JP2021185602A - 基板洗浄装置および基板洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】洗浄力が高い基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供する。【解決手段】基板を回転させる基板回転機構と、回転される前記基板の所定面に向かって超音波洗浄液を噴射する第１ノズルおよび第２ノズルと、を備え、前記第１ノズルと前記第２ノズルは、１つの筐体に保持されている、基板洗浄装置が提供される。【選択図】図５Ａ

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基板洗浄方法に関する。

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

本発明の課題は、洗浄力が高い基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、基板を回転させる基板回転機構と、回転される前記基板の所定面に向かって超音波洗浄液を噴射する第１ノズルおよび第２ノズルと、を備え、前記第１ノズルと前記第２ノズルは、１つの筐体に保持されている、基板洗浄装置が提供される。

前記第１ノズルからの超音波洗浄液と前記第２ノズルからの超音波洗浄液は、互いに混ざり合った後に前記所定面に達してもよいし、前記所定面に達した後に互いに混ざり合ってもよい。

前記第１ノズルと前記第２ノズルは旋回軸を中心に旋回するアームの先端に取り付けられ、前記基板の第１面に超音波洗浄液を噴射するのが望ましい。

前記第１ノズルは回転される前記基板の第１面に超音波洗浄液を噴射し、前記第２ノズルは回転される前記基板の前記第１面と反対側の第２面に超音波洗浄液を噴射するのが望ましい。

前記第１ノズルおよび／または前記第２ノズルは、回転される前記基板のエッジ部分に超音波洗浄液を噴射するのが望ましい。

前記エッジ部分に超音波洗浄液を噴射する前記第１ノズルおよび／または前記第２ノズルは、超音波洗浄液が、回転される前記基板のべべルには当たらず前記基板のエッジ部分に着液し、その後、エッジ部分から中心に向かうように超音波洗浄液を噴射するのが望ましい。

前記エッジ部分に超音波洗浄液を噴射する前記第１ノズルおよび／または前記第２ノズルは、超音波洗浄液が、回転される前記基板のエッジ部分より中心側に着液し、その後、エッジ部分に向かうように超音波洗浄液を噴射するのが望ましい。

前記第１ノズルおよび／または前記第２ノズルは、回転される前記基板のべべルに超音波洗浄液を噴射するのが望ましい。

前記べべルに超音波洗浄液を噴射する前記第１ノズルおよび／または前記第２ノズルは、回転される前記基板の接線方向に超音波洗浄液を噴射するのが望ましい。

前記第１ノズルおよび前記第２ノズルは、前記基板回転機構の近傍を揺動しながら前記基板のエッジ部分に超音波洗浄液を噴射するのが望ましい。

基板洗浄装置は、前記筐体に接続され、前記第１ノズルおよび前記第２ノズルに洗浄液を供給する流路と、前記流路から供給された洗浄液に超音波を付与する振動子と、前記流路に接続され、洗浄液にマイクロバブルを導入するマイクロバブル供給機構をさらに備えてもよい。

基板洗浄装置は、前記第１ノズルおよび前記第２ノズルと、前記マイクロバブル供給機構と、の間に設置され、前記マイクロバブル供給機構により導入されたマイクロバブルを除去するように構成されたフィルタをさらに備えてもよい。

本発明の別の態様によれば、基板を回転させながら、前記基板の所定面に向かって、１つの筐体に保持された第１ノズルおよび第２ノズルから超音波洗浄液を噴射する、基板洗浄方法が提供される、

前記第１ノズルから噴射される超音波洗浄液と前記第２ノズルから噴射される超音波洗浄液は、超音波洗浄液の周波数、電力、流量、温度および液の種類のうちの少なくとも１つが互いに異なるのが望ましい。

洗浄力が向上する。

一実施形態に係る基板処理装置の概略上面図。 基板洗浄装置４の概略構成を示す平面図。 基板洗浄装置４の概略構成を示す側面図。 別の基板洗浄装置４’の概略構成を示す斜視図。 超音波洗浄液供給装置４３のヘッド４３１の断面図。 超音波洗浄液供給装置４３のヘッド４３１の断面図。 ノズル１２，１３の配置例を示す図。 ノズル１２，１３の配置例を示す図。 ノズル１２，１３の配置例を示す図。 基板Ｗの表面への超音波洗浄液噴射法の一例を示す図。 基板Ｗの表面への超音波洗浄液噴射法の一例を示す図。 基板Ｗの表面への超音波洗浄液噴射法の一例を示す図。 第２の実施形態におけるノズル１２，１３の配置を示す図。 基板Ｗとヘッド４３１の位置関係を上方から見た図。 基板Ｗの表面および裏面への超音波洗浄液噴射法の一例を示す図。 基板Ｗの表面および裏面への超音波洗浄液噴射法の別の例を示す図。 図９Ｂを上方から見た図。 基板Ｗの表面および裏面への超音波洗浄液噴射法の別の例を示す図。 基板Ｗの表面および裏面への超音波洗浄液噴射法の別の例を示す図。 超音波洗浄液供給装置４３’の概略構成を示すブロック図。

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。なお、本明細書において、基板の「エッジ」とは基板表面の外周付近の平坦部を指し、より詳細には、基板の縁から所定距離内の平坦部と考えることができる。また、本明細書において、基板の「ベベル」とはエッジより外側の基板表面から角度を有する曲面部あるいは面取り部、および側面部のことを指す。

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。

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、それぞれ基板洗浄装置４の概略構成を示す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。

超音波洗浄液供給装置４３は、ヘッド４３１、アーム４３２およびアーム旋回軸４３３などから構成される。アーム旋回軸４３３は鉛直方向に延びており、その上端にアーム４３２の一端が取り付けられている。アーム４３２は水平方向に延びており、その先端にヘッド４３１が固定されている。アーム旋回軸４３３が回転することによりアーム４３２が旋回し、基板Ｗの中心から外周にかけてヘッド４３１が揺動しながら（矢印Ｂ）、超音波洗浄液を基板Ｗに供給する。超音波洗浄液供給装置４３については、後により詳しく説明する。

図４は、別の基板洗浄装置４’の概略構成を示す斜視図である。基板洗浄装置４’は、スピンドル５１と、ペン洗浄機構４２と、超音波洗浄液供給装置４３とを備えている。この基板洗浄装置４’では、スピンドル５１が基板回転機構として機能し、この点が図２および図３に示す基板洗浄装置４と異なる。

スピンドル５１は、表面を上にして基板Ｗの周縁部を支持し、水平面内で回転させる。より具体的には、スピンドル５１の上部に設けたコマ５１ａの外周側面に形成した把持溝内に基板Ｗの周縁部を位置させて内方に押し付け、コマ５１ａを回転（自転）させることにより基板Ｗが回転する。ここで、「コマ」は基板を把持するための「把持部」と言い換えられる。また、「スピンドル」は「ローラー」と言い換えることもできる。その他は、図２および図３に示す基板洗浄装置４と共通するため、詳細な説明を省略する。

図５Ａおよび図５Ｂは、本実施形態におけるヘッド４３１を模式的に示す断面図である。ヘッド４３１は、筐体１１と、筐体１１に保持された２つのノズル１２，１３と、流路１４、振動子１５，１６とを有する。流路１４を介して外部から供給された洗浄液は筐体１１内で分岐して、ノズル１２，１３にそれぞれ供給される。そして、洗浄液は、ノズル
１２，１３の内部にそれぞれ配置された振動子１５，１６によって超音波が与えられて超音波洗浄液となって、ノズル１２，１３の先端から噴射される。ノズル１２，１３は、噴射方向を任意に調整できるように筐体１１に保持されるのが望ましい。

２つのノズル１２、１３は筐体１１に保持されているので、２つのノズルの位置、角度を正確に定めることで、超音波洗浄液の基板Ｗ上の噴射位置、噴射角度が製品ごとにばらつくことを防ぐことができる。

なお、図５Ａおよび図５Ｂでは、１つの流路１４からノズル１２，１３に分岐する例を示しているが、ノズル１２に洗浄液を供給する流路と、ノズル１３に洗浄液を供給する流路とを別個に設けてもよい。

図５Ａは、ノズル１２，１３から筐体１１の外側に超音波洗浄液が噴射される構成例である。図５Ｂは、ノズル１２，１３からＣ字状の筐体１１の内側に超音波洗浄液が噴射される構成例である。

また、２つのノズル１２，１３は、アーム４３２の長手方向と同じ方向に配置されてもよいし（図５Ｃ）、直交する方向に配置されてもよいし（図５Ｄ）、任意の角度だけ傾斜する方向に配置されてもよい（図５Ｅ）。

ここで、２つのノズル１２，１３から同じ超音波洗浄液が噴射されてもよいし、互いに異なる超音波洗浄液が噴射されてもよい。

異なる超音波洗浄液の具体例として、超音波洗浄液の周波数が互いに異なっていてもよい。一例として、ノズル１２からの超音波洗浄液の周波数を０．８〜１ＭＨｚ程度とし、ノズル１３からの超音波洗浄液の周波数を２〜３ＭＨｚ程度としてもよい。あるいは、前者を４５０ｋＨｚ程度とし、後者を１ＭＨｚ程度としてもよい。

一般に超音波洗浄液の周波数が高いほど小さな異物を除去できるため、周波数が異なる超音波洗浄液を噴射することで、大きさが異なる異物を除去できる。

別の例として、超音波洗浄液の電力が互いに異なっていてもよい。一例として、ノズル１２からの超音波洗浄液を５０Ｗとし、ノズル１３からの超音波洗浄液を３０Ｗとしてもよい。

一般に、洗浄液中に超音波を照射すると、ある瞬間には減圧力、ある瞬間には圧縮力として作用する。洗浄液に減圧力が作用している瞬間において、気泡が発生し、これにより周囲の洗浄液分子が衝突して、衝撃波を発生することで汚れを破壊するものである。従って、超音波を発生させる電力が大きくなるほど、液粒子の振動が大きくなり、これにより発生する加速度が大きくなって衝撃波も大きくなるため、より小さな異物を除去できる。電力が異なる超音波洗浄液を噴射することで、大きさが異なる異物を除去できる。

また別の例として、超音波洗浄液の流量が互いに異なっていてもよい。一例として、ノズル１２からの超音波洗浄液を１．０Ｌ／秒とし、ノズル１３からの超音波洗浄液を２．０Ｌ／秒としてもよい。

一般に、洗浄液の流量が多いほど、基板に洗浄液が供給される際の打撃力が大きくなるため、基板上により強固に付着していた異物を除去しやすくなる。他方で、洗浄液の流量が少ないほど、基板に洗浄液が供給される際の打撃力が小さくなるため、パターン倒壊の抑制につながる。そのため、流量が異なる超音波洗浄液を噴射することで、基板のパター
ン倒壊のおそれを抑制しながら、基板に対する付着力が異なる異物をより効果的に除去できる。また、この場合の流量調整機構としては、それぞれのノズルに接続される管に設けられ開度が調整可能とされたバルブ機構が考えられる。

また別の例として、超音波洗浄液の温度が互いに異なっていてもよい。一例として、ノズル１２からの超音波洗浄液を低温とし、ノズル１３からの超音波洗浄液を高温（６０〜８０度）としてもよい。

一般に、洗浄液の温度が多いほど、超音波の強さが弱まるので、温度が異なる超音波洗浄液を噴射することで、基板への衝撃力を抑制しながら基板に対する付着力が異なる異物をより効果的に除去できる。温度調整機構としては、公知の冷却装置、あるいは加温装置を設けることが考えられる。

また別の例として、液の種類が互いに異なっていてもよい。一例として、ノズル１２からは薬液に超音波を与えたものを噴射し、ノズル１３からは純水に超音波を与えたものを噴射してもよい。

ここで、薬液としては、例えば、クエン酸系、シュウ酸、硝酸などの酸性洗浄液、あるいは有機アルカリ、アンモニア水、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）などのアルカリ洗浄液が挙げられる。

また、２つのノズル１２，１３からの超音波洗浄液の噴射法も種々考えられる。なお、以下の図では、超音波洗浄液供給装置４３における筐体１１、流路１４および振動子１５，１６を省略し、ノズル１２，１３のみを図示する。

図６Ａに示すように、２つのノズル１２，１３からの超音波洗浄液が互いに混ざり合った後に基板Ｗの表面に達するようにしてもよい。より詳細には、２つのノズル１２，１３から噴射された超音波洗浄液（の少なくとも一部）が基板Ｗの上方で合流して混ざり合い、その後に基板Ｗに落下するようにしてもよい。

図６Ｂに示すように、２つノズル１２，１３からの超音波洗浄液が基板Ｗ上で合流して混ざり合うようにしてもよい。

図６Ｃに示すように、２つのノズル１２，１３からの超音波洗浄液が基板Ｗの表面に達した後に互いに混ざり合うようにしてもよい。より詳細には、２つのノズル１２，１３から噴射された超音波洗浄液が基板Ｗ上の互いに離間した異なる２点（領域）に着液し、その後互いに近づく方向に流れてやがて合流して混ざり合うようにしてもよい。

このように、第１の実施形態では、２つのノズル１２，１３から基板Ｗの表面に互いに異なる超音波洗浄液を噴射してもよい。そのため、種々の異物を除去でき、洗浄力が向上する。

なお、基板洗浄装置４の態様は図２など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やスピンドル５１で基板Ｗを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。また、ノズルの数は２つに限られないし、筐体１１によって複数のノズルが保持されるのではなく、互いに独立したノズルであってもよい。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態は、２つのノズル１２，１３から基板Ｗの表面に超音波洗浄液を噴射するものであった。次に説明する第２の実施形態は、２つのノズル１２，１３から基板Ｗの表面および裏面にそれぞれ超音波洗浄液を噴射するものである。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態においては、図７および図８に示すように、ヘッド４３１における２つのノズル１２，１３が鉛直方向に配置される。そして、ノズル１２は下方に向かって超音波洗浄液を噴射し、ノズル１３は上方に向かって超音波洗浄液を噴射する。そして、ノズル１２とノズル１３との間に基板Ｗを配置することにより、言い換えると、図示しない取り付け部品により基板Ｗの側方にヘッド４３１を配置することにより、ノズル１２，１３からそれぞれ基板Ｗの表面および裏面に超音波洗浄液が噴射される。なお、図８において、ノズル１２、１３をわずかにずらして図示しているが、発明の理解を助けるためであり、本実施形態においては、ノズル１２、１３は鉛直方向にそろえて配置される。

また、ヘッド４３１にはアクチュエータ４３４が連結されており、図８の矢印Ａに示すように、ヘッド４３１が基板Ｗの側方に近接、離反する向きに移動できるようになっていることが望ましい。これにより、基板Ｗの中心からエッジ部分にわたる任意の位置に超音波洗浄液を噴射できる。また、ヘッド４３１は基板Ｗの側方から退避することにより、基板回転機構４１のチャック爪４１１で基板を保持する際の基板Ｗの載置を邪魔しないようになっていることが望ましい。また、矢印Ｂで示すように、ヘッド４３１は水平面内で回転可能であるのが望ましい。これにより、上方から見た基板Ｗに対する超音波洗浄液の噴射角度を任意に調整できたり、基板Ｗに対して揺動しながら超音波洗浄液を噴射できたりする。さらに、基板回転機構４１のチャック爪４１１を超音波洗浄液で洗浄してもよい。

２つのノズル１２，１３からの超音波洗浄液の噴射法は種々考えられる。
図９Ａに示すように、ノズル１２，１３は基板Ｗのそれぞれ表面および裏面のエッジ部分に超音波洗浄液を噴射してもよい。より詳しくは、ノズル１２は、超音波洗浄液が基板Ｗの表面のエッジ部分に着液し、その後、基板Ｗの表面上で超音波洗浄液が着液点から中心に向かうような方向に超音波洗浄液を噴射する。一方、ノズル１３は、超音波洗浄液が基板Ｗの裏面のエッジ部分に着液し、かつ、基板Ｗの裏面上でエッジ部分から中心に向かう方向に超音波洗浄液を噴射する。これにより、基板Ｗのエッジ部分から中心までを洗浄できる。

なお、この場合、基板Ｗのべべルには超音波洗浄液が当たらないようにするのが望ましい。基板Ｗから洗い流されたパーティクル等の異物がエッジ部を含む基板Ｗの表面および裏面に、付着して汚染することを防ぐためである。

図９Ｂに示すように、ノズル１２、１３は基板Ｗのべべルに超音波洗浄液を噴射してもよい。ここで、べべルから洗い流された異物が超音波洗浄液とともに基板Ｗの表面および裏面にできるだけ達しないよう、ノズル１２，１３から基板Ｗの接線方向に超音波洗浄液を噴射するのがよい（図９Ｃ）。これにより、べべルの洗浄によって汚染した超音波洗浄液が基板Ｗの表面および裏面を汚染してしまうことを抑制できる。なお、べべルの汚染がそれほど問題にならないのであれば（表面および裏面の汚染度と同程度かそれ以下であれば）、ノズル１２，１３から基板Ｗの径方向に超音波洗浄液を噴射し、べべルに当たった超音波洗浄液の少なくとも一部が基板Ｗの中心に向かうようにしてもよい。

ここで、基板Ｗのエッジ部分およびベベルの両方を洗浄する場合、アクチュエータ４３４を利用して、まずベベルを洗浄し（図９Ｂ）、次いでエッジ部分を洗浄する（図９Ａ）のが望ましい。ベベル洗浄時に洗浄後の汚染された超音波洗浄液が基板Ｗの表面に飛散することがあるが、ベベル洗浄後にエッジ部分を洗浄することで基板Ｗの表面に汚染された
超音波洗浄液が残るのを抑制できるためである。

なお、図６Ａに示した例と同様に、２つのノズル１２，１３からの超音波洗浄液が互いに混ざり合った後に基板Ｗのベベルに当たるようにしてもよく、図６Ｂに示した例と同様に、２つノズル１２，１３からの超音波洗浄液が基板Ｗのベベルで合流するようにしてもよい。

なお、ヘッド４３１に連結されたアクチュエータ４３４を駆動させてヘッド４３１を基板Ｗの側方に近接、離反する向きに移動させることにより、超音波洗浄液が基板Ｗに当たる位置を変化させることができる。例えば、超音波洗浄液を供給しながら、基板Ｗの表面および裏面内で着液位置を変化させることにより、基板をまんべんなく洗浄できる。また、１つのヘッド４３１で、まず基板Ｗのベベルに超音波洗浄液を供給してベベル部を洗浄した後、基板Ｗの表面および裏面に超音波洗浄液を供給して表面および裏面を洗浄してもよい。

図９Ｄに示すように、ノズル１２は基板Ｗの表面のエッジ部分より中心側に着液し、かつ、基板Ｗの表面上で着液点からエッジ部分に向かう方向に超音波洗浄液を噴射してもよい。同様に、ノズル１３は基板Ｗの裏面のエッジ部分より中心側に着液し、かつ、基板Ｗの裏面上で着液点からエッジ部分に向かう方向に超音波洗浄液を噴射してもよい。基板Ｗの表面上でエッジ部分に達した超音波洗浄液は基板Ｗのべべルを伝って落下する。

なお、図９Ｄに示すように基板Ｗの表面に超音波洗浄液を噴射し、次いでベベルを洗浄してもよい（図９Ｂ）し、その逆の順でもよいし、両者を交互に繰り返してもよい。

基板Ｗの表面上で着液した超音波洗浄液は基板Ｗのエッジ方向に流れるので、超音波洗浄液の排出性が向上する。なお、ノズル１２とノズル１３は互いに独立したノズルであってもよく、図５Ｂに示すようなＣ字型筐体１１を有するヘッド４３１を使って、筐体１１で基板Ｗのエッジを挟むようにして、超音波洗浄液を基板のエッジに向かう方向に噴射するようにしてもよい。

これにより、基板Ｗの表面および裏面の着液点から外側（エッジ部分を含む）のみならずべべルも洗浄できる。べべルの汚染度が大きい場合には、べべルが最後に洗浄されるこのような洗浄法が有効である。また、図４に示すコマ５１ａで基板Ｗを回転させる基板洗浄装置４’においては、汚染したべべルに接触するコマ５１ａも汚染する。図９Ｄに示す噴射法によれば、超音波洗浄液がコマ５１ａにも達するため、コマ５１ａ自体も洗浄できる。

超音波洗浄液の吐出方向は、平面視で基板中心向きでなくてもよい。さらに、図９Ｅに示すように、基板Ｗのエッジ部分かつコマ５１ａ近傍の上方および下方にて、それぞれノズル１２，１３を揺動させながら超音波洗浄液を噴射してもよい。このような揺動は、図示しないノズル１２、１３の支持旋回機構によって実現される。例えば、アクチュエータ４３４がノズル１２、１３を揺動してもよい。これによっても、超音波洗浄液がコマ５１ａに達するため、コマ５１ａ自体を洗浄できる。

このように、第２の実施形態によれば、基板Ｗの表面および裏面を同時に洗浄でき、洗浄力が向上する。特に、基板Ｗにおける両面のエッジ部分や、べべルの洗浄も可能となる。また、コマ５１ａで基板Ｗを回転させる基板洗浄装置４’（図４）や、基板Ｗを下面で支持して回転させる基板洗浄装置であれば、基板Ｗの全周にわたってエッジ部分およびべべルを洗浄できる。チャック爪４１１で基板Ｗを回転させる基板洗浄装置４（図２および図３）でも、基板Ｗのチャック爪４１１で保持される部分を除けばエッジ部分およびべべ
ルを洗浄できる。

なお、ノズル１２，１３が基板Ｗの異なる位置に向かって超音波洗浄液を噴射してもよい。例えば、ノズル１２は基板Ｗの表面の中心近傍に、ノズル１２は基板Ｗの裏面のエッジ部分に超音波洗浄液を噴射してもよい。また、第１の実施形態と第２の実施形態とを適宜組み合わせてもよい。

また、ヘッド４３１から供給された超音波洗浄液により基板Ｗのエッジ部あるいはベベル部から洗い流された異物が基板Ｗの表面あるいは裏面に再付着することを防ぐため、基板Ｗの表面および裏面を他の洗浄手段で洗浄しながら、ヘッド４３１を用いた洗浄を行うことが望ましい。他の洗浄手段とは、ロールスポンジまたはペンシル型スポンジによるスクラブ洗浄、２流体洗浄、あるいは他の超音波洗浄液供給ノズルによる洗浄が挙げられる。

（第３の実施形態）
次に説明する第３の実施形態は超音波洗浄液にマイクロバブルを導入するものであり、第１の実施形態および／または第２の実施形態と組み合わせることができる。

図１０は、超音波洗浄液供給装置４３’の概略構成を示すブロック図である。なお、図５Ａなどに示した筐体１１、流路１４および振動子１５，１６は省略している。

超音波洗浄液供給装置４３’はマイクロバブル供給機構２１を備える。マイクロバブル供給機構２１は流路１４に接続され、流路１４を通じてノズル１２，１３に供給する洗浄液にマイクロバブルを導入する。マイクロバブルとして導入される気体は、水素、オゾン、二酸化炭素などであり、このような気体を溶存させることによって機能水が生成される。また、マイクロバブル供給機構２１は溶存させる気体の濃度を制御してもよい。マイクロバルブの周囲では、溶存気体の濃度が高くなる。しかしながら、マイクロバルブ自体は超音波による洗浄エネルギーを弱めてしまい、洗浄力を低下させる可能性がある。

そこで、超音波洗浄液供給装置４３’はフィルタ２２を備えるのが望ましい。フィルタ２２によってマイクロバブルが除去される。なお、フィルタ２２のメッシュサイズは、例えば１００ｎｍ以下あるいは１０ｎｍ以下が好適である。

このような超音波洗浄液供給装置４３’が基板洗浄装置に設けられる。そして、生成された、気体を含む超音波洗浄液がノズル１２，１３に供給され、基板Ｗに噴射される。
このように、第３の実施形態では、超音波洗浄液に気体を溶存させるため、さらに洗浄力が向上する。特に、キャビテーションを利用した超音波洗浄は、溶存気体を含む液体に超音波を作用させることによる物理洗浄であるため、高濃度の気体が溶存した超音波洗浄液は洗浄力が極めて高くなる。

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。

４，４’ 基板洗浄装置
４１ 基板回転機構
４２ ペン洗浄機構
４３ 超音波洗浄液供給装置
４３１ ヘッド
４３２ アーム
４３３ アーム旋回軸
５１ スピンドル
１１ 筐体
１２，１３ ノズル
１４ 流路
１５，１６ 振動子
２１ マイクロバブル供給機構
２２ フィルタ

Claims (18)

1. 洗浄液にマイクロバブルを導入するマイクロバブル供給機構と、
   前記マイクロバブルが導入された洗浄液に超音波を付与して超音波洗浄液を生成する振動子と、
   基板の所定面に向かって前記超音波洗浄液を噴射するノズルと、
   前記ノズルと前記マイクロバブル供給機構との間に設置され、前記マイクロバブル供給機構により導入された前記マイクロバブルのうち所定の大きさのマイクロバブルを除去するように構成されたフィルタと、を備えた、基板洗浄装置。
2. 前記フィルタのメッシュサイズは、１００ｎｍ以下とされた、請求項１に記載の基板洗浄装置。
3. 前記フィルタのメッシュサイズは、１０ｎｍ以下とされた、請求項１に記載の基板洗浄装置。
4. 前記ノズルは第１ノズルおよび第２ノズルからなり、
   前記第１ノズルおよび前記第２ノズルのそれぞれから噴出される超音波洗浄液の温度が互いに異なるように構成された、請求項１に記載の基板洗浄装置。
5. 前記ノズルは第１ノズルおよび第２ノズルからなり、
   前記第１ノズルおよび前記第２ノズルのそれぞれから噴出される超音波洗浄液の流量が互いに異なるように、前記第１ノズルに接続される管および前記第２ノズルに接続される管のそれぞれに流量調整機構を備えた、請求項１に記載の基板洗浄装置。
6. 前記ノズルは第１ノズルおよび第２ノズルからなり、
   前記第１ノズルおよび前記第２ノズルのそれぞれから噴出される超音波洗浄液の種類が互いに異なるように構成された、請求項１に記載の基板洗浄装置。
7. 前記振動子は、基板上の除去対象となる異物の大きさに対応するような周波数を超音波洗浄液に付与するように構成されている、請求項１乃至６のいずれかに記載の基板洗浄装置。
8. 基板を保持し回転させる基板回転機構と、
   ペン洗浄機構と、
   超音波洗浄液供給装置と、
   を備えた、基板洗浄装置であって、
   前記超音波洗浄液供給装置は、
   洗浄液にマイクロバブルを導入するマイクロバブル供給機構と、
   該マイクロバブルが導入された前記洗浄液に超音波を付与して超音波洗浄液を生成する振動子と、
   前記基板回転機構により回転する基板の所定面に向かって該超音波洗浄液を噴射するノズルと、を備えた、基板洗浄装置。
9. 前記ペン洗浄機構は、第１アームおよび前記第１アームの一端側に支持されるペン洗浄具を備え、
   前記ペン洗浄具は、前記第１アームの他端を中心として、前記基板の中心と前記基板の外側の退避位置との間の範囲を揺動可能に前記第１アームによって支持されており、
   前記超音波洗浄液供給装置は、第２アーム、上端に前記第２アームの一端が取り付けられるアーム旋回軸、および前記第２アームの他端に位置するとともに前記基板の中心と前記基板の外側の退避位置との間の範囲を揺動しながら超音波洗浄液を前記基板に供給可能にされたヘッドを備え、
   前記第１アームと前記第２アームとは、前記基板を挟んで互いに反対側に配置された、
   請求項８に記載の基板洗浄装置。
10. 前記基板の表面側に洗浄液を供給する洗浄液ノズルおよび前記基板の表面側にリンス液を供給する第１リンス液ノズルを備えた、請求項１乃至９のいずれかに記載の基板洗浄装置。
11. 前記基板の裏面側に洗浄液を供給する洗浄液ノズルおよび前記基板の裏面側にリンス液を供給する第２リンス液ノズルを備えた、請求項１０に記載の基板洗浄装置。
12. 基板を保持し回転させる基板回転機構と、
    ロール洗浄機構と、
    超音波洗浄液供給装置と、
    を備えた基板洗浄装置であって、
    前記超音波洗浄液供給装置は、
    洗浄液にマイクロバブルを導入するマイクロバブル供給機構と、
    該マイクロバブルが導入された前記洗浄液に超音波を付与して超音波洗浄液を生成する振動子と、
    前記基板回転機構により回転する基板の所定面に向かって該超音波洗浄液を噴射するノズルと、
    を備えた、基板洗浄装置。
13. 前記超音波洗浄液供給装置は、前記ノズルと前記マイクロバブル供給機構との間に設置され、前記マイクロバブル供給機構により導入された前記マイクロバブルのうち所定の大きさのマイクロバブルを除去するように構成されたフィルタを備えた、
    請求項８乃至１２のいずれかに記載の基板洗浄装置。
14. 前記マイクロバブル供給機構は、
    水素、オゾン、二酸化炭素のいずれかから選択された気体をマイクロバブルとして導入するようにされ、
    溶存マイクロバブルによる超音波洗浄液の洗浄力低下効果を抑制するように前記気体の溶存濃度を制御するように構成された、
    請求項１乃至１３のいずれかに記載の基板洗浄装置。
15. 前記ノズルは第１ノズルおよび第２ノズルからなる、
    請求項１乃至１４のいずれかに記載の基板洗浄装置。
16. 基板を研磨する基板研磨装置と、研磨後の基板を洗浄する複数の基板洗浄装置と、洗浄後の基板を乾燥させる基板乾燥装置と、を備えた基板処理装置であって、
    前記複数の基板洗浄装置の１つとして、請求項１乃至１５のいずれかに記載の基板洗浄装置を含む、基板処理装置。
17. 洗浄液に水素、オゾン、二酸化炭素のいずれかから選択された気体をマイクロバブルとして導入するマイクロバブル導入工程と、
    前記マイクロバブル導入工程後の洗浄液に溶存するマイクロバブルのうち所定の大きさのマイクロバブルをフィルタで除去する工程と、
    前記フィルタを通過させた洗浄液に超音波を付与して超音波洗浄液を生成する超音波洗浄液生成工程と、
    基板の所定面に向かって前記超音波洗浄液をノズルから噴射する噴射工程と、
    を備えた基板洗浄方法。
18. 前記マイクロバブル導入工程において、溶存マイクロバブルによる超音波洗浄液の洗浄力低下効果を抑制するように前記気体の前記洗浄液への溶存濃度を制御する、請求項１７に記載の基板洗浄方法。

Images