JP2011165694A - ウェーハの超音波洗浄方法および超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来懸念された洗浄残り（超音波未照射領域）の発生を低減してウェーハ全体の洗浄度を向上させる。
【解決手段】複数の超音波洗浄槽を用いてウェーハの超音波洗浄を行うに際し、各超音波洗浄槽の底に設置したウェーハ受け台におけるウェーハの受け溝の位置を、各超音波洗浄槽間で相互に異ならせ、もってウェーハに対する超音波の未照射領域をなくす。
【選択図】図７

Description

本発明は、ウェーハの超音波洗浄方法に関し、特にウェーハ全面にわたる洗浄度の向上を図ったものである。
また、本発明はウェーハの超音波洗浄装置に関し、特に超音波洗浄の際に使用されるロボットの利用効率の向上を図ったものである。

近年、シリコンウェーハの洗浄に、超音波洗浄が利用されている。この洗浄方法を利用する場合、従来は、キャリアと呼ばれるウェーハ保持具の中にシリコンウェーハを一枚一枚収容し、このキャリアごとウェーハの超音波洗浄を行っていた。
しかしながら、この方法では、ウェーハの洗浄性が低く、また生産能率も低かったことから、キャリアを用いない方法すなわちキャリアレス方式の超音波洗浄技術が提案された（例えば特許文献１）。

特許文献１に開示の技術は、洗浄液が収容された洗浄槽中で超音波の発振中にウェハガイドに保持されたウェハをウェハチャックから一時的に離間させるとともにウェハチャックに保持されたウェハをウェハガイドから一時的に離間させるウェハ離間機構を使用することで、ウェハガイドがウェハの一部分を保持する箇所であるウェハガイドのウェハ保持部における超音波不到達領域を最小限にし、ウェハの全域に超音波を照射することにより洗浄面全域を効果的に洗浄しようとするものである。

特開2006-324495号公報

最近では、ＩＣがより微細化していることもあって、ウェーハの品質管理が一層厳しくなってきている。すなわち、より細かいパーティクルの除去が必要になってきた。
それに伴い、より高度な洗浄性が要求されるようになってきたと同時に、洗浄が多様化し、複数の洗浄槽が必要となってきている。また、一度に50枚以上もの大量のウェーハを処理するなど、生産性の向上も求められている。

しかしながら、前掲特許文献１に記載の洗浄方法では、ウェハチャックによりウェハを挟んで持ち上げる操作が必要なことから、各槽での洗浄作業が終了するまで各搬送ロボットが占有されるため、搬送ロボット一台あたりの生産能率が極めて低いところにも問題を残していた。

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、従来懸念された洗浄残り（超音波未照射領域）の発生を効果的に低減してウェーハ全体の洗浄度を向上させるウェーハの超音波洗浄方法を提案することを第１の目的とする。
また、本発明は、搬送ロボットが各洗浄槽に占有されることなく、複数槽にわたる作業を可能とすることにより、搬送ロボット一台あたりの生産能率を向上させ、ひいては洗浄作業の自動化への対応を可能ならしめたウェーハの超音波洗浄装置を提案することを第２の目的とする。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．複数の超音波洗浄槽を用いてウェーハの超音波洗浄を行うに際し、各超音波洗浄槽の底に設置したウェーハ受け台におけるウェーハの受け溝の位置を、各超音波洗浄槽間で相互に異ならせることにより、ウェーハに対する超音波の未照射領域をなくしたことを特徴とするウェーハの超音波洗浄方法。

２．前記ウェーハ受け台におけるウェーハの受け溝を、直立するウェーハの中心点をとおる垂直線に対し中心角が±５０°の範囲内で、各超音波洗浄槽間で互いに重ならない位置に、２〜４個設けたことを特徴とする前記１に記載のウェーハの超音波洗浄方法。

３．前記複数の超音波洗浄槽がそれぞれ、２槽以上の洗浄槽をそなえることを特徴とする前記１または２に記載のウェーハの超音波洗浄方法。

４．前記ウェーハが複数枚のウェーハ群からなることを特徴とする前記１乃至３のいずれかに記載のウェーハの超音波洗浄方法。

５．前記超音波洗浄を、ウェーハの揺動下で行うことを特徴とする前記１乃至４のいずれかに記載のウェーハの超音波洗浄方法。

６．内部に洗浄液を収容し、底部にウェーハ受け台をそなえ、さらに該洗浄液に対する超音波発振部を付設した複数の超音波洗浄槽と、ウェーハ移送用のウェーハチャックと、該ウェーハ受け台に載置されたウェーハを、該ウェーハチャックで取り出し、別の超音波洗浄槽内のウェーハ受け台に載せることにより、ウェーハの超音波洗浄槽間の移送を司る搬送ロボットをそなえるウェーハの超音波洗浄装置において、
各超音波洗浄槽の底部に配設したウェーハ受け台におけるウェーハの受け溝の位置を、各超音波洗浄槽間で相互に異ならせたことを特徴とする超音波洗浄装置。

７．前記ウェーハ受け台におけるウェーハの受け溝を、直立するウェーハの中心点をとおる垂直線に対し中心角が±５０°の範囲内で、各超音波洗浄槽間で互いに重ならない位置に、２〜４個設けたことを特徴とする前記６に記載のウェーハの超音波洗浄装置。

８．前記複数の超音波洗浄槽がそれぞれ、２槽以上の洗浄槽をそなえることを特徴とする前記６または７に記載のウェーハの超音波洗浄装置。

９．前記ウェーハが複数枚のウェーハ群からなることを特徴とする前記６乃至８のいずれかに記載のウェーハの超音波洗浄装置。

10．前記超音波洗浄槽が、ウェーハの揺動機構をそなえることを特徴とする上記６乃至９のいずれかに記載のウェーハの超音波洗浄方法。

11．前記搬送ロボットを、洗浄槽：４〜８槽当たり一台配置したことを特徴とする前記６乃至10のいずれかに記載のウェーハの超音波洗浄装置。

本発明によれば、超音波洗浄に際し、超音波不到達領域の発生を極力低減してウェーハ全体の洗浄度を向上させることができる。
さらに、本発明によれば、搬送ロボット一台あたりの生産能率を向上させ、もって洗浄作業の自動化への対応を容易ならしめることができる。

搬送ロボットを示した図である。 ウェーハ洗浄槽の構成を示した図である。 ウェーハの保持位置を一定にした場合（ａ）とウェーハの保持位置を変更した場合（ｂ）の、ウェーハ表面における超音波の照射状態の違いを比較して示した図である。 ウェーハの保持位置を一定にした場合（ａ）とウェーハの保持位置を変更した場合（ｂ）で、さらに揺動機構を付加した場合の、ウェーハ表面における超音波の照射状態の違いを比較して示した図である。 従来法に従い超音波洗浄を行った場合（ａ）と本発明法に従い超音波洗浄を行った場合（ｂ）におけるパーティクルの残留量の違いを比較して示した図である。 受け台における受け溝の好適配置範囲を説明した図である。 受け台における受け溝の好適配置例を示した図である。 本発明に従う好適な超音波洗浄装置の全体図である。 実施例における槽配置および各槽で使用したウェーハ受け台のタイプ示した図である。 比較例における槽配置および各槽で使用したウェーハ受け台のタイプ示した図である。

以下、本発明を具体的に説明する。
現在、ウェーハの洗浄に際しては、除去すべき対象ごとに、例えばパーティクル除去工程→メタル除去工程→酸化膜除去工程のように、複数の工程に分けて洗浄が行われ、また各工程ごとに複数の洗浄槽が使用される。すなわち、洗浄装置としては、２槽以上の洗浄槽をワンセットとして複数セットの洗浄槽が設置されている。

従って、後続の洗浄工程に移行するには、ウェーハを槽から槽へ移す必要があるが、本発明では、かかる移送手段としては、図１に示すような構造になる搬送ロボットを使用する。図中、符号１がウェーハ、２がウェーハチャックであり、３がウェーハ支持部である。ウェーハの移送の際には、ウェーハ支持部３にウェーハ１の底部を載せて移送する。

また、図２に示すように、各洗浄槽４の底には、ウェーハ１の受け台５を設置しておく。この受け台５には、ウェーハチャック２で移送する。
上記のようにして洗浄槽に一旦載置したウェーハ群を、次の洗浄槽に移送するには、各ウェーハを挟むのではなく、ウェーハ支持部をウェーハ群の底にもぐり込ませ、すくい上げるようにして洗浄槽から取り出すので、移送に際して、ウェーハ表面が疵つくことはない。
なお、図中、６が超音波発振部である。

しかしながら、ウェーハの受け台において、ウェーハを受ける位置、すなわち受け溝の位置が常に一定であると、受け溝にはまり込んだウェーハ部分は超音波洗浄の効果が損なわれる。
すなわち、受け台におけるウェーハの保持位置が常に一定であると、図３（ａ）に示すように、ウェーハ表面に超音波が照射されず、洗浄性が弱くてパーティクルの除去ができない領域（図中、黒色の領域）が発生する。
この問題の解決には、揺動機構を付加することが考えられるが、たとえ揺動機構を付加したとしても、ウェーハの保持位置が一定であると、図４（ａ）に示すように、やはり受け溝近傍には超音波が照射されない領域が残る。
その結果、かかる領域は、図５（ａ）に示すように、依然として受け溝近傍において多量のパーティクルの残留が免れない。

そこで、本発明では、洗浄槽ごとにウェーハの保持位置、すなわち受け台における受け溝の位置を変更することにより、上記の問題を解決したのである。
例えば、図３（ｂ）に示すように、最初の洗浄槽における保持位置と次の洗浄槽における保持位置を変更した場合には、超音波が全く照射されない領域は皆無となり、その結果、洗浄性は向上する。
揺動機構を付与した場合も、図４（ｂ）に示すように、超音波による洗浄性が向上する。
その結果、図５（ｂ）に示すように、ウェーハの受け溝近傍におけるパーティクルの残留量は激減する。

従って、例えばパーティクル除去工程→メタル除去工程→酸化膜除去工程のように、２槽以上の洗浄槽をワンセットとして複数セットの洗浄槽群を用いて洗浄を行う場合、少なくとも各工程における同じ薬液の槽については、洗浄処理の際にウェーハの保持位置を適宜変更することにより、ウェーハの洗浄性を大幅に向上させることができる。
勿論、一つの工程のみならず、複数の工程すべてにおいて、ウェーハの保持位置を変更することが、ウェーハの洗浄性向上の観点から最適であることは言うまでもない。

次に、受け台でウェーハを保持するのに好適な受け溝の設置位置について、図６を参照して説明する。
ウェーハを好適に保持するには、受け溝は２〜４個程度設けることが好ましいが、この例では受け溝を３個設ける場合について説明する。受け溝を３個設けると、上方の２点でウェーハを支持し、下の一点でウェーハの倒れ込みを防止することができるので、ウェーハの保持法としては最適といえる。
受け溝を設置する位置が、直立するウェーハの中心点をとおる垂直線に対し、中心角αで±５０°を超えるとウェーハの移送ができなくなるので、受け溝を設置する位置は上記中心角αで±５０°以内とする。

なお、受け溝の設置の仕方は、垂直線に対して必ずしも左右対象に設ける必要はなく、左右非対称であってもよい。

図７に、受け台における受け溝の好適配置例を示す。なお、溝の幅は１５mmとする。
図７（ａ）のタイプ１は、中心角で±３５°の位置と垂直線上の位置に受け溝を設けた場合である。
図７（ｂ）のタイプ２は、中心角で＋３０°の位置と−５°および−４０°の位置に受け溝を設けた場合である。
図７（ｃ）のタイプ３は、タイプ２とは逆に、中心角で＋４０°および＋５°の位置と−３０°の位置に受け溝を設けた場合である。
図７（ｄ）のタイプ４は、タイプ３における受け溝の位置をさらに外側に傾けたもので、中心角で＋４５°および＋１０°の位置と−２５°の位置に受け溝を設けた場合である。
以上、代表的な受け溝の配置例について説明したが、その他にも、種々の配置が可能であることは言うまでもない。

ところで、従来の洗浄装置では、洗浄作業中は，搬送ロボットが占有されるため、搬送ロボット一台あたりの生産能率が極めて低かったことは、前述したとおりである。
この点、本発明のように、ウェーハを洗浄槽から次の洗浄槽へ移送する際には搬送ロボットを使用することはいえ、一旦次の洗浄槽に移した後は、その支持は受け台に任せる方式では、その洗浄槽での洗浄処理が終了するまでは、搬送ロボットはその槽に拘束されることはないので、別の工程のウェーハ移送に利用することができ、従って、搬送ロボット一台あたりの生産能率は格段に向上する。

図８に、本発明に従う好適な超音波洗浄装置として、第１薬液洗浄処理（ＳＣ１）工程→第１リンス処理工程→第２薬液洗浄処理（フッ酸洗浄）工程→第２リンス処理工程をそなえる装置例を示す。なお、これらの工程にはそれぞれ各２槽の洗浄槽を配置した。
図中、符号11がローダー部、12が第１薬液洗浄処理（ＳＣ１）工程、13が第１リンス処理工程、14が第２薬液洗浄処理（フッ酸洗浄）工程、15が第２リンス処理工程、16が乾燥処理工程、17がアンローダー部、そして18が搬送ロボットである。
同図に示したとおり、この例では、ローダー部11から乾燥処理工程16までを第１搬送ロボット18-1が受け持ち、乾燥処理工程16からアンローダー部17までを第２搬送ロボット18-2に受け持つ仕組みになっている。

このように、本発明の装置によれば、搬送ロボット一台で複数の洗浄槽を担当することができるので、生産性を損なうことなく洗浄性を向上させ得るだけでなく、ロボットの設置台数を低減できるのでコスト減も達成することができ、従ってウェーハの洗浄を自動化する場合に、その対応が格段に容易になる。

実施例
図８に示した本発明に従う好適な超音波洗浄装置を用いて、直径が３００mmのウェーハ50枚の超音波洗浄を行った。槽配置および各槽で使用したウェーハ受け台のタイプを図９に示す。
各洗浄槽における受け溝の設置位置（図７に示したタイプで示す）および処理時間は次のとおりである。
・第１薬液洗浄処理（ＳＣ１）
第１槽 受け台：タイプ１、処理時間：５分
第２槽 受け台：タイプ２、処理時間：５分
・第１リンス処理
第１槽 受け台：タイプ１、処理時間：５分
第２槽 受け台：タイプ２、処理時間：５分
・第２薬液洗浄処理（フッ酸洗浄）
第１槽 受け台：タイプ３、処理時間：５分
第２槽 受け台：タイプ４、処理時間：５分
・第２リンス処理
第１槽 受け台：タイプ３、処理時間：５分
第２槽 受け台：タイプ４、処理時間：５分

比較例
また、比較のため、ウェーハの保持位置はすべての洗浄槽で一定（タイプ１）とする以外は、実施例１と同じ条件で超音波洗浄を行った。図10に、この場合の槽配置を示す。

その結果、実施例は、比較例に比べて、ウェーハの受け溝近傍におけるパーティクル量が約１／２にまで低減し、本発明によれば洗浄度が格段に向上することが確認された。
また、洗浄処理が終了するまで搬送ロボットが占有された特許文献１の装置に比べて、搬送ロボット一台あたりの生産能率を３倍に増大させることができた。従って、従来、搬送ロボットを３台必要としたような場合に、搬送ロボットの台数は一台で済むようになる。

本発明に従い、ウェーハ受け台におけるウェーハの受け溝の位置を、各超音波洗浄槽間で相互に異ならせることにより、ウェーハ受け台の影響による洗浄汚れの発生を低減してウェーハ全体の洗浄度を向上させることができる。
また、本発明の超音波洗浄装置によれば、搬送ロボット一台あたりの生産能率を向上させることができ、さらに洗浄作業の自動化への対応が容易となる。

１ ウェーハ
２ ウェーハチャック
３ ウェーハ支持部
４ 洗浄槽
５ 受け台
６ 超音波発振部
11 ローダー部
12 第１薬液洗浄処理（ＳＣ１）工程
13 第１リンス処理工程
14 第２薬液洗浄処理（フッ酸洗浄）工程
15 第２リンス処理工程
16 乾燥処理工程
17 アンローダー部
18 搬送ロボット

Claims (11)

1. 複数の超音波洗浄槽を用いてウェーハの超音波洗浄を行うに際し、各超音波洗浄槽の底に設置したウェーハ受け台におけるウェーハの受け溝の位置を、各超音波洗浄槽間で相互に異ならせることにより、ウェーハに対する超音波の未照射領域をなくしたことを特徴とするウェーハの超音波洗浄方法。
   
2. 前記ウェーハ受け台におけるウェーハの受け溝を、直立するウェーハの中心点をとおる垂直線に対し中心角が±５０°の範囲内で、各超音波洗浄槽間で互いに重ならない位置に、２〜４個設けたことを特徴とする請求項１に記載のウェーハの超音波洗浄方法。
   
3. 前記複数の超音波洗浄槽がそれぞれ、２槽以上の洗浄槽をそなえることを特徴とする請求項１または２に記載のウェーハの超音波洗浄方法。
   
4. 前記ウェーハが複数枚のウェーハ群からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のウェーハの超音波洗浄方法。
   
5. 前記超音波洗浄を、ウェーハの揺動下で行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のウェーハの超音波洗浄方法。
   
6. 内部に洗浄液を収容し、底部にウェーハ受け台をそなえ、さらに該洗浄液に対する超音波発振部を付設した複数の超音波洗浄槽と、ウェーハ移送用のウェーハチャックと、該ウェーハ受け台に載置されたウェーハを、該ウェーハチャックで取り出し、別の槽内のウェーハ受け台に載せることにより、ウェーハの超音波洗浄槽間の移送を司る搬送ロボットをそなえるウェーハの超音波洗浄装置において、
   各超音波洗浄槽の底部に配設したウェーハ受け台におけるウェーハの受け溝の位置を、各超音波洗浄槽間で相互に異ならせたことを特徴とする超音波洗浄装置。
   
7. 前記ウェーハ受け台におけるウェーハの受け溝を、直立するウェーハの中心点をとおる垂直線に対し中心角が±５０°の範囲内で、各超音波洗浄槽間で互いに重ならない位置に、２〜４個設けたことを特徴とする請求項６に記載のウェーハの超音波洗浄装置。
   
8. 前記複数の超音波洗浄槽がそれぞれ、２槽以上の洗浄槽をそなえることを特徴とする請求項６または７に記載のウェーハの超音波洗浄装置。
   
9. 前記ウェーハが複数枚のウェーハ群からなることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のウェーハの超音波洗浄装置。
   
10. 前記超音波洗浄槽が、ウェーハの揺動機構をそなえることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のウェーハの超音波洗浄方法。
    
11. 前記搬送ロボットを、洗浄槽：４〜８槽当たり一台配置したことを特徴とする請求項６乃至10のいずれかに記載のウェーハの超音波洗浄装置。

Images