基板洗浄方法および基板洗浄装置
【課題】基板を帯電し難いものにすることができ、かつ、基板の表面を洗浄することができる基板洗浄方法および基板洗浄装置を提供する。
【解決手段】搬送手段３により搬送される基板Ａに対して、大気圧プラズマ処理手段１により、その基板Ａの表面を洗浄するとともに難帯電化し、その後、ドライアイス粒子噴射手段２により、その基板Ａの表面にドライアイス粒子を噴射させ、その基板Ａの表面を洗浄する。大気圧プラズマ処理およびドライアイス粒子噴射は、チャンバー４内で行われる。
【解決手段】搬送手段３により搬送される基板Ａに対して、大気圧プラズマ処理手段１により、その基板Ａの表面を洗浄するとともに難帯電化し、その後、ドライアイス粒子噴射手段２により、その基板Ａの表面にドライアイス粒子を噴射させ、その基板Ａの表面を洗浄する。大気圧プラズマ処理およびドライアイス粒子噴射は、チャンバー４内で行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ用ガラス基板，ウエハ，半導体部品搭載用プリント基板等の基板を洗浄する基板洗浄方法および基板洗浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液晶ディスプレイ等の製品に組み付けられるガラス基板等の基板の表面には、通常、その基板の製造工程や搬送工程等において、油脂等の有機物系異物および金属酸化物や塵埃等の無機物系異物が付着する。そこで、上記基板は、製品への組み付けに先立って、洗浄され、上記有機物系異物および無機物系異物が除去される。その有機物系異物を除去する方法としては、紫外線を照射する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、無機物系異物を除去する方法としては、ドライアイスを噴射する方法が提案されている（特許文献２参照）。さらに、上記紫外線照射とドライアイス噴射とを同時に行う方法も提案されている（特許文献３参照）。
【０００３】
ところで、塵埃等の無機物系異物を除去するために、ドライアイス噴射を行うと、ドライアイス粒子と基板との摩擦により、基板が帯電する。基板が上記液晶ディスプレイ等の製品に組み付けられるまでに帯電すると、その帯電により基板に塵埃が付着し、製品に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、上記ドライアイス噴射を行う場合は、その後、除電装置等を用いて除電が行われる。
【特許文献１】特開平３−１０１２２３号公報
【特許文献２】特開平３−１１６８３２号公報
【特許文献３】特開平６−３４９８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記除電は、基板の帯電性を抑制するものではないため、その除電後の搬送作業や組み付け作業等の作業により、基板が再度帯電するという問題が発生する。すなわち、基板の表面においては、帯電による塵埃の付着を充分に抑制することはできず、洗浄状態を保持することが困難になっている。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、基板を帯電し難いものにすることができ、かつ、基板の表面を洗浄することができる基板洗浄方法および基板洗浄装置の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明は、大気圧プラズマにより基板の表面を洗浄するとともに難帯電化した後、ドライアイス粒子を基板の表面に衝突させることにより基板の表面を洗浄する基板洗浄方法を第１の要旨とする。
【０００７】
また、本発明は、大気圧プラズマを発生させ、その大気圧プラズマにより基板の表面を洗浄するとともに難帯電化する大気圧プラズマ処理手段と、ドライアイス粒子を基板の表面に噴射させるドライアイス粒子噴射手段と、上記基板を搬送する搬送手段とを備え、上記搬送手段により搬送される基板に対して、上記大気圧プラズマ処理手段が作動した後に上記ドライアイス粒子噴射手段が作動するようになっている基板洗浄装置を第２の要旨とする。
【０００８】
本発明者は、基板を洗浄した後も、その洗浄状態が保持されるようにすべく、基板の洗浄方法について研究を重ねた。その研究の過程で、大気圧プラズマにより基板の表面を処理すると、基板の表面に付着した有機物系異物が除去されるとともに、基板が帯電し難くなることを突き止めた。そして、さらに研究を重ねた結果、上記大気圧プラズマ処理後に、ドライアイス粒子を基板の表面に衝突させると、無機物系異物が除去され、しかも、上記大気圧プラズマ処理による難帯電性が保持され塵埃の付着を抑制できることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
大気圧プラズマにより有機物系異物が除去される理由は、明らかではないが、有機物系異物がプラズマ中の原子と反応してガス化する等し、除去されるものと推測される。また、大気圧プラズマにより基板が帯電し難くなる理由も、明らかではないが、大気圧プラズマにより、基板の表面部分が改質され、帯電し難くなるものと推測される。さらに、ドライアイス粒子による無機物系異物の除去は、ドライアイス粒子との衝突により無機物系異物が物理的に飛ばされる以外に、ドライアイス粒子が無機物系異物と基板の間に入り込み、ドライアイス粒子の昇華によるガスにより、無機物系異物が飛ばされるようにしてなされる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の基板洗浄方法は、大気圧プラズマにより基板の表面を処理した後に、ドライアイス粒子を基板の表面に衝突させるため、ガラス基板を帯電し難いものとすることができ、かつ、基板の表面に付着した有機物系異物および無機物系異物を除去することができる。しかも、大気圧プラズマ処理による難帯電性が保持され塵埃の付着を抑制することができ、洗浄状態を保持することができる。
【００１１】
また、本発明の基板洗浄装置は、大気圧プラズマ処理手段と、ドライアイス粒子噴射手段と、基板を搬送する搬送手段とを備え、上記搬送手段により搬送される基板に対して、上記大気圧プラズマ処理手段が作動した後に上記ドライアイス粒子噴射手段が作動するようになっているため、本発明の基板洗浄方法を容易に行うことができ、それにより、基板を帯電し難いものにし、かつ、基板の表面を洗浄することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
【００１３】
図１は、本発明の基板洗浄装置の第１の実施の形態を示している。この基板洗浄装置は、搬送手段３により搬送される基板Ａに対して、大気圧プラズマ処理手段１により、その基板Ａの表面を洗浄するとともに難帯電化した後、ドライアイス粒子噴射手段２により、その基板Ａの表面にドライアイス粒子を噴射させ、その基板Ａの表面を洗浄するようになっている。また、大気圧プラズマ処理およびドライアイス粒子噴射は、１つのチャンバー４内で行われるようになっている。
【００１４】
より詳しく説明すると、上記大気圧プラズマ処理手段１は、この実施の形態では、リモート方式のものを用いている。すなわち、上記チャンバー４内に、空間をあけて対向する高圧電極１１と低圧電極１２とを一組とする電極組を備えており、高圧電極１１は、交流電源に接続され、低圧電極１２は、アースされている。また、上記高圧電極１１と低圧電極１２の間の空間には、大気圧プラズマに用いるガスが、チャンバー４の外に設けられたガスボンベ１３からパイプ１４により供給されるようになっている。そして、上記空間の一端側（図１では、上端側）からその空間にガスを供給するとともに、高圧電極１１と低圧電極１２との間に電圧を印加することにより、上記空間で大気圧プラズマを発生させ、供給したガスの勢いにより、その大気圧プラズマを、上記空間の他端側（図１では、下端側）から吹き出し、搬送される基板Ａの表面に吹き付けるようになっている。なお、放電を安定な状態で持続させる観点から、上記高圧電極１１と低圧電極１２とが対向する面の少なくとも一方には、アルミナ等の誘電体を設けることが好ましい。
【００１５】
上記ドライアイス粒子噴射手段２は、ドライアイス粒子を噴射させるノズル２１が上記チャンバー４内に備えている。また、そのノズル２１へは、ドライアイス粒子の形成に必要な二酸化炭素ガスが、チャンバー４の外に設けられたガスボンベ２２からパイプ２３により供給されるようになっている。さらに、この実施の形態では、後に説明するように、形成されたドライアイス粒子が効率よく基板Ａの表面まで届くよう、低温の窒素ガスを併用している。その低温の窒素ガスは、チャンバー４の外に設けられたガスボンベ２４からパイプ２５により供給され、そのパイプ２５は、上記二酸化炭素ガス用のパイプ２３に接続されている。なお、ドライアイス粒子の昇華による二酸化炭素ガスが、大気圧プラズマを発生させる部分に侵入すると、放電が困難になるため、上記ノズル２１によるドライアイス粒子の噴射方向は、特に限定されないが、大気圧プラズマ処理工程の空間に二酸化炭素ガスが侵入しないような方向に設定することが好ましい。
【００１６】
上記搬送手段３は、この実施の形態では、ベルトコンベアを用いている。すなわち、このベルトコンベアは、基板Ａを載せて搬送する無端ベルト３１と、この無端ベルト３１を走行させる駆動ローラ（図１では、２個）３２とを備えている。
【００１７】
上記チャンバー４は、上記搬送手段３を覆うように、ドーム状に形成されており、その一端側には、搬送される基板Ａをチャンバー４内に導入する入口４１が設けられ、他端側には、洗浄した基板Ａをチャンバー４外に送り出す出口４２が設けられている。
【００１８】
そして、上記基板Ａの洗浄は、例えば、つぎのようにして行うことができる。すなわち、まず、１枚の基板Ａを上記搬送手段（ベルトコンベア）３の一端部に載置し、その基板Ａをチャンバー４内に送り込む。つぎに、上記基板Ａが大気圧プラズマ処理手段１の電極組の下方の位置に搬送されるのに同調させて、大気圧プラズマに用いるガスを高圧電極１１と低圧電極１２の間の空間に供給するとともに、高圧電極１１と低圧電極１２の間に電圧を印加して大気圧プラズマを発生させる。そして、その大気圧プラズマを、供給したガスの勢いで、搬送されている基板Ａの表面に吹き付ける。これにより、基板Ａの表面に付着した油脂等の有機物系異物が除去されるとともに、基板Ａの表面部分が改質されて基板Ａが帯電し難いものになる。その後、基板Ａがドライアイス粒子噴射手段２のノズル２１の下方の位置に搬送されるのに同調させて、ノズル２１に二酸化炭素ガスおよび窒素ガスを供給する。これにより、ノズル２１からドライアイス粒子が噴射され、基板Ａの表面に衝突させられる。これにより、基板Ａの表面に付着した金属酸化物や塵埃等の無機物系異物が除去される。このとき、上記大気圧プラズマ処理による基板Ａの難帯電性は保持されており、上記ドライアイス粒子による洗浄を行っても、基板Ａは帯電し難くなっている。このようにして、基板Ａが洗浄される。
【００１９】
その後、基板Ａは、上記搬送手段（ベルトコンベア）３により、チャンバー４に設けられた出口４２から送り出される。このようにして得られた基板Ａは、大気圧プラズマ処理により、表面部分が改質して、帯電し難いものとなっており、しかも、その難帯電性は、その後も保持される。このため、その基板Ａは、塵埃の付着を抑制することができ、洗浄状態を保持することができる。
【００２０】
なお、上記大気圧プラズマに用いたガス、ドライアイス粒子が昇華した二酸化炭素および窒素ガスは、チャンバー４に設けられた基板Ａ用の入口４１および出口４２から排出される。また、本発明における「大気圧プラズマ」の「大気圧」とは、プラズマを発生させるためにチャンバー４内をポンプ等の減圧装置を用いて減圧したり加圧装置を用いて加圧したりしていないことを意味し、必ずしもチャンバー４内の気圧がチャンバー４外の大気圧とが全く同じになっている状態ではない。
【００２１】
ここで、上記実施の形態において、ドライアイス粒子を形成する際に、二酸化炭素ガスに加えて、低温の窒素ガスを併用している理由について説明する。すなわち、二酸化炭素ガスのみでドライアイス粒子を形成すると、その殆ど（７０％程度）が基板Ａの表面に届くまでに昇華し、ドライアイス粒子による洗浄が効率よく行うことができない。そこで、上記実施の形態では、低温の窒素ガスを併用することにより、ノズル２１から噴射したドライアイス粒子の昇華を抑制し、ドライアイス粒子による洗浄の効率を向上させている。このため、低温の窒素ガスの温度は、ノズル２１の噴射口付近において、ドライアイス粒子の昇華温度（絶対圧１気圧において−７８．５℃）を下回る温度になるよう、低温の窒素ガスが供給される。また、上記のように併用する場合、二酸化炭素ガスと低温の窒素ガスとの体積比（ＣＯ2 ／Ｎ2 ）は、１／１〜１／１０００の範囲に設定される。
【００２２】
上記二酸化炭素ガスと低温の窒素ガスとの併用は、例えば、つぎのようにして行われる。すなわち、図２（ａ）に示すように、低温の窒素ガスを流すパイプ２５内に絞り部分２５ａを形成し、その絞り部分２５ａの出口付近で二酸化炭素ガスを混合させるようにする。このようにすると、絞り部分２５ａの出口付近では、低温の窒素ガスの流れにより減圧されており、その減圧により、混合した二酸化炭素ガスが膨張し、ドライアイス粒子になる。そして、ノズル２１から噴射された後も、低温の窒素ガスにより昇華が抑制されるようになる。なお、上記絞り部分２５ａの内径Ｄ1 は、絞っていない部分Ｄ2 の内径の４０〜７５％程度に設定する。また、図２（ｂ）に示すように、パイプを同心の二重構造とし、内側のパイプ２６に二酸化炭素ガスを流し、外側のパイプ２７に低温の窒素ガスを流してもよい。逆に、内側のパイプ２６に低温の窒素ガスを流し、外側のパイプ２７に二酸化炭素ガスを流してもよい。
【００２３】
また、ノズル２１からのドライアイス粒子の噴射範囲（噴射角度）は、洗浄対象となる基板Ａの形状によって適宜に設定される。例えば、円板状の基板Ａを洗浄する場合は、噴射範囲が円形になるようにすることが好ましい。また、幅が広い基板Ａを洗浄する場合は、噴射を扇状にして、噴射範囲が基板Ａの幅方向に長い線状になるようにすることが好ましく、さらに、必要に応じて、そのような噴射をするノズル２１を、基板Ａの幅方向に複数設けるようにすることが好ましい。また、ドライアイス粒子の平均粒径は、洗浄性が良好になる観点から、０．０１〜１０００μｍの範囲とすることが好ましい。
【００２４】
大気圧プラズマ処理についても、大気圧プラズマを吹き付ける範囲は、洗浄対象となる基板Ａの形状によって適宜に設定され、例えば、幅が広い基板Ａを洗浄する場合は、吹き付ける範囲が基板Ａの幅方向に長い線状になるようにすることが好ましい。
【００２５】
大気圧プラズマに用いるガスとしては、大気圧プラズマが発生すれば、特に限定されるものではないが、通常、ヘリウム，ネオン，アルゴン，クリプトン，キセノン，窒素等があげられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、基板の難帯電化を向上させる観点から、上記ガスに、酸素ガスおよび水素ガスの少なくとも一方を混合させることが好ましい。その酸素ガス等を混合させる場合は、その混合割合が混合ガス全体の２０体積％以下に設定することが好ましい。２０体積％を越えると、基板の難帯電性が弱くなる傾向にあるからである。また、上記大気圧プラズマに用いるガスの供給量は、チャンバー４の容積や洗浄する基板Ａの面積等によって決定され、特に限定されるものではないが、２５℃、絶対圧１気圧において、通常、１〜１０００リットル／ｍｉｎの範囲に設定される。
【００２６】
さらに、上記大気圧プラズマの発生において、高圧電極１１と低圧電極１２の間に印加する電圧は、大気圧プラズマが発生すれば、特に限定されるものではないが、通常、１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲である。また、その電源の周波数も、大気圧プラズマが発生すれば、特に限定されるものではないが、通常、１ｋＨｚ〜１５０ＭＨｚの範囲である。なお、それよりも高いＧＨｚ帯であってもよい。ただし、被処理物の熱の影響を考慮すれば、１ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲が好ましい。
【００２７】
そして、基板Ａの搬送速度は、洗浄に要する時間によって決定され、特に限定されるものではないが、通常、０．１〜１０ｍ／ｍｉｎの範囲に設定される。
【００２８】
図３は、本発明の基板洗浄装置の第２の実施の形態を示している。この基板洗浄装置は、図１に示す上記第１の実施の形態において、大気圧プラズマ処理手段１をダイレクト方式にしたものである。すなわち、基板Ａを載せて搬送する無端ベルト３１の上方に高圧電極１１が設けられ、その高圧電極１１に対向させて無端ベルト３１の下方に低圧電極１２が設けられており、高圧電極１１と低圧電極１２の間の空間を基板Ａが通過するようになっている。そして、その通過時に大気圧プラズマ処理されるようになっている。また、大気圧プラズマに用いるガスは、大気圧プラズマ処理工程の空間全体がそのガス雰囲気になるよう供給される。この実施の形態では、ドライアイス粒子噴射工程の空間に拡散した二酸化炭素ガスが、大気圧プラズマ処理工程の空間に拡散し難くなるよう、大気圧プラズマ処理工程の空間とドライアイス粒子噴射工程の空間とを隔てる隔壁４ａが設けられている。それ以外は図１に示す上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この実施の形態でも、上記第１の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
【００２９】
なお、上記第１および第２の実施の形態のように、大気圧プラズマ処理による洗浄後にドライアイス粒子噴射による洗浄を行う場合は、各洗浄をそれそれ別のチャンバーで行うようにしてもよい。
【００３０】
本発明において、洗浄対象となる基板Ａとしては、液晶ディスプレイ，有機ＥＬディスプレイ，プラズマディスプレイ等に用いられるディスプレイ用ガラス基板、建築物，家具等に用いられる意匠用ガラス基板、ウエハ、薄膜トランジスタ形成用基板、半導体部品搭載用プリント基板、回路基板、ハイブリッドＩＣ基板等があげられる。また、その基板Ａの材料としては、ガラス以外にも、セラミックス，シリコン，各種化合物等があげられる。
【００３１】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【実施例１】
【００３２】
上記第１の実施の形態（図１参照）と同様にして、液晶ディスプレイ用のガラス基板〔３４０ｍｍ×４７０ｍｍ×０．７ｍｍ（厚み）〕を、下記のように、大気圧プラズマにより洗浄した後、ドライアイス粒子の噴射により洗浄した。このとき、基板は、１ｍ／ｍｉｎの速度で搬送した。
【００３３】
〔大気圧プラズマ処理〕
大気圧プラズマに用いるガスとして、アルゴンのみを用いた。また、高圧電極および低圧電極は、ＳＵＳ３１６Ｌからなる四角形の板体に、厚み１ｍｍのアルミナ（誘電体）をコーティングしたものであり、その大きさは、どちらも７５ｍｍ×４２０ｍｍとし、電極間距離を５ｍｍに設定した。そして、電源として、周波数が５ｋＨｚの交流電源を用い、高圧電極と低圧電極の間に５ｋＶの電圧を印加した。電力量（照射エネルギー）は２６０ｍＷ・ｍｉｎ／ｃｍ2 であった。
【００３４】
〔ドライアイス粒子噴射〕
二酸化炭素ガスと低温の窒素ガスとの体積比（ＣＯ2 ／Ｎ2 ）を、１／１０とし、ドライアイス粒子を噴射した。ドライアイス粒子の噴射範囲は、基板の幅方向に長い線状とした。また、ドライアイス粒子の平均粒径は、１００μｍであった。
【実施例２】
【００３５】
上記実施例１において、大気圧プラズマに用いる雰囲気ガスをアルゴン（９９体積％）と酸素（１体積％）の混合ガスとした。それ以外は、上記実施例１と同様にした。
【実施例３】
【００３６】
上記実施例１において、大気圧プラズマに用いる雰囲気ガスをアルゴン（８０体積％）と酸素（２０体積％）の混合ガスとした。それ以外は、上記実施例１と同様にした。
【実施例４】
【００３７】
上記実施例１において、大気圧プラズマに用いる雰囲気ガスをアルゴン（９９体積％）と水素（１体積％）の混合ガスとした。それ以外は、上記実施例１と同様にした。
【実施例５】
【００３８】
上記実施例１において、大気圧プラズマに用いる雰囲気ガスをアルゴン（９０体積％）と水素（１０体積％）の混合ガスとした。それ以外は、上記実施例１と同様にした。
【実施例６】
【００３９】
上記実施例１において、大気圧プラズマに用いる雰囲気ガスをアルゴン（８０体積％）と水素（１０体積％）と酸素（１０体積％）の混合ガスとした。それ以外は、上記実施例１と同様にした。
【００４０】
〔比較例１〕
上記実施例１において、大気圧プラズマ処理を行うことなく、ドライアイス粒子噴射による洗浄を行った。
【００４１】
〔難帯電性〕
このようにして得られた実施例１〜６のガラス基板および比較例１のガラス基板の帯電量を、静電気測定器（シムコジャパン社製、ＦＭＸ−００２）を用いて測定した。その結果を下記の表１に併せて表記した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
上記表１の結果から、実施例１〜６のガラス基板は、比較例１のガラス基板と比較して、帯電し難いことがわかる。
【００４４】
なお、上記各実施例において、アルゴンに代えて、ヘリウム，ネオン，クリプトン，キセノン，窒素をそれぞれ用いても、上記各実施例と同様の傾向を示す結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の基板洗浄装置および基板洗浄方法の第１の実施の形態を模式的に示す説明図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、二酸化炭素ガスと低温の窒素ガスとを併用する際に使用するパイプを模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の基板洗浄装置および基板洗浄方法の第２の実施の形態を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 大気圧プラズマ処理手段
２ ドライアイス粒子噴射手段
３ 搬送手段
Ａ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ用ガラス基板，ウエハ，半導体部品搭載用プリント基板等の基板を洗浄する基板洗浄方法および基板洗浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液晶ディスプレイ等の製品に組み付けられるガラス基板等の基板の表面には、通常、その基板の製造工程や搬送工程等において、油脂等の有機物系異物および金属酸化物や塵埃等の無機物系異物が付着する。そこで、上記基板は、製品への組み付けに先立って、洗浄され、上記有機物系異物および無機物系異物が除去される。その有機物系異物を除去する方法としては、紫外線を照射する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、無機物系異物を除去する方法としては、ドライアイスを噴射する方法が提案されている（特許文献２参照）。さらに、上記紫外線照射とドライアイス噴射とを同時に行う方法も提案されている（特許文献３参照）。
【０００３】
ところで、塵埃等の無機物系異物を除去するために、ドライアイス噴射を行うと、ドライアイス粒子と基板との摩擦により、基板が帯電する。基板が上記液晶ディスプレイ等の製品に組み付けられるまでに帯電すると、その帯電により基板に塵埃が付着し、製品に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、上記ドライアイス噴射を行う場合は、その後、除電装置等を用いて除電が行われる。
【特許文献１】特開平３−１０１２２３号公報
【特許文献２】特開平３−１１６８３２号公報
【特許文献３】特開平６−３４９８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記除電は、基板の帯電性を抑制するものではないため、その除電後の搬送作業や組み付け作業等の作業により、基板が再度帯電するという問題が発生する。すなわち、基板の表面においては、帯電による塵埃の付着を充分に抑制することはできず、洗浄状態を保持することが困難になっている。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、基板を帯電し難いものにすることができ、かつ、基板の表面を洗浄することができる基板洗浄方法および基板洗浄装置の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明は、大気圧プラズマにより基板の表面を洗浄するとともに難帯電化した後、ドライアイス粒子を基板の表面に衝突させることにより基板の表面を洗浄する基板洗浄方法を第１の要旨とする。
【０００７】
また、本発明は、大気圧プラズマを発生させ、その大気圧プラズマにより基板の表面を洗浄するとともに難帯電化する大気圧プラズマ処理手段と、ドライアイス粒子を基板の表面に噴射させるドライアイス粒子噴射手段と、上記基板を搬送する搬送手段とを備え、上記搬送手段により搬送される基板に対して、上記大気圧プラズマ処理手段が作動した後に上記ドライアイス粒子噴射手段が作動するようになっている基板洗浄装置を第２の要旨とする。
【０００８】
本発明者は、基板を洗浄した後も、その洗浄状態が保持されるようにすべく、基板の洗浄方法について研究を重ねた。その研究の過程で、大気圧プラズマにより基板の表面を処理すると、基板の表面に付着した有機物系異物が除去されるとともに、基板が帯電し難くなることを突き止めた。そして、さらに研究を重ねた結果、上記大気圧プラズマ処理後に、ドライアイス粒子を基板の表面に衝突させると、無機物系異物が除去され、しかも、上記大気圧プラズマ処理による難帯電性が保持され塵埃の付着を抑制できることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
大気圧プラズマにより有機物系異物が除去される理由は、明らかではないが、有機物系異物がプラズマ中の原子と反応してガス化する等し、除去されるものと推測される。また、大気圧プラズマにより基板が帯電し難くなる理由も、明らかではないが、大気圧プラズマにより、基板の表面部分が改質され、帯電し難くなるものと推測される。さらに、ドライアイス粒子による無機物系異物の除去は、ドライアイス粒子との衝突により無機物系異物が物理的に飛ばされる以外に、ドライアイス粒子が無機物系異物と基板の間に入り込み、ドライアイス粒子の昇華によるガスにより、無機物系異物が飛ばされるようにしてなされる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の基板洗浄方法は、大気圧プラズマにより基板の表面を処理した後に、ドライアイス粒子を基板の表面に衝突させるため、ガラス基板を帯電し難いものとすることができ、かつ、基板の表面に付着した有機物系異物および無機物系異物を除去することができる。しかも、大気圧プラズマ処理による難帯電性が保持され塵埃の付着を抑制することができ、洗浄状態を保持することができる。
【００１１】
また、本発明の基板洗浄装置は、大気圧プラズマ処理手段と、ドライアイス粒子噴射手段と、基板を搬送する搬送手段とを備え、上記搬送手段により搬送される基板に対して、上記大気圧プラズマ処理手段が作動した後に上記ドライアイス粒子噴射手段が作動するようになっているため、本発明の基板洗浄方法を容易に行うことができ、それにより、基板を帯電し難いものにし、かつ、基板の表面を洗浄することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
【００１３】
図１は、本発明の基板洗浄装置の第１の実施の形態を示している。この基板洗浄装置は、搬送手段３により搬送される基板Ａに対して、大気圧プラズマ処理手段１により、その基板Ａの表面を洗浄するとともに難帯電化した後、ドライアイス粒子噴射手段２により、その基板Ａの表面にドライアイス粒子を噴射させ、その基板Ａの表面を洗浄するようになっている。また、大気圧プラズマ処理およびドライアイス粒子噴射は、１つのチャンバー４内で行われるようになっている。
【００１４】
より詳しく説明すると、上記大気圧プラズマ処理手段１は、この実施の形態では、リモート方式のものを用いている。すなわち、上記チャンバー４内に、空間をあけて対向する高圧電極１１と低圧電極１２とを一組とする電極組を備えており、高圧電極１１は、交流電源に接続され、低圧電極１２は、アースされている。また、上記高圧電極１１と低圧電極１２の間の空間には、大気圧プラズマに用いるガスが、チャンバー４の外に設けられたガスボンベ１３からパイプ１４により供給されるようになっている。そして、上記空間の一端側（図１では、上端側）からその空間にガスを供給するとともに、高圧電極１１と低圧電極１２との間に電圧を印加することにより、上記空間で大気圧プラズマを発生させ、供給したガスの勢いにより、その大気圧プラズマを、上記空間の他端側（図１では、下端側）から吹き出し、搬送される基板Ａの表面に吹き付けるようになっている。なお、放電を安定な状態で持続させる観点から、上記高圧電極１１と低圧電極１２とが対向する面の少なくとも一方には、アルミナ等の誘電体を設けることが好ましい。
【００１５】
上記ドライアイス粒子噴射手段２は、ドライアイス粒子を噴射させるノズル２１が上記チャンバー４内に備えている。また、そのノズル２１へは、ドライアイス粒子の形成に必要な二酸化炭素ガスが、チャンバー４の外に設けられたガスボンベ２２からパイプ２３により供給されるようになっている。さらに、この実施の形態では、後に説明するように、形成されたドライアイス粒子が効率よく基板Ａの表面まで届くよう、低温の窒素ガスを併用している。その低温の窒素ガスは、チャンバー４の外に設けられたガスボンベ２４からパイプ２５により供給され、そのパイプ２５は、上記二酸化炭素ガス用のパイプ２３に接続されている。なお、ドライアイス粒子の昇華による二酸化炭素ガスが、大気圧プラズマを発生させる部分に侵入すると、放電が困難になるため、上記ノズル２１によるドライアイス粒子の噴射方向は、特に限定されないが、大気圧プラズマ処理工程の空間に二酸化炭素ガスが侵入しないような方向に設定することが好ましい。
【００１６】
上記搬送手段３は、この実施の形態では、ベルトコンベアを用いている。すなわち、このベルトコンベアは、基板Ａを載せて搬送する無端ベルト３１と、この無端ベルト３１を走行させる駆動ローラ（図１では、２個）３２とを備えている。
【００１７】
上記チャンバー４は、上記搬送手段３を覆うように、ドーム状に形成されており、その一端側には、搬送される基板Ａをチャンバー４内に導入する入口４１が設けられ、他端側には、洗浄した基板Ａをチャンバー４外に送り出す出口４２が設けられている。
【００１８】
そして、上記基板Ａの洗浄は、例えば、つぎのようにして行うことができる。すなわち、まず、１枚の基板Ａを上記搬送手段（ベルトコンベア）３の一端部に載置し、その基板Ａをチャンバー４内に送り込む。つぎに、上記基板Ａが大気圧プラズマ処理手段１の電極組の下方の位置に搬送されるのに同調させて、大気圧プラズマに用いるガスを高圧電極１１と低圧電極１２の間の空間に供給するとともに、高圧電極１１と低圧電極１２の間に電圧を印加して大気圧プラズマを発生させる。そして、その大気圧プラズマを、供給したガスの勢いで、搬送されている基板Ａの表面に吹き付ける。これにより、基板Ａの表面に付着した油脂等の有機物系異物が除去されるとともに、基板Ａの表面部分が改質されて基板Ａが帯電し難いものになる。その後、基板Ａがドライアイス粒子噴射手段２のノズル２１の下方の位置に搬送されるのに同調させて、ノズル２１に二酸化炭素ガスおよび窒素ガスを供給する。これにより、ノズル２１からドライアイス粒子が噴射され、基板Ａの表面に衝突させられる。これにより、基板Ａの表面に付着した金属酸化物や塵埃等の無機物系異物が除去される。このとき、上記大気圧プラズマ処理による基板Ａの難帯電性は保持されており、上記ドライアイス粒子による洗浄を行っても、基板Ａは帯電し難くなっている。このようにして、基板Ａが洗浄される。
【００１９】
その後、基板Ａは、上記搬送手段（ベルトコンベア）３により、チャンバー４に設けられた出口４２から送り出される。このようにして得られた基板Ａは、大気圧プラズマ処理により、表面部分が改質して、帯電し難いものとなっており、しかも、その難帯電性は、その後も保持される。このため、その基板Ａは、塵埃の付着を抑制することができ、洗浄状態を保持することができる。
【００２０】
なお、上記大気圧プラズマに用いたガス、ドライアイス粒子が昇華した二酸化炭素および窒素ガスは、チャンバー４に設けられた基板Ａ用の入口４１および出口４２から排出される。また、本発明における「大気圧プラズマ」の「大気圧」とは、プラズマを発生させるためにチャンバー４内をポンプ等の減圧装置を用いて減圧したり加圧装置を用いて加圧したりしていないことを意味し、必ずしもチャンバー４内の気圧がチャンバー４外の大気圧とが全く同じになっている状態ではない。
【００２１】
ここで、上記実施の形態において、ドライアイス粒子を形成する際に、二酸化炭素ガスに加えて、低温の窒素ガスを併用している理由について説明する。すなわち、二酸化炭素ガスのみでドライアイス粒子を形成すると、その殆ど（７０％程度）が基板Ａの表面に届くまでに昇華し、ドライアイス粒子による洗浄が効率よく行うことができない。そこで、上記実施の形態では、低温の窒素ガスを併用することにより、ノズル２１から噴射したドライアイス粒子の昇華を抑制し、ドライアイス粒子による洗浄の効率を向上させている。このため、低温の窒素ガスの温度は、ノズル２１の噴射口付近において、ドライアイス粒子の昇華温度（絶対圧１気圧において−７８．５℃）を下回る温度になるよう、低温の窒素ガスが供給される。また、上記のように併用する場合、二酸化炭素ガスと低温の窒素ガスとの体積比（ＣＯ2 ／Ｎ2 ）は、１／１〜１／１０００の範囲に設定される。
【００２２】
上記二酸化炭素ガスと低温の窒素ガスとの併用は、例えば、つぎのようにして行われる。すなわち、図２（ａ）に示すように、低温の窒素ガスを流すパイプ２５内に絞り部分２５ａを形成し、その絞り部分２５ａの出口付近で二酸化炭素ガスを混合させるようにする。このようにすると、絞り部分２５ａの出口付近では、低温の窒素ガスの流れにより減圧されており、その減圧により、混合した二酸化炭素ガスが膨張し、ドライアイス粒子になる。そして、ノズル２１から噴射された後も、低温の窒素ガスにより昇華が抑制されるようになる。なお、上記絞り部分２５ａの内径Ｄ1 は、絞っていない部分Ｄ2 の内径の４０〜７５％程度に設定する。また、図２（ｂ）に示すように、パイプを同心の二重構造とし、内側のパイプ２６に二酸化炭素ガスを流し、外側のパイプ２７に低温の窒素ガスを流してもよい。逆に、内側のパイプ２６に低温の窒素ガスを流し、外側のパイプ２７に二酸化炭素ガスを流してもよい。
【００２３】
また、ノズル２１からのドライアイス粒子の噴射範囲（噴射角度）は、洗浄対象となる基板Ａの形状によって適宜に設定される。例えば、円板状の基板Ａを洗浄する場合は、噴射範囲が円形になるようにすることが好ましい。また、幅が広い基板Ａを洗浄する場合は、噴射を扇状にして、噴射範囲が基板Ａの幅方向に長い線状になるようにすることが好ましく、さらに、必要に応じて、そのような噴射をするノズル２１を、基板Ａの幅方向に複数設けるようにすることが好ましい。また、ドライアイス粒子の平均粒径は、洗浄性が良好になる観点から、０．０１〜１０００μｍの範囲とすることが好ましい。
【００２４】
大気圧プラズマ処理についても、大気圧プラズマを吹き付ける範囲は、洗浄対象となる基板Ａの形状によって適宜に設定され、例えば、幅が広い基板Ａを洗浄する場合は、吹き付ける範囲が基板Ａの幅方向に長い線状になるようにすることが好ましい。
【００２５】
大気圧プラズマに用いるガスとしては、大気圧プラズマが発生すれば、特に限定されるものではないが、通常、ヘリウム，ネオン，アルゴン，クリプトン，キセノン，窒素等があげられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、基板の難帯電化を向上させる観点から、上記ガスに、酸素ガスおよび水素ガスの少なくとも一方を混合させることが好ましい。その酸素ガス等を混合させる場合は、その混合割合が混合ガス全体の２０体積％以下に設定することが好ましい。２０体積％を越えると、基板の難帯電性が弱くなる傾向にあるからである。また、上記大気圧プラズマに用いるガスの供給量は、チャンバー４の容積や洗浄する基板Ａの面積等によって決定され、特に限定されるものではないが、２５℃、絶対圧１気圧において、通常、１〜１０００リットル／ｍｉｎの範囲に設定される。
【００２６】
さらに、上記大気圧プラズマの発生において、高圧電極１１と低圧電極１２の間に印加する電圧は、大気圧プラズマが発生すれば、特に限定されるものではないが、通常、１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲である。また、その電源の周波数も、大気圧プラズマが発生すれば、特に限定されるものではないが、通常、１ｋＨｚ〜１５０ＭＨｚの範囲である。なお、それよりも高いＧＨｚ帯であってもよい。ただし、被処理物の熱の影響を考慮すれば、１ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲が好ましい。
【００２７】
そして、基板Ａの搬送速度は、洗浄に要する時間によって決定され、特に限定されるものではないが、通常、０．１〜１０ｍ／ｍｉｎの範囲に設定される。
【００２８】
図３は、本発明の基板洗浄装置の第２の実施の形態を示している。この基板洗浄装置は、図１に示す上記第１の実施の形態において、大気圧プラズマ処理手段１をダイレクト方式にしたものである。すなわち、基板Ａを載せて搬送する無端ベルト３１の上方に高圧電極１１が設けられ、その高圧電極１１に対向させて無端ベルト３１の下方に低圧電極１２が設けられており、高圧電極１１と低圧電極１２の間の空間を基板Ａが通過するようになっている。そして、その通過時に大気圧プラズマ処理されるようになっている。また、大気圧プラズマに用いるガスは、大気圧プラズマ処理工程の空間全体がそのガス雰囲気になるよう供給される。この実施の形態では、ドライアイス粒子噴射工程の空間に拡散した二酸化炭素ガスが、大気圧プラズマ処理工程の空間に拡散し難くなるよう、大気圧プラズマ処理工程の空間とドライアイス粒子噴射工程の空間とを隔てる隔壁４ａが設けられている。それ以外は図１に示す上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この実施の形態でも、上記第１の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
【００２９】
なお、上記第１および第２の実施の形態のように、大気圧プラズマ処理による洗浄後にドライアイス粒子噴射による洗浄を行う場合は、各洗浄をそれそれ別のチャンバーで行うようにしてもよい。
【００３０】
本発明において、洗浄対象となる基板Ａとしては、液晶ディスプレイ，有機ＥＬディスプレイ，プラズマディスプレイ等に用いられるディスプレイ用ガラス基板、建築物，家具等に用いられる意匠用ガラス基板、ウエハ、薄膜トランジスタ形成用基板、半導体部品搭載用プリント基板、回路基板、ハイブリッドＩＣ基板等があげられる。また、その基板Ａの材料としては、ガラス以外にも、セラミックス，シリコン，各種化合物等があげられる。
【００３１】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【実施例１】
【００３２】
上記第１の実施の形態（図１参照）と同様にして、液晶ディスプレイ用のガラス基板〔３４０ｍｍ×４７０ｍｍ×０．７ｍｍ（厚み）〕を、下記のように、大気圧プラズマにより洗浄した後、ドライアイス粒子の噴射により洗浄した。このとき、基板は、１ｍ／ｍｉｎの速度で搬送した。
【００３３】
〔大気圧プラズマ処理〕
大気圧プラズマに用いるガスとして、アルゴンのみを用いた。また、高圧電極および低圧電極は、ＳＵＳ３１６Ｌからなる四角形の板体に、厚み１ｍｍのアルミナ（誘電体）をコーティングしたものであり、その大きさは、どちらも７５ｍｍ×４２０ｍｍとし、電極間距離を５ｍｍに設定した。そして、電源として、周波数が５ｋＨｚの交流電源を用い、高圧電極と低圧電極の間に５ｋＶの電圧を印加した。電力量（照射エネルギー）は２６０ｍＷ・ｍｉｎ／ｃｍ2 であった。
【００３４】
〔ドライアイス粒子噴射〕
二酸化炭素ガスと低温の窒素ガスとの体積比（ＣＯ2 ／Ｎ2 ）を、１／１０とし、ドライアイス粒子を噴射した。ドライアイス粒子の噴射範囲は、基板の幅方向に長い線状とした。また、ドライアイス粒子の平均粒径は、１００μｍであった。
【実施例２】
【００３５】
上記実施例１において、大気圧プラズマに用いる雰囲気ガスをアルゴン（９９体積％）と酸素（１体積％）の混合ガスとした。それ以外は、上記実施例１と同様にした。
【実施例３】
【００３６】
上記実施例１において、大気圧プラズマに用いる雰囲気ガスをアルゴン（８０体積％）と酸素（２０体積％）の混合ガスとした。それ以外は、上記実施例１と同様にした。
【実施例４】
【００３７】
上記実施例１において、大気圧プラズマに用いる雰囲気ガスをアルゴン（９９体積％）と水素（１体積％）の混合ガスとした。それ以外は、上記実施例１と同様にした。
【実施例５】
【００３８】
上記実施例１において、大気圧プラズマに用いる雰囲気ガスをアルゴン（９０体積％）と水素（１０体積％）の混合ガスとした。それ以外は、上記実施例１と同様にした。
【実施例６】
【００３９】
上記実施例１において、大気圧プラズマに用いる雰囲気ガスをアルゴン（８０体積％）と水素（１０体積％）と酸素（１０体積％）の混合ガスとした。それ以外は、上記実施例１と同様にした。
【００４０】
〔比較例１〕
上記実施例１において、大気圧プラズマ処理を行うことなく、ドライアイス粒子噴射による洗浄を行った。
【００４１】
〔難帯電性〕
このようにして得られた実施例１〜６のガラス基板および比較例１のガラス基板の帯電量を、静電気測定器（シムコジャパン社製、ＦＭＸ−００２）を用いて測定した。その結果を下記の表１に併せて表記した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
上記表１の結果から、実施例１〜６のガラス基板は、比較例１のガラス基板と比較して、帯電し難いことがわかる。
【００４４】
なお、上記各実施例において、アルゴンに代えて、ヘリウム，ネオン，クリプトン，キセノン，窒素をそれぞれ用いても、上記各実施例と同様の傾向を示す結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の基板洗浄装置および基板洗浄方法の第１の実施の形態を模式的に示す説明図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、二酸化炭素ガスと低温の窒素ガスとを併用する際に使用するパイプを模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の基板洗浄装置および基板洗浄方法の第２の実施の形態を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 大気圧プラズマ処理手段
２ ドライアイス粒子噴射手段
３ 搬送手段
Ａ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧プラズマにより基板の表面を洗浄するとともに難帯電化した後、ドライアイス粒子を基板の表面に衝突させることにより基板の表面を洗浄することを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
大気圧プラズマを発生させ、その大気圧プラズマにより基板の表面を洗浄するとともに難帯電化する大気圧プラズマ処理手段と、ドライアイス粒子を基板の表面に噴射させるドライアイス粒子噴射手段と、上記基板を搬送する搬送手段とを備え、上記搬送手段により搬送される基板に対して、上記大気圧プラズマ処理手段が作動した後に上記ドライアイス粒子噴射手段が作動するようになっていることを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項１】
大気圧プラズマにより基板の表面を洗浄するとともに難帯電化した後、ドライアイス粒子を基板の表面に衝突させることにより基板の表面を洗浄することを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
大気圧プラズマを発生させ、その大気圧プラズマにより基板の表面を洗浄するとともに難帯電化する大気圧プラズマ処理手段と、ドライアイス粒子を基板の表面に噴射させるドライアイス粒子噴射手段と、上記基板を搬送する搬送手段とを備え、上記搬送手段により搬送される基板に対して、上記大気圧プラズマ処理手段が作動した後に上記ドライアイス粒子噴射手段が作動するようになっていることを特徴とする基板洗浄装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２１６８５３（Ｐ２００６−２１６８５３Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９３８９（Ｐ２００５−２９３８９）
【出願日】平成１７年２月４日（２００５．２．４）
【出願人】（０００１２６１１５）エア・ウォーター株式会社 (254)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月４日（２００５．２．４）
【出願人】（０００１２６１１５）エア・ウォーター株式会社 (254)
【Ｆターム（参考）】
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