JP6312615B2 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、チャンバーの内部で基板を処理する基板処理装置及び基板処理方法に関するものである。

従来、半導体部品やフラットパネルディスプレイなどを製造する場合には、半導体ウエハや液晶基板などの基板に対して洗浄処理や乾燥処理などの各種の処理を施すために基板処理装置を用いる。

この基板処理装置では、基板を良好に処理するために、チャンバーの内部の空気を清浄な状態で保持することが求められる。そのため、チャンバーには、天井部に給気装置が接続されるとともに、底部に排気装置が接続される。そして、基板処理時等には、清浄された空気が給気装置からチャンバーの内部に供給され、排気装置によってチャンバーの外部に排出される。これにより、チャンバーの内部では、清浄な空気が上方から下方に向けて垂直状に流れる。

このように、従来の基板処理装置では、清浄な空気を上方から下方に向けて垂直状に流すことによって、チャンバーの内部の空気を清浄な状態に保持している。

特開２０１３−２５４９０４号公報

ところが、上記従来の基板処理装置においては、チャンバーの構造上、チャンバーの中央側では空気が上方から下方に向けて垂直状に流れるものの、チャンバーの周辺側（特に、四隅）では空気が滞留する。

基板処理装置では、各種の洗浄薬液や乾燥ガスなどの薬剤が用いられるために、チャンバーの内部で滞留が生じると、チャンバーの内部に薬剤等が残留したり、チャンバーの内部が高湿度な状態となる。そして、チャンバーの内部に残留した薬剤等がその後に処理する基板に再付着するおそれがある。また、チャンバーの内部の空気が高湿度状態となっていると基板を良好に乾燥させることができなくなるおそれがある。

このように、従来の基板処理装置では、チャンバーの内部で生じる滞留に起因して、基板を良好に処理できないおそれがある。

そこで、本発明では、基板処理装置において、基板を囲むチャンバーと、前記チャンバーの内部に上方から下方へ向けて流れる気流を形成する給気部と、前記チャンバーから前記気流を排出する排気口と、前記チャンバーの内側に設けられ、上方から下方へ向けて傾斜させた整流体と、前記整流体に洗浄液を供給する洗浄液供給部とを有することにした。

また、前記整流体を前記基板の外周端縁よりも外方に設けることにした。

また、前記整流体を樋状に形成することにした。

また、前記整流体を螺旋状に形成することにした。

また、前記チャンバーを円筒状に形成することにした。

また、前記排気口は、前記基板の上方において垂直状に流れる気流を排出する第１排気口と、前記整流体に沿って基板の外方を上方から下方に向けて傾斜状に流れる気流を排出する第２排気口とを有することにした。

また、前記給気部は、前記基板の上方において垂直状に流れる気流を形成する第１給気部と、前記整流体に沿って基板の外方を上方から下方に向けて傾斜状に流れる気流を形成する第２給気部とを有することにした。

また、前記基板の外周外方に配置したカップを前記チャンバーの内部に有することにした。

また、本発明では、基板処理方法において、基板を囲むチャンバーの内部に上方から下方へ向けて流れる気流を形成するとともに、前記チャンバーの内側に上方から下方へ向けて傾斜状に形成した整流体に沿って流れる気流を形成して基板を処理し、基板の処理前又は処理後に前記整流体を洗浄液で洗浄することにした。

本発明では、チャンバーの内部で空気が滞留するのを抑制することができ、基板を良好に処理することができる。

基板処理システムを示す平面図。 基板処理装置を示す側面断面図。 整流体を示す斜視図。 気流を示す斜視図。 他の整流体を示す斜視図。 処理液供給前後の基板の温度分布の変化を示す模式図。

以下に、本発明に係る基板処理装置及びこの基板処理装置で用いる基板処理方法の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、基板処理装置１は、基板処理システム２に設けられる。基板処理システム２は、搬入出部３、搬送部４、処理部５を有する。基板処理システム２の各部は、制御部６で制御される。

搬入出部３は、上部に基板搬入出台７を形成する。基板搬入出台７には、複数個（ここでは、４個）のキャリア８が左右に並べて載置される。各キャリア８には、複数枚（たとえば、25枚）の基板９が収容される。

搬送部４は、前側に基板搬送装置10を配置し、後側に基板受渡台11を配置する。搬送部４では、基板搬送装置10によってキャリア８と基板受渡台11との間で基板９が搬送される。

処理部５は、中央部（基板受渡台11の後方）に第１基板搬送装置12を配置する。この第１基板搬送装置12を挟んで左右両側に基板９を洗浄する基板洗浄装置（基板処理装置１）を前後に並べて配置する。第１基板搬送装置12の一方側には、基板９を加熱するための基板加熱装置13と基板９を乾燥するための基板乾燥装置14が配置され、第１基板搬送装置12の他方側には、２台の基板乾燥装置14が配置される。また、第１基板搬送装置12の後側には、基板９を冷却するための基板冷却装置15が配置される。基板処理装置１と基板加熱装置13や基板乾燥装置14との間には、第２基板搬送装置16が配置される。さらに、基板処理装置１よりも外側には、第３基板搬送装置17が配置される。処理部５では、主に第１基板搬送装置12によって基板受渡台11と各装置（基板処理装置１、基板加熱装置13、基板乾燥装置14、基板冷却装置15）との間で基板９が搬送され、主に第２基板搬送装置16によって基板処理装置１と基板加熱装置13又は基板乾燥装置14との間で基板９が搬送され、主に第３基板搬送装置17によって各装置（基板処理装置１、基板加熱装置13、基板乾燥装置14）間で基板９が搬送される。

基板処理装置１は、図２に示すように、基板９を洗浄処理する基板処理部18をチャンバー19の内部に配置する。

基板処理部18は、基板９を保持して回転させるための基板回転保持部20と、基板９に洗浄用の処理液を供給するための処理液供給部21と、基板９に供給された処理液を回収する処理液回収部22とを有する。

基板回転保持部20は、中央部に上下に伸延させた回転軸23を配置する。回転軸23の上部には、円板状の回転台24が取付けられる。回転台24の外周端縁上部に基板保持体25が円周方向に間隔をあけて取付けられる。この基板保持体25で基板９を下方から保持する。また、回転軸23には、回転機構26及び昇降機構27が接続される。

処理液供給部21は、回転台24に保持された基板９の上方にノズル28を配置する。ノズル28には、処理液を供給するための供給機構29が接続される。この供給機構29によってノズル28から処理液を基板９の上面に向けて吐出する。また、ノズル28には、ノズル28を水平に移動させるための移動機構30が接続される。この移動機構30によってノズル28を基板９の中央上部の開始位置と基板９の外周外方上部の待機位置との間で移動させる。

処理液回収部22は、回転台24に保持された基板９の外周外方に円筒状のカップ31を配置する。カップ31の上部には、基板９を搬入・搬出させるための開口が形成される。また、カップ31の内部には、円筒状の仕切壁32を形成する。さらに、カップ31の下部には、仕切壁32よりも外側からチャンバー19の外部へ処理液等の液体を排出する排液口33と仕切壁32よりも内側からチャンバー19の外部へ空気等の気体を排出する第１排気口34とが設けられる。

チャンバー19は、円板状の天井壁35及び底壁36と円筒状の側壁37とから中空円筒形状となっている。側壁37には、基板９を搬入・搬出させるための開閉扉38が設けられる。

このチャンバー19には、図２〜図４に示すように、側壁37の内側面に整流体39が設けられている。整流体39は、チャンバー19の左側上部から右側下部まで上方から下方に向けて連続して平面視で円弧状に傾斜する螺旋形の第１整流体40と、チャンバー19の右側上部から左側下部まで上方から下方に向けて連続して平面視で円弧状に傾斜する螺旋形の第２整流体41とで構成する。これらの第１及び第２整流体40,41は、断面が円弧形状となっており、外側が側壁37の内側面に取付けられ、内側を外側よりも上方に位置させて樋状に形成される。

また、チャンバー19には、清浄した空気を内部に供給する給気部42が接続される。給気部42は、チャンバー19の内部に上方から下方へ向けて清浄な空気が流れる気流を形成させることによって、チャンバー19の内部を清浄された空気で置換する。この給気部42は、第１給気部43と第２給気部44とで構成する。

第１給気部43は、チャンバー19の内部に清浄した空気を供給するための第１給気機構45を天井壁35に接続する。この第１給気部43は、第１給気機構45によってチャンバー19の天井部に供給した空気を第１排気口34から排出することで、チャンバー19の中央部に上方から下方に向けて垂直状に流れる気流46を形成する。

第２給気部44は、チャンバー19の内部に清浄した空気を供給するための第２及び第３給気機構47,48を側壁37の上端部に接続する。チャンバー19の側壁37の下端部には、チャンバー19の内部から空気を排出するための第２排気口49,50が形成される。ここで、第１整流体40の上端部には第２給気機構47が接続され、第１整流体40の下端部には第２排気口49が接続される。また、第２整流体41の上端部には第３給気機構48が接続され、第２整流体41の下端部には第２排気口50が接続される。そして、第２給気部44は、第２給気機構47によってチャンバー19の上端側部に供給した空気をチャンバー19の下端側部の第２排気口49から排出することで、チャンバー19の周辺部（内周部）に第１整流体40に沿って上方から下方に向けて回転しながら傾斜状に（螺旋状に）流れる気流51を形成する。また、第２給気部44は、第３給気機構48によってチャンバー19の上端側部に供給した空気をチャンバー19の下端側部の第２排気口50から排出することで、チャンバー19の周辺部（内周部）に第２整流体41に沿って上方から下方に向けて回転しながら傾斜状に（螺旋状に）流れる気流52を形成する。第２及び第３給気機構47,48は、たとえば第１及び第２整流体40,41の接線方向に向けて清浄した空気を吐出することによって、空気を第１及び第２整流体40,41の傾斜に沿って供給することが好ましい。同様に第２排気口49,50も、たとえば第１及び第２整流体40,41の接線方向に開口させることによって、空気を第１及び第２整流体40,41の傾斜に沿って排出することが好ましい。

この第２給気部44には、整流体39に洗浄液を供給するための洗浄液供給部53が設けられる。この洗浄液供給部53は、洗浄液供給機構54から第１整流体40及び第２整流体41の上端部上方に洗浄液をそれぞれ供給する。供給された洗浄液は、第１整流体40及び第２整流体41を洗浄するとともに、チャンバー19の側壁37の内側面をも洗浄する。なお、洗浄液供給部53は、チャンバー19の内側に向けて洗浄液を噴霧するようにしてもよい。この洗浄液供給部53から供給された洗浄液は、チャンバー19の下端部において外部に排出される。洗浄液を第２排気口49,50から排出した後に気液分離するようにしてもよい。

このように、基板処理装置１では、基板９の上方において垂直状に流れる気流46を形成（排出）する第１給気部43（第１排気口34）と、整流体39に沿って基板９の外方を上方から下方に向けて傾斜状に流れる気流51,52を形成（排出）する第２給気部44（第２排気口49,50）とを有する。なお、チャンバー19の中央部分では上方から下方に向けて垂直状に流れる気流46が形成され、チャンバー19の周辺部分（側壁37の内側部分：気流46の外側部分）では整流体39に沿って上方から下方に向けて傾斜状に流れる気流51,52が形成される。

そして、基板処理装置１では、チャンバー19の内部に清浄な空気が上方から下方に向けて流れる気流46,51,52を形成することで、チャンバー19の内部を清浄な空気で置換して基板９を清浄な雰囲気内で処理することができる。特に、基板９の上方において垂直状に流れる気流46を形成することによって、基板９の上方においてダウンフローが形成されて処理液や塵の飛散等を防止することができる。また、整流体39に沿って上方から下方に向けて傾斜状に流れる気流51,52を形成することによって、チャンバー19の内部で空気が滞留するのを抑制することができる。この傾斜状に流れる気流51,52は、基板９よりも外方に形成することで、基板９の上方に形成された気流46との干渉を抑制でき、それぞれの気流46,51,52を乱すことなく円滑に流すことができる。

この第２給気部44では、空気を整流体39に沿って流すように構成されていればよい。そのため、第２及び第３給気機構47,48や第２排気口49,50を設けずに、第１給気機構45及び第１排気口34によってチャンバー19の中央部だけでなく周囲まで空気を流すようにして、第１給気機構45から供給される空気の一部を整流体39に沿って流すようにしてもよい。整流体39は、チャンバー19の側壁37から内側（中央部側）へ向けて突出させるが、基板処理部18で処理する基板９の外周端縁よりも外周外方に設けた方が、基板９の上方での垂直状の気流46に影響を及ぼすことがなく、基板処理部18での基板９の処理を良好に行うことができる。また、整流体39は、断面を凹状の樋状に形成することで、空気や洗浄液を整流体39に沿って円滑に流すことができる。さらに、整流体39は、円弧状に漸次下方へ向けて傾斜する螺旋状に形成することでも、空気や洗浄液を整流体39に沿って円滑に流すことができる。また、チャンバー19を円形水平断面を有する円筒状とすることでも、隅部が形成されず空気や洗浄液を整流体39に沿って円滑に流すことができる。

上記基板処理装置１では、円筒状のチャンバー19の内側に樋状の断面を有する螺旋状の連続した１本の第１整流体40及び第２整流体41を設けているが、この構成に限定されるものではない。たとえば、図５に示すように、矩形水平断面を有する矩形箱型状のチャンバー55の内側に複数枚の平板状の整流体56を上方から下方へ向けて直線的に傾斜させた状態で設けてもよい。これによっても、チャンバー55の内側周囲部分で整流体56に沿って上方から下方へ向けて傾斜状に流れる気流を形成することができる。なお、整流体39,56は、チャンバー19,55の内側に直接取付けた場合に限られず、別の支持部材に取付けてもよい。

給気部42は、制御部６によって第１給気部43・第２給気部44ごとに給気流量や排気流量が制御される。なお、給気部42の総給気量と総排気量とは同一とする。この制御部６は、たとえばコンピュータであり、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体57を備える。記憶媒体57には、基板処理システム２において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部６は、記憶媒体57に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム２の動作を制御する。なお、プログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体57に記憶されていたものであって、他の記憶媒体から制御部６の記憶媒体57にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体57としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。

基板処理装置１を有する基板処理システム２は、以上に説明したように構成しており、制御部６で各部の動作を制御することで、基板９を処理する。

そして、基板処理装置１の基板処理部18で基板９を処理する前や、処理中や、処理した後などにおいて、制御部６は、給気部42を制御してチャンバー19の内部に上方から下方へ向けて垂直状に流れる気流46と整流体39に沿って上方から下方に向けて傾斜状に流れる気流51,52を形成させる。

整流体39に沿う気流51,52は、必要に応じて形成してもよい。たとえば、基板処理部18で基板９を処理する間は垂直状の気流46だけを形成し、基板処理部18で基板９を処理する前及び処理した後に傾斜状の気流51,52を形成するようにしてもよい。基板処理部18で基板９を処理する前及び処理した後においては、洗浄液供給部53からチャンバー19の内部に洗浄液を供給して、チャンバー19の内側面を洗浄液で洗浄してもよい。その際に、洗浄液の供給とともに気流51,52を形成してもよい。

また、整流体39に沿う気流51,52を基板９の処理中に流してもよい。図６に模式的に示すように、回転する基板９を処理液で液処理する場合、処理液の供給前の基板９が均一な温度分布を有していても（図６(a)中に点線で示す温度分布）、処理液の供給後では基板９の中央部分よりも外周部分の方が温度が低下する（図６(b)中に点線で示す温度分布）。そのため、基板９の処理中に形成する気流51,52が強すぎる場合などには、処理液の供給後に基板９の外周部分が顕著に温度低下してしまうおそれがある。このように、基板９の中央部分と外周部分とで温度差が生じると、基板９を処理液で均一に処理することができなくなる。そこで、基板９の温度低下（温度分布の変化）を予め見越して基板９の温度分布を中央部分よりも外周部分の方が温度が高くなるように基板加熱装置13で加熱し（図６(a)中に実線で示す温度分布）、その後、基板９を処理液で処理する。これにより、基板９の処理中の温度分布を均一にすることができ（図６(b)中に実線で示す温度分布）、基板９を処理液で均一に処理することができる。

以上に説明したように、基板処理装置１及び基板処理装置１で行う基板処理方法では、チャンバー19の内側に上方から下方へ向けて傾斜させた整流体39を設け、整流体39に沿って上方から下方へ向けて傾斜状に流れる気流51,52を形成しているため、チャンバー19の内部で空気が滞留するのを抑制することができ、基板９を良好に処理することができる。

なお、上記説明では、基板処理装置１として基板９の洗浄を行う基板洗浄装置について説明したが、本発明は、これに限られず、基板加熱装置13、基板乾燥装置14、基板冷却装置15などにも適用することができる。本発明を基板洗浄装置に適用した場合には、チャンバーの内部に薬剤等が残留して基板に再付着するのを防止することができる。また、本発明を基板加熱装置13や基板冷却装置15に適用した場合には、チャンバーの内部に高温又は低温の空気等が残留して基板を均一に加熱又は冷却できなくなるのを防止することができる。また、本発明を基板乾燥装置14に適用した場合には、チャンバーの内部に高湿度状態の空気等が残存して基板の乾燥を妨げるのを防止することができる。

１ 基板処理装置
９ 基板
19 チャンバー
34 第１排気口
39 整流体
42 給気部
43 第１給気部
44 第２給気部
49,50 第２排気口
46,51,52 気流

Claims (9)

1. 基板を囲むチャンバーと、
   前記チャンバーの内部に上方から下方へ向けて流れる気流を形成する給気部と、
   前記チャンバーから前記気流を排出する排気口と、
   前記チャンバーの内側に設けられ、上方から下方へ向けて傾斜させた整流体と、
   前記整流体に洗浄液を供給する洗浄液供給部と、
   を有することを特徴とする基板処理装置。
2. 前記整流体を、前記基板の外周端縁よりも外方に設けたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記整流体を、樋状に形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記整流体を、螺旋状に形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 前記チャンバーを、円筒状に形成したことを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記排気口は、前記基板の上方において垂直状に流れる気流を排出する第１排気口と、前記整流体に沿って基板の外方を上方から下方に向けて傾斜状に流れる気流を排出する第２排気口とを有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 前記給気部は、前記基板の上方において垂直状に流れる気流を形成する第１給気部と、前記整流体に沿って基板の外方を上方から下方に向けて傾斜状に流れる気流を形成する第２給気部とを有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の基板処理装置。
8. 前記基板の外周外方に配置したカップを前記チャンバーの内部に有することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の基板処理装置。
9. 基板を囲むチャンバーの内部に上方から下方へ向けて流れる気流を形成するとともに、前記チャンバーの内側に上方から下方へ向けて傾斜状に形成した整流体に沿って流れる気流を形成して基板を処理し、基板の処理前又は処理後に前記整流体を洗浄液で洗浄することを特徴とする基板処理方法。
   

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