JP2005131602A - Cleaner - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a cleaning device used in, for example, a liquid crystal display element, a flat panel display such as a plasma display panel (PDP), and a semiconductor manufacturing process.
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。 For example, conventional cleaning methods used in the manufacturing process of flat panel displays such as liquid crystal display elements and PDPs (plasma display panels) and semiconductors include brush cleaning by rubbing a rotating brush on the surface of the substrate to be cleaned, and ultrasonic waves in the cleaning liquid. Suggested are cavitation cleaning using the impact force generated when the cavity is collapsed by irradiation, megasonic cleaning using high-frequency vibration acceleration, and high-speed flow cleaning using the shear force of the flow by jetting the cleaning liquid at high speed. Has been.
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。 Further, in these cleaning methods, a plurality of substrates to be cleaned are immersed in the cleaning liquid at a time for cleaning, or a dip method, or cleaning liquid is sprayed toward the substrate to be cleaned and cleaned one by one. A single wafer method is used. Recently, a single wafer method that can achieve a high cleanliness and is advantageous in terms of cost for cleaning a large substrate is often used.
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。 As one of the single wafer methods, there is a cleaning method in which, for example, ultrasonic vibration is added to the cleaning liquid sprayed onto the substrate to be cleaned, and the fine particles are removed from the substrate to be cleaned by acceleration and straight flow of the cleaning liquid by ultrasonic vibration. It has been put into practical use. For ultrasonic transducers used in ultrasonic cleaning devices that utilize ultrasonic waves, if the frequency is too low, the effect of applying ultrasonic waves to the cleaning liquid is difficult to develop, and if the frequency is too high, the substrate to be cleaned by cavitation is Since there is concern about damage, a frequency of about 1 MHz is used.
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。
The
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PWと大気圧Paとの関係をPW≒Pa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。
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。 Flat panel displays such as liquid crystal display elements and PDPs (plasma display panels) will require larger substrates and higher definition in the future in order to improve productivity in multi-cavity processing. The following issues remain.
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。 In order to secure a production capacity equal to or greater than that of a conventional large substrate, the substrate transport speed is increased. Here, since the cleaning performance by ultrasonic vibration is proportional to the ultrasonic irradiation time for the substrate to be cleaned, the cleaning performance deteriorates if the conveying speed is increased and the ultrasonic irradiation time per unit area of the substrate is shortened.
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。
Since the cleaning apparatus described in
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。
In the cleaning apparatus described in
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PWと大気圧Paとをほぼ等しい関係に保つことが困難となる。
Further, since the size of the
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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultrasonic standing wave when cleaning a glass substrate, a silicon substrate or the like used in a flat panel display such as a liquid crystal display element or PDP (plasma display panel) or a semiconductor manufacturing process. It is an object of the present invention to provide a cleaning device that can stably generate water and can reduce the amount of cleaning liquid used.
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。 According to the cleaning apparatus of the present invention, the transport mechanism for transporting the substrate to be cleaned with its surface to be cleaned facing upward, the high-pressure nozzle for injecting the cleaning liquid onto the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned, and the substrate to be cleaned An ultrasonic nozzle that ejects a liquid to which ultrasonic waves are applied, and a liquid film thickness stabilizing unit that stabilizes the liquid film thickness of the cleaning liquid above the ultrasonic nozzle.
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。 According to the cleaning device, since the liquid film thickness stabilizing means is provided, the liquid film thickness of the cleaning liquid sprayed from the high pressure nozzle is stabilized. As a result, it is easy to stably generate a standing wave, and vibration energy can be stably applied to particles adhering to the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned. In addition, the ultrasonic wave is propagated to the substrate to be cleaned using the liquid sprayed on the lower surface of the substrate to be cleaned as a medium, and further, the ultrasonic wave is propagated and determined by this liquid and the cleaning liquid sprayed on the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned. Since a standing wave is generated, a cleaning tank for storing a cleaning liquid as in a conventional cleaning device is not necessary. As a result, even when the substrate to be cleaned is enlarged, an increase in the amount of cleaning liquid used can be minimized.
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。 Preferably, in the cleaning device, when the wavelength of the ultrasonic wave applied to the liquid ejected from the ultrasonic nozzle is λ, the vibrator for applying the ultrasonic wave to the liquid ejected from the ultrasonic nozzle and the object to be cleaned The distance to the surface is a natural number multiple of approximately λ / 2. With this configuration, the position of the antinode of the ultrasonic wave applied to the liquid ejected from the ultrasonic nozzle on the surface to be cleaned can be made to substantially coincide with the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned, and the particles on the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned The vibration energy given to can be maximized, and the cleaning ability is improved.
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。 More preferably, in the cleaning apparatus, the liquid film thickness stabilizing means is constituted by a liquid film thickness stabilizing member having a plane facing the surface to be cleaned and maintaining a predetermined interval. According to this configuration, the liquid film thickness on the substrate to be cleaned can be stabilized by the plane of the liquid film thickness stabilizing means.
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。 More preferably, in the cleaning apparatus, the liquid film thickness stabilizing member is disposed between the liquid film thickness stabilizing member and the substrate to be cleaned on the plane facing the surface to be cleaned of the liquid film thickness stabilizing member. There is a cleaning liquid replenishing means for replenishing the cleaning liquid between them. According to this configuration, since the cleaning liquid replenishing means is provided, the cleaning liquid can be replenished even when the liquid film thickness of the cleaning liquid is insufficient, and the liquid film thickness can be further stabilized.
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。 More preferably, in the cleaning apparatus, the liquid film thickness stabilizing member is configured by a reflector that covers the upper side of the ultrasonic nozzle and reflects the ultrasonic wave applied to the liquid ejected from the ultrasonic nozzle, The gap between the surface to be cleaned and the reflecting plate is filled with the cleaning liquid. According to this configuration, since the liquid film thickness stabilizing member is configured by the reflecting plate that reflects the ultrasonic wave, the ultrasonic wave applied to the liquid ejected from the ultrasonic nozzle can be reflected by the reflecting plate. As a result, it is easy to stably generate a standing wave, and vibration energy can be stably applied to particles adhering to the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned.
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。 More preferably, in the cleaning apparatus, the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned is disposed at a position of an antinode of a standing wave generated between the vibrator and the reflection plate. According to this configuration, the vibration energy given to the particles on the surface to be cleaned can be maximized.
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。 In the cleaning apparatus, the ultrasonic wave component that is transmitted through the inner surface and reflected from the outer surface of the reflecting plate is more reflective than the ultrasonic component that reflects the reflecting plate at the inner surface of the reflecting plate, such as a glass plate. You may comprise so that it may increase. In this case, when the wavelength of the ultrasonic wave generated by the vibrator is λ, the distance between the outer surface of the reflector and the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned is an odd multiple of approximately λ / 4. The anti-node of the standing wave can be positioned on the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned.
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。 In the above cleaning apparatus, the reflecting plate reflects on the inner surface of the reflecting plate rather than the ultrasonic component that passes through the inner surface of the reflecting plate and reflects on the outer surface, such as a rubber plate or a plate having a cavity inside. You may comprise so that the component of the ultrasonic wave to increase may be increased. In this case, when the wavelength of the ultrasonic wave generated by the vibrator is λ, the distance between the inner surface of the reflector and the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned is set to an odd multiple of approximately λ / 4. The anti-node of the standing wave can be positioned on the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned.
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。 In the cleaning apparatus, the liquid film thickness stabilizing means may be constituted by a long member having a cylindrical surface whose central axis extends in a direction perpendicular to the transport direction of the substrate to be cleaned and which faces the surface to be cleaned. Good. According to this configuration, the liquid film thickness on the surface to be cleaned can be stabilized by the cylindrical surface.
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。 More preferably, in the cleaning apparatus, when the wavelength of the ultrasonic wave applied to the liquid ejected from the ultrasonic nozzle is λ, the liquid film thickness of the cleaning liquid above the ultrasonic nozzle is an odd number of approximately λ / 4. Is double. According to this configuration, it becomes easy to make the antinode of the standing wave by the ultrasonic wave reflected from the liquid film surface of the cleaning liquid coincide with the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned.
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。 In the cleaning apparatus, more preferably, the ultrasonic wave applied to the liquid ejected from the ultrasonic nozzle includes a frequency component of 1 MHz or more. According to this configuration, the ability to remove minute particles is improved.
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。 According to the cleaning apparatus of the present invention, a standing wave can be generated stably, so that a stable and high cleaning performance can be obtained, and it is not necessary to store the cleaning liquid, so that the amount of the cleaning liquid used can be reduced. it can.
(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。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the cleaning apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. 1 is a side view showing the structure of the cleaning device in the present embodiment, FIG. 2 is a plan view showing the structure of the cleaning device, and FIGS. 3 and 4 are operations of the cleaning device. It is explanatory drawing explaining these.
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the cleaning apparatus according to the present embodiment is located on the side of the
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。
The
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。
An
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。
A
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。
The positional relationship among the
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。
The ultrasonic wave oscillated from the
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。
At this time, if the reflecting
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。
In order to most effectively apply ultrasonic vibration energy to the
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。
The
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。
Next, the case where the reflecting
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。
The distance between the surface to be cleaned 1a of the substrate to be cleaned 1 and the upper surface of the
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。
Thus, the reflecting
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。
The inclination angle of the
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。
The component of the cleaning liquid 5 from the high-
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。
Since the particles to be removed in the present invention are targeted to fine particles of 1 μm or less, the ultrasonic waves applied to the
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。
In the present embodiment, the reflecting
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。
FIG. 5 shows the structure of the cleaning device of the comparative example. As shown in FIG. 5, the only difference from the cleaning apparatus of the present embodiment is the presence or absence of the
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。
At this time, the cleaning
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。
The standing wave is generated and the antinode is positioned on the surface of the
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。
On the other hand, in the cleaning apparatus of the present embodiment, since the
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。
Further, in the cleaning apparatus described in
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。
Further, since the cleaning
(Embodiment 2)
The cleaning apparatus in
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。
The cleaning apparatus according to the present embodiment removes adhered fine particles from a surface to be cleaned 1a that is a surface to be cleaned of the
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。
The
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。
The high-
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。
The
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。
The
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。
Then, a
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。
The high-
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。
That is, in the case of cleaning a large substrate, the width of the high-
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。
When the thickness of the
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。
The positional relationship among the
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。
Here, when the outer surface of the
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。
In order to make the vibration energy of the ultrasonic wave most effectively act on the particles on the surface to be cleaned 1a, the position of the antinode of the standing
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。 As described above, it is possible to perform ultrasonic cleaning that forms a standing wave that is stable, has little loss, and is efficient, and at the same time, a water-saving and environmentally friendly cleaning device can be realized.
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。
In this embodiment, the explanation is made on the premise that pure water is used as the cleaning
(Embodiment 3)
A cleaning apparatus according to
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。
In the present embodiment, the
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。
With this configuration, the flow rate of the relatively
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。
The positional relationship among the
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。
Since the acoustic impedances of the cleaning liquid 5 (liquid) and the atmosphere (gas) are greatly different in order, the ultrasonic waves are reflected at the
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。
Here, it is the installation height of the
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。
In order to make ultrasonic vibration energy most effectively act on the particles on the surface to be cleaned 1a, the position of the antinode of the standing
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。
Next, a modification of the third embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, FIG. 12 is explanatory drawing explaining operation | movement of the washing | cleaning apparatus in the modification of
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。
The
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。
According to the cleaning apparatus of the present embodiment, the substrate to be cleaned 1 is moved by the
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。
Further, since the setting conditions of the
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。 As described above, it is possible to perform ultrasonic cleaning that forms a standing wave that is stable, has little loss, and is efficient, and at the same time, a water-saving and environmentally friendly cleaning device can be realized.
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。 In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It does not become the basis of limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not interpreted only by the above-described embodiments, but is defined based on the description of the claims. Further, all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims are included.
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)。 1 Substrate to be cleaned, 1a Surface to be cleaned, 2 Transport roller, 3 High pressure nozzle, 5 Cleaning liquid, 7 Ultrasonic nozzle, 8 Liquid, 9 Reflector, 10 Vibrator, 11 Standing wave, 20 Cover (Liquid film stabilization Means), 21 injection holes (cleaning liquid replenishing means), 25 cover (liquid film thickness stabilizing means), 30 cylinder (liquid film thickness stabilizing means).
Claims (14)
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。 A transport mechanism for transporting the substrate to be cleaned with the surface to be cleaned facing upward;
A high-pressure nozzle for injecting a cleaning liquid onto the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned;
An ultrasonic nozzle that ejects a liquid to which ultrasonic waves are applied to the lower surface of the substrate to be cleaned;
A cleaning apparatus comprising: a liquid film thickness stabilizing unit that stabilizes the liquid film thickness of the cleaning liquid above the ultrasonic nozzle.
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。 The reflecting plate is configured so that more ultrasonic components are transmitted through the inner surface and reflected from the outer surface of the reflecting plate than are ultrasonic components reflected from the inner surface of the reflecting plate;
When the wavelength of the ultrasonic wave applied to the liquid ejected from the ultrasonic nozzle is λ, the distance between the outer surface of the reflecting plate and the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned is an odd multiple of approximately λ / 4. The cleaning apparatus according to claim 5 or 6.
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。 The reflecting plate is configured such that the ultrasonic component reflected on the inner surface of the reflecting plate is greater than the ultrasonic component transmitted on the inner surface of the reflecting plate and reflected on the outer surface thereof,
When the wavelength of the ultrasonic wave applied to the liquid ejected from the ultrasonic nozzle is λ, the distance between the inner surface of the reflecting plate and the surface to be cleaned of the substrate to be cleaned is an odd multiple of approximately λ / 4. The cleaning apparatus according to claim 5 or 6.
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