JP4909789B2

JP4909789B2 - 基板処理装置

Info

Publication number: JP4909789B2
Application number: JP2007096983A
Authority: JP
Inventors: 聡鈴木; 悟史山本; 巌田中
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2027-04-03
Also published as: JP2008253893A

Description

この発明は、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）用ガラス基板、半導体ウエハ、磁気ディスク用基板、光ディスク用基板、フォトマスク用ガラス基板等の各種基板に対して洗浄処理を行う基板処理装置に関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいて、処理液供給源に設置されたマイクロバブル生成器によって処理液中にマイクロバブルを生成させ、処理液供給源からマイクロバブルを含む処理液を基板上に供給して、基板を高度に洗浄する基板処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、処理液供給源からバッチ式あるいは枚様式の基板処理部へ処理液を供給する処理液供給路の途中にマイクロバブル発生部を設け、マイクロバブル発生部により処理液中にマイクロバブルを発生させて、基板の表面に存在するパーティクルを処理液中のマイクロバブルに吸着させて効率良く除去する基板処理装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。さらには、マイクロバブルより小径で直径がナノメータオーダであるナノバブルを洗浄等の処理に利用する試みもなされている（例えば、特許文献３参照。）。

ここで、液体中にマイクロバブルを発生させる方法としては、例えば、液体流路の途中にアスピレータを設け、加圧された液体を液体流路に流すことにより、加圧液体がアスピレータを通過する際に旋回流となって、その旋回流中に負圧により気体が吸入され、その旋回流中で空気が粉砕されるようにしてマイクロバブルを発生させるキャビテーション方式、液体流路の途中に三方分岐管を設け、三方分岐管の１つのポートにインジェクト部を介して気体供給配管を接続し、液体流路に三方分岐管を通して加圧された液体を流すとともに、三方分岐管内にインジェクト部を通して加圧された気体を注入することにより、液体流に気体が混合されてマイクロバブルを含む気液混合流が形成されるようにするインジェクション方式、液体中にスクリュー等の攪拌部材を配置し、液体中に気体を供給しながら攪拌部材を高速回転させることにより、液体中に存在する気泡を微細化させてマイクロバブルを生成する気液攪拌方式、多孔膜等の多孔体を液体に浸漬させた状態で、多孔体の内部に気体を導入することにより、気体が微細孔を通って多孔体の表面から極微細な気泡となって放出されるようにしてマイクロバブルを生成する気体分散方式などの各種の方式がある。
特開２００５−９３８７３号公報（第５−７頁、図１）特開２００６−１７９７６４号公報（第５−１２頁、図１、図７、図１１および図１４）特開２００４−１２１９６２号公報（第４頁、第８頁、図１）

上記したマイクロバブルは、直径が７０μｍ〜５０μｍ以下である超微細気泡であり、液中において比較的長時間滞留し続け次第に収縮して破壊され、その収縮に伴い内部圧力が高まって消滅時にエネルギを放出するものである。これに対し、直径が７０μｍより大きい気泡は、液中において次第に拡大し短時間で破裂して液面付近で消滅する。ところで、上述した何れの方式によってマイクロバブルを発生させるようにしても、液体中にマイクロバブルのみが存在する、といった状態にはならない。すなわち、図５に示すように、液体中で発生する微細気泡の直径とその個数とは、或る直径寸法を中心としたほぼ正規分布状態を示す関係となる。したがって、液体中にはマイクロバブルと共に、直径が７０μｍより大きい気泡も含まれることとなる。このため、例えば、管状もしくは筒状をなし長手方向に沿って複数個の吐出口が並列して形設された吐出ノズルへマイクロバブルを含む洗浄液を供給し、吐出ノズルの複数個の吐出口から基板の表面に対しマイクロバブルを含む洗浄液を吐出して基板を洗浄処理する場合において、図５のグラフ中にハッチングで示した領域の直径が７０μｍより大きい気泡は、液体中で次第に拡大し互いに寄り集まって、吐出ノズル内の端部に気体の塊となって溜まる。この吐出ノズルの端部に溜まった気体の塊は、吐出ノズルの端部付近に位置する吐出口から不定期に一気に放出される。この結果、基板の表面上の一部に洗浄液が正常に吐出されずに、洗浄むらを生じて処理品質の均一性が損なわれる、といった問題点がある。

この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、マイクロバブルもしくはナノバブルを含む洗浄液を使用して基板を枚葉式で洗浄処理する場合において、洗浄むらを生じることなく処理品質の均一性を保持することができる基板処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、基板を支持する基板支持手段と、管状もしくは筒状をなし長手方向に沿って複数個の吐出口が並列して形設され、前記基板支持手段によって支持された基板の主面に対し前記複数個の吐出口から洗浄液を吐出する吐出ノズルと、この吐出ノズルへ洗浄液を供給する洗浄液供給手段とを備えた基板処理装置において、前記洗浄液供給手段によって前記吐出ノズルへ供給される洗浄液中に気体を混入させて洗浄液中にマイクロバブルもしくはナノバブル（以下、代表して単に「マイクロバブル」という）を発生させるバブル発生手段を備えて、前記吐出ノズルの複数個の吐出口からマイクロバブルを含む洗浄液を基板の主面に対し吐出するようにし、前記吐出ノズルの端部に、その吐出ノズル内部に溜まる気体を小流量の洗浄液と共に排出するための気体抜き配管を連通接続したことを特徴とする。

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、前記基板支持手段は、基板を支持して水平方向へ搬送する複数の搬送ローラであり、前記吐出ノズルが基板搬送方向と交差するように配設されたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の基板処理装置において、前記吐出ノズルの、基板搬送方向における手前側に、前記搬送ローラによって搬送される基板の主面へ洗浄液を供給する供給ノズルを配設し、その供給ノズルに前記気体抜き配管を流路接続して、前記吐出ノズルの複数個の吐出口からマイクロバブルを含む洗浄液を基板の主面に対し吐出する前に、前記吐出ノズルから排出され前記気体抜き配管を通って前記供給ノズルへ送給される洗浄液を基板の主面へ供給するようにしたことを特徴とする。

請求項１に係る発明の基板処理装置においては、マイクロバブルを含む洗浄液が吐出ノズルへ供給され、マイクロバブルより大きい気泡が洗浄液中で次第に大きくなり集合して吐出ノズル内の端部に気体が溜まっても、その溜まった気体は、吐出ノズル内の端部から気体抜き配管を通って流出する小流量の洗浄液と共に排出される。このため、気体の塊が吐出ノズルの端部付近の吐出口から一気に放出される、といったことは起こらない。
したがって、請求項１に係る発明の基板処理装置を使用すると、マイクロバブルを含む洗浄液を使用して基板を枚葉式で洗浄処理する場合に、洗浄むらを生じることなく処理品質の均一性を保持することができる。

請求項２に係る発明の基板処理装置では、搬送ローラによって基板を水平方向へ搬送しつつ、吐出ノズルの複数個の吐出口からマイクロバブルを含む洗浄液を基板の主面に対し吐出して、基板を洗浄処理するときに、洗浄むらを生じることなく処理品質の均一性を保持することができる。

請求項３に係る発明の基板処理装置では、吐出ノズル内の端部から気体と共に排出される洗浄液が気体抜き配管を通って供給ノズルへ送給され、その洗浄液が供給ノズルから基板の主面へ供給され、この後に、吐出ノズルからマイクロバブルを含む洗浄液が基板の主面に対し吐出されることとなる。この場合、吐出ノズル内の端部から排出される洗浄液中にもマイクロバブルが含まれているので、基板の洗浄効果がより高まるとともに、洗浄液およびマイクロバブルの利用効率を高めることができる。

以下、この発明の最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の実施形態の１例を示し、基板処理装置の要部の概略構成を洗浄液供給系と共に示す図である。

この基板処理装置は、基板Ｗの主面に対し洗浄液を吐出する吐出ノズル１０、および、この吐出ノズル１０へマイクロバブルを含む洗浄液を供給する洗浄液供給系を備えている。吐出ノズル１０は、管状もしくは筒状をなし、図１に正面から見た図を示すように、基板Ｗの搬送方向（紙面に対し垂直な方向）と直交するように水平に配設されている。この吐出ノズル１０には、長手方向に沿って複数個の吐出口１２が並列して形設されている。基板Ｗは、その搬送方向に間隔を設けて並設された複数本の搬送ローラ１４によって支持され、それらの搬送ローラ１４によって水平方向へ搬送される。なお、吐出ノズル１０は、基板搬送方向と直交する方向に対し平面視で斜めに配設してもよいし、また、水平面に対し傾斜させて配設するようにしてもよい。また、基板Ｗを傾斜させた状態で水平方向へ搬送するように、搬送ローラ１４を水平面に対し傾斜させて配設するようにしてもよい。

吐出ノズル１０には、洗浄液、例えば純水あるいはアンモニア水、ＳＣ１液、中性洗剤液、アルカリ洗剤液等の薬液の供給源に流路接続された洗浄液供給配管１６が連通接続されている。洗浄液供給配管１６には、上流側から順に高圧ポンプ１８、フィルタ２０および流量制御弁２２がそれぞれ介挿されており、流量制御弁２２の下流側に三方分岐管２４が介挿されている。流量制御弁２２は、その弁開度を調節することにより洗浄液の供給流量を調節する。三方分岐管２４の入口ポートおよび出口ポートは、洗浄液供給配管１６に連通され、残りの１つのポートにインジェクト部２６を介してエアー供給配管２８が接続されている。詳細を図示していないが、インジェクト部２６は、噴出孔が形成された先端部が三方分岐管２４の内部に挿入されている。エアー供給配管２８は、エアー供給源に流路接続されている。エアー供給配管２８には、上流側から順に増圧弁３０、増圧エアータンク３２、流量制御弁３４および流量計３６がそれぞれ介挿されている。増圧弁３０は、エアー供給源から供給されるエアーを加圧し、その加圧されたエアーが増圧エアータンク３２内に充填される。流量制御弁３４は、その弁開度を調節することにより三方分岐管２４のインジェクト部２６へのエアーの供給流量を調節する。高圧ポンプ１８、増圧弁３０、各流量制御弁２２、３４および流量計３６は、それぞれ制御部３８に電気的に接続されている。そして、制御部３８から出力される制御信号により高圧ポンプ１８および増圧弁３０がそれぞれ制御されて、洗浄液の送給圧力およびエアーの送給圧力がそれぞれ調節される。また、流量計３６からの検出信号が制御部３８に入力され、その検出信号に基づいて制御部３８から出力される制御信号により各流量制御弁２２、３４がそれぞれ制御されて、洗浄液の送給流量およびエアーの送給流量がそれぞれ所望通りに調節される。

上記したように、加圧、例えば８ｋｇ／ｃｍ^２〜９ｋｇ／ｃｍ^２の圧力に加圧された洗浄液が三方分岐管２４を通過して洗浄液供給配管１６内に流されるとともに、三方分岐管２４内にインジェクト部２６を通して加圧、例えば洗浄液の送給圧力より僅かに高い９ｋｇ／ｃｍ^２〜１０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力に加圧されたエアーが注入されることにより、洗浄液の液流中にエアーが混合されて洗浄液中にマイクロバブルが発生する。そして、このマイクロバブルを含む洗浄液が洗浄液供給配管１６を通って吐出ノズル１０へ供給される。

吐出ノズル１０には、その端部にエアー抜き配管４０が連通接続されている。エアー抜き配管４０には流量調整弁４２が介挿されており、流量調整弁４２の開度を調節することにより、吐出ノズル１０内の端部から小流量の洗浄液を常時排出することができるように構成されている。

上記した構成を備えた基板処理装置においては、洗浄液供給源から洗浄液が洗浄液供給配管１６を通り三方分岐管２４を通過して吐出ノズル１０へ供給される途中で洗浄液中にマイクロバブルが発生し、マイクロバブルを含む洗浄液が吐出ノズル１０へ供給されて、吐出ノズル１０の複数個の吐出口１２からマイクロバブルを含んだ洗浄液が、搬送ローラによって水平方向へ搬送される基板Ｗの主面に対し吐出される。このとき、基板Ｗの主面上で洗浄液中のマイクロバブルが破壊されて消滅（圧壊）する際に放出されるエネルギにより基板表面からパーティクルが剥離され、洗浄液の吐出圧によって基板Ｗ上からパーティクルが除去され洗浄液と共に流出する。このように、基板Ｗの主面に対して吐出される洗浄液中にマイクロバブルが含まれていることにより、基板Ｗが高度に洗浄されることとなる。

一方、洗浄液中でマイクロバブルが生成する際において、洗浄液中にはマイクロバブルと共にマイクロバブルより大きい気泡も含まれることとなる。このマイクロバブルより大きい気泡が、洗浄液が吐出ノズル１０内へ流入した後にあるいは洗浄液供給配管１６を通って吐出ノズル１０へ供給される途中に洗浄液中で次第に拡大して互いに寄り集り、吐出ノズル１０内の端部に気体が溜まる、といった心配がある。このように吐出ノズル１０内の端部に気体が溜まっても、その溜まった気体は、吐出ノズル１０内の端部からエアー抜き配管４０を通って常時流出する小流量の洗浄液と共に排出されることとなる。このため、気体の塊が吐出ノズル１０の端部付近の吐出口１２から一気に放出される、といったことは起こらないので、洗浄むらを生じることなく処理品質の均一性を保持することができる。

図２は、この発明の実施形態の変形例を示す基板処理装置の概略平面図である。この処理装置では、基板Ｗの搬送方向（白抜き矢印で示す方向）において吐出ノズル１０より手前側に、搬送ローラ（図２には図示せず）によって搬送される基板Ｗの主面へ洗浄液を供給する供給ノズル４４を配設し、吐出ノズル１０の端部に連通接続され流量調整弁４８が介挿されたエアー抜き配管４６を供給ノズル４４に流路接続している。このような構成を備えた処理装置では、吐出ノズル１０から排出された小流量の洗浄液がエアー抜き配管４６を通って供給ノズル４４へ送給される。そして、吐出ノズル１０からマイクロバブルを含む洗浄液が基板Ｗの主面に対し吐出される前に、供給ノズル４４から基板Ｗの主面へ洗浄液が供給される。このとき、吐出ノズル１０内の端部から排出される小流量の洗浄液中にもマイクロバブルが含まれているので、洗浄液およびマイクロバブルの利用効率を高めることができる。また、供給ノズル４４からマイクロバブルを含んだ洗浄液が基板Ｗの主面へ供給された後に、吐出ノズル１０の配設位置まで搬送されてきた基板Ｗの主面に対し吐出ノズル１０からマイクロバブルを含む洗浄液が吐出されることとなるので、基板Ｗの洗浄効果をより高めることができる。

次に、図３および図４は、この発明の別の実施形態を示し、図３は、基板処理装置の要部の概略構成を示す正面図であり、図４は、その構成要素である吐出ノズルの平面図である。この処理装置は、基板を鉛直軸回りに回転させながら基板に対し洗浄液を吐出して基板を洗浄処理する方式の処理装置である。

この処理装置は、複数のチャックピン５２によって基板Ｗを固定し水平姿勢に保持する回転ベース部材５０、この回転ベース部材５０の下面中央部に固着された回転支軸５４、ならびに、回転支軸５４を鉛直軸回りに回転させて回転ベース部材５０および基板Ｗを水平面内で回転させるモータ５６を備えている。回転ベース部材５０に保持される基板Ｗの直ぐ上方には、基板Ｗの主面に対し洗浄液を吐出する吐出ノズル５８が配置される。吐出ノズル５８は、管状もしくは筒状をなし、その長手方向に沿って複数個の吐出口６０が形設されている。また、図示していないが、図１に示した処理装置と同様の洗浄液供給系を備えており、その洗浄液供給配管６２が吐出ノズル５８に連通接続されていて、洗浄液供給配管６２を通ってマイクロバブルを含む洗浄液が吐出ノズル５８へ供給される。さらに、吐出ノズル５８には、その端部にエアー抜き配管６４が連通接続されており、エアー抜き配管６４に流量調整弁６６が介挿されている。そして、流量調整弁６６の開度を調節することにより、吐出ノズル５８内の端部からエアー抜き配管６４を通って小流量の洗浄液を常時排出することができるように構成されている。吐出ノズル５８およびエアー抜き配管６４は一体で、水平面内において回動可能に支持されており、回転ベース部材５０に保持された基板Ｗの表面全体に洗浄液を吐出することができるようになっている。

図３および図４に示した基板処理装置において、基板Ｗを低速で回転させるとともに、吐出ノズル５８およびエアー抜き配管６４を往復回動させながら、洗浄液供給配管６２を通って吐出ノズル５８へマイクロバブルを含む洗浄液を供給し、吐出ノズル５８の複数個の吐出口６０からマイクロバブルを含んだ洗浄液を基板Ｗに対し吐出することにより、基板Ｗを高度に洗浄することができる。一方、洗浄液中にマイクロバブルと共に含まれるマイクロバブルより大きい気泡が洗浄液中で次第に拡大し互いに寄り集って、吐出ノズル５８内の端部に気体が溜まることがあっても、その溜まった気体は、吐出ノズル５８内の端部からエアー抜き配管６４を通って常時流出する小流量の洗浄液と共に排出される。このため、気体の塊が吐出ノズル５８の端部付近の吐出口６０から一気に放出される、といったことは起こらないので、洗浄むらを生じることなく処理品質の均一性を保持することができる。

なお、上記した各実施形態では、吐出ノズルへ供給される洗浄液中にエアーを混入させて洗浄液中にマイクロバブルを発生させるようにしているが、エアーに代えて不活性ガス、例えば窒素ガスを洗浄液中に混入させてマイクロバブルを発生させるようにしてもよい。また、この発明は、各実施形態に示した構成の基板処理装置に限らず、吐出ノズルから基板の主面に対しマイクロバブルを含む洗浄液を吐出して基板を枚様式で洗浄処理する装置に広く適用できるものである。さらに、マイクロバブル発生の方式は、上記実施形態に示したものに限らず各種方式のものを採用し得るし、吐出ノズルの構成も特に限定されない。

この発明の実施形態の１例を示し、基板処理装置の要部の概略構成を洗浄液供給系と共に示す図である。この発明の実施形態の変形例を示す基板処理装置の概略平面図である。この発明の別の実施形態を示し、基板処理装置の要部の概略構成を示す正面図である。図３に示した基板処理装置の構成要素である吐出ノズルの平面図である。液体中でマイクロバブルを発生させたときに、液体中で発生する微細気泡の直径とその個数との関係を説明するための図である。

１０、５８吐出ノズル
１２、６０吐出ノズルの吐出口
１４搬送ローラ
１６、６２洗浄液供給配管
１８高圧ポンプ
２２、３４流量制御弁
２４三方分岐管
２６インジェクト部
２８エアー供給配管
３０増圧弁
３２増圧エアータンク
３６流量計
３８制御部
４０、４６、６４エアー抜き配管
４２、４８、６６流量調整弁
４４供給ノズル
５０回転ベース部材
５２チャックピン
５４回転支軸
５６モータ
Ｗ基板

Claims

基板を支持する基板支持手段と、
管状もしくは筒状をなし長手方向に沿って複数個の吐出口が並列して形設され、前記基板支持手段によって支持された基板の主面に対し前記複数個の吐出口から洗浄液を吐出する吐出ノズルと、
この吐出ノズルへ洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、
を備えた基板処理装置において、
前記洗浄液供給手段によって前記吐出ノズルへ供給される洗浄液中に気体を混入させて洗浄液中にマイクロバブルもしくはナノバブルを発生させるバブル発生手段を備えて、前記吐出ノズルの複数個の吐出口からマイクロバブルもしくはナノバブルを含む洗浄液を基板の主面に対し吐出するようにし、
前記吐出ノズルの端部に、その吐出ノズル内部に溜まる気体を小流量の洗浄液と共に排出するための気体抜き配管を連通接続したことを特徴とする基板処理装置。
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記基板支持手段は、基板を支持して水平方向へ搬送する複数の搬送ローラであり、
前記吐出ノズルが基板搬送方向と交差するように配設されたことを特徴とする基板処理装置。
請求項２に記載の基板処理装置において、
前記吐出ノズルの、基板搬送方向における手前側に、前記搬送ローラによって搬送される基板の主面へ洗浄液を供給する供給ノズルを配設し、その供給ノズルに前記気体抜き配管を流路接続して、前記吐出ノズルの複数個の吐出口からマイクロバブルもしくはナノバブルを含む洗浄液を基板の主面に対し吐出する前に、前記吐出ノズルから排出され前記気体抜き配管を通って前記供給ノズルへ送給される洗浄液を基板の主面へ供給するようにしたことを特徴とする基板処理装置。