JP2004136154A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば半導体のシリコンウェハーのように高い清浄度が要求される被洗浄物や、塵埃等を捕集した後のフィルター等の被洗浄物を、高い効率でかつ均一に洗浄することができ、しかも該被洗浄物から除去された汚れが再び付着する畏れがない超音波洗浄装置を提供することを課題とする。
【解決手段】洗浄液に浸漬した多数の被洗浄物１４に超音波振動子１６からの超音波を照射して、該被洗浄物１４の洗浄を行なうようにした超音波洗浄装置において、前記多数の被洗浄物１４を洗浄槽１０におけるＸ−Ｙ座標平面上に配置すると共に、前記超音波振動子１６を前記被洗浄物１４の上方において所要のパターンでＸ−Ｙ座標平面上で移動させ、併せて前記洗浄槽１０に供給される洗浄液を常に流過させることで、前記被洗浄物１４の超音波洗浄を清浄な洗浄液中でなし得るよう構成したことを特徴とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は超音波洗浄装置に関し、更に詳細には、半導体のシリコンウェハーやフィルター等の被洗浄物を超音波で洗浄するに際し、その洗浄を高い効率で均一に行なうことができ、しかも洗浄により除去された汚れ成分が該被洗浄物に再付着することのない超音波洗浄装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体のシリコンウェハーは、円筒状のシリコンブロックをスライサーにかけて所定厚みの円板にスライスすることで製造される。このシリコンウェハーの表面には、スライシング過程で生ずる微細なシリコンの切削屑が付着するので、半導体製造工程へ該ウェハーを供給するに先立ち充分に洗浄して、該切削屑を完全に除去する必要がある。また光学用のガラス基板や液晶基板その他写真用のフィルム基材等についても、同じく製造工程や取扱い工程で生じたり後発的に付着したりする屑や塵埃、油脂（手の）を完全に洗浄除去してから、次の工程へ移送する必要がある。
【０００３】
更に、例えば各種の繊維機械や合成樹脂製造工程で生ずる繊維屑や細かい塵、その他厨房等で生ずるオイルミスト等を捕集するフィルターは、その捕集効率が低下した際に洗浄に付され、塵屑やオイルミストを除去してから再度の使用に供される。このフィルターの表面は、塵埃等の捕集面積を高めるために凹凸を付してある場合が多い。
【０００４】
このような各種産業資材の製造工程や取扱い工程、その他厨房等の民生部門等で生ずる屑や塵埃、その他オイルミスト等を除去する手段として、超音波振動子による洗浄が一般に知られている。例えば、洗浄槽に貯留した洗浄液にシリコンウェハー等の被洗浄物を浸漬し、超音波振動子からの超音波を照射することで、該被洗浄物の洗浄を行なう超音波洗浄装置がこれである。一例として、特許文献１および該文献に添付の第１図〜第３図には、洗浄槽に被洗浄物を浸漬させ、この被洗浄物の下方または上方に超音波振動子を往復移動させるよう構成した超音波洗浄装置が開示されている。この特許文献１に係る超音波洗浄装置は、洗浄液に被洗浄物を浸漬させた状態で超音波を照射するものであるから、他のブラシ洗浄や液洗洗浄に比べて洗浄効率に優れる利点を有している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−１５１０８７号公報　（第１図〜第３図）
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
しかし前述した特許文献１に係る超音波洗浄装置では、被洗浄物に対する超音波振動子の位置関係が限定されており、従って洗浄ムラを生じて均一に洗浄されない欠点を有している。すなわち特許文献１の超音波振動子は、被洗浄物の下面または上面において一定の方向にのみ移動するものであるため、該被洗浄物の形状や塵埃等の付着分布に応じて超音波を肌理細かく照射することができず、従って前記の洗浄ムラを生じているのが現状であった。また洗浄液は、洗浄槽中に貯留されて超音波洗浄中は交換されることがないため、洗浄により被洗浄物から除去された汚れが該洗浄液中に漂い、再び被洗浄物に付着する難点も併せて指摘される。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、前述した課題を好適に解決するために提案されたものであって、例えば半導体のシリコンウェハーのように高い清浄度が要求される被洗浄物や、塵埃等を捕集した後のフィルター等の被洗浄物を、高い効率でかつ均一に洗浄することができ、しかも該被洗浄物から除去された汚れが再び付着する畏れがない超音波洗浄装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため本発明は、洗浄液に浸漬した多数の被洗浄物に超音波振動子からの超音波を照射して、該被洗浄物の洗浄を行なうようにした超音波洗浄装置において、
前記多数の被洗浄物を洗浄槽におけるＸ−Ｙ座標平面上に配置すると共に、前記超音波振動子を前記被洗浄物の上方において所要のパターンでＸ−Ｙ座標平面上で移動させ、
併せて前記洗浄槽に供給される洗浄液を常に流過させることで、前記被洗浄物の超音波洗浄を清浄な洗浄液中でなし得るよう構成したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る超音波洗浄装置について、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。この実施例に関しては、被洗浄物として半導体のシリコンウェハーを想定して説明するが、これ以外にも厨房におけるオイルミスト捕集用のフィルター等、多くの用途での活用が想定される。
【００１０】
（洗浄槽の構造について）
図１は、実施例に係る超音波洗浄装置の平面図であり、図２は、図１に示す装置をＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向に切断した横断面図である。図３は、図１に示す装置をＩＩ−ＩＩ線矢視方向に切断した側断面図であり、図４は、洗浄槽におけるＸ−Ｙ座標平面上を超音波振動子が移動するパターンの一例を示す概略説明図である。図に示す洗浄槽１０は、例えばステンレス板を基材とする所要深さの矩形状箱体として構成され、後述する如く洗浄液が該洗浄槽１０に所要レベルまで貯留されると共に、該洗浄液はその液貯留部へ一方の側から供給された後に他方の側へ流過する仕組みとなっている。
【００１１】
この洗浄槽１０には、図２に示すように、該洗浄槽１０におけるＸ−Ｙ座標平面に合致するよう液体通過性支持体１２が水平に配設され、この液体通過性支持体１２の上面に多数の半導体のシリコンウェハー（被洗浄物）１４が整列的に支持されるようになっている。前記液体通過性支持体１２は、金網の如きメッシュ状支持体、格子の如きグリッド状支持体その他柵体の如きフェンス状支持体のように洗浄液を自由に通過させて、該支持体１２に載置したシリコンウェハー１４に該洗浄液を接触させるものであれば何でもよい。この場合における液体通過性支持体１２の配設個所は、洗浄槽１０の液貯留レベルＬより充分下方にあって、常に洗浄液に浸漬され得る位置に設定されている。従って、前記液体通過性支持体１２に支持される多数のシリコンウェハー１４は、何れも洗浄槽１０に流過状態で貯留されている洗浄液に完全埋没状態で浸漬されることになる。
【００１２】
（超音波振動子のＸ−Ｙ移動機構について）
前記洗浄槽１０には、下部に超音波振動子１６を備えた超音波ヘッド１８が配設され、この超音波ヘッド１８は所要のパターンを描いてＸ−Ｙ座標平面上を移動し得るよう構成されている。この結果として前記超音波振動子１６は、前記多数のシリコンウェハー１４の上方において、Ｘ−Ｙ座標平面上の合成運動をなし得るようになっている。すなわち図１において、図の左右方向をＸ−Ｙ座標におけるＸ方向とし、図の上下方向をＸ−Ｙ座標におけるＹ方向とすれば、前記洗浄槽１０の上部には、Ｘ方向に延在する第１ガイドレール２０および第２ガイドレール２２が水平かつ所要間隔で配設されている。そして図３に示すように、前記第１ガイドレール２０にはサドル２４を介して、また第２ガイドレール２２には車輪付き支持脚２６を介して、第３ガイドレール２８がＸ方向への移動自在に配設されている。この第３ガイドレール２８はＹ方向へ延在し、前記超音波ヘッド１８が搭載されるスライダ３０をＹ方向へ自在に移動させるものである。
【００１３】
図１に示すように、Ｘ方向に延在する第１ガイドレール２０の内側には、該レール２０に沿って平行に長尺の雄ネジ軸（ボールネジ）３２が配設され、この雄ネジ軸３２は、その一端部（図１の右側端）において前記洗浄槽１０の固定部位に回転自在に枢支されると共に、図３に示すように、前記第３ガイドレール２８の下面に突出垂下させた雌ネジ部３４に螺合挿入されている。また前記雄ネジ軸３２の他端部（図１の右側端）は、図示しない電動モータにより駆動される減速機の回転軸に接続されている。従って前記モータを制御下に駆動すれば、前記雄ネジ軸３２には正逆何れかの回転が付与され、該雄ネジ軸３２に前記雌ネジ部３４を介して接続される第３ガイドレール２８は、前記第１ガイドレール２０および第２ガイドレール２２に沿ってＸ方向に往復移動することになる。
【００１４】
第１および第２ガイドレール２０，２２に支持されてＹ方向へ延在する前記第３ガイドレール２８には、図２に示すように、スライダ３０がサドル３６を介して配設されている。このスライダ３０は、図１に示すように、前記第３ガイドレール２８に沿ってＹ方向へ往復移動可能となっている。すなわち第３ガイドレール２８の下面に一対のタイミングプーリ３８，４０が配設され、両タイミングプーリ３８，４０にタイミングベルト４２が巻掛けられている。そして、前記一方のタイミングプーリ３８は電動モータ４４で駆動される減速機に接続されると共に、前記タイミングベルト４２は前記スライダ３０の下部に固定されている。従って前記モータ４４を制御下に駆動すれば、前記スライダ３０は、前記タイミングプーリ３８，４０およびタイミングベルト４２を介して第３ガイドレール２８に沿ってＹ方向へ往復移動させられる。
【００１５】
前記スライダ３０は、殊に図２に示す如く、その一部を第３ガイドレール２８に対し直交する方向（すなわちＸ方向）へ僅かに水平に延出している。そしてスライダ３０の水平延出部に、前記超音波ヘッド１８が倒立配置されて、その超音波振動子１６を前記洗浄槽１０におけるＸ−Ｙ座標平面上に位置するシリコンウェハー１４の上方に臨ませている。この超音波ヘッド１８および超音波振動子１６は、何れも構成および作動原理は公知のものであって、その超音波出力は、被洗浄物たるシリコンウェハー１４の数量や予想される汚れ具合等に応じて適宜のものが選択使用される。
【００１６】
前記第３ガイドレール２８をＸ方向へ駆動するモータ（図示せず）および前記スライダ３０をＹ方向へ駆動するモータ４４は、何れも図示しない電気的制御系に接続され、両モータは該制御系に組込んだプログラムにより個別にまたは同期的に駆動される。すなわち図示しないモータ単体を駆動すると、第３ガイドレール２８および該レール２８に設けたスライダ３０と共に前記超音波ヘッド１８はＸ方向へ移動し、また前記モータ４４だけを駆動すると、第３ガイドレール２８上をスライダ３０および超音波ヘッド１８はＹ方向へ移動する。また前記の図示しないモータおよび前記モータ４４を同期的に駆動すると、第３ガイドレール２８はＸ方向へ移動すると共にスライダ３０はＹ方向へ移動し、従って超音波ヘッド１８はＸ−Ｙ座標平面上で任意の合成運動を行なうことになる。更に前記超音波振動子１６は、この超音波ヘッド１８に対しＸ−Ｙ座標平面のＺ方向へ昇降自在に構成してもよく、この場合は、該超音波振動子１６と被洗浄物たるシリコンウェハー１４との間隔距離を任意に調節することができる。
【００１７】
（洗浄液を流過させる構造について）
本実施例に係る超音波洗浄装置では、前記洗浄槽１０に供給される洗浄液を槽内で滞留させることなく常に流過させるようにすることで、前記シリコンウェハー１４の超音波洗浄を清浄な洗浄液中でなし得るようなっている。すなわち図２に示す如く、洗浄槽１０にはレベルＬの深さまで洗浄液が貯留されるが、該洗浄槽１０の右側には、洗浄液が前記レベルＬに保持し得る高さの堰部４６が形成されている。また洗浄槽１０の左側（図２の）には、洗浄液を連続的に該洗浄槽１０に供給する洗浄液供給部４８が設けられている。この洗浄液供給部４８は、例えば長手方向に多数の液供給孔を穿設した所要長のパイプとして構成され、該洗浄液供給部４８は図示しない洗浄液供給源にバルブを介して接続されている。従って、この洗浄液供給部４８から供給された洗浄液は、洗浄槽１０に前記所定レベルＬまで貯留された後、前記堰部４６から順次流過する。堰部４６の下方には洗浄液受部５０が設けられているので、該堰部４６からオーバーフローした洗浄液はそのまま外部へ排出される。
【００１８】
実施例に係る超音波洗浄装置で使用される洗浄液としては、最も容易に入手し得る水を採用するのが一般的である。そして被洗浄物が、前記の如く高度の清浄度が要求されるシリコンウェハーや液晶基板等である場合は、その洗浄水として予め純水化装置を通過させた高純度の純水が使用される。また、それ程には高い清浄度が求められない被洗浄物にあっては、その要求度に応じて水道水を使用したり、他の洗浄液体を使用したりすることができる。
【００１９】
（実施例の使用の実際について）
次に、実施例に係る超音波洗浄装置の使用の実際につき説明する。図１に示すように、前記洗浄槽１０には、被洗浄物として多数のシリコンウェハー１４がメッシュ状の液体通過性支持体１２に整列的に並べられている。洗浄液供給部４８からは純水化処理が施された洗浄水（純水）が洗浄槽１０に連続的に供給され、前記堰部４６において所定レベルＬまで貯留された後、該堰部４６からオーバーフローして順次流過するようになっている。すなわち洗浄槽１０へ供給された洗浄水は槽内に滞留することなく速やかに流過するので、常に槽内の洗浄水は清浄な状態に保たれている。また被洗浄物たるシリコンウェハー１４は、図２から判明する如く、所定レベルＬに貯留された洗浄水中に完全に浸漬した状態となっている。
【００２０】
この状態の下で前記電気的制御系を作動させると、図示しないＸ方向への駆動用モータおよび前記Ｙ方向への駆動用モータ４４が、該制御系に組込んだプログラムに応じて個別にまたは同期的に駆動される。例えば図示しないモータだけを駆動すると、第３ガイドレール２８およびスライダ３０と共に前記超音波ヘッド１８はＸ方向へ移動する。また前記モータ４４だけを駆動すると、スライダ３０および超音波ヘッド１８はＹ方向へ移動する。更に両モータを同期的に駆動すると、前記超音波ヘッド１８はＸ−Ｙ座標平面上で任意の合成運動を行なう。更に被洗浄面がフラットでなく凹凸を有する被洗浄物１４の場合は、前記超音波ヘッド１８をＸ−Ｙ座標平面上でＺ方向へ上下動させることで、その凹凸面に応じた強さで超音波を照射することができて一層効果的である。
【００２１】
図４は、超音波ヘッド１８（および下部に設けた超音波振動子１６）が、前記洗浄槽１０におけるＸ−Ｙ座標平面上でＸ方向の動きおよびＹ方向の動きを与えられた状態を示すものである。すなわち液体通過性支持体１２に並べたシリコンウェハー１４の上方で、超音波振動子１６は左下端の原点を起点として先ずＹ方向に直線移動を行なって、左側第１縦列に位置する５枚のシリコンウェハー１４の超音波洗浄を実施する。次いで超音波振動子１６は右側へ１ピッチだけＸ方向移動を行なった後、再びＹ方向への直線移動を行なって、左側第２縦列に位置する５枚のシリコンウェハー１４を超音波で洗浄する。以下同様にして超音波振動子１６をＸ−Ｙ座標平面上で所謂鍵形にジグザグ移動させることで、全てのシリコンウェハー１４の夫々に対する完全な洗浄を実施することができる。
【００２２】
しかも、洗浄槽１０中の水は滞留することなく常に流過しているので、被洗浄物であるシリコンウェハー１４から除去された微細な汚れ成分が、該シリコンウェハー１４に再び付着する畏れがなくなる。なお、シリコンウェハー１４の洗浄に供された後に洗浄槽１０から流過した洗浄水は、フィルターその他の浄化手段に掛けることで、該洗浄水を該洗浄槽１０に循環的に再供給することは勿論必要に応じてなし得るものである。
【００２３】
（別実施例について）
図１〜図３の実施例に係る超音波洗浄装置では、Ｘ−Ｙ座標平面におけるＹ軸方向へのスライダ３０の動きは、一対のプーリ３８，４０およびタイミングベルト４２により与えられる機構になっていた。しかしこの機構は、前述したＸ軸方向への動きを与える機構と同様に、ボールネジによる駆動方式としてもよい。例えば図５および図６は、その別実施例を示すものであって、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の何れもボールネジで駆動されるようになっている。
【００２４】
すなわち図５は、Ｘ−Ｙ座標平面におけるＸ軸方向およびＹ軸方向への駆動機構の概略を示す平面図であり、図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。図５および図６において、Ｘ軸方向に延在する長尺のベース５２の上面には、一対の平行なガイドレール５４，５４が配設されて同じくＸ軸方向に延在している。これら両ガイドレール５４，５４の中間には長尺の雄ネジ軸（ボールネジ）５６が配設され、その両端部を前記ベース５２に固定した軸受５８，５８により回転自在に枢支されている。また前記ベース５２と平行に所定距離離間した位置に、サブガイドレール６０が配設されている。そして図６に示すように、前記ベース５２の上方で直交してＹ軸方向に延在するフレーム６２は、その一方の下面に設けたスライダ６４に搭載されて前記ガイドレール５４，５４に沿って移動自在となっている。また前記フレーム６２の他方の下面にもスライダ（図示せず）が設けられ、該スライダは前記サブガイドレール６０に搭載されて、該フレーム６２がＸ軸方向へ移動する際のＹ方向へのブレを防止している。なお前記雄ネジ軸５６は、その一端部がモータ６６に接続されると共に、前記フレーム６２の下部に設けた雌ネジ部６８に螺挿されている。従って前記モータ６６を駆動することで、前記フレーム６２は前記ベース５６の上方をＸ軸方向に前進または後退移動を行なう。
【００２５】
図５に示す如く前記フレーム６２には、前記超音波ヘッド１８を搭載したＹ方向移動自在なスライダ７０が配設されている。このスライダ７０をフレーム６２に対しＹ方向へ駆動する機構は、先に説明した前記フレーム６２をＸ方向へ駆動する機構と殆ど同一である。すなわち一対のガイドレール７２，７２が前記フレーム６２に配設され、両レール７２，７２の中間に雄ネジ軸（ボールネジ）７４が設けられている。この雄ネジ軸７４も、その両端側が軸受７６，７６により回転自在に枢支されると共に、スライダ７０の下面に設けた図示しない雌ネジ部に螺挿されている。また雄ネジ軸７４の一端部は、モータ７８に接続されている。従って前記モータ７８を正逆方向に駆動すれば、雄ネジ軸７４の回転作用下に前記スライダ７０は、前記フレーム６２の上方においてＹ方向へ進退移動させられる。
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明した如く、本発明に係る超音波洗浄装置によれば、例えば半導体のシリコンウェハーのように高い清浄度が要求される被洗浄物、その他フィルター等の被洗浄物を、洗浄槽中で均一かつ高い効率で洗浄することができ、しかも被洗浄物から除去された汚れが該被洗浄物に再び付着する畏れがない、等の有益な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る超音波洗浄装置の平面図である。
【図２】図１に示す超音波洗浄装置をＩＩ−ＩＩ線方向に切断した断面図である。
【図３】図１に示す超音波洗浄装置をＩＩＩ−ＩＩＩ線方向に切断した断面図である。
【図４】洗浄槽におけるＸ−Ｙ座標平面上を超音波振動子が移動するパターンの一例を示す概略説明図である。
【図５】Ｘ−Ｙ座標平面においてＸ軸方向およびＹ軸方向へ駆動する機構の概略平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【符号の説明】
１０　洗浄槽　　　　　　　　　　　１２　液体通過性支持体
１４　シリコンウェハー（被洗浄物）　１６　超音波振動子
１８　超音波ヘッド　　　　　　　　２０　第１ガイドレール
２２　第２ガイドレール　　　　　　２４　サドル（Ｘ方向への）
２６　車輪付き支持脚　　　　　　　２８　第３ガイドレール
３０　スライダ　　　　　　　　　　３２　雄ネジ軸（ボールネジ）
３４　雌ネジ部　　　　　　　　　　３６　サドル（Ｙ方向への）
３８　タイミングプーリ　　　　　　４０　タイミングプーリ
４２　タイミングベルト　　　　　　４４　モータ
４６　堰部　　　　　　　　　　　　４８　洗浄液供給部
５０洗浄液受部　　　　　　　　　　５２　ベース
５４　ガイドレール　　　　　　　　５６　雄ネジ軸（ボールネジ）
５８　軸受　　　　　　　　　　　　６０　サブガイドレール
６２　フレーム　　　　　　　　　　６４　スライダ
６６　モータ　　　　　　　　　　　６８　雌ネジ部
７０　スライダ　　　　　　　　　　７２　ガイドレール
７４　雄ネジ軸（ボールネジ）　　　　７６　軸受
７８　モータ

Claims (6)

1. 洗浄液に浸漬した多数の被洗浄物（１４）に超音波振動子（１６）からの超音波を照射して、該被洗浄物（１４）の洗浄を行なうようにした超音波洗浄装置において、
   前記多数の被洗浄物（１４）を洗浄槽（１０）におけるＸ−Ｙ座標平面上に配置すると共に、前記超音波振動子（１６）を前記被洗浄物（１４）の上方において所要のパターンでＸ−Ｙ座標平面上で移動させ、
   併せて前記洗浄槽（１０）に供給される洗浄液を常に流過させることで、前記被洗浄物（１４）の超音波洗浄を清浄な洗浄液中でなし得るよう構成した
   ことを特徴とする超音波洗浄装置。
2. 前記超音波振動子（１６）を前記Ｘ−Ｙ座標平面におけるＺ方向へ昇降自在に構成することで、該超音波振動子（１６）と前記被洗浄物（１４）との間隔距離を調節し得るようにした請求項１記載の超音波洗浄装置。
3. 前記洗浄槽（１０）に浸漬される多数の被洗浄物（１４）は、この洗浄槽（１０）のＸ−Ｙ座標平面に合致するよう配設した液体通過性支持体（１２）に支持される請求項１記載の超音波洗浄装置。
4. 前記液体通過性支持体（１２）に支持される多数の被洗浄物（１４）は、前記洗浄槽（１０）に流過状態で貯留される洗浄液に完全埋没状態で浸漬される請求項３記載の超音波洗浄装置。
5. 前記洗浄槽（１０）は、該洗浄槽（１０）に貯留される洗浄液の流過を許容する所要高さの堰部（４６）を一方の側に有すると共に、該洗浄槽（１０）における片方の側に該洗浄液を連続的に供給する洗浄液供給部（４８）を備える請求項１記載の超音波洗浄装置。
6. 前記洗浄液として水が使用され、この水は前記洗浄液供給部（４８）への到来前に純水化処理がなされている請求項５記載の超音波洗浄装置。

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