JP2006156428A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板へ処理液をシャワー状に供給して処理した後に処理液中に基板を浸漬させて処理する装置において、基板の処理状態を、基板が浸漬される処理液の状態で管理する場合に、基板が浸漬される処理液の状態を検出するために別の処理槽を設ける必要が無い装置を提供する。
【解決手段】 処理槽１０、処理槽１０内で基板Ｗを保持するリフタ１２、処理槽１０内の基板Ｗの表面に向けて純水をシャワー状に吐出するシャワーノズル３０、処理槽１０内へ純水を供給して純水中に基板Ｗを浸漬させるためのノズル１８、処理槽１０内の水洗水を排出する排水口２４および排水管２６、処理槽１０の上部開口を開閉自在に覆蓋する蓋部材３６、蓋部材３６に設けられ処理槽１０内の水洗水の液面へ窒素ガスを供給するガス吹出し口、ならびに、各機器を制御する制御装置５４を備えた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、電子部品などの基板に対し純水等の処理液で洗浄等の所定の処理を行う基板処理装置、特に、基板への処理液のシャワー状吐出と処理液中への基板の浸漬との処理を１つの処理槽内において行う基板処理装置に関する。

例えば半導体装置の製造プロセスにおいて、シリコンウエハ等の基板の表面に付着したパーティクル、有機物、金属イオンなどの汚染物質を基板表面から除去する場合には、アンモニア水と過酸化水素水との混合溶液、塩酸と過酸化水素水との混合溶液、硫酸と過酸化水素水との混合溶液などの各種薬液を使用して基板を洗浄処理し、その後に、基板の表面上に残存している薬液や分解生成物、反応生成物等の不要物を純水で洗浄して除去するようにしている。水洗処理の方法としては、処理槽内へ純水を連続供給して処理槽上部より水洗水（水洗済み水）をオーバーフローさせながら、処理槽内の純水中に基板を浸漬させる方法や、同様に水洗水をオーバーフローさせながら処理槽内の純水中に基板を浸漬させる工程と処理槽内から水洗水を急速に排水する工程とを数回繰り返す方法などが一般的に行われている。また、空の状態の処理槽内へ基板を収容し、処理槽の上方に配設されたシャワーノズルから処理槽内の基板の表面に向けて純水をシャワー状に吐出させ、基板の表面に付着した薬液や不要物を純水によって基板の表面から洗い流し、続いて、処理槽内から水洗水を完全に排出した後に、処理槽内の下部に設けられたノズルから純水を噴出させて処理槽内へ純水を供給し処理槽上部より水洗水をオーバーフローさせながら、処理槽内の純水中に基板を浸漬させ、シャワー水洗によって洗い流すことができなかった不要物を除去する方法もある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１８３０１１号公報（第６−７頁、図２、図５および図６）

薬液処理後の基板をシャワー水洗した後に純水中に基板を浸漬させて水洗する処理では、シャワー水洗後の浸漬処理において、処理槽内下部のノズルから処理槽内の基板に向けて純水を噴出させ処理槽内へ純水を供給したときに、処理槽内における純水の流れが乱流状態となる。このため、処理槽上部のオーバーフロー面を通して空気中の炭酸ガスが処理槽内の水洗水中に溶け込み易くなる。ここで、浸漬処理の過程では、基板に付着していた薬液が処理槽内の純水中に溶解して処理槽上部から水洗水と一緒に処理槽外へ流し出されることにより、処理が進むと共に処理槽内の水洗水の比抵抗値が上昇することになるので、処理槽内の水洗水の比抵抗値を計測して浸漬処理の終了時点を管理することが行われる。ところが、空気中の炭酸ガスが処理槽内の水洗水中に溶け込む結果、浸漬処理を継続して行っても、処理槽内の水洗水の比抵抗値は約１０ＭΩ程度までしか上がらない。このため、水洗水の比抵抗値によって水洗工程の管理を行う場合には、当該処理槽とは別に、槽内の純水の流れが層流状態に調整された最終リンス槽を設置し、当該処理槽から最終リンス槽へ基板を移し替えて、最終リンス槽内の水洗水の比抵抗値をモニタする必要がある。このように、基板の水洗状態を水洗水の比抵抗値で管理するために処理槽とは別に最終リンス槽を設けると、その分だけ設置スペースを多く必要とし、設備コストが高くなり、一連の作業工程も複雑となり、一連の作業に要する時間も長くなる。

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、基板へ処理液をシャワー状に供給して処理した後に処理液中に基板を浸漬させて処理する装置において、基板の処理状態を、基板が浸漬される処理液の状態で管理する場合に、基板が浸漬される処理液の状態を検出するために別の処理槽を設ける必要が無い基板処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、処理液により基板に対し処理を行う基板処理装置において、上部に開口を有し、処理液を貯留する処理槽と、前記処理槽内で基板を保持する基板保持手段と、前記処理槽の上方に吐出口が設けられ、前記吐出口から前記処理槽内の基板の表面に向けて処理液をシャワー状に吐出する処理液吐出手段と、前記処理槽内の下部に供給口が設けられ、前記供給口から前記処理槽内へ処理液を供給して、前記処理槽内に処理液を貯留する処理液供給手段と、前記処理槽の底部に排出口が設けられ、前記排出口を通って前記処理槽内の処理液を排出する排液手段と、前記処理槽の上部開口を開閉自在に覆蓋する蓋部材と、前記処理槽内の処理液の液面へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記処理液吐出手段による前記処理槽内の基板表面への処理液の吐出、前記排液手段による前記処理槽内からの処理液の排出、前記処理液供給手段による前記処理槽内への処理液の供給、前記蓋部材による、前記処理液供給手段によって処理液が供給される前記処理槽の上部開口の覆蓋、および、前記不活性ガス供給手段による、前記蓋部材によって上部開口が覆蓋された前記処理槽内の処理液液面への不活性ガスの供給をそれぞれ制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の基板処理装置において、前記処理槽内の処理液の比抵抗値を計測する比抵抗計を備えたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の基板処理装置において、前記処理液が純水であり、前記比抵抗計によって計測された比抵抗値に基づいて前記制御手段により、前記処理液供給手段による前記処理槽内への処理液の供給および前記不活性ガス供給手段による前記処理槽内の処理液液面への不活性ガスの供給をそれぞれ停止し、前記蓋部材を開放して、純水による基板の洗浄処理を終了するように制御することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板処理装置において、前記処理液吐出手段による前記処理槽内の基板表面への処理液の吐出と前記排液手段による前記処理槽内からの処理液の排出とを交互に複数回繰り返し、前記排液手段による前記処理槽内からの最後の処理液の排出が終わった後に、前記処理液供給手段による前記処理槽内への処理液の供給、前記蓋部材による前記処理槽の上部開口の覆蓋および前記不活性ガス供給手段による前記処理槽内の処理液液面への不活性ガスの供給をそれぞれ開始するように、前記制御手段により制御することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の基板処理装置において、前記不活性ガス供給手段のガス供給口を前記蓋部材に設けたことを特徴とする。

請求項１に係る発明の基板処理装置においては、処理液吐出手段により、基板保持手段によって処理槽内に保持された基板の表面に向けて処理液がシャワー状に吐出されて、基板の水洗等の処理が行われ、排液手段によって処理槽内の処理液が排出され、処理液供給手段によって処理槽内へ処理液が供給され、処理槽内の基板が処理液中に浸漬されて、基板の水洗等の処理が行われる。そして、処理液供給手段によって処理液が供給される処理槽の上部開口は、蓋部材によって覆蓋されるとともに、蓋部材によって上部開口が覆蓋された処理槽内の処理液の液面へ不活性ガス供給手段によって不活性ガスが供給されるので、処理槽内の処理液中への空気中の炭酸ガスの溶け込みが抑制される。
したがって、請求項１に係る発明の基板処理装置を使用すると、基板の処理状態を、基板が浸漬される処理液の状態で管理する場合に、基板が浸漬される処理液の状態を検出するために別の処理槽を設ける必要が無くなり、それ分だけ設置スペースを少なくし、設備コストを低く抑えることができ、一連の作業工程も簡単となり、一連の作業に要する時間も短くすることができる。

請求項２に係る発明の基板処理装置では、比抵抗計によって計測された処理槽内の処理液の比抵抗値により基板の処理状態を管理することができる。

請求項３に係る発明の基板処理装置では、比抵抗計によって計測された比抵抗値により、処理液供給手段による処理槽内への処理液の供給および不活性ガス供給手段による処理槽内の処理液液面への不活性ガスの供給がそれぞれ停止され、蓋部材が開放されて、純水による基板の洗浄処理が終了させられるように管理される。

請求項４に係る発明の基板処理装置では、処理液吐出手段による処理槽内の基板表面への処理液の吐出と排液手段による処理槽内からの処理液の排出とが交互に複数回繰り返され、排液手段による処理槽内からの最後の処理液の排出が終わった後に、処理液供給手段による処理槽内への処理液の供給、蓋部材による処理槽の上部開口の覆蓋および不活性ガス供給手段による処理槽内の処理液液面への不活性ガスの供給がそれぞれ開始して、基板の処理が好適に行われる。

請求項５に係る発明の基板処理装置では、蓋部材に不活性ガス供給手段のガス供給口が設けられているので、蓋部材の開閉動作と干渉しないように不活性ガス供給手段のガス供給口を設ける場合に比べて、構造が簡単となり、装置の大きさも小さくなる。

以下、この発明の最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の実施形態の１例を示し、基板処理装置の概略構成を示す模式図である。

この基板処理装置は、上部が開口し純水が貯留される処理槽１０、および、処理槽１０内で複数枚の基板Ｗを保持するリフタ１２を備えている。リフタ１２は、処理槽１０の内部位置と処理槽１０の外部上方位置との間を昇降自在に支持され、リフタ駆動装置１４（具体的機構の図示を省略）によって昇降駆動される。また、図示していないが、処理槽１０の上方には基板搬送ロボットが配設されており、薬液処理後の基板Ｗが基板搬送ロボットからリフタ１２へ受け渡されて装置へ搬入され、処理槽１０での水洗処理が終わった基板Ｗがリフタ１２から基板搬送ロボットへ受け渡されて装置から払い出される。

処理槽１０の上部外周には、処理槽１０の上部から溢れ出た水洗水が流れ込む溢流水槽１６が一体的に設けられており、溢流水槽１６内に流入した水洗水は、図示しない排水管を通って槽外へ排出される。処理槽１０内の下部にはノズル１８が設けられており、ノズル１８には純水供給管２０が連通接続されている。純水供給管２０は、純水供給源に流路接続され、純水供給管２０の途中に開閉制御弁２２が介挿して設けられている。そして、純水供給管２０を通ってノズル１８へ供給された純水は、ノズル１８から処理槽１０内の基板Ｗの方向へ噴出し、処理槽１０内に供給されて貯留される。また、処理槽１０の底部には排水口２４が形設されており、排水口２４に排水管２６が連通接続されている。排水口２４の径および排水管２６の内径は、処理槽１０内から水洗水を急速に排出することができる程度に大きくされている。排水管２６には、開閉制御弁（急速排水弁）２８が介挿して設けられている。

処理槽１０の上方にはシャワーノズル３０が配設されており、シャワーノズル３０には純水供給管３２が連通接続されている。純水供給管３２は、純水供給源に流路接続され、純水供給管３２の途中に開閉制御弁３４が介挿して設けられている。そして、純水供給管３２を通ってシャワーノズル３０へ供給された純水は、シャワーノズル３０から処理槽１０内の基板Ｗの表面に向けてシャワー状に吐出される。シャワーノズル３０の上方には、処理槽１０の上部開口を覆蓋する一対の蓋部材３６が配設されている。蓋部材３６は、実線で示す閉塞位置と二点鎖線で示す開放位置との間で回動自在に支持されており、蓋部材駆動装置３８（具体的機構の図示を省略）によって開閉駆動される。

蓋部材３６の内部には、図２に破断断面図を示すようにガス通路４０が形成されており、ガス通路４０に連通するようにガス導入口４２が設けられている。また、蓋部材３０には、その閉塞時において処理槽１０の上部開口と対向する内側面に、それぞれガス通路４０に連通する複数のガス吹出し口４４が形設されている。蓋部材３６のガス導入口４２には、不活性ガス、例えば窒素ガスの供給管４６が連通接続されている。窒素ガス供給管４６は、窒素ガス供給源に流路接続され、窒素ガス供給管４６の途中に開閉制御弁４８が介挿して設けられている。そして、蓋部材３６が閉塞した状態で、窒素ガス供給管４６を通って蓋部材３６のガス通路４０へ窒素ガスが供給されることにより、蓋部材３６の複数のガス吹出し口４４から処理槽１０内の水洗水の液面に向けて窒素ガスが吹き出す。

さらに、この装置には比抵抗計５０が設けられており、比抵抗計５０の検出部５２が処理槽１０内に配置されている。比抵抗計５０は、制御装置５４に接続されており、比抵抗計５０によって計測された比抵抗値の信号が制御装置５４に送られる。また、制御装置５４は、各開閉制御弁２２、２８、３４、４８ならびにリフタ駆動装置１４および蓋部材駆動装置３８にそれぞれ接続されていて、制御装置５４からそれらに制御信号が送られる。

なお、蓋部材３０にガス吹出し口４４を形設する代わりに、図３に示すように、蓋部材５６が閉塞した状態において蓋部材５６と処理槽１０の上部開口との間に位置するように、処理槽１０の上方にガス吹出しノズル５８を設け、図示していないが、ガス吹出しノズル５８に、窒素ガス供給源に流路接続された窒素ガス供給管を連通接続するような構成としてもよい。

次に、図１に示した構成を備えた基板処理装置を用いて行われる基板の水洗処理操作の１例について、図４に示すタイムチャートを参照しながら説明する。
薬液処理を終えた複数枚の基板Ｗが基板搬送ロボットからリフタ１２へ受け渡されると、リフタ１２が下降して、基板Ｗが処理槽１０内へ挿入され、図１に示したように処理槽１０内に基板Ｗが保持される。この際、蓋部材３６は、二点鎖線で示すように開放されており、全ての開閉制御弁２２、２８、３４、４８は閉じられている。基板Ｗが処理槽１０内に保持されると、純水供給管３２に介設された開閉制御弁３４が一定時間開かれて、シャワーノズル３０から処理槽１０内の基板Ｗの表面に向けて純水がシャワー状に吐出され、その後に開閉制御弁３４が閉じられる。これにより、基板Ｗの表面が純水で洗浄され、洗浄後の水洗水は、処理槽１０内へ流下して処理槽１０内に溜まる。開閉制御弁３４が閉じられるのと同時（あるいはその前後）に、排水管２６に介設された開閉制御弁（急速排水弁）２８が一定時間開かれて、処理槽１０内に溜まった水洗水が排水口２４から排水管２６を通って急速に排出され、その後に開閉制御弁２８が閉じられる。開閉制御弁２８が閉じられるのと同時（あるいはその前後）に再び開閉制御弁３４が一定時間開かれて、処理槽１０内に溜まった水洗水が排水口２４から排水管２６を通って急速に排出され、シャワーノズル３０から処理槽１０内の基板Ｗの表面に向けて純水がシャワー状に吐出され、その後に開閉制御弁３４が閉じられる。そして、開閉制御弁３４が閉じられるのと同時（あるいはその前後）に再び開閉制御弁２８が一定時間開かれて、処理槽１０内に溜まった水洗水が排水口２４から排水管２６を通って急速に排出され、その後に開閉制御弁２８が閉じられる。

上記したシャワー水洗と急速排水とが複数回繰り返され、最後の急速排水が終わって、開閉制御弁２８が閉じられると、それと同時（あるいはその前後）に、蓋部材３６が実線で示すように閉塞されて、処理槽１０の上部開口が蓋部材３６によって覆蓋され、窒素ガス供給管４６に介設された開閉制御弁４８が開かれて、蓋部材３６のガス吹出し口４４から処理槽１０内の水洗水の液面に向けて窒素ガスが吹き出し、純水供給管２２に介設された開閉制御弁２２が開かれて、ノズル１８から処理槽１０内の基板Ｗの方向へ純水が噴出する。そして、処理槽１０内に純水が次第に溜まっていき、処理槽１０内が純水で満たされ、処理槽１０の上部から純水が溢れ出て、処理槽１０内に純水の上昇水流が形成され、その純水中に基板Ｗが浸漬された状態となる。これにより、シャワー水洗によって基板Ｗの表面から洗い流すことができなかった薬液が純水中に溶解し不要物が除去される。

上記した浸漬処理を一定時間行った後、あるいは、比抵抗計５０によって計測された水洗水の比抵抗値が所望値、例えば１５ＭΩまで上昇して、その信号が制御装置５４に入力されると、開閉制御弁２２が閉じられて、ノズル１８から処理槽１０内への純水の供給が停止し、開閉制御弁４８が閉じられて、蓋部材３６のガス吹出し口４４から処理槽１０内の水洗水液面への窒素ガスの吹出しが停止し、蓋部材３６が二点鎖線で示すように開放される。そして、リフト１２が上昇して、処理槽１０内から基板Ｗが取り出され、リフト１２から基板搬送ロボットへ基板Ｗが受け渡されて、基板搬送ロボットにより基板Ｗが装置外へ払い出される。以上の一連の処理操作は、制御装置５４によりリフタ駆動装置１４、蓋部材駆動装置３８および各開閉制御弁２２、２８、３４、４８がそれぞれ制御されて実行される。

図５は、上記した一連の処理において処理槽１０内の水洗水の比抵抗値が変化する様子を示す図である。図において、実線が、本発明に係る上記装置を使用したときの比抵抗値の変化を示し、破線が、従来の装置、すなわち蓋部材３６および窒素ガスの供給手段を備えていない装置を使用したときの比抵抗値の変化を示す。また、時間ｔ_１がシャワー水洗の終了時点であり、時間ｔ_２が浸漬処理の終了時点である。図５に示した結果からも分かるように、この発明に係る上記装置を使用したときは、ノズル１８から処理槽１０内へ純水を連続して供給し純水中に基板Ｗを浸漬させて処理している間、処理槽１０の上部開口が蓋部材３６によって覆蓋されるとともに、蓋部材３６のガス吹出し口４４から処理槽１０内の水洗水の液面に向けて窒素ガスが吹き出すようにされるので、空気中の炭酸ガスが処理槽１０内の水洗水中へ溶け込むことが抑制される。この結果、水洗水の比抵抗値が１５ＭΩ以上に上昇することとなる。このため、処理槽１０と別に、槽内の純水の流れが層流状態に調整された最終リンス槽を設置しなくても、水洗水の比抵抗値により水洗工程の管理を行うことが可能となる。

なお、上記した基板の水洗処理操作は１例であり、この発明に係る基板処理装置を使用した基板処理は、種々の形態で実施し得る。

この発明の実施形態の１例を示し、基板処理装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示した基板処理装置の構成要素である蓋部材の構造を示す破断断面図である。 この発明の別の実施形態を示し、基板処理装置の処理槽部分を示す模式図である。 図１に示した構成を備えた基板処理装置を用いて行われる基板の水洗処理操作の１例を示すタイムチャートである。 図１に示した構成を備えた基板処理装置を用いて基板の水洗処理を行ったときの効果を説明するための図である。

符号の説明

１０ 処理槽
１２ リフタ
１４ リフタ駆動装置
１６ 溢流水槽
１８ ノズル
２０、３２ 純水供給管
２２、２８、３４、４８ 開閉制御弁
２４ 排水口
２６ 排水管
３０ シャワーノズル
３６、５６ 蓋部材
３８ 蓋部材駆動装置
４０ ガス通路
４２ ガス導入口
４４ ガス吹出し口
４６ 窒素ガス供給管
５０ 比抵抗計
５４ 制御装置
５８ ガス吹出しノズル
Ｗ 基板

Claims (5)

1. 処理液により基板に対し処理を行う基板処理装置において、
   上部に開口を有し、処理液を貯留する処理槽と、
   前記処理槽内で基板を保持する基板保持手段と、
   前記処理槽の上方に吐出口が設けられ、前記吐出口から前記処理槽内の基板の表面に向けて処理液をシャワー状に吐出する処理液吐出手段と、
   前記処理槽内の下部に供給口が設けられ、前記供給口から前記処理槽内へ処理液を供給して、前記処理槽内に処理液を貯留する処理液供給手段と、
   前記処理槽の底部に排出口が設けられ、前記排出口を通って前記処理槽内の処理液を排出する排液手段と、
   前記処理槽の上部開口を開閉自在に覆蓋する蓋部材と、
   前記処理槽内の処理液の液面へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
   前記処理液吐出手段による前記処理槽内の基板表面への処理液の吐出、前記排液手段による前記処理槽内からの処理液の排出、前記処理液供給手段による前記処理槽内への処理液の供給、前記蓋部材による、前記処理液供給手段によって処理液が供給される前記処理槽の上部開口の覆蓋、および、前記不活性ガス供給手段による、前記蓋部材によって上部開口が覆蓋された前記処理槽内の処理液液面への不活性ガスの供給をそれぞれ制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記処理槽内の処理液の比抵抗値を計測する比抵抗計を備えた請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記処理液が純水であり、前記比抵抗計によって計測された比抵抗値に基づいて前記制御手段により、前記処理液供給手段による前記処理槽内への処理液の供給および前記不活性ガス供給手段による前記処理槽内の処理液液面への不活性ガスの供給をそれぞれ停止し、前記蓋部材を開放して、純水による基板の洗浄処理を終了するように制御する請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記処理液吐出手段による前記処理槽内の基板表面への処理液の吐出と前記排液手段による前記処理槽内からの処理液の排出とを交互に複数回繰り返し、前記排液手段による前記処理槽内からの最後の処理液の排出が終わった後に、前記処理液供給手段による前記処理槽内への処理液の供給、前記蓋部材による前記処理槽の上部開口の覆蓋および前記不活性ガス供給手段による前記処理槽内の処理液液面への不活性ガスの供給をそれぞれ開始するように、前記制御手段により制御する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 前記不活性ガス供給手段のガス供給口が前記蓋部材に設けられた請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の基板処理装置。

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