JP2008028323A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減圧環境下で溶剤蒸気を発生させることにより、溶剤濃度を高くすることができ、基板に対する乾燥効率をより向上させることができるとともに、チャンバ内への窒素ガス等のキャリアガスの大量供給を行わないことにより、減圧時のチャンバ内圧力を精度よく制御することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】蒸気発生部３７内を減圧させた状態でイソプロピルアルコールの蒸気を発生させ、チャンバ２７内を蒸気雰囲気にさせ、基板Ｗを乾燥位置に移動させ、圧力計５５が所定値となるように真空時排気ポンプ１９を調整してチャンバ２７内を減圧させる。大量のキャリアガスを用いることなく、蒸気発生部３７内を減圧した状態で蒸気を発生させるので、蒸気濃度を高くすることができて基板Ｗの乾燥効率をより向上できる。キャリアガスの大量供給を行わないので、減圧時のチャンバ２７内の圧力を精度よく制御できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板（以下、単に基板と称する）等の基板に対して、処理液により洗浄、エッチング等の処理を行った後、溶剤蒸気により基板を乾燥する基板処理装置に関する。

従来、この種の装置として、純水を貯留する処理槽と、処理槽の周囲を囲うチャンバと、処理槽内の処理位置と処理槽上方の乾燥位置とにわたって基板を昇降させる保持機構と、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の蒸気を発生させる蒸気発生部と、チャンバ内にイソプロピルアルコールの蒸気を供給するノズルと、チャンバ内を減圧する真空ポンプとを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。蒸気発生部には、キャリアガスとして窒素ガスが供給されており、窒素ガスにイソプロピルアルコールの蒸気を混合させてノズルからチャンバ内に供給している。

このような構成の装置では、まず、基板を保持した保持機構を処理位置に移動させた状態で基板を純水洗浄する。そして、ノズルからイソプロピルアルコールの蒸気を供給してチャンバ内を溶剤雰囲気にした後、基板を保持した保持機構を処理位置から乾燥位置へ移動させる。次いで、真空ポンプによってチャンバ内を減圧して、基板に付着しているイソプロピルアルコールの蒸気を乾燥させて基板を乾燥させる。
特許第３５８５１９９号（図２）

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の装置は、窒素ガスにイソプロピルアルコールの蒸気を混合させてノズルからチャンバに供給するので、イソプロピルアルコールの蒸気濃度を高くすることができず、乾燥効率の向上には限界がある。また、チャンバ内に大量の窒素ガスを供給している関係上、真空ポンプによりチャンバ内を減圧してもチャンバ内の圧力を精度よく制御することが困難であるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、減圧環境下で溶剤蒸気を発生させることにより、溶剤濃度を高くすることができ、基板に対する乾燥効率をより向上させることができるとともに、チャンバ内へのキャリアガスの大量供給を行わないことにより、減圧時のチャンバ内圧力を精度よく制御す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。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の発明は、処理液により基板を処理した後、溶剤蒸気により基板を乾燥する基板処理装置において、処理液を貯留する処理槽と、前記処理槽の周囲を囲うチャンバと、基板を保持しつつ、前記処理槽内の処理位置と前記チャンバ内であって前記処理槽上方にあたる乾燥位置とにわたって昇降可能な保持機構と、溶剤蒸気を発生させる蒸気発生部と、前記蒸気発生部で発生した溶剤蒸気を前記チャンバ内へ供給するための供給管と、前記チャンバ内を減圧する第１の減圧手段と、前記蒸気発生部内を減圧する第２の減圧手段と、前記第１の減圧手段により減圧された前記チャンバ内の第１の圧力を、前記第２の減圧手段により減圧された前記蒸気発生部の第２の圧力よりも低くさせる制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項1に記載の発明によれば、制御手段は、第１の減圧手段により減圧されたチャンバ内の第１の圧力を、第２の減圧手段により減圧された蒸気発生部の第２の圧力よりも低くさせているので、チャンバ内と蒸気発生部との圧力差により、供給管を通じて蒸気発生部からチャンバ内へ溶剤蒸気を供給できる。その結果、窒素ガス等のキャリアガスを大量に使用することもなく、また第２の減圧手段により蒸気発生部内を減圧していることにより、濃度の高い溶剤蒸気により基板を乾燥することができ、基板に対する乾燥効率を向上できる。また、窒素ガス等のキャリアガスが大量にチャンバ内へ供給されることもないので、チャンバ内を減圧時にチャンバ内に圧力を精度よく制御できる。

また、本発明において、前記制御手段は、前記第１の減圧手段により減圧された前記チャンバ内の第１の圧力を前記第２の減圧手段により減圧された前記蒸気発生部の第２の圧力よりも低くさせた状態で、基板を保持した前記保持機構を前記処理位置から前記乾燥位置へ移動させることが好ましい（請求項２）。

また、本発明において、前記供給管に設けられ、前記供給管を流通する溶剤蒸気の流量を制御する蒸気弁と、前記供給管に設けられ、前記供給管を流通する溶剤蒸気の流量を検出する流量計とをさらに備え、前記制御手段は、前記チャンバ内を溶剤雰囲気にさせる際に、前記流量計の流量値が所定値となるように前記蒸気弁を調整することが好ましい（請求項３）。供給管を通じて蒸気発生部からチャンバへ溶剤蒸気を供給する際に、キャリアガスを大量に使用することもなく、流量計の流量値が所定値になるように蒸気弁を制御でき、溶剤蒸気の濃度を精度よく制御することができる。

また、本発明において、前記チャンバ内の圧力を検出する圧力計をさらに備え、前記制御手段は、基板を保持した前記保持機構を前記乾燥位置に移動させた状態で、前記圧力計の圧力値が前記第１の圧力よりも低い第３の圧力になるように、前記第１の減圧手段を制御することが好ましい（請求項４）。制御手段が、圧力計の圧力値が第１の圧力よりも低い第３の圧力となるように第１の減圧手段を制御することにより、この第３の圧力の影響で基板の表面に付着した溶剤蒸気を確実に蒸発でき、基板に対する乾燥効率をさらに向上できる。

また、本発明において、前記供給管を流通する溶剤蒸気を加熱する加熱手段をさらに備えていることが好ましい（請求項５）。

本発明に係る基板処理装置によれば、第１の減圧手段により減圧されたチャンバ内の第１の圧力を第２の減圧手段により減圧された蒸気発生部の第２の圧力よりも低くさせているので、チャンバ内と蒸気発生部との圧力差により、蒸気発生部からチャンバ内へ溶剤蒸気を供給できる。その結果、キャリアガスを大量に使用することもなく、また第２の減圧手段により蒸気発生部内を減圧していることにより、濃度の高い溶剤蒸気により基板を乾燥することができ、基板に対する乾燥効率を向上できる。また、キャリアガスが大量にチャンバ内へ供給されることもないので、チャンバ内の圧力を精度よく制御できる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係る実施例に係る基板処理装置の概略構成を示すブロック図である。

本実施例に係る基板処理装置は、処理液を貯留する処理槽１を備えている。この処理槽１は、処理液を貯留し、起立姿勢とされた複数枚の基板Ｗを収容可能に構成されている。処理槽１の底部には、複数枚の基板Ｗが整列されている方向（紙面方向）に沿って長軸を有し、処理液を供給するための二本の供給・排気管７が配設されている。各供給・排気管７には、配管９の一端側が接続され、配管９の他端側は、供給管１１と吸引管１３に分岐されている。供給管１１は、処理液供給源１５に連通接続されており、その流量が制御弁からなる処理液弁１７で制御される。吸引管１３は、真空時排気ポンプ１９に接続され、排気弁２１により開閉される。処理液供給源１５は、フッ化水素酸や、硫酸・過酸化水素水の混合液などの薬液や、純水などを処理液として供給管１１に供給する。

処理槽１は、その周囲がチャンバ２７で囲われている。チャンバ２７は、上部に開閉自在の上部カバー２９を備えている。起立姿勢で複数枚の基板Ｗを保持するリフタ３１は、チャンバ２７の上方にあたる「待機位置」と、処理槽１の内部にあたる「処理位置」と、処理槽１の上方であってチャンバ２７の内部にあたる「乾燥位置」とにわたって移動可能に構成されている。

なお、上述したリフタ３１が本発明における保持機構に相当する。

上部カバー２９の下方であってチャンバ２７の上部内壁には、溶剤ノズル３３と、不活性ガスノズル３４とが配設されている。溶剤ノズル３３には、供給管３５の一端側が連通接続されている。その他端側は、蒸気発生部３７に連通接続されている。この供給管３５には、その上流側から順に、溶剤蒸気の流量を調整するための開閉弁からなる蒸気弁３８と、溶剤蒸気の流量を検出する流量計３９と、溶剤蒸気を加熱するためのインラインヒータ４０とが配設されている。なお、供給管３５は、従来装置の供給管よりも大径（９．５２ｍｍ程度）で構成され、供給管３５中における溶剤蒸気の流路抵抗を減らして溶剤ノズル３３への供給が円滑に行われるようにされている。

蒸気発生部３７は、蒸気発生空間である内部空間を所定温度に温調したり、加熱して溶剤の蒸気を発生させたりするためのヒータ４１を備えており、内部空間に溶剤を供給するための溶剤供給源４３が連通接続されている。溶剤としては、例えば、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が挙げられる。また、蒸気発生部３７には、内部空間を減圧するための真空ポンプ４４が内部空間に接続されている。

なお、上述した真空ポンプ４４が本発明における第２の減圧手段に相当する。

不活性ガスノズル３４には、供給管４５の一端側が連通接続されている。その他端側は、不活性ガスを供給する不活性ガス供給源４７に連通接続されている。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガスが挙げられる。不活性ガスの供給量は、不活性ガス弁４９によって調整される。その下流側には、インラインヒータ５０が取り付けられており、インラインヒータ５０は、不活性ガス供給源４７からの不活性ガスを所定温度に加熱する。

チャンバ２７には、その内部が減圧下であっても液体を排出可能な真空時排水ポンプ５１が配設されている。また、チャンバ２７には、減圧状態を解消するための開閉弁からなる呼吸弁５３が取り付けられているとともに、チャンバ２７内の内部圧力を検出するための圧力計５５が配設されている。なお、上述した真空時排気ポンプ１９及び真空時排水ポンプ５１が本発明における第１の減圧手段に相当する。

処理槽１の底部には、排出口５７が形成されている。この排出口５７には、ＱＤＲ弁５９が取り付けられている。このＱＤＲ弁５９から処理槽１内の処理液を排出すると、処理液がチャンバ２７内の底部に一旦排出される。チャンバ２７の底部には、気液分離部６１に連通接続された排出管６３が取り付けられ、ここには排液弁６５が取り付けられている。気液分離部６１は、真空時排水ポンプ５１及び排出管６３から気体と液体を取り込むとともに、それらを分離して排出する。

上述した処理液弁１７、真空時排気ポンプ１９、排気弁２１、上部カバー２９、リフタ３１、蒸気発生部３７、蒸気弁３８、インラインヒータ４０、ヒータ４１、真空ポンプ４４、不活性ガス弁４９、インラインヒータ５０、真空時排水ポンプ５１、呼吸弁５３、ＱＤＲ弁５９、排液弁６５などの動作は、本発明における制御手段に相当する制御部６７によって統括的に制御される。

次に、図２を参照して、上述した構成の基板処理装置の動作について説明する。なお、図２は、処理毎に各部の動作状況を示す図である。

この図２中において、処理液弁１７等の弁の動作が開放または流量が調整されている箇所には「開放」と記してあるが、空白の部分は「閉止」を意味する。同様に、真空時排気ポンプ１９等のポンプが動作されている箇所には「ＯＮ」と記してあるが、空白の部分は「停止」を意味する。また、蒸気発生部３７は、内部空間を所定温度に加熱して溶剤蒸気を積極的に発生させている箇所には「沸騰」と記してあるが、空白の部分は、内部空間に、溶剤供給源４３からイソプロピルアルコールを液体の状態で供給され、ヒータ４１が作動されて、沸騰しない程度にイソプロピルアルコールの液体が温調された状態である。沸騰しない程度の温度に設定する「温調」を意味する。

制御部６７は、上部カバー２９を開放し、未処理の基板Ｗを複数枚保持しているリフタ３１を「待機位置」から「乾燥位置」に搬入させる（ステップＳ１）。このとき排液弁６５は開放のままである。次に、制御部６７は、チャンバ２７内の酸素濃度低減処理を行う（ステップＳ２）。具体的には、不活性ガス弁４９を開放し、不活性ガス供給源４７からチャンバ２７内に不活性ガスを供給させる。これにより、チャンバ２７及び処理槽１の内部にある空気が不活性ガスによってパージされ、その結果、酸素濃度が低減される。さらに、制御部６７は、リフタ３１を「乾燥位置」から「処理位置」にまで下降させる。

チャンバ２７内の酸素濃度が低減されると、制御部６７は、処理液弁１７を開放する（ステップＳ３）。これにより、処理液供給源１５から薬液が処理液として処理槽１に供給され、処理槽１の上部から溢れた処理液がチャンバ２７の底部で回収される。回収された処理液は、排出管６３を通して気液分離部６１で回収され、図示しない廃液処理部に排出される。このようにして処理液が供給された後、制御部６７は、リフタ３１を「処理位置」に所定時間だけ維持して基板Ｗに対して処理液による処理を行う（ステップＳ３）。

薬液処理を開始して所定時間が経過すると、制御部６７は、リフタ３１を「処理位置」に維持させたまま、呼吸弁５５を開放するとともに、処理液供給源１５からの薬液に代えて純水を処理液として供給させる。そして、その状態を所定時間だけ維持して、基板Ｗを純水で洗浄処理する（ステップＳ４）。

純水洗浄が完了すると、制御部６７は、呼吸弁５３を閉止してチャンバ２７の内部を閉塞させるとともに、真空時排水ポンプ５１を作動させて、チャンバ２７底部に排出された処理液を排出してチャンバ２７内を低減圧状態にする（ステップＳ５）。

このとき、制御部６７は、チャンバ２７内へ供給されたイソプロピルアルコールの蒸気が凝結し難いように、このときのチャンバ２７内の圧力（第１の圧力）が、蒸気発生部３７の内部空間の圧力（第２の圧力）よりも低くなるように制御する。具体的には、制御部６７が圧力計５５からの圧力値が第１の圧力となり、かつ、第１の圧力で一定となるように真空時排水ポンプ５１の排気圧力を調整するフィードバック制御を行っている。さらに、インラインヒータ４０を所定温度の加熱モードに設定するとともに、所定流量となるように調整した蒸気弁３８を開放する。これにより、蒸気発生部３７で発生されたイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の蒸気が、第１の圧力と第２の圧力の圧力差に応じて所定の温度に加熱された状態でチャンバ２７内へ供給される。なお、このとき制御部６７は、流量計３９からの流量値（イソプロピルアルコールの蒸気流量）が所定値で一定となるように、蒸気弁３８の弁開度を微調整するフィードバック制御を行う。

蒸気発生部３７では、次のようにして蒸気を発生させる。
すなわち、真空ポンプ４４を作動させて、蒸気発生部３７の内部空間を減圧する（第２の圧力）。これにより、ヒータ４１により温調されていたイソプロピルアルコールの液体が急激に沸騰して蒸気にされる。イソプロピルアルコールの沸点は、大気圧下において８３℃程度であるが、内部空間を減圧することにより沸点を下げることができる。そのため、ヒータ４１を従来よりも低い温度として温調したまま減圧するだけでイソプロピルアルコールを容易に沸騰させて蒸気化させることができる。また、チャンバ２７と蒸気発生部３７の間の圧力差を利用してイソプロピルアルコールの蒸気を供給し、従来のようにキャリアガスを使わないので、イソプロピルアルコールの濃度を従来よりも高くすることができる。

上述したように、イソプロピルアルコールの蒸気をチャンバ２７内に供給し始めると、蒸気がチャンバ２７の内部を満たすとともに、処理槽１に貯留されている純水の液面が次第にイソプロピルアルコールの蒸気により置換される（ステップＳ６）。その所定時間後、制御部６７は、リフタ３１を「処理位置」から「乾燥位置」へ上昇させる（ステップＳ７）。

制御部６７は、処理槽１に貯留している純水を急速排水させる（ステップＳ８）。具体的には、ＱＤＲ弁５９を開放して処理槽１内の純水をチャンバ２７に排出させる。そして、排気弁２１を開放するとともに真空時排気ポンプ１９を作動させて、供給・排気管７を介してチャンバ２７の内部をさらに減圧する。純水の急速排水が完了すると、制御部６７は、ＱＤＲ弁５９を閉止する（ステップＳ９）。これにより、「乾燥位置」にある基板Ｗの表面に付着している純水がイソプロピルアルコールの蒸気によって置換される。なお、減圧の際には、制御部６７が圧力計５５からの圧力値が上記第１の圧力よりさらに低い第３の圧力となり、かつその圧力で一定となるように真空時排気ポンプ１９の排気圧力を調整するフィードバック制御を行う。これにより、基板Ｗに付着しているイソプロピルアルコールの蒸気を確実に蒸発できる。また、イソプロピルアルコールの蒸気の供給に大量のキャリアガスを用いておらずかつフィードバック制御を行うので、減圧時のチャンバ２７内の圧力を精度よく制御することができる。

次に、制御部６７は、排気弁２１、蒸気弁３８、排液弁６５を閉止するとともに、真空時排気ポンプ１９を停止させる（ステップＳ１０）。この処理により、基板Ｗに対して高減圧乾燥を行う。

その後、真空時排水ポンプ５１を停止させるとともに、不活性ガス弁４９を開放して不活性ガスをチャンバ２７内に導入する（ステップＳ１１）。これによりチャンバ２７内の圧力が大気圧にまで回復される。

上記の気圧リカバリの後、制御部６７は、不活性ガス弁４９を閉止するとともに、上部カバー２９を開放するとともに、リフタ３１を「乾燥位置」から「待機位置」へと上昇させる（ステップＳ１２）。

その後、制御部６７は、処理液弁１７、排液弁６５、不活性ガス弁４９を開放する（ステップＳ１３）。これにより、次なる基板Ｗの処理のために、新たな処理液を処理槽１に供給させるとともに、チャンバ２７内を不活性ガスで充満させておく。

上述したように制御部６７は、真空ポンプ４４により蒸気発生部３７内を減圧させた状態でイソプロピルアルコールの蒸気を発生させ、チャンバ２７内をイソプロピルアルコールの蒸気雰囲気にさせるとともに、リフタ３１により基板Ｗを「処理位置」から「乾燥位置」に移動させ、圧力計５５の圧力値が所定値となるように真空時排気ポンプ１９を調整しつつチャンバ２７内を減圧させる。大量のキャリアガスを用いることなく、蒸気発生部３７内を減圧した状態でイソプロピルアルコールの蒸気を発生させるので、イソプロピルアルコールの蒸気濃度を高くすることができて基板Ｗの乾燥効率をより向上させることができる。また、チャンバ２７内へのキャリアガスの大量供給を行わないので、減圧時のチャンバ２７内の圧力を精度よく制御することができる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、溶剤としてイソプロピルアルコールを例に採って説明しているが、他の溶剤を用いる構成としてもよい。

（２）上述した実施例では、インラインヒータ４０によりイソプロピルアルコールの蒸気を加熱した状態でチャンバ２７に供給しているが、供給管３５の長さが短く供給時に生じる温度低下が僅かである場合には、インラインヒータ４０を備える必要はない。これによりイソプロピルアルコールの蒸気の供給系の構成を簡単化できる。

（３）上述した実施例では、処理槽１から溢れた処理液をチャンバ２７で回収する構成を採用しているが、処理槽１が内槽と外槽を備え、内槽から溢れた処理液を外槽で回収する構成を採用してもよい。

実施例に係る基板処理装置の概略構成を示すブロック図である。 処理毎に各部の動作状況を示す図である。

符号の説明

Ｗ … 基板
１ … 処理槽
７ … 供給・排出管
１１ … 供給管
１３ … 吸引管
１５ … 処理液供給源
１７ … 処理液弁
１９ … 真空時排気ポンプ１９（第１の減圧手段）
２１ … 排気弁
２７ … チャンバ
３１ … リフタ（保持機構）
３７ … 蒸気発生部
３８ … 蒸気弁
４０ … インラインヒータ（加熱手段）
４４ … 真空ポンプ（第２の減圧手段）
５１ … 真空時排水ポンプ（第１の減圧手段）
６７ … 制御部

Claims (5)

1. 処理液により基板を処理した後、溶剤蒸気により基板を乾燥する基板処理装置において、
   処理液を貯留する処理槽と、
   前記処理槽の周囲を囲うチャンバと、
   基板を保持しつつ、前記処理槽内の処理位置と前記チャンバ内であって前記処理槽上方にあたる乾燥位置とにわたって昇降可能な保持機構と、
   溶剤蒸気を発生させる蒸気発生部と、
   前記蒸気発生部で発生した溶剤蒸気を前記チャンバ内へ供給するための供給管と、
   前記チャンバ内を減圧する第１の減圧手段と、
   前記蒸気発生部内を減圧する第２の減圧手段と、
   前記第１の減圧手段により減圧された前記チャンバ内の第１の圧力を、前記第２の減圧手段により減圧された前記蒸気発生部の第２の圧力よりも低くさせる制御手段と、
   を備えていることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記制御手段は、前記第１の減圧手段により減圧された前記チャンバ内の第１の圧力を前記第２の減圧手段により減圧された前記蒸気発生部の第２の圧力よりも低くさせた状態で、基板を保持した前記保持機構を前記処理位置から前記乾燥位置へ移動させることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または２に記載の基板処理装置において、
   前記供給管に設けられ、前記供給管を流通する溶剤蒸気の流量を制御する蒸気弁と、
   前記供給管に設けられ、前記供給管を流通する溶剤蒸気の流量を検出する流量計とをさらに備え、
   前記制御手段は、前記チャンバ内を溶剤雰囲気にさせる際に、前記流量計の流量値が所定値となるように前記蒸気弁を調整することを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の基板処理装置において、
   前記チャンバ内の圧力を検出する圧力計をさらに備え、
   前記制御手段は、基板を保持した前記保持機構を前記乾燥位置に移動させた状態で、前記圧力計の圧力値が前記第１の圧力よりも低い第３の圧力になるように、前記第１の減圧手段を制御することを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の基板処理装置において、
   前記供給管を流通する溶剤蒸気を加熱する加熱手段をさらに備えていることを特徴とする基板処理装置。

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