JP4036818B2 - 洗浄装置および洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、洗浄装置および洗浄方法に関する。特に、主たる洗浄面と反対側から超音波を印加しながら、洗浄面に対して洗浄液を噴射して、洗浄を行なう洗浄装置および洗浄方法に関する。

機器の製造工程において、部品を洗浄する洗浄工程の中には、高い清浄度を確保すべき場合がある。たとえば、液晶表示装置の製造に用いられる液晶用ガラス基板は高い清浄度が必要とされる。高い清浄度が要求される被洗浄基板を洗浄する方法には、洗浄液の中に複数枚の被洗浄基板を１度に浸漬して洗浄するディップ方式、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などがある。最近では高い清浄度で洗浄できるとともに、大型の被洗浄基板に対しても安価に洗浄を行なうことができる枚葉方式が多く用いられている。

枚葉方式の装置の１つとして、被洗浄基板の主表面に洗浄液を噴射して衝突させることによって洗浄を行なう装置がある。この装置は、スリット状の噴射口を有するジェットノズルから加圧された洗浄液を被洗浄基板の主表面に噴射して、被洗浄基板の主表面に汚染物として付着している微粒子を洗い流すものである。さらに、被洗浄基板の主表面に洗浄液を噴射するのに加えて、洗浄液に超音波による振動を印加して、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。

図７および図８に特開２００２−１５９９２２号公報に開示されている超音波洗浄装置を示す。図７は、超音波洗浄装置の概略断面図である。洗浄される被洗浄基板２５は、主表面が上側になるように水平に配置される。洗浄装置には、被洗浄基板２５を水平方向に平行移動させるための基板送り手段が形成されている。基板送り手段は、被洗浄基板２５を搬送するための搬送ローラ３０、それぞれの搬送ローラ３０を駆動するためのベルト３２、搬送ローラ３０を回転させるための電動機３１を含む。被洗浄基板２５は、ベルト３２に載せられて、被洗浄基板２５の主表面に平行な方向のうち、矢印６１に示す向きに運搬される。

被洗浄基板２５が運搬される経路の下方には、被洗浄基板２５の表裏のうち、本来洗浄されるべき面（本明細書においては「洗浄面」という。）と反対側の面（本明細書においては、「裏面」という。）に対して、超音波が印加された第１洗浄液を噴射するための超音波ノズル１が配置されている。超音波ノズル１の内部には、第１洗浄液を一時的に溜めておくための第１貯留部６が形成されている。第１貯留部６は、超音波ノズル１の内部に形成された空洞である。超音波ノズル１の先端には、第１洗浄液２１を被洗浄基板２５の裏面に噴射するために、噴射口としてのノズル孔５が形成されている。ノズル孔５は、長手方向を有するように形成され、この長手方向が、被洗浄基板２５の幅方向と平行になるように形成されている。

超音波ノズル１の側面には、第１洗浄液が供給されるための第１供給口７が形成されている。第１供給口７には、第１洗浄液供給管２が接続されている。第１洗浄液供給管２の先端には、第１供給タンク３が配置され、第１供給タンク３の内部には第１洗浄液２１が貯留されている。第１洗浄液供給管２の途中には、第１ポンプ４が配置されている。第１洗浄液２１は、第１ポンプ４が駆動することによって、第１洗浄液供給管２を通って超音波ノズル１に供給される。超音波ノズル１および基板送り手段の下側には、落下してくる洗浄液を集めるためのトレイ２８が形成されている。トレイ２８の底面には、第１供給タンク３に繋がるように戻り管２９が接続されている。

超音波ノズル１から被洗浄基板２５の裏面に向かって噴射された第１洗浄液２１は、被洗浄基板２５の裏面に衝突した後にトレイ２８に落下して、戻り管２９を通って第１供給タンク３に回収される。第１ポンプ４が駆動することによって、第１供給タンク３に溜められていた第１洗浄液２１は、第１洗浄液供給管２を通って超音波ノズル１に供給される。このように、第１洗浄液２１は循環して再利用される。

超音波ノズル１には、超音波振動発生手段として、超音波振動子８、吸収ダンパ９、封止板１０および電源２７が配置されている。電源２７が駆動することによって、超音波振動子８から超音波が発振される。吸収ダンパ９は、超音波振動子８の第１貯留部６に向かう側と反対側に配置されている。吸収ダンパ９は、第１貯留部６の反対側に伝播する超音波を吸収して、共振の発生を防止する。封止板１０は、超音波振動子８と第１貯留部６との間に配置され、第１洗浄液２１に超音波を伝播するとともに、第１洗浄液２１が第１貯留部６から超音波振動子８の側に漏洩することを防止する。

被洗浄基板２５が運搬される経路の上方には、洗浄面に対して第２洗浄液２２を噴射するためのジェットノズル１１が配置されている。ジェットノズル１１は、先端に細長く開口が形成された噴射口としてのスリットノズル孔１５を含む。スリットノズル孔１５は、長手方向を有するように形成され、この長手方向が被洗浄基板２５の幅方向と平行になるように配置されている。ジェットノズル１１の内部には、第２洗浄液２２を一時的に溜めておくための第２貯留部１６が形成されている。第２貯留部１６は、スリットノズル孔１５の長手方向に沿うように形成されたジェットノズル１１の内部の空洞である。

第２洗浄液２２は、ジェットノズル１１の第２供給口１７から第２貯留部１６に供給される。第２供給口１７は、第２洗浄液供給管１２と接続されている。第２洗浄液供給管１２の先端には、第２供給タンク１３が配置され、第２供給タンク１３の内部には第２洗浄液２２が貯留されている。第２洗浄液供給管１２の途中には、第２ポンプ１４が配置されている。第２洗浄液２２は、第２ポンプ１４が駆動することによって、第２供給タンク１３からジェットノズル１１に供給される。第２洗浄液２２は、第２ポンプ１４の作用によって加圧される。第２洗浄液２２は、高圧でスリットノズル孔１５からスリット状に噴射される。ジェットノズル１１から被洗浄基板２５の洗浄面に向かって噴射された第２洗浄液２２は、被洗浄基板２５の洗浄面の上から落下してトレイ２８に集められる。この後、戻り管２９を通って第１供給タンク３に溜められ、第１洗浄液として再利用される。

図８に、超音波洗浄装置の主要部の平面図を示す。被洗浄基板２５は、矢印６１に示す向きに運搬される。超音波ノズル１は、被洗浄基板２５の送り方向に垂直な方向に長手方向を有するように形成され、超音波ノズル１のノズル孔５の長手方向の長さは、被洗浄基板２５の幅方向の長さよりも長くなるように形成されている。ジェットノズル１１は、被洗浄基板２５の送り方向に垂直な方向に長手方向を有するように形成されている。ジェットノズル１１は、長手方向が被洗浄基板２５の幅方向に平行になるように形成され、第２洗浄液２２が噴射されるスリットノズル孔の長手方向の長さは、被洗浄基板２５の幅方向の長さよりも長くなるように形成されている。

ジェットノズル１１は、被洗浄基板２５の送り方向に対して超音波ノズル１よりも下流側に配置されている。ジェットノズル１１は、第２洗浄液２２を被洗浄基板２５の送り方向と逆向きに噴射するように配置されている。超音波ノズル１は、第１洗浄液２１を鉛直方向のうち上側に噴射するように配置されている。被洗浄基板２５は、基板送り手段によって搬送されながら、下側から裏面に超音波が印加された第１洗浄液が噴射される。また、上側から洗浄面に加圧されたスリット状の第２洗浄液２２が噴射される。被洗浄基板２５は、洗浄中も搬送が継続され、移動しながら洗浄面および裏面が洗浄される。

被洗浄基板２５の洗浄面が第２洗浄液で洗浄されると同時に、裏面には超音波が印加された第１洗浄液２１が噴射されて、洗浄面の洗浄を促進することができる。また、ジェットノズルと超音波ノズルとを分けて形成している。このため、２つの噴射ノズルは、超音波振動を印加する役割と被洗浄基板の洗浄面の洗浄を行なう役割とをそれぞれ分担することができる。したがって、ジェットノズルに対しては、被洗浄基板の洗浄面から微粒子を除去するための最適の条件で第２洗浄液を噴射することができ、超音波ノズル１は、超音波振動の印加に適した噴射条件で第１洗浄液を噴射することができ、被洗浄基板の洗浄能力を向上することができる。

また、特開２００２−６６４７８号公報には、他の超音波洗浄装置が開示されている。この超音波洗浄装置は、洗浄液に超音波振動を付与して、被洗浄基板を搬送しながら洗浄する枚葉方式の洗浄装置であって、超音波振動ユニットが複数形成されているものが開示されている。複数の超音波振動ユニットは、被洗浄基板の送り方向に直交する方向に平行になるように２列に形成されている。これらの超音波振動ユニットは、一方の列に配置されている１つの超音波振動ユニットの略中心に、他方の列に配置されている２つの超音波振動ユニットの端部が位置するように配置されている。この超音波洗浄装置では、超音波が振動板から洗浄液に付与され、被洗浄基板の幅方向における全体にわたって超音波が付与された洗浄液を噴射して、十分な洗浄を行なうことができる。また、それぞれの超音波振動ユニットの内部の振動板には、振動子が１つずつ形成されているので、振動子に不具合が生じるようなときには、不具合が生じた超音波振動ユニットの振動板のみを交換すればよく、メンテナンスが容易でかつランニングコストも低減され、信頼性も容易に持続させることができるというものである。
特開２００２−１５９９２２号公報（第４−７頁、第１−２図） 特開２００２−６６４７８号公報（第５−６頁、第１−２図）

一般的に、超音波振動が印加された洗浄液を用いて、微粒子を被洗浄基板の洗浄面から離脱させることができても、必ずしも被洗浄基板の清浄度の向上が実現するということではない。すなわち、洗浄面の洗浄に使用され、除去された微粒子を含む洗浄液は、被洗浄基板の洗浄面の上側からすみやかに流出せずに、一部が引続き洗浄面の上側に滞留する。特に、被洗浄基板は、送り方向に移動しているので、被洗浄基板に衝突した洗浄液は、被洗浄基板の送り方向の上流側に滞留しやすい。したがって、洗浄液が衝突して除去された微粒子が衝突後の洗浄液に含まれたまま、被洗浄基板の送り方向の上流側に移動して、この後に洗浄面に再付着する機会が多くなる。したがって、送り方向の上流側においては、噴射された洗浄液が衝突する前に微粒子が付着して、被洗浄基板の清浄度が悪くなる傾向がある。

特許文献１に開示された洗浄装置においては、超音波を印加するためのノズルを別に形成したため、被洗浄基板の清浄度を向上することができる。近年では、液晶表示装置、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の製造工程において、生産性向上のためにいわゆる多面取りが行なわれている。被洗浄基板は大型化する傾向にあり、基板の対角線の長さが２ｍを越えようとしている。一方で、表示品位の高密度化および高精細化が要求されている。このため、大型化する基板に対しても、基板の表面全体にわたって、サブミクロンレベルのパーティクルを除去することが要求されている。

本発明の目的は、被洗浄基板の洗浄面から除去された微粒子が洗浄面に再付着することを抑制して、洗浄能力の向上を図った洗浄装置および洗浄方法を提供することを目的にする。

上記目的を達成するため、本発明に基づく洗浄装置は、被洗浄基板の一方の表面に対して、超音波が印加された第１洗浄液を噴射するための超音波ノズルと、上記被洗浄基板の他方の表面に対して、第２洗浄液を噴射するためのジェットノズルと、上記超音波ノズルおよび上記ジェットノズルに対して、上記被洗浄基板を相対的に移動させるための基板送り手段とを備え、上記超音波ノズルは、噴射口が長手方向を有し、上記超音波ノズルは、Ｖの字上または送り方向に傾斜する直線上に並ぶように複数個配置されると共に、それぞれの上記噴射口の長手方向が、上記被洗浄基板の送り方向に垂直になるように配置されており、一の上記超音波ノズルを、隣合う他の上記超音波ノズルに投影したときに、上記一の上記超音波ノズルの略半分が影と重なるように配置されている。

上記発明において好ましくは、上記被洗浄基板に衝突した直後の上記第２洗浄液のうち高速主流の流速が、１５ｍ／ｓ以上２００ｍ／ｓ以下である。この構成を採用することにより、小さな粒径の粒子も除去することができる。また、上記他方の表面に薄膜などが形成されていても、上記薄膜などを傷つけることなく洗浄を行なうことができる。また、上記第２洗浄液と上記被洗浄基板との摩擦によって、静電気が発生することを抑制できる。

上記発明において好ましくは、上記被洗浄基板に対して、上記第２洗浄液が上記ジェットノズルから噴射される方向と上記被洗浄基板の送り方向とのなす角度が、１０°以上４５°以下である。この構成を採用することにより、上記他方の表面の清浄度が向上するとともに、上記他方の表面に形成されている薄膜などの損傷を防止できる。

上記発明において好ましくは、上記超音波の周波数は、４００ｋＨｚ以上２ＭＨｚである。この構成を採用することにより、上記ジェットノズルから噴射された上記第２洗浄液の流れのうち、高速主流の領域に不純物としての上記微粒子を到達させることができ、上記微粒子を上記他方の表面の上方から確実に排除することができる。

上記発明において好ましくは、上記ジェットノズルの噴射口は、長手方向を有するように形成され、上記ジェットノズルの噴射口の長手方向の長さは、上記被洗浄基板の表面に平行で、上記被洗浄基板の送り方向に垂直な方向において、上記被洗浄基板の幅方向の長さよりも長くなっている。この構成を採用することにより、上記ジェットノズルから噴射される上記第２洗浄液を、上記他方の表面全体に対して噴射することができる。

上記発明においては、噴射口が長手方向を有する上記超音波ノズルが２個以上配置され、上記超音波ノズルは、それぞれの上記噴射口の長手方向が、上記被洗浄基板の送り方向に垂直になるように配置され、一の上記超音波ノズルを、隣合う他の上記超音波ノズルに投影したときに、上記一の上記超音波ノズルの略半分が影と重なるように配置されている。この構成を採用することにより、大型の上記被洗浄基板に対しても、小型の上記超音波ノズルを複数個用いて、幅方向全体に上記超音波を印加することができる。

上記目的を達成するため、本発明に基づく洗浄方法は、被洗浄基板の一方の表面に対して超音波が印加された第１洗浄液を噴射しながら、他方の表面に対して第２洗浄液を噴射して、上記他方の表面を洗浄する洗浄方法であって、上記被洗浄基板の表面に付着した微粒子の周囲に上記第２洗浄液を浸透させる工程と、上記第２洗浄液の流れによって、上記微粒子を回転移動させる工程と、上記超音波の作用によって上記微粒子を上記被洗浄基板の表面から浮上させる工程とを含む。さらに、上記微粒子をマグヌス効果によって上記被洗浄基板の表面の境界層から離脱させる工程と、上記微粒子を上記第２洗浄液の高速主流によって上記被洗浄基板の上方から離脱させる工程とを含み、上記第１洗浄液は超音波ノズルから噴射され、該超音波ノズルは、噴射口が長手方向を有し、上記超音波ノズルは、Ｖの字上または第２洗浄液の流れの方向に傾斜する直線上に並ぶように複数個配置されると共に、それぞれの上記噴射口の長手方向が、上記第２洗浄液の流れの方向に垂直になるように配置されており、一の上記超音波ノズルを、隣合う他の上記超音波ノズルに投影したときに、上記一の上記超音波ノズルの略半分が影と重なるように配置されている。この方法を採用することにより、上記被洗浄基板の表面から離脱した微粒子が、上記被洗浄基板に再付着することを抑制して、上記被洗浄基板の清浄度の向上を図ることができる。

本発明によれば、被洗浄基板に微粒子が再付着することを抑制して、被洗浄基板の清浄度が向上する洗浄装置および洗浄方法を提供することができる。

（実施の形態１）
（装置の構成）
図１から図３を参照して、本発明に基づく実施の形態１における洗浄装置および洗浄方法について説明する。

図１は、本実施の形態における洗浄装置のうち、主要部の概略断面図である。本実施の形態における洗浄装置は、部材の互いの位置関係を除いて、図７および図８に示した従来の技術に基づく洗浄装置と同様である。すなわち、被洗浄基板２５は、基板送り手段によって、主表面が水平となるように運搬される。基板送り手段は、搬送ローラ３０、電動機およびベルト３２を含み、超音波ノズル１およびジェットノズル１１に対して、被洗浄基板２５を相対的に移動できるように形成されている。被洗浄基板２５は、搬送ローラ３０の上側に配置され、電動機が駆動することによって、矢印６１の向きに搬送される。被洗浄基板２５の搬送経路の下側には、超音波が印加された第１洗浄液を噴射するための超音波ノズル１が配置されている。超音波ノズル１は、鉛直方向のうち上向きに第１洗浄液を噴射するように配置されている。被洗浄基板２５の搬送経路の上側には、被洗浄基板２５の洗浄面７５に対して第２洗浄液を噴射するためのジェットノズル１１が配置されている。ジェットノズル１１は、被洗浄基板２５の送り方向に対向する向きに第２洗浄液を噴射するように配置されている。

超音波ノズル１から噴射される第１洗浄液は、第１衝突点７１を中心に被洗浄基板２５と衝突する。ジェットノズル１１から噴射される第２洗浄液は、第２衝突点７２を中心に被洗浄基板２５に衝突する。第１衝突点７１は、超音波ノズル１の断面におけるノズル孔５の幅方向の中央に対応する位置である。また、第２衝突点７２は、ジェットノズル１１の断面におけるスリットノズル孔１５の中央に対応する位置である。超音波ノズル１は、第２衝突点７２より被洗浄基板２５の送り方向における上流側に第１衝突点が位置するように配置されている。

本実施の形態における超音波ノズル１のノズル孔５の幅Ｄ１は、約１０ｍｍであり、ジェットノズル１１のスリットノズル孔１５の幅Ｄ２は、０．０２ｍｍである。本実施の形態における洗浄装置は、第１衝突点７１と第２衝突点７２との距離７３が、２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下になるように形成されている。また、ジェットノズル１１から噴射される第２洗浄液の流速が１５ｍ／ｓ以上１５０ｍ／ｓになるように、第２ポンプの吐出圧力およびスリットノズル孔１５の幅Ｄ２が調整されている。また、印加する超音波は、周波数が４００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下になるように形成されている。

本実施の形態においては、被洗浄基板２５に対して、第２洗浄液がジェットノズル１１から噴射される方向と被洗浄基板２５の送り方向とのなす角度（被洗浄基板２５の洗浄面７５に対して、ジェットノズル１１から噴射された第２洗浄液が衝突する角度）は、１０°以上４５°以下になるように形成されている。本明細書においては、この角度を「傾斜角度」という。また、ジェットノズル１１のスリットノズル孔１５は、図１の紙面に垂直な方向に長手方向を有するように形成され、スリットノズル孔１５の長手方向の長さは、被洗浄基板２５の幅方向の長さより長くなっている。超音波ノズルのノズル孔５は、被洗浄基板２５の裏面７６に平行で、被洗浄基板２５の送り方向に垂直な方向において、被洗浄基板２５の幅方向の長さより長くなっている。

（作用・効果、洗浄方法）
次に、本発明に基づく洗浄装置の作用と効果、また、本発明に基づく洗浄方法について説明する。図２は、被洗浄基板に付着している微粒子に対する超音波の作用を説明する拡大断面図である。図２（ａ）は、超音波が作用する前の状態を示す拡大断面図であり、図２（ｂ）は、超音波が作用したときの拡大断面図である。図２（ａ）に示すように、被洗浄基板２５の洗浄面７５には、除去すべき微粒子３３が付着している。被洗浄基板２５が搬送され、微粒子３３が、第２洗浄液２２に接触すると、微粒子３３が第２洗浄液２２の中に浸漬する。この段階では、微粒子３３の周りの洗浄面７５の近傍には、第２洗浄液２２が完全に浸透していない空間７４が存在する。さらに被洗浄基板２５が運搬されると、超音波ノズルから噴射された第１洗浄液を通じて、超音波振動が裏面７６に伝播する。超音波振動は、被洗浄基板２５を通じて、第２洗浄液２２に伝播される。図２（ｂ）に示すように、第２洗浄液２２に超音波振動が伝播することによって、微粒子３３の周り全体に第２洗浄液２２が浸透する。すなわち、微粒子３３の表面全体を第２洗浄液２２が完全に覆うようになる。微粒子３３は、第２洗浄液２２のせん断流、第２洗浄液２２の超音波振動、および被洗浄基板２５の超音波振動によって、洗浄面７５との付着力が弱められ、矢印６２に示すように、洗浄面７５から離脱する。

図３に、本発明に基づく洗浄方法および洗浄装置の作用と効果を説明する概略断面図を示す。被洗浄基板２５は、矢印６１に示す向きに運搬されながら、第２洗浄液２２が噴射される。第２洗浄液２２は、被洗浄基板２５の洗浄面７５に衝突した後に、被洗浄基板２５の洗浄面７５に平行な向きの流れとなる。第２洗浄液２２の流速は、矢印７８のように、洗浄面７５で０ｍ／ｓになり、洗浄面７５から離れるに従って、急激に大きくなる。さらに、洗浄面７５から一定距離離れると、流速がほぼ一定になる。領域８０は、被洗浄基板２５からの距離によって、流速が急激に変化する境界層であり、領域８１は、流速がほぼ一定である高速主流が形成されている領域である。境界層の厚さは、流れのレイノルズ数の平方根に反比例し、たとえば、高速主流の流速が１５０ｍ／ｓの場合、第２洗浄液２２が、被洗浄基板２５と衝突する位置から１０ｍｍ離れた位置での境界層の厚さは、３〜４μｍとなる。

サブミクロンの微粒子３３は、境界層の厚さよりも小さいので、矢印６５に示すように、境界層の第２洗浄液のせん断応力によって回転モーメントが働き回転する。洗浄面７５を微粒子３３が移動するときには、滑り移動と回転移動とが考えられる。滑り摩擦係数と転がり摩擦係数とを比較すると、転がり摩擦係数は、滑り摩擦係数の１／１０００〜１／１００００であり、桁違いに小さい。このため、被洗浄基板２５に大きな接触面積で付着して、滑り移動が困難な微粒子も容易に回転移動する。このように、微粒子３３は、矢印６６に示すように、洗浄面７５に沿って回転移動する。

被洗浄基板２５の下方に配置された超音波ノズル１から１ＭＨｚ程度の周波数を含む超音波が印加された第１洗浄液２１が被洗浄基板２５の裏面に噴射されることによって、矢印６２に示すように、微粒子３３が洗浄面７５から離脱する。

微粒子３３と被洗浄基板２５との間に作用する付着力は、分子間力（ファンデルワールス力）が支配的である。分子間力は、分子間の距離の二乗に反比例して減少するので、微粒子３３の浮上する距離が僅かであっても、微粒子３３と被洗浄基板２５との分子間力は急激に減少する。たとえば、粒径０．５μｍの微粒子３３に対して、周波数１ＭＨｚの超音波を７．５Ｗ／ｃｍ²の出力で印加すると、微粒子３３は振動加速度を有する外力を受けて、約２０ｎｍだけ洗浄面７５から浮上する。この浮上によって、分子間力は、約１／１０００に減少するので、微粒子３３の移動は極めて容易になる。

境界層の内部で回転しながら浮上した微粒子３３において、微粒子３３の上部における第２洗浄液２２の流れ方向は、微粒子３３の回転方向と同じである。これに対し、微粒子３３の下部における第２洗浄液２２の流れ方向は、微粒子３３の回転方向と逆向きになる。したがって、微粒子３３の下側の第２洗浄液２２の流速は、上側の流速よりも遅くなる。この結果、ベルヌーイの定理によって、微粒子３３の下側の圧力は、上側の圧力よりも高くなる。微粒子３３は、この上下の圧力差によって、矢印６８に示すように揚力が生じて浮上を続け、領域８０に示す境界層から高速主流の領域８１に移動する。このように、流れの中を回転しながら移動する粒子に対して揚力が働く現象を「マグヌス効果」という。マグヌス効果は、野球において、ピッチャーがボールに回転を与えながら投げると、ボールが進行方向に対して垂直な方向に徐々に曲がっていくことと同じ原理である。

高速主流の領域８１に到達した微粒子３３は、矢印６９に示すように、高速主流の流れにしたがって領域８１の内部を流れる。高速主流は、内部全体にわたって第２洗浄液２２の上側の表面流速とほぼ同じ速度を有しており、高速で流れている。低速の境界層を離脱した微粒子３３は、高速主流の流れに乗って高速で被洗浄基板２５の上方から被洗浄基板２５の外側に排出される。この際、微粒子３３は高速で移動するため、洗浄面７５には再付着しない。

このように、洗浄面７５に付着した微粒子の周囲に第２洗浄液を浸透させる工程と、第２洗浄液の流れによって微粒子を回転移動させる工程と、超音波の作用によって微粒子を被洗浄基板の表面から浮上させる工程と、微粒子をマグヌス効果によって被洗浄基板の表面の境界層から離脱させる工程と、微粒子を第２洗浄液の高速主流によって、被洗浄基板の上方から離脱させる工程とを含むことによって、被洗浄基板の洗浄面から除去された微粒子が洗浄面に再付着することを抑制して、洗浄能力が向上した洗浄方法を提供することができる。一般の超音波洗浄においても、微粒子に超音波を印加すると微粒子はその振動力によって浮上するが、その浮上時間は瞬間的であり長時間持続しない。このため、一旦浮上した微粒子も、洗浄面に再付着する可能性が高い。一方で、本発明に基づく洗浄方法では、高速の噴流で回転移動している微粒子を超音波の作用で浮上させ、さらに、マグヌス効果によって微粒子に揚力を与えることができるため、再付着することを抑制できる。また、微粒子を被洗浄基板の上方から排除する主流の流れは高速であり、被洗浄基板に再付着する可能性は非常に小さい。このように、高速ジェット流れと超音波振動との相乗効果によって被洗浄基板の洗浄力が向上して、サブミクロンの微粒子も除去することが可能である。

次に、図１を用いて、ジェットノズル１１と超音波ノズル１との位置関係について説明する。ジェットノズル１１から噴射された第２洗浄液は、被洗浄基板２５と衝突後、被洗浄基板２５の上側の主表面に沿って流れる。本発明では、第２洗浄液のせん断流によって、微粒子を回転移動させ、回転移動している微粒子に対して超音波を印加する必要がある。第１衝突点７１と第２衝突点７２との距離７３が小さすぎると第２洗浄液の流れが安定せず、超音波ノズル１からの超音波の作用を十分に生かすことができない。すなわち、被洗浄基板２５に付着する微粒子が回転移動するための助走距離が小さくなる。

逆に、距離７３が大き過ぎると、第２洗浄液の主流の流速が遅くなってしまい、微粒子が被洗浄基板２５に再付着する可能性が大きくなる。また、距離７３が大きいと、第２洗浄液の噴流に対して、超音波ノズル１からの超音波が同時に作用しない部分が大きくなる。すなわち、被洗浄基板２５は図１において矢印６１の向きに運搬されるため、被洗浄基板２５の前側の一部分は、ジェットノズル１１から噴射される第２洗浄液が衝突して、初めて被洗浄基板の上面に第２洗浄液が広がり、超音波ノズル１からの超音波の作用を受けることができる。したがって、被洗浄基板２５の前側の端面から距離７３の部分は、超音波ノズル１からの超音波の作用を十分に受けることができず、この部分においては、主にジェットノズル１１から噴射される第２洗浄液のみによって洗浄される。このことを考慮すると、距離７３は短い方が好ましい。

上記のことから、距離７３は設定すべき範囲があり、この距離７３は、２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。この構成を採用することにより、被洗浄基板２５の上面で第２洗浄液の流れが安定し、微粒子を確実に高速のせん断流に含めることができる。また、微粒子が被洗浄基板２５に再付着することを抑制することができ、さらに、被洗浄基板の送り方向の前側における超音波が作用しない部分を小さくすることができる。

微粒子３３の粒径が小さくなるのに反比例して、被洗浄基板２５への付着力は増大する。また、微粒子を回転移動させる第２洗浄液の流れによるせん断応力は、速度勾配に比例する。したがって、被洗浄基板２５上の第２洗浄液の流速が速くなるほど境界層におけるせん断応力は大きくなり洗浄力は向上する。粒径の小さい微粒子を除去するためには、被洗浄基板に衝突する第２洗浄液の流速を上げる必要がある。粒径が３μｍ以上の微粒子を除去する能力を有するためには、被洗浄基板の表面における第２洗浄液の流速は１５ｍ／ｓ以上である。さらに、サブミクロン以上の微粒子を除去する場合は、被洗浄基板の表面における第２洗浄液の流速は１００ｍ／ｓ以上が好ましい。

第２洗浄液の流速が速くなると、洗浄力が向上する反面、被洗浄基板２５を第２洗浄液の流れの抵抗に逆らって搬送することが困難になる。また、被洗浄基板２５の洗浄面に薄膜などが形成されている場合、この薄膜などが傷つくおそれがある。また、第２洗浄液と被洗浄基板２５との摩擦力によって静電気が発生する。静電気は、第２洗浄液のせん断方向における流速が速いほど、または水の純度（比抵抗）が高いほど発生する量が大きい。第２洗浄液の流速が速くなると、このような問題が生じるが、実際の洗浄実験を行なった結果、第２洗浄液の流速が２００ｍ／ｓ以下では、被洗浄基板の搬送、洗浄面に形成された薄膜の損傷および静電気に関する問題は生じない。以上のことから、ジェットノズルから噴射される第２洗浄液が被洗浄基板に衝突した直後の流速は、１５ｍ／ｓ以上２００ｍ／ｓ以下であることが好ましい。

図１において、被洗浄基板２５に対して第２洗浄液がジェットノズル１１から噴射される方向と被洗浄基板２５の送り方向とのなす角度は、洗浄力に影響を与える。傾斜角度を大きくした場合は、第２洗浄液が被洗浄基板２５に衝突する際の衝撃力を大きくすることができて洗浄力が向上する。しかし、衝突後の被洗浄基板２５の洗浄面を流れる流速は遅くなってしまう。また、傾斜角度θを大きくすると、被洗浄基板２５に損傷を与える可能性がある。特に、被洗浄基板２５の洗浄面７５に薄膜が形成されている場合などは、この薄膜を傷つけるおそれがある。被洗浄基板に剥がれやすいＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜を形成したものに対して、傾斜角度θを変化させながら第２洗浄液を衝突させて洗浄を行なう実験を行なった。この実験によって得られた知見から、傾斜角度θは１０°以上４５°以下であることが好ましい。この傾斜角度を採用することによって、被洗浄基板に損傷を与えずに、高い洗浄力で被洗浄基板を洗浄することができる。

第１洗浄液に印加される超音波の周波数は、１ＭＨｚが好まれて用いられている。超音波の周波数が低過ぎると、微粒子や第２洗浄液を振動させる効果が十分に発揮されない。超音波による振動加速度は、周波数の二乗に比例する。したがって、周波数が、たとえば１ＭＨｚの半分の５００ｋＨｚになると、振動加速度は１／４に減少してしまい、この結果、洗浄力が大幅に低下する。このように、超音波によって微粒子や第２洗浄液などを振動させる効果を考慮すると、超音波の周波数は、少なくとも４００ｋＨｚ以上であることが好ましく、１ＭＨｚ以上であることがより好ましい。逆に、超音波振動の周波数が大きくなるほど振動加速度が大きくなるため、微粒子の除去能力が高くなる。しかし、周波数が大き過ぎると、生じるキャビテーションによって被洗浄基板の洗浄面を損傷するおそれがあり、周波数は２ＭＨｚ以下であることが好ましい。

本実施の形態における洗浄装置は、ジェットノズル１１のスリットノズル孔１５が長手方向を有するように形成され、この長手方向の長さは、被洗浄基板２５の表面に平行で、被洗浄基板２５の送り方向に垂直な方向において、被洗浄基板２５の幅方向の長さよりも長くなっている。この構成を採用することによって、被洗浄基板２５の幅方向全体において、第２洗浄液を衝突させることができ、被洗浄基板２５の洗浄面全体を１度の運搬で均一に洗浄することができる。また、被洗浄基板２５の送り方向の下流側の端面や送り方向に平行な端面も同時に洗浄することができる。

また、超音波ノズル１の噴射口は、被洗浄基板２５の表面に平行で被洗浄基板の送り方向に垂直な方向において、被洗浄基板２５の幅方向の長さよりも長くなっている。この構成を採用することによって、被洗浄基板２５の送り方向に垂直な方向全体に対して、超音波を印加することができ、１度の洗浄で被洗浄基板の洗浄面を均一に洗浄することができる。また、被洗浄基板２５の裏面も洗浄することができ、さらに、被洗浄基板２５の端面も同時に洗浄することができる。

（実施の形態２）
図４から図６を参照して、本発明に基づく実施の形態２における洗浄装置および洗浄方法について説明する。

図４は、本実施の形態における第１の洗浄装置の概略断面図である。被洗浄基板２５が送り手段によって矢印６１の向きに搬送され、洗浄面に対してジェットノズル１１から第２洗浄液２２が噴射され、裏面に対して超音波ノズルから超音波が印加された第１洗浄液２１が噴射されることは実施の形態１と同様である。超音波ノズルは、第２衝突点より被洗浄基板２５の送り方向の上流側に第１衝突点が位置するように配置されていることも実施の形態１と同様である。本実施の形態における洗浄装置は、裏面に第１洗浄液を噴射するための超音波ノズルが２個配置されている。

本実施の形態においては、超音波ノズル１ａと超音波ノズル１ｂとの２個の超音波ノズルが、それぞれのノズル孔５ａの長手方向とノズル孔５ｂの長手方向とが互いに平行になるように配置されている。ノズル孔５ａ，５ｂのそれぞれの長手方向の長さは、被洗浄基板２５の送り方向に垂直な被洗浄基板２５の幅方向の長さよりも長くなるように形成されている。それぞれの超音波ノズル１ａ，１ｂは、それぞれの電源２７ａ，２７ｂに接続されている。第１洗浄液２１は、第１供給タンク３から第１洗浄液供給管２を通じて、それぞれの第１供給口７ａ，７ｂに供給される。

図５に、本実施の形態における第１の洗浄装置の主要部の拡大断面図を示す。ジェットノズル１１のスリットノズル孔１５の幅Ｄ２や超音波ノズル１ａ，１ｂのノズル孔５ａ，５ｂの幅Ｄ１については、実施の形態１と同様である。第２洗浄液が被洗浄基板２５に衝突するときの傾斜角度θについても実施の形態１と同様である。

本実施の形態においては、第１衝突点７１ａと第２衝突点７２との距離７３ａおよび第１衝突点７１ｂと第２衝突点７２との距離７３ｂは、それぞれ２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下になるように配置されている。被洗浄基板２５には、第１衝突点７１ａと第１衝突点７１ｂとの２回にわたって超音波が印加されて洗浄が行なわれる。このため、微粒子を除去する能力が向上して、被洗浄基板２５を洗浄する能力が向上する。すなわち、実施の形態１における洗浄装置よりも洗浄力をさらに向上させることができる。

図６に、本実施の形態における第２の洗浄装置および第３の洗浄装置を示す。第２の洗浄装置および第３の洗浄装置は、それぞれ５個の超音波ノズル１を備えている。それぞれの超音波ノズル１は、ノズル孔が長手方向を有するように形成されている。図６は、複数の超音波ノズル１と被洗浄基板２５との位置関係を説明する平面図である。第２の洗浄装置および第３の洗浄装置においては、それぞれのノズル孔の長手方向が被洗浄基板２５の送り方向である矢印６１の向きに垂直になるように配置されている。それぞれのノズル孔の長手方向は、互いに平行になるように配置されている。

また、１つの超音波ノズル１を隣り合う他の超音波ノズル１に投影したときに、他の超音波ノズルのほぼ半分が影になるように配置されている。それぞれのノズル孔は、被洗浄基板２５の搬送の方向である矢印６１の向きと逆向きに第２洗浄液を噴射できるように形成されている。また、それぞれの超音波ノズル１は、第１洗浄液の第１衝突点とそれぞれの第２洗浄液の第２衝突点との距離が２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下になるように配置されている。

第２の洗浄装置においては、図６（ａ）に示すように、被洗浄基板２５の送り方向である矢印６１の方向に、一列に並ぶように超音波ノズル１が形成されている。これに対し第３の洗浄装置は、図６（ｂ）に示すように、超音波ノズル１を下側から見たときにＶの字を描くように配置されている。

第２の洗浄装置および第３の洗浄装置は共に、被洗浄基板２５の送り方向である矢印６１の向きに垂直な幅方向全体に対して、超音波を印加した第１洗浄液を噴射することができる。また、隣り合う１つの超音波ノズルに他の超音波ノズルを投影したときに、１つの超音波ノズルのほぼ半分が他の超音波ノズルの影となるように配置されていることによって、被洗浄基板２５の洗浄面のほぼ全体に対して、第１洗浄液が２回噴射されることになり、被洗浄基板を十分に洗浄することができる。すなわち、超音波を印加した洗浄の実効処理時間が２倍になる
このような複数の超音波ノズルを有する構成を採用することによって、対角線の長さが１ｍを越える大型の被洗浄基板に対しても、本発明を適用することができる。また、大型の被洗浄基板に対しては、その全幅に対応した長尺の超音波ノズルを製作することは困難であり、たとえ製作することができたとしても、非常に高額な製造装置になる。しかし、本発明を適用することによって、安価な洗浄装置を容易に形成することができる。

上記以外の洗浄装置の構成、作用、効果および洗浄方法については実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰返さない。

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制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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を含むものである。

本発明に基づく実施の形態１における洗浄装置の主要部の概略断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、微粒子に第２洗浄液が浸透する様子を説明した拡大断面図である。 本発明に基づく洗浄方法の工程を説明する概略図である。 本発明に基づく実施の形態２における第１の洗浄装置の概略断面図である。 本発明に基づく実施の形態２における第１の洗浄装置の主要部の拡大断面図である。 本発明に基づく実施の形態２における第２の洗浄装置および第３の洗浄装置の説明図である。 従来の技術に基づく洗浄装置の概略断面図である。 従来の技術に基づく洗浄装置の概略平面図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 超音波ノズル、２ 第１洗浄液供給管、３ 第１供給タンク、４ 第１ポンプ、５，５ａ，５ｂ ノズル孔、６ 第１貯留部、７，７ａ，７ｂ 第１供給口、８ 超音波振動子、９ 吸収ダンパ、１０ 封止板、１１ ジェットノズル、１２ 第２洗浄液供給管、１３ 第２供給タンク、１４ 第２ポンプ、１５ スリットノズル孔、１６ 第２貯留部、１７ 第２供給口、２１ 第１洗浄液、２２ 第２洗浄液、２５ 被洗浄基板、２７，２７ａ，２７ｂ 電源、２８ トレイ、２９ 戻り管、３０ 搬送ローラ、３１ 電動機、３２ ベルト、３３ 微粒子、６１，６２，６５，６６，６８，６９，７８ 矢印、７１，７１ａ，７１ｂ 第１衝突点、７２ 第２衝突点、７３，７３ａ，７３ｂ 距離、７４ 空間、７５ 洗浄面、７６ 裏面、８０，８１ 領域、θ 傾斜角度、Ｄ１，Ｄ２ 幅。

Claims (6)

1. 被洗浄基板の一方の表面に対して、超音波が印加された第１洗浄液を噴射するための超音波ノズルと、
   前記被洗浄基板の他方の表面に対して、第２洗浄液を噴射するためのジェットノズルと、
   前記超音波ノズルおよび前記ジェットノズルに対して、前記被洗浄基板を相対的に移動させるための基板送り手段とを備え、
   前記超音波ノズルは、噴射口が長手方向を有し、
   前記超音波ノズルは、Ｖの字上または送り方向に傾斜する直線上に並ぶように複数個配置されると共に、それぞれの前記噴射口の長手方向が、前記被洗浄基板の送り方向に垂直になるように配置されており、
   一の前記超音波ノズルを、隣合う他の前記超音波ノズルに投影したときに、前記一の前記超音波ノズルの略半分が影と重なるように配置されている、洗浄装置。
2. 前記被洗浄基板に衝突した直後の前記第２洗浄液のうち高速主流の流速が、１５ｍ／ｓ以上２００ｍ／ｓ以下である、請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記被洗浄基板に対して、前記第２洗浄液が前記ジェットノズルから噴射される方向と前記被洗浄基板の送り方向とのなす角度が１０°以上４５°以下である、請求項１に記載の洗浄装置。
4. 前記超音波の周波数は、４００ｋＨｚ以上２ＭＨｚである、請求項１に記載の洗浄装置。
5. 前記ジェットノズルの噴射口は、長手方向を有するように形成され、
   前記ジェットノズルの噴射口の長手方向の長さは、前記被洗浄基板の表面に平行で、前記被洗浄基板の送り方向に垂直な方向において、前記被洗浄基板の幅方向の長さより長くなっている、請求項１に記載の洗浄装置。
6. 被洗浄基板の一方の表面に対して超音波が印加された第１洗浄液を噴射しながら、他方の表面に対して第２洗浄液を噴射して、前記他方の表面を洗浄する洗浄方法であって、
   前記被洗浄基板の表面に付着した微粒子の周囲に前記第２洗浄液を浸透させる工程と、
   前記第２洗浄液の流れによって前記微粒子を回転移動させる工程と、
   前記超音波の作用によって前記微粒子を前記被洗浄基板の表面から浮上させる工程と、
   前記微粒子をマグヌス効果によって前記被洗浄基板の表面の境界層から離脱させる工程と、
   前記微粒子を前記第２洗浄液の高速主流によって、前記被洗浄基板の上方から離脱させる工程と、を含み、
   前記第１洗浄液は超音波ノズルから噴射され、該超音波ノズルは、噴射口が長手方向を有し、
   前記超音波ノズルは、Ｖの字上または第２洗浄液の流れの方向に傾斜する直線上に並ぶように複数個配置されると共に、それぞれの前記噴射口の長手方向が、前記第２洗浄液の流れの方向に垂直になるように配置されており、
   一の前記超音波ノズルを、隣合う他の前記超音波ノズルに投影したときに、前記一の前記超音波ノズルの略半分が影と重なるように配置されている、洗浄方法。

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