JP4711325B2 - 基板洗浄用ノズル - Google Patents

Description

本発明は、洗浄装置により基板を洗浄する際、洗浄装置から噴出される高圧液の噴出口をもつ基板洗浄用ノズルに関する。

従来のノズルの先端開口の形状は猫目状であり、そこから洗浄液を扇状に噴出するものであった。

従来のノズルによると、洗浄対象となる基板を、むら無く効率よく洗浄することは困難である。なぜなら、ノズルの先端開口から扇状に噴出される洗浄液（以下、適宜「液滴」と称する）により基板を洗浄する際、液滴の衝突する基板表面（以下、適宜「衝突面」と称する）の両端部分は、衝突面の中央部分と比べて十分に洗浄されないからである。なお、ここでは、衝突面から両端部分を除いた部分、すなわち基板表面のノズル先端開口近傍を「中央部分」と定義する。

そこで、従来のノズルを用いて基板表面をむら無く洗浄するためには、ノズルの位置もしくは基板の位置を変えながら複数回洗浄する必要が生じる。これは、作業効率の低減を意味し、早急に解決すべき課題となっている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、基板をむら無く効率よく洗浄することができる基板洗浄用ノズルを提供すること、である。

本発明の基板洗浄用ノズルは、先端開口が略長方形状であり、洗浄液を液滴として幅方向に広がる扇状に噴出させて少なくとも幅方向が４００ｍｍの基板表面に衝突させることにより該基板表面を洗浄する洗浄用ノズルであって、該先端開口は一方向に伸びる溝の中央部の底面と両壁面とに跨り開口しており、該先端開口は、該先端開口の真下方向１００ｍｍの位置から左右の幅方向に４０ｍｍ離れた位置における該液滴の粒子径が１０〜５０μｍとなり該液滴の粒子速度が１０〜７０ｍ／ｓとなり、かつ、該基板表面に衝突する該液滴の流量分布が幅方向の中央部分で均一で該中央部分と該両端部分との境界部分で該中央部分よりも大流量となり、該基板表面に衝突する該液滴の運動エネルギー分布が幅方向の両端部分を除いて均一となる台形状の運動エネルギー分布を得る形状とされていることを特徴とする。

従来のノズルによると、ノズルの先端開口から噴出された時点において、洗浄液は扇状の水膜である。水膜は両端部分に近づくほど薄くなる。そのため、中央部分に衝突する洗浄液の流量と比べて、両端部分に衝突する洗浄液の流量は少ない。また水膜は薄いほど、空気との衝突により水膜の微粒子化が促進されるため水膜は液滴になり易くなる。なお、液滴となった水膜の失速は大きい。そのため、中央部分に衝突する液滴の粒子速度と比べて、両端部分に衝突する液滴の粒子速度は小さい。すなわち、中央部分に衝突する液滴の運動エネルギーと比べて、両端部分に衝突する液滴の運動エネルギーは小さい。したがって、中央部分と比べて両端部分は十分に洗浄されない。

基板をむら無く効率よく洗浄するためには、基板表面の両端部分に衝突する液滴の運動エネルギーを中央部分に衝突する液滴の運動エネルギーと同程度にする必要がある。

本発明の基板洗浄用ノズルの先端開口の形状は略長方形である。そのため、中央部分に衝突する洗浄液の流量より両端部分に衝突する洗浄液の流量を増やすことができる。これにより、両端部分に衝突する液滴の運動エネルギーを中央部分に衝突する液滴の運動エネルギーと同程度にすることができる。

本発明の基板洗浄用ノズルを用いることにより、基板をむら無く効率よく洗浄することができる。

以下、本発明の基板洗浄用ノズルの実施形態について説明する。

（ノズルの先端開口）
はじめに、本発明の基板洗浄用ノズルの先端開口について説明する。

本発明の基板洗浄用ノズルの先端開口は略長方形状である。先端開口が略長方形状であることにより、先端開口から噴出される液滴は先端開口の略長方形の長辺方向に広がる扇状に噴出される。

先端開口の形状は、一方向に伸びる溝の中央部の底面とその両壁面に跨り開口されている。先端開口の形状が一方向に伸びる溝の中央部の底面とその両壁面に跨り開口する形状であることにより、先端開口の中央部から噴出する洗浄液を溝の両壁面で規制し、洗浄液を先端開口の両端部に押し広げる作用をなす。

ところで、先端開口の形状である略長方形の互いに背向する短辺は外側に膨れていてもよい。先端開口が略長方形状であることにより、基板を洗浄する際、基板の両端部分に衝突する液滴の流量を、基板の中央部分に衝突する液滴の流量より増やすことが可能である。これにより、両端部分に衝突する液滴の運動エネルギーを中央部分に衝突する液滴の運動エネルギーと同程度にすることができる。すなわち、中央部分と比べて洗浄されにくい両端部分の洗浄効果を高めることができ、むらの無い基板を仕上げることができる。

（液滴）
つぎに、本発明の基板洗浄用ノズルの先端開口から噴出され、基板に衝突する液滴について説明する。

液滴の洗浄能力は、基板に衝突する液滴の粒子径、粒子速度および流量に起因する。そこで、好ましい液滴の粒子径は１〜１００μｍである。また、好ましい粒子速度は１０〜１００ｍ／ｓである。液滴の粒子径が１μｍより小さい、もしくは液滴の粒子速度が１０ｍ／ｓより小さいと、液滴の運動エネルギーは過小となり基板が十分に洗浄されないためである。一方、液滴の粒子径が１００μｍより大きい、もしくは液滴の粒子速度が１００ｍ／ｓより大きいと、液滴の運動エネルギーは過大となり基板を傷つける可能性が生じるためである。

さらに好ましい液滴の粒子径は１０〜５０μｍである。また、さらに好ましい液滴の粒子速度は１０〜７０ｍ／ｓである。なぜなら、１０〜５０μｍの粒子径であり、かつ１０〜７０ｍ／ｓの粒子速度である液滴は、基板の洗浄効果に大きく寄与するからである。なお、このことは後述する性能測定より明らかになったことである。

（基板）
さらに、本発明の基板洗浄用ノズルの先端開口から噴出される液滴により、洗浄される基板について説明する。特に基板の材料、材質は制限を受けるものではない。しかし、洗浄される基板の幅は４００ｍｍ以上とする。なぜなら、本発明の基板洗浄用ノズルから噴出される液滴は扇状で幅方向に大きく広がるため、幅広の基板、特に幅４００ｍｍ以上の基板、に対して洗浄効果を奏するからである。

なお、ノズルは複数個まとめて使用することもできる。この場合、各ノズルから噴出される洗浄液が重ならないようにノズルを斜めに設置することが好ましい。

以下の性能測定において、本発明の基板洗浄用ノズルを具体化した実施例のノズル１と、従来のノズルである比較例のノズル６とを対比する。

（性能測定準備）
まず、図１に示すように、実施例のノズル１を用意した。この実施例のノズル１の先端には、中央部の底面４と両壁面５からなる断面Ｕ字状の溝３が深く凹設されている。なお、両壁面５は互いに平行である。略長方形状の先端開口２は、断面Ｕ字状の溝３の中央部の底面４と両壁面５に跨り開口している。先端開口２の略長方形の互いに背向する短辺は外側に膨れている。

この実施例のノズル１に対し、図２に示すように、比較例のノズル６を用意した。この比較例のノズル６の先端には、断面Ｖ字状の溝１０が凹設されている。猫目状の先端開口９は、断面Ｖ字状の溝１０の両壁面１１に跨り開口している。

（性能測定１）
以下の性能測定１では、実施例のノズル１から噴出される液滴８の流量および比較例のノズル６から噴出される液滴１２の流量を測定した。

まず、性能測定準備で用意した実施例のノズル１を所定の高さに設置した。実施例のノズル１の先端開口２の真下方向１００ｍｍ位置（以下、「パターン中心部７」と称する）に液滴８を受けるためのセルを配置した。同様のセルをパターン中心部７から左右の幅方向に１０ｍｍ間隔で左右各１００ｍｍまで全２１個配置した。そして、噴出圧力１０ＭＰａで、実施例のノズル１から下方向へ液滴８を噴出させた。一定時間後の各セル内に溜まった液滴の容積を測ることにより、流量を測定した。実施例のノズル１から噴出される液滴８の流量を図３中、実施例のノズルとして示す。

つぎに、実施例のノズル１に替え、比較例のノズル６を設置した。そして、比較例のノズル６から噴出される液滴１２の流量を、実施例のノズル１と同様の手順で測定した。噴出圧力、セルの位置、およびセルの数などの測定条件は上記実施例のノズル１による流量測定と同様である。比較例のノズル６から噴出される液滴１２の流量を図３中、比較例のノズルとして示す。

（性能測定２）
以下の性能測定２では、実施例のノズル１から噴出される液滴８の平均粒子速度、平均粒子径、および比較例のノズル６から噴出される液滴１２の平均粒子速度、平均粒子径を測定した。

まず、性能測定準備で用意した実施例のノズル１を所定の高さに設置した。そして、噴出圧力１０ＭＰａで、実施例のノズル１から下方向へ液滴８を噴出させた。各測定点における液滴８の平均粒子速度および液滴８の平均粒子径をＳＤＰＡ（Ｓｈａｄｏｗ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）〈メーカ：日本カノマックス株式会社〉により測定した。なお、測定点はパターン中心部７から左右の幅方向に１０ｍｍ間隔で左右各８０ｍｍまで全１７点とした。

実施例のノズル１から噴出される液滴８の平均粒子速度を図４中、実施例のノズルとして示す。また、実施例のノズル１から噴出される液滴８の平均粒子径を図５中、実施例のノズルとして示す。

つぎに、実施例のノズル１に替え、比較例のノズル６を設置した。そして、比較例のノズル６から噴出される液滴１２の平均粒子速度および液滴１２の平均粒子径を測定した。測定機器、噴出圧力、および測定位置などの測定条件は上記実施例のノズル１による液滴の粒子速度および液滴の粒子径測定と同様である。

比較例のノズル６から噴出される液滴１２の平均粒子速度を図４中、比較例のノズルとして示す。また、比較例のノズル６から噴出される液滴１２の平均粒子径を図５中、比較例のノズルとして示す。

（考察）
以下、性能測定１、２から得られた結果を考察する。

数１を用いて、性能測定１、２の測定値から実施例のノズル１から噴出される液滴８の運動エネルギーを算出した。同様に、比較例のノズル６から噴出される液滴１２の運動エネルギーを算出した。これらの結果を図６に示す。

ただし、Ｅ（Ｊ／（ｃｍ・ｓ））：各測定点の幅方向１ｃｍ当たりの液滴の運動エネルギー
Ｑ（ｍ³／（ｃｍ・ｓ））：各測定点の幅方向１ｃｍ当たりの液滴の流量
Ｄ（ｍ）：各液滴の粒子径
ｖ（ｍ／ｓ）：各液滴の粒子速度

図６に示されるように、比較例のノズル６から噴出される液滴１２の運動エネルギー分布は山形状になった。なぜなら、ノズルの先端開口９は猫目状であることにより、パターン中心部７から離れた両端部分の液滴１２の流量は、パターン中心部７に衝突する液滴１２の流量に比べて著しく少なかったからである。さらに、パターン中心部７に衝突する液滴１２の粒子速度と比べて、両端部分に衝突する液滴１２の粒子速度は小さかったからである。

これに対し、実施例のノズル１から噴出される液滴８の運動エネルギー分布は台形状となった。なぜなら、パターン中心部７から幅方向に左右各７０ｍｍ離れた両端部分へ衝突する液滴８の流量が増加されたことにより（図３参照）、両端部分へ衝突する液滴８の運動エネルギーの減少を抑制できたからである。なお、両端部分へ衝突する液滴８の流量増加は、実施例のノズル１の先端開口の形状に起因するものである。

パターン中心部７における、液滴の粒子径に対する液滴の粒子速度の分布を図７に示す。また、パターン中心部７から左右の幅方向に４０ｍｍ離れた位置における、液滴の粒子径に対する液滴の粒子速度の分布を図８に示す。

この図７、８より、１０〜５０μｍの粒子径であり、かつ１０〜７０ｍ／ｓの粒子速度である液滴８は、基板の洗浄効果に大きく寄与したことが判る。

実施例のノズルの形状を示す斜視図である。 比較例のノズルの形状を示す斜視図である。 実施例のノズルおよび比較例のノズルから噴出された液滴の流量を示す図である。 実施例のノズルおよび比較例のノズルから噴出された液滴の平均粒子速度を示す図である。 実施例のノズルおよび比較例のノズルから噴出された液滴の平均粒子径を示す図である。 実施例のノズルおよび比較例のノズルから噴出された液滴の運動エネルギーを示す図である。 パターン中心部における、実施例のノズルおよび比較例のノズルから噴出された液滴の粒子径に対する液滴の粒子速度の分布を示す図である。 パターン中心部から左右の幅方向に４０ｍｍ離れた位置における、実施例のノズルおよび比較例のノズルから噴出された液滴の粒子径に対する液滴の粒子速度の分布を示す図である。

符号の説明

１：実施例のノズル ２：先端開口
３：溝 ４：底面 ５：壁面 ６：比較例のノズル
７：パターン中心部 ８：液滴 ９：先端開口
１０：溝 １１：壁面 １２：液滴

Claims (1)

1. 先端開口が略長方形状であり、洗浄液を液滴として幅方向に広がる扇状に噴出させて少なくとも幅方向が４００ｍｍの基板表面に衝突させることにより該基板表面を洗浄する洗浄用ノズルであって、
   該先端開口は一方向に伸びる溝の中央部の底面と両壁面とに跨り開口しており、
   該先端開口は、該先端開口の真下方向１００ｍｍの位置から左右の幅方向に４０ｍｍ離れた位置における該液滴の粒子径が１０〜５０μｍとなり該液滴の粒子速度が１０〜７０ｍ／ｓとなり、かつ、該基板表面に衝突する該液滴の流量分布が幅方向の中央部分で均一で該中央部分と該両端部分との境界部分で該中央部分よりも大流量となり、該基板表面に衝突する該液滴の運動エネルギー分布が幅方向の両端部分を除いて均一となる台形状の運動エネルギー分布を得る形状とされていることを特徴とする基板洗浄用ノズル。

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