(57)【要約】【課題】ガラス基板の表面を傷つけたり、破損させたりすることなく、表面に付着した粒子や有機性の汚染物等を効果的に除去することができる。【解決手段】ガラス基板１４の表面１４Ａに付着する汚れを超音波を付与した洗浄液で超音波洗浄する超音波洗浄装置１０において、洗浄液１１を貯留する洗浄槽１２と、洗浄液１１中にガラス基板１４を支持する支持台１６と、周波数１〜１０ＭHzの第１の超音波と、該第１の超音波の２分の１以下の周波数の第２の超音波とをガラス基板１４に向けて交互に集束させる超音波発生手段２０と、集束させる集束位置Ｐからガラス基板１４の表面１４Ａまでの距離を調整する集束位置調整手段２２と、超音波発生手段２０による超音波の効力が被洗浄物の表面に万遍なくいきわたるように支持台１６を移動させる移動手段２４と、で構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被洗浄物の表面に付着する汚れを超音波を付与した洗浄液で超音波洗浄する超音波洗浄装置において、
前記洗浄液を貯留する洗浄槽と、
前記洗浄液中に前記被洗浄物を支持する支持台と、
周波数１〜１０ＭHzの第１の超音波と、該第１の超音波の２分の１以下の周波数の第２の超音波とを前記被洗浄物に向けて交互に集束させる超音波発生手段と、
前記集束させる集束位置から前記被洗浄物の表面までの距離を調整する集束位置調整手段と、
前記超音波発生手段による超音波の効力が前記被洗浄物の表面に万遍なくいきわたるように前記超音波発生手段及び前記支持台の少なくとも一方を移動させる移動手段と、を備えたことを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
被洗浄物の表面に付着する汚れを超音波を付与した洗浄液で超音波洗浄する超音波洗浄装置において、
前記被洗浄物を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段の上方に設けられ、ノズル口から洗浄液を前記被洗浄物の表面に向けて吐出すると共に、周波数１〜１０ＭHzの第１の超音波と、該第１の超音波の２分の１以下の周波数の第２の超音波とを前記被洗浄物の表面に向けて交互に集束させる超音波発生手段を備えた超音波ノズルと、
前記ノズル口から前記被洗浄物の表面までの距離を調整する集束位置調整手段と、を備えたことを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項３】
前記被洗浄物は、半導体基板、ＬＣＤ用やフォトマスク用のガラス基板の何れかであることを特徴とする請求項１又は２の超音波洗浄装置。
【請求項４】
前記超音波の集束位置に固体物を設けることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の超音波洗浄装置。
【請求項５】
前記固体物は、金属板、金属以外の材質の平板、メッシュ板、多孔板の何れかであることを特徴とする請求項４の超音波洗浄装置。
【請求項６】
前記超音波の進行方向が前記被洗浄物の表面に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１、３、４、又は５の超音波洗浄装置。
【請求項７】
前記ノズル口からの洗浄液の吐出方向及び前記超音波の進行方向が前記被洗浄物の表面に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項２〜５の何れか１の超音波洗浄装置。
【請求項８】
前記超音波発生手段を２基設けると共に、該２基の超音波発生手段は超音波の集束位置が同一になるように配置されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１の超音波洗浄装置。
【請求項９】
前記２基の超音波発生手段は回動軸を中心に回動自在に支持されると共に、前記集束位置調整手段は前記２基の超音波発生手段を回動させることにより前記集束位置を同一にしながら前記集束位置から前記被洗浄物の表面までの距離を調整するものであることを特徴とする請求項８の超音波洗浄装置。
【請求項１０】
前記洗浄液中にガスを溶解したガス溶解水を吹き込むガス溶解水吹込手段を設けたことを特徴とする請求項１〜９の何れか１の超音波洗浄装置。
【請求項１１】
前記洗浄液中にガスを吹き込むガス吹込手段を設けたことを特徴とする請求項１〜９の何れか１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、超音波洗浄装置に係り、特に半導体基板、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶表示装置）用やフォトマスク用のガラス基板等のように、洗浄時における傷や破損が致命的な品質欠陥になる被洗浄物に好適な超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板、ＬＣＤやフォトマスク用のガラス基板に付着した微小な粒子等の汚れを除去するを洗浄方法としては、例えば回転ブラシで被洗浄物を擦るブラシスクラブ洗浄、洗浄液を高圧で被洗浄物に当てる高圧ジェット洗浄、超音波を付与した洗浄液を被洗浄物に当てる超音波洗浄がある。これらの洗浄方法の中では、回転ブラシのような発塵の問題がなく、洗浄能力も高圧ジェット洗浄よりも優れた超音波洗浄が最も適しており広く採用されている。
【０００３】
超音波洗浄による汚れ除去機能としては、２つの機能が知られている。一つはキャビテーションによる衝撃波で被洗浄物の表面に付着する粒子（固形物）などの汚れを剥離除去する物理的洗浄機能である。他の一つは超音波で発生するラジカルにより汚れを分解除去する化学的洗浄機能である。これらの２つの機能を有効に働かせることが超音波洗浄の効果を高める上でポイントになる。また、これらの物理的洗浄と化学的洗浄の効果は与えられる超音波のパワーが大きいほど高い効果が得られる。しかし、従来の超音波洗浄装置は、超音波振動子の単位面積から照射される超音波エネルギーを上回るエネルギーを被洗浄物の単位表面に照射することはできず、満足できるほどの洗浄能力が得られていないのが実情である。
【０００４】
ところで、出願人は、超音波を利用した技術として、局所的に超音波の高いエネルギーを得ることのできる超音波照射装置を開発した。この超音波照射装置を使用することで腎臓結石、尿路結石、胆石等の石を、超音波により効果的に破砕することができる（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−３３４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の超音波照射装置の技術を、上述の半導体基板やガラス基板の洗浄に適用するには更なる装置構成の改良が必要である。
【０００６】
即ち、半導体基板やガラス基板の洗浄の場合、洗浄効果が高いことは勿論のこと、洗浄時に半導体基板やガラス基板の表面に超音波のエネルギーで傷つけたり、破損させたりしないことが極めて重要である。特に、半導体基板面やガラス基板面に既に回路等の微細パターンが形成されている場合には、微細パターンを破壊しないで超音波洗浄することが必要である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被洗浄物の表面を傷つけたり、破損させたりすることなく、表面に付着した粒子や有機性の汚染物等を効果的に除去することができ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】
【０００８】
本発明の請求項１は、前記目的を達成するために、被洗浄物の表面に付着する汚れを超音波を付与した洗浄液で超音波洗浄する超音波洗浄装置において、前記洗浄液を貯留する洗浄槽と、前記洗浄液中に前記被洗浄物を支持する支持台と、周波数１〜１０ＭHzの第１の超音波と、該第１の超音波の２分の１以下の周波数の第２の超音波とを前記被洗浄物に向けて交互に集束させる超音波発生手段と、前記集束させる集束位置から前記被洗浄物の表面までの距離を調整する集束位置調整手段と、前記超音波発生手段による超音波の効力が前記被洗浄物の表面に万遍なくいきわたるように前記超音波発生手段及び前記支持台の少なくとも一方を移動させる移動手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１は、被洗浄物を洗浄液中に浸漬させた状態で超音波洗浄するディップ方式の場合である。請求項１によれば、超音波洗浄装置には、超音波発生手段から発する超音波が被洗浄物の表面、又はその近傍で点又は線をなす局部で集束するように超音波振動子が配置されるか、あるいは超音波発生源として凹面状の超音波振動子が設けられている。そして、洗浄槽内の支持台に洗浄する被洗浄物を支持する。洗浄液としては、例えば超純水を使用することができるが特に限定されるものではなく、被洗浄物の汚れの種類により適宜選択することができる。この状態で、先ず、超音波発生手段から周波数１〜１０ＭHzの第１の超音波を発射して、超音波が集束する集束位置に局部的にキャビテーションによる多数の気泡が集まった気泡群を発生させる。次に、超音波発生手段から第１の超音波の２分の１以下の周波数の第２の超音波を発射して、第１の超音波により発生した気泡群を共振させて崩壊させる。第１及び第２の超音波の集束位置は同じである。ここで、気泡群の崩壊とは、気泡群が周囲の圧力変動により爆縮する際に、気泡群の中心部付近に高エネルギーが集中し、圧力の非常に大きな衝撃波が発生する現象のことを指し、気泡群が分裂又は消滅してゆく過程を指すものではない。
【００１０】
このように、第１及び第２の超音波を集束位置に集束させることによって、気泡群崩壊時の高エネルギーを局部に集中させることができる。従って、かかる第１の超音波の照射と第２の超音波の照射とを交互に繰り返すことによって、極めて強固に付着した粒子も除去することが可能となる。第１の超音波を３０μ秒〜７０μ秒発射した後連続して第２の超音波を５μ秒〜１５μ秒発射する。これを８０μ秒〜１２０μ秒のインターバルをおいて繰り返し実施することが好ましい。
【００１１】
かかる被洗浄物の超音波洗浄において、集束位置調整手段により、集束位置から被洗浄物の表面までの距離を調整できるようにしたので、被洗浄物の汚れの種類や付着強度、被洗浄物の表面の物理的強度（傷や破損のしにくさ）によって最適な集束位置を任意に設定することができる。集束位置調整手段で調整する集束位置から被洗浄物の表面までの距離にはゼロも含まれる。即ち、集束位置を被洗浄物の表面から表面近傍になるように調整する。
【００１２】
また、洗浄液は、超音波の照射を受けて集束位置にラジカル（例えばＯＨラジカル）を生成し、このラジカルによって被洗浄物の表面に付着している有機性の汚染物を酸化分解する。この場合にも、第１及び第２の超音波を集束位置に集束させることによって、ラジカルの生成に必要なエネルギーを局部に集中させることができるので、効率的にラジカルを生成することができる。しかも、集束位置調整手段により、集束位置から被洗浄物の表面までの距離を調整できるようにしたので、有機性の汚染物の種類や付着強度、被洗浄物の表面の化学的強度（ラジカルに対する耐性）によって最適な集束位置を任意に設定することができる。
【００１３】
これにより、被洗浄物が例えば金属薄膜や回路等の微細パターンが既に形成された半導体基板やガラス基板であっても、微細パターンを破損することなく効果的な超音波洗浄を行うことができる。
【００１４】
また、本発明では、超音波発生手段及び支持台の少なくとも一方を移動させる移動手段により、被洗浄物の表面を万遍なく超音波洗浄できると共に、移動する速度を変えることで、汚れ具合の大きな表面部分は移動速度を遅くし、汚れ具合の小さな表面部分は移動速度を速くするように、きめ細かな洗浄を行うこともできる。
【００１５】
本発明の請求項２は、前記目的を達成するために、被洗浄物の表面に付着する汚れを超音波を付与した洗浄液で超音波洗浄する超音波洗浄装置において、前記被洗浄物を搬送する搬送手段と、前記搬送手段の上方に設けられ、ノズル口から洗浄液を前記被洗浄物の表面に向けて吐出すると共に、周波数１〜１０ＭHzの第１の超音波と、該第１の超音波の２分の１以下の周波数の第２の超音波とを前記被洗浄物の表面に交互に集束させる超音波発生手段を備えた超音波ノズルと、前記ノズル口から前記被洗浄物の表面までの距離を調整する集束位置調整手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２は、ノズル口から被洗浄物に向けて噴出する洗浄液に超音波を付与する超音波ノズル方式の場合である。
【００１７】
この超音波ノズル方式の請求項２の場合も、作用効果は請求項１のディップ方式の場合と同様である。
【００１８】
請求項３は請求項１又は２において、前記被洗浄物は、半導体基板、ＬＣＤ用やフォトマスク用のガラス基板の何れかであることを特徴とする。
【００１９】
これは、本発明の超音波洗浄装置は、半導体基板、ＬＣＤ用やフォトマスク用のガラス基板のように、洗浄時における傷や破損が致命的な品質欠陥になる被洗浄物において特に有効だからである。
【００２０】
請求項４は、請求項１〜３の何れか１において、前記集束位置に固体物を設けることを特徴とする。
【００２１】
気泡は固体物の表面で極めて発生し易いことから、請求項４のように、超音波の集束位置に固体物を設けることで、気泡群の気泡をより高い密度で形成することができる。これにより、気泡群崩壊時に一層高いエネルギーを得ることができる。また、超音波の発生パワーが小さくても効率的に気泡を発生させることができ、省エネになる。
【００２２】
請求項５は請求項４において、前記固体物は、金属板、金属以外の材質の平板、メッシュ板、多孔板の何れかであることを特徴とする。
【００２３】
これは、気泡の発生を促進する固体物の好ましい例であり、金属板、例えば超音波反射板、金属材質以外の平板、メッシュ板、多孔板を好適に使用することができる。この場合、金属板、平板の場合には、気泡群が崩壊したときのエネルギーが被洗浄物に到達するのを阻害しないように、超音波の進行方向と面が平行になるように配置することが好ましい。また、気泡群が崩壊したときのエネルギーが被洗浄物に到達するのを阻害しないメッシュ板や多孔板の場合には、超音波の進行方向に対して面が直交するように配置することも可能である。
【００２４】
請求項６は請求項１、３、４、又は５において、前記超音波の進行方向が前記被洗浄物の表面に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする。
【００２５】
請求項６はディップ方式の場合であり、超音波の進行方向が被洗浄物の表面に垂直な方向から傾斜しているようにしたので、被洗浄物の表面における超音波の効力領域及び超音波により生成されるラジカルの効力領域を広くすることができる。更に、音響流による流れ方向を一方向にできることから、被洗浄物の表面から除去された汚れを被洗浄物から速やかに排除でき、洗浄効果を高めることができる。音響流とは、超音波が流体内を伝搬すると、そのビーム内に媒質の流れが生じ、この流れをいう。
【００２６】
請求項７は請求項２〜５の何れか１において、前記ノズル口からの洗浄液の吐出方向及び前記超音波の進行方向が前記被洗浄物の表面に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする。
【００２７】
請求項７は超音波ノズル方式の場合であり、ノズル口からの洗浄液の吐出方向及び超音波の進行方向が被洗浄物の表面に垂直な方向に対して傾斜しているようにしたので、被洗浄物の表面における超音波の効力領域及び超音波により生成されるラジカルの効力領域を広くすることができる。また、ノズル口からの吐出された洗浄液が被洗浄物の表面を流れる方向、及び音響流による流れ方向を一方向にできることから、表面から除去された汚れを被洗浄物から速やかに排除でき、洗浄効果を高めることができる。
【００２８】
請求項８は請求項１〜７の何れか１において、前記超音波発生手段を２基設けると共に、該２基の超音波発生手段は超音波の集束位置が同一になるように配置されていることを特徴とする。
【００２９】
これにより、１台の超音波発生手段で形成される超音波の集束域よりもより狭隘な範囲で気泡を発生させることができるので、気泡群の崩壊時に一層高いエネルギーを得ることができる。
【００３０】
請求項９は請求項８において、前記２基の超音波発生手段は回動軸を中心に回動自在に支持されると共に、前記集束位置調整手段は前記２基の超音波発生手段を回動させることにより前記集束位置を同一にしながら前記集束位置から前記被洗浄物の表面までの距離を調整するものであることを特徴とする。
【００３１】
２基の超音波発生手段は回動軸を中心に回動自在に支持し、集束位置調整手段により２基の超音波発生手段を回動させるようにしたので、２基の超音波発生手段からの超音波を容易且つ精度良く集束位置を同一にし且つ集束位置から被洗浄物の表面までの距離を調整することができる。
【００３２】
請求項１０は請求項１〜９の何れか１において、前記洗浄液中に、ガスを溶解したガス溶解水を吹き込むガス溶解水吹込手段を設けたことを特徴とする。
【００３３】
これは、ガス溶解水が吹き込まれた洗浄液は吹き込まれない洗浄液に比べて、超音波の照射によるラジカルの発生が多く、ラジカルによる被洗浄物の洗浄効果を一層高めることができるからである。この場合、吹込口は、集束位置近傍であって、超音波の進行方向から見て集束位置の上流側に配置し、集束位置に向かってガスを吹き出すことが好ましい。これにより、集束位置の上流側に吹き込まれたガス又はガス溶解水が超音波エネルギーの最も高い集束位置において効率的にラジカルを生成し、生成したラジカルが被洗浄物の表面に効率的に到達するからである。
【００３４】
請求項１１は請求項１〜９の何れか１において、前記洗浄液中に、ガスをを吹き込むガス吹込手段を設けたことを特徴とする。
【００３５】
このように、洗浄液中にガス溶解水を吹き込む代わりに、洗浄液中にガスを直接吹き込むようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように本発明の超音波洗浄装置によれば、被洗浄物の表面を傷つけたり、破損させたりすることなく、表面に付着した粒子や有機性の汚染物等を効果的に除去することができる。従って、本発明は半導体基板、ＬＣＤ用やフォトマス用のガラス基板の超音波洗浄に極めて有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下添付図面に従って本発明に係る超音波洗浄装置における好ましい実施の形態について詳説する。
【００３８】
図１〜図７は、本発明の超音波洗浄装置の第１の実施の形態であり、被洗浄物を洗浄液中に浸漬させた状態で超音波洗浄するディップ方式における各種の態様を示した概念図である。尚、被洗浄物としてガラス基板の例で説明するが、ガラス基板に限定するものではない。
【００３９】
図１に示すように、ディップ方式の超音波洗浄装置１０は、主として、洗浄液１１を貯留する洗浄槽１２と、洗浄液１１中にガラス基板１４を支持する支持台１６と、超音波を集束することのできる超音波振動子１８を備え、異なる周波数の超音波をガラス基板１４の表面１４Ａに向けて交互に集束する超音波発生手段２０と、超音波の集束位置Ｐからガラス基板１４の表面１４Ａまでの距離を調整する集束位置調整手段２２と、超音波発生手段２０による超音波の効力がガラス基板１４の表面１４Ａに万遍なくいきわたるように支持台１６を移動させる移動手段２４と、で構成される。尚、本実施の形態では、移動手段２４は支持台１６を移動するようにしたが、超音波発生手段２０を移動させてもよく、支持台１６と超音波発生手段２０の両方を移動させるようにしてもよい。
【００４０】
超音波発生手段２０は、主として、本体部２６と超音波振動子１８とで構成され、超音波振動子１８は振動面が凹面形状であり、照射された超音波が支持台１６に支持されたガラス基板１４に向けて集束するように配置される。超音波はスポット状（点状）に集束されても、ライン状（線状）に集束される場合でもよいが、本実施の形態ではライン状に集束される場合であり（図４参照）、ライン幅がガラス基板１４の幅方向（図１の表裏方向）の長さ以上になるように設定される。集束する超音波の照射する超音波振動子１８としては、例えば凹面圧電素子を使用することができる。
【００４１】
そして、図２に示すように、本体部２６に収納された周波数制御可能な発信器（図示せず）から超音波振動子に信号を供給し、例えば周波数２ＭHzの高周波な第１の超音波２８を約５０μ秒照射（図２（Ａ））した後、連続して該第１の超音波の２分の１以下の例えば約５００ＫHzの低周波な第２の超音波３０を約１０μ秒照射（図２（Ｂ））する。この第１及び第２の超音波２８、３０の照射を１セットとして、これを約１００μ秒の短時間のインターバルで繰り返し照射する。この場合、第１の超音波２８の周波数としては１〜１０ＭHzの範囲が好ましく、第２の超音波３０の周波数としは該第１の超音波の２分の１以下の周波数であることがよい。また、第１の超音波２８の１回の照射時間は３０μ秒〜７０μ秒、第２の超音波３０の１回の照射時間は５μ秒〜１５μ秒の範囲である。また、好ましいインターバル時間の範囲としては、８０μ秒〜１２０μ秒の範囲である。尚、図２の矢印３２は超音波の進行方向であり、一点鎖線３４は集束しながら矢印３２方向に進行する超音波２８、３０の中心線である。
【００４２】
これにより、第１の超音波２８の照射によりガラス基板１４の表面１４Ａ又は表面１４Ａ近傍の局部的な収束位置Ｐに高密度で細かな気泡の気泡群３６が発生し、発生した気泡群３６は、続けて照射される第２の超音波で一気に崩壊する。このときの衝撃力は従来の超音波を集束させない場合に比べて極めて強力であり、ガラス基板１４の表面１４Ａに付着した従来除去できなかった微細な粒子や膜状の汚れを除去できる。また、その強力な衝撃力により効率的にラジカルを生成することができるので、ラジカルによる化学的な洗浄効果も高めることができる。
【００４３】
また、超音波発生手段２０の本体部２６は、集束位置調整手段２２により図１の矢印Ａ−Ｂ方向に移動可能に支持される。これにより、超音波２８、３０の集束位置Ｐを図１のようにガラス基板１４の表面１４Ａに設定したり、図３のようにガラス基板１４の表面１４Ａから離間することができる。集束位置調整手段２２としては、特に図示しないが、例えば、垂直に立設された支柱に本体部２６をナット部材を介してスライド自在に支持すると共に、ナット部材をボールネジに螺合し、ボールネジを正逆回転可能なモータで回転することにより構成することができる。要は、超音波発生手段２０を図１の矢印Ａ−Ｂ方向に移動できる機構を備えた集束位置調整手段２２であればよい。このように、集束位置調整手段２２を設けて、集束位置Ｐからガラス基板１４の表面１４Ａまでの距離を調整できるようにしたので、ガラス基板１４の付着する汚れの種類や付着強度、ガラス基板１４表面１４Ａの物理的強度（傷や破損のしにくさ）や化学的強度（ラジカルに対する耐性）によって最適な集束位置Ｐを任意に設定することができる。
【００４４】
図３のように、超音波２８，３０の集束位置Ｐをガラス基板１４の表面１４Ａから適度に離間することにより、金属薄膜を成膜したガラス基板１４や回路等の微細パターンが形成されたガラス基板のように、気泡群３６の崩壊による衝撃力の影響を受け易いガラス基板１４であっても、金属薄膜や微細パターンを破損しないように超音波洗浄することができる。ガラス基板１４の表面１４Ａからどの程度離間させるかは、洗浄しようとするガラス基板１４の諸々の条件によって異なるので、予備試験等により適切な離間距離を把握するとよい。
【００４５】
また、図１に示すように、ガラス基板１４を支持する支持台１６は、アーム３８を介して移動手段２４に連結され、矢印Ｃ−Ｄ方向に支持台１６を移動可能に構成される。これにより、支持台１６と一緒に移動するガラス基板１４に対して、ガラス基板１４に向けてライン状の第１及び第２の超音波２８、３０を交互に集束させて、気泡群の発生と崩壊を繰り返すことにより、ガラス基板１４の表面１４Ａを万遍なく超音波洗浄することができる。移動手段としては、特に図示しないが、例えば、シリンダロッドの伸縮によりアームを矢印Ｃ−Ｄ方向にストロークさせるシリンダ装置や、ボールネジでアームを矢印Ｃ−Ｄ方向に往復移動させるボールネジ機構等を使用することができる。
【００４６】
また、超音波による気泡の発生は固体表面で多く発生するため、図３に示すように、超音波２８、３０の集束位置Ｐに固体物４０を設けることが好ましい。
【００４７】
図３は、超音波２８、３０の集束位置Ｐに、使用する超音波の波長よりも十分薄い厚さの金属板（超音波反射板）を上記した中心線３４上に設けた場合である。この金属板の面は図４（Ａ）のように超音波の進行方向３２に平行になるようにすることで、発生した気泡がガラス基板１４に到達する上で障害にならないようにできる。このように、超音波２８，３０の集束位置Ｐに固体物４０を設けることで、第１の超音波２８による気泡の発生を促進し、高密度な気泡群３６を形成することができるので、気泡群３６の崩壊時に一層高いエネルギーを得ることができる。また、気泡群３６の崩壊により発生する多量のラジカルは、超音波２８、３０の音響流４２によりガラス基板１４の表面１４Ａまで運ばれ、表面１４Ａに付着した有機性の汚染物をラジカルにより化学的に分解して除去する。
【００４８】
超音波２８，３０の集束位置Ｐに設ける固体物４０は金属板に限らず、他の例えばセラミクスやプラスチックの材質の平板でもよく、図４（Ｂ）に示すように、多数の孔を有する金属網や色々な材質の多孔板でもよい。金属網や多孔板は、その孔を通して気泡や洗浄液をガラス基板１４上に送ることができるので、金属網や多孔板の面を超音波２８、３０の進行方向３２に対して直交する方向に設置することもできる。この場合、固体表面での気泡の発生を確保しつつ気泡や洗浄液を十分に基板１４に供給するためには、金属網などを構成する針金の径及び開口部の大きさや、多孔板の孔の径及び孔のピッチは超音波の波長よりも十分小さい、例えば０．５ｍｍ以下程度が好ましい。
【００４９】
図５は、超音波２８，３０の集束位置Ｐをガラス基板１４の表面１４Ａから離間させると共に、超音波２８，３０の進行方向３２がガラス基板１４の垂直方向に対して３０°の角度（α）になるようにしたものである。このように、超音波２８、３０の進行方向３２がガラス基板１４の表面１４Ａに垂直な方向から傾斜しているようにしたので、ガラス基板１４の表面１４Ａにおける超音波の効力領域及び超音波により生成されるラジカルの効力領域を広くすることができる。更に、音響流４２による流れ方向を一方向にできることから、ガラス基板１４の表面１４Ａから除去された汚れをガラス基板１４から速やかに排除でき、洗浄効果を高めることができる。傾斜させる角度（α）としては、１０°〜８０°の範囲が好ましく、５０°〜７０°の範囲がより好ましい。これは、角度（α）が１０°未満では、超音波２８、３０の効力領域を広くする効果が発揮されないと共に、８０°を超えると、効力領域が広くなりすぎて超音波洗浄効力が低下するためである。
【００５０】
図６は、２つの超音波振動子１８をそれぞれ水平角（β）が可変になるように配置し、且つ２つの超音波振動子１８からの超音波が一点で集束するように構成した一例である。水平角（β）はガラス基板１４の水平な表面１４Ａに対する超音波２８，３０の進行方向３２の角度をいう。
【００５１】
２つの超音波振動子１８からの超音波が一点で集束するため、それぞれの超音波発生手段２０の本体部２６は、超音波振動子１８の超音波発生面からその集束位置Ｐまでの距離Ｌを半径とした円周上を移動（Ｅ−Ｆ方向）することができるように支持される。このように配置することによって、集束位置Ｐを変えずに水平角（β）を自由に変化させることができる。水平角（β）の最適値は被洗浄物によっても異なるが、おおむね４５°±３０°の範囲である。また２つの超音波発生手段２０を支持した構造体２６Ｂを上下方向に移動するか、あるいは基板１４を上下方向に移動することによって、超音波の集束位置Ｐと被洗浄物である基板１４との間の距離を調整する。このように、２基の超音波発生手段２０を設けて、集束位置Ｐを同一にすることにより、超音波の集束域近傍で限定された範囲で、より大量の気泡群３６を発生させることができるので、気泡群３６の崩壊時に一層高いエネルギーを得ることができる。
【００５２】
図７は、２基の超音波発生手段２０を設けると共に、その集束位置Ｐの近傍に洗浄液中にガス又はガスを溶解したガス溶解水を吹き込む吹込口４６を設けた超音波洗浄装置１０である。吹き込むガスとしては、水素ガス、アルゴンガス等の超音波２８、３０によりラジカルを発生し易いガスが好ましい。この場合、洗浄液１１中にガスを直接吹き込むようにしてもよいが、ガスを溶解したガス溶解水を洗浄液１１中に供給するようにすると一層よい。図７はガス溶解水を供給するように装置構成を形成したもので、洗浄槽１２の外側に、中空糸膜を使用したガス溶解装置４８が設けられる。このガス溶解装置４８に液体導入管５０から予め脱気処理により溶存ガスを除去した超純水を供給すると共に、ガス供給管５２から水素ガスを供給し、超純水に水素ガスを溶解させたガス溶解水を製造する。そして、ガス溶解水を供給管５４の吹込口４６から洗浄槽１２内に吹き込む。洗浄液１１へのガスの吹き込みは、２基の超音波発生手段２０に限定されるものではなく、図１〜図６で説明した１基の超音波発生手段２０にも適用できる。
【００５３】
このように、集束位置Ｐの近傍にガスが吹き込まれた洗浄液１１は、吹き込まれない洗浄液に比べて、超音波２８、３０の照射によるラジカルの発生が多く、ラジカルによるガラス基板１４の洗浄効果を一層高めることができるからである。この場合、吹込口４６は、集束位置Ｐ近傍であって、超音波２８、３０の進行方向３２から見て集束位置Ｐの上流側に配置し、集束位置Ｐに向かってガス又はガス溶解水を吐出することが好ましい。これにより、集束位置Ｐの上流側に吹き込まれたガスが超音波エネルギーの最も高い集束位置Ｐにおいて効率的にラジカルとなり、ガラス基板１４の表面１４Ａに到達するからである。
【００５４】
図８は、図７の超音波洗浄装置１０において、ガス溶解水の代わりにガス（図８は水素ガスを吹き込む場合）を洗浄槽１２内に直接吹き込むようにしたものであり、この場合にも、ガス溶解水を吹き込んだ場合と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
図９〜図１３は、本発明の超音波洗浄装置の第２の実施の形態であり、ノズル口から被洗浄物に向けて吐出する洗浄液に超音波を付与する超音波ノズル方式における各種の態様を示した概念図である。尚、第１の実施の形態と同じ部材や手段には同符号を付して説明する。
【００５６】
図９に示すように、超音波ノズル方式の超音波洗浄装置１００は、主として、ガラス基板１４を搬送する搬送手段１０２と、搬送手段１０２の上方に設けられ、ノズル口１０４から洗浄液１１をガラス基板１４の表面１４Ａに向けて吐出すると共に、異なる周波数の超音波をガラス基板１４の表面１４Ａに向けて交互に集束させる超音波発生手段２０を備えた超音波ノズル１０８と、ノズル口１０４からガラス基板１４の表面１４Ａまでの距離を調整する集束位置調整手段２２と、で構成される。
【００５７】
超音波ノズル１０８は、主として、本体部２６と、超音波振動子１８と、ガラス基板１４の幅方向（図９の表裏方向）に長いスリット状のノズル口１０４が下向きに開口されたノズル容器１１０とで構成される。ノズル容器１１０の天井面には超音波振動子１８が配置されると共に、側面には洗浄液１１が供給される洗浄液供給管１１２が接続される。超音波振動子１８は、振動面が凹面形状であり、第１の実施の形態で説明したと同じ第１の超音波２８と第２の超音波３０とがガラス基板１４に向けて集束するように配置される。この場合、超音波２８、３０は、スリット状のノズル口１０４に沿ってライン状に集束される。ガラス基板１４を搬送する搬送手段１０２としては、図９に示すように、駆動ローラ１１４を並べたローラコンベア装置を好適に使用することができるが、これに限定するものではない。超音波ノズル方式の超音波洗浄装置１００の場合、ノズル口１０４から吐出された洗浄液１１は、ガラス基板１４の表面１４Ａを洗浄した後、搬送手段１０２の下方に設けられた図示しない受け容器に落下するので、洗浄液１１が落下しやすい搬送手段１０２であればよい。
【００５８】
このように構成された超音波ノズル式の超音波洗浄装置１００によれば、ノズル容器１１０に洗浄液１１を供給してノズル口１０４からガラス基板１４に向けて吐出しながら、本体部２６に収納された周波数制御可能な発信器（図示せず）から超音波振動子１８に信号を供給し、例えば周波数２ＭHzの高周波な第１の超音波２８を約５０μ秒照射した後、連続して該第１の超音波２８の２分の１以下の例えば約５００ＫHzの低周波な第２の超音波３０を約１０μ秒照射する。これを約１００μ秒の短時間のインターバルで繰り返し照射する。これにより、超音波ノズル式の超音波洗浄装置１００の場合にも、ディップ方式の超音波洗浄装置１０と同様の超音波洗浄効果を得ることができる。この場合、第１及び第２の超音波２８、３０の１回に照射する照射時間、及びインターバル時間の好ましい範囲は第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
また、超音波ノズル１０８は集束位置調整手段２２により、矢印Ａ−Ｂ方向に移動可能であり、これによりノズル口１０４及び集束位置Ｐを、図９のようにガラス基板１４の表面１４Ａに略接触する位置まで近づけたり、図１０のようにガラス基板１４の表面１４Ａから離間することができる。集束位置調整手段２２としては、例えば第１の実施の形態で説明したボールネジ機構を使用することができる。これにより、第１の実施の形態で説明したと同様の作用効果を得ることができるので、金属薄膜を成膜したガラス基板１４や回路等の微細パターンが形成されたガラス基板１４のように、気泡群３６の崩壊による衝撃力の影響を受け易いガラス基板１４であっても、金属薄膜や微細パターンを破損しないように超音波洗浄することができる。
【００６０】
また、超音波ノズル方式の超音波洗浄装置の場合も、図１０及び図１１のように、超音波の集束位置Ｐに固体物４０を設けることにより、気泡の発生を促進することができる。また、図１１のように、ノズル口１０４からの洗浄液１１の吐出方向及び超音波２８、３０の進行方向３２の角度αがガラス基板１４の表面１４Ａに垂直な方向に対して傾斜させることが好ましい。これにより、第１の実施の形態と同様に、ガラス基板１４の表面１４Ａにおける超音波２８、３０の効力領域及び超音波２８、３０により生成されるラジカルの効力領域を広くすることができる。また、ノズル口１０４からの吐出された洗浄液１１がガラス基板１４の表面１４Ａを流れる方向、及び音響流４２による流れ方向を一方向にできることから、ガラス基板１４の表面１４Ａから除去された汚れをガラス基板１４から速やかに排除でき、洗浄効果を高めることができる。適切な角度αは第１の実施の形態と同様である。
【００６１】
図１２は、１つの超音波ノズル１０８に２つの超音波発生手段２０を集束位置Ｐが同一になるように対向配置させたもので、ノズル容器１１０は断面半円状の蒲鉾形状に形成され、２つの超音波振動子１８の間に洗浄液１１を供給する洗浄液供給管１１２が接続される。このように、２基の超音波発生手段２０を設けて、集束位置Ｐを同一にすることにより、１台の超音波発生手段２０で形成される超音波２８、３０の集束域近傍で限定された範囲で気泡を発生させることができるので、気泡群３６の崩壊時に一層高いエネルギーを得ることができる。
【００６２】
図１３は、ノズル容器１１０に供給する洗浄液１１にガスを吹き込むようにしたもので、洗浄液供給管１１２の途中に、中空糸膜を使用したガス溶解装置４８が設けられる。これにより、ノズル容器１１０に供給する洗浄液１１中のガス濃度が高くなるので、超音波２８、３０の照射によるラジカルの発生が多く、ラジカルによるガラス基板１４の洗浄効果を一層高めることができる。
【００６３】
尚、本発明の実施の形態では、被洗浄物としてガラス基板１４の例で説明したが、これに限定されるものではなく、半導体基板でもよく、その他、超音波洗浄できるものであれば何でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明のディップ方式の超音波洗浄装置の全体構成を示す図であって、超音波の集束位置をガラス基板の表面の場合の概念図
【図２】本発明の超音波洗浄のメカニズムを説明する説明図
【図３】本発明のディップ方式の超音波洗浄装置の別の態様であって、超音波の集束位置をガラス基板の表面から離間する場合の概念図
【図４】超音波の集束位置に設ける固体物についての説明図
【図５】本発明のディップ方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段をガラス基板に垂直な方向に対して傾斜させた場合の概念図
【図６】本発明のディップ方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段を２基設けた場合の概念図
【図７】本発明のディップ方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段を２基設けると共に、洗浄液にガス溶解水を吹き込む場合の概念図
【図８】本発明のディップ方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段を２基設けると共に、洗浄液にガスを直接吹き込む場合の概念図
【図９】超音波ノズル方式の超音波洗浄装置の全体構成を示す図であって、超音波の集束位置をガラス基板の表面にする場合の概念図説明する概念図
【図１０】超音波ノズル方式の超音波洗浄装置の別の態様の全体構成を示す図であって、超音波の集束位置をガラス基板の表面から離間する場合の概念図
【図１１】超音波ノズル方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段をガラス基板に垂直な方向に対して傾斜させた場合の概念図
【図１２】超音波ノズル方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段を２基設けた場合の概念図
【図１３】超音波ノズル方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段を２基設けると共に、洗浄液にガスを吹き込む場合の概念図
【符号の説明】
【００６５】
１０…ディップ方式の超音波洗浄装置、１１…洗浄液、１２…洗浄槽、１４…ガラス基板、１４Ａ…ガラス基板の表面（洗浄面）、１６…支持台、１８…超音波振動子、２０…超音波発生手段、２２…集束位置調整手段、２４…支持台の移動手段、２６…本体部、２８…第１の超音波、３０…第２の超音波、３２…超音波の進行方向を示す矢印、３４…超音波の中心線、３６…気泡群、３８…アーム、４０…固体物、４２…音響流、４４…回動軸、４６…ガス吹出口、４８…ガス溶解装置、５０…液体供給管、５２…ガス供給管、１００…超音波ノズル方式の超音波洗浄装置、１０２…搬送手段、１０４…ノズル口、１０８…超音波ノズル、１１０…ノズル容器、１１２…洗浄液供給管、１１４…ローラ、Ｐ…超音波の集束位置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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