JP4240877B2

JP4240877B2 - Sound pressure measuring device, ultrasonic processing device, and ultrasonic processing method

Info

Publication number: JP4240877B2
Application number: JP2001379704A
Authority: JP
Inventors: 博藤田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: JP2003177060A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波の音圧を測定する音圧測定装置、それを用いた超音波処理装置および超音波処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＬＳＩ製造工程等に用いられる枚葉スピン式の洗浄装置やデイップ式の洗浄装置等では、供給される純水や薬液を介して、超音波を対象基板に照射する超音波洗浄工程が設けられている。洗浄液には６００〜２０００ｋＨｚ程度の帯域の超音波振動が印加され、洗浄対象の基板に照射される。
【０００３】
枚葉スピン式の超音波洗浄装置には、振動子で発振した超音波を振動板を介して付与された洗浄液を開口部から洗浄対象の被処理体に供給して超音波を照射する超音波ノズル方式が用いられている。
【０００４】
このような超音波洗浄装置においては、被処理体である基板面での超音波強度を知ることにより、超音波発振電源が正常に作動しているか、あるいは、振動子で発生した超音波が効率良く洗浄液に導かれているか、振動子の劣化等による振動効率の変化が無いか、水質の変化による洗浄液中での超音波伝播効率の変化が無いか等を確認することは洗浄能力の維持を確認するうえで重要である。
【０００５】
このような超音波ノズル方式を用いた洗浄装置において、従来行われている超音波の音圧測定の一例を第７図に示す。音圧計５０ａは、超音波ノズル５２から給液される超音波が印加されている洗浄液を、一端に圧電素子５３が接続されているバー型石英棒５１の側面で受け、その際に圧電素子５３において超音波の強度に対応して発生した電力を、圧電素子５３に電気的に接続されている電圧計５４もしくは電流計で測定して表示する
また、別の従来例の一例を図８に示す。音圧計５０ｂの音圧受波面６１はステンレス材を使用し、音圧受波面６１の形状を平面としたものである。つまり、平面形状の音圧受波面６１に測定対象の超音波ノズル５２を対向させ、超音波を印加した洗浄液を音圧受波面６１に供給する。音圧受波面６１に印加された超音波振動の一部はステンレス材の中を伝播して、ステンレス材に接続された圧電素子５３に伝播される。圧電素子５３では伝播された超音波振動に対応した電力が発生し、この発生電力を電圧計５４もしくは電流計で測定して表示する。
【０００６】
また、特開平１０−８２７０３号公報には、音圧センサの先端部を球状面からなる感知部に形成した構造が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のバー型石英棒５１による受波により音圧測定を行った場合は、バー型石英棒５１の曲率半径が小さいため、ごく限られた振動方向の音波のみがバー型石英棒５１の中に入射して伝播し、圧電素子５３によって電圧変換されるため、被処理体の処理に供される超音波強度の、ごく一部のみの測定しか行えない。また、超音波の振動方向と圧電素子５３の装着方向が９０度程度異なるため、バー型石英棒５１の中を反射を繰返しながら伝播してきた振動の方向成分の内の、圧電素子５３の圧電方向と同一方向の振動のみを測定することになる。そのため、バー型石英棒５１の設置角度により大きく値が変動することがあり、測定の信頼性、再現性が低い。
【０００８】
また、上述のもう一つの従来例では、音圧受波面６１が平面のため、超音波ノズル５２の振動子の振動面と平行に設置した場合、音圧受波面６１で超音波が反射され、洗浄液を伝播し、振動子に反射波として入射する。これにより発振効率の低下、発振波形の歪の発生が起こり、発振状態が不安定になる恐れがある。また、超音波の反射波は振動子において電気的な反射波に変換され、発振電源での発熱・発振不良を引き起こし、振動子の破壊にいたる場合もある。
【０００９】
また、音圧受波面６１が平面である特定の厚みを有しているため、特定の受波角度において振動子の発振波長に対して共振現象が発生するため、同一の音圧に対しても受波角度により音圧測定値が大きく異なる。また、この現象は発振周波数によっても変化する。
【００１０】
また、音圧受波面６１にステンレス材を使用しているため、強酸により腐食が発生するため、強酸を使用する装置での使用ができず、ステンレス材に付着した純水などの飛散により、被洗浄物を金属不純物で汚染させることもある。
【００１１】
また、特開平１０−８２７０３号公報に開示された構造では、球状面からなる感知部からパイプ状の柱状体を介して受波した音波を圧電素子に導いているため、受波した音波はパイプ内の内壁で反射を繰返して進行するため減衰が大きく精度のよい測定が得られない場合がある。
【００１２】
本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、超音波ノズルの音圧を測定し、超音波音圧を一定に保つことにより、被処理物へのダメージの無い良好な処理の安定化を図るための音圧測定装置、それを装着した超音波処理装置および超音波処理方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による手段によれば、石英、サファイヤ、ＳｉＣ、ＳＵＳ、Ｔａ、Ｔｉのいずれか１つからなり、受波面の形状が凸状で曲率半径が２０〜６０ｍｍの曲面状に形成された受振体と、
前記受振体との接続面が前記受波面と対向して位置し、前記受振体が受振した音圧を電気信号に変換する変換素子と、
前記受波面以外を覆い、前記変換素子を収容する樹脂製の密閉型筐体とを有することを特徴とする音圧測定装置である。
【００１５】
また請求項２の発明による手段によれば、前記受波面の形状は略球面状であることを特徴とする請求項１記載の音圧測定装置である。
【００１６】
また請求項３の発明による手段によれば、前記受振体は円柱体を有し、かつ、この円柱体の一端側に前記受波面が略球面状に形成されており、前記変換素子は前記球面の中心部の鉛直線上において対向して位置していることを特徴とする請求項１記載の音圧測定装置である。
【００１７】
また請求項４の発明による手段によれば、前記変換素子が接続されているのは前記受振体における前記受波面の他端側であることを特徴とする請求項３記載の音圧測定装置である。
【００１８】
また請求項５の発明による手段によれば、前記受振体の前記受波面を除く部位の一部あるいは全部は、超音波を反射または吸収する材質によって被覆されていることを特徴とする請求項１乃至４記載の音圧測定装置である。
【００１９】
また請求項６の発明による手段によれば、前記受振体と筐体との間は防水構造により封止されていることを特徴とする請求項１乃至５の少なくともいずれか一項に記載の音圧測定装置である。
また請求項７の発明による手段によれば、超音波が印加された処理液を超音波ノズルから被処理体に供給して所定の処理をほどこす超音波処理装置において、
前記超音波ノズルは、被処理体と所定距離対向離間した位置と、この被処理体と異なる位置に配置された請求項１乃至６の少なくともいずれか一項に記載の音圧測定装置と所定距離対向離間した位置との間を移動可能な状態で設けられていることを特徴とする超音波処理装置である。
また請求項８の発明による手段によれば、被処理体と所定距離対向離間した位置から超音波ノズルにより超音波が印加された処理液を該被処理体に供給する工程と、
前記被処理体と異なる位置に配置された請求項１乃至６の少なくともいずれか一項に記載の音圧測定装置と所定距離対向離間した位置から超音波ノズルにより超音波が印加された処理液を前記音圧測定装置に供給する工程と、
前記音圧計により音圧を測定する工程とを有することを特徴とする超音波処理方法である。
また請求項９の発明による手段によれば、前記超音波ノズルにより超音波が印加された処理液を前記被処理体に供給して前記被処理体にほどこす処理は、洗浄処理であることを特徴とする請求項８記載の超音波処理方法である。
また請求項１０の発明による手段によれば、前記超音波ノズルにより超音波が印加された処理液を前記被処理体に供給して前記被処理体にほどこす処理は、ケミカルエッチング処理であることを特徴とする請求項８記載の超音波処理方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として、本発明の音圧測定装置を装着した超音波洗浄装置を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明の音圧測定装置を装着した超音波洗浄装置の模式構成図である。
【００２２】
枚葉スピン式の超音波洗浄装置のスピンチャック１に被処理物であるウエハ基板２が設置し保持され、スピンチャック１はモータ３の回転軸３ａに取り付けられており、任意の回転数で回転される。スピンチャック１の外周に沿って設けられ、スピンチャック１が回転した際に遠心力で飛散した洗浄液を内部に受け止めるようにカップ４が設置されている。カップ４の底面には排気および廃液を行うための排気・廃液口５が設置される。スピンチャック１の上にはスピンチャック１の上を移動可能な超音波ノズル６が設置され、超音波ノズル６の内部には、外部の発振電源７と電気的に接続された振動子９が設けられており、発振電源７の駆動により振動子９が振動し、超音波を発生する。また、超音波ノズル６には洗浄液（処理液）を供給する給液管８が接続される。
【００２３】
ウエハ２の洗浄処理を行う場合、スピンチャック１にウエハ２を設置し、モータ３により任意の回転数でスピンチャック１およびウエハ２が回転する。スピンチャック１の上に超音波ノズル６がカップ４の外側から移動し、給液管８を介して超音波ノズル６に洗浄液が供給される。振動子９で発生した超音波は振動板（不図示）を介して給液管８により供給された洗浄液に印加され、洗浄液が超音波ノズル６の開口部からウエハ２に供給される際に洗浄液中を伝播して照射される。その際、超音波ノズル６をウエハ２の径方向にスキャンさせることでウエハ２の全面を洗浄処理することができる。
【００２４】
洗浄処理を行わないときは、超音波ノズル６はカップ４の外側に搬送機構（不図示）により搬送されて退避している。このとき超音波ノズル６の直下の位置に音圧計（音圧測定装置）１０が設置され、音圧計１０の受振体１１が超音波ノズル６と対向している。その際、超音波ノズル６の開口部と受振体１１との距離は洗浄処理時の超音波ノズル６の開口部とウエハ２の面との距離とほぼ等距離に設定されている。
【００２５】
なお、開口部とウエハ２の面との距離は、予め距離に応じて換算できる関係が成立していれば、等距離でなくても換算できる関係に応じた任意の距離に設定することができる。
【００２６】
各洗浄処理の間の超音波ノズル６がカップ４の外側、即ち音圧計１０の直上にあるときにウエハ２の処理時と同じ条件で洗浄液の供給および超音波発振を行い。音圧計１０の受振体１１に洗浄処理と同様の動作を行う。受振体１１に照射された超音波の一部は受振体１１を透過して受振体１１に接続された圧電素子１２に入射し、入射した音圧に対応する電力を発生させる。圧電素子１２と電気的に接続された音圧表示部１３で圧電素子１２に発生した電力からの音圧相当値を表示する。
【００２７】
図２に音圧計１０の構造を示す。受振体１１に圧電素子１２が接続され、圧電素子１２は同軸ケーブル１５により電気的に音圧表示部１３と接続される。受振体１１は石英やサファイアなどの洗浄液に対し金属不純物による汚染を発生させることが無く、耐食性を備えたむく体で形成されている。したがって、先端部の受波面１１ａで受波した超音波はむく体で形成された受振体１１を伝達してほとんど減衰することなく圧電素子１２に到達する。それにより、極めて高精度の超音波の測定を行うことができる。
【００２８】
また、先端部の受波面１１ａの形状は凸面状の曲面（例えば球面あるいは蒲鉾型）に形成されている。この曲面の曲率半径は１例を挙げれば、２０〜６０ｍｍ程度である。なお、受振体１１は、石英やサファイのほかに、ＳｉＣ、ＳＵＳ、ＴａあるいはＴｉを用いることができる。また、受振体１１の少なくとも洗浄液に浸される部分の受波面１１ａを除く部分に超音波を反射する金属や、超音波を吸収するフッ素樹脂等の材質で被覆されている。また、この受振体１１を保持している樹脂製の筐体１４は、フッ素樹脂（例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＢＣＴＦＢ、ＣＴＦＢ、ＰＣＴＦＥ）や塩化ビニル樹脂などの対象液体に対し金属不純物による汚染を起こすことが無く、耐食性を有する材質で形成されている。
【００２９】
受振体１１は直径の異なる２段階の円柱形状をしており、圧電素子１２側の円柱の方が直径が大きく、また圧電素子１２の外径よりも大きい。受振体１１と筐体１４の間にはＯリング等のシールリング１７が設けられている。圧電素子１２と音圧表示部１３を電気的に接続している同軸ケーブル１５の周りには被覆チユーブ１８が筐体１４と接続されており、筐体１４内への液体の浸入を防止し、圧電素子１２および同軸ケーブル１５への洗浄液による劣化、腐食を防止している。
【００３０】
また、音圧計１０と超音波ノズル６の発振電源７とを接続し、音圧測定値が既定値となるように発振電源７の出力をフィードバック制御することで、任意の音圧値に自動制御することができる。
【００３１】
なお、上述の音圧計１０の変形例として、筐体１４の圧電素子１２が収納された空間を気体で陽圧（正圧）状態した例について図３に示した構成図により説明する。
【００３２】
音圧計１０の筐体１４と接続された被覆チューブ１８には、内部に圧電素子１と接続した同軸ケーブル１５と管路１８ａが形成され、被覆チューブ１８の先端に３方コネクタ２３が設けられている。３方コネクタ２３の分岐した一方は同軸ケーブル１５が気密に保持され音圧表示部１３に接続されている。分岐したもう一方にはチューブ２１を介して圧力調整バルブ２４および気体供給源が接続される。チューブ２１内に供給される気体は窒素が望ましく、供給源としてはガスボンベなどが用いられる。また、低湿度の空気などでも機能し、この場合の供給源としてはエアポンプなどがあげられる。
【００３３】
このような構成により、筐体１４の内部は陽圧の気体で常に満たされ、受振体１１と筐体１４との隙間などからの筐体１４の内部への洗浄液の浸入を防止することができる。また。超音波槽などの内部に浸漬された際に水圧がかかることにより筐体１４の内部に液体が流入しやすくなるが、筐体１４の内部の気体圧力を圧力調整バルブ２３により水圧以上に調整することにより、筐体１４の内部への洗浄液の侵入を防止することができる。
【００３４】
それらにより、筐体１４内への洗浄液の浸入を防止し、圧電素子１２や同軸ケーブル１５への、洗浄液による劣化や腐食を防止している。
【００３５】
図４は、超音波ノズル６の発振電力を順次変更させた際の、上述の実施の形態で示した音圧計１０での音圧測定値のグラフである。発振電力の増加に伴い、音圧値もほぼ直線状に良好に上昇していることが示されている。
【００３６】
また、図５は超音波ノズル６の発振電力を一定にした際の、超音波ノズル６の洗浄液の吐出方向に対する上述の実施の形態で示した音圧計１０の受振体１１、および従来の技術での音圧計の受振体との角度を順次変更した際の音圧測定値とを比較したグラフである。
【００３７】
従来の音圧計では微小角度変化した場合でも測定値が大きく増減を行い、左右での感度も大きく異なるのに対し。上述の実施の形態で示した音圧計では０度を中心に測定値は緩やかに変化しており、音圧計の設置状態における誤差を小さくすることができ、経年変化などによる音圧計位置および超音波ノズルの位置変化に対しても誤差を生じる恐れが少ない。
【００３８】
また、通常、振動子はある特定の時間が経過すると、劣化により発振効率が低下して音圧が低下する。また、異常発振などにより圧電素子が破壊することもある。この時超音波ノズルを洗浄装置から外し、振動子の交換を行うが、この時若干の設置位置、角度が以前とずれる場合がある。この様な場合でも上述の実施の形態で示した音圧計は、超音波ノズル位置の細かな調整が必要無く、再現性良く設置できるので、常に高精度で音圧を測定することができる。
【００３９】
次に本発明の第１の応用例として、上述の音圧計１０を用いた超音波処理槽の内部の音圧分布測定装置および超音波洗浄装置について説明する。
【００４０】
図６は超音波洗浄装置の模式構成図である。
【００４１】
純水等の洗浄液３０に満たされている超音波洗浄槽３１には、底部に振動子３２が設けられており、この振動子３２は発振電源３３に接続されている。また、超音波洗浄槽３１の内部には洗浄液３０の中に、上述の音圧計１０が浸漬されている。音圧計１０の受振体１１の後端は圧電素子１２に接続され、圧電素子１２は音圧表示部１３と接続されている。受振体１１に照射された超音波の一部は受振体１１を透過して受振体１１に接続された圧電素子１２に入射し、入射した音圧に対応する電力を発生させる。圧電素子１２と電気的に接続された音圧表示部１３で圧電素子１２で発生した電力から音圧相当値を表示する。
【００４２】
また、音圧計１０はＸＹＺの各方向に移動自在な移動手段３４によって保持され、移動手段３４と音圧計１０との接続部は角度自在となっている。従って、音圧計１０は移動手段３４の移動に伴い、超音波洗浄槽３１の内部の平面方向と深さ方向の任意の点に移動することができる。
【００４３】
これらの構成により、音圧計１０を順次連続的または段階的に移動させ、音圧測定を行うことにより、超音波洗浄槽３１の内部の３次元的な音圧分布を測定することができる。また、音圧計１０の移動手段３４との角度を変えることにより、音波の方向性を概略把握することができる。
【００４４】
次に、本発明の第２の応用例として、上述の音圧計を用いたケミカルエッチング装置について説明する。なお、スピン式のウエットエッチングでは、構造自体は図１に示した構造と同様であるので、構造の説明に関しては重複説明を避けるために省略し、動作の説明についてはその符号を援用する。なお、構造面で音圧計の受振体は耐薬液性が必要であるので、材質を石英、サファイア、ＳｉＣあるいはＴａにより形成している。
【００４５】
ウエハに対してケミカルエッチングを行う場合は、ウエハをスピンチャクにチャッキングし、回転させながら薬液をスプレーしてエッチングを行う。すなわち、スピンチャック１にウエハ２を設置し、モータ３により任意の回転数でスピンチャック１およびウエハ２が回転する。スピンチャック１の上に超音波ノズル６がカップ４の外側から移動し、給液管８を介して超音波ノズル６に薬液が供給される。超音波ノズル６内には発振電源７と電気的に接続された振動子９が設けらており、発振電源７の駆動により振動子９が振動し、超音波を発生する。振動子９で発生した超音波は給液管８により供給された薬液に印加され、薬液が超音波ノズル６の開口部からウエハ２に吐出される際に薬液中を伝播して薬液とともにウエハ２に照射される。その際、超音波ノズル６をウエハ２の径方向に移動させることでウエハ２のエッチング処理することができる。
【００４６】
エッチング処理を行わないときは、超音波ノズル６はカップ４の外側にある。このときの超音波ノズル６の直下に音圧計１０が設置され、受振体１１が超音波ノズル６と対向する。このとき、超音波ノズル６の開口部と受振体１１との距離はエッチング処理時の超音波ノズル６の開口部とウエハ２面との距離と等距離とする。なお、開口部とウエハ２面との距離は、予め距離に応じて換算できる関係が成立していれば、等距離でなくても所定の間隔に設定することができる。
【００４７】
各洗浄処理の間の超音波ノズル６がカップ４の外側、即ち音圧計１０の直上にあるときにウエハ２の処理時と同じ条件で薬液の供給および超音波発振を行い。音圧計１０の受振体１１に超音波処理と同様の動作を行う。受振体１１に照射された超音波の一部は受振体１１を透過して受振体１１に接続された圧電素子１２に入射し、入射した音圧に対応する電力を発生させる。圧電素子１２と電気的に接続された音圧表示部１３で圧電素子１２で発生した電力から音圧相当値を表示する。
【００４８】
上述の実施の形態によれば、超音波ノズルから吐出された洗浄液中の音圧、あるいは、超音波槽の内部の任意の各測定点の音圧を正確に測定することができる。
【００４９】
また、超音波ノズルや超音波槽の内部の音圧を正確に測定して、その結果を用いることにより、それぞれ音圧を一定に保つことにより、被処理物に対してダメージの無い良好な処理を行うことができる超音波処理装置と超音波処理方法が実現できる。
【００５０】
なお、上述の実施の形態はいずれも例示的に示したものであり、種々変形が可能であることは言うまでもない。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、超音波ノズルから吐出された洗浄液中の音圧や、超音波槽の内部の任意の測定点の音圧を正確に測定することができる。
【００５２】
また、その音圧計を用いた高精度な超音波処理装置や超音波処理方法が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の音圧測定装置を装着した超音波洗浄装置の模式構成図。
【図２】本発明の音圧計の構造図。
【図３】本発明の音圧計の構造図。
【図４】音圧計での音圧測定値のグラフ。
【図５】本発明と従来の音圧計の受振体の角度を順次変更した際の音圧測定値とを比較したグラフ。
【図６】本発明の超音波洗浄装置の模式構成図。
【図７】従来の音圧測定の一例を示す模式図。
【図８】従来の音圧測定の一例を示す模式図。
【符号の説明】
１…スピンチャック、２…ウエハ、６…超音波ノズル、９…振動子、１０…音圧計、１１…受振体、１１ａ…受波面、１２…圧電素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sound pressure measuring device that measures the sound pressure of an ultrasonic wave, an ultrasonic processing device using the same, and an ultrasonic processing method.
[0002]
[Prior art]
For example, in a single wafer spin type cleaning device or a dip type cleaning device used in an LSI manufacturing process, an ultrasonic cleaning process for irradiating a target substrate with ultrasonic waves through a supplied pure water or chemical solution is provided. It has been. Ultrasonic vibration in a band of about 600 to 2000 kHz is applied to the cleaning liquid, and the substrate to be cleaned is irradiated.
[0003]
In a single wafer spin type ultrasonic cleaning apparatus, an ultrasonic wave is applied by supplying a cleaning liquid, which is provided with an ultrasonic wave oscillated by a vibrator, through a diaphragm to an object to be cleaned through an opening. A nozzle method is used.
[0004]
In such an ultrasonic cleaning apparatus, by knowing the ultrasonic intensity at the substrate surface that is the object to be processed, the ultrasonic oscillation power supply is operating normally, or the ultrasonic wave generated by the vibrator is efficient. It is necessary to maintain the cleaning ability by confirming whether it is well guided to the cleaning liquid, there is no change in vibration efficiency due to deterioration of the vibrator, etc., or there is no change in ultrasonic propagation efficiency in the cleaning liquid due to change in water quality. It is important to confirm.
[0005]
FIG. 7 shows an example of ultrasonic sound pressure measurement that is conventionally performed in a cleaning apparatus using such an ultrasonic nozzle system. The sound pressure gauge 50a receives the cleaning liquid to which the ultrasonic wave supplied from the ultrasonic nozzle 52 is applied at the side surface of the bar-type quartz rod 51 to which the piezoelectric element 53 is connected at one end. FIG. 8 shows an example of another conventional example in which the electric power generated corresponding to the intensity of the ultrasonic wave is measured and displayed by a voltmeter 54 or an ammeter electrically connected to the piezoelectric element 53. . The sound pressure receiving surface 61 of the sound pressure gauge 50b is made of stainless steel, and the shape of the sound pressure receiving surface 61 is flat. In other words, the ultrasonic nozzle 52 to be measured is opposed to the planar sound pressure receiving surface 61, and the cleaning liquid to which the ultrasonic wave is applied is supplied to the sound pressure receiving surface 61. A part of the ultrasonic vibration applied to the sound pressure receiving surface 61 propagates through the stainless steel material and propagates to the piezoelectric element 53 connected to the stainless steel material. The piezoelectric element 53 generates electric power corresponding to the propagated ultrasonic vibration, and the generated electric power is measured by a voltmeter 54 or an ammeter and displayed.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-82703 discloses a structure in which the tip of a sound pressure sensor is formed as a sensing part having a spherical surface.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the sound pressure is measured by receiving the wave from the bar-type quartz rod 51, the radius of curvature of the bar-type quartz rod 51 is small. Since it enters and propagates and voltage is converted by the piezoelectric element 53, only a small portion of the ultrasonic intensity used for processing the object to be processed can be measured. Further, since the vibration direction of the ultrasonic wave and the mounting direction of the piezoelectric element 53 are different by about 90 degrees, the piezoelectric direction of the piezoelectric element 53 among the vibration direction components propagated through the bar-type quartz rod 51 while being repeatedly reflected. Only vibrations in the same direction are measured. Therefore, the value may fluctuate greatly depending on the installation angle of the bar-type quartz rod 51, and the measurement reliability and reproducibility are low.
[0008]
In the other conventional example described above, since the sound pressure receiving surface 61 is flat, when the sound pressure receiving surface 61 is installed in parallel with the vibration surface of the vibrator of the ultrasonic nozzle 52, the ultrasonic wave is reflected by the sound pressure receiving surface 61, and the cleaning liquid is removed. It propagates and enters the vibrator as a reflected wave. As a result, the oscillation efficiency is lowered and distortion of the oscillation waveform occurs, and the oscillation state may become unstable. In addition, the reflected wave of the ultrasonic wave is converted into an electric reflected wave in the vibrator, which may cause heat generation / oscillation failure in the oscillation power source, leading to destruction of the vibrator.
[0009]
Further, since the sound pressure receiving surface 61 has a specific thickness which is a flat surface, a resonance phenomenon occurs with respect to the oscillation wavelength of the vibrator at a specific receiving angle. The sound pressure measurement value varies greatly depending on the wave angle. This phenomenon also changes depending on the oscillation frequency.
[0010]
In addition, since the sound pressure receiving surface 61 is made of stainless steel, it is corroded by strong acid, so it cannot be used in a device that uses strong acid. Things can be contaminated with metal impurities.
[0011]
Further, in the structure disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-82703, since the sound wave received from the sensing portion having a spherical surface through the pipe-like columnar body is guided to the piezoelectric element, the received sound wave is a pipe. In some cases, reflection is repeated on the inner wall of the inner wall, so that attenuation is large and accurate measurement cannot be obtained.
[0012]
The present invention has been made on the basis of the above-mentioned circumstances, and by measuring the sound pressure of the ultrasonic nozzle and keeping the ultrasonic sound pressure constant, stabilization of a good process without damage to the object to be processed. An object of the present invention is to provide a sound pressure measuring device, an ultrasonic processing device equipped with the sound pressure measuring device, and an ultrasonic processing method.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the means of the first aspect of the present invention, it is made of any one of quartz, sapphire, SiC, SUS, Ta, and Ti, and the wave receiving surface has a convex shape and a curved surface with a curvature radius of 20 to 60 mm. A passive body,
A conversion element that converts a sound pressure received by the receiving body into an electric signal, and a connection surface with the receiving body is positioned opposite to the receiving surface, and
A sound pressure measuring device comprising: a resin-made sealed housing that covers a portion other than the wave receiving surface and accommodates the conversion element.
[0015]
According to the means according to the invention of claim 2, the shape of the reception surface is a sound pressure measuring device according to claim 1, wherein it is substantially spherical.
[0016]
According to a third aspect of the invention, the vibration receiving body has a cylindrical body, the wave receiving surface is formed in a substantially spherical shape on one end side of the cylindrical body, and the conversion element is the spherical surface. a sound pressure measuring device according to claim 1 Symbol placement and being located opposite on vertical line in the center of.
[0017]
According to the means according to the invention of claim 4, the said conversion element is connected to the sound pressure measuring apparatus according to claim 3, characterized in that the other end of the reception surface in the received oscillation body is there.
[0018]
Further, according to the means of the invention of claim 5 , a part or all of the portion excluding the wave receiving surface of the vibration receiving body is covered with a material that reflects or absorbs ultrasonic waves. The sound pressure measuring device according to any one of 4 to 4 .
[0019]
Further, according to the means of the invention of claim 6 , the sound receiving body and the housing are sealed with a waterproof structure, and the sound according to at least one of claims 1 to 5 is provided. It is a pressure measuring device.
Further, according to the means of the invention of claim 7, in the ultrasonic processing apparatus for supplying the processing liquid to which the ultrasonic wave is applied from the ultrasonic nozzle to the target object and performing a predetermined processing,
The sound pressure measuring device according to at least one of claims 1 to 6 , wherein the ultrasonic nozzle is disposed at a position facing and separated from the object to be processed by a predetermined distance and at a position different from the object to be processed. The ultrasonic processing apparatus is provided so as to be movable between positions facing and spaced apart from each other.
According to the means of the invention of claim 8 , the step of supplying the processing liquid to which the ultrasonic wave is applied by the ultrasonic nozzle from the position facing and spaced apart from the target object to the target object;
A processing liquid to which ultrasonic waves are applied by an ultrasonic nozzle from a position facing and spaced apart from the sound pressure measuring device according to at least one of claims 1 to 6 disposed at a position different from the object to be processed. Supplying the sound pressure measuring device;
And a step of measuring a sound pressure by the sound pressure gauge.
Further, according to the ninth aspect of the invention, the process of supplying the treatment liquid to which the ultrasonic wave is applied by the ultrasonic nozzle and applying the treatment liquid to the object to be processed is a cleaning process. The ultrasonic processing method according to claim 8, wherein the ultrasonic processing method is characterized.
According to the means of the invention of claim 10, the process of supplying the treatment liquid to which the ultrasonic wave is applied by the ultrasonic nozzle to the object to be processed and applying the treatment liquid to the object to be processed is a chemical etching process. The ultrasonic processing method according to claim 8 .
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, as an embodiment of the present invention, an ultrasonic cleaning device equipped with the sound pressure measuring device of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ultrasonic cleaning apparatus equipped with a sound pressure measuring apparatus of the present invention.
[0022]
A wafer substrate 2 as an object to be processed is placed and held on a spin chuck 1 of a single wafer spin type ultrasonic cleaning apparatus. The spin chuck 1 is attached to a rotating shaft 3a of a motor 3 and rotates at an arbitrary number of rotations. Is done. A cup 4 is provided along the outer periphery of the spin chuck 1 so as to receive the cleaning liquid scattered by centrifugal force when the spin chuck 1 rotates. On the bottom surface of the cup 4, an exhaust / waste liquid port 5 for performing exhaust and waste liquid is installed. An ultrasonic nozzle 6 that can move on the spin chuck 1 is installed on the spin chuck 1, and a vibrator 9 that is electrically connected to an external oscillation power source 7 is provided inside the ultrasonic nozzle 6. The vibrator 9 is vibrated by driving the oscillation power source 7 to generate ultrasonic waves. The ultrasonic nozzle 6 is connected to a liquid supply pipe 8 for supplying a cleaning liquid (processing liquid).
[0023]
When cleaning the wafer 2, the wafer 2 is set on the spin chuck 1, and the spin chuck 1 and the wafer 2 are rotated at an arbitrary number of rotations by the motor 3. The ultrasonic nozzle 6 moves on the spin chuck 1 from the outside of the cup 4, and the cleaning liquid is supplied to the ultrasonic nozzle 6 through the liquid supply pipe 8. The ultrasonic wave generated by the vibrator 9 is applied to the cleaning liquid supplied from the liquid supply pipe 8 through a vibration plate (not shown), and the cleaning liquid is supplied when the cleaning liquid is supplied from the opening of the ultrasonic nozzle 6 to the wafer 2. It propagates through and is irradiated. At that time, the entire surface of the wafer 2 can be cleaned by scanning the ultrasonic nozzle 6 in the radial direction of the wafer 2.
[0024]
When the cleaning process is not performed, the ultrasonic nozzle 6 is transported to the outside of the cup 4 by a transport mechanism (not shown) and retracted. At this time, a sound pressure meter (sound pressure measuring device) 10 is installed at a position immediately below the ultrasonic nozzle 6, and the vibration receiving body 11 of the sound pressure meter 10 faces the ultrasonic nozzle 6. At this time, the distance between the opening of the ultrasonic nozzle 6 and the vibration receiving body 11 is set to be approximately equal to the distance between the opening of the ultrasonic nozzle 6 and the surface of the wafer 2 during the cleaning process.
[0025]
Note that the distance between the opening and the surface of the wafer 2 can be set to an arbitrary distance according to the relationship that can be converted even if the distance can be converted according to the distance, if the relationship can be converted according to the distance. .
[0026]
When the ultrasonic nozzle 6 between the cleaning processes is outside the cup 4, that is, immediately above the sound pressure meter 10, the cleaning liquid is supplied and the ultrasonic oscillation is performed under the same conditions as the processing of the wafer 2. The vibration receiving body 11 of the sound pressure meter 10 is operated in the same manner as the cleaning process. A part of the ultrasonic wave irradiated to the vibration receiving body 11 passes through the vibration receiving body 11 and enters the piezoelectric element 12 connected to the vibration receiving body 11, and generates electric power corresponding to the incident sound pressure. The sound pressure display unit 13 electrically connected to the piezoelectric element 12 displays a sound pressure equivalent value from the electric power generated in the piezoelectric element 12.
[0027]
FIG. 2 shows the structure of the sound pressure gauge 10. A piezoelectric element 12 is connected to the vibration receiving body 11, and the piezoelectric element 12 is electrically connected to the sound pressure display unit 13 through a coaxial cable 15. The vibration receiving body 11 is formed of a peeled body having corrosion resistance without causing contamination by a metal impurity to a cleaning liquid such as quartz or sapphire. Therefore, the ultrasonic wave received by the wave receiving surface 11a at the distal end is transmitted to the vibration receiving body 11 formed of a peeling body and reaches the piezoelectric element 12 with almost no attenuation. Thereby, it is possible to perform ultrasonic measurement with extremely high accuracy.
[0028]
The wave receiving surface 11a at the tip is formed into a convex curved surface (for example, a spherical surface or a bowl). The curvature radius of this curved surface is about 20 to 60 mm, for example. In addition, the vibration receiving body 11 can use SiC, SUS, Ta, or Ti in addition to quartz and sapphire. Further, at least a portion of the vibration receiving body 11 excluding the wave receiving surface 11a that is immersed in the cleaning liquid is covered with a material such as a metal that reflects ultrasonic waves or a fluororesin that absorbs ultrasonic waves. Further, the resin casing 14 holding the vibration receiving body 11 contaminates the target liquid such as fluororesin (for example, PFA, PTFE, ETFE, BCTFB, CTFB, PCTFE) or vinyl chloride resin with metal impurities. It does not wake up and is made of a corrosion-resistant material.
[0029]
The vibration receiving body 11 has a two-stage cylindrical shape with different diameters. The cylinder on the piezoelectric element 12 side has a larger diameter and is larger than the outer diameter of the piezoelectric element 12. A seal ring 17 such as an O-ring is provided between the vibration receiving body 11 and the housing 14. A covering tube 18 is connected to the casing 14 around the coaxial cable 15 that electrically connects the piezoelectric element 12 and the sound pressure display unit 13 to prevent liquid from entering the casing 14. The piezoelectric element 12 and the coaxial cable 15 are prevented from being deteriorated and corroded by the cleaning liquid.
[0030]
Further, the sound pressure meter 10 and the oscillation power source 7 of the ultrasonic nozzle 6 are connected, and the output of the oscillation power source 7 is feedback-controlled so that the sound pressure measurement value becomes a predetermined value, thereby automatically controlling to an arbitrary sound pressure value. can do.
[0031]
As a modification of the above-described sound pressure gauge 10, an example in which the space in which the piezoelectric element 12 of the housing 14 is housed is in a positive pressure (positive pressure) state with gas will be described with reference to the configuration diagram shown in FIG.
[0032]
The coated tube 18 connected to the housing 14 of the sound pressure gauge 10 is formed with a coaxial cable 15 and a pipe line 18a connected to the piezoelectric element 1 inside, and a three-way connector 23 is provided at the tip of the coated tube 18. Yes. One end of the three-way connector 23 is branched, and the coaxial cable 15 is hermetically held and connected to the sound pressure display unit 13. A pressure regulating valve 24 and a gas supply source are connected to the other branched side through a tube 21. The gas supplied into the tube 21 is preferably nitrogen, and a gas cylinder or the like is used as a supply source. It also functions in low-humidity air and the like, and a supply source in this case includes an air pump.
[0033]
With such a configuration, the inside of the casing 14 is always filled with a positive pressure gas, and it is possible to prevent the cleaning liquid from entering the casing 14 from the gap between the vibration receiving body 11 and the casing 14. . Also. When water pressure is applied when immersed in an ultrasonic tank or the like, liquid easily flows into the housing 14, but the gas pressure inside the housing 14 is adjusted to a water pressure or higher by the pressure adjustment valve 23. This prevents the cleaning liquid from entering the housing 14.
[0034]
As a result, the cleaning liquid is prevented from entering the housing 14 and the piezoelectric element 12 and the coaxial cable 15 are prevented from being deteriorated or corroded by the cleaning liquid.
[0035]
FIG. 4 is a graph of sound pressure measurement values in the sound pressure gauge 10 shown in the above-described embodiment when the oscillation power of the ultrasonic nozzle 6 is sequentially changed. It is shown that the sound pressure value increases well almost linearly as the oscillation power increases.
[0036]
FIG. 5 shows the vibration receiving body 11 of the sound pressure gauge 10 shown in the above-described embodiment with respect to the direction in which the ultrasonic nozzle 6 discharges the cleaning liquid when the oscillation power of the ultrasonic nozzle 6 is constant, and the related art. It is the graph which compared the sound pressure measurement value at the time of changing the angle with the receiving body of the sound pressure gauge of 1 sequentially.
[0037]
With conventional sound pressure gauges, even if the angle changes slightly, the measured value greatly increases and decreases, while the sensitivity on the left and right differs greatly. In the sound pressure gauge shown in the above-described embodiment, the measured value changes gently around 0 degree, and the error in the installed state of the sound pressure gauge can be reduced, and the position of the sound pressure gauge and the ultrasonic wave due to secular change, etc. There is little risk of errors even when the nozzle position changes.
[0038]
In general, when a specific time elapses in the vibrator, the oscillation efficiency decreases due to deterioration, and the sound pressure decreases. In addition, the piezoelectric element may be destroyed due to abnormal oscillation or the like. At this time, the ultrasonic nozzle is removed from the cleaning device and the vibrator is replaced. At this time, the installation position and angle may be slightly different from the previous one. Even in such a case, the sound pressure meter shown in the above-described embodiment does not require fine adjustment of the position of the ultrasonic nozzle and can be installed with good reproducibility, so that the sound pressure can always be measured with high accuracy.
[0039]
Next, as a first application example of the present invention, a sound pressure distribution measuring device and an ultrasonic cleaning device inside the ultrasonic processing tank using the above-described sound pressure meter 10 will be described.
[0040]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an ultrasonic cleaning apparatus.
[0041]
An ultrasonic cleaning tank 31 filled with a cleaning liquid 30 such as pure water is provided with a vibrator 32 at the bottom, and this vibrator 32 is connected to an oscillation power source 33. In addition, the above-described sound pressure gauge 10 is immersed in the cleaning liquid 30 inside the ultrasonic cleaning tank 31. The rear end of the vibration receiving body 11 of the sound pressure gauge 10 is connected to the piezoelectric element 12, and the piezoelectric element 12 is connected to the sound pressure display unit 13. A part of the ultrasonic wave irradiated to the vibration receiving body 11 passes through the vibration receiving body 11 and enters the piezoelectric element 12 connected to the vibration receiving body 11, and generates electric power corresponding to the incident sound pressure. The sound pressure display unit 13 electrically connected to the piezoelectric element 12 displays a sound pressure equivalent value from the electric power generated in the piezoelectric element 12.
[0042]
Further, the sound pressure gauge 10 is held by moving means 34 that can move in each direction of XYZ, and the connecting portion between the moving means 34 and the sound pressure gauge 10 can be freely angled. Therefore, the sound pressure gauge 10 can move to any point in the plane direction and depth direction inside the ultrasonic cleaning tank 31 as the moving means 34 moves.
[0043]
With these configurations, the three-dimensional sound pressure distribution inside the ultrasonic cleaning tank 31 can be measured by moving the sound pressure meter 10 sequentially or stepwise and measuring the sound pressure. Further, the directionality of the sound wave can be roughly grasped by changing the angle of the sound pressure meter 10 with the moving means 34.
[0044]
Next, a chemical etching apparatus using the above-described sound pressure gauge will be described as a second application example of the present invention. Note that, in the spin-type wet etching, the structure itself is the same as that shown in FIG. 1, and thus the description of the structure is omitted in order to avoid redundant description, and the reference numerals are used for the description of the operation. In addition, since the structure of the sound pressure transducer needs to be resistant to chemicals, it is made of quartz, sapphire, SiC or Ta.
[0045]
When chemical etching is performed on a wafer, the wafer is chucked on a spin chuck, and etching is performed by spraying a chemical solution while rotating the wafer. That is, the wafer 2 is set on the spin chuck 1, and the spin chuck 1 and the wafer 2 are rotated by the motor 3 at an arbitrary number of rotations. The ultrasonic nozzle 6 moves on the spin chuck 1 from the outside of the cup 4, and the chemical solution is supplied to the ultrasonic nozzle 6 through the liquid supply pipe 8. A vibrator 9 electrically connected to the oscillation power source 7 is provided in the ultrasonic nozzle 6, and the vibrator 9 vibrates by driving the oscillation power source 7 to generate ultrasonic waves. The ultrasonic wave generated by the vibrator 9 is applied to the chemical solution supplied from the liquid supply pipe 8, and propagates through the chemical solution when the chemical solution is discharged from the opening of the ultrasonic nozzle 6 to the wafer 2, together with the chemical solution. Is irradiated. At that time, the wafer 2 can be etched by moving the ultrasonic nozzle 6 in the radial direction of the wafer 2.
[0046]
When the etching process is not performed, the ultrasonic nozzle 6 is outside the cup 4. At this time, the sound pressure gauge 10 is installed immediately below the ultrasonic nozzle 6, and the vibration receiving body 11 faces the ultrasonic nozzle 6. At this time, the distance between the opening of the ultrasonic nozzle 6 and the vibration receiving body 11 is equal to the distance between the opening of the ultrasonic nozzle 6 and the surface of the wafer 2 during the etching process. Note that the distance between the opening and the surface of the wafer 2 can be set to a predetermined interval even if the distance is not equidistant as long as a relationship that can be converted according to the distance is established in advance.
[0047]
When the ultrasonic nozzle 6 between the cleaning processes is outside the cup 4, that is, immediately above the sound pressure meter 10, the chemical solution is supplied and the ultrasonic oscillation is performed under the same conditions as those for the processing of the wafer 2. The vibration receiving body 11 of the sound pressure meter 10 performs the same operation as the ultrasonic processing. A part of the ultrasonic wave irradiated to the vibration receiving body 11 passes through the vibration receiving body 11 and enters the piezoelectric element 12 connected to the vibration receiving body 11, and generates electric power corresponding to the incident sound pressure. The sound pressure display unit 13 electrically connected to the piezoelectric element 12 displays a sound pressure equivalent value from the electric power generated in the piezoelectric element 12.
[0048]
According to the above-described embodiment, the sound pressure in the cleaning liquid discharged from the ultrasonic nozzle, or the sound pressure at each arbitrary measurement point inside the ultrasonic tank can be accurately measured.
[0049]
In addition, by accurately measuring the sound pressure inside the ultrasonic nozzle and the ultrasonic tank and using the result, it is possible to keep the sound pressure constant, thereby ensuring good treatment with no damage to the workpiece. An ultrasonic processing apparatus and an ultrasonic processing method capable of performing the above can be realized.
[0050]
In addition, all the above-mentioned embodiments are shown as examples, and it goes without saying that various modifications are possible.
[0051]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sound pressure in the washing | cleaning liquid discharged from the ultrasonic nozzle and the sound pressure of the arbitrary measurement points inside an ultrasonic tank can be measured correctly.
[0052]
In addition, a highly accurate ultrasonic processing apparatus and ultrasonic processing method using the sound pressure gauge are possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ultrasonic cleaning device equipped with a sound pressure measuring device of the present invention.
FIG. 2 is a structural diagram of a sound pressure gauge of the present invention.
FIG. 3 is a structural diagram of a sound pressure gauge of the present invention.
FIG. 4 is a graph of sound pressure measurement values with a sound pressure meter.
FIG. 5 is a graph comparing the present invention and sound pressure measurement values when the angle of the receiving body of a conventional sound pressure meter is changed sequentially.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an ultrasonic cleaning apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of conventional sound pressure measurement.
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of conventional sound pressure measurement.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spin chuck, 2 ... Wafer, 6 ... Ultrasonic nozzle, 9 ... Vibrator, 10 ... Sound pressure meter, 11 ... Vibration receiving body, 11a ... Wave receiving surface, 12 ... Piezoelectric element

Claims

A vibration receiving body made of any one of quartz, sapphire, SiC, SUS, Ta, Ti, and having a wave receiving surface having a convex shape and a curvature radius of 20 to 60 mm,
A conversion element that converts a sound pressure received by the receiving body into an electric signal, and a connection surface with the receiving body is positioned opposite to the receiving surface, and
A sound pressure measuring device, comprising: a sealed housing made of resin that covers a portion other than the wave receiving surface and accommodates the conversion element.

The sound pressure measuring device according to claim 1, wherein the wave receiving surface has a substantially spherical shape .

The vibration receiving body has a cylindrical body, and the wave receiving surface is formed in a substantially spherical shape on one end side of the cylindrical body, and the conversion element is positioned oppositely on a vertical line of a central portion of the spherical surface. The sound pressure measuring device according to claim 1, wherein

The sound pressure measuring device according to claim 3, wherein the conversion element is connected to the other end side of the wave receiving surface of the vibration receiving body .

5. The sound pressure measuring device according to claim 1, wherein a part or all of a portion excluding the wave receiving surface of the vibration receiving body is covered with a material that reflects or absorbs ultrasonic waves .

The sound pressure measuring device according to claim 1, wherein the vibration receiving body and the housing are sealed with a waterproof structure .

In the ultrasonic processing apparatus for supplying the processing liquid to which the ultrasonic wave is applied from the ultrasonic nozzle to the target object and performing a predetermined process,
The sound pressure measuring device according to at least one of claims 1 to 6, wherein the ultrasonic nozzle is disposed at a position facing and separated from the object to be processed by a predetermined distance and at a position different from the object to be processed. An ultrasonic processing apparatus, wherein the ultrasonic processing apparatus is provided in a movable state between positions facing and spaced apart from each other .

Supplying a treatment liquid to which an ultrasonic wave is applied by an ultrasonic nozzle from a position opposed to the object to be processed by a predetermined distance;
A processing liquid to which ultrasonic waves are applied by an ultrasonic nozzle from a position facing and spaced apart from the sound pressure measuring device according to at least one of claims 1 to 6 disposed at a position different from the object to be processed. Supplying the sound pressure measuring device;
And a step of measuring a sound pressure with the sound pressure gauge .

The ultrasonic processing method according to claim 8, wherein the process of supplying the processing liquid to which the ultrasonic wave is applied by the ultrasonic nozzle and applying the processing liquid to the target object is a cleaning process. .

The ultrasonic treatment according to claim 8, wherein the process of supplying the treatment liquid to which the ultrasonic wave is applied by the ultrasonic nozzle and applying the treatment liquid to the object to be processed is a chemical etching process. Way .