(57)【要約】【課題】洗浄に寄与するキャビテーションの崩壊による衝撃力を制御して半導体基板の配線パターンに与えるダメージを軽減することができる超音波洗浄装置及びその洗浄方法を提供する。【解決手段】半導体基板Ｗが浸漬される洗浄液を貯留した内槽２を備える洗浄槽１に備える超音波洗浄装置において、内槽２に貯留された洗浄液の超音波振動による洗浄液中の音圧を計測する圧力計測手段６を備えるとともに、圧力計測手段６から得られる出力に基づいて、洗浄性能と異常衝撃波とを監視する表示手段を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板が浸漬される洗浄液を貯留した内槽を備える洗浄槽に備える超音波洗浄装置において、
前記内槽に貯留された洗浄液の超音波振動による洗浄液中の音圧を計測する圧力計測手段を備えるとともに、該圧力計測手段から得られる出力に基づいて、洗浄性能と異常衝撃波とを監視するための出力を表示する表示手段を備えることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
前記圧力計測手段の出力を帯域通過フィルターに通し、該帯域通過フィルターの入力前段からの第１の出力と、該帯域通過フィルターを通過した第２の出力を得て、第１の出力により洗浄性能を監視し、第２の出力により異常衝撃波を監視す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】
前記第１の出力を整流する第１の整流手段と、前記第２の出力を整流する第２の整流手段とを備え、前記第１と第２の整流手段から得られるそれぞれの直流レベルを前記表示手段に表示して洗浄性能と異常衝撃波とを監視することを特徴する請求項２に記載の超音波洗浄装置。
【請求項４】
前記洗浄槽が、半導体基板が浸漬される洗浄液を貯留した内槽と、該内槽のオーバーフローした洗浄液を受ける外槽と、該内槽の下部に設けられ、その底部に超音波振動子が設けられた中間槽とからなり、前記内槽の底部に洗浄機能ガスが溶解された洗浄液を供給するノズルを備えることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の超音波洗浄装置。
【請求項５】
前記内槽に供給される純水に混合される洗浄機能ガス量を前記第２の出力の直流レベルに応じて制御することを特徴とする請求項２，３又は４に記載の超音波洗浄装置。
【請求項６】
超音波洗浄装置の洗浄槽の内槽に洗浄液を貯留して該洗浄液に半導体基板を浸漬し、該内槽に超音波を加え、該内槽に貯留された洗浄液の超音波振動による洗浄液中の音圧を圧力計測器で計測し、該圧力計測器で得られた出力に基づいて、洗浄性能と異常衝撃波とを監視することを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項７】
前記圧力計測器で得られた出力を帯域通過フィルターに通過し、該帯域通過フィルターの入力段の第１の出力と該帯域通過フィルターを通過した第２の出力とを得て、第１の出力により洗浄性能を監視し、第２の出力により異常衝撃波を監視することを特徴とする請求項６に記載の超音波洗浄方法。
【請求項８】
前記内槽に供給される純水に混合される洗浄機能ガス量を前記第２の出力の直流レベルに応じて制御することを特徴とする請求項７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、半導体基板の洗浄性能の均一化が向上し、かつ半導体基板に与えるダメージを軽減できる超音波洗浄装置及びその超音洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、超音波洗浄は、半導体基板に付着する微粒子を除去する物理洗浄として重要な洗浄方法であり、他の物理洗浄（ブラシ，エアゾル，ウオータージェット）に比べて被洗浄物に対してダメージが少ないことから広く利用されている。しかしながら、半導体ディバイスの高度集積化に伴い、半導体ウエハ上の配線幅が狭くなる一方、積層数が多くなる傾向にあり、配線のアスペクト比が高くなり、僅かな物理力でも配線が倒れて配線パターン形成部にダメージを与えるといった危険性が増している。
【０００３】
一般的に、半導体基板の洗浄に使用される超音波の周波数は、４００ＫＨｚ〜３ＭＨｚであり、この周波数帯の超音波による超音波洗浄が最も洗浄に寄与し、キャビテーションが起こらない領域であると言われており、従来は、超音波発振器の出力電圧だけをモニターして、経験や実験データに基づき、超音波の出力電力を下げて、超音波洗浄の洗浄効果を落としても上記のようなダメージを軽減しようと試みられていたが、この周波数領域であっても配線のアスペクト比が高い半導体基板では、キャビテーションが起こり、半導体基板の配線パターン形成部にダメージを与えていることが明らかになった。
【０００４】
超音波の出力電力を下げてダメージを抑制する上記の超音波洗浄方法について、図７を参照して説明する。超音波洗浄装置は、洗浄槽１が、半導体基板が浸漬される洗浄液を貯留した内槽２と、内槽２のオーバーフローした洗浄液を受ける外槽３と、この洗浄槽１の下部に設けられ、純水等が貯留された中間槽４と、中間槽４の底部に設けられる超音波振動子５とを備え、超音波振動子５は発振器２０の発振出力を電力計２１で計測してモニター２２で監視し、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２３で発振器２０の発振出力を制御して、半導体基板の配線パターン形成にダメージを与えないようにする方法が採られていた。
【０００５】
また、他の半導体基板に与えるダメージを軽減する洗浄方法としては、上記の超音波の発振器の出力電力を下げる方法以外に、枚葉式のスプレー洗浄装置において、半導体基板を回転させて超音波ノズルから洗浄液を噴射させて洗浄する際、半導体基板の内周部は超音波の発振出力を低くし、外周部の発振出力を高くする洗浄方法などがあり、このような洗浄方法とすることにより、半導体基板の回転速度が最小となる基板中心近傍での洗浄性能を抑制してダメージの影響を抑制する方法がある。（例えば、特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２８１８３３号公報（明細書，図面）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来例の超音波洗浄装置では、発振器の発振出力を低くして半導体基板の配線パターンのダメージを抑制していた。しかし、ハイメガ洗浄、例えば、１ＭＨｚの高周波での洗浄では、図４に示したように、約６００Ｗ／ｃｍ２  以上の電気エネルギーを与えなければキャビテーション（空洞現象）を起こすのは事実上不可能と考えられていたが、実際には、洗浄槽の水中には気体が溶存して多くの気泡核が存在し、この気泡核が超音波による圧力変化によって、キャビテーションを発生して衝撃波を生じる。図４に示したキャビテーションの出ない領域で使用するように電気エネルギーを抑えたとしてもキャビテーションが発生して崩壊し衝撃波が発生する可能性があり、配線パターンのアスペクト比が高い半導体基板では、このような条件で洗浄したとしても、超音波洗浄に最も寄与すると考えられているキャビテーションの崩壊による衝撃波により配線パターン構造にダメージを与えることが問題となっていた。
【０００８】
ここで、本発明の理解を容易とするために衝撃波について図３を参照して詳細に説明する。液体中に超音波を発振すると、音圧が液体に対して減圧力（膨張力）と圧縮力として働き、同図横軸の時間軸で示しているように、この作用を繰り返す。液体に減圧が作用すると殆ど真空の空洞が発生し気泡となり、次の瞬間に液体に圧縮力が作用し、気泡は圧縮されて気泡内が高温高圧になり、押し潰されて崩壊し強い衝撃波が発生する。即ち、超音波の発生による圧力変化で静水圧（通常１気圧）を下回る圧力になるのを妨げる作用により、水粒子が蒸気化して気泡を形成する。この気泡は超音波圧力変化で静水圧以上になる時、崩壊し、大きな衝撃波が生じる。この衝撃波は洗浄性を向上するが、この洗浄に寄与する衝撃波により、上記のような半導体基板では配線パターン構造にダメージを与えるものと考えられる。
【０００９】
本発明は、上述のような問題点に鑑みなされたものであり、洗浄に寄与するキャビテーションの崩壊による衝撃力を制御して半導体基板の配線パターンに与えるダメージを軽減することができる超音波洗浄装置及びその超音波洗浄方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を達成したものであり、請求項１の発明は、半導体基板が浸漬される洗浄液を貯留した内槽を備える洗浄槽に備える超音波洗浄装置において、前記内槽に貯留された洗浄液の超音波振動による洗浄液中の音圧を計測する圧力計測手段を備えるとともに、該圧力計測手段から得られる出力に基づいて、洗浄性能と異常衝撃波とを監視するための出力を表示する表示手段を備えることを特徴とする超音波洗浄装置である。
【００１１】
また、請求項２の発明は、前記圧力計測手段の出力を帯域通過フィルターに通し、該帯域通過フィルターの入力前段からの第１の出力と、該帯域通過フィルターを通過した第２の出力を得て、第１の出力により洗浄性能を監視し、第２の出力により異常衝撃波を監視することを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置である。
【００１２】
また、請求項３の発明は、前記第１の出力を整流する第１の整流手段と、前記第２の出力を整流する第２の整流手段とを備え、前記第１と第２の整流手段から得られるそれぞれの直流レベルを前記表示手段に表示して洗浄性能と異常衝撃波とを監視することを特徴する請求項２に記載の超音波洗浄装置である。
【００１３】
また、請求項４の発明は、前記洗浄槽が、半導体基板が浸漬される洗浄液を貯留した内槽と、該内槽のオーバーフローした洗浄液を受ける外槽と、該内槽の下部に設けられ、その底部に超音波振動子が設けられた中間槽とからなり、前記内槽の底部に洗浄機能ガスが溶解された洗浄液を供給するノズルを備えることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の超音波洗浄装置である。
【００１４】
また、請求項５の発明は、前記内槽に供給される純水に混合される洗浄機能ガス量を前記第２の出力の直流レベルに応じて制御することを特徴とする請求項２，３又は４に記載の超音波洗浄装置である。
【００１５】
また、請求項６の発明は、超音波洗浄装置の洗浄槽の内槽に洗浄液を貯留して該洗浄液に半導体基板を浸漬し、該内槽に超音波を加え、該内槽に貯留された洗浄液の超音波振動による洗浄液中の音圧を圧力計測器で計測し、該圧力計測器で得られた出力に基づいて、洗浄性能と異常衝撃波とを監視することを特徴とする超音波洗浄方法である。
【００１６】
また、請求項７の発明は、前記圧力計測器で得られた出力を帯域通過フィルターに通過し、該帯域通過フィルターの入力段の第１の出力と該帯域通過フィルターを通過した第２の出力とを得て、第１の出力により洗浄性能を監視し、第２の出力により異常衝撃波を監視することを特徴とする請求項６に記載の超音波洗浄方法である。
【００１７】
また、請求項８の発明は、前記内槽に供給される純水に混合される洗浄機能ガス量を前記第２の出力の直流レベルに応じて制御することを特徴とする請求項７に記載の超音波洗浄方法である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明では、半導体基板が浸漬される洗浄液を貯留した内槽を備える洗浄槽に備える超音波洗浄装置において、前記内槽に貯留された洗浄液の超音波振動による洗浄液中の音圧を計測する圧力計測手段を備えるとともに、該圧力計測手段から得られる出力に基づいて、洗浄性能と異常衝撃波とを監視するための出力を表示する表示手段を備えることを特徴とする超音波洗浄装置であるので、圧力計測手段の計測結果が出力情報として表示手段に表示され、作業者が表示手段の出力情報を確認することにより超音波洗浄装置の洗浄性能及び半導体基板の配線パターン構造のダメージの発生状況を監視することができる利点がある。
【００１９】
また、請求項２の発明では、前記圧力計測手段の出力を帯域通過フィルターに通し、該帯域通過フィルターの入力前段からの第１の出力と、該帯域通過フィルターを通過した第２の出力を得て、第１の出力により洗浄性能を監視し、第２の出力により異常衝撃波を監視することを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置であるので、第１の出力が洗浄性能を示し、第２の出力が異常衝撃波の監視を示し、これらの出力を表示手段により表示して作業者は超音波洗浄装置の洗浄状況を監視することができる利点がある。
【００２０】
また、請求項３の発明では、前記第１の出力を整流する第１の整流手段と、前記第２の出力を整流する第２の整流手段とを備え、前記第１と第２の整流手段から得られるそれぞれの直流レベルを前記表示手段に表示して洗浄性能と異常衝撃波とを監視することを特徴する請求項２に記載の超音波洗浄装置であるので、第１の出力が洗浄性を示し、第２の出力が異常衝撃波を示し、これらの出力を直流出力レベルとして表示手段に表示され、作業者はモニタを監視しながら超音波洗浄装置の洗浄状況を把握することができる利点がある。
【００２１】
また、請求項４の発明では、前記洗浄槽が、半導体基板が浸漬される洗浄液を貯留した内槽と、該内槽のオーバーフローした洗浄液を受ける外槽と、該内槽の下部に設けられ、その底部に超音波振動子が設けられた中間槽とからなり、前記内槽の底部に洗浄機能ガスが溶解された洗浄液を供給するノズルを備えることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の超音波洗浄装置であるので、ノズルから洗浄機能ガスが溶解された洗浄液を内槽に供給されており、洗浄に必要な洗浄機能ガス量（溶存気体量）を制御することによって、半導体基板の配線パターンのダメージを抑制できる効果がある。
【００２２】
また、請求項５の発明では、前記内槽に供給される純水に混合される洗浄機能ガス量を前記第２の出力の直流レベルに応じて制御することを特徴とする請求項２，３又は４に記載の超音波洗浄装置であるので、第２の出力の直流レベルに応じて洗浄機能ガス量（溶存気体量）が制御されて洗浄液に溶解されており、半導体基板の配線パターンのダメージを抑制するのに効果的である。
【００２３】
また、請求項６の発明では、超音波洗浄装置の洗浄槽の内槽に洗浄液を貯留して該洗浄液に半導体基板を浸漬し、該内槽に超音波を加え、該内槽に貯留された洗浄液の超音波振動による洗浄液中の音圧を圧力計測器で計測し、該圧力計測器で得られた出力に基づいて、洗浄性能と異常衝撃波とを監視することを特徴とする超音波洗浄方法であるので、圧力計測手段の出力に基づく出力情報が表示手段に表示され、作業者が表示手段により超音波洗浄装置に洗浄状況を監視することができる利点があるので、圧力計測器から出力された出力が表示手段に表示され、作業者が表示手段により超音波洗浄装置に洗浄状況を監視することができる利点があり、半導体基板の配線パターンのダメージを抑制するのに効果的である。
【００２４】
また、請求項７の発明では、前記圧力計測器で得られた出力を帯域通過フィルターに通過し、該帯域通過フィルターの入力段の第１の出力と該帯域通過フィルターを通過した第２の出力とを得て、第１の出力により洗浄性能を監視し、第２の出力により異常衝撃波を監視することを特徴とする請求項６に記載の超音波洗浄方法であるので、洗浄機能の監視と異常衝撃波の監視が分けて表示され、監視が容易となり、半導体基板の配線パターン構造のダメージを抑制するのに効果的である。
【００２５】
また、請求項８の発明では、前記内槽に供給される純水に混合される洗浄機能ガス量を前記第２の出力の直流レベルに応じて制御することを特徴とする請求項７に記載の超音波洗浄方法であるので、洗浄機能ガス量の制御が容易であり、半導体基板の配線パターン構造のダメージを抑制するのに効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る超音波洗浄装置及びその超音波洗浄方法の実施形態について、図面を参照し詳細に説明する。
【００２７】
先ず、図１を参照し、本発明の超音波洗浄装置の一実施形態について説明する。本実施形態は、図１に示すように、洗浄槽１が、従来例と同様な構成であり、内槽２とその上部周囲に設けられ、オーバーフローした洗浄液を受ける外槽３と、内槽２の底部に設けられ、純水などによる媒体流体が貯留される中間槽４とからなり、中間槽４の底部に圧電振動子などの超音波振動子５が設けられている。内装２には、洗浄機能ガスが純水に溶解した洗浄液が供給されており、洗浄液中の音圧を計測する圧力計測器６のセンサ部が洗浄液に浸漬されて設けられている。また、内槽２の内底部には、洗浄機能ガスが純水に溶解した洗浄液を噴流するノズル７が設けられている。
【００２８】
超音波振動子５は発振器１０と接続され、超音波振動子５に所定周波数の電圧を印加して超音波振動を発している。発振器１０は発振器制御用ＣＰＵ１１と洗浄制御用ＣＰＵ１２とにより印加電圧が制御されており、発振器制御用ＣＰＵ１１は発振器１０の印加電圧を制御して異常衝撃波が発生しないようにし、洗浄制御用ＣＰＵ１２は発振器１０の印加電圧を制御して洗浄性能を維持するようにしている。
【００２９】
圧力計測器６は圧電センサであり、そのセンサ部が洗浄液に浸漬し、洗浄液中の音圧を計測しており、圧力計測器６は、Ａ／Ｄ変換器１５に接続されてその出力端が帯域通過フィルターの機能を有する周波数フィルター１６の入力端に接続されている。圧力計測器６の出力は、Ａ／Ｄ変換器１５によりデジタル信号に変換され、帯域通過フィルターの機能を有する周波数フィルター１６に供給され、周波数フィルター１６の入力段と出力段からそれぞれ出力が導出されてそれぞれ整流される。
【００３０】
ガス溶解装置１３は純水に洗浄機能ガスを溶解し、洗浄装置１に送り込む装置であり、脱気装置１４により脱気した水をガス溶解装置１３に供給し、ガス溶解装置１３では洗浄制御用ＣＰＵ１２により洗浄機能ガスのガス量が制御されて洗浄機能ガスが溶解されている。洗浄制御用ＣＰＵ１２は、内槽２の洗浄液中の音圧に基づいて、半導体基板の配線パター構造にダメージを与えない洗浄機能ガス量に制御している。また、脱気装置１４から媒体流体として純水が中間槽４が供給されている。
【００３１】
周波数フィルター１６は、図２（ａ）の上段に示すように、発振周波数ポイントを中心として通過帯域を有する帯域通過フィルターの周波数特性を示しており、図２（ａ）の下段は、周波数フィルター１６の入力段から得られる出力の周波数特性を示し、全ての周波数成分が出力されることを示している。周波数フィルター１６の入力段と出力段の出力がデジタル整流器１７，１８にそれぞれ入力されて整流され、それらの直流出力レベルがモニター１１ａ，１１ｂにそれぞれ表示される。これら直流出力は、デジタル整流器１７，１８を通過した直流レベル情報が発振器制御用ＣＰＵ１１及び洗浄制御用ＣＰＵ１２にそれぞれ入力されて信号処理され、モニター１１ａ，１１ｂにそれぞれ表示され、これらの表示された直流出力レベルは、洗浄槽１の洗浄性能と衝撃波を監視するのに利用される。
【００３２】
また、図２（ｂ）の上段は、周波数フィルター１６を通過しない出力の波形（フィルターなし波形）と周波数フィルター１６を通過した出力の波形（フィルターあり波形）を示し、図２（ｂ）の下段は、第１の出力（フィルターなし波形）と第２の出力（フィルターあり波形）を整流して得た直流出力レベルを示している。周波数フィルター１６を通過させることなく得られた直流出力（イ）は洗浄性能を監視するために利用し、周波数フィルター１６を通過した直流出力（ロ）は衝撃波が発生する可能性があるか否かを監視する音圧モニター用として利用する。即ち、図２（ｂ）の下段の直流出力（ロ）の出力レベルが上昇すると、洗浄槽１の内槽２の洗浄液中の音圧が上昇していることを示し、洗浄制御用ＣＰＵ１２は、発振器１０の出力を低下させるように制御したり、或いはガス溶解装置１３の洗浄ガス量を増大させるように制御し、キャビテーションの崩壊による衝撃波が発生しないようにする。また、発振器制御用ＣＰＵ１１は、発振器１０に印加される電圧を制御して洗浄能力が安定するように制御している。このように洗浄槽１の音圧を制御することによって、キャビテーションの崩壊による衝撃力を制御し、洗浄もでき、半導体基板の配線パターン構造にダメージを与えない領域で洗浄できるように制御している。
【００３３】
次に、本実施形態の超音波洗浄方法について図１を参照し説明する。超音波洗浄装置の洗浄槽１の内槽２に洗浄液を貯留して洗浄液に半導体基板Ｗを浸漬し、内槽２に超音波振動子５により超音波を加え、内槽２に貯留された洗浄液の超音波振動による洗浄液中の音圧を圧力計測器６で計測する。圧力計測器６で得られた出力に基づいて、内槽２内の洗浄液中の音圧を制御し、半導体基板Ｗの配線パターン構造にダメージを与えないようにする。
【００３４】
さらに、本実施形態では、圧力計測器６で得られた出力を帯域通過フィルター１６の入力段と出力段から導出して、入力段からの第１の出力を整流して直流電圧とし、出力段から得られる第２の出力を整流してそれぞれ直流電圧を得て、第１の出力を整流して得られる直流電圧により洗浄性能を監視し、第２の出力を整流して得られる直流電圧により異常衝撃波の発生を監視する。第１の出力による直流レベルは、洗浄液中の音圧を示しており、洗浄能力を監視することができ、洗浄能力が低下、即ち音圧レベルが所定値より低い場合、洗浄制御用ＣＰＵ１２は発振器５の印加電圧を上昇させる。また、音圧レベルが所定値より高い場合、洗浄制御用ＣＰＵ１２は発振器５の印加電圧を低下させるように制御する。
【００３５】
また、第２の出力による直流レベルが所定値より低い場合は、半導体基板Ｗの配線パターン構造にダメージを与えないが、直流レベルが高い場合は、キャビテーションの崩壊して衝撃波が発生し、半導体基板Ｗの配線パターン構造にダメージを与える可能性があり、発振器１０の印加電圧を低下させるように制御し、ダメージの発生を抑制する。さらに、内槽２に供給される洗浄液は、純水に洗浄機能ガスを混合しており、洗浄機能ガス量を第２の出力の直流レベルに応じて制御し、半導体基板Ｗの配線パターン構造にダメージを与えないようにする。即ち、第２の出力の直流レベルが所定の値より上昇した場合は、洗浄能力が必要以上に高まっており、ダメージを与える可能性があり、洗浄機能ガス量を増大させ、第２の出力の直流レベルが所定の値より降下した場合は、洗浄能力が低下しているものと判断し、洗浄機能ガス量を減少するように制御して安定した洗浄性能を維持し得るように制御している。
【００３６】
因みに、超音波洗浄装置の洗浄メカニズムは、超音波の加速度エネルギーと超音波により発生する流れとによって洗浄されると考えられ、超音波洗浄における洗浄で最も寄与するメカニズムはキャビテーションであり、キャビテーションには蒸気性キャビテーションと気体性キャビテーションが存在する。キャビテーションの衝撃力を制御できれば、洗浄もでき、半導体基板の配線パターン構造にダメージを与えない領域で超音波を利用することができることになり、上記実施形態にように、超音波振動子５の印加電圧を制御することによって、それを達成したものである。
【００３７】
図５（ａ）〜（ｃ）は、水中でのある周波数での超音波キャビテーションが発生させる衝撃圧の変化とそこに現れる音の周波数ごとのエネルギー成分を示したスペクトルの図である。同図において、Ｒ０  は初期気泡径であり、Ｒは変化気泡径を示し、水中の音圧をＰａで示し、ΔＰは圧力変動振幅を示している。
【００３８】
同図（ａ）〜（ｃ）は、初期の気泡径Ｒ０  を０．９２μｍ、０．６２μｍ、２．６５μｍと変化させており、同図の横軸を時間軸とし、図の一番上には初期気泡半径Ｒ０  に対して、変化気泡径ＲのＲ／Ｒ０  比率を示し、次段には発生する衝撃波の圧力Ｐａを示し、最下段にはそこで発生する衝撃波のスペクトル、即ち周波数ごとのエネルギー量を示している。
【００３９】
この図から明らかなように、周波数にマッチし、変化しやすい気泡径、即ち共振気泡径である０．９２μｍでは発生するエネルギーが多く、それ以上に大きい気泡径、２．６５μｍでは発生するエネルギーが小さいことを示している。依って、このように初期気泡径Ｒ０  を制御することによって、洗浄効果とダメージ量を制御することが可能である。初期気泡径Ｒ０  が大きいか否かは、衝撃波のスペクトルの図を見れば判断できる。衝撃波のスペクトルでは超音波洗浄装置が出す周波数の半分の周波数成分が出ている。しかしながら、超音波洗浄装置が実稼動中にスペクトルを確認しながら作業することは容易ではなく、専門知識も有するので、実際にはむずかしい。
【００４０】
従って、このような現象は上記のような実施形態で取得することができる。即ち、洗浄液に発生する音圧を計測して確認し、周波数の半分の成分が出たときに非線形現象が生じるので、その非線形現象をモニターすればよい。図６は、溶存気体量（洗浄機能ガス量）と超音波出力、そこに洗浄液中に発生する音圧の関係を示しており、洗浄機能ガスとしては窒素ガスが用いられた。この図は、超音波の周波数７５０ｋＨｚに設定し、洗浄液中の溶存気体量を変化させるとともに、超音波出力も変化させて図示したものである。本来は発振器の出力を上げれば音の圧力も大きくなるはずであるが、溶存気体量１２ppm 〜１６ppm の間では、超音波出力５０Ｗで音圧が非線形的に極大を示している。これは、前述の周波数の半分での音圧が出たものであり、初期気泡核が共振気泡径よりも大きくなっていることを示し、破壊圧は小さい。このとき、洗浄効果が弱ければ超音波の出力を若干上げるか、溶存気体量を少なくすれば洗浄効果が上がることになる。溶存気体量を少なくすれば洗浄効果が上がるのは、溶存気体が多ければ気泡核は大きくなるし、溶存気体が少なければ気泡核が小さくなるからである。
【００４１】
しかし、この非線形現象だけ見ている場合、超音波の出力異常に気が付かず、非線形現象が現れているのか、発振器の何らかの異常かが区別できないことになる。そこで、図１の実施形態で説明したように、洗浄液中の超音波の音圧を圧電センサを介して収得し、電気出力に変え自分の周波数成分付近のみのバンドパスフィルターを通して得られる出力と、全体の周波数成分をそのまま出力する２系統の出力を得るようにして、前者は衝撃波の発生を管理する異常管理用、後者は洗浄効果のモニター用として使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の活用例としては、半導体基板の配線パターン構造にダメージを与えない超音波洗浄装置として活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態を示し、超音波洗浄装置を示す図とその制御系のブロック図である。
【図２】（ａ）は周波数フィルターの周波数特性を示し、（ｂ）は周波数フィルターの影響を受けない出力特性を示す図である。
【図３】キャビテーションが発生し崩壊して衝撃波が発生するメカニズムを説明するための図である。
【図４】周波数に対する単位当たりの音の強さを示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、水中でのある周波数での超音波キャビテーションが発生させる衝撃圧の変化とそこに現れる音の周波数ごとのエネルギー成分を示した図である。
【図６】洗浄液中の溶存気体量に対し、振動子に印加される電力と音圧との関係を示す図である。
【図７】従来の超音波洗浄装置の図とその制御系のブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  洗浄槽
２  内槽
３  外槽
４  中間槽
５  超音波振動子
６  圧力計測器（圧電センサ）
７  ノズル
１０  発振器
１１  発振器制御用ＣＰＵ
１１ａ，１２ａ  モニター
１２  洗浄制御用ＣＰＵ
１３  ガス溶解装置
１４  脱気装置
１５  Ａ／Ｄ変換器
１６  周波数フィルター（帯域通過フィルター）
１７，１８  デジタル整流器
【図１】
2007165695.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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