(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を洗浄処理する基板洗浄装置であって、
基板の周縁複数箇所を支持することにより、基板を水平姿勢に保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に保持された基板を面内に回転させる基板回転手段と、基板に直接的に接触させて基板を洗浄処理する物理的接触型の洗浄ブラシ、およびそのブラシを基板の周縁以外の領域で揺動しながら洗浄する支持アームによる洗浄機構と、洗浄液と加圧された気体とを混合してミスト化した洗浄液を生成し、このミスト化した洗浄液を基板に供給する２流体ノズルとを備え、
前記２流体ノズルは、前記基板回転手段によって回転される基板の周縁を洗浄し、
前記洗浄機構は、前記基板の周縁以外の領域を揺動しながら基板を洗浄し、
前記２流体ノズルと洗浄機構とによる基板の洗浄をほぼ同時に行うことを特徴とする基板洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板、液晶表示器のガラス基板、フォトマスク用のガラス基板、光ディスク用の基板（以下、単に基板と称する）に洗浄液を供給して洗浄処理を施す基板洗浄装置に係り、特に、洗浄液と加圧された気体とを混合してミストを形成する２流体ノズルを用いて洗浄する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板の洗浄処理を施す基板洗浄装置において基板を水平姿勢に保持するものとして、例えば基板の周縁を支持ピンなどで支持するチャックタイプなどがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板の周縁を支持するチャックタイプのような基板洗浄装置では、基板を洗浄するときに基板の周縁を支持する支持ピンが邪魔になって、基板の周縁を洗浄することができない。
【０００４】
より微細な粒子（パーティクル）を除去するとき、物理的洗浄が用いられ、例えば、高速回転している基板にブラシまたはスポンジを直接的に接触させてスクラブ洗浄する。しかしながら、このような物理的洗浄の場合には、ブラシまたはスポンジが支持ピンに接触するので、基板の周縁を洗浄することができない。
【０００５】
このような問題を解決するために、従来の装置では、支持ピンが洗浄の邪魔にならないように支持ピンを退避させる機構をつけるか、別体の周縁洗浄専用ユニットを設置する必要がある。
【０００６】
しかしながら、上述の場合では、装置の構成が複雑になって、処理時間が長くなるなどの問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基板の周縁を効率よく洗浄する簡易な基板洗浄装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、基板を洗浄処理する基板洗浄装置であって、基板の周縁複数箇所を支持することにより、基板を水平姿勢に保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に保持された基板を面内に回転させる基板回転手段と、基板に直接的に接触させて基板を洗浄処理する物理的接触型の洗浄ブラシ、およびそのブラシを基板の周縁以外の領域で揺動しながら洗浄する支持アームによる洗浄機構と、洗浄液と加圧された気体とを混合してミスト化した洗浄液を生成し、このミスト化した洗浄液を基板に供給する２流体ノズルとを備え、前記２流体ノズルは、前記基板回転手段によって回転される基板の周縁を洗浄し、前記洗浄機構は、前記基板の周縁以外の領域を揺動しながら基板を洗浄し、前記２流体ノズルと洗浄機構とによる基板の洗浄をほぼ同時に行うことを特徴とするものである。
【０００９】
〔作用・効果〕請求項１に記載の発明によれば、基板保持手段を備えることで周縁複数箇所が支持された基板は水平姿勢に保持される。基板回転手段は、基板保持手段に保持された基板を面内に回転させ、物理的接触型の洗浄ブラシおよび支持アームによる洗浄機構によって、基板に直接的に接触させて基板を洗浄処理しつつ、そのブラシを基板の周縁以外の領域で揺動しながら洗浄する。２流体ノズルが、基板回転手段によって回転される基板の周縁を洗浄し、洗浄機構が、基板の周縁以外の領域を揺動しながら基板を洗浄し、２流体ノズルと洗浄機構とによる基板の洗浄をほぼ同時に行うことで、基板の周縁以外の領域と基板の周縁とにおいて、洗浄処理をほぼ同時に行う。
【００１０】
２流体ノズル内では、洗浄液と加圧された気体とが混合されてミスト化した洗浄液が生成される。他の洗浄機構によって吐出された洗浄液と比較して、この２流体ノズルから吐出されたミスト化した洗浄液は微量であって、この洗浄液の液滴は微小である。基板の周縁は２流体ノズルによって洗浄されるので、基板保持手段によって支持された周縁複数箇所において、ミスト化した洗浄液の跳ね返りによる飛び散りを低減させることができて、その箇所でミスト化した洗浄液を供給して洗浄することができる。
【００１１】
従って、従来のように、例えば支持ピンを退避させる機構をつける、別体の周縁洗浄専用ユニットを設置することなどによって装置の構成が複雑になることもなく、装置を簡易にすることができる。さらに、上述の物理的接触型の洗浄ブラシおよび支持アームによる洗浄機構によっても基板が洗浄されるので、例えば処理時間が短くなるなど、基板の周縁を効率よく洗浄することができる。また、ほぼ同時に行うことで、処理時間を短くすることができて、基板の周縁を効率よく洗浄することができる。
【００１２】
なお、本明細書中での『物理的接触型の洗浄』とは、高速回転している基板にブラシやスポンジを直接的に接触させてスクラブ洗浄する物理的洗浄のことを指す。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図１は実施例に係る基板洗浄装置の概略構成を示すブロック図であり、図２は実施例に係るスピンチャックの平面図であり、図３は実施例に係る洗浄ノズル（２流体ノズル）の構成を示す縦断面図である。なお、本実施例では、洗浄機構として、基板に直接的に接触させて基板を洗浄処理する物理的接触型の洗浄ブラシ、およびそのブラシを基板の周縁以外の領域で揺動しながら洗浄する支持アームを例に採って説明する。
【００１９】
円柱状に形成されてなる６個の支持ピン１が立設された円板状のスピンチャック３は、図１に示すように、底面に連結された回転軸５を介して電動モータ７に回転駆動されるようになっている。なお、図１では、図面が煩雑になるのを避けるために支持ピン１は２個のみを図示している。この回転駆動により支持ピン１で周縁Ｗｅを当接支持された基板Ｗが回転中心Ｐ周りに水平面内で回転される。支持ピン１が立設されたスピンチャック３、および回転軸５と電動モータ７とは、本発明における基板保持手段、および基板回転手段にそれぞれ相当する。
【００２０】
スピンチャック３に基板Ｗを載置する場合には、基板Ｗの表面Ｗｓを洗浄するときには表面Ｗｓが上側を向くように基板Ｗを載置し、基板Ｗの裏面を洗浄するときには裏面が上側を向くように基板Ｗを載置する。載置された基板Ｗの周縁Ｗｅのうち複数箇所が、支持ピン１の当接部１ａに当接されて支持される。６個の支持ピン１が、このように周縁Ｗｅを支持することで基板Ｗが水平姿勢に保持される。
【００２１】
スピンチャック３の周囲には、加圧された気体Ｇと、洗浄液Ｓとを混合してミストＭを生成する２流体式の洗浄ノズル９（以下、『２流体ノズル９』と略記する）から吐出されたミストＭが飛散することを防止するための飛散防止カップ１１が配備されている。この飛散防止カップ１１は、未洗浄の基板Ｗをスピンチャック３から受け取る際に図中の矢印で示すようにスピンチャック３に対して昇降するように構成されている。
【００２２】
２流体ノズル９は、図１に示すように、支持アーム１３によって吐出口を基板Ｗの水平面に対して垂直に向けて支持されており、図中の矢印で示すようにノズル駆動機構１５によって支持アーム１３ごと昇降／揺動されるようになっている。また、洗浄処理中では、２流体ノズル９から吐出されたミストＭが基板Ｗの周縁Ｗｅに供給し続けるように、この２流体ノズル９は周縁Ｗｅの真上に固定配置される。
【００２３】
２流体ノズル９の胴部には、洗浄液Ｓを供給する供給管１７ａと、加圧圧搾された気体Ｇを導入するガス導入管１７ｂとが連結されている。供給管１７ａには、コントローラ１９によって開閉制御される制御弁２１を介して接続された超純水供給装置２３から、二酸化炭素（ＣＯ2）が添加された超純水が洗浄液Ｓとして供給されるように構成されている。またガス導入管１７ｂには、コントローラ１９によって開閉制御される制御弁２５と、同じくコントローラ１９によって気体Ｇの加圧や減圧などの圧力調整を行う圧力調整器２７とを介して接続された気体供給装置２９から、気体Ｇが供給されるように構成されている。
【００２４】
なお、本実施例では、洗浄液Ｓとして二酸化炭素が添加された超純水を使用しているが、酸、アルカリ、純水のみ、およびオゾンを純水に溶解したオゾン水などに例示されるように、通常の基板洗浄に用いられる洗浄液ならば、特に限定されない。また、本実施例では、二酸化炭素が添加された超純水を洗浄液Ｓとして使用することで、比抵抗値が下がり、基板Ｗの表面Ｗｓまたは裏面と洗浄液Ｓとの摩擦により発生する静電気が抑制されて、基板Ｗの絶縁破壊を防止することができる。
【００２５】
また気体Ｇに用いられるガスとして、本実施例では不活性ガスである窒素（Ｎ2）を用いている。不活性ガスとして、例えば空気、アルゴン（Ａｒ）などがある。本実施例では、不活性ガスを用いることで洗浄液Ｓや基板Ｗに対して化学反応を起こさないので、洗浄液Ｓや基板Ｗに悪影響を与えることはない。
【００２６】
基板Ｗの周縁Ｗｅ以外の領域では、図１，図２中の矢印で示すように洗浄ブラシ３１が揺動しながら基板Ｗを洗浄することができるように、昇降自在であるとともに揺動可能な支持アーム３３によって支持されている。この支持アーム３３は、底部に連結されたブラシ駆動機構３５での回転軸３７の軸心周りの回転によって揺動可能に構成されるとともに、回転軸３７の昇降によって昇降自在に構成されている。また、支持アーム３３には、洗浄ブラシ３１が鉛直軸心周りに回転（自転）することができるように、ブラシ自転機構３９が配設されている。このブラシ自転機構３９の回転が、支持アーム３３内のベルト４１を介して、洗浄ブラシ３１の軸に伝達されて、洗浄ブラシ３１を鉛直軸心周りに回転させる。洗浄ブラシ３１および支持アーム３３は、本発明における洗浄機構に相当する。
【００２７】
なお、上述した電動モータ７と、ノズル駆動機構１５と、制御弁２１，２５と、超純水供給装置２３と、ブラシ駆動機構３５と、ブラシ自転機構３９とは、コントローラ１９によって統括的に制御されるようになっている。
【００２８】
次に、２流体ノズル９について、図３を参照して説明する。２流体ノズル９内の混合部４１は、支持部４３を介して、ガス導入管１７ｂの外側を、供給管１７ａが取り囲む構造、つまり供給管１７ａの中をガス導入管１７ｂが挿入されている２重管の構造で構成されている。また２流体ノズル７の先端部４５は、オリフィス状の管と、ミストＭを加速させる直状円筒管である加速管とで連接されて構成されている。なお、供給管１７ａやガス導入管１７ｂの形状については、例えば湾曲状に延在された管や角筒状の管であってもよく、特に限定されないが、２流体ノズル９の内部から発塵するパーティクルを抑制するためには、個々の管は直状円筒管、特にガス導入管１７ｂは直状円筒管で形成される方が好ましい。
【００２９】
次に、上述のように構成されている基板洗浄装置の作用について説明する。先ず、飛散防止カップ１１をスピンチャック３に対して下降させ、基板Ｗをスピンチャックに載置する。そして、飛散防止カップ１１を上昇させる。また、２流体ノズル９を基板Ｗの周縁Ｗｅの真上に固定配置させるとともに、洗浄ブラシ３１を基板Ｗの周縁Ｗｅ以外の位置に移動させて、基板Ｗに対して下降させて接触させる。
【００３０】
次に、基板Ｗを一定速度で低速回転させつつ、２流体ノズル９からミストＭを基板Ｗに対して供給し、ミストＭを基板Ｗにたたきつけることで、２流体ノズル９による基板の洗浄処理を行う。その一方で、２流体ノズル９による基板Ｗの洗浄処理とほぼ同時に、洗浄ブラシ３１を鉛直軸心周りに回転（自転）させながら、洗浄ブラシ３１を支持する支持アーム３３を、図２中の矢印で示すように揺動させることで、洗浄ブラシ３１による基板Ｗの洗浄処理を行う。支持アーム３３の揺動に伴って、洗浄ブラシ３１も揺動しながら基板Ｗの周縁Ｗｅ以外の領域を洗浄する。
【００３１】
上述のような状態で一定時間、洗浄処理を施した後、ミストＭの吐出を停止して２流体ノズル９を待機位置に移動させるとともに、洗浄ブラシ３１も待機位置に移動させる。同時に基板Ｗを高速回転させてたたきつけられた洗浄液Ｓを周囲に発散させ、基板Ｗの振り切り乾燥処理を行って一連の洗浄処理が終了するようになっている。
【００３２】
以上の作用によって、以下の効果を奏する。すなわち、２流体ノズル９内では、洗浄液Ｓと加圧された気体Ｇとが混合部４１で混合されてミスト化した洗浄液（ミストＭ）が生成される。他の洗浄機構によって吐出された洗浄液と比較して、この２流体ノズル９から吐出されたミストＭは微量であって、このミストＭの液滴は微小である。基板Ｗの周縁Ｗｅは２流体ノズル９によって洗浄されるので、スピンチャック３の支持ピン１に支持された周縁Ｗｅの複数箇所において、ミストＭの跳ね返りによる飛び散りを低減させることができて、その箇所でミストＭを供給して洗浄することができる。従来のように、例えば支持ピン１を退避させる機構をつける、別体の周縁洗浄専用ユニットを設置することなどによって装置の構成が複雑になることもなく、装置を簡易にすることができる。
【００３３】
さらに、２流体ノズル９による基板Ｗの周縁Ｗｅの洗浄処理とほぼ同時に、洗浄ブラシ３１によって周縁Ｗｅ以外の領域が洗浄されるので、洗浄処理の処理時間を短くすることができるとともに、基板Ｗの周縁Ｗｅを効率よく洗浄することができる。
【００３４】
また、洗浄ブラシ３１は基板Ｗの周縁Ｗｅ以外の領域を揺動し、２流体ノズル９は固定配置されているので、２流体ノズル９と洗浄ブラシ３１との干渉を防ぐことができる。さらに、２流体ノズル９の固定配置は、周縁Ｗｅの真上というように、周縁Ｗｅよりも外側であるので、上述の干渉をより一層防ぐことができる。
【００３５】
また、基板Ｗは、電動モータ７による回転軸５の回転によって面内に回転されるので、基板Ｗを高速回転させて洗浄液Ｓを周囲に発散させ、基板Ｗの乾燥処理を行うことができる。また、基板Ｗを面内に回転させながら、洗浄ブラシ３１が揺動しつつ、周縁Ｗｅ以外の領域を洗浄することができる。これによって、洗浄ブラシ３１が基板Ｗの直径分を往復することができるように洗浄ブラシ３１を揺動させるだけで、基板Ｗの周縁Ｗｅ以外の全面をまんべんなく洗浄することができる。また、基板Ｗが回転しながら全周縁を２流体ノズル９で洗浄することができる。
【００３６】
本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００３７】
（１）上述した本実施例では、本発明における基板保持手段として、支持ピン１が立設されたスピンチャック３のようなチャックタイプを例に採って説明したが、基板の周縁複数箇所を支持することで基板を水平姿勢に保持する手段であれば、基板保持手段は特に限定されない。
【００３８】
（２）上述した本実施例では、２流体ノズルは、上述のようにガス導入管１７ｂの外側を、供給管１７ａが取り囲む構造であった（図３参照）が、それ以外に、図４（ａ）に示すように、供給管１７ａの外側を、ガス導入管１７ｂが取り囲む構造であってもよい。
【００３９】
また、本実施例では、２流体ノズルは、ノズル内の混合部４１で洗浄液Ｓと気体Ｇとを混合した（図３参照）、いわゆる内部混合タイプであったが、ノズルの吐出口付近またはノズル外で洗浄液と気体とを混合してミストを生成する外部混合タイプであってもよい。例えば、図４（ｂ）に示すように、供給管１７ａ、ガス導入管１７ｂに吐出口をそれぞれ備え、各吐出口からそれぞれ吐出された洗浄液Ｓと気体Ｇとを吐出口付近で混合させてミストＭを生成してもよいし、図４（ｃ）に示すように、気体吐出ノズル９１と洗浄液吐出ノズル９２とを備え、各ノズル９１，９２からそれぞれ吐出された気体Ｇと洗浄液Ｓとをノズル外で衝突させて、ミストＭを形成してもよい。このように、２流体ノズルの構造、形状については特に限定されない。
【００４０】
（３）上述した本実施例に係る洗浄処理では、電動モータ７の回転駆動により水平面内に基板Ｗを回転させながら、洗浄ブラシ３１を周縁Ｗｅ以外の領域を揺動させていたが、洗浄ブラシ３１の揺動のみで基板Ｗの全面を洗浄することができるならば、または基板Ｗの全面を洗浄する必要がないならば、本発明における基板回転手段（例えば、本実施例における回転軸５と電動モータ７）を必ずしも備えなくてもよい。
【００４１】
しかしながら、基板の洗浄を効率良く行う、または高速回転で洗浄液を振り切る乾燥処理を洗浄ユニット内で行うならば、基板回転手段を備える方が好ましい。
【００４２】
（４）上述した本実施例では、２流体ノズルを１つ備える構成であったが、２つ以上備えてもよい。例えば、基板Ｗの回転中心Ｐを挟んで、２つの２流体ノズルを互いに対向位置にそれぞれ備え、基板を面内に回転させてもよい。この場合、基板の周縁において、１つの２流体ノズルのときよりも処理時間をおよそ半分に短縮、あるいは洗浄効率をおよそ２倍に高めることができる。
【００４３】
（５）上述した本実施例では、本発明における洗浄機構として、洗浄ブラシを例に採って説明したが、ブラシ以外のスクラブ洗浄、例えばスポンジを直接的に基板に接触させて行う洗浄など、基板に直接的に接触させて基板を洗浄処理する物理的接触型の洗浄（物理的洗浄）であれば、特に限定されない。
【００４４】
（６）上述した本実施例では、２流体ノズル９を固定配置して、洗浄ブラシ３１を周縁以外の領域を揺動しながら洗浄を行ったが、例えば周縁の洗浄をより効果的に行うために２流体ノズル９を揺動させるなど、２流体ノズル９と洗浄ブラシ３１とが干渉しなければ、２流体ノズル９および洗浄ブラシ３１が洗浄する軌跡については特に限定されない。
【００４５】
また、上述した本実施例では、洗浄ノズル９は基板Ｗの水平面に対して垂直に向けられて配置されていたが、ある傾斜角度でもって配置されていてもよい。
【００４６】
（７）上述した本実施例では、２流体ノズルによる洗浄処理と洗浄ブラシによる洗浄処理をほぼ同時に行ったが、例えば洗浄ブラシによって周縁以外を洗浄した後に、残りの周縁を２流体ノズルで洗浄するというように、洗浄処理の順序については特に限定されないが、洗浄処理を効率よく行う点においては、ほぼ同時に行う方が好ましい。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、基板保持手段を備えることで周縁複数箇所が支持された基板は水平姿勢に保持され、基板回転手段は基板保持手段に保持された基板を面内に回転させる。物理的接触型の洗浄ブラシおよび支持アームによる洗浄機構によって、基板に直接的に接触させて基板を洗浄処理しつつ、そのブラシを基板の周縁以外の領域で揺動しながら洗浄する。２流体ノズルが、基板回転手段によって回転される基板の周縁を洗浄し、洗浄機構が、基板の周縁以外の領域を揺動しながら基板を洗浄し、２流体ノズルと洗浄機構とによる基板の洗浄をほぼ同時に行う。その結果、基板の周縁を含めて基板全面を効率よく洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る基板洗浄装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例に係るスピンチャックの平面図である。
【図３】本実施例に係る２流体ノズルの構成を示す縦断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、変形例に係る２流体ノズルの構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ  …  基板
Ｗｅ  …  周縁
Ｓ  …  洗浄液
Ｇ  …  気体
Ｍ  …  ミスト
１  …  支持ピン
３  …  スピンチャック
９  …  ２流体ノズル
３１  …  洗浄ブラシ
【図１】
0003865602.tif 000002
【図２】
0003865602.tif 000003
【図３】
0003865602.tif 000004
【図４】
0003865602.tif 000005