JP5248284B2 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハや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にリンス処理を行う基板処理装置及び基板処理方法に関する。

従来、この種の装置として、処理液を貯留し、基板を浸漬処理するための処理槽と、処理槽の底部に配設され、処理槽内に処理液を供給する噴出管と、処理槽の側壁に形成され、処理槽内に貯留している処理液を急速に排水する排出口と、排出口を閉塞する大きさを有する弁体及びこの弁体を進退させて、排出口を閉塞または開放させるエアシリンダを有する急速排水弁とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このような構成の装置では、処理槽中の処理液を急速排水する際に、エアシリンダを作動させて急速排水弁の弁体を排出口から離間させ、処理液を排出口から急速排水させている。
特許第３５１５８９４号公報（段落「００１７」〜「００１９」、図１及び図２）

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の装置は、弁体と排出口の密着性を高めるために、弁体にＯリングが取り付けられている。そのため、急速排水弁を閉止させた状態で弁体と排出口との間に隙間が生じ、この隙間に処理液が滞留することがある。したがって、薬液を含む処理液で基板を処理した後、純水で洗浄処理を行う場合に、その隙間から処理液が処理槽内の純水に漏れ出して、純水の比抵抗が回復するのに長時間を要することがある。その結果、基板の洗浄処理が完了するまでに時間がかかり、スループットが低下することがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、急速排水弁における液溜まりを洗浄除去することにより、急速排水弁の構造に起因する処理槽への液漏れを防止して、基板処理のスループットを向上させることができる基板処理装置及び基板処理方法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。
すなわち、請求項１に記載の発明は、処理液に基板を浸漬させて基板に対して処理を行う基板処理装置において、処理液を貯留し、基板に対して浸漬処理を行うための処理槽と、純水や薬液を含む処理液を前記処理槽に供給する処理液供給手段と、前記処理槽に設けられ、前記処理槽内に貯留している処理液を排出するための排出口と、前記排出口を閉塞する大きさを有する弁体と、前記弁体または前記排出口に取り付けられたシール部材と、前記弁体を前記排出口に対して進退させる駆動手段と、前記駆動手段に圧縮空気を第１の流量で供給する第１供給管と、前記駆動手段に圧縮空気を第１の流量よりも小流量である第２の流量で供給する第２供給管と、前記処理槽内において薬液を含む処理液で基板を処理した後、前記処理槽に純水を処理液として供給して基板をリンス処理している間、前記第２供給管を介して前記駆動手段に圧縮空気を供給させて、前記弁体を前記排出口から微小距離だけ離間させ、前記処理槽内の純水を少量だけ所定時間排出させた後に前記第１供給管を介して前記駆動手段に圧縮空気を供給させて前記弁体を前記排出口に押圧させる制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、制御手段は、処理液供給手段から薬液を含む処理液を処理槽に供給させ、その処理液に基板を浸漬させて基板を処理した後、処理液供給手段から純水を処理槽に供給して基板をリンス処理させる。その際に、処理槽から薬液を含む処理液を排出しているので、シール部材を含む周辺部には薬液が付着した状態である。制御手段は、リンス処理を行っている間、第２供給管を介して前記駆動手段に圧縮空気を供給させて、弁体を排出口から微小距離だけ離間させて純水を処理槽から少量だけ排出させるので、その際に、シール部材を含む周辺部に付着している薬液が洗い流される。したがって、リンス処理において純水の比抵抗が短時間で回復するので、基板の洗浄処理を短時間で行うことができ、スループットを向上させることができる。

なお、ここでいう微小距離とは、全開の際の距離よりも短く、処理槽内の純水を少量だけ排出口から流下させることができる距離をいう。

また、本発明において、前記制御手段は、前記駆動手段を所定時間だけ操作することが好ましい（請求項２）。ここでいう所定時間とは、例えば、数秒〜数十秒程度の短時間をいい、これにより処理槽内の処理液面が極端に低下するのを防止でき、基板のリンス処理に支障を与えることがない。

また、本発明において、前記制御手段は、前記排出口から排出される処理液の流量が、前記処理液供給手段から前記処理槽へ供給される純水供給量よりも少ない量となるように、前記駆動手段を操作することが好ましい（請求項３）。純水の供給量よりも少ない量を排出させるので、リンス処理における処理液面の低下を防止でき、基板のリンス処理に支障が生じることを防止できる。

また、本発明において、前記制御手段は、前記駆動手段を、閉止用の全閉操作と、排出用の全開操作と、スローリーク用の微小開操作との三段階で操作することが好ましい（請求項４）。全閉操作と、全開操作と、微小開操作とを使い分けることにより、処理槽に処理液を貯留することと、処理槽に貯留する処理液を排出することと、処理液を少量だけ排出させることとを行うことができる。

また、請求項５に記載の発明は、処理液に基板を浸漬させて基板に対して処理を行う基板処理方法において、処理槽の排出口を急速排水弁の弁体で閉止した状態で、処理槽に貯留されている薬液を含む処理液に基板を浸漬させて基板に対して処理を行う過程と、急速排水弁の弁体を排出口から離間させて前記処理槽内の処理液を排出口から排出するとともに、処理槽の排出口を急速排水弁の弁体で閉止した状態で、純水を処理液として前記処理槽に供給する過程と、純水を含む処理液で基板に対してリンス処理を行う過程と、前記リンス処理の間、急速排水弁の弁体を排出口から微小距離だけ離間させて、純水を少量だけ所定時間排出させた後に急速排水弁の弁体を排出口に押圧させる過程と、リンス処理を終えるとともに、急速排水弁の弁体を排出口から大きく離間させて全処理液を排出させる過程と、を備えていることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項５に記載の発明によれば、薬液を含む処理液を処理槽に供給させ、その処理液に基板を浸漬させて基板を処理した後、その処理液を処理槽から全て排出させるとともに、純水を処理槽に供給して基板をリンス処理させる。その際に、処理槽から薬液を含む処理液を排出しているので、急速排水弁の弁体と排出口の隙間には薬液が付着した状態である。そこでリンス処理を行っている間、急速排水弁の弁体を排出口から微小距離だけ開放させて純水を少量だけ排出させるので、その際に、急速排水弁の弁体と排出口との隙間に付着している薬液が洗い流される。その後、急速排水弁の弁体を排出口に押圧させ、リンス処理を終えるとともに、急速排水弁を全開にして処理槽内の処理液を全て排出させる。したがって、リンス処理において純水の比抵抗が短時間で回復するので、基板の洗浄処理を短時間で行うことができ、スループットを向上させることができる。

また、本発明において、前記純水を少量だけ排出させる過程は、所定時間だけ行われることが好ましい（請求項６）。

本発明に係る基板処理装置によれば、制御手段は、処理液供給手段から薬液を含む処理液を処理槽に供給させ、その処理液に基板を浸漬させて基板を処理した後、処理液供給手段から純水を処理槽に供給して基板をリンス処理させる。その際に、処理槽から排出口を介して薬液を含む処理液を排出しているので、シール部材を含む周辺部には薬液が付着した状態である。制御手段は、リンス処理を行っている間、駆動手段を操作して、弁体を排出口から微小距離だけ離間させて純水を少量だけ排出させるので、その際に、シール部材を含む周辺部に付着している薬液が洗い流される。したがって、リンス処理において純水の比抵抗が短時間で回復するので、基板の洗浄処理を短時間で行うことができ、スループットを向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明する。
図１は、実施例に係る基板処理装置の概略構成を示す縦断面図である。

この基板処理装置は、処理槽１を備え、この処理槽１により基板Ｗに対して処理液による処理を行うためのものである。処理槽１は、内槽３と、この内槽３の周りを囲う外槽５とを備えている。内槽３は、処理液を貯留するとともに、基板Ｗを収容可能に構成されている。内槽３の底部には、処理液を供給するための一対の噴出管７が、複数枚の基板Ｗが整列されている方向に取り付けられている。なお、図１においては、図示の関係上、一対の噴出管７のうち一方のみを示している。リフタ９は、複数枚の基板Ｗを起立姿勢で保持する。このリフタ９は、基板Ｗの下縁を当接支持する保持部１１を備え、内槽３の内部にあたる「処理位置」（図１に描かれた位置）と、内槽１の上方にあたる「待機位置」とにわたって昇降可能である。

なお、噴出管７が本発明における「処理液供給手段」に相当する。

内槽３の一側壁（図１における右側壁）には排出口１３が形成され、排出口１３は、その外側にフランジ１５を備えている。このフランジ１５には、リング状のシール部材１７が取り付けられている。シール部材１７は、処理液に含まれている薬液に耐性を備えた材料で構成されている。

外槽５は、内槽３の下面及び側面全周にわたって囲うものであり、底部の一部位に廃液口１９を備えている。また、外槽５の一側面のうち、排出口１３に対向する位置には、ＱＤＲ弁２１が取り付けられている。

ＱＤＲ弁２１は、弁体２３と、ベローズ２５と、圧縮コイルバネ２７と、弁軸２９と、ハウジング３１と、エアシリンダ３３とを備えている。弁体２３は、排出口１３を閉塞する大きさを備えている。この弁体２３の側面中央には、弁軸２９が圧縮コイルバネ２７を介して取り付けられている。圧縮コイルバネ７及び弁軸２９はベローズ２５で囲われ、弁軸２９は外槽５の側壁を貫通してハウジング３１で囲われている。弁軸２９は、エアシリンダ３３の作動軸に連動連結されており、エアシリンダ３３を作動させることにより、弁体２３を排出口１３に対して進退させる。

なお、ＱＤＲ弁２１が本発明における「急速排水弁」に相当し、エアシリンダ３３が本発明における「駆動手段」に相当する。

エアシリンダ３３は、二つの吸排口３５，３７を備えている。これらの吸排口３５，３７には、それぞれ吸排管３９の一端側が連通接続されており、他端側が電磁弁４１に連通接続されている。電磁弁４１の供給口には、圧縮空気が供給され、与えられた切り換え信号に応じていずれか一方の吸排管３９だけに圧縮空気を供給する。各吸配管３９には、大気開放弁４３が取り付けられている。大気開放弁４３は、与えられた開放信号に応じて吸排管３９内部を大気に連通させる。

電磁弁４１の供給口には、圧縮空気が供給される空気供給管４５の一端側が連通接続されている。空気供給管４５には、三方弁４６が取り付けられており、圧縮空気源に連通された第１供給管４７と第２供給管４９とが取り付けられている。第１供給管４７には、予め流量が第１の流量に設定された流量制御弁５１が取り付けられ、第２供給管４９には、予め流量が第２の流量に設定された流量制御弁５３が取り付けられている。なお、第１の流量は、排出口１３を閉塞する位置に弁体２３を進出させ、第２の流量は、第１の流量よりも小流量であって、弁体２３を排出口１３に微小距離だけ離間した位置にまで進出させる流量となるように設定されている。これらの場合には、圧縮空気を吸排口３７に供給する。なお、弁体２３を排出口１３から大きく離間させるには、第１の流量で吸排口３５に圧縮空気を供給する。

上述した噴出管７には、供給管５５の一端側が連通接続され、他端側が処理液供給源５７に連通接続されている。この供給管５５には、流量を制御するための流量制御弁５９が取り付けられている。処理液供給源５７は、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）や、純水を単独あるいは混合して供給可能である。

上述したリフタ９、ＱＤＲ弁２１、電磁弁４１、大気開放弁４３、流量制御弁５１，５３，５９などは制御部６１によって統括的に制御される。制御部６１は、図示しないメモリやＣＰＵなどから構成されており、メモリには基板Ｗを処理するための手順を規定したレシピや各部の制御プログラムなどが予め記憶されている。

なお、制御部６１が本発明における「制御手段」に相当する。

制御部６１は、ＱＤＲ弁２１を以下のように三段階に操作する。ここで、図２を参照する。なお、図２は、ＱＤＲ弁の動作説明図であり、（ａ）は全閉時を、（ｂ）は全開時を、（ｃ）は微小開時を表す。

全閉時（図２（ａ））
制御部６１は、三方弁４６を第１供給管４７側に連通させ、流量制御弁５１を開放して電磁弁４１の供給口に対して圧縮空気を第１の流量で供給するとともに、電磁弁４１を操作して吸排口３７に対して圧縮空気を送り込む。これにより、弁体２３がシール部材１７を強く押圧して排出口１３を閉止する。したがって、内槽３に貯留している処理液が内槽３から漏れ出すことがない。

全開時（図２（ｂ））
制御部６１は、三方弁４６を第１供給管４７側に連通させ、流量制御弁５１を開放して電磁弁４１の供給口に対して圧縮空気を第１の流量で供給するとともに、電磁弁４１を操作して吸排口３５に対して圧縮空気を送り込む。これにより、弁体２３がシール部材１７から大きく離間して、排出口１３を開放させる。したがって、内槽３に貯留している処理液が内槽３から急速排水される。

微小開時（図２（ｃ））
制御弁６１は、三方弁４６を第２供給管４９側に連通させ、流量制御弁５３を開放して電磁弁４１の供給口に対して圧縮空気を第２の流量で供給するとともに、電磁弁４１を操作して吸排管３７に対して圧縮空気を送り込む。これにより、弁体２３がシール部材１７に対して当接することなく微小距離ｄだけ離間された位置に移動され、排出口１３を僅かに開放させる。したがって、内槽３に貯留している処理液が微小流量で排出口１３から排水される（スローリーク）。この微小距離ｄは、内槽３の容積と、噴出管７から供給される純水の流量に応じて設定されるものであり、例えば、純水の供給流量よりも排出される流量が少なくなるように、微小距離ｄが設定される。これにより、内槽３の処理液に浸漬されている基板Ｗが液面から露出する不都合を防止できる。

次に、図３を参照して、上述した装置の動作について説明する。なお、図３は、処理時におけるタイムチャートである。

まず、制御部６１は、ＱＤＲ弁２１を全閉操作（図２（ａ））し、排出口１３を閉止させた状態で、流量制御弁５９を操作して、所定の流量で薬液を含む処理液を内槽３に供給する（ｔ０時点）。内槽３が処理液で満杯になると（ｔ１時点）、処理液は内槽３を溢れ、外槽５の廃液口１９を介して排出される。このようにして内槽３が処理液で満たされた後、制御部６１は、未処理の複数枚の基板Ｗを保持したリフタ９を内槽３内の処理位置にまで下降させる。この状態を所定時間だけ維持して、基板Ｗに対して薬液処理を行う（ｔ２時点まで）。次に制御部６１は、流量制御弁５９を閉止して、薬液を含む処理液の供給を停止させるとともに、ＱＤＲ弁２１を全開操作（図２（ｂ））し、排出口１３を全開にさせる（ｔ２時点）。すると、内槽３に貯留している、薬液を含む処理液が排出口１３を介して急速排水される（ｔ２〜ｔ３時点）。なお、このとき、処理液を全て排出しても処理液がシール部材１７を含むその周辺に付着するので、液滴が残留した状態となる。

制御部６１は、ＱＤＲ弁２１を全閉操作（図２（ａ））し、流量制御弁５９を開放して、所定流量で純水を処理液として供給する（ｔ３時点）。内槽３が純水で満たされ、溢れた純水が排出され始めたｔ４時点から所定時間Ｔ１が経過した後、ＱＤＲ弁２１を微小開操作（図２（ｃ））し、排出口１３と弁体２３との間に、微小間隔ｄをおいて開放させる（ｔ５時点）。すると、微小間隔ｄから純水が流出するが、その際にシール部材１７及びその周辺に付着している処理液が洗い流される。これを所定時間Ｔ２だけ継続した後、ｔ６時点でＱＤＲ弁２１を全閉操作（図２（ａ））する。そして、図示しない比抵抗計の比抵抗値が規定値にまで上昇し、洗浄が完了したと判断されるｔ７時点まで純水によるリンス処理を継続し、その後、制御部６１はＱＤＲ弁２１を全開操作（図２（ｂ））し、内槽３の純水を急速排水させる（ｔ７〜ｔ８時点）。

なお、上記の所定時間Ｔ２は、微小間隔ｄにより排出される純水の流量及び噴出管７からの純水供給量を考慮して、内槽３の液面が低下して基板Ｗが露出しない程度の時間である。また、微小開にするタイミングは、ｔ４時点から所定時間Ｔ１をおくことなく、ｔ４時点から行ってもよい。ｔ４時点から所定時間Ｔ１をおいて微小開にするのは、基板Ｗの全体が迅速に純水で覆われることを優先しているからであるが、純水を供給し始めるｔ３時点から満杯となるｔ４時点までの間に微小開とするようにしてもよい。

制御部６１は、リフタ９を処理位置から待機位置にまで上昇させて、基板Ｗに対する薬液・リンス処理を完了させる。

上述したように、本実施例装置によると、制御部６１は、噴出管７から薬液を含む処理液を内槽３に供給させ、その処理液に基板Ｗを浸漬させて基板Ｗを処理した後、噴出管７から純水を内槽３に供給して基板Ｗをリンス処理させる。その際に、内槽３から薬液を含む処理液を排出しているので、シール部材１７を含む周辺部には薬液が付着した状態である。制御部６１は、リンス処理を行っている間、エアシリンダ３３を操作して、弁体２３を排出口１３から微小距離ｄだけ離間させて純水を少量だけ排出させるので、その際に、シール部材１７を含む周辺部に付着している薬液が純水により洗い流される。したがって、リンス処理において純水の比抵抗が短時間で回復するので、基板Ｗの洗浄処理を短時間で行うことができ、スループットを向上させることができる。

ここで、図４を参照して、従来例との比較を行う。図４は、従来例と本発明との比較であり、比抵抗の変化を示すグラフである。

なお、サンプルは基板Ｗにフォトレジストを被着したものであり、その基板Ｗをフッ化水素酸中に４１２０秒にわたって浸漬させて薬液処理を行った後、純水でリンス処理を行い、その際の比抵抗の変化を調べた。本発明のサンプルは、微小開を１１秒間、１３秒間、１７秒間、１９秒間等について行った。

図４のグラフから明らかなように、従来例では、リンス処理が１５００秒経過しても、比抵抗が６〜１２［ＭΩ・ｃｍ］程度までしか上昇しない一方、本発明では、７００秒程度で１４［ＭΩ・ｃｍ］程度にまで上昇していることが分かる。このように、上述した微小開操作を行うことによって、シール部材１７及びその周辺に付着した処理液が洗い流されることによる効果が明白である。

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、処理槽１が内槽３及び外槽５を備えているが、内槽３のみで処理槽を構成している場合であっても同様の効果を奏する。

（２）上述した実施例では、フランジ１５にシール部材１７を備えているが、弁体２３にシール部材１７を備えている構成であってもよい。

（３）上述した実施例では、純水の供給流量よりも排出される流量が少なくなるように、微小距離ｄ及び所定時間Ｔ２が設定されているが、内槽３の構造により、処理位置にある基板Ｗの上縁と液面までの距離が長い場合には、純水流量よりも排出される流量が多くなってもよい。

（４）上述した実施例では、エアシリンダ３３で弁体２３を駆動しているが、リニアモータ等の駆動手段で弁体２３を駆動する構成としてもよい。

実施例に係る基板処理装置の概略構成を示す縦断面図である。 ＱＤＲ弁の動作説明図であり、（ａ）は全閉時を、（ｂ）は全開時を、（ｃ）は微小開時を表す。 処理時におけるタイムチャートである。 従来例と本発明との比較であり、比抵抗の変化を示すグラフである。

符号の説明

Ｗ … 基板
１ … 処理槽
３ … 内槽
５ … 外槽
７ … 噴出管
９ … リフタ
１３ … 排出口
１５ … フランジ
１７ … シール部材
１９ … 排液口
２１ … ＱＤＲ弁
２３ … 弁体
２５ … ベローズ
２９ … 弁軸
３３ … エアシリンダ
４１ … 電磁弁
６１ … 制御部
ｄ … 微小距離

Claims (6)

1. 処理液に基板を浸漬させて基板に対して処理を行う基板処理装置において、
   処理液を貯留し、基板に対して浸漬処理を行うための処理槽と、
   純水や薬液を含む処理液を前記処理槽に供給する処理液供給手段と、
   前記処理槽に設けられ、前記処理槽内に貯留している処理液を排出するための排出口と、
   前記排出口を閉塞する大きさを有する弁体と、
   前記弁体または前記排出口に取り付けられたシール部材と、
   前記弁体を前記排出口に対して進退させる駆動手段と、
   前記駆動手段に圧縮空気を第１の流量で供給する第１供給管と、
   前記駆動手段に圧縮空気を第１の流量よりも小流量である第２の流量で供給する第２供給管と、
   前記処理槽内において薬液を含む処理液で基板を処理した後、前記処理槽に純水を処理液として供給して基板をリンス処理している間、前記第２供給管を介して前記駆動手段に圧縮空気を供給させて、前記弁体を前記排出口から微小距離だけ離間させ、前記処理槽内の純水を少量だけ所定時間排出させた後に前記第１供給管を介して前記駆動手段に圧縮空気を供給させて前記弁体を前記排出口に押圧させる制御手段と、
   を備えてい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、
   前記制御手段は、前記駆動手段を所定時間だけ操作することを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または２に記載の基板処理装置において、
   前記制御手段は、前記排出口から排出される処理液の流量が、前記処理液供給手段から前記処理槽へ供給される純水供給量よりも少ない量となるように、前記駆動手段を操作することを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項１または２に記載の基板処理装置において、
   前記制御手段は、前記駆動手段を、閉止用の全閉操作と、排出用の全開操作と、スローリーク用の微小開操作との三段階で操作することを特徴とする基板処理装置。
5. 処理液に基板を浸漬させて基板に対して処理を行う基板処理方法において、
   処理槽の排出口を急速排水弁の弁体で閉止した状態で、処理槽に貯留されている薬液を含む処理液に基板を浸漬させて基板に対して処理を行う過程と、
   急速排水弁の弁体を排出口から離間させて前記処理槽内の処理液を排出口から排出するとともに、処理槽の排出口を急速排水弁の弁体で閉止した状態で、純水を処理液として前記処理槽に供給する過程と、
   純水を含む処理液で基板に対してリンス処理を行う過程と、
   前記リンス処理の間、急速排水弁の弁体を排出口から微小距離だけ離間させて、純水を少量だけ所定時間排出させた後に急速排水弁の弁体を排出口に押圧させる過程と、
   リンス処理を終えるとともに、急速排水弁の弁体を排出口から大きく離間させて全処理液を排出させる過程と、
   を備えていることを特徴とする基板処理方法。
6. 請求項５に記載の基板処理方法において、
   前記純水を少量だけ排出させる過程は、所定時間だけ行われることを特徴とする基板処理方法。

Images