(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被洗浄物の被洗浄面に向けて脱気処理がなされかつ超音波が重畳された第１の洗浄水を吐出する第１の洗浄水吐出部と、前記被洗浄物の被洗浄面に向けて水素、窒素、酸素、空気、アルゴンのいずれかが溶存ガスとして調合された第２の洗浄水を供給する第２の洗浄水吐出部とを備え、前記第１の洗浄水と前記第２の洗浄水とを前記被洗浄面上で接触させて前記被洗浄面近傍でキャビテーションを発生させることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の洗浄水吐出部のうち、少なくとも前記第１の洗浄水吐出部が前記被洗浄物の面方向に沿って移動可能で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】
前記第１及び第２の洗浄水吐出部の双方を前記被洗浄物の面方向に沿って移動可能に構成し、前記被洗浄物の表面における前記第１の洗浄水の吐出部位と前記第２の洗浄水の吐出部位とが常時一定の関係を保つようにしてこれら第１及び第２の洗浄水吐出部を前記被洗浄物の面方向に沿って移動することを特徴とする請求項２に記載の超音波洗浄装置。
【請求項４】
前記第１の洗浄水吐出部のみを前記被洗浄物の面方向に沿って移動可能に構成し、前記第２の洗浄水吐出部から吐出される前記第２の洗浄水を前記被洗浄面の中心部に吐出すると共に、前記第１の洗浄水吐出部を前記被洗浄物の面方向に沿って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５】
前記第１の洗浄水に重畳される超音波の周波数が４００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚで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６】
前記第２の洗浄水が、アルカリ性に調整されてい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７】
前記被洗浄物を着脱可能に保持する被洗浄物保持部を備え、当該被洗浄物保持部に回転駆動部を備えた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８】
脱気処理がなされかつ超音波が重畳された第１の洗浄水と、水素、窒素、酸素、空気、アルゴンのいずれかが溶存ガスとして調合された第２の洗浄水とを被洗浄物の被洗浄面で接触させ、前記被洗浄面近傍でキャビテーションを発生させて当該被洗浄面を洗浄することを特徴とする超音波洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板、液晶表示用ガラス基板及び光ディスク用基板などの洗浄に適用される超音波洗浄装置と、当該超音波洗浄装置を用いた被洗浄物の超音波洗浄方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の超音波洗浄装置としては、溶存ガスを含みかつ超音波が重畳された洗浄水をノズル先端から被洗浄物の被洗浄面に噴射するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、被洗浄物を洗浄槽内に浸漬した状態で洗浄するタイプの超音波洗浄装置では、溶存ガスを含む洗浄水に重畳する超音波として周波数が４００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚのいわゆるメガソニックを用いるものが従来より知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
溶存ガスを含む洗浄水に超音波を重畳すると洗浄水中にキャビテーションが発生するので、この洗浄水を被洗浄物の被洗浄面に供給すると、キャビテーションによるキャビティの生成と消滅とによって生じる高速流による圧力変動が被洗浄面に作用し、被洗浄物を高度かつ高能率に洗浄することができる。特に、洗浄水に重畳する超音波としてメガソニックを用いると、高密度なキャビテーションを発生させることができるので、より高い洗浄効果を得ることができる。
【特許文献１】特開２００４−３３５５２５号公報
【特許文献２】特開平１０−１７２９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のように超音波を作用することによって洗浄水中にキャビテーションを発生させるためには、洗浄水として溶存ガスを含むものを用いる必要があるが、洗浄水中に溶存ガスが含まれていると洗浄水中で超音波が減衰されやすく、特に周波数が高くなるに従って被洗浄面まで超音波を伝播させることが困難であるため、被洗浄面に大きな洗浄力を作用させることが難しいという問題がある。特に、洗浄槽形の超音波洗浄装置に比べて超音波の発生部から被洗浄面までの距離が大きくなりやすい超音波洗浄装置において、洗浄水中で減衰されやすいメガソニックを重畳させた場合にかかる不都合が顕著になる。例えば、１ＭＨｚの超音波を空気が１０ｐｐｍ程度含まれる超純水に重畳させた場合、水深１０ｃｍで超音波は約５０％まで減衰し、空気が２０ｐｐｍ程度含まれる超純水では約２０％まで減衰する。また、２ＭＨｚの超音波を空気が１０ｐｐｍ程度含まれる超純水に重畳させた場合、水深１０ｃｍで超音波は約２５％まで減衰し、空気が２０ｐｐｍ程度含まれる超純水では約５％まで減衰する。
【０００５】
また、特許文献１に記載されているように、従来の超音波洗浄装置は、超音波振動子を備えたノズルに溶存ガスを含む洗浄水を導入することにより洗浄水に超音波を重畳させる構成であるため、超音波振動子を駆動するとノズル内でキャビテーションが発生し、キャビテーションにより発生するキャビティの生成と消滅とによって生じる高速流による圧力変動が超音波振動子の直近でも生じる。この際、溶存ガスが存在すると超音波振動面に気泡となって蓄積する場合がある。この気泡により超音波が伝搬しにくくなるだけでなく、気泡に超音波が反射して過熱するため、超音波振動子が破損しやすいという問題もある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであり、その目的は、被洗浄物の洗浄効果が高く、耐久性にも優れた超音波洗浄装置を提供すること、及びこの装置を用いた高能率な被洗浄物の超音波洗浄方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、超音波洗浄装置に関して第１に、被洗浄物の被洗浄面に向けて脱気処理がなされかつ超音波が重畳された第１の洗浄水を吐出する第１の洗浄水吐出部と、前記被洗浄物の被洗浄面に向けて水素、窒素、酸素、空気、アルゴンのいずれかが溶存ガスとして調合された第２の洗浄水を供給する第２の洗浄水吐出部とを備え、前記第１の洗浄水と前記第２の洗浄水とを前記被洗浄面上で接触させて前記被洗浄面近傍でキャビテーションを発生させるという構成にした。
【０００８】
このように、脱気処理がなされかつ超音波が重畳された第１の洗浄水を第１の洗浄水吐出部から吐出すると、第１の洗浄水中にキャビテーションによるキャビティの発生が抑えられ、大きな気泡が発生しないので、超音波を遠方まで伝播できると共に、第１の洗浄水吐出部に備えられる超音波振動子の破損を防止できる。また、溶存ガスを含む第２の洗浄水を第２の洗浄水吐出部から吐出し、被洗浄面上において超音波が重畳された第１の洗浄水と溶存ガスを含む第２の洗浄水とを接触させると、第１の洗浄水と第２の洗浄水が混合し、混合水中にキャビテーションを高密度に発生させることができるので、被洗浄物を高度かつ高能率に洗浄することができる。また、被洗浄面の近傍に第２の洗浄水を流した上に第１の洗浄水を供給し、第１の洗浄水と第２の洗浄水が混合せずに層状に流す構成にすることによっても、超音波を遠方まで伝播でき、被洗浄面近傍の第２の洗浄水中でキャビテーションを高密度に発生させることができる。さらに、水素、窒素、酸素、空気、アルゴンのいずれかを溶存ガスとして含むと、高い洗浄力を発揮することができる。
【０００９】
また、本発明は、超音波洗浄装置に関して第２に、前記第１及び第２の洗浄水吐出部のうち、少なくとも前記第１の洗浄水吐出部が前記被洗浄物の面方向に沿って移動可能であるという構成した。
【００１０】
このように、第１の洗浄水吐出部を被洗浄物の面方向に沿って移動可能に構成すると、被洗浄面の広い範囲にわたって超音波を均一に伝播できるので、大面積の洗浄を高能率に行うことができる。
【００１１】
また、本発明は、超音波洗浄装置に関して第３に、前記第１及び第２の洗浄水吐出部の双方を前記被洗浄物の面方向に沿って移動可能に構成し、前記被洗浄物の表面における前記第１の洗浄水の吐出部位と前記第２の洗浄水の吐出部位とが常時一定の関係を保つようにしてこれら第１及び第２の洗浄水吐出部を前記被洗浄物の面方向に沿って移動するという構成にした。
【００１２】
このように、第１の洗浄水の吐出部位と第２の洗浄水の吐出部位とが常時一定の関係を保つようにして第１及び第２の洗浄水吐出部の双方を被洗浄物の面方向に沿って移動すると、被洗浄面の広い範囲にわたってキャビテーションを均一に作用させることができるので、大面積の洗浄を高度かつ高能率に行うことができる。
【００１３】
また、本発明は、超音波洗浄装置に関して第４に、前記第１の洗浄水吐出部のみを前記被洗浄物の面方向に沿って移動可能に構成し、前記第２の洗浄水吐出部から吐出される前記第２の洗浄水を前記被洗浄面の中心部に吐出すると共に、前記第１の洗浄水吐出部を前記被洗浄物の面方向に沿って移動するという構成にした。
【００１４】
この場合にも、被洗浄面の広い範囲にわたってキャビテーションを均一に作用させることができるので、大面積の洗浄を高度かつ高能率に行うことができる。
【００１５】
また、本発明は、超音波洗浄装置に関して第５に、前記第１の洗浄水に重畳される超音波の周波数が４００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚであるという構成にした。
【００１６】
周波数が４００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの超音波、即ちメガソニックは、溶存ガスを含む洗浄水に重畳した場合、洗浄水中にキャビテーションを高密度に発生することができるので、高い洗浄効果を発揮することができる。
【００１９】
また、本発明は、超音波洗浄装置に関して第６に、前記第２の洗浄水が、アルカリ性に調整されているという構成にした。
【００２０】
第２の洗浄水をアルカリ性に調整すると、被洗浄物から除去された粒子の被洗浄物への再付着を防止でき、高い洗浄効果が得られる。
【００２１】
また、本発明は、超音波洗浄装置に関して第７に、前記被洗浄物保持部に回転駆動部を備えるという構成にした。
【００２２】
被洗浄物保持部に回転駆動部を備え、被洗浄物保持部に保持された被洗浄物を回転駆動すると、被洗浄物上に供給された第１及び第２の洗浄水を遠心力によって被洗浄物の外周方向に均一に流すことができるので、被洗浄物の全面にわたってより高い洗浄力を発揮させることができる。
【００２３】
一方、本発明は、超音波洗浄方法に関して、脱気処理がなされかつ超音波が重畳された第１の洗浄水と、水素、窒素、酸素、空気、アルゴンのいずれかが溶存ガスとして調合された第２の洗浄水とを被洗浄物の被洗浄面で接触させ、前記被洗浄面近傍でキャビテーションを発生させて当該被洗浄面を洗浄するという構成にした。
【００２４】
脱気処理がなされかつ超音波が重畳された第１の洗浄水を被洗浄物の被洗浄面に供給すると共に、溶存ガスを含む第２の洗浄水を被洗浄物の被洗浄面に供給すると、被洗浄面上において第１及び第２の洗浄水が混合される。第１の洗浄水は溶存ガスが脱気処理されているので、これに重畳された超音波は減衰せずに遠方まで伝播される。よって、被洗浄面上においてキャビテーションを高密度に発生させることができ、被洗浄面を高能率に洗浄することができる。また、被洗浄面近傍に第２の洗浄水を流した上に第１の洗浄水を供給し、第１の洗浄水と第２の洗浄水が混合せずに層状に流す方法によっても、超音波を遠方まで伝播でき、被洗浄面近傍の第２の洗浄水中でキャビテーションを高密度に発生させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、脱気処理がなされかつ超音波が重畳された第１の洗浄水を第１の洗浄水吐出部から吐出すると共に、溶存ガスを含む第２の洗浄水を第２の洗浄水吐出部から吐出し、被洗浄面上において超音波が重畳された第１の洗浄水と溶存ガスを含む第２の洗浄水とを混合するので、第１の洗浄水と第２の洗浄水との混合水中でキャビテーションを高密度に発生させることができ、被洗浄物を高度かつ高能率に洗浄することができる。また、第１の洗浄水中でキャビテーションがほとんど発生しないことから、第１の洗浄水吐出部に備えられる超音波振動子の破損を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法の実施形態を、図１乃至図３を用いて説明する。図１は第１実施形態に係る超音波洗浄装置の構成図、図２は第１実施形態に係る超音波洗浄装置の動作説明図、図３は第２実施形態に係る超音波洗浄装置の動作説明図である。
【００２７】
図１に示すように、第１実施形態に係る超音波洗浄装置は、被洗浄物Ａを着脱可能に保持する被洗浄物保持部１と、当該被洗浄物保持部１を回転駆動する回転駆動部２と、被洗浄物保持部１に保持された被洗浄物Ａの被洗浄面Ｂに向けて脱気処理がなされかつ超音波が重畳された第１の洗浄水３を吐出する第１の洗浄水吐出部４と、被洗浄物Ａの被洗浄面Ｂに向けて溶存ガスを含む第２の洗浄水５を供給する第２の洗浄水吐出部６とからなる。
【００２８】
被洗浄物保持部１には、図示しないチャッキング手段が備えられており、被洗浄物Ａが安定にかつ着脱可能に保持される。被洗浄物保持部１の回転駆動部２としては、回転モータが用いられる。なお、被洗浄物Ａが小型である場合には、回転駆動部２を省略することもできる。
【００２９】
第１の洗浄水吐出部４には、超純水供給源１１から供給され、ガス脱気部１２にて脱気処理がなされた超純水が導入される。この第１の洗浄水吐出部４には、超音波振動子１３が内蔵されており、導入された超純水に４００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの超音波を重畳する。図１に示すように、脱気処理がなされかつ超音波が重畳された第１の洗浄水３は、第１の洗浄水吐出部４の先端から被洗浄物Ａの被洗浄面Ｂに向けて吐出される。
【００３０】
第２の洗浄水吐出部６には、超純水供給源１１から供給される超純水と、溶存ガス供給源１４から供給される溶存ガスと、アンモニア水供給源１５から供給されるアンモニア水とが調合部１６にて調合され、洗浄水中の溶存ガス量が所定の値、例えば窒素では１０ｐｐｍ〜２０ｐｐｍ、水素では１．０ｐｐｍ〜３．０ｐｐｍに調整され、かつｐＨが８．５〜１１に調整された洗浄水が導入される。溶存ガスとしては、窒素ガス等の不活性ガス、酸素ガス又は水素ガスなど任意のガスを用いることができるが、洗浄力が高いことから水素ガスが最も好適である。水素ガスの濃度が１．０ｐｐｍを下回ると洗浄力が十分でなく、また３．０ｐｐｍを上回るためには高圧で水素を溶かし込んで過飽和としなければならず、装置が大形化し、効率も低下する。溶液のｐＨはアルカリ性であれば良いが、ｐＨが８．５〜１１の範囲であることが望ましい。８．５を下回ると再付着防止効果が低下し、１１．０を超えると、アルカリ分の濃度が高いためリンスの負荷が大きくなる。また、アルカリ性にするために添加する物質としては、乾燥時に固体が析出しないことからアンモニアが好適に用いることができる。
【００３１】
第１実施形態の超音波洗浄装置にあっては、図２に示すように、第１の洗浄水吐出部４及び第２の洗浄水吐出部６が、被洗浄物Ａの面方向に沿って移動可能に構成されており、これら第１及び第２の洗浄水吐出部４，６の移動時には、被洗浄物Ａの表面における第１の洗浄水３の吐出部位と第２の洗浄水５の吐出部位とが常時一定の関係を保つようになっている。
【００３２】
これに対して、第２実施形態の超音波洗浄装置にあっては、図３に示すように、第１の洗浄水吐出部４のみが、被洗浄物Ａの面方向に沿って移動可能に構成されており、第２の洗浄水吐出部６は被洗浄物Ａの中心位置に第２の洗浄水５を吐出するようになっている。その他については、第１実施形態の超音波洗浄装置と同様に構成される。
【００３３】
本発明に係る超音波洗浄装置は、被洗浄物Ａが取り付けられた被洗浄物保持部１を回転駆動部２にて回転駆動しながら、被洗浄物Ａの被洗浄面Ｂに向けて第１及び第２の洗浄水３，５を第１及び第２の洗浄水吐出部４，６から吐出することにより、被洗浄物Ａの被洗浄面Ｂを超音波洗浄する。
【００３４】
以下に本発明の実施例を挙げて、本発明の効果を明らかにする。
【００３５】
〈実施例１〉
第１実施形態に係る超音波洗浄装置を用い、第１の洗浄水吐出部４から脱気した超純水を１Ｌ／ｍｉｎの流量で吐出すると共に、第２の洗浄水吐出部６から水素が２ｐｐｍ（過飽和）、アンモニアが１０ｐｐｍ（ｐＨ１０）溶存した洗浄水を吐出した。洗浄性をテストするための試料としては、一辺が１５０ｃｍの角形で、表面にクロム膜が設けられたガラス板であって、大きさが０．５μｍ大のアルミナの研磨粉が汚染粒子として付着されたものを用いた。試料を６００ｒｐｍにて回転し、超音波振動子をメイン周波数１．５ＭＨｚ、出力４８Ｗで駆動した。第２の洗浄水吐出部６から吐出される洗浄水を試料の中心部に供給しつつ、第１の洗浄水吐出部４を試料の中心部から端部まで５秒間で一往復した。その結果、試験前に試料に付着した５６９００個の汚染粒子数が５個になり、５秒間でほぼ１００％汚染粒子を除去できることが分かった。第２実施形態に係る超音波洗浄装置を用いた場合にも、同様の結果が得られた。これに対して、溶存水素ガスを２ｐｐｍ、アンモニアを１０ｐｐｍ含む洗浄水にメイン周波数１．５ＭＨｚ、出力４８Ｗの超音波を重畳させた場合には、試験前に試料に付着した５５７００個の汚染粒子数が５秒間で３２４６０個になったに過ぎず、汚染粒子の除去率は４０％であった。
【００３６】
〈実施例２〉
第１実施形態に係る超音波洗浄装置を用い、第１の洗浄水吐出部４から脱気した超純水を１Ｌ／ｍｉｎの流量で吐出すると共に、第２の洗浄水吐出部６から水素が２ｐｐｍ（過飽和）、アンモニアが１０ｐｐｍ（ｐＨ１０）溶存した洗浄水を吐出した。洗浄性をテストするための試料としては、一辺が１５０ｃｍの角形で、表面にクロム膜が設けられたガラス板であって、大きさが０．５μｍ大のアルミナの研磨粉が汚染粒子として付着されたものを用いた。試料を６００ｒｐｍにて回転し、超音波振動子をメイン周波数３．０ＭＨｚ、出力４８Ｗで駆動した。第２の洗浄水吐出部６から吐出される洗浄水を試料の中心部に供給しつつ、第１の洗浄水吐出部４を試料の中心部から端部まで５秒間で一往復した。その結果、試験前に試料に付着した５５８００個の汚染粒子数が１０個になり、５秒間でほぼ１００％汚染粒子を除去できることが分かった。第２実施形態に係る超音波洗浄装置を用いた場合にも、同様の結果が得られた。これに対して、溶存水素ガスを２ｐｐｍ、アンモニアを１０ｐｐｍ含む洗浄水にメイン周波数３．０ＭＨｚ、出力４８Ｗの超音波を重畳させた場合には、試験前に試料に付着した５５７００個の汚染粒子が６０秒間でもほとんど除去できなかった。  
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１実施形態に係る超音波洗浄装置の構成図である。
【図２】第１実施形態に係る超音波洗浄装置の動作説明図である。
【図３】第２実施形態に係る超音波洗浄装置の動作説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    被洗浄物保持部
２    回転駆動部
３    第１の洗浄水
４    第１の洗浄水吐出部
５    第２の洗浄水
６    第２の洗浄水吐出部
Ａ    被洗浄物
Ｂ    被洗浄面
【図１】
0004599323.tif 000002
【図２】
0004599323.tif 000003
【図３】
0004599323.tif 000004