JPH06304536A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】シリコンウエハ、半導体材料等の脆弱なワーク
の超音波洗浄に適した超音波洗浄装置を提供する。 【構成】超音波洗浄装置１は、１〜２．６ＭＨｚ以上の
周波数の超音波を発生する圧電素子２を薄板状の振動体
４ａに接着してなる超音波振動子５が、超音波洗浄槽６
の底部に、超音波洗浄槽６に供給される洗浄液７に振動
体４ａを露出するように設けられている。振動体は１０
〜５００μｍの範囲の厚さであり、ステンレス、チタ
ン、タンタルなどの金属箔からなる振動体４ａまたは石
英ガラス製の振動体４ｂが用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶パネル等に使用さ
れるシリコンウエハ等の脆弱なワークの超音波洗浄に使
用される超音波洗浄装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、成形加工品の表面に付着している
異物やバリ等を除去するために、底部に超音波振動子を
設けた超音波洗浄槽に脱気された洗浄液を供給し、この
洗浄液に前記成形加工品を浸漬して、前記超音波振動子
により前記洗浄液に超音波を放射して洗浄する超音波洗
浄装置が知られている。

【０００３】このような超音波洗浄装置は、前記超音波
振動子から放射される超音波により洗浄液中にキャビテ
ーションを生じさせ、このキャビテーションが崩壊する
際の衝撃力により、前記成形加工品の表面に付着してい
る異物やバリ等を除去する作用が得られるものと考えら
れている。前記超音波洗浄装置では、前記洗浄を行うた
めに、通常は２８〜１００ｋＨｚ程度の周波数の超音波
を放射する超音波振動子が使用される。

【０００４】ところで、液晶パネル等に使用されるシリ
コンウエハや半導体材料等のように非常に脆弱なワーク
を超音波洗浄する際には、前記超音波振動子から放射さ
れる超音波の周波数が２８〜１００ｋＨｚ程度である
と、前記衝撃力が強すぎて前記脆弱なワークが破損され
やすいとの問題がある。前記問題を解決するためには、
例えば、破損を避けるために出力を下げるなどの対策が
立てられるが、そのようにしたのでは十分な洗浄効果が
得られない。

【０００５】一方、前記衝撃力は超音波の周波数が高く
なるほど穏やかになることが知られており、前記超音波
洗浄装置において超音波振動子から１ＭＨｚ以上の周波
数の超音波を放射するようにできれば、前記シリコンウ
エハのような脆弱なワークを破損させることなく十分な
洗浄効果が得られると考えられる。

【０００６】前記穏やかな衝撃力を得るための超音波洗
浄装置として、例えば図６に示す構成の超音波洗浄装置
６１が考えられる。超音波洗浄装置６１は、厚さ１ｍｍ
程度のステンレス板からなる超音波洗浄槽６２の底面６
２ａに、圧電素子２がエポキシ樹脂系接着剤層６３を介
して接着された構成となっている。圧電素子２は、厚さ
２ｍｍ程度のセラミックス板１０に銀蒸着膜１１が被覆
されて電極が形成されており、該電極を図示しない超音
波発振器に接続することにより、１ＭＨｚ以上の周波数
の超音波を発生することができる。超音波洗浄装置６１
では、圧電素子２と底面６２ａとにより超音波振動子６
４が形成され、圧電素子２に底面６２ａを構成するステ
ンレス板が共振することにより、超音波洗浄槽６２に供
給された洗浄液６５に超音波が放射される。

【０００７】しかしながら、超音波洗浄装置６１では、
前記構成の超音波振動子６４が振動体となる底面６２ａ
が前記厚さのステンレス板からなるため、該ステンレス
板の剛性により圧電素子２と底面６２ａとの共振が抑制
される。また、超音波振動子６４では底面６２ａを圧電
素子２と共振させるために出力を大きくすると、振動に
伴って発生する熱のために、底面６２ａと圧電素子２と
の双方が膨張し、互いの膨張係数の相違から極く短時間
で圧電素子２が底面６２ａから剥離したり、セラミック
ス製の圧電素子２に亀裂が生じる。このため、超音波洗
浄装置６１では、１ＭＨｚ以上の周波数の超音波を洗浄
液６５に放射することが難しいとの不都合がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、シリコンウエハ、半導体材料等の脆弱な
ワークの超音波洗浄に適した超音波洗浄装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の超音波洗浄装置は、１〜２．６ＭＨｚ以
上の周波数の超音波を発生する圧電素子を薄板状の振動
体に接着してなる超音波振動子が、超音波洗浄装置の底
部に、該超音波洗浄装置に供給される洗浄液に該振動体
を露出するように設けられてなる超音波洗浄装置であっ
て、該振動体が１０〜５００μｍの範囲の厚さであるこ
とを特徴とする。

【００１０】前記超音波洗浄装置は、底部に超音波振動
子が前記のように設けられた超音波洗浄槽を備え、該超
音波洗浄槽に供給された洗浄液にワークを浸漬して該超
音波振動子から該洗浄液に超音波を放射して該ワークの
洗浄を行うものであってもよく、底部に超音波振動子が
前記のように取着されたノズルを備え、該ノズル内に供
給された洗浄液に該超音波振動子から超音波を放射し、
該超音波が放射された洗浄液を該ノズルの先端からワー
クに向けてスプレーするスプレー式超音波洗浄装置であ
ってもよい。

【００１１】前記振動体は前記範囲未満の厚さでは、洗
浄液に露出されたときに所要の強度が得られないことが
ある。また前記範囲を超える厚さとするときには剛性が
大きくなって前記圧電素子との共振が抑制される傾向が
ある。このとき、共振させるために出力を大きくする
と、前記圧電素子と前記振動体とでは振動に伴って発生
する熱による膨張率が異なるために、前記圧電素子が前
記振動体から剥離したり、亀裂を生じたりする。

【００１２】本発明の超音波洗浄装置では、前記振動体
として、金属箔が用いられる。前記金属箔は、厚さ１０
０〜５００μｍ程度のステンレス箔でもよいが、前記圧
電素子に近い熱膨張率を有することから、厚さ１０〜５
００μｍ程度のチタンまたはタンタルの箔が好ましい。

【００１３】本発明の超音波洗浄装置は、特にシリコン
ウエハの超音波洗浄に用いられるときには、前記振動体
として石英ガラスが適している。

【００１４】

【作用】本発明の超音波洗浄装置によれば、前記超音波
振動子が前記振動体を前記洗浄装置に供給された洗浄液
に露出させるように取着されているので、前記振動体か
ら放射される超音波が前記洗浄液に直接伝えられ、該超
音波により発生するキャビテーションの崩壊時に穏やか
な衝撃力が得られる。

【００１５】前記振動体はその厚さが前記範囲にあるた
め、１〜２．６ＭＨｚ以上の周波数の超音波を発生する
圧電素子の振動に容易に追随して、前記周波数の超音波
を放射することができる。また、高出力で使用すること
により発熱しても、前記範囲の厚さであるためにその膨
張が圧電素子の剛性により規制され、圧電素子の剥離や
亀裂の発生が防止される。

【００１６】本発明の超音波洗浄装置によれば、前記超
音波振動子から放射される超音波により生じる前記キャ
ビテーション崩壊時の衝撃力は、通常の２８〜１００ｋ
Ｈｚ程度の超音波による衝撃力よりも穏やかになる。従
って、前記振動体は、洗浄液に露出されていてもエロー
ジョンを受けにくく、硬質クロムメッキなどの保護手段
を設けることなしに金属箔を用いることができる。

【００１７】また、本発明の超音波振動子では、前記振
動体を石英ガラスとすることにより、該振動体が洗浄液
に露出されていても、該洗浄液中に金属イオンが溶出す
ることがなく、シリコンウエハの洗浄に使用してもシリ
コンウエハが金属イオンにより劣化されることがない。
従って、構造の簡単なシリコンウエハ用超音波洗浄装置
が得られる。

【００１８】

【実施例】次に、添付の図面を参照しながら本発明の超
音波振動子についてさらに詳しく説明する。図１は本発
明に係わる超音波洗浄装置の一構成例を示す説明的断面
図であり、図２は図１示の超音波振動子を図１の矢示方
向から見た平面図であり、図３は本発明に係わる超音波
洗浄装置の他の構成例を示す説明的断面図であり、図４
は従来の超音波洗浄装置の一構成例を示す説明的断面図
であり、図５は本発明に係わる超音波洗浄装置のさらに
他の構成例を示す説明的断面図である。

【００１９】図１に示す実施例の超音波洗浄装置１は、
圧電素子２をエポキシ樹脂系接着剤層３を介して、厚さ
３０μｍのチタン箔からなる振動体４ａに接着してなる
超音波振動子５が、厚さ２ｍｍのステンレス製の超音波
洗浄槽６の底部に設けられた開口部７に、エポキシ樹脂
系接着剤層８を介して接着され、超音波洗浄槽６に供給
された洗浄液９に振動体４ａを露出するように設けられ
ている。

【００２０】圧電素子２は、図１示のように、厚さ２ｍ
ｍ、直径８０ｍｍのセラミックス板１０に銀蒸着膜１１
が被覆されて電極を構成しており、銀蒸着膜１１は図２
示のようにセラミックス露出部１２を挟んで一方が陽極
１３、他方が陰極１４となっている。圧電素子２は、陽
極１３、陰極１４が図示しない超音波発振器に接続する
ことにより、１〜２．６ＭＨｚ以上の周波数の超音波を
発生することができるようになっている。

【００２１】上記振動体４ａの厚さは１０〜５００μｍ
の範囲にあることが好ましく、前記範囲より厚くなると
その剛性のために前記圧電素子２が１〜２．６ＭＨｚ以
上の周波数の超音波を発生するときに、圧電素子２との
共振が抑制され、或は圧電素子２が剥離したり、亀裂を
生じたりすることがある。また、前記範囲より薄いと、
超音波洗浄槽６に洗浄液９が供給されたときに、洗浄液
９の重量に耐えるに十分な強度が得られない。

【００２２】超音波洗浄装置１により超音波洗浄を行う
ときには、超音波洗浄槽６に脱気された洗浄液９を供給
し、洗浄液９中にワークを浸漬して、超音波振動子５に
より洗浄液９に、例えば１．４ＭＨｚの周波数の超音波
を１００〜１５０Ｗの出力で放射する。このようにする
ことにより、洗浄液９中に発生するキャビテーションの
崩壊時に穏やかな衝撃力が得られ、半導体材料等の脆弱
なワークを破損することなく洗浄することができる。

【００２３】また、超音波振動子５を高出力で使用する
際に、振動体４ａは前記範囲の厚さであるために超音波
振動子５の発熱により膨張してもその膨張が圧電素子２
の剛性により規制される上、振動体４ａがチタンからな
りそれ自体の熱膨張率が圧電素子２に近いので、圧電素
子２が振動体４ａから剥離したり、亀裂を生じたりする
ことがない。さらに、前記周波数の超音波による衝撃波
は穏やかであるので、振動体４ａは硬質クロムメッキな
どの保護手段を設けなくともエロージョンを受けること
がない。

【００２４】図３に示す実施例の超音波洗浄装置３１
は、図１示の圧電素子２を厚さ１００μｍの石英ガラス
板からなる振動体４ｂに接着してなる超音波振動子３２
が、厚さ２ｍｍの石英ガラス製の超音波洗浄槽３３の底
部に設けられた開口部３４に、エポキシ樹脂系接着剤層
３５を介して接着され、超音波洗浄槽３３に供給された
洗浄液３６に振動体４ｂを露出するように設けられてい
る。

【００２５】前記振動体４ｂの厚さは、前記振動体４ａ
と同様の理由により、１００〜５００μｍの範囲にある
ことが好ましい。

【００２６】超音波洗浄装置３１は、振動体４ｂが前記
石英ガラス板からなり、超音波洗浄槽３３に供給された
洗浄液３６に露出される部分に金属が用いられていない
ので、シリコンウエハ３７のような金属イオンにより劣
化される脆弱なワークの洗浄に適している。

【００２７】超音波洗浄装置３１により超音波洗浄を行
うときには、超音波洗浄槽３３に洗浄液３６として１５
ＭΩ／ｃｍ以上の超純水を脱気して供給し、洗浄液３６
中に薄板状のシリコンウエハ３７を多数立て並べられた
状態で浸漬して、超音波振動子３２により洗浄液３６
に、例えば１．４ＭＨｚの周波数の超音波を１００〜１
５０Ｗの出力で放射する。このようにすることにより、
洗浄液３６中に発生するキャビテーションの崩壊時に穏
やかな衝撃力が得られ、薄板状のシリコンウエハ３７の
ような脆弱なワークを破損することなく洗浄することが
できる。

【００２８】また、超音波振動子３２は前記周波数の超
音波を放射しても、図１示の超音波振動子５と同様に、
圧電素子２が振動体４ｂから剥離したり、亀裂を生じた
りすることがなく、振動体４ｂが前記周波数の超音波に
よりエロージョンを受けることもない。

【００２９】図４示の超音波洗浄装置４１は、図３示の
超音波洗浄装置３１に対する比較例であり、ステンレス
製の超音波洗浄槽４２内にシリコンウエハ３７の金属イ
オンによる劣化をさけるために石英ガラスからなる内槽
４３を設け、超音波洗浄槽４２の底部に２８〜１００ｋ
Ｈｚ程度の周波数を放射する超音波振動子４４を設けた
構成となっている。

【００３０】超音波洗浄装置４１によりシリコンウエハ
３７の洗浄を行うときには、前記超純水が脱気された洗
浄液３６を内槽４３から超音波洗浄槽４２に溢流するよ
うに供給し、内槽４４に供給された洗浄液３６中にシリ
コンウエハ３７を多数立て並べられた状態で浸漬して、
超音波振動子４４により超音波洗浄槽４２に供給された
洗浄液３６に超音波を放射する。このようにすることに
より、内槽４３に供給された洗浄液３６には、超音波洗
浄槽４２に供給された洗浄液３６に放射された前記周波
数の超音波が内槽４３を介して間接的に放射される。こ
の結果、内槽４４に供給された洗浄液３６中では、前記
間接的に作用する超音波により発生するキャビテーショ
ンの崩壊時に穏やかな衝撃力が得られ、シリコンウエハ
３７を破損することなく洗浄することができる。

【００３１】しかしながら、図４示の装置では、前記超
音波振動子４４から放射される低い周波数の超音波を間
接的に作用させてその衝撃力を和らげるために超音波洗
浄槽４２内にさらに内槽４３を設けなければならず、装
置が複雑になる。また、超音波振動子４４は前記低周波
の超音波によりその振動面がエロージョンを受けやすい
ので、硬質クロムメッキなどの保護手段を設けなければ
ならず、高価になるとの不都合もある。

【００３２】図５示の実施例の超音波洗浄装置５１は、
内部に洗浄液５２が供給される空洞部５３ａを備え、先
端の開口部５３ｂから洗浄液５２をワークＷの表面にス
プレーして洗浄するノズル５３の底部に、図１示の超音
波振動子５が図示しないエポキシ樹脂系接着剤層を介し
て接着され、空洞部５３ａに供給される洗浄液５２にチ
タン箔からなる振動体４ａを露出するように設けられて
いる。

【００３３】ノズル５３の基部には洗浄液導入口５４が
設けられ、導管５５ａにより外部に設けられた洗浄液タ
ンク５５に接続されている。洗浄液タンク５５には洗浄
液５２の溶存気体を脱気する脱気手段５６が付設されて
おり、導管５５ａの途中にはフィルター５７及び供給ポ
ンプ５８が設けられている。また、ノズル５３の基部に
は洗浄液導入口５４に対向して小孔５９が設けられ、導
管５５ｂにより洗浄液タンク５５に接続されている。

【００３４】前記脱気手段５６は、例えば、外周部に真
空ポンプを備えた中空糸状気体分離膜モジュールに洗浄
液を流通し、該真空ポンプにより該気体分離膜を介して
溶存気体を吸引除去するもの、減圧下の密封槽に洗浄液
を導入して溶存気体を該密封槽中の空間に放出させるも
の等を使用することができる。

【００３５】また、ノズル５３の後端部には蓋体６０が
ビス６０ａにより螺着されて超音波振動子５を保護する
ようになっている。

【００３６】超音波洗浄装置５１によりワークＷの表面
を洗浄するときには、脱気手段５６で脱気された洗浄液
５２がフィルター５７で濾過され、供給ポンプ５８によ
り洗浄液導入口５４からノズル５３内の空洞部５３ａに
送給される。洗浄液５２は、空洞部５３ａ内で超音波振
動子１から、例えば１．４ＭＨｚの超音波が１００〜１
５０Ｗの出力で放射され、この超音波が作用している状
態で、開口部５３ｂからワークＷの表面にスプレーされ
る。

【００３７】従って、洗浄液５２には穏やかな衝撃力を
発生する超音波が作用しており、半導体材料等の脆弱な
ワークＷを破損させることなく洗浄することができる。

【００３８】また、空洞部５３ａ内で超音波振動子５か
ら洗浄液５２に前記の周波数の超音波を放射すると、多
数のキャビテーションが発生するので、前記のように脱
気された洗浄液５２であっても微気泡が発生しやすい。
このような微気泡は超音波を吸収したり、反射したりす
るために、超音波振動子５に損傷を与える原因となるこ
とがあるが、超音波洗浄装置５１では、洗浄液導入口５
４に対向して小孔５９が設けられているので、前記微気
泡は一部の洗浄液５２とともに小孔５９からノズル５３
外に排出され、超音波振動子５の損傷を防止することが
できる。前記微気泡とともに排出された洗浄液５２は、
導管５５ｂにより洗浄液タンク５５に戻されるので、無
駄になることはない。

【００３９】

【発明の効果】本発明の超音波洗浄装置によれば、１〜
２．６ＭＨｚ以上の高周波数の超音波を洗浄液に放射す
ることができるので、該超音波により発生するキャビテ
ーションの崩壊時に穏やかな衝撃力が得られ、シリコン
ウエハ、半導体材料等の脆弱なワークを破損させること
なく洗浄することができる。

【００４０】さらに、本発明の超音波洗浄装置によれ
ば、前記のように穏やかな衝撃力が得られるので、振動
体を硬質クロムメッキなどの保護手段を設けない金属箔
としてもエロージョンを受けることがなく、安価に製造
することができる。また、振動体を石英ガラスとするこ
とにより、洗浄液に露出される部分に金属を用いずに済
み、シリコンウエハが金属イオンに劣化されることのな
い構造簡単な超音波洗浄装置を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる超音波洗浄装置の一構成例を示
す説明的断面図。

【図２】図１示の圧電素子を図１の矢示方向から見た平
面図。

【図３】本発明に係わる超音波洗浄装置の他の構成例を
示す説明的断面図。

【図４】従来の超音波洗浄装置の一構成例を示す説明的
断面図。

【図５】本発明に係わる超音波洗浄装置のさらに他の構
成例を示す説明的断面図。

【図６】従来の超音波洗浄装置の他の構成例を示す説明
的断面図。

【符号の説明】

１，３１，５１…超音波洗浄装置、 ２…圧電素子、４
ａ…金属箔製の振動体、 ４ｂ…石英ガラス製の振動
体、５，３２…超音波振動子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１〜２．６ＭＨｚ以上の周波数の超音波を
   発生する圧電素子を薄板状の振動体に接着してなる超音
   波振動子が、超音波洗浄装置の底部に、該超音波洗浄装
   置に供給される洗浄液に該振動体を露出するように設け
   られてなる超音波洗浄装置であって、該振動体が１０〜
   ５００μｍの範囲の厚さであることを特徴とする超音波
   洗浄装置。
2. 【請求項２】前記振動体が金属箔であることを特徴とす
   る請求項１記載の超音波洗浄装置。
3. 【請求項３】前記振動体が石英ガラスであることを特徴
   とする請求項１記載の超音波洗浄装置。