JP2001017930A - 基板の洗浄方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 噴射ノズルヘッドを基板をスピン回転させる
ことなく、また洗浄液の飛沫を伴わず、半導体ウエハや
液晶用基板の大型のものを１枚ずつ垂直方向に保持した
状態で効率よく迅速に超音波洗浄する方法及び装置を提
供することにある。 【解決手段】 １枚の基板を垂直方向に保持した状態で
浸漬するのに必要十分な内容積及び形状を有し、底面に
超音波を発振する振動板が装着された薄型洗浄槽内の洗
浄液に、前記振動板から超音波を上方向に発振させた状
態下で、基板を垂直方向に保持して洗浄槽の内壁面に接
触させない状態で、一定の下降速度で浸漬し、基板が完
全に浸漬した後、直ちに前記下降速度と同じ速度で、基
板を洗浄槽の内壁面に接触させない状態で、引き上げて
液面上に取り出すことを特徴とする基板の洗浄方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハや大
型液晶用基板を、１枚ずつ垂直方向に保持した状態で迅
速、均一にかつ的確に超音波洗浄する方法及び装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体や液晶表示素子等の製造に使用さ
れる基板の表面汚れを除去する洗浄方法としては、多数
枚の基板を１個のキャリヤに保持して、洗浄槽中に一括
して浸漬して洗浄する方法（特願平１０−２３９４５４
号）や超音波を照射して行なう洗浄（特開平３−７７３
１９号公報）が一般的であった。しかしながら、使用さ
れる基板の寸法が年々大きくなってきており、例えば、
現在シリコンウエハは直径２００ｍｍや、３００ｍｍの
ものが使用され、液晶ガラス基板は５００ｍｍ〜１００
０ｍｍ角程度の大きさになっている。

【０００３】このような大型基板になると、多数枚を一
括して洗浄する方式は、（イ）基板およびキャリヤの総
重量が非常に大きく、また、嵩容積も増大して洗浄のた
めに一括で搬送するのが困難になってきた。また、
（ロ）基板を浸漬するための洗浄槽が大型となり、その
中に入れる洗浄液の使用量が増大する。更に、（ハ）一
括して浸漬させて洗浄する方法では全ての基板を均一
に、且つ完全に洗うことが困難になる。またそれに伴
い、（ニ）洗浄装置が大型になり、設置スペースが大き
くなるばかりでなく、装置価格も高額となる、等の理由
で見直されつつあり、基板を１枚ずつ洗浄する方法の適
用が必要とされるようになってきた。

【０００４】以前から知られている洗浄方法としては、
１枚の基板をスピンチャックで保持し、スピン回転させ
ながら基板面に純水をかけ、回転するブラシで擦り洗い
する方法や、回転基板にノズルから純水を高速で噴射し
て洗い流す方法があり、主に基板表面の付着粒子を除去
するのに用いられている。しかし、これらの方法は、一
括洗浄でないので作業効率の上からも問題となりがちで
あり、またこれらの方法では、サブミクロン台の微小粒
子を効率よく除去するのには適さず、また、洗浄液とし
て純水しか使用できないので、有機汚れや金属汚れ等の
除去能力も低いという問題点があった。

【０００５】そこで最近では、粒子除去効率を向上させ
るため純水噴射ノズルヘッドに超音波振動板を内臓さ
せ、超音波振動を重畳させたノズルからの水流をスピン
回転している基板面にあてる方法が実用化されている。

【０００６】これら従来の方法は、いずれも基板を水平
に保持し、スピン回転させて洗浄処理するのを基本形態
としている。したがって、装置の占有面積が基板の大き
さに応じて大型化するという根本的な問題がある。更
に、高速に基板をスピン回転させるための回転機構が不
可欠であり、機能を安全に発揮するメンテナンスが必要
であった。また、基板上にかけられる洗浄液は基板の回
転による遠心力によって基板周縁から汚れを伴って振り
飛ばされるが、液の表面張力によって液滴となって飛ば
され、スピンカップの内壁に衝突して飛沫化し、循環気
流に乗って、洗浄基板に再付着するという問題がある。
この対策には大がかりな排気が必要であり、それにより
装置のコンパクト設計は難しくなるという欠点を伴い、
問題の解決には至っていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、上記問題点を解決し、噴射ノズルヘッドを基板
をスピン回転させることなく、また洗浄液の飛沫を伴わ
ず、半導体ウエハや液晶用基板の大型のものを１枚ずつ
垂直方向に保持した状態で効率よく迅速に超音波洗浄す
る方法及び装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明の
（１）「１枚の基板を垂直方向に保持した状態で浸漬す
るのに必要十分な内容積及び形状を有し、底面に超音波
を発振する振動板が装着された薄型洗浄槽内の洗浄液
に、前記振動板から超音波を上方向に発振させた状態下
で、基板を垂直方向に保持して洗浄槽の内壁面に接触さ
せない状態で、一定の下降速度で浸漬し、基板が完全に
浸漬した後、直ちに前記下降速度と同じ速度で、基板を
洗浄槽の内壁面に接触させない状態で、引き上げて液面
上に取り出すことを特徴とする基板の洗浄方法」、
（２）「前記振動板から超音波を上方向に発振させる際
に、前記洗浄槽内の下方向から槽内洗浄液の静止状態を
乱さない程度に穏やかに洗浄液を連続的に導入すると共
に該洗浄槽の上縁から洗浄液を溢流させることを特徴と
する前記第（１）項に記載の基板の洗浄方法」、（３）
「前記基板を前記洗浄槽に浸漬する際に、該基板を垂直
面より５度以内の角度で傾けて下降させ、洗浄液中に完
全に浸漬して片方の被洗浄面を洗浄した後、直ちに前記
下降速度と同じ速度で、引き上げて液面上に取り出し、
又は直ちに基板を垂直面に対し反対方向に傾け直して前
記下降速度と同じ速度で引き上げ若しくは直ちに前記下
降速度と同じ速度で引き上げつつ垂直面に対し反対方向
に傾け直し、液面上に取り出すことにより、基板の片方
の被洗浄面、又は両方の被洗浄面を洗浄することを特徴
とする前記第（１）項又は前記第（２）項に記載の基板
の洗浄方法」、（４）「前記洗浄槽の下部より洗浄液を
供給し、該洗浄槽の上縁から槽外へ溢水させて槽内に洗
浄液の上昇流を形成させることを特徴とする前記第
（１）項乃至第（３）項のいずれか１に記載の基板の洗
浄方法」、（５）「前記洗浄槽を用いて洗浄を行ない、
基板を引き上げた状態で、該洗浄槽の上方の両側に設け
たスプレーノズルにより新規の洗浄液を基板に噴射し、
基板を濯ぐと共に槽内の洗浄液の少なくとも一部を洗浄
槽上縁から槽外へ溢水させることを特徴とする前記第
（１）項乃至第（４）項のいずれか１に記載の基板の洗
浄方法」、（６）「超音波の周波数が７５０ｋＨｚ〜３
ＭＨｚの範囲であることを特徴とする前記第（１）項乃
至第（５）項のいずれか１に記載の基板の洗浄方法」、
（７）「薬品を成分とする洗浄液を入れた第１の洗浄槽
と純水を入れた第２の洗浄槽とを並置し、基板を第１の
洗浄槽で超音波洗浄を行ない、第２の洗浄槽に移して純
水を用いてすすぎ超音波洗浄を行なうことを特徴とする
前記第（１）項乃至第（６）項のいずれか１に記載の基
板の洗浄方法」により達成される。

【０００９】また、上記課題は、本発明の（８）「垂直
方向に保持した１枚の基板を浸漬するのに必要十分な内
容積及び形状を有し該基板の面方向に横長で厚み方向に
薄型の洗浄槽と、該洗浄槽の底面全面に装着されて底部
を形成し上方向に超音波を発振する振動板と、基板を保
持して前記洗浄槽に浸漬し取出す基板浸漬取出し手段と
を有する基板の洗浄装置であって、前記基板浸漬取出し
手段が、基板を垂直方向に保持して前記洗浄槽の内壁面
に接触させない状態で、一定の下降速度で浸漬し、基板
が完全に浸漬した後、直ちに前記下降速度と同じ速度
で、かつ基板を垂直方向に保持して前記洗浄槽の内壁面
に接触させない状態で、引き上げて液面上に取り出すも
のであることを特徴とする基板の洗浄装置」、（９）
「垂直方向に保持した１枚の基板を浸漬するのに必要十
分な大きさの該基板の面方向に横長で厚み方向に薄い洗
浄槽と、該洗浄槽の底面全面に装着されて底部を形成し
超音波を発振する振動板と、基板を保持して前記洗浄槽
に浸漬し取出す基板浸漬取出し手段とを有する基板の洗
浄装置であって、前記洗浄槽へ垂直方向に浸漬される基
板の槽底への投影最大寸法をＷ（ｍｍ）、基板の厚みを
ｔ（ｍｍ）、その姿勢での基板高さをＬ（ｍｍ）とし、
振動子の大きさを縦ａ（ｍｍ）、横ｂ（ｍｍ）、（ａ＞
ｂ）としたとき、つぎの式、

【００１０】

【数２】 を満たす振動子が、振動板の周縁部に幅１０ｍｍ〜３０
ｍｍの露出部を残して振動板に設けられることを特徴と
する基板の洗浄装置」、（１０）「前記洗浄槽が、下方
向から槽内洗浄液の静止状態を乱さない程度に穏やかに
洗浄液を連続的に導入する手段、及び該洗浄槽の上縁か
らの溢流を受ける手段を有することを特徴とする前記第
（８）項又は第（９）項に記載の基板の洗浄装置」、
（１１）「前記底部を成す振動板を有する洗浄槽が、槽
上端面において洗浄液の均一に拡散された盛上り部を形
成することを特徴とする前記第（８）項乃至第（１０）
項のいずれかに記載の基板の洗浄装置」、（１２）「前
記基板浸漬取出し手段が、搬送ロボットとロボットヘッ
ドとを有し、該搬送ロボットは洗浄槽に達し洗浄槽から
離れる走行手段を備え、かつ、前記ロボットヘッドを上
下に昇降する昇降手段を有し、前記ロボットヘッドは１
対の腕部を閉じることにより基板を垂直に挟持し開くこ
とにより基板を開放するウエハチャックを他端に固定し
たアーム、及び、該アームを回動させかつ垂直面に対し
両方向に５度±１０％以内の角度範囲で正確に停止させ
ることにより該アームに固定された前記ウエハチャック
を同時に回動停止させるアーム回動手段を有することを
特徴とする前記第（８）項乃至第（１１）項のいずれか
１に記載の基板の洗浄装置」、（１３）「前記洗浄槽が
複数並置され、前記搬送ロボットが該複数の洗浄槽の間
を自在に走行して所定の洗浄槽で停止することを特徴と
する前記第（１２）項に記載の基板の洗浄装置」、（１
４）「前記並置された複数の洗浄槽が、薬品を成分とす
る洗浄液を入れた第１の洗浄槽と純水を入れた第２の洗
浄槽とを含み、該第１の洗浄槽及び／又は第２の洗浄槽
の上方に、新しい洗浄液のスプレーノズル対を有するこ
とを特徴とする前記第（１３）項に記載の基板の洗浄装
置」により達成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基いて詳細
に説明する。ここで、図１は、本発明における洗浄槽の
１概要例を示す図であり、図２は、本発明における洗浄
液状態の１例を示す図であり、図３は、本発明における
基板の洗浄態様の１例を示す図であり、図４は、本発明
における洗浄槽の１サイズ例を説明する図であり、図５
は、本発明の洗浄装置全体の１例を示す図であり、図６
は、本発明の他の洗浄装置の１例を示す図であり、図７
は、本発明の更に他の洗浄装置の１例を示す図である。

【００１２】図１に示されるように、この例の洗浄槽
（１０）は、１枚の基板を垂直方向に保持した状態で浸
漬するのに必要十分な内容積及び形状を有する薄型のも
のであり、断面が細長い矩形の筒体（９）の底端部（１
１）の内方に設けられた内側フランジ（１２）が、振動
板（１３）の外縁とフランジ締結されており、この振動
板（１３）には振動子（１３ａ）が設けられている。さ
らに、振動板（１３）は底蓋（１４）で覆われており、
底蓋（１４）は筒体底端の外側フランジ（１２ｂ）との
ボルト締結により筒体に取付けられている。また筒体
（９）の下部には、洗浄液（１５）を洗浄槽（１０）内
に供給するための給液路（１６）が設けられ、上部には
槽上端の洗浄液面（１７）から槽外への溢流（１８）を
受ける樋部（１９）が設けられている。

【００１３】この洗浄槽（１０）においては、洗浄液
（１５）が充満している底端部（１１）の下に振動板
（１３）と振動子（１３ａ）が装着されており、振動子
（１３ａ）から上方に向かって超音波を発振すると、振
動板（１３）からの放射圧によって、洗浄液（１５）は
押し上げられて上昇直進流（１５ａ）が形成され、上昇
直進流（１５ａ）が顕著であると洗浄槽（１０）の頂上
面には、洗浄液（１５）の盛上り部（１５ｃ）が形成さ
れるが、そのために、振動板（１３）から超音波を上方
向に発振させる際に、洗浄槽（１０）内の下方向から洗
浄液を連続的に導入すると共に該洗浄槽の上縁から少な
くとも１部を溢流させると極めて有効であることが見い
出され、また、槽内の充分な下降進流（１５ｂ）が有効
であることが見い出された。したがって、基板（１）を
垂直方向に保持していずれの部分の基板端部をも洗浄槽
（１０）の内壁に接触させず、つまり基板と洗浄槽の内
壁面との間に洗浄液の流路間隙を確保した状態で、一定
の下降速度で浸漬し、その後直ちに、下降速度と同じ速
度で、かつ基板（１）を垂直方向に保持していずれの部
分の基板端部をも洗浄槽（１０）内壁に接触させずに基
板端部と洗浄槽の内壁面との間に洗浄液の洗浄液の流路
間隙を確保した状態で、引き上げて液面上に取り出すこ
とが好ましい。これにより、振動板（１３）から超音波
を上方向に発振させる際に、洗浄槽（１０）下方向から
洗浄液を連続的に導入すると共に該洗浄槽の上縁から少
なくとも１部を溢流させると、降下直進流（１５ｂ）通
路として非中心領域を外れ洗浄槽の内壁面付近の間隙に
確保でき、その結果、上昇直進流（１５ａ）の勢いが助
長される。

【００１４】すなわち、洗浄液（１５）は振動板（１
３）の振動により、波面の進行方向と直交する方向に振
動するけれども、波面は槽の上方向に垂直に最も強く進
行しこの方向から外れるにつれて他方向に進行する波面
は弱くなる。しかしながら上方向に垂直に進行する以外
の他の波面は筒体（９）内壁で反射され或いは反射を繰
り返して上方向に進行する結果、槽上端面においては均
一に拡散された盛上り部（１５ｃ）が形成され、洗浄槽
（１０）下方向の給液路（１６）からの穏やかかつ連続
的に導入される洗浄液が上昇直進流（１５ａ）となり、
これを幇助し盛上りに寄与する。これに対して、下降流
（１５ｂ）は中心域から外れた内壁近隣域を主に通過す
る。

【００１５】筒体（９）内部の胴構造としては、無論、
このような進行波と干渉して波強度を弱めるような反射
波がないものが好ましい。また下降流（１５ｂ）のため
のより均一な下方通路を形成できるものが好ましい。そ
こで若干傾斜した状態の基板にも適した断面形状のもの
とするため、この例においては細長い矩形断面を有する
ものを用いているが、他の例えば４角部が丸みを有する
ものであってもよく、要は、下降流（１５ｂ）のための
より均一な下方通路を確保できないようなもの、或いは
反射波の進行方向が振動板（１３）の方に向くような反
射面のある凹凸のあるものをなるべく避けることが好ま
しい。

【００１６】図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、
本発明においては前記のような洗浄槽を用いることによ
り、均一な盛上り部（１５ｃ）が形成される。均一な盛
上り部（１５ｃ）が形成された状態で、基板（１）を垂
直に近い姿勢で下降又は上昇させて、この盛上がり部
（１５ｃ）中を通過させると、基板（１）に垂直方向に
加えられる洗浄液の振動と基板（１）面に沿って流れる
上昇直進流（１５ａ）との相乗作用で基板（１）面上の
汚れに強力な洗浄作用が働き、極めて短時間に基板
（１）の洗浄が完了する。

【００１７】図３（ａ）に示すように、基板（１）を垂
直面に対して（θ）を１〜５度傾斜させて盛上がり部
（１５ｃ）を通過させると、傾けた側の基板（１）面上
に洗浄液面（１７）より約２０ｍｍ以上の高さまで洗浄
液（１５）の這い上がり（１５ｄ）が生じ、該這い上が
り（１５ｄ）中の強い上昇直進流（１５ｅ）による掃引
効果によって汚れの除去速度は更に数倍向上する。この
高い這い上がり（１５ｄ）は、基板（１）が洗浄液（１
５）に埋没している長さを（ｌ）とすると、ｌｓｉｎθ
の間で被洗浄面に沿って一定レベルまで上昇した洗浄水
塊に、その直下位置で次々に上昇してくる上昇直進流
（１５ａ）が合流し、落下しないよう下から支え続け、
かつ、さらに高いレベルまで押し上げ続ける力等に因る
ものと思われる。

【００１８】すなわち、図３（ｂ）に示されるように、
超音波振動により下方から供給される洗浄水は、下から
次々押し上げ続けられるので水面より上のレベルまでほ
ぼ一定割合量が到達し得るのに加えて、基板（１）の勾
配（θ）により、洗浄液塊（ｎ１）の状態から（ｎ５）
の状態に供給速度が低下することに伴って(楕円体短軸
がより短かくなるに伴って)進行方向と垂直する方向に
高くなる(楕円体ｎ１の場合も、ｎ５の場合も体積自体
はほぼ同一なので、ｎ５の場合は楕円長軸方向により長
い形になる)こともあって、直下位置の上昇直進流（１
５ａ）により大きくなったＶ方向の供給力が、Ｖ１方向
の供給力とＶ２方向の供給力に分割され、これに更に、
下向きに働く力（重力の加速度α）が常時作用する等の
結果、合成された強い上昇流、豊かな水量の水塊崩壊に
より充分に揺動する下降流、流れ方向に直交する振動力
等が複雑に入り組んで共存し、符号（１５ｄ）で示され
るような高い這い上がり状態が呈され、優れた洗浄力が
発揮されるものと思われる。

【００１９】本発明においては、基板の傾き（θ）が１
度未満になると這い上がりは低くなる。一方、傾き
（θ）が５度を越えた深い接触角度の場合も上昇直進流
（１５ａ）が基板の被洗浄面を這い上がる傾向よりも衝
突反射する傾向が強まり、傾き（θ）が１０度を越える
と這い上がりは極く小さくなる。また、基板を傾斜させ
て洗浄したときには、傾斜の反対裏面側には液の這い上
がりは生じないので、両面を洗浄する場合には、基板を
傾斜させて下降させつつ盛上がり部（１５ｃ）を通過さ
せて一方の表面を洗浄した後、基板を逆側に傾斜し直し
て上昇させ或いは基板の上昇過程で逆側に傾斜して、盛
上がり部（１５ｃ）を通過させる。ここで、基板を逆側
に傾斜し直す場合には槽内洗浄液を撹拌することがない
程度に静かに逆側に傾斜させる。したがって、本明細書
における「基板を垂直方向に保持」は、基板を垂直に乃
至垂直面に対し５度以内の傾斜角度で保持することを意
味し、また、同「浸漬後、直ちに引き上げる」とは、前
記のような基板の逆側への傾斜し直しに要する時間を除
外することを意味するものではない。

【００２０】図４には、本発明における洗浄槽の１例、
特にサイズ例が示されている。装置の小型化という一般
的な要請とは別に、洗浄液塊の弾力性及び可塑性による
超音波振動子からの洗浄液振動力の伝達ロス、洗浄液消
費を少なくすることが好ましいので、洗浄槽は大きさ及
び形状に留意する必要がある。本発明における洗浄槽は
少なくとも上記のように傾けた基板を完全収没できる程
度には大きいことが好ましく、この例の洗浄槽（１０）
は、本発明をこれに限るものではないが、次のように定
めたものである。

【００２１】つまり、（ａ）図に示すように、基板
（１）を垂直状態にしたときの水平面へ投影した最大幅
をＷ、その状態での最大高さをＬとし、（ｂ）図及び
（ｃ）図に示すように、使用振動子（１３ａ）の大きさ
を縦（ａ）ｍｍ、横（ｂ）ｍｍ、（ａ＞ｂ）とすると、
ａ＝Ｗ±０．１（Ｗ）、ｂ＝（２×√Ｌ・√λ）±０．
１（２×√Ｌ・√λ）（λは使用超音波の波長（ｍ
ｍ））になるように選定し、この使用振動子（１３ａ）
を振動板（１３）に、幅約２０ｍｍの周縁部を露出して
接着し、而して、振動子（１３ａ）を設けた振動板（１
３）が丁度、洗浄槽（１０）の底部を形成するように底
端部（１１）に振動板（１３）をフランジ締結した。な
お、本願発明における使用振動子（１３ａ）の大きさの
ａ＝Ｗ±０．１（Ｗ）、ｂ＝（２×√Ｌ・√λ）±０．
１（２×√Ｌ・√λ）の±１０％の許容は、振動子（１
３ａ）から発生する波の所期の効力が、さほど変化しな
い範囲である。

【００２２】

【数３】

【００２３】しかしながら、前記のように洗浄槽の上端
面においては均一に拡散された盛上り部（１５ｃ）が形
成されるので、この例は、本発明における振動板の周縁
部に振動子を設けない周縁部を、２０ｍｍの幅で露出さ
せ設けることを限定するものではない。基板サイズ、洗
浄槽への基板搬出入手段の稼動範囲精度、洗浄時に採り
得る最大基板傾斜角度等にもよるが、通常は１０ｍｍ〜
４０ｍｍの周縁部幅であることが望ましい。

【００２４】上記のようにして所定範囲の大きさの振動
子（１３ａ）を装着した振動板（１３）は、洗浄槽（１
０）の底端部（１１）に取り付けられて槽底を形成し、
従ってこの場合、振動板（１３）と底部（１１）の大き
さはほぼ等しい。前記のように、槽底の大きさは基板
（１）の出し入れや基板（１）の傾斜を与えることがで
きるように、振動子（１３）の大きさより１０〜４０ｍ
ｍ大きくしているが、この値は厳密なものでない。ま
た、洗浄槽（１０）の深さ（Ｃ）も基板（１）が完全に
液中に浸漬されればよく、この例では基板（１）の最大
高さ（Ｌ）より２０ｍｍ大きくしたが、基板の傾きに応
じて見掛け高さはより低くなるので最大高さ（Ｌ）より
浅くても理屈上は足り、２０ｍｍにする必要はない。

【００２５】使用する超音波の周波数はキャビテーショ
ンの起こらない直進波を作るのに都合のよい７５０ＫＨ
ｚ〜３ＭＨｚ付近のものを使用するが、具体的な周波数
の選択は、主に洗浄槽（１０）の胴構造等に依存するの
は、上述のとおりである。しかしながらこれは、１〜３
ＭＨｚ付近の周波数の超音波の波長がせいぜい１．５ｍ
ｍ〜０．５ｍｍ（１５００ｍ／secの波面速度として)
と、洗浄槽サイズに比し桁違いに短く、粗密波としての
超音波による洗浄液の波の節部と腹部間の距離はさらに
この半分になるので、洗浄槽（１０）の精密な深さ
（Ｃ）や幅（Ａ）を、発振波の波長と液面までの伝播経
路長との関係で特に問題とするものではない。

【００２６】かような本発明は、洗浄槽（１０）および
振動板（１３）の材質を夫々耐食性のあるものを適宜選
択すれば、洗浄液（１５）として純水ばかりでなく、薬
液を成分とするものも使用でき、付着粒子の除去以外に
も有機汚れや金属汚れの除去にも適用範囲を拡大するこ
とができる。洗浄槽（１０）には、供液路（１６）より
洗浄液（１５）を供給し、槽上縁の洗浄液面（１７）よ
り溢流（１８）させる流れを作るのが望ましい。このこ
とにより、超音波発振時の上昇直進流（１５ａ）を加速
させることができるし、更に汚れが除去されて洗浄槽
（１０）中に蓄積するのを防ぐ効果が得られる。粒子除
去を目的とする洗浄の場合には、溢流（１８）した洗浄
液（１５）を受ける樋部（１９）を洗浄槽（１０）上部
に設け、洗浄液（１５）をここからフィルタ（図示せ
ず）で濾過して洗浄槽（１０）へ循環させることができ
る。

【００２７】このような洗浄方法により、基板を１枚ず
つ洗浄槽の中に垂直状態の姿勢で短時間のうちに昇降さ
せるだけで洗浄することができ、これは、１枚の基板を
エッジで保持するチャックを使い垂直状態で洗浄槽に出
し入れするだけで良好に行うことができる。そのため本
発明の基板洗浄装置においては、基板の浸漬取出し手段
を有する。この基板浸漬取出し手段には、例えば半導体
分野において従来から知られている基板搬出入装置をそ
のまま転用することができ、これにより、洗浄槽の断面
積は、水平にして洗浄する装置に比べて著しく小さくで
きる。しかも、基板の洗浄処理時の動きは、昇降のみで
あり、従来の洗浄装置のようにスピン回転させるための
機構は必要としない。更にスピン回転させないことか
ら、洗浄液の飛沫化対策として行なう大がかりな排気も
不要となる。

【００２８】図５には、本発明で用いられるそのような
基板浸漬取出し手段を有する基板洗浄装置例が示され
る。ここで、基板浸漬取出し手段（１００）は、基本的
に、搬送ロボット（１０１）とロボットヘッド（１０
８）とからなり、搬送ロボット（１０１）は、並置され
た複数の洗浄槽（１０）間を走行してロボットヘッド
（１０８）を特定の洗浄槽（１０）の位置に搬送（この
様子は図６に詳記される）する、図示されてない走行手
段に設けられ、かつ、ロボットヘッド（１０８）を上下
に昇降移動させるためその下部に設けられた昇降軸（１
０４）に螺合するボールネジ（１０２）、及びボールネ
ジ（１０２）を回転させるサーボモータ（１０３）を有
する。

【００２９】ロボットヘッド（１０８）には、アーム
（１０７）を少なくとも所定角度内で回動させるベーン
シリンダ（１０９）が内蔵され、アーム（１０７）の先
端付近にはチャックシリンダ（１０５）の作動により開
閉される１対のウエハチャック（１０６）（１０６）が
固定され、各ウエハチャック（１０６）は、その弧状腕
部に基板（１）としてのウエハを保持するに必要な数の
ウエハ保持爪（１０６ａ）を有する。図中、符号（２
０）は排水管を示している。

【００３０】この例の基板浸漬取出し手段（１００）を
有する基板洗浄装置においては、支持体例えばウエハ
（１）のエッジ部を１対のウエハチャック（１０６）
（１０６）で両側から握んで保持し、垂直の姿勢で洗浄
槽（１０）の上に搬送し、ベーンシリンダー（１０９）
によってアーム（１０７）軸を回動させることによりウ
エハを垂直面に対して所定角度だけ傾斜させ、超音波振
動により洗浄液の盛上がり（１５ｃ）に、例えば２ｃｍ
／ｓｅｃの速度で下降させ、ウエハが洗浄液の盛上がり
（１５ｃ）との接触が終了したら或いはウエハ（１）が
洗浄槽（１０）中に完全浸漬したら、アーム（１０７）
軸を逆方向に回動させて垂直の姿勢に直し或いは逆方向
に所定角度だけ傾斜させた姿勢とし、次にウエハを同一
速度で上昇させた後にウエハを垂直面に対して逆方向に
所定角度だけ傾斜させ、或いは逆方向に所定角度だけ傾
斜させた姿勢で保持されているウエハを同一速度で上昇
させて洗浄槽（１０）から取り出し、裏側を盛上がり
（１５ｃ）中を通過させ、再度、垂直の姿勢にしたウエ
ハを洗浄槽（１０）上に縣下するアーム（１０７）他端
のロボットヘッド（１０８）を、搬送ロボット（１０
１）の走行により次作業位置に移動させる。

【００３１】図６には、本発明の更に他の例が示され
る。この例の洗浄装置には、図中左から順に、第１の槽
即ち薬剤洗浄槽（１０ａ）、第２の槽即ちリンス槽（１
０ｂ）、第３の槽即ち乾燥槽（１０ｃ）が手前に並置さ
れ、これら３つの槽の奥に基板浸漬取出し手段（１０
０）が配置され、この基板浸漬取出し手段は左右両端に
位置するローダー部とアンローダー間を自由に走行し、
かつ任意の所定槽前で停止する。この図では、３つの槽
の重なって奥に配置された基板浸漬取出し手段のうち下
部分つまり搬送ロボット部分は３つの槽の陰になって見
えず、上部分のロボットヘッド（１０８）のみが示され
ている。

【００３２】これら３つの槽はシンク（１２０）中の基
台（１２１）上に配置され、第１の槽（１０ａ）には薬
剤洗浄のための洗浄液供給路（１６ａ）及び排水管（２
０ａ）が設けられ、第２の洗浄槽(１０ｂ）にはリンス
のための純水供給路（１６ｂ）及び排水管（２０ｂ）が
設けられ、第３の槽（１０ｃ）には内部両側に下向鋭角
（この例におけるガスの噴射角度は、下側へ４５度）な
所望個数（図では４個）のフラットエアノズル（１２
２）を有するガス配管（１２３）が所望本数（例えば４
本）設けられまた底部には噴射された多量のガスが滞留
せずに排出できる大口径の排気管（２０ｃ）が設けられ
ている。

【００３３】この例の基板洗浄装置を用いて、本発明の
洗浄方法は、例えば、つぎのように行われる。ローダー
部でカセット（図示せず）に収納されているウエハ
（１）を下からの押し上げ機構（図示せず）で１枚のみ
カセット上部に抜き取り、搬送ロボット（１０１）を所
定の位置に待機させ、開いているチャック（１０６）対
をチャックシリンダー（１０５）で閉じてウエハ保持爪
（１０６ａ）をエッジ部にあてて保持する。ウエハ押し
上げ機構を下降せしめた後、搬送ロボット（１０１）を
図面右方向に横に走行させて第１の洗浄槽（１０ａ）の
位置へ停止させ、そして、第１の洗浄槽（１０ａ）に、
洗浄液を供給し、溢流させ、そして超音波を発振作動さ
せ、ロボットヘッド（１０８）内に収納してあるベーン
シリンダー（１０９）を動作させて、ウエハ（１）の洗
浄面（表面）を垂直から数度（例えば３度）傾斜させ、
ウエハ（１）を下降させ、ウエハ（１）の全面が液中に
浸漬したら、ウエハ（１）の傾斜方向を逆にし、直ちに
同じ速度状態で上昇させ、第１の洗浄槽（１０ａ）から
ウエハ（１）を取り出したら、第２の洗浄槽（１０ｂ）
の位置へ搬送ロボット（１０１）を移動させ、そして、
超音波発振されている純水の第２の洗浄槽で同様にウエ
ハ（１）の両面を濯ぎ、第２の洗浄槽（１０ｂ）での濯
ぎが終わったら、乾燥槽（１０ｃ）の位置へ搬送ロボッ
ト（１０１）を移動させ、例えば窒素ブロー乾燥させ
る。

【００３４】本発明の洗浄方法は、基板（例えばウエ
ハ）上への洗浄液の這い上がりを利用して超音波の洗浄
効果の促進をしているが、這い上がりの上限をなす境界
に、除去された汚れの一部が線状に残る現象が液の汚れ
度合いによっては生ずることがある。それを防ぐ方法と
して、洗浄槽に洗浄液を常時供給し、洗浄液を溢流させ
る方法を採ることができるが、この方法は洗浄液の消費
量が多くなるという問題点がある。

【００３５】これを軽減するためには、図７に示される
ように、給液路（１６）からスプレー液供給管（１６
ｄ）を分岐させ、この先にスプレーノズル（１３０）の
対を洗浄槽（１０）の上方に設け、基板（ウエハ）
（１）を洗浄槽（１０）から引き上げるときにのみ、両
面に新しい洗浄液をスプレー（１８ａ）することも可能
であり、例えばこのようなバージン洗浄液のスプレー法
を、図６に示される本発明の複合洗浄槽のうち、いずれ
か一方の洗浄槽又は双方の洗浄槽に適用することができ
る。

【００３６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基きさらに詳細に説
明する。 ［実施例１］直径１５０ｍｍのシリコンウエハ全面に平
均径２μｍのタルク微粉を一様に塗布した粒子汚染サン
プルを本発明によって洗浄した例につき説明する。図５
に示される洗浄装置が使用された。洗浄槽は、１５０ｍ
ｍ径のウエハを垂直面に５度傾けて浸漬したときにもウ
エハ投影寸法と周囲内壁との間に約４ｍｍの間隙がある
ように、内側幅（Ａ）約１６０ｍｍ、内側厚さ（Ｂ）約
２２ｍｍとし、内側深さ（Ｃ）１５０ｍｍの大きさの角
型筒の１端部に幅１０ｍｍの内側フランジを設けたもの
を製作し、これに、長さ（ａ）１４０ｍｍ、幅（ｂ）８
ｍｍの振動子を接着剤で接着した振動板をフランジ締結
したものであった。図に示すように、ウエハ（１）のエ
ッジ部をチャック（１０６）対で握んで保持し、垂直の
姿勢で洗浄槽（１０）の上に搬送し、洗浄槽（１０）の
下部から洗浄液（１５）を槽内の静置状態が保持される
ように静かに導入し上部縁から静かに溢液させつつ、盛
上り（１５ｃ）が形成される程度の強さで超音波振動さ
せながら、２ｃｍ／ｓｅｃの速度で下降させ、ウエハ
（１）が洗浄槽（１０）中に浸漬したら、同一速度で上
昇させた。浸漬時並びに取り出し時にウエハ（１）を垂
直面に対して２〜５度傾斜させるためにアーム軸（１０
７）をベーンシリンダー（１０９）によって回転させ
た。ウエハ（１）は満足裡に洗浄され、表面のタルク微
粉は完全に除去された。一方、この汚染サンプルを同超
音波洗浄槽の水中に浸漬したままの状態で超音波照射し
た場合には、洗浄に５分間かけても、タルク微粉の剥離
面積は５０％にも及ばなかった。

【００３７】［実施例２］図６に示す洗浄装置が使用さ
れた。搬送ロボット（１０１）をローダー部の所定の位
置に待機させ、ローダー部でカセット（図示せず）に収
納されているウエハ（１）を下からの押上機構（図示せ
ず）で１枚のみカセット上部に抜き取り、チャックシリ
ンダー（１０５）を作動して、開いているチャック（１
０６）を閉じてウエハ保持爪（１０６ａ）をエッジ部に
あてて保持した。ウエハ押上機構を下降せしめた後、搬
送ロボット（１０１）を横移動させて第１の洗浄槽（１
０ａ）の位置へ停止さた。

【００３８】第１の洗浄槽（１０ａ）には、洗浄液（１
５）（ＮＨ₄ＯＨ：０．１容、Ｈ₂Ｏ ₂：０．５容、Ｈ
₂Ｏ：５．０容の希釈液）を５〜８ｌ／ｍｉｎの流量で
供給し、溢流させた。溢水は、例えばフィルター（図示
せず）を介して循環させるのが望ましい。第２の洗浄槽
（１０ｂ）には、純水を同流量で供給し、溢流させ、そ
して、第１および第２の洗浄槽（１０ａ）、（１０ｂ）
で超音波を発振作動させ、洗浄開始直前から１ＭＨｚの
超音波振動を洗浄液（１５）中へ発振した。搬送ロボッ
ト（１０１）のロボットヘッド（１０８）内に収納して
あるベーンシリンダー（１０９）を動作させて、ウエハ
（１）の洗浄面（表面）を垂直から３度傾斜させ、その
後搬送ロボット（１０１）の昇降軸（１０４）によりウ
エハ（１）を２ｃｍ／ｓｅｃの速度で下降させ、ウエハ
（１）の全面が液中に浸漬し、直ちに同じ速度、状態で
上昇させた。第１の洗浄槽（１０ａ）からウエハ（１）
を取り出し、搬送ロボット（１０１）を第２の洗浄槽
（１０ｂ）の位置へ走行させ、そして、超音波発振され
ている純水の第２の洗浄槽（１０ｂ）の中へウエハ
（１）を３度傾斜した状態で、２ｃｍ／ｓｅｃの速度で
下降させた。ウエハ（１）が完全に浸漬されたら、ベー
ンシリンダー（１０９）を逆方向へ回転させてウエハ
（１）の裏面を３度傾斜させて同じ速度で上昇させた。
第２の洗浄槽（１０ｂ）での洗浄が終わったら、ベーン
シリンダー（１０９）を動かしてウエハ（１）を垂直状
態に戻し、乾燥槽（１０ｃ）の位置へ搬送ロボット（１
０１）を走行させ、ここで窒素ブロー乾燥させた。

【００３９】乾燥槽（１０ｃ）には等間隔で配置された
１６個のフラットエアノズル（１２２）が乾燥槽（１０
ｃ）内部の両側に所定の間隔で４段並べて固定されてい
る。ガスの噴射角度は、下側へ４５度とし、ガスの噴射
流速を５０ｍ／ｓ程度に設定し、乾燥槽（１０ｃ）の底
部に設けられた大口径の排出口（２０ｃ）から、乾燥槽
（１０ｃ）内に噴射された多量のガスが滞留せずに排出
されるようにした。窒素ガスが噴射する乾燥槽（１０
ｃ）の中に、純水で濡れたウエハ（１）を保持したウエ
ハチャック（１０６）対を下降及び上昇させて乾燥し
た。乾燥時の昇降速度や、槽内の停止時間、窒素ガスの
温度は、適宜設定して十分に乾燥が行なえるようにし
た。

【００４０】乾燥終了後、搬送ロボット（１０１）によ
りアンローダー部へウエハ（１）を搬送し、ローダーの
場合と逆手順でカセットへ収納した。ローダー部から始
めたこの一連の操作における正味の洗浄時間としては、
超音波振動洗浄液面にウエハ（１）を一往復させるのに
要する時間で、約３０秒であり、洗浄、リンス、乾燥の
３工程を行なうサイクル時間は１．５分〜２．５分であ
った。

【００４１】本発明は、無論、以上の実施例に制限され
るものではない。また、本発明は、基板（ウエハ）の洗
浄のみならず、他のあらゆる板状被洗浄物の洗浄に適用
することができる。従って、本発明の洗浄方法又は洗浄
装置による他の被洗浄物の洗浄は、当然ながら、本発明
の技術範囲に属することはいうまでもない。

【００４２】

【発明の効果】以上、詳細かつ具体的な説明から明らか
なように、本発明における前記盛上り部を２ｃｍ／ｓｅ
ｃの移動速度で往復通過させたところ、表面の粒子は完
全に除去された。一方、この汚染サンプルを同じ超音波
洗浄槽の水中に浸漬した状態で超音波照射を加えた場合
には５分間かけても塗布膜の剥離面積は全体の５０％に
も及ばなかった。本発明の洗浄方法は、１枚の基板（ウ
エハ）を垂直状態で超音波が前記のように照射されてい
る洗浄槽に供給することを特徴とし、洗浄槽の大きさは
縦方向は基板の大きさに一定の余裕寸法を加えた長さが
必要であるが、横幅は縦の長さの１／８程度でよい。す
なわち、基板（ウエハ）を水平にして洗浄する方式に比
べて洗浄部のスペースは１／８であり、仮に３槽分並べ
ても半分のスペースですむという利点がある。また、基
板（ウエハ）を自動搬送する装置にした場合に基板（ウ
エハ）の動くスペースも同様に水平方式に比べて少なく
てよく、全体としての洗浄装置の設置に必要な面積は１
／２以下に減らすことができる。また、超音波振動して
いる液面を往復させるだけで、１枚当たりの洗浄処理が
終わり、バッチ洗浄に近い高いスループットが得られ
る。また、基板（ウエハ）を洗浄槽中に昇降させる機構
のみで洗浄でき、高速で基板（ウエハ）を回転させる機
構は必要なく、シンプルで安全な洗浄ができる。更にま
た、洗浄後の種類別に洗浄槽を異にすることができるの
で、洗浄液同士のクロスコンタミネーションを防止した
洗浄ができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における洗浄槽の１概要例を示す図であ
る。

【図２】本発明における洗浄液状態の１例を示す図であ
る。

【図３】本発明における基板の洗浄態様の１例を示す図
である。

【図４】本発明における洗浄槽の好ましい１サイズ例を
説明する図である。

【図５】本発明の洗浄装置全体の１例を示す図である。

【図６】本発明の他の洗浄装置の１例を示す図である。

【図７】本発明の更に他の洗浄装置の１例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 基板（ウエハ） ９ 筒体 １０ 洗浄槽 １０ａ 第１洗浄槽 １０ｂ 第２洗浄槽 １０ｃ 乾燥槽 １１ 底端部 １２ 内側フランジ １２ｂ 外側フランジ １３ 振動板 １３ａ 振動子 １４ 底蓋 １５ 洗浄液 １５ａ 上昇直進流 １５ｂ 下降進流 １５ｃ 盛上り部 １５ｄ 洗浄液這い上り １５ｅ 上昇直進流 １６ 給液路 １６ａ 洗浄液供給路 １６ｂ 純水供給路 １６ｄ スプレー液供給管 １７ 槽上端洗浄液面 １８ 溢流 １８ａ 新洗浄液スプレー １９ 樋部 ２０ 排水管 ２０ａ 排水管 ２０ｂ 排水管 ２０ｃ 大口径排気管 １００ 基板浸漬取出し手段 １０１ 搬送ロボット １０２ ボールネジ １０３ サーボモータ １０４ 昇降軸 １０５ チャックシリンダ １０６ ウエハチャック １０６ａ ウエハ保持爪 １０７ アーム １０８ ロボットヘッド １０９ ベーンシリンダ １２０ シンク １２１ 基台 １２２ フラットエアノズル １２３ ガス配管 １３０ スプレーノズル Ａ 洗浄槽横寸法 Ｂ 洗浄槽縦寸法 Ｃ 洗浄槽高さ寸法 ａ 振動子縦サイズ ｂ 振動子横サイズ ｌ 基板の洗浄液埋没長 Ｌ 基板高 θ 基板傾斜角 ｎ１ 洗浄液流塊 ｎ２ 洗浄液流塊 ｎ３ 洗浄液流塊 ｎ４ 洗浄液流塊 ｎ５ 洗浄液流塊 Ｖ 洗浄液供給力 Ｖ１ 洗浄液供給力 Ｖ２ 洗浄液供給力 Ｗ 基板投影最大幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤川 伸之 東京都八王子市大和田町１丁目９番２号 株式会社ダン科学内 (72)発明者 名嘉眞 学 東京都千代田区飯田橋４丁目７番11号 国 際電気アルファ株式会社内 Ｆターム(参考） 3B201 AA03 AB24 AB40 AB42 BB04 BB23 BB84 BB85 BB87 BB92 BB93 CB01 CC01 CC12 CC21 CD22

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １枚の基板を垂直方向に保持した状態で
   浸漬するのに必要十分な内容積及び形状を有し、底面に
   超音波を発振する振動板が装着された薄型洗浄槽内の洗
   浄液に、前記振動板から超音波を上方向に発振させた状
   態下で、基板を垂直方向に保持して洗浄槽の内壁面に接
   触させない状態で、一定の下降速度で浸漬し、基板が完
   全に浸漬した後、直ちに前記下降速度と同じ速度で、基
   板を洗浄槽の内壁面に接触させない状態で、引き上げて
   液面上に取り出すことを特徴とする基板の洗浄方法。
2. 【請求項２】 前記基板を前記洗浄槽に浸漬する際に、
   該基板を垂直面より５度以内の角度で傾けて下降させ、
   洗浄液中に完全に浸漬して片方の被洗浄面を洗浄した
   後、直ちに前記下降速度と同じ速度で、引き上げて液面
   上に取り出し、又は直ちに基板を垂直面に対し反対方向
   に傾け直して前記下降速度と同じ速度で引き上げ若しく
   は直ちに前記下降速度と同じ速度で引き上げつつ垂直面
   に対し反対方向に傾け直し、液面上に取り出すことによ
   り、基板の片方の被洗浄面、又は両方の被洗浄面を洗浄
   することを特徴とする請求項１に記載の基板の洗浄方
   法。
3. 【請求項３】 前記洗浄槽の下部より洗浄液を供給し、
   該洗浄槽の上縁から槽外へ溢水させて槽内に洗浄液の上
   昇流を形成させることを特徴とする請求項１又は２に記
   載の基板の洗浄方法。
4. 【請求項４】 前記洗浄槽で超音波洗浄を行ない、基板
   を引き上げた状態で、該洗浄槽の上方の両側に設けたス
   プレーノズルにより新規の洗浄液を基板に噴射し、基板
   を濯ぐと共に槽内の洗浄液の少なくとも一部を洗浄槽上
   縁から槽外へ溢水させることを特徴とする請求項１乃至
   ３のいずれか１に記載の基板の洗浄方法。
5. 【請求項５】 超音波の周波数が７５０ｋＨｚ〜３ＭＨ
   ｚの範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいず
   れか１に記載の基板の洗浄方法。
6. 【請求項６】 薬品を成分とする洗浄液を入れた第１の
   洗浄槽と純水を入れた第２の洗浄槽とを並置し、基板を
   第１の洗浄槽で超音波洗浄を行ない、第２の洗浄槽に移
   して純水を用いてすすぎ超音波洗浄を行なうことを特徴
   とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の基板の洗浄
   方法。
7. 【請求項７】 垂直方向に保持した１枚の基板を浸漬す
   るのに必要十分な大きさの該基板の面方向に横長で厚み
   方向に薄い洗浄槽と、該洗浄槽の底面全面に装着されて
   底部を形成し超音波を発振する振動板と、基板を保持し
   て前記洗浄槽に浸漬し取出す基板浸漬取出し手段とを有
   する基板の洗浄装置であって、前記洗浄槽へ垂直方向に
   浸漬される基板の槽底への投影最大寸法をＷ（ｍｍ）、
   その姿勢での基板高さをＬ（ｍｍ）とし、振動子の大き
   さを縦ａ（ｍｍ）、横ｂ（ｍｍ）、（ａ＞ｂ）としたと
   き、つぎの式、 【数１】 を満たす振動子が、振動板の周縁部に幅１０ｍｍ〜３０
   ｍｍの露出部を残して振動板に設けられることを特徴と
   する基板の洗浄装置。