JP3817452B2 - ウエット処理用ノズル用の超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置 - Google Patents
ウエット処理用ノズル用の超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体デバイス、液晶表示パネル等の製造プロセスにおける洗浄、剥離、現像、エッチング、メッキ、研磨等のウェット処理工程において、被処理物上に処理液を供給するためのウェット処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイス、液晶表示パネル等の電子機器の分野においては、その製造プロセス中に被処理物である半導体基板やガラス基板を洗浄処理する工程が必須である。洗浄工程においては、製造工程中の種々の除去対象物質を除去すべく、超純水、電解イオン水、オゾン水、水素水等、種々の洗浄液を用いた洗浄が行われるが、これら洗浄液は洗浄装置のノズルから基板上に供給される。
ところが、従来一般の洗浄用ノズルを用いた場合、洗浄液の使用量が多くなるという問題があった。例えば500mm角の基板の洗浄を電解イオン水等の洗浄液を用いて行い、かかる洗浄液による洗浄とリンス洗浄水によるリンスを行った後の基板上のパーティクルの残存量として0.5個/cm2 レベルの清浄度を達成しようとすると、25〜30リットル/分程度の洗浄液およびリンス洗浄液を使用しなければならなかった。
【0003】
そこで、従来型に比べて洗浄液の使用量を大幅に削減できる省液型の洗浄用ノズルとして、被処理基板上に処理液を供給して被処理基板のウェット処理を行う際に用いるウェット処理用ノズルであって、一端に処理液を導入するための導入口を有する導入通路と一端に使用後の処理液を外部に排出するための排出口を有する排出通路とが形成され、これら導入通路と排出通路のそれぞれの他端に、被処理基板に向けて開口する導入開口部と排出開口部とが設けられたウェット処理用ノズルが、既に知られており、ここでは、このウェット処理用ノズルを用いたウェット処理用ノズル装置として、ウェット処理用ノズルと、前記導入開口部を通して前記被処理基板に接触した処理液を処理後に、前記排出通路外に流れないように前記被処理基板と接触している処理液の圧力と大気圧との差を制御し前記排出通路を通して吸引排出する手段とを有することを特徴とするウェット処理用ノズル装置が提供されている。
また、このウェット処理用ノズルを用いたウェット処理装置として、前記ウェット処理用ノズルと、前記被処理基板の被処理面に沿って前記ウェット処理用ノズルと前記被処理基板とを相対移動させることにより前記被処理基板の被処理面全域を処理するためのノズルまたは被処理基板の移動手段とを有することを特徴とするウェット処理装置が提供されている。
【0004】
すなわち、上記のウェット処理装置等によれば、処理液を供給した部分以外の部分に処理液を接触させることなく、被処理基板上から除去することができ、省液型ノズルを実現することができる。また、被処理基板の被処理面に沿ってウェット処理用ノズルと被処理基板とを相対移動させる移動手段とを備えたことにより、被処理基板の被処理面全域を処理することができるものである。
【0005】
さらに、このような省液型のノズルにおいて、超音波を照射する際に適用する構成として、図13に示すようなウエット処理用ノズルが知られている。このウエット処理用ノズルは、一端に処理液100を導入するための導入口101aを有する導入管101と、一端にウエット処理後の処理液100を外部へ排出するための排出口102aを有する排出管102とが設けられ、導入管101と排出管102のそれぞれの他端が連結され、被処理基板90に対向する連結部103が形成され、連結部103に導入管101が開口している第1開口部101bと、排出管102が開口している第2開口部102bが設けられたものである。上記連結部103と被処理基板90の間の空間には、ウエット処理を行う処理領域105が形成されている。また、上記連結部103には、処理領域105内の処理液100に超音波振動を付与するための超音波振動子が設けられている。
ここでの超音波振動子は、振動板96と、振動板96の主面の両端から立ち上がる側板97と、振動板96の主面上に設けられた超音波振動子本体108とから構成されている。例えばステンレス鋼からなる振動板96の厚みは、1MHz程度の超音波に設定された場合に、3mm程度に設定されている。
また、排出管102の排出口102aには減圧ポンプ(図示略)が接続されている。
【0006】
また、処理液100は導入管101の導入口101aから供給され、第1開口部101bに至るが、排出管102の排出口102aには減圧ポンプ(図示略)が接続されているので、減圧ポンプの吸引圧力を制御することにより、導入管101に供給された処理液100が第1開口部101bの大気と接触している処理液100の圧力(処理液100の表面張力と被処理基板90の被処理面の表面張力も含む)と大気圧との差を制御できるようになっている。
すなわち、第1開口部101bの大気と接触している処理液100の圧力Pw(処理液の表面張力と基板90の被処理面の表面張力も含む)と大気圧Paとの関係をPw≒Paとすることにより、第1開口部101bを通じて基板90に供給され、基板90に接触した処理液100は、ウエット処理用ノズルの外部に漏れることなく、排出管102に排出される。このため、このウエット処理用ノズルは、省液型でないタイプのノズルに比べて処理液の使用量を大幅に削減することができる。
また、図示した例のノズルでは、被処理基板90の洗浄の際、処理領域105に処理液100を供給した状態で上記超音波振動子本体108により振動板96にから超音波振動を付与し、処理液100と共働して被処理基板90を洗浄する。
このとき、伝播する超音波により振動板96の温度が上昇するが、同時に、供給されている処理液によって冷却され、振動板96の温度上昇は1℃程度となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図に示した上記のような省液型のウエット処理用ノズルのうち超音波を照射するタイプにおいては、使用する処理液量を減少化した際、このウエット処理用ノズルと被処理基板90の間の処理領域105に気泡が入ることなどにより、この処理領域に処理液の存在しない部分ができることがある。
この処理液の充填されていない部分では、照射された超音波が被処理基板90から反射されてしまい、この反射された超音波により振動板96の温度が上昇する。特に、ステンレスからなる振動板96においては3mm程度厚か、0.2mm程度と薄いために、この熱が超音波振動子本体108側に伝播するとともに、振動板96と超音波振動子本体108との接続部分が瞬間的に加熱されてしまい、結果として、超音波振動子本体108が振動板96から剥離したり、超音波振動子本体108の温度が上昇し、動作不良を起こすか、または、破損してしまう可能性があるという問題があった。
【0008】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
▲1▼ 作動状態において温度上昇が起こった場合に破損可能性を低減することの可能な超音波振動子を提供すること。
▲2▼ ウエット処理動作中に処理領域において処理液の存在しない領域が生じた場合でも、超音波振動子の破損防止を図ることができるウエット処理用ノズルを提供すること。
▲3▼ ウエット処理動作中に処理領域において処理液の存在しない領域が生じた場合でも、超音波振動子における温度上昇の防止を図ることができるウエット処理用ノズルを提供すること。
▲4▼ 超音波振動子における動作安定性の向上を図ることができるウエット処理用ノズルを提供すること。
▲5▼ 上記のウエット処理用ノズルを有するウエット処理装置を提供すること。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のするウエット処理用ノズル用の超音波振動子は、処理液を介して被処理物の被処理面に対向する対向面を有する振動部と、該振動部の主面上に設けられ前記振動部に超音波振動を付与する超音波振動子本体と、が備えられてなり、前記振動部が、前記対向面の処理液の充填されていない部分の熱を内部で移動させる高熱伝導体からなる高熱伝導部を有し、前記高熱伝導部が、少なくとも前記振動部の前記超音波振動子本体との接合面に設けられてなり、前記高熱伝導部の厚み寸法が、前記振動部の前記超音波振動における半波長の1/5以下に設定されてなることにより上記課題を解決した。
本発明において、前記高熱伝導部において、熱伝導率が100Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなることが好ましく、より好ましくは、熱伝導率が3000Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなることができる。
また、本発明において、前記被処理面と前記対向面との間隔が8mm以下に設定されていることが好ましい。
本発明においては、前記振動部には、前記対向面を覆う対向面被覆部が設けられてなることが望ましい。
さらに、前記対向面被覆部は、前記被処理物に対向する表面が前記処理液に対する耐反応性および/または耐熱性を有するよう構成されてなることが可能である。
また、前記対向面被覆部の厚み寸法が、該対向面被覆部の超音波振動における半波長の1/10倍以下に設定されてなることがある。
本発明においては、前記振動部には、該振動部を冷却する冷却手段が設けられてなることが好ましい。
本発明においては、前記冷却手段が、前記振動部の内側および/または外側に位置する冷却管に冷却流体を流通する構成とされてなることができる。
本発明においては、前記冷却手段が、前記高熱伝導体に接続される放熱部とされてなることができる。
本発明のウエット処理用ノズルは、被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部とを具備するウエット処理用ノズルであって、前記導入開口部と前記排出開口部との間に上記の超音波振動子が備えられてなることにより上記課題を解決した。
本発明においては、被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部とを具備しており、前記導入開口部と前記排出開口部との間に先に記載の超音波振動子が備えられ、前記冷却流体が、前記処理液とされてなる手段か、前記冷却流体が、前記排出液とされてなる手段を採用することができる。
本発明のウエット処理装置においては、上記のウエット処理用ノズルと、前記導入開口部と前記被処理物の被処理面との間に処理液を導入するための処理液導入手段と、前記排出開口部と前記被処理物の被処理面との間から処理液を吸引して排出するため処理液回収手段と、被処理物の被処理面に沿って前記ウエット処理用ノズルと前記被処理物とを相対移動させることにより前記被処理物の被処理面全域を処理するためのノズル・被処理物相対移動手段とを有することにより上記課題を解決した。
【0010】
本発明の超音波振動子は、前記被処理物の被処理面に対向する対向面を有する振動部と、該振動部の主面上に設けられ前記振動部に超音波振動を付与する超音波振動子本体と、が備えられてなり、前記振動部が、高熱伝導体からなる高熱伝導部を有することにより、振動部の温度が上昇した場合にも、高熱伝導部の熱伝導率を大きく設定して熱を外部に逃がすことができるので、振動部からこの振動部と超音波振動子本体との接続部分から超音波振動子本体に伝播する熱を低減し、超音波振動子本体の温度が上昇することを防止して、超音波振動子本体が破損してしまうことを防止できる。
ここで、振動部の温度上昇の原因としては、振動部の対向面と被処理物の被処理面との間の処理領域に処理液を供給するウエット処理をおこなう際、この処理領域において気泡が巻き込まれて処理液が無い領域が存在した場合に、照射された超音波が被処理基板から反射されてしまい、この反射された超音波により振動板の温度が上昇することが考えられる。
【0011】
本発明の前記高熱伝導部において、熱伝導率が100Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなることにより、処理液が部分的に無い状態となって、振動部と超音波振動子本体との間の接着部の温度が上昇した場合でも、発生した熱を接着部から速やかに移動させることができ、接着部の温度が80℃以上にならない状態が作れる。また、超音波振動子本体付近以外に充分伝播して超音波振動子本体の破損を防止することができ、さらに、熱伝導率が3000Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなることにより、たとえば、処理液が部分的に無い状態となった場合の振動部と超音波振動子本体との間の接着部の温度上昇は、数10秒間接着部の温度を80℃以下に押さえることができる。また、発生した熱を超音波振動子本体付近の外側にさらに充分に伝播して超音波振動子の破損をより一層防止することができる。
ここで、熱伝導率が100Wm-1K-1未満の範囲に設定された場合には、振動部の対向面と被処理物との間に処理液が部分的に無くなった際、振動部と超音波振動子本体との間の接着部の温度上昇抑制効果は、充分でなく、数秒で接着力が低下し、超音波の伝播が不十分となり、ウエット処理ができなくなるため好ましくない。
【0012】
ここで、前記高熱伝導部において、具体的な熱伝導率が100Wm-1K-1以上の材質としては、Au、Ag、Cu、Mg、Al、黒鉛(低温焼成)、黄銅等の合金を適用することができ、さらに、前記高熱伝導部において、具体的な熱伝導率が3000Wm-1K-1以上の材質としては、高温焼成黒鉛、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド等を適用することができ、さらに、これらの物質を含む混合物であることができる。
【0013】
ここで、上記熱伝導部における熱伝導率の条件は、それぞれ作動状態における値である。この作動中であるということは、300K程度における熱伝導率を示すものである。
【0014】
また、本発明において、前記高熱伝導部の厚み寸法が、該振動部の前記超音波振動における半波長の整数倍、または、前記半波長の1/5以下に設定されてなることにより、超音波振動子から被処理物に照射される振動エネルギーのロス分を略最小化して、超音波照射処理を安定化することができる。ここで、高熱伝導部の厚み寸法が該高熱伝導部の超音波振動における半波長の整数倍または1/5倍以下の範囲に設定された場合には、超音波振動を高熱伝導部を介して被処理物に充分照射することができるが、これに対して、高熱伝導部の厚み寸法が上記の範囲以外に設定された場合には、超音波振動子から被処理物に照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
【0015】
ここで、高熱伝導部および/または振動部の厚み寸法とは、超音波振動子本体から処理物へ音波を伝播する方向、言い換えると超音波振動子本体から被処理物の被処理面へ向かう方向、つまり、被処理物が半導体や液晶表示装置等の基板である場合にはその法線方向における厚み寸法を意味するものである。
また、ウエット処理における処理液が無い領域とは、処理領域において、上記の厚み寸法方向に処理液が充分存在しておらず、被処理基板表面で超音波の大半が反射してしまう状態のことを云うものとする。
【0016】
また、前記高熱伝導部が、少なくとも、前記振動部の前記対向面側、前記振動部の前記超音波振動子本体側、前記振動部の側面側、前記超音波振動子本体の裏面側のいずれか一部分に設けられてなることができ、振動部の対向面側に設けられた場合には、被処理物の被処理面から反射した超音波等により振動部等の温度が上昇した場合でも、振動部のうち超音波振動子本体から最も離間した部分で熱を外部に伝達して、接着部および超音波振動子本体側の温度が上昇することを防止することができる。
また、高熱伝導部が振動部の超音波振動子本体側に設けられた場合には、振動部の各部分からの熱が超音波振動子本体に伝播する寸前で外部に伝播して超音波振動子本体と振動部との接続部分および超音波振動子本体に熱が伝わり温度上昇することを防止できる。
また、高熱伝導部が振動部の側面に設けられた場合には振動部の熱を効率的に外部に放出・伝播あるいは放射することが可能となり、超音波振動子本体に熱が伝わり温度上昇することを防止できる。ここで、側面とは振動部表面において超音波振動子本体が接続される主面および対向面とを結ぶ面を意味する。
また、高熱伝導部が超音波振動子本体の表面側に設けられた場合には、振動部の各部分からの熱が超音波振動子本体に伝播しても、超音波振動子本体から熱を放出することができるため超音波振動子本体自身の温度が上昇することを防止できる。ここで、超音波振動子本体の表面とは、超音波振動子本体において振動部と接続された面と対向する厚み方向反対側の面を意味する。
【0017】
本発明においては、前記振動部には、前記対向面を覆う対向面被覆部が設けられてなることにより、対向面に直接処理液が接触しないので、前記振動部表面の接液部分面である対向面がウエット処理されてしまうことがないため、振動部が処理液および超音波振動により劣化してしまうことを低減して、振動部の寿命を長くすることができ、さらに、振動部の成分が処理液中に混合して被処理物表面を汚染してしまうことを防止できる。
【0018】
さらに、前記対向面被覆部は、前記被処理物に対向する表面が前記処理液に対する耐反応性および/または耐熱性を有するよう構成されてなることにより、振動部に直接処理液が接触しない上、対向面被覆部表面が高温で反応性を有する処理液でウエット処理されてしまうことがないため、振動部が処理液および超音波振動により劣化してしまうことをさらに低減し、振動部の寿命をより長くすることができ、さらに、振動部および処理面被覆部の成分が処理液中に混合して被処理物表面を汚染してしまうことを防止できる。同時に、ウエット処理をおこなう場合に、振動部の対向面と被処理物の被処理面との間の処理領域において、気泡が巻き込まれて処理液が無い領域が存在して振動部が発熱した際に、例え処理液に接している振動部が温度上昇しても、対応面被覆部が耐熱性を有するため、振動部が破損することを防止できる。
【0019】
ここで、ウエット処理としては、洗滌、剥離、現像、ウエットエッチング、メッキ、研磨等の処理を適用することができる。このとき、振動部付近に供給する処理液としては、洗浄処理の場合は、超純水、電解イオン水、オゾン水、水素水、等が用いられ、剥離処理の場合には、希NaOH、希KOH等無機アルカリや、アミン系剥離液等が用いられ、現像処理の場合には、希NaOH、希KOH等無機アルカリや、トリメチルアンモニウムハイドライト希釈液等が用いられ、ウエットエッチングの場合には、フッ素酸エッチング液等が用いられ、メッキ処理の場合には、Cu用、Ag用、Au用メッキ液等が用いられ、研磨処理の場合には、SiO2 スラリー、Al2O3スラリー、ダイヤモンドスラリー等が用いられる。
これに対応して、対向面被覆部は、石英や、PFA等のフッ素樹脂からなることや、用いる処理液によっては、振動部が、対向面被覆部としての最表面がクロム酸化物のみからなる不動態膜面のステンレス(SUS316L等)からなることができる。また、振動部が、酸化アルミニウムとクロム酸化物の混合膜を対向面被覆部として表面に備えたステンレスとされることや、処理水がオゾン水とされた場合には対向面被覆部としての電解研磨表面を備えたチタン等とされることができる。このほかにも、対向面被覆部としては、高純度アルミナ、サファイヤ、4フッ化エチレン等のフッ素樹脂や、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、高純度ガラス状カーボン、を適用することが可能である。
【0020】
また、前記対向面被覆部の厚み寸法が、該対向面被覆部の超音波振動における半波長の1/10以下または1倍に設定されてなることにより、超音波振動子本体から被処理物に照射される振動エネルギーのロス分をほぼ最小化して、ウエット処理を安定化することができる。ここで、対向面被覆部の厚み寸法が該対向面被覆部の超音波振動における半波長の1/10以下または1倍の範囲に設定された場合には、超音波振動を対向面被覆部を介して処理液に充分伝播させることができるが、これに対して、対向面被覆部の厚み寸法が前記半波長の1/10より大きく前記半波長の1倍未満の範囲および半波長の1倍より大きい範囲に設定された場合には、超音波振動子から被処理物に照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
【0021】
なお、対向面被覆部の超音波振動における半波長の1/10以下または1倍という数値は、振動部および対向面被覆部の温度状態や、付与される超音波振動の周波数に依って最も効率のいい状態を選択できるよう定義幅を有するものとされ、厳密に半波長の1/10や、1倍の値には限るものではない。
具体的には、超音波振動子から発せられた超音波振動の該振動部内での波長をλとしたときに、半波長の1/10以下という数値範囲は、λ/120〜λ/20の範囲以下であることが好ましく、より好ましくは、λ/120〜λ/60の範囲以下とされるものである。また、半波長の1倍という数値は、具体的には、λ/2±0.5mmの範囲とされていることが好ましく、より好ましくはλ/2±0.05mmの範囲、さらには、λ/2±0.01mmの範囲内とされることができる。このように対向面被覆部の厚みを設定することにより、超音波振動子本体からの超音波振動を有効に伝播させることができるので、このような優れた特性を有する超音波振動子が備えられたウエット処理用ノズルを用いてウエット処理をおこなうと、超音波振動(超音波エネルギー)が処理液に十分付与され、効率良くウエット処理をおこなうことができる。
【0022】
本発明においては、前記振動部には、該振動部を冷却する冷却手段が設けられてなることにより、例えばウエット処理をする際に、振動部の対向面と被処理物の被処理面との間の処理領域に気泡が入り、処理液のない部分が生じた状態で長時間使用した場合でも、冷却手段により振動部を冷却して振動部の温度上昇を低減して、振動部の温度制御をおこなうことができるため、超音波振動子本体と振動部との接続部分および超音波振動子本体の温度上昇をさらに防止して、超音波振動子における破損可能性の低減が可能であるとともに、ウエット処理における超音波照射の安定駆動を可能とすることができる。
【0023】
本発明においては、前記冷却手段が、前記振動部の内側および/または外側に位置する冷却管に冷却流体を流通する構成とされてなることにより、例えばウエット処理をする際に、振動部の対向面と被処理物の被処理面との間の処理領域に処理液が無い部分ができたとしても、振動部を冷却液により冷却することが可能となるため、振動部の温度上昇をより一層防止することができ、超音波振動子本体と振動部との接続部分および、超音波振動子本体の温度上昇を防止して、超音波振動子本体における破損可能性をさらに低減することが可能である。
ここで、振動部の内側に位置する冷却管とは、例えば、振動部および/または高熱伝導部に一体として設けられた冷却孔としての冷却管や振動部表面に設けられた溝部を蓋体で覆った冷却管内部に冷却流体(冷却液)を流通可能な構造のことを意味し、また、振動部の外側とは、振動部および/または高熱伝導部表面に沿って接続される冷却管あるいは、振動部表面および/または高熱伝導部表面によって覆われる溝部を有する冷却体からなる冷却管内に冷却液を流通可能な構成を意味するものである。
【0024】
本発明においては、前記冷却手段が、前記高熱伝導部に接続される放熱部とされてなることにより、振動部の温度が上昇して高熱伝導部から熱を外部に逃がす際に、高熱伝導部から熱をより一層効率よく外部に逃がすことができるので、振動部からこの振動部と超音波振動子本体との接続部分および超音波振動子本体に伝播する熱を低減し、超音波振動子本体の温度が上昇することをさらに防止して、超音波振動子が破損してしまうことをさらに防止できる。
ここで、振動部が高熱伝導部のみで構成されてなることもできる。
ができる。
また、放熱部は例えば振動部の主面から立ち上がる側壁部からなるか、この側壁部に設けられた単数あるいは複数の放熱フィンからなるものとすることができる。この側壁部およびまたは放熱フィンは、高熱伝導部と一体として構成されてもよく、また、側壁部および/または放熱フィンが高熱伝導部よりも高い熱伝導を有する材料から構成されることもできる。
【0025】
本発明のウエット処理用ノズルは、被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部とを具備するウエット処理用ノズルであって、前記導入開口部と前記排出開口部との間に上記の超音波振動子が備えられてなることにより、振動部の対向面と被処理物の被処理面との間の処理領域に処理液を供給するウエット処理をおこなう際、この処理領域において気泡が巻き込まれて処理液が無い領域が存在した場合に、照射された超音波が被処理基板から反射されてしまい、この反射された超音波により振動板の温度が上昇した場合でも、高熱伝導部の熱伝導率を大きく設定して熱を外部に逃がすことができるので、振動部からこの振動部と超音波振動子本体との接続部分および超音波振動子本体に伝播する熱を低減し、超音波振動子本体の温度が上昇することを防止して、接着部の接着力の低下から超音波振動子本体が破損してしまうことを防止できる。
【0026】
本発明においては、前記冷却流体(冷却液)が、前記処理液とされてなる手段か、前記冷却流体(冷却液)が、前記排出液とされてなることにより、冷却用に冷却液供給排出手段を設けることなく、処理液供給排出手段によって冷却液の供給排出をおこない振動部の冷却をおこなうことができるため、ウエット処理用ノズルの製造コストの低減を図ることができる。さらに、処理液を冷却液とした場合には処理液の温度制御に振動部の冷却時の熱を利用することが可能となる。また、排出液を冷却液とした場合には、振動部の温度状態に依存することなく処理液を供給して、かつ、振動部の冷却をおこなうことができる。
【0027】
また、上記の超音波振動子においては、超音波振動の周波数が、20kHz〜10MHzの範囲であることが好ましい。このような構成とすることにより、ウエット処理用ノズルに備えてウエット処理を行う場合に実用的な超音波洗浄が可能である。
【0028】
本発明のウエット処理装置においては、上記のウエット処理用ノズルと、
前記導入開口部と前記被処理物の被処理面との間に処理液を導入するための処理液導入手段と、
前記排出開口部と前記被処理物の被処理面との間から処理液を吸引して排出するため処理液回収手段と、
被処理物の被処理面に沿って前記ウエット処理用ノズルと前記被処理物とを相対移動させることにより前記被処理物の被処理面全域を処理するためのノズル・被処理物相対移動手段とを有することにより、上記本発明のウエット処理用ノズルの利点を有したまま被処理物の被処理面全域を処理することができ、また、超音波ウエット処理を長時間安定しておこなうことができ、投入電力に対する洗浄効率の高いウエット処理装置を提供できる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第1実施形態を、図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態における超音波振動子を示す断面図である。
図において、符号40は、本実施形態における超音波振動子である。
【0030】
本実施形態の超音波振動子40は、図1に示すように、被処理基板(被処理物)Wの被処理面にW1対向する対向面46Aを有する振動部46と、振動部(振動板)46の主面上に設けられ前記振動部46に超音波振動を付与する超音波振動子本体48と、が備えられてなり、振動部46と被処理基板Wの間の空間には、ウエット処理を行う処理領域35が形成されている。
【0031】
超音波振動子本体48は、PZT等の電歪素子とされ、発振器から超音波周波電気信号を受けて超音波振動を発生する。この超音波振動子本体48は、エポキシ樹脂を主成分とする超音波振動子本体接着用等の接着剤により振動板46に接続されている。
【0032】
振動部46は、高熱伝導体からなる高熱伝導部31を有する構成とされており、ここでは、振動板46が高熱伝導部31と一体とされている。
この高熱伝導部31を構成する材料としては、好ましくは、熱伝導率が100Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなる高熱伝導体が適用され、より好ましくは、熱伝導率が3000Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなる高熱伝導体が採用される。
ここで、高熱伝導部31の熱伝導率が100Wm-1K-1以下の範囲に設定された場合には、処理液2が部分的に無い状態となって、振動部46と超音波振動子本体48との間の接着部分(接着部)の温度が上昇した場合でも、発生した熱を接着部から速やかに移動させることができ、接着部の温度が80℃以上にならない状態が作れる。また、超音波振動子本体48付近以外に充分伝播して超音波振動子本体48の破損を防止することができ、さらに、熱伝導率が3000Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなることにより、たとえば、処理液2が部分的に無い状態となった際でも、振動部46と超音波振動子本体48との間の接着部の温度上昇は、数10秒間接着部の温度を80℃以下に押さえることができる。また、発生した熱を超音波振動子本体48付近の外側にさらに充分に伝播して超音波振動子本体48の破損をより一層防止することができる。
ここで、高熱伝導部31の熱伝導率が100Wm-1K-1未満の範囲に設定された場合には、振動部46の対向面46Aと被処理物Wとの間に処理液2が部分的に無くなった際、振動部46と超音波振動子本体48との間の接着部の温度上昇抑制効果は、充分でなく、数秒で接着力が低下するため、超音波の伝播が不十分となり、ウエット処理ができなくなってしまう可能性があるため好ましくない。
【0033】
ここで、前記高熱伝導部31において、具体的な熱伝導率が100Wm-1K-1以上の材質としては、熱伝導率が315Wm-1K-1程度のAu、427Wm-1K-1程度のAg、398Wm-1K-1程度のCu、119Wm-1K-1程度の黄銅(Cu70−Zn30)を適用することができ、さらに、前記高熱伝導部31において、具体的な熱伝導率が3000Wm-1K-1以上の材質としては、1420Wm-1K-1〜3250Wm-1K-1程度の高温焼成黒鉛、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド等を適用することができ、さらに、これらの物質を含む混合物であることができる。
【0034】
ここで、上記熱伝導部31における熱伝導率の条件は、それぞれ作動状態における値である。この作動中であるということは、300K程度における熱伝導率を示すものである。
【0035】
この高熱伝導部31の厚み寸法Tが、図1に示すように、高熱伝導部31の超音波振動における半波長λ/2の整数倍、または、波長λの1/10以下に設定されてなることにより、超音波振動子40から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分をほぼ最小化して、超音波照射処理を安定化することができる。ここで、高熱伝導部31の厚み寸法Tが該高熱伝導部31の超音波振動におけるλ/2の整数倍またはλ/10倍以下の範囲に設定された場合には、超音波振動を高熱伝導部31を介して被処理物Wに充分照射することができるが、これに対して、高熱伝導部31の厚み寸法Tが上記の範囲以外に設定された場合には、超音波振動子40から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
具体的には、高熱伝導部31の厚み寸法Tが、
T = nλ/2 (n=1,2,3,4,5,6,7)
のように設定される。
【0036】
ここで、高熱伝導部31つまり振動部46の厚み寸法Tとは、超音波振動子本体48から処理物Wへ音波を伝播する方向、言い換えると超音波振動子本体から被処理物の被処理面へ向かう方向、つまり、被処理物が半導体や液晶等の基板である場合にはその法線方向における厚み寸法を意味するものである。
ここで、厚み寸法Tは、λ/2±0.3mm、3λ/2±0.3mm、5λ/2±0.3mm、7λ/2±0.3mmのように、各数値に対して幅を持った範囲内に設定されることが好ましい。これは、温度変化等の条件を考慮したものである。このように厚み寸法Tを設定することにより、超音波振動子本体48からの超音波振動を有効に伝播させることができる。
【0037】
また、超音波振動子本体48は、20kHz〜10MHzの範囲の周波数の超音波振動を出力可能なものであることがウエット処理を行う場合に実用的な点で好ましく、特に、保持可能な処理液層の厚さの観点から0.2MHz以上の周波数が好ましい。
また、超音波振動子本体48から発せられた超音波振動の振動部46内での波長λの長さは、例えば、振動部がステンレス(SUS316L)製の場合、約0.6mm(10kHz)から約300mm(20kHz)の範囲となり、また、振動部46がCu製の場合、約0.46mm(10MHz)から約230mmの範囲となる。
【0038】
ここで、厚み寸法Tは、λ/2±0.3mm、3λ/2±0.3mm、5λ/2±0.3mm、7λ/2±0.3mmのように、各数値に対して幅を持った範囲内に設定されることが好ましい。これは、温度変化等の条件を考慮したものである。このように厚み寸法Tを設定することにより、超音波振動子本体48からの超音波振動を有効に伝播させることができ、超音波振動子40による超音波処理をおこなうと、超音波振動(超音波エネルギー)が被処理物Wに充分照射でき効率良く超音波処理をおこなうことができる。
【0039】
ここでの被処理基板Wの洗浄の際、処理領域35に洗浄液(処理液)2を供給した状態で上記超音波振動子本体48により超音波振動を付与し、洗浄液2と共働して被処理基板Wを洗浄できる。また、本実施形態の超音波振動子40は、超音波振動子本体48から超音波振動が放射されると超音波振動が振動板46に伝播されるが、振動板46の厚み寸法Tが上記の様に設定されているので、伝播した超音波振動が、振動板46の主面と反対側の対向面46A(超音波振動子本体48が設けられた面と反対側の面)から処理領域35の洗浄液2に効率良く放射される。
【0040】
超音波振動子40の対向面46Aと、被処理基板Wとの間の距離Hは、8mm以下で被処理基板Wと接触しない範囲がよく、好ましくは6mm以下で基板Wと接触しない範囲、より好ましくは3mm以下で基板Wと接触しない範囲とするのがよい。8mmを越えると、基板Wと超音波振動子40との間に所望の洗浄液2を満たすことが困難となり、処理が難しくなるからである。
【0041】
本実施形態の超音波振動子40においては、前記振動部46が、高熱伝導体からなる高熱伝導部30を有することにより、振動部46の温度が上昇した場合にも、高熱伝導部31の熱伝導率を大きく設定して熱を振動部46および超音波振動子本体48の外側に逃がすことができるので、振動部46からこの振動部46と超音波振動子本体48との接続部分および超音波振動子本体48に伝播する熱を低減し、超音波振動子本体48の温度が上昇することを防止して、超音波振動子本体48が破損してしまうことを防止できる。
【0042】
このため、振動部46の対向面46Aと被処理基板Wの被処理面W1との間の処理領域35に処理液2を供給するウエット処理をおこなう際、この処理領域35において気泡が巻き込まれて処理液2が無い領域が存在した場合に、照射された超音波が被処理基板Wから反射されてしまい、この反射された超音波により振動板46の温度が上昇した場合にも、動部46からこの振動部46と超音波振動子本体48との接続部分および超音波振動子本体48の温度上昇を防止することができる。
【0043】
また、本実施形態においては、高熱伝導部31が、熱伝導率が上記の範囲に設定された材質の高熱伝導体からなることにより、振動部の温度が上昇した場合に、発生した熱を超音波振動子本体付近以外にさらに充分伝播して超音波振動子の破損をより一層防止することができる。
【0044】
具体的には、高熱伝導部31において、熱伝導率が100Wm-1K-1以上の材質として、熱伝導率が315Wm-1K-1程度のAuを適用した場合には、ステンレス鋼(SUS316L)の約20倍早く熱を分散することができ、接着部や超音波振動子本体48の破損を防止することが可能となる。また427Wm-1K-1程度のAgを適用した場合には、同様に、ステンレス鋼(SUS316L)の約28倍早く熱を分散することができ、398Wm-1K-1程度のCuを適用した場合には、約26倍早く熱を分散することができ、119Wm-1K-1程度の黄銅を適用した場合には、約8倍早く熱を分散することができる。さらに、前記高熱伝導部31において、具体的な熱伝導率が3000Wm-1K-1以上の材質として、1420Wm-1K-1〜3250Wm-1K-1程度の高温焼成黒鉛、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド等を適用した場合には、約95〜約220倍早く熱を分散することができる。
その結果、一部処理液が無くなり温度が上昇しても支障がなく、処理液のある箇所に熱が伝播して、超伝導振動子本体48の破損や、接着部の接着力の低下を防止できる。また、その結果、高熱伝導部の温度をモニターしていることにより処理液の有無が確認でき、超音波振動子本体48への入力を停止することも可能となり、信頼性の高い超音波処理装置とすることができる。
【0045】
さらに、高熱伝導部31の厚み寸法Tが、図1に示すように、高熱伝導部31の超音波振動における半波長λ/2の整数倍、または、波長λの1/10以下に設定されて最適化されることにより、超音波振動子40から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分をほぼ最小化して、超音波照射処理を安定化することができる。
【0046】
以下、本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第2実施形態を、図面に基づいて説明する。
[第2の実施形態]
図2は、本実施形態における超音波振動子を示す断面図である。
本実施形態において、図1に示す第1実施形態と異なるのは対向面被覆部49の構成に関する点であり、これ以外の対応する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0047】
振動部46の接液面となる対向面46Aには、図2に示すように、この対向面46Aを覆うように処理液2に対する耐反応性および/または耐熱性を有する対向面被覆部49が設けられる。
この対向面被覆部49は、適応される超音波振動を付加したウエット処理に応じてその構成が異なるものとされる。
【0048】
ここで、ウエット処理としては、洗滌、剥離、現像、ウエットエッチング、メッキ、研磨等の処理を適用することができる。このとき、振動部46付近に供給する処理液2としては、洗浄処理の場合は、超純水、電解イオン水、オゾン水、水素水、等が用いられ、剥離処理の場合には、希NaOH、希KOH等無機アルカリや、アミン系剥離液等が用いられ、現像処理の場合には、希NaOH、希KOH等無機アルカリや、トリメチルアンモニウムハイドライト希釈液等が用いられ、ウエットエッチングの場合には、フッ素酸エッチング液等が用いられ、メッキ処理の場合には、Cu用、Ag用、Au用メッキ液等が用いられ、研磨処理の場合には、SiO2 スラリー、Al2O3スラリー、ダイヤモンドスラリー等が用いられる。
これに対応して、対向面被覆部49は、石英、高純度アルミナ、サファイヤ、PFA、4フッ化エチレン等のフッ素樹脂や、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)高純度ガラス状カーボン等、からなることが可能である。さらに、用いる処理液2によっては、対向面被覆部49が、最表面がクロム酸化物のみからなる不動態膜面のステンレス(SUS316L等)からなることや、対向面被覆部49が、酸化アルミニウムとクロム酸化物の混合膜を表面に備えたステンレスとされることや、対向面被覆部49が、処理水2がオゾン水とされた場合には電解研磨表面を備えたチタン等とされることができる。
【0049】
本実施形態の対向面被覆部49の厚み寸法T1は、図2に示すように、対向面被覆部49の超音波振動における波長λに対してλ/10以下またはλ/2に設定されてなることにより、超音波振動子本体48から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分を略最小化して、ウエット処理を安定化することができる。
具体的には、超音波振動における周波数が1MHzに設定されるとともに、対向面被覆部49がステンレス鋼(SUS316L)とされた場合には、その半波長λ/2は3mm程度として設定することができ、これにより振動板46から伝播する熱量を超音波振動子46以外の部分に逃がす割合を増大して、超音波振動子46へ伝播する熱量を低減することができ、接着部および超音波振動子本体48の温度が上昇することを防止して、超音波振動子本体48が破損してしまうことを防止できる。
【0050】
対向面被覆部49の厚み寸法T1が対向面被覆部49の超音波振動における波長λに対して、λ/10より大きくλ/2未満の範囲およびλ/2より大きい範囲に設定された場合には、超音波振動子本体48から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
【0051】
ここで、対向面被覆部49の厚み寸法T1に対する、λ/10以下、λ/2倍という数値は、振動部46および対向面被覆部49の温度状態や、付与される超音波振動の周波数に依って最も効率のいい状態を選択できるよう定義幅を有するものとされ、厳密にλ/20や、λ/2倍の値とは限らない。
具体的には、超音波振動子本体48から発せられた超音波振動の対向面被覆部49内での波長をλとしたときに、λ/10以下という数値範囲は、λ/120〜λ/10の範囲であることが好ましく、より好ましくは、λ/120〜λ/60の範囲とされるものである。また、λ/2という数値は、具体的には、λ/2±0.5mmの範囲とされていることが好ましく、より好ましくはλ/2±0.05mmの範囲、さらには、λ/2±0.01mmの範囲内とされることができる。このように対向面被覆部49の厚みを設定することにより、超音波振動子本体48からの超音波振動を有効に伝播させることができるので、このような優れた特性を有する超音波振動子40が備えられたウエット処理用ノズルを用いてウエット処理を行うと、超音波振動(超音波エネルギー)が処理液に十分付与され、効率良くウエット処理を行うことができる。
【0052】
本実施形態の超音波振動子40においては、上記の実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、対向面被覆部49が設けられており、この対向面被覆部49が、処理液2に対する耐反応性および/または耐熱性を有してなることにより、振動部46の対向面46Aに直接処理液2が接触しない上、処理面被覆部49表面がウエット処理されてしまうことがないため、振動部46が処理液2および超音波振動により劣化してしまうことを低減し、振動部46の寿命をより長くすることができ、さらに、振動部46および処理面被覆部49の成分が処理液2中に混合して被処理物Wの被処理面W1を汚染してしまうことを防止できる。同時に、ウエット処理をおこなった場合に、振動部46の対向面46Aと被処理物Wの被処理面W1との間の処理領域35において、気泡が巻き込まれて処理液2が無い領域が存在して振動部46が発熱した際、たとえ処理液2に接している振動部46が温度上昇しても、高熱伝導部31の働きにより、処理液2に接している振動部46に熱が伝播して超音波振動子本体48が破損することを防止できる。
【0053】
また、本実施形態では、対向面被覆部49の厚みをλ/10以下またはλ/2とすることにより、超音波振動子本体48からの超音波振動を有効に伝播させることができるので、このような優れた特性を有する超音波振動子40が備えられたウエット処理用ノズル1を用いてウエット処理をおこなった場合には、超音波振動(超音波エネルギー)が処理液に十分付与され、効率良くウエット処理を行うことができる。さらに、振動部46のみならず、対向面被覆部49が設けられることによりその厚み寸法T1分だけ振動部46の厚み寸法Tが厚く設定された状態となるため、振動部46の対向面46Aと被処理物Wの被処理面W1との間の処理領域35において、気泡が巻き込まれて処理液2が無い領域が存在した場合に、気泡の領域において対向面被覆部49、対向面46Aから反射した超音波により振動板46で熱が発生しても、この対向面被覆部49から振動部46へ伝播する熱を先ず、対向面被覆部49で発生した熱はここで分散し、さらに高熱伝導部31(46)により分散、低減して、その結果、超音波振動子本体48に伝播する熱を低減するため、超音波振動子本体48の温度が上昇することをより効率的に防止して、超音波振動子本体48が破損してしまうことをより防止できるとともに、振動板46と超音波振動子本体48との接続部分が破損してしまい動作不良を起こすことをより効率よく防止することができる。
【0054】
以下、本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第3実施形態を、図面に基づいて説明する。
[第3の実施形態]
図3は、本実施形態における超音波振動子を示す断面図である。
本実施形態において、図1に示す第1実施形態と異なるのは高熱伝導部31’の構成に関する点であり、これ以外の対応する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0055】
高熱伝導部31’は高熱伝導部31と略同等の材質からなるものとされ、図3に示すように、超音波振動子本体48の表面側に設けられている。ここで、超音波振動子本体48の表面とは、超音波振動子本体48において振動部46と接続された面と対向する厚み方向反対側の面、つまり、振動部46に対するその主面と同じ側の面を意味する。
高熱伝導部31’の厚み寸法T’は、図3に示すように、高熱伝導部31の厚み寸法Tと同様に、高熱伝導部31の超音波振動における半波長λ/2の整数倍、または、波長λの1/10以下に設定されており、具体的には、高熱伝導部31’の厚み寸法T’が、
T’=nλ/2(n=1,2,3,4,5,6,7)
に設定される。
【0056】
これにより、超音波振動子本体48から高熱伝導部31に伝播される振動エネルギーを効率よく戻して振動部46に伝播される振動エネルギーのロス分をほぼ最小化して、超音波照射処理を安定化することができる。ここで、高熱伝導部31’の厚み寸法T’が、高熱伝導部31’および高熱伝導部31の超音波振動におけるλ/2の整数倍またはλ/10倍以下の範囲に設定された場合には、超音波振動を高熱伝導部31を介して被処理物W側に充分照射することができるが、これに対して、高熱伝導部31’の厚み寸法T’が上記の範囲以外に設定された場合には、超音波振動子40から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
【0057】
本実施形態の超音波振動子40においては、上記の実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、振動部46の各部分からの熱が超音波振動子本体48に伝播しても、超音波振動子本体48の表裏両面二も受けられた高熱伝導部31,31’から熱を放出することができるため超音波振動子本体48自身の温度が上昇することをより一層防止できる。
【0058】
以下、本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第4実施形態を、図面に基づいて説明する。
[第4の実施形態]
図4は、本実施形態における超音波振動子を示す断面図である。
本実施形態において、図1に示す第1実施形態と異なるのは振動部46と高熱伝導部31の構成に関する点であり、これ以外の対応する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0059】
本実施形態の超音波振動子40は、図4に示すように、振動部(振動板)46の全表面に高熱伝導部が設けられた構造とされている。つまり、例えばステンレス鋼からなる振動板46の超音波振動子本体48側には高熱伝導部31が設けられ、振動板46の対向面46A側には高熱伝導部31aが設けられ、振動板46の側面側には高熱伝導部31bが設けられている。
ここで、振動板46の側面とは振動板46表面において超音波振動子本体48が接続される主面および対向面46Aとを結ぶ面を意味する。図において、高熱伝導部31,31a,31bをそれぞれ別体としているが、これらを一体とすることもできる。
【0060】
高熱伝導部31,31a,31bは、いずれも同一の材質とされるか、またはそれぞれが異なる材質からなるが、高熱伝導部31,31a,31bの材質としては、熱伝導率が100Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなる高熱伝導体が適用され、より好ましくは、熱伝導率が3000Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなる高熱伝導体が採用される。
例えば、動板46の超音波振動子本体48側および対向面46A側に設けられた高熱伝導部31,31aとしては、熱伝導率が3000Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなる高熱伝導体が適用され、振動板46の側面側に設けられた高熱伝導部31bとしては、熱伝導率が100Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなる高熱伝導体が適用されることができる。
【0061】
この高熱伝導部31,31aの厚み寸法T”は、それぞれ図1に示す厚み寸法Tと同様に、超音波振動子本体48から発せられた超音波振動の高熱伝導部31,31aにおける半波長λ/2の整数倍、または、波長λの1/10以下に設定されてなる。これにより、超音波振動子40から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分をほぼ最小化して、超音波照射処理を安定化することができる。ここで、高熱伝導部31,31aの厚み寸法T”がλ/2の整数倍またはλ/10倍以下の範囲に設定された場合には、超音波振動を高熱伝導部31,31aを介して被処理物Wに充分効率的に照射することができるが、これに対して、高熱伝導部31,31aの厚み寸法T”が上記の範囲以外に設定された場合には、超音波振動子40から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
具体的には、高熱伝導部31,31aの厚み寸法T”はそれぞれ、
T” = nλ/2 (n=1,2,3,4,5,6,7)
に設定される。
【0062】
この振動板46の側面側に設けられた高熱伝導部31bの厚み寸法は、超音波の振動エネルギーに関する制約は特になく、任意の厚み寸法でよいが、T”より厚い方が熱を早く拡散する観点より望ましい。
【0063】
振動板46を構成する材料としては、高純度ガラス状カーボン、ステンレス鋼(SUS316L)、石英、サファイア、アルミナ等のセラミックスなどのうちから選択されて用いられる。
振動板46は、図4に示すその厚み寸法T2が、超音波振動子本体48から発せられた超音波振動の該振動板46内での波長をλとしたときに、その半波長λ/2の整数倍に設定される。より詳しくは、λ/2以上7λ/2以下の範囲に設定され、具体的には、
T2 = nλ/2 (n=1,2,3,4,5,6,7)
に設定される。
ここで、厚み寸法T2は、λ/2±0.3mm、3λ/2±0.3mm、5λ/2±0.3mm、7λ/2±0.3mmのように、各数値に対して幅を持った範囲内に設定されることが好ましい。これは、温度変化等の条件を考慮したものである。このように厚み寸法Tを設定することにより、超音波振動子本体48からの超音波振動を有効に伝播させることができ、超音波振動子40が備えられた洗浄用ノズルを用いてウエット処理を行うと、超音波振動(超音波エネルギー)が洗浄液2に十分付与でき、効率良くウエット処理を行うことができる。
【0064】
本実施形態の超音波振動子40においては、上記の実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、振動板46の超音波振動子本体48側、対向面46A側、振動板46の側面側に、高熱伝導部31,31a、31bが設けられているために、振動部46の温度が上昇した場合にも、熱伝導率を大きい高熱伝導部31により熱を振動部46および超音波振動子本体48の外側に逃がすことができるため、超音波振動子本体48の温度が上昇することを防止して、超音波振動子本体48が破損してしまうことを防止できる。
【0065】
ここで、振動部46の対向面46A側に設けられた高熱伝導部31aにより、被処理物Wの被処理面W1から反射した超音波等により振動部46の温度が上昇した場合でも、振動部46のうち超音波振動子本体から最も離間した部分で熱を外部に伝達して、振動部46の超音波振動子本体48側における温度上昇を低減することができる。
また、振動部46の側面に設けられた高熱伝導部31bにより、振動部46において対向面46A側から超音波振動子本体48側へ伝わる熱を効率的に外部に放出・伝播あるいは放射することが可能となるため、振動部46の超音波振動子本体48側に熱が伝わる熱を低減し、温度上昇の低減を図ることができる。
このように高熱伝導部31a,31bによって、振動部46の温度上昇を低減した上で、振動部46の超音波振動子本体48側に設けられた高熱伝導部31により、振動部46の各部分からの熱が超音波振動子本体48に伝播する寸前で外部に伝播して、超音波振動子本体48と振動部46との接続部分および超音波振動子本体48に熱が伝わり温度上昇することを防止できる。
これらにより、超音波振動子本体48が破損してしまうことをより一層防止できるとともに、超音波振動子40の安定性をより一層向上することができる。
【0066】
また、振動部46の厚み寸法T2が、振動部46の超音波振動における半波長λ/2の1倍から7倍の範囲に設定されてなることにより、振動部46において超音波振動を効率よく伝播することが可能となるとともに、振動部46の厚み寸法Tを2従来より大きく設定して、振動部46から超音波振動子本体48へ伝播する熱をより低減し、超音波振動子本体48の温度が上昇することをいっそう防止して、超音波振動子本体48が破損してしまうことをさらに防止できる。
【0067】
高熱伝導部31,31aの厚み寸法T”は、それぞれ図1に示す厚み寸法Tと同様に、高熱伝導部31,31aの超音波振動における半波長λ/2の整数倍、または、波長λの1/10以下に設定されてなることにより、超音波振動子40から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分をほぼ最小化して、超音波照射処理を安定化することができる。
【0068】
さらに、振動部46の厚み寸法T2を3λ/2とし、高熱伝導部31,31aの厚み寸法T”をそれぞれλ/2、とすることにより、対向面46Aから超音波振動子本体48までの厚み寸法を超音波振動的に5λ/2とすることができるので、このように厚み寸法Tを設定することにより、超音波振動子本体48の安定した駆動と、かつ、処理領域35からウエット処理液2がなくなっても、超音波振動子本体48における破損可能性の低減とを最適な状態に設定することができる。
【0069】
以下、本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第5実施形態を、図面に基づいて説明する。
[第5の実施形態]
図5は、本実施形態における超音波振動子を示す断面図である。
本実施形態において、図1に示す第1実施形態と異なるのは冷却管50の構成に関する点であり、これ以外の対応する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0070】
振動部46(高熱伝導部31)には、図5に示すように、この振動部46を冷却するための冷却手段として、振動部31の主面上両端部側に、それぞれ冷却流体を流通する冷却管50,50が設けられている。
【0071】
この冷却管50,50は、振動部46の高熱伝導部31と略同等の材質からなる管体とされ、その流路方向と直行する方向の断面形状が円管とされている。冷却管50は互いに平行状態として、平面視して超音波振動子本体48の外側に図5の紙面と略垂直方向に延在するように振動部46に密着接続されている。冷却管50,50は、この紙面と垂直方向における振動部46の長さ寸法とほぼ等しい長さ寸法に設定されている。冷却管50,50の両端は、図示しない冷却液供給排出手段に接続され、これら、排出管22と冷却管50と減圧ポンプとは、処理領域35から排出液(処理液)2を吸引して排出するため処理液回収手段を構成している。
【0072】
冷却管50に流通される冷却流体としては、水、H2 水、等の冷却液、および、H2 ガス、NH3 ガス等の冷却ガスを用いることができる。
【0073】
本実施形態における超音波振動子40においては、上記の実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、さらに、冷却手段として振動部46の外側に位置する冷却管50,50に冷却流体(冷却液)を流通する構成とされてなることにより、例えばウエット処理をする際に、振動部46の対向面46Aと被処理物Wの被処理面W1との間の処理領域35に処理液2が無い部分ができて振動部46の温度が上昇した場合でも、振動部46を冷却液により冷却することが可能となるため、振動部46の温度上昇をより一層防止することができ、超音波振動子本体48と振動部46との接続部分および、超音波振動子本体48の温度上昇を防止して、超音波振動子本体48における破損可能性をさらに低減することが可能である。
【0074】
また、本実施形態においては、冷却管50,50の内表面のように、冷却液に接触する部分に関しては、図2に示した第2実施形態における対向面被服部49と同質の表面コーティング、表面改質等をおこなうことも可能である。この場合、処理液2により劣化してしまうことをさらに低減し、振動部46の寿命をより長くすることができる。
【0075】
なお、冷却管50を、振動部46の主面上において、超音波振動子本体48を囲むように周回する位置に設けることや、振動部46表面に溝部を設けて振動部側に開口した冷却管を振動部46に接続して冷却管の開口を振動部46表面で密閉することや、振動部46内部に冷却液の流通する冷却孔を設けることもできる。このように冷却孔を設けた場合、冷却液と振動部46との接触面積がさらに増大して、よりいっそうの冷却効果を得ることが可能になる。
【0076】
以下、本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第6実施形態を、図面に基づいて説明する。
[第6の実施形態]
図6は、本実施形態における超音波振動子を示す断面図である。
本実施形態において、図5に示す第5実施形態と異なるのは冷却手段として冷却管50代わりに設けられる放熱部32の構成に関する点であり、これ以外の対応する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0077】
放熱部32は、図6に示すように、この振動部46を冷却するための冷却手段として、振動部46の主面上両端部側に設けられ、この振動部46の主面から立ち上がる側壁部33,33と、この側壁部33,33上端部分に設けられた放熱フィン部(放熱部)34からなるものとされ、この放熱フィン部34は側壁部33から突出する複数の放熱フィン34a,34aを有するものとされている。
【0078】
側壁部33,33は振動部46の高熱伝導部31と同等の材質からなるものとされており、放熱フィン部34,34はこの側壁部33,33よりも高い熱伝導を有する材料から構成されている。
【0079】
本実施形態における超音波振動子40においては、上記の実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、さらに、冷却手段として高熱伝導部31に接続される放熱部34が設けられてなることにより、振動部46の温度が上昇して高熱伝導部31から熱を外部に逃がす際に、高熱伝導部31から熱をより一層効率よく超音波振動子40の外部に逃がすことができるので、振動部46からこの振動部46と超音波振動子本体48との接続部分および超音波振動子本体48に伝播する熱を低減し、超音波振動子本体48の温度が上昇することをさらに防止して、超音波振動子40が破損してしまうことをさらに防止できる。
【0080】
なお、本実施形態において、より一層放熱を促進させるために放熱フィン部34,34に送風するファンを設けることも可能である。
また、図2に示した実施形態と同様に、対向面46Aを覆うように処理液2に対する耐反応性および/または耐熱性を有する対向面被覆部49が設けることも可能である。
【0081】
以下、本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第7実施形態を、図面に基づいて説明する。
[第7の実施形態]
図7は、本実施形態における超音波振動子を示す断面図である。
本実施形態において、図4に示す第4実施形態と異なるのは対向面被覆部49の構成に関する点であり、これ以外の対応する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0082】
振動板46の対向面46A側には、図4に示した実施形態と同様に、高熱伝導部31aが設けられ、この高熱伝導部31aの接液面となる対向面46Aには、図7に示すように、この対向面46Aを覆うように処理液2に対する耐反応性および/または耐熱性を有する対向面被覆部49が設けられる。
この対向面被覆部49は、図2に示した実施形態と同様に、適応される超音波振動を付加したウエット処理に応じてその構成が異なるものとされる。
【0083】
ここで、ウエット処理としては、洗滌、剥離、現像、ウエットエッチング、メッキ、研磨等の処理を適用することができる。このとき、振動部46付近に供給する処理液2としては、洗浄処理の場合は、超純水、電解イオン水、オゾン水、水素水、等が用いられ、剥離処理の場合には、希NaOH、希KOH等無機アルカリや、アミン系剥離液等が用いられ、現像処理の場合には、希NaOH、希KOH等無機アルカリや、トリメチルアンモニウムハイドライト希釈液等が用いられ、ウエットエッチングの場合には、フッ素酸エッチング液等が用いられ、メッキ処理の場合には、Cu用、Ag用、Au用メッキ液等が用いられ、研磨処理の場合には、SiO2 スラリー、Al2O3スラリー、ダイヤモンドスラリー等が用いられる。
これに対応して、対向面被覆部49は、石英、高純度アルミナ、サファイヤ、PFA、4フッ化エチレン等のフッ素樹脂や、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)高純度ガラス状カーボン等、からなることが可能である。さらに、用いる処理液2によっては、対向面被覆部49が、最表面がクロム酸化物のみからなる不動態膜面のステンレス(SUS316L等)からなることや、対向面被覆部49が、酸化アルミニウムとクロム酸化物の混合膜を表面に備えたステンレスとされることや、対向面被覆部49が、処理水2がオゾン水とされた場合には電解研磨表面を備えたチタン等とされることができる。
【0084】
ここで、具体的には、超音波振動子本体48の超音波振動の周波数が1MHzに設定された場合に、ダイヤモンドライクカーボンとされた高熱伝導部31,31aの厚み方向寸法が、それぞれ10μm程度に設定され、ジュラルミンとされた振動部46の厚み寸法T2が、13mm程度に設定され、図4に示すように、ステンレス鋼(SUS316L)からなる対向面被覆部49の超音波振動における波長λに対してλ/2以下として3mm程度に設定されることができる。
これにより、超音波振動子本体48から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分を略最小化して、超音波処理を安定化するとともに、振動板46から伝播する熱量を超音波振動子46以外の部分に逃がす割合を増大して、超音波振動子46へ伝播する熱量を低減することができ、超音波振動子本体48の温度が上昇することを防止して、超音波振動子本体48が破損してしまうことを防止できる。
【0085】
本実施形態の超音波振動子40においては、上述の各実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、対向面被覆部49が設けられており、この対向面被覆部49が、処理液2に対する耐反応性および/または耐熱性を有してなることにより、振動部46の対向面46Aに直接処理液2が接触しない上、処理面被覆部49表面がウエット処理されてしまうことがないため、振動部46が処理液2および超音波振動により劣化してしまうことを低減し、振動部46の寿命をより長くすることができ、さらに、振動部46および処理面被覆部49の成分が処理液2中に混合して被処理物Wの被処理面W1を汚染してしまうことを防止できる。
【0086】
以下、本発明に係るウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第8実施形態を、図面に基づいて説明する。
[第8の実施形態]
図8は、本実施形態におけるウエット処理用ノズルを示す下面図、図9は、図8のVIII−VIII線に沿った断面図である。
図において、符号1は、本実施形態におけるウエット処理用ノズルである。本実施形態の図において、上記の各実施形態の超音波振動子40における構成要素と略同等の構成要素には同等の符号を付す。
【0087】
本実施形態の洗浄用ノズル1は、図1,図2に示すように、一端に洗浄液(処理液)2を導入するための導入口21aを有する導入通路(導入管)21と一端に洗浄後の洗浄液(ウエット処理後の処理液の排出液)を外部へ排出するための排出口22aを有する排出通路(排出管)22とが設けられ、これら導入通路21と排出通路22のそれぞれの他端が連結され、被処理基板(被処理物)Wに対向する対向面46Aを有する連結部23を形成するとともに、この連結部23に導入通路21が開口している第1の開口部(導入開口部)21bと、排出通路22が開口している第2の開口部(排出開口部)22bが設けられたものである。このようなノズルは、プッシュ・プル型ノズル(省流量型ノズル)と呼ばれるものである。第1と第2の開口部21b,22bは、被処理基板Wに向けて開口している。連結部23と被処理基板Wの間の空間には、ウエット処理を行う処理領域35が形成されている。
【0088】
さらに、連結部23には、被処理基板Wが洗浄されている間、処理領域35内の洗浄液2に超音波振動を付与するための超音波振動子40が設けられている。この超音波振動子40は、振動部46と、振動部46の主面上に設けられ、振動板46に超音波振動を付与する超音波振動子本体48とが備えられてなるものである。超音波振動子本体48は、PZT等の電歪素子とされ、発振器から超音波周波電気信号を受けて超音波振動を発生する。この超音波振動子本体48は、エポキシ樹脂を主成分とする超音波振動子接着用等の接着剤により振動板46に接続されている。
振動板46を構成する材料としては、高純度ガラス状カーボン、ステンレス鋼、ジュラルミン、石英、サファイア、アルミナ等のセラミックスなどのうちから選択されて用いられる。
【0089】
また、超音波振動子本体48は、20kHz〜10MHzの範囲の周波数の超音波振動を出力可能なものであることがウエット処理を行う場合に実用的な点で好ましく、特に、保持可能な処理液層の厚さの観点から0.2MHz以上の周波数が好ましい。
また、超音波振動子本体48から発せられた超音波振動の振動部46内での波長λの長さは、振動部46がステンレス鋼(SUS316L)製の場合、約0.6mm(10MHz)から約300mm(20kHz)の範囲となる。
【0090】
振動部46は、図8,図9に示すその厚み寸法T2が、超音波振動子本体48から発せられた超音波振動の該振動板46内での波長をλとしたときに、その半波長λ/2の整数倍に設定される。具体的には、振動部46の厚み寸法Tが、振動部46における超音波振動の波長λに対して、
T2 = nλ/2 (n=1,2,3,4,5,6,7)
に設定される。
ここで、厚み寸法T2は、λ/2±0.3mm、3λ/2±0.3mm、5λ/2±0.3mm、7λ/2±0.3mmのように、各数値に対して幅を持った範囲内に設定されることができる。これは、温度変化等の条件を考慮したものである。このように厚み寸法T2を設定することにより、超音波振動子本体48からの超音波振動を有効に伝播させることができ、超音波振動子40が備えられた洗浄用ノズル1を用いてウエット処理を行うと、超音波振動(超音波エネルギー)が洗浄液2に十分付与でき、効率良くウエット処理を行うことができる。
【0091】
振動部(振動板)46は、図9に示すように、その全表面に高熱伝導部31が設けられた構造とされている。つまり、例えばステンレス鋼等からなる振動板46の超音波振動子本体48側、振動板46の対向面46A側、および、振動板46の側面側に、それぞれ高熱伝導部31が設けられている。
ここで、振動板46の側面とは振動板46表面において超音波振動子本体48が接続される主面上側および対向面46A側とを結ぶ面を意味する。図において、高熱伝導部31をそれぞれ連続体としているが、これらを別体とすることもできる。
【0092】
高熱伝導部31を構成する材質としては、熱伝導率が100Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなる高熱伝導体が適用され、より好ましくは、熱伝導率が3000Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなる高熱伝導体が採用される。
例えば、振動板46の超音波振動子本体48側および対向面46A側に設けられた高熱伝導部31としては、熱伝導率が3000Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなる高熱伝導体が適用され、振動板46の側面側に設けられた高熱伝導部31としては、熱伝導率が100Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなる高熱伝導体が適用されることもできる。
【0093】
この高熱伝導部31の厚み寸法T”は、それぞれ図1に示す厚み寸法Tと同様に、超音波振動子本体48から発せられた超音波振動の高熱伝導部31における半波長λ/2の整数倍、または、波長λの1/10以下に設定されてなる。これにより、超音波振動子40から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分をほぼ最小化して、超音波照射処理を安定化することができる。ここで、高熱伝導部31の厚み寸法T”がλ/2の整数倍またはλ/10倍以下の範囲に設定された場合には、超音波振動を高熱伝導部31を介して被処理物Wに充分効率的に照射することができるが、これに対して、高熱伝導部31の厚み寸法T”が上記の範囲以外に設定された場合には、超音波振動子40から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
具体的には、高熱伝導部31の厚み寸法T”はそれぞれ、
T” = nλ/2 (1,2,3〜7)
に設定される。
【0094】
側面側の高熱伝導部31の厚み寸法は、超音波振動エネルギーのロスに関しての制限は特になく、熱拡散の観点からは、振動板46を挟む高熱伝導部31よりも厚く設定することが望ましい。
【0095】
振動部46の接液面となる対向面46Aには、図9に示すように、この対向面46Aを覆うように処理液2に対する耐反応性および/または耐熱性を有する対向面被覆部49が設けられる。
この対向面被覆部49は、適応される超音波振動を付加したウエット処理に応じてその構成が異なるものとされる。
【0096】
ここで、ウエット処理としては、洗滌、剥離、現像、ウエットエッチング、メッキ、研磨等の処理を適用することができる。このとき、振動部46付近に供給する処理液2としては、洗浄処理の場合は、超純水、電解イオン水、オゾン水、水素水、等が用いられ、剥離処理の場合には、希NaOH、希KOH等無機アルカリや、アミン系剥離液等が用いられ、現像処理の場合には、希NaOH、希KOH等無機アルカリや、トリメチルアンモニウムハイドライト希釈液等が用いられ、ウエットエッチングの場合には、フッ素酸エッチング液等が用いられ、メッキ処理の場合には、Cu用、Ag用、Au用メッキ液等が用いられ、研磨処理の場合には、SiO2 スラリー、Al2O3スラリー、ダイヤモンドスラリー等が用いられる。
これに対応して、対向面被覆部49は、石英、高純度アルミナ、サファイヤ、PFA、4フッ化エチレン等のフッ素樹脂や、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)高純度ガラス状カーボン等、からなることが可能である。さらに、用いる処理液2によっては、対向面被覆部49が、最表面がクロム酸化物のみからなる不動態膜面のステンレス(SUS316L等)からなることや、対向面被覆部49が、酸化アルミニウムとクロム酸化物の混合膜を表面に備えたステンレスとされることや、対向面被覆部49が、処理水2がオゾン水とされた場合には電解研磨表面を備えたチタン等とされることができる。
【0097】
本実施形態の対向面被覆部49の厚み寸法T1は、図9に示すように、対向面被覆部49の超音波振動における波長λに対してλ/10以下またはλ/2に設定されてなることにより、超音波振動子本体48から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分を略最小化して、ウエット処理を安定化することができる。
具体的には、超音波振動における周波数が1MHzに設定されるとともに、対向面被覆部49がステンレス鋼(SUS316L)とされた場合には、その半波長λ/2は3mm程度として設定することができ、これにより振動板46から伝播する熱量を超音波振動子46以外の部分に逃がす割合を増大して、超音波振動子46へ伝播する熱量を低減することができ、超音波振動子本体48の温度が上昇することを防止して、超音波振動子本体48が破損してしまうことを防止できる。
【0098】
対向面被覆部49の厚み寸法T1が対向面被覆部49の超音波振動における波長λに対して、λ/10より大きくλ/2未満の範囲およびλ/2より大きい範囲に設定された場合には、超音波振動子本体48から被処理物Wに照射される振動エネルギーのロス分が増大してしまい好ましくない。
【0099】
ここで、対向面被覆部49の厚み寸法T1に対する、λ/20以下、λ/2倍という数値は、振動部46および対向面被覆部49の温度状態や、付与される超音波振動の周波数に依って最も効率のいい状態を選択できるよう定義幅を有するものとされ、厳密にλ/20や、λ/2倍の値とは限らない。
具体的には、超音波振動子本体48から発せられた超音波振動の対向面被覆部49内での波長をλとしたときに、λ/10以下という数値範囲は、λ/120〜λ/10の範囲以下であることが好ましく、より好ましくは、λ/120〜λ/60の範囲以下とされるものである。また、λ/2という数値は、具体的には、λ/2±0.5mmの範囲とされていることが好ましく、より好ましくはλ/2±0.05mmの範囲、さらにいは、λ/2±0.01mmの範囲内とされることができる。このように対向面被覆部49の厚みを設定することにより、超音波振動子本体48からの超音波振動を有効に伝播させることができるので、このような優れた特性を有する超音波振動子40が備えられたウエット処理用ノズルを用いてウエット処理を行うと、超音波振動(超音波エネルギー)が処理液に十分付与され、効率良くウエット処理を行うことができる。
【0100】
また、排出通路22側には、圧力制御部(図示略)が設けられ、この圧力制御部(処理液回収手段)は、被処理基板Wに接触した洗浄液2が洗浄後に排出通路22に流れるように、第1の開口部21bの大気と接触している洗浄液の圧力(洗浄液の表面張力と被処理基板の被洗浄面の表面張力も含む)と大気圧との均衡がとれるように設けられている。上記圧力制御部は、排出口22a側に設けられた減圧ポンプにより構成されている。したがって、排出通路22側の圧力制御部に減圧ポンプを用いて、この減圧ポンプで連結部23の洗浄液を吸引する力を制御して、第1の開口部21bの大気と接触している洗浄液の圧力(洗浄液の表面張力と被処理基板Wの被洗浄面の表面張力も含む)と大気圧との均衡をとるようになっている。
つまり、第1の開口部21bの大気と接触している洗浄液の圧力Pw (洗浄液の表面張力と基板Wの被洗浄面の表面張力も含む)と大気圧Pa との関係をPw ≒ Paとすることにより、第1の開口部21bを通じて被処理基板Wに供給され、被処理基板Wに接触した洗浄液は、洗浄用ノズルの外部に漏れることなく、排出通路22に排出される。すなわち、洗浄用ノズルから被処理基板W上に供給した洗浄液は、被処理基板W上の洗浄液を供給した部分(第1と第2の開口部21b,22b)以外の部分に接触することなく、基板W上から除去される。
【0101】
ここでの被処理基板Wの洗浄の際、処理領域35に洗浄液2を供給した状態で上記超音波振動子本体48により超音波振動を付与し、洗浄液2と共働して被処理基板Wを洗浄できる。また、本実施形態の洗浄用ノズル1に備えられた超音波振動子40は、超音波振動子本体48から超音波振動が放射されると超音波振動が振動板46に伝播されるが、振動板46の厚み寸法Tが上記の様に設定されているので、伝播した超音波振動が、振動板46の主面と反対側の対向面46A(超音波振動子本体48が設けられた面と反対側の面)から処理領域35の洗浄液2に効率良く放射される。
【0102】
洗浄用ノズル1の各開口部21b,22bと、被処理基板Wとの間の距離Hは、8mm以下で被処理基板Wと接触しない範囲がよく、好ましくは6mm以下で基板Wと接触しない範囲、より好ましくは3mm以下で基板Wと接触しない範囲とするのがよい。8mmを越えると、基板Wと洗浄用ノズルとの間に所望の洗浄液を満たすことが困難となり、洗浄が難しくなるからである。
【0103】
本実施形態の洗浄用ノズル1では、上記の各実施形体と同様の効果を奏するとともに、振動部(振動板)46の厚み寸法が、振動部46の超音波振動における半波長λ/2の整数倍に設定されてなる。つまり、振動部全体の厚み寸法が、
として最適化されてなることにより、振動部46の対向面46Aと被処理物Wの被処理面W1との間の処理領域35において、伝播した超音波振動が、振動板46の主面と反対側の対向面46A(超音波振動子本体48が設けられた面と反対側の面)から処理領域35の洗浄液2に効率良く放射される。
さらに、このように振動部46全体の厚み寸法が、振動部46の超音波振動における半波長λ/2の略5倍に設定されてなることにより、超音波振動子本体48を安定した駆動と、かつ、処理領域35からウエット処理液2がなくなっても、超音波振動子本体48における破損可能性の低減とを最適にできる。
【0104】
同時に、高熱伝導部31が設けられてなることにより、気泡が巻き込まれて処理液2が無い領域が存在した際、上記気泡の領域において被処理基板Wから反射した超音波により振動板46で熱が発生した場合に、振動部46から超音波振動子本体48へ伝播する熱を低減し、超音波振動子本体48の温度が上昇することを防止して、超音波振動子本体48が破損してしまうことを防止できるとともに、振動板46と超音波振動子本体48との接続部分が破損してしまい動作不良を起こすことを防止することができる。
【0105】
さらに、対向面被覆部49が設けられており、この対向面被覆部49が、処理液2に対する耐反応性および/または耐熱性を有してなることにより、振動部46の対向面46Aに直接処理液2が接触しない上、処理面被覆部49表面がウエット処理されてしまうことがないため、振動部46が処理液2および超音波振動により劣化してしまうことを低減し、振動部46の寿命をより長くすることができ、さらに、振動部46および処理面被覆部49の成分が処理液2中に混合して被処理物Wの被処理面W1を汚染してしまうことを防止できる。同時に、ウエット処理をおこなった場合に、振動部46の対向面46Aと被処理物Wの被処理面W1との間の処理領域35において、気泡が巻き込まれて処理液2が無い領域が存在して振動部46が発熱した際、たとえ処理液2に接している振動部46が温度上昇しても、対向面被覆部49が耐反応性および/または耐熱性を有するため、振動部46が破損することを防止できる。
【0106】
本実施形態では、洗浄用ノズル1を被処理基板Wの上面側(一方の被処理面側)に設けた場合について説明したが、図10に示すように被処理基板Wの下面側にも洗浄用ノズル1aを設けてもよい。この洗浄用ノズル1aは、連結部23に超音波振動子本体48が設けられておらず、それ以外は先に述べた洗浄用ノズル1と同様の構成である。
【0107】
なお、本実施形態のウエット処理用ノズル1は上記各実施形態における超音波振動子40を適応することができる。また、被処理基板Wの下側にも洗浄用ノズル1を設けてもよい。
【0108】
以下、本発明に係るウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第9実施形態を、図面に基づいて説明する。
[第9の実施形態]
図11は、本実施形態における超音波振動子、ウエット処理用ノズルを示す断面図である。
本実施形態において、図10に示す第8実施形態と異なるのは冷却管50の構成に関する点であり、これ以外の対応する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0109】
振動部46には、図11に示すように、この振動部46を冷却するための冷却手段として、連結部23における導入通路21側および排出通路22側の両側面に、それぞれ冷却管(冷却体)50,50が設けられている。
【0110】
この冷却管50,50は、振動部46または導入通路21,排出通路22等と略同等の材質からなるものとされ、振動部46側面に対向面46Aと平行状態、つまり、図11の紙面と略垂直方向に延在しており、この方向における振動部46の長さ寸法とほぼ等しい長さ寸法に設定されている。冷却管50はその流路方向と直行する方向の断面形状が略半円形の半割円筒である冷却体50,50とされ、この冷却体50,50の開口した部分が、振動部46の側面の高熱伝導部31表面によって覆われるように密閉接続されている。冷却管50の両端は、冷却配管50aを介してそれぞれ排出口22aおよび図示しない減圧ポンプに接続され、これら、排出管22と冷却管50と減圧ポンプとは、処理領域35から排出液(処理液)2を吸引して排出するため処理液回収手段を構成している。
【0111】
本実施形態のウエット処理用ノズル1において、処理液導入手段から導入開口部21bを介して被処理基板W上の処理領域35に供給された洗浄液2は、排出開口部22bから排出通路22を通り、排出口22aから振動部46の両サイドに位置する冷却管50,50内部を経て、減圧ポンプにより、排出される。つまり、冷却手段が、振動部46の外側に位置する冷却管50に冷却液としての排出液(処理液)2を流通する。
【0112】
これにより、本実施形態のウエット処理用ノズル1においては、上記の各実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、さらに、振動部46における高熱伝導部31を冷却液2により冷却することが可能となるため、振動部46の温度上昇を防止することができ、処理領域35に処理液2が無い部分ができたとしても、振動部46を冷却液2により冷却することが可能となるため、振動部46の温度上昇をより確実に防止することができ、超音波振動子本体48と振動部46との接続部分および、超音波振動子本体48の温度上昇を防止して、超音波振動子40における破損可能性を低減することが可能である。
【0113】
また、排出液2を冷却液とすることにより、振動部46の冷却用として冷却液供給排出手段を特設する必要がなく、処理液導入排出手段によって冷却液を供給排出して冷却管50,50内部に流通させることで振動部46の冷却をおこなうことができるため、ウエット処理用ノズル1としての製造コストおよびランニングコストの低減を図ることができる。さらに、排出液2を冷却液としているため、振動部46の温度状態に依存することなく処理液2を供給して、かつ、振動部46の冷却をおこなうことができる。
【0114】
なお、本実施形態では冷却体50が接続される振動部46の側面を略平面としているが、振動部46および/または振動部46側面の高熱伝導部31に冷却体50に対応した冷却溝(溝部)を設けて、この冷却溝冷却管50で覆い、冷却液2の流通する冷却通路としての断面積を増大して、冷却液の流量を増加可能とするとともに、振動部46に対して冷却液2が接触する面積を増大して、さらに冷却効率を向上することもできる。
【0115】
また、本実施形態においては、冷却管50,50の内表面、振動部46側面の高熱伝導部31表面のように、冷却液としての処理液2に接触する部分に関しては、対向面被服部49と同質の表面コーティング、表面改質等をおこなうことも可能である。また、例客体50および冷却溝50Aの内部に冷却管として対向面被服部49と同質の冷却内管を設けることもできる。これらの場合、冷却管50,50の内表面、振動部46側面の高熱伝導部31表面等が、処理液2により劣化してしまうことをさらに低減し、振動部46の寿命をより長くすることができる。
【0116】
なお、冷却管50を振動部46側面以外の部分、例えば超音波振動子本体48の接続されている主面上に位置するように設けることや、振動部46側面の高熱伝導部31表面に溝部を設けるのではなく、振動部46内部および/または高熱伝導部31内部に冷却液の流通する冷却孔を設けることもできる。このように冷却孔を設けた場合、冷却液と振動部46との接触面積がさらに増大して、よりいっそうの冷却効果を得ることが可能になる。
【0117】
以下、本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第10実施形態を、図面に基づいて説明する。
[第10の実施形態]
本実施形態は、上記のいずれかの実施形態のウエット処理用ノズルを具備した洗浄装置(ウェット処理装置)の一例である。
図12は、本実施形態におけるウエット処理装置51の概略構成を示す図であって、例えば被処理基板として数百mm角程度の大型のガラス基板(以下、単に基板という)を枚葉洗浄するための装置である。
図中符号52は洗浄部、53はステージ(基板保持手段)、54、55、56、89は洗浄用ノズル、57は基板搬送ロボット、58はローダカセット、59はアンローダカセット、60は水素水・オゾン水生成部、61は洗浄液再生部、Wはガラス基板(被処理基板)である。
【0118】
図に示すように、装置上面中央が洗浄部52となっており、基板Wを保持するステージ53が設けられている。ステージ53には、基板Wの形状に合致した矩形の段部が設けられ、この段部上に基板Wが嵌め込まれて、基板Wの表面とステージ53の表面が面一状態でステージ53に保持されるようになっている。また、段部の下方には空間部が形成され、空間部にはステージ53の下方から基板昇降用シャフト(図示略)が突出している。基板昇降用シャフトの下端にはシリンダ等のシャフト駆動源(図示略)が設けられ、基板搬送ロボット57による基板Wの受け渡しの際にシリンダの作動により上記基板昇降用シャフトが上下動し、シャフトの上下動に伴って基板Wが上昇または下降するようになっている。
【0119】
ステージ53を挟んで対向する位置に一対のラックベース62が設けられ、これらラックベース62間に洗浄用ノズル54,55,56,89が架設されている。洗浄用ノズルは並列配置された4本のノズルからなり、各洗浄用ノズル54,55,56,89が異なる洗浄方法により洗浄を行うものとなっている。本実施の形態の場合、これら4本のノズルは、基板にオゾンを供給するとともに紫外線ランプ63から紫外線を照射することによって主に有機物を分解除去する紫外線洗浄用ノズル54、オゾン水を供給しつつ超音波振動子本体48により超音波振動を付与して洗浄するオゾン水超音波洗浄用ノズル55、水素水を供給しつつ超音波振動子本体48により超音波振動を付与して洗浄する水素水超音波洗浄用ノズル56、純水を供給してリンス洗浄を行う純水リンス洗浄用ノズル89、である。
【0120】
各洗浄用ノズル54,55,56,89は、プッシュ・プル型ノズル(省液型ノズル)と呼ばれるものである。また、これら4本のノズルのうちオゾン水超音波洗浄用ノズル55と、水素水超音波洗浄用ノズル56は、図1〜図11を用いて説明したいずれかの実施形態の洗浄用ノズルと同様の構成のもの、あるいは1本の洗浄用ノズルにつき、図1〜図11を用いて説明したいずれかの実施形態の洗浄用ノズルが複数設けられたもの(図12では、1本の洗浄用ノズルにつき、導入通路21と排出通路22との連結部23およびこの連結部23に設けられた超音波振動子40および第1、第2の開口部21b,22bはそれぞれ3組づつ設けられており、第1と第2の開口部21b,22bはそれぞれ3組合わせて基板Wの幅以上の長さに延びている。)である。ただし、ここでは図示の都合上、超音波振動子本体48のみを図示し、洗浄液導入部、洗浄液排出部等に区分した図示は省略する。また、洗浄用ノズル54は、超音波振動子本体48に代えて紫外線ランプ63が設けられた以外は上記実施形態の洗浄用ノズルと略同様の構成であり、洗浄用ノズル89は、超音波振動子本体48が設けられていない以外は、上記実施形態の洗浄用ノズルと略同様の構成である。ただし、ここでは図示の都合上、洗浄液導入部、洗浄液排出部等に区分した図示は省略する。
この洗浄装置51では、上記4本の洗浄ノズルが基板Wの上方で基板Wとの間隔を一定に保ちながらラックベース62に沿って順次移動することにより、基板Wの被洗浄面全域(被処理面全域)が4種類の洗浄方法により洗浄される構成となっている。
【0121】
各洗浄用ノズルの移動手段(ノズル・被処理物相対移動手段)としては、各ラックベース62上のリニアガイドに沿って水平移動可能とされたスライダがそれぞれ設けられ、各スライダの上面に支柱がそれぞれ立設され、これら支柱に各洗浄用ノズル54,55,56,89の両端部が固定されている。各スライダ上にはモータ等の駆動源が設置されており、各スライダがラックベース62上を自走する構成となっている。そして、装置の制御部(図示略)から供給される制御信号により各スライダ上のモータがそれぞれ作動することによって、各洗浄用ノズル54,55,56,89が個別に水平移動する構成となっている。また、上記支柱にはシリンダ(図示略)等の駆動源が設けられ、支柱が上下動することにより各洗浄用ノズル54,55,56,89の高さ、すなわち各洗浄用ノズル54,55,56,89と基板Wとの間隔がそれぞれ調整可能となっている。
【0122】
洗浄部52の側方に、水素水・オゾン水生成部60と洗浄液再生部61とが設けられている。水素水・オゾン水生成部60には、水素水製造装置64とオゾン水製造装置65とが組み込まれている。いずれの洗浄液も、純水中に水素ガスやオゾンガスを溶解させることによって生成することができる。そして、水素水製造装置64で生成された水素水が、水素水供給配管66の途中に設けられた送液ポンプ67により水素水超音波洗浄用ノズル56に供給されるようになっている。同様に、オゾン水製造装置65で生成されたオゾン水が、オゾン水供給配管68の途中に設けられた送液ポンプ69によりオゾン水超音波洗浄用ノズル55に供給されるようになっている。なお、純水リンス洗浄用ノズル89には製造ライン内の純水供給用配管(図示略)から純水が供給されるようになっている。
【0123】
そして、水素水用フィルタ70を通した後の水素水は、再生水素水供給配管76の途中に設けられた送液ポンプ77により水素水超音波洗浄用ノズル56に供給されるようになっている。同様に、オゾン水用フィルタ71を通した後のオゾン水は、再生オゾン水供給配管78の途中に設けられた送液ポンプ79によりオゾン水超音波洗浄用ノズル55に供給されるようになっている。また、水素水供給配管66と再生水素水供給配管76は水素水超音波洗浄用ノズル56の手前で接続され、弁80によって水素水超音波洗浄用ノズル56に新しい水素水を導入するか、再生水素水を導入するかを切り換え可能となっている。同様に、オゾン水供給配管68と再生オゾン水供給配管78はオゾン水超音波洗浄用ノズル55の手前で接続され、弁81によってオゾン水超音波洗浄用ノズル55に新しいオゾン水を導入するか、再生オゾン水を導入するかを切り換え可能となっている。なお、各フィルタ70,71を通した後の水素水やオゾン水は、パーティクルが除去されてはいるものの、液中気体含有濃度が低下しているため、配管を通じて再度水素水製造装置64やオゾン水製造装置65に戻し、水素ガスやオゾンガスを補充するようにしてもよい。
【0124】
洗浄部52の側方に、ローダカセット58、アンローダカセット59が着脱可能に設けられている。これら2つのカセット58、59は、複数枚の基板Wが収容可能な同一の形状のものであり、ローダカセット58に洗浄前(ウエット処理前)の基板Wを収容し、アンローダカセット59には洗浄済(ウエット処理後)の基板Wが収容される。そして、洗浄部52とローダカセット58、アンローダカセット59の中間の位置に基板搬送ロボット57が設置されている。基板搬送ロボット57はその上部に伸縮自在なリンク機構を有するアーム82を有し、アーム82は回転可能かつ昇降可能となっており、アーム82の先端部で基板Wを支持、搬送するようになっている。
【0125】
上記構成の洗浄装置51は、例えば洗浄用ノズル54,55,56,89と基板Wとの間隔、洗浄用ノズルの移動速度、洗浄液の流量等、種々の洗浄条件をオペレータが設定する他は、各部の動作が制御部により制御されており、自動運転する構成になっている。したがって、この洗浄装置51を使用する際には、洗浄前の基板Wをローダカセット58にセットし、オペレータがスタートスイッチを操作すれば、基板搬送ロボット57によりローダカセット58からステージ53上に基板Wが搬送され、ステージ53上で各洗浄用ノズル54,55,56,89により紫外線洗浄、オゾン水超音波洗浄、水素水超音波洗浄、リンス洗浄が順次自動的に行われ、洗浄後、基板搬送ロボット57によりアンローダカセット59に収容される。
【0126】
本実施形態の洗浄装置51においては、本発明の実施形態の洗浄用ノズル55,56と、上記のノズル・被処理物相対移動手段とを備えたことにより、上記本実施形態のウエット処理用ノズル(洗浄用ノズル)の利点を有したまま基板Wの被洗浄面全域をウエット処理(洗浄)することができる。
【0127】
また、本実施形態の洗浄装置51は、4本の洗浄用ノズル54,55,56,89の各々が、紫外線洗浄、オゾン水超音波洗浄、水素水超音波洗浄、リンス洗浄といった異なる洗浄方法により洗浄処理する構成であるため、本装置1台で種々の洗浄方法を実施することができる。したがって、例えば、水素水超音波洗浄、オゾン水超音波洗浄により微細な粒径のパーティクルを除去し、さらにリンス洗浄で基板表面に付着した洗浄液も洗い流しながら仕上げの洗浄を行う、というように種々の被除去物を充分に洗浄除去することができる。また、本実施の形態の洗浄装置51の場合、上記の省液型の洗浄用ノズルが備えられているため、洗浄液の使用量を低減することができ、しかも、ノズルの下方に液溜まりが生じないため、高効率、高清浄度の基板洗浄を実施することができる。したがって、半導体デバイス、液晶表示パネル等をはじめとする各種電子機器の製造ラインに好適な洗浄装置を実現することができる。
【0128】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、洗浄用ノズルの形状や寸法、洗浄用ノズルの導入管や排出管の数や設置位置等の具体的な構成等に関しては、適宜設計変更が可能なことは勿論である。さらに、上記実施の形態においては、本発明のノズルを洗浄用ノズルに適用した例を示したが、洗浄以外のウェット処理、例えばエッチング、レジスト除去等に本発明のノズルを適用することも可能である。
【0129】
【発明の効果】
本発明の超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置によれば、前記被処理物の被処理面に対向する対向面を有する振動部と、該振動部の主面上に設けられ前記振動部に超音波振動を付与する超音波振動子本体と、が備えられてなり、前記振動部が、高熱伝導体からなる高熱伝導部を有することにより、振動部の温度が上昇した場合にも、高熱伝導部の熱伝導率を大きく設定して熱を外部に逃がすことができるので、振動部からこの振動部と超音波振動子本体との接続部分および超音波振動子本体に伝播する熱を低減し、超音波振動子本体の温度が上昇することを防止して、超音波振動子本体が破損してしまうことを防止できるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第1実施形態を示す断面図である。
【図2】 本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第2実施形態を示す断面図である。
【図3】 本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第3実施形態を示す断面図である。
【図4】 本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第4実施形態を示す断面図である。
【図5】 本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第5実施形態を示す断面図である。
【図6】 本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第6実施形態を示す断面図である。
【図7】 本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第7実施形態を示す断面図である。
【図8】 本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第8実施形態を示す平面図である。
【図9】 図8のIX−IX線に沿った断面図である。
【図10】 本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図11】 本発明に係る超音波振動子、ウエット処理用ノズルおよびウエット処理装置の第9実施形態を示す断面図である。
【図12】 本発明のウエット処理装置における第10実施形態の概略構成を示す平面図である。
【図13】 従来のウエット処理用ノズルの断面図である。
【符号の説明】
1・・・洗浄用ノズル(ウエット処理用ノズル)
2・・・処理液(排出液、冷却液)
21・・・導入通路(処理液導入管)
21a・・・導入口
21b・・・第1の開口部(導入開口部)
22・・・排出管(排出管)
22a・・・排出口
22b・・・第2の開口部(排出開口部)
23・・・連結部
31,31a,31b・・・高熱伝導部
35・・・処理領域
40・・・超音波振動子部分
46・・・振動板(振動部)
46A・・・対向面
48・・・超音波振動子
49・・・対向面被覆部
50・・・冷却管(冷却体)
51・・・洗浄装置(ウエット処理装置)
55,56・・・洗浄用ノズル(ウエット処理用ノズル)
W・・・被処理基板(被処理物)
W1・・・被処理面
T,T’,T”,T1,T2・・・厚み寸法
H…距離(対向面46A被処理基板W間)
Claims (14)
- 処理液を介して被処理物の被処理面に対向する対向面を有する振動部と、該振動部の主面上に設けられ前記振動部に超音波振動を付与する超音波振動子本体と、が備えられてなり、
前記振動部が、前記対向面の処理液の充填されていない部分の熱を内部で移動させる高熱伝導体からなる高熱伝導部を有し、
前記高熱伝導部が、少なくとも前記振動部の前記超音波振動子本体との接合面に設けられてなり、
前記高熱伝導部の厚み寸法が、前記振動部の前記超音波振動における半波長の1/5以下に設定されてなることを特徴とするウエット処理用ノズル用の超音波振動子。 - 前記高熱伝導部において、熱伝導率が100Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなることを特徴とする請求項1記載のウエット処理用ノズル用の超音波振動子。
- 前記高熱伝導部において、熱伝導率が3000Wm-1K-1以上の範囲に設定されてなることを特徴とする請求項2記載のウエット処理用ノズル用の超音波振動子。
- 前記被処理面と前記対向面との間隔が8mm以下に設定されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載のウエット処理用ノズル用の超音波振動子。
- 前記振動部には、前記対向面を覆う対向面被覆部が設けられてなることを特徴とする請求項1から4のいずれか記載のウエット処理用ノズル用の超音波振動子。
- 前記対向面被覆部は、前記被処理物に対向する表面が前記処理液に対する耐反応性および/または耐熱性を有するよう構成されてなることを特徴とする請求項5記載のウエット処理用ノズル用の超音波振動子。
- 前記対向面被覆部の厚み寸法が、該対向面被覆部の超音波振動における半波長の1/10倍以下に設定されてなることを特徴とする請求項5または6のいずれか記載のウエット処理用ノズル用の超音波振動子。
- 前記振動部には、該振動部を冷却する冷却手段が設けられてなることを特徴とする請求項1から7のいずれか記載のウエット処理用ノズル用の超音波振動子。
- 前記冷却手段が、前記振動部の内側および/または外側に位置する冷却管に冷却流体を流通する構成とされてなることを特徴とする請求項8記載のウエット処理用ノズル用の超音波振動子。
- 前記冷却手段が、前記高熱伝導体に接続される放熱部とされてなることを特徴とする請求項9記載のウエット処理用ノズル用の超音波振動子。
- 被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部とを具備するウエット処理用ノズルであって、
前記導入開口部と前記排出開口部との間に前記請求項1から10のいずれか記載の超音波振動子が備えられてなることを特徴とするウエット処理用ノズル。 - 被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部とを具備するウエット処理用ノズルであって、
前記導入開口部と前記排出開口部との間に前記請求項10記載の超音波振動子が備えられており、
前記冷却流体が、前記処理液とされてなることを特徴とする請求項11記載のウエット処理用ノズル。 - 被処理物のウエット処理のための処理液を前記被処理物の被処理面に向けて供給する導入開口部と、前記ウエット処理後の前記処理液の排出液を前記被処理面から排出する排出開口部とを具備するウエット処理用ノズルであって、
前記導入開口部と前記排出開口部との間に前記請求項10記載の超音波振動子が備えられており、
前記冷却流体が、前記排出液とされてなることを特徴とする請求項12記載のウエット処理用ノズル。 - 請求項11から13いずれか記載のウエット処理用ノズルと、
前記導入開口部と前記被処理物の被処理面との間に処理液を導入するための処理液導入手段と、
前記排出開口部と前記被処理物の被処理面との間から処理液を吸引して排出するため処理液回収手段と、
被処理物の被処理面に沿って前記ウエット処理用ノズルと前記被処理物とを相対移動させることにより前記被処理物の被処理面全域を処理するためのノズル・被処理物相対移動手段とを有することを特徴とするウエット処理装置。
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