(57)【要約】【課題】  高濃度の薬液ではなく純水のみを用い、しかも複数の薬液槽、純水吐出装置などを用いることがなく、かつ基板汚染物の基板表面からの剥離除去と基板外への排除とを連続して行い得る基板洗浄方法および基板洗浄装置を提供する。【解決手段】  水平面２に対して傾斜角度θ１をなすように基板１を傾斜姿勢で保持し、この基板１の被洗浄面１ａに、被洗浄面１ａから間隔ｄ１を開けて純水噴射手段３から加圧状態にある純水を噴射し、被洗浄面１ａ上において上部から下部へ一方向に流れる液膜７を発生させ、被洗浄面１ａに付着する基板汚染物を除去する。【選択図】      図１
2006122784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面に対して角度をなすように載置される基板の被洗浄面に、被洗浄面から間隔を開けた純水噴射位置から加圧状態にある純水を噴射し、純水の被洗浄面上における上部から下部への一方向の流れである液膜を発生させ、被洗浄面の基板汚染物を除去することを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
基板汚染物が微粒子、金属粒子、金属化合物および有機物から選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする請求項１記載の基板洗浄方法。
【請求項３】
水平面に対して基板のなす角度が５度以上９０度以下であることを特徴とする請求項１または２記載の基板洗浄方法。
【請求項４】
液膜の厚みが１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の基板洗浄方法。
【請求項５】
基板の被洗浄面と純水噴射位置との間隔が１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の基板洗浄方法。
【請求項６】
水平面に対して角度をなすように載置される基板の被洗浄面上において、純水の被洗浄面上における上部から下部への一方向の流れである液膜を発生させ、基板の被洗浄面に付着する基板汚染物を除去する基板洗浄装置であって、
基板を、水平面に対して角度をなす姿勢で保持する基板保持手段と、
基板保持手段に保持される基板の被洗浄面に対して間隔を開けて設けられ、被洗浄面に加圧状態にある純水を噴射する純水噴射手段とを含むことを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項７】
純水噴射手段が、複数の直径２００μｍ以下の純水噴射孔を有し、かつ純水噴射孔が一直線上に配列するように形成されてなるノズルであることを特徴とする請求項６記載の基板洗浄装置。
【請求項８】
純水噴射手段が、開口ギャップ２００μｍ以下のスリットノズルであることを特徴とする請求項６記載の基板洗浄装置。
【請求項９】
純水噴射手段を、基板の被洗浄面に沿って上下動させる移動手段を含むことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の基板洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板洗浄方法および洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体基板などを用いて電子デバイスを製造するに際しては、半導体基板（以後単に「基板」と称す）表面に付着する基板汚染物が電子デバイスの動作不良を引き起こし易いことから、基板表面を洗浄し、表面に付着する基板汚染物を除去することが必要不可欠である。基板汚染物としては、たとえば、微粒子（パーティクル）、金属粒子、金属化合物、有機物などが挙げられる。また、電子デバイス製造工程においては多種多様な洗浄方法が開発され実用化されているけれども、前記のような基板汚染物の除去には、薬液を用いる洗浄（以後「薬液洗浄」と称す）が一般的である。薬液洗浄は、基板を薬液中に浸漬し、薬液に含まれる有効成分と基板表面の基板汚染物との化学反応を利用して、基板表面の基板汚染物を除去するものであり、その代表例として、ＲＣＡ洗浄法が挙げられる。
【０００３】
しかしながら、前記したように基板汚染物には数種の物質があり、それぞれの化学反応性が異なるので、一度の薬液洗浄で全ての基板汚染物を除去することは困難である。したがって、現状では、薬液を変えて、複数回の薬液洗浄が行なわれる。その場合、複数の薬液槽を用いるかまたは一回の洗浄毎に薬液槽内の薬液を入れ換えることが必要になる。しかしながら、複数の薬液槽を用いると、洗浄設備が大型化および複雑化するという問題が生じる。また、薬液を入れ換えるには、薬液槽自体の洗浄が必要になるので、操作が繁雑になりかつ薬液の入れ換えおよび薬液槽の洗浄に長時間を要するという問題が生じる。また、薬液中には、主に、水酸化アンモニウム、過酸化水素、塩酸、硫酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムなどの、環境に大きな負荷を与える化学物質が高濃度で含まれ、薬液の使用量も多いので、使用済の薬液を処理する設備が必要になる。
【０００４】
このような現状に鑑み、たとえば、基板に向けて液体を吐出しつつ前記液体に超音波を印加して超音波洗浄を行う超音波洗浄手段と、超音波洗浄手段とは異なる位置に設けられ、超音波が印加された液体が基板上に存在する領域に向けて高圧液体を噴射する高圧洗浄手段とを含み、超音波洗浄手段から基板の被洗浄面に吐出され、被洗浄面に沿って流過する超音波印加液体に向けて、高圧洗浄手段が高圧液体を噴射し、超音波洗浄と高圧洗浄とを複合して実施することを特徴とする基板洗浄装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。そして、超音波洗浄手段から吐出される液体および高圧洗浄手段から噴射される液体には、いずれも、超純水が用いられる。特許文献１の基板洗浄装置は、薬液を用いることなく、超音波および圧力という物理的エネルギを付加した純水により、基板表面に付着する微粒子の中でも、相対的に粒径の大きな微粒子を除去するものである。しかしながら、この基板洗浄装置により、基板表面上の微粒子が除去される領域は、主に、超音波が作用する「点」状または「線」状の狭い領域に限定され、基板表面の全ての微粒子をほぼ完全に除去できるわけではない。したがって、微粒子の除去効率を向上させるためには、超音波が作用しない領域の微粒子を基板表面から離反させる装置、基板表面から離反した微粒子を基板面外に排出する装置など、複数の余分な装置が必要になる。さらに特許文献１の基板洗浄装置は、基板表面に付着する相対的に粒径の大きな粒子のみを除去するものであり、それ以外の粒径の小さな微粒子、金属粒子、金属化合物、有機物などの基板汚染物を充分に除去するものではない。したがって、粒径の大きな粒子以外の基板汚染物の除去には、従来と同様に薬液洗浄を複数回実施する必要があり、従来の問題を解決するには至っていない。
【０００５】
また、純水を用いて基板を洗浄する、別形態の基板洗浄装置が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。図１３は基板洗浄装置１００の構成を模式的に示す側面図である。図１４は、基板洗浄装置１００における基板Ｗの搬送姿勢を説明するための矢符１０３の方向から見た側面図である。基板洗浄装置１００は、主に、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどの大型化に伴って要望される大型基板の洗浄を目的とするものであり、洗浄槽１０１内に、基板Ｗを矢符１０３の方向に搬送する搬送ローラ１０２と、基板Ｗ搬送方向の上流側から順に設けられ、基板Ｗに純水を噴射して基板Ｗを洗浄する洗浄部１０４，１０５，１０６，１０７，１０８と、基板Ｗの上方から基板Ｗに対して、その搬送路に交差するようにカーテン状の水流を噴射する水流噴射部１０９，１１０，１１１，１１２，１１３とを含んで構成される。洗浄部１０４は、基板Ｗの下面側に設けられ、基板Ｗをブラシ洗浄する洗浄ブラシ１１４と、低圧の純水を噴射する吐出部１１５，１１６，１１７とを含む。洗浄部１０５は、低圧の純水を噴射する吐出部１１８，１１９を含む。洗浄部１０６は、高圧の純水を噴射する吐出部１２０，１２１を含む。洗浄部１０７は、純水とエア（気体）との混合流体を噴射する吐出部１２２と、高圧の純水を噴射する吐出部１２３とを含む。洗浄部１０８は、純水を噴射する吐出部１２４，１２５を含む。図１４に示すように、基板洗浄装置１００において、基板Ｗは水平線１３０に対して一方の端部の方が他方の端部よりも離反距離が大きい傾斜姿勢で搬送ローラ１０２上に載置され、図１４の紙面に対して垂直方向である矢符１０３の搬送方向に搬送される。
【０００６】
基板洗浄装置１００によれば、基板Ｗを搬送ローラ１０２に載置し、矢符１０３の方向に搬送して多段階洗浄を行うために、その搬送経路に水流噴射部１０９，１１０，１１１，１１２，１１３と洗浄部１０４，１０５，１０６，１０７，１０８とを交互に設け、基板Ｗに無加圧または加圧の純水水流を噴射し、物理的エネルギを利用して微粒子の除去を行う。基板洗浄装置１００では、その微粒子除去性能を向上させるために、洗浄液である純水の噴射量ひいては基板Ｗの表面における純水の流量を増やすことで、微粒子に付加される物理的エネルギを増大させようとする。しかしながら、基板Ｗの表面で流量を増やすと、厚みのある純水液膜が形成され、この純水液膜が基板Ｗ表面の微粒子に物理的エネルギが加わるのを阻害することが多い。したがって、基板洗浄装置１００を用いても、充分な微粒子除去効果を得ることは困難である。加えて、基板洗浄装置１００では、基板Ｗだけでなく、高圧の純水を噴射する吐出部１２０，１２１も基板Ｗに平行になるように傾斜姿勢で配置される。このため、吐出部１２０，１２１から噴射される加圧された純水水流は、基板Ｗの表面に対してほぼ垂直に噴射されるので、それによって、前記した厚みのある純水液膜が生成し易くなり、その厚みも一層大きくなり易い。さらに、吐出部１２０，１２１は、いずれも複数の吐出孔を有するので、基板Ｗの表面で液膜を構成する純水の一方向の流れが発生し難く、各吐出部から吐出される液流同士の衝突による基板Ｗ表面での滞留も起こり易い。その場合には、一旦剥離された微粒子の基板Ｗへの再付着が起こることが多い。
【０００７】
【特許文献１】特許第３３２３３８４号明細書
【特許文献２】特開２００４−７４０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、基板表面に付着する基板汚染物である微粒子、金属粉末、金属化合物、有機物などを、高濃度の薬液ではなく純水のみを用い、しかも複数の薬液槽および純水吐出装置を用いることなく、かつ基板汚染物の基板表面からの剥離除去と排除とを連続して行い得る基板洗浄方法および基板洗浄装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、水平面に対して角度をなすように載置される基板の被洗浄面に、被洗浄面から間隔を開けた純水噴射位置から加圧状態にある純水を噴射し、純水の被洗浄面上における上部から下部への一方向の流れである液膜を発生させ、被洗浄面の基板汚染物を除去することを特徴とする基板洗浄方法である。
【００１０】
また本発明の基板洗浄方法は、前述の基板汚染物が微粒子、金属粒子、金属化合物および有機物から選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする。
【００１１】
さらに本発明の基板洗浄方法は、前述の、水平面に対して基板のなす角度が５度以上９０度以下であることを特徴とする。
【００１２】
さらに本発明の基板洗浄方法は、前述の液膜の厚みが１ｍｍ未満であることを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明の基板洗浄方法は、前述の、基板の被洗浄面と純水噴射位置との間隔が１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、水平面に対して角度をなすように載置される基板の被洗浄面上において、純水の被洗浄面上における上部から下部への一方向の流れである液膜を発生させ、基板の被洗浄面に付着する基板汚染物を除去する基板洗浄装置であって、
基板を、水平面に対して角度をなす姿勢で保持する基板保持手段と、
基板保持手段に保持される基板の被洗浄面に対して間隔を開けて設けられ、被洗浄面に加圧状態にある純水を噴射する純水噴射手段とを含むことを特徴とする基板洗浄装置である。
【００１５】
さらに本発明の基板洗浄装置は、前述の純水噴射手段が、複数の直径２００μｍ以下の純水噴射孔を有し、かつ純水噴射孔が一直線上に配列するように形成されてなるノズルであることを特徴とする。
【００１６】
さらに本発明の基板洗浄装置は、前述の純水噴射手段が、開口ギャップ２００μｍ以下のスリットノズルであることを特徴とする。
【００１７】
さらに本発明の基板洗浄装置は、前述の純水噴射手段を、基板の被洗浄面に沿って上下動させる移動手段を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、水平面に対して一定の傾斜角度をなすように傾斜姿勢で保持される基板の被洗浄面に、該被洗浄面から間隔を開けて純水を高圧噴射することによって、被洗浄面上において、液膜を構成する純水の上部から下部への一方向の流れを発生させることができる。その結果、基板表面に付着する基板汚染物、たとえば微粒子、金属粒子、金属化合物、有機物などを完全に剥離除去できる。しかも、基板表面から剥離除去される基板汚染物は、一方向に流過する純水によって、剥離除去の後、直ちに基板外へ排除されるので、基板表面に再付着することがない。
【００１９】
本発明の基板洗浄方法は洗浄力が強く、しかも、従来のように数種の薬剤を使用せず、純水のみを用いるだけ、微粒子だけでなく、金属粒子、金属化合物、有機物などをも完全に除去できる。したがって、複数の薬剤槽および使用後の薬剤を処理する設備を必要とせず、また単一の薬剤槽での薬剤の入れ換え作業などの繁雑な操作を必要としない。また、複数の純水吐出装置などを用いる多段階洗浄を行う必要もない。さらに本発明の基板洗浄方法は、特段の設備を必要とせず、基板を傾斜姿勢で保持する基板保持手段と、基板に純水を高圧噴射する純水噴射手段とがあれば実施可能なので、非常に簡易な設備で実施できるという長所がある。
【００２０】
なお、本明細書において、微粒子とは、一般にパーティクルと呼ばれる有機または無機の塵埃であって、粒径が１０μｍ以下のものを意味する。金属粒子とは、たとえば、重金属、貴金属などの金属原子、そのイオンなどを含む塊である微細粒子を意味する。金属化合物とは、基板表面に残存する酸化膜、自然酸化膜、酸化物などを意味する。有機物とは、ワックス、オイル、樹脂、ホトレジスト片などを意味する。
【００２１】
また本発明によれば、本発明の基板洗浄方法において、傾斜姿勢にある基板が水平面に対してなす角度が５〜９０°の範囲にある場合には、基板の被洗浄面における、液膜を構成する純水の上部から下部への一方向への流れが一層安定し、基板汚染物の除去効率が向上する。
【００２２】
また本発明によれば、本発明の基板洗浄方法において、液膜の厚みが１ｍｍ未満になるように、基板が水平面に対してなす角度、純水の噴射圧力および噴射量、基板に対する純水の噴射角度などを適宜選択することによって、基板汚染物の除去効率が一層向上する。
【００２３】
また本発明によれば、本発明の基板洗浄方法において、基板の被洗浄面と純水噴射位置との間隔を１〜５０ｍｍの範囲に調整することによって、基板の被洗浄面における、液膜７を構成する純水の上部から下部への一方向の流れが発生し易くなり、基板汚染物の除去を安定的に再現性良く実施できる。
【００２４】
また本発明によれば、本発明の基板洗浄方法を実施するための基板洗浄装置が提供される。該基板洗浄装置は、基板を傾斜姿勢に保持する基板保持手段および基板の被洗浄面に対して間隔を開けて設けられる純水噴射手段の２つの手段のみを必須とするものであり、従来の基板洗浄装置に比べて非常に簡易な構造を有し、基板汚染物の除去性能は勿論のこと、純水の使用量、洗浄後の汚水の回収性、操作性、ランニングコスト、製造コストなどの面でも優位性が高い。すなわち、純水の使用量が少なく、汚水をほぼ完全に回収でき、操作が簡単で、ランニングコストおよび該装置を製造するためのコストが低い。
【００２５】
また本発明によれば、本発明の基板洗浄装置において、純水噴射手段として、直径２００μｍ以下である複数個の純水噴射孔が一直線上に配列されるように形成されるノズルまたは開口ギャップ２００μｍ以下のスリットノズルを用いることによって、基板の被洗浄面において、液膜を構成する純水の上部から下部への一方向の流れを容易に発生させることができ、基板汚染物の除去効率が高まる。
【００２６】
また本発明によれば、本発明の基板洗浄装置において、純水噴射手段を基板の被洗浄面に沿って上下動させる移動手段を設けることによって、特に大型基板の洗浄においても、一般的な基板の洗浄における基板汚染物の除去効率と同等の除去効率が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の基板洗浄方法を説明するための側面図である。図２は、本発明の基板洗浄方法を説明するための斜視図である。基板１は、図示しない基板保持手段により水平面２に対して傾斜角度θ１をなして傾斜姿勢で保持される。ここで、基板１の傾斜角度θ１は、好ましくは５〜９０°、さらに好ましくは７５〜９０°である。５°未満または９０°を超えると、基板１の被洗浄面１において、液膜７を構成する純水の上部から下部に向けての一方向の流れが充分に発生せず、基板汚染物の除去が不充分になるおそれがある。
【００２８】
基板１の被洗浄面１ａを臨み、間隔ｄ１を開けて純水噴射手段３が設けられる。純水噴射手段３は、その内部に図示しない耐圧構造を有し、その先端に、基板１の被洗浄面１ａに対して加圧された状態の純水（以後「加圧純水」と称す）を噴射する噴射孔５を有する耐圧ノズル４と、耐圧ノズル４に加圧純水を供給する耐圧配管６と、図示しない純水加圧供給手段とを含んで構成される。
【００２９】
なお、被洗浄面１ａと噴射孔５との並び方向は、略平行であることが望ましい。
ここで、被洗浄面１ａと噴射孔５との並び方向は、略平行である場合、間隔ｄ１は、噴射孔５から被洗浄面１ａへの垂線の長さであり、好ましくは１〜５０ｍｍ、さらに好ましくは１〜１０ｍｍである。１ｍｍ未満または５０ｍｍを超えると、基板１の被洗浄面１において、液膜７を構成する純水の上部から下部に向けての一方向の流れが充分に発生せず、基板汚染物の除去が不充分になるおそれがある。
【００３０】
純水噴射手段３から噴射される純水は、比抵抗値が１０ＭΩｃｍ以上のものが好ましく、１８ＭΩｃｍ以上のもの（すなわち超純水）が特に好ましい。また、純水は、本発明の基板洗浄方法の好ましい利点を損なわない範囲で、水素、アンモニアなどの、従来の基板洗浄用薬液の有効成分を含むことができる。
【００３１】
耐圧ノズル４には、直径２００μｍ以上の円形の噴射孔５であって、複数の噴射孔５が一直線上に一列に配列される耐圧ノズルが使用できる。また、噴射孔５がスリット状に形成され、スリットの開口ギャップが２００μｍ以下である耐圧スリットノズルも使用できる。耐圧配管６は、耐圧性および柔軟性を有する材料からなり、上下左右に移動可能に設けられる。図示しない純水加圧供給手段は、たとえば、純水製造装置により製造される純水を貯留する純水貯留槽と、純水貯留槽内の純水を加圧しながら耐圧配管６に供給する加圧ポンプとを含んで構成される。
【００３２】
純水噴射手段３は、図示しない移動手段により、間隔ｄ１を保持しながら被洗浄面１ａに沿って上下動可能に支持される。本発明の基板洗浄方法では、基板１の被洗浄面１ａにおいて、純水噴射手段３から噴射される純水が到達する地点およびその近傍の液流7中に、図６に示す高圧領域１６が発生する。この高圧領域１６の下端よりも下部の液膜領域８（以後「洗浄実行領域８」と称す）は特に洗浄力が高い領域である。純水噴射手段３の上下動、好ましくは上部から下部への移動を行うことによって、洗浄実行領域８を被洗浄面１ａ上で移動させることができるので、大型基板であっても、基板全面を洗浄できる。
【００３３】
なお、基板洗浄を効率良く行うには、洗浄実行領域８を、高圧領域１６の下端から少なくとも０〜５ｃｍが好ましく、さらに好ましくは０〜１０ｃｍの範囲にするのがよい。そのためには、基板１の傾斜角度θ１、洗浄液として用いられる純水の比抵抗値、純水の被洗浄面１ａへの噴射圧力などの各種条件を適宜変更すれば良い。
【００３４】
また、純水噴射手段３から噴射される純水が、放物線状ではなく、直線状の軌跡を保持して被洗浄面１ａに到達する場合、その純水の軌跡と基板１とがなす角度θ２が鋭角になることが好ましい。これによって、噴射される純水が被洗浄面１ａに衝突する際に、被洗浄面１ａ上に生成する液膜７の厚みを小さくし、基板汚染物の除去に有効な膜厚の小さい液膜７が形成され易くなり、被洗浄面１ａにおいて、液膜７を構成する純水の上部から下部への一方向の流れを発生させることが一層容易になる。なお、液膜７の厚みについては後に説明する。
【００３５】
図１および図２に示すように、水平面２にθ１の角度をなすように傾斜姿勢で保持される基板１の被洗浄面１ａに、基板１の被洗浄面１ａに対して間隔ｄ１を開けて配置される純水噴射手段３の耐圧ノズル４の噴射孔５から、超純水が噴射されると、被洗浄面１ａ上には液膜７が発生し、液膜７を構成する純水は、被洗浄面１ａにおける上部から下部への一方向の流れになって、被洗浄面１ａ上を流過し、被洗浄面１ａ上に付着する図示しない基板汚染物を剥離除去する。
【００３６】
図３は洗浄実行領域８における液膜流れの状態を模式的に示す断面図である。図４は洗浄実行領域８において微粒子が除去される機構を模式的に示す断面図である。なお、微粒子の除去には純水として超純水が好ましく用いられ、かつ図４は微粒子の除去に関するので、図３および図４の説明においては、純水として超純水を用いるものとする。以後、同様にして、微粒子の除去に関する説明においては、超純水を用いるものとする。
【００３７】
図３において、矢符は液膜７内での液流を意味し、かつ矢符の長さは液流の流速を意味する。矢符が長い程、流速が大きいことを意味する。また、洗浄実行領域８をさらに細かい４つの第１〜第４小領域９，１０，１１，１２に分け、それぞれの小領域間には液膜表面７ａを基準にして等しい長さになる間隙を設ける。さらに、４つの第１〜第４小領域９，１０，１１，１２において、液流を示す矢符の頂点を結んだ線を第１〜第４流速線９ｘ，１０ｘ，１１ｘ，１２ｘとする。
【００３８】
洗浄実行領域８において、純水噴射手段３から噴射される超純水が到達する地点の最も直下にあたる第１小領域９では、被洗浄面１ａ近傍の液流９ａ、液膜７の厚さ方向の中央部における液流９ｂ，９ｃ，９ｄおよび液膜面７ａ近傍の液流９ｅが全てほぼ同じ流速を有し、ほぼ直線状の流速線９ｘが得られる。液流９ａ〜９ｅは、そのまま下方に向かって流過するけれども、超純水の粘性に基因して被洗浄面１ａからせん断力を受け、被洗浄面１ａに近いほど流速が減速される。したがって、第１小領域９よりも液膜流れ方向の下流側に想定される第２小領域１０においては、被洗浄面１ａの近傍を流過する液流１０ａは減速され、液流１０ｂも僅かに減速される。一方、被洗浄面１ａとは相対的に離反する位置にある他の液流１０ｃ，１０ｄ，１０ｅは殆ど減速されず、第２流速線１０ｘは放物線状になる。
【００３９】
さらに、第３小領域１１では被洗浄面１ａ近傍における、せん断力による液流の減速傾向が一層顕著になり、被洗浄面１ａに最も近い液流１１ａは洗浄実行領域８における最初の流速（液流９ａの流速）の１／２程度になり、液流１１ｂ〜１１ｄも被洗浄面１ａとの距離に応じて減速され、液流面７ａ近傍の液流１１ｅのみが減速を受けない。その結果、第３流速線１１ｘは、第２流速線１０ｘよりも、曲線部分の曲率が大きい放物線状になり、液膜７における厚さ方向の位置によって液流の流速に大きな差が生じることが判る。
【００４０】
洗浄実行領域８において最も下部に想定される第４小領域１２では、被洗浄面１ａに最も近い液流１２ａはさらに減速を受け、殆ど「０」に近くなる。液流１２ｂ〜１２ｄもそれぞれ減速を受けるけれども、被洗浄面１ａから最も離反する位置を流過する液流１２ｅは、殆ど減速を受けない。そして、得られる第４流速線１２ｘは、曲率がさらに大きい放物線状になるけれども、洗浄実行領域８において、液膜表面７ａ近傍の液流は、被洗浄面１ａとの接触によるせん断力を殆ど受けることがなく、ほぼ同じ流速を保持する。この液膜表面７ａ近傍の液流が、被洗浄面１ａから剥離する図示しない基板汚染物の再付着防止に非常に有効である。
【００４１】
第１〜第４小領域９〜１２で得られる第１〜第４流速線９ｘ〜１２ｘのうち、第１〜第３流速線９ｘ〜１１ｘを持つ液流は、被洗浄面１ａに付着する基板汚染物の剥離除去に特に有効である。すなわち、図４に示すように、被洗浄面１ａに付着する微粒子１３ａは、被洗浄面１ａ近傍の液流９ａ，９ｂなどによる応力１４を受けて被洗浄面１ａから剥離して浮上し、被洗浄面１ａ近傍を流過する微粒子１３ｂになる。微粒子１３ｂは、さらに液流９ｂ〜９ｅ、特に液流９ｅによる応力を受けて液膜７内を液膜面７ａに向けてさらに浮上し、液膜面７ａ近傍を流過する微粒子１３ｃになり、基板１の外部に排出される。
【００４２】
次に、本発明の基板洗浄方法において、基板１の被洗浄面１ａから微粒子を除去するにあたり、被洗浄面１ａに超純水を噴射する際に生じる液膜の厚みが微粒子の除去に及ぼす影響について、図５および図６に基づいて説明する。図５は、水平面に載置される基板１の被洗浄面１ａに生じる液膜１５の状態を模式的に示す断面図である。図６は、本発明の基板洗浄方法において、基板１の被洗浄面１ａに生じる液膜７の状態を模式的に示す断面図である。
【００４３】
図５では、基板１は、図示しない水平面に載置される。基板１の被洗浄面１ａに対し、被洗浄面１ａの上方に間隔を空けて配置される純水噴射手段の耐圧ノズル４から、加圧状態の超純水を噴射すると、被洗浄面１ａが水平であるため、超純水が被洗浄面１ａ上に滞留し、膜厚の大きな液膜１５が形成される。液膜１５の厚みｔ１は、超純水の噴射量、噴射圧力などによって変化するけれども、超純水が耐圧ノズル４から被洗浄面１ａに向けて直線状の軌跡で噴射される場合には、１ｍｍ以上に成長する。また、超純水が被洗浄面１ａに到達する地点およびその近傍には、超純水が該地点に到達するのとほぼ同時に、超純水に付加されている高圧が保持される高圧領域１６が形成される。その後に噴射される超純水は、高圧領域１６を迂回するように流過するので、超純水は基板１の被洗浄面１ａまで達することなく、液膜面１５ａの近傍において超純水の流れ（主流）１７が発生する。その結果、被洗浄面１ａ近傍における超純水の流速はほぼ「０」になり、図示しない微粒子が被洗浄面１ａに付着していても、被洗浄面１ａから除去することは困難である。
【００４４】
これに対し、図６に示すように、本発明の基板洗浄方法では、基板１が水平面２に対して角度θ１をなして傾斜保持される。これによって、基板１の被洗浄面１ａに超純水を吐出すると、超純水は被洗浄面１ａ上で滞留することなく、主に重力の作用を受けて、基板１の下方に排出される。このため、基板１の被洗浄面１ａ上に形成される液膜７の厚みｔ２は、１ｍｍよりも著しく薄くなる。具体的には、１００〜５００μｍ程度になる。また、基板１を水平面２に載置する場合と同様に、この場合でも、耐圧ノズル４から噴射される超純水が基板１の被洗浄面１ａに到達する地点およびその近傍には、高圧領域１６が形成される。しかしながら、基板１が水平面２に対して傾斜保持されることなどから、高圧領域１６は、図５の場合と比べて、相対的に小さなものとなる。したがって、高圧領域１６が形成された後に、被洗浄面１ａに向けて噴射される超純水は、高圧領域１６が障害物にならず、高圧領域を迂回することがないので、被洗浄面１ａ近傍を流過し、被洗浄面１ａ近傍を流過する主流１７が発生する。よって、被洗浄面１ａに付着する図示しない微粒子は、主流１７によって除去される。ここで、液膜厚みｔ２は、主に、水平面２に対する基板１の傾斜角度θ１に依存するので、被洗浄面１ａに付着する微粒子の除去効果を一層向上させるには、傾斜角度θ１を９０°に近づけるのが好ましい。傾斜角度θ１が９０°に近いほど、液膜厚みｔ２が小さくなり、微粒子が主流１７による応力を受け易くなる。また、液膜厚みｔ２が極めて小さいことから、主流１７は図６において便宜上一つの液流として示されるけれども、図３、図４および図７〜９に示されるように、実際にはさらに細かな液流に分けられる。
【００４５】
次いで、基板１の被洗浄面１ａに付着する基板汚染物が金属粒子である場合について、図１および図７に基づいて説明する。図７は基板１の被洗浄面１ａの洗浄実行領域８において金属粒子１８ａが除去される機構を模式的に示す断面図である。なお、金属粒子の除去には、純水の中でも特に亜臨界状態まで加圧された亜臨界超純水が好ましいので、図７に関する説明では、亜臨界超純水を用いたものとする。耐圧ノズル４内で加圧される亜臨界超純水を、水平面２に対して傾斜角度θ１をなすように傾斜姿勢で保持される基板１の被洗浄面１ａに噴射すると、洗浄実行領域８の最上部である第１小領域９において、液膜７中に、液流９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅが発生する。なお、これらの液流は便宜上５つの流れとして表されるけれども、これらの液流を合わせて１つの液流（主流）と表すことができ、また、６以上の液流に細分化することも可能である。被洗浄面１ａに付着する金属粒子１８ａは、被洗浄面１ａの近傍を流過する液流９ａ，９ｂなどによる応力を受けると、金属粒子１８ａを構成する金属原子間の結合１９が部分的に切断され、金属粒子１８ｂとして液膜７中に溶出する。金属粒子１８ｂは、さらに液流９ｃ，９ｄ，９ｅなどの応力を受けて、金属粒子１８ｃのように、液膜７の厚さ方向の中央部から液膜面７ａまでの液膜７中を流過し、基板１の下方に排出される。このとき、金属粒子１７ｃの大部分が被洗浄面１ａの近傍を流過しないので、被洗浄面１ａへの再付着が防止される。このように、基板１の被洗浄面１ａに付着する金属粒子１８ａを除去するには、被洗浄面１ａ近傍を流過する、亜臨界超純水の液流が必要になる。また、液膜７の厚みを小さくすると、亜臨界超純水の液流が被洗浄面１ａのさらに近傍を流過し、金属粒子１８ａの除去性能が向上する。液膜７の厚みを小さくするには、図６に関する説明でも述べたように、基板１の水平面２に対する傾斜角度θ１を９０°に近づけるのが好ましい。
【００４６】
次いで、基板１の被洗浄面１ａに付着する基板汚染物が金属化合物である場合について、図１および図８に基づいて説明する。図８は基板１の被洗浄面１ａの洗浄実行領域８において金属化合物が除去される機構を模式的に示す断面図である。なお、金属化合物の除去にも、金属粒子の場合と同様に亜臨界超純水が好ましい。したがって、図８に関する説明においても、亜臨界超純水を用いるものとする。基板１の被洗浄面１ａに付着する金属化合物を除去する場合でも、被洗浄面１ａ近傍を流過する、亜臨界超純水の液流が必要である。すなわち、水平面２に対して傾斜角度θ１をなすように傾斜保持される基板１の被洗浄面１ａに、耐圧ノズル４内で加圧される亜臨界超純水を噴射すると、液膜７中に、液流９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅが発生する。被洗浄面１ａに付着する金属化合物２０ａは、図７に示すのと同様にして、金属化合物２０ａ同士の結合２１が切断され、金属化合物２０ｂとして液膜７中に溶出し、さらに液膜７の厚み方向の中央部から液膜面７ａまでの液膜７中を流過し、基板１の下方に排出される。また、液膜７の厚みを小さくするのが好ましいのは、図７に示す金属粒子１８ａの除去の場合と同様であり、そのためには、やはり基板１の水平面２に対する傾斜角度θ１を９０°に近づけるのがよい。
【００４７】
次いで、基板１の被洗浄面１ａに付着する基板汚染物が有機物である場合について、図１および図９に基づいて説明する。図９は基板１の被洗浄面１ａの洗浄実行領域８において有機物２２ａが除去される機構を模式的に示す断面図である。なお、有機物２２ａの除去にも、金属粒子１８ａおよび金属化合物２０ａの除去の場合と同様に、亜臨界超純水が好ましい。したがって、図９に関する説明においても、亜臨界超純水を用いるものとする。有機物２２ａは、図７に示す金属粒子１８ａおよび図８に示す金属化合物２０ａと同様にして除去される。すなわち、角度θ１で傾斜保持される基板１の被洗浄面１ａに、加圧された亜臨界超純水を耐圧ノズル４から噴射すると、被洗浄面１ａ上に亜臨界超純水の液膜７が形成され、液膜７中には液流９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅが発生する。これらのうち、特に被洗浄面１ａ近傍を流過する液流９ａ，９ｂなどが、被洗浄面１ａに付着する有機物２２ａに応力を付与する。その結果、有機物２２ａ中の炭素結合２３が切断され、有機物片である有機物２２ｂが液膜７中に溶出する。有機物２２ｂは、さらに液流９ｃ，９ｄ，９ｅなどの応力を受け、液膜７の厚み方向の中央部を流過する有機物２２ｃになる。有機物２２ｃは、最終的に、基板１の下方に排出される。有機物２２ａの除去効率を高めるには、ここでも、基板１の水平面２に対する傾斜角度θ１を可能な限り９０°に近づけ、液膜７の厚みを小さくすることが有効である。
【００４８】
図１０は、本発明の別の実施形態である基板洗浄装置２５の構成を模式的に示す側面図である。基板洗浄装置２５は、基板１を水平面２に対して傾斜角度θ１をなすように傾斜保持する図示しない基板保持手段と、基板１の被洗浄面１ａに純水を噴射する純水噴射手段２６とを含んで構成される。
【００４９】
基板保持手段は図示されないけれども、たとえば、基板１を載置する金属製または合成樹脂製の板状部材と、水平面２を基準にして該板状部材を角変位可能に支持する板状部材支持手段とを含む装置により実現できる。さらに、板状部材には、基板１を固定する保持具を設けることができる。板状部材の表面に基板１を載置し、板状部材支持手段にて板状部材を角変位させ、板状部材が水平面２に対してなす角度を適宜調整することによって、基板１の水平面２に対してなす角度θ１を決定できる。
【００５０】
純水噴射手段２６は、基板１の被洗浄面１ａに純水を噴射する耐圧ノズル４と、耐圧ノズル４を角変位可能に支持するアーム２７と、アーム２７を支持しかつ基板１に対して平行に配置されるガイド２９に沿って移動可能に設けられるスライダ２８と、図示しない純水供給手段とを含んで構成される。ガイド２９とスライダ２８は、たとえば、モータで回転駆動されるボールねじと、ボールねじに螺合するめねじ部材とによって実現される。
【００５１】
図１１（ａ）は、耐圧ノズル４の外観を示す斜視図である。図１１（ｂ）は、耐圧ノズル４における純水噴射面３０の構成を模式的に示す平面図である。耐圧ノズル４の純水噴射面３０には、複数の円形噴射孔３１が直線状に一列に形成される。円形噴射孔３１の直径ｄ２は、基板１の被洗浄面１ａ上に形成される純水の液膜７の厚みを１ｍｍ未満にし、基板汚染物の除去性能を向上させるためには、２００μｍ以下が好ましく、１０μｍ〜
１００μｍが特に好ましい。また、隣り合う円形噴射孔３１の中心間隔すなわち形成ピッチｄ３は、次の式（１）を満たすことが好ましい。
２×ｄ２≦ｄ３≦３×ｄ２                                        …（１）
【００５２】
具体的には、たとえば、円形噴射孔３１の直径ｄ２が３０μｍ、円形噴射孔３１の形成ピッチｄ３が６０μｍである耐圧ノズルが挙げられる。該耐圧ノズルに供給する純水が４ＭＰａに加圧される場合、基板１の被洗浄面１ａにおける純水衝突点から２０ｍｍ下流で発生する液膜７の厚みは１００〜１５０μｍと極めて小さくなる。このとき、基板１の被洗浄面１ａ上を流過する超純水は、平均速度で秒速１０ｍ以上である。ただし、上記の、耐圧ノズル４の構成を示す数値および式（１）は、基板１の被洗浄面１ａ上で液膜７を発生させるための一例であって、本発明において液膜７により基板汚染物を除去するにあたり、耐圧ノズル４の構成を限定するものではない。
【００５３】
耐圧ノズル４から、水平面２に対して傾斜角度θ１をなして傾斜保持される基板１の被洗浄面１ａに純水を噴射すると、被洗浄面１ａ上に純水の液膜７が形成される。
【００５４】
図１２（ａ）は、別形態の耐圧ノズル３２の外観を示す斜視図である。図１２（ｂ）は、耐圧ノズル３２における純水噴射面３３の構成を模式的に示す平面図である。耐圧ノズル３２の純水噴射面３３には、スリット状噴射孔３４が形成される。スリット状噴射孔３４のギャップｄ４は、基板１の被洗浄面１ａ上に形成される純水の液膜７の厚みを１ｍｍ未満にし、基板汚染物の除去性能を向上させるためには、２００μｍ以下が好ましく、１０μｍ〜１００μｍが特に好ましい。具体的には、たとえば、スリット状噴射孔３４のギャップｄ４が３０μｍである耐圧ノズルが挙げられる。該耐圧ノズルに供給する超純水が４ＭＰａに加圧される場合、基板１の被洗浄面１ａにおける超純水衝突点から２０ｍｍ下流で発生する液膜７の厚みは１００〜１５０μｍと極めて薄い。このとき、基板１の被洗浄面１ａ上を流過する超純水は、平均速度で秒速１０ｍ以上である。ただし、上記の、耐圧ノズル３２の構成を示す数値は、基板１の被洗浄面１ａ上で液膜７を発生させるための一例であって、本発明において液膜７により基板汚染物を除去するにあたり、耐圧ノズル３２の構成を限定するものではない。
【００５５】
耐圧ノズル３２から、水平面２に対して傾斜角度θ１をなして傾斜保持される基板１の被洗浄面１ａに純水を噴射すると、被洗浄面１ａ上に純水の液膜７が形成される。
【００５６】
図１０に戻り、アーム２７は、耐圧ノズル４を角変位可能に支持する。したがって、基板１の被洗浄面１ａに対する耐圧ノズル４の純水噴射角度θ２を適宜調整できる。また、アーム２７はスライダ２８によって支持され、スライダ２８はガイド２９に沿って移動可能に配置される。ガイド２９は、基板１の被処理面１ａに対して平行に配置されるので、アーム２７ひいては耐圧ノズル４は、スライダ２８によって、基板１の被処理面１ａに平行に上下動可能に支持されることになる。
【００５７】
純水供給手段には、たとえば、純水を貯留する純水貯留槽と、一端が純水貯留槽に接続され、他端が耐圧ノズル４に接続される耐圧性ホースと、純水を加圧して送給する加圧ポンプとを含んで構成される。勿論、この構成に限定されることなく、ノズルに液体を供給する一般的な方法を採用することができる。
【００５８】
基板洗浄装置２５によれば、たとえば、次のようにして、基板１の被洗浄面１ａの洗浄が行われる。まず、耐圧ノズル４から噴射される純水の到達する地点が、基板１の鉛直方向の最上部になるようにスライダ２８を移動させ、耐圧ノズル４の位置合わせを行う。次いで、耐圧ノズル４から加圧されている純水３５の噴射を開始し、基板１の被洗浄面１ａ上に膜厚が薄い液膜７を形成する。液膜７中の液流は、純水自体の粘度、被洗浄面１ａとの摩擦などによって、基板１の下方になるほど減速し、それとともに液膜７の膜厚が大きくなる。そして、被洗浄面１ａにおける純水３５の到達する地点の直下から下方数ｃｍまでの領域である洗浄実行領域８では、被洗浄面１ａに付着する基板汚染物が除去される。したがって、耐圧ノズル４を下方に移動させると、基板１の下方に向けて洗浄実行領域８を連続的に発生させることができ、基板１全体を洗浄できる。また、耐圧ノズル４を基板１の上方から下方へ移動することにより、被洗浄面１ａから剥離し、液膜７中に溶出する基板汚染物を再付着させることなく、基板１の外に効率的に排出できる。最後に、基板１の被洗浄面１ａの最下部まで洗浄実行領域８が及んだ時点で、耐圧ノズル４による純水の噴射を停止し、基板１の洗浄が終了する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の基板洗浄方法を説明するための側面図である。
【図２】本発明の基板洗浄方法を説明するための斜視図である。
【図３】洗浄実行領域における液膜の状態を模式的に示す断面図である。
【図４】洗浄実行領域において微粒子が除去される機構を模式的に示す断面図である。
【図５】水平面に載置される基板の被洗浄面に生じる液膜の状態を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の方法における基板の被洗浄面に生じる液膜の状態を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の方法により金属粒子を除去する機構を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の方法により金属化合物を除去する機構を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の方法により有機物を除去する機構を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の別形態である基板洗浄装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、耐圧ノズルの外観を示す斜視図である。図１１（ｂ）は、耐圧ノズルにおける純水噴射面の構成を模式的に示す平面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、別形態の耐圧ノズルの外観を示す斜視図である。図１２（ｂ）は、別形態の耐圧ノズルにおける純水噴射面の構成を模式的に示す平面図である。
【図１３】従来技術の基板洗浄装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図１４】従来技術の基板洗浄装置における基板の搬送姿勢を示す側面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  基板
１ａ  被洗浄面
２  水平面
３  純水噴射手段
４，３２  耐圧ノズル
５  噴射孔
６  耐圧配管
７，１５  液膜
７ａ，１５ａ  液膜表面
８  洗浄実行領域
９，１０，１１，１２  領域
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ  液流
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  液流
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ  液流
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ  液流
９ｘ，１０ｘ，１１ｘ，１２ｘ  流速線
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  微粒子
１４  応力
１６  高圧領域
１７  主流
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  金属粒子
１９  金属原子間結合
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  金属化合物
２１  金属化合物間結合
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  有機物
２３  炭素結合
２５  基板洗浄装置
２６  純水噴射手段
２７  アーム
２８  スライダ
２９  ガイド
３０，３３  純水噴射面
３１  円形噴射孔
３４  スリット状噴射孔
３５  純水
【図１】
2006122784.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2006122784.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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