(57)【要約】【課題】簡単な装置構成で被処理体を容易に且つ確実にすることができる超音波洗浄装置を提供する。【解決手段】超音波洗浄装置１は、上部が開口された略直方体の箱状容器であって、その内部に洗浄液を貯留する洗浄槽１０と、内部に水を貯留すると共に洗浄槽１０を収容する外槽１５と、洗浄槽１０の内部に配設され、洗浄すべき被処理体としての半導体ウエハＡを支持する支持部材２０と、外槽１５の外部に配設され、洗浄槽１０内部に超音波を発振する超音波発振装置６０を備える。洗浄槽１０は、超音波発振装置６０からの超音波を透過する側面部１２ｂと、側面部１２ｂに対向して配され、超音波発振装置６０からの超音波を反射する側面部１２ａとを有している。そして、超音波発振装置６０は、外槽１５に貯留された水を介して洗浄槽１０に超音波を発振し、且つ洗浄槽１０の側面部１２ｂから側面部１２ａに向かって超音波を伝播させる。【選択図】図１
2010153541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄液を貯留する洗浄槽と、
液体を貯留すると共に前記洗浄槽を収容する外槽と、
前記洗浄槽の内部に配設され、洗浄すべき被処理体を支持する支持部材と、
前記外槽の外部に配設され、前記外槽の内部に所定周波数の超音波を発振する超音波発振部とを備え、
前記洗浄槽は、前記超音波発振部からの超音波を透過する厚みを有する第１面部と、前記第１面部に対向して配され、前記超音波発振部からの超音波を反射する厚みを有する第２面部とを有し、
前記超音波発振部は、前記外槽に貯留された水を介して前記洗浄槽に超音波を発振し、且つ前記洗浄槽の前記第１面部から前記第２面部に向かって超音波を伝播させることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
前記洗浄槽は、上部が開口された箱状容器であって、前記第１面部は側面部であり、前記第２面部は前記側面部と対向する他の側面部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。
【請求項３】
前記洗浄槽は、上部が開口された箱状容器であって、底面部と、前記洗浄槽の上部に配設された蓋部とを有し、
前記第１面部は底面部であり、第２面部は前記蓋部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。
【請求項４】
前記第１面部の厚みは、前記外槽内に貯留される液体を媒質１、前記洗浄槽の材質を媒質２、前記洗浄液を媒質３としたとき、
透過率（T）=(ρ1c1/ρ3c3)(4/X)
但し、X=(1+ ρ1c1/ρ3c3)^2×cos2k1L+(ρ2c2/ρ3c3+ ρ1c1/ρ2c2)^2×sin2k2L
ρ1，ρ2，ρ3:物質（媒質）の密度
c1，c2，c3:物質（媒質）の音速
L:物質（媒質）の厚み
k=ω/c, ω=2πf
で求められる透過率の７５％以上を有する厚みであり、前記第２面部の厚みは、上記式で求められる透過率５０％以下を有する厚みであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項５】
前記洗浄槽内に配設され、前記洗浄液を循環させる循環装置を更に備え、
前記被処理体の近傍における前記洗浄液の液流れの方向は、前記超音波の進行方向と略直交していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項６】
前記洗浄槽は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分とする材料から成り、前記洗浄槽を収容する外槽は、樹脂及びステンレス鋼のいずれかを主成分とする材料から成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項７】
前記超音波発振部は、周波数が４５０ｋＨｚ〜３ＭＨｚの超音波を発振することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項８】
洗浄槽内の被処理体を超音波で洗浄する超音波洗浄方法であって、
前記洗浄槽を収容する外槽の外部から所定周波数の超音波を発振する発振行程と、
前記外槽に貯留された液体を介して、前記超音波に前記洗浄槽の第１面部を透過させる透過行程と、
前記第１面部に対向して配された前記洗浄槽の第２面部で超音波を反射する反射行程とを有することを特徴とする超音波洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法に関し、特に半導体ウエハ等の被処理体を超音波を利用して洗浄する超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置の製造工程において、薬剤やリンス液等の洗浄液が貯留された洗浄槽に半導体ウエハを浸漬し、超音波を発生させて半導体ウエハの洗浄を行う洗浄装置が広く用いられている。
【０００３】
図１１は、従来の超音波洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。
【０００４】
図１１において、従来の超音波洗浄装置は、複数の被処理体を浸漬する洗浄液例えば薬液Ｌが貯留される洗浄槽３０１と、複数の半導体ウエハＷを垂直状に保持して洗浄槽３０１内に配置する保持手段であるウエハボート３１０と、洗浄槽３０１の下方に中間槽３０９を介して設けられ、洗浄槽３０１内の薬液（洗浄液）に超音波を照射する超音波発振手段３３０とで主に構成されている。この超音波洗浄装置では、超音波発振手段３３０の振動子３３１が振動すると、超音波振動が発生し、この超音波振動が中間槽３０９内に貯留された純水に伝搬され、洗浄槽３０１の底部３０２を透過して洗浄槽３０１内に貯留された薬液まで伝わり、この超音波の照射によってウエハＷが超音波洗浄される。
【０００５】
図１２は、従来の他の超音波洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。
【０００６】
図１２において、従来の超音波洗浄装置は、箱状で上面を開口して凹状に形成して内部に洗浄液を貯留する超音波洗浄槽４２０と、超音波洗浄槽４２０の内側の両側面に夫々平行に対向する一対の振動子４２２と、超音波洗浄槽４２０内に延在して一対の振動子４２２間を遮断するとともに、内部に密閉した中空部を備え且つ両側面が薄板状の隔壁により形成される反射板４２４とを備えている。この超音波洗浄装置は、超音波洗浄槽４２０の両側面に設けた一対の振動子４２２から槽内に照射する超音波が干渉して減衰しないように、振動子４２２の間を反射板４２４により遮断し、且つ反射板４２４の両外側液中に定在波を発生させて被処理体を均一に洗浄可能に構成されている。また、この超音波洗浄装置では、支柱４２８に各々接続された振動子２２及び反射板４２４の一方又は両方が超音波洗浄槽４２０内で摺動可能に設けられており、振動子４２２の周波数（波長λ）を変えた際に反射板４２４から振動子４２２までの距離を、λ／４＋１／２×ｎの距離Ｌに調節可能となっている。
【０００７】
この超音波洗浄装置では、超音波洗浄槽４２０の両側に対向する一対の振動子４２２の間を反射板４２４により遮断するため、被処理体が薄板状又はシート状であっても、両側から照射する超音波を反射板４２４が反射して干渉を防止できるとともに、この反射板４２４によって各々外側に反射した反射波と照射した照射波との位相を合わせて共振させて定在波（定常波）を発生させる調節が容易になり、これによる洗浄液の励起も生じることで薄板状またはシート状の被処理体でも均一に洗浄することが可能となっている。また、振動子４２２及び反射板４２４が摺動可能に設けられるので、反射板４２４の両側で振動子４２２の周波数を各々異なるように設定した場合でも、反射板４２４から振動子４２２までの距離を距離Ｌになるように調節することが可能となっている。
【特許文献１】特開平２００４−２２１３４３号公報
【特許文献２】特開平２００６−７１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術では、ウエハボートに保持された半導体ウエハ（被処理体）に対して洗浄槽の下方から超音波を照射するため、ウエハボートの配置に起因して半導体ウエハＷに超音波を照射できない領域（影の部分）が生じる。これにより、半導体ウエハにパーティクルが残留してしまい、半導体ウエハを確実に洗浄できないという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２の技術では、振動子及び反射板を洗浄槽内に設けるため、洗浄槽の寸法や洗浄槽内に浸漬される被処理体の配置によっては該振動子及び反射板の移動距離が制限される結果、定在波を発生させることが困難となり、被処理体の洗浄作業を容易に実行することができないという問題がある。また、振動子や反射板に付着した汚染物質が洗浄液を介して被処理体に付着する可能性があり、被処理体を確実に洗浄できないという問題もある。加えて、振動子や反射板を移動させるための装置が必要となり、装置構成が複雑になるという問題もある。
【００１０】
本発明の目的は、簡単な装置構成で被処理体を容易に且つ確実に洗浄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にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１記載の超音波洗浄装置は、洗浄液を貯留する洗浄槽と、液体を貯留すると共に前記洗浄槽を収容する外槽と、前記洗浄槽の内部に配設され、洗浄すべき被処理体を支持する支持部材と、前記外槽の外部に配設され、前記外槽の内部に所定周波数の超音波を発振する超音波発振部とを備え、前記洗浄槽は、前記超音波発振部からの超音波を透過する厚みを有する第１面部と、前記第１面部に対向して配され、前記超音波発振部からの超音波を反射する厚みを有する第２面部とを有し、前記超音波発振部は、前記外槽に貯留された水を介して前記洗浄槽に超音波を発振し、且つ前記洗浄槽の前記第１面部から前記第２面部に向かって超音波を伝播させることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の超音波洗浄装置は、請求項１記載の超音波洗浄装置において、前記洗浄槽は、上部が開口された箱状容器であって、前記第１面部は側面部であり、前記第２面部は前記側面部と対向する他の側面部であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の超音波洗浄装置は、請求項１記載の超音波洗浄装置において、前記洗浄槽は、上部が開口された箱状容器であって、底面部と、前記洗浄槽の上部に配設された蓋部とを有し、前記第１面部は底面部であり、第２面部は前記蓋部であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の超音波洗浄装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置において、前記第１面部の厚みは、前記外槽内に貯留される液体を媒質１、前記洗浄槽の材質を媒質２、前記洗浄液を媒質３としたとき、
透過率（T）=(ρ1c1/ρ3c3)(4/X)
但し、X=(1+ ρ1c1/ρ3c3)^2×cos2k1L+(ρ2c2/ρ3c3+ ρ1c1/ρ2c2)^2×sin2k2L
ρ1，ρ2，ρ3:物質（媒質）の密度
c1，c2，c3:物質（媒質）の音速
L:物質（媒質）の厚み
k=ω/c, ω=2πf
の数式で求められる透過率の７５％以上を有する厚みであり、前記第２面部の厚みは、上記式で求められる透過率５０％以下を有する厚みであることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の超音波洗浄装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置において、前記洗浄槽内に配設され、前記洗浄液を循環させる循環装置を更に備え、前記被処理体の近傍における前記洗浄液の液流れの方向は、前記超音波の進行方向と略直交していることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の超音波洗浄装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置において、前記洗浄薬液槽は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分とする材料から成り、前記外槽は、樹脂及びステンレス鋼のいずれかを主成分とする材料から成ることを特徴とする。このとき、外槽に使用されるステンレス鋼の規格は問わない。
【００１７】
請求項７記載の超音波洗浄装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置において、前記超音波発振部は、周波数が４５０ｋＨｚ〜３．０ＭＨｚの超音波を発振することを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の超音波洗浄方法は、洗浄槽内の被処理体を超音波で洗浄する超音波洗浄方法であって、前記洗浄槽を収容する外槽の外部から所定周波数の超音波を発振する発振行程と、前記外槽に貯留された液体を介して、前記超音波に前記洗浄槽の第１面部を透過させる透過行程と、前記第１面部に対向して配された前記洗浄増の第２面部で超音波を反射する反射行程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の超音波洗浄装置及び請求項８の超音波洗浄方法によれば、外槽に貯留された液体を介して洗浄槽に到達した超音波が、洗浄槽の第１面部を透過し、さらに、第１面部に対向して配された第２面部で超音波が反射される。すなわち、被処理体を支持する支持部材が洗浄槽内に配設される場合であっても、外槽に貯留された液体を介して第１面部から第２面部に向かって進行する超音波と、第２面部で反射された超音波とによって、洗浄ムラを生じることなく、被処理体に付着したパーティクルを除去することができる。また、超音波発振装置が洗浄槽の外部に配設されるので、超音波発振装置に付着した汚染物質が被処理体に付着することがない。さらに、特許文献１のように洗浄槽の下部に超音波発振部の振動板を設置した場合には、洗浄槽の底板に気泡が溜まり、超音波の照射が不均一になるのに対し、横に振動板を設置することで気泡の溜りがなくなるため、超音波を均一に照射できる。したがって、簡単な装置構成で被処理体を容易に且つ確実に洗浄することができる。
【００２０】
請求項２記載の超音波洗浄装置によれば、洗浄槽は、超音波を透過する側面部と、該側面部と対向する他の側面部とを有するので、側面部を透過した横方向の超音波と、他の側面部で反射された超音波とによって、被処理体に付着したパーティクルが除去される。これにより、被処理体を容易に且つ確実に洗浄することができる。
【００２１】
請求項３記載の超音波洗浄装置によれば、洗浄槽は、超音波を透過する底面部と、洗浄槽の上部に配設された蓋部とを有するので、底面部を透過した縦方向の超音波と、蓋部で反射された超音波とによって、被処理体に付着したパーティクルが除去される。これにより、被処理体を容易に且つ確実に洗浄することができる。
【００２２】
請求項４記載の超音波洗浄装置によれば、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置において、第１面部の厚みは、透過率（T）=(ρ1c1/ρ3c3)(4/X)（但し、X=(1+ ρ1c1/ρ3c3)^2×cos2k1L+(ρ2c2/ρ3c3+ ρ1c1/ρ2c2)^2×sin2k2L、ρ1，ρ2，ρ3:物質（媒質）の密度、c1，c2，c3:物質（媒質）の音速、L:物質（媒質）の厚み、k=ω/c, ω=2πf）で求められる透過率の７５％以上を有する厚みであり、第２面部の厚みは、上記式で求められる透過率５０％以下を有する厚みであるので、各媒質の密度及び音速、並びに超音波の周波数から第１面部及び第２面部の厚みを決定することができる。
【００２３】
請求項５記載の超音波洗浄装置によれば、被処理体の近傍における洗浄液の液流れの方向は、超音波振動による直進流の進行方向と略直交しているので、超音波振動による直進流に加えて、該直進流と直交する液流れを発生させることができ、これにより液のよどみを解消でき、被処理体に付着した汚れを確実に且つ効率的に除去することができる。
【００２４】
請求項６記載の超音波洗浄装置によれば、洗浄槽は二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分とする材料から成り、洗浄槽を収容する外槽は樹脂及びステンレス鋼のいずれかを主成分とする材料から成るので、洗浄槽の耐食性が向上すると共に、被処理体の汚染を防止することができ、また、外槽を安価に構成することができる。
【００２５】
請求項７記載の超音波洗浄装置によれば、超音波発振部は、周波数が４５０Ｈｚ〜３．０ＭＨｚの超音波を発振するので、発信周波数を幅広く設定することができ、もって被処理体をより確実に洗浄することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００２８】
図１において、超音波洗浄装置１は、上部が開口された略直方体の箱状容器であって、その内部に洗浄液を貯留する洗浄槽１０と、内部に水を貯留すると共に洗浄槽１０を収容する外槽１５と、洗浄槽１０の内部に配設され、洗浄すべき被処理体としての半導体ウエハＡを支持する支持部材２０と、支持部材２０を洗浄槽１０内に固定する固定部材３０と、洗浄槽１０の下部に配設され、水又は洗浄液を洗浄槽１０に供給する液供給部４０と、洗浄槽１０の下部において該洗浄槽の底面部と略平行に配され、洗浄槽１０内に貯留された洗浄液に熱エネルギーを供給するヒーター５０とを備える。また、超音波洗浄装置１は、外槽１５の外部に配設され、洗浄槽１０内部に超音波を発振する超音波発振装置（超音波発振部）６０と、外槽１５の下部において該外槽の底面部と略平行に配され、外槽１５内に貯留された水の温度を一定に保持し、且つ洗浄槽１０に付着した気泡を取り除くための散水管７０を備える。
【００２９】
洗浄槽１０は、底面部１１と、底面部１１に対して略垂直に設けられた側面部１２とを備える。側面部１２は、図２に示すように、互いに対向する一対の側面部１２ａ，１２ｂ、及び互いに対向する一対の側面部１２ｃ，１２ｄとで構成される。この洗浄槽１０は耐食性を有する材料から成り、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分とする材料、好ましくは石英で一体成形される。これにより、洗浄槽１０の耐食性が向上すると共に、半導体ウエハＡの汚染を防止することができる。洗浄液は、例えばＡｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２、Ｈｅなどを溶解させたガス溶解水であり、あるいはアンモニア、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、コリンなどの有機アルカリ、キレート剤、界面活性剤、塩酸、硫酸などの酸、及び過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）などの洗浄液から成る。
【００３０】
外槽１５は、上部が開口された略直方体の箱状容器であって、底面部１６と、底面部１６に対して略垂直に設けられ、互いに対向して配される側面部１５ａ，１５ｂとを備える。この外槽１５は、金属又は樹脂から成り、例えば塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、及びステンレス鋼のいずれかを主成分とする材料から成る。
【００３１】
一対の側面部１２ａ，１２ｂにおいて、側面部１２ａの厚みは側面部１２ｂの厚みと異なる。具体的には、側面部１２ａ（第２面部）の厚みは、例えば４．０ｍｍであり、側面部１２ｂ（第１面部）の厚みは、例えば３．０ｍｍである。また、一対の側面部１２ｃ，１２ｄは同じ厚みであり、例えば４．０ｍｍである。尚、一対の側面部１２ｃ，１２ｄは異なる厚みを有していてもよい。
【００３２】
支持部材２０は、洗浄槽１０の底面部１１に略平行に配された４本の延出部材で構成される。この４本の延出部材は、例えばテフロン（登録商標）から成る。支持部材２０に半導体ウエハＡを載置すると、各延出部材が半導体ウエハＡの外周面と当接し、半導体ウエハＡが底面部１１に対して略垂直に保持される。尚、支持部材２０は、複数枚の半導体ウエハＡを同時に載置することが可能であるように構成されている。
【００３３】
固定部材３０は、支持部材２０としての各延出部材を洗浄液中の所定位置に固定する。
【００３４】
液供給部４０は、洗浄槽１０の底面部１１と略平行に配設された一対の管状部材で構成されており、該管状部材の上部の円周面にはその軸方向に沿って複数の孔（不図示）が並んで設けられている。装置外部から管状部材の内部に所定圧力で供給された水又は所定の洗浄液が、複数の孔を介して洗浄槽１０内に供給される。
【００３５】
ヒーター５０は、洗浄槽１０の底面部１１と略平行に配設され、不図示のヒーター制御部に接続された一対の管状ヒーターで構成される。ヒーター制御部は、一対の管状ヒーターが発熱する熱量を制御して、洗浄槽１０内に貯留された洗浄液の温度を調節する。
【００３６】
超音波発振装置６０は、外槽１５の側面部１５ａの内側に取り付けられた振動素子６１と、振動素子６１に接合され、外槽１５内の水に超音波振動を伝達する振動板６２とを有する。振動板６２及び振動素子６１は接着剤により互いに接着されている。超音波発振装置６０は、所定の範囲の周波数で超音波を発振する。
【００３７】
ここで、被処理体、特に半導体ウエハを洗浄するための超音波洗浄装置では、洗浄液中への金属イオンや不純物の溶出を防止するために、材質を石英とする洗浄槽が用いられる。石英製の洗浄槽の外部から所定周波数の超音波を発振すると、洗浄槽の側面部の厚みに応じて、超音波は側面部を透過し、又は側面部で反射（乱反射）される。
【００３８】
一般に、媒質１→媒質２→媒質３の順で透過する超音波の透過率は、以下の数式（１）で表される。
透過率（T）=(ρ1c1/ ρ3c3)(4/X)                              ・・・（１）
但し、X=(1+ ρ1c1/ρ3c3)^2×cos2k1L+(ρ2c2/ρ3c3+ ρ1c1/ρ2c2)^ 2×sin2k2L
ρ:物質（媒質）の密度
c:物質（媒質）の音速
L:物質（媒質）の厚み
k=ω/c, ω=2πf
この数式（１）を用いて、透過率、媒質１の密度ρ1及び音速c1、媒質２の密度ρ2及び速度c2、媒質３の密度ρ3及び音速c3、並びに超音波の周波数から、媒質２の厚みLを決定することができる。
【００３９】
本実施の形態では、水層→石英層→水層の順で超音波が透過するものとし、上記数式（１）を用いて、超音波の透過率が７５％以上である側面部を透過面とし、且つ超音波の透過率が５０％以下である側面部を反射面として利用する。具体的には、側面部１２ｂは、上記数式（１）で求められる透過率が７５％以上となるような厚みを有するように設計され、側面部１２ａは透過率が５０％以下となるような厚みを有するように設計される。
【００４０】
本実施の形態で用いられる超音波の振動数は、２００ｋＨｚ〜５ＭＨｚ、好ましくは２００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、より好ましくは４５０ｋＨｚ〜３ＭＨｚである。
【００４１】
図３〜図６は、超音波の所定周波数における石英製板材の厚みと透過率（理論値）との関係を示す図であり、図３（ａ）は３ＭＨｚ、図３（ｂ）は２ＭＨｚ、図４（ａ）は１．５ＭＨｚ、図４（ｂ）は１ＭＨｚ、図５（ａ）は９７５ｋＨｚ、図５（ｂ）は７５０ｋＨｚ、図６は４５０ｋＨｚである場合を夫々示す。
【００４２】
図３〜図６において、超音波の透過率が７５％以上となるのは、超音波の周波数が３ＭＨｚである場合は、石英製板材の厚みが１，２，３，４，５ｍｍであるときであり（図３（ａ））、超音波の周波数が２ＭＨｚである場合は、石英製板材の厚みが１．５，３．０，４．５ｍｍであるときである（図３（ｂ））。同様にして、１．５ＭＨｚの場合は２．０，３．９〜４．０ｍｍ（図４（ａ））、１ＭＨｚの場合は０．１，２．９〜３．１ｍｍ（図４（ｂ））、９７５ｋＨｚの場合は０．１，３．０〜３．１ｍｍ（図５（ａ））、７５０ｋＨｚの場合は０．１，３．９〜４．１ｍｍ（図５（ｂ））、４５０ｋＨｚの場合は０．１〜０．２，６．３〜６．９ｍｍであるときに（図６）、超音波の透過率が７５％以上となる。
【００４３】
一方、超音波の透過率が５０％以下となるのは、超音波の周波数が３ＭＨｚである場合は０．１〜０．９，１．１〜１．９，２．１〜２．９，３．１〜３．９，４．１〜４．９，５．１〜５．１ｍｍ（図３（ａ））、２ＭＨｚである場合は０．１〜１．４，１．６〜２．９，３．１〜４．４，４．６〜５．５ｍｍ（図３（ｂ））、１．５ＭＨｚである場合は０．２〜１．８，２．２〜３．８，４．２〜５．５ｍｍ（図４（ａ））、１ＭＨｚである場合は０．３〜２．７，３．３〜５．５ｍｍ（図４（ｂ））、９７５ｋＨｚである場合は０．３〜２．８，３．３〜５．５ｍｍ（図５（ａ））、７５０ｋＨｚである場合は０．３〜３．６，４．３〜５．５ｍｍ（図５（ｂ））、４５０ｋＨｚである場合は０．５〜６．１ｍｍ，７．２〜７．６ｍｍ（図６）である。
【００４４】
したがって、互いに対向する一対の側面部の厚みを、洗浄に用いられる超音波の周波数に応じて設定することにより、超音波が発振側の側面部を透過し、且つ該側面部に対向する側面部で反射される。
【００４５】
ここで、実際の石英製板材の厚みに対する透過率の値（実験値）は、上記数式（１）で求められる透過率の値（理論値）から若干のずれが生じる。以下、一例として、超音波の周波数を１ＭＨｚに設定し、各厚みを有する石英製板材に超音波を照射したときの透過率を測定した結果を示す。
【００４６】
図７は、超音波の周波数を１ＭＨｚに設定した場合における石英製板材の厚みと透過率（理論値及び実験値）との関係を示す図である。
【００４７】
図７において、透過率の実験値は７５％以上となるのは、石英製板材の厚みが２．７〜３．３ｍｍであるときであり、特に、透過率の実験値は約９０％となるのは石英製板材の厚みが３．０ｍｍであるときである。また、同周波数において、透過率の実験値が５０％以下となるのは、石英製板材の厚みが２．４５ｍｍ以下又は３．４５ｍｍ以上である。
【００４８】
一方、上述したように、透過率の理論値が７５％以上となるのは、石英製板材の厚みが２．９〜３．１ｍｍであるときであり、透過率の理論値が５０％以下となるのは、石英製板材の厚みが２．７ｍｍ以下又は３．３ｍｍ以上である。
【００４９】
本実施の形態では、洗浄槽１０の側面部１２ｂの厚みを３．０ｍｍ、側面部１２ａの厚みを４．０ｍｍとする。すなわち、洗浄槽１０は、超音波発振装置６０からの超音波を透過する側面部１２ｂと、側面部１２ｂに対向して配され、超音波発振装置６０からの超音波を反射する側面部１２ａとを有している。そして、超音波発振装置６０は、側面部１２ｂから側面部１２ａに向かって超音波を発振する。これにより、超音波発振装置６０から発振された超音波は、外槽１５に貯留された水を介して側面部１２ｂに到達し、側面部１２ｂを透過して側面部１２ａまで伝播し、さらに、側面部１２ａで反射され、側面部１２ａから側面部１２ｂまで伝播する。
【００５０】
上記のように構成される超音波洗浄装置では、半導体ウエハの洗浄を以下のように実行する。
【００５１】
先ず、液供給部４０により洗浄槽１０に水及び所定の洗浄液を供給し、半導体ウエハＡが完全に浸水するレベルまで洗浄液を貯留する。尚、外槽１５には洗浄槽１０の洗浄液量とは関係なく散水管７０から常時水を供給し、貯留する。その後、ヒーター５０に電力を供給し、洗浄液を所定の温度、例えば６０度まで昇温する。
【００５２】
次に、半導体ウエハＡを支持部材２０に載置して、半導体ウエハＡを洗浄槽１０内に固定する。発振部６３で所定周波数の超音波を発振し、振動素子６１を介して振動板６２を振動させる。振動板６２を介して伝播された超音波は、外槽１５内の水を介して側面部１２ｂまで伝播し、さらに洗浄槽１０の側面部１２ｂを透過して、洗浄液内を横方向に進行する。このとき、半導体ウエハＡはその主面が側面部１２ｂと略直交するように配置されているため、超音波は半導体ウエハＡの主面に平行に進行していく。これにより、半導体ウエハＡに付着したパーティクル等の汚れが、超音波振動のエネルギーによる物理的な洗浄力と、洗浄液による化学的な洗浄力の作用とで除去される。物理的な洗浄力は、例えば槽内で発生する洗浄液の励起（キャビテーション）、超音波の直進流、加速度によるものである。
【００５３】
側面部１２ａに到達した超音波は、側面部１２ａにより反射され、洗浄液内を側面部１２ｂに向かって略横方向に進行する。このとき、側面部１２ａの内表面又はその近傍で乱反射が起きる。これにより、反射前の超音波によって除去しきれなかったパーティクルが半導体ウエハＡに付着している場合であっても、反射後の超音波によってキャビテーションが発生し、該パーティクルが除去される。
【００５４】
ここで、超音波を反射させない従来の構成において、超音波が洗浄槽の下部から上部に向かって縦方向（一方向）に進行すると、支持部材が障害物となり、支持部材の上方（支持部材の後方）には超音波が進行しないため、超音波の進行方向に沿って帯状の洗浄ムラ（パーティクル残留部分）が残る（図８（ａ））。これに対し、本実施の形態では、側面部１２ａで超音波を反射させ、超音波を側面部１２ｂから側面部１２ａに向かって進行させることにより、支持部材２０の後方の部分にも超音波が進行する（図８（ｂ））。これにより、半導体ウエハＡ上の洗浄ムラをなくすことができ、半導体ウエハＡに付着したパーティクルを確実に除去することができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、液供給部４０を構成する一対の管状部材から水又は洗浄液が供給され、特に半導体ウエハＡの主面近傍では、洗浄槽１０の下部から上部に向かって液流れ（強制対流）が生じる。したがって、半導体ウエハＡの主面近傍では、振動素子６１からの超音波振動による直進流が横方向に進行し、加えて、液供給部４０から供給される水又は洗浄液の液流れが超音波振動による直進流と略直交して進行する。これにより、支持部材２０の配置に起因して半導体ウエハに超音波を照射できない領域（影の部分）が生じた場合であっても、該領域に縦方向の液流れを発生させることができるため、半導体ウエハＡからパーティクル等の汚れを確実に且つ効率的に除去することができる。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、外槽１５に貯留された水中を伝播して側面部１２ｂに到達した超音波が、側面部１２ｂを透過して側面部１２ａにまで到達し、さらに、側面部１２ａで乱反射される。すなわち、半導体ウエハＡを支持する支持部材２０が洗浄槽１０内に配設される場合であっても、側面部１２ｂから側面部１２ａに向かって進行する超音波と側面部１２ａで乱反射された超音波とによって、洗浄ムラを生じることなく、半導体ウエハＡに付着したパーティクルなどの汚染物質を除去することができる。また、振動板６２が側面部１２ｂの外部に配設されるので、振動板６２に付着している汚染物質が半導体ウエハＡに付着することがない。したがって、簡単な装置構成で半導体ウエハＡを容易に且つ確実に洗浄することができる。
【００５７】
尚、本実施の形態では、超音波の周波数が１．０ＭＨｚである場合に側面部１２ａの厚みを４．０ｍｍとしているが、４．０ｍｍ以上であってもよい。これにより、超音波の反射率を高くすることができ、且つ側面部の強度を向上させることができる。また、側面部１２ａの厚みは２．４５ｍｍ以下であってもよい。これにより、超音波の反射率を高くすることができ、且つ洗浄槽を軽量に、また安価にすることができる。
【００５８】
また、本実施の形態では、超音波の周波数が１ＭＨｚである場合に側面部１２ｂの厚みを３．０ｍｍとしているが、これに限るものではなく、２．７〜３．３ｍｍであってもよい。これにより、側面部１２ｂの設計の自由度を高くすることができる。
【００５９】
図９は、本発明の第２実施の形態に係る超音波洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。尚、図９の超音波洗浄装置は、その構成が図１の超音波洗浄装置と基本的に同じであるので、重複する要素には同一の番号を付し、以下に異なる部分を説明する。
【００６０】
図９において、超音波洗浄装置１００は、洗浄槽１０の外部に配設され、洗浄槽１０内部に超音波を発振する超音波発振装置（超音波発振部）６０を備える。本実施の形態では外槽を使用せず、超音波発振装置６０から発振される超音波を直接洗浄槽１０に伝播させる。
【００６１】
本実施の形態では、洗浄槽１０の側面部１２ｂの外表面に振動素子１６１及び振動板１６２を固定し、振動板１６２から超音波を発振する。これにより、超音波は側面部１２ｂを透過すると共に側面部１２ｂから側面部１２ａまで伝播する。尚、振動素子１６１を直接側面部１２に貼り付けることができるので、振動板１６２を設けなくてもよい。また、この超音波は側面部１２ａの表面又はその近傍で乱反射され、該乱反射された超音波が側面部１２ｂまで伝播する。これにより、半導体ウエハＡに付着したパーティクル等の汚れが、超音波振動のエネルギーによる物理的な洗浄力と、洗浄液による化学的な洗浄力の作用とで除去される。
【００６２】
本実施の形態によれば、振動板１６２から発振された超音波が側面部１２ｂを透過して側面部１２ａに到達し、さらに側面部１２ａで乱反射される。また、振動素子１６１及び振動板１６２が洗浄槽１０の側面部１２ｂの外表面に取り付けられるので、振動素子１６１や振動板１６２に付着した汚染物質が半導体ウエハＡに付着することがない。これにより、簡単な装置構成で半導体ウエハＡを容易に且つ確実に洗浄することができる。
【００６３】
図１０は、本発明の第３実施の形態に係る超音波洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。尚、図１０の超音波洗浄装置は、その構成が図１の超音波洗浄装置と基本的に同じであるので、重複する要素には同一の番号を付し、以下に異なる部分を説明する。
【００６４】
図１０において、超音波洗浄装置２００は、上部が開口した箱状に形成され、その内部に洗浄液が貯留される洗浄槽２１０と、外槽１５の外部に配設され、洗浄槽２１０内部に超音波を発振する超音波発振装置２６０とを備える。
【００６５】
洗浄槽２１０は、底面部２１１と、底面部２１１に対して略垂直に設けられた側面部２１２と、洗浄槽２１０の上部に回動可能に配設され、該洗浄槽の開口を覆うように設けられた蓋部２１４とを備える。底面部２１１の厚みは、発振周波数が１ＭＨｚの場合、例えば３．０ｍｍであり、側面部２１２の厚みは、例えば４．０ｍｍである。また、蓋部２１４の厚みは、例えば４．０ｍｍである。
【００６６】
超音波発振装置２６０は、外槽１５の底面部１６の内側に取り付けられた振動素子２６１と、振動素子２６１に接合され、外槽１５内の水に超音波振動を伝達する振動板２６２とを有する。
【００６７】
本実施の形態では、外槽１５の底面部２１１の内側に振動素子２６１及び振動板２６２を固定し、振動板２６２から超音波を発振する。これにより、超音波は外槽１５内の水を介して底面部２１１まで伝播し、さらに洗浄槽１０の底面部２１１を透過して、洗浄槽内を縦方向に進行し、蓋部２１４まで伝播する。その後、この超音波は蓋部２１４の表面又はその近傍で乱反射され、該乱反射された超音波が底面部２１１まで伝播する。これにより、半導体ウエハＡに付着したパーティクル等の汚れが、超音波振動のエネルギーによる物理的な洗浄力と、洗浄液による化学的な洗浄力の作用とで除去される。
【００６８】
本実施の形態によれば、外槽１５に貯留された水中を伝播して底面部２１１に到達した超音波が、底面部２１１を透過して蓋部２１４に到達し、さらに、蓋部２１４で乱反射される。また、振動素子２６１及び振動板２６２が外槽１５の底面部１６に取り付けられるので、振動素子２６１や振動板２６２に付着した汚染物質が半導体ウエハＡに付着することがない。これにより、簡単な装置構成で半導体ウエハＡを容易に且つ確実に洗浄することができる。
【００６９】
上記実施の形態では、側面部１２ａ又は蓋部２１４は超音波を反射する厚み（４．０ｍｍ）を有しているが、これに限るものではない。反射側の側面部又は蓋部を所定の厚みとし、該側面部又は蓋部の内側面に反射板が取り付けられてもよい。この場合、反射板は、その表面又はその近傍で超音波が乱反射するような表面粗さを有するのが好ましい。これにより、超音波を確実に乱反射させることができる。
【００７０】
上記実施の形態では、側面部１２ｂ又は底面部２１１は二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分とする材料から成るが、これに限るものではなく、所定の厚みで超音波を透過する特性を有していれば如何なる材料から成るものであってもよい。また、この場合、洗浄槽は１つの材料で一体成形されてもよいし、超音波を透過する側面部又は底面部のみが他の材料で形成されてもよい。
【００７１】
上記実施の形態では、液供給部４０を構成する一対の管状部材から水又は洗浄液が供給され、半導体ウエハＡの主面近傍では、洗浄槽１０の下部から上部に向かって液流れ（強制対流）が生じるが、これに限るものではなく、超音波洗浄装置にポンプ等の循環装置（不図示）を接続し、該循環装置により洗浄液を対流させてもよい。この場合、半導体ウエハＡの主面近傍において、強制対流する液流れの方向が超音波の進行方向と略直交するように構成される。これにより、半導体ウエハＡに付着したパーティクルを確実に剥離・除去することができる。
【００７２】
上記実施の形態では、超音波洗浄装置は１つの振動板を備えているが、これに限るものではなく、複数の振動板を備えていてもよい。その場合、複数の振動板が同一周波数の超音波を発振できるように構成されてもよいし、個別の超音波を発振できるように構成されてもよい。
【００７３】
また、上記実施の形態では、超音波洗浄装置は半導体ウエハを洗浄するが、これに限るものではなく、パーティクルや他の汚染物質が付着する被処理体を洗浄するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１における洗浄槽の構成を示す斜視図である。
【図３】超音波の所定周波数における石英製板材の厚みと透過率（理論値）との関係を示す図であり、図３（ａ）は３ＭＨｚ、図３（ｂ）は２ＭＨｚである場合を示す。
【図４】超音波の所定周波数における石英製板材の厚みと透過率（理論値）との関係を示す図であり、図４（ａ）は１．５ＭＨｚ、図４（ｂ）は１ＭＨｚである場合を示す。
【図５】超音波の所定周波数における石英製板材の厚みと透過率（理論値）との関係を示す図であり、図５（ａ）は９７５ｋＨｚ、図５（ｂ）は７５０ｋＨｚである場合を示す。
【図６】超音波の所定周波数における石英製板材の厚みと透過率（理論値）との関係を示す図であり、所定周波数が４５０ｋＨである場合を示す。
【図７】超音波の周波数を１ＭＨｚに設定した場合における石英製板材の厚みと透過率（理論値及び実験値）との関係を示す図である。
【図８】半導体ウエハが超音波によって洗浄される様子を説明する模式図であり、（ａ）は超音波を反射させない場合を示し、（ｂ）は超音波を反射させた場合を示す。
【図９】本発明の第２実施の形態に係る超音波洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施の形態に係る超音波洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１１】従来の超音波洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１２】従来の他の超音波洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  超音波洗浄装置
１０  洗浄槽
１５  外槽
２０  支持部材
３０  固定部材
４０  液供給部
５０  ヒーター
６０  超音波発振装置
１１  底面部
１２  側面部
１２ａ，１２ｂ  一対の側面部
【図１】
2010153541.tif 000003
【図２】
2010153541.tif 000004
【図３】
2010153541.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010153541.tif 000007
【図６】
2010153541.tif 000008
【図７】
2010153541.tif 000009
【図８】
2010153541.tif 000010
【図９】
2010153541.tif 000011
【図１０】
2010153541.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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