TWI422439B - Ultrasonic cleaning method - Google Patents

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Description

超音波洗淨方法
本發明係關於一種超音波洗淨方法，尤其是關於一種液晶顯示裝置用之玻璃基板或光罩用之玻璃基板、光碟用之基板、半導體晶圓等基板的洗淨之超音波洗淨方法。
在液晶顯示裝置或半導體之製造步驟中，有被要求以較高的洗淨度來洗淨玻璃基板或半導體晶圓等基板的步驟。在此種的步驟中，以往有採用一種反覆進行使用藥品的洗淨作業與使用超純水的濕潤作業之方法。
但是，一旦以此種方法來洗淨玻璃基板或半導體晶圓等基板，就有需要大量的藥品與超純水之問題。
因此，近年來廣泛採用一種利用超音波來洗淨的方法，亦有提案各種提高其洗淨效果的方法。例如，專利文獻1中，有提案一種使具機能性之氣體溶解於洗淨液中，並對使此具機能性之氣體溶解的洗淨液照射超音波，進而供給至基板的方法。依據此方法，則藉由洗淨液中之溶解氣體與孔洞(cavity)之生成壓壞效應，即可使反應性高的自由基產生，並可有效地分解去除基板上的污染物。
(專利文獻)日本特許3521393號公報
然而，如專利文獻1所記載的技術，一旦對使氣體溶解之洗淨液連續照射超音波，隨著時間經過就會在洗淨液中產生大量的氣泡，又，幾個氣泡會因彼此結合而亦包含有粗大的氣泡，會有因此產生的大量氣泡之影響而減低洗淨效果的問題。亦即，一旦在洗淨液中產生大量的氣泡，超音波就會因此氣泡而散射，其穿透性能會減低，結果，自由基的生成效率降低，洗淨效果減低。尤其是近年來由於考慮到對基板的損傷而採用MHz級的超音波，所以在以往的低頻(0.1MHz左右)下即使是不會造成問題的氣泡直徑也會有洗淨效果減低的問題。
本發明係有鑒於此種情事而開發完成者，其目的在於提高一種可高效率地洗淨被洗淨物的超音波洗淨方法。
本發明之第一形態，為了達成前述目的，提供一種超音波洗淨方法，係以照射過超音波的洗淨液來洗淨被洗淨物的超音波洗淨方法，其特徵在於：以預定週期(超音波照射時間十超音波照射停止時間)反覆執行：連續性地照射超音波至少0.2msec以上的步驟；以及停止超音波照射至少0.lmsec以上的步驟。
依據第一形態，則是反覆進行超音波之照射與停止，並在連續進行超音波之照射至少0.2msec以上之後，停止照射至少0.1msec以上。如此，藉由設置至少0.1msec以上之照射停止期間並週期性地照射超音波，即可防止阻礙 超音波穿透的大量氣泡之產生，且可高效率地洗淨被洗淨物。亦即，一旦產生大量氣泡，雖然氣泡本身會阻礙超音波之穿透，但是大量產生的氣泡一旦因彼此結合而更加粗大化，就會更加阻礙超音波之穿透。但是，藉由設置至少0.1msec以上之照射停止期間，即可使該照射停止期間中所產生的細微氣泡在洗淨液中再次溶解。藉此，防止阻礙超音波穿透的粗大氣泡之形成。又，藉由設置至少0.2msec以上之照射期間，即可使孔洞充分成長，獲得較大的自由基生成效果。
如此，依據本發明之第一形態，則可防止阻礙超音波穿透的粗大氣泡之產生，可高效率地將超音波能量輸入至洗淨液中，可高效率地產生有助於洗淨的自由基。藉此，可高效率地洗淨被洗淨物。又，由於以預定的間隔照射超音波，所以比起連續照射超音波的情況，還可降低所投入的能量。更且，比起連續照射超音波的情況，還可抑制洗淨液的溫度上升，可保持較高的洗淨液之氣體溶解度。因此，比起連續照射超音波的情況，還可促進氣體在洗淨液中的再次溶解。
本發明之第二形態，為了達成前述目的，係於第一形態中，將前述反覆執行的週期設為0.3msec以上、未滿500msec。
依據第二形態，則超音波之照射與停止的反覆執行週期，係被設定為0.3msec以上、未滿500msec。由於連續進行超音波之照射至少0.2msec以上，停止照射至少 0.1msec以上，所以反覆執行之週期至少需要0.3msec以上。另一方面，當改變週期觀察關於洗淨性能之作為重要參數的自由基之產生狀況時，一旦將週期增加至500msec左右，則自由基產生量會明顯降下來(參照第8圖)。一旦週期變長，其中連續地照射超音波的時間就會變長，此係因大量氣泡產生、與其等氣泡之結合所造成的粗大化之影響，會使超音波之穿透受到阻礙，反而會降低自由基的產生所致。又，當使週期變化而調查晶圓上之粒子洗淨效果時，可確認一旦到達週期500msec左右，效果就會開始往下掉(參照第9圖)。因而，藉由在此範圍內按照粒子、有機污染等的污染對象來設定週期，即可設定最適當的洗淨條件。
本發明之第三形態，為了達成前述目的，係於第一或第二形態中，使照射於前述洗淨液的超音波聚焦。
依據第三形態，則藉由使超音波聚焦，就可在聚焦焦點近旁高效率地使產生有助於洗淨的自由基。另一方面，一旦如此使超音波聚焦，由於孔洞會在聚焦焦點近旁集中生成，所以容易形成粗大氣泡。但是，藉由最適當地進行超音波之照射停止，即可防止粗大氣泡的產生，且可高效率地使產生有助於洗淨的自由基。
依據本發明的超音波洗淨方法，可高效率地洗淨被洗淨物。
以下，按照所附圖式就本發明的超音波洗淨方法之較佳實施形態加以詳細說明。
第1圖係顯示用以實施本發明超音波洗淨方法的超音 波洗淨裝置之一例的模型圖。
該超音波洗淨裝置10，係例如構成作為液晶顯示裝置用之大型玻璃基板的洗淨裝置，用以對水平搬運的玻璃基板G之表面供給照射過超音波的洗淨液來洗淨玻璃基板G。
玻璃基板G之搬運，例如係藉由輸送帶來進行，從被設置於該輸送帶之上方的洗淨用頭12簾幕狀地供給照射過超音波的洗淨液。
第2圖、第3圖係分別顯示洗淨用頭12之概略構成的正面剖面圖與側面剖面圖。
如同圖所示，洗淨用頭12，係形成前端被加工成推拔狀的橫長之箱型形狀，於其前端(下端)形成有呈開縫狀的洗淨液吐出口14。
在洗淨用頭12之內周部頂面，安裝有呈板狀的超音波振盪器16，於該超音波振盪器16之下面，安裝有聲波透鏡18。從超音波振盪器16振盪出的超音波，係藉由該聲波透鏡18聚焦成預定的聚焦焦點，並向洗淨液照射。如此，藉由使超音波聚焦，就可在聚焦焦點近旁高效率地使產生有助於洗淨的自由基。因而，該聚焦焦點，較佳為設定於玻 璃基板G之表面近旁。
在洗淨用頭12之側面，形成有供給口12A，從該供給口12A供給洗淨液至洗淨用頭內。洗淨液，例如係使用超純水，從未圖示的供給源經由脫氣膜模組20、氣體溶解膜模組22供給至供給口12A。
脫氣膜模組20，係將溶入於洗淨液中的多餘氣體進行脫氣，利用氣體溶解膜模組22使具機能性之氣體溶解於由該脫氣膜模組20所脫氣過的洗淨液中並供給至供給口12A。如此，將溶入於洗淨液中的多餘氣體進行脫氣之後，供給具機能性之氣體，藉由使溶解於水中，即可使增加有助於洗淨的氣體之溶解量，且可更提高洗淨效率。
另外，有關使溶解的氣體，並未被特別限定。
又，亦可形成使空氣飽和於洗淨液中的構成，來取代使具機能性之氣體溶解於如此脫氣過的洗淨液中的構成。
從供給口12A供給至洗淨用頭內的洗淨液，係從超音波振盪器16照射超音波，並從洗淨液吐出口14簾幕狀地吐出。
玻璃基板G，係以正交洗淨液吐出口14的方式搬運，當通過該洗淨液吐出口14之下部時，從洗淨液吐出口14吐出的洗淨液就會供給至表面，表面可獲得洗淨。
如以上所構成的超音波洗淨裝置10之作用係如下所述。
洗淨對象之玻璃基板G，係藉由未圖示的輸送帶來水平地搬運於預定的搬運路徑。然後，當通過洗淨用頭12之 下部時，從洗淨液吐出口14簾幕狀地吐出的洗淨液就會供給至表面，表面可獲得洗淨。
該洗淨液，係從未圖示的供給源供給，從該供給源供給的洗淨液，在利用脫氣膜模組20進行脫氣之後，具機能性之氣體就可利用氣體溶解膜模組22來溶解並供給至洗淨用頭12。供給至洗淨用頭12的洗淨液，係在從超音波振盪器16照射超音波之後，從洗淨液吐出口14吐出，且供給至玻璃基板G。
再者，如上所述，玻璃基板G，雖然係被供給照射過超音波的洗淨液而獲得洗淨，但是一旦連續照射對該洗淨液照射的超音波，則隨著時間的經過會在洗淨液中產生粗大的氣泡，而此產生的粗大氣泡之影響會減低洗淨效果。
亦即，一旦連續地對存在有溶解氣體的洗淨液照射超音波，就會在洗淨液中產生細微的氣泡(參照第4圖(a))。所產生的細微氣泡群，會隨著時間的經過而增加(參照第4圖(b))，而氣泡彼此間會相互地結合而形成粗大的氣泡(參照第4圖(c))。由於氣體與液體之密度及傳遞於介質中的音速也大為不同，所以在此境界面的穿透性能會顯著降低。因此照射過的超音波，會藉由此種的粗大氣泡而散射。因此從超音波振盪器16所振盪出的超音波，會隨著遠離超音波振盪之面而受到洗淨液中所產生的粗大氣泡之影響而衰減。結果，無法產生有助於洗淨的自由基，而減低了洗淨效果。
因此，本實施形態的超音波洗淨裝置10，係週期性地 停止超音波之照射，來防止粗大氣泡的產生。亦即，如第5圖所示，一邊以預定週期反覆進行照射與停止一邊照射超音波。此時，照射期間A係設定為至少0.2msec以上，照射停止期間係設定為至少0.1msec以上。
如此，藉由設置至少0.1msec以上的照射停止期問，即可使超音波照射中所產生的細微氣泡在照射停止中再次溶解於洗淨液中，可有效防止粗大氣泡的產生。亦即，如上所述，粗大氣泡，雖然係隨著時間的經過而增加超音波之照射中所產生的細微氣泡群，並藉由相互地結合而形成(參照第4圖(a)至第4圖(c))，但是藉由設置至少0.1msec以上的照射停止期間，即可使超音波照射中所產生的細微氣泡在照射停止中再次溶解於洗淨液中，而可防止粗大氣泡之產生於未然(參照第6圖(a)至第6圖(c))。
藉此，就可高效率地使從超音波振盪器16所振盪出的超音波穿透，可高效率地生成有助於洗淨的自由基。亦即，藉由超音波不會受到粗大氣泡阻礙而穿透，即可在洗淨液中高效率地反覆進行孔洞之生成、壓壞。從該壓壞後的孔洞中，生成氫基(H‧)或氫氧基(OH‧)，此等的自由基，係在乘載於超音波之聲波流而混合後供給至基板表面上。供給至基板表面上的自由基，係將超音波振動的效果合為一起而與存在於基板表面上的污染物起反應並分解去除。
如此，藉由設置至少0.1msec以上的照射停止期間，即可有效地防止阻礙超音波穿透的粗大氣泡之產生，可高 效率地生成有助於洗淨的自由基，可高效率地洗淨玻璃基板G。
第7圖係將週期設為lmsec，且進行改變DUTY比而檢測自由基之產生量的實驗時之實驗結果的圖表。
如同圖所示，一旦連續地照射超音波(DUTY比＝1時)雖然有助於洗淨的自由基幾乎不會產生，但是藉由週期性地停止照射(停止至少0.1msec以上)，可確認能生成有助於洗淨的自由基。本例的情況，可確認在DUTY比0.5~0.7之範圍(停止期問0.3~0.5msec)內自由基的產生量變成最大。
另外，照射期間，藉由設為至少0.2msec以上，就可使孔洞成長最大限。
因而，照射與停止的週期(＝照射期間＋照射停止期間)，係需要至少0.3msec以上。
另一方面，當改變週期觀察關於洗淨性能之作為重要參數的自由基之產生狀況時，一旦將週期增加至500msec左右，則自由基產生量會明顯降下來(參照第8圖)。一旦週期變長，其中連續地照射超音波的時間就會變長，此係因大量氣泡產生、與其等氣泡之結合所造成的粗大化之影響，會使超音波之穿透受到阻礙，反而會降低自由基的產生所致。
又，當使週期變化而調查晶圓上之粒子洗淨效果時，可確認一旦到達週期500msec左右，效果就會開始往下掉(參照第9圖)。因而，藉由在此範圍內按照粒子、有機污 染等的污染對象來設定週期，即可設定最適當的洗淨條件。
如以上說明般，依據本實施形態的超音波洗淨方法，則在對存在有溶解氣體的洗淨液照射超音波時，藉由週期性地停止超音波之照射，即可防止阻礙超音波穿透的粗大氣泡之產生，可高效率地生成有助於洗淨的自由基。藉此，可高效率地洗淨玻璃基板G。
另外，近年來，因考慮對基板的損傷，而使用MHz級之超音波的百萬頻率超音波(Mega－Sonic)洗淨成為主流，由於所照射的超音波之波長變短，故而即便在以往的低頻(0.1MHz左右)中不造成問題的氣泡直徑也會有阻礙穿透的問題，但是如本實施形態的超音波洗淨方法，藉由適當地設置停止期問，並週期性地照射超音波，則即使在使用MHz級之超音波的情況，亦可防止阻礙超音波穿透的粗大氣泡之產生，可高效率地洗淨被洗淨物。
又，如此地藉由週期性地停止超音波之照射，比起連續照射超音波的情況還更能降低所投入的能量。
又，可抑制洗淨液的溫度上升，可保持較高的洗淨液之氣體溶解度。藉此，比起連續性地照射超音波的情況還更能促進氣體再次溶解於洗淨液中。
另外，對半導體之細微圖案的損傷較少的超音波之頻率範圍，係為1MHz~3MHz左右，較適於自由基之產生的超音波之頻率範圍，係為0.3MHz~1MHz。
另外，本實施形態中，雖係形成藉由聲波透鏡18使照 射於洗淨液中的超音波聚焦的構成，但是亦可不聚焦地照射。藉由使超音波聚焦，可在聚焦焦點近旁高效率地使有助於洗淨的自由基產生，可更提高洗淨效果。
另一方面，一旦如此地使超音波聚焦，由於孔洞會在聚焦焦點近旁集中生成，所以容易形成粗大氣泡，但是如本實施形態之洗淨方法，藉由最適當地進行超音波之照射停止，即可防止粗大氣泡的產生，可高效率地使有助於洗淨的自由基產生。
另外，本實施形態中，雖係使用聲波透鏡使從超音波振盪器所振盪出的超音波聚焦於預定的聚焦焦點，但是使超音波聚焦的構成，並非被限定於此。例如，藉由將使超音波振盪器之超音波振盪的面之形狀形成圓弧狀(將超音波振盪器之形狀形成所謂的桶形)，亦可使超音波聚焦於預定的聚焦焦點。該情況，不需要聲波透鏡。
又，在使超音波聚焦的情況，亦可使超音波聚焦成線狀，或聚焦成一點。
又，本實施形態中，雖然係形成對水平地搬運的玻璃基板G從上方簾幕狀地供給照射過超音波的洗淨液而洗淨玻璃基板G的構成，但是亦可形成對玻璃基板G從下方簾幕狀地供給照射過超音波的洗淨液而洗淨玻璃基板G的構成。
又，亦可藉由垂直下降的洗淨頭來掃描保持垂直姿勢的玻璃基板之表面，形成對玻璃基板之表面供給照射過超音波的洗淨液，而洗淨玻璃基板之表面的構成。
又，本發明如第10圖所示，即使在使被洗淨物30浸漬於洗淨槽內而洗淨的狀態時亦可同樣地適用。亦即，即使在使被洗淨物30浸漬於洗淨槽32內所貯留的洗淨液34之中，且從設置於洗淨槽32之下部的超音波振盪器36(亦可設置於洗淨槽內)對洗淨液34提供超音波振動而洗淨的狀態時亦可同樣地適用。該情況，可一次洗淨大量的玻璃基板。
另外，如本實施形態，在將從洗淨頭吐出的洗淨液供給至玻璃基板G之表面而洗淨的構成之情況，較適於以較高的清淨度洗淨多品種或者少量的洗淨對象時。
又，本實施形態中，雖係舉洗淨液晶顯示裝置用之大型玻璃基板的情況為例加以說明，但是本發明之應用，並非被限定於此，當然可應用在洗淨光罩用之玻璃基板或光碟用之基板、半導體晶圓等之基板的情況，即使在洗淨其。他的被洗淨物之情況亦可同樣地適用
10‧‧‧超音波洗淨裝置
12‧‧‧洗淨用頭
14‧‧‧洗淨液吐出口
16‧‧‧超音波振盪器
18‧‧‧聲波透鏡
20‧‧‧脫氣膜模組
22‧‧‧氣體溶解膜模組
30‧‧‧被洗淨物
32‧‧‧洗淨槽
34‧‧‧洗淨液
36‧‧‧超音波振盪器
G‧‧‧玻璃基板
第1圖係顯示超音波洗淨裝置之一例的模型圖。
第2圖係顯示洗淨用頭之概略構成的正面剖面圖。
第3圖係顯示洗淨用頭之概略構成的側面剖面圖。
第4圖(a)係超音波連續照射時的粗大氣泡生成過程(孔洞產生期)之說明圖。
第4圖(b)係超音波連續照射時的粗大氣泡生成過程(孔洞生成效果最大期)之說明圖。
第4圖(c)係超音波連續照射時的粗大氣泡生成過程(超音波穿透阻礙期)之說明圖。
第5圖係超音波照射方法的說明圖。
第6圖(a)係超音波洗淨方法的作用(孔洞產生期)之說明圖。
第6圖(b)係超音波洗淨方法的作用(孔洞生成效果最大期)之說明圖。
第6圖(c)係超音波洗淨方法的作用(孔洞溶解期)之說明圖。
第7圖係顯示DUTY比與自由基產生量之關係的圖表。
第8圖顯示週期與自由基產生量之關係的圖表(輸入100W、DUTY0.5)。
第9圖係顯示週期與洗淨效果之關係的圖表。
第10圖係顯示超音波洗淨裝置之另一例的模型圖。

Claims (2)

  1. 一種超音波洗淨方法，係以照射過超音波的洗淨液來洗淨被洗淨物的超音波洗淨方法，其特徵在於：在前述被洗淨物的附近設定聚焦焦點，聚焦於該聚焦焦點而使前述超音波以0.3MHz以上1MHz以下的頻率照射於前述被洗淨液；並且以0.3msec以上而小於500msec的週期反覆執行：連續性地照射超音波至少0.2msec以上的步驟；以及停止超音波照射至少0.1msec以上的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的超音波洗淨方法，其中，將前述被洗淨物洗淨的洗淨液，是在脫氣後，使機能性的氣體溶解的洗淨液，從開縫狀的洗淨液吐出口簾幕狀地吐出，供給到前述被洗淨物。
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