CN103229279A - 超声波清洗装置和超声波清洗方法 - Google Patents

超声波清洗装置和超声波清洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够抑制被清洗基板产生损伤，还能够对在电子产业等中使用的高精密度的基板等进行高清洁度的清洗的超声波清洗装置和超声波清洗方法。以使被清洗物（16）位于清洗液的从超声波振子（2）的振动面引出的到液面为止的垂线所形成的区域（超声波照射区域）外的液面下的附近的方式保持被清洗物（16），利用超声波在清洗液的表面激发表面张力波（20），不对被清洗物（16）直接照射超声波，而利用由表面张力波（20）形成的声压来剥离被清洗物（16）的微粒污染物，从而抑制被清洗基板产生损伤。

Description

超声波清洗装置和超声波清洗方法
技术领域
本发明涉及超声波清洗装置和超声波清洗方法，特别是涉及不会对被清洗物造成损伤就能够进行高清洁度的清洗的超声波清洗装置和超声波清洗方法。
背景技术
电子产业中对玻璃基板、硅晶圆的基板的清洗要求有较高的清洁度。作为对这样的基板等被清洗物进行清洗的方法，存在将多张基板浸渍于清洗液中的浸渍（ディップ）方式、向基板喷射清洗液而将基板逐张地进行清洗处理的单张方式，近年来大多采用能够得到较高的清洁度的清洗而且成本方面也有利的单张方式。浸渍方式、单张方式都是如下的清洗方式：在清洗液中施加超声波振动，利用该振动作用从被清洗物将微粒污染物除去，实用化为超声波清洗。
例如，在浸渍方式的超声波清洗中，朝向已浸渍于充满了清洗液的容器内的基板等被清洗物施加超声波振动。超声波振动在液体中传播时产生的微小的气泡（气蚀气泡）根据超声波振动的正负的周期而振动，从而将存在于基板等被清洗物的周围的微粒污染物除去。不过，超声波振动的振幅变大时，气泡在正的周期中消失，此时产生的冲击波对被清洗物造成损伤。特别是在100kHz以下的低频超声波中超声波振动的振幅较大，易于对被清洗物造成损伤。因此，在电子产业的玻璃基板、硅晶圆的清洗中，采用超声波振动的振幅较小的400kHz以上的高频的超声波。
此外，在专利文献1至专利文献4中公开了单张方式的超声波清洗。专利文献1的超声波清洗如下所述：将清洗液导入到内置有超声波振动体的头内，从头的出口侧将清洗液向被清洗物侧供给而落下到清洗液槽内，此外，被清洗物一边从清洗液槽垂直地向上方拉起一边移动。由于利用头进行的清洗液的供给和超声波的施加，在被清洗物上激振弹性表面波或者板波，在与被清洗物的表面接触的清洗液产生流动力，其水流分布为在表面附近成为较大的流速。这样，已附着于被清洗物的上表面的微粒污染物在弹性表面波或者板波的作用下而剥离。
专利文献2的超声波清洗如下所述：对已供给到上部开口的容器内的清洗液施加超声波振动，从而从水平面上将清洗液上推。在从水平面上被上推的清洗液与基板等被清洗物的下表面接触的状态下，使被清洗物向水平方向移动。同时从被清洗物的上表面供给清洗液。从被清洗物的下表面施加的超声波的一部分透过被清洗物的上表面，作用于已附着于被清洗物的上表面的微粒污染物，从而进行清洗处理。
专利文献3的超声波清洗如下所述：将具有与浸渍于已充满清洗液的容器内的被清洗物相同程度的辐射面积的振子平行地配置，朝向被清洗物的下表面施加超声波振动。此时，超声波振动的一部分透过被清洗物，作用于已附着于被清洗基板的上表面的微粒污染物，同时对被清洗基板的两面进行清洗。由此，缩短被清洗物的清洗时间。
此外，在专利文献4中公开了图16所示的处理装置。如图16所示，在室300的上部的两端以相对于液面倾斜的方式配置兆声波变换器304，利用基板支承槽口（ノッチ）302使基板S沿着垂直方向移动。此外，从室300的底部供给清洗液，用室300的上部的堰（せき）使清洗液落下。一边利用基板支承槽口302使基板S沿着垂直方向移动一边直接照射兆声波变换器304的能量E，来进行基板的清洗。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平10－309548号公报
专利文献2:日本特开平10－106998号公报
专利文献3:国际公开WO00／21692号公报
专利文献4:日本特表2005－512340号公报
发明的内容
发明所要解决的技术问题
不过，在以往的对多张基板同时进行清洗处理的浸渍方式的超声波清洗中，清洗液沿着被清洗物的表面流动，但沿着界面存在数微米以下的几乎不流动的层。因此，存在附着于被清洗物的表面的污染物未被充分地除去的问题。超声波的施加作为搅乱被清洗物的表面附近的清洗液层的手段是有效的，但超声波振动的振幅较小的1MHz左右的超声波存在无法充分的清洗的问题。
并且，在进行了微细化的半导体器件中，即使是超声波振动的振幅较小的1MHz左右的超声波也被报告产生了损伤。在专利文献1至专利文献4所公开的以往的单张清洗方法中，均向被清洗物的没有微细图案的背面侧直接施加超声波，使被清洗物自身振动，也向基板表面的微细器件传播超声波能量。因此，在进行了微细化的半导体器件中，即使是超声波振动的振幅较小的1MHz左右的超声波也有可能受到超声波振动的影响而产生损伤。
因此，本发明的目的在于提供一种超声波清洗装置和超声波清洗方法，超声波清洗装置和超声波清洗方法通过以被清洗物位于清洗液的从超声波振子的振动面引出的到液面为止的垂线所形成的区域（超声波照射区域）之外的液面下的附近的方式保持被清洗物，利用超声波在清洗液的表面激发表面张力波，不对被清洗物直接照射超声波而利用由表面张力波形成的声压来剥离被清洗物的微粒污染物，从而能够抑制被清洗基板产生损伤，还能够对在电子产业等中使用的高精密度的基板等进行高清洁度的清洗。
解决技术问题的技术方案
为了达到上述目标，本发明的超声波清洗装置，其特征在于，其包括：清洗槽，其用于存储清洗液，供被清洗物浸渍；用于产生超声波振动的超声波振子；振动板，其用于对所述清洗液施加所述超声波振子的超声波振动；超声波振荡器，其用于驱动所述超声波振子，以使所述被清洗物位于从所述超声波振子的振动面引出的到液面为止的垂线所形成的区域之外的方式保持所述被清洗物来进行被清洗物的清洗。
此外，本发明的超声波清洗装置的特征在于，所述被清洗物被保持在与来自所述超声波振子的超声波的平面波不直接接触的位置。
此外，本发明的超声波清洗装置的特征在于，驱动所述超声波振子而利用所述振动板朝向所述清洗槽的清洗液的液面施加超声波，在所述清洗液的液面上产生表面张力波。
此外，本发明的超声波清洗装置的特征在于，利用所述清洗液的液面上的所述表面张力波来进行被清洗物的清洗。
此外，本发明的超声波清洗装置的特征在于，以使所述清洗液沿着与所述表面张力波的传播方向相同的方向流动的方式供给清洗液。
此外，本发明的超声波清洗装置的特征在于，从所述被清洗物到所述清洗液的液面的距离为10mm（ミリメートル）以下。
此外，本发明的超声波清洗装置的特征在于，以所述被清洗物与所述清洗槽的清洗液的液面平行地位于所述清洗液的液面的附近的方式保持所述被清洗物。
此外，本发明的超声波清洗装置的特征在于，所述超声波振子和所述振动板被设置成与所述清洗液的液面平行。
此外，本发明的超声波清洗装置的特征在于，所述超声波振子和所述振动板被设置成相对于清洗液的液面倾斜。
此外，本发明的超声波清洗装置的特征在于，在所述清洗槽的底部整个面上配置有所述振动板，驱动所述超声波振子的所述超声波振荡器具备振荡电路、振幅调制电路和频率调制电路，以利用所述振幅调制电路和所述频率调制电路中的至少一个调制电路对由所述振荡电路产生的具有400KHz以上的频率的信号进行调制而得到的信号使所述超声波振子激振，对所述清洗液中照射超声波来进行清洗。
此外，本发明的超声波清洗装置的特征在于，所述超声波振子俯视看来以围绕所述被清洗物的方式配置有单个或多个。
此外，本发明的超声波清洗方法是利用超声波振动来对被清洗物进行清洗的超声波清洗方法，其特征在于，设置有超声波振动产生单元和清洗槽，该超声波振动产生单元具有用于产生超声波振动的超声波振子，该清洗槽用于安装所述超声波振动产生单元，存储清洗液，供被清洗物浸渍，以使所述被清洗物位于从所述超声波振动产生单元的所述超声波振子的振动面引出的到液面为止的垂线所形成的区域之外的方式保持所述被清洗物来进行被清洗物的清洗。
此外，本发明的超声波清洗方法的特征在于，所述被清洗物被保持在与来自所述超声波振动产生单元的所述超声波振子的超声波的平面波不直接接触的位置。
此外，本发明的超声波清洗方法的特征在于，驱动所述超声波振动产生单元的所述超声波振子而朝向所述清洗槽的清洗液的液面施加超声波，在所述清洗液的液面产生表面张力波。
此外，本发明的超声波清洗方法的特征在于，利用所述清洗液的液面上的所述表面张力波来进行被清洗物的清洗。
此外，本发明的超声波清洗方法的特征在于，以使所述清洗液沿着与所述表面张力波的传播方向相同的方向流动的方式供给清洗液。
此外，本发明的超声波清洗方法的特征在于，所述超声波振子俯视看来以围绕所述被清洗物的方式配置了单个或者多个。
发明的效果
本发明以被清洗物位于超声波振子的清洗槽内的超声波照射区域之外的方式保持被清洗物，不对被清洗物直接照射超声波来进行清洗，从而能够抑制被清洗基板产生损伤。
此外，对靠近被清洗物的表面的清洗液表面施加超声波而激发表面张力波，利用由表面张力波形成的声压从被清洗物剥离微粒污染物，从而能够对高精密度的基板等进行高清洁度的清洗。
此外，以使清洗液沿着与表面张力波的传播方向相同的方向流动的方式供给清洗液，从而能够防止从被清洗物剥离下的微粒污染物的再次附着。
此外，以被清洗物与清洗槽的清洗液的液面平行地位于所述清洗液的液面的附近的方式保持被清洗物，从被清洗物到所述清洗液的液面的距离为10mm（毫米）以下，从而清洗槽的深度也可以较浅，因此以少量的清洗液就能够进行清洗。
此外，在本发明中，表面张力波沿着被清洗物的表面向被清洗物的整个区域传播，因此，不需要在清洗过程中使被清洗物移动的移动手段，因此，能够简化超声波清洗装置。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的超声波清洗装置的构成的图，图1中的（a）是从超声波清洗装置的正面观察的包含局部放大图的剖视图，图1中的（b）是表示超声波清洗装置的构成的俯视图。
图2是表示利用数值计算求出的沿着液面方向距振动板的振动面的距离为20mm的位置处的声压振幅幅度（レベル）的分布的结果的图。
图3是表示超声波振荡器的构成的框图。
图4中的（a）是表示振幅调制用信号的波形的图，图4中的（b）是表示从振荡电路输出的信号的波形的图，图4中的（c）是表示以振幅调制用信号对从振荡电路输出的信号进行了振幅调制而得到的高频信号的波形的图。
图5中的（a）是表示频率调制用信号的波形的图，图5中的（b）是表示从振荡电路输出的信号的波形的图，图5中的（c）是表示以频率调制用信号对从振荡电路输出的信号进行了频率调制而得到的高频信号的波形的图。
图6中的（a）是表示以频率调制用信号对从振荡电路输出的信号进行了频率调制而得到的高频信号的波形的图，图6中的（b）是表示对图6中的（a）所示的频率调制后的高频信号进行了振幅调制而得到的高频信号的波形的图。
图7是表示本发明的第1实施方式的其他超声波清洗装置的构成的包含局部放大图的剖视图。
图8是表示将振动板配置于底部整个面的超声波清洗装置的构成的包含局部放大图的剖视图。
图9中的（a）是表示超声波清洗装置中的超声波声压的测量部位的图，图9中的（b）是表示清洗槽内的水平方向上的超声波声压的振动速度振幅的测量结果的图。
图10中的（a）是表示超声波清洗装置中的超声波声压的测量部位的图，图10中的（b）是表示清洗槽内的垂直方向上的超声波声压的振动速度振幅的测量结果的图。
图11是表示在振动板的左右的两端配置有超声波振子的超声波清洗装置的构成的图。
图12是表示驱动图11所示的超声波清洗装置的超声波振子的超声波振荡器的构成的框图。
图13中的（a）是表示对位于振动板的左侧的超声波振子进行驱动时的超声波的传播的图，图13中的（b）是表示对位于振动板的右侧的超声波振子进行驱动时的超声波的传播的图。
图14是表示清洗前后的微粒分布的图，图14中的（a）是表示清洗前的半导体晶圆的微粒的分布的图，图14中的（b）是表示清洗后的半导体晶圆的微粒的分布的图。
图15是表示本发明的第2实施方式的超声波清洗装置的构成的剖视图。
图16是表示专利文献4所公开的处理装置的构成的剖视图。
具体实施方式
下面参照附图对用于实施本发明的超声波清洗装置和超声波清洗方法的方式进行说明。
［第1实施方式］
图1是表示本发明的第1实施方式的超声波清洗装置的构成的图，图1中的（a）是从超声波清洗装置的正面观察的包含局部放大图的剖视图，图1中的（b）是表示超声波清洗装置的构成的俯视图。另外，图1所示的超声波清洗装置是用于对硅晶圆逐张地进行处理的单张式的装置。如图1中的（a）和（b）所示，超声波清洗装置1具有：用于存储清洗液10的清洗槽4；设置于清洗槽4的侧面的清洗液供给口7（图1中的（a）所示的）；设置在清洗槽4的与具有清洗液供给口7的侧面相对的侧面上的清洗液排出口8（图1中的（a）所示的）；设置于清洗槽4的靠清洗液供给口7侧的底部的振动板3；设置于振动板3的下表面的超声波振子2；用于保持被清洗物16的保持部17（图1中的（a）所示的）。还具有向超声波振子2供给高频电力的超声波振荡器40（图1中的（b）所示的）。
在对作为被清洗物16的例如硅晶圆等半导体晶圆进行清洗时，以半导体晶圆的背面与清洗槽4的底面平行的方式进行配置，以半导体晶圆的表面位于清洗液10的液面侧的方式将半导体晶圆载置于保持部17。如图1中的（b）所示，在作为被清洗物16的半导体晶圆被载置于保持部17状态下，俯视看来以半导体晶圆位于振动板3上的方式保持半导体晶圆。即如图1中的（a）所示，侧视看来以振动板3与半导体晶圆的顶端部沿着水平方向离开的状态保持半导体晶圆。因此，如图1中的（b）所示，清洗槽4的内部的纵横的大小具有足够浸渍作为被清洗物16的半导体晶圆的长度，并且具有加上了振动板3的大小而得到的长度。此外，清洗槽4的深度具有例如20mm以上。
设置在清洗槽4的底部的振动板3形成为长方形的板状，其纵向长度与例如半导体晶圆的大小（直径）大致相同，其横向长度为40mm。振动板3的表面（振动面）与清洗槽4的清洗液10接触。此外，在振动板3的背面利用粘接安装有超声波振子2。振动板3的背面的大小与超声波振子2的振动面的大小大致相同，作为超声波传递部件的振动板3与超声波振子2形成为一体。另外，清洗槽的大小和振动板的大小等根据被清洗物的大小来确定。
图1中的（a）所示的保持部17设置于清洗槽4的底部，用于将作为被清洗物16的半导体晶圆保持在清洗液10中，利用开闭机构等保持半导体晶圆。图1中的（a）所示的设置在清洗槽4的侧面的清洗液供给口7用于将以实线的箭头c所示的新的清洗液10向清洗槽4内供给，清洗液10从设置在外部的清洗液用容器（未图示）等向清洗液供给口7供给。此外，清洗液排出口8用于对从清洗液供给口7供给的清洗液10进行回收，从清洗液排出口8将以实线的箭头d所示的清洗液10回收到设置在外部的存储容器（未图示）等。
接着，使用图2对包括上述构成的超声波清洗装置1中的借助振动板3从超声波振子2产生的超声波的照射区域进行说明。图2是表示利用数值计算求出沿着液面方向距振动板的振动面的距离为20mm的位置处的声压振幅幅度的分布的结果的图。图2所示的横轴表示从振动板3的宽度方向上的一端到另一端之间的距离。另外，在声压振幅幅度的数值计算中，将振动板3的宽度设为40mm，将从超声波振子2照射的超声波频率设为740kHz。如图2所示，超声波频率740kHz时的声压振幅幅度在距振动板3的中心的左右的长度为15mm处成为最大值，随着靠近振动板3的端面而降低。由此，从振动板3照射的超声波不会在液体中扩散，此外，超声波所照射的范围为从与超声波振子2的振动面一体地形成的振动板3的振动面引出的到液面为止的垂线所形成的区域。
这样，由超声波振子2产生的超声波振动借助清洗槽4的底部的振动板3而沿着垂直于清洗液10的液面方向（图1中的（a）所示的来自振动板的箭头所示。）发出。因此，在图1所示的实施方式中的超声波清洗装置1中，由超声波振子2产生的超声波的照射区域（超声波照射区域）是形成由清洗槽4的底部的超声波振子2的面积和从振动板3到清洗液10表面的距离构成的长方体的范围内。即在图1中的（a）所示的放大图中，超声波照射区域是由从超声波振子2的振动面的端部引出的到液面为止的点划线所围成的区域。另外，由超声波振子2产生的超声波的照射区域由超声波振子2的振动面的大小、形状和超声波振子2的安装角度（超声波振子2的振动面与液面所成的角度）决定。
从图1中的（a）所示的振动板3照射的平面超声波被清洗液10表面反射，在振动板3与清洗液10表面之间形成驻波声场。形成在振动板3与清洗液10表面之间的驻波声场在声压的波腹的位置捕捉气蚀气泡而成长，因此，易于产生气蚀气泡的消失和冲击波。因此，在作为被清洗物的半导体晶圆位于驻波声场内的情况下，受到因气蚀气泡的消失所产生的冲击波，易于使半导体晶圆的微细图案产生损伤。并且，半导体晶圆直接受到超声波振动而振动，在半导体晶圆上就产生板波，易于使半导体晶圆的微细图案产生损伤。这样，平面超声波形成驻波声场而引起气蚀气泡伴随着冲击波而消失，因此，在本发明中，为了排除驻波声场的影响，使被清洗物不位于驻波声场内。
另一方面，利用从振动板3照射的平面超声波，清洗液10的表面成为自由端而清洗液10上下振动，产生表面张力波20（以图1中的（a）的液面上的波表示），表面张力波20在清洗液10的液面传播（以图1的箭头a、b表示），形成前进波声场。另外，所谓表面张力波是指将液体的表面张力作为恢复力而在液体表面传播的波。表面张力波不存在反射波，因此不形成驻波声场。
在本发明中，以被清洗物16不位于驻波声场内的方式将被清洗物16保持在超声波不直接照射的清洗液10的液面附近的液体中，对清洗液10的表面施加超声波，从而激发表面张力波20，利用由表面张力波20形成的声压将微粒污染物从被清洗物16剥离。表面张力波形成前进波声场，此外，生成对微粒除去有效的气蚀气泡。因此，被清洗物16不位于如以往那样由于从振动板3照射的平面超声波而形成在振动板3与清洗液10表面之间的驻波声场中，因此，形成在作为被清洗物16的半导体晶圆上的微细图案不会受到损伤。
接着，使用图3至图6说明对位于超声波清洗装置的底部的超声波振子进行驱动的超声波振荡器。超声波振子被超声波振荡器施加高频电力而产生超声波振动。图3是表示超声波振荡器的构成的框图。如图3所示，超声波振荡器40除了产生（発振）具有400kHz以上的频率的信号的振荡电路41之外，还内置有对来自振荡电路41的高频信号进行调制的振幅调制电路42和频率调制电路43。还具有对由400kHz以上的单一频率构成的高频信号、或者调制后的高频信号中的任一信号进行选择而输出的切换电路44和对来自切换电路44的信号进行放大的功率放大器45。高频信号由功率放大器45进行功率放大，将放大后的高频信号作为驱动信号施加于超声波振子2。还具有进行振荡电路41的振荡（発振）开始和停止的控制、振幅调制电路42的输入信号的切换、切换电路44的控制的控制电路46。另外，振荡电路41构成为能够产生（発振）具有400kHz以上的频率的信号，根据设定的不同而产生（発振）具有预定频率的信号。
包括上述构成的超声波振荡器40除了由400kHz以上的单一频率构成的高频信号以外还能够选择进行了振幅调制的高频信号、进行了频率调制的高频信号或同时进行了频率调制和振幅调制的高频信号中的任一个信号。超声波振荡器40对由单一频率构成的高频信号或者调制后的高频信号中的任一个信号进行功率放大而施加于图1所示的超声波清洗装置1的振子2。并且，将超声波振荡器40中的进行了振幅调制的高频信号、进行了频率调制的高频信号或者同时进行了频率调制和振幅调制的高频信号中的任一高频信号用于后述的超声波清洗机（图8所示的超声波清洗机30），利用来自超声波振荡器40的调制后的高频信号而在超声波清洗机30的振动板17（图8所示的）上激发板波。
最初，使用图4对高频率的信号的振幅调制进行说明。图4中的（a）是表示振幅调制用信号的波形的图，图4中的（b）是表示从振荡电路输出的信号的波形的图，图4中的（c）是表示以振幅调制用信号对从振荡电路输出的信号进行了振幅调制而得到的高频信号的波形的图。振幅调制是指根据振幅调制用信号的振幅而改变高频的信号的强度（振幅）。在图3所示的超声波振荡器40中，控制电路46设定为将从振荡电路41输出的信号向振幅调制电路42输入，此外以将来自振幅调制电路42的高频信号输出的方式控制切换电路44。超声波振荡器40利用功率放大器45对振幅调制后的高频信号进行功率放大，激振超声波振子2。
在图4中的（a）所示的振幅调制用信号的频率为fa时，振幅调制用信号的周期为1／fa（图中的4（a）所示的），从图4中的（b）所示的振荡电路41输出的信号的频率为fc时，信号的周期为1／fc（图4中的（b）所示的）。图4中的（c）所示的振幅调制后的高频信号由两个频率成分构成。即驱动超声波振子的高频信号的频率具有从振荡电路41输出的信号的频率fc和振幅调制用信号的频率fa这两个频率成分。
接着，使用图5对高频信号的频率调制进行说明。图5中的（a）是表示频率调制用信号的波形的图，图5中的（b）是表示从振荡电路输出的信号的波形的图，图5中的（c）是表示以频率调制用信号对从振荡电路输出的信号进行了频率调制而得到的高频信号的波形的图。图5中的（a）所示的频率调制用信号的周期在频率调制用信号的频率为fb时为1／fb，成为在周期内输出电平与时间一起增加、随后减少的三角波。频率调制电路43根据频率调制用信号的电平的大小对从振荡电路输出的信号的频率进行控制而输出。在从振荡电路41输出的信号的频率为fc时，通过频率调制而使信号所变动的频率调制幅度为±fd时，图5中的（c）所示的以频率调制用信号进行了频率调制而得到的高频信号在频率调制用信号的电平的大小最大时由fc＋fd这一频率构成，在频率调制用信号的电平的大小最小时由fc－fd这一频率构成。此外，在频率调制用信号的电平的大小为中间值时，为fc这一频率。
接着，使用图6说明同时进行了频率调制和振幅调制的调制。图6中的（a）是表示用频率调制用信号对从振荡电路输出的信号进行频率调制而得到的高频信号的波形的图，图6中的（b）是表示对图6中的（a）所示的频率调制后的高频信号进行了振幅调制而得到的高频信号的波形的图。在图3所示的超声波振荡器40中，控制电路46将振幅调制电路42的输入信号切换为从频率调制电路43的输出信号、还以使切换电路44输出来自振幅调制电路42的高频信号的方式控制切换电路44。超声波振荡器40利用功率放大器45对频率调制和振幅调制后的高频信号进行功率放大而激振超声波振子2。
如图6中的（a）所示，从振荡电路输出的信号的利用频率调制电路43进行频率调制后的高频信号被输出。另外，从频率调制电路43输出的高频信号与图5中的（c）所示的信号相同。频率调制后的高频信号利用振幅调制电路42进行振幅调制。如图6中的（b）所示，从切换电路44输出的高频信号成为频率调制后的高频信号进一步被振幅调制后的信号。由此，频率调制后的高频信号还被振幅调制，能够对振幅调制后的高频信号进行功率放大而激振超声波振子2。
这样，超声波振荡器40除了能够输出由400kHz以上的单一频率构成的高频信号以外还能够输出进行了振幅调制的高频信号、进行了频率调制的高频信号或者同时进行了频率调制和振幅调制而得到的高频信号中的任一个信号。
接着，对利用图1所示的超声波清洗装置1清洗被清洗物进行说明。如图1所示，将被清洗物16浸渍在充满清洗液10的清洗槽4内，利用保持部17以将被清洗物16靠近清洗液10表面而与清洗液10表面平行地配置的方式保持被清洗物16。从超声波振荡器40对粘接在位于清洗槽4的底面的振动板3的超声波振子2施加功率放大后的高频信号。超声波振荡器40的高频信号的频率为400kHz以上，使用例如740kHz的单一频率的高频信号。超声波振子2被激振，从而利用超声波振子2在清洗槽4内的清洗液10上产生平面超声波。此外，如图1所示，新的清洗液10从清洗液供给口7向清洗槽4内供给，在流经被清洗物16表面之后，从清洗液排出口8排出。平面超声波朝向清洗液10面施加，被清洗物16未配置在平面超声波的传播路径中。由此，平面超声波不会被被清洗物16遮挡而直接到达清洗液10表面，在清洗液10表面激振表面张力波，如图1所示，从振动板3的正上方的液面向左右这两个方向（箭头a、b所示）作为前进波进行传播。并且，通过使表面张力波的传播方向（图1所示的箭头a）与来自清洗液供给口7的清洗液10的供给方向为同一方向，使微粒污染物被新的清洗液10冲走以防止微粒污染物再次向被清洗物16的表面附着。此外，通过使清洗液10的液面与超声波振子2尽可能地接近，能够减少清洗槽中的清洗液10的量。另外，除了使用超声波振荡器40中的单一频率的高频信号之外，也可以使用进行了振幅调制的高频信号或者进行了频率调制的高频信号或者同时进行了频率调制和振幅调制而得到的高频信号中的任一高频信号。在调制后的高频信号的作用下，平面超声波的声压产生强弱变化，由其激振的表面张力波的声压也产生强弱变化，能够提高清洗效果。
这样，在本发明的超声波清洗装置中，以被清洗物位于所述超声波振子的所述清洗槽内的超声波照射区域之外的方式保持被清洗物，不对被清洗物直接照射超声波而对清洗液的液面施加超声波，激发表面张力波，利用由表面张力波形成的声压将微粒污染物从被清洗物剥离，能够抑制对被清洗基板造成的损伤，还能够进行高清洁度的清洗。
接着，使用图7对本发明的第1实施方式的其他超声波清洗装置进行说明。
图7是表示本发明的第1实施方式的其他超声波清洗装置的构成的包含局部放大图的剖视图。另外，对于与图1相同的构件使用相同的附图标记，省略与构成相关的详细的说明。图1所示的超声波清洗装置1以振动板3和超声波振子2与清洗液10的液面平行的方式配置振动板3和超声波振子2，但图7所示的超声波清洗装置1以振动板3和超声波振子2相对于液面倾斜的方式配置振动板3和超声波振子2。
如图7所示，通过将振动板3和超声波振子2相对于液面倾斜地配置，从振动板3向液面照射的超声波沿着与振动板3的表面呈直角的方向传播。因此，由超声波振子2产生的超声波的照射区域（超声波照射区域）是从振动板3的振动面起呈直角地直到液面为止所形成的区域。即在图7所示的放大图中，超声波的照射区域是由从超声波振子2的振动面的端部引出的到液面为止的点划线围成的区域。图7所示的超声波清洗装置1与图1所示的超声波清洗装置1同样地被清洗物16不位于超声波照射区域。由此，被清洗物16不直接受到超声波振动，因此，在被清洗物16自身上不会产生板波，作为被清洗物16的半导体晶圆的微细图案不受到损伤。此外，如图7所示，通过将振动板3和超声波振子2相对于液面倾斜地配置，表面张力波的传播方向为箭头e所示的一个方向，表面张力波不会在整周上传播，因此，能够高效地产生表面张力波。这样，通过将图7所示的超声波的入射角度θ设定为来自超声波振子的平面超声波不直接碰到被清洗物的角度，从而能够将表面张力波的传播方向限定为一个方向，能够有效地利用超声波能量。
接着，使用图8对将超声波清洗装置的底部的振动板配置于底部整个面而在被清洗物的背面形成清洗液的流动的超声波清洗装置进行说明。图8是表示将振动板配置在底部整个面的超声波清洗装置的构成的包含局部放大图的剖视图。另外，对于与图1相同的构件使用相同的附图标记，省略与构成相关的详细的说明。如图8所示，超声波清洗装置30包括：用于存储清洗液10的清洗槽4；设置于清洗槽4的侧面的清洗液供给口7；设置于清洗槽4的与具有清洗液供给口7的侧面相对的侧面的清洗液排出口8；设置于清洗槽4的靠清洗液供给口7侧的底部的振动板31；设置于振动板31的下表面的超声波振子2；用于保持被清洗物16的保持部17。振动板31配置于底部整个面，位于振动板31的背面的超声波振子2设置于清洗槽4的靠清洗液供给口7侧的底部。由此，与图1所示的超声波清洗装置1的设置于清洗槽4的底部的振动板3的大小不同。另外，图8所示的超声波振子2与图1所示的超声波振子2为相同的形状、大小，在清洗槽4中的安装位置也相同。此外，由超声波振子2产生的超声波的照射区域（超声波照射区域）是从超声波振子2的振动面31引出的到液面为止的垂线所形成的区域。即在图8所示的放大图中，超声波照射区域是由从超声波振子2的振动面的端部引出的到液面为止的点划线围成的区域。
在图8所示的超声波清洗装置30中，以利用图3所示的超声波振荡器40进行了调制了的高频信号来驱动设置于已配置在清洗槽4的底部整个面的振动板31的超声波振子2。即在超声波振荡器40中，输出进行了振幅调制的高频信号、进行了频率调制的高频信号或者同时进行了频率调制和振幅调制而得到的高频信号中的任一个信号。另外，进行了调制的高频信号的高频信号成分以向从超声波振子2的振动面31引出的到液面为止的垂线所形成的区域照射超声波的方式起作用，另一方面，进行了调制的高频信号的低频成分（振幅调制用信号的频率、频率调制用信号的频率）以在振动面31激发板波的方式起作用。
通过以进行了调制的高频信号驱动超声波振子2，能够防止微粒污染物向被清洗物16的表面和背面的再次附着。即将超声波振子2配置在具有与被清洗基板相同程度的面积的振动板31的端部，以比740kHz的高频信号足够低的频率、例如2kHz的振幅调制用信号对例如740kHz的高频信号进行振幅调制，从而以与振幅调制用信号的频率相同的频率在振动板31上激发板波22，作为图8所示的前进波（图8的振动板上所示的波形）进行传播。此时，与振动板31的表面接触的清洗液10产生流动力。使由板波22构成的前进波的传播方向（图8所示的箭头f）与清洗液10的供给方向相同，从而微粒污染物被新的清洗液10冲走，不仅能够防止微粒污染物向被清洗物16的表面再次附着，也防止微粒污染物向被清洗物16的背面再次附着。
如图8所示的超声波清洗装置30那样以将作为被清洗物的半导体晶圆的背面整个覆盖的方式设置振动板31，从而能够对与半导体晶圆接触的清洗液10整体施加流动力。由此，能够防止从作为被清洗物的半导体晶圆剥离下的微粒污染物的再次附着，能够谋求清洗处理的效率化。
另外，在图8所示的超声波清洗装置30中也与图1所示的超声波清洗装置1同样地以被清洗物16位于超声波振子2的清洗槽4内的超声波照射区域之外的方式保持被清洗物16，由于不对被清洗物16直接照射超声波，所以能够抑制被清洗基板产生损伤。
接着，说明超声波清洗装置中的表面张力波的超声波声压的测量。另外，通过使用激光多普勒（レーザードップラ）振动速度计（LDV）而在清洗槽内的水平方向和垂直方向上进行表面张力波的超声波声压的测量。图9中的（a）是表示超声波清洗装置中的超声波声压的测量部位的图，图9中的（b）是表示清洗槽内的水平方向上的超声波声压的振动速度振幅的测量结果的图。如图9中的（a）所示，将振动元件的端部的位置设为0mm、在清洗液10面附近沿着水平方向使图9中的（a）所示的水平移动距离w变化而在直到240mm的范围内进行超声波清洗装置30的清洗槽4内中的水平方向的测量。根据图9中的（b）所示的测量结果可知：在清洗液10表面附近中，在直到水平距离240mm的范围内振动速度振幅值为0.15m／s以上，由此，存在由表面张力波形成的超声波声压，在直到被清洗物16的大小为200mm左右的范围内充分地传播。
接着，使用图10对清洗槽内的垂直方向上的超声波声压的测量进行说明。图10中的（a）是表示超声波清洗装置中的超声波声压的测量部位的图，图10中的（b）是表示清洗槽内的垂直方向上的超声波声压的振动速度振幅的测量结果的图。如图10中的（a）所示，将振动板表面的位置设为0mm，在图10中的（a）所示的水平方向上的水平距离L为70mm的位置处，使垂直移动距离d沿着垂直方向变化而在直到液面之前的20mm的范围进行了超声波清洗装置30的清洗槽4内的垂直方向上的超声波声压的测量。图10中的（b）是表示垂直方向上的超声波声压的振动速度振幅的测量结果的图。如图10中的（b）所示，使超声波声压的振动速度振幅从振动板31的表面朝向液面表面上升，在距液面10mm左右的范围内使振动速度振幅成为大致恒定值。由此，由表面张力波形成的超声波声压存在于距液面至少20mm左右的范围内，通过将被清洗物配置在该范围内，能够获得较高的清洗效果。
此外，本发明的超声波清洗装置在振动板的左右的两端设置有超声波振子，也能够应对半导体晶圆等的基板的大型化。下面使用图11至图13来说明能够进行大型的半导体晶圆等的清洗的超声波清洗装置。
如图9中的（b）所示，根据振动速度振幅的测量结果，从超声波振子的端面到基板等的被清洗物存在的200mm左右的范围内获得足够微粒除去的振动速度振幅。不过，振动速度振幅随着水平方向距离变长而逐渐减小。因此，有可能无法获得对直径450mm晶圆基板等更大的半导体晶圆等基板足够微粒除去的振动速度振幅。因此，在振动板的左右的两端设置有超声波振子，从而能够对尺寸较大的基板进行充分的清洗。
图11是表示在振动板的左右的两端配置有超声波振子的超声波清洗装置的构成的图。另外，对于与图8相同的构件标注相同的附图标记，省略与构成相关的详细的说明。如图11所示，在超声波清洗装置31中的振动板31的左右的两端设置有超声波振子2L、2R。此外，清洗槽4具有能够对直径450mm的半导体晶圆等大口径基板进行清洗的大小。此外，在清洗槽4的一个侧面设置有清洗液供给口7，在清洗槽4的另一侧面设置有清洗液排出口8。另外，在位于振动板31的左端的超声波振子2L被驱动时，清洗槽4的左侧面成为清洗液供给口7，清洗槽4的右侧面成为清洗液排出口8。此外，在位于振动板31的右端的超声波振子2R被驱动时，清洗槽4的右侧面成为清洗液供给口7，清洗槽4的左侧面成为清洗液排出口8。
图12是表示用于驱动图11所示的超声波清洗装置的超声波振子的超声波振荡器的构成的框图。另外，对于与图3的超声波振荡器相同的构件使用相同的附图标记，省略与构成相关的详细的说明。如图12所示，超声波振荡器50设置有将功率放大器45的输出作为输入而具有双系统的输出的选择电路51。将振动板31的左端的超声波振子2L连接于选择电路的双系统中的一个输出，将振动板31的右端的超声波振子2R连接于选择电路的另一个输出。控制电路46控制选择电路51，将来自功率放大器45的高频电力经由选择电路51的双系统一个输出向超声波振子供给。
图13中的（a）是表示对位于振动板的左侧的超声波振子进行了驱动的情况的超声波的传播的图。通过利用超声波振荡器50对位于振动板31的左侧的超声波振子2L进行驱动，如图13中的（a）所示，在超声波清洗装置31中产生的表面张力波20和板波22如箭头所示那样从左向右传播。此时，清洗槽4的左侧面成为清洗液供给口7，清洗槽4的右侧面成为清洗液排出口8，使清洗液10的流动方向与表面张力波20和板波22的传播方向相同，从而能够防止微粒的再次附着。
图13中的（b）是表示对位于振动板的右侧的超声波振子进行了驱动的情况的超声波的传播的图。通过利用超声波振荡器50对位于振动板31的右侧的超声波振子2R进行驱动，如图13中的（b）所示，在超声波清洗装置31中产生的表面张力波20和板波22如箭头所示那样从左向左传播。此时，清洗槽4的右侧面成为清洗液供给口7，清洗槽4的左侧面成为清洗液排出口8，使清洗液10的流动方向与表面张力波20和板波22的传播方向相同，能够防止微粒的再次附着。
这样，通过利用超声波振荡器使超声波振子的驱动左右交替切换，能够将振动速度振幅的减少彼此补偿。此外，清洗液的流动也同样地左右交替切换，从而谋求防止微粒的再次附着。由此，也能够对大型基板等进行充分的微粒的除去清洗。
图11所示的超声波清洗装置为在振动板的左右的两端配置了超声波振子的构成，不仅能够为在振动板的左右两端配置有超声波振子的构成，例如也能够为配置了呈环状的形状的超声波振子的构成、将超声波振子配置在振动板的前后左右的端部的构成、配置有呈Ｕ字形状的超声波振子的构成。这样，超声波振子也可以在俯视看来以围绕所述被清洗物的方式配置有单个或者多个。另外，在上述超声波振子中，也以被清洗物位于从超声波振子的振动面引出的直到液面为止的垂线所形成的区域之外的方式保持被清洗物。
接着，在图8中示出的超声波清洗装置中，为了对利用由超声波产生的表面张力波进行的超声波清洗的有效性进行确认，说明进行了清洗处理后的结果。在超声波清洗中，作为被清洗物16使用了直径200mm的由硅构成的半导体晶圆，作为清洗液10，使用了纯水。超声波振子2是宽度40mm、长度160mm的陶瓷制平面板，以频率740kHz输出150W的超声波。此外，超声波振荡器的设定如下：选择同时进行了频率调制和振幅调制而得到的高频信号，频率调制幅度为±5kHz、振幅调制频率为2kHz、高频信号的频率为740kHz±5kHz。纯水的流量为3L（升）／min。
最初，在清洗前的半导体晶圆的表面涂布微粒状的氮化硅（Si3N4）作为污染物质。微粒的大小为直径0.12μm以上，微粒数为25000个左右。涂布污染物质后的半导体晶圆如图14中的（a）所示那样微粒用黑点表示。将该状态下的半导体晶圆设置于超声波清洗装置30的保持部17，利用超声波振荡器40激振超声波振子2，进行30秒的超声波清洗。在超声波清洗后，对残留在半导体晶圆上的微粒进行计数。
图14是表示清洗前后的微粒分布的图，图14中的（a）是表示清洗前的半导体晶圆的微粒的分布的图，图14中的（b）是表示就进行了30秒的超声波清洗的清洗后的半导体晶圆的微粒的分布的图。另外，微粒用黑点表示。根据超声波清洗后的微粒的计数结果可知，除去了92％的微粒。
从以上的结果可知，在清洗前涂布在半导体晶圆上的微粒的90％以上被除去，由此，确认了本发明的使用了表面张力波的超声波清洗装置和超声波清洗方法的有效性。
［第2实施方式］
接着，对一边使被清洗物移动一边进行清洗的第2实施方式的超声波清洗装置进行论述。图15是表示本发明的第2实施方式的超声波清洗装置的构成的剖视图。图1和图3所示的超声波清洗装置1以将被清洗物16浸渍于清洗槽4中并固定被清洗物16来进行清洗，但图15所示的超声波清洗装置33一边使被清洗物16移动一边进行清洗。另外，对于与图1相同的构件使用相同的附图标记，省略与构成相关的详细的说明。
如图15所示，超声波清洗装置33具有：用于存储清洗液10的清洗槽36；设置于清洗槽4的下部的用于容纳被清洗物16的容纳部34；设置于容纳部34的底部的清洗液供给口37；用于喷出高温的氮气的喷嘴35。如图15所示，清洗槽36的底部呈大致V字形状，底部的中心与容纳部34一体地形成。在清洗槽36的位于左右的底部形成朝向底部的中心倾斜的倾斜面，在倾斜的两面设置有振动板3。利用粘接在振动板3的背面安装有超声波振子2。由此，从超声波振子2和振动板照射的超声波相对于液面具有入射角度。通过驱动超声波振子2，从振动板3向液面辐射超声波，在液面产生表面张力波。通过将图15所示的超声波的入射角度θ设定为来自超声波振子的平面超声波不直接碰到被清洗物的角度，能够使表面张力波的传播方向为一个方向、即被清洗物16所位于的方向地传播，因此，能够有效地活用表面张力波。
图15所示的超声波清洗装置使来自超声波振子的平面超声波向整个液面照射，以被清洗物位于从超声波振子的表面引出的到液面为止的垂线所形成的区域之外的方式保持被清洗物。因此，仅液面的表面张力波作用于被清洗物的表面。
另外，在图16所示的处理装置的构成中，也在室300的上部的两端以相对于液面倾斜的方式配置有兆声波变换器304。不过，在图16所示的处理装置中，从兆声波变换器304照射的能量（超声波能量）在液中直接与被清洗物接触，利用平面超声波进行清洗。因此，本发明的超声波清洗装置与图16所示的处理装置的构成和作用不同。
在图15所示的超声波清洗装置33中，作为被清洗物16的半导体晶圆一边利用未图示的搬送装置浸渍于容纳部34和清洗槽36、施加超声波一边利用搬送装置逐渐拉起。此外，拉起的同时从喷嘴35将高温的氮气向半导体晶圆的表面供给，进行脱液干燥。由此，从容纳部34的清洗液供给口37供给的清洗液10从清洗槽36的上部的缘溢流而流向外部。
这样，图15所示的超声波清洗装置33利用设置于清洗槽36的下部的容纳部34将被清洗物垂直地容纳，因此，设置空间较少就足够。此外，一边使被清洗物16移动一边进行清洗，因此，不受被清洗物16的大小的影响，因此，也能够对大型的半导体晶圆进行清洗。
以上所述那样采用本发明，以被清洗物位于所述超声波振子的所述清洗槽内的超声波照射区域之外的方式保持被清洗物，不对被清洗物直接照射超声波来进行清洗，从而能够抑制对被清洗基板造成损伤。
此外，对靠近被清洗物的表面的清洗液表面施加超声波而激发表面张力波，利用由表面张力波形成的声压将微粒污染物从被清洗物剥离，从而能够对高精密度的基板等进行高清洁度的清洗。
此外，向与表面张力波的传播方向相同的方向供给清洗液，从而能够防止从被清洗物剥离下的微粒的再次附着。
此外，以被清洗物与清洗槽的清洗液的液面平行地位于所述清洗液的液面的附近的方式保持被清洗物，从被清洗物到所述清洗液的液面的距离为10mm（毫米）以下，从而也可以使清洗槽的深度较浅，因此，能够以少量的清洗液进行清洗。
此外，本发明使表面张力波沿着被清洗物的表面向被清洗物的整个区域传播，因此，不需要在清洗过程中使被清洗物移动的移动手段，因此，能够简化超声波清洗装置。
本发明不脱离其本质特性就能够具体化为更多的形式。由此，上述的实施方式专门用于说明，自不待言并不用于限制本发明。
附图标记说明
1、30、31、33  超声波清洗装置
2、2L、2R      超声波振子
3、31    振动板
4、36    清洗槽
7、37    清洗液供给口
8        清洗液排出口
10       清洗液
16       被清洗物（半导体晶圆）
17       保持部
20       表面张力波
22       板波
34       容纳部
35       喷嘴
40、50         超声波振荡器
41       振荡电路
42       振幅调制电路
43       频率调制电路
44       切换电路
45       功率放大器
46       控制电路
51       选择电路

Claims (18)

1.一种超声波清洗装置，其特征在于，
该超声波清洗装置包括：清洗槽，该清洗槽用于存储清洗液，供被清洗物浸渍；用于产生超声波振动的超声波振子；振动板，该振动板用于对所述清洗液施加所述超声波振子的超声波振动；超声波振荡器，该超声波振荡器用于驱动所述超声波振子，
以使所述被清洗物位于从所述超声波振子的振动面引出的到液面为止的垂线所形成的区域之外的方式保持所述被清洗物来进行被清洗物的清洗。
2.根据权利要求1所述的超声波清洗装置，其特征在于，
所述被清洗物被保持在与来自所述超声波振子的超声波的平面波不直接接触的位置。
3.根据权利要求1所述的超声波清洗装置，其特征在于，
驱动所述超声波振子以利用所述振动板朝向所述清洗槽的清洗液的液面施加超声波，从而在所述清洗液的液面上产生表面张力波。
4.根据权利要求3所述的超声波清洗装置，其特征在于，
利用所述清洗液的液面上的所述表面张力波来进行被清洗物的清洗。
5.根据权利要求3或4所述的超声波清洗装置，其特征在于，
以使所述清洗液沿着与所述表面张力波的传播方向相同的方向流动的方式供给清洗液。
6.根据权利要求1所述的超声波清洗装置，其特征在于，
从所述被清洗物到所述清洗液的液面的距离为10mm（毫米）以下。
7.根据权利要求1所述的超声波清洗装置，其特征在于，
以使所述被清洗物与所述清洗槽的清洗液的液面平行地位于所述清洗液的液面的附近的方式保持所述被清洗物。
8.根据权利要求1所述的超声波清洗装置，其特征在于，
所述超声波振子和所述振动板被设置成与所述清洗液的液面平行。
9.根据权利要求1所述的超声波清洗装置，其特征在于，
所述超声波振子和所述振动板被设置成相对于清洗液的液面倾斜。
10.根据权利要求1所述的超声波清洗装置，其特征在于，
在所述清洗槽的底部整个面上配置有所述振动板，驱动所述超声波振子的所述超声波振荡器具备振荡电路、振幅调制电路和频率调制电路，通过利用所述振幅调制电路和所述频率调制电路中的至少一个调制电路对由所述振荡电路产生的具有400KHz以上的频率的信号进行调制而得到的信号使所述超声波振子激振，从而在所述清洗液中照射超声波来进行清洗。
11.根据权利要求1所述的超声波清洗装置，其特征在于，
所述超声波振子俯视看来以围绕所述被清洗物的方式配置有单个或多个。
12.一种超声波清洗方法，该超声波清洗方法是利用超声波振动来对被清洗物进行清洗的超声波清洗方法，其特征在于，
设置有超声波振动产生单元和清洗槽，该超声波振动产生单元具有用于产生超声波振动的超声波振子，该清洗槽用于安装所述超声波振动产生单元，存储清洗液，供被清洗物浸渍，
以使所述被清洗物位于从所述超声波振动产生单元的所述超声波振子的振动面引出的到液面为止的垂线所形成的区域之外的方式保持所述被清洗物来进行被清洗物的清洗。
13.根据权利要求12所述的超声波清洗方法，其特征在于，
所述被清洗物被保持在与来自所述超声波振动产生单元的所述超声波振子的超声波的平面波不直接接触的位置。
14.根据权利要求12所述的超声波清洗方法，其特征在于，
驱动所述超声波振动产生单元的所述超声波振子而朝向所述清洗槽的清洗液的液面施加超声波，在所述清洗液的液面上产生表面张力波。
15.根据权利要求14所述的超声波清洗方法，其特征在于，
利用所述清洗液的液面上的所述表面张力波来进行被清洗物的清洗。
16.根据权利要求14所述的超声波清洗方法，其特征在于，
以使所述清洗液沿着与所述表面张力波的传播方向相同的方向流动的方式供给清洗液。
17.根据权利要求15所述的超声波清洗方法，其特征在于，
以使所述清洗液沿着与所述表面张力波的传播方向相同的方向流动的方式供给清洗液。
18.根据权利要求12所述的超声波清洗方法，其特征在于，
所述超声波振子俯视看来以围绕所述被清洗物的方式配置有单个或者多个。
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