(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に搬送される被処理物を処理液によって処理するための超音波処理方法において、
上面が開口した発振容器内に供給された下部処理液に超音波振動を付与することで、その下部洗浄液を上記発振容器内の上記下部処理液の水平面上から押し上げる工程と、
上記発振容器内の上記下部処理液の水平面上から押し上げられた下部処理液に下面が接触する状態で上記被処理物を搬送して、上記下部処理液に付与された超音波振動を上記被処理物の上面に透過させる工程と、
上記被処理物の上面の上記下部処理液を通じて超音波振動が透過した部分で滞留するよう上部処理液を供給する工程と
を特徴とする超音波処理方法。
【請求項２】
所定方向に搬送される被処理物を処理液によって処理するための超音波処理装置において、
上面が開口し内部に下部処理液が供給される発振容器と、
この発振容器の底部に設けられ内部に供給された上記下部処理液に振動板を介して超音波振動を付与する超音波振動子と、
上記振動板により超音波振動が付与されることで上記発振容器内の上記下部処理液の水平面上から押し上げられる上記下部処理液に下面が接触してその下部処理液に付与された超音波振動が上記被処理物の上面に透過するよう上記被処理物を搬送する搬送手段と、
この搬送手段によって搬送される上記被処理物の上面の上記下部処理液を通じて超音波振動が透過した部分で衝突して滞留するよう上部処理液を供給する複数の供給手段と
を具備したことを特徴とする超音波処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は被処理物を超音波振動を利用して処理液で処理するための超音波処理方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば液晶製造装置や半導体製造装置においては、被処理物としての液晶用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。このような基板を洗浄する方式としては、洗浄液中に複数枚の基板を浸漬するデイップ方式や基板に向けて洗浄液を噴射して一枚づつ洗浄する枚葉方式があり、最近では高い清浄度が得られるとともに、コスト的に有利な枚葉方式が採用されることが多くなってきている。
【０００３】
枚葉方式の１つとして基板に噴射される洗浄液に超音波振動を付与し、その振動作用によって上記被洗浄物から微粒子を効率よく除去するようにした洗浄方式が実用化されている。
【０００４】
洗浄液に超音波振動を付与する洗浄方式において、従来は20〜50ｋＨｚ程度の超音波が用いられていたが、最近では600 〜2000ｋＨｚ程度の極超音波帯域の音波を用いる超音波洗浄装置が開発されている。
【０００５】
超音波振動が付与された洗浄液を基板に噴射すると、その振動の作用によって基板に付着した微粒子の結合力が低下するため、超音波振動を付与しない場合に比べて洗浄効果を向上させることができる。
【０００６】
従来、上記超音波洗浄装置は、図７に示すように紙面に対して直交する方向に細長い装置本体１を有する。この装置本体１には本体１の長手方向に沿う空間部２が上下方向に貫通して形成されている。上記空間部２は上端側から下端側にゆくにつれて狭幅となるテ−パ状に形成されていて、下端は装置本体１の下面に開口したノズル口３となっている。
【０００７】
上記空間部２の上端開口はシ−ル材４を介してタンタル、チタンあるいはこれらの合金系の金属からなる振動板５で閉塞されている。この振動板５の上面には上記空間部２の上端開口と対応する部位に沿って細長い矩形状の複数の超音波振動子６が取着されている。この超音波振動子６は超音波発振器により駆動されるようになっている。それによって、超音波振動子６は超音波振動するから、その超音波振動によって上記振動板５も振動する。
【０００８】
上記装置本体１の上記空間部２の両側にはそれぞれ長手方向に沿って供給路７が貫通して形成されている。一対の供給路７にはその両端にそれぞれ図示しない洗浄液の供給管が接続され、それら供給管から洗浄液が上記空間部２に供給されるようになっている。
【０００９】
上記空間部２に供給された洗浄液は振動板５を介して超音波振動子６によって超音波振動が付与され、上記ノズル口３から被洗浄物に向けて噴出する。超音波振動が付与された洗浄液が被洗浄物に衝突すると、この被洗浄物にも超音波振動が付与されるから、その超音波振動によって被洗浄物に付着した微粒子が遊離し、除去されることになる。
【００１０】
ところで、このような従来構造によると、上記ノズル口３から洗浄液を常時噴射させなければならず、しかもその量は液晶用ガラス基板に超音波振動を確実に伝達できる量でなければならないから、その洗浄液の使用量が非常に多くなるということがあった。
【００１１】
被処理物が液晶用ガラス基板や半導体ウエハなどの基板のように高い清浄度が要求される場合、洗浄液としては純水が用いられる。純水は高価であるため、洗浄時のランンニングコストが増大するということがあった。
【００１２】
また、装置本体１に形成された空間部２の上部に振動板５を設け、下部にノズル口３を設け、洗浄液を下方に向かって噴射させる構成であると、洗浄液に超音波振動を付与することで発生する気泡（洗浄液に含まれる気体が気泡となる。）が上記空間部２を上昇して上記振動板５の下面に付着し、除々に成長する。その気泡によって、振動板５には洗浄液が接触しない部分ができるから、その部分が、いわゆる空だき状態で超音波振動することで温度上昇し、振動板５の変形や損傷を招く原因となることがあった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来は洗浄液の使用量が多くなるため、洗浄時のランニングコストの増大を招くということがあったり、振動板の下面に気泡が付着し易いため、その気泡によって空だき状態となり、振動板の熱変形や損傷を招くなどのことがあった。
【００１４】
この発明は上記事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、処理液の使用量を減少させることができるとともに、振動板に気泡が付着することがなく、さらには処理効率を高めることができるようにした超音波処理方法およびその方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、所定方向に搬送される被処理物を処理液によって処理するための超音波処理方法において、
上面が開口した発振容器内に供給された下部処理液に超音波振動を付与することで、その下部洗浄液を上記発振容器内の上記下部処理液の水平面上から押し上げる工程と、
上記発振容器内の上記下部処理液の水平面上から押し上げられた下部処理液に下面が接触する状態で上記被処理物を搬送して、上記下部処理液に付与された超音波振動を上記被処理物の上面に透過させる工程と、
上記被処理物の上面の上記下部処理液を通じて超音波振動が透過した部分で滞留するよう上部処理液を供給する工程と
を特徴とする超音波処理方法にある。
【００１６】
請求項２の発明は、所定方向に搬送される被処理物を処理液によって処理するための超音波処理装置において、
上面が開口し内部に下部処理液が供給される発振容器と、
この発振容器の底部に設けられ内部に供給された上記下部処理液に振動板を介して超音波振動を付与する超音波振動子と、
上記振動板により超音波振動が付与されることで上記発振容器内の上記下部処理液の水平面上から押し上げられる上記下部処理液に下面が接触してその下部処理液に付与された超音波振動が上記被処理物の上面に透過するよう上記被処理物を搬送する搬送手段と、
この搬送手段によって搬送される上記被処理物の上面の上記下部処理液を通じて超音波振動が透過した部分で衝突して滞留するよう上部処理液を供給する複数の供給手段と
を具備したことを特徴とする超音波処理装置にある。
【００１７】
請求項１と請求項２の発明によれば、超音波振動が付与されて発振容器内の処理液の水平面上から押し上げられる下部処理液に被処理物が接触する状態で搬送して超音波振動を被処理物に伝達するため、超音波振動が付与された処理液を被処理物に向けて噴射させる場合に比べてその処理液の使用量を低減することができ、しかも振動板は発振容器の底部に設けられているため、処理液から発生して発振容器内を上昇する気泡が上記振動板に付着することもない。さらに、被処理物の上面では上部処理液が衝突するよう供給されることで、被処理物の上面における衝突部の処理液の流れが停滞するから、下部処理液から上部処理液に伝播された超音波振動の音圧が高くなり、この上部処理液による処理効率が向上する。
【００１８】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１と図２はこの発明の一実施形態を示し、この実施形態は超音波処理装置として超音波洗浄装置にこの発明を適用した場合である。つまり、図１に示す超音波洗浄装置は外底面に脚体１０が設けられた断面矩形状の発振容器１１を備えている。この発振容器１１は上面が開口した有底直方体として形成されていて、その内底部の幅方向両側部には仕切り壁１２によって一対の供給空間部１３が区画形成されている。
【００１９】
各供給空間部１３には処理液としてたとえば純水などの下部洗浄液Ｌ1 を供給する供給管１４の一端がそれぞれ接続されている。この供給管１４の他端は図示しない上記下部洗浄液Ｌ1 の供給源に連通している。上記供給空間部１３を区画した仕切り壁１２には複数の通孔１２ａが形成されている。したがって、上記供給管１４から上記供給空間部１３に供給された下部洗浄液Ｌ1 は上記通孔１２ａから発振容器１１内へ供給されるようになっている。
【００２０】
上記供給管１４から発振容器１１内へは所定量の下部洗浄液Ｌ1 が連続して供給される。それによって、下部洗浄液Ｌ1 は上記発振容器１１の上面開口１１ａからオ−バフロ−する。
【００２１】
上記発振容器１１の底部の幅方向中央部分には、開口部１５がその長手方向に沿って形成されている。この開口部１５はシ−ル材１６ａを介して振動板１６によって液密に閉塞されている。この振動板１６の下面には超音波振動子１７が接合固定されていて、この振動子１７は超音波発振器１８により駆動されるようになっている。振動子１７が超音波振動すると、振動板１６も超音波振動するから、その超音波振動が振動板１６の上面側の下部洗浄液Ｌ1 に伝播される。
【００２２】
発振容器１１の幅方向中央部分において、上記振動板１６から下部洗浄液Ｌ1 に伝播される超音波振動がある程度の強度を有すると、図１に示すように上記振動板１６上に位置する下部洗浄液Ｌ1 をこの洗浄液の水平面から上方へ押し上げるキャピラリ−波Ｗが発生する。つまり、キャピラリ−波Ｗによって発振容器１１の幅方向中央部分において、その長手方向ほぼ全長にわたり下部洗浄液Ｌ1 が上記発振容器１１内の洗浄液Ｌ1 水平面上から所定の高さで押し上げられることになる。
【００２３】
上記構成の発振容器１１は、図２に示すように搬送機構２１によって搬送される被洗浄物としての液晶用ガラス基板２２の下面側に配置される。上記搬送機構２１は回転駆動されるとともに軸線を平行にして所定間隔で配置された複数のロ−ラ２３からなる。上記発振容器１１は隣り合う一対のロ−ラ２３間に配置される。
【００２４】
つまり、発振容器１１は、その上面開口１１ａの長手方向を液晶用ガラス基板２２の搬送方向に対して直交させて配置され、上記搬送機構２１は液晶用ガラス基板２２をキャピラリ−波Ｗによって押し上げれた下部洗浄液Ｌ1 にその下面が接触する状態で搬送するようになっている。
【００２５】
上記発振容器１１の長手方向の寸法は、上記液晶用ガラス基板２２の幅寸法よりも大きく設定されている。それによって、キャピラリ−波Ｗによって押し上げれた下部洗浄液Ｌ1 は液晶用ガラス基板２２の下面の幅方向全長に接触することになる。
【００２６】
上記搬送機構２１によって搬送される液晶用ガラス基板２２の上面側には一対のノズル体２４が上記発振容器１１の幅方向中心に対してほぼ対称に配置されている。各ノズル体２４からは上記液晶用ガラス基板２２の上面に向けて上部洗浄液Ｌ2 が噴射される。
【００２７】
それによって、図２に示すように一方のノズル体２４から液晶用ガラス基板２２の上面に供給された上部洗浄液Ｌ2 の流れＸと、他方のノズル体２４から供給された上部洗浄液Ｌ2 の流れＹとは、上記液晶用ガラス基板２２の上面のＺの部分で衝突する。それによって、そのＺの部分で上部洗浄液Ｌ2 は滞留することになる。
【００２８】
上記Ｚの部分は、上記液晶用ガラス基板２２の上面の、下部洗浄液Ｌ1 のキャピラリ波Ｗが液晶用ガラス基板２２の下面に接触する部分と対応する部分である。
【００２９】
つぎに、上記構成の超音波洗浄装置の作用について説明する。
発振容器１１に下部洗浄液Ｌ1 を供給するとともに超音波振動子１７を超音波発振器１８で駆動することで、発振容器１１内の洗浄液Ｌ1 に超音波振動を付与する。それによって、発振容器１１内の洗浄液Ｌ1 の水平面上の幅方向中央部分にはキャピラ−リ波Ｗが発生し、そのキャピラリ−波Ｗによって内部の下部洗浄液Ｌ1 がその水平面上よりも上方へ押し上げられる。
【００３０】
下部洗浄液Ｌ1 がその水平面上よりも上方へ押し上げられると、その下部洗浄液Ｌ1 は搬送機構２１によって搬送される液晶用ガラス基板２２の下面の幅方向全長に接触する。下部洗浄液Ｌ1 には超音波振動が付与されているから、その超音波振動が下部洗浄液Ｌ1 から液晶用ガラス基板２２に伝播される。
【００３１】
それによって、超音波振動の一部は下部洗浄液Ｌ１  を通じて液晶用ガラス基板２２を透過し、その上面に付着した微粒子に作用するから、液晶用ガラス基板２２の下面側に付着した微粒子は勿論のこと、上面側に付着した微粒子も遊離する。
【００３２】
しかも、上記液晶用ガラス基板２２の上面には一対のノズル体２４が配設され、これらノズル体から噴出される上部洗浄液Ｌ2 は液晶用ガラス基板２２の上面の上記下部洗浄液Ｌ1 が接触する部分と対応する図２にＺで示す部分で衝突して滞留する。
【００３３】
上部洗浄液Ｌ2 が液晶用ガラス基板２２の上面で滞留すると、その部分で下部洗浄液Ｌ1 から液晶用ガラス基板２２を透過してこの液晶用ガラス基板２２の上面側の上部洗浄液Ｌ2 に伝播された超音波振動も滞留する上部洗浄液Ｌ2 とともにその部分にとどまる。
【００３４】
それによって、上記Ｚの部分において、上部洗浄液Ｌ2 に伝播された超音波振動の音圧が高くなるから、この上部洗浄液Ｌ2 による洗浄効果も向上することになる。
【００３５】
一対のノズル体２４から供給される上部洗浄液Ｌ2 が液晶用ガラス基板２２の上面で衝突することで、その部分には気泡が発生する。気泡が発生すると、その気泡の物理的及び化学的作用によって、洗浄効果が向上する。しかも、気泡の発生によって超音波振動が上部洗浄液Ｌ2 を透過しずらくなるから、そのことによっても上部洗浄液Ｌ2 における超音波振動の音圧が高くなり、洗浄効果を向上させることができる。
【００３６】
液晶用ガラス基板２２の下面および上面から除去された微粒子は発振容器１１内に落下し、その内部で浮遊して液晶用ガラス基板２２の下面に再付着する虞がある。しかしながら、上記発振容器１１内には供給管１４から下部洗浄液Ｌ1 が連続して供給されることで、その上面開口１１ａからオ−バフロ−させている。そのため、発振容器１１内に落下した微粒子はオ−バフロ−する下部洗浄液Ｌ1 とともに外部に流出するから、液晶用ガラス基板２２に再付着するのが防止される。
【００３７】
しかも、発振容器１１の上面開口１１ａから流出させる下部洗浄液Ｌ1 の量は、その発振容器１１内を浮遊する微粒子をオ−バフロ−させるだけの量でよいから、わずかですみ、さらにはノズル体２４によって液晶用ガラス基板２２の上面に噴射する上部洗浄液Ｌ2 も、その上面に浮遊した微粒子を除去できるだけの量でよいから、超音波振動が付与された洗浄液Ｌを液晶用ガラス基板２２の上下両面に噴射させて洗浄する場合に比べて十分に少なくすることができる。
【００３８】
したがって、従来に比べて少ない洗浄液Ｌの使用量で液晶用ガラス基板２２の上下両面を洗浄できるから、ランニングコストの低減が計れるとともに、洗浄液を供給するポンプの容量を小さくでき、洗浄液の供給および排出などの配管を少なくしたり、径の小さなものに変更できるので、洗浄装置全体を小型化することもできる。
【００３９】
発明者は、図３（ａ）〜（ｄ）に示す種々の洗浄形態での洗浄液Ｌの音圧を音圧測定器３０を用いて測定した。つまり、図３（ａ）は図７に示す従来の洗浄装置を用いた場合で、装置本体１のノズル口３を下方に向け、そこから噴出する洗浄液Ｌの音圧を測定した。その場合の音圧と超音波振動子１７を駆動する超音波発振器の出力との関係は図４の曲線Ａに示す。
【００４０】
図３（ｂ）は図３（ａ）に示す装置本体１のノズル口３を上方に向け、そこから噴出させる洗浄液Ｌの音圧を測定した場合で、その場合の音圧と超音波振動子１７を駆動する超音波発振器１８の出力との関係は図４の曲線Ｂに示す。
【００４１】
図３（ｃ）はこの発明の発振容器１１を用い、キャピラリ−波Ｗによって上方に押し上げられた洗浄液Ｌに、上記発振容器１１の上面開口に傾斜して保持された液晶用ガラス基板２２の下面を接触させ、上面に水を流しながらその上面側における音圧を測定した場合で、その場合の音圧と超音波振動子１７を駆動する超音波発振器１８の出力との関係は図４の曲線Ｃに示す。
【００４２】
図３（ｄ）はこの発明の発振容器１１において、キャピラリ−波Ｗによって上方に押し上げられた洗浄液Ｌの音圧を測定した場合で、その場合の音圧と超音波振動子１７を駆動する超音波発振器１８の出力との関係は図４の曲線Ｄに示す。
【００４３】
以上の測定結果より、曲線Ｄで示す図３（ｄ）の場合の音圧が最も高く、しかも図３（ｃ）の測定結果として曲線Ｃで示す液晶用ガラス基板２２の上面側においても、図３（ａ）に示す従来の場合とほとんど変わらない音圧を測定することができた。
【００４４】
図５は同図に示すように振動子ａが取着された振動板ｂ上に上部洗浄液Ｌ2 の貯留部ｃを形成し、そこに供給する上部洗浄液Ｌ2 の流量を変化させた場合に、その上部洗浄液2 の音圧を音圧モニタｄによって測定したグラフである。なお、上部洗浄液Ｌ2 は貯留部ｃから流出されるようになっている。
【００４５】
同図中曲線Ｍは振動子を駆動する超音波発信器１８の出力が３０Ｗの場合で、以下曲線Ｎは５０Ｗ、曲線Ｏは８０Ｗ、曲線Ｐは１００Ｗ、曲線Ｑは１２０Ｗ、曲線Ｒは１４５Ｗの場合である。
【００４６】
このグラフから分かるように、上部洗浄液Ｌ2 の流量が少ない方が多い場合に比べて音圧が高いことが測定された。つまり、上部洗浄液Ｌ2 の振動板ｂ上での滞留時間が長い方が短い場合よりも音圧を高くすることができる。
【００４７】
したがって、上記実施形態で説明したように、一対のノズル体２４から供給される上部洗浄液Ｌ2 を液晶用ガラス基板２２の上面で衝突させて滞留させることで、この上部洗浄液Ｌ2 に伝播される超音波振動の音圧を高くすることができる。
【００４８】
図６はこの発明の他の実施形態を示す。この実施形態は液晶用ガラス基板２２の上面側に上部洗浄液Ｌ2 を供給する一対のノズル体２４Ａの配置変形例で、このノズル体２４Ａは液晶用ガラス基板２２の上面に上部洗浄液Ｌ2 が乱流にならないよう、つまり層流となるように供給できるようになっている。この実施形態では、上記ノズル体２４Ａはナイフ状の噴出孔を有し、その噴出孔から噴出する上部洗浄液Ｌ2 が液晶用ガラス基板２２の上面を這う状態で流れる角度、つまり基板２２の板面に対して直角よりも十分に小さな角度で配置されている。
【００４９】
それによって、一対のノズル体２４Ａから供給された上部洗浄液Ｌ2 が液晶用ガラス基板２２の上面で衝突しても、その部分で気泡が発生することがほとんどないから、衝突部分で気泡が発生する場合に比べて下部洗浄液Ｌ1 から伝播される超音波振動の透過率をより高めることができる。
【００５０】
超音波振動の透過率を高めることができれば、液晶用ガラス基板２２がロ−ラ２３上で大きく振動することがなくなるから、液晶用ガラス基板２２がロ−ラ２３から衝撃を受けて損傷するのを防止できる。
【００５１】
なお、図示しないが、液晶用ガラス基板の上方に配置される一対のノズル体のうち、一方あるいは両方から供給される上部洗浄液に超音波振動を付与するようにしてもよい。つまり、一対のノズル体の少なくとも一方を、内部に振動板が設けられた構造としてもよい。
【００５２】
このようにして、上部洗浄液に超音波振動を予め付与すれば、下部洗浄液から伝播される超音波振動と相俟って洗浄効果をより一層、向上させることができる。
【００５３】
なお、上記実施形態では被処理物として液晶用ガラス基板を洗浄処理する場合について説明したが、被処理物をウエットエッチング処理する場合などにもこの発明を適用することができる。
【００５４】
そのような場合には、上部処理液としてはエッチング液を用いる。エッチング液が被処理物の上面で衝突して滞留した状態で超音波振動が伝播されると、そのエッチング液は温度上昇する。したがって、エッチング液の反応速度を高めることができるから、上記被処理物に対するエッチングレ−トを向上させることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように請求項１と請求項２の発明によれば、超音波振動が付与されて発振容器内の洗浄液の水平面上から押し上げられる下部処理液に被処理物を接触する状態で搬送して超音波振動を伝達するため、超音波振動が付与された処理液を被洗浄物に向けて噴出させる場合に比べてその処理液の使用量を低減することができる。しかも、振動板は発振容器の底部に設けられているため、処理液から発生して発振容器内を上昇する気泡が上記振動板に付着することもない。
【００５６】
さらに、被処理物の上面では上部処理液が衝突するよう供給されることで、被処理物の上面における上部処理液の流れが停滞する。
それによって、被処理物の上面における、下部処理液から上部処理液に伝播された超音波振動の音圧を高くできるから、この上部処理液による上記被処理物の処理効率の向上が計れる。
また、被処理物の上面で上部処理液が層流となるよう供給することで、超音波振動の透過率をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す全体構成図。
【図２】同じく搬送される液晶用ガラス基板の上面における上部洗浄液の流れの説明図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ洗浄液の音圧を測定する形態の説明図。
【図４】同じく図３（ａ）〜（ｄ）の測定結果を示すグラフ。
【図５】同じく上部洗浄液の流量と音圧との関係のグラフ。
【図６】この発明の他の実施形態を示すノズル体の説明図。
【図７】従来の超音波洗浄装置の断面図。
【符号の説明】
１１…発振容器、
１６…振動板、
１７…超音波振動子、
２１…搬送機構
２２…液晶用ガラス基板（被洗浄物）、
２４…ノズル体。
【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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