JP5448385B2

JP5448385B2 - 基板処理装置および基板処理方法

Info

Publication number: JP5448385B2
Application number: JP2008196202A
Authority: JP
Inventors: 勉菊池
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: JP2010034388A

Description

本発明は、基板処理装置および基板処理方法に関し、特に半導体基板や液晶基板等の基板を洗浄することができる基板処理装置および基板処理方法に関する。

基板処理装置は、基板の製造工程において基板に対して純水や薬液等の液体を供給して処理を行う。この種の基板処理装置では、基板に付着したパーティクルのような汚染物を除去する必要がある。

基板のパーティクルを除去するために、特許文献１では、基板処理装置に対してマイクロバブル発生部を接続して、マイクロバブル発生部からマイクロバブルを含む純水を処理槽内の基板に供給することが提案されている。

このようなマイクロバブルのような微小気泡は、基板を効率良く洗浄することができ、微小気泡の持つマイナス電位により、プラスにチャージされたパーティクルのような汚染物を包み込んで除去することができる。しかも、微小気泡は、液体中に長時間存在させることが可能であるとされている。
特開２００６―１７９７６５号公報

ところが、特許文献１に記載されている基板処理装置では、微小気泡を含む液体を基板に対して供給する際に、基板に供給した微小気泡の数が不明である。従って、基板に供給する液体内に含まれる微小気泡の数を管理することができない。このために、複数の基板間では、洗浄処理ムラが生じたり、１枚の基板内においても部分によっては洗浄処理ムラが生じる可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、微小気泡を含む液体中に存在する微小気泡の数を管理するにより、基板処理を均一に行うことができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

本発明の基板処理装置は、基板に対して微小気泡を含む液体を供給ノズルを用いて供給して基板を処理する基板処理装置であって、
気体と液体から前記微小気泡を含む液体を生成する微小気泡生成装置と、
一端が前記微小気泡生成装置に他端が前記供給ノズルに接続され、前記供給ノズルに供給される前記液体内の前記微小気泡の数を測定するための測定部と、
前記測定部から前記微小気泡の数の測定値が与えられる制御部とを有し、
前記制御部は、前記測定部からの測定値に基づいて、前記供給ノズルによる前記微小気泡を含む液体の供給時間または供給量を制御しながら前記基板を処理することを特徴とする。

また、本発明の基板処理方法は、基板に対して微小気泡を含む液体を供給ノズルを用いて供給して基板を処理する基板処理方法であって、
気体と液体から前記微小気泡を含む液体を微小気泡生成装置によって生成し、
生成された前記微小気泡を含む液体内の前記微小気泡の数を前記微小気泡生成部から前記供給ノズルへ供給する配管途中において測定し、
この測定値に基づき、前記供給ノズルによる前記基板に対する前記微小気泡を含む液体の供給時間または供給量を制御しながら前記基板を処理することを特徴とする。

本発明によれば、微小気泡を含む液体中に存在する微小気泡の数を管理することにより、基板処理を均一に行うことができる基板処理装置および基板処理方法を提供できる。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の基板処理装置の好ましい第１実施形態を示している。

図１に示す基板処理装置１は、カセットステーション２と、ロボット３と、複数の処理ユニット４，４を備えている。

基板処理装置１は、枚葉式の基板処理を行う装置であり、カセットステーション２は、複数のカセット５，５を有しており、各カセット５は複数枚の基板Ｗを収容している。基板としては、例えば半導体ウエハ基板である。

ロボット３は、カセットステーション２と複数の処理ユニット４，４の間に配置されている。ロボット３は、各カセット５に収容されている基板Ｗを処理ユニット４側に搬送する。また、ロボット３は、処理ユニット４側の処理後の基板Ｗを、別のカセット５に搬送して戻す。各処理ユニット４は、基板Ｗを保持して回転させて、微小気泡を含む純水を供給することにより汚染物を洗浄するのに用いられる。

図２は、図１に示す基板処理装置１の処理ユニット４の構成例を示している。

図２に示す枚葉式の処理ユニット４は、基板保持部１１と、操作部１２と、ダウンフロー用のフィルタ付きファン１３と、カップ１４と、供給部の一例である供給ノズル１５と、処理室１６を有する。

基板保持部１１は、円板のベース部材１７と、回転軸１８と、モータ１９を有しており、ベース部材１７の上には基板Ｗが着脱可能に固定される。処理室１６内には、カップ１４と供給ノズル１５とベース部材１７とモータ１９の回転軸１８が収容されている。回転軸１８の先端部にはベース部材１７が固定されている。モータ１９が制御部２０の指令により動作することで、ベース部材１７はＲ方向に連続回転することができる。

図２に示す供給ノズル１５は基板Ｗの上部に配置されており、供給ノズル１５は、制御部２０の指令により操作部１２が動作すると、Ｚ方向（上下方向）とＸ方向（基板Ｗの半径方向）に移動可能である。

一方、微小気泡生成ユニット３０は、微小気泡生成装置の一例であり、配管３１Ｂとバルブ３１を介して窒素ガス供給部３２に接続されている。微小気泡生成ユニット３０は、配管３３Ｂとバルブ３３を介して純水供給部３４に接続されている。窒素ガス供給部３２は、気体の一例である窒素ガスを供給するための気体供給部である。同様にして、純水供給部３４は、液体の一例である純水を供給するための液体供給部である。バルブ３１，３３は、制御部２０の指令により開閉量が制御される。

図２に示す微小気泡生成ユニット３０は、窒素ガス供給部３２から供給された窒素ガスを例えば第１多孔質フィルタに通すことで多数の微小気泡を生成し、純水供給部３４から供給された純水を例えば第２多孔質フィルタに通すことで、生成された多数の微小気泡を、純水中に含ませる。これにより、微小気泡生成ユニット３０は、多数の微小気泡を含む純水４０を生成することができる。

微小気泡生成ユニット３０は、誘電率測定部５０に対して配管４１を介して接続されている。誘電率測定部５０は、測定部の一例であり、配管４２とバルブ４３を介して供給ノズル１５に接続されている。バルブ４３は制御部２０の指令により開閉量を制御できる。

図２に示す誘電率測定部５０は、制御部２０に接続されており、制御部２０に対して多数の微小気泡を含む純水４０の誘電率測定値Ｓを制御部２０に供給する。誘電率測定部５０は、微小気泡を含む純水４０の誘電率を測定する。

図３は、水の比誘電率と、空気の比誘電率を比較して示している。水の比誘電率は８０．４であり、空気の比誘電率は１．００である。このように、水の比誘電率と空気の比誘電率とは、大きく異なるために、誘電率は液体中に微小気泡が存在する数の増加に応じて変化する。誘電率測定部５０は、この原理を用いて、液中に含まれる微小気泡の数を測定する。この微小気泡を含む純水４０の誘電率測定値Ｓは制御部２０に供給する。微小気泡の数の定義として、微小気泡の含有量、割合（％）でも良い。

また、図２に示す基板Ｗに対する洗浄処理をする際に、各基板Ｗに供給される微小気泡の数のバラツキを無くして一定にするために、制御部２０は、微小気泡の数を測定しながら、洗浄処理における処理中の供給ノズル１５のＸ方向への移動速度と、各基板Ｗに供給される微小気泡を含む純水４０の供給時間と、各基板Ｗに供給される微小気泡を含む純水４０の供給量と、微小気泡を含む純水４０における微小気泡密度との少なくと１つを制御する。

基板Ｗに供給する微小気泡の数（バブルの数）の制御例を説明する。

基板（ウエハ）Ｗの中心部分の半径０ｍｍから５ｍｍの面積を１とすると、基板１の外周部分の半径１４５ｍｍから１５０ｍｍの面積は３６８．８となり、基板Ｗの中心部分と外周部分の単位面積あたりに同一の微小気泡（バブル）を供給しようとする場合には、上記のように面積比が数百倍違う。このため、単純に微小気泡を含む液体を基板に供給すると、基板Ｗに対して均一に微小気泡を供給できない。

そこで、微小気泡を含む純水４０の液供給量、液中の微小気泡の密度（バブル密度）、液供給時間（ノズル滞在時間）等の項目を制御することで、基板Ｗに対する微小気泡の数（バブル数）を一定にすることが可能となる。

上記項目の１つだけを制御することでも、供給する微小気泡の数（バブル数）を均一にすることが可能であるが、複数項目を同時に制御することで、より効率的に供給する微小気泡の数（バブル数）を均一になるように制御することが可能である。例えば、微小気泡の数（バブル数）の供給時間を長くするとともに、供給する微小気泡密度（バブル密度）を上げることで、処理時間の大きな増加を抑えることが可能となる。

図２において、洗浄処理における処理中の供給ノズル１５のＸ方向への移動速度の制御は、制御部２０が、操作部１２に移動速度制御信号Ｍを与えることで行われる。微小気泡を含む純水４０の供給時間の制御は、制御部２０がバルブ４３を開く信号Ｎを与えることで行われる。微小気泡を含む純水４０の供給量は、制御部２０がバルブ４３を開く信号Ｎを与える時間と、バルブ４３が単位時間当たりに通すことができる微小気泡を含む純水４０の量を掛けることにより得る。微小気泡を含む純水４０における微小気泡密度は、制御部２０がバルブ３１に開く信号Ｃを与え、バルブ３３に開く信号Ｄを与えることにより調整する。例えば、基板Ｗに対して供給できる微小気泡の数を増やすためには窒素ガス供給部３２からの窒素ガスの供給量を増加させればよく、基板Ｗに対して供給できる微小気泡の数を減らすためには純水供給部３４からの純水４０の供給量を増やせばよい。

次に、図２を参照して、基板Ｗを洗浄処理する基板処理方法の例を説明する。

制御部２０がバルブ３１，３３を開くことにより、窒素ガスが窒素ガス供給部３２から微小気泡生成ユニット３０内に供給されるとともに、純水が純水供給部３４から微小気泡生成ユニット３０内に供給される。微小気泡生成ユニット３０内では、予め定めた微小気泡密度を有する微小気泡を含む純水４０が生成される。

この微小気泡を含む液体４０は、配管４１を介して誘電率測定部５０を通過して、供給ノズル１５に供給される。これにより、誘電率測定部５０により得られる誘電率により微小気泡の数を測定しながら、微小気泡を含む液体４０は、供給ノズル１５を通じて基板Ｗに噴射できる。このように微小気泡を含む液体４０を基板Ｗの表面に噴射することで、微小気泡の持つマイナス電位で、プラスにチャージされたパーティクルのような汚染物を包み込んで、この汚染物を微小気泡と共に基板Ｗの表面から除去できる。

このように微小気泡を含む液体４０が、配管４１を介して誘電率測定部５０を通過すると、誘電率測定部５０は、微小気泡を含む液体４０の誘電率を測定して、微小気泡を含む純水４０の誘電率測定値Ｓを制御部２０に供給する。

制御部２０は、この誘電率測定値Ｓに基づいて微小気泡の数をカウントする。そして、制御部２０は、洗浄処理における処理中の供給ノズル１５のＸ方向への移動速度と、微小気泡を含む純水４０の供給時間と、微小気泡を含む純水４０の供給量と、微小気泡を含む純水４０における微小気泡密度の内の少なくとも１つを制御することにより、基板Ｗに対して供給する液中の微小気泡の数を管理することができる。

従って、処理する各基板Ｗに対して同じ条件で洗浄することができ、各基板Ｗ間で処理ムラが発生するのを防ぐことができる。また、１枚の基板Ｗ内においても、同じ条件で洗浄して処理ムラが発生するのを防ぐことができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の基板処理装置の好ましい第２実施形態を示している。

図４に示す第２実施形態の処理ユニット４Ｂが、図２に示す第１実施形態の処理ユニット４と異なるのは、生成された微小気泡を含む液体４０を一時的に貯蔵する貯蔵部７０を備えていることである。この貯蔵部７０は、微小気泡生成ユニット３０と供給ノズル１５の間に配置されている。誘電率測定部５０は、貯蔵部７０内の微小気泡を含む液体４０の誘電率を測定して、微小気泡を含む純水４０の誘電率測定値Ｓを制御部２０に供給する。

図４に示す第２実施形態の処理ユニット４Ｂの他の構成要素は、図２に示す第１実施形態の処理ユニット４の対応する他の構成要素と実質的に同じであるので、同じ符号を記してその説明を用いる。

図４に示す処理ユニット４Ｂでは、微小気泡を含む液体４０が貯蔵部７０内に常に所定量貯蔵している。バルブ４３を開けて貯蔵部７０内の微小気泡を含む液体４０が供給ノズル１５から噴射されて、貯蔵部７０内の微小気泡を含む液体４０の量が予め定めたレベルよりも下がると、制御部２０は、バルブ３１，３３を開いて、窒素ガスと純水を微小気泡生成ユニット３０に供給する。これにより、微小気泡生成ユニット３０は微小気泡を含む液体４０をさらに生成する。制御部２０がバルブ７１を開くことで、微小気泡生成ユニット３０は、微小気泡を含む液体４０を貯蔵部７０に補充することができる。

微小気泡を含む液体４０の誘電率を測定する例では、液体４０中に微小気泡を含まない時の誘電率と、液体４０中に微小気泡を含んでいる時の誘電率と、を測定することにより、両方の誘電率の違いから、微小気泡を含む液体４０中の微小気泡の含有率を測定する。

（第３実施形態）
図５は、本発明の基板処理装置の好ましい第３実施形態を示している。

図５に示す第３実施形態の処理ユニット４Ｃが、図２に示す第１実施形態の処理ユニット４と異なるのは、音速測定部５０Ｐが誘電率測定部５０に代えて設けられていることである。

図５に示す第３実施形態の処理ユニット４Ｃの他の構成要素は、図２に示す第１実施形態の処理ユニット４の対応する他の構成要素と実質的に同じであるので、同じ符号を記してその説明を用いる。

音速測定部５０Ｐは、測定部の一例であり、微小気泡生成ユニット３０から供給ノズル１５に供給される微小気泡を含む液体４０を測定する。音速測定部５０Ｐは、音源と、音源が発生する音が微小気泡を含む液体４０を通過した後の音を受けるセンサと、センサからの信号を増幅する増幅部を有している。

音速測定部５０Ｐのセンサが微小気泡を含む液体４０中での音速を測定すると、増幅部からは音速測定値ＳＰを制御部２０に供給する。これにより、制御部２０は、音速の大きさから微小気泡の数を演算することができる。音速により微小気泡の数（バブル含有率）がわかる理由としては、液体中と気体中で音の伝わる速度が大きく違い、水中での音速は１５００ｍ/秒であるのに対して、気中での音速は３４０ｍ/秒である。このために、液体中に存在する微小気泡の数（バブル数）により、音の伝播速度が変わることを利用している。

微小気泡を含む液体４０の音速を測定する例では、液体４０中に微小気泡を含まない時の音速と、液体４０中に微小気泡を含んでいる時の音速と、を測定することにより、両方の音速の違いから、微小気泡を含む液体４０中の微小気泡の含有率を測定する。

そして、制御部２０は、洗浄処理における処理中の供給ノズル１５のＸ方向への移動速度と、微小気泡を含む純水４０の供給時間と、微小気泡を含む純水４０の供給量と、微小気泡を含む純水４０における微小気泡密度の内の少なくとも１つを制御することにより、基板Ｗに対して供給する液中の微小気泡の数を管理することができる。

上述した本発明の各実施形態の基板処理装置は、複雑なシステムを用いることなく、微小気泡を含む純水中の微小気泡の数を管理することができ、基板に対して供給する微小気泡を含む純水中の微小気泡の数を管理できる。基板処理装置が複数の基板を洗浄処理する場合に複数の基板間における洗浄処理を均一に行うことができる。また、基板処理装置が１枚の基板を洗浄する際にも、１枚の基板内でどの部分においても洗浄処理の均一にすることができる。

このことから、基板処理装置における基板処理の時間を最適化でき、基板の生産性を向上できる。使用する微小気泡を含む純水の量も最適化でき、使用する微小気泡を含む純水の量を少なく抑えることができる。従って、自然環境の負荷を最小限に抑えながら基板処理を行える。

本発明の基板処理装置は、基板に対して微小気泡を含む液体を供給して基板を処理する基板処理装置であって、気体と液体から微小気泡を含む液体を生成する微小気泡生成装置と、微小気泡を含む液体内の微小気泡の数を測定するための測定部と、測定部から微小気泡の数の測定値が与えられる制御部と、制御部の指令により微小気泡を含む液体を基板に供給する供給部とを備える。これにより、微小気泡を含む液体中に存在する微小気泡の数を管理するにより、基板処理を均一に行うことができる。

測定部は、微小気泡を含む液体の誘電率を測定して誘電率の値から微小気泡の数を得るための誘電率測定部である。これにより、複雑なシステムを用いずに、誘電率を用いて微小気泡の数をカウントすることができる。

測定部は、微小気泡を含む液体中での音速を測定して音速の値から微小気泡の数を得るための音速測定部である。これにより、複雑なシステムを用いずに、音速を用いて微小気泡の数をカウントすることができる。

制御部は、測定部からの微小気泡の数の測定値に基づいて、供給部から基板に対して供給される液体中の微小気泡の数を一定に管理する。これにより、基板処理の均一化が図れる。

制御部は、供給部に対して供給する微小気泡を含む液体の量と、供給部に対して供給する微小気泡を含む液体の供給時間と、微小気泡を含む液体における微小気泡の密度と、の少なくとの１つを変化させることで、供給部から基板に対して供給される液体中の微小気泡の数を一定に管理する。これにより、基板処理の均一化が図れる。

ところで、本発明の基板処理装置では、微小気泡とは、微細気泡あるいはマイクロ・ナノバブルともいい、マイクロバブル（ＭＢ）、マイクロナノバブル（ＭＮＢ）、ナノバブル（ＮＢ）を含む概念である。マイクロバブル（ＭＢ）とは、その発生時に気泡の直径が１０μｍ〜数十μｍ以下の微小な気泡のことをいい、マイクロナノバブル（ＭＮＢ）とは、その発生時に気泡の直径が数百ｎｍ〜１０μｍ以下の微小な気泡のことをいう。さらに、ナノバブル（ＮＢ）とは、数百ｎｍ以下の微小な気泡のことをいう。

気体としては、窒素ガスに代えてオゾンガスや空気を用いることもできる。液体としては、純水の他に酸性液やアルカリ液を用いることができる。

本発明の基板処理装置は、例えば半導体基板、液晶表示装置用のガラス基板、フォトマスク用のガラス基板等の基板からパーティクル等の不純物を高効率で除去するのに用いることができる。微小気泡を含む液体内の微小気泡の数を測定するための測定部としては、誘電率、音速の他に比熱を用いても良い。

さらに、本発明の実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、本発明の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の基板処理装置の好ましい第１実施形態を含む基板処理部の例を示す平面図である。本発明の基板処理装置の好ましい第１実施形態を示す図である。本発明の第１実施形態において水と空気における比誘電率の値を示す図である。本発明の基板処理装置の好ましい第２実施形態を示す図である。本発明の基板処理装置の好ましい第３実施形態を示す図である。

符号の説明

１基板処理装置
４処理ユニット
１１基板保持部
１２操作部
１５供給ノズル（供給部の一例）
１６処理室
２０制御部
３０微小気泡生成ユニット（微小気泡生成装置の一例）
３２窒素ガス供給部
３４純水供給部
４０微小気泡を含む純水（微細気泡を含む液体）

Claims

基板に対して微小気泡を含む液体を供給ノズルを用いて供給して基板を処理する基板処理装置であって、
気体と液体から前記微小気泡を含む液体を生成する微小気泡生成装置と、
一端が前記微小気泡生成装置に他端が前記供給ノズルに接続され、前記供給ノズルに供給される前記液体内の前記微小気泡の数を測定するための測定部と、
前記測定部から前記微小気泡の数の測定値が与えられる制御部とを有し、
前記制御部は、前記測定部からの測定値に基づいて、前記供給ノズルによる前記微小気泡を含む液体の供給時間または供給量を制御しながら前記基板を処理することを特徴とする基板処理装置。
前記基板は連続回転するベース部材に支持され、
前記供給ノズルは、連続回転する前記基板の上部位置にて前記基板の回転半径方向に移動させられ、
前記制御部は、前記測定部からの測定値に基づいて前記供給ノズルの移動速度を制御することで、前記基板への前記微小気泡を含む液体の供給時間または供給量を制御することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
基板に対して微小気泡を含む液体を供給ノズルを用いて供給して基板を処理する基板処理方法であって、
気体と液体から前記微小気泡を含む液体を微小気泡生成装置によって生成し、
生成された前記微小気泡を含む液体内の前記微小気泡の数を前記微小気泡生成部から前記供給ノズルへ供給する配管途中において測定し、
この測定値に基づき、前記供給ノズルによる前記基板に対する前記微小気泡を含む液体の供給時間または供給量を制御しながら前記基板を処理することを特徴とする基板処理方法。