JP2855043B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板処理装置、特に、
半導体基板や液晶用又はフォトマスク用ガラス基板等の
薄板状基板（以下、単に「基板」という。）を処理液に
浸漬させ、超音波振動を加えて表面処理する基板処理装
置の構成に関する。

【０００２】

【従来技術】基板処理装置においては、処理槽に充満し
た薬液や純水などの処理液内に複数の基板を所定時間浸
漬して薬液処理や洗浄処理などの表面処理を行なうよう
になっている。このような表面処理を均一かつ迅速に実
施するため、従来から処理槽内の処理液に超音波振動を
加える方法があった。

【０００３】図７は、このような超音波処理を行なう基
板処理装置の構成の一例を示す要部断面図である。同図
に示すものは処理槽１に間接的に超音波振動を加えるも
のであって、処理槽１は、図示しない保持具によって、
その底面部を外槽２内に貯溜された水などの振動媒体３
内に浸漬させた状態で保持され、外槽２の底面に設けら
れた開口部には、金属製の振動板４がボルト５によって
液密な状態で取り付けられる。振動板４の裏面には超音
波振動子として圧電素子６が接着剤７によって固着され
ており、この圧電素子６を図示しない超音波発振器によ
り作動させて、振動板４、振動媒体３を介して処理槽１
の底面部に超音波振動を加え、これにより処理槽１内に
貯溜された処理液Ｌを振動させるようになっている。基
板Ｗは、図示しない基板保持ホルダーによって起立状態
で処理槽１内に保持され、超音波処理される。

【０００４】しかしながら、上述のような外槽型の超音
波処理方法においては、次のような問題点があった。

【０００５】（１） 圧電素子６は、直接処理槽１の壁
面を振動させるのではなく、振動媒体３を介して振動を
伝えるため、超音波振動の伝達力が劣化する。

【０００６】（２） 処理槽１の下面部に気泡が溜まる
と超音波の伝達力が極端に低下するため、図７に示すよ
うに底面部を所定の角度θだけ水平方向に対して傾斜さ
せておく必要があり、処理槽１の形状が限定される。そ
のため、他の処理槽との互換性がなくなり、生産性が悪
くなる。

【０００７】（３） 圧電素子６の振動エネルギーを処
理槽１に効率的に伝達するため、振動板４から処理槽１
下面への距離が細かく規定されており、処理槽１の取り
付け位置が拘束される。

【０００８】（４） 外槽２が不可欠であるため、設置
場所を広くとり、基板処理装置全体が大型にならざるを
得ない。

【０００９】特に、最近は超音波の振動数が４０ｋＨｚ
程度から１ＭＨｚ程度に増大する傾向にあり、当該振動
数に応じて処理槽の形状、振動板４からの距離などを設
定しなくてはならず、取扱いが煩雑であってコストも高
くなるという問題がある。

【００１０】そこで、このような問題を解消するため実
開昭６２−１６４９７９号公報に示すような直付けタイ
プの超音波処理装置が提案されている。図８、図９は、
当該基板処理装置の処理槽部を示す断面図である。図８
に示すものは、処理槽１の底面部に直接開口部を設け、
当該開口部に圧電素子６を固着させた振動板４を図７同
様にボルト５で液密に固定するものである。しかし、処
理液Ｌとして使用される薬液には熱硫酸などの強度の腐
食性を有するものがあって、振動板４やボルト５を腐食
させて処理槽１外に当該薬液が漏れるおそれがあり、ま
た、溶解した当該部材が基板Ｗの表面処理に悪影響を及
ぼす結果となる。

【００１１】図９に示すものは、処理槽１の下面に圧電
素子６を接着剤７によって直接固着させるものであっ
て、処理槽１底面に開口部を設けずに直接超音波振動を
加えることができ、図７や図８に示す従来例におけるよ
うな問題は生じない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示す基板処理装置であってもメンテナンスの点において
重大な問題がある。すなわち、処理槽１には強度の耐腐
食性が要求されるため、石英で形成されているのが通常
であり、組立て時や、基板搬送手段によるハンドリング
の際に破損する可能性が高い。圧電素子６は接着剤７に
より処理槽１に強度に固着されているため、当該処理槽
１が破損した場合、圧電素子６も再利用することはでき
ず、メンテナンスコストが多大になる。

【００１３】接着剤７としては、被接着部材との熱膨脹
率の差異によって生じる熱応力により圧電素子６が破損
されるのを防止するため、特殊な熱硬化性樹脂が使用さ
れており、その組成は各圧電素子メーカの重要なノウハ
ウとなっている。しかも、当該接着剤７内に気泡が混入
すると超音波エネルギーを均一かつ効率的に伝達するこ
とができなくなるため、その接着方法も、所定の圧力を
負荷して恒温室内で所定温度を所定時間加えて固着させ
るように厳密に管理されており、これらの接着条件も、
各メーカの独自のノウハウになっている。

【００１４】その結果、処理槽１が破損してしまうと、
当該石英製の処理槽１自体の価格は安価なものであった
としても、圧電素子メーカーが独自のノウハウにより圧
電素子６を直付けした処理槽１にあっては、百数十万円
のオーダーになり、交換のためのメンテナンスコストが
多大になって、利用者にとって大変な負担になってい
た。

【００１５】本発明は、上述のような問題点を解消する
ためになされたものであって、簡単な構造により安価で
直付けタイプでもメンテナンスが容易な超音波処理装置
を備えた基板処理装置を提供することを目的とするもの
である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかかる基板処理装置は、基板を処理槽に貯
溜した処理液に浸漬して表面処理を行なう基板処理装置
において、超音波振動子と、前記超音波振動子を収納す
る収納部を有し、前記処理槽の振動面に密着する保持カ
バーと、前記保持カバーに連結され、当該保持カバー内
部の気体を排気する真空排気装置と、前記超音波振動子
を作動させる超音波発振器と、を備え、前記保持カバー
の収納部を形成する壁面の少なくとも一部は可動に形成
され、前記保持カバーを前記振動面に密着させた状態で
前記真空排気装置により保持カバー内部の気体を排気す
ることにより、前記可動壁面が移動して前記超音波振動
子を前記処理槽の振動面に押圧固定するようにしたこと
を特徴とする。

【００１７】また、請求項２の基板処理装置は、請求項
１における保持カバーの可動壁面が、フレキブルシート
で形成されることを特徴とする。

【００１８】

【作用】請求項１の発明によれば、保持カバーは超音波
振動子を収納する収納部を有し、処理槽の振動面に密着
させた状態で真空排気装置により内部の気体を排気する
と、前記収納部内が減圧し、当該収納部の少なくとも一
部を形成する可動壁面が内側に移動して前記超音波振動
子を前記振動面に押圧固定する。したがって、予め超音
波振動子を接着剤などで槽の振動面に接着する必要がな
く、振動効果を維持しながら当該槽に対して脱着可能に
構成できる。

【００１９】請求項２の発明によれば、請求項１におけ
る可動壁面がフレキシブルシートで形成されるので、保
持カバー内部を排気したとき、当該フレキシブルシート
が前記超音波振動子の背面に密着するように変形して押
圧し、その押圧力を均等に維持する。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明にかかる基板処
理装置の実施例を詳細に説明するが、本発明の技術的範
囲がこれによって制限されるものではないことはもちろ
んである。

【００２１】図１は、本発明の一実施例にかかる基板処
理装置の要部の構成を示す図である。石英で形成された
処理槽１の内部には処理液Ｌが貯溜され、図示しない基
板保持ホルダーにより複数の基板Ｗが起立状態で保持さ
れる。処理槽１の振動面である底面１ａの下面には、超
音波振動子としての圧電素子６を保持するための保持カ
バー１０が配設される。

【００２２】図２は、保持カバー１０の全体の様子を示
す斜視図であって、保持カバー１０は、同図２および図
１に示すように耐腐食性を有する弾性材料で形成された
一対の固定枠１１、１２の間にテフロンシートなどのフ
レキシブルシート１３を挟み込んで、複数の固定用ボル
ト１４、ナット１５により気密な状態で固定され、当該
固定枠１１とフレキシブルシート１３により、保持カバ
ー１０内部に圧電素子６を収納するための収納部を形成
する。この収納部は、圧電素子６が収納できるスペース
を有すればよく、フレキシシブルシート１３と底面１ａ
との間隔は、例えば数ミリメートル程度あれば十分であ
る。

【００２３】フレキシブルシート１３には、内部の空気
を排気するための真空排気口１３ａと圧電素子６の電極
６ａを外部に取り出すための電極取出し口１３ｂが設け
られており、真空排気口１３ａは、圧力センサ１６、逆
止弁１７を介して真空ポンプ１８に連結される。圧力セ
ンサ１６の出力信号は制御装置１９に送られ、制御装置
１９は当該圧力センサ１６の出力信号に基づいて、保持
カバー１０の内部を所定の真空度に保つように真空ポン
プ１８を駆動制御する。

【００２４】また、電極取出し口１３ｂから圧電素子６
の電極６ａが取出され、超音波発振器２０に接続され
る。電極取出し口１３ｂの端部には真空シール用のシー
ルキャップ１３ｃが取り付けられており、ここから外気
が流入して保持カバー１０内部の真空度が低下するのを
防止する。

【００２５】固定枠１１の上面には、シリコンゴムなど
で形成されたＯリング２０を埋設するための溝２１（図
２）が形成され、このＯリング２０によって、固定枠１
１の上面が、処理槽１の底面１ａ（振動面）に気密状態
で密着するようになっている。なお、Ｏリング２０のか
わりに半流動性のシール材等各種のシール部材を使用す
ることが可能である。

【００２６】上記保持カバー１０により圧電素子６を処
理槽１に取り付けるには、図３（ａ），（ｂ）に示すよ
うに、まず、処理槽１を裏返してその底面１ａが上方に
なるようにし、その振動面の所定位置に圧電素子６を載
置した後、保持カバー１０を、圧電素子６の電極６ａを
電極取出し口１３ｂに通すようにして被せる。当該電極
取出し口１３ｂにシールキャップ１３ｃを取り付け、制
御装置１９により真空ポンプ１８を作動させる（図３
（ａ））。これにより保持ホルダー１０内部の気圧が次
第に低下し、可動壁面としてのフレキシブルシート１３
が徐々に下方に移動して、やがて当該気圧が真空に近く
なると圧電素子６の背面に密着するようにして当該圧電
素子６を処理槽１の振動面に押圧固定する（図３
（ｂ））。圧力センサー１６からの出力信号により、保
持カバー１０の内部が所定の真空度になると制御装置１
９は真空ポンプ１８の駆動を停止する。逆止弁１７（図
１）およびＯリング２０、シールキャップ１３ｃにより
保持カバー１０内部の真空度は維持されて振動面に密着
したままなので、その状態で処理槽１を裏返して、基板
処理装置本体１００（図１）に取り付ける。

【００２７】この基板処理装置本体１００への取り付け
は、図１に示すように処理槽１の側面上部に溶融固着さ
れた石英製の台座１ｂを基板処理装置本体１００に付設
されたステー１０１に載置することによってなされる。

【００２８】上述のような真空排気による固着方法によ
れば、フレキシブルシート１３は、圧電素子６の背面に
密着して所定の外部気圧により均等に押圧されるので、
超音波振動を均一かつ確実に処理槽１の振動面１ａに伝
達することができる。圧電素子６は、ほぼ大気圧の大き
さで押圧されることになるが、発明者の実験によれば、
この程度の押圧力で十分に超音波エンルギーを伝達でき
ることが確認されている。

【００２９】この際、圧電素子６と処理槽１の振動面と
の接触面にシリコングリースなどの粘性を有する超音波
伝導物質を一面に塗布しておけば、圧電素子６の振動面
に多少の凹凸があっても空気などが混入せずに振動面１
ａとの密着性を維持して十分な伝達性を確保することが
できる。

【００３０】基板処理を行なわないときには当該基板処
理装置のメインスイッチが切られるので、真空ポンプ１
８も作動しないことになるが、逆止弁１７の作用によ
り、保持カバー１０内の真空度はほぼ維持され、当該保
持カバー１０が、圧電素子６とともに落下するおそれは
ほとんどない。しかし、不使用の状態が長時間継続する
場合には、真空度が次第に低下して落下するおそれもあ
り、この場合には、図１の一点鎖線に示すように保持カ
バー１０の落下を防止するためのフック２２を設けてお
けばよい。

【００３１】また、万一、基板処理中に保持カバー１０
内の真空度が低下した場合には、圧力センサー１６から
の出力信号により制御装置１９が真空ポンプ１８を作動
させて真空度を所定値に維持する。

【００３２】なお、フレキシブルシート１３は、あまり
柔軟であると真空排気口１３ａが潰れて閉塞してしまい
排気動作が円滑に行なえない場合があるので、ある程度
の剛性を有する方が望ましい。

【００３３】このようにして、保持カバー１０の内部を
真空ポンプ１８により真空排気してフレキシブルシート
１３により圧電素子６を押圧固定する方法によると、熱
硬化性樹脂系の接着剤７による面倒な接着ノウハウも不
要であるとともに、圧電素子６の処理槽１への脱着が自
在であり、万一、処理槽１が破損した場合でも圧電素子
６のみ取り外して再利用できる。もちろん、従来に比べ
て真空ポンプ１８などの真空排気装置が余分に必要にな
るが、これらの装置は全部で高々１０万円程度のオーダ
であり、メンテナンスコストを飛躍的に低下させること
ができる。

【００３４】図４、図５、図６は、それぞれ保持カバー
１０の別の実施例を示す断面図である。図４に示す第２
の実施例は、真空排気口、電極取出口をフレキシブルシ
ート１３に設けるのではなく、固定枠１１のボルト１４
が挿入されない部分において金属パイプ２３ａ，２３ｂ
を気密に貫通させ、この金属パイプ２３ａ，２３ｂ部分
から、真空排気や電極取出しをするようにしている。こ
のようにするとフレキシブルシート１３に真空排気口１
３ａや電極取出口１３ｂを設ける場合に比べて加工が容
易であるとともに、当該真空排気口は金属パイプなので
閉塞するおそれもない。

【００３５】図５に示す第３の実施例は、固定用ボルト
１４に中空穴１４ａを設けており、固定枠１１に設けら
れた固定用ボルト１４の頭部が没入する穴１１ａと、保
持カバー１０内部とを連通する孔１１ｂを設け、この連
通孔１１ｂと固定用ボルト２０の中空穴１４ａとによっ
て、真空排気口もしくは電極取出口を形成するようにし
ている。この実施例によると図４の第２実施例のように
特別に金属パイプを付設する必要はないので、組み立て
が容易になる。

【００３６】図６に示す第４の実施例は、フレキシブル
シート１３を用いない場合の構成のを示すものである。
この保持カバー１１０は、カバー状の枠体２４の中央部
にシリンダー部材２５が上下方向に摺動可能に保持して
形成されている。真空排気口２４ａから真空排気するこ
とにより内部の気圧が低下してシリンダー部材２５が上
方に移動し、シリンダー部材２５上面が可動壁面となっ
て圧電素子６を処理層１の振動面に押圧する。

【００３７】枠体２４とシリンダー部材２５の摺動部に
おける気密性を維持するため、一点鎖線に示すようにゴ
ムなどで形成された弾性膜２６を接着剤により両部材に
またがって接着するようにしてもよい。なお、圧電素子
６の電極６ａは、電極取出し口２４ｂから外部に引き出
され、その開口端部においてシールキャップ２４ｃによ
り気密にシールされる。

【００３８】なお、フレキシブルシート１３は、上述の
テフロンシートのほかプラスチックシートやステンレス
シートなどでもよく、また、可動壁面は当該フレキシブ
ルシート１３やシリンダ−部材２５に限定されるもので
はなく、内部容積の変化を可能ならしめる壁面を有する
その他の構造によっても実施可能である。

【００３９】また、図３においては、処理槽１を裏向け
て圧電素子６を振動面の所定位置に載置してから保持カ
バー１０を被せて取付ける手順を説明したが、あらかじ
め圧電素子６をフレキシブルシート１３に位置決めして
通常の接着剤で仮止めしておけば、取り付けがさらに容
易になり、処理槽１を裏返しにする必要もなくなる。

【００４０】また、上述の実施例では、圧電素子６を直
接処理槽１の底面１ａ（振動面）に接触させているが、
接着剤により金属製の振動板に固着して、当該振動板を
介して振動面に接触させるようにしてもよい。この場
合、振動板に圧電素子６を固着する点に関しては従来ど
おり接着ノウハウによりコストがかかるが、振動板付き
圧電素子自体は処理槽１から脱着可能なので何回も再利
用でき、メンテナンスに関して費用がかからない。この
ように振動板に圧電素子６を固着させることにより、圧
電素子が熱変形などによって反ることがなく、振動面へ
の超音波エネルギ−の均一伝達を常時維持できる利点が
ある。

【００４１】また、真空排気装置として図１の実施例に
おいては、圧力センサー１６の出力信号に基づいて制御
装置１９により真空ポンプ１８を駆動制御するようにし
ているが、保持カバー１０の気密性が十分維持されてお
れば、単に真空計、逆止弁および真空ポンプのみで構成
して、操作者が真空計をチェックしながら真空ポンプを
作動するようにしてもよい。この場合にはさらに安価に
構成できる。

【００４２】また、本発明は、基板Ｗを基板搬送用容器
（キャリア）から出して、基板Ｗのみ処理槽１内の基板
保持ホルダーに設置して処理する、いわゆるキャリアレ
ス方式の基板処理装置以外に、キャリアに載置したまま
処理槽１内に浸漬させて処理するキャリア方式のもので
も適用できる。また、図１に示すように処理槽１に圧電
素子６を直付けするタイプのほか、場合によっては図７
に示すように圧電素子７を外槽２に取り付ける場合にも
適用可能である。この場合には外槽２に開口部を設ける
など余分な加工を要せず、脱着が容易であるという利点
がある。

【００４３】さらに、処理槽１の内側下部に処理液供給
パイプを横設するとともに、処理槽１の上部周囲に溢れ
た処理液Ｌを回収するための外槽を付設し、処理液循環
装置によって処理液をオーバーフローさせながら循環さ
せる、いわゆるオーバーフロー方式にすることにより、
一層効率的な基板処理の実施が可能となる。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の発明によ
れば、保持カバーを処理槽の振動面に密着させた状態で
真空排気装置により保持カバー内部の気体を排気するの
で当該保持カバー内部が減圧し、収納部の少なくとも一
部を形成する可動壁面が内側に移動して超音波振動子を
前記処理槽の振動面に押圧固定するので、予め超音波振
動子を接着剤などで接着する必要がなく、容易に脱着す
ることができ、組立てや交換が容易になる。また、処理
槽に超音波振動子を直付けするタイプのものにおいて
は、処理槽が破損しても超音波振動子を何回も再利用で
きるので、メンテナンスコストを安価にすることができ
る。また、大気圧により超音波振動子を処理槽の振動面
に押圧するので、超音波振動子の全面にわたって均等に
押圧することができ、均一な超音波振動の伝達を可能に
する。さらに、保持カバー内部の真空度を制御すること
により、最適な押圧力を設定することが可能になる。

【００４５】請求項２の発明によれば、請求項１におけ
る可動壁面がフレキシブルシートで形成されるので、保
持カバー内部を排気したとき、当該フレキシブルシート
が前記超音波振動子の背面全部にわたって密着するよう
に変形して当該超音波振動子を押圧するので、その押圧
力をさらに均等にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例にかかる基板処理装置の
要部の構成を示す図である。

【図２】図１の保持カバーの全体を示す斜視図である。

【図３】図１の実施例において保持カバーによって圧電
素子を処理槽の振動面に取り付ける様子を示す図であ
る。

【図４】保持カバーの第２の実施例を示す断面図であ
る。

【図５】保持カバーの第３の実施例を示す断面図であ
る。

【図６】保持カバーの第４の実施例を示す断面図であ
る。

【図７】第１の従来例にかかる基板処理装置の要部を示
す断面図である。

【図８】第２の従来例にかかる基板処理装置の要部を示
す断面図である。

【図９】第３の従来例にかかる基板処理装置の要部を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ 処理槽 ６ 圧電素子 １０ 保持カバー １１，１２ 固定枠 １３ フレキシブルシート １３ａ 真空排気口 １３ｂ 電極取出し口 １３ｃ シールキャップ １４ 固定用ボルト １５ 固定用ナット １６ 圧力センサー １７ 逆止弁 １８ 真空ポンプ １９ 制御装置 ２０ 超音波発振器 ２１ Ｏリング ２３ａ，２３ｂ 金属パイプ ２４ 枠体 ２５ シリンダー部材 Ｌ 処理液 Ｗ 基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/304

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を処理槽に貯溜した処理液に浸漬し
   て表面処理を行なう基板処理装置において、 超音波振動子と、 前記超音波振動子を収納する収納部を有し、前記処理槽
   の振動面に密着する保持カバーと、 前記保持カバーに連結され、当該保持カバー内部の気体
   を排気する真空排気装置と、 前記超音波振動子を作動させる超音波発振器と、 を備え、 前記保持カバーの収納部を形成する壁面の少なくとも一
   部は可動に形成され、前記保持カバーを前記振動面に密
   着させた状態で前記真空排気装置により保持カバー内部
   の気体を排気することにより、前記可動壁面が移動して
   前記超音波振動子を前記処理槽の振動面に押圧固定する
   ようにしたことを特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】前記保持カバーの可動壁面は、フレキブル
   シートで形成されることを特徴とする請求項１記載の基
   板処理装置。