JP5630808B2 - 搬送式基板処理装置における節水型洗浄システム - Google Patents

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Description

本発明は、液晶パネル用ガラス基板の各種処理などに使用される基板洗浄装置、更に詳しくは、平流し式と呼ばれる搬送式基板処理装置において、エッチング液、剥離液等による薬液処理の後の洗浄処理で使用する洗浄水の使用量を従来より抑制できる節水型洗浄システムに関する。
液晶パネルの製造では、素材である大面積のガラス基板の表面にレジスト塗布、現像、エッチング、レジスト剥離の各処理が繰り返し実施されることにより、基板表面に集積回路が形成される。各処理方式の代表的なものの一つが平流し方式と呼ばれる基板搬送方式の基板処理装置であり、基板を水平方向に搬送しながらその表面に各種の処理を繰り返し行う。
例えば、平流し式のエッチング処理では、水平姿勢又は側方に傾斜した姿勢で水平方向に搬送される基板の表面にエッチングゾーンでエッチング液が供給され、次いでリンスゾーンで洗浄水による表面洗浄が行われる。平流し式エッチング処理における基板洗浄装置の従来の典型的な装置構成を図6により説明する。
基板の搬送方向にエッチングゾーン1、第1リンスゾーン2A、第2リンスゾーン2B、ファイナルリンスゾーン2C、及び乾燥ゾーン3が順に配列されている。各ゾーンは独立したチャンバーにより構成され、基板搬送のために搬送方向に並んだ複数の搬送ローラをそれぞれ装備している。エッチングゾーン1の出口近傍には、基板の表面に付着するエッチング液を除去するために、例えば上下一組のエアナイフ4,4が基板搬送ラインを挟んで設けられている。第1リンスゾーン2A、第2リンスゾーン2B、及びファイナルリンスゾーン2Cには、基板の両面に洗浄水を吐出供給する上下一対のシャワーシステム5A、5B及び5Cが、基板搬送ラインを挟んでそれぞれ設けられている。乾燥ゾーン3には、基板の両表面に付着する洗浄水を除去するために、上下一対のエアナイフ6,6が基板搬送ラインを挟んで設けられている。
洗浄水は、基板搬送方向とは逆に、ファイナルリンスゾーン2C、第2リンスゾーン2B、第1リンスゾーン2Aの順にカスケード方式で供給される。すなわち、まず未使用の純水からなる洗浄水がファイナルリンスゾーン2Cにおけるシャワーシステム5C,5Cから吐出され、基板の両面を洗浄する。使用後の洗浄水は第2リンスゾーン2Cに付設されたタンク7C内に回収される。タンク7C内の洗浄水はファイナルリンスゾーン2Bにおけるシャワーシステム5B,5Bから吐出され、基板の両面を洗浄する。使用後の洗浄水は第2リンスゾーン2Bに付設されたタンク7B内に回収される。タンク7B内の洗浄水は第1リンスゾーン2Aにおけるシャワーシステム5A,5Aから吐出され、基板の両面を洗浄する。洗浄に使用された後の洗浄水は廃棄される。
これにより、洗浄水の清浄度が第1リンスゾーン2A、第2リンスゾーン2B、ファイナルリンスゾーン2Cの順に上がり、少量の洗浄水で効率的な洗浄が行われる。
すなわち、基板搬送ラインを進行する基板は、エッチングゾーン1でエッチング処理を受け、出口近傍のエアナイフ4により、両面が乾燥しない程度に両面からエッチング液を除去された後、第1リンスゾーン2Aで清浄度の低い(汚染度の高い)洗浄水により両面を予備洗浄される。使用後の洗浄水は廃棄される。次いで第2リンスゾーン2Bにおいて、清浄度が高い(汚染度が低い)洗浄水により両面を本洗浄され、最後にファイナルリンスゾーン2Cで未使用の純水からなる洗浄水により両面を仕上げ洗浄される。下流側ほど清浄度の高い洗浄水が使用されることから、洗浄水を直列的に使用して、その使用量の削減を図るにもかかわらず、高い清浄度を基板に付与することができる。
我が国のような水の豊富な国、地域で使用する限りは、洗浄水をカスケード方式で使用する上記のような基板洗浄装置でも格段の問題は生じない。しかし国、地域によっては洗浄水の使用量に大きな制限が加えられる場合があり、そのような場合は上記方式の基板洗浄装置でも洗浄水の使用量が過大となり、更なる節水が可能な基板洗浄装置が求められている。
基板洗浄装置における節水に関しては、薬液処理ゾーンとシャワー式水洗ゾーンとの間に、基板表面に洗浄水をカーテン状に供給する液膜式洗浄手段と、液膜式洗浄手段の下流側において洗浄水を液膜状にして且つ基板搬送方向に対してカウンター方向に傾斜させて噴出して基板両面に残存する洗浄液を置換する液ナイフによる液切り手段とを組み合わせた基板洗浄装置が、特許文献1により提示されている。また特許文献2には、複数のフラット型スプレーノズルを基板搬送方向に直角な水平方向に並べ、各スプレーノズルを周方向に同角度ずつ捻って配置した第1ノズル列と、第1ノズル列の下流側に複数のフラット型スプレーノズルを各スプレーノズルからの液膜がオーバーラップするように基板搬送方向に直角な水平方向に並べてカーテン状の液膜を形成する第2ノズル列との組合せからなる基板洗浄装置が開示されている。
いずれの基板洗浄装置においても薬液処理を終えた基板の表面上の搬送方向の一部分に全幅にわたって洗浄水が集中供給される所謂パドル方式で洗浄が行われる。基板の表面上の搬送方向の一部分に全幅にわたって供給された洗浄水は基板上に厚膜状に載り側方へ排出される。このようなパドル洗浄は、基板搬送方向の狭い範囲を一部分ずつ洗浄し、薬液を洗浄水と置換していくので、シャワー洗浄に比べて洗浄水の使用量を大幅に削減することができる。しかしながら、洗浄効果を考慮した場合、その節水量は十分とは言えないのが実情である。
WO2005/053006A1公報 特開2006−205086号公報
本発明の目的は、高度の洗浄性能を維持しつつ、洗浄水の使用量を大幅に削減することが可能な搬送式基板処理装置における節水型洗浄システムを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明者らは特許文献1、2に記載されているような効率的なノズル構成の開発も無論必要であるが、それ以上に基板処理装置における洗浄システム全体を統括的かつ多角的に検討することが重要であると考え、洗浄効率、洗浄水の水質管理の両面から洗浄システムの見直しを行った。その結果、以下の事実が判明した。
薬液による基板処理後の洗浄ゾーンは、洗浄性向上のために複数段必要であり、洗浄水節約のためには、複数の洗浄ゾーンに下流側から上流側へカスケード方式で洗浄水を供給することが不可欠である。カスケード給水では、最上流側の洗浄ゾーンで使用された後の洗浄水は汚染度が高いので、全量廃棄することが、洗浄水の汚染度を低く抑える上で有効である。その結果、最下流側の洗浄ゾーンへ供給する洗浄水量と、最上流側の洗浄ゾーンから排出される洗浄水量が等しくなり、その結果として、最上流側の洗浄ゾーンから排出される洗浄水の量が、洗浄水の使用量を支配することになる。このため、最上流側の洗浄ゾーンでの洗浄水量を節約し、洗浄水の廃棄量を少なくすることが肝要となり、この観点から、最上流側の洗浄ゾーンでの洗浄方式としてはパドル処理が不可欠となる。
最上流側の洗浄ゾーンにパドル処理を採用した場合、基板1枚毎に洗浄水が間欠供給される。すなわち、パドル処理ゾーンの手前に基板先端が到達した時点で洗浄水の吐出が開始され、基板後端がパドル処理ゾーンを完全に通過した後に洗浄液の吐出が停止される。これにより基板の搬送方向全長にわたってパドル処理が行われる。パドル処理での吐出ノズルからの単位時間あたりの吐出量は、必要な液置換が可能となるように設定されている。このため、基板全長が通過する時間に対して、無駄な吐出時間を極力排除することが洗浄水の節約に繋がると考えられている。
しかしながら、最上流側のパドル処理での洗浄水吐出時間を短くすると、パドル処理部での総吐出量が減少し、洗浄水の廃棄量も減少することから、最下流側の洗浄ゾーンでの未使用の洗浄水の供給量が減少し、洗浄水の汚染度が増大し、結果的に洗浄水の使用量が増加する。図5はカスケード給水方式洗浄システムの最上流側ゾーンで使用する洗浄水の汚染度と使用量の関係を示している。要求される洗浄品質は同じである。そして、同図からは以下のことが分かる。
洗浄水の汚染度が高くなるほどその使用量が増加する傾向がある。最上流側の洗浄ゾーンで使用する洗浄水の汚染度に関しては、要求される洗浄品質が同じとすれば、洗浄システムに固有の許容限度が存在し、システム長が小さくなるほど許容限度が低くなる。すなわち、汚染度が高くても処理回数を増やせば洗浄品質は確保されるが、その分、システム長が長くなるのである。このため、システム長を小さくするためには最上流側の洗浄ゾーンでの汚染度の低下が不可欠となる。
このように、洗浄水を下流側から上流側へ直列的に供給するカスケード方式の場合は、洗浄水の汚染度が最も高くなる最上流側の洗浄ゾーンで使用される洗浄水の水質管理が重要となり、その重要度はシステム長が小さいほど増加する。このため、システム長に制限が存在する状況下にあっては、最上流側の洗浄ゾーンにおいて、基板長から決まる使用量よりも多くの洗浄水を使用廃棄できるようにシステム設計をし、許容限度が確保されるように意図的に多く使用量、廃棄量を増やすことが、結果的にシステム長の短縮、節水に繋がることになる。
本発明の搬送式基板処理装置における節水型洗浄システムは、かかる知見を基礎として完成されたものであり、薬液処理ゾーンの下流側に基板搬送方向に沿って配列された複数の洗浄ゾーンと、最上流側の洗浄ゾーンに設けられたパドル処理用の洗浄機構と、2段目以降の洗浄ゾーンにそれぞれ設けられたシャワー処理用の洗浄機構及び使用後の洗浄水を回収するタンクと、最下流側の洗浄ゾーンにおける洗浄機構に未使用の純水からなる洗浄水を供給する給水系統と、各タンク内の洗浄水を上流側の洗浄ゾーンにおける洗浄機構へ順次送給するカスケード方式の送水系統と、最上流側の洗浄ゾーンでの使用済み洗浄水を排出する排水系統とを具備しており、最上流側の洗浄ゾーンに基板先端が進入する時点より前に当該洗浄ゾーンにおける洗浄機構からの洗浄水の吐出を開始し、当該洗浄ゾーンから基板後端が抜け出た時点より後に当該洗浄ゾーンにおける洗浄機構からの洗浄水の吐出を停止すると共に、最上流側の洗浄ゾーンにおける洗浄機構から吐出される洗浄水の汚染度を許容限度内で且つその限度近傍に維持するのに必要な洗浄水の吐出時間が確保されるように、当該洗浄ゾーンにおける洗浄機構からの洗浄水の吐出開始タイミング及び吐出終了タイミングが設定されるにあたって、最上流側の洗浄ゾーンから基板後端が抜け出た時点から後も吐出を続け、この最上流側の洗浄ゾーンでの吐出延長時間の調整による最下流側の洗浄ゾーンへの洗浄水供給量の増減により、最上流側の洗浄ゾーンにおける洗浄機構から吐出される洗浄水の汚染度が所望値に管理されることを技術上の特徴点としている。

本発明の搬送式基板処理装置における節水型洗浄システムにおいては、薬液処理ゾーンで薬液処理を終えた基板が複数の洗浄ゾーンを順番に通過する。最上流側の洗浄ゾーンでは、基板搬送方向に所定の長さずつパドル処理による洗浄が行われ、それ以降の洗浄ゾーンではシャワー処理が行われる。洗浄水については、最下流側の洗浄ゾーンでは未使用の純水が使用され、その使用後の洗浄水がその上流側の洗浄ゾーンで使用され、最後の洗浄水が最上流側の洗浄ゾーンでパドル処理に使用された後、全量が廃棄される。これにより、パドル処理に使用された後の汚染度の高い洗浄水の影響が除去される。また、基板の表面は、上流側から下流側へかけて順次清浄度の高い洗浄水が使用される段階的処理により効率的に清浄化される。
これに加え、パドル処理が行われる最上流側の洗浄ゾーンでは、単に基板の先端から後端まで全長にわたってパドル処理が行われるだけでなく、当該洗浄ゾーンに供給される洗浄水の汚染度が許容限度内で且つその限度近傍に維持されるように、洗浄水の吐出時間が設定されている。このため、汚染度が許容限度内の洗浄水が常時供給され、パドル処理の採用とあいまって洗浄水の使用量が最小限に抑制される。
すなわち、最上流側の洗浄ゾーンでの洗浄水の廃棄量を少なくすれば、洗浄水の使用量は減少するが、洗浄水の汚染度が上がる。逆に、最上流側の洗浄ゾーンでの洗浄水の廃棄量を多くすれば、洗浄水の使用量は増加するが、洗浄水の汚染度は下がる。本発明の搬送式基板処理装置における節水型洗浄システムにおいては、最上流側の洗浄ゾーンに供給される洗浄水の汚染度が許容限度内で且つその限度近傍に維持されるように、洗浄水の吐出時間が設定されているので、洗浄品質を維持しつつ洗浄水の使用量が最小限に節減されるのである。
最上流側の洗浄ゾーンにおける洗浄水の吐出時間調整は、基板先端が当該洗浄ゾーンに進入する時点までの吐出時間を調整する方法、基板後端が当該洗浄ゾーンが抜け出た時点から後の吐出時間を調整する方法のいずれでもよく、両方でもよいが、本発明の搬送式基板処理装置における節水型洗浄システムにおいては、基板後端が当該洗浄ゾーンが抜け出た時点から後も吐出を続け、この吐出延長時間の調整により、最上流側の洗浄ゾーンにおける洗浄機構から吐出される洗浄水の汚染度を所望値に管理する方法が、実操業上は手法的に容易で望ましいことから採用される
また、最上流側の洗浄ゾーンで使用される洗浄水の汚染度の管理目標値については許容限度に一致させるのが最も望ましいが、現実的には困難なので、許容限度近傍に管理することになり、具体的には汚染度の許容限度をXとして、X以下0.9X以上の範囲内に管理するのが望ましく、X以下0.95X以上の範囲内に管理するのがより望ましい。管理値を下げすぎると、基板が過洗浄となり、洗浄水の使用量が増加する。ちなみに、洗浄水の汚染度(水質)は導電率、比抵抗、pH値などにより検出可能である。汚染のない純水の導電率は低く(比抵抗は高く)、汚染が進むにしたがって導電率は上がる(比抵抗は下がる)。
以上は発明の搬送式基板処理装置における節水型洗浄システムにおける主たる節水対策であるが、本発明の搬送式基板処理装置における節水型洗浄システムにおいては、その節水対策に更に下記の処理効率向上対策を加えることにより、節水型洗浄システムの更なる小型化も可能となる。
その対策とは、2段目の洗浄ゾーン内のシャワー処理用の洗浄機構より下流側に、最上流側の洗浄ゾーンに具備されたパドル処理用の洗浄機構よりも高い圧力で洗浄水を吐出する別のパドル処理用の洗浄機構を付設するという2段パドル処理である。そして、この2段パドル処理においては、洗浄水の吐出圧力の差と基板搬送速度の差が重要となる。
2段パドル処理における洗浄水の吐出圧力については、最上流側の洗浄ゾーンにおけるパドル処理用の洗浄機構からの洗浄水の吐出圧力が0.08〜0.1MPa程度の低圧を好適とするのに対し、2段目の洗浄ゾーンに付設されたパドル処理用の洗浄機構からの洗浄水の吐出圧力は0.3〜0.4MPa程度の中圧が好ましい。なぜなら、中圧パドル処理によると、洗浄水が打撃力を伴って基板に衝突することにより、シャワー処理用の洗浄機構に匹敵する高い液置換効率が得られ、シャワー処理用の洗浄機構との代替により、洗浄装置の全長短縮が可能となるからである。ここにおける吐出圧力が高すぎる場合はパドル処理で必要以上の洗浄水が消費され、他の処理で洗浄水が不足する危険性が生じ、基板にダメージを与える危険性も生じる。
パドル2段処理における基板搬送速度については、2段目の洗浄ゾーンに付設されたパドル処理用の洗浄機構の下を通過する基板速度が、最上流側の洗浄ゾーンに設けられたパドル処理用の洗浄機構の下を通過する基板速度より小であることが望ましい。すなわち、1段目のパドル処理を低圧吐出・高速搬送とし、2段目のパドル処理を中圧吐出・低速搬送とした2段パドル処理が好ましいのである。なぜなら、2段目のパドル処理で多くの洗浄水量を確保してシャワー処理に匹敵する洗浄力、若しくはそれ以上の洗浄力を得るためである。
具体的な基板搬送速度については、洗浄ゾーンの下流側に設置される乾燥ゾーン内のエアナイフによる乾燥処理での基板搬送速度に合わせるのが、速度制御が簡素化され望ましい。ちなみに、乾燥ゾーン内のエアナイフによる処理での基板搬送速度は150mm/s以下である。この搬送速度は1段目のパドル処理での基板搬送速度の0.25〜0.5倍となり、洗浄性の点からも好都合である。
2段目の洗浄ゾーンでパドル処理を行うことに伴い、当該ゾーンに供給される洗浄水をパドル処理用の洗浄機構とシャワー処理用の洗浄機構とに分配する必要があるが、その分配比は、当該洗浄ゾーン全体への洗浄水の供給量を1として、パドル処理用の洗浄機構へ分配する比率を0.5〜0.8とするのがよい。すなわち、低圧高速パドル処理と中圧低速パドル処理の組合せによると、2段目の洗浄ゾーンでは、中圧パドル処理が主体となり、パドル処理用の洗浄機構の上流側に形成されるシャワー処理領域は基板速度調整領域となり、シャワー処理用の洗浄機構は基板乾燥防止用となり、いずれも洗浄処理とは直接的な関係を有しない副次的機能である。
そして、低圧高速パドル処理と中圧低速パドル処理の組合せによると、2段目の洗浄ゾーンより下流側は最終洗浄ゾーン(ファイナルリンスゾーン)となり、洗浄システムの全長抑制が実現される。
最上流側の洗浄ゾーン及び2段目の洗浄ゾーンにおけるパドル処理用の洗浄機構としては、洗浄水を三角形の膜状に吐出して基板表面に直線状に吹き付けるフラット型のスプレーノズルが基板搬送ラインに直角なライン横幅方向に配列され、各スプレーノズルの直線状スプレーパターンがライン横幅方向に対して同方向へ所定角度で傾斜する第1ノズル列と、第1ノズル列の下流側において前記フラット型のスプレーノズルがライン横幅方向に配列され、各スプレーノズルからの液膜が所定のオーバーラップを伴って前記横幅方向に連続して横幅方向の全域にわたるカーテン状の液膜を形成する第2ノズル列との組合せが、液置換効率の点から好ましい。
2段目の洗浄ゾーンで使用された後の洗浄水を回収するタンクに対しては、当該タンク内の洗浄水の汚染度を検知する水質センサを組み合わせるのが好ましい。水質センサは洗浄ゾーンの汚染度を検出できるものであればよく、導電率測定器、比抵抗計、pH計などを使用することができる。
最上流側の洗浄ゾーンにおけるパドル処理用の洗浄機構等で不具合が生じた場合、最上流側の洗浄ゾーンでの洗浄が不足し、最上流から2段目の洗浄ゾーンで使用された後の洗浄水の汚染度が上がる。これを前記水質センサで検知することにより、最上流側の洗浄ゾーンにおけるパドル処理用の洗浄機構等の不具合が即座に検知されるので、洗浄不良品の発生を可及的に抑制することができる。パドル処理用の洗浄機構が、前記した2つのノズル列からなる場合に前記水質モニターは特に有効である。なぜなら、前記した2つのノズル列からなる場合、多数個のスプレーノズルが使用され、その個数に応じて不具合の頻度が高くなるからである。
本発明の搬送式基板処理装置における節水型洗浄システムは、基板搬送方向に配列された複数の洗浄ゾーンに、洗浄水を基板搬送方向とは逆に下流側から上流側へカスケード送給し、最上流側の洗浄ゾーンでパドル処理を行うと共に、パドル処理に使用した後の洗浄水を全量廃棄し、且つ当該洗浄ゾーンでの洗浄水の吐出時間が、当該洗浄水の汚染度が許容限度内で且つその限度近傍に維持されるように、パドル処理での洗浄水の吐出タイミングを設定したので、システム長が小さい場合にも必要な洗浄能力を維持しつつ、洗浄水の使用量を大幅に節減することができる。また、洗浄能力の要求値の変更に広範囲に対応することができる。
本発明の一実施形態を示す節水型洗浄システムの構成図である。 同節水型洗浄システムにおけるパドル処理用洗浄機構の側面図である。 同パドル処理用洗浄機構の正面図である。 同パドル処理用洗浄機構によるスプレーゾーンを示す平面図である。 洗浄水の汚染度と使用量との関係を示すグラフである。 従来の典型的な基板洗浄システムの構成図である。
以下に本発明の搬送式基板処理装置における節水型洗浄システムの実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態の節水型洗浄システムは、図1に示すように、液晶パネル用ガラス基板の製造に使用される平流し式のエッチング装置に使用されており、当該エッチング装置における薬液処理ゾーン10の下流側に設置された複数の洗浄ゾーン20,30及び40並びに乾燥ゾーン50と、洗浄ゾーン30,40にそれぞれ組み合わされたタンク60,70とを具備している。各ゾーンは矩形のチャンバー内に形成されており、各チャンバー内には、エッチング処理すべきガラス基板80を水平姿勢で水平方向に搬送するために基板搬送方向に配列された多数の基板搬送ローラ90を備えている。
薬液処理ゾーン10は、基板搬送ラインを進行するガラス基板80の表面に薬液を供給するために、図示されない薬液供給機構をチャンバー内の基板搬送ライン上方に装備している。薬液処理ゾーン10の出口近傍は液切りゾーン11である。液切りゾーン11には、ガラス基板80の表面及び裏面に付着する薬液を除去するために、基板搬送ラインを挟む上下のエアナイフ用スリットノズル12,13を備えている。
基板洗浄装置を構成する複数の洗浄ゾーン20,30及び40は、ここではパドル処理ゾーン20、第1シャワーゾーン30、及び第2シャワーゾーン40からなる。最上流側に位置するパドル処理ゾーン20は、チャンバー内の入口近傍に基板搬送ライン上方に位置して配置された水ナイフ用のスリットノズル21と、スリットノズル21の下流側に位置して基板搬送ライン上方に設けられたパドル処理形式の洗浄機構22と、基板搬送ラインを挟んで洗浄機構22の下側に設けられた液膜方式の洗浄機構23とを備えている。水ナイフ用のスリットノズル21は、ガラス基板80の表面におけるエッチング処理を停止させるために、入口近傍で洗浄水を液ナイフ状にしてガラス基板80の全幅にわたり吹き付ける。
パドル処理形式の洗浄機構22は、図2〜図4に示すように、基板搬送ライン上方において基板搬送方向に所定の隙間をあけて配置された2つのノズル列22A,22Bにより構成されている。
上流側に位置する第1ノズル列22Aは、ガラス基板80の搬送方向に直角な板幅方向に延びるヘッダ管24Aと、ヘッダ管24Aに所定間隔で下向きに取付けられた多数のスプレーノズル25A,25A・・とを備えている。スプレーノズル25A,25A・・は、洗浄液を三角形状の薄膜にして吐出する山型フラットノズルであり、ガラス基板80の表面における直線状スプレーパターン26Aが板幅方向に対して所定角度θ1(40〜80度が望ましく、ここでは60度)で傾斜するように周方向に変位して配置されている。板幅方向におけるスプレーノズル25A,25A・・の配列ピッチP1は、隣接するスプレーノズル25A,25Aの間で直線状スプレーパターン26Aが板幅方向でオーバーラップし、均一に打撃を与えるレイアウトが実現されるように設定されている。具体的には、スプレーノズル25A,25A・・の配列ピッチP1は、直線状スプレーパターン26Aの板幅方向における長さD1の1.0〜0.8倍とされている。
これらにより、第1ノズル列22Aは、ガラス基板80上の所定長さにわたって洗浄水を供給することにより、そのガラス基板80上にパドルを形成し、且つガラス基板80上の洗浄水がガラス基板80の側方へ排出されるのを促進する。
下流側に位置する第2ノズル列22Bは、ガラス基板80の搬送方向に直角な板幅方向に延びるヘッダ管24Bと、ヘッダ管24Bに所定間隔で下向きに取付けられた多数のスプレーノズル25B,25B・・とを備えている。スプレーノズル25B,25B・・は、洗浄液を三角形状の薄膜にして吐出する山型フラットノズルであり、ガラス基板80の表面における直線状スプレーパターン26Bが隣接するノズル間で干渉するのを防止するために、直線状スプレーパターン26Bが板幅方向に対して僅かの角度θ2(15度以下が望ましく、ここでは10度)で傾斜するように周方向に変位して配置されている。また、板幅方向におけるスプレーノズル25B,25B・・の配列ピッチP2は、スプレーノズル25A,25A・・の配列ピッチP1と同じであり、隣接するスプレーノズル25B,25Bの間で直線状スプレーパターン26Bが板幅方向でオーバーラップするよう、直線状スプレーパターン26Bの板幅方向における長さD2の約0.5倍とされている。
これらにより、第2ノズル列22Bは、板幅方向に連続し且つガラス基板80の表面に向かって流下するカーテン状の洗浄液膜を形成し、第1ノズル列22Aがガラス基板80上に供給する洗浄水に対して堰を形成する。
基板搬送ラインを挟んで洗浄機構22の下側に設けられた液膜方式の洗浄機構23は、洗浄機構22おける第2ノズル列22Bと向きが反対であることを除き、実質的に同一の構成の裏面ノズル列であり、板幅方向に並ぶ多数のスプレーノズルから洗浄水を吐出することにより、ガラス基板80の裏面にカーテン状の洗浄水膜を衝突させる。洗浄機構23における各ノズルからの洗浄水の吐出圧力は洗浄機構22と同じである。
なお、本実施形態の節水型洗浄システムにおいて重要な構成であるパドル処理ゾーン20内の洗浄機構21,22,23からの洗浄水の吐出開始タイミング、吐出停止タイミングについては後で詳しく説明する。
パドル処理ゾーン20の下流側に配置された第1シャワーゾーン30は、基板搬送ラインを挟んで設けられた上下一対のシャワーシステム31,32と、その下流側に配置されたパドル処理形式の洗浄機構33と、基板搬送ラインを挟んで洗浄機構33の下側に設けられた液膜方式の洗浄機構34とを備えている。
シャワーシステム31,32は、基板搬送方向及びこれに直角な横幅方向にマトリックス状に配置された多数個のコーン型スプレーノズルを有しており、ガラス基板80の表面及び裏面に洗浄水を広範囲にわたって散布する。パドル処理形式の洗浄機構33は、パドル処理ゾーン20に設けられた洗浄機構22と実質的に同じ構成であり、基板搬送方向に所定の隙間をあけて配置された2つのノズル列33A,33Aより構成されている。洗浄機構22との相違点は、ノズル列33A,33Bにおける各ノズルからの洗浄水の吐出圧力が洗浄機構22より高いことであり、具体的には0.3〜0.4MPa程度である。これは、洗浄機構22のノズル列22A,22Bにおける各ノズルからの洗浄水の吐出圧力(0.08〜0.1MPa程度)の約4倍であり、いわゆる中圧である。同様に、液膜方式の洗浄機構34は、パドル処理ゾーン20に設けられた洗浄機構23と実質的に同じ構成の裏面ノズル列である。洗浄機構34における各ノズルからの洗浄水の吐出圧力は洗浄機構33と同じある。
第1シャワーゾーン30に組み合わされたタンク60は、第1シャワーゾーン30のシャワーシステム31,32、及び洗浄機構33,34を収容するチャンバー内の洗浄水を回収する。タンク60内の洗浄水は、ポンプ61により加圧されてパドル処理ゾーン20内のスリットノズル21及び洗浄機構22,23へ供給される。スリットノズル21及び洗浄機構22,23への洗浄水の供給を間欠供給とするために、各供給管には制御弁63,64がそれぞれ介装されると共に、制御弁65が介装された戻り管66が、ポンプ61の下流側からタンク60内にかけて設けられている。
更に、このタンク60には、当該タンク内の洗浄水の水質(汚染度)を検知する水質センサ62としての導電率測定器が付設されている。スリットノズル21及び洗浄機構22,23から吐出された洗浄水は、排水管27から全量排出される。
第1シャワーゾーン30の下流側に配置された第2シャワーゾーン40は、いわゆるファイナルリンスゾーンであり、第1シャワーゾーン30と同様に、基板搬送ラインを挟んで設けられた上下一対のシャワーシステム41,42を装備している。
第2シャワーゾーン40に組み合わされたタンク70は、シャワーシステム41,42を収容するチャンバー内の洗浄水を回収する。タンク70内の洗浄水は、ポンプ71により加圧されて第1シャワーゾーン30内のシャワーシステム31,32に供給される。また、別のポンプ72により加圧されて第1シャワーゾーン30内の洗浄機構33,34に供給される。ポンプ72による供給圧が、ポンプ71による供給圧より高くなることは前述したとおりである。後者の供給管には洗浄機構33,34への洗浄水の供給を間欠供給とするために制御弁73が介装されると共に、制御弁74が介装された戻り管が、ポンプ72の下流側からタンク70内にかけて設けられている。
一方、第2シャワーゾーン40におけるシャワーシステム41,42には、未使用の純水からなる洗浄水が図示されないポンプにより加圧され、給水管43を介して供給される。
第2シャワーゾーン40の下流側に配置された乾燥ゾーン50は、基板搬送ラインを挟む上下一対のエアナイフ用スリットノズル51,52を装備しており、ファイナルリンスゾーンである第2シャワーゾーン40を通過したガラス基板80の表面及び裏面から洗浄水を除去する。
次に、本実施形態の節水型洗浄システムの動作について説明する。
当該節水型洗浄システムが使用されている平流し式エッチング装置においては、処理動作中、薬液処理ゾーン10に所定の時間間隔で処理すべきガラス基板80が搬入される。薬液処理ゾーン10に搬入されたガラス基板80は、薬液処理ゾーン10を進行し、この間に所定のエッチング液による処理を受ける。エッチング液による処理を終えたガラス基板80は、薬液処理ゾーン10の出口近傍に設けられた液切りゾーン11おいて、上下のスリットノズル12,13から吐出されるエアナイフにより、表面及び裏面に付着する薬液を各面が乾燥しない程度に除去された後、当該節水型洗浄システムに進入し、洗浄処理を受ける。
以下に、当該節水型洗浄システムにおける洗浄動作を説明する。この洗浄動作は洗浄水の供給操作と基板搬送操作が組合わさったものである。
洗浄水に関しては、処理動作中、第2シャワーゾーン40内のシャワーシステム41,42間を基板80が通過するとき、シャワーシステム41,42から未使用の純水が洗浄水として吐出される。吐出されて基板80の洗浄処理に使用された洗浄水は全量タンク70に回収される。第1シャワーゾーン30においては、処理動作中、ポンプ71,72が作動し、シャワーシステム31,32から洗浄水が吐出され続ける。一方、洗浄機構33,34においては、この間を基板80が通過するときに制御弁73が開、制御弁74が閉となり、その以外のときは制御弁73が閉、制御弁74が開となることにより、洗浄機構33,34間を基板80が通過するときにのみこれらから洗浄水が吐出される。
ここで重要なのは、ポンプ72の吐出圧力がポンプ71の吐出圧力より大きく、タンク70から第2シャワーゾーン30へ供給される洗浄水の約80%が洗浄機構33,34に送られ、残りの僅かの洗浄水がシャワーシステム31,32から吐出される。そして、洗浄機構33,34に送られた洗浄水のうちの2/3が洗浄機構33から、1/3が洗浄機構34からそれぞれ吐出される。その結果、パドル処理用の洗浄機構33からは、第2シャワーゾーン30へ供給される洗浄水の50%強が吐出される。
シャワーシステム31,32及び洗浄機構33,34から吐出された洗浄水はタンク60内に回収される。タンク60内の洗浄水は、ガラス基板80の通過タイミングに応じた制御弁63,64,65の操作により、パドル処理ゾーン20にけるスリットノズル21及び洗浄機構22,23から間欠的に吐出される。制御弁63,64,65の操作の詳細は後述する。
一方、ガラス基板80の搬送に関しては、薬液処理ゾーン10を進出したガラス基板80がパドル処理ゾーン20を250〜300mm/sという高速で通過し、第1シャワーゾーン30内のシャワーシステム31,32間で減速する。そして、例えば100mm/s程度の低速で洗浄機構33,34の間を通過し、そのままの速度で第2シャワーゾーン40に進入し、シャワーシステム41,41間を通過する。
これらの組合せの結果、ガラス基板80は次のような洗浄処理を受けることになる。
ガラス基板80の先端が薬液処理ゾーン10の出口近傍に設けられた液切りゾーン11に進入した時点で制御弁65が開から閉に切り替わり、制御弁63,64が閉から開に切り替わる。これにより、パドル処理ゾーン20におけるスリットノズル21及び洗浄機構22,23から洗浄水が吐出され始める。この状態でガラス基板80がパドル処理ゾーン20に進入し通過する。これにより、ガラス基板80の表面にスリットノズル21からの薄膜状の洗浄水が衝突し、ガラス基板80の表面でのエッチング反応が完全に停止する。引き続き、洗浄機構22によるパドル処理によりガラス基板80の表面が効率的に洗浄される。
具体的には、まず第1ノズル列22Aの下を通過するときに、多数個のフラット型スプレーノズル25A,25A・・から吐出される洗浄液が、ガラス基板80の表面の搬送方向一部に供給される。このとき、下流側においては、第2ノズル列22Bにおける多数個のフラット型スプレーノズル25B,25B・・から吐出される洗浄液により、板幅方向に連続するカーテン状の液膜が形成される。このため、フラット型スプレーノズル25A,25A・・からガラス基板80の表面上に供給される洗浄液が堰止められ、ガラス基板80の表面上に洗浄液が溜まることにより、パドルが形成される。しかも、フラット型スプレーノズル25A,25A・・から吐出される洗浄液は、ガラス基板60の板幅方向に対して40〜80度の角度(ここでは60度の角度)で傾斜している。これらのため、フラット型スプレーノズル25A,25A・・から吐出される洗浄液が基板上のパドルに強力な攪拌を発生させる。同時に、その洗浄液がガラス基板80の表面上からの側方へスムーズに排出される。
これらのために、パドル処理形式の洗浄機構22においては、ガラス基板80の表面が少量の洗浄液により高効率に水置換され、かつ洗浄液による機械的な洗浄も行われる。また、ガラス基板80の裏面に対しては、裏面ノズル列である洗浄機構23から吐出される洗浄水により、搬送方向の一部分ずつ洗浄されていく。ここにおけるガラス基板80の搬送は、前述したとおり、例えば250〜300mm/sという高速搬送である。
ガラス基板80の後端がパドル処理ゾーン20を抜け出た後、所定時間経過後に制御弁65が閉から開に切り替わり、制御弁63,64が開から閉に切り替わる。これにより、パドル処理ゾーン20での洗浄が終了すると共に、スリットノズル21及び洗浄機構22,23からの洗浄水の吐出が停止する。スリットノズル21及び洗浄機構22,23から吐出した洗浄水は全量、排水管27から排出される。ガラス基板80の後端がパドル処理ゾーン20を抜け出た後も洗浄水の吐出を続けるのは、後で詳しく説明するが、パドル処理ゾーン20からの洗浄水の排出量を増やし、第2シャワーゾーン40への未使用の純水からなる洗浄水の供給量を増やすためである。
パドル処理ゾーン20を通過したガラス基板80は、連続して第1シャワーゾーン30を通過する。こここでは、上下一対のシャワーシステム31,32からガラス基板80の表面及び裏面に洗浄水が吐出される。このとき、ガラス基板80の搬送速度が、シャワーシステム31,32の下流側に配置されたパドル処理形式の洗浄機構33による洗浄に備えて、100mm/s程度の低速に減速される。そして、パドル処理形式の洗浄機構33では、パドル処理ゾーン20におけるパドル処理形式の洗浄機構22と同様の効率的なパドル処理がガラス基板80の表面に行われると共に、ガラス基板80の裏面に対しては、基板搬送ラインを挟んで洗浄機構33の下側に設けられた液膜方式の洗浄機構34、すなわち裏面ノズル列による洗浄が行われる。
特に、パドル処理形式の洗浄機構33による表面洗浄では、パドル処理ゾーン20におけるパドル処理形式の洗浄機構22による場合よりも高い中程度の圧力で洗浄水が、低速で搬送されるガラス基板80の表面に衝突する。この中圧・低速パドル処理は、シャワー洗浄1段分に相当する洗浄能力を示すので、シャワー洗浄を1段分省略することができ、洗浄システム長の短縮を可能とする。第1シャワーゾーン30におけるシャワーシステム31,32は、前述したとおり、洗浄水の吐出量も少なく、ガラス基板80の搬送速度の調整ゾーン及びガラス基板80の乾燥防止ゾーンとしての機能を担う程度で、実質的な洗浄はパドル処理ゾーン20におけるパドル処理用の洗浄機構22と、第1洗浄ゾーンにおけるパドル処理用の洗浄機構33とが行う。
第1シャワーゾーン30を通過したガラス基板80は、引き続きファイナルリンスゾーンである第2シャワーゾーン40を通過する。ここでは、給水管43から供給される未使用の純水からなる洗浄水が使用されることにより、ガラス基板80の清浄度が所定レベルに達し、洗浄が完了する。洗浄を終えたガラス基板80は第2シャワーゾーン40に続く乾燥ゾーン50を通過し、この間にスリットノズル51,52からのエアナイフにより表面及び裏面に付着する洗浄水を除去される。
このような洗浄システムにおいては、最上流のパドル処理ゾーン20で洗浄水の清浄度が最も低下するので、その清浄度の維持管理が重要となる。すなわち、最下流の第2シャワーゾーン40で幾ら清浄度の高い洗浄水を使用しても、最上流のパドル処理ゾーン20で使用する洗浄水の清浄度が許容限度範囲未満となると、洗浄処理後のガラス基板80の清浄度が許容限度を下回るのである。このため、最上流のパドル処理ゾーン20での洗浄水の使用量を、ガラス基板80のサイズから決定するだけではなく、その洗浄水の洗浄度を確保することも考慮して決定する必要がある。
すなわち、パドル処理ゾーン20におけるパドル洗浄処理用の洗浄機構22において吐出量(吐出圧力や吐出個数)を制御することは技術的に難しい。また、仮に、その吐出量を制御した場合は、その影響が洗浄装置全体の条件設定に及ぶ。このため、本実施形態の節水型洗浄システムでは、パドル処理ゾーン20での洗浄水の吐出時間で洗浄水の清浄度を管理する。すなわち、図5に示すように、パドル処理ゾーン20での洗浄水の吐出時間を長くすると、ここでの洗浄水の使用量が増加し、第2シャワーゾーン40への洗浄水の供給量が増加する。その結果、パドル処理ゾーン20での洗浄水の清浄度が上がる。このため、パドル処理ゾーン20、特にパドル洗浄処理用の洗浄機構22の下をガラス基板80の先端から後端までが通過する間、パドル処理ゾーン20で洗浄水を吐出させるだけでなく、パドル処理ゾーン20で使用する洗浄水の汚染度が許容限度範囲内に収まるようにパドル処理ゾーン20での洗浄水の吐出時間を設定する。
より具体的には、洗浄水の汚染度を必要以上に下げると、洗浄水の廃棄量が過剰に増えるので、汚染度が許容限度内で且つその許容限度近傍に維持されるように、洗浄水の吐出停止タイミングを変更する。洗浄水の吐出開始タイミングは、パドル処理ゾーン20での洗浄水の安定吐出に影響し、変更が簡単でないので、吐出停止タイミングの変更で吐出時間を調整するのが望ましいのである。
これらの結果、図6に示した従来の基板洗浄装置と比べて、洗浄水の廃棄量を半減させることができた。具体例を示すと以下のとおりである。
ガラス基板がG8サイズ(2200mm×2500mm×0.7mm)のアルミエッチングの場合で洗浄水の使用量が140L/枚から90L/枚に減少した。タクトタイムは45s/枚である。パドル処理ゾーン20におけるガラス基板の搬送速度は250mm/s、スリットノズル21からの吐出量は100L/min、パドル処理形式の洗浄機構22からの吐出量は100L/min、液膜方式の洗浄機構23からの吐出量は25L/minであった。
パドル処理ゾーン20における洗浄水の吐出停止タイミングは、ガラス基板80の後端がパドル処理ゾーン20を抜けでた時点から6s後とした。これにより、パドル処理ゾーン20へ供給する洗浄水の汚染度(導電率)が、許容限度である3000μS(ジーメンス)から2850μSまでの間に管理された。
一方、第1シャワーゾーン30におけるシャワーシステム31,32からの吐出量は33L/min、パドル処理形式の洗浄機構33からの吐出量は87L/min、液膜方式の洗浄機構34からの吐出量は43.5L/minとした。洗浄機構33からの吐出量の比率は53%である。第2シャワーゾーン40におけるシャワーシステム41,42からの吐出量は廃棄量と同じ90L/枚である。第1シャワーゾーン30内の洗浄機構33,34間から、その下流側にかけてのガラス基板の搬送速度は80mm/sとした。
図6に示した従来の基板洗浄装置における3つのリンスゾーンの合計長は9mであったのに対し、パドル処理ゾーン20、第1シャワーゾーン30及び第2シャワー処理ゾーン40の合計長は6mであった。
パドル処理ゾーン20における洗浄水の吐出停止タイミングを更に遅くした場合、具体的には、ガラス基板80の後端がパドル処理ゾーン20を抜けでた時点から10s後とした場合は洗浄水の使用量が90L/枚から105L/枚に増加した。
反対に、パドル処理ゾーン20における洗浄水の吐出停止タイミングをガラス基板80の後端が当該ゾーンを抜け出た時点とした場合は、パドル処理ゾーン20へ供給する洗浄水の汚染度(導電率)が許容限度を超えた。パドル処理ゾーン20へ供給する洗浄水の汚染度(導電率)を許容限度内に収めるためにはシャワー方式の洗浄ゾーンが1段余計に必要となり、システム長が6mから9mに増加した。
ガラス基板がG5サイズ(1100mm×1300m×0.7mm)のITOエッチングの場合は洗浄水の使用量が120L/枚から70L/枚に減少した。タクトタイムは45s/枚である。パドル処理ゾーン20におけるガラス基板の搬送速度は250mm/s、スリットノズル21からの吐出量は60L/min、パドル処理形式の洗浄機構22からの吐出量は80L/min、液膜方式の洗浄機構23からの吐出量は20L/minであった。
パドル処理ゾーン20における洗浄水の吐出停止タイミングは、ガラス基板80の後端がパドル処理ゾーン20を抜けでた時点から6s後とした。これにより、パドル処理ゾーン20へ供給する洗浄水の汚染度(導電率)が、許容限度である1μSから0.95μSまでの間に管理された。
一方、第1シャワーゾーン30におけるシャワーシステム31,32からの吐出量は15L/min、パドル処理形式の洗浄機構33からの吐出量は51L/min、液膜方式の洗浄機構34からの吐出量は26L/minとした。洗浄機構33からの吐出量の比率は55%である。第2シャワーゾーン40におけるシャワーシステム41,42からの吐出量は廃棄量と同じ70L/枚である。第1シャワーゾーン30内の洗浄機構33,34間から、その下流側にかけてのガラス基板の搬送速度は50mm/sとした。
図6に示した従来の基板洗浄装置における3つのリンスゾーンの合計長は5mであったのに対し、パドル処理ゾーン20、第1シャワーゾーン30及び第2シャワー処理ゾーン40の合計長は3.3mであった。
パドル処理ゾーン20における洗浄水の吐出停止タイミングを更に遅くした場合、具体的には、ガラス基板80の後端がパドル処理ゾーン20を抜けでた時点から10s後とした場合は洗浄水の使用量が70L/枚から80L/枚に増加した。
反対に、パドル処理ゾーン20における洗浄水の吐出停止タイミングをガラス基板80の後端が当該ゾーンを抜け出た時点とした場合はパドル処理ゾーン20へ供給する洗浄水の汚染度(導電率)が許容限度を超えた。パドル処理ゾーン20へ供給する洗浄水の汚染度(導電率)を許容限度内に収めるためにはシャワー方式の洗浄ゾーンが1段余計に必要となり、システム長が3.3mから5mに増加した。
本実施形態の節水型洗浄システムでは更に、タンク60に付設した水質センサ62で、パドル処理ゾーン20へ供給する洗浄水の導電率を常時監視している。タンク60内の洗浄水は、第1シャワーゾーン30でのシャワー洗浄に使用された後の洗浄水であり、その洗浄水の導電率が急激に上昇し、洗浄水の汚染度が急激に上がるということは、上流側のパドル処理ゾーン20での処理が不十分であったことを意味する。具体的には、基板搬送ラインの横幅方向に配列された多数個のスプレーノズルの一部が故障した場合等である。この状態で洗浄を行うと、洗浄後のガラス基板60の清浄度が不足する。そこで、水質センサ62で水質悪化が検知されたときは、直ちに洗浄装置へのガラス基板60の供給を停止し、洗浄装置の運転を停止する。これにより不良品の発生を最小限に抑えることができる。
10 薬液処理ゾーン
11 液切りゾーン
12,13 エアナイフ用スリットノズル
20 パドル洗浄ゾーン
21 水ナイフ用スリットノズル
22 パドル処理形式の洗浄機構
22A 第1ノズル列
22B 第2ノズル列
23 液膜方式の洗浄機構(裏面洗浄ノズル列)
24A,24B ヘッダ管
25A,25B スプレーノズル(山型フラットノズル)
26A,26B 直線状スプレーパターン
27 排水管
30 第1シャワーゾーン
31,32 シャワーシステム
33 パドル形式の洗浄機構
33A,33B ノズル列
34 液膜方式の洗浄機構(裏面洗浄ノズル列)
40 第2シャワーゾーン
41,42 シャワーシステム
43 給水管(新液供給配管)
50 乾燥ゾーン
51,52 スリットノズル
60,70 タンク
61,71,72 ポンプ
63,64,65,73,74 制御弁
80 ガラス基板
90 基板搬送ローラ

Claims (3)

  1. 搬送式基板処理装置に装備されて薬液処理後の基板を洗浄水により洗浄処理する洗浄システムであって、
    薬液処理ゾーンの下流側に基板搬送方向に沿って配列された複数の洗浄ゾーンと、最上流側の洗浄ゾーンに設けられたパドル処理用の洗浄機構と、2段目以降の洗浄ゾーンにそれぞれ設けられたシャワー処理用の洗浄機構及び使用後の洗浄水を回収するタンクと、最下流側の洗浄ゾーンにおける洗浄機構に未使用の純水からなる洗浄水を供給する給水系統と、各タンク内の洗浄水を上流側の洗浄ゾーンにおける洗浄機構へ順次送給するカスケード方式の送水系統と、最上流側の洗浄ゾーンでの使用済み洗浄水を排出する排水系統とを具備しており、
    最上流側の洗浄ゾーンに基板先端が進入する時点より前に当該洗浄ゾーンにおける洗浄機構からの洗浄水の吐出を開始し、当該洗浄ゾーンから基板後端が抜け出た時点より後に当該洗浄ゾーンにおける洗浄機構からの洗浄水の吐出を停止すると共に、最上流側の洗浄ゾーンにおける洗浄機構から吐出される洗浄水の汚染度を許容限度内で且つその限度近傍に維持するのに必要な洗浄水の吐出時間が確保されるように、当該洗浄ゾーンにおける洗浄機構からの洗浄水の吐出開始タイミング及び吐出終了タイミングが設定されるにあたって、
    最上流側の洗浄ゾーンから基板後端が抜け出た時点から後も吐出を続け、この最上流側の洗浄ゾーンでの吐出延長時間の調整による最下流側の洗浄ゾーンへの洗浄水供給量の増減により、最上流側の洗浄ゾーンにおける洗浄機構から吐出される洗浄水の汚染度が所望値に管理されることを特徴とする搬送式基板処理装置における節水型洗浄システム。
  2. 請求項1に記載の搬送式基板処理装置における節水型洗浄システムにおいて、2段目の洗浄ゾーン内に、当該洗浄ゾーンにおけるシャワー処理用の洗浄機構より下流側に位置して、最上流側の洗浄ゾーンに具備されたパドル処理用の洗浄機構よりも高い圧力で洗浄水を吐出するパドル処理用の洗浄機構が付設されている搬送式基板処理装置における節水型洗浄システム。
  3. 請求項2に記載の搬送式基板処理装置における節水型洗浄システムにおいて、最上流側の洗浄ゾーンにおけるパドル処理用の洗浄機構からの洗浄水の吐出圧力が0.08〜0.1MPaであり、2段目の洗浄ゾーンに付設されたパドル処理用の洗浄機構からの洗浄水の吐出圧力が0.3〜0.4MPaである搬送式基板処理装置における節水型洗浄システム。
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