JP3406168B2

JP3406168B2 - 基板の引き上げ乾燥装置

Info

Publication number: JP3406168B2
Application number: JP35675996A
Authority: JP
Inventors: 忠康大沢; 和樹久保
Original assignee: Kaijo Corp
Current assignee: Kaijo Corp
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 2003-05-12
Anticipated expiration: 2016-12-27
Also published as: JPH10189529A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＣＤ基板や半導
体ウェーハなどの基板を純水中から引き上げて乾燥させ
る基板の引き上げ乾燥装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の基板の引き上げ乾燥装置は、図７
及び図８に示すように、５０℃〜６０℃の温純水３６を
貯える純水タンク１と、この純水タンク１に上下動可能
に設けられた基板ホルダ４とを備え、純水タンク１の温
純水３６中から多数のウェーハ５を引き上げて乾燥させ
るようにしている。

【０００３】基板ホルダ４は、多数のウェーハ５を整列
搭載可能に構成されており、上下動機構６の作動で上下
動するようになっている。この上下動機構６は、純水タ
ンク１を搭載したケーシング２の後部に立設されたガイ
ドバー７と、ケーシング２の後部に立設され上下動ナッ
ト８を螺合したボールねじ９と、ガイドバー７に案内さ
れて上下動するキャリア１０とを備えている。ボールね
じ９は、上下動モータ１２の駆動で正転、又は逆転する
よう機能する。また、キャリア１０にはキャリアアーム
１５の上端部が接続され、このキャリアアーム１５の上
部の貫通孔にはボールねじ９に螺合する上下動ナット８
が取り付けられており、キャリアアーム１５の下端部に
基板ホルダ４の底部が取り付けられている。

【０００４】したがって、濡れた多数のウェーハ５を乾
燥させるには、上下動モータ１２を駆動してボールねじ
９を一定の低速度で回転させれば良い。すると、ボール
ねじ９の回転に伴いキャリア１０がガイドバー７に案内
されつつ上昇するので、ウェーハ５を搭載した基板ホル
ダ４がゆっくりとした一定の速度で温純水３６中から垂
直方向に完全、かつ静かに引き上げられ、その後、ウェ
ーハ５に付着した温純水３６が蒸発、除去される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の基板の引き上げ
乾燥装置は、以上のように温純水３６を利用してその表
面張力及び粘性Ｓを小さくし、引き上げ時にウェーハ５
の表面に薄い水膜３４を形成するようにしている。しか
しながら、例え温純水３６を利用しても、水膜３４の上
部においては、冷却作用によりウェーハ５の表面に小さ
い多数の水滴ｄｗが付着し、その結果、水滴化した温純
水３６に大気中の微粒子などが溶け込んだり、あるいは
基板の成分が溶けだしたものが析出してウェーハ５が再
度汚染されるという問題があった。

【０００６】この問題を図９に基づき説明する。図９に
おいて、Ｓ_３、Ｓ_４は引き上げ時における水膜３４
の表面張力及び粘性Ｓの強さを示している。ウェーハ５
の表面に形成された薄い水膜３４は、ウェーハ５の表面
からの蒸発などにより、下方向から上方向に向かうほど
冷却され、上部側の表面張力及び粘性Ｓ_４が強く、下
部側の表面張力及び粘性Ｓ_３が弱くなる。その結果、
水膜３４がＡの部分で切断されて水滴化し、この水滴化
した状態でウェーハ５が引き上げられることとなる。温
純水３６は、一旦小さな水滴ｄｗになると、なかなか蒸
発しないので、時間の経過とともに空気中の微粒子が多
数の水滴ｄｗ中に溶け込んだり、あるいは基板成分が析
出する。その結果、乾燥後にパーティクルとして水滴跡
に凝集付着し、再度の汚染を招くこととなる。さらに、
従来の基板の引き上げ乾燥装置は、基板ホルダ４とウェ
ーハ５の下部との接触部分が十分に乾燥しないという問
題があった。

【０００７】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、温純水を使用しなくてもウェーハなどの基板を完全
に乾燥させることのできる基板の引き上げ乾燥装置を提
供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の基板の引き上げ乾燥装置の発明は、
純水タンク内に基板を搭載する基板ホルダを昇降可能に
設け、上記純水タンクの純水と気相の境界面近傍で多数
の基板間に近接介在する遠赤外線ヒータと該遠赤外線ヒ
ータの上部に遠赤外線の反射面を形成する形で不活性ガ
ス吹きつけ管とを移動脱出機構を介して配置し、上記遠
赤外線ヒータと不活性ガス吹きつけ管の上方には多数の
基板を保持するチャッキング装置を昇降可能に設けたこ
とを特徴としている。

【０００９】また、請求項２の発明は、請求項１記載の
基板の引き上げ乾燥装置において、不活性ガス吹きつけ
管の周壁に放出孔を設けたことを特徴としている。

【００１０】請求項１又は２記載の発明によれば、上昇
位置で基板を保持したチャッキング装置が下降して基板
ホルダに基板を移し、基板ホルダが純水タンク内に下降
する。次に、移動脱出機構が動作して純水タンクの開口
部付近に遠赤外線ヒータ及び不活性ガス吹きつけ管をセ
ットし、基板を搭載した基板ホルダが純水中から上昇す
る。この上昇動作により、基板の一部は、次第に水面か
ら浮上するとともに、各遠赤外線ヒータの遠赤外線放射
と不活性ガス吹きつけ管の不活性ガスの吹きつけにより
乾燥する。基板の一部が浮上すると、基板ホルダが停止
し、チャッキング装置は、基板を保持し、上昇して基板
の残部を水面から浮上させる。この上昇動作により、基
板の残部は、水面から引き上げられて浮上するととも
に、各遠赤外線ヒータの遠赤外線放射と不活性ガス吹き
つけ管の不活性ガスの吹きつけにより乾燥する。

【００１１】上記乾燥作業の際、基板の表面に形成され
て引き上げられる水膜は、遠赤外線ヒータに近い上部側
が薄い膜厚で、遠赤外線を多く吸収して温度が高くなる
のに対し、遠赤外線ヒータから遠い下部側は膜厚であ
り、遠赤外線をあまり吸収せずに低温となる。つまり、
水膜は、上部側の表面張力及び粘性が弱くなり、下部側
の表面張力及び粘性が強くなって純水の滞在時間が長く
なるので、膜の状態を維持でき、基板の浮上に伴い上部
側が次第に薄くなり、蒸発する。また、基板ホルダが基
板の一部を水面から浮上させた後、チャッキング装置が
基板の残部を水面から浮上させるので、基板ホルダと基
板との接触部分を十分に乾燥させることができる。

【００１２】また、不活性ガス吹きつけ管の周壁の放出
孔から基板の表面に不活性ガスを吹きつけるので、純水
の除去を促進したり、純水を除去することができるとと
もに、遠赤外線と温められた基板と気相との接触に伴い
酸化膜などが生じるのを防止できる。また、基板が傾い
て不活性ガス吹きつけ管や他の基板に接近しても、不活
性ガスの吹きつけ作用で過剰な接近や接触を防止するこ
とができ、これを通じて基板と不活性ガス吹きつけ管、
又は隣接する基板の間に一定のすきまを確保することが
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。本実施形態における基板の引き上
げ乾燥装置は、図１や図２に示すように、純水タンク
１、基板ホルダ４、移動脱出機構１６、遠赤外線ヒータ
１９、噴射パイプ２２及びチャッキング装置２４を備
え、フルオートのウェットステーション（図示せず）の
乾燥工程部に設置されている。

【００１４】純水タンク１は、機械的強度や耐酸性に優
れたステンレス鋼、石英ガラス、又はＰＴＦＥなどを材
料として構成され、ケーシング２上に設置されており、
ほぼ常温前後の純水３又は常温以下の純水３を貯える。
また、基板ホルダ４は、ＰＦＡなどを材料として構成さ
れ、半円形に湾曲した表面が多数（例えば、２５枚又は
２６枚）のウェーハ５を整列搭載可能なよう多数の凹凸
に構成されており、上下動機構６の作動で上下動するよ
うになっている。

【００１５】上下動機構６は、ケーシング２の表面後部
（図２の右側）に立設されたガイドバー７と、ケーシン
グ２の表面後部に回転可能に立設され上下動ナット８を
螺合した第１のボールねじ９と、ガイドバー７に案内さ
れて上下動するキャリア１０とを備えている。第１のボ
ールねじ９は、その下端部にプーリ１１が固着されてお
り、このプーリ１１とケーシング２に内蔵された上下動
モータ１２の出力軸におけるプーリ１３との間にはエン
ドレスのベルト１４が巻回されている。また、キャリア
１０にはほぼＺ字形のキャリアアーム１５の上端部が接
続され、このキャリアアーム１５の上部の貫通孔には第
１のボールねじ９に螺合する上下動ナット８が取り付け
られており、キャリアアーム１５の下端部に基板ホルダ
４の底部が取り付けられている。

【００１６】また、移動脱出機構１６は、図３に示すよ
うな金属や合成樹脂などを材料として形成された方形の
ユニット枠１７と、このユニット枠１７を純水タンク１
の開口部の側端において回動可能に支持する回転駆動軸
１８とを備え、図示しないシリンダのピストン部の往復
動でユニット枠１７が回動するようになっている。ユニ
ット枠１７の側部には図示しないガス供給管が取り付け
られており、このガス供給管に後述する多数の噴射パイ
プ２２の端部が接続されている。なお、本実施形態では
ユニット枠１７が回転するスイング式の位置移動装置を
示すが、なんらこの構造に限定されるものではない。例
えば、ＸＹＺの少なくともいずれか一の方向に移動する
ものでも良い。また、ガイドレール、カム機構、ねじ機
構、歯車機構、リンク機構及び／又は各種のモータを適
宜組み合わせて構成することも可能である。

【００１７】また、各遠赤外線ヒータ１９は、図６に示
すように、断面円形で棒形のヒータ２０と、このヒータ
２０の周囲に焼き付けコーティングされた円筒形のセラ
ミックス２１とを備え、ユニット枠１７の左右両側壁間
に架設されるとともに、前後方向に等間隔に並べて配列
されている。なお、本実施形態ではヒータ２０やセラミ
ックス２１を断面円形、又は円筒形としたが、なんらこ
れらに限定されるものではない。例えば、小判形、楕円
形、台形、多角形、又は方形などの形のヒータ２０やセ
ラミックス２１としても良い。

【００１８】また、各噴射パイプ２２は、図６に示すよ
うに、断面方形に形成され、下部両端の隅部に斜め下方
に指向する複数の噴射孔２３が、前後壁（図６の左右方
向における周壁）の中央部には複数の噴射孔２３がそれ
ぞれ開けられており、図示しないガス源から供給された
窒素ガス（矢印参照）を各噴射孔２３から噴射するよう
になっている。そして、ユニット枠１７の左右両側壁間
に架設されるとともに、前後方向に等間隔に並べて配列
され、各遠赤外線ヒータ１９の上部に一体的に設置され
て遠赤外線の反射面を形成している。

【００１９】なお、本実施形態では噴射パイプ２２を断
面方形としたが、円形、小判形、楕円形、台形、又は多
角形などの形の噴射パイプ２２でも良い。また、噴射孔
２３を設ける箇所は適宜変更することが可能である。例
えば、噴射パイプ２２の前後壁に噴射孔２３があれば、
下部両端の隅部における噴射孔２３を省略しても良いの
はいうまでもない。また、本実施形態では窒素ガスを使
用するものを示すが、ヘリウムガスなどを使用しても良
い。

【００２０】また、チャッキング装置２４は、ガイドバ
ー７の上部に回転可能に支持され昇降ナット２５を螺合
した第２のボールねじ２６と、ガイドバー７に案内され
て昇降するチャック機構２７とを備えている。ガイドバ
ー７の上端部には昇降モータ２８が設置されており、こ
の昇降モータ２８の出力軸にはプーリ２９が固着されて
いる。また、第２のボールねじ２６の上端部にはプーリ
３０が固着されており、このプーリ３０と昇降モータ２
８のプーリ２９との間にはエンドレスのベルト３１が巻
回されている。また、チャック機構２７は、昇降ナット
２５が設けられたキャリア３２と、このキャリア３２の
正面両側（図の左右方向）にそれぞれ開閉可能に支持さ
れた合成樹脂製のチャックアーム３３とを備え、基板ホ
ルダ４の上方に位置している。一対のチャックアーム３
３の対向面の下部には多数のチャック溝３３ａがそれぞ
れ整列して形成され、各チャック溝３３ａにウェーハ５
の下部周縁が保持されるようになっている。

【００２１】次に、図１に基づいて動作を説明する。先
ず、準備段階として移動脱出機構１６のユニット枠１７
を起立させ、上下動機構６の上下動モータ１２が駆動し
て基板ホルダ４を水面近くの位置、換言すれば、図のＨ
_２の位置に上昇させて待機させる。この状態でウェッ
トステーションの水リンス工程部から乾燥工程部に多数
のウェーハ５が整列して搬送されてくると、チャック機
構２７は、図のＣ_１の位置においてウェーハ５をチャッ
クアーム３３でメカニカルチャックし、図のＣ_２の位
置に下降して基板ホルダ４にウェーハ５を移載し、その
後、元のＣ_１の位置に上昇復帰する。基板ホルダ４がウ
ェーハ５を整列搭載すると、上下動機構６の上下動モー
タ１２が駆動して基板ホルダ４を純水タンク１の底部、
換言すれば、図のＨ_１の位置に下降させる。

【００２２】次いで、移動脱出機構１６が動作してユニ
ット枠１７を９０°回転させ、純水タンク１の開口部付
近に多数の遠赤外線ヒータ１９及び噴射パイプ２２をセ
ットする。この際、各遠赤外線ヒータ１９のセラミック
ス２１は、水面から４〜８ｍｍ程度の高さでセットされ
る。こうしてセットが終了すると、上下動モータ１２が
駆動してボールねじ９を一定の低速度で回転させ、ウェ
ーハ５を搭載した基板ホルダ４がゆっくりとした一定の
速度（例えば、１〜３ｍｍ／ｓｅｃ）で純水３中から静
かに上昇する。この際、各遠赤外線ヒータ１９及び噴射
パイプ２２は、多数のウェーハ５の間に介在配置され
る。

【００２３】この上昇動作により、ウェーハ５の上方部
は、次第に水面から浮上するとともに、各遠赤外線ヒー
タ１９の遠赤外線放射と各噴射パイプ２２の窒素ガスの
噴射作用の併用により徐々に乾燥する（乾燥に要する時
間は、例えば８インチのウェーハで１００ｓｅｃ〜２０
０ｓｅｃである）。この際、各遠赤外線ヒータ１９のセ
ラミックス２１と各噴射パイプ２２の噴射パイプ２２
は、ウェーハ５の表面から１〜３ｍｍ程度のギャップを
おいて対向する。したがって、各ウェーハ５は、配列さ
れた遠赤外線ヒータ１９及び噴射パイプ２２と他の遠赤
外線ヒータ１９及び噴射パイプ２２の間のギャップを上
昇突出することとなる。なお、乾燥作業と平行して昇降
モータ２８が駆動し、チャック機構２７が図のＣ_１の
位置から図のＣ_２の位置に下降する。

【００２４】基板ホルダ４が上昇して図のＨ_２の位置
で達し、ウェーハ５の上方部が水面から浮上すると、基
板ホルダ４が停止し、チャック機構２７は、ウェーハ５
の乾燥した上方部をチャックアーム３３でメカニカルチ
ャックし、ゆっくりとした一定の速度（例えば、１〜５
ｍｍ／ｓｅｃ）で図のＣ_１の位置まで上昇してウェー
ハ５の下方部を水面から静かに浮上させる。この上昇動
作により、ウェーハ５の下方部は、次第に水面から引き
上げられて浮上するとともに、各遠赤外線ヒータ１９の
遠赤外線放射と各噴射パイプ２２の窒素ガスの噴射作用
の併用により乾燥する（乾燥に要する時間は、例えば８
インチのウェーハで１００ｓｅｃ〜２００ｓｅｃであ
る）。こうして乾燥作業が完全に終了すると、多数のウ
ェーハ５は次工程に送られる。また、移動脱出機構１６
が動作してユニット枠１７を再度起立させ、以下、上記
動作が繰り返される。

【００２５】上記構成によれば、純水３の水面と空気と
の界面付近に遠赤外線ヒータ１９をセットし、この遠赤
外線ヒータ１９から純水３に吸収されやすい遠赤外線を
放射するので、水膜３４がＡの部分でちぎれて水滴化す
るのを防止することが可能となる。以下、この効果を図
５及び図６に基づいて説明する。図５は水膜３４の表面
張力及び粘性Ｓの強さ分布を模式的に示す説明図、図６
は遠赤外線の放射密度分布を模式的に示す説明図で、Ｓ
_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４、Ｓ_５、Ｓ_６、Ｓ_７
は水膜３４の表面張力及び粘性Ｓの強さが連続的に変化
しているのを示している。

【００２６】図５及び図６からも明らかなように、ウェ
ーハ５の表面に形成されて引き上げられる水膜３４の上
部と下部とを比較すると、遠赤外線ヒータ１９に近い上
部側が薄い膜厚で、遠赤外線を多く吸収して温度が高く
なる（上方に向かうほど遠赤外線の放射密度が高くな
る）のに対し、遠赤外線ヒータ１９から遠い下部側は膜
厚であり、遠赤外線をあまり吸収せずに低温となる。す
なわち、水膜３４は、上部側の表面張力及び粘性Ｓ_１
が最も弱く、この上部側から下部側に向かうにつれて連
続的に変化して下部側の表面張力及び粘性Ｓ_７が最も
強くなる。つまり、水膜３４は、その下部側の表面張力
及び粘性Ｓ_７が最も強くなるので、ちぎれることなく
膜の状態を維持することができ、ウェーハ５の浮上に伴
い上部側が次第に薄くなり、遂には自然蒸発することと
なる。したがって、水膜３４がＡの部分で切れて水滴化
することがなく、水滴跡に異物集合体の生じることがな
く、ウォータマークの発生防止が容易に期待できる。

【００２７】また、基板ホルダ４がウェーハ５の上方部
を水面から浮上させた後、チャック機構２７がウェーハ
５の下方部を水面から浮上させるので、この連携動作に
より基板ホルダ４とウェーハ５の下部との接触部分を十
分に乾燥させることができる。また、基板ホルダ４とウ
ェーハ５の下部との間に微小なギャップ３５が存在して
も、このギャップ３５の存在に伴う純水３の残存や水滴
化を有効に防止することが可能になる。また、蒸気によ
る水滴ｄｗの発生という悪影響を有効に防止することが
できる。また、乾燥作業時に各噴射パイプ２２からウェ
ーハ５の表面に窒素ガスを噴射するので、純水３の蒸発
促進を期待することができるとともに、浮上の途中にウ
ェーハ５が傾斜して噴射パイプ２２や他のウェーハ５に
接触するのを防止することが可能となる。また、引き上
げ乾燥の境界部の温度、湿度の上昇した部分を窒素ガス
で覆うので、シリコンウェーハなどのウェーハ５に酸化
膜が生じるのを有効に防止することができる。

【００２８】また、５０℃〜６０℃の温純水３６ではな
く、常温前後の温度の純水３を使用するので、ウェーハ
５に熱の悪影響が生じず、浮上時に水膜３４に切断が生
じるのを有効に防止することが可能になる。また、各遠
赤外線ヒータ１９の上部に噴射パイプ２２を一体的に積
層設置するので、各遠赤外線ヒータ１９からウェーハ５
の乾燥した上方部に遠赤外線が作用するのを有効に防止
することができ、これを通じてウェーハ５の乾燥部分の
温度が必要以上に上昇したり、あるいはウェーハ５の乾
燥部分に対する蒸気の悪影響を防止することができる。
また、ウェーハ５の引き上げ面には表面張力及び粘性Ｓ
による連続的な勾配が生じて対流が発生するので、この
対流作用によりパーティクルの除去が期待できる。

【００２９】さらに、基板が深いみぞを備えたＬＣＤ基
板（図示せず）などの場合、パターンのみぞに純水３が
残存するが、純水３の水面と空気との界面付近に遠赤外
線ヒータ１９をセットしてその円筒形のセラミックス２
１から波長の長い遠赤外線を放射するので、みぞ内に溜
まった純水３に遠赤外線を直角、かつ直接に作用させる
ことが可能になる。

【００３０】なお、上記実施形態では基板としてウェー
ハ５やＬＣＤ基板を示したが、なんらこれらに限定され
るものではなく、他の精密基板、電気基板、又は電子基
板などでも良い。

【００３１】

【発明の効果】以上のように請求項１又は２記載の発明
によれば、温純水を使用しなくても、ウェーハなどの基
板を完全に乾燥させ、しかも、再度の汚染を防止するこ
とのできる基板の引き上げ乾燥装置を提供することがで
きるという効果がある。また、純水の除去を促進した
り、あるいは純水を除去することができるとともに、基
板に酸化膜などが生じるのを防止抑制することが可能に
なる。さらに、不活性ガスの吹きつけにより基板の姿勢
制御が可能となるので、基板が傾いて不活性ガス吹きつ
け管や他の基板に接触するのを防止できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板の引き上げ乾燥装置の実施の
形態を示す正面説明図である。

【図２】図１の側面図である。

【図３】本発明に係る移動脱出機構、ヒータ及び噴射パ
イプを示す正面説明図である。

【図４】乾燥作業時における遠赤外線ヒータ及び噴射パ
イプを示す側面説明図である。

【図５】水膜の表面張力及び粘性の強さ分布を模式的に
示す説明図である。

【図６】本発明に係る遠赤外線ヒータ及び噴射パイプの
詳細と遠赤外線の放射密度分布を模式的に示す説明図で
ある。

【図７】従来の基板の引き上げ乾燥装置を示す正面説明
図である。

【図８】図７の側面図である。

【図９】従来の基板の引き上げ乾燥装置における水膜の
表面張力及び粘性の強さ分布を模式的に示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１…純水タンク３…純水４…基板ホルダ５…ウェーハ（基板）６…上下機構１６…移動脱出機構１９…遠赤外線ヒータ２０…ヒータ２１…セラミックス（遠赤外線放射物質）２２…噴射パイプ（不活性ガス吹きつけ管）２３…噴射孔（放出孔）２４…チャッキング装置３４…水膜３５…ギャップ３６…温純水ｄｗ…水滴Ｓ…表面張力及び粘性Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４、Ｓ_５、Ｓ_６、Ｓ
_７…水膜の表面張力及び粘性の強さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−36668（ＪＰ，Ａ) 特開平４−199620（ＪＰ，Ａ) 特開平３−147325（ＪＰ，Ａ) 特開平１−120828（ＪＰ，Ａ) 特開平１−300525（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−121337（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−153340（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/304

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】純水タンク内に基板を搭載する基板ホル
ダを昇降可能に設け、上記純水タンクの純水と気相の境
界面近傍で多数の基板間に近接介在する遠赤外線ヒータ
と該遠赤外線ヒータの上部に遠赤外線の反射面を形成す
る形で不活性ガス吹きつけ管とを移動脱出機構を介して
配置し、上記遠赤外線ヒータと不活性ガス吹きつけ管の
上方には多数の基板を保持するチャッキング装置を昇降
可能に設けたことを特徴とする基板の引き上げ乾燥装
置。
【請求項２】不活性ガス吹きつけ管の周壁に放出孔を
設けた請求項１記載の基板の引き上げ乾燥装置。