JP4063562B2 - ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体デバイス、液晶表示パネル等の製造プロセスにおける洗浄、剥離、現像、エッチング、メッキ、研磨等のウェット処理工程において、被処理物上に処理液を供給するためのウェット処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス、液晶表示パネル等の電子機器の分野においては、その製造プロセス中に被処理物である半導体基板やガラス基板を洗浄処理する工程が必須である。洗浄工程においては、製造工程中の種々の除去対象物質を除去すべく、超純水、電解イオン水、オゾン水、水素水等、種々の洗浄液を用いた洗浄が行われるが、これら洗浄液は洗浄装置のノズルから基板上に供給される。
ところが、従来一般の洗浄用ノズルを用いた場合、洗浄液の使用量が多くなるという問題があった。例えば５００ｍｍ角の基板の洗浄を電解イオン水等の洗浄液を用いて行い、かかる洗浄液による洗浄とリンス洗浄水によるリンスを行った後の基板上のパーティクルの残存量として０．５個／ｃｍ２ レベルの清浄度を達成しようとすると、２５〜３０リットル／分程度の洗浄液およびリンス洗浄液を使用しなければならなかった。
【０００３】
そこで、従来型に比べて洗浄液の使用量を大幅に削減できる省液型の洗浄用ノズルとして、被処理基板上に処理液を供給して被処理基板のウェット処理を行う際に用いるウェット処理用ノズルであって、一端に処理液を導入するための導入口を有する導入通路と一端に使用後の処理液を外部に排出するための排出口を有する排出通路とが形成され、これら導入通路と排出通路のそれぞれの他端に、被処理基板に向けて開口する導入開口部と排出開口部とが設けられたウェット処理用ノズルが、既に知られており、ここでは、このウェット処理用ノズルを用いたウェット処理用ノズル装置として、ウェット処理用ノズルと、前記導入開口部を通して前記被処理基板に接触した処理液を処理後に、前記排出通路外に流れないように前記被処理基板と接触している処理液の圧力と大気圧との差を制御し前記排出通路を通して吸引排出する手段とを有することを特徴とするウェット処理用ノズル装置が提供されている。
また、このウェット処理用ノズルを用いたウェット処理装置として、前記ウェット処理用ノズルと、前記被処理基板の被処理面に沿って前記ウェット処理用ノズルと前記被処理基板とを相対移動させることにより前記被処理基板の被処理面全域を処理するためのノズルまたは被処理基板の移動手段とを有することを特徴とするウェット処理装置が提供されている。
【０００４】
すなわち、上記のウェット処理装置等によれば、処理液を供給した部分以外の部分に処理液を接触させることなく、被処理基板上から除去することができ、省液型ノズルを実現することができる。また、被処理基板の被処理面に沿ってウェット処理用ノズルと被処理基板とを相対移動させる移動手段とを備えたことにより、被処理基板の被処理面全域を処理することができるものである。
【０００５】
さらに、このような省液型のノズルにおいて、超音波を照射する際に適用する構成として、図１３に示すようなウエット処理用ノズルが知られている。このウエット処理用ノズルは、一端に処理液１００を導入するための導入口１０１ａを有する導入管１０１と、一端にウエット処理後の処理液１００を外部へ排出するための排出口１０２ａを有する排出管１０２とが設けられ、導入管１０１と排出管１０２のそれぞれの他端が連結され、被処理基板９０に対向する連結部１０３が形成され、連結部１０３に導入管１０１が開口している第１開口部１０１ｂと、排出管１０２が開口している第２開口部１０２ｂが設けられたものである。上記連結部１０３と被処理基板９０の間の空間には、ウエット処理を行う処理領域１０５が形成されている。また、上記連結部１０３には、処理領域１０５内の処理液１００に超音波振動を付与するための超音波振動子が設けられている。
ここでの超音波振動子は、振動板９６と、振動板９６の主面の両端から立ち上がる側板９７と、振動板９６の主面上に設けられた超音波振動子本体１０８とから構成されている。振動板９６の厚みは、１ＭＨｚ程度の超音波に設定された場合に、３ｍｍ程度に設定されている。
また、排出管１０２の排出口１０２ａには減圧ポンプ（図示略）が接続されている。
【０００６】
また、処理液１００は導入管１０１の導入口１０１ａから供給され、第１開口部１０１ｂに至るが、排出管１０２の排出口１０２ａには減圧ポンプ（図示略）が接続されているので、減圧ポンプの吸引圧力を制御することにより、導入管１０１に供給された処理液１００が第１開口部１０１ｂの大気と接触している処理液１００の圧力（処理液１００の表面張力と被処理基板９０の被処理面の表面張力も含む）と大気圧との差を制御できるようになっている。
すなわち、第１開口部１０１ｂの大気と接触している処理液１００の圧力Ｐw（処理液の表面張力と基板９０の被処理面の表面張力も含む）と大気圧Ｐa との関係をＰw≒Ｐaとすることにより、第１開口部１０１ｂを通じて基板９０に供給され、基板９０に接触した処理液１００は、ウエット処理用ノズルの外部に漏れることなく、排出管１０２に排出される。このため、このウエット処理用ノズルは、省液型でないタイプのノズルに比べて処理液の使用量を大幅に削減することができる。
また、図示した例のノズルでは、被処理基板９０の洗浄の際、処理領域１０５に処理液１００を供給した状態で上記超音波振動子本体１０８により振動板９６にから超音波振動を付与し、処理液１００と共働して被処理基板９０を洗浄する。
このとき、伝播する超音波により振動板９６の温度が上昇するが、同時に、供給されている処理液によって冷却され、振動板９６の温度上昇は１℃程度となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図に示した上記のような省液型のウエット処理用ノズルのうち超音波を照射するタイプにおいては、使用する処理液量を減少化した際、このウエット処理用ノズルと被処理基板９０の間の処理領域１０５に気泡が入ることなどにより、この処理領域に処理液の存在しない部分ができることがある。
この処理液の充填されていない部分では、照射された超音波が被処理基板９０から反射されてしまい、この反射された超音波により振動板９６の温度が上昇する。特に、振動板９６が３ｍｍ程度と薄い場合には、この熱が超音波振動子本体１０８側に伝播するとともに、振動板９６と超音波振動子本体１０８との接続部分が瞬間的に加熱されてしまい、結果として、超音波振動子本体１０８が振動板９６から剥離したり、超音波振動子本体１０８の温度が上昇し、動作不良を起こすか、または、破損してしまう可能性があるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
▲１▼ ウエット処理動作中に処理領域において処理液の存在しない領域が生じた場合でも、超音波振動子の破損防止を図ることができるウエット処理用ノズルを提供すること。
▲２▼ ウエット処理動作中に処理領域において処理液の存在しない領域が生じた場合でも、超音波振動子における温度上昇の防止を図ることができるウエット処理用ノズルを提供すること。
▲３▼ 超音波振動子における動作安定性の向上を図ることができるウエット処理用ノズルを提供すること。
▲４▼ 上記のウエット処理用ノズルを有するウエット処理装置を提供すること。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のウエット処理用ノズルは、被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部と、処理液の圧力を制御する圧力制御部を具備し、被処理物とノズルを相対移動させながら、大気圧と処理液の圧力との均衡をとりながらウエット処理を行うウエット処理用ノズルであって、前記被処理面上の前記処理液に対して超音波振動を付与するための超音波振動子と、該超音波振動子に接する振動部とを備え、前記超音波振動子に超音波振動を出させるための超音波周波電気信号を送る発振器が接続されており、前記発振器は振動条件が変動したときに振動板を効率良く振動させるように調整可能とされており、前記振動部は、前記超音波振動子の少なくとも前記被処理物側に設けられ、該被処理物側の前記振動部の厚み寸法Ｔと、該振動部における前記超音波振動の波長λとの関係が、Ｔ＝（ｎ±０．１）・λ／２ （但し、ｎは３以上７以下の整数）に設定されてなることにより上記課題を解決した。
本発明において、前記被処理物側の前記振動部の厚み寸法Ｔと、該振動部における前記超音波振動の波長λとの関係が、Ｔ＝（５±０．１）・λ／２に設定されてなることが好ましい。
また、本発明において、前記振動部の前記被処理物側に接して、被覆部が設けられてなる手段を採用することもできる。また、前記被覆部は、前記被処理物側の表面が前記処理液に対する耐反応性および／または耐熱性を有するよう構成されてなることができる。
本発明においては、前記被覆部の厚み寸法Ｔ’と、該被覆部における前記超音波振動の波長λ’との関係が、下記のいずれかに設定されてなることが望ましい。
Ｔ’≦λ’／２０
Ｔ’＝（１±０．１）・λ’／２
本発明においては、前記振動部が、前記超音波振動子の前記被処理物側とその反対側との双方に設けられてなる手段を採用することもできる。
また、本発明のウエット処理用ノズルは、被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部と、処理液の圧力を制御する圧力制御部を具備し、被処理物とノズルを相対移動させながら、大気圧と処理液の圧力との均衡をとりながらウエット処理を行うウエット処理用ノズルであって、前記被処理面上の前記処理液に対して超音波振動を付与するための超音波振動子と、前記超音波振動子に接して、前記被処理物側に設けられた被覆部と、前記超音波振動子に接して、前記超音波振動子に超音波振動を出させるための超音波周波電気信号を送る発振器が接続されており、前記発振器は振動条件が変動したときに振動板を効率良く振動させるように調整可能とされており、前記被覆部の厚み寸法Ｔ’と、該被覆部における前記超音波振動の波長λ’との関係が、下記のいずれかに設定されてなることにより上記課題を解決した。
Ｔ’≦λ’／２０
Ｔ’＝（１±０．１）・λ’／２
本発明において、前記被覆部は、前記被処理物側の表面が前記処理液に対する耐反応性および／または耐熱性を有するよう構成されてなることができる。さらに、上記各発明において、前記振動部には、該振動部を冷却する冷却手段が設けられてなることが可能である。
また、前記冷却手段が、前記振動部の内側および／または外側に位置する冷却管に冷却液を流通する構成とされてなることがある。本発明においては、前記冷却液が、前記処理液、および／または、前記排出液とされてなることが好ましい。本発明のウエット処理装置は、上記のウエット処理用ノズルと、前記導入開口部と前記被処理物の被処理面との間に処理液を導入するための処理液導入手段と、前記排出開口部と前記被処理物の被処理面との間から処理液を吸引して排出するため処理液回収手段と、被処理物の被処理面に沿って前記ウエット処理用ノズルと前記被処理物とを相対移動させることにより前記被処理物の被処理面全域を処理するためのノズル・被処理物相対移動手段とを有することにより上記課題を解決した。
【００１０】
本発明のウエット処理用ノズルは、被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部とを具備するウエット処理用ノズルであって、前記被処理面上の前記処理液に対して超音波振動を付与するための超音波振動子と、該超音波振動子に接する振動部とを備え、前記振動部は、前記超音波振動子の少なくとも前記被処理物側に設けられ、該被処理物側の前記振動部の厚み寸法Ｔと、該振動部における前記超音波振動の波長λとの関係が、
Ｔ＝（１±０．１）・λ／２ （但し、ｎは２以上の整数）
に設定されてなることにより、振動部と被処理物の被処理面との間の処理領域において、気泡が巻き込まれて処理液が無い領域が存在した場合にも、振動板の厚み寸法を大きく設定して、振動部から超音波振動子へ伝播する熱を低減し、超音波振動子の温度が上昇することを防止して、超音波振動子が破損してしまうことを防止できる。
【００１１】
ここで、「振動部の厚み寸法」とは、超音波振動子から処理物へ音波を伝播する方向、言い換えると超音波振動子から被処理物の被処理面へ向かう方向、つまり、被処理物が半導体や液晶等の基板である場合にはその法線方向における厚み寸法を意味するものである。
また、「被処理物側の振動部の厚み寸法」とは、被処理物側のみの厚み寸法を意味するものであり、振動部が超音波振動子の被処理物側と反対側にも設けられていても、被処理物側と反対側の厚み寸法を含まない。
また、「振動部の超音波振動の波長」とは、超音波振動の周波数と振動部の材質等で決まる値であり、例えば、超音波振動の周波数が１ＭＨｚに設定され、振動部がステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）であると、その半波長（λ／２）は、標準的な使用条件における標準的な温度である２０℃において３ｍｍ程度となる。
【００１２】
本発明によれば、厚み寸法Ｔを従来よりも厚く設定する。例えば、振動部がステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）である場合、従来の標準的な厚み寸法Ｔは３ｍｍ程度であったが、超音波振動の周波数が１ＭＨｚの場合、半波長の２倍以上、例えば６ｍｍに設定する。その結果、超音波振動子へ伝播する熱量を低減することができる。
また、厚み寸法Ｔを、半波長（λ／２）の整数倍を中心とする所定の範囲内に設定したので、超音波振動子から被処理液への超音波振動の透過率を高くすることができる。
【００１３】
なお、処理液が無い領域とは、処理領域において、上記の厚み寸法方向に処理液が充分存在しておらず、被処理基板表面で超音波の大半が反射してしまう状態のことを云うものとする。
【００１４】
本発明において、厚み寸法Ｔが、該振動部における前記超音波振動の半波長の３倍から７倍、特に５倍の付近に設定されてなることにより、振動部において超音波振動を効率よく伝播することが可能となるとともに、厚み寸法Ｔを大きく設定して、振動部から超音波振動子へ伝播する熱をより低減し、超音波振動子の温度が上昇することをいっそう防止して、超音波振動子が破損してしまうことをさらに防止できる。
厚み寸法Ｔが、該振動部における前記超音波振動の半波長の７倍を越える範囲に設定された場合には、共振点が温度変動等によって容易に変動してしまうため、超音波振動子から超音波振動を付与した際の振動が減衰して、可振しなくなってしまうので好ましくない。また、厚み寸法Ｔが、該振動部における超音波振動の半波長の３倍より小さい範囲に設定された場合には、振動部と被処理物の被処理面との間の処理領域において、気泡が巻き込まれて処理液が無い領域が存在した場合に、振動部から超音波振動子へ伝播する熱の低減度合いが小さく、超音波振動子の温度が上昇してしまうため、好ましくない。
厚み寸法Ｔを半波長の５倍に設定されてなることにより、超音波振動子を安定した駆動と、かつ、処理領域にウエット処理液の無い部分のできた場合の超音波振動子における破損可能性の低減とを最適にできる。
【００１５】
また、本発明において、前記振動部の前記被処理物側に接して、被覆部が設けられてなることにより、振動部に直接処理液が接触しないので、前記振動部表面がウエット処理されてしまうことがないため、振動部が処理液および超音波振動により劣化してしまうことを低減して、振動部の寿命を長くすることができ、さらに、振動部の成分が処理液中に混合して被処理物表面を汚染してしまうことを防止できる。
【００１６】
前記被覆部は、前記被処理物側の表面が前記処理液に対する耐反応性および／または耐熱性を有するよう構成されてなることにより、振動部に反応性処理液や高温で反応性の処理液が直接接触しない上、被覆部表面がウエット処理されてしまうことがないため、振動部が処理液および超音波振動により劣化してしまうことをさらに低減し、振動部の寿命をより長くすることができ、さらに、振動部および処理面被覆部の成分が反応性や高温の処理液中に混合して被処理物表面を汚染してしまうことを防止できる。
【００１７】
ここで、ウエット処理としては、洗滌、剥離、現像、ウエットエッチング、メッキ、研磨等の処理を適用することができる。このとき、振動部付近に供給する処理液としては、洗浄処理の場合は、超純水、電解イオン水、オゾン水、水素水、等が用いられ、剥離処理の場合には、希ＮａＯＨ、希ＫＯＨ等無機アルカリや、アミン系剥離液等が用いられ、現像処理の場合には、希ＮａＯＨ、希ＫＯＨ等無機アルカリや、トリメチルアンモニウムハイトライト希釈液等が用いられ、ウエットエッチングの場合には、フッ素酸エッチング液等が用いられ、メッキ処理の場合には、Ｃｕ用、Ａｇ用、Ａｕ用メッキ液等が用いられ、研磨処理の場合には、ＳｉＯ2 スラリー、Ａｌ2Ｏ3スラリー、ダイヤモンドスラリー等が用いられる。
これに対応して、被覆部は、石英や、ＰＦＡ等のフッ素樹脂からなることや、用いる処理液によっては、振動部が、被覆部としての最表面がクロム酸化物のみからなる不動態膜面のステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ等）からなることができる。また、振動部が、酸化アルミニウムとクロム酸化物の混合膜を被覆部として表面に備えたステンレスとされることや、処理水がオゾン水とされた場合には被覆部としての電解研磨表面を備えたチタン等とされることができる。このほかにも、被覆部としては、高純度アルミナ、サファイヤ、４フッ化エチレン等のフッ素樹脂や、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、高純度ガラス状カーボン、を適用することが可能である。
【００１８】
本発明においては、前記被覆部の厚み寸法Ｔ’が、該被覆部における超音波振動の半波長（λ’／２）の１／１０以下または１倍を中心とする一定の範囲に設定されてなることにより、超音波振動子から被処理物に照射される振動エネルギーのロス分をほぼ最小化して、ウエット処理を安定化することができる。ここで、被覆部の厚み寸法が該被覆部における超音波振動の半波長の１／１０以下または１倍の範囲に設定された場合には、超音波振動を被覆部を介して処理液に充分効率的に伝播させることができるが、これに対して、被覆部の厚み寸法が前記半波長の１／１０より大きく前記半波長の１倍未満の範囲および半波長の１倍より大きい範囲に設定された場合には、超音波振動子から被処理物に照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
【００１９】
なお、被覆部における超音波振動の半波長の１／１０以下または１倍という数値は、振動部および被覆部の温度状態や、付与される超音波振動の周波数に依って最も効率のいい状態を選択できるよう定義幅を有するものとされ、厳密に半波長の１／１０や、１倍の値には限るものではない。
具体的には、超音波振動子から発せられた超音波振動の該振動部内での波長をλとしたときに、半波長の１／１０以下という数値範囲は、λ／１２０〜λ／２０の範囲以下であることが好ましく、より好ましくは、λ／１２０〜λ／６０の範囲以下とされるものである。また、半波長の１倍という数値は、具体的には、λ／２±０．５ｍｍの範囲とされていることが好ましく、より好ましくはλ／２±０．０５ｍｍの範囲、さらにいは、λ／２±０．０１ｍｍの範囲内とされることができる。このように被覆部の厚みを設定することにより、超音波振動子からの超音波振動を有効に伝播させることができるので、このような優れた特性を有する超音波振動子が備えられたウエット処理用ノズルを用いてウエット処理を行うと、超音波振動（超音波エネルギー）が処理液に十分付与され、効率良くウエット処理を行うことができる。
【００２０】
本発明においては、前記振動部が、前記超音波振動子の前記被処理物側とその反対側との双方に設けられてなる手段を採用することもできる。
この場合、振動部が被処理物側だけでなくその反対側にも備えられているので、被処理物側の振動部の厚み寸法Ｔを徒に厚くすることなく、振動部全体を厚く形成することが可能である。その結果、超音波振動の超音波振動子から処理液への透過率を低下させずに、発生する熱を振動子全体に分散し、超音波振動子が高温になることをより確実に防止することができる。
なお、被処理物側の振動部とその反対側の振動部とは、一体に形成しても、別体のものとして形成しも差し支えない。
【００２１】
また、本発明のウエット処理用ノズルは、被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部とを具備するウエット処理用ノズルであって、前記被処理面上の前記処理液に対して超音波振動を付与するための超音波振動子と、該超音波振動子に接して、前記被処理物側に設けられた被覆部と、前記超音波振動子に接して、前記被覆部と反対側に設けられた振動部と、を備え、前記被覆部の厚み寸法Ｔ’と、該被覆部の前記超音波振動の波長λ’との関係が、下記のいずれかに設定されてなることにより上記課題を解決した。
Ｔ’≦λ’／２０
Ｔ’＝（１±０．１）・λ’／２
【００２２】
この場合、振動部が被処理物側の反対側に備えられているので、超音波振動の超音波振動子から処理液への透過率を低下させずに、発生する熱を振動子に分散し、超音波振動子が高温になることを防止することができる。
また、被覆部の厚み寸法Ｔ’が、超音波振動における半波長（λ’／２）の１／１０以下または１倍を中心とする一定の範囲に設定されてなることにより、超音波振動子から被処理物に照射される振動エネルギーのロス分をほぼ最小化して、ウエット処理を安定化することができる。ここで、被覆部の厚み寸法が該被覆部における超音波振動の半波長の１／１０以下または１倍の範囲に設定された場合には、超音波振動を被覆部を介して処理液に充分効率的に伝播させることができるが、これに対して、被覆部の厚み寸法が前記半波長の１／１０より大きく前記半波長の１倍未満の範囲および半波長の１倍より大きい範囲に設定された場合には、超音波振動子から被処理物に照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
【００２３】
さらに、前記振動部には、該振動部を冷却する冷却手段が設けられてなることにより、処理領域に気泡が入り、処理液のない部分が生じた状態で長時間使用した場合でも、冷却手段により振動部を冷却して振動部の温度上昇を低減して、振動部の温度制御をおこなうことができるため、超音波振動子と振動部との接続部分および、超音波振動子の温度上昇を防止して、超音波振動子における破損可能性の低減が可能であるとともに、ウエット処理における超音波照射の安定駆動を可能とすることができる。
【００２４】
また、前記冷却手段が、前記振動部の内側および／または外側に位置する冷却管に冷却液を流通する構成とされてなることにより、処理領域に処理液が無い部分ができたとしても、振動部を冷却液により冷却することが可能となるため、振動部の温度上昇を防止することができ、超音波振動子と振動部との接続部分および、超音波振動子の温度上昇を防止して、超音波振動子における破損可能性を低減することが可能である。
ここで、振動部の内側に位置する冷却管とは、例えば、振動部に一体として設けられた冷却孔としての冷却管や振動部表面に設けられた溝部を蓋体で覆った冷却管内部に冷却液を流通可能な構造のことを意味し、また、振動部の外側とは、振動部表面に沿って接続される冷却管あるいは、振動部表面によって覆われる溝部を有する冷却体からなる冷却管内に冷却液を流通可能な構成を意味するものである。
【００２５】
本発明においては、前記冷却液が、前記処理液とされてなること、および／または、前記排出液とされてなることにより、冷却用に冷却液供給排出手段を設けることなく、処理液供給排出手段によって冷却液の供給排出をおこない振動部の冷却をおこなうことができるため、製造コストの低減を図ることができる。さらに、処理液を冷却液とした場合には処理液の温度制御に振動部の冷却時の熱を利用することが可能となる。また、排出液を冷却液とした場合には、振動部の温度状態に依存することなく処理液を供給して、かつ、振動部の冷却をおこなうことができる。
【００２６】
また、上記の超音波振動子においては、超音波振動の周波数が、２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲であることが好ましい。このような構成とすることにより、ウエット処理用ノズルに備えてウエット処理を行う場合に実用的な超音波洗浄が可能である。
【００２７】
本発明のウエット処理装置は、上記のウエット処理用ノズルと、
前記導入開口部と前記被処理物の被処理面との間に処理液を導入するための処理液導入手段と、
前記排出開口部と前記被処理物の被処理面との間から処理液を吸引して排出するため処理液回収手段と、
被処理物の被処理面に沿って前記ウエット処理用ノズルと前記被処理物とを相対移動させることにより前記被処理物の被処理面全域を処理するためのノズル・被処理物相対移動手段とを有することにより、上記本発明のウエット処理用ノズルの利点を有したまま被処理物の被処理面全域を処理することができ、また、超音波ウエット処理を長時間安定しておこなうことができ、投入電力に対する洗浄効率の高いウエット処理装置を提供できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態におけるウエット処理用ノズルを示す下面図、図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。
図において、符号１は、本実施形態におけるウエット処理用ノズルである。
【００２９】
本実施形態の洗浄用ノズル１は、図１，図２に示すように、一端に洗浄液（処理液）２を導入するための導入口２１ａを有する導入通路（導入管）２１と一端に洗浄後の洗浄液（ウエット処理後の処理液の排出液）を外部へ排出するための排出口２２ａを有する排出通路（排出管）２２とが設けられ、これら導入通路２１と排出通路２２のそれぞれの他端が連結され、被処理基板（被処理物）Ｗに対向する対向面４６Ａを有する連結部２３を形成するとともに、この連結部２３に導入通路２１が開口している第１の開口部（導入開口部）２１ｂと、排出通路２２が開口している第２の開口部（排出開口部）２２ｂが設けられたものである。このようなノズルは、プッシュ・プル型ノズル（省流量型ノズル）と呼ばれるものである。第１と第２の開口部２１ｂ，２２ｂは、被処理基板Ｗに向けて開口している。連結部２３と被処理基板Ｗの間の空間には、ウエット処理を行う処理領域３５が形成されている。
【００３０】
さらに、連結部２３には、被処理基板Ｗが洗浄されている間、処理領域３５内の洗浄液２に超音波振動を付与するための超音波振動子部分４０が設けられている。この超音波振動子部分４０は、振動板（振動部）４６と、振動板４６の主面上に設けられ、振動板４６に超音波振動を付与する超音波振動子４８とが備えられてなるものである。超音波振動子４８は、ＰＺＴ等の電歪素子とされ、発振器から超音波周波電気信号を受けて超音波振動を発生する。この超音波振動子４８は、エポキシ樹脂を主成分とする超音波振動子接着用等の接着剤により振動板４６に接続されている。
振動板４６を構成する材料としては、高純度ガラス状カーボン、ステンレス鋼、石英、サファイア、アルミナ等のセラミックス、あるいは、アルミニウム、およびその合金、チタン、マグネシウムなどのうちから選択されて用いられる。通常の洗浄処理に用いるウエット処理用ノズルに備えられる場合は、振動板４６の材料としてはステンレス鋼で十分であるが、洗浄液が比較的強い酸やフッ酸である場合は、サファイア又はアルミナ等のセラミックスから構成することが、ウエット処理液に対する耐性が優れ、劣化を防止できるため、ウエット処理を行う上で好ましい。
【００３１】
また、超音波振動子４８は、２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲の周波数の超音波振動を出力可能なものであることがウエット処理を行う場合に実用的な点で好ましく、特に、保持可能な処理液層の厚さの観点から０．２ＭＨｚ以上の周波数がより好ましい。
また、超音波振動子４８から発せられた超音波振動の振動板４６内での波長λの長さは、振動板４６がステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の場合、約０．６ｍｍから約３００ｍｍの範囲となる。
【００３２】
振動板４６は、図１に示すその厚み寸法Ｔが、超音波振動子４８から発せられた超音波振動の該振動板４６内での波長をλとしたときに、
Ｔ＝（ｎ±０．１）・λ／２ （但し、ｎは２以上の整数）
に設定される。ｎの値としては、３〜７、特に５が好ましい。
ここで、厚み寸法Ｔは、λ±０．３ｍｍ、３λ／２±０．３ｍｍ、５λ／２±０．３ｍｍ、７λ／２±０．３ｍｍのように、各数値に対して幅を持った範囲内に設定されることが好ましい。これは、温度変化等の条件を考慮したものである。このように厚み寸法Ｔを設定することにより、超音波振動子４８からの超音波振動を有効に伝播させることができ、超音波振動子部分４０が備えられた洗浄用ノズル１を用いてウエット処理を行うと、超音波振動（超音波エネルギー）が洗浄液２に十分付与でき、効率良くウエット処理を行うことができる。
【００３３】
また、排出通路２２側には、圧力制御部（図示略）が設けられ、この圧力制御部（処理液回収手段）は、被処理基板Ｗに接触した洗浄液２が洗浄後に排出通路２２に流れるように、第１の開口部２１ｂの大気と接触している洗浄液の圧力（洗浄液の表面張力と被処理基板の被洗浄面の表面張力も含む）と大気圧との均衡がとれるように設けられている。上記圧力制御部は、排出口２２ａ側に設けられた減圧ポンプにより構成されている。したがって、排出通路２２側の圧力制御部に減圧ポンプを用いて、この減圧ポンプで連結部２３の洗浄液を吸引する力を制御して、第１の開口部２１ｂの大気と接触している洗浄液の圧力（洗浄液の表面張力と被処理基板Ｗの被洗浄面の表面張力も含む）と大気圧との均衡をとるようになっている。
つまり、第１の開口部２１ｂの大気と接触している洗浄液の圧力Ｐw （洗浄液の表面張力と基板Ｗの被洗浄面の表面張力も含む）と大気圧Ｐa との関係をＰw ≒ Ｐaとすることにより、第１の開口部２１ｂを通じて被処理基板Ｗに供給され、被処理基板Ｗに接触した洗浄液は、洗浄用ノズルの外部に漏れることなく、排出通路２２に排出される。すなわち、洗浄用ノズルから被処理基板Ｗ上に供給した洗浄液は、被処理基板Ｗ上の洗浄液を供給した部分（第１と第２の開口部２１ｂ,２２ｂ）以外の部分に接触することなく、基板Ｗ上から除去される。
【００３４】
ここでの被処理基板Ｗの洗浄の際、処理領域３５に洗浄液２を供給した状態で上記超音波振動子４８により超音波振動を付与し、洗浄液２と共働して被処理基板Ｗを洗浄できる。また、本実施形態の洗浄用ノズル１に備えられた超音波振動子部分４０は、超音波振動子４８から超音波振動が放射されると超音波振動が振動板４６に伝播されるが、振動板４６の厚み寸法Ｔが上記の様に設定されているので、伝播した超音波振動が、振動板４６の主面と反対側の対向面４６Ａ（超音波振動子４８が設けられた面と反対側の面）から処理領域３５の洗浄液２に効率良く放射される。
【００３５】
洗浄用ノズル１の各開口部２１ｂ,２２ｂと、被処理基板Ｗとの間の距離Ｈは、８ｍｍ以下で被処理基板Ｗと接触しない範囲がよく、好ましくは６ｍｍ以下で基板Ｗと接触しない範囲、より好ましくは３ｍｍ以下で基板Ｗと接触しない範囲とするのがよい。８ｍｍを越えると、基板Ｗと洗浄用ノズルとの間に所望の洗浄液を満たすことが困難となり、洗浄が難しくなるからである。
【００３６】
洗浄用ノズル１の接液面となる対向面４６Ａは、ＰＦＡ等のフッ素樹脂や、用いる洗浄液によっては最表面がクロム酸化物のみからなる不動態膜面のステンレス、あるいは酸化アルミニウムとクロム酸化物の混合膜を表面に備えたステンレス、オゾン水に対しては電解研磨表面を備えたチタン等からなる対応面被覆部とすることが、洗浄液への不純物の溶出がないことから好ましい。接液面を石英により構成すれば、フッ酸を除く全ての洗浄液の供給に好ましい。
本実施の形態における洗浄用ノズルの構成においては、処理領域３５に供給される洗浄液２が水素水である場合は、水素水超音波洗浄用ノズルとして用いることができ、洗浄液がオゾン水である場合は、オゾン水超音波洗浄用ノズルとして用いることができ、洗浄液が純水である場合は、純水リンス超音波洗浄用ノズルとして用いることができる。
【００３７】
本実施形態の洗浄用ノズル１では、振動部（振動板）４６の厚み寸法が、振動部４６における超音波振動の半波長λ／２の２倍を越えた整数倍に設定されてなることにより、振動部４６の対向面４６Ａと被処理物Ｗの被処理面Ｗ１との間の処理領域３５において、気泡が巻き込まれて処理液２が無い領域が存在した場合にも、振動板４６の厚み寸法Ｔを従来より大きく設定して、上記気泡の領域において被処理基板Ｗから反射した超音波により振動板４６で熱が発生した場合に、振動部４６から超音波振動子４８へ伝播する熱を低減し、超音波振動子４８の温度が上昇することを防止して、超音波振動子４８が破損してしまうことを防止できるとともに、振動板４６と超音波振動子４８との接続部分が破損してしまい動作不良を起こすことを防止することができる。
例えば、超音波振動における周波数が１ＭＨｚに設定されるとともに、振動部４６がステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）とされた場合には、その半波長λ／２は３ｍｍ程度となり、振動部４６の厚さ寸法Ｔを従来の３ｍｍ程度よりも厚く設定し，６ｍｍとすることができ、これにより振動板４６から伝播する熱量を超音波振動子４６以外の部分に逃がす割合を増大して、超音波振動子４６へ伝播する熱量を低減することができ、超音波振動子４８の温度が上昇することを防止して、超音波振動子４８が破損してしまうことを防止できる。
【００３８】
さらに、振動部４６の厚み寸法Ｔが、振動部４６における超音波振動の半波長λ／２の３倍から７倍の範囲に設定されてなることが好ましく、より好ましくは、振動部４６の厚み寸法Ｔが、振動部４８における超音波振動の半波長λ／２の５倍に設定されてなることにより、振動部４６において超音波振動を効率よく伝播することが可能となるとともに、振動部４６の厚み寸法Ｔを従来より大きく設定して、振動部４６から超音波振動子４８へ伝播する熱をより低減し、超音波振動子４８の温度が上昇することをいっそう防止して、超音波振動子４８が破損してしまうことをさらに防止できる。
【００３９】
ここで、振動部４６の厚み寸法Ｔが、振動部４６における超音波振動の半波長λ／２の７倍以上の範囲に設定された場合には、共振点が温度変動等によって容易に変動してしまうため、超音波振動子４８から超音波振動を出させるための超音波周波電気信号の発振器の調整がうまくいかず、振動板４６が振動しにくくなってしまうので好ましくない。また、振動板４６の厚み寸法Ｔが、振動部４６における超音波振動の半波長の３倍以下の範囲に設定された場合には、振動部４６の対向面４６Ａと被処理物Ｗの被処理面Ｗ１との間の処理領域３５において、気泡が巻き込まれて処理液２が無い領域が存在した場合に、振動部４６から超音波振動子４８へ伝播する熱を低減する度合いが小さく、超音波振動子４８の温度が上昇してしまうため、好ましくない。
さらに、振動部４６の厚み寸法が、振動部４６における超音波振動の半波長λ／２の５倍に設定されてなることにより、超音波振動子４８を安定した駆動と、かつ、処理領域３５からウエット処理液２が無くなっても、超音波振動子４８における破損可能性の低減とを最適にできる。
【００４０】
ここで、振動部４６の厚み寸法Ｔと、振動部４６の共振周波数との関係について説明する。
図３は９λ／２の厚さの振動板にλ／２の厚さの被覆部を有する場合におけるインピーダンス特性を示すグラフ、図４は５λ／２の厚さの振動板にλ／２の厚さの被覆部を有する場合におけるインピーダンス特性を示すグラフである。
【００４１】
図３，図４に示すように、超音波振動に対する周波数インピーダンス特性としては、その極大値となっている点が振動板の共振点を示しており、図３に示すように、９λ／２の厚さの振動板におけるインピーダンス特性は、共振点どうしの周波数の間隔幅が狭く、さらに、超音波振動の周波数が大きくなるに従って共振点どうしの周波数の間隔幅がさらに狭くなっている。このため、温度状態などの振動条件が変化した場合に、振動板を効率よく振動させることが困難である。
これに対し、本実施形態においては、図４に示すように、５λ／２の厚さの振動板４６におけるインピーダンス特性が、図３に示すものに比べて共振点どうしの周波数の間隔幅が広くなっており、温度状態などの振動条件が変化した場合でも、振動板４６を効率よく振動させて、ウエット処理用ノズルの動作を安定化することが可能となる。
【００４２】
上記のように、本実施形態においては、振動部４６の厚み寸法Ｔが、振動部４６における超音波振動の半波長λ／２の３倍から７倍の範囲に設定されてなることにより、振動部４６において超音波振動を効率よく伝播することが可能となるとともに、振動部４６の厚み寸法Ｔを従来より大きく設定して、振動部４６から超音波振動子４８へ伝播する熱を低減し、超音波振動子４８の温度が上昇することを防止して、超音波振動子４８の破損可能性を低減することができる。さらに、振動部４６の厚み寸法Ｔが、振動部４８における超音波振動の半波長λ／２の５倍に設定されてなることにより、振動部４６において超音波振動をさらに効率よく伝播することが可能となるとともに、振動部４６の厚み寸法Ｔを従来より大きく設定して、振動部４６から超音波振動子４８へ伝播する熱をより低減し、超音波振動子４８の温度が上昇することをいっそう防止して、超音波振動子４８が破損してしまうことをさらに防止でき、超音波振動子４８を安定した駆動と、かつ、処理領域３５からウエット処理液２が無くなっても、超音波振動子４８における破損可能性の低減とを最適にすることが可能となる。
【００４３】
なお、上記の実施形態においては、振動部４６の厚み寸法Ｔのみに注目して説明したが、それ以外の構成に関しては、本発明の趣旨を変更しない範囲で、どのような変更も可能である。
【００４４】
本実施形態では、洗浄用ノズル１を被処理基板Ｗの上面側（一方の被処理面側）に設けた場合について説明したが、図５に示すように被処理基板Ｗの下面側にも洗浄用ノズル１ａを設けてもよい。この洗浄用ノズル１ａは、連結部２３に超音波振動子４８が設けられておらず、それ以外は先に述べた洗浄用ノズル１と同様の構成である。
【００４５】
以下、本発明に係るウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第２の実施形態］
図６は、本実施形態におけるウエット処理用ノズルを示す断面図である。
本実施形態において、図１〜図５に示す第１実施形態と異なるのは被覆部４９の構成に関する点であり、これ以外の対応する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
振動部４６の接液面となる対向面４６Ａには、図６に示すように、この対向面４６Ａを覆うように処理液２に対する耐反応性および／または耐熱性を有する被覆部４９が設けられる。
この被覆部４９は、適応されるウエット処理に応じてその構成が異なるものとされる。
【００４７】
ここで、ウエット処理としては、洗滌、剥離、現像、ウエットエッチング、メッキ、研磨等の処理を適用することができる。このとき、振動部４６付近に供給する処理液２としては、洗浄処理の場合は、超純水、電解イオン水、オゾン水、水素水、等が用いられ、特に、カソード水（電解イオン水のうち、カソード電極側で生成したもの）、水素水、アンモニア添加水素水等が安定して使用でき、剥離処理の場合には、希ＮａＯＨ、希ＫＯＨ等無機アルカリや、アミン系剥離液等が用いられ、現像処理の場合には、希ＮａＯＨ、希ＫＯＨ等無機アルカリや、トリメチルアンモニウムハイトライト希釈液等が用いられ、ウエットエッチングの場合には、フッ素酸エッチング液等が用いられ、メッキ処理の場合には、Ｃｕ用、Ａｇ用、Ａｕ用メッキ液等が用いられ、研磨処理の場合には、ＳｉＯ２ スラリー、Ａｌ２Ｏ３スラリー、ダイヤモンドスラリー等が用いられる。
これに対応して、被覆部４９は、石英、高純度アルミナ、サファイヤ、ＰＦＡ、４フッ化エチレン等のフッ素樹脂や、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）高純度ガラス状カーボン等、からなることが可能である。さらに、用いる処理液２によっては、振動部４６が、被覆部４９としての最表面がクロム酸化物のみからなる不動態膜面のステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ等）からなることや、振動部４６が、酸化アルミニウムとクロム酸化物の混合膜を被覆部４９として表面に備えたステンレスとされることや、処理水２がオゾン水とされた場合には被覆部４９としての電解研磨表面を備えたチタン等とされることができる。
【００４８】
本実施形態の被覆部４９の厚み寸法Ｔ’は、図６に示すように、被覆部４９における超音波振動の波長λ’に対してλ’／２０以下または（１±０．１）・λ’／２に設定されてなることにより、超音波振動子４８から被処理物Ｗに照射される振動エネルギーのロス分を略最小化して、ウエット処理を安定化することができる。
具体的には、超音波振動における周波数が１ＭＨｚに設定されるとともに、被覆部４９がステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）とされた場合には、その半波長λ’／２は３ｍｍ程度として設定することができ、これにより振動板４６から伝播する熱量を超音波振動子４６以外の部分に逃がす割合を増大して、超音波振動子４６へ伝播する熱量を低減することができ、超音波振動子４８の温度が上昇することを防止して、超音波振動子４８が破損してしまうことを防止できる。
【００４９】
被覆部４９の厚み寸法Ｔ’が被覆部４９における超音波振動の波長λ’に対して、λ’／２０倍以下の範囲に設定された場合には、振動部４６の対向面４６Ａにおいて処理液２との反応が生ぜず、かつ、充分超音波振動を処理液２に伝播させることができるため好ましい。また、被覆部４９の厚み寸法Ｔ’が、被覆部４９における超音波振動の波長λ’に対してλ’／２０より大きくλ’／２未満の範囲およびλ’／２より大きい範囲に設定された場合には、超音波振動子４８から被処理物Ｗに照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
【００５０】
ここで、被覆部４９の厚み寸法Ｔ’に対する、λ’／２０以下、λ’／２倍という数値は、振動部４６および被覆部４９の温度状態や、付与される超音波振動の周波数に依って最も効率のいい状態を選択できるよう定義幅を有するものとされ、厳密にλ’／２０や、λ’／２倍の値とは限らない。
具体的には、超音波振動子４８から発せられた超音波振動の被覆部４９内での波長をλ’としたときに、λ’／２０以下という数値範囲は、λ’／１２０〜λ’／２０の範囲以下であることが好ましく、より好ましくは、λ’／１２０〜λ’／６０の範囲以下とされるものである。また、λ’／２という数値は、具体的には、λ’／２±０．５ｍｍの範囲とされていることが好ましく、より好ましくはλ’／２±０．０５ｍｍの範囲、さらにいは、λ’／２±０．０１ｍｍの範囲内とされることができる。このように被覆部４９の厚みを設定することにより、超音波振動子４８からの超音波振動を有効に伝播させることができるので、このような優れた特性を有する超音波振動子部分４０が備えられたウエット処理用ノズル１を用いてウエット処理を行うと、超音波振動（超音波エネルギー）が処理液に十分付与され、効率良くウエット処理を行うことができる。
【００５１】
本実施形態のウエット処理用ノズル１においては、上記の実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、被覆部４９が設けられており、この被覆部４９が、処理液２に対する耐反応性および／または耐熱性を有してなることにより、振動部４６の対向面４６Ａに直接処理液２が接触しない上、処理面被覆部４９表面がウエット処理されてしまうことがないため、振動部４６が処理液２および超音波振動により劣化してしまうことをさらに低減し、振動部４６の寿命をより長くすることができ、さらに、振動部４６および処理面被覆部４９の成分が処理液２中に混合して被処理物Ｗの被処理面Ｗ１を汚染してしまうことを防止できる。同時に、振動部４６の対向面４６Ａと被処理物Ｗの被処理面Ｗ１との間の処理領域３５において、気泡が巻き込まれて処理液２が無い領域が存在して振動部４６が発熱した場合に、たとえ処理液２に接している振動部４６が温度上昇しても、振動部４６内で有効に熱伝導が生じ、被覆部４９を通し、処理液２に熱を放出することができるため、振動部４６が破損することを防止できる。
【００５２】
また、本実施形態のウエット処理用ノズル１では、被覆部４９の厚みＴ’をλ’／２０以下または（１±０．１）・λ’／２とすることにより、超音波振動子４８、振動部４６からの超音波振動を有効に伝播させることができるので、このような優れた特性を有する超音波振動子部分４０が備えられたウエット処理用ノズル１を用いてウエット処理をおこなうと、超音波振動（超音波エネルギー）が処理液に十分付与され、効率良くウエット処理を行うことができる。さらに、振動部４６のみならず、被覆部４９が設けられることによりその厚み寸法Ｔ’分だけ振動部４６の厚み寸法Ｔが厚く設定された状態となるため、振動部４６の対向面４６Ａと被処理物Ｗの被処理面Ｗ１との間の処理領域３５において、気泡が巻き込まれて処理液２が無い領域が存在した場合にも、気泡の領域において被処理基板Ｗから反射した超音波により振動板４６で熱が発生しても、振動部４６から超音波振動子４８へ伝播する熱を低減し、超音波振動子４８の温度が上昇することを防止して、超音波振動子４８が破損してしまうことを防止できるとともに、振動板４６と超音波振動子４８との接続部分が破損してしまい動作不良を起こすことを防止することができる。
【００５３】
また、本実施形態においても、図５に示す第１実施形態のように、被処理基板Ｗの下面側にも洗浄用ノズル１ａを設けることができる。
【００５４】
以下、本発明に係るウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第３の実施形態］
図７は、本実施形態におけるウエット処理用ノズルを示す断面図である。
本実施形態において、図１〜図５に示す第１実施形態と異なるのは冷却管５０の構成に関する点であり、これ以外の対応する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
振動部４６には、図７に示すように、この振動部４６を冷却するための冷却手段として、連結部２３における導入通路２１側および排出通路２２側の両側面に、それぞれ冷却管（冷却体）５０，５０が設けられている。
【００５６】
この冷却管５０，５０は、振動部４６または導入通路２１，排出通路２２等と略同等の材質からなるものとされ、振動部４６側面に対向面４６Ａと平行状態、つまり、図７の紙面と略垂直方向に延在しており、この方向における振動部４６の長さ寸法とほぼ等しい長さ寸法に設定されている。冷却管５０はその流路方向と直行する方向の断面形状が略半円形の半割円筒である冷却体５０，５０とされ、この冷却体５０，５０の開口した部分が、振動部４６の側面によって覆われるように密閉接続されている。冷却管５０の両端は、冷却配管５０ａを介してそれぞれ排出口２２ａおよび図示しない減圧ポンプに接続され、これら、排出管２２と冷却管５０と減圧ポンプとは、処理領域３５から排出液（処理液）２を吸引して排出するため処理液回収手段を構成している。
【００５７】
本実施形態のウエット処理用ノズル１において、処理液導入手段から導入開口部２１ｂを介して被処理基板Ｗ上の処理領域３５に供給された洗浄液２は、排出開口部２２ｂから排出通路２２を通り、排出口２２ａから振動部４６の両サイドに位置する冷却管５０，５０内部を経て、減圧ポンプにより、排出される。つまり、冷却手段が、振動部４６の外側に位置する冷却管５０に冷却液としての排出液（処理液）２を流通する。
【００５８】
これにより、本実施形態のウエット処理用ノズル１においては、上記の実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、さらに、振動部４６を冷却液２により冷却することが可能となるため、振動部４６の温度上昇を防止することができ、処理領域３５に処理液２が無い部分ができたとしても、振動部４６を冷却液２により冷却することが可能となるため、振動部４６の温度上昇をより確実に防止することができ、超音波振動子４８と振動部４６との接続部分および、超音波振動子４８の温度上昇を防止して、超音波振動子部分４０における破損可能性を低減することが可能である。
【００５９】
また、排出液２を冷却液とすることにより、振動部４６の冷却用として冷却液供給排出手段を特設する必要がなく、処理液導入排出手段によって冷却液を供給排出して冷却管５０，５０内部に流通させることで振動部４６の冷却をおこなうことができるため、ウエット処理用ノズル１としての製造コストおよびランニングコストの低減を図ることができる。さらに、排出液２を冷却液としているため、振動部４６の温度状態に依存することなく処理液２を供給して、かつ、振動部４６の冷却をおこなうことができる。
【００６０】
なお、本実施形態では冷却体５０が接続される振動部４６の側面を略平面としているが、図８に示すように、振動部４６側面に冷却体５０に対応した冷却溝（溝部）５０Ａを設けて、この冷却溝５０Ａを冷却管５０で覆い、冷却液２の流通する冷却通路としての断面積を増大して、冷却液の流量を増加可能とするとともに、振動部４６に対して冷却液２が接触する面積を増大して、さらに冷却効率を向上することもできる。
【００６１】
また、本実施形態においては、冷却管５０，５０の内表面、振動部４６の側面、および、冷却溝５０Ａ内表面のように、冷却液としての処理液２に接触する部分に関しては、図６に示した第２実施形態における対向面被服部４９と同質の表面コーティング、表面改質等をおこなうことも可能である。また、図９に示すように、冷却体５０および冷却溝５０Ａの内部に冷却管５０Ｂとして図６に示した第２実施形態における被覆部４９と同質の冷却内管５０Ｂを設けることもできる。これらの場合、処理液２により劣化してしまうことをさらに低減し、振動部４６の寿命をより長くすることができる。
【００６２】
なお、冷却管５０を振動部４６側面以外の部分、例えば超音波振動子４８の接続されている主面上に位置するように設けることや、振動部４６表面に溝部を設けるのではなく、振動部４６内部に冷却液の流通する冷却孔を設けることもできる。このように冷却孔を設けた場合、冷却液と振動部４６との接触面積がさらに増大して、よりいっそうの冷却効果を得ることが可能になる。
【００６３】
以下、本発明に係るウエット処理用ノズルの第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第４の実施形態］
図１０は、本実施形態におけるウエット処理用ノズルを示す断面図である。
本実施形態が、第１実施形態から第３実施形態と基本的に異なる点は、振動部を４６を、超音波振動子４８の被処理基板Ｗと反対側に配置した点である。
図１０においても、図１〜９と共通する構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６４】
本実施形態では、超音波振動子４８の被処理基板Ｗ側に、被覆部４９が設けられ、この被覆部４９が、導入通路２１と排出通路２２とを連結する連結部２３となっている。被覆部４９は処理液２に接するので、第２実施形態において説明したように、処理液２に応じて、耐反応性、耐熱性に優れた材質を用いて形成される。
【００６５】
被覆部４９の厚み寸法Ｔ’と、被覆部における超音波振動の波長λ’との関係は、下記のいずれかの関係に設定されている。
Ｔ’≦λ’／２０
Ｔ’＝（１±０．１）・λ’／２
【００６６】
厚み寸法Ｔ’を上記のように設定すべき理由を、図１１を用いて説明する。
図１１は、被覆部４９の厚み寸法Ｔ’と、超音波振動の透過率との関係を示すグラフである。
図１１において、実線は、被覆部４９による振動の吸収を考慮しない理論値であり、被覆部における超音波振動の波長λ’の１／２、すなわち、半波長毎に極大値１．０（１００％）を取る。しかしながら、実際には×印の実験値が示すように、半波長毎の極大値は図中破線で示すように徐々に減衰する。
図１１のグラフから理解されるように、透過率は、被覆部４９の厚み寸法Ｔ’がゼロから離れるにつれ減少し、波長λ’の１／４で最小となる。したがって、被覆部４９の厚み寸法Ｔ’として最も望ましい値は、限りなくゼロに近い値であるが、実用上λ’／２０以下であれば差し支えない。被覆部４９の厚み寸法Ｔ’として次に望ましい値は、最初の極大値となるλ’／２であるが、実用上（１±０．１）・λ’／２の範囲でであれば差し支えない。
【００６７】
なお、超音波振動の波長λ’は、超音波振動の周波数と被覆部の材質でほぼ決定されるが、温度によっても若干変動する。したがって、上記の式における波長λ’は、標準的な使用状態における標準的な温度条件において判断される。
【００６８】
本実施形態では、超音波振動子４８の被処理基板Ｗ側と反対側に、振動部４６が設けられている。この振動部４６の厚み寸法Ｔ”は、超音波振動子付近の熱を分散させるために、充分大きな値とされている。この場合、振動部４６は、超音波振動子４８と処理液２との間に介在しないので、超音波振動の透過率を考慮する必要がない。したがって、その厚み寸法Ｔ”は、振動部４６における超音波振動の波長λを考慮することになく、連続的な任意の範囲で選択可能である。
また、振動部４６の材質は、被覆部４９の材質同一としても良いが、別の材質を用いることが好ましい。振動部４６は、処理液２に対する耐反応性、耐摩耗性等を考慮しなくて良いので、安価な材料で形成することができる。また、振動部４６は、熱容量が大きいと共に、熱伝導性に優れて外部に熱を放出しやすいものが好ましい。
【００６９】
本実施形態においても、この振動部４６に冷却手段手段が設けられている。その具体的な構成は、第３の実施形態の図９と同じであるので、説明を省略する。
【００７０】
本実施形態によれば、振動部４６を超音波振動子４８の被処理基板Ｗ側と反対側に配置したので、処理液２に伝達する超音波振動の減衰を考慮することなく充分に厚く、かつ加工精度にこだわらずに形成することができる。そのため、振動部４０に設けられた冷却手段と相俟って、超音波振動子４８の加熱による損傷を、効率的に回避することができる。
さらに、超音波振動子４８の被処理基板Ｗ側には被覆部４９を配置したので、処理液２によって、超音波振動子４８が損なわれることがない。また、この被覆部４９の厚み寸法Ｔ’は所定の値とされているので、被覆部４９によって超音波振動が減衰し、透過率が低下することを防止できる。
したがって、超音波振動子４８を損傷することなく、効率的なウエット処理が可能となる。
【００７１】
以下、本発明に係るウエット処理装置の第５実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第５の実施形態］
本実施形態は、上記のいずれかの実施形態のウエット処理用ノズルを具備した洗浄装置（ウェット処理装置）の一例である。
図１２は、本実施形態におけるウエット処理装置５１の概略構成を示す図であって、例えば被処理基板として数百ｍｍ角程度の大型のガラス基板（以下、単に基板という）を枚葉洗浄するための装置である。
図中符号５２は洗浄部、５３はステージ（基板保持手段）、５４、５５、５６、８９は洗浄用ノズル、５７は基板搬送ロボット、５８はローダカセット、５９はアンローダカセット、６０は水素水・オゾン水生成部、６１は洗浄液再生部、Ｗはガラス基板（被処理基板）である。
【００７２】
図に示すように、装置上面中央が洗浄部５２となっており、基板Ｗを保持するステージ５３が設けられている。ステージ５３には、基板Ｗの形状に合致した矩形の段部が設けられ、この段部上に基板Ｗが嵌め込まれて、基板Ｗの表面とステージ５３の表面が面一状態でステージ５３に保持されるようになっている。また、段部の下方には空間部が形成され、空間部にはステージ５３の下方から基板昇降用シャフト（図示略）が突出している。基板昇降用シャフトの下端にはシリンダ等のシャフト駆動源（図示略）が設けられ、基板搬送ロボット５７による基板Ｗの受け渡しの際にシリンダの作動により上記基板昇降用シャフトが上下動し、シャフトの上下動に伴って基板Ｗが上昇または下降するようになっている。
【００７３】
ステージ５３を挟んで対向する位置に一対のラックベース６２が設けられ、これらラックベース６２間に洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９が架設されている。洗浄用ノズルは並列配置された４本のノズルからなり、各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９が異なる洗浄方法により洗浄を行うものとなっている。本実施の形態の場合、これら４本のノズルは、基板にオゾンを供給するとともに紫外線ランプ６３から紫外線を照射することによって主に有機物を分解除去する紫外線洗浄用ノズル５４、オゾン水を供給しつつ超音波振動子本体４８により超音波振動を付与して洗浄するオゾン水超音波洗浄用ノズル５５、水素水を供給しつつ超音波振動子本体４８により超音波振動を付与して洗浄する水素水超音波洗浄用ノズル５６、純水を供給してリンス洗浄を行う純水リンス洗浄用ノズル８９、である。
【００７４】
各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９は、プッシュ・プル型ノズル（省液型ノズル）と呼ばれるものである。また、これら４本のノズルのうちオゾン水超音波洗浄用ノズル５５と、水素水超音波洗浄用ノズル５６は、図１〜図９を用いて説明したいずれかの実施形態の洗浄用ノズルと同様の構成のもの、あるいは１本の洗浄用ノズルにつき、図１〜図９を用いて説明したいずれかの実施形態の洗浄用ノズルが複数設けられたもの（図１２では、１本の洗浄用ノズルにつき、導入通路２１と排出通路２２との連結部２３およびこの連結部２３に設けられた超音波振動子部分４０（又は超音波振動子４０ａ）および第１、第２の開口部２１ｂ，２２ｂはそれぞれ３組づつ設けられており、第１と第２の開口部２１ｂ，２２ｂはそれぞれ３組合わせて基板Ｗの幅以上の長さに延びている。）である。ただし、ここでは図示の都合上、超音波振動子４８のみを図示し、洗浄液導入部、洗浄液排出部等に区分した図示は省略する。また、洗浄用ノズル５４は、超音波振動子本体４８に代えて紫外線ランプ６３が設けられた以外は上記実施形態の洗浄用ノズルと略同様の構成であり、洗浄用ノズル８９は、超音波振動子本体４８が設けられていない以外は、上記実施形態の洗浄用ノズルと略同様の構成である。ただし、ここでは図示の都合上、洗浄液導入部、洗浄液排出部等に区分した図示は省略する。
この洗浄装置５１では、上記４本の洗浄ノズルが基板Ｗの上方で基板Ｗとの間隔を一定に保ちながらラックベース６２に沿って順次移動することにより、基板Ｗの被洗浄面全域（被処理面全域）が４種類の洗浄方法により洗浄される構成となっている。
【００７５】
各洗浄用ノズルの移動手段（ノズル・被処理物相対移動手段）としては、各ラックベース６２上のリニアガイドに沿って水平移動可能とされたスライダがそれぞれ設けられ、各スライダの上面に支柱がそれぞれ立設され、これら支柱に各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９の両端部が固定されている。各スライダ上にはモータ等の駆動源が設置されており、各スライダがラックベース６２上を自走する構成となっている。そして、装置の制御部（図示略）から供給される制御信号により各スライダ上のモータがそれぞれ作動することによって、各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９が個別に水平移動する構成となっている。また、上記支柱にはシリンダ（図示略）等の駆動源が設けられ、支柱が上下動することにより各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９の高さ、すなわち各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９と基板Ｗとの間隔がそれぞれ調整可能となっている。
【００７６】
洗浄部５２の側方に、水素水・オゾン水生成部６０と洗浄液再生部６１とが設けられている。水素水・オゾン水生成部６０には、水素水製造装置６４とオゾン水製造装置６５とが組み込まれている。いずれの洗浄液も、純水中に水素ガスやオゾンガスを溶解させることによって生成することができる。そして、水素水製造装置６４で生成された水素水が、水素水供給配管６６の途中に設けられた送液ポンプ６７により水素水超音波洗浄用ノズル５６に供給されるようになっている。同様に、オゾン水製造装置６５で生成されたオゾン水が、オゾン水供給配管６８の途中に設けられた送液ポンプ６９によりオゾン水超音波洗浄用ノズル５５に供給されるようになっている。なお、純水リンス洗浄用ノズル８９には製造ライン内の純水供給用配管（図示略）から純水が供給されるようになっている。
【００７７】
そして、水素水用フィルタ７０を通した後の水素水は、再生水素水供給配管７６の途中に設けられた送液ポンプ７７により水素水超音波洗浄用ノズル５６に供給されるようになっている。同様に、オゾン水用フィルタ７１を通した後のオゾン水は、再生オゾン水供給配管７８の途中に設けられた送液ポンプ７９によりオゾン水超音波洗浄用ノズル５５に供給されるようになっている。また、水素水供給配管６６と再生水素水供給配管７６は水素水超音波洗浄用ノズル５６の手前で接続され、弁８０によって水素水超音波洗浄用ノズル５６に新しい水素水を導入するか、再生水素水を導入するかを切り換え可能となっている。同様に、オゾン水供給配管６８と再生オゾン水供給配管７８はオゾン水超音波洗浄用ノズル５５の手前で接続され、弁８１によってオゾン水超音波洗浄用ノズル５５に新しいオゾン水を導入するか、再生オゾン水を導入するかを切り換え可能となっている。なお、各フィルタ７０，７１を通した後の水素水やオゾン水は、パーティクルが除去されてはいるものの、液中気体含有濃度が低下しているため、配管を通じて再度水素水製造装置６４やオゾン水製造装置６５に戻し、水素ガスやオゾンガスを補充するようにしてもよい。
【００７８】
洗浄部５２の側方に、ローダカセット５８、アンローダカセット５９が着脱可能に設けられている。これら２つのカセット５８、５９は、複数枚の基板Ｗが収容可能な同一の形状のものであり、ローダカセット５８に洗浄前（ウエット処理前）の基板Ｗを収容し、アンローダカセット５９には洗浄済（ウエット処理後）の基板Ｗが収容される。そして、洗浄部５２とローダカセット５８、アンローダカセット５９の中間の位置に基板搬送ロボット５７が設置されている。基板搬送ロボット５７はその上部に伸縮自在なリンク機構を有するアーム８２を有し、アーム８２は回転可能かつ昇降可能となっており、アーム８２の先端部で基板Ｗを支持、搬送するようになっている。
【００７９】
上記構成の洗浄装置５１は、例えば洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９と基板Ｗとの間隔、洗浄用ノズルの移動速度、洗浄液の流量等、種々の洗浄条件をオペレータが設定する他は、各部の動作が制御部により制御されており、自動運転する構成になっている。したがって、この洗浄装置５１を使用する際には、洗浄前の基板Ｗをローダカセット５８にセットし、オペレータがスタートスイッチを操作すれば、基板搬送ロボット５７によりローダカセット５８からステージ５３上に基板Ｗが搬送され、ステージ５３上で各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９により紫外線洗浄、オゾン水超音波洗浄、水素水超音波洗浄、リンス洗浄が順次自動的に行われ、洗浄後、基板搬送ロボット５７によりアンローダカセット５９に収容される。
【００８０】
本実施形態の洗浄装置５１においては、本発明の実施形態の洗浄用ノズル５５，５６と、上記のノズル・被処理物相対移動手段とを備えたことにより、上記本実施形態のウエット処理用ノズル（洗浄用ノズル）の利点を有したまま基板Ｗの被洗浄面全域をウエット処理（洗浄）することができる。
【００８１】
また、本実施形態の洗浄装置５１は、４本の洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９の各々が、紫外線洗浄、オゾン水超音波洗浄、水素水超音波洗浄、リンス洗浄といった異なる洗浄方法により洗浄処理する構成であるため、本装置１台で種々の洗浄方法を実施することができる。したがって、例えば、水素水超音波洗浄、オゾン水超音波洗浄により微細な粒径のパーティクルを除去し、さらにリンス洗浄で基板表面に付着した洗浄液も洗い流しながら仕上げの洗浄を行う、というように種々の被除去物を充分に洗浄除去することができる。また、本実施の形態の洗浄装置５１の場合、上記の省液型の洗浄用ノズルが備えられているため、洗浄液の使用量を低減することができ、しかも、ノズルの下方に液溜まりが生じないため、高効率、高清浄度の基板洗浄を実施することができる。したがって、半導体デバイス、液晶表示パネル等をはじめとする各種電子機器の製造ラインに好適な洗浄装置を実現することができる。
【００８２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、洗浄用ノズルの形状や寸法、洗浄用ノズルの導入管や排出管の数や設置位置等の具体的な構成等に関しては、適宜設計変更が可能なことは勿論である。さらに、上記実施の形態においては、本発明のノズルを洗浄用ノズルに適用した例を示したが、洗浄以外のウェット処理、例えばエッチング、レジスト除去等に本発明のノズルを適用することも可能である。
【００８３】
【発明の効果】
本発明のウエット処理用ノズルまたはウエット処理装置によれば、振動部の厚み寸法を大きく設定して、超音波振動により発生する熱を分散し、超音波振動子の温度上昇を防止できる。そのため、被処理物の被処理面上において、気泡が巻き込まれて処理液が無い領域が存在した場合にも、超音波振動子が過熱して破損してしまうことを防止できる。さらに、本発明のウエット処理用ノズルまたはウエット処理装置によれば、超音波振動子と処理液との間に介在する振動部及び／または被覆部の厚み寸法を特定の値としたので、超音波振動の透過率を徒に減少させることがない。したがって、超音波振動子を損傷の恐れが少なく、しかも効率的にウエット処理が可能なウエット処理用ノズルまたはウエット処理装置とすることができる。
特に本発明によれば、振動部の厚み寸法Ｔを、振動部における超音波振動の半波長の３倍から７倍に設定することにより、振動部において超音波振動を効率よく伝播することが可能となるとともに、厚み寸法Ｔを大きく設定して、振動部から超音波振動子へ伝播する熱をより低減し、超音波振動子の温度が上昇することを防止して、超音波振動子が破損してしまうことを防止できる。
振動部の厚み寸法Ｔを、該振動部における前記超音波振動の半波長の７倍を越える範囲に設定した場合には、共振点が温度変動等によって容易に変動してしまうため、超音波振動子から超音波振動を付与した際の振動が減衰して、可振しなくなってしまうので好ましくない。また、厚み寸法Ｔを、振動部における超音波振動の半波長の３倍より小さい範囲に設定した場合には、振動部と被処理物の被処理面との間の処理領域において、気泡が巻き込まれて処理液が無い領域が存在した場合に、振動部から超音波振動子へ伝播する熱の低減度合いが小さく、超音波振動子の温度が上昇してしまうため、好ましくない。
更に、圧力制御部が、被処理物に接触した洗浄液を洗浄用ノズルの外部に漏れることがないように、導入開口部と排出開口部との間で処理液の圧力を制御しながら、大気圧と処理液の圧力の均衡を取りながらウエット処理ができるので、少ない処理液量でもウエット処理ができる効果がある。また、被処理物とノズルを相対移動させながら大気圧と処理液の圧力との均衡を取りながらウエット処理ができるので、被処理物の挿入、離脱に伴って起泡の巻き込みが起こって異常な温度上昇が起こりやすい状況であっても、液量が少なく温度変動が大きくなり易い状況であっても、被処理物の有無によって負荷が大きく変動するために振動条件が大きく変動する可能性のある状況であっても、安定した運転ができる効果がある。
特に、振動部の厚み寸法Ｔを半波長の５倍に設定することにより、超音波振動子の安定した駆動と、処理領域にウエット処理液の無い部分ができた場合の超音波振動子における破損可能性の低減とを最適にすることができる。
また、振動部の被処理物側に接して、被覆部を設けてなることにより、振動部に直接処理液が接触しないので、前記振動部表面がウエット処理されてしまうことがないため、振動部が処理液および超音波振動により劣化してしまうことを低減して、振動部の寿命を長くすることができ、さらに、振動部の成分が処理液中に混合して被処理物表面を汚染してしまうことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るウエット処理用ノズルの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】 図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】 ９λ／２の厚さの振動板におけるインピーダンス特性を説明するためのグラフである。
【図４】 ５λ／２の厚さの振動板におけるインピーダンス特性を説明するためのグラフである。
【図５】 本発明に係るウエット処理用ノズルの他の実施形態を示す断面図である。
【図６】 本発明に係るウエット処理用ノズルの第２実施形態を示す段面図である。
【図７】 本発明に係るウエット処理用ノズルの第３実施形態を示す段面図である。
【図８】 本発明に係るウエット処理装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図９】 本発明に係るウエット処理装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図１０】 本発明に係るウエット処理装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図１１】 被覆部の厚み寸法と超音波振動の透過率との関係を示すグラフである。
【図１２】 本発明のウエット処理装置における第４実施形態の概略構成を示す平面図である。
【図１３】 従来のウエット処理用ノズルの断面図である。
【符号の説明】
１・・・洗浄用ノズル（ウエット処理用ノズル）
２・・・処理液（排出液、冷却液）
２１・・・導入通路（処理液導入管）
２１ａ・・・導入口
２１ｂ・・・第１の開口部（導入開口部）
２２・・・排出管（排出管）
２２ａ・・・排出口
２２ｂ・・・第２の開口部（排出開口部）
２３・・・連結部
３５・・・処理領域
４０・・・超音波振動子部分
４６・・・振動板（振動部）
４６Ａ・・・対向面
４８・・・超音波振動子
４９・・・被覆部
５０・・・冷却管（冷却体）
５０Ａ・・・冷却溝（溝部）
５１・・・洗浄装置（ウエット処理装置）
５５，５６・・・洗浄用ノズル（ウエット処理用ノズル）
Ｗ・・・被処理基板（被処理物）
Ｗ１・・・被処理面
Ｔ，Ｔ’，Ｔ”・・・厚み寸法
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体デバイス、液晶表示パネル等の製造プロセスにおける洗浄、剥離、現像、エッチング、メッキ、研磨等のウェット処理工程において、被処理物上に処理液を供給するためのウェット処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス、液晶表示パネル等の電子機器の分野においては、その製造プロセス中に被処理物である半導体基板やガラス基板を洗浄処理する工程が必須である。洗浄工程においては、製造工程中の種々の除去対象物質を除去すべく、超純水、電解イオン水、オゾン水、水素水等、種々の洗浄液を用いた洗浄が行われるが、これら洗浄液は洗浄装置のノズルから基板上に供給される。
ところが、従来一般の洗浄用ノズルを用いた場合、洗浄液の使用量が多くなるという問題があった。例えば５００ｍｍ角の基板の洗浄を電解イオン水等の洗浄液を用いて行い、かかる洗浄液による洗浄とリンス洗浄水によるリンスを行った後の基板上のパーティクルの残存量として０．５個／ｃｍ２ レベルの清浄度を達成しようとすると、２５〜３０リットル／分程度の洗浄液およびリンス洗浄液を使用しなければならなかった。
【０００３】
そこで、従来型に比べて洗浄液の使用量を大幅に削減できる省液型の洗浄用ノズルとして、被処理基板上に処理液を供給して被処理基板のウェット処理を行う際に用いるウェット処理用ノズルであって、一端に処理液を導入するための導入口を有する導入通路と一端に使用後の処理液を外部に排出するための排出口を有する排出通路とが形成され、これら導入通路と排出通路のそれぞれの他端に、被処理基板に向けて開口する導入開口部と排出開口部とが設けられたウェット処理用ノズルが、既に知られており、ここでは、このウェット処理用ノズルを用いたウェット処理用ノズル装置として、ウェット処理用ノズルと、前記導入開口部を通して前記被処理基板に接触した処理液を処理後に、前記排出通路外に流れないように前記被処理基板と接触している処理液の圧力と大気圧との差を制御し前記排出通路を通して吸引排出する手段とを有することを特徴とするウェット処理用ノズル装置が提供されている。
また、このウェット処理用ノズルを用いたウェット処理装置として、前記ウェット処理用ノズルと、前記被処理基板の被処理面に沿って前記ウェット処理用ノズルと前記被処理基板とを相対移動させることにより前記被処理基板の被処理面全域を処理するためのノズルまたは被処理基板の移動手段とを有することを特徴とするウェット処理装置が提供されている。
【０００４】
すなわち、上記のウェット処理装置等によれば、処理液を供給した部分以外の部分に処理液を接触させることなく、被処理基板上から除去することができ、省液型ノズルを実現することができる。また、被処理基板の被処理面に沿ってウェット処理用ノズルと被処理基板とを相対移動させる移動手段とを備えたことにより、被処理基板の被処理面全域を処理することができるものである。
【０００５】
さらに、このような省液型のノズルにおいて、超音波を照射する際に適用する構成として、図１３に示すようなウエット処理用ノズルが知られている。このウエット処理用ノズルは、一端に処理液１００を導入するための導入口１０１ａを有する導入管１０１と、一端にウエット処理後の処理液１００を外部へ排出するための排出口１０２ａを有する排出管１０２とが設けられ、導入管１０１と排出管１０２のそれぞれの他端が連結され、被処理基板９０に対向する連結部１０３が形成され、連結部１０３に導入管１０１が開口している第１開口部１０１ｂと、排出管１０２が開口している第２開口部１０２ｂが設けられたものである。上記連結部１０３と被処理基板９０の間の空間には、ウエット処理を行う処理領域１０５が形成されている。また、上記連結部１０３には、処理領域１０５内の処理液１００に超音波振動を付与するための超音波振動子が設けられている。
ここでの超音波振動子は、振動板９６と、振動板９６の主面の両端から立ち上がる側板９７と、振動板９６の主面上に設けられた超音波振動子本体１０８とから構成されている。振動板９６の厚みは、１ＭＨｚ程度の超音波に設定された場合に、３ｍｍ程度に設定されている。
また、排出管１０２の排出口１０２ａには減圧ポンプ（図示略）が接続されている。
【０００６】
また、処理液１００は導入管１０１の導入口１０１ａから供給され、第１開口部１０１ｂに至るが、排出管１０２の排出口１０２ａには減圧ポンプ（図示略）が接続されているので、減圧ポンプの吸引圧力を制御することにより、導入管１０１に供給された処理液１００が第１開口部１０１ｂの大気と接触している処理液１００の圧力（処理液１００の表面張力と被処理基板９０の被処理面の表面張力も含む）と大気圧との差を制御できるようになっている。
すなわち、第１開口部１０１ｂの大気と接触している処理液１００の圧力Ｐw（処理液の表面張力と基板９０の被処理面の表面張力も含む）と大気圧Ｐa との関係をＰw≒Ｐaとすることにより、第１開口部１０１ｂを通じて基板９０に供給され、基板９０に接触した処理液１００は、ウエット処理用ノズルの外部に漏れることなく、排出管１０２に排出される。このため、このウエット処理用ノズルは、省液型でないタイプのノズルに比べて処理液の使用量を大幅に削減することができる。
また、図示した例のノズルでは、被処理基板９０の洗浄の際、処理領域１０５に処理液１００を供給した状態で上記超音波振動子本体１０８により振動板９６にから超音波振動を付与し、処理液１００と共働して被処理基板９０を洗浄する。
このとき、伝播する超音波により振動板９６の温度が上昇するが、同時に、供給されている処理液によって冷却され、振動板９６の温度上昇は１℃程度となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図に示した上記のような省液型のウエット処理用ノズルのうち超音波を照射するタイプにおいては、使用する処理液量を減少化した際、このウエット処理用ノズルと被処理基板９０の間の処理領域１０５に気泡が入ることなどにより、この処理領域に処理液の存在しない部分ができることがある。
この処理液の充填されていない部分では、照射された超音波が被処理基板９０から反射されてしまい、この反射された超音波により振動板９６の温度が上昇する。特に、振動板９６が３ｍｍ程度と薄い場合には、この熱が超音波振動子本体１０８側に伝播するとともに、振動板９６と超音波振動子本体１０８との接続部分が瞬間的に加熱されてしまい、結果として、超音波振動子本体１０８が振動板９６から剥離したり、超音波振動子本体１０８の温度が上昇し、動作不良を起こすか、または、破損してしまう可能性があるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
▲１▼ ウエット処理動作中に処理領域において処理液の存在しない領域が生じた場合でも、超音波振動子の破損防止を図ることができるウエット処理用ノズルを提供すること。
▲２▼ ウエット処理動作中に処理領域において処理液の存在しない領域が生じた場合でも、超音波振動子における温度上昇の防止を図ることができるウエット処理用ノズルを提供すること。
▲３▼ 超音波振動子における動作安定性の向上を図ることができるウエット処理用ノズルを提供すること。
▲４▼ 上記のウエット処理用ノズルを有するウエット処理装置を提供すること。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のウエット処理用ノズルは、被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部と、処理液の圧力を制御する圧力制御部を具備し、被処理物とノズルを相対移動させながら、大気圧と処理液の圧力との均衡をとりながらウエット処理を行うウエット処理用ノズルであって、前記被処理面上の前記処理液に対して超音波振動を付与するための超音波振動子と、該超音波振動子に接する振動部とを備え、前記超音波振動子に超音波振動を出させるための超音波周波電気信号を送る発振器が接続されており、前記発振器は振動条件が変動したときに振動板を効率良く振動させるように調整可能とされており、前記振動部は、前記超音波振動子の少なくとも前記被処理物側に設けられ、該被処理物側の前記振動部の厚み寸法Ｔと、該振動部における前記超音波振動の波長λとの関係が、Ｔ＝（ｎ±０．１）・λ／２ （但し、ｎは３以上７以下の整数）に設定されてなることにより上記課題を解決した。
本発明において、前記被処理物側の前記振動部の厚み寸法Ｔと、該振動部における前記超音波振動の波長λとの関係が、Ｔ＝（５±０．１）・λ／２に設定されてなることが好ましい。
また、本発明において、前記振動部の前記被処理物側に接して、被覆部が設けられてなる手段を採用することもできる。また、前記被覆部は、前記被処理物側の表面が前記処理液に対する耐反応性および／または耐熱性を有するよう構成されてなることができる。
本発明においては、前記被覆部の厚み寸法Ｔ’と、該被覆部における前記超音波振動の波長λ’との関係が、下記のいずれかに設定されてなることが望ましい。
Ｔ’≦λ’／２０
Ｔ’＝（１±０．１）・λ’／２
本発明においては、前記振動部が、前記超音波振動子の前記被処理物側とその反対側との双方に設けられてなる手段を採用することもできる。
また、本発明のウエット処理用ノズルは、被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部と、処理液の圧力を制御する圧力制御部を具備し、被処理物とノズルを相対移動させながら、大気圧と処理液の圧力との均衡をとりながらウエット処理を行うウエット処理用ノズルであって、前記被処理面上の前記処理液に対して超音波振動を付与するための超音波振動子と、前記超音波振動子に接して、前記被処理物側に設けられた被覆部と、前記超音波振動子に接して、前記超音波振動子に超音波振動を出させるための超音波周波電気信号を送る発振器が接続されており、前記発振器は振動条件が変動したときに振動板を効率良く振動させるように調整可能とされており、前記被覆部の厚み寸法Ｔ’と、該被覆部における前記超音波振動の波長λ’との関係が、下記のいずれかに設定されてなることにより上記課題を解決した。
Ｔ’≦λ’／２０
Ｔ’＝（１±０．１）・λ’／２
本発明において、前記被覆部は、前記被処理物側の表面が前記処理液に対する耐反応性および／または耐熱性を有するよう構成されてなることができる。さらに、上記各発明において、前記振動部には、該振動部を冷却する冷却手段が設けられてなることが可能である。
また、前記冷却手段が、前記振動部の内側および／または外側に位置する冷却管に冷却液を流通する構成とされてなることがある。本発明においては、前記冷却液が、前記処理液、および／または、前記排出液とされてなることが好ましい。本発明のウエット処理装置は、上記のウエット処理用ノズルと、前記導入開口部と前記被処理物の被処理面との間に処理液を導入するための処理液導入手段と、前記排出開口部と前記被処理物の被処理面との間から処理液を吸引して排出するため処理液回収手段と、被処理物の被処理面に沿って前記ウエット処理用ノズルと前記被処理物とを相対移動させることにより前記被処理物の被処理面全域を処理するためのノズル・被処理物相対移動手段とを有することにより上記課題を解決した。
【００１０】
本発明のウエット処理用ノズルは、被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部とを具備するウエット処理用ノズルであって、前記被処理面上の前記処理液に対して超音波振動を付与するための超音波振動子と、該超音波振動子に接する振動部とを備え、前記振動部は、前記超音波振動子の少なくとも前記被処理物側に設けられ、該被処理物側の前記振動部の厚み寸法Ｔと、該振動部における前記超音波振動の波長λとの関係が、
Ｔ＝（１±０．１）・λ／２ （但し、ｎは２以上の整数）
に設定されてなることにより、振動部と被処理物の被処理面との間の処理領域において、気泡が巻き込まれて処理液が無い領域が存在した場合にも、振動板の厚み寸法を大きく設定して、振動部から超音波振動子へ伝播する熱を低減し、超音波振動子の温度が上昇することを防止して、超音波振動子が破損してしまうことを防止できる。
【００１１】
ここで、「振動部の厚み寸法」とは、超音波振動子から処理物へ音波を伝播する方向、言い換えると超音波振動子から被処理物の被処理面へ向かう方向、つまり、被処理物が半導体や液晶等の基板である場合にはその法線方向における厚み寸法を意味するものである。
また、「被処理物側の振動部の厚み寸法」とは、被処理物側のみの厚み寸法を意味するものであり、振動部が超音波振動子の被処理物側と反対側にも設けられていても、被処理物側と反対側の厚み寸法を含まない。
また、「振動部の超音波振動の波長」とは、超音波振動の周波数と振動部の材質等で決まる値であり、例えば、超音波振動の周波数が１ＭＨｚに設定され、振動部がステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）であると、その半波長（λ／２）は、標準的な使用条件における標準的な温度である２０℃において３ｍｍ程度となる。
【００１２】
本発明によれば、厚み寸法Ｔを従来よりも厚く設定する。例えば、振動部がステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）である場合、従来の標準的な厚み寸法Ｔは３ｍｍ程度であったが、超音波振動の周波数が１ＭＨｚの場合、半波長の２倍以上、例えば６ｍｍに設定する。その結果、超音波振動子へ伝播する熱量を低減することができる。
また、厚み寸法Ｔを、半波長（λ／２）の整数倍を中心とする所定の範囲内に設定したので、超音波振動子から被処理液への超音波振動の透過率を高くすることができる。
【００１３】
なお、処理液が無い領域とは、処理領域において、上記の厚み寸法方向に処理液が充分存在しておらず、被処理基板表面で超音波の大半が反射してしまう状態のことを云うものとする。
【００１４】
本発明において、厚み寸法Ｔが、該振動部における前記超音波振動の半波長の３倍から７倍、特に５倍の付近に設定されてなることにより、振動部において超音波振動を効率よく伝播することが可能となるとともに、厚み寸法Ｔを大きく設定して、振動部から超音波振動子へ伝播する熱をより低減し、超音波振動子の温度が上昇することをいっそう防止して、超音波振動子が破損してしまうことをさらに防止できる。
厚み寸法Ｔが、該振動部における前記超音波振動の半波長の７倍を越える範囲に設定された場合には、共振点が温度変動等によって容易に変動してしまうため、超音波振動子から超音波振動を付与した際の振動が減衰して、可振しなくなってしまうので好ましくない。また、厚み寸法Ｔが、該振動部における超音波振動の半波長の３倍より小さい範囲に設定された場合には、振動部と被処理物の被処理面との間の処理領域において、気泡が巻き込まれて処理液が無い領域が存在した場合に、振動部から超音波振動子へ伝播する熱の低減度合いが小さく、超音波振動子の温度が上昇してしまうため、好ましくない。
厚み寸法Ｔを半波長の５倍に設定されてなることにより、超音波振動子を安定した駆動と、かつ、処理領域にウエット処理液の無い部分のできた場合の超音波振動子における破損可能性の低減とを最適にできる。
【００１５】
また、本発明において、前記振動部の前記被処理物側に接して、被覆部が設けられてなることにより、振動部に直接処理液が接触しないので、前記振動部表面がウエット処理されてしまうことがないため、振動部が処理液および超音波振動により劣化してしまうことを低減して、振動部の寿命を長くすることができ、さらに、振動部の成分が処理液中に混合して被処理物表面を汚染してしまうことを防止できる。
【００１６】
前記被覆部は、前記被処理物側の表面が前記処理液に対する耐反応性および／または耐熱性を有するよう構成されてなることにより、振動部に反応性処理液や高温で反応性の処理液が直接接触しない上、被覆部表面がウエット処理されてしまうことがないため、振動部が処理液および超音波振動により劣化してしまうことをさらに低減し、振動部の寿命をより長くすることができ、さらに、振動部および処理面被覆部の成分が反応性や高温の処理液中に混合して被処理物表面を汚染してしまうことを防止できる。
【００１７】
ここで、ウエット処理としては、洗滌、剥離、現像、ウエットエッチング、メッキ、研磨等の処理を適用することができる。このとき、振動部付近に供給する処理液としては、洗浄処理の場合は、超純水、電解イオン水、オゾン水、水素水、等が用いられ、剥離処理の場合には、希ＮａＯＨ、希ＫＯＨ等無機アルカリや、アミン系剥離液等が用いられ、現像処理の場合には、希ＮａＯＨ、希ＫＯＨ等無機アルカリや、トリメチルアンモニウムハイトライト希釈液等が用いられ、ウエットエッチングの場合には、フッ素酸エッチング液等が用いられ、メッキ処理の場合には、Ｃｕ用、Ａｇ用、Ａｕ用メッキ液等が用いられ、研磨処理の場合には、ＳｉＯ2 スラリー、Ａｌ2Ｏ3スラリー、ダイヤモンドスラリー等が用いられる。
これに対応して、被覆部は、石英や、ＰＦＡ等のフッ素樹脂からなることや、用いる処理液によっては、振動部が、被覆部としての最表面がクロム酸化物のみからなる不動態膜面のステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ等）からなることができる。また、振動部が、酸化アルミニウムとクロム酸化物の混合膜を被覆部として表面に備えたステンレスとされることや、処理水がオゾン水とされた場合には被覆部としての電解研磨表面を備えたチタン等とされることができる。このほかにも、被覆部としては、高純度アルミナ、サファイヤ、４フッ化エチレン等のフッ素樹脂や、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、高純度ガラス状カーボン、を適用することが可能である。
【００１８】
本発明においては、前記被覆部の厚み寸法Ｔ’が、該被覆部における超音波振動の半波長（λ’／２）の１／１０以下または１倍を中心とする一定の範囲に設定されてなることにより、超音波振動子から被処理物に照射される振動エネルギーのロス分をほぼ最小化して、ウエット処理を安定化することができる。ここで、被覆部の厚み寸法が該被覆部における超音波振動の半波長の１／１０以下または１倍の範囲に設定された場合には、超音波振動を被覆部を介して処理液に充分効率的に伝播させることができるが、これに対して、被覆部の厚み寸法が前記半波長の１／１０より大きく前記半波長の１倍未満の範囲および半波長の１倍より大きい範囲に設定された場合には、超音波振動子から被処理物に照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
【００１９】
なお、被覆部における超音波振動の半波長の１／１０以下または１倍という数値は、振動部および被覆部の温度状態や、付与される超音波振動の周波数に依って最も効率のいい状態を選択できるよう定義幅を有するものとされ、厳密に半波長の１／１０や、１倍の値には限るものではない。
具体的には、超音波振動子から発せられた超音波振動の該振動部内での波長をλとしたときに、半波長の１／１０以下という数値範囲は、λ／１２０〜λ／２０の範囲以下であることが好ましく、より好ましくは、λ／１２０〜λ／６０の範囲以下とされるものである。また、半波長の１倍という数値は、具体的には、λ／２±０．５ｍｍの範囲とされていることが好ましく、より好ましくはλ／２±０．０５ｍｍの範囲、さらにいは、λ／２±０．０１ｍｍの範囲内とされることができる。このように被覆部の厚みを設定することにより、超音波振動子からの超音波振動を有効に伝播させることができるので、このような優れた特性を有する超音波振動子が備えられたウエット処理用ノズルを用いてウエット処理を行うと、超音波振動（超音波エネルギー）が処理液に十分付与され、効率良くウエット処理を行うことができる。
【００２０】
本発明においては、前記振動部が、前記超音波振動子の前記被処理物側とその反対側との双方に設けられてなる手段を採用することもできる。
この場合、振動部が被処理物側だけでなくその反対側にも備えられているので、被処理物側の振動部の厚み寸法Ｔを徒に厚くすることなく、振動部全体を厚く形成することが可能である。その結果、超音波振動の超音波振動子から処理液への透過率を低下させずに、発生する熱を振動子全体に分散し、超音波振動子が高温になることをより確実に防止することができる。
なお、被処理物側の振動部とその反対側の振動部とは、一体に形成しても、別体のものとして形成しも差し支えない。
【００２１】
また、本発明のウエット処理用ノズルは、被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部とを具備するウエット処理用ノズルであって、前記被処理面上の前記処理液に対して超音波振動を付与するための超音波振動子と、該超音波振動子に接して、前記被処理物側に設けられた被覆部と、前記超音波振動子に接して、前記被覆部と反対側に設けられた振動部と、を備え、前記被覆部の厚み寸法Ｔ’と、該被覆部の前記超音波振動の波長λ’との関係が、下記のいずれかに設定されてなることにより上記課題を解決した。
Ｔ’≦λ’／２０
Ｔ’＝（１±０．１）・λ’／２
【００２２】
この場合、振動部が被処理物側の反対側に備えられているので、超音波振動の超音波振動子から処理液への透過率を低下させずに、発生する熱を振動子に分散し、超音波振動子が高温になることを防止することができる。
また、被覆部の厚み寸法Ｔ’が、超音波振動における半波長（λ’／２）の１／１０以下または１倍を中心とする一定の範囲に設定されてなることにより、超音波振動子から被処理物に照射される振動エネルギーのロス分をほぼ最小化して、ウエット処理を安定化することができる。ここで、被覆部の厚み寸法が該被覆部における超音波振動の半波長の１／１０以下または１倍の範囲に設定された場合には、超音波振動を被覆部を介して処理液に充分効率的に伝播させることができるが、これに対して、被覆部の厚み寸法が前記半波長の１／１０より大きく前記半波長の１倍未満の範囲および半波長の１倍より大きい範囲に設定された場合には、超音波振動子から被処理物に照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
【００２３】
さらに、前記振動部には、該振動部を冷却する冷却手段が設けられてなることにより、処理領域に気泡が入り、処理液のない部分が生じた状態で長時間使用した場合でも、冷却手段により振動部を冷却して振動部の温度上昇を低減して、振動部の温度制御をおこなうことができるため、超音波振動子と振動部との接続部分および、超音波振動子の温度上昇を防止して、超音波振動子における破損可能性の低減が可能であるとともに、ウエット処理における超音波照射の安定駆動を可能とすることができる。
【００２４】
また、前記冷却手段が、前記振動部の内側および／または外側に位置する冷却管に冷却液を流通する構成とされてなることにより、処理領域に処理液が無い部分ができたとしても、振動部を冷却液により冷却することが可能となるため、振動部の温度上昇を防止することができ、超音波振動子と振動部との接続部分および、超音波振動子の温度上昇を防止して、超音波振動子における破損可能性を低減することが可能である。
ここで、振動部の内側に位置する冷却管とは、例えば、振動部に一体として設けられた冷却孔としての冷却管や振動部表面に設けられた溝部を蓋体で覆った冷却管内部に冷却液を流通可能な構造のことを意味し、また、振動部の外側とは、振動部表面に沿って接続される冷却管あるいは、振動部表面によって覆われる溝部を有する冷却体からなる冷却管内に冷却液を流通可能な構成を意味するものである。
【００２５】
本発明においては、前記冷却液が、前記処理液とされてなること、および／または、前記排出液とされてなることにより、冷却用に冷却液供給排出手段を設けることなく、処理液供給排出手段によって冷却液の供給排出をおこない振動部の冷却をおこなうことができるため、製造コストの低減を図ることができる。さらに、処理液を冷却液とした場合には処理液の温度制御に振動部の冷却時の熱を利用することが可能となる。また、排出液を冷却液とした場合には、振動部の温度状態に依存することなく処理液を供給して、かつ、振動部の冷却をおこなうことができる。
【００２６】
また、上記の超音波振動子においては、超音波振動の周波数が、２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲であることが好ましい。このような構成とすることにより、ウエット処理用ノズルに備えてウエット処理を行う場合に実用的な超音波洗浄が可能である。
【００２７】
本発明のウエット処理装置は、上記のウエット処理用ノズルと、
前記導入開口部と前記被処理物の被処理面との間に処理液を導入するための処理液導入手段と、
前記排出開口部と前記被処理物の被処理面との間から処理液を吸引して排出するため処理液回収手段と、
被処理物の被処理面に沿って前記ウエット処理用ノズルと前記被処理物とを相対移動させることにより前記被処理物の被処理面全域を処理するためのノズル・被処理物相対移動手段とを有することにより、上記本発明のウエット処理用ノズルの利点を有したまま被処理物の被処理面全域を処理することができ、また、超音波ウエット処理を長時間安定しておこなうことができ、投入電力に対する洗浄効率の高いウエット処理装置を提供できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態におけるウエット処理用ノズルを示す下面図、図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。
図において、符号１は、本実施形態におけるウエット処理用ノズルである。
【００２９】
本実施形態の洗浄用ノズル１は、図１，図２に示すように、一端に洗浄液（処理液）２を導入するための導入口２１ａを有する導入通路（導入管）２１と一端に洗浄後の洗浄液（ウエット処理後の処理液の排出液）を外部へ排出するための排出口２２ａを有する排出通路（排出管）２２とが設けられ、これら導入通路２１と排出通路２２のそれぞれの他端が連結され、被処理基板（被処理物）Ｗに対向する対向面４６Ａを有する連結部２３を形成するとともに、この連結部２３に導入通路２１が開口している第１の開口部（導入開口部）２１ｂと、排出通路２２が開口している第２の開口部（排出開口部）２２ｂが設けられたものである。このようなノズルは、プッシュ・プル型ノズル（省流量型ノズル）と呼ばれるものである。第１と第２の開口部２１ｂ，２２ｂは、被処理基板Ｗに向けて開口している。連結部２３と被処理基板Ｗの間の空間には、ウエット処理を行う処理領域３５が形成されている。
【００３０】
さらに、連結部２３には、被処理基板Ｗが洗浄されている間、処理領域３５内の洗浄液２に超音波振動を付与するための超音波振動子部分４０が設けられている。この超音波振動子部分４０は、振動板（振動部）４６と、振動板４６の主面上に設けられ、振動板４６に超音波振動を付与する超音波振動子４８とが備えられてなるものである。超音波振動子４８は、ＰＺＴ等の電歪素子とされ、発振器から超音波周波電気信号を受けて超音波振動を発生する。この超音波振動子４８は、エポキシ樹脂を主成分とする超音波振動子接着用等の接着剤により振動板４６に接続されている。
振動板４６を構成する材料としては、高純度ガラス状カーボン、ステンレス鋼、石英、サファイア、アルミナ等のセラミックス、あるいは、アルミニウム、およびその合金、チタン、マグネシウムなどのうちから選択されて用いられる。通常の洗浄処理に用いるウエット処理用ノズルに備えられる場合は、振動板４６の材料としてはステンレス鋼で十分であるが、洗浄液が比較的強い酸やフッ酸である場合は、サファイア又はアルミナ等のセラミックスから構成することが、ウエット処理液に対する耐性が優れ、劣化を防止できるため、ウエット処理を行う上で好ましい。
【００３１】
また、超音波振動子４８は、２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲の周波数の超音波振動を出力可能なものであることがウエット処理を行う場合に実用的な点で好ましく、特に、保持可能な処理液層の厚さの観点から０．２ＭＨｚ以上の周波数がより好ましい。
また、超音波振動子４８から発せられた超音波振動の振動板４６内での波長λの長さは、振動板４６がステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の場合、約０．６ｍｍから約３００ｍｍの範囲となる。
【００３２】
振動板４６は、図１に示すその厚み寸法Ｔが、超音波振動子４８から発せられた超音波振動の該振動板４６内での波長をλとしたときに、
Ｔ＝（ｎ±０．１）・λ／２ （但し、ｎは２以上の整数）
に設定される。ｎの値としては、３〜７、特に５が好ましい。
ここで、厚み寸法Ｔは、λ±０．３ｍｍ、３λ／２±０．３ｍｍ、５λ／２±０．３ｍｍ、７λ／２±０．３ｍｍのように、各数値に対して幅を持った範囲内に設定されることが好ましい。これは、温度変化等の条件を考慮したものである。このように厚み寸法Ｔを設定することにより、超音波振動子４８からの超音波振動を有効に伝播させることができ、超音波振動子部分４０が備えられた洗浄用ノズル１を用いてウエット処理を行うと、超音波振動（超音波エネルギー）が洗浄液２に十分付与でき、効率良くウエット処理を行うことができる。
【００３３】
また、排出通路２２側には、圧力制御部（図示略）が設けられ、この圧力制御部（処理液回収手段）は、被処理基板Ｗに接触した洗浄液２が洗浄後に排出通路２２に流れるように、第１の開口部２１ｂの大気と接触している洗浄液の圧力（洗浄液の表面張力と被処理基板の被洗浄面の表面張力も含む）と大気圧との均衡がとれるように設けられている。上記圧力制御部は、排出口２２ａ側に設けられた減圧ポンプにより構成されている。したがって、排出通路２２側の圧力制御部に減圧ポンプを用いて、この減圧ポンプで連結部２３の洗浄液を吸引する力を制御して、第１の開口部２１ｂの大気と接触している洗浄液の圧力（洗浄液の表面張力と被処理基板Ｗの被洗浄面の表面張力も含む）と大気圧との均衡をとるようになっている。
つまり、第１の開口部２１ｂの大気と接触している洗浄液の圧力Ｐw （洗浄液の表面張力と基板Ｗの被洗浄面の表面張力も含む）と大気圧Ｐa との関係をＰw ≒ Ｐaとすることにより、第１の開口部２１ｂを通じて被処理基板Ｗに供給され、被処理基板Ｗに接触した洗浄液は、洗浄用ノズルの外部に漏れることなく、排出通路２２に排出される。すなわち、洗浄用ノズルから被処理基板Ｗ上に供給した洗浄液は、被処理基板Ｗ上の洗浄液を供給した部分（第１と第２の開口部２１ｂ,２２ｂ）以外の部分に接触することなく、基板Ｗ上から除去される。
【００３４】
ここでの被処理基板Ｗの洗浄の際、処理領域３５に洗浄液２を供給した状態で上記超音波振動子４８により超音波振動を付与し、洗浄液２と共働して被処理基板Ｗを洗浄できる。また、本実施形態の洗浄用ノズル１に備えられた超音波振動子部分４０は、超音波振動子４８から超音波振動が放射されると超音波振動が振動板４６に伝播されるが、振動板４６の厚み寸法Ｔが上記の様に設定されているので、伝播した超音波振動が、振動板４６の主面と反対側の対向面４６Ａ（超音波振動子４８が設けられた面と反対側の面）から処理領域３５の洗浄液２に効率良く放射される。
【００３５】
洗浄用ノズル１の各開口部２１ｂ,２２ｂと、被処理基板Ｗとの間の距離Ｈは、８ｍｍ以下で被処理基板Ｗと接触しない範囲がよく、好ましくは６ｍｍ以下で基板Ｗと接触しない範囲、より好ましくは３ｍｍ以下で基板Ｗと接触しない範囲とするのがよい。８ｍｍを越えると、基板Ｗと洗浄用ノズルとの間に所望の洗浄液を満たすことが困難となり、洗浄が難しくなるからである。
【００３６】
洗浄用ノズル１の接液面となる対向面４６Ａは、ＰＦＡ等のフッ素樹脂や、用いる洗浄液によっては最表面がクロム酸化物のみからなる不動態膜面のステンレス、あるいは酸化アルミニウムとクロム酸化物の混合膜を表面に備えたステンレス、オゾン水に対しては電解研磨表面を備えたチタン等からなる対応面被覆部とすることが、洗浄液への不純物の溶出がないことから好ましい。接液面を石英により構成すれば、フッ酸を除く全ての洗浄液の供給に好ましい。
本実施の形態における洗浄用ノズルの構成においては、処理領域３５に供給される洗浄液２が水素水である場合は、水素水超音波洗浄用ノズルとして用いることができ、洗浄液がオゾン水である場合は、オゾン水超音波洗浄用ノズルとして用いることができ、洗浄液が純水である場合は、純水リンス超音波洗浄用ノズルとして用いることができる。
【００３７】
本実施形態の洗浄用ノズル１では、振動部（振動板）４６の厚み寸法が、振動部４６における超音波振動の半波長λ／２の２倍を越えた整数倍に設定されてなることにより、振動部４６の対向面４６Ａと被処理物Ｗの被処理面Ｗ１との間の処理領域３５において、気泡が巻き込まれて処理液２が無い領域が存在した場合にも、振動板４６の厚み寸法Ｔを従来より大きく設定して、上記気泡の領域において被処理基板Ｗから反射した超音波により振動板４６で熱が発生した場合に、振動部４６から超音波振動子４８へ伝播する熱を低減し、超音波振動子４８の温度が上昇することを防止して、超音波振動子４８が破損してしまうことを防止できるとともに、振動板４６と超音波振動子４８との接続部分が破損してしまい動作不良を起こすことを防止することができる。
例えば、超音波振動における周波数が１ＭＨｚに設定されるとともに、振動部４６がステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）とされた場合には、その半波長λ／２は３ｍｍ程度となり、振動部４６の厚さ寸法Ｔを従来の３ｍｍ程度よりも厚く設定し，６ｍｍとすることができ、これにより振動板４６から伝播する熱量を超音波振動子４６以外の部分に逃がす割合を増大して、超音波振動子４６へ伝播する熱量を低減することができ、超音波振動子４８の温度が上昇することを防止して、超音波振動子４８が破損してしまうことを防止できる。
【００３８】
さらに、振動部４６の厚み寸法Ｔが、振動部４６における超音波振動の半波長λ／２の３倍から７倍の範囲に設定されてなることが好ましく、より好ましくは、振動部４６の厚み寸法Ｔが、振動部４８における超音波振動の半波長λ／２の５倍に設定されてなることにより、振動部４６において超音波振動を効率よく伝播することが可能となるとともに、振動部４６の厚み寸法Ｔを従来より大きく設定して、振動部４６から超音波振動子４８へ伝播する熱をより低減し、超音波振動子４８の温度が上昇することをいっそう防止して、超音波振動子４８が破損してしまうことをさらに防止できる。
【００３９】
ここで、振動部４６の厚み寸法Ｔが、振動部４６における超音波振動の半波長λ／２の７倍以上の範囲に設定された場合には、共振点が温度変動等によって容易に変動してしまうため、超音波振動子４８から超音波振動を出させるための超音波周波電気信号の発振器の調整がうまくいかず、振動板４６が振動しにくくなってしまうので好ましくない。また、振動板４６の厚み寸法Ｔが、振動部４６における超音波振動の半波長の３倍以下の範囲に設定された場合には、振動部４６の対向面４６Ａと被処理物Ｗの被処理面Ｗ１との間の処理領域３５において、気泡が巻き込まれて処理液２が無い領域が存在した場合に、振動部４６から超音波振動子４８へ伝播する熱を低減する度合いが小さく、超音波振動子４８の温度が上昇してしまうため、好ましくない。
さらに、振動部４６の厚み寸法が、振動部４６における超音波振動の半波長λ／２の５倍に設定されてなることにより、超音波振動子４８を安定した駆動と、かつ、処理領域３５からウエット処理液２が無くなっても、超音波振動子４８における破損可能性の低減とを最適にできる。
【００４０】
ここで、振動部４６の厚み寸法Ｔと、振動部４６の共振周波数との関係について説明する。
図３は９λ／２の厚さの振動板にλ／２の厚さの被覆部を有する場合におけるインピーダンス特性を示すグラフ、図４は５λ／２の厚さの振動板にλ／２の厚さの被覆部を有する場合におけるインピーダンス特性を示すグラフである。
【００４１】
図３，図４に示すように、超音波振動に対する周波数インピーダンス特性としては、その極大値となっている点が振動板の共振点を示しており、図３に示すように、９λ／２の厚さの振動板におけるインピーダンス特性は、共振点どうしの周波数の間隔幅が狭く、さらに、超音波振動の周波数が大きくなるに従って共振点どうしの周波数の間隔幅がさらに狭くなっている。このため、温度状態などの振動条件が変化した場合に、振動板を効率よく振動させることが困難である。
これに対し、本実施形態においては、図４に示すように、５λ／２の厚さの振動板４６におけるインピーダンス特性が、図３に示すものに比べて共振点どうしの周波数の間隔幅が広くなっており、温度状態などの振動条件が変化した場合でも、振動板４６を効率よく振動させて、ウエット処理用ノズルの動作を安定化することが可能となる。
【００４２】
上記のように、本実施形態においては、振動部４６の厚み寸法Ｔが、振動部４６における超音波振動の半波長λ／２の３倍から７倍の範囲に設定されてなることにより、振動部４６において超音波振動を効率よく伝播することが可能となるとともに、振動部４６の厚み寸法Ｔを従来より大きく設定して、振動部４６から超音波振動子４８へ伝播する熱を低減し、超音波振動子４８の温度が上昇することを防止して、超音波振動子４８の破損可能性を低減することができる。さらに、振動部４６の厚み寸法Ｔが、振動部４８における超音波振動の半波長λ／２の５倍に設定されてなることにより、振動部４６において超音波振動をさらに効率よく伝播することが可能となるとともに、振動部４６の厚み寸法Ｔを従来より大きく設定して、振動部４６から超音波振動子４８へ伝播する熱をより低減し、超音波振動子４８の温度が上昇することをいっそう防止して、超音波振動子４８が破損してしまうことをさらに防止でき、超音波振動子４８を安定した駆動と、かつ、処理領域３５からウエット処理液２が無くなっても、超音波振動子４８における破損可能性の低減とを最適にすることが可能となる。
【００４３】
なお、上記の実施形態においては、振動部４６の厚み寸法Ｔのみに注目して説明したが、それ以外の構成に関しては、本発明の趣旨を変更しない範囲で、どのような変更も可能である。
【００４４】
本実施形態では、洗浄用ノズル１を被処理基板Ｗの上面側（一方の被処理面側）に設けた場合について説明したが、図５に示すように被処理基板Ｗの下面側にも洗浄用ノズル１ａを設けてもよい。この洗浄用ノズル１ａは、連結部２３に超音波振動子４８が設けられておらず、それ以外は先に述べた洗浄用ノズル１と同様の構成である。
【００４５】
以下、本発明に係るウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第２の実施形態］
図６は、本実施形態におけるウエット処理用ノズルを示す断面図である。
本実施形態において、図１〜図５に示す第１実施形態と異なるのは被覆部４９の構成に関する点であり、これ以外の対応する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
振動部４６の接液面となる対向面４６Ａには、図６に示すように、この対向面４６Ａを覆うように処理液２に対する耐反応性および／または耐熱性を有する被覆部４９が設けられる。
この被覆部４９は、適応されるウエット処理に応じてその構成が異なるものとされる。
【００４７】
ここで、ウエット処理としては、洗滌、剥離、現像、ウエットエッチング、メッキ、研磨等の処理を適用することができる。このとき、振動部４６付近に供給する処理液２としては、洗浄処理の場合は、超純水、電解イオン水、オゾン水、水素水、等が用いられ、特に、カソード水（電解イオン水のうち、カソード電極側で生成したもの）、水素水、アンモニア添加水素水等が安定して使用でき、剥離処理の場合には、希ＮａＯＨ、希ＫＯＨ等無機アルカリや、アミン系剥離液等が用いられ、現像処理の場合には、希ＮａＯＨ、希ＫＯＨ等無機アルカリや、トリメチルアンモニウムハイトライト希釈液等が用いられ、ウエットエッチングの場合には、フッ素酸エッチング液等が用いられ、メッキ処理の場合には、Ｃｕ用、Ａｇ用、Ａｕ用メッキ液等が用いられ、研磨処理の場合には、ＳｉＯ２ スラリー、Ａｌ２Ｏ３スラリー、ダイヤモンドスラリー等が用いられる。
これに対応して、被覆部４９は、石英、高純度アルミナ、サファイヤ、ＰＦＡ、４フッ化エチレン等のフッ素樹脂や、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）高純度ガラス状カーボン等、からなることが可能である。さらに、用いる処理液２によっては、振動部４６が、被覆部４９としての最表面がクロム酸化物のみからなる不動態膜面のステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ等）からなることや、振動部４６が、酸化アルミニウムとクロム酸化物の混合膜を被覆部４９として表面に備えたステンレスとされることや、処理水２がオゾン水とされた場合には被覆部４９としての電解研磨表面を備えたチタン等とされることができる。
【００４８】
本実施形態の被覆部４９の厚み寸法Ｔ’は、図６に示すように、被覆部４９における超音波振動の波長λ’に対してλ’／２０以下または（１±０．１）・λ’／２に設定されてなることにより、超音波振動子４８から被処理物Ｗに照射される振動エネルギーのロス分を略最小化して、ウエット処理を安定化することができる。
具体的には、超音波振動における周波数が１ＭＨｚに設定されるとともに、被覆部４９がステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）とされた場合には、その半波長λ’／２は３ｍｍ程度として設定することができ、これにより振動板４６から伝播する熱量を超音波振動子４６以外の部分に逃がす割合を増大して、超音波振動子４６へ伝播する熱量を低減することができ、超音波振動子４８の温度が上昇することを防止して、超音波振動子４８が破損してしまうことを防止できる。
【００４９】
被覆部４９の厚み寸法Ｔ’が被覆部４９における超音波振動の波長λ’に対して、λ’／２０倍以下の範囲に設定された場合には、振動部４６の対向面４６Ａにおいて処理液２との反応が生ぜず、かつ、充分超音波振動を処理液２に伝播させることができるため好ましい。また、被覆部４９の厚み寸法Ｔ’が、被覆部４９における超音波振動の波長λ’に対してλ’／２０より大きくλ’／２未満の範囲およびλ’／２より大きい範囲に設定された場合には、超音波振動子４８から被処理物Ｗに照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
【００５０】
ここで、被覆部４９の厚み寸法Ｔ’に対する、λ’／２０以下、λ’／２倍という数値は、振動部４６および被覆部４９の温度状態や、付与される超音波振動の周波数に依って最も効率のいい状態を選択できるよう定義幅を有するものとされ、厳密にλ’／２０や、λ’／２倍の値とは限らない。
具体的には、超音波振動子４８から発せられた超音波振動の被覆部４９内での波長をλ’としたときに、λ’／２０以下という数値範囲は、λ’／１２０〜λ’／２０の範囲以下であることが好ましく、より好ましくは、λ’／１２０〜λ’／６０の範囲以下とされるものである。また、λ’／２という数値は、具体的には、λ’／２±０．５ｍｍの範囲とされていることが好ましく、より好ましくはλ’／２±０．０５ｍｍの範囲、さらにいは、λ’／２±０．０１ｍｍの範囲内とされることができる。このように被覆部４９の厚みを設定することにより、超音波振動子４８からの超音波振動を有効に伝播させることができるので、このような優れた特性を有する超音波振動子部分４０が備えられたウエット処理用ノズル１を用いてウエット処理を行うと、超音波振動（超音波エネルギー）が処理液に十分付与され、効率良くウエット処理を行うことができる。
【００５１】
本実施形態のウエット処理用ノズル１においては、上記の実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、被覆部４９が設けられており、この被覆部４９が、処理液２に対する耐反応性および／または耐熱性を有してなることにより、振動部４６の対向面４６Ａに直接処理液２が接触しない上、処理面被覆部４９表面がウエット処理されてしまうことがないため、振動部４６が処理液２および超音波振動により劣化してしまうことをさらに低減し、振動部４６の寿命をより長くすることができ、さらに、振動部４６および処理面被覆部４９の成分が処理液２中に混合して被処理物Ｗの被処理面Ｗ１を汚染してしまうことを防止できる。同時に、振動部４６の対向面４６Ａと被処理物Ｗの被処理面Ｗ１との間の処理領域３５において、気泡が巻き込まれて処理液２が無い領域が存在して振動部４６が発熱した場合に、たとえ処理液２に接している振動部４６が温度上昇しても、振動部４６内で有効に熱伝導が生じ、被覆部４９を通し、処理液２に熱を放出することができるため、振動部４６が破損することを防止できる。
【００５２】
また、本実施形態のウエット処理用ノズル１では、被覆部４９の厚みＴ’をλ’／２０以下または（１±０．１）・λ’／２とすることにより、超音波振動子４８、振動部４６からの超音波振動を有効に伝播させることができるので、このような優れた特性を有する超音波振動子部分４０が備えられたウエット処理用ノズル１を用いてウエット処理をおこなうと、超音波振動（超音波エネルギー）が処理液に十分付与され、効率良くウエット処理を行うことができる。さらに、振動部４６のみならず、被覆部４９が設けられることによりその厚み寸法Ｔ’分だけ振動部４６の厚み寸法Ｔが厚く設定された状態となるため、振動部４６の対向面４６Ａと被処理物Ｗの被処理面Ｗ１との間の処理領域３５において、気泡が巻き込まれて処理液２が無い領域が存在した場合にも、気泡の領域において被処理基板Ｗから反射した超音波により振動板４６で熱が発生しても、振動部４６から超音波振動子４８へ伝播する熱を低減し、超音波振動子４８の温度が上昇することを防止して、超音波振動子４８が破損してしまうことを防止できるとともに、振動板４６と超音波振動子４８との接続部分が破損してしまい動作不良を起こすことを防止することができる。
【００５３】
また、本実施形態においても、図５に示す第１実施形態のように、被処理基板Ｗの下面側にも洗浄用ノズル１ａを設けることができる。
【００５４】
以下、本発明に係るウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第３の実施形態］
図７は、本実施形態におけるウエット処理用ノズルを示す断面図である。
本実施形態において、図１〜図５に示す第１実施形態と異なるのは冷却管５０の構成に関する点であり、これ以外の対応する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
振動部４６には、図７に示すように、この振動部４６を冷却するための冷却手段として、連結部２３における導入通路２１側および排出通路２２側の両側面に、それぞれ冷却管（冷却体）５０，５０が設けられている。
【００５６】
この冷却管５０，５０は、振動部４６または導入通路２１，排出通路２２等と略同等の材質からなるものとされ、振動部４６側面に対向面４６Ａと平行状態、つまり、図７の紙面と略垂直方向に延在しており、この方向における振動部４６の長さ寸法とほぼ等しい長さ寸法に設定されている。冷却管５０はその流路方向と直行する方向の断面形状が略半円形の半割円筒である冷却体５０，５０とされ、この冷却体５０，５０の開口した部分が、振動部４６の側面によって覆われるように密閉接続されている。冷却管５０の両端は、冷却配管５０ａを介してそれぞれ排出口２２ａおよび図示しない減圧ポンプに接続され、これら、排出管２２と冷却管５０と減圧ポンプとは、処理領域３５から排出液（処理液）２を吸引して排出するため処理液回収手段を構成している。
【００５７】
本実施形態のウエット処理用ノズル１において、処理液導入手段から導入開口部２１ｂを介して被処理基板Ｗ上の処理領域３５に供給された洗浄液２は、排出開口部２２ｂから排出通路２２を通り、排出口２２ａから振動部４６の両サイドに位置する冷却管５０，５０内部を経て、減圧ポンプにより、排出される。つまり、冷却手段が、振動部４６の外側に位置する冷却管５０に冷却液としての排出液（処理液）２を流通する。
【００５８】
これにより、本実施形態のウエット処理用ノズル１においては、上記の実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、さらに、振動部４６を冷却液２により冷却することが可能となるため、振動部４６の温度上昇を防止することができ、処理領域３５に処理液２が無い部分ができたとしても、振動部４６を冷却液２により冷却することが可能となるため、振動部４６の温度上昇をより確実に防止することができ、超音波振動子４８と振動部４６との接続部分および、超音波振動子４８の温度上昇を防止して、超音波振動子部分４０における破損可能性を低減することが可能である。
【００５９】
また、排出液２を冷却液とすることにより、振動部４６の冷却用として冷却液供給排出手段を特設する必要がなく、処理液導入排出手段によって冷却液を供給排出して冷却管５０，５０内部に流通させることで振動部４６の冷却をおこなうことができるため、ウエット処理用ノズル１としての製造コストおよびランニングコストの低減を図ることができる。さらに、排出液２を冷却液としているため、振動部４６の温度状態に依存することなく処理液２を供給して、かつ、振動部４６の冷却をおこなうことができる。
【００６０】
なお、本実施形態では冷却体５０が接続される振動部４６の側面を略平面としているが、図８に示すように、振動部４６側面に冷却体５０に対応した冷却溝（溝部）５０Ａを設けて、この冷却溝５０Ａを冷却管５０で覆い、冷却液２の流通する冷却通路としての断面積を増大して、冷却液の流量を増加可能とするとともに、振動部４６に対して冷却液２が接触する面積を増大して、さらに冷却効率を向上することもできる。
【００６１】
また、本実施形態においては、冷却管５０，５０の内表面、振動部４６の側面、および、冷却溝５０Ａ内表面のように、冷却液としての処理液２に接触する部分に関しては、図６に示した第２実施形態における対向面被服部４９と同質の表面コーティング、表面改質等をおこなうことも可能である。また、図９に示すように、冷却体５０および冷却溝５０Ａの内部に冷却管５０Ｂとして図６に示した第２実施形態における被覆部４９と同質の冷却内管５０Ｂを設けることもできる。これらの場合、処理液２により劣化してしまうことをさらに低減し、振動部４６の寿命をより長くすることができる。
【００６２】
なお、冷却管５０を振動部４６側面以外の部分、例えば超音波振動子４８の接続されている主面上に位置するように設けることや、振動部４６表面に溝部を設けるのではなく、振動部４６内部に冷却液の流通する冷却孔を設けることもできる。このように冷却孔を設けた場合、冷却液と振動部４６との接触面積がさらに増大して、よりいっそうの冷却効果を得ることが可能になる。
【００６３】
以下、本発明に係るウエット処理用ノズルの第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第４の実施形態］
図１０は、本実施形態におけるウエット処理用ノズルを示す断面図である。
本実施形態が、第１実施形態から第３実施形態と基本的に異なる点は、振動部を４６を、超音波振動子４８の被処理基板Ｗと反対側に配置した点である。
図１０においても、図１〜９と共通する構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６４】
本実施形態では、超音波振動子４８の被処理基板Ｗ側に、被覆部４９が設けられ、この被覆部４９が、導入通路２１と排出通路２２とを連結する連結部２３となっている。被覆部４９は処理液２に接するので、第２実施形態において説明したように、処理液２に応じて、耐反応性、耐熱性に優れた材質を用いて形成される。
【００６５】
被覆部４９の厚み寸法Ｔ’と、被覆部における超音波振動の波長λ’との関係は、下記のいずれかの関係に設定されている。
Ｔ’≦λ’／２０
Ｔ’＝（１±０．１）・λ’／２
【００６６】
厚み寸法Ｔ’を上記のように設定すべき理由を、図１１を用いて説明する。
図１１は、被覆部４９の厚み寸法Ｔ’と、超音波振動の透過率との関係を示すグラフである。
図１１において、実線は、被覆部４９による振動の吸収を考慮しない理論値であり、被覆部における超音波振動の波長λ’の１／２、すなわち、半波長毎に極大値１．０（１００％）を取る。しかしながら、実際には×印の実験値が示すように、半波長毎の極大値は図中破線で示すように徐々に減衰する。
図１１のグラフから理解されるように、透過率は、被覆部４９の厚み寸法Ｔ’がゼロから離れるにつれ減少し、波長λ’の１／４で最小となる。したがって、被覆部４９の厚み寸法Ｔ’として最も望ましい値は、限りなくゼロに近い値であるが、実用上λ’／２０以下であれば差し支えない。被覆部４９の厚み寸法Ｔ’として次に望ましい値は、最初の極大値となるλ’／２であるが、実用上（１±０．１）・λ’／２の範囲でであれば差し支えない。
【００６７】
なお、超音波振動の波長λ’は、超音波振動の周波数と被覆部の材質でほぼ決定されるが、温度によっても若干変動する。したがって、上記の式における波長λ’は、標準的な使用状態における標準的な温度条件において判断される。
【００６８】
本実施形態では、超音波振動子４８の被処理基板Ｗ側と反対側に、振動部４６が設けられている。この振動部４６の厚み寸法Ｔ”は、超音波振動子付近の熱を分散させるために、充分大きな値とされている。この場合、振動部４６は、超音波振動子４８と処理液２との間に介在しないので、超音波振動の透過率を考慮する必要がない。したがって、その厚み寸法Ｔ”は、振動部４６における超音波振動の波長λを考慮することになく、連続的な任意の範囲で選択可能である。
また、振動部４６の材質は、被覆部４９の材質同一としても良いが、別の材質を用いることが好ましい。振動部４６は、処理液２に対する耐反応性、耐摩耗性等を考慮しなくて良いので、安価な材料で形成することができる。また、振動部４６は、熱容量が大きいと共に、熱伝導性に優れて外部に熱を放出しやすいものが好ましい。
【００６９】
本実施形態においても、この振動部４６に冷却手段手段が設けられている。その具体的な構成は、第３の実施形態の図９と同じであるので、説明を省略する。
【００７０】
本実施形態によれば、振動部４６を超音波振動子４８の被処理基板Ｗ側と反対側に配置したので、処理液２に伝達する超音波振動の減衰を考慮することなく充分に厚く、かつ加工精度にこだわらずに形成することができる。そのため、振動部４０に設けられた冷却手段と相俟って、超音波振動子４８の加熱による損傷を、効率的に回避することができる。
さらに、超音波振動子４８の被処理基板Ｗ側には被覆部４９を配置したので、処理液２によって、超音波振動子４８が損なわれることがない。また、この被覆部４９の厚み寸法Ｔ’は所定の値とされているので、被覆部４９によって超音波振動が減衰し、透過率が低下することを防止できる。
したがって、超音波振動子４８を損傷することなく、効率的なウエット処理が可能となる。
【００７１】
以下、本発明に係るウエット処理装置の第５実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第５の実施形態］
本実施形態は、上記のいずれかの実施形態のウエット処理用ノズルを具備した洗浄装置（ウェット処理装置）の一例である。
図１２は、本実施形態におけるウエット処理装置５１の概略構成を示す図であって、例えば被処理基板として数百ｍｍ角程度の大型のガラス基板（以下、単に基板という）を枚葉洗浄するための装置である。
図中符号５２は洗浄部、５３はステージ（基板保持手段）、５４、５５、５６、８９は洗浄用ノズル、５７は基板搬送ロボット、５８はローダカセット、５９はアンローダカセット、６０は水素水・オゾン水生成部、６１は洗浄液再生部、Ｗはガラス基板（被処理基板）である。
【００７２】
図に示すように、装置上面中央が洗浄部５２となっており、基板Ｗを保持するステージ５３が設けられている。ステージ５３には、基板Ｗの形状に合致した矩形の段部が設けられ、この段部上に基板Ｗが嵌め込まれて、基板Ｗの表面とステージ５３の表面が面一状態でステージ５３に保持されるようになっている。また、段部の下方には空間部が形成され、空間部にはステージ５３の下方から基板昇降用シャフト（図示略）が突出している。基板昇降用シャフトの下端にはシリンダ等のシャフト駆動源（図示略）が設けられ、基板搬送ロボット５７による基板Ｗの受け渡しの際にシリンダの作動により上記基板昇降用シャフトが上下動し、シャフトの上下動に伴って基板Ｗが上昇または下降するようになっている。
【００７３】
ステージ５３を挟んで対向する位置に一対のラックベース６２が設けられ、これらラックベース６２間に洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９が架設されている。洗浄用ノズルは並列配置された４本のノズルからなり、各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９が異なる洗浄方法により洗浄を行うものとなっている。本実施の形態の場合、これら４本のノズルは、基板にオゾンを供給するとともに紫外線ランプ６３から紫外線を照射することによって主に有機物を分解除去する紫外線洗浄用ノズル５４、オゾン水を供給しつつ超音波振動子本体４８により超音波振動を付与して洗浄するオゾン水超音波洗浄用ノズル５５、水素水を供給しつつ超音波振動子本体４８により超音波振動を付与して洗浄する水素水超音波洗浄用ノズル５６、純水を供給してリンス洗浄を行う純水リンス洗浄用ノズル８９、である。
【００７４】
各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９は、プッシュ・プル型ノズル（省液型ノズル）と呼ばれるものである。また、これら４本のノズルのうちオゾン水超音波洗浄用ノズル５５と、水素水超音波洗浄用ノズル５６は、図１〜図９を用いて説明したいずれかの実施形態の洗浄用ノズルと同様の構成のもの、あるいは１本の洗浄用ノズルにつき、図１〜図９を用いて説明したいずれかの実施形態の洗浄用ノズルが複数設けられたもの（図１２では、１本の洗浄用ノズルにつき、導入通路２１と排出通路２２との連結部２３およびこの連結部２３に設けられた超音波振動子部分４０（又は超音波振動子４０ａ）および第１、第２の開口部２１ｂ，２２ｂはそれぞれ３組づつ設けられており、第１と第２の開口部２１ｂ，２２ｂはそれぞれ３組合わせて基板Ｗの幅以上の長さに延びている。）である。ただし、ここでは図示の都合上、超音波振動子４８のみを図示し、洗浄液導入部、洗浄液排出部等に区分した図示は省略する。また、洗浄用ノズル５４は、超音波振動子本体４８に代えて紫外線ランプ６３が設けられた以外は上記実施形態の洗浄用ノズルと略同様の構成であり、洗浄用ノズル８９は、超音波振動子本体４８が設けられていない以外は、上記実施形態の洗浄用ノズルと略同様の構成である。ただし、ここでは図示の都合上、洗浄液導入部、洗浄液排出部等に区分した図示は省略する。
この洗浄装置５１では、上記４本の洗浄ノズルが基板Ｗの上方で基板Ｗとの間隔を一定に保ちながらラックベース６２に沿って順次移動することにより、基板Ｗの被洗浄面全域（被処理面全域）が４種類の洗浄方法により洗浄される構成となっている。
【００７５】
各洗浄用ノズルの移動手段（ノズル・被処理物相対移動手段）としては、各ラックベース６２上のリニアガイドに沿って水平移動可能とされたスライダがそれぞれ設けられ、各スライダの上面に支柱がそれぞれ立設され、これら支柱に各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９の両端部が固定されている。各スライダ上にはモータ等の駆動源が設置されており、各スライダがラックベース６２上を自走する構成となっている。そして、装置の制御部（図示略）から供給される制御信号により各スライダ上のモータがそれぞれ作動することによって、各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９が個別に水平移動する構成となっている。また、上記支柱にはシリンダ（図示略）等の駆動源が設けられ、支柱が上下動することにより各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９の高さ、すなわち各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９と基板Ｗとの間隔がそれぞれ調整可能となっている。
【００７６】
洗浄部５２の側方に、水素水・オゾン水生成部６０と洗浄液再生部６１とが設けられている。水素水・オゾン水生成部６０には、水素水製造装置６４とオゾン水製造装置６５とが組み込まれている。いずれの洗浄液も、純水中に水素ガスやオゾンガスを溶解させることによって生成することができる。そして、水素水製造装置６４で生成された水素水が、水素水供給配管６６の途中に設けられた送液ポンプ６７により水素水超音波洗浄用ノズル５６に供給されるようになっている。同様に、オゾン水製造装置６５で生成されたオゾン水が、オゾン水供給配管６８の途中に設けられた送液ポンプ６９によりオゾン水超音波洗浄用ノズル５５に供給されるようになっている。なお、純水リンス洗浄用ノズル８９には製造ライン内の純水供給用配管（図示略）から純水が供給されるようになっている。
【００７７】
そして、水素水用フィルタ７０を通した後の水素水は、再生水素水供給配管７６の途中に設けられた送液ポンプ７７により水素水超音波洗浄用ノズル５６に供給されるようになっている。同様に、オゾン水用フィルタ７１を通した後のオゾン水は、再生オゾン水供給配管７８の途中に設けられた送液ポンプ７９によりオゾン水超音波洗浄用ノズル５５に供給されるようになっている。また、水素水供給配管６６と再生水素水供給配管７６は水素水超音波洗浄用ノズル５６の手前で接続され、弁８０によって水素水超音波洗浄用ノズル５６に新しい水素水を導入するか、再生水素水を導入するかを切り換え可能となっている。同様に、オゾン水供給配管６８と再生オゾン水供給配管７８はオゾン水超音波洗浄用ノズル５５の手前で接続され、弁８１によってオゾン水超音波洗浄用ノズル５５に新しいオゾン水を導入するか、再生オゾン水を導入するかを切り換え可能となっている。なお、各フィルタ７０，７１を通した後の水素水やオゾン水は、パーティクルが除去されてはいるものの、液中気体含有濃度が低下しているため、配管を通じて再度水素水製造装置６４やオゾン水製造装置６５に戻し、水素ガスやオゾンガスを補充するようにしてもよい。
【００７８】
洗浄部５２の側方に、ローダカセット５８、アンローダカセット５９が着脱可能に設けられている。これら２つのカセット５８、５９は、複数枚の基板Ｗが収容可能な同一の形状のものであり、ローダカセット５８に洗浄前（ウエット処理前）の基板Ｗを収容し、アンローダカセット５９には洗浄済（ウエット処理後）の基板Ｗが収容される。そして、洗浄部５２とローダカセット５８、アンローダカセット５９の中間の位置に基板搬送ロボット５７が設置されている。基板搬送ロボット５７はその上部に伸縮自在なリンク機構を有するアーム８２を有し、アーム８２は回転可能かつ昇降可能となっており、アーム８２の先端部で基板Ｗを支持、搬送するようになっている。
【００７９】
上記構成の洗浄装置５１は、例えば洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９と基板Ｗとの間隔、洗浄用ノズルの移動速度、洗浄液の流量等、種々の洗浄条件をオペレータが設定する他は、各部の動作が制御部により制御されており、自動運転する構成になっている。したがって、この洗浄装置５１を使用する際には、洗浄前の基板Ｗをローダカセット５８にセットし、オペレータがスタートスイッチを操作すれば、基板搬送ロボット５７によりローダカセット５８からステージ５３上に基板Ｗが搬送され、ステージ５３上で各洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９により紫外線洗浄、オゾン水超音波洗浄、水素水超音波洗浄、リンス洗浄が順次自動的に行われ、洗浄後、基板搬送ロボット５７によりアンローダカセット５９に収容される。
【００８０】
本実施形態の洗浄装置５１においては、本発明の実施形態の洗浄用ノズル５５，５６と、上記のノズル・被処理物相対移動手段とを備えたことにより、上記本実施形態のウエット処理用ノズル（洗浄用ノズル）の利点を有したまま基板Ｗの被洗浄面全域をウエット処理（洗浄）することができる。
【００８１】
また、本実施形態の洗浄装置５１は、４本の洗浄用ノズル５４，５５，５６，８９の各々が、紫外線洗浄、オゾン水超音波洗浄、水素水超音波洗浄、リンス洗浄といった異なる洗浄方法により洗浄処理する構成であるため、本装置１台で種々の洗浄方法を実施することができる。したがって、例えば、水素水超音波洗浄、オゾン水超音波洗浄により微細な粒径のパーティクルを除去し、さらにリンス洗浄で基板表面に付着した洗浄液も洗い流しながら仕上げの洗浄を行う、というように種々の被除去物を充分に洗浄除去することができる。また、本実施の形態の洗浄装置５１の場合、上記の省液型の洗浄用ノズルが備えられているため、洗浄液の使用量を低減することができ、しかも、ノズルの下方に液溜まりが生じないため、高効率、高清浄度の基板洗浄を実施することができる。したがって、半導体デバイス、液晶表示パネル等をはじめとする各種電子機器の製造ラインに好適な洗浄装置を実現することができる。
【００８２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、洗浄用ノズルの形状や寸法、洗浄用ノズルの導入管や排出管の数や設置位置等の具体的な構成等に関しては、適宜設計変更が可能なことは勿論である。さらに、上記実施の形態においては、本発明のノズルを洗浄用ノズルに適用した例を示したが、洗浄以外のウェット処理、例えばエッチング、レジスト除去等に本発明のノズルを適用することも可能である。
【００８３】
【発明の効果】
本発明のウエット処理用ノズルまたはウエット処理装置によれば、振動部の厚み寸法を大きく設定して、超音波振動により発生する熱を分散し、超音波振動子の温度上昇を防止できる。そのため、被処理物の被処理面上において、気泡が巻き込まれて処理液が無い領域が存在した場合にも、超音波振動子が過熱して破損してしまうことを防止できる。さらに、本発明のウエット処理用ノズルまたはウエット処理装置によれば、超音波振動子と処理液との間に介在する振動部及び／または被覆部の厚み寸法を特定の値としたので、超音波振動の透過率を徒に減少させることがない。したがって、超音波振動子を損傷の恐れが少なく、しかも効率的にウエット処理が可能なウエット処理用ノズルまたはウエット処理装置とすることができる。
特に本発明によれば、振動部の厚み寸法Ｔを、振動部における超音波振動の半波長の３倍から７倍に設定することにより、振動部において超音波振動を効率よく伝播することが可能となるとともに、厚み寸法Ｔを大きく設定して、振動部から超音波振動子へ伝播する熱をより低減し、超音波振動子の温度が上昇することを防止して、超音波振動子が破損してしまうことを防止できる。
振動部の厚み寸法Ｔを、該振動部における前記超音波振動の半波長の７倍を越える範囲に設定した場合には、共振点が温度変動等によって容易に変動してしまうため、超音波振動子から超音波振動を付与した際の振動が減衰して、可振しなくなってしまうので好ましくない。また、厚み寸法Ｔを、振動部における超音波振動の半波長の３倍より小さい範囲に設定した場合には、振動部と被処理物の被処理面との間の処理領域において、気泡が巻き込まれて処理液が無い領域が存在した場合に、振動部から超音波振動子へ伝播する熱の低減度合いが小さく、超音波振動子の温度が上昇してしまうため、好ましくない。
更に、圧力制御部が、被処理物に接触した洗浄液を洗浄用ノズルの外部に漏れることがないように、導入開口部と排出開口部との間で処理液の圧力を制御しながら、大気圧と処理液の圧力の均衡を取りながらウエット処理ができるので、少ない処理液量でもウエット処理ができる効果がある。また、被処理物とノズルを相対移動させながら大気圧と処理液の圧力との均衡を取りながらウエット処理ができるので、被処理物の挿入、離脱に伴って起泡の巻き込みが起こって異常な温度上昇が起こりやすい状況であっても、液量が少なく温度変動が大きくなり易い状況であっても、被処理物の有無によって負荷が大きく変動するために振動条件が大きく変動する可能性のある状況であっても、安定した運転ができる効果がある。
特に、振動部の厚み寸法Ｔを半波長の５倍に設定することにより、超音波振動子の安定した駆動と、処理領域にウエット処理液の無い部分ができた場合の超音波振動子における破損可能性の低減とを最適にすることができる。
また、振動部の被処理物側に接して、被覆部を設けてなることにより、振動部に直接処理液が接触しないので、前記振動部表面がウエット処理されてしまうことがないため、振動部が処理液および超音波振動により劣化してしまうことを低減して、振動部の寿命を長くすることができ、さらに、振動部の成分が処理液中に混合して被処理物表面を汚染してしまうことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るウエット処理用ノズルの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】 図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】 ９λ／２の厚さの振動板におけるインピーダンス特性を説明するためのグラフである。
【図４】 ５λ／２の厚さの振動板におけるインピーダンス特性を説明するためのグラフである。
【図５】 本発明に係るウエット処理用ノズルの他の実施形態を示す断面図である。
【図６】 本発明に係るウエット処理用ノズルの第２実施形態を示す段面図である。
【図７】 本発明に係るウエット処理用ノズルの第３実施形態を示す段面図である。
【図８】 本発明に係るウエット処理装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図９】 本発明に係るウエット処理装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図１０】 本発明に係るウエット処理装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図１１】 被覆部の厚み寸法と超音波振動の透過率との関係を示すグラフである。
【図１２】 本発明のウエット処理装置における第４実施形態の概略構成を示す平面図である。
【図１３】 従来のウエット処理用ノズルの断面図である。
【符号の説明】
１・・・洗浄用ノズル（ウエット処理用ノズル）
２・・・処理液（排出液、冷却液）
２１・・・導入通路（処理液導入管）
２１ａ・・・導入口
２１ｂ・・・第１の開口部（導入開口部）
２２・・・排出管（排出管）
２２ａ・・・排出口
２２ｂ・・・第２の開口部（排出開口部）
２３・・・連結部
３５・・・処理領域
４０・・・超音波振動子部分
４６・・・振動板（振動部）
４６Ａ・・・対向面
４８・・・超音波振動子
４９・・・被覆部
５０・・・冷却管（冷却体）
５０Ａ・・・冷却溝（溝部）
５１・・・洗浄装置（ウエット処理装置）
５５，５６・・・洗浄用ノズル（ウエット処理用ノズル）
Ｗ・・・被処理基板（被処理物）
Ｗ１・・・被処理面
Ｔ，Ｔ’，Ｔ”・・・厚み寸法
Claims (13)
- 被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部と、処理液の圧力を制御する圧力制御部を具備し、被処理物とノズルを相対移動させながら、大気圧と処理液の圧力との均衡をとりながらウエット処理を行うウエット処理用ノズルであって、前記被処理面上の前記処理液に対して超音波振動を付与するための超音波振動子と、該超音波振動子に接する振動部とを備え、前記超音波振動子に超音波振動を出させるための超音波周波電気信号を送る発振器が接続されており、前記発振器は振動条件が変動したときに振動板を効率良く振動させるように調整可能とされており、前記振動部は、前記超音波振動子の少なくとも前記被処理物側に設けられ、該被処理物側の前記振動部の厚み寸法Ｔと、該振動部における前記超音波振動の波長λとの関係が、Ｔ＝（ｎ±０．１）・λ／２ （但し、ｎは３以上７以下の整数）に設定されてなることを特徴とするウエット処理用ノズル。
- 前記被処理物側の前記振動部の厚み寸法Ｔと、該振動部における前記超音波振動の波長λとの関係が、Ｔ＝（５±０．１）・λ／２に設定されてなることを特徴とする請求項１記載のウエット処理用ノズル。
- 前記振動部の前記被処理物側に接して、被覆部が設けられてなることを特徴とする請求項１記載のウエット処理用ノズル。
- 前記被覆部は、前記被処理物側の表面が前記処理液に対する耐反応性および／または耐熱性を有するよう構成されてなることを特徴とする請求項３記載のウエット処理用ノズル。
- 前記被覆部の厚み寸法Ｔ’と、該被覆部における前記超音波振動の波長λ’との関係が、下記のいずれかに設定されてなることを特徴とする請求項４記載のウエット処理用ノズル。
Ｔ’≦λ’／２０
Ｔ’＝（１±０．１）・λ’／２ - 前記振動部が、前記超音波振動子の前記被処理物側とその反対側との双方に設けられていることを特徴とする請求項１記載のウエット処理用ノズル。
- 被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部と、処理液の圧力を制御する圧力制御部を具備し、被処理物とノズルを相対移動させながら、大気圧と処理液の圧力との均衡をとりながらウエット処理を行うウエット処理用ノズルであって、前記被処理面上の前記処理液に対して超音波振動を付与するための超音波振動子と、前記超音波振動子に接して、前記被処理物側に設けられた被覆部と、前記超音波振動子に接して、前記被覆部と反対側に設けられた振動部と、を備え、前記超音波振動子に超音波振動を出させるための超音波周波電気信号を送る発振器が接続されており、前記発振器は振動条件が変動したときに振動板を効率良く振動させるように調整可能とされており、前記被覆部の厚み寸法Ｔ’と、該被覆部における前記超音波振動の波長λ’との関係が、下記のいずれかに設定されてなることを特徴とするウエット処理用ノズル。
Ｔ’≦λ’／２０
Ｔ’＝（１±０．１）・λ’／２ - 前記被覆部は、前記被処理物側の表面が前記処理液に対する耐反応性および／または耐熱性を有するよう構成されてなることを特徴とする請求項７記載のウエット処理用ノズル。
- 前記振動部には、該振動部を冷却する冷却手段が設けられてなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のウエット処理用ノズル。
- 前記冷却手段が、前記振動部の内側および／または外側に位置する冷却管に冷却液を流通する構成とされてなることを特徴とする請求項９記載のウエット処理用ノズル。
- 前記冷却液が、前記処理液とされてなることを特徴とする請求項１０記載のウエット処理用ノズル。
- 前記冷却液が、前記排出液とされてなることを特徴とする請求項１０記載のウエット処理用ノズル。
- 請求項１〜１２のいずれかに記載のウエット処理用ノズルと、前記導入開口部と前記被処理物の被処理面との間に処理液を導入するための処理液導入手段と、前記排出開口部 と前記被処理物の被処理面との間から処理液を吸引して排出するため処理液回収手段と、被処理物の被処理面に沿って前記ウエット処理用ノズルと前記被処理物とを相対移動させることにより前記被処理物の被処理面全域を処理するためのノズル・被処理物相対移動手段とを有することを特徴とするウエット処理装置。
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