JP2000150439A - 洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない洗浄液で効果的な洗浄が行え、スポン
ジ等の消耗部品が不要で、ウエハを清浄な状態で乾燥が
可能で、例え半導体ウエハが大径化しても洗浄プロセス
タイムが長くならず、装置の小型化も図れる洗浄装置を
提供する。 【解決手段】 半導体ウエハＷの上下面に対して所定の
隙間３９−１，２を介して対向する上下部材１０，３０
を具備する。上下部材１０，３０には半導体ウエハＷの
上下面に液膜を形成するに必要な洗浄液を供給する洗浄
液供給路１３，３３を設置し、且つ液膜中に超音波振動
を印加する超音波振動子１５，３５を取り付ける。上下
部材１０，３０間に収納した半導体ウエハＷの上下面に
形成される液膜中に超音波振動を加えることで半導体ウ
エハＷに付着しているダストを洗浄して取り除く。バル
ブ５０−１，５０−２，５１の切り換えにより、不活性
ガスをウエハＷに供給することによりウエハＷを清浄な
状態で乾燥する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハや大型
液晶板等の被洗浄物を洗浄する洗浄装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ等の高集積化が進むにつれ
て回路の配線が微細化し、このため半導体ウエハ等上に
許容される残留ダストの数・大きさも十分小さいもので
なければならなくなり、従ってこの半導体ウエハ等を効
果的に洗浄する洗浄装置が必要になっている。

【０００３】この種の洗浄装置としては以下に示すバッ
チ式超音波洗浄装置と枚葉式洗浄装置とがある。

【０００４】〔バッチ式超音波洗浄装置〕この洗浄装置
は、多数枚の半導体ウエハを一度に洗浄する構造のもの
であり、図５に示すように、大きな槽１０１の中に多数
枚の半導体ウエハＷを収納したカゴ１０３を浸漬し、槽
１０１に設けた超音波振動子１０７を駆動して槽内１０
１の洗浄液に超音波を加え、これによって半導体ウエハ
Ｗの表面に付着しているダストを取り除くものである。

【０００５】〔枚葉式洗浄装置〕この洗浄装置は半導体
ウエハを１枚ずつ洗浄する構造のものであり、例えば図
６に示すように、回転駆動させている１枚の半導体ウエ
ハＷの上下面に、ノズル１１５から洗浄液を供給しなが
ら、回転する円柱型ブラシ１１１，１１１を擦り付けて
ダストを取り除く構造のものや、図７に示すように、回
転駆動させている１枚の半導体ウエハＷの表面に、ノズ
ル１２５から洗浄液を供給しながら、回転するペンシル
型ブラシ１２１を擦り付け、且つ該ペンシル型ブラシ１
２１を取り付けたアーム１２３を矢印ａ方向に揺動する
ことで半導体ウエハＷの上面全体にペンシル型ブラシ１
２１を接触させることでダストを取り除く構造のもの等
がある。

【０００６】また枚葉式洗浄装置の中には、図８に示す
ように、回転駆動させている半導体ウエハＷの表面に、
洗浄液噴射用ノズル１３１を半導体ウエハＷの略半径方
向に揺動させつつ該ノズル１３１から噴出した洗浄液を
吹き付け、これによって半導体ウエハＷ表面のダストを
取り除く構造のものもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記各従
来例には以下のような問題点があった。 図５に示すバッチ式超音波洗浄装置の場合、半導体ウ
エハＷの大径化に伴い、槽１０１の容積が大きくなり過
ぎ、これによって洗浄液の入れ替え時間が長くなって
洗浄プロセスタイムの短縮化が図れない。洗浄液の使
用量が増えてコストがかかってしまう。

【０００８】またある半導体ウエハＷから取り除かれた
パーティクルが汚染源となって再び隣り合わせた半導体
ウエハＷに付着してしまう恐れがある。

【０００９】図６，図７，図８に示す枚葉式洗浄装置
の場合、半導体ウエハＷは線又は１点で洗浄されるた
め、半導体ウエハＷの大径化に伴い、洗浄プロセスタイ
ムが長くなってしまう。また図６，図７に示す枚葉式洗
浄装置の場合、円柱型ブラシ１１１，１１１やペンシル
型ブラシ１２１を構成するスポンジの耐久寿命が半導体
ウエハＷの大面積化に反比例して短くなる。

【００１０】また従来の枚葉式洗浄装置によるウエハの
乾燥は、ウエハを高速で回転させ、発生する遠心力によ
る水切りによって行なっている。しかしながら乾燥の
際、水分と空気中酸素の影響により、ウエハ表面にウォ
ーターマークが発生し、プロセス性能を悪化させる要因
となっている。

【００１１】さらにウエハ回転の手法及びウエハ保持部
の形状によっては、高速回転時にウエハの周囲に気流を
発生させ、装置内部に付着していたパーティクル等を巻
き上げ、ウエハ表面に付着させ、プロセス性能を低下さ
せる現象も発生する。

【００１２】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
ありその目的は、少ない洗浄液で効果的な洗浄が行え、
スポンジ等の消耗部品が不要であり、また例え半導体ウ
エハが大径化しても洗浄プロセスタイムが長くならず、
さらに装置の小型化も図れる洗浄装置を提供することに
ある。

【００１３】また本発明の他の目的は、被洗浄物乾燥時
のプロセス性能の悪化条件を排除して被洗浄物を清浄な
状態で乾燥できる洗浄装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明にかかる洗浄装置は、薄板状の被洗浄物の上下
面に対して所定の隙間を介して対向する上下部材を具備
し、該上下部材にはそれぞれ被洗浄物の上下面に液膜を
形成するに必要な洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設
置し、且つ該上下部材の両者又は何れか一方には前記液
膜中に超音波振動を印加する超音波振動子を取り付け、
前記上下部材間に収納した被洗浄物の上下面に形成され
る液膜中に超音波振動を加えることで被洗浄物に付着し
ているダストを洗浄して取り除くことを特徴とする。ま
た本発明は、前記被洗浄物を制御された速度で回転又は
移動させる手段を設け、該手段によって被洗浄物を回転
又は移動しながら洗浄を行なうことを特徴とする。また
本発明は、前記洗浄液の流路を利用して前記被洗浄物の
上下面に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を設
け、該不活性ガスの流れにより被洗浄物の上下面を清浄
な状態で乾燥させることを特徴とする。また本発明は、
前記超音波振動子の種類を二種類以上とし、各種類の超
音波振動子毎に異なる周波数域の超音波振動を被洗浄物
に与えることを特徴とする。また本発明は、洗浄液とし
て、複数種類の液体を具備し、該複数種類の液体を選択
して前記洗浄液供給手段に供給する洗浄液選択手段を設
けたことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に
かかる枚葉式の超音波洗浄装置の概略側断面図である。
同図に示すようにこの洗浄装置は、上部材１０と下部材
３０とを具備して構成されている。上部材１０と下部材
３０の間には、ウエハＷの外周を均等な位置で保持し且
つ回転させるためのウエハ回転保持部材３７を４個９０
°間隔で設けている（図１ではウエハＷの１つの直径方
向に位置させた２つのウエハ回転保持部材３７，３７の
み図示している）。なおウエハ回転保持部材３７は３個
又はそれ以上でも構わない。また上部材１０と下部材３
０は、図示しない昇降手段により昇降可能に構成されて
いる。

【００１６】各ウエハ回転保持部材３７は駆動手段（サ
ーボモータ）３８の回転動力により制御装置４０の制御
信号で制御された各々等しい回転数で自転し、ウエハＷ
の外周に当接してウエハＷを所定の回転数に回転可能に
設置されている。また各ウエハ回転保持部材３７はシリ
ンダー式の駆動手段４１の動力によりウエハＷの直径方
向に水平移動し（制御装置４０の制御信号による）、こ
れによってウエハＷの保持・開放を行なう。

【００１７】図２は上部材１０の下面１１（又は下部材
３０の上面３１）を示す図である。同図及び図１に示す
ように上部材１０は、その下面１１が平面状であって、
その外形寸法が半導体ウエハＷの外形寸法よりも若干大
きく形成されている。またこの上部材１０の中央には洗
浄液供給路１３が設けられている。また図１及び図２に
示すように、上部材１０の下面１１には超音波振動子群
１５−１と超音波振動子群１５−２とがそれぞれ直径方
向に１列に所定の間隔で中央で交差するように埋め込ま
れその表面が下面１１上に露出している。

【００１８】次に下部材３０は、その上面３１が平面状
であって、その外形寸法が前記上部材１０の下面１１と
略同一外形寸法に形成されている。またこの下部材３０
にも上部材１０と同様に、その中央に洗浄液供給路３３
が設けられ、また上部材１０と同様に、図１及び図２に
示すようにその上面３１に超音波振動子群３５−１と超
音波振動子群３５−２とが１列となって中央で交差する
ように埋め込まれその表面が上面３１上に露出してい
る。

【００１９】超音波振動子群１５−１，３５−１は２０
０〜５００ｋＨｚ程度の周波数で振動可能で、超音波振
動子群１５−２，３５−２は１０００〜１２００ｋＨｚ
程度の周波数で振動可能となっており、ウエハＷの膜
種、配線ルール、配線パターンにより選択又は切り換え
が可能に構成されている。

【００２０】そして図１に示すようにこの実施形態にお
いては、ウエハＷの外周を４個のローラ型のウエハ回転
保持部材３７で保持することで、ウエハＷと上下部材１
０，３０との間に所定寸法の隙間３９−１，３９−２を
確保している。なお回転するウエハＷの全面に均一に超
音波振動が行き渡る様にするため、超音波振動子群１５
−１，１５−２，３５−１，３５−２の発生させる超音
波の周波数と振幅を考慮し、ウエハＷとの距離を最適距
離に保てる様、必要に応じ下面１１及び上面３１の所定
部分に起伏又は凹凸を設け、その起伏又は凹凸の部分に
それぞれ超音波振動子群１５−１，１５−２，３５−
１，３５−２を設置しても良い。即ち要は図９に示すよ
うに、下面１１（又は上面３１）に取り付ける超音波振
動子，の超音波の周波数や振幅が異なる場合に、そ
れぞれウエハＷとの距離Ｌ１，Ｌ２を最適距離（最適な
洗浄効果を得る距離）に保てる様に下面１１（又は上面
３１）に起伏又は凹凸を設けてその起伏又は凹凸の部分
にそれぞれ超音波振動子群，を設置するものであれ
ば良い。さらに隙間３９−１，３９−２を上部材１０，
下部材３０を昇降させることで調整しても良い。

【００２１】一方前記洗浄液供給路１３，３３には、配
管６０が接続されており、該配管６０の上流側は３本に
分岐して、それぞれ洗浄薬液供給源と、超純水供給源
と、不活性ガス（この実施形態ではＮ₂）供給源に接続
されている。各供給源の下流側の配管には、それぞれバ
ルブ５０−２，５０−１，５１と、逆止弁５２とが取り
付けられている。これらバルブ５０−２，５０−１，５
１は制御装置４０によって駆動されるように構成されて
おり（図では図示の都合上、両者を結ぶ線の記載は省略
している）、何れかのバルブ５０−２，５０−１，５１
を開くことで、洗浄薬液又は超純水又は不活性ガスが洗
浄液供給路１３，３３に供給される。ここで洗浄薬液供
給源と超純水供給源とこれらのバルブ５０−２，５０−
１及び逆止弁５２とが洗浄液選択手段を構成し、また不
活性ガス供給源とそのバルブ５１と逆止弁５２とが不活
性ガス供給手段を構成している。

【００２２】次にこの洗浄装置の動作を説明する。ポリ
ッシング装置等によってその表面研磨などの処理の終わ
った半導体ウエハＷは図示しないロボットハンドなどに
よって洗浄装置内に搬送され、駆動手段４１によって外
方に移動していた各ウエハ回転保持部材３７を駆動手段
４１を駆動することで内側に移動してウエハＷの外周を
保持せしめ、ロボットハンドから受け渡しを行なう。ロ
ボットハンドを待機位置に戻す。

【００２３】次に下部材３０と上部材１０とをウエハＷ
に所定の隙間３９−１，３９−２をあけて接近させる。

【００２４】次にバルブ５０−１やバルブ５０−２を開
くことで両洗浄液供給路１３，３３から洗浄液（超純水
や薬液など）を各々所定量供給することで、隙間３９−
１及び隙間３９−２にそれぞれ液膜を形成する。上下の
洗浄液の流量は、少なくとも洗浄液の流れによる表面張
力によって半導体ウエハＷの上下全面に常に液膜が保て
る程度の厚みとなるように調整されている。

【００２５】なお図では省略したが、上部材１０及び／
又は下部材３０の各々の外周近傍にはウエハ回転保持部
材３７の箇所を除いて各々下方及び／又は上方に延びる
上記液膜の過度な流出を防ぐための堰を設けている。

【００２６】そしてこの状態で前記両超音波振動子１５
−１，３５−１を駆動して液膜となっている洗浄液に超
音波振動を加え、ウエハＷの洗浄を開始する。

【００２７】ウエハＷの洗浄開始に合わせ、各駆動手段
３８を回転駆動することによりウエハＷを所定の速度で
回転させる。これによりウエハ全面に超音波が印加され
た洗浄液が供給される。

【００２８】所定の時間、超音波振動子１５−１，３５
−１を使用した洗浄を行なった後に、必要に応じ、超音
波振動子１５−２，３５−２への切り換えを行なう場合
もある。この際、ウエハＷの回転速度や隙間３９−１，
３９−２の寸法や流量を変更して洗浄を行なうことも可
能である。

【００２９】ウエハ洗浄の際に使用される洗浄液は、バ
ルブ５０−１，５０−２の働きにより、超純水、薬液の
選択切り換えが可能で、設定されたプロセスに応じ、切
り換えを行なう。

【００３０】これによって半導体ウエハＷの上下面に付
着しているダストは、前記洗浄液の流れ及び該洗浄液に
加えられる超音波振動によって効果的に取り除かれ、外
部に排出される。

【００３１】本洗浄装置にウエハＷの乾燥を行なわせる
必要がある場合は、バルブ５０−１，５０−２を閉じ、
バルブ５１を開くように切り換えることにより、ウエハ
Ｗの上下面にＮ₂等の不活性ガスを供給する。

【００３２】ウエハＷの乾燥をより効率的に行なうため
に、例えば不活性ガスが８０℃以上の高温になるように
加温を行なったり、ウエハＷの回転速度が１０００ｒｐ
ｍ以上の高速回転速度となるように乾燥プロセス条件を
制御することもある。

【００３３】以上本発明の一実施形態を説明したが、本
発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば
以下のような種々の変形が可能である。

【００３４】図３に示すように、上部材１０に復液供
給路２１を設け、一度排出した洗浄液からダストを取り
除いた復液又は別の処理工程で使用した後の復液を供給
するように構成しても良い。ポリッシング装置等によっ
て研磨した直後の半導体ウエハＷは汚染の程度が高く、
洗浄液として例えば純水を用いる必要はないので、例え
ば洗浄開始時は一度処理に用いた復液を用い、半導体ウ
エハＷの汚染度が低くなった段階で洗浄液供給路１３か
ら超純水を供給するように切り換えても良い。

【００３５】また復液供給路２１を設けず、洗浄液供給
路１３，３３によって当初復液を供給し、次に純水を供
給するように切り換えても良い。また純水と復液の使い
分けは他にも種々の方法が考えられる。

【００３６】また上記実施形態では洗浄液として超純水
と洗浄薬液を使用したが、洗浄液はこれらのものに限定
されない。即ち洗浄液は、超純水、イオン水、オゾン
水、酸性薬液、塩基性薬液、有機溶材、水素水等であれ
ばよく、これら複数種類の液体を選択して洗浄液供給路
１３，３３に供給するように構成すれば良い。

【００３７】図３に示すように、下部材３０に排液路
４１を設け、該排液路４１から排液するように構成して
も良い。このように構成すれば、中央の洗浄液供給路１
３，３３から供給された洗浄液が外周に至る前にその一
部を排液できる。半導体ウエハＷの中央のみが特に汚染
されているような場合は効果的である。

【００３８】上記実施形態では洗浄液供給手段として
上下部材１０，３０の中央にそれぞれ設けた洗浄液供給
路１３，３３に洗浄液を供給するように構成したが、他
の手段によって上下部材１０，３０の間に洗浄液を供給
するように構成しても良い。

【００３９】上記実施形態ではウエハＷを回転させる
手段として、ウエハＷの外周側面をウエハ回転保持部材
３７によって挟み込んで保持し、該ウエハ回転保持部材
３７を回転させ、その摩擦力により、ウエハＷを回転さ
せる例を挙げたが、例えば図４に示すように、回転円板
９０にウエハＷの外周側面を保持する爪９１を設け、回
転円板９０の回転軸９２を中空軸としてなる中空軸サー
ボモータ（駆動手段）９５の該中空軸内に下部材３０を
貫通して管路３３を形成する構造とする例も考えられ
る。なお配管６０やバルブ５０−１，２，５１等の記載
はこの図では省略している。また図では省略するが、爪
９１は開閉可能に構成されており、ウエハＷの把持・離
脱が行なえるように構成されている。

【００４０】なお、回転中心はウエハＷの中心位置に限
らず、中心位置からずらし、偏心した回転運動を行なっ
たり、スクロール運動や、直線的な水平移動を繰り返す
方法等、プロセス中のウエハＷの回転・移動の方法は、
ウエハＷの設置平面内を移動するものであれば特に限定
はされない。

【００４１】上記実施形態では上下部材１０，３０の
両者に超音波振動子１５−１，１５−２，３５−１，３
５−２を取り付けたが、半導体ウエハＷの上下面の何れ
か一方の面を主として洗浄するような場合は、上下部材
１０，３０の何れか一方のみに超音波振動子を取り付け
ても良い。

【００４２】上記実施形態では被洗浄物として半導体
ウエハを用いたが、液晶板などの他の各種被洗浄物にも
適用できることは言うまでもない。

【００４３】上記実施形態ではウエハＷを接触保持す
るウエハＷの回転保持手段（３７，９１）を用いたが、
ベルヌーイ効果を利用したウエハＷの回転保持手段を用
いても良い。

【００４４】洗浄液供給路１３，３３に洗浄液の温度
制御装置を設け、洗浄液の温度を所定の温度にコントロ
ールしても良い。或いは上下部材１０，３０の表面（下
面１１と上面３１）近傍にヒータを埋め込み、洗浄液の
温度をコントロールしても良い。

【００４５】また上下部材１０，３０に複数の洗浄液
供給路を設けて、各々の供給路から供給する洗浄液の供
給流量を制御するようにしても良い。

【００４６】また上記実施例では超音波振動子１５（１
５−１，２），３５（３５−１，２）は直接洗浄液に触
れるように構成したが、上下部材１０，３０の表面（下
面１１と上面３１）に他の超音波振動板を設け、この板
に超音波振動子１５，３５を取り付けて超音波振動子１
５，３５の振動を板に伝えるようにしても良い。さらに
板の材質を耐薬液材にすれば、洗浄液として薬液を使う
場合、板の腐食を防げ、また超音波振動子１５，３５は
直接洗浄液に触れないので、超音波振動子１５，３５の
腐食は生じない。また上記実施形態では超音波振動子１
５，３５から超音波の指向はウエハＷに対し垂直に入射
しているが、超音波振動子１５，３５を斜めに取り付け
可能にして超音波の指向を可変できるようにしても良
い。

【００４７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば以下のような優れた効果を有する。 被洗浄物の上下面に液膜を形成する程度の洗浄液を供
給するだけで洗浄できるので、使用する洗浄液の量が少
なくてすむ。

【００４８】被洗浄物の上下面に付着しているダスト
は、常に新しい洗浄液の供給及び該洗浄液に加えられる
超音波振動によって効果的に取り除かれるので高い洗浄
効果が得られる。

【００４９】スポンジ等の消耗部品が不要であり、メ
ンテナンスも容易である。

【００５０】たとえ被洗浄物が大径化してもプロセス
タイムが長くなることはない。

【００５１】清浄な不活性ガスを用いて被洗浄物を乾
燥させるため、被洗浄物を清浄に乾燥できる。

【００５２】洗浄液中に被洗浄物を浸漬した状態で該
洗浄液に超音波振動を加える構造であるにもかかわら
ず、図５に示すような従来の浸漬型の洗浄装置に比べて
その大きさを大幅に小型化できる。また被洗浄物を清浄
に乾燥できる。従って浸漬型の洗浄機であるにもかかわ
らず容易にポリッシング装置室内等に設置することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる枚葉式の超音波洗
浄装置の概略側断面図である。

【図２】上部材１０の下面１１（又は下部材３０の上面
３１）を示す図である。

【図３】他の実施形態にかかる枚葉式の超音波洗浄装置
の概略側断面図である。

【図４】他の実施形態にかかる枚葉式の超音波洗浄装置
の概略側断面図である。

【図５】従来のバッチ式超音波洗浄装置の一例を示す図
である。

【図６】従来の枚葉式洗浄装置の一例を示す図である。

【図７】従来の枚葉式洗浄装置の一例を示す図である。

【図８】従来の枚葉式洗浄装置の一例を示す図である。

【図９】超音波振動子，の取り付け状態を示す要部
概略断面図である。

【符号の説明】

Ｗ 半導体ウエハ（被洗浄物） １０ 上部材 １３ 洗浄液供給路（洗浄液供給手段） １５−１，２ 超音波振動子（群） ３０ 下部材 ３３ 洗浄液供給路（洗浄液供給手段） ３５−１，２ 超音波振動子（群） ３９−１，２ 隙間 ３７ ウエハ回転保持部材（回転又は移動させる手段） ３８ 駆動手段（回転又は移動させる手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 及川 文利 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 3B201 AA03 AB24 AB34 AB44 BA13 BA15 BB02 BB22 BB45 BB62 BB82 BB85 BB92 BB93 BB95 BB96 CB12 CC12 CC13

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄板状の被洗浄物の上下面に対して所定
   の隙間を介して対向する上下部材を具備し、 該上下部材にはそれぞれ被洗浄物の上下面に液膜を形成
   するに必要な洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設置
   し、 且つ該上下部材の両者又は何れか一方には前記液膜中に
   超音波振動を印加する超音波振動子を取り付け、 前記上下部材間に収納した被洗浄物の上下面に形成され
   る液膜中に超音波振動を加えることで被洗浄物に付着し
   ているダストを洗浄して取り除くことを特徴とする洗浄
   装置。
2. 【請求項２】 前記被洗浄物を制御された速度で回転又
   は移動させる手段を設け、該手段によって被洗浄物を回
   転又は移動しながら洗浄を行なうことを特徴とする請求
   項１記載の洗浄装置。
3. 【請求項３】 前記被洗浄物の上下面に、不活性ガスを
   供給する不活性ガス供給手段を設け、該不活性ガスの流
   れにより被洗浄物の上下面を乾燥させることを特徴とす
   る請求項１記載の洗浄装置。
4. 【請求項４】 前記超音波振動子の種類を二種類以上と
   し、各種類の超音波振動子毎に異なる周波数域の超音波
   振動を被洗浄物に与えることを特徴とする請求項１記載
   の洗浄装置。
5. 【請求項５】 洗浄液として複数種類の液体を具備し、
   該複数種類の液体を選択して前記洗浄液供給手段に供給
   する洗浄液選択手段を設けたことを特徴とする請求項１
   記載の洗浄装置。