JP3343013B2 - 基板洗浄方法及びその装置 - Google Patents
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Description
晶用ガラス基板、フォトマスク用基板等の基板を洗浄す
る基板洗浄方法及びその装置に関するものである。
板の表面に付着した塵埃等のパーティクルを除去するに
は、ブラシスクラブ法と呼ばれる方法が一般に採用され
ている。これは、回転している基板支持台上に載置した
基板の表面に洗浄水を供給しながら、ナイロン製のブラ
シ等で基板の表面を擦ってパーティクルを除去するとい
うものである。
法では、例えば、半導体ウエハの酸化膜上のパーティク
ルを除去する場合、ブラシと酸化膜面との摩擦により生
じた酸化膜面の静電気のため、一旦は除去されたパーテ
ィクルがその半導体ウエハに再付着してしまうという問
題がある。
電気によりパーティクルが付着するため、その付着した
パーティクルが次の新しい半導体ウエハに付着するとい
う問題がある。
によりブラシの毛等から塵埃が発生し、ブラシ自体がパ
ーティクルの発生源になるという問題がある。
パーティクルの場合は除去が可能であるが、0.1μm
程度の微細なパーティクルになるとパーティクルがブラ
シの毛と毛の隙間を素通りするため、その除去が困難に
なる。
だけに限らず、液晶用ガラス基板、フォトマスク用基板
等の他の基板においても生じる。
であり、比較的大きなパーティクルのみならず、微細な
パーティクルであっても基板の表面から確実に除去する
ことが可能な基板洗浄方法及びその装置を提供するもの
である。
洗浄する基板洗浄方法であって、基板を零下に冷却する
工程と、零下に冷却された基板の表面にミスト状の水を
含んだ気体を供給することにより基板の表面に氷を生成
する工程と、上記基板を回転させながらこの基板の表面
に気体を高圧噴射することにより、当該基板の表面に生
成された氷を粉砕すると共にその粉砕した氷を吹き飛ば
して基板の表面から除去する工程とを備えたものである
(請求項1)。
基板の表面にミスト状の水を含んだ気体が供給される
と、パーティクルを核としてパーティクルの周囲に氷が
生成される。従って、その氷を除去することによりパー
ティクルが除去され、基板の表面が洗浄される。
高圧噴射されることにより基板の表面から氷が剥離さ
れ、パーティクルを含んだ氷が基板の表面から排除され
る。
て、基板を零下に冷却する工程が、零下に冷却した冷却
プレート上に基板を載置することにより基板を冷却する
ものである(請求項2)。
却プレート上に基板を載置することにより、基板の熱が
冷却プレートに奪われて基板が零下に冷却される。
板洗浄装置であって、基板を零下に冷却する冷却手段
と、この冷却手段により冷却された基板の表面にミスト
状の水を含んだ気体を供給する氷生成用気体供給手段
と、この氷生成用気体供給手段による気体の供給により
生成された基板の表面の氷を除去する除去手段とを備
え、この除去手段は、基板が載置される基板支持台と、
この基板支持台を回転させる駆動手段と、回転している
基板支持台上の基板の表面に気体を高圧噴射することに
より、基板の表面の氷を粉砕すると共にその粉砕した氷
を吹き飛ばして基板の表面から除去する気体高圧噴射手
段とを備えるものである(請求項3)。
板が零下に冷却され、この冷却された基板の表面にミス
ト状の水を含んだ気体が供給されると、パーティクルを
凝結核としてパーティクルの周囲に氷が生成される。そ
の氷が除去手段によって基板から除去されると、氷と一
緒にパーティクルも除去され、基板の表面が洗浄され
る。
基板の表面に高圧噴射手段により気体が高圧噴射される
ことにより、上記基板の表面から氷が剥離され、パーテ
ィクルを含んだ氷が基板の表面から排除される。
て、上記冷却手段が、上記基板を載置する冷却プレート
と、この冷却プレートに配設され、冷却媒体を給送する
管体と、を備えている(請求項4)。
設された管体に冷却媒体を給送することによって、冷却
プレートが零下に冷却され、この冷却プレートがその上
に載置された基板を零下に冷却する。
て、上記氷生成用気体供給手段は、ミスト状の水と気体
との混合手段を備えている(請求項5)。
んだ気体が零下に冷却された基板の表面に供給され、パ
ーティクルを凝結核として基板の表面に氷が生成され
る。
法を実施するための基板洗浄装置の概略図である。同図
に示す基板洗浄装置は、半導体ウエハ等の基板Wを零下
に冷却してその表面に氷を形成する冷却製氷部10と、
基板Wの表面に形成された氷を除去する氷除去部20
と、基板カセットから基板Wを取り出して冷却製氷部1
0内に送入すると共に、冷却製氷部10内から表面に氷
の形成された基板Wを取り出し、その基板Wを氷除去部
20に受け渡す基板受渡し部30と、上記各部の動作を
制御する制御部40とから構成されている。
ンバ11と、このチャンバ11内に配設されると共に、
基板Wを載置することによりその基板Wを零下に冷却す
る冷却プレート12とを備えている。
基板Wを出し入れするための開口部111と、この開口
部111を開閉する扉112を有している。また、この
チャンバ11は、チャンバ11内部の湿気を外部へ排出
するためにチャンバ11内部に窒素ガス等の乾燥した気
体を供給する乾燥用気体供給手段13と、チャンバ11
内にミスト状の水を含んだ窒素ガス等の気体を供給する
氷生成用気体供給手段14と、液化窒素等の冷却媒体を
冷却プレート12に供給する冷却媒体供給手段15と、
チャンバ11内部を真空にする真空手段16とを有して
いる。
から構成され、チャンバ11内底部にチャンバ壁から離
間して配設されている。また、冷却プレート12には、
上面に表面から僅かに離間して基板Wを載置するための
複数の突起121が形成され、内部に冷却媒体を流し込
むための管体122が蛇行状に埋め込まれて構成されて
いる。上記突起121は、主として、基板Wを冷却プレ
ート12上に載置したときに冷却プレート12表面の塵
埃等が基板Wに付着しないように設けたものである。ま
た、この突起121は、上記塵埃付着防止の他、基板W
に急激な温度変化を与えないようにするという効果等も
あるが、必ず設けなければならないものではない。
供給手段13は、窒素ガス等の気体を圧縮状態で収納し
たボンベ等の気体供給装置131と、この気体供給装置
131からチャンバ11内部に乾燥した気体を供給する
ための配管132と、この配管132に配設された乾燥
した気体の給送を制御するための制御弁133とから構
成されている。この乾燥用気体供給手段13は、チャン
バ11内の湿気によって内壁面が氷結するのを防止する
ために設けられたものである。
ガス等の気体を圧縮状態で収納したボンベ等の気体供給
装置141と、純水をミスト状(霧状)にして供給する
ミスト状の水供給装置142と、窒素ガス等の気体とミ
スト状の水を混合する混合室143と、この混合室14
3からミスト状の水を含んだ気体をチャンバ11内部に
供給する配管144とから構成されている。気体供給装
置141は、混合室143の手前に気体の給送を制御す
る制御弁145を備えて構成されている。ミスト状の水
供給装置142は、一般的な噴霧器と同じ原理で構成さ
れており、図略の純水を収納するタンク、純水に圧力を
加えるポンプ、純水をミスト状(霧状)に微粒化して噴
出させる噴口等を有している。この氷生成用気体供給手
段14からのミスト状の水を含んだ気体によって零下に
冷却された基板Wの表面に氷が形成される。
スト状の水を含んだ気体が零下に冷却された基板Wの表
面に達すると、図2に示すように、基板W上のパーティ
クルPが凝結核となってパーティクルPを包み込むよう
に氷片Hが生成される。このパーティクルPは、比較的
大きなものは勿論のこと、0.1μm程度の微細なもの
でも凝結核となり得る。従って、微細なパーティクルP
の周囲にも氷片Hが生成される。
等の冷却媒体を収納したボンベ等の媒体供給装置151
と、この媒体供給装置151からチャンバ11内部の冷
却プレート12に冷却媒体を供給するための配管152
と、この配管152に配設された冷却媒体の給送を制御
するための制御弁153と、冷却プレート12に供給し
た冷却媒体を外部に排出するための配管154とから構
成されている。この配管152が冷却プレート12の管
体122の入口側に接続され、配管154が冷却プレー
ト12の管体122の出口側に接続される。この冷却媒
体供給手段15により冷却プレート12が零下に冷却さ
れ、この冷却プレート12はその上に載置された基板W
を零下に冷却する。冷却プレート12は、例えば、−4
0゜C程度に冷却されるが、基板Wはそれよりも高い温
度でよい。
空装置161と、チャンバ11内部の窒素ガス等の気体
を排出するための配管162と、この配管162に配設
された気体の排出を制御するための制御弁163とから
構成されている。この真空手段16はチャンバ11内か
ら気体を排出して、チャンバ11内部を真空にするため
に設けられたものであり、乾燥用気体供給手段13と同
様、チャンバ11の内壁面が氷結するのを防止する。
持台211を備えた基板支持手段21と、基板支持台2
11を取り囲むことにより基板Wに対する所定の作業空
間を形成する上方が開放された偏平形状の環状カップ2
2と、基板支持台211上に載置された基板Wにクリー
ンなエア等の気体を高圧噴射して基板Wの表面の氷を基
板表面から剥離して吹き飛ばす気体高圧噴射手段23
と、基板支持台211上の基板Wの最終洗浄を行なう純
水を供給する純水供給手段24とを備えている。
の底部中央を上下方向に貫通し、基板支持台211を上
端部で支持する支持軸212と、この支持軸212の下
端部に設けられた回転昇降機構213とを備えている。
この回転昇降機構213は、図略のモータやギヤ等から
構成された駆動手段を有しており、この駆動手段の駆動
により支持軸212を介して基板支持台211を回転す
ると共に、基板支持台211を昇降するようになってい
る。基板支持台211は、上面に載置された基板Wを確
実に保持するための吸着保持手段を備えると共に、回転
昇降機構213により上部に移動され、環状カップ22
の上部に突出する上方位置で基板Wが載置されるように
なっている。また、この基板支持台211は、回転昇降
機構213により下部に移動され、環状カップ22内で
ある下方位置で基板Wの表面の氷を除去する作業等が行
なわれるようになっている。
この底板221の外周縁部に沿って延設された環状溝部
222と、この環状溝部222の外周縁部から内側斜め
上方に突設された環状堰部223とを備えている。上記
環状溝部222の底部は底板221よりも低い位置に設
定されると共に、上記環状堰部223の上縁部は底板2
21よりも高い位置に設定されている。この結果、底板
221の上部には環状堰部223で囲まれた基板収納空
間224が形成され、この基板収納空間224内で上記
の氷除去作業等が行なわれるようになっている。また、
上記環状溝部222の適所にはドレンパイプ225が接
続され、除去された氷等が外部に排出できるようになっ
ている。
いる基板支持台211上の基板Wの表面にエア等の気体
を高圧噴射することにより基板Wの表面の氷を粉砕する
と共に、その粉砕した氷を吹き飛ばして基板Wの表面か
ら除去するノズル231と、クリーンなエア等の気体を
ノズル231から高圧噴射させる高圧噴射装置232と
を備えている。
手段23により基板Wの表面の氷を除去した後に、回転
している基板支持台211上の基板Wの表面に純水を供
給して基板Wの表面を最終洗浄するノズル241と、純
水をノズル241から吐出させる純水供給装置242と
を備えている。
除去部20との間に配置され、先端に基板Wの外周面を
把持するハンド311を有するアーム31と、アーム3
1を直線運動させると共に、ハンド311を駆動する図
略のモータやギヤ等からなる第1駆動部32と、アーム
31を回転運動させる図略のモータやギヤ等からなる第
2駆動部33とを備えている。この基板受渡し部30
は、ハンド311で基板Wをその外周面を把持して図略
の基板カセットから取り出すと共に、冷却製氷部10の
チャンバ11内の冷却プレート12上に載置する。そし
て、表面に氷の形成された基板Wを冷却製氷部10のチ
ャンバ11内から取り出して氷除去部20の基板支持台
211上に載置すると共に、洗浄の完了した基板Wを氷
除去部20から取り出して図略の洗浄済基板カセットに
収納する。
備えており、予め設定された所定の洗浄プロセスに基づ
き上記冷却製氷部10、氷除去部20及び基板受渡し部
30の各部動作を集中制御して基板Wの洗浄を行なう。
法について、その一例を示す図3のフローチャートに従
って説明する。
11内に乾燥用気体供給手段13から窒素ガス等の乾燥
した気体が供給される(ステップ1)。次いで、乾燥し
た気体が供給されてから予め設定された所定の気体供給
時間が経過したか否かが判別され(ステップ2)、所定
の時間が経過していると、乾燥した気体の供給が停止さ
れると共に、冷却媒体供給手段15の冷却媒体供給装置
151から冷却プレート12の管体122内に液体窒素
等の冷却媒体が送り込まれて冷却プレート12が、例え
ば、−40゜C程度に冷却される(ステップ3)。
ャンバ11の扉112が開けられると共に、基板受渡し
部30のハンド311により把持されて図略の基板カセ
ットから取り出された基板Wが、アーム31の回転動作
と直線動作により開口部111からチャンバ11内の冷
却プレート12上に載置され、その後に扉112が閉じ
られる(ステップ4)。そして、基板Wを冷却プレート
12上に載置してから所定の冷却時間が経過したか否か
が判別される(ステップ5)。この冷却時間は、基板W
が冷却プレート12により零下に冷却されるのに必要な
値に設定されたものである。
用気体供給手段14を構成する気体供給装置141とミ
スト状の水供給装置142とが作動されて、ミスト状の
水を含んだ気体が混合室143からチャンバ11内に供
給される(ステップ6)。この気体は、窒素ガス等の所
定の不活性ガスの他、クリーンな空気であってもよい。
次いで、ミスト状の水を含んだ気体を供給してから所定
の供給時間が経過したか否かが判別される(ステップ
7)。この供給時間は、上記の図2に示す氷片Hが形成
されるのに必要な値に設定されたものであり、これによ
り基板Wの表面には図2に示す氷片Hが生成される。
と、ミスト状の水を含んだ気体のチャンバ11内への供
給が停止されると共に(ステップ8)、チャンバ11の
扉112が開けられ、基板受渡し部30のハンド311
により冷却プレート12上の基板Wが把持されて外部へ
取り出され、この基板Wがアーム31の回転動作と直線
動作により氷除去部20の予め上部位置に移動されてい
る基板支持台211上に載置される(ステップ9)。な
お、このとき、チャンバ11の扉112が閉じられ、真
空手段16によりチャンバ11内の湿った気体が外部へ
排出される。そして、基板支持台211は、吸着保持手
段の作動により基板Wを基板支持台211上に吸着保持
すると共に、回転昇降機構213の作動により下部位置
に移動した後、所定の速度で回転を開始する(ステップ
10)。
装置232が作動してノズル231からクリーンなエア
等の気体が基板Wに対して高圧噴射される(ステップ1
1)。このとき、ノズル231は、回転している基板W
の中心部と外周縁部間の範囲内でモータ等の駆動手段に
より移動し、基板Wの全域に気体が高圧噴射されるよう
になっている。これにより、基板Wの表面に生成されて
いる氷片Hが基板Wの表面から剥離されて吹き飛ばさ
れ、その氷は基板Wの表面から排除される。基板Wの表
面に付着していたパーティクルPは、凝結核として氷の
内部に閉じ込められているために氷の排除により基板W
の表面から除去され、基板Wが洗浄されることになる。
上記の排除された氷は、環状カップ22に捕捉され、ド
レンパイプ225から外部に排出される。
ら所定の噴射時間が経過したか否かが判別される(ステ
ップ12)。この噴射時間は、高圧噴射された気体によ
り氷が基板Wの表面から排除されるのに必要な値に設定
されたものである。そして、所定の時間が経過すると、
気体の高圧噴射が停止され(ステップ13)、純水供給
手段24の純水供給装置242が作動してノズル241
から純水が回転している基板Wの表面に供給される(ス
テップ14)。次いで、純水が供給されてから所定の供
給時間が経過したか否かが判別され(ステップ15)、
所定の時間が経過していると、純水の供給が停止される
(ステップ16)。これにより、基板Wの表面の最終洗
浄が完了する。続いて、基板支持台211が高速回転に
切り替えられる(ステップ17)。この高速回転によっ
て基板Wに付着している純水が遠心力で基板Wから排除
され、基板Wの表面の乾燥が行なわれる。
り替えられてから所定の回転時間が経過したか否かが判
別される(ステップ18)。この回転時間は、基板Wの
表面から純水が排除されて乾燥が完了する値に設定され
たものである。次いで、所定の時間が経過した後、回転
昇降機構213の回転駆動が停止されることにより基板
支持台211の回転が停止され(ステップ19)、一連
の基板の洗浄作業が完了する。
213により上部位置に移動されると共に、吸着保持手
段が解除される。そして、その位置で基板受渡し部30
のハンド311により基板Wが把持されて外部へ取り出
され、この基板Wがアーム31の回転動作と直線動作に
より図略の洗浄済基板カセットに収納される(ステップ
20)。
面に生成された氷を氷除去部20で除去している間に、
冷却製氷部10のチャンバ11内に次の新しい基板Wが
搬入され、上記各ステップが順次、実行されて複数の基
板Wの洗浄が連続して行なわれるようになっている。上
記の基板洗浄装置における冷却媒体供給手段15は、そ
の基板洗浄装置を作動させている間は連続して作動させ
ておいてもよいし、チャンバ11内に新しい基板Wを搬
入するたびに間欠的に作動させるようにしてもよい。
ば、アーム31を2つ備えておき、一方のアーム31で
氷の生成された基板Wをチャンバ11内から取り出して
いる間に、他方のアーム31で次の新しい基板Wを基板
カセットから取り出してくるようにしてもよく、また、
搬送ベルト等と組み合わせる等、他の手段で構成するこ
ともできる。さらには、上記一連の洗浄作業を1つのチ
ャンバ内で行なうようにすることも可能である。
パーティクルが凝結核となり、そのパーティクルを包み
込むようにして氷が生成されるので、従来のブラシスク
ラブ法では不可能であった微細なパーティクルの除去が
可能になると共に、従来のブラシスクラブ法で生じてい
た静電気によるパーティクルの再付着の問題やブラシ自
体が塵埃等の発生源になるという問題が生じることのな
い優れたものとなる。
する基板洗浄方法において、基板を零下に冷却する工程
と、零下に冷却された基板の表面にミスト状の水を含ん
だ気体を供給することにより基板の表面に氷を形成する
工程と、基板の表面に形成された氷を除去する工程とを
備えているため、比較的大きなパーティクルのみなら
ず、微細なパーティクルであっても除去することが可能
となる。
除去する工程は、高圧噴射した気体により氷を基板の表
面から排除するものであるため、氷を基板の表面から確
実に剥離でき、パーティクルを含んだ氷を基板の表面か
ら確実に排除することができる。
が、零下に冷却した冷却プレート上に基板を載置するも
のであれば、基板を短時間で零下に冷却することができ
る。
において、基板を零下に冷却する冷却手段と、この冷却
手段によって冷却された基板の表面にミスト状の水を含
んだ気体を供給する氷生成用気体供給手段と、この氷生
成用気体供給手段による気体の供給により生成された基
板の表面の氷を除去する除去手段とを備えているため、
比較的大きなパーティクルのみならず、微細なパーティ
クルであっても除去することが可能となる。
る基板支持台と、基板が載置された基板支持台を回転さ
せる駆動手段と、回転している基板支持台上の基板の表
面に気体を高圧噴射することにより、基板の表面の氷を
粉砕すると共にその粉砕した氷を吹き飛ばして基板の表
面から除去する気体高圧噴射手段と、気体の高圧噴射手
段を備えているため、氷を基板の表面から確実に剥離で
き、パーティクルを含んだ氷を基板の表面から確実に排
除することができる。
冷却プレートと、この冷却プレートに配設され、冷却媒
体を給送する管体とを備えたものでは、基板を短時間で
零下に冷却することができる。
水と気体との混合手段を備えているものでは、パーティ
クルを凝結核として容易に氷を生成することができるよ
うになる。
装置の概略図である。
ための図である。
ャートである。
Claims (5)
- 【請求項1】 基板の表面を洗浄する基板洗浄方法であ
って、 基板を零下に冷却する工程と、 零下に冷却された基板の表面にミスト状の水を含んだ気
体を供給することにより基板の表面に氷を生成する工程
と、上記基板を回転させながらこの基板の表面に気体を高圧
噴射することにより、当該 基板の表面に生成された氷を
粉砕すると共にその粉砕した氷を吹き飛ばして基板の表
面から除去する工程と、 を備えたことを特徴とする基板洗浄方法。 - 【請求項2】 基板を零下に冷却する工程は、零下に冷
却した冷却プレート上に基板を載置することにより基板
を冷却することを特徴とする請求項1記載の基板洗浄方
法。 - 【請求項3】 基板の表面を洗浄する基板洗浄装置であ
って、 基板を零下に冷却する冷却手段と、 この冷却手段により冷却された基板の表面にミスト状の
水を含んだ気体を供給する氷生成用気体供給手段と、 この氷生成用気体供給手段による気体の供給により生成
された基板の表面の氷を除去する除去手段とを備え、こ
の除去手段は、 基板が載置される基板支持台と、 この基板支持台を回転させる駆動手段と、 回転している基板支持台上の基板の表面に気体を高圧噴
射することにより、基板の表面の氷を粉砕すると共にそ
の粉砕した氷を吹き飛ばして基板の表面から除去する気
体高圧噴射手段と、 を備える ことを特徴とする基板洗浄装置。 - 【請求項4】 上記冷却手段は、上記基板を載置する冷
却プレートと、この冷却プレートに配設され、冷却媒体
を給送する管体と、を備えたことを特徴とする請求項3
記載の基板洗浄装置。 - 【請求項5】 上記氷生成用気体供給手段は、ミスト状
の水と気体との混合手段を備えていることを特徴とする
請求項3又は4記載の基板洗浄装置。
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