JP4455280B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置（ＬＣＤ）用ガラス基板、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）用ガラス基板、プリント基板、電子デバイス基板等の基板の主面へ氷の微粒子を含む処理液を供給して、基板の洗浄等の処理を行う基板処理方法、および、その方法を実施するために使用される基板処理装置に関する。

例えば、ＬＣＤ、ＰＤＰ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造装置における基板の洗浄は、エキシマレーザのＵＶ照射による有機物汚染の除去→ロールブラシを使用したスクラブ洗浄による１μｍ以上の汚染物質の除去→置換洗浄による薬液洗浄後の薬液の除去→２流体洗浄による精密洗浄→最終水洗による仕上げ洗浄といったような一連の工程で行われる。また、近年では、ロールブラシ洗浄に代えて、液体中に氷の微粒子が分散してシャーベット状の懸濁液となった状態の氷スラリーを調製し、ノズルから氷スラリーを基板の表面へ噴射し氷の微粒子を基板に衝突させて基板を洗浄する、といった洗浄方法も提案され実施されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３３８００２１号公報（第３頁、図１および図２）

氷スラリーを用いた洗浄方法は、ノズルから氷スラリーを基板の表面へ噴射し氷の微粒子を基板に衝突させて氷の微粒子で基板の表面を擦るものであり、洗浄効果を高めるためには、氷スラリーを加圧してノズルから或る程度の圧力で氷スラリーを噴出させる必要がある。ところが、微小な氷粒とは言え固形物を含んだ液体を基板表面の広範囲にわたって均一に分散させることは極めて困難であり、このため、氷スラリーを加圧してノズルから噴出させた際に、基板の表面上の位置によって氷スラリーが基板の表面に衝突するときのエネルギにむらを生じる。特に、近年におけるように基板が大型化すると、基板表面のより広範囲にわたって氷スラリーを拡散させるためには、ノズルからの氷スラリーの吐出圧力を高める必要があるため、氷スラリーをノズルから吐出して基板表面へ均一に分散させることは益々困難となり、氷スラリーが基板の表面に衝突するときのエネルギむらが大きくなる。そして、例えばＬＣＤの製造では、液晶パターン用の金属膜は、アルミニウム（Ａｌ）＋モリブデン（Ｍｏ）などのように物理的に軟らかい金属材料で形成されており、一方、氷スラリー中に含まれる氷粒は或る程度の硬さを有している。このため、氷の微粒子と基板表面との衝突エネルギのむらにより、金属膜が部分的にダメージを受ける、といった問題点がある。

また、純水から製造された氷スラリーは、配管内を流れてノズルへ送給されるときに静電気が発生して帯電する、といったことが起こる。そして、静電気に帯電した氷スラリーがノズルから基板の表面へ噴射されると、基板面に形成された微細なパターンやデバイスが静電気によって破壊される恐れがある。この静電気による微細パターンやデバイスの破壊が製品の歩留まり低下の要因となっているが、近年におけるディスプレの高精細化の傾向の下において、また、低温ポリシリコンが製造される現況などにおいて、基板上の微細なパターンやデバイスに対する静電気による影響が重大な問題となっている。

この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、氷の微粒子を含む処理液を基板の表面へ供給して基板の洗浄等の処理を行う場合において、基板上に形成された金属膜等の被膜にダメージを与えることがなく、また、静電気によって基板上の微細なパターンやデバイスの破壊を引き起こすこともない基板処理方法、および、その方法を好適に実施することができる基板処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、基板の主面へ処理液を供給して基板を処理する基板処理方法において、基板を支持して水平方向へ搬送しつつ、二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む処理液を基板の主面へ供給し、その処理液を基板の主面上で掻き混ぜ部材によって掻き混ぜることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の基板処理方法において、基板の処理が洗浄処理であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、基板の主面へ処理液を供給して基板を処理する基板処理装置において、基板を支持して水平方向へ搬送する基板搬送手段と、この基板搬送手段によって搬送される基板の主面へ、二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む処理液を供給する処理液供給手段と、基板の主面上で二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む処理液を掻き混ぜる掻き混ぜ部材とを備えたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の基板処理装置において、前記処理液供給手段が、純水中に二酸化炭素を溶解させた二酸化炭素水溶液を冷却して、二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む処理液を調製する処理液調製手段を備えたことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の基板処理装置において、前記処理液調製手段が、純水中に二酸化炭素を溶解させて二酸化炭素水溶液を調製する二酸化炭素水溶液調製手段を備えたことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の基板処理装置において、基板の処理が洗浄処理であることを特徴とする。

請求項１に係る発明の基板処理方法によると、例えば洗浄処理では、氷の微粒子が基板の主面に衝突する力によって汚染物質が基板上から除去されるのではなく、基板の主面へ供給された氷の微粒子を含む処理液が基板の主面上で掻き混ぜ部材によって掻き混ぜられることにより、基板表面の凹部などに存在するパーティクル等の汚染物質が氷の微粒子によって掻き出され、汚染物質が処理液と共に基板の主面上から流出して除去される。このため、氷の微粒子を含む処理液を加圧してノズルから噴出させる必要が無い。また、氷の微粒子を含む処理液を加圧してノズルから噴出させる場合においても、二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む処理液は、純水中に二酸化炭素を溶解させた二酸化炭素水溶液を冷却して製造されるので、純水のみを冷却して製造される氷の微粒子に比べて軟らかく、このため、基板の表面上の位置によって氷の微粒子が基板の表面に衝突するときのエネルギに多少のむらがあっても、例えば液晶パターン用の金属膜が部分的にダメージを受ける、といったことが防止される。また、氷の微粒子を含む処理液中には二酸化炭素が溶解しているので、純水に比べて処理液の比抵抗値が小さい。このため、二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む処理液は、配管内を流れてノズルへ送給されるときに静電気が発生しにくく、基板の主面へ供給されたときに基板上の微細なパターンやデバイスが静電気によって破壊される、といった心配が無い。
したがって、請求項１に係る発明の基板処理方法によると、氷の微粒子を含む処理液が基板の表面に衝突するときのエネルギむらによって処理むらを生じる、といった可能性が無くなり、均一な基板処理を行うことができ、また、基板上に形成された金属膜等の被膜にダメージを与えることがなく、さらに、静電気によって基板上の微細なパターンやデバイスを破壊することもない。

請求項２に係る発明の基板処理方法では、氷の微粒子を含む処理液が基板の主面へ供給されることにより、基板表面の凹部などに存在するパーティクル等の汚染物質が基板の主面上から除去される。

請求項３に係る発明の基板処理装置においては、例えば洗浄処理では、氷の微粒子が基板の主面に衝突する力によって汚染物質が基板上から除去されるのではなく、処理液供給手段によって基板の主面へ供給された氷の微粒子を含む処理液が基板の主面上で掻き混ぜ部材によって掻き混ぜられることにより、基板表面の凹部などに存在するパーティクル等の汚染物質が氷の微粒子によって掻き出され、汚染物質が処理液と共に基板の主面上から流出して除去される。このため、氷の微粒子を含む処理液を加圧してノズルから噴出させる必要が無い。また、氷の微粒子を含む処理液を加圧してノズルから噴出させる場合においても、処理液供給手段によって基板の主面へ供給される氷の微粒子を含む処理液は、純水中に二酸化炭素を溶解させた二酸化炭素水溶液を冷却して製造されるので、純水のみを冷却して製造される氷の微粒子に比べて軟らかく、このため、基板の表面上の位置によって氷の微粒子が基板の表面に衝突するときのエネルギに多少のむらがあっても、例えば液晶パターン用の金属膜が部分的にダメージを受ける、といったことが防止される。また、氷の微粒子を含む処理液中には二酸化炭素が溶解しているので、純水に比べて処理液の比抵抗値が小さい。このため、基板の主面へ供給される氷の微粒子を含む処理液は、配管内を流れてノズルへ送給されるときに静電気が発生しにくく、基板の主面へ供給されたときに基板上の微細なパターンやデバイスが静電気によって破壊される、といった心配が無い。
したがって、請求項３に係る発明の基板処理装置を使用すると、氷の微粒子を含む処理液が基板の表面に衝突するときのエネルギむらによって処理むらを生じる、といった可能性が無くなり、均一な基板処理を行うことができ、また、基板上に形成された金属膜等の被膜にダメージを与えることがなく、さらに、静電気によって基板上の微細なパターンやデバイスを破壊することもない。

請求項４に係る発明の基板処理装置では、処理液供給手段における処理液調製手段により、純水中に二酸化炭素を溶解させた二酸化炭素水溶液が冷却されて、二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む処理液が調製される。

請求項５に係る発明の基板処理装置では、処理液調製手段における二酸化炭素水溶液調製手段により、純水中に二酸化炭素が溶解させられて二酸化炭素水溶液が調製される。

請求項６に係る発明の基板処理装置では、氷の微粒子を含む処理液が基板の主面へ供給されることにより、基板表面の凹部などに存在するパーティクル等の汚染物質が基板の主面上から除去される。

以下、この発明の最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１ないし図４は、この発明の実施形態の１例を示し、図１は、基板処理装置、この例では基板洗浄装置の概略構成を示す要部斜視図であり、図２は、その正面図であり、図３は、その側面図であり、図４は、この基板洗浄装置の構成要素の１つである製氷・送液部の構成を示す概略断面図である。

この基板洗浄装置は、互いに平行に並設された複数の搬送ローラ１０から構成され基板Ｗを傾斜姿勢に支持してその傾斜方向と直交する方向でかつ水平方向へ基板Ｗを搬送するローラコンベア（図１および図３には図示を省略）、このローラコンベアによって搬送される基板Ｗの主面へ、二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む処理液（以下、「氷スラリー」という）を供給するノズル１２、および、基板Ｗの主面上で氷スラリーを掻き混ぜる平面ブラシ１４を備えて構成されている。ノズル１２は、基板Ｗの、その搬送方向と直交する幅方向の寸法とほぼ同等の長さを有し、基板Ｗの直上位置に、基板搬送方向と交叉するようにかつ基板Ｗの傾斜に沿うように配設されている。ノズル１２の下端面には、その長手方向にスリット状流出口が形設されており、そのスリット状流出口から氷スラリーがほとんど加圧されていない状態で流出するようになっている。このノズル１２には、その内部に形成された流路に連通するように配管１６が接続されており、ノズル１２は、その配管１６を通して後述する製氷・送液部２０（図４参照）に流路接続されている。

平面ブラシ１４は、ノズル１２の設置位置より基板搬送方向における前方側にかつノズル１２の近くに設置されており、その下面にモヘア、ナイロンなどの毛１８が平面状に植設されている。この平面ブラシ１４は、基板Ｗの幅方向の寸法とほぼ同等の長さを有し、基板Ｗの直上位置に、基板搬送方向と交叉するようにかつ基板Ｗの傾斜に沿うように配設されている。また、図示を省略しているが、平面ブラシ１４は、毛１８の先端が基板Ｗの主面に接触もしくは近接するように支持・移動機構に支持され、支持・移動機構によって長手方向へ基板Ｗの全幅にわたり往復移動させられるようになっている。

氷スラリーを調製してノズル１２へ送る製氷・送液部２０は、図４に示すように、二重壁構造に形成されて円筒状の内周壁面を有し二酸化炭素水溶液の供給口２４および氷スラリーの排出口２６が形設された容器２２を備えている。容器２２の排出口２６は、ノズル１２に流路接続された氷スラリー送液用の配管１６に連通して接続されている。容器２２の供給口２４は、二酸化炭素水溶液供給用の配管２８に連通して接続されており、配管２８の端部は、二酸化炭素水溶液の調製槽３０の内部に挿入されている。また、配管２８には、ポンプ３２、フィルタ３４および開閉弁３６がそれぞれ介挿して設けられている。調製槽３０は密閉構造であり、この調製槽３０に、純水供給源に流路接続され開閉弁４０が介挿された純水供給管３８の供給口が連通接続されている。また、調製槽３０の内部には、炭酸ガス供給源に流路接続された炭酸ガス供給管４２の先端部が挿入されており、炭酸ガス供給管４２の先端の吹出し口が調製槽３０の内底面付近に配置されている。炭酸ガス供給管４２には、開閉制御弁４４および流量調整弁４６がそれぞれ介挿して設けられている。

容器２２の内壁と外壁との間の空間には、不凍液４８が充填されている。不凍液４８は、容器２２の二重壁内とチラー（冷却装置）５０との間で循環させられており、チラー５０によって氷点以下の温度に冷却され、容器２２の内周壁面が凝固点以下の温度に冷却保持されている。容器２２の内部には、その軸心位置に回転支軸５２が挿通されており、回転支軸５２にスクリュー刃５４が固着されている。回転支軸５２は、容器２２の外部に延設された端部がモータ５６の回転軸に連結されている。スクリュー刃５４は、容器２２の内周壁面に近接する外周刃先を有している。そして、モータ５６によって回転支軸５２が回転させられることにより、スクリュー刃５４は、外周刃先を容器２２の内周壁面に近接させながら回転するようになっている。

この製氷・送液部２０においては、純水供給管３８を通して調製槽３０内へ純水が供給されて、調製槽３０内に純水が貯留される。また、炭酸ガス供給管４２に設けられた開閉制御弁４４を開くことにより、炭酸ガス供給管４２を通して調製槽３０内へ炭酸ガスが供給される。調製槽３０内へ供給された炭酸ガスは、炭酸ガス供給管４２先端の吹出し口から調製槽３０内の純水中に噴出してバブリングされ、純水中に二酸化炭素が溶解した二酸化炭素水溶液が調製される。このとき、調製槽３０内の純水を冷却して、低温の純水中で炭酸ガスをバブリングするようにすると、より多くの二酸化炭素を純水中に溶解させることができ、二酸化炭素水溶液の抵抗値をより下げることができる。

調製槽３０内において調製された二酸化炭素水溶液は、ポンプ３２により配管２８を通して容器２２の供給口２４へ供給される。二酸化炭素水溶液が供給口２４を通って容器２２内へ流入すると、その二酸化炭素水溶液の一部が容器２２の内周壁面で冷却されて氷結し、容器２２の内周壁面に析出し成長した氷結晶が、スクリュー刃５４の外周刃先によって掻き取られる。そして、容器２２の内周壁面から掻き取られた氷結晶は、処理液中に拡散して、二酸化炭素が溶解した氷スラリーが調製される。また、氷スラリー中の氷の微粒子は、例えば１μｍ〜２００μｍ程度の粒径であり、洗浄しようとする基板Ｗの表面に形成されたパターンの線幅や溝幅に応じて、容器２２の内周壁面における冷却温度、スクリュー刃５４の回転速度、容器２２内への二酸化炭素水溶液の供給流量等の条件を適宜設定することにより、氷の微粒子の粒径を調節するようにすればよい。容器２２の内部で調製された氷スラリーは、スクリュー刃５４の螺旋的回転運動による推進力を得て、容器２２内から排出口２６を通して排出され、配管１６を通ってノズル１２へ送られる。そして、この製氷・送液部２０によると、脈動の無い静かな氷スラリーの移送が可能となる。また、この製氷・送液部２０は、それほど設置スペースを必要とせず、ノズル１２の近傍に設置することが可能であり、その分、配管１６の長さも短くすることができる。

上記した構成を有する基板洗浄装置においては、製氷・送液部２０で調製されてノズル１２へ送られた氷スラリーは、特に加圧されることなくノズル１２のスリット状流出口から流出して、ローラコンベアによって傾斜姿勢で水平方向へ搬送される基板Ｗの主面へ供給される。基板Ｗの主面へ供給された氷スラリーは、基板Ｗの傾斜に沿って流下しながら、基板搬送方向と交叉する方向へ往復移動する平面ブラシ１４によって基板Ｗの主面上で掻き混ぜられ、基板Ｗの低位置側の端縁から自然に流出する。この際、氷スラリーが平面ブラシ１４によって基板Ｗの主面上で掻き混ぜられることにより、基板Ｗの表面の凹部などに存在するパーティクル等の汚染物質が氷スラリー中の氷の微粒子によって掻き出され、汚染物質が氷スラリーおよびその融解水と共に基板Ｗの主面上から流出して除去される。また、氷スラリーは、二酸化炭素水溶液を冷却して製造されているので、氷スラリー中の氷の微粒子が比較的軟らかく、このため、平面ブラシ１４の揺動速度（平面ブラシ１４に代えてロールブラシを用いる場合は回転速度）をより大きくすることができ、平面ブラシ１４による洗浄性能をより高めることができる。さらに、氷スラリー中には二酸化炭素が溶解しているので、氷スラリーの比抵抗値が比較的小さい。このため、氷スラリーが配管１６内を流れてノズル１２へ送給されるときに静電気が発生しにくく、氷スラリーが基板Ｗの主面へ供給されたときに基板Ｗ上の微細なパターンやデバイスが静電気によって破壊される、といった心配が無い。そして、氷スラリーは低温であるため、二酸化炭素は液中に長く溶存したままの状態で維持される。

なお、この装置では、上記したように氷スラリーを加圧することなくノズル１２から基板Ｗの主面へ供給すればよいが、氷スラリーを加圧してノズル１２から基板Ｗの主面へ吐出するようにしても、氷スラリーが二酸化炭素水溶液を冷却して製造されているので、氷スラリー中の氷の微粒子は比較的軟らかい。このため、基板Ｗの主面へ吐出された氷スラリー中の氷の微粒子によって、例えば液晶パターン用の金属膜が部分的にダメージを受ける、といった心配が無い。

上記した実施形態では、ノズル１２を基板搬送方向と交叉するようにかつ基板Ｗの傾斜に沿うように配設したが、ノズルを、傾斜した基板の高位置側の端縁部の直上位置に基板搬送方向に沿って配設するようにしてもよい。また、上記実施形態では、基板Ｗを傾斜姿勢に支持して水平方向へ搬送しながら、ノズル１２から基板Ｗの主面へ氷スラリーを供給し、平面ブラシ１４によって基板Ｗの主面上で氷スラリーを掻き混ぜるようにしたが、基板Ｗのサイズがそれほど大きくないときには、基板Ｗを水平姿勢に支持して水平方向へ搬送しながら、ノズル１２から基板Ｗの主面へ氷スラリーを供給して平面ブラシ１４で氷スラリーを掻き混ぜるようにし、その後に、基板Ｗを傾斜させて水洗処理するようにしてもよい。さらに、上記実施形態では、平面ブラシ１４によって基板Ｗの主面上で氷スラリーを掻き混ぜるようにしたが、平面ブラシ１４に代えてロールブラシ等を用いるようにしてもよい。

また、図４に示した構成の製氷・送液部２０は、調製槽３０に、炭酸ガス供給管４２を挿入するための孔を形設するだけでよいので、その製作が容易であり、このため実用的であるが、製氷・送液部２０の構成は、図４に示したものに限らない。例えば、製氷部において二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む氷スラリーを調製し、その調製された氷スラリーをバッファタンク内に貯留して、バッファタンク内で氷スラリーを静かに攪拌しながら、バッファタンク内からノズル１２へポンプで氷スラリーを送液するようにしてもよい。また、調製槽３０を設けずに、炭酸ガス供給管４２を容器２２に直接に連通接続して容器２２内へ炭酸ガスを供給し、容器２２内の純水中に炭酸ガスを噴出させてバブリングすることにより、二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む氷スラリーを容器２２内で調製するようにしてもよい。このときは、容器２２内の純水が冷却され低温となっているので、より多くの二酸化炭素を純水中に溶解させることができる。さらに、純水中に二酸化炭素を溶解させて二酸化炭素水溶液を調製する手段は、上記実施形態で説明したように純水中で炭酸ガスをバブリングする構成に限らず、例えば、製氷部に流路接続された純水供給管の途中にガス溶解モジュールを介挿して設置し、ガス溶解モジュールに、炭酸ガス供給源に流路接続された炭酸ガス供給管を接続して、ガス溶解モジュール内を通過する純水中に二酸化炭素を溶解させるようにしてもよい。また、ガス溶解モジュールを、製氷部とノズル１２とを流路接続する配管１６の途中に介挿して設置するようにしてもよく、この場合には、容器２２内で調製された低温の氷スラリー中に二酸化炭素を溶解させることになるので、より多くの二酸化炭素を氷スラリー中に溶解させることができる。

なお、上記した各実施形態では、基板を洗浄する処理について説明したが、この発明は、洗浄以外の基板の処理についても適用し得るものである。

この発明の実施形態の１例を示し、基板洗浄装置の概略構成を示す要部斜視図である。 図１に示した基板洗浄装置の要部正面図である。 図１に示した基板洗浄装置の要部側面図である。 図１に示した基板洗浄装置の構成要素の１つである製氷・送液部の構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ 搬送ローラ
１２ ノズル
１４ 平面ブラシ
１６ 氷スラリー送液用の配管
２０ 製氷・送液部
２２ 容器
２４ 二酸化炭素水溶液の供給口
２６ 氷スラリーの排出口
２８ 二酸化炭素水溶液供給用の配管
３０ 調製槽
３２ ポンプ
３８ 純水供給管
４２ 炭酸ガス供給管
４８ 不凍液
５０ チラー（冷却装置）
５２ 回転支軸
５４ スクリュー刃
５６ モータ
Ｗ 基板

Claims (6)

1. 基板の主面へ処理液を供給して基板を処理する基板処理方法において、
   基板を支持して水平方向へ搬送しつつ、二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む処理液を基板の主面へ供給し、その処理液を基板の主面上で掻き混ぜ部材によって掻き混ぜることを特徴とする基板処理方法。
2. 請求項１に記載の基板処理方法において、基板の処理が洗浄処理であることを特徴とする基板処理方法。
3. 基板の主面へ処理液を供給して基板を処理する基板処理装置において、
   基板を支持して水平方向へ搬送する基板搬送手段と、
   この基板搬送手段によって搬送される基板の主面へ、二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む処理液を供給する処理液供給手段と、
   基板の主面上で二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む処理液を掻き混ぜる掻き混ぜ部材と、
   を備えたことを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項３に記載の基板処理装置において、
   前記処理液供給手段が、純水中に二酸化炭素を溶解させた二酸化炭素水溶液を冷却して、二酸化炭素が溶解し氷の微粒子を含む処理液を調製する処理液調製手段を備えたことを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項４に記載の基板処理装置において、
   前記処理液調製手段が、純水中に二酸化炭素を溶解させて二酸化炭素水溶液を調製する二酸化炭素水溶液調製手段を備えたことを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の基板処理装置において、基板の処理が洗浄処理であることを特徴とする基板処理装置。

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