超音波洗浄装置
【課題】 洗浄液に溶解している気体の濃度を制御することで、被洗浄物へ洗浄効果を高めると同時に、気泡による被洗浄物へのダメージを最小限に抑えることが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１は、洗浄液７００に対して超音波振動を照射する振動子２００と、超音波振動を照射された洗浄液７００を用いて被洗浄物８００を超音波洗浄処理する洗浄処理部１００と、振動子２００を超音波振動させるために、電気信号を振動子２００に付与する発振器３００と、洗浄液７００に気体４１０を溶解する気体溶解部４００と、洗浄液７００において超音波振動から音圧Ｐを測定する音圧測定部５６０と、洗浄液７００を脱気する脱気部５８０と、音圧測定部５６０によって測定された音圧Ｐを基に、脱気部５８０を制御して洗浄液７００に対する気体４１０の脱気量を制御する制御部６００とを有している。
【解決手段】 超音波洗浄装置１は、洗浄液７００に対して超音波振動を照射する振動子２００と、超音波振動を照射された洗浄液７００を用いて被洗浄物８００を超音波洗浄処理する洗浄処理部１００と、振動子２００を超音波振動させるために、電気信号を振動子２００に付与する発振器３００と、洗浄液７００に気体４１０を溶解する気体溶解部４００と、洗浄液７００において超音波振動から音圧Ｐを測定する音圧測定部５６０と、洗浄液７００を脱気する脱気部５８０と、音圧測定部５６０によって測定された音圧Ｐを基に、脱気部５８０を制御して洗浄液７００に対する気体４１０の脱気量を制御する制御部６００とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ムラのない均一な洗浄が求められる、半導体ウエハー、ガラスマスク、液晶ガラス基板、ハードディスク等に対して、超音波振動を照射した水や薬液を用いて精密に洗浄する超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば微細加工品には、半導体ウエハー、液晶用のガラス、液晶ガラス基板、ハードディスク等が挙げられる。このような微細加工品には、異物が付着していることがある。この異物は、例えば１μｍ未満の粒子等であり、汚れとなる。異物が微細加工品に付着していると、微細加工品の性能が大きく低下してしまう。そのため微細加工品は、このような異物を剥離する必要があり、剥離のために例えば高周波の超音波洗浄装置によって精密に超音波洗浄される必要が生じる。超音波洗浄装置は、洗浄槽内に満たされた洗浄液中を伝わる超音波振動、あるいは、洗浄液と超音波振動との相乗効果により、異物を微細加工品から剥離し、超音波洗浄している。このような微細加工品は、超音波洗浄装置によって超音波洗浄される被洗浄物となる。
【０００３】
例えば特許文献１には、共振周波数が振動板の全部位で一定に保たれるようにして、被洗浄物に対して常に均一な精密洗浄が行える超音波音洗浄装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６８４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、被洗浄物に付着する異物は、超音波洗浄によって洗浄液中に発生する気泡によって除去（圧壊）される。なお気泡は、異物を除去すると同時に、圧壊によって被洗浄物にダメージを与えもする。このように気泡の発生量は、洗浄効果と被洗浄物へのダメージとに大きく影響している。そしてこのような気泡の発生量は、洗浄液に溶解している気体の濃度に大きく影響している。
【０００６】
そのため本発明は、上記事情に鑑み、洗浄液に溶解している気体の濃度を制御することで、被洗浄物へ洗浄効果を高めると同時に、気泡による被洗浄物へのダメージを最小限に抑えることができる超音波洗浄装置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】
【０００７】
本発明は目的を達成するために、洗浄液に所望の気体を溶解する気体溶解部と、前記気体が溶解している前記洗浄液に対して超音波振動を照射する振動子と、前記振動子によって超音波振動を照射された前記洗浄液を用いて被洗浄物を超音波洗浄処理する洗浄処理部と、前記振動子を圧電効果によって超音波振動させるために、所望の周波数で、且つ所望の振幅の電気信号を前記振動子に付与する発振器と、超音波振動が照射されている前記洗浄液において、前記振動子より発振される超音波振動から音圧を測定する音圧測定部と、前記気体溶解部によって前記気体が溶解している前記洗浄液を脱気する脱気部と、前記音圧測定部によって測定された前記音圧を基に、前記脱気部を制御して前記洗浄液に対する前記気体の脱気量を制御する制御部と、を具備することを特徴とする超音波洗浄装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、洗浄液に溶解している気体の濃度を制御することで、被洗浄物へ洗浄効果を高めると同時に、気泡による被洗浄物へのダメージを最小限に抑えることができる超音波洗浄装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明に係る超音波洗浄装置の構成を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、音圧測定部と媒介部との概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、音圧測定部の概略図である。
【図３】図３は、気体が洗浄液に溶解していない場合における超音波出力Ｉ（Ｗ）と音圧Ｐ（ｍＶ）との関係を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、気体の濃度が８．５ｐｐｍの場合における、超音波出力Ｉ（Ｗ）と音圧Ｐ（ｍＶ）との関係を示すＰＩテーブルを示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、気体の濃度が１２ｐｐｍの場合における、超音波出力Ｉ（Ｗ）と音圧Ｐ（ｍＶ）との関係を示すＰＩテーブルを示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、気体の濃度が１５ｐｐｍの場合における、超音波出力Ｉ（Ｗ）と音圧Ｐ（ｍＶ）との関係を示すＰＩテーブルを示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、気体の濃度が２０ｐｐｍの場合における、超音波出力Ｉ（Ｗ）と音圧Ｐ（ｍＶ）との関係を示すＰＩテーブルを示す図である。
【図５】図５は、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度と、この濃度を洗浄液７００に用いた際に極大値となる音圧Ｐに対応する超音波出力Ｉとの関係を示す濃度Ｉテーブルを示す図である。
【図６】図６は、超音波出力Ｉと、洗浄性能との関係を示す図である。
【図７】図７は、窒素の濃度と、洗浄性能との関係を示す図である。
【図８】図８は、窒素の濃度と、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物の主面における素子の数との関係を示す図である。
【図９】図９は、窒素の濃度と超音波出力Ｉと最適な超音波の出力範囲との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、超音波出力Ｉが１２００Ｗの場合における、異物除去率（％）と平均音圧Ｐ（ｍＶ）と気体の濃度（ｐｐｍ）と超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物の主面における素子の数との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、ＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとの作成を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本実施形態における超音波洗浄方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１乃至図１２を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態では、超音波洗浄装置１は、被洗浄物８００に対して、超音波振動を照射した例えば水や薬液等の液体（以下、洗浄液７００）を用いて超音波洗浄処理を行う。
【００１１】
本実施形態では、洗浄液７００を貯留した処理槽１１０の中に被洗浄物８００を収容し、洗浄液７００に浸漬された状態の被洗浄物８００を超音波洗浄するバッチ式洗浄が用いられる。
このバッチ式洗浄によって超音波洗浄される被洗浄物８００には、例えば機械加工品等が好適である。
【００１２】
超音波洗浄装置１は、洗浄液７００に対して超音波振動を照射する振動子２００と、振動子２００によって超音波振動を照射された洗浄液７００を用いて被洗浄物８００を超音波洗浄処理する洗浄処理部１００と、振動子２００を圧電効果によって超音波振動させるために、所望の周波数（周波数が例えば２０ｋＨｚ以上）で、且つ所望の振幅の電気信号を振動子２００に付与する発振器３００と、洗浄液７００に所望の濃度を有する気体４１０を溶解する気体溶解部４００と、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定する気体濃度測定部５００と、洗浄液７００において振動子２００より発振される超音波振動（圧力変動）から音圧Ｐを測定する音圧測定部５６０と、気体溶解部４００によって気体４１０が溶解している洗浄液７００を脱気する脱気部５８０と、音圧測定部５６０によって測定された音圧Ｐを基に、発振器３００が振動子２００へ付与する超音波出力Ｉを制御し、発振器３００が振動子２００に付与する電気信号を制御し、脱気部５８０を制御して洗浄液７００に対する気体４１０の脱気量を制御する制御部６００とを有している。
【００１３】
洗浄処理部１００は、被洗浄物８００を収容して洗浄液７００を貯留する処理槽１１０と、処理槽１１０が貯留する洗浄液７００を準備する洗浄液準備機構１２０と、処理槽１１０に貯留された洗浄液７００に対して振動子２００によって照射される超音波振動を伝播する伝播液１３０を貯留する伝播槽１４０と、伝播槽１４０が貯留する伝播液１３０を準備する伝播液準備機構１５０とを有している。
【００１４】
本実施形態において被洗浄物８００は、上述したように機械加工品であり、より詳細には例えばシリコンウエハ等の半導体である。被洗浄物８００は、自身とは異なる金属などの不純物を嫌い、金属からの汚染を嫌う。そのため処理槽１１０は、被洗浄物８００への汚染を避ける必要があり、金属成分の溶出の虞がない材質で形成されている必要がある。また処理槽１１０は、洗浄液７００として使用される様々な薬品に対する耐食性を有する材質で形成されている必要がある。また処理槽１１０は、超音波振動の透過性が高く、使用劣化による発塵の恐れがない材質で形成されている必要がある。このような材質は、例えば石英ガラスである。処理槽１１０は、収容する被洗浄物８００の形状を特に限定しないが、上述したように機械加工品等の被洗浄物８００を収容することが好適である。
【００１５】
処理槽１１０の底部１１０ａ付近には、洗浄液準備機構１２０によって準備された洗浄液７００を洗浄液準備機構１２０から処理槽１１０に供給する供給配管１１１が配設されている。この供給配管１１１は、気体溶解部４００と接続している。また処理槽１１０の上面１１０ｂは、開放されている。そのため処理槽１１０の上端１１０ｃの外周面１１０ｄには、処理槽１１０からオーバーフローした洗浄液７００を一時的に貯留する外槽１１２が配設されている。この外槽１１２には、一時的に貯留した廃液となる洗浄液７００を外槽１１２から排液する排液配管１１３が接続している。
【００１６】
洗浄液準備機構１２０は、洗浄液７００を処理槽１１０に貯留させるように、洗浄液７００を準備する。この洗浄液準備機構１２０は、処理槽１１０（より詳細には気体溶解部４００）に供給する洗浄液７００を一時的に貯留するタンク１２１と、タンク１２１に一時的に貯留されている洗浄液７００の温度を調整する温度調整部である温調機１２２と、処理槽１１０（より詳細には気体溶解部４００）に供給される洗浄液７００の流速を所望の速度となるように制御する流速制御部であるポンプ１２３と、ポンプ１２３によって流速を制御された洗浄液７００を気体溶解部４００に供給する供給配管１２４とを有している。供給配管１２４は、気体溶解部４００と接続している。
【００１７】
伝播槽１４０において、伝播液１３０は、処理槽１１０の底部１１０ａと振動子２００の上面（振動面）２００ａとの間に介在し、処理槽１１０に貯留された洗浄液７００に対して振動子２００から照射された超音波振動を伝播する。この伝播液１３０は、超音波振動の伝播を妨げる気泡を発生させず、且つ振動子２００の振動面２００ａで発生する熱を効率よく放出させる液体が望ましい。この液体は、気体が溶解していない水である。
【００１８】
伝播槽１４０の底部１４０ａの一部には、開口部１４０ｂが配設されている。開口部１４０ｂには、振動子２００が取り付けられている。伝播槽１４０には、伝播液準備機構１５０から伝播槽１４０に伝播液１３０を供給する供給配管１４１と、廃液となる伝播液１３０を伝播槽１４０から排液する排液配管１４２とが配設されている。
【００１９】
伝播液準備機構１５０は、伝播液１３０を伝播槽１４０に貯留させるように、伝播液１３０を準備する。伝播液準備機構１５０は、伝播槽１４０に供給される伝播液１３０を一時的に貯留するタンク１５１と、タンク１５１に貯留された伝播液１３０に予め溶解された気体を除去する溶解気体除去機構１５２とを有している。
【００２０】
振動子２００は、振動面２００ａにおいて発生した超音波振動を、伝播液１３０を介して処理槽１１０の底部１１０ａに伝播させ、処理槽１１０の底部１１０ａを透過させて、処理槽１１０内の洗浄液７００に照射する。超音波振動を照射された洗浄液７００は、超音波振動の物理的な作用によって、被洗浄物８００に対して洗浄作用をもたらす。
【００２１】
発振器３００は、信号出力線３２０を有している。信号出力線３２０は、振動子２００と接続しており、制御部６００によって制御された振動子２００に付与する電気信号を振動子２００に伝達する。これにより発振器３００は、振動子２００を超音波振動させる。
【００２２】
気体溶解部４００は、洗浄液準備機構１２０から供給された洗浄液７００に対して所望の気体４１０を溶解する。この気体４１０は、例えば、水素と、ヘリウムと、窒素と、酸素と、ネオンと、アルゴンと、クリプトンと、キセノンと、ラドンと、二酸化炭素と、アンモニアとの少なくとも１つから構成される。
【００２３】
気体溶解部４００は、供給配管１２４における洗浄液７００に予め溶解された気体を洗浄液７００から除去する溶解気体除去機構４４０と、溶解気体除去機構４４０によって気体を除去された洗浄液７００に所望の濃度を有する気体４１０を供給する気体供給部４２０と、溶解気体除去機構４４０にて気体を除去された供給配管１１１における洗浄液７００に気体供給部４２０から放出された気体４１０を供給する気体供給配管４３０とを有している。
【００２４】
溶解気体除去機構４４０は、気体を洗浄液７００から除去できれば良いために、気体を脱気する気体脱気部４４１であってもよい。
【００２５】
気体供給部４２０は、所望の濃度を有する気体４１０を洗浄液７００に供給するために、所望の濃度を有する気体４１０を充填する気体充填容器である。気体供給部４２０は、気体４１０の供給量を調整する調整弁４２１と、調整弁４２１によって供給量を調整された気体４１０を供給配管１１１における洗浄液７００に溶解させる溶解膜４２２とを有している。
【００２６】
気体濃度測定部５００は、供給配管１１１によって気体溶解部４００から処理槽１１０に供給される洗浄液７００において、この洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定する。気体濃度測定部５００は、供給配管１１１より分岐し、気体４１０の濃度を測定するために供給配管１１１に流れる洗浄液７００を分岐させる分岐配管５１０と、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定するために分岐配管５１０から流れた洗浄液７００を一時的に貯留する測定槽５２０と、測定槽５２０に貯留された洗浄液７００を加熱する加熱部であるヒータ５３０と、ヒータ５３０で加熱された洗浄液７００から洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定する測定部である測定センサ５４０とを有している。
【００２７】
なお分岐配管５１０は、処理槽１１０と供給配管１１１と気体供給配管４３０との少なくとも１つから分岐していればよい。つまり気体濃度測定部５００は、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定するために、洗浄処理部１００と、気体溶解部４００と、洗浄処理部１００と気体溶解部４００とを連結する供給配管１１１と供給配管１２４との、少なくとも１つから分岐していればよい。
【００２８】
ここで測定センサ５４０による洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度の測定について説明する。
測定センサ５４０は、まずヒータ５３０によって加熱された洗浄液７００の温度変化の結果を基に、洗浄液７００の熱伝導度を測定する。この熱伝導度は、洗浄液７００の組成と、気体４１０の組成と、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度とに依存する。本実施形態では、洗浄液７００の組成と、気体４１０の組成とは、予め所望に設定されている。そのため洗浄液７００の組成と、気体４１０の組成とが予め所望に設定されていると、測定センサ５４０は、測定した熱伝導度を基に、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定できることとなる。このように本実施形態では、予め所望に設定されている洗浄液７００の組成と気体４１０の組成と、測定センサ５４０によって測定された熱伝導度とを基に、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定する。
【００２９】
なお測定センサ５４０は、この測定結果を制御部６００に出力する。この測定結果とは、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を示す濃度情報である。
【００３０】
図１と図２Ａとに示すように、音圧測定部５６０は、例えば圧電素子等の音圧計であり、測定した音圧Ｐを電気信号に変換して、図１に示すように信号入力線６１０を介して制御部６００に入力する。音圧測定部５６０は、一般的に周波数特性を有し、同じ超音波出力であっても、周波数が違う場合、出力される電気信号は等しいとは限らない。しかしながら本実施形態では後述する図１１と図１２とに示すよう動作手順であるために、周波数特性に関して加味する必要がなく、本実施形態における音圧測定部５６０は、音圧Ｐに対して比例した電気信号を出力すればよい。
【００３１】
図２Ａに示すように、音圧測定部５６０には、処理槽１１０に貯留されている洗浄液７００に一部が浸漬し、音圧測定部５６０に超音波振動を媒介する媒介部５７０が配設されている。上述したように被洗浄物８００は金属などの不純物を嫌い金属からの汚染を嫌うため、媒介部５７０は、洗浄液７００を介して被洗浄物８００を汚染しない非金属であり、例えば石英ガラスなどである。
【００３２】
本実施形態では、図２Ｂに示すように音圧測定部５６０は洗浄液７００に直接浸漬してもよいが、音圧測定部５６０が洗浄液７００を介して被洗浄物８００を汚染する可能性と、洗浄液７００によって腐食される可能性等を鑑みて、図２Ａに示すように媒介部５７０が洗浄液７００に浸漬することが好適であり、音圧測定部５６０は媒介部５７０と接続した状態で洗浄液７００に浸漬せずに処理槽１１０に配設されていることが好適である。
【００３３】
ここで音圧測定部５６０が測定する音圧Ｐについて説明する。
図１に示すように洗浄液７００が処理槽１１０に貯留し、図２Ａに示すように媒介部５７０が洗浄液７００に浸漬する。なお、洗浄液７００に溶解している気体４１０による音圧Ｐへの影響を削除するために、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度は０ｐｐｍとする。
【００３４】
このとき理論的には、音圧Ｐは、式（１）によって得られる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
Ｐ：音圧（ｍＶ）、ρ：洗浄液７００の密度（ｋｇ／ｍ３）、ｃ：洗浄液７００の音速（ｍ／ｓ）、Ｉ：単位面積当たりの超音波出力（Ｗ／ｍ２）、ｋ：変換係数（ｍＶ／Ｐａ）。
【００３７】
式（１）をまとめると図３に示すようになる。図３に示すように、気体４１０が洗浄液７００に溶解していない場合、一般的に、音圧Ｐは、超音波出力Ｉの平方根に比例して上昇する。
【００３８】
また例えば窒素ガスなどの気体４１０が洗浄液７００に溶解している場合、一般的に、音圧Ｐは、図３に示すように超音波出力Ｉの平方根に比例して上昇するのではなく、図４Ａと図４Ｂと図４Ｃと図４Ｄとに示すように所定の超音波出力Ｉにて極大値となる。そして所定の超音波出力Ｉ以上に、超音波が出力されても、音圧Ｐは、減少していく傾向にある。
【００３９】
この音圧Ｐの極大値と減少とについて説明する。
一般的に、超音波振動が洗浄液７００に照射されると、微小な気泡が洗浄液７００に発生する。これは洗浄液７００に溶解している気体４１０の成分が、超音波によって析出されるからである。
【００４０】
気泡の発生量は、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度と、超音波出力Ｉとが高いほど、多くなる。すなわち、濃度と超音波出力Ｉとが徐々に増加していく過程で、気体４１０が溶解している洗浄液７００に超音波振動が照射されると、低い超音波出力Ｉでは気泡が発生せず、ある値以上の超音波出力Ｉでは気泡が発生する。この点は、後述するように濃度についても同様である。
【００４１】
これを音圧Ｐの観点から考えると、一般的に音圧Ｐは、気泡の発生によって減衰する。
より詳細には、低い超音波出力Ｉで気泡が発生しないと、音圧Ｐは減衰しない。
また超音波出力Ｉが上昇すると、音圧Ｐは増幅する。
また超音波出力Ｉがある値以上に上昇すると、気泡が発生する。このとき音圧Ｐは、気泡の発生によって、ある値以上の超音波出力Ｉを境に減少する傾向となる。
これが音圧Ｐの極大値と減少とを示す理由となる。
そしてこれらをまとめたのが、図４Ａ乃至図４Ｄに示す、超音波出力Ｉ（Ｗ）と音圧Ｐ（ｍＶ）との関係を示す気体の濃度毎のＰＩテーブルである。このＰＩテーブルは、詳細については後述するが、振動子２００における超音波出力Ｉと、音圧測定部５６０によって測定された音圧Ｐとを基に、制御部６００（より詳細には後述する中央演算処理装置６４０）によって作成される。
【００４２】
例えば図４Ａに示すように、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が８．５ｐｐｍの場合、音圧Ｐは極大値３４ｍＶとなる。この時の超音波出力Ｉは、９００Ｗである。９００Ｗ以上の超音波出力Ｉでは、音圧Ｐは減少する。
また例えば図４Ｂに示すように、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が１２ｐｐｍの場合、音圧Ｐは極大値２１ｍＶとなる。この時の超音波出力Ｉは、３５０Ｗである。３５０Ｗ以上の超音波出力Ｉでは、音圧Ｐは減少する。
また例えば図４Ｃに示すように、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が１５ｐｐｍの場合、音圧Ｐは極大値２０ｍＶとなる。この時の超音波出力Ｉは、２００Ｗである。２００Ｗ以上の超音波出力Ｉでは、音圧Ｐは減少する。
また例えば図４Ｄに示すように、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が２０ｐｐｍの場合、音圧Ｐは極大値１４ｍＶとなる。この時の超音波出力Ｉは、１５０Ｗである。１５０Ｗ以上の超音波出力Ｉでは、音圧Ｐは減少する。
【００４３】
なお気泡の発生量は、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度にも依存し、超音波出力Ｉが同一であっても、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が高いほど、多くなる。そのため音圧Ｐの極大値に対応する超音波出力Ｉは、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度によっても異なる。
また超音波出力Ｉが同一であっても、上述したように、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度に応じて、音圧Ｐは変化する。例えば洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が例えば５ｐｐｍ以下だと、洗浄効果（後述する異物除去率）が低いことがわかる。また洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が例えば５ｐｐｍ〜１０ｐｐｍだと洗浄効果（異物除去率）が大きく上昇することがわかる。このとき異物除去率は、９０％以上となる。
【００４４】
また気体４１０の種類と、音圧測定部５６０と、洗浄液７００の種類とによって、音圧Ｐの極大値は異なる。しかしながら気体４１０が洗浄液７００に溶解していることにより、超音波出力Ｉが上昇すると共に音圧Ｐは増幅して、音圧Ｐがある値以上の超音波出力Ｉを境に減少する傾向は普遍的である。
【００４５】
次に異物除去率（ＰＲＥ）について説明する。
異物除去率とは、被洗浄物８００に予め付着している異物を被洗浄物８００からどれだけ除去できたかを示す割合である。そのため異物除去率が高いほど、異物を多く除去できたことを示し、洗浄効果（洗浄性能）が高いことを示す。
超音波洗浄において、異物は、超音波振動によって発生する気泡（キャビテーション）によって除去される。異物除去率の観点において、異物を除去するための最低限の超音波振動の超音波出力Ｉは、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度によって変化する。
【００４６】
例えば図４Ａに示すように、異物除去率は、超音波出力Ｉが９００Ｗの時に上昇し始める。
また図４Ｂに示すように、異物除去率は、超音波出力Ｉが３５０Ｗの時に上昇し始める。
また図４Ｃに示すように、異物除去率は、超音波出力Ｉが２００Ｗの時に上昇し始める。
また図４Ｄに示すように、異物除去率は、超音波出力Ｉが１５０Ｗの時に上昇し始める。
【００４７】
このように超音波洗浄において、異物は、ある値以上の超音波出力Ｉによる超音波振動によって発生する気泡によって除去される。
【００４８】
また上述したように気体４１０の濃度が高いほど、気泡の発生量は多くなるため、気体４１０の濃度が高ければ、超音波出力Ｉが低くても、異物除去率は上昇する。
【００４９】
またある値以上の超音波出力Ｉにおいては、上述したように、音圧Ｐは極大となる。つまり音圧Ｐが極大となるタイミングと、異物除去率が上昇するタイミングとは、一致する。またこれらのタイミングにおける超音波出力Ｉも一致する。このように超音波出力Ｉがある値以上となり、気泡が多数発生することで、超音波洗浄が始まり、音圧Ｐは極大となる。すなわち音圧Ｐの極大値は、超音波洗浄できる最小超音波出力といえる。
【００５０】
また洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が変化した場合、図４Ａと図４Ｂと図４Ｃと図４Ｄとに示すように、気体４１０の濃度が高くなる程、音圧Ｐの極大値に対応する超音波出力Ｉ、すなわち異物除去率が上昇し始める時の超音波出力Ｉが低くなることが分かる。なお、気体４１０の濃度が０ｐｐｍの場合は、異物除去率は０％である。
【００５１】
このように気体４１０の濃度に応じて音圧Ｐの極大値を判別することで、異物除去率を判別でき、高精度に超音波洗浄できることとなる。
【００５２】
図１に示すように、脱気部５８０は、気体溶解部４００と伝播槽１４０との間に配設されている。気体濃度測定部５００が気体溶解部４００と伝播槽１４０との間に配設されている場合、脱気部５８０は、気体溶解部４００と伝播槽１４０との間に配設されていれば、気体溶解部４００と気体濃度測定部５００との間に配設されても、気体濃度測定部５００と伝播槽１４０との間に配設されていてもよい。
【００５３】
脱気部５８０は、音圧測定部５６０によって測定された音圧Ｐを基に、気体溶解部４００から供給配管１１１を流れて処理槽１１０に供給される洗浄液７００において、気体溶解部４００によって気体４１０が溶解している洗浄液７００を脱気する。つまり脱気部５８０は、気体溶解部４００から処理槽１１０に流れる洗浄液７００を脱気する。
【００５４】
図１に示すように、制御部６００は、信号入力線６１０と、信号出力線６２０と、信号入力線６２７と、信号出力線６２９と、記録装置６３０と、中央演算処理装置６４０と、操作部６５０と、表示部６６０とを有している。
【００５５】
信号入力線６１０は、音圧測定部５６０と中央演算処理装置６４０とに接続している。信号入力線６１０は、音圧測定部５６０によって測定された測定結果を中央演算処理装置６４０に入力する。この測定結果とは、音圧測定部５６０によって測定された音圧Ｐを示す音圧情報である。
【００５６】
信号出力線６２０は、発振器３００と中央演算処理装置６４０とに接続している。信号出力線６２０は、振動子２００に付与する制御された電気信号を入力信号として中央演算処理装置６４０から発振器３００に入力する。
【００５７】
信号入力線６２７は、測定センサ５４０と中央演算処理装置６４０とに接続している。信号入力線６２７は、測定センサ５４０によって測定された測定結果を測定センサ５４０から中央演算処理装置６４０に入力する。この測定結果とは、上述した洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を示す濃度情報である。
【００５８】
信号出力線６２９は、脱気部５８０と中央演算処理装置６４０とに接続している。信号出力線６２９は、音圧測定部５６０によって測定された測定結果とＰＩテーブルと濃度Ｉテーブル等を基に制御された電気信号を入力信号として中央演算処理装置６４０から脱気部５８０に入力する。
【００５９】
中央演算処理装置６４０は、信号出力線６２０と発振器３００とを介して振動子２００の超音波出力Ｉを最小の０Ｗから最大の例えば１２００Ｗの間で制御する。
【００６０】
また中央演算処理装置６４０は、音圧Ｐの極大値と減少と異物除去率（ＰＲＥ）とを算出するために、振動子２００における超音波出力Ｉと、音圧測定部５６０によって測定された音圧Ｐ（音圧情報）とを基に、図４Ａ乃至図４Ｄに示すような、音圧Ｐ（音圧情報）と超音波出力Ｉとの関係を示す気体４１０の濃度毎のＰＩテーブルを作成する。
【００６１】
また中央演算処理装置６４０は、気体４１０の濃度毎のＰＩテーブル、つまり例えば図４Ａ乃至図４Ｄに示すような、８．５ｐｐｍと１２ｐｐｍと１５ｐｐｍと２０ｐｐｍとにおけるＰＩテーブルが作成されたか否かを判別する。これらＰＩテーブルは、記録装置６３０に記憶される。
また中央演算処理装置６４０は、気体４１０の濃度毎のＰＩテーブルが作成されている、と判別した場合、気体４１０の濃度毎のＰＩテーブルを記録装置６３０から読み出す。
また中央演算処理装置６４０は、被洗浄物８００が超音波洗浄される前に、これらＰＩテーブルを基に、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度と、この濃度を洗浄液７００に用いた際に極大値となる音圧Ｐに対応する超音波出力Ｉとの関係を示す濃度Ｉテーブルを作成する。濃度Ｉテーブルを図５に示す。
【００６２】
なお中央演算処理装置６４０は、この濃度Ｉテーブルを、上述した気体４１０の濃度が異なる少なくとも２つのＰＩテーブルを基に作成する。少なくとも２つのＰＩテーブルとは、例えば気体４１０の濃度が８．５ｐｐｍにおけるＰＩテーブルと、気体４１０の濃度が１２ｐｐｍにおけるＰＩテーブルと、気体４１０の濃度が１５ｐｐｍにおけるＰＩテーブルと、気体４１０の濃度が２０ｐｐｍにおけるＰＩテーブルとのなかから少なくとも２つであることを示す。
【００６３】
記録装置６３０は、信号入力線６１０と中央演算処理装置６４０とを通じて入力された音圧情報と、中央演算処理装置６４０によって作成されたＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとを記録する。
【００６４】
操作部６５０は、中央演算処理装置６４０がＰＩテーブルを作成するために、それぞれ異なる少なくとも２つの気体４１０の濃度を設定する操作が行われる。
また操作部６５０は、超音波洗浄時における、洗浄液７００に溶解する超音波洗浄時の気体４１０の濃度と、図５に示す濃度Ｉテーブルの超音波出力Ｉにおける許容値と、超音波洗浄時の超音波出力Ｉと、上記した超音波洗浄時の気体４１０の濃度に対応する音圧Ｐの極大値における許容値と、上記した超音波洗浄時の気体４１０の濃度における許容値とを設定する操作が行われる。
【００６５】
表示部６６０は、ＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとを表示する。
【００６６】
また記録装置６３０は、上述したように、信号入力線６２７と中央演算処理装置６４０とを通じて入力された濃度情報を記録する。また記録装置６３０は、超音波洗浄のための所望の条件と異物除去率（洗浄性能）との関係と、超音波洗浄のための所望の条件と被洗浄物８００に対するダメージとの関係とのデータベースを格納する。
【００６７】
なお超音波洗浄のための所望の条件は、振動子２００の振動面２００ａの寸法（大きさ）と、発振器３００が振動子２００に対して付与する電気信号の周波数及び振幅（超音波出力Ｉ）と、洗浄液７００の組成及び温度と、洗浄液７００に溶解する気体４１０の組成及び濃度とによって構成される。気体４１０の濃度は、測定センサ５４０によって測定された濃度情報を基にしている。
【００６８】
また異物除去率（洗浄性能）は、上述したように被洗浄物８００に残留している除去すべき対象物の粒子の数に基づいている。詳細には異物除去率（洗浄性能）は、超音波洗浄処理前、超音波洗浄処理後及び乾燥処理後に、被洗浄物８００に残留している除去すべき対象物の粒子の数を測定することによって求められる。さらなる詳細については後述する。
この異物除去率（洗浄性能）は、超音波洗浄のための所望の条件と、上述した超音波洗浄処理によって被洗浄物８００から除去すべき対象物の種類とに依存する。
【００６９】
また被洗浄物８００に対するダメージとは、超音波洗浄処理後及び乾燥処理後における、上述したように超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数を示す。この超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数は、超音波洗浄のための所望の条件と、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の種類とに依存する。
【００７０】
なおデータベースには、被洗浄物８００の形状と種類と、超音波洗浄処理によって被洗浄物８００から除去する対象物の種類と、超音波洗浄によってダメージを受ける被洗浄物８００の主面における素子と、後述する図９に示す例えば窒素などの気体４１０の濃度と超音波出力Ｉと最適な超音波出力Ｉの出力範囲との関係を示す情報がさらに格納される。
【００７１】
中央演算処理装置６４０は、記録装置６３０に格納されたデータベースに基づいて、被洗浄物８００に対するダメージを所望する値以下に抑制しつつ所望する異物除去率（洗浄性能）を発揮するための超音波出力Ｉの出力範囲を算出し、気体濃度測定部５００で測定された洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度（前述した濃度情報）と、超音波出力Ｉの出力範囲との関係に基づいて、発振器３００が振動子２００へ付与する超音波出力Ｉを制御し、発振器３００が振動子２００に付与する電気信号を制御する。
【００７２】
具体的には、中央演算処理装置６４０は、データベースに基づいて超音波出力Ｉの出力範囲を算出し、算出した超音波出力Ｉの出力範囲に基づいて、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度に対応する超音波出力Ｉにて超音波振動させるように発振器３００を制御する。
【００７３】
操作部６５０は、記録装置６３０に格納されるデータベースを入出力するための例えばタッチパネルやキーボード等である。入出力するものは、上述したように例えば超音波洗浄のための所望の条件と、異物除去率（洗浄性能）と、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数などである。
【００７４】
表示部６６０は、洗浄液７００中における気体４１０の濃度の設定値と測定値、超音波出力の設定値、記録装置６３０に格納されるデータベースの入出力状況、中央演算処理装置６４０での処理状況等を表示する。
【００７５】
次に超音波出力Ｉの出力範囲を算出する方法について図６乃至図９を参照して説明する。
まず操作部６５０によって入力されるデータベースの一例を説明する。この一例は、超音波洗浄のための所望の条件と、被洗浄物８００の形状と種類と、超音波洗浄処理によって被洗浄物８００から除去する対象物の種類と、超音波洗浄によってダメージを受ける被洗浄物８００の主面における素子とである。
【００７６】
振動子２００の振動面２００ａの寸法は、例えば縦３１７ｍｍ、横３１７ｍｍである。
発振器３００から出力される電気信号の周波数は、例えば１８２０ｋＨｚである。
超音波出力Ｉは、例えば０Ｗ〜１２００Ｗである。
洗浄液７００は、例えば温度が摂氏２５度の水である。
洗浄液７００に溶解する気体４１０は、例えば濃度が０ｐｐｍ〜２０ｐｐｍの窒素である。
被洗浄物８００は、例えば直径２００ｍｍのシリコンウェハである。
被洗浄物８００から除去する対象物は、例えば粒径が２００ｎｍ〜５０００ｎｍのシリコン粒子である。
被洗浄物８００の主面における素子は、例えば材質が多結晶シリコンの配線パターンである。配線パターンの配線は、例えば幅５０ｎｍ、高さ１４０ｎｍを有し、各配線間の間隙幅は例えば５０ｎｍである。
【００７７】
次に超音波出力Ｉの出力範囲を算出する具体的な方法について説明する。
処理槽１１０は、洗浄液７００を貯留し、被洗浄物８００を収容する。この状態で超音波洗浄処理が５分間実行される。超音波洗浄処理については、図１１と図１２とを参照して詳細に後述する。超音波洗浄処理後、被洗浄物８００は、処理槽１１０から引き上げられる。そして被洗浄物８００に対して、イソプロピルアルコールを用いた置換雰囲気下または窒素雰囲気下での高速スピン回転による乾燥処理が実行される。
【００７８】
このとき超音波洗浄処理によって、下記に示す第１乃至第３の事項が発現する。
【００７９】
第１の事項
振動子２００によって洗浄液７００に対して超音波振動が照射されると、洗浄液７００には、圧力の高い領域と、圧力の低い領域とが周期的に発生する。
【００８０】
第２の事項
洗浄液７００において圧力の低い領域では、飽和蒸気圧の低い成分である窒素が容易に気泡群を形成する。気泡群とは、種々の径を持つ気泡によって構成される集団である。気泡群の中には、照射された超音波振動に共振するのに最適な径を持つ気泡（共振気泡）が存在する。
【００８１】
第３の事項
共振気泡が、超音波振動との共振によって運動エネルギーを得て、被洗浄物８００の主面を摩擦しながら移動速度Ｖにて移動することによって、被洗浄物８００の主面における粒子を除去する。この粒子とは、上述した被洗浄物８００から除去する対象物である、粒径が２００ｎｍ〜５０００ｎｍのシリコン粒子である。
【００８２】
なお参考文献１または参考文献２によると、共振気泡の移動速度の最大値Ｖは、式（２）で求められる。
【００８３】
【数２】
【００８４】
【数３】
【００８５】
【数４】
【００８６】
【数５】
【００８７】
【数６】
【００８８】
Ｉ：音響強度、ｋ：波数、Ｒ：共振気泡の半径、Ｐ：実効音圧、ｆ：周波数、ν：振動速度。
ｃ：窒素を含む洗浄液７００の平均音速
η：窒素を含む洗浄液７００の平均粘度
ρ：窒素を含む洗浄液７００の平均密度
Ｋ：窒素を含む洗浄液７００の平均弾性率
式（２）乃至式（６）をまとめると式（７）が得られる。
【００８９】
【数７】
【００９０】
超音波出力Ｉが増大すると、振動速度ν が増大し、式（７）より移動速度Ｖも増大する。
【００９１】
なお参考文献３によると、η、ρ、Ｋは、窒素の体積分率ξ を用いて、式（８）乃至式（１０）から求められる。
【００９２】
【数８】
【００９３】
【数９】
【００９４】
【数１０】
【００９５】
ηＨ２Ｏ：洗浄液７００（ここでは、上述した水である）の粘度 ８９１μＰａ・Ｓ
ρＨ２Ｏ：洗浄液７００（ここでは、上述した水である）の密度 １００００ｋｇ／ｍ３
ＫＨ２Ｏ：洗浄液７００（ここでは、上述した水である）の弾性率 ２ＧＰａ
ηＮ２：窒素の粘度 １８μＰａ・Ｓ
ρＮ２：窒素の密度 １．２５ｋｇ／ｍ３
ＫＮ２：窒素の弾性率 １４１ｋＰａ
【００９６】
参考文献１ Ｋ.Ｙｏｓｈｉｏｋａ， Ｙ． Ｋａｗａｓｈｉｍａ， Ｈ． Ｈｉｒａｎｏ：Ａｃｕｓｔｉｃａ， ５， １７３ (１９５５)
参考文献２ 阿座上瑞美， 菊池廣：表面技術， ４７， ３９ (１９９６)
参考文献３ 実吉純一， 菊池善充， 熊本乙彦 監修：超音波技術便覧， １５１ (１９９１)
【００９７】
また上述した第１乃至第３の事項によって図６に示すような、超音波洗浄のための所望の条件である超音波出力Ｉと、異物除去率（洗浄性能）との関係が取得される。
図６に示す異物除去率（洗浄性能）は、上述したように、超音波洗浄処理前、超音波洗浄処理後及び乾燥処理後に、被洗浄物８００に残留している除去すべき対象物の粒子の数を測定することによって求められる。
【００９８】
即ち、超音波洗浄処理前に被洗浄物８００に残留している対象物の粒子数をＮ０、超音波洗浄処理後及び乾燥処理後に被洗浄物８００に残留している対象物の粒子数をＮとすると、
異物除去率（洗浄性能）（％）＝１００×（Ｎ０−Ｎ）／Ｎ
という式によって、異物除去率（洗浄性能）は算出される。
【００９９】
なお被洗浄物８００に残留している除去すべき対象物の粒子の数は、ウェハ表面検査装置（株式会社日立ハイテクノロジーズ製、型式：ＬＳ−６０００）を用いて散乱光を検出する方法によって測定される。
【０１００】
図６に示すように、超音波出力Ｉが増大すると、窒素の濃度がどんな値でも、異物除去率（洗浄性能）は向上することがわかる。また各窒素の濃度において、超音波出力Ｉが一定の値を超えると、異物除去率（洗浄性能）は飽和することがわかる。
【０１０１】
そのため洗浄効果が発現する（異物除去率（洗浄性能）＞０％となる）ために必要な最低の超音波出力Ｉは、洗浄液７００に溶解している窒素の濃度に依存することがわかる。さらに窒素の濃度が高い場合、超音波出力Ｉが小さくても洗浄効果が発現することがわかる。また、窒素の濃度が低い場合、超音波出力Ｉが大きくても洗浄効果が発現しにくいことがわかる。なお、窒素の濃度が０ｐｐｍである場合、超音波出力Ｉを大きくしても洗浄効果は全く発現しないこととなる。
【０１０２】
つまり上述した図６と前述した第１乃至第３の事項と式（２）乃至式（１０）とをまとめると、超音波出力Ｉが増大すると、前述した圧力の低い領域における圧力が著しく低下するため共振気泡の量が増大し、振動速度νが増大する。これにより移動速度Ｖも増大するため、異物除去率（洗浄性能）が向上する。
【０１０３】
また窒素の濃度が増大すれば、超音波出力Ｉが小さくても、共振気泡の量が増大するため、洗浄効果は発現する。また窒素の濃度が減少すれば、超音波出力Ｉが大きくても、共振気泡の量が減少するため、洗浄効果は発現しにくい。また、窒素の濃度が０ｐｐｍである場合、超音波出力Ｉが増大しても、気泡群自体が発生しないため、洗浄効果が全く発現しないこととなる。
【０１０４】
また上述した第１乃至第３の事項によって、図６と共に、図７に示すような、測定センサ５４０によって測定された窒素の濃度と、異物除去率（洗浄性能）との関係が取得される。なお図７に示す異物除去率（洗浄性能）は、図６と同様の手法によって求められる。
【０１０５】
図７に示すように、各超音波出力Ｉにおいて、窒素の濃度が増大すると、異物除去率（洗浄性能）は向上することがわかる。しかし各超音波出力Ｉにおいて、窒素の濃度がある一定の値を超えると、異物除去率（洗浄性能）は低下することがわかる。
【０１０６】
そのため洗浄効果が発現する（異物除去率（洗浄性能）＞０％となる）ために必要な最低の窒素の濃度は、超音波出力Ｉに依存することがわかる。さらに図７に示すように超音波出力Ｉが３００Ｗでは濃度１２ｐｐｍ以上の窒素、超音波出力Ｉが６００Ｗでは１０ｐｐｍ以上の窒素、超音波出力Ｉが１２００Ｗでは８ｐｐｍ以上の窒素が必要であることがわかる。また図７に示すように、超音波出力Ｉが小さいほど、過剰な窒素の濃度によって異物除去率（洗浄性能）の低下が顕著であることがわかる。
【０１０７】
ここで図７において過剰な窒素の濃度による異物除去率（洗浄性能）の低下について、前述した第１乃至第３の事項と式（７），（８），（１０）とを用いて説明する。
【０１０８】
前述した第１乃至第３の事項において、洗浄液７００に溶解している窒素の濃度が過剰になると、窒素の体積分率ξ が増大する。これにより式（８）乃至式（１０）より平均粘度ηと平均密度ρとが減少し、平均弾性率Ｋが著しく減少する。結果として、式（７）より移動速度Ｖが減少するため、異物除去率（洗浄性能）は低下する。
【０１０９】
また上述した第１乃至第３の事項によって、図６と図７と共に、図８に示すような、窒素の濃度と、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数との関係が取得される。
【０１１０】
図８において、超音波出力Ｉは、例えば１２００Ｗである。超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数は、超音波洗浄処理後及び乾燥処理後に、欠陥検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ製，型式：ＩＬＭ−２３５０）及び欠陥レビューＳＥＭ装置（日本電子株式会社製，型式：ＪＷＳ−７５５５Ｓ）を用いて、測定される。
【０１１１】
また超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子は、下記に示す第４乃至第６の事項によって発現する。
【０１１２】
第４の事項
振動子２００によって洗浄液７００に対して超音波振動が照射されると、洗浄液７００の中には、圧力の高い領域と、圧力の低い領域とが周期的に発生する。
【０１１３】
第５の事項
急激な圧力の変化に伴い、洗浄液７００の慣性力が発生する。慣性力は、式（５）で示される実効音圧Ｐに比例する。
【０１１４】
第６の事項
前述した慣性力が、被洗浄物８００の主面に配置する素子に作用し、素子が倒壊する。このように被洗浄物８００の主面における素子は、超音波洗浄によってダメージを受ける。
【０１１５】
このように第４乃至第６の事項と図８に示すように、窒素の濃度が増大すると、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数は減少することがわかる。窒素の濃度が例えば２０ｐｐｍの場合、超音波出力Ｉが例えば１２００Ｗと大きくても、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数はほぼ０となることがわかる。逆に、窒素の濃度が例えば０ｐｐｍに近づくにつれて、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数は著しく増大することがわかる。
【０１１６】
ここで図８において過剰な窒素の濃度による超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数の低下について、前述した第４乃至第６の事項と式（５），（６），（９），（１０）とを用いて説明する。
【０１１７】
前述した第４乃至第６の事項によると、超音波出力Ｉが増大すると、式（６）における振動速度νが増大し、前述した慣性力が増大するため、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数が増大する。また窒素の濃度が増大すれば、窒素の体積分率ξ が増大し、式（５）と式（９）と式（１０）とにより平均音速ｃと平均密度ρともに減少し、式（６）より実効音圧Ｐが減少し、前述した慣性力が減少する。これにより超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数が減少する。
【０１１８】
また図６乃至図８をまとめると、図９に示すような窒素の濃度と超音波出力Ｉと最適な超音波出力Ｉの出力範囲との関係が算出される。
【０１１９】
図９において実線で示す曲線は、図６及び図７から求められる、８０％以上の異物除去率（洗浄性能）を得る超音波出力Ｉの最小値を示す。また破線は、図８から求められる、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子が発生する際の超音波出力Ｉの最小値を示す。網掛けで示した領域αは、最適な超音波出力Ｉの出力範囲となる。この最適な超音波出力Ｉの出力範囲とは、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子が発生せず、且つ８０％以上の異物除去率（洗浄性能）を得る超音波出力Ｉの出力範囲である。
【０１２０】
例えば気体濃度測定部５００によって測定され、洗浄液７００に溶解している気体４１０である窒素の濃度が１５ｐｐｍである場合、最適な超音波出力Ｉの出力範囲を基に、最適な超音波出力Ｉの出力範囲は、９００Ｗ〜１２００Ｗである。よって、制御部６００は、超音波出力Ｉが９００Ｗ〜１２００Ｗになるように、発振器３００を制御する。
【０１２１】
図９に示す、窒素の濃度と超音波出力Ｉと最適な超音波出力Ｉの出力範囲との関係は、上述したように、被洗浄物８００の形状と種類と、超音波洗浄処理によって被洗浄物８００から除去する対象物の種類と、超音波洗浄によってダメージを受ける被洗浄物８００の主面における素子と共に、記録装置６３０（データベース）に格納される。
【０１２２】
なお制御部６００は、上述した図４Ａと図４Ｂと図４Ｃと図４Ｄと図５と図６と図７と図８とを基に図１０に示す相関関係を算出する。図１０は、超音波出力Ｉが１２００Ｗと固定された際の、音圧Ｐ（ｍＶ）と、気体４１０の濃度（％）と、異物除去率（ＰＲＥ）（洗浄性能）（％）と、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数との相関関係を示す図である。
【０１２３】
このとき、音圧Ｐが１０ｍＶ〜１５ｍＶ、気体４１０の濃度が１３ｐｐｍ〜１５ｐｐｍと制御されることで、異物除去率（洗浄性能）は９５％以上、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数が５００個以下となることがわかる。
【０１２４】
次に本実施形態の動作方法について図１１と図１２とを参照して説明する。
本実施形態では、気体４１０の種類と超音波洗浄装置１の性能による被洗浄物８００への影響を校正するために、超音波洗浄装置１が被洗浄物８００を超音波洗浄する前に、制御部６００（中央演算処理装置６４０）は、図４Ａ乃至図４Ｄに示すＰＩテーブルを作成し、ＰＩテーブルを基に図５に示す濃度Ｉテーブルを作成する必要がある。
まずこのＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとの作成について図１１を参照して説明する。
なおＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとの作成段階では、被洗浄物８００は処理槽１１０に収容されない。
【０１２５】
中央演算処理装置６４０は、濃度Ｉテーブルを作成するために、少なくとも２つのＰＩテーブルを作成する必要がある。そのため少なくとも２つのＰＩテーブルの作成のために、操作部６５０が操作され、それぞれ異なる少なくとも２つの気体４１０の濃度が設定される（Ｓｔｅｐ１）。
なお本実施形態では、それぞれ異なる４種類の気体４１０の濃度、例えば８．５ｐｐｍと１２ｐｐｍと１５ｐｐｍと２０ｐｐｍが用いられる。
【０１２６】
伝播液準備機構１５０は伝播液１３０の供給を開始し、伝播液１３０が伝播槽１４０に貯留する（Ｓｔｅｐ２）。
より詳細には、タンク１５１に一時的に貯留されている伝播液１３０は、伝播液１３０に溶解された気体を溶解気体除去機構１５２によって除去され、供給配管１４１を経由して伝播槽１４０へ供給される。さらに伝播液１３０は、伝播槽１４０から排液配管１４２を経由して排出される。
【０１２７】
洗浄液準備機構１２０は、気体溶解部４００に対して、洗浄液７００の供給を開始する（Ｓｔｅｐ３）。
より詳細には、タンク１２１に一時的に貯留されている洗浄液７００は、温調機１２２によって温度を調整され、ポンプ１２３によって所望の速度の流速となるように流速を制御される。そして洗浄液７００は、ポンプ１２３によって供給配管１２４を経由して気体溶解部４００へ供給される。
【０１２８】
気体溶解部４００は、洗浄液７００から洗浄液７００に溶解された気体を除去し、洗浄液７００に対してＳｔｅｐ１にて設定された濃度を有する気体４１０を供給し、この気体４１０が供給された洗浄液７００を処理槽１１０へ供給する（Ｓｔｅｐ４）。
より詳細には、気体溶解部４００において、洗浄液７００は、洗浄液７００に溶解された気体を溶解気体除去機構４４０によって除去され、気体供給部４２０から気体供給配管４３０を経由してＳｔｅｐ１にて設定された濃度を有する気体４１０を供給される。この時、気体４１０は、調整弁４２１によって供給量を調整されて、溶解膜４２２によって供給配管１１１における洗浄液７００に溶解される。
なおこのとき供給される気体４１０の濃度は、例えば８．５ｐｐｍである。
【０１２９】
洗浄液準備機構１２０は、処理槽１１０にて洗浄液７００がオーバーフローするまで、洗浄液７００を処理槽１１０に供給する。これにより媒介部５７０は、洗浄液７００に浸漬された状態となる（Ｓｔｅｐ５）。そして洗浄液７００は、処理槽１１０をオーバーフローした後、外槽１１２にて一時的に貯留され、排液配管１１３を経由して、排出される。
【０１３０】
発振器３００は、制御部６００によって制御された振動子２００に付与する電気信号を信号出力線３２０を介して振動子２００に伝達する。振動子２００は、この電気信号を伝達されて、超音波出力Ｉを最小の０Ｗから最大の例えば１２００Ｗまで徐々に大きくさせて超音波振動する（Ｓｔｅｐ６）。
【０１３１】
音圧測定部５６０は、この超音波振動と同時に、処理槽１１０に貯留されている洗浄液７００と媒介部５７０とを介して、振動子２００より発振される超音波振動（圧力変動）から音圧Ｐを測定する（Ｓｔｅｐ７）。
なお媒介部５７０が洗浄液７００に直接浸漬しているために、音圧測定部５６０は媒介部５７０を介して超音波振動から音圧Ｐを直接測定することとなる。そして音圧測定部５６０は、測定結果（音圧情報）を、信号入力線６１０を介して制御部６００（中央演算処理装置６４０）に入力する。音圧情報は、記録装置６３０に記録もされる。
【０１３２】
中央演算処理装置６４０は、Ｓｔｅｐ６とＳｔｅｐ７とを基に、この気体４１０の濃度（この場合は、８．５ｐｐｍを示す）における音圧情報と超音波出力Ｉとの関係を示すＰＩテーブルを作成する（Ｓｔｅｐ８）。
この場合、気体４１０の濃度は８．５ｐｐｍであるため、作成されたＰＩテーブルは図４Ａに示すものとなる。
【０１３３】
記録装置６３０は、中央演算処理装置６４０によって作成されたＰＩテーブルを、記録する（Ｓｔｅｐ９）。
【０１３４】
中央演算処理装置６４０は、気体４１０の濃度毎のＰＩテーブル、つまり８．５ｐｐｍと１２ｐｐｍと１５ｐｐｍと２０ｐｐｍとにおけるＰＩテーブルが作成されたか否かを判別する（Ｓｔｅｐ１０）。このＰＩテーブルは、Ｓｔｅｐ１において操作部６５０にて設定した気体４１０の濃度毎のＳｔｅｐ８におけるテーブルを示す。
【０１３５】
気体４１０の濃度毎のＰＩテーブルが作成されていない、と中央演算処理装置６４０が判別した場合（Ｓｔｅｐ１０：Ｎｏ）、Ｓｔｅｐ４に戻る。
このとき、気体溶解部４００は、洗浄液７００から洗浄液７００に溶解された気体４１０（上記においては、８．５ｐｐｍ）を除去し、洗浄液７００に対して気体４１０（８．５ｐｐｍ以外の１２ｐｐｍと１５ｐｐｍと２０ｐｐｍとのいずれか１つ）を供給し、気体４１０が供給された洗浄液７００を処理槽１１０へ供給する。
【０１３６】
本実施形態では、気体４１０の濃度を、８．５ｐｐｍと１２ｐｐｍと１５ｐｐｍと２０ｐｐｍとの４つを用いるため、Ｓｔｅｐ４乃至Ｓｔｅｐ１０を４回繰り返す。そして図４Ａ乃至図４Ｄに示すＰＩテーブルが作成され記録装置６３０に記録される。
【０１３７】
なお上述したように、ＰＩテーブルは少なくとも２つ作成されればよいために、Ｓｔｅｐ４乃至Ｓｔｅｐ１０を少なくとも２回繰り返せばよい。
【０１３８】
気体４１０の濃度毎のＰＩテーブルが作成されている、と中央演算処理装置６４０が判別した場合（Ｓｔｅｐ１０：Ｙｅｓ）、中央演算処理装置６４０は、気体４１０の濃度毎のＰＩテーブルを記録装置６３０から読み出す（Ｓｔｅｐ１１）。
そして中央演算処理装置６４０は、４つのＰＩテーブルを基に、図５に示す濃度Ｉテーブルを作成する（Ｓｔｅｐ１２）。
記録装置６３０は、この濃度Ｉテーブルを記録する（Ｓｔｅｐ１３）。
表示部６６０は、ＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとを表示しても良い。
【０１３９】
中央演算処理装置６４０は、気体４１０の濃度を所望に制御するために、濃度Ｉテーブルを参照して気体４１０の濃度に対応する超音波出力Ｉとなるように発振器３００を介して振動子２００を制御すればよいことがわかる。
【０１４０】
これにより気体４１０の濃度に対応するおおよその超音波出力Ｉが図５に示す濃度Ｉテーブルから推測可能となる。
【０１４１】
そして制御部６００は、図４Ａ乃至図４Ｄに示すＰＩテーブルと、図５に示す濃度Ｉテーブルと、図６乃至図８との内容と、を基に図１０に示す相関関係を算出する。
【０１４２】
次に本実施形態における超音波洗浄方法について図１２を参照して説明する。
操作部６５０が操作され、図１０に示す相関関係を基に、超音波洗浄時の超音波出力Ｉと、超音波洗浄時の気体４１０の濃度に対応する音圧Ｐの許容範囲とが設定される（Ｓｔｅｐ２１）。
例えば超音波洗浄時の超音波出力Ｉを１２００Ｗ、音圧Ｐの許容範囲を１０ｍＶ〜１５ｍＶとする。
【０１４３】
次にＳｔｅｐ２の動作が行われる。なお伝播液１３０の供給は、被洗浄物８００が処理槽１１０に収容される前から、被洗浄物８００に対する超音波洗浄処理が完了するまで、常時継続される。
【０１４４】
被洗浄物８００は、処理槽１１０に収容される（Ｓｔｅｐ２２）。
次にＳｔｅｐ３の動作が行われる。なお洗浄液７００の供給は、被洗浄物８００に対する超音波洗浄処理が完了するまで、常時継続される。
【０１４５】
気体溶解部４００は、洗浄液７００から洗浄液７００に溶解された気体を除去し、洗浄液７００に対して気体４１０を供給し、気体４１０が供給された洗浄液７００を脱気部５８０を介して処理槽１１０へ供給する（Ｓｔｅｐ２３）。
より詳細には、気体溶解部４００において、洗浄液７００は、洗浄液７００に溶解された気体を溶解気体除去機構４４０によって除去され、気体供給部４２０から気体供給配管４３０を経由して気体４１０を供給される。この時、気体４１０は、調整弁４２１によって供給量を調整されて、溶解膜４２２によって供給配管１１１における洗浄液７００に溶解される。この後、洗浄液７００は、供給配管１１１に流れる。
【０１４６】
なお気体の除去と気体４１０の供給と洗浄液７００の供給とは、被洗浄物８００に対する超音波洗浄処理が完了するまで、常時継続される。
【０１４７】
次にＳｔｅｐ５の動作が行われる。これにより被洗浄物８００は、洗浄液７００中に浸漬された状態となる。また媒介部５７０は、洗浄液７００に浸漬された状態となる。そして洗浄液７００は、処理槽１１０をオーバーフローした後、外槽１１２にて一時的に貯留され、排液配管１１３を経由して、排出される。
【０１４８】
発振器３００は、制御部６００によって制御された振動子２００に付与する電気信号を信号出力線３２０を介して振動子２００に伝達する。これにより振動子２００は、超音波振動する。この時の超音波出力Ｉは、Ｓｔｅｐ２１にて設定された１２００Ｗとなる。振動子２００の超音波振動と同時に、被洗浄物８００は超音波洗浄処理される。（Ｓｔｅｐ２４）。
【０１４９】
次にＳｔｅｐ７の動作が行われる。なお音圧Ｐの計測は、被洗浄物８００に対する超音波洗浄処理が完了するまで、常時継続される。
【０１５０】
制御部６００（中央演算処理装置６４０）は、測定された音圧ＰがＳｔｅｐ２１にて設定された許容範囲以内か否かを判別する（Ｓｔｅｐ２５）。つまり測定された音圧Ｐが１０ｍＶ〜１５ｍＶ以内か否かを、制御部６００（中央演算処理装置６４０）は判別する。
【０１５１】
音圧ＰがＳｔｅｐ２１にて設定された許容範囲以内の場合（Ｓｔｅｐ２５：Ｙｅｓ）、被洗浄物８００は超音波洗浄され、所望な時間経過後、超音波洗浄は終了する（Ｓｔｅｐ２９）。
【０１５２】
音圧ＰがＳｔｅｐ２１にて設定された許容範囲以外の場合（Ｓｔｅｐ２５：Ｎｏ）、上述したように、気体４１０の濃度は気泡の発生量に大きく影響し、気泡の発生量は洗浄効果と被洗浄物８００へのダメージとに大きく影響する。図１０に示すように、音圧Ｐが１０ｍＶ〜１５ｍＶの場合、気体４１０の濃度が１３ｐｐｍ〜１５ｐｐｍであることで、高い洗浄効果を得ることができることがわかる。
【０１５３】
そのため、脱気部５８０は、制御部６００（中央演算処理装置６４０）によって制御されて、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が図１０に示すように１３ｐｐｍ〜１５ｐｐｍとなるように、気体溶解部４００から供給配管１１１を流れて処理槽１１０に供給される洗浄液７００を脱気する（Ｓｔｅｐ２６）。
【０１５４】
音圧測定部５６０は、この時もＳｔｅｐ７における音圧Ｐの測定を継続している。そして制御部６００（中央演算処理装置６４０）は、音圧測定部５６０によって測定された音圧ＰがＳｔｅｐ２１にて設定された許容範囲（１０ｍＶ〜１５ｍＶ）以外か否か、を判別する（Ｓｔｅｐ２７）。
【０１５５】
音圧ＰがＳｔｅｐ２１にて設定された範囲以外の場合（Ｓｔｅｐ２７：Ｙｅｓ）、Ｓｔｅｐ２６に戻り、制御部６００（中央演算処理装置６４０）は脱気部５８０を制御し、脱気部５８０は脱気を続ける。
【０１５６】
音圧ＰがＳｔｅｐ２１にて設定された範囲以内の場合（Ｓｔｅｐ２７：Ｎｏ）、音圧Ｐが１０ｍＶ〜１５ｍＶであり、気体４１０の濃度が１３ｐｐｍ〜１５ｐｐｍであることを示す。そのため、図１０に示すように異物除去率が常に９５％以上となる。また超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子は、５００個程度と減少する。
【０１５７】
よって制御部６００（中央演算処理装置６４０）は、信号出力線６２９を介して脱気部５８０を制御する。このとき脱気部５８０は停止する（Ｓｔｅｐ２８）。
この後、Ｓｔｅｐ２９に進む。
【０１５８】
このように本実施形態では、脱気部５８０を気体溶解部４００と伝播槽１４０との間に配設することで、伝播槽１４０に供給される洗浄液７００を脱気でき、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を制御できる。これにより本実施形態では、洗浄液７００中に発生する気泡の量を調節できる。よって本実施形態では、被洗浄物へ洗浄効果を高めると同時に、気泡による被洗浄物へのダメージを最小限に抑えることができる。
また本実施形態では、安価で素早く高度な洗浄性能を発揮することができる。
【０１５９】
また本実施形態では、音圧測定部５６０と媒介部５７０とを処理槽１１０に直接配設し、気体４１０の濃度を直接測定しているために、高度に超音波洗浄することができる。
【０１６０】
また本実施形態では、音圧測定部５６０を圧電素子とし、媒介部５７０を石英ガラスとすることで、気体溶解部４００を非常に簡素な構成、安価且つ維持管理も容易にすることができる。
【０１６１】
また本実施形態では、媒介部５７０を石英ガラスとし、媒介部５７０のみを洗浄液７００に浸漬するために、洗浄液７００と被洗浄物８００とを汚すことを防止することができる。
【０１６２】
また本実施形態では、音圧測定部５６０によって超音波振動を素早く測定でき、これにより素早く音圧Ｐを測定でき、結果として中央演算処理装置６４０によって気体溶解部４００を通じて気体４１０の濃度を素早く制御することができる。
【０１６３】
また本実施形態では、ＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとを、超音波洗浄する度、及びロット毎に作成する必要はなく、超音波洗浄装置１の起動時、洗浄液７００を変更する場合、気体４１０を変更する場合などに、図６に示すＳｔｅｐ１乃至Ｓｔｅｐ８の動作行い、ＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとを１度作成すればよい。そのため本実施形態では、超音波洗浄装置１の駆動時、洗浄液７００と気体４１０との変更が無い場合、ＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルと新たに作成する必要が無く、図１１に示すＳｔｅｐ１乃至Ｓｔｅｐ８の動作を省略でき、素早く超音波洗浄動作に移行でき、被洗浄物８００を素早く超音波洗浄することができる。
【０１６４】
また本実施形態では、１ロット毎に超音波洗浄動作にて、音圧Ｐを測定し、気体４１０の濃度を制御するため、洗浄不良を大幅に減らすことができる。
【０１６５】
なお洗浄液７００が貯留する処理槽１１０の例えば底部１１０ａ及び上面１１０ｂや、処理槽１１０内の一部及びこの一部から最も離れた処理槽１１０の他部などにおいて、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が均一ではなく、気体４１０の濃度にムラが生じる可能性がある。そのため本実施形態では、媒介部５７０を含む音圧測定部５６０をこのような箇所にそれぞれ配設してもよい。
つまり本実施形態では、媒介部５７０を含む音圧測定部５６０を処理槽１１０に少なくとも１つ配設すればよく、数が多いほど、音圧Ｐを測定する精度を向上させることができ、より高精度に気体４１０の濃度を測定することができ、結果的に高度な洗浄性能を発揮することができる。なおこのとき中央演算処理装置６４０は、各音圧測定部５６０から測定された音圧Ｐの平均値を算出する。
【０１６６】
なお超音波洗浄は、バッチ式（浸漬式）洗浄と枚葉式洗浄との両方に対応する。バッチ式洗浄とは、図１に示すように洗浄液７００を貯留した処理槽１１０の中に被洗浄物８００を収容（浸漬）して超音波洗浄する洗浄方法である。枚葉式洗浄とは、被洗浄物８００に対して洗浄液７００を吐出しながら超音波洗浄する洗浄方法である。
本実施形態では、バッチ式洗浄を用いて説明したが、もちろん枚葉式洗浄にも対応可能である。この枚葉式洗浄によって超音波洗浄される被洗浄物８００には、例えば半導体集積装置用基板、表示装置用ガラス基板、フォトマスク用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、フィルム基板等の基板が好適である。
【０１６７】
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【０１６８】
１…超音波洗浄装置、１００…洗浄処理部、１１０…処理槽、１２０…洗浄液準備機構、１３０…伝播液、１４０…伝播槽、１５０…伝播液準備機構、２００…振動子、３００…発振器、４００…気体溶解部、４１０…気体、４２０…気体供給部、４２１…調整弁、４３０…気体供給配管、４４０…溶解気体除去機構、４４１…気体脱気部、５００…気体濃度測定部、５６０…音圧測定部、５７０…媒介部、５８０…脱気部、６００…制御部、６４０…中央演算処理装置、６５０…操作部、６６０…表示部、７００…洗浄液、８００…被洗浄物。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ムラのない均一な洗浄が求められる、半導体ウエハー、ガラスマスク、液晶ガラス基板、ハードディスク等に対して、超音波振動を照射した水や薬液を用いて精密に洗浄する超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば微細加工品には、半導体ウエハー、液晶用のガラス、液晶ガラス基板、ハードディスク等が挙げられる。このような微細加工品には、異物が付着していることがある。この異物は、例えば１μｍ未満の粒子等であり、汚れとなる。異物が微細加工品に付着していると、微細加工品の性能が大きく低下してしまう。そのため微細加工品は、このような異物を剥離する必要があり、剥離のために例えば高周波の超音波洗浄装置によって精密に超音波洗浄される必要が生じる。超音波洗浄装置は、洗浄槽内に満たされた洗浄液中を伝わる超音波振動、あるいは、洗浄液と超音波振動との相乗効果により、異物を微細加工品から剥離し、超音波洗浄している。このような微細加工品は、超音波洗浄装置によって超音波洗浄される被洗浄物となる。
【０００３】
例えば特許文献１には、共振周波数が振動板の全部位で一定に保たれるようにして、被洗浄物に対して常に均一な精密洗浄が行える超音波音洗浄装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６８４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、被洗浄物に付着する異物は、超音波洗浄によって洗浄液中に発生する気泡によって除去（圧壊）される。なお気泡は、異物を除去すると同時に、圧壊によって被洗浄物にダメージを与えもする。このように気泡の発生量は、洗浄効果と被洗浄物へのダメージとに大きく影響している。そしてこのような気泡の発生量は、洗浄液に溶解している気体の濃度に大きく影響している。
【０００６】
そのため本発明は、上記事情に鑑み、洗浄液に溶解している気体の濃度を制御することで、被洗浄物へ洗浄効果を高めると同時に、気泡による被洗浄物へのダメージを最小限に抑えることができる超音波洗浄装置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】
【０００７】
本発明は目的を達成するために、洗浄液に所望の気体を溶解する気体溶解部と、前記気体が溶解している前記洗浄液に対して超音波振動を照射する振動子と、前記振動子によって超音波振動を照射された前記洗浄液を用いて被洗浄物を超音波洗浄処理する洗浄処理部と、前記振動子を圧電効果によって超音波振動させるために、所望の周波数で、且つ所望の振幅の電気信号を前記振動子に付与する発振器と、超音波振動が照射されている前記洗浄液において、前記振動子より発振される超音波振動から音圧を測定する音圧測定部と、前記気体溶解部によって前記気体が溶解している前記洗浄液を脱気する脱気部と、前記音圧測定部によって測定された前記音圧を基に、前記脱気部を制御して前記洗浄液に対する前記気体の脱気量を制御する制御部と、を具備することを特徴とする超音波洗浄装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、洗浄液に溶解している気体の濃度を制御することで、被洗浄物へ洗浄効果を高めると同時に、気泡による被洗浄物へのダメージを最小限に抑えることができる超音波洗浄装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明に係る超音波洗浄装置の構成を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、音圧測定部と媒介部との概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、音圧測定部の概略図である。
【図３】図３は、気体が洗浄液に溶解していない場合における超音波出力Ｉ（Ｗ）と音圧Ｐ（ｍＶ）との関係を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、気体の濃度が８．５ｐｐｍの場合における、超音波出力Ｉ（Ｗ）と音圧Ｐ（ｍＶ）との関係を示すＰＩテーブルを示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、気体の濃度が１２ｐｐｍの場合における、超音波出力Ｉ（Ｗ）と音圧Ｐ（ｍＶ）との関係を示すＰＩテーブルを示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、気体の濃度が１５ｐｐｍの場合における、超音波出力Ｉ（Ｗ）と音圧Ｐ（ｍＶ）との関係を示すＰＩテーブルを示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、気体の濃度が２０ｐｐｍの場合における、超音波出力Ｉ（Ｗ）と音圧Ｐ（ｍＶ）との関係を示すＰＩテーブルを示す図である。
【図５】図５は、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度と、この濃度を洗浄液７００に用いた際に極大値となる音圧Ｐに対応する超音波出力Ｉとの関係を示す濃度Ｉテーブルを示す図である。
【図６】図６は、超音波出力Ｉと、洗浄性能との関係を示す図である。
【図７】図７は、窒素の濃度と、洗浄性能との関係を示す図である。
【図８】図８は、窒素の濃度と、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物の主面における素子の数との関係を示す図である。
【図９】図９は、窒素の濃度と超音波出力Ｉと最適な超音波の出力範囲との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、超音波出力Ｉが１２００Ｗの場合における、異物除去率（％）と平均音圧Ｐ（ｍＶ）と気体の濃度（ｐｐｍ）と超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物の主面における素子の数との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、ＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとの作成を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本実施形態における超音波洗浄方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１乃至図１２を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態では、超音波洗浄装置１は、被洗浄物８００に対して、超音波振動を照射した例えば水や薬液等の液体（以下、洗浄液７００）を用いて超音波洗浄処理を行う。
【００１１】
本実施形態では、洗浄液７００を貯留した処理槽１１０の中に被洗浄物８００を収容し、洗浄液７００に浸漬された状態の被洗浄物８００を超音波洗浄するバッチ式洗浄が用いられる。
このバッチ式洗浄によって超音波洗浄される被洗浄物８００には、例えば機械加工品等が好適である。
【００１２】
超音波洗浄装置１は、洗浄液７００に対して超音波振動を照射する振動子２００と、振動子２００によって超音波振動を照射された洗浄液７００を用いて被洗浄物８００を超音波洗浄処理する洗浄処理部１００と、振動子２００を圧電効果によって超音波振動させるために、所望の周波数（周波数が例えば２０ｋＨｚ以上）で、且つ所望の振幅の電気信号を振動子２００に付与する発振器３００と、洗浄液７００に所望の濃度を有する気体４１０を溶解する気体溶解部４００と、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定する気体濃度測定部５００と、洗浄液７００において振動子２００より発振される超音波振動（圧力変動）から音圧Ｐを測定する音圧測定部５６０と、気体溶解部４００によって気体４１０が溶解している洗浄液７００を脱気する脱気部５８０と、音圧測定部５６０によって測定された音圧Ｐを基に、発振器３００が振動子２００へ付与する超音波出力Ｉを制御し、発振器３００が振動子２００に付与する電気信号を制御し、脱気部５８０を制御して洗浄液７００に対する気体４１０の脱気量を制御する制御部６００とを有している。
【００１３】
洗浄処理部１００は、被洗浄物８００を収容して洗浄液７００を貯留する処理槽１１０と、処理槽１１０が貯留する洗浄液７００を準備する洗浄液準備機構１２０と、処理槽１１０に貯留された洗浄液７００に対して振動子２００によって照射される超音波振動を伝播する伝播液１３０を貯留する伝播槽１４０と、伝播槽１４０が貯留する伝播液１３０を準備する伝播液準備機構１５０とを有している。
【００１４】
本実施形態において被洗浄物８００は、上述したように機械加工品であり、より詳細には例えばシリコンウエハ等の半導体である。被洗浄物８００は、自身とは異なる金属などの不純物を嫌い、金属からの汚染を嫌う。そのため処理槽１１０は、被洗浄物８００への汚染を避ける必要があり、金属成分の溶出の虞がない材質で形成されている必要がある。また処理槽１１０は、洗浄液７００として使用される様々な薬品に対する耐食性を有する材質で形成されている必要がある。また処理槽１１０は、超音波振動の透過性が高く、使用劣化による発塵の恐れがない材質で形成されている必要がある。このような材質は、例えば石英ガラスである。処理槽１１０は、収容する被洗浄物８００の形状を特に限定しないが、上述したように機械加工品等の被洗浄物８００を収容することが好適である。
【００１５】
処理槽１１０の底部１１０ａ付近には、洗浄液準備機構１２０によって準備された洗浄液７００を洗浄液準備機構１２０から処理槽１１０に供給する供給配管１１１が配設されている。この供給配管１１１は、気体溶解部４００と接続している。また処理槽１１０の上面１１０ｂは、開放されている。そのため処理槽１１０の上端１１０ｃの外周面１１０ｄには、処理槽１１０からオーバーフローした洗浄液７００を一時的に貯留する外槽１１２が配設されている。この外槽１１２には、一時的に貯留した廃液となる洗浄液７００を外槽１１２から排液する排液配管１１３が接続している。
【００１６】
洗浄液準備機構１２０は、洗浄液７００を処理槽１１０に貯留させるように、洗浄液７００を準備する。この洗浄液準備機構１２０は、処理槽１１０（より詳細には気体溶解部４００）に供給する洗浄液７００を一時的に貯留するタンク１２１と、タンク１２１に一時的に貯留されている洗浄液７００の温度を調整する温度調整部である温調機１２２と、処理槽１１０（より詳細には気体溶解部４００）に供給される洗浄液７００の流速を所望の速度となるように制御する流速制御部であるポンプ１２３と、ポンプ１２３によって流速を制御された洗浄液７００を気体溶解部４００に供給する供給配管１２４とを有している。供給配管１２４は、気体溶解部４００と接続している。
【００１７】
伝播槽１４０において、伝播液１３０は、処理槽１１０の底部１１０ａと振動子２００の上面（振動面）２００ａとの間に介在し、処理槽１１０に貯留された洗浄液７００に対して振動子２００から照射された超音波振動を伝播する。この伝播液１３０は、超音波振動の伝播を妨げる気泡を発生させず、且つ振動子２００の振動面２００ａで発生する熱を効率よく放出させる液体が望ましい。この液体は、気体が溶解していない水である。
【００１８】
伝播槽１４０の底部１４０ａの一部には、開口部１４０ｂが配設されている。開口部１４０ｂには、振動子２００が取り付けられている。伝播槽１４０には、伝播液準備機構１５０から伝播槽１４０に伝播液１３０を供給する供給配管１４１と、廃液となる伝播液１３０を伝播槽１４０から排液する排液配管１４２とが配設されている。
【００１９】
伝播液準備機構１５０は、伝播液１３０を伝播槽１４０に貯留させるように、伝播液１３０を準備する。伝播液準備機構１５０は、伝播槽１４０に供給される伝播液１３０を一時的に貯留するタンク１５１と、タンク１５１に貯留された伝播液１３０に予め溶解された気体を除去する溶解気体除去機構１５２とを有している。
【００２０】
振動子２００は、振動面２００ａにおいて発生した超音波振動を、伝播液１３０を介して処理槽１１０の底部１１０ａに伝播させ、処理槽１１０の底部１１０ａを透過させて、処理槽１１０内の洗浄液７００に照射する。超音波振動を照射された洗浄液７００は、超音波振動の物理的な作用によって、被洗浄物８００に対して洗浄作用をもたらす。
【００２１】
発振器３００は、信号出力線３２０を有している。信号出力線３２０は、振動子２００と接続しており、制御部６００によって制御された振動子２００に付与する電気信号を振動子２００に伝達する。これにより発振器３００は、振動子２００を超音波振動させる。
【００２２】
気体溶解部４００は、洗浄液準備機構１２０から供給された洗浄液７００に対して所望の気体４１０を溶解する。この気体４１０は、例えば、水素と、ヘリウムと、窒素と、酸素と、ネオンと、アルゴンと、クリプトンと、キセノンと、ラドンと、二酸化炭素と、アンモニアとの少なくとも１つから構成される。
【００２３】
気体溶解部４００は、供給配管１２４における洗浄液７００に予め溶解された気体を洗浄液７００から除去する溶解気体除去機構４４０と、溶解気体除去機構４４０によって気体を除去された洗浄液７００に所望の濃度を有する気体４１０を供給する気体供給部４２０と、溶解気体除去機構４４０にて気体を除去された供給配管１１１における洗浄液７００に気体供給部４２０から放出された気体４１０を供給する気体供給配管４３０とを有している。
【００２４】
溶解気体除去機構４４０は、気体を洗浄液７００から除去できれば良いために、気体を脱気する気体脱気部４４１であってもよい。
【００２５】
気体供給部４２０は、所望の濃度を有する気体４１０を洗浄液７００に供給するために、所望の濃度を有する気体４１０を充填する気体充填容器である。気体供給部４２０は、気体４１０の供給量を調整する調整弁４２１と、調整弁４２１によって供給量を調整された気体４１０を供給配管１１１における洗浄液７００に溶解させる溶解膜４２２とを有している。
【００２６】
気体濃度測定部５００は、供給配管１１１によって気体溶解部４００から処理槽１１０に供給される洗浄液７００において、この洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定する。気体濃度測定部５００は、供給配管１１１より分岐し、気体４１０の濃度を測定するために供給配管１１１に流れる洗浄液７００を分岐させる分岐配管５１０と、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定するために分岐配管５１０から流れた洗浄液７００を一時的に貯留する測定槽５２０と、測定槽５２０に貯留された洗浄液７００を加熱する加熱部であるヒータ５３０と、ヒータ５３０で加熱された洗浄液７００から洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定する測定部である測定センサ５４０とを有している。
【００２７】
なお分岐配管５１０は、処理槽１１０と供給配管１１１と気体供給配管４３０との少なくとも１つから分岐していればよい。つまり気体濃度測定部５００は、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定するために、洗浄処理部１００と、気体溶解部４００と、洗浄処理部１００と気体溶解部４００とを連結する供給配管１１１と供給配管１２４との、少なくとも１つから分岐していればよい。
【００２８】
ここで測定センサ５４０による洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度の測定について説明する。
測定センサ５４０は、まずヒータ５３０によって加熱された洗浄液７００の温度変化の結果を基に、洗浄液７００の熱伝導度を測定する。この熱伝導度は、洗浄液７００の組成と、気体４１０の組成と、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度とに依存する。本実施形態では、洗浄液７００の組成と、気体４１０の組成とは、予め所望に設定されている。そのため洗浄液７００の組成と、気体４１０の組成とが予め所望に設定されていると、測定センサ５４０は、測定した熱伝導度を基に、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定できることとなる。このように本実施形態では、予め所望に設定されている洗浄液７００の組成と気体４１０の組成と、測定センサ５４０によって測定された熱伝導度とを基に、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を測定する。
【００２９】
なお測定センサ５４０は、この測定結果を制御部６００に出力する。この測定結果とは、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を示す濃度情報である。
【００３０】
図１と図２Ａとに示すように、音圧測定部５６０は、例えば圧電素子等の音圧計であり、測定した音圧Ｐを電気信号に変換して、図１に示すように信号入力線６１０を介して制御部６００に入力する。音圧測定部５６０は、一般的に周波数特性を有し、同じ超音波出力であっても、周波数が違う場合、出力される電気信号は等しいとは限らない。しかしながら本実施形態では後述する図１１と図１２とに示すよう動作手順であるために、周波数特性に関して加味する必要がなく、本実施形態における音圧測定部５６０は、音圧Ｐに対して比例した電気信号を出力すればよい。
【００３１】
図２Ａに示すように、音圧測定部５６０には、処理槽１１０に貯留されている洗浄液７００に一部が浸漬し、音圧測定部５６０に超音波振動を媒介する媒介部５７０が配設されている。上述したように被洗浄物８００は金属などの不純物を嫌い金属からの汚染を嫌うため、媒介部５７０は、洗浄液７００を介して被洗浄物８００を汚染しない非金属であり、例えば石英ガラスなどである。
【００３２】
本実施形態では、図２Ｂに示すように音圧測定部５６０は洗浄液７００に直接浸漬してもよいが、音圧測定部５６０が洗浄液７００を介して被洗浄物８００を汚染する可能性と、洗浄液７００によって腐食される可能性等を鑑みて、図２Ａに示すように媒介部５７０が洗浄液７００に浸漬することが好適であり、音圧測定部５６０は媒介部５７０と接続した状態で洗浄液７００に浸漬せずに処理槽１１０に配設されていることが好適である。
【００３３】
ここで音圧測定部５６０が測定する音圧Ｐについて説明する。
図１に示すように洗浄液７００が処理槽１１０に貯留し、図２Ａに示すように媒介部５７０が洗浄液７００に浸漬する。なお、洗浄液７００に溶解している気体４１０による音圧Ｐへの影響を削除するために、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度は０ｐｐｍとする。
【００３４】
このとき理論的には、音圧Ｐは、式（１）によって得られる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
Ｐ：音圧（ｍＶ）、ρ：洗浄液７００の密度（ｋｇ／ｍ３）、ｃ：洗浄液７００の音速（ｍ／ｓ）、Ｉ：単位面積当たりの超音波出力（Ｗ／ｍ２）、ｋ：変換係数（ｍＶ／Ｐａ）。
【００３７】
式（１）をまとめると図３に示すようになる。図３に示すように、気体４１０が洗浄液７００に溶解していない場合、一般的に、音圧Ｐは、超音波出力Ｉの平方根に比例して上昇する。
【００３８】
また例えば窒素ガスなどの気体４１０が洗浄液７００に溶解している場合、一般的に、音圧Ｐは、図３に示すように超音波出力Ｉの平方根に比例して上昇するのではなく、図４Ａと図４Ｂと図４Ｃと図４Ｄとに示すように所定の超音波出力Ｉにて極大値となる。そして所定の超音波出力Ｉ以上に、超音波が出力されても、音圧Ｐは、減少していく傾向にある。
【００３９】
この音圧Ｐの極大値と減少とについて説明する。
一般的に、超音波振動が洗浄液７００に照射されると、微小な気泡が洗浄液７００に発生する。これは洗浄液７００に溶解している気体４１０の成分が、超音波によって析出されるからである。
【００４０】
気泡の発生量は、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度と、超音波出力Ｉとが高いほど、多くなる。すなわち、濃度と超音波出力Ｉとが徐々に増加していく過程で、気体４１０が溶解している洗浄液７００に超音波振動が照射されると、低い超音波出力Ｉでは気泡が発生せず、ある値以上の超音波出力Ｉでは気泡が発生する。この点は、後述するように濃度についても同様である。
【００４１】
これを音圧Ｐの観点から考えると、一般的に音圧Ｐは、気泡の発生によって減衰する。
より詳細には、低い超音波出力Ｉで気泡が発生しないと、音圧Ｐは減衰しない。
また超音波出力Ｉが上昇すると、音圧Ｐは増幅する。
また超音波出力Ｉがある値以上に上昇すると、気泡が発生する。このとき音圧Ｐは、気泡の発生によって、ある値以上の超音波出力Ｉを境に減少する傾向となる。
これが音圧Ｐの極大値と減少とを示す理由となる。
そしてこれらをまとめたのが、図４Ａ乃至図４Ｄに示す、超音波出力Ｉ（Ｗ）と音圧Ｐ（ｍＶ）との関係を示す気体の濃度毎のＰＩテーブルである。このＰＩテーブルは、詳細については後述するが、振動子２００における超音波出力Ｉと、音圧測定部５６０によって測定された音圧Ｐとを基に、制御部６００（より詳細には後述する中央演算処理装置６４０）によって作成される。
【００４２】
例えば図４Ａに示すように、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が８．５ｐｐｍの場合、音圧Ｐは極大値３４ｍＶとなる。この時の超音波出力Ｉは、９００Ｗである。９００Ｗ以上の超音波出力Ｉでは、音圧Ｐは減少する。
また例えば図４Ｂに示すように、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が１２ｐｐｍの場合、音圧Ｐは極大値２１ｍＶとなる。この時の超音波出力Ｉは、３５０Ｗである。３５０Ｗ以上の超音波出力Ｉでは、音圧Ｐは減少する。
また例えば図４Ｃに示すように、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が１５ｐｐｍの場合、音圧Ｐは極大値２０ｍＶとなる。この時の超音波出力Ｉは、２００Ｗである。２００Ｗ以上の超音波出力Ｉでは、音圧Ｐは減少する。
また例えば図４Ｄに示すように、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が２０ｐｐｍの場合、音圧Ｐは極大値１４ｍＶとなる。この時の超音波出力Ｉは、１５０Ｗである。１５０Ｗ以上の超音波出力Ｉでは、音圧Ｐは減少する。
【００４３】
なお気泡の発生量は、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度にも依存し、超音波出力Ｉが同一であっても、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が高いほど、多くなる。そのため音圧Ｐの極大値に対応する超音波出力Ｉは、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度によっても異なる。
また超音波出力Ｉが同一であっても、上述したように、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度に応じて、音圧Ｐは変化する。例えば洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が例えば５ｐｐｍ以下だと、洗浄効果（後述する異物除去率）が低いことがわかる。また洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が例えば５ｐｐｍ〜１０ｐｐｍだと洗浄効果（異物除去率）が大きく上昇することがわかる。このとき異物除去率は、９０％以上となる。
【００４４】
また気体４１０の種類と、音圧測定部５６０と、洗浄液７００の種類とによって、音圧Ｐの極大値は異なる。しかしながら気体４１０が洗浄液７００に溶解していることにより、超音波出力Ｉが上昇すると共に音圧Ｐは増幅して、音圧Ｐがある値以上の超音波出力Ｉを境に減少する傾向は普遍的である。
【００４５】
次に異物除去率（ＰＲＥ）について説明する。
異物除去率とは、被洗浄物８００に予め付着している異物を被洗浄物８００からどれだけ除去できたかを示す割合である。そのため異物除去率が高いほど、異物を多く除去できたことを示し、洗浄効果（洗浄性能）が高いことを示す。
超音波洗浄において、異物は、超音波振動によって発生する気泡（キャビテーション）によって除去される。異物除去率の観点において、異物を除去するための最低限の超音波振動の超音波出力Ｉは、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度によって変化する。
【００４６】
例えば図４Ａに示すように、異物除去率は、超音波出力Ｉが９００Ｗの時に上昇し始める。
また図４Ｂに示すように、異物除去率は、超音波出力Ｉが３５０Ｗの時に上昇し始める。
また図４Ｃに示すように、異物除去率は、超音波出力Ｉが２００Ｗの時に上昇し始める。
また図４Ｄに示すように、異物除去率は、超音波出力Ｉが１５０Ｗの時に上昇し始める。
【００４７】
このように超音波洗浄において、異物は、ある値以上の超音波出力Ｉによる超音波振動によって発生する気泡によって除去される。
【００４８】
また上述したように気体４１０の濃度が高いほど、気泡の発生量は多くなるため、気体４１０の濃度が高ければ、超音波出力Ｉが低くても、異物除去率は上昇する。
【００４９】
またある値以上の超音波出力Ｉにおいては、上述したように、音圧Ｐは極大となる。つまり音圧Ｐが極大となるタイミングと、異物除去率が上昇するタイミングとは、一致する。またこれらのタイミングにおける超音波出力Ｉも一致する。このように超音波出力Ｉがある値以上となり、気泡が多数発生することで、超音波洗浄が始まり、音圧Ｐは極大となる。すなわち音圧Ｐの極大値は、超音波洗浄できる最小超音波出力といえる。
【００５０】
また洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が変化した場合、図４Ａと図４Ｂと図４Ｃと図４Ｄとに示すように、気体４１０の濃度が高くなる程、音圧Ｐの極大値に対応する超音波出力Ｉ、すなわち異物除去率が上昇し始める時の超音波出力Ｉが低くなることが分かる。なお、気体４１０の濃度が０ｐｐｍの場合は、異物除去率は０％である。
【００５１】
このように気体４１０の濃度に応じて音圧Ｐの極大値を判別することで、異物除去率を判別でき、高精度に超音波洗浄できることとなる。
【００５２】
図１に示すように、脱気部５８０は、気体溶解部４００と伝播槽１４０との間に配設されている。気体濃度測定部５００が気体溶解部４００と伝播槽１４０との間に配設されている場合、脱気部５８０は、気体溶解部４００と伝播槽１４０との間に配設されていれば、気体溶解部４００と気体濃度測定部５００との間に配設されても、気体濃度測定部５００と伝播槽１４０との間に配設されていてもよい。
【００５３】
脱気部５８０は、音圧測定部５６０によって測定された音圧Ｐを基に、気体溶解部４００から供給配管１１１を流れて処理槽１１０に供給される洗浄液７００において、気体溶解部４００によって気体４１０が溶解している洗浄液７００を脱気する。つまり脱気部５８０は、気体溶解部４００から処理槽１１０に流れる洗浄液７００を脱気する。
【００５４】
図１に示すように、制御部６００は、信号入力線６１０と、信号出力線６２０と、信号入力線６２７と、信号出力線６２９と、記録装置６３０と、中央演算処理装置６４０と、操作部６５０と、表示部６６０とを有している。
【００５５】
信号入力線６１０は、音圧測定部５６０と中央演算処理装置６４０とに接続している。信号入力線６１０は、音圧測定部５６０によって測定された測定結果を中央演算処理装置６４０に入力する。この測定結果とは、音圧測定部５６０によって測定された音圧Ｐを示す音圧情報である。
【００５６】
信号出力線６２０は、発振器３００と中央演算処理装置６４０とに接続している。信号出力線６２０は、振動子２００に付与する制御された電気信号を入力信号として中央演算処理装置６４０から発振器３００に入力する。
【００５７】
信号入力線６２７は、測定センサ５４０と中央演算処理装置６４０とに接続している。信号入力線６２７は、測定センサ５４０によって測定された測定結果を測定センサ５４０から中央演算処理装置６４０に入力する。この測定結果とは、上述した洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を示す濃度情報である。
【００５８】
信号出力線６２９は、脱気部５８０と中央演算処理装置６４０とに接続している。信号出力線６２９は、音圧測定部５６０によって測定された測定結果とＰＩテーブルと濃度Ｉテーブル等を基に制御された電気信号を入力信号として中央演算処理装置６４０から脱気部５８０に入力する。
【００５９】
中央演算処理装置６４０は、信号出力線６２０と発振器３００とを介して振動子２００の超音波出力Ｉを最小の０Ｗから最大の例えば１２００Ｗの間で制御する。
【００６０】
また中央演算処理装置６４０は、音圧Ｐの極大値と減少と異物除去率（ＰＲＥ）とを算出するために、振動子２００における超音波出力Ｉと、音圧測定部５６０によって測定された音圧Ｐ（音圧情報）とを基に、図４Ａ乃至図４Ｄに示すような、音圧Ｐ（音圧情報）と超音波出力Ｉとの関係を示す気体４１０の濃度毎のＰＩテーブルを作成する。
【００６１】
また中央演算処理装置６４０は、気体４１０の濃度毎のＰＩテーブル、つまり例えば図４Ａ乃至図４Ｄに示すような、８．５ｐｐｍと１２ｐｐｍと１５ｐｐｍと２０ｐｐｍとにおけるＰＩテーブルが作成されたか否かを判別する。これらＰＩテーブルは、記録装置６３０に記憶される。
また中央演算処理装置６４０は、気体４１０の濃度毎のＰＩテーブルが作成されている、と判別した場合、気体４１０の濃度毎のＰＩテーブルを記録装置６３０から読み出す。
また中央演算処理装置６４０は、被洗浄物８００が超音波洗浄される前に、これらＰＩテーブルを基に、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度と、この濃度を洗浄液７００に用いた際に極大値となる音圧Ｐに対応する超音波出力Ｉとの関係を示す濃度Ｉテーブルを作成する。濃度Ｉテーブルを図５に示す。
【００６２】
なお中央演算処理装置６４０は、この濃度Ｉテーブルを、上述した気体４１０の濃度が異なる少なくとも２つのＰＩテーブルを基に作成する。少なくとも２つのＰＩテーブルとは、例えば気体４１０の濃度が８．５ｐｐｍにおけるＰＩテーブルと、気体４１０の濃度が１２ｐｐｍにおけるＰＩテーブルと、気体４１０の濃度が１５ｐｐｍにおけるＰＩテーブルと、気体４１０の濃度が２０ｐｐｍにおけるＰＩテーブルとのなかから少なくとも２つであることを示す。
【００６３】
記録装置６３０は、信号入力線６１０と中央演算処理装置６４０とを通じて入力された音圧情報と、中央演算処理装置６４０によって作成されたＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとを記録する。
【００６４】
操作部６５０は、中央演算処理装置６４０がＰＩテーブルを作成するために、それぞれ異なる少なくとも２つの気体４１０の濃度を設定する操作が行われる。
また操作部６５０は、超音波洗浄時における、洗浄液７００に溶解する超音波洗浄時の気体４１０の濃度と、図５に示す濃度Ｉテーブルの超音波出力Ｉにおける許容値と、超音波洗浄時の超音波出力Ｉと、上記した超音波洗浄時の気体４１０の濃度に対応する音圧Ｐの極大値における許容値と、上記した超音波洗浄時の気体４１０の濃度における許容値とを設定する操作が行われる。
【００６５】
表示部６６０は、ＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとを表示する。
【００６６】
また記録装置６３０は、上述したように、信号入力線６２７と中央演算処理装置６４０とを通じて入力された濃度情報を記録する。また記録装置６３０は、超音波洗浄のための所望の条件と異物除去率（洗浄性能）との関係と、超音波洗浄のための所望の条件と被洗浄物８００に対するダメージとの関係とのデータベースを格納する。
【００６７】
なお超音波洗浄のための所望の条件は、振動子２００の振動面２００ａの寸法（大きさ）と、発振器３００が振動子２００に対して付与する電気信号の周波数及び振幅（超音波出力Ｉ）と、洗浄液７００の組成及び温度と、洗浄液７００に溶解する気体４１０の組成及び濃度とによって構成される。気体４１０の濃度は、測定センサ５４０によって測定された濃度情報を基にしている。
【００６８】
また異物除去率（洗浄性能）は、上述したように被洗浄物８００に残留している除去すべき対象物の粒子の数に基づいている。詳細には異物除去率（洗浄性能）は、超音波洗浄処理前、超音波洗浄処理後及び乾燥処理後に、被洗浄物８００に残留している除去すべき対象物の粒子の数を測定することによって求められる。さらなる詳細については後述する。
この異物除去率（洗浄性能）は、超音波洗浄のための所望の条件と、上述した超音波洗浄処理によって被洗浄物８００から除去すべき対象物の種類とに依存する。
【００６９】
また被洗浄物８００に対するダメージとは、超音波洗浄処理後及び乾燥処理後における、上述したように超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数を示す。この超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数は、超音波洗浄のための所望の条件と、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の種類とに依存する。
【００７０】
なおデータベースには、被洗浄物８００の形状と種類と、超音波洗浄処理によって被洗浄物８００から除去する対象物の種類と、超音波洗浄によってダメージを受ける被洗浄物８００の主面における素子と、後述する図９に示す例えば窒素などの気体４１０の濃度と超音波出力Ｉと最適な超音波出力Ｉの出力範囲との関係を示す情報がさらに格納される。
【００７１】
中央演算処理装置６４０は、記録装置６３０に格納されたデータベースに基づいて、被洗浄物８００に対するダメージを所望する値以下に抑制しつつ所望する異物除去率（洗浄性能）を発揮するための超音波出力Ｉの出力範囲を算出し、気体濃度測定部５００で測定された洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度（前述した濃度情報）と、超音波出力Ｉの出力範囲との関係に基づいて、発振器３００が振動子２００へ付与する超音波出力Ｉを制御し、発振器３００が振動子２００に付与する電気信号を制御する。
【００７２】
具体的には、中央演算処理装置６４０は、データベースに基づいて超音波出力Ｉの出力範囲を算出し、算出した超音波出力Ｉの出力範囲に基づいて、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度に対応する超音波出力Ｉにて超音波振動させるように発振器３００を制御する。
【００７３】
操作部６５０は、記録装置６３０に格納されるデータベースを入出力するための例えばタッチパネルやキーボード等である。入出力するものは、上述したように例えば超音波洗浄のための所望の条件と、異物除去率（洗浄性能）と、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数などである。
【００７４】
表示部６６０は、洗浄液７００中における気体４１０の濃度の設定値と測定値、超音波出力の設定値、記録装置６３０に格納されるデータベースの入出力状況、中央演算処理装置６４０での処理状況等を表示する。
【００７５】
次に超音波出力Ｉの出力範囲を算出する方法について図６乃至図９を参照して説明する。
まず操作部６５０によって入力されるデータベースの一例を説明する。この一例は、超音波洗浄のための所望の条件と、被洗浄物８００の形状と種類と、超音波洗浄処理によって被洗浄物８００から除去する対象物の種類と、超音波洗浄によってダメージを受ける被洗浄物８００の主面における素子とである。
【００７６】
振動子２００の振動面２００ａの寸法は、例えば縦３１７ｍｍ、横３１７ｍｍである。
発振器３００から出力される電気信号の周波数は、例えば１８２０ｋＨｚである。
超音波出力Ｉは、例えば０Ｗ〜１２００Ｗである。
洗浄液７００は、例えば温度が摂氏２５度の水である。
洗浄液７００に溶解する気体４１０は、例えば濃度が０ｐｐｍ〜２０ｐｐｍの窒素である。
被洗浄物８００は、例えば直径２００ｍｍのシリコンウェハである。
被洗浄物８００から除去する対象物は、例えば粒径が２００ｎｍ〜５０００ｎｍのシリコン粒子である。
被洗浄物８００の主面における素子は、例えば材質が多結晶シリコンの配線パターンである。配線パターンの配線は、例えば幅５０ｎｍ、高さ１４０ｎｍを有し、各配線間の間隙幅は例えば５０ｎｍである。
【００７７】
次に超音波出力Ｉの出力範囲を算出する具体的な方法について説明する。
処理槽１１０は、洗浄液７００を貯留し、被洗浄物８００を収容する。この状態で超音波洗浄処理が５分間実行される。超音波洗浄処理については、図１１と図１２とを参照して詳細に後述する。超音波洗浄処理後、被洗浄物８００は、処理槽１１０から引き上げられる。そして被洗浄物８００に対して、イソプロピルアルコールを用いた置換雰囲気下または窒素雰囲気下での高速スピン回転による乾燥処理が実行される。
【００７８】
このとき超音波洗浄処理によって、下記に示す第１乃至第３の事項が発現する。
【００７９】
第１の事項
振動子２００によって洗浄液７００に対して超音波振動が照射されると、洗浄液７００には、圧力の高い領域と、圧力の低い領域とが周期的に発生する。
【００８０】
第２の事項
洗浄液７００において圧力の低い領域では、飽和蒸気圧の低い成分である窒素が容易に気泡群を形成する。気泡群とは、種々の径を持つ気泡によって構成される集団である。気泡群の中には、照射された超音波振動に共振するのに最適な径を持つ気泡（共振気泡）が存在する。
【００８１】
第３の事項
共振気泡が、超音波振動との共振によって運動エネルギーを得て、被洗浄物８００の主面を摩擦しながら移動速度Ｖにて移動することによって、被洗浄物８００の主面における粒子を除去する。この粒子とは、上述した被洗浄物８００から除去する対象物である、粒径が２００ｎｍ〜５０００ｎｍのシリコン粒子である。
【００８２】
なお参考文献１または参考文献２によると、共振気泡の移動速度の最大値Ｖは、式（２）で求められる。
【００８３】
【数２】
【００８４】
【数３】
【００８５】
【数４】
【００８６】
【数５】
【００８７】
【数６】
【００８８】
Ｉ：音響強度、ｋ：波数、Ｒ：共振気泡の半径、Ｐ：実効音圧、ｆ：周波数、ν：振動速度。
ｃ：窒素を含む洗浄液７００の平均音速
η：窒素を含む洗浄液７００の平均粘度
ρ：窒素を含む洗浄液７００の平均密度
Ｋ：窒素を含む洗浄液７００の平均弾性率
式（２）乃至式（６）をまとめると式（７）が得られる。
【００８９】
【数７】
【００９０】
超音波出力Ｉが増大すると、振動速度ν が増大し、式（７）より移動速度Ｖも増大する。
【００９１】
なお参考文献３によると、η、ρ、Ｋは、窒素の体積分率ξ を用いて、式（８）乃至式（１０）から求められる。
【００９２】
【数８】
【００９３】
【数９】
【００９４】
【数１０】
【００９５】
ηＨ２Ｏ：洗浄液７００（ここでは、上述した水である）の粘度 ８９１μＰａ・Ｓ
ρＨ２Ｏ：洗浄液７００（ここでは、上述した水である）の密度 １００００ｋｇ／ｍ３
ＫＨ２Ｏ：洗浄液７００（ここでは、上述した水である）の弾性率 ２ＧＰａ
ηＮ２：窒素の粘度 １８μＰａ・Ｓ
ρＮ２：窒素の密度 １．２５ｋｇ／ｍ３
ＫＮ２：窒素の弾性率 １４１ｋＰａ
【００９６】
参考文献１ Ｋ.Ｙｏｓｈｉｏｋａ， Ｙ． Ｋａｗａｓｈｉｍａ， Ｈ． Ｈｉｒａｎｏ：Ａｃｕｓｔｉｃａ， ５， １７３ (１９５５)
参考文献２ 阿座上瑞美， 菊池廣：表面技術， ４７， ３９ (１９９６)
参考文献３ 実吉純一， 菊池善充， 熊本乙彦 監修：超音波技術便覧， １５１ (１９９１)
【００９７】
また上述した第１乃至第３の事項によって図６に示すような、超音波洗浄のための所望の条件である超音波出力Ｉと、異物除去率（洗浄性能）との関係が取得される。
図６に示す異物除去率（洗浄性能）は、上述したように、超音波洗浄処理前、超音波洗浄処理後及び乾燥処理後に、被洗浄物８００に残留している除去すべき対象物の粒子の数を測定することによって求められる。
【００９８】
即ち、超音波洗浄処理前に被洗浄物８００に残留している対象物の粒子数をＮ０、超音波洗浄処理後及び乾燥処理後に被洗浄物８００に残留している対象物の粒子数をＮとすると、
異物除去率（洗浄性能）（％）＝１００×（Ｎ０−Ｎ）／Ｎ
という式によって、異物除去率（洗浄性能）は算出される。
【００９９】
なお被洗浄物８００に残留している除去すべき対象物の粒子の数は、ウェハ表面検査装置（株式会社日立ハイテクノロジーズ製、型式：ＬＳ−６０００）を用いて散乱光を検出する方法によって測定される。
【０１００】
図６に示すように、超音波出力Ｉが増大すると、窒素の濃度がどんな値でも、異物除去率（洗浄性能）は向上することがわかる。また各窒素の濃度において、超音波出力Ｉが一定の値を超えると、異物除去率（洗浄性能）は飽和することがわかる。
【０１０１】
そのため洗浄効果が発現する（異物除去率（洗浄性能）＞０％となる）ために必要な最低の超音波出力Ｉは、洗浄液７００に溶解している窒素の濃度に依存することがわかる。さらに窒素の濃度が高い場合、超音波出力Ｉが小さくても洗浄効果が発現することがわかる。また、窒素の濃度が低い場合、超音波出力Ｉが大きくても洗浄効果が発現しにくいことがわかる。なお、窒素の濃度が０ｐｐｍである場合、超音波出力Ｉを大きくしても洗浄効果は全く発現しないこととなる。
【０１０２】
つまり上述した図６と前述した第１乃至第３の事項と式（２）乃至式（１０）とをまとめると、超音波出力Ｉが増大すると、前述した圧力の低い領域における圧力が著しく低下するため共振気泡の量が増大し、振動速度νが増大する。これにより移動速度Ｖも増大するため、異物除去率（洗浄性能）が向上する。
【０１０３】
また窒素の濃度が増大すれば、超音波出力Ｉが小さくても、共振気泡の量が増大するため、洗浄効果は発現する。また窒素の濃度が減少すれば、超音波出力Ｉが大きくても、共振気泡の量が減少するため、洗浄効果は発現しにくい。また、窒素の濃度が０ｐｐｍである場合、超音波出力Ｉが増大しても、気泡群自体が発生しないため、洗浄効果が全く発現しないこととなる。
【０１０４】
また上述した第１乃至第３の事項によって、図６と共に、図７に示すような、測定センサ５４０によって測定された窒素の濃度と、異物除去率（洗浄性能）との関係が取得される。なお図７に示す異物除去率（洗浄性能）は、図６と同様の手法によって求められる。
【０１０５】
図７に示すように、各超音波出力Ｉにおいて、窒素の濃度が増大すると、異物除去率（洗浄性能）は向上することがわかる。しかし各超音波出力Ｉにおいて、窒素の濃度がある一定の値を超えると、異物除去率（洗浄性能）は低下することがわかる。
【０１０６】
そのため洗浄効果が発現する（異物除去率（洗浄性能）＞０％となる）ために必要な最低の窒素の濃度は、超音波出力Ｉに依存することがわかる。さらに図７に示すように超音波出力Ｉが３００Ｗでは濃度１２ｐｐｍ以上の窒素、超音波出力Ｉが６００Ｗでは１０ｐｐｍ以上の窒素、超音波出力Ｉが１２００Ｗでは８ｐｐｍ以上の窒素が必要であることがわかる。また図７に示すように、超音波出力Ｉが小さいほど、過剰な窒素の濃度によって異物除去率（洗浄性能）の低下が顕著であることがわかる。
【０１０７】
ここで図７において過剰な窒素の濃度による異物除去率（洗浄性能）の低下について、前述した第１乃至第３の事項と式（７），（８），（１０）とを用いて説明する。
【０１０８】
前述した第１乃至第３の事項において、洗浄液７００に溶解している窒素の濃度が過剰になると、窒素の体積分率ξ が増大する。これにより式（８）乃至式（１０）より平均粘度ηと平均密度ρとが減少し、平均弾性率Ｋが著しく減少する。結果として、式（７）より移動速度Ｖが減少するため、異物除去率（洗浄性能）は低下する。
【０１０９】
また上述した第１乃至第３の事項によって、図６と図７と共に、図８に示すような、窒素の濃度と、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数との関係が取得される。
【０１１０】
図８において、超音波出力Ｉは、例えば１２００Ｗである。超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数は、超音波洗浄処理後及び乾燥処理後に、欠陥検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ製，型式：ＩＬＭ−２３５０）及び欠陥レビューＳＥＭ装置（日本電子株式会社製，型式：ＪＷＳ−７５５５Ｓ）を用いて、測定される。
【０１１１】
また超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子は、下記に示す第４乃至第６の事項によって発現する。
【０１１２】
第４の事項
振動子２００によって洗浄液７００に対して超音波振動が照射されると、洗浄液７００の中には、圧力の高い領域と、圧力の低い領域とが周期的に発生する。
【０１１３】
第５の事項
急激な圧力の変化に伴い、洗浄液７００の慣性力が発生する。慣性力は、式（５）で示される実効音圧Ｐに比例する。
【０１１４】
第６の事項
前述した慣性力が、被洗浄物８００の主面に配置する素子に作用し、素子が倒壊する。このように被洗浄物８００の主面における素子は、超音波洗浄によってダメージを受ける。
【０１１５】
このように第４乃至第６の事項と図８に示すように、窒素の濃度が増大すると、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数は減少することがわかる。窒素の濃度が例えば２０ｐｐｍの場合、超音波出力Ｉが例えば１２００Ｗと大きくても、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数はほぼ０となることがわかる。逆に、窒素の濃度が例えば０ｐｐｍに近づくにつれて、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数は著しく増大することがわかる。
【０１１６】
ここで図８において過剰な窒素の濃度による超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数の低下について、前述した第４乃至第６の事項と式（５），（６），（９），（１０）とを用いて説明する。
【０１１７】
前述した第４乃至第６の事項によると、超音波出力Ｉが増大すると、式（６）における振動速度νが増大し、前述した慣性力が増大するため、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数が増大する。また窒素の濃度が増大すれば、窒素の体積分率ξ が増大し、式（５）と式（９）と式（１０）とにより平均音速ｃと平均密度ρともに減少し、式（６）より実効音圧Ｐが減少し、前述した慣性力が減少する。これにより超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数が減少する。
【０１１８】
また図６乃至図８をまとめると、図９に示すような窒素の濃度と超音波出力Ｉと最適な超音波出力Ｉの出力範囲との関係が算出される。
【０１１９】
図９において実線で示す曲線は、図６及び図７から求められる、８０％以上の異物除去率（洗浄性能）を得る超音波出力Ｉの最小値を示す。また破線は、図８から求められる、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子が発生する際の超音波出力Ｉの最小値を示す。網掛けで示した領域αは、最適な超音波出力Ｉの出力範囲となる。この最適な超音波出力Ｉの出力範囲とは、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子が発生せず、且つ８０％以上の異物除去率（洗浄性能）を得る超音波出力Ｉの出力範囲である。
【０１２０】
例えば気体濃度測定部５００によって測定され、洗浄液７００に溶解している気体４１０である窒素の濃度が１５ｐｐｍである場合、最適な超音波出力Ｉの出力範囲を基に、最適な超音波出力Ｉの出力範囲は、９００Ｗ〜１２００Ｗである。よって、制御部６００は、超音波出力Ｉが９００Ｗ〜１２００Ｗになるように、発振器３００を制御する。
【０１２１】
図９に示す、窒素の濃度と超音波出力Ｉと最適な超音波出力Ｉの出力範囲との関係は、上述したように、被洗浄物８００の形状と種類と、超音波洗浄処理によって被洗浄物８００から除去する対象物の種類と、超音波洗浄によってダメージを受ける被洗浄物８００の主面における素子と共に、記録装置６３０（データベース）に格納される。
【０１２２】
なお制御部６００は、上述した図４Ａと図４Ｂと図４Ｃと図４Ｄと図５と図６と図７と図８とを基に図１０に示す相関関係を算出する。図１０は、超音波出力Ｉが１２００Ｗと固定された際の、音圧Ｐ（ｍＶ）と、気体４１０の濃度（％）と、異物除去率（ＰＲＥ）（洗浄性能）（％）と、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数との相関関係を示す図である。
【０１２３】
このとき、音圧Ｐが１０ｍＶ〜１５ｍＶ、気体４１０の濃度が１３ｐｐｍ〜１５ｐｐｍと制御されることで、異物除去率（洗浄性能）は９５％以上、超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子の数が５００個以下となることがわかる。
【０１２４】
次に本実施形態の動作方法について図１１と図１２とを参照して説明する。
本実施形態では、気体４１０の種類と超音波洗浄装置１の性能による被洗浄物８００への影響を校正するために、超音波洗浄装置１が被洗浄物８００を超音波洗浄する前に、制御部６００（中央演算処理装置６４０）は、図４Ａ乃至図４Ｄに示すＰＩテーブルを作成し、ＰＩテーブルを基に図５に示す濃度Ｉテーブルを作成する必要がある。
まずこのＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとの作成について図１１を参照して説明する。
なおＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとの作成段階では、被洗浄物８００は処理槽１１０に収容されない。
【０１２５】
中央演算処理装置６４０は、濃度Ｉテーブルを作成するために、少なくとも２つのＰＩテーブルを作成する必要がある。そのため少なくとも２つのＰＩテーブルの作成のために、操作部６５０が操作され、それぞれ異なる少なくとも２つの気体４１０の濃度が設定される（Ｓｔｅｐ１）。
なお本実施形態では、それぞれ異なる４種類の気体４１０の濃度、例えば８．５ｐｐｍと１２ｐｐｍと１５ｐｐｍと２０ｐｐｍが用いられる。
【０１２６】
伝播液準備機構１５０は伝播液１３０の供給を開始し、伝播液１３０が伝播槽１４０に貯留する（Ｓｔｅｐ２）。
より詳細には、タンク１５１に一時的に貯留されている伝播液１３０は、伝播液１３０に溶解された気体を溶解気体除去機構１５２によって除去され、供給配管１４１を経由して伝播槽１４０へ供給される。さらに伝播液１３０は、伝播槽１４０から排液配管１４２を経由して排出される。
【０１２７】
洗浄液準備機構１２０は、気体溶解部４００に対して、洗浄液７００の供給を開始する（Ｓｔｅｐ３）。
より詳細には、タンク１２１に一時的に貯留されている洗浄液７００は、温調機１２２によって温度を調整され、ポンプ１２３によって所望の速度の流速となるように流速を制御される。そして洗浄液７００は、ポンプ１２３によって供給配管１２４を経由して気体溶解部４００へ供給される。
【０１２８】
気体溶解部４００は、洗浄液７００から洗浄液７００に溶解された気体を除去し、洗浄液７００に対してＳｔｅｐ１にて設定された濃度を有する気体４１０を供給し、この気体４１０が供給された洗浄液７００を処理槽１１０へ供給する（Ｓｔｅｐ４）。
より詳細には、気体溶解部４００において、洗浄液７００は、洗浄液７００に溶解された気体を溶解気体除去機構４４０によって除去され、気体供給部４２０から気体供給配管４３０を経由してＳｔｅｐ１にて設定された濃度を有する気体４１０を供給される。この時、気体４１０は、調整弁４２１によって供給量を調整されて、溶解膜４２２によって供給配管１１１における洗浄液７００に溶解される。
なおこのとき供給される気体４１０の濃度は、例えば８．５ｐｐｍである。
【０１２９】
洗浄液準備機構１２０は、処理槽１１０にて洗浄液７００がオーバーフローするまで、洗浄液７００を処理槽１１０に供給する。これにより媒介部５７０は、洗浄液７００に浸漬された状態となる（Ｓｔｅｐ５）。そして洗浄液７００は、処理槽１１０をオーバーフローした後、外槽１１２にて一時的に貯留され、排液配管１１３を経由して、排出される。
【０１３０】
発振器３００は、制御部６００によって制御された振動子２００に付与する電気信号を信号出力線３２０を介して振動子２００に伝達する。振動子２００は、この電気信号を伝達されて、超音波出力Ｉを最小の０Ｗから最大の例えば１２００Ｗまで徐々に大きくさせて超音波振動する（Ｓｔｅｐ６）。
【０１３１】
音圧測定部５６０は、この超音波振動と同時に、処理槽１１０に貯留されている洗浄液７００と媒介部５７０とを介して、振動子２００より発振される超音波振動（圧力変動）から音圧Ｐを測定する（Ｓｔｅｐ７）。
なお媒介部５７０が洗浄液７００に直接浸漬しているために、音圧測定部５６０は媒介部５７０を介して超音波振動から音圧Ｐを直接測定することとなる。そして音圧測定部５６０は、測定結果（音圧情報）を、信号入力線６１０を介して制御部６００（中央演算処理装置６４０）に入力する。音圧情報は、記録装置６３０に記録もされる。
【０１３２】
中央演算処理装置６４０は、Ｓｔｅｐ６とＳｔｅｐ７とを基に、この気体４１０の濃度（この場合は、８．５ｐｐｍを示す）における音圧情報と超音波出力Ｉとの関係を示すＰＩテーブルを作成する（Ｓｔｅｐ８）。
この場合、気体４１０の濃度は８．５ｐｐｍであるため、作成されたＰＩテーブルは図４Ａに示すものとなる。
【０１３３】
記録装置６３０は、中央演算処理装置６４０によって作成されたＰＩテーブルを、記録する（Ｓｔｅｐ９）。
【０１３４】
中央演算処理装置６４０は、気体４１０の濃度毎のＰＩテーブル、つまり８．５ｐｐｍと１２ｐｐｍと１５ｐｐｍと２０ｐｐｍとにおけるＰＩテーブルが作成されたか否かを判別する（Ｓｔｅｐ１０）。このＰＩテーブルは、Ｓｔｅｐ１において操作部６５０にて設定した気体４１０の濃度毎のＳｔｅｐ８におけるテーブルを示す。
【０１３５】
気体４１０の濃度毎のＰＩテーブルが作成されていない、と中央演算処理装置６４０が判別した場合（Ｓｔｅｐ１０：Ｎｏ）、Ｓｔｅｐ４に戻る。
このとき、気体溶解部４００は、洗浄液７００から洗浄液７００に溶解された気体４１０（上記においては、８．５ｐｐｍ）を除去し、洗浄液７００に対して気体４１０（８．５ｐｐｍ以外の１２ｐｐｍと１５ｐｐｍと２０ｐｐｍとのいずれか１つ）を供給し、気体４１０が供給された洗浄液７００を処理槽１１０へ供給する。
【０１３６】
本実施形態では、気体４１０の濃度を、８．５ｐｐｍと１２ｐｐｍと１５ｐｐｍと２０ｐｐｍとの４つを用いるため、Ｓｔｅｐ４乃至Ｓｔｅｐ１０を４回繰り返す。そして図４Ａ乃至図４Ｄに示すＰＩテーブルが作成され記録装置６３０に記録される。
【０１３７】
なお上述したように、ＰＩテーブルは少なくとも２つ作成されればよいために、Ｓｔｅｐ４乃至Ｓｔｅｐ１０を少なくとも２回繰り返せばよい。
【０１３８】
気体４１０の濃度毎のＰＩテーブルが作成されている、と中央演算処理装置６４０が判別した場合（Ｓｔｅｐ１０：Ｙｅｓ）、中央演算処理装置６４０は、気体４１０の濃度毎のＰＩテーブルを記録装置６３０から読み出す（Ｓｔｅｐ１１）。
そして中央演算処理装置６４０は、４つのＰＩテーブルを基に、図５に示す濃度Ｉテーブルを作成する（Ｓｔｅｐ１２）。
記録装置６３０は、この濃度Ｉテーブルを記録する（Ｓｔｅｐ１３）。
表示部６６０は、ＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとを表示しても良い。
【０１３９】
中央演算処理装置６４０は、気体４１０の濃度を所望に制御するために、濃度Ｉテーブルを参照して気体４１０の濃度に対応する超音波出力Ｉとなるように発振器３００を介して振動子２００を制御すればよいことがわかる。
【０１４０】
これにより気体４１０の濃度に対応するおおよその超音波出力Ｉが図５に示す濃度Ｉテーブルから推測可能となる。
【０１４１】
そして制御部６００は、図４Ａ乃至図４Ｄに示すＰＩテーブルと、図５に示す濃度Ｉテーブルと、図６乃至図８との内容と、を基に図１０に示す相関関係を算出する。
【０１４２】
次に本実施形態における超音波洗浄方法について図１２を参照して説明する。
操作部６５０が操作され、図１０に示す相関関係を基に、超音波洗浄時の超音波出力Ｉと、超音波洗浄時の気体４１０の濃度に対応する音圧Ｐの許容範囲とが設定される（Ｓｔｅｐ２１）。
例えば超音波洗浄時の超音波出力Ｉを１２００Ｗ、音圧Ｐの許容範囲を１０ｍＶ〜１５ｍＶとする。
【０１４３】
次にＳｔｅｐ２の動作が行われる。なお伝播液１３０の供給は、被洗浄物８００が処理槽１１０に収容される前から、被洗浄物８００に対する超音波洗浄処理が完了するまで、常時継続される。
【０１４４】
被洗浄物８００は、処理槽１１０に収容される（Ｓｔｅｐ２２）。
次にＳｔｅｐ３の動作が行われる。なお洗浄液７００の供給は、被洗浄物８００に対する超音波洗浄処理が完了するまで、常時継続される。
【０１４５】
気体溶解部４００は、洗浄液７００から洗浄液７００に溶解された気体を除去し、洗浄液７００に対して気体４１０を供給し、気体４１０が供給された洗浄液７００を脱気部５８０を介して処理槽１１０へ供給する（Ｓｔｅｐ２３）。
より詳細には、気体溶解部４００において、洗浄液７００は、洗浄液７００に溶解された気体を溶解気体除去機構４４０によって除去され、気体供給部４２０から気体供給配管４３０を経由して気体４１０を供給される。この時、気体４１０は、調整弁４２１によって供給量を調整されて、溶解膜４２２によって供給配管１１１における洗浄液７００に溶解される。この後、洗浄液７００は、供給配管１１１に流れる。
【０１４６】
なお気体の除去と気体４１０の供給と洗浄液７００の供給とは、被洗浄物８００に対する超音波洗浄処理が完了するまで、常時継続される。
【０１４７】
次にＳｔｅｐ５の動作が行われる。これにより被洗浄物８００は、洗浄液７００中に浸漬された状態となる。また媒介部５７０は、洗浄液７００に浸漬された状態となる。そして洗浄液７００は、処理槽１１０をオーバーフローした後、外槽１１２にて一時的に貯留され、排液配管１１３を経由して、排出される。
【０１４８】
発振器３００は、制御部６００によって制御された振動子２００に付与する電気信号を信号出力線３２０を介して振動子２００に伝達する。これにより振動子２００は、超音波振動する。この時の超音波出力Ｉは、Ｓｔｅｐ２１にて設定された１２００Ｗとなる。振動子２００の超音波振動と同時に、被洗浄物８００は超音波洗浄処理される。（Ｓｔｅｐ２４）。
【０１４９】
次にＳｔｅｐ７の動作が行われる。なお音圧Ｐの計測は、被洗浄物８００に対する超音波洗浄処理が完了するまで、常時継続される。
【０１５０】
制御部６００（中央演算処理装置６４０）は、測定された音圧ＰがＳｔｅｐ２１にて設定された許容範囲以内か否かを判別する（Ｓｔｅｐ２５）。つまり測定された音圧Ｐが１０ｍＶ〜１５ｍＶ以内か否かを、制御部６００（中央演算処理装置６４０）は判別する。
【０１５１】
音圧ＰがＳｔｅｐ２１にて設定された許容範囲以内の場合（Ｓｔｅｐ２５：Ｙｅｓ）、被洗浄物８００は超音波洗浄され、所望な時間経過後、超音波洗浄は終了する（Ｓｔｅｐ２９）。
【０１５２】
音圧ＰがＳｔｅｐ２１にて設定された許容範囲以外の場合（Ｓｔｅｐ２５：Ｎｏ）、上述したように、気体４１０の濃度は気泡の発生量に大きく影響し、気泡の発生量は洗浄効果と被洗浄物８００へのダメージとに大きく影響する。図１０に示すように、音圧Ｐが１０ｍＶ〜１５ｍＶの場合、気体４１０の濃度が１３ｐｐｍ〜１５ｐｐｍであることで、高い洗浄効果を得ることができることがわかる。
【０１５３】
そのため、脱気部５８０は、制御部６００（中央演算処理装置６４０）によって制御されて、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が図１０に示すように１３ｐｐｍ〜１５ｐｐｍとなるように、気体溶解部４００から供給配管１１１を流れて処理槽１１０に供給される洗浄液７００を脱気する（Ｓｔｅｐ２６）。
【０１５４】
音圧測定部５６０は、この時もＳｔｅｐ７における音圧Ｐの測定を継続している。そして制御部６００（中央演算処理装置６４０）は、音圧測定部５６０によって測定された音圧ＰがＳｔｅｐ２１にて設定された許容範囲（１０ｍＶ〜１５ｍＶ）以外か否か、を判別する（Ｓｔｅｐ２７）。
【０１５５】
音圧ＰがＳｔｅｐ２１にて設定された範囲以外の場合（Ｓｔｅｐ２７：Ｙｅｓ）、Ｓｔｅｐ２６に戻り、制御部６００（中央演算処理装置６４０）は脱気部５８０を制御し、脱気部５８０は脱気を続ける。
【０１５６】
音圧ＰがＳｔｅｐ２１にて設定された範囲以内の場合（Ｓｔｅｐ２７：Ｎｏ）、音圧Ｐが１０ｍＶ〜１５ｍＶであり、気体４１０の濃度が１３ｐｐｍ〜１５ｐｐｍであることを示す。そのため、図１０に示すように異物除去率が常に９５％以上となる。また超音波洗浄によってダメージを受けた被洗浄物８００の主面における素子は、５００個程度と減少する。
【０１５７】
よって制御部６００（中央演算処理装置６４０）は、信号出力線６２９を介して脱気部５８０を制御する。このとき脱気部５８０は停止する（Ｓｔｅｐ２８）。
この後、Ｓｔｅｐ２９に進む。
【０１５８】
このように本実施形態では、脱気部５８０を気体溶解部４００と伝播槽１４０との間に配設することで、伝播槽１４０に供給される洗浄液７００を脱気でき、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度を制御できる。これにより本実施形態では、洗浄液７００中に発生する気泡の量を調節できる。よって本実施形態では、被洗浄物へ洗浄効果を高めると同時に、気泡による被洗浄物へのダメージを最小限に抑えることができる。
また本実施形態では、安価で素早く高度な洗浄性能を発揮することができる。
【０１５９】
また本実施形態では、音圧測定部５６０と媒介部５７０とを処理槽１１０に直接配設し、気体４１０の濃度を直接測定しているために、高度に超音波洗浄することができる。
【０１６０】
また本実施形態では、音圧測定部５６０を圧電素子とし、媒介部５７０を石英ガラスとすることで、気体溶解部４００を非常に簡素な構成、安価且つ維持管理も容易にすることができる。
【０１６１】
また本実施形態では、媒介部５７０を石英ガラスとし、媒介部５７０のみを洗浄液７００に浸漬するために、洗浄液７００と被洗浄物８００とを汚すことを防止することができる。
【０１６２】
また本実施形態では、音圧測定部５６０によって超音波振動を素早く測定でき、これにより素早く音圧Ｐを測定でき、結果として中央演算処理装置６４０によって気体溶解部４００を通じて気体４１０の濃度を素早く制御することができる。
【０１６３】
また本実施形態では、ＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとを、超音波洗浄する度、及びロット毎に作成する必要はなく、超音波洗浄装置１の起動時、洗浄液７００を変更する場合、気体４１０を変更する場合などに、図６に示すＳｔｅｐ１乃至Ｓｔｅｐ８の動作行い、ＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルとを１度作成すればよい。そのため本実施形態では、超音波洗浄装置１の駆動時、洗浄液７００と気体４１０との変更が無い場合、ＰＩテーブルと濃度Ｉテーブルと新たに作成する必要が無く、図１１に示すＳｔｅｐ１乃至Ｓｔｅｐ８の動作を省略でき、素早く超音波洗浄動作に移行でき、被洗浄物８００を素早く超音波洗浄することができる。
【０１６４】
また本実施形態では、１ロット毎に超音波洗浄動作にて、音圧Ｐを測定し、気体４１０の濃度を制御するため、洗浄不良を大幅に減らすことができる。
【０１６５】
なお洗浄液７００が貯留する処理槽１１０の例えば底部１１０ａ及び上面１１０ｂや、処理槽１１０内の一部及びこの一部から最も離れた処理槽１１０の他部などにおいて、洗浄液７００に溶解している気体４１０の濃度が均一ではなく、気体４１０の濃度にムラが生じる可能性がある。そのため本実施形態では、媒介部５７０を含む音圧測定部５６０をこのような箇所にそれぞれ配設してもよい。
つまり本実施形態では、媒介部５７０を含む音圧測定部５６０を処理槽１１０に少なくとも１つ配設すればよく、数が多いほど、音圧Ｐを測定する精度を向上させることができ、より高精度に気体４１０の濃度を測定することができ、結果的に高度な洗浄性能を発揮することができる。なおこのとき中央演算処理装置６４０は、各音圧測定部５６０から測定された音圧Ｐの平均値を算出する。
【０１６６】
なお超音波洗浄は、バッチ式（浸漬式）洗浄と枚葉式洗浄との両方に対応する。バッチ式洗浄とは、図１に示すように洗浄液７００を貯留した処理槽１１０の中に被洗浄物８００を収容（浸漬）して超音波洗浄する洗浄方法である。枚葉式洗浄とは、被洗浄物８００に対して洗浄液７００を吐出しながら超音波洗浄する洗浄方法である。
本実施形態では、バッチ式洗浄を用いて説明したが、もちろん枚葉式洗浄にも対応可能である。この枚葉式洗浄によって超音波洗浄される被洗浄物８００には、例えば半導体集積装置用基板、表示装置用ガラス基板、フォトマスク用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、フィルム基板等の基板が好適である。
【０１６７】
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【０１６８】
１…超音波洗浄装置、１００…洗浄処理部、１１０…処理槽、１２０…洗浄液準備機構、１３０…伝播液、１４０…伝播槽、１５０…伝播液準備機構、２００…振動子、３００…発振器、４００…気体溶解部、４１０…気体、４２０…気体供給部、４２１…調整弁、４３０…気体供給配管、４４０…溶解気体除去機構、４４１…気体脱気部、５００…気体濃度測定部、５６０…音圧測定部、５７０…媒介部、５８０…脱気部、６００…制御部、６４０…中央演算処理装置、６５０…操作部、６６０…表示部、７００…洗浄液、８００…被洗浄物。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄液に所望の気体を溶解する気体溶解部と、
前記気体が溶解している前記洗浄液に対して超音波振動を照射する振動子と、
前記振動子によって超音波振動を照射された前記洗浄液を用いて被洗浄物を超音波洗浄処理する洗浄処理部と、
前記振動子を超音波振動させるために、所望の周波数で、且つ所望の振幅の電気信号を前記振動子に付与する発振器と、
超音波振動が照射されている前記洗浄液において、前記振動子より発振される超音波振動から音圧を測定する音圧測定部と、
前記気体溶解部によって前記気体が溶解している前記洗浄液を脱気する脱気部と、
前記音圧測定部によって測定された前記音圧を基に、前記脱気部を制御して前記洗浄液に対する前記気体の脱気量を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項１】
洗浄液に所望の気体を溶解する気体溶解部と、
前記気体が溶解している前記洗浄液に対して超音波振動を照射する振動子と、
前記振動子によって超音波振動を照射された前記洗浄液を用いて被洗浄物を超音波洗浄処理する洗浄処理部と、
前記振動子を超音波振動させるために、所望の周波数で、且つ所望の振幅の電気信号を前記振動子に付与する発振器と、
超音波振動が照射されている前記洗浄液において、前記振動子より発振される超音波振動から音圧を測定する音圧測定部と、
前記気体溶解部によって前記気体が溶解している前記洗浄液を脱気する脱気部と、
前記音圧測定部によって測定された前記音圧を基に、前記脱気部を制御して前記洗浄液に対する前記気体の脱気量を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする超音波洗浄装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−８１４３０（Ｐ２０１２−８１４３０Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３０６６７（Ｐ２０１０−２３０６６７）
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（０００１６６６５０）株式会社日立国際電気エンジニアリング (100)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（０００１６６６５０）株式会社日立国際電気エンジニアリング (100)
【Ｆターム（参考）】
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