JPH02247650A - 洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば、ガラス、セラミックスその他の硬脆
材料、特に、半導体製造分野等において使用されるフォ
トマスク用ガラス基板等を超音波洗浄する際に好適な洗
浄方法に関する。

［従来の技術］ 例えば、半導体製造分野において使用されるフォトマス
クブランク等の基板の製造工程においては、該フォトマ
スクブランク等の基板を構成するガラス基板（以下、ガ
ラス基板という。）を超音波洗浄する工程がある。

すなわち、このガラス基板は、素材ガラス板を所定の大
きさに切り出し、粗研磨等の工程を経た後、水等にＣｅ
０２（酸化セリウム）等の研磨剤を加えた研磨液を用い
て平面加工装置によってその主表面（表裏の面）が精密
研磨されて高い平面精度に仕上げられて得られる。そし
て、この主表面に遮光性膜等の薄膜が形成されるもので
あるが、ガラス基板に異物が付着しているとこの薄膜に
欠陥が生ずるおそれがある。このため、前記精密研磨後
、薄膜形成工程に移行する前に、このガラス基板に付着
している研磨剤等の異物を除去するための洗浄が行われ
る。

一般に、この洗浄工程は、洗浄→リンス→乾燥という工
程からなっており、この洗浄、リンスの各工程において
超音波洗浄が用いられる。

この超音波洗浄は、それぞれ異なる役割を有する洗浄溶
液またはリンス液が収容された複数の超音波洗浄槽に前
記ガラス基板を順次浸していくという、複数の工程から
なっている。

下記第１表及び第２図に前記洗浄工程の例を掲げる。な
お、第２図において、横軸が時間ｔ（単位：分）、縦軸
が超音波出力（単位；問）である。

第１表 この場合、前記洗浄溶液としては、フッ化水素（ＨＦ）
、アルカリ、酸等が用いられ、前記リンス液としては、
純水、超純水等が用いられる。そして、前記複数の超音
波洗浄槽の各種は、通常、−旦除去された汚染物がガラ
ス基板に再度付着して再汚染されるのを防止するために
、常時新しい洗浄液等を補給してオーバーフローさせた
り、あるいは、フィルターを介して循環させたりするこ
とにより液の汚染が所定以上にならないように配慮され
ている。

ところで、上述の超音波洗浄の原理は、溶液中に超音波
を伝搬させた場合に生ずる以下の作用力によるものと考
えられている。

すなわち、超音波による溶液の直進流、溶液中に生ずる
疎密波が付着物に与える加速度、音圧の変化により負圧
時に溶液中に空洞が生じて増圧の瞬間にこの空洞が消滅
することによるキャビテーション効果の作用力等である
。これら作用力が前記ガラス基板や付着物に総合的に働
いて、表面付着物（汚染物）を物理的に除去し、あるい
は、汚染物を溶液中に溶解、浮化させ、もしくは、汚染
物を可溶化し、もしくは、汚染物と溶液との化学反応を
促進させる等して除去するものである。

しかし、このような作用力を与える超音波振動の伝搬状
態を考えると、超音波振動子から発射された音波は、空
気との界面あるいは槽壁等の対向面等で反射されるので
、超音波洗浄槽内で定在波が生ずる。すなわち、対向面
に向かって進行する波と該対向面で反射した反射波とが
干渉して強め合い、あるいは、場所によっては弱め合い
、音圧または変位の腹と節が移動せず一定の位置に存在
することになる。それゆえ、定在波の腹になる音圧の高
いところと節になる音圧ゼロのところとでは洗浄効果が
異なり、音圧の高いところでは洗浄過多となって洗浄対
象物にダメージを与えるおそれがあり、一方、音圧ゼロ
のところでは洗浄ムラが生じて汚染物が残存するおそれ
があるという問題点があった。

そこで、従来から、この問題点を解決すべく、以下の方
法が提案されていた。

■　超音波の周波数を高くしてキャビテーション効果を
弱める。

■　洗浄液の表面張力を小さくする。

■　洗浄対象物を上・下に揺動させる。

■　発生する超音波の周波数を変化させて超音波の波長
を変化させる（例えば、特開昭６１−１０１２８３号公
報参照）。

しかし、以上の方法では、一定の効果は認められるもの
の、前記ダメージ及び洗浄ムラを十分防止するまでには
いたっていない。この点は、特に、洗浄対象物がガラス
基板等の脆い材質である場合にその傾向が顕著であった
。

これは、汚染物の残存を防ぐなめに超音波出力を高める
（キャビテーション・エネルギーを高める）と、ダメー
ジが生じ、逆に、超音波出力を弱める（キャビテーショ
ン・エネルギーを弱める）と洗浄ムラが生ずるという相
反する要因の均衡を取って、ダメージがなくかつ洗浄ム
ラもないという条件を設定することが前記各方法では著
しく困難であるためと考えられていた。

このため、特に、ガラス基板等の脆い材料を洗浄する場
合には、ガラスの材質の相違、ガラス基板表面構造の状
態、洗浄溶液の種類等の各条件が異なる毎に、これらの
条件に応じて超音波出力強度、超音波照射時間等の最適
な値をもとめて設定するという方法も提案されている（
例えば、特開昭６２−７１５８４号公報参照）。第３図
は、この方法の洗浄方法を示す図であり、図の横軸及び
縦軸は前記第２図の場合と同じである。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上述の提案にかかる方法（特開昭６２−７１
５８４号公報参照）によっても、前記ダメージ及び洗浄
ムラを十分防止することは困難であることが判明した。

すなわち、上記方法で、超音波出力を小さくして超音波
洗浄時間を長くすることによりダメージを少なくするこ
とはできるが、ダメージを十分少なくするためには、超
音波出力を著しく小さくし、洗浄時間を著しく長く設定
する必要があり、洗浄に著しく長時間を要するとともに
、そのようにしても、前記ダメージ及び洗浄ムラともに
完全に防止することは困難であった。

この原因を究明したところ、以下の事実が解明された。

すなわち、上述のように、ある洗浄工程と次の洗浄工程
、例えば、前記第１表及び第２図に示される例において
は、第一洗浄工程と第二洗浄工程とでは、洗浄に用いる
溶液が異なっている。

このため、第一洗浄工程を終了した洗浄対象物を第二洗
浄工程に移行するために、第二洗浄工程を行う超音波洗
浄槽に浸したとき、前記第一洗浄工程で洗浄対象物に付
着した溶液、（例えば、アルカリ溶液等）が、第二洗浄
工程の溶液（例えば、超純水等）中に分散して十分に薄
められるまでの間、この第二洗浄工程において、第一洗
浄工程の溶液が混入した状態で、第二洗浄工程用に設定
された超音波出力条件で超音波洗浄が施されることにな
る。第４図は、アルカリ溶液で洗浄工程後、超純水で洗
浄する工程に移行した場合、すなわち、アルカリ溶液に
浸していた洗浄対象物を超純水中に浸した瞬間からの超
純水のｐＨ濃度を調べた例を示すグラフである。なお、
図において横軸が洗浄対象物を浸してからの時間（単位
；　５ｅｃ）、縦軸がＰＨである。このグラフから明ら
かなように、超純水のｐＨが、洗浄対象物の浸される前
のもとの状態に近い状態（本例では、ｐＨ；７．２＞に
なるのに、少なくとも数分以上要していることがわかる
。

したがって、本来超純水で超音波洗浄を行うべきときに
、アルカリ溶液で超音波洗浄を行うことになってしまい
、洗浄過多となって洗浄対象物にダメージを与えること
になる。したがって、このような不都合を十分に除去す
るためには、第１洗浄工程と第二洗浄工程との間に超音
波洗浄を行わない別個のリンス工程を設けることなどが
必要となり、工程が複雑となって洗浄工程に長時間を要
するとともに、洗浄コスト、設備コスト等の観点から著
しく不利になる。さらには、この洗浄は一般にクリーン
ルームでなされるが、このクリーンルームはスペースが
限られており、前記洗浄の工程が増えてそのために装置
が大型化することは極めて望ましくないことであった。

本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、比
較的単純な工程でダメージがなくかつ洗浄ムラのない洗
浄を行うことができる洗浄方法を提供することを目的と
したものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、本発明者等の究明の結果解明された上述の事
実に基づいて、以下の構成とすることで上記課題を解決
している。

洗浄液を収容した超音波洗浄槽を複数用意し、これら各
種に順次洗浄対象物を浸して超音波洗浄を施していくこ
とにより前記洗浄対象物の洗浄を行うようにした洗浄方
法において、 前記各超音波洗浄槽において超音波洗浄を施す際に、前
記各超音波洗浄槽の少なくともいずれかにおける洗浄処
理の中に、少なくとも洗浄の初期に超音波出力を小さく
しておいて一定の間これを漸増させるようにした処理を
含ませたことを特徴とした構成。

［作用］ 前記構成において、前記各超音波洗浄槽において超音波
洗浄を施す際に、洗浄の初期において超音波出力を小さ
くしておいてこれを漸増させるようにしたことにより、
洗浄対象物の表面に前工程の溶液が残存している間は弱
い超音波出力で洗浄が行われるから、洗浄対象物に前記
残存溶液の影響によるダメージを与えることがなく、一
方、洗浄対象物の表面の残存溶液が少なくなるとともに
超音波出力が増大されて、この工程の溶液による本来の
超音波洗浄に適した出力となるから洗浄ムラを生ずるこ
ともない。したがって、別個のリンス工程等を設ける等
の必要がなくなって工程が単純になるとともに、設備も
小型なものですむ。

［実施例］ （第１実施例） 第１図は本発明の第１実施例にかかる洗浄方法の説明図
である。以下、第１図を参照しながら第１実施例を詳述
する。

この実施例は、第一洗浄工程、第二洗浄工程、第三洗浄
工程、第四洗浄工程及び乾燥工程の５工程からなる。こ
の場合、これら各工程で用いる溶液は、それぞれ、アル
カリ、純水、純水、アルコール、アルコールである。そ
して、各工程ではこれら溶液を収容した洗浄槽に洗浄対
象物、例えば、フォトマスクブランク用のガラス基板等
を浸して洗浄を行う。なお、第一洗浄工程〜第四洗浄工
程は超音波洗浄工程であり、これら工程に用いる洗浄槽
は超音波洗浄槽であり、超音波発生手段が設けられてい
る。また、各洗浄槽は洗浄用の溶液を清浄化するために
、オーバーフロ一方式、あるいは、フィルターを介して
の循環方式等による清浄化手段が設けられている。

さて、本実施例は、各超音波洗浄工程（第１図における
第一洗浄工程〜第四洗浄工程）において、洗浄対象物を
超音波洗浄槽に浸し、超音波出力を、洗浄開始と同時に
ゼロからリニアに増加させ、所定時間後から一定出力と
し、また、工程終了の所定時間前から出力をリニアに減
少させて工程終了時に出力がゼロになるようにし、しか
る後に洗浄対象物を超音波洗浄槽から取り出して次の超
音波洗浄槽に浸すようにしたものである。

ここで、前記第一洗浄工程〜第四洗浄工程の各工程の洗
浄トータル時間はともに４分であり、−定に保つ超音波
出力値もともに０．５に−であるが、各工程毎に、超音
波出力の増加及び減少の勾配を適宜選定して異ならしめ
ている。

すなわち、例えば、第一洗浄工程、第三洗浄工程及び第
四洗浄工程の工程開始時における超音波出力増加の勾配
は比較的急勾配に設定しであるが、第二洗浄工程におい
てはこれを比較的緩やかな勾配としている。これは、第
一洗浄工程がアルカリ溶液を用いた洗浄であるため、こ
の工程で付着したアルカリ溶液が第二洗浄工程の純水に
混入して純水中に分散していく間は、洗浄過多になるこ
とを防止するため工程開始時、すなわち、洗浄初期には
超音波出力を弱くするようにしたものである。

これにより、アルカリ溶液が純水に混入したことによる
洗浄過多が効果的に防止される。

また、各工程終了の手前からリニアに出力を減少させる
ことにより、ガラス基板から一旦除去された汚染物が、
超音波振動の作用によって溶液中を分散移動してガラス
基板に再付着することが防止される。

第５図は、上述の第１実施例の方法及び従来例の方法に
よって、フォトマスクブランク用のソーダライムガラス
基板（サイズ：　１２７　ｘ１２７　ｘ２．３ｍｍ）１
０枚を１０ツトして１０ロツト（すなわち、合計で１０
０枚）を−括して洗浄した場合における超音波ダメージ
の発生率を示したものである。

第５図から明らかなように、従来例ではダメージ発生率
が６０％（基板１００枚中６Ｏ枚がダメージを受けた）
であるのに対し、本実施例では２％（ダメージをうけた
基板は１００枚中で２枚）であって、著しく減少してい
ることがわかる。

（第２実施例） 第６図は本発明の第２実施例にかかる洗浄方法の説明図
である。

第６図に示されるように、この実施例は、前記第１実施
例における超音波洗浄工程における工程の初期及び終期
における超音波出力の増加及び減少の仕方を段階的に行
うようにしたもので、この立置外の構成は前記第１実施
例と同じであるので、詳細説明は省略する。

この実施例によっても、前記第１実施例と同様の効果が
得られることが確認されている。

（本発明を実施するための装置の例） 次に、本発明を実施するための装置の例について説明す
る。

第７図は本発明にかかる洗浄方法を実施するための超音
波洗浄槽の説明図である。

第７図において、符号１ａ、ｌｂは超音波洗浄槽本体、
符号２ａ、２ｂは前記超音波洗浄槽本体ｌａ、ｌｂの底
部に取り付けられた超音波発生部、符号３ａ、３ｂは前
記超音波発生部２ａ、２ｂを制御する制御部、符号４ａ
、４ｂは循環パイプ、符号５ａ、５ｂはフィルタ、符号
６ａ、６ｂは前記超音波洗浄槽本体１ａ、ｌｂに収容さ
れる溶液、符号７ａ、７ｂは洗浄対象物たるガラス基板
である。なお、前記超音波洗浄槽本体１ａは、前記第１
及び第２実施例における第一洗浄工程を行うための第一
洗浄槽、前記超音波洗浄槽本体１ｂは、同じく第二洗浄
工程を行うための第二洗浄槽である。第三及び第四洗浄
工程を行うための第三及び第四洗浄槽は、これらと同様
の構成をしているので図示は省略しである。

第８図は、前記制御部３ａの説明図である。第８図にお
いて、符号３１はシーケンス制御回路、符号３２はこの
シーケンス制御回路３１によって制御されるモータ、符
号３３．３４は前記モータの回転を伝達するギア、符号
３５は前記ギア３４の回転角を検出して検出信号を前記
シーケンス制御回路に送出するエンコーダ、符号２１は
前記超音波発生部２ａ　（２ｂ）の超音波出力を加減す
る可変抵抗器である。

上述の構成において、前記シーケンス制御回路３１は、
前記エンコーダ３５の検出信号をフィードバック信号と
して前記モータ３２の回転速度及び回転時間を制御する
。すなわち、これにより前記可変抵抗器２１の抵抗値を
所定の速度で増加させ、もしくは、減少させ、あるいは
一定の値に維持させる。これにより、前記超音波発生部
２ａ（２ｂ）で発生する超音波出力を所定の速度で増加
させ、もしくは、減少させ、あるいは一定の値に維持さ
せるものである。この場合、超音波出力の増加・減少の
態様は、第９図（ａ）に示されるように、リニアにもで
き、あるいは、第９図（ｂ）に示されるように段階的に
も、さらには、特に図示しないが、指数関数的にも、あ
るいは、これらの態様を組み合わせた態様その他の任意
の増・減感様をとることができるようになっている。な
お、このような制御を行うシーケンス制御回路は、例え
ば、集積回路素子等を用いた周知の回路（例えば、マイ
クロコンピュータ等を利用した回路）で比較的簡単に構
成することができる。

以上の説明から明らかなように、上述の構成の超音波洗
浄槽を用いることにより本発明の洗浄方法を容易に実施
することができる。

なお、以上の各実施例では、前記洗工程の初期もしくは
終期における超音波出力の増・減の態様を「リニア」の
場合と、「段階的」の場合とを掲げたが、本発明は、こ
れに限られることなく、この増・減の態様として、例え
ば、「指数関数的」の場合や、あるいは、「リニア」、
「段階的」、「指数関数的」のそれぞれを任意に組み合
わせたり、さらには、その他考えられる任意の増・減感
様をとってもよい。

また、前記各実施例では、各超音波洗浄処理の中に、そ
の終期において超音波出力を漸減させる処理も含ませて
汚染物の再付着の防止効果を得ているが、再付着のおそ
れがないような場合にはこの「漸減」処理を省いてもよ
い。

［発明の効果］ 以上、詳述したように、本発明は、複数の超音波洗浄槽
に洗浄対象物を順次浸して洗浄を行う洗浄方法において
、前記各超音波洗浄槽で超音波洗浄を施す際に、少なく
とも洗浄の初期において超音波出力を小さくしておいて
これを漸増させる処理を行うにしたもので、これにより
、単純な工程でダメージがなくかつ洗浄ムラのない洗浄
を行うことができるようにしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例にかかる洗浄方法の説明図
、第２図及び第３図は従来の洗浄方法の説明図、第４図
はアルカリ溶液に浸していた洗浄対象物を超純水中に浸
した瞬間からの超純水のｐＨ濃度を調べた例を示すグラ
フ、第５図は超音波ダメージ発生率の説明図、第６図は
第２実施例の洗浄方法の説明図、第７図は超音波洗浄槽
の説明図、第８図は制御部の説明図、第９図は出力増加
・減少方式の説明図である。 ｌａ、ｌｂ・・・超音波洗浄槽本体、２ａ、２ｂ・・・
超音波発生部、３ａ、３ｂ・・・制御部、４ａ、４ｂ・
・・循環パイプ、５ａ、５ｂ・・・フィルタ、６ａ、６
ｂ・・・溶液、７ａ、７ｂ・・・ガラス基板、２１・・
・可変抵抗器、３１・・・シーケンス制御部、３２・・
・モータ、３３．３４・・・ギア、３５・・・エンコー
ダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 洗浄液を収容した超音波洗浄槽を複数用意し、これら各
   槽に順次洗浄対象物を浸して超音波洗浄を施していくこ
   とにより前記洗浄対象物の洗浄を行うようにした洗浄方
   法において、 前記各超音波洗浄槽において超音波洗浄を施す際に、前
   記各超音波洗浄槽の少なくともいずれかにおける洗浄処
   理の中に、少なくとも洗浄の初期に超音波出力を小さく
   しておいて一定の間これを漸増させるようにした処理を
   含ませたことを特徴とする洗浄方法。