(57)【要約】【課題】  汚染有機物の除去性能を高めることができる超音波洗浄方法を提供する。【解決手段】洗浄ヘッド１１のスリット１９を介して基板Ａに、マイクロバブルを含んだ洗浄液を供給するとともに、スリット１９に向けて集束するように超音波を照射させて基板Ａの洗浄を行なう。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄用ヘッド本体に形成されたスリットを介して被洗浄物に、マイクロバブルを含んだ洗浄液を供給するとともに、前記スリットに向けて集束するように超音波を照射させて被洗浄物の洗浄を行なうことを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項２】
前記超音波は、１ＭＨＺ未満であることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄方法。
【請求項３】
前記超音波は、単周波で、間欠に照射することを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄方法。
【請求項４】
前記超音波は、複数の周波数を組み合わせたものであることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄方法。
【請求項５】
前記超音波の周波数は、５〜８００ＫＨｚおよび１ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項４に記載の超音波洗浄方法。
【請求項６】
前記超音波の集束位置が前記被洗浄物の表面手前であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超音波洗浄方法。
【請求項７】
前記被洗浄物に供給された洗浄液によって被洗浄物に形成される洗浄液膜形成領域の被洗浄物進行方向の距離に対するスリットの間隙距離の比が、０．８以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の超音波洗浄方法。  
【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、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用の基板、半導体ウエハなどの被洗浄物を洗浄する超音波洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や半導体の製造工程においては、ガラス基板またはウエハ（以下、基板という）の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、超音波洗浄が行なわれている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示された超音波洗浄装置は、処理液を基板上に供給する処理液供給源と、マイクロバブルを処理液中に生成するマイクロバブル生成器と、マイクロバブルを含んだ処理液に超音波を照射する超音波振動子とから構成されている。そして、基板は回転されながら、その上部より処理液が供給される。この処理液は、マイクロバブル生成器により供給されたマイクロバブルを含有しており、この処理液に５〜１００ＭＨＺの超音波が照射される。
【特許文献１】特開２００５−９３８７３号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された超音波洗浄装置は、基板表面上で圧壊するマイクロバブルが基板に与えるダメージを考慮して、照射する超音波の周波数を５〜１００ＭＨＺと高く設定している。このため、超音波によってマイクロバブルが攪拌されることにより粒子吸着性は得られるものの、超音波によりマイクロバブルを積極的に圧壊させることができないため、ラジカルの発生量が少なく、汚染有機物の除去性能が低くなるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みて、汚染有機物の除去性能をも高めることができる超音波洗浄方法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】
【０００６】
上記目的を達成するために、発明者は、鋭意研究の結果、基板上の汚染粒子除去性能を維持しつつ、ラジカルの発生量を向上させて汚染有機物の分解性能を促進することで、洗浄効果を著しく向上させることに至った。
【０００７】
請求項１の超音波洗浄方法は、洗浄用ヘッド本体に形成されたスリットを介して被洗浄物に、マイクロバブルを含んだ洗浄液を供給するとともに、前記スリットに向けて集束するように超音波を照射させて被洗浄物の洗浄を行なうことを特徴とする。
【０００８】
洗浄液としては、純水中に溶け込んでいる余分なガスを脱気膜モジュールで脱気した後、マイクロバブル供給装置によりガスをマイクロバブル状態で純水に供給したものが好ましい。ガスの種類としては、溶解後にアルカリ性を示すアンモニアは、ゼータ電位が負であるため、粒子状汚染の除去に好適である。また、水素ガス，酸素ガス，オゾンガス等は、ラジカルの発生を増加させるので好ましい。また、アルゴンガスは、不凝縮性で熱伝導率が低いため、マイクロバブル圧壊時に高い熱エネルギーを発生するため、他のガスと併用してラジカルの発生を向上させることができる。
【０００９】
請求項２の超音波洗浄方法は、請求項１の発明において、前記超音波が、１ＭＨＺ未満であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の超音波洗浄方法は、請求項１に記載の発明において、前記超音波が単周波であって、該超音波を間欠に照射することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の超音波洗浄方法は、請求項１の発明において、前記超音波が、複数の周波数を組み合わせたものであることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の超音波洗浄方法は、請求項４の発明において、前記超音波の周波数が５〜８００ＫＨｚおよび１ＭＨｚ以上であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６の超音波洗浄方法は、請求項１〜５のいずれかの発明において、前記超音波の集束位置が前記被洗浄物の表面手前であることを特徴とする。
【００１４】
請求項７の超音波洗浄方法は、請求項１〜６のいずれかの発明において、前記被洗浄物に供給された洗浄液によって被洗浄物に形成される洗浄液膜形成領域の被洗浄物進行方向の距離に対するスリットの間隙距離の比が、０．８以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、被洗浄物にスリット状に供給される洗浄液に、超音波を集束させて照射させるので、超音波を最適位置に集束させることができ、例えば、超音波を被洗浄物の表面手前で集束させ、それによってマイクロバブルを圧壊することによって、マイクロバブルの圧壊時のダメージを被洗浄物に与えることなく、ラジカルを発生させることができる。圧壊したマイクロバブルからは、水素ラジカル（Ｈ・）やヒドロキシラジカル（ＯＨ・）が生成される。これらのラジカルは、圧壊されなかったマイクロバブルとともに、被洗浄物表面に供給される。圧壊されなかったマイクロバブルは、被洗浄物表面に存在する汚染粒子と接触し、吸着する。マイクロバブル自体は負の電荷を有し、被洗浄物も負の電荷を有しているため、汚染粒子を吸着したマイクロバブルは再付着することなくリフトオフされる。また、被洗浄物表面に供給された、マイクロバブル圧壊時に発生したラジカルは、被洗浄物表面に付着した汚染有機物に作用し、汚染有機物を瞬時に分解除去することができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、効果的にマイクロバブルを圧壊することができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、低周波超音波を連続的に供給すると、被洗浄物へ過剰な超音波エネルギーを与えることになるが、超音波を間欠的に供給することによって、被洗浄物上へ与える超音波エネルギーを抑制することができ、効果的にマイクロバブルを圧壊することができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、低周波超音波によって、マイクロバブルを圧壊させるとともに、ラジカルの生成を促進させ、高周波超音波によって、発生したラジカルと圧壊せずに残存したマイクロバブルとを混合して被洗浄物表面へ供給するため、被洗浄物へのダメージを低減して効率良く洗浄が行なわれる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、マイクロバブルを圧壊する低周波超音波（５〜８００ＫＨｚ）と、マイクロバブルと発生したラジカルとを効果的に混合する高周波超音波（１ＭＨｚ以上）とを組み合わせて被洗浄物に照射することで、効果的に洗浄することができる。
【００２０】
請求項６の発明によれば、超音波を被洗浄物の表面手前で集束させ、それによってマイクロバブルが圧壊するため、マイクロバブルの圧壊時のダメージを被洗浄物に与えることなく、ラジカルを発生させることができる。このため、マイクロバブル圧壊時に発生するキャビテーションによって被洗浄物にダメージを与えることがない。したがって、照射する超音波の周波数を低くすることができ、また出力を上げることができるので、ラジカルの生成量を増やすことができ、汚染有機物をより効果的に分解除去することができる。
【００２１】
請求項７の発明によれば、被洗浄物上の洗浄液膜形成領域に対するスリット間隙距離（洗浄液供給領域）の比を０．８以下に設定することにより、洗浄性能を高く維持することができる。さらに、洗浄液の供給領域に対するスリット間隙距離の比を０．６〜０．８に設定すれば、使用する洗浄液量を低減することができ、洗浄効率をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る超音波洗浄方法の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は本発明に係る超音波洗浄方法を実施するための超音波洗浄装置１を概念的に示した断面斜視図、図２は図１に示した超音波洗浄装置１を示した模式図で、基板洗浄時の洗浄液膜形成領域と洗浄液供給領域とを示した図、図３はマイクロバブルと超音波を併用した洗浄のイメージ図、図４は洗浄液供給領域／洗浄液膜形成領域と汚染物除去率との関係を示したグラフである。
【００２４】
図１に示す超音波洗浄装置１は、超音波発生部１０、洗浄液供給部２０、基板搬送部３０等によって構成されている。
【００２５】
超音波発生部１０は、洗浄ヘッド（洗浄用ヘッド本体）１１を備えている。この洗浄ヘッド１１は、基板Ａの幅よりも広い幅を有する箱形状を成し、先端部（実施形態では下部）が、基板Ａの進行方向断面においてテーパ状を成している。洗浄ヘッド１１の先端には、基板Ａの進行方向面と平行に、かつ基板Ａの進行方向に対して垂直方向に延びる開口１１ａが形成され、開口１１ａには、超音波透過性を有する隔膜１２が配設されている。隔膜１２の材質は、超音波エネルギーに耐え、耐薬品性を有する素材（例えば、ポリエステル，ポリエチレン，石英等）であれば特に限定されることはない。
【００２６】
また、洗浄ヘッド１１内には、ＳＵＳ隔壁１３によって超音波振動子１４が天井に保持され、該超音波振動子は電源１５に接続されている。また、超音波振動子１４の下面には、音響レンズ１６が配設されている。そして、洗浄ヘッド１１内には、超音波伝播液Ｂが充填される。
【００２７】
さらに、洗浄ヘッド１１には、冷却装置１７が付設されており、該冷却装置は、パイプ１７ａによって洗浄ヘッド１１内に連通され、超音波伝播液Ｂが循環されて冷却される。
【００２８】
また、洗浄ヘッド１１の先端部には、先端部を覆うようにしてカバー１８が形成されている。そして、このカバー１８の底壁には、スリット１９が形成されている。このスリット１９の長さは、基板Ａの幅よりも長く形成されている。
【００２９】
洗浄液供給部２０は、洗浄液貯留槽２１を備えている。そして、この洗浄液貯留槽２１は、洗浄液供給パイプ２２によってカバー１８に連通され、また、カバー１８は洗浄液戻しパイプ２３によって洗浄液貯留槽２１に連通されている。
【００３０】
また、この洗浄液貯留槽２１には、パイプ２４ａを介して洗浄液生成器２４に接続されている。さらに、洗浄液貯留槽２１内には、マイクロバブル発生器２５が配設され、マイクロバブル発生器２５は、パイプ２５ａを介して気体供給源２６に接続されている。
【００３１】
そして、この洗浄液供給部２０では、洗浄液生成器２４において脱気膜モジュールにより脱気された洗浄液が、洗浄液貯留槽２１に供給され、また、洗浄液貯留槽２１内で、気体供給源２６から供給された気体がマイクロバブル発生器２５によってマイクロバブル状態に生成され、洗浄液内に供給される。したがって、洗浄液供給パイプ２２に供給される洗浄液には、マイクロバブルが溶存することになる。なお、洗浄液戻しパイプ２３には、エア抜き２７が配設されている。
【００３２】
基板搬送部３０は、基板Ａを洗浄液供給パイプ２２の下方で、洗浄液供給パイプ２２に沿って設置された、例えば、ベルトコンベア等の搬送手段３１を備えており、基板Ａは、搬送手段３１によって洗浄ヘッド１１のスリット１９の下方を横切るように搬送される。
【００３３】
このように構成された超音波洗浄装置１では、超音波発生部１０において、超音波振動子１４が振動され、超音波が発生される。この超音波は、音響レンズ１６によって集束され、超音波伝播液Ｂを介して隔膜１２に伝達され、隔膜を通過してカバー１８内に照射される。
【００３４】
一方、洗浄液貯留槽２１から、図示しないポンプ等によって、洗浄液が洗浄液供給パイプ２２を介してカバー１８内に供給される。そして、その洗浄液の一部は、スリット１９から線状になって基板Ａ上に供給される。
【００３５】
基板Ａ上に供給された洗浄液には、隔膜１２を透過した線状の超音波が照射され、該超音波と洗浄液中のマイクロバブルによって基板Ａ上の汚染物が除去される。
【００３６】
次に、前記の如く構成された超音波洗浄装置１の作用について説明する。
【００３７】
この超音波洗浄装置１は、洗浄ヘッド１１に形成されたスリット１９を介して基板Ａに、マイクロバブルを含んだ洗浄液を供給するとともに、スリット１９に向けて集束するように超音波を照射させて基板Ａの洗浄を行なう。
【００３８】
これにより、超音波洗浄装置１によれば、超音波を最適位置の基板Ａの表面手前で集束させ、それによってマイクロバブルを圧壊するので、マイクロバブルの圧壊時のダメージを被洗浄物に与えることなく、ラジカルを発生させることができる。圧壊したマイクロバブルからは、水素ラジカル（Ｈ・）やヒドロキシラジカル（ＯＨ・）が生成される。これらのラジカルは、圧壊されなかったマイクロバブルとともに、基板Ａの表面に存在する汚染粒子に接触して吸着する。マイクロバブル自体は負の電荷を有し、基板Ａも負の電荷を有しているため、再付着することなくリフトオフされる。また、基板Ａに供給されたラジカルは、基板Ａの表面に付着した汚染有機物に作用し、汚染有機物を瞬時に分解除去することができる。
【００３９】
また、その超音波が１ＭＨＺ未満なので、効果的にマイクロバブルを圧壊することができる。
【００４０】
更に、その超音波が単周波であって、超音波を間欠に照射するので、被洗浄物上へ与える超音波エネルギーを抑制することができ、効果的にマイクロバブルを圧壊することができる。
【００４１】
また、その超音波が、複数の周波数を組み合わせたものなので、低周波超音波によって、マイクロバブルを圧壊させるとともに、ラジカルの生成を促進させ、高周波超音波によって、発生したラジカルと圧壊せずに残存したマイクロバブルとを混合して基板Ａの表面へ供給することができる。このため、基板Ａへのダメージが低減して効率良く洗浄が行なわれる。
【００４２】
更に、その超音波の周波数が５〜８００ＫＨｚおよび１ＭＨｚ以上なので、マイクロバブルを圧壊する低周波超音波（５〜８００ＫＨｚ）と、マイクロバブルラジカルとを効果的に混合する高周波超音波（１ＭＨｚ以上）とを組み合わせて基板Ａに照射することができる。これにより、基板Ａを効果的に洗浄することができる。
【００４３】
また、その超音波の集束位置が基板Ａの表面手前なので、それによってマイクロバブルが圧壊する。このため、マイクロバブルの圧壊時のダメージを基板Ａに与えることなく、ラジカルを発生させることができる。このため、マイクロバブル圧壊時に発生するキャビテーションによって基板Ａにダメージを与えることがない。したがって、照射する超音波の周波数を低くすることができ、また出力を上げることができるので、ラジカルの生成量を増やすことができ、汚染有機物をより効果的に分解除去することができる。
【００４４】
更に、基板Ａに供給された洗浄液によって基板Ａに形成される洗浄液膜形成領域の被洗浄物進行方向の距離に対するスリットの間隙距離の比が、０．８以下なので、洗浄性能を高く維持することができる。さらに、洗浄液の供給領域に対するスリット間隙距離の比を０．６〜０．８に設定すれば、使用する洗浄液量を低減することができ、洗浄効率をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る超音波洗浄方法を実施するための装置を概念的に示した断面斜視図
【図２】図１に示した超音波洗浄装置を示した模式図で、基板洗浄時の洗浄液膜形成領域と洗浄液供給領域とを示した図
【図３】マイクロバブルと超音波を併用した洗浄のイメージ図
【図４】洗浄液供給領域／洗浄液膜形成領域と汚染物除去率との関係を示したグラフ
【符号の説明】
【００４６】
１…超音波洗浄装置、１０…超音波発生部、１１…洗浄ヘッド、１１ａ…開口、１２…隔膜、１３…隔壁、１４…超音波振動子、１５…電源、１６…音響レンズ、１７…冷却装置、１７ａ…パイプ、１８…カバー、１９…スリット、２０…洗浄液供給部、２１…洗浄液貯留槽、２２…洗浄液供給パイプ、２３…洗浄液戻しパイプ、２４…洗浄液生成器、２４ａ…パイプ、２５…マイクロバブル発生器、２５ａ…パイプ、２６…気体供給源、２７…エア抜き、３０…基板搬送部、３１…搬送手段、Ａ…基板、Ｂ…超音波伝播液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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