超聲波洗滌方法

專利名稱：超聲波洗滌方法
技術領域：
本發明涉及超聲波洗滌方法，特別是涉及在液晶顯示裝置用的玻璃基 板或光掩模用的玻璃基板、光盤用的基板、半導體晶片等的基板的洗滌中 采用的超聲波洗滌方法。
背景技術：
在液晶顯示裝置或半導體的制造工序中，有要求以高清潔度來洗滌玻 璃基板或半導體晶片等的基板的工序。在這樣的工序中，以往采用反復進 行使用試劑的洗滌和使用超純水的淋洗的方法。
但是，用這種方法洗滌玻璃基板或半導體晶片等的基板時，存在需要 大量試劑或超純水的問題。
因此，近年來廣泛采用利用超聲波洗滌的方法，還提出了各種提高其 洗滌效果的方法。例如，在專利文獻l中提出了如下方法在洗滌液中溶 解功能性氣體，對該溶解了功能性氣體的洗滌液照射超聲波，提供給基板。 根據該方法，利用洗滌液中的溶存氣體和空腔的生成壓壞效果，能產生反 應性高的自由基，能有效地分解除去基板上的污染物。
專利文獻l:日本專利3521393號公報

發明內容
但是，若如專利文獻1中記載的技術那樣，對溶解了氣體的洗滌液連 續照射超聲波，則隨著時間的推移，在洗滌液中會產生大量的氣泡，且幾 個氣泡相互結合，使洗滌液中含有粗大的氣泡，存在在該生成的大量氣泡 的影響下洗滌效果下降的問題。即，若洗滌液中產生大量氣泡，則超聲波 因該氣泡而散射，其透過性能下降，導致自由基的生成效率下降，洗滌效 果降低。特別是近年來考慮到對基板的損害而采用MHz order的超聲波， 因此存在如下問題在以往的低頻率(0.1MHz左右)下沒有問題的氣泡徑會導致洗滌效果下降。
本發明是鑒于上述情況而完成的發明，其目的在于提供能高效地洗滌 被洗滌物的超聲波洗滌方法。
為了實現上述目的，本發明的第一方案提供一種超聲波洗滌方法，該 方法是用照射了超聲波的洗滌液來洗滌被洗滌物的超聲波洗滌方法，其特 征在于，按規定周期(超聲波照射時間+停止超聲波照射時間)反復進行
連續照射超聲波至少0.2msec以上的工序；和停止照射超聲波至少O.lmsec 以上的工序。
根據第一方案，反復進行超聲波的照射和停止，在連續照射超聲波至 少0.2msec以上后，停止照射至少O.lmsec以上。如此，通過設置至少 O.lmsec以上的停止照射期間來周期性地照射超聲波，能防止阻礙超聲波 透過的大量氣泡的產生，能高效地洗滌被洗滌物。即，若產生大量的氣泡， 則其自身即會阻礙超聲波的透過，此外大量產生的的氣泡會相互結合而粗 大化，會進一步阻礙超聲波的透過。但是，通過設置至少O.lmsec以上的 停止照射時間，在該停止照射期間中能使產生的微細氣泡再溶解于洗滌液 中。因此，能防止阻礙超聲波透過的粗大氣泡的形成，高效地生成自由基， 能高效地洗滌被洗滌物。另外，通過設置至少0.2msec以上的照射期間， 使空腔充分成長，能得到較大的自由基生成效果。
如此，根據本發明的第一方案，能防止阻礙超聲波透過的粗大氣泡的 產生，向洗滌液中高效地輸入超聲波能量，能高效地產生有助于洗滌的自 由基。因此，能高效地洗滌被^t滌物。另外，由于以規定的間隔照射超聲 波，因此與連續照射超聲波的情況相比，能減少投入的能量。此外，與連 續照射超聲波的情況相比，能抑制洗滌液的溫度上升，能保持較高的洗滌 液的氣體溶解度。因此，與連續照射超聲波的情況相比，能促進氣體在洗 滌液中的再溶解。
為了實現上述目的，本發明的第二方案的特征在于，在第一方式中上 述反復的周期為0.3msec以上、不足500msec。
根據第二方案，超聲波的照射和停止的反復的周期設定在0.3msec以 上、不足500msec。由于連續照射超聲波至少0.2msec以上，停止照射至 少O.lmsec以上，因此反復的周期至少需要0.3msec以上。另一方面，改變周期來觀察關系到洗滌性能的重要參數即自由基的產生情況，可知若將
周期增加至500msec左右，則自由基產生量明顯下降(參照圖8)。這是因 為若周期延長，則其中連續照射超聲波的時間延長，在大量氣泡的產生以 及這些氣泡的結合引起的粗大化的影響下，超聲波的透過受到阻礙，自由 基的產生反而下降。另外，改變周期來觀察晶片上的粒子洗滌效果，結果 證實當周期達到500msec左右時，效果開始下降(參照圖9)。因此，通過 在該范圍內根據粒子，有機污染等的污染對象來設定周期，即可設定最佳 的洗滌條件。
為了實現上述目的，本發明的第三方案的特征在于，在第一或第二方 案中使照射于上述洗滌液的超聲波聚焦。
根據第三方案，通過使超聲波聚焦，能在聚焦焦點附近高效地產生有 助于洗滌的自由基。另一方面，若使超聲波如上所述那樣聚焦，則由于在 聚焦焦點附近集中生成空腔，因此容易形成粗大氣泡。但是，通過進行最 佳的超聲波的照射停止，能防止粗大氣泡的產生，能高效地產生有助于洗 滌的自由基。
根據本發明的超聲波洗滌方法，能高效地洗滌被洗滌物。


圖1是表示超聲波洗滌裝置的一個示例的示意圖。 圖2是表示洗滌用頭的概略結構的正面剖視圖。 圖3是表示洗滌用頭的概略結構的側面剖視圖。 圖4A是連續照射超聲波時的粗大氣泡生成過程(空腔產生期)的說 明圖。
圖4B是連續照射超聲波時的粗大氣泡生成過程(空腔生成效果最大 期)的說明圖。
圖4C是連續照射超聲波時的粗大氣泡生成過程(超聲波透過阻礙期) 的說明圖。
圖5是超聲波照射方法的說明圖。
圖6A是超聲波洗滌方法的作用(空腔產生期)的說明圖。
圖6B是超聲波洗滌方法的作用(空腔生成效果最大期)的說明圖。圖6C是超聲波洗滌方法的作用(空腔溶解期)的說明圖。
圖7是表示DUTY比和自由基產生量的關系的圖。 圖8是表示周期與自由基產生量的關系的圖(輸入IOOW、 DUTY0.5) 圖9是表示周期與洗滌效果的關系的圖。 圖IO是表示超聲波洗滌裝置的其他示例的示意圖。 (符號說明)10.，-超聲波洗滌裝置
12'-洗滌用頭14.-洗滌液噴出口16.-超聲波振動子
18'-聲學透鏡20.-脫気膜模塊
22--氣體溶解膜模塊30.-被洗滌物
32'-洗滌槽34.--洗滌液36."超聲波振動子G..-玻璃基板
具體實施例方式
以下，結合附圖對本發明的超聲波洗滌方法的優選實施方式進行詳細 說明。
圖1是表示用于實施本發明的超聲波洗滌方法的超聲波洗滌裝置的一 個例子的示意圖。
該超聲波洗滌裝置10例如作為液晶顯示裝置用的大型玻璃基板的洗 滌裝置而構成，通過向水平運送的玻璃基板G的表面提供經超聲波照射了 的洗滌液來洗滌玻璃基板G。
關于玻璃基板G的運送，例如利用輸送帶來進行，從設置在該輸送帶 上方的洗滌用頭12以簾狀提供經超聲波照射了的洗滌液。
圖2、圖3分別是表示洗滌用頭12的概略結構的正面剖視圖和側面剖視圖。
如同圖所示，洗滌用頭12形成頂端被加工成錐形的橫長的箱型形狀， 在其頂端(下端)形成狹縫狀的洗滌液噴出口 14。
在洗滌用頭12的內周部頂面安裝有板狀的超聲波振動子16，在該超
聲波振動子16的下面安裝有聲學透鏡18。由超聲波振動子16發出的超聲 波通過該聲學透鏡18被聚焦于規定的聚焦焦點，照射洗滌液。如此通過 使超聲波聚焦，能在聚焦焦點附近高效地產生有助于洗滌的自由基。因此， 該聚焦焦點優選設定在玻璃基板G的表面附近。
在洗滌用頭12的側面形成有供給口 12A，從該供給口 12A向洗滌用 頭內提供洗滌液。洗滌液例如采用超純水，從未圖示的供給源通過脫氣膜 模塊20、氣體溶解膜模塊22提供給供給口 12A。
脫氣膜模塊20將溶于洗漆液中的多余氣體脫氣，在經該脫氣膜模塊 20脫氣的洗滌液中，通過氣體溶解膜模塊22溶解功能性氣體，提供給供 給口 12A。這樣，在將洗滌液中溶解的多余的氣體脫氣后，提供功能性氣 體，使其在水中溶存，能增加有助于洗滌的氣體的溶存量，能進一步提高 洗滌效率。
另外，對溶存的氣體沒有特殊限制。
此外，還可以用在洗滌液中使空氣飽和的構成來代替上述在脫氣后的 洗滌液中溶解功能性氣體的構成。
從供給口 12A提供給洗滌用頭內的洗滌液經來自超聲波振動子16的 超聲波照射，從洗滌液噴出口 14以簾狀被噴出。
玻璃基板G以與洗滌液噴出口 14正交的方式被運送，通過該洗滌液 噴出口 14的下部時，從洗滌液噴出口 14噴出的洗滌液提供到玻璃基板表 面，將表面洗滌。
上述構成的超聲波洗滌裝置10的作用如下所述。
洗滌對象的玻璃基板G利用未圖示的輸送帶沿規定的運送路徑被水 平地運送。在通過洗滌用頭12的下部時，從洗滌液噴出口 14以簾狀噴出 的洗滌液提供給玻璃基板表面，將表面洗滌。
該洗滌液由未圖示的供給源提供，從該供給源提供的洗滌液經脫氣膜 模塊20脫氣后，在氣體溶解膜模塊22中溶解功能性氣體后被提供給洗滌用頭12。提供給洗滌用頭12的洗滌液經超聲波振動子16照射超聲波后，
從洗滌液噴出口14噴出，提供給玻璃基板G。
如上所述，提供經超聲波照射的洗滌液來洗滌玻璃基板G，但若連續
照射該照射洗滌液的超聲波，則隨著時間的推移，在洗滌液中會產生粗大 的氣泡，在該產生的粗大氣泡的影響下，洗滌效果降低。
也就是說，若對存在溶存氣體的洗滌液連續照射超聲波，則在洗滌液
中會產生微細的氣泡(參照圖4A)。產生的微細的氣泡組會隨著時間的推 移而增加(參照圖4B)，氣泡之間相互結合形成粗大的氣泡(參照圖4C)。 由于在氣體和液體中，密度以及在介質中傳播的聲速均有較大差異，因此 該界面的透過性能顯著下降。因此，照射的超聲波因上述粗大氣泡而散射。 因此，由超聲波振動子16發出的超聲波越遠離發出超聲波的面，在洗滌 液中產生的粗大氣泡的影響下衰減得越厲害。其結果是，無法產生有助于 洗滌的自由基，洗滌效果下降。
為此，在本實施方式的超聲波洗滌裝置10中，周期性停止超聲波的 照射來防止粗大氣泡的產生。S卩，如圖5所示，按規定周期反復進行照射 和停止來照射超聲波。此時，照射期間A設定為至少0.2msec以上，停止 照射期間設定為至少O.lmsec以上。
如上所述那樣設定至少O.lmsec以上的停止照射期間，能在停止照射 期間使在超聲波照射中產生的微細氣泡在洗滌液中再溶解，能有效地防止 粗大氣泡的產生。即，如上所述，粗大氣泡是由于在超聲波照射中產生的 微細氣泡組隨著時間的推移增加而相互結合所形成的(參照圖4A至圖 4C)，通過設置至少O.lmsec以上的停止照射期間，能在停止照射期間使 超聲波照射中產生的微細氣泡在洗滌液中再溶解，能防止粗大氣泡的產生 于未然(參照圖6A至圖6C)。
由此，能使由超聲波振動子16發出的超聲波高效地透過，能高效地 產生有助于洗滌的自由基。即，超聲波透過而不會被粗大氣泡阻礙，從而 在洗滌液中高效地反復進行空腔的生成*壓壞。從該壓壞的空腔產生氫自 由基(H，)或羥基自由基(HO，)，這些自由基經超聲波的聲流混合后提 供給基板表面。與超聲波振動的效果協同，提供給基板表面上的自由基與 與基板表面上存在的污染物反應將其分解除去。如上所述那樣設置至少O.lmsec以上的停止照射期間，能有效地防止
阻礙超聲波透過的粗大氣泡的產生，能高效地生成有助于洗滌的自由基，
能高效地洗滌玻璃基板G。
圖7是進行周期為lmsec、改變DUTY比來檢測自由基的產生量的試 驗時的實驗結果的圖。
如該圖所示，可以證實若連續照射超聲波(DUTY比4時)，則幾 乎不產生有助于洗滌的自由基，通過周期性停止照射(停止至少O.lmsec 以上)，能產生有助于洗滌的自由基。本例的情況可以證實當DUTY比為 0.5 0.7范圍(停止期間0.3 0.5msec)時自由基的產生量最大。
另外，照射期間為至少0.2msec以上時，能使空腔最大限度成長。
因此，照射和停止的周期(=照射時間+停止照射期間)必須為至少 0.3msec以上。
另一方面，改變周期觀察關系到洗滌性能的重要參數即自由基的產生 情況，可知若使周期增加至500msec左右，則自由基產生量顯著下降(參 照圖8)。這是因為，若周期延長，則其中連續照射超聲波的時間延長，在 大量氣泡產生以及由這些氣泡的結合引起的粗大化的影響下，超聲波的透 過受到阻礙，自由基的產生反而下降。
另外，改變周期來分析晶片上的粒子洗漆效果，結果證實周期為 500msec左右時，效果開始下降(參照圖9)。因此，通過在該范圍內根據 粒子 有機污染等的污染對象來設定周期，即可設定最佳的洗滌條件。
如上所述，若采用本實施方式的超聲波洗滌方法，當對存在溶存氣體 的洗滌液照射超聲波時，通過周期性停止超聲波的照射，能防止阻礙超聲 波透過的粗大氣泡的產生，能高效地產生有助于洗滌的自由基。由此，能 高效地洗滌玻璃基板G。
另外，近年來考慮到對基板的損害，使用MHz order超聲波的兆頻超 聲波洗滌己成為主流，由于照射的超聲波的波長變短，因此存在如下問題 在以往的低頻率(0.1MHz左右)下不成為問題的氣泡徑會阻礙透過，但 如本實施方式的超聲波洗滌方法那樣，通過適當設置停止期間來周期性照 射超聲波，即使在使用MHz order的超聲波的情況下，也能防止阻礙超聲 波透過的氣泡的產生，能高效地洗滌被洗漆物。通過如上所述那樣周期性停止超聲波的照射，與連續照射超聲波的情 況相比，能降低投入的能量。
另外，還能抑制洗滌液的溫度上升，能保持高的洗滌液的氣體溶解度。 由此，與連續照射超聲波的情況相比，能促進氣體在洗滌液中的再溶解。
另外，對半導體的微細圖案損害小的超聲波的頻率范圍為lMHz
3MHz左右，適合自由基產生的超聲波的頻率范圍為0.3MHz lMHz。
另外，在本實施方式中，采取使照射于洗滌液中的超聲波通過聲學透 鏡18聚焦的構成，也可以不聚焦而照射。通過使超聲波聚焦，能在聚焦 焦點附近高效產生有助于洗滌的自由基，能進一步提高洗滌效果。
另一方面，若如上所述那樣使超聲波聚焦，則由于在聚焦焦點附近集 中生成空腔，因此容易形成粗大氣泡，但如本實施方式的洗滌方法那樣通 過進行最佳的超聲波照射停止，能防止粗大氣泡的產生，能高效地產生有 助于洗滌的自由基。
另外，在本實施方式中，用聲學透鏡使超聲波振動子發出的超聲波聚 焦于規定的聚焦焦點，但使超聲波聚焦的構成不限于此。例如，通過將超 聲波振動子的發出超聲波的面的形狀為圓弧狀(使超聲波振動子的形狀為 所謂的導水管型)，也能使超聲波聚焦于規定的聚焦焦點。此時，不需要 聲學透鏡。
使超聲波聚焦時，可以聚焦成線狀，也可以聚焦成一點狀。 在本實施方式中，采取如下構成對水平運送的玻璃基板G，從上方 以簾狀提供經超聲波照射的洗滌液，來洗滌玻璃基板G，但也可以為下述
構成對玻璃基板G，從下方以簾狀提供經超聲波照射的洗漆液，來洗滌
玻璃基板G。
另外，還可以是下述構成通過用垂直下降的洗滌頭掃描保持垂直姿 勢的玻璃基板的表面，向玻璃基板的表面提供經超聲波照射了的洗滌液， 來洗滌玻璃基板的表面。
本發明也同樣適用于如圖IO所示那樣使被洗滌物30浸漬在洗滌槽中
洗滌的情況。即在如下情況下也可同樣適用使被洗滌物30浸漬于儲藏
在洗滌槽32中的洗滌液34中，對該洗滌液34賦予來自設置在洗滌槽32 下部的超聲波振動子36(也可以設在洗滌槽內)的超聲波振動來進行洗滌。此時，能一次性洗滌大量的玻璃基板。
另外，如本實施方式那樣，將從洗滌頭噴出的洗滌液提供至玻璃基板 G的表面來洗滌的構成情況下，適用于以高清晰度洗滌多種或少量的洗滌 對象。
在本實施方式中，以洗滌液晶顯示裝置用的大型玻璃基板的情況為例 進行了說明，但本發明的適用范圍不限于此，在洗漆光掩模的玻璃基板或 光盤用的基板、半導體晶片等的基板時以及洗滌其他被洗滌物時也可同樣 適用。
權利要求
1.一種超聲波洗滌方法，是用照射了超聲波的洗滌液來洗滌被洗滌物的超聲波洗滌方法，其特征在于，按規定周期反復進行下述工序連續照射超聲波至少0.2msec以上的工序；和停止照射超聲波至少0.1msec以上的工序。
2. 根據權利要求1所述的超聲波洗滌方法，其特征在于， 使所述反復的周期為0.3msec以上、不足500msec。
3. 根據權利要求1或2所述的超聲波洗滌方法，其特征在于， 使照射于所述洗滌液的超聲波聚焦。
全文摘要
采用本發明方案之一的超聲波洗滌方法時，在對存在溶存氣體的洗滌液照射超聲波后洗滌被洗滌物的情況下，按規定周期反復進行連續照射超聲波至少0.2msec以上的工序；和停止照射超聲波至少0.1msec以上的工序。由此，能防止阻礙超聲波透過的粗大氣泡的產生，高效產生有助于洗滌的自由基，能高效地洗滌被洗滌物。
文檔編號G02F1/13GK101605615SQ20088000404
公開日2009年12月16日 申請日期2008年2月4日 優先權日2007年2月7日
發明者佐原輝隆, 北田由光, 吉澤晉, 妻木伸夫, 松本洋一郎, 正木廣志 申請人:株式會社日立工業設備技術;國立大學法人東京大學