(57)【要約】【課題】エレクトロニクス産業等で使用されるガラス基板に対して、高清浄度の洗浄が効率的にでき、洗浄液及び電力の消費の少ない超音波洗浄装置を提供すること。【解決手段】ＸＹ方向に移動する洗浄ノズルからガラス基板上のＩＴＯパターンに洗浄液を供給すると共に超音波を印加し、該ガラス基板の表面に流動力を発生せしめて該表面の汚染物を除去することを特徴とする超音波洗浄装置。【選択図】　　　　図１
2004033914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＸＹ方向に移動する洗浄ノズルからガラス基板上のＩＴＯパターンに洗浄液を供給すると共に超音波を印加し、該ガラス基板の表面に流動力を発生せしめて該表面の汚染物を除去することを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
ガラス基板上のＩＴＯパターンに沿って洗浄ノズルを移動す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】
超音波の出力が１０Ｗ／ｍｍ２以下で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】
超音波の周波数が１００ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項５】
洗浄ノズルに超音波を入射させる超音波発生源と、該洗浄ノズルに洗浄液を供給する洗浄液供給源と、該洗浄ノズルをＸＹ方向に移動する移動手段を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項６】
超音波発生源と洗浄液供給源が洗浄ノズルに一体化されることを特徴とする請求項５に記載の超音波洗浄装置。
【請求項７】
超音波発生源が、超音波発振体、波長の異なるレーザ光源を照射し周期的熱膨張した干渉縞状の力学的な歪みによる超音波を発生させる手段または圧電材料に簀の子状の電極を形成してそれに高周波を印加させて超音波を発生させる手段を利用することを特徴とする請求項５または６に記載の超音波洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス基板の洗浄装置に関し、特にガラス基板の表面に付着している極めて微小の粒子または化学物質等の汚染物の洗浄を行なう超音波洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来から使用されているキャビテーション方式の洗浄方法を示す斜視図である。これは、洗浄液３を満たした容器１１内の被洗浄物４ａに超音波を印加するものである。超音波が液体中を伝搬する際に発生する微小な真空の泡がある瞬間に消滅し、その際に発生する衝撃波によって被洗浄物４ａの表面に存在する汚染物を除去するものであり、キャビテーションによる超音波洗浄と呼ばれるものである。キャビテーションが高周波では起りにくいことから、この洗浄方法は低周波で行なわれる。
【０００３】
図４は従来の流水式の洗浄方法を示す斜視図である。矢印で示す搬送方向に直線移動する被洗浄物４ｂ上に滝状に洗浄液３を放射させると共に、純水に１ＭＨｚ以上の周波数の超音波を伝搬させて被洗浄物４ｂに超音波エネルギーを印加して洗浄するものである。
【０００４】
図５は被洗浄物が回転する従来の洗浄方法の一つを示す斜視図である。回転台１０上で回転する被洗浄物４ｃ上に洗浄液３を供給すると共に超音波を印加するものである。超音波は図６に示すように、超音波発生源となる洗浄ノズル２内に設けられた超音波発振体１から発せられ、洗浄液３は同じく洗浄ノズル２内に導入されて超音波と共に基板４ｃ（図５）上に供給される。
【０００５】
図３に示したキャビテーション方式によるものは、前記したように低周波洗浄しか行なえず、微細な粒子の除去や化学的な汚染の除去が十分でない問題点を有する。また、図４や図５等に示した流水式のものは、前記したように１ＭＨｚ以上の超音波を用いるため、キャビテーション方式に較べて微細な粒子や化学的な汚染の除去ができる。更に、キャビテーション方式のように衝撃波による洗浄ではないため、被洗浄物４ｂ、４ｃ等に対するダメージが少ない利点を有する。そのため、エレクトロニクス産業における硝子基板やシリコンウエハーの洗浄に適するものとして使用されている。
【０００６】
しかしながら、これ等はガラス基板のＩＴＯパターンと関係なくガラス基板全体を洗浄するため、洗浄液及び電力の消費が多いという問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、エレクトロニクス産業等で使用されるガラス基板に対して、高清浄度の洗浄が効率的にでき、洗浄液及び電力の消費の少ない超音波洗浄装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は下記手段により達成される。
【０００９】
１．ＸＹ方向に移動する洗浄ノズルからガラス基板上のＩＴＯパターンに洗浄液を供給すると共に超音波を印加し、該ガラス基板の表面に流動力を発生せしめて該表面の汚染物を除去することを特徴とする超音波洗浄装置。
【００１０】
２．ガラス基板上のＩＴＯパターンに沿って洗浄ノズルを移動することを特徴とする上記１に記載の超音波洗浄装置。
【００１１】
３．超音波の出力が１０Ｗ／ｍｍ２以下であることを特徴とする上記１または２に記載の超音波洗浄装置。
【００１２】
４．超音波の周波数が１００ｋＨｚ以上であることを特徴とする上記１〜３のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
【００１３】
５．洗浄ノズルに超音波を入射させる超音波発生源と、該洗浄ノズルに洗浄液を供給する洗浄液供給源と、該洗浄ノズルをＸＹ方向に移動する移動手段を設けることを特徴とする上記１〜４のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
【００１４】
６．超音波発生源と洗浄液供給源が洗浄ノズルに一体化されることを特徴とする上記５に記載の超音波洗浄装置。
【００１５】
７．超音波発生源が、超音波発振体、波長の異なるレーザ光源を照射し周期的熱膨張した干渉縞状の力学的な歪みによる超音波を発生させる手段または圧電材料に簀の子状の電極を形成してそれに高周波を印加させて超音波を発生させる手段を利用することを特徴とする上記５または６に記載の超音波洗浄装置。
【００１６】
以下本発明を詳細に説明する。
従来、図３〜５に示すような洗浄方式の超音波洗浄装置を用いて、被洗浄物（ガラス基板等）全体を洗浄することが一般的に行われてきた。本発明者は、ＸＹ方向に移動する洗浄ノズルからガラス基板上のＩＴＯパターン部分に洗浄液を供給すると共に超音波を印加し、ガラス基板の表面に流動力を発生せしめて表面の汚染物を除去し、パターンのない部分はできるだけ洗浄しないようにした超音波洗浄装置を用いることにより、高清浄度の洗浄が効率的にでき、洗浄液及び電力の消費の少ない超音波洗浄装置が得られることを見出した。
【００１７】
更に具体的には、被洗浄物であるガラス基板を超音波洗浄装置に固定し、洗浄液の供給及び超音波の印加を連続的に行いながら、ガラス基板上のＩＴＯパターンに沿って洗浄ノズルをＸＹ方向に相対移動させて洗浄を行なうことを特徴とする。また、洗浄液は超音波の発生源と共に供給されるものであることを特徴とする。
【００１８】
本発明に用いられるガラス基板は、ガラス、石英、樹脂フィルム等の透明材料や半透明材料で構成される。
【００１９】
本発明に用いられるＩＴＯは、透明または半透明のインジウム・錫酸化物であるが、Ａｕ、ＣｕＩ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の金属や誘電性の材料であってもよい。
【００２０】
本発明は以上の目的を達成するために、ガラス基板に超音波を入射させる超音波発生源と、ガラス基板に洗浄液を供給する洗浄液供給源と、超音波発生源を相対移動させる移動手段を設けた超音波洗浄装置である。更に、超音波発生源と洗浄液供給源は洗浄ノズルに一体化されることが好ましい。また、超音波発生源としては、よく知られている超音波発振体以外に、レーザ光源または圧電材料に簀の子状の電極を形成してそれに高周波を印加させて超音波を発生させる手段を利用することもできる。例えば、被洗浄物の表面に波長の異なるレーザ光源を照射すると干渉縞を生じ、その干渉縞により周期的に熱膨張した縞状の力学的な歪みが生ずる。これに応じて被洗浄物の表面に後述の漏洩弾性表面波が生ずるので、超音波発振体による超音波を利用した洗浄方法と同様な効果を上げることができる。
【００２１】
ガラス基板に対する超音波の入射角（ガラス基板と直角な方向を入射角０度とし、ガラス基板と平行な方向を入射角９０度とする）は特に限定されないが、６０度以内が好ましい。さらに、洗浄効果の大きい漏洩波を励起する入射角を実験的に求めこの角度で超音波を印加するのが好ましい。一般に物体に超音波を印加するとその表面に弾性表面波が発生する。この弾性表面波は固体表面にエネルギーを集中して伝搬する振動モードの１つである。物体が液体と接している場合には、液体にエネルギーが放出されて伝搬され、所謂漏洩弾性表面波が生ずる。漏洩レーリ波はこの漏洩弾性表面波の１つであり、レーリ波は弾性表面波の１つである。漏洩レーリ波を励起するにはレーリ角と呼ばれる特定の入射角度で超音波を入射することが必要である。一方、板材の振動モードとして漏洩板波があり、漏洩ラム波はその１つである。ラム波は、板材を伝搬するもので、ガラス基板や洗浄液の漏洩弾性定数、板厚及び超音波の周波数で決まる特定の入射角度で超音波を入射することにより発生する。漏洩レーリ波を励起するかまたは漏洩ラム波を励起するかは、一般に超音波の周波数とガラス基板の板厚等により決められる。なお、レーリ波は超音波の波長に対して比較的厚いガラス基板に対してしか励起できない。一方、ラム波は厚い材料でも比較的安定的に励起することができる。また、漏洩ラム波は対称モードと非対称モードの２種類のタイプに分けられるが、両者ともガラス基板の表裏両面に対して表面振動を励起することができる。なお、被洗浄物に洗浄液（液体）が表裏の一方に面接触している時は漏洩弾性表面波や漏洩ラム波と呼び、接していない時は弾性表面波や板波と呼ばれる。しかし本発明では、特に区別せずに記述している。漏洩波とそうでない状態の波はその励起する角度が多少異なるが、洗浄効果の大きい漏洩波を励起する角度を実験的に求めるのが実際的である。
【００２２】
ガラス基板の表面に付着している汚染物は表面に接する洗浄液の流速が小さいと除去されにくい。しかしながら、ガラス基板に前記した漏洩弾性表面波または漏洩板波を励起することにより、ガラス基板の表面に接する液体が自律的に流動する力が生じ、その水流分布も表面近傍で大きな流速となるため、汚染物が効果的に除去される。この状態で連続的に洗浄液をガラス基板の表面に供給することにより、ガラス基板の表面から剥離された汚染物が新たな洗浄液によって流され、ガラス基板の洗浄面に再付着することが防止される。
【００２３】
超音波の出力は１０Ｗ／ｍｍ２以下であることが好ましく、１０Ｗ／ｍｍ２を越えるとガラス基板のパターン影響を与える恐れがある。
【００２４】
超音波の周波数は高いほど微細な汚染物の除去に効果があり、１００ｋＨｚ以上であることが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳述する。図１は本発明の基本的な洗浄方法を説明するための模式図である。被洗浄物４ｄであるガラス基板は洗浄液槽（図示しない）に固定されている。ガラス基板４ｄの表面側には、図６に示す超音波発振体１を内蔵する洗浄ノズル２が配置される。洗浄ノズル２内には洗浄液３が導入され、洗浄ノズル２の出口側から洗浄液３がガラス基板４ｄに供給され、洗浄液槽（図示しない）に落下する。洗浄ノズル２は、事前に入力されたＩＴＯパターン情報に従って、移動手段１２によりガラス基板４ｄ上のＩＴＯパターンに沿ってＸＹ方向に相対移動しながら洗浄を行なう。例えば、図２に示すようにガラス基板４ｄ上のＩＴＯパターン５が平行な５本の場合は、洗浄ノズル２はａ、ｂ、・・・、ｊの順に移動する。
【００２６】
洗浄ノズル２の先端とガラス基板の表面は可能な限り接近させることで使用する洗浄液の量を減らすことができる。
【００２７】
被洗浄物に対し洗浄ノズル２の移動方向とは逆向きに洗浄液が流されて（供給されて）いるのが望ましい。なお、洗浄液の供給は水滴で供給されてもよく、また、内部に気泡を含んだ液を供給することで洗浄液の供給量の節約を行うことも可能である。洗浄液は特に限定されないが、例えば、水、イソプロピルアルコール、アセトンまたはこれらの混合溶媒を用いることができる。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明の実施態様はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
実施例１
ガラス基板として、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの溶融石英板の上に、第１パターン（長さ８０ｍｍ、幅０．１ｍｍ、厚さ１００ｎｍの直線状のＩＴＯ膜を、ピッチ０．１ｍｍで１０本平行に並べる）、第１ブランク（第１パターンと同じ面積でＩＴＯ膜のない部分）、第２パターン（第１パターンに同じ）、第２ブランク（第１ブランクに同じ）、・・・・、第２５パターン（第１パターンに同じ）、第２５ブランク（第１ブランクに同じ）を順に並べたものを作製した。このガラス基板を図１の模式図のような動きをする超音波洗浄機に固定し、洗浄ノズルをＩＴＯパターンに沿って、第１パターン、第２パターン、・・・・、第２５パターンの部分をＸＹ方向に１ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させながら、洗浄液として１０ＭΩの超純水を流速０．５Ｌ／ｍｉｎで図６に示す洗浄ノズル２の先端（吐出径２ｍｍ）から供給し、同時に超音波を上方から印加した。第１ブランク、第２ブランク、・・・・、第２５ブランクの部分は洗浄しなかった。なお、洗浄ノズルには超音波発振体が内蔵されており、超音波発振体は幅１０ｍｍで長さ１００ｍｍの平面板セラミック製であり、１００ｋＨｚで３０Ｗを印加し超音波を出力した。
【００３０】
比較例１
実施例１と同じガラス基板を、図４の模式図のような動きをする超音波洗浄機の洗浄液槽上を１５ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させながら、洗浄液として１０ＭΩの超純水を流速１０Ｌ／ｍｉｎで、洗浄機に固定した複数の洗浄ノズルの先端（吐出径２ｍｍ）から供給した。同時に、超音波を上方から印加した。なお、洗浄ノズルには超音波発振体が内蔵されており、超音波発振体は幅１０ｍｍで長さ１００ｍｍの平面板セラミック製であり、１００ｋＨｚで１００Ｗを印加し超音波を出力した。
【００３１】
実施例１及び比較例１の超音波洗浄前後のガラス基板１ｍｍ２当たりの１０μｍ以上の汚染物を光学顕微鏡を用いて測定した。その結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2004033914.tif 000003
【００３３】
表１から、本発明の超音波洗浄装置は従来の超音波洗浄装置に比べ、高清浄度の洗浄が効率的にでき、洗浄液及び電力の消費が少ないことが分かる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により、エレクトロニクス産業等で使用されるガラス基板に対して、高清浄度の洗浄が効率的にでき、洗浄液及び電力の消費の少ない超音波洗浄装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な洗浄方法を説明するための模式図。
【図２】ガラス基板上のＩＴＯパターンを示す模式図。
【図３】従来のキャビテーション方式の洗浄方法を示す斜視図。
【図４】従来の流水式の洗浄方法を示す斜視図。
【図５】被洗浄物が回転する従来の洗浄方法の一つを示す斜視図。
【図６】図５に示す洗浄ノズルの内部構造を示す断面図。
【符号の説明】
１　超音波発振体
２　洗浄ノズル
３　洗浄液
４ａ　被洗浄物
【図１】
2004033914.tif 000004
【図２】
2004033914.tif 000005
【図３】
2004033914.tif 000006
【図４】
2004033914.tif 000007
【図５】
2004033914.tif 000008
【図６】
2004033914.tif 000009