KR101455614B1 - Ultrasonic cleaning method - Google Patents

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노부오 쓰마키
테루타카 사하라
요시미쯔 키타다
요이치로 마쓰모토
신 요시자와
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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠
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Abstract

본 발명의 1의 태양에 관한 초음파 세정방법에서는 용존가스가 존재하는 세정액에 초음파를 조사하여 피세정물을 세정할 경우에 있어서, 적어도 0.2msec 이상 연속적으로 초음파를 조사하는 공정과, 적어도 0.1msec 이상 초음파의 조사를 정지하는 공정을 소정주기로 반복한다. 그에 따라 초음파의 투과를 저해하는 조대기포의 발생을 방지할 수 있어 세정에 기여하는 래디컬을 효율적으로 발생시켜 피세정물을 효율적으로 세정할 수 있다.In the ultrasonic cleaning method according to one aspect of the present invention, in the case of cleaning the object to be cleaned by irradiating ultrasonic waves to a cleaning liquid in which dissolved gas exists, a step of continuously irradiating ultrasonic waves for at least 0.2 msec, The process of stopping the irradiation of the ultrasonic waves is repeated at a predetermined cycle. Accordingly, it is possible to prevent the occurrence of coarse bubbles which impede the transmission of ultrasonic waves, thereby effectively generating radicals contributing to cleaning and efficiently cleaning the objects to be cleaned.

초음파 세정, 유리기판, 반도체 웨이퍼, 세정액, 세정용 헤드. Ultrasonic cleaning, glass substrate, semiconductor wafer, cleaning solution, cleaning head.

Description

초음파 세정방법{ULTRASONIC CLEANING METHOD}[0001] ULTRASONIC CLEANING METHOD [0002]

본 발명은 초음파 세정방법에 관한 것으로서, 특히 액정표시장치용 유리기판이나 포토마스크용 유리기판, 광디스크용 기판, 반도체 웨이퍼 등 기판의 세정에 사용되는 초음파 세정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic cleaning method, and more particularly, to an ultrasonic cleaning method used for cleaning a substrate such as a glass substrate for a liquid crystal display device, a glass substrate for a photomask, a substrate for an optical disk, and a semiconductor wafer.

액정표시장치나 반도체의 제조 공정에는 유리기판이나 반도체 웨이퍼 등의 기판을 높은 청정도로 세정하는 것이 요구되는 공정이 있다. 이러한 공정에서는 종래, 약품을 이용한 세정과 초순수물을 이용한 린스를 되풀이하는 방법이 채택되고 있었다.BACKGROUND ART [0002] In a process for manufacturing a liquid crystal display or a semiconductor, there is a process which requires cleaning of a substrate such as a glass substrate or a semiconductor wafer with high cleanliness. Conventionally, a method of rinsing with chemicals and rinsing with ultrapure water has been adopted in such processes.

그러나, 이러한 방법으로 유리기판이나 반도체 웨이퍼 등의 기판을 세정하면, 약품이나 초순수물이 대량으로 필요하게 된다고 하는 문제가 있었다.However, there has been a problem in that a large amount of chemicals and ultrapure water are required when a substrate such as a glass substrate or a semiconductor wafer is cleaned by such a method.

이 때문에, 최근에는 초음파를 이용해서 세정하는 방법이 널리 채용되고 있고, 그 세정 효과를 높이는 방법도 여러 가지 제안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는 세정액 중에 기능성의 가스를 용해시켜 이 기능성의 가스를 용해시킨 세정 액에 초음파를 조사하여 기판에 공급하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에 의하면, 세정액 중의 용존가스와 캐비티(cavity)의 생성압괴효과(生成壓壞效果)에 의해 반응성이 높은 래디컬을 발생시킬 수 있어 기판상의 오염물을 효과적으로 분해 제 거할 수 있다.For this reason, recently, a method of cleaning using ultrasonic waves has been widely adopted, and various methods for improving the cleaning effect have been proposed. For example, Patent Document 1 proposes a method of dissolving a functional gas in a cleaning liquid to dissolve the functional gas and then supplying ultrasonic waves to the cleaning liquid to supply the cleaning liquid to the substrate. According to this method, radicals having high reactivity can be generated by the decompression effect generated by the dissolved gas and the cavity in the cleaning liquid, so that contaminants on the substrate can be effectively decomposed and removed.

특허문헌:특허 3521393호 공보Patent Document: Patent No. 3521393

그렇지만, 특허문헌 1에 기재한 기술과 같이 가스를 용해시킨 세정액에 초음파를 연속해서 조사하면, 시간의 경과와 함께 세정액 중에 대량의 기포가 발생하고, 또, 몇 개의 기포가 거품이 서로 결합해서 거칠고 큰 거품도 포함되게 되고, 이 발생한 대량인 기포의 영향으로 세정 효과가 저감한다고 하는 문제가 있다. 즉, 세정액 중에 대량의 거품이 발생하면, 초음파가 이 거품에서 산란되어 그 투과 성능이 저감하고, 그 결과 래디컬의 생성 효율이 저하하여 세정 효과가 저감한다. 특히 최근에는 기판에의 데미지를 고려해서 MHz 오더의 초음파가 사용되고 있기 때문에 종래의 저 주파(0.1MHz정도)에서는 문제로 되지 않던 기포 직경에서도 세정 효과가 저감한다고 하는 문제가 있다.However, when the ultrasonic wave is continuously applied to the cleaning liquid in which the gas is dissolved as in the technique described in Patent Document 1, a large amount of air bubbles are generated in the cleaning liquid with the lapse of time, A large bubble is also included, and the cleaning effect is reduced due to the large amount of bubbles generated. That is, when a large amount of bubbles are generated in the cleaning liquid, ultrasonic waves are scattered in the bubbles, and the permeation performance thereof is reduced. As a result, the production efficiency of radicals is lowered and the cleaning effect is reduced. Particularly in recent years, in consideration of damage to the substrate, ultrasonic waves of MHz order are used. Therefore, there is a problem that the cleaning effect is reduced even in the bubble diameter which was not a problem in the conventional low frequency wave (about 0.1 MHz).

본 발명은 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 피세정물을 효율적으로 세정할 수 있는 초음파세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an ultrasonic cleaning method capable of efficiently cleaning an object to be cleaned.

본 발명의 제1의 태양은 상기 목적을 달성하기 위해 초음파를 조사한 세정 액으로 피세정물을 세정하는 초음파 세정방법에 있어서, 적어도 0.2msec 이상 연속적으로 초음파를 조사하는 공정과, 적어도 0.1msec 이상 초음파의 조사를 정지하는 공정을 소정주기(초음파 조사시간 + 초음파조사 정지시간)로 되풀이하는 것을 특징으로 하는 초음파세정 방법을 제공한다.A first aspect of the present invention is to provide an ultrasonic cleaning method for cleaning an object to be cleaned with a cleaning liquid irradiated with ultrasonic waves to attain the above object, the ultrasonic cleaning method comprising: a step of continuously irradiating ultrasonic waves for at least 0.2 msec; Is repeated at a predetermined cycle (ultrasonic wave irradiation time + ultrasonic wave irradiation stop time).

제1의 태양에 의하면, 초음파의 조사와 정지가 반복해 행하여져 적어도 0.2msec 이상 연속해서 초음파의 조사가 행하여진 후, 적어도 0.1msec 이상 조사가 정지된다. 이와 같이 적어도 0.1msec 이상의 조사 정지기간을 마련해서 주기적으로 초음파를 조사함으로써 초음파의 투과를 저해하는 대량의 기포 발생을 방지할 수 있고, 효율적으로 피세정물을 세정할 수 있다. 즉, 대량의 기포가 발생하면, 그것 자신이 초음파의 투과를 저해하지만, 게다가 대량으로 발생한 기포가 서로 결합함으로써 조대화(粗大化)하면, 더욱 초음파의 투과를 저해한다. 그러나, 적어도 0.1msec 이상의 조사 정지기간을 마련함으로써 그 조사 정지기간 동안에 발생한 미세기포를 세정액 중에 재용해시킬 수 있다. 그에 따라 초음파의 투과를 저해하는 조대기포(粗大氣泡)의 형성을 방지할 수 있고, 래디컬을 효율적으로 생성하여 피세정물을 효율적으로 세정할 수 있다. 또한, 적어도 0.2msec 이상의 조사기간을 마련함으로써 캐비테이션(cavitation)을 충분히 성장시켜 큰 래디컬 생성 효과를 얻을 수 있다.According to the first aspect, the irradiation and the stop of the ultrasonic wave are repeated, and the irradiation is stopped for at least 0.1 msec or more after the ultrasonic wave irradiation is continuously performed for at least 0.2 msec or more. As described above, by providing an irradiation stop period of at least 0.1 msec or more and periodically irradiating ultrasonic wave, it is possible to prevent the generation of a large amount of bubbles which inhibits the transmission of ultrasonic waves, and the object to be cleaned can be efficiently cleaned. In other words, when a large amount of bubbles are generated, they themselves inhibit the transmission of ultrasonic waves, and furthermore, when bubbles generated in large quantities are coarsened by bonding to each other, the permeation of ultrasonic waves is further inhibited. However, by providing an irradiation stop period of at least 0.1 msec or more, minute bubbles generated during the irradiation stop period can be redissolved in the cleaning liquid. Accordingly, it is possible to prevent the formation of coarse bubbles which hinders the transmission of ultrasonic waves, and efficiently generate radicals and efficiently clean the object to be cleaned. In addition, by providing an irradiation period of at least 0.2 msec or more, cavitation can be sufficiently grown to obtain a large radical generation effect.

이와 같이 본 발명의 제1의 태양에 의하면, 초음파의 투과를 저해하는 조대기포(粗大氣泡)의 발생을 방지하여 세정액 중에 효율적으로 초음파 에너지를 입력할 수 있고, 세정에 기여하는 래디컬을 효율적으로 발생시킬 수 있다. 그에 따라 피세정물을 효율적으로 세정할 수 있다. 또한, 소정의 간격으로 초음파를 조사하기 위해 연속해서 초음파를 조사하는 경우에 비해 투입하는 에너지를 낮게 할 수 있다. 게다가 연속해서 초음파를 조사하는 경우에 비해 세정액의 온도상승을 억제할 수 있어 세정액의 가스 용해도를 높게 유지할 수 있다. 이 때문에 초음파를 연속해서 조사할 경우에 비해 세정액에의 가스의 재용해를 촉진할 수 있다.As described above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to prevent generation of coarse bubbles which obstruct the transmission of ultrasonic waves, efficiently input ultrasonic energy into the cleaning liquid, and efficiently generate radicals contributing to cleaning . Whereby the object to be cleaned can be efficiently cleaned. Further, the energy to be injected can be lowered compared with the case where ultrasonic waves are continuously irradiated to irradiate ultrasonic waves at predetermined intervals. In addition, the temperature rise of the cleaning liquid can be suppressed, and the gas solubility of the cleaning liquid can be kept high, as compared with the case of continuously irradiating ultrasonic waves. Therefore, redissolution of the gas to the cleaning liquid can be promoted as compared with the case of continuously irradiating ultrasonic waves.

본 발명의 제2의 태양은 상기 목적을 달성하기 위해 제1의 태양에 있어서 상기 되풀이의 주기를 0.3msec이상, 500msec 미만으로 하는 것을 특징으로 한다.A second aspect of the present invention is characterized in that, in order to achieve the above object, in the first aspect, the repetition period is set to 0.3 msec or more and less than 500 msec.

제2의 태양에 의하면, 초음파의 조사와 정지의 되풀이 주기가 0.3msec이상, 500msec 미만으로 설정된다. 적어도 0.2msec 이상 연속해서 초음파가 조사되고, 적어도 0.1msec 이상 조사가 정지되므로 되풀이의 주기는 적어도 0.3msec 이상 필요하게 된다. 한편, 주기를 바꾸어서 세정 성능에 영향을 미치는 중요한 파라미터인 래디컬의 발생 상황을 보면, 주기를 500msec 정도로 까지 증가하면, 분명히 래디컬 발생량이 저하하게 된다(도8참조). 이는 주기가 길어지면, 그 중에서 초음파가 연속으로 조사되고 있는 시간이 길어져 대량의 기포 발생과, 그들 기포의 결합에 의한 조대화(粗大化)의 영향으로 초음파의 투과가 저해되어 도리어 래디컬의 발생이 저하하기 때문이다. 또한, 웨이퍼 상의 입자세정 효과를 주기를 변화시켜 조절하게 되는데 주기 500msec 정도가 되면, 효과가 떨어지기 시작하는 것이 확인되었다(도9참조). 따라서, 이 범위 내에서 입자ㆍ유기오염 등의 오염 대상에 따라서 주기를 설정함으로써 최적인 세정 조건을 설정할 수 있다.According to the second aspect, the repetition period of irradiation and stop of ultrasonic waves is set to 0.3 msec or more and less than 500 msec. The ultrasonic wave is continuously applied for at least 0.2 msec or more, and the irradiation is stopped for at least 0.1 msec or more, so that the repetition period is required to be at least 0.3 msec or more. On the other hand, when the period is changed to 500 msec, the amount of radical generation apparently decreases (see FIG. 8). This is because, when the period becomes long, the time during which the ultrasonic waves are continuously irradiated is prolonged, and the generation of a large amount of bubbles and the coarsening due to the bonding of the bubbles inhibit the transmission of ultrasonic waves, . In addition, the particle cleaning effect on the wafer is controlled by varying the cycle. When the period is about 500 msec, the effect starts to deteriorate (see FIG. 9). Therefore, optimum cleaning conditions can be set by setting the cycle in accordance with the object of contamination such as particle or organic contamination within this range.

본 발명의 제3의 태양은 상기 목적을 달성하기 위해 제1 또는 제2의 태양에 있어서 상기 세정액에 조사하는 초음파를 집속시키는 것을 특징으로 한다.A third aspect of the present invention is characterized in that the ultrasonic wave irradiating the cleaning liquid is focused in the first or second aspect in order to achieve the above object.

제3의 태양에 의하면, 초음파를 집속시킴으로써 집속초점 근방에서 효율적으로 세정에 기여하는 래디컬을 발생시킬 수 있다. 한편, 이와 같이 초음파를 집속시키면, 집속초점 근방에서 캐비티(cavity)가 집중해서 생성되기 때문에 조대기포가 형성되기 쉬워진다. 그러나 초음파의 조사 정지를 최적으로 행함으로써 조대기포의 발생을 방지할 수 있어 세정에 기여하는 래디컬을 효율적으로 발생시킬 수 있다.According to the third aspect, by focusing the ultrasonic waves, it is possible to generate radicals contributing to cleaning efficiently in the vicinity of the converging focal point. On the other hand, when the ultrasonic waves are focused in this manner, a cavity is formed in the vicinity of the converging focal point, so that coarse particles tend to be formed. However, it is possible to prevent generation of coarse bubbles by optimally stopping the irradiation of the ultrasonic waves, and it is possible to efficiently generate radicals contributing to cleaning.

본 발명에 관한 초음파 세정방법에 의하면, 피세정물을 효율적으로 세정할 수 있다. According to the ultrasonic cleaning method of the present invention, the object to be cleaned can be efficiently cleaned.

도 1은 초음파 세정장치의 일예를 나타낸 모식도,1 is a schematic view showing an example of an ultrasonic cleaning apparatus,

도 2는 세정용 헤드의 개략구성을 나타낸 정면 단면도,2 is a front sectional view showing a schematic structure of a cleaning head,

도 3은 세정용 헤드의 개략구성을 나타낸 측면 단면도,3 is a side sectional view showing a schematic structure of a cleaning head,

도 4A는 초음파연속 조사시에 있어서의 조대기포 생성과정(캐비티(cavity) 발생기(發生期))의 설명도,Fig. 4A is an explanatory diagram of a coarse bubble generating process (cavity generator) at the time of ultrasonic continuous irradiation,

도 4B는 초음파연속 조사시에 있어서의 조대기포 생성과정(캐비티(cavity) 생성효과 최대기(生成效果 最大期))의 설명도,Fig. 4B is an explanatory diagram of a coarse bubble generating process (maximum cavity generation effect (maximum effect generation period)) during continuous ultrasonic wave irradiation,

도 4C는 초음파연속 조사시에 있어서의 조대기포 생성과정(초음파 투과저해기(超音波 透過阻害期)의 설명도,4C is an explanatory diagram of a coarse bubble generation process (ultrasonic wave transmission inhibiting period (ultrasound wave transmission inhibition period) at the time of continuous ultrasonic wave irradiation,

도 5는 초음파 조사방법의 설명도,5 is an explanatory diagram of an ultrasonic irradiation method,

도 6A는 초음파 세정방법의 작용(캐비티(cavity) 발생기) 설명도,FIG. 6A is an explanatory diagram of the action (cavity generator) of the ultrasonic cleaning method,

도 6B는 초음파 세정방법의 작용(캐비티(cavity) 생성효과 최대기) 설명도,FIG. 6B is an explanatory diagram of an action (maximum cavity generation effect) of the ultrasonic cleaning method,

도 6C는 초음파 세정방법의 작용(캐비티(cavity) 용해기) 설명도,FIG. 6C is an explanatory diagram of an action (cavity dissolver) of the ultrasonic cleaning method,

도 7은 DUTY비와 래디컬 발생량의 관계를 나타낸 그래프,7 is a graph showing the relationship between the DUTY ratio and the amount of radical generation,

도 8은 주기와 래디컬 발생량의 관계를 나타낸 그래프(입력 100W, DUTY 0.5),8 is a graph (input 100W, DUTY 0.5) showing the relationship between the cycle and the amount of radical generation,

도 9는 주기와 세정 효과의 관계를 나타낸 그래프,9 is a graph showing the relationship between the period and the cleaning effect,

도 10은 초음파 세정장치의 다른 예를 나타낸 모식도이다.10 is a schematic diagram showing another example of the ultrasonic cleaning apparatus.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉Description of the Related Art

10 : 초음파 세정장치 12 : 세정용 헤드10: ultrasonic cleaning device 12: cleaning head

14 : 세정액 토출구 16 : 초음파 진동자14: Cleaning liquid discharge port 16: Ultrasonic vibrator

18 : 음향렌즈 20 : 탈기막 모듈18: acoustic lens 20: demoulding module

22 : 가스 용해막 모듈 30 : 피세정물22: Gas dissolution membrane module 30:

32 : 세정조 34 : 세정액32: Cleaning tank 34: Cleaning liquid

36 : 초음파 진동자 C : 유리기판36: ultrasonic vibrator C: glass substrate

이하, 첨부 도면을 따라서 본 발명에 관한 초음파 세정방법의 바람직한 실시의 형태에 대해서 상세하게 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiments of the ultrasonic cleaning method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 관한 초음파 세정방법을 실시하기 위한 초음파세정 장치의 일예를 나타낸 모식도이다.1 is a schematic view showing an example of an ultrasonic cleaning apparatus for carrying out the ultrasonic cleaning method according to the present invention.

이 초음파세정 장치(10)는 예를 들면 액정표시장치용 대형 유리기판의 세정 장치로서 구성되어 수평으로 반송되는 유리기판(G)의 표면에 초음파를 조사한 세정 액을 공급하여 유리기판(G)을 세정한다.The ultrasonic cleaning device 10 is constituted as, for example, a cleaning device for a large-sized glass substrate for a liquid crystal display, and supplies a cleaning liquid irradiated with ultrasonic waves to the surface of the glass substrate G transported horizontally, .

유리기판(G)의 반송은 예를 들면 컨베이어에 의해 행하여져 그 컨베이어의 윗쪽에 설치된 세정용 헤드(12)로부터 초음파가 조사된 세정액이 커튼 형상으로 공급된다.The glass substrate G is conveyed, for example, by a conveyor, and the cleaning liquid irradiated with ultrasonic waves from the cleaning head 12 provided above the conveyor is supplied in a curtain shape.

도 2, 도 3은 각각 세정용 헤드(12)의 개략 구성을 나타낸 정면 단면도와 측면 단면도이다.2 and 3 are a front sectional view and a side sectional view showing a schematic structure of the cleaning head 12, respectively.

동 도면에 나타낸 바와 같이 세정용 헤드(12)는 선다니 테이퍼 형상으로 가공된 가로로 긴 상자형 형상으로 형성되어 있어 그 선단(하단)에 슬릿(slit) 형상의 세정액 토출구(14)가 형성되어 있다.As shown in the drawing, the cleaning head 12 is formed into a horizontally elongated box-like shape processed in a tapered shape, and a slit-shaped cleaning liquid ejection opening 14 is formed at its tip (lower end) have.

세정용 헤드(12)의 내주부(內周部) 천장면에는 판상의 초음파 진동자(16)가 달려 있고, 그 초음파 진동자(16)의 하면(下面)에는 음향 렌즈(18) 달려 있다. 초음파 진동자(16)로부터 발진된 초음파는 이 음향 렌즈(18)에 의해 소정의 집속 초점에 집속되어 세정액에 조사된다. 이와 같이 초음파를 집속시킴으로써 집속 초점근방에서 효율적으로 세정에 기여하는 래디컬을 발생시킬 수 있다. 따라서 이 집속 초점은 유리기판(G)의 표면 근방에 설정하는 것이 바람직하다.A planar ultrasonic transducer 16 is attached to a surface of the inner circumference of the cleaning head 12. The ultrasonic transducer 16 has an acoustic lens 18 on the lower surface thereof. The ultrasonic wave emitted from the ultrasonic transducer 16 is focused on a predetermined converging focus by the acoustic lens 18 and irradiated to the cleaning liquid. By focusing the ultrasonic waves in this way, it is possible to generate radicals that contribute to cleaning efficiently in the vicinity of the converging focal point. Therefore, it is preferable that the focusing focus is set near the surface of the glass substrate (G).

세정용 헤드(12)의 측면에는 공급구(12A)가 형성되어 있어 이 공급구(12A)로부터 세정용 헤드 내에 세정액이 공급된다. 세정액으로는 예를 들면 초 순수한 물이 이용되어 도시하지 않은 공급원으로부터 탈기막(脫氣膜) 모듈(20), 가스 용해막 모듈(22)을 통해서 공급구(12A)에 공급된다.A supply port 12A is formed on the side surface of the cleaning head 12, and the cleaning liquid is supplied into the cleaning head from the supply port 12A. As the cleaning liquid, for example, ultrapure water is used and supplied from a supply source (not shown) to the supply port 12A through the deaeration membrane module 20 and the gas dissolution membrane module 22.

탈기막(脫氣膜) 모듈(20)은 세정액 중에 용해하여 있는 여분인 가스를 탈기(脫氣) 하고, 이 탈기막 모듈(20)로 탈기 한 세정액에 가스 용해막 모듈(22)로 기능성의 가스를 용해시켜 공급구(12A)에 공급한다. 이와 같이 세정액 중에 용해하여 있는 여분인 가스를 탈기 후, 기능성의 가스를 공급하고, 수중에 용존시킴으로써 세정에 기여하는 가스의 용존양을 증가시킬 수 있어 세정 효율을 한층 향상시킬 수 있다.The degassing membrane module 20 removes excess gas dissolved in the cleaning liquid and supplies the degassing membrane module 20 with degassing solution to the gas dissolving membrane module 22 to remove the functional gas Dissolves the gas and supplies it to the supply port 12A. The excess gas dissolved in the cleaning liquid is deaerated and then the functional gas is supplied and dissolved in the water, whereby the amount of the gas contributing to the cleaning can be increased, and the cleaning efficiency can be further improved.

한편 용존시키는 가스에 대해서는 특히 한정되지 않는다.The gas to be dissolved is not particularly limited.

또한, 이와 같이 탈기한 세정액에 기능성의 가스를 용해시키는 구성에 대신해 세정액에 공기를 포화시키는 구성으로 하여도 된다.Further, instead of the configuration in which the functional gas is dissolved in the cleaning liquid thus degassed, air may be saturated in the cleaning liquid.

공급구(12A)로부터 세정용 헤드 내에 공급된 세정액은 초음파 진동자(16)로부터 초음파가 조사되어 세정액 토출구(14)로부터 커튼 형상으로 토출된다.The cleaning liquid supplied from the supply port 12A into the cleaning head is irradiated with ultrasonic waves from the ultrasonic vibrator 16 and is discharged in a curtain shape from the cleaning liquid discharge port 14. [

유리기판(G)은 세정액 토출구(14)를 직교하도록 반송되어 그 세정액 토출구( 14)의 하부를 통과할 때 세정액 토출구(14)로부터 토출된 세정액이 표면에 공급되어 표면이 세정된다.The glass substrate G is conveyed so as to cross the cleaning liquid discharge port 14 and passes through the lower portion of the cleaning liquid discharge port 14, whereby the cleaning liquid discharged from the cleaning liquid discharge port 14 is supplied to the surface to clean the surface.

이상과 같이 구성된 초음파 세정장치(10)의 작용은 다음과 같다.The operation of the ultrasonic cleaning apparatus 10 configured as described above is as follows.

세정 대상의 유리기판(G)은 도시하지 않은 컨베이어에 의해 소정의 반송 경로를 수평으로 반송된다. 그리고 세정용 헤드(12)의 하부를 통과할 때 세정액 토출구(14)로부터 커튼 형상으로 토출되는 세정액이 표면에 공급되어 표면이 세정된다.The glass substrate G to be cleaned is conveyed horizontally along a predetermined conveyance path by a conveyor (not shown). Then, when passing through the lower portion of the cleaning head 12, a cleaning liquid discharged in a curtain shape from the cleaning liquid discharge port 14 is supplied to the surface, and the surface is cleaned.

이 세정액은 도시하지 않은 공급원으로부터 공급되어 이 공급원으로부터 공급된 세정액이 탈기막 모듈(20)에서 탈기 후, 가스 용해막 모듈(22)에서 기능성의 가스가 용해되어 세정용 헤드(12)에 공급된다. 세정용 헤드(12)에 공급된 세정액은 초음파 진동자(16)에서 초음파를 조사시킨 후, 세정액 토출구(14)로부터 토출되어 유리기판(G)에 공급된다.The cleaning liquid is supplied from a supply source (not shown), and the cleaning liquid supplied from the supply source is deaerated in the demarkation module 20, and the functional gas is dissolved in the gas dissolving membrane module 22 and supplied to the cleaning head 12 . The cleaning liquid supplied to the cleaning head 12 is irradiated with ultrasonic waves from the ultrasonic vibrator 16 and then discharged from the cleaning liquid discharge port 14 to be supplied to the glass substrate G. [

그런데, 상기한 바와 같이 유리기판(G)은 초음파가 조사된 세정액이 공급되어 세정되지만, 이 세정액에 조사하는 초음파를 연속해서 조사하면, 시간의 경과와 함께 세정액 중에 조대(粗大)한 기포가 발생하고, 이 발생한 조대기포의 영향으로 세정 효과가 저감해 버린다.However, as described above, the glass substrate G is supplied with the cleaning liquid irradiated with the ultrasonic waves and is cleaned. However, when the ultrasonic waves irradiated to the cleaning liquid are continuously irradiated, coarse bubbles are generated in the cleaning liquid with the lapse of time And the cleaning effect is reduced due to the coarse bubble generated.

즉, 용존가스가 존재하는 세정액에 초음파를 연속으로 조사하면, 세정액 중에 미세한 기포가 발생한다(도 4A 참조). 발생한 미세한 거포군은 시간의 경과와 함께 증가해(도 4B 참조), 기포끼리 서로 결합하여 조대(粗大)한 기포를 형성한다(도 4C 참조). 기체와 액체에서는 밀도 및 매체 중을 전해지는 음속도 크게 다르기 때문에 이 경계면에서의 투과 성능은 현저하게 저하한다. 이 때문에 조사한 초음파는 이러한 조대기포에 의해 산란된다. 이 때문에 초음파 진동자(16)로부터 발진한 초음파는 초음파를 발진하는 면으로부터 멀어짐에 따라 세정액 중에 발생한 조대기포의 영향으로 감쇠한다. 이 결과 세정에 기여하는 래디컬을 발생할 수 없게 되고, 세정 효과가 저감한다.That is, when ultrasonic waves are continuously applied to the cleaning liquid in which dissolved gas exists, minute bubbles are generated in the cleaning liquid (see FIG. 4A). The fine sponge groups generated are increased with the lapse of time (see FIG. 4B), and the bubbles are bonded to each other to form coarse bubbles (see FIG. 4C). In the case of gas and liquid, the density and the speed of sound transmitted through the medium are also significantly different, so that the transmission performance at this interface is significantly lowered. Therefore, the ultrasonic waves irradiated are scattered by these coarse bubbles. Therefore, the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transducer 16 attenuates due to the influence of the coarse bubbles generated in the cleaning liquid as it moves away from the surface on which the ultrasonic wave oscillates. As a result, radicals contributing to cleaning can not be generated, and the cleaning effect is reduced.

그래서 본 실시 형태의 초음파 세정장치(10)에서는 주기적으로 초음파의 조사를 정지하여 조대기포의 발생을 방지한다. 즉, 도 5에 나타낸 바와 같이 조사와 정지를 소정주기로 반복하면서 초음파를 조사한다. 이때 조사기간(A)은 적어도 0.2msec 이상으로 설정하고, 조사 정지기간은 적어도 0.1msec 이상으로 설정한다.Thus, the ultrasonic cleaning apparatus 10 of the present embodiment periodically stops the irradiation of ultrasonic waves to prevent the generation of coarse bubbles. That is, as shown in Fig. 5, ultrasonic waves are irradiated while repeating irradiation and stop at a predetermined cycle. At this time, the irradiation period A is set to at least 0.2 msec or more, and the irradiation stop period is set to at least 0.1 msec or more.

이와 같이 적어도 0.1msec 이상의 조사 정지기간을 마련함으로써 초음파 조사중에 발생한 미세기포를 조사정지 중에 세정액 중에 재용해시킬 수 있어 조대기포의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 상기한 바와 같이 조대기포는 초음파의 조사중에 발생한 미세한 기포군이 시간의 경과와 함께 증가하여 서로 결합함으로써 형성되지만(도 4A 내지 도 4C참조), 적어도 0.1msec 이상의 조사정지 기간을 마련함으로써 초음파 조사중에 발생한 미세기포를 조사정지 중에 세정액 중에 재용해시킬 수 있어 조대기포의 발생을 미연에 방지할 수 있다(도 6A 내지 도 6C 참조).By providing the irradiation stop period of at least 0.1 msec or more in this way, the minute bubbles generated during the ultrasonic wave irradiation can be redissolved in the cleaning liquid during stoppage of irradiation, and the occurrence of coarse bubbles can be effectively prevented. That is, as described above, the coarse bubbles are formed by bonding fine bubble groups generated during the irradiation of the ultrasonic waves with the lapse of time and bonding them together (see Figs. 4A to 4C) The fine bubbles generated during the irradiation can be redissolved in the cleaning liquid during the stoppage of the irradiation, and the generation of coarse bubbles can be prevented in advance (see Figs. 6A to 6C).

그에 따라 초음파 진동자(16)로부터 발진시킨 초음파를 효율적으로 투과시킬 수 있어 세정에 기여하는 래디컬을 효율적으로 생성할 수 있게 된다. 즉, 초음파가 조대기포에 저해될 일 없이 투과함으로써 세정액 중에는 효율적으로 캐비티(cavity)의 생성ㆍ압괴(壓壞)가 반복되게 된다. 이 압괴(壓壞)한 캐비티(cavity)로부터는 수소 래디컬(Hㆍ)이나 히드록시래디컬(OHㆍ)이 생성되어 이들 래디컬은 기판 표면상에 초음파의 음향류(音響流)를 타서 혼합 후 공급된다. 기판 표면상에 공급된 래디컬은 초음파 진동의 효과를 겸해서 기판 표면상에 존재하는 오염물과 반응해 분해 제거한다.Accordingly, ultrasonic waves oscillated from the ultrasonic transducer 16 can be efficiently transmitted, and radicals contributing to cleaning can be efficiently generated. That is, the ultrasonic waves penetrate without being obstructed by the coarse bubbles, so that the generation and pressurization of the cavity can be efficiently repeated in the cleaning liquid. Hydrogen radicals (H ㆍ) and hydroxy radicals (OH ㆍ) are generated from the cavities that have been compressed and these radicals absorb acoustic waves of the ultrasonic waves on the surface of the substrate, do. The radicals supplied on the substrate surface also have the effect of ultrasonic vibration and react with the contaminants existing on the substrate surface to decompose and remove.

이와 같이 적어도 0.1msec 이상의 조사 정지기간을 마련함으로써 초음파의 투과를 저해하는 조대기포의 발생을 효과적으로 방지할 수 있어 세정에 기여하는 래디컬을 효율적으로 생성하여 유리기판(G)를 효율적으로 세정할 수 있다.By providing the irradiation stop period of at least 0.1 msec or more in this way, the occurrence of coarse bubbles that impede the transmission of the ultrasonic waves can be effectively prevented, and the radicals contributing to the cleaning can be efficiently generated and the glass substrate G can be efficiently cleaned .

도 7은 주기를 1msec로 하여 DUTY비를 변화시켜 래디컬의 발생량을 검출하는 실험을 했을 때의 실험결과의 그래프이다.Fig. 7 is a graph of experimental results when an experiment was performed to detect the amount of radical generation by changing the DUTY ratio with a period of 1 msec.

동 도면에 나타낸 바와 같이 연속적으로 초음파를 조사하면(DUTY비=1의 경우), 세정에 기여하는 래디컬은 대부분 발생하지 않게 되지만, 주기적으로 조사를 정지(적어도 0.1msec 이상 정지)함으로써 세정에 기여하는 래디컬을 생성할 수 있는 것을 확인할 수 있다. 본 예의 경우 DUTY비 0.5∼0.7의 범위(정지기간 0.3∼ 0.5msec)에서 래디컬의 발생량이 최대로 되는 것을 확인할 수 있었다.As shown in the figure, most of the radicals contributing to cleaning are not generated when the ultrasonic waves are continuously applied (DUTY ratio = 1), but the irradiation is stopped (stopped for at least 0.1 msec or more) It can be confirmed that a radical can be generated. In this example, it was confirmed that the amount of radical generation was maximized in the range of the DUTY ratio of 0.5 to 0.7 (stop period 0.3 to 0.5 msec).

또한 조사기간은 적어도 0.2msec 이상으로 함으로써 캐비티(cavity)를 최대한으로 성장시킬 수 있다.Further, the irradiation period is at least 0.2 msec or more, so that the cavity can be maximally grown.

따라서 조사와 정지의 주기(= 조사기간 + 조사 정지기간)은 적어도 0.3msec이상이 필요하게 된다.Therefore, the period of investigation and stop (= investigation period + investigation stop period) is required to be at least 0.3 msec or more.

한편, 주기를 변화시켜 세정 성능에 영향을 미치는 중요한 파라미터인 래디컬의 발생상황을 보면, 주기를 500msec 정도로 까지 증가하면, 분명히 래디컬 발생량이 저하해 온다(도 8 참조). 주기가 길어지면, 그 중에서 초음파가 연속으로 조사되고 있는 시간이 길어져 기포의 대량 발생과 그들 기포의 결합에 의한 조대화의 영향으로 초음파의 투과가 저해되어 도리어 래디컬의 발생이 저하하기 때문이다.On the other hand, when looking at the occurrence of radicals, which is an important parameter affecting the cleaning performance by changing the period, if the cycle is increased to about 500 msec, the amount of radical generation surely decreases (see FIG. 8). The longer the period is, the longer the time during which the ultrasonic waves are continuously irradiated, becomes longer, and the mass generation of the bubbles and the coarsening due to the bonding of the bubbles interfere with the transmission of the ultrasonic waves, and the generation of radicals decreases.

또한 웨이퍼 상의 입자세정 효과를 주기를 변화시켜서 조사한바, 주기 500msec 정도로 되면, 효과가 떨어지기 시작하고 있는 것이 확인되었다(도 9 참조). 따라서 이 범위 내에서 입자ㆍ유기오염 등의 오염 대상에 따라서 주기를 설정함으로써 최적인 세정 조건을 설정할 수 있다.Further, the particle cleaning effect on the wafer was examined by changing the cycle, and it was confirmed that the effect began to deteriorate when the cycle became about 500 msec (see FIG. 9). Therefore, it is possible to set optimum cleaning conditions by setting the cycle according to the object of contamination such as particle or organic pollution within this range.

이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태의 초음파 세정방법에 의하면, 용존가스가 존재하는 세정액에 초음파를 조사할 경우에 있어서, 주기적으로 초음파의 조사를 정지함으로써 초음파의 투과를 저해하는 조대기포의 발생을 방지할 수 있어 세정에 기여하는 래디컬을 효율적으로 생성할 수 있다. 그에 따라 유리기판(G)을 효율적으로 세정할 수 있다.As described above, according to the ultrasonic cleaning method of the present embodiment, in the case of irradiating ultrasonic wave to the cleaning liquid in which dissolved gas is present, the irradiation of the ultrasonic waves is periodically stopped to prevent the generation of coarse bubbles which inhibit the transmission of ultrasonic waves So that radicals contributing to cleaning can be efficiently produced. Whereby the glass substrate G can be efficiently cleaned.

또한 최근에는 기판에의 데미지를 고려하여 MHz오더의 초음파를 이용하는 메 가소닉 세정이 주류가 되고 있어 조사하는 초음파의 파장이 짧아지고 있기 때문에 종래의 저주파(0.1MHz 정도)에서는 문제로 되지 않았던 기포직경에서도 투과를 저해한다고 하는 문제가 있지만, 본 실시 형태의 초음파 세정방법과 같이 적절하게 정지기간을 마련하여 주기적으로 초음파를 조사함으로써 MHz오더의 초음파를 채용한 경우에 있어서도 초음파의 투과를 저해하는 기포의 발생을 방지할 수 있어 효율적으로 피세정물을 세정할 수 있다.In recent years, considering the damage to the substrate, mesonic cleaning using ultrasonic waves in MHz order is becoming mainstream, and the wavelength of the ultrasonic waves to be irradiated is shortened. Therefore, the bubble diameter However, even when the ultrasonic wave of the MHz order is employed by periodically irradiating the ultrasonic wave with a stop period appropriately as in the ultrasonic cleaning method of the present embodiment, it is possible to prevent the permeation of air bubbles It is possible to prevent the occurrence of an abnormality and clean the object to be cleaned efficiently.

또한 이와 같이 주기적으로 초음파의 조사를 정지함으로써 연속으로 초음파를 조사할 경우에 비하여 투입하는 에너지를 낮게 할 수 있다.In addition, by stopping the irradiation of the ultrasonic waves periodically as described above, it is possible to lower the energy to be applied as compared with the case of continuously irradiating the ultrasonic waves.

또한 세정액의 온도상승을 억제할 수 있고, 세정액의 가스 용해도를 높게 유지할 수 있다. 그에 따라 초음파를 연속적으로 조사할 경우에 비하여 세정액 중에의 가스의 재용해를 촉진할 수 있다.Further, the temperature rise of the cleaning liquid can be suppressed, and the gas solubility of the cleaning liquid can be kept high. Accordingly, the redissolution of the gas in the cleaning liquid can be promoted as compared with the case of continuously irradiating ultrasonic waves.

더구나 반도체의 미세 패턴에 대한 데미지가 적은 초음파의 주파수범위는 1MHz ∼ 3MHz 정도이며, 래디컬의 발생에 적합한 초음파의 주파수범위는 0.3MHz ∼1MHz 이다.Furthermore, the frequency range of the ultrasonic wave with less damage to the semiconductor fine pattern is about 1 MHz to 3 MHz, and the frequency range of the ultrasonic wave suitable for generating the radical is 0.3 MHz to 1 MHz.

또한 본 실시의 형태에서는 세정액 중에 조사하는 초음파를 음향렌즈(18)에 의해 집속시키는 구성으로 하고 있지만, 집속시키지 않고 조사하여도 된다. 초음파를 집속시킴으로써 집속초점 근방에서 세정에 기여하는 래디컬을 효율적으로 발생시킬 수 있어 세정 효과를 한층 높일 수 있다.Further, in the present embodiment, the ultrasonic wave to be irradiated into the cleaning liquid is focused by the acoustic lens 18, but it may be irradiated without focusing. By focusing the ultrasonic waves, radicals contributing to cleaning in the vicinity of the converging focal point can be efficiently generated, and the cleaning effect can be further enhanced.

한편 이와 같이 초음파를 집속시키면, 집속초점 근방에서 캐비티(cavity)가 집중하여 생성되기 때문에 조대기포가 형성되기 쉬워지지만, 본 실시 형태의 세정 방법과 같이 초음파의 조사정지를 최적으로 행함으로써 조대기포의 발생을 방지할 수 있어 세정에 기여하는 래디컬을 효율적으로 발생시킬 수 있다.On the other hand, when the ultrasonic waves are focused in such a manner, cavities are concentrated in the vicinity of the converging focal point, so that coarse particles tend to be formed. However, as in the cleaning method of the present embodiment, It is possible to efficiently generate radicals contributing to cleaning.

또한 본 실시의 형태에서는 음향렌즈를 이용하여 초음파 진동자로부터 발진된 초음파를 소정의 집속초점에 집속시키고 있지만, 초음파를 집속시키는 구성은 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 초음파 진동자의 초음파를 발진시키는 면의 형상을 원호 형상으로 형성(초음파 진동자의 형상을 소위 토이(홈통)형으로 형성한다)하는 것에 의해서도 소정의 집속초점에 초음파를 집속시킬 수 있다. 이 경우 음향렌즈는 불필요하게 된다.Further, in the present embodiment, the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic vibrator are focused on a predetermined focusing focal point by using the acoustic lens, but the configuration for focusing the ultrasonic waves is not limited to this. For example, ultrasonic waves can be focused on a predetermined converging focus by forming the shape of the surface of the ultrasonic vibrator that oscillates the ultrasonic wave into an arc shape (the shape of the ultrasonic vibrator is formed into a so-called toe shape). In this case, the acoustic lens becomes unnecessary.

또한 초음파를 집속시키는 경우 라인 상으로 집속시켜도 되고, 한점에 집속시키도록 하여도 된다.When the ultrasonic waves are focused, the ultrasonic waves may be focused in a line or in a single point.

또한 본 실시의 형태에서는 수평으로 반송되는 유리기판(G)에 대하여 윗쪽에서 초음파를 조사한 세정액을 커튼 형상으로 공급하여 유리기판(G)을 세정하는 구성으로 하고 있지만, 유리기판(G)에 대하여 아래쪽에서 초음파를 조사한 세정액을 커튼 형상으로 공급하여 유리기판(G)을 세정하는 구성으로 하여도 된다.In the present embodiment, the cleaning liquid, which has been irradiated with ultrasonic waves from above on the horizontally transported glass substrate G, is supplied in a curtain shape to clean the glass substrate G. However, The glass substrate G may be cleaned by feeding the cleaning liquid irradiated with ultrasonic waves in a curtain shape.

또한 수직한 자세로 보유된 유리기판의 표면을 수직으로 하강하는 세정 헤드로 주사함으로써 유리기판의 표면에 초음파가 조사된 세정액을 공급하여 유리기판의 표면을 세정하는 구성으로 하여도 된다.The surface of the glass substrate held in the vertical posture may be scanned by a cleaning head vertically descending to supply a cleaning liquid irradiated with ultrasonic waves to the surface of the glass substrate to clean the surface of the glass substrate.

또한 본 발명은 도 10에 나타낸 바와 같이 피세정물(30)을 세정조에 침지시켜 세정하는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 즉, 피세정물(30)을 세정조(32)에 저류된 세정액(34) 중에 침지시켜 이 세정액(34)에 세정조(32)의 하부에 설치된 초음파 진동자(36; 세정조 내에 설치되어도 된다)로 초음파 진동을 주어서 세정하는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 이 경우 한번에 대량의 유리기판을 세정할 수 있다.The present invention can also be applied to the case where the object 30 to be cleaned is immersed in a cleaning tank and cleaned as shown in Fig. That is to say, the object 30 to be cleaned is immersed in the cleaning liquid 34 stored in the cleaning tank 32 and the ultrasonic vibrator 36 (installed in the cleaning tank) provided in the lower part of the cleaning tank 32 in the cleaning liquid 34 ) To be cleaned by ultrasonic vibration. In this case, a large amount of glass substrate can be cleaned at one time.

또한 본 실시의 형태와 같이 세정 헤드로부터 토출한 세정액을 유리기판(G)의 표면에 공급하여 세정하는 구성의 경우 다품종 혹은 소량의 세정 대상을 높은 청정도로 세정할 때에 적합하다.Further, in the case of the configuration in which the cleaning liquid ejected from the cleaning head is supplied to the surface of the glass substrate G and cleaned as in the present embodiment, this is suitable for cleaning a large number of products or a small amount of objects to be cleaned with high cleanliness.

또한 본 실시의 형태에서는 액정표시장치용 대형 유리기판을 세정할 경우를 예로 설명했지만, 본 발명의 적용은 이것에 한정되는 것이 아니고, 포토마스크용 유리기판이나 광디스크용 기판, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 세정하는 경우는 물론 다른 피세정물을 세정하는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.In the present embodiment, a case of cleaning a large-size glass substrate for a liquid crystal display has been described as an example. However, the application of the present invention is not limited to this, and a glass substrate for a photomask, a substrate for an optical disk, The present invention can be similarly applied not only to cleaning but also to cleaning other objects to be cleaned.

Claims (4)

초음파를 조사한 세정액으로 피세정물을 세정하는 초음파 세정방법에 있어서,1. An ultrasonic cleaning method for cleaning an object to be cleaned with a cleaning liquid irradiated with ultrasonic waves, 상기 피세정물의 근방에 집속초점을 설정하고, 그 집속초점에 집속시켜 상기 초음파를 0.3MHz 이상 1MHz 이하의 주파수로 상기 세정액에 조사하는 동시에,A converging focus is set in the vicinity of the object to be cleaned, the ultrasound is focused on the converging focus, and the ultrasonic wave is irradiated to the cleaning liquid at a frequency of 0.3 MHz or more and 1 MHz or less, 적어도 0.2msec 이상 연속적으로 초음파를 조사하는 공정과, 적어도 0.1msec이상 초음파의 조사를 정지하는 공정을 0.3msec 이상 500msec 미만의 주기로 반복하여 실행하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.And repeating the step of irradiating the ultrasonic wave continuously for at least 0.2 msec and the step of stopping the ultrasonic wave irradiation for at least 0.1 msec at intervals of 0.3 msec or more and less than 500 msec. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 피세정물을 세정하는 세정액은 탈기 후 기능성의 가스를 용해시킨 세정액이며, 슬릿(slit) 형상의 세정액 토출구로부터 입으로부터 커튼 형상으로 토출되어 상기 피세정물에 공급되는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 방법.2. The cleaning apparatus according to claim 1, wherein the cleaning liquid for cleaning the object to be cleaned is a cleaning liquid in which a functional gas is dissolved after degassing and is discharged in a curtain form from a slit-shaped cleaning liquid discharge opening and supplied to the object to be cleaned Wherein the ultrasonic cleaning method comprises:
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