(57)【要約】【課題】均一な洗浄性能を得るとともに、洗浄液供給ノズルと被洗浄基板との間に液膜を形成する際の使用液量を低減することが可能な超音波洗浄ヘッドを備える超音波洗浄装置を提供することを目的とする。【解決手段】超音波を、供給される洗浄液に照射することで、被洗浄基板３０を洗浄する超音波洗浄装置１０において、被洗浄基板３０を垂直な姿勢で保持する基板保持手段３１と、洗浄液を供給する複数の超音波洗浄ヘッド２０ａ、２０ｂを備え、超音波洗浄ヘッド２０ａ、２０ｂは、超音波を発生させる超音波振動子２１ａ、２１ｂと、洗浄液を噴射する洗浄液供給ノズル２２ａ、２２ｂを備え、複数の超音波洗浄ヘッド２０ａ、２０ｂは、被洗浄基板３０の洗浄方向に沿って複数設けられており、各洗浄液供給ノズル２２ａ、２２ｂの開口部の中心軸が被洗浄基板３０と超音波洗浄ヘッド２０ａ、２０ｂの間で交差することを特徴とする超音波洗浄装置１０である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を、供給される洗浄液に照射することで、被洗浄基板を洗浄する超音波洗浄装置において、
前記被洗浄基板を垂直な姿勢で保持する基板保持手段と、前記洗浄液を供給する複数の超音波洗浄ヘッドを備え、
前記各超音波洗浄ヘッドは、超音波を発生させる超音波振動子と、前記洗浄液を噴射する洗浄液供給ノズルを備え、
前記複数の超音波洗浄ヘッドは、前記被洗浄基板の洗浄方向に沿って設けられており、前記各洗浄液供給ノズルの開口部の中心軸が該被洗浄基板と該超音波洗浄ヘッドの間で交差することを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
前記各超音波洗浄ヘッドは、前記被洗浄基板の幅方向に配列された複数の超音波振動子を備え、
少なくとも２つの前記超音波洗浄ヘッドにおいて、前記超音波振動子の接続部は、洗浄方向に対して相互に異なる部分に設けられることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項３】
前記洗浄基板の洗浄方向に対して、上流側の超音波洗浄ヘッドの吐出量が、下流側の超音波洗浄ヘッドの吐出量より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置のガラス基板、フォトマスク用のガラス基板、光ディスク用の基板などの洗浄に用いられる超音波洗浄装置、特に、振動子により超音波を洗浄液に照射する際に生じる衝撃力を利用した洗浄に用いられる超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置の製造工程においては、ガラス基板を高い洗浄度で洗浄することが要求される工程がある。このような工程では、基板面に付着したパーティクルなどの汚染物を迅速かつ確実に除去するため、複数の高濃度の薬品と超純水リンスによる洗浄を繰返し行っていた。しかしながら、使用する薬品の量が多く、また、洗浄後の付着薬品をリンスするために、多量の超純水が必要であった。
【０００３】
このため、近年では、使用する薬品量と超純水量を低減するため、超音波を利用した洗浄方式が採用され始めている。この方式では、超音波を使用し、振動が付与された洗浄液を基板に噴射することで、付着した微粒子の結合力を低下できるため、振動を付与しない場合に比べて洗浄効果を向上させることができる。さらに、洗浄液中のガスを予め脱ガス後、機能性のガスを溶解させることで、洗浄対象に付着している汚染物との反応性を高め、洗浄性能を向上させることができる。
【０００４】
図６は、このような従来型の超音波洗浄装置２１０の一例を摸式的に示した図である。図６に示すように、従来型の超音波洗浄装置２１０は、洗浄液を基板上に供給する洗浄液供給ライン２６０と洗浄液原水中に含まれる溶存ガスを除去する為の脱気膜モジュール２４０と、洗浄液にガスを溶解するガス溶解膜モジュール２５０と、ガスを含んだ洗浄液に超音波を照射する超音波振動子２２１を備える洗浄液供給ノズル２２０とから構成される。被洗浄基板２３０は水平に保持され、その上部より洗浄液２２４が供給される。この洗浄液２２４はガス溶解装置により溶解されたガスを含有しており、この洗浄液に２０ｋＨｚ以上の超音波を照射することを特徴としている。超音波を照射された洗浄液は、溶存ガスとキャビティの生成圧壊効果により洗浄液中に反応性の高い、ラジカルを発生し、このようなラジカルを発生し、このようなラジカルを含有した洗浄液は、洗浄対象の基板上の汚染物と速やかに反応し、汚染を分解除去する。
【０００５】
また、このような超音波洗浄を効果的に行い、使用量を削減するため、下記の特許文献１には、超音波を印加する位置における被洗浄物上の洗浄液の厚みＬを、超音波の波長λとの関係で所定の範囲にすることが記載されている。
【０００６】
また、基材を水平に保持して洗浄を行った場合、コンベアと接する裏面が洗浄できないという欠点があった。そこで、下記の特許文献２には、両面を効果的に洗浄する方法として、薄板ガラス基板を垂下げた状態で洗浄液を吐出する超音波洗浄素子を備える薄板ガラス基板製造装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２０５２０５号公報
【特許文献２】特開平１０−２８６５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されている洗浄方法に用いられていた超音波洗浄ヘッドは、水平に保持され、その上部より洗浄液を供給しているため、問題なく洗浄を行うことができる。しかしながら、特許文献２に記載されているような被洗浄基板を垂直にして保持し、超音波洗浄ヘッドを垂直方向に移動させ、洗浄を行う際には、洗浄液の供給量が不足すると超音波洗浄ヘッドと被洗浄面との間で液膜が形成されず、超音波が伝播しない。このため、超音波洗浄ヘッドから被洗浄面まで、液膜を形成するため、重力の影響が無視できるだけの流速を確保する必要があり、洗浄液の消費量が大きくなるという問題があった。
【０００８】
また、超音波洗浄ヘッドは、被洗浄基板の幅方向に複数の振動子を設けて形成されている。そのため、その振動子同士の継ぎ目部分には、洗浄力にムラが生じるため、残存汚れが存在するという問題点があった。そこで、超音波洗浄ヘッドを被洗浄基板の移動方向に複数設け、洗浄液供給ノズルに設けられた振動子の継ぎ目をずらすことで、洗浄ムラを生じさせないようにしていた。しかしながら、複数の超音波洗浄ヘッドを設けると、超音波洗浄ヘッドの数に比例して、より一層洗浄液の消費量が大きくなるという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、被洗浄基板の均一な洗浄性能を得るとともに、洗浄液供給ノズルと被洗浄基板との間に液膜を形成する際の使用液量を低減することが可能な超音波洗浄ヘッドを備える超音波洗浄装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１は、前記目的を達成するために、超音波を、供給される洗浄液に照射することで、被洗浄基板を洗浄する超音波洗浄装置において、前記被洗浄基板を垂直な姿勢で保持する基板保持手段と、前記洗浄液を供給する複数の超音波洗浄ヘッドを備え、前記各超音波洗浄ヘッドは、超音波を発生させる超音波振動子と、前記洗浄液を噴射する洗浄液供給ノズルを備え、前記複数の超音波洗浄ヘッドは、前記被洗浄基板の洗浄方向に沿って設けられており、前記各洗浄液供給ノズルの開口部の中心軸が該被洗浄基板と該超音波洗浄ヘッドの間で交差することを特徴とする超音波洗浄装置を提供する。
【００１１】
請求項１によれば、超音波洗浄ヘッドを被洗浄基板の洗浄方向に沿って複数設け、各洗浄液供給ノズルの開口部の中心軸を被洗浄基板と超音波洗浄ヘッドの間で交差させることにより、洗浄力を向上させることができ、かつ、液膜を形成するための液量を単独の従来の超音波洗浄ヘッドと同程度の液量に抑えることができる。
【００１２】
請求項２は請求項１において、前記各超音波洗浄ヘッドは、前記被洗浄基板の幅方向に配列された複数の超音波振動子を備え、少なくとも２つの前記超音波洗浄ヘッドにおいて、前記超音波振動子の接続部は、洗浄方向に対して相互に異なる部分に設けられることを特徴とする。
【００１３】
請求項２によれば、超音波洗浄ヘッド内に設けられた複数の超音波振動子の接続部を、他の超音波洗浄ヘッド内に設けられた複数の超音波振動子の接続部と洗浄方向において、重なり合わないようにすることで、従来と同程度の液量においても、洗浄ムラを抑えることができる。
【００１４】
請求項３は請求項１または２において、前記洗浄基板の洗浄方向に対して、上流側の超音波洗浄ヘッドの吐出量が、下流側の超音波洗浄ヘッドの吐出量より小さいことを特徴とする。
【００１５】
請求項３によれば、洗浄方向に対して、上流側の超音波洗浄ヘッドからの吐出量を、下流側の超音波洗浄ヘッドの吐出量より小さくすることにより、使用する洗浄液の量を低減することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、洗浄力を向上させることができ、被洗浄基板の均一な洗浄能力を得るとともに、洗浄液供給ノズルと被洗浄基板との間に液膜を形成する際の使用量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面に従って、本発明の洗浄装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の超音波洗浄装置１０の構成を模式的に示した図であり、図２（ａ）は超音波洗浄ヘッド２０ａ、２０ｂの拡大図、図２（ｂ）は側断面図である。なお、図１、２においては、超音波洗浄ヘッドを２個備える形態で説明するが、超音波洗浄ヘッドの数は限定されず、３個以上備える構造とすることができる。
【００１９】
本発明の超音波洗浄装置１０は、被洗浄基板３０を基板保持手段３１により、垂直な状態で保持し、超音波洗浄ヘッド２０ａ、２０ｂを被洗浄基板３０に沿って垂直に降下させながら洗浄を行う。超音波洗浄装置１０は、脱気膜モジュール４０、ガス溶解膜モジュール５０を備える。洗浄液には、たとえば、超純水が用いられ、図示しない供給源から脱気膜モジュール４０、ガス溶解膜モジュール５０を介して、超音波洗浄ヘッド２０に供給される。
【００２０】
基板保持手段３１は、搬入された被洗浄基板３０の下端部に対して上昇して被洗浄基板３０を保持する機能を有する。洗浄作業中の被洗浄基板３０を所定の位置に固定させる機能を有する。上記下端部を受ける部分は、平坦面、凹面、溝などの形状を備えた弾性体、あるいは、被洗浄基板３０を傷つけないような材料、形状とすることができる。
【００２１】
脱気膜モジュール４０は、洗浄液中に溶け込んでいる余分なガスを脱気し、この脱気膜モジュール４０で脱気した洗浄液にガス溶解膜モジュール５０で機能性のガスを溶解させて超音波洗浄ヘッド２０に供給する。このように、洗浄液中に溶け込んでいる余分なガスを脱気後、機能性のガスを供給し、水中に溶存させることで、洗浄に寄与するガスの溶存量を増加させることができ、洗浄効果を一層向上させることができる。なお、溶存させるガスについては、オゾン、酸素、水素、窒素、アルゴン、ヘリウムなど特に限定されず用いることができる。ガスを溶存後、必要に応じて、汚染除去、ｐＨ調整などの目的で、アンモニア、硫酸などの薬品を添加することができる。また、このように脱気した洗浄液に機能性のガスを溶解させる構成に代えて、洗浄液に空気を飽和させる構成としてもよい。
【００２２】
図２は超音波洗浄ヘッド２０ａ、２０ｂの拡大図である。超音波洗浄ヘッド２０ａ、２０ｂは、超音波を発生させる超音波振動子２１と、洗浄液を噴射する洗浄液供給ノズル２２からなる。
【００２３】
洗浄液供給ノズル２２から噴射された洗浄液２４には、超音波振動子２１により超音波が照射される。照射された超音波エネルギーは、洗浄液供給ノズル２２開口部から供給された洗浄液中を伝播し、被洗浄基板３０へ到達する。
【００２４】
本発明においては、超音波洗浄ヘッド２０を複数設けることを特徴としている。そして、各超音波洗浄ヘッド２０の洗浄液供給ノズルの中心軸が、被洗浄基板３０と洗浄液供給ノズルとの間で交差するように超音波洗浄ヘッド２０を構成する。このような構成とすることにより、洗浄力を向上させることができ、被洗浄基板３０と超音波洗浄ヘッドの間に液膜を形成するための洗浄液量を、超音波洗浄ヘッドを単独で用いた場合と比較して、同程度の液量に抑えることができる。
【００２５】
たとえば、図２に示すように、超音波洗浄ヘッド２０ａとは、別に、超音波洗浄ヘッド２０ｂを設け、洗浄液を下側から上向きに供給している。したがって、上側の超音波洗浄ヘッドのみでは、重力の影響で超音波洗浄ヘッド２０ａと被洗浄基板３０との間で液膜を形成することができなくても、下側の超音波洗浄ヘッド２０ｂとの間で液膜を形成することができるので、超音波振動子２１により発生した超音波を確実に被洗浄基板に伝播させることができる。
【００２６】
超音波洗浄ヘッド２０の数は、図１、２においては、２個の超音波洗浄ヘッドを有する構成で説明したが、図３に示すように、超音波洗浄ヘッドの数が３個でも良く、また、それ以上有していても良い。超音波洗浄ヘッド２０を３個以上有する場合は、洗浄液供給ノズルの中心軸が一点で交わることが好ましい。一点で交わるようにすることにより、液膜を形成するための洗浄液の量を維持することができるので、超音波を伝播することができ、洗浄力を向上させることができる。
【００２７】
また、超音波洗浄ヘッド２０内に設けられた超音波振動子２１は、被洗浄基板３０が幅方向に長い場合は、複数の超音波振動子をつなげることにより、形成されている。したがって、図４に示すように、超音波振動子の継目部分に残存汚れ３３１が残り、洗浄力にムラが生じてしまう。そこで、図２（ｂ）に示すように、超音波洗浄ヘッド２０の超音波振動子の接続部が、他の超音波洗浄ヘッドの超音波振動子の接続部と異なる部分に設けることにより、洗浄ムラの発生を抑えることができる。このような構成とすることにより、従来と同程度の洗浄液の量で、洗浄ムラの発生を抑制することができる。
【００２８】
また、洗浄液の吐出量は、被洗浄基板３０の洗浄方向に対して、上流側の超音波洗浄ヘッドから吐出される吐出量を、下流側の超音波洗浄ヘッドから吐出される吐出量より小さくすることが好ましい。下流側の吐出量を大きくすることにより、上流側の超音波洗浄ヘッドから吐出した洗浄液を分散させることができるので、被洗浄基板と超音波洗浄ヘッドとの間で、液膜の形成を容易に行うことができるので、使用する洗浄液の量を従来と同程度としても、洗浄力を向上させることができる。
【００２９】
超音波洗浄ヘッドの配置は、各超音波洗浄ヘッドの洗浄液供給ノズルの開口部の中心軸が、被洗浄基板３０と超音波洗浄ヘッド２０との間で交差させることができれば、特に、限定されず、配置させることができる。好ましい配置としては、複数の洗浄液供給ノズル１２２の吐出口の角度θの合計が１８０°以下である。図５に、超音波洗浄ヘッド１２０、１３０を３個備える場合の配置を示す。図５（ａ）に示すように、超音波洗浄ヘッドの吐出口の角度の合計θ１+θ２＋θ３を１８０°より小さくすることにより、複数の洗浄液供給ノズル１２２から吐出された洗浄液中を伝播する超音波エネルギー同士を干渉させることなく、基板に到達させることができる。図５（ｂ）に示すように、超音波洗浄ヘッドの吐出口の角度の合計θ１+θ２＋θ３を１８０°を越えるように配置すると、向かい合う洗浄液供給ノズル１３２ａ、１３２ｃから吐出する洗浄液同士で干渉し合うため、図５（ａ）の配置と比較し、充分に超音波エネルギーを伝播させることができない。
【００３０】
超音波を照射された洗浄液は、溶存ガスとキャビティの生成圧壊効果により洗浄液中に反応性の高い水素ラジカル（Ｈ・）やヒドロキシラジカル（ＯＨ・）などを発生し、洗浄対象の基板上の汚染物と速やかに反応し汚染物を分解除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の超音波洗浄装置の構成を摸式的に示した図である。
【図２】超音波洗浄ヘッドの拡大図（ａ）と側断面図（ｂ）である。
【図３】超音波洗浄ヘッドの他の実施形態を示す拡大図である。
【図４】従来の超音波洗浄装置に用いられる超音波洗浄ヘッドの拡大図（ａ）と側断面図（ｂ）である。
【図５】超音波洗浄ヘッドの好ましい配置を示した図である。
【図６】従来の超音波洗浄装置の一例を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０…超音波洗浄装置、２０、１２０、１３０…超音波洗浄ヘッド、２１、１２１、１３１…超音波振動子、２２、１２２、１３２…洗浄液供給ノズル、２４…洗浄液、３０…被洗浄基板、３１…基板保持手段、４０…脱気膜モジュール、５０…ガス溶解膜モジュール、６０…洗浄液供給ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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