JP2004079682A

JP2004079682A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2004079682A
Application number: JP2002235936A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Hashimoto; 橋本　光治
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-08-13
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-13
Also published as: JP3954464B2

Abstract

【課題】基板が大口径化しても基板の全面に均一に有機溶剤の蒸気を凝縮させて基板を乾燥させることができ、有機溶剤の使用量を低減させ、処理時間も比較的少なくて済み、装置の小型化が可能で、パーティクルの管理も容易であり、小ロット生産の要求にも応えることができる装置を提供する。
【解決手段】気密に密閉可能で基板Ｗが１枚ずつ収容されて乾燥させられる処理チャンバ１０と、処理チャンバ内へＩＰＡ蒸気を供給する蒸気供給手段と、処理チャンバの内部を減圧する減圧手段とを備えた。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板に対しイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の有機溶剤の蒸気を供給して基板の乾燥処理を行う基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程において、リンス液、例えば純水を使用して半導体ウエハを洗浄した後は、ウエハを乾燥させてウエハ表面から水分を除去する必要がある。近年におけるパターンの微細化に伴い、ウエハ表面から水分を完全に除去することが難しくなっているが、仮にウエハの表面に水分が残存していると、空気中の物質や薄膜成分などと純水とが反応して汚染物質が生成される恐れがあり、このため、ウエハ洗浄後の乾燥工程が益々重要になってきている。ウエハの乾燥装置としては、従来、図４に示すように、ウエハに対し有機溶剤の蒸気、例えばＩＰＡ蒸気を供給してウエハを乾燥させるバッチ式の乾燥装置が使用されている。
【０００３】
図４に示した乾燥装置は、気密に密閉することができる処理チャンバ１を備えている。処理チャンバ１の天井部には給気口２が形設されており、その給気口２にガス供給管３が連通接続されている。ガス供給管３は、ＩＰＡ蒸気供給源および窒素ガス供給源に流路接続されている。また、処理チャンバ１の底部には排気口４が形設されており、その排気口４に排気管５が連通接続されている。排気管５は、真空ポンプ（図示せず）に流路接続されている。純水で洗浄された後のウエハＷは、ウエハ保持アーム６に固着されたウエハホルダ７に複数枚、それぞれ鉛直姿勢で並列して保持された状態で処理チャンバ１内へ搬入され、複数枚のウエハＷが処理チャンバ１内に一度に収容される。
【０００４】
複数枚のウエハＷが処理チャンバ１内に収容されると、まず、処理チャンバ１内を排気して、処理チャンバ１の内部を減圧する。次に、排気動作を停止させた後、図４の（ａ）に示すように、処理チャンバ１内へＩＰＡ蒸気を窒素ガス（キャリアガス）と共に供給し、ウエハＷの表面でＩＰＡ蒸気を凝縮させて、ウエハＷの表面に付着した純水をＩＰＡで置換する。続いて、ＩＰＡ蒸気の供給動作を停止させた後、再び処理チャンバ１内を排気して、処理チャンバ１の内部を減圧し、次いで、図４の（ｂ）に示すように、処理チャンバ１内へ加熱された窒素ガスを供給し、ウエハＷの表面のＩＰＡを蒸発させることにより、ウエハＷを乾燥させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のバッチ式の乾燥装置では、以下のような問題点があった。すなわち、図４に示したような構造の乾燥装置では、ウエハが大口径化すると、全てのウエハの全面に均一にＩＰＡの蒸気を凝縮させることが困難であり、また、ウエハ一枚当たりのＩＰＡの使用量が多くなる。また、全てのウエハを均一に乾燥させるためには、処理時間が多くかかる。さらに、装置が大きくなり、また、装置の大型化によりパーティクルの管理が困難になる。また、小ロット生産の要求には応えることができない。
【０００６】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、基板が大口径化しても基板の全面に均一に有機溶剤の蒸気を凝縮させることが容易で、有機溶剤の使用量を低減させることができ、処理時間も比較的少なくて済み、装置の小型化が可能で、パーティクルの管理も容易であり、小ロット生産の要求にも応えることができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、基板に対し有機溶剤の蒸気を供給して基板を乾燥させる基板処理装置において、気密に密閉可能で基板が１枚ずつ収容されて乾燥させられる処理チャンバと、この処理チャンバ内へ有機溶剤の蒸気を供給する蒸気供給手段と、前記処理チャンバの内部を減圧する減圧手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の基板処理装置において、前記処理チャンバが、基板を加熱するヒータを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２記載の基板処理装置において、前記蒸気供給手段が、有機溶剤の蒸気をキャリアガスと共に送給するものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の基板処理装置において、前記蒸気供給手段が、キャリアガスの供給源に流路接続されたガス供給管と、有機溶剤の供給源に流路接続された液体供給管と、前記ガス供給管および前記液体供給管がそれぞれ連通接続された混合部と、この混合部でキャリアガスと混合される有機溶剤を加熱して気化させる加熱手段と、生成した有機溶剤の蒸気をキャリアガスと共に前記処理チャンバ内へ送給する蒸気送給管と、を備えて構成されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項３または請求項４記載の基板処理装置において、前記キャリアガスが窒素ガスであり、前記有機溶剤がイソプロピルアルコールであることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の基板処理装置において、前記減圧手段により、基板が収容され気密に密閉された前記処理チャンバの内部が段階的に減圧されるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１に係る発明の基板処理装置においては、気密に密閉可能である処理チャンバ内に洗浄後の基板が１枚ずつ収容され、蒸気供給手段により、基板が収容された処理チャンバ内へ有機溶剤の蒸気が供給される。処理チャンバ内へ供給された有機溶剤の蒸気は、基板の表面で凝縮して、基板表面に付着した純水などと置換する。そして、減圧手段によって処理チャンバの内部が減圧されることにより、基板の表面の有機溶剤が速やかに蒸発して、基板が乾燥させられる。
【００１４】
請求項２に係る発明の基板処理装置では、処理チャンバ内に収容された基板がヒータによって加熱され、基板の乾燥がより促進される。
【００１５】
請求項３に係る発明の基板処理装置では、有機溶剤の蒸気がキャリアガスと共に送給されて処理チャンバ内へ供給される。
【００１６】
請求項４に係る発明の基板処理装置では、キャリアガスの供給源からガス供給管を通って送給されるキャリアガスと、有機溶剤の供給源から液体供給管を通って送給される有機溶剤とが、混合部において混合され、混合部でキャリアガスと混合される有機溶剤が加熱手段により加熱されて気化し、生成した有機溶剤の蒸気がキャリアガスと共に蒸気送給管を通って送給されて処理チャンバ内へ供給される。
【００１７】
請求項５に係る発明の基板処理装置では、イソプロピルアルコールの蒸気が窒素ガスと共に送給されて処理チャンバ内へ供給される。
【００１８】
請求項６に係る発明の基板処理装置では、減圧手段によって処理チャンバの内部が段階的に減圧されることにより、気密に密閉された処理チャンバ内に収容された基板へのダメージが軽減される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図１ないし図３を参照しながら説明する。
【００２０】
図１および図２は、この発明の実施形態の１例を示し、図１は、基板処理装置の要部の概略構成を示す模式断面図であり、図２は、図１に示した装置の概略流路系統図である。この装置は、基板、例えば半導体ウエハＷを１枚ずつ収容する処理チャンバ１０を備えている。処理チャンバ１０は、基台部１２とフード部１４とで構成されている。フード部１４は、図示しない支持・移動機構によって上下方向へ移動可能に支持されており、ウエハＷの搬入・搬出時には上方へ移動し、乾燥処理中には下降して、その下端周縁部を基台部１２に気密に密着させる。
【００２１】
処理チャンバ１０の底部には、ヒータ１６が配設されており、ヒータ１６上にウエハＷが支持される。処理チャンバ１０の天井部には給気口１８が形設されており、その給気口１８に蒸気送給管２０が連通接続されている。また、処理チャンバ１０の底部には排気口２２が形設されており、その排気口２２に排気管２４が連通接続されている。排気管２４には、処理チャンバ１０の内部の圧力を確認するための圧力計２６が介挿されている。また、処理チャンバ１０の内部には、天井部付近に拡散板２８が配設されている。拡散板２８には、多数の透孔が全面に分散して形成されており、この拡散板２８により、蒸気送給管２０から給気口１８を通って処理チャンバ１０内へ導入されたガスが拡散させられてウエハＷの表面全体へ均等に供給されるようになっている。
【００２２】
また、図２に示すように、蒸気供給管２０は、混合部３０に連通接続されており、混合部３０には、キャリアガス、例えば窒素ガスの供給源に流路接続されたガス供給管３２、および、有機溶剤、例えばＩＰＡの供給源に流路接続されたＩＰＡ供給管３４が、それぞれ連通接続されている。ガス供給管３２およびＩＰＡ供給管３４には、開閉制御弁３６、３８がそれぞれ介挿されている。なお、ガス供給管３２やＩＰＡ供給管３４には、マスフローコントローラ、フィルタ等の機器や部材が介挿されているが、それらの図示を省略している。また、混合部３０には、ＩＰＡ供給管３４を通って供給されるＩＰＡを加熱して気化させるためのヒータ（図示せず）が内設されている。さらに、蒸気送給管２０にも、その管内を流れるＩＰＡ蒸気が凝縮するのを防止するためのヒータ４０が外装されている。これらのヒータは、それぞれ温調器（図示せず）によって一定温度に調節される。そして、混合部３０および蒸気送給管２０には、ヒータの温度を監視するための熱電対４２、４４がそれぞれ付設されている。
【００２３】
排気管２４は、処理チャンバ１０の内部を減圧する真空ポンプ４６に流路接続されており、その管路の途中に開閉制御弁４８が介挿されている。排気管２４には、開閉制御弁４８の上流側で分岐し開閉制御弁４８の下流側で合流するバイパス管５０が設けられており、バイパス管５０に開閉制御弁５２が介挿されている。また、バイパス管５０には、真空ポンプ４６による処理チャンバ１０内部の減圧速度を調整するためのニードル弁５４が介挿されている。
【００２４】
また、処理チャンバ１０には、ヒータ１６の温度を検出するための測温抵抗体５６が付設されている。そして、ヒータ１６の温度を一定温度に調節するための温調器５８が設けられている。
【００２５】
次に、上記した構成を備えた装置を使用し、リンス液、例えば純水を用いて洗浄した後の半導体ウエハＷを乾燥処理する操作について、図３を参照しつつ説明する。図３は、処理チャンバ１０の内部の圧力シーケンスを示す図である。
【００２６】
純水洗浄後のウエハＷが処理チャンバ１０内へ搬入されてヒータ１６上に保持され、処理チャンバ１０が密閉されると（時間ｔ_０；このときの処理チャンバ１０の内部圧力は、大気圧Ｐ_０である）、真空ポンプ４６を駆動させ、開閉制御弁５２を開いて（このとき、開閉制御弁３６、３８、４８は閉じた状態である）、処理チャンバ１０の内部を減圧する。この場合、開閉制御弁５２を時間ｔ_１で一旦閉じ、時間ｔ_２で再び開き、時間ｔ_３で再び一旦閉じ、時間ｔ_４で再度開くように制御して、目標とする内部圧力Ｐ_３に達するまでＰ_０→Ｐ_１→Ｐ_２→Ｐ_３と段階的に減圧する。このようにすることにより、ウエハＷ（デバイス）へのダメージを軽減することができる。また、この際、ニードル弁５４のオリフィスを前もって調節しておくことにより、適切な減圧速度で処理チャンバ１０内部の減圧を行うことができる。
【００２７】
処理チャンバ１０の内部圧力がＰ_３に達すると（時間ｔ_５）、開閉制御弁５２を閉じるとともに開閉制御弁３６、３８を開き、その後に、処理チャンバ１０内へのＩＰＡ蒸気および窒素ガスの供給を開始する（時間ｔ_６）。このＩＰＡ蒸気および窒素ガスの供給に伴って処理チャンバ１０の内部圧力が上昇し（減圧度が低下し）、内部圧力がＰ_１に達すると（時間ｔ_７）、開閉制御弁３６、３８を閉じて、処理チャンバ１０内へのＩＰＡ蒸気および窒素ガスの供給を停止し、この状態を維持する。この間に、処理チャンバ１０内へ供給されたＩＰＡ蒸気がウエハＷの表面で凝縮して、ウエハＷ表面に付着した純水がＩＰＡに置換する。
【００２８】
その後、開閉制御弁４８を開いて、真空ポンプ４６による処理チャンバ１０内の排気を開始する（時間ｔ_８）。この排気操作により、ウエハＷの表面のＩＰＡが速やかに蒸発して処理チャンバ１０内から排出され、ウエハＷが乾燥させられる。続いて、開閉制御弁３６を開いて、処理チャンバ１０内への窒素ガスのみの供給を開始する（時間ｔ_９）。そして、開閉制御弁４８を開じて、処理チャンバ１０内からの排気を停止し（時間ｔ_１０）、処理チャンバ１０の内部圧力が大気圧Ｐ_０に到達すると（時間ｔ_１１）、開閉制御弁３６を閉じて、処理チャンバ１０内への窒素ガスの供給を停止する。なお、必要に応じて、処理チャンバ１０内への窒素ガスの供給を開始した時点（時間ｔ_９）で、あるいは、処理チャンバ１０内への窒素ガスの供給を停止した時点（時間ｔ_１１）で、ヒータ１６に通電してヒータ１６によりウエハＷを加熱する。乾燥処理が終了すると（時間ｔ_１２）、処理チャンバ１０を開放して、ウエハＷを処理チャンバ１０内から取り出す。
【００２９】
なお、ＩＰＡ蒸気を生成して処理チャンバへ供給する手段は、上記した実施形態のものに限定されない。例えば、密閉されたタンク内にＩＰＡを貯留し、タンク内のＩＰＡをヒータによって加熱するとともに、そのタンク内へ窒素ガスを供給してＩＰＡ中で窒素ガスをバブリングさせることによりＩＰＡ蒸気を生成し、生成したＩＰＡ蒸気を窒素ガスと共に処理チャンバ内へ送給するようなＩＰＡ蒸気供給システムを用いるようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項５に係る各発明の基板処理装置を使用すると、基板が大口径化しても常に基板の全面に均一に有機溶剤の蒸気を凝縮させることができ、基板間での乾燥処理品質の差を無くすことができる。また、有機溶剤の使用量を低減させることができるとともに、処理時間を短縮することができ、装置を小型化することが可能で、パーティクルの管理も容易になる。さらに、小ロット生産の要求にも応えることができる。
【００３１】
請求項６に係る発明の基板処理装置では、基板の乾燥処理の際に基板へのダメージを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の１例を示し、基板処理装置の要部の概略構成を示す模式断面図である。図１に示した装置の概略流路系統図である。
【図２】図１に示した装置の概略流路系統図である。
【図３】図１に示した基板処理装置を使用して半導体ウエハを乾燥処理するときの、処理チャンバ内部の圧力シーケンスの１例を示す図である。
【図４】従来の基板乾燥装置の構成の１例を示す概略図である。
【符号の説明】
Ｗ　半導体ウエハ
１０　処理チャンバ
１６、４０　ヒータ
１８　処理チャンバの給気口
２０　蒸気送給管
２２　処理チャンバの排気口
２４　排気管
２６　圧力計
２８　拡散板
３０　混合部
３２　ガス供給管
３４　ＩＰＡ供給管
３６、３８、４８、５２　開閉制御弁
４２、４４　熱電対
４６　真空ポンプ
５０　バイパス管
５４　ニードル弁
５６　測温抵抗体
５８　温調器

Claims

基板に対し有機溶剤の蒸気を供給して基板を乾燥させる基板処理装置において、
気密に密閉可能で基板が１枚ずつ収容されて乾燥させられる処理チャンバと、
この処理チャンバ内へ有機溶剤の蒸気を供給する蒸気供給手段と、
前記処理チャンバの内部を減圧する減圧手段と、
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
前記処理チャンバが、基板を加熱するヒータを備えた請求項１記載の記処理装置。
前記蒸気供給手段が、有機溶剤の蒸気をキャリアガスと共に送給するものである請求項１または請求項２記載の基板処理装置。
前記蒸気供給手段が、
キャリアガスの供給源に流路接続されたガス供給管と、
有機溶剤の供給源に流路接続された液体供給管と、
前記ガス供給管および前記液体供給管がそれぞれ連通接続された混合部と、
この混合部でキャリアガスと混合される有機溶剤を加熱して気化させる加熱手段と、
生成した有機溶剤の蒸気をキャリアガスと共に前記処理チャンバ内へ送給する蒸気送給管と、
を備えて構成された請求項３記載の基板処理装置。
前記キャリアガスが窒素ガスであり、前記有機溶剤がイソプロピルアルコールである請求項３または請求項４記載の基板処理装置。
前記減圧手段により、基板が収容され気密に密閉された前記処理チャンバの内部が段階的に減圧されるようにした請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の基板処理装置。