JP5425666B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ、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及び特許文献２参照）。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槽内の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蒸気の雰囲気にした後、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ている。

チャンバから排気されたイソプロピルアルコールや排出された純水は、排気管及び排液管を介して一旦気液分離装置に収納される。気液分離装置は、収納された気体や液体を分離して、気液分離装置から気体と液体とを個別に排出している。

特開２００９−４６９４号公報 特開２００８−２８３２３号公報

近時、半導体デバイスの製造工程におけるプロセスの微細化に伴って、チャンバ内に供給される蒸気におけるイソプロピルアルコールの濃度が高められている場合がある。このような場合には、排気ポンプによりチャンバから排気される気体に含まれるイソプロピルアルコールの濃度が高くなってしまうので、ユーザー側の排気設備に負荷がかかるという問題がある。

そこで、このような構成を有している従来の装置では、気液分離装置から排出される気体の中のイソプロピルアルコールの濃度を低くするために、気液分離装置内でシャワー状の純水を供給してシャワーの液滴にイソプロピルアルコールを溶かし込むということが行われている。しかしながら、シャワーの純水の粒径やイソプロピルアルコールと純水との接触面積に左右されることになり、イソプロピルアルコールを液滴に完全に溶かし込むことができず、気液分離装置から排出される気体にイソプロピルアルコールがある程度の濃度で含まれてしまうのが現状である。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであって、気液分離装置から排出される気体中の溶剤濃度を低減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。

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、前記処理槽内において基板を保持する保持手段と、前記処理槽の周囲を囲うチャンバと、前記チャンバ内に溶剤蒸気を供給する溶剤蒸気供給手段と、前記チャンバ内に一端側が接続され、前記チャンバ内から気体を排気する排気管と、前記チャンバ内に一端側が接続され、前記チャンバ内から処理液を排出する排液管と、前記排気管の他端側が接続され、前記排気管を介してチャンバから排気された気体を取り込むとともに、前記排液管の他端側が接続され、前記排液管を介して前記チャンバから排出された処理液を取り込み、気体と液体とを分離する気液分離手段と、前記気液分離手段に一端が接続され、前記気液分離手段から処理液を排出する第１排出部と、前記気液分離手段に一端が接続され、前記気液分離手段から気体を排出する第２排出部とを備え、前記気液分離手段は、内部に配置された金網と、金網に水を供給する供給手段とを備えるとともに、前記排気管、前記排液管、及び前記第１排出部は前記金網よりも下方の位置で前記気液分離手段に接続され、前記第２排出部は前記金網より上方の位置で前記気液分離手段に接続されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置において、前記金網が、記排気管、前記排液管、及び前記第１排出部側の第１金網と、前記第２排出部側の第２金網とを有し、前記供給手段が、前記第１金網と前記第２金網との間に設けられ、かつ前記第１の金網に水を供給することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の基板処理装置において、前記供給手段が、前記金網全体に水を供給するように可動自在であることを特徴とする。

本発明に係る基板処理装置によれば、気液分離手段に備えられた供給手段が、気液分離手段の内部に配置された金網に水を供給しているので、金網に付着した純水の液滴の表面積を利用できる結果、溶剤蒸気を純水の液滴に、より溶解させることができる。その結果、気液分離手段から排出される気体中の溶剤濃度を低減できる。

本発明に係る基板処理装置の概略構成を示す図である。 気液分離部の側面図である。 処理毎の各部の処理動作を示す図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る基板処理装置の概略構成を示す図である。

本発明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を収容可能である。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、処理液を処理槽１内へ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（ＨＦ）や、硫酸・過酸化水素水（Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２）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である。

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、一対の溶剤ノズル３３と、一対の不活性ガスノズル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。この供給管３５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。

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、チャンバ２７内のイソプロピルアルコールを含む気体を排出可能な真空ポンプ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。

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、かつチャンバ２７の底部に貯留された処理液を排出する排液管６３の一端が取り付けられている。この排液管６３には排液弁６５が取り付けられている。

また、チャンバ２７を排気するための排気管６９の一端が、チャンバ２７に接続されている。排気管６９の他端が、気液分離部６１に連通接続され、この排気管６９には、上流側から順に排気弁７１及び上述した真空ポンプ５１が取り付けられている。気液分離部６１は、真空ポンプ５１及び排液管６３から気体と液体を取り込むとともに、それらを分離して気体と液体とを個別に排出する。

気液分離部６１の側部には、気液分離部６１内で気液分離された液体（純水）を排出する第１排出部７３が接続されている。また、気液分離部６１の側部で、第１排出部７３が接続されている位置より上方の位置には、気液分離部６１内で気液分離された気体を排出する第２排出部７５が接続されている。

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、真空ポンプ５１、呼吸弁５３、ＱＤＲ弁５９、排液弁６５、排気弁７１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、気液分離部について説明する。なお、図２は、気液分離部の側面図である。

気液分離部６１の内部には、下側に第１金網７７が上側に第２金網７９がそれぞれ設けられている。気液分離部６１における第１金網７７の下側の位置に、排液管６３の他端側、排気管６９の他端側、及び第１排出部７３の一端側がそれぞれ接続されている。また、気液分離部６１における第２金網７９の上側の位置に、第２排出部７５の一端側が接続されている。

気液分離部６１の内部において、第１金網７７と第２金網７９との間には、純水を第１金網７７に供給するノズル８１が設けられている。このノズル８１は、図示しない駆動機構により、１つの視点を軸に上下方向に移動可能である。このノズル８１から純水を供給した状態で、ノズル８１を上下に移動させると、第１金網７７の表面全体に純水が供給されることになる。なお、第１金網７７及び第２金網７９は、ステンレス線、銅、モネルメタル等の線材で製作されていればよい。

次に、図３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３は、処理毎に各部の動作状況を示す図である。

この図３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、排液管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５３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、真空ポンプ５１を作動させて、チャンバ２７内のイソプロピルアルコールの蒸気を含む気体をチャンバ２７から排出してチャンバ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、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。

なお、チャンバ２７から排気管６９を介して排気されたイソプロピルアルコールの蒸気を含む気体は気液分離部６１の底部に一旦回収される。また、チャンバ２７の底部から排液管６３を介して排出された純水も気液分離部６１の底部に一旦回収される。気液分離部６１内の底部において、イソプロピルアルコールが純水に溶け込んで第１排出部７３を介して気液分離部６１から排出される。

ここで、純水に溶け込まないイソプロピルアルコールの蒸気は、第１排出部７３を介して排出されない一方、第２排出部７５が負圧になっているので、このイソプロピルアルコールは、気液分離部６１内において第２排出部７５側へ、すなわち下方位置から上方位置へ流れようとする。しかしながら、ノズル８１から第１金網７７の表面に純水（約２３℃）が供給されているので、第１金網７７に付着した純水の液滴の表面積を利用できる結果、蒸気になっているイソプロピルアルコールの蒸気を純水の液滴に、より溶解させることができる。純水に溶け込んだイソプロピルアルコールは、第１排出部７３から純水とともに排出されることになる。

また、第２金網７９により、水溶液となったイソプロピルアルコールが第２排出部７５側へ流れることを抑制することができる。

以上、第１金網７７に付着した純水の液滴及び第２金網７９の作用により、第２排出部７５から排出されるガスに含まれるイソプロピルアルコールの濃度を低減できる。

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。

Ｗ 基板
１ 処理槽
２７ チャンバ
３１ リフタ
３３ 溶剤ノズル
３７ 蒸気発生部
３８ 蒸気弁
４０ インラインヒータ
４４ 真空ポンプ
５１ 真空ポンプ
６１ 気液分離部
６３ 排液管
６７ 制御部
６９ 排気管
７３ 第１排出部
７５ 第２排出部
７７ 第１金網
７９ 第２金網
８１ ノズル

Claims (3)

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、
   前記処理槽内において基板を保持する保持手段と、
   前記処理槽の周囲を囲うチャンバと、
   前記チャンバ内に溶剤蒸気を供給する溶剤蒸気供給手段と、
   前記チャンバ内に一端側が接続され、前記チャンバ内から気体を排気する排気管と、
   前記チャンバ内に一端側が接続され、前記チャンバ内から処理液を排出する排液管と、
   前記排気管の他端側が接続され、前記排気管を介して前記チャンバから排気された気体を取り込むとともに、前記排液管の他端側が接続され、前記排液管を介して前記チャンバから排出された処理液を取り込み、気体と液体とを分離する気液分離手段と、
   前記気液分離手段に一端が接続され、前記気液分離手段から処理液を排出する第１排出部と、
   前記気液分離手段に一端が接続され、前記気液分離手段から気体を排出する第２排出部とを備え、
   前記気液分離手段は、内部に配置された金網と、金網に水を供給する供給手段とを備えるとともに、
   前記排気管、前記排液管、及び前記第１排出部は前記金網よりも下方の位置で前記気液分離手段に接続され、前記第２排出部は前記金網より上方の位置で前記気液分離手段に接続され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、
   前記金網は、前記排気管、前記排液管、及び前記第１排出部側の第１金網と、前記第２排出部側の第２金網とを有し、
   前記供給手段は、前記第１金網と前記第２金網との間に設けられ、かつ前記第１の金網に水を供給することを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の基板処理装置において、
   前記供給手段は、前記金網全体に水を供給するように可動自在であることを特徴とする基板処理装置。

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