JP2003234322A - 基板の超音波処理装置及び超音波処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は超音波振動が付与された処理液で
基板を、強弱に偏りなく洗浄することができるようにし
た超音波処理装置を提供することにある。 【解決手段】 基板を回転させながら超音波振動が付与
された処理液によって処理する超音波処理装置におい
て、上記基板Ｗを着脱可能に保持する回転テーブル３
と、この回転テーブルを回転駆動する制御モータ１１
と、上記基板の径方向に沿って往復駆動されるとともに
超音波振動が付与された洗浄液を上記基板に向けて噴射
するノズル体２９と、このノズル体から噴射する洗浄液
に超音波振動を所定の周波数で強弱が変動する波形に変
調して付与する超音波発振器と、上記制御モータを制御
して上記回転テーブルを上記超音波発振器による超音波
振動の変調周波数と同期しない回転数で回転させる制御
装置１４とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は処理液に超音波振
動を付与して基板を処理する基板の超音波処理装置及び
超音波処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、液晶表示装置や半導体装置の
製造工程においては、ガラス基板や半導体ウエハなどの
基板を高い清浄度で洗浄することが要求される工程があ
る。上記基板を洗浄する方式としては、洗浄液中に複数
枚の基板を浸漬するデイップ方式や基板に向けて洗浄液
を噴射して一枚づつ洗浄する枚葉方式があり、最近では
高い清浄度が得られる枚葉方式が採用されることが多く
なってきている。

【０００３】枚葉方式の１つとして基板をスピン処理装
置の回転テーブルに保持し、この回転テーブルとともに
基板を回転させる一方、基板の上方にこの基板の径方向
に沿って往復駆動されるノズル体を配置する。そして、
このノズル体から基板に向けて噴射される処理液に超音
波振動を付与し、その振動作用によって上記基板から微
粒子を効率よく除去するようにした洗浄方式が実用化さ
れている。

【０００４】処理液に付与される超音波振動は超音波発
振器から出力される。超音波発振器から超音波振動を発
振させる場合、その超音波振動をたとえばＡＭ変調、Ｆ
Ｍ変調あるいはバースト変調することで、超音波振動に
所定の周期で強弱を持たせるようにしている。

【０００５】それによって、処理液が基板に与える超音
波振動の強弱が上記周期に応じて変化するため、超音波
振動を変調させない場合に比べて基板の洗浄効果を、よ
り一層、向上させることができるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波振動
の強弱を変調させる場合、その変調の周期は電力の周波
数に依存することになる。つまり、東日本の場合には５
０Ｈｚ、西日本の場合には６０Ｈｚになる。

【０００７】そのため、超音波振動の変調の周期が回転
テーブルによって回転駆動される基板の回転数と同期す
ると、基板の回転方向（周方向）に対して基板を照射す
る超音波振動の強い部分（腹の部分）と弱い部分（節の
部分）とが周期的に繰り返されることになるから、基板
の板面全体に処理液を均一な振動強度で照射することが
できないということがある。つまり、基板の板面に対し
て超音波振動の照射に偏りが生じ、均一な処理ができな
いということになる。

【０００８】この発明は、超音波信号を変調した場合
に、基板の板面全体をほぼ均一な強度で洗浄処理するこ
とができるようにした基板の超音波処理装置及び超音波
処理方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、基板
を回転させながら超音波振動が付与された処理液によっ
て処理する超音波処理装置において、上記基板を着脱可
能に保持する回転テーブルと、この回転テーブルを回転
駆動する駆動源と、上記基板の径方向に沿って往復駆動
されるとともに超音波振動が付与された洗浄液を上記基
板に向けて噴射するノズル体と、このノズル体から噴射
する洗浄液に超音波振動を所定の周波数で強弱が変動す
る波形に変調して付与する超音波発生手段と、上記駆動
源を制御して上記回転テーブルを上記超音波発生手段に
よる超音波振動の変調周波数と同期しない回転数で回転
させる制御手段とを具備したことを特徴とする超音波処
理装置にある。

【００１０】請求項２の発明は、基板を回転させながら
超音波振動が付与された処理液によって処理する超音波
処理方法において、上記超音波振動を所定の周波数で強
弱が変動する波形に変調する工程と、変調された超音波
振動を上記処理液に付与し、この処理液を回転する基板
に噴射する工程と、上記基板の回転数を上記洗浄液に付
与される超音波振動の変調周波数と同期しない回転数で
回転させる工程とを具備したことを特徴とする超音波処
理方法にある。

【００１１】この発明によれば、基板の回転数を超音波
振動の変調周波数と同期しない回転数で回転させるた
め、基板の板面全体を超音波振動の強弱に偏りが生じる
ことなく洗浄処理することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながらこの発
明の実施の形態を説明する。

【００１３】図１はこの発明の一実施の形態に係る、半
導体ウエハやガラス基板などの基板Ｗを超音波振動が付
与された処理液によって洗浄処理するためのスピン処理
装置を示す。このスピン処理装置はカップ体１を備えて
いる。このカップ体１の底部には複数の排出管２が周方
向に所定間隔で接続されている。各排出管２は図示しな
い排気ポンプに連通している。

【００１４】上記カップ体１内には回転テーブル３が設
けられている。この回転テーブル３の上面の周辺部には
周方向に所定間隔で複数の支持部材４が回動可能に設け
られている。各支持部材４の上端面には支持ピン５及び
支持部材４の回転中心から偏心した位置に上記支持ピン
５よりも背の高い係合ピン６が設けられている。

【００１５】上記回転テーブル３には半導体ウエハなど
の基板Ｗが供給される。回転テーブル３に供給された基
板Ｗは周辺部の下面が上記支持ピン５によって支持され
る。その状態で上記支持部材４が回転すると、基板Ｗの
外周面に上記係合ピン６が偏心回転して当接する。それ
によって上記基板Ｗは回転テーブル３に着脱可能に保持
される。

【００１６】上記回転テーブル３は制御モータ１１によ
って回転駆動される。この制御モータ１１は筒状の固定
子１２内に同じく筒状の回転子１３が回転可能に挿入さ
れてなり、この回転子１３に上記回転テーブル３が動力
伝達部材１３ａを介して連結されている。

【００１７】上記制御モータ１１は制御装置１４によっ
て回転が制御される。それによって、上記回転テーブル
３は上記制御装置１４によって所定の回転数で回転させ
ることができる。

【００１８】上記回転子１３内には筒状の固定軸１５が
挿通されている。この固定軸１５の上端には上記回転テ
ーブル３の上面側に位置するノズルヘッド１６が設けら
れている。つまり、ノズルヘッド１６は回転テーブル３
と一緒に回転しない状態で設けられている。このノズル
ヘッド１６には処理液及び気体を噴射するノズル１７，
１８が設けられている。

【００１９】それによって、上記ノズル１７，１８から
回転テーブル３に保持された基板Ｗの下面の中央部分に
向けて処理液や気体を選択的に噴射することができるよ
うになっている。つまり、基板Ｗは下面を洗浄及び乾燥
処理することができるようになっている。

【００２０】上記回転テーブル３の上面側は乱流防止カ
バー１９によって覆われている。この乱流防止カバー１
９は回転テーブル３に保持された基板Ｗの下面側に乱流
が生じるのを防止するようになっており、その中央部分
には上記各ノズル１７，１８からの基板Ｗの下面に処理
液や気体を噴射可能とする透孔２０が穿設されている。

【００２１】上記カップ体１の側方には上記基板Ｗの上
面を洗浄するための超音波洗浄ユニット２２が設けられ
ている。この超音波洗浄ユニット２２はアーム体２３を
有する。このアーム体２３は垂直部２４と、この垂直部
２４の上端に基端部が連結された水平部２５とを有す
る。上記垂直部２４の下端は回転モータ２６に連結され
ている。回転モータ２６はアーム体２３を所定の角度で
回転駆動するようになっている。

【００２２】上記回転モータ２６は図示しないリニアガ
イドによって上下方向にスライド可能に設けられた可動
板２７に取付けられている。この可動板２７は上下駆動
シリンダ２８によって上下方向に駆動されるようになっ
ている。

【００２３】上記アーム体２３の水平部２５の先端部に
は超音波ノズル体２９が設けられている。この超音波ノ
ズル体２９には、洗浄液を供給する給液管３１と、この
ノズル体２９内に設けられた図示しない超音波振動子に
給電するリード線（図示せず）が通された配線管３２と
が接続されている。

【００２４】上記超音波振動子は、図２に示す超音波発
振器３４によって後述するごとく発振出力された、たと
えば発振周波数が１．６ＭＨｚの駆動信号がマッチング
回路部３５を介して印加される。それによって、上記超
音波ノズル体２９に上記給液管３１を通じて供給された
洗浄液は１．６ＭＨｚの超音波振動が付与されて基板Ｗ
の上面に噴射される。

【００２５】上記超音波ノズル体２９はアーム体２３に
よって基板Ｗの上方をこの基板Ｗの径方向に沿って往復
駆動される。したがって、基板Ｗを回転テーブル３によ
って回転させながら超音波ノズル体２９を基板２３の径
方向に駆動することで、超音波振動が付与された処理液
を基板Ｗの上面全面にわたって噴射することができる。

【００２６】上記超音波発振器３４は図３に示すように
シンセサイザー４１を有する。このシンセサイザー４１
からは１６ＭＨｚで発振する超音波信号が出力され、そ
の超音波信号は分周器４２で１．６ＭＨｚの超音波信号
に分周されて論理回路４３に入力する。

【００２７】上記論理回路４３からの出力は初段アンプ
４４、コントロールアンプ４５で増幅された後、さらに
パワーアンプ４６でさらに増幅される。パワーアンプ４
６にはたとえば５０Ｈｚの商用電力を供給するパワー電
源４７が接続されている。

【００２８】それによって、パワーアンプに入力された
１．６ＭＨｚの超音波信号は、パワー電源４７からの５
０Ｈｚの商用電力によってＡＭ変調される。図４（ａ）
に１．６ＭＨｚの超音波信号が５０Ｈｚの商用電力によ
ってＡＭ変調されたＡＭ変調波を示す。このＡＭ変調波
は商用電力の周波数（５０Ｈｚ）に応じて超音波信号の
強弱が変調する。

【００２９】なお、図示しないが、パワー電源４７から
の商用電力を平滑回路によって平滑化してパワーアンプ
４６に入力させれば、上記パワーアンプ４６から出力さ
れる超音波信号は図４（ｂ）に示す強弱の変動がない連
続波になる。また、超音波信号の変調はＡＭ変調に限ら
ず、強弱が変動するＦＭ変調やバースト変調などであっ
てもよい。

【００３０】上記パワーアンプ４６でＡＭ変調された
１．６ＭＨｚの超音波信号は、この超音波信号の進行波
と反射波との電力値を測定する電力計４８を通って上記
マッチング回路部３５に出力される。超音波信号は、こ
のマッチング回路部３５でインピーダンスのマッチング
が取られた後、超音波ノズル体２９に設けられた図示し
ない超音波振動子に印加される。

【００３１】それによって、給液管３１を通じて超音波
ノズル体２９に供給された処理液は、ＡＭ変調波で振動
する上記超音波振動子によって超音波振動が付与されて
上記回転テーブル３に保持された基板Ｗに向かって噴出
し、この基板Ｗを洗浄処理する。

【００３２】上記電力計４８によって測定された超音波
信号の進行波と反射波との電力は進行波アンプ４９と反
射波アンプ５１とでそれぞれ増幅され、ＶＳＷＲ検出器
５２で検出される。

【００３３】上記進行波アンプ４９で増幅された信号は
ピークホールド回路５３に入力され、誤差アンプ５４に
出力される。上記ピークホールド回路５３にはＣＰＵ５
５からピークホールド制御信号が入力される。上記ＣＰ
Ｕ５５から上記誤差アンプ５４には電力指示信号が出力
される。それによって、コントロールアンプ４５は誤差
アンプ５４からの信号に応じて高周波信号を増幅する。

【００３４】上記ＣＰＵ５５からは上記論理回路４３に
制御信号が出力される。それによって、この論理回路４
３から上記分周器４２には、超音波信号の変調に同期し
たイネーブル信号が出力される。

【００３５】つぎに、上記構成のスピン処理装置によっ
て基板Ｗを洗浄する場合について説明する。未洗浄の基
板Ｗを回転テーブル３に供給保持し、この回転テーブル
３を所定の回転数で回転させたならば、超音波ノズル体
２９に洗浄液を供給する。

【００３６】それと同時に、上記超音波ノズル体２９の
超音波振動子を、ＡＭ変調された１．６ＭＨｚの超音波
信号で超音波振動させるとともに、アーム体２３を駆動
し、超音波ノズル体２９を基板Ｗの上面で径方向に沿っ
て所定の半径で往復動させる。

【００３７】それによって、１．６ＭＨｚの超音波振動
が付与された処理液は、上記超音波ノズル体２９から基
板Ｗの上面全体に噴射されることになるから、基板Ｗの
上面が超音波洗浄されることになる。

【００３８】ところで、超音波ノズル体２９から噴射さ
れる洗浄液には、超音波振動子によってＡＭ変調された
１．６ＭＨｚの超音波振動が付与される。この超音波振
動は５０Ｈｚの周波数で強弱が変調している。

【００３９】そのため、超音波振動の強弱の周期と、基
板Ｗの回転の周期とが同期していると、超音波振動の強
い部分（腹の部分）と弱い部分（節の部分）とが回転す
る基板Ｗの周方向の同じ部分を径方向に沿って照射する
ことになるため、照射の強度に偏りが生じる。しかしな
がら、同期していなければ、基板Ｗの上面は超音波振動
の強弱に偏りが生じることなく洗浄されることになる。

【００４０】基板Ｗを５００ｒ．ｐ．ｍで回転させて洗
浄したときの超音波振動の強度分布を測定した結果を図
５（ａ）に示す。この場合、超音波振動の強弱と、基板
Ｗの回転数とが同期する。つまり、ＡＭ変調の周波数は
５０Ｈｚであるから、超音波信号の強弱は１秒間に、 ５０×２＝１００回／ｓｅｃ の周期がある。

【００４１】基板Ｗを５００ｒ．ｐ．ｍで回転させる
と、その回転周期は、 （５００／６０）回／ｓｅｃ となる。

【００４２】したがって、超音波信号と基板Ｗとの同期
を考えると、 １００／（５００／６０）＝１２ となる。つまり、超音波振動の強弱に周期と、基板Ｗの
回転周期との除算結果が整数となるから、ＡＭ変調され
た超音波信号と、基板Ｗの回転数とが同期する。その結
果、図５（ａ）に示すように超音波振動の強い部分は基
板Ｗを放射状に照射することになる。

【００４３】図５（ｂ）は基板Ｗの回転数を５２５ｒ．
ｐ．ｍに設定したときの超音波振動の強度分布の測定結
果を示す。この場合、ＡＭ変調された超音波信号と基板
Ｗとの同期を考えると、 １００／（５２５／６０）＝１１．４２８ となり、除算結果が整数とならないから、ＡＭ変調され
た超音波信号と基板Ｗの回転数とは同期しない。それに
よって、基板Ｗは図５（ｂ）に示すように板面全体が超
音波振動の強い部分でほぼ均一に照射されるから、偏り
なく洗浄されることになる。つまり、基板Ｗの上面を均
一に洗浄することができる。

【００４４】図６（ａ）、（ｂ）は６０Ｈｚの商用電力
によって１．６ＭＨｚの超音波信号をＡＭ変調した場合
で、同図（ａ）は基板Ｗの回転数を３００ｒ．ｐ．ｍと
したきの超音波振動の強度分布の測定結果である。この
ときのＡＭ変調された超音波信号と基板Ｗの回転との同
期を考えると、 １２０／（３００／６０）＝２４ となる。つまり、除算結果が整数となるから、超音波信
号と基板Ｗの回転とが同期し、基板Ｗの洗浄強度に偏り
が生じることになる。

【００４５】図６（ｂ）は基板Ｗの回転数を５００ｒ．
ｐ．ｍに設定したときの超音波振動の強度分布の測定結
果を示す。この場合、ＡＭ変調された超音波信号と基板
Ｗの回転との同期を考えると、 １２０／（５００／６０）＝１４．４ となり、除算結果が整数とならないから、ＡＭ変調され
た超音波信号と基板Ｗの回転数とは同期しない。それに
よって、基板Ｗの上面は図６（ｂ）に示すように超音波
振動の強い部分で偏りなく照射洗浄することができる。

【００４６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、変調さ
れた超音波振動の強弱の周期と、基板の回転数とを同期
させないようにした。

【００４７】そのため、基板の板面を超音波振動の強弱
に偏りが生じること無く、ほぼ均一な強度で洗浄するこ
とができるから、洗浄効果を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態に係るスピン処理装置
の概略的構成図。

【図２】超音波ノズル体に超音波信号を供給するための
概略を示すブロック図。

【図３】超音波信号をＡＭ変調して出力する超音波発振
器のブロック図。

【図４】（ａ）は１．６ＭＨｚの超音信号をＡＭ変調し
た波形図、（ｂ）は超音波信号をＡＭ変調しないときの
連続波形図。

【図５】（ａ）は商用電力が５０Ｈｚで、基板を５００
ｒ．ｐ．ｍで回転させたときの超音波振動の強弱の分布
を測定した図、（ｂ）は同じく基板を５２５ｒ．ｐ．ｍ
で回転させたときの超音波振動の強弱の分布を測定した
図。

【図６】（ａ）は商用電力が６０Ｈｚで、基板を３００
ｒ．ｐ．ｍで回転させたときの超音波振動の強弱の分布
を測定した図、（ｂ）は同じく基板を５００ｒ．ｐ．ｍ
で回転させたときの超音波振動の強弱の分布を測定した
図。

【符号の説明】

３…回転テーブル １１…制御モータ（駆動源） １４…制御装置（制御手段） ２９…超音波ノズル体（ノズル体） ３４…超音波発生器（超音波発生手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 FA21 FA24 FA30 MA20 3B201 AA01 AB33 AB47 BB22 BB83 BB92 CD43 4G059 AA08 AB17 AB19 AC30 5D107 AA20 BB11 CD01 CD05 CD10 EE05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を回転させながら超音波振動が付与
   された処理液によって処理する超音波処理装置におい
   て、 上記基板を着脱可能に保持する回転テーブルと、 この回転テーブルを回転駆動する駆動源と、 上記基板の径方向に沿って往復駆動されるとともに超音
   波振動が付与された洗浄液を上記基板に向けて噴射する
   ノズル体と、 このノズル体から噴射する洗浄液に超音波振動を所定の
   周波数で強弱が変動する波形に変調して付与する超音波
   発生手段と、 上記駆動源を制御して上記回転テーブルを上記超音波発
   生手段による超音波振動の変調周波数と同期しない回転
   数で回転させる制御手段とを具備したことを特徴とする
   基板の超音波処理装置。
2. 【請求項２】 基板を回転させながら超音波振動が付与
   された処理液によって処理する超音波処理方法におい
   て、 上記超音波振動を所定の周波数で強弱が変動する波形に
   変調する工程と、 変調された超音波振動を上記処理液に付与し、この処理
   液を回転する基板に噴射する工程と、 上記基板の回転数を上記洗浄液に付与される超音波振動
   の変調周波数と同期しない回転数で回転させる工程とを
   具備したことを特徴とする基板の超音波処理方法。