JP2007059664A - 基板の洗浄装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体基板等の高いクリーン度が要求される基板の洗浄を行う際、洗浄する面とは反対側の面に洗浄液が回り込むことを防ぐとともに、パーティクル等が局所的に溜まって汚染することも防ぐことができる洗浄装置を提供する。
【解決手段】基板９を支持するための環状の基板支持手段３と、該基板支持手段により支持された基板に対して純水又は薬液からなる洗浄液６を供給するための洗浄液供給手段２とを具備し、基板支持手段が基板の端面を３点以上で支持して位置決めする位置決め用のピン４と、該位置決め用のピンで位置決めされた基板の下面の周囲に沿うように長短の突起５ａ，５ｂが連続的に配置された突起部５とを有するものであり、洗浄液供給手段から純水又は薬液を供給して基板を洗浄する際に位置決め用のピンで支持された基板の下面と突起部との間に形成された隙間が純水又は薬液でシールされた状態で基板が洗浄される基板の洗浄装置１。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体基板（半導体ウエーハ）、ウエーハ状の基板、ガラス基板等、高いクリーン度が要求される基板を洗浄する際に使用する洗浄装置に関する。
シリコン基板等の半導体基板を製造する工程、あるいは半導体基板から半導体デバイスを作製する工程、フォトマスクや液晶表示板等のガラス板を作製する工程においては、基板を洗浄する工程がある。これらの半導体基板等は極めて高い清浄度が要求され、専用の洗浄装置が提案されている。例えば、図８に示すように、３〜４本の支柱２２で基板９を水平に支持し、基板９を静止したまま、あるいは回転駆動モータ２３により回転させながら、基板９の上面に洗浄液６を供給して洗浄を行う枚葉式の洗浄装置２１がある。
また、上記のような枚葉式の洗浄装置を改良したものとして、水平に保持した半導体基板の上面に、洗浄液、純水、不活性ガスをそれぞれ別々のノズルから噴射させて洗浄から乾燥までを短時間で行う洗浄装置が提案されている（特許文献１参照）。また、基板に対し、超音波を印加した洗浄液と、超音波を印加しない洗浄液とを噴射して洗浄を行う装置も提案されている（特許文献２参照）。
これらの枚葉式の洗浄装置では、基板の上面に選択的に供給された洗浄液が放射状に広がって上面全体を洗浄することができる。従って、このような洗浄装置は、例えばパターン形成後の半導体ウエーハのように、片面のみを選択的に洗浄する場合に好適に使用することができる。
しかしながら、基板の端面に達した洗浄液は、端面から滴り落ちるだけでなく、一部は基板の下面側に回り込むため、基板の表面に付着していたパーティクル等を含んだ洗浄液によって基板の下面が汚染されてしまう場合がある。
基板の下面への洗浄液等の接触を防ぐため、基板の下面の周囲に沿うようなリング状部材を設け、基板とリング状部材との間に液体が保たれるように基板を支持する装置が提案されている（特許文献３参照）。この装置では、例えば、基板の下面の周辺部とリング状部材との間に洗浄液が保持された状態で基板の上面を洗浄することができ、洗浄しない下面側への洗浄液やその粒子の接触を防止できるとされている。
ところが、このような装置では、基板の下面とリング状部材との間に保持された薬液にパーティクル等の汚染物質が溜まり易く、基板の下面側が局所的に汚染され易いという問題がある。
特許第３３２２８５３号公報 特許第３５６５６９０号公報 特開２００２−２４６３６４号公報
そこで、本発明は、半導体基板等の高いクリーン度が要求される基板の洗浄を行う際、洗浄する面とは反対側の面に洗浄液が回り込むことを防ぐとともに、パーティクル等が局所的に溜まって汚染することも防ぐことができる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、基板を回転させ又は静止したまま該基板の上面、下面、及び端面の少なくともいずれかの面に純水又は薬液を供給して基板を洗浄するための装置であって、少なくとも、前記基板を支持するための環状の基板支持手段と、該基板支持手段により支持された基板に対して前記純水又は薬液からなる洗浄液を供給するための洗浄液供給手段とを具備し、前記基板支持手段が前記基板の端面を３点以上で支持して位置決めする位置決め用のピンと、該位置決め用のピンで位置決めされた基板の下面の周囲に沿うように長短の突起が連続的に配置された突起部とを有するものであり、前記洗浄液供給手段から純水又は薬液を供給して基板を洗浄する際に前記位置決め用のピンで支持された基板の下面と前記突起部との間に形成された隙間が前記純水又は薬液でシールされた状態で基板が洗浄されるものであることを特徴とする基板の洗浄装置が提供される（請求項１）。
このように位置決めされた基板の下面の周囲に沿うように長短の突起が連続的に配置された突起部を有する基板支持手段を備えた洗浄装置であれば、基板の下面と突起部との間に形成された隙間が純水又は薬液でシールされる上、基板と突起部との間に保持された洗浄液（以下、シール液という場合がある。）が攪拌され、滞留することなく入れ替わり易くなる。従って、この洗浄装置を用いて基板の洗浄を行えば、シール液によって、基板の上面から下面へ、あるいは下面から上面への洗浄液等の回り込みを防ぐことができるとともに、シール液中のパーティクルが排水され易くなり、シール液にパーティクル等の汚染物質が溜まることも防ぎ、基板全体にわたってクリーン度を高めることができる。
この場合、前記突起の先端に孔が形成されており、該孔からガス又は液体を噴出するための流体噴出手段が設けられていることが好ましい（請求項２）。
基板支持手段の突起からガスあるいは液体を噴射することができる洗浄装置であれば、基板の下面と突起部との間に溜まった洗浄液（シール液）を噴出ガス等によって強制的に攪拌することができる。従って、シール液の排出が一層促進され、滞留することなく、よりクリーン度の高い基板に仕上げることができる。
この場合、前記流体噴出手段が、窒素ガス、アルゴンガス、純水、又は前記薬液を噴出するものとすることができる（請求項３）。
これらのガス又は液体を突起の孔から噴出させれば、基板を汚染することはなく、また、洗浄液と混合しても不活性であり、反応することも無いため、好適である。
前記長短の突起のうち最も長い突起が、前記位置決め用のピンに対応して配置されていることが好ましい（請求項４）。
長い突起が位置決め用のピンに合わせて設けられていれば、位置決め用のピンと長突起によって基板を安定して支持することができる。
また、前記長短の突起の高低差が、０．０５〜３ｍｍ以内であることが好ましい（請求項５）。
長短突起の高低差が上記範囲内であれば、基板と突起部との間に洗浄液を確実に保持することができる。
本発明の洗浄装置は、前記基板の下面を保持する基板保持機構を有するものとしてもよい（請求項６）。
基板の洗浄の前後において基板保持機構により基板の下面を保持することで、基板の位置決めや基板の離脱を容易に行うことができる。また、洗浄中、基板保持機構で基板の下面を保持することで基板を安定させて洗浄を行うこともできる。
また、基板支持手段を回転させる回転機構を有するものとしてもよい（請求項７）。
このような回転機構を有する洗浄装置とすれば、基板支持手段で支持された基板も回転させて、基板上面全体をより均一に洗浄することができ、また、回転機構を用いて洗浄後の乾燥も行うことができる。
本発明に係る基板の洗浄装置は、基板支持手段に基板の下面の周囲に沿うように長短の突起が設けられている。このような支持手段により支持された基板は、下面と突起部との間に形成された隙間が純水又は薬液でシールされる上、基板と突起部との間に保持された洗浄液が攪拌され、滞留することなく入れ替わり易くなる。従って、この洗浄装置を用いて基板の洗浄を行えば、洗浄液（シール液）により、基板の上面から下面への洗浄液等の回り込みを防ぐことができるとともに、シール液にパーティクル等の汚染物質が溜まらずに基板を洗浄することができ、極めてクリーン度の高い基板に洗浄することができる。
以下、添付の図面を参照しつつ、好適な態様として半導体基板を洗浄する際に使用する洗浄装置について説明する。
図１及び図２は、本発明に係る半導体基板用の洗浄装置の一例を示している。この洗浄装置１は、基板９を支持するための環状の基板支持手段３と、基板支持手段３により支持された基板９に対して純水又は薬液からなる洗浄液６を供給するための洗浄液供給手段２とを具備している。さらに、基板９の下面を保持して上下動可能な基板保持機構１１、及び、基板支持手段３を回転させる回転機構（回転駆動モータ）１２も備わっている。
図３は、基板支持手段３の概略を示している。基板支持手段３は、洗浄する基板９の大きさ及び形状に合致した円環状のものであり、支持手段３の上面には基板９を位置決めするための４つのピン４と、位置決めされた基板９の下面の周囲に沿うように突起５ａ，５ｂが形成された突起部５が設けられている。
このような基板支持手段３であれば、ピン４によって基板９の端面が４点で支持され、基板９を確実に位置決めすることができる。なお、基板９は端面を３点以上で支持すれば位置決めすることができるので、ピン４の数は３つあるいは５つ以上でも良い。ただし、必要以上に多数のピン４を設けると、かえって位置決めの妨げとなるおそれもあるので、３〜５つ程度設ければ良い。
図６に拡大して示したように、突起部５には長短２種類の突起５ａ，５ｂが設けられている。このような長短の突起５ａ，５ｂが基板９の下面の周囲に沿うように連続的に配置されていることで、洗浄の際、基板９の下面と突起部５との間に形成された隙間７が洗浄液６でシールされる上、隙間７が均一な一定間隔を有するものではなく、基板９と突起部５との間に保持された洗浄液（シール液）６が攪拌されて入れ替わり易くなる。
長短の突起５ａ，５ｂの形状、間隔、大きさ、高さ等は洗浄する基板の材質、形状、大きさ、使用する洗浄液等に応じて適宜決めれば良い。例えば図３、６等に示したように円錐台形の突起５ａ，５ｂが隣接して配置されていれば、基板９の下面の全周にわたって洗浄液６によるシール（液シール）が確保され易い上、攪拌作用を十分発揮させることができる。
また、長い突起５ａが位置決め用のピン４に対応して配置されていれば、位置決め用のピン４によって基板９の端面が支持されるとともに、長い突起５ａによって基板９の下面を安定して支持することができる。
また、長短の突起５ａ，５ｂには、図５のような高低差ｄが生じるが、この高低差ｄは０．０５〜３ｍｍ以内とすることが好ましい。突起５ａ，５ｂの高低差ｄが大き過ぎると、基板９の下面と短い突起５ｂとの間に洗浄液（シール液）６を十分保てなくなるおそれがある。一方、高低差ｄが小さ過ぎると、シール液の攪拌作用を十分発揮することができなくなるおそれがある。そこで、長短の突起５ａ，５ｂの高さを上記範囲内とすれば、シール液の保持と攪拌をより確実に行うことができる。
また、各突起５ａ，５ｂには、図６に示したような貫通孔８を設けておくことが好ましい。洗浄中、突起の先端の孔８からガス又は液体を噴出させることでシール液６の攪拌を強制的に行うことができ、シール液の滞留に基づくパーティクル汚染を確実に防止できる。
なお、基板支持手段３の材質についても、洗浄する基板や使用する洗浄液に応じて適宜決められば良いが、成形性、耐薬品性などの点から、金属をフッ素樹脂などの合成樹脂でコートしたものが好適である。
このような洗浄装置１を用いてシリコン基板を洗浄する手順について説明する。
図４に示されるように基板保持機構（保持台）１１が上昇した後、搬送ロボット（不図示）が基板９を保持台１１の上に載置するとともに、保持台１１により基板９の下面が保持される。なお、基板９を保持する方式は特に限定されず、例えば、ガスクッション方式、静電吸着方式、真空吸着方式などを採用することができる。
次いで、保持台１１が基板９を保持した状態で下降し、基板９の端面（面取り面）を４つの位置決め用のピン４で支持されて位置決めされ、基板９の下面が４つの長突起５ａ上に載置される。これにより、基板９の下面の周囲に沿うように長短の突起５ａ，５ｂが連続的に配置された状態となるともに、基板９の下面と突起部５との間に隙間７が形成される。なお、ピン４と長突起５ａで基板９を支持した後、保持台１１は基板９から離脱するが、保持台１１が基板９の下面を保持したまま洗浄を行うこともできる。
次いで、基板支持手段３で支持された基板９に対して洗浄液供給手段（ノズル）２から洗浄液（純水又は薬液）６を供給して基板９の洗浄を行う。このとき基板９を静止した状態で洗浄しても良いし、基板９の上面全体を均等に洗浄するために回転機構１２によって基板支持手段３を回転させても良い。
基板９の上面の中央に洗浄液６を供給すると、洗浄液６は放射状に広がって端面に達する。さらに洗浄液６の一部は基板９の下面と突起部５（長短の突起５ａ，５ｂ）との間に形成されている隙間７に入り込み、表面張力により保持されることになる。すなわち、基板９の下面と突起部５との間に形成された隙間７が洗浄液６でシール（液シール）された状態で洗浄が進み、基板９の下面において突起部５よりも内側に洗浄液、ミスト、パーティクル等が回り込むことを防ぐことができる。
ここで支持手段３の上面が平坦であると、強く表面張力が働き、基板９との間で保持された洗浄液は入れ替わり難く、基板９の表面に付着していたパーティクル等の汚染物質がシール液に溜まった状態となり易い。しかし、本発明では支持手段に長短の突起５ａ，５ｂを設けられているので、シール液を攪拌する作用が生じ、新鮮なシール液との入れ替えが行われ易くなる。従って、シール液中にパーティクル等が溜まることもなく、基板９の下面も高いクリーン度に保つことができる。
また、シール液の攪拌を促進させるため、図７に示すように、ガス又は液体を各突起５ａ，５ｂの先端の孔８から噴出させることが好ましい。例えば窒素ガス、アルゴンガス、洗浄液（純水又は薬液）等、基板９を汚染せず、洗浄液と反応しないガス又は液体をボンベやタンク等から供給し、図２に示されているように基板保持手段の固定部の内側空間部１３及び開口部１４、基板支持手段３の内側空間部１５等を通じて各突起の先端の孔８から噴出させる。このように各突起の孔８から所定のガス又は液体を噴出させることで、シール液の攪拌を増大させることができ、シール液の交換を一層促進させることができる。
なお、突起５ａ，５ｂの孔８からガス等を噴出させると、基板９が位置決め用ピン４と長突起５ａから離れて浮いた状態となり、基板９の下面と突起部５との間にシール液が適切に保持されなくなるおそれがある。そこで、突起５ａ，５ｂの孔８からガス等を噴出させる場合は、基板９の下面と突起部５との間の隙間７が洗浄液６でシールされた状態となるように必要に応じて保持機構１１によって基板９の下面を保持したまま洗浄を行えば、隙間７の間隔を一定に保つことができ、シール液の飛散を防止することができる。また、各突起の孔８からガスを比較的強く噴出させてエアーカーテンをつくっても良い。
上記のように洗浄を行った後、必要に応じて他のノズル（不図示）から純水を供給してリンスを行うようにしてもよい。そして、回転機構１２により高速回転させることで、基板の上面に付着している液体のほか、基板９と突起部５との間に保持されている液体を遠心力で吹き飛ばすことができる。あるいは、さらに他のノズル等から不活性ガス等を噴射して液体を吹き飛ばして乾燥させても良い。また、基板９と突起部５との隙間７に保持されている液体は、突起の先端の孔８からガスを強く噴出させて吹き飛ばすこともできるし、上記回転機構１２による高速回転や乾燥用のノズルからのガス噴射と組み合わせてより早く乾燥させることもできる。さらに、このようなスピン乾燥は、保持機構１１を用いて行ってもよい。
以上のように本発明に係る洗浄装置１を用いて基板９の洗浄を行えば、基板９の下面と突起部５との間に形成された隙間７が洗浄液（純水又は薬液）６でシールされた状態で基板９が洗浄されるため、下面側への洗浄液の回り込みを防ぐことができるとともに、突起によるシール液の攪拌作用によりパーティクル等を効果的に排出することができる。特に、突起の先端の孔８からガス等を噴出させて、攪拌作用を向上させることでシール液の入れ替えが促進され、基板の下面側の汚染をより確実に防ぐことができる。
以上本発明について詳述したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。前述の実施形態は、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、上記実施形態では、上面に洗浄液を供給する場合について説明したが、本発明に係る洗浄装置は、基板の端面あるいは下面を洗浄する場合にも適用することができる。すなわち、洗浄箇所に応じて基板の下面又は端面に洗浄液を供給する場合でも、突起部においてシール液が保持されるとともに攪拌される。従って、例えば基板の下面を洗浄する場合でも、洗浄液が上面に回り込むことを防ぐとともに、シール液の入れ替えが行われるので、パーティクル等がシール液に溜まって基板を汚染することも無い。
また、本発明に係る洗浄装置は、半導体基板の洗浄に限らず、ガラス基板等の他の材質、形状の洗浄にも適用することができる。例えば、正方形のガラス基板の洗浄に使用する場合には、基板支持手段は、突起部の各突起をガラス基板の下面の周囲に沿うように連続的に配置したものを用意すれば良い。
本発明に係る洗浄装置の一例の概略を示す平面図である。 本発明に係る洗浄装置の一例の概略を示す部分断面図である。 基板支持手段の位置決め用ピン及び長短突起の一例を示す概略斜視図である。 基板保持機構により基板を保持した状態を示す概略図である。 位置決め用ピン及び突起部を拡大した部分断面図である。 突起の孔からガス又は液体を噴出した状態を示す概略図である。 洗浄液の流れと突起の孔からの流体の噴出を示す概略図である。 従来の洗浄装置の一例を示す概略図である。
符号の説明
１…洗浄装置、 ２…洗浄液供給手段（ノズル）、 ３…基板支持手段、
４…位置決め用ピン、 ５…突起部、 ５ｂ…短突起、 ５ａ…長突起、
６…洗浄液（純水又は薬液）、 ７…隙間、 ８…孔、 ９…基板、
１１…基板保持機構（保持台）、 １２…回転機構（回転駆動モータ）、
１３…空間部、 １４…開口部、 １５…空間部、 ｄ…突起の高低差。

Claims (7)

  1. 基板を回転させ又は静止したまま該基板の上面、下面、及び端面の少なくともいずれかの面に純水又は薬液を供給して基板を洗浄するための装置であって、少なくとも、前記基板を支持するための環状の基板支持手段と、該基板支持手段により支持された基板に対して前記純水又は薬液からなる洗浄液を供給するための洗浄液供給手段とを具備し、前記基板支持手段が前記基板の端面を３点以上で支持して位置決めする位置決め用のピンと、該位置決め用のピンで位置決めされた基板の下面の周囲に沿うように長短の突起が連続的に配置された突起部とを有するものであり、前記洗浄液供給手段から純水又は薬液を供給して基板を洗浄する際に前記位置決め用のピンで支持された基板の下面と前記突起部との間に形成された隙間が前記純水又は薬液でシールされた状態で基板が洗浄されるものであることを特徴とする基板の洗浄装置。
  2. 前記突起の先端に孔が形成されており、該孔からガス又は液体を噴出するための流体噴出手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板の洗浄装置。
  3. 前記流体噴出手段が、窒素ガス、アルゴンガス、純水、又は前記薬液を噴出するものであることを特徴とする請求項２に記載の基板の洗浄装置。
  4. 前記長短の突起のうち最も長い突起が、前記位置決め用のピンに対応して配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の基板の洗浄装置。
  5. 前記長短の突起の高低差が、０．０５〜３ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の基板の洗浄装置。
  6. 前記基板の下面を保持する基板保持機構を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の基板の洗浄装置。
  7. 前記基板支持手段を回転させる回転機構を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の基板の洗浄装置。
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