(57)【要約】【課題】超音波洗浄ヘッド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、洗浄液を供給する超音波洗浄ヘッド２０を備え、超音波洗浄ヘッド２０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と、洗浄液供給ノズル２２と被洗浄基板３０との間に超音波を伝播させるための液膜を形成するため液膜形成液を噴射する液膜形成用ノズル２３を備え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超音波洗浄ヘッドを備え、
前記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と、該洗浄液供給ノズルと被洗浄基板との間に超音波を伝播させるための液膜を形成するため液膜形成液を噴射する液膜形成用ノズルを備えることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
前記液膜形成用ノズルの中心軸と前記被洗浄基板との交点は、前記洗浄液供給ノズルの中心軸と該被洗浄基板との交点より上方にあることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項３】
前記液膜形成液が前記被洗浄基板に到達する液膜形成液到達点が、前記洗浄液供給ノズルの中心軸と該被洗浄基板との交点よりも上方にある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。
【請求項４】
前記液膜形成用ノズルは、前記洗浄液供給ノズルの下方に備えられることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の超音波洗浄装置。
【請求項５】
前記液膜形成用ノズルの開口部の大きさが、前記洗浄液供給ノズルの開口部の大きさと同じ、または、小さいことを特徴とする請求項１から４いずれか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４は、このような従来型の超音波洗浄装置２１０の一例を模式的に示した図である。図４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を備える超音波洗浄ノズル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、基板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洗浄液供給ノズル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】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、超音波洗浄ヘッド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】
【０００９】
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超音波洗浄ヘッドを備え、前記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と、該洗浄液供給ノズルと被洗浄基板との間に超音波を伝播させるための液膜を形成するため液膜形成液を噴射する液膜形成用ノズルを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１によれば、超音波洗浄ヘッドと被洗浄基板との間に液膜を形成するための液膜形成用ノズルを備えることにより、垂直に保持された被洗浄基板と超音波洗浄ヘッドとの間で液膜を形成することができるので、洗浄液の使用量が少なくても液膜を形成することができ、洗浄液の量を低減することができる。
【００１１】
請求項２は請求項１において、前記液膜形成用ノズルの中心軸と前記被洗浄基板との交点は、前記洗浄液供給ノズルの中心軸と該被洗浄基板との交点より上方にあることを特徴とする。
【００１２】
請求項２によれば、液膜形成用ノズルの中心軸と被洗浄基板との交点を、洗浄液供給ノズルの中心軸と被洗浄基板との交点より上方になるように配置しているため、重力により液が落下しても、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ことができるので、超音波エネルギーを基板面に確実に伝播させることができる。
【００１３】
請求項３は請求項１または２において、前記液膜形成液が前記被洗浄基板に到達する液膜形成液到達点が、前記洗浄液供給ノズルの中心軸と該被洗浄基板との交点よりも上方にあることを特徴とする。
【００１４】
請求項３によれば、液膜形成液が被洗浄基板に到達する液膜形成液到達点が、洗浄液供給ノズルの中心軸と被洗浄基板との交点より上方とすることにより、重力により液が落下しても洗浄液供給ノズルと被洗浄基板との間で液膜を形成することができるので、超音波エネルギーを基板面に確実に伝播することができる。
【００１５】
請求項４は請求項１から３いずれかにおいて、前記液膜形成用ノズルは、前記洗浄液供給ノズルの下方に備えられることを特徴とする。
【００１６】
請求項４によれば、液膜形成用ノズルが洗浄液供給ノズルの下方に備えられているため、洗浄液と液膜形成液を、洗浄液が被洗浄基板に到達する前に混合させ、液膜を形成することができる。したがって、超音波エネルギーを基板面に確実に伝播させることができる。
【００１７】
請求項５は請求項１から４いずれかにおいて、前記液膜形成用ノズルの開口部の大きさが、前記洗浄液供給ノズルの開口部の大きさと同じ、または、小さいことを特徴とする。
【００１８】
請求項５によれば、液膜形成用ノズルの開口部の大きさを洗浄液供給ノズルの開口部の大きさと同じ、または、小さくすることにより、液膜形成時の流速を確保することができるので、消費する洗浄液量を低減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、超音波が照射された洗浄液を噴射する洗浄液供給ノズルとは別に、超音波洗浄ヘッドと被洗浄基板の間に液膜を形成するための液膜形成用ノズルを備えるため、洗浄液の液量が少なくても液膜を形成することができるので、超音波エネルギーを基板面に確実に伝播させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面に従って、本発明の超音波洗浄装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の超音波洗浄装置１０の構成を摸式的に示した図であり、図２は、超音波洗浄ヘッド２０の拡大図である。
【００２２】
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２０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。
【００２３】
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を保持する機構を有する。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。
【００２４】
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増加させることができ、洗浄効率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、特に限定されず、たとえば、オゾン、酸素、水素、窒素、アルゴン、ヘリウムなどを用いることができる。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。
【００２５】
図２は、超音波洗浄ヘッド２０の拡大図である。超音波洗浄ヘッド２０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と、被洗浄基板３０との間に超音波を伝播させるための液膜を形成するための液膜形成液を噴射する液膜形成用ノズル２３からなる。
【００２６】
洗浄液、液膜形成液の種類は、特に限定されず、同様のものを用いることができる。また、図１においては、液膜形成液を洗浄液供給ライン６０の途中で分岐させ、液膜形成液供給ライン７０を通過させ、超音波洗浄ヘッド２０に供給しているが、これらのラインは、共用・独立など特に限定されず、構成することができる。
【００２７】
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開口部まで到達し、その後、液膜形成用ノズル２３から供給された洗浄液中を引き続き伝播し、被洗浄基板面へ到達する。
【００２８】
本発明においては、図２に示すように、洗浄液供給ノズル２２とは、別に、液膜形成用ノズル２３を設け、洗浄液供給ノズルの下側から上向きの液膜形成液２５を供給している。したがって、洗浄液２４のみでは、重力の影響で洗浄液供給ノズル２２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、供給した液膜形成液２５により、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３０に伝播させることができる。
【００２９】
さらに、液膜形成用ノズル２３の中心軸βと被洗浄基板３０の交点Bは、洗浄液供給ノズル２２の中心軸αと被洗浄基板３０の交点Aより上方となるように、液膜形成用ノズルを設定することが好ましい。このような構成とすることにより、液膜形成液が重力により落下し、洗浄液供給ノズル２２と被洗浄基板３０との間で、液膜を形成することができるので、超音波エネルギーを被洗浄基板３０に確実に伝播させることができる。
【００３０】
また、液膜形成液が被洗浄基板に到達する到達点Ｃが、交点Ａより上方にあることが好ましい。このような構成とすることにより、上述したように、液膜形成液が重力により落下し、洗浄液供給ノズル２２と被洗浄基板３０との間で、液膜を形成することができるので、超音波エネルギーを被洗浄基板３０に確実に伝播させることができる。
【００３１】
図２に示すように、液膜形成用ノズル２３が洗浄液供給ノズル２２の下方に設けられている場合は、到着点Cが交点Aより上方となるようにするために、液膜形成液の流速、洗浄液供給ノズル２２の中心軸αと液膜形成用ノズルの中心軸βの成す角度θ、液膜形成用ノズル２３と被洗浄基板３０との距離Lが重要となってくる。好ましい範囲としては、液膜形成液の流速は、０．０５ｍ／ｓ以上０．７５ｍ／ｓ以下であり、より好ましくは０．１ｍ／ｓ以上０．３５ｍ／ｓ以下である。角度θは、０°以上９０°以下が好ましく、より好ましくは３０°以上６０°以下である。また、距離Ｌは、０．５ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。上記範囲とすることにより、液膜形成液が被洗浄基板３０に到達する到達点Ｃを洗浄液供給ノズル２２の中心軸αと被洗浄基板３０との交点Ａより高くすることができるので、円状液供給ノズル２２と被洗浄基板３０との間に液膜を形成することができる。
【００３２】
超音波洗浄ヘッド２０における液膜形成用ノズル２３の開口部の大きさは、洗浄液供給ノズル２２の開口部の大きさと同じ、または、小さくすることが好ましい。液膜形成用ノズル２３の開口部の大きさを洗浄液供給ノズル２２の開口部の大きさと等しい、または、小さくすることにより、液膜形成時の流速を確保することができるので、消費する洗浄液量を低減させることができる。
【００３３】
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。
【００３４】
図３は、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３に示す超音波洗浄ヘッド１２０は、液膜形成ノズル１２３が洗浄液供給ノズル２２の上方に設けられている点が、上述した実施形態と異なっている。
【００３５】
液膜形成用ノズル１２３が、洗浄液供給ノズル２２の上方に設けられている場合においても、超音波洗浄ヘッド１２０と被洗浄基板３０の間で液膜を形成することにより、同様の効果を得ることができる。この場合、液膜形成用ノズル１２３の開口部と基板３０間の距離は、より近い方が好ましく、可能な範囲で洗浄液供給ノズル２２と基板３０間の距離と同等の距離まで近接させることが、消費する洗浄液量を低減できるため好ましい。
【００３６】
このようなノズル形状に応じて、液膜形成液１２５が被洗浄基板３０に到達する到達点Ｃが、洗浄液供給ノズル２２の中心軸αと被洗浄基板３０との交点Ａより上方となるような流速で液を供給することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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の一例を摸式的示した図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…超音波洗浄装置、２０…超音波洗浄ヘッド、２１…超音波振動子、２２…洗浄液供給ノズル、２３、１２３…液膜形成用ノズル、２４…洗浄液、２５、１２５…液膜形成液、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、７０…液膜形成液供給ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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