JP2005252137A - 基板の洗浄方法及び基板洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スピン乾燥方式により基板洗浄を行う際、ミスト等が基板に付着することを効果的に防ぐことができる基板の洗浄方法及び洗浄装置を提供する。
【解決手段】基板４をチャンバー内の保持台５に搬入する工程と、前記保持台上に保持された基板に洗浄液を供給するとともに前記保持台を軸回転させることにより洗浄する工程と、該洗浄した基板を前記保持台を軸回転させることによりスピン乾燥する工程と、該乾燥した基板を前記保持台から搬出する工程とを有し、前記搬入工程、洗浄工程、乾燥工程、及び搬出工程ごとに、排気手段１１を制御することによりガス排気量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板、液晶表示パネル用のガラス基板、半導体製造装置用のマスク基板などの基板を洗浄する方法及び基板洗浄装置に関する。

従来、半導体基板等を洗浄する装置として、スピン乾燥方式の基板洗浄装置が知られている。このような洗浄装置では、洗浄する基板を保持台に搬入し、保持台上に保持した基板に対して洗浄ノズルから薬液や純水等の洗浄液を供給するとともに保持台を軸回転させる。なお、保持台を包囲するカップを設けることで、洗浄中、洗浄液が外部に飛散することを防ぐことができる。

洗浄後、保持台を高速回転させて遠心力を利用して基板のスピン乾燥を行う。スピン乾燥後、保持台の回転を停止し、保持台から基板を搬出する。
このような基板の搬入、洗浄、乾燥、搬出の一連の工程により清浄な基板が得られる。搬出後、次の基板を搬入して同様の工程を繰り返すことで、連続的に基板の洗浄処理を行うことができる。

上記のようなスピン乾燥方式の基板洗浄装置を用いて洗浄を行う場合、スピン乾燥中、基板が高速回転されることからカップ内には上昇気流が発生する。そのため、基板の表面やカップの内面に付着していた薬液がミストとなって上方に飛散し、基板に再付着するおそれがある。
このような薬液の基板への再付着を防ぐため、カップの内面を洗浄する手段を設けた洗浄装置が提案されている（特許文献１参照）。カップの上部内側にノズルを設け、このノズルから純水を吐出することにより、カップ内面等に付着した薬液を洗い流すというものである。
いずれにせよ、スピン乾燥方式の基板洗浄装置では、特にスピン乾燥時の上昇気流によるミストの基板への付着を防ぐため、一連の工程において上方からの給気とカップの底部からの排気を行い、一定の排気量で連続的に排気を行う。

ところが、上記のように一定の排気を続けて基板の洗浄処理を行っても、洗浄後の基板にミストやパーティクルが付着し、汚れが残ってしまうという問題があった。

特開２０００−１１４２１９号公報

上記問題に鑑み、本発明は、スピン乾燥方式により基板洗浄を行う際、ミスト等が基板に付着することを効果的に防ぐことができる基板の洗浄方法及び洗浄装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によれば、基板を洗浄する方法において、洗浄装置として、少なくとも、チャンバーと、該チャンバー内にガスを供給する給気手段と、基板を保持して軸回転可能な保持台と、上部に開口部を有し、前記保持台上に保持された基板を包囲するカップと、前記保持された基板に対して洗浄液を供給する洗浄ノズルと、前記カップの底部から洗浄液を排出する排液手段と、前記カップの底部からガスを排気する排気手段とを具備する洗浄装置を用い、少なくとも前記基板を前記チャンバー内の保持台に搬入する工程と、前記保持台上に保持された基板に洗浄液を供給するとともに前記保持台を軸回転させることにより洗浄する工程と、該洗浄した基板を前記保持台を軸回転させることによりスピン乾燥する工程と、該乾燥した基板を前記保持台から搬出する工程とを有し、前記搬入工程、洗浄工程、乾燥工程、及び搬出工程ごとに、前記排気手段を制御することによりガス排気量を制御することを特徴とする基板の洗浄方法が提供される（請求項１）。

このように各工程ごとに排気手段を制御することによりガス排気量を制御すれば、ミストやパーティクルを速やかに装置外に排出するとともに、全工程において装置内の気流の乱れを防ぐことができる。したがって、ミスト等が基板に付着することを効果的に防ぐことができる。

この場合、前記搬入工程、洗浄工程、及び搬出工程において、前記カップの開口部におけるガスの流速が０．２５ｍ／秒〜１．０ｍ／秒の範囲内となるように前記ガス排気量を制御することが好ましく（請求項２）、また、前記乾燥工程において、前記カップの開口部におけるガスの流速が０．２５ｍ／秒〜１０．０ｍ／秒の範囲内となるように前記ガス排気量を制御することが好ましい（請求項３）。

各工程において、カップの開口部におけるガスの流速が上記範囲内となるようにガス排気量を制御すれば、ミスト等が基板に付着することをより確実に防ぐことができる。

この場合、前記ガス排気量の制御とともに、前記給気手段を制御することによりガス給気量を制御することが好ましい（請求項４）。
特にガスの流速を高速にする場合、排気手段だけでは十分に制御することができないおそれがあるが、給気手段によるガス給気量も制御するようにすれば、カップ開口部におけるガス流速を精度良く制御することができる。

さらに、本発明によれば、基板を洗浄する装置であって、少なくとも、チャンバーと、該チャンバー内にガスを供給する給気手段と、基板を保持して軸回転可能な保持台と、上部に開口部を有し、前記保持台上に保持された基板を包囲するカップと、前記保持された基板に対して洗浄液を供給する洗浄ノズルと、前記カップの底部から洗浄液を排出する排液手段と、前記カップの底部からガスを排気する排気手段と、前記排気手段によるガス排気量を測定するガス流量計と、前記排気手段を制御することによりガス排気量を工程ごとに制御する制御手段とを具備することを特徴とする基板洗浄装置が提供される（請求項５）。
このようなガス排気量を工程ごとに制御する制御手段等を具備する基板洗浄装置であれば、全工程において装置内の気流の乱れを防ぐことができ、ミスト等が基板に付着することを効果的に防ぐことができるものとなる。

前記制御手段が、前記排気手段とともに、前記給気手段を制御することによりガス給気量を工程ごとに制御するものであることが好ましい（請求項６）
このようにガス給気量も工程ごとに制御する装置とすれば、カップ開口部のガス流速をより確実に制御することができるものとなる。

前記排気手段は、インバーターモーター付きファン及び／又はダンパーを含むものとすることができる（請求項７）。
このような排気手段を用いれば、ガス排気量の制御を容易に行うことができる。

また、前記給気手段は、ファンフィルターユニットを含むものとすることができる（請求項８）。
このような給気手段を用いれば、清浄な空気を装置内に取り込むことができる上、給気量の制御も容易に行うことができる。

さらに、チャンバー内にイオナイザを備えたものとすれば（請求項９）、基板の帯電を除去し、ミスト等の付着をより確実に防ぐことができる。

スピン乾燥方式の基板洗浄装置を用いて基板の洗浄を行う際、本発明により各工程ごとに排気手段を制御してガス排気量を制御すれば、ミストやパーティクルを速やかに装置外に排出するとともに、全工程において装置内のガスの乱れを防ぐことができる。従って、基板に再付着することを効果的に防ぐことができる。

以下、本発明について詳しく説明する。
まず、本発明者らは、スピン乾燥方式の基板洗浄装置を用いて基板の洗浄を行った場合の洗浄後の基板の汚れについて調査を行った。その結果、洗浄後の基板に残留する汚染は、主に乾燥工程以外での装置内の気流の乱れに原因があることが分かった。
基板の搬入、洗浄、乾燥、搬出の一連の工程において、従来、乾燥以外の工程においても乾燥工程と同様に強い排気を行っているため、カップ内に非常に速いガスの流れができる一方、カップの周囲ではガスの流れが乱れ、不均一になる。

すなわち、装置内にミストやパーティクルが発生した場合、ミスト等が装置内に滞留したり、空気の流れの速いカップ内に流れて帯電した基板に付着すると考えられる。
そこで、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、各工程ごとにガス排気量を適切な量に変更制御することにより、ミスト等の基板への付着を効果的に防ぐことができることを見出し、本発明の完成に至った。

以下、添付の図面に基づいてより具体的に説明する。
図１は、本発明に係る基板洗浄装置の一例の概略を示している。
この基板洗浄装置１は、チャンバー８を有し、上部にはチャンバー内に清浄なガス（空気等）を供給する給気手段３が設けられている。給気手段３としては、清浄なガスを所定の給気量で供給できるものが好ましく、例えばファンフィルターユニットを好適に用いることができる。

チャンバー内には、洗浄される基板４を保持するための保持台５が設けられている。保持台５は鉛直方向の回転軸２に固定されており、モータ９により回転軸２を回転させることで保持台５も軸回転可能となっている。なお、このような保持台５としては、例えば複数の支柱により基板４の外周部（面取り部）を狭持するもの、あるいは基板４を吸着保持するものを用いることができる。

保持台５の上方には洗浄ノズル６が設けられており、保持台上に保持された基板４に対して薬液や純水等の洗浄液を供給することができる。
さらに保持台上に保持された基板４を包囲するカップ７が設けられている。カップ７の上部には、基板４の搬出入や、洗浄ノズル６から基板４への洗浄液の供給を行うための開口部１０が設けられている。一方、カップ７の底部には排液管１４と排気管１３が設けられている。使用済みの洗浄液は排液管１４を通じてカップ７の底部からチャンバー８の外に排出される。

排気管１３は排気ファン１１と通じている。給気ファン（ファンフィルターユニット）３から取り込まれた清浄な空気は、排気ファン１１の排気によりカップ７の内側に導入され、カップ７の底部から排気管１３を通じて外部に排出される。また、排気管１３の途中にはガス排気量を測定するためのガス流量計１２が設けられている。ガス流量計１２としては、風速計のほか、静圧計等も使用することができる。

さらにこの基板洗浄装置１は、排気ファン１１を制御する制御手段１５を備えている。この制御手段１５は、排気ファン１１を制御することによりガス排気量を工程ごとに制御することができる。排気ファン１１として、例えばインバーターモーター付きファンを用い、各工程ごとに予め決められたガス排気量となるように、インバーターの周波数を制御するようにすれば、ガス排気量を精度良く制御することができる。あるいは、開度調整が可能なダンパーを設け、工程ごとに開度を調整してガス排気量を制御するようにしても良い。
また、制御手段１５は、排気ファン１１とともに、給気ファン３を制御することによりガス給気量を工程ごとに制御することもできるように構成されている。

さらに、チャンバー８の内部にイオナイザ１７を備えることが望ましい。図１に示されているように、チャンバー内の給気ファン３の下にイオナイザ１７を設ければ、基板４の帯電を除去し、ミスト等の付着をより効果的に防ぐことができる。

次に、このような洗浄装置１を用いて半導体基板を洗浄する方法について説明する。
まず、洗浄する基板４をチャンバー内の保持台５に搬入する（搬入工程）。例えば研磨工程等を経てアンロード部に配置された半導体基板を、ロボットアームにより保持台５に搬入して保持する。

保持台上に保持された基板４に、洗浄ノズル６から純水等の洗浄液を供給するとともに保持台５を軸回転させることにより洗浄を行う（洗浄工程）。これにより基板４の表面に付着しているパーティクル等を除去することができる。

洗浄液の供給を停止した後、保持台５を高速で軸回転させることにより、洗浄した基板４をスピン乾燥する（乾燥工程）。保持台５の高速回転により遠心力が生じ、基板表面に付着している洗浄液を飛散させることができる。このようなスピン乾燥によれば短時間で均一に乾燥することができる。
スピン乾燥後、ロボットアームにより乾燥した基板４を保持台５から搬出する（搬出工程）。

このような一連の工程からなる基板洗浄処理において、従来はガス排気量を一定にしていたが、本発明では、搬入工程、洗浄工程、乾燥工程、及び搬出工程ごとに排気手段を制御することによりガス排気量を制御する。
このように工程ごとにガス排気量を制御すれば、全工程において、装置内の気流の乱れやカップ内での急速な流れを防ぐとともに、ミストやパーティクルを速やかに装置外に排出することができる。従って、例えば乾燥後、搬出するまでの間にミスト等が基板に付着することを効果的に防止することができる。

各工程でのガス排気量は、通常は乾燥工程では上昇気流を抑制するため強い排気を行い、搬入工程、洗浄工程、及び搬出工程においては、乾燥工程での排気量よりも小さくなるように制御することが好ましい。
例えば、乾燥工程においては、上昇気流を抑制し、また、発生したミストがカップ７の内壁で跳ね返って基板４に付着することを防ぐため、カップ７の開口部１０におけるガスの流速が０．２５ｍ／秒以上、より好ましくは１ｍ／秒より大きくなるように制御することが好ましい。これにより、発生したミストを装置外に速やかに排除し、基板４への付着を効果的に防ぐことができる。ただし、カップ７の開口部１０での流速が１０．０ｍ／秒を超えるとなると、給気・排気設備を大きくする必要があり、コストアップにつながる。したがって、乾燥工程では、カップ７の開口部１０におけるガスの流速が０．２５ｍ／秒〜１０．０ｍ／秒、より好ましくは１〜３ｍ／秒の範囲内となるようにガス排気量を制御することが好ましい。

なお、カップ開口部１０を通過するガス流量と排気管１３を通過するガス流量は等しくなるため、以下のような関係が成り立つ。
ｖ＝（Ｒ^２／ｒ^２）×Ｖ
ｖ：カップ開口部での（平均）流速
ｒ：カップ開口部の半径
Ｖ：排気管での（平均）流速
Ｒ：排気管の半径

したがって、制御手段１５により、排気手段１１，１３によるガス排気量を制御することにより、カップ７の開口部１０におけるガスの流速を正確に制御することができる。
なお、ガス流速を特に高速にする場合、排気ファン１１の制御のみでは不十分であれば、ガス排気量の制御とともに、給気ファン３を制御することによりガス供給量も制御する。このように排気量と給気量をともに制御すれば、乾燥工程においてガス流速を高速にする場合でも、適切に制御することができる。

一方、搬入工程、洗浄工程、及び搬出工程においては、スピン乾燥時のような上昇気流は生じない。ただし、カップ７の開口部１０におけるガスの流速が０．２５ｍ／秒より小さくなると、チャンバー内にパーティクル等が滞留するおそれがあり、また、１．０ｍ／秒を超えると、カップ７の周囲で気流の乱れが生じたり、カップ内での気流が速すぎてパーティクル等が基板に付着し易くなるおそれがある。従って、搬入工程、洗浄工程、及び搬出工程においては、カップの開口部におけるガスの流速が０．２５ｍ／秒〜１．０ｍ／秒の範囲内となるようにガス排気量を制御することが好ましい。

例えば、図２に示されるように洗浄工程、搬出工程、及び搬入工程におけるカップの開口部でのガス流速を０．５ｍ／秒に制御し、スピン乾燥工程でのガス流速を１．５ｍ／秒に制御するサイクルとする。ただし、洗浄工程、搬出工程、及び搬入工程で一定とする必要はなく、例えば、洗浄工程では、搬出工程及び搬入工程よりも流速を大きくしてもよい。カップと基板との間隔等にもよるが、例えば洗浄工程では０．５〜１．０ｍ／秒の範囲とし、搬出入工程では０．２５〜０．５ｍ／秒、特に搬出工程では０．２５〜０．４ｍ／秒に制御することでミストの再付着をより効果的に防止することもできる。

なお、搬入工程、洗浄工程及び搬出工程においては、チャンバー内部から外部へ空気は流れるように、チャンバーはやや陽圧になるようにすることが好ましい。一方、スピン乾燥工程では、チャンバー内が陰圧になることがあり、空気がチャンバー外部から内部に流れる方向であるが、チャンバーの密閉度を上げて流れを抑えたほうが望ましい。

以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
（実施例）
図１に示した構成の洗浄装置を用い、石英基板（２０枚）の洗浄を連続的に行った。主な洗浄条件は以下の通りである。
洗浄液：超純水、２リットル／ｍｉｎ
洗浄ノズル：メガソニック８００ｋＨｚ
洗浄時間：４５秒
スピン乾燥時間：５５秒
スピン乾燥回転数：１５００ｒｐｍ
また、各工程において、カップの開口部におけるガス流速が図２に示したようになるようにガス排気量を制御した。

（比較例）
従来の基板洗浄装置を用い、工程にかかわらず、カップの開口部におけるガス流速を１．５ｍ／秒に固定した以外は上記実施例と同様の条件下で石英基板（２０枚）の洗浄を行った。

洗浄後、各基板の表面に付着しているパーティクル（直径０．２μｍ以上）の数を測定した。その結果を下記表１に示す。

表１に示した結果から明らかなように、実施例ではパーティクルの付着数が比較例の２分の１以下に低減された。
比較例ではスピン乾燥工程で発生したミストがカップの内部等に残留し、その後の工程でカップからの跳ね返り等により基板表面に付着し、シミ状の輝点としてカウントされたと思われる。
一方、実施例では、スピン乾燥工程以外ではガス流速を弱めるように制御したことにより、装置内での気流の乱れが抑制され、装置外にミストが速やかに排出されたと考えられる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、本発明に係る基板洗浄装置は、洗浄ノズルとして、薬液用と、純水リンス用のものを別途備えたものでもよい。
また、本発明は、半導体基板の洗浄に限らず、例えば液晶表示パネル用のガラス基板、半導体製造装置用のマスク基板等の洗浄にも適用することできる。

本発明に係る基板洗浄装置の一例を示す概略構成図である。 各工程におけるカップ開口部でのガス流速の一例を示すグラフである。

符号の説明

１…基板洗浄装置、 ２…回転軸、 ３…給気ファン、 ４…基板、 ５…保持台、
６…洗浄ノズル、 ７…カップ、 ８…チャンバー、 ９…モータ、
１０…カップ開口部、 １１…排気ファン、 １２…ガス流量計、 １３…排気管、
１４…排液管、 １５…制御手段、 １７…イオナイザ。

Claims (9)

1. 基板を洗浄する方法において、洗浄装置として、少なくとも、チャンバーと、該チャンバー内にガスを供給する給気手段と、基板を保持して軸回転可能な保持台と、上部に開口部を有し、前記保持台上に保持された基板を包囲するカップと、前記保持された基板に対して洗浄液を供給する洗浄ノズルと、前記カップの底部から洗浄液を排出する排液手段と、前記カップの底部からガスを排気する排気手段とを具備する洗浄装置を用い、少なくとも前記基板を前記チャンバー内の保持台に搬入する工程と、前記保持台上に保持された基板に洗浄液を供給するとともに前記保持台を軸回転させることにより洗浄する工程と、該洗浄した基板を前記保持台を軸回転させることによりスピン乾燥する工程と、該乾燥した基板を前記保持台から搬出する工程とを有し、前記搬入工程、洗浄工程、乾燥工程、及び搬出工程ごとに、前記排気手段を制御することによりガス排気量を制御することを特徴とする基板の洗浄方法。
2. 前記搬入工程、洗浄工程、及び搬出工程において、前記カップの開口部におけるガスの流速が０．２５ｍ／秒〜１．０ｍ／秒の範囲内となるように前記ガス排気量を制御することを特徴とする請求項１に記載の基板の洗浄方法。
3. 前記乾燥工程において、前記カップの開口部におけるガスの流速が０．２５ｍ／秒〜１０．０ｍ／秒の範囲内となるように前記ガス排気量を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板の洗浄方法。
4. 前記ガス排気量の制御とともに、前記給気手段を制御することによりガス給気量を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の基板の洗浄方法。
5. 基板を洗浄する装置であって、少なくとも、チャンバーと、該チャンバー内にガスを供給する給気手段と、基板を保持して軸回転可能な保持台と、上部に開口部を有し、前記保持台上に保持された基板を包囲するカップと、前記保持された基板に対して洗浄液を供給する洗浄ノズルと、前記カップの底部から洗浄液を排出する排液手段と、前記カップの底部からガスを排気する排気手段と、前記排気手段によるガス排気量を測定するガス流量計と、前記排気手段を制御することによりガス排気量を工程ごとに制御する制御手段とを具備することを特徴とする基板洗浄装置。
6. 前記制御手段が、前記排気手段とともに、前記給気手段を制御することによりガス給気量を工程ごとに制御するものであることを特徴とする請求項５に記載の基板洗浄装置。
7. 前記排気手段が、インバーターモーター付きファン及び／又はダンパーを含むものであることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の基板洗浄装置。
8. 前記給気手段が、ファンフィルターユニットを含むものであることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
9. 前記チャンバー内に、イオナイザを備えたものであることを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。

Images