JPH11121421A - 基板洗浄方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板面内における洗浄液供給位置に応じて洗
浄条件を変えることにより、基板の全面にわたって均一
に洗浄処理を施すことができる。 【解決手段】 スピンチャック１で回転されている基板
Ｗに対して、超音波振動が付与された洗浄液Ｓをノズル
７から吐出させ、ノズル７を昇降／移動機構１１で移動
させて洗浄処理を施す基板洗浄装置において、超音波の
出力を可変する増幅器３３と、基板Ｗ面内における洗浄
液供給位置に応じて、増幅器３３により洗浄液Ｓに付与
される超音波の出力を調節するコントローラ２９とを備
えている。これにより洗浄度合いを一定にすることがで
き、基板Ｗの全面にわたって均一に洗浄を行うことがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ、フ
ォトマスク用のガラス基板、液晶表示装置用のガラス基
板、光ディスク用の基板など（以下、単に基板と称す
る）に対して、超音波振動が付与された洗浄液をノズル
から吐出させて基板を洗浄する基板洗浄方法及びその装
置に係り、特に、基板面内の洗浄液の供給位置が少なく
とも基板中心と基板周縁との間を通るようにノズルを移
動させながら洗浄処理を施す技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の基板洗浄装置として、例
えば、基板を回転自在に支持する回転支持機構と、一定
出力、かつ、一定周波数の超音波振動が付与された洗浄
液を吐出するノズルと、基板上においてこのノズルを一
定速度で移動させる移動機構とを備えているものが挙げ
られる。このような装置では、基板を一定速度で回転さ
せつつ、基板面内での洗浄液の供給位置が少なくとも基
板中心と基板周縁との間を移動するようにノズルを往復
移動させることによって基板の表面全体にわたって超音
波振動が付与された洗浄液を吐出させ、基板表面に付着
しているパーティクルやゴミを超音波振動により離脱さ
せて洗浄除去するようになっている。

【０００３】なお、洗浄液に付与する超音波の周波数あ
るいは出力は洗浄効果に大きく影響する洗浄条件の一つ
であるので、パーティクルやゴミの付着度合いが異なる
基板のロット毎、あるいは基板の種類や基板１枚ごとに
微調整している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。

【０００５】すなわち、基板は回転している関係上、そ
の基板の中心部においてはノズルに対する相対移動速度
が遅く、周縁部に向かうにしたがって速くなっているの
で、相対移動速度の遅い基板の中心部では洗浄液に付与
された超音波振動による衝撃を過度に受けることがあ
る。そこで、洗浄条件の一つである超音波の出力は、基
板の中心部で最も適した洗浄度合いとなるように一般的
に設定されているが、このように中心部にあわせて設定
すると相対移動速度が速い基板の周縁部では十分に洗浄
を行うことができず、洗浄ムラが生じて後の基板処理に
悪影響を与えるという問題がある。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、基板面内を移動する洗浄液の供給位置
に応じて洗浄条件を変えることによって、基板の全面に
わたって均一に洗浄処理を施すことができる基板洗浄方
法及びその装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の基板洗浄方法は、回転している基
板に対して、超音波振動が付与された洗浄液をノズルか
ら吐出させ、その吐出された洗浄液の基板面内における
供給位置が、少なくとも基板中心と基板周縁との間を移
動するように、前記ノズルを移動手段により移動させて
洗浄処理を施す基板洗浄方法において、洗浄液に付与す
る超音波の周波数、出力の少なくとも一方を、基板面内
における洗浄液の供給位置に応じて変更するようにした
ことを特徴とするものである。

【０００８】また、請求項２に記載の基板洗浄装置は、
回転支持手段上で回転している基板に対して、超音波振
動が付与された洗浄液をノズルから吐出させ、その吐出
された洗浄液の基板面内における供給位置が、少なくと
も基板中心と基板周縁との間を移動するように、前記ノ
ズルを移動手段により移動させて洗浄処理を施す基板洗
浄装置において、前記超音波の出力を可変する出力可変
手段と、基板面内を移動する洗浄液の供給位置に応じ
て、洗浄液に付与される超音波の出力を可変するように
前記出力可変手段を制御する制御手段と、を備えている
ことを特徴とするものである。

【０００９】また、請求項３に記載の基板洗浄装置は、
回転支持手段上で回転している基板に対して、超音波振
動が付与された洗浄液をノズルから吐出させ、その吐出
された洗浄液の基板面内における供給位置が、少なくと
も基板中心と基板周縁との間を移動するように、前記ノ
ズルを移動手段により移動させて洗浄処理を施す基板洗
浄装置において、前記超音波の周波数を可変する周波数
可変手段と、基板面内を移動する洗浄液の供給位置に応
じて、洗浄液に付与される超音波の周波数を可変するよ
うに前記周波数可変手段を制御する制御手段と、を備え
ていることを特徴とするものである。

【００１０】また、請求項４に記載の基板洗浄装置は、
請求項２または請求項３に記載の基板洗浄装置におい
て、基板面内を移動する洗浄液の供給位置を検出する位
置検出手段を備え、前記制御手段は前記位置検出手段が
検出した位置に基づいて制御を行うようにしたことを特
徴とするものである。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の発明の作用は次のとおりであ
る。洗浄度合いに係わる超音波の周波数、出力の少なく
とも一方の洗浄条件を、基板面内を移動する洗浄液の供
給位置に応じて変えることにより、回転支持手段上で回
転している基板の全面にわたって洗浄度合いを一定にす
ることができる。

【００１２】また、請求項２に記載の発明によれば、基
板面内を移動する洗浄液の供給位置に応じて、洗浄液に
付与される超音波の出力を可変する出力可変手段を制御
する。これによって回転支持手段上で回転している基板
の全面にわたって洗浄度合いを一定にすることができ
る。

【００１３】また、請求項３に記載の発明によれば、基
板面内を移動する洗浄液の供給位置に応じて、洗浄液に
付与される超音波の周波数を可変する周波数可変手段を
制御する。これによって回転支持手段上で回転する基板
の全面にわたって洗浄度合いを一定にすることができ
る。

【００１４】また、請求項４に記載の発明によれば、位
置検出手段が検出した基板面内の洗浄液の供給位置に基
づいて制御手段が制御することにより、正確に検出され
た位置に応じて洗浄条件を調節することができ、洗浄度
合いをより一定化することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。図１は、実施例に係る基板洗浄装置
の概略構成を示すブロック図であり、図２はその平面図
である。

【００１６】円筒状に形成されてなる６個の支持ピン１
ａが立設された円板状のスピンチャック１は、底面に連
結された回転軸３を介して電動モータ５で回転駆動され
るようになっている。この回転駆動により、支持ピン１
ａで周縁部を当接支持された基板Ｗが回転中心Ｐａ周り
に水平面内で回転される。上記のスピンチャック１の周
囲には、超音波式のノズル７から吐出された洗浄液Ｓが
飛散することを防止するための飛散防止カップ９が配備
されている。この飛散防止カップ９は、未洗浄の基板Ｗ
をスピンチャック１に載置したり、図示していない搬送
手段が洗浄済の基板Ｗをスピンチャック１から受け取る
際に図中に矢印で示すようにスピンチャック１に対して
昇降するように構成されている。なお、上記のスピンチ
ャック１と、回転軸３と、電動モータ５とが本発明にお
ける回転支持手段に相当する。

【００１７】ノズル７は、超音波振動を付与された洗浄
液Ｓをその吐出孔７ａから基板Ｗの表面に供給するよう
に構成されているとともに、昇降／移動機構１１によっ
てその供給位置が回転中心Ｐａを通って揺動するように
構成されている。その胴部７ｂには支持アーム８が取り
付けられており、これを介して回転モータ１１ａの回転
軸１１ｂに連結されている。この回転モータ１１ａは回
転中心Ｐｂ周りにノズル７を基板Ｗ上で揺動するための
ものであり、その回転量がエンコーダ１１ｃによって検
出されて後述するコントローラ２９にフィードバックさ
れるようになっている。

【００１８】なお、これらの回転モータ１１ａと、回転
軸１１ｂと、エンコーダ１１ｃとは基板Ｗ上で、ノズル
７を移動させるものであり、本発明の移動手段に相当す
る。また、エンコーダ１１ｃは、本発明の位置検出手段
に相当するものであり、直接的にはノズル７の位置を検
出することにより、基板面内を移動する洗浄液の供給位
置を検出している。

【００１９】回転モータ１１ａとエンコーダ１１ｃを搭
載している昇降ベース１１ｄは、立設されたガイド軸１
１ｅに摺動自在に嵌め付けられているとともに、ガイド
軸１１ｅに並設されているボールネジ１１ｆに螺合され
ている。このボールネジ１１ｆは、昇降モータ１１ｇの
回転軸に連動連結されており、その昇降量は回転量とし
てエンコーダ１１ｈによって検出されて後述するコント
ローラ２９にフィードバックされる。なお、上述した昇
降／移動機構１１によりノズル７が昇降および揺動移動
されるが、基板Ｗに洗浄液Ｓを吐出していない状態で
は、図２中に点線で示す待機位置に移動され、飛散防止
カップ９に隣接して配備された待機ポット１３内にて待
機するように構成されている。

【００２０】ノズル７に連通接続された配管１５には、
圧縮空気の圧力を、コントローラ２９から入力された電
気信号に対応する圧力に変換する電空変換弁１７と、こ
の電空変換弁１７からの圧力に応じて洗浄液供給源から
の洗浄液の圧力を調節する圧力調節弁１９と、流通する
洗浄液の流量をコントローラ２９の指示に応じて調節す
る流量調節弁２１と、洗浄液の圧力Ｐを検出する圧力セ
ンサ２３と、洗浄液の流量Ｑを検出する流量センサ２５
と、コントローラ２９からの指示に応じて流路の開放／
閉止を切り換えてノズル７からの洗浄液の吐出／停止を
切り換える開閉弁２７とを介して洗浄液供給源からの洗
浄液が供給される。

【００２１】電空変換弁１７には、本発明の制御手段に
相当するコントローラ２９から電気信号が入力され、こ
の電気信号に応じた圧力に空気圧が調整されるが、調整
された圧力は圧力調節弁１９に配備された圧力センサに
よって検出されてコントローラ２９にフィードバックさ
れる。また、圧力センサ２３と流量センサ２５の検出信
号Ｐ，Ｑもコントローラ２９にフィードバックされ、そ
の信号に応じて電空変換弁１７と流量調節弁２１とが制
御される。

【００２２】超音波振動を付与した洗浄液を吐出するた
めのノズル７は、例えば、図３および図４に示すように
構成されている。なお、図３はノズル７の一部破断縦断
面図であり、図４は図３のＡ−Ａ矢視断面図である。

【００２３】胴部７ｂ内には、逆Ｌの字状に流路７ｃが
形成されており、これに連通するように胴部７ｂの側面
に配管１５が取り付けられている。また、胴部７ｂの下
端部には、外観先細り形状を呈し、その下面に吐出孔７
ａを形成されてなる先端部７ｄが固着されている。上記
の流路７ｃの上部内側面には、洗浄液に超音波振動を付
与するための発振体７ｅが配管１５に対向するように３
個（発振体７ｅ₁ ，７ｅ₂ ，７ｅ₃ ）配設されている。
これら３個の発振体７ｅ₁ ，７ｅ₂ ，７ｅ₃ は、例え
ば、それぞれ１．５ＭＨｚ，１．７ＭＨｚ，１．９ＭＨ
ｚの共振周波数を有するものであり、それぞれの共振周
波数が異なるように選定されている。各発振体７ｅ₁ ，
７ｅ₂ ，７ｅ₃ には、高周波電圧を印加するためのケー
ブル７ｆが接続されており、胴部７ｂの上部から導出さ
れている。これらのケーブル７ｆは、後述する発振体切
換器３５に接続されており、いずれか１つのケーブル７
ｆのみに高周波電圧が印加される。

【００２４】なお、上記の発振体７ｅは、圧電効果や電
気ひずみ効果を有する材料を、所望の機械共振周波数
（上記の１．５ＭＨｚ，１．７ＭＨｚ，１．９ＭＨｚな
どの超音波と呼ばれる周波数）を得られるような形状に
成形したもので、例えば、圧電効果の大きな結晶や、電
気ひずみ効果の大きなチタン酸ジルコン酸鉛磁器などの
セラミックスなどで構成されている。

【００２５】上記の各発振体７ｅ₁ ，７ｅ₂ ，７ｅ₃ に
は、コントローラ２９によって制御される発振器３１と
増幅器３３を介して一定の周波数ｆ（上述した３種類の
共振周波数の中のいずれか）の高周波電圧が出力ｐｗ
（または振幅）で印加されるようになっている。上述し
たように各発振体７ｅ₁ ，７ｅ₂ ，７ｅ₃ のそれぞれは
共振周波数が異なるものであるので、周波数ｆに合わせ
てコントローラ２９が発振体切換器３５を切り換え、周
波数ｆとほぼ同一の共振周波数を有する発振体７ｅにの
み高周波電圧が印加されるように制御する。

【００２６】上記の発振器３１は、コントローラ２９か
らの入力信号に応じた任意の周波数で発振するように構
成されており、また上記の増幅器３３は発振器３１から
の高周波小信号をコントローラ２９からの入力信号に応
じた振幅に増幅するように構成されている。つまり、コ
ントローラ２９からの指示に基づき、超音波の周波数と
出力が調整可能に構成されている。

【００２７】なお、上記の発振器３１が本発明の周波数
可変手段に相当し、上記の増幅器３３が本発明の出力可
変手段に相当する。

【００２８】また、コントローラ２９には、洗浄液Ｓに
付与される超音波振動の出力ｐｗを含む洗浄条件を所望
するように指示して洗浄処理プログラム（レシピーとも
呼ばれる）を作成したり、作成した複数の洗浄処理プロ
グラムの中から所望のものを選択指示するため等に用い
られる指示部３７がさらに接続されている。また、作成
された洗浄処理プログラムを格納するためのメモリ３９
もコントローラ２９に接続されている。

【００２９】上記の洗浄処理プログラムは、基板の種類
ごとなどに作成されており、例えば、図５の模式図に示
すように、洗浄処理中における基板Ｗの『回転数』、洗
浄処理中におけるノズル７の『移動速度』、基板Ｗ上で
揺動移動させるノズル７の『移動範囲』、３個の発振体
７ｅ₁ ，７ｅ₂ ，７ｅ₃ のうちのいずれを使用するかを
示し、洗浄液に付与する超音波振動の『周波数』と、洗
浄液に付与する超音波振動の出力ｐｗを示し、基板Ｗ面
内の洗浄液の供給位置に応じた出力ｐｗである『出力デ
ータ』を含むものである。

【００３０】出力データは、例えば、図６に示すように
設定されている。このデータでは、基板Ｗとノズル７と
の相対移動速度が遅い基板Ｗの中心部側では出力ｐｗを
ｐｗ１に低く設定しておき、次いでｐｗ２に上げ、基板
Ｗの周縁部側ではｐｗ３に上げ、相対移動速度が速い周
縁部側に向かうにしたがって段階的に出力ｐｗを高くし
てゆくように設定されている。

【００３１】したがって、洗浄のためにノズル７を揺動
移動した際、エンコーダ１１ｃでノズル７の位置を通じ
て検出される基板Ｗ面内における洗浄液供給位置と、上
記出力データとに基づいてコントローラ２９が増幅器３
３の出力を、周波数ｆを一定に保持したまま調整するこ
とにより、基板Ｗに吐出される洗浄液の出力が図６に示
した出力データのように調節される。その結果、相対移
動速度が遅い基板Ｗの中心部側と、相対移動速度が速い
基板Ｗの周縁部側とにおいて、基板Ｗの表面が受ける洗
浄度合いを基板の全面にわたってほぼ一定にすることが
できる。このように超音波振動の出力ｐｗを調節するだ
けで洗浄度合いをほぼ一定にできるので、比較的容易に
基板の全面にわたって均一に洗浄を行うことができる。

【００３２】また、予め作成されてメモリ３９に格納さ
れている洗浄処理プログラムと洗浄液の出力データとが
上述したように関連付けられているので、指示部３７か
ら洗浄処理プログラムを指示するだけで基板に適切な超
音波振動の出力による洗浄処理を施すことができるとと
もに、基板の全面にわたってほぼ均一に洗浄を行うこと
ができる。

【００３３】なお、上記の説明では、基板Ｗ面内の洗浄
液供給位置に応じて『段階的』に超音波振動の出力ｐｗ
を変えるようにしたが、図７中に実線で示すように基板
Ｗ面内の洗浄液供給位置に応じて『直線的』に出力ｐｗ
を可変するようにしてもよい。

【００３４】また、上記の説明では、ノズル７と基板Ｗ
面との相対移動速度だけに着目し、超音波振動の出力が
一定であれば基板の周縁部ほど洗浄度合いが低下すると
している。しかしながら、パーティクルの種類や基板の
表面状態によっては、一定出力で洗浄すると中心部側ほ
ど洗浄度合いが低下する事態も考えられる。このような
場合には、図７中に点線で示すように、基板Ｗの周縁部
に向かうにしたがって洗浄液の出力ｐｗを低下させるよ
うにすればよい。

【００３５】さらに洗浄度合いを調節可能な洗浄条件と
しては、超音波振動の周波数ｆがある。この場合には、
発振器３１および発振体切換器３５を制御して、図８に
示すように基板Ｗ面内の洗浄液供給位置に応じて洗浄液
に付与する超音波振動の周波数ｆを、出力ｐｗを一定に
保持したままで調節する。具体例を挙げると、図中に実
線で示すように中心部側から周縁部側に向かって段階的
に周波数ｆを高めてゆく。つまり、発振体切換器３５を
制御して増幅器３３から出力されている高周波電圧が印
加される発振体７ｅを発振体７ｅ₁ ，７ｅ₂ ，７ｅ₃ の
順に切り換えてゆくとともに、発振体７ｅのそれぞれに
固有の共振周波数に合わせて周波数ｆを切り換えてゆ
く。このように周波数を切り換えてゆくことによっても
洗浄度合いを基板Ｗの全面にわたってほぼ一定化でき
る。

【００３６】なお、上記の説明では、洗浄条件である超
音波振動の出力ｐｗ，周波数ｆを個々に変える構成を例
に採って説明したが、本発明は少なくとも一方の洗浄条
件を基板Ｗ上のノズル７の位置、すなわち基板Ｗ面内の
洗浄液供給位置に応じて変えれば良く、例えば、出力ｐ
ｗと周波数ｆ組み合わせて変えるようにしてもよい。

【００３７】なお、上記の実施例では、基板面内におけ
る洗浄液供給位置を位置検出手段であるエンコーダ１１
ｃによって検出し、これに基づいて出力ｐｗなどの洗浄
条件を変えるようにしたが、本発明の位置検出手段はこ
のような構成に限定されるものではなく種々の変形実施
が可能である。例えば、位置検出手段としてＣＣＤカメ
ラを使い、ノズル７から基板面内における実際の洗浄液
の供給位置を検出し、これに基づいて超音波振動の出力
パワーや、周波数を変えるようにしてもよい。また、例
えば、基板面内における洗浄液供給位置の移動速度と移
動範囲が判れば移動開始時点からの経過時間を測定する
ことにより基板面内での洗浄液供給位置を知ることがで
きるので、これに基づいて吐出圧などの洗浄条件を調節
するような構成としてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、洗浄度合いに係わる超音波の
周波数、出力のうち少なくとも一方の洗浄条件を基板面
内を移動する洗浄液供給位置に応じて変えることによっ
て、洗浄度合いを一定にすることができる。したがっ
て、基板の全面にわたって均一に洗浄を行うことができ
る。

【００３９】また、請求項２に記載の発明によれば、超
音波の出力を可変することで洗浄度合いを一定にするこ
とができ、比較的容易に基板の全面にわたって均一に洗
浄を行うことができる。

【００４０】また、請求項３に記載の発明によれば、超
音波の周波数を可変することで浄度合いを一定にするこ
とができ、基板の全面にわたって均一に洗浄を行うこと
ができる。

【００４１】また、請求項４に記載の発明によれば、正
確に洗浄液供給位置を検出することができるので、基板
面内のそれぞれの洗浄液供給位置に応じて正確に洗浄条
件を可変することができて洗浄度合いを一定化できる。
したがって、基板の全面にわたってより均一に洗浄を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る基板洗浄装置の概略構成を示すブ
ロック図である。

【図２】基板洗浄装置の平面図である。

【図３】ノズルの一部破断縦断面図である。

【図４】図３に示したノズルのＡ−Ａ矢視断面図であ
る。

【図５】メモリに格納された洗浄処理プログラムを示す
模式図である。

【図６】出力データを示す模式図である。

【図７】出力データの他の例を示す模式図である。

【図８】周波数データを示す模式図である。

【符号の説明】

Ｗ … 基板 Ｓ … 洗浄液 １ … スピンチャック（回転支持手段） １ａ … 支持ピン ５ … 電動モータ（回転支持手段） ７ … ノズル ７ａ … 吐出孔 ９ … 飛散防止カップ １１ … 昇降／移動機構 １１ｃ … エンコーダ（位置検出手段） １３ … 待機ポット ２９ … コントローラ（制御手段） ３１ … 発振器（周波数可変手段） ３３ … 増幅器（出力可変手段） ３５ … 発振体切換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 譲一 京都府京都市伏見区羽束師古川町322 大 日本スクリーン製造株式会社洛西事業所内 (72)発明者 森田 彰彦 京都府京都市伏見区羽束師古川町322 大 日本スクリーン製造株式会社洛西事業所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転している基板に対して、超音波振動
   が付与された洗浄液をノズルから吐出させ、その吐出さ
   れた洗浄液の基板面内における供給位置が、少なくとも
   基板中心と基板周縁との間を移動するように、前記ノズ
   ルを移動手段により移動させて洗浄処理を施す基板洗浄
   方法において、 洗浄液に付与する超音波の周波数、出力の少なくとも一
   方を、基板面内における洗浄液の供給位置に応じて変更
   するようにしたことを特徴とする基板洗浄方法。
2. 【請求項２】 回転支持手段上で回転している基板に対
   して、超音波振動が付与された洗浄液をノズルから吐出
   させ、その吐出された洗浄液の基板面内における供給位
   置が、少なくとも基板中心と基板周縁との間を移動する
   ように、前記ノズルを移動手段により移動させて洗浄処
   理を施す基板洗浄装置において、 前記超音波の出力を可変する出力可変手段と、 基板面内を移動する洗浄液の供給位置に応じて、洗浄液
   に付与される超音波の出力を可変するように前記出力可
   変手段を制御する制御手段と、 を備えていることを特徴とする基板洗浄装置。
3. 【請求項３】 回転支持手段上で回転している基板に対
   して、超音波振動が付与された洗浄液をノズルから吐出
   させ、その吐出された洗浄液の基板面内における供給位
   置が、少なくとも基板中心と基板周縁との間を移動する
   ように、前記ノズルを移動手段により移動させて洗浄処
   理を施す基板洗浄装置において、 前記超音波の周波数を可変する周波数可変手段と、 基板面内を移動する洗浄液の供給位置に応じて、洗浄液
   に付与される超音波の周波数を可変するように前記周波
   数可変手段を制御する制御手段と、 を備えていることを特徴とする基板洗浄装置。
4. 【請求項４】 請求項２または請求項３に記載の基板洗
   浄装置において、基板面内を移動する洗浄液の供給位置
   を検出する位置検出手段を備え、前記制御手段は前記位
   置検出手段が検出した位置に基づいて制御を行うように
   したことを特徴とする基板洗浄装置。