JP2010141070A - 半導体ウエハの洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウエハをキャリアと共に洗浄する際に、半導体ウエハを破損させることなく、半導体ウエハがキャリアから離脱すること防止する。
【解決手段】 半導体ウエハを洗浄する洗浄装置であって、半導体ウエハを収容するキャリアと、キャリアを収容する洗浄槽と、洗浄槽内でキャリアを支持し、キャリアと共に回転する回転部材を備えている。キャリアには、半導体ウエハを出し入れするための開口部が形成されている。回転部材には、回転部材に支持されたキャリアの開口部に配置される保持部材が形成されている。保持部材は、キャリアの開口部において、キャリアに収容された半導体ウエハの外周縁に対向する。その保持部材では、半導体ウエハの外周縁に当接し得る当接面が、半導体ウエハの外周縁に沿って湾曲していることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエハを洗浄する技術に関する。特に、半導体ウエハをキャリアに収容し、半導体ウエハをキャリアと共に洗浄する技術に関する。

特許文献１に、半導体ウエハを洗浄する洗浄装置が開示されている。この洗浄装置は、半導体ウエハを収容するキャリアと、そのキャリアを収容する洗浄槽と、洗浄槽内でキャリアを支持し、キャリアと共に回転する回転部材を備えている。この洗浄装置では、半導体ウエハをキャリアに収容し、そのキャリアを洗浄槽内で回転させることによって、半導体ウエハをキャリアと共に洗浄する。

キャリアには、半導体ウエハを出し入れするための開口部が形成されている。キャリアが開口部を有することから、洗浄槽内でキャリアを回転させた場合、キャリアの開口部から半導体ウエハが離脱するおそれがある。そこで、特許文献１の洗浄装置では、半導体ウエハがキャリアから離脱することを防止するために、シャフト状に伸びる二本の保持部材が設けられている。保持部材は、回転部材に設けられており、回転部材にキャリアがセットされたときに、キャリアの開口部に配置される。保持部材は、キャリアに収容されている半導体ウエハの外周縁に対向し、半導体ウエハがキャリアの開口部から離脱することを防止する。

特表２００２−５１９８５６号公報

特許文献１に記載の洗浄装置では、保持部材がシャフト状であり、半導体ウエハの外周縁に対向する保持部材の側面が、半導体ウエハの外周縁に対して凸状に湾曲している。そのことから、半導体ウエハの外周縁は、保持部材の側面に局所的に当接することになる。この場合、半導体ウエハには局所的に強い応力が生じやすく、半導体ウエハが破損するといった事態が生じ得る。また、保持部材においても、局所的に当接する半導体ウエハの外周縁によって、その表面が削られやすい。半導体ウエハや保持部材が損傷すれば、その破片は半導体装置の製造工程において異物となり、半導体装置の製造に重大な支障をきたすこともあり得る。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、半導体ウエハをキャリアと共に洗浄する際に、半導体ウエハ等の損傷を誘発することなく、半導体ウエハがキャリアの開口部から離脱することを防止する技術を提供する。

本発明は、半導体ウエハを洗浄する洗浄装置に具現化される。この洗浄装置は、半導体ウエハを収容するキャリアと、キャリアを収容する洗浄槽と、洗浄槽内でキャリアを支持し、キャリアと共に回転する回転部材を備えている。キャリアには、半導体ウエハを出し入れするための開口部が形成されている。回転部材には、回転部材に支持されたキャリアの開口部に配置される保持部材が形成されている。保持部材は、キャリアの開口部において、キャリアに収容された半導体ウエハの外周縁に対向する。その保持部材では、半導体ウエハの外周縁に当接し得る当接面が、半導体ウエハの外周縁に沿って湾曲していることを特徴とする。即ち、保持部材の当接面は、半導体ウエハの外周縁に対して、凹状に湾曲していることを特徴とする。

本発明に係る洗浄装置では、半導体ウエハをキャリアに収容し、そのキャリアを洗浄槽内で回転させることによって、半導体ウエハをキャリアと共に洗浄する。キャリアには開口部が形成されているが、回転部材に設けられた保持部材によって、半導体ウエハがキャリアの開口部から離脱することが防止される。このとき、保持部材には半導体ウエハの外周縁が当接するが、保持部材側の当接面は半導体ウエハの外周縁に沿って湾曲しているので、半導体ウエハの外周縁が保持部材に局所的に当接することはない。半導体ウエハの外周縁は、保持部材に対して比較的に広く接触するので、半導体ウエハに生じる応力は比較的に小さく、半導体ウエハの損傷が有意に抑制される。
本発明に係る洗浄装置によると、キャリアと共に半導体ウエハを洗浄する際に、半導体ウエハを破損させることなく、半導体ウエハがキャリアの開口部から離脱することを防止することができる。

前記した保持部材の当接面は、半導体ウエハの径と同一の径又はそれよりも大きな径で湾曲していることが好ましい。
キャリアの開口部から離脱しようとする半導体ウエハは、その移動方向に自由度があることから、保持部材の当接面に対して常に一定の方向から当接するとは限らない。従って、保持部材の当接面を湾曲させる径は、半導体ウエハの径のみでなく、半導体ウエハを収容するキャリアの構造、半導体ウエハに対する保持部材の位置、保持部材を構成する材料の特性（例えば弾性率）等に応じて、その最適値が大小することがある。そのことから、保持部材の当接面を湾曲させる径は、実験等による知見を踏まえ、半導体ウエハの径から適宜大小させることも有効である。ただし、多くの場合では、保持部材の当接面を湾曲させる径を、半導体ウエハの径と同一の径又はそれよりも大きな径とすると、半導体ウエハの破損が効果的に防止されることが確認されている。

前記した保持部材には、洗浄槽内の洗浄液が通過可能な貫通孔が形成されていることが好ましい。
本発明に係る構造では、保持部材を大きくするほど、半導体ウエハの破損をより防止することができる。その反面、保持部材を大きくすると、その保持部材によってキャリアの開口部が広く覆われてしまい、キャリアに収容された半導体ウエハに、洗浄液が十分に行き渡らないことがある。このような場合は、保持部材に貫通孔を形成し、洗浄液がその貫通孔を通過できる構成とすると、キャリアに収容された半導体ウエハに、洗浄液を十分に行き渡らせることが可能となる。

保持部材に上記した貫通孔を形成する場合、半導体ウエハの外周縁が当接する位置に貫通孔が開口していると、半導体ウエハの外周縁が保持部材に当接する際の当接面積が減少し、その結果、半導体ウエハに生じる応力を増大させてしまうことがある。
そのことから、保持部材に形成する貫通孔は、半導体ウエハの外周縁が当接しない位置に開口していることが好ましい。

本発明によると、キャリアと共に半導体ウエハを洗浄する際に、半導体ウエハや保持部材が損傷することを抑制しつつ、半導体ウエハがキャリアの開口部から離脱することを防止することが可能となる。半導体ウエハや保持部材の破片が異物となり、半導体装置の製造に重大な支障をきたすといった従来の問題が解決される。

本発明を実施する好適な実施形態を列記する。
（形態１） キャリアは、複数枚の半導体ウエハを互いに平行かつ同軸に収容可能であることが好ましい。この場合、キャリアの開口部は、複数枚の半導体ウエハの配列方向に沿って開口しており、任意の位置の半導体ウエハを出し入れ可能であることが好ましい。
（形態２） 保持部材は、樹脂材料で形成することが好ましく、フッ素樹脂で形成することがより好ましい。
（形態３） 洗浄槽には、例えば純水といった洗浄液を噴射するノズルが形成されていることが好ましい。ただし、洗浄槽に当該ノズルを設ける必要は必ずしもなく、例えばキャリアを洗浄槽内にセットする際に、作業者が洗浄液を併せて投入してもよい。
（形態４） 洗浄槽には、不活性ガスを噴射するノズルが形成されていることが好ましい。それにより、洗浄槽内を不活性ガスで充満することができるとともに、洗浄後の半導体ウエハを短時間で乾燥させることが可能となる。ただし、洗浄槽に当該ノズルを必ずしも設ける必要はなく、キャリアの回転による脱水及び発生する気流によって、半導体ウエハを乾燥させることもできる。

本発明を実施した洗浄装置１０について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例の洗浄装置１０の正面図を示している。図２は、洗浄装置１０の側面図を示している。図３は、洗浄装置１０で用いられる半導体ウエハ１００用のキャリア６０を示している。なお、図２では、ハウジング１２の一部が破断され、洗浄装置１０の内部構造が示されている。
洗浄装置１０は、円板状の半導体ウエハ１００を洗浄する装置である。特に、洗浄装置１０は、複数枚の半導体ウエハ１００をキャリア６０に収容し、キャリア６０に収容された半導体ウエハ１００をキャリア６０と共に洗浄することができる。

図１、図２に示すように、洗浄装置１０は、ハウジング１２を有している。ハウジング１２の前面には、投入扉１４が形成されている。投入扉１４は、水平方向から略１０°の角度で上方に傾いている。
ハウジング１２の内部には、洗浄槽２０が配設されている。洗浄槽２０は、円形の底壁２０ａと、底壁２０ａの周縁から垂直に伸びる周壁２０ｂを有し、全体として一端が開放されたドラム形状を有している。洗浄槽２０は、投入扉１４に向けて開口するように、その中心軸が水平方向から略１０°の角度で傾けて配置されている。即ち、投入扉１４を開けると、そこに洗浄槽２０が開口しており、開放された投入扉１４を通じて、キャリア６０を洗浄槽２０内に配置可能となっている。

洗浄槽２０の内部には、回転体３０が設けられている。回転体３０には、モータ５０が接続されており、洗浄槽２０に対して回転可能となっている。なお、回転体３０の回転軸は、洗浄槽２０の中心軸と平行である。回転体３０は、半導体ウエハ１００を収容したキャリア６０（図３参照）を支持し、キャリア６０と共に洗浄槽２０内で回転する。それにより、キャリア６０に収容された半導体ウエハ１００が、キャリア６０と共に洗浄槽２０内で洗浄及び乾燥される構造となっている。なお、回転体３０の具体的な構造については、後段において詳細に説明する。

図３を参照して、キャリア６０の構成について説明する。キャリア６０は、複数枚の半導体ウエハ１００を収容する容器であり、その上部には半導体ウエハ１００を出し入れ可能な開口部６０ａが形成されている。キャリア６０の対向する側壁６０ｂには、半導体ウエハ１００を支持する支持溝６２が複数形成されている。複数の支持溝６２は、互いに平行に形成されており、複数枚の半導体ウエハ１００を互いに平行かつ同軸に支持することができる。キャリア６０の開口部６０ａは、複数枚の半導体ウエハ１００に沿って伸びており、任意の位置の半導体ウエハ１００を出し入れ可能となっている。キャリア６０の前方壁６０ｃには、作業者が把持するためのノブ６４が形成されている。また、図３では図示されないが、キャリア６０の底部６０ｄは開放されている（図５参照）。キャリア６０は、特に限定されないが、例えば樹脂材料で形成することが好ましい。

図４は、洗浄槽２０内にキャリア６０が配置された状態を示している。図５は、図４中のＶ−Ｖ面における断面図を示している。図４、図５に示すように、洗浄槽２０内に配置されたキャリア６０は、回転体３０によって支持される。回転体３０は、支持したキャリア６０と共に、モータ５０（図２参照）によって回転させられる。
洗浄槽２０には、洗浄ノズル２２が設けられている。洗浄ノズル２２は、洗浄槽２０の周壁２０ｂに配設されており、その噴射方向は回転体３０の回転軸に向けられている。洗浄ノズル２２には、ポンプ７２を介してタンク７４が接続されている。タンク７４には、例えば純水といった洗浄液７６が貯留されている。タンク７４内の洗浄液７６は、ポンプ７２によって洗浄ノズル２２に圧送され、洗浄ノズル２２から洗浄槽２０内で回転するキャリア６０に向けて噴射される。それにより、キャリア６０に支持された半導体ウエハ１００の洗浄が行われる。半導体ウエハ１００から除去された異物は、洗浄液７６と共に排出口２６から排出される。
また、洗浄槽２０には、ガスノズル２４が設けられている。ガスノズル２４は、洗浄槽２０の周壁２０ｂに配設されており、その噴射方向は回転体３０の回転軸に向けられている。ガスノズル２４には、窒素ボンベ８０が接続されている。窒素ボンベ８０内の加圧された窒素ガスは、ガスノズル２４に供給され、ガスノズル２４から洗浄槽２０内で回転するキャリア６０に向けて噴射される。これらの構成により、洗浄装置１０は、洗浄槽２０内を不活性な窒素ガスで充満することができるとともに、洗浄後には半導体ウエハ１００を短時間で乾燥することができる。窒素ガスの噴射量は、洗浄装置１０のコントローラ（図示省略）によって、時系列的に調節される。
ここで、洗浄装置１０は、洗浄液による洗浄動作を省略し、窒素ガスによる乾燥動作のみを実行することもできる。あるいは、洗浄液による洗浄動作のみを実行し、窒素ガスによる乾燥動作のみを実行することもできる。

以上、本実施例の洗浄装置１０について、その構造及び機能を大局的に説明した。以下では、回転体３０の構造について詳細に説明する。
図４、図５に示すように、回転体３０は、主に、洗浄槽２０の底壁２０ａ側に位置するバックプレート３２と、洗浄槽２０の開口２０ｃ側に位置するフロントプレート３４と、バックプレート３２からフロントプレート３４まで伸びる四本の支持レール３６を備えている。
バックプレート３２は、概して円板形状を有しており、前述したモータ５０（図１参照）が接続されている。フロントプレート３４は、バックプレート３２と略同径の円板形状を有しているが、その略中央にはキャリア６０が通過可能な開口３４ａが形成されている。四本の支持レール３６は、回転体３０の回転軸と平行であって、互いに平行に伸びており、キャリア６０をスライド可能に受入れる。以上の構成により、投入扉１４（図１、図２参照）から洗浄槽２０内に投入されたキャリア６０は、フロントプレート３４の開口３４ａを通過し、四本の支持レール３６間をスライドして、回転体３０にセットされる。このとき、半導体ウエハ１００は、回転体３０の回転軸に対して垂直であって、その中心軸が回転体３０の回転軸に略一致するように配置される。各々の支持レール３６は、Ｌ字状に屈曲した断面形状を有しており、回転体３０にセットされたキャリア６０は、上下方向及び左右方向から支持される。それにより、回転体３０が略水平方向に伸びる（厳密には１０°傾いている）回転軸で回転した場合でも、キャリア６０は安定して支持され続けることができる。

回転体３０は、保持部材４０をさらに備えている。保持部材４０は、円弧状に湾曲した板形状を有しており、その両端がバックプレート３２から伸びる二本の取付シャフト３８によって支持されている。取付シャフト３８は、回転体３０の回転軸に対して平行に伸びており、保持部材４０についても、回転体３０の回転軸に対して平行に伸びている。保持部材４０は、樹脂材料で形成されており、詳しくは、フッ素樹脂で形成されている。
保持部材４０は、回転体３０にキャリア６０がセットされたときに、キャリア６０の開口部６０ａに位置し、キャリア６０に収容された半導体ウエハ１００の外周縁１００ｅに対向する。保持部材４０は、回転体３０に設けられており、キャリア６０と共に回転するので、常に半導体ウエハ１００の外周縁に対向する。それにより、キャリア６０の開口部６０ａから、半導体ウエハ１００が離脱することが防止される。

図５に示すように、保持部材４０と半導体ウエハ１００の間には、キャリア６０のセット時に保持部材４０が半導体ウエハ１００と干渉しないように、クリアランス（隙間）が設けられている。そのことから、半導体ウエハ１００がキャリア６０の開口部６０ａから離脱しようとした場合に、半導体ウエハ１００の外周縁１００ｅが保持部材４０に比較的に強く当接することがある。このとき、半導体ウエハ１００の外周縁１００ｅが保持部材４０に局所的に当接すれば、半導体ウエハ１００には局所的に強い応力が生じることとなり、半導体ウエハ１００が破損するといった事態が生じ得る。また、保持部材４０に対して半導体ウエハ１００が局所的に当接することから、保持部材４０が損傷を受けることもある。半導体ウエハ１００や保持部材４０が損傷すれば、その破片は半導体装置の製造工程において異物となり、半導体装置の製造に重大な支障をきたすこともあり得る。

上記の問題に対して、本実施例の保持部材４０は、円弧状に湾曲した板形状を有しており、半導体ウエハ１００の外周縁１００ｅが当接し得る下面４４が、半導体ウエハ１００の外周縁１００ｅに沿って湾曲している。そのことから、半導体ウエハ１００の外周縁１００ｅが保持部材４０に当接した際に、半導体ウエハ１００の外周縁１００ｅは保持部材４０の下面４４に対して比較的に広く接触することができる。半導体ウエハ１００の外周縁１００ｅが保持部材４０に対して局所的に当接することがないので、半導体ウエハ１００に生じる応力は比較的に小さく抑えられ、半導体ウエハ１００の損傷が有意に抑制される。また、保持部材４０が損傷することも同時に防止される。半導体ウエハ１００や保持部材４０の破片が異物となり、半導体装置の製造に重大な支障をきたすといった従来の問題が解決される。

ここで、本実施例では、下面４４の曲率半径Ｒ１が、半導体ウエハ１００の半径Ｒ２と同一に設計されている。ただし、キャリア６０の開口部６０ａから離脱しようとする半導体ウエハ１００は、その移動方向に自由度があることから、保持部材４０の下面４４に対して常に一定の方向から当接するとは限らない。従って、保持部材４０の下面４４の曲率半径Ｒ１は、半導体ウエハ１００の半径Ｒ２のみでなく、キャリア６０の構造や保持部材４０の位置関係に応じて、その最適値が大小することがある。そのことから、保持部材４０の下面４４の曲率半径Ｒ１は、実験等による知見を踏まえ、半導体ウエハ１００の半径Ｒ２から適宜大小させるとよい。ただし、多くの場合では、保持部材４０の下面４４の曲率半径Ｒ１を、半導体ウエハ１００の半径Ｒ２と同一又はそれよりも大きくすることにより、半導体ウエハ１００の破損が効果的に防止されることが確認されている。

上記した構成の保持部材４０は、そのサイズを大きくするほど、半導体ウエハ１００の破損をより効果的に防止することができる。その反面、保持部材４０を大きくすると、その保持部材４０によってキャリア６０の開口部６０ａが広く覆われてしまう。半導体ウエハを洗浄する際に、洗浄液７６は、洗浄槽２０の周壁２０ｂからキャリア６０に向けて噴射される。そのことから、キャリア６０の開口部６０ａが保持部材４０によって広く覆われていると、キャリア６０に収容された半導体ウエハ１００に、洗浄液７６が十分に行き渡らないことがある。
上記の問題に対して、本実施例の保持部材４０には、図４に示すように、複数の貫通孔４２が形成されている。それにより、洗浄液７６が貫通孔４２を通過して、キャリア６０に収容された半導体ウエハ１００に行き渡るように構成されている。このように、保持部材４０に一又は複数の貫通孔４２を形成すると、保持部材４０を比較的に大きくしても、洗浄能力を十分に維持することが可能となる。

ここで、貫通孔４２の形状や開口させる位置は、洗浄ノズル２２やガスノズル２４の位置等を考慮して、適宜設計するとよい。ただし、半導体ウエハ１００の外周縁１００ｅが当接する位置に貫通孔４２が開口していると、半導体ウエハ１００の外周縁１００ｅが保持部材４０に当接する際の当接面積が減少し、その結果、半導体ウエハ１００に生じる応力を増大させてしまうことがある。そこで、本実施例では、半導体ウエハ１００と平行に伸びるスリット状の貫通孔４２を、半導体ウエハ１００の外周縁１００ｅが当接しない位置に開口させている。この貫通孔４２によると、半導体ウエハ１００の損傷を誘発しないとともに、保持部材４０の回転方向に沿って長く開口することから、洗浄液７６や窒素ガスを多く通過させることが可能となる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
上記した実施例では、キャリア６０が複数枚の半導体ウエハ１００を収容可能であるが、そのような構成に限定されるものではなく、一つのキャリア６０が一枚の半導体ウエハ１００のみを収容する構成としてもよい。さらに、洗浄槽２０内には、一つのキャリア６０だけでなく、複数のキャリア６０を同時に収容可能な構造とすることも有効である。
上記した実施例では、保持部材４０の下面４４の曲率半径Ｒ１が、下面４４の全体に亘って一定とされているが、そのような構成に限定されるものではなく、下面４４の曲率半径Ｒ１を位置に応じて変化させることも有効である。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

洗浄装置の正面図 洗浄装置の側面図（一部では、内部構造が示されている）。 半導体ウエハを収容したキャリアを示す斜視図。 洗浄槽内にキャリアを配置した状態を示す図。 図４中のＶ−Ｖ面における断面図。

符号の説明

１０：洗浄装置
１２：ハウジング
１４：投入扉
２０：洗浄槽
２２：洗浄ノズル
２４：ガスノズル
３０：回転体
３６：支持レール
４０：保持部材
４２：保持部材の貫通孔
４４：保持部材の下面
５０：モータ
６０：キャリア
６０ａ：開口部
６２：支持溝
７２：ポンプ
７４：タンク
８０：窒素ボンベ
１００：半導体ウエハ
Ｒ１：保持部材の下面の曲率半径
Ｒ２：半導体ウエハの半径

Claims (4)

1. 半導体ウエハを洗浄する洗浄装置であって、
   半導体ウエハを収容するキャリアと、
   キャリアを収容する洗浄槽と、
   洗浄槽内でキャリアを支持し、キャリアと共に回転する回転部材を備え、
   キャリアには、半導体ウエハを出し入れするための開口部が形成されており、
   回転部材には、回転部材に支持されたキャリアの開口部に配置され、キャリアに収容された半導体ウエハの外周縁に対向する保持部材が形成されており、
   保持部材では、半導体ウエハの外周縁に当接し得る当接面が、半導体ウエハの外周縁に沿って湾曲していることを特徴とする洗浄装置。
2. 前記保持部材の当接面は、半導体ウエハの径と同一の径又はそれよりも大きな径で湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記保持部材には、洗浄槽内の洗浄液を通過させる貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の洗浄装置。
4. 前記保持部材の貫通孔は、半導体ウエハの外周縁が当接しない位置に開口していることを特徴とする請求項３に記載の洗浄装置。

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