JP5759856B2 - 超音波処理装置 - Google Patents
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Description
被処理物を超音波により洗浄処理する超音波処理装置であって、
超音波振動を放射する超音波振動部と、
前記超音波振動部に電力を印加する発振部と、
前記被処理物と該被処理物を処理する処理液とを収容する収容部を有し、該収容部内へ前記処理液を供給する処理液供給部と、を備え、
前記処理液供給部が、前記収容部内へ供給される前の前記処理液を脱気する脱気部を有することを特徴とする。
図1は、本実施形態における超音波処理装置の構成例である。本実施形態では、被処理物の表面に処理液をかけ流しながら、被処理物を1個ずつ処理する枚葉式超音波処理装置の例を説明する。この例では、被処理物Wは、例えばIC(Integrated Circuit)をその表面に形成した基板である半導体ウエハであり、円盤形状である。被処理物Wは、超音波による洗浄処理、あるいは洗浄処理と乾燥処理を施される。
超音波処理装置100は、超音波振動部110と、発振部120と、検知部130と、後述する給液管144や収容部145等を含む処理液供給部140と、制御部160と、各種データ等を記憶する記憶部161と、オペレータからの指示を受け付ける操作部162と、各種データ等を表示する表示部163とを備える。
振動板112は、放射面112aにおける周縁部が、フランジ部113aの上部に載置され、接着剤やパッキン等により密着固定される。これにより、石英製の振動板112は処理液Lに接するが、金属成分を含有する圧電振動子111は処理液Lに接することがないので、圧電振動子111に起因する被処理物Wの金属汚染を抑制することができる。
振動板112の放射面112aにおける周縁部以外の部分は、振動子ケース113底部の開口部に露出している。給電ケーブル114は、その一端が圧電振動子111に接続され、他端が発振部120に接続されている。
処理液Lが加熱されると、処理液Lにおける気体の飽和溶解濃度が低下するため、処理液L中に含まれている気体の除去、すなわち処理液Lの脱気が促進される。
温調タンク141で加熱された処理液Lは、給液管142を介して、減圧脱気部143へ供給される。
また、処理液供給部140において処理液Lを脱気する脱気部を、上述の加熱脱気部(温調タンク)141と減圧脱気部143に加え、超音波を用いて処理液Lを脱気する超音波脱気部とから構成することもできる。この場合、超音波脱気部は、加熱脱気部141や減圧脱気部143と、直列に配置される。
また、処理液供給部140における脱気部を、加熱脱気部141と減圧脱気部143と超音波脱気部のいずれか一つのみ、又は任意の組合せで構成することもできる。任意の2つ以上の組合せで脱気部を構成する、例えば、本実施形態のように、加熱脱気部141と減圧脱気部143とを組み合わせて脱気部を構成することで、処理液Lの脱気に要する時間を短くすることが可能になる。
なお、本実施形態では、処理液Lを収容部145内の被処理物Wの主面Waと裏面の両方に供給したが、処理液Lを収容部145内の被処理物Wの主面Waにのみ供給する構成とすることも可能である。
制御部160は、操作部162がオペレータからの超音波処理開始指示を受け付けると、発振部120や処理液供給部140等へ、超音波処理開始指示を行う。
また、制御部160は、温調タンク141からの温度検出信号を受信し、該受信した温度検出信号に基づき、温調タンク141内の処理液Lの温度を所定の温度に制御する。
また、制御部160は、減圧脱気部143からの圧力検出信号を受信し、該受信した圧力検出信号に基づき、減圧脱気部143内の雰囲気の圧力を所定の圧力に制御する。
制御部160は、ハードウエア構成としては、CPU(Central Processing Unit)と制御部160の動作プログラム等を格納するメモリを備えており、CPUは、この動作プログラムに従って動作する。
先ず、オペレータからの処理開始指示を操作部162が受け付けると、制御部160が発振部120へ処理開始の指示を行う。発振部120は、制御部160から処理開始の指示を受け(S301)、所定の電圧振幅v0と所定の周波数f0で高周波電力の発生を開始する(S302)。電圧振幅v0と周波数f0は適切な値が実験等により確認されたもので、予めオペレータにより操作部162を介して記憶部161に記憶されている。制御部160は、記憶部161に記憶されている電圧振幅v0と周波数f0や、後述する電流振幅の所定値I0´等の処理用データを読み出して、処理開始時に発振部120へ送信する。
位相θVと位相θIが整合する場合(S305でYes)、検知部130は、さらに電流波形の振幅I0が所定値I0´以上であるかを診断する(S306)。振幅I0が所定値以上である場合(S306でYes)、後述のステップS308へ遷移する。上記所定値I0´は、適切な値が実験等により確認されたもので、予めオペレータにより操作部162を介して記憶部161に記憶されている。検知部130は、処理開始時に発振部120から所定値I0´を受信する。
Δfの変調幅において位相θVと位相θIが整合しないか又は振幅I0が所定値未満の場合は(S305又はS306でNo)、検知部130は発振部120に対して、位相θVと位相θIが整合し振幅I0が所定値以上となるまで、変調幅Δfを変更値に再設定して周波数変調させる(S307)。図3のフローでは、位相θVと位相θIが整合し振幅I0が所定値以上となるまで、S304〜S308を繰り返すが、S307からS304へ遷移して、S304〜S307を繰り返すように構成してもよい。
変調幅Δfの初期値や変更値は、適切な値が実験等により確認されたもので、予めオペレータにより操作部162を介して記憶部161に記憶されている。発振部120は、処理開始時に制御部160から変調幅Δfの初期値や変更値を受信する。
ある変調幅Δfにおいて、位相θVと位相θIが整合し、かつ振幅I0が所定値以上に達すると、発振部120は、位相θVと位相θIが整合しかつ振幅I0が所定値以上に達した変調幅Δfを用いて、周波数範囲f0−Δf乃至f0+Δfでの周波数変調を継続する。
図7において、距離zが(8/4)λと(10/4)λの場合に、電力値pが大きくなっていることが分かる。
図8(a)は、z=2.4mm=(8/4)λの場合、図8(b)は、z=2.7mm=(9/4)λの場合、図8(c)は、z=3.0mm=(10/4)λの場合、図8(d)は、z=3.3mm=(11/4)λの場合である。
図8(a)と図8(c)の場合、つまり、距離zが(8/4)λと(10/4)λの場合に、被処理物Wの主面Waに沿った方向の広い領域に渡って明るくなる状態が観察される。これは、超音波振動の音圧が増大している状態である。また、図8(b)と図8(d)の場合、つまり、距離zが(9/4)λと(11/4)λの場合に、被処理物Wの主面Waに沿った方向は暗くなる状態が観察される。これは、超音波振動の音圧が低下している状態である。
このように、超音波振動の波長λに対して、距離zを適切な値に設定することにより、表面弾性波を強め、超音波振動の音圧を増大させることができる。
図10から、Δf=30kHzの場合において、電力値pが最も大きくなることが分かる。
図11(a)はΔf=0kHzの場合、図11(b)はΔf=10kHzの場合、図11(c)はΔf=20kHzの場合、図11(d)はΔf=30kHzの場合である。図11(d)の場合、つまりΔf=30kHzの場合において、被処理物Wの主面Waに沿った方向の広い領域に渡って明るくなる状態が観察され、超音波振動の音圧が増大していることが分かる。
このように、距離zが一定の場合において、超音波振動の周波数の変調幅Δfを適切な値に設定することにより、表面弾性波を強め、超音波振動の音圧を増大させることができる。
一方、ダメージ発生頻度Fは、溶存気体濃度C0が8ppm付近で最も多く、これより低濃度の領域ではキャビテーション気泡の発生量の低下によって減少し、高濃度の領域では音圧振幅Paの低下に伴うキャビテーション気泡の運動の微弱化によって減少する。
したがって、溶存気体濃度C0を8ppmよりも低くするにつれて、ダメージ発生頻度Fが減少する一方、処理液Lの流動性が高くなることが分かる。さらに1ppm未満では、ダメージ発生頻度Fがない状態にできる。
図13により、溶存気体濃度C0を低下させることで、処理液Lは短時間で凹パターンの底部まで到達することが分かる。したがって、溶存気体濃度C0を低くすると、凹パターンに対して、短時間で良好な洗浄結果が得られることが分かる。
CS:処理液Lに対する気体の飽和溶解濃度
C0:処理液L中の溶存気体濃度
h:凹凸の高さ(凹パターンの深さ)
d:凹パターンの直径
θ:被処理物Wに対する処理液Lの接触角
σ:処理液Lの表面張力
Pw:処理液Lの圧力
Pv:処理液Lの蒸気圧
(1)被処理物に励起された表面弾性波により、被処理物の表面における処理液の流動が促進され、被処理物の凹パターンの底部及び側壁部にも十分に処理液が浸透して、良好な洗浄結果が得られる。
(2)処理液中の溶存気体濃度の低下によって、さらに被処理物の凹パターンの底部及び側壁部に処理液が浸透するとともに、キャビテーション気泡の発生量が減少し、被処理物の凸パターンに対するダメージが抑制される。
(3)超音波振動部に印加する電力の電圧値の位相と電流値の位相とが互いに整合し、かつ電流値が所定値以上となるように、電力の周波数を変化させるので、効率よく被処理物を洗浄できる。
(4)超音波振動部に印加する電力の電圧値の位相と電流値の位相とが互いに整合し、かつ電流値が所定値以上となるように、電力の周波数を周期的に変化させるので、被処理物と振動板との間の距離が被処理物の回転に伴って変動するような場合においても、全体として、電圧値の位相と電流値の位相とが互いに整合し、かつ電流値が所定値以上となる状態を維持することが容易となる。
(5)上記(4)において、さらに、電圧値の位相と電流値の位相とが互いに整合し電流値が所定値以上となるまで、変化させる周波数の範囲(変調幅)を変えるので、電圧値の位相と電流値の位相とが互いに整合し電流値が所定値以上となる状態にすることが容易となる。
(6)超音波振動部の放射面が、被処理物の凹凸が形成された主面に対向するように配置され、前記放射面と前記主面の間が脱気された処理液で満たされるので、効率よく被処理物を洗浄できる。
(7)加熱脱気部と減圧脱気部とを組み合わせて脱気部を構成するので、処理液の脱気に要する時間を短くすることが可能になる。
(8)被処理物の裏面へも処理液を供給しているので、被処理物における超音波振動の透過を促進し、被処理物の主面からの反射波成分を弱めることが可能になる。
(9)処理液が、アルコール類、エーテル類、フッ素系溶剤の何れか一つ以上を含むように構成された場合は、洗浄後の乾燥処理に要する時間を短くすることが可能になる。
Claims (1)
- 被処理物を超音波により洗浄処理する超音波処理装置であって、
超音波振動を放射する超音波振動部と、
前記超音波振動部に電力を印加する発振部と、
前記被処理物と該被処理物を処理する処理液とを収容する収容部を有し、該収容部内へ前記処理液を供給する処理液供給部と、
前記発振部から前記超音波振動部へ印加される電力の電圧値及び電流値を計測する検知部と、を備え、
前記超音波振動部において超音波振動を放射する放射面は、前記収容部内に収容された前記被処理物の凹凸が形成された主面に対向するように配置され、
前記処理液供給部が、前記収容部内へ供給される前の前記処理液を脱気する脱気部を有し、前記収容部内に収容された前記被処理物の前記主面と該主面の裏面へそれぞれ前記脱気部により脱気された処理液を供給し、
前記発振部は、前記検知部で計測される電圧値の位相と電流値の位相とが互いに整合し、かつ電流値が所定値以上となるように、前記発振部が出力する電力の周波数を周期的に変化させるとともに、該変化させる周波数の範囲を変え、第1の周波数範囲において、前記検知部で計測される電圧値の位相と電流値の位相とが互いに整合し、かつ電流値が前記所定値以上になると、前記発振部が出力する電力の周波数を、前記第1の周波数範囲内で周期的に変化させることを特徴とする超音波処理装置。
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