JP2010131520A - Ultrasonic cleaning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置のガラス基板、フォトマスク用のガラス基板、光ディスク用の基板などの洗浄に用いられる超音波洗浄装置、特に、振動子により超音波を洗浄液に照射する際に生じる衝撃力を利用した洗浄に用いられる超音波洗浄装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic cleaning device used for cleaning a glass substrate of a liquid crystal display device, a glass substrate for a photomask, a substrate for an optical disk, etc., and particularly an impact force generated when an ultrasonic wave is irradiated to a cleaning liquid by a vibrator. The present invention relates to an ultrasonic cleaning apparatus that is used for cleaning using a slab.
液晶表示装置の製造工程においては、ガラス基板を高い洗浄度で洗浄することが要求される工程がある。このような工程では、基板面に付着したパーティクルなどの汚染物を迅速かつ確実に除去するため、複数の高濃度の薬品と超純水リンスによる洗浄を繰返し行っていた。しかしながら、使用する薬品の量が多く、また、洗浄後の付着薬品をリンスするために、多量の超純水が必要であった。 In the manufacturing process of a liquid crystal display device, there is a process required to clean the glass substrate with a high degree of cleaning. In such a process, in order to quickly and reliably remove contaminants such as particles adhering to the substrate surface, cleaning with a plurality of high-concentration chemicals and ultrapure water rinse has been repeatedly performed. However, a large amount of chemicals are used, and a large amount of ultrapure water is required to rinse the adhered chemicals after cleaning.
このため、近年では、使用する薬品量と超純水量を低減するため、超音波を利用した洗浄方式が採用され始めている。この方式では、超音波を使用し、振動が付与された洗浄液を基板に噴射することで、付着した微粒子の結合力を低下できるため、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。さらに、洗浄液中のガスを予め脱ガス後、機能性のガスを溶解させることで、洗浄対象に付着している汚染物との反応性を高め、洗浄性能を向上させることができる。 For this reason, in recent years, in order to reduce the amount of chemicals to be used and the amount of ultrapure water, a cleaning method using ultrasonic waves has begun to be adopted. In this method, ultrasonic waves are used, and the cleaning liquid to which vibration is applied is sprayed onto the substrate, so that the bonding force of the attached fine particles can be reduced, so that the cleaning effect can be improved compared to the case where vibration is not applied. it can. Furthermore, after degassing the gas in the cleaning liquid in advance, the functional gas is dissolved, thereby increasing the reactivity with contaminants attached to the object to be cleaned and improving the cleaning performance.
図6は、このような従来型の超音波洗浄装置210の一例を摸式的に示した図である。図6に示すように、従来型の超音波洗浄装置210は、洗浄液を基板上に供給する洗浄液供給ライン260と洗浄液原水中に含まれる溶存ガスを除去する為の脱気膜モジュール240と、洗浄液にガスを溶解するガス溶解膜モジュール250と、ガスを含んだ洗浄液に超音波を照射する超音波振動子221を備える洗浄液供給ノズル220とから構成される。被洗浄基板230は水平に保持され、その上部より洗浄液224が供給される。この洗浄液224はガス溶解装置により溶解されたガスを含有しており、この洗浄液に20kHz以上の超音波を照射することを特徴としている。超音波を照射された洗浄液は、溶存ガスとキャビティの生成圧壊効果により洗浄液中に反応性の高い、ラジカルを発生し、このようなラジカルを発生し、このようなラジカルを含有した洗浄液は、洗浄対象の基板上の汚染物と速やかに反応し、汚染を分解除去する。
FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of such a conventional
また、このような超音波洗浄を効果的に行い、使用量を削減するため、下記の特許文献1には、超音波を印加する位置における被洗浄物上の洗浄液の厚みLを、超音波の波長λとの関係で所定の範囲にすることが記載されている。
Further, in order to effectively perform such ultrasonic cleaning and reduce the amount of use, the following
また、基材を水平に保持して洗浄を行った場合、コンベアと接する裏面が洗浄できないという欠点があった。そこで、下記の特許文献2には、両面を効果的に洗浄する方法として、薄板ガラス基板を垂下げた状態で洗浄液を吐出する超音波洗浄素子を備える薄板ガラス基板製造装置が記載されている。
特許文献1に記載されている洗浄方法に用いられていた超音波洗浄ヘッドは、水平に保持され、その上部より洗浄液を供給しているため、問題なく洗浄を行うことができる。しかしながら、特許文献2に記載されているような被洗浄基板を垂直にして保持し、超音波洗浄ヘッドを垂直方向に移動させ、洗浄を行う際には、洗浄液の供給量が不足すると超音波洗浄ヘッドと被洗浄面との間で液膜が形成されず、超音波が伝播しない。このため、超音波洗浄ヘッドから被洗浄面まで、液膜を形成するため、重力の影響が無視できるだけの流速を確保する必要があり、洗浄液の消費量が大きくなるという問題があった。
Since the ultrasonic cleaning head used in the cleaning method described in
また、超音波洗浄ヘッドは、被洗浄基板の幅方向に複数の振動子を設けて形成されている。そのため、その振動子同士の継ぎ目部分には、洗浄力にムラが生じるため、残存汚れが存在するという問題点があった。そこで、超音波洗浄ヘッドを被洗浄基板の移動方向に複数設け、洗浄液供給ノズルに設けられた振動子の継ぎ目をずらすことで、洗浄ムラを生じさせないようにしていた。しかしながら、複数の超音波洗浄ヘッドを設けると、超音波洗浄ヘッドの数に比例して、より一層洗浄液の消費量が大きくなるという問題があった。 The ultrasonic cleaning head is formed by providing a plurality of vibrators in the width direction of the substrate to be cleaned. For this reason, there is a problem in that residual dirt is present in the joint portion between the vibrators because the cleaning power is uneven. Therefore, a plurality of ultrasonic cleaning heads are provided in the moving direction of the substrate to be cleaned and the joints of the vibrators provided in the cleaning liquid supply nozzle are shifted so as not to cause cleaning unevenness. However, when a plurality of ultrasonic cleaning heads are provided, there is a problem that the consumption of the cleaning liquid is further increased in proportion to the number of ultrasonic cleaning heads.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、被洗浄基板の均一な洗浄性能を得るとともに、洗浄液供給ノズルと被洗浄基板との間に液膜を形成する際の使用液量を低減することが可能な超音波洗浄ヘッドを備える超音波洗浄装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and obtains a uniform cleaning performance of the substrate to be cleaned, and the amount of liquid used when forming a liquid film between the cleaning liquid supply nozzle and the substrate to be cleaned. An object of the present invention is to provide an ultrasonic cleaning apparatus including an ultrasonic cleaning head that can be reduced.
本発明の請求項1は、前記目的を達成するために、超音波を、供給される洗浄液に照射することで、被洗浄基板を洗浄する超音波洗浄装置において、前記被洗浄基板を垂直な姿勢で保持する基板保持手段と、前記洗浄液を供給する複数の超音波洗浄ヘッドを備え、前記各超音波洗浄ヘッドは、超音波を発生させる超音波振動子と、前記洗浄液を噴射する洗浄液供給ノズルを備え、前記複数の超音波洗浄ヘッドは、前記被洗浄基板の洗浄方向に沿って設けられており、前記各洗浄液供給ノズルの開口部の中心軸が該被洗浄基板と該超音波洗浄ヘッドの間で交差することを特徴とする超音波洗浄装置を提供する。 According to a first aspect of the present invention, in order to achieve the object, in the ultrasonic cleaning apparatus for cleaning the substrate to be cleaned by irradiating the supplied cleaning liquid with ultrasonic waves, the substrate to be cleaned is in a vertical posture. And a plurality of ultrasonic cleaning heads for supplying the cleaning liquid, each of the ultrasonic cleaning heads includes an ultrasonic vibrator for generating ultrasonic waves, and a cleaning liquid supply nozzle for ejecting the cleaning liquid. The plurality of ultrasonic cleaning heads are provided along the cleaning direction of the substrate to be cleaned, and the central axis of the opening of each cleaning liquid supply nozzle is between the substrate to be cleaned and the ultrasonic cleaning head. An ultrasonic cleaning apparatus characterized by intersecting at the above is provided.
請求項1によれば、超音波洗浄ヘッドを被洗浄基板の洗浄方向に沿って複数設け、各洗浄液供給ノズルの開口部の中心軸を被洗浄基板と超音波洗浄ヘッドの間で交差させることにより、洗浄力を向上させることができ、かつ、液膜を形成するための液量を単独の従来の超音波洗浄ヘッドと同程度の液量に抑えることができる。
According to
請求項2は請求項1において、前記各超音波洗浄ヘッドは、前記被洗浄基板の幅方向に配列された複数の超音波振動子を備え、少なくとも2つの前記超音波洗浄ヘッドにおいて、前記超音波振動子の接続部は、洗浄方向に対して相互に異なる部分に設けられることを特徴とする。 A second aspect of the present invention provides the ultrasonic cleaning head according to the first aspect, wherein each of the ultrasonic cleaning heads includes a plurality of ultrasonic transducers arranged in a width direction of the substrate to be cleaned, and at least two of the ultrasonic cleaning heads The connection portion of the vibrator is provided at a portion different from each other with respect to the cleaning direction.
請求項2によれば、超音波洗浄ヘッド内に設けられた複数の超音波振動子の接続部を、他の超音波洗浄ヘッド内に設けられた複数の超音波振動子の接続部と洗浄方向において、重なり合わないようにすることで、従来と同程度の液量においても、洗浄ムラを抑えることができる。 According to the second aspect, the connection portions of the plurality of ultrasonic transducers provided in the ultrasonic cleaning head are connected to the connection portions of the plurality of ultrasonic transducers provided in the other ultrasonic cleaning head. In this case, it is possible to suppress uneven cleaning even when the amount of liquid is the same as that of the prior art.
請求項3は請求項1または2において、前記洗浄基板の洗浄方向に対して、上流側の超音波洗浄ヘッドの吐出量が、下流側の超音波洗浄ヘッドの吐出量より小さいことを特徴とする。 A third aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect, the discharge amount of the upstream ultrasonic cleaning head is smaller than the discharge amount of the downstream ultrasonic cleaning head in the cleaning direction of the cleaning substrate. .
請求項3によれば、洗浄方向に対して、上流側の超音波洗浄ヘッドからの吐出量を、下流側の超音波洗浄ヘッドの吐出量より小さくすることにより、使用する洗浄液の量を低減することができる。 According to the third aspect, the amount of the cleaning liquid to be used is reduced by making the discharge amount from the upstream ultrasonic cleaning head smaller than the discharge amount of the downstream ultrasonic cleaning head with respect to the cleaning direction. be able to.
本発明によれば、洗浄力を向上させることができ、被洗浄基板の均一な洗浄能力を得るとともに、洗浄液供給ノズルと被洗浄基板との間に液膜を形成する際の使用量を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to improve the cleaning power, obtain a uniform cleaning ability of the substrate to be cleaned, and reduce the amount of use when forming a liquid film between the cleaning liquid supply nozzle and the substrate to be cleaned. be able to.
以下、添付図面に従って、本発明の洗浄装置の好ましい実施の形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the cleaning apparatus of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の超音波洗浄装置10の構成を模式的に示した図であり、図2(a)は超音波洗浄ヘッド20a、20bの拡大図、図2(b)は側断面図である。なお、図1、2においては、超音波洗浄ヘッドを2個備える形態で説明するが、超音波洗浄ヘッドの数は限定されず、3個以上備える構造とすることができる。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an
本発明の超音波洗浄装置10は、被洗浄基板30を基板保持手段31により、垂直な状態で保持し、超音波洗浄ヘッド20a、20bを被洗浄基板30に沿って垂直に降下させながら洗浄を行う。超音波洗浄装置10は、脱気膜モジュール40、ガス溶解膜モジュール50を備える。洗浄液には、たとえば、超純水が用いられ、図示しない供給源から脱気膜モジュール40、ガス溶解膜モジュール50を介して、超音波洗浄ヘッド20に供給される。
The
基板保持手段31は、搬入された被洗浄基板30の下端部に対して上昇して被洗浄基板30を保持する機能を有する。洗浄作業中の被洗浄基板30を所定の位置に固定させる機能を有する。上記下端部を受ける部分は、平坦面、凹面、溝などの形状を備えた弾性体、あるいは、被洗浄基板30を傷つけないような材料、形状とすることができる。
The substrate holding means 31 has a function of ascending to the lower end portion of the loaded
脱気膜モジュール40は、洗浄液中に溶け込んでいる余分なガスを脱気し、この脱気膜モジュール40で脱気した洗浄液にガス溶解膜モジュール50で機能性のガスを溶解させて超音波洗浄ヘッド20に供給する。このように、洗浄液中に溶け込んでいる余分なガスを脱気後、機能性のガスを供給し、水中に溶存させることで、洗浄に寄与するガスの溶存量を増加させることができ、洗浄効果を一層向上させることができる。なお、溶存させるガスについては、オゾン、酸素、水素、窒素、アルゴン、ヘリウムなど特に限定されず用いることができる。ガスを溶存後、必要に応じて、汚染除去、pH調整などの目的で、アンモニア、硫酸などの薬品を添加することができる。また、このように脱気した洗浄液に機能性のガスを溶解させる構成に代えて、洗浄液に空気を飽和させる構成としてもよい。
The
図2は超音波洗浄ヘッド20a、20bの拡大図である。超音波洗浄ヘッド20a、20bは、超音波を発生させる超音波振動子21と、洗浄液を噴射する洗浄液供給ノズル22からなる。
FIG. 2 is an enlarged view of the
洗浄液供給ノズル22から噴射された洗浄液24には、超音波振動子21により超音波が照射される。照射された超音波エネルギーは、洗浄液供給ノズル22開口部から供給された洗浄液中を伝播し、被洗浄基板30へ到達する。
The cleaning
本発明においては、超音波洗浄ヘッド20を複数設けることを特徴としている。そして、各超音波洗浄ヘッド20の洗浄液供給ノズルの中心軸が、被洗浄基板30と洗浄液供給ノズルとの間で交差するように超音波洗浄ヘッド20を構成する。このような構成とすることにより、洗浄力を向上させることができ、被洗浄基板30と超音波洗浄ヘッドの間に液膜を形成するための洗浄液量を、超音波洗浄ヘッドを単独で用いた場合と比較して、同程度の液量に抑えることができる。 In the present invention, a plurality of ultrasonic cleaning heads 20 are provided. The ultrasonic cleaning head 20 is configured so that the central axis of the cleaning liquid supply nozzle of each ultrasonic cleaning head 20 intersects between the substrate to be cleaned 30 and the cleaning liquid supply nozzle. With such a configuration, the cleaning power can be improved, and the amount of cleaning liquid for forming a liquid film between the substrate to be cleaned 30 and the ultrasonic cleaning head is used alone. Compared to the case, the liquid volume can be suppressed to the same level.
たとえば、図2に示すように、超音波洗浄ヘッド20aとは、別に、超音波洗浄ヘッド20bを設け、洗浄液を下側から上向きに供給している。したがって、上側の超音波洗浄ヘッドのみでは、重力の影響で超音波洗浄ヘッド20aと被洗浄基板30との間で液膜を形成することができなくても、下側の超音波洗浄ヘッド20bとの間で液膜を形成することができるので、超音波振動子21により発生した超音波を確実に被洗浄基板に伝播させることができる。
For example, as shown in FIG. 2, an
超音波洗浄ヘッド20の数は、図1、2においては、2個の超音波洗浄ヘッドを有する構成で説明したが、図3に示すように、超音波洗浄ヘッドの数が3個でも良く、また、それ以上有していても良い。超音波洗浄ヘッド20を3個以上有する場合は、洗浄液供給ノズルの中心軸が一点で交わることが好ましい。一点で交わるようにすることにより、液膜を形成するための洗浄液の量を維持することができるので、超音波を伝播することができ、洗浄力を向上させることができる。 The number of ultrasonic cleaning heads 20 has been described in the configuration having two ultrasonic cleaning heads in FIGS. 1 and 2, but as shown in FIG. 3, the number of ultrasonic cleaning heads may be three, Moreover, you may have more. When three or more ultrasonic cleaning heads 20 are provided, it is preferable that the central axes of the cleaning liquid supply nozzles intersect at one point. By intersecting at one point, the amount of the cleaning liquid for forming the liquid film can be maintained, so that ultrasonic waves can be propagated and the cleaning power can be improved.
また、超音波洗浄ヘッド20内に設けられた超音波振動子21は、被洗浄基板30が幅方向に長い場合は、複数の超音波振動子をつなげることにより、形成されている。したがって、図4に示すように、超音波振動子の継目部分に残存汚れ331が残り、洗浄力にムラが生じてしまう。そこで、図2(b)に示すように、超音波洗浄ヘッド20の超音波振動子の接続部が、他の超音波洗浄ヘッドの超音波振動子の接続部と異なる部分に設けることにより、洗浄ムラの発生を抑えることができる。このような構成とすることにより、従来と同程度の洗浄液の量で、洗浄ムラの発生を抑制することができる。
The ultrasonic vibrator 21 provided in the ultrasonic cleaning head 20 is formed by connecting a plurality of ultrasonic vibrators when the substrate to be cleaned 30 is long in the width direction. Therefore, as shown in FIG. 4, the
また、洗浄液の吐出量は、被洗浄基板30の洗浄方向に対して、上流側の超音波洗浄ヘッドから吐出される吐出量を、下流側の超音波洗浄ヘッドから吐出される吐出量より小さくすることが好ましい。下流側の吐出量を大きくすることにより、上流側の超音波洗浄ヘッドから吐出した洗浄液を分散させることができるので、被洗浄基板と超音波洗浄ヘッドとの間で、液膜の形成を容易に行うことができるので、使用する洗浄液の量を従来と同程度としても、洗浄力を向上させることができる。
Further, the discharge amount of the cleaning liquid is set so that the discharge amount discharged from the upstream ultrasonic cleaning head is smaller than the discharge amount discharged from the downstream ultrasonic cleaning head with respect to the cleaning direction of the
超音波洗浄ヘッドの配置は、各超音波洗浄ヘッドの洗浄液供給ノズルの開口部の中心軸が、被洗浄基板30と超音波洗浄ヘッド20との間で交差させることができれば、特に、限定されず、配置させることができる。好ましい配置としては、複数の洗浄液供給ノズル122の吐出口の角度θの合計が180°以下である。図5に、超音波洗浄ヘッド120、130を3個備える場合の配置を示す。図5(a)に示すように、超音波洗浄ヘッドの吐出口の角度の合計θ1+θ2+θ3を180°より小さくすることにより、複数の洗浄液供給ノズル122から吐出された洗浄液中を伝播する超音波エネルギー同士を干渉させることなく、基板に到達させることができる。図5(b)に示すように、超音波洗浄ヘッドの吐出口の角度の合計θ1+θ2+θ3を180°を越えるように配置すると、向かい合う洗浄液供給ノズル132a、132cから吐出する洗浄液同士で干渉し合うため、図5(a)の配置と比較し、充分に超音波エネルギーを伝播させることができない。
The arrangement of the ultrasonic cleaning head is not particularly limited as long as the central axis of the opening of the cleaning liquid supply nozzle of each ultrasonic cleaning head can intersect between the substrate to be cleaned 30 and the ultrasonic cleaning head 20. Can be arranged. As a preferred arrangement, the total of the discharge port angles θ of the plurality of cleaning liquid supply nozzles 122 is 180 ° or less. FIG. 5 shows an arrangement when three ultrasonic cleaning heads 120 and 130 are provided. As shown in FIG. 5A, the total angle θ 1 + θ 2 + θ 3 of the discharge ports of the ultrasonic cleaning head is made smaller than 180 °, so that the cleaning liquid discharged from the plurality of cleaning liquid supply nozzles 122 can be removed. The propagating ultrasonic energy can reach the substrate without causing interference. As shown in FIG. 5B, when the total angle θ 1 + θ 2 + θ 3 of the outlets of the ultrasonic cleaning head is arranged to exceed 180 °, the cleaning liquids discharged from the opposing cleaning
超音波を照射された洗浄液は、溶存ガスとキャビティの生成圧壊効果により洗浄液中に反応性の高い水素ラジカル(H・)やヒドロキシラジカル(OH・)などを発生し、洗浄対象の基板上の汚染物と速やかに反応し汚染物を分解除去することができる。 The cleaning solution irradiated with ultrasonic waves generates highly reactive hydrogen radicals (H.), hydroxy radicals (OH.), Etc. in the cleaning solution due to the crushing effect of dissolved gas and cavities, causing contamination on the substrate to be cleaned. It can react quickly with substances and decompose and remove contaminants.
10…超音波洗浄装置、20、120、130…超音波洗浄ヘッド、21、121、131…超音波振動子、22、122、132…洗浄液供給ノズル、24…洗浄液、30…被洗浄基板、31…基板保持手段、40…脱気膜モジュール、50…ガス溶解膜モジュール、60…洗浄液供給ライン
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記被洗浄基板を垂直な姿勢で保持する基板保持手段と、前記洗浄液を供給する複数の超音波洗浄ヘッドを備え、
前記各超音波洗浄ヘッドは、超音波を発生させる超音波振動子と、前記洗浄液を噴射する洗浄液供給ノズルを備え、
前記複数の超音波洗浄ヘッドは、前記被洗浄基板の洗浄方向に沿って設けられており、前記各洗浄液供給ノズルの開口部の中心軸が該被洗浄基板と該超音波洗浄ヘッドの間で交差することを特徴とする超音波洗浄装置。 In the ultrasonic cleaning apparatus that cleans the substrate to be cleaned by irradiating the supplied cleaning liquid with ultrasonic waves,
A substrate holding means for holding the substrate to be cleaned in a vertical posture; and a plurality of ultrasonic cleaning heads for supplying the cleaning liquid,
Each of the ultrasonic cleaning heads includes an ultrasonic vibrator that generates ultrasonic waves, and a cleaning liquid supply nozzle that ejects the cleaning liquid,
The plurality of ultrasonic cleaning heads are provided along the cleaning direction of the substrate to be cleaned, and the central axis of the opening of each cleaning liquid supply nozzle intersects between the substrate to be cleaned and the ultrasonic cleaning head. An ultrasonic cleaning apparatus characterized by:
少なくとも2つの前記超音波洗浄ヘッドにおいて、前記超音波振動子の接続部は、洗浄方向に対して相互に異なる部分に設けられることを特徴とする請求項1に記載の超音波洗浄装置。 Each of the ultrasonic cleaning heads includes a plurality of ultrasonic transducers arranged in the width direction of the substrate to be cleaned.
2. The ultrasonic cleaning apparatus according to claim 1, wherein in at least two of the ultrasonic cleaning heads, the connection portions of the ultrasonic transducers are provided at different portions with respect to the cleaning direction.
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JP2012095921A (en) * | 2010-11-04 | 2012-05-24 | Miyake Hirotaka | Apparatus for disinfecting contact lens |
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