JP5966250B2 - 基板支持治具 - Google Patents

Description

本発明は、濡れた基板を乾燥させるための基板支持治具に関するものであり、対象となる基板には、磁気記録媒体用基板、フォトマスク基板、半導体基板、ディスプレイ用基板などが含まれる。

近年、半導体、ディスプレイおよび磁気記録媒体などの高精度化は目覚しく、例えば、高度情報化社会を支える情報の記録装置の一つである磁気記憶装置（ＨＤＤ）に用いられる磁気記録媒体には記録密度のさらなる向上と低ノイズが要求されている。その要求を満たすため、磁気記録媒体の製造工程においては、極めて高い清浄性が求められる。例えば、媒体基板の溶媒による洗浄後の乾燥時に生じるシミなども低減が必要とされている。本発明は、この溶媒の乾燥時に生じるシミなどの低減に関して、磁気記録媒体用基板を例に挙げて説明する。

そのような溶媒による基板洗浄後の乾燥時に発生するシミの低減にかかる乾燥方法については、従来から様々な乾燥方法が提案されている。例えば、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）の蒸気を用いた乾燥（ＩＰＡベーパー乾燥）や温純水引き上げ乾燥、基板を高速回転させるスピン乾燥などが用いられてきた。

しかしながら、ＩＰＡベーパー乾燥方式では、ＩＰＡの水分の含有による品質劣化や多大なＩＰＡ使用量などの課題があり、スピン乾燥にも乾燥シミ、温純水引き上げ乾燥方式では、水滴残渣（ウォーターマーク）による欠陥などの課題がある。そのため近年ではマランゴニー対流を利用した乾燥方式が用いられている。しかし、マランゴニー乾燥方式でも要求品質の高度化にともなって水滴残渣が重要な問題となっている。原因としては、基板とその支持板との接触部分に液滴が残ってしまうことにあるとされている。このためマランゴニー乾燥方式では基板と乾燥治具の接点部分を剣先状にし、Ｖ形の接点部にスリットをいれる構造（特許文献１）、水滴の吸引排除機構を備える構造（特許文献２）、基板を点接触で支持するための支持部材の表面ミゾ部と、この点接触部に保持される水を除去するためのスリットを表面ミゾの下部に備えるとともに、水との接触角が６０°以上の表面材質とした支持部材を備える乾燥治具を用いて基板を乾燥することにより、接触部分に残る水滴を少なくする乾燥方法または乾燥治具が知られている（特許文献３）。

特開平６−１５０３１３号公報 特開平１１−２９７８０８号公報 特開平１０−１６２３５５号公報

しかしながら、更なる要求品質の高度化により、問題にされる液滴残渣量レベルもいっそう厳しくなり、従来の対応では改善は困難な状況である。なぜなら前述の特許文献１〜３に記載の改善によっても、基板と支持板との間に生じる液滴は少なくはなるが無くならないからである。水滴を吸引する方法にしても、基板を液面より引き上げて上昇した状態で水滴を吸引するため、水滴ができた状態で放置されてしまう。また、基板を支持するミゾの下部にスリットを入れてもスリット部に水などの液体が存在したままであって排出されないため、液滴残渣量低減の効果も限定的である。

本発明は、以上述べた点に鑑みてなされたものであり、マランゴニー対流を用いる乾燥方式で乾燥させる際に、基板と基板支持治具との支持接点に残り易い液滴残渣を少なくし、良好な品質で安定した乾燥を可能とする基板支持治具を提供することを本発明の目的とする。

本発明は、前記発明の目的を達成するために、基板を洗浄し、その後マランゴニー乾燥させるために用いる基板支持治具が、前記基板を直立させて保持するための支持板を備え、該支持板が前記基板の支持用接点に溝を有し、前記基板に垂直な支持板の鉛直面の表面に金属酸化膜が形成され、前記金属酸化膜表面の純水に対する接触角が１５度以下である支持治具とする。

また、基板を洗浄し、その後マランゴニー乾燥させるために用いる基板支持治具が、前記基板を所定の間隔で並列に直立させて保持するための支持板を備え、該支持板が上端に前記基板の支持用接点として、前記所定の間隔で切り込まれる溝を有し、前記支持板表面の純水に対する接触角が１５度以下である基板支持治具とする。前記基板支持治具が、前記複数の基板を三以上の複数点支持で保持するために、前記基板の主面に対して垂直方向に三以上の複数列配置される支持板を備えることが好ましい。また、前記溝の底部に、前記基板の厚さより幅の狭い開口部を有する切り込みスリットが設けられていることも好ましい。

前記支持板の表面に金属酸化膜が形成されていることが望ましい。
前記支持基板の表面に凹凸が形成されていることが望ましい。
さらに、前記基板が磁気記録媒体用基板、半導体プロセス用フォトマスク基板、半導体基板、ディスプレイ用基板のいずれかの基板とすることができる。

本発明によれば、マランゴニー対流を用いる乾燥方式で乾燥させる際に、基板と基板支持治具との支持接点に残り易い液滴残渣を少なくし、良好な品質で安定した乾燥を可能とする基板支持治具を提供することができる。

マランゴニー対流を利用する乾燥方法の原理を説明する、基板と溶媒界面近傍表面張力の状態を示す概略断面図である。 本発明の基板支持治具に基板をセットした状態を示す基板支持治具の正面図と側面図の部分拡大図である。 基板支持治具の支持板の表面の純水粋に対する接触角と液滴残渣の発生率（％）との関係図である。 本発明の基板支持治具の一実施例を示す斜視図である。

以下、本発明の基板支持治具にかかる実施例について、図面を参照して詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。

まず、マランゴニー乾燥方法について説明する。このマランゴニー乾燥においては、表面張力の異なる溶液間に生じるマランゴニー対流を利用し、高表面張力液体から被洗浄物を例えば１ｍｍ／秒以下のゆっくりしたスピードで、低表面張力液体の蒸気中に引き上げ、被洗浄物表面の異物を液体とともに洗い流して除去することにより被洗浄物を洗浄乾燥させる乾燥方法である。

本発明では、以降、基板として円盤状、ドーナツ状の磁気記録媒体用基板を用いて説明する。しかし、基板の形状は円盤形状、ドーナツ形状、楕円、角型（正方形、長方形）などを問わず、支持する箇所も外端および内径端でもかまわない。

以降の説明では、磁気記録媒体用基板を単に基板と略称する。
基板およびこの基板に直接接触して支持および保持する支持板表面の接触角（純水に対する）は小さいことが望ましい。特に支持板表面を超親水性（接触角θ＜１５度）の状態にすることにより、液体から基板を引き上げたときに基板に残る液滴残渣を従来の乾燥方法よりもさらに低減させ、実質的に無くすことができることを見出してなされたものである。

図１はマランゴニー乾燥の原理を説明する図であり、基板と液体（溶媒）およびそれらの界面近傍表面張力の状態を示す概略断面図である。（ａ）は洗浄液溶媒から基板支持治具の支持板上に保持された状態で基板を引き上げる方法を示す概略断面図であり、引き上げる基板の側面（基板主面に平行な方向）から見た洗浄液溶媒を含む概略断面図である。

（ｂ）は基板の正面から見た正面図（基板の主面に垂直方向から見た図）である。図１（ａ）で、低表面張力溶媒の蒸気Ａに満たされた中に、高表面張力溶媒の液体Ｂの中から被乾燥物（基板１）を引き上げると、基板１の表面には低表面張力溶媒の蒸気Ａの濃度の高い領域と高表面張力溶媒の液体Ｂの濃度の高い領域との領域３が生じる。図１（ａ）では基板１の引き上げ方向を白抜き矢印で示す。また、図１（ａ）では基板の引き上げ状態を示すために、基板１を移動させるのではなく、液面を下げることにより、相対的に基板の引き上げ状態を示した。従って、基板１の引き上げ前の液面は液面Ｂａ、引き上げ後の液面は液面Ｂｂとなる。このとき、基板１の表面に表面張力によって基板１の表面に沿って引き上げられている領域３では上部にある低表面張力溶媒の蒸気Ａの濃度の高い領域から、下部にある高表面張力溶媒の液体Ｂの濃度の高い領域に向かって対流がおこる。この対流をマランゴニー対流と言う。この対流の結果、基板１の表面の異物などは液体とともに流し落とされる。しかし、このとき、基板１の表面の濡れ性が悪いとマランゴニー対流が充分に生じず、効果が損なわれて残存する異物も多くなる。この基板１を収納する基板支持治具の支持板２の表面でも同様であり、支持板２の表面の表面張力が大きく、濡れ性が良いと、図１（ｂ）に示すようにマランゴニー対流が円滑に働き、液はスムーズに下方へ流れて排除されていく。しかし、支持板２の表面の濡れ性が悪い、すなわち、表面張力が小さいと、高表面張力溶媒の液体Ｂの濃度の大きい領域では高表面張力溶媒の液体Ｂの表面表力が相対的に大きくなる。その結果、高表面張力溶媒の液体Ｂは支持板２の表面で表面積を小さくしようとして液滴状になる。その結果、対流が円滑に働かないために、液滴残渣を生じ易くなる。

図２に基板１を支える接点として、Ｖ形状溝４が上端に設けられた支持板２およびこの支持板を固定する支持台５を含む基板支持治具６の詳細を図示する。（ａ）はこの基板支持治具６に基板１を収納した状態を示す側面図である。（ｂ）は支持板２の上端に設けられた溝４上に基板１を保持させた状態を示す接点部分の拡大正面図である。（ｃ）は支持板２の上端に設けられたＶ形状溝４およびこの溝４の底部に設けられたスリット７部分を示す拡大斜視図である。図４は基板支持治具６の斜視図である。なお、支持板２は、図２に示す形状、特に溝４およびスリット７の形状に限定されるものではないが、量産性の点から多数の基板１の保持性を確保し、乾燥品質の点から接触面積ができるかぎり小さくしたものが望ましい。Ｖ形状の傾斜角度は任意であるが保持性から、基板１の外周端面の面取角度に対応した角度が好ましい。

また、図２（ａ）では三点支持による基板支持治具６を示したが、この基板支持治具６に限定されるものではない。また、Ｖ形状の溝４の底部に設けられているスリット７の形状は、基板１がスリット７内に落ちないように、基板１の厚さよりは少なくとも幅が狭い開口部を備えることが好ましい。このようにスリット７は開口部の幅が基板１の厚さより狭ければ、開口部の下方では幅を広くされてもよい。このスリット７は基板１と溝４との接点に残り易い液滴をスリット７への排出またはスリット７からさらに支持板２の下方への排出を容易にする形状にすることができる。

しかし、このスリット７を設けない溝４だけとすることもできる。本発明の基板支持治具６は前述の支持板２によって基板１を支持し保持するものであるので、確実に基板１を保持できるのであれば、図４に示す三点支持による基板保持で無くてもよく、好ましくは三点以上とするのがよい。図２および図４においては、基板１の表面に垂直方向に３つの支持板２を備えた構成について示しているが、一体となっていてもよい。また、基板１の表面に平行に複数の支持板２を配置したものであってもよい。この場合、１つの支持板２が１枚の基板１を複数点で支持するように１つの支持板２に溝４を複数形成すればよい。また、図２および図４においては、複数の基板１を保持する基板支持冶具を示したが、基板１を１枚のみ支持する基板支持冶具としてもよい。また、基板支持治具の洗浄槽への出し入れおよび運搬に都合の良い枠体および取っ手などなどは適宜、図４の基板支持治具に付け加えることができる。

本発明の基板支持治具６を構成する支持板２の表面の材質には良好な濡れ性、耐久性、耐食性など具備する金属酸化膜が望ましい。酸化膜には清浄な表面に水酸基を引き寄せる性質があるので、親水性すなわち、水の濡れ性が向上し、純水に対する接触角を小さくすることができる。具体的には酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化珪素等の酸化膜があげられるが、これに限定されるわけではない。例えば、支持板２の表面を酸化アルミニウムとする場合は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を陽極酸化してなる陽極酸化皮膜を形成して支持板２とすることが可能である。または、鉄などの金属やセラミクスにスパッタリングなどのＰＶＤおよびＣＶＤなどによって表面にのみ酸化アルミニウム膜を被着させた支持板２、あるいは焼結によって形成される酸化アルミニウム膜などを被着させた支持板２とすることが可能である。陽極酸化皮膜に用いる支持板２の基材としては、強度の点からアルミニウム合金が望ましく、特には３０００，４０００，５０００，６０００，７０００系のアルミニウム合金が好ましい。

また、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化珪素等の金属酸化膜は紫外線を照射することにより超親水性を示すため有効である。親水性の耐久性は、環境により様々であり、数時間から数十時間まで持続するが、定期的に紫外線の照射をおこなえば回復する。紫外線照射装置には低圧水銀灯（主波長１８５ｎｍ，２５４ｎｍ）や各種エキシマランプ（例えばＫｒガス：１４６ｎｍ）があるが、被覆されるそれぞれ材質のバンドギャップエネルギーより大きなバンドギャップエネルギーを有する波長のランプであれば使用できる。そのような高エネルギー波長のランプの照射により被照射被膜の表面結合が化学的に活性化され親水性表面に改質されるからである。実際の製造プロセスにおいては、支持板２を備える基板支持治具６は前述の乾燥工程後に基板１と分離され、アンロードからロード側のプロセスラインに再度戻るので、そのプロセスラインに戻る前に照射すればよい。具体的には、基板を収納した基板支持治具を用いて洗浄、乾燥プロセスを実施する洗浄槽の上部に紫外線照射ランプを設けるプロセスラインとすることが好ましい。また、前述のように金属酸化膜の形成には陽極酸化やゾル−ゲル法やスパッタリング法、レーザー蒸着法などがあるが、これらに限定されるものではない。

支持板２の基材としては前述のアルミニウム系の金属以外にも、ガラス、セラミクスなどが可能である。二酸化ケイ素からなるガラス材料または酸化ケイ素を主体とするガラス材料を支持板の基材として用いる場合は、これらの材料自体が親水性を示すので、特に表面に親水性膜を設けること無く、このまま使用してもよい。しかし、前述の親水性を示す支持板であっても、大気中に放置すると炭化水素を含む異物が表面に吸着することにより濡れ性は低下し接触角は大きくなることが多い。そのため、使用する前に、酸、アルカリまたはオゾン酸化など浸漬または暴露して前記炭化水素を含む異物を除去することが好ましい。

また、前記支持板の基材材料に対して、さらに親水性を増し、接触角を下げるために表面に微小な凹凸を付与することも可能である。例えば、酸化ケイ素方法または酸化ケイ素を主体とするガラス材料の場合は、３〜４ｗｔ％ぐらいの濃度のフッ化水素酸（３０℃）にガラスを入れ３０〜４０分程度静置することによって成される。また、アルゴン、水素、窒素などのプラズマ処理を表面に施して、微小な凹凸を付与する処理をおこなってもよい。

乾燥方法としては、洗剤などで洗浄し、純水などでリンスした清浄な基板１を、純水中に浸漬し、気相側の雰囲気をＩＰＡなどの低表面張力溶媒を含む蒸気で満たしておき、基板１をゆっくり引き上げて乾燥させるマランゴニー乾燥方法を実施する。高表面張力溶媒としては純水が、低表面張力溶媒としてはＩＰＡ（イソプロピルアルコール）が主に用いられる。しかし、これに限定されるわけではなく、両者の間の表面張力差が大きいものであればかまわない。また、低表面張力溶媒はガス化させるため、低沸点のものが望ましい（有害な物質乃至引火点の低いものなどは除く）。その際、本発明の基板支持治具として前述した支持板を用いる。

以下、本発明の基板支持治具として、磁気記録媒体用基板用の基板支持治具の場合について説明する。磁気記録媒体用基板（以下、基板１）は外径６５ｍｍ、内径２０ｍｍ、板厚０．６３５ｍｍの円盤状で、基板１の材料として、複数の研磨工程および複数の洗浄工程を経た清浄なアルミノシリケートガラスを使用した。基板１の表面は平滑で中心線表面粗さＲａは０．２ｎｍ以下であり、外周端面は４５度に面取りをしてあり、研磨されて鏡面状態になっている。

本発明の基板支持治具を、図２、図４に示す。基板１に直接接触し支持する支持板２の形状は幅（板厚）０．４ｍｍ、Ｖ形状の溝４の深さ１．５ｍｍ、Ｖ形状に開いた内側の両傾斜面の間の角度を９０°とし、Ｖ形状部谷部（底部）に長さ３ｍｍ、幅０．３ｍｍのスリット７を設けた。２５枚の基板を一度に収納し、洗浄、乾燥できるように２５箇所のＶ形状の溝４を設けた。図４では描画の都合で１８箇所の溝４しか描かれていないが、溝４は２５箇所設けられているものとする。

前記支持板２は基板１を直立の三点支持で、確実に保持できるように、基板１の主面に対して垂直方向に三列で並列配置されている。三列は直立基板１の中央の最下部の一箇所と基板中心からの鉛直線に対して基板表面で左右各５０度の延長線が基板１の外周と交差するところの２箇所の計３箇所で接触し、支持するような配置とした。

（実験例１）
本発明にかかる実験例１用の支持板として、アルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を施したものを作製した。すなわち、前述の図２で説明した支持板２の形状にアルミマグネシウム合金（５０８６系）を加工した。その後、１０％水酸化ナトリウム水溶液によって脱脂処理およびエッチング処理した。その後、２０℃の陽極酸化用電解質（リン酸濃度 ２Ｎ）溶液に、電流密度１００Ａ／ｍ^２で、１時間陽極酸化し、８μｍの膜厚の皮膜を得た。封孔処理は実施せずに接触角を調べたところ１５度であった。

（実験例２）
本発明にかかる実験例２用の支持板として、アルミニウム合金の表面に二酸化チタン膜を施したものを作製した。すなわち、図２で説明した支持板２の形状に加工したアルミマグネシウム合金（５０８６系）の表面材質としてニ酸化チタン膜を形成したものを作製した。形成方法としては、支持板をアノードに接続し、２ｗｔ％硫酸水溶液中で陽極酸化処理をおこない、１０μｍの膜厚の二酸化チタン膜を形成した。さらに洗浄乾燥後、４００℃で２時間ほど加熱処理した。

次に、前記実験例２用に作製した支持板に大気環境下において、低圧水銀ランプ（主波長１８５ｎｍ，２５４ｎｍ）で紫外線照射処理したところ、支持板表面の二酸化チタン膜表面の純水に対する接触角５度以下の値となった。

（比較例１、２、３）
比較例１、２、３として、以下の材料を用いた支持板をそれぞれ作製し、純水に対する接触角を測定した。

前記実験例１、２および比較例１、２、３で作製した支持板を用いた基板支持治具に、被洗浄基板としてガラス基板を収納する。高表面張力溶媒として純水を用い、前記ガラス基板を収納した基板支持治具全体を超純水に浸漬した状態から、低表面張力溶媒であるＩＰＡ蒸気中に０．４ｍｍ／秒で引き上げるマランゴニー乾燥により乾燥させて、ガラス基板の水滴残渣の発生率を評価した。評価には目視および光学式表面検査装置（KLA-Tencor社製 ＯＳＡ６１００）を用い、それぞれの前記実験例、比較例の支持板について、１バッチ分２５枚づつのガラス基板を観察した。その観察結果を支持板表面の接触角と水滴残渣の発生率の関係図である図３に示す。図３は、本発明にかかる実験例１、２の支持板を有する基板支持治具では支持板表面の接触角がそれぞれ、１５度、５度であるので、ガラス基板に水滴残渣の発生が無いことを示している。さらに、比較例１、２、３では支持板表面の接触角がそれぞれ、６５度、３０度、２０度であるので、水滴残渣の発生率が８％、４．５％、１．５％であることが分かる。この結果から、本発明の実験例１、２にかかる支持板を使用した基板支持治具がガラス基板の水滴残渣の低減に優れた効果を示すことが明らかと言える。

このような接触角１５度以下の支持板表面は、基板支持治具に求められる耐久性など具備する金属酸化物を支持板の表面に形成することによって得られる。特にアルミニウムの陽極酸化皮膜ではその純水に対する接触角は１５度以下になり、さらに耐久性にも優れているので望ましい。また、その他の金属酸化物である酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化珪素等の被膜形成は紫外線照射による光触媒機能により接触角を１０度以下にすることができるため有効である。

ここで、本発明の基板支持治具に用いられる支持板の形状は、図１、図２に示すように、Ｖ形状またはＵ形状およびそれらに類似する溝形状を上端に有し、基板をこれらの溝の傾斜面を接点として受けて支持し保持することが可能な支持板をさす。基板面が液面に対して垂直になるように基板支持治具内に保持されることが望ましい。また、本発明の基板支持治具は対象となる基板の形状、重量により、保持性と乾燥容易性を加味した形状であって、その断面形状は、角型に限定されず、円、楕円、角型およびそれらの組み合わせによる形状であってもかまわない。溝形状も、内面角度は９０°が望ましいが、これに限定されるものではなく、また、溝の下部にスリットが入っていることが好ましいが、無くすることもできる。さらに、以上、図２、図４を参照して説明した基板支持治具では、複数の磁気記録媒体用基板を所定の間隔で並列に直立させて支持する構造としたが、１枚の磁気記録媒体用基板を支持する構造であっても良い。

１ 基板
２ 支持板
３ 領域
４ 溝
５ 支持台
６ 基板支持治具
７ スリット

Claims (6)

1. 基板を洗浄し、その後マランゴニー乾燥させるために用いる基板支持治具が、前記基板を直立させて保持するための支持板を備え、該支持板が前記基板の支持用接点に溝を有し、前記基板に垂直な支持板の鉛直面の表面に金属酸化膜が形成され、前記金属酸化膜表面の純水に対する接触角が１５度以下であることを特徴とする基板支持治具。
2. 前記基板が複数であることを特徴とする請求項１に記載の基板支持治具。
3. 前記基板支持治具が、前記基板を三以上の複数点支持で保持するために、前記基板の主面に対して垂直方向に三以上の複数列配置される支持板を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の基板支持治具。
4. 前記溝の底部に、前記基板の厚さより幅の狭い開口部を有する切り込みスリットが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板支持治具。
5. 前記支持基板の表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板収納支持冶具。
6. 前記基板が磁気記録媒体用基板、半導体プロセス用フォトマスク基板、半導体基板、ディスプレイ用基板のいずれかの基板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板支持治具。