JP3753591B2 - 基板洗浄装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレイ・パネル）基板、あるいは、磁気ディスク用のガラス基板やセラミック基板などのような各種の基板に洗浄処理を施すための基板洗浄装置および基板洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程には、半導体ウエハ（以下、単に「基板」という。）の表面に成膜やエッチングなどの処理を繰り返し施して微細パターンを形成していく工程が含まれる。微細加工のためには基板の両面、特に薄膜が形成される基板の一方面（薄膜形成面）を清浄に保つ必要があるから、必要に応じて基板の洗浄処理が行われる。たとえば、基板の薄膜形成面上に形成された薄膜を研磨剤を用いて化学機械研磨処理（以下、ＣＭＰ処理という）した後には、研磨剤（スラリー）が基板両面に残留しているから、このスラリーを除去する必要がある。
【０００３】
上述のような従来の基板の洗浄を行う基板洗浄装置は、たとえば、基板を回転させながらその両面に洗浄液を供給しつつ基板の両面をスクラブ洗浄する両面洗浄装置と、基板を回転させながらその両面に洗浄液を供給しつつ基板の一方面（薄膜形成面）をスクラブ洗浄および超音波洗浄する片面洗浄装置と、基板を回転させながらその両面に純水を供給して水洗し、次いで純水の供給を停止させて基板を高速回転させることで基板表面の水分を振り切り乾燥させる水洗・乾燥装置とからなっている。
【０００４】
ここで特に、上述の片面洗浄装置には、主に基板表面に固着したパーティクルを除去するために、基板の表面をスポンジブラシによってスクラブ洗浄するブラシ洗浄機構と、主に基板表面に残留する微細なパーティクルを除去するために、基板の表面に向けて超音波が付与された洗浄液を供給する超音波洗浄機構とが備えられ、これらの機構によって、基板表面に付着しているゴミやスラリーなどの微細なパーティクルを除去できるようになっている。
【０００５】
そして、上記超音波洗浄機構は、超音波発振器からのパルスを受けて超音波振動する振動板によって洗浄液に超音波を付与し、この超音波が付与された洗浄液を基板表面に向けて吐出する超音波ノズルを備えており、この洗浄液の持つ超音波振動エネルギーによって、微細なパーティクルが基板表面から離脱されて除去できるようになっている。
【０００６】
しかしながら、近年の薄膜形成パターンの高精細化に伴って、より微細なパーティクルの除去が必要となってきており、上述した従来の基板洗浄装置の超音波洗浄機構では、このより微細なパーティクルの除去に対応できないという問題が生じていた。すなわち、従来の超音波洗浄機構においては、超音波ノズルの吐出口先端から、実際に超音波が付与された洗浄液が供給される基板表面までの距離（以下、吐出距離という）が大きくされているため、この距離の間に洗浄液に付与された超音波振動エネルギーが減衰してしまって、基板表面が十分に超音波洗浄されず、より微細なパーティクルを除去できないという問題があった。
【０００７】
また、上述の吐出距離の間には、大気中の空気が洗浄液に混入して気泡となり、この気泡によっても、洗浄液の持つ超音波振動エネルギーが減衰してしまって、基板表面が十分に超音波洗浄されず、より微細なパーティクルを除去できないという問題もあった。
【０００８】
しかも、常に適切な量の洗浄液を流す必要があり、特に洗浄液量も多くなるという問題もあった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況に対して、超音波洗浄機構において洗浄液を大幅に低減して省液化が可能な超音波洗浄装置の一例として、特開平１１−１３８１１６号公報が提供されている。この従来の超音波洗浄装置には、基板と振動プレート（振動板）との間に表面張力の作用により液膜ができ、この液膜を介して振動プレートからの超音波が基板へ伝達される構成が開示されている。従って、この液膜の作用により基板の洗浄を行うことができ、しかも、洗浄液の使用量を抑えることができる。
【００１０】
しかしながら、上記の超音波洗浄装置においては、洗浄液の供給開始時点で基板と振動プレートとの間の空気がスムーズに抜けず、洗浄液が行き渡らないという問題がある。これは、基板の移動方向に対して垂直な方向、即ち振動プレートの長手方向から洗浄液を供給することで、長尺な振動プレートの全面に洗浄液が行き渡らないという問題があった。
【００１１】
また、図６に説明図を示すように基板洗浄装置１００において超音波洗浄機構１１０は洗浄液が基板Ｗの移動とともに下流側（図中、矢印Ｆの方向）へ流れてしまうため、このことによって、上流側で振動プレート１２０と基板Ｗとの間に洗浄液が介在しない間隙空間Ｂ２が存在することとなる。また、基板洗浄機構１１０の基板対向面に構造的凹凸があると、その部位に洗浄液が充満しない、例えば間隙空間Ｂ１が存在する。その結果、振動プレート１２０から間隙空間Ｂ１、Ｂ２の部分に照射される超音波は全て反射して洗浄ムラとなる。さらにその状態が続くと振動プレート１２０が破損するという問題があった。尚、このことは振動プレート１２０が長尺な場合や、振動プレート１２０近傍に多くの構成的凹凸があると一層顕著な問題となる。
【００１２】
その結果、基板Ｗ表面にゴミやスラリーなどの微細なパーティクルが残ってしまい、半導体装置の製造工程において歩留りの低下につながり、大きな問題となっていた。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、基板表面の微細なパーティクルを十分に除去し、基板表面の洗浄力を向上させることが可能な基板洗浄装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するために、本発明は、超音波洗浄部材を有し、該超音波洗浄部材と基板とを対向させながら相対移動させて基板を超音波洗浄する超音波洗浄機構を備えた基板洗浄装置であって、超音波洗浄部材は、相対移動する基板に対向するように設けられた基板対向面内に配置される振動面と、基板に対する相対移動方向における上流及び下流において振動面を挟んで基板対向面内に先端部が配置され、基板に洗浄液を供給するノズルとを備え、ノズルの先端部と振動面とが配置される基板対向面は略面一に形成され、基板と基板対向面とに挟まれた空間を洗浄液で満たしながら基板を洗浄することを特徴とする基板洗浄装置である。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の基板処理装置において、超音波洗浄機構は、超音波洗浄部材を駆動して基板と基板対向面との間隔を設定する間隔設定手段をさらに備え、間隔設定手段は、洗浄液の表面張力により基板表面に形成される液膜の厚み以下に基板と基板対向面との対向間隔を設定することを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の基板洗浄装置において、前記ノズルの先端部は相対移動方向に対して垂直な方向が、超音波振動部材の振動面よりも同等または長尺に形成されたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の作用は次のとおりである。ここで、請求項１に係る発明の基板洗浄装置によると、相対移動される基板と超音波洗浄部材の振動面との間隔に、ノズルの先端部から洗浄液が供給されて満たされ、この間隔に満たされた洗浄液は振動面によって超音波が付与される。
【００１８】
ここで、基板と超音波洗浄機構とは相対移動されているため、間隔に満たされた洗浄液は、常に基板移動方向に沿う方向に力を受けている。このため、ノズルの先端部から供給された洗浄液は、基板の移動力を受けて、基板の移動方向の下流側に向かって流れようとする。そして、間隔内の洗浄液はその内部に滞留することなく間隔の外部に流れ出て行く為、振動面の全域における洗浄液の偏りが生じ、振動面の一部が洗浄液に接しない場合も考えられる。しかしながら、上記請求項１の発明によれば、振動面の上流側と下流側より洗浄液が供給されることにより振動面と基板との間に洗浄液が介在しない間隙を生じることがない。
【００１９】
また、ノズルの先端部は振動面の上流側と下流側に配置されているので、ノズルの先端部からどの方向に洗浄液が流れたとしても、確実に洗浄液に超音波振動を付与できる。したがって、確実に、基板表面の洗浄力を向上させることができる。しかも、ノズルの先端部と超音波洗浄部材の振動面が配置される基板対向面は略面一に形成されている。すなわち、基板対向面内において、洗浄液は平板状の基板表面と略面一の基板対向面によって挟まれた状態となっている。よって、洗浄液が表面張力により行き渡りやすく振動面全体を容易に覆うように供給される。
【００２０】
即ち、この基板に対向する間隔内に満たされた洗浄液は、大気に曝されることがなく、気泡等の空気の混入されることがない。したがって、このように上記間隔に満たされた状態にある洗浄液は、超音波振動が付与されると効率良く超音波振動エネルギーを伝達されるので、基板表面の微細なパーティクルを十分に除去し、基板表面の洗浄力を向上させることができる。
【００２１】
なお、ここでいう「基板表面」とは、基板の薄膜が形成された面であっても、基板の薄膜が形成されていない面であってもよく、また、基板の上面、下面のいずれでもよい。すなわち、基板表面とは、基板の周縁部の端面を除いたどの面であってもよい。
【００２２】
またさらに、ここでいう「洗浄液」とは、純水および薬液（たとえば、フッ酸、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸、酢酸、アンモニアまたはこれらの過酸化水素水溶液など）のいずれであってもよく、基板表面を洗浄できる液体であればなんでもよい。
【００２３】
請求項２に係る発明の基板洗浄装置によると、間隔設定手段により、洗浄液の表面張力により基板表面に形成される液膜の厚み以下に基板と超音波洗浄部材の基板対向面との対向間隔が設定される。このため、基板と基板対向面とに挟まれた空間（間隙空間）は確実に洗浄液に満たされる。したがって、洗浄液に伝達された超音波振動エネルギーを十分に維持することができ、基板表面の洗浄力をさらに向上させることができる。
【００２４】
さらに、ここでいう「基板対向面」とは、基板表面に対向するような面であればよく、基板表面に平行な面であっても平行でない面であってもよい。また、基板対向面は、平面に限らず、曲面であってもよく、凸部や凹部を有さない面であればよい。
【００２５】
請求項３に係る発明の基板洗浄装置によると、ノズルの先端部は相対移動方向に対して垂直な方向が、超音波振動部材の振動面よりも同等または長尺に形成されることにより、ノズルの先端部から供給された洗浄液は確実に振動面を通過することになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、上述の技術的課題を解決するための本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置の主要部の構成を簡略的に示す斜視図である。なお、この基板洗浄装置１は、ＣＭＰ処理後のウエハ（以下、単に「基板」という）の両面をスクラブ洗浄して、比較的大きなパーティクルを除去した後に、基板Ｗの上面Ｗａ（薄膜形成面）を再度スクラブ洗浄し超音波洗浄して比較的微細なパーティクルを除去する装置である。また、この基板洗浄装置に対する基板Ｗの搬出または搬入は、基板Ｗの下面Ｗｂ（薄膜形成面とは反対側の面）を吸着保持するハンド（図１に二点鎖線で示すＨ）を有する図示しない基板搬送ロボット等によって適宜行われている。
【００２７】
この基板洗浄装置１は、基板Ｗを回転軸Ｒを中心に回転方向Ｆの方向に回転させる基板回転機構１０、基板上面Ｗａを超音波洗浄するための超音波洗浄機構２０、基板上面Ｗａをスクラブ洗浄するためのブラシ洗浄機構３０、および基板上面Ｗａと基板Ｗの回転軸Ｒとが交差する点Ｏ（基板Ｗの中心Ｏ）付近に向けて洗浄液を供給する補助液供給機構４０と、各々の機構の動作を制御する制御部５０とからなっている。
【００２８】
基板回転機構１０は、図示しない回転駆動源から回転駆動力を伝達されて回転方向Ｆの方向に回転するスピン軸１１と、このスピン軸１１の上端部に設けられ、基板下面Ｗｂを上面にある複数の吸着孔により吸着保持するスピンチャック１２とからなっている。これらの構成により、基板回転機構１０は、基板下面Ｗｂを吸着保持しつつ、基板Ｗに垂直な回転軸Ｒを中心として回転方向Ｆの方向に基板Ｗを回転させることができるようになっている。
【００２９】
また、超音波洗浄機構２０は、基板上面Ｗａと対向するように設けられた基板対向面ＷＦ、この基板対向面ＷＦ内に先端部が配置されて純水などの洗浄液を供給する後述のノズル、および、基板対向面ＷＦ内に設けられてこのノズルから供給された洗浄液に超音波振動を付与する振動面（後述の図２のＶＦ）を有し、基板対向面ＷＦと基板上面Ｗａとの間に供給された洗浄液に超音波振動を付与するための超音波洗浄ヘッド２１と、この超音波洗浄ヘッド２１を一方端で保持する揺動アーム２２と、この揺動アーム２２をアーム軸２３を中心として所定の角度範囲で回動（揺動）させるモータ等の揺動駆動源２４と、超音波洗浄ヘッド２１および揺動アーム２２を上下方向に昇降させるモータ等の昇降駆動源２５とからなっている。ここで、上記超音波洗浄ヘッド２１は本願発明の超音波洗浄部材に相当する。
【００３０】
なお、揺動アーム２２と揺動駆動源２４との間には、揺動駆動源２４からの回転駆動力を揺動アーム２２に伝達する揺動伝達機構２４ｔが設けられている。たとえば、この揺動伝達機構２４ｔは、揺動駆動源２４としてのモータの出力軸とアーム軸２３のそれぞれに取りつけられた１組のプーリと、この１組のプーリ間に掛け渡されたベルトとからなるベルト＆プーリ機構などである。これにより、揺動駆動源２４としてのモータの出力軸を回動させれば、アーム軸２３が回動し、揺動アーム２３が回動する。
【００３１】
また、揺動アーム２２と昇降駆動源２５との間には、昇降駆動源２５からの回転駆動力を上下方向の駆動力に変換して揺動アーム２２に伝達する昇降伝達機構２５ｔが設けられている。たとえば、この昇降伝達機構２５ｔは、昇降駆動源２５としてのモータの出力軸に対して回転可能に接続されたボールネジ軸と、揺動アーム２２から揺動駆動源２４に至るまでの構造物を直線移動可能に保持し、ボールネジ軸に螺合する移動子とからなるボールネジ機構等が設けられている。これにより、昇降駆動源２５としてのモータの出力軸を回動させれば、ボールネジ軸が回転して移動子が上下移動し、揺動アーム２３から揺動駆動源２４に至るまでの構造物が昇降する。
【００３２】
これらの構成により、超音波洗浄機構２０は、超音波洗浄ヘッド２１を、揺動駆動源２４によって経路Ａ２に沿って図１に示す処理位置と基板上面Ｗａ外の待機位置とを往復移動させることができ、また、昇降駆動源２５によって経路Ａ１およびＡ３に沿って上下移動させることができるようになっている。すなわち、超音波洗浄機構２０は、経路Ａ１上を上昇させ、次に、基板上面Ｗａと基板対向面ＷＦとの間隔（以下、基板対向間隔Ｄとする）が大きい第２の間隔Ｄ２である状態を保ちつつ経路Ａ２上を基板Ｗの回転軸Ｒに近づく方向に水平移動させた後、経路Ａ３上を下降させるようになっている。そして超音波洗浄ヘッド２１を、基板対向間隔Ｄが第１の間隔Ｄ１である処理位置の状態を保つ。同様に、経路Ａ３を上昇し経路Ａ２上を基板Ｗの回転軸Ｒから離れる方向に水平移動させた後、経路Ａ１を下降して待機位置となる。
【００３３】
また、ブラシ洗浄機構３０は、基板上面Ｗａをスクラブ洗浄するためのスポンジブラシを有するブラシ部３１と、このブラシ部３１を一方端で回転可能に保持する揺動アーム３２と、この揺動アーム３２をアーム軸３３を中心として所定の角度範囲で回動（揺動）させるモータ等の揺動駆動源３４と、ブラシ部３１および揺動アーム３２を上下方向に昇降させるモータ等の昇降駆動源３５とからなっている。なお、ブラシ部３１は、揺動アーム３２内に設けられた図示しないモータ等の回転駆動源により自転されるようになっている。なお、揺動アーム３２と揺動駆動源３４との間、および、揺動アーム３２と昇降駆動源３５との間には、超音波洗浄機構２０と同様な構造の揺動伝達機構３４ｔおよび昇降伝達機構３５ｔが設けられている。
【００３４】
これらの構成により、超音波洗浄機構２０と同様に、ブラシ洗浄機構３０は、ブラシ部３１を、揺動駆動源２４により基板上面Ｗａに沿って水平移動させることができ、また、昇降駆動源２５により上下移動させることができるようになっている。なお、このブラシ部３１および超音波洗浄ヘッド２１が、ウエハの中心Ｏ付近で干渉しないように、それぞれの移動は制御されている。
【００３５】
さらに、補助液供給機構４０は、基板上面Ｗａの中心Ｏ付近に向けて洗浄液を供給する補助液供給ノズル４１と、この補助液供給ノズル４１に対して洗浄液を送り込む補助液配管４２と、この補助液配管４２が接続された洗浄液供給源４３とからなっている。また、この補助液配管４２の途中部には、補助液供給ノズル４１からの補助液の供給を開始／停止させるためのバルブ４４が介装されている。
【００３６】
なお、この補助液供給機構４０からの洗浄液は、少なくとも、ノズルを有する超音波洗浄ヘッド２１が処理位置に位置していない間は、基板Ｗの中心Ｏに供給されるようになっている。このため、常に、基板上面Ｗａ全域は洗浄液が供給される状態となる。ただし、この基板上面Ｗａの乾燥をさらに防止するためには、基板Ｗがスピンチャック１２上に保持されている間は、常に、補助液供給ノズル４１から基板上面Ｗａに洗浄液が供給されているのが好ましい。
【００３７】
次に、以上の構成を有する基板洗浄装置１による洗浄処理動作について簡単に説明する。まず、超音波洗浄ヘッド２１が待機位置に位置している状態で、図示しない基板搬送ロボットのハンドＨによって、予め両面が洗浄された基板Ｗが基板洗浄装置１内に搬入され、スピンチャック１２の上面に載置されて吸着保持される。このスピンチャック１２による基板Ｗの吸着保持とほぼ同時に、基板Ｗの中心Ｏ付近に向けて補助液供給機構４０の液供給ノズル４１より洗浄液が供給される。次に、基板Ｗを吸着保持したスピンチャック１２が図示しない回転駆動源によって高速で回転されて、基板Ｗが回転軸Ｒを中心に回転方向Ｆの方向に回転される（基板回転工程）。
【００３８】
そして、揺動駆動源２４によって揺動アーム２２が回動されて、超音波洗浄機構２０の超音波洗浄ヘッド２１が経路Ａ１と経路Ａ２に沿って基板Ｗの中心Ｏの上方に移動されるとほぼ同時に、超音波洗浄機構２０のノズルより洗浄液が供給される（洗浄液供給工程）。
【００３９】
次に、昇降駆動源２５によって経路Ａ３に沿って揺動アーム２２が下降されて、超音波洗浄ヘッド２１が基板Ｗの中心Ｏ付近の基板上面Ｗａに近接（第１の間隔Ｄ１）され、処理位置で超音波洗浄が行われる（超音波洗浄工程）。なお、この超音波洗浄工程と同時に、あるいは超音波洗浄工程に前後して、ブラシ洗浄機構２０によるスクラブ洗浄が行われる。また、スピンチャック１２の回転速度は１０ｒｐｍから１０００ｒｐｍ程度が好ましい。
【００４０】
そして、基板回転機構１０による基板Ｗの回転が停止されるとともに、超音波洗浄機構２０からの洗浄液の供給が停止される。そして最後に、補助液供給機構４０からの洗浄液の供給が停止された直後、超音波洗浄機構２０とブラシ洗浄機構３０が待機位置へ移動するとともに、図示しない基板搬送ロボットのハンドＨによって基板Ｗが基板洗浄装置１から搬出されて、１枚の基板Ｗに対するこの基板処理装置１での洗浄処理が終了する。尚、以上の動作は制御部５０に予め動作フローが設定され、その設定に従って制御される。この後は、次の水洗・乾燥装置で水洗・乾燥されて最終仕上され、基板Ｗを複数枚収容可能なカセットに収容される。
【００４１】
さて、次に、本願発明の特徴部分となる超音波洗浄機構２０の超音波洗浄ヘッド２１について図を用いて、詳しく説明する。図２は、超音波洗浄ヘッド２１の構成を簡略的に示す装置側方から見た断面図、図３は長手方向の装置側方から見た断面図、図４はその下側から見た平面図である。超音波洗浄ヘッド２１は、たとえば、４ふっ化テフロン（登録商標）（poly tetra fluoro ethylene）などのフッ素樹脂からなる本体部２１１と、この本体部２１１の底面に相当する基板対向面ＷＦ内に振動面ＶＦを有する平面視で長尺平板状の振動板２１２と、この振動板２１２の上面に貼りつけられ、超音波発振器２１４からのパルスを受けて振動板２１２を超音波振動させる平面視で長尺平板状の振動子２１３と、基板対向面ＷＦ内に先端部ＮＳを有し、本体部２１１の長手方向両側部に挿通されたノズル２２０、２３０とからなっている。そして、基板対向面ＷＦではノズル２２０、２３０の先端部ＮＳ、ＮＳを含む本体部２１１と振動板２１２の振動面ＶＦが略面一に形成される。ここで、振動板２１２の長手方向の長さは基板Ｗの中心Ｏから基板Wの端周部までを含む大きさで、その端が基板Wの端部より基板外に出ない大きさに形成される。
【００４２】
なお、本体部２１１は上述の揺動アーム２２の一方端の下面にボルト等によって固定されており、本体部２１１内を挿通するノズル２２０、２３０は、揺動アーム２２の内部を通るノズル配管２２１、２３１を介して、上述の補助液供給機構４０の補助液配管４２が接続された洗浄液供給源４３に接続されている。また、ノズル配管２２１、２３１の途中部には、ノズル２２０、２３０からの洗浄液の供給を開始／停止させるためのバルブ２２２、２３２が介装されている。
【００４３】
ノズル２２０、２３０は超音波洗浄ヘッド２１に対する基板Ｗの移動方向である回転方向Ｆに関して振動板２１２を挟んで下流側にノズル２２０が、上流側にノズル２３０が配置される。ノズル２２０（尚、ノズル２３０の構成も同様なので説明を省略する）は、振動板２１２を周面で支持する本体部２１１の基板Ｗの移動方向Ｆに垂直な方向の側部に立設された側板２２３（２３３）を切削して形成される。本体部２１１の基板対向面ＷＦである先端部ＮＳには、洗浄液の吐出孔２２４（２３４）がスリット状に開孔され、図４に示すように振動板２１２の振動面ＶＦより長尺に、また、吐出孔２２４（２３４）の両端が振動面ＶＦの両端より延在して形成される。
【００４４】
そして、吐出孔２２４（２３４）は液案内部２２５（２３５）を介して、液溜部２２６（２３６）に連設される。吐出孔２２４（２３４）はその断面積が、液溜部２２６（２３６）の側断面積よりも小さく形成される。この液溜部２２６（２３６）の上部にノズル配管２２１（２３１）が分岐した図３に示す連結部２２１ａ、２２１ｂ（２３１ａ、２３１ｂ）が適宜、両端に離れて接続されてる。
【００４５】
次に、基板対向間隔Ｄの第１の間隔Ｄ１は、十分に基板Ｗと基板対向面ＷＦとに挟まれた空間（間隙空間Ｋ）が洗浄液で満たされる間隔であればよく、通常３ｍｍ以下、好ましくは１〜２ｍｍ程度に設定される。なお、この一実施形態においては、この基板対向間隔Ｄの設定は、昇降駆動源２５によって行われており、上述の図１の説明で示したように、昇降駆動源２５によって基板対向間隔Ｄは第１の間隔Ｄ１と第２の間隔Ｄ２との２つの間隔に設定される。
【００４６】
以上の構成により、バルブ２２２、２３２が制御部５０の信号により開成されてノズル２２０、２３０から洗浄液が供給されるとともに、超音波洗浄ヘッド２１の基板対向間隔Ｄが第１の間隔Ｄ１となる位置まで近接されると、間隙空間Ｋに洗浄液が満たされる。そして、この間隙空間Ｋに満たされた洗浄液に対して、振動板２１２からの超音波振動が付与され、基板上面Ｗａの超音波洗浄が行われる。
【００４７】
その際、まずノズル２２０、２３０ではノズル配管２２１、２３１から供給された洗浄液が液案内部２２５、２３５と液溜部２２６、２３６の断面積に違いにより液溜部２２６、２３６の長手方向に充満する。そして、洗浄液は液案内部２２５、２３５を流下することで、偏りが少なくスリット状に吐出孔２２４、２３４から基板上面Ｗａに供給される。
【００４８】
次に、洗浄液の基板上面Ｗａ上での挙動について説明する。基板Ｗと基板対向面ＷＦとが最も近接している部分の間隔は３ｍｍ以下に設定される。ここで、基板上面Ｗａの洗浄に用いられている通常の洗浄液は、その表面張力により概ね３ｍｍ以上の厚みの液膜を基板表面Ｗａに形成する。このため、間隙空間Ｋのうち、基板対向間隔Ｄが３ｍｍ以下の部分においては、間隙空間Ｋは確実に洗浄液に満たされる。したがって、洗浄液に伝達された超音波振動エネルギーを十分に維持することができ、基板表面の洗浄力をさらに向上させることができる。しかしながら、基板上面Ｗａ上の洗浄液には、基板Ｗの回転によって、回転軸Ｒから離れる方向に遠心力が、基板Ｗの回転方向Ｆの方向に回転力が付与される。このため、基板上面Ｗａに供給された洗浄液は、回転軸Ｒから離れる方向および回転方向Ｆの方向に流れようとする傾向となる。
【００４９】
ここで、洗浄液の供給が一方である基板Ｗの回転方向（移動方向）Ｆの下流側のみから行われると、洗浄液は間隙空間Ｋ内に表面張力をもってしても満たさない状態となる。また、他方である上流側からのみ行われたとしても、回転速度が早すぎると振動板２１２の振動面ＶＦの下流側で洗浄液が間隙空間Ｋに介在されない。しかしながら、この一実施形態においては、振動板２１２の振動面ＶＦの基板Ｗの回転方向Ｆの上流側と下流側はノズル２２０、２３０の先端部ＮＳ、ＮＳで取り囲まれており、また、ノズル２２０、２３０の吐出孔２２４、２３４の開孔長さの領域内に振動面ＶＦが設けられているので、間隙空間Ｋ内は振動面ＶＦの全面に渡り常に洗浄液が介在することができる。即ち、振動面ＶＦの略周囲より洗浄液が供給され、表面張力で間隙空間Ｋに洗浄液は常に介在されることとなり、洗浄液に超音波振動を十分に付与することができる。
【００５０】
さらに、洗浄液の供給流量と基板Ｗの回転速度との関係が適切な場合、たとえば、超音波洗浄ヘッド２１の基板対向面ＷＦに構造的凹凸があると洗浄液が充満せず空気が介在する間隙が生じる状態となる、しかしながら、この一実施形態においては、基板対向面ＷＦは略面一に形成されているので、間隙空間Ｋ内の洗浄液の供給とともに間隙空間Ｋ内の空気が追い出されて洗浄液により満たされる。よって、振動板２１２の破損を防止することができる。
【００５１】
また、この間隙空間Ｋに満たされた洗浄液は、間隙空間Ｋ内の領域は大気と触れることはないので、気泡等の空気が混入することない。したがって、この洗浄液は、超音波振動が付与されると効率良く超音波振動エネルギーを伝達されるので、基板表面Ｗａの微細なパーティクルを十分に除去し、基板表面Ｗａの洗浄力を向上させることができる。
【００５２】
＜第二の実施例＞上記の実施例においては超音波洗浄ヘッド２１の基板対向面ＷＦを略面一に形成しているが、次の図５に示すような構造の別の超音波洗浄ヘッド３００にしてもよい。図５は、この超音波洗浄ヘッド３００の基板対向面ＷＦ、振動面ＶＦ、およびノズルの先端部ＮＳと、基板Ｗとの関係を示す平面図である。なお、この図５の構成において、図２乃至図４の構成と同様な部分については、その詳細な説明を省略し、図２乃至図４の各部と同一の参照符号を付して示す。
【００５３】
この超音波洗浄ヘッド３００においては、振動板２１２の基板Ｗの回転方向Ｆの下流側に配置される、ノズル３０１の先端部ＮＳが振動面ＶＦよりも基板上面Ｗａから離れる方向に段差３０３を有して配置される。すなわち、間隙空間Ｋに供給される洗浄液は基板Ｗの回転方向Ｆに移動されるため間隙空間Ｋないの空気を下流側へ押しやることとなる。言いかえれば、間隙空間Ｋの空気が振動面ＶＦの表面を下流側へ移動することなるが、この間隙空間Ｋからの空気の押し出しを促進するためにノズル３０１の先端部ＮＳから基板上面Ｗａまでの距離は、振動面ＶＦから基板上面Ｗａまでの距離よりも大きくされている。このようにすれば、段差３０３により間隙空間Ｋの空気は間隙空間Ｋの外方への排出が容易となるため、確実に間隙空間Ｋの洗浄液に気泡が含まれることを防止できる。
【００５４】
また、この際、制御部５０によるバルブ２２２、２３２の開閉のタイミングを以下のように制御してもよい。即ち、洗浄液の供給を超音波洗浄ヘッド３００が基板上面Ｗａの処理位置である第１の間隔Ｄ１に位置した際に開始するととともに、バルブ２３２のみを開成して上流側のノズル３０２のみから供給する。こうすることにより、まず、間隙空間Ｋの空気の押し出しを行い、次に所定時間後にバルブ２２２を開成してノズル３０１より洗浄液を供給することで、確実に間隙空間Ｋを洗浄液で満たすことができる。
【００５５】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、上述した一実施形態においては、間隔設定手段としての昇降駆動源２５によって基板対向間隔Ｄを第１の間隔Ｄ１に設定するようにしていたが、この昇降駆動源２５とは別の間隔設定手段によって、さらに基板対向間隔Ｄ（Ｄ１）を微調節するようにしてもよい。すなわち、昇降駆動源２５によって基板対向間隔Ｄを第１の間隔Ｄ１近傍に大まかに設定するとともに、別の間隔設定手段によって基板対向間隔Ｄを第１の間隔Ｄ１に精密に設定するようにしてもよい。
【００５６】
さらに、超音波洗浄ヘッド２１の基板対向面ＷＦが、上記実施例のように基板Ｗの中心Ｏから基板Ｗの外周部までを含む大きさで形成されているような場合には、基板Ｗの中心Ｏは常に基板対向面ＷＦで覆われて洗浄液が供給されているので乾燥することがなく、よって、特に補助液供給機構４０を特に設けなくてもよい。
【００５７】
さらに、上述した一実施形態においては、基板Ｗの洗浄処理中に、揺動駆動源２４および揺動伝達機構２４ｔによって、超音波洗浄ヘッド２１は基板上面Ｗａに固定的に配置されるが、超音波洗浄ヘッド２１を基板上面Ｗａに沿って直線移動させるものであってもよい。たとえば、揺動伝達機構２４ｔに代えて、昇降伝達機構２５ｔとして説明したようなボールネジ機構などを用い、基板上面Ｗａに沿って基板Ｗの回転軸Ｒに対して離れる方向および近づく方向に超音波洗浄ヘッド２１を往復直線移動（揺動）させてもよい。その際、超音波洗浄ヘッドの大きさが基板Wの直径を略相当し、振動面ＶＦが基板表面Ｗａを略覆う大きさであれば基板Ｗを固定とし超音波洗浄ヘッドを移動させる関係においても、本願における基板と超音波洗浄ヘッドの相対移動の関係は、超音波洗浄ヘッドから見た場合、基板の移動方向として同じ関係を有することとなる。
【００５８】
さらに、上述した一実施形態において、超音波洗浄ヘッド２１に設けられたノズルの先端部ＮＳの形状は所定の方向に長く形成されたスリット状であるが、いかなる形状であってもよく、たとえば、複数の短いスリット状の開口であってもよい。
【００５９】
さらに、上述した一実施形態において、基板対向面ＷＦは、基板上面Ｗａとほぼ平行に対向する平面であるが、これに限らず、基板上面Ｗａに対して傾斜して対向する平面であってもよいし、基板上面Ｗａに対して突出したり凹んだりした曲面であってもよい。
【００６０】
なお、上述した一実施形態において、洗浄液として純水を用いているが、基板を洗浄可能な液体であればなんでもよく、たとえば、フッ酸、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸、酢酸、アンモニアまたはこれらの過酸化水素水溶液などの薬液であってもよい。
【００６１】
また、上述した一実施形態において、超音波洗浄ヘッド２１の本体部２１１などの材質はフッ素樹脂としているが、洗浄液に対する耐液性を有し、機械的強度が十分であるものであれば何でもよい。たとえば、洗浄液が純水である場合には、塩化ビニルやアクリルなどの樹脂、またはステンレスやアルミニウムなどの金属等の材質としてもよい。また、洗浄液が薬液である場合には、その薬液の種類によって異なるが、主に、フッ素樹脂や塩化ビニル等の樹脂が適用される。
【００６２】
また、上述した一実施形態において、基板回転機構１０は、基板下面Ｗｂを吸着保持するスピンチャック１２によって、基板Ｗを保持しつつ回転させるようにしていたが、基板Ｗの周縁部をその下方および端面でピン保持しつつ基板Ｗの回転軸Ｒを中心に回転するピン保持式のスピンチャックであってもよい。
【００６３】
あるいは、基板回転機構１０は、基板Ｗの周縁部の端面に当接しつつ基板Ｗの回転軸Ｒに平行な軸を中心に回転する少なくとも３つのローラピンのようなものであってもよい。このローラピンを用いた基板回転機構１０は、特に、基板Ｗの両面を超音波洗浄する場合に有効であり、超音波洗浄ヘッド２１を基板Ｗを挟む位置に配置すれば、基板両面（ＷａおよびＷｂ）の全域を良好に超音波洗浄できる。なお、この場合、基板下面Ｗｂを洗浄する超音波洗浄ヘッド２１は、その基板対向面ＷＦが上方に向いてしまうが、このような場合には、上記実施例による超音波洗浄ヘッド２１を用いることで、洗浄液が所定量だけ一時的に保持される。このため、間隙空間Ｋ内に洗浄液を容易に満たすことができ、洗浄液に対して十分な超音波振動を付与することができる。
【００６４】
また、上述した一実施形態においては、ＣＭＰ処理後の基板Ｗを洗浄する場合について説明しているが、これに限られるものではなく、本発明は、広く、基板Ｗを洗浄するものに対しても適用することができる。
【００６５】
さらに、上述した一実施形態においては、基板Ｗとして半導体ウエハを洗浄する場合について説明しているが、本発明は、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレイ・パネル）基板、あるいは、磁気ディスク用のガラス基板やセラミック基板などのような他の各種の基板の洗浄に対して広く適用することができる。また、その基板の形状についても、上述した一実施形態の円形基板の他、正方形や長方形の角型基板に対しても、本発明を適用することができる。
【００６６】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の設計変更を施すことが可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、洗浄液は基板と超音波洗浄部材の振動面との間隙に満たされた状態となり、超音波振動が付与されると効率良く超音波振動エネルギーを伝達されるので、基板表面の微細なパーティクルを十分に除去し、基板表面の洗浄力を向上させることができるという効果を奏する。その際、洗浄液は振動面の上流側と下流側より供給されることにより振動面と基板との間に洗浄液が介在しない間隙を生じることがない。しかも、ノズルの先端部と超音波洗浄部材の振動面が配置される基板対向面は略面一に形成されているため、洗浄液が表面張力により行き渡りやすく振動面全体を容易に覆うように供給される。その結果、基板と基板対向面とに挟まれた空間（間隙空間）内の洗浄液の供給とともに間隙空間内の空気が追い出されて洗浄液により満たされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置の主要部の構成を簡略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置の超音波洗浄ヘッドの基板対向面、振動面、およびノズルの先端部と、基板との関係を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置の超音波洗浄ヘッドの構成を簡略的に示す装置側方から見た断面図である。
【図４】本発明に係る別の超音波洗浄ヘッドの構成を簡略的に示す下側から見た平面図である。
【図５】本発明に係る別の超音波洗浄ヘッドの基板対向面、振動面、およびノズルの先端部と、基板との関係を示す断面図である。
【図６】従来の洗浄装置の説明図である。
【符号の説明】
１、１００ 基板洗浄装置
２０、１１０ 超音波洗浄機構
２１、３００ 超音波洗浄ヘッド（超音波洗浄部材）
２１１ 本体部
２１２ 振動板
２１３ 振動子
２１４ 超音波発振器
４３ 洗浄液供給源
Ａ１、Ａ２、Ａ３ 基板対向面の経路
Ｄ 基板対向間隔
Ｄ１ 第１の間隔
Ｄ２ 第２の間隔
Ｆ 回転方向（移動方向）
Ｂ１、Ｂ２、Ｋ 間隙空間
２２０、２３０、３０１、３０２ ノズル
ＮＳ ノズルの先端部
Ｏ 基板の中心
Ｒ 基板の回転軸
ＶＦ 振動面
Ｗ 基板
Ｗａ 基板上面
Ｗｂ 基板下面
ＷＦ 基板対向面

Claims (3)

1. 超音波洗浄部材を有し、該超音波洗浄部材と基板とを対向させながら相対移動させて基板を超音波洗浄する超音波洗浄機構を備えた基板洗浄装置において、
   前記超音波洗浄部材は、
   相対移動する基板に対向するように設けられた基板対向面内に配置される振動面と、
   基板に対する相対移動方向における上流及び下流において前記振動面を挟んで前記基板対向面内に先端部が配置され、基板に洗浄液を供給するノズルと
   を備え、
   前記ノズルの先端部と前記振動面とが配置される前記基板対向面は略面一に形成され、
   基板と前記基板対向面とに挟まれた空間を洗浄液で満たしながら基板を洗浄することを特徴とする基板洗浄装置。
2. 請求項１に記載の基板洗浄装置において、
   前記超音波洗浄機構は、前記超音波洗浄部材を駆動して基板と前記基板対向面との間隔を設定する間隔設定手段をさらに備え、
   前記間隔設定手段は、洗浄液の表面張力により基板表面に形成される液膜の厚み以下に基板と前記基板対向面との対向間隔を設定することを特徴とする基板洗浄装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の基板洗浄装置において、
   前記ノズルの先端部は前記相対移動方向に対して垂直な方向が、前記超音波振動部材の振動面よりも同等または長尺に形成されたことを特徴とする基板洗浄装置。

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