(57)【要約】【課題】精密基板の洗浄を行う洗浄装置において、汚染因子再付着防止、自然酸化形成の防止、ウォータマーク防止が可能な洗浄装置を提供する。【解決手段】被洗浄基板２を容器３内に配置し、容器３内の雰囲気を測定する雰囲気計測器４と雰囲気を制御するガス供給手段５およびガス排気手段６、７を配置した洗浄装置１において、被洗浄面に対向した部位からガスを均一に供給するガス供給手段５、筒状固定軸１６、流体軸受け１７および回転支持部材１８からなる回転保持機構にガスを供給するガス供給手段２１、排水機構にガスを排気するガス排気手段７、洗浄液噴射時の雰囲気を制御するガスを供給するガス供給手段３１のいずれか一つ以上の手段を具備する。洗浄装置１内の雰囲気を測定する雰囲気計測器４は、任意のタイミングで計測可能であり、引火性成分、可燃性成分、または支燃性成分のいずれか１つ以上の成分を検出可能なものとする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板、液晶ガラス基板、磁気ディスクなどの被洗浄基板を容器内にて洗浄する洗浄装置であって、前記容器内の雰囲気を制御する雰囲気制御手段と、前記容器内の雰囲気を計測する雰囲気成分計測器とを備えたことを特徴とする洗浄装置。
【請求項２】
前記雰囲気制御手段を、前記容器内にガスを供給するガス供給手段と、前記容器内から前記ガスを排出するガス排気手段で構成したことを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項３】
前記容器内の雰囲気を任意のタイミングで計測することを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項４】
前記雰囲気制御手段によって酸素濃度を制御することを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項５】
前記雰囲気成分計測器によって、引火性成分、可燃性成分、または支燃性成分の少なくとも１つの成分を検出することを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項６】
前記支燃性成分が酸素であることを特徴とする請求項５に記載洗浄装置。
【請求項７】
前記ガス供給手段として、前記被洗浄基板の被洗浄面に対向した部位からガスを均一に供給する第１のガス供給手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の洗浄装置。
【請求項８】
前記被洗浄基板を水平状態で保持するとともに回転させる回転保持機構を有し、前記ガス供給手段として、前記回転保持機構にガスを供給する第２のガス供給手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載の洗浄装置。
【請求項９】
前記被洗浄基板の被洗浄面に向けて洗浄液を噴射する洗浄液噴射機構を有し、前記ガス供給手段として、前記洗浄液噴射機構の雰囲気を制御するガスを供給する第３のガス供給手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載の洗浄装置。
【請求項１０】
洗浄廃液を酸系、アルカリ系、有機系、および一般排水系の所望の排水系に分別排水する排水機構を有し、前記排水機構からガスを排気することを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項１１】
前記排水機構は、同心円状に配された複数のカップ状誘導壁を有し、複数の前記カップ状誘導壁間の間隙により排水通路およびガス流路を形成し、前記ガス流路は複数の前記カップ状誘導壁間に形成された流路断面が大きい第１の通路とその下流側に連結する流路断面が小さい第２の通路とを有し、前記第２の通路を通過するガス流速が最大になるように流路断面を設計したことを特徴とする請求項１０に記載の洗浄装置。
【請求項１２】
前記回転保持機構は、前記容器内に配置されて前記被洗浄基板を保持するテーブルと、前記テーブルを回転させる回転軸と、前記回転軸を保持する流体軸受けとを有し、前記容器内の圧力を前記流体軸受けの圧力より大きくし、前記流体軸受けの圧力を大気圧より大きくしたことを特徴とする請求項８に記載の洗浄装置。
【請求項１３】
前記排水機構は、前記複数のカップ状誘導壁の各々を個別に上下させる駆動軸を有し、前記駆動軸を囲んで固定フランジおよび可動フランジが配置され、前記固定フランジおよび前記可動フランジ間にベローズを配置したことを特徴とする請求項１０に記載の洗浄装置。
【請求項１４】
前記容器内の雰囲気を減圧環境に設定したことを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項１５】
前記容器内の雰囲気において、水の露点温度を制御可能としたことを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項１６】
前記被洗浄基板を水平状態で保持するとともに回転させる回転保持機構を有し、前記回転保持機構は前記被洗浄基板を保持するテーブルを有し、前記被洗浄基板と前記テーブルとの間に不活性ガスを供給するガス吐出孔を有し、前記ガス吐出孔から供給する前記不活性ガスを前記被洗浄基板の外周から排出する構成において、前記被洗浄基板の外周より小さい内径を有するリング状突起を前記テーブルに設けたことを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項１７】
前記ガス吐出孔を、前記不活性ガスが供給される上流側通路よりも噴出通路を小径としたことを特徴とする請求項１６に記載の洗浄装置。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７のいずれかに記載の洗浄装置を用いた洗浄システムであって、前記被洗浄基板を前記洗浄装置に搬入、搬出する搬送機構を有する搬送装置と、前記搬送装置内の雰囲気と前記洗浄装置内の雰囲気とを遮断する遮断機構と、前記搬送装置内の雰囲気を制御する雰囲気制御手段とを備えたことを特徴とする洗浄システム。
【請求項１９】
前記雰囲気制御手段を、前記搬送装置内にガスを供給するガス供給手段と、前記搬送装置内から前記ガスを排出するガス排気手段で構成したことを特徴とする請求項１８に記載の洗浄システム。
【請求項２０】
前記搬送装置に、前記搬送装置内の雰囲気を遮断する遮断機構を介して、前記被洗浄基板の搬送または保管を行う専用ケースを任意に着脱可能な接続装置が接続されていることを特徴とする請求項１８に記載の洗浄システム。
【請求項２１】
前記搬送装置に、前記搬送装置内の雰囲気を遮断する遮断機構を介して、前記被洗浄基板を乾燥させる乾燥装置が連結され、前記乾燥装置は、前記乾燥装置内の雰囲気を制御する雰囲気制御手段を備えたことを特徴とする請求項１８に記載の洗浄システム。
【請求項２２】
前記雰囲気制御手段を、前記乾燥装置内にガスを供給するガス供給手段と、前記乾燥装置内から前記ガスを排出するガス排気手段で構成したことを特徴とする請求項２１に記載の洗浄システム。
【請求項２３】
前記搬送装置に、前記搬送装置内の雰囲気を遮断する遮断機構を介して、前記被洗浄基板の洗浄前または／及び洗浄後の工程を行う一つ以上の装置が接続されていることを特徴とする請求項２１に記載の洗浄システム。
【請求項２４】
請求項２に記載の洗浄装置を用いた洗浄システムであって、前記ガス供給手段を、複数の前記洗浄装置の各々のガス供給口に任意に制御可能なダンパを介して連結し、前記ガス排気手段を、複数の前記洗浄装置の各々のガス排気口に前記ダンパを介して連結したことを特徴とする洗浄システム。
【請求項２５】
請求項１から請求項１７のいずれかに記載の洗浄装置を用いて洗浄する被洗浄基板の洗浄方法であって、前記容器内を真空引きするステップと、前記容器内の圧力が所望のレベルまで減少したとき真空引きを停止するステップと、前記容器内に不活性ガスを導入し、前記容器内の圧力が所定の圧力レベルまで増加したときに前記容器内のガスを排気するステップと、前記容器内の雰囲気を測定して所定の雰囲気に制御するステップと、前記被洗浄基板を回転させ、前記容器内に不活性ガスを流しながら前記被洗浄基板に所定の洗浄液を噴射するステップと、洗浄後の前記洗浄液を複数の排水系に分別排水するステップを有することを特徴とする被洗浄基板の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体基板、液晶ガラス基板、磁気ディスクなどの精密基板を洗浄するための洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、液晶ディスプレイ、磁気ディスクなどの精密基板の製造において、精密基板の汚染を防止することは、歩留向上やデバイスの信頼性向上のために不可欠である。したがって、従来から製造過程において上記精密基板が汚染されることを防止するため、製造工程、製造装置、製造環境の改良が行なわれてきた。
また、汚染防止技術が改良されても、実際には汚染を完全に防止することは不可能であるため、汚染を除去するための洗浄技術も上記汚染防止技術と同様に重要である。
そして、半導体をはじめとした各デバイスの高集積化、高精度化にともない、問題となる汚染因子も一層厳しくなってきており、重金属汚染はもとより、環境からのパーティクル汚染、製造装置からの汚染も問題となり、これらの改善が必要である。
そして、今後さらに高集積化、高精度化する半導体をはじめとしたデバイスの製造工程で求められる洗浄技術においては、精密基板の平坦化技術や最表面に形成される自然酸化膜の防止などの原子・分子レベルの制御が求められており、また汚染の問題についても製造雰囲気に存在する水分や有機物、他ガス成分などの原子・分子レベルの汚染防止が求められている。
このため、半導体をはじめとしたデバイスの製造装置は、クリーンルームと呼ばれるパーティクル、温度、湿度を制御した室内に設置されており、半導体基板、液晶ガラス基板、磁気ディスクなどの精密基板もクリーンルーム内雰囲気に曝されることになっている（たとえば特許文献１参照）。
また、半導体デバイスの心臓部とも言われるゲート絶縁膜に有機物が付着した場合には、初期不良が増大することが判明しており、デバイスの歩留を向上させるためには、有機物の再付着防止も重要な因子の一つである。
また、ドライプロセスと呼ばれる半導体製造用特殊ガスや不活性ガスなどを用いた成膜工程やエッチング工程においては、水分や有機物、他ガス成分などの原子・分子レベルの汚染を防止するために高清浄な雰囲気にて精密基板を次工程に搬送する製造技術の開発や改良が提案されている。このような観点から、従来、高清浄雰囲気を具備した洗浄装置の実用化の試みがなされてきた。
また、洗浄液の節約、洗浄装置の省占有面積を実現するため、近年枚葉式の精密基板洗浄装置の開発が進められており、多くの枚葉式洗浄装置は被洗浄基板を水平状態で保持し、回転可能な回転保持手段を配置している（たとえば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−６４１４６号公報（（００２４）および図１など）
【特許文献２】特開２００１−１５４７０号公報（（００２２）および図１など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１におけるクリーンルーム雰囲気は、上述のようにパーティクル、温度、湿度を制御しているが、水分や有機物、他ガス成分などの原子・分子レベルの汚染は完全には除去されないため、このような汚染因子が精密基板の表面に付着してしまうという問題がある。また、精密基板の洗浄を行い、表面にパーティクル、金属、自然酸化膜などの汚染物質を除去した後、クリーンルーム中に放置した場合、大気中の酸素により表面が酸化され、酸化膜が形成されてしまう。したがって、これらの汚染を確実に防止および除去し、精密基板表面の清浄度を維持するためには、従来のように精密基板をクリーンルーム内雰囲気に暴露してはならず、基板に対して不活性なガスを充填した高清浄な容器内で搬送して次の工程に送ることが望ましい。
また、高清浄な雰囲気にて精密基板を次工程に搬送する主な技術課題としては不活性ガスの供給／排気、高スループット化、洗浄液の節約であり、不活性ガスの供給／排気においては単一もしくは混合ガスの洗浄装置へ供給／排気を目的としており、雰囲気中に存在する水分や有機物、他ガス成分などの原子・分子レベルの汚染を防止、制御するという課題は解決されていない。その理由の一つとして、洗浄装置内雰囲気成分の計測を行うための最適な機器が皆無であることが挙げられる。
一般的に市販されている微量ガス成分を計測する機器としては、四重極型質量分析計や隔膜ガルバニ電池式・ジルコニア式の酸素濃度計などが挙げられる。ｐｐｍレベルの極微量のガス成分を分析する機器として、四重極型質量分析計は最適な機器であるが、その計測原理は双曲面を持った４本の電極（四重極柱）に電圧印加し、その中にガス分子イオンを入射させ、電極間の電位差によって四重極柱を通過できるイオンの質量数Ｍとイオンの価数Ｚの比が決まることを利用し、質量分離を行うものであり、ガス分子イオンをイオン化させ、さらに検出器へ導入するためには機器内を高真空に保持する必要がある。よって、この四重極型質量分析計は、真空雰囲気中でのガス成分計測には最適な機器であるが、洗浄液を使用、排水するために一般的に大気圧雰囲気下である洗浄装置内で用いるには適さない。
一方、隔膜ガルバニ電池式・ジルコニア式の酸素濃度計は、計測する酸素濃度に応じて、用いる酸素濃度計の方式を選択しなければならない。なお、大気中に含まれる酸素濃度約２１％近傍（％レベル）の比較的高濃度の酸素を計測するには隔膜ガルバニ電池式が有用であり、またｐｐｍレベルの低濃度酸素を計測するにはジルコニア式が有用である。
隔膜ガルバニ電池式の酸素濃度計は、貴金属電極と非金属電極と電解液より構成され、貴金属電極を被測定雰囲気に曝することで、被測定雰囲気中の酸素を測定するもので、簡便に酸素濃度の計測が行え、大気中また通常より水分濃度の高い洗浄装置内での酸素濃度計測が可能であるが、酸素濃度測定範囲が比較的高濃度であり、また分解能についても０．５％程度であるため、ｐｐｍレベルの極微量酸素濃度を正確に計測することが困難である。
ジルコニア式の酸素濃度計は、ジルコニアセラミック電極間で被測定雰囲気中に含まれる酸素の電子の受け渡しを行って被測定雰囲気中の酸素を測定するもので、酸素濃度測定範囲はｐｐｍレベルである。また高分解能を有しているため、極微量の酸素濃度を正確に計測することが可能である。しかし、電極の腐食を引き起こすため、酸／アルカリ／有機溶剤の成分が存在する雰囲気の酸素濃度計測には適さない。
このように、種々の洗浄液を使用する洗浄装置内雰囲気成分の計測に適した機器がなく、洗浄装置内雰囲気中に存在する水分や有機物、他ガス成分などの原子・分子レベルの汚染を防止、制御するという課題は克服されていない。
また、精密基板の洗浄工程や洗浄装置においては、洗浄に酸／アルカリ／有機溶剤などの洗浄液や超純水などの液体を用いるため、洗浄装置雰囲気には水分や有機物、他洗浄液中に含まれる無機物がミスト状（蒸気）で存在しており、このような洗浄工程の雰囲気を制御することが困難であった。
また、精密基板洗浄後に乾燥を完全に行われなければ、基板表面に残存する超純水ミスト（蒸気）や水滴が蒸発することにより生じるウォータマークと呼ばれる汚染残渣が発生し、清浄基板への再汚染や基板表面粗度の低下など様々な問題が発生する。このような自然酸化膜やウォータマークは、半導体をはじめとした各デバイスの歩留を低下させるだけでなく、デバイスの信頼性にも悪影響を与えることが報告されており、自然酸化膜やウォータマークの防止は、昨今ますます各デバイスに求められる高集積化、高精度化、高信頼性化、高歩留化の製造を実現するためには避けて通れない課題である。
さらに、環境問題、省エネルギーの観点から、洗浄液の排水において、分別排水・回収の技術開発が進められているが、洗浄装置における排水系は、一般的に外気と遮断されておらず排水系からの外気混入や洗浄液の蒸気混入については対策がなされていない状態である。
また、特許文献２のような回転保持手段を配置した枚葉式洗浄装置においては、ほとんどの回転機構は洗浄装置の外部に固定されており、回転機構を接続している部位から外気が混入してくるため、洗浄装置雰囲気を高清浄に維持することが困難であるという問題があった。
本発明者らは、このような種々の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、水分を除去した大気成分（クリーンドライエア）中に洗浄された精密基板を放置した場合には、自然酸化膜の形成が抑制されること、詳細なメカニズムについては明らかではないが、自然酸化膜形成には、酸化種である酸素と大気中に含まれる水分が相互作用を起こしていること、精密基板をクリーンルーム内雰囲気に暴露しないで、容器内で搬送する際に、充填する不活性ガスの制御には、酸素濃度、水分濃度の制御が重要な因子の一つとして挙げられること、および、自然酸化膜形成の過程において、水分が存在する雰囲気においても酸化種である酸素濃度が低濃度であれば、自然酸化膜形成が抑制されるという知見を見出した。
【０００４】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、精密基板の洗浄を行う洗浄装置において、洗浄装置雰囲気中に存在する水分や有機物、他ガス成分などの原子・分子レベルの汚染因子を制御し、洗浄後の原子・分子レベルの汚染因子再付着防止、自然酸化形成の防止、ウォータマーク防止を実現できる洗浄装置を提供することを目的とする。
また、精密基板を洗浄する洗浄装置において、洗浄が行なわれる容器内雰囲気、特に雰囲気中に存在する酸素の濃度制御を行うことができる洗浄装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の本発明の洗浄装置は、半導体基板、液晶ガラス基板、磁気ディスクなどの被洗浄基板を容器内にて洗浄する洗浄装置であって、前記容器内の雰囲気を制御する雰囲気制御手段と、前記容器内の雰囲気を計測する雰囲気成分計測器とを備えたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の洗浄装置において、前記雰囲気制御手段を、前記容器内にガスを供給するガス供給手段と、前記容器内から前記ガスを排出するガス排気手段で構成したことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の洗浄装置において、前記容器内の雰囲気を任意のタイミングで計測することを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載の洗浄装置において、前記雰囲気制御手段によって酸素濃度を制御することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１に記載の洗浄装置において、前記雰囲気成分計測器によって、引火性成分、可燃性成分、または支燃性成分の少なくとも１つの成分を検出することを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載の洗浄装置において、前記支燃性成分が酸素であることを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項２に記載の洗浄装置において、前記ガス供給手段として、前記被洗浄基板の被洗浄面に対向した部位からガスを均一に供給する第１のガス供給手段を備えたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項７に記載の洗浄装置において、前記被洗浄基板を水平状態で保持するとともに回転させる回転保持機構を有し、前記ガス供給手段として、前記回転保持機構にガスを供給する第２のガス供給手段を備えたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項７に記載の洗浄装置において、前記被洗浄基板の被洗浄面に向けて洗浄液を噴射する洗浄液噴射機構を有し、前記ガス供給手段として、前記洗浄液噴射機構の雰囲気を制御するガスを供給する第３のガス供給手段を備えたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項１に記載の洗浄装置において、洗浄廃液を酸系、アルカリ系、有機系、および一般排水系の所望の排水系に分別排水する排水機構を有し、前記排水機構からガスを排気することを特徴とする。
請求項１１記載の本発明は、請求項１０に記載の洗浄装置において、前記排水機構は、同心円状に配された複数のカップ状誘導壁を有し、複数の前記カップ状誘導壁間の間隙により排水通路およびガス流路を形成し、前記ガス流路は複数の前記カップ状誘導壁間に形成された流路断面が大きい第１の通路とその下流側に連結する流路断面が小さい第２の通路を有し、前記第２の通路を通過するガス流速が最大になるように流路断面を設計したことを特徴とする。
請求項１２記載の本発明は、請求項８に記載の洗浄装置において、前記容器内に配置されて前記被洗浄基板を保持するテーブルと、前記テーブルを回転させる回転軸と、前記回転軸を保持する流体軸受けとを有し、前記容器内の圧力を前記流体軸受けの圧力より大きくし、前記流体軸受けの圧力を大気圧より大きくしたことを特徴とする。
請求項１３記載の本発明は、請求項１０に記載の洗浄装置において、前記排水機構は、複数の前記カップ状誘導壁の各々を個別に上下させる駆動軸を有し、前記駆動軸を囲んで固定フランジおよび可動フランジが配置され、前記固定フランジおよび前記可動フランジ間にベローズを配置したことを特徴とする。
請求項１４記載の本発明は、請求項１に記載の洗浄装置において、前記容器内の雰囲気を減圧環境に設定したことを特徴とする。
請求項１５記載の本発明は、請求項１に記載の洗浄装置において、前記容器内の雰囲気の水の露点温度を制御可能としたことを特徴とする。
請求項１６記載の本発明は、請求項１に記載の洗浄装置において、前記被洗浄基板を水平状態で保持するとともに回転させる回転保持機構を有し、前記回転保持機構は前記被洗浄基板を保持するテーブルを有し、前記被洗浄基板と前記テーブルとの間に不活性ガスを供給するガス吐出孔を有し、前記ガス吐出孔から供給する前記不活性ガスを前記被洗浄基板の外周から排出する構成において、前記被洗浄基板の外周より小さい内径を有するリング状突起を前記テーブルに設けたことを特徴とする。
請求項１７記載の本発明は、請求項１６に記載の洗浄装置において、前記ガス吐出孔を、前記不活性ガスが供給される上流側通路よりも噴出通路を小径としたことを特徴とする。
請求項１８記載の本発明の洗浄システムは、請求項１から請求項１７のいずれかに記載の洗浄装置を用いた洗浄システムであって、前記被洗浄基板を前記洗浄装置に搬入、搬出する搬送機構を有する搬送装置と、前記搬送装置内の雰囲気と前記洗浄装置内の雰囲気とを遮断する遮断機構と、前記搬送装置内の雰囲気を制御する雰囲気制御手段とを備えたことを特徴とする。
請求項１９記載の本発明は、請求項１８に記載の洗浄システムにおいて、前記雰囲気制御手段を、前記搬送装置内にガスを供給するガス供給手段と、前記搬送装置内から前記ガスを排出するガス排気手段で構成したことを特徴とする。
請求項２０記載の本発明は、請求項１８に記載の洗浄システムにおいて、前記搬送装置に、前記搬送装置内の雰囲気を遮断する遮断機構を介して、前記被洗浄基板の搬送または保管を行う専用ケースを任意に着脱可能な接続装置が接続されていることを特徴とする。
請求項２１記載の本発明は、請求項１８に記載の洗浄システムにおいて、前記搬送装置に、前記搬送装置内の雰囲気を遮断する遮断機構を介して、前記被洗浄基板を乾燥させる乾燥装置が連結され、前記乾燥装置は、前記乾燥装置内の雰囲気を制御する雰囲気制御手段を備えたことを特徴とする。
請求項２２記載の本発明は、請求項２１に記載の洗浄システムにおいて、前記雰囲気制御手段を、前記乾燥装置内にガスを供給するガス供給手段と、前記乾燥装置内から前記ガスを排出するガス排気手段で構成したことを特徴とする。
請求項２３記載の本発明は、請求項２１に記載の洗浄システムにおいて、前記搬送装置に、前記搬送装置内の雰囲気を遮断する遮断機構を介して、前記被洗浄基板の洗浄前または／及び洗浄後の工程を行う装置が一つ以上接続されていることを特徴とする。
請求項２４記載の本発明の洗浄システムは、請求項２に記載の洗浄装置を用いた洗浄システムであって、前記ガス供給手段を、複数の前記洗浄装置の各々のガス供給口に任意に制御可能なダンパを介して連結し、前記ガス排気手段を、複数の前記洗浄装置の各々のガス排気口に前記ダンパを介して連結したことを特徴とする。
請求項２５記載の本発明の被洗浄基板の洗浄方法は、請求項１から請求項１７のいずれかに記載の洗浄装置を用いて洗浄する被洗浄基板の洗浄方法であって、前記容器内を真空引きするステップと、前記容器内の圧力が所望のレベルまで減少したとき真空引きを停止するステップと、前記容器内に不活性ガスを導入し、前記容器内の圧力が所定の圧力レベルまで増加したときに前記容器内のガスを排気するステップと、前記容器内の雰囲気を測定して所定の雰囲気に制御するステップと、前記被洗浄基板を回転させ、前記容器内に不活性ガスを流しながら前記被洗浄基板に所定の洗浄液を噴射するステップと、洗浄後の前記洗浄液を複数の排水系に分別排水するステップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、半導体デバイス、液晶ディスプレイ、磁気ディスクなどの洗浄装置内の雰囲気を制御するためのガス供給手段とガス排気手段、および雰囲気成分計測器を具備することにより、洗浄装置雰囲気中に存在する水分や有機物、他ガス成分などの原子・分子レベルの汚染因子の制御が可能であり、洗浄後の原子・分子レベルの汚染因子再付着防止、自然酸化形成の防止、ウォータマーク防止が実現可能となり、清浄雰囲気での高品質で高歩留な精密基板洗浄、被洗浄基板の清浄度維持が可能な洗浄装置を提供できる。
また、洗浄装置内の雰囲気成分を任意に計測可能とすることにより、高品質な精密基板洗浄工程が確立され、精密基板洗浄の品質保証が可能となり、半導体をはじめとしたデバイス製造の歩留向上に貢献できる。
また、ガス供給手段とガス排気手段を酸素濃度制御可能なものとすることにより、自然酸化膜防止が可能となり、洗浄装置内の高清浄雰囲気の維持が可能となる。
また、引火性成分、可燃性成分、支燃性成分を検出可能な雰囲気成分計測器を洗浄装置に配置し、必要に応じて成分濃度を測定することが可能となるため高清浄雰囲気下で安全で高品質な精密基板洗浄が可能となり、精密基板洗浄の品質保証が可能であるため、半導体をはじめとしたデバイス製造の歩留向上に貢献できる。
また、このように安全性を確保するための雰囲気成分計測器において、支燃性成分である酸素の濃度を検出可能とすることにより、高清浄雰囲気下で安全に、かつ自然酸化膜の形成を防止することができる。
また、洗浄装置内の効率的な高清浄雰囲気の維持が可能となるため、洗浄装置内においてガスの滞留がほとんどなくなり、洗浄液噴射機構の駆動部を清浄装置内の凸部分に配置が可能となり、洗浄装置の小型化、装置内断面積の省面積化、ひいては雰囲気制御に必要なガス総流量の削減が図られ、環境問題、省エネルギー、省占有面積に対応した洗浄装置が実現できる。
そして、被洗浄基板の清浄度を維持したまま、被洗浄基板の乾燥が可能となるため、ウォータマーク防止が実現可能となり、半導体をはじめとした各デバイスの高歩留、高信頼性を有する製造が実現可能となる。
また、雰囲気が制御された搬送装置、乾燥装置、接続装置および洗浄前後工程の装置を配置することで、水分や有機物、他ガス成分などの原子・分子レベルの汚染因子の制御が可能で、洗浄後の原子・分子レベルの汚染因子再付着防止、自然酸化形成の防止、ウォータマーク防止を実現可能とし、半導体をはじめとしたデバイス製造の高品質化、高歩留化、高スループット化を実現可能なものとすることができる。
したがって、本発明の洗浄装置は、半導体デバイス、液晶ディスプレイ、磁気ディスクなどの半導体製品ならびに電子部品や家電製品などの製造、生産における製造品質、製造コストに大いに貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の第１の実施の形態による洗浄装置は、容器内の雰囲気を制御する雰囲気制御手段と、容器内の雰囲気を計測する雰囲気成分計測器とを備えたものである。本実施の形態によれば、水分や有機物、他ガス成分などの原子・分子レベルの汚染成分が制御された高清浄な洗浄装置内雰囲気を維持することができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による洗浄装置において、雰囲気制御手段を、容器内にガスを供給するガス供給手段と、容器内からガスを排出するガス排気手段で構成したものである。本実施の形態によれば、ガスの供給と排出によって容器内のガスの圧力、濃度を制御することができる。
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態による洗浄装置において、容器内の雰囲気を任意のタイミングで計測するものである。本実施の形態によれば、必要に応じて容器内の雰囲気成分を計測することで、高品質な精密基板洗浄が可能となる。
本発明の第４の実施の形態は、第１の実施の形態による洗浄装置において、雰囲気制御手段によって酸素濃度を制御するものである。本実施の形態によれば、自然酸化膜形成に大きな影響を与える酸素濃度を確実に制御することができるので、自然酸化膜の形成を防止するとともに、高清浄雰囲気を維持することができる。
本発明の第５の実施の形態は、第１の実施の形態による洗浄装置において、雰囲気成分計測器によって、引火性成分、可燃性成分、または支燃性成分の少なくとも１つの成分を検出するものである。本実施の形態によれば、洗浄液に含まれる引火性、可燃性、支燃性を有する成分を確実に検出することができるので、洗浄装置の火災や爆発などを防止し、高清浄雰囲気下で安全に精密基板洗浄を行うことが可能となる。
本発明の第６の実施の形態は、第５の実施の形態による洗浄装置において、支燃性成分が酸素であるものである。本実施の形態によれば、支燃性成分である酸素を確実に検出することができるので、高清浄雰囲気下で安全に、かつ自然酸化膜形成が防止された高品質な精密基板の洗浄が可能となる。
本発明の第７の実施の形態は、第２の実施の形態による洗浄装置において、ガス供給手段として、被洗浄基板の被洗浄面に対向した部位からガスを均一に供給する第１のガス供給手段を備えたものである。本実施の形態によれば、被洗浄基板の被洗浄面の雰囲気を均一にすることができる。
本発明の第８の実施の形態は、第７の実施の形態による洗浄装置において、被洗浄基板を水平状態で保持するとともに回転させる回転保持機構を有し、ガス供給手段として、回転保持機構にガスを供給する第２のガス供給手段を備えたものである。本実施の形態によれば、回転保持機構近傍のガス滞留を減少させるとともに、回転保持機構の雰囲気を制御することができる。
本発明の第９の実施の形態は、第７の実施の形態による洗浄装置において、被洗浄基板の被洗浄面に向けて洗浄液を噴射する洗浄液噴射機構を有し、ガス供給手段として、洗浄液噴射機構の雰囲気を制御するガスを供給する第３のガス供給手段を備えたものである。本実施の形態によれば、洗浄液噴射機構近傍のガス滞留を減少させるとともに、洗浄液噴射機構の雰囲気を制御することができる。
本発明の第１０の実施の形態は、第１の実施の形態による洗浄装置において、洗浄廃液を酸系、アルカリ系、有機系、および一般排水系の所望の排水系に分別排水する排水機構を有し、排水機構からガスを排気するものである。本実施の形態によれば、被洗浄基板の被洗浄面の雰囲気を均一にすることができる。
本発明の第１１の実施の形態は、第１０の実施の形態による洗浄装置において、排水機構が同心円状に配された複数のカップ状誘導壁を有しており、複数のカップ状誘導壁間の間隙により排水通路およびガス流路が形成されて、ガス流路を複数のカップ状誘導壁間に形成された流路断面が大きい第１の通路とその下流側に連結する流路断面が小さい第２の通路とで形成して、第２の通路を通過するガス流速が最大になるように流路断面を設計したものである。本実施の形態によれば、排水流路内に下流から大気あるいは排気ガスが逆流することを防止することができる。
本発明の第１２の実施の形態は、第８の実施の形態による洗浄装置において、被洗浄基板を保持するテーブルを回転させる回転軸を保持する流体軸受けとを有し、容器内の圧力を流体軸受けの圧力より大きくし、流体軸受けの圧力を大気圧より大きくしたものである。本実施の形態によれば、流体軸受けを高真空に対応した無発塵とすることができるとともに、流体軸受けからのパーティクルや外気混入を防止した流体軸受け封止を実現することができる。
本発明の第１３の実施の形態は、第１０の実施の形態による洗浄装置において、排水機構における誘導壁の上下駆動軸を囲んで固定フランジおよび可動フランジが配置されており、固定フランジおよび可動フランジ間にベローズを配置したものである。本実施の形態によれば、上下駆動軸の周囲から侵入する大気を固定フランジ、可動フランジおよびベローズで囲まれた空間に捕獲し、大気が洗浄装置内に侵入することを防止することができる。
本発明の第１４の実施の形態は、第１の実施の形態による洗浄装置において、容器内雰囲気を減圧環境に設定するものである。本実施の形態によれば、洗浄後のウォータマークの形成を防止することができるので、基板の酸化、清浄基板の再汚染や基板表面粗度の低下などを防止することができる。
本発明の第１５の実施の形態は、第１の実施の形態による洗浄装置において、容器内の雰囲気の水の露点温度を制御可能としたものである。本実施の形態によれば、洗浄後のウォータマークの形成を防止することができるので、基板の酸化、清浄基板の再汚染や基板表面粗度の低下などを防止することができる。
本発明の第１６の実施の形態は、第１の実施の形態による洗浄装置において、被洗浄基板の外周より小さい内径を有するリング状突起をテーブルに設けたものである。本実施の形態によれば、リング状突起を設置することで、被洗浄基板の裏面への洗浄液の回り込み位置を、被洗浄基板の回転数と被洗浄基板とテーブルとの間に供給する不活性ガスの流量によって制御でき、被洗浄基板裏面の均一な洗浄、あるいは、被洗浄基板裏面の再汚染防止を制御できる。
本発明の第１７の実施の形態は、第１６の実施の形態による洗浄装置において、ガス吐出孔を、不活性ガスが供給される上流側通路よりも小径としたものである。本実施の形態によれば、被洗浄基板の洗浄中に万一被洗浄基板が破損しても、洗浄液が不活性ガスの吐出孔内に侵入することを防止することができる。
本発明の第１８の実施の形態による洗浄システムは、被洗浄基板を洗浄装置に搬入、搬出する搬送機構を有する搬送装置と、搬送装置内の雰囲気と洗浄装置内の雰囲気とを遮断する遮断機構と、搬送装置内の雰囲気を制御する雰囲気制御手段とを備えたものである。本実施の形態によれば、被洗浄基板を洗浄装置に搬入、搬出する際に、被洗浄基板への汚染因子再付着を防止することができるので、洗浄装置に対して被洗浄基板を清浄度を維持したまま搬入、搬出させることができる。
本発明の第１９の実施の形態は、第１８の実施の形態による洗浄システムにおいて、雰囲気制御手段を、搬送装置内にガスを供給するガス供給手段と、搬送装置内からガスを排出するガス排気手段で構成したものである。本実施の形態によれば、ガスの供給と排出によって搬送装置内のガスの圧力、濃度、温度を制御することができる。
本発明の第２０の実施の形態は、第１８の実施の形態による洗浄システムにおいて、搬送装置に、搬送装置内雰囲気と遮断する遮断機構を介して被洗浄基板の搬送または保管を行う専用ケースを有する接続装置を接続したものである。本実施の形態によれば、被洗浄基板の清浄度を維持したまま、次工程の装置へ搬送または保管することができる。
本発明の第２１の実施の形態は、第１８の実施の形態による洗浄システムにおいて、搬送装置に搬送装置内雰囲気と遮断する遮断機構を介して被洗浄基板を乾燥させる乾燥装置を連結したものである。本実施の形態によれば、被洗浄基板の清浄度を維持したまま、基板最表面に残っているミスト状（蒸気）の超純水や残渣を乾燥することができるので、局所的な自然酸化膜形成やウォータマーク形成を防止することができる。
本発明の第２２の実施の形態は、第２１の実施の形態による洗浄システムにおいて、雰囲気制御手段を、乾燥装置内にガスを供給するガス供給手段と、乾燥装置内からガスを排出するガス排気手段で構成したものである。本実施の形態によれば、ガスの供給と排出によって乾燥装置内のガスの圧力、濃度、温度を制御することができる。
本発明の第２３の実施の形態は、第２１の実施の形態による洗浄システムにおいて、搬送装置に、搬送装置内雰囲気と遮断する遮断機構を介して被洗浄基板の洗浄前または／及び洗浄後の工程を行う装置が一つ以上接続されているものである。本実施の形態によれば、被洗浄基板の清浄度を維持したまま洗浄前後の工程が可能となり、高品質な成膜工程やエッチング工程が可能で、半導体をはじめとしたデバイスの高品質化、高スループット化、高歩留化が可能となる。
本発明の第２４の実施の形態による洗浄システムは、第２の実施の形態における洗浄装置を用い、ガス供給手段を、複数の洗浄装置の各々のガス供給口に任意に制御可能なダンパを介して連結し、ガス排気手段を、複数の洗浄装置の各々のガス排気口にダンパを介して連結したものである。本実施の形態によれば、各洗浄装置のダンパを開閉することにより複数の洗浄装置を互いに独立させて運転することができる。したがって、複数の洗浄装置の中の任意の洗浄装置における被洗浄基板を他の洗浄装置に影響を与えることなく交換したり、他の装置に移送させることができる。
本発明の第２５の実施の形態による被洗浄基板の洗浄方法は、第１から第１７のいずれかの洗浄装置を用いて洗浄基板を洗浄する洗浄方法で、洗浄装置の容器内を真空引きするステップと、洗浄装置の容器内の圧力が所望のレベルまで減少したとき真空引きを停止するステップと、洗浄装置の容器内に不活性ガスを導入し、容器内の圧力が所定の圧力レベルまで増加したとき容器内のガスを排気するステップと、洗浄装置の容器内の雰囲気を測定して所定の雰囲気に制御するステップと、被洗浄基板を回転させ、容器内に不活性ガスを流しながら被洗浄基板に所定の洗浄液を噴射するステップと、洗浄後の洗浄液を複数の排水系に分別排水するステップを具備するものである。本実施の形態によれば、水分や有機物、他ガス成分などの原子・分子レベルの汚染成分が制御された高清浄な洗浄を行うことができる。
【実施例１】
【０００８】
以下、本発明の実施例について、図面とともに詳細に説明する。
図１は本発明の実施例にかかる洗浄装置の一構成例を示した断面構成図である。本発明における洗浄には、いわゆる酸／アルカリ／有機溶剤などの洗浄液、これらに界面活性剤などを添加したもの、機能水と呼ばれる極少量ガスを超純水に溶解させた洗浄液やオゾン水、または超純水、さらにはこれらを組み合わせて何段階かの洗浄を行う場合も含む。
洗浄装置１は、被洗浄基板２を容器３内に配置し、外気から遮断して容器３内の雰囲気を測定する雰囲気成分計測器４と、雰囲気を制御するためのガス供給手段５およびガス排気手段６、７とが配置されている。雰囲気制御手段は、ガス供給手段５およびガス排気手段６、７によって構成され、容器３内の雰囲気を制御する。容器３内の雰囲気としては、圧力、温度、濃度など任意であるが、前述した自然酸化膜形成には、酸化種である酸素と大気中に含まれる水分が相互作用を起こしていること、精密基板をクリーンルーム内雰囲気に暴露せず、容器内で搬送する際に、充填する不活性ガスの制御には、酸素濃度、水分濃度の制御が重要な因子の一つとして挙げられること、および、自然酸化膜形成の過程において、水分が存在する雰囲気においても酸化種である酸素濃度が低濃度であれば、自然酸化膜形成が抑制されることから、容器３内の雰囲気の制御は酸素濃度の制御が好適であり、雰囲気成分計測器４としては酸素濃度計が好適である。
【０００９】
ガス供給手段５は、減圧弁１１、マスフローコントローラ１２、およびバルブ１３で構成されており、容器３内に不活性ガスを供給する。ガス供給手段５は、単一ガスの供給手段であり、不活性ガスとしては窒素やアルゴンなどが好ましいが、被洗浄基板２の種類、洗浄目的に応じてガス種は任意に選択可能であり、また単一ガスではなく混合ガスとしても良い。ガス供給手段５は、被洗浄基板２の被洗浄面に対向した部位からガスを均一に供給するように、洗浄装置１の上面に被洗浄基板２の被洗浄面と対向する位置に配置しており、詳細には内径０．５ｍｍの孔を１００個有したシャワープレート１５を配置している。シャワープレート１５の大きさは、被洗浄基板２とほぼ一致している。なお、シャワープレート１５は、被洗浄基板２の大きさ、形状によりガスの均一な供給を実現するためにその形状、内径、孔数を決定すればよく、上記の構成に限定されない。
なお、ガス供給手段５として、減圧弁１１、マスフローコントローラ１２、バルブ１３による一般的なガス流量制御系の組合せを説明したが、圧力制御による流量制御でも十分に対応可能であり、ガス流量制御系を構築する部材については上記組合せに限定されるのではなく、また供給配管についてはガス滞留部を削減することが好ましい。
【００１０】
ガス排気手段６はバルブ８とバルブ８の下流に設けられた真空ポンプ９から構成されて真空排気を行うガス排気系であり、ガス排気手段７はバルブ１４で構成されて一般排気を行うガス排気系であり、バルブ８とバルブ１４により排気系を切り替えることが可能となっている。ガス排気手段６およびガス排気手段７の排気配管は効率的なガス置換を行うため、ガス滞留部を削減することが好ましい。また、排気口は、流体の均一な流れを作り出すため、同心円に沿って配置することが好ましく、また真空排気と一般排気の排気口を分けて配置しても良い。
雰囲気成分計測器４は容器３内の雰囲気成分を計測し、圧力計測器１０は容器３内の圧力を計測する。
【００１１】
容器３の下方ほぼ中央部から容器３内に筒状固定軸１６が挿入されており、この筒状固定軸１６に流体軸受け１７を介して回転支持部材１８が筒状固定軸１６を中心にして回転自在に支持されている。この回転支持部材１８の上端部には、被洗浄基板２を水平状態で保持するテーブル１９が連結されており、下端部には、これを囲繞するように駆動モーター２０が配置されている。駆動モーター２０によって回転支持部材１８を回転すれば、テーブル１９を介して被洗浄基板２を回転できるようになっている。筒状固定軸１６、流体軸受け１７、回転支持部材１８、テーブル１９および駆動モーター２０は、本発明でいう回転保持手段に相当する。
この回転保持手段には不活性ガスを供給するガス供給手段２１が連結されており、ガス供給手段２１から供給される不活性ガスにより回転保持手段からの外気混入を防止する。ガス供給手段２１は、ガス供給手段５と同様に、減圧弁、バルブ、マスフローコントローラを有する一般的なガス流量制御を行うための組合せで構成されるが、圧力制御による流量制御でも十分に対応可能である。またガス供給配管についてはガス滞留部を削減することが好ましい。また、図１の例では、ガス供給口は筒状固定軸１６と流体軸受け１７を封止、固定している２箇所に供給しているが、この部位についてもそれに限定されるのではない。
なお、回転保持手段におけるガス排気はガス排気手段６および７と兼用している。これにより、容器３の加工工程数を削減して製作コストの削減を行っているが、この手法についてもそれに限定されるのではなく、ガス供給系統数に応じたガス供給手段を配置し、回転保持手段に配置したガス供給手段２１専用のガス排気手段を配置しても良い。また、基板を回転させる手段として、回転支持部材１８を直接駆動モーター２０によって回転させる構成としたが、それに限定されるものではなく、回転支持部材１８にプーリーを連結し、これを被駆動側タイミングプーリーとして回転させるなどの基板を回転させることができる他の構成でも良い。
【００１２】
ところで、本実施例のように装置外部に配置された回転機構は、一般的にベアリングのような流体軸受けを介して固定軸に回転支持部材が配置されており、パーティクルや外気混入を防ぐことは容易ではない。そこで、流体軸受け１７として真空装置などで用いられる磁気シールユニットと呼ばれる磁性流体と強力マグネットの組合せにより高真空に対応した無発塵の回転軸シール方式の流体軸受けを採用することで、パーティクルや外気混入を防止した回転軸の流体軸受け封止も可能である。
この場合、洗浄装置１の容器３内の圧力が大気圧より小さいと大気成分が磁性流体中を拡散して洗浄装置１内に侵入するおそれがあり、これにより自然酸化膜形成が行われることがある。これを防止するためには、容器３内の圧力をＶ１、流体軸受け１７の圧力をＶ２、大気圧をＶ３としたとき、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３となるように圧力を調整すればよい。あるいは、流体軸受け１７の大気側の位置に予備室を設け、この予備室の圧力を洗浄装置１の室内圧力より小さい圧力とすればよい。
磁気シールユニットで使用される磁性材料は、一般的に耐食性に優れていないため、回転軸の流体軸受け封止に磁気シールユニットを採用する場合には、酸やアルカリなどの洗浄液蒸気（ミスト）の存在する洗浄装置雰囲気から磁気シールユニットを保護するため別途ガス供給手段とガス排気手段を具備させることが好ましい。
【００１３】
次に、本発明の酸系／アルカリ系／有機系の排水系および一般水の排水系など、所望の排水系に分別排水可能な排水機構について説明する。
図２は図１における排水機構部の拡大図である。図２において図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。図１および図２に示すように、容器３の下方に酸系／アルカリ系／有機系の排水口２２、２３および一般排水系の排水口５９が設けられており、容器３の内部にそれぞれの排水口２２、２３へ所望の洗浄廃液を誘導させるために、同心円状に配された複数のカップ状の誘導壁２４、２５および排水口５９へ洗浄水を誘導させるためのカップ状の誘導壁６０が配置されている。誘導壁２４、２５、６０は、各々底部が開口したカップ形状を伏せた状態で配置されており、開口した底部内にテーブル１９が配置されている。各誘導壁２４、２５、６０の間に隙間を形成することにより排水通路およびガス排気通路を形成する。
誘導壁２４、２５、６０の下部には、誘導壁２４、２５、６０を上下運動させるための上下駆動モーター２６、２７、５８および駆動軸５５、５６、５７が配置されている。上下駆動モーター２６、２７、５８によって駆動軸５５、５６、５７を上下させて誘導壁２４、２５、６０を上下すれば、それぞれ所望の洗浄廃液を所望の排水系に誘導できるようになっている。これら排水口２２、２３、５９、誘導壁２４、２５、６０、上下駆動モーター２６、２７、５８および駆動軸５５、５６、５７は、本発明でいう排水機構に相当する。本実施例では、それぞれの排水系の区画に、廃液が排気系に混入しないように、排気口２８、２９、３０と排水口５９、２３、２２に高低差を設けて配置し、排水系からの外気混入を防止している。排気口２８、２９、３０はガス排気手段６（真空排気）及びガス排気手段７（通常排気）に連結されており、バルブ８、１４で真空排気／通常排気の切換えを可能にしている。なお、ガス排気手段６、７の代わりに排水系からの外気混入防止専用のガス排気手段を別に配置してもよい。
【００１４】
図２に示すように、洗浄液はたとえば誘導壁２４、２５間の隙間から排水口２２に排水される。このとき誘導壁２４、２５間の隙間が大きいと、洗浄液通路の断面積が大きくなって排水しやすい。しかし、この隙間が大きいと、大気や排気ガスがこの隙間を通って洗浄装置１の容器３内に逆流するおそれがある。そこで、本実施例においては、誘導壁２４と誘導壁２５の間に形成されたガス通路７０をテーブル１９部から緩やかに延びる流路断面が大きい上流側の横方向通路７０１と横方向通路７０１から急激に下方に屈曲した流路断面が小さい下流側の縦方向通路７０２で構成する。縦方向通路７０２は、カップ状の誘導壁２４の垂直部と、カップ状の誘導壁２５の垂直部との間に形成される隙間で形成されるリング状をしている。したがって、不活性ガス通路７０は縦方向通路７０２において絞られてその流路断面は横方向通路７０１の流路断面より小さくなる。
一般に、不活性ガス通路７０のようなガス流路においては、ガス流路の断面積が大きいとガス流速は小さく、断面積が小さいとガス流速は大きい。したがって、不活性ガス通路７０の絞られた縦方向通路７０２におけるガス流速は、上流側の横方向通路７０１におけるガス流速より大きい。このときの縦方向通路７０２に流れるガス流Ａの流速を上流側の横方向通路７０１におけるガス流速、及び縦方向通路７０２の下流のガス流速よりも最大になるように流路断面の設計を行うことにより、カップ状の誘導壁からの排気が効率的に行われ、かつ縦方向通路７０２内に下流から大気あるいは排気ガスが逆流することを防止することができる。具体的には以下のようにして行う。
一般に、ガス流は流路断面積が一定のとき、速度が小さいと層流になり、速度が大きくなると中間流から乱流に変化する。乱流、層流の指標としてはレイノルズ数が知られている。そこで、横方向通路７０１のガス流Ａ及び縦方向通路７０２のガス流Ｂの流れを中間流から層流になるように、かつ縦方向通路７０２のガス流Ｂの流速が最大になるように流路断面を設計することにより、縦方向通路７０２の下流から大気あるいは排気ガスが逆流することを防止することができる。
【００１５】
前述したように、回転駆動における駆動部の封止手段は磁気シールユニット方式の流体軸受け１７が有効であるが、上下駆動モーター２６、２７、５８および駆動軸５５、５６、５７による上下駆動ではベローズ方式のように上下駆動部分をバネ状の薄板ジャバラ構造の管で周覆封止を行う封止手段が有効である。すなわち、図３に示すように、駆動軸５６を囲んで固定フランジ６１および可動フランジ６２を対向して配置し、固定フランジ６１および可動フランジ６２間にベローズ６３を配置する。図３において図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
この構成によれば、駆動軸５６の周囲から洗浄装置１に大気が侵入しても、大気は固定フランジ６１、可動フランジ６２およびベローズ６３で囲まれた空間に侵入するので、可動フランジ６２が上方に押されてベローズ６３が延びるだけで洗浄装置１の洗浄室６８内には侵入しない。したがって、被洗浄基板２が侵入大気成分にさらされることは無い。同様に、駆動軸５７を囲んで固定フランジ６４および可動フランジ６５を対向して配置し、固定フランジ６４および可動フランジ６５間にベローズ６６を配置する。
なお、排水系においては、一般的に生活排水配管に用いられるＵ字配管のような排水トラップを配置することが好ましく、また万一外気が混入した際にも効率的に排気、排水が可能なように滞留部を削減することが好ましい。
また、排水口２２、２３と排気口２８、２９、３０を兼用しても差し支えないが、洗浄時に大量の洗浄液を使用した場合には、排水口２２、２３に洗浄液が滞留して洗浄装置１内の圧力が変動する恐れがあるため、洗浄装置１内の圧力を保持する機構を配置するなど対策を講じる必要がある。
なお、本実施例における排水系は、酸系／アルカリ系／有機系の配水系と一般排水系の２系統の分別排水を示しているが、３系統、４系統と分別排水系統が増えた場合においては、分別系統数の必要数に応じて誘導壁を配置し、かつ必要数に応じた排水口および排気口を配置するだけで良く、排気系統数、誘導壁数は任意である。
【００１６】
つぎに、洗浄液噴射手段について説明する。
容器３内には、洗浄液供給管３２、３３が配置されている。洗浄液供給管３２、３３は、回転支持部３４により洗浄装置に連結された洗浄液噴射アーム３５の上部に固定され、被洗浄基板２の上方に位置するように上部ノズル３６、３７に連結されている。回転支持部３４の下方には、駆動モーター３８が配置されており、駆動モーター３８を駆動させることにより、回転支持部３４を中心にして洗浄液噴射アーム３５が被洗浄基板２の上部を円弧動作するようになっている。そして、洗浄液供給管３２、３３から洗浄液を供給すれば、上部ノズル３６、３７から、被洗浄基板２の被洗浄面に向けてそれぞれ所望の洗浄液を噴射できるようになっている。これら洗浄液供給管３２、３３、上部ノズル３６、３７、回転支持部３４、洗浄液噴射アーム３５および駆動モーター３８は、本発明でいう洗浄液噴射手段に相当する。この洗浄液噴射手段にガス供給手段３１を連結させ、洗浄液噴射手段の回転支持部３４近傍のガス滞留を減少させるとともに、効率的なガス置換および清浄な洗浄液噴射機構の雰囲気を制御する。
ガス供給手段３１は、ガス供給手段５と同様に、減圧弁、バルブ、マスフローコントローラを有する一般的なガス流量制御を行うための組合せで構成されるが、圧力制御による流量制御でも十分に対応可能である。またガス供給配管についてはガス滞留部を削減することが好ましい。また、ガス供給口も回転支持部３４近傍の洗浄装置側面に配置しているが、この部位についてもそれに限定されるのではない。
ガス供給手段３１から供給されたガスの排気手段は、排気口２８、２９に連結されたガス排気手段６および排気口３０に連結されたガス排気手段７により行うが、この場合もガス排気手段６、７の代わりにガス供給手段３１専用のガス排気手段を別に配置してもよい。
【００１７】
本実施例における洗浄液供給については酸／超純水の２系統の洗浄液供給系を示しているが、３系統、４系統と洗浄液供給系統が増えた場合においては、必要数に応じて洗浄液供給管を配置し、洗浄液噴射アーム３５上部に供給配管を固定し、必要数に応じて上部ノズルを配置するだけで良く、また液噴射系統を分ける必要がある場合には液噴射アームを増設可能であるため、洗浄液供給管数、液噴射アーム数、上部ノズル数は任意である。
なお、ガス供給手段５、ガス供給手段２１およびガス供給手段３１は別々に設ける代わりに一体構成として兼用し、必要ガス総流量を削減するとともに、容器３の加工工程数削減によりランニングコストの削減および製作コストの削減を図ることができる。
また、効率的な洗浄装置雰囲気の制御を実現するため、洗浄装置１は、ガス供給口、ガス排気口、洗浄液供給口、排水口、雰囲気計測用窓、圧力計測用窓以外に外部と通じる口や窓は設けておらず、外部と遮断された密閉構造とするのが好ましい。したがって、洗浄装置上板、外壁、下板など洗浄装置外観を構築する部材はすべてOリングや樹脂パッキンやメタルCリングなど各種封止手段により封じられている。
洗浄装置の内部形状としては、効率的な洗浄装置雰囲気の制御を実現するため、ガス滞留部の削減された構造とすることが好ましく、また洗浄装置内圧力は極力外気混入を防ぐため、外気より陽圧に維持することが好ましい。
また、洗浄液供給配管には滞留部を削減することが好ましく、また脱気やガス添加を行う部位については、洗浄装置内、もしくは洗浄装置直近に配置することが好ましい。
【００１８】
つぎに、本実施例における洗浄装置の動作を説明する。
洗浄装置１のテーブル１９上に被洗浄基板２が搬入されたら、まず効率的なガス置換を行うために、ガス排気手段６のバルブ８を開放してバルブ８の下流に設けられた真空ポンプ９で洗浄装置１の容器３内の真空引きを開始する。圧力計測器１０にて洗浄装置１の容器３内の圧力が所望のレベルまで減少したのを確認したときバルブ８を閉じて真空引きを停止する。
つぎに、ガス供給手段５により洗浄装置１の容器３内に不活性ガスを導入し、圧力計測器１０により洗浄装置１内の圧力を計測し、洗浄装置１の容器３内圧力が所望の圧力レベルまで増加したのを確認すると、ガス排気手段７に配置されているバルブ１４を動作させ、洗浄装置１内のガスを排気する。
つぎに、雰囲気成分計測器４により洗浄装置１の容器３内の雰囲気を測定し、容器３内の雰囲気中に存在する水分や有機物、他ガス成分の濃度が高く、所望の雰囲気が得られない場合には、所望の雰囲気が得られるまで真空引きおよび不活性ガス導入の工程を複数回繰り返す。また、雰囲気成分計測器４にて引火性成分、可燃性成分、支燃性成分の濃度に異常が確認され、万一、火災や爆発の恐れがある場合には、直ちにガス供給手段５、ガス排気手段６および７を連動させ、引火性成分、可燃性成分、支燃性成分を洗浄装置１外へ排出し、安全な濃度まで低下させることが可能であり、未然の災害防止が可能となる。雰囲気成分計測器４による洗浄装置１内の雰囲気の測定は、任意のタイミングで行われる。
こうして洗浄装置１内の雰囲気を所定の雰囲気に制御した後、洗浄を開始する。洗浄は、酸系／アルカリ系／有機系などの溶剤、薬品による洗浄と、洗浄水や純水などの一般水による洗浄が別々に行われる。
【００１９】
駆動モーター２０により回転支持部材１８を介してテーブル１９を回転させ、テーブル１９上の被洗浄基板２を回転させ、洗浄液供給管３２から酸系／アルカリ系／有機系などの溶剤、薬品などの洗浄液を上部ノズル３６に供給し、被洗浄基板２に洗浄液を噴射して薬品洗浄を行い、洗浄液供給管３３から洗浄水や純水などの洗浄液を上部ノズル３７に供給し、被洗浄基板２に洗浄水を噴射して被洗浄基板２を水洗浄する。同時に駆動モーター３８を駆動させることにより、回転支持部３４を中心にして洗浄液噴射アーム３５を被洗浄基板２の上部に円弧運動させる。これにより被洗浄基板２が洗浄される。このとき、ガス供給手段３１により洗浄中の洗浄液噴射機構の雰囲気を制御する。
テーブル１９の回転中はガス供給手段２１から流体軸受け１７および回転支持部材１８を介して洗浄装置１内に不活性ガスを供給して洗浄装置１内の圧力を外気圧より高く設定することにより、流体軸受け１７および回転支持部材１８部分から洗浄装置１内に外気が混入することを防止する。
【００２０】
洗浄中にガス供給手段３１により供給されたガスは、排気口３０からガス排気手段７に供給され、バルブ１４を開放することにより外気中に排気される。
一方洗浄後の洗浄液は、酸系／アルカリ系／有機系などの配水系と一般排水系の２系統に分別排水される。まず、酸系／アルカリ系／有機系などの溶剤、薬品などの洗浄液は、上下駆動モーター２６で駆動軸５５を上方に移動させて誘導壁２４を上方に移動させ、誘導壁２４および誘導壁２５間の隙間から排水口２２に流して排水する。一方洗浄水は上下駆動モーター２７で駆動軸５６を上方に移動させて誘導壁２５を上方に移動させ、誘導壁２５下の隙間から排水口２３に流して排水する。
排水処理時に廃液が排気系に混入するおそれがあるが、本実施例においては、排気口２８、２９、３０と排水口２２、２３に高低差を設けて排水系の廃液が排気系の排気口２８、２９、３０に混入することを防止している。
被洗浄基板２は洗浄水の洗浄後、表面に水分が付着することがあるが、被洗浄基板２がテーブル１９上で回転しているので、付着した水分は振り切られて被洗浄基板２表面に残ることは無い。
【００２１】
ところで、被洗浄基板２の表面から水分が振り切られても、水分が存在していた痕跡がいわゆるウォータマークとして残ることがある。このウォータマークは、前述したように汚染残渣として作用し、基板の酸化、清浄基板の再汚染や基板表面粗度の低下など様々な問題が発生する。このウォータマークの発生を防止するには、洗浄水による洗浄工程時における雰囲気を減圧環境にすればよい。具体的には、容器３内の圧力を真空にすればよい。真空雰囲気で洗浄水による洗浄を行うと、水分は完全に除去され、ウォータマークが残ることはない。なお、容器３内の圧力を真空にしたときは、前述したように、大気成分が磁性流体中を拡散して容器３内に侵入することがあるので、容器３内の圧力を流体軸受け１７部の圧力より大きくし、さらに、流体軸受け１７部の圧力を大気圧より大きくすることが好ましい。
ウォータマークの発生を防止するほかの方法は、洗浄水による洗浄工程時における雰囲気を乾燥したドライ環境にする方法である。具体的には、容器３内に水の露点温度が低い乾燥流体を供給し、容器３内の水の露点温度を大気雰囲気よりも低下させればよい。
以上の動作により被洗浄基板２の洗浄は終了する。
【００２２】
本実施例における洗浄装置においては、効率的なガス置換を行うためには真空引きを行う方が好ましいが、真空ポンプ９の設置場所確保が困難な場合や、排気系が真空排気、一般排気など２系統以上確保できない場合は、真空引きは行わないようにしても良く、また排気系については排気流量を調整するために排気ダンパーなどの排気量調整機構を配置することが好ましい。
また、洗浄効果を向上させるために被洗浄基板２に洗浄液を供給する際に、超音波付加、または被洗浄基板２の清浄度を向上させるための裏面洗浄なども被洗浄基板２に要求される清浄度や種類など必要に応じて講じれば良い。
さらに、洗浄装置１には、被洗浄基板２の帯電防止のため、軟Ｘ線照射手段や洗浄装置構成部材のアース対策など静電気除去手段を講じることが好ましい。
なお、本実施例における洗浄装置においては、雰囲気成分計測器は１台配置しているが、雰囲気成分計測器の台数については限定されるのではなく、必要に応じて数台配置することも可能である。
また、上記実施形態では、容器３に不活性なガスを供給するガス供給手段とガス排気手段との接続について、容器３の天井部にガスを供給口、底部にガス排気口を設けたが、本発明はこれに限定されず、容器３にガスを供給、排気できるようにするものであれば、原則としてどのように接続されていても良い。
【００２３】
つぎに、本発明による洗浄装置の作用効果を具体的な測定結果を元に詳細に説明する。図４は本発明にかかる洗浄装置を使用しない場合、すなわち、被洗浄基板の上方からガスを供給させ、被洗浄基板の下方へガスを排気する枚葉方式の従来型回転式洗浄装置の洗浄装置内酸素濃度の洗浄時間依存性測定結果、図５は本発明にかかる洗浄装置を使用した場合の洗浄装置内酸素濃度の洗浄時間依存性測定結果である。各図において、縦軸は洗浄開始からの洗浄装置内の酸素濃度増加量、横軸は洗浄時間を示し、被洗浄基板の回転数が５００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍおよび１５００ｒｐｍについて洗浄装置内の酸素濃度増加量測定した結果である。
本発明にかかる洗浄装置では、洗浄開始前に真空排気が行われ、効率的なガス置換が行える装置となっているため、洗浄開始前には５０ｐｐｍ以下まで容易に酸素濃度を減少させることが可能である。また、供給するガスは、高純度窒素のような不活性ガスであり、不純物濃度は１ｐｐｍ以下となっている。なお、不純物の成分は主に水分であり、酸素はほとんど含まれていない。
【００２４】
図４からわかるように、本発明にかかる洗浄装置を使用しない場合では、酸素濃度増加量は洗浄時間に応じて増加しており、また、被洗浄基板の回転数が高くなるほど増加傾向が著しくなることが判明した。一般的に、枚葉方式の回転式洗浄の洗浄時間は数分要することが常であり、また回転数については１５００〜２０００ｒｐｍとなっている。したがって、本発明にかかる洗浄装置を使用しない場合では、洗浄終了時には数１００ｐｐｍの濃度の酸素が洗浄装置内に含まれていることが判る。
このように、被洗浄基板の回転数が高くなるほど酸素濃度の増加傾向が著しくなるが、これは被洗浄基板の回転数が高くなるに従い、被洗浄基板下方から上方に向かって気流を発生させ、下方から外気成分が混入してくるものと推測される。すなわち、洗浄終了後の残存水分、酸素の相互作用により自然酸化膜が形成されることが懸念され、また自然酸化膜やウォータマークが被洗浄基板表面に点在した場合には、被洗浄基板表面の表面粗度が増大する恐れがあるだけでなく、製品の信頼性、歩留にも影響を与えることは前述のとおりである。
さらに、近年、精密基板洗浄中の自然酸化膜形成防止や大量の酸／アルカリ／有機溶剤などの洗浄液使用による環境問題などにより、超純水中に含まれる溶存ガスを脱気して使用する脱気水や、脱気したのち所望の極少量ガスを溶解させて洗浄機能を向上させる機能水が精密基板洗浄に用いられ始めている。大気雰囲気中（酸素濃度約２１％）における、２５℃の超純水の飽和溶存酸素濃度は約８ｐｐｍであり、酸素は周知の通り水に対する溶解度があまり大きくないため、飽和溶存酸素濃度と雰囲気酸素濃度の関係については、「溶解度があまり大きくない気体では、気体の溶解度は温度一定のとき、成分気体の分圧に比例する」というヘンリーの法則により算出される。
脱気水、機能水において、脱気後の溶存酸素濃度は１ｐｐｂ以下まで低減されることが分かっている。しかし、図４に示すように、本発明にかかる洗浄装置を使用しない従来の洗浄装置においては洗浄終了時には数１００ｐｐｍの濃度の酸素が洗浄装置内に含まれる。したがって、ヘンリーの法則から雰囲気酸素濃度が１００、５００、１０００ｐｐｍの時には、脱気後に１ｐｐｂ以下まで低減した溶液中の酸素濃度が、それぞれ約４、２０、４０ｐｐｂまで増加することがわかる。また、４０ｐｐｂまで溶存酸素濃度を低減した超純水において、大気（酸素濃度約２１％）放出直後は６００ｐｐｂまで増加するという報告もある。すなわち、洗浄液および超純水の溶存酸素濃度を極限まで低減させて洗浄装置に供給しても、洗浄装置雰囲気内に酸素が存在すると溶存酸素濃度は増加してしまい、所望の洗浄効果が得られないだけでなく、自然酸化膜が形成されてしまうという問題が発生することになる。
【００２５】
これに対して本発明にかかる洗浄装置を使用した場合は、図５に示すように、洗浄装置内雰囲気、特に酸素濃度制御の種々の対策を講じた結果、このような問題は解決され、洗浄時間を長くした場合においても、また被洗浄基板の回転数を上げた場合においても酸素濃度の増加は確認されない。またガス置換の効率が向上しているため、洗浄時間（すなわちガス置換時間）とともに酸素濃度は減少していくことが確認された。すなわち、洗浄装置内雰囲気、特に酸素濃度制御の種々の対策を講じることにより、清浄雰囲気での精密基板の洗浄が可能となり、また洗浄後においても自然酸化膜形成を抑制する雰囲気が保たれているため、洗浄後の原子・分子レベルの汚染因子再付着防止、自然酸化形成の防止が実現可能となることは明白である。なお、洗浄装置内雰囲気の酸素濃度制御を可能にすることは洗浄装置内雰囲気の制御が可能であることを示唆している。
さらに、本発明の洗浄装置においては、洗浄雰囲気内の酸素濃度を制御可能であるため、溶存酸素濃度を極限まで低減して洗浄装置に供給した洗浄液および超純水の溶存酸素濃度を増加させることなく、精密基板の洗浄が可能であり、所望の洗浄効果が得られることも理解される。
なお、被洗浄基板の洗浄時において発生する洗浄液のミスト（蒸気）は、洗浄装置内雰囲気、特に酸素濃度制御の種々の対策を講じることにより、急速に排気され、洗浄装置に配置される酸素濃度計などの雰囲気成分計測器に損傷を与えないことは云うまでもない。
すなわち、本発明においては、酸／アルカリ／有機溶剤などの洗浄液や超純水などの液体が用いられる洗浄装置に酸素濃度計などの雰囲気成分計測器を配置することが可能となることを示している。
【実施例２】
【００２６】
実施例１による洗浄装置により高清浄な雰囲気で被洗浄基板２の洗浄が行えた場合においても、被洗浄基板２の搬入／搬出雰囲気、被洗浄基板２の高清浄な乾燥処理雰囲気、次工程の装置への搬送雰囲気、被洗浄基板の保管雰囲気といった、被洗浄基板２に関わる雰囲気の制御、特に酸素濃度の制御について種々の対策を講じなければ、高品質で高歩留の半導体をはじめとしたデバイス製造が実現不可能である。
実施例２は、このような課題を解決するもので、半導体をはじめとしたデバイス製造の高品質化、高歩留化、高スループット化を実現するためのガス供給手段と、ガス排気手段、雰囲気成分計測器を具備した洗浄装置と、雰囲気が制御された、搬入／搬出装置、乾燥装置、接続装置および洗浄前後工程の装置などを洗浄装置に配置する洗浄装置の構成例である。
【００２７】
図６において、洗浄装置１は実施例１で説明した洗浄装置である。洗浄装置１には、被洗浄基板２を洗浄するために搬入または洗浄後に搬出する搬送機構３９が具備された搬送装置４０が、搬送装置４０内雰囲気と洗浄装置１内雰囲気とを遮断することが可能なゲートバルブなどの遮断機構４１を介して洗浄装置１に接続されており、搬送装置４０は、搬送装置４０内雰囲気を制御するためのガス供給手段４２およびガス排気手段４３を具備している。
また、被洗浄基板２の搬送または保管を行う専用ケース４４を任意に着脱可能な接続装置４５が搬送装置４０内雰囲気と接続装置４５内雰囲気とを遮断することが可能なゲートバルブなどの遮断機構５１を介して搬送装置４０と接続している。
さらに、被洗浄基板２を洗浄後、乾燥させることを目的として、乾燥装置４８が搬送装置４０内雰囲気と乾燥装置４８内雰囲気とを遮断することが可能なゲートバルブなどの遮断機構５２を介して搬送装置４０と接続されている。乾燥装置４８には、雰囲気を制御するためのガス供給手段４６およびガス排気手段４７が接続されている。乾燥装置４８は、赤外ランプ加熱方式、真空乾燥方式など乾燥方式は問わないが、高温乾燥では被洗浄基板に残っているミスト状（蒸気）の超純水や洗浄液により局所的な酸化膜が形成される恐れがあるため、配慮が必要である。ガス供給手段４２、４６は不活性ガスの単一ガスの供給手段であり、不活性ガスとしては窒素やアルゴンなどが好ましいが、被洗浄基板２の種類、洗浄後の被洗浄基板２の乾燥目的や用途に応じてガス種を選択すれば良く、また単一ガスではなく混合ガスとしても良い。
さらに、被洗浄基板２の洗浄前後の工程を行う装置４９が搬送装置４０内雰囲気と装置４９内雰囲気とを遮断することが可能なゲートバルブなどの遮断機構５３を介して接続されている。
【００２８】
つぎに動作を説明する。
平時は遮断機構４１、５１、５２、５３は閉じられており、搬送装置４０、洗浄装置１、接続装置４５、乾燥装置４８および洗浄前後の工程を行う装置４９は互いに独立した状態に維持されている。
まず、搬送装置４０および接続装置４５の圧力をあらかじめ調整して圧力バランスを保った状態にし、つぎに搬送装置４０および洗浄装置１の圧力をあらかじめ調整して圧力バランスを保った状態にし、遮断機構５１を開放して搬送機構３９により接続装置４５の専用ケース４４から洗浄すべき被洗浄基板２を搬送装置４０内に移送する。被洗浄基板２が搬送装置４０内に移送した後に遮断機構５１を閉じ、遮断機構４１を開放して搬送装置４０と洗浄装置１を連結し、搬送機構３９により被洗浄基板２を洗浄装置１内に移送する。被洗浄基板２が洗浄装置１内に移送した後に遮断機構４１を閉じて洗浄装置１により被洗浄基板２を洗浄する。洗浄は実施例１で説明した装置および方法で行われる。洗浄装置１と搬送装置４０は遮断機構４１により遮断されているので、洗浄装置１は常時高清浄な雰囲気が保たれ、高品質、高歩留の洗浄工程を行うことが可能となる。
洗浄装置１による洗浄終了後、乾燥が必要な場合は、遮断機構４１を開放して搬送機構３９により被洗浄基板２を搬送装置４０に移送して遮断機構４１を閉じ、引き続き遮断機構５２を開放して乾燥装置４８に移送する。なお、遮断機構５２を開放する前には搬送装置４０および乾燥装置４８の圧力をあらかじめ調整して圧力バランスを保った状態にしておく。被洗浄基板２を乾燥装置４８内に移送した後に遮断機構５２を閉じて乾燥装置４８より被洗浄基板２を乾燥する。乾燥終了後、遮断機構５２を開放して被洗浄基板２を搬送装置４０に移送して遮断機構５２を閉じる。乾燥装置４８における乾燥工程により、洗浄後の被洗浄基板２に残渣として残っているミスト状（蒸気）の超純水や洗浄液を乾燥することができるので、被洗浄基板２の清浄度維持、ウォータマークの付着防止が可能となる。
洗浄、乾燥が終了した被洗浄基板２は、直ちに次の工程を行う場合は、遮断機構５３を開放して洗浄前後の工程を行う装置４９（この場合は洗浄後の工程を行う装置）に移送した後に遮断機構５３を閉じる。一方、一時的に保管する場合には、遮断機構５１を開放して接続装置４５に移送し、専用ケース４４に保管した後に遮断機構５１を閉じる。なお、遮断機構５１、５３の開放前に搬送装置４０と接続装置４５、および、搬送装置４０と洗浄前後の工程を行う装置４９間の圧力バランスをあらかじめ調整しておくことは同様である。
【００２９】
このように、搬送装置４０と洗浄装置１、接続装置４５、乾燥装置４８および洗浄前後の工程を行う装置４９とをそれぞれ遮断機構４１、５１、５２、５３で遮断することにより、被洗浄基板２の清浄度を維持した状態で洗浄装置１からの搬出、次工程の装置への搬送、被洗浄基板２の保管が可能となる。すなわち、本実施例による洗浄装置は、従来洗浄装置では洗浄時において発生する洗浄液や超純水のミスト（蒸気）が未制御であり、また外気混入未対策であったために不可能だと考えられていた、成膜工程装置やエッチング工程装置といったドライプロセス装置との一体型（クラスタ）化が可能となり、半導体をはじめとしたデバイス製造の高品質化、高歩留化、高スループット化を実現可能なものとすることができる。
【実施例３】
【００３０】
実施例３は、実施例１による洗浄装置１を複数台使用して、半導体基板、液晶ガラス基板、磁気ディスクなどの精密基板を複数枚同時に洗浄する場合の実施例である。図7に示すように、本実施例においては、洗浄装置１を6台使用した例を示す。チャンバ７２〜７７は各々洗浄装置１の洗浄室を示す。洗浄装置１のその他の部分は実施例１と同一であるので説明を省略する。
ガス供給装置７１は図１におけるガス供給手段３１に対応し、複数台の洗浄装置１の各チャンバ７２〜７７に対して共通に設けられている。各チャンバ７２〜７７におけるガス流量がたとえば２ｍ3／ｍｉｎである場合は、ガス供給装置７１のガス供給能力は２０ｍ3／ｍｉｎほどあればよい。
ガス供給装置７１から供給される不活性ガスは、チャンバ７２に対しては供給側ダンパ８０、チャンバ７３に対しては供給側ダンパ８２、チャンバ７４に対しては供給側ダンパ８４、チャンバ７５に対しては供給側ダンパ８６、チャンバ７６に対しては供給側ダンパ８８、チャンバ７７に対しては供給側ダンパ９０を介して供給される。一方各チャンバ７２〜７７から排気されるガスは、チャンバ７２に対しては排気側ダンパ８１、チャンバ７３に対しては排気側ダンパ８３、チャンバ７４に対しては排気側ダンパ８５、チャンバ７５に対しては排気側ダンパ８７、チャンバ７６に対しては排気側ダンパ８９、チャンバ７７に対しては排気側ダンパ９１を介して排気手段（図１のガス排気手段６、７に対応）に接続される。供給側ダンパ８０、８２、８４、８６、８８、９０および排気側ダンパ８１、８３、８５、８７、８９、９１はそれぞれ互いに独立して開度が制御される。
すべてのチャンバ７２〜７７において洗浄が行われている場合は、すべてのダンパ８０〜９１は開放されており、ガス供給装置７１から供給された不活性ガスはチャンバ７２〜７７内を流れて排気されている。
【００３１】
いま、チャンバ７４における洗浄工程が終了した場合を考える。洗浄工程が終了すると、洗浄すべき被洗浄基板２を交換する必要がある。そこで、チャンバ７４の供給側ダンパ８４および排気側ダンパ８５を閉じてチャンバ７４をガス供給装置７１および排気手段（図示省略）から切り離す。このとき、ガス供給装置から他のチャンバ７２、７３、７５、７６、７７に供給されている不活性ガスのバランスが崩れるおそれがあるが、各チャンバ７２、７３、７５、７６、７７の供給側ダンパ８０、８２、８６、８８、９０および排気側ダンパ８１、８３、８７、８９、９１がチャンバ７４の供給側ダンパ８４および排気側ダンパ８５の閉鎖を感知して、各々自動的に開度調整を行い、その流量を自動的に調節するので、バランスが崩れることはない。
チャンバ７４をガス供給装置７１および排気手段から切り離した後、チャンバ７４から被洗浄基板２を取り出して新たに洗浄すべき被洗浄基板２を挿入して洗浄に備える。チャンバ７４での洗浄を開始する際は、閉じていた供給側ダンパ８４および排気側ダンパ８５を開放する。このときにもガス供給装置７１から他のチャンバ７２、７３、７５、７６、７７に供給されている不活性ガスのバランスが崩れるおそれがあるが、各チャンバ７２、７３、７５、７６、７７の供給側ダンパ８０、８２、８６、８８、９０および排気側ダンパ８１、８３、８７、８９、９１がチャンバ７４の供給側ダンパ８４および排気側ダンパ８５の開放を感知して、各々自動的に開度調整を行い、その流量を自動的に調節するので、バランスが崩れることはない。
この被洗浄基板２の交換は、実施例３で説明した搬送機構３９により行えばよい。
実施例１〜実施例３で説明した洗浄後の原子・分子レベルの汚染因子再付着防止、自然酸化形成の防止のための種々の対策はそれぞれにおいて作用効果が得られるが、洗浄後の汚染因子再付着防止および自然酸化膜形成の防止のためには種々の対策を全て講じることが好ましい。
【実施例４】
【００３２】
実施例１においては、被洗浄基板２をテーブル１９上に保持し、駆動モーター２０により回転支持部材１８を回転してテーブル１９を介して被洗浄基板２を回転させる例について説明したが、実施例４は、被洗浄基板をテーブル上に直接保持せずに、回転軸を中心に回転する支持体の上面にノズルを設け、このノズルにガスを供給して被洗浄基板２をベルヌイの定理により非接触で支持するものである。
【００３３】
図８は本実施例における被洗浄基板支持部の断面側面図である。中空円柱状のチャック９３の中空部に、上下方向に移動可能な筒状のノズル部材９４が配置されている。チャック９３の上面の外周近辺には略垂直方向に突出した複数のツメ９６が円形状に配列されて被洗浄基板２の周囲を支持する。また、複数のツメ９６による円形の内側のチャック９３（テーブル）上面にリング状突起９７が配置されている。すなわち、リング状突起９７の少なくとも内径は、被洗浄基板２の外周よりも小さい径である。リング状突起９７の形状は任意であるが、被洗浄基板２の内側から外側に向かうにつれて徐々にリング状突起上面と被洗浄基板２の間隙が小さくなる形状であることが好ましい。チャック９３は、上面に被洗浄基板２を載せた状態でモータ（図示省略）により回転する。
ノズル部材９４は、中央にガス吐出孔９５を有しており、ガス吐出孔９５から窒素ガスなどの不活性ガスを吐出させる。ノズル部材９４は、図示しない上下動駆動源によりチャック９３の中空内を上下動可能に構成される。
【００３４】
チャック９３の上面に被洗浄基板２を載置し、ノズル部材９４の上面をチャック９３の上面より低い状態に保持して被洗浄基板２をチャック９３の上面よりはなれた状態にし、上面に被洗浄基板２を載せた状態でチャック９３を回転させる。この状態でガス吐出孔９５から不活性ガス１００を所定の流量で噴射すると、被洗浄基板２はチャック９３の上面およびリング状突起９７から浮き上がり、不活性ガス１００は被洗浄基板２の裏面をガス吐出孔９５からノズル部材９４の上面と被洗浄基板２の間隙による通路１０１およびチャック９３の上面と被洗浄基板２の間隙による通路１０２に沿って流れる。さらに、被洗浄基板２の周囲付近においては、リング状突起９７の上面と被洗浄基板２との間隙による通路９８を通って被洗浄基板２の周囲におけるリング状突起９７の外方９９から外部に流れる。
このとき、不活性ガス１００はガス吐出孔９５では流路断面が小さいので流速が大きく、その周囲のノズル部材９４の上面と被洗浄基板２の間隙による通路１０１では流路断面が大きいので流速が減少し、チャック９３の上面と被洗浄基板２の間隙による通路１０２では流路断面がやや小さくなるので流速はやや大きくなり、リング状突起９７の上面と被洗浄基板２との間隙による通路９８では、流路断面が非常に小さくなるので流速は非常に大きくなる。通路９８を通ってリング状突起９７の外側に達した不活性ガス１００はリング状突起９７の外方９９から外方に拡散するので流速は小さくなる。したがって、ベルヌイの定理により被洗浄基板２の裏側の圧力分布は通路１０１、１０２で負圧になり、被洗浄基板２は通路１０１、１０２で下方に吸引され、回転しているチャック９３の上面に沿って非接触で載置される。
不活性ガス１００の流量は、被洗浄基板２がベルヌイの定理による負圧を生成することが可能な流量であり、被洗浄基板２の大きさや重量により異なるが、被洗浄基板２が直径２００から３００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのシリコンウェハである場合は、５０リットル／分程度が好ましい。
【００３５】
この状態で被洗浄基板２の上方から洗浄液を流して被洗浄基板２を洗浄する。このとき、被洗浄基板２はチャック９３の回転とともに回転しているので、洗浄液は被洗浄基板２の表面を外周方向に流れながら被洗浄基板２の表面を洗浄する。被洗浄基板２の周囲に達した洗浄液は、被洗浄基板２表面から外方に飛散するが、リング状突起９７の外側における不活性ガス１００の圧力が小さいので、一部は被洗浄基板２の裏面に回り込んで被洗浄基板２の裏面の周辺部を洗浄する。このときの回り込み位置は、不活性ガス１００の流量、リング状突起９７の位置、リング状突起９７の上面と被洗浄基板２との間隙による通路９８の流路断面の大きさおよび被洗浄基板２の回転数により変わる。したがって、これらを調整することにより洗浄液の回り込み位置を制御することができる。
【００３６】
リング状突起９７が無い場合では、回り込み位置が不均一であるため、裏面洗浄位置の形状が不均一になってしまう。しかし、本実施例のようにリング状突起９７を設けると、その位置およびリング状突起９７の高さや上面形状を調整することによる不活性ガス１００の流速制御により回り込み位置が均一になり、裏面洗浄位置の形状を均一にすることができる。
なお、洗浄液を被洗浄基板２の裏面に回り込ませたくない場合には、リング状突起９７の上面と被洗浄基板２との間隙による通路９８を通る不活性ガス１００の流速をさらに大きくして圧力を高くしたり、リング状突起９７の配置位置を被洗浄基板２の周囲に近接した位置に設置したり、被洗浄基板２の回転数を大きくしたりすることにより洗浄液を被洗浄基板２の裏面に回り込ませることを防止することができる。
リング状突起９７の配置位置の調整は、径の異なる複数種類のリング状突起９７を用意し、それらを適宜選択使用することにより行うことができる。
なお、本実施例では、被洗浄基板２をベルヌイの定理によるチャック方式で説明したが、被洗浄基板２の背面中心部を吸着する方式であってもよい。このように被洗浄基板２を吸着する場合には、被洗浄基板２の中心から所定の半径位置に複数の不活性ガス噴出用のガス吐出孔を設ける。
【実施例５】
【００３７】
実施例４の構成においては、被洗浄基板２の上方から洗浄液を流して被洗浄基板２を洗浄しているので、洗浄中に万一被洗浄基板２が破損すると、洗浄液がノズル部材９４のガス吐出孔９５に侵入するおそれがある。実施例５は、この課題を解決するものである。
【００３８】
図９は本実施例における被洗浄基板支持部の断面側面図である。図８と同一部分には同一符号を付している。なお、図９においては、図８におけるチャック９３とノズル部材９４を一体構造とした例を示すが、図８のように両者を別体としてもよい。
被洗浄基板保持台１１１は、図８におけるチャック９３とノズル部材９４を一体構造として構成したもので、上面の外周近辺には複数のツメ９６が円形状に配列されて被洗浄基板２の周囲を支持する。また、複数のツメ９６による円形の内側にリング状突起９７が配置されている。すなわち、リング状突起９７の少なくとも内径は、被洗浄基板２の外周よりも小さい径である。
被洗浄基板保持台１１１の中央部には図８のガス吐出孔９５に相当するガス吐出部１１２が形成されている。ガス吐出部１１２は、不活性ガス供給源に連通したガス導入口１１３、ガス導入口１１３から導入された不活性ガスを一時的に滞留させるガス室１１４および、ガス室１１４から被洗浄基板２の下方にガスを噴出させる１個ないし複数個のガス吐出孔１１５より構成されている。ガス吐出孔１１５は、被洗浄基板２の洗浄中に万一被洗浄基板２が破損して洗浄液がガス吐出孔１１５に達しても、洗浄液がガス吐出孔１１５内に侵入しないように、上流側通路よりも噴出通路を小径とし、このガスの噴出通路径を１ｍｍ以下の細孔とすることが好ましい。このような細孔を高精度で単独に加工するのは困難であるので、図示のように2段の座グリ構造とすることが好ましい。
ガス吐出孔１１５の噴出通路径がこのように細孔であると、ベルヌイの定理により被洗浄基板２を支持するために必要な不活性ガス流量を確保する場合、ガス吐出孔１１５を流れるガス流速が音速に近い流速となる。音速とは、周知のとおり流体が移動する速さの最大流速であり、流体は音速以上の速さにはなりえない。即ち、音速に近い流速でガス吐出孔１１５から不活性ガスを吐出させることにより、洗浄中に万一被洗浄基板２が破損した場合においても、洗浄液のノズル部材９４のガス吐出孔９５への侵入を防止することが可能となる。
また、ベルヌイの定理により被洗浄基板２を支持し、かつ洗浄液の被洗浄基板２の裏面への回り込みを制御するために必要な不活性ガス流量を確保しにくい場合には、図８に示すように、ガス吐出孔１１５を必要に応じて複数個設けることにより、必要な不活性ガス流量を確保することができる。
なお、ツメ９６を被洗浄基板２の円周に沿って同心円状になるように設計することは、被洗浄基板２の洗浄時に偏心による回転のゆらぎを発生させないためにも当然のことであるが、同時に被洗浄基板２中心に対し対向しない位置でかつ等角になるように、即ちツメ９６の設置数は偶数ではなく奇数にすることが望ましい。これは被洗浄基板２を支持した時に被洗浄基板２のツメ９６近傍にかかる応力を緩和させ、被洗浄基板２の破損を防止させる効果がある。
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、精密基板の洗浄を行う洗浄装置において、洗浄が行なわれる容器内雰囲気、特に雰囲気中に存在する酸素濃度の制御を行うためのガス供給手段と、ガス排気手段、雰囲気成分計測器を具備した構造とした。これにより、洗浄装置内雰囲気中に存在する水分や有機物、他ガス成分などの原子・分子レベルの汚染因子を制御し、洗浄後の原子・分子レベルの汚染因子再付着防止、自然酸化形成の防止、ウォータマーク防止を実現できる。
したがって、清浄雰囲気での被洗浄基板の洗浄が可能となり、被洗浄基板の清浄度を維持できるとともに、高品質で高歩留、さらに爆発・火災などの安全性も保障された洗浄工程確立が可能となる。
また、本発明の洗浄装置に雰囲気が制御された搬送装置、乾燥装置、接続装置および洗浄前後工程の装置などを配置することにより、半導体をはじめとしたデバイス製造の高品質化、高歩留化、高スループット化を実現可能なものとすることができる。
また、被洗浄基板をベルヌイの定理により非接触で支持し、被洗浄基板の周囲近傍におけるチャックの支持面上に被洗浄基板の外周より小さい径のリング状突起を設けることにより、被洗浄基板の裏面への洗浄液の回り込みを自由に制御することができるので、被洗浄基板の裏面の均一な洗浄、あるいは、被洗浄基板裏面の再汚染防止を必要に応じて選択することができる。
また、被洗浄基板をベルヌイの定理により非接触で支持する場合の不活性ガスの吐出孔を細孔とすることにより、被洗浄基板の洗浄中に万一被洗浄基板が破損しても、洗浄液が不活性ガスの吐出孔内に侵入することを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、半導体基板、液晶ガラス基板、磁気ディスクなどの精密基板を洗浄するための洗浄装置に適用して好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１における洗浄装置の断面側面図
【図２】本発明の実施例１における洗浄装置の配水系部分の拡大断面側面図
【図３】本発明の実施例１における洗浄装置の誘導壁上下駆動部分の断面側面図
【図４】本発明にかかる洗浄装置を使用しない場合の洗浄装置内酸素濃度の洗浄時間依存性図
【図５】本発明にかかる洗浄装置を使用した場合の洗浄装置内酸素濃度の洗浄時間依存性図
【図６】本発明の実施例２における洗浄装置の平面図
【図７】本発明の実施例３における洗浄装置のガス供給排気構成を示す概念図
【図８】本発明の実施例４における洗浄装置の被洗浄基板支持部の断面側面図
【図９】本発明の実施例５における洗浄装置の被洗浄基板支持部の断面側面図
【符号の説明】
【００４２】
１  洗浄装置
２  被洗浄基板
３  容器
４  雰囲気成分計測器
５  ガス供給手段
６  ガス排気手段
７  ガス排気手段
８  バルブ
９  真空ポンプ
１０  圧力測定器
１１  減圧弁
１２  マスフローコントローラ
１３、１４  バルブ
１５  シャワープレート
１６  筒状固定軸
１７  流体軸受け
１８  回転支持部材
１９  テーブル
２０  駆動モーター
２１  ガス供給手段
２２、２３、５９  排水口
２４、２５、６０  誘導壁
２６、２７、５８  上下駆動モーター
２８、２９、３０  排気口
３１  ガス供給手段
３２  洗浄液供給管
３３  洗浄液供給管
３４  回転支持部
３５  洗浄液噴射アーム
３６  上部ノズル
３７  上部ノズル
３８  駆動モーター
３９  搬送機構
４０  搬送装置
４１、５１、５２、５３  遮断機構
４２  ガス供給手段
４３  ガス排気手段
４４  専用ケース
４５  接続装置
４６  ガス供給手段
４７  ガス排気手段
４８  乾燥装置
４９  洗浄前後の工程を行う装置
５５、５６、５７  駆動軸
６１、６４  固定フランジ
６２、６５  可動フランジ
６３、６６  ベローズ
６８  洗浄室
７０  排水通路
７０１  横方向通路
７０２  縦方向通路
７２、７３、７４、７５、７６、７７  チャンバ
８０、８２、８４、８６、８８、９０  供給側ダンパ
８１、８３、８５、８７、８９、９１  排気側ダンパ
９３  チャック
９４  ノズル部材
９５  ガス吐出孔
９６  ツメ
９７  リング状突起
９８  不活性ガス通路
９９  リング状突起外側
１００  不活性ガス
１０１、１０２  不活性ガス通路
１１１  被洗浄基板保持台
１１２  ガス吐出部
１１３  ガス導入口
１１４  ガス室
１１５  ガス吐出孔
【図１】
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【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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