(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理材表面に流体処理液を送り込む流体処理液供給機構と、前記被処理材表面に前記流体処理液を介して超音波振動を印加する超音波処理機構と、流体処理液を回収する流体処理液回収機構とを少なくとも備えている平面板形状の被処理材を流体処理する装置であって、前記超音波処理機構は、高周波発生装置と、圧電体基板にアレイ電極が形成された超音波発振面を有する超音波素子と、高周波信号を分岐して位相遅延処理を行う信号分配器とからなり、前記超音波処理機構の前記超音波素子からの超音波を前記被処理材に対して斜め方向に照射して、前記被処理材表面に板波、漏洩ラム波あるいは弾性表面波の共振振動を発生させることによって処理を行うとともに、前記被処理材表面に接する流体処理液に対して前記流体処理液供給機構から前記流体処理液回収機構への流動を起こさせ、前記被処理材表面の流体処理を行うことを特徴とする流体処理装置。
【請求項２】
前記圧電体基板の超音波発振面と前記被処理材表面との距離が７ｍｍ以下に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の流体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、省コスト型の板状或いは帯状の材料を流体処理する流体処理装置に関し、特に被処理材の限られた表面に流体処理液を供給して超音波処理を行う流体処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロニクス、半導体分野で使用されるガラス基板、シリコンウエハー基板等の洗浄、メッキ、エッチング、現像、剥膜処理を行う工程（流体処理）は、工場内で所定のスペースを占有したり、洗浄液を大量に使用、消耗することによって製造コストを上昇させる原因の一つになっている。
このため可能な限り小さな（短い）設備で材料（製品）の洗浄を行うとともに、可能な限り少量の洗浄液を使って、且つ、除去した異物や薬液が再付着しない洗浄方法が求められている。
【０００３】
上記の内容を展開した洗浄方法として、図５に示すような省コスト型の洗浄装置がある。
この洗浄装置は、超音波素子４１１と被処理材４４１の表面との間隙は数ｍｍ或いは発信する超音波の半波長の整数倍の間隙で近接している。洗浄液供給機構４２１から洗浄液４２０をこの間隙に供給し、被処理材４４１の表面を超音波素子４１１にて超音波洗浄処理して、洗浄液４２０は洗浄液回収機構４２２にて回収される。ここで、洗浄液供給機構４２１と洗浄液回収機構４２２と被処理材４４１の間隙から洗浄液４２０の漏出を防止するためにシール部４３１が設けられている。
【０００４】
この洗浄方法は、洗浄液４２０が超音波素子４１１と被処理材４４１の間隙を通過する間に被処理材４４１の表面洗浄が行われるために、極めてわずかな洗浄液４２０によって洗浄ができ、且つ長い距離（超音波振動体の幅）に亘って超音波振動が被処理材４４１に印加されるため、洗浄効果も高く、且つ、絶えず一方方向に洗浄液が流れるために、汚染された洗浄液が被洗浄材の表面に触れることも、異物の再付着もほとんど無く、わずかな洗浄液で表面洗浄ができるという利点を持っている反面、超音波素子４１１と被処理材４４１の間隙が狭いため、間隙にバラツキがあるとそれがそのまま洗浄液の流動ムラ、被洗浄材の洗浄ムラになり易いという問題を有している。
【０００５】
この対策として、図６に示すように、超音波伝搬方向５０２を被処理材５１１に対して斜め方向に入射するように超音波素子５００の超音波発振面を斜めに設置する方法が考案されている。このような構成にすると洗浄ムラが発生しにくい特徴を有するとともに、入射する角度を材料の弾性定数や厚さで決まる条件を満たす角度にすれば被処理材に漏洩ラム波振動等による共振で発生する被処理材表面の振動によって洗浄効果をあげることができる。
【０００６】
しかしながら、超音波発振面が被処理材に対して斜めに位置しているために、超音波発振面と被処理材表面との間隔が場所によって異なり、超音波が被処理材に到達するまでに減衰し、特に１ＭＨｚを超える高い周波数の超音波で洗浄を行う場合に十分な強度を与えることが困難になる。さらに、ラム波振動や弾性表面波などを起こす角度は、被処理材の材質や板厚やあるいは洗浄液の温度によって変化することから、それに応じて超音波発振面の角度を変える機構が必要で、安定して洗浄することが難しいという問題を有する。
【０００７】
このように、流体処理液（洗浄液、エッチング液、現像液、メッキ液及び剥膜液等）を材料表面のごく限られた領域に作用させる工程においては、被処理材の間隙が小さい場合処理液を均一に保持し、安定に処理するのが難しい。
さらに、板状や帯状の材料を処理する場合に処理の終了した後に材料表面に残った処理液が次工程に持ちこまれることが多く、材料汚染、欠陥発生の要因として問題となっている。
このため可能な限り小さな（短い）設備で材料（製品）の流体処理を行うとともに、可能な限り少量の流体処理液を使って、且つ、除去した異物や薬液が再付着しないように一方向に処理液が被処理材上を移動する流体処理方法が求められている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、流体処理液を超音波処理機構と被処理材との微少な間隙に送り込んで流体処理する際に安定して被処理材表面を流体処理することができる流体処理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】
本発明において上記課題を解決するために、まず請求項１においては、被処理材表面に流体処理液を送り込む流体処理液供給機構と、前記被処理材表面に前記流体処理液を介して超音波振動を印加する超音波処理機構と、流体処理液を回収する流体処理液回収機構とを少なくとも備えている平面板形状の被処理材を流体処理する装置であって、前記超音波処理機構は、高周波発生装置と、圧電体基板にアレイ電極が形成された超音波発振面を有する超音波素子と、高周波信号を分岐して位相遅延処理を行う信号分配器とからなり、前記超音波処理機構の前記超音波素子からの超音波を前記被処理材表面に対して斜め方向に照射して、前記被処理材表面に板波、漏洩ラム波あるいは弾性表面波の共振振動を発生させることによって処理を行うとともに、前記被処理材表面に接する流体処理液に対して前記流体処理液供給機構から前記流体処理液回収機構への流動を起こさせ、前記被処理材表面の流体処理を行うことを特徴とする流体処理装置としたものである。
【００１１】
さらにまた、請求項２においては、前記超音波素子の超音波発振面と前記被処理材表面との距離が７ｍｍ以下に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の流体処理装置としたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき説明する。
図１に、請求項１に係わる本発明の流体処理装置の一実施例を示す模式構成図を、図２、に請求項１に係わる流体処理装置に用いられている超音波素子の模式構成図を、それぞれ示す。
請求項１に係わる本発明の流体処理装置１００は、被処理材１１１表面に流体処理液１２１を介して超音波振動を印加する超音波処理機構４０と、被処理材１１１表面に流体処理液１２１を送り込む流体処理液供給機構７０と、被処理材１１１表面の流体処理液を回収する流体処理液回収機構８０とから構成されており、超音波処理機構４０は、高周波発生装置１０と、高周波信号を分岐して位相遅延処理を行なうアレイ位相遅延回路を有する信号分配器２０と、圧電体基板３１上にアレイ電極３２が形成された超音波素子３０とで構成されており、圧電体基板３１のアレイ電極３２は導線３３で信号分配器２０に電気的に接続されている。
【００１３】
信号分配器２０は高周波発生装置１０からの高周波信号を圧電体基板３１のアレイ電極３２に異なった遅延時間（位相差）で供給するためのアレイ位相遅延回路を有しており、アレイ電極３２に印加する高周波信号の位相差をアレイ位相遅延回路で制御することで異なる入射角度で被処理材１１１に超音波を印加することができる。さらに、被処理材１１１の変更等に追従して最適の超音波の入射角度を設定することが可能である。
【００１４】
また、図３に、本発明に係わる流体処理装置の一参考例を示す模式構成図を、図４（ａ）に、一参考例に係わる流体処理装置に用いられている超音波素子の模式平面図を、図４（ｂ）に、図４（ａ）の模式平面図をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図を、それぞれ示す。一参考例の流体処理装置２００は、被処理材１１１表面に流体処理液１２１を介して超音波振動を印加する超音波処理機構６０と、被処理材１１１表面に流体処理液１２１を送り込む流体処理液供給機構７０と、被処理材１１１表面の流体処理液を回収する流体処理液回収機構８０とから構成されており、超音波処理機構６０は、高周波発生装置１０と、圧電体基板５１に一方向性櫛型電極（５２ａ及び５２ｂ）が形成された超音波発振面を有する超音波素子５０とで構成されている。超音波素子５０は図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、一方向性櫛型電極（５２ａ及び５２ｂ）とよばれる電極を圧電体基板５１表面に構成することで、超音波素子５０の超音波発振面からの超音波伝搬方向を被処理材１１１に対して斜め方向の角度で照射することにより、被処理材１１１にラム波や弾性表面波を励起して、被処理材１１１表面の流体処理液１２１を一方向に流動させ、リンス性の高い洗浄を行うことができるようにしたものである。
【００１５】
また、請求項２に係わる本発明は、超音波素子（３０及び５０）の超音波発振面と前記被処理材１１１表面との距離を７ｍｍ以下に保持することにより、被処理材１１１と超音波素子４０との微少間隙に供給された流体処理液１２１のミクロな揺動を起こして、被処理材１１１表面の流動を均一に、且つ安定して行うようにしたものである。
【００１６】
まず、請求項１に係わる本発明の流体処理装置１００の流体処理機構について説明する。
図１において、超音波処理機構４０の超音波素子３０と被処理材１１１との間に流体処理液１２１が満たされ、アレイ電極３２から斜め方向の超音波１３１を被処理材１１１に照射している状態では、被処理材１１１の厚さｄと弾性定数（密度、横波音速度、縦波音速度）、流体処理液の弾性定数及び使用する超音波の周波数によって決まる入射角θで入射すると、被処理材１１１には板波あるいは漏洩ラム波（ラム波あるいは漏洩ラム波）や弾性表面波と呼ばれる材料の共振振動２０１が発生し、一部は流体処理液１２１の中で超音波流動になり流体処理液の流動２０２を起こし、一部はミクロ的な水平揺動を発生させて、微少間隙中での流体処理液の被処理材１１１に対する処理効果を促進し、均一に、且つ安定して被処理材１１１の表面処理を行うことができる。
【００１７】
圧電体基板３１には、例えばリチウムナイオベート（ＬｉＮｂ３）圧電基板等が用いられる。圧電体基板３１上に図２に示すようにアレイ電極３２を形成し、夫々のアレイ電極３２は信号分配器２０に電気的に接続され、アレイ位相遅延回路を通して高周波発振器１０に接続されている。
超音波素子３０のアレイ電極３２は流体処理液１２１と接する面に配置され、流体処理液１２１と直接触れる状態になるため、２酸化珪素等の絶縁保護膜を形成しておくことが望ましい。
【００１８】
アレイ位相遅延回路で与える遅延時間は用いる超音波の周波数や超音波の被処理材１１１への入射角によって、次のように決定する。
超音波素子３０のアレイ電極３２から意図した角度で流体処理液中に超音波を放射するために各アレイ電極３２に印可される信号に加えなくてはいけない遅延時間はアレイ電極間の間隔Ｌ、高周波信号の周波数をＦ、流体処理液１２１中の音速をＶ、被処理材１１１に入射する角度をθとすると、下記の式１で表される位相差Ｐを隣り合うアレイ電極間３２に順次付与することで行なう。
Ｐ=（２π）ＦＬｓｉｎ（θ）／Ｖ……（式１）
【００１９】
次に、一参考例に係わる本発明の流体処理装置２００の流体処理機構について説明する。図３に流体処理装置２００の模式構成図を、図４（ａ）に流体処理装置２００に用いられている超音波素子５０の模式平面図を、図４（ｂ）に図４（ａ）の模式平面図をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図を、それぞれ示す。超音波処理機構６０の超音波素子５０は圧電体基板５１上に一方向性櫛型電極（５２ａ及び５２ｂ）が形成されたもので、この一方向性櫛型電極は弾性表面波素子の一部に用いられる電極形状の例で、圧電体基板５１上に一方向にのみ弾性表面波を伝搬させることができる。一方向性櫛型電極（５２ａ及び５２ｂ）の両電極を高周波発生装置１０に電気的に接続し、圧電体基板５１上の一方向性櫛型電極（５２ａ及び５２ｂ）を液体に接触させると圧電体基板５１上に漏洩弾性表面波が発生するとともに伝搬過程で液体中の一方向の斜めに超音波を放射し、一方向に洗浄液を流動させることが可能である。この方式の場合アレイ位相遅延回路は不要であるが任意に被処理材１１１への超音波の入射角度をかえることは困難である。漏洩弾性表面波や漏洩ラム波共振を起こす為には、高周波信号の周波数Ｆを変更するとともに一方向性櫛型電極の周期を変更してラム波共振の条件を求めることで、高い処理効果を得ることができる。
【００２０】
上記したように、本発明の流体処理装置は、超音波を被処理材に対して斜め方向に照射し、超音波素子の超音波発振面と被処理材表面の距離を７ｍｍ以下に保持して、被処理材表面の流体処理を行うもので、流体処理液が、洗浄液であれば被処理材表面の優れた洗浄効果が得られ、めっき液であれば、均一な、ピンホールのないめっき被膜が得られ、現像液であれば、均一な現像パターンが得られ、エッチング液であれば、均一なエッチング面が得られるといった具合である。
【００２１】
このように、本発明の流体処理装置は超音波処理機構の超音波流動と漏洩弾性表面波や漏洩ラム波励起の現象を流体処理液制御に利用して被処理材の表面を流体処理するものであって、以下、流体処理装置の動作機構について説明する。
まず、超音波処理機構１０と被処理材１１１との間に所定の間隙を設ける。この間隙は数ｍｍの範囲で設定されるが、設定範囲としては７ｍｍ以下の範囲が好適である。
次に、流体処理液供給機構７０より流体処理液１２１を上記間隙に供給し、超音波処理機構４０と被処理材１１１との間に流体処理液を満たす。超音波発生装置１０及び信号分配機２０に接続された超音波素子３０から斜め方向の超音波１３１を被処理材１１１に照射することで発生する超音波振動により被処理材１１１の表面が流体処理される。
傾斜角度θは被処理材１１１に漏洩弾性表面波か漏洩ラム波１４１を励起するのに適した角度になるように設定すれば、より強力に被洗浄材を振動させることが可能で、圧電体基板３１上に形成されたアレイ電極３１を用いて各電極要素に所定の位相差を設けてやれば実現できる。流体処理液１２１は溶存オゾンや溶存水素等の溶存ガスを混入した流体処理液を用いると効果的である。
【００２２】
次に、流体処理の終わった流体処理液１２１は流体処理液回収機構８０にて回収される。この流体処理サイクルを繰り返して被処理材１１１の表面が流体処理される。
【００２３】
さらに、超音波処理機構４０で励起された超音波流動は、流体処理液の流動を阻害する気泡の付着を防ぎ、且ついったん付着しても移動する効果を持つことで、流体処理効果の優れた流体処理装置を提供できるものである。
【００２４】
【実施例】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
＜実施例１＞
まず、０．７ｍｍ厚のガラス基板からなる被処理材１１１を載物台に載置して、超音波処理機構４０と被処理材１１１との間隙を３ｍｍに設定した。
次に、流体処理液供給機構７０より溶存水素量１．６ｐｐｍの流体処理液１２１を３ｍｍの間隙に供給した。超音波処理機構４０の超音波発生装置１０で１．５ＭＨｚの高周波信号をアレイ位相遅延回路を有する信号分配器２０を経て超音波素子３０のアレイ電極３２に印加した。
超音波素子３０のアレイ電極３２間隔は０．５ｍｍとし、水中の音速Ｖは１５００ｍ／ｓであるとともに、被処理材１１１の１．５ＭＨｚにおける漏洩ラム波共振をおこすための超音波の入射角度は６０度付近である。  式（１）から６０度の入射角度で被処理材１１１に超音波を入射するためのアレイ電極３２間に求められる位相変化は０．５πであるから、信号分配器２０のアレイ位相遅延回路をそのように設定し、ガラス基板からなる被処理材１１１の洗浄を行い、優れた洗浄効果が得られた。
【００２５】
＜参考例＞まず、２０００Åの金被膜が形成されたガラス基板上にレジストパターンを形成した被処理材１１１を準備した。次に、図３（ａ）に示すリチウムナイオベート圧電基板５１上に一方向性櫛型電極（５２ａおよび５２ｂ）が形成された超音波素子５０を用いて、ヨウ素とヨウ化カリウムを同重量混合したものを５０倍に希釈した流体処理液１２１を流体処理液供給機構７０より、３ｍｍの間隔に設定された超音波素子５０と被処理材１１１の間に供給した。次に、高周波発振器１０より２８ＭＨｚの高周波信号を０．２ｍｍの周期Ｐで形成された一方向性櫛型電極（５２ａ及び５２ｂ）に印加し、ガラス基板上に形成された金被膜のエッチング処理を行った結果、超音波を印加しない状態で６５秒のエッチング時間を要していたものを、４０秒に低減することができ、且つ、均一な金パターンを得ることができた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の流体処理装置は上記の構成であるから、下記に示す効果がある。
即ち、被処理材に近接して斜めに超音波処理機構より超音波を入射することで基板位置に影響されること無く流体処理液を安定に供給でき、特に、被流体処理液が漏洩弾性表面波や漏洩ラム波を励起する角度で入射することによって、被処理材の表面が均一に、且つ安定に流体処理され、より高い流体処理効果を発揮できる。
従って本発明は、板形状や帯形状の材料を流体処理する用途において、優れた実用上の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係わる流体処理装置の一実施例を示す模式構成図である。
【図２】請求項１に係わる流体処理装置の超音波処理機構の超音波素子３０の模式構成図である。
【図３】  一参考例に係わる流体処理装置の一実施例を示す模式構成図である。
【図４】  （ａ）は、一参考例に係わる流体処理装置の超音波処理機構の超音波素子５０の模式平面図である。（ｂ）は、（ａ）の模式平面図をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図である。
【図５】従来の流体処理装置の一例を示す模式構成図である。
【図６】従来の流体処理装置の他の例を示す模式構成図である。
【符号の説明】
１０……高周波発振器
２０……信号分配器
３０、５０……超音波素子
３１、５１……圧電体基板
３２……アレイ電極
３３……導線
４０、６０……超音波処理機構
５２ａ、５２ｂ……一方向性櫛形電極
７０……流体処理液供給機構
８０……流体処理液回収機構
１１１……被処理材
１２１……流体処理液
１３１、１５１……斜め方向の超音波
２０１……被処理材の共振振動
２０２……流体処理液の流動
４１０……高周波発信器
４１１……超音波素子
４２１……洗浄液供給機構
４２２……洗浄液回収機構
４２０……洗浄液
４２３……洗浄液の流動
４３１……表面張力を利用した漏出防止部
４４１……被処理材
５００……超音波素子
５０１……流体処理液
５０２……超音波伝搬方向
５１１……被処理材
【図１】
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【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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