JP2018041861A - 半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェーハの表裏面に均等に洗浄液を供給することが可能であり、半導体ウェーハの表裏面を均等に洗浄すること。【解決手段】半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置１は、半導体ウェーハＷを縦置き状態で回転可能に支持する複数の回転ローラ６と、複数の回転ローラ６の少なくともいずれかの回転ローラの回転駆動を行う第１回転駆動機構と、半導体ウェーハＷの直径よりも長く上下に延び、半導体ウェーハＷの表裏面を狭持する一対の回転ブラシ９と、一対の回転ブラシ９のそれぞれを回転駆動する少なくとも１以上の第２回転駆動機構と、一対の回転ブラシ９のそれぞれの回転ブラシの上部から洗浄液を供給する洗浄液供給機構４とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置に関する。

従来、半導体ウェーハの洗浄装置として、枚葉式のブラシ洗浄装置が知られている。
特許文献１には、半導体ウェーハを水平に配置し、周囲の回転可能なローラで支持するとともに、半導体ウェーハの半径程度の長さの回転ブラシによって、半導体ウェーハを狭持するブラシ洗浄装置が開示されている。このブラシ洗浄装置では、回転ブラシの回転動力を用いて、半導体ウェーハを回転させ、半導体ウェーハの表裏面をブラシ洗浄する。

特開２０１１−２３３６４６号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術は、水平方向に配置してブラシ洗浄を行っているので、裏面側に純水等の洗浄液を供給するのが困難であり、裏面側を十分にブラシ洗浄することができない可能性があるという課題がある。
また、回転ブラシの回転駆動力を利用して半導体ウェーハを回転させているため、回転ブラシの回転速度をコントロールしなければ、半導体ウェーハの表裏面を均等に洗浄することが困難であるという課題がある。

本発明の目的は、半導体ウェーハの表裏面に均等に洗浄液を供給することが可能であり、半導体ウェーハの表裏面を均等に洗浄することのできる半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置を提供することにある。

本発明の半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置は、半導体ウェーハの表裏面を洗浄する半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置であって、前記半導体ウェーハを縦置き状態で回転可能に支持する複数の回転ローラと、前記複数の回転ローラの少なくともいずれかの回転ローラの回転駆動を行う第１回転駆動機構と、前記半導体ウェーハの直径よりも長く上下に延び、前記半導体ウェーハの表裏面を狭持する一対の回転ブラシと、前記一対の回転ブラシのそれぞれを回転駆動する少なくとも１以上の第２回転駆動機構と、前記一対の回転ブラシのそれぞれの回転ブラシの上部から洗浄液を供給する洗浄液供給機構と、を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、第１回転駆動機構が回転ローラを駆動することにより、半導体ウェーハが回転し、第２回転駆動機構が一対の回転ブラシを回転駆動することにより、一対の回転ブラシが回転する。したがって、相互の回転駆動により、縦置き状態に支持された半導体ウェーハの表裏面を、回転ブラシで均等に洗浄することができる。
また、洗浄液供給機構により、回転ブラシの上部から洗浄液を供給することができるため、半導体ウェーハの表裏面に均等に洗浄液を供給することができる。

本発明では、前記第２回転駆動機構は、スピンドルを備え、前記回転ブラシは、前記スピンドルに固定部材によって固定される回転軸と、前記回転軸に隙間を設けて挿入され、前記回転軸と下部で係合する筒状のブラシ支持体と、前記ブラシ支持体に挿入されるブラシ本体とを備え、前記ブラシ支持体には、内外を貫通する複数の孔が形成され、前記回転軸および前記ブラシ支持体の間の隙間に、前記洗浄液供給機構から供給される洗浄液が流れるのが好ましい。
この発明によれば、洗浄液が筒状のブラシ支持体の隙間に供給され、ブラシ支持体の複数の孔から洗浄液がブラシ本体に供給されるので、ブラシ本体の長さ方向全体に洗浄液を供給することができ、半導体ウェーハの全面に亘って洗浄液を供給して、洗浄効果が向上する。

本発明では、前記固定部材は、前記ブラシ支持体を貫通し、外面に露出しているのが好ましい。
この発明によれば、固定部材が外面に露出することにより、外側からブラシ支持体の取り外しを行うことができるため、回転ブラシの交換、メンテナンス等を簡略化することができる。

本発明では、前記回転軸における前記スピンドルとの固定部は、前記スピンドルの回転軸と軸を合わせた円錐台形状の外周面を備え、前記ブラシ支持体は、前記円錐台形状の外周面と摺接する漏斗状の内周面を備えているのが好ましい。
この発明によれば、回転軸の固定部がスピンドルの回転軸と軸を合わせた円錐台形状の外周面を備え、ブラシ支持体が漏斗状の内周面を備えていることにより、ブラシ支持体の回転中心を、スピンドルの回転軸に容易に合わせることができるため、ブラシ支持体がスピンドルの回転軸に対して偏芯した状態で取り付けられることがない。

本発明の第１実施形態に係る半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置を示す斜視図。 前記実施形態における枚葉式洗浄装置を示す断面図。 前記実施形態における回転ブラシの構造を示す断面図。 前記実施形態における回転ブラシの取付構造を示す断面図。 前記実施形態における回転ブラシの構造を示す分解斜視図。 本発明の第２実施形態に係る回転ブラシの構造を示す断面図。 前記実施形態における回転ブラシの取付構造を示す断面図。 前記実施形態における鑑定ブラシの構造を示す分解斜視図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［１］第１実施形態
図１には、本発明の第１実施形態に係る半導体ウェーハＷの枚葉式洗浄装置１が示されている。この枚葉式洗浄装置１は、３００ｍｍφの径の半導体ウェーハＷの表裏面を、縦置き状態で洗浄する装置である。枚葉式洗浄装置１は、ウェーハ回動部２と、ブラシ回動部３と、洗浄液供給機構４とを備え、洗浄液供給機構４から洗浄液を供給しながら、ウェーハ回動部２およびブラシ回動部３が協働することにより、半導体ウェーハＷの表裏面の洗浄を行う。

ウェーハ回動部２は、半導体ウェーハＷの円周方向端部に沿って均等に配置される４本の直動シリンダ５を備え、それぞれの直動シリンダ５の先端には、回転ローラ６が直動シリンダ５に対して回転可能に設けられる。
直動シリンダ５は、シリンダチューブ５Ａおよびピストンロッド５Ｂを備え、直動シリンダ５を伸縮することにより、回転ローラ６の突出位置を調整することができる。半導体ウェーハＷをウェーハ回動部２に装着する場合、４本の直動シリンダ５のうち、いずれか１本の直動シリンダ５の回転ローラ６を、半導体ウェーハＷの装着位置よりもシリンダチューブ５Ａ側に退避させておく。半導体ウェーハＷを、例えば、図示しないウェーハエッジのみで接触クランプ可能な枚葉式搬送ロボットで搬送し、セットしたら、退避させた直動シリンダ５の伸縮位置を復帰させ、半導体ウェーハＷをウェーハ回動部２に装着する。

回転ローラ６は、ポリテトラフルオロエチレン等の合成樹脂材料から構成され、円柱状の外周面に、円周方向に沿って凹溝を形成した糸巻き形状を有する。半導体ウェーハＷは、この凹溝に外周端部をはめ込むことにより、回転ローラ６に支持される。
図示を略したが、回転ローラ６には、回転中心に回転軸が設けられ、直動シリンダ５のシリンダチューブ５Ａおよびピストンロッド５Ｂを貫通し、その基端側には、プーリ７が設けられている。

４本の直動シリンダ５の基端側に設けられるプーリ７には、図示しないベルトが巻装され、ベルトは、同様に図示しない第１回転駆動機構としての駆動モータによって駆動される。
ベルトの駆動によりプーリ７が回転し、プーリ７の回転が不図示の回転軸を介して、回転ローラ６を回転させることにより、４つの回転ローラ６は同方向に回転し、半導体ウェーハＷは、一定の方向に回転する。
なお、第１回転駆動機構としては、これに限らず、４つの回転ローラ６を回転させる４つの駆動モータを設け、それぞれを同期して回転させるように構成してもよい。また、回転ローラ６の数も半導体ウェーハＷを縦置き状態で回転可能に支持することができれば、４つでなくともよい。

ブラシ回動部３は、一対の回動機構８と、それぞれの回動機構８に装着される一対の回転ブラシ９とを備える。
回動機構８は、図２に示すように、ケース８Ａと、ケース８Ａ内に回転可能に保持されるスピンドル８Ｂと、第２回転駆動機構としての駆動モータ８Ｃ、およびギア８Ｄとを備える。一方のスピンドル８Ｂには、図示しない第２回転駆動機構としての駆動モータ８Ｃと、ギア８Ｄが設けられる。他方のスピンドル８Ｂには、一方のスピンドル８Ｂに設けられたギア８Ｄと噛合するギア８Ｄが設けられる。
駆動モータ８Ｃを駆動すると、一方のスピンドル８Ｂが回動し、ギア８Ｄを介して他方のスピンドル８Ｂは逆向きに回動する。なお、第２回転駆動機構としては、これに限らず、それぞれのスピンドル８Ｂに駆動モータを設け、それぞれの駆動モータを同期して駆動させるようにしてもよい。

一対の回転ブラシ９は、半導体ウェーハＷを軽い力で狭持し、それぞれが回転することにより、半導体ウェーハＷの表裏面を洗浄する。
回転ブラシ９は、図２から図５に示すように、回転軸１０と、ブラシ支持体１１と、ブラシ本体１２とを備え、回転軸１０にブラシ支持体１１を挿入し、さらにブラシ支持体１１にブラシ本体１２を挿入した構成である。

回転軸１０は、図３および図５に示すように、上下に延びる断面円形の棒状部１０Ａと、その下部に設けられる径方向外側に膨出した膨出部１０Ｂと、膨出部１０Ｂを囲むようにリング状に上部に突出した突出部１０Ｃ（図４参照）とを備える。なお、回転軸１０は、本実施形態ではステンレス製で一体形成し、ポリテトラフルオロエチレンでコーティングしたものを使用しているが、カーボンＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastic）により一体形成してもよい。
突出部１０Ｃの側面には、膨出部１０Ｂとの対向面と外周面との間を貫通する水抜き孔１０Ｄが、リングの周方向に複数形成され、上部から供給された洗浄液は、水抜き孔１０Ｄから外部に排出される。
また、突出部１０Ｃの上面には、リングの周方向に沿って複数のネジ孔が形成されている。

ブラシ支持体１１は、回転軸１０の棒状部１０Ａよりも内径の大きな塩化ビニル製の円筒状の支持部１１Ａと、支持部１１Ａの下端に設けられ、支持部１１Ａの内径を拡径した円筒状の拡径部１１Ｂと、支持部１１Ａの上端に形成される蓋部１１Ｃとを備える。
支持部１１Ａの内周面と、回転軸１０の棒状部１０Ａとの間には、隙間が形成され、洗浄液供給部４Ｂからの洗浄液は、この隙間を下方に流れる。
支持部１１Ａには、ブラシ支持体１１の内外を貫通する複数の孔１１Ｄが形成され、隙間を流れた洗浄液は、複数の孔１１Ｄからブラシ本体１２に供給される（図４参照）。

拡径部１１Ｂは、ブラシ支持体１１を回転軸１０の下部の突出部１０Ｃと係合する支持部１１Ａの外周面を内周面とする筒状体から構成される。
拡径部１１Ｂの上面には、周方向に沿って複数の孔が形成されている（図５参照）。これらの孔にネジ１３を差し込み、回転軸１０の突出部１０Ｃにネジ１３を螺合させることにより、ブラシ支持体１１が回転軸１０に同心円状に固定される。ネジ１３は、自身の錆、他への汚染等を防止するために、Ｏリング１４によって覆われ、その上にブラシ本体１２が装着される。
蓋部１１Ｃの略中央には、洗浄液注入孔１１Ｅが形成され、洗浄液注入孔１１Ｅには、洗浄液供給機構４から供給される洗浄液が注入される。

ブラシ本体１２は、発泡ポリエチレン等のスポンジから構成される厚肉の円筒状体から構成され、ブラシ本体１２の長さ寸法は、半導体ウェーハＷの直径よりも大きくなっている。
ブラシ本体１２の内周面は、ブラシ支持体１１の外周面に密着させた状態で挿入される。ブラシ本体１２の外周面には、長手方向に沿って配列される複数の凸状部１２Ａが、円周方向に所定ピッチで設けられている。そして、ブラシ本体１２の外周面の凸状部１２Ａの凹凸が、半導体ウェーハＷの表裏面に付着した異物を掻き取る機能を担う。

洗浄液供給機構４は、図１および図２に示すように、回転ブラシ９との対向面が開口された一対のカバー部４Ａと、それぞれのカバー部４Ａの上部に設けられる洗浄液供給部４Ｂとを備える。
一対のカバー部４Ａは、互いに接近離間が可能であり、半導体ウェーハＷの洗浄中は、カバー部４Ａ同士を接近させ、回転ブラシ９の回転により洗浄液が外部に飛散することを防止する。一方、回転ブラシ９を交換する場合や、半導体ウェーハＷをセットする場合には、カバー部４Ａ同士を離間させ、交換やセットの作業をし易くする。

洗浄液供給部４Ｂは、上面が塞がれた円筒状体から構成され、円筒の外周面には、内外を貫通する洗浄液供給孔４Ｃが形成されている。洗浄液供給孔４Ｃの内部は、ブラシ支持体１１の洗浄液注入孔１１Ｅと連通し、洗浄液供給孔４Ｃには、洗浄液を搬送するホース等が接続される。ホース等を介して搬送ポンプ等で洗浄液を搬送すると、洗浄液供給孔４Ｃを介して、洗浄液供給部４Ｂの内部からブラシ支持体１１の洗浄液注入孔１１Ｅに洗浄液が注入される。注入された洗浄液は、支持部１１Ａの複数の孔１１Ｄから外部に浸出し、ブラシ本体１２に洗浄液が供給される。

なお、このような枚葉式洗浄装置１において、メンテナンス、ブラシ交換等により、回転ブラシ９を取り外す場合、まず、ブラシ本体１２をブラシ支持体１１から引き抜き、Ｏリング１４を外し、ネジ１３を外してブラシ支持体１１を回転軸１０から取り外す。これにより、ブラシ本体１２の交換や、ブラシ支持体１１の清掃を行うことが可能となる。

このような本実施形態では、第１回転駆動機構としての駆動モータを駆動すると、ベルトおよびプーリ７を介して回転ローラ６が回転する。回転ローラ６が回転するとこれに伴い、半導体ウェーハＷが回転する。
一方、第２回転駆動機構としての駆動モータ８Ｃを駆動すると、一対の回転ブラシ９が互いに逆向きに回転する。
この際、洗浄液供給機構４から洗浄液が供給され、回転ブラシ９の下部に流れ、ブラシ支持体１１の支持部１１Ａの複数の孔１１Ｄからブラシ本体１２に浸出し、半導体ウェーハＷの洗浄が行われる。
したがって、半導体ウェーハＷの回転と、回転ブラシ９の回転と、洗浄液の供給とにより、半導体ウェーハＷの表裏面を均等、かつ効率的に洗浄することができる。

また、本実施形態の枚葉式洗浄装置１は、半導体ウェーハＷを縦置き状態で洗浄を行うことができるため、省スペース化を図ることができ、狭い場所で複数の半導体ウェーハＷを同時に洗浄することができる。

［２］第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付して、その説明を省略する。
前述した第１実施形態では、回転軸１０の膨出部１０Ｂは、棒状部１０Ａを単純に径方向外側に拡径した構造であり、ブラシ支持体１１は、この膨出部１０Ｂに支持部１１Ａが挿入され、拡径部１１Ｂの上面に形成された複数の孔を利用して、ネジ１３により回転軸１０に固定されていた。
これに対して、本実施形態では、図６に示すように、回転軸２０の固定部となる下端部が円錐台状に拡径し、ブラシ支持体２１の下端部の拡径部２１Ｂは、漏斗状の内周面とされ、ブラシ支持体２１の外面に露出した部分で、固定部材としてのネジ２２により固定されている点が相違する。

回転軸２０は、図６および図７に示すように、ステンレス製の棒状部２０Ａと、その下部に設けられる膨出部２０Ｂとを備える。
膨出部２０Ｂは、円錐台形状の外周面を有し、円錐台の軸は、スピンドル８Ｂの回転軸と一致している。
また、膨出部２０Ｂの外周面には、図８に示されるように、回転軸２０回りに１２０°のピッチで３箇所のネジ孔２０Ｃが形成されている。なお、ネジ孔２０Ｃの間に形成された凹部は、回転軸２０をスピンドル８Ｂに固定するためのネジ孔である。

ブラシ支持体２１は、塩化ビニル製の円筒状体からなる支持部２１Ａと、支持部１１Ａの下端に設けられる拡径部２１Ｂとを備える。
拡径部２１Ｂは、支持部１１Ａの外周に挿入される厚肉の筒状体から構成され、拡径部２１Ｂの下端部の内周面は、漏斗状の内周面とされ、この漏斗状の内周面は、回転軸２０の膨出部２０Ｂの円錐台形状の外周面と対応している。
また、拡径部２１Ｂには、図８に示すように、ブラシ支持体２１回りに１２０°のピッチで３箇所の孔２１Ｃが形成されている。

回転軸２０にブラシ支持体２１を装着する場合、回転軸２０の膨出部２０Ｂにブラシ支持体２１の拡径部２１Ｂの内周面を摺接させ、ネジ２２を拡径部２１Ｂの孔２１Ｃに挿入し、膨出部２０Ｂのネジ孔２０Ｃと螺合させることにより固定する。
なお、ネジ２２は、外面に露出した状態となるので、ステンレス製のネジの表面に、ポリテトラフルオロエチレン等でコーティングを施したものを採用するのが、防食上および汚染防止の観点から好ましい。

このような本実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果に加え、以下のような効果がある。
回転軸２０に対してブラシ支持体２１を固定するネジ２２が、外面に露出していることにより、ブラシ本体１２を取り外すことなく、外側から直接ブラシ支持体２１の取り外しを行うことができるため、ブラシ支持体２１およびブラシ本体１２を備えた回転ブラシの交換、メンテナンス等を簡略化することができる。

また、本実施形態では、回転軸２０の膨出部２０Ｂがスピンドル８Ｂの回転軸に軸を合わせた円錐台形状の外周面を備え、ブラシ支持体２１の拡径部２１Ｂが漏斗状の内周面を備えている。これにより、ブラシ支持体２１の回転中心を、スピンドル８Ｂの回転軸に容易に合わせることができるため、ブラシ支持体２１が、スピンドル８Ｂの回転軸に対して偏芯した状態で取り付けられることがない。

［３］実施形態の変形
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記実施形態では、直径が３００ｍｍφの半導体ウェーハＷを洗浄対象としていたが、これに限らず、２００ｍｍφの半導体ウェーハや、４５０ｍｍφの半導体ウェーハに本発明を適用してもよい。

前記第２実施形態では、ブラシ支持体２１を、膨出部２０Ｂの円錐台形状の外周面にネジ２２により固定していたが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１実施形態の突出部１０Ｃの外周面にネジ孔を形成しておき、ブラシ支持体１１の拡径部１１Ｂに孔を形成しておき、側面からネジにより固定するように構成してもよい。
その他、本発明の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

１…枚葉式洗浄装置、２…ウェーハ回動部、３…ブラシ回動部、４…洗浄液供給機構、４Ａ…カバー部、４Ｂ…洗浄液供給部、４Ｃ…洗浄液供給孔、５…油圧シリンダ、５Ａ…シリンダチューブ、５Ｂ…ピストンロッド、６…回転ローラ、７…プーリ、８…回動機構、８Ａ…ケース、８Ｂ…スピンドル、８Ｃ…駆動モータ、８Ｄ…ギア、９…回転ブラシ、１０…回転軸、１０Ａ…棒状部、１０Ｂ…膨出部、１０Ｃ…突出部、１０Ｄ…水抜き孔、１１…ブラシ支持体、１１Ａ…支持部、１１Ｂ…拡径部、１１Ｃ…蓋部、１１Ｄ…孔、１１Ｅ…洗浄液注入孔、１２…ブラシ本体、１２Ａ…凸状部、１３…ネジ、１４…Ｏリング、２０…回転軸、２０Ａ…棒状部、２０Ｂ…膨出部、２０Ｃ…ネジ孔、２１…ブラシ支持体、２１Ａ…支持部、２１Ｂ…拡径部、２１Ｃ…孔、２２…ネジ、Ｗ…半導体ウェーハ。

Claims (4)

1. 半導体ウェーハの表裏面を洗浄する半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置であって、
   前記半導体ウェーハを縦置き状態で回転可能に支持する複数の回転ローラと、
   前記複数の回転ローラの少なくともいずれかの回転ローラの回転駆動を行う第１回転駆動機構と、
   前記半導体ウェーハの直径よりも長く上下に延び、前記半導体ウェーハの表裏面を狭持する一対の回転ブラシと、
   前記一対の回転ブラシのそれぞれを回転駆動する少なくとも１以上の第２回転駆動機構と、
   前記一対の回転ブラシのそれぞれの回転ブラシの上部から洗浄液を供給する洗浄液供給機構と、を備えていることを特徴とする半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置。
2. 請求項１に記載の半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置において、
   前記第２回転駆動機構は、スピンドルを備え、
   前記回転ブラシは、前記スピンドルに固定部材によって固定される回転軸と、
   前記回転軸に隙間を設けて挿入され、前記回転軸と下部で係合する筒状のブラシ支持体と、
   前記ブラシ支持体に挿入されるブラシ本体とを備え、
   前記ブラシ支持体には、内外を貫通する複数の孔が形成され、前記回転軸および前記ブラシ支持体の間の隙間に、前記洗浄液供給機構から供給される洗浄液が流れることを特徴とする半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置。
3. 請求項２に記載の半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置において、
   前記固定部材は、前記ブラシ支持体を貫通し、外面に露出していることを特徴とする半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置において、
   前記回転軸における前記スピンドルとの固定部は、前記スピンドルの回転軸と軸を合わせた円錐台形状の外周面を備え、
   前記ブラシ支持体は、前記円錐台形状の外周面と摺接する漏斗状の内周面を備えていることを特徴とする半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置。

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