超音波洗浄装置
【課題】超音波発振子から発せられる超音波を洗浄液の加振に効率よく利用しつつ、超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力を含めて洗浄液の吐出状態を監視できる超音波洗浄装置を提供すること。
【解決手段】超音波洗浄装置は、洗浄すべき基板を搭載して回転する回転テーブルと、超音波発振子を有し超音波が印加された洗浄液を吐出して基板の洗浄処理を行う洗浄ノズルと、洗浄ノズル近傍の湿度を測定する湿度センサと、湿度センサによって測定される湿度を監視する監視部とを備える。
【解決手段】超音波洗浄装置は、洗浄すべき基板を搭載して回転する回転テーブルと、超音波発振子を有し超音波が印加された洗浄液を吐出して基板の洗浄処理を行う洗浄ノズルと、洗浄ノズル近傍の湿度を測定する湿度センサと、湿度センサによって測定される湿度を監視する監視部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波洗浄装置に関し、詳しくは、超音波が印加された洗浄液を基板に吐出して基板の表面に付着した微細な異物を除去する超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明に関連する従来技術としては、洗浄液を吐出する洗浄ノズルに超音波を印加する超音波発振子と音圧センサを内蔵させ、超音波発振子から発せられた超音波を音圧センサで電気的に測定することにより、超音波発振子が正常に作動しているかどうかを監視できるように構成された超音波洗浄装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１６２２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＩＣやＬＳＩなどに代表される様々な半導体装置は、シリコンウエハに薄膜形成、不純物導入、フォトレジスト形成、エッチングなどの様々な工程を繰り返すことにより作製される。
半導体装置はクリーンルームと呼ばれる一定の温度と湿度に保たれた非常に清潔に保たれた空間で作製されるが、それでも各工程では何かしらの汚染が必ず導入されてしまい、微細な異物（金属や有機物）が作製途中のシリコンウエハに付着してしまう。
このため、工程と工程の間で行われる洗浄工程は、半導体装置を歩留まり（良品率）よく作製するうえで欠かせない工程となっている。
【０００５】
このような洗浄工程では、前工程で得られたシリコンウエハを薬液や純水などの洗浄液で洗浄するウェット洗浄が主流となっている。
ウェット洗浄には、シリコンウエハを洗浄槽に浸漬する浸漬式と、洗浄ノズルから所定の吐出圧力と流量で洗浄液を吹き付けるスプレー式とがあるが、いずれの方式でも洗浄効果を高めるために洗浄液に超音波を印加することが行われている。
【０００６】
超音波を利用するスプレー式の洗浄装置は、洗浄ノズルの内部に洗浄液に超音波を印加するための超音波発振子を内蔵している。
洗浄液に超音波が印加されると、いわゆるキャビテーション現象により、洗浄液の液体中の圧力が下がって飽和蒸気圧に達し洗浄液の一部が蒸発気化して空洞気泡の発生と破裂が繰り返され、空洞気泡が破裂するときに発生する衝撃波によってシリコンウエハの表面に付着した微細な異物が効率よく除去される。
【０００７】
このため、洗浄液に超音波を印加して洗浄する方法は、異物の除去効率の観点からみて非常に優れていると言える。しかし、それは超音波の作用に依存するものであり、仮に超音波発振子が故障すれば異物の除去効率は極端に悪化することとなる。
仮に超音波発振子が故障し、オペレーターがそれに気付かないまま洗浄工程が継続されれば、洗浄が十分に行われなかったシリコンウエハが次工程に運ばれることとなり、結果として製品の歩留まりを大幅に悪化させることとなる。
つまり、現在の半導体装置の製造において、洗浄工程が確実に実施されることは製品の歩留まりを維持するうえで極めて重要であり、そのためには定期的な超音波発振子の作動確認が欠かせない。
【０００８】
超音波発振子の作動確認は、洗浄工程を中断させて洗浄ノズルの直下に音圧センサを設置し、洗浄ノズルの吐出口から洗浄液を音圧センサに吐出し、音圧センサから発生する電圧値を確認することにより行われる。
超音波発振子が正常に作動していれば、洗浄液中を伝搬する超音波によって音圧センサが加圧されることにより所定の電圧値が確認され、超音波発振子が正常に作動していると判断することができる。
【０００９】
しかしながら、このような超音波発振子の作動確認は、確認作業を行う度に洗浄工程を中断して洗浄ノズルの下方に音圧センサを設置する必要があり、作業性が悪いばかりでなく洗浄装置の稼働率を低下させる。
【００１０】
このような問題を解決するものとして、洗浄ノズルに音圧センサを内蔵させ、超音波発振子の作動状況を常時監視できるように構成された洗浄装置も提案されている。
しかし、洗浄ノズルに音圧センサを内蔵させる手法では、超音波発振子から発せられる超音波の一部が常に音圧センサに吸収されるため、当該吸収分が損失となり、超音波発振子から発せられる超音波を洗浄液の加振に効率よく利用することができない。
また、超音波発振子の作動状況を常時監視しても、洗浄液が所定の吐出圧力で吐出されているかどうかを監視することはできない。
つまり、洗浄工程が適切に実施されるには、超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力のいずれもが正常でなければならず、超音波発振子の作動状況を監視するだけでは十分とは言えない。
【００１１】
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、超音波発振子から発せられる超音波を洗浄液の加振に効率よく利用しつつ、超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力を含めて洗浄液の吐出状態を監視できる超音波洗浄装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、洗浄すべき基板を搭載して回転する回転テーブルと、超音波発振子を有し超音波が印加された洗浄液を吐出して基板の洗浄処理を行う洗浄ノズルと、洗浄ノズル近傍の湿度を測定する湿度センサと、湿度センサによって測定される湿度を監視する監視部とを備える超音波洗浄装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明による超音波洗浄装置によれば、洗浄ノズル近傍の湿度を湿度センサによって測定し、測定された湿度を監視部で監視するので、超音波発振子から発せられる超音波を洗浄液の加振に効率よく利用しつつ、超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力を含めて洗浄液の吐出状態を監視できる。
【００１４】
つまり、超音波発振子が正常に作動して洗浄液に超音波が印加されると、いわゆるキャビテーション現象により、洗浄液の液体中の圧力が下がって飽和蒸気圧に達し、洗浄液の一部が蒸発気化して空洞気泡の発生と破裂が繰り返され、吐出された洗浄液から水煙が立ち昇る。水煙を形成する微細な霧は粒径が非常に小さく空気中で蒸発し易いため、超音波発振子が正常に作動し、かつ、所定の吐出圧力で洗浄液が吐出されている場合には洗浄ノズル近傍の湿度が一定の高い値となる。
【００１５】
よって、洗浄ノズル近傍の湿度を測定し監視することにより、超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力を含めて洗浄液の吐出状態を監視することができ、また、超音波発振子の作動状況を監視するために、洗浄ノズルに音圧センサを内蔵させる必要もなくなるので、超音波発振子から発せられる超音波を洗浄液の加振に効率よく利用できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明による超音波洗浄装置は、洗浄すべき基板を搭載して回転する回転テーブルと、超音波発振子を有し超音波が印加された洗浄液を吐出して基板の洗浄処理を行う洗浄ノズルと、洗浄ノズル近傍の湿度を測定する湿度センサと、湿度センサによって測定される湿度を監視する監視部とを備えることを特徴とする。
【００１７】
この発明による超音波洗浄装置において、回転テーブルとは、洗浄すべき基板を搭載して回転するテーブルを意味し、この目的が達成される限りにおいてその構成は特に限定されるものではない。
【００１８】
また、洗浄ノズルとは、超音波発振子を備え、超音波が印加された洗浄液を基板へ向かって吐出するノズルを意味し、この目的が達成される限りにおいてその構成は特に限定されるものではない。
ここで、超音波発振子としては、例えば、電圧の印加によって歪み、超音波を発振する圧電セラミクスからなるものが好適に用いられる。
また、洗浄液としては、半導体装置製造プロセスで一般的に使用されているものを用いることができ、特に限定されるものではないが、例えば、純水、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）・過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）含有水、塩化水素（ＨＣｌ）・過酸化水素含有水、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素の混合溶液、フッ化水素（ＨＦ）・過酸化水素含有水、フッ化水素含有水、フッ化水素・フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）含有水などを挙げることができる。
【００１９】
また、湿度センサとは、洗浄ノズル近傍の湿度を電気的に測定するものを意味し、この目的が達成される限りにおいてその構成は特に限定されるものではない。
湿度センサとしては、例えば、容量性又は抵抗性の電気式湿度センサが挙げられ、なかでも感湿体としての高分子膜を１対の電極で挟んだ構成を有する静電容量変化型湿度センサが、測定範囲の広さ（０〜１００％ＲＨ）や応答速度の速さの観点から好適に用いられる。
【００２０】
また、監視部とは、湿度センサによって電気的に測定された湿度を監視するマイクロコンピュータを意味し、この目的が達成される限りにおいてその構成は特に限定されるものではない。
監視部としては、例えば、演算処理を行うＣＰＵ、ＣＰＵの制御プログラムを格納したＲＯＭ、ＣＰＵにワークエリアを提供するＲＡＭ、ＣＰＵの制御の下に各種駆動部を駆動するドライバ回路、湿度センサを含む各種センサと信号の入出力を行うＩ／Ｏポートなどで構成されたマイクロコンピュータが挙げられる。
【００２１】
この発明による超音波洗浄装置において、監視部は、測定された湿度が所定の範囲に収まらないときに洗浄ノズルの吐出を中止してもよい。
上述のとおり、超音波発振子が正常に作動し、かつ、所定の吐出圧力で洗浄液が吐出されている場合には洗浄ノズル近傍の湿度が一定の高い値となる。
よって、洗浄処理中に測定された湿度が所定の範囲に収まらないときには超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力のいずれか一方または双方に何らかの異常が生じたと判断することができ、洗浄ノズルの吐出を中止することにより不十分な洗浄処理が継続されることを防ぐことができる。
【００２２】
この発明による超音波洗浄装置において、監視部は、湿度の時間的変化率を求め、前記変化率が所定の閾値を超えるときに洗浄ノズルの吐出を中止してもよい。
上述のとおり、超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力のいずれもが正常であれば、洗浄ノズル近傍の湿度は一定の高い値のまま推移するので、湿度の時間的変化率が所定の閾値を超えるときには超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力のいずれか一方または双方に何らかの異常が生じたと判断することができ、洗浄ノズルの吐出を中止することにより不十分な洗浄処理が継続されることを防ぐことができる。
【００２３】
また、この発明による超音波洗浄装置は、基板上で洗浄ノズルを基板表面に沿って移動させるアームをさらに備え、監視部は、洗浄ノズルが回転テーブルの軸心から所定の範囲内に位置するときに測定された湿度を監視することが好ましい。
というのは、上記構成では洗浄ノズルが回転する基板の表面に沿って移動することとなるが、回転テーブルの軸心から所定の範囲を超える領域では、吐出された洗浄液が、回転によって生ずる遠心力によって基板の外側へ向かって広がるように移動し、基板の外側へ近づくにしたがって空気との接触面積が増えて蒸発し易くなり、超音波発振子の作動状況に係わらず湿度が高くなる傾向があるからである。
このため、回転テーブルの軸心から所定の範囲を超える領域で測定された湿度は、超音波発振子の作動状況との因果関係が希薄であり、超音波発振子の作動状況を含めて洗浄液の吐出状態を的確に監視するためには、洗浄ノズルが回転テーブルの軸心から所定の範囲内に位置するときに測定された湿度に基づいて監視することが好ましい。
【００２４】
上記のような知見から、洗浄ノズルを移動させるアームをさらに備える上記構成において、基板が実質的に円盤状であるとき、基板はその中心が回転テーブルの軸心と一致するように回転テーブルに搭載され、アームは基板の中心と外縁との間で洗浄ノズルを往復移動させ、監視部は洗浄ノズルが基板の中心に位置するときに測定された湿度を測定してもよい。
このような構成によれば、基板の回転による遠心力の影響を受けることなく、超音波発振子の作動状況を含めて洗浄液の吐出状態を的確に監視することができる。
【００２５】
この発明による超音波洗浄装置において、湿度センサは洗浄ノズルに装着されていてもよい。
【００２６】
以下、図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。図１は実施形態に係る超音波洗浄装置の説明図、図２は図１の要部拡大図、図３は図１に示される超音波洗浄装置の洗浄ノズルの構成を示す説明図、図４は基板の中心と湿度センサとの間の基板表面に沿った距離と湿度の変化量との関係を示すグラフ図、図５は基板の表面と湿度センサとの間の鉛直方向の距離と湿度の変化量との関係を示すグラフ図、図６は本実施形態に係る監視部の構成を示すブロック図、図７は本実施形態において監視部が行う制御フローを示すフローチャート図である。
【００２７】
図１に示されるように、実施形態に係る超音波洗浄装置１は、洗浄すべき基板（円盤状のシリコンウエハ）２を搭載して回転する回転テーブル３と、超音波発振子４（図３参照）を有し超音波が印加された洗浄液５を吐出して基板２の洗浄処理を行う洗浄ノズル６と、洗浄ノズル６近傍の湿度を測定する湿度センサ７と、湿度センサ７によって測定される湿度を監視する監視部８（図６参照）とを備えている。
【００２８】
以下、実施形態に係る超音波洗浄装置１の構成と作用についてより詳細に説明する。
図１に示されるように、超音波洗浄装置１は、洗浄すべき基板２を保持しつつ回転させる回転テーブル３を備えている。
回転テーブル３は基板２をチャックする機能を備え、回転駆動部９から回転シャフト１０を介して駆動力が伝達される。洗浄すべき基板２は、その中心が回転テーブル３の軸心と一致するように回転テーブル３に搭載される。
回転テーブル３は、基板２をチャックした状態で５００ｒｐｍ以上の回転数で回転する。というのは、５００ｒｐｍ未満の回転数では、基板２の表面に吐出された洗浄液５を遠心力によって十分に飛ばすことが難しく、洗浄液５の振り切り不足が生じる恐れがあるからである。
【００２９】
一方、図３に示されるように、洗浄ノズル６は、洗浄液５が導入される導入口６ａと洗浄液５を吐出する吐出口６ｂがそれぞれ形成され、導入口６ａから導入された洗浄液５に超音波を印加する超音波発振子４が上部に内蔵されている。
また、図１に示されるように、洗浄ノズル６は、アーム駆動モータ１１によって駆動されるアーム１２の先端にマウント１３を介して装着され、基板２の表面に沿って円弧を描くように移動する。洗浄ノズル６とアーム１２との間に介在するマウント１３は、マウント昇降モータ１４によって上下に昇降可能である。
洗浄ノズル６は上記のアーム１２によって回転する基板２の中心と外縁との間を往復移動しながら超音波が印加された洗浄液５を所定の吐出圧力で吐出する。
【００３０】
図１に示されるように、洗浄ノズル６は発振電源１５と接続され、超音波発振子４（図３参照）は発振電源１５の周波数に応じた超音波を発振する。
また、洗浄ノズル６はポンプ１６および電磁バルブ１７を介して洗浄液タンク１８と接続され、洗浄液５が洗浄ノズル６の導入口６ａに所定の圧力で供給される。
【００３１】
洗浄ノズル６の吐出口６ｂは口径が２〜１０ｍｍ程度であり、１〜２ｋｇ／ｃｍ2程度の吐出圧力で、流量０．１Ｌ／ｍｉｎ以上の洗浄液５を吐出する。
上記の吐出圧力を下回る条件では洗浄効果が低減する。一方、上記の吐出圧力を上回る条件では基板２に与えるダメージが大きくなり、不良を発生させる原因となりかねない。よって、洗浄液５の吐出圧力を上記の適切な範囲内に管理することは、洗浄処理を適切に実施するうえで重要である。
本実施形態では洗浄ノズル６の吐出口６ｂの口径が一定であるので、洗浄液５の流量は吐出圧力に比例する。
なお、本実施形態では、洗浄液５として比抵抗値が１ＭΩ・ｃｍ2以上の純水が用いられる。この比抵抗値を満足しない純水の使用は、洗浄液５による基板汚染の原因となりかねないため、使用しないことが望ましい。
【００３２】
洗浄ノズル６の導入口６ａから導入された洗浄液５には、上部に内蔵された超音波発振子４から音圧センサによる電圧換算値で３５０〜４５０ｍＶ程度となる音圧の超音波が印加される。
洗浄液５に電圧換算値で３５０〜４５０ｍＶ程度の超音波が印加されると、いわゆるキャビテーション現象により、洗浄液５の液体中の圧力が下がって飽和蒸気圧に達し、洗浄液５の一部が蒸発気化して空洞気泡の発生と破裂が繰り返され、空洞気泡が破裂するときの衝撃波によって基板２の表面に付着した異物が効率よく除去される（剥がされる）。
【００３３】
洗浄液５に印加される超音波の音圧が電圧換算値で約３５０ｍＶを下回る場合、空洞気泡の発生が乏しく洗浄効果が低下する。一方、洗浄液５に印加される超音波の音圧が電圧換算値で約４５０ｍＶを超えると基板２に与えるダメージが大きくなり、不良を発生させる原因となり得る。
このため、超音波発振子４から洗浄液５へ印加される超音波の強さ、すなわち音圧は、音圧センサによる電圧換算値で３５０〜４５０ｍＶとなるように設定される。
【００３４】
上述のとおり、超音波発振子４から超音波が印加され、キャビテーション現象により洗浄液５中で空洞気泡の発生と破裂が繰り返されると、吐出された洗浄液５から水煙５ａが立ち昇る。水煙５ａを形成する霧はその粒径が非常に小さいため蒸発し易く、洗浄ノズル６近傍の湿度は水煙５ａによって一定の高い値となる。
そこで、本実施形態では洗浄ノズル６の外部に湿度センサ７を装着し、この湿度センサ７で洗浄ノズル６近傍の湿度を測定する。
超音波発振子４（図３参照）が正常に作動し、キャビテーション現象による水煙５ａが洗浄液５から立ち昇っていれば、湿度センサ７によって一定の高い値が測定されるが、超音波発振子４が正常に作動しなければキャビテーション現象も起こらず、水煙５ａも立ち昇らないので高い値は測定されない。
【００３５】
もちろん、測定される湿度の値は、洗浄液５の吐出圧力によっても変動する。
上述のとおり、本実施形態では洗浄液５の流量は吐出圧力に比例するので、吐出圧力が低下すれば洗浄液５の流量も少なくなり、超音波発振子７が正常に作動していても空洞気泡の発生量が少なくなることから測定される湿度の値は低くなる。
一方、吐出圧力が高くなれば洗浄液５の流量も多くなり、空洞気泡の発生量が多くなることから測定される湿度の値は高くなる。
【００３６】
よって、本実施形態では、湿度センサ７によって測定された湿度に基づいて超音波発振子４の作動状況と洗浄液４の吐出圧力を含む洗浄液５の吐出状態を監視することができる。
しかし、洗浄液４の吐出状態を湿度に基づいて的確に監視するには、所定の条件を満たした位置で測定された湿度に基づいて吐出状態を監視することが好ましい。
本実施形態において所定の条件を満たした位置とは、回転テーブル３の軸心、すなわち基板２の中心から半径２ｃｍ以内であって、かつ、基板２の表面から２ｃｍ以内の高さとなる位置である。
【００３７】
このような条件を導き出すにあたって次のような２つの実験を行った。
１つ目の実験では、基板２を一定の回転数で回転させながら、基板２の表面と湿度センサ７との間の鉛直方向の距離Ｈ（図２参照）、すなわち基板２の表面に対する湿度センサ８の高さを２ｃｍに保ちつつ、超音波発振子４（図３参照）を作動させずに洗浄液５を吐出し、基板２の中心から外縁まで６０秒かけて洗浄ノズル５を基板２の表面に沿って移動させ湿度の変動を測定した。
【００３８】
実験の結果、下の表１および図３に示されるように、基板２の中心と湿度センサ７との間の基板表面に沿った距離Ｌ（図２参照）が長くなるにしたがって初期値に対する湿度の変化量が大きくなる傾向、すなわち湿度の上昇傾向が認められた。なお、この実験で初期値とは、実験開始前に、洗浄ノズル６を基板２の中心に位置させ洗浄液５を吐出させずに測定した湿度の値のことである。
【００３９】
【表１】
【００４０】
これは、吐出された洗浄液５が基板２の回転による遠心力によって外周へ向かって広がるように移動し、外周へ近づくにしたがって空気との接触面積が増えて洗浄液４が蒸発し易くなるためである。
図３に示されるように、基板２の中心からの距離が３ｃｍを超えると洗浄液５と空気との接触面積の増加による蒸発がすすみ、初期値に対する湿度の変化量が大きくなることが分かる。
よって、基板２の回転による遠心力の影響を受けることなく湿度を測定するためには、基板２の中心から半径２ｃｍ以内の範囲が好適であると言える。
【００４１】
２つ目の実験では、先の実験結果に基づいて、基板２の中心と湿度センサ７との間の基板表面に沿った距離Ｌを遠心力の影響を受けない２ｃｍ以内に保ちつつ、超音波発振子４を作動させた状態で洗浄液５を吐出し、洗浄ノズル６を基板２の表面から鉛直上方に１８０秒かけて上昇させ湿度の変動を測定した。
なお、この実験でも初期値とは、実験開始前に、洗浄ノズル６を基板２の中心に位置させ洗浄液５を吐出させずに測定した値のことである。
【００４２】
実験の結果、下の表２および図４に示されるように、基板２の表面と湿度センサ７との間の鉛直方向の距離（高さ）Ｈが高くなるにしたがって初期値に対する湿度の変化量が小さくなる傾向、すなわち湿度の低下傾向が認められた。
【００４３】
【表２】
【００４４】
これは、超音波が印加されキャビテーション現象により洗浄液５から立ち昇る水煙５ａが基板２の表面近傍で蒸発し、基板２の表面から鉛直上方に遠ざかるにしたがって蒸発した水蒸気が空気中に分散していくためである。
図４に示されるように、基板２の表面からの高さが３ｃｍを超えると初期値に対する湿度の変化量が小さくなることが分かる。
よって、キャビテーション現象によって発生した水煙５ａに起因する湿度の上昇を測定するためには、基板２の表面から２ｃｍ以内の高さが好適であると言える。
【００４５】
このように、本実施形態では、超音波発振子４の作動状況と洗浄液５の吐出圧力を含む洗浄液５の吐出状態を湿度に基づいて的確に監視するために、基板２の中心から半径２ｃｍ以内であって、かつ、基板２の表面から２ｃｍ以内の高さで測定された湿度に基づいて洗浄液５の吐出状態を監視する。
なお、洗浄液５の吐出状態の監視とは、超音波発振子４が正常に作動し、かつ、所定の吐出圧力で洗浄液５が吐出されているか否かを判断するということであり、本実施形態ではこの判断を監視部８によって行う。
【００４６】
図６に示されるように、監視部８は、演算処理を行うＣＰＵ１９、ＣＰＵ１９の制御プログラムを格納したＲＯＭ２０、ＣＰＵ１９にワークエリアを提供するＲＡＭ２１、各種情報を一時的に格納する格納部２２、ＣＰＵ１９の制御の下で各種駆動部を駆動するドライバ回路２３、外部の各種センサと信号の入出力を行うＩ／Ｏポート２４で構成される。
【００４７】
以下、監視部８が洗浄液５の吐出状態を湿度に基づいて監視する制御フローについて、図７に示すフローチャート図に基づいて説明する。なお、以下の説明中で引用される各部材については、適宜、図１〜３を併せて参照されたい。
【００４８】
図７に示されるように、洗浄処理の要求がなされると、監視部８はアーム駆動モータ１１を駆動させて洗浄ノズル６を基板２の中心に位置させる。このとき、マウント昇降モータ１４も併せて駆動させられ、洗浄ノズル６は基板２の表面と湿度センサ７との間の距離Ｈが２ｃｍとなるように、基板２の表面に対する高さが調整される（ステップ１）。
【００４９】
ステップ１で洗浄ノズル６を基板２の中心に位置させると、監視部８は回転駆動部９を駆動させて回転テーブル３を所定の回転数で回転させる（ステップ２）。
ステップ２で回転テーブル３を所定の回転数で回転させると、監視部８は洗浄ノズル６の超音波発振子４を作動させつつ洗浄液５を基板２の表面に向かって所定の吐出圧力で吐出させる（ステップ３）。
ステップ３で洗浄ノズル６から洗浄液５を吐出させると、監視部８は湿度センサ７に湿度を測定させ、測定された湿度の値を湿度情報として格納部２２に格納する（ステップ４）。
【００５０】
ステップ４で湿度情報を格納部２２に格納すると、監視部８は格納された湿度情報の値が所定の範囲に収まっているか否かを判断する（ステップ５）。
なお、ここで所定の範囲とは、超音波発振子４が正常に作動し、かつ、所定の吐出圧力で洗浄液５が吐出される正常稼働時に測定される湿度に基づいて予め設定された許容上限値と許容下限値である。
【００５１】
ステップ５で湿度情報の値が所定の範囲に収まっていると判断すると、監視部８は、超音波発振子４の作動状態と洗浄液５の吐出圧力のいずれにも異常が生じていないと判断し、基板２の中心と外縁との間で洗浄ノズル６を所定の速度で基板２の表面に沿って１往復させる（ステップ６）。
一方、湿度情報の値が閾値の範囲に収まっていないと判断すると、監視部８は、超音波発振子４の作動状況と洗浄液４の吐出圧力のいずれかまたは双方に何らかの異常が生じたと判断して洗浄処理を中止し（ステップ１０）、一連のフローを終了する。
【００５２】
ステップ６で洗浄ノズル６を１往復させ、洗浄ノズル６が基板２の中心に戻ってくると、監視部８は基板２の洗浄処理が完了したか否かを判断し（ステップ７）、完了していないと判断するとステップ４に戻って再び湿度センサ７に湿度を測定させる。
一方、洗浄処理が完了したと判断すると、超音波発振子４の作動を停止させると共に洗浄液５の吐出を停止させ（ステップ８）、回転テーブル３の回転を停止させ（ステップ９）、一連のフローを終了する。
【００５３】
以上の制御フローでは、洗浄ノズル６を１往復させる度に基板２の中心で湿度を測定し、測定された湿度が所定の範囲に収まっているかを判断することにより、超音波発振子４の作動状況と洗浄液５の吐出圧力を含む洗浄液５の吐出状態を監視するが、同じ位置で時間間隔を空けて測定された湿度から湿度の変化率を求め、当該変化率を所定の閾値と比較することにより洗浄液４の吐出状態の監視を行ってもよい。
【００５４】
また、本実施形態では洗浄液として純水を用いた例を説明したが、必ずしも純水に限定されるものではなく、水酸化アンモニウム・過酸化水素含有水、塩化水素・過酸化水素含有水、硫酸と過酸化水素の混合溶液、フッ化水素・過酸化水素含有水、フッ化水素含有水、フッ化水素・フッ化アンモニウム含有水など様々な洗浄液を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明の実施形態に係る超音波洗浄装置の説明図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】この発明の実施形態に係る超音波洗浄装置の洗浄ノズルの構成を示す説明図である。
【図４】基板の中心と湿度センサとの間の基板表面に沿った距離と湿度の変化量との関係を示すグラフ図である。
【図５】基板の表面と湿度センサとの間の鉛直方向の距離と湿度の変化量との関係を示すグラフ図である。
【図６】この発明の実施形態に係る超音波洗浄装置の監視部の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施形態において監視部が行う制御フローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・超音波洗浄装置
２・・・基板
３・・・回転テーブル
４・・・超音波発振子
５・・・洗浄液
５ａ・・・水煙
６・・・洗浄ノズル
６ａ・・・導入口
６ｂ・・・吐出口
７・・・湿度センサ
８・・・監視部
９・・・回転駆動部
１０・・・回転シャフト
１１・・・アーム駆動モータ
１２・・・アーム
１３・・・マウント
１４・・・マウント昇降モータ
１５・・・発振電源
１６・・・ポンプ
１７・・・電磁バルブ
１８・・・洗浄液タンク
１９・・・ＣＰＵ
２０・・・ＲＯＭ
２１・・・ＲＡＭ
２２・・・格納部
２３・・・ドライバ回路
２４・・・Ｉ／Ｏポート
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波洗浄装置に関し、詳しくは、超音波が印加された洗浄液を基板に吐出して基板の表面に付着した微細な異物を除去する超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明に関連する従来技術としては、洗浄液を吐出する洗浄ノズルに超音波を印加する超音波発振子と音圧センサを内蔵させ、超音波発振子から発せられた超音波を音圧センサで電気的に測定することにより、超音波発振子が正常に作動しているかどうかを監視できるように構成された超音波洗浄装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１６２２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＩＣやＬＳＩなどに代表される様々な半導体装置は、シリコンウエハに薄膜形成、不純物導入、フォトレジスト形成、エッチングなどの様々な工程を繰り返すことにより作製される。
半導体装置はクリーンルームと呼ばれる一定の温度と湿度に保たれた非常に清潔に保たれた空間で作製されるが、それでも各工程では何かしらの汚染が必ず導入されてしまい、微細な異物（金属や有機物）が作製途中のシリコンウエハに付着してしまう。
このため、工程と工程の間で行われる洗浄工程は、半導体装置を歩留まり（良品率）よく作製するうえで欠かせない工程となっている。
【０００５】
このような洗浄工程では、前工程で得られたシリコンウエハを薬液や純水などの洗浄液で洗浄するウェット洗浄が主流となっている。
ウェット洗浄には、シリコンウエハを洗浄槽に浸漬する浸漬式と、洗浄ノズルから所定の吐出圧力と流量で洗浄液を吹き付けるスプレー式とがあるが、いずれの方式でも洗浄効果を高めるために洗浄液に超音波を印加することが行われている。
【０００６】
超音波を利用するスプレー式の洗浄装置は、洗浄ノズルの内部に洗浄液に超音波を印加するための超音波発振子を内蔵している。
洗浄液に超音波が印加されると、いわゆるキャビテーション現象により、洗浄液の液体中の圧力が下がって飽和蒸気圧に達し洗浄液の一部が蒸発気化して空洞気泡の発生と破裂が繰り返され、空洞気泡が破裂するときに発生する衝撃波によってシリコンウエハの表面に付着した微細な異物が効率よく除去される。
【０００７】
このため、洗浄液に超音波を印加して洗浄する方法は、異物の除去効率の観点からみて非常に優れていると言える。しかし、それは超音波の作用に依存するものであり、仮に超音波発振子が故障すれば異物の除去効率は極端に悪化することとなる。
仮に超音波発振子が故障し、オペレーターがそれに気付かないまま洗浄工程が継続されれば、洗浄が十分に行われなかったシリコンウエハが次工程に運ばれることとなり、結果として製品の歩留まりを大幅に悪化させることとなる。
つまり、現在の半導体装置の製造において、洗浄工程が確実に実施されることは製品の歩留まりを維持するうえで極めて重要であり、そのためには定期的な超音波発振子の作動確認が欠かせない。
【０００８】
超音波発振子の作動確認は、洗浄工程を中断させて洗浄ノズルの直下に音圧センサを設置し、洗浄ノズルの吐出口から洗浄液を音圧センサに吐出し、音圧センサから発生する電圧値を確認することにより行われる。
超音波発振子が正常に作動していれば、洗浄液中を伝搬する超音波によって音圧センサが加圧されることにより所定の電圧値が確認され、超音波発振子が正常に作動していると判断することができる。
【０００９】
しかしながら、このような超音波発振子の作動確認は、確認作業を行う度に洗浄工程を中断して洗浄ノズルの下方に音圧センサを設置する必要があり、作業性が悪いばかりでなく洗浄装置の稼働率を低下させる。
【００１０】
このような問題を解決するものとして、洗浄ノズルに音圧センサを内蔵させ、超音波発振子の作動状況を常時監視できるように構成された洗浄装置も提案されている。
しかし、洗浄ノズルに音圧センサを内蔵させる手法では、超音波発振子から発せられる超音波の一部が常に音圧センサに吸収されるため、当該吸収分が損失となり、超音波発振子から発せられる超音波を洗浄液の加振に効率よく利用することができない。
また、超音波発振子の作動状況を常時監視しても、洗浄液が所定の吐出圧力で吐出されているかどうかを監視することはできない。
つまり、洗浄工程が適切に実施されるには、超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力のいずれもが正常でなければならず、超音波発振子の作動状況を監視するだけでは十分とは言えない。
【００１１】
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、超音波発振子から発せられる超音波を洗浄液の加振に効率よく利用しつつ、超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力を含めて洗浄液の吐出状態を監視できる超音波洗浄装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、洗浄すべき基板を搭載して回転する回転テーブルと、超音波発振子を有し超音波が印加された洗浄液を吐出して基板の洗浄処理を行う洗浄ノズルと、洗浄ノズル近傍の湿度を測定する湿度センサと、湿度センサによって測定される湿度を監視する監視部とを備える超音波洗浄装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明による超音波洗浄装置によれば、洗浄ノズル近傍の湿度を湿度センサによって測定し、測定された湿度を監視部で監視するので、超音波発振子から発せられる超音波を洗浄液の加振に効率よく利用しつつ、超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力を含めて洗浄液の吐出状態を監視できる。
【００１４】
つまり、超音波発振子が正常に作動して洗浄液に超音波が印加されると、いわゆるキャビテーション現象により、洗浄液の液体中の圧力が下がって飽和蒸気圧に達し、洗浄液の一部が蒸発気化して空洞気泡の発生と破裂が繰り返され、吐出された洗浄液から水煙が立ち昇る。水煙を形成する微細な霧は粒径が非常に小さく空気中で蒸発し易いため、超音波発振子が正常に作動し、かつ、所定の吐出圧力で洗浄液が吐出されている場合には洗浄ノズル近傍の湿度が一定の高い値となる。
【００１５】
よって、洗浄ノズル近傍の湿度を測定し監視することにより、超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力を含めて洗浄液の吐出状態を監視することができ、また、超音波発振子の作動状況を監視するために、洗浄ノズルに音圧センサを内蔵させる必要もなくなるので、超音波発振子から発せられる超音波を洗浄液の加振に効率よく利用できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明による超音波洗浄装置は、洗浄すべき基板を搭載して回転する回転テーブルと、超音波発振子を有し超音波が印加された洗浄液を吐出して基板の洗浄処理を行う洗浄ノズルと、洗浄ノズル近傍の湿度を測定する湿度センサと、湿度センサによって測定される湿度を監視する監視部とを備えることを特徴とする。
【００１７】
この発明による超音波洗浄装置において、回転テーブルとは、洗浄すべき基板を搭載して回転するテーブルを意味し、この目的が達成される限りにおいてその構成は特に限定されるものではない。
【００１８】
また、洗浄ノズルとは、超音波発振子を備え、超音波が印加された洗浄液を基板へ向かって吐出するノズルを意味し、この目的が達成される限りにおいてその構成は特に限定されるものではない。
ここで、超音波発振子としては、例えば、電圧の印加によって歪み、超音波を発振する圧電セラミクスからなるものが好適に用いられる。
また、洗浄液としては、半導体装置製造プロセスで一般的に使用されているものを用いることができ、特に限定されるものではないが、例えば、純水、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）・過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）含有水、塩化水素（ＨＣｌ）・過酸化水素含有水、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素の混合溶液、フッ化水素（ＨＦ）・過酸化水素含有水、フッ化水素含有水、フッ化水素・フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）含有水などを挙げることができる。
【００１９】
また、湿度センサとは、洗浄ノズル近傍の湿度を電気的に測定するものを意味し、この目的が達成される限りにおいてその構成は特に限定されるものではない。
湿度センサとしては、例えば、容量性又は抵抗性の電気式湿度センサが挙げられ、なかでも感湿体としての高分子膜を１対の電極で挟んだ構成を有する静電容量変化型湿度センサが、測定範囲の広さ（０〜１００％ＲＨ）や応答速度の速さの観点から好適に用いられる。
【００２０】
また、監視部とは、湿度センサによって電気的に測定された湿度を監視するマイクロコンピュータを意味し、この目的が達成される限りにおいてその構成は特に限定されるものではない。
監視部としては、例えば、演算処理を行うＣＰＵ、ＣＰＵの制御プログラムを格納したＲＯＭ、ＣＰＵにワークエリアを提供するＲＡＭ、ＣＰＵの制御の下に各種駆動部を駆動するドライバ回路、湿度センサを含む各種センサと信号の入出力を行うＩ／Ｏポートなどで構成されたマイクロコンピュータが挙げられる。
【００２１】
この発明による超音波洗浄装置において、監視部は、測定された湿度が所定の範囲に収まらないときに洗浄ノズルの吐出を中止してもよい。
上述のとおり、超音波発振子が正常に作動し、かつ、所定の吐出圧力で洗浄液が吐出されている場合には洗浄ノズル近傍の湿度が一定の高い値となる。
よって、洗浄処理中に測定された湿度が所定の範囲に収まらないときには超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力のいずれか一方または双方に何らかの異常が生じたと判断することができ、洗浄ノズルの吐出を中止することにより不十分な洗浄処理が継続されることを防ぐことができる。
【００２２】
この発明による超音波洗浄装置において、監視部は、湿度の時間的変化率を求め、前記変化率が所定の閾値を超えるときに洗浄ノズルの吐出を中止してもよい。
上述のとおり、超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力のいずれもが正常であれば、洗浄ノズル近傍の湿度は一定の高い値のまま推移するので、湿度の時間的変化率が所定の閾値を超えるときには超音波発振子の作動状況と洗浄液の吐出圧力のいずれか一方または双方に何らかの異常が生じたと判断することができ、洗浄ノズルの吐出を中止することにより不十分な洗浄処理が継続されることを防ぐことができる。
【００２３】
また、この発明による超音波洗浄装置は、基板上で洗浄ノズルを基板表面に沿って移動させるアームをさらに備え、監視部は、洗浄ノズルが回転テーブルの軸心から所定の範囲内に位置するときに測定された湿度を監視することが好ましい。
というのは、上記構成では洗浄ノズルが回転する基板の表面に沿って移動することとなるが、回転テーブルの軸心から所定の範囲を超える領域では、吐出された洗浄液が、回転によって生ずる遠心力によって基板の外側へ向かって広がるように移動し、基板の外側へ近づくにしたがって空気との接触面積が増えて蒸発し易くなり、超音波発振子の作動状況に係わらず湿度が高くなる傾向があるからである。
このため、回転テーブルの軸心から所定の範囲を超える領域で測定された湿度は、超音波発振子の作動状況との因果関係が希薄であり、超音波発振子の作動状況を含めて洗浄液の吐出状態を的確に監視するためには、洗浄ノズルが回転テーブルの軸心から所定の範囲内に位置するときに測定された湿度に基づいて監視することが好ましい。
【００２４】
上記のような知見から、洗浄ノズルを移動させるアームをさらに備える上記構成において、基板が実質的に円盤状であるとき、基板はその中心が回転テーブルの軸心と一致するように回転テーブルに搭載され、アームは基板の中心と外縁との間で洗浄ノズルを往復移動させ、監視部は洗浄ノズルが基板の中心に位置するときに測定された湿度を測定してもよい。
このような構成によれば、基板の回転による遠心力の影響を受けることなく、超音波発振子の作動状況を含めて洗浄液の吐出状態を的確に監視することができる。
【００２５】
この発明による超音波洗浄装置において、湿度センサは洗浄ノズルに装着されていてもよい。
【００２６】
以下、図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。図１は実施形態に係る超音波洗浄装置の説明図、図２は図１の要部拡大図、図３は図１に示される超音波洗浄装置の洗浄ノズルの構成を示す説明図、図４は基板の中心と湿度センサとの間の基板表面に沿った距離と湿度の変化量との関係を示すグラフ図、図５は基板の表面と湿度センサとの間の鉛直方向の距離と湿度の変化量との関係を示すグラフ図、図６は本実施形態に係る監視部の構成を示すブロック図、図７は本実施形態において監視部が行う制御フローを示すフローチャート図である。
【００２７】
図１に示されるように、実施形態に係る超音波洗浄装置１は、洗浄すべき基板（円盤状のシリコンウエハ）２を搭載して回転する回転テーブル３と、超音波発振子４（図３参照）を有し超音波が印加された洗浄液５を吐出して基板２の洗浄処理を行う洗浄ノズル６と、洗浄ノズル６近傍の湿度を測定する湿度センサ７と、湿度センサ７によって測定される湿度を監視する監視部８（図６参照）とを備えている。
【００２８】
以下、実施形態に係る超音波洗浄装置１の構成と作用についてより詳細に説明する。
図１に示されるように、超音波洗浄装置１は、洗浄すべき基板２を保持しつつ回転させる回転テーブル３を備えている。
回転テーブル３は基板２をチャックする機能を備え、回転駆動部９から回転シャフト１０を介して駆動力が伝達される。洗浄すべき基板２は、その中心が回転テーブル３の軸心と一致するように回転テーブル３に搭載される。
回転テーブル３は、基板２をチャックした状態で５００ｒｐｍ以上の回転数で回転する。というのは、５００ｒｐｍ未満の回転数では、基板２の表面に吐出された洗浄液５を遠心力によって十分に飛ばすことが難しく、洗浄液５の振り切り不足が生じる恐れがあるからである。
【００２９】
一方、図３に示されるように、洗浄ノズル６は、洗浄液５が導入される導入口６ａと洗浄液５を吐出する吐出口６ｂがそれぞれ形成され、導入口６ａから導入された洗浄液５に超音波を印加する超音波発振子４が上部に内蔵されている。
また、図１に示されるように、洗浄ノズル６は、アーム駆動モータ１１によって駆動されるアーム１２の先端にマウント１３を介して装着され、基板２の表面に沿って円弧を描くように移動する。洗浄ノズル６とアーム１２との間に介在するマウント１３は、マウント昇降モータ１４によって上下に昇降可能である。
洗浄ノズル６は上記のアーム１２によって回転する基板２の中心と外縁との間を往復移動しながら超音波が印加された洗浄液５を所定の吐出圧力で吐出する。
【００３０】
図１に示されるように、洗浄ノズル６は発振電源１５と接続され、超音波発振子４（図３参照）は発振電源１５の周波数に応じた超音波を発振する。
また、洗浄ノズル６はポンプ１６および電磁バルブ１７を介して洗浄液タンク１８と接続され、洗浄液５が洗浄ノズル６の導入口６ａに所定の圧力で供給される。
【００３１】
洗浄ノズル６の吐出口６ｂは口径が２〜１０ｍｍ程度であり、１〜２ｋｇ／ｃｍ2程度の吐出圧力で、流量０．１Ｌ／ｍｉｎ以上の洗浄液５を吐出する。
上記の吐出圧力を下回る条件では洗浄効果が低減する。一方、上記の吐出圧力を上回る条件では基板２に与えるダメージが大きくなり、不良を発生させる原因となりかねない。よって、洗浄液５の吐出圧力を上記の適切な範囲内に管理することは、洗浄処理を適切に実施するうえで重要である。
本実施形態では洗浄ノズル６の吐出口６ｂの口径が一定であるので、洗浄液５の流量は吐出圧力に比例する。
なお、本実施形態では、洗浄液５として比抵抗値が１ＭΩ・ｃｍ2以上の純水が用いられる。この比抵抗値を満足しない純水の使用は、洗浄液５による基板汚染の原因となりかねないため、使用しないことが望ましい。
【００３２】
洗浄ノズル６の導入口６ａから導入された洗浄液５には、上部に内蔵された超音波発振子４から音圧センサによる電圧換算値で３５０〜４５０ｍＶ程度となる音圧の超音波が印加される。
洗浄液５に電圧換算値で３５０〜４５０ｍＶ程度の超音波が印加されると、いわゆるキャビテーション現象により、洗浄液５の液体中の圧力が下がって飽和蒸気圧に達し、洗浄液５の一部が蒸発気化して空洞気泡の発生と破裂が繰り返され、空洞気泡が破裂するときの衝撃波によって基板２の表面に付着した異物が効率よく除去される（剥がされる）。
【００３３】
洗浄液５に印加される超音波の音圧が電圧換算値で約３５０ｍＶを下回る場合、空洞気泡の発生が乏しく洗浄効果が低下する。一方、洗浄液５に印加される超音波の音圧が電圧換算値で約４５０ｍＶを超えると基板２に与えるダメージが大きくなり、不良を発生させる原因となり得る。
このため、超音波発振子４から洗浄液５へ印加される超音波の強さ、すなわち音圧は、音圧センサによる電圧換算値で３５０〜４５０ｍＶとなるように設定される。
【００３４】
上述のとおり、超音波発振子４から超音波が印加され、キャビテーション現象により洗浄液５中で空洞気泡の発生と破裂が繰り返されると、吐出された洗浄液５から水煙５ａが立ち昇る。水煙５ａを形成する霧はその粒径が非常に小さいため蒸発し易く、洗浄ノズル６近傍の湿度は水煙５ａによって一定の高い値となる。
そこで、本実施形態では洗浄ノズル６の外部に湿度センサ７を装着し、この湿度センサ７で洗浄ノズル６近傍の湿度を測定する。
超音波発振子４（図３参照）が正常に作動し、キャビテーション現象による水煙５ａが洗浄液５から立ち昇っていれば、湿度センサ７によって一定の高い値が測定されるが、超音波発振子４が正常に作動しなければキャビテーション現象も起こらず、水煙５ａも立ち昇らないので高い値は測定されない。
【００３５】
もちろん、測定される湿度の値は、洗浄液５の吐出圧力によっても変動する。
上述のとおり、本実施形態では洗浄液５の流量は吐出圧力に比例するので、吐出圧力が低下すれば洗浄液５の流量も少なくなり、超音波発振子７が正常に作動していても空洞気泡の発生量が少なくなることから測定される湿度の値は低くなる。
一方、吐出圧力が高くなれば洗浄液５の流量も多くなり、空洞気泡の発生量が多くなることから測定される湿度の値は高くなる。
【００３６】
よって、本実施形態では、湿度センサ７によって測定された湿度に基づいて超音波発振子４の作動状況と洗浄液４の吐出圧力を含む洗浄液５の吐出状態を監視することができる。
しかし、洗浄液４の吐出状態を湿度に基づいて的確に監視するには、所定の条件を満たした位置で測定された湿度に基づいて吐出状態を監視することが好ましい。
本実施形態において所定の条件を満たした位置とは、回転テーブル３の軸心、すなわち基板２の中心から半径２ｃｍ以内であって、かつ、基板２の表面から２ｃｍ以内の高さとなる位置である。
【００３７】
このような条件を導き出すにあたって次のような２つの実験を行った。
１つ目の実験では、基板２を一定の回転数で回転させながら、基板２の表面と湿度センサ７との間の鉛直方向の距離Ｈ（図２参照）、すなわち基板２の表面に対する湿度センサ８の高さを２ｃｍに保ちつつ、超音波発振子４（図３参照）を作動させずに洗浄液５を吐出し、基板２の中心から外縁まで６０秒かけて洗浄ノズル５を基板２の表面に沿って移動させ湿度の変動を測定した。
【００３８】
実験の結果、下の表１および図３に示されるように、基板２の中心と湿度センサ７との間の基板表面に沿った距離Ｌ（図２参照）が長くなるにしたがって初期値に対する湿度の変化量が大きくなる傾向、すなわち湿度の上昇傾向が認められた。なお、この実験で初期値とは、実験開始前に、洗浄ノズル６を基板２の中心に位置させ洗浄液５を吐出させずに測定した湿度の値のことである。
【００３９】
【表１】
【００４０】
これは、吐出された洗浄液５が基板２の回転による遠心力によって外周へ向かって広がるように移動し、外周へ近づくにしたがって空気との接触面積が増えて洗浄液４が蒸発し易くなるためである。
図３に示されるように、基板２の中心からの距離が３ｃｍを超えると洗浄液５と空気との接触面積の増加による蒸発がすすみ、初期値に対する湿度の変化量が大きくなることが分かる。
よって、基板２の回転による遠心力の影響を受けることなく湿度を測定するためには、基板２の中心から半径２ｃｍ以内の範囲が好適であると言える。
【００４１】
２つ目の実験では、先の実験結果に基づいて、基板２の中心と湿度センサ７との間の基板表面に沿った距離Ｌを遠心力の影響を受けない２ｃｍ以内に保ちつつ、超音波発振子４を作動させた状態で洗浄液５を吐出し、洗浄ノズル６を基板２の表面から鉛直上方に１８０秒かけて上昇させ湿度の変動を測定した。
なお、この実験でも初期値とは、実験開始前に、洗浄ノズル６を基板２の中心に位置させ洗浄液５を吐出させずに測定した値のことである。
【００４２】
実験の結果、下の表２および図４に示されるように、基板２の表面と湿度センサ７との間の鉛直方向の距離（高さ）Ｈが高くなるにしたがって初期値に対する湿度の変化量が小さくなる傾向、すなわち湿度の低下傾向が認められた。
【００４３】
【表２】
【００４４】
これは、超音波が印加されキャビテーション現象により洗浄液５から立ち昇る水煙５ａが基板２の表面近傍で蒸発し、基板２の表面から鉛直上方に遠ざかるにしたがって蒸発した水蒸気が空気中に分散していくためである。
図４に示されるように、基板２の表面からの高さが３ｃｍを超えると初期値に対する湿度の変化量が小さくなることが分かる。
よって、キャビテーション現象によって発生した水煙５ａに起因する湿度の上昇を測定するためには、基板２の表面から２ｃｍ以内の高さが好適であると言える。
【００４５】
このように、本実施形態では、超音波発振子４の作動状況と洗浄液５の吐出圧力を含む洗浄液５の吐出状態を湿度に基づいて的確に監視するために、基板２の中心から半径２ｃｍ以内であって、かつ、基板２の表面から２ｃｍ以内の高さで測定された湿度に基づいて洗浄液５の吐出状態を監視する。
なお、洗浄液５の吐出状態の監視とは、超音波発振子４が正常に作動し、かつ、所定の吐出圧力で洗浄液５が吐出されているか否かを判断するということであり、本実施形態ではこの判断を監視部８によって行う。
【００４６】
図６に示されるように、監視部８は、演算処理を行うＣＰＵ１９、ＣＰＵ１９の制御プログラムを格納したＲＯＭ２０、ＣＰＵ１９にワークエリアを提供するＲＡＭ２１、各種情報を一時的に格納する格納部２２、ＣＰＵ１９の制御の下で各種駆動部を駆動するドライバ回路２３、外部の各種センサと信号の入出力を行うＩ／Ｏポート２４で構成される。
【００４７】
以下、監視部８が洗浄液５の吐出状態を湿度に基づいて監視する制御フローについて、図７に示すフローチャート図に基づいて説明する。なお、以下の説明中で引用される各部材については、適宜、図１〜３を併せて参照されたい。
【００４８】
図７に示されるように、洗浄処理の要求がなされると、監視部８はアーム駆動モータ１１を駆動させて洗浄ノズル６を基板２の中心に位置させる。このとき、マウント昇降モータ１４も併せて駆動させられ、洗浄ノズル６は基板２の表面と湿度センサ７との間の距離Ｈが２ｃｍとなるように、基板２の表面に対する高さが調整される（ステップ１）。
【００４９】
ステップ１で洗浄ノズル６を基板２の中心に位置させると、監視部８は回転駆動部９を駆動させて回転テーブル３を所定の回転数で回転させる（ステップ２）。
ステップ２で回転テーブル３を所定の回転数で回転させると、監視部８は洗浄ノズル６の超音波発振子４を作動させつつ洗浄液５を基板２の表面に向かって所定の吐出圧力で吐出させる（ステップ３）。
ステップ３で洗浄ノズル６から洗浄液５を吐出させると、監視部８は湿度センサ７に湿度を測定させ、測定された湿度の値を湿度情報として格納部２２に格納する（ステップ４）。
【００５０】
ステップ４で湿度情報を格納部２２に格納すると、監視部８は格納された湿度情報の値が所定の範囲に収まっているか否かを判断する（ステップ５）。
なお、ここで所定の範囲とは、超音波発振子４が正常に作動し、かつ、所定の吐出圧力で洗浄液５が吐出される正常稼働時に測定される湿度に基づいて予め設定された許容上限値と許容下限値である。
【００５１】
ステップ５で湿度情報の値が所定の範囲に収まっていると判断すると、監視部８は、超音波発振子４の作動状態と洗浄液５の吐出圧力のいずれにも異常が生じていないと判断し、基板２の中心と外縁との間で洗浄ノズル６を所定の速度で基板２の表面に沿って１往復させる（ステップ６）。
一方、湿度情報の値が閾値の範囲に収まっていないと判断すると、監視部８は、超音波発振子４の作動状況と洗浄液４の吐出圧力のいずれかまたは双方に何らかの異常が生じたと判断して洗浄処理を中止し（ステップ１０）、一連のフローを終了する。
【００５２】
ステップ６で洗浄ノズル６を１往復させ、洗浄ノズル６が基板２の中心に戻ってくると、監視部８は基板２の洗浄処理が完了したか否かを判断し（ステップ７）、完了していないと判断するとステップ４に戻って再び湿度センサ７に湿度を測定させる。
一方、洗浄処理が完了したと判断すると、超音波発振子４の作動を停止させると共に洗浄液５の吐出を停止させ（ステップ８）、回転テーブル３の回転を停止させ（ステップ９）、一連のフローを終了する。
【００５３】
以上の制御フローでは、洗浄ノズル６を１往復させる度に基板２の中心で湿度を測定し、測定された湿度が所定の範囲に収まっているかを判断することにより、超音波発振子４の作動状況と洗浄液５の吐出圧力を含む洗浄液５の吐出状態を監視するが、同じ位置で時間間隔を空けて測定された湿度から湿度の変化率を求め、当該変化率を所定の閾値と比較することにより洗浄液４の吐出状態の監視を行ってもよい。
【００５４】
また、本実施形態では洗浄液として純水を用いた例を説明したが、必ずしも純水に限定されるものではなく、水酸化アンモニウム・過酸化水素含有水、塩化水素・過酸化水素含有水、硫酸と過酸化水素の混合溶液、フッ化水素・過酸化水素含有水、フッ化水素含有水、フッ化水素・フッ化アンモニウム含有水など様々な洗浄液を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明の実施形態に係る超音波洗浄装置の説明図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】この発明の実施形態に係る超音波洗浄装置の洗浄ノズルの構成を示す説明図である。
【図４】基板の中心と湿度センサとの間の基板表面に沿った距離と湿度の変化量との関係を示すグラフ図である。
【図５】基板の表面と湿度センサとの間の鉛直方向の距離と湿度の変化量との関係を示すグラフ図である。
【図６】この発明の実施形態に係る超音波洗浄装置の監視部の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施形態において監視部が行う制御フローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・超音波洗浄装置
２・・・基板
３・・・回転テーブル
４・・・超音波発振子
５・・・洗浄液
５ａ・・・水煙
６・・・洗浄ノズル
６ａ・・・導入口
６ｂ・・・吐出口
７・・・湿度センサ
８・・・監視部
９・・・回転駆動部
１０・・・回転シャフト
１１・・・アーム駆動モータ
１２・・・アーム
１３・・・マウント
１４・・・マウント昇降モータ
１５・・・発振電源
１６・・・ポンプ
１７・・・電磁バルブ
１８・・・洗浄液タンク
１９・・・ＣＰＵ
２０・・・ＲＯＭ
２１・・・ＲＡＭ
２２・・・格納部
２３・・・ドライバ回路
２４・・・Ｉ／Ｏポート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄すべき基板を搭載して回転する回転テーブルと、超音波発振子を有し超音波が印加された洗浄液を吐出して基板の洗浄処理を行う洗浄ノズルと、洗浄ノズル近傍の湿度を測定する湿度センサと、湿度センサによって測定される湿度を監視する監視部とを備える超音波洗浄装置。
【請求項２】
監視部は、測定された湿度が所定の範囲に収まらないときに洗浄ノズルの吐出を中止する請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項３】
監視部は、湿度の時間的変化率を求め、前記変化率が所定の閾値を超えるときに洗浄ノズルの吐出を中止する請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項４】
基板上で洗浄ノズルを基板表面に沿って移動させるアームをさらに備え、監視部は、洗浄ノズルが回転テーブルの軸心から所定の範囲内に位置するときに測定された湿度を監視する請求項１〜３のいずれか１つに記載の超音波洗浄装置。
【請求項５】
基板が実質的に円盤状であるとき、基板はその中心が回転テーブルの軸心と一致するように回転テーブルに搭載され、アームは基板の中心と外縁との間で洗浄ノズルを往復移動させ、監視部は洗浄ノズルが基板の中心に位置するときに測定された湿度を監視する請求項４に記載の超音波洗浄装置。
【請求項６】
湿度センサが洗浄ノズルに装着されてなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の超音波洗浄装置。
【請求項１】
洗浄すべき基板を搭載して回転する回転テーブルと、超音波発振子を有し超音波が印加された洗浄液を吐出して基板の洗浄処理を行う洗浄ノズルと、洗浄ノズル近傍の湿度を測定する湿度センサと、湿度センサによって測定される湿度を監視する監視部とを備える超音波洗浄装置。
【請求項２】
監視部は、測定された湿度が所定の範囲に収まらないときに洗浄ノズルの吐出を中止する請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項３】
監視部は、湿度の時間的変化率を求め、前記変化率が所定の閾値を超えるときに洗浄ノズルの吐出を中止する請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項４】
基板上で洗浄ノズルを基板表面に沿って移動させるアームをさらに備え、監視部は、洗浄ノズルが回転テーブルの軸心から所定の範囲内に位置するときに測定された湿度を監視する請求項１〜３のいずれか１つに記載の超音波洗浄装置。
【請求項５】
基板が実質的に円盤状であるとき、基板はその中心が回転テーブルの軸心と一致するように回転テーブルに搭載され、アームは基板の中心と外縁との間で洗浄ノズルを往復移動させ、監視部は洗浄ノズルが基板の中心に位置するときに測定された湿度を監視する請求項４に記載の超音波洗浄装置。
【請求項６】
湿度センサが洗浄ノズルに装着されてなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の超音波洗浄装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−３１１３５８（Ｐ２００８−３１１３５８Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５６５１３（Ｐ２００７−１５６５１３）
【出願日】平成１９年６月１３日（２００７．６．１３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１３日（２００７．６．１３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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