槽４の洗浄液供給口７側の底部に設けられた振動板３と、振動板３の下面に設けられた超音波振動子２と、被洗浄物１６を保持する保持部１７（図１（ａ）に示す）とを有している。また、超音波振動子２に高周波電力を供給する超音波発振器４０（図１（ｂ）に示す）を有している。
【００３７】
被洗浄物１６として、例えばシリコンウェーハ等の半導体ウェーハを洗浄する際には、半導体ウェーハの裏面と洗浄槽４の底面とが平行となるように配置し、半導体ウェーハの表面が洗浄液１０の液面側に位置するように保持部１７に載置する。図１（ｂ）に示すように、被洗浄物１６としての半導体ウェーハが保持部１７に載置された状態で、上面視において、半導体ウェーハは、振動板３上に位置しないように、保持されている。即ち、図１（ａ）に示すように、側面視において、振動板３と半導体ウェーハの先端部とが水平方向に離れた状態で保持するようにする。このため、洗浄槽４の内部の縦横の大きさは、図１（ｂ）に示すように、被洗浄物１６としての半導体ウェーハを浸漬するのに十分な長さを有し、且つ、振動板３の大きさを加えた長さを有している。また、洗浄槽４の深さは、例えば、２０ｍｍ以上を有するようにする。
【００３８】
洗浄槽４の底部に設けられた振動板３は、長方形の板状に形成されており、その縦の長さは、例えば半導体ウェーハの大きさ（直径）とほぼ同じであり、その横の長さは、４０ｍｍである。振動板３の表面（振動面）は洗浄槽４の洗浄液１０に接している。また、振動板３の裏面には、接着により超音波振動子２が取り付けられている。振動板３の裏面の大きさと超音波振動子２の振動面の大きさは、ほぼ同一であり、超音波伝達部材としての振動板３と超音波振動子２とが一体に形成されている。尚、洗浄槽の大きさ及び振動板の大きさ等は、被洗浄物の大きさに基づいて決めるようにする。
【００３９】
図１（ａ）に示す保持部１７は、洗浄槽４の底部に設けられており、被洗浄物１６としての半導体ウェーハを洗浄液１０中で保持するものであり、開閉機構等により半導体ウェーハを保持するようになっている。図１（ａ）に示す洗浄槽４の側面に設けられた洗浄液供給口７は、矢印ｃの実線で示す新たな洗浄液１０を洗浄槽４内に供給するためのものであり、外部に設けられた洗浄液用タンク（図示せず）等から洗浄液供給口７に洗浄液１０が供給される。また、洗浄液排出口８は、洗浄液供給口７から供給された洗浄液１０を回収するためのものであり、洗浄液排出口８から矢印ｄの実線で示す洗浄液１０が外部に設けられた貯留タンク（図示せず）等に回収される。
【００４０】
次に、上記構成から成る超音波洗浄装置１における、振動板３を介して超音波振動子２から発せられる超音波の照射領域について図２を用いて説明する。図２は、振動板の振動面から液面方向に距離２０ｍｍの位置における、音圧振幅レベルの分布を数値計算により求めた結果を示す図である。図２に示す横軸は、振動板３の幅方向における一方の端から他方の端までの間の距離を表す。尚、音圧振幅レベルの数値計算では、振動板３の幅を４０ｍｍとし、超音波振動子２から照射される超音波周波数を７４０ｋＨｚとした。図２に示すように、超音波周波数７４０ｋＨｚにおける音圧振幅レベルは、振動板３の中心から左右の長さ１５ｍｍで最大値となり、振動板３の端面に近づくにつれて低下していく。これにより、振動板３から照射される超音波は、液中で拡散することがなく、また、超音波が照射される範囲は、超音波振動子２の振動面に一体に形成された振動板３の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域である。
【００４１】
このように、超音波振動子２による超音波振動は、洗浄槽４の底部の振動板３を介して洗浄液１０の液面に垂直方向（図１（ａ）に示す振動板からの矢印で示す。）に発せられる。このため、図１に示す実施形態における超音波洗浄装置１では、超音波振動子２による超音波の照射領域（超音波照射領域）は、洗浄槽４の底部における超音波振動子２の面積と振動板３から洗浄液１０表面までの距離からなる直方体を形成する範囲内である。即ち、図１（ａ）に示す拡大図において、超音波照射領域は、超音波振動子２の振動面の端部から延びた液面までの点線で囲まれた領域である。尚、超音波振動子２による超音波の照射領域は、超音波振動子２の振動面の大きさ、形状及び超音波振動子２の取付角度（液面に対する超音波振動子２の振動面の成す角度）によって決まる。
【００４２】
図１（ａ）に示す振動板３から照射された平面超音波は、洗浄液１０表面で反射し、振動板３と洗浄液１０表面との間に定在波音場を形成する。振動板３と洗浄液１０表面との間に形成される定在波音場は、音圧の腹の位置でキャビテーション気泡が捕らえられ、成長するため、キャビテーション気泡の消滅と衝撃波が生じ易くなる。このため、被洗浄物としての半導体ウェーハが定在波音場内に位置している場合には、キャビテーション気泡の消滅による衝撃波を受けて、半導体ウェーハの微細パターンにダメージが生じ易くなる。更に、半導体ウェーハが直接的に超音波振動を受けて振動して、半導体ウェーハに板波が発生してしまい、半導体ウェーハの微細パターンにダメージが生じ易くなる。このように、平面超音波は定在波音場を形成し、衝撃波を伴うキャビテーション気泡の消滅を起こすため、本発明では、定在波音場の影響を排除すべく、被洗浄物が定在波音場内に位置しないようにする。
【００４３】
一方で、振動板３から照射された平面超音波によって、洗浄液１０の表面が自由端となって洗浄液１０が上下に振動して表面張力波２０（図１（ａ）の液面上の波で示す）が発生し、表面張力波２０は洗浄液１０の液面を伝搬し（図１の矢印ａ、ｂで示す）、進行波音場を形成する。尚、表面張力波とは、液体の表面張力を復元力として液体表面を伝搬する波をいう。表面張力波は、反射波が存在しないため、定在波音場は形成されない。
【００４４】
本発明は、被洗浄物１６が定在波音場内に位置しないように、超音波が直接照射されない洗浄液１０の液面近傍の液中に保持するようにして、洗浄液１０の表面に超音波を印加することで表面張力波２０を励起させ、表面張力波２０による音圧により、被洗浄物１６から微粒子汚染物を剥離するものである。表面張力波は進行波音場を形成し、また、微粒子除去に有効なキャビテーション気泡を生成する。このため、従来のように、振動板３から照射された平面超音波より振動板３と洗浄液１０表面との間に形成される定在波音場に、被洗浄物１６が位置しないため、被洗浄物１６としての半導体ウェーハ上に形成されている微細パターンがダメージを受けることがない。
【００４５】
次に、超音波洗浄装置の底部に位置する超音波振動子を駆動する超音波発振器について図３乃至図６を用いて説明する。超音波振動子は、超音波発振器により高周波電力が印加されて、超音波振動を発生する。図３は、超音波発振器の構成を示すブロック図である。図３に示すように、超音波発振器４０は、４００ｋＨｚ以上の周波数を有する信号を発振する発振回路４１に加えて、発振回路４１からの高周波信号を変調する振幅変調回路４２および周波数変調回路４３を内蔵している。更に、４００ｋＨｚ以上の単一周波数から成る高周波信号、又は変調された高周波信号のいずれかの信号を選択して出力する切換回路４４と、切換回路４４からの信号を増幅するパワーアンプ４５を有している。高周波信号は、パワーアンプ４５により電力増幅され、駆動信号として超音波振動子２に印加される。また、発振回路４１の発振開始及び停止の制御、振幅変調回路４２の入力信号の切り換え、切換回路４４の制御を行う制御回路４６を有している。尚、発振回路４１は、４００ｋＨｚ以上の周波数を有する信号を発振することが可能であり、設定によって所定の周波数を有する信号を発振するように構成されている。
【００４６】
上記構成からなる超音波発振器４０は、４００ｋＨｚ以上の単一周波数から成る高周波信号以外に、振幅変調を行った高周波信号、周波数変調を行った高周波信号、周波数変調と振幅変調を併用した高周波信号のいずれかを選択することができるようになっている。超音波発振器４０は、図１に示す超音波洗浄装置１の振動子２に、単一周波数から成る高周波信号又は変調した高周波信号のいずれかを電力増幅して印加するようにする。更に、超音波発振器４０における振幅変調を行った高周波信号、周波数変調を行った高周波信号又は周波数変調と振幅変調を併用した高周波信号のいずれかの高周波信号を、後述する超音波洗浄機（図８に示す超音波洗浄機３０）に用いるようにして、超音波発振器４０からの変調した高周波信号によって超音波洗浄機３０の振動板１７（図８に示す）に板波を励起するようにする。
【００４７】
最初に、高周波の信号の振幅変調について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、振幅変調用信号の波形を示す図、図４（ｂ）は、発振回路から出力される信号の波形を示す図、図４（ｃ）は、発振回路から出力される信号を振幅変調用信号で振幅変調した高周波信号の波形を示す図である。振幅変調は、振幅変調用信号の振幅に応じて高周波の信号の強さ（振幅）を変えるものである。図３に示す超音波発振器４０において、制御回路４６は、発振回路４１から出力される信号を振幅変調回路４２に入力するように設定し、また、切換回路４４を振幅変調回路４２からの高周波信号を出力するように制御する。超音波発振器４０は、振幅変調された高周波信号をパワーアンプ４５で電力増幅して、超音波振動子２を励振する。
【００４８】
図４（ａ）に示す振幅変調用信号の周波数をｆａとすると、振幅変調用信号の周期は、１／ｆａ（図４（ａ）に示す）であり、図４（ｂ）に示す発振回路４１から出力される信号の周波数をｆｃとすると、信号の周期は、１／ｆｃ（図４（ｂ）に示す）である。図４（ｃ）に示す振幅変調した高周波信号は、二つの周波数成分から成っている。すなわち、超音波振動子を駆動する高周波信号の周波数は、発振回路４１から出力される信号の周波数ｆｃと振幅変調用信号の周波数ｆａの周波数成分を有している。
【００４９】
次に、高周波信号の周波数変調について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、周波数変調用信号の波形を示す図、図５（ｂ）は、発振回路から出力される信号の波形を示す図、図５（ｃ）は、発振回路から出力される信号を周波数変調用信号で周波数変調した高周波信号の波形を示す図である。図５（ａ）に示す周波数変調用信号の周期は、周波数変調用信号の周波数をｆｂとすると、１／ｆｂであり、周期内で時間と共に出力レベルが増加し、その後減少する三角波となっている。周波数変調回路４３は、周波数変調用信号のレベルの大きさに応じて発振回路から出力される信号の周波数を制御して出力するようになっている。発振回路４１から出力される信号の周波数をｆｃとしたときに、周波数変調によって信号が変動する周波数変調幅を±ｆｄとすると、図５（ｃ）に示す周波数変調用信号で周波数変調した高周波信号は、周波数変調用信号のレベルの大きさが最大の時には、ｆｃ＋ｆｄの周波数からなり、周波数変調用信号のレベルの大きさが最小の時には、ｆｃ−ｆｄの周波数からなる。また、周波数変調用信号のレベルの大きさが中間値の時には、ｆｃの周波数である。
【００５０】
次に、周波数変調と振幅変調を併用した変調について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、発振回路から出力される信号を周波数変調用信号で周波数変調した高周波信号の波形を示す図、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す周波数変調した高周波信号を振幅変調した高周波信号の波形を示す図である。図３に示す超音波発振器４０において、制御回路４６は、振幅変調回路４２の入力信号を周波数変調回路４３からの出力信号に切り換え、また、切換回路４４を振幅変調回路４２からの高周波信号を出力するように制御する。超音波発振器４０は、周波数変調及び振幅変調された高周波信号をパワーアンプ４５で電力増幅して、超音波振動子２を励振する。
【００５１】
図６（ａ）に示すように、発振回路から出力される信号は、周波数変調回路４３により周波数変調された高周波信号が出力される。尚、周波数変調回路４３から出力される高周波信号は、図５（ｃ）に示すものと同一である。周波数変調された高周波信号は、振幅変調回路４２で振幅変調される。図６（ｂ）に示すように、切換回路４４から出力される高周波信号は、周波数変調した高周波信号が更に振幅変調されたものとなっている。これにより、周波数変調された高周波信号が、更に、振幅変調され、振幅変調された高周波信号を電力増幅して、超音波振動子２を励振することが可能となる。
【００５２】
このように、超音波発振器４０は、４００ｋＨｚ以上の単一周波数から成る高周波信号以外に、振幅変調を行った高周波信号、周波数変調を行った高周波信号、周波数変調と振幅変調を併用した高周波信号のいずれかを出力することができるようになっている。
【００５３】
次に、図１に示す超音波洗浄装置１による被洗浄物の洗浄について説明する。図１に示すように、洗浄液１０を満たした洗浄槽４内に被洗浄物１６を浸漬し、保持部１７によって被洗浄物１６を洗浄液１０表面に近接して平行に配置して保持する。洗浄槽４の底面に位置する振動板３に接着された超音波振動子２に、超音波発振器４０から電力増幅した高周波信号を印加する。超音波発振器４０の高周波信号の周波数は、４００ｋＨｚ以上であり、例えば、７４０ｋＨｚの単一周波数の高周波信号を使用する。超音波振動子２が励振されることにより、超音波振動子２から洗浄槽４内の洗浄液１０に平面超音波が発生する。また、図１に示すように、新たな洗浄液１０は洗浄液供給口７より洗浄槽４内に供給して、被洗浄物１６表面を流れた後、洗浄液排出口８より排出するようにする。平面超音波は洗浄液１０面へ向けて印加され、平面超音波の伝搬経路には、被洗浄物１６が配置されていない。これにより、平面超音波は被洗浄物１６に遮られることなく直接洗浄液１０表面に到達し、洗浄液１０表面には表面張力波が励振され、図１に示すように、振動板３の直上の液面から左右の２方向（矢印ａ、ｂで示す）に進行波として伝搬する。更に、表面張力波の伝搬方向（図１に示す矢印ａ）と洗浄液供給口７からの洗浄液１０の供給方向を同一方向にすることで、微粒子汚染物が新たな洗浄液１０によって流され、被洗浄物１６表面への再付着が防止される。また、洗浄液１０面と超音波振動子２とを可能な限り近接させることで、洗浄槽中の洗浄液１０の量を減らすことができる。尚、超音波発振器４０における単一周波数の高周波信号に代えて、振幅変調を行った高周波信号、周波数変調を行った高周波信号又は周波数変調と振幅変調を併用した高周波信号のいずれかの高周波信号を使用するようにしてもよい。変調した高周波信号によって、平面超音波の音圧に強弱が発生し、これにより励振される表面張力波の音圧にも強弱が生じて、洗浄効果を高めることができる。
【００５４】
このように、本発明の超音波洗浄装置は、被洗浄物は、前記超音波振動子の前記洗浄槽内の超音波照射領域外に位置するように保持して、被洗浄物に超音波を直接照射することなしに、洗浄液の液面に超音波を印加して表面張力波を励起させ、表面張力波による音圧により、被洗浄物から微粒子汚染物を剥離するようにしたものであり、被洗浄基板へのダメージを抑えることができ、また、高清浄度の洗浄を行うことができる。
【００５５】
次に、本発明の第１実施形態に係る他の超音波洗浄装置について図７を用いて説明する。
図７は、本発明の第１実施形態に係る他の超音波洗浄装置の構成を示す一部拡大図を含む断面図である。尚、図１と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する詳細な説明は省略する。図１に示す超音波洗浄装置１は、振動板３及び超音波振動子２が洗浄液１０の液面と平行となるように配されているが、図７に示す超音波洗浄装置１は、振動板３及び超音波振動子２を液面に対して傾けて配置したものである。
【００５６】
図７に示すように、振動板３及び超音波振動子２を液面に対して傾けて配置したことにより、振動板３から液面に照射される超音波は、振動板３の表面から直角を成す方向に伝搬する。このため、超音波振動子２による超音波の照射領域（超音波照射領域）は、振動板３の振動面から直角に液面まで成す領域である。即ち、図７に示す拡大図において、超音波の照射領域は、超音波振動子２の振動面の端部から延びた液面までの点線で囲まれた領域である。図７に示す超音波洗浄装置１は、図１に示す超音波洗浄装置１と同様に、被洗浄物１６が、超音波照射領域に位置しないようにする。これにより、被洗浄物１６は、直接的に超音波振動を受けないため、被洗浄物１６自体に板波が発生することがなく、被洗浄物１６としての半導体ウェーの微細パターンがダメージを受けない。また、図７に示すように、振動板３及び超音波振動子２を液面に対して傾けて配置したことにより、表面張力波の伝搬方向が矢印ｅで示す一方向であり、表面張力波が全周に伝搬することがないため、効率よく表面張力波を発生することができる。このように、図７に示す超音波の入射角度θを、超音波振動子からの平面超音波が直接被洗浄物に当たらない角度に設定することで、表面張力波の伝搬方向を一方向に限定することができ、超音波エネルギーを有効に利用することができる。
【００５７】
次に、超音波洗浄装置の底部の振動板を底部全面に配置して、被洗浄物の裏面に洗浄液の流れを形成する超音波洗浄装置について図８を用いて説明する。図８は、振動板を底部全面に配置した超音波洗浄装置の構成を示す一部拡大図を含む断面図である。尚、図１と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する詳細な説明は省略する。図８に示すように、超音波洗浄装置３０は、洗浄液１０を貯留する洗浄槽４と、洗浄槽４の側面に設けられた洗浄液供給口７と、洗浄液供給口７を有する洗浄槽４の側面と対向する側面に設けられた洗浄液排出口８と、洗浄槽４の洗浄液供給口７側の底部に設けられた振動板３１と、振動板３１の下面に設けられた超音波振動子２と、被洗浄物１６を保持する保持部１７とを有している。振動板３１は、底部全面に配置されており、振動板３１の背面に位置する超音波振動子２は、洗浄槽４の洗浄液供給口７側の底部に設けられている。これにより、図１に示す超音波洗浄装置１とは、洗浄槽４の底部に設けられた振動板３の大きさが異なっている。尚、図８に示す超音波振動子２は、図１に示す超音波振動子２と同一形状、大きさであり、洗浄槽４における取付位置も同一である。また、超音波振動子２による超音波の照射領域（超音波照射領域）は、超音波振動子２の振動面３１から延びた垂線の液面までの成す領域である。即ち、図８に示す拡大図において、超音波照射領域は、超音波振動子２の振動面の端部から延びた液面までの点線で囲まれた領域である。
【００５８】
図８に示す超音波洗浄装置３０において、洗浄槽４の底部全面に配置した振動板３１に設けられた超音波振動子２を、図３に示す超音波発振器４０により変調を行った高周波信号で駆動する。即ち、超音波発振器４０において、振幅変調を行った高周波信号、周波数変調を行った高周波信号、周波数変調と振幅変調を併用した高周波信号のいずれかを出力するようにする。尚、変調を行った高周波信号の高周波信号成分は、超音波振動子２の振動面３１から延びた垂線の液面までの成す領域に超音波を照射するように作用し、一方、変調を行った高周波信号の低周波成分（振幅変調用信号の周波数、周波数変調用信号の周波数）は、振動面３１に板波を励起するように作用する。
【００５９】
超音波振動子２を変調を行った高周波信号で駆動することにより、被洗浄物１６表面および裏面への微粒子汚染物の再付着を防止することができる。即ち、超音波振動子２を被洗浄基板と同程度の面積を有する振動板３１の端部に配置して、例えば、７４０ｋＨｚの高周波信号を、７４０ｋＨｚの高周波信号よりも十分に低い周波数、例えば、２ｋＨｚの振幅変調用信号で振幅変調を行うことにより、振幅変調用信号の周波数と同一の周波数で振動板３１に板波２２が励起され、図８に示す進行波（図８の振動板上に示す波の形）として伝搬する。このとき、振動板３１の表面に接する洗浄液１０に流動力が生じる。板波２２による進行波の伝搬方向（図８に示す矢印ｆ）と洗浄液１０の供給方向を同じにすることで、微粒子汚染物が新たな洗浄液１０によって流され、被洗浄物１６の表面のみでなく、裏面への再付着も防止される。
【００６０】
図８に示す超音波洗浄装置３０のように、被洗浄物である半導体ウェーハの裏面を全面カバーするように振動板３１を設けることにより、半導体ウェーハに接する洗浄液１０全体に流動力を与えることができる。これにより、被洗浄物である半導体ウェーハから剥離した微粒子汚染物の再付着を防止することができ、洗浄処理の効率化が図られる。
【００６１】
尚、図８に示す超音波洗浄装置３０においても、図１に示す超音波洗浄装置１と同様に、被洗浄物１６は、超音波振動子２の洗浄槽４内の超音波照射領域外に位置するように保持されているため、被洗浄物１６に超音波を直接照射されることがないので、被洗浄基板へのダメージの発生を抑えることができる。
【００６２】
次に、超音波洗浄装置における表面張力波の超音波音圧の測定について説明する。尚、表面張力波の超音波音圧の測定は、レーザードップラ振動速度計（ＬＤＶ）を用いて、洗浄槽内の水平方向および垂直方向に対して行ったものである。図９（ａ）は、超音波洗浄装置における超音波音圧の測定箇所を示す図、図９（ｂ）は、洗浄槽内の水平方向における超音波音圧における振動速度振幅の測定結果を示す図である。図９（ａ）に示すように、超音波洗浄装置３０の洗浄槽４内における水平方向の測定は、振動素子の端部の位置を０ｍｍとし、洗浄液１０面近傍において水平方向に図９（ａ）に示す水平移動距離ｗを変化させて２４０ｍｍまでの範囲で行ったものである。図９（ｂ）に示す測定結果より、洗浄液１０表面近傍では、水平距離２４０ｍｍまでの範囲で振動速度振幅値が０．１５ｍ／ｓ以上であり、これにより表面張力波による超音波音圧が存在し、被洗浄物１６の大きさが２００ｍｍ程度の範囲まで十分に伝搬することがわかる。
【００６３】
次に、洗浄槽内の垂直方向における超音波音圧の測定について図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は、超音波洗浄装置における超音波音圧の測定箇所を示す図、図１０（ｂ）は、洗浄槽内の垂直方向における超音波音圧における振動速度振幅の測定結果を示す図である。図１０（ａ）に示すように、超音波洗浄装置３０の洗浄槽４内の垂直方向における超音波音圧の測定では、振動板表面の位置を０ｍｍとして、垂直方向に図１０（ａ）に示す水平方向へ水平距離Ｌが７０ｍｍの位置において、垂直移動距離ｄを変化させて液面までの２０ｍｍの範囲で行った。図１０（ｂ）は、垂直方向における超音波音圧の振動速度振幅の測定結果を示す図である。図１０（ｂ）に示すように、振動板３１の表面から液面表面へ向けて超音波音圧の振動速度振幅は上昇し、液面から１０ｍｍ程度の範囲において振動速度振幅は、ほぼ一定値となる。これにより、表面張力波による超音波音圧は液面より少なくとも２０ｍｍ程度の範囲に存在し、この範囲内に被洗浄物を配置することで高い洗浄効果が得られる。
【００６４】
また、本発明の超音波洗浄装置は、振動板の左右の両端に超音波振動子を設けるようにして、半導体ウェーハ等の基板の大型化にも対応可能となっている。以下に、図１１乃至図１３を用いて大型の半導体ウェーハ等の洗浄が可能な超音波洗浄装置について説明する。
【００６５】
図９（ｂ）に示すように、振動速度振幅の測定結果より、超音波振動子の端面から基板等の被洗浄物が存在する２００ｍｍ程度の範囲まで微粒子除去に十分な振動速度振幅が得られた。しかしながら、振動速度振幅は水平方向距離が長くなるに従って、緩やかに減少している。そのため、直径４５０ｍｍウェーハ基板など、より大きな半導体ウェーハ等の基板に対しては微粒子除去に十分な振動速度振幅が得られない可能性がある。そこで、振動板の左右の両端に超音波振動子を設けるようにして、サイズの大きな基板に対しても十分な洗浄が行えるようにする。
【００６６】
図１１は、振動板の左右の両端に超音波振動子を配した超音波洗浄装置の構成を示す図である。尚、図８と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する詳細な説明は省略する。図１１に示すように、超音波洗浄装置３１における振動板３１の左右の両端には、超音波振動子２Ｌ、２Ｒが設けられている。また、洗浄槽４は、直径４５０ｍｍ半導体ウェーハなどの大口径基板を洗浄することができる大きさを有している。また、洗浄槽４の一方の側面に洗浄液供給口７が設けられており、洗浄槽４の他方の側面に洗浄液排出口８が設けられている。尚、振動板３１の左端に位置する超音波振動子２Ｌが、駆動される際には、洗浄槽４の左側面が洗浄液供給口７となり、洗浄槽４の右側面が洗浄液排出口８となる。また、振動板３１の右端に位置する超音波振動子２Ｒが、駆動される際には、洗浄槽４の右側面が洗浄液供給口７となり、洗浄槽４の左側面が洗浄液排出口８となる。
【００６７】
図１２は、図１１に示す超音波洗浄装置の超音波振動子を駆動する超音波発振器の構成を示すブロック図である。尚、図３の超音波発振器と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する詳細な説明は省略する。図１２に示すように、超音波発振器５０は、パワーアンプ４５の出力を入力とし、２系統の出力を有する選択回路５１を設けるようにする。選択回路から２系統の一方の出力に振動板３１の左端の超音波振動子２Ｌを接続し、選択回路の他方の出力に振動板３１の右端の超音波振動子２Ｒを接続するようにする。制御回路４６は、選択回路５１を制御するようにして、選択回路５１の２系統の出力の一方をパワーアンプ４５からの高周波電力を超音波振動子に供給するようになっている。
【００６８】
図１３（ａ）は、振動板の左側に位置する超音波振動子を駆動した場合の超音波の伝搬を示す図である。超音波発振器５０で振動板３１の左側に位置する超音波振動子２Ｌを駆動することにより、図１３（ａ）に示すように、超音波洗浄装置３１で発生する表面張力波２０および板波２２は、矢印で示す左から右方向へ伝搬する。このとき、洗浄槽４の左側面が洗浄液供給口７とし、洗浄槽４の右側面が洗浄液排出口８となるようにして、洗浄液１０の流れを表面張力波２０および板波２２の伝搬方向と同一にすることで、微粒子の再付着を防止することができる。
【００６９】
図１３（ｂ）は、振動板の右側に位置する超音波振動子を駆動した場合の超音波の伝搬を示す図である。超音波発振器５０で振動板３１の右側に位置する超音波振動子２Ｒを駆動することにより、図１３（ｂ）に示すように、超音波洗浄装置３１で発生する表面張力波２０および板波２２は、矢印で示す左から左方向へ伝搬する。このとき、洗浄槽４の右側面が洗浄液供給口７とし、洗浄槽４の左側面が洗浄液排出口８となるようにして、洗浄液１０の流れを表面張力波２０および板波２２の伝搬方向と同一にすることで、微粒子の再付着を防止することができる。
【００７０】
このように、超音波発振器によって超音波振動子の駆動を左右交互に切り替えることで、振動速度振幅の減少をお互いに補うことができる。また、洗浄液の流れも同様に左右交互に切り替えることで、微粒子の再付着防止が図れる。これにより、大型基板等に対しても十分な微粒子の除去洗浄を行うことができる。
【００７１】
図１１に示す超音波洗浄装置は、振動板の左右の両端に超音波振動子を配した構成となっているが、超音波振動子を振動板の左右の両端に配した構成のみならず、例えば、リング状の形状を成す超音波振動子を配した構成、超音波振動子を振動板の前後左右の端に配した構成、Ｕ字形状を成す超音波振動子を配した構成にすることもできる。このように、超音波振動子は、平面視において、前記被洗浄物を囲むように単数又は複数配置することも可能である。尚、これらの超音波振動子に於いても、被洗浄物は、超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域外に位置するように保持されるようにする。
【００７２】
次に、図８で示した超音波洗浄装置において、超音波により発生する表面張力波による超音波洗浄の有効性を確認すべく、洗浄処理を行った結果について説明する。超音波洗浄では、被洗浄物１６として直径２００ｍｍのシリコンからなる半導体ウェーハを使用し、洗浄液１０として純水を使用した。超音波振動子２は幅４０ｍｍで長さ１６０ｍｍのセラミック製平面板であり、周波数７４０ｋＨｚで１５０Ｗの超音波を出力する。また、超音波発振器の設定は、周波数変調と振幅変調を併用した高周波信号を選択し、周波数変調幅は±５ｋＨｚ、振幅変調周波数は２ｋＨｚ、高周波信号の周波数は７４０ｋＨｚ±５ｋＨｚである。純水の流量は３ｌ（リットル）／ｍｉｎとした。
【００７３】
最初に、洗浄前の半導体ウェーハの表面に汚染物質として微粒子状の窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を塗布する。微粒子の大きさは直径０．１２μｍ以上であり、微粒子数は、２５、０００個程度である。汚染物質の塗布後の半導体ウェーハは、図１４（ａ）に示すように、微粒子が黒点で示される。この状態の半導体ウェーハを超音波洗浄装置３０の保持部１７にセットして、超音波発振器４０により超音波振動子２を励振して、３０秒の超音波洗浄を行う。超音波洗浄後、半導体ウェーハ上に残留した微粒子を計数する。
【００７４】
図１４は、洗浄前後の微粒子分布を示す図であり、図１４（ａ）は、洗浄前の半導体ウェーハの微粒子の分布を示す図、図１４（ｂ）は、３０秒の超音波洗浄を行った洗浄後の半導体ウェーハの微粒子の分布を示す図である。尚、微粒子は黒点で示されている。超音波洗浄後の微粒子の計数結果から、９２％の微粒子が除去されていた。
【００７５】
以上の結果から、洗浄前に半導体ウェーハ上に塗布した微粒子の９０％以上が除去されており、これにより、本発明による表面張力波を用いた超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法の有効性を確認した。
【００７６】
［第２実施形態］
次に、被洗浄物を移動しながら洗浄を行う第２実施形態に係る超音波洗浄装置について述べる。図１５は、本発明の第２実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す断面図である。図１及び図３に示す超音波洗浄装置１は、洗浄槽４に浸漬して被洗浄物１６を固定して洗浄を行うが、図１５に示す超音波洗浄装置３３は、被洗浄物１６を移動させながら洗浄を行うものである。尚、図１と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する詳細な説明は省略する。
【００７７】
図１５に示すように、超音波洗浄装置３３は、洗浄液１０を貯留する洗浄槽３６と、洗浄槽４の下部に設けられた被洗浄物１６を収納する収納部３４と、収納部３４の底部に設けられた洗浄液供給口３７と、高温の窒素ガスを噴出するノズル３５を有している。図１５に示すように、洗浄槽３６の底部は、略Ｖ字形状を成し、底部の中心は、収納部３４と一体に形成されている。洗浄槽３６の左右に位置する底部は、底部の中心に向かって傾斜を成し、傾斜した両面には振動板３が設けられている。振動板３の背面には超音波振動子２が接着により取り付けられている。これにより、超音波振動子２及び振動板から照射される超音波は、液面に対して入射角度を有している。超音波振動子２を駆動することにより、振動板３から液面に超音波が放射され、液面で表面張力波が発生する。図１５に示す超音波の入射角度θは、超音波振動子からの平面超音波が直接被洗浄物に当たらない角度に設定することで、表面張力波の伝搬方向を一方向、即ち、被洗浄物１６が位置する方向に伝搬させることができるため、表面張力波を効果的に活用することができる。
【００７８】
図１５に示す超音波洗浄装置は、超音波振動子からの平面超音波は全て液面に照射され、被洗浄物は、超音波振動子の表面から延びた垂線の液面までの成す領域外に位置するように保持される。このため、液面の表面張力波のみが被洗浄物の表面に作用する。
【００７９】
尚、図１６に示す処理装置の構成においても、室３００の上部の両端に液面に対して傾斜するようにメガソニック変換器３０４が配されている。しかしながら、図１６に示す処理装置では、メガソニック変換器３０４から照射されるエネルギー（超音波エネルギー）が液中で直接被洗浄物に接触し、平面超音波によって洗浄が行われるものである。このため、本発明の超音波洗浄装置と図１６に示す処理装置とは、その構成及び作用が異なるものである。
【００８０】
図１５に示す超音波洗浄装置３３において、被洗浄物１６である半導体ウェーハは、図示しない搬送装置によって収納部３４及び洗浄槽３６に浸静し、超音波を印加しながら搬送装置により徐々に引き上げられる。また、引き上げと同時にノズル３５より高温の窒素ガスを半導体ウェーハの面に供給し、液切り乾燥する。これにより、収納部３４の洗浄液供給口３７から供給される洗浄液１０は、洗浄槽３６の上部の縁からオーバーフローして外部に流れる。
【００８１】
このように、図１５に示す超音波洗浄装置３３は、洗浄槽３６の下部に設けられた収納部３４により被洗浄物を垂直に収納するため、設置スペースが少なくて済む。また、被洗浄物１６を移動しながら洗浄するため、被洗浄物１６の大きさに影響されないため、大型の半導体ウェーハに対しても洗浄することができる。
【００８２】
以上述べたように本発明によれば、被洗浄物は、前記超音波振動子の前記洗浄槽内の超音波照射領域外に位置するように保持して、被洗浄物に超音波を直接照射することなしに、洗浄を行うことにより、被洗浄基板へのダメージを抑えることができる。
【００８３】
また、被洗浄物の表面に近接する洗浄液表面に超音波を印加して表面張力波を励起させ、表面張力波による音圧により、被洗浄物から微粒子汚染物を剥離するようにしたことにより、高精密度の基板等に対して高清浄度の洗浄を行うことができる。
【００８４】
また、表面張力波の伝搬方向と同一方向に洗浄液を供給するようにしたことにより、被洗浄物から剥離した微粒子の再付着を防止することができる。
【００８５】
また、被洗浄物は、洗浄槽の洗浄液の液面と平行となるように、前記洗浄液の液面の近傍に位置するように保持し、被洗浄物から前記洗浄液の液面までの距離を、１０ｍｍ（ミリメートル）以下としたことにより、洗浄槽の深さが浅くてよいため、小量の洗浄液で洗浄が可能である。
【００８６】
また、本発明は、表面張力波が被洗浄物の表面に沿って被洗浄物の全域に伝搬するため、洗浄中に被洗浄物を移動させる移動手段が必要ないため、超音波洗浄装置を簡素化することができる。
【００８７】
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８８】
１、３０、３１、３３ 超音波洗浄装置
２、２Ｌ、２Ｒ 超音波振動子
３、３１ 振動板
４、３６ 洗浄槽
７、３７ 洗浄液供給口
８ 洗浄液排出口
１０ 洗浄液
１６ 被洗浄物（半導体ウェーハ）
１７ 保持部
２０ 表面張力波
２２ 板波
３４ 収納部
３５ ノズル
４０、５０ 超音波発振器
４１ 発振回路
４２ 振幅変調回路
４３ 周波数変調回路
４４ 切換回路
４５ パワーアンプ
４６ 制御回路
５１ 選択回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法に関し、特に、被洗浄物にダメージを与えることなく、高清浄度の洗浄が可能な超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクス産業における硝子基板やシリコンウェーハの基板洗浄においては、高い清浄度が要求される。このような基板等の被洗浄物を洗浄する方法としては、洗浄液中に複数枚の基板を浸漬するディップ方式や基板に洗浄液を噴射して一枚ずつ洗浄処理する枚葉方式があり、近年では高い清浄度の洗浄が可能であり、コスト的にも有利な枚葉方式が多く採用されている。ディップ方式、枚葉方式ともに洗浄液中に超音波振動を印加して、その振動作用によって被洗浄物から微粒子汚染物を除去する洗浄方式であり、超音波洗浄として実用化されている。
【０００３】
例えば、ディップ方式の超音波洗浄では、洗浄液を満たした容器内に浸漬した基板等の被洗浄物に向けて超音波振動を印加する。超音波振動が液体中を伝搬する際に発生する微小な気泡（キャビテーション気泡）が超音波振動の正負のサイクル応じて振動し、その周囲に存在する微粒子汚染物を除去する。しかしながら、超音波振動の振幅が大きくなると、正のサイクルにおいて気泡が消滅し、その際に発生する衝撃波が被洗浄物にダメージを与える。特に１００ｋＨｚ以下の低周波超音波においては超音波振動の振幅が大きく、被洗浄物にダメージを与え易い。このため、エレクトロニクス産業における硝子基板やシリコンウェーハの洗浄においては、超音波振動の振幅の小さい４００ｋＨｚ以上の高周波の超音波が用いられている。
【０００４】
また、特許文献１乃至特許文献４には、枚葉方式の超音波洗浄が開示されている。特許文献１の超音波洗浄は、超音波発振体を内蔵したヘッド内に洗浄液が導入され、ヘッドの出口側から洗浄液が被洗浄物側に供給されて洗浄液槽に落下し、また、被洗浄物は、洗浄液槽から垂直に上方に向かって引き上げられながら移動する。ヘッドによる洗浄液の供給及び超音波の印加により被洗浄物に弾性表面波または板波が励振され、被洗浄物の表面に接する洗浄液に流動力が生じ、その水流分布は表面近傍で大きな流速なる。このように、被洗浄物の上面に付着した微粒子汚染物を弾性表面波または板波によって剥離するものである。
【０００５】
特許文献２は、上部が開口した容器内に供給された洗浄液に超音波振動を印加することで、洗浄液を水平面上から押し上げる。水平面上から押し上げられた洗浄液に基板等の被洗浄物の下面が接触する状態で被洗浄物を水平方向に移動する。同時に被洗浄物の上面から洗浄液を供給する。被洗浄物の下面から印加された超音波の一部が被洗浄物の上面へ透過し、被洗浄物の上面に付着した微粒子汚染物に作用して、洗浄処理を行うものである。
【０００６】
特許文献３は、洗浄液を満たした容器内に浸漬した被洗浄物と同程度の放射面積を有する振動子を平行に配置し、被洗浄物の下面へ向けて超音波振動を印加するようにしたものである。このとき、超音波振動の一部は被洗浄物を透過し、被洗浄基板の上面に付着した微粒子汚染物に作用して被洗浄基板の両面を同時に洗浄するものである。これにより、被洗浄物の洗浄時間が短縮される。
【０００７】
また、特許文献４には、図１６に示す処理装置が開示されている。図１６に示すように、室３００の上部の両端に液面に対して傾斜するようにメガソニック変換器３０４を配し、基板Ｓを基板支持ノッチ３０２で垂直方向移動させるようにする。また、洗浄液を室３００の底部より供給して、室３００の上部のせきで洗浄液を落下させるようにする。基板Ｓを基板支持ノッチ３０２で垂直方向移動させながら、メガソニック変換器３０４のエネルギーＥを直接照射するようにして、基板の洗浄を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３０９５４８号公報
【特許文献２】特開平１０−１０６９９８号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ００／２１６９２号公報
【特許文献４】特表２００５−５１２３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の複数枚の基板を同時に洗浄処理するディップ方式の超音波洗浄では、洗浄液が被洗浄物の表面に沿って流動するが、数ミクロン以下の殆ど流動しない層が界面に沿って存在する。このため、被洗浄物の表面に付着している汚染物が十分に除去されない問題点がある。超音波の印加は被洗浄物の表面近傍の洗浄液層を撹乱する手段として有効であるが、超音波振動の振幅の小さい１ＭＨｚ程度の超音波では、十分な洗浄ができない問題点がある。
【００１０】
更に、微細化が進んだ半導体デバイスでは、超音波振動の振幅の小さい１ＭＨｚ程度の超音波であってもダメージの発生が報告されている。特許文献１乃至特許文献４に開示された従来の枚葉洗浄方法では、いずれも、微細パターンのない被洗浄物の裏面側へ直接超音波印加するようにして、被洗浄物自体を振動させて、基板表面の微細デバイスへも超音波エネルギーが伝搬される。このため、微細化が進んだ半導体デバイスでは、超音波振動の振幅の小さい１ＭＨｚ程度の超音波であっても超音波振動の影響を受けて、ダメージが発生する恐れがある。
【００１１】
そこで、本発明は、被洗浄物を超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域（超音波照射領域）外の洗浄液の液面下の近傍に位置するように保持して、超音波によって洗浄液の表面に表面張力波を励起させ、被洗浄物に超音波を直接照射することなしに、表面張力波による音圧によって被洗浄物の微粒子汚染物を剥離するようにしたことにより、被洗浄基板へのダメージの発生を抑えることができ、また、エレクトロニクス産業等で使用される高精密度の基板等に対して高清浄度の洗浄を行うことが可能な超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目標達成のため、本発明の超音波洗浄装置は、洗浄液を貯留し、被洗浄物を浸漬した洗浄槽と、超音波振動を発する超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波振動を前記洗浄液に付与する振動板と、前記超音波振動子を駆動する超音波発振器と、を有し、前記被洗浄物は、前記超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域外に位置するように保持されて、被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の超音波洗浄装置における前記被洗浄物は、前記超音波振動子からの超音波の平面波が直接当たらない位置に保持されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の超音波洗浄装置は、前記超音波振動子を駆動して前記振動板により前記洗浄槽の洗浄液の液面に向けて超音波を印加して、前記洗浄液の液面に表面張力波を発生させるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の超音波洗浄装置は、前記洗浄液の液面における前記表面張力波によって被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の超音波洗浄装置は、前記表面張力波の伝搬方向と同一方向に、前記洗浄液が流動するように洗浄液を供給するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の超音波洗浄装置は、前記被洗浄物から前記洗浄液の液面までの距離は、１０ｍｍ（ミリメートル）以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の超音波洗浄装置における前記被洗浄物は、前記洗浄槽の洗浄液の液面と平行となるように、前記洗浄液の液面の近傍に位置するように保持されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の超音波洗浄装置における前記超音波振動子及び前記振動板は、前記洗浄液の液面と平行を成すように設けられていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の超音波洗浄装置における前記超音波振動子及び前記振動板は、洗浄液の液面に対して傾きを有するように設けられていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の超音波洗浄装置は、前記振動板を前記洗浄槽の底部全面に配し、前記超音波振動子を駆動する前記超音波発振器は、発振回路、振幅変調回路及び周波数変調回路を備え、前記発振回路による４００ＫＨｚ以上の周波数を有する信号を、前記振幅変調回路及び前記周波数変調回路の少なくとも１つの変調回路によって変調した信号で前記超音波振動子を励振して、前記洗浄液中に超音波を照射して洗浄を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の超音波洗浄装置における前記超音波振動子は、平面視において、前記被洗浄物を囲むように単数又は複数配置されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の超音波洗浄方法は、超音波振動により被洗浄物を洗浄する超音波洗浄方法であって、超音波振動を発する超音波振動子を有する超音波振動発生手段と、前記超音波振動発生手段が装着され、洗浄液を貯留し、被洗浄物を浸漬した洗浄槽とを備え、前記被洗浄物は、前記超音波振動発生手段の前記超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域外に位置するように保持されて、被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の超音波洗浄方法における前記被洗浄物は、前記超音波振動発生手段の前記超音波振動子からの超音波の平面波が直接当たらない位置に保持されていることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の超音波洗浄方法は、前記超音波振動発生手段の前記超音波振動子を駆動して前記洗浄槽の洗浄液の液面に向けて超音波を印加して、前記洗浄液の液面に表面張力波を発生させるようにしたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の超音波洗浄方法は、前記洗浄液の液面における前記表面張力波によって被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の超音波洗浄方法は、前記表面張力波の伝搬方向と同一方向に、前記洗浄液が流動するように洗浄液を供給するようにしたことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の超音波洗浄方法における前記超音波振動子は、平面視において、前記被洗浄物を囲むように単数又は複数配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、被洗浄物は、超音波振動子の洗浄槽内の超音波照射領域外に位置するように保持して、被洗浄物に超音波を直接照射することなしに、洗浄を行うことにより、被洗浄基板へのダメージの発生を抑えることができる。
【００３０】
また、被洗浄物の表面に近接する洗浄液表面に超音波を印加して表面張力波を励起させ、表面張力波による音圧により、被洗浄物から微粒子汚染物を剥離するようにしたことにより、高精密度の基板等に対して高清浄度の洗浄を行うことができる。
【００３１】
また、表面張力波の伝搬方向と同一方向に、洗浄液が流動するように洗浄液を供給するようにしたことにより、被洗浄物から剥離した微粒子汚染物の再付着を防止することができる。
【００３２】
また、被洗浄物は、洗浄槽の洗浄液の液面と平行となるように、前記洗浄液の液面の近傍に位置するように保持し、被洗浄物から前記洗浄液の液面までの距離を、１０ｍｍ（ミリメートル）以下としたことにより、洗浄槽の深さが浅くてよいため、小量の洗浄液で洗浄が可能となる。
【００３３】
また、本発明は、表面張力波が被洗浄物の表面に沿って被洗浄物の全域に伝搬するため、洗浄中に被洗浄物を移動させる移動手段が必要ないため、超音波洗浄装置を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す図であり、（ａ）は、超音波洗浄装置の正面から見た一部拡大図を含む断面図であり、（ｂ）は、超音波洗浄装置の構成を示す平面図である。
【図２】振動板の振動面から液面方向に距離２０ｍｍの位置における、音圧振幅レベルの分布を数値計算により求めた結果を示す図である。
【図３】超音波発振器の構成を示すブロック図である。
【図４】（ａ）は、振幅変調用信号の波形を示す図、（ｂ）は、発振回路から出力される信号の波形を示す図、（ｃ）は、発振回路から出力される信号を振幅変調用信号で振幅変調した高周波信号の波形を示す図である。
【図５】（ａ）は、周波数変調用信号の波形を示す図、（ｂ）は、発振回路から出力される信号の波形を示す図、（ｃ）は、発振回路から出力される信号を周波数変調用信号で周波数変調した高周波信号の波形を示す図である。
【図６】（ａ）は、発振回路から出力される信号を周波数変調用信号で周波数変調した高周波信号の波形を示す図、（ｂ）は、（ａ）に示す周波数変調した高周波信号を振幅変調した高周波信号の波形を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る他の超音波洗浄装置の構成を示す一部拡大図を含む断面図である。
【図８】振動板を底部全面に配置した超音波洗浄装置の構成を示す一部拡大図を含む断面図である。
【図９】（ａ）は、超音波洗浄装置における超音波音圧の測定箇所を示す図、（ｂ）は、洗浄槽内の水平方向における超音波音圧における振動速度振幅の測定結果を示す図である。
【図１０】（ａ）は、超音波洗浄装置における超音波音圧の測定箇所を示す図、（ｂ）は、洗浄槽内の垂直方向における超音波音圧における振動速度振幅の測定結果を示す図である。
【図１１】振動板の左右の両端に超音波振動子を配した超音波洗浄装置の構成を示す図である。
【図１２】図１１に示す超音波洗浄装置の超音波振動子を駆動する超音波発振器の構成を示すブロック図である。
【図１３】（ａ）は、振動板の左側に位置する超音波振動子を駆動した場合の超音波の伝搬を示す図であり、（ｂ）は、振動板の右側に位置する超音波振動子を駆動した場合の超音波の伝搬を示す図である。
【図１４】洗浄前後の微粒子分布を示す図であり、（ａ）は、洗浄前の半導体ウェーハの微粒子の分布を示す図、（ｂ）は、洗浄後の半導体ウェーハの微粒子の分布を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す断面図である。
【図１６】特許文献４に開示された処理装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明による超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法を実施するための形態について説明する。
【００３６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す図であり、図１（ａ）は、音波洗浄装置の正面から見た一部拡大図を含む断面図であり、図１（ｂ）は、超音波洗浄装置の構成を示す平面図である。尚、図１に示す超音波洗浄装置は、シリコンウェーハを１枚ずつ処理する枚葉式のものである。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、超音波洗浄装置１は、洗浄液１０を貯留する洗浄槽４と、洗浄槽４の側面に設けられた洗浄液供給口７（図１（ａ）に示す）と、洗浄液供給口７を有する洗浄槽４の側面と対向する側面に設けられた洗浄液排出口８（図１（ａ）に示す）と、洗浄槽４の洗浄液供給口７側の底部に設けられた振動板３と、振動板３の下面に設けられた超音波振動子２と、被洗浄物１６を保持する保持部１７（図１（ａ）に示す）とを有している。また、超音波振動子２に高周波電力を供給する超音波発振器４０（図１（ｂ）に示す）を有している。
【００３７】
被洗浄物１６として、例えばシリコンウェーハ等の半導体ウェーハを洗浄する際には、半導体ウェーハの裏面と洗浄槽４の底面とが平行となるように配置し、半導体ウェーハの表面が洗浄液１０の液面側に位置するように保持部１７に載置する。図１（ｂ）に示すように、被洗浄物１６としての半導体ウェーハが保持部１７に載置された状態で、上面視において、半導体ウェーハは、振動板３上に位置しないように、保持されている。即ち、図１（ａ）に示すように、側面視において、振動板３と半導体ウェーハの先端部とが水平方向に離れた状態で保持するようにする。このため、洗浄槽４の内部の縦横の大きさは、図１（ｂ）に示すように、被洗浄物１６としての半導体ウェーハを浸漬するのに十分な長さを有し、且つ、振動板３の大きさを加えた長さを有している。また、洗浄槽４の深さは、例えば、２０ｍｍ以上を有するようにする。
【００３８】
洗浄槽４の底部に設けられた振動板３は、長方形の板状に形成されており、その縦の長さは、例えば半導体ウェーハの大きさ（直径）とほぼ同じであり、その横の長さは、４０ｍｍである。振動板３の表面（振動面）は洗浄槽４の洗浄液１０に接している。また、振動板３の裏面には、接着により超音波振動子２が取り付けられている。振動板３の裏面の大きさと超音波振動子２の振動面の大きさは、ほぼ同一であり、超音波伝達部材としての振動板３と超音波振動子２とが一体に形成されている。尚、洗浄槽の大きさ及び振動板の大きさ等は、被洗浄物の大きさに基づいて決めるようにする。
【００３９】
図１（ａ）に示す保持部１７は、洗浄槽４の底部に設けられており、被洗浄物１６としての半導体ウェーハを洗浄液１０中で保持するものであり、開閉機構等により半導体ウェーハを保持するようになっている。図１（ａ）に示す洗浄槽４の側面に設けられた洗浄液供給口７は、矢印ｃの実線で示す新たな洗浄液１０を洗浄槽４内に供給するためのものであり、外部に設けられた洗浄液用タンク（図示せず）等から洗浄液供給口７に洗浄液１０が供給される。また、洗浄液排出口８は、洗浄液供給口７から供給された洗浄液１０を回収するためのものであり、洗浄液排出口８から矢印ｄの実線で示す洗浄液１０が外部に設けられた貯留タンク（図示せず）等に回収される。
【００４０】
次に、上記構成から成る超音波洗浄装置１における、振動板３を介して超音波振動子２から発せられる超音波の照射領域について図２を用いて説明する。図２は、振動板の振動面から液面方向に距離２０ｍｍの位置における、音圧振幅レベルの分布を数値計算により求めた結果を示す図である。図２に示す横軸は、振動板３の幅方向における一方の端から他方の端までの間の距離を表す。尚、音圧振幅レベルの数値計算では、振動板３の幅を４０ｍｍとし、超音波振動子２から照射される超音波周波数を７４０ｋＨｚとした。図２に示すように、超音波周波数７４０ｋＨｚにおける音圧振幅レベルは、振動板３の中心から左右の長さ１５ｍｍで最大値となり、振動板３の端面に近づくにつれて低下していく。これにより、振動板３から照射される超音波は、液中で拡散することがなく、また、超音波が照射される範囲は、超音波振動子２の振動面に一体に形成された振動板３の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域である。
【００４１】
このように、超音波振動子２による超音波振動は、洗浄槽４の底部の振動板３を介して洗浄液１０の液面に垂直方向（図１（ａ）に示す振動板からの矢印で示す。）に発せられる。このため、図１に示す実施形態における超音波洗浄装置１では、超音波振動子２による超音波の照射領域（超音波照射領域）は、洗浄槽４の底部における超音波振動子２の面積と振動板３から洗浄液１０表面までの距離からなる直方体を形成する範囲内である。即ち、図１（ａ）に示す拡大図において、超音波照射領域は、超音波振動子２の振動面の端部から延びた液面までの点線で囲まれた領域である。尚、超音波振動子２による超音波の照射領域は、超音波振動子２の振動面の大きさ、形状及び超音波振動子２の取付角度（液面に対する超音波振動子２の振動面の成す角度）によって決まる。
【００４２】
図１（ａ）に示す振動板３から照射された平面超音波は、洗浄液１０表面で反射し、振動板３と洗浄液１０表面との間に定在波音場を形成する。振動板３と洗浄液１０表面との間に形成される定在波音場は、音圧の腹の位置でキャビテーション気泡が捕らえられ、成長するため、キャビテーション気泡の消滅と衝撃波が生じ易くなる。このため、被洗浄物としての半導体ウェーハが定在波音場内に位置している場合には、キャビテーション気泡の消滅による衝撃波を受けて、半導体ウェーハの微細パターンにダメージが生じ易くなる。更に、半導体ウェーハが直接的に超音波振動を受けて振動して、半導体ウェーハに板波が発生してしまい、半導体ウェーハの微細パターンにダメージが生じ易くなる。このように、平面超音波は定在波音場を形成し、衝撃波を伴うキャビテーション気泡の消滅を起こすため、本発明では、定在波音場の影響を排除すべく、被洗浄物が定在波音場内に位置しないようにする。
【００４３】
一方で、振動板３から照射された平面超音波によって、洗浄液１０の表面が自由端となって洗浄液１０が上下に振動して表面張力波２０（図１（ａ）の液面上の波で示す）が発生し、表面張力波２０は洗浄液１０の液面を伝搬し（図１の矢印ａ、ｂで示す）、進行波音場を形成する。尚、表面張力波とは、液体の表面張力を復元力として液体表面を伝搬する波をいう。表面張力波は、反射波が存在しないため、定在波音場は形成されない。
【００４４】
本発明は、被洗浄物１６が定在波音場内に位置しないように、超音波が直接照射されない洗浄液１０の液面近傍の液中に保持するようにして、洗浄液１０の表面に超音波を印加することで表面張力波２０を励起させ、表面張力波２０による音圧により、被洗浄物１６から微粒子汚染物を剥離するものである。表面張力波は進行波音場を形成し、また、微粒子除去に有効なキャビテーション気泡を生成する。このため、従来のように、振動板３から照射された平面超音波より振動板３と洗浄液１０表面との間に形成される定在波音場に、被洗浄物１６が位置しないため、被洗浄物１６としての半導体ウェーハ上に形成されている微細パターンがダメージを受けることがない。
【００４５】
次に、超音波洗浄装置の底部に位置する超音波振動子を駆動する超音波発振器について図３乃至図６を用いて説明する。超音波振動子は、超音波発振器により高周波電力が印加されて、超音波振動を発生する。図３は、超音波発振器の構成を示すブロック図である。図３に示すように、超音波発振器４０は、４００ｋＨｚ以上の周波数を有する信号を発振する発振回路４１に加えて、発振回路４１からの高周波信号を変調する振幅変調回路４２および周波数変調回路４３を内蔵している。更に、４００ｋＨｚ以上の単一周波数から成る高周波信号、又は変調された高周波信号のいずれかの信号を選択して出力する切換回路４４と、切換回路４４からの信号を増幅するパワーアンプ４５を有している。高周波信号は、パワーアンプ４５により電力増幅され、駆動信号として超音波振動子２に印加される。また、発振回路４１の発振開始及び停止の制御、振幅変調回路４２の入力信号の切り換え、切換回路４４の制御を行う制御回路４６を有している。尚、発振回路４１は、４００ｋＨｚ以上の周波数を有する信号を発振することが可能であり、設定によって所定の周波数を有する信号を発振するように構成されている。
【００４６】
上記構成からなる超音波発振器４０は、４００ｋＨｚ以上の単一周波数から成る高周波信号以外に、振幅変調を行った高周波信号、周波数変調を行った高周波信号、周波数変調と振幅変調を併用した高周波信号のいずれかを選択することができるようになっている。超音波発振器４０は、図１に示す超音波洗浄装置１の振動子２に、単一周波数から成る高周波信号又は変調した高周波信号のいずれかを電力増幅して印加するようにする。更に、超音波発振器４０における振幅変調を行った高周波信号、周波数変調を行った高周波信号又は周波数変調と振幅変調を併用した高周波信号のいずれかの高周波信号を、後述する超音波洗浄機（図８に示す超音波洗浄機３０）に用いるようにして、超音波発振器４０からの変調した高周波信号によって超音波洗浄機３０の振動板１７（図８に示す）に板波を励起するようにする。
【００４７】
最初に、高周波の信号の振幅変調について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、振幅変調用信号の波形を示す図、図４（ｂ）は、発振回路から出力される信号の波形を示す図、図４（ｃ）は、発振回路から出力される信号を振幅変調用信号で振幅変調した高周波信号の波形を示す図である。振幅変調は、振幅変調用信号の振幅に応じて高周波の信号の強さ（振幅）を変えるものである。図３に示す超音波発振器４０において、制御回路４６は、発振回路４１から出力される信号を振幅変調回路４２に入力するように設定し、また、切換回路４４を振幅変調回路４２からの高周波信号を出力するように制御する。超音波発振器４０は、振幅変調された高周波信号をパワーアンプ４５で電力増幅して、超音波振動子２を励振する。
【００４８】
図４（ａ）に示す振幅変調用信号の周波数をｆａとすると、振幅変調用信号の周期は、１／ｆａ（図４（ａ）に示す）であり、図４（ｂ）に示す発振回路４１から出力される信号の周波数をｆｃとすると、信号の周期は、１／ｆｃ（図４（ｂ）に示す）である。図４（ｃ）に示す振幅変調した高周波信号は、二つの周波数成分から成っている。すなわち、超音波振動子を駆動する高周波信号の周波数は、発振回路４１から出力される信号の周波数ｆｃと振幅変調用信号の周波数ｆａの周波数成分を有している。
【００４９】
次に、高周波信号の周波数変調について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、周波数変調用信号の波形を示す図、図５（ｂ）は、発振回路から出力される信号の波形を示す図、図５（ｃ）は、発振回路から出力される信号を周波数変調用信号で周波数変調した高周波信号の波形を示す図である。図５（ａ）に示す周波数変調用信号の周期は、周波数変調用信号の周波数をｆｂとすると、１／ｆｂであり、周期内で時間と共に出力レベルが増加し、その後減少する三角波となっている。周波数変調回路４３は、周波数変調用信号のレベルの大きさに応じて発振回路から出力される信号の周波数を制御して出力するようになっている。発振回路４１から出力される信号の周波数をｆｃとしたときに、周波数変調によって信号が変動する周波数変調幅を±ｆｄとすると、図５（ｃ）に示す周波数変調用信号で周波数変調した高周波信号は、周波数変調用信号のレベルの大きさが最大の時には、ｆｃ＋ｆｄの周波数からなり、周波数変調用信号のレベルの大きさが最小の時には、ｆｃ−ｆｄの周波数からなる。また、周波数変調用信号のレベルの大きさが中間値の時には、ｆｃの周波数である。
【００５０】
次に、周波数変調と振幅変調を併用した変調について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、発振回路から出力される信号を周波数変調用信号で周波数変調した高周波信号の波形を示す図、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す周波数変調した高周波信号を振幅変調した高周波信号の波形を示す図である。図３に示す超音波発振器４０において、制御回路４６は、振幅変調回路４２の入力信号を周波数変調回路４３からの出力信号に切り換え、また、切換回路４４を振幅変調回路４２からの高周波信号を出力するように制御する。超音波発振器４０は、周波数変調及び振幅変調された高周波信号をパワーアンプ４５で電力増幅して、超音波振動子２を励振する。
【００５１】
図６（ａ）に示すように、発振回路から出力される信号は、周波数変調回路４３により周波数変調された高周波信号が出力される。尚、周波数変調回路４３から出力される高周波信号は、図５（ｃ）に示すものと同一である。周波数変調された高周波信号は、振幅変調回路４２で振幅変調される。図６（ｂ）に示すように、切換回路４４から出力される高周波信号は、周波数変調した高周波信号が更に振幅変調されたものとなっている。これにより、周波数変調された高周波信号が、更に、振幅変調され、振幅変調された高周波信号を電力増幅して、超音波振動子２を励振することが可能となる。
【００５２】
このように、超音波発振器４０は、４００ｋＨｚ以上の単一周波数から成る高周波信号以外に、振幅変調を行った高周波信号、周波数変調を行った高周波信号、周波数変調と振幅変調を併用した高周波信号のいずれかを出力することができるようになっている。
【００５３】
次に、図１に示す超音波洗浄装置１による被洗浄物の洗浄について説明する。図１に示すように、洗浄液１０を満たした洗浄槽４内に被洗浄物１６を浸漬し、保持部１７によって被洗浄物１６を洗浄液１０表面に近接して平行に配置して保持する。洗浄槽４の底面に位置する振動板３に接着された超音波振動子２に、超音波発振器４０から電力増幅した高周波信号を印加する。超音波発振器４０の高周波信号の周波数は、４００ｋＨｚ以上であり、例えば、７４０ｋＨｚの単一周波数の高周波信号を使用する。超音波振動子２が励振されることにより、超音波振動子２から洗浄槽４内の洗浄液１０に平面超音波が発生する。また、図１に示すように、新たな洗浄液１０は洗浄液供給口７より洗浄槽４内に供給して、被洗浄物１６表面を流れた後、洗浄液排出口８より排出するようにする。平面超音波は洗浄液１０面へ向けて印加され、平面超音波の伝搬経路には、被洗浄物１６が配置されていない。これにより、平面超音波は被洗浄物１６に遮られることなく直接洗浄液１０表面に到達し、洗浄液１０表面には表面張力波が励振され、図１に示すように、振動板３の直上の液面から左右の２方向（矢印ａ、ｂで示す）に進行波として伝搬する。更に、表面張力波の伝搬方向（図１に示す矢印ａ）と洗浄液供給口７からの洗浄液１０の供給方向を同一方向にすることで、微粒子汚染物が新たな洗浄液１０によって流され、被洗浄物１６表面への再付着が防止される。また、洗浄液１０面と超音波振動子２とを可能な限り近接させることで、洗浄槽中の洗浄液１０の量を減らすことができる。尚、超音波発振器４０における単一周波数の高周波信号に代えて、振幅変調を行った高周波信号、周波数変調を行った高周波信号又は周波数変調と振幅変調を併用した高周波信号のいずれかの高周波信号を使用するようにしてもよい。変調した高周波信号によって、平面超音波の音圧に強弱が発生し、これにより励振される表面張力波の音圧にも強弱が生じて、洗浄効果を高めることができる。
【００５４】
このように、本発明の超音波洗浄装置は、被洗浄物は、前記超音波振動子の前記洗浄槽内の超音波照射領域外に位置するように保持して、被洗浄物に超音波を直接照射することなしに、洗浄液の液面に超音波を印加して表面張力波を励起させ、表面張力波による音圧により、被洗浄物から微粒子汚染物を剥離するようにしたものであり、被洗浄基板へのダメージを抑えることができ、また、高清浄度の洗浄を行うことができる。
【００５５】
次に、本発明の第１実施形態に係る他の超音波洗浄装置について図７を用いて説明する。
図７は、本発明の第１実施形態に係る他の超音波洗浄装置の構成を示す一部拡大図を含む断面図である。尚、図１と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する詳細な説明は省略する。図１に示す超音波洗浄装置１は、振動板３及び超音波振動子２が洗浄液１０の液面と平行となるように配されているが、図７に示す超音波洗浄装置１は、振動板３及び超音波振動子２を液面に対して傾けて配置したものである。
【００５６】
図７に示すように、振動板３及び超音波振動子２を液面に対して傾けて配置したことにより、振動板３から液面に照射される超音波は、振動板３の表面から直角を成す方向に伝搬する。このため、超音波振動子２による超音波の照射領域（超音波照射領域）は、振動板３の振動面から直角に液面まで成す領域である。即ち、図７に示す拡大図において、超音波の照射領域は、超音波振動子２の振動面の端部から延びた液面までの点線で囲まれた領域である。図７に示す超音波洗浄装置１は、図１に示す超音波洗浄装置１と同様に、被洗浄物１６が、超音波照射領域に位置しないようにする。これにより、被洗浄物１６は、直接的に超音波振動を受けないため、被洗浄物１６自体に板波が発生することがなく、被洗浄物１６としての半導体ウェーの微細パターンがダメージを受けない。また、図７に示すように、振動板３及び超音波振動子２を液面に対して傾けて配置したことにより、表面張力波の伝搬方向が矢印ｅで示す一方向であり、表面張力波が全周に伝搬することがないため、効率よく表面張力波を発生することができる。このように、図７に示す超音波の入射角度θを、超音波振動子からの平面超音波が直接被洗浄物に当たらない角度に設定することで、表面張力波の伝搬方向を一方向に限定することができ、超音波エネルギーを有効に利用することができる。
【００５７】
次に、超音波洗浄装置の底部の振動板を底部全面に配置して、被洗浄物の裏面に洗浄液の流れを形成する超音波洗浄装置について図８を用いて説明する。図８は、振動板を底部全面に配置した超音波洗浄装置の構成を示す一部拡大図を含む断面図である。尚、図１と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する詳細な説明は省略する。図８に示すように、超音波洗浄装置３０は、洗浄液１０を貯留する洗浄槽４と、洗浄槽４の側面に設けられた洗浄液供給口７と、洗浄液供給口７を有する洗浄槽４の側面と対向する側面に設けられた洗浄液排出口８と、洗浄槽４の洗浄液供給口７側の底部に設けられた振動板３１と、振動板３１の下面に設けられた超音波振動子２と、被洗浄物１６を保持する保持部１７とを有している。振動板３１は、底部全面に配置されており、振動板３１の背面に位置する超音波振動子２は、洗浄槽４の洗浄液供給口７側の底部に設けられている。これにより、図１に示す超音波洗浄装置１とは、洗浄槽４の底部に設けられた振動板３の大きさが異なっている。尚、図８に示す超音波振動子２は、図１に示す超音波振動子２と同一形状、大きさであり、洗浄槽４における取付位置も同一である。また、超音波振動子２による超音波の照射領域（超音波照射領域）は、超音波振動子２の振動面３１から延びた垂線の液面までの成す領域である。即ち、図８に示す拡大図において、超音波照射領域は、超音波振動子２の振動面の端部から延びた液面までの点線で囲まれた領域である。
【００５８】
図８に示す超音波洗浄装置３０において、洗浄槽４の底部全面に配置した振動板３１に設けられた超音波振動子２を、図３に示す超音波発振器４０により変調を行った高周波信号で駆動する。即ち、超音波発振器４０において、振幅変調を行った高周波信号、周波数変調を行った高周波信号、周波数変調と振幅変調を併用した高周波信号のいずれかを出力するようにする。尚、変調を行った高周波信号の高周波信号成分は、超音波振動子２の振動面３１から延びた垂線の液面までの成す領域に超音波を照射するように作用し、一方、変調を行った高周波信号の低周波成分（振幅変調用信号の周波数、周波数変調用信号の周波数）は、振動面３１に板波を励起するように作用する。
【００５９】
超音波振動子２を変調を行った高周波信号で駆動することにより、被洗浄物１６表面および裏面への微粒子汚染物の再付着を防止することができる。即ち、超音波振動子２を被洗浄基板と同程度の面積を有する振動板３１の端部に配置して、例えば、７４０ｋＨｚの高周波信号を、７４０ｋＨｚの高周波信号よりも十分に低い周波数、例えば、２ｋＨｚの振幅変調用信号で振幅変調を行うことにより、振幅変調用信号の周波数と同一の周波数で振動板３１に板波２２が励起され、図８に示す進行波（図８の振動板上に示す波の形）として伝搬する。このとき、振動板３１の表面に接する洗浄液１０に流動力が生じる。板波２２による進行波の伝搬方向（図８に示す矢印ｆ）と洗浄液１０の供給方向を同じにすることで、微粒子汚染物が新たな洗浄液１０によって流され、被洗浄物１６の表面のみでなく、裏面への再付着も防止される。
【００６０】
図８に示す超音波洗浄装置３０のように、被洗浄物である半導体ウェーハの裏面を全面カバーするように振動板３１を設けることにより、半導体ウェーハに接する洗浄液１０全体に流動力を与えることができる。これにより、被洗浄物である半導体ウェーハから剥離した微粒子汚染物の再付着を防止することができ、洗浄処理の効率化が図られる。
【００６１】
尚、図８に示す超音波洗浄装置３０においても、図１に示す超音波洗浄装置１と同様に、被洗浄物１６は、超音波振動子２の洗浄槽４内の超音波照射領域外に位置するように保持されているため、被洗浄物１６に超音波を直接照射されることがないので、被洗浄基板へのダメージの発生を抑えることができる。
【００６２】
次に、超音波洗浄装置における表面張力波の超音波音圧の測定について説明する。尚、表面張力波の超音波音圧の測定は、レーザードップラ振動速度計（ＬＤＶ）を用いて、洗浄槽内の水平方向および垂直方向に対して行ったものである。図９（ａ）は、超音波洗浄装置における超音波音圧の測定箇所を示す図、図９（ｂ）は、洗浄槽内の水平方向における超音波音圧における振動速度振幅の測定結果を示す図である。図９（ａ）に示すように、超音波洗浄装置３０の洗浄槽４内における水平方向の測定は、振動素子の端部の位置を０ｍｍとし、洗浄液１０面近傍において水平方向に図９（ａ）に示す水平移動距離ｗを変化させて２４０ｍｍまでの範囲で行ったものである。図９（ｂ）に示す測定結果より、洗浄液１０表面近傍では、水平距離２４０ｍｍまでの範囲で振動速度振幅値が０．１５ｍ／ｓ以上であり、これにより表面張力波による超音波音圧が存在し、被洗浄物１６の大きさが２００ｍｍ程度の範囲まで十分に伝搬することがわかる。
【００６３】
次に、洗浄槽内の垂直方向における超音波音圧の測定について図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は、超音波洗浄装置における超音波音圧の測定箇所を示す図、図１０（ｂ）は、洗浄槽内の垂直方向における超音波音圧における振動速度振幅の測定結果を示す図である。図１０（ａ）に示すように、超音波洗浄装置３０の洗浄槽４内の垂直方向における超音波音圧の測定では、振動板表面の位置を０ｍｍとして、垂直方向に図１０（ａ）に示す水平方向へ水平距離Ｌが７０ｍｍの位置において、垂直移動距離ｄを変化させて液面までの２０ｍｍの範囲で行った。図１０（ｂ）は、垂直方向における超音波音圧の振動速度振幅の測定結果を示す図である。図１０（ｂ）に示すように、振動板３１の表面から液面表面へ向けて超音波音圧の振動速度振幅は上昇し、液面から１０ｍｍ程度の範囲において振動速度振幅は、ほぼ一定値となる。これにより、表面張力波による超音波音圧は液面より少なくとも２０ｍｍ程度の範囲に存在し、この範囲内に被洗浄物を配置することで高い洗浄効果が得られる。
【００６４】
また、本発明の超音波洗浄装置は、振動板の左右の両端に超音波振動子を設けるようにして、半導体ウェーハ等の基板の大型化にも対応可能となっている。以下に、図１１乃至図１３を用いて大型の半導体ウェーハ等の洗浄が可能な超音波洗浄装置について説明する。
【００６５】
図９（ｂ）に示すように、振動速度振幅の測定結果より、超音波振動子の端面から基板等の被洗浄物が存在する２００ｍｍ程度の範囲まで微粒子除去に十分な振動速度振幅が得られた。しかしながら、振動速度振幅は水平方向距離が長くなるに従って、緩やかに減少している。そのため、直径４５０ｍｍウェーハ基板など、より大きな半導体ウェーハ等の基板に対しては微粒子除去に十分な振動速度振幅が得られない可能性がある。そこで、振動板の左右の両端に超音波振動子を設けるようにして、サイズの大きな基板に対しても十分な洗浄が行えるようにする。
【００６６】
図１１は、振動板の左右の両端に超音波振動子を配した超音波洗浄装置の構成を示す図である。尚、図８と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する詳細な説明は省略する。図１１に示すように、超音波洗浄装置３１における振動板３１の左右の両端には、超音波振動子２Ｌ、２Ｒが設けられている。また、洗浄槽４は、直径４５０ｍｍ半導体ウェーハなどの大口径基板を洗浄することができる大きさを有している。また、洗浄槽４の一方の側面に洗浄液供給口７が設けられており、洗浄槽４の他方の側面に洗浄液排出口８が設けられている。尚、振動板３１の左端に位置する超音波振動子２Ｌが、駆動される際には、洗浄槽４の左側面が洗浄液供給口７となり、洗浄槽４の右側面が洗浄液排出口８となる。また、振動板３１の右端に位置する超音波振動子２Ｒが、駆動される際には、洗浄槽４の右側面が洗浄液供給口７となり、洗浄槽４の左側面が洗浄液排出口８となる。
【００６７】
図１２は、図１１に示す超音波洗浄装置の超音波振動子を駆動する超音波発振器の構成を示すブロック図である。尚、図３の超音波発振器と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する詳細な説明は省略する。図１２に示すように、超音波発振器５０は、パワーアンプ４５の出力を入力とし、２系統の出力を有する選択回路５１を設けるようにする。選択回路から２系統の一方の出力に振動板３１の左端の超音波振動子２Ｌを接続し、選択回路の他方の出力に振動板３１の右端の超音波振動子２Ｒを接続するようにする。制御回路４６は、選択回路５１を制御するようにして、選択回路５１の２系統の出力の一方をパワーアンプ４５からの高周波電力を超音波振動子に供給するようになっている。
【００６８】
図１３（ａ）は、振動板の左側に位置する超音波振動子を駆動した場合の超音波の伝搬を示す図である。超音波発振器５０で振動板３１の左側に位置する超音波振動子２Ｌを駆動することにより、図１３（ａ）に示すように、超音波洗浄装置３１で発生する表面張力波２０および板波２２は、矢印で示す左から右方向へ伝搬する。このとき、洗浄槽４の左側面が洗浄液供給口７とし、洗浄槽４の右側面が洗浄液排出口８となるようにして、洗浄液１０の流れを表面張力波２０および板波２２の伝搬方向と同一にすることで、微粒子の再付着を防止することができる。
【００６９】
図１３（ｂ）は、振動板の右側に位置する超音波振動子を駆動した場合の超音波の伝搬を示す図である。超音波発振器５０で振動板３１の右側に位置する超音波振動子２Ｒを駆動することにより、図１３（ｂ）に示すように、超音波洗浄装置３１で発生する表面張力波２０および板波２２は、矢印で示す左から左方向へ伝搬する。このとき、洗浄槽４の右側面が洗浄液供給口７とし、洗浄槽４の左側面が洗浄液排出口８となるようにして、洗浄液１０の流れを表面張力波２０および板波２２の伝搬方向と同一にすることで、微粒子の再付着を防止することができる。
【００７０】
このように、超音波発振器によって超音波振動子の駆動を左右交互に切り替えることで、振動速度振幅の減少をお互いに補うことができる。また、洗浄液の流れも同様に左右交互に切り替えることで、微粒子の再付着防止が図れる。これにより、大型基板等に対しても十分な微粒子の除去洗浄を行うことができる。
【００７１】
図１１に示す超音波洗浄装置は、振動板の左右の両端に超音波振動子を配した構成となっているが、超音波振動子を振動板の左右の両端に配した構成のみならず、例えば、リング状の形状を成す超音波振動子を配した構成、超音波振動子を振動板の前後左右の端に配した構成、Ｕ字形状を成す超音波振動子を配した構成にすることもできる。このように、超音波振動子は、平面視において、前記被洗浄物を囲むように単数又は複数配置することも可能である。尚、これらの超音波振動子に於いても、被洗浄物は、超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域外に位置するように保持されるようにする。
【００７２】
次に、図８で示した超音波洗浄装置において、超音波により発生する表面張力波による超音波洗浄の有効性を確認すべく、洗浄処理を行った結果について説明する。超音波洗浄では、被洗浄物１６として直径２００ｍｍのシリコンからなる半導体ウェーハを使用し、洗浄液１０として純水を使用した。超音波振動子２は幅４０ｍｍで長さ１６０ｍｍのセラミック製平面板であり、周波数７４０ｋＨｚで１５０Ｗの超音波を出力する。また、超音波発振器の設定は、周波数変調と振幅変調を併用した高周波信号を選択し、周波数変調幅は±５ｋＨｚ、振幅変調周波数は２ｋＨｚ、高周波信号の周波数は７４０ｋＨｚ±５ｋＨｚである。純水の流量は３ｌ（リットル）／ｍｉｎとした。
【００７３】
最初に、洗浄前の半導体ウェーハの表面に汚染物質として微粒子状の窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を塗布する。微粒子の大きさは直径０．１２μｍ以上であり、微粒子数は、２５、０００個程度である。汚染物質の塗布後の半導体ウェーハは、図１４（ａ）に示すように、微粒子が黒点で示される。この状態の半導体ウェーハを超音波洗浄装置３０の保持部１７にセットして、超音波発振器４０により超音波振動子２を励振して、３０秒の超音波洗浄を行う。超音波洗浄後、半導体ウェーハ上に残留した微粒子を計数する。
【００７４】
図１４は、洗浄前後の微粒子分布を示す図であり、図１４（ａ）は、洗浄前の半導体ウェーハの微粒子の分布を示す図、図１４（ｂ）は、３０秒の超音波洗浄を行った洗浄後の半導体ウェーハの微粒子の分布を示す図である。尚、微粒子は黒点で示されている。超音波洗浄後の微粒子の計数結果から、９２％の微粒子が除去されていた。
【００７５】
以上の結果から、洗浄前に半導体ウェーハ上に塗布した微粒子の９０％以上が除去されており、これにより、本発明による表面張力波を用いた超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法の有効性を確認した。
【００７６】
［第２実施形態］
次に、被洗浄物を移動しながら洗浄を行う第２実施形態に係る超音波洗浄装置について述べる。図１５は、本発明の第２実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す断面図である。図１及び図３に示す超音波洗浄装置１は、洗浄槽４に浸漬して被洗浄物１６を固定して洗浄を行うが、図１５に示す超音波洗浄装置３３は、被洗浄物１６を移動させながら洗浄を行うものである。尚、図１と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する詳細な説明は省略する。
【００７７】
図１５に示すように、超音波洗浄装置３３は、洗浄液１０を貯留する洗浄槽３６と、洗浄槽４の下部に設けられた被洗浄物１６を収納する収納部３４と、収納部３４の底部に設けられた洗浄液供給口３７と、高温の窒素ガスを噴出するノズル３５を有している。図１５に示すように、洗浄槽３６の底部は、略Ｖ字形状を成し、底部の中心は、収納部３４と一体に形成されている。洗浄槽３６の左右に位置する底部は、底部の中心に向かって傾斜を成し、傾斜した両面には振動板３が設けられている。振動板３の背面には超音波振動子２が接着により取り付けられている。これにより、超音波振動子２及び振動板から照射される超音波は、液面に対して入射角度を有している。超音波振動子２を駆動することにより、振動板３から液面に超音波が放射され、液面で表面張力波が発生する。図１５に示す超音波の入射角度θは、超音波振動子からの平面超音波が直接被洗浄物に当たらない角度に設定することで、表面張力波の伝搬方向を一方向、即ち、被洗浄物１６が位置する方向に伝搬させることができるため、表面張力波を効果的に活用することができる。
【００７８】
図１５に示す超音波洗浄装置は、超音波振動子からの平面超音波は全て液面に照射され、被洗浄物は、超音波振動子の表面から延びた垂線の液面までの成す領域外に位置するように保持される。このため、液面の表面張力波のみが被洗浄物の表面に作用する。
【００７９】
尚、図１６に示す処理装置の構成においても、室３００の上部の両端に液面に対して傾斜するようにメガソニック変換器３０４が配されている。しかしながら、図１６に示す処理装置では、メガソニック変換器３０４から照射されるエネルギー（超音波エネルギー）が液中で直接被洗浄物に接触し、平面超音波によって洗浄が行われるものである。このため、本発明の超音波洗浄装置と図１６に示す処理装置とは、その構成及び作用が異なるものである。
【００８０】
図１５に示す超音波洗浄装置３３において、被洗浄物１６である半導体ウェーハは、図示しない搬送装置によって収納部３４及び洗浄槽３６に浸静し、超音波を印加しながら搬送装置により徐々に引き上げられる。また、引き上げと同時にノズル３５より高温の窒素ガスを半導体ウェーハの面に供給し、液切り乾燥する。これにより、収納部３４の洗浄液供給口３７から供給される洗浄液１０は、洗浄槽３６の上部の縁からオーバーフローして外部に流れる。
【００８１】
このように、図１５に示す超音波洗浄装置３３は、洗浄槽３６の下部に設けられた収納部３４により被洗浄物を垂直に収納するため、設置スペースが少なくて済む。また、被洗浄物１６を移動しながら洗浄するため、被洗浄物１６の大きさに影響されないため、大型の半導体ウェーハに対しても洗浄することができる。
【００８２】
以上述べたように本発明によれば、被洗浄物は、前記超音波振動子の前記洗浄槽内の超音波照射領域外に位置するように保持して、被洗浄物に超音波を直接照射することなしに、洗浄を行うことにより、被洗浄基板へのダメージを抑えることができる。
【００８３】
また、被洗浄物の表面に近接する洗浄液表面に超音波を印加して表面張力波を励起させ、表面張力波による音圧により、被洗浄物から微粒子汚染物を剥離するようにしたことにより、高精密度の基板等に対して高清浄度の洗浄を行うことができる。
【００８４】
また、表面張力波の伝搬方向と同一方向に洗浄液を供給するようにしたことにより、被洗浄物から剥離した微粒子の再付着を防止することができる。
【００８５】
また、被洗浄物は、洗浄槽の洗浄液の液面と平行となるように、前記洗浄液の液面の近傍に位置するように保持し、被洗浄物から前記洗浄液の液面までの距離を、１０ｍｍ（ミリメートル）以下としたことにより、洗浄槽の深さが浅くてよいため、小量の洗浄液で洗浄が可能である。
【００８６】
また、本発明は、表面張力波が被洗浄物の表面に沿って被洗浄物の全域に伝搬するため、洗浄中に被洗浄物を移動させる移動手段が必要ないため、超音波洗浄装置を簡素化することができる。
【００８７】
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８８】
１、３０、３１、３３ 超音波洗浄装置
２、２Ｌ、２Ｒ 超音波振動子
３、３１ 振動板
４、３６ 洗浄槽
７、３７ 洗浄液供給口
８ 洗浄液排出口
１０ 洗浄液
１６ 被洗浄物（半導体ウェーハ）
１７ 保持部
２０ 表面張力波
２２ 板波
３４ 収納部
３５ ノズル
４０、５０ 超音波発振器
４１ 発振回路
４２ 振幅変調回路
４３ 周波数変調回路
４４ 切換回路
４５ パワーアンプ
４６ 制御回路
５１ 選択回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄液を貯留し、被洗浄物を浸漬した洗浄槽と、超音波振動を発する超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波振動を前記洗浄液に付与する振動板と、前記超音波振動子を駆動する超音波発振器と、を有し、
前記被洗浄物は、前記超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域外に位置するように保持されて、被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
前記被洗浄物は、前記超音波振動子からの超音波の平面波が直接当たらない位置に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項３】
前記超音波振動子を駆動して前記振動板により前記洗浄槽の洗浄液の液面に向けて超音波を印加して、前記洗浄液の液面に表面張力波を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項４】
前記洗浄液の液面における前記表面張力波によって被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする請求項３に記載の超音波洗浄装置。
【請求項５】
前記表面張力波の伝搬方向と同一方向に、前記洗浄液が流動するように洗浄液を供給するようにしたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の超音波洗浄装置。
【請求項６】
前記被洗浄物から前記洗浄液の液面までの距離は、１０ｍｍ（ミリメートル）以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項７】
前記被洗浄物は、前記洗浄槽の洗浄液の液面と平行となるように、前記洗浄液の液面の近傍に位置するように保持されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項８】
前記超音波振動子及び前記振動板は、前記洗浄液の液面と平行を成すように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項９】
前記超音波振動子及び前記振動板は、洗浄液の液面に対して傾きを有するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１０】
前記振動板を前記洗浄槽の底部全面に配し、前記超音波振動子を駆動する前記超音波発振器は、発振回路、振幅変調回路及び周波数変調回路を備え、前記発振回路による４００ＫＨｚ以上の周波数を有する信号を、前記振幅変調回路及び前記周波数変調回路の少なくとも１つの変調回路によって変調した信号で前記超音波振動子を励振して、前記洗浄液中に超音波を照射して洗浄を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１１】
前記超音波振動子は、平面視において、前記被洗浄物を囲むように単数又は複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１２】
超音波振動により被洗物を洗浄する超音波洗浄方法であって、
超音波振動を発する超音波振動子を有する超音波振動発生手段と、前記超音波振動発生手段が装着され、洗浄液を貯留し、被洗浄物を浸漬した洗浄槽とを備え、
前記被洗浄物は、前記超音波振動発生手段の前記超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域外に位置するように保持されて、被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項１３】
前記被洗浄物は、前記超音波振動発生手段の前記超音波振動子からの超音波の平面波が直接当たらない位置に保持されていることを特徴とする請求項１２に記載の超音波洗浄方法。
【請求項１４】
前記超音波振動発生手段の前記超音波振動子を駆動して前記洗浄槽の洗浄液の液面に向けて超音波を印加して、前記洗浄液の液面に表面張力波を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の超音波洗浄方法。
【請求項１５】
前記洗浄液の液面における前記表面張力波によって被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする請求項１４に記載の超音波洗浄方法。
【請求項１６】
前記表面張力波の伝搬方向と同一方向に、前記洗浄液が流動するように洗浄液を供給するようにしたことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の超音波洗浄方法。
【請求項１７】
前記超音波振動子は、平面視において、前記被洗浄物を囲むように単数又は複数配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の超音波洗浄方法。
【請求項１】
洗浄液を貯留し、被洗浄物を浸漬した洗浄槽と、超音波振動を発する超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波振動を前記洗浄液に付与する振動板と、前記超音波振動子を駆動する超音波発振器と、を有し、
前記被洗浄物は、前記超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域外に位置するように保持されて、被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
前記被洗浄物は、前記超音波振動子からの超音波の平面波が直接当たらない位置に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項３】
前記超音波振動子を駆動して前記振動板により前記洗浄槽の洗浄液の液面に向けて超音波を印加して、前記洗浄液の液面に表面張力波を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項４】
前記洗浄液の液面における前記表面張力波によって被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする請求項３に記載の超音波洗浄装置。
【請求項５】
前記表面張力波の伝搬方向と同一方向に、前記洗浄液が流動するように洗浄液を供給するようにしたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の超音波洗浄装置。
【請求項６】
前記被洗浄物から前記洗浄液の液面までの距離は、１０ｍｍ（ミリメートル）以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項７】
前記被洗浄物は、前記洗浄槽の洗浄液の液面と平行となるように、前記洗浄液の液面の近傍に位置するように保持されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項８】
前記超音波振動子及び前記振動板は、前記洗浄液の液面と平行を成すように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項９】
前記超音波振動子及び前記振動板は、洗浄液の液面に対して傾きを有するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１０】
前記振動板を前記洗浄槽の底部全面に配し、前記超音波振動子を駆動する前記超音波発振器は、発振回路、振幅変調回路及び周波数変調回路を備え、前記発振回路による４００ＫＨｚ以上の周波数を有する信号を、前記振幅変調回路及び前記周波数変調回路の少なくとも１つの変調回路によって変調した信号で前記超音波振動子を励振して、前記洗浄液中に超音波を照射して洗浄を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１１】
前記超音波振動子は、平面視において、前記被洗浄物を囲むように単数又は複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１２】
超音波振動により被洗物を洗浄する超音波洗浄方法であって、
超音波振動を発する超音波振動子を有する超音波振動発生手段と、前記超音波振動発生手段が装着され、洗浄液を貯留し、被洗浄物を浸漬した洗浄槽とを備え、
前記被洗浄物は、前記超音波振動発生手段の前記超音波振動子の振動面から延びた垂線の液面までの成す領域外に位置するように保持されて、被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項１３】
前記被洗浄物は、前記超音波振動発生手段の前記超音波振動子からの超音波の平面波が直接当たらない位置に保持されていることを特徴とする請求項１２に記載の超音波洗浄方法。
【請求項１４】
前記超音波振動発生手段の前記超音波振動子を駆動して前記洗浄槽の洗浄液の液面に向けて超音波を印加して、前記洗浄液の液面に表面張力波を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の超音波洗浄方法。
【請求項１５】
前記洗浄液の液面における前記表面張力波によって被洗浄物の洗浄を行うことを特徴とする請求項１４に記載の超音波洗浄方法。
【請求項１６】
前記表面張力波の伝搬方向と同一方向に、前記洗浄液が流動するように洗浄液を供給するようにしたことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の超音波洗浄方法。
【請求項１７】
前記超音波振動子は、平面視において、前記被洗浄物を囲むように単数又は複数配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の超音波洗浄方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−２１１６０（Ｐ２０１３−２１１６０Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３８０３（Ｐ２０１１−１５３８０３）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００１２４９５９）株式会社カイジョー (83)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００１２４９５９）株式会社カイジョー (83)
【Ｆターム（参考）】
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