(57)【要約】【課題】圧電振動子の形状が平板形状でありながらも、所望の方向に振動を伝播させることができる圧電振動子及びその製造方法を提供し、さらに該圧電振動子を使用することにより、装置設計が圧電振動子に制限されず且つ洗浄性能がより向上できる超音波洗浄装置を提供する。【解決手段】基板Ｗを保持する基板保持手段１１と、圧電振動子１５の振動を洗浄液１４に伝播させて基板Ｗを超音波洗浄する洗浄手段１２と、圧電振動子１５に高周波電圧を印加する超音波発振器１３を有する超音波洗浄装置１０において、圧電振動子１５は、振動電極１６ａ、１６ｂの形成された平板形状の圧電振動子であり、該平板形状の圧電振動子１５は、その分極軸Ｐが厚み方向Ｔに対して所望の角度に傾斜したものであることを特徴とする超音波洗浄装置。【選択図】図１
2009094140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、被洗浄物の基板を保持する基板保持手段と、該基板保持手段に保持した基板を圧電振動子の振動を洗浄液に伝播させて超音波洗浄する洗浄手段と、該洗浄手段の圧電振動子に高周波電圧を印加する超音波発振器を有する超音波洗浄装置において、
前記圧電振動子は、振動電極の形成された平板形状の圧電振動子であり、
該平板形状の圧電振動子は、その分極軸が厚み方向に対して所望の角度に傾斜したものであることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
前記圧電振動子は、前記洗浄液に伝播した振動が所望の点又は線に集束するように、前記分極軸の厚み方向に対する傾きが制御された集束型平板振動子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３】
前記圧電振動子は、前記洗浄液に伝播した振動が拡散するように、前記分極軸の厚み方向に対する傾きが制御された拡散型平板振動子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４】
前記洗浄手段は、前記圧電振動子を納めるノズルを具備し、該ノズルは基板に向けて洗浄液を吐出するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項５】
前記洗浄手段は、前記洗浄液を収容する洗浄槽を具備し、該洗浄槽の外壁には輻射板を介して前記圧電振動子が取付けられたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項６】
平板形状の圧電体の表裏面に振動電極を有し、該振動電極に高周波電圧を印加することによって振動する平板形状の圧電振動子であって、
該圧電振動子の分極軸は、振動が伝播する媒体中の所望の点又は線上に集束又は拡散するように、前記圧電体の厚み方向に対して傾斜したものであることを特徴とする圧電振動子。
【請求項７】
少なくとも、平板形状の圧電体を用意する準備工程と、
該圧電体の表裏面に分極用の仮電極を形成する仮電極工程と、
該仮電極に直流強電界を加えて前記圧電体に分極処理を施す分極工程と、
前記仮電極を前記圧電体の表裏面から除去する除去工程と、
前記圧電体の表裏面に振動電極を形成する振動電極工程とを含む平板形状の圧電振動子の製造方法であって、
前記仮電極工程の際、圧電振動子の分極軸が厚み方向に対して所望の角度に傾斜するように、パターンを有する仮電極を前記圧電体の表裏面に形成し、
前記分極工程の際、圧電体の表裏面に形成された仮電極に対して１組又は２組づつ個別に直流強電界を加え、
前記除去工程後の前記振動電極工程の際、圧電体の表全面及び裏全面に振動電極を形成することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項８】
前記仮電極のパターンを、前記圧電振動子による振動が伝播する媒体中の所望の点又は線に集束又は拡散するように、前記圧電体の厚み方向に対して分極軸が傾くパターンとすることを特徴とする請求項７に記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項９】
前記振動電極工程の際、前記振動電極の形成は、無電解めっきにより行うことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ、フォトマスク用のガラス基板、液晶表示装置用のガラス基板、光ディスク用の基板など（以下、単に「基板」と称する）に超音波振動を付与した洗浄液を供給して洗浄処理を行う超音波洗浄装置に関するものであり、さらに、超音波洗浄装置等に使用される圧電振動子、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体等の製造工程において、半導体ウェーハあるいはフォトマスク基板等の半導体製造に使用される基板にプロセス工程処理を施す際、有機物、金属等の塵埃、異物といったパーティクルが基板に付着していると、基板面内で均一な処理が施せず、また、そのような基板から他の基板に間接的に相互汚染するので、製品製造の歩留りが低下する原因となる。そのため、通常基板に処理を施す前は洗浄装置で基板を洗浄することにより基板からパーティクル等を除去している。
このような基板を洗浄するための洗浄装置には、従来から、複数枚の基板を同時に洗浄できるバッチ式洗浄装置と、基板を１枚ずつ洗浄する枚葉式洗浄装置がある。
【０００３】
バッチ式の超音波洗浄装置においては、槽タイプのものが主流であり、例えば洗浄液を収容した槽（洗浄槽）に基板を浸漬し、槽の底部に設けた圧電振動子から高周波電圧を印加することにより超音波を洗浄液に付与して超音波洗浄を行う。
圧電振動子に高周波電圧を印加すると、固有の周波数の超音波振動が発生する。この超音波振動を洗浄槽内の洗浄液に伝播させることにより、洗浄液中にキャビテーションが発生し、このキャビテーションによって洗浄液中の基板を洗浄することができる。なお、超音波による洗浄作用は、キャビテーションのほか、粒子加速度、直進流、ケミカル作用による洗浄作用等がある。
【０００４】
また、枚葉式の超音波洗浄装置では、流水タイプのものが主流であり、例えばノズルに圧電振動子を装着し、ノズル内に供給した洗浄液に超音波振動を伝播させた上で洗浄液を基板（被洗浄物）に向けて噴射することにより超音波洗浄を行うことができる。
【０００５】
このように超音波振動が洗浄液に付与されたノズル方式の基板洗浄方法やその装置は、例えば特許文献１にも開示されている。この特許文献１では、超音波ノズルによる洗浄力の向上を目的として、図５のような圧電振動子を使用している。
図５は、従来の集束型の圧電振動子の概略図である。
特に、図５（ａ）は、圧電体５１ａ自体を凹面球の形状に形成しておき、分極軸５Ｐが圧電体の厚み方向に対して傾いていない、つまり平行であることにより、振動を伝播させる媒体中の所望の焦点５Ｆにて超音波振動が集束する凹面球型振動子５０ａである。
また、図５（ｂ）は、圧電体５１ｂ自体は平板形状であり且つ分極軸５Ｐが圧電体の厚み方向に対して傾いていない、つまり平行で、該圧電体５１ｂ上に半波長板５５を介して平凹レンズ５６を組み合わせることにより、振動を伝播させる媒体中の所望の焦点５Ｆにて超音波振動が集束するレンズ結合型集束振動子５０ｂである。
【０００６】
このように曲面を有する圧電振動子を、超音波ノズルに使用することにより、超音波振動をレンズのように基板の被洗浄面上で集束させ、振幅を増大させてきた。
しかし、この振動子形状により意図的に音波の方向を操作する方法では、圧電振動子の形状が限定されてしまうため、圧電振動子を利用した装置の設計における自由度を下げると共に、輻射板に複数の圧電振動子を連結するといった場合、振動子の輻射板への接合に難点があるという問題があった。
【０００７】
一方、従来通りの平板形状で分極軸が厚み方向に対して平行な圧電振動子を洗浄装置に用いていたのでは、その洗浄能力に限界があった。
従来通りの平板形状で分極軸が厚み方向に対して平行な圧電振動子では、その圧電振動子の持つ共振周波数やその形状により音波が集束若しくは拡散する性質をもつ。そのため、例えば、圧電振動子の特性上、音波を集束させることが困難な周波数において、このように曲面を有する圧電振動子を、超音波ノズルに使用することにより、音波をレンズにように基板の被洗浄面上に集束させることを可能としてきた。
また、共振周波数やその形状において集束し易い圧電振動子においても、曲面を有する圧電振動子とすることにより、音波をレンズのように集束させ、従来の平板形状の圧電振動子より振幅を増大させることがなされてきた。
【０００８】
しかし、この曲面を有する圧電振動子では、そこに接合される輻射板の加工が困難である。輻射面に対するメッキ加工も考えられるが、メッキが圧電振動子の超音波振動により剥離してしまうため好ましくない。０．１ｍｍ以下の金属箔（タンタル、プラチナ、ステンレス等）であれば、圧電振動子の曲面に合せて金属箔をプレス加工することにより、強制的に振動子形状になじませて接合することは可能である。しかし、これは、金属箔に限ったことであり、輻射板が厚い場合は、圧電振動子と輻射板の形状を一致させることが難しく、それにより接合が困難となる。また、超音波洗浄装置が、金属イオンを嫌うような工程で用いられる場合において、圧電振動子には、石英輻射板等が接合されるが、この曲面を有するような圧電振動子では、石英輻射板の接合が困難であり、上記工程には使用が困難である。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２１６１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、圧電振動子の形状が平板形状でありながらも、所望の方向に振動を伝播させることができる圧電振動子及びその製造方法を提供し、さらに該圧電振動子を使用することにより、装置設計が圧電振動子に制限されず且つ洗浄性能がより向上できる超音波洗浄装置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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも、被洗浄物の基板を保持する基板保持手段と、該基板保持手段に保持した基板を圧電振動子の振動を洗浄液に伝播させて超音波洗浄する洗浄手段と、該洗浄手段の圧電振動子に高周波電圧を印加する超音波発振器を有する超音波洗浄装置において、
前記圧電振動子は、振動電極の形成された平板形状の圧電振動子であり、
該平板形状の圧電振動子は、その分極軸が厚み方向に対して所望の角度に傾斜したものであることを特徴とする超音波洗浄装置を提供する（請求項１）。
【００１２】
このように、本発明の超音波洗浄装置は、使用する圧電振動子が振動電極の形成された平板形状でありながらも、その分極軸が厚み方向に対して所望の角度に傾斜したものである。これにより、使用する圧電振動子が平板形状であるので、洗浄手段への取り付けが制限されず、且つ分極軸が厚み方向に対して所望の角度であるので、洗浄液中において所望の方向に振動を伝播させて、基板を所望の範囲で無駄なく洗浄でき、洗浄能力を向上させることができる。
【００１３】
この場合、前記圧電振動子は、前記洗浄液に伝播した振動が所望の点又は線に集束するように、前記分極軸の厚み方向に対する傾きが制御された集束型平板振動子とすることができる（請求項２）。
このように、使用する平板形状の圧電振動子が、洗浄液に伝播させる振動が洗浄液中にて所望の点又は線に集束するように、厚み方向に対する分極軸の傾きの制御された集束型平板振動子であれば、洗浄液に伝播した振動が基板の被洗浄面で集束し、従来の平板形状の振動子よりも大きな振幅を得る事が可能となり、洗浄能力を高めることができる。
【００１４】
また、前記圧電振動子は、前記洗浄液に伝播した振動が拡散するように、前記分極軸の厚み方向に対する傾きが制御された拡散型平板振動子とすることができる（請求項３）。
このように、使用する平板形状の圧電振動子が、洗浄液に伝播させる振動が洗浄液中にて拡散するように、厚み方向に対する分極軸の傾きの制御された拡散型平板振動子であれば、洗浄液に伝播した振動が拡散し、圧電振動子の大きさよりも広範囲のエリアの洗浄が可能となり、洗浄ムラを低減することができる。
【００１５】
そして、前記洗浄手段は、前記圧電振動子を納めるノズルを具備し、該ノズルは基板に向けて洗浄液を吐出するものとすることができる（請求項４）。
このように、前記圧電振動子をいわゆるノズルタイプの超音波洗浄装置で使用することにより、洗浄液を吐出するノズルの形状に沿って振動を付与することができ、ノズルの内壁に振動がぶつかって打ち消されることを抑制できる。これにより、ノズルの形状により振動強度を弱めることなく、所望の範囲を集中的に洗浄することができる。
【００１６】
さらに、前記洗浄手段は、前記洗浄液を収容する洗浄槽を具備し、該洗浄槽の外壁には輻射板を介して前記圧電振動子が取付けられたものとすることができる（請求項５）。
このように、前記圧電振動子をいわゆる槽タイプの超音波洗浄装置で使用することにより、例えば圧電振動子として拡散型平板振動子を使用すれば、振動子の形状が平板形状であるので、複数個の振動子を輻射板に取付けることが簡単であり、さらに、超音波振動が拡散するので、圧電振動子の大きさよりも広範囲のエリアの洗浄が可能となる。
【００１７】
また本発明は、平板形状の圧電体の表裏面に振動電極を有し、該振動電極に高周波電圧を印加することによって振動する平板形状の圧電振動子であって、
該圧電振動子の分極軸は、振動が伝播する媒体中の所望の点又は線上に集束又は拡散するように、前記圧電体の厚み方向に対して傾斜したものであることを特徴とする圧電振動子を提供する（請求項６）。
【００１８】
このように、圧電振動子の分極軸が、振動が伝播する媒体中の所望の点又は線上に集束又は拡散するように、圧電体の厚み方向に対して傾斜したものであれば、圧電振動子の形状を平板形状に保ったまま、振動が所望の方向に伝播するので、その洗浄能力を最大限に活用でき、且つ、振動の伝播する方向が制御された装置を設計する際、振動子の形状に制限されずに従来の平板形状と同様に設計することができ、その自由度を保つことができる。圧電振動子の形状が、従来の平板形状と同様であるため、そこに接合される輻射板の加工および接合が容易である。超音波洗浄装置が、金属イオンを嫌うような工程で用いられる場合において、圧電振動子には、石英輻射板等が接合されるが、この石英輻射板も容易に接合可能である。
【００１９】
さらに本発明は、少なくとも、平板形状の圧電体を用意する準備工程と、
該圧電体の表裏面に分極用の仮電極を形成する仮電極工程と、
該仮電極に直流強電界を加えて前記圧電体に分極処理を施す分極工程と、
前記仮電極を前記圧電体の表裏面から除去する除去工程と、
前記圧電体の表裏面に振動電極を形成する振動電極工程とを含む平板形状の圧電振動子の製造方法であって、
前記仮電極工程の際、圧電振動子の分極軸が厚み方向に対して所望の角度に傾斜するように、パターンを有する仮電極を前記圧電体の表裏面に形成し、
前記分極工程の際、圧電体の表裏面に形成された仮電極に対して１組又は２組づつ個別に直流強電界を加え、
前記除去工程後の前記振動電極工程の際、圧電体の表全面及び裏全面に振動電極を形成することを特徴とする圧電振動子の製造方法を提供する（請求項７）。
【００２０】
このように、仮電極工程の際、圧電振動子の分極軸が厚み方向に対して所望の角度に傾斜するように、パターンを有する仮電極を前記圧電体の表裏面に形成し、分極工程の際、圧電体の表裏面に形成された仮電極に対して１組又は２組づつ個別に直流強電界を加え、振動電極工程の際、圧電体の表全面及び裏全面に振動電極を形成することにより、簡単に圧電振動子の分極軸が、圧電体の厚み方向に対して所望の角度だけ傾斜した圧電振動子を製造することができる。
【００２１】
この場合、前記仮電極のパターンを、前記圧電振動子による振動が伝播する媒体中の所望の点又は線に集束又は拡散するように、前記圧電体の厚み方向に対して分極軸が傾くパターンとすることが好ましい（請求項８）。
このように、仮電極のパターンを、圧電振動子による振動が伝播する媒体中の所望の点又は線に集束又は拡散するように、圧電体の厚み方向に対して分極軸が傾くパターンとすることにより、圧電振動子の分極軸が、振動が伝播する媒体中の所望の点又は線上に集束又は拡散するように、圧電体の厚み方向に対して傾斜したもの圧電振動子を製造することができる。
【００２２】
また、前記振動電極工程の際、前記振動電極の形成は、無電解めっきにより行うことが好ましい（請求項９）。
このように、無電解めっきにより振動電極を形成すれば、既に分極されている圧電体の分極状態を維持しながら、全面に振動電極を形成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の超音波洗浄装置であれば、使用する圧電振動子の洗浄手段への取り付けが制限されず、且つ分極軸が厚み方向に対して所望の角度であるので、洗浄液中において所望の方向に振動を伝播させて、基板を所望の範囲で無駄なく洗浄でき、洗浄能力を向上させることができる。
また、本発明の圧電振動子であれば、振動の伝播する方向が制御された装置を設計する際、振動子の形状に制限されずに従来の平板形状と同様に設計することができ、その自由度を保つことができる。
さらに本発明の圧電振動子の製造方法であれば、簡単に分極軸が厚み方向に対して所望の角度だけ傾斜した圧電振動子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
前述したように、従来、ノズルタイプの超音波洗浄装置において、圧電振動子から洗浄液に伝播させる超音波振動を積極的に集束させ、振幅を増大させる目的で、振動子の形状を通常の平坦な状態から曲面を持ったものにすることがなされてきた。例えば、円板型の圧電振動子においては、圧電体の形状をレンズのような凹面型にして用いることで音波を焦点に集束させ、矩形形状の圧電体においては、その表面に平凹形状のレンズを組み合わせることにより前記同様に音波を集束させる効果を得た。
しかし、この圧電振動子の形状により意図的に伝播する音波の方向を操作する方法では、装置の設計に制約がかかり、また、圧電振動子の輻射板への接合が困難であった。
【００２５】
このような問題を解決すべく本発明者等は鋭意研究を重ねた。圧電振動子の形状が通常平板形状（平板ならよく、その面は円でも多角形であってもよい）のものを使用し、洗浄液中を超音波振動が集束するように伝播できれば、通常の平板圧電振動子を使用して、装置設計の自由度を奪われずに、より洗浄力の高い超音波洗浄装置となることに想到したが、そのような圧電振動子を製造する方法が従来なかった。
【００２６】
そこで、本発明者等はさらに研究を重ね、圧電振動子の分極工程において、圧電体の厚み方向に対して平行に行う分極を、伝播する振動が集束するように中心に向けて傾斜させることで音波の方向を集束、又は伝播する振動が拡散するように外側に傾斜させることで音波の方向を拡散させることができた。これにより、圧電振動子そのものの形状を変えることなく（平板形状のままで）、音波の方向性を操作することが可能となり、従来の振動子と同様の扱いをすることができ、本発明を完成させることができた。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
まず、本発明に係る超音波洗浄装置の第１実施形態として、ノズルタイプの超音波洗浄装置について説明する。
図１は、本発明に係る超音波洗浄装置の第１実施形態を示す概略図である。
図３は、本発明に係る集束型平板振動子を示す概略図である。
図４は、本発明に係る拡散型平板振動子を示す概略図である。
【００２８】
このノズルタイプの超音波洗浄装置１０は、被洗浄物の基板Ｗを保持する基板保持手段１１と、該基板保持手段に保持した基板Ｗを圧電振動子１５の振動を洗浄液１４に伝播させて超音波洗浄する洗浄手段１２と、該洗浄手段の圧電振動子に高周波電圧を印加する超音波発振器１３を有する。
圧電振動子１５は、振動電極１６ａ、１６ｂの形成された平板形状の圧電振動子である。そして、この圧電振動子１５の分極軸Ｐは、厚み方向Ｔに対して所望の角度に傾斜したものである。
【００２９】
このように、本発明のノズルタイプの超音波洗浄装置１０は、使用する圧電振動子１５が平板形状でありながらも、その分極軸が厚み方向に対して所望の角度に傾斜したものであるので、洗浄手段１２への取り付けが形状により制限されず、且つ分極軸Ｐが厚み方向Ｔに対して所望の角度であるので、洗浄液１４中において所望の方向に振動を伝播させて、基板を所望の範囲で無駄なく洗浄でき、洗浄能力を向上させることができる。
【００３０】
また、圧電振動子１５は、図３のように、洗浄液１４に伝播した振動が所望の点Ｆ又は線に集束するように、分極軸Ｐの厚み方向Ｔに対する傾きが制御された集束型平板振動子３５を使用することが好ましい。
このように、使用する平板形状の圧電振動子が、洗浄液に伝播させる振動が洗浄液中にて所望の点又は線に集束するように、厚み方向に対する分極軸の傾きの制御された集束型平板振動子であれば、洗浄液に伝播した振動が基板の被洗浄面で集束し、従来の平板形状の振動子よりも大きな振幅を得る事が可能となり、洗浄能力を高めることができる。
【００３１】
さらに、第１実施形態では、ノズルタイプの超音波洗浄装置１０であるので、基板保持手段１１は、基板Ｗを水平に３点で保持することができ、図１のように基板を回転させることも可能である。このような装置は１枚づつ基板を処理するため、枚葉式洗浄装置と呼ばれることもある。
そして、洗浄手段１２は、圧電振動子１５を納めるノズル１２であり、該ノズル１２は基板Ｗに向けて洗浄液１４を吐出するものである。
このように、分極軸の傾いた圧電振動子をいわゆるノズルタイプの超音波洗浄装置で使用することにより、洗浄液を吐出するノズルの形状に沿って振動を付与することができ、ノズルの内壁に振動がぶつかって打ち消されることを抑制できる。これにより、ノズルの形状により振動強度を弱めることなく、所望の範囲を集中的に洗浄することができる。
【００３２】
ここで、超音波洗浄装置は図１のような円錐形状のノズルを使用する場合に限られないことは当然である。
ノズルが、図１のような円錐形状で洗浄液の吐出口が１つで円形の場合、使用する平板形状の圧電振動子は、ノズル内壁の集束形状に沿うように、その分極軸Ｐが完全に１点Ｆに集束することが好ましい。また、この点Ｆは、基板の洗浄面に集束する方がよい。
このように分極軸Ｐが所望の点Ｆで集束している集束型平板振動子３５であれば、分極軸Ｐが厚み方向Ｔに対して全て平行である平板形状の圧電振動子（通常の振動子）に比べて、超音波発振器１３から印加した高周波電圧により分極軸Ｐに沿って振動子３５が超音波振動を洗浄液１４に伝播することができ、内壁に反射した波によって振幅が減衰することもなく、且つ、洗浄面で最大限に振幅の増大した超音波振動を伝播することができる。
【００３３】
洗浄手段であるノズルの吐出口が、１つでその口の形状がスリット形状（不図示）の場合は、使用する平板形状の圧電振動子が、ノズル内壁の集束形状に沿うように、その分極軸Ｐが線上に集束することが好ましく、また、やはりこの集束線は、上記点に集束している場合と同様の振幅の増大を目的として、基板の洗浄面に集束する方がよい。
【００３４】
一方、ノズルの吐出口が円形状でも、スリット形状であっても、外側に向かって洗浄液が拡散するようにノズルが形成されている場合（不図示）、図４のように、洗浄液１４に伝播した振動が拡散するように、分極軸Ｐの厚み方向Ｔに対する傾きが制御された拡散型平板振動子４５を使用するとよい。
このように、ノズル内壁に沿って洗浄液に振動が伝播することにより、内壁に反射した波によって振幅が減衰することも少なく、且つ、洗浄液に伝播した振動が拡散し、圧電振動子の大きさよりも広範囲のエリアの洗浄が可能となる。
【００３５】
従って、ノズルの内壁に沿って超音波振動が伝播するように、適宜超音波振動の伝播方向が制御された（分極軸が所望の角度に傾斜した）平板形状の圧電振動子を使用することにより、様々な洗浄効果を発揮させることができる。
【００３６】
なお、使用する圧電振動子の形状は、装置設計の観点から平板形状に限定したが、その平面から見た形状は、特に限定されない。例えば、平板形状であれば、平面から見た形状は、円、楕円、三角形、四角形、多角形、その他の形であってもよい。
【００３７】
次に、本発明に係る超音波洗浄装置の第２実施形態として、槽タイプの超音波洗浄装置について説明する。
図２は、本発明に係る超音波洗浄装置の第２実施形態を示す概略図である。
この槽タイプの超音波洗浄装置２０は、被洗浄物の基板Ｗを複数枚保持することができる基板保持手段のウェーハキャリア２１と、該ウェーハキャリア２１に保持した基板Ｗを圧電振動子２５の振動を洗浄液２４に伝播させて超音波洗浄する洗浄手段の洗浄槽２２と、該洗浄槽２２の外壁に輻射板２７を介して取付けられた圧電振動子２５に高周波電圧を印加する超音波発振器２３を有する。
圧電振動子２５は、振動電極２６ａ、２６ｂの形成された平板形状の圧電振動子である。また、この圧電振動子２５の分極軸Ｐは、厚み方向Ｔに対して所望の角度に傾斜したものを使用する。
【００３８】
そしてこのように洗浄手段が槽タイプの超音波洗浄装置においては、上記のように分極軸Ｐは、厚み方向Ｔに対して所望の角度に傾斜した平板形状の圧電振動子２５が特に効果を発揮する。
圧電振動子が図４のような拡散型平板振動子４５であれば、振動子が平板形状であるので、輻射板２７に複数の振動子を接合することが簡単であり、さらに、分極軸Ｐが拡散する方向に傾斜しているので超音波振動が拡散する方向に伝播し、圧電振動子の面積よりも広範囲のエリアの洗浄が可能となる。
【００３９】
なお、槽タイプの超音波洗浄装置であっても、図２のように圧電振動子が拡散型平板振動子であることに限定されない。また、図２では、振動子を取付ける輻射板２７が洗浄槽２２の外壁において底面に取付けられているが、この取付け位置も限定されない。
例えば、基板Ｗの中心付近に特に洗浄効果を得たい場合は、洗浄槽２２の外壁の側面、及び底面に、図３に示す集束型平板振動子３５を取り付け、該振動子は、超音波振動の集束点Ｆを基板Ｗの中心付近に合わせた振動子を使用することも可能である。
また、使用する圧電振動子の形状は、装置設計の観点から平板形状に限定したが、その平面から見た形状は、特に限定されない。例えば、平板形状であれば、平面から見た形状は、円、楕円、三角形、四角形、多角形、その他の形であってもよい。
【００４０】
次に、上記第１、第２実施形態の超音波洗浄装置で使用される本発明の圧電振動子について詳述する。
まず、本発明に係る圧電振動子の第１実施形態は、図３に示すような集束型平板振動子である。図３は、本発明に係る集束型平板振動子を示す概略図である。
この集束型平板振動子３５は、圧電体３８の表裏面に振動電極３６ａ、３６ｂを有する。この振動電極３６ａは正電極、振動電極３６ｂは負電極である。そして、振動電極３６ａ、３６ｂに高周波発振器からの高周波電圧を印加することにより、振動する。
特に、この集束型平板振動子３５は、振動が伝播する媒体（超音波洗浄装置で使用する場合は、洗浄液）中の所望の点Ｆで伝播した超音波振動が集束するように、圧電体３８の分極軸Ｐが厚み方向Ｔに対して傾斜したものである。
【００４１】
このように、圧電体の分極軸自体がもとから集束するように傾斜したものであれば、それに高周波電圧が印加されることにより、伝播した媒体中で所望の点に超音波振動が集束し、その点にて振幅が最大限に増大する。その結果、その洗浄能力を最大限に活用でき、且つ、振動の伝播する方向が制御された装置を設計する際、振動子の形状に制限されずに従来の平板形状と同様に設計することができ、その自由度を保つことができる。
【００４２】
また、集束は、点でなくても、所望の線上に集束するものであってもよい。図３には振動が点に集束する圧電振動子の断面図しか示さなかったが、このような所望の線上に振動が集束する平板形状の圧電振動子は、後に説明する本発明の圧電振動子の製造方法にて詳述する。
【００４３】
次に、本発明に係る圧電振動子の第２実施形態は、図４に示すような拡散型平板振動子である。図４は、本発明に係る拡散型平板振動子を示す概略図である。
この集束型平板振動子４５は、圧電体４８の表裏面に振動電極４６ａ、４６ｂを有する。この振動電極４６ａは正電極、振動電極４６ｂは負電極である。そして、振動電極４６ａ、４６ｂに高周波発振器からの高周波電圧を印加することにより、振動する。
特に、この拡散型平板振動子４５は、振動が伝播する媒体（超音波洗浄装置で使用する場合は、洗浄液）において、伝播した超音波振動が拡散するように、圧電体４８の分極軸Ｐが厚み方向Ｔに対して傾斜したものである。
【００４４】
このように、圧電体の分極軸自体がもとから拡散するように傾斜したものであれば、それに高周波電圧が印加されることにより、伝播した媒体中で超音波振動が拡散し、振動子の面積より広い範囲に振動を伝播させることができる。その結果、その洗浄能力を最大限に活用でき、且つ、振動の伝播する方向が制御された装置を設計する際、振動子の形状に制限されずに従来の平板形状と同様に設計することができ、その自由度を保つことができる。
【００４５】
特に、振動が所望の点に集束する振動子は、従来、振動を媒体に伝播させる面が球面であり、輻射板への接合が困難であったが、本発明の圧電振動子（特に集束型平板振動子や、拡散型平板振動子）であれば、振動を媒体に伝播させる面が平面であるので、複数の圧電振動子を輻射板へ接合することが簡単な上に、圧電振動子の振動の伝播方向が所望の方向に制御されているため、従来の一方向にしか振動が伝播しない通常の振動子よりも用途に合った振動による効果を生み出すことができる。
【００４６】
次に、上記圧電振動子の製造方法について図６の工程フローを参照しながら以下に説明する。
図６は、本発明に係る圧電振動子の製造方法の一例を示すフロー図である。
【００４７】
まず、工程Ａの準備工程にて、平板形状の圧電体３８を用意する。
この用意する圧電体３８の材質は主に、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス（ＰＺＴ）、チタン酸鉛系セラミックス、ニオブ酸鉛系セラミックスといった材質からなるものであればよい。
また、この圧電体３８の形状は、平板形状であれば良く、平面から見た形状は特に限定されず、円形、正方形、長方形であってもよい。
【００４８】
次に、工程Ｂの仮電極工程にて、用意した圧電体３８の表裏面に、分極用の仮電極６６ａ、６６ｂを形成する。その際、分極用の仮電極６６ａ、６６ｂは、分極軸Ｐが厚み方向Ｔに対して所望の角度に傾斜するように、パターンを有する仮電極を形成するようにする。つまり、仮電極を形成する際、絶縁部分を形成するのである。
この仮電極の形成は、一般的に振動子に電極を形成する方法と同じ方法で行えばよく、例えば予め絶縁パターンを圧電体３８にマスクしておき、金属（例えばＡｇ）ペーストを塗布して、約１２００℃の温度で熱処理を加えることによって、仮電極を形成することができる。
【００４９】
ここで、仮電極パターンについて説明する。
図７は、仮電極パターンの形成例を示す図である。図８は、振動の伝播方向の例を示す図である。
圧電体が円形の平板の場合、表面の仮電極６６ａは、図７のパターン７１のように同心円状にハッチングしてある部分に仮電極を形成する金属をめっきし、白い部分を絶縁領域とする。そして、図８の伝播方向８１のように、振動の伝播方向を円錐上に１点に集束させる場合は、表面の仮電極パターン６６ａの幅よりも狭い幅のパターン７１を裏面の仮電極６６ｂとして形成すればよい。
逆に、図８の伝播方向８２のように、振動の伝播方向を拡散させる場合は、表面の仮電極パターン６６ａの幅よりも広い幅のパターン７１を裏面の仮電極６６ｂとして形成すればよい。
【００５０】
圧電体が正方形、若しくは長方形で、図８の伝播方向８３のように、振動の伝播方向を円錐上に１点に集束させる場合は、図７のパターン７２のように仮電極及び絶縁領域を形成し、表面の仮電極パターン６６ａの幅よりも狭い幅のパターン７２を裏面の仮電極６６ｂとして形成すればよい。
逆に、図８の伝播方向８４のように、振動の伝播方向を拡散させる場合は、表面の仮電極パターン６６ａの幅よりも広い幅のパターン７２を裏面の仮電極６６ｂとして形成すればよい。
【００５１】
さらに、圧電体が正方形、若しくは長方形で、図８の伝播方向８５のように、振動の伝播方向を１線上に集束させる場合は、図７のパターン７３のように仮電極及び絶縁領域を形成し、表面の仮電極パターン６６ａの幅よりも狭い幅のパターン７３を裏面の仮電極６６ｂとして形成すればよい。
逆に、図８の伝播方向８６のように、振動の伝播方向を列毎に拡散させる場合は、表面の仮電極パターン６６ａの幅よりも広い幅のパターン７３を裏面の仮電極６６ｂとして形成すればよい。
【００５２】
これらの仮電極パターンの形成は、圧電振動子による振動が伝播する媒体中の所望の点又は線に集束又は拡散するように、圧電体の厚み方向に対して分極軸が傾くパターンとすればよく、振動を伝播させたい方向、圧電体の厚さ、圧電体の大きさ、集束させる所望の点までの距離等を鑑みた上で、仮電極の幅、絶縁領域の幅を適宜決定すればよい。
【００５３】
このように、圧電体中にて分極軸が厚み方向Ｔに対して所望の角度に傾くパターンを仮電極として形成することにより、圧電振動子の分極軸が、振動が伝播する媒体中の所望の点又は線上に集束又は拡散するように、圧電体の厚み方向に対して傾斜したもの圧電振動子を製造することができる。
【００５４】
次に、工程Ｃの分極工程にて、圧電体３８の表裏面に形成した仮電極６６ａ、６６ｂに直流強電界を加えて圧電体に分極処理を施す。その際、圧電体の表裏面に形成された仮電極６６ａ、６６ｂに対して１組又は２組づつ個別に直流強電界を加える。
すなわち、図７のパターン７１、７２のような同心形の仮電極パターンを形成した場合、その中心の仮電極から外側の仮電極に向かって、順次１組づつ分極処理を施す。
一方、図７のパターン７３のように、線形の仮電極パターンを形成した場合、その中心の仮電極から外側の仮電極に向かって、まず、中心の仮電極の１組で圧電体３８の中心部分を分極し、その後、順次２組づつ外側の仮電極に向かって分極処理を施す。
【００５５】
なお、分極処理の際の直流電圧の強度は約８ｋＶから１１ｋＶ程度が好ましいが、この値は、あくまで材質がチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス（ＰＺＴ）で、直径が２５ｍｍ、厚さが約５．５ｍｍの平板、円形形状の圧電体３８に分極処理を施す場合の例示であって、この電流値は、圧電体の材質、大きさ、厚さ等によって適宜決定すればよい。
【００５６】
次に、工程Ｄの除去工程にて、分極処理の終了した仮電極６６ａ、６６ｂを圧電体の表裏面から除去する。
この仮電極の除去方法は、エッチング、研磨等といった、一般的に行われる方法を適用することができる。例えば、エッチングの場合、仮電極（Ａｇ）を除去する硝酸水溶液で満たしたエッチング槽中に分極処理の終了した圧電体を浸漬することにより仮電極を除去できる。
【００５７】
次に、工程Ｅの振動電極工程にて、仮電極６６ａ、６６ｂの除去された圧電体３８の表裏面に振動電極３６ａ、３６ｂを形成する。その際、圧電体３８の表全面及び裏全面に振動電極を形成する。
【００５８】
一般的に圧電振動子を形成する際、分極処理を行うための電極と振動子を振動させるために電圧を印加するための電極とは、兼務されるため、分極処理前に形成された電極を除去することはない。しかし、本発明の場合、分極軸を厚み方向より傾斜させるためにパターンを有する仮電極を形成したが、実際製品として振動子に高周波電圧を印加する場合、分極した部分全てを振動させる目的で、圧電体の全面に対し電界をかける必要があるため、工程Ｄにて仮電極の除去を行った。
【００５９】
この仮電電極の除去された圧電体３８は、強誘電性の性質により、仮電極による電界を取り去った後も分極状態が維持されているが、ここで、振動電極を全面に形成する際、仮電極を形成した時のように熱処理を加えてしまうと、圧電体中で分極軸を所望の角度に傾斜させた分極状態が崩壊してしまうため、約２００℃以上の熱処理を施すような電極の形成方法は、採用できない。
【００６０】
従って、本発明の製造方法において、分極処理の終了した圧電体に振動電極を形成する場合、２００℃以上の熱が圧電体３８に加わらない方法で振動電極を形成することが好ましい。
特に、無電解めっきにより振動電極を形成することにより、既に分極されている圧電体の分極状態を良好に維持しながら、全面に振動電極を形成することができる。
【００６１】
上述した工程Ａから工程Ｅによる本発明の圧電振動子の製造方法により、簡単に圧電振動子の分極軸が、圧電体の厚み方向に対して所望の角度だけ傾斜した圧電振動子を製造することができ、特には、上記に紹介した集束型平板振動子や拡散型平板振動子を製造することができる。
【００６２】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的思想に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る超音波洗浄装置の第１実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明に係る超音波洗浄装置の第２実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明に係る集束型平板振動子を示す概略図である。
【図４】本発明に係る拡散型平板振動子を示す概略図である。
【図５】従来の集束型の圧電振動子の概略図であり、（ａ）は凹面球型振動子、（ｂ）はレンズ結合型集束振動子である。
【図６】本発明に係る圧電振動子の製造方法の一例を示すフロー図である。
【図７】仮電極パターンの形成例を示す図である。
【図８】振動の伝播方向の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…ノズルタイプの超音波洗浄装置、  １１…基板保持手段、
１２…洗浄手段（ノズル）、  １３、２３…高周波発振器、  １４、２４…洗浄液、
１５、２５…圧電振動子（平板形状で分極傾斜）、
１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂ、４６ａ、４６ｂ…振動電極、
１７、２７…振動板、  ２０…槽タイプの超音波洗浄装置、
２１…基板保持手段（ウェーハキャリア）、  ２２…洗浄手段（洗浄槽）、
３５…集束型平板振動子、  ３８、４８…圧電体、
４５…拡散型平板振動子、  ６６ａ…表面の仮電極、  ６６ｂ…裏面の仮電極、
７１〜７３…仮電極パターン、  ８１〜８６…振動の伝播方向、
Ｆ…集束点、  Ｐ…分極軸、  Ｔ…圧電体の厚み方向、  Ｗ…基板。
【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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【図７】
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【図８】
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