JP3714514B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関し、より特定的には、半導体デバイス製造プロセス、液晶ディスプレイ製造プロセス、電子部品関連製造プロセス等において、シリコンウエハ、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）用基板、フォトマスク用ガラス基板、電子部品等の各種基板を所定の処理液に浸漬させて処理する基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、処理の対象となる基板を処理槽内に収納し、当該処理槽に各種薬液や純水などの所定の処理液を供給して循環させることにより、当該基板に対して所定の処理（洗浄処理、エッチング処理等）を施すような基板処理装置が知られている。
【０００３】
図５は、従来の基板処理装置の構成の一例を示す断面図である。以下、図５を参照して、従来の基板処理装置の構成について説明する。
【０００４】
図５において、処理槽１は、使用する薬液から生じるミストや揮発性のガスが外部に漏れるのを防ぐために、密閉性のあるチャンバ２内に収納されている。この処理槽１の内部には、複数枚の基板Ｗが互いに所定の間隔を開けて、かつ平行に配列されている。
【０００５】
次に、処理槽１の構成を説明する。処理槽１の外壁は、外板１０１により規定され、ほぼ直方体の外形を有している。なお、処理槽１の上部は開口しており、その底部は中央部が下方に突出した船底形状に形成されている。この船底形状の稜線１０２は、基板Ｗの配列方向に沿って延びている。外板１０１の上部外周には、その周囲を取り囲むように、受け板１０３が設けられている。この受け板１０３は、外板１０１の上部周縁と協働して、処理槽１から溢れ出た処理液（純水又は薬液）を受けるためのオーバーフロー溝１０４を形成する。このオーバーフロー溝１０４にはオーバーフロー排液管１０５の一端が接続されている。オーバーフロー排液管１０５の他端は、チャンバ２を貫通して外部へと導かれている。すなわち、オーバーフロー溝１０４に溢れ出た処理液は、このオーバーフロー排液管１０５を介してチャンバ２の外部へと排出される。
【０００６】
処理槽１の前端近傍であってその下部には、アップフロー管１０６が設けられる。このアップフロー管１０６の一端は、チャンバ２を貫通して外部へと導かれ、純水および薬液の供給源に接続されている。アップフロー管１０６の他端は、処理槽１の前端部で左右に分岐し、処理槽１の左右両側部に設けられた注入管１０８と接続されている。左右の注入管１０８は、それぞれ基板Ｗの配列方向に沿って延びており、処理槽１の底部と左右側部との間を連結している。注入管１０８の外周には、図示しない複数のスリットが所定の間隔毎に形成されている。各スリットは、処理槽内の基板Ｗの方向に向いて開口している。また、各スリットは、それぞれが各基板Ｗの間に位置するように配置されている。なお、左右の注入管１０８は、処理槽１の後端近傍において、終端されている。
【０００７】
外板１０１の左右側部であって、注入管１０８の斜め上方には、槽内排液管１０９が設けられる。この槽内排液管１０９の一端は、外板１０１の左右側部に開けられた孔１１０と接続されている。また、左右の槽内排液管１０９の他端は、チャンバ２を貫通して外部へと導かれている。これによって、処理槽内の液体が槽内排液管１０９を介して外部へと排出される。
【０００８】
処理槽１の内部には、左右１対の基板支持部１１１が固定的に設けられる。これら基板支持部１１１の両端は、外板１０１の内壁の前端側面部分及び後端側面部分に固着されている。各基板支持部１１１には、所定間隔で複数の溝が形成されており、この溝にリフタ４１によって基板Ｗが差し込まれることにより、処理槽１内で基板Ｗが位置決めされて支持される。
【０００９】
上記のような構成を有する基板処理装置において、左右の注入管１０８から処理槽１内に流入した処理液（純水または薬液）が互いにぶつかり合うことで、処理槽１内で処理液の上昇流が生じる。基板Ｗをこの上昇流の中に置くことによって、処理液による処理効率が著しく高くなる。ここで、注入管１０８の直上部では、処理液のぶつかり合いが無いので、そこには上昇流が生じない。従って、注入管１０８は、その中心位置が基板Ｗの左右の最外周位置からさらに外側にずれた位置となるように配置されている。これによって、基板Ｗの全領域が処理液の上昇流の中に置かれることになる。また、図５では図示していないが、処理槽１の外底部近傍には、処理液を振動させて処理効率をさらに上げるために、超音波発生源が設けられる場合がある。このような場合、注入管１０８が超音波発生源と基板Ｗとの間に存在すると、注入管１０８が超音波の伝搬を妨げることになる。この意味においても、注入管１０８は、その中心位置が基板Ｗの左右の最外周位置からさらに外側にずれた位置となるように配置されことが好ましい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、注入管１０８の取付位置には、処理効率の面からの規制があるため、それに伴って、処理槽１の左右方向の幅も必然的に広くなっていた。このことは、処理槽１の内部体積が大きくなることを意味し、使用する処理液の量が不必要に増大するという問題点を招いていた。
【００１１】
それ故に、本発明の目的は、使用する処理液の量を従来よりも大幅に低減し得るような基板処理装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明は、上記のような目的を達成するために、以下に示すような特徴を有している。
【００１３】
第１の発明は、基板を所定の処理液に浸漬させて処理する基板処理装置であって、
処理液を貯留するとともに、その上部に貯留された処理液が溢れ出すための開口を有する処理槽と、
処理槽に貯留された処理液中で、その主面がほぼ鉛直方向に沿うように複数枚の基板を所定の間隔を開けて支持する基板支持手段と、
処理槽内の底部付近であり、かつ、基板支持手段により支持された基板の主面の左右方向における両側に配置されるとともに、基板支持手段により支持された処理液中の基板に向けて処理液を供給する処理液供給手段とを備え、
基板の主面の左右方向に沿った処理槽の断面形状は、前記処理液供給手段が配置された底部付近で前記左右方向に広く上部付近で前記左右方向に狭い段差構造を有していることを特徴とする。
【００１４】
上記のように、第１の発明によれば、処理槽の断面形状が、底部付近で広く上部付近で狭い段差構造を有しているため、処理槽の内容積を必要最小限に抑えることができ、結果として、使用する処理液の量が少なくなり経済的である。また、処理液供給手段を設置するための配管スペースを、処理槽内の底部付近の端部に取ることにより、当該配管スペースを基板の直下から外側にずれた位置に確保できるため、基板全体を処理液の上昇流中に置くことができて、処理効率を向上できる。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
処理液供給手段に処理液を吐出するための吐出口が形成されるとともに、当該吐出口が基板支持手段によって支持された基板の水平方向における端部よりも外側に位置するように、処理液供給手段が配置されていることを特徴とする。
【００１６】
上記のように、第２の発明によれば、処理液供給手段に形成された吐出口が基板支持手段によって支持された基板の水平方向における端部よりも外側に位置しているので、基板の端部付近においても確実に処理液の上昇流を形成することができて、基板全体を均一に処理することができる。
【００１７】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明に従属する発明であって、
処理槽の下方に設けられ、基板支持手段に支持された処理液中の基板に下方から超音波振動を付与するための超音波発生器をさらに備えている。
【００１８】
上記のように、第３の発明によれば、処理槽の下方に超音波発生器を設けたとしても、前述のように、処理液供給手段を設置するための配管スペースを基板の直下から外側にずれた位置に確保できるため、当該薬液供給機構が超音波の伝搬経路を遮ることがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置を水平面に沿って切断した状態を示す断面図である。図２は、同基板処理装置を図１のＡ−Ａに沿って切断した状態を示す横断面図である。図３は、同基板処理装置を図１のＢ−Ｂに沿って切断した状態を示す横断面図である。図４は、同基板処理装置の処理槽を模式的に示す斜視図である。以下、これら図１〜図４を参照して、本実施形態の基板処理装置の構成について説明する。
【００２０】
処理槽５は、使用する薬液から生じるミストや揮発性のガスが外部に漏れるのを防ぐために、密閉性のあるチャンバ６内に取付部材６０２によって固定されている。この処理槽５の内部には、基板支持部材８によってその主面がほぼ鉛直方向に沿うように支持された複数枚の基板Ｗが互いに所定の間隔を開けて、かつ平行に配列されている。なお、チャンバ６の上部には、開閉自在な蓋６０１が設けられている。
【００２１】
処理槽５の上部には開口９が形成され、その底部は中央部が下方に突出した船底形状に形成されている。この船底形状の稜線５００は、基板Ｗの配列方向（図２の紙面上では紙面を貫く方向）に沿って延びている。
【００２２】
処理槽５は、内壁５０１と、この内壁５０１を取り囲むように設けられた外壁５０２とを備えた２重構造となっている。なお、内壁５０１と外壁５０２との当接部は、そこから薬液が漏れ出ることがないように、溶着等によってしっかりと接合されている。基板Ｗは、内壁５０１で囲まれる空間すなわち処理室５０３内に収納される。外壁５０２は、内壁５０１と協働して、処理槽５から溢れ出た処理液（純水または薬液）を受け止めるための空間すなわち受け部５０４を形成する。処理槽５の前端の近傍であって、受け部５０４の最下部には、孔が開けられ、この孔には外槽排液管５０５の一端が接続されている。外槽排液管５０５の他端は、チャンバ６を貫通して外部へと導かれている。すなわち、受け部５０４に溢れ出た処理液は、この外槽排液管５０５を介してチャンバ６の外部へと排出される。
【００２３】
処理槽５の前端近傍であってその下部には、アップフロー管５０６が設けられる。このアップフロー管５０６の一端は、チャンバ６を貫通して外部へと導かれ、図示しない純水および薬液の供給源に接続されている。アップフロー管５０６の他端は、処理槽５の外壁５０２を貫通した後、内壁５０１の前端近傍で左右に分岐し、処理室５０３内の左右端部近傍に設けられた注入管５０７ａおよび５０７ｂと接続されている。左右の注入管５０７ａおよび５０７ｂは、それぞれ基板Ｗの配列方向に沿って延びており、内壁５０１を貫通した後、終端されている。注入管５０７ａおよび５０７ｂの外周には、その軸方向に沿って複数のスリット状の吐出口５０９が所定間隔毎に形成されている。各吐出口５０９は、処理室内の斜め下方向に向いて開口している。また、各吐出口５０９は、それぞれが各基板Ｗの間に位置するように配置されている。
【００２４】
処理槽５の前端近傍であってその下部には、槽内排液管５０８が設けられる。この槽内排液管５０８の一端は、内壁５０１の下部に開けられた孔と接続されている。また、槽内排液管５０８の他端は、チャンバ６を貫通して外部へと導かれている。これによって、処理室５０３内の処理液が槽内排液管５０８を介して外部へと排出される。
【００２５】
また、チャンバ６内であって、処理槽５の下方には、超音波発生器７が設けられる。この超音波発生器７は、超音波を生成し、処理槽５の下方に貯留された伝播水２０を介して処理槽５の底部に対して照射する。処理槽５の底部に対して照射された超音波は、処理室５０３内の処理液を介して処理室５０３内の基板Ｗに照射され、その結果、基板Ｗに超音波振動が付与されて処理液による処理効率が向上する。
【００２６】
上記の伝播水２０は、処理槽５と超音波発生器７との間の伝播水貯留部２２に貯留されている。また、処理槽５の底部には、取付部材２３によって上記の伝播水貯留部２２に伝播水を供給するための伝播水供給管２１が取り付けられている。
【００２７】
また、受け部５０４に流入する処理液が外壁５０２から溢れ出すことを防止するために、外壁５０２の上部には、受け部５０４と連通するオーバーフロー排液管５１０が設けられている。なお、図１においては、オーバフロー排液管５１０の図示を省略している。
【００２８】
さらに、図中で符号Ｆを付した矢印は、処理室５０３内における上昇流などの処理液の流れを示している。チャンバ６内には、これ以外にも種々の部材（例えば、基板Ｗを昇降させるためのリフタ）が設けられるが、図面の煩雑化を考慮して図示されていない。
【００２９】
ここで、本実施形態にとって重要なことは、処理槽５の処理室５０３の形状を、従来の処理槽とは異なる新規な形状にしたことである。すなわち、処理室５０３において、上部における左右方向の幅ｄ１は、下部における左右方向の幅ｄ２よりも狭くなっている。ここで、幅ｄ１は、基板Ｗの直径よりもやや広い長さに選ばれ、幅ｄ２は、基板Ｗの直径よりも十分に広い長さに選ばれる。
【００３０】
今、処理室５０３において、幅ｄ１の部分を第１部分、幅ｄ２の部分を第２部分と呼ぶこととすると、注入管５０７ａおよび５０７ｂは、いずれも処理室５０３の第２部分に配置され、しかもそれぞれが処理室５０３の左右端の近傍に配置されているから、それぞれの中心位置は、基板Ｗの左右の最外周位置からさらに外側にずれた状態になっており、各吐出口５０９は、基板Ｗの水平方向における端部Ｐよりも外側にそれぞれ位置している。そのため、左右の注入管５０７ａおよび５０７ｂから各吐出口５０９を介して吐出された液流のぶつかり合いによって生じる上昇流Ｆは、基板Ｗの全領域を覆うことになる。また、注入管５０７ａおよび５０７ｂは、超音波発生器７から基板Ｗに向かう超音波の伝搬経路から外れた位置に配置されているので、当該超音波は、注入管５０７ａおよび５０７ｂによって邪魔されることなく基板Ｗに照射される。その結果、超音波による基板の処理効率の上昇効果を阻害することがない。さらに、処理室５０３の第１部分の幅を基板Ｗよりもやや広いｄ１と狭くすることによって、処理室５０３の容積を小さくすることができる。これによって、基板の処理に使用する処理液の量を従来よりも低減することができ、経済的である。また、廃液が少なくなるので、環境に優しい。
【００３１】
次に、上記のような構成を有する基板処理装置の一使用例を以下に簡単に説明する。
まず、チャンバ６の外部の純水供給源からアップフロー管５０６に純水が供給される。アップフロー管５０６は、供給された純水を、注入管５０７ａおよび５０７ｂへと導く。注入管５０７ａおよび５０７ｂ内へと導かれた純水は、これら注入管５０７ａおよび５０７ｂに形成された各吐出口５０９から処理室５０３内へと噴出し、処理室５０３内に貯留されていく。やがて、純水は、処理室５０３の上部から開口９を介して溢れ出し、受け部５０４内に流れ込み、そして、外槽排液管５０５を介してチャンバ６の外部へと排出される。したがって、処理室５０３内に予め存在する不要物は、純水と共にチャンバ６の外部に排出される。これによって、処理室５０３内は、以下に説明する基板処理の直前に清浄にされる。一定時間経過後、純水の供給は、処理室５０３内を清浄な状態に保つことができる必要最小限の流量に絞られる。こうして、基板処理の準備工程は終了する。
【００３２】
次に、チャンバ６内には微量の窒素ガスその他の不活性ガスが導入されており、これによって、当該チャンバ６内がパージされる。また、純水の供給は、上述した必要最小限な流量から、処理に必要な流量に変更される。このような状況で、他工程の終了した基板Ｗが、基板処理装置の上部まで搬送される。このとき、チャンバ６の蓋６０１は開いており、基板Ｗは図示しないリフタによってチャンバ６の上部まで持ち上げられている。次に、リフタによって基板Ｗが処理室５０３内に下降し、基板支持部材８に受け渡され、純水中に浸漬される。その後、チャンバ６に蓋６０１が自動的に被せられる。このとき、図示しないＯリング等の作用によって、チャンバ６が密閉される。
【００３３】
次に、薬液処理工程について説明する。この薬液処理工程の間中、チャンバ６内には所定量の窒素ガスが導入されており、これによって、当該チャンバ６内がパージされる。このような状況下で、外部の薬液供給源（図示せず）からアップフロー管５０６に流れている純水に薬液（例えば、エッチング液）が供給される。アップフロー管５０６は、供給された薬液を、注入管５０７ａおよび５０７ｂへと導く。注入管５０７ａおよび５０７ｂ内へと導かれた薬液は、注入管５０７ａおよび５０７ｂに形成された各吐出口５０９を介して処理室５０３内に噴出する。アップフロー管５０６には、外部の薬液供給源から一定時間継続的に薬液が供給されるため、処理室５０３内における薬液の濃度は、徐々に高くなり、やがて一定濃度となる。その間、処理室５０３から開口９を介して溢れ出した薬液は、受け部５０４内に流れ込み、外槽排液管５０５を介してチャンバ６の外部へと排出される。これによって、基板Ｗは、常に新しい薬液に浸漬されることになる。そして、薬液供給源は、薬液処理工程の開始から一定時間経過すると、薬液の供給を停止し、薬液処理工程（例えば、エッチング処理）が終了する。
【００３４】
次に、洗浄工程について説明する。洗浄工程では、チャンバ６の外部の純水供給源からアップフロー管５０６に純水が供給される。アップフロー管５０６は、供給された純水を、注入管５０７ａおよび５０７ｂへと導く。注入管５０７ａおよび５０７ｂ内に流入した純水は、そこに形成された各吐出口５０９から処理室５０３内へと噴出する。ここで、各吐出口５０９は、処理槽内で配列された各基板Ｗの間に位置するように配置されているため、各吐出口５０９から噴出した純水は、各基板Ｗの間へと流れ込み、各基板Ｗの表面がまんべんなく洗浄される。また、純水の供給により処理室５０３の上部から開口９を介して溢れ出した液体は、受け部５０４内に流れ込み、外槽排液管５０５を介してチャンバ６の外部へと排出される。このとき、処理室５０３内で各基板Ｗを浸漬していた薬液は、純水中に滞留せず、オーバーフロー水と共に外部へと排出される。アップフロー管５０６には、外部の純水供給源から継続的に純水が供給されるため、徐々に処理槽内の薬液の濃度が薄まり、やがて処理室５０３内は純水のみに置換される。そして、処理室５０３内の液体の比抵抗値が所定値（好ましくは純水の比抵抗値）になったことを比抵抗計（図示せず）が検出すると、純水の供給が停止され、洗浄工程が終了する。なお、本実施形態では、基板を洗浄するために純水が用いられているが、これに限られず、基板を洗浄できる性質を有していれば他の洗浄液（例えば、ふっ酸添加純水）を用いても良い。
【００３５】
次に、排液／乾燥工程について説明する。上記洗浄工程終了後には、処理室５０３には純水が十分に貯留されている。そのため、排水／乾燥工程では、まず最初に、この純水の液面を微小量低下させるため、槽内排液管５０８から純水が微小量排出される。これは、ＩＰＡ蒸気供給により純水の液面上で凝縮するＩＰＡが、処理槽５の外部へと流出することを防止するためである。上述したような純水の液面を微小量低下させた後、図示しない外部のＩＰＡ供給源から処理室５０３の内部にＩＰＡ蒸気が供給される。供給されたＩＰＡ蒸気は、処理室５０３の内部に貯留されている純水の液面に向けて噴射される。その結果、ＩＰＡ蒸気は、処理室５０３内の純水液面上で凝縮する。
【００３６】
一定時間経過後（すなわち、凝縮したＩＰＡ層が一定の厚さになった後）、処理室５０３内の純水が、槽内排液管５０８から排出される。この排出の間中、処理室５０３には、ＩＰＡ蒸気が供給され続けている。そのため、純水の液面が降下するにつれて、当該各基板Ｗには純水液面上で凝縮したＩＰＡが付着することとなる。その結果、各基板Ｗの表面上に付着している液滴は、凝縮したＩＰＡに置換される。これによって、各基板Ｗの表面に液滴を残すことなく、当該各基板Ｗは十分に乾燥する。そして、純水液面レベルが十分に低下すると、ＩＰＡ蒸気の供給が停止される。なお、本実施形態では、基板を乾燥させるためにＩＰＡが用いられているが、これに限られず、水溶性でかつ基板上に残る水滴の表面張力を低下させる性質を有していれば、ＩＰＡ蒸気に代えて他の有機溶剤の蒸気を用いても良い。
【００３７】
ＩＰＡ蒸気の供給停止後、チャンバ６内は所定量の窒素ガスによりパージされる。同時に、チャンバ６内は減圧される。その結果、ＩＰＡの沸点が低下するので、チャンバ６内に残留するＩＰＡは容易に蒸発し、各基板Ｗの表面は短時間で乾燥する。一定時間経過後（チャンバ６内の不必要なＩＰＡを減圧によって乾燥させた後）、減圧が終了する。この減圧終了後、再度窒素ガスによるパージを実行して、チャンバ６の内部を大気圧まで戻す。こうして、排液／乾燥工程が終了する。
【００３８】
なお、以上説明した基板処理装置の動作は一例にすぎず、基板を処理液に浸して何らかの処理を行うものであれば、他の使用態様も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置を水平面に沿って切断した状態を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る基板処理装置を図１のＡ−Ａに沿って切断した状態を示す横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る基板処理装置を図１のＢ−Ｂに沿って切断した状態を示す横断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の処理槽を模式的に示す斜視図である。
【図５】従来の基板処理装置の構成の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
５…処理槽
５０１…内壁
５０２…外壁
５０３…処理室
５０４…受け部
５０５…外槽排液管
５０６…アップフロー管
５０７ａ，５０７ｂ…注入管
５０８…槽内排液管
５０９…吐出口
６…チャンバ
６０１…蓋
８…基板支持部材
９…開口
Ｗ…基板
Ｆ…処理液の流れ

Claims (3)

1. 基板を所定の処理液に浸漬させて処理する基板処理装置であって、
   処理液を貯留するとともに、その上部に貯留された処理液が溢れ出すための開口を有する処理槽と、
   処理槽に貯留された処理液中で、その主面がほぼ鉛直方向に沿うように複数枚の基板を所定の間隔を開けて支持する基板支持手段と、
   処理槽内の底部付近であり、かつ、基板支持手段により支持された基板の主面の左右方向における両側に配置されるとともに、基板支持手段により支持された処理液中の基板に向けて処理液を供給する処理液供給手段とを備え、
   基板の主面の左右方向に沿った処理槽の断面形状は、前記処理液供給手段が配置された底部付近で前記左右方向に広く上部付近で前記左右方向に狭い段差構造を有していることを特徴とする、基板処理装置。
2. 前記処理液供給手段に処理液を吐出するための吐出口が形成されるとともに、当該吐出口が基板支持手段によって支持された基板の水平方向における端部よりも外側に位置するように、処理液供給手段が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記処理槽の下方に設けられ、基板支持手段に支持された処理液中の基板に下方から超音波振動を付与するための超音波発生器をさらに備えた、請求項１または２に記載の基板処理装置。

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