JP2009125645A - Ultrasonic washing device and ultrasonic washing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウェーハ等の被洗浄物を洗浄液に浸漬し、該洗浄液に超音波振動を付与して洗浄処理を行う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。 The present invention relates to an ultrasonic cleaning apparatus and an ultrasonic cleaning method for immersing an object to be cleaned such as a semiconductor wafer in a cleaning liquid and applying a ultrasonic vibration to the cleaning liquid to perform a cleaning process.
半導体素子を製造するにあたって、基板となる半導体シリコンウェーハ等を作製する各工程で、基板にパーティクル等が付着していると、基板面内で均一な処理が施せず、またそのような基板から間接的に相互汚染が引き起こされるため、ウェーハ製造の歩留まり低下の原因となる。そのため、通常基板を処理する前には洗浄装置にて基板を洗浄することによりパーティクル等を除去している。 In manufacturing a semiconductor element, if each substrate has particles or the like attached to it in each process of manufacturing a semiconductor silicon wafer or the like to be a substrate, uniform processing is not performed on the substrate surface, and indirect from such a substrate. In other words, cross-contamination is caused, resulting in a decrease in the yield of wafer manufacturing. Therefore, before processing a normal substrate, particles and the like are removed by cleaning the substrate with a cleaning device.
半導体基板、液晶ディスプレイ用ガラス基板等の精密基板を洗浄する洗浄装置には、大きく分けて、複数枚の基板を同時に処理するバッチ式と、1枚ずつ基板を処理する枚葉式の2種類がある。さらに、この2種類の装置において洗浄力を向上させるため、洗浄液に対して周波数が500kHz以上といった超音波振動を付与する超音波洗浄方法が採用されることもある(例えば、特許文献1〜3等参照)。 Cleaning devices for cleaning precision substrates such as semiconductor substrates and glass substrates for liquid crystal displays can be broadly divided into two types: batch processing that processes multiple substrates simultaneously and single wafer processing that processes substrates one by one. is there. Furthermore, in order to improve the cleaning power in these two types of apparatuses, an ultrasonic cleaning method that applies ultrasonic vibration with a frequency of 500 kHz or more to the cleaning liquid may be employed (for example, Patent Documents 1 to 3 and the like). reference).
バッチ式の超音波洗浄装置においては、槽タイプのものが主流である。この槽タイプの超音波洗浄装置は、例えば洗浄液を満たした洗浄槽に基板を浸漬し、槽の底部に設けられた圧電振動子から洗浄槽内に超音波振動を付与することで被洗浄物を洗浄することができる。圧電振動子に高周波電圧を印加すると、その圧電振動子に固有の超音波振動が発生する。超音波振動が洗浄槽内の洗浄液に伝播することで洗浄液中にキャビテーションが発生し、このキャビテーションによってより洗浄力が増した洗浄処理をすることができる。尚、超音波による洗浄作用は、キャビテーションのほか、粒子加速度、直進流、ケミカル作用による洗浄作用等がある。 In the batch type ultrasonic cleaning apparatus, the tank type is the mainstream. In this tank type ultrasonic cleaning apparatus, for example, a substrate is immersed in a cleaning tank filled with a cleaning liquid, and ultrasonic vibration is applied to the cleaning tank from a piezoelectric vibrator provided at the bottom of the tank, thereby cleaning an object to be cleaned. Can be washed. When a high frequency voltage is applied to the piezoelectric vibrator, ultrasonic vibration unique to the piezoelectric vibrator is generated. The ultrasonic vibration propagates to the cleaning liquid in the cleaning tank, so that cavitation occurs in the cleaning liquid, and the cleaning process with higher cleaning power can be performed by this cavitation. In addition to the cavitation, the ultrasonic cleaning action includes a particle acceleration, a straight flow, and a chemical action cleaning action.
このような槽タイプの超音波洗浄装置では、近年のウェーハの大直径化に伴い、洗浄槽の大型化が進んでいる。大容量の洗浄槽に収容された洗浄液に超音波振動を印加する際には、多くの振動素子を数枚から数十枚単位で輻射板に接合して対応していた。しかし、圧電振動素子と圧電振動素子の継目における音圧低下や、個々の圧電振動素子自身が持つベンディングモード等により面内の音圧ムラ等が発生していた。そのため、洗浄槽全体の音圧が不均一な状態となり、洗浄ムラが発生するという問題があった。また、音波の高周波数化が進んでいるため、超音波洗浄装置における音場(振動)の均一化が難しくなってきた。 In such a tank-type ultrasonic cleaning apparatus, the size of the cleaning tank is increasing with the recent increase in diameter of wafers. When applying ultrasonic vibration to the cleaning liquid stored in a large-capacity cleaning tank, many vibration elements are bonded to the radiation plate in units of several to several tens of sheets. However, in-plane sound pressure unevenness has occurred due to a decrease in sound pressure at the joint between the piezoelectric vibration elements and the bending mode of each piezoelectric vibration element itself. For this reason, there is a problem that the sound pressure of the entire cleaning tank becomes non-uniform and uneven cleaning occurs. In addition, since the frequency of sound waves is increasing, it is difficult to make the sound field (vibration) uniform in the ultrasonic cleaning apparatus.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、槽タイプの洗浄装置において、振動子固有のベンディングモード等の特性に左右されず、また、複数枚の振動素子を振動子として洗浄槽に取付けた場合であっても、被洗浄面内での洗浄ムラを抑制できる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する。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is not influenced by characteristics such as a bending mode unique to a vibrator in a tank-type cleaning apparatus, and a plurality of vibration elements. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic cleaning apparatus and an ultrasonic cleaning method capable of suppressing uneven cleaning within a surface to be cleaned even when the is attached to a cleaning tank as a vibrator.
上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも、被洗浄物を洗浄するための洗浄液で満たされる洗浄槽と、前記洗浄液に超音波振動を伝播させる複数個の振動子と、該振動子に高周波電圧を印加する超音波発振器とを具備し、前記被洗浄物を前記洗浄液に浸漬して超音波洗浄をする超音波洗浄装置において、
前記複数個の振動子のうち、少なくとも1個の振動子の周波数を掃引させることにより、前記洗浄液内で発生したキャビテーション領域を移動させて前記被洗浄物を洗浄するものであることを特徴とする超音波洗浄装置を提供する(請求項1)。
In order to achieve the above object, the present invention provides at least a cleaning tank filled with a cleaning liquid for cleaning an object to be cleaned, a plurality of vibrators for propagating ultrasonic vibrations in the cleaning liquid, and a high frequency for the vibrator. In an ultrasonic cleaning apparatus comprising an ultrasonic oscillator for applying a voltage and performing ultrasonic cleaning by immersing the object to be cleaned in the cleaning liquid,
The object to be cleaned is cleaned by moving a cavitation region generated in the cleaning liquid by sweeping a frequency of at least one of the plurality of oscillators. An ultrasonic cleaning apparatus is provided (claim 1).
また、本発明は、洗浄槽に満たされた洗浄液に被洗浄物を浸漬し、前記洗浄槽に配置された複数個の振動子に超音波発振器から高周波電圧を印加して前記洗浄液に超音波振動を伝播させ、前記洗浄液内にキャビテーションを発生させることにより前記被洗浄物を超音波洗浄する方法において、
前記キャビテーションを発生させる際、前記複数個の振動子のうち、少なくとも1個の振動子の周波数を掃引することにより、前記洗浄液内で発生したキャビテーション領域を移動させて前記被洗浄物を洗浄することを特徴とする超音波洗浄方法を提供する(請求項5)。
Further, the present invention provides an ultrasonic vibration to the cleaning liquid by immersing an object to be cleaned in a cleaning liquid filled in the cleaning tank and applying a high frequency voltage from an ultrasonic oscillator to a plurality of vibrators arranged in the cleaning tank. In the method of ultrasonically cleaning the object to be cleaned by propagating cavitation in the cleaning liquid,
When the cavitation is generated, the object to be cleaned is cleaned by moving the cavitation region generated in the cleaning liquid by sweeping the frequency of at least one of the plurality of vibrators. An ultrasonic cleaning method is provided (claim 5).
このように、本発明のいわゆる槽タイプの超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法は、複数個の振動子のうち、少なくとも1個の振動子の周波数を掃引することにより、洗浄液内で発生したキャビテーション領域を移動させるため、被洗浄物に対し該被洗浄面内で均一にキャビテーションによる洗浄効果を付与することができ、洗浄ムラを抑制することができる。 Thus, the so-called tank-type ultrasonic cleaning apparatus and ultrasonic cleaning method of the present invention sweeps the frequency of at least one of a plurality of vibrators to generate cavitation generated in the cleaning liquid. Since the region is moved, a cleaning effect by cavitation can be uniformly imparted to the object to be cleaned within the surface to be cleaned, and cleaning unevenness can be suppressed.
この場合、前記複数個の振動子は、その振動面が前記被洗浄物の被洗浄面と直交するように前記洗浄槽に配置されたものであることが好ましく(請求項2)、前記複数個の振動子は、その振動面が前記被洗浄物の被洗浄面と直交するように前記洗浄槽に配置されることが好ましい(請求項6)。 In this case, it is preferable that the plurality of vibrators are arranged in the cleaning tank so that their vibration surfaces are orthogonal to the surface to be cleaned of the object to be cleaned (Claim 2). It is preferable that the vibrator is arranged in the cleaning tank so that the vibration surface thereof is orthogonal to the surface to be cleaned of the object to be cleaned.
このように、複数個の振動子の振動面と被洗浄物の被洗浄面とが直交するように複数個の振動子を洗浄槽に配置することにより、洗浄液に伝播した振動面と被洗浄物の被洗浄面が平行にならず、洗浄液に伝播した振動が被洗浄面に衝突することを防止できるので、伝播した超音波振動によって発生したキャビテーションが、洗浄槽内で移動し易くなる。 In this way, by arranging the plurality of vibrators in the cleaning tank so that the vibration surfaces of the plurality of vibrators and the surfaces to be cleaned are orthogonal to each other, the vibration surfaces propagated to the cleaning liquid and the objects to be cleaned are arranged. Since the surfaces to be cleaned are not parallel to each other and the vibration propagated to the cleaning liquid can be prevented from colliding with the surface to be cleaned, the cavitation generated by the propagated ultrasonic vibration is easily moved in the cleaning tank.
また本発明は、前記複数個の振動子は、少なくとも周波数を固定できる第1の振動子と、周波数の掃引できる第2の振動子を含むものであることが好ましく(請求項3)、前記複数個の振動子は、少なくとも第1と第2の振動子を含み、前記キャビテーションを発生させる際、前記第1の振動子の周波数を固定し、前記第2の振動子の周波数を掃引することが好ましい(請求項7)。 In the present invention, it is preferable that the plurality of vibrators include at least a first vibrator capable of fixing a frequency and a second vibrator capable of sweeping the frequency (Claim 3). Preferably, the vibrator includes at least a first vibrator and a second vibrator, and when the cavitation is generated, the frequency of the first vibrator is fixed and the frequency of the second vibrator is swept ( Claim 7).
このように、複数個の振動子は、周波数を固定できる第1の振動子と、周波数の掃引できる第2の振動子を含むものであり、キャビテーションを発生させる際、第1の振動子の周波数を固定し、第2の振動子の周波数を掃引すれば、第2の振動子の周波数の操作だけでキャビテーションの発生領域を簡単に制御できる。 As described above, the plurality of vibrators include the first vibrator capable of fixing the frequency and the second vibrator capable of sweeping the frequency, and the frequency of the first vibrator when the cavitation is generated. Is fixed and the frequency of the second vibrator is swept, the cavitation generation region can be easily controlled only by operating the frequency of the second vibrator.
この場合、前記複数個の振動子は、前記第2の振動子と前記洗浄槽を挟んで対向配置され且つ周波数を掃引できる第3の振動子を含むものであり、前記第2と第3の振動子は、それぞれの周波数の掃引を所定周期で交互に行うものとすることができ(請求項4)、さらに、前記複数個の振動子は、前記第2の振動子と前記洗浄槽を挟んで対向配置され且つ周波数を掃引できる第3の振動子を含み、前記キャビテーションを発生させる際、前記第2と第3の振動子の周波数を所定周期で交互に掃引することが好ましい(請求項8)。 In this case, the plurality of vibrators include a third vibrator that is disposed opposite to the second vibrator with the cleaning tank interposed therebetween and that can sweep the frequency, and the second and third vibrators. The vibrators can alternately sweep each frequency at a predetermined cycle (Claim 4), and the plurality of vibrators sandwich the second vibrator and the cleaning tank. It is preferable that when the cavitation is generated, the frequencies of the second and third vibrators are alternately swept in a predetermined cycle when the cavitation is generated. ).
このように、洗浄槽を挟んで対向配置され、周波数が掃引される2個の振動子により、所定周期で交互に周波数の掃引を行えば、さらに洗浄液の広い範囲にキャビテーションを移動させることができ、効率的、効果的に被洗浄物を洗浄することができる。 As described above, if the frequency is alternately swept at a predetermined cycle by the two vibrators arranged opposite to each other with the frequency being swept, the cavitation can be moved to a wider range of the cleaning liquid. The object to be cleaned can be efficiently and effectively cleaned.
本発明の超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法であれば、槽タイプの洗浄装置において、振動子固有のベンディングモード等の特性に左右されず、また、複数枚の振動素子を振動子として洗浄槽に取付けた場合であっても、被洗浄面内での洗浄ムラを抑制することができる。 In the ultrasonic cleaning apparatus and the ultrasonic cleaning method of the present invention, in the tank type cleaning apparatus, the cleaning tank is not affected by the characteristics such as the bending mode unique to the vibrator, and a plurality of vibration elements are used as the vibrator. Even if it is attached to the cleaning surface, uneven cleaning within the surface to be cleaned can be suppressed.
従来、超音波洗浄においては、圧電振動子の持つベンディングモード等により面内の音圧ムラや面積の大きい一面に取付けた圧電振動素子と圧電振動素子の継目における音圧低下等により、洗浄槽全体の音圧が不均一な状態となり、洗浄ムラの要因となってしまうことが懸念された。この対策として本発明者等は、均一な音波を発生できるコンポジット振動子等の均一音波振動子を使用していたが、槽内に均一な音波を発生させた場合、洗浄の主要因であるキャビテーションが発生しにくくなるという問題が起きてしまった。
圧電振動子では、圧電振動子の持つベンディングモード等により、槽内において音波が集束する部分が生まれ、その部分にエネルギーが集中し、キャビテーションが発生し易い状況となる。しかし、均一音波振動子では、音波が集束するような部分ができにくくなり、キャビテーションが発生しづらい状況となる。
Conventionally, in ultrasonic cleaning, the entire cleaning tank is caused by the sound pressure unevenness in the surface due to the bending mode etc. of the piezoelectric vibrator, the sound pressure drop at the joint of the piezoelectric vibration element and the piezoelectric vibration element attached to one surface with a large area, etc. There was a concern that the sound pressure of the water would become uneven, causing cleaning unevenness. As a countermeasure against this, the present inventors used a uniform acoustic transducer such as a composite transducer that can generate uniform acoustic waves. However, when uniform acoustic waves are generated in the tank, cavitation, which is a main factor in cleaning, is used. The problem of becoming difficult to occur has occurred.
In the piezoelectric vibrator, due to the bending mode or the like of the piezoelectric vibrator, a portion where the sound wave is focused in the tank is created, energy is concentrated on the portion, and cavitation is likely to occur. However, in the uniform sound wave vibrator, it becomes difficult to form a portion where the sound wave is focused, and cavitation is difficult to occur.
そこで、本発明者等はこのような問題を解決すべく鋭意研究を重ねた。例えば、洗浄槽の底面に振動子を取付け、洗浄槽の側面1面に同様の振動子を設けて、側面からも超音波を発生させる。そして、底面からの超音波と側面からの超音波により、洗浄槽内で音波が干渉し、キャビテーションが発生し易い場所ができる。しかし、これでは局所的にキャビテーションが発生するのみで、洗浄ムラとなるため、例えば一方の振動子の周波数を固定し、もう一方の振動子の周波数を一定の範囲でスイープ(掃引)することで、キャビテーションが発生し易い場所をワイパーのように移動させる。この現象を利用することでシリコンウェーハ等の面を均一に洗浄することが可能となることに想到し、本発明を完成させた。 Therefore, the present inventors have conducted intensive research to solve such problems. For example, a vibrator is attached to the bottom surface of the cleaning tank, and a similar vibrator is provided on one side surface of the cleaning tank to generate ultrasonic waves from the side surface. Then, the ultrasonic wave from the bottom surface and the ultrasonic wave from the side surface interfere with each other in the cleaning tank, and a place where cavitation is likely to occur is formed. However, this only causes local cavitation, resulting in uneven cleaning. For example, by fixing the frequency of one vibrator and sweeping (sweeping) the frequency of the other vibrator within a certain range. Then, a place where cavitation is likely to occur is moved like a wiper. The inventors have conceived that the surface of a silicon wafer or the like can be cleaned uniformly by utilizing this phenomenon, and the present invention has been completed.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、本発明に係る超音波洗浄装置の第1実施形態について図1を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る超音波洗浄装置の第1実施形態を示す図である。
本発明の超音波洗浄装置10は、被洗浄物Wを洗浄液4に浸漬して超音波洗浄をするものであり、洗浄槽15と、2個の振動子11、12と、2個の超音波発振器16、17とを具備する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
First, a first embodiment of an ultrasonic cleaning apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an ultrasonic cleaning apparatus according to the present invention.
The
洗浄槽15は、被洗浄物、例えば基板Wを洗浄するための洗浄液4で満たされるものである。洗浄槽15は、振動子の超音波振動を洗浄液4に伝播させるための輻射板19a、19bを具備しており、2個の振動子つまり、第1の振動子11、第2の振動子12は、それぞれに輻射板19a、19bに接合される。また、第1の振動子11、第2の振動子12は、それぞれ第1の超音波発振器16、第2の超音波発振器17により高周波電圧を印加されて駆動する。これにより、洗浄液4には、第1の振動子11及び第2の振動子12により超音波振動が伝播される。
このとき、2個の振動子のうち、第2の振動子12は、周波数を掃引させることができるものであり、第2の振動子12の周波数を掃引させることにより、洗浄液4内で発生したキャビテーション領域を移動させ基板Wを洗浄する。
The
At this time, of the two vibrators, the
第1の振動子11の取付け位置としては、例えば、図1のように、洗浄槽15の底面部に取り付け、第2の振動子12の取付け位置は、洗浄槽15の左側面部に取り付ける。しかし、この振動子の配置は適宜変更が可能である。この振動子の配置については、例えば以下に説明する第2実施形態、第3実施形態のような配置とすることもできる。
For example, as illustrated in FIG. 1, the
このように、本発明のいわゆる槽タイプの超音波洗浄装置10では、2個の振動子のうち、少なくとも1個の振動子の周波数を掃引することにより、洗浄液内で発生したキャビテーション領域を移動させるため、被洗浄物に対し該被洗浄面内で均一にキャビテーションによる洗浄効果を付与することができ、洗浄ムラを抑制することができる。
Thus, in the so-called tank-type
従って、従来の槽タイプの洗浄装置において、振動子として圧電振動子を使用した場合、振動子固有のベンディングモードによりキャビテーションが局在し洗浄ムラができるという問題があったが、本発明の超音波洗浄装置では、意図的にキャビテーションを局所的に発生させて移動させることができるため、洗浄ムラの問題が解消される。その上、本発明において、大きい洗浄槽を使用し、複数枚の振動素子を1個の振動子として洗浄槽の具備する1枚の輻射板に取付けたとしても、洗浄槽全体の音圧が不均一な状態となるが、意図的にキャビテーションを局所的に発生させて移動させることができるため、被洗浄物の洗浄ムラを抑制することができる。
また、従来、音圧均一化を目的とし、振動子として1枚の均一音波振動子を使用した場合、音波が集束するような部分ができにくくなってキャビテーションが発生しづらい状況となるという問題があったが、本発明において、振動子として均一音波振動子を使用しても、複数枚の振動子による振動を干渉させるため、キャビテーションが発生し易くなる。
Therefore, in the conventional tank type cleaning apparatus, when a piezoelectric vibrator is used as a vibrator, there is a problem that cavitation is localized due to the bending mode unique to the vibrator, and cleaning unevenness occurs. In the cleaning apparatus, since the cavitation can be intentionally generated and moved locally, the problem of uneven cleaning is solved. In addition, in the present invention, even if a large cleaning tank is used and a plurality of vibrating elements are attached as a single vibrator to a single radiation plate provided in the cleaning tank, the sound pressure of the entire cleaning tank is low. Although it is in a uniform state, cavitation can be intentionally generated locally and moved, so that uneven cleaning of the object to be cleaned can be suppressed.
Further, conventionally, when a single uniform sound wave vibrator is used as a vibrator for the purpose of uniform sound pressure, there is a problem that it becomes difficult to generate a portion where the sound wave is focused and cavitation is difficult to occur. However, in the present invention, even if a uniform sound wave vibrator is used as the vibrator, vibrations caused by a plurality of vibrators interfere with each other, so that cavitation is likely to occur.
一方、本発明において、第1、第2の振動子11、12が接合される輻射板19a、19bの材質は、ステンレス、タンタル、石英等の材質が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではなく、被洗浄物である基板Wの種類に合わせて適宜選択することができる。例えば、被洗浄物がシリコンウェーハの場合は、少なくとも洗浄液と接触する輻射板の表面の材質が石英であれば、輻射板による金属汚染を防止することができるのでより好適である。
On the other hand, in the present invention, materials of the radiation plates 19a and 19b to which the first and
また、2個の振動子11、12は、図1のように、その振動面が基板Wの被洗浄面と直交するように洗浄槽15に配置されたものであることが好ましい。
このように、2個の振動子11、12の振動面それぞれが基板Wの被洗浄面と直交するように2個の振動子を洗浄槽15に配置することにより、洗浄液4に伝播した振動面と基板Wの被洗浄面が平行にならない。そのため、洗浄液4に伝播した振動が被洗浄面に衝突することを防止できるので、伝播した超音波振動によって発生したキャビテーションが、洗浄槽内で移動し易くなる。
さらに、洗浄液4に伝播した超音波振動が直接基板Wの被洗浄面に衝突することを抑制できるため、特にダメージを受け易いシリコンウェーハに対して、被洗浄面へのダメージの発生を緩和することができる。
Moreover, it is preferable that the two
As described above, the two
Furthermore, since the ultrasonic vibration propagated to the cleaning
第1実施形態においては、第1の振動子11と第2の振動子12は、少なくとも一方が周波数掃引可能であればよいが、両方の振動子において周波数掃引が制御できる振動子であってもよい。
特に、本発明では、複数個の振動子のうち、第1の振動子11が周波数を固定できるものであり、第2の振動子12が周波数の掃引できるものとすることができる。
In the first embodiment, it is sufficient that at least one of the
In particular, in the present invention, among the plurality of vibrators, the
このように、2個の振動子11、12は、周波数を固定できる第1の振動子11と、周波数の掃引できる第2の振動子12を含むものであることにより、キャビテーションを発生させる際、第1の振動子の周波数を固定し、第2の振動子の周波数を掃引すれば、第2の振動子の周波数の操作だけでキャビテーションの発生領域を簡単に制御できる。特に、MHz単位の高周波で振動子を駆動する場合、微妙な周波数の違いであってもキャビテーションの発生領域は大きく移動するため、1個の振動子の周波数を固定することにより、周波数を掃引させる振動子の周波数調整が簡単となる。
As described above, since the two
次に、本発明の超音波洗浄装置の第2実施形態について図2を参照しながら説明する。
図2は、本発明に係る超音波洗浄装置の第2実施形態を示す図である。
この形態は、第1実施形態とは、特に振動子の個数、配置の点で異なる。
本発明の第2実施形態である超音波洗浄装置20は、基板Wを洗浄液4に浸漬して超音波洗浄をするものであり、洗浄槽25と、3個の振動子21、22、23と、3個の超音波発振器26、27、28とを具備する。
Next, a second embodiment of the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the ultrasonic cleaning apparatus according to the present invention.
This form differs from the first embodiment particularly in the number and arrangement of vibrators.
The
洗浄槽25は、洗浄液4で満たされるものであり、振動子の超音波振動を洗浄液4に伝播させるための輻射板29a、29b、29cを具備する。3個の振動子つまり、第1の振動子21、第2の振動子22、第3の振動子23は、それぞれ輻射板29a、29b、29cに接合される。また、第1、第2、第3の振動子21、22、23は、それぞれ第1の超音波発振器26、第2の超音波発振器27、第3の超音波発振器28により高周波電圧を印加されて駆動する。これにより、3個の振動子21、22、23により洗浄液4に超音波振動が伝播する。
The
3個の振動子21、22、23については、第1の振動子21は周波数の固定できるものであり、第2の振動子22、第3の振動子23は周波数の掃引できるものである。また、その配置は図2のようにすることが好ましい。
つまり、周波数の固定できる第1の振動子21は、洗浄槽25の底面に配置される。周波数の掃引できる第2の振動子22は、図2でいう洗浄槽25の左側面に配置される。そして、周波数を掃引できる第3の振動子23は、第2の振動子22と洗浄槽25を挟んで対向配置される。
Regarding the three
That is, the
さらに、図2のように3個の振動子が洗浄槽の周辺に配置されるよう、それぞれの輻射板に接合された場合、第2の振動子22と、第3の振動子23は、周波数の掃引を所定周期で交互に行うものであることが好ましい。
このように、洗浄槽25を挟んで第2の振動子22と第3の振動子23が対向配置され、周波数の掃引が所定周期で交互に行うことができれば、さらに洗浄液4の広い範囲においてキャビテーションを移動させることができ、効率的、効果的に被洗浄物を洗浄することができる超音波洗浄装置となる。
Further, when the three vibrators are joined to the respective radiation plates so that the three vibrators are arranged around the cleaning tank as shown in FIG. 2, the
As described above, if the
尚、このとき、被洗浄物である基板Wの被洗浄面と3個の振動子の振動主面とが、図2のように、直交しているとより好適である。このように、基板の被洗浄面に対して振動の伝播方向が平行であれば、伝播した超音波振動によって発生したキャビテーションが、洗浄槽内で移動し易くなる上に、洗浄液4に伝播した超音波振動が直接基板Wの被洗浄面に衝突することを抑制できる。そのため、特にダメージを受け易いシリコンウェーハに対して、被洗浄面へのダメージの発生を緩和することができる上に、被洗浄面を均一に洗浄することができる。 At this time, it is more preferable that the surface to be cleaned of the substrate W, which is the object to be cleaned, and the vibration main surfaces of the three vibrators are orthogonal to each other as shown in FIG. Thus, if the propagation direction of the vibration is parallel to the surface to be cleaned of the substrate, the cavitation generated by the transmitted ultrasonic vibration is easy to move in the cleaning tank, and the It is possible to suppress the acoustic vibration from directly colliding with the surface to be cleaned of the substrate W. For this reason, it is possible to alleviate the occurrence of damage to the surface to be cleaned, and to clean the surface to be cleaned uniformly, particularly for a silicon wafer that is easily damaged.
次に、本発明の超音波洗浄装置の第3実施形態について図3を参照しながら説明する。
図3は、本発明に係る超音波洗浄装置の第3実施形態を示す図である。
この形態は、第2実施形態とは、特に振動子の配置の点で異なる。
本発明の第3実施形態である超音波洗浄装置30は、基板Wを洗浄液4に浸漬して超音波洗浄をするものであり、洗浄槽35と、3個の振動子31、32、33と、3個の超音波発振器36、37、38とを具備する。
Next, a third embodiment of the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the ultrasonic cleaning apparatus according to the present invention.
This form differs from the second embodiment particularly in the arrangement of the vibrators.
The
3個の振動子31、32、33については、第1の振動子31は周波数の固定できるものであり、第2の振動子32、第3の振動子33は周波数の掃引できるものである。また、その配置は図3のようにすることができる。
つまり、周波数の固定できる第1の振動子31は、洗浄槽35の上面、すなわち洗浄液4に浮かせるように配置する。周波数の掃引できる第2の振動子32は、図3でいう洗浄槽35の左側面に配置する。そして、周波数を掃引できる第3の振動子33は、第2の振動子32と洗浄槽35を挟んで対向配置することができる。
Of the three
That is, the
このとき、第3の実施形態のように3個の振動子が洗浄槽の周辺に配置されるよう、それぞれの輻射板に接合された場合、第2の振動子32と、第3の振動子33は、周波数の掃引を所定周期で交互に行うものであることが好ましい。
このように、洗浄槽35を挟んで第2の振動子32と第3の振動子33が対向配置され、周波数の掃引が所定周期で交互に行うことができれば、さらに洗浄液4の広い範囲においてキャビテーションを移動させることができ、効率的、効果的に被洗浄物を洗浄することができる超音波洗浄装置となる。
At this time, when the three vibrators are joined to the respective radiation plates so as to be arranged around the cleaning tank as in the third embodiment, the
As described above, if the
尚、第2の実施形態と同様に、被洗浄物である基板Wの被洗浄面と3個の振動子の振動主面とが、図3のように、直交しているとより好適である。このように、基板の被洗浄面に対して振動の伝播方向が平行であれば、伝播した超音波振動によって発生したキャビテーションが、洗浄槽内で移動し易くなる上に、洗浄液4に伝播した超音波振動が直接基板Wの被洗浄面に衝突することを抑制できる。そのため、特にダメージを受け易いシリコンウェーハに対して、被洗浄面へのダメージの発生を緩和することができる上に、被洗浄面を均一に洗浄することができる。 As in the second embodiment, it is more preferable that the surface to be cleaned of the substrate W, which is the object to be cleaned, and the vibration main surfaces of the three vibrators are orthogonal to each other as shown in FIG. . Thus, if the propagation direction of the vibration is parallel to the surface to be cleaned of the substrate, the cavitation generated by the transmitted ultrasonic vibration is easy to move in the cleaning tank, and the It is possible to suppress the acoustic vibration from directly colliding with the surface to be cleaned of the substrate W. For this reason, it is possible to alleviate the occurrence of damage to the surface to be cleaned, and to clean the surface to be cleaned uniformly, particularly for a silicon wafer that is easily damaged.
以上の実施形態の例のように、本発明の超音波洗浄装置において、使用する振動子は、複数の振動子のうち、少なくとも1個の振動子の周波数を掃引させることにより、洗浄液内で発生したキャビテーション領域を移動させることができるものであれば良く、固有のベンディングモードを有する圧電振動子であっても、均一音波振動子を使用しても、特に限定されない。 As in the example of the above embodiment, in the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention, the vibrator to be used is generated in the cleaning liquid by sweeping the frequency of at least one of the vibrators. There is no particular limitation even if it is a piezoelectric vibrator having a unique bending mode or a uniform acoustic wave vibrator.
また、振動子の配置、材質についても特に限定されない。第1の実施形態では、2個の振動子を洗浄槽15の底面と左側面に取付けたが、2個の振動子を洗浄槽を挟んで対向配置してもよい。その他、上面+右側面等であってもよい。
さらに、洗浄槽の形状として直方体の場合で説明したが、円柱形状であっても良く、これも特に限定されない。例えば、洗浄槽の底面をV字形状とし、そのV字底面に2個の振動子をそれぞれ配置することができる。
尚、本発明において、振動子の「振動面」とは、振動子の中心での振動方向に対して垂直な面を意味しており、通常に使用される圧電振動子では、輻射板等に接合される側の面のことである。
Further, the arrangement and material of the vibrator are not particularly limited. In the first embodiment, the two vibrators are attached to the bottom surface and the left side surface of the
Furthermore, although the case of a rectangular parallelepiped was demonstrated as a shape of a washing tank, a cylindrical shape may be sufficient and this is not specifically limited, either. For example, the bottom surface of the cleaning tank can be V-shaped, and two vibrators can be arranged on the V-shaped bottom surface.
In the present invention, the “vibration plane” of the vibrator means a plane perpendicular to the vibration direction at the center of the vibrator, and in a normally used piezoelectric vibrator, a radiation plate or the like is used. It is the surface to be joined.
上記第1の実施形態で説明した本発明の超音波洗浄装置10を使用して、被洗浄物である基板Wを洗浄する方法について図1を参照しながら説明する。
まず、超音波洗浄装置10の具備する洗浄槽15に洗浄液4を収容する。このとき、入れる洗浄液4としては、洗浄目的、洗浄対象物に応じて適宜選択できるが、例えば、純水や、濃度管理された溶存N2水、又は溶存CO2水といった機能水、薬液等を使用することができる。
特に、洗浄液として、機能水を使用すれば、キャビテーションが発生し易くなり、より高い洗浄効果が期待できる。
A method of cleaning the substrate W, which is an object to be cleaned, using the
First, the cleaning
In particular, if functional water is used as the cleaning liquid, cavitation is likely to occur, and a higher cleaning effect can be expected.
次に、ウェーハキャリヤ(不図示)に平行に縦列された複数枚の基板Wを洗浄液4に浸漬する。続いて、洗浄槽15に配置された2個の振動子11、12に2個の超音波発振器16、17から高周波電圧を印加して輻射板19a、19bを介して洗浄液4に超音波振動を伝播させ、洗浄液4内にキャビテーションを発生させる。
キャビテーションを発生させる際、2個の振動子11、12のうち、第2の振動子12の周波数を掃引することにより、洗浄液4内で発生したキャビテーション領域を移動させる。
Next, a plurality of substrates W arranged in parallel to a wafer carrier (not shown) are immersed in the cleaning
When the cavitation is generated, the cavitation region generated in the cleaning
このように、本発明のいわゆる槽タイプの超音波洗浄装置10では、2個の振動子のうち、少なくとも1個の振動子の周波数を掃引することにより、洗浄液内で発生したキャビテーション領域を移動させるため、被洗浄物に対し該被洗浄面内で均一にキャビテーションによる洗浄効果を付与することができ、洗浄ムラを抑制することができる。
Thus, in the so-called tank-type
従って、キャビテーションが局在し洗浄ムラができるという問題に対し、本発明の超音波洗浄方法では、意図的にキャビテーションを局所的に発生させて移動させるため、洗浄ムラの問題が解消される。その上、本発明において、大きい洗浄槽を使用し、複数枚の振動素子を1個の振動子として洗浄槽の具備する1枚の輻射板に取付けたとしても、洗浄槽全体の音圧が不均一な状態となるが、意図的にキャビテーションを局所的に発生させて移動させるため、被洗浄物の洗浄ムラを抑制することができる。 Accordingly, in contrast to the problem that cavitation is localized and cleaning unevenness is generated, the ultrasonic cleaning method of the present invention intentionally generates and moves cavitation locally, thereby eliminating the problem of cleaning unevenness. In addition, in the present invention, even if a large cleaning tank is used and a plurality of vibrating elements are attached as a single vibrator to a single radiation plate provided in the cleaning tank, the sound pressure of the entire cleaning tank is low. Although it is in a uniform state, since cavitation is intentionally generated and moved locally, cleaning unevenness of the object to be cleaned can be suppressed.
また、図1のように、2個の振動子11、12の振動面が基板Wの被洗浄面と直交するように洗浄槽4に配置されているので、洗浄液4に伝播した振動面と基板Wの被洗浄面が平行にならない。そのため、洗浄液4に伝播した振動が被洗浄面に衝突することを防止できるので、伝播した超音波振動によって発生したキャビテーションが、洗浄槽内で移動し易くなる。従って、面内で均一な洗浄が可能となる。
さらに、洗浄液4に伝播した超音波振動が直接基板Wの被洗浄面に衝突することを抑制できるため、特にダメージを受け易いシリコンウェーハに対して、被洗浄面へのダメージを緩和することができる。
Further, as shown in FIG. 1, since the vibration surfaces of the two
Furthermore, since the ultrasonic vibration propagated to the cleaning
本発明では、第1の振動子11と第2の振動子12は、少なくとも一方において周波数掃引を行えばよいが、両方の振動子において周波数の掃引を制御してもよい。
特に、複数個の振動子のうち、例えば第1の振動子11の周波数を約730kHz程度に固定し、第2の振動子12の周波数を約729〜731kHz(730±1kHz)で掃引することが好ましい。
In the present invention, the
In particular, among the plurality of vibrators, for example, the frequency of the
このように、キャビテーションを発生させる際、第1の振動子の周波数を固定し、第2の振動子の周波数を掃引すれば、第2の振動子の周波数の操作だけでキャビテーションの発生領域を簡単に制御できる。特に、MHz単位の高周波で振動子を駆動する場合、微妙な周波数の違いであってもキャビテーションの発生領域は大きく移動するため、1個の振動子の周波数を固定することにより、周波数を掃引させる振動子の周波数調整が簡単となる。 Thus, when the cavitation is generated, if the frequency of the first vibrator is fixed and the frequency of the second vibrator is swept, the cavitation generation region can be simplified simply by operating the frequency of the second vibrator. Can be controlled. In particular, when a vibrator is driven at a high frequency in MHz, the cavitation generation region moves greatly even if there is a subtle difference in frequency, so that the frequency is swept by fixing the frequency of one vibrator. The frequency adjustment of the vibrator becomes easy.
次に、本発明の第2実施形態の超音波洗浄装置20を使用して、被洗浄物である基板Wを洗浄する方法を説明する。
まず、超音波洗浄装置20の具備する洗浄槽25に洗浄液4を収容する。このとき、入れる洗浄液4としては、前述のように、例えば純水や、濃度管理された溶存N2水、又は溶存CO2水といった機能水、薬液等を使用することができる。
特に、洗浄液として、機能水を使用すれば、キャビテーションが発生し易くなり、より高い洗浄効果が期待できる。
Next, a method for cleaning the substrate W as an object to be cleaned using the
First, the cleaning
In particular, if functional water is used as the cleaning liquid, cavitation is likely to occur, and a higher cleaning effect can be expected.
次に、ウェーハキャリヤ(不図示)に平行に縦列された複数枚の基板Wを洗浄液4に浸漬する。続いて、洗浄槽25に配置された3個の振動子21、22、23に3個の超音波発振器26、27、28から高周波電圧を印加して輻射板29a、29b、29cを介して洗浄液4に超音波振動を伝播させ、洗浄液4内にキャビテーションを発生させる。
キャビテーションを発生させる際、3個の振動子21、22、23のうち、第1の振動子21の周波数を例えば約730kHzに固定し、洗浄槽4を挟んで対向配置された第2、第3の振動子22、23の周波数を所定周期、例えば5秒間隔で交互に掃引することにより、洗浄液4内で発生したキャビテーション領域をそれぞれ交互に移動させる。このとき、周波数掃引は約729〜731kHzの間で行うことができる。
Next, a plurality of substrates W arranged in parallel to a wafer carrier (not shown) are immersed in the cleaning
When generating cavitation, the frequency of the
このように、洗浄槽25を挟んで第2の振動子22と第3の振動子23が対向配置され、周波数の掃引を所定周期で交互に行えば、さらに洗浄液4の広い範囲においてキャビテーションを移動させることができ、効率的、効果的に被洗浄物を洗浄することができる。
As described above, the
尚、このとき、被洗浄物である基板Wの被洗浄面と3個の振動子の振動主面とが、図2のように、直交しているとより好適である。このように、基板の被洗浄面に対して振動の伝播方向が平行であれば、伝播した超音波振動によって発生したキャビテーションが、洗浄槽内で移動し易くなり、被洗浄物の均一な洗浄ができる。その上、洗浄液4に伝播した超音波振動が直接基板Wの被洗浄面に衝突することを抑制できる。そのため、特にダメージを受け易いシリコンウェーハに対して、被洗浄面へのダメージの発生を緩和することができる。 At this time, it is more preferable that the surface to be cleaned of the substrate W, which is the object to be cleaned, and the vibration main surfaces of the three vibrators are orthogonal to each other as shown in FIG. In this way, if the propagation direction of vibration is parallel to the surface to be cleaned of the substrate, the cavitation generated by the propagated ultrasonic vibration can easily move in the cleaning tank, and the object to be cleaned can be cleaned evenly. it can. In addition, it is possible to suppress the ultrasonic vibration propagated to the cleaning liquid 4 from directly colliding with the surface to be cleaned of the substrate W. Therefore, it is possible to alleviate the occurrence of damage to the surface to be cleaned, particularly for silicon wafers that are easily damaged.
最後に、本発明の第3実施形態の超音波洗浄装置30は、第2実施形態の超音波洗浄装置20と第1の振動子の配置の点で相違するだけであるので、第3の実施形態の超音波洗浄装置30を使用した場合の基板Wを洗浄する方法については、第2実施形態の超音波洗浄装置20を使用した超音波洗浄方法とほぼ同様にすることができる。
Finally, the
以下に本発明の実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
(実施例)
本発明の第1実施形態で紹介した超音波洗浄装置10を使用し、キャビテーションの発生領域の観測を行った。
使用した超音波洗浄装置10の詳細な仕様及び、それを利用したキャビテーション発生方法は以下である。
The present invention will be described in more detail below with reference to examples of the present invention, but these examples do not limit the present invention.
(Example)
The
Detailed specifications of the used
直方体形状の洗浄槽15の底面、左側面に、第1の超音波振動子11、第2の超音波振動子12を設けて、底面の周波数を30kHzに固定し、側面の周波数を729〜731kHzの幅でスイープさせた。そのときのキャビテーション発生状態をキャビテーション発光観測装置(不図示)にて観察した(図4参照)。
図4は、キャビテーションの発生領域を観察した図であり、第1振動子の周波数730kHzで固定したとき、第2振動子の周波数が(a)は729kHz、(b)は730kHz、(c)は731kHzに制御した場合である。
The first
FIG. 4 is a diagram observing the cavitation generation region. When the frequency of the first vibrator is fixed at 730 kHz, the frequency of the second vibrator is 729 kHz, (b) is 730 kHz, and (c) is This is a case of controlling to 731 kHz.
尚、キャビテーション発光観測装置(不図示)とは、キャビテーションが発生するときに発せられる微弱光をイメージインテンシファイアという微弱光を増強し、映像化できる装置とその周辺機器(CCDカメラ、映像記憶装置等)を指すものである。これによると、キャビテーションが多数発生している部分においては強い光が観測される。 Note that the cavitation emission observation device (not shown) is a device capable of visualizing weak light emitted when cavitation occurs, such as an image intensifier, and its peripheral devices (CCD camera, video storage device). Etc.). According to this, strong light is observed in a portion where a lot of cavitation occurs.
観察の結果、一方の振動子の周波数を固定し、それと垂直に配置された振動子の周波数をスイープさせると、キャビテーションによる光の筋がワイパーのように移動する様子が確認された(図4(a)〜(c)参照)。これは、互いの音波の干渉により振幅が強められる部分にキャビテーションが多く発生し、一方の周波数をスイープさせることによりその部分が移動するためと考えられる。 As a result of observation, when the frequency of one vibrator was fixed and the frequency of the vibrator arranged perpendicular to it was swept, it was confirmed that the light streak caused by cavitation moved like a wiper (FIG. 4 ( a) to (c)). This is presumably because a lot of cavitation occurs in the portion where the amplitude is strengthened by the mutual interference of the sound waves, and the portion moves by sweeping one frequency.
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的思想に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical idea of the invention.
4…洗浄液、 10、20、30…超音波洗浄装置、
11、21、31…第1の振動子、 12、22、32…第2の振動子、
23、33…第3の振動子、 15、25、35…洗浄槽、
16、26、36…第1の超音波発振器、 17、27、37…第2の超音波発振器、
19a、19b、29a、29b、29c…輻射板、
28、38…第3の超音波発振器、 W…被洗浄物(基板)。
4 ... cleaning solution, 10, 20, 30 ... ultrasonic cleaning device,
11, 21, 31 ... first vibrator, 12, 22, 32 ... second vibrator,
23, 33 ... third vibrator, 15, 25, 35 ... cleaning tank,
16, 26, 36 ... 1st ultrasonic oscillator, 17, 27, 37 ... 2nd ultrasonic oscillator,
19a, 19b, 29a, 29b, 29c ... radiation plate,
28, 38 ... third ultrasonic oscillator, W ... object to be cleaned (substrate).
Claims (8)
前記複数個の振動子のうち、少なくとも1個の振動子の周波数を掃引させることにより、前記洗浄液内で発生したキャビテーション領域を移動させて前記被洗浄物を洗浄するものであることを特徴とする超音波洗浄装置。 At least a cleaning tank filled with a cleaning liquid for cleaning an object to be cleaned, a plurality of vibrators for propagating ultrasonic vibrations to the cleaning liquid, and an ultrasonic oscillator for applying a high frequency voltage to the vibrators. In the ultrasonic cleaning apparatus for ultrasonic cleaning by immersing the object to be cleaned in the cleaning liquid,
The object to be cleaned is cleaned by moving a cavitation region generated in the cleaning liquid by sweeping a frequency of at least one of the plurality of oscillators. Ultrasonic cleaning device.
前記キャビテーションを発生させる際、前記複数個の振動子のうち、少なくとも1個の振動子の周波数を掃引することにより、前記洗浄液内で発生したキャビテーション領域を移動させて前記被洗浄物を洗浄することを特徴とする超音波洗浄方法。 An object to be cleaned is immersed in a cleaning liquid filled in a cleaning tank, and a high frequency voltage is applied from an ultrasonic oscillator to a plurality of vibrators disposed in the cleaning tank to propagate ultrasonic vibrations to the cleaning liquid. In the method of ultrasonically cleaning the object to be cleaned by generating cavitation inside,
When the cavitation is generated, the object to be cleaned is cleaned by moving the cavitation region generated in the cleaning liquid by sweeping the frequency of at least one of the plurality of vibrators. Ultrasonic cleaning method characterized by.
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