JP2008161739A - 基板の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ロールブラシ洗浄時のブラシ屑あるいは除去異物を含んだ洗浄液が基板表面に滞留して、再付着することを抑制し、洗浄性を向上させる。
【解決手段】
基板を搬送しながら、回転するロールブラシを前記基板面に接触させて洗浄する方法において、前記ロールブラシで洗浄した基板表面を、ブラシの軸と平行な液流で洗浄することにより、基板上に滞留している異物を含んだ洗浄液を速やかに基板の外に排出し、再付着を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス（以下有機ＥＬと表記）ディスプレイ、およびプラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ（以下ＦＰＤと表記）の製造に使用する基板（ガラス基板等）の洗浄方法に係り、当該基板を搬送しながら、その表面に回転するブラシを接触させて洗浄するスクラブ洗浄に好適な洗浄方法に関する。

液晶表示装置の高精細化による画素の微細化に伴い、液晶表示装置の不良原因となるプロセス異物のサイズも微小になってきている。また、上部電極と下部電極との間に有機薄膜が積層された構造を有する有機ＥＬディスプレイでは、この有機薄膜の膜厚が２００ｎｍ程度と薄いため、上部電極と下部電極との間に存在するサブミクロンサイズの異物が、有機ＥＬディスプレイパネルの点灯時にその画素内に黒くみえる非発光領域（ダークスポット）の発生原因となる。

このように、液晶表示装置や有機ＥＬディスプレイなどのＦＰＤの製造プロセスにおいて、サブミクロンサイズの異物がデバイスの不良原因となるため、これに用いられる基板表面にはより高い清浄度が要求されており、微小異物の除去は、その製品歩留まり向上に必須である。

従来、基板表面の異物の除去には、純水や薬液を使用したウエット洗浄が適用されており、「2001 ＦＰＤテクノロジー大全」，電子ジャーナル別冊，ｐｐ．225〜232に記載されているような水平搬送式の洗浄方法が知られている。ウエット洗浄は、化学的な作用および物理的な作用で異物を除去する方法である。化学的な作用は，薬液で基板表面をわずかにエッチングすることにより、基板に付着した異物を浮き上がらせる（リフトオフさせる）。また、物理的な作用は、基板に付着した異物に外部から何らかのエネルギーを付与し、当該異物を除去する。具体的には、超音波を印加した液体を基板に噴射して、超音波の照射によって発生したキャビテーションが壊れる際の衝撃波により、異物を基板から除去する超音波洗浄浄、あるいはミストなどの微小な粒子を高速の流体とともに基板表面に噴射して異物を除去する２流体洗浄、回転するブラシを基板に接触させて基板表面を擦りながら洗浄するスクラブ洗浄などがある。

上述した洗浄方法の中では、ブラシで基板表面を擦りながら洗浄するスクラブ洗浄の異物除去力が最も優れており、基板の量産ラインへの受け入れにおける洗浄工程などに適用されている。

ここで、ロールブラシでガラス基板を擦る従来のスクラブ洗浄について、図４を用いて説明する。被洗浄物である基板１００は、複数の搬送ローラー１０１により、その下面で支えられながら、これらの搬送ローラー１０１の回転により水平方向に搬送される。基板１００の上面に対向して配設された複数のシャワーノズル１０２は、基板１００が乾燥しないように、その上面に洗浄液１０３を夫々噴射する。これにより基板１００の上面に洗浄液１０３の液膜１０４が形成される。基板１００を洗浄するロールブラシ１０５は、例えば円筒状の形状を呈し、これに備えられた図示しない回転機構により、その軸（例えば、当該円筒の長手方向に延在する）を中心に回転される。図４において、基板１００がロールブラシ１０５の間をその回転軸に交差する方向に通過する際、基板１００の上面は回転しているロールブラシ１０５の各々で擦られて、スクラブ洗浄される。なお、図４では、基板の上面だけを洗浄する場合について示しているが、基板１００の下面も上面と同時に洗浄する場合には、上述の如きシャワーノズルおよびロールブラシの別のセットを基板１００の下面に対向するように配設する。即ち、基板１００は、当該シャワーノズルとロールブラシとからなるセットの対の間に挿入されて、その上面及び下面が夫々処理される。
「2001 ＦＰＤテクノロジー大全」，電子ジャーナル別冊，ｐｐ．225〜232

しかしながら、スクラブ洗浄では、ブラシが回転しながら基板表面を擦って洗浄するため、ブラシの磨耗により発生するブラシ屑や、スクラブ洗浄中に基板表面から一旦は除去された異物が、当該基板表面に付着する。このようにして基板表面に付着するブラシ屑や異物等は再付着異物とも呼ばれ、基板表面の洗浄性を低下させる。

通常ブラシ洗浄では、シャワーノズルから基板表面に純水などの洗浄液が供給されるが、その主な目的は基板表面の乾燥防止である。なぜなら、スクラブ洗浄後の基板が乾燥すると、前述した異物は基板表面に固着し、その後の洗浄でも除去されにくくなるからである。このように、従来のスクラブ洗浄において、シャワーノズルから基板表面に供給される洗浄液は、当該基板表面をウエットな状態に保持することを主目的とするため、その基板表面に付着した異物を基板の外に排出する能力には乏しい。

さらに、ＦＰＤの製造工程では、概ね円形を呈する基板を回転させながら洗浄液を供給する半導体装置の製造工程におけるスピン洗浄とは異なり、基板は水平に保持され且つ搬送された状態で洗浄される。従って、基板表面に供給された洗浄液は遠心力の作用で基板表面から排出されず、基板表面に滞留しやすくなるため、これに含まれる異物が基板表面に再付着しやすい。また、基板の搬送速度が速くなると処理時間（洗浄時間）が短くなり、１本のブラシでは十分な洗浄が得られなくなるため、通常、複数のブラシを設置して基板を洗浄する。上記のように、複数のブラシで基板の同一面を洗浄する場合、前段のブラシ洗浄で発生した異物を含んだ洗浄液が残った基板表面を後段のブラシでスクラブ洗浄するため、再付着がいっそう発生しやすいという課題が生じた。そのため、水平搬送される基板のブラシによるスクラブ洗浄において、基板の清浄度を向上させるためには、ブラシでのスクラブ洗浄後に生じた異物を含む洗浄液を、速やかに基板の外に排出して当該異物の基板表面への再付着を抑制する必要がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、基板（ガラス基板等）を搬送させながら基板表面をブラシ洗浄する際に、ブラシ屑あるいはブラシ洗浄でいったん除去された異物を速やかに基板外に排出することにより、基板への再付着を抑制し、その洗浄力を向上させることが出来る洗浄方法を提供することにある。

上述した課題に鑑みて着想された本発明による基板の洗浄方法の要旨は、次のように記される。

請求項１に記載の発明（本願の第１発明）は、基板を搬送しながら回転するロールブラシを該基板面に接触させて洗浄する方法であって、前記ロールブラシで洗浄した前記基板表面を、該ロールブラシの軸に沿って（例えば、当該軸と平行に）形成された液流で洗浄することを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明（本願の第２発明）は、請求項１記載の上記発明において、前記ロールブラシの軸に沿う前記液流を、ライン状のスプレーノズルから洗浄液を噴射して形成することを特徴とするものである。ライン状のスプレーノズルとは、例えば、線状又は矩形の開口（ライン状の開口）から洗浄液を噴射するノズルであり、この開口の長手方向をロールブラシの軸と交差する（例えば、直交する）方向及び基板の搬送方向の夫々に沿うように配置される。

請求項３に記載の発明（本願の第３発明）は、請求項２記載の上記発明において、前記ライン状のスプレーノズルは２流体スプレーであることを特徴とするものである。２流体スプレーとは、例えば液体と気体とを併せて噴射することにより、基板に噴霧される液体粒子の形状を制御する（例えば、その粒径を好ましい範囲に揃える）。

請求項４に記載の発明（本願の第４発明）は、請求項２記載の上記発明において、前記ライン状のスプレーノズルから噴射される前記洗浄液に超音波を付与することを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明（本願の第５発明）は、請求項４記載の上記発明において、前記洗浄液が純水に水素ガスを溶存させた水素水であることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明（本願の第６発明）は、請求項５記載の上記発明において、前記水素水の溶存水素ガス濃度が、０．５ｐｐｍ以上であることを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明（本願の第７発明）は、請求項５又は請求項６記載の上記発明において、前記超音波の周波数は２０ｋＨｚ以上であることを特徴とするものである。

請求項１記載の発明によれば、基板を搬送しながら、回転するロールブラシを前記基板面に接触させて洗浄する方法において、ロールブラシで洗浄後にブラシの軸に沿う（例えば、当該軸と平行な）液流で基板表面を洗浄することにより、ブラシ屑およびブラシ洗浄で除去された異物を含む洗浄液を、基板から速やかに排出することが可能となる。これにより、ブラシ屑や異物の基板表面への再付着が防止されるため、基板の洗浄力が向上する。なお、液流（例えば洗浄液の流れ）をブラシの軸に沿う方向（望ましくはブラシの軸と平行）に形成する理由は下記のとおりである。水平に搬送される基板の鉛直方向から接触するロールブラシは、言わば基板の水平面に対して直交する「堰」を形成する。そのため、基板上の液を外に速やかに排出するには、このブラシの「堰」をガイドにして当該液（ブラシ屑や異物が含まれ得る洗浄液）を基板の端へ流す。即ち、基板表面上にブラシ（の回転軸）に沿う（望ましくは平行な）液流を形成することで、効率よく速やかに基板の外へ洗浄液を排出することを可能になるからである。

請求項２記載の発明によれば、ライン状のスプレーノズルから洗浄液を噴射することにより、前記ブラシの軸に沿う（平行な）液流を均一に形成できる。これにより、基板上に滞留する異物を含んだ洗浄液を速やかにかつ均一に基板の外へ排出し、当該異物の基板表面への再付着が抑制される効果が生じる。

また、請求項３記載の発明によれば、２流体スプレーでは、ミスト（洗浄液の粒子）が基板と衝突した際に、基板表面にサイドジェット流が発生するため、噴射の向きを調整することで、容易にブラシの軸に沿う（平行な）液流を形成できる。そのため、ブラシ洗浄後の異物を含んだ洗浄液を基板の外に排出し、異物の基板表面への再付着を抑制する効果がある。また、２流体スプレーから噴射される洗浄液が基板と衝突する際の打力は、基板に付着している異物を除去する力を有しているため、その表面の洗浄力を高める効果がある。

また、請求項４乃至７記載の発明の効果は次のとおりである。請求項４記載の発明は、ライン状のスプレーノズルから噴射される洗浄液に超音波が付与されることにより、洗浄液中に発生したキャビティ（気泡）の崩壊時の衝撃力が基板表面に加わり、基板に付着している異物も除去することが可能となるため、基板表面の洗浄力を向上させる効果を奏する。さらに、請求項７記載の発明では、水素ガスを純水に溶解させてなる水素水の洗浄液に２０ｋＨｚ以上の超音波を印加することにより、基板表面の付着異物の除去力が向上するとともに、液中に分散した異物の基板表面への再付着を抑制する働きがあるため、基板表面の洗浄力を向上させる効果が得られる。また、請求項５記載の発明において、超音波を付与した水素水の洗浄力は、溶存している水素濃度の増加に伴い高くなるが、安定した洗浄力を得るためには、請求項６記載の発明の如く、その溶存水素ガス濃度を０．５ｐｐｍ以上とするとよい。以上のように、ライン状のスプレーノズルから噴射される洗浄液に超音波を付与し、さらに洗浄液に水素水を適用することで、再付着防止効果および付着異物の除去効果が高められ、基板表面の洗浄力が向上する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。

図１は本発明に係る洗浄方法の一実施形態を示す。被洗浄物１は、液晶表示装置、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイなどに使用される基板であり、ガラス基板、石英基板、プラスティック基板等として提供される。以下の説明では、被洗浄物１として、ガラス基板を例示するが、本発明の本質に照らし、その材料は限定されない。

被洗浄物１の表面は素ガラスのようにデバイスが形成されていなくても、ＴＦＴなどのデバイスが形成されていても良い。被洗浄物１の下面は、複数の搬送ローラー２と接しており、水平に保持されている。また、図示しない駆動機構によって回転する搬送ローラー２によって、被洗浄物１は水平方向に搬送される。被洗浄物１の上面には、シャワーノズル３が設置され、洗浄液４が基板に向かって噴射される。本実施例では、純水を洗浄液に使用した。なお、静電気防止のために、純水に炭酸ガスを溶解して、純水の比抵抗値を小さくした純水を適用しても良い。また、図１では洗浄液４は被洗浄物１だけに噴射されている場合を示しているが、被洗浄物１およびロールブラシ５に噴射しても差し支えない。図１及び後述する図２及び図３の各々において、太い矢印は被洗浄物１の搬送方向を、細い矢印は洗浄液の流れの方向（液流の方向）を夫々示す。

被洗浄物１は、図示しない駆動機構により回転するロールブラシ５によってスクラブ洗浄される。本実施例では、ロールブラシにナイロンブラシを適用した。ブラシの材質は、被洗浄物１の上面に損傷を与えるものでない限り特に限定されるものではなく、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などの材質を用いても良い。ロールブラシ５を通過した被洗浄物１の上面には、ブラシの磨耗屑やブラシ洗浄で除去された異物を含んだ洗浄液が残留しており、これらの異物が被洗浄物１の上面に再付着するために洗浄力が低下する。

上述した異物を含んだ洗浄液を、被洗浄物１から排出するために、ロールブラシ５の軸に沿い望ましくはこれに平行な流れになるように、ラインスプレーノズル６から、被洗浄物１の短辺方向へ洗浄液７を噴射した。ノズルの形状は、ブラシの軸と平行になるような水流を形成するものであれば良く、複数のスポットノズルを直線状に配置したノズル、あるいは、２０μｍ〜２ｍｍの範囲の直径を示す同一形状の穴（開口）の複数個をライン状に配置したノズルも利用できる（この場合、穴（開口）の並設方向がラインスプレーノズル６の長手方向となる）。

本実施例では、洗浄液７には純水を使用し、ラインノズル６から純水を噴射する際に周波数が１ＭＨｚの超音波を当該純水に付与した。ラインスプレーノズルで形成したブラシの軸と平行な水流により、ブラシ後の異物を含んだ洗浄液を速やかに被洗浄物１の表面から排出するとともに、超音波を併用することにより、表面に付着している異物を除去する効果も得られ、被洗浄物１の洗浄性が向上する。また、洗浄液７に水素水、例えば純水に溶解させた水素ガス濃度が１ｐｐｍである水素水を用いると、純水を適用した場合よりもさらに洗浄力が向上する。これは、超音波を付与した水素水では、溶解した水素の微小な気泡が超音波振動によって破壊される際に発生する衝撃波や、微小気泡のスクラブ効果が純水よりも大きいこと、および、いったん基板表面から除去された異物の再付着を抑制する効果があるため、異物の除去性能が向上する。なお、水素ガスの溶解濃度は０．５ｐｐｍ以上，好ましくは１ｐｐｍ以上あれば安定した異物除去力が得られる。

また、被洗浄物１の搬送は、図２に示す様に、搬送方向に対して垂直方向に被洗浄物１を傾斜させて搬送させてもよい。この場合、被洗浄物１の上端からブラシの軸と平行な液流を被洗浄物１の表面に噴射させた場合、被洗浄物１が傾斜していることにより、水平搬送の場合よりも速やかに基板表面上に残留している異物を基板の外に排出することが可能になるため、洗浄力がいっそう向上する。

図３は本発明に係る洗浄方法の別の一実施形態を示す。本実施例はラインスプレーノズル６として、２流体スプレーノズルを適用した場合を示している。本実施例で適用した２流体スプレーノズルは、開口部がスリット状であり、ノズルの内部もしくは外部で純水とエアを混合して発生させた微小なミスト７（純水の粒子）を開口部から高速のエアとともに、被洗浄物１表面に噴射するものである。ノズルの開口部から被洗浄物１までの距離は１０ｍｍ以下であればよく、５ｍｍ以下で使用することが好ましい。２流体スプレーノズル６は、被洗浄物１の鉛直上方且つロールブラシ５に対して垂直になるように配置されている。ノズル６は被洗浄物１の鉛直上に配設されていればよい。すなわち、ノズル６は固定されていてもよく、あるいは、ノズルが被洗浄物１の搬送方向と垂直方向に往復移動していてもよい。

ノズル開口部から噴射された微小ミスト７は、被洗浄物１表面に垂直に衝突した後、被洗浄物１表面の水平方向にサイドジェット流を発生させることにより、表面に滞留している異物を含んだ洗浄液を速やかに基板の外へ排出する。これにより、従来法に比べ洗浄性能が向上する。

本発明は液晶表示装置、および有機ＥＬディスプレイ、およびプラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ製造に使用する基板（ガラス基板等）の洗浄に用いることが出来る。

本発明に係る洗浄方法の一実施の形態を示す概念図である。 本発明に係る洗浄方法の一実施の形態を示す概念図である。 本発明に係る洗浄方法の一実施の形態を示す概念図である。 従来のブラシ洗浄方法を示す概念図である。

符号の説明

１，１００…被洗浄物（基板）、２，１０１…搬送ローラー、３，１０２…シャワーノズル、４，１０３…洗浄液、５，１０５…ロールブラシ、６…ライン状ノズルスプレー、７…洗浄液（微小なミスト）、１０４…液膜（被洗浄物１上の洗浄液）。

Claims (7)

1. 基板を搬送しながら回転するロールブラシを該基板面に接触させて洗浄する方法であって、
   前記ロールブラシで洗浄した前記基板表面を、該ロールブラシの軸に沿って形成された液流で洗浄することを特徴とする基板の洗浄方法。
2. 前記ロールブラシの軸に沿う前記液流を、ライン状のスプレーノズルから洗浄液を噴射して形成することを特徴とする請求項１記載の基板の洗浄方法。
3. 前記ライン状のスプレーノズルは２流体スプレーであることを特徴とする請求項２記載の基板の洗浄方法。
4. 前記ライン状のスプレーノズルから噴射される前記洗浄液に超音波を付与することを特徴とする請求項２記載の基板の洗浄方法。
5. 前記洗浄液は、純水に水素ガスを溶存させた水素水であることを特徴とする請求項４記載の基板の洗浄方法。
6. 前記水素水の溶存水素ガス濃度は、０．５ｐｐｍ以上であることを特徴とする請求項５記載の基板の洗浄方法。
7. 前記超音波の周波数は２０ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の基板の洗浄方法。

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