(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入された洗浄液を基板に対して吐出する洗浄液吐出手段と、
前記洗浄液吐出手段に設けられ、該洗浄液吐出手段に導入された洗浄液に対して超音波を印加する超音波発生手段と、
前記超音波発生手段の近傍に設けられ、前記洗浄液吐出手段に導入された洗浄液に前記超音波発生手段により印加される超音波の音圧を検出する音圧センサと、
前記音圧センサにより検出される超音波の音圧である検出音圧と、前記洗浄液吐出手段から前記基板に吐出される洗浄液を介して前記基板に印加される超音波の音圧である基板印加音圧との相関関係を求めておき、該相関関係及び前記検出音圧に基づいて、前記基板印加音圧が所定値になるように、前記超音波発生手段により印加される超音波を調整する超音波調節手段とを備えていることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
導入された洗浄液を基板に対して吐出する洗浄液吐出手段と、
前記洗浄液吐出手段に設けられ、該洗浄液吐出手段に導入された洗浄液に対して超音波を印加する超音波発生手段と、
前記超音波発生手段の近傍に設けられ、前記洗浄液吐出手段に導入された洗浄液に前記超音波発生手段により印加される超音波の音圧を検出する音圧センサとを備え、
前記音圧センサは、該音圧センサにより検出される超音波の音圧である検出音圧と、前記洗浄液吐出手段から前記基板に吐出される洗浄液を介して前記基板に印加される超音波の音圧である基板印加音圧とが等しくなるように設けられ、
前記検出音圧に基づいて、前記基板印加音圧が所定値になるように、前記超音波発生手段により印加される超音波を調整する超音波調節手段をさらに備えていることを特徴とする超音波洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波が加えられた純水又は薬液等の洗浄液を基板に吹き付けて該基板の表面を洗浄する超音波洗浄装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板、又は液晶表示装置等に用いられる石英基板等を洗浄する方法として、超音波を加えながら洗浄液を基板に吹き付けることにより基板上の異物を除去する超音波スプレー洗浄法がある。
【０００３】
以下、従来の超音波洗浄装置の構造、動作及び洗浄機構について図２を参照しながら説明する。
【０００４】
図２は、従来の超音波洗浄装置、具体的には超音波スプレー洗浄装置の概略構成を示している。但し、図２において、超音波洗浄装置における洗浄液吐出手段である洗浄液吐出ノズルについては、その断面構成を示している。
【０００５】
図２に示すように、半導体基板１がスピンチャック２を介して回転シャフト３に保持されており、また、半導体基板１の上方には洗浄液吐出ノズル１０が設けられている。洗浄液吐出ノズル１０内には洗浄液導入口１１から洗浄液が導入され、該洗浄液は、超音波発生源である振動子１４により超音波が印加された状態で、洗浄液吐出口１２から高速で吐出されて洗浄液流１３となる。この洗浄液流１３の吐出圧力及び超音波の作用により半導体基板１の表面が洗浄される。
【０００６】
半導体基板１の洗浄中、回転シャフト３によって半導体基板１は常時回転している。一方、洗浄液吐出ノズル１０は半導体基板１の上方において半導体基板１の半径方向に、つまり半導体基板１の中心部と周縁部との間で往復運動をしている。これにより、半導体基板１の表面全体に亘って洗浄液流１３による一様な洗浄が行なわれる。
【０００７】
洗浄液吐出ノズル１０の直径は数ｍｍから１ｃｍ程度であって、洗浄液吐出ノズル１０により高速の、具体的には通常数１０ｃｍ／ｓｅｃ〜数ｍ／ｓｅｃ程度の速度を有する洗浄液流１３が吐出される。このとき、洗浄液流１３の流速が１ｍ／ｓｅｃ程度とすると、半導体基板１が受ける洗浄液流１３の吐出圧力は約０．２Ｎ／ｃｍ２  （約２０００Ｎ／ｍ２  ）程度になる。
【０００８】
超音波スプレー洗浄装置においては、超音波発生源としての振動子１４が洗浄液吐出ノズル１０の内部、具体的には洗浄液吐出ノズル１０における上部キャップ１０ａの下側に設けられている。洗浄液吐出ノズル１０内に導入された洗浄液に振動子１４により加えられる超音波は、半導体基板１に対する洗浄効果つまり異物除去効果に大きな役割を果たしている。
【０００９】
すなわち、洗浄液吐出ノズル１０内の洗浄液に超音波が加えられると、柱状の洗浄液流１３（以下、洗浄液柱と称する）の中を超音波が伝搬する。超音波は洗浄液柱の中では縦波であると共に該縦波の振動分だけ洗浄液柱を構成する洗浄液分子に瞬間的に速度が加わえられるので、超音波の周波数に依存して洗浄液流１３の速度が断続的に増加する。超音波スプレー洗浄においては、洗浄液流１３の速度増加に対する超音波の寄与が大きい。超音波により加速された洗浄液流１３が半導体基板１の表面に断続的に強い外力を与えるため、半導体基板１上の異物が極めて効率的に除去される。
【００１０】
以上に説明したように、超音波スプレー洗浄の洗浄効率は、洗浄液流１３を介して半導体基板１に印加される超音波のパワーつまり音圧に大きく依存している。言い換えると、半導体基板１上の異物の除去率を所定のレベル以上に保つために最も重要なパラメータは半導体基板１に印加される超音波の音圧（以下、基板印加音圧と称する）である。このため、基板印加音圧を常時一定に保たなければならないので、超音波発生源である振動子１４の劣化に起因する基板印加音圧の時間的変化を監視する必要が生じてくる。
【００１１】
以下、従来の基板印加音圧の監視方法について図３を参照しながら説明する。尚、図３においては、図２に示す超音波スプレー洗浄装置と同一の部材には同一の符号を付すことにより、説明を省略する。
【００１２】
従来の基板印加音圧の監視方法においては、超音波スプレー洗浄装置を用いた洗浄工程を定期的に中断して、図３に示すように、音圧センサ１５を洗浄液吐出ノズル１０における洗浄液吐出口１２の下方に設置する。このとき、音圧センサ１５は保持具１６を介して洗浄液吐出ノズル１０の外壁に取り付けられている。次に、超音波が印加された洗浄液流１３を音圧センサ１５に対して吐出する。このようにすると、洗浄液流１３中を伝搬する超音波の音圧が音圧センサ１５によって該音圧の値に対応した電圧値に変換された後、該電圧値がアンプ１７によって増幅され、その後、増幅された電圧値がディスプレイ１８によって表示される。これにより、洗浄液流１３中を伝搬する超音波の音圧つまり基板印加音圧を監視すること（以下、音圧チェックと称する）ができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の方法においては、音圧チェックを行なう度に洗浄工程を中断して、超音波スプレー洗浄装置に音圧センサを取り付けなければならないので、余分な労力が必要になると共に超音波スプレー洗浄装置の稼働率が低下する。また、実際に半導体基板又は石英基板等を洗浄している間は音圧チェックを行なえないため、洗浄工程中に基板印加音圧の値が所定値からずれた場合、つまり音圧異常が生じた場合、該音圧異常を早期且つ確実に発見できないので、次に定期的な音圧チェックを行なうまでの間に不良品が製造される可能性がある。
【００１４】
前記に鑑み、本発明は、超音波スプレー洗浄による基板印加音圧を監視するための労力を低減し、また、超音波洗浄装置の稼働率を向上し、さらに、超音波スプレー洗浄中の音圧異常を早期に発見できるようにすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波洗浄装置は、導入された洗浄液を基板に対して吐出する洗浄液吐出手段と、洗浄液吐出手段に設けられ、該洗浄液吐出手段に導入された洗浄液に対して超音波を印加する超音波発生手段と、超音波発生手段の近傍に設けられ、洗浄液吐出手段に導入された洗浄液に超音波発生手段により印加される超音波の音圧を検出する音圧センサとを備えている。
【００１６】
本発明の超音波洗浄装置によると、超音波発生手段の近傍に、洗浄液吐出手段に導入された洗浄液に超音波発生手段により印加される超音波の音圧を検出する音圧センサが設けられているため、音圧センサにより検出される超音波の音圧である検出音圧と、洗浄液吐出手段から基板に吐出される洗浄液を介して基板に印加される超音波の音圧である基板印加音圧との相関関係を予め求めておくことにより、或いは、音圧センサを、検出音圧と基板印加音圧とが等しくなるように設けておくこと等により、検出音圧に基づき基板印加音圧を洗浄工程中においても常時監視することができる。このため、従来のように基板印加音圧の監視つまり音圧チェックを行なう度に洗浄工程を中断して洗浄液吐出手段に音圧センサを取り付ける必要がないので、基板印加音圧を監視するための労力を低減できると共に超音波洗浄装置の稼働率を向上できる。また、洗浄工程中に基板印加音圧の値が所定値からずれた場合にも、つまり音圧異常が生じた場合にも、該音圧異常をリアルタイムに且つ確実に発見できるので、超音波スプレー洗浄に起因して不良品が生産される事態を防止して歩留りを向上させることができる。
【００１７】
本発明の超音波洗浄装置において、音圧センサにより検出される超音波の音圧である検出音圧と、洗浄液吐出手段から基板に吐出される洗浄液を介して基板に印加される超音波の音圧である基板印加音圧との相関関係を求めておき、該相関関係及び検出音圧に基づいて、基板印加音圧が所定値になるように、超音波発生手段により印加される超音波を調整する超音波調節手段をさらに備えていることが好ましい。
【００１８】
このようにすると、基板印加音圧を常に所定値に保持できるため、音圧異常により洗浄工程が中断される事態を回避できるので、超音波洗浄装置の稼働率を一層向上できる。
【００１９】
本発明の超音波洗浄装置において、音圧センサは、該音圧センサにより検出される超音波の音圧である検出音圧と、洗浄液吐出手段から基板に吐出される洗浄液を介して基板に印加される超音波の音圧である基板印加音圧とが等しくなるように設けられ、検出音圧に基づいて、基板印加音圧が所定値になるように、超音波発生手段により印加される超音波を調整する超音波調節手段をさらに備えていることが好ましい。
【００２０】
このようにすると、基板印加音圧を常に所定値に保持できるため、音圧異常により洗浄工程が中断される事態を回避できるので、超音波洗浄装置の稼働率を一層向上できる。
【００２１】
本発明の超音波洗浄装置において、超音波発生手段及び音圧センサは洗浄液吐出手段の内部に設けられ、音圧センサは、開口部を有するリング状に形成されていると共に、洗浄液吐出手段に導入された洗浄液に超音波発生手段により印加される超音波が開口部を透過するように配置されていることが好ましい。
【００２２】
このようにすると、洗浄液吐出手段に導入された洗浄液中における超音波の伝搬が遮断される事態を確実に防止しつつ、該超音波の音圧を正確に検出することができる。
【００２３】
また、この場合、洗浄液吐出手段は吐出ノズルであり、音圧センサは、その開口部の径が吐出ノズルにおける洗浄液の吐出口の径よりも大きいことが好ましい。
【００２４】
このようにすると、検出音圧と基板印加音圧とを等しくすることができるため、検出音圧と基板印加音圧との相関関係を用いることなく、基板印加音圧の監視を簡単に行なうことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置、具体的には超音波スプレー洗浄装置について図１を参照しながら説明する。尚、一実施形態に係る超音波洗浄装置においては、洗浄対象となる基板に対して洗浄液を吐出する洗浄液吐出手段として洗浄液吐出ノズルを用いると共に洗浄液として純水を用いる。
【００２６】
図１は、一実施形態に係る超音波洗浄装置の洗浄液吐出ノズルの概略構成を示している。但し、図１において、洗浄液吐出ノズルと共にその周辺機器の一部を図示しており、また、洗浄液吐出ノズルについては、その断面構成を示している。
【００２７】
図１に示すように、洗浄対象となる基板（図示省略）の上方に設けられる洗浄液吐出ノズル２０内には洗浄液導入口２１から洗浄液が導入されると共に、洗浄液吐出ノズル２０内に導入された洗浄液は洗浄液吐出口２２から高速で吐出されて洗浄液流２３となる。この洗浄液流２３により基板の表面が洗浄される。
【００２８】
洗浄液吐出ノズル２０の内部、例えば洗浄液吐出ノズル２０における上部キャップ２０ａの下側には超音波発生源としての振動子２４が設けられている。振動子２４により洗浄液吐出ノズル２０内の洗浄液に超音波が加えられる。尚、超音波スプレー洗浄に用いられる超音波の適正条件は、周波数が１〜１０ＭＨｚ程度、パワーが１００Ｗ程度である。
【００２９】
また、振動子２４の近傍に、具体的には洗浄液吐出ノズル２０の内部における振動子２４の直下に音圧センサ２５が設けられている。音圧センサ２５は保持棒２６を介して洗浄液吐出ノズル２０の内壁に取り付けられている。
【００３０】
音圧センサ２５としては音圧を電圧に変換できるセンサ、例えば圧電素子から構成されるセンサを用いることができる。また、音圧センサ２５は、例えば開口部２５ａを有するリング状に形成されていると共に、洗浄液吐出ノズル２０内の洗浄液に振動子２４により印加される超音波が開口部２５ａを透過するように、言い換えると、振動子２４から洗浄液吐出口２２に向けて洗浄液中を伝播する超音波が遮断されないように配置されている。
【００３１】
洗浄液吐出ノズル２０内の洗浄液に超音波が加えられると、該洗浄液中を伝搬する超音波の音圧が音圧センサ２５によって該音圧の値に対応した電圧値に変換され、また、該電圧値がアンプ２７によって増幅され、さらに、増幅された電圧値がディスプレイ２８によって表示される。
【００３２】
ところで、本実施形態においては、音圧センサ２５が洗浄液吐出ノズル２０の内部に設けられているため、音圧センサ２５により検出される音圧（以下、検出音圧と称する）に対する、洗浄液流２３に起因する圧力の影響は微小になるので、検出音圧の主要成分は洗浄液吐出ノズル２０内の洗浄液中を伝搬する超音波の音圧になる。一方、洗浄対象となる基板上においても、洗浄液流２３に起因する圧力つまり洗浄液流２３の吐出圧力に比べて、洗浄液流２３中を伝搬する超音波による瞬間的な音圧つまり基板印加音圧の方が遙かに大きくなるので、基板印加音圧が基板に加えられる全圧力にほぼ等しいと考えることができる。
【００３３】
従って、本実施形態に係る超音波スプレー洗浄装置を用いることにより得られる検出音圧と、例えば図２に示す方法を用いることにより得られる基板印加音圧との相関関係を予め求めておくことによって、該相関関係及び検出音圧に基づき基板印加音圧を求めることができる。すなわち、検出音圧に基づき洗浄工程中においても基板印加音圧を常時監視すること（音圧チェック）が可能になる。
【００３４】
また、本実施形態に係る超音波洗浄装置においては、開口部２５ａを有するリング状に形成された音圧センサ２５における開口部２５ａの面積を調節することによって、言い換えると、開口部２５ａの径を調節することによって、検出音圧と基板印加音圧とを等しくすることができる。具体的には、音圧センサ２５の開口部２５ａの径を洗浄液吐出口２２の径よりも大きくする。なぜならば、音圧センサ２５の開口部２５ａの径が洗浄液吐出口２２の径よりも小さいと、洗浄液吐出ノズル２０内の洗浄液中における超音波の伝搬が音圧センサ２５により妨げられるので、基板印加音圧が検出音圧よりも小さくなるからである。尚、検出音圧と基板印加音圧とが等しくなる場合、前記の検出音圧と基板印加音圧との相関関係を求める工程、及び該相関関係を用いて基板印加音圧を求める工程が不要になる。
【００３５】
本実施形態によると、振動子２４の近傍に、洗浄液吐出ノズル２０に導入された洗浄液に振動子２４により印加される超音波の音圧を検出する音圧センサ２５が設けられているため、音圧センサ２５により検出される超音波の音圧である検出音圧と、基板印加音圧（洗浄液吐出ノズル２０から基板に吐出される洗浄液を介して基板に印加される超音波の音圧）との相関関係を予め求めておくことにより、或いは、音圧センサ２５を、検出音圧と基板印加音圧とが等しくなるように設けておくこと等により、検出音圧に基づき基板印加音圧を洗浄工程中においても常時監視することができる。このため、従来のように基板印加音圧の監視つまり音圧チェックを行なう度に洗浄工程を中断して洗浄液吐出ノズルに音圧センサを取り付ける必要がないので、基板印加音圧を監視するための労力を低減できると共に超音波洗浄装置の稼働率を向上できる。また、洗浄工程中に基板印加音圧の値が所定値からずれた場合にも、つまり音圧異常が生じた場合にも、該音圧異常をリアルタイムに且つ確実に発見できるので、超音波スプレー洗浄に起因して不良品が生産される事態を防止して歩留りを向上させることができる。
【００３６】
尚、本実施形態において、洗浄液吐出手段として洗浄液吐出ノズルを用いたが、これに限られず、洗浄液を基板に吹き付けることができる他の洗浄液吐出手段を用いてもよい。
【００３７】
また、本実施形態において、検出音圧の値を表示するためにアンプ２７及びディスプレイ２８を設けたが、これに代えて、或いは、これに加えて、検出音圧と基板印加音圧との相関関係を求めておき、該相関関係及び検出音圧に基づいて、基板印加音圧が所定値になるように、振動子２４により印加される超音波の条件、例えばパワー等を自動的に調整する超音波調節手段等を設けてもよい。このようにすると、基板印加音圧を常に所定値に保持できるため、音圧異常により洗浄工程が中断される事態を回避できるので、超音波洗浄装置の稼働率を一層向上できる。但し、音圧センサ２５の開口部２５ａの径を洗浄液吐出口２２の径よりも大きくすることによって、検出音圧と基板印加音圧とを等しくしている場合、前記の超音波調節手段は、検出音圧と基板印加音圧との相関関係を求めることなく、検出音圧のみに基づいて、基板印加音圧が所定値になるように、振動子２４により印加される超音波を自動的に調整する。
【００３８】
また、本実施形態において、振動子２４を洗浄液吐出ノズル２０の内部に設けたが、これに限られず、振動子２４を、洗浄液吐出ノズル２０内の洗浄液に超音波を加えることが可能な位置、例えば洗浄液吐出ノズル２０の外壁等に設けてもよい。
【００３９】
また、本実施形態において、音圧センサ２５を、洗浄液吐出ノズル２０の内部における振動子２４の直下に設けたが、これに限られず、音圧センサ２５を、洗浄液吐出ノズル２０内の洗浄液に振動子２４により印加される超音波の音圧を検出することが可能な位置、つまり振動子２４の近傍、例えば振動子２４の直上等に設けてもよい。
【００４０】
また、本実施形態において、音圧センサ２５の形状として開口部２５ａを有するリング状を用いたが、音圧センサ２５を、振動子２４と洗浄液吐出口２２との間の領域以外の領域に設けるときは、音圧センサ２５の形状として任意の形状を用いることができる。また、音圧センサ２５を、振動子２４と洗浄液吐出口２２との間の領域に設けるときは、検出音圧と基板印加音圧とを等しくする必要がなければ、音圧センサ２５の形状として、リング状に限られず、洗浄液吐出ノズル２０内の洗浄液に振動子２４により印加される超音波が透過できるような形状、例えば開口部を有する形状又は十字形状等を用いてもよい。
【００４１】
また、本実施形態において、基板を洗浄するための洗浄液として純水を用いたが、これに代えて、オゾン水又は水素水等を用いてもよい。オゾン水は純水にオゾンを溶かし込んだものであって、強い酸化作用を有している。また、水素水は純水に水素を溶かし込んだものであって、強い還元作用を有している。オゾン水又は水素水は、半導体装置の製造工程において広く用いられている硫酸−過酸化水素水又はアンモニア水−過酸化水素水等に比べて環境に対する負荷が極めて小さい。このため、機械的に基板上の異物を除去する超音波スプレー洗浄に用いる洗浄液としてはオゾン水又は水素水が最適である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によると、超音波スプレー洗浄による基板印加音圧を常時監視することができるため、従来のように洗浄工程を中断して洗浄液吐出手段に音圧センサを取り付ける必要がないので、基板印加音圧を監視するための労力を低減できると共に超音波洗浄装置の稼働率を向上できる。また、洗浄工程中に音圧異常が生じた場合にも、該音圧異常をリアルタイムに且つ確実に発見できるので、超音波スプレー洗浄に起因して不良品が生産される事態を防止して歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置の洗浄液吐出ノズルの概略構成を示す図である。
【図２】従来の超音波洗浄装置の概略構成を示す図である。
【図３】従来の基板印加音圧の監視方法を示す図である。
【符号の説明】
２０  洗浄液吐出ノズル
２０ａ  上部キャップ
２１  洗浄液導入口
２２  洗浄液吐出口
２３  洗浄液流
２４  振動子
２５  音圧センサ
２５ａ  開口部
２６  保持棒
２７  アンプ
２８  ディスプレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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