JP2003340386A - 超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法 - Google Patents

超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法

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ultrasonic cleaning
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直明 桜井
Hiroshi Fujita
博 藤田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波洗浄ユニットと被洗浄物との接触を防止
することが可能な超音波洗浄装置を提供すること。 【解決手段】被洗浄物Ｗの被洗浄面Ｗａに対向配置され
る超音波洗浄ユニット４０と、超音波洗浄ユニット４０
を位置決めする位置決め機構３０とを備え、超音波洗浄
ユニット４０は、一方の面に超音波振動子６３が固定さ
れ他方の面が被洗浄物Ｗと対向して配置され超音波振動
子６３からの超音波振動を拡散する超音波拡散体６２
と、超音波拡散体６２と被洗浄面Ｗａとの相対距離を計
測する非接触距離センサ７１とを有し、位置決め機構３
０は、非接触距離センサ７１の出力に基づき、超音波拡
散体６２と被洗浄面Ｗａとの距離を所定寸法に保つよう
に、超音波洗浄ユニット４０を位置決めする制御回路３
２とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を形成
するシリコンウエハや半導体ウエハ等の半導体基板や、
液晶表示装置を形成するガラス基板等の被洗浄物を超音
波処理により洗浄する際に好適な超音波洗浄装置及び超
音波洗浄方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板や液晶表示装置用のガラス基
板等の製造工程では、種々の微細加工の前後で、半導体
基板やガラス基板等の被洗浄物に付着したサブミクロン
オーダのパーティクル等を洗浄除去する必要がある。そ
こで、被洗浄物に対して、ダメージの少ない５００ｋＨ
ｚ〜１．５ＭＨｚの高周波数の超音波を印加した洗浄液
を照射して洗浄する超音波洗浄方法が用いられている。
【０００３】この他、振動子からの超音波振動を伝達・
拡散する超音波拡散体を被洗浄物の被洗浄面に近接さ
せ、その隙間に洗浄液を供給することで、超音波が印加
された洗浄液で被洗浄物を洗浄する方法が考えられてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した超音波拡散体
を被洗浄物の被洗浄面に近接させる洗浄方法には次のよ
うな問題があった。すなわち、超音波拡散体と被洗浄物
とのギャップが大きいと、このギャップを満たすための
洗浄液の必要量が増大しコスト高を招くことになる。こ
のため、超音波拡散体を被洗浄物の表面に可能な限り近
付ける必要がある。しかしながら、ギャップが小さくな
ると、被洗浄物の表面には微小なうねりや被洗浄物の厚
さの不均一性があるため、一定の高さ位置で超音波洗浄
ユニットを移動させた場合、超音波拡散体と被洗浄物と
が接触し、被洗浄物の表面に形成された配線等が破壊さ
れることが考えられる。
【０００５】そこで本発明は、超音波洗浄ユニットと被
洗浄物との接触を防止することで、被洗浄物にダメージ
を与えることなく効率よく超音波洗浄を行うことが可能
な超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法を提供することを
目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の超音波洗浄装置及び超音波洗
浄方法は次のように構成されている。
【０００７】（１）被洗浄物の被洗浄面を超音波を印加
した洗浄液を用いて洗浄する超音波洗浄装置において、
上記被洗浄物を保持する保持手段と、この保持手段に保
持された上記被洗浄物の被洗浄面に対向配置される超音
波洗浄ユニットと、この超音波洗浄ユニットを上記被洗
浄物の被洗浄面に対して位置決めする位置決め手段とを
備え、上記超音波洗浄ユニットは、一方の面に超音波振
動子が固定され他方の面が上記被洗浄物と対向して配置
され上記超音波振動子からの超音波振動を拡散する拡散
手段と、上記被洗浄物の被洗浄面に洗浄液を供給する洗
浄液供給手段と、上記拡散手段と上記被洗浄面との相対
距離を計測する計測手段とを有し、上記位置決め手段
は、上記計測手段の出力に基づき、上記拡散手段と上記
被洗浄面との距離を所定寸法に保つように、上記超音波
洗浄ユニットを位置決めする制御手段とを有しているこ
とを特徴とする。
【０００８】（２）上記（１）に記載された超音波洗浄
装置であって、上記計測手段は、上記超音波洗浄ユニッ
トの進行方向に設けられていることを特徴とする。
【０００９】（３）被洗浄物の被洗浄面に対し、一方の
面に超音波振動子が固定され他方の面が上記被洗浄物と
対向して配置される上記超音波振動子からの超音波振動
を拡散する拡散手段を有する超音波洗浄ユニットを、上
記拡散手段の他方の面と上記被洗浄面とを所定距離まで
近接させる位置決め工程と、上記被洗浄面に対して洗浄
液を供給し、上記被洗浄面と上記拡散手段の他方の面と
の間を上記洗浄液で満たす洗浄液供給工程と、上記超音
波振動子を駆動し、上記拡散手段を介して伝播してきた
超音波振動を拡散させて上記被洗浄面に伝播し、上記被
洗浄面の洗浄を行う洗浄工程と、上記拡散手段の他方の
面と上記被洗浄面との相対距離を計測する計測工程とを
備え、上記位置決め工程は、上記計測工程により計測さ
れた相対距離に基づいて、上記拡散手段と上記被洗浄面
との距離を所定寸法に保つ制御工程とを有していること
を特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態に係
る超音波洗浄装置１０を示す側面図、図２は超音波洗浄
装置１０に組み込まれた超音波洗浄ユニット４０を示す
縦断面図、図３は超音波洗浄装置１０における超音波洗
浄ユニットと被洗浄物との関係を示す平面図である。な
お、これらの図中矢印ＸＹＺは互いに直交する三方向を
示しており、矢印ＸＹは水平方向、矢印Ｚは鉛直方向を
示している。
【００１１】超音波洗浄装置１０は、シリコンウエハ等
の半導体基板や液晶表示装置用ガラス基板等の被洗浄物
Ｗを搬送する搬送機構２０と、後述する超音波洗浄ユニ
ット４０を位置決めする位置決め機構３０と、被洗浄物
Ｗに対して洗浄液Ｌを供給すると共に、該洗浄液Ｌに超
音波を付与して被洗浄物Ｗの被洗浄面Ｗａを洗浄する超
音波洗浄ユニット４０から構成されている。
【００１２】搬送機構２０は、図示しない駆動機構によ
り駆動される複数の回転ドラム２１を備えている。これ
ら回転ドラム２１によって被洗浄物Ｗが図中矢印Ｘ方向
に沿って搬送される。
【００１３】位置決め機構３０は、後述するアーム３２
の高さ方向（図中矢印Ｚ方向）の位置決めを行う上下動
機構３１と、この上下動機構３１に支持されるとともに
その先端に超音波洗浄ユニット４０が取り付けられたア
ーム３２と、後述する非接触距離センサ７１の出力に基
づいて上下動機構３１を制御する制御回路３３を備えて
いる。
【００１４】超音波洗浄ユニット４０は、被洗浄物Ｗの
被洗浄面Ｗａに対して洗浄液Ｌを供給する洗浄液供給部
５０と、被洗浄面Ｗａ上に供給された洗浄液Ｌに対して
超音波を印加する超音波付与部６０と、超音波付与部６
０の超音波拡散体６２と被洗浄面Ｗａとのギャップδを
計測する計測部７０とから構成されている。
【００１５】洗浄液供給部５０は、図３に示すように複
数のノズル体５１ａ〜５１ｆを備え、これから超音波付
与部６０と対向する被洗浄物Ｗの上流側に洗浄液Ｌを供
給する配置となっている。このような構成とすること
で、付与した洗浄液Ｌに対して効率良く超音波を付与す
ることができ、洗浄効果を向上させることができるとと
もに、洗浄液Ｌを節約できる。
【００１６】さらに、本実施の形態では、ノズル体５０
を超音波付与部６０と別体として設けているが、超音波
付与部６０と一体的に設けても良く、また、洗浄液Ｌを
後述する超音波拡散体６２表面を伝って被洗浄物Ｗに供
給するような構成としても良い。
【００１７】超音波付与部６０は、テフロン（登録商
標）材製の支持部６１を有している。支持部６１の長さ
（図１及び図２における奥行方向）については後述す
る。支持部６１内部には、一方の面６２ａが平面状に形
成され、他方の面６２ｂが凸形状（本例においては球
面）に形成された超音波拡散体６２が設けられている。
超音波拡散体６２は例えば石英から形成されている。な
お、石英の他、サファイア、ＳｉＣ、アルミナ、ステン
レス、或いはＴａのいずれか一種から構成されるように
してもよい。超音波拡散体６２は、直接洗浄液Ｌに接す
るため、洗浄液Ｌの種類によっては、超音波拡散体６２
に含まれる成分が溶出して被洗浄物Ｗを逆に汚染するこ
とも考えられる。したがって、その材質については、使
用する洗浄液Ｌの種類によって適宜選択する必要があ
る。
【００１８】超音波拡散体６２の一方の面のほぼ中心位
置には超音波振動子６３が接着固定されている。超音波
振動子６３には、電源線６３ａを介して図示しない例え
ばＲＦ電源が接続されており、これを制御駆動すること
により、超音波振動の発振を制御するように構成してい
る。
【００１９】超音波拡散体６２上には、冷却水導通路６
５が形成され、冷却水導通路６５には、冷却水を供給す
る冷却水供給口６６及び冷却水を排出するための冷却水
排出口６７が設けられている。なお、冷却水供給口６６
及び冷却水排出口６７の数は超音波洗浄ユニット４０の
大きさにより適宜選択する。また、これら冷却水供給口
６６及び冷却水排出口６７は、アーム３２内部を通じて
図示しない冷却水供給源及び冷却水排出部に接続されて
いる。
【００２０】計測部７０は、非接触で距離を測定する非
接触距離センサ７１を備えている。この非接触距離セン
サ７１の出力は、位置決め機構３０の制御回路３３に入
力され、制御回路３３では上下動機構３１によりアーム
３２の上下位置を制御する。
【００２１】ここで、支持部６１の矢印Ｙに沿った方向
の長さについて説明する。支持部６１は、図３に示すよ
うに被洗浄物（例えば液晶表示装置用ガラス基板等）Ｗ
の横幅より若干長く形成されている。このような構成と
することで、被洗浄物Ｗが超音波付与部６０の下方を一
度通過することで全面を一通り洗浄することができる。
【００２２】但し、この長さに関しては、被洗浄物Ｗの
大きさにより適宜変更可能であり、後述するように、ス
ポット的に超音波振動を付与するように小さく構成する
ことも可能である。図３中破線で示した領域Ｇは、超音
波拡散体６２と被洗浄物Ｗとが洗浄液Ｌにより連通され
た部分を示している。
【００２３】超音波洗浄装置１０における洗浄原理につ
いて説明すると、被洗浄物Ｗの被洗浄面Ｗａと、超音波
付与部６０の超音波拡散体６２との隙間のギャップδが
２〜３ｍｍ程度となるまで近付け、この隙間に洗浄液Ｌ
を供給すると図２に示すように、洗浄液Ｌは表面張力に
より超音波拡散体６２側に凸形状をなして接触する。一
方、超音波振動子６３による振動は超音波拡散体６２に
達する。超音波拡散体６２に達した超音波Ｐは、超音波
拡散体６２の曲面状の凸形状により放射状に拡散されて
洗浄液Ｌに対して超音波Ｐを付与することになる。
【００２４】上述したような超音波洗浄装置１０を利用
しての洗浄方法について説明する。次に、アーム３２を
下降させて超音波洗浄ユニット４０を搬送機構２０に被
洗浄物Ｗの厚さと所定のギャップδに基づいて近接させ
る。続いて、搬送機構２０により被洗浄物Ｗを搬送す
る。これにより、被洗浄物Ｗ表面と超音波付与部６０の
超音波拡散体６２の最凸部とが所定のギャップδがほぼ
維持されるようになる。同時に、非接触距離センサ７１
は被洗浄物Ｗ表面と超音波付与部６０の超音波拡散体６
２との距離を測定し、その値を位置決め機構３０に入力
することで、上下動機構３１が制御され、ギャップδが
常に適正範囲内に維持される。
【００２５】また、ノズル体５１ａ乃至５１ｆから被洗
浄物Ｗの被洗浄面Ｗａに対して洗浄液Ｌを供給する。被
洗浄面Ｗａ上に所定量の洗浄液Ｌが供給されると、図２
に示すように、超音波拡散体６２と被洗浄面Ｗａとのギ
ャップが洗浄液Ｌにより満たされ、領域Ｇにおいて被洗
浄面Ｗａと超音波拡散体６２とが洗浄液Ｌによりつなが
る。この状態において超音波振動子６３を駆動すると、
超音波Ｐによる振動は超音波拡散体６２及び洗浄液Ｌを
介して被洗浄物Ｗの被洗浄面Ｗａに達し、被洗浄面Ｗａ
表面に付着したパーティクル等を除去し洗浄することが
できる。
【００２６】上述したように、本実施の形態における超
音波洗浄装置１０を利用して超音波洗浄を行うと、被洗
浄物Ｗがうねりがあったり、厚さに不均一な部分があっ
ても、超音波拡散板６２と被洗浄体Ｗの被洗浄面Ｗａと
の接触を防止することができる。このため、ギャップδ
を小さくして、洗浄液使用効率を高めることが可能とな
る。
【００２７】図４は、スポット的に超音波を照射可能な
構成とした超音波付与部６０の変形例に係る超音波付与
部９０を示す底面図である。なお、断面形状は上述した
超音波付与部６０と同様であり、同一機能部分には同一
符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、超音波
付与部９０においては、支持部９１がリング状に形成さ
れている。
【００２８】このように構成された場合であっても、上
述した超音波付与部６０を用いた超音波洗浄装置１０と
同様の効果を得ることができる。
【００２９】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。すなわち、上述した実施の形態では、
図１〜３に示すような直線状の形態や、図４に示すよう
なスポット照射可能な形態としているが、これらの組合
せは自由であり、必要に応じて適宜採用することがで
き、それぞれ同様の効果を奏することができる。この
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能
であるのは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、超音波洗浄ユニットと
被洗浄物との接触を防止することで、被洗浄物にダメー
ジを与えることなく効率よく超音波洗浄を行うことが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る超音波洗浄装置を
示す側面図。
【図２】超音波洗浄装置に組み込まれた超音波洗浄ユニ
ットを示す縦断面図。
【図３】超音波洗浄装置における超音波洗浄ユニットと
被洗浄物との関係を示す平面図。
【図４】超音波洗浄ユニットの変形例を示す底面図。
【符号の説明】
１０…超音波洗浄装置 ２０…搬送機構 ３０…位置決め機構 ３１…上下動機構 ３３…制御回路 ４０…超音波洗浄ユニット ５０…洗浄液供給部 ６０…超音波付与部 ７０…計測部 ７１…非接触距離センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3B201 AA02 AA03 AB34 BB22 BB46 BB55 BB85 BB86 4D074 AA09 BB02 DD02 DD37 DD56 4D075 BB13X BB13Z BB65X BB65Z DA06 DB13 DC21 EA05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被洗浄物の被洗浄面を超音波を印加した洗
    浄液を用いて洗浄する超音波洗浄装置において、 上記被洗浄物を保持する保持手段と、 この保持手段に保持された上記被洗浄物の被洗浄面に対
    向配置される超音波洗浄ユニットと、 この超音波洗浄ユニットを上記被洗浄物の被洗浄面に対
    して位置決めする位置決め手段とを備え、 上記超音波洗浄ユニットは、一方の面に超音波振動子が
    固定され他方の面が上記被洗浄物と対向して配置され上
    記超音波振動子からの超音波振動を拡散する拡散手段
    と、 上記被洗浄物の被洗浄面に洗浄液を供給する洗浄液供給
    手段と、 上記拡散手段と上記被洗浄面との相対距離を計測する計
    測手段とを有し、 上記位置決め手段は、上記計測手段の出力に基づき、上
    記拡散手段と上記被洗浄面との距離を所定寸法に保つよ
    うに、上記超音波洗浄ユニットを位置決めする制御手段
    とを有していることを特徴とする超音波洗浄装置。
  2. 【請求項２】上記計測手段は、上記超音波洗浄ユニット
    の進行方向に設けられていることを特徴とする超音波洗
    浄装置。
  3. 【請求項３】被洗浄物の被洗浄面に対し、一方の面に超
    音波振動子が固定され他方の面が上記被洗浄物と対向し
    て配置される上記超音波振動子からの超音波振動を拡散
    する拡散手段を有する超音波洗浄ユニットを、上記拡散
    手段の他方の面と上記被洗浄面とを所定距離まで近接さ
    せる位置決め工程と、 上記被洗浄面に対して洗浄液を供給し、上記被洗浄面と
    上記拡散手段の他方の面との間を上記洗浄液で満たす洗
    浄液供給工程と、 上記超音波振動子を駆動し、上記拡散手段を介して伝播
    してきた超音波振動を拡散させて上記被洗浄面に伝播
    し、上記被洗浄面の洗浄を行う洗浄工程と、 上記拡散手段の他方の面と上記被洗浄面との相対距離を
    計測する計測工程とを備え、 上記位置決め工程は、上記計測工程により計測された相
    対距離に基づいて、上記拡散手段と上記被洗浄面との距
    離を所定寸法に保つ制御工程とを有していることを特徴
    とする超音波洗浄方法。
JP2002149130A 2002-05-23 2002-05-23 超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法 Pending JP2003340386A (ja)

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Cited By (9)

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