JP2003318148A - 基板洗浄装置および基板洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基板の中央部だけでなく、周縁部も良好に洗浄
することができる基板洗浄装置および基板洗浄方法を提
供する。 【解決手段】基板Ｗの上方で揺動可能なスキャンアーム
２２には、スキャンアーム２２が基板Ｗの回転中心上を
通るように延びた状態で、それぞれ基板Ｗの回転中心お
よび周縁部に洗浄液を入射させることができるように、
第１および第２の超音波ノズル２３，２４が取り付けら
れている。基板Ｗの洗浄処理の際には、スピンチャック
１によって基板Ｗが水平面内で回転されつつ、その回転
している基板Ｗの上面に、第１および第２の超音波ノズ
ル２３，２４から超音波振動の付与された洗浄液が供給
される。その際、スキャンアーム２２が所定の角度範囲
内で繰り返し揺動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、基板の表面に洗
浄液を供給して基板を洗浄するための基板洗浄装置およ
び基板洗浄方法に関する。洗浄の対象となる基板には、
半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマデ
ィスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディ
スク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基
板などが含まれる。

【０００２】

【従来の技術】超ＬＳＩや液晶表示装置の製造工程の中
で、たとえば、半導体ウエハや液晶表示パネル用ガラス
基板などの表面に洗浄処理を施す工程は重要な工程の１
つである。洗浄処理工程を実施する装置の中には、基板
の表面に超音波振動が付与された洗浄液（以下「超音波
洗浄液」という。）を供給し、その超音波洗浄液で基板
の表面を洗浄するものがある。

【０００３】基板を１枚ずつ超音波洗浄液で洗浄する枚
葉型の超音波洗浄装置では、たとえば、基板を水平に保
持して回転させるスピンチャックと、このスピンチャッ
クに保持された基板の表面に超音波洗浄液を供給するた
めの超音波ノズルとが備えられている。そして、スピン
チャックによって基板を水平面内で回転させる一方で、
超音波ノズルを基板の上方で往復移動させつつ、その超
音波ノズルから基板の表面に超音波洗浄液を供給するこ
とにより、基板の表面の全域に超音波洗浄液が供給され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、基板の周縁
部における洗浄性能が基板の中央部に比べて劣ることが
明らかになってきた。とくに、表面に微細な凹凸を有す
る基板では、中央部に形成されている凹部に入り込んだ
異物は除去できるものの、周縁部に形成されている凹部
に入り込んだ異物を良好に除去することができなかっ
た。このように基板の周縁部における洗浄性能が劣る原
因としては、たとえば、基板の周縁部上の各点では、基
板の回転による移動速度が中央部上の各点に比べて大き
いため、超音波ノズルからの超音波洗浄液が入射する時
間が中央部上の各点に比べて短いことなどが考えられ
る。

【０００５】そこで、この発明の目的は、基板の中央部
だけでなく、周縁部も良好に洗浄することができる基板
洗浄装置および基板洗浄方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板
（Ｗ）を回転させつつ基板の表面に洗浄液を供給して基
板を洗浄する基板洗浄装置であって、超音波振動が付与
された洗浄液を基板の中央部に向けて供給する第１の超
音波ノズル（２３）と、超音波振動が付与された洗浄液
を基板の周縁部に向けて供給する第２の超音波ノズル
（２４）とを含むことを特徴とする基板洗浄装置であ
る。

【０００７】なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態
における対応構成要素等を表す。以下、この項において
同じ。この発明によれば、基板の中央部には、第１の超
音波ノズルから超音波振動が付与された洗浄液が供給さ
れ、基板の周縁部には、第２の超音波ノズルから超音波
振動が付与された洗浄液が供給される。ゆえに、基板の
回転によって高速に移動する周縁部にも洗浄液を十分に
入射させることができ、周縁部に付着した異物を良好に
除去することができる。

【０００８】なお、請求項２記載のように、上記第１の
超音波ノズルは、予め定める第１の周波数の超音波振動
が付与された洗浄液を供給するものであり、上記第２の
超音波ノズルは、上記第１の周波数以下である第２の周
波数の超音波振動が付与された洗浄液を供給するもので
あることが好ましい。具体的には、請求項３記載のよう
に、上記第１の周波数は、１０００ｋＨｚ以上に設定さ
れ、上記第２の周波数は、１０００ｋＨｚ以下に設定さ
れていることが好ましい。これにより、基板の周縁部に
おける洗浄性能をさらに向上させることができる。

【０００９】ただし、基板の中央部および周縁部におい
て一定以上の洗浄性能を発揮できれば、上記第２の周波
数が上記第１の周波数よりも高く設定されていてもよ
い。すなわち、上記第１の超音波ノズルは、予め定める
第１の周波数の超音波振動が付与された洗浄液を供給す
るものであり、上記第２の超音波ノズルは、上記第１の
周波数よりも高い第２の周波数の超音波振動が付与され
た洗浄液を供給するものであってもよい。

【００１０】さらに、上記第２の超音波ノズルは、請求
項６記載のように、上記第１の超音波ノズルから供給さ
れる洗浄液よりも高い超音波振動エネルギーを有する洗
浄液を供給するものであることが好ましく、請求項７記
載のように、上記第１の超音波ノズルから供給される洗
浄液の流量よりも多い流量で洗浄液を供給するものであ
ることがより好ましい。これにより、基板の周縁部にお
ける洗浄性能のさらなる向上を図ることができる。

【００１１】また、請求項４記載のように、上記第１の
超音波ノズルは、基板の中央部から周縁部にかけて位置
を変えながら洗浄液を供給するものであってもよく、こ
の場合、請求項５記載のように、上記基板洗浄装置は、
上記第１および第２の超音波ノズルが取り付けられてお
り、基板の表面に対向する位置で揺動可能なスキャンア
ーム（２２）をさらに含み、上記第２の超音波ノズル
は、上記第１の超音波ノズルよりも上記スキャンアーム
の揺動中心から近い位置に配置されていてもよい。

【００１２】請求項８記載の発明は、基板（Ｗ）を回転
させつつ基板の表面に洗浄液を供給して基板を洗浄する
方法であって、超音波振動が付与された洗浄液を基板の
中央部に向けて供給する第１の超音波洗浄液供給工程
と、超音波振動が付与された洗浄液を基板の周縁部に向
けて供給する第２の超音波洗浄液供給工程とを含むこと
を特徴とする基板洗浄方法である。この方法によれば、
請求項１に関連して述べた効果と同様な効果を達成する
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る基板洗浄装置の構成を説明する
ための概念的な断面である。この基板洗浄装置は、半導
体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの基板Ｗの表
面に付着している異物を除去する洗浄処理工程を行うた
めのものであり、隔壁で区画された処理室内に、基板Ｗ
を水平に保持して回転させるためのスピンチャック１
と、このスピンチャック１に保持された基板Ｗの上面に
超音波振動が付与された洗浄液を供給するためのスキャ
ンノズル装置２と、処理に用いられた後の洗浄液を受け
るための処理カップ３とを備えている。

【００１４】洗浄液としては、たとえば、フッ酸、硫
酸、硝酸、塩酸、リン酸、酢酸、アンモニア、クエン
酸、蓚酸、ＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・
ハイドロオキサイド）などの薬液、または純水、イオン
水、オゾン水、炭酸水、還元水（水素水）、磁気水な
ど、のうちの少なくともいずれか１つを含む液体を用い
ることができる。スピンチャック１は、処理カップ３内
に配置されていて、たとえば、処理カップ３の底面を貫
通して鉛直方向に延びたスピン軸１１と、スピン軸１１
の上端に取り付けられたスピンベース１２と、このスピ
ンベース１２の周縁部に配設された複数個のチャック１
３とを有している。複数個のチャック１３は、基板Ｗの
周縁部に当接して、この基板Ｗを水平な状態で保持する
ことができるようになっている。また、スピン軸１１に
は、モータなどの駆動源を含む回転駆動機構１４が結合
されていて、チャック１３で基板Ｗを水平に保持した状
態で、回転駆動機構１４からスピン軸１１に駆動力を入
力することにより、基板Ｗを水平な面内で回転させるこ
とができる。

【００１５】スキャンノズル装置２は、処理カップ３の
外側で鉛直方向に延びたスキャン軸２１と、このスキャ
ン軸２１の上端から水平方向に延びたスキャンアーム２
２と、スキャンアーム２２の先端に取り付けられた第１
の超音波ノズル２３と、スキャンアーム２２の中間部に
取り付けられた第２の超音波ノズル２４と、スキャン軸
２１に結合された揺動駆動機構２５とを含む構成であ
る。揺動駆動機構２５は、モータなどの駆動源を備えて
おり、この駆動源が発生する駆動力をスキャン軸２１に
伝達して、スキャン軸２１をその中心軸線まわりに回転
させることができ、そのスキャン軸２１の回転によりス
キャンアーム２２を揺動させることができる。

【００１６】第１および第２の超音波ノズル２３，２４
は、スキャンアーム２２が基板Ｗの回転中心上を通るよ
うに延びた状態で、それぞれ基板Ｗの回転中心および周
縁部に洗浄液を入射させることができるように、スキャ
ンアーム２２の下面に吐出口を鉛直下方に向けて取り付
けられている。第１および第２の超音波ノズル２３，２
４には、それぞれ洗浄液タンク４から延びた洗浄液供給
管４１，４２が接続されている。第１の超音波ノズル２
３に接続された洗浄液供給管４１の途中部には、ポンプ
４１１およびバルブ４１２が介装されており、バルブ４
１２を開閉することによって、ポンプ４１１で洗浄液タ
ンク４から汲み出した洗浄液を第１の超音波ノズル２３
に供給したり、その供給を停止したりすることができる
ようになっている。第２の超音波ノズル２４に接続され
た洗浄液供給管４２の途中部にも、ポンプ４２１および
バルブ４２２が介装されており、バルブ４２２を開閉す
ることによって、ポンプ４２１で洗浄液タンク４から汲
み出した洗浄液を第２の超音波ノズル２４に供給した
り、その供給を停止したりすることができるようになっ
ている。

【００１７】また、第１および第２の超音波ノズル２
３，２４には、それぞれ超音波振動子２３１，２４１が
組み込まれている。これらの超音波振動子２３１，２４
１には、それぞれ第１および第２の超音波発振器５１，
５２が接続されている。第１の超音波ノズル２３に組み
込まれた超音波振動子２３１は、第１の超音波発振器５
１からの発振信号を受けて振動することにより、洗浄液
供給管４１から供給される洗浄液に予め定める高周波数
（１０００ｋＨｚ以上、好ましくは１０００〜１５００
ｋＨｚ）の超音波振動を付与する。一方、第２の超音波
ノズル２４に組み込まれた超音波振動子２４１は、第２
の超音波発振器５２からの発振信号を受けて振動するこ
とにより、洗浄液供給管４２から供給される洗浄液に予
め定める低周波数（１０〜１０００ｋＨｚ、好ましくは
８００〜１０００ｋＨｚ）の超音波振動を付与する。

【００１８】基板Ｗの洗浄処理の際には、スピンチャッ
ク１によって基板Ｗが水平面内で回転されつつ、その回
転している基板Ｗの上面に、第１および第２の超音波ノ
ズル２３，２４から超音波振動の付与された洗浄液が供
給される。その際、揺動駆動機構２５からスキャン軸２
１に駆動力が入力されて、スキャンアーム２２が所定の
角度範囲内で繰り返し揺動（スキャン）される。スキャ
ンアーム２２が揺動する所定の角度範囲は、図２に示す
ように、スキャンアーム２２の揺動により、第１の超音
波ノズル２３が基板Ｗの回転中心付近から周縁部に至る
円弧状の軌跡を描き、かつ、第２の超音波ノズル２４が
基板Ｗの周縁部上で円弧状の軌跡を描くように設定され
ている。

【００１９】これにより、基板Ｗの中央部には、第１の
超音波ノズル２３から予め定める高周波数の超音波振動
が付与された洗浄液が入射し、基板Ｗの周縁部には、第
１の超音波ノズル２３からだけでなく、第２の超音波ノ
ズル２４からも予め定める低周波数の超音波振動が付与
された洗浄液が入射する。ゆえに、基板Ｗの回転によっ
て高速に移動する周縁部にも洗浄液を十分に入射させる
ことができ、周縁部に付着した異物を良好に除去するこ
とができる。

【００２０】ここで、超音波ノズルの周波数および洗浄
液の種類の違いによる洗浄効果を確認するために、本願
発明者は、半導体ウエハの洗浄性能を試験した。この洗
浄性能の試験は、上記第１の超音波ノズル２３に相当す
る位置にのみ１つの超音波ノズルを取り付け、この超音
波ノズルの周波数およびノズルに供給する洗浄液の種類
を変えて、以下のように行った。 超音波ノズルから１５００ｋＨｚの超音波振動が付与
された薬液を供給する場合 超音波ノズルから５００ｋＨｚの超音波振動が付与さ
れた純水を供給する場合 超音波ノズルから５００ｋＨｚの超音波振動が付与さ
れた薬液を供給する場合 超音波ノズルから８００ｋＨｚの超音波振動が付与さ
れた純水を供給する場合 のそれぞれについて、薬液または純水の供給時間（洗浄
時間）を６０秒間とし、この間にスキャンアーム２２を
１７回往復させた時の異物除去率（洗浄後の半導体ウエ
ハの表面に付着している異物の個数／洗浄前の半導体ウ
エハの表面に付着していた異物の個数）を調べた。薬液
には、ＨＦ（フッ酸）を用いた。

【００２１】この実験によると、＜＜＜の順に
洗浄性能（異物除去率）が大幅に向上することがわかっ
た。すなわち、超音波ノズルの周波数が１５００ｋＨｚ
よりも５００ｋＨｚ、５００ｋＨｚよりも８００ｋＨｚ
にした方が洗浄効果が高いことが判明した。またさら
に、同じ周波数の場合、純水よりも薬液（ＨＦ）を用い
た方が洗浄効果が高いことが判明した。この結果から、
特に異物が残留しやすい基板Ｗの周縁部に対しては、比
較的周波数の低い超音波ノズルを適用するのが好まし
く、さらには、純水ではなく薬液を適用するのがより好
ましいことが導き出される。なお、特に異物が比較的残
留しにくい基板Ｗの中央部に対しては、比較的周波数の
高い超音波ノズルを適用してもよい。

【００２２】以上、この発明の一実施形態について説明
したが、この発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、基板Ｗの周縁部における洗浄性能をさらに高
めるために、第２の超音波発振器５２からの発振信号の
出力を第１の超音波発振器５１からの発振信号の出力よ
りも大きく設定して、第２の超音波ノズル２４から基板
Ｗの周縁部に供給される洗浄液に高いエネルギーの超音
波振動を付与するようにしてもよい。

【００２３】また、上述の実施形態では、第１および第
２の超音波ノズル２３，２４が同じスキャンアーム２２
に取り付けられているとしたが、スピンチャック１に保
持された基板Ｗの上方で互いに干渉することなく揺動可
能な２本のスキャンアームを設けて、一方のスキャンア
ームに第１の超音波ノズル２３を配置し、他方のスキャ
ンアームに第２の超音波ノズル２４を配置してもよい。
この場合、第２の超音波ノズル２４が配置されたスキャ
ンアームの移動速度（スキャン速度）を第１の超音波ノ
ズル２３が配置されたスキャンアームの移動速度よりも
遅くすることにより、基板Ｗの周縁部における洗浄性能
のさらなる向上が図られてもよい。

【００２４】さらにまた、第２の超音波ノズル２４から
吐出される洗浄液の流量を第１の超音波ノズル２３から
の洗浄液の流量よりも多く設定することにより、基板Ｗ
の周縁部における洗浄性能のさらなる向上が図られても
よい。また、第１の超音波ノズル２３を処理室の隔壁な
どに取り付けて固定配置することにより、第１の超音波
ノズル２３からの洗浄液が基板Ｗの表面の中央部の一定
の位置に入射するようにしてもよい。この場合、第２の
超音波ノズル２４は、スキャンアーム２２に配置されて
いてもよいし、処理室の隔壁などに取り付けて固定配置
されていてもよい。

【００２５】さらには、第１の超音波ノズル２３のみを
スキャンアーム２２に配置し、第２の超音波ノズル２４
を処理室の隔壁などに取り付けて固定配置することによ
り、第２の超音波ノズル２４からの洗浄液が基板Ｗの表
面の周縁部の一定の位置に入射するようにしてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々
の設計変更を施すことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る基板洗浄装置の構
成を説明するための概念的な断面である。

【図２】スキャンアームが揺動する角度範囲について説
明するための図である。

【符号の説明】

１ スピンチャック ２ スキャンノズル装置 ４ 洗浄液タンク ２２ スキャンアーム ２３ 超音波ノズル ２４ 超音波ノズル Ｗ 基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 卓也 京都府京都市上京区堀川通寺之内上る４丁 目天神北町１番地の１ 大日本スクリーン 製造株式会社内 Ｆターム(参考） 3B201 AA02 AA03 AB33 AB42 BB02 BB22 BB45 BB83 BB92 BB96

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を回転させつつ基板の表面に洗浄液を
   供給して基板を洗浄する基板洗浄装置であって、 超音波振動が付与された洗浄液を基板の中央部に向けて
   供給する第１の超音波ノズルと、 超音波振動が付与された洗浄液を基板の周縁部に向けて
   供給する第２の超音波ノズルとを含むことを特徴とする
   基板洗浄装置。
2. 【請求項２】上記第１の超音波ノズルは、予め定める第
   １の周波数の超音波振動が付与された洗浄液を供給する
   ものであり、 上記第２の超音波ノズルは、上記第１の周波数以下であ
   る第２の周波数の超音波振動が付与された洗浄液を供給
   するものであることを特徴とする請求項１記載の基板洗
   浄装置。
3. 【請求項３】上記第１の周波数は、１０００ｋＨｚ以上
   に設定され、 上記第２の周波数は、１０００ｋＨｚ以下に設定されて
   いることを特徴とする請求項２記載の基板洗浄装置。
4. 【請求項４】上記第１の超音波ノズルは、基板の中央部
   から周縁部にかけて位置を変えながら洗浄液を供給する
   ものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
   かに記載の基板洗浄装置。
5. 【請求項５】上記基板洗浄装置は、上記第１および第２
   の超音波ノズルが取り付けられており、基板の表面に対
   向する位置で揺動可能なスキャンアームをさらに含み、 上記第２の超音波ノズルは、上記第１の超音波ノズルよ
   りも上記スキャンアームの揺動中心から近い位置に配置
   されていることを特徴とする請求項４記載の基板洗浄装
   置。
6. 【請求項６】上記第２の超音波ノズルは、上記第１の超
   音波ノズルから供給される洗浄液よりも高い超音波振動
   エネルギーを有する洗浄液を供給するものであることを
   特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板洗
   浄装置。
7. 【請求項７】上記第２の超音波ノズルは、上記第１の超
   音波ノズルから供給される洗浄液の流量よりも多い流量
   で洗浄液を供給するものであることを特徴とする請求項
   １ないし６のいずれかに記載の基板洗浄装置。
8. 【請求項８】基板を回転させつつ基板の表面に洗浄液を
   供給して基板を洗浄する方法であって、 超音波振動が付与された洗浄液を基板の中央部に向けて
   供給する第１の超音波洗浄液供給工程と、 超音波振動が付与された洗浄液を基板の周縁部に向けて
   供給する第２の超音波洗浄液供給工程とを含むことを特
   徴とする基板洗浄方法。