JP5678217B2 - 流体ノズルおよび基板洗浄装置、並びに基板の洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、洗浄装置に関し、より詳しくは流体ノズル及び流体ノズルを具えた基板洗浄装置並びに該装置を用いる基板の洗浄方法に関する。

半導体チップの製造工程は多岐に渡るが、その各工程に潜在的な汚染源があり、製造されたチップの表面に例えば化学物質を含む液体や化合物が付着していることもある。このような付着物の残留は、製品の欠陥の発生や半導体の特性が失われる原因となる。そのため、例えば洗浄液を用いて付着物を洗浄する必要がある。
従来の洗浄方法としては、半導体チップの基板を洗浄液に浸けたり、基板に洗浄液を噴きつけたりして基板上の残留付着物を除去する方法が採られている。しかし従来の方法では、洗浄効果が充分ではなく、歩留まり向上の妨げとなっている。また、洗浄液には化学物質を含有する薬液を用いており、使用後の薬液の処理も手間のかかるものである。
また、洗浄液を噴きつけるためのノズルとしては、１つのノズルで洗浄液や乾燥用の気体などを噴出できるものが開示されている（特許文献１参照）。しかし洗浄効果の向上には大いに改良の余地がある。

台湾登録実用新案Ｍ４１２４５５公報

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、その目的は、洗浄効果が従来より遥かに高くなるよう構成された流体ノズル、およびそれを具えた基板洗浄装置、並びに該洗浄装置と使用後の処理が簡単な洗浄液を用いる基板の洗浄方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。即ち、内部に流体チャンバが設けられているノズル本体であって、前記流体チャンバが、該ノズル本体の内部に設けられている内部前面と、該内部前面と所定の第１の方向に間隔をおいて向かい合っている内部後面と、該内部前面および該内部後面それぞれの一端同士を繋いでいる内部底面と、該内部前面および該内部後面それぞれの他端同士を繋いでおり該内部底面と向かい合っている内部頂面とにより画成されているノズル本体と；前記流体チャンバと前記ノズル本体の外部とを連通するように前記内部頂面を貫通している気体導入管と；前記流体チャンバと前記ノズル本体の外部とを連通するように前記第１の方向に沿って前記内部前面を貫通して前記流体チャンバに入り込む上、少なくとも前記内部後面近くまで延伸している液体導入管と；前記ノズル本体の外部と前記流体チャンバとを連通するように前記第１の方向に互いに間隔を置いてそれぞれ前記内部底面を貫通している複数の流体噴出路と；を具えていることを特徴とする流体ノズルを提供する。
また、本発明は、上記液体ノズルを、前記第１の方向と直交する方向に沿って複数並べて構成したことを特徴とする基板洗浄装置をも提供する。
なお、上記基板洗浄装置は、前記流体ノズルを２つ具え、該２つの流体ノズルの内の一方の前記複数の流体噴出路と他方の前記複数の流体噴出路とが、前記内部底面から前記外部底面に近づくにつれて互いに離れるように延伸していることが好ましい。
更に、本発明は、上記基板洗浄装置を用いた基板の洗浄方法であって、二酸化炭素を純水に溶解させてなった洗浄液を、洗浄液を前記流体ノズルの前記液体導入管から前記流体チャンバに注入すると共に、気体を前記流体ノズルの前記気体導入管から前記流体チャンバに注入し、前記洗浄液を前記複数の流体噴出路から前記流体ノズルの外部に噴出させ、前記基板に噴射することを特徴とする基板洗浄方法をも提供する。
なお、上記基板洗浄方法においては、該純水として脱イオン水を用いることが好ましい。

本発明に係る流体ノズルによれば、液体導入管がノズル本体の外部から内部前面を貫通して流体チャンバ内で少なくとも内部後面近くまで延伸するように形成されている上に、液体導入管の延伸方向、つまり第１の方向に沿って長く開口するように形成された液体流出口を有しているので、気体導入管に気体を、液体導入管に洗浄液をそれぞれ注入すると、流体チャンバ内に洗浄液と気体がそれぞれ均等に注入され、また、流体チャンバ内で洗浄液が気体に均等に圧迫されて各流体噴出路から均等な圧力で噴出する。
また、本発明に係る基板洗浄装置によれば、複数の流体ノズルが、第１の方向と直交する方向に沿って並べられているので、基板への洗浄効果がより高められる。
更に、本発明に係る基板の洗浄方法によれば、上述した基板洗浄装置を用いることに加えて、洗浄液として二酸化炭素を溶解させた純水が用いられているので、高い洗浄効果が得られるだけでなく、廃液を化学的に処理する必要がなく、環境への不可が大幅に低減される。

本発明に係る基板洗浄方法の一実施形態を示すフローチャート。 本発明に係る基板洗浄装置の一実施形態を示す斜視図。 本発明に係る基板洗浄装置の一実施形態を示す上視図。 図３のＩＶ‐ＩＶ線に沿った断面図。 図４と直交する方向に沿った断面図。 本発明に係る流体ノズルの一実施形態において液体導入管が有する液体流出口の設置角度を示す部分拡大図。 本発明に係る基板洗浄装置の一使用態様を概略的に示す図４に準ずる断面図。 本発明に係る基板洗浄装置の一使用態様を概略的に示す図５に準ずる断面図。 本発明に係る基板洗浄装置の他の使用態様を概略的に示す図４に準ずる断面図。 図９の使用態様における被洗浄基板を示す部分拡大図。

以下、本発明の好ましい実施形態を図示を参照しながら詳しく説明する。なお、以下の説明で用いる「上下」、「前後」、「左右」など方向を示す用語は、図示と合わせて説明の便宜のために用いるものであり、本発明の範囲を限定する意図で用いるものではないことを理解されたい。

（基板洗浄方法）
図１は、本発明に係る基板洗浄方法の一実施形態を示すフローチャートである。なお、本基板洗浄方法は、下述する本発明に係る流体ノズルで構成される基板洗浄装置によって実施されるものである。
本基板洗浄方法は、以下の工程（Ｓ１〜Ｓ４）を含む。
Ｓ１：洗浄液に二酸化炭素を溶解する。
ここで、上記洗浄液としては、純水、特に脱イオン水（Deionized Water、ＤＩＷ）を用いることが好ましいが、この限りではない。また、ここでの洗浄液とは、一次洗浄液を洗い流すための二次洗浄液、つまりリンス液を含む。
Ｓ２：上記洗浄液を、流体ノズルの液体導入管から流体チャンバに注入すると共に、気体を該流体ノズルの気体導入管から流体チャンバに注入して、該気体により上記洗浄液を圧迫する。
ここで、上記気体としては、加圧した除湿清浄空気、いわゆるクリーンドライエアー（Clean Dry Air、ＣＤＡ）を用いることが好ましい。加圧した気体を注入することにより、上記洗浄液を上記流体チャンバ内にて加圧することができる。
Ｓ３：加圧された上記洗浄液を上記液体ノズルが有する複数の流体噴出路から上記液体ノズルの外部に噴出させ、基板に噴射する。
ここで、基板とは、被洗浄対象である半導体チップの基板を例とする。
Ｓ４：上記基板に噴射された洗浄液から二酸化炭素ガスの気泡が発生することで、上記処理液が基板表面に強く衝突し、基板表面の付着物を洗い流す。

（流体ノズルおよび基板洗浄装置の構成）
以下では、上述した基板洗浄方法で用いた流体ノズルおよび基板洗浄装置の一実施形態を詳説する。該実施形態は、図２において斜視図で、図３において上視図で、図４において図３のＩＶ‐ＩＶ線に沿った断面図で、図５において図４と直交する方向（第１の方向Ｄ１）に沿った断面図でそれぞれ示されている。
図示において、符号１は流体ノズルを示しており、本実施形態における基板洗浄装置は左右に並べられた２つの流体ノズル１により構成されている。該２つの流体ノズル１は、構造がほぼ同じであるので、以下では図示において右側に配置されている流体ノズル１の構造を説明し、左側に配置されている流体ノズル１についてはその差異のみを説明する。
流体ノズル１は、その内部に流体チャンバ３が設けられているノズル本体２、および、ノズル本体２にそれぞれ設けられている気体導入管４、液体導入管５、複数の流体噴出路６とを具えている。
ノズル本体２は、外形が縦長の略直方体状を呈しており、面積が比較的広い側の２面である第１の外側面２１０および第２の外側面２１１（図示における側面）と、それぞれ面積が第１と第２の外側面２１０、２１１に次いで広い側の２面である接続面２１２、２１２（図示における前後面、図２参照）と、面積が狭い側の２面である外部上面２１８および外部底面２１７（図示における上下面）とを有している。

流体チャンバ３はノズル本体２の内部で両方の接続面２１２、２１２の一方から他方に向かう方向である第１の方向Ｄ１に延伸するように外部上面２１８寄りに設けられている（図２および図５参照）。ノズル本体２の内部には、それぞれ流体チャンバ３を画成する面として、接続面２１２の内の一方（図示手前側）と背中合わせになっている内部前面２１３と、内部前面２１３と上記第１の方向Ｄ１に間隔をおいて向かい合っていると共に接続面２１２の内の他方（図示奥側）と背中合わせになっている内部後面２１４と、内部前面２１３および内部後面２１４それぞれの一端（図示下端）同士を繋いでいると共に外部底面２１７と背中合わせになっている内部底面２１６と、内部前面２１３および内部後面２１４それぞれの他端（図示上端）同士を繋いでいると共に外部上面２１８と背中合わせになっている内部頂面２１５とが設けられている。
気体導入管４は、流体チャンバ３とノズル本体２の外部とを連通するように、ノズル本体２の外部上面２１８および内部頂面２１５それぞれのほぼ中央を、外部上面２１８および内部頂面２１５それぞれに直交する所定の軸線Ｌに沿って貫通している。
液体導入管５は、図４、図５、図６に示されているように、流体チャンバ３とノズル本体２の外部とを連通するように、接続面２１２の内の上記一方および内部前面２１３を上記第１の方向Ｄ１に沿って貫通しており、流体チャンバ３内に入り込んで気体導入管４の直下を通るように延伸している上に、内部後面２１４に連結されている。また、液体導入管５は、内部前面２１３に近い側に接続面２１２の内の上記一方から突出するように且つノズル本体２の外部に向かって開口するように形成された液体流入口５１と、流体チャンバ３内で内部底面２１６の方に向かって上記第１の方向Ｄ１に長く開口するように形成された液体流出口５２とを有する。
液体流出口５２は、本実施形態においては２つ設けられており、２つの液体流出口５２は、図６に示されているように、それぞれ上述の気体導入管４の軸線Ｌの両側に上記第１の方向Ｄ１に長く延伸する上、各該流出口５２の開口方向の延伸線がそれぞれ軸線Ｌに対して斜角αを形成するように斜めになっている。

なお、液体導入管５は、上記のように内部後面２１４に連結されるまで延伸することが好ましいが、少なくとも気体導入管４の下方を通って内部後面２１４近くまで延伸していればよい。また、液体流出口５２を本実施形態では２つ設けたが、これに限らず１つだけ設けても構わない。また、上述の斜角αを、本実施形態では３０度としたが、これに限らず、適宜調整することができる。
複数の流体噴出路６は、それぞれノズル本体２の外部と流体チャンバ３とを連通するように上記第１の方向Ｄ１に互いに間隔を置いてそれぞれ内部底面２１６と外部底面２１７とを貫通している（図５および図８参照）。また、本実施形態においては、各流体噴出路６は、上記軸線Ｌに対して斜めになった方向に、具体的には外部底面２１７に近づくにつれて第１の外側面２１０側に寄るように延伸している（図４および図７参照）。更に、各流体噴出路６は細長く延伸する管状に形成されることが好ましく、このように形成すれば各流体噴出路６を流体が流れる速度を上げることができる。

以下には、本発明に係る基板洗浄装置の一実施形態を説明する。図４に示されているように、本実施形態に係る基板洗浄装置は、上述した流体ノズル１を、それぞれの気体導入管４および液体導入管５が同じ方向に向くように上記第１の方向Ｄ１と直交する方向に沿って複数（本実施形態では２つ）並べて構成されている。
ここで、図４における右側の流体ノズル１は上記に説明した構成を有しており、左側の流体ノズル１もほぼ同じ構成を有しているが、左側の流体ノズル１は、右側の流体ノズル１に対して、その第１の外側面２１０と第２の外側面２１１が入れ替わっている点で異なっている。これにより、左右両方の流体ノズル１を互いの第２の外側面２１１を合わせるように並べると、該２つの流体ノズル１の内の一方の流体噴出路６と、該２つの流体ノズル１の内の他方の流体噴出路６とが、内部底面２１６から外部底面２１７に近づくにつれて互いに離れるように延伸するように構成される。
なお、本実施形態では図示のように左右の流体ノズル１を２つ合わせて基板洗浄装置を構成したが、数量はこれに限らず、また、複数の流体ノズル１を互いに間隔を置いて並べるように構成することも可能である。

（上述の基板洗浄装置を用いた基板の洗浄過程）
以下に、上述の本発明に係る基板洗浄装置を用いて基板を洗浄する過程を、図１、図７、図８を参照に説明する。なお、図７および図８は、上記基板洗浄装置の一使用態様を概略的に示しており、それぞれ図４および図５に準じた断面図である。
まず、二酸化炭素７１が液体７２に溶解してなったリンス液７が、各流体ノズル１の液体流入口５１から液体導入管５を経て流体チャンバ３内に注入される。この際、リンス液７は液体導入管５を第１の方向Ｄ１に沿って流れると共に２つの液体流出口５２から流体チャンバ３の下方に落ちる。２つの液体流出口５２が上述のように第１の方向Ｄ１に沿って長く且つ軸線Ｌの両側に延伸しているので、リンス液７は流体チャンバ３へ均等に注入される。これと同時に、気体８が気体導入管４から流体チャンバ３内に注入され、流体チャンバ３内に溜まっているリンス液７を圧迫する。この際、液体導入管５が気体導入管４の下方に設けられているので、図７に示されているように、注入された気体８は液体導入管５に当たり気流が分流されてから更に下方に流れる。これにより、気体８の圧力が気体導入管４の直下に集中するのを防ぐことができ、気体８は流体チャンバ３内でリンス液７を均等に圧迫する。リンス液７は自重と気体８による圧力で流体チャンバ３から流体噴出路６に流れ、流体噴出路６を通って外部底面２１７側から外部に噴出し、外部底面２１７の下方に軸線Ｌと垂直に置かれた基板９に噴射される。この際、前述した気体導入管４および液体導入管５の配置関係と、更には液体導入管５の流体流出口５２の設置により、流体噴出路６が液体流入口５１に近い側か遠い側かを問わず、各流体噴出路６よりリンス液７が均等に噴出する。

また、リンス液７が各流体噴出路６から噴出されると、液体７２の圧力が下がることで二酸化炭素７１がその体積を急速に膨張するように大気中に発散される。これにより液体７２が押されて基板９への衝突速度がより高められ、基板９の表面に残留している洗浄対象物質を効率的に洗い流すことができる。基板９への洗浄効果の向上は、それを用いて製造される製品の歩留まりの向上に繋がる。
上記洗浄過程では、リンス液７の液体７２として脱イオン水（Deionized Water、ＤＩＷ）を用いることが好ましい。また気体８としては、クリーンドライエアー（Clean Dry Air、ＣＤＡ）を用いることが好ましい。これら流体によれば、洗浄後にリンス液の廃液処理の問題が無く、従来用いられている化学物質を含む薬剤による洗浄に比べて環境負荷を大幅に低減することができる。

なお、リンス液７を構成するにあたり液体７２に二酸化炭素７１を溶解する方法として、液体７２を通す液体流入管（図示せず）に二酸化炭素７１を直接封入する方法を用いることができる。このようにすれば、液体７２が流れる際に、二酸化炭素７１が均等に液体７２中に溶解する。また、流体ノズル１は、リンス液７を間欠的に噴出するように、つまり１枚の基板９の洗浄が終了してから次の基板９が配置されるまでの間はリンス液７が液体導入管５に流入しないように構成すれば、管内で留まっている間に二酸化炭素７１の液体７２への溶解が更に進み、より多くの二酸化炭素７１をリンス液７が含むことができる。これにより洗浄効果がより高められる。
また、各流体噴出路６の数量とその配置は、洗浄対象である基板９の直径に合わせて調整することができる。このようにすれば、基板９を本発明に係る基板洗浄装置の下方に一度通すだけで、洗浄を完了することができる。

図９は、本発明に係る基板洗浄装置の他の使用態様を概略的に示す図４に準ずる断面図であり、図１０は図９の使用態様における被洗浄基板９を示す部分拡大図である。図示されているように、本発明に係る基板洗浄装置は、例えば保持アーム（図示せず）を用いて基板洗浄装置を懸架することで基板９に対して斜めに配置することもできる。例えば、図９のように図示右側の流体ノズル１をその各流体噴出路６の基板９に対する角度が垂直になるように配置すると、右側の流体ノズル１と左側の流体ノズル１とで、それぞれの各流体噴出路６の基板９に対する角度が異なるようになるので、より洗浄効果が高まる。また、図１０に示されているように、基板９がその表面に微細な凹凸を有していても、本態様によれば、リンス液７が基板９に対して斜めに噴射されるので、凹凸の中にまでリンス液７が噴射される。なお、本態様では一方の流体ノズル１をその各流体噴出路６の基板９に対する角度が垂直になるように配置する例を示したが、これに限らず、角度を適宜調整することができる。

以上総括すると、本発明に係る流体ノズル１によれば、液体導入管５がノズル本体２の外部から内部前面２１３を貫通して流体チャンバ３内で気体導入管４の下方を通り少なくとも内部後面２１４近くまで延伸するように形成されている上に、液体導入管５の延伸方向、つまり第１の方向Ｄ１に沿って長く開口するように形成された液体流出口５２を有しているので、流体チャンバ３内に洗浄液と気体がそれぞれ均等に注入され、また、流体チャンバ３内で洗浄液が気体に均等に圧迫されて各流体噴出路６から均等な圧力で噴出する。
また、本発明に係る基板洗浄装置によれば、複数の流体ノズル１が、それぞれの各流体噴出路６が互いに斜めになるように構成されているので、各流体噴出路６から基板９に洗浄液を斜めに噴射することができる。これにより洗浄効果がより高められる。
更に、本発明に係る基板の洗浄方法によれば、上述した基板洗浄装置を用いることに加えて、洗浄液として二酸化炭素を溶解させた純水、特に脱イオン水が用いられているので、高い洗浄効果が得られるだけでなく、廃液を化学的に処理する必要がなく、環境への不可が大幅に低減されている。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明に係る流体ノズルおよび基板洗浄装置ならびに基板の洗浄方法は、例えば半導体チップの製造における基板の洗浄に有用である。

Ｄ１ 第１の方向
Ｌ 軸線
１ 流体ノズル
２ ノズル本体
２１０ 第１の外側面
２１１ 第２の外側面
２１２ 接続面
２１３ 内部前面
２１４ 内部後面
２１５ 内部頂面
２１６ 内部底面
２１７ 外部底面
２１８ 外部上面
３ 流体チャンバ
４ 気体導入管
５ 液体導入管
５１ 液体流入口
５２ 液体流出口
６ 流体噴出路
７ リンス液
７１ 二酸化炭素
７２ 液体
８ 気体
９ 基板

Claims (4)

1. 内部に流体チャンバが設けられているノズル本体であって、前記流体チャンバが、該ノズル本体の内部に設けられている内部前面と、該内部前面と所定の第１の方向に間隔をおいて向かい合っている内部後面と、該内部前面および該内部後面それぞれの一端同士を繋いでいる内部底面と、該内部前面および該内部後面それぞれの他端同士を繋いでおり第２の方向に間隔をおいて該内部底面と向かい合っている内部頂面とにより画成されているノズル本体と、
   前記流体チャンバと前記ノズル本体の外部とを連通するように前記内部頂面を貫通している気体導入管と、
   前記流体チャンバと前記ノズル本体の外部とを連通するように前記第１の方向に沿って前記内部前面を貫通して前記流体チャンバに入り込む上、前記内部後面に連結されるまで延伸している液体導入管と、
   前記ノズル本体の外部と前記流体チャンバとを連通するように前記第１の方向に互いに間隔を置いてそれぞれ前記内部底面を貫通している複数の流体噴出路と、
   を具え、
   前記液体導入管は、前記内部前面に近い側に前記ノズル本体の外部に向かって開口するように形成された液体流入口と、前記内部底面の方に向かって前記第１の方向に長く開口するように形成された液体流出口を有し、
   前記ノズル本体は、その外部に、前記内部頂面と背中合わせになっている外部上面と、前記内部底面と背中合わせになっている外部底面と、を有しており、
   前記気体導入管は、前記外部上面および前記内部頂面それぞれの中央を貫通するように所定の軸線に沿って設けられており、
   前記液体導入管は、前記液体流出口を２つ有しており、該２つの液体流出口は、それぞれ前記軸線の両側に延伸する上、各該液体流出口の開口方向の延伸線が前記軸線に対して斜めになっていることを特徴とする流体ノズル。
2. 前記複数の流体噴出路は、それぞれが前記軸線に対して斜めになった方向に延伸して前記内部底面と前記外部底面とを貫通するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体ノズル。
3. 前記第１の方向および前記第２の方向の両方と直交する方向に沿って複数並べられた請求項１または２に記載の流体ノズルを具えていることを特徴とする基板洗浄装置。
4. 前記流体ノズルを２つ具え、該２つの流体ノズルの内の一方の前記複数の流体噴出路と他方の前記複数の流体噴出路とが、前記内部底面から前記外部底面に近づくにつれて互いに離れるように延伸していることを特徴とする請求項３に記載の基板洗浄装置。

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