JP4304476B2 - 浸漬処理用基板保持ユニットおよび浸漬処理用基板保持治具 - Google Patents

Description

この発明は、半導体基板やガラス基板等の基板を処理液に浸漬して処理する際に、基板を破損させることなく、安定に保持することができる基板保持治具に関する。

半導体等の基板を用いて製品を製造する過程においては、エッチングや洗浄、めっき、表面改質等のために基板を処理液で処理する工程がある。
基板を処理液で処理する方法は以下の2つに大別できる。
その１は、複数枚の基板を弗素樹脂またはポリプロピレン等の合成樹脂製の基板ホルダ（カセットまたはキャリアともいう）のスリット部に挿入し、基板ホルダと一緒に基板を処理液に浸漬して基板を処理する方法であり、バッチ処理になる。この方法の場合には、スリット内の基板は固定されていないので、処理液に浸漬する際や処理液から取り出す際、更には、処理液を撹拌したり、処理液中で基板を揺動させたりする際等に、基板が移動して面の向きが変わり、基板に無理な力が作用して基板にクラックを生じさせたり基板を割ってしまったりすることがある。特に、薄い基板の場合には、この問題は顕著となる。この問題に対応するものとして、基板の2箇所をＶ字形溝で1箇所をＹ字形溝で支持して基板の揺れや傾きを抑えている基板保持具が、特許文献１等に開示されている。しかし、この基板保持具の場合においても、基板は基板保持具にしっかりと保持されてはいないので、液中への浸漬時や液中での揺動・撹拌時には、基板が治具内を移動して向きを変え、基板に無理な力がかかることを避けることはできない。

その2は、基板を真空チャック等で保持した状態で自転させ、処理液を基板上に吐出させて基板を処理する方法（枚葉スピン方式）等の枚葉処理による方法である。枚葉スピン方式は、割れの点に関しては有利であるが、スループットが長くなるという問題をもち、一般的に設備が高価であるため、高額の設備投資を必要とする。枚葉スピン方式とは異なる方式の枚葉処理の方法として、基板保持具を液体中に浸漬した場合に発生する浮力を利用して基板を水平状態で保持するウェハ保持装置が、特許文献２に開示されている。この装置は、ある角度範囲で回動可能に保持された浮力発生手段を有する基板保持手段を備え、浮力発生手段に浮力が働かない液外では基板を保持しない状態にあり、液中に入ると浮力発生手段の浮力によって基板保持手段が回動して基板を保持する。しかし、この装置の場合には、基板を処理液面に水平に配置するので、処理液中で基板を上下に移動させる際に基板に大きな力がかからないように所定速度以下の遅い速度で移動させる必要がある。
特開平８―195431号公報 特開2003―303871号公報

この発明は、上記のような従来技術の問題点を解消して、薄い基板を処理液に浸漬して処理する際にも基板割れを生じる可能性が少なく且つ作業性が優れている浸漬処理用基板保持ユニット（以下では「基板保持ユニット」と略称する）および浸漬処理用基板保持治具（以下では「基板保持治具」と略称する）を提供することを課題とする。

請求項１の発明は、基板を処理液面に対して垂直に保持して処理液中に浸漬させ洗浄やエッチング等の処理をするための基板保持ユニットであって、基板の一方の面の一部に接触して基板を処理液面に対して垂直に保持するための基板保持部と、基板の他方の面に対向する位置に配置され、基板の両側に対向する位置の下部には基板との間に浮き子を収容する浮き子収容空間を形成するための掘り込み部を形成され、且つその掘り込み部の上面を基板側に向かう下向き傾斜面となされている浮き子保持部と、この浮き子保持部の下部と前記基板保持部の下部とを連結し、基板の下部を支持し且つ前記浮き子収容空間の下部を形成するための底部と、基板の側面を支持して基板の位置を規制するための一対の基板側面支持部と、前記浮き子収容空間に収容されている浮き子と、を備え、処理液中へ浸漬されると、前記浮き子に働く浮力によって浮き子を浮き子収容空間の上方へ移動させて前記下向き傾斜面に沿って上方および基板側へ移動させ、浮き子が基板に接触すると、浮力の基板側へ向かう分力によって浮き子を基板に押し付けて基板を前記基板保持部へ押し付け、基板を基板保持部と浮き子とで保持し、処理液外へ出されると、浮き子に働く浮力が無くなって、基板を保持状態から開放する。

この発明による基板保持ユニットに基板をセットして処理液中へ浸漬すると、浮き子収容空間に収容されている浮き子が、処理液中に浸漬された時の浮力の基板側へ向かう分力によって、基板を押して基板保持部へ押し付け、基板を基板保持部とで保持するので、処理液中にある時には、基板は処理液面に対して垂直な状態で基板保持部と浮き子に保持され、処理液から出された時には、浮き子に働く浮力がなくなって、基板は保持状態から開放される。
請求項２の発明は、請求項1に記載の基板保持ユニットを複数個収容する容器部と、容器部を保持するためのハンドルと、を備えている基板保持治具であって、前記容器部には、基板保持ユニットの浮き子収容空間の少なくとも側方下部から処理液を基板保持ユニットの内部に供給するための開口部を有し、この開口部には、前記浮き子が浮き子収容空間外へ出ることを阻止するための浮き子脱出阻止手段を備えている。

この発明による基板保持治具は、請求項1に記載の基板保持ユニットを複数個収容し、その基板保持ユニットの浮き子収容空間の少なくとも側方下部から処理液を基板保持ユニットの内部に供給するための開口部を有し、この開口部には浮き子が浮き子収容空間外へ出ることを阻止する浮き子脱出阻止手段を備えているので、この基板保持治具に基板をセットして処理液へ浸漬する初期段階で、基板が基板保持部と浮き子とによって保持されていない状態の場合には、処理液が浮き子収容空間の側方下部から基板保持ユニットの内部に供給されるので、供給された処理液は浮き子を上方へ移動させると同時に保持状態になる前の基板を処理液面に対して垂直な状態に立てるように働き基板に無理な力をかけない。処理液から取り出す場合には、側方下部の開口部が確実に処理液を排出させる。また、浮き子脱出阻止手段によって、浮き子が常に浮き子収容空間内に留められる。

請求項１の発明においては、浮き子収容空間に収容されている浮き子が、処理液中に浸漬された時の浮力の基板側へ向かう分力で基板を押して基板保持部へ押し付け、基板を基板保持部とで保持するので、処理液中に浸漬する途中の段階から浸漬されている全時間および処理液から取り出す途中の段階まで、基板は処理液面に対して垂直な状態で基板保持部と浮き子に保持され、処理液から出された時に、基板はその保持状態から開放される。言い換えれば、基板の全体またはかなりの部分が処理液に浸漬されている状態においては、基板は、必ず基板保持部と浮き子とで保持されて処理液面に対して垂直な状態を保ち、処理液から無理な力を最も受けにくい状態にある。また、上述の説明から明らかなように、基板の保持および開放は、基板の処理液への浸漬および取り出しによって自動的に行われる。

したがって、この発明によれば、処理液中へ浸漬されている基板は常に処理液面に垂直な状態を保つので、薄い基板を処理液に浸漬して処理する際に基板割れを生じる可能性が少なく、且つ、処理液への入出によって基板の保持・開放が自動的に行われるので、作業性が良い。
請求項２の発明においては、基板をセットして処理液へ浸漬する初期段階で、基板が基板保持部と浮き子とによって保持されていない状態の場合には、処理液が浮き子収容空間の側方下部から基板保持ユニットの内部に供給されるので、供給された処理液は浮き子を上方へ移動させると同時に保持状態になる前の基板を処理液面に対して垂直な状態に立てるように働き基板に無理な力をかけない。処理液から取り出す場合には、側方下部の開口部が確実に処理液を排出させるので、浮き子は下方へ下がって基板は開放される。また、浮き子脱出阻止手段によって、浮き子が常に浮き子収容空間内に留められ、外部に出てしまうことはない。

したがって、この発明によれば、薄い基板を処理液に浸漬して処理する際にも基板割れを生じる可能性が少なく且つ作業性が優れている基板保持治具を提供することができる。

この発明による基板保持ユニットは、基板を1枚ずつ収容して処理するための基本単位であって、この基板保持ユニットに収容された基板は、処理液に浸漬されると、処理液中に浸漬された浮き子に働く浮力によって処理液面に垂直な状態に保持される。この発明による基板保持治具は、このような基板保持ユニットの複数個をひとまとめにしたものであって、複数の基板を同時に処理することができる。
以下において、この発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明する。

基板保持ユニットの実施例

図１は、この発明による基板保持ユニットの実施例の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図であり、図２は、この実施例を処理液中に浸漬したときの状態を示す正面図である。
この実施例の基板保持ユニット１は、弗素樹脂またはポリプロピレン等の合成樹脂からなり、基板保持部11と浮き子保持部12と底部13と基板側面支持部（図では側面支持部）14と浮き子16とで構成されている。
基板保持部11は、基板２の背面（図1においては左側の面）の外周部等の一部に接触して基板２を処理液面に垂直な状態に保持する部分であり、この実施例では基板２の外周部で保持するように凹部111が形成されている。この凹部111の形成によって、処理液が背面側にも十分に供給される。

浮き子保持部12は、浮き子16を収容し、処理液中に浸漬された時に基板２の表面（図1においては右側の面）の両側の所定位置に浮き子16を接触させて基板２を基板保持部11に押し付けさせる部分であって、基板２の両側端に近い位置に基板保持部11に対向して左右対称な形状で一対の部分として形成され、底部13によって基板保持部11につながっている。その下部には、基板２との間に浮き子16を収容する浮き子収容空間15を形成するための掘り込み部121が形成されている。その掘り込み部121の上面は、基板側に向かう下向き傾斜面122となされ、掘り込み部121の内側には、浮き子収容空間15の内限となる浮き子位置決め側壁123が形成されている。
下向き傾斜面122は、処理液に浸漬された時に浮き子16に働く浮力によって浮き子16を基板2へ押し付けるための基板2側への分力を発生させる目的で形成されている。したがって、この傾斜角は必要とする分力の大きさに合わせて決定される。

底部13は、基板保持部11の下部と浮き子保持部12の下部とを連結する部分であって、基板２の下部を支持し、浮き子収容空間15の下部を形成している。浮き子収容空間15に相当する部分には、浮き子16が転がり出ないようにするための凹みが形成され、その底に処理液を排出させるための液排出孔131が形成されている。
基板側面支持部14は、基板２の側面を支持して基板2が転がり出ないように基板2の位置を規制する。
この基板保持ユニット１に基板２を図1のように下端を基板保持部11側に寄せてセットし処理液中へ浸漬すると、浮き子収容空間15に収容されている浮き子16が、処理液から浮力を受けて浮き子収容空間15内を上方へ移動し、下向き傾斜面122に到達した後は、下向き傾斜面122に沿って左斜め上方へ移動する。浮き子16が基板２に接触すると、浮き子16は、浮力の基板２側へ向かう分力で基板２を押して基板保持部11へ押し付け、図2に示したように、基板２を基板保持部11とで保持する。このようにして、基板２は、処理液中にある時には、処理液面に対して垂直な状態で基板保持部11と浮き子２に保持され、処理液から出された時には、その保持状態から開放される。

図3は、この基板保持ユニット１を単独で基板処理に使用する場合の構成の一例を示した正面図であり、処理液に浸漬された状態で示されている。使用時に浮き子16が浮き子収容空間15から出ないようにするための浮き子止め部材17が浮き子収容空間15の側面に装着され、運搬や揺動等の操作のためのハンドル18が上部に取り付けられている。浮き子止め部材17は、処理液が浮き子収容空間15内に容易に入れるようにするため、その面積は必要最小限に止められており、特に、浮き子収容空間15の最下部を覆わないように配慮されている。
最下部を覆わないようにするのは、基板２を基板保持ユニット１にセットして処理液へ浸漬する初期段階で、基板２が基板保持部11と浮き子16とによって保持されていない状態にある時に、処理液を浮き子収容空間15の側方下部から基板保持ユニット１の内部に供給させて、供給された処理液が浮き子16を上方へ移動させると同時に保持状態になる前の基板２を処理液面に対して垂直な状態に立てるように働くようにし、基板２に無理な力をかけないようにするためであり、処理液からの取り出し時に、処理液が浮き子収容空間15内から容易に排出できるようにするためでもある。

上記の実施例においては、浮き子保持部12は、基板２の両側端に近い位置に基板保持部11に対向して左右対称な形状で一対の部分として形成されているが、左右両側にそれぞれの浮き子収容空間15を備えた一体のものにすることもできる。

基板保持治具の実施例

図４は、この発明による基板保持治具の実施例の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図であり、処理液に浸漬された状態で示されている。
この実施例の基板保持治具100は、４つの基板保持ユニット１を収容する容器部31と、運搬や揺動等の操作のためのハンドル32と、容器部31に収容された４つの基板保持ユニット１とで構成されている。
容器部31は、4つの基板保持ユニット１を収容するための間隔をおいて対向する一対の容器部側板311と、この容器部側板311の下端を連結する底板312と、この容器部側板311の上端の両側を連結する一対の上部枠板313と、収容した基板保持ユニット１の両側の浮き子収容空間の外側にあって浮き子が浮き子収容空間から外部に出ることを阻止する浮き子脱出阻止手段としての複数の浮き子止め棒314と、で構成されている。

底板312には、基板保持ユニット１の液排出孔の位置に対応して不図示の液排出孔が形成されている。
上部枠板313の高さ方向の位置は、基板保持ユニット１を容器部31にセットした時に基板保持ユニット１の基板側面支持部が上部枠板313の僅かに上の位置にくるように設定されている。
浮き子止め棒314は、図3の浮き子止め部材17と同様に、処理液の基板保持ユニット１の内部への流入流出をできる限り妨げないようにするため、その面積を必要最小限に止められていて、浮き子収容空間の最下部を覆わないように配慮されている。
この基板保持治具100に基板２を図１と同様にセットして処理液中へ浸漬すると、基板保持ユニットの実施例の場合と同様にして、基板２は、処理液中にある時には、処理液面に対して垂直な状態で基板保持ユニット１の基板保持部と浮き子に保持され、処理液から出された時には、その保持状態から開放される。

基板のセットおよび取り出しは、基板保持治具の状態で実行できるが、基板保持ユニット１を容器部31から取り出した状態で実行することも可能である。
なお、この実施例は4つの基板保持ユニット１を収容しているが、基板保持ユニット１の数は４つに限定されるものではない。

この発明による基板保持ユニットの実施例の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図 上記実施例を処理液中に浸漬したときの状態を示す正面図 上記実施例を単独で基板処理に使用する場合の構成を示す正面図 この発明による基板保持治具の実施例の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図

符号の説明

１ 浸漬処理用基板保持ユニット
11 基板保持部
111 凹部
12 浮き子保持部
121 掘り込み部 122 下向き傾斜面
123 浮き子位置決め側壁
13 底部
131 液排出口
14 基板側面支持部
15 浮き子収容空間
16 浮き子
17 浮き子止め部材
18 ハンドル
２ 基板
３ バスケット
31 容器部
311 容器部側板 312 底板
313 上部枠板 314 浮き子止め棒
32 ハンドル
100 浸漬処理用基板保持治具

Claims (2)

1. 基板を処理液面に対して垂直に保持して処理液中に浸漬させ洗浄やエッチング等の処理をするための浸漬処理用基板保持ユニットであって、
   基板の一方の面の一部に接触して基板を処理液面に対して垂直に保持するための基板保持部と、
   基板の他方の面に対向する位置に配置され、基板の両側に対向する位置の下部には基板との間に浮き子を収容する浮き子収容空間を形成するための掘り込み部を形成され、且つその掘り込み部の上面を基板側に向かう下向き傾斜面となされている浮き子保持部と、
   この浮き子保持部の下部と前記基板保持部の下部とを連結し、基板の下部を支持し且つ前記浮き子収容空間の下部を形成するための底部と、
   基板の側面を支持して基板の位置を規制するための一対の基板側面支持部と、
   前記浮き子収容空間に収容されている浮き子と、を備え、
   処理液中へ浸漬されると、前記浮き子に働く浮力によって浮き子を浮き子収容空間の上方へ移動させて前記下向き傾斜面に沿って上方および基板側へ移動させ、浮き子が基板に接触すると、浮力の基板側へ向かう分力によって浮き子を基板に押し付けて基板を前記基板保持部へ押し付け、基板を基板保持部と浮き子とで保持し、
   処理液外へ出されると、浮き子に働く浮力が無くなって、基板を保持状態から開放する、
   ことを特徴とする浸漬処理用基板保持ユニット。
2. 請求項１に記載の浸漬処理用基板保持ユニットを複数個収容する容器部と、容器部を保持するためのハンドルと、を備えている浸漬処理用基板保持治具であって、
   前記容器部には、浸漬処理用基板保持ユニットの浮き子収容空間の少なくとも側方下部から処理液を浸漬処理用基板保持ユニットの内部に供給するための開口部を有し、
   この開口部には、前記浮き子が浮き子収容空間外へ出ることを阻止するための浮き子脱出阻止手段を備えている、
   ことを特徴とする浸漬処理用基板保持治具。

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