JP7423358B2 - 基板乾燥装置 - Google Patents

Description

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。

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）。

特開昭６４－５３５４９号公報 特開平４－１９７４７９号公報

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。

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。

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。

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。

実施例１の基板乾燥装置の構成を示す全体図である。 実施例１の基板乾燥装置を示す平面図である。 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。 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。 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。 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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (6)

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る
   ことを特徴とする基板乾燥装置。
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。
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。
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。
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。
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。