JP2011066301A

JP2011066301A - 基板洗浄装置および基板洗浄方法

Info

Publication number: JP2011066301A
Application number: JP2009217218A
Authority: JP
Inventors: Kumiko Yamaguchi; 久美子山口; Masanobu Sato; 雅伸佐藤
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: JP5308291B2

Abstract

【課題】高いパーティクル除去能力を維持しつつも、基板に与える物理的ダメージを最小限に抑制することができる基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供する。
【解決手段】洗浄ヘッド６０の筒状体６１には８０個の吐出孔６４が穿設されている。各吐出孔６４の孔径は１０μｍ〜５０μｍである。高圧ポンプによって洗浄ヘッド６０の流路６２に洗浄液を加圧供給すると、洗浄ヘッド６０の内部の液圧が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下に上昇することによって、各吐出孔６４から洗浄液が押し出される。吐出孔６４から押し出された洗浄液は連続した液流である液柱８０を形成し、吐出孔６４と基板Ｗとの距離ｄが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であれば、液柱８０の状態のまま基板Ｗの上面に供給される。これにより、洗浄ヘッド６０が基板Ｗに与える物理力は常に一定となり、高いパーティクル除去能力と物理的ダメージの抑制とを両立することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の薄板状の精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に純水等の洗浄液を吐出して洗浄処理を行う基板洗浄装置および基板洗浄方法に関する。

従来より、半導体基板等の製造プロセスにおいては基板に付着したパーティクルを除去する洗浄工程が必須のものとなっている。洗浄工程を実行する枚葉式の洗浄装置には、パーティクル除去のための種々の洗浄ツールが搭載されている。

例えば、特許文献１には、洗浄液と加圧した気体とを混合して液滴を生成し、その液滴と気体との混合流体を基板に噴射するいわゆる二流体ノズルが開示されている。基板に付着しているパーティクル等の異物は、洗浄液の液滴の運動エネルギーによって物理的に除去される。また、特許文献２には、圧電素子に超音波帯域の周波数で膨張収縮を繰り返し行わせることによって、吐出口から一方向に加速された洗浄液のミストを基板に向けて高速に噴出させる洗浄装置が開示されている。さらに、特許文献３には、洗浄ブラシ、超音波ノズル、高圧スプレーノズルなどの種々の洗浄ツールが開示されている。

特開２００７−２２７８７８号公報特開２０００−５３３号公報特開２００１−２４６３３１号公報

しかしながら、上記従来の洗浄ツールは、ある程度高いパーティクル除去能力を有するものの、基板に物理的なダメージを与えるものであった。近年、パターンの微細化が進展するにつれて、物理的なダメージによるパターンの倒壊が問題となってきている。すなわち、パターンの微細化が進展すると、より小さな物理的ダメージであってもパターンが損傷するおそれが生じてくる。このため、高いパーティクル除去能力を維持しつつも、基板に与える物理的ダメージを最小限に抑制することが求められている。

かかる課題を解決するためには、洗浄ツールが基板に与える物理力の分布を狭くする必要がある。より具体的には、パーティクル除去能力を維持しつつも基板に与えるダメージが最小限となる範囲内に洗浄ツールが基板に与える物理力を収めることが必要となる。ところが、例えば特許文献１に開示されているような二流体ノズルを使用した場合、生成された液滴の物理力（具体的には、液滴の速度と大きさ）が広い範囲にわたって分布していたため、パーティクル除去に寄与しない無駄な液滴が存在する一方、パターンにダメージを与えるような有害な液滴も存在していた。その結果、洗浄効率の向上が抑制されるとともに、パターン破壊の可能性が生じるという問題があった。このような問題は、他の洗浄ツールを用いた場合も同様であり、高いパーティクル除去能力を維持しつつも、基板に与える物理的ダメージを最小限に抑制する範囲内に物理力を収める洗浄ツールは存在していなかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高いパーティクル除去能力を維持しつつも、基板に与える物理的ダメージを最小限に抑制することができる基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に洗浄液を吐出して洗浄処理を行う基板洗浄装置において、基板を保持する保持手段と、複数の吐出孔が穿設された洗浄ヘッドと、前記洗浄ヘッドの内部に洗浄液を加圧供給する加圧手段と、を備え、前記複数の吐出孔のそれぞれの孔径は１０μｍ以上５０μｍ以下であり、前記加圧手段によって洗浄液が加圧供給されているときの前記洗浄ヘッドの内部の液圧は１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であり、前記保持手段に保持された基板と前記複数の吐出孔との洗浄処理時の距離は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る基板洗浄装置において、前記複数の吐出孔のそれぞれの孔径は１０μｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る基板洗浄装置において、前記洗浄ヘッドに６０個以上２００個以下の吐出孔が穿設されることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る基板洗浄装置において、前記洗浄ヘッドの内部を貫通して洗浄液の流路が設けられ、前記複数の吐出孔は前記流路と連通し、前記流路の流出口にはストップバルブが接続され、洗浄処理時には、前記加圧手段によって前記流路の流入口から洗浄液を加圧供給しつつ前記ストップバルブを閉止することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る基板洗浄装置において、前記保持手段に保持された基板の上方の処理位置とその上方から外れた待機位置との間で前記洗浄ヘッドを移動させるヘッド移動手段をさらに備え、洗浄処理開始時に前記ヘッド移動手段によって前記処理位置に向けて移動される前記洗浄ヘッドが前記保持手段に保持された基板の洗浄領域に到達する前に前記ストップバルブを閉止することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、基板に洗浄液を吐出して洗浄処理を行う基板洗浄方法において、複数の吐出孔が穿設された洗浄ヘッドに加圧供給された洗浄液が前記複数の吐出孔から押し出されて連続した液柱状態を維持しつつ基板に供給されることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る基板洗浄方法において、前記複数の吐出孔から押し出された洗浄液の液柱の流速は１０ｍ毎秒以上１００ｍ毎秒以下であることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項６または請求項７の発明に係る基板洗浄方法において、前記複数の吐出孔から押し出された洗浄液の総流量は５ｍＬ毎分以上５００ｍＬ毎分以下であることを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る基板洗浄方法において、６０個以上２００個以下の吐出孔から洗浄液が押し出されることを特徴とする。

また、請求項１０の発明は、請求項６から請求項９のいずれかの発明に係る基板洗浄方法において、洗浄処理開始時に前記洗浄ヘッドが基板の洗浄領域に到達する前に前記複数の吐出孔からの洗浄液吐出を開始することを特徴とする。

請求項１から請求項５の発明によれば、複数の吐出孔のそれぞれの孔径は１０μｍ以上５０μｍ以下であり、加圧手段によって洗浄液が加圧供給されているときの洗浄ヘッドの内部の液圧は１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であり、保持手段に保持された基板と複数の吐出孔との洗浄処理時の距離は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるため、複数の吐出孔から加圧によって押し出された洗浄液は連続した液柱状態のまま基板に供給されることとなり、基板に与える物理力を常に一定にすることができ、その結果高いパーティクル除去能力を維持しつつも、基板に与える物理的ダメージを最小限に抑制することができる。

特に、請求項３の発明によれば、洗浄ヘッドに６０個以上２００個以下の吐出孔が穿設されるため、１枚の基板の洗浄に要する処理時間を妥当なものとすることができる。

特に、請求項５の発明によれば、洗浄処理開始時にヘッド移動手段によって処理位置に向けて移動される洗浄ヘッドが保持手段に保持された基板の洗浄領域に到達する前にストップバルブを閉止するため、洗浄液の物理力が安定してから基板に供給されることとなり、基板に大きな物理的ダメージを与えるのを防止することができる。

また、請求項６から請求項１０の発明によれば、複数の吐出孔が穿設された洗浄ヘッドに加圧供給された洗浄液が複数の吐出孔から押し出されて連続した液柱状態を維持しつつ基板に供給されるため、基板に与える物理力を常に一定にすることができ、その結果高いパーティクル除去能力を維持しつつも、基板に与える物理的ダメージを最小限に抑制することができる。

また、請求項８の発明によれば、複数の吐出孔から押し出された洗浄液の総流量は５ｍＬ毎分以上５００ｍＬ毎分以下であるため、１枚の基板の洗浄に要する処理時間を妥当なものとすることができる。

また、請求項１０の発明によれば、洗浄処理開始時に洗浄ヘッドが基板の洗浄領域に到達する前に複数の吐出孔からの洗浄液吐出を開始するため、洗浄液の物理力が安定してから基板に供給されることとなり、基板に大きな物理的ダメージを与えるのを防止することができる。

本発明に係る基板洗浄装置の一例を示す図である。洗浄ヘッドの概略構成を示す図である。洗浄ヘッドの斜視図である。洗浄ヘッドに穿設された吐出孔の配列を示す図である。洗浄処理位置における洗浄ヘッドからの洗浄液吐出を模式的に示す図である。洗浄ヘッドの移動を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る基板洗浄装置の一例を示す図である。この基板洗浄装置１は、半導体の基板Ｗを１枚ずつ洗浄する枚葉式の洗浄装置であり、円形のシリコンの基板Ｗに付着したパーティクル等の汚染物質を除去して洗浄する。基板洗浄装置１は、主要な構成として、回転保持部１０と、処理カップ２０と、スプラッシュガード３０と、ヘッド駆動部５０と、洗浄ヘッド６０と、制御部９０と、を備える。

回転保持部１０は、スピンベース１１、回転軸１３およびモータ１４を備える。スピンベース１１は、基板Ｗよりも若干大きな径を有する円板状部材である。スピンベース１１の上面周縁部には、同一円周上に沿って複数個（本実施形態では６個）の支持ピン１２が立設されている。各支持ピン１２は、基板Ｗの下面周縁部を下から支持する円筒状の支持部と、その支持部の上面に突設されて基板Ｗの端縁部に当接して押圧するピン部とによって構成されている。６個の支持ピン１２のうち３個についてはスピンベース１１に固定設置された固定支持ピンとされている。固定支持ピンは、円筒状支持部の軸心上にピン部を突設している。一方、６個の支持ピン１２のうち残りの３個についてはスピンベース１１に対して回転（自転）自在に設置された可動支持ピンとされている。可動支持ピンでは、円筒状支持部の軸心から若干偏心してピン部が突設されている。３個の可動支持ピンは図示省略のリンク機構および駆動機構によって連動して回動駆動される。可動支持ピンが回動することにより、６個のピン部で基板Ｗの端縁部を把持することと、基板Ｗの把持を解除することとが可能である。６個の支持ピン１２によって基板Ｗの端縁部を把持することにより、スピンベース１１は基板Ｗの下面中央部に接触することなく基板Ｗを水平姿勢にて保持することができる。

回転軸１３は、スピンベース１１の下面側中心部に垂設されている。回転軸１３は、駆動ベルト１５を介してモータ１４の駆動プーリ１６と連動連結されている。モータ１４が駆動プーリ１６を回転駆動させると、駆動ベルト１５が回走して回転軸１３が回転する。これにより、スピンベース１１に保持された基板Ｗは、スピンベース１１および回転軸１３とともに、水平面内にて鉛直方向に沿った中心軸ＲＸの周りで回転する。

また、回転軸１３の内側は中空となっており、その中空部分には鉛直方向に沿って処理液ノズル１８が挿設されている。処理液ノズル１８は図示を省略する処理液供給源と連通接続されている。処理液ノズル１８の先端はスピンベース１１に保持された基板Ｗの下面中心部に向けて開口している。このため、処理液ノズル１８の先端から基板Ｗの下面中心部に処理液を供給することができる。

また、回転軸１３の内壁面と処理液ノズル１８の外壁面との間の隙間は気体供給流路とされており、図示を省略する気体供給源と連通接続されている。この隙間の上端からスピンベース１１に保持された基板Ｗの下面に向けて気体を供給することができる。

回転保持部１０を取り囲んで処理カップ２０が設けられている。処理カップ２０の内側には、円筒状の仕切壁２１が設けられている。また、回転保持部１０の周囲を取り囲むように、基板Ｗの洗浄処理に用いられた洗浄液を排液するための排液空間２２が仕切壁２１の内側に形成されている。さらに、排液空間２２を取り囲むように、処理カップ２０の外壁と仕切壁２１との間に基板Ｗの洗浄処理に用いられた洗浄液を回収するための回収空間２３が形成されている。

排液空間２２には、排液処理装置（図示省略）へ洗浄液を導くための排液管２７が接続され、回収空間２３には、回収処理装置（図示省略）へ洗浄液を導くための回収管２８が接続されている。

処理カップ２０の上方には、基板Ｗからの洗浄液が外方へ飛散することを防止するためのスプラッシュガード３０が設けられている。このスプラッシュガード３０は、中心軸ＲＸに対して回転対称な形状とされている。スプラッシュガード３０の上端部の内面には、断面Ｖの字形状の排液案内溝３１が環状に形成されている。また、スプラッシュガード３０の下端部の内面には、外側下方に傾斜する傾斜面からなる回収液案内部３２が形成されている。回収液案内部３２の上端付近には、処理カップ２０の仕切壁２１を受け入れるための仕切壁収納溝３３が形成されている。

このスプラッシュガード３０は、ボールねじ機構等で構成されたガード昇降駆動機構３５によって鉛直方向に沿って昇降駆動される。ガード昇降駆動機構３５は、スプラッシュガード３０を、回収液案内部３２がスピンベース１１に保持された基板Ｗの端縁部を取り囲む回収位置と、排液案内溝３１がスピンベース１１に保持された基板Ｗの端縁部を取り囲む排液位置との問で昇降させる。スプラッシュガード３０が回収位置（図１に示す位置）にある場合には、基板Ｗの端縁部から飛散した洗浄液が回収液案内部３２により回収空間２３に導かれ、回収管２８を介して回収される。一方、スプラッシュガード３０が排液位置にある場合には、基板Ｗの端縁部から飛散した洗浄液が排液案内溝３１により排液空間２２に導かれ、排液管２７を介して排液される。このようにして、洗浄液の排液および回収を切り換えて実行可能とされている。また、スピンベース１１に対して基板Ｗの受け渡しを行う場合には、ガード昇降駆動機構３５は、スピンベース１１がスプラッシュガード３０の上端よりも突き出る高さ位置にまでスプラッシュガード３０を下降させる。

ヘッド駆動部５０は、昇降モータ５１、スイングモータ５３およびヘッドアーム５８を備える。ヘッドアーム５８の先端には洗浄ヘッド６０が取り付けられている。ヘッドアーム５８の基端側はスイングモータ５３のモータ軸５３ａに連結されている。スイングモータ５３は、モータ軸５３ａを中心に洗浄ヘッド６０を水平面内にて回動させる。

スイングモータ５３は昇降ベース５４に取り付けられている。昇降ベース５４は、固定設置された昇降モータ５１のモータ軸に直結されたボールネジ５２に螺合されるとともに、ガイド部材５５に摺動自在に取り付けられている。昇降モータ５１がボールネジ５２を回転させると、昇降ベース５４とともに洗浄ヘッド６０が昇降する。

ヘッド駆動部５０の昇降モータ５１およびスイングモータ５３によって、洗浄ヘッド６０はスピンベース１１に保持された基板Ｗの上方の洗浄処理位置（洗浄領域）とスプラッシュガード３０よりも外方の（つまりスピンベース１１に保持された基板Ｗの上方から外れた）待機位置との間で移動する（図６参照）。また、洗浄ヘッド６０は、スピンベース１１の上方において、スイングモータ５３によって基板Ｗの上面の洗浄領域である中心部上方と端縁部上方との間で揺動される。

また、制御部９０は、基板洗浄装置１に設けられた種々の動作機構を制御する。制御部９０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部９０は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。

図２は、洗浄ヘッド６０の概略構成を示す図である。また、図３は、洗浄ヘッド６０の斜視図である。洗浄ヘッド６０は、四角柱形状の筒状体６１の一壁面に複数の吐出孔（ノズル）６４を穿設して構成される。四角柱形状の筒状体６１の内側には中空空間が形成されており、その両端は開口されている。本実施形態においては、洗浄ヘッド６０は石英によって形成されている。なお、洗浄ヘッド６０の材質は石英に限定されるものではなく、パーティクルを発生せず、かつ、耐薬品性を有しているものであれば良く、ジルコニア（ＺｒＯ₂）等のセラミックスであっても良いし、樹脂であっても良い。

四角柱形状の筒状体６１の４つの側壁面のうちの一面（洗浄ヘッド６０をヘッドアーム５８に取り付けたときの底面）に８０個の吐出孔６４が穿設されている。図４は、洗浄ヘッド６０に穿設された吐出孔６４の配列を示す図であり、筒状体６１を底面から見た平面図である。同図に示すように、筒状体６１の底面には２０個の吐出孔６４を所定の配列間隔で一列に並べた孔列を４列設けている。２０個の吐出孔６４を４列配置することによって合計８０個の吐出孔６４を筒状体６１の底面に設けている。各吐出孔６４は、筒状体６１の底壁面を貫通する略円筒形状の孔である。８０個の吐出孔６４の直径（孔径）は均一である。８０個の吐出孔６４のそれぞれの孔径は１０μｍ以上５０μｍ以下であり、本実施形態では１５μｍとされている。

筒状体６１の内側の中空空間は、洗浄ヘッド６０の内部を貫通する洗浄液の流路６２として機能する。８０個の吐出孔６４の上端は流路６２に連通している。また、流路６２の流入口６６は供給配管７０を介して洗浄液供給源７１と連通接続されている。供給配管７０の経路途中には高圧ポンプ７２およびフィルター７３が介挿されている。高圧ポンプ７２は、洗浄液供給源７１から洗浄ヘッド６０に向けて洗浄液を圧送する。フィルター７３は、高圧ポンプ７２の駆動によって発生するパーティクルを洗浄液から取り除く。なお、洗浄液としては、本実施形態では純水を用いているがこれに限定されるものではなく、洗浄用の薬液の水溶液や炭酸水や純水にオゾンなどを溶解した機能水であっても良い。

一方、筒状体６１の流路６２の流出口６７には排出配管７５が連通接続されている。排出配管７５の経路途中にはストップバルブ７６が介挿されている。高圧ポンプ７２によって筒状体６１の流路６２に洗浄液を加圧供給するとともにストップバルブ７６を閉止すると、８０個の吐出孔６４から加圧によって洗浄液が押し出される。流路６２に洗浄液を加圧供給しつつストップバルブ７６を開放すると排出配管７５から装置外部へと洗浄液が排出される。なお、吐出孔６４からの洗浄液の押し出しについてはさらに詳細に後述する。

次に、上述の構成を有する基板洗浄装置１の処理動作について説明する。以下に説明する処理動作は、制御部９０が所定の洗浄処理用ソフトウェアを実行して基板洗浄装置１の各機構を制御することによって行われるものである。

洗浄ヘッド６０には、洗浄処理を行っていないときにも常時連続して高圧ポンプ７２から洗浄液が送給されている。洗浄処理を行っていないときには、ストップバルブ７６が開放されており、筒状体６１の流路６２に送給された洗浄液はそのまま排出配管７５から装置外部に排出され続けている。すなわち、洗浄ヘッド６０がスプラッシュガード３０よりも外方の待機位置にて待機しているときも洗浄ヘッド６０には洗浄液が供給され続けており、その洗浄液は装置外部に排出され続けている。

基板Ｗの洗浄処理を開始するときには、まず、スプラッシュガード３０が下降してスピンベース１１がスプラッシュガード３０よりも上方に出た状態にて、スピンベース１１に処理対象の基板Ｗが渡される。続いて、スプラッシュガード３０が上述の排液位置まで上昇する。そして、ヘッド駆動部５０が洗浄ヘッド６０をスプラッシュガード３０よりも外方の待機位置からスピンベース１１に保持された基板Ｗの上方の洗浄領域の洗浄処理位置に向けて移動させる。ここで、洗浄処理位置に向けて移動される洗浄ヘッド６０がスピンベース１１に保持された基板Ｗの上方の洗浄領域に到達する前にストップバルブ７６を閉止して洗浄ヘッド６０から洗浄液吐出を開始する。従って、洗浄ヘッド６０は、洗浄液を吐出しつつ、基板Ｗの上方に到達することとなる。洗浄処理位置においては、洗浄ヘッド６０の複数の吐出孔６４の下端と基板Ｗ上面との間隔が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とされる。

図５は、洗浄処理位置における洗浄ヘッド６０からの洗浄液吐出を模式的に示す図である。洗浄処理時に、高圧ポンプ７２によって洗浄ヘッド６０の流路６２に流入口６６から洗浄液を加圧供給しつつ、ストップバルブ７６を閉止すると、排出配管７５からの洗浄液排出が停止され、洗浄ヘッド６０の内部（流路６２）における洗浄液の液圧が上昇する。このときの、洗浄ヘッド６０の内部の液圧は１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下となる。

洗浄ヘッド６０の内部の液圧が上昇することによって、孔径が１０μｍ〜５０μｍの８０個の吐出孔６４から洗浄液が加圧によって押し出される。図５に示すように、各吐出孔６４から押し出された洗浄液は連続した液柱８０を形成し、その液柱８０の状態のまま基板Ｗの上面に供給される。ここで、「液柱」とは、飛散することなく落下する液体が形成する連続した液流である。すなわち、洗浄ヘッド６０の吐出孔６４から押し出された洗浄液は途中で途切れたり、球状の液滴を形成することなく、連続した液流のまま基板Ｗに供給されるのである。従って、洗浄処理時に洗浄ヘッド６０が基板Ｗに与える物理力は常に一定となる。

吐出孔６４の孔径を１０μｍ以上５０μｍ以下としているのは、液柱８０に洗浄能力を付与しつつも、液柱８０が基板Ｗに与える物理的ダメージを最小限に抑制するためである。すなわち、吐出孔６４の孔径が１０μｍより小さいと、液柱８０が形成できたとしても、その物理力が過小となり、必要なパーティクル除去能力を確保することが困難となる。また、孔径が小さすぎるために、吐出孔６４からの洗浄液の押し出しが困難ともなる。一方、吐出孔６４の孔径が５０μｍより大きいと、液柱８０の物理力も大きくなり、基板Ｗに与える物理的ダメージが大きくなってパターンを損傷するおそれがある。このため、８０個の吐出孔６４のそれぞれの孔径を１０μｍ以上５０μｍ以下としている。特に、近年の微細なパターンの損傷をも確実に防止するためには、吐出孔６４の孔径を１０μｍ以上１５μｍ以下とすることが好ましい。また、孔径が１０μｍ以上５０μｍ以下の吐出孔６４から洗浄液を押し出して液柱８０を形成するためには、洗浄ヘッド６０の内部の液圧を１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、好ましくは２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下とする必要がある。

また、洗浄処理時における８０個の吐出孔６４とスピンベース１１に保持された基板Ｗとの距離ｄを１ｍｍ以上１０ｍｍ以下としているのは次の理由による。吐出孔６４と基板Ｗとの距離ｄが１０ｍｍより大きくなると、吐出孔６４から押し出された洗浄液が連続した液柱８０の状態を維持できなくなって液滴を形成する。すなわち、吐出孔６４から押し出された洗浄液が液柱８０の状態を維持できるのは短時間であり、吐出孔６４と基板Ｗとが離れすぎると、液柱８０が分散して洗浄液の表面張力により球状の液滴が生成される。このような洗浄液の液滴が生成されると洗浄ヘッド６０が基板Ｗに与える物理力を一定にすることは困難となる。一方、吐出孔６４と基板Ｗとの距離ｄが１ｍｍより小さくなると、基板Ｗ上に供給された洗浄液と洗浄ヘッド６０の底面とが接触して液柱８０が形成されなくなるおそれがある。このため、洗浄処理時における８０個の吐出孔６４と基板Ｗとの距離ｄを１ｍｍ以上１０ｍｍ以下としている。

これらの条件の下で、８０個の吐出孔６４から押し出された洗浄液は８０本の液柱８０を形成して基板Ｗに供給される。それら液柱８０の流速は１０ｍ毎秒以上１００ｍ毎秒以下となる。基板Ｗに供給される液柱８０の流速が１０ｍ毎秒より小さいと十分な洗浄能力を得ることができない。逆に、液柱８０の流速が１００ｍ毎秒より大きいと基板Ｗに与える物理的ダメージが過大となる。

また、洗浄処理時には、回転保持部１０によって基板Ｗが回転されるとともに、ヘッド駆動部５０によって洗浄ヘッド６０が基板Ｗの中心部上方と端縁部上方との間で揺動（往復スキャン）されて洗浄処理が進行する（図６参照）。このときに、処理液ノズル１８から基板Ｗの下面に向けて洗浄液を吐出しても良い。基板Ｗを回転させつつ洗浄ヘッド６０を基板Ｗの中心上方と端縁部上方との間で往復スキャンさせ、その洗浄ヘッド６０の８０個の吐出孔６４から継続して洗浄液の液柱８０を基板Ｗ上面に供給し続けることにより基板Ｗ全面の洗浄処理が進行する。

本実施形態においては、孔径が１０μｍ〜５０μｍの吐出孔６４から流速が１０ｍ毎秒〜１００ｍ毎秒となる連続した液流である液柱８０を基板Ｗの上面に供給しており、基板Ｗに大きな物理的ダメージを与えることなくパーティクルを除去することができる。ここで重要なことは、本実施形態の基板洗浄装置１では洗浄液が連続した液流である液柱８０として基板Ｗに供給され続けることである。これにより、洗浄ヘッド６０が基板Ｗに与える物理力、つまり基板Ｗが液柱８０から受ける物理力は常に一定となる。しかも、その物理力の分布は極めて狭い。その結果、基板Ｗの主面の単位面積が単位時間当たりに受ける運動エネルギーも一定となる。

一般に洗浄ツールが基板に与える物理力が過大であるとパターンにダメージを与え、過小であると洗浄能力も低い。従来の洗浄ツールが基板に与える物理力は、仮に平均値が一定であったとしても、物理力の分布が広かった。例えば、特許文献１に開示されるようないわゆる二流体ノズルの場合、パーティクル除去に寄与しない無駄な液滴が存在する一方、パターンにダメージを与えるような有害な液滴も存在していた。

本実施形態の洗浄ヘッド６０が基板Ｗに与える物理力は常に一定で、しかもその分布は極めて狭い。このことは、パーティクル除去に寄与しない無駄な洗浄液および基板Ｗに大きな物理的ダメージを与えるような有害な洗浄液はほぼ皆無であることを意味している。従って、基板洗浄装置１は、高いパーティクル除去能力を維持しつつも、基板Ｗに与える物理的ダメージを最小限に抑制するこことができる。すなわち、基板洗浄装置１は、高いパーティクル除去能力と物理的ダメージの抑制とを両立することができるのである。

また、本実施形態においては、洗浄ヘッド６０に２０個×４列の８０個の吐出孔６４を穿設しているが、洗浄ヘッド６０に設ける吐出孔６４の数は６０個以上２００個以下であれば良い。洗浄ヘッド６０に設けられた吐出孔６４が６０個未満であると、基板Ｗの全面を洗浄するのに必要な時間が長くなり、枚葉式の基板洗浄装置１に許容される１枚当たりの処理時間内に収まらなくなる。一方、均質な吐出孔６４を２００個を超えて洗浄ヘッド６０に設けることは難しく、また２００個を超える吐出孔６４の全てに均等に液圧を加えることは困難である。このため、洗浄ヘッド６０に設ける吐出孔６４の総数は６０個以上２００個以下としている。洗浄ヘッド６０に穿設された６０個以上２００個以下の吐出孔６４から押し出される洗浄液の総流量は５ｍＬ（ミリリットル）毎分以上５００ｍＬ毎分以下となる。

以上のようにして基板Ｗ全面の洗浄処理が終了した後、ヘッド駆動部５０によって洗浄ヘッド６０が洗浄処理位置から待避位置まで移動される。この移動過程において、洗浄ヘッド６０が基板Ｗの上方の洗浄領域から外側に移動した後に、ストップバルブ７６が開放される。高圧ポンプ７２によって流路６２に洗浄液を加圧供給したままであっても、ストップバルブ７６が開放されると洗浄液は排出配管７５から排出されるため洗浄ヘッド６０から洗浄液吐出は停止される。これにより洗浄ヘッド６０内部のディスペンス処理が行われる。なお、吐出孔６４の孔径は１０μｍ〜５０μｍと相当に小さいため流体の通過抵抗が排出配管７５に比較して著しく大きく、ストップバルブ７６が開放されている状態で吐出孔６４から洗浄液が吐出することはない。

続いて、基板Ｗの回転数を上昇させて基板Ｗの乾燥処理が実行される。乾燥処理が終了した後、基板Ｗの回転が停止するとともに、スプラッシュガード３０が下降し、処理後の基板Ｗがスピンベース１１から搬出される。これにより、基板洗浄装置１における一連の処理動作が終了する。なお、洗浄および乾燥処理中におけるスプラッシュガード３０の位置は、洗浄液の回収または排液の必要性に応じて適宜変更することが好ましい。

ところで、上述したように、本実施形態においては、洗浄処理開始時にヘッド駆動部５０によって洗浄処理位置に向けて移動される洗浄ヘッド６０がスピンベース１１に保持された基板Ｗの上方の洗浄領域に到達する前にストップバルブ７６を閉止して洗浄ヘッド６０から洗浄液吐出を開始している。洗浄処理位置（洗浄領域）とは、図６に示すように、基板Ｗの中心部上方から端縁部上方までの位置であり、デバイス形成の有効領域である。この洗浄処理位置に向けて移動される洗浄ヘッド６０が基板Ｗの上方の洗浄領域に到達する前（より厳密には基板Ｗの端縁部上方に到達する前）に洗浄液吐出を開始するのは、吐出開始時点の瞬間に基板Ｗに与えるダメージが定常状態より大きいためである。すなわち、洗浄液を連続した液流である液柱８０として基板Ｗに供給する基板洗浄装置１では、液柱８０を継続して供給し続けている間は基板Ｗに与える物理力が一定となるのであるが、洗浄ヘッド６０から洗浄液吐出を開始した最初の瞬間はより大きな物理力を基板Ｗに与えることとなり、物理的ダメージも大きくなる。このため、洗浄ヘッド６０が基板Ｗの上方に到達する前に吐出孔６４から洗浄液吐出を開始しているのである。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、洗浄ヘッド６０に２０個の吐出孔６４を４列配置していたが、洗浄ヘッド６０に設ける吐出孔６４の配列形態はこれに限定されるものではなく、吐出孔６４の総数が６０個以上２００個以下の範囲内であれば任意の配列形態を採用することができる。例えば、６０個以上２００個以下の吐出孔６４を規則性の無いランダムな配置に設けるようにしても良い。

また、洗浄ヘッド６０の筒状体６１の形状は四角柱形状に限定されるものではなく、他の筒形状であっても良い。例えば、洗浄ヘッド６０の筒状体６１は円筒形状であっても良いし、三角柱形状であっても良い。形状に関わらず、筒状体６１の壁面に孔径が１０μｍ〜５０μｍの複数の吐出孔６４を穿設するとともに、一端から高圧ポンプ７２によって洗浄液を加圧供給しつつ他端をストップバルブ７６にて閉止することにより、上記実施形態と同様に、吐出孔６４から洗浄液が押し出されて液柱８０が形成される。

また、本発明に係る基板洗浄装置によって処理対象となる基板は半導体基板に限定されるものではなく、液晶表示装置などに用いるガラス基板であっても良い。

また、基板洗浄装置１の全体構成は、図１の形態に限定されるものではなく、例えば、洗浄処理後の基板Ｗに窒素ガスを噴出して乾燥させるガスノズルを設けるようにしても良い。

１基板洗浄装置
１０回転保持部
１１スピンベース
２０処理カップ
３０スプラッシュガード
５０ヘッド駆動部
６０洗浄ヘッド
６１筒状体
６２流路
６４吐出孔
６６流入口
６７流出口
７２高圧ポンプ
７３フィルター
７６ストップバルブ
８０液柱
９０制御部
Ｗ基板

Claims

基板に洗浄液を吐出して洗浄処理を行う基板洗浄装置であって、
基板を保持する保持手段と、
複数の吐出孔が穿設された洗浄ヘッドと、
前記洗浄ヘッドの内部に洗浄液を加圧供給する加圧手段と、
を備え、
前記複数の吐出孔のそれぞれの孔径は１０μｍ以上５０μｍ以下であり、
前記加圧手段によって洗浄液が加圧供給されているときの前記洗浄ヘッドの内部の液圧は１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であり、
前記保持手段に保持された基板と前記複数の吐出孔との洗浄処理時の距離は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする基板洗浄装置
請求項１記載の基板洗浄装置において、
前記複数の吐出孔のそれぞれの孔径は１０μｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とする基板洗浄装置。
請求項１または請求項２記載の基板洗浄装置において、
前記洗浄ヘッドに６０個以上２００個以下の吐出孔が穿設されることを特徴とする基板洗浄装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の基板洗浄装置において、
前記洗浄ヘッドの内部を貫通して洗浄液の流路が設けられ、
前記複数の吐出孔は前記流路と連通し、
前記流路の流出口にはストップバルブが接続され、
洗浄処理時には、前記加圧手段によって前記流路の流入口から洗浄液を加圧供給しつつ前記ストップバルブを閉止することを特徴とする基板洗浄装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の基板洗浄装置において、
前記保持手段に保持された基板の上方の処理位置とその上方から外れた待機位置との間で前記洗浄ヘッドを移動させるヘッド移動手段をさらに備え、
洗浄処理開始時に前記ヘッド移動手段によって前記処理位置に向けて移動される前記洗浄ヘッドが前記保持手段に保持された基板の洗浄領域に到達する前に前記ストップバルブを閉止することを特徴とする基板洗浄装置。
基板に洗浄液を吐出して洗浄処理を行う基板洗浄方法であって、
複数の吐出孔が穿設された洗浄ヘッドに加圧供給された洗浄液が前記複数の吐出孔から押し出されて連続した液柱状態を維持しつつ基板に供給されることを特徴とする基板洗浄方法。
請求項６記載の基板洗浄方法において、
前記複数の吐出孔から押し出された洗浄液の液柱の流速は１０ｍ毎秒以上１００ｍ毎秒以下であることを特徴とする基板洗浄方法。
請求項６または請求項７記載の基板洗浄方法において、
前記複数の吐出孔から押し出された洗浄液の総流量は５ｍＬ毎分以上５００ｍＬ毎分以下であることを特徴とする基板洗浄方法。
請求項８記載の基板洗浄方法において、
６０個以上２００個以下の吐出孔から洗浄液が押し出されることを特徴とする基板洗浄方法。
請求項６から請求項９のいずれかに記載の基板洗浄方法において、
洗浄処理開始時に前記洗浄ヘッドが基板の洗浄領域に到達する前に前記複数の吐出孔からの洗浄液吐出を開始することを特徴とする基板洗浄方法。