JP5053115B2

JP5053115B2 - 基板の処理装置及び処理方法

Info

Publication number: JP5053115B2
Application number: JP2008025466A
Authority: JP
Inventors: 治道廣瀬; 正泰安部
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2028-02-05
Also published as: JP2009188116A

Description

この発明はたとえば半導体ウエハや液晶ディスプレイのガラス基板の回路パターンが形成されたデバイス面を洗浄処理する基板の処理装置及び処理方法に関する。

たとえば、液晶表示装置や半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハやガラス基板などの基板の回路パターンが形成された、被処理面としてのデバイス面を高い清浄度で洗浄処理することが要求される工程がある。

上記基板のデバイス面を洗浄処理する方式としては、洗浄液中に基板を浸漬するデイップ方式や回転テーブルの保持された基板のデバイス面に向けて洗浄液をノズルから噴射して洗浄するスピン方式などがあり、それぞれの方式は基板の洗浄条件などに応じて適宜、選択的に採用されている。

デイップ方式の１つとして特許文献１に記載された処理装置が知られている。この特許文献１に記載された処理装置は液体を貯留する処理槽を有し、この処理槽の液体に基板を浸漬する。処理槽内に貯留された液体には超音波発生部によって超音波振動が付与されるようになっており、その超音波振動が基板に与える衝撃によって基板に付着したパーティクルを除去するようにしている。

さらに、特許文献１では、処理槽に供給される液体にはマイクロバブル発生部によってマイクロバブルを発生させるようにしている。液体に含まれるマイクロバブルは全体として広い表面積を有し、しかも帯電性を有するから、超音波振動の衝撃によって基板から除去されたパーティクルはマイクロバブルによって吸着され、液体の流れによって除去されるというものである。
特開２００６−１７９７６５

ところで、最近では基板のデバイス面に形成される回路パターンの高密度化によって回路パターンが微細化し、回路パターンのアスペクト比が大きくなる傾向にある。アスペクト比が大きな回路パターンを超音波振動が付与された液体で洗浄すると、超音波振動の衝撃によって回路パターンが倒れるなどして損傷するということがある。

しかも、回路パターンのアスペクト比が大きくなると、隣り合う回路パターンの隙間が狭くなるとともに深くなる。そのため、基板を処理槽内の液体に浸漬しても、液体が隣り合う回路パターン間の深くて狭い隙間に入り込まないことがあるため、デバイス面の洗浄を確実かつ良好に行うことができないということがある。

この発明は、基板の被処理面に形成される回路パターンを損傷させることなく確実に洗浄処理することができるようにした基板の処理装置及び処理方法を提供することにある。

この発明は、基板を洗浄処理する処理装置であって、
内部に上記基板が保持される処理槽と、
この処理槽に保持された基板の少なくとも被処理面にナノバブルを含む処理液を供給する液体供給手段と、
この液体供給手段から処理液が供給された上記基板の被処理面に向けて流体を噴射する噴射手段と、
この噴射手段から噴射される流体にマイナスイオンを帯電させそのマイナスイオンによって上記処理液に含まれるナノバブルを破裂させその破裂によって生じるエネルギで上記基板の被処理面を洗浄処理させる帯電手段と
を具備したことを特徴とする基板の処理装置にある。

上記噴射手段に供給される流体は気体と液体が混合した気液２流体であって、
上記帯電手段は気液２流体の気体にマイナスイオンを付与することが好ましい。

上記基板は上記処理槽に貯えられた処理液に浸漬され、この処理槽には処理液の液面が上記基板の被処理面よりもわずかに高くなるよう制御する液面制御手段が設けられていることが好ましい。

この発明は、基板を洗浄処理する処理方法であって、
基板の被処理面にナノバブルを含む処理液を供給する工程と、
上記基板の被処理面にマイナスイオンを帯電させた流体を供給し、そのマイナスイオンによって上記ナノバブルを破裂させて上記被処理面を洗浄処理する工程と
を具備したことを特徴とする基板の処理方法にある。

この発明によれば、基板の被処理面にナノバブルを含む処理液を供給し、そのナノバブルの表面に静電気の均衡状態を消失させて破裂させ、破裂時のエネルギで基板を洗浄するようにした。

ナノバブルを表面の静電気の均衡状態を消失させて破裂させることで、破裂に要するエネルギを小さくすることができる。そのため、基板はナノバブルが破裂するときに生じるエネルギだけによって洗浄され、ナノバブルを破裂させるためのエネルギが基板に作用するということがほとんどないから、洗浄時に基板に過剰なエネルギを与えて回路パターンを損傷させるのを防止することができる。

以下、この発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１に示すこの発明の処理装置は処理槽１を備えている。この処理槽１内には内槽２が設けられている。この内槽２の内部には載置テーブル３が設けられ、この載置テーブル３は処理槽１の下方に設けられたＺ駆動機構３ａによって上下方向に駆動可能となっている。Ｚ駆動機構３ａの駆動軸３ｂは処理槽１の底部に設けられたシール性を有するスラスト軸受３ｃによって軸方向に移動可能に支持されている。上記載置テーブル３の上面には半導体ウエハやガラス基板などの基板Ｗが図示しない回路パターンが形成された被処理面としてのデバイス面を上に向けてして供給載置される。

上記内槽２の周壁の上端の高さは、上記載置テーブル３がＺ駆動機構３ａによって所定の位置、たとえば下降限まで駆動されたときに、上記載置テーブル３に保持された基板Ｗの上面よりもわずかに高くなるよう設定されている。この実施の形態では内槽２の上端は上記載置テーブル３に保持された基板Ｗの上面よりも数ｍｍ程度高くなるよう設定されている。

それによって、上記内槽２に後述するよう処理液Ｌが供給されると、基板Ｗの上面は図２にｈで示すように液面から数ｍｍの深さで液体中に浸漬されるようになっている。上記内槽２の上端からオーバフローした処理液Ｌは排液管４に流れるようになっている。この排液管４の中途部にはフィルタ５が設けられている。

つまり、上記内槽２の周壁の高さと、上記Ｚ駆動機構３ａにより設定される基板Ｗの支持高さによって、基板Ｗの上面を覆う処理液Ｌの厚さを制御する液面制御手段を構成している。

上記内槽２の底部には給液管６の一端が接続されている。この給液管６の他端は上記内槽２に処理液Ｌを供給する貯液槽７に接続されている。この給液管６の中途部には供給ポンプ８とフィルタ９が設けられている。それによって、上記貯液槽７に貯えられた処理液Ｌを上記内槽２に供給することができるようになっている。

上記貯液槽７には液体供給手段としてのナノバブル発生器１１から上記処理液Ｌとなるナノバブル水が供給されるようになっている。上記ナノバブル発生器１１には気体供給ポンプ１２と液体供給ポンプ１３がそれぞれ配管接続されている。

上記気体供給ポンプ１２は上記ナノバブル発生器１１に窒素ガスや二酸化炭素ガスなどの気体を所定の圧力で供給し、上記液体供給ポンプ１３は上記ナノバブル発生器１１にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）や純水などの液体を供給する。

上記ナノバブル発生器１１に供給された気体は旋回流となり、上記液体は気体よりも旋回速度の速い旋回流となって気体の周囲に沿って流れる。それによって、気体が液体によって剪断されることで微細径のバブル、つまりナノバブルが発生し、そのナノバブルが液体に混入して処理液Ｌとしてのナノバブル水となる。

上記液体に含まれるバブルの粒径は上記気体と液体との旋回速度によって設定することができ、この実施の形態では液体に剪断された気体によって直径が１μｍ以下、たとえば０．０５〜０．４μｍのナノバブルが発生するよう、上記ナノバブル発生器１１に供給される気体と液体との旋回速度が設定される。それによって、上記ナノバブル発生器１１から上記貯液槽７に供給されて貯えられる処理液Ｌはナノバブルを含む、ナノバブル水となる。

上記貯液槽７から上記給液管６を通じて上記処理槽１内の内槽２に供給された処理液Ｌは、この内槽２から図１に矢印で示すように処理槽１にオーバフローする。処理槽１には上記排液管４の一端が接続されている。この排液管４の他端は上記液体供給ポンプ１２の吸引側に接続されている。それによって、内槽２に供給される処理液Ｌは循環させて使用することができるようになっている。処理槽１から排液管４に流れる処理液Ｌは廃棄してもよい。

上記処理槽１の底部の上記内槽の内部に対応する部分には排液管１４が接続されている。この排液管１４には開閉弁１４ａが設けられている。したがって、開閉弁１４ａを開放すれば、上記内槽２内に貯えられた処理液Ｌを排出できるようになっている。

なお、給液管６に設けられたポンプ８は基板Ｗを洗浄処理するときに作動する。そして、単位時間当たりに所定量の処理液Ｌを内槽２から処理槽１にオーバフローさせるようになっている。

純水やイソプロピルアルコールなどの液体によってたとえば９０ｎｍ以下の微細な回路パターンＰ（図２に示す）を洗浄すると、液体はその表面張力によって回路パターンＰ間に十分に入り込まずに洗浄不足が生じたり、わずかに入り込んだ液体の表面張力によって回路パターンに倒れが生じる。

しかしながら、窒素ガスや二酸化炭素ガスの気体のナノバブルを含む純水やイソプロピルアルコールなどの液体、つまりこの実施の形態の処理液Ｌを使用して洗浄すれば、処理液Ｌの表面張力が低下して界面活性効果が向上する。それによって、処理液Ｌは図２に示すように回路パターンＰ間に良好に入り込むから、洗浄不足やパターン倒れを防止することができる。

上記処理槽１の上方にはＸ・Ｙ駆動機構１５によってＸ、Ｙ方向に駆動される２流体ノズル１６が配置されている。この２流体ノズル１６には気体供給管１７と液体供給管１８とが接続されている。気体供給管１７は不活性ガスなどの気体を供給する気体供給源２２に接続され、液体供給管１８は純水などの液体が供給する液体供給源２１に接続されている。

上記気体供給管１７の中途部には気体にマイナスイオンを帯電させる帯電手段としてのイオナイザ１９が設けられている。それによって、マイナスイオンが帯電された気体と、上記液体供給源２２からの液体は上記２流体ノズル１６で混合され、ミスト状の気液混合流体となって上記処理槽１内の載置テーブル３に載置された基板Ｗのデバイス面に向かって噴射されるようになっている。

つぎに、上記構成の処理装置によって基板Ｗのデバイス面を洗浄処理するときの作用について説明する。
載置テーブル３をＺ駆動機構３ａによって上昇方向に駆動し、その上面を内槽２の処理液Ｌの液面から露出させたならば、その上面にデバイス面を上にして基板Ｗを供給載置する。

ついで、載置テーブル３を下降させ、基板Ｗのデバイス面を処理液Ｌ中に図２にｈで示す数ミリの深さで浸漬させたならば、給液管６に設けられたポンプ８を作動させて貯液槽７に貯えられたナノバブルを含む処理液Ｌを内槽２に供給し、その上端からオーバフローさせる。

基板Ｗを載置テーブル３に供給載置したならば、２流体ノズル１６から気体と液体とが混合されたミスト状の気液混合流体を基板Ｗの処理液Ｌによって覆われたデバイス面に向けて噴射する。

このとき、ミスト状の気液混合流体が２流体ノズル１６から基板Ｗの全面にわたって均等に噴射されるよう、上記２流体ノズル１６をＸ・Ｙ駆動機構１５によって水平方向に駆動する。

なお、複数の２流体ノズル１６を、たとえばＸ方向に沿って所定間隔で配置すれば、これら複数の２流体ノズル１６を一体的にＹ方向に駆動すれば、気液混合流体を基板Ｗの全面に噴射供給することができる。

２流体ノズル１６に供給される気体はイオナイザ１９によってマイナスイオンが帯電されている。一方、図３に示すように処理液Ｌに含まれるナノバブルＢはマイナスイオンが帯電し、その表面はプラスイオンで覆われている。そして、ナノバブルＢはマイナスイオンによる矢印Ｅで示す膨張しようとする静電気力と、矢印Ｒで示すプラスイオンによる縮小しようとする静電気力が釣り合って形状が維持されている。

その状態で、基板Ｗの表面を覆う処理液Ｌにイオナイザ１９によってマイナスイオンが帯電された気体を含むミストが供給されると、その気体に帯電したマイナスイオンによってナノバブルの表面のプラスイオンが中和されるから、ナノバブルの表面の静電気の均衡状態が消失されたナノバブルが破裂する。

このように、ナノバブルが表面の静電気の均衡状態が消失されて破裂すると、破裂時に生じる衝撃のエネルギが基板Ｗのデバイス面に作用してそのデバイス面が洗浄されることになる。

ナノバブルを含む処理液Ｌは浸透力に優れている。そのため、図２に示すようにデバイス面にアスペクト比の大きな回路パターンＰが形成されている場合、処理液Ｌはその回路パターンＰ間に確実に入り込むことになるから、デバイス面の洗浄効果を高めることができる。

処理液Ｌに含まれるナノバブルは、２流体ノズル１６からミスト状となって噴射される気体と液体のうち、気体にマイナスイオンを帯電させることで、表面のプラスイオンを中和させ、電気的な均衡状態を消失させて破裂させるようにした。

そのため、ナノバブルを、たとえば超音波振動などの物理的圧力を加えて圧壊する場合のように、ナノバブルを破裂させるための大きなエネルギを基板Ｗのデバイス面に加えずにすむ。

したがって、基板Ｗのデバイス面にはナノバブルの破裂によって生じるエネルギだけが作用し、それ以上のエネルギ、つまりナノバブルを破裂させるためのエネルギが作用することがほとんどないから、上記デバイス面に必要以上のエネルギが作用してデバイス面に形成された回路パターンＰが損傷するのを防止することができる。

載置テーブル３に載置された基板Ｗのデバイス面を覆う処理液Ｌは、図２にｈで示すように厚さが数ｍｍになるよう内槽２の高さと、Ｚ駆動機構３ａによる載置テーブル３の高さ制御によって設定されている。そのため、基板Ｗの表面を覆う処理液Ｌに含まれるナノバブルが破裂させられたときに生じるエネルギは、基板Ｗのデバイス面に確実に作用することになる。

つまり、デバイス面を覆う処理液Ｌの厚さが厚すぎると、ナノバブルが破裂したときに生じるエネルギは処理液Ｌ中に分散し、デバイス面に作用しないということがある。しかしながら、デバイス面を覆う処理液Ｌの厚さを数ミリになるよう制御しているので、上述したようにナノバブルが破裂するときのエネルギによって上記デバイス面を確実に洗浄処理することが可能となる。

マイナスイオンを帯電させた気体を、２流体ノズルによって液体とともにミスト状にして噴射させるようにした。気体と液体をミスト状にして噴射することで、そのミストが基板Ｗのデバイス面に与える衝撃を大幅に減少させることができる。そのため、そのことによっても、基板Ｗのデバイス面に余計な衝撃、つまりナノバブルを破裂させるに必要とするエネルギ以上の衝撃を与えるのを防止することができる。

上記一実施の形態では２流体ノズルから噴射される気体にマイナスイオンを帯電させるために、気体供給管に帯電手段としてイオナイザを設けたが、帯電手段としては気体供給管を摩擦力によってマイナスイオンが発生する合成樹脂で形成し、この気体供給管を気体が流れるときの摩擦力によってマイナスイオンを発生させて気体に帯電させるようにしてもよい。

また、基板を処理槽内の内槽に設けられた載置テーブルに載置し、その内槽に処理液を供給して基板を処理液に浸漬させるようにしたが、基板の被処理面だけに、たとえばシャワーノズルなどによって処理液を供給するようにしてもよい。すなわち、基板の洗浄処理が要求される少なくともデバイス面に処理液を供給すればよい。

さらに、基板を載置テーブルに載置せずに搬送ローラなどによって水平搬送するとともに、搬送方向に沿って処理液を基板に供給する液体供給手段としてのシャワーノズルと、その搬送方向の下流側に気液２層流体を供給する２流体ノズルを配置するようにしてもよい。

この発明の一実施の形態を示す処理装置の概略的構成図。載置テーブルに載置された基板のデバイス面を拡大した断面図。ナノバブルがマイナスイオンとプラスイオンとの静電気力で均衡状態を保っている説明図。

符号の説明

１…処理槽、２…内槽、３…載置テーブル、１１…ナノバブル発生器（液体供給手段）、１６…２流体ノズル、１９…イオナイザ（帯電手段）。

Claims

基板を洗浄処理する処理装置であって、
内部に上記基板が保持される処理槽と、
この処理槽に保持された基板の少なくとも被処理面にナノバブルを含む処理液を供給する液体供給手段と、
この液体供給手段から処理液が供給された上記基板の被処理面に向けて流体を噴射する噴射手段と、
この噴射手段から噴射される流体にマイナスイオンを帯電させそのマイナスイオンによって上記処理液に含まれるナノバブルを破裂させその破裂によって生じるエネルギで上記基板の被処理面を洗浄処理させる帯電手段と
を具備したことを特徴とする基板の処理装置。
上記噴射手段に供給される流体は気体と液体が混合した気液２流体であって、
上記帯電手段は気液２流体の気体にマイナスイオンを付与することを特徴とする請求項１記載の基板の処理装置。
上記基板は上記処理槽に貯えられた処理液に浸漬され、この処理槽には処理液の液面が上記基板の被処理面よりもわずかに高くなるよう制御する液面制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板の処理装置。
基板を洗浄処理する処理方法であって、
基板の被処理面にナノバブルを含む処理液を供給する工程と、
上記基板の被処理面にマイナスイオンを帯電させた流体を供給し、そのマイナスイオンによって上記ナノバブルを破裂させて上記被処理面を洗浄処理する工程と
を具備したことを特徴とする基板の処理方法。