JP2006013339A - 基板洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体ＣＯ_２の消費量を抑えつつ基板を搬送しながら基板全体を均一に洗浄する。
【解決手段】基板洗浄装置１は、ローラ２１にて基板９を搬送方向２２に搬送する搬送機構２、洗浄部４、ＣＯ_２供給源６１およびＮ_２供給源６２を備える。洗浄部４は洗浄部カバー４１に覆われ、洗浄部カバー４１内には搬送方向２２に垂直な方向に２列に配列された複数のノズル４２が設けられる。ノズル４２の各列は搬送方向に垂直な方向に基板９全体に亘って揺動する。各ノズル４２はＣＯ_２供給源６１およびＮ_２供給源６２から液体ＣＯ_２およびＮ_２ガスが供給される二流体ノズルとなっており、これらの流体のノズル４２内の流路への供給量が他のノズルから独立して予め調整されている。各ノズル４２から液体ＣＯ_２とＮ_２ガスとが混合されつつ搬送途上の基板９に噴射されることにより、ＣＯ_２の消費量を抑えつつ基板９全体を均一に洗浄することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板を搬送しながら洗浄する技術に関する。

従来より、半導体基板やガラス基板等の基板の洗浄には、基板を純水等の洗浄液に浸漬したり、洗浄液をスプレイする手法が採用されいる。近年では、特許文献１に記載されているように、液体の二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いて基板を洗浄する技術も利用されている。この洗浄方法では、液体ＣＯ_２を基板上に噴射し、噴射時の断熱膨張により凍結してドライアイスとなったＣＯ_２粒子で洗浄が行われる。今後、Ｌｏｗ−Ｋ膜の洗浄等に純水を使用しない洗浄が求められており、ＣＯ_２を用いた洗浄は重要視されている。

一方、基板に形成されるパターンの微細化に伴って微小な異物を除去する必要が生じ、さらに基板が大型化していることから、洗浄液の消費量が増大する傾向にある。ＣＯ_２の凍結粒子を用いる方法においても洗浄液である液体ＣＯ_２をある程度勢いよく噴射する必要があるため、パターンの微細化および基板の大型化によるＣＯ_２の消費量の増大は無視できない量となる。また、ＣＯ_２の噴射量の増大により、ＣＯ_２の粒子径が大きくなって微小異物の除去効率が低下し、さらにノズルが詰まり易くなってしまう。これらの問題を解消するため、洗浄用の液体や凍結粒子をガスと共に、すなわち、いわゆるエアロゾルとして基板に向けて噴射して基板を洗浄する技術が提案されている。このような技術が記載された文献として、例えば、特許文献２および３を挙げることができる。また、ＣＯ_２の粒子をガスと共に噴出するノズルとしては、例えば、特許文献４に開示されたものがある。
特開２０００−１１７２０１号公報 特開平８−３２１４８０号公報 特開２００４−３１９２４号公報 米国特許第５，１２５，９７９号明細書

ところで、例えば、フラットパネル表示装置に使用されるガラス基板のように搬送しながらの洗浄が必要となる大型の基板に対して洗浄を行う場合、特許文献２および３に示されるような細長い管に多数の穴を設けるのみのノズルでは洗浄液の噴射量および噴射力がばらつしてしまい、均一な洗浄が困難となる。さらに、基板を搬送しながら洗浄を行う場合、基板上の洗浄後の部位が順次洗浄空間から引き出されるため、洗浄を行いつつ基板上の洗浄済みの部位を清浄に保つ工夫も必要となる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、液体ＣＯ_２を用いて洗浄する基板洗浄装置において、液体ＣＯ_２の消費量を抑えつつ基板を搬送しながら基板全体を均一かつ適切に洗浄することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板洗浄装置であって、所定の搬送方向に基板を搬送する搬送機構と、前記搬送方向に対して交差する方向に配列された複数の二流体ノズルとを備え、前記複数の二流体ノズルのそれぞれが、他の二流体ノズルから独立して液体二酸化炭素および気体が供給される流路を備え、液体二酸化炭素と気体とを混合しつつ搬送途上の基板に向けて噴射する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板洗浄装置であって、前記複数の二流体ノズルの少なくとも側方を覆い、搬送路に向かって開口するカバーをさらに備える。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の基板洗浄装置であって、前記複数の二流体ノズルの上流側における前記カバーと搬送途上の基板との間の隙間が、前記複数の二流体ノズルの下流側における前記カバーと前記基板との間の隙間よりも大きい。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の基板洗浄装置であって、前記カバーの下流側において搬送途上の基板を加熱する加熱部をさらに備える。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板洗浄装置であって、前記複数の二流体ノズルを、基板の主面に沿いつつ前記搬送方向に垂直な方向へと揺動する揺動機構をさらに備える。

本発明によれば、液体二酸化炭素の消費量を抑えつつ基板を搬送しながら基板全体を均一に洗浄することができる。

また、請求項２の発明ではパーティクルの基板への再付着を防止することができ、請求項３の発明では基板の洗浄済みの部位にパーティクルの再付着を防止することができる。請求項４の発明では洗浄後の基板に結露が生じることを防止することができ、請求項５の発明では基板全体をさらに均一に洗浄することができる。

図１は本発明の一の実施の形態に係る基板洗浄装置１の構造を示す図である。基板洗浄装置１は、液晶表示装置、プラズマ表示装置、有機ＥＬ表示装置等のフラットパネル表示装置の製造に用いられる矩形のガラス基板９（以下、「基板９」という。）を洗浄する装置であり、基板９に他の処理を施す装置と共に基板処理システムを構成する。基板洗浄装置１内には基板９を上流の装置から受け取って下流の装置へと渡す搬送機構２が設けられる。搬送機構２には下方から基板９を支持して搬送方向２２に搬送する多数のローラ２１が配列され、図示省略の駆動機構が幾つかのローラ２１を回転することにより、基板９が搬送される。

基板洗浄装置１は全体が本体カバー３に覆われており、本体カバー３の下方には不要な液体を排出するためのドレン３１が設けられる。また、本体カバー３には搬送機構２が基板９を受け取るための開口３２および搬送機構２が基板９を払い出すための開口３３が形成される。本体カバー３内には、基板９に洗浄を施す洗浄部４、洗浄により冷却された基板９を加熱する加熱部５、並びに、洗浄部４に高圧の液体の二酸化炭素（ＣＯ_２）および窒素（Ｎ_２）ガスを供給するＣＯ_２供給源６１およびＮ_２供給源６２が設けられる。洗浄部４は外部の排気部６３にも接続される。

洗浄部４は、洗浄部カバー４１に覆われており、洗浄部カバー４１内にはＣＯ_２供給源６１およびＮ_２供給源６２に接続された複数のノズル４２が配置される。図２はノズル４２の配置を示す平面図である。図２に示すように、ノズル４２は２つのノズルグループ４２ａ，４２ｂに分けられ、各ノズルグループ４２ａ，４２ｂではノズル４２が搬送方向２２に対して垂直に交差する方向に配列される。

洗浄部４は、モータ４３１ａ，４３１ｂによりボールネジ機構を介してノズルグループ４２ａ，４２ｂをそれぞれ、基板９の主面に沿いつつ搬送方向２２に垂直な方向４４へと揺動する揺動機構４３ａ，４３ｂを備える。なお、図２では揺動機構４３ａ，４３ｂ並びに洗浄部４および加熱部５の輪郭を破線にて示している。揺動機構４３ａ，４３ｂによりノズルグループ４２ａ，４２ｂのそれぞれは基板９の幅方向全体に亘って往復移動し、ノズルグループ４２ａが図２中の上側に位置する時にノズルグループ４２ｂが下側に位置し、ノズルグループ４２ｂが上側に位置する時にノズルグループ４２ａが下側に位置するように互いに反対方向に移動する。

図３は、各ノズルグループにおける液体ＣＯ_２およびＮ_２ガスの供給に係る構造を示す図である。図１に示すように、全てのノズル４２への液体ＣＯ_２およびＮ_２ガスの供給のＯＮ／ＯＦＦは、それぞれ弁６１１，６２１により行われ、図３に示すように液体ＣＯ_２は絞り弁４５１を介して各ノズル４２に個別に供給され、Ｎ_２ガスは絞り弁４５２を介して各ノズル４２に個別に供給される。そして、複数のノズル４２のそれぞれは、液体ＣＯ_２およびＮ_２ガスが他のノズル４２から独立して供給される流路を内部に備え、液体ＣＯ_２とＮ_２ガスとを混合しつつ搬送途上の基板９に向けて噴射する。すなわち、各ノズル４２は二流体ノズルとなっている。

液体ＣＯ_２およびＮ_２ガスの噴出の際には、液体ＣＯ_２が断熱膨張して凍結してドライアイスの微粒子となり、勢いよく噴射されるＮ_２ガスにより微粒子が加速されて基板９に高速で衝突する。その結果、基板９上の微小なパーティクルの除去が効率よく行われる。なお、各ノズル４２内の流路への液体ＣＯ_２およびＮ_２ガスの供給量を他のノズルから独立して調整する絞り弁４５１，４５２は、各ノズル４２において適正な大きさのＣＯ_２粒子が生成され、かつ、全てのノズル４２からほぼ同量のＣＯ_２粒子が同様の勢いにて噴射されるように予め調整されている。

図４はノズル４２の構造を示す断面図である。ノズル４２は内筒４２１に外筒４２２を組み合わせた構造をしており、内筒４２１の上部（ノズル先端とは反対側）がＣＯ_２供給源６１に接続され、外筒４２２の側面がＮ_２供給源６２に接続される。内筒４２１は管状となっており、内部がＣＯ_２の流路４６１とされ、先端がＣＯ_２の吐出口４６２となっている。外筒４２２の内側面は上部で内筒４２１の外側面と密着し、ノズル中部から先端に向かって内筒４２１の内側面との間にＮ_２ガスの流路４６３となる間隙が設けられる。外筒４２２の先端は内側に向かって屈曲しており、内筒４２１の先端近傍まで伸びて内筒４２１との間で環状の間隙４６４が形成される。間隙４６４は、Ｎ_２供給源６２からのＮ_２ガスが流路４６３を経由して噴射される噴射口となる。

ノズル４２に液体ＣＯ_２およびＮ_２ガスが供給されると、吐出口４６２から液体ＣＯ_２が吐出され、吐出口４６２の周囲の噴射口である間隙４６４からＮ_２ガスが勢いよく噴射される。そして、吐出時の断熱膨張により凍結したＣＯ_２粒子がＮ_２ガスの気流と衝突して微粒子の状態（いわゆる、エアロゾルの状態）で容易に加速される。このようにノズル４２はいわゆる外部混合型の二流体ノズルとなっている。加速されたＣＯ_２粒子は図４中に破線９１にて示すように広がりながら基板９へと向かい、大きな運動エネルギーにて基板９に衝突し、その結果、基板９上の有機物等の微小なパーティクルが効率よく除去される。特に、ＣＯ_２を利用することにより疎水面に対する洗浄が実現される。また、ノズル４２の先端では液体ＣＯ_２およびＮ_２ガスがそれぞれの流路に沿って下方に導かれるため、ＣＯ_２粒子のノズル４２からの噴射の指向性が高められ、ＣＯ_２粒子が基板９に効率よく導かれる。

ここで、図１に示すように、ノズル４２の側方を囲って基板９の搬送路に向かって開口する洗浄部カバー４１では、複数のノズル４２の上流側（すなわち、基板９の受け入れ側）における洗浄部カバー４１と搬送途上の基板９との間の隙間が、ノズル４２の下流側（すなわち、基板９の払い出し側）における洗浄部カバー４１と基板９との間の隙間よりも大きくされる。これにより、ノズル４２からの気流が基板９の未洗浄部位へと向かうことになり、基板９から除去されたパーティクルが基板９の洗浄済みの部位に再付着することが防止される。

なお、洗浄部カバー４１は複数のノズル４２の少なくとも側方を覆うのであれば、例えば、上方が開口していてもよい。

洗浄部４の下流側には、図１に示すようにフード５１に覆われた加熱部５が配置される。加熱部５はファン５２およびヒータ５３を内部に備え、ファン５２にて生成された気流がヒータ５３により加熱され、基板９が温風に晒される。これにより、搬送途上の基板９が加熱され、その結果、低温のＣＯ_２粒子による洗浄後の基板９に結露が生じることが防止される。

以上に説明したように、基板洗浄装置１では、複数の二流体ノズル４２を用いて搬送途上の基板９に向けて洗浄液と気体とを混合しつつ噴射するため、洗浄液の消費量を抑えることができる。さらに、洗浄液として液体ＣＯ_２を用いることにより洗浄液の消費量をさらに削減することができ、二流体ノズルによりＣＯ_２粒子の大きさを微小にすることで微細なパターンの洗浄も可能となる。また、複数の独立したノズル４２からＣＯ_２粒子を噴射することにより、予め各ノズル４２において液体ＣＯ_２およびＮ_２ガスの各流路に供給される量を他のノズルから独立して調整しておくことができるため、大型の基板９であっても基板９全体に対して均一に洗浄を行うことができる。さらに、複数のノズル４２が搬送方向に対して垂直な方向に揺動するため（特に、グループ化された複数のノズルグループが互いに独立して揺動するため）、基板９全体をさらに均一に洗浄することができる。

また、複数のノズル４２の側方は洗浄部カバー４１に覆われ、洗浄部カバー４１と基板９との間の隙間は上流側が下流側よりも大きくされるため、パーティクルの再付着が効率よく防止され、加熱部５により結露がさらに防止される。その結果、液体ＣＯ_２を用いた洗浄を基板９を搬送しつつ適正に行うことが実現される。

以上、本発明の一の実施の形態に係る基板洗浄装置１について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されず、様々な変形が可能である。

例えば、上記実施の形態ではノズル４２はいわゆる外部混合型の二流体ノズルであるが、ノズル内の流路にて液体と気体とが混合される内部混合型であってもよい。この場合、ノズル内では液体用の流路と気体用の流路とが途中で１つの流路となる。なお、ノズル詰まりやノズルからの不要な液滴の落下の防止という観点からは、外部混合型が好ましい。

ノズル４２の配列方向は搬送方向２２に対して垂直に交差する必要はなく、例えば、搬送方向２２に対して傾斜して交差する方向にノズル４２が配列されてもよい。

基板洗浄装置１は、大型の基板の洗浄に適しているため、ガラス基板の洗浄に特に適しているが、もちろん、プリント配線基板や半導体基板の洗浄に利用されてもよい。また、基板９の搬送はいわゆるコロ搬送には限定されず、揺動機構４３ａ，４３ｂも上記実施の形態にて示した構造には限定されない。また、加熱部５による基板９の加熱は、ランプ等の他のヒータにより行われてもよい。

基板洗浄装置の構造を示す図である。 ノズルの配置を示す平面図である。 各ノズルグループにおける液体ＣＯ_２およびＮ_２ガスの供給に係る構造を示す図である。 ノズルの構造を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 基板洗浄装置
２ 搬送機構
５ 加熱部
９ 基板
２２ 搬送方向
４１ 洗浄部カバー
４２ ノズル
４３ａ，４３ｂ 揺動機構
４６１，４６３ 流路

Claims (5)

1. 基板洗浄装置であって、
   所定の搬送方向に基板を搬送する搬送機構と、
   前記搬送方向に対して交差する方向に配列された複数の二流体ノズルと、
   を備え、
   前記複数の二流体ノズルのそれぞれが、他の二流体ノズルから独立して液体二酸化炭素および気体が供給される流路を備え、液体二酸化炭素と気体とを混合しつつ搬送途上の基板に向けて噴射することを特徴とする基板洗浄装置。
2. 請求項１に記載の基板洗浄装置であって、
   前記複数の二流体ノズルの少なくとも側方を覆い、搬送路に向かって開口するカバーをさらに備えることを特徴とする基板洗浄装置。
3. 請求項２に記載の基板洗浄装置であって、
   前記複数の二流体ノズルの上流側における前記カバーと搬送途上の基板との間の隙間が、前記複数の二流体ノズルの下流側における前記カバーと前記基板との間の隙間よりも大きいことを特徴とする基板洗浄装置。
4. 請求項２または３に記載の基板洗浄装置であって、
   前記カバーの下流側において搬送途上の基板を加熱する加熱部をさらに備えることを特徴とする基板洗浄装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の基板洗浄装置であって、
   前記複数の二流体ノズルを、基板の主面に沿いつつ前記搬送方向に垂直な方向へと揺動する揺動機構をさらに備えることを特徴とする基板洗浄装置。

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