JP2007189186A - 基板乾燥装置及びこれを利用した基板乾燥方法 - Google Patents

基板乾燥装置及びこれを利用した基板乾燥方法 Download PDF

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Abstract

【課題】湿式工程後に基板表面に存在する純水や湿気を乾燥工程を通じて容易にとり除くことが可能な基板乾燥装置及びこれを利用した基板乾燥方法を提供する。
【解決手段】本発明の基板乾燥装置100は、純水供給手段11を具備し、該純水供給手段11の内部で基板Sの洗浄を行う洗浄槽10と、前記洗浄槽10で洗浄された前記基板Sを乾燥させるように、少なくとも一つ以上のノズル70、80、90を具備し、前記ノズル70、80、90を通じて前記基板Sに乾燥気体が噴射されるように構成され、いずれか一部が湾曲した形状を持つ乾燥槽30と、前記基板Sを前記洗浄槽30から前記乾燥槽30に移送する移送手段と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、基板乾燥装置及びこれを利用した基板乾燥方法に関し、より詳細には、湿式工程後に基板表面に存在する純水や湿気を乾燥工程を通じて容易にとり除くようにする基板乾燥装置及びこれを利用した基板乾燥方法に関する。
一般に、半導体製造工程、LCD(Liquid Crystal Display)製造工程及びウェーハ製造工程などのような工程で数回の基板湿式洗浄工程が遂行されるが、この湿式工程を完了した基板は乾燥処理をしなければならない。
前記基板の乾燥は、多様な装備を利用して行われており、一例として半導体製造工程で基板を乾燥させるために、スピン乾燥器(Spin dryer)、イソプロピルアルコール蒸気乾燥器(IPA vapor dryer)及びマランゴニ乾燥器(Marangoni dryer)が主に用いられて来た。
しかし、スピン乾燥器は回転による遠心力を利用して基板を乾燥させるため、基板の破損及び遠心力が及ばない所での乾燥不良が発生するという問題がある。
また、イソプロピルアルコール蒸気乾燥器は、有機溶剤であるイソプロピルアルコールを180℃以上の高温で加熱して発生する蒸気を利用して基板に吸着されている純水を置換して乾燥させるので、高温による発火性有機溶剤の火災の危険及び蒸気の及ばない所での乾燥不良が発生するという問題がある。
また、マランゴニ乾燥器は、純水表面にイソプロピルアルコール層を形成して基板を純水表面の上に上昇させて純水とイソプロピルアルコールの表面張力差を利用して乾燥が行われるので、純水表面の震え及びイソプロピルアルコール層の厚さ変化によって乾燥不良が発生するという問題がある。
なお、前記従来の基板乾燥装置及びこれを利用した基板乾燥方法に関する技術を記載した文献としては、下記特許文献1等がある。
特開平9−38595号公報 特開2002−124505号公報
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、基板を純水で洗浄した後に基板の表面に存在する純水や湿気を完全に除去して乾燥不良が発生しないようにすることが可能な、新規かつ改良された基板乾燥装置及びこれを利用した基板乾燥方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、純水供給手段を具備し、その内部で基板の洗浄を行う洗浄槽と、前記洗浄槽で洗浄された前記基板を乾燥させるように、少なくとも一つ以上のノズルを具備し、前記ノズルを通じて前記基板に乾燥気体が噴射されるように構成され、いずれか一部が湾曲した形状を持つ乾燥槽と、前記基板を前記洗浄槽から前記乾燥槽に移送する移送手段と、を備える基板乾燥装置が提供される。
ここで、前記洗浄槽は、前記乾燥槽の下方に設置され、前記移送手段は前記基板を昇降させる昇降手段であってもよい。
また、前記乾燥気体は、極性有機溶媒と不活性ガスとの混合気体、または、不活性ガスのみからなる気体であってもよい。なお、極性有機溶媒と不活性ガスとを混合する際には、例えば、極性有機溶媒を揮発させてガス化した後に不活性ガスと混合することができる。
ここで、前記ノズルの前端には不活性ガス加熱装置がさらに設置されうる。また、前記ノズルの前端には流量調節手段がさらに設置されうる。
また、前記ノズルは、内部管と外部管とからなる二重管で、前記内部管と前記外部管のそれぞれには、複数のガス供給孔が形成されるように構成してもよい。さらに、前記複数のガス供給孔は10個以上形成され、前記ガス供給孔の内径は、0.3〜2mmであることが好ましい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、純水供給手段を具備し、該純水供給手段の内部で基板の洗浄を行う洗浄槽と、前記洗浄槽で洗浄された前記基板を乾燥させるように、少なくとも一つ以上の二重管ノズルを具備し、前記二重管ノズルを通じて前記基板に乾燥気体が噴射されるように構成される乾燥槽と、前記基板を前記洗浄槽から前記乾燥槽に移送する移送手段と、を備えることを特徴とする基板乾燥装置が提供される。
ここで、前記乾燥槽はいずれか一部が湾曲した形状を持つことが好ましい。
また、前記洗浄槽は前記乾燥槽の下方に設置され、前記移送手段は前記基板を昇降させる昇降手段であるように構成してもよい。この時、前記乾燥気体は、極性有機溶媒及び不活性ガスの中でいずれか一つまたは混合でなる。
ここで、前記ノズルの前端には、不活性ガス加熱装置がさらに具備されていてもよく、前記ノズルの前端には流量調節手段がさらに具備されていてもよい。
また、前記ノズルは内部管と外部管とからなる二重管であり、前記内部管と前記外部管のそれぞれには複数のガス供給孔が形成され、前記複数のガス供給孔は10個以上形成され、前記ガス供給孔の内径は0.3〜2mmであることが好ましい。
また、本発明による基板乾燥方法は、基板を本発明による基板乾燥装置の洗浄槽に搬入する搬入段階と、前記基板を純水で洗浄する洗浄段階と、前記純水で洗浄された基板を本発明による基板乾燥装置の乾燥槽に移送しながら極性有機溶媒と不活性ガスとの混合気体で乾燥する第1乾燥段階と、前記基板を前記乾燥槽に移送した後に、不活性ガスで乾燥する第2乾燥段階と、前記第2乾燥段階の後に、前記乾燥槽内の前記基板を極性有機溶媒と不活性ガスとの混合気体で乾燥する第3乾燥段階と、前記第3乾燥段階の後に、前記乾燥槽内の前記基板を不活性ガスで乾燥する第4乾燥段階と、を含む。
また、前記第1乾燥段階〜第4乾燥段階は、それぞれ10〜120秒間行われ、前記第1乾燥段階〜第4乾燥段階は、それぞれ20〜200l/minの流量の前記混合気体または不活性ガスで乾燥が行われ、前記第1乾燥段階〜第4乾燥段階はそれぞれ20〜250℃の温度で乾燥することが好ましい。この時、前記第3乾燥段階及び前記第4乾燥段階は、順次に2回以上行われることが好ましい。
以上説明したように、本発明による基板乾燥装置及びこれを利用した基板乾燥方法によれば、ガス反応容器内に供給されるガスの定量供給を均一に維持し、極性有機溶媒と不活性ガスとの混合気体及び不活性ガスを交番して供給するので、基板表面に存在する水気及び湿気を完全に除去し、基板処理工程での不良を防止して歩留まりを向上させることができる。
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
初めに、本発明の好ましい実施形態による基板乾燥装置を添付された図面を参照して詳しく説明する。図1は、本発明の好ましい実施形態による基板乾燥装置の構成を示した概路図である。
本発明の好ましい実施形態による基板乾燥装置100は、純水供給手段を具備し、その内部で基板の洗浄が行われるように構成される洗浄槽10と、この洗浄槽10で洗浄された前記基板を乾燥させるように、少なくとも一つ以上のノズル70、80、90を具備し、ノズル70、80、90を通じて前記基板に乾燥気体が噴射されるように構成される乾燥槽30と、前記基板を洗浄槽10から乾燥槽30に移送するための移送手段(図示せず)と、を含んでなる。
基板乾燥装置100は、基板の洗浄が行われる洗浄槽10と洗浄が行われた前記基板を乾燥させる乾燥槽30で構成される。液体で処理が行われる洗浄槽10は気体で処理が行われる乾燥槽30の下方に設置されることが好ましい。
図面上には図示しなかったが、基板を洗浄槽10から乾燥槽30に移送するための移送手段がさらに具備されることが好ましい。
本発明の好ましい実施形態では、洗浄槽10が乾燥槽30の下方に設置されるので、前記移送手段は基板Sを昇降させる昇降手段であることが好ましいが、この昇降手段は通常の基板移送手段も可能である。
洗浄槽10には、その内部に純水を供給して基板が洗浄されるように、純水供給手段を具備する。この純水供給手段は、純水を洗浄槽10に供給する純水供給源41と純水供給源41から供給される純水を移送する純水供給管42及び純水供給管42を通じて移送される純水を洗浄槽10内に投入するように洗浄槽10のいずれか一部位に構成される純水供給孔11からなる。
また、要求される目的に応じて、純水供給孔11を洗浄槽10内に複数個設けることもでき、純水を加熱する純水加熱手段をさらに設けてもよいし、その他の追加の供給手段をさらに設けることも可能である。
乾燥槽30は、洗浄槽10の上方に設置され、その内部に気体供給手段としての複数のノズル70、80、90が具備される。このノズル70、80、90は、複数個具備されて、必要に応じて、本明細書の図面上に示されたノズル70、80、90よりさらに多い数のノズルを具備していてもよい。
乾燥槽30は、その内部に均一な気体供給及び供給された気体の維持のために、少なくともいずれか一部が湾曲した形状を持つことが好ましい。
乾燥槽30に乾燥気体を供給するために、さらに詳細には、乾燥槽30のノズル70、80、90に乾燥気体を供給するために、ノズル70、80、90は乾燥槽30の外部に構成される気体供給管60と連結構成されて、気体供給管60は気体供給源50から乾燥気体の供給を受けてノズル70、80、90を通じて乾燥槽30内に乾燥気体を供給するようにする。
気体供給源50は、不活性ガス供給源51と極性有機溶媒供給源55を含む。極性有機溶媒供給源55として供給される乾燥気体としての極性有機溶媒が揮発したガスは、基板上に吸着されている純水を極性有機溶媒に置換して乾燥させるようにする。好ましい極性有機溶媒の例としては、イソプロピルアルコール(IPA)がある。
不活性ガス供給源51として供給される乾燥気体としての不活性ガスは、基板の物質または基板上の物質と化学的に反応せずに基板を乾燥させるようにする。好ましい不活性ガスの例としては、窒素がある。
不活性ガス供給源51から供給される不活性ガスは、流量調節手段52を通じて乾燥槽30内に供給される量が調節されることが好ましく、乾燥気体供給による乾燥機能を高めるために別途の加熱手段53をさらに設けてもよい。
極性有機溶媒供給源55及び不活性ガス供給源51は、気体供給管60と連通されて乾燥槽30のノズル70、80、90に乾燥気体を供給する。
本明細書の図面では不活性ガス供給源51及び極性有機溶媒供給源55が一つの気体供給管60に連結構成されているが、それぞれ別途の供給管と連結構成されることができ、これら供給管はまた別途のノズルと連通されうる。
また、それぞれのノズル70、80、90に対してそれぞれの極性有機溶媒供給源55及び不活性ガス供給源51を具備することができ、それぞれの気体供給管60を具備することもできる。
図2は、図1の基板乾燥装置のノズルを示した透過斜視図である。ノズル70は、乾燥槽30の内部に設けられて、これを通じて乾燥気体が基板Sに噴射されるようにする。このノズル70は、例えば同軸の二重管形状を持つが、内部管71及び外部管72の二重管には複数のガス供給孔73、74が形成されうる。
ここで、内部管71及び外部管72は、一体型または分離組立型で構成されうるが、ガスの漏洩防止などのために一体型で構成されることが好ましい。
内部管71を通じて不活性ガスを供給する際には、外部管72を通じては極性有機溶媒を供給することができず、内部管71を通じて極性有機溶媒を供給する際には外部管72を通じては不活性ガスを供給しうる。
好ましくは、内部管71を通じて不活性ガス及び極性有機溶媒混合の乾燥気体が供給されて、この混合ガスは内部管71から外部管72に供給されて噴射される。
好ましい乾燥気体の流動のために、外部管72の外部孔74に対して内部管71の内部孔73は異なる方向を向くように形成される。
外部管72を通じて供給される乾燥気体は、外部孔74を通じて噴射され、内部孔73を通じて噴出される乾燥気体は、内部管71と外部管72の間を流動して最終的に外部孔74を通じて乾燥槽30内部に噴射される。
このような複数の内部孔71を通じて乾燥気体の円滑な流動が可能であるので、複数の噴射孔、すなわち、外部孔74を通じて乾燥槽30内に乾燥気体の均一な噴射をすることが可能である。
この内部孔71及び外部孔74の内径は、0.3〜2mmであることが好ましい。0.3mm未満の場合には、圧力が上昇して噴射される乾燥気体が過剰に高圧に加圧されて噴射されて基板に損傷を与えることがあり、2mmを超過する場合には、噴射效果が低くなって均一な噴射が困難であるからである。
好ましくは、一つのノズル70に形成される内部孔71及び外部孔74は10個以上である。形成する内部孔71及び外部孔74の数が10個未満の場合には、基板全面に対して十分に均一な噴射が困難であり、乾燥気体が過剰に高圧に加圧されて噴射されることがあるからである。
また、ノズル70、80、90の前端、すなわち、気体供給管60とノズル70、80、90との間に流量調節バルブをさらに設けてもよく、各ノズル70、80、90に供給される乾燥気体の量を調節するようにできる。
以下、本発明の好ましい実施形態による基板乾燥装置を利用した基板乾燥方法を添付された図面を参照して詳しく説明する。
図3a〜図3cは、図1の基板乾燥装置を利用した基板乾燥方法を示した概略図である。
本発明の好ましい実施形態による基板乾燥装置100を利用した基板乾燥方法は、基板Sを基板乾燥装置100の洗浄槽10に搬入する搬入段階と、基板Sを純水で洗浄する洗浄段階と、前記純水で洗浄された基板Sを基板乾燥装置100の乾燥槽30に移送しながら極性有機溶媒(例えば、IPA)と不活性ガス(例えば、N)との混合気体で乾燥される第1乾燥段階と、基板Sを乾燥槽30に移送した後に、不活性ガス(例えば、N)で乾燥する第2乾燥段階と、第2乾燥段階の後に、乾燥槽30に移送された基板Sを極性有機溶媒(例えば、IPA)と不活性ガス(例えば、N)との混合気体で乾燥する第3乾燥段階と、第3乾燥段階の後に、基板Sを不活性ガス(例えば、N)で乾燥する第4乾燥段階と、を含んでなる。
湿式工程が完了された基板Sが洗浄槽10に投入されると、洗浄槽10内部の一側に設置されたノズルと洗浄槽10の下端に設置された純水供給孔11から純水が供給されて基板Sの洗浄が行われる(図3a)。
洗浄が行われた基板Sは、乾燥のために別途の基板Sを昇降させる昇降手段(図示せず)により乾燥槽30内に移動されて、基板Sの乾燥のために純水を置換する極性有機溶媒(が揮発したガス)と不活性ガスとの混合気体が乾燥槽30内に設置されたノズル70、80、90を通じて供給される(図3b)。
基板Sが乾燥槽30内の乾燥位置に配置されると、乾燥槽30内のノズル70、80、90を通じて供給されていた極性有機溶媒と不活性ガスとの混合気体は、供給が中断されて不活性ガスがノズル70、80、90を通じて乾燥槽30内に供給される(図3c)。
以後、また不活性ガスの供給を中断し、極性有機溶媒と不活性ガスとの混合気体を供給する過程を繰り返す。すなわち、図3bと図3cの過程が繰り返されて行われるのである。この時、乾燥槽30内に均一なガスの供給及び供給されたガスの維持のために、乾燥槽30の形状は、少なくともいずれか一部(例えば、上部)が湾曲した形状(例えば、略半球型)であることが好ましい。
このように、極性有機溶媒と不活性ガスとの混合気体及び不活性ガスの供給を交番して2回以上繰り返し行うことで、乾燥槽30内において、極性有機溶媒、不活性ガス及び水蒸気の濃度平衡が人為的に崩れる現象と、極性有機溶媒、不活性ガス及び水蒸気の濃度を平衡にしようとする現象が繰り返される。これによって、基板Sの表面に存在する水分を除去することができる。
ここで、極性有機溶媒としては、例えば、イソプロピルアルコール、アセトン、アセトニトリル、メタノール及びエタノールからなるグループより選択される少なくとも一つ以上があり、不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオンからなるグループより選択される少なくとも一つ以上がある。好ましくは、極性有機溶媒はイソプロピルアルコールであり、不活性ガスは窒素である。
また、極性有機溶媒と不活性ガスとの混合気体及び不活性ガスの供給は、それぞれ10〜120秒間行われて、それぞれ20〜200l/minの流量で乾燥し、それぞれ20〜250℃の温度で乾燥することが好ましい。
極性有機溶媒と不活性ガスとの混合気体及び不活性ガスの供給が10秒未満の場合には、頻繁な乾燥気体の交換によって乾燥效果が少なくなり、120秒を超過する場合には必要以上の乾燥が行われるようになって歩留まりにおいて好ましくないので、それぞれ10〜120秒間行うことが好ましい。
また、流量が20l/min未満の場合には微小な流量によって乾燥效果が極めて小さく、長時間の乾燥時間が要求され、200l/minを超過する流量では乾燥気体の過多流入で乾燥槽30内の乾燥気体流動のバラ付きをもたらして基板Sの乾燥に悪影響を及ぼすので乾燥気体の流量は20〜200l/minにすることが好ましい。
さらに、乾燥気体の温度が20℃未満の場合には通常の室温より低い温度の乾燥気体噴射によってかえって基板S上にムラなどが発生しうるし、乾燥気体の温度が250℃を超過する場合には過剰な高温によって、特にイソプロピルアルコールが高温になることによって発火性有機溶剤の火事危険が発生しうるので、乾燥気体の温度は20〜250℃が好ましい。
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明の好ましい実施形態による基板乾燥装置の構成を示した概路図である。 図1の基板乾燥装置のノズルを示した透過斜視図である。 図1の基板乾燥装置を利用した基板乾燥方法を示した概路図である。 図1の基板乾燥装置を利用した基板乾燥方法を示した概路図である。 図1の基板乾燥装置を利用した基板乾燥方法を示した概路図である。
符号の説明
10 洗浄槽
30 乾燥槽
50 気体供給源
70、80、90 ノズル
100 基板乾燥装置
S 基板

Claims (24)

  1. 純水供給手段を具備し、該純水供給手段の内部で基板の洗浄を行う洗浄槽と、
    前記洗浄槽で洗浄された前記基板を乾燥させるように、少なくとも一つ以上のノズルを具備し、前記ノズルを通じて前記基板に乾燥気体が噴射されるように構成され、いずれか一部が湾曲した形状を持つ乾燥槽と、
    前記基板を前記洗浄槽から前記乾燥槽に移送する移送手段と、
    を備えることを特徴とする、基板乾燥装置。
  2. 前記洗浄槽は、前記乾燥槽の下方に設置され、
    前記移送手段は、前記基板を昇降させる昇降手段であることを特徴とする、請求項1記載の基板乾燥装置。
  3. 前記乾燥気体は、極性有機溶媒と不活性ガスとの混合気体、または、不活性ガスのみからなる気体であることを特徴とする、請求項1記載の基板乾燥装置。
  4. 前記ノズルの前端には、不活性ガス加熱装置がさらに設置されることを特徴とする、請求項3記載の基板乾燥装置。
  5. 前記ノズルの前端には、流量調節手段がさらに設置されることを特徴とする、請求項1記載の基板乾燥装置。
  6. 前記ノズルは、内部管と外部管とからなる二重管であることを特徴とする、請求項1記載の基板乾燥装置。
  7. 前記内部管と前記外部管のそれぞれには、複数のガス供給孔が形成されることを特徴とする、請求項6記載の基板乾燥装置。
  8. 前記複数のガス供給孔は、10個以上形成されることを特徴とする、請求項7記載の基板乾燥装置。
  9. 前記ガス供給孔の内径は、0.3〜2mmであることを特徴とする、請求項7記載の基板乾燥装置。
  10. 純水供給手段を具備し、該純水供給手段の内部で基板の洗浄を行う洗浄槽と、
    前記洗浄槽で洗浄された前記基板を乾燥させるように、少なくとも一つ以上の二重管ノズルを具備し、前記二重管ノズルを通じて前記基板に乾燥気体が噴射されるように構成される乾燥槽と、
    前記基板を前記洗浄槽から前記乾燥槽に移送する移送手段と、
    を備えることを特徴とする、基板乾燥装置。
  11. 前記乾燥槽は、いずれか一部が湾曲した形状を持つことを特徴とする、請求項10記載の基板乾燥装置。
  12. 前記洗浄槽は、前記乾燥槽の下方に設置され、
    前記移送手段は、前記基板を昇降させる昇降手段であることを特徴とする、請求項10記載の基板乾燥装置。
  13. 前記乾燥気体は、極性有機溶媒と不活性ガスとの混合気体、または、不活性ガスのみからなる気体であることを特徴とする、請求項10記載の基板乾燥装置。
  14. 前記ノズルの前端には、不活性ガス加熱装置がさらに設置されることを特徴とする、請求項13記載の基板乾燥装置。
  15. 前記ノズルの前端には、流量調節手段がさらに設置されることを特徴とする、請求項10記載の基板乾燥装置。
  16. 前記二重管ノズルは、内部管及び外部管で構成される二重管であることを特徴とする、請求項10記載の基板乾燥装置。
  17. 前記内部管と前記外部管のそれぞれには、複数のガス供給孔が形成されることを特徴とする、請求項16記載の基板乾燥装置。
  18. 前記複数のガス供給孔は、10個以上形成されることを特徴とする、請求項17記載の基板乾燥装置。
  19. 前記ガス供給孔の内径は、0.3〜2mmであることを特徴とする、請求項17記載の基板乾燥装置。
  20. 基板を請求項1〜19のいずれかに記載の基板乾燥装置の洗浄槽に搬入する搬入段階と、
    前記基板を純水で洗浄する洗浄段階と、
    前記純水で洗浄された基板を請求項1〜19のいずれかに記載の基板乾燥装置の乾燥槽に移送しながら極性有機溶媒と不活性ガスとの混合気体で乾燥する第1乾燥段階と、
    前記基板を前記乾燥槽に移送した後に、不活性ガスで乾燥する第2乾燥段階と、
    前記第2乾燥段階の後に、前記乾燥槽内の前記基板を極性有機溶媒と不活性ガスとの混合気体で乾燥する第3乾燥段階と、
    前記第3乾燥段階の後に、前記乾燥槽内の前記基板を不活性ガスで乾燥する第4乾燥段階と、
    を含むことを特徴とする、基板乾燥方法。
  21. 前記第1乾燥段階〜第4乾燥段階は、それぞれ10〜120秒間行われることを特徴とする、請求項20記載の基板乾燥方法。
  22. 前記第1乾燥段階〜第4乾燥段階は、それぞれ20〜200l/minの流量の前記混合気体または不活性ガスで乾燥することを特徴とする、請求項20記載の基板乾燥方法。
  23. 前記第1乾燥段階〜第4乾燥段階は、それぞれ20〜250℃の温度で乾燥することを特徴とする、請求項20記載の基板乾燥方法。
  24. 前記第3乾燥段階及び前記第4乾燥段階は、順次に2回以上行われることを特徴とする、請求項20記載の基板乾燥方法。

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