(57)【要約】【課題】大型の被洗浄物であっても、超音波が被洗浄物の全域に渡って照射が可能で、被洗浄物の表面近傍の溶出金属イオン、パーティクルなどの洗浄効果が得られ、大型被洗浄物の洗浄ができる超音波洗浄装置を提供する。【解決手段】本超音波洗浄装置は、水を貯える貯水槽と、この貯水槽内に移動可能に設けられ、かつ洗浄される被洗浄物が収容され、純水がオーバフローするように供給される石英ガラス容器と、この石英ガラス容器に純水を供給する純水供給装置と、石英ガラス容器の移動位置に対向して貯水槽の底部に配される超音波振動子と、石英ガラス容器を移動させる石英ガラス容器移動機構を備える。【選択図】  図１
2008253887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を貯える貯水槽と、
この貯水槽内に移動可能に設けられ、かつ洗浄される被洗浄物が収容され、純水がオーバフローするように供給される石英ガラス容器と、
この石英ガラス容器に純水を供給する純水供給装置と、
前記石英ガラス容器の移動位置に対向して貯水槽の底部に配される超音波振動子と、
前記石英ガラス容器を移動させる石英ガラス容器移動機構を
備えることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
前記超音波振動子は、石英ガラス容器の移動方向と直交する石英ガラス容器の幅方向に、石英ガラス容器の幅全域に渡って、超音波を照射するように、貯水槽の底部に直列あるいは千鳥状に複数個配されることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項３】
前記超音波振動子は、洗浄開始側に配される超音波振動子が洗浄終了側に配される超音波振動子より小さな周波数であることを特徴とする請求項２に記載の超音波洗浄装置。
【請求項４】
前記周波数の大きな超音波振動子の周波数は２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚであり、前記周波数の小さな超音波振動子の周波数は１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚであることを特徴とする請求項３に記載の超音波洗浄装置。
【請求項５】
前記石英ガラス容器と超音波振動子の離間距離が調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項６】
前記石英ガラス容器は等速で移動されることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項７】
前記石英ガラス容器の速度は１０ｍｍ／分〜２００ｍｍ／分であることを特徴とする請求項６に記載の超音波洗浄装置。
【請求項８】
水を貯える貯水槽に移動可能に石英ガラス容器を設け、
石英ガラス容器に洗浄される被洗浄物を収容し、
石英ガラス容器に純水をオーバフローするように供給し、
貯水槽内を移動する石英ガラス容器に貯水槽の底部に配される超音波振動子から超音波を照射し、
貯水槽に貯えられる水の超音波振動により、石英ガラス容器内の純水を超音波振動させて被洗浄物を洗浄することを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項９】
前記純水は、抵抗率１０ＭΩ・ｃｍ以下、電気伝導率０．１μｓ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の超音波洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波洗浄装置および超音波洗浄方法に係り、特に、エッチャーや露光装置等の半導体製造装置に用いるセラミックス部材等の洗浄に適し、被洗浄物を移送しながら洗浄する超音波洗浄装置および超音波洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程において、半導体ウェーハあるいは液晶パネルを保持するためのサセプタやチャック、半導体ウェーハを搬送するためのハンド、露光装置のテーブル、プラズマ処理用チャンバー内で使用されるセラミックプレート、シャワープレート等には、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、酸化イットリウム等のセラミックス部材が使用されている。
【０００３】
これらセラミックス部材には、半導体デバイスへの金属汚染などを防止するために、部材表面の高純度が要求される。この表面純度は溶出金属イオン、パーティクル数などにより影響され、表面純度に影響を与える金属やイオンの表面への付着は、パーティクルが核になると考えられる。
【０００４】
このため、セラミックス部材では、焼成、研削、研磨等の製造工程に由来する汚れ（有機物、金属、パーティクル等）を除去するために、高い清浄度の洗浄方法が要求されている。
【０００５】
一般に、セラミックス部材の表面及び微細隙間の付着物を除去するのに、超音波洗浄機を用いた洗浄方法が用いられている。例えば、被洗浄物をバスケット内に収容して水系超音波洗浄もしくは水系ジェット洗浄を行う方式が一般的である。
【０００６】
洗浄方式には、超音波を均一に照射するためにバスケットに収容した被洗浄物を水中で移動させながら上下に揺動させつつ超音波洗浄するディップ方式のもの、被洗浄物を収納した回転式のバスケットを回転させながらシャワー洗浄する枚葉式のもの等があり、２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度の超音波が用いられていたが、近年、１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度の極超音波帯域の音波を用いた精密洗浄用の超音波洗浄機が開発されている。
【０００７】
このように、被洗浄物をバスケット内に収容して水系超音波洗浄もしくは水系ジェット洗浄を行う方式のものは、被洗浄物を一定位置に固定する洗浄であることから、洗浄ムラが生じ易いという問題がある。また、被洗浄物の全面を確実に洗浄するためには、上記のように、被洗浄物を揺動させる必要があるが、近年のセラミックス部材の大型化により、被洗浄物の揺動が困難である。さらに、大型の被洗浄物と同じ大きな超音波振動子が必要となるが、現実には技術的に困難であるために複数台並べて洗浄するか、ノズルを使った水系ジェット洗浄を行っている。
【０００８】
しかし、１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度の極超音波帯域の音波は、振動子からの直線性が高く、洗浄できない部分が生じて洗浄品質が低下するため、振動子に対し被洗浄物を揺動させる必要があり、さらに超音波は振動波なので周期があり振動子自体に変調をかけて超音波が被洗浄物に対し、種々の角度で当たるようにしなければならず、効率や高精度の洗浄結果を得るためには揺動操作が不可欠である。
【０００９】
しかし、この揺動では振動子正面に被洗浄物が必ず対面するように設定されているが、超音波の周波数によっては振動子の大きさと同じ面積で振動波を発せられないので、いかに揺動しても、被洗浄物の全域に渡って超音波が照射されにくい。また、被洗浄物が大型化した場合、超音波を均一に被洗浄物に照射することが困難になる。
【００１０】
さらに、被洗浄物が大型化することで、被洗浄物を保持するキャリアおよびその取り扱いから、被洗浄物の汚染が生じる。
【００１１】
また、特に、洗浄されるセラミックス部材が多孔質セラミックス焼結体である場合、セラミックス焼結体は強度が強いが脆いという特性があり、材質にもよるが、超音波の波長や照射時間等の条件を考慮しないと、セラミックス部材自体が破損し、パーティクルや金属不純物のもとになる。
【００１２】
なお、特許文献１には、１００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの超音波を、ウェーハ吸着装置のセラミックス基材に照射して洗浄する洗浄方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２５６３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、大型の被洗浄物であっても、超音波が被洗浄物の全域に渡って照射が可能で、被洗浄物の表面近傍の溶出金属イオン、パーティクルなどの洗浄効果が得られ、大型被洗浄物の洗浄ができる超音波洗浄装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、大型の被洗浄物であっても、超音波が被洗浄物の全域に渡って照射が可能で、被洗浄物の表面近傍の溶出金属イオン、パーティクルなどの洗浄効果が得られ、大型被洗浄物の洗浄ができる超音波洗浄方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した目的を達成するため、本発明に係る超音波洗浄装置は、水を貯える貯水槽と、この貯水槽内に移動可能に設けられ、かつ洗浄される被洗浄物が収容され、純水がオーバフローするように供給される石英ガラス容器と、この石英ガラス容器に純水を供給する純水供給装置と、前記石英ガラス容器の移動位置に対向して貯水槽の底部に配される超音波振動子と、前記石英ガラス容器を移動させる石英ガラス容器移動機構を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る超音波洗浄方法は、純水を貯える貯水槽に移動可能に石英ガラス容器を設け、石英ガラス容器に洗浄される被洗浄物を収容し、石英ガラス容器に純水をオーバフローするように供給し、貯水槽内を移動する石英ガラス容器に貯水槽の底部に配される超音波振動子から超音波を照射し、貯水槽に貯えられる水の超音波振動により、石英ガラス容器内の純水を超音波振動させて被洗浄物を洗浄することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る超音波洗浄装置によれば、大型の被洗浄物であっても、超音波が被洗浄物の全域に渡って照射が可能で、被洗浄物の表面近傍の溶出金属イオン、パーティクルなどの洗浄効果が得られ、大型被洗浄物の洗浄ができる超音波洗浄装置を提供することができる。
【００１８】
また、本発明に係る超音波洗浄方法によれば、大型の被洗浄物であっても、超音波が被洗浄物の全域に渡って照射が可能で、被洗浄物の表面近傍の溶出金属イオン、パーティクルなどに洗浄効果が得られ、大型被洗浄物の洗浄ができる超音波洗浄方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置について添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置の縦断面を示す概念図であり、図２はその平面を示す概念図である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置１は、純水を貯える貯水槽２と、この貯水槽２内に洗浄される被洗浄物Ｗが収容され、移動可能に設けられた石英ガラス容器３と、この石英ガラス容器３に純水がオーバフローするように供給する純水供給装置４と、石英ガラス容器３の移動位置に対向して貯水槽２の底部２ａに配される超音波振動子５と、石英ガラス容器３を移動させる石英ガラス容器移動機構６を備える。
【００２２】
貯水槽２は例えばＳＵＳ製で長方形状をなし、予め水例えば純水を貯え、水位を一定に保つように常開の排水口２ｂを備える。
【００２３】
石英ガラス容器３は、石英ガラス製で長方形状をなし、被洗浄物Ｗが底部２ａ載置され収容される。なお、必要に応じて、被洗浄物Ｗと底部２ａを離間して収容してもよい。
【００２４】
純水供給装置４は、洗浄工程中、石英ガラス容器３から純水がオーバフローするように供給し、いずれも図示しない、純水供給槽４ａ、ポンプ４ｂおよび給水ホース４ｃからなり、この給水ホース４ｃは石英ガラス容器３の底部近傍に達している。
【００２５】
超音波振動子５は、超音波振動子５Ａと超音波振動子５Ｂから構成される。
【００２６】
超音波振動子５Ａは、強力なキャビテーションによる洗浄を行うための周波数スイープ方式（周波数変換方式）で、２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの超音波を発するもので、洗浄開始側に石英ガラス容器３の移動方向と直交する方向に配され、石英ガラス容器３の幅ｗ以上の長さを有する。超音波振動子５Ａが発する超音波は指向性が強くないので、広範囲の照射が可能である。
【００２７】
超音波振動子５Ｂは、キャビテーションの少ない洗浄を行うためのＶＯＣ方式（電圧制御発信器方式）で、１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの超音波を発するもので、洗浄終了側に石英ガラス容器３の移動方向と直交する方向に、石英ガラス容器３の幅ｗ全域に渡って超音波を照射するように千鳥状に複数個配される。
【００２８】
超音波振動子５Ｂから発する超音波は指向性が強いが、超音波振動子５Ｂを千鳥状に複数個配することで、１個の超音波振動子５Ｂを石英ガラス容器３の幅ｗ以上に長くできない場合にも、被洗浄物の全域（幅）に渡って、キャビテーションの少ない精密洗浄することができ、サブミクロンのパーティクルを除去することができる。
【００２９】
石英ガラス容器移動機構６は、石英ガラス容器３を支持する支持枠６ａと、この支持枠６ａを支持するＬ字形状の支持部材６ｂと、この支持部材６ｂの端部に設けた螺孔６ｂ１に螺合して貫通し、貯水槽２の両側壁２ｃ間に設けるボールねじ部材６ｃと、このねじ回転モータ６ｄと、支持部材６ｂと対向して支持枠６ａの反対側に設ける支持部材６ｅと、この支持部材６ｅの端部に設けた貫通孔６ｅ１を貫通し、貯水槽２の両側壁２ｃ間に設ける支持棒部材６ｆから構成される。
【００３０】
ねじ回転モータ６ｄが回転することで、ねじ回転モータ６ｄを回転させ、支持部材６ｂ、支持枠６ａを介して、石英ガラス容器３は貯水槽２内で平行移動される。
【００３１】
石英ガラス容器３の移動速度は可変で、２０ｍｍ／分〜６０ｍｍ／分の低速である。
【００３２】
なお、間接照射することで、超音波振動子と被洗浄物との距離を自由に変えることができ、被洗浄物に照射される超音波の強度を容易に変えることができる。
【００３３】
次に、本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置を用いた被洗浄物例えば多孔質セラミックス焼結体の洗浄について説明する。
【００３４】
貯水槽２に給水ホース４ｃあるいは別個の給水ホースを用いて、純水を供給して、貯水槽２に所定量の純水を貯える。
【００３５】
しかる後、待機位置Ｐに待機する石英ガラス容器３に多孔質セラミックス焼結体Ｗを収容、載置し、給水ホース４ｃからの純水の供給により、純水を石英ガラス容器３からオーバフローさせる。なお、純水はパーティクルフィルターでろ過したものを用いるのが好ましい。オーバフロー状態を継続させた状態で、超音波振動子５Ａおよび超音波振動子５Ｂを発信させるとともに、ねじ回転モータ６ｄを回転させて、ボールねじ部材６ｃを回転させ、支持部材６ｂを介して支持枠６ａに取付けられた石英ガラス容器６を平行移動させる。
【００３６】
石英ガラス容器３が洗浄開始側に配した超音波振動子５Ａの上方に達すると、超音波振動子５Ａから発する超音波によって、貯水槽２に貯えられる純水の超音波振動により、石英ガラス容器３を介してこの石英ガラス容器３内の純水を振動させ、強力なキャビテーションにより、多孔質セラミックス焼結体Ｗを洗浄し、付着するパーティクルや金属不純物を除去する。
【００３７】
さらに、石英ガラス容器３を平行移動させ、石英ガラス容器３が洗浄終了側に配した超音波振動子５Ｂの上方に達すると、超音波振動子５Ｂから発する超音波によって、石英ガラス容器３を介してこの石英ガラス容器３内の純水を振動させ、強力なキャビテーション洗浄された多孔質セラミックス焼結体Ｗの部位をキャビテーションの少ない精密洗浄を行い、残存するパーティクルや金属不純物を確実に除去する。多孔質セラミックス焼結体Ｗの一面の洗浄が終了後は、この多孔質セラミックス焼結体Ｗを天地逆にし、石英ガラス容器３を待機位置Ｐに戻し、同様の洗浄工程により、未洗浄の他面を洗浄するか、ボールねじ部材６ｃを逆回転させ、石英ガラス容器３を逆方向に平行移動させて洗浄する。
【００３８】
上記洗浄過程において、超音波照射は純水がオーバフローする石英ガラス容器を介しての間接照射であり、洗浄物への汚染を防止しなから洗浄が可能であり、溶出金属汚染を回避するのに効果がある。また、特に多孔質で不純物が付着し易く、脆い多孔質セラミックス焼結体であっても、破損させることなく、確実に洗浄することができる。
【００３９】
また、石英ガラス容器の速度は１０ｍｍ／分〜２００ｍｍ／分であるのが好ましい。これにより、長時間超音波振動は照射されず、多孔質セラミックス焼結体が破損することなく、均一な洗浄が可能となり、１０ｍｍ／分より小さいと、多孔質セラミックス焼結体が破損し、２００ｍｍ／分を超えると、均一な洗浄ができなくなる。さらに、純水は、抵抗率１０ＭΩ・ｃｍ以下、電気伝導率０．１μｓ／ｃｍ以下であるのが好ましい。
【００４０】
被洗浄物としては、多孔質セラミックス焼結体のほか、半導体製造工程に用いるアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、酸化イットリウムなどのセラミックス製品の洗浄に特に適し、φ８００ｍｍ程度の大型部材まで洗浄が可能である。
【００４１】
なお、上記実施形態では、純水を用いる例で説明したが、ｐＨをアルカリ性に制御した水素を含有する純水を用いれば、特にパーティクルなどの汚れの除去に効果がある。
【００４２】
本実施形態の超音波洗浄装置によれば、大型の被洗浄物であっても、超音波が被洗浄物の全域に渡って照射が可能で、被洗浄物の表面近傍の溶出金属イオン、パーティクルなどに洗浄効果が得られ、大型被洗浄物の洗浄ができる超音波洗浄装置が実現される。
【００４３】
また、本実施形態の超音波洗浄方法によれば、大型の被洗浄物であっても、超音波が被洗浄物の全域に渡って照射が可能で、被洗浄物の表面近傍の溶出金属イオン、パーティクルなどに洗浄効果が得られ、大型被洗浄物の洗浄が可能になる。
【実施例】
【００４４】
１５０ｋＨｚの超音波を発する超音波振動子を備えた本発明の超音波洗浄装置を用い、炭化珪素の一面を洗浄し、溶出金属不純物、イオンおよびパーティクルを評価する。
【００４５】
結果を表１〜表３に示す。
【表１】
2008253887.tif 000003
【００４６】
【表２】
2008253887.tif 000004
【００４７】
【表３】
2008253887.tif 000005
【００４８】
表１からもわかるように、金属不純物は一部に増加あるいは有意差がない金属もあるが、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｆｅなど多くの金属が超音波洗浄により減少している。
【００４９】
表２からもわかるように、Ｆｅイオンは１／４、Ｃｌイオンは約１／３に超音波洗浄により減少している。
【００５０】
表３からもわかるように、パーティクル約１／２に超音波洗浄により減少している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置の縦断面を示す概念図。
【図２】本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置の平面を示す概念図。
【符号の説明】
【００５２】
１  超音波洗浄装置
２  貯水槽
３  石英ガラス容器
４  純水供給装置
４ｃ  給水ホース
５  超音波振動子
５Ａ  超音波振動子
５Ｂ  超音波振動子
６  石英ガラス容器移動機構
６ｂ  支持部材
６ｃ  ボールねじ部材
６ｄ  ねじ回転モータ
６ｅ  支持部材
【図１】
2008253887.tif 000006
【図２】
2008253887.tif 000007