JP2008062214A - 基板洗浄装置、基板乾燥装置、並びに基板洗浄方法、基板洗浄乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体フォトマスク用石英ガラス基板の製造工程において、基板洗浄後の乾燥時に、基板上に付着粒子を残さず基板を効果的に清浄化すると共に、コスト低減を図る。
【解決手段】基板Ｓを処理液Ｌに浸漬し基板洗浄を行う基板洗浄装置１であって、上端が開放され、基板を収容する洗浄槽２と、前記洗浄槽２内において基板Ｓを直立状態に保持する基板保持手段３と、槽内上部に設けた処理液導入口から、処理液Ｌを槽内に導入する処理液導入手段９と、前記洗浄槽２の底部から槽内の処理液Ｌを排出する処理液排出手段５と、前記処理液排出手段５により排出された処理液Ｌを浄化し、前記処理液導入手段９に浄化済処理液Ｌを供給する浄化手段７と、前記処理液導入手段９に対し新たに処理液Ｌを追加供給する処理液追加手段１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体フォトマスク用石英ガラス基板の製造工程において使用する基板洗浄装置、基板乾燥装置、並びに基板洗浄方法、基板洗浄乾燥方法に関する。

半導体フォトマスク用石英ガラス基板の製造工程においては、清浄な基板を得るために、基板を洗浄液により清浄化し、乾燥する工程が行われる。
従来、洗浄後の濡れた基板を乾燥する方法として、基板を水平に保持し、基板を回転させて遠心力により洗浄液を吹き飛ばす方法や、基板を温水中から引上げることにより乾燥する方法等が行われてきた。
しかしながら、前記のような基板乾燥方法にあっては、基板保持機構等の機械駆動系による発塵により基板上の洗浄水に微粒子（パーティクル）が混入し、乾燥後に基板表面に粒子が付着して残るという課題があった。

このような課題に対し、特許文献１には、乾燥処理後の石英基板への付着粒子を低減する乾燥方法が開示されている。図２に特許文献１に開示された乾燥装置の模式図を示す。
事前に洗浄処理が施された基板Ｓは、この乾燥装置５０の乾燥槽５１に搬入され、基板保持具５２により直立状態に保持される。
純水供給バルブ５３が開かれると、基板Ｓは、純水供給配管５４より導入される純水に浸漬され、乾燥槽５１は更にオーバーフローされ清浄な水に置換される。オーバーフローした水は、オーバーフロー水受け樋５５に溜り、オーバーフロー水排水配管５６を通じて排出される。

次に純水供給バルブ５３を閉じて純水排水バルブ５７が開かれる。ここで、水面が乱れないように０．５〜２．０ｍｍ／ｓｅｃで、純水排水配管５８より排水が行われる。
その後、基板Ｓが完全に空気中に露出し、表面が乾燥すると、搬送され、所定のカセットへの収納が行われる。
この乾燥装置５０を用い、前記のように排水制御を行うことにより、水中での機械の駆動がないため、発塵する原因を排除することができる。

特開２００１−１０９１３０号公報

ところで、特許文献１に開示される装置は、洗浄工程後の乾燥処理を行う乾燥装置であるが、より清浄な基板を得るには、同じ槽内で基板を移動させず、洗浄処理と乾燥処理とを連続して行うことが理想的である。

この場合、洗浄処理で使用後に排出された洗浄液を浄化し、洗浄液として再利用する循環方式を採用するのが望ましい。
即ち、槽内の洗浄液に基板を浸漬して基板洗浄を行う場合、洗浄液に洗剤を混合して使用するが、洗浄液の使い捨て方式では、洗剤使用量が増加するため、コストが高くなり環境負荷的にも好ましくない。近年ではフォトマスク用石英ガラス基板の大型化により、洗浄層も大型化しており、益々循環方式の要求が大きくなっている。

しかしながら、図２に示した構成を循環式の洗浄装置に適用した場合（即ち、排水配管５８から排出された洗浄液を浄化して供給配管５４に供給する場合）、洗浄液の導入口が槽下部に設けられているため、槽上部では洗浄液の流れが滞り、基板上部の洗浄効率が低下するという課題があった。

また、この場合、洗浄液の導入量と排出量とが等しいためオーバーフローが生じず、液面に浮上した粉塵等の粒子が洗浄液の循環中には排出されない。このため、最後に槽から全ての洗浄液を排出する際、基板や槽底部に粒子が再付着するという課題があった。
一方、オーバーフロー水排水配管５６を通じて排出された洗浄水を浄化して供給配管５４に供給する場合は、槽下部で洗浄水の流れが滞り、基板下部の洗浄効率が低下するという課題があった。

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、半導体フォトマスク用石英ガラス基板の製造工程において、基板洗浄後の乾燥時に、基板上に付着粒子を残さず基板を効果的に清浄化できると共に、コスト低減を図ることのできる基板洗浄装置、基板乾燥装置、並びに基板洗浄方法、基板洗浄乾燥方法を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係る基板洗浄装置は、基板を処理液に浸漬し基板洗浄を行う基板洗浄装置であって、上端が開放され、基板を収容する洗浄槽と、前記洗浄槽内において基板を直立状態に保持する基板保持手段と、前記洗浄槽の上部に設けた処理液導入口から、処理液を槽内に導入する処理液導入手段と、前記洗浄槽の底部から槽内の処理液を排出する処理液排出手段と、前記処理液排出手段により排出された処理液を浄化し、前記処理液導入手段に浄化済処理液を供給する浄化手段と、前記処理液導入手段に対し新たに処理液を追加供給する処理液追加手段とを備えることに特徴を有する。
尚、前記処理液は、アルカリ性界面活性剤であることが望ましい。

このように構成することにより、槽内に処理液のダウンフローが形成されて洗浄効率が向上すると共に、処理液を循環させて再使用する方式であっても、槽上端から処理液をオーバーフローさせることができる。
これにより、基板から剥離され、槽上部に浮遊する塵となる粒子（パーティクル）はオーバーフローにより槽外に排出され、槽下部に沈降する微粒子は槽底部より排出される。
したがって、処理液により基板から剥離された塵となる微粒子は、すべて槽内から排出することができ、処理液を洗浄槽から全て排水して基板の乾燥処理を行なった後の、基板表面への付着粒子を大きく低減することができる。
また、循環方式の採用により、コスト及び環境負荷を低減することができる。

また、前記処理液導入口の高さ位置は、前記洗浄槽の上端からの高さ方向の寸法が、洗浄槽全体の高さ寸法の３０％乃至７０％の範囲内となるよう設定されていることが望ましい。
このようにすることで、供給したばかりの新しい処理液のオーバーフローによる排出、或いは、槽底部からの排出を防止することができる。

また、前記した課題を解決するために、本発明に係る基板乾燥装置は、洗浄後の基板を乾燥処理する基板乾燥装置であって、上端が開放され、基板を収容する洗浄槽と、前記洗浄槽内において基板を直立状態に保持する基板保持手段と、前記洗浄槽の上部に設けた処理液導入口から、リンス液を槽内に導入する処理液導入手段と、前記洗浄槽の底部から槽内のリンス液を排出する処理液排出手段と、前記処理液排出手段により排出されたリンス液を浄化し、前記処理液導入手段に浄化済リンス液を供給する浄化手段と、前記処理液導入手段に対し新たにリンス液を追加供給する処理液追加手段とを備えることに特徴を有する。

このように構成することにより、槽内にリンス液のダウンフローが形成されてリンス処理の効率が向上すると共に、リンス液を循環させて再使用する方式であっても、槽上端からリンス液をオーバーフローさせることができる。
これにより、基板から剥離され、槽上部に浮遊する塵となる粒子（パーティクル）が存在しても、それらはオーバーフローにより槽外に排出され、槽下部に沈降する微粒子は槽底部より排出される。
したがって、槽内で塵となる微粒子は、すべて槽内から排出することができ、リンス液を洗浄槽から全て排水して基板の乾燥処理を行なった後の、基板表面への付着粒子を大きく低減することができる。
また、循環方式の採用により、コスト及び環境負荷を低減することができる。

また、前記した課題を解決するために、本発明に係る基板洗浄方法は、上端が開放された洗浄槽内において基板を直立状態に保持し、前記基板を槽内の処理液に浸漬することにより基板洗浄を行う基板洗浄方法であって、前記洗浄槽の上部に設けた処理液導入口から処理液を槽内に導入すると共に、槽内の処理液を槽底部から排出するステップと、前記槽底部から排出された処理液を浄化して浄化済処理液を生成し、前記処理液導入口から槽内に導入する処理液として再利用するステップと、前記処理液導入口から槽内に導入する処理液として、新たな処理液を追加供給するステップとを実施することに特徴を有する。
また、前記新たな処理液の追加量を制御することにより、洗浄槽内の処理液を該洗浄槽の上端からオーバーフローさせることが望ましい。
また、前記新たな処理液の追加量は、前記洗浄槽の体積の５〜１５％に制御されることが望ましい。

このような方法により、槽内に処理液のダウンフローが形成されて洗浄効率が向上すると共に、基板から剥離され槽上部に浮遊する塵となる粒子（パーティクル）をオーバーフローにより槽外に排出し、槽下部に沈降する微粒子を槽底部より排出することができる。
したがって、処理液により基板から剥離された塵となる微粒子は、すべて槽内から排出することができ、処理液を洗浄槽から全て排水して基板の乾燥処理を行なった後の、基板表面への付着粒子を大きく低減することができる。
また、循環方式の採用により、コスト及び環境負荷を低減することができる。

また、前記した課題を解決するために、本発明に係る基板洗浄乾燥方法は、前記いずれかに記載の基板洗浄方法により洗浄後、前記処理液をリンス液に入れ換えて基板のリンス処理を行うステップと、前記洗浄槽からリンス液を全て排出し、基板の乾燥処理を行なうステップとを実行することに特徴を有する。
このようにすることにより、基板を効果的にリンス処理し、その後リンス液を洗浄槽から全て排水して基板の乾燥処理を行なった後の、基板表面への付着粒子を大きく低減することができる。

本発明によれば、半導体フォトマスク用石英ガラス基板の製造工程において、基板洗浄後の乾燥時に、基板上に付着粒子を残さず基板を効果的に清浄化できると共に、コスト低減を図ることのできる基板洗浄装置、基板乾燥装置、並びに基板洗浄方法、基板洗浄乾燥方法を得ることができる。

以下、本発明に係る基板洗浄装置、基板乾燥装置、並びに基板洗浄方法、基板洗浄乾燥方法の実施の形態について図面に基づき説明する。図１は本発明に係る基板洗浄装置（基板乾燥装置）の概略構成を示す図である。
図示する基板洗浄装置１は、半導体分野において用いられる例えばフォトマスク用石英ガラス基板を洗浄し乾燥処理までを行う装置である。
尚、フォトマスク用石英ガラス基板としては、フォトマスク製造において用いられるサブストレート、ブランクス、フォトマスクといった角形石英ガラス基板が挙げられる。

基板洗浄装置１は、フォトマスク用石英ガラス基板Ｓ（以下、基板Ｓという）を収容する洗浄槽２と、洗浄槽２内に設けられ基板Ｓを直立状態で保持する基板保持具３（基板保持手段）とを備える。洗浄槽２は上端が開放され、その上部外周には、槽からオーバーフローした洗浄液やリンス液を収容するオーバーフロー水受け樋４が設けられている。

また、この基板洗浄装置１においては、洗浄液或いはリンス液等の処理液を槽から排出後に浄化して再利用する循環方式が採用される。
具体的には、図示するように、槽内に蓄えられた処理液Ｌは槽底部に連結された処理液排出管５（処理液排出手段）によって排出される。この処理液排出管５上には、バルブ６と、ろ過により処理液を浄化するためのフィルタ７（浄化手段）とが設けられている。

また、バルブ６とフィルタ７との間にはポンプ８が設けられ、排出された処理液はポンプ８によって揚水され、フィルタ７による浄化処理後、処理液供給配管９（処理液導入手段）によって槽上部から再び槽内に導入されるように構成されている。これにより洗浄槽２の上部から下部に向けて処理液が流れるダウンフローが形成され、基板Ｓ全体が常に新たな洗浄液に曝されるようになされている。

また、処理液供給配管９の途中には、バルブ１０が設けられると共に、その手前には新たに処理液を追加供給する追加処理液供給配管１１（処理液追加手段）が連結されている。
そして、この追加処理液供給配管１１に設けられたバルブ１２を開くことにより、処理液供給配管９においては循環する処理液に加え、新たな処理液が追加供給され、洗浄槽２への導入量が増加するようになされている。即ち、これにより、導入量が排出量を上回り、従来は循環方式において発生できなかったオーバーフローが発生するようになされている。
尚、オーバーフロー水受け樋４に溜った処理液はオーバーフロー水排水配管１３によって排出されるが、その排出された処理液を浄化して処理液供給配管９に合流させる構成としてもよい。

また、処理液供給配管９の先端（処理液導入口）は、図示するように槽内に配置され、配管９の先端と槽上端との寸法ｈ１は、槽の高さ寸法ｈ２の３０〜７０％の大きさで設定されている。これは、例えば寸法ｈ１が、槽の高さ寸法ｈ２の３０％未満の場合、導入した洗浄液がオーバーフローによって槽外に漏れる虞があるためであり、槽の高さ寸法ｈ２の７０％より大きい場合、供給管９の先端が槽下部に近いため、導入した洗浄液が処理液排出管５からそのまま排出される虞があるためである。

このように構成された基板洗浄装置１を用いて基板Ｓの洗浄を行う場合、次のように行われる。
先ず、基板Ｓは空状態の洗浄槽２に搬入され、基板保持具３により直立状態に保持される。そして処理液排出管５のバルブ６が閉じられた状態で、供給管９のバルブ１０及び供給管１１のバルブ１２が開かれ、洗浄槽２には、処理液として新たな洗浄液Ｌが導入される。尚、洗浄液Ｌとしては、例えばアルカリ性界面活性剤が好ましい。

基板Ｓが洗浄液Ｌにより浸漬され、洗浄液Ｌが槽からオーバーフローするまで導入されると、処理液排出管５のバルブ６が開かれ、所定の流量で槽内の洗浄液Ｌが排出される。
ここで、排出された洗浄液Ｌはポンプ８によって揚水され、フィルタ７による浄化処理後、再び供給管９から槽内に導入され、洗浄水の循環が行われる。

一方、洗浄水の循環が開始されると、定期的なバルブ１２の開閉動作、或いはバルブ１２の開口面積が制御され、追加処理液供給管１１から追加供給される洗浄液の流量が制御される。具体的には、洗浄槽２内において追加洗浄液の量が槽全体の１０％程度を占める状態が維持され、且つ槽から洗浄液がオーバーフローするよう制御がなされる。

このようにして洗浄液が循環され、所定時間、基板Ｓの洗浄処理が行われる。これにより、基板Ｓから剥離されて槽上部に浮遊する粉塵等の粒子は、オーバーフローにより槽外に排出され、槽下部に沈降する粒子は、処理液排出管５により排出される。
したがって、このように循環方式による洗浄処理を所定時間継続することにより、基板Ｓのみならず、槽内の洗浄液が次第に浄化され、槽内から粉塵等の粒子が排出される。

また、その後、洗浄液を例えば純水等のリンス液に切り換え、所定時間、基板Ｓのリンス処理を行った後、リンス液の供給を止めてリンス液を処理液排出管５から全て排出することにより、槽内に洗浄後の基板Ｓが保持された状態となる。
そして、所定時間、洗浄槽２内で基板Ｓを空気中に露出し、表面の水分を乾燥させることで清浄な基板Ｓが得られる。
尚、前記したように処理液中には塵となる微粒子が残らないため、基板Ｓの表面への付着粒子の発生が抑制される。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、洗浄層２の上部から処理液Ｌを供給し、槽底部から排出する構成となされる。これにより、槽内に処理液Ｌのダウンフローが形成され、洗浄効率を向上することができる。
また、槽内へ導入する処理液Ｌを循環させる際、新たに処理液Ｌを追加供給することにより、オーバーフローを発生させる構成となされる。これにより、基板Ｓから剥離され、槽上部に浮遊する塵となる粒子（パーティクル）はオーバーフローにより槽外に排出され、槽下部に沈降する微粒子は処理液排出管５により排出される。
したがって、洗浄液により基板Ｓから剥離された塵となる微粒子は、すべて槽内から排出することができ、処理液を洗浄槽２から全て排水して基板Ｓの乾燥処理を行なった後の、基板表面への付着粒子を大きく低減することができる。
また、循環方式の採用により、コスト及び環境負荷を低減することができる。

続いて、本発明に係る基板洗浄装置、基板乾燥装置、並びに基板洗浄方法、基板洗浄乾燥方法について、実施例に基づきさらに説明する。
〔実施例１〕
実施例１では、本実施の形態における基板洗浄装置（基板乾燥装置）と同様の構成を用い、基板洗浄処理及び乾燥処理を行い、基板表面への付着パーティクルの数（個／面）を調べた。
尚、洗浄槽への処理液導入口の高さ位置は、洗浄槽の上端からの高さ方向の寸法が、洗浄槽全体の高さ寸法の３０％乃至７０％の範囲内となるよう設定した。また、フォトマスク用石英ガラス基板として、８００ｍｍ（縦）×９２０ｍｍ（横）×１０ｍｍ（厚さ）のサブストレート材を用いた。
但し、この実施例１では、新たな処理液追加供給を行わず、即ち、槽上部からのオーバーフローを発生させずに洗浄、乾燥処理を行った。
この実施例１の結果、パーティクル数は、２０個／面となり、多くのパーティクルが確認された。

〔実施例２〕
実施例２では、実施例１と同様の基板洗浄装置（基板乾燥装置）及び被処理基板を用い、基板洗浄処理及び乾燥処理を行い、基板表面への付着パーティクルの数（個／面）を調べた。
この実施例２では、新たに処理液追加供給を行い、その追加された処理液が槽体積の５０％の状態となるよう制御した。
この実施例２の結果、パーティクル数は、２個／面となり、大きくパーティクルが低減されることを確認した。

〔実施例３〕
実施例３では、実施例１、２と同様の基板洗浄装置（基板乾燥装置）及び被処理基板を用い、基板洗浄処理及び乾燥処理を行い、基板表面への付着パーティクルの数（個／面）を調べた。
この実施例３では、新たに処理液追加供給を行い、その追加された処理液が槽体積の１０％の状態となるよう制御した。
この実施例３の結果、パーティクル数は、２個／面となり、実施例２と同様に大きくパーティクルが低減されることを確認した。

〔比較例１〕
比較例１では、従来の構成として、図２に示した構成を用い、槽上部からのオーバーフローを発生させた状態で洗浄を行った。即ち、洗浄液の循環方式ではなく使い捨て方式である。尚、被処理基板は、実施例１乃至３と同様の基板を用いた。
この比較例１の結果、パーティクル数は、１０個／面となった。

以上の実施例の実験結果から、本発明の基板洗浄装置（基板乾燥装置）を用い、新たな処理液の追加量を槽体積の１０％程度（５〜１５％の範囲内）の状態とすることにより、基板に付着するパーティクルを大きく低減できることを確認した。

本発明は、例えば半導体フォトマスク用石英ガラス基板の製造工程において使用する基板洗浄装置、基板乾燥装置、並びに基板洗浄方法、基板洗浄乾燥方法に関するものであり、半導体製造業界等において好適に用いられる。

図１は本発明に係る基板洗浄装置（基板乾燥装置）の概略構成を示す図である。 図２は、従来の基板乾燥装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 基板洗浄装置（基板乾燥装置）
２ 洗浄槽
３ 基板保持具（基板保持手段）
４ オーバーフロー水受け樋
５ 処理液排出管（処理液排出手段）
６ バルブ
７ フィルタ（浄化手段）
８ ポンプ
９ 処理液供給管（処理液導入手段）
１０ バルブ
１１ 追加処理液供給配管（処理液追加手段）
１２ バルブ
Ｌ 処理液
Ｓ フォトマスク用石英ガラス基板（基板）

Claims (8)

1. 基板を処理液に浸漬し基板洗浄を行う基板洗浄装置であって、
   上端が開放され、基板を収容する洗浄槽と、
   前記洗浄槽内において基板を直立状態に保持する基板保持手段と、
   前記洗浄槽の上部に設けた処理液導入口から、処理液を槽内に導入する処理液導入手段と、
   前記洗浄槽の底部から槽内の処理液を排出する処理液排出手段と、
   前記処理液排出手段により排出された処理液を浄化し、前記処理液導入手段に浄化済処理液を供給する浄化手段と、
   前記処理液導入手段に対し新たに処理液を追加供給する処理液追加手段とを備えることを特徴とする基板洗浄装置。
2. 前記処理液導入口の高さ位置は、前記洗浄槽の上端からの高さ方向の寸法が、洗浄槽全体の高さ寸法の３０％乃至７０％の範囲内となるよう設定されていることを特徴とする請求項１に記載された基板洗浄装置。
3. 前記処理液は、アルカリ性界面活性剤であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された基板洗浄装置。
4. 洗浄後の基板を乾燥処理する基板乾燥装置であって、
   上端が開放され、基板を収容する洗浄槽と、
   前記洗浄槽内において基板を直立状態に保持する基板保持手段と、
   前記洗浄槽の上部に設けた処理液導入口から、リンス液を槽内に導入する処理液導入手段と、
   前記洗浄槽の底部から槽内のリンス液を排出する処理液排出手段と、
   前記処理液排出手段により排出されたリンス液を浄化し、前記処理液導入手段に浄化済リンス液を供給する浄化手段と、
   前記処理液導入手段に対し新たにリンス液を追加供給する処理液追加手段とを備えることを特徴とする基板乾燥装置。
5. 上端が開放された洗浄槽内において基板を直立状態に保持し、前記基板を槽内の処理液に浸漬することにより基板洗浄を行う基板洗浄方法であって、
   前記洗浄槽の上部に設けた処理液導入口から処理液を槽内に導入すると共に、槽内の処理液を槽底部から排出するステップと、
   前記槽底部から排出された処理液を浄化して浄化済処理液を生成し、前記処理液導入口から槽内に導入する処理液として再利用するステップと、
   前記処理液導入口から槽内に導入する処理液として、新たな処理液を追加供給するステップとを実施することを特徴とする基板洗浄方法。
6. 前記新たな処理液の追加量を制御することにより、洗浄槽内の処理液を該洗浄槽の上端からオーバーフローさせることを特徴とする請求項５に記載された基板洗浄方法。
7. 前記新たな処理液の追加量は、前記洗浄槽の体積の５〜１５％に制御されることを特徴とする請求項６に記載された基板洗浄方法。
8. 前記請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の基板洗浄方法により洗浄後、
   前記処理液をリンス液に入れ換えて基板のリンス処理を行うステップと、
   前記洗浄槽からリンス液を全て排出し、基板の乾燥処理を行なうステップとを実行することを特徴とする基板洗浄乾燥方法。

Images