(57)【要約】【課題】気泡の排出を行う際の気泡の除去性能を向上させ、気泡とともに排出されていた洗浄液を浪費することなく基板を洗浄することができる超音波洗浄装置を提供する。【解決手段】被洗浄基板４４の上方に設けられ、箱状のヘッド本体内に超音波振動子１４、１４…が設けられるとともに、ヘッド本体の下部に洗浄液２０を吐出するための吐出口２２を有する基板上面洗浄用ヘッド１２と、被洗浄基板４４の下方に設けられ、箱状のヘッド本体内に超音波振動子４０、４０…が設けられるとともに、ヘッド本体の上部に洗浄液２０を吐出するための吐出口４２を有する基板下面洗浄用ヘッド３２と、基板上面洗浄用ヘッド１２に洗浄液２０を供給する洗浄液供給ライン１６と、基板上面洗浄用ヘッド１２に供給されて吐出口２２から吐出されなかった残りの洗浄液２０が基板下面洗浄用ヘッド３２に流れる連通ライン３４と、が備えられている。【選択図】  図１
2007152207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被洗浄基板の上方に設けられ、箱状のヘッド本体内に超音波振動子が設けられるとともに、ヘッド本体の下部に洗浄液を吐出するための吐出口を有する基板上面洗浄用ヘッドと、
被洗浄基板の下方に設けられ、箱状のヘッド本体内に超音波振動子が設けられるとともに、ヘッド本体の上部に洗浄液を吐出するための吐出口を有する基板下面洗浄用ヘッドと、
前記基板上面洗浄用ヘッドに洗浄液を供給する洗浄液供給ラインと、
前記基板上面洗浄用ヘッドに供給されて前記吐出口から吐出されなかった残りの洗浄液が前記基板下面洗浄用ヘッドに流れる連通ラインと、が備えられていることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
前記基板下面洗浄用ヘッドに設けられる超音波振動子は、前記箱状のヘッド本体内の下部に設けら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３】
前記洗浄液供給ラインには、
前記基板上面洗浄用ヘッドに供給される洗浄液を脱気する脱気膜モジュールと、
前記脱気膜モジュールの下流側に設けられ、前記基板上面洗浄用ヘッドに供給される洗浄液に洗浄促進ガスを溶解させるガス溶解モジュールと、が備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波洗浄装置。
【請求項４】
被洗浄基板の上方に設けられ、箱状のヘッド本体内に超音波振動子が設けられるとともに、ヘッド本体の下部に洗浄液を吐出するための吐出口を有する基板上面洗浄用ヘッドと、
前記基板上面洗浄用ヘッドに洗浄液を供給する洗浄液供給ラインと、
前記基板上面洗浄用ヘッドに供給される洗浄液を脱気する脱気膜モジュールと、
前記脱気膜モジュールの下流側に設けられ、前記基板上面洗浄用ヘッドに供給される洗浄液に洗浄促進ガスを溶解させるガス溶解モジュールと、
前記基板上面洗浄用ヘッドに供給されて前記吐出口から吐出されなかった残りの洗浄液を前記洗浄液供給ラインの前記脱気膜モジュールと前記ガス溶解モジュールとの間に戻す洗浄液返流ラインと、
前記洗浄液供給ラインに設けられ、前記吐出口から吐出されなかった残りの洗浄液を冷却する冷却装置と、
前記冷却装置の下流側に設けられ、前記吐出口から吐出されなかった残りの洗浄液を脱気する脱気装置と、を備えたことを特徴とする超音波洗浄装置。
【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、半導体ウエハなどを洗浄する洗浄装置、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超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や半導体の製造においては、ガラス基板や半導体ウエハなどの基板を高い清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等の汚染物を迅速かつ確実に除去するために、洗浄液を使用して基板の洗浄処理を行っているが、基板の洗浄効果を上げるため超音波洗浄機も使用されている。超音波洗浄機を使用し、振動が付与された洗浄液を基板に噴射すると、付着した微粒子の結合力が低下するため、振動を付与しない場合に比べて洗浄効果を向上することができる。
【０００３】
超音波洗浄機は、ノズル本体が液体噴出口に近づくにつれて内径が小さくなった円錐状のノズル部を有している。また、ノズル部の上方には超音波振動子が設けられており、この超音波振動子は洗浄液供給管からノズル本体内部に供給される洗浄液に対して超音波を付与する。超音波振動子より付与された超音波は、洗浄液とともに液体噴出口から放射されて基板に達する。このように超音波洗浄機を使用すると、洗浄液による洗浄効果と超音波による洗浄効果とを得ることができる。超音波洗浄機に供給される洗浄液としては、純水、アンモニア水（ＮＨ4ＯＨ）や過酸化水素水（Ｈ2Ｏ2）等を使用することができ、また、これらの洗浄液は８０℃程度の高温で使用される場合もある。
【０００４】
ところで、超音波洗浄機では上記のように比較的気化しやすい薬液が洗浄液として使用されるとともに、高温で使用される場合もあるので、洗浄液供給管やノズル本体の内部で気泡が発生する。そして、発生した気泡は洗浄液とともにノズル本体に到達し、ノズル本体内において、洗浄液は液体噴出口に向かって流れるが、気泡は洗浄液に対して比重が軽いため浮上して、超音波振動子の付近に溜まることになる。このように気泡が溜まると、超音波振動子から放射される超音波エネルギーが気泡に遮られて洗浄液に伝わらず、ノズル本体から放射される超音波が弱くなり十分な洗浄効果を得ることができない。また、気泡の占める割合が大きくなると、超音波振動子の破損の原因にもなるという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するため、特許文献１に示されるようにノズル本体の洗浄液供給管と対向する側面に空気抜き配管を設け、発生した気泡が洗浄液とともに空気抜き配管から排出されるようにしたり、または、超音波振動素子の接液面より空気抜き配管を高くしたり、あるいは、洗浄液供給管上部に空気抜き管を設けることで気泡自体の浮力の働きで、気泡がより出やすいようにしている。
【特許文献１】特開２００４−１６７３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような構造では気泡とともに洗浄液を流出させる必要があった。特に洗浄液として超純水に洗浄効果を有するガスを溶存させた機能水を用いる際には、超純水中の溶存空気を予め脱気用の膜モジュールにより脱気した上で、ガス溶存用の膜モジュールにより水素ガスあるいは希ガス等を超純水に溶存させる必要があるため、気泡とともに排出される洗浄液量が多くなるとランニングコストが悪化してしまい、また逆に洗浄液の排出量を少なくすると洗浄液中の気泡が抜けきらないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、気泡の排出を行う際の気泡の除去性能を向上させ、気泡とともに排出されていた洗浄液を浪費することなく基板を洗浄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】
請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、被洗浄基板の上方に設けられ、箱状のヘッド本体内に超音波振動子が設けられるとともに、ヘッド本体の下部に洗浄液を吐出するための吐出口を有する基板上面洗浄用ヘッドと、被洗浄基板の下方に設けられ、箱状のヘッド本体内に超音波振動子が設けられるとともに、ヘッド本体の上部に洗浄液を吐出するための吐出口を有する基板下面洗浄用ヘッドと、前記基板上面洗浄用ヘッドに洗浄液を供給する洗浄液供給ラインと、前記基板上面洗浄用ヘッドに供給されて前記吐出口から吐出されなかった残りの洗浄液が前記基板下面洗浄用ヘッドに流れる連通ラインと、が備えられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明によれば、洗浄用ヘッドとして、基板上面洗浄用ヘッドと基板下面洗浄用ヘッドを被洗浄基板に対して上下一対設け、基板上面洗浄用ヘッド内の洗浄液に超音波照射した際に発生した気泡を基板上面洗浄用ヘッド内に滞留させることなく基板上面洗浄用ヘッドで供給された残りの洗浄液とともに連通ラインを介して基板下面洗浄用ヘッドへと供給する。そして、基板下面洗浄用ヘッドでは、基板上面洗浄用ヘッドより供給された気泡を含有する洗浄液を、含有する気泡とともに全量を被洗浄基板下面を洗浄するための洗浄液として使用することで、従来気泡とともに排出されていた全ての洗浄液を無駄なく使用することができる。これにより、洗浄液の浪費を抑えランニングコストを低減することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記基板下面洗浄用ヘッドに設けられる超音波振動子は、前記箱状のヘッド本体内の下部に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２によれば、基板下面洗浄用ヘッドに設けられる超音波振動子は、ヘッド本体内の下部に設けられているので、基板上面洗浄ヘッドで発生した洗浄液の気泡が基板下面洗浄用ヘッドに設けられる超音波振動子の付近に溜まることを抑えることができる。従って、超音波振動子から放射される超音波が洗浄液に伝わり、十分な洗浄効果を得ることができる。
【００１２】
請求項３の発明に記載の発明は、請求項１又は２の発明において、前記洗浄液供給ラインには、前記基板上面洗浄用ヘッドに供給される洗浄液を脱気する脱気膜モジュールと、前記脱気膜モジュールの下流側に設けられ、前記基板上面洗浄用ヘッドに供給される洗浄液に洗浄促進ガスを溶解させるガス溶解モジュールと、が備えられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３によれば、洗浄液供給ラインには、脱気膜モジュールが設けられているとともに、脱気膜モジュールの下流側にガス溶解モジュールが設けられているので、超純水中の溶存空気を予め脱気膜モジュールにより脱気した上で、ガス溶解モジュールにより水素ガスあるいは希ガス等を超純水に溶存させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記目的を達成するために、被洗浄基板の上方に設けられ、箱状のヘッド本体内に超音波振動子が設けられるとともに、ヘッド本体の下部に洗浄液を吐出するための吐出口を有する基板上面洗浄用ヘッドと、前記基板上面洗浄用ヘッドに洗浄液を供給する洗浄液供給ラインと、前記基板上面洗浄用ヘッドに供給される洗浄液を脱気する脱気膜モジュールと、前記脱気膜モジュールの下流側に設けられ、前記基板上面洗浄用ヘッドに供給される洗浄液に洗浄促進ガスを溶解させるガス溶解モジュールと、前記基板上面洗浄用ヘッドに供給されて前記吐出口から吐出されなかった残りの洗浄液を前記洗浄液供給ラインの前記脱気膜モジュールと前記ガス溶解モジュールとの間に戻す洗浄液返流ラインと、前記洗浄液供給ラインに設けられ、前記吐出口から吐出されなかった残りの洗浄液を冷却する冷却装置と、前記冷却装置の下流側に設けられ、前記吐出口から吐出されなかった残りの洗浄液を脱気する脱気装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
超音波洗浄装置の洗浄用ヘッドに洗浄液返流ラインを設けることにより、上面洗浄用ヘッド単独で洗浄ヘッド内に一定方向への流速を確保することができ、洗浄液中の気泡同士が洗浄用ヘッド内上部で結合する前に洗浄液吐出口へ再供給できる。この際、長時間運転を継続することで超音波エネルギーにより液温が上昇し、ガスの溶解度が低下するため一部気泡状のガスが発生するものの、返流時に冷却装置により洗浄液を冷却することで洗浄液温度を低下でき、発生した気泡の一部を洗浄液中に再溶解することができる。さらに、溶解しきれない気泡についても、後段の脱気装置により液中の溶け残りの気泡が除去される。その後、この洗浄液をガス溶解膜モジュール前段に返送し新規の洗浄水と合わせてガス溶解を行った後基板上へ再供給することで、洗浄液中のガス濃度の低下を防ぐことができるとともに、洗浄ヘッド内の気泡の滞留を防ぐことが可能となる。
【００１６】
従って、請求項４によれば、洗浄液供給ラインには、脱気膜モジュールを設けるとともに、脱気膜モジュールの下流側にガス溶解モジュールを設け、洗浄用ヘッドには、洗浄液排出口を設けるとともに、洗浄液排出口に洗浄液返流ラインを接続し、洗浄液返流ラインには、冷却装置が設けられるとともに、冷却装置の後段に脱気装置が設けられ、且つ、洗浄液返流ラインは、洗浄液供給ラインの脱気膜モジュールとガス溶解モジュールとの間に接続されていることで、気泡とともに排出されていた洗浄液を浪費することなく被洗浄基板を洗浄することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上より超音波洗浄装置において洗浄ヘッド内部に気泡が溜まるのを防ぐことができるため洗浄効果の向上、振動子の破損防止、効率的な洗浄液の利用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の超音波洗浄装置１０を示す斜視図である。また、図２は図１のＡ−Ａ線から見た正面の概念図であり、図３は図１のＢ−Ｂ線から見た側面の概念図である。
【００１９】
超音波洗浄装置１０の基板上面洗浄用ヘッド１２は、図２から分かるように、洗浄用ヘッド上部に振動子１４を有し、洗浄液供給ライン１６を介し側面の洗浄液供給口１８より洗浄液２０を被洗浄基板４４の表面、基板搬送方向逆向きに供給する。基板上面洗浄用ヘッド１２の形状は大型基板を洗浄するための箱型形状で、その内部に複数の振動子１４、１４…を有し、下部にスリット状の洗浄液吐出口２２を有する構造となっている。この際、洗浄液２０を脱気膜モジュール２４によりエアー２６を脱気後、ガス溶解膜モジュール２８により機能水用溶存ガス３０を溶存させると溶存ガスの効果により洗浄効率が向上する。
【００２０】
洗浄用ヘッド１２内に供給された洗浄液２０は、ヘッド内の振動子１４、１４…より超音波を照射された後、吐出口２２より供給される。振動子１４、１４…により超音波を照射された洗浄液２０には気泡が発生するが、その気泡は浮力により上昇し上部に溜まってしまう。このような問題を解決するために、図１及び図２に示すように、基板上面洗浄用ヘッド１２と基板下面洗浄用ヘッド３２とを連通ライン３４により連結する。基板上面洗浄用ヘッド１２より基板上へ供給された残りの洗浄液２０は、ポンプＰにより連通ライン３４を介して基板上面洗浄用ヘッド１２の洗浄液排出口３６から基板下面洗浄用ヘッド３２の洗浄液供給口３８へと供給される。
【００２１】
基板下面洗浄用ヘッド３２は、下部に振動子４０、上部にスリット状の洗浄液吐出口４２を有する。特に洗浄用ヘッド形状が縦長箱型に類する構造であれば、基板上面洗浄用ヘッド１２は図１及び図２のように側面の洗浄液供給口１８より洗浄液を被洗浄基板４４の表面、基板搬送方向逆向きへ供給し、対向する側面部の洗浄液排出口３６より連通ライン３４を介して基板下面洗浄用ヘッド３２へ洗浄液２０を供給することにより、超音波照射時に洗浄液中で発生した気泡を連通ライン３４を介して効率良く基板下面洗浄用ヘッド３２へ送り出すことが可能となる。基板下面洗浄用ヘッド３２へと送り出された気泡を含有する洗浄液２０は、上部の吐出口４２から気泡とともに全量が被洗浄基板４４裏面へ供給される。
【００２２】
尚、ここで、基板下面洗浄用ヘッド３２に設けられる超音波振動子４０、４０…は、ヘッド本体内の下部に設けられていることが好ましい。このように構成された基板下面洗浄用ヘッド３２は、基板上面洗浄ヘッド１２で発生した洗浄液２０の気泡が基板下面洗浄用ヘッド３２に設けられる超音波振動子４０、４０…の付近に溜まることを抑えることができる。従って、超音波振動子から放射される超音波が洗浄液に伝わり、十分な洗浄効果を得ることができる。
【００２３】
以上より、洗浄用ヘッドを上面洗浄用ヘッドと下面洗浄用ヘッドの上下一対設けることで、上面洗浄用ヘッド内の洗浄液に超音波照射した際に発生した気泡を上面洗浄用ヘッド内に滞留させることなく上面洗浄用ヘッドで供給された残りの洗浄液とともに下面洗浄用ヘッドへと供給することができる。下面洗浄用ヘッドでは、上面洗浄用ヘッドより供給された気泡を含有する洗浄液を洗浄対象の基板裏面へ含有する気泡とともに全量を洗浄液として使用することができるので、洗浄液の浪費を抑えランニングコストを低減することができる。
【００２４】
また、本発明の別の実施形態を図４に示す。尚、図４の超音波洗浄装置１０’において図１の超音波洗浄装置１０と同一の部材について、同様の符号を附してその説明を省略する。
【００２５】
超音波洗浄装置１０’は、洗浄用ヘッド１２を上部単独とし洗浄液供給口１８の対面及びその側面近傍の洗浄液排出口３６から排出される洗浄液２０を、洗浄液返流ライン４６を介して脱気膜モジュール２４とガス溶解モジュール２６の中間の洗浄液供給ライン１６に返流する。この際、洗浄液返流ライン４６に冷却装置４８を設け、その後段に脱気装置５０を設けることを特徴としている。
【００２６】
超音波洗浄装置１０では、気泡を含有した洗浄液２０は下面洗浄用ヘッド３２へと供給されていたが、本実施形態である超音波洗浄装置１０’によれば、洗浄液返流ライン４６を設けることにより上面洗浄用ヘッド１２単独で洗浄ヘッド内に一定方向への流速を確保することで、洗浄液中の気泡同士が洗浄用ヘッド内上部で結合する前に洗浄液供給口１８へ再供給できる。この際、長時間運転を継続することで超音波エネルギーにより液温が上昇し、ガスの溶解度が低下するため一部気泡状のガスが発生するものの、返流時に冷却装置４８により洗浄液２０を冷却することで洗浄液温度を低下でき、発生した気泡の一部を洗浄液中に再溶解することができる。さらに、溶解しきれない気泡についても、後段の脱気装置５０により液中の溶け残りの気泡が除去される。その後、この洗浄液をガス溶解膜モジュール２８前段に返送し新規の洗浄水２０と合わせてガス溶解を行った後基板上へ再供給することで、洗浄液中のガス濃度の低下を防ぐことができるとともに、洗浄ヘッド内の気泡の滞留を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る超音波洗浄装置の実施形態を説明する構成図
【図２】図１のＡ−Ａ線から見た正面の概念図
【図３】図１のＢ−Ｂ線から見た側面の概念図
【図４】本発明に係る超音波洗浄装置の別の実施形態を説明する構成図
【符号の説明】
【００２８】
１０，１０’…超音波洗浄装置、１２…基板上面洗浄用ヘッド、１４…振動子、１６…洗浄液供給ライン、１８…洗浄液供給口、２０…洗浄液、２２…洗浄液吐出口、２４…脱気膜モジュール、２６…エアー、２８…ガス溶解膜モジュール、３０…機能水用溶存ガス、３２…基板下面洗浄用ヘッド、３４…連通ライン、３６…洗浄液排出口、３８…洗浄液供給口、４０…振動子、４２…洗浄液吐出口、４４…被洗浄基板、４６…洗浄液返流ライン、４８…冷却装置、５０…脱気装置、Ｐ…ポンプ
【図１】
2007152207.tif 000003
【図２】
2007152207.tif 000004
【図３】
2007152207.tif 000005
【図４】
2007152207.tif 000006