JP2021057355A - 基板洗浄装置および超音波洗浄液供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を破損するリスクを低減できる超音波洗浄液供給装置および基板洗浄装置を提供する。【解決手段】洗浄液に超音波を与えることによって超音波洗浄液を生成する振動部と、生成された前記超音波洗浄液を収容する筐体と、を備え、前記筐体における前記超音波洗浄液と接する面の少なくとも一部は、導電性フッ素樹脂製である、超音波洗浄液供給装置が提供される。【選択図】図４

Description

本発明は、超音波洗浄液を用いて基板を洗浄する基板洗浄装置およびそのような基板洗浄装置に用いられ得る超音波洗浄液供給装置に関する。

超音波洗浄液を用いて基板を洗浄する基板洗浄装置が知られている（特許文献１）。

特開２０１７−１６２８８９号公報

超音波洗浄液が帯電していると、洗浄時に基板を破損してしまうおそれがある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、基板を破損するリスクを低減できる超音波洗浄液供給装置および基板洗浄装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、洗浄液に超音波を与えることによって超音波洗浄液を生成する振動部と、生成された前記超音波洗浄液を収容する筐体と、を備え、前記筐体における前記超音波洗浄液と接する面の少なくとも一部は、導電性フッ素樹脂製である、超音波洗浄液供給装置が提供される。
このような構成により、超音波洗浄液の帯電を抑えることができる。

前記導電性フッ素樹脂は、カーボンナノチューブを含むフッ素樹脂であってもよい。
また、前記フッ素樹脂は、ＰＴＦＥ，ＰＣＴＦＥまたはＰＦＡであってもよい。

望ましくは、前記超音波洗浄液が噴射される部分の少なくとも一部は、前記導電性フッ素樹脂より放熱性が高い。
望ましくは、前記超音波洗浄液が噴射される部分の少なくとも一部は、サファイア製、石英製またはカーボンナノチューブを含むＰＴＦＥ製である。
このような構成により、噴射される超音波洗浄液の温度を下げることができ、洗浄力が向上する。

前記筐体の前記導電性フッ素樹脂製である部分には、バイアスが印加されてもよい。

また、本発明の別の態様によれば、基板を回転させる基板回転機構と、回転される前記基板に対して前記超音波洗浄液を供給する上記超音波洗浄液供給装置と、を備える基板洗浄装置が提供される。

また、本発明の別の態様によれば、洗浄液に超音波を与えることによって超音波洗浄液を生成する振動部と、生成された前記超音波洗浄液を収容する筐体と、少なくとも一部が前記筐体内に収容された前記超音波洗浄液に浸かった状態の基板を回転させる基板回転機構と、を備え、前記筐体における前記超音波洗浄液と接する面の少なくとも一部は、導電性フッ素樹脂製である、基板洗浄装置が提供される。

また、本発明の別の態様によれば、洗浄液に超音波を与えることによって超音波洗浄液を生成する工程と、超音波洗浄液と接する面の少なくとも一部が導電性フッ素樹脂製とされた筐体内に収容された前記超音波洗浄液に基板を浸漬させる工程と、前記超音波洗浄液に浸かった状態の基板を回転させて洗浄液を流動させることで、前記基板を洗浄する工程と、を含むことを特徴とする基板洗浄方法が提供される。

基板を洗浄する際に、超音波洗浄液の帯電が抑制され、洗浄時に基板を破損するリスクを低減できる。

一実施形態に係る基板処理装置の概略上面図。 第１の実施形態に係る基板洗浄装置４の平面図。 第１の実施形態に係る基板洗浄装置４の側面図。 超音波洗浄液供給装置４３の概略構成を模式的に示す図。 図４の変形例である超音波洗浄液供給装置４３’の概略構成を模式的に示す図。 第２の実施形態に係る基板洗浄装置４’の概略構成を模式的に示す図。 図６Ａを側面（矢印方向）から見た図。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、一実施形態に係る基板処理装置の概略上面図である。本基板処理装置は、直径３００ｍｍあるいは４５０ｍｍの半導体ウエハ、フラットパネル、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）などのイメージセンサ、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）における磁性膜の製造工程において、種々の基板を処理するものである。また、基板の形状は円形に限られず、矩形形状（角形状）や、多角形形状のものであってもよい。

基板処理装置は、略矩形状のハウジング１と、多数の基板をストックする基板カセットが載置されるロードポート２と、１または複数（図１に示す態様では４つ）の基板研磨装置３と、１または複数（図１に示す態様では２つ）の基板洗浄装置４と、基板乾燥装置５と、搬送機構６ａ〜６ｄと、制御部７とを備えている。

ロードポート２は、ハウジング１に隣接して配置されている。ロードポート２には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Mechanical Interface）ポッド、又はＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができる。ＳＭＩＦポッド、ＦＯＵＰは、内部に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。基板としては、例えば半導体ウエハ等を挙げることができる。

基板を研磨する基板研磨装置３、研磨後の基板を洗浄する基板洗浄装置４、洗浄後の基板を乾燥させる基板乾燥装置５は、ハウジング１内に収容されている。基板研磨装置３は、基板処理装置の長手方向に沿って配列され、基板洗浄装置４および基板乾燥装置５も基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。また、基板洗浄装置４および基板乾燥装置５は、それぞれ、図示しない略矩形状の筐体であって、シャッター機構により開閉自在とされ筐体部に設けられた開閉部から被処理対象の基板を出し入れするように構成されていてもよい。あるいは、変形実施例としては、基板洗浄装置４および基板乾燥装置５を一体化し、基板洗浄処理と基板乾燥処理とを連続的に１つのユニット内で行うようにしてもよい。
なお、更に別の変形実施例としては、基板研磨装置３に代えて、例えば、基板をめっき処理するめっき装置や、ベベル部を研磨するベベル研磨装置を採用してもよい。

本実施形態では、基板洗浄装置４が、ペン型洗浄具を用いた接触洗浄と、超音波洗浄水を用いた非接触洗浄とを行う。詳細は後述するが、ペン型洗浄具を用いた接触洗浄とは、洗浄液の存在下で、鉛直方向に延びる円柱状のペンシル型洗浄具の下端接触面を基板に接触させ、洗浄具を自転させながら一方向に向けて移動させて、基板の表面をスクラブ洗浄するものである。

基板乾燥装置５は、水平に回転する基板に向けて、移動する噴射ノズルからＩＰＡ蒸気を噴出して基板を乾燥させ、さらに基板を高速で回転させて遠心力によって基板を乾燥させるスピン乾燥ユニットが使用され得る。

ロードポート２、ロードポート２側に位置する基板研磨装置３および基板乾燥装置５に囲まれた領域には、搬送機構６ａが配置されている。また、基板研磨装置３ならびに基板洗浄装置４および基板乾燥装置５と平行に、搬送機構６ｂが配置されている。搬送機構６ａは、研磨前の基板をロードポート２から受け取って搬送機構６ｂに受け渡したり、基板乾燥装置５から取り出された乾燥後の基板を搬送機構６ｂから受け取ったりする。

２つの基板洗浄装置４間に、これら基板洗浄装置４間で基板の受け渡しを行う搬送機構６ｃが配置され、基板洗浄装置４と基板乾燥装置５との間に、これら基板洗浄装置４と基板乾燥装置５間で基板の受け渡しを行う搬送機構６ｃが配置されている。

さらに、ハウジング１の内部には、基板処理装置の各機器の動きを制御する制御部７が配置されている。本実施形態では、ハウジング１の内部に制御部７が配置されている態様を用いて説明するが、これに限られることはなく、ハウジング１の外部に制御部７が配置されてもよい。

図２および図３は、それぞれ第１の実施形態に係る基板洗浄装置４の平面図および側面図である。基板洗浄装置４は、基板回転機構４１と、ペン洗浄機構４２と、超音波洗浄液供給装置４３とを備え、これらがシャッタ４４ａを有する筐体４４内に収納されている。また、基板洗浄装置４内の各部は図１の制御部７により制御される。

基板回転機構４１は、チャック爪４１１と、回転駆動軸４１２とを有する。
チャック爪４１１は、洗浄対象である基板Ｗの外周端部（エッジ部分）を把持して基板Ｗを保持するように設けられた保持部材である。本実施形態では、チャック爪４１１が４つ設けられており、隣り合うチャック爪４１１同士の間には、基板Ｗを搬送するロボットハンド（不図示）の動きを阻害しない間隔が設けられている。チャック爪４１１は、基板Ｗの面を水平にして保持できるように、それぞれ回転駆動軸４１２に接続されている。本実施形態では、基板Ｗの表面ＷＡが上向きとなるように、基板Ｗがチャック爪４１１に保持される。

回転駆動軸４１２は、基板Ｗの面に対して垂直に延びる軸線まわりに回転することができ、回転駆動軸４１２の軸線まわりの回転により基板Ｗを水平面内で回転させることができるように構成されている。回転駆動軸４１２の回転方向や回転数は制御部７が制御する。回転数は一定でもよいし、可変でもよい。

また、後述する洗浄液や超音波洗浄液が飛散するのを防止するために、基板回転機構４１（より具体的には、そのチャック爪４１１）の外側にあって基板Ｗの周囲を覆い、回転駆動軸４１２と同期して回転する回転カップを設けてもよい。また、この回転カップは、図示しない洗浄ユニット上部のＦＦＵからユニット内に供給されるダウンフローの気流が回転カップに設けられた孔を通過して下方に逃げるように構成されていてもよい。このように構成することで、洗浄液や超音波洗浄液が飛散するのをより確実に防止できる。

ペン洗浄機構４２は、ペン型洗浄具４２１と、ペン型洗浄具４２１を支持するアーム４２２と、アーム４２２を移動させる移動機構４２３と、洗浄液ノズル４２４と、リンス液ノズル４２５と、クリーニング装置４２６とを有する。

ペン型洗浄具４２１は、例えば円柱状のＰＶＡ（例えばスポンジ）製洗浄具であり、チャック爪４１１に保持された基板Ｗの上方に、軸線が基板Ｗと垂直になるように配設されている。ペン型洗浄具４２１は、その下面が基板Ｗを洗浄し、その上面がアーム４２２に支持されている。

アーム４２２は平棒状の部材であり、典型的には長手方向が基板Ｗと平行になるように配設されている。アーム４２２は、一端でペン型洗浄具４２１をその軸線まわりに回転可能に支持しており、他端に移動機構４２３が接続されている。

移動機構４２３は、アーム４２２を鉛直上下に移動させるとともに、アーム４２２を水平面内で揺動させる。移動機構４２３によるアーム４２２の水平方向への揺動は、アーム４２２の上記他端を中心として、ペン型洗浄具４２１の軌跡が円弧を描く態様となっている。移動機構４２３は、矢印Ａで示すように、基板Ｗの中心と基板Ｗの外側の退避位置との間でペン型洗浄具４２１を揺動させることができる。移動機構４２３は制御部７によって制御される。

洗浄液ノズル４２４は、ペン型洗浄具４２１で基板Ｗを洗浄する際に、薬液や純水などの洗浄液を供給する。リンス液ノズル４２５は純水などのリンス液を基板Ｗに供給する。洗浄液ノズル４２４およびリンス液ノズル４２５は、基板Ｗの表面ＷＡ用のもののみならず、裏面ＷＢ用のものを設けるのが望ましい。洗浄液やリンス液の供給タイミングや供給量などは、制御部７によって制御される。

クリーニング装置４２６は基板Ｗの配置位置より外側に配置され、移動機構４２３はペン型洗浄具４２１をクリーニング装置４２６上に移動させることができる。クリーニング装置４２６はペン型洗浄具４２１を洗浄する。

以上説明したペン洗浄機構４２において、基板Ｗが回転した状態で、洗浄液ノズル４２４から洗浄液を基板Ｗ上に供給しつつ、ペン型洗浄具４２１の下面が基板Ｗの表面ＷＡに接触してアーム４２２を揺動させることで、基板Ｗが物理的に接触洗浄される。

超音波洗浄液供給装置４３は、基板Ｗを挟んで、ペン洗浄機構４２とは反対側に配置される。そして、超音波洗浄液供給装置４３は超音波が与えられた洗浄液（以下、超音波洗浄液ともいう）を用いて基板Ｗを非接触洗浄する。本実施形態は、超音波洗浄液供給装置４３の構造に特徴があり、以下に詳しく説明する。

図４は、超音波洗浄液供給装置４３の概略構成を模式的に示す図である。超音波洗浄液供給装置４３は、超音波洗浄液生成装置７０と、ノズル部７１とを備えている。

超音波洗浄液生成装置７０は筐体８１および振動部８２を有する。筐体８１は下方が開口した空洞が内部にあり、その空洞は下方に向かって先細となっている。筐体８１の一部には流路８１ａが形成されている。そして、筐体８１の内部の空洞に振動部８２が配置される。

筐体８１の流路８１ａから（超音波が与えられる前の）洗浄液が筐体８１内に供給される。洗浄液は、例えば純水であってもよいし薬液であってもよい。振動部８２は洗浄液に超音波振動を与えることによって超音波洗浄液を生成する。超音波の振動数は、予め定めた固定の周波数であってもよいし、複数の周波数（例えば、９００ｋＨｚ程度の高周波と、４３０ｋＨｚ程度の低周波）から選択できてもよい。生成された超音波洗浄水が筐体８１内に収容される。

ノズル部７１は筐体８１における開口部分に接続され、基板Ｗに向かって超音波洗浄液を噴射する。

ここで、超音波洗浄液が帯電していると、洗浄時に基板Ｗを破損してしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、筐体８１における超音波洗浄液と接する面（接液部）の少なくとも一部（望ましくは全体）を導電性材料製とし、導電性を持たせる。導電性材料としては、導電性フッ素樹脂製、例えば薬液耐性が高いＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene），ＰＣＴＦＥ（Poly Chloro Tri Furuoro Ethylene），ＰＦＡ（Per Fluoroalkoxy Alkane）などのフッ素樹脂にカーボンナノチューブ練り込んだものが好適である。筐体８１における超音波洗浄液と接する面の、導電性材料製とした部位は、接地されている。図４および図５においては、例として筐体８１の全体が導電性材料で構成された場合に、ケーブルを介して接地されていることを模式的に示す。

なお、導電性材料のカーボンナノチューブの含有率を抑えつつ十分な導電性を持たせるためには、カーボンナノチューブの繊維の長さを３０μｍ以上とすることが望ましい。

これにより、超音波洗浄液の帯電を抑制でき、洗浄時に基板Ｗを破損するリスクを低減できる。また、カーボンナノチューブを含むフッ素樹脂で筐体８１を形成することで、その強度も向上する。さらに、洗浄時には、接地を解除して、導電性の部分にバイアスを印加することもできる。これにより、既に帯電している基板Ｗの表面に対して帯電した超音波洗浄液を意図的に供給でき、基板Ｗ表面の帯電がキャンセルされる。例えば、基板Ｗが負に帯電する傾向にある場合、導電性の部分を接地するか正電荷を印加してもよい。

本実施形態では、特に超音波洗浄液が噴射されるノズル部７１における超音波洗浄液と接する面の少なくとも一部（望ましくは全体）は、熱伝導率が高い材料製、具体的には筐体８１における導電性の部分と同等以上の熱伝導性を有する材料製とするのがよい。より具体的には、サファイアや石英を適用できる。また、カーボンナノチューブを含むＰＴＦＥは熱伝導性が高いので、筐体８１およびノズル部７１の両方にカーボンナノチューブを含むＰＴＦＥを適用してもよい。サファイアやＰＴＦＥは薬液耐性の点で優れており、石英は超音波振動を減衰させにくい点で優れている。

カーボンナノチューブを含まないＰＴＦＥのような熱伝導率の低い材料でノズル部７１を形成すると、超音波のエネルギーがノズル部７１に吸収されて熱に変わり、ノズル部７１で蓄熱する場合がある。ノズル部７１で蓄熱が起こると、初期に洗浄した基板と、多数の基板を洗浄した後に洗浄した基板とで超音波洗浄液の温度が変わり、処理が不安定になる可能性がある。また、高温の超音波洗浄液を用いる場合にも、超音波洗浄液の熱がノズル部７１に移動してノズル部７１に蓄熱すると、同様に超音波洗浄液の温度が変化し、処理が不安定になる。これに対し、ノズル部７１の放熱性を高めることで、このような問題を低減できる。また、ノズル部７１をカーボンナノチューブを含むＰＴＦＥで形成することで、ノズル部の強度を高め、熱による変形を防ぐことも可能になる。

これにより、基板Ｗに噴射される超音波洗浄液の温度を下げることができ、洗浄力の低下を抑制できる。

図５は、図４の変形例である超音波洗浄液供給装置４３’の概略構成を模式的に示す図である。この超音波洗浄液供給装置４３’の筐体８１は、下方が開口した空洞が内部にあり、筐体８１の底面８１ｂに開口８１ｃが設けられている。そして、この開口８１ｃから基板Ｗに向かって超音波洗浄液が噴射される。この超音波洗浄液供給装置４３’の筐体８１のうち、超音波洗浄液が噴射される開口８１ｃに近い部分、より具体的には底面８１ｂの上面および開口８１ｃの側面の少なくとも一部（望ましくは全体）を放熱性が高い材料製とし、他の面を導電性材料製とするのがよい。その他は図４と同様である。

このように、第１の実施形態では、超音波洗浄液供給装置４３（４３’）の筐体８１の内面を導電性とする。そのため、超音波洗浄液の帯電を抑制でき、洗浄時に基板Ｗを破損するリスクを低減できる。また、超音波洗浄液が噴射される部分の内面の放熱性を高くする。そのため、基板Ｗに供給される超音波洗浄液の温度を下げることができ、洗浄力の低下を抑制できる。

なお、基板洗浄装置４の態様は図２および図３に示したものに限られない。例えば、ペン型洗浄具４２１ではなくロール型洗浄具で洗浄するものであってもよい。また、洗浄具を用いることなく超音波洗浄液で洗浄するのみであってもよい。さらに、チャック爪４１１で基板Ｗを保持して回転させるのではなく、基板Ｗを下方からステージ上に支持してステージを回転させてもよいし、基板Ｗの外周端部をローラーで保持して回転させてもよい。

また、超音波洗浄液供給装置４３は、筐体８１の外部に配置された振動部８２によって生成された超音波洗浄液が筐体８１内に導かれる構成であってもかまわない。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態における基板洗浄装置４は、回転する基板Ｗに対して超音波洗浄液を供給するものであった。これに対し、次に説明する第２の実施形態は、超音波洗浄液に基板Ｗを浸して洗浄するものである。

図６Ａは、第２の実施形態に係る基板洗浄装置４’の概略構成を模式的に示す図である。また、図６Ｂは、図６Ａを側面（矢印方向）から見た図である。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

基板洗浄装置４’は、超音波洗浄液生成装置７０と、基板回転機構４９とを備えている。
超音波洗浄液生成装置７０は筐体８１および振動部８２（図６Ｂでは省略）を有する。筐体８１は、底面および側面を有するが上方は開放されており、底面上に振動部８２が配置される。振動部８２は筐体８１内に供給された洗浄液に振動を与えることによって超音波洗浄液を生成する。筐体８１の接液部の少なくとも一部は、第１の実施形態と同様に導電性である。

基板回転機構４９は支持部材によって支持されており、少なくとも一部が筐体８１内に収容された超音波洗浄液に浸かった状態の洗浄対象の基板Ｗを保持して回転させる。より具体的には、基板回転機構４１は、筐体８１の内部に設けられており、基板Ｗのエッジを支持して基板Ｗを周方向に駆動する。これにより、基板Ｗは縦方向に保持され、鉛直面内で回転する。なお、本実施形態では基板Ｗを縦方向に保持する例を示したが、横方向あるいは斜め方向に保持してもよい。また、本実施形態では基板を１枚保持する例を示したが、筐体８１内に複数の基板を収容するようにしてもよい。

筐体８１内への洗浄液の供給や基板Ｗの回転によって洗浄液が筐体８１内で流動する。すると、洗浄液と筐体８１の内壁との摩擦により筐体８１の内壁表面が帯電することがある。しかしながら、本実施形態では、筐体８１が導電性であるため電荷を逃がすことができ、結果的に、洗浄液を含む筐体８１の内部の帯電を防止し、基板Ｗの帯電を防止することができ、基板Ｗの破損リスクを低減できる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

４ 基板洗浄装置
４１，４９ 基板回転機構
４２ ペン洗浄機構
４３，４３’ 超音波洗浄液供給装置
７０ 超音波洗浄液生成装置
７１ ノズル部
８１ 筐体
８１ａ 流路
８１ｂ 底面
８１ｃ 開口
８２ 振動部

Claims (9)

1. 洗浄液に超音波を与えることによって超音波洗浄液を生成する振動部と、
   生成された前記超音波洗浄液を収容する筐体と、を備え、
   前記筐体における前記超音波洗浄液と接する面の少なくとも一部は、導電性フッ素樹脂製である、超音波洗浄液供給装置。
2. 前記導電性フッ素樹脂は、カーボンナノチューブを含むフッ素樹脂である、請求項１に記載の超音波洗浄液供給装置。
3. 前記フッ素樹脂は、ＰＴＦＥ，ＰＣＴＦＥまたはＰＦＡである、請求項２に記載の超音波洗浄液供給装置。
4. 前記超音波洗浄液が噴射される部分の少なくとも一部は、前記導電性フッ素樹脂より放熱性が高い、請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波洗浄液供給装置。
5. 前記超音波洗浄液が噴射される部分の少なくとも一部は、サファイア製、石英製またはカーボンナノチューブを含むＰＴＦＥ製である、請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波洗浄液供給装置。
6. 前記筐体の前記導電性フッ素樹脂製である部分には、バイアスが印加される、請求項１乃至５のいずれかに記載の超音波洗浄液供給装置。
7. 基板を回転させる基板回転機構と、
   回転される前記基板に対して前記超音波洗浄液を供給する請求項１乃至６のいずれかに記載の超音波洗浄液供給装置と、を備える基板洗浄装置。
8. 洗浄液に超音波を与えることによって超音波洗浄液を生成する振動部と、
   生成された前記超音波洗浄液を収容する筐体と、
   少なくとも一部が前記筐体内に収容された前記超音波洗浄液に浸かった状態の基板を回転させる基板回転機構と、を備え、
   前記筐体における前記超音波洗浄液と接する面の少なくとも一部は、導電性フッ素樹脂製である、基板洗浄装置。
9. 洗浄液に超音波を与えることによって超音波洗浄液を生成する工程と、
   超音波洗浄液と接する面の少なくとも一部が導電性フッ素樹脂製とされた筐体内に収容された前記超音波洗浄液に基板を浸漬させる工程と、
   前記超音波洗浄液に浸かった状態の基板を回転させて洗浄液を流動させることで、前記基板を洗浄する工程と、を含むことを特徴とする基板洗浄方法。

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