JP2008004762A

JP2008004762A - ウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップ

Info

Publication number: JP2008004762A
Application number: JP2006172802A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Shiina; 康憲椎名
Original assignee: Nippon Valqua Industries Ltd; Nihon Valqua Kogyo KK
Current assignee: Nippon Valqua Industries Ltd; Nihon Valqua Kogyo KK
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】ウエハ洗浄乾燥装置を構成しているスピンカップ等の部品やウエハ等に静電気が帯電し難く、そのためウエハの洗浄や乾燥時に、静電気の放電が極めて低減、除去されており、ウエハがダメージを受け難く、またウエハが塵埃を引き付けず、また洗浄液が塵埃で汚染され難いような、枚葉式半導体ウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップを提供すること。
【解決手段】ウエハをスピンカップ内に収容した状態でウエハを回転させ、少なくとも、ウエハの洗浄と乾燥ができるウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップであって、該スピンカップが、ウエハを収容保持する箱状のスピンカップ基材部と、スピンカップ基材部の上部にウエハ洗浄液の飛散や流出を防止するように設けたカバー部とからなり、該スピンカップ基材部はフッ素樹脂にて形成され、該カバー部の少なくとも一部は、導電性充填材と、上記フッ素樹脂とを含有する帯電防止材にて形成されていることを特徴とするスピンカップ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップに関し、さらに詳しくは、スピンカップに帯電した静電気を速やかに除電（放電）可能なウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップに関する。

枚葉式洗浄装置では、ウエハ（ウエハー）を高速回転させた状態にて、上方ノズル部より洗浄液をウエハ表面に吐出し、ウエハの洗浄を行う。
洗浄液（薬液）は、高速回転するウエハの遠心力により、周囲に飛散するが、通称「カップ」と呼ばれる部品にて回収するようになっている。このカップ材には、通常、純粋性、耐薬品性に優れたフッ素樹脂のうちでも特にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が用いられている（特開平１０−１７２９５０号公報：特許文献１）。

しかし、ウエハの洗浄中に、ウエハが回転することで気流が生じ、ウエハと気流との摩擦や、気流と周辺部品との摩擦によりウエハをはじめ、周辺部品は帯電する。特にＰＴＦＥは帯電し易く、生じた電荷（静電気）は放電されウエハにダメージを与える。また、静電気が塵埃等を引き付け、ウエハ及び洗浄液を汚染するという問題点があった。

そこでこのような問題点を解決するため、特許第３１２０９９２号公報(特許文献２)には、熱電子発生装置（傍熱カソードまたはランプ）を用いて被洗浄体の一部に熱電子を放出することにより静電気を中和させる方法が開示されている。

しかしながら、該方法では熱電子発生装置を導入する際に、洗浄装置に組み込むスペースが必要になり、現に使用している洗浄装置には組み込めないという問題点がある。また、熱電子発生装置の導入にコストが嵩む等の問題点もある。
特開平１０−１７２９５０号公報特許第３１２０９９２号公報

本発明は、上記のような従来技術に伴う問題点を解決しようとするものであって、ウエハ洗浄乾燥装置を構成しているスピンカップ等の部品やウエハ等に静電気が帯電し難く、そのためウエハの洗浄や乾燥時に、静電気の放電が極めて低減、除去されており、ウエハが障害（ダメージ）を受け難く、またウエハが塵埃を引き付けず、また洗浄液が塵埃で汚染され難いような、枚葉式半導体ウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップを提供することを目的としている。

また本発明は、新たな設置スペースを要する部材が不要であり、上記性能、すなわち、ウエハ洗浄乾燥装置を構成しているスピンカップ等の部品やウエハ等に静電気が帯電し難く、そのためウエハの洗浄や乾燥時に、静電気の放電が極めて低減、除去されており、ウエハがダメージを受け難く、またウエハが塵埃を引き付けず、また洗浄液が塵埃で汚染され難いような性能を具備したウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップを、容易に効率よく製造できるようなウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップの製造方法を提供することを目的としている。

本発明に係るウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップは、
ウエハをスピンカップ内に収容した状態でウエハを回転させ、少なくとも、ウエハの洗浄と乾燥ができるウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップであって、
該スピンカップが、ウエハを収容保持し、ウエハ洗浄液を回収するスピンカップ基材部（基材部）と、スピンカップ基材部の上部にウエハ洗浄液の飛散や流出を防止するように設けたカバー部（蓋部、帯電防止部ともいう。）とからなり、
該スピンカップ基材部はフッ素樹脂にて形成され、
該カバー部の少なくとも一部は、導電性充填材と上記フッ素樹脂とを含有する帯電防止部材にて形成されていることを特徴としている。

本発明では、上記カバー部は、外壁がフッ素樹脂から形成され、内壁が導電性充填材と、フッ素樹脂とを含有する帯電防止材から形成され、かつ、外壁を形成しているフッ素樹脂と内壁を形成している帯電防止材とが接合され一体に形成されていることが好ましい。

上記「フッ素樹脂」は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）であることが好ましい。
本発明に係るウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップに用いられるカバー部の製造方法は、下記［Ｉ］〜［III］の工程を有することを特徴としている。
［Ｉ］フッ素樹脂（例：四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ））粉末を圧縮用金型内に充填して、第１押型にて仮押し（：密度１．４ｇ／ｍｌ程度まで。）、カバー部の一部となる予備成形ブロックを形成する工程；
［II］次いで、上記工程［Ｉ］により得られる該金型内の予備成形ブロック上に、導電性材料と上記フッ素樹脂粉末とを混合してなる帯電防止部材を充填して第２押型にて加圧し、カバー部を予備形成することにより、フッ素樹脂部材と帯電防止部材とが一体成形されたカバー部用予備成形体を得る工程；
［III］このカバー部用予備成形体を、次いで、上記金型から取り出して焼成炉内で焼
成する焼成工程。

本発明に係るウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップの製造方法では、上記焼成工程［III
］を実施した後、所望により、さらに焼成品の切削加工を行って所望形状のカバー部を製造し、スピンカップ基材部と接合一体化し、スピンカップを製造するようにしてもよい。

本発明によれば、ウエハ洗浄乾燥装置を構成しているスピンカップ等の部品やウエハ等に静電気が帯電し難く、そのためウエハ洗浄乾燥時に静電気の放電が極めて低減、除去されており、ウエハの洗浄や乾燥時にウエハが障害（ダメージ）を受け難く、ウエハが塵埃を引き付けず、また洗浄液が塵埃で汚染され難いような、枚葉式半導体ウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップが提供される。

また本発明に係るウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップの製造方法によれば、新たな設置スペースを要する部材が不要であり、上記性能、すなわち、ウエハ洗浄乾燥装置を構成しているスピンカップ等の部品やウエハ等に静電気が帯電し難く、そのためウエハ洗浄乾燥時に静電気の放電が極めて低減、除去されており、ウエハの洗浄や乾燥時にウエハが障害（ダメージ）を受け難く、ウエハが塵埃を引き付けず、また洗浄液が塵埃で汚染され難いような性能を具備したウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップを、容易に効率よく製造できる。

以下、本発明に係るウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップ及びその製造方法の好適態様について、図面を参照しながら具体的に説明する。
［ウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップ］
本発明に係るウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップは、例えば、図１中付番１０で示すような断面形状を有し、ウエハ７０を収容保持する箱状のスピンカップ基材部３０と、スピンカップ基材部３０の上部にウエハ洗浄液の飛散や流出を防止するように設けたドーム状のカバー部５０とから構成されている。

この図１に示すスピンカップ１０では、スピンカップ基材部とカバー部とは、溶接などで接合（結合）されて一体になっている。
このドーム状のカバー部５０には、その天井中央部に、ウエハへの処理液の撒布を可能にする略円形の孔５２が設けられている。

このような基材部３０とカバー部５０を有するスピンカップ１０の外形寸法は、ウエハ径φ１の大小、廃液の飛散状況等に応じて異なり特に限定されないが、スピンカップ壁面の肉厚は、例えば、５〜２０ｍｍ程度であり、スピンカップ１０の天井部中央に設けられている孔５２の口径φ２は、廃液の飛散状況に応じてまちまちであるが、例えば、「ウエハ７０の直径サイズφ１＋２００〜３００ｍｍ」が採用される。よって、ウエハサイズφ１が例えば、３００ｍｍであれば、スピンカップの孔５２の口径φ２は５００〜６００ｍｍ程度となる。

このようにウエハサイズの増大に伴い、スピンカップ１０の孔５２の口径φ２も大きくすることが望ましい。
図１に示す本発明のスピンカップ１０では、スピンカップ基材部３０は、その内壁面のみならず、その全体がフッ素樹脂にて形成されている。

フッ素樹脂としては、従来より公知のものが広く挙げられる。
フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥの他に、熱溶融性のフッ素樹脂と称される四フッ化エチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、三フッ化塩化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）などが挙げられる。また、これらの変性物も使用できる。

本発明では、スピンカップ基材部３０には、洗浄液汚染の恐れが少なくクリーン性（純粋性）に優れ、耐薬品性、耐熱性に優れるなどの点で、フッ素樹脂のうちでも特にＰＴＦＥが望ましい。

また、図１に示す本発明の好適態様では上記カバー部（蓋部）５０は、洗浄液と接する内壁（内壁面）５０ａが、導電性充填材と、上記フッ素樹脂とを含有する帯電防止材にて形成されており、外壁（外壁面）５０ｂがフッ素樹脂部材（好適には、外壁５０ｂは上記スピンカップ基材部３０を形成しているものと同様のフッ素樹脂）にて形成されている。

このようなスピンカップ１０では、気流や洗浄液の摩擦により生じた電荷を、ウエハ付近あるいは飛散した洗浄液が触れる部分に設けられた電気抵抗率の低い材質で構成された帯電防止部により、電荷がスピンカップ表面を伝導して、図示せぬアースにより除電（放電）される。

このように気流や洗浄液の摩擦により生じた電荷が効率よく除電（外部に除去）されるため、スピンカップ１０等に生じた電荷が放電してウエハにダメージを与えることが防止される。また、スピンカップ１０等に帯電した電荷が塵埃を引き付け、ウエハや洗浄液を汚染することが防止される。その結果、このスピンカップ１０用いると、ウエハを効率よく良好に洗浄できる。

また、本発明によれば、従来から使用しているカップの形状をそのまま保持しつつ、優
れた静電防止効果を有するカップを形成することが可能であり、特別な装置を新たに組み込む必要もなく、装置自体の設計変更等の必要性もない。

ところで、上記カバー部５０を構成している帯電防止材中には、導電性充填材（イ）は通常、０．１〜３０重量％、好ましくは、１〜１５重量％の量で、
また、（イ）と（ロ）との２成分系では、
上記フッ素樹脂（ロ）は通常、残部量、すなわち９９．９〜７０重量％、好ましくは、９９〜８５重量％の量で含まれていることが導電性の確保と洗浄液中への導電性充填材の飛散の恐れの抑制とのバランス等の点で望ましい（但し、帯電防止材中の（イ）及び（ロ）を含めて、全成分の合計を１００重量％とする。）。

なお、帯電防止材中における導電性充填材（イ）の含有量が上記範囲より少ないと、除電効果が乏しくなる傾向があり、また、上記範囲より多いと、充填材が薬液を汚染してしまうという問題がある。

また、帯電防止材中における上記フッ素樹脂（ロ）の含有量が上記範囲より少ないと、カバー部の強度が低下する恐れがあり、また、上記範囲より多いと、薬液が帯電防止部材を透過しやすく、カバー部材が脆くなる恐れがある。

導電性充填材としては、形状の点で繊維状あるいは針状物、粒子状物などが挙げられ、例えば、繊維状あるいは針状物としては、例えば、カーボン（ナノ）ファイバー、導電性カーボンナノチューブ、針状導電性酸化チタン、などが用いられ、
また、粒子状物としては、例えば、導電性カーボン、導電性酸化チタン、導電性セラミックなどが用いられる。これらの導電性充填材は、１種または２種以上組み合わせて用いてもよい。これらの導電性充填材のうちでは、帯電防止材中から洗浄液中へ脱落／飛散あるいは溶解して混入して洗浄液を汚染する恐れが少なく、洗浄液の純粋性を保持できるためカーボン（ナノ）ファイバーが好ましい。

上記説明ではスピンカップ１０（第１のスピンカップ）は、スピンカップ基材部３０の処理液と接する内壁面のみならず、壁の中央部（芯）から外壁面に至る基材部３０の全体が1種類の樹脂、好ましくはＰＴＦＥのみから形成され、カバー部５０は、スピンカップ
１０の処理液と接する内壁（面）５０ａが、フッ素樹脂（好適にはＰＴＦＥ）と導電性充填材（好適にはカーボンナノファイバー）からなり、外壁（面）５０ｂがフッ素樹脂部材のみからなる態様について説明したが、
本発明のスピンカップは、係る態様に限定されず、例えば、ウエハの回転によってウエハ洗浄液が飛散し、それを防止するように設けた図１におけるカバー部の傾斜面部の全体が帯電防止材からなり、スピンカップ基材部３０と接合する近傍がフッ素樹脂部材で形成されていてもよい（第２のスピンカップ）。

このとき、基材部３０の内壁（面）３０ａのみがＰＴＦＥなどのフッ素樹脂から形成され、その外壁（外壁面、裏面）３０ｂは耐薬品性、機械的強度、導電性等の点を考慮して、アルミニウム製、硬質樹脂製等であってもよい。

また、図示せぬ第３のスピンカップでは、特開平１０１７２９５０号公報に示すように、カバー部５０の外壁面５０ｂに導電性部材よりなる取っ手が設けられ、該取っ手は、アースされていてもよい。

［ウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップおよびそのカバー部の製造］
次に、本発明に係るウエハ洗浄乾燥装置の上記第１のスピンカップ１０の製造方法について説明する。

この第１のスピンカップの製造方法では、本願出願人が先に開示した特開平１１−３２０５８８号公報に記載の方法を可能な範囲で適宜利用することが望ましく、少なくとも下記［Ｉ］〜［III］の工程を経てスピンカップに用いられるカバー部を形成することが望
ましい。

［Ｉ］フッ素樹脂、好ましくは、フッ素樹脂の1種である四フッ化エチレン樹脂（ＰＴ
ＦＥ））粉末を、図１に示すスピンカップ１０の形状に対応した図示せぬ圧縮用金型内に充填して、図示せぬ第1押型にて、好ましくは圧力１５〜５０ｋｇｆ／ｃｍ²で仮押し、密度１．２〜１．６ｇ／ｍｌ程度まで（例：０．８ｇ／ｍｌ）圧縮して、カバー部５０の外壁（面）５０ｂの予備成形ブロックを形成する工程；
［II］次いで、上記工程［Ｉ］により得られる該金型内の外壁５０ｂ用予備成形ブロック上に、好ましくは、導電性材料と上記フッ素樹脂粉末とを混合してなる帯電防止部材を充填して第２押型にて圧力１８０〜５００ｋｇｆ/ｃｍ²、好ましくは、２００〜３００ｋｇｆ/ｃｍ²で加圧し、スピンカップ１０のカバー部５０となる、カバー部形成用の予備形成ブロックを形成することにより、フッ素樹脂部材と帯電防止部材とが一体成形されたカバー部用予備成形体を得る工程；
［III］得られたこのカバー部成形用の予備成形体を、次いで、上記金型から取り出し
て焼成炉内で焼成する焼成工程。

まず、工程［Ｉ］について理解を容易にするために模式図２に沿って説明する。
＜工程［Ｉ］＞
この工程［Ｉ］では、図２（イ）に示すようにＰＴＦＥ粉末等１１０を、例えば、ＰＴＦＥ密度０．８ｇ／ｃｃで金型１２０内に充填して、図２（ロ）に示すように第1押型１
３０にて、例えば、ＰＴＦＥ密度１．４５ｇ／ｃｃとなるように加圧してスピンカップのカバー部の一部（外壁）形成用の予備成形ブロック１１０Ａを予備成形することにより、金型の隅々まで粉末を均一かつ高密度に充填できる。
図２（ロ’）は、図２（ロ）により得られる予備成形ブロック１１０Ａを一部切欠いて示す図面であり、臼形状を有している。この臼型の底部が必要により孔開け、切削等の加工を施され、最終的には図１のスピンカップ１０の天井部、特にその中央に設けられている孔５２になる。

もし、該粉末の充填時に上記密度となるように加圧せずに、カバー内壁部形成用の帯電防止部材を引き続き充填し、最後に、これらを一度に加圧しても、金型内の所定の高さ（深さ）に図１に示すようなカバー部５０（図２の１７０に相当）を形成できず、そのカバー部５０上端面が上下に波打ったり、カバー部５０中に空隙が生じたり、カバー部５０の密度や肉厚が不均一となる恐れがある。
＜工程［II］＞
次いで、図２（ハ）に示すようにカバー部外壁５０ｂ形成用の予備成形ブロック１１０Ａの凹部１１２に、カバー部内壁５０ａ形成用の材料である、導電性材料（イ）と上記フッ素樹脂（ロ）粉末（特に好適にはＰＴＦＥ粉末）とからなる帯電防止材用の混合物１５０を充填する。この際の「導電性充填材とＰＴＦＥ粉との混合物」の密度は、例えば、０．８ｇ／ｃｃ程度である。

また、内壁用のこれら成分の混合比は、（イ）と（ロ）との２成分系では、内壁５０ａを形成する帯電防止材中における導電性充填材（イ）の含有量が通常、０．１〜３０重量％、好ましくは、１〜１５重量％の量となり、フッ素樹脂（ロ）含有量が残部（但し、（イ）＋（ロ）＝１００重量％）となる量で配合することが望ましい。

この混合物１５０を、図２（ハ）に示すように、凹部１１２に充填し、図２（ニ）に示
すように（図２では上方から）加圧することにより、カバー部内壁（図１の５０ａ）形成用の予備ブロック１５０Ａと、カバー部外壁（図１の５０ｂ）形成用の予備ブロック１１０Ａとが良好に接合され一体化されたカバー部用予備成形体１７０が得られる。

これにより、カバー部外壁形成用の予備成形ブロック１１０Ａの密度は、例えば、２．１７ｇ／ｃｃ程度となり、カバー部内壁形成用の予備成形ブロック１５０Ａの密度は、２．１７ｇ／ｃｃ程度となる。
＜工程［III］＞
次いで、上記予備成形体１７０を金型１２０から取り出し、あるいは金型１２０から取り出さずに金型ごと、別途用意した焼成炉（図示せず）内にセットし、樹脂がＰＴＦＥの場合には、該予備成形体を通常３６０〜３８０℃、好ましくは、３７０℃程度の温度で焼成して、図２（ホ）で示すようなカバー部用の所望の焼成品（成形品）得る。図２（ホ）の点線部分を切削等により切り出してカバー部用の最終製品とする(図２（ホ）左端の断
面図参照)。なお、カバー部の内壁１５０Ａの焼成後の厚みは、例えば、１０〜１５ｍｍ
程度であり、また外壁１１０Ａのそれは１０〜３０ｍｍ程度である(図２（ホ）左端の断
面図参照)。

最後に、図１に示すスピンカップ基材部３０とカバー部５０（図２の１７０）とを溶接等の手段で接合一体化し、スピンカップ１０を製造するようにしてもよい。なお、接合前または接合後にカバー部１７０外壁面等を所望形状に適宜切削加工等してもよい。

図１は、本発明に係るスピンカップの第１の態様を示す模式断面図である。図２は、本発明に係るスピンカップを製造する際に用いられるカバー部の製造方法の一例を工程に沿って示す模式説明図である。

符号の説明

１０・・・・・スピンカップ、
３０・・・・・スピンカップ基材部、
３０ａ・・・・・スピンカップ基材部の内壁（面）、
３０ａ・・・・・スピンカップ基材部の外壁（面）、
５０・・・・・スピンカップのカバー部（帯電防止部、蓋部）、
５０ａ・・・・・カバー部の内壁（面）、
５０ｂ・・・・・カバー部の外壁（面）、
７０・・・・・ウエハ、
７２・・・・・チャック、
Ｍ・・・・・モータ、
φ１・・・・・ウエハの直径、
φ２・・・・・スピンカップ天井部の孔の直径、
１１０・・・・・ＰＴＦＥ粉末等、
１１０Ａ・・・・・スピンカップのカバー部の一部（外壁）形成用の予備成形ブロック、１１２・・・・・凹部、外壁形成用予備ブロックの凹部、
１２０・・・・・金型（第１金型）、
１３０・・・・・押型（押し蓋）、
１５０・・・・・帯電防止材用の混合物、
１６０・・・・・（第２）金型、押し蓋、
１７０・・・・・予備成形体。

Claims

ウエハをスピンカップ内に収容した状態でウエハを回転させ、少なくとも、ウエハの洗浄と乾燥ができるウエハ洗浄乾燥装置のスピンカップであって、
該スピンカップが、ウエハを収容保持し、ウエハ洗浄液を回収する箱状のスピンカップ基材部と、
スピンカップ基材部の上部にウエハ洗浄液の飛散や流出を防止するように設けたカバー部とからなり、
該スピンカップ基材部はフッ素樹脂にて形成され、
該カバー部の少なくとも一部は、導電性充填材と、上記フッ素樹脂とを含有する帯電防止材にて形成されていることを特徴とするスピンカップ。
上記カバー部は、外壁がフッ素樹脂から形成され、内壁が導電性充填材と、フッ素樹脂とを含有する帯電防止材から形成され、かつ、外壁を形成しているフッ素樹脂と内壁を形成している帯電防止材とが接合され一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスピンカップ。
上記フッ素樹脂は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）である請求項１〜２の何れかに記載のスピンカップ。
下記［Ｉ］〜［III］の工程を有することを特徴とする、ウエハ洗浄乾燥装置のスピン
カップに用いられるカバー部の製造方法；
［Ｉ］フッ素樹脂粉末を圧縮用金型内に充填して、第１押型にて仮押し、カバー部の一部となる予備成形ブロックを形成する工程；
［II］次いで、上記工程［Ｉ］により得られる該金型内の予備成形ブロック上に、導電性材料と、上記フッ素樹脂粉末とを混合してなる帯電防止部材を充填して第２押型にて加圧し、カバー部を予備形成することにより、フッ素樹脂部材と導電性防止部材とが一体成形されたカバー部用予備成形体を得る工程；
［III］このカバー部用予備成形体を、次いで、上記金型から取り出して焼成炉内で焼
成する焼成工程。