JPWO2016135989A1 - 真空式洗浄装置及び真空式洗浄方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この洗浄装置は、6MPaに加圧された液化炭酸ガス(液化CO2)が入れられたボンベ(図示せず)と、そのボンベに接続されたノズル101と、洗浄室(図示せず)内で基板102を保持する保持機構(図示せず)と、吸気口104aを備えたダクト104と、ブロワー(BLOWER)と、ヘパフィルター(HEPA FILTER)を有している。保持機構は、基板102の表面(洗浄面)が水平面とほぼ平行になり、且つ基板102の表面を上向き(重力方向とは逆側の方向)にした位置に基板102を保持する機構である。
上記の洗浄装置は次のように稼動する。ボンベ内の加圧された液化CO2がノズル101に供給され、その液化CO2がノズル101を通って洗浄室内に噴出されるCO2粒子103を、保持機構によって保持された基板102の表面に吹きつけることで、基板102に付着するパーティクル等を吹き飛ばし、その吹き飛ばしたパーティクル等をブロワーによって基板102の横側の吸気口104aから吸気することで除去する。そして、その吸気口104aからダクト104を通ったパーティクル等はヘパフィルターで捕獲され、パーティクル等を除去した気体は再び基板102上に供給される。ノズル101はステンレス製であり、基板102は例えば半導体プロセスにおけるリフトオフ後のシリコンウエハまたはガラス基板である。なお、上記の洗浄装置に関連した技術が特許文献1に開示されている。
上述したCO2粒子を吹きつけて洗浄する基板等の被洗浄物には水に非常に弱いものがあり、そのような被洗浄物を洗浄するには洗浄時の露点を低くしなければならない。
しかし、上記従来の洗浄装置では、以下の理由により非常に低い露点雰囲気を作るのが困難である。
(1)洗浄室内が密閉されていないので、外部の空気が洗浄室内に入り、その空気に含まれる水分によって洗浄室内の露点を十分に低くすることができない。
(2)清浄な洗浄雰囲気を造るためにパーティクル等を除去するヘパフィルターを用いており、そのヘパフィルターには紙等の水分が吸着しやすい材料が使われている。そのため、ヘパフィルターに吸着している水分が洗浄室内に入り込むことによって露点を十分に低くすることができない。
(3)洗浄室内は密閉されていないため、洗浄を開始する前から洗浄室の内壁には水分が付着している。その水分を完全に除去することは困難であるため、その水分によって洗浄室内の露点を十分に低くすることができない。
[1]真空チャンバーと、
前記真空チャンバー内に配置された、基板を保持する保持機構と、
前記保持機構に保持された前記基板にCO2粒子を噴出させるノズルと、
前記ノズルに加圧したCO2を供給するCO2供給機構と、
前記真空チャンバー内を真空排気する真空排気機構と、
を具備することを特徴とする真空式洗浄装置。
[2]上記[1]において、
前記保持機構は、前記基板の洗浄面とは逆側の面と水平面とで作る角度が45°〜180°(好ましくは70°〜110°)の範囲内となる位置に前記基板を保持する機構であることを特徴とする真空式洗浄装置。
[3]上記[1]または[2]において、
前記ノズルまたは前記保持機構を移動させる移動機構を有し、
前記移動機構は、前記ノズルと前記保持機構に保持された前記基板との相対位置を変化させるものであることを特徴とする真空式洗浄装置。
[4]上記[1]乃至[3]のいずれか一項において、
前記真空排気機構は排気口を有し、前記排気口は前記保持機構に保持された前記基板の下方に配置されていることを特徴とする真空式洗浄装置。
[5]上記[4]において、
前記排気口はスリット形状を有し、
前記スリット形状の長手方向の長さは前記基板の外径以上であることを特徴とする真空式洗浄装置。
[6]上記[1]乃至[5]のいずれか一項において、
前記真空排気機構はフィルターを有し、
前記真空排気機構によって前記真空チャンバー内を排気した気体は前記フィルターを通して前記真空チャンバーの外部に排出されることを特徴とする真空式洗浄装置。
[7]上記[1]乃至[6]のいずれか一項において、
前記ノズルからCO2粒子が噴出される方向と前記基板の洗浄面とで作る角度は、20°〜90°の範囲内であることを特徴とする真空式洗浄装置。
[8]上記[1]乃至[7]のいずれか一項において、
前記ノズルは、縦の幅より横の幅が広い噴射口を有するワイドノズルであることを特徴とする真空式洗浄装置。
[9]真空チャンバー内に基板を配置し、前記真空チャンバー内を真空排気することで、前記真空チャンバー内の圧力を1Torr以下にする工程と、
前記基板にCO2粒子を吹き付けることで、前記基板を洗浄する工程と、
を具備することを特徴とする真空式洗浄方法。
[10]上記[9]において、
前記基板を洗浄する際の前記真空チャンバー内の露点は−40℃以下(好ましくは−75℃以下、より好ましくは−100℃以下)であることを特徴とする真空式洗浄方法。
[11]上記[9]または[10]において、
前記基板を洗浄する際の前記真空チャンバー内の圧力は1Torr以上であることを特徴とする真空式洗浄方法。
[12]上記[9]乃至[11]のいずれか一項において、
前記基板を洗浄する際は、前記基板の洗浄面とは逆側の面と水平面とで作る角度が45°〜180°(好ましくは70°〜110°)の範囲内となる位置に前記基板を配置することを特徴とする真空式洗浄方法。
[13]上記[9]乃至[12]において、
前記基板を洗浄する際に、前記基板の下方から排気することを特徴とする真空式洗浄方法。
[14]上記[9]乃至[13]において、
前記基板を洗浄する際の前記真空チャンバー内の圧力は1気圧未満であることを特徴とする真空式洗浄方法。
図2は、図1に示す60−60線に沿った断面図である。
図3は、従来の洗浄装置を説明するための模式図である。
図4(A)は図3に示す従来の洗浄装置を用いて大気圧下の窒素雰囲気でCO2粒子による基板洗浄を行っている写真、図4(B)は図1に示す真空式洗浄装置を用いて約1Torrの真空雰囲気でCO2粒子による基板洗浄を行っている写真である。
図5(A)は扁平型のワイドノズルを用いた図3に示す従来の洗浄装置を使用して大気圧下の窒素雰囲気でCO2粒子による基板洗浄を行っている写真、図5(B)は(A)に示す洗浄工程で洗浄した基板を示す写真である。
図6(A)は扁平型のワイドノズルを用いた図1に示す真空式洗浄装置を使用して真空雰囲気でCO2粒子による基板洗浄を行っている写真、図6(B)は(A)に示す洗浄工程で洗浄した基板を示す写真である。
図1及び図2に示すように、真空式洗浄装置10は内部を真空にするための容器である真空チャンバー27を有し、この真空チャンバー27内には基板12を保持する保持機構が配置されている。また、真空チャンバー27内には基板12にCO2粒子を噴出させるノズル11が配置されている。真空式洗浄装置10は、ノズル11に加圧した液化炭酸ガス(液化CO2)を供給するCO2供給機構と、真空チャンバー27内を真空排気する真空排気機構を有する。
ノズル11は、ベンチュリ管またはラバールノズルであるとよい。なお、本明細書において、ベンチュリ管とはベンチュリ効果を応用した管であり、ベンチュリ効果とは流体の流れを絞ることによって、流速を増加させる効果であり、ラバールノズルとは流体が通る経路の中ほどが狭まっている管で、砂時計のような形状の経路を有するノズルであって、流体をこれに通すことで加速させ、超音速を得ることができるノズルをいい、ベンチュリ管はラバールノズルを含むものである。
CO2供給機構は、6MPaに加圧された液化炭酸ガス(液化CO2)13が入れられたボンベ14を有し、このボンベ14は配管15によってバルブ16の一方端に接続されている。配管15はサイフォン管を有するとよい。バルブ16の他方端はノズル11の一方端に接続されている。バルブ16を開くことによってボンベ14内の加圧された液化CO213が配管15及びバルブ16を通してノズル11に供給され、ノズル11の他方端からCO2粒子が噴出されるようになっている。
保持機構は、基板12を保持する保持部17と、保持部17に接続された真空ポンプ(図示せず)を有している。真空ポンプによって真空引きすることで保持部17に基板12を真空吸着して保持するようになっている。保持部17に保持された基板12の洗浄面とは逆側の面(裏面)12aと水平面20とで作る角度θ1は90°である。また、保持部17には基板12を加熱するヒーター19が配置されている。また、保持機構は、保持部17を回転させる回転機構(図示せず)を有する。なお、本実施の形態では、真空吸着により基板12を保持部17に保持しているが、これに限定されるものではなく、静電吸着または機械的な保持機構により基板12を保持部17に保持してもよい。
また、真空式洗浄装置10はノズル11を移動させる移動機構50を有し、この移動機構50は、ノズル11と保持機構に保持された基板12との相対位置を変化させるものである。移動機構50は例えばXYテーブルを用いることができる。なお、本実施形態では、ノズル11を移動させる移動機構50を用いてノズル11と保持機構に保持された基板12との相対位置を変化させるが、保持機構を移動させる移動機構を用いてノズル11と保持機構に保持された基板12との相対位置を変化させてもよい。
なお、本実施形態では、基板12の洗浄面とは逆側の面12aと水平面20とで作る角度θ1を90°としているが、これに限定されるものではなく、角度θ1を45°〜180°の範囲内であれば、いずれの角度としてもよい。
ノズル11からCO2粒子が噴出される方向21と基板12の洗浄面(表面)12bとで作る角度θ2は20°〜90°の範囲内であるとよい。
真空排気機構は、基板12の下方に配置された排気口22aを有し、この排気口22aは、保持機構に保持された基板12の下方に配置されている。排気孔22aはスリット形状を有し、そのスリット形状の長手方向の長さが基板12の外径以上であることが好ましい(図2参照)。これにより、基板12を洗浄した際に発生するパーティクル等を排気口22aから排気しやすくすることができる。なお、本明細書において「下方」とは重力方向を意味する。
排気口22aには排気経路22が接続されており、排気経路22にはフィルター42が接続されている。このフィルター42は金属フィルターであることが好ましい。フィルター42によって洗浄時のパーティクル等を捕獲できる。また、フィルター42はストップバルブ43に接続されており、ストップバルブ43は圧力コントロールバルブ41に接続されている。圧力コントロールバルブ41は排気手段としての真空ポンプ23に接続されている。圧力コントロールバルブ41によって真空ポンプ23による排気の圧力を制御することができる。
次に、図1に示す洗浄装置を用いて基板を洗浄する方法について説明する。
まず、保持部17に基板12を真空吸着して保持する。そして、基板12の表面(洗浄面)とは逆側の面と水平面とで作る角度θ1が45°〜180°(好ましくは70°〜110°)の範囲内となるように基板12の位置を調整する。なお、図1ではθ1が90°である。
次いで、真空チャンバー27内を真空排気機構によって真空排気する。詳細には、ストップバルブ43を開け、圧力コントロールバルブ41によって真空ポンプ23の排気の圧力を制御しながら真空チャンバー27内を真空排気する。この際の真空チャンバー27内の到達真空度は、1Torr未満であることが好ましく、より好ましくは5×10−3Torr以下である。このように真空排気することで、真空チャンバー27内の水分をほとんど除去することができ、真空チャンバー27内の露点を−40℃以下(好ましくは−75℃以下、より好ましくは−100℃以下)にすることができる。なお、露点を−100℃以下にするには真空チャンバー27内の真空度を1×10−5Torr以下にすることが好ましい。
次いで、バルブ16を開くことによってボンベ14内の加圧された液化CO213を配管15及びバルブ16を通してノズル11に供給する。ノズル11のベンチュリ効果によって加速された液化CO213が断熱膨張によりCO2粒子になり、そのCO2粒子をノズル11から基板12の表面12bに対して斜めの方向21に噴出する。この噴出したCO2粒子を、図2に示す矢印26のように基板12の表面12bにスキャンしながら吹き付け、基板12の表面全体を洗浄する。この際、基板12の表面に吹きつけられたCO2粒子によって基板12の表面のパーティクル等が吹き飛ばされ、その吹き飛ばされたパーティクル等は重力も利用しつつ基板12の下方の排気口22a及び排気経路22を通ってフィルター42で捕獲される。そして、パーティクル等を除去した後の気体は、ストップバルブ43及び圧力コントロールバルブ41を通って真空ポンプ23によって排気される。
上記の基板12の表面を洗浄している間の真空チャンバー27内の圧力は、1Torr未満であってもよいし、1Torr以上1気圧未満であるとよい。その理由は、基板12を洗浄する前に真空チャンバー27内を真空排気した工程で、真空チャンバー27内の露点を−40℃以下に下げているため、その後にCO2粒子によって基板12を洗浄しても、真空チャンバー27内の露点は上昇しないと考えられるからである。
その後、保持部17を回転機構によって矢印25のように45°または90°回転させることで、保持部17に保持された基板12を45°または90°回転させる。
次いで、上記と同様の方法で、基板12の表面12bにスキャンしながらCO2粒子を吹き付け、基板12の表面全体を洗浄する。
その後、上記と同様の方法で保持部17に保持された基板12を45°または90°回転させることと、上記と同様の方法で基板12の表面全体を洗浄することを繰り返すことにより、基板12の表面の洗浄を完了する。
本実施形態によれば、基板12を洗浄する前に真空チャンバー27内を真空排気することで、真空チャンバー27内の露点を−40℃以下にすることができる。このため、非常に低い露点の雰囲気でCO2粒子による基板12の洗浄を行うことができる。従って、水に非常に弱い被洗浄基板(例えば有機EL用ガラス基板等)を洗浄することが可能となる。
また、本実施形態では、真空チャンバー27内を真空排気することで、真空チャンバー27内に清浄な洗浄雰囲気を造るため、従来技術のように、紙等の水分が吸着しやすい材料が使われているヘパフィルターを用いる必要がない。従って、従来の洗浄装置に比べて洗浄時の露点をより低くすることができる。
また、本実施形態では、真空チャンバー27内で基板12の洗浄を行うため、パーティクル等の発生源がほとんどない。従って、従来の洗浄装置に比べて洗浄効果を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、ノズル11から噴出させたCO2粒子を基板12に吹きつける際の基板12の位置を、基板12の表面(洗浄面)とは逆側の面と水平面とで作る角度θ1が45°〜180°の範囲内とし、吹き飛ばされた基板12の表面のパーティクル等を重力も利用しつつ基板12の下方から排気する。このため、パーティクル等が基板12に再付着するのを抑制できる。
また、本実施形態では、洗浄時のチャンバー内が真空のため、ノズル11から噴出するCO2粒子の速度はチャンバー内が大気圧の場合と比べて増加する。CO2粒子の速度については、ノズル内のオリフィスとノズル内の気圧差が大きければ増加し、小さくなれば減少するが、チャンバー内を真空引きすると、ノズル内気圧が低くなり、それにつれてCO2粒子の速度が上昇する。これにより、CO2粒子の洗浄効果を高めることができる。
図4(A)は、図3に示す従来の洗浄装置を用いて大気圧下の窒素雰囲気でCO2粒子による基板洗浄を行っている写真であり、図4(B)は、図1に示す真空式洗浄装置を用いて約1Torrの真空雰囲気でCO2粒子による基板洗浄を行っている写真である。
図4(A)に示すように、大気圧下ではCO2粒子が拡散するのに対し、図4(B)に示すように、真空雰囲気ではCO2粒子が拡散せずに基板まで到達することが確認された。
真空雰囲気ではCO2粒子が衝突するものが非常に少ないため、CO2粒子の直進性が高くなり、基板に到達するCO2粒子の量が大気圧下に比べて多くなる。そのため、真空雰囲気では洗浄力を高めることができる。つまり、大気圧下と真空雰囲気下を比較した場合、CO2粒子を噴射するノズルと基板との距離が同じであれば真空雰囲気の方が洗浄力が高くなるといえる。
図4(A),(B)に示すCO2粒子を噴射するノズルは円筒型であるので、CO2粒子が拡散せずに基板まで到達すると洗浄範囲が狭い。そこで、扁平型のワイドノズルを用いることで、洗浄範囲を増大させることが可能となる。このワイドノズルの噴射口は縦の幅より横の幅が広くなっており、横に広がってCO2粒子が噴射されるノズルである。ワイドノズルの噴射口の横の幅は、縦の幅の3倍以上が好ましく、より好ましくは6倍以上である。
図5(A)は、扁平型のワイドノズルを用いた図3に示す従来の洗浄装置を使用して大気圧下の窒素雰囲気でCO2粒子による基板洗浄を行っている写真であり、図5(B)は、図5(A)に示す洗浄工程で洗浄した基板を示す写真である。
図5(B)に示すように、CO2粒子を含むガスがワイドノズルの両端に集中して流出したため、洗浄範囲を増大させることができないことが確認された。ガスがワイドノズルの両端に集中する理由は、ワイドノズル内の気圧差が大きいため、ノズル内の中心部の気流が早くなり、ノズル両端の気圧が低下するからである。
図6(A)は、扁平型のワイドノズルを用いた図1に示す真空式洗浄装置を使用して真空雰囲気でCO2粒子による基板洗浄を行っている写真であり、図6(B)は、図6(A)に示す洗浄工程で洗浄した基板を示す写真である。
図6(B)に示すように、ワイドノズル内の気圧の変化が少ないため、CO2粒子を含むガスがほぼノズルのスリット幅状に均一にガラス基板に衝突していることが確認された。従って、真空式洗浄装置にワイドノズルを用いると洗浄範囲を増大させることができ、洗浄効果を大きくできるといえる。
また、本実施例によれば、ワイドノズル内のキャビティ内での気圧の差によって、図5(B)に示すように大気中では均一に噴射出来なかったけれども、真空中になったことで、気圧差が生まれず、図6(B)に示すように均一に噴射出来るようになった。
11 ノズル
12 基板
12a 基板の洗浄面(表面)とは逆側の面(裏面)
12b 基板の洗浄面(表面)
13 液化炭酸ガス(液化CO2)
14 ボンベ
15 配管
16 バルブ
17 保持部
19 ヒーター
20 水平面
21 ノズルからCO2粒子が噴出される方向
22 排気経路
22a 排気口
23 真空ポンプ
25,26 矢印
27 真空チャンバー
41 圧力コントロールバルブ
42 フィルター
43 ストップバルブ
101 ノズル
102 基板
103 CO2粒子
104 ダクト
104a 吸気口
Claims (14)
- 真空チャンバーと、
前記真空チャンバー内に配置された、基板を保持する保持機構と、
前記保持機構に保持された前記基板にCO2粒子を噴出させるノズルと、
前記ノズルに加圧したCO2を供給するCO2供給機構と、
前記真空チャンバー内を真空排気する真空排気機構と、
を具備することを特徴とする真空式洗浄装置。 - 請求項1において、
前記保持機構は、前記基板の洗浄面とは逆側の面と水平面とで作る角度が45°〜180°の範囲内となる位置に前記基板を保持する機構であることを特徴とする真空式洗浄装置。 - 請求項1または2において、
前記ノズルまたは前記保持機構を移動させる移動機構を有し、
前記移動機構は、前記ノズルと前記保持機構に保持された前記基板との相対位置を変化させるものであることを特徴とする真空式洗浄装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記真空排気機構は排気口を有し、前記排気口は前記保持機構に保持された前記基板の下方に配置されていることを特徴とする真空式洗浄装置。 - 請求項4において、
前記排気口はスリット形状を有し、
前記スリット形状の長手方向の長さは前記基板の外径以上であることを特徴とする真空式洗浄装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項において、
前記真空排気機構はフィルターを有し、
前記真空排気機構によって前記真空チャンバー内を排気した気体は前記フィルターを通して前記真空チャンバーの外部に排出されることを特徴とする真空式洗浄装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一項において、
前記ノズルからCO2粒子が噴出される方向と前記基板の洗浄面とで作る角度は、20°〜90°の範囲内であることを特徴とする真空式洗浄装置。 - 請求項1乃至7のいずれか一項において、
前記ノズルは、縦の幅より横の幅が広い噴射口を有するワイドノズルであることを特徴とする真空式洗浄装置。 - 真空チャンバー内に基板を配置し、前記真空チャンバー内を真空排気することで、前記真空チャンバー内の圧力を1Torr以下にする工程と、
前記基板にCO2粒子を吹き付けることで、前記基板を洗浄する工程と、
を具備することを特徴とする真空式洗浄方法。 - 請求項9において、
前記基板を洗浄する際の前記真空チャンバー内の露点は−40℃以下であることを特徴とする真空式洗浄方法。 - 請求項9または10において、
前記基板を洗浄する際の前記真空チャンバー内の圧力は1Torr以上であることを特徴とする真空式洗浄方法。 - 請求項9乃至11のいずれか一項において、
前記基板を洗浄する際は、前記基板の洗浄面とは逆側の面と水平面とで作る角度が45°〜180°の範囲内となる位置に前記基板を配置することを特徴とする真空式洗浄方法。 - 請求項9乃至12において、
前記基板を洗浄する際に、前記基板の下方から排気することを特徴とする真空式洗浄方法。 - 請求項9乃至13において、
前記基板を洗浄する際の前記真空チャンバー内の圧力は1気圧未満であることを特徴とする真空式洗浄方法。
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