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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-19
(45)【発行日】2024-01-29
(54)【発明の名称】基板乾燥装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/304 20060101AFI20240122BHJP
   F26B 3/04 20060101ALI20240122BHJP
   B08B 3/04 20060101ALI20240122BHJP
【FI】
H01L21/304 651L
H01L21/304 651G
H01L21/304 651J
H01L21/304 648L
F26B3/04
B08B3/04 Z
【請求項の数】 6
(21)【出願番号】P 2020042877
(22)【出願日】2020-03-12
(65)【公開番号】P2021145043
(43)【公開日】2021-09-24
【審査請求日】2022-10-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000107734
【氏名又は名称】スピードファムクリーンシステム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】240000327
【弁護士】
【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】土屋 伸次郎
(72)【発明者】
【氏名】伊豆田 信彦
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 晋
【審査官】平野 崇
(56)【参考文献】
【文献】特開2003-257926(JP,A)
【文献】特開2008-251657(JP,A)
【文献】特表2003-528444(JP,A)
【文献】特開平03-022427(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 21/304
F26B 3/04
B08B 3/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
処理液に浸漬させた基板を前記処理液から引き上げる際に乾燥させる基板乾燥装置において、
前記処理液を貯留する処理槽と、
前記処理槽内に設けられ、前記基板を保持する基板保持機構と、
前記処理槽に貯留された処理液の内部と、前記処理液の上方に形成された乾燥空間との間で前記基板保持機構を昇降させる昇降機構と、
前記処理液よりも高温の温風を吹出口から前記乾燥空間に向けて送風する送風機構と、
を備え
前記送風機構は、前記乾燥空間に引き上げられた基板の中心に向けて前記温風を送風す
ことを特徴とする基板乾燥装置。
【請求項2】
請求項1に記載された基板乾燥装置において、
前記乾燥空間内の空気を排気口から排出する排気機構を備え、
前記排気口は、前記吹出口よりも上側に配置されている
ことを特徴とする基板乾燥装置。
【請求項3】
請求項2に記載された基板乾燥装置において、
前記排気機構は、前記排気口を複数有し、
前記複数の排気口は、前記処理槽の中心を挟んで対称となる位置に配置されている
ことを特徴とする基板乾燥装置。
【請求項4】
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載された基板乾燥装置において、
前記吹出口の縁部には、前記温風の送風方向を規制する庇板が設けられている
ことを特徴とする基板乾燥装置。
【請求項5】
請求項1から請求項4の何れか一項に記載された基板乾燥装置において、
前記送風機構は、前記基板保持機構によって保持された基板の基板面に対して平行な方向に前記温風を送風する
ことを特徴とする基板乾燥装置。
【請求項6】
請求項1に記載された基板乾燥装置において、
前記吹出口は、前記乾燥空間に引き上げられた基板の中心よりも高い位置に形成されている
ことを特徴とする基板乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、処理液に浸漬させた基板を引き上げる際に乾燥させる基板乾燥装置に関する発明である。
【背景技術】
【0002】
従来から、基板を洗浄した後の乾燥工程において、所定温度に温めた温純水中に浸漬された基板をゆっくりと引き上げることで、温純水の表面張力と基板自身の潜熱によって、基板の表面に付着した水分を蒸発させて乾燥させる基板乾燥装置が知られている(例えば、特許文献1、2等参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開昭64-53549号公報
【文献】特開平4-197479号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の基板乾燥装置によって薄い基板を乾燥させる場合、表面の水分を蒸発させる熱量を基板内部に保持できないため、乾燥に必要な基板温度を維持させることが難しく、液残りが発生することがある。また、複雑な形状の基板では、くぼみ等に溜まった水分を蒸発させることができずに液残りが生じてしまう。
【0005】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、基板の厚みに拘らず液残りなく速やかに乾燥させることができる基板乾燥装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明の基板乾燥装置は、処理液に浸漬させた基板を前記処理液から引き上げる際に乾燥させる基板乾燥装置において、前記処理液を貯留する処理槽と、前記基板を保持する基板保持機構と、前記処理槽に貯留された処理液の内部と、前記処理液の上方に形成された乾燥空間との間で前記基板保持機構を昇降させる昇降機構と、前記処理液よりも高温の温風を前記乾燥空間に向けて送風する送風機構と、を備え、前記送風機構は、前記乾燥空間に引き上げられた基板の中心に向けて前記温風を送風する。
【発明の効果】
【0007】
本発明の基板乾燥装置では、基板の厚みに拘らず液残りなく速やかに乾燥させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】実施例1の基板乾燥装置の構成を示す全体図である。
図2】実施例1の基板乾燥装置を示す平面図である。
図3】実施例1の基板乾燥装置の処理槽を模式的に示す斜視図である。
図4】実施例1の基板乾燥装置における基板乾燥時の処理液の流れを示す模式図である。
図5】実施例1の基板乾燥装置における空気の流れを示す模式図である。
図6】実施例1の基板乾燥装置を用いて乾燥実験の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の基板乾燥装置を実施するための形態を、図面に示す実施例1に基づいて説明する。
【0010】
(実施例1)
以下、実施例1の基板乾燥装置1の構成を図1図3に基づいて説明する。
【0011】
実施例1の基板乾燥装置1は、処理液Rに浸漬させた基板Wを、処理液Rから引き上げながら乾燥させる装置である。この基板乾燥装置1は、処理槽10と、基板保持機構20と、昇降機構30と、送風機構40と、排気機構50と、図示しないコントローラと、を備えている。
【0012】
処理槽10は、基板Wを浸漬する処理液Rを貯留するいわゆる水槽である。この処理槽10は、二重構造になっており、処理液Rを貯留する第1槽11と、第1槽11を取り囲む第2槽12と、を有している。
【0013】
第1槽11は、上方に向かって開放した直方体形状を呈し、基板保持機構20及び昇降機構30が内部に配置されている。また、この第1槽11には給水装置15(図1参照)が接続され、処理液Rを適宜供給可能としている。第1槽11に貯留される処理液Rは、ここでは20℃~40℃程度に温度調整された純水である。
【0014】
第2槽12は、底面12aが第1槽11の外周面に固定され、底面12aの周縁から起立した周壁面12bが第1槽11の開口部11aよりも高い位置まで延びる直方体形状を呈している。第2槽12の底面12aには、図示しない排水機構が接続され、第1槽11から溢れた処理液Rを排水可能としている。また、第2槽12の内部には、第1槽11に貯留された処理液Rの上方に位置し、処理液Rから引き上げた基板Wを乾燥させる乾燥空間13が形成されている。この乾燥空間13は、周壁面12bによって包囲されている。
【0015】
なお、第2槽12は上方に向かって開放しており、この第2槽12の上方には、図示しない送風装置が設置されている。そして、この送風装置からは、乾燥空間13に向けて垂直に流れる空気であるダウンフローAが吹き付けられる。
【0016】
基板保持機構20は、第1槽11内に設置され、図2に示すように、基板面αを平行に整列させた複数の基板Wを、処理槽10の短手方向に並べた状態で保持する。このとき、各基板Wの基板面αは一定の間隔をあけて対向する。そして、基板保持機構20は、基板Wの周縁部を支持する支持部材21と、支持部材21を昇降機構30に連結するアーム22と、を有している。ここで、基板保持機構20は、一枚の基板Wを複数の支持部材21によって支持する。すなわち、基板Wは、周縁部の複数個所に支持部材21が接触する。
【0017】
昇降機構30は、第1槽11内に設置され、第1槽11の底面から起立した柱部31と、柱部31に取り付けられた駆動部32と、を有している。駆動部32は、コントローラからの指令に基づいて柱部31に沿って昇降する。このとき、コントローラからの指令により昇降速度が制御される。この駆動部32には、基板保持機構20のアーム22が接続されている。そして、駆動部32が柱部31に沿って昇降したとき、基板保持機構20の支持部材21に支持された基板Wも上下に移動する。ここで、昇降機構30は、第1槽11に貯留された処理液Rの内部と、処理液Rの上方に形成された乾燥空間13との間で基板保持機構20を昇降させる。すなわち、基板保持機構20に保持された基板Wは、図1において実線で示す処理液Rに浸漬した状態から、図1において二点鎖線で示すように乾燥空間13に引き上げ可能となっている。
【0018】
送風機構40は、乾燥空間13に向けて温風Bを送風する機構であり、第1送風機41と、第2槽12の周壁面12bに形成された吹出口42と、ヒータ43と、を有している。ここで、第1送風機41は、図1において一点鎖線で模式的に示した風路を介して吹出口42に連通している。この第1送風機41は、コントローラからの指令に基づいて羽根車41aを回転させ、吸いこんだ空気に圧力を加えて吹出口42へと送り出す。ヒータ43は、第1送風機41の内部に設けられ、第1送風機41に吸い込まれた空気を加熱する。すなわち、第1送風機41から送り出される空気は、ヒータ43によって加熱され、少なくとも第1槽11に貯留した処理液Rよりも高温の温風Bとなる。ここでは、ヒータ43は、コントローラからの指令によって制御され、吹出口42での温風温度(吹き出し温度)が60℃~130℃程度となるように調整する。
【0019】
吹出口42は、第2槽12の周壁面12bのうち、図3に示すように、互いに対向する短手方向の第1面121b及び第2面122bのそれぞれに一つずつ、合計二個形成された穴であり、自身の正面に向かって温風Bを排出する。ここで、それぞれの吹出口42は、水平方向に延びたスリット状に形成され、この吹出口42の水平方向長さは、第1槽11の短手方向の長さにほぼ一致している。また、吹出口42の開口面積は、この吹出口42における温風Bの風速や風量を所定範囲に収めることが可能な大きさに設定されている。さらに、各吹出口42は、図1に示すように、第1槽11の開口部11aよりも高い位置に形成されている。
【0020】
さらに、この吹出口42の上縁部42aには、庇板44が設けられている。庇板44は、乾燥空間13に向かって突出すると共に、先端が下方に向いている。なお、実施例1では、庇板44の傾き角度を水平方向に対して20°に設定する。
【0021】
排気機構50は、乾燥空間13内の空気Cを排出する機構であり、第2送風機51と、第2槽12の周壁面12bに形成された排気口52と、を有している。ここで、第2送風機51の吸気口は、図1において一点鎖線で模式的に示した風路を介して排気口52に連通している。第2送風機51は、コントローラからの指令に基づいて羽根車51aを回転させ、乾燥空間13内の空気Cを排気口52から図示しない風路を通じて吸い込み、処理槽10の外部へと排出する。
【0022】
また、排気口52は、第2槽12の周壁面12bのうち、互いに対向する短手方向の第1面121b及び第2面122bと、長手方向の第3面123b及び第4面124bのそれぞれに一つずつ、合計四個形成された穴である。すなわち、四個の排気口52は、処理槽10の中心を挟んで対称となる位置に配置されている。さらに、各排気口52は、吹出口42よりも上側に配置されている。また、排気口52は、水平方向に延びたスリット状に形成されている。なお、各排気口52の水平方向長さ及び開口面積は、吹出口42とほぼ同じ大きさに設定されている。
【0023】
以下、実施例1の基板乾燥装置1の作用を図4及び図5に基づいて説明する。
【0024】
基板Wは、基板保持機構20に複数セットされ、20℃~40℃程度に温度調整された処理液Rを貯留した処理槽10の第1槽11内に配置されて処理液Rに浸漬されている。この基板Wを実施例1の基板乾燥装置1によって乾燥するには、昇降機構30の駆動部32を上昇駆動させ、基板保持機構20を上昇させて処理液Rから引き上げる。
【0025】
この基板Wの引き上げ中、送風機構40の第1送風機41及びヒータ43を駆動する。これにより、第1送風機41から空気が送り出されると共に、この送り出される空気が加熱される。そして、第1槽11に貯留した処理液Rよりも高温の温風Bが、吹出口42を介して乾燥空間13に送風される。
【0026】
これにより、乾燥空間13内の温度を上昇させ、この乾燥空間13内に引き上げられた基板Wを取り巻く雰囲気の温度を高くできる。そのため、基板Wの引き上げに伴い、基板Wの表面に沿って処理液Rが盛り上がって生じる曲面であるメニスカスの上部(以下、「メニスカス上部M」という。図4参照)は、温度が上昇して表面張力が低下する。これにより、メニスカス上部Mの表面張力は、第1槽11に貯留している処理液R(図4に破線Xで囲む領域)の表面張力よりも低くなり、基板W側から第1槽11側に向かって流れる対流Yを発生させることができる。そして、この対流Yによって、基板Wへの水分の付着を抑制し、速やかに乾燥させることができる。
【0027】
また、乾燥空間13に送風された温風Bによって基板W及びこの基板Wを保持する基板保持機構20の支持部材21を温めることができる。このため、厚みが薄くて蓄熱量が少ない基板Wであっても、基板Wに付着した水分の乾燥を促進し、速やかに乾燥させることができる。特に、基板Wと支持部材21との接触部分には水分が残りやすいが、基板Wや支持部材21を温めることで、適切に乾燥させることが可能となる。
【0028】
よって、基板Wの厚みに拘らず、基板Wの表面から水分を落とし、液残りなく速やかに乾燥させることができて、液染みの発生も抑制することができる。
【0029】
なお、実施例1の基板乾燥装置1では、処理液Rとして20℃~40℃程度に温度調整された純水を用いている。ここで、処理液Rの温度を低く抑えることで、メニスカス上部Mの表面張力を貯留している処理液Rの表面張力よりも小さくすることができ、より強い対流Yを発生させることができる。そのため、基板Wをさらに速やかに乾燥させることができ、例えばIPA(イソプロピルアルコール)やメタノール、エタノールといったアルコール等の水以外の添加物を使用することなく、適切な乾燥を行うことができる。
【0030】
また、実施例1の基板乾燥装置1では、乾燥空間13内の空気を排気口52から排出する排気機構50を備えており、排気機構50の第2送風機51は、基板Wの引き上げ中に駆動される。そのため、乾燥空間13内の空気の滞留を抑制し、乾燥空間13に送風された温風Bを円滑に循環させ、乾燥効率を高めることができる。
【0031】
しかも、実施例1では、排気機構50の排気口52が、温風Bが吹き出る吹出口42よりも上側に配置されている。これにより、図5に示すように、高温のために上昇しやすい温風Bの流れを乱すことなく円滑に排気することができ、乾燥空間13内の温度上昇が排気によって阻害されることを防止できる。
【0032】
また、実施例1では、第2槽12の周壁面12bのうち、互いに対向する短手方向の第1面121b及び第2面122bのそれぞれに一つずつ吹出口42が形成されている。そのため、図5に示すように、各吹出口42から吹き出された温風Bを乾燥空間13の中央付近で干渉させ、上昇気流を発生させることができる。これにより、基板Wの表面から蒸発させた水分が、基板Wの周囲に留まることを抑制し、乾燥効率の向上を図ることができる。
【0033】
さらに、乾燥空間13の中央付近に生じた上昇気流は、上に向かうほど分散する。これに対し、排気口52は、第2槽12の周壁面12bの全て(第1面121b、第2面122b、第3面123b、第4面124b)にそれぞれ一つずつ形成されている。すなわち、複数の排気口52は、処理槽10の中心を挟んで対称となる位置に配置されている。これにより、乾燥空間13内で分散した空気Cを円滑に排出し、乾燥効率をさらに向上させることができる。
【0034】
さらに、吹出口42は、乾燥空間13に引き上げられた基板Wよりも高い位置に形成されると共に、先端が下方を向いた庇板44が上縁部42aに設けられている。そのため、吹出口42から吹き出された温風Bは、庇板44に沿って流れ、吹出口42よりも下方に向かう。これにより、送風機構40は、乾燥空間13内に引き上げられた基板Wが、半分程度引き上げられるまでの間、基板Wのほぼ中心に向けて温風Bを送風することができる。この結果、基板Wの全体にほぼ均等に温風Bを当てることができ、乾燥ムラの発生を抑制し、液染みの発生を防止することができる。
【0035】
また、吹出口42の上縁部42aに庇板44を設けたことで、温風Bの送風方向の調整を庇板44によって行うことができる。つまり、庇板44の傾き角度や周壁面12bからの突出長さを調整することで、温風Bの送風方向を容易に調整することができる。このため、基板Wの大きさや厚み、乾燥枚数等に応じて適切な方向に温風Bを送風することができる。
【0036】
さらに、実施例1では、庇板44を吹出口42の上縁部42aに設けたため、吹出口42と、この吹出口42の上側に形成された排気口52との間を庇板44で区画することができる。そのため、吹出口42から吹き出された温風Bが、乾燥空間13の中央部へ向かうことなく排気口52から排出されてしまうことを防止できる。
【0037】
また、実施例1の基板乾燥装置1では、吹出口42が、第2槽12の周壁面12bのうち、互いに対向する短手方向の第1面121b及び第2面122bに形成されている。一方、基板保持機構20は、基板面αを平行に整列させた複数の基板Wを処理槽10の短手方向に並べた状態で保持する。そのため、吹出口42から吹き出された温風Bは、基板保持機構20によって保持された基板Wの基板面αに対して平行な方向に流れる。この結果、複数の基板Wに対して、ほぼ均等に温風Bを当てることができ、乾燥ムラの発生をさらに抑制することができる。
【0038】
以下、図6に基づいて、実施例1の基板乾燥装置1を用いた基板Wの乾燥実験結果を説明する。
【0039】
この実験では、図1に示す基板乾燥装置1を使用し、厚みが0.15mm程度の薄膜の基板Wを複数乾燥させる。ここで、実験番号1、2、3では、吹出口42での温風温度を所定の「高温」に設定し、処理液Rからの基板Wの引き上げ速度を「低速」、「中速」、「高速」の三段階に変化させる。一方、実験番号4、5、6では、吹出口42での温風温度を実験番号1~3の時よりも高い「超高温」に設定し、処理液Rからの基板Wの引き上げ速度を「低速」、「中速」、「高速」の三段階に変化させる。
【0040】
なお、全ての実験番号において、処理液Rの温度は、吹出口42での温風温度よりも低い同一の温度(例えば30℃)とし、乾燥実験中、一定量の処理液Rを継続的に第1槽11に供給する。また、吹出口42から吹き出される温風Bの風速は、全ての実験番号において同一の速度に設定される。さらに、排気機構50は、全ての実験番号において同一の条件で駆動する。
【0041】
そして、基板Wの表面に処理液Rが残る「液残り」の有無と、第1槽11に貯留している処理液Rの液面から、メニスカス上部Mの上端までの距離である「メニスカス高さH」を確認した。なお、「液残り」がなければ、基板Wの全体が適切に乾燥されていると判断できる。また、「メニスカス高さH」は、基板Wが乾燥し始める液面からの距離を示す。このため、「メニスカス高さH」は、低いほど基板Wの乾燥がより速やかに行われ、高いほど乾燥に時間がかかると判断できる。
【0042】
この結果、図6に示すように、いずれの実験番号においても、基板Wの表面に処理液Rが残る「液残り」は発生せず、基板Wの全体を適切に乾燥することができることが分かった。
【0043】
また、「メニスカス高さH」は、吹出口42での温風温度を「高温」とし、引き上げ速度を「低速」とした実験番号1では、1mm~2mmのばらつきが生じ、引き上げ速度を「中速」とした実験番号2では5mm~10mmのばらつきが発生したことが分かった。一方、吹出口42での温風温度を「超高温」とし、引き上げ速度を「低速」とした実験番号4では、実験対象の全ての基板Wにおいて「メニスカス高さH」が1mmとなり、引き上げ速度を「中速」とした実験番号5では、実験対象の全ての基板Wにおいて「メニスカス高さH」が5mmとなることが分かった。
【0044】
すなわち、引き上げ速度が同一条件の実験を対象として「メニスカス高さH」を比較すると、吹出口42での温風温度を「高温」に設定した場合にばらつきが生じ、温風温度を「超高温」に設定した場合では、メニスカス高さHを低く抑えることができることが分かった。よって、実施例1の基板乾燥装置1では、吹出口42での温風温度が高いほど基板Wの乾燥が速やかに行われ、液残りの可能性を抑えることができる。
【0045】
また、吹出口42での温風温度を同じ「高温」に設定した場合であっても、基板Wの引き上げ速度が遅いほど「メニスカス高さH」が低いことが分かった。つまり、実施例1の基板乾燥装置1では、基板Wの引き上げ速度が遅いほど基板Wの乾燥が速やかに行われ、液残りの可能性を抑えることができる。
【0046】
以上、本発明の基板乾燥装置を実施例1に基づいて説明してきたが、具体的な構成については、この実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【0047】
実施例1の基板乾燥装置1は、処理槽10に、スリット状の吹出口42を二個、スリット状の排気口52を四個形成する例を示した。しかしながら、吹出口42や排気口52の開口形状や数はこれに限らない。開口形状は、円形や矩形等任意に設定することができるし、数についても適宜設定することができる。
【0048】
また、実施例1では、二個の吹出口42を対向して配置し、四個の排気口52を処理槽10の中心を挟んで対向する位置に配置した例を示したが、これに限らない。例えば、第2槽12の周壁面12bの任意の位置に一つだけ吹出口を形成してもよいし、隣接する第1面121bと第3面123bのそれぞれに吹出口を形成してもよい。また、第2槽12の周壁面12bの任意の位置に一つだけ排気口を形成してもよい。すなわち、吹出口42や排気口52の配置位置も適宜設定することが可能である。
【0049】
さらに、処理槽10の形状も任意に設定可能であり、平面視したときに正方形となる形状であってもよいし、円筒形状であってもよい。また、処理液Rの貯留量を制御することができれば、処理槽10は、必ずしも二重構造としなくてもよい。
【0050】
また、実施例1では、吹出口42の上縁部42aに庇板44を設け、この庇板44によって送風方向を制御する例を示したが、これに限らない。例えば、第1送風機41と吹出口42を連通する風路を処理槽10の周面からノズル状に突出させたりすることで、送風方向を調整可能としてもよい。また、庇板44等の送風方向を制御する部材は、吹出口42に必ずしも設けなくてもよい。
【0051】
また、実施例1では、昇降機構30が、第1槽11の底面から起立した柱部31と、柱部31に取り付けられた駆動部32と、を有する例を示したが、これに限らない。昇降機構30は、例えば、処理槽10の上方から基板保持機構を吊り下げ支持し、吊下げ支持した基板保持機構を処理槽10の外部に設けた駆動機構によって上下動させる構成であってもよい。
【符号の説明】
【0052】
1 基板乾燥装置
10 処理槽
11 第1槽
12 第2槽
12b 周壁面
13 乾燥空間
20 基板保持機構
21 支持部材
22 アーム
30 昇降機構
31 柱部
32 駆動部
40 送風機構
41 第1送風機
42 吹出口
43 ヒータ
44 庇板
50 排気機構
51 第2送風機
52 排気口
B 温風
R 処理液
W 基板
図1
図2
図3
図4
図5
図6