(57)【要約】【課題】基板を適切に洗浄する新たな手法を提供する。【解決手段】基板洗浄装置１は、処理液８１が貯溜される洗浄槽２、処理液８１中において基板９を支持する支持部３、洗浄槽２の外部に配置されるとともに処理液８１に向けて閃光を照射する光照射部４、および、洗浄槽２の光照射部４側の部位に装着される透光板５を備える。支持部３は基板９の下面に当接する複数の支持ピン３１を有し、処理液８１中において基板９がその一の主面９１を光照射部４に向けて支持される。光照射部４から閃光が照射されると、閃光は透光板５および処理液８１の液面上の空間８２を経由して処理液８１に入射し、処理液８１中の基板９の主面９１上に照射されて主面９１上にキャビテーションが生じる。これにより、基板洗浄装置１では基板９の主面９１上に発生させた気泡を利用して基板９を洗浄することができる。【選択図】図１
2005166906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板洗浄装置であって、
処理液が貯溜されるとともに前記処理液に基板が浸漬される洗浄槽と、
前記処理液に向けて閃光を照射して前記処理液中に気泡を発生させる光照射部と、
を備えることを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板洗浄装置であって、
前記処理液中において基板の主面を前記光照射部に向けて前記基板を支持する支持部をさらに備えることを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項３】
請求項１に記載の基板洗浄装置であって、
前記処理液中において、所定の方向に各基板の主面の法線を向けつつ複数の基板を前記所定の方向に間隔を空けて配列して支持する支持部をさらに備え、
前記光照射部からの閃光が前記複数の基板の外縁部側から照射されることを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項４】
請求項１に記載の基板洗浄装置であって、
前記処理液中において前記光照射部からの閃光が照射されることにより表面に気泡が発生する気泡発生部材と、
前記処理液中の前記閃光の照射領域外にて基板を支持する支持部と、
をさらに備えることを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の基板洗浄装置であって、
前記洗浄槽を密閉するとともに前記洗浄槽の外部に配置された前記光照射部からの閃光を透過する密閉部材をさらに備え、
前記光照射部からの閃光が前記密閉部材および前記処理液の液面上の空間を経由して前記処理液に入射することを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の基板洗浄装置であって、
前記洗浄槽内に処理液を連続的に供給する供給管と、
前記洗浄槽から処理液を連続的に排出する排出管と、
をさらに備えることを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項７】
基板洗浄方法であって、
洗浄槽内に貯溜される処理液に基板を浸漬する工程と、
前記処理液に向けて閃光を照射して前記処理液中に気泡を発生させる工程と、
を備えることを特徴とする基板洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を洗浄する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、超音波振動子から発信される超音波を利用して処理液（洗浄液とも呼ばれる。）中の半導体基板やガラス基板（以下、「基板」という。）を効果的に洗浄する技術が知られている。例えば、特許文献１では、基板洗浄装置において洗浄槽内の洗浄液とその上方の雰囲気との間に境界板を配置し、超音波振動子から境界板に向けて超音波を発信することにより処理液中の定在波の腹の位置を安定させ、その位置に配置される基板を均一に洗浄する手法が開示されている。
【０００３】
なお、特許文献２では、洗浄液が貯溜された洗浄槽内を減圧して洗浄液中に気泡を発生させて基板の洗浄効果を向上させ、続いて、洗浄槽内に外気を導入して洗浄効果をさらに高める手法が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１０７７１０号公報
【特許文献２】特開平１０−１０５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、超音波振動子を用いる洗浄手法では、例えば、１．５ＭＨｚや３ＭＨｚといった高周波数の超音波が利用されるが、基板上の微小なパーティクルをより効果的に除去するには、さらに高い周波数の超音波を処理液中に入射する必要がある。しかしながら、この場合、何百ワットという大きな電力を超音波振動子に供給しても超音波の振幅は小さくなってしまい、基板上のパーティクルを十分に除去することができないという問題が生じる。
【０００５】
その一方で、このような超音波振動子から発信される超音波は単一の波長であるため、その周波数に対応するパーティクル以外のものについては、適切に除去できない場合がある。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板を適切に洗浄する新たな手法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、基板洗浄装置であって、処理液が貯溜されるとともに前記処理液に基板が浸漬される洗浄槽と、前記処理液に向けて閃光を照射して前記処理液中に気泡を発生させる光照射部とを備える。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板洗浄装置であって、前記処理液中において基板の主面を前記光照射部に向けて前記基板を支持する支持部をさらに備える。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の基板洗浄装置であって、前記処理液中において、所定の方向に各基板の主面の法線を向けつつ複数の基板を前記所定の方向に間隔を空けて配列して支持する支持部をさらに備え、前記光照射部からの閃光が前記複数の基板の外縁部側から照射される。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の基板洗浄装置であって、前記処理液中において前記光照射部からの閃光が照射されることにより表面に気泡が発生する気泡発生部材と、前記処理液中の前記閃光の照射領域外にて基板を支持する支持部とをさらに備える。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板洗浄装置であって、前記洗浄槽を密閉するとともに前記洗浄槽の外部に配置された前記光照射部からの閃光を透過する密閉部材をさらに備え、前記光照射部からの閃光が前記密閉部材および前記処理液の液面上の空間を経由して前記処理液に入射する。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の基板洗浄装置であって、前記洗浄槽内に処理液を連続的に供給する供給管と、前記洗浄槽から処理液を連続的に排出する排出管とをさらに備える。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、基板洗浄方法であって、洗浄槽内に貯溜される処理液に基板を浸漬する工程と、前記処理液に向けて閃光を照射して前記処理液中に気泡を発生させる工程とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１ないし７の発明では、閃光により発生した気泡を利用して基板を洗浄することができる。
【００１５】
また、請求項２の発明では、基板の主面上に気泡を発生させて効率よく洗浄することができる。
【００１６】
また、請求項３の発明では、複数の基板を同時に洗浄することができる。
【００１７】
また、請求項４の発明では、光照射部からの閃光により基板に損傷が生じることを防止することができる。
【００１８】
また、請求項５の発明では、処理液の圧力変化を利用して基板上の不要物を適切に除去することができる。
【００１９】
また、請求項６の発明では、処理液中の不要物の基板への再付着を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る基板洗浄装置１の構成を示す図である。図１の基板洗浄装置１は、処理液８１（洗浄に用いられる液体であり、例えば純水）が貯溜される洗浄槽２、処理液８１中において半導体基板（以下、「基板」という。）９を支持する支持部３、洗浄槽２の外部に配置されるとともに処理液８１に向けて閃光を照射する光照射部４、および、洗浄槽２の光照射部４側（図１中の上側）の部位に装着される透光板５を備える。
【００２１】
透光板５は、例えば、石英等の赤外線透過性を有する材料により形成され、洗浄槽２の上側の開口を閉塞して洗浄槽２を密閉するとともに、光照射部４からの光を透過して処理液８１の液面上の空間８２へと導く。
【００２２】
洗浄槽２の図１中の（−Ｙ）側の側部には、図示省略の処理液供給部に接続された供給管２１が取り付けられており、供給管２１から洗浄槽２内に処理液が供給される。また、供給管２１とは反対側（（＋Ｙ）側）の洗浄槽２の側部には排出管２２が取り付けられ、排出管２２により洗浄槽２から処理液が排出される。洗浄槽２の側部にはさらに、空間８２に窒素ガスを導入するガス導入路２３、および、空間８２内のガスを排出するガス排出路２４が設けられ、空間８２が窒素ガスにより満たされる。なお、空間８２には必ずしも窒素ガスが充填される必要はないが、例えば、洗浄槽２が金属にて形成される場合には、後述する基板洗浄処理における洗浄槽２の損傷を抑制するために、空間８２が窒素ガスや他の不活性ガスにより満たされることが好ましい。
【００２３】
支持部３は基板９の下面に当接する複数の支持ピン３１を有し、処理液８１中において基板９がその一の主面（通常、パターンや薄膜が形成される側の主面）９１を光照射部４に向けて支持される。複数の支持ピン３１は基板昇降機構３２に接続され、基板昇降機構３２が駆動されることにより複数の支持ピン３１が昇降して基板９が処理液８１の中または外（すなわち、空間８２）に配置される。なお、支持部３は基板９の下面に当接して支持するもの以外に、例えば、処理液８１中において基板９の外縁部を把持しつつ主面９１を光照射部４に向けて基板９を支持するものであってもよい。
【００２４】
光照射部４は、複数のキセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」という。）４１、リフレクタ４２および光拡散板４３を有する。複数のフラッシュランプ４１は、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向（図１中のＸ方向）が支持部３に支持される基板９の主面９１に沿って互いに平行となるように平面状に配列されている。リフレクタ４２は、複数のフラッシュランプ４１の上方にそれら全体を覆うように設けられ、その表面はブラスト処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。また、光拡散板４３は、表面に光拡散加工を施した石英ガラスにより形成され、透光板５との間に所定の間隙を設けて光照射部４の下面に設置される。なお、洗浄槽２を開閉するために、光照射部４は、軸４４を中心に透光板５とともに洗浄槽２に対して回動可能とされる。
【００２５】
図２は、基板洗浄装置１が基板９を洗浄する処理の流れを示す図である。まず、操作者により光照射部４（および透光板５）が軸４４を中心に回動されて洗浄槽２が開放されると、基板昇降機構３２が駆動されて複数の支持ピン３１が上昇し、各支持ピン３１の先端が、洗浄槽２内に予め貯溜された処理液８１の液面より上方へと（図１中において、二点鎖線にて示す位置まで）上昇する。そして、外部の搬送ロボットにより基板９が複数の支持ピン３１の先端に載置され、光照射部４が回動して洗浄槽２が密閉されると、複数の支持ピン３１が下降して基板９が処理液８１に浸漬される（ステップＳ１１）。
【００２６】
基板９が処理液８１に浸漬されると、洗浄槽２内への処理液の供給、および、洗浄槽２からの処理液の排出が開始される（ステップＳ１２）。基板洗浄装置１では、以降の処理中、供給管２１により一定量の処理液が洗浄槽２内に連続的に供給されるとともに排出管２２により同量の処理液が洗浄槽２から連続的に排出されるため、洗浄槽２内において供給された処理液は図１中の（＋Ｙ）側へと流動するとともに処理液８１が一定量に保たれる。また、ガス導入路２３からの空間８２への窒素ガスの導入、および、ガス排出路２４による空間８２からのガスの排出も開始され、空間８２の空気が窒素ガスに置換される。
【００２７】
続いて、光照射部４から処理液８１に向けてフラッシュ光（閃光）が照射される（ステップＳ１３）。このとき、光照射部４のフラッシュランプ４１から放射される光の一部は光拡散板４３および透光板５を透過して洗浄槽２内に入射し、他の一部は一旦リフレクタ４２により反射されてから光拡散板４３および透光板５を透過して洗浄槽２内へと入射する。そして、これらの光が空間８２を経由して処理液８１に入射し、処理液８１中の基板９に照射される。
【００２８】
光照射部４、すなわち、フラッシュランプ４１から照射される光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒程度の極めて短く強い閃光であり、処理液８１が貯溜されていない場合に図１に示す基板９の位置において照射される閃光の照度は、例えば１０Ｊ／ｃｍ２とされる。フラッシュランプ４１からの光が照射された基板９の表面温度は瞬間的に上昇し、処理液８１中における基板９の主面９１上、さらには、主面９１上のパーティクル等の不要物（特に、表面積の大きなもの）の周囲には無数の気泡が瞬時に発生する（すなわち、キャビテーションが生じる。）。
【００２９】
発生した気泡は基板９の主面９１上の不要物に対して直接的に、または、これらの気泡が消滅する際に生じる超音波により間接的に作用して不要物が基板９から除去される。このとき、生じる超音波は広範囲の周波数帯に含まれる様々な周波数の音波であり、様々な大きさや種類の不要物に作用する。また、光照射部４からの光により空間８２の窒素ガスが急激に膨張することにより処理液８１に圧力変化が生じ、これにより、基板９が微視的に振動する等して主面９１上の不要物の基板９からの除去が促進される。なお、処理液８１に生じた圧力変化により処理液８１中の気泡の発生が促進される場合もある。
【００３０】
除去された不要物は処理液と共に排出管２２へと導かれ、洗浄槽２内から排出される。これにより、処理液８１中の不要物の基板９への再付着を抑制することができる。
【００３１】
光が照射されて一定時間が経過すると、洗浄槽２内への処理液の供給、および、洗浄槽２からの処理液の排出、並びに、空間８２への窒素ガスの導入、および、空間８２からの窒素ガスの排出が停止される（ステップＳ１４）。そして、光照射部４が回動して洗浄槽２が開放され、複数の支持ピン３１が上昇して基板９が処理液８１中から空間８２へと移動し、基板９が取り出されて基板９を洗浄する処理が終了する（ステップＳ１５）。
【００３２】
以上のように、図１の基板洗浄装置１では、透光板５により密閉される洗浄槽２に処理液８１が貯溜され、処理液８１に基板９が浸漬される。そして、光照射部４からの閃光が透光板５および処理液８１の液面上の空間８２を経由して処理液８１に入射し、処理液８１中の基板９の主面９１上に照射されて主面９１上にキャビテーションが生じる。これにより、基板洗浄装置１では発生した気泡を利用して基板９を洗浄することができ、特に、基板９の主面９１上に気泡を発生させることにより基板９を効率よく洗浄することができる。また、光照射部４からの閃光を処理液８１上の密閉された空間８２を経由させることにより、処理液８１の圧力変化を利用して基板９上の不要物を適切に除去することができる。なお、光照射部４から出射される閃光のエネルギーは調整可能であり、基板９の主面９１上のパターンや薄膜がアブレーションしない程度とされる。
【００３３】
図３は本発明の第２の実施の形態に係る基板洗浄装置１ａの構成を示す図である。図３では（−Ｙ）側から（＋Ｙ）方向を向いて基板洗浄装置１ａを見た様子を示しており、図１とは見る方向が異なる。図３の基板洗浄装置１ａでは、複数の基板９が収納カセット６１に収納されて処理液８１に浸漬される点で図１の基板洗浄装置１と異なる。他の構成は同様であり同符号を付している。
【００３４】
収納カセット６１は石英にて形成され、図３に示すように複数の基板９を所定の間隔を空けて積層して支持する。基板９の洗浄処理を行う際には、基板洗浄装置１ａの外部において複数の基板９が収納カセット６１に収納され、図２のステップＳ１１において、収納カセット６１ごと複数の基板９が処理液８１に浸漬される。このとき、収納カセット６１は各基板９の主面がＹＺ平面と平行になるように洗浄槽２内にセットされる。すなわち、処理液８１中において、収納カセット６１によりＸ方向に各基板の主面の法線を向けつつ複数の基板９がＸ方向に間隔を空けて配列して支持される。
【００３５】
続いて、供給管２１および排出管２２（図１参照）により処理液の供給および排出が開始され（ステップＳ１２）、供給された処理液が、互いに隣接する基板９間を通過しつつ（＋Ｙ）側に流動する。そして、光照射部４から処理液８１に閃光が照射される（ステップＳ１３）。
【００３６】
このとき、光照射部４からの閃光は、収納カセット６１により処理液８１中において起立姿勢にて支持される複数の基板９の外縁部側から処理液８１に向けて照射されることとなり、閃光は収納カセット６１内およびその近傍の処理液を通過する。照射される閃光の照度は図１の基板洗浄装置１よりも大きくされ（例えば、処理液８１が貯溜されていない場合に図１に示す基板９の位置において３０Ｊ／ｃｍ２）、その極めて強い強度により処理液８１中の閃光の経路上（すなわち、収納カセット６１内およびその近傍の処理液中）にキャビテーションが生じる。また、空間８２の窒素ガスの膨張により処理液８１の圧力変化が引き起こされることにより、発生した無数の気泡による基板９からの不要物の除去作用が助長され、複数の基板９の両主面が洗浄される。そして、除去された不要物は流動する処理液と共に洗浄槽２から排出される。なお、収納カセット６１は石英にて形成されるため、光照射部４からの閃光により損傷することが防止される。
【００３７】
以上のように、図３の基板洗浄装置１ａでは、処理液８１中において隣接する基板９間に光が通過可能な状態で複数の基板９が収納カセット６１により支持され、光照射部４が処理液８１に向けて閃光を照射して処理液８１中の閃光の経路上に気泡を発生させる。これにより、収納カセット６１内およびその近傍の処理液中に発生した気泡が複数の基板９のそれぞれに直接的または間接的に作用することにより、各基板９上に付着している不要物を剥離して複数の基板９を同時に洗浄することができる。
【００３８】
なお、図３の基板洗浄装置１ａでは、複数の基板９が収納された収納カセット６１を処理液８１に浸漬することにより複数の基板９が処理液８１中において支持されるが、例えば、複数の基板９は洗浄槽２に固定された支持部により処理液８１中において所定の方向に各主面の法線を向けつつ間隔を空けて配列して支持されてもよい。
【００３９】
図４は本発明の第３の実施の形態に係る基板洗浄装置１ｂの構成を示す図である。図４では、図３と同様に（−Ｙ）側から（＋Ｙ）方向を向いて基板洗浄装置１ｂを見た様子を示しており、図１とは見る方向が異なる。図４の基板洗浄装置１ｂでは、図１の基板洗浄装置１と比較して洗浄槽２の上部に透光板５および支持板７１が装着され、処理液８１中において板状の補助部材２５が設けられる点で相違する。他の構成は図１と同様であり、同符号を付している。
【００４０】
図４に示すように、洗浄槽２の上側の開口において（＋Ｘ）側には透光板５が設けられ、（−Ｘ）側には支持板７１が設けられて透光板５および支持板７１により上側の開口が閉塞される。透光板５の上側には、図１の基板洗浄装置１と同様に光照射部４が設けられ、前述のように処理液８１中において透光板５の下方には光エネルギーの吸収率が比較的高い補助部材２５（例えば、洗浄対象ではない基板（いわゆる、ダミー基板））が設けられる。また、支持板７１には、先端にチャック７２１を有する支持アーム７２が取り外し可能に設けられ、基板９はチャック７２１により把持されて処理液８１中にて支持される。
【００４１】
図４の基板洗浄装置１ｂにおいて基板洗浄処理が行われる際には、まず、支持板７１から支持アーム７２が取り外され、チャック７２１により基板９を把持した後、支持アーム７２が支持板７１に取り付けられて基板９が処理液８１中に浸漬される（図２：ステップＳ１１）。そして、図１の基板洗浄装置１と同様に、供給管２１および排出管２２により処理液の供給および排出が開始され（ステップＳ１２）、光照射部４から処理液８１に閃光が照射される（ステップＳ１３）。
【００４２】
このとき、光照射部４からの閃光の照度は図１の基板洗浄装置１の場合と同様の大きさとされ、処理液８１中において閃光が主に補助部材２５に照射されることにより補助部材２５の表面上に気泡が発生する。すなわち、図４の基板洗浄装置１ｂでは、処理液８１中において光照射部４からの閃光が照射されることによりキャビテーションが生じる照射領域（換言すると、気泡が発生する程度の光エネルギーが付与される領域）が補助部材２５の表面上に設定されており、発生した無数の気泡は直ぐに消滅して広範囲の波長帯に属す超音波が発生する。そして、超音波は処理液８１中を伝播して補助部材２５から離れた位置にて支持される基板９へと到達し、空間８２の窒素ガスが膨張して処理液８１に生じる圧力変化と協働して基板９の主面上から不要物が適切に除去され、除去された不要物は流動する処理液８１と共に排出される。
【００４３】
ここで、処理液８１中において基板９は支持アーム７２により閃光の照射領域外にて支持されており、基板９に閃光が直接照射されることはない。したがって、図４の基板洗浄装置１ｂでは、光照射部４からの閃光により基板９に損傷が生じることを防止しつつ補助部材２５の表面上に発生した気泡からの超音波を利用して基板９を洗浄することができる。なお、補助部材２５は、光照射部４からの閃光が照射されることにより表面上に気泡が発生する部材であればいかなるものであってもよく、また、必ずしも板状である必要はない。
【００４４】
また、基板９を支持する手法はチャック７２１を用いるもの以外であってもよい。基板９は処理液８１中の閃光の照射領域外にて、洗浄対象となる側の主面を補助部材２５側に向けて支持されることが好ましい。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００４６】
光照射部４において、フラッシュランプ４１の配列または形状等は上記実施の形態に示したものに限定されず、洗浄される基板９の大きさ等の諸条件に合わせて適宜変更が可能である。また、キセノンフラッシュランプに代えて、例えばクリプトンフラッシュランプが用いられてもよい。なお、基板洗浄装置の設計によっては、光照射部４を洗浄槽２内に設けることも可能である。
【００４７】
また、基板洗浄装置は、例えば、基板上に付着した現像後のフォトレジストを剥離する際に、フォトレジストを不要物と捉えて除去する用途にも利用することができる。
【００４８】
基板洗浄装置は、半導体基板のみならず、例えば、液晶表示装置やプラズマ表示装置等のフラットパネル表示装置用のガラス基板に対する洗浄にも利用することができる。
【００４９】
また、基板９を洗浄する処理の流れにおいて予め貯溜された処理液８１に基板９を浸漬するようにしたが、基板９を処理位置とした後に処理液８１を貯溜するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】基板洗浄装置の構成を示す図である。
【図２】基板を洗浄する処理の流れを示す図である。
【図３】第２の実施の形態に係る基板洗浄装置の構成を示す図である。
【図４】第３の実施の形態に係る基板洗浄装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，１ａ，１ｂ    基板洗浄装置
２    洗浄槽
３    支持部
４    光照射部
５    透光板
９    基板
２１    供給管
２２    排出管
２５    補助部材
６１    収納カセット
７２    支持アーム
８１    処理液
８２    空間
９１    主面
Ｓ１１，Ｓ１３    ステップ
【図１】
2005166906.tif 000003
【図２】
2005166906.tif 000004
【図３】
2005166906.tif 000005
【図４】
2005166906.tif 000006