JP2007253120A - Ultrasonic cleaning method - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an ultrasonic cleaning method for cleaning an object to be cleaned such as a glass substrate of a liquid crystal display device, a glass substrate for a photomask, a substrate for an optical disk, and a semiconductor wafer.
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)。 In the manufacturing process of liquid crystal display devices and semiconductors, ultrasonic cleaning is performed to quickly and reliably remove contaminants such as particles adhering to the surface of a glass substrate or wafer (hereinafter referred to as a substrate) ( For example, Patent Document 1).
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。
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。
However, ultrasonic cleaning device disclosed in
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。 Then, an object of this invention is to provide the ultrasonic cleaning method which can also improve the removal performance of a contaminated organic substance in view of such a situation.
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。 In order to achieve the above object, as a result of earnest research, the inventor has improved the generation efficiency of radicals while maintaining the removal performance of contaminant particles on the substrate, and promotes the decomposition performance of contaminated organic matter, thereby improving the cleaning effect. Has led to a significant improvement.
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。
In the ultrasonic cleaning method according to
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。 The cleaning liquid is preferably one in which excess gas dissolved in pure water is degassed by a degassing membrane module, and then gas is supplied to pure water in a microbubble state by a microbubble supply device. As the type of gas, ammonia that exhibits alkalinity after dissolution has a negative zeta potential and is therefore suitable for removing particulate contamination. Hydrogen gas, oxygen gas, ozone gas, etc. are preferable because they increase the generation of radicals. Moreover, since argon gas is non-condensable and has low thermal conductivity, it generates high thermal energy when the microbubbles are crushed. Therefore, it can be used in combination with other gases to improve the generation of radicals.
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。
Ultrasonic cleaning method according to claim 2 is the invention of
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。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the ultrasonic cleaning method according to the first aspect of the present invention, wherein the ultrasonic wave is a single frequency, and the ultrasonic wave is irradiated intermittently.
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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the ultrasonic wave is a combination of a plurality of frequencies.
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。 According to a fifth aspect of the present invention, in the ultrasonic cleaning method of the fourth aspect, the frequency of the ultrasonic wave is 5 to 800 KHz and 1 MHz or more.
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。 The ultrasonic cleaning method according to a sixth aspect is characterized in that, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, the focused position of the ultrasonic wave is in front of the surface of the object to be cleaned.
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。 The ultrasonic cleaning method according to a seventh aspect of the present invention is the ultrasonic cleaning method according to any one of the first to sixth aspects, wherein the cleaning liquid is formed in the cleaning liquid film forming region formed on the cleaning target by the cleaning liquid supplied to the cleaning target The ratio of the gap distance of the slit to the distance is 0.8 or less.
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。 According to the first aspect of the present invention, since the ultrasonic wave is focused and irradiated on the cleaning liquid supplied to the object to be cleaned in a slit shape, the ultrasonic wave can be focused at the optimum position. By focusing in front of the surface of the cleaning object and thereby crushing the microbubbles, radicals can be generated without damaging the object to be cleaned. Hydrogen radicals (H.) and hydroxy radicals (OH.) Are generated from the collapsed microbubbles. These radicals are supplied to the surface of the object to be cleaned together with the microbubbles that have not been crushed. Microbubbles that are not crushed come into contact with and adsorb contaminant particles present on the surface of the object to be cleaned. Since the microbubbles themselves have a negative charge and the object to be cleaned also has a negative charge, the microbubbles adsorbing the contaminating particles are lifted off without reattaching. In addition, radicals generated during the collapse of the microbubbles supplied to the surface of the object to be cleaned act on the contaminated organic matter adhering to the surface of the object to be cleaned, and the contaminated organic matter can be instantly decomposed and removed.
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。 According to invention of Claim 2, a microbubble can be crushed effectively.
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。 According to the invention of claim 3, when low frequency ultrasonic waves are continuously supplied, excessive ultrasonic energy is given to the object to be cleaned, but by supplying ultrasonic waves intermittently, the object to be cleaned is supplied. The ultrasonic energy applied upward can be suppressed, and the microbubbles can be effectively crushed.
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。 According to the invention of claim 4, the microbubbles are crushed by the low frequency ultrasonic wave, the radical generation is promoted, and the generated radical is mixed with the microbubbles remaining without being crushed by the high frequency ultrasonic wave. In this way, the surface of the object to be cleaned is supplied to the surface of the object to be cleaned.
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。 According to the invention of claim 5, low frequency ultrasonic waves (5 to 800 KHz) that crush the microbubbles and high frequency ultrasonic waves (1 MHz or more) that effectively mix the microbubbles and the generated radicals are combined. By irradiating the cleaning object, it can be effectively cleaned.
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。 According to the invention of claim 6, since the ultrasonic wave is focused in front of the surface of the object to be cleaned, and the microbubbles are crushed, radicals are generated without damaging the object to be cleaned when the microbubbles are crushed. Can be made. For this reason, the object to be cleaned is not damaged by cavitation that occurs when the microbubbles are collapsed. Therefore, since the frequency of the ultrasonic wave to be irradiated can be lowered and the output can be increased, the amount of radicals generated can be increased, and contaminated organic substances can be decomposed and removed more effectively.
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。 According to the seventh aspect of the present invention, the cleaning performance can be maintained high by setting the ratio of the slit gap distance (cleaning liquid supply area) to the cleaning liquid film forming area on the object to be cleaned to 0.8 or less. Furthermore, if the ratio of the slit gap distance to the cleaning liquid supply region is set to 0.6 to 0.8, the amount of cleaning liquid to be used can be reduced, and the cleaning efficiency can be further increased.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of an ultrasonic cleaning method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 is a cross-sectional perspective view conceptually showing an
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。
The
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。
The ultrasonic generator 10 includes a cleaning head (cleaning head main body) 11. The
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。
In the
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。
Further, a
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。
A
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。
The cleaning
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。
The cleaning
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。
In the cleaning
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。
The
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。
In the
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。
On the other hand, the cleaning liquid is supplied from the cleaning
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。
The cleaning liquid supplied onto the substrate A is irradiated with linear ultrasonic waves that have passed through the
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。
Next, the operation of the
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。
The
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。
Thereby, according to the
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。 Further, since the ultrasonic is less than 1 MH Z, it is possible to effectively collapse the microbubbles.
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。 Furthermore, since the ultrasonic wave is a single frequency and the ultrasonic wave is irradiated intermittently, the ultrasonic energy applied to the object to be cleaned can be suppressed, and the microbubbles can be effectively crushed.
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。 In addition, since the ultrasonic wave is a combination of multiple frequencies, the microbubbles are crushed by low-frequency ultrasonic waves and radical generation is promoted, and the generated radicals remain without being crushed by the high-frequency ultrasonic waves. The mixed microbubbles can be mixed and supplied to the surface of the substrate A. For this reason, damage to the substrate A is reduced and cleaning is performed efficiently.
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。 Furthermore, since the frequency of the ultrasonic waves is 5 to 800 KHz and 1 MHz or higher, low frequency ultrasonic waves (5 to 800 KHz) that crush the microbubbles and high frequency ultrasonic waves (1 MHz or higher) that effectively mix the microbubble radicals. The substrate A can be irradiated in combination. Thereby, the substrate A can be effectively cleaned.
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。 Further, since the focused position of the ultrasonic wave is in front of the surface of the substrate A, the microbubbles are thereby crushed. Therefore, radicals can be generated without damaging the substrate A when the microbubbles are crushed. For this reason, the substrate A is not damaged by cavitation that occurs when the microbubbles are collapsed. Therefore, since the frequency of the ultrasonic wave to be irradiated can be lowered and the output can be increased, the amount of radicals generated can be increased, and contaminated organic substances can be decomposed and removed more effectively.
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。 Furthermore, since the ratio of the gap distance of the slit to the distance in the direction of the cleaning object in the cleaning liquid film forming region formed on the substrate A by the cleaning liquid supplied to the substrate A is 0.8 or less, the cleaning performance is maintained high. Can do. Furthermore, if the ratio of the slit gap distance to the cleaning liquid supply region is set to 0.6 to 0.8, the amount of cleaning liquid to be used can be reduced, and the cleaning efficiency can be further increased.
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
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