JP2010080531A - 超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被洗浄物にダメージを与えるのを抑制して超音波洗浄し、被洗浄物から異物を除去することが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。
【解決手段】 超音波洗浄装置であって、少なくとも、被洗浄物を載置して保持するテーブルと、該テーブルによって保持された前記被洗浄物にガス雰囲気下で圧電振動子の振動を超音波伝搬体によって前記雰囲気ガスを介して伝搬させて超音波洗浄する洗浄手段と、前記洗浄手段の圧電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、前記超音波伝搬体の前記被洗浄物に超音波振動を伝搬する側の端面が、該端面の逆側の前記圧電振動子が配置される端面より先細の形状に形成され、前記洗浄手段で前記被洗浄物の表面に超音波振動を伝搬させて無接触でドライ洗浄するものであることを特徴とする超音波洗浄装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウェーハ、フォトマスク用のガラス基板、液晶表示装置用のガラス基板、光ディスク用の基板など（以下、単に「基板」と称する）の被洗浄物に超音波振動を付与しながら洗浄処理を行う超音波洗浄装置に関するものである。

従来、半導体ウェーハ、フォトマスク基板、液晶基板等の基板（被洗浄物）の表面を洗浄してパーティクル等の異物を除去する方法として超音波を用いた方法がある。例えば、洗浄槽の底部に超音波振動子を設け、洗浄液に超音波を付与して複数枚の被洗浄物を同時に洗浄するバッチ式の超音波洗浄装置と、ノズルに超音波振動子を接着し、ノズル内に供給した洗浄液に超音波を印加した上で洗浄液を被洗浄物へ噴射して被洗浄物を１枚ずつ洗浄する枚葉式の超音波洗浄装置などがある。

バッチ式洗浄装置は、近年における半導体基板の大口型化に伴い、複数枚の半導体基板を取り扱うことが困難となってきている上、装置自体も大型化する必要があるため、枚葉式洗浄装置が広く使用されるようになってきた（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
このように、従来の超音波による洗浄においては、洗浄液に超音波を印加して被洗浄物に伝搬する方法が用いられている。

図６は従来の洗浄液を用いた枚様式洗浄装置の一例を示す概略図である。この枚葉式洗浄装置３１は、回転可能なテーブル３２と、該テーブル３２をその中心軸で回転させるための回転駆動部３３と、被洗浄物３５の表面を洗浄するための表面用ノズル３９と、被洗浄物３５の裏面を洗浄するための裏面用ノズル３４とを具備している。そして、この表面用ノズル３９には超音波振動子が内蔵されていて、ノズル３９から吐出される洗浄液に超音波を印加させるようになっている。

テーブル３２は、被洗浄物３５を保持するために、アーム３６上に被洗浄物３５を引っ掛けるためのピン３７が複数本取り付けられている。また、裏面用ノズル３４は、アーム３６の中心から突出するように設置され、非回転である。
このような枚葉式洗浄装置３１を使用して被洗浄物３５の表面を洗浄するには、テーブル３２で被洗浄物３５を保持し、回転駆動部３３によりテーブル３２を回転させることにより被洗浄物３５を回転させ、表面用ノズル３９から超音波が印加された洗浄液を吐出させて被洗浄物３５に供給して超音波洗浄し、被洗浄物３５上の異物を除去する。

しかし、このような洗浄液を用いた被洗浄物の超音波洗浄では、ノズルより噴射された洗浄液中において超音波のエネルギーが高密度で集束するため、近年パターンの微細化が進む半導体基板に対しては、パターン倒壊等のダメージを引き起こす原因となってしまうという問題があった。

このような問題を解決するために、例えば、棒状の超音波伝播体を斜めに切断して超音波放射面とし、切断面とは逆の端に圧電振動子を取り付けて、放射面を被洗浄物に対向して微小間隔を保って装着させて側部から洗浄液を流入させて被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置が開示されている（特許文献３参照）。
しかしこのような形状でも放射面内における音圧均一性に欠け、特定部位の音波の強度が大きく、被洗浄物にダメージを与えてしまう。

特開２０００−１３３６２６号公報 特許第３４９３４９２号 特開２００６−３２６４８６号公報

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、被洗浄物に基板パターン倒壊等のダメージを与えるのを抑制して超音波洗浄し、被洗浄物から効率的に異物を除去することが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。

上記目的を達成するために、本発明によれば、超音波洗浄装置であって、少なくとも、被洗浄物を載置して保持するテーブルと、該テーブルによって保持された前記被洗浄物にガス雰囲気下で圧電振動子の振動を超音波伝搬体によって前記雰囲気ガスを介して伝搬させて超音波洗浄する洗浄手段と、前記洗浄手段の圧電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、前記超音波伝搬体の前記被洗浄物に超音波振動を伝搬する側の端面が、該端面の逆側の前記圧電振動子が配置される端面より先細の形状に形成され、前記洗浄手段で前記被洗浄物の表面に超音波振動を伝搬させて無接触でドライ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）。

このように、少なくとも、被洗浄物を載置して保持するテーブルと、該テーブルによって保持された前記被洗浄物にガス雰囲気下で圧電振動子の振動を超音波伝搬体によって前記雰囲気ガスを介して伝搬させて超音波洗浄する洗浄手段と、前記洗浄手段の圧電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、前記超音波伝搬体の前記被洗浄物に超音波振動を伝搬する側の端面が、該端面の逆側の前記圧電振動子が配置される端面より先細の形状に形成され、前記洗浄手段で前記被洗浄物の表面に超音波振動を伝搬させて無接触でドライ洗浄するものであれば、洗浄薬液を用いることなく被洗浄物上の異物を簡便かつ効果的に除去することができる。また、除去した異物を浮上させ異物が被洗浄物に再付着するのを抑制することができる。さらに、ガス雰囲気下で超音波を伝搬するので被洗浄物への超音波によるダメージを抑制することができる。

このとき、前記超音波振動を伝搬する媒体である前記雰囲気ガスはクリーンエアーまたは不活性ガスであることが好ましい（請求項２）。
このように、前記超音波振動を伝搬する媒体である前記雰囲気ガスがクリーンエアーまたは不活性ガスであれば、被洗浄物を雰囲気ガスで汚染することなく超音波を伝搬して効果的に洗浄することができる。

またこのとき、前記被洗浄物にガスを噴射して洗浄する補助洗浄手段を具備するものであることが好ましい（請求項３）。
このように、前記被洗浄物にガスを噴射して洗浄する補助洗浄手段を具備するものであれば、被洗浄物の洗浄効果をより一層向上することができる。また、除去した異物が再付着するのをより確実に抑制することができる。

またこのとき、前記超音波伝搬体はガスを噴射するための貫通孔を有するものであることができる（請求項４）。
このように、前記超音波伝搬体はガスを噴射するための貫通孔を有するものであれば、被洗浄物の洗浄効果をより一層向上することができる。また、除去した異物が再付着するのをより確実に抑制することができる。また、ガスを噴射するための別途独立した機構を設ける必要もなく、簡単な構成の装置とすることができる。

またこのとき、前記テーブルは軸周りに回転可能であり、前記洗浄手段は、少なくとも前記被洗浄物の外周部から中心部まで往復移動可能なものであることが好ましい（請求項５）。
このように、前記テーブルは軸周りに回転可能であり、前記洗浄手段は、少なくとも前記被洗浄物の外周部から中心部まで往復移動可能なものであれば、簡単な構成で被洗浄物の全面を洗浄することができる。

またこのとき、前記テーブルは水平面内でＸＹ方向に移動可能なＸＹテーブルであり、前記被洗浄物上の任意の座標位置が洗浄位置となるように前記テーブルの位置決めを行うことができるものであることが好ましい（請求項６）。
このように、前記テーブルは水平面内でＸＹ方向に移動可能なＸＹテーブルであり、前記被洗浄物上の任意の座標位置が洗浄位置となるように前記テーブルの位置決めを行うことができるものであれば、洗浄する位置を限定して洗浄時間を短縮したり、特定の位置での洗浄を集中して行うことにより効果的に洗浄することができるものとすることができる。

またこのとき、前記洗浄手段は水平面内で任意の方向に移動可能なロボットアームを有し、前記被洗浄物上の任意の座標位置が洗浄位置となるように前記洗浄手段の位置決めを行うことができるものであることが好ましい（請求項７）。
このように、前記洗浄手段は水平面内で任意の方向に移動可能なロボットアームを有し、前記被洗浄物上の任意の座標位置が洗浄位置となるように前記洗浄手段の位置決めを行うことができるものであれば、洗浄位置を予め特定して洗浄工程を自動化することができ、工程時間を削減することができる。

またことのき、前記被洗浄物の表面上の輝点を検出するパーティクルカウンタと接続され、前記パーティクルカウンタで検出した前記被洗浄物上の輝点の座標データを受取る受信手段と、該受信した輝点の座標を前記被洗浄物上の座標に変換する座標変換手段とを具備し、該変換した前記被洗浄物上の座標が洗浄位置となるように前記テーブルと前記洗浄手段の相対位置を位置決めし、前記被洗浄物の前記洗浄位置を超音波洗浄するものであることができる（請求項８）。

このように、前記被洗浄物の表面上の輝点を検出するパーティクルカウンタと接続され、前記パーティクルカウンタで検出した前記被洗浄物上の輝点の座標データを受取る受信手段と、該受信した輝点の座標を前記被洗浄物上の座標に変換する座標変換手段とを具備し、該変換した前記被洗浄物上の座標が洗浄位置となるように前記テーブルと前記洗浄手段の相対位置を位置決めし、前記被洗浄物の前記洗浄位置を超音波洗浄するものであれば、より確実に異物の付着位置を洗浄して効率的に異物を除去することができ、より確実に工程時間を削減することができる。

また、本発明によれば、被洗浄物の表面を圧電振動子の振動を超音波伝搬体によって伝搬させて超音波洗浄する超音波洗浄方法であって、前記被洗浄物をテーブル上に載置して保持し、前記超音波伝搬体として、前記被洗浄物に超音波振動を伝搬する側の端面が、該端面の逆側の前記圧電振動子が配置される端面より先細の形状に形成されたものを用い、前記圧電振動子の振動を前記被洗浄物にガス雰囲気下で前記超音波伝搬体によって前記雰囲気ガスを介して伝搬させて超音波洗浄することによって無接触でドライ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９）。

このように、前記被洗浄物をテーブル上に載置して保持し、前記超音波伝搬体として、前記被洗浄物に超音波振動を伝搬する側の端面が、該端面の逆側の前記圧電振動子が配置される端面より先細の形状に形成されたものを用い、前記圧電振動子の振動を前記被洗浄物にガス雰囲気下で前記超音波伝搬体によって前記雰囲気ガスを介して伝搬させて超音波洗浄することによって無接触でドライ洗浄すれば、洗浄薬液を用いることなく被洗浄物上の異物を簡便かつ効果的に除去することができる。また、除去した異物を浮上させ異物が再付着するのを抑制することができる。さらに、ガス雰囲気下で超音波を伝搬するので被洗浄物への超音波によるダメージを抑制することができる。

このとき、前記超音波振動を伝搬する媒体である前記雰囲気ガスとしてクリーンエアーまたは不活性ガスを用いることが好ましい（請求項１０）。
このように、前記超音波振動を伝搬する媒体である前記雰囲気ガスとしてクリーンエアーまたは不活性ガスを用いることで、被洗浄物を雰囲気ガスで汚染することなく超音波を伝搬して効果的に洗浄することができる。

またこのとき、前記被洗浄物にガスを噴射して補助洗浄を行うことが好ましい（請求項１１）。
このように、前記被洗浄物にガスを噴射して補助洗浄を行うことで、被洗浄物の洗浄効果をより一層向上することができる。また、除去した異物が再付着するのをより確実に抑制することができる。

またこのとき、前記超音波伝搬体からガスを噴射することができる（請求項１２）。
このように、前記超音波伝搬体からガスを噴射することで、被洗浄物の洗浄効果をより一層向上することができる。また、除去した異物が再付着するのをより確実に抑制することができる。

またこのとき、前記テーブルを軸周りに回転させ、前記洗浄手段を前記被洗浄物の外周部から中心部まで相対的に移動させて前記被洗浄物の全面を超音波洗浄することが好ましい（請求項１３）。
このように、前記テーブルを軸周りに回転させ、前記洗浄手段を前記被洗浄物の外周部から中心部まで相対的に移動させて前記被洗浄物の全面を超音波洗浄することで、簡単に被洗浄物の全面を洗浄することができる。

またこのとき、パーティクルカウンタで前記被洗浄物上の輝点を検出し、該検出した前記被洗浄物上の輝点の座標を前記被洗浄物上の座標に変換し、該変換した前記被洗浄物上の座標が洗浄位置となるように前記テーブルと前記洗浄手段の相対位置を位置決めした後、前記被洗浄物の前記洗浄位置を超音波洗浄することが好ましい（請求項１４）。

このように、パーティクルカウンタで前記被洗浄物上の輝点を検出し、該検出した前記被洗浄物上の輝点の座標を前記被洗浄物上の座標に変換し、該変換した前記被洗浄物上の座標が洗浄位置となるように前記テーブルと前記洗浄手段の相対位置を位置決めした後、前記被洗浄物の前記洗浄位置を超音波洗浄することで、より確実に異物の付着位置を洗浄して効率的に異物を除去することができ、より確実に工程時間を削減することができる。

本発明では、超音波洗浄装置において、被洗浄物にガス雰囲気下で圧電振動子の振動を超音波伝搬体によって雰囲気ガスを介して伝搬させて超音波洗浄する洗浄手段と、洗浄手段の圧電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、超音波伝搬体の被洗浄物に超音波振動を伝搬する側の端面が、該端面の逆側の圧電振動子が配置される端面より先細の形状に形成され、洗浄手段で被洗浄物の表面に超音波振動を伝搬させて無接触でドライ洗浄するので、洗浄薬液を用いることなく被洗浄物上の異物を簡便かつ効果的に除去することができる。また、除去した異物を浮上させ異物が再付着するのを抑制することができる。さらに、ガス雰囲気下で超音波を伝搬するので被洗浄物への超音波によるダメージを抑制することができる。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
従来、超音波を用いた被洗浄物の洗浄において、超音波を印加した洗浄液をノズルから被洗浄物に向けて吐出し、超音波を伝搬して被洗浄物を超音波洗浄するという方法が用いられている。

しかし、このような洗浄液に印加された超音波を用いた被洗浄物の洗浄では、ノズルより噴射された洗浄液中において超音波のエネルギーが高密度で集束するため、例えば近年パターンの微細化が進む半導体基板のような被洗浄物に対して、パターン倒壊等のダメージを引き起こす原因となってしまうという問題があった。

そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、液体と体積弾性率の異なるガス雰囲気下で超音波を伝搬させて洗浄することにより、被洗浄物へのダメージを抑制することができることに想到した。そして、超音波を伝搬するための超音波伝搬体として、超音波伝搬体の被洗浄物に超音波を伝搬する側の端面がその逆側の圧電振動子が配置される端面より先細の形状に形成されたものを用いることによって、より大きい振幅の超音波を伝搬させることができ、この超音波を用いてガス雰囲気下で洗浄することにより、被洗浄物へのダメージを抑制しつつ効果的に異物を除去できることに想到し、本発明を完成させた。

図１は本発明に係る超音波洗浄装置の一例を示す概略図である。
図１に示すように、超音波洗浄装置１は、被洗浄物７を保持するためのテーブル６、被洗浄物７に超音波を伝搬して洗浄する洗浄手段２、圧電振動子５に高周波電圧を印加する超音波発振器４等を具備している。

テーブル６には被洗浄物７が載置されその側面を保持するようになっている。ここで、テーブル６の構造は特に限定されず、被洗浄物７を載置して保持することができれば良い。例えば、図１に示すように、テーブル６に設けられたピン１８により被洗浄物７の側面を支持するような構成とすることができる。また、テーブル６はその軸周りに回転可能となっており、上下左右に移動することができるようになっている。
また、テーブル６の上方に洗浄手段２が配置されている。

また、洗浄手段２には圧電振動子５、超音波伝搬体３、冷却エア注入口１３、冷却エア排出口１４が備えられており、超音波伝搬体３の片側の端面（図１Ｕ）に圧電振動子５が配設されている。そして、超音波発振器４によって印加された高周波電圧により圧電振動子５が振動し、その振動を超音波伝搬体３の端面Ｕとは逆側のＵより小さい端面（図１Ｔ）から照射して被洗浄物７に伝搬するようになっている。
ここで、圧電振動子５として、例えばボルト締めランジュバン型超音波振動子を用いることができる。

このとき、被洗浄物７に伝搬する超音波の振動周波数は、特に限定されるわけではないが例えば１０〜１００ｋＨｚの範囲内から適宜設定することができる。
また、冷却エア注入口１３から、洗浄手段２を冷却するためのエアが注入され、冷却エア排出口１４から排出することができるようになっている。
また、超音波伝搬体３の被洗浄物７に超音波振動を伝搬する側の端面Ｔが、その端面の逆側の圧電振動子５が配置される端面Ｕより先細の形状に形成されるものとなっている。

ここで、超音波伝搬体３の端面Ｔの表面積をＳ１、端面Ｕの表面積をＳ２、端面Ｔから照射される超音波の振幅をＶ１、圧電振動子５の振動の振幅をＶ２とした時、
Ｖ１＝（Ｓ２×Ｖ２）／Ｓ１
の関係を満たし、表面積Ｓ２に対して表面積Ｓ１を小さくすれば振幅Ｖ１を大きくすることができる。すなわち、超音波伝搬体３の形状を上記したような形状とすることにより、圧電振動子５で発した振動をより大きい振幅の振動にしてより強力な圧力が発生するものとすることができる。

図２（Ａ）（Ｂ）は本発明に係る超音波洗浄装置で使用することができる超音波伝搬体３を例示する概略図である。図２（Ａ）に示す超音波伝搬体３のように、側面をテーパ形状として、圧電振動子５が配置される側の端面（図２（Ａ）Ｕ）より超音波振動を伝搬する側の端面（図２（Ａ）Ｔ）が先細になるような形状とすることができる。また、図２（Ｂ）に示す超音波伝搬体３のように、端面（図２（Ｂ）Ｔ）の径が端面（図２（Ｂ）Ｕ）の径より小さいような円柱状の先端を有した形状とすることもできる。

また、超音波伝搬体３の材質は、特に限定されることはなく、例えばＳＵＳ、またはチタンとすることができる。あるいは石英としても良い。

超音波洗浄装置１はこのように構成され、圧電振動子５の振動をガス雰囲気下で洗浄手段２によって雰囲気ガスを介して被洗浄物７の表面に伝搬させて無接触でドライ洗浄するものとなっている。
ここで、被洗浄物７の洗浄面と超音波伝搬体３の超音波振動を伝搬する側の端面（図１Ｔ）との距離をλ／２の整数倍とし、定在波の腹の位置が被洗浄物７の洗浄面となるようにすれば、効果的に洗浄することができる。ここでλは超音波の波長である。

このとき、洗浄手段２はその軸が被洗浄物７に対して垂直になるように配置すれば定在波が発生し易く好ましい。あるいは少し傾けるようにして配置しても良い。
またこのとき、被洗浄物７の洗浄面と端面Ｔとの距離を、特に限定されることはないが、例えば１〜９０ｍｍの範囲内で適宜設定することができる。これらは洗浄の目的に応じて適宜決定すれば良い。

この際、除去した異物は定在波の節の位置まで移動して浮上した状態のまま保持される。この異物を例えばパルス発振によって飛ばすことにより異物が被洗浄物に再付着するのを抑制することができる。あるいは、洗浄手段２を斜めに傾けることにより定在波を発生しにくくして音圧により異物を吹き飛ばすこともできる。

このように、本発明に係る超音波洗浄装置は、洗浄薬液を用いることなく被洗浄物７上の異物を簡便に除去することができ、図２（Ａ）（Ｂ）に示すような形状の超音波伝搬体３を用いて液体と体積弾性率が異なるガス雰囲気下で超音波洗浄することにより、被洗浄物７への超音波によるダメージを抑制しつつ、効果的に異物を除去することができるものとなっている。また、除去された異物を浮上させ異物が再付着するのを抑制することができるものとなっている。

このとき、洗浄をクリーンルーム内で行い、超音波振動を伝搬する媒体である雰囲気ガスをクリーンエアーとすることが好ましい。または、窒素ガス、アルゴンガス等のような不活性ガスを用いることが好ましい。
このように、超音波振動を伝搬する媒体である雰囲気ガスがクリーンエアーまたは不活性ガスであれば、被洗浄物７を雰囲気ガスで汚染することなく超音波を伝搬して効果的に洗浄することができる。

また、図１に示すように、被洗浄物７にガスを噴射して洗浄する補助洗浄手段８を具備することもできる。
そして、このように被洗浄物７にガスを噴射して洗浄する補助洗浄手段８を具備し、超音波とガス噴射と併用して洗浄するようなものであれば、被洗浄物７の洗浄効果をより一層向上することができるものとすることができる。特に、被洗浄物７から除去され定在波の節の位置まで移動した異物をガスを噴射してより効果的に吹き飛ばし、被洗浄物７に再付着するのをより確実に抑制することができるものとすることができる。

また、図３に示すように、超音波伝搬体３はガスを噴射するための貫通孔９を有するものであり、この超音波伝搬体３から噴射するガスと超音波を併用して洗浄するものであっても良い。
このように、超音波伝搬体３はガスを噴射するための貫通孔９を有するものであれば、ガスを噴射するための機構を別途独立して設ける必要もなく、簡単な構成で被洗浄物７の洗浄効果をより一層向上することができ、また、被洗浄物７から除去され定在波の節の位置まで移動した異物をガスを噴射してより効果的に吹き飛ばし、被洗浄物７に再付着するのをより確実に抑制することができるものとすることができる。

ここで、図４に本発明に係る超音波洗浄装置における洗浄位置の位置決めを行うための構成についての１例を示す。図４に示すように、テーブル６は軸周りに回転可能なものであり、洗浄手段２を少なくとも被洗浄物７の外周部から中心部まで往復移動可能なものとなっている。そして、このような構成にして、テーブル６を回転させながら、洗浄手段２を被洗浄物７の外周部と中心部の間で移動させることによって簡単な構成で被洗浄物７の全面を洗浄位置として位置決めし洗浄することができる。

また、図５に本発明に係る超音波洗浄装置における洗浄位置の位置決めを行うための構成についての別の一例を示す。図５に示すように、テーブル６は水平面内でＸＹ方向に移動可能なＸＹテーブルとして構成され、被洗浄物７上の任意の座標位置が洗浄位置となるようにテーブル６の位置決めを行うことができるものとなっている。

このように、テーブル６が水平面内でＸＹ方向に移動可能なＸＹテーブルであり、被洗浄物７上の任意の座標位置が洗浄位置となるようにテーブル６の位置決めを行うことができるものであれば、被洗浄物７の全面を洗浄するのではなく洗浄する位置を限定して洗浄時間を短縮したり、特定の位置での洗浄を集中して行うことにより効果的に洗浄することができるものとすることができる。

この場合、図５に示すように、洗浄手段２が水平面内で任意の方向に移動可能なロボットアーム１０を有し、被洗浄物７上の任意の座標位置が洗浄位置となるように洗浄手段２の位置決めを行うことができるものとすることもできる。
このように、洗浄手段２が水平面内で任意の方向に移動可能なロボットアーム１０を有し、被洗浄物７上の任意の座標位置が洗浄位置となるように洗浄手段２の位置決めを行うことができるものであれば、洗浄位置を予め特定して洗浄工程を自動化することができ、工程時間を削減することができる。

さらに、被洗浄物７の表面上の異物の位置を検出し、その検出した異物の位置を洗浄することができるものとすることもできる。
例えば、被洗浄物７上の異物の位置を輝点として検出するパーティクルカウンタを用いて以下のようにして洗浄するものとすることができる。すなわち、図５に示すように、超音波洗浄装置１は被洗浄物７上の輝点を検出するパーティクルカウンタ１１と接続される。また、パーティクルカウンタ１１で検出した被洗浄物７上の輝点の座標データを受取る受信手段１５と、その受信した輝点の座標を被洗浄物７上の座標に変換する座標変換手段１６とを有した制御装置１２を具備するものとなっている。

そして、座標変換手段１６で変換した被洗浄物７上の座標が洗浄位置となるようにテーブル６と洗浄手段２の相対位置を位置決めし、被洗浄物７の洗浄位置を超音波洗浄するように構成することができる。
このような構成とすれば、より確実に異物の付着位置を洗浄して効率的に異物を除去することができ、より確実に基板を高精浄度に出来るとともに工程時間を削減することができる。

このとき、テーブル６をＸＹテーブルとして構成してテーブル６を移動させて位置決めしても良いし、洗浄手段２にロボットアームを設けた構成にして洗浄手段２を移動させて位置決めしても良い。もちろん、これら両方とすることもできる。
ここで、パーティクルカウンタ１１で検出した輝点の座標データを、例えば被洗浄物７上のノッチ１７のような基準点からの相対位置として記録しておけば、座標変換手段１６で複雑な処理を行う必要もなく容易に被洗浄物７上の座標に変換することができる。

次に、本発明に係る超音波洗浄方法について説明する。
ここでは図１に示すような本発明に係る超音波洗浄装置を用いた場合の超音波洗浄方法について説明する。
まず、テーブル６に被洗浄物７を載置して保持する。そして、超音波発振器４によって圧電振動子５に高周波電圧を印加し、圧電振動子５を振動させる。さらに、その振動を超音波伝搬体３によって被洗浄物７に伝搬する。

ここで、超音波伝搬体３として図２（Ａ）（Ｂ）に示すような、被洗浄物７に超音波振動を伝搬する側の端面が、該端面の逆側の圧電振動子５が配置される側の端面より先細の形状に形成されたものを用いる。このような超音波伝搬体３を用いれば、圧電振動子５で発した振動をより大きい振幅の振動にしてより強力な圧力が発生するものとすることができガス雰囲気下であっても超音波による洗浄効果を向上することができる。

このように本発明では、洗浄はガス雰囲気下で行い、超音波を超音波伝搬体３により雰囲気ガスを介して伝搬させる。このようにして伝搬された超音波によって洗浄を行うことで無接触でドライ洗浄する。ここで、被洗浄物７の表面と超音波伝搬体３の超音波振動を伝搬する側の端面（図１Ｔ）との距離をλ／２の整数倍とし、定在波の腹の位置が被洗浄物７の洗浄面となるようにすれば、効果的に洗浄することができる。
このとき、被洗浄物７に伝搬する超音波の振動周波数は、特に限定されるわけではないが例えば１０〜１００ｋＨｚの範囲内から適宜設定することができる。

またこのとき、洗浄手段２をその軸が被洗浄物７に対して垂直になるように配置して洗浄することができる。あるいは少し傾けるようにして配置して洗浄しても良い。
またこのとき、被洗浄物７の表面と端面Ｔとの距離を、特に限定されることはないが、例えば１〜９０ｍｍの範囲内で適宜設定することができる。

このように、被洗浄物７をテーブル６上に載置して保持し、超音波伝搬体３として、被洗浄物７に超音波振動を伝搬する側の端面が、該端面の逆側の圧電振動子５が配置される端面より先細の形状に形成されたものを用い、圧電振動子５の振動を被洗浄物７にガス雰囲気下で超音波伝搬体３によって雰囲気ガスを介して伝搬させて超音波洗浄することによって無接触でドライ洗浄すれば、洗浄薬液を用いることなく被洗浄物上の異物を簡便かつ効果的に除去することができる。

また、除去した異物は定在波の節の位置まで移動して浮上した状態のまま保持され、この異物を例えばパルス発振によって飛ばすことにより異物が被洗浄物７に再付着するのを抑制することができる。あるいは、洗浄手段２を斜めに傾けることにより定在波を発生しにくくして音圧により異物を吹き飛ばすこともできる。
さらに、液体と体積弾性率が異なるガス雰囲気下で超音波を伝搬するので近年の高集積化された被洗浄物７への超音波によるダメージを抑制することができる。

このとき、超音波振動を伝搬する媒体である雰囲気ガスとしてクリーンエアーまたは例えば窒素ガスやアルゴンガス等のような不活性ガスを用いることが好ましい。
このように、超音波振動を伝搬する媒体である雰囲気ガスとしてクリーンエアーまたは不活性ガスを用いることで、被洗浄物７を雰囲気ガスで汚染することなく効果的に洗浄することができる。

またこのとき、被洗浄物７にガスを噴射して補助洗浄を行うことが好ましい。
このように、超音波による洗浄と被洗浄物７にガスを噴射することによる補助洗浄を併用して行うことで、被洗浄物７の洗浄効果をより一層向上することができる。また、被洗浄物７から除去され定在波の節の位置まで移動した異物をガスを噴射してより効果的に吹き飛ばし、被洗浄物７に再付着するのをより確実に抑制することができる。

またこのとき、超音波伝搬体３からガスを噴射するようにしても良い。
このように、超音波伝搬体３からガスを噴射することで、被洗浄物７の洗浄効果をより一層向上することができ、また、被洗浄物７から除去され定在波の節の位置まで移動した異物をより効果的に吹き飛ばし、被洗浄物７に再付着するのをより確実に抑制することができる。

またこのとき、テーブル６を軸周りに回転させ、洗浄手段２を被洗浄物７の外周部から中心部まで相対的に移動させて被洗浄物７の全面を超音波洗浄することが好ましい。
このように、テーブル６を軸周りに回転させ、洗浄手段２を被洗浄物７の外周部から中心部まで相対的に移動させて被洗浄物７の全面を超音波洗浄することで、簡単な構成で被洗浄物７の全面を洗浄することができる。

さらに、被洗浄物７の表面上の異物の位置を検出し、その検出した異物の位置を洗浄するようにすることもできる。
この場合、例えば、被洗浄物７上の異物の位置を輝点として検出するパーティクルカウンタを用いて以下のようにして行うことができる。まず、パーティクルカウンタ１１で被洗浄物７上の輝点を検出し、該検出した被洗浄物上の輝点の座標を記録する。そして、その記録した座標データを被洗浄物７上の座標に変換する。

この際、パーティクルカウンタ１１で検出した輝点の座標データを、例えば被洗浄物７上のノッチ１７のような基準点からの相対位置として記録しておけば、複雑な処理を行う必要もなく容易に被洗浄物７上の座標に変換することができる。
次に、その変換した被洗浄物７上の座標が洗浄位置となるようにテーブル６と洗浄手段２の相対位置を位置決めした後、被洗浄物７の洗浄位置を超音波洗浄する。
このとき、テーブル６を移動させて位置決めしても良いし、洗浄手段２を移動させて位置決めしても良い。あるいはその両方とすることもできる。

そして、全ての輝点の位置を上記のようにして繰り返し洗浄していく。
このように、パーティクルカウンタ１１で被洗浄物７上の輝点を検出し、該検出した被洗浄物７上の輝点の座標を被洗浄物７上の座標に変換し、該変換した被洗浄物７上の座標が洗浄位置となるようにテーブル６と洗浄手段２の相対位置を位置決めした後、被洗浄物７の洗浄位置を超音波洗浄することで、より確実に異物の付着位置を洗浄して効率的に異物を除去することができ、より確実に基板を高精浄度に出来るとともに工程時間を削減することができる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより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。

（実施例）
図１に示すような本発明に係る超音波洗浄装置を用い、本発明に係る超音波洗浄装置を用いた超音波洗浄方法で基板の洗浄を行い、洗浄後の基板の洗浄不良及びパターンダメージ（パターン倒壊等）について評価した。
この際、基板と超音波伝搬体の端面（図１Ｔ）までの距離を６ｍｍとし、超音波の発振振動数を２８ｋＨｚとした。また、テーブルと洗浄手段は図４に示すようなものを用い、被洗浄物の全面の洗浄を行った。

そして、パターンダメージの評価には、ＰｏＳｉ（ポリシリコン）のパターンが形成された評価用基板を用いた。そのパターン幅は６５ｎｍとした。また、洗浄性能評価には、約１００ｎｍのＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）粒子にて強制汚染を行った評価用基板を用いた。
その結果、洗浄後の基板の表面に洗浄不良は発生せず、またパターンの倒壊等は観察されなかった。

（比較例）
図６に示すような、従来の洗浄液に超音波を印加させて洗浄する超音波洗浄装置を用いた以外、実施例と同様な条件で基板を洗浄し、実施例と同様な評価を行った。
その結果、洗浄不良は発生していなかったが、パターンの倒壊が確認された。

なお、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範囲に包含される。
例えば、パーティクルカウンタで被洗浄物上の輝点を検出してその位置を洗浄する例を示したが、パーティクルカウンタを用いるのではなく、他の方法を用いて被洗浄物上の異物の位置を検出するようにすることもできる。

本発明に係る超音波洗浄装置の一例を示す概略図である。 本発明に係る超音波洗浄装置で使用することができる超音波伝搬体を例示する概略図である。（Ａ）超音波伝搬体の一例。（Ｂ）超音波伝搬体の別の一例。 本発明に係る超音波洗浄装置で使用することができる超音波伝搬体の別の一例を示す概略図である。 本発明に係る超音波洗浄装置の洗浄位置において位置決めを行う構成の一例を示す説明図である。 本発明に係る超音波洗浄装置の洗浄位置において位置決めを行う構成の別の一例を示す説明図である。 従来の超音波洗浄装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

１…超音波洗浄装置、２…洗浄手段、３…超音波伝搬体、
４…超音波発振器、５…圧電振動子、６…テーブル、
７…被洗浄物、８…補助洗浄手段、９…貫通孔、１０…アーム、
１１…パーティクルカウンタ、１２…制御装置、１３…冷却エア注入口、
１４…冷却エア排出口、１５…受信手段、１６…座標変換手段、
１７…ノッチ、１８…ピン。

Claims (14)

1. 超音波洗浄装置であって、少なくとも、被洗浄物を載置して保持するテーブルと、該テーブルによって保持された前記被洗浄物にガス雰囲気下で圧電振動子の振動を超音波伝搬体によって前記雰囲気ガスを介して伝搬させて超音波洗浄する洗浄手段と、前記洗浄手段の圧電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、前記超音波伝搬体の前記被洗浄物に超音波振動を伝搬する側の端面が、該端面の逆側の前記圧電振動子が配置される端面より先細の形状に形成され、前記洗浄手段で前記被洗浄物の表面に超音波振動を伝搬させて無接触でドライ洗浄するものであることを特徴とする超音波洗浄装置。
2. 前記超音波振動を伝搬する媒体である前記雰囲気ガスはクリーンエアーまたは不活性ガスであることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
3. 前記被洗浄物にガスを噴射して洗浄する補助洗浄手段を具備するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波洗浄装置。
4. 前記超音波伝搬体はガスを噴射するための貫通孔を有するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
5. 前記テーブルは軸周りに回転可能であり、前記洗浄手段は、少なくとも前記被洗浄物の外周部から中心部まで往復移動可能なものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
6. 前記テーブルは水平面内でＸＹ方向に移動可能なＸＹテーブルであり、前記被洗浄物上の任意の座標位置が洗浄位置となるように前記テーブルの位置決めを行うことができるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
7. 前記洗浄手段は水平面内で任意の方向に移動可能なロボットアームを有し、前記被洗浄物上の任意の座標位置が洗浄位置となるように前記洗浄手段の位置決めを行うことができるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
8. 前記被洗浄物の表面上の輝点を検出するパーティクルカウンタと接続され、前記パーティクルカウンタで検出した前記被洗浄物上の輝点の座標データを受取る受信手段と、該受信した輝点の座標を前記被洗浄物上の座標に変換する座標変換手段とを具備し、該変換した前記被洗浄物上の座標が洗浄位置となるように前記テーブルと前記洗浄手段の相対位置を位置決めし、前記被洗浄物の前記洗浄位置を超音波洗浄するものであることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の超音波洗浄装置。
9. 被洗浄物の表面を圧電振動子の振動を超音波伝搬体によって伝搬させて超音波洗浄する超音波洗浄方法であって、前記被洗浄物をテーブル上に載置して保持し、前記超音波伝搬体として、前記被洗浄物に超音波振動を伝搬する側の端面が、該端面の逆側の前記圧電振動子が配置される端面より先細の形状に形成されたものを用い、前記圧電振動子の振動を前記被洗浄物にガス雰囲気下で前記超音波伝搬体によって前記雰囲気ガスを介して伝搬させて超音波洗浄することによって無接触でドライ洗浄することを特徴とする超音波洗浄方法。
10. 前記超音波振動を伝搬する媒体である前記雰囲気ガスとしてクリーンエアーまたは不活性ガスを用いることを特徴とする請求項９に記載の超音波洗浄方法。
11. 前記被洗浄物にガスを噴射して補助洗浄を行うことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の超音波洗浄装方法。
12. 前記超音波伝搬体からガスを噴射することを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載の超音波洗浄方法。
13. 前記テーブルを軸周りに回転させ、前記洗浄手段を前記被洗浄物の外周部から中心部まで相対的に移動させて前記被洗浄物の全面を超音波洗浄することを特徴とする請求項９乃至請求項１２のいずれか１項に記載の超音波洗浄方法。
14. パーティクルカウンタで前記被洗浄物上の輝点を検出し、該検出した前記被洗浄物上の輝点の座標を前記被洗浄物上の座標に変換し、該変換した前記被洗浄物上の座標が洗浄位置となるように前記テーブルと前記洗浄手段の相対位置を位置決めした後、前記被洗浄物の前記洗浄位置を超音波洗浄することを特徴とする請求項９乃至請求項１２のいずれか１項に記載の超音波洗浄方法。
    
    
    
    
    

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