JPH0243386A

JPH0243386A - 液体による処理装置

Info

Publication number: JPH0243386A
Application number: JP63191227A
Authority: JP
Inventors: Michio Takayama; 道夫高山; Akihiko Hayakawa; 早川　章彦
Original assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Current assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1990-02-13
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: US4967777A; US5071488A; JP2733771B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】イ、産業上の利用分野本発明は、液体による処理装置に関し、例えば、薬液や
水等で被処理物を化学処理若しくは洗浄する、液体によ
る処理装置に関する。

口、従来技術従来、半導体ウェハ、ガラス製マスク、レティクル、コ
ンパクトディスク、レーザディスク等の薄板状の基板（
以下、これを単に「基板」と称する。）を収納治具又は
キャリアに鉛直状態に保持して、薬液や純水等で処理若
しくは洗浄した後、乾燥する工程が実施されている。

基板洗浄工程における従来の乾燥方法として、第１２図
及び第１３図に示すように、収納治具１の溝２に挿入さ
れて鉛直状態に仮想線のように収納した基板３を洗浄処
理後、高速回転機にかけ、遠心力を利用して、基板の表
面に付着した水分を除去する方法がある。

しかしながら、この方法の問題点は、基板が高速回転す
ることによる基板自体の欠けが生し、回転機の軸受シー
ル部からの発塵等が基板に付着することであり、基板上
に形成されるパターンの欠陥を引き起こす要因となって
いる。

これらの問題を解決する他の方法として、温熱風の吹付
けによる乾燥、有機溶剤の蒸気を利用する方法、液体の
表面張力を利用する方法等があるが、以下に示すような
問題も残されている。

（１）、温熱風の吹付けによる乾燥後、水滴の蒸発跡が
残る。

（２）、有機溶剤の蒸気にさらすことによって水分を除
去する方法は、有機溶剤を多量に必要とするうえに、加
熱して蒸気にするために、常に引火、爆発、火災の危険
性がある。

（３）、純水の表面張力を利用して、基板を純水中より
微速度で引上げることにより水分を基板表面から除去す
る方法が考案されている。この方法では、槽に純水を供
給して槽から溢れ出させながら水洗を行う。然し、この
方法では次のような問題が起こることが、本発明者の検
討の結果判明した。以下にこの問題について詳述する。

第１４図は、上記（３）の方法で、収納治具１に収容さ
れた基板３を槽９中の純水３０に浸漬して洗浄を行って
いる状態を示す断面図である。純水３０は、槽９の下方
から供給され、槽９の側壁１０の上端から純水３０を溢
れ出させながら洗浄する。

純水３０を槽の上部全側壁１０上から一様に溢れ出すよ
うにしないと、後述する問題が起こる。純水３０を溢れ
出しを一様にするには、側壁１０の上端面が正確に水平
でなければならない。このように高精度に槽９を製造す
ることは困難である。

純水３０を大量に供給すれば問題は解決されるのである
が、これでは洗浄コストが嵩むことになる。

ところで、基板３の純水３０中への浸漬及びこれからの
引上げに際し、収納治具１を保持する収納治具搬送用ア
ーム３８を上下動させる上下動駆動装置（図示せず）の
摺動部分から塵が発生、また収納治具、基板そのものに
始めから付着していた塵及び純水中に混入している塵等
が、純水３０の液面に浮かぶことがある。このとき、純
水３０の槽９からの溢流が四方の側壁１０上から均一に
なされていないと、一部で純水３０の流動が不活撥にな
り、この部分で純水が淀むようになる。

第１５図及び第１６図は、純水の流れが不活撥になって
淀んでいる箇所での塵の動きを示す拡大部分断面図であ
る。これらの回では、基板３は１枚だけ図示しているが
、実際には例えば２５枚が収納治具に収容されている。

第１５図は、基板３が下降して純水３０中に浸漬されつ
つある状態を示す。前述したように、例えば上下動駆動
装置で発生した塵が純水３０上に落下すると、液面３０
ａ上に浮かんだこの塵８Ａは、純水が淀んでいる箇所で
は槽から流し出されず、基板３に付着して純水３０中に
入る。基板３に付着した侭純水３０中に侵入した塵８日
は、純水の上昇によっても基板３から離れ難い。これは
、基板３に接する微小な幅の領域では、純水の流れが不
活撥であることによる。

水洗を所定時間行ってから基板３を純水３０から引上げ
るときは、第１６図に示すように、基板３は塵８Ｂが付
着した状態で純水３０から引上げられる。更にこのとき
、前記と同様に上下動駆動装置から発した塵が液面３０
ａ上に浮かんでこれが槽外へ流れ出ず、この塵８Ａは、
基板３を濡らす純水に誘導されて引上げ時に基板３に付
着する。

従って基板３は、前述の塵８Ｂに加えて引上げ時に付着
する塵８Ｃによって更に汚染される。

塵８Ｂ、８Ｃは、乾燥後も基板３に付着しており、基板
の汚染若しくはこれが後に基板上に形成されるパターン
の欠陥等に繋がることになる。

このような問題は、水洗処理以外にも、薬液による基板
その他の被処理物の化学的処理にあっても同様に起こる
。

ハ０発明の目的本発明は、処理液の溢流を均一にして処理液に淀みが起
こらず、被処理物に塵等の異物が付着せず、処理後の被
処理物が健全となる、液体による処理装置を提供するこ
とを目的としている。

二０発明の構成本発明は、処理液を容器から溢れ出させながらこの容器
中の前記処理液に被処理物を浸漬し、この被処理物に所
定の処理を施す処理装置において、前記処理液の溢流域
にて前記容器の面に対して所定の間隙を隔てて溢流制御
部材が設けられ、前記間隙が毛管作用で前記処理液の溢
流を導くように構成されていることを特徴とする、液体
による処理装置に係る。

ホ、実施例以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例による半導体ウェハ洗浄方
法を示すものである。

この例によれば、後述の収納治具（キャリア）１１に半
導体ウェハ３を収容し、これを洗浄機の槽４１中に入れ
、この槽４１に温純水１６を供給し、槽４１の全周より
均一にオーバーフローすることにより、水面を常に清浄
な状態に保つ。こうして洗浄された基板３および収納治
具１１は一定時間経過後に、洗浄機上に備えた収納治具
搬送用アーム３８で、二点鎖線の如くに基板３を引上げ
、洗浄を終了する。

純水３０は、上流側の管２３、エルボ２４を経由して、
槽４１の底板１２を貫通する管２３から気泡発生装置２
１　（詳細は第５図及び第６図によって後に説明する。

）に供給され、４枚の側壁１０に囲まれる槽４１内に入
る。

上記に於いて重要なことは、槽４１の四辺を構成する側
壁１０の上端に僅かな間隙を隔てて、先端を鋭くしたナ
イフェツジ状の板（以下、ナイフェツジと呼ぶ。）１７
を設けていることである。

ナイフェツジ１７を含む１６の領域を第２図に拡大して
示す。側壁１０の上端部は山形を呈していて、その外側
傾斜面に対して間隙ｄを隔ててナイフェツジ１７が位置
する。ナイフェツジ１７はナイフェツジ保持具１８に保
持され、ナイフェツジ保持具１８は側壁１０の外面に取
付けられたブラケット１９にボルト２０によって固定さ
れる。

間隙ｄの寸法はボルト２０を調節することによって調整
できるようにしである。ナイフェツジ１７は、第４図に
示すように、側壁１０の全幅に亘って設けてあり、槽水
の純水の溢流は、側壁１０とナイフェツジ１７との間隙
の毛管作用（大気圧下での吸引作用）によって強制的に
なされる。従って、側壁１０の上端が完全には水平にな
っていなくても、純水３０は、第２図に矢印で示すよう
に溢流し、側壁１０の上端全周から均一に溢流し、第１
５図、第１６図で説明したような純水の淀むことによる
問題が起こることはない。即ち、ナイフェツジ１７は溢
流を制御する機能を果たす。かくして第１５図、第１６
図の塵８Ａは、純水の均一な流れに乗って純水３０と共
に槽外へ溢流する。

また、基板浸漬時（第１５図の状態）には、ナイフェツ
ジ１７が存在しなければ、純水３０の液面は表面張力に
よって第２図中に仮想線で示すように、定常状態になる
前に一旦上昇して溢流が一時停止する。然し、ナイフェ
ツジ１７を設けることにより、その鋭い先端が表面張力
による純水の盛上りを阻止しく表面張力を破り）、従っ
て溢流が一時停止することがない。このようにするには
、ナイフェツジの先端を側壁１０の上端よりも若干内側
に位置せしめるのが良い。側壁１０の上端と仮想線で示
す液面との距離（純水の盛上り）ｈは、通常３ｍｍ程度
である。側壁１０の上端とナイフェツジ１７との間隙ｄ
は１ｍＩ［１程度とするのが良い。

かくすることにより、毛管作用が働いて純水の溢流が均
一になる。ナイフェツジ１７は特に石英製として良好な
結果が得られ、純水の供給量が少なくても側壁全周から
溢流させることができた。

第５図は第１図の気泡発生装置２１の拡大断面図、第６
図は同じく拡大斜視図である。

扁平な箱２２の底板中央には管２３が純水３０を導通可
能に接続し、天井板には貫通孔２２ａが多数設けられて
いる。また天井板にはガス（この例では窒素ガス）３１
を供給する細管２６が複数（この例では３本）互いに平
行にかつ上面を天井板表面の高さに一致させて取付けら
れ、細管２６には上方に向けて貫通孔２６ａが多数設け
である。

細管２６は、箱２２の外部から貫通するガス供給管２５
に、Ｔ形継子（チーズ）２８．２８及びエルボ２９によ
って接続されている。従って、管２３から純水３０を、
管２５から窒素ガス３１を供給すると、純水３０は貫通
孔２２ａから槽（第１図の４１）に供給され、窒素ガス
３１は細管２６の貫通孔２６ａから槽に供給されて純水
３０中で気泡となって槽中を上昇する。

第３図は窒素ガスを供給している状態での第２図の同様
の拡大部分断面図である。

純水３０は、槽内で上昇し、第２図と同様に側壁１０の
外側傾斜面とナイフェツジ１７との間隙から溢水する。

それと共に、窒素ガス３１の気泡が純水３０中を上昇し
て純水３０を激しく攪拌（バブリング）し、図示しない
基板に接する幅狭の領域でも純水の上昇が他の領域と殆
ど同様に起こり、基板に塵等の異物が付着していたとし
ても、この異物が基板から離れるようになり、洗浄効果
が顕著になる。前工程での硫酸のような粘性の大きい液
も洗い落とされる。窒素ガス３１の気泡は、部の純水３
０と共にナイフェツジ１７を越えて側壁１０外へと溢れ
出る。

上記バブリングは、基板を下降させて純水中に浸漬する
過程で行い、浸漬中は間歇的にバブリングする。基板の
純水からの引上げ時にはバブリングを停止し、純水３０
を静かに溢水させて塵等の異物が基板に付着しないよう
にする。

第７図は、水洗装置を構成する各部の関係を示す系統図
である。

槽４１から溢れた純水３０は、槽側壁の外周に設けられ
た溢水受け４１ａに一旦溜められ、装置外へ排出される
。

タンク４４中の純水３０は、管２３、ポンプ４４、管２
３、流量制御弁４５、管２３を経由して槽４１内に供給
される。ポンプ４４と流量制御弁４５との間の管２３と
タンク４３との間は、分岐管４６が設けてあって、過剰
の純水をタンク４３に戻すようにしである。また、ボン
へ４８中の窒素ガス３１は、電磁弁／電気駆動弁（以下
、「電磁弁」と呼ぶ。）４９、ガス供給管２５を経由し
て槽４１内に供給される。

収納治具搬送用アーム３８を上下動させる上下動駆動部
４２が作動して収納治具搬送用アーム３８が下降を開始
すると、電磁弁制御部５０が上下動駆動部４２からの信
号を受けて電磁弁４９を開き、ボンへ４８内の窒素ガス
３１が槽４１に供給されてバブリングが開始される。基
板３の純水中の浸漬時には、電磁弁制御部５０が所定の
プログラムに従って電磁弁４９を開閉し、バブリングが
間歇的になされる。バブリングを間歇的に行うのは、基
板から離れた塵等の異物を再び基板に付着させずに液面
に浮かび上がらせるためである。

基板の水洗が終了し、上下動駆動部４２が作用して収納
治具搬送用アーム３８が上昇を開始すると、電磁弁制御
部５０が上下動駆動部４２からの信号を受けて電磁弁４
９を閉し、バブリングが停止すると同時に、流量制御部
４７が−Ｆ記の信号を受けて流量制御弁４５を余計に開
かせ、純水３０の槽４１への供給量を増加させる。これ
は、基板３と収納治具１１とが純水から引上げられるこ
とにより、純水の液面が低下して純水の溢流が減少乃至
停止することを防ぐためである。

以上の水洗処理が終了すると、図示しない駆動装置によ
って収納治具搬送用アーム３８が水平方向に移動し、水
洗済みの基板を収容する収納治具１１を、未水洗の基板
を収納する他の収納治具と交換し、再び槽４１の上方に
戻って引続き次の水洗処理が遂行される。

上記の例は基板の水洗処理についての例であるが、薬液
等による被処理物の化学的処理にあっては、前述のバブ
リングは、如何なる処理を施すのかによっては必ずしも
行う必要はない。また、被処理物と接する薬液の幅狭な
領域では、前述のように液の上昇が不活撥であるので、
この領域では薬液の処理能力が低下してしまう。このよ
うな場合は、薬液中への被処理物の浸漬中は、前述のバ
ブリングは、間歇的に行っても良いし、連続して行って
も良い。

次に、本例に於いて使用する収納治具１１の構造につい
て第８図〜第１０図によって説明する。

収納治具１１の溝１２の下部にある基板支持部５を断面
Ｕ字形のＵ字溝として形成し、その底面１９は第８回に
拡大図示するように逆勾配に傾斜した一対のテーパとな
っており、また、第８図のＩＸ−ＩＸ線に相当する断面
図である第９回に明示するように治具内方に向かって深
くなった象、斜面３６となっている。これに加えて、第
１０図に明示するように、基板３を挟む如くに一対の突
起３４．３５を溝３２の両側に対称的に設けている。こ
の部分４では、突起３４．３５の間隔Ｃは、基板３の厚
みもより若干広く、突起の先端で基板に軽く点接触する
ことによって鉛直に保持している。しく１３）かも、上記底面１９の中央部に基板３の下部エツジが一
点にて当接している。

従って、基板は溝中心位置に常に中立状態で安定してい
るので、溝側面との間隔が一定で広くとれ、底部の点支
持と相まって、流体（液体、気体）の置換効率が一段と
良くなる。即ち、収納治具１１の支持部（底部）をＵ型
形状とすることにより、ここに下部エツジが接する基板
３は溝の中心位置に保たれるとともに、点接触で支持さ
れることになる。更に、基板上部の傾斜を完全に防止す
るために、溝両側に突起３４．３５を設け“ることによ
って、基板を溝の中心位置に安定して保持することがで
きる。従って、液体の溜りを回避でき、基板は静止した
ままで、効率の良い洗浄が可能になり、半導体の高品質
化に寄与することができる。

なお、上記支持部はＶ型の溝であってよい。

なお、治具１１はテフロン等の如き材料で形成されるの
がよい。

上記の装置は、上述の洗浄のほか、基板の薬液による化
学的処理（例えばエツチング）及び洗浄後の乾燥にも適
用できる。即ち、写真蝕刻法によるパターニングのエツ
チング工程、エツチング後の水洗工程及び洗浄後の乾燥
工程を、３台の装置を並べてこれらの処理を連続して行
うことができる。但し、エツチング工程では薬液に接触
する部分には耐蝕性を有する材料を使用する。この工程
では、薬液が淀む箇所ができなく、薬液が各基板に均等
に供給され、均一な処理がなされる。

乾燥工程では、純水に温純水を使用し、基板引上げは微
速度で行う。これにより、純水の表面張力を利用して基
板３および収納治具１１の水分を除去するので、液溜り
も生じない。僅かに残った水分も、基板３と収納治具１
１の余熱で短時間の内に蒸発し、乾燥する。

この際の処理条件は次の通りである。

温純水の温度　：４５〜６５°Ｃ基板引上げ速度：２ｃｍ１分基板引上げ終了後から完全乾燥までの所要時間：数秒上記したように、本例の方法によって、温純水から引上
げるだけで乾燥し、効率の良い基板乾燥が実現できる。

そして、基板を上昇させるとき、前述したナイフェツジ
の効果により、水面の置換効率が高められ、水面の清浄
状態が維持でき、基板に塵付着の少ない状態で乾燥させ
ることができた。

以上のようなエツチング、水洗、乾燥の工程を経て各処
理が終了した基板は、ナイフェツジを設けていない装置
を使用した場合に較べて、塵等の異物の付着数が１７４
０〜ｌ１５０に減少した。

第２図、第３図のナイフェツジ１７は、第１１図のよう
な形状のナイフェツジ２７とすることができる。第１１
図では、ナイフェツジ保持具、ブラケット、ボルト（第
２図、第３図の１８．１９．２０）は図示省略している
が、ナイフェツジ２７の形状が異なるほかは、第２図、
第３図の例と異なるところはない。

ナイフェツジ２７の先端は垂直な面２７ａとしてあり、
先端の面２７ａは、側壁１０の上端よりも充分に内側に
位置するようにしである。ナイフェツジ２７をこのよう
にすることにより、ナイフェツジ２７の下側傾斜面２７
ｂ（第２図、第３図のそれよりも広くなる。）に純水３
０の液面３０ａが接触するので、ナイフェツジ２７の水
平方向の位置決めの精度がゆるやかになる。従って、槽
の組立てが容易となる。前述した純水の表面張力（第２
図の仮想線）を破るのは、先端面２７ａと下側傾斜面２
７ｂとによって形成される稜２７ｃによってなされる。

以上、本発明を例示したが、上述の例は本発明の技術的
思想に基いて更に変形が可能である。

例えば、ナイフェツジ１７．２７の材料、形状及びその
取付は方法は、他の適宜の材料、形状、取付は方法とし
て良い。側壁１０の上端部の形状もナイフェツジの形状
に応じて適宜であって良い。

上述の実施例では、テフロン製収納治具であったが、他
の材質においても同様な効果が得られる。

また、上記において、自動洗浄機内の最終純水槽に温純
水を供給し、専用収納治具および収納治具搬送ロボット
を引上げに利用することによって、専用の乾燥機を導入
しなくても、洗浄槽だけで乾燥を完了させてしまうこと
が可能である。更に、本発明はエツチング、洗浄、乾燥
以外の処理にも勿論適用できるし、対象も半導体ウェハ
以外の種々の被処理物の各種処理であってよい。

へ０発明の効果本発明は、処理液の溢流域にで容器の面に対して所定の
間隙を隔てて溢流制御部材が設けられ、上記間隙が毛管
作用で処理液の溢流を導くようにしているので、溢流が
大気圧による毛管の吸引作用で強制的になされる。従っ
て、処理液が容器周囲の全域に均一に溢流し、処理液が
淀む箇所がなくなる。その結果、塵等の不所望な異物は
容器外に効果的に排出されて被処理物に付着せず、また
処理液が被処理物表面に均等に供給され、処理後の被処
理物に品質低下をきたすことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１１図は本発明の実施例を示すものであって
、第１図は半導体ウェハの洗浄工程を示す断面図、第２図
は第１図の拡大部分断面図、第３図はバブリング時の第１図の拡大部分断面図、第４図は槽（洗浄槽）の拡大部分正面図、第５図は気泡
発生装置の断面図、第６図は気泡発生装置の斜視図、第７図は洗浄装置全体の系統図、第８図は半導体ウェハ収納治具の要部断面図、第９図は
第８図のＩＸ−ＩＸ線に相当する断面図、第１０図は第
８図の一部分の拡大図、第１１図は他の例による洗浄装置の拡大部分断面図である。第１２図〜第１６図は従来例を示すものであって、第１２図は収納治具の斜視図、第１３図は半導体ウェハ収納状態の断面図、第１４図は
半導体ウェハ洗浄時の装置断面図、第１５間は純水中へ
の半導体ウェハ浸漬時の塵の挙動を説明するための概略
図、第１６図は純水からの半導体ウェハ引上げ時の塵の挙動
を説明するための概略図である。なお、図面に示された符号において、３・・・・・・・・・半導体ウェハ（基板）８Ａ、８Ｂ
、８Ｃ・・・・・・・・・塵１０・・・・・・・・・槽
の側壁１１・・・・・・・・・収納治具１７．２７・・・・・・・・・溢流制御部材（ナイフェ
ツジ）２１・・・・・・・・・気泡発生装置３０・・・・・・・・・処理液（純水）３１・・・・・
・・・・窒素ガス３８・・・・・・・・・収納治具搬送用アーム４１・・
・・・・・・・槽である。代理人　　　弁理士　　逢坂　宏Ｆ　　Ｑ（ｖ）０区区味

Claims

【特許請求の範囲】

１、処理液を容器から溢れ出させながらこの容器中の前
記処理液に被処理物を浸漬し、この被処理物に所定の処
理を施す処理装置において、前記処理液の溢流域にて前
記容器の面に対して所定の間隙を隔てて溢流制御部材が
設けられ、前記間隙が毛管作用で前記処理液の溢流を導
くように構成されていることを特徴とする、液体による
処理装置。