JP2005131602A

JP2005131602A - 洗浄装置

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Publication number: JP2005131602A
Application number: JP2003372938A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yasutake; 健司安武; Takamitsu Tadera; 孝光田寺
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-05-26
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: JP4036815B2

Abstract

【課題】フラットパネルディスプレイや半導体の製造工程などで用いられるガラス基板、シリコン基板などを洗浄する際に、超音波の定在波を安定的に発生させることができ、また、洗浄液の使用量を減少させることができる洗浄装置を提供する。
【解決手段】被洗浄基板１を搬送する搬送機構としての搬送ローラ２と、被洗浄基板１の被洗浄面１ａの側に位置して超音波を反射する反射板９と、被洗浄基板１の被洗浄面１ａと反射板９の内表面９ａとの間に洗浄液５を噴射するジェットノズル３と、被洗浄基板１の被洗浄面１ａの裏面１ｂに超音波を印加した液体８を噴射する超音波ノズル７とにより洗浄装置を構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、たとえば液晶表示素子や、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）などのフラットパネルディスプレイや、半導体の製造工程などで用いられる洗浄装置に関する。

例えば液晶表示素子、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）などのフラットパネルディスプレイや半導体の製造工程で用いられる従来の洗浄方法としては、回転するブラシを被洗浄基板表面にこすりつけるブラシ洗浄、洗浄液に超音波を照射して発生したキャビティーの崩壊時の衝撃力を利用したキャビテーション洗浄、高周波の振動加速度を利用するメガソニック洗浄、洗浄液を高速で噴射して流れの剪断力を利用する高速流れ洗浄などが提案されている。

また、これらの洗浄方法においては、洗浄液の中に複数枚の被洗浄基板を一度に浸漬して洗浄する、ディップ方式、または、被洗浄基板に向けて洗浄液を噴射して１枚ごとに洗浄する、枚葉方式が用いられる。最近では、高い清浄度を達成することができ、大型基板の洗浄に際してコスト的に有利な枚葉方式が多く用いられる。

枚葉方式の１つとして、被洗浄基板に噴射される洗浄液に、たとえば超音波による振動を付加し、超音波振動による洗浄液の加速および直進流によって、被洗浄基板から微粒子を除去する洗浄方法が実用化されている。超音波を利用した超音波洗浄装置に使用される超音波振動子には、周波数が低すぎると洗浄液に対する超音波付加の効果が発現しにくく、また周波数が高すぎると、キャビテーションによる被洗浄基板の損傷が懸念されるので、１ＭＨｚ前後の周波数が利用されている。

また、特許文献１には、洗浄槽と超音波振動子と反射板とを備え、洗浄槽に洗浄液を貯留した洗浄装置が開示されている。この洗浄装置においては、超音波振動子から発振された超音波を反射板で反射して定在波を発生させて、定在波の腹を被洗浄基板の表面に位置させている。

特許文献２には、次のような洗浄装置が開示されている。図１３に示すような、ノズル構成体１５０は、洗浄液１０５を導入する導入通路１１０と、洗浄処理後の洗浄液１０５を洗浄処理の系外へ排出するための排出通路１１２とを有している。排出通路の端部には、吸引ポンプ１１３が設けられている。導入通路１１０と排出通路１１２とは、交差部１１４で連結されており、交差部１１４には被洗浄基板１０１に向けて開口する開口部１０６が設けられている。交差部１１４には、振動子１２０が設けられている。

被洗浄基板１０１は搬送ローラ１０２により矢印Ｆの方向に搬送され、ノズル構成体１５０の交差部１１４に設けられた超音波振動子１２０の発振が、開口部１０６から洗浄液１０５を介して被洗浄基板１０１に伝わり、被洗浄基板１０１上のパーティクルが除去される。

吸引ポンプ１１３の吸引圧力を制御することにより、開口部１０６の大気と接触している洗浄液１０５の圧力と大気圧と均衡をとるようになっている。つまり、開口部１０６の大気と接触している洗浄液１０５の圧力Ｐ_Ｗと大気圧Ｐ_ａとの関係をＰ_Ｗ≒Ｐ_ａとすることにより開口部１０６を介して被洗浄基板１０１に供給され、被洗浄基板１０１に接触した洗浄液１０５は外部に漏れることなく排出通路１１２から排出される。すなわち、導入通路１１０から被洗浄基板１０１に供給した洗浄液１０５が、洗浄液を供給した部分以外の部分に接触することなく被洗浄基板１０１上から除去される。
特開２０００−１０７７１０号公報特開平１０−１６３１５３号公報

液晶表示素子、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）等のフラットパネルディスプレイは、多面取りにおける生産性向上のため、今後ますます基板の大型化と高精細化が要求されるが、従来の洗浄装置および洗浄方法では以下の課題が残されている。

大型基板で従来と同等以上の生産能力を確保するために、基板の搬送速度は高速化されている。ここで、超音波振動による洗浄性能は、被洗浄基板に対する超音波照射時間に比例するので、搬送速度が高速化されて基板単位面積当りの超音波照射時間が短くなると、洗浄性能が低下する。

特許文献１記載の洗浄装置は洗浄槽に洗浄液を貯留しているので、大型基板に対応するためには洗浄槽も大型化する必要があり、洗浄液の使用量および処理コストが増大するという問題点がある。また、印加する超音波の周波数が１００ＫＨｚ以下のため、１μｍ以下の微小パーティクルに対応できないという問題点がある。

特許文献２記載の洗浄装置では、超音波を被洗浄基板の裏面で反射させて定在波を形成するため、定在波の振幅が最大である腹の位置を被洗浄基板の表面に安定させることが困難になる。

さらに、被洗浄基板１０１が大型化することにより、被洗浄基板１０１の反りの影響が大きくなるが、反りの大きい被洗浄基板１０１に対応するためには、交差部１１４の下面と、搬送ローラ１０２の上端面との間の距離を大きくする必要がある。その場合開口部１０６において大気と接触している洗浄液１０５の圧力Ｐ_Ｗと大気圧Ｐ_ａとをほぼ等しい関係に保つことが困難となる。

したがって、本発明の目的は、液晶表示素子、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）等のフラットパネルディスプレイや半導体の製造工程などで用いられるガラス基板、シリコン基板などを洗浄する際に、超音波の定在波を安定的に発生させることができ、また、洗浄液の使用量を減少させることができる洗浄装置を提供することにある。

この発明に基づいた洗浄装置に従えば、被洗浄基板をその被洗浄面を上向きにして搬送する搬送機構と、被洗浄基板の上記被洗浄面に洗浄液を噴射する高圧ノズルと、上記被洗浄基板の下面に超音波を印加した液体を噴射する超音波ノズルと、上記超音波ノズル上方における、上記洗浄液の液膜厚を安定化させる液膜厚安定化手段とを備えている。

上記洗浄装置によれば、液膜厚安定化手段を備えているので、高圧ノズルから噴射された洗浄液の液膜厚が安定する。これにより定在波を安定的に発生させやすくなり、被洗浄基板の被洗浄面に付着したパーティクルに、安定して振動エネルギを与えることができる。また、超音波を、被洗浄基板の下面に噴射した液体を媒体として被洗浄基板に伝播させ、さらに、この液体と、被洗浄基板の被洗浄面に噴射した洗浄液により超音波を伝播して定在波を発生させるので、従来の洗浄装置のような洗浄液を貯留する洗浄槽が不要となる。これにより被洗浄基板が大型化した場合でも、洗浄液の使用量の増加を最小限にすることができる。

上記洗浄装置において好ましくは、上記超音波ノズルから噴出される液体に印加される超音波の波長をλとすると、上記超音波ノズルから噴射される液体に超音波を印加する振動子と上記被洗浄面との距離が略λ／２の自然数倍である。この構成により、被洗浄面に超音波ノズルから噴射される液体に印加される超音波の腹の位置が被洗浄基板の被洗浄面に略一致させやすくなり、被洗浄基板の被洗浄面のパーティクルに与える振動エネルギを最大化することができて、洗浄能力が向上する。

上記洗浄装置においてさらに好ましくは、上記液膜厚安定化手段は、上記被洗浄面と対向し所定の間隔を保った平面を有する液膜厚安定化部材で構成されている。この構成によると、液膜厚安定化手段の平面により、被洗浄基板上の液膜厚を安定化させることができる。

上記洗浄装置においてさらに好ましくは、上記液膜厚安定化部材は、上記液膜厚安定化部材の上記被洗浄面と対向する上記平面に、上記液膜厚安定化部材と上記被洗浄基板との間に洗浄液を補充するための洗浄液補充手段を有している。この構成によると、洗浄液補充手段を備えているので、洗浄液の液膜厚が不足している場合でも、洗浄液を補充することができ、液膜厚をさらに安定させることができる。

上記洗浄装置においてさらに好ましくは、上記液膜厚安定化部材は、上記超音波ノズルの上方を覆い、超音波ノズルから噴射される液体に印加された超音波を反射する反射板で構成され、上記被洗浄面と上記反射板との隙間は洗浄液で満たされている。この構成によると、液膜厚安定化部材を、超音波を反射する反射板で構成したので、超音波ノズルから噴射される液体に印加された超音波を、反射板で反射することができる。これにより定在波を安定的に発生させやすくなり、被洗浄基板の被洗浄面に付着したパーティクルに、安定して振動エネルギを与えることができる。

上記洗浄装置においてさらに好ましくは、上記被洗浄基板の被洗浄面が、上記振動子と上記反射板との間に発生する定在波の腹の位置に配置される。この構成によると、被洗浄面のパーティクルに与える振動エネルギを最大化することができる。

上記洗浄装置において、反射板を、ガラス板のような、反射板の内表面で反射する超音波の成分よりも、内表面を透過し反射板の外表面で反射する超音波の成分の方が多くなるように構成してもよい。この場合には、振動子が発生させる超音波の波長をλとしたとき、反射板の外表面と被洗浄基板の被洗浄面との距離を略λ／４の奇数倍とすることにより、定在波の腹を被洗浄基板の被洗浄面に位置させることができる。

上記洗浄装置において、反射板を、ゴム板や内部に空洞を有する板のような、反射板の内表面を透過しその外表面で反射する超音波の成分よりも、反射板の内表面で反射する超音波の成分の方が多くなるように構成してもよい。この場合には、振動子が発生させる超音波の波長をλとしたとき、反射板の内表面と被洗浄基板の被洗浄面との距離を略λ／４の奇数倍とすることにより、定在波の腹を被洗浄基板の被洗浄面に位置させることができる。

上記洗浄装置において上記液膜厚安定化手段を、その中心軸が上記被洗浄基板の搬送方向と直交する方向に延び、上記被洗浄面に対向する円筒面を有する長尺部材で構成してもよい。この構成によると、円筒面により被洗浄面上における液膜厚を安定化させることができる。

上記洗浄装置においてさらに好ましくは、上記超音波ノズルから噴射される液体に印加された超音波の波長をλとすると、上記超音波ノズル上方における上記洗浄液の液膜厚は、略λ／４の奇数倍である。この構成によると、洗浄液の液膜表面で反射した超音波による定在波の腹と、被洗浄基板の被洗浄面とを一致させやすくなる。

上記洗浄装置においてさらに好ましくは、上記超音波ノズルから噴射される液体に印加された超音波は、１ＭＨｚ以上の周波数成分を含んでいる。この構成によると、微小なパーティクルを除去する能力が向上する。

本発明の洗浄装置によると、安定して定在波を発生させることができるので、安定して高い洗浄性能が得られ、また洗浄液を貯留する必要がないので洗浄液の使用量を少なくすることができる。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態における洗浄装置について、図面に基づき説明する。なお、図１は、本実施の形態における洗浄装置の構造を示す側面図であり、図２は、同洗浄装置の構造を示す平面図であり、図３および図４は、同洗浄装置の動作を説明する説明図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態の洗浄装置は、被洗浄基板１を搬送する搬送機構としての搬送ローラ２と、被洗浄基板１の被洗浄面１ａの側に位置して超音波を反射する液膜厚安定化手段としての反射板９と、被洗浄基板１の被洗浄面１ａと反射板９の内表面９ａとの間に洗浄液５を噴射する高圧ノズル３と、被洗浄基板１の被洗浄面１ａの裏面１ｂに超音波を印加した液体８を噴射する超音波ノズル７とを備えている。

被洗浄基板１は搬送ローラ２上に載置され、図１および図２にＡで示す矢印の方向に搬送される。被洗浄基板１の被洗浄面１ａの上方に配置された高圧ノズル３は、被洗浄基板１の被洗浄面１ａに対して一定の角度で傾斜して配置されている。高圧ノズル３のスリット状の噴出口４から洗浄液５が、被洗浄基板１の搬送方向と逆方向に高速噴射される。図１および図２にその方向を矢印Ｂで示す。図２に示すように、高圧ノズル３は、被洗浄基板１の全幅に亙るように形成されており、被洗浄基板１の全幅に対して洗浄液５を噴射することができる。

被洗浄基板１の裏面１ｂの側に、被洗浄基板１の下面に対して垂直に超音波ノズル７が配置されている。超音波ノズル７から、超音波が印加された液体８が上方向、すなわち被洗浄基板１の裏面１ｂの法線方向に噴出される。この超音波ノズル７は、図２に示すように、被洗浄基板１の全幅に亙るように形成されており、被洗浄基板１の裏面１ｂの全幅に対して液体８を噴射することができる。このように液体８を噴射することにより、被洗浄基板１の裏面１ｂを洗浄すると同時に、液体８に印加された超音波により被洗浄基板１の被洗浄面１ａに付着したパーティクル６を振動させ、浮上させることができる。この浮上したパーティクル６は、高圧ノズル３から噴射された洗浄液５の高速の流れにより被洗浄基板１の表面から除去される。

被洗浄基板１の被洗浄面１ａ側である被洗浄基板１の上方には、反射板９が被洗浄基板１と平行に配置されている。また、この反射板９は、被洗浄基板１上における洗浄液５の液膜厚を安定させ、さらに、超音波ノズル７から噴出する液体８に印加された超音波を反射するためのものであるので、液体８の超音波ノズル７から噴出される方向の延長線と直交するように配置されている。高圧ノズル３から噴出された洗浄液５は被洗浄基板１と反射板９との間を流れる。このとき、被洗浄基板１と反射板９との間が洗浄液５により満たされるように、高圧ノズル３から噴射される洗浄液５の噴射速度および噴射量が調整される。

反射板９と、被洗浄基板１と、超音波を発生させる振動子１０との位置関係を図３により説明する。これら三者の最適な配置は、反射板９の材質により変化するが、まず反射板９がガラス板の場合について説明する。

振動子１０から発振された超音波は、超音波ノズル７から噴射される液体８を媒体として被洗浄基板１に到達する。このとき、液体８と、ガラス板で構成された被洗浄基板１の音響インピーダンスは、略同じオーダーなので超音波の大部分は被洗浄基板１を透過する。この超音波は、高圧ノズル３から噴射された洗浄液５に伝播し反射板９に到達する。ガラス板で構成された反射板９と液体である洗浄液５の音響インピーダンスは略同程度なので、超音波は反射板９の内表面９ａを透過し、反射板９の内部に伝播する。固体の反射板９と、反射板９の外表面９ｂに接する大気の音響インピーダンスはオーダーが大きく異なるので、超音波は反射板９の外表面９ｂで反射される。

このとき反射板９が、超音波の振幅が０となる節の位置に配置されていると、反射板９の外表面９ｂで反射された超音波は、反射板９、洗浄液５、被洗浄基板１、液体８と順に伝播して振動子１０に戻る定在波１１が生成される。ここで、定在波１１は振動子１０の上面で振幅が最大（腹の位置）となり、反射板９の底面で振幅が０（節の位置）となる。

超音波の振動エネルギーをパーティクル６に最も有効に作用させる為には、定在波１１の振幅が最大となる腹の位置と、被洗浄基板１の被洗浄面１ａとが一致するように設定すれば良い。そのためには反射板９の外表面９ｂと被洗浄基板１の被洗浄面１ａとの距離が、超音波の波長をλとしたとき、λ／４の奇数倍となるようにすればよい。図３ではλ／４の１倍の場合を示している。また、被洗浄基板１の被洗浄面１ａと振動子１０の上面との距離は、λ／２の自然数倍となるようにすればよい。図３では、λ／２の２倍の場合を示している。

反射板９がガラス板のように、反射板９の内表面９ａで反射する超音波の成分よりも、内表面９ａを透過し反射板９の外表面９ｂで反射する超音波の成分の方が多くなるような材料の場合には、上記のように反射板９と被洗浄基板１と振動子１０との位置関係を設定することで、定在波の腹と被洗浄基板１の被洗浄面１ａの位置とを一致させることができ、被洗浄基板１の被洗浄面１ａに付着するパーティクルに与える超音波の振動エネルギを最大にすることができる。

次に、図４を用いて反射板９が、その表面で超音波を反射しやすい材質の場合について説明する。ここでは、そのような材料として軟質ゴムを用いている。軟質ゴムの音響インピーダンスは、洗浄液５の音響インピーダンスの約１／２０と小さいので、洗浄液５を伝播してきた超音波は反射板９の内表面９ａでほとんど反射される。超音波の振動エネルギーを、被洗浄面１ａに付着したパーティクル６に最も有効に作用させる為には、上述のように、定在波１１の腹の位置が被洗浄基板１の被洗浄面１ａと一致するようにすれば良い。そのためには、図４に示すように、反射板９の内表面９ａと被洗浄基板１の被洗浄面１ａとの距離がλ／４の奇数倍となるようにすればよい。図４ではλ／４の１倍の場合を示している。

また、被洗浄基板１の被洗浄面１ａと振動子１０の上面との距離はλ／２の自然数倍となるようにすればよい。図４ではλ／２の２倍の場合を示している。なお、反射板９の内部に空洞があり空気などの気体が充填されている場合は、反射板９の音響インピーダンスは洗浄液５の音響インピーダンスの１／２０よりもさらに小さくなるので、反射板９の内表面９ａで反射される超音波のエネルギーはさらに増大する。

このように、反射板９が、軟質ゴムや内部に空洞を有する板などのように、反射板９の内表面９ａを透過し、その外表面９ｂで反射する超音波の成分よりも、反射板９の内表面９ａで反射する超音波の成分の方が多くなるような材質の場合には、上記のように反射板９と被洗浄基板１と振動子１０との位置関係を設定することで、定在波の腹と被洗浄基板１の被洗浄面１ａの位置とを一致させることができ、被洗浄基板１の被洗浄面１ａに付着するパーティクルに与える超音波の振動エネルギを最大にすることができる。

高圧ノズル３の被洗浄基板１に対する傾斜角は、高圧ノズル３からの洗浄液５の噴流が被洗浄基板１に衝突した際のエネルギーロスを小さくするために、被洗浄基板１に対し水平に近いほうが望ましく、具体的には被洗浄基板１に対して１０°以上、２０°以下の範囲が望ましい。一般に噴流の被洗浄基板１の被洗浄面１ａに沿う方向の流速成分は、噴出流速のコサイン成分になるので、設置角度が２０°の場合には、流速の減衰が１０％以下であるのに対して、設置角度が２０°以上になると流速の減衰が１０％以上と大きくなり、洗浄力が低下する。一方、設置角度が１０度未満になると、被洗浄基板１と高圧ノズル３からの洗浄液５の、被洗浄基板１の被洗浄面１ａへの接触が不十分で洗浄力が低下する上、洗浄装置内の設置スペースも大きくなるので、この点からも傾斜角は１０°以上２０°以下の範囲が望ましい。

高圧ノズル３からの洗浄液５の成分と超音波ノズル７からの液体８の成分とは、洗浄目的によって同一の場合と、異なる場合とがある。たとえば、購入直後の被洗浄基板１を洗浄する場合には、被洗浄基板１の両面は略同程度に汚染されているので、高圧ノズル３からの洗浄液５と超音波ノズル７からの液体８とは同じ成分のものを用いる。また成膜処理等のプロセス後の被洗浄基板１においては、その被洗浄面１ａはひどく汚染されているので高圧ノズル３からの洗浄液５は強力な洗浄力を持つ薬液を使用し、裏面はあまり汚染されていないので超音波ノズル７からの液体８は超純水を使用することが考えられる。上記のような強力な洗浄力を持つ薬液として、アルカリ水素水、オゾン水、過酸化水素水、硫酸、塩酸、硝酸、亜臨界水、超臨界水、磁化水等のいずれか、またはこれらの混合液を用いることができる。

本発明で除去すべきパーティクルは１μｍ以下の微小粒子をターゲットにしているので、液体８に印加する超音波は、１ＭＨｚ以上の周波数を有するメガソニック超音波が好ましい。メガソニック超音波は、エネルギが大きいため１μｍ以下の微小粒子を振動させることができ、このような微小粒子を洗浄中に被洗浄基板１の被洗浄面１ａから浮き上がらせることができる。

本実施の形態では、被洗浄基板１の被洗浄面１ａの側に、液膜厚安定化手段としての反射板９を配置したが、この実施の形態の洗浄装置の作用を、このような反射板９を設けない洗浄装置を用いた比較例との対比において、以下に説明する。

図５は比較例の洗浄装置の構造を示している。図５に示すように、本実施の形態の洗浄装置との差異は、反射板９の有無のみである。比較例の洗浄装置においては、高圧ノズル３のスリット状の噴出口４から洗浄液５が高速で被洗浄基板１の搬送方向（矢印Ａで示す）と、逆方向（矢印Ｂで示す）に噴出される。さらに被洗浄基板１の被洗浄面１ａに、超音波ノズル７から超音波を印加した液体８が上方向に噴出されて、被洗浄基板１の裏面１ｂを洗浄すると同時に、被洗浄基板１の被洗浄面１ａのパーティクル６を振動させて浮上させ、被洗浄基板１の被洗浄面１ａから除去する。

このとき、洗浄液５は被洗浄基板１の被洗浄面１ａに沿って搬送方向Ａと逆方向に流れるが、液膜厚安定化手段が存在しないため、洗浄液５の界面１２は波打っており、また、界面１２と被洗浄基板１との距離は時間とともに変動する。洗浄液５と大気とは、その音響インピーダンスはオーダーが大きく異なるので、振動子１０から発振された超音波の大部分は界面１２で反射される。

定在波が発生して腹が被洗浄基板１の表面に位置するのは、図６に実線で示す、界面１２ａと被洗浄基板１との距離がλ／４の場合のみであり、図６に破線で示すような、界面１２ｂと被洗浄基板１との距離がλ／４に一致しない場合には定在波が立たない。そのため、比較例の場合には、定在波が安定しないため、安定した洗浄性能を得ることは困難である。また超音波の一部は界面１２を透過して大気中に放出されるので、その分の超音波の振動エネルギーはロスされて、洗浄に寄与しない。

これに対し本実施の形態の洗浄装置においては、反射板９が設けられているので、超音波は常に同一の位置で反射され、安定して定在波を発生させることができる。これにより安定して高い洗浄能力を確保することができる。また、反射板９により超音波を反射させるので、その損失を最小限にすることができ、パーティクル６を振動させるエネルギが大きくなり、洗浄力が向上する。

また、特許文献１記載の洗浄装置においては、洗浄槽に洗浄液を貯留する構造なので、基板の大型化に伴い洗浄槽も大型化し、大量の洗浄液が必要になり環境への負荷が大きいという問題点がある。これに対し本実施の形態の洗浄装置および洗浄方法では、洗浄液５および液体８はそれぞれ高圧ノズル３および超音波ノズル７から必要な箇所にのみ噴射しており、大量の洗浄液を貯留する洗浄槽は必要ないので、省水型で環境に優しい洗浄を実現することができる。

また、被洗浄基板１の被洗浄面１ａには、高圧ノズル３から速い流速の洗浄液５を噴射することができるので、特許文献１記載の洗浄装置のように、洗浄槽内で循環する洗浄液により洗浄する場合に比べて、洗浄力が向上する。
（実施の形態２）
実施の形態２における洗浄装置について、図面に基づき説明する。なお、図７は本発明の実施の形態における洗浄装置の構造を示す縦断面図である。図８は、同洗浄装置の構造を示す平面図である。図９は、同洗浄装置の動作を説明する説明図である。

本実施の形態の洗浄装置は、矢印Ａに示す搬送方向に搬送される被洗浄基板１の洗浄すべき面である被洗浄面１ａから、付着微粒子を、ジェット流と超音波による振動を用いて除去する装置である。この洗浄装置は、被洗浄基板１の被洗浄面１ａから間隔をあけて設けられ、被洗浄面１ａに洗浄液５を噴射する高圧ノズル３と、被洗浄基板１の裏面１ｂから間隔をあけて設けられ、裏面１ｂに液体８を噴射する超音波ノズル７と、超音波ノズル７から噴射される液体８に超音波による振動を付加する振動子１０とを備えている。

被洗浄基板１は、搬送手段によって、図中矢印Ａの方向に搬送される。搬送手段は、複数の搬送ローラ２と、電動機１３と、複数の搬送ローラ２相互を連結するベルト１４とを含む。電動機１３による回転駆動力がベルト１４を介して各搬送ローラ２に伝達され、各搬送ローラ２が軸線まわりに回転し、被洗浄基板１が矢印Ａの方向に搬送される。被洗浄基板１は、搬送される途上において、超音波ノズル７および高圧ノズル３から液体８や洗浄液５が噴射される領域を通過するとき洗浄される。

スリット状のギャップ１７を有する高圧ノズル３は被洗浄基板１に対して一定の角度で傾斜して配置され、ポンプで加圧された洗浄液５が矢印Ｃの方向に供給される。ギャップ１７から高速でカーテン状の洗浄液５を、被洗浄基板１の搬送方向と逆方向に噴出する。噴射されたカーテン状の洗浄液５の水膜の幅、つまり、水膜の搬送方向に直角方向の長さは、被洗浄基板１の搬送方向に直角な方向の長さよりも長い。高圧ノズル３の被洗浄基板１に対する傾斜角は、１０〜７０°の範囲が望ましい。この傾斜角は、高圧ノズル３からの洗浄液５の噴流が被洗浄基板１に衝突した際の衝撃力と、衝突後の剪断流速を決めるパラメータである。

超音波ノズル７は、被洗浄基板１の搬送方向に直角方向に延び、ノズル開口部の搬送方向に直角方向の長さは、被洗浄基板１の搬送方向に直角な方向の長さよりも長い。振動子１０は、超音波ノズル７に内包されている。超音波の周波数が低すぎると振動の効果が発現せず、周波数が高すぎるとキャビテーションによって被洗浄基板１が損傷を受ける恐れがあるので、１ＭＨｚの超音波が好適に用いられる。

超音波ノズル７は、振動子１０により発生した超音波を液体８に印加し、液体８を上方向に噴出することで、被洗浄基板１の裏面１ｂを洗浄する。同時に、液体８に印加された超音波は被洗浄基板１の被洗浄面１ａのパーティクルも振動、浮上させ、高圧ノズル３からの洗浄液５の流れにより、被洗浄基板１の被洗浄面１ａからパーティクルを除去する。

そして、超音波ノズル７の上方にカバー２０を被洗浄基板１と平行に配置する。カバー２０の被洗浄基板１に対向する面には、洗浄液補充手段としての、洗浄液を噴出する噴射孔２１が複数設けられている。そして、洗浄液５が矢印Ｅの方向に供給されると、噴射孔２１から被洗浄基板１側に洗浄液５が噴出する構造となっている。

高圧ノズル３はギャップ１７から洗浄液５をカーテン状に吹き出し、水膜を形成する。ギャップ１７が狭いほど水膜の厚さは薄い。洗浄する被洗浄基板１は洗浄前までの工程で反っている場合もある。そのような被洗浄基板１を洗浄する場合は、カバー２０の下面と、搬送ローラ２の被洗浄基板１の裏面１ｂが当接する位置との距離Ｄ１（図９参照）を被洗浄基板１の反り量を考慮して広くとる必要がある。また、高圧ノズル３からの洗浄液５の厚さは薄い方が好ましい。

つまり、大型基板の洗浄の場合、高圧ノズル３の幅は被洗浄基板１より広く、洗浄液５の流量を少なくするためには水膜５ａを薄くする必要がある。高圧ノズル３からの噴出のためのポンプの負担を小さくすることにも寄与する。

高圧ノズル３からの水膜５ａの厚さが薄く、カバー２０の下面と搬送ローラ２の被洗浄基板１の裏面１ｂが当接する位置との距離が大きい場合、カバー２０の下面と被洗浄基板１の被洗浄面１ａとの間を洗浄液５で満たすため、洗浄液５を噴射孔２１から被洗浄基板１側に供給する。これによりカバー２０の下面と被洗浄基板１の被洗浄面１ａの間が洗浄液で満たされ、振動子１０で発振した超音波が液体８、被洗浄基板１、洗浄液５、カバー２０間を伝播可能となる。

カバー２０と被洗浄基板１と振動子１０の位置関係を図９により説明する。振動子１０から発振された超音波は、超音波ノズル７から噴射される液体８を媒体として被洗浄基板１に到達する。液体と固体の音響インピーダンスは、ほぼ同じオーダーなので、超音波の大部分は被洗浄基板１を透過して高圧ノズル３（図示せず）から噴射された洗浄液５に伝播しカバー２０に到達する。カバー２０（固体）と洗浄液５（液体）の音響インピーダンスは、ほぼ同じなので超音波はカバー２０の内表面を透過する。しかし、カバー２０（固体）と大気（気体）の音響インピーダンスはオーダーが大きく異なるので超音波はカバー２０の外表面で反射される。

ここでカバー２０の外表面が超音波の振幅が０になる位置に配置されていると、カバー２０の外表面で反射された超音波は洗浄液５、被洗浄基板１、液体８と順に伝播して振動子１０に戻る定在波１１が生成される。定在波１１は振動子１０の上面で振幅が最大（腹の位置）になり、カバー２０の底面で振幅が０（節の位置）になる。

超音波の振動エネルギーを被洗浄面１ａ上のパーティクルに最も有効に作用させる為には、定在波１１の腹の位置が被洗浄基板１の被洗浄面１ａに位置するように設定すれば良く、そのためにはカバー２０の外表面と被洗浄基板１の被洗浄面１ａとの距離Ｄ２がλ／４（λは定在波の波長）の奇数倍となるようにすればよい。図９において、Ｄ２はλ／４の３倍としている。また被洗浄基板１の被洗浄面１ａと振動子１０の上面との距離Ｄ３は、λ／２の自然数倍となるようにすればよい。図９において、Ｄ３はλ／４の３倍としている。

以上により、安定で、ロスが少なく、かつ、効率のよい定在波を形成する超音波洗浄が可能であると同時に、省水型で環境に配慮した洗浄装置が実現できる。

この実施例では、洗浄液５と液体８として純水の使用を前提として説明しているが、強力な洗浄力を持つアルカリ水素水、オゾン水、過酸化水素水等の薬液やこれらの混合液を使用してもよい。
（実施の形態３）
実施の形態３における洗浄装置について、図面に基づき説明する。なお、図１０は、本実施の形態の洗浄装置の構造を示す縦断面図である。図１１は、同洗浄装置の動作を説明する説明図である。実施の形態２と異なるのはカバー部分のみであり、図７から図９と同等の機能を有する構成には、同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

本実施の形態においては、実施の形態２より高圧ノズル３のギャップ１７を広くしており、ギャップ１７から、カーテン状に吹き出す洗浄液５の水膜の厚さが厚くなるように設定している。また、カバー２５をその下面と被洗浄基板１の被洗浄面１ａとの距離Ｄがλ／４（λは定在波の波長）の奇数倍となるように設けている。図１１では、Ｄ４は、λ／４の１倍としている。

このように構成することで、高圧ノズル３から噴射された洗浄液５による比較的厚い水膜５ａは、カバー２５によりその流量が制限され、超音波ノズル７の上方での洗浄液５の液膜厚が安定する。

カバー２５と被洗浄基板１と振動子１０の位置関係を図１１により説明する。振動子１０から発振された超音波は、超音波ノズル７から液体８を媒体として被洗浄基板１に到達するが、液体と固体の音響インピーダンスはほぼ同じオーダーなので、超音波の大部分は被洗浄基板１を透過して高圧ノズル３（図示せず）から噴射された洗浄液５に伝播し、洗浄液５と大気との界面に到達する。

洗浄液５（液体）と大気（気体）の音響インピーダンスはオーダーが大きく異なるので、超音波は洗浄液５（液体）と大気との界面５ｂで反射される。ここで界面５ｂが、超音波の振幅が０になる位置に配置されていると、界面５ｂで反射された超音波により、洗浄液５、被洗浄基板１、液体８と伝播して振動子１０に戻る定在波１１が生成される。定在波１１は振動子１０の上面で振幅が最大（腹の位置）になり、界面５ｂで振幅が０（節の位置）になる。

ここで、界面５ｂの位置を決めるのは、カバー２５の設置高さである。カバー２５の下面を構成する平面が、界面５ｂに対して最適な高さになるよう設置される。

超音波の振動エネルギーを、被洗浄面１ａ上のパーティクルに最も有効に作用させる為には、定在波１１の腹の位置が被洗浄基板１の被洗浄面１ａと一致するように設定すれば良く、そのためにはカバー２５の下面と被洗浄基板１の被洗浄面１ａとの距離Ｄ４が、λ／４（λは定在波の波長）の奇数倍となるようにすればよい。図１１では、λ／４の１倍としている。また、被洗浄基板１の被洗浄面１ａと振動子１０の上面の距離Ｄ３は、λ／２（λは定在波の波長）の自然数倍となるようにすればよい。図１１では、λ／２の２倍としている。

次に実施の形態３の変形例について、図面に基づき説明する。なお、図１２は、実施の形態３の変形例における洗浄装置の動作を説明する説明図である。

前述の断面が矩形のカバー２５を、断面が円形の円筒３０に置き換えたものである。円筒３０の役割は前述のカバー２５と同じである。この円筒３０により、高圧ノズル３から噴射された洗浄液５の液膜厚を一定にすることができる。ここでは、液膜厚安定化手段を円筒３０で構成しているが、この場合には被洗浄面１ａ上における洗浄液の液膜厚は、円筒３０の被洗浄面１ａに対向する円筒面の最下位置と被洗浄面１ａとの距離Ｄ４と一致する。したがって、この変形例の場合には、Ｄ４がλ／４の奇数倍となるように設定する。図１２では、λ／４の１倍としている。

本実施の形態の洗浄装置によれば、被洗浄基板１を搬送ローラ２で移動させ、被洗浄基板１の上方に設置された高圧ノズル３の噴出した洗浄液５と、被洗浄基板１の下方に設置された超音波ノズル７により超音波を印加して基板洗浄を行い、高圧ノズル３からの洗浄液５が被洗浄面１ａ上を流れ、超音波ノズル７の上方に到達するまでに洗浄液５の液膜厚を安定させる液膜厚安定化手段としてのカバー２５または円筒３０を設けている。液膜厚安定化手段により被洗浄基板１上の液膜厚を均一にできるため、振動子１０の設定が容易である。

また、洗浄中に振動子１０の設定条件が変動しないため、調整した最適な条件で、液体８に超音波を印加することができ、被洗浄面１ａがその腹と一致する安定した定在波を発生させることができる。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

この発明に基づいた実施の形態１における洗浄装置の構造を示す側面図である。この発明に基づいた実施の形態１における洗浄装置の構造を示す平面図である。この発明に基づいた実施の形態１における洗浄装置の動作を説明する説明図である。この発明に基づいた実施の形態１における洗浄装置の動作を説明する説明図である。比較例の洗浄装置の構造を示す側面図である。比較例の洗浄装置の動作を説明する説明図である。この発明に基づいた実施の形態２における洗浄装置の構造を示す縦断面図である。この発明に基づいた実施の形態２における洗浄装置の構造を示す平面図である。この発明に基づいた実施の形態２における洗浄装置の動作を説明する説明図である。この発明に基づいた実施の形態３における洗浄装置の構造を示す縦断面図である。この発明に基づいた実施の形態３における洗浄装置の動作を説明する説明図である。この発明に基づいた実施の形態３の変形例における洗浄装置の動作を説明する説明図である。従来の洗浄装置の構造を示す縦断面図である。

符号の説明

１被洗浄基板、１ａ被洗浄面、２搬送ローラ、３高圧ノズル、５洗浄液、７超音波ノズル、８液体、９反射板、１０振動子、１１定在波、２０カバー（液膜厚安定化手段）、２１噴射孔（洗浄液補充手段）、２５カバー（液膜厚安定化手段）、３０円筒（液膜厚安定化手段）。

Claims

被洗浄基板を、その被洗浄面を上向きにして搬送する搬送機構と、
被洗浄基板の前記被洗浄面に洗浄液を噴射する高圧ノズルと、
前記被洗浄基板の下面に超音波を印加した液体を噴射する超音波ノズルと、
前記超音波ノズル上方における、前記洗浄液の液膜厚を安定化させる液膜厚安定化手段とを備えた洗浄装置。
前記超音波ノズルから噴出される液体に印加される超音波の波長をλとすると、前記超音波ノズルから噴射される液体に超音波を印加する振動子と前記被洗浄面との距離が略λ／２の自然数倍である、請求項１に記載の洗浄装置。
前記液膜厚安定化手段は、前記被洗浄面と対向し所定の間隔を保った平面を有する液膜厚安定化部材からなる、請求項１または２に記載の洗浄装置。
前記液膜厚安定化部材は、前記液膜厚安定化部材の前記被洗浄面と対向する前記平面に、前記液膜厚安定化部材と前記被洗浄基板との間に洗浄液を補充するための洗浄液補充手段を有する、請求項３に記載の洗浄装置。
前記液膜厚安定化部材は、前記超音波ノズルの上方を覆い、超音波ノズルから噴射される液体に印加された超音波を反射する反射板であり、上記反射板と上記被洗浄面との隙間が前記洗浄液により満たされる、請求項３または４に記載の洗浄装置。
前記被洗浄基板の被洗浄面が、前記振動子と前記反射板との間に発生する定在波の腹の位置に配置される、請求項５に記載の洗浄装置。
前記反射板は、前記反射板の内表面で反射する超音波の成分よりも、前記内表面を透過し前記反射板の外表面で反射する超音波の成分の方が多くなるように構成され、
前記超音波ノズルから噴射される液体に印加された超音波の波長をλとすると、前記反射板の外表面と前記被洗浄基板の被洗浄面との距離が略λ／４の奇数倍である、請求項５または６に記載の洗浄装置。
前記反射板は、ガラス板である、請求項７に記載の洗浄装置。
前記反射板は、前記反射板の内表面を透過しその外表面で反射する超音波の成分よりも、前記反射板の内表面で反射する超音波の成分の方が多くなるように構成され、
前記超音波ノズルから噴射される液体に印加された超音波の波長をλとすると、前記反射板の内表面と前記被洗浄基板の被洗浄面との距離が略λ／４の奇数倍である、請求項５または６に記載の洗浄装置。
前記反射板は、ゴム板である、請求項９に記載の洗浄装置。
前記反射板は内部に空洞を有している、請求項９または１０に記載の洗浄装置。
前記液膜厚安定化手段は、その中心軸が前記被洗浄基板の搬送方向と直交する方向に延び、前記被洗浄面に対向する円筒面を有する長尺部材で構成された、請求項１に記載の洗浄装置。
前記超音波ノズルから噴射される液体に印加された超音波の波長をλとすると、前記超音波ノズル上方における前記洗浄液の液膜厚は、略λ／４の奇数倍である、請求項２、３または１２に記載の洗浄装置。
前記超音波ノズルから噴射される液体に印加された超音波は、１ＭＨｚ以上の周波数成分を含む、請求項１から１３のいずれかに記載の洗浄装置。