JP2020098843A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板表面に付着する気泡を容易に移動させることができ、基板全面に洗浄液を均一に供給することができる基板処理装置を提供する。【解決手段】 基板を浸漬して洗浄するための洗浄液を保持する洗浄槽と、前記洗浄槽内において前記基板を保持する基板保持具と、前記洗浄槽の上縁から溢れた洗浄液を回収するオーバーフロー槽と、前記洗浄槽の下方に、前記洗浄液に超音波を供給可能な超音波供給機構とを具備し、前記洗浄槽の上縁から前記洗浄液を溢れさせながら、前記洗浄槽内の前記洗浄液に浸漬された前記基板を洗浄する基板処理装置において、前記基板保持具が、空孔構造を有し、該空孔構造を通じて前記基板に向けて流体の供給が可能な流体供給機構を有するものである基板処理装置。【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置に関する。

従来、シリコンウエハ、フォトマスク、ガラスディスク、ＩＩＩ−Ｖ族半導体等の基板形状の被洗浄物を洗浄する場合、例えば、図３に示すような基板処理装置１００を使用することができる。図３に示すように、この基板処理装置１００は被洗浄物Ｗを浸漬して洗浄する洗浄液１０１を満たすための洗浄槽１０２、洗浄槽１０２内に洗浄液１０１を供給する供給部１０３を具備している。なお、図３における破線の矢印は洗浄液の流れを示している。

そして、図３のように、洗浄槽１０２に洗浄液１０１を満たした状態で、さらに、供給部１０３から洗浄槽１０２に洗浄液１０１を供給する。このようにして、洗浄液１０１を洗浄槽１０２の上縁から溢れさせながら被洗浄物Ｗの洗浄を行うことができる。

この場合、図４に示すように、供給部１０３から供給された洗浄液１０１は、まず、洗浄槽１０２の底部から、洗浄液１０１の液面に向かって上昇する。洗浄液１０１は液面に届いた後、洗浄槽１０２の側壁部に向かって水平に移動し、側壁部の上端（洗浄槽１０２の上縁）から溢れ出る。このようにして、洗浄槽１０２から洗浄液１０１が排出される。ここで、洗浄液１０１によって被洗浄物Ｗから遊離した微粒子等の汚れのうち、洗浄液１０１の液面に浮遊した汚れは、側壁部の上端から洗浄槽１０２の外に排出される。

シリコンウエハ、フォトマスク、ガラスディスク、ＩＩＩ−Ｖ族半導体等を対象とした槽洗浄では、洗浄槽に基板を保持するためにスタンド等の基板保持具を設置して基板を保持し、洗浄液を供給することと、洗浄槽の下部から照射される超音波で洗浄されることが多い。このような洗浄を行う基板処理装置として、例えば、特許文献１に開示された超音波洗浄装置がある。

特開２０１５−３６１４１号公報

ところで、特許文献１に開示された基板処理装置（超音波洗浄装置）では、洗浄液が供給口より吐出され、超音波発振部から超音波が発振している。従来の基板処理装置では、処理されている基板の表面に、処理中に付着した気泡がなかなか移動せず付着したままの状態が長く続くことがあった（これを「固定付着」とも表現する）。基板の表面にこのような気泡が固定付着していると、その部分において洗浄液が基板表面に接触せず、その部分において基板表面の処理が進まない問題があった。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、基板表面に付着する気泡を容易に移動させることができ、基板全面に洗浄液を供給することができる基板処理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に、本発明は、基板を浸漬して洗浄するための洗浄液を保持する洗浄槽と、前記洗浄槽内において前記基板を保持する基板保持具と、前記洗浄槽の上縁から溢れた洗浄液を回収するオーバーフロー槽と、前記洗浄槽の下方に、前記洗浄液に超音波を供給可能な超音波供給機構とを具備し、前記洗浄槽の上縁から前記洗浄液を溢れさせながら、前記洗浄槽内の前記洗浄液に浸漬された前記基板を洗浄する基板処理装置において、前記基板保持具が、空孔構造を有し、該空孔構造を通じて前記基板に向けて流体の供給が可能な流体供給機構を有するものであることを特徴とする基板処理装置を提供する。

空孔構造のない基板保持具を用いる場合には基板洗浄時に気泡が基板表面に付着する（付着気泡）。本発明の基板処理装置は、空孔構造を有して流体を供給する基板保持具を有するため、供給された流体の作用により、基板表面に付着した気泡を移動させることができる。これにより、基板全面に洗浄液を供給することができる。

本発明の基板処理装置では、前記流体供給機構が供給する前記流体を気体とすることができる。また、前記流体供給機構が供給する前記流体が液体とすることもできる。

このように本発明の基板処理装置では、流体供給機構により供給する流体を気体とすることもできるし液体とすることもできる。

このとき、前記基板保持具の前記空孔構造に内部圧力を与える内部圧力供給機構を備え、前記空孔を介して前記洗浄液が浸入しない構造であることが好ましい。

このように、基板保持具の空孔構造に洗浄液が浸入しない構造とすることにより、より安定して流体を基板に対して供給することができる。

また、前記流体供給機構が間欠的に流体を供給するように構成されたものであることが好ましい。

このように流体供給機構が間欠的に流体を供給するように構成されたものであれば、基板に気泡が付着する時間に合わせて流体を供給することができる。

また、前記基板保持具のうち、少なくとも前記基板に接する領域ではない領域に口径０．１ｍｍ以下の微細空孔を有し、該微細空孔から前記基板に対して流体を供給可能に構成されたものであることが好ましい。

このように、少なくとも基板に接する領域ではない領域に口径０．１ｍｍ以下の微細空孔を有する基板保持具であれば、保持した基板に対して、微細空孔から広域に流体を供給可能とすることができる。

また、前記基板保持具のうち、少なくとも前記基板に接する領域に口径１ｍｍ以下の空孔を有し、該口径１ｍｍ以下の空孔から、少なくとも前記基板の前記基板保持具との接触部に向けて流体を供給可能に構成されたものであることが好ましい。

このような空孔を基板に接する領域に有する基板保持具であれば、保持した基板に対して接触部直近に流体を効果的に供給可能とすることができる。

また、前記基板保持具は、セラミックス、フッ素系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレン樹脂、及びポリプロピレン樹脂の少なくともいずれか一種からなることが好ましい。

これらのような材質からなる基板保持具は、洗浄液自体により腐食されることを防止することができるとともに、基板にキズを付けることもない。また、洗浄液の種類に応じて適切に材質を選択することができる。

また、本発明の基板処理装置は、前記基板として、フォトマスク、ガラスディスク、Ｓｉウエハ、Ｇｅウエハ、ＧａＡｓウエハ及びＳｉＣウエハのいずれかの基板か、フラットパネル及び多層セラミックスのいずれかの製造工程に使用される基板を処理するものとすることができる。

本発明の基板処理装置は、これらの基板を処理するものとして好ましく適用することができる。

本発明の基板処理装置は、空孔構造を有して流体を供給する基板保持具を有するため、供給された流体の作用により、基板表面に付着した気泡（付着気泡）を移動させることができる。このように、基板表面に付着する気泡を容易に移動させることができるため、基板全面に洗浄液を均一に供給することができる。その結果、基板全面を均一に洗浄、処理することができる。

本発明の基板処理装置全体の構成を示す概略図である。 本発明の基板処理装置における、基板保持具の基板との接触部分の構成を示す概略断面図である。 従来の洗浄装置の一例を示した図である。 従来の洗浄装置における洗浄槽内の洗浄液の流れを示した図である。

上記のように、シリコンウエハ、フォトマスク、ガラスディスク、ＩＩＩ−Ｖ族半導体等を対象とした槽洗浄では、洗浄槽に基板を保持するためにスタンド等の基板保持具を設置して基板を保持し、洗浄液を供給することと、洗浄槽の下部から照射される超音波で洗浄されることが多い。

このような装置では、洗浄液自体の加熱から洗浄液自身が脱泡することや、超音波を照射することによるキャビテーション現象から、洗浄液には微細な気泡が発生することが知られている。そのため、洗浄槽内の洗浄液には無数の気泡が存在し、洗浄中の基板にも気泡が付着する。基板上に付着した気泡は洗浄液の流れや超音波照射から発生する直進流によって大部分は洗浄液の流れに沿って洗浄槽上方に向けて移動するが、特に、基板保持具周辺では基板保持具自体が抵抗となり基板保持具上部での洗浄液流速が低減して、基板に気泡が付着したままの状態（固定付着）になりやすい。また、基板の基板保持具との接触部周辺以外でも、気泡の固定付着が現れることがある。基板に付着した気泡の位置においては、基板表面で気体層が存在しているため、供給している洗浄液や超音波が基板界面に到達できない。そのため、気泡が残った場所は、意図する基板表面のエッチングや異物除去が促進しないことで、処理装置としての不良を発生する問題があった。

本発明の基板処理装置は、基板を浸漬して洗浄するための洗浄液を保持する洗浄槽と、洗浄槽内において基板を保持する基板保持具と、洗浄槽の上縁から溢れた洗浄液を回収するオーバーフロー槽と、洗浄槽の下方に、洗浄液に超音波を供給可能な超音波供給機構とを具備し、洗浄槽の上縁から洗浄液を溢れさせながら、洗浄槽内の洗浄液に浸漬された基板を洗浄するものである。さらに、本発明の基板処理装置は、基板保持具が、空孔構造を有し、該空孔構造を通じて基板に向けて流体の供給が可能な流体供給機構を有することを特徴とする。

以下、本発明について、実施形態を、図を参照しながら更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１に、本発明の基板処理装置全体の構成を示した。基板処理装置１０は、基板（ウエハ）４１を浸漬して洗浄するための洗浄液１５を保持する洗浄槽１４を具備する。また、洗浄槽１４内には、基板４１を保持する基板保持具１２が配置される。この基板保持具１２は、空孔構造を有し、該空孔構造を通じて基板４１に向けて流体の供給が可能な流体供給機構１１を有する。

本発明の基板処理装置では、流体供給機構１１により供給する流体を気体とすることもできるし液体とすることもでき、必要に応じて設計することができる。以下では、流体供給機構１１により気体を供給する場合を例として中心に説明する。

図１中には流体として気体を供給している様子を示している。空孔構造を有する基板保持具１２には、ガスボンベ等のガス供給部、レギュレータ及びバルブ等から構成される通常のガス供給手段により、気体を供給する。このようにして流体供給機構１１から基板４１に向けて気体の供給を行うことができる。この気体の供給により、図１中に示したように、気泡が発生する。ここで供給する気体は特に限定されないが、空気や窒素とすることができる。図１中には、第１のガス供給部２１、第１の精密レギュレータ２２、第１のエアオペバルブ２３、第２のガス供給部２６、第２の精密レギュレータ２７、第２のエアオペバルブ２８を備えた例を示した。これらにより気体の供給を行うことができる。

さらに、基板処理装置１０は、洗浄槽１４の上縁から溢れた洗浄液１５を回収するオーバーフロー槽１６を具備している。また、基板処理装置１０は、洗浄槽１４の下方に、洗浄液１５に超音波を供給可能な超音波供給機構３０を有する。超音波供給機構３０は、洗浄液１５に超音波を供給可能なものであれば特に制限はないが、図１に図示した超音波発振部３１、伝搬液用ビーカー３２及び伝搬液３３を具備する態様のものを好適に用いることができる。このような態様であれば、伝搬液３３を介して間接的に超音波発振部３１から発振した超音波を洗浄液１５に均一に供給することができる。

本発明の基板処理装置１０では、洗浄液の吐出口１３から洗浄液１５を供給し、洗浄槽１４の上縁から洗浄液１５を溢れさせながら、洗浄槽１４内の洗浄液１５に浸漬された基板４１を洗浄する。

流体供給機構１１が流体として気体を供給する場合における、気泡除去の原理は以下の説明の通りと考えられる。

液体中の物体が受ける浮力は、その物体と同じ体積の（周囲の）流体に作用する重力に等しい。すなわち、以下の等式で表される通りである。
Ｆ_ｂ ＝ ρ_ｆ・Ｖ・ｇ
Ｆ_ｂ：浮力（Ｎ， ｋｇ・ｍ／ｓ^２）
ρ_ｆ：流体の密度（ｋｇ／ｍ^３）
Ｖ：物体の体積（ｍ^３）
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ^２）

洗浄液１５中に存在する気体は、浮力を受けて上昇方向への浮力をもって存在するが、体積の小さい気泡は浮力が小さく基板４１上の表面張力に従って基板４１表面に留まる特性があることが知られている。

特に基板保持具１２の周辺に付着している気泡は、洗浄液１５の流れや超音波加速流という外部応力を受けることが少ない。そのため、本発明では、流体供給機構１１により基板保持具１２から流体を供給することができるような空孔構造を備えることとした。

空孔から流体として気体を供給することで、本発明の基板処理装置１０では、基板４１上に付着している気泡（付着気泡）と接触し、基板４１の付着気泡の体積を増加することが可能になった。体積を増加した気泡は液体（洗浄液１５）中の浮力を受けて容易に基板４１の表面から離脱して付着位置から移動する事ができるようになり、その後洗浄液１５が基板４１と接触することで基板４１表面のエッチングや異物除去等の処理ができる。

本発明の基板処理装置１０では、基板保持具１２の空孔構造に内部圧力を与えることが好ましい。このような内部圧力を与える内部圧力供給機構２０は、例えば、図１の第１のガス供給部２１、第１の精密レギュレータ２２、第１のエアオペバルブ２３を用いて行うことができる。これらを用いてガスを供給する際に基板保持具１２の空孔構造に内部圧力を与える。この場合、第２のガス供給部２６、第２の精密レギュレータ２７、第２のエアオペバルブ２８を用いて基板保持具１２にガスを供給することにより、流体（気体）の供給（供給量、供給間隔等）を調節することができる。このように、基板保持具１２の空孔構造に洗浄液１５が浸入しない構造とすることにより、より安定して気体を基板４１に対して供給することができる。

このような場合、本発明の基板処理装置１０では、流体供給機構１１が間欠的に流体を供給するように構成されたものとすることができる。このような態様は、上記のように第１のガス供給部２１、第１の精密レギュレータ２２、第１のエアオペバルブ２３を用いて基板保持具１２の空孔構造に内部圧力を与えると同時に、第２のガス供給部２６、第２の精密レギュレータ２７、第２のエアオペバルブ２８を用いて基板保持具１２にガスを供給することにより、流体（気体）の供給間隔を調節することができ、実現することができる。このように流体供給機構１１が間欠的に流体（気体）を供給するように構成されたものであれば、基板４１に気泡が付着する時間に合わせて間欠的に流体（気体）を供給することができる。

図２に、本発明の基板処理装置１０における、基板保持具１２の基板４１との接触部分の構成を示した。図２に示した基板保持具１２は、基板４１に向けて流体（気体）の供給が可能となっている。図２中には、より好ましい態様として、比較的大きな空孔を有する領域１２ａと、微細空孔を有する領域１２ｂを有する例を示している。図２中に示したように、基板保持具１２のうち、少なくとも基板４１に接する領域ではない領域に口径０．１ｍｍ以下の微細空孔を有することが好ましい。このような該微細空孔から基板４１に対して流体（気体）を供給可能であれば、保持した基板に対して、微細空孔から広域に流体（気体）を供給可能とすることができる。なお、基板４１に接する領域にもこのような微細空孔を設けてもよい。空孔がない基板保持具の領域１２ｄに、基板保持具のガス供給入口１２ｅを設けて、図１に示した第１のガス供給部２１、第１の精密レギュレータ２２、第１のエアオペバルブ２３、第２のガス供給部２６、第２の精密レギュレータ２７、第２のエアオペバルブ２８等を配管を通して接続してガスの供給を行う。供給されたガスは、基板保持具のガス供給経路１２ｃを通じて空孔から気体（気泡）として洗浄液１５に供給される。

また、本発明の基板処理装置１０における基板保持具１２のうち、少なくとも基板４１に接する領域に口径１ｍｍ以下の空孔１２ａを有し、該口径１ｍｍ以下の空孔１２ａから、少なくとも基板４１の基板保持具１２との接触部に向けて流体を供給可能に構成されたものであることが好ましい。このような空孔を基板４１に接する領域に有する基板保持具であれば、保持した基板４１に対して接触部直近に流体を供給可能とすることができる。この空孔１２ａは口径０．１ｍｍを超えるものとすることができる。このような比較的大きな空孔を有することにより、基板保持具１２に保持した基板４１に対して、接触部直近に効果的に流体を供給可能とすることができる。上記のように、特に基板保持具１２と基板４１の接触面において、従来、気泡が付着することが多かった。このような多く付着する気泡（付着気泡）に対して、流体を供給することにより、付着気泡の移動を効果的に促進することができる。

また、本発明の基板処理装置１０における基板保持具１２は、セラミックス、フッ素系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレン樹脂、及びポリプロピレン樹脂の少なくともいずれか一種からなることが好ましい。これらのような材質からなる基板保持具１２は、洗浄液１５自体により腐食されることを防止することができるとともに、基板にキズを付けることもない。また、洗浄液１５の種類に応じて適切に材質を選択することができる。

また、本発明の基板処理装置１０は、処理する基板４１として、フォトマスク、ガラスディスク、Ｓｉウエハ、Ｇｅウエハ、ＧａＡｓウエハ及びＳｉＣウエハのいずれかの基板か、フラットパネル及び多層セラミックスのいずれかの製造工程に使用される基板を処理するものとすることができる。本発明の基板処理装置１０は、これらの基板を処理するものとして好ましく適用することができる。

本発明では、上記のように、流体供給機構として、液体を供給することもできる。ここで供給する液体は、純水とすることもできるし、洗浄液とすることもできる。また、洗浄液の場合は、洗浄液吐出口１３から供給される洗浄液１５と同一とすることもできるし、異なる組成とすることもできる。流体供給機構により液体を供給する場合には、図１に示した第１のガス供給部２１等の気体供給用の構成の代わりに、液体を供給するように構成すればよい。この場合、基板４１に付着した気泡は、基板保持具１２から供給される液体の流れの作用により除去される。

［基板処理装置の使用方法］
より好ましい、具体的な基板処理装置の使用方法は以下の通りである。ただし、本発明の基板処理装置は以下の使用方法に限定されない。

［手順１］
まず、洗浄液吐出口１３から洗浄液１５を供給し、洗浄槽１４内部に洗浄液１５が満たされてオーバーフローされる状態とする。すなわち、洗浄槽１４の上縁から洗浄液１５を溢れさせ、オーバーフロー槽１６にて洗浄液１５を回収する。また、洗浄液１５の供給と同時に第１のエアオペバルブ２３を開放することで第１のガス供給部２１より第１のレギュレータ（精密レギュレータ）２２で調整したガスを供給する。これにより、空孔構造を有する基板保持具１２の内部に洗浄液１５が侵入しないよう加圧する。

［手順２］
次に、伝搬液用ビーカー３２に伝搬液（超音波伝搬用の液体）３３を満たして、超音波発振部３１により、超音波発振を行う。これにより、洗浄槽１４に保持された洗浄液１５に、超音波が間接的に供給される。

［手順３］
次に、基板４１を基板保持具１２に設置する。これにより、基板４１の洗浄を開始する。

［手順４］
洗浄開始から３０秒経過後、第２のエアオペバルブ２８を開放することで第２のガス供給部２６より、第２のレギュレータ（精密レギュレータ）２７で調整したガスを供給して基板保持具１２より基板４１に向けて流体（気体）を供給する。５秒後には第２のエアオペバルブ２８を遮蔽することで第２のガス供給部２６からのガス供給を停止する。

［手順５］
「手順４」に記載の操作を、３０秒間隔で行うことで、基板４１に付着した気泡の影響で洗浄不良を発生しないようにする。

なお、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、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。

１０…基板処理装置、 １１…流体供給機構、 １２…空孔付きの基板保持具、
１２ａ…基板保持具の大きな空孔領域、 １２ｂ…基板保持具の微細空孔領域、
１２ｃ…基板保持具のガス供給経路、 １２ｄ…空孔がない基板保持具の領域、
１２ｅ…基板保持具のガス供給入口、
１３…洗浄液吐出口、 １４…洗浄槽、 １５…洗浄液、
１６…オーバーフロー槽、
２０…内部圧力供給機構、
２１…第１のガス供給部、 ２２…第１の精密レギュレータ、
２３…第１のエアオペバルブ、
２６…第２のガス供給部、 ２７…第２の精密レギュレータ、
２８…第２のエアオペバルブ、
３０…超音波供給機構、 ３１…超音波発振部、 ３２…伝搬液用ビーカー、
３３…伝搬液、
４１…基板（ウエハ）。

Claims (9)

1. 基板を浸漬して洗浄するための洗浄液を保持する洗浄槽と、
   前記洗浄槽内において前記基板を保持する基板保持具と、
   前記洗浄槽の上縁から溢れた洗浄液を回収するオーバーフロー槽と、
   前記洗浄槽の下方に、前記洗浄液に超音波を供給可能な超音波供給機構と
   を具備し、前記洗浄槽の上縁から前記洗浄液を溢れさせながら、前記洗浄槽内の前記洗浄液に浸漬された前記基板を洗浄する基板処理装置において、
   前記基板保持具が、空孔構造を有し、該空孔構造を通じて前記基板に向けて流体の供給が可能な流体供給機構を有するものであることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記流体供給機構が供給する前記流体が気体であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記流体供給機構が供給する前記流体が液体であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記基板保持具の前記空孔構造に内部圧力を与える内部圧力供給機構を備え、前記空孔を介して前記洗浄液が浸入しない構造であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
5. 前記流体供給機構が間欠的に流体を供給するように構成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
6. 前記基板保持具のうち、少なくとも前記基板に接する領域ではない領域に口径０．１ｍｍ以下の微細空孔を有し、該微細空孔から前記基板に対して流体を供給可能に構成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
7. 前記基板保持具のうち、少なくとも前記基板に接する領域に口径１ｍｍ以下の空孔を有し、該口径１ｍｍ以下の空孔から、少なくとも前記基板の前記基板保持具との接触部に向けて流体を供給可能に構成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
8. 前記基板保持具は、セラミックス、フッ素系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレン樹脂、及びポリプロピレン樹脂の少なくともいずれか一種からなることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
9. 前記基板として、フォトマスク、ガラスディスク、Ｓｉウエハ、Ｇｅウエハ、ＧａＡｓウエハ及びＳｉＣウエハのいずれかの基板か、フラットパネル及び多層セラミックスのいずれかの製造工程に使用される基板を処理するものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の基板処理装置。

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