JP5408982B2 - 基板の帯電除去装置及び帯電除去方法 - Google Patents

Description

この発明は、たとえば半導体ウエーハや液晶ディスプレイのガラス基板などの回路パターンが形成された基板のデバイス面に帯電した電荷を除去する基板の帯電除去装置及び除去方法に関する。

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、半導体ウエー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に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。

スピン処理方式において、基板を回転させながら洗浄液を供給すると、基板の回転によってデバイス面に洗浄液との摩擦による摩擦帯電が生じ、その帯電によって洗浄液中の帯電粒子が付着して洗浄欠陥が生じたり、放電によって回路パターンが損傷するなどのことがある。

そこで、特許文献１では基板に所定のタイミングで炭酸イオンが溶解した帯電防止液を供給することで、基板を高速回転させたときの摩擦帯電を抑制するようにしている。
特開２００５−２６８２９４号公報

ところで、半導体ウエーハや液晶ディスプレイのガラス基板などの基板に回路パターンを形成した場合、基板のデバイス面には金属や絶縁材などの種類の異なる複数種の材料が露出することがある。そのようなデバイス面を有する基板を高速回転させて洗浄液を供給すると、洗浄液との摩擦によって基板のデバイス面にはマイナスの電荷だけでなく、プラスの電荷も帯電することになる。

しかしながら、特許文献１のように帯電防止液に炭酸イオンだけを溶解させたのでは、炭酸イオンは基板のデバイス面に帯電したマイナスの電荷を除去することができても、プラスの電荷を除去することができないということがあるため、帯電による影響を確実に防止することができないということがある。

しかも、基板のデバイス面に帯電する電荷の電位レベルはデバイス面に露出した材料の種類や基板の回転速度などの種々の条件によって異なる。そのため、特許文献１のように単に炭酸イオンが溶解した帯電防止液をデバイス面に供給するだけでは、デバイス面に帯電した電荷の電位レベルによっては、その電荷を確実に除去することができないということがある。

この発明は、基板に帯電した電荷がマイナス或いはプラスのどちらであっても、その電荷を確実に除去することができ、しかも基板の被処理面の電位レベルに応じた電位の処理液を供給することで、基板の被処理面に帯電した電荷をその電位レベルに応じて確実に除去できるようにした基板の帯電除去装置及び帯電除去方法を提供することにある。

この発明は、基板に帯電した電荷を除去する帯電除去装置であって、
上記基板が供給される処理槽と、
上記基板の被処理面の電位レベルを検出する電位検出手段と、
この電位検出手段が検出する上記基板の被処理面の電位レベルに応じて所定の電子配置の気体を供給可能とする気体選択手段と
液体及び上記気体選択手段によって選択された気体が供給されこれら液体と気体とによって微細気泡を含む処理液を生成して上記基板の被処理面に供給する処理液供給手段とを具備し、
上記微細気泡を含む処理液を上記基板の被処理面に供給し、上記微細気泡のもつ電荷によって上記被処理面に帯電した電荷を消失させることを特徴とする基板の帯電除去装置にある。

この発明は、基板に帯電した電荷を除去する帯電除去方法であって、
処理槽に基板を供給する工程と、
上記基板の被処理面の電位レベルを検出する工程と、
検出された上記被処理面の電位レベルに応じて所定の電子配置の気体を選択する工程と、
液体及び選択された上記気体によって微細気泡を含む処理液を生成して上記基板の被処理面に供給し上記微細気泡のもつ電荷によって上記被処理面に帯電した電荷を消失させる工程と
を具備したことを特徴とする基板の帯電除去方法にある。

この発明によれば、基板の被処理面に生じた電荷がマイナス或いはプラスのいずれであっても、処理液に含まれる微細気泡によって確実に除去することができる。

しかも、基板の被処理面の電位レベルを検出し、その検出に基いて微細気泡を形成する気体の種類を供給可能とするため、帯電レベルに応じた電位レベルの微細気泡によって除電効果を向上させることが可能となる。

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は基板Ｗの処理装置兼用の帯電防止装置を示す。この帯電防止装置は処理槽１を備えている。この処理槽１の内部には回転テーブル２が設けられ、この回転テーブル２は処理槽１の下方に設けられた第１の回転駆動源３によって回転駆動されるようになっている。

上記回転テーブル２の上面には半導体ウエーハやガラス基板などの上記基板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供給載置され、下面がたとえば真空吸着などの手段によって保持される。

上記基板Ｗにはそのデバイス面に帯電した電荷を除去するための処理液Ｌが供給される。基板Ｗに供給されてこの基板Ｗのデバイス面の電荷を後述するように除去した処理液Ｌは、上記処理槽１の底部に一端が接続された排液管５を通じて排出されるようになっている。

上記処理槽１には、処理液供給手段としてのナノバブル発生器１１で作られた微細気泡としてのナノバブルを含む処理液Ｌが供給される。すなわち、ナノバブル発生器１１で作られた処理液Ｌは貯液槽７に貯えられ、この貯液槽７を通じて上記処理槽１に後述するように供給される。

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の吐出側がそれぞれ接続されている。上記気体供給ポンプ１２の吸引側には種類の異なる複数種の気体、この実施の形態ではＮ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス及びＯ２ガスを供給する第１の乃至第４のガス供給源１５ａ〜１５ｄがそれぞれ第１乃至第４の開閉制御弁１６ａ〜１６ｄを介して接続されている。

上記液体供給ポンプ１３の吸引側に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液体供給源１７が第５の開閉制御弁１８を介して接続されている。

上記気体供給ポンプ１２と液体供給ポンプ１３は制御装置２０によって発停が制御され、第１乃至第４の開閉制御弁１６ａ〜１６ｄ及び第５の開閉制御弁１８は上記制御装置２０によって開閉が制御されるようになっている。

上記ナノバブル発生器１１に供給された液体は旋回流となり、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。気体の供給圧力と液体の供給圧力を設定することで、気体が液体によって剪断され、直径が１μｍ以下の微細径のバブル、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の直径が上述したように１μｍ以下のナノバブルとなるよう、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は上述したようにナノバブルを含む、ナノバブル水となる。

なお、液体に含まれるバブルの大きさはナノバブルよりも大きなマイクロバブル又はマイクロナノバブルであってもよく、またナノバブルとマイクロバブルが混合していてもよい。要は図３に示すように気泡Ｂにマイナスの電荷が帯電し、そのマイナスの電荷にプラスの電荷が静電結合する微細気泡であればよい。

このようにして、上記貯液槽７に貯えられたナノバブルを含む処理液Ｌは、この貯液槽７に一端が接続された給液管２１を通じて上記処理槽１の上方に配置された処理液供給ノズル２２に供給される。上記給液管２１の中途部には加圧ポンプ２３が設けられている。

上記処理液供給ノズル２２は水平アーム２５の先端に設けられた取付け板２６に軸線を垂直にして取り付けられている。この水平アーム２５の基端は軸線を垂直にして設けられた回転軸２７の上部に連結されている。この回転軸２７は第２の回転駆動源２８によって回転駆動される。それによって、上記処理液供給ノズル２２は回転テーブル２によって回転駆動される基板Ｗの上方で、この基板Ｗを横切る方向に水平に円弧運動するようになっている。

上記液体供給ポンプ１３の吐出側には上記制御装置２０によって駆動が制御される三方切換え弁２９が設けられている。この三方切換え弁２９の３つのポートのうちの１つは上記液体供給ポンプ１３の吐出側に接続され、残りの２つのポートのうちの一方は上記ナノバブル発生器１１の供給側に接続され、他方は上記加圧ポンプ２３の吸引側に接続されている。

さらに、上記加圧ポンプ２３の吸引側と上記貯液槽７との間には第６の開閉制御弁３０が設けられている。この第６の開閉制御弁３０は上記制御装置２０によって開閉が制御される。

それによって、上記加圧ポンプ２３の吐出側に給液管２１を介して接続された処理液供給ノズル２２には、上記上記貯液槽７に貯えられたナノバブルを含む処理液Ｌ或いは上記液体供給源１７のＩＰＡや純水などの洗浄液のいずれか一方を選択的に供給できるようになっている。

上記回転テーブル２の上方には、この回転テーブル２に供給された基板Ｗの電位レベルを検出する電位検出手段としての表面電位計３１が配置されている。この表面電位計３１は基板Ｗの被処理面に帯電した電位レベルを基板Ｗの全面にわたって検出し、その検出信号を上記制御装置２０に出力される。

上記制御装置２０は、表面電位計３１が検出した基板Ｗの被処理面に帯電した電位レベルに応じて気体供給ポンプ１２の吸引側に接続された第１乃至第４のガス供給源１５ａ〜１５ｄのうちの１つ或いは複数のガス供給源からのガスを上記ナノバブル発生器１１に供給されるよう、第１乃至第４の開閉制御弁１６ａ〜１６ｄを開閉制御するようになっている。

すなわち、第１乃至第４のガス供給源１５ａ〜１５ｄから供給されるそれぞれのガスは、それらの元素の電子配置が異なるから、電子配置に応じて各ガスの安定帯電量にも差がある。ガスの安定帯電量に差があれば、基板Ｗに帯電した電荷の除電能力にも差が生じる。

したがって、表面電位計３１が検出する基板Ｗの被処理面に帯電した電位レベルに応じた帯電量（除電能力）となる電子配置の気体を１つ或いは複数選択することで、ナノバブルは基板Ｗに帯電した電荷を過不足なく除去することができる電位を持つことになる。

つぎに、上記構成の処理装置兼用の帯電防止装置を用いて基板Ｗを洗浄処理するときの作用について説明する。
まず、基板Ｗを洗浄処理する場合には、処理槽１の回転テーブル２上に基板Ｗを供給載置する。ついで、第１の回転駆動源３を作動させて回転テーブル２を回転させ、さらに第２の回転駆動源２８を作動させて水平アーム２５を揺動させる。

それと同時に、液体供給ポンプ１３及び加圧ポンプ２３を作動させるとともに、三方切換え弁２９及び第５、第６の開閉制御弁１８，３０を切換え制御し、上記液体供給ポンプ１３によって吸引された液体供給源１７の洗浄液を給液管２１を通じて処理液供給ノズル２２に供給する。

処理液供給ノズル２２に供給された洗浄液Ｌは基板Ｗのデバイス面に向けて噴射供給される。それによって、基板Ｗのデバイス面は洗浄処理されることになる。
このようにして、基板Ｗのデバイス面を洗浄処理すると、そのデバイス面には、洗浄液Ｌとの摩擦力によって静電気が帯電し、その静電気によって微粒子の付着や微細パターンの損傷を招く虞がある。

そこで、基板Ｗのデバイス面を洗浄処理したならば、表面電位計３１によってデバイス面の電位レベルを測定する。表面電位計３１の測定結果は制御装置２０に出力される。制御装置２０は表面電位計３１の測定結果、つまりデバイス面の電位レベルに応じて第１乃至第４のガス供給源１５ａ〜１５ｄのうちから、所定の電子配置の気体を選択して気体供給ポンプ１２によってナノバブル発生器１１に供給する。

それと同時に、三方切換え弁２９と第６の開閉制御弁３０を制御し、基板Ｗの洗浄処理時にはナノバブル発生器１１を通らずに処理液供給ノズル２２に供給されていた洗浄液を、上記ナノバブル発生器１１に供給する。

それによって、ナノバブル発生器１１では、第１乃至第４のガス供給源１５ａ〜１５ｄのいずれかから選択された基板Ｗのデバイス面の電位レベルに応じた電子配置の気体と液体供給源１７からの洗浄液とによってナノバブルを含む処理液Ｌが生成され、その処理液Ｌが貯液槽７を介して加圧ポンプ２３によって処理液供給ノズル２２に供給される。

図３に示すように、ナノバブルＢはマイナスの電荷が帯電し、そのマイナスの電荷にプラスの電荷が静電結合している。そのため、ナノバブルＢを含む処理液Ｌが基板Ｗのデバイス面に供給されると、ナノバブルＢに静電結合したプラスの電荷が基板Ｗのデバイス面に帯電したマイナスの電荷に結合してそのマイナスの電荷を中和して除去する。それによって、ナノバブルＢはマイナスの電荷だけとなるから、そのマイナスの電荷が基板Ｗのデバイス面に帯電したプラスの電荷に結合してそのプラスの電荷を中和して除去する。

すなわち、基板Ｗのデバイス面には、図２に示すようにその面に露出した金属などの材料の種類によって局部的にマイナスやプラスの電荷がそれぞれマイナス電荷群Ｘ或いはプラス電荷群Ｙとして帯電する。そのため、デバイス面にナノバブルを含む処理液Ｌを供給すれば、デバイス面にマイナス或いはプラスのいずれの電荷が帯電していても、それらの電荷を確実に除去することができる。

しかも、基板Ｗのデバイス面の電位レベルを表面電位計３１で測定し、その電位レベルに応じた電子配置の気体を選択し、液体供給源１７から供給される洗浄液とでナノバブルを含む処理液Ｌを生成するようにした。

すなわち、第１乃至第４のガス供給源１５ａ〜１５ｄから供給される種類の異なるそれぞれの気体は、その種類に応じて電子配置に違いがあるから、その気体の電子配置の違い応じて生成されるナノバブルがもつ帯電レベルにも差が生じる。

したがって、表面電位計３１の測定に基き、基板Ｗのデバイス面の帯電レベルに応じた電子配置の気体を選択すれば、ナノバブルのもつ電位レベルをデバイス面の帯電レベルとほぼ同等に設定することができる。

それによって、基板Ｗのデバイス面に帯電した静電気を確実に中和して除去することができる。しかも、ナノバブルがもつ電位レベルがデバイス面の電位レベルよりも高過ぎることがないことで、ナノバブルに電荷が多く残留し、その残留した電荷が上記デバイス面に帯電して残留したり、デバイス面にナノバブルがもつ電位によって過度な衝撃を与えることもない。

しかも、ナノバブルがもつ電位レベルがデバイス面の電位レベルよりも低すぎることもないから、基板Ｗのデバイス面に帯電した電荷が残留することなく、確実に中和して除去することができる。

図４は基板Ｗに行う処理の種類と、基板Ｗの電位レベル（帯電レベル）の変化との関係を示している。すなわち、基板Ｗの電位レベルは、基板Ｗの処理内容、回転数、供給する液の種類などによって変化する。

図４に示すように処理１の場合、基板Ｗの電位レベルはマイナスになり、処理２の場合にはプラス、処理３の場合の電位レベルは処理１の場合よりも大きなマイナスになるなどのことがある。

したがって、処理１〜３のいずれを行うかによって変化する基板Ｗの帯電レベルに応じてナノバブル発生器１１に供給する気体の種類を選択することで、基板Ｗの帯電レベルを抑制することが可能となる。

上記一実施の形態では基板を回転テーブルに載置して洗浄液を供給する、いわゆるスピン方式の処理装置を例に挙げて説明したが、処理槽内で基板を搬送ローラで水平搬送しながら洗浄した後、その基板から帯電した電荷を除去する場合であっても、この発明を適用することができる。

その場合、基板に対する洗浄液及び処理液の供給は、処理液供給ノズルに代わり、搬送される基板の搬送方向と交差する幅方向に沿って細長く形成されたスリット状のノズル孔を有する処理液供給ノズル体などを用いればよい。

また、基板を洗浄処理してからそのデバイス面の電位レベルを測定し、その測定に基いて除電処理する場合について説明したが、基板の除電処理は洗浄処理の後だけに限られず、たとえば現像処理やエッチング処理など、液体を用いて基板を処理した後であれば、この発明の帯電除去を適用することができる。

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。 基板に帯電したプラスとマイナスの電位を示す説明図。 ナノバブルのマイナスの電荷にプラスの電荷が帯電した状態を示す説明図。 処理の種類と基板の帯電レベルとの関係を説明するグラフ。

符号の説明

１…処理槽、２…回転テーブル、１１…ナノバブル発生器（処理液供給手段）、１５ａ〜１５ｄ…第１乃至第４のガス供給源、２０…制御装置。２２…処理液供給ノズル、３１…表面電位計。

Claims (3)

1. 基板に帯電した電荷を除去する帯電除去装置であって、
   上記基板が供給される処理槽と、
   上記基板の被処理面の電位レベルを検出する電位検出手段と、
   この電位検出手段が検出する上記基板の被処理面の電位レベルに応じて所定の電子配置の気体を供給可能とする気体選択手段と
   液体及び上記気体選択手段によって選択された気体が供給されこれら液体と気体とによって微細気泡を含む処理液を生成して上記基板の被処理面に供給する処理液供給手段と
   を具備し、
   上記微細気泡を含む処理液を上記基板の被処理面に供給し、上記微細気泡のもつ電荷によって上記被処理面に帯電した電荷を消失させることを特徴とする基板の帯電除去装置。
2. 上記微細気泡はマイナスの電荷にプラスの電荷が静電結合されていることを特徴とする請求項１記載の基板の帯電除去装置。
3. 基板に帯電した電荷を除去する帯電除去方法であって、
   処理槽に基板を供給する工程と、
   上記基板の被処理面の電位レベルを検出する工程と、
   検出された上記被処理面の電位レベルに応じて所定の電子配置の気体を選択する工程と、
   液体及び選択された上記気体によって微細気泡を含む処理液を生成して上記基板の被処理面に供給し上記微細気泡のもつ電荷によって上記被処理面に帯電した電荷を消失させる工程と
   を具備したことを特徴とする基板の帯電除去方法。

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