JP2007311756A - 超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被洗浄物に与えるダメージが小さく、かつ十分な洗浄効果が得られる超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法を提供することを目的とする。
【解決手段】被洗浄物を超音波洗浄するための洗浄装置であって、少なくとも、超音波振動を発する超音波振動子と、該超音波振動子が装着され、前記超音波振動が印加された洗浄液と被洗浄物を接触させる手段と、前記洗浄液に飽和溶存ガス量以上のガスを導入して洗浄液中に気泡を存在させるガス導入手段とを具備し、前記超音波振動子により超音波振動を前記洗浄液に印加することで、前記洗浄液中に導入された気泡を振動させて前記被洗浄物を洗浄する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

Description

本発明は、半導体ウエーハ、フォトマスク基板、液晶基板等を超音波洗浄するのに好適な洗浄装置及び洗浄方法に関する。

半導体ウエーハ、フォトマスク基板、液晶基板等の基板を洗浄する方法として、例えばキャビテーション洗浄が知られている（たとえば特許文献１参照）。キャビテーション洗浄では、洗浄液を収容した槽（洗浄槽）に基板を浸漬し、槽の底部に設けた超音波振動子から洗浄液に超音波を印加し、この超音波にてキャビティを圧壊することで発生するエネルギーによる物理作用を利用して洗浄液中の基板を洗浄する。

しかし、キャビテーションによって発生するエネルギーは強力であるため、デバイスパターンがより微細になっている今日では、基板表面やデバイスパターンにダメージが発生することが問題となっている。

また、高周波洗浄といわれるメガソニック領域においても音波による粒子加速度の効果によりデバイスパターンがなぎ倒されるため、やはりダメージを引き起こしてしまう。しかし、これを回避するために音波の出力を抑えてダメージを減少または皆無にしようとすると、洗浄効果が失われてしまうという問題がある。

特開２００４−３３００３５号公報

そこで、本発明は、被洗浄物に与えるダメージが小さく、かつ十分な洗浄効果が得られる超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によれば、被洗浄物を超音波洗浄するための洗浄装置であって、少なくとも、超音波振動を発する超音波振動子と、該超音波振動子が装着され、前記超音波振動が印加された洗浄液と被洗浄物を接触させる手段と、前記洗浄液に飽和溶存ガス量以上のガスを導入して洗浄液中に気泡を存在させるガス導入手段とを具備し、前記超音波振動子により超音波振動を前記洗浄液に印加することで、前記洗浄液中に導入された気泡を振動させて前記被洗浄物を洗浄するものであることを特徴とする超音波洗浄装置が提供される（請求項１）。

このように洗浄液中に積極的に導入された気泡を振動させて被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置であれば、気泡振動洗浄により十分な洗浄効果が得られ、さらに気泡によりキャビテーションや液体振動が被洗浄物に与える衝撃を緩和できるため、被洗浄物自体や被洗浄物上に形成された微細なデバイスパターンに対してダメージをほとんど与えることなく被洗浄物に付着したパーティクル等を除去することができ、また、除去したパーティクル等を液中に拡散させることで再付着を防止することができるものとなる。従って、被洗浄物に与えるダメージが小さく、かつ十分な洗浄効果が得られる超音波洗浄装置となる。

この場合、前記ガスを不活性ガスまたは活性ガスとするものとすることができる（請求項２）。
たとえば被洗浄物がシリコンウエハ等で、その表面に酸化膜を形成させたくない場合には、洗浄液に導入するガスを不活性ガスとするものとすることが好ましい。また、被洗浄物がシリコンウエハ等で、その表面に積極的に酸化膜を形成させたい場合等には、洗浄液に導入するガスを活性ガスとするものとすることが好ましい。

また、前記超音波振動の周波数が２０ｋＨｚ〜５ＭＨｚであるものとすることができる（請求項３）。
前記超音波振動の周波数が２０ｋＨｚ〜５ＭＨｚであるものであれば、キャビテーションを生じさせてより洗浄力の高い洗浄装置とすることができる。

また、前記ガス導入手段が連続的または断続的に前記洗浄液にガスを導入するものとすることができる（請求項４）。
前記ガス導入手段が前記洗浄液に連続的にガスを導入するものであれば、よりダメージの少ない洗浄を行う洗浄装置とすることができる。また、前記ガス導入手段が前記洗浄液に断続的にガスを導入するものであれば、より高い洗浄力とより均一な洗浄効果をもたらす洗浄装置とすることができる。

また、前記洗浄液と被洗浄物を接触させる手段が、前記洗浄液及び被洗浄物を収容する槽であるものとすることができる（請求項５）。
このように本発明の超音波洗浄装置は、槽タイプとすることができる。

この場合、前記洗浄液中の超音波振動の伝搬方向と前記被洗浄物の主面とが平行になるように配置されるものであることが好ましい（請求項６）。
このように前記洗浄液中の超音波振動の伝搬方向と前記被洗浄物の主面とが平行になるように配置されるものであれば、被洗浄物の主面に対して粒子加速度が与えるダメージをより低減することができる洗浄装置となる。

また、前記洗浄液と被洗浄物を接触させる手段が、前記被洗浄物に洗浄液を噴射するノズルであるものとすることができる（請求項７）。
このように本発明の超音波洗浄装置は、ノズルタイプとすることもできる。

この場合、前記ノズルの噴射口がスリット形状であるものとすることができる（請求項８）。
このように本発明の超音波洗浄装置は、ノズルの噴射口がスリット形状であるバータイプとすることができる。

また、前記ノズルにおいて、前記ガス導入手段は前記超音波振動子より下流にガスを導入するものであることが好ましい（請求項９）。
このように、前記ノズルにおいて、前記ガス導入手段は前記超音波振動子より下流にガスを導入するものであれば、超音波振動子が損傷を受けるようなこともない。

また、本発明によれば、少なくとも、洗浄液に超音波振動を印加して、該洗浄液と被洗浄物を接触させ、前記被洗浄物を超音波洗浄する方法において、前記洗浄液に飽和溶存ガス量以上のガスを導入して洗浄液中に気泡を存在させ、該気泡を前記超音波振動により振動させて前記被洗浄物を洗浄することを特徴とする超音波洗浄方法が提供される（請求項１０）。

このように洗浄液中に積極的に導入された気泡を振動させて被洗浄物を洗浄する超音波洗浄方法であれば、気泡振動洗浄により十分な洗浄効果が得られ、さらに気泡により被洗浄物に対するキャビテーションおよび液体振動の衝撃を緩和できるため、被洗浄物自体や被洗浄物上の微細なデバイスパターンに対してダメージをほとんど与えることなく被洗浄物に付着したパーティクル等を除去することができ、また、除去したパーティクル等を液中に拡散させることで再付着を防止することができる。従って、本発明の洗浄方法では被洗浄物に与えるダメージが小さく、かつ十分な洗浄効果を得ることができる。

この場合、前記ガスを不活性ガスまたは活性ガスとすることができる（請求項１１）。
たとえば被洗浄物がシリコンウエハ等で、その表面に酸化膜を形成させたくない場合には、洗浄液に導入するガスを不活性ガスとするのが好ましい。また、被洗浄物がシリコンウエハ等で、その表面に積極的に酸化膜等を形成させたい場合には、洗浄液に導入するガスを活性ガスとするのが好ましい。

また、前記超音波振動の周波数を変えることで、除去対象となるパーティクルサイズに応じて前記気泡のサイズを加工して洗浄を行うことができる（請求項１２）。
このように、除去対象となるパーティクルサイズに応じて印加する超音波の周波数を変えることで前記気泡のサイズを加工して洗浄を行えば、より効果的にパーティクルを除去することができる。

また、前記超音波振動の周波数を２０ｋＨｚ〜５ＭＨｚとすることが好ましい（請求項１３）。
このように、前記超音波振動の周波数を２０ｋＨｚ〜５ＭＨｚとすることで、キャビテーションを生じさせてより洗浄効果を高めることができる。

また、前記洗浄液へのガスの導入を連続的または断続的に行うことができる（請求項１４）。
前記洗浄液へのガスの導入を連続的に行えば、よりダメージの少ない洗浄を行うことができる。また、前記洗浄液へのガスの導入を断続的に行えば、より高い洗浄力でより均一に洗浄することができる。

また、前記洗浄液と被洗浄物を接触させる手段として、前記洗浄液及び被洗浄物を収容する槽を用いることができる（請求項１５）。
このように、槽を用いて洗浄液と被洗浄物を接触させて洗浄することができる。

この場合、前記洗浄液中の超音波振動の伝搬方向と前記被洗浄物の主面とが平行になるようにして洗浄を行うことが好ましい（請求項１６）。
このように前記洗浄液中の超音波振動の伝搬方向と前記被洗浄物の主面とが平行になるようにして洗浄を行えば、被洗浄物の主面に対して粒子加速度が与えるダメージをより低減することができる。

また、前記洗浄液と被洗浄物を接触させる手段として、前記被洗浄物に洗浄液を噴射するノズルを用いることができる（請求項１７）。
このように前記被洗浄物に洗浄液を噴射するノズルを用いて、前記洗浄液と被洗浄物を接触させることができる。

また、前記ノズルの噴射口がスリット形状であるものを用いることができる（請求項１８）。
このように前記ノズルの噴射口がスリット形状であるものを用いることで、一度により多くの被洗浄物の洗浄をすることができる。

この場合、前記洗浄液に前記超音波振動を印加した後に、該洗浄液に前記ガスを導入することが好ましい（請求項１９）。
このように、前記洗浄液に前記超音波振動を印加した後に、該洗浄液に前記ガスを導入すれば、振動子の損傷を防止して、超音波振動の印加および洗浄液へのガスの導入をより効率的に行うことができる。

また、前記被洗浄物として、半導体ウエーハ、フォトマスク基板又は液晶基板を洗浄することができる（請求項２０）。
本発明の超音波洗浄方法は被洗浄物に与えるダメージが小さく、かつ十分な洗浄効果が得られるので、微細なデバイスパターンが形成される半導体ウエーハ、フォトマスク基板又は液晶基板にほとんどダメージを与えず極めて清浄な状態に洗浄することができる。

本発明に係る超音波洗浄装置は、洗浄液に飽和溶存ガス量以上のガスを導入して洗浄液中に気泡を存在させるガス導入手段を具備しており、この気泡を超音波振動により振動させることで被洗浄物を洗浄して、十分な洗浄効果を挙げることができる。またこの気泡によりキャビテーションおよび液体振動の被洗浄物への直撃を低減できるため、被洗浄物自体や被洗浄物上の微細なデバイスパターンに対してもダメージをほとんど与えることなく付着したパーティクル等を除去することができる。従って、本発明によれば、キャビテーションおよび液体振動によるダメージを低減しつつ被洗浄物を極めて清浄に超音波洗浄することができるため、半導体ウエーハ、フォトマスク基板、液晶基板等のダメージを受け易い基板、特に今後の４５ナノミクロン、３２ナノミクロン、１６ナノミクロンのデバイス洗浄に威力を発揮することができる。

従来のキャビテーション洗浄では、キャビテーションが発生する量をコントロールするため、一旦脱気してからガスを洗浄液に導入していた。このときガスの導入量を飽和溶存ガス量未満とするのが常識であった。キャビテーション以外に洗浄液中で気泡が発生するとエネルギーロスが大きくなってしまい、洗浄効果が低下し、生産性も低下すると考えられていた。

しかし、上述したように従来のキャビテーション洗浄ではたとえば微細なデバイスパターンにダメージが生じることが明らかになり、本発明者らは、この問題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、洗浄液に飽和溶存ガス量以上のガスを導入して、液中に積極的に多量の気泡を存在させ、この気泡を超音波振動により振動させる気泡振動洗浄を行えば、十分な洗浄効果が得られ、かつ気泡のクッション効果によりキャビテーションおよび液体振動が微細なデバイスパターンに与えるダメージを低減できることを見出し、本発明を完成させた。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明に係る超音波洗浄装置を用いて半導体ウエーハ等の基板を洗浄する場合につ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。

図１(a)は、本発明に係る超音波洗浄装置の一例を示している。この洗浄装置１０１は、洗浄液と被洗浄物を接触させる手段を、洗浄液及び被洗浄物を収容する槽とした槽タイプの洗浄装置の一例である。洗浄装置１０１は二槽タイプであり、内側の槽２には洗浄液（純水）３およびウエーハ状の被洗浄物１０が収容され、外側の槽１には伝播水４が収容されている。また、超音波振動を発する超音波振動子５が外側の槽１の下面に装着されている。さらに、洗浄装置１０１は内側の槽２の底面板６に、図１(b)に示す気孔７とガス流路８で構成されるガス導入手段を具備している。
上記ガス流路８で供給されるガスが気孔７を通じて洗浄液３に導入されて気泡となる。超音波振動子５からの超音波振動は、伝播水４を介して内側の槽２内の洗浄液３に均一に印加され、洗浄液３に導入された気泡を振動させて被洗浄物１０を洗浄する。

上記ガス導入手段は、洗浄液３に飽和溶存ガス量以上のガスを導入して洗浄液３中に気泡を存在させるものである（いわゆる、バブリングする）。洗浄装置１０１のガス導入手段は、図１(b)の底面板６の断面図に示すように、底面板６内部にガスを供給するガス流路８と、ガス流路８と連通して底面板６上部に開口する気孔７とで構成される。ガス流路８で供給されたガスは、気孔７を通じて洗浄液３に導入されて気泡となる。また、図１(c)の洗浄装置１０１の上視図に示すように、ガス導入管９を通じて導入されたガスは、内側の槽２の底面板６内部で枝分かれするガス流路８を通って底面板６全体に供給され、底面板６の上部に開口する気孔７を通じて洗浄液３に導入されて気泡となる。超音波は伝播水４、底面板６を通じて洗浄液３に印加されるので、底面板の厚さは超音波が透過（共振）する厚さとしておく。

このように洗浄液３中に積極的に導入された気泡を、超音波振動子５からの超音波振動により振動させて被洗浄物を洗浄するものであることが、本発明に係る超音波洗浄装置の最大の特徴である。主として洗浄液中の気泡を振動させて洗浄を行うことで十分な洗浄効果が得られるし、さらに洗浄液中に気泡を存在させることで被洗浄物にキャビテーションおよび液体振動が直撃しにくくなり、被洗浄物の微細なパターン等に対してダメージをほとんど与えることなく被洗浄物に付着したパーティクル等を除去することができ、また、除去したパーティクル等を液中に拡散させることで再付着を防止することができるものとなる。

なお、上記ガス導入手段は、前記洗浄液に連続的または断続的にガスを導入するものとすることができる。
上記ガス導入手段が前記洗浄液に連続的にガスを導入するものであれば、気泡が連続的に存在することで被洗浄物にキャビテーションおよび液体振動がより直撃しにくくなり、よりダメージの少ない洗浄を行う洗浄装置とすることができる。
一方、前記ガス導入手段が前記洗浄液に断続的にガスを導入するものであれば、より高い洗浄力とより均一な洗浄効果をもたらす洗浄装置とすることができる。すなわち、一定間隔をもって断続的にガスを導入することで、槽内に気泡がある部分と無い部分ができる。気泡がある部分と無い部分の界面において、たとえば下方から印加された超音波が反射して位相干渉が起こり、キャビテーションの発生が促進される。気泡は下から上へと上昇していくため、その界面も上へと上昇していく。したがって、キャビテーションの発生頻度の高い部分が被洗浄物を撫でるように上昇することになる。これが繰り返されることで、より高い洗浄力とより均一な洗浄効果をもたらすことができる。

洗浄液に導入されるガスは特に限定されず、被洗浄物の種類等に応じて適宜選択することができる。たとえば、被洗浄物がシリコンウエーハであり、その表面に積極的に酸化膜を形成させたり、表面を活性化させたい場合等には、前記ガスをＯ_３、Ｏ_２、ＣＯ_２等の活性ガスとすることができる。また、被洗浄物がシリコンウエーハであり、その表面に酸化膜を形成させたくない場合は、前記ガスを窒素やアルゴン等の不活性ガスとすることができる。
洗浄液の種類についても特に限定されない。洗浄目的に応じ、純水の他種々の薬液を用いてもよい。

上記超音波振動子５は、伝播水４を介して洗浄液３に超音波振動を印加して、洗浄液３中に導入された気泡を振動させる。超音波振動の周波数は、特に限定されないが、２０ｋＨｚ〜５ＭＨｚであることが好ましい。超音波振動の周波数が２０ｋＨｚ〜５ＭＨｚであれば、キャビテーションを生じるため、気泡振動洗浄の効果に加えてキャビテーションによる洗浄効果も得られる洗浄力の高い洗浄装置とすることができる。しかも、上述したように本発明では気泡がキャビテーションの衝撃を緩和するため、キャビテーションが発生したとしても被洗浄物に与えるダメージはきわめて小さい。

また、前記超音波振動の周波数を変えることで、除去対象となるパーティクルサイズに応じて前記気泡のサイズを加工して洗浄を行って、洗浄効果を高めることができる。たとえば、超音波振動の周波数を高周波とすることで、気泡のサイズを微細化することができる。従って、より微細なパーティクルを除去したい場合は、周波数を高めればよい。

また、内側の槽２中での被洗浄物１０の配置は特に限定されないが、図１(a)に示すように、洗浄液中の超音波振動の伝搬方向５１と被洗浄物１０の主面とが平行になるように配置されるものであることが好ましい。このように配置されるものであれば、被洗浄物の主面に対して粒子加速度が与えるダメージを低減することができる洗浄装置となるので、被洗浄物に対するダメージをより低減することができる。

また、被洗浄物１０を、図１(d)に示すように気孔７の直上に、被洗浄物１０の両主面が気孔７からの気泡で覆われるように配置することが好ましい。あるいは、図１(e)に示すように両主面がそれぞれ気孔７に外側から挟まれるようにして、被洗浄物１０の両主面がそれぞれ気孔７からの気泡で覆われるように配置することが好ましい。このように配置して被洗浄物１０の両主面を気泡で覆って洗浄を行えば、キャビテーションおよび液体振動の衝撃をより緩和して被洗浄物１０に与えるダメージの少ない洗浄を行うことができる。

さらに、本発明に係る二槽タイプの超音波洗浄装置の別の例として、図２(a)(b)に洗浄装置１０２、１０３を図示する。上記洗浄装置１０１と同様に、洗浄装置１０２、１０３では内側の槽１２には洗浄液（純水）１３および被洗浄物１０が収容され、外側の槽１１には伝播水１４が収容されている。

洗浄装置１０２、１０３の特徴は、ガス導入手段として内側の槽１２の底部に内側の槽１２とは別体の散気板１６を具備することである。散気板１６には、その内部全体にガス供給管１８を通じてガスが供給され、散気板１６の被洗浄物１０側表面に開口した気孔よりガスが洗浄液１３に導入される。

超音波振動子１５は、洗浄装置１０２では外側の槽１１の側面の片側に装着され、洗浄装置１０３では外側の槽１１の側面の両側に装着されている。洗浄装置１０２、１０３のように内側の槽１２の底部に散気板１６を具備している場合は、振動子を底部に装着すると、超音波が散気板で遮断されてしまう。そこで、このように槽の側面に超音波振動子を装着して、内側の槽１２の側面の板厚を超音波が透過できるようにしておけば、超音波振動が途中で遮蔽されることがないので、洗浄液１３に超音波振動を十分に印加することができる。
この場合の洗浄液中の超音波振動の伝搬方向５１と被洗浄物１０の主面とは平行になるように配置されるのが好ましい。これにより、被洗浄物に対するダメージをより低減することができる。

上記では、槽タイプの超音波洗浄装置として二槽タイプのものを例示したが、本発明の超音波洗浄装置として一槽タイプのものも同様に用いることができる。この場合は、外側の槽を省略すれば足りる。
また、上記では槽の底部からガスが導入される装置を例示したが、ガスの導入場所は特に限定されず、槽内のいずれの場所であってもよい。

図３(a)は、本発明に係る超音波洗浄装置の別の例を示している。この洗浄装置１０４は、洗浄液と被洗浄物を接触させる手段を、被洗浄物に洗浄液を噴射するノズルとしたノズルタイプのものである。

ノズル２４は、ノズル２４内に洗浄液を導入する洗浄液導入管２１、超音波振動を発する超音波振動子２５、洗浄液にガスを導入するガス導入部２３、ガス導入部２３にガスを供給するガス供給管２２、ガス導入部２３内に設けられノズル２４の表面に開口する気孔２７(図３(b))、洗浄液を噴射する噴射口２８から成る。

洗浄液は、洗浄液導入管２１を通じてノズル２４内に導入される。ノズル２４に導入された洗浄液は、超音波振動子２５が発する超音波振動を印加されつつ、噴射口２８に向かって流れる。一方、ガス供給管２２よりガス導入部２３内に供給されたガスは、図３(b)に示すようなノズル２４表面に開口する気孔２７を通じてノズル２４内の洗浄液に導入され、洗浄液は多量の気泡を含むようになる。こうして気泡を多量に含み、超音波が印加された洗浄液が噴射口２８から被洗浄物２０に向かって噴射される。
この場合も、導入した気泡の存在によりキャビテーションによるダメージを抑制して、被洗浄物２０を高度に洗浄することができる。

上記のように、ノズルタイプの洗浄装置において、ガス導入手段が超音波振動子より下流にガスを導入するものであれば、超音波振動子が破損し難いので好ましい。すなわち、洗浄液に超音波を印加した後に洗浄液にガスを導入するようにすれば、振動子表面が気泡で覆われるようなことを避けることができ、振動子が破損してしまうようなこともない。

図４(a)は、本発明に係る超音波洗浄装置の別の例を示している。この洗浄装置１０５は、洗浄液と被洗浄物を接触させる手段を、被洗浄物に洗浄液を噴射するノズルとし、このノズルの噴射口がスリット形状であるバータイプのものである。噴射口がバータイプであることを除いては、基本構成は図３のものと同じである。

すなわち、洗浄装置１０５は、ノズル３４、超音波振動を発する超音波振動子３５、ガスがノズル３４内の洗浄液に導入される際に通過する気孔３７(図４(c))、洗浄液を噴射するスリット形状の噴射口３８から成る。

図４(a)に示すように、ノズル３４に導入された洗浄液は、超音波振動子３５が発する超音波振動を印加されつつ、噴射口３８に向かって流れる。この洗浄液にガスが導入され、洗浄液は多量の気泡を含む。こうして多量の気泡を含み、超音波が印加された洗浄液が噴射口３８から被洗浄物３０に向かって噴射される。
この場合も、導入した気泡の存在によりキャビテーションによるダメージを抑制して、被洗浄物３０を高度に洗浄することができる。

図４(b)は、図４(a)のb-b’断面である。超音波振動を印加された洗浄液にガスが導入されて多量の気泡を含んだ洗浄液がスリット形状の噴射口３８から噴射される。ガスは振動子より下流で導入される点も図３と同様である。

図４(c)は、図４(a)のc-c’断面の拡大上視図である。洗浄液へのガスの導入は、図４(c)に示すようなノズル３４表面に開口する気孔３７を介して、ガスがノズル３４内の洗浄液に到達することで行われる。

上記のように、バータイプの洗浄装置においても、ガス導入手段が超音波振動子より下流にガスを導入するものであれば、超音波振動子が破損し難いので好ましい。このようなバータイプのノズルでは、一度に多数あるいは大面積に洗浄できる利点がある。

以上のように、本発明に係る洗浄装置は、洗浄液に飽和溶存ガス量以上のガスを導入して洗浄液中に気泡を積極的に存在させるガス導入手段を備えており、気泡によりキャビテーションや液体振動の衝撃を緩和できるため、被洗浄物に対してダメージをほとんど与えることなく被洗浄物に付着したパーティクル等を除去することができる。従って、半導体ウエーハ、フォトマスク基板、液晶基板等に対し、ダメージをほとんど与えることなく極めて清浄な状態に超音波洗浄することができる。

また、本発明は、少なくとも、洗浄液に超音波振動を印加して、該洗浄液と被洗浄物を接触させ、前記被洗浄物を超音波洗浄する方法において、前記洗浄液に飽和溶存ガス量以上のガスを導入して洗浄液中に気泡を存在させ、該気泡を前記超音波振動により振動させて前記被洗浄物を洗浄することを特徴とする超音波洗浄方法を提供する。

このように、洗浄液に飽和溶存ガス量以上のガスを導入すれば、ガスは洗浄液中に溶存できず、気泡となって洗浄液中を通過する。本発明では、この気泡を超音波振動により振動させて被洗浄物を洗浄する。この際、気泡によりキャビテーションや液体振動が被洗浄物を直撃しにくくなるため、被洗浄物に対してダメージをほとんど与えることなく被洗浄物に付着したパーティクル等を除去することができる。

このような本発明方法は、たとえば上記のような装置を用いて実施することができる。
たとえば、図１(a)においては、内側の槽２に洗浄液（純水）３およびウエーハ状の被洗浄物１０を収容し、洗浄液３に図１(b)に示す気孔７とガス流路８で構成されるガス導入手段により飽和溶存ガス量以上のガスを導入して洗浄液中に気泡を存在させる。この洗浄液３に、超音波振動子５により伝播水４、底面板６を通じて超音波振動を印加して、洗浄液３に導入された気泡を振動させて被洗浄物１０を洗浄する。

なお、前記洗浄液へのガスの導入を連続的または断続的に行うことができる。
前記洗浄液に連続的にガスを導入すれば、気泡が連続的に存在することで被洗浄物にキャビテーションおよび液体振動がより直撃しにくくなるので、よりダメージの少ない洗浄を行うことができる。
また、前記洗浄液に断続的にガスを導入すれば、より高い洗浄力でより均一な洗浄を行うことができる。すなわち、一定間隔をもって断続的にガスを導入することで、槽内に気泡がある部分と無い部分ができる。気泡がある部分と無い部分の界面において、たとえば下方から印加された超音波が反射して位相干渉が起こり、キャビテーションの発生が促進される。気泡は下から上へと上昇していくため、その界面も上へと上昇していく。したがって、キャビテーションの発生頻度の高い部分が被洗浄物を撫でるように上昇することになる。これが繰り返されることで、より高い洗浄力でより均一な洗浄をすることができる。

また、図３(a)においては、ノズル２４内に洗浄液を導入し、この洗浄液に超音波振動子２５により超音波振動を印加し、さらにこの超音波振動が印加された洗浄液に、ガス導入部２３の気孔２７を通じて飽和溶存ガス量以上のガスを導入して洗浄液中に気泡を存在させる。こうして気泡を多量に含み、超音波が印加された洗浄液を噴射口２８から被洗浄物２０に向かって噴射して洗浄する。

この場合、前記ガスは特に限定されず、被洗浄物の種類等に応じて適宜選択することができ、たとえば、被洗浄物がシリコンウエーハであり、その表面に積極的に酸化膜を形成させたい場合は、前記ガスをＯ_３、Ｏ_２、ＣＯ_２等の活性ガスとすることができる。また、被洗浄物がシリコンウエーハであり、その表面に酸化膜を形成させたくない場合は、前記ガスとして窒素やアルゴン等の不活性ガスを用いることができる。

また、前記超音波振動の周波数を２０ｋＨｚ〜５ＭＨｚとすれば、キャビテーションが発生するため、本発明の気体振動洗浄による洗浄効果に加えて、キャビテーションによる洗浄効果も得ることができる。本発明では、洗浄液中に積極的に気泡を導入することにより、キャビテーションが被洗浄物に与える衝撃を緩和できるので、従来の超音波洗浄方法に比べて被洗浄物に与えるダメージを大幅に低減することができる。

また、前記超音波振動の周波数を変えることで、除去対象となるパーティクルサイズに応じて前記気泡のサイズを加工して洗浄を行うことが好ましい。たとえば、気泡のサイズを除去対象となるパーティクルサイズ以下に加工することで、洗浄効果を高めることができる。気泡のサイズは、超音波振動の周波数を変えることで調製することができ、周波数を高くするほど気泡のサイズを小さく加工することができる。

また、前記洗浄液と被洗浄物を接触させる手段として、前記洗浄液及び被洗浄物を収容する槽を用いることができる。たとえば、上記で説明したような槽タイプの超音波洗浄装置を用いて、本発明の洗浄方法を行うことができる。

このように槽を用いて超音波洗浄する場合、洗浄液中の超音波振動の伝搬方向と前記被洗浄物の主面とが平行になるようにして洗浄を行えば、被洗浄物の主面に対して粒子加速度が与えるダメージを低減することができるので、被洗浄物に対するダメージをより低減することができる。

また、前記洗浄液と被洗浄物を接触させる手段として、前記被洗浄物に洗浄液を噴射するノズルを用いることができる。たとえば、上記で説明したようなノズルタイプの超音波洗浄装置を用いて、本発明の洗浄方法を行うことができる。

また、前記ノズルの噴射口がスリット形状であるものを用いることもできる。たとえば、上記で説明したようなバータイプの超音波洗浄装置を用いて、本発明の洗浄方法を行うことができる。

このように、ノズルを用いて洗浄を行う場合には、洗浄液に前記超音波振動を印加した後に、洗浄液にガスを導入すれば、より効率的に洗浄を行うことができる。

以上のように、本発明に係る洗浄方法は、洗浄液に飽和溶存ガス量以上のガスを導入して洗浄液中に気泡を存在させ、気泡振動洗浄を行うことを特徴とする。また、洗浄液中の気泡によりキャビテーションや液体振動の衝撃を緩和できるため、被洗浄物に対してダメージをほとんど与えることなく被洗浄物に付着したパーティクル等を除去することができる。従って、半導体ウエーハ、フォトマスク基板、液晶基板等に対し、ダメージをほとんど与えることなく極めて清浄な状態に超音波洗浄することができる。

以下、本発明を実施例、比較例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
図５(a)に示すように、槽４１に洗浄液（純水）４３を満たし、超音波振動を発する超音波振動子４５を槽４１の底部に装着した。さらに、ガス導入手段としてバブリングノズル４６を超音波振動子４５上に装着した。

このような超音波洗浄装置を用いて、バブリングノズル４６により洗浄液４３に飽和溶存ガス量以上のＮ_２ガスを連続的に導入しながら、超音波振動子４５により４０ｋＨｚの超音波振動を洗浄液４３に印加し、洗浄液４３にアルミ箔４０を浸漬して３０秒間の洗浄を行った。
洗浄後のアルミ箔を図５(b)に示す。

（比較例１）
バブリングノズル４６によるガス導入を行わなかった以外は、実施例１と同条件で超音波洗浄を行った。
洗浄後のアルミ箔を図５(c)に示す。

図５(b)、(c)から明らかなように、ガス導入を行わなかった図５(c)ではアルミ箔に穴が開いているが、それに比べて飽和溶存ガス量以上のガス導入を行った図５(b)ではダメージが低減されていることがわかる。このように、超音波洗浄において、洗浄液に飽和溶存ガス量以上のガスを導入して気泡を存在させることが、被洗浄物へのダメージ低減に有効であることが証明された。

（実施例２）
アルミ箔の代わりに３１０ｍｍ×３１０ｍｍのガラス基板を用いた以外は、実施例１と同条件でバブリングしながら洗浄を行い、洗浄後のガラス基板上の０．３μｍ以上のパーティクル数を測定した。

（比較例２）
アルミ箔の代わりに３１０ｍｍ×３１０ｍｍのガラス基板を用いた以外は、比較例１と同条件でバブリングをせずに洗浄を行い、洗浄後のガラス基板上の０．３μｍ以上のパーティクル数を測定した。

その結果、上記ガラス基板上の０．３μｍ以上のパーティクル数は、洗浄前は数百個であったが、洗浄後は実施例２では１０個、比較例２では１８個となっており、実施例２の場合の方が少なかった。このように、本発明の気泡振動洗浄が高い洗浄効果を有することが確認できた。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。前述の実施形態は、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範囲に包含される。

例えば、上記実施形態では、超音波洗浄装置として槽タイプ、ノズルタイプ、バータイプについてそれぞれ説明したが、これらのタイプに限定されるものではない。洗浄液に飽和溶存ガス量以上のガスを導入して洗浄液中に気泡を存在させるガス導入手段を具備し、超音波振動子により超音波振動を前記洗浄液に印加することで、前記洗浄液中に導入された気泡を振動させて被洗浄物を洗浄する洗浄装置および洗浄方法であれば本発明に含まれる。
また、上記実施形態では、ガスを連続的または断続的に導入する例として槽タイプについてのみ説明したが、ノズルタイプやバータイプにおいてもガスを連続的または断続的に導入することができることは言うまでもない。
また、本発明は、半導体ウエーハ、フォトマスク基板、液晶基板などのダメージを受け易い基板に好適に適用できるが、被洗浄物はこれらの基板に限定されず、平坦でなくてもよい。

本発明に係る超音波洗浄装置の一例（二槽タイプ）の(a)概略図、(b)底面板の部分拡大断面図、(c)上視図、(d)被洗浄物と気孔の配置の一例を示す概略図、(e)被洗浄物と気孔の配置の別の例を示す概略図である。 本発明に係る超音波洗浄装置（二槽タイプ）の(a)別の例の概略図、(b)さらに別の例の概略図である。 本発明に係る超音波洗浄装置の他の例（ノズルタイプ）の(a)概略図、(b)部分拡大図である。 本発明に係る超音波洗浄装置のさらに他の例（バータイプ）の(a)概略図、(b)断面図、(c)部分断面図である。 (a)本発明の実施例における超音波洗浄装置の概略図、(b)実施例で洗浄したアルミ箔の写真、(c)比較例で洗浄したアルミ箔の写真である。

符号の説明

１、１１…外側の槽、 ２、１２…内側の槽、 ３、１３、４３…洗浄液、 ４、１４…伝播水、 ５、１５、２５、３５、４５…超音波振動子、 ６…底面板、 ７、２７、３７…気孔、 ８…ガス流路、 ９…ガス導入管、 １０、２０、３０…被洗浄物、 １６…散気板、 １８…ガス供給管、 ２１…洗浄液導入管、 ２２…ガス供給管、 ２３…ガス導入部、 ２４、３４…ノズル、 ２８、３８…噴射口、 ４０…アルミ箔、 ４１…槽、 ４６…バブリングノズル、 ５１…超音波振動の伝搬方向、 １０１…超音波洗浄装置（二槽タイプ）、 １０２…超音波洗浄装置（二槽タイプ）、 １０３…超音波洗浄装置（二槽タイプ）、 １０４…超音波洗浄装置（ノズルタイプ）、 １０５…超音波洗浄装置（バータイプ）。

Claims (20)

1. 被洗浄物を超音波洗浄するための洗浄装置であって、少なくとも、超音波振動を発する超音波振動子と、該超音波振動子が装着され、前記超音波振動が印加された洗浄液と被洗浄物を接触させる手段と、前記洗浄液に飽和溶存ガス量以上のガスを導入して洗浄液中に気泡を存在させるガス導入手段とを具備し、前記超音波振動子により超音波振動を前記洗浄液に印加することで、前記洗浄液中に導入された気泡を振動させて前記被洗浄物を洗浄するものであることを特徴とする超音波洗浄装置。
2. 前記ガスを不活性ガスまたは活性ガスとするもの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。
3. 前記超音波振動の周波数が２０ｋＨｚ〜５ＭＨｚであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波洗浄装置。
4. 前記ガス導入手段が連続的または断続的に前記洗浄液にガスを導入するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の超音波洗浄装置。
5. 前記洗浄液と被洗浄物を接触させる手段が、前記洗浄液及び被洗浄物を収容する槽であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の超音波洗浄装置。
6. 前記洗浄液中の超音波振動の伝搬方向と前記被洗浄物の主面とが平行になるように配置されるものであることを特徴とする請求項５に記載の超音波洗浄装置。
7. 前記洗浄液と被洗浄物を接触させる手段が、前記被洗浄物に洗浄液を噴射するノズルであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の超音波洗浄装置。
8. 前記ノズルの噴射口がスリット形状であることを特徴とする請求項７に記載の超音波洗浄装置。
9. 前記ノズルにおいて、前記ガス導入手段は前記超音波振動子より下流にガスを導入するものであることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の超音波洗浄装置。
10. 少なくとも、洗浄液に超音波振動を印加して、該洗浄液と被洗浄物を接触させ、前記被洗浄物を超音波洗浄する方法において、前記洗浄液に飽和溶存ガス量以上のガスを導入して洗浄液中に気泡を存在させ、該気泡を前記超音波振動により振動させて前記被洗浄物を洗浄することを特徴とする超音波洗浄方法。
11. 前記ガスを不活性ガスまたは活性ガスとすることを特徴とする請求項１０に記載の超音波洗浄方法。
12. 前記超音波振動の周波数を変えることで、除去対象となるパーティクルサイズに応じて前記気泡のサイズを加工して洗浄を行うことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の超音波洗浄方法。
13. 前記超音波振動の周波数を２０ｋＨｚ〜５ＭＨｚとすることを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれか一項に記載の超音波洗浄方法。
14. 前記洗浄液へのガスの導入を連続的または断続的に行うことを特徴とする請求項１０ないし請求項１３のいずれか一項に記載の超音波洗浄方法。
15. 前記洗浄液と被洗浄物を接触させる手段として、前記洗浄液及び被洗浄物を収容する槽を用いることを特徴とする請求項１０ないし請求項１４のいずれか一項に記載の超音波洗浄方法。
16. 前記洗浄液中の超音波振動の伝搬方向と前記被洗浄物の主面とが平行になるようにして洗浄を行うことを特徴とする請求項１５に記載の超音波洗浄方法。
17. 前記洗浄液と被洗浄物を接触させる手段として、前記被洗浄物に洗浄液を噴射するノズルを用いることを特徴とする請求項１０ないし請求項１４のいずれか一項に記載の超音波洗浄方法。
18. 前記ノズルの噴射口がスリット形状であるものを用いることを特徴とする請求項１７に記載の超音波洗浄方法。
19. 前記洗浄液に前記超音波振動を印加した後に、該洗浄液に前記ガスを導入することを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の超音波洗浄方法。
20. 前記被洗浄物として、半導体ウエーハ、フォトマスク基板又は液晶基板を洗浄することを特徴とする請求項１０ないし請求項１９のいずれか一項に記載の超音波洗浄方法。

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