JP2570856B2 - クリーンドラフトチャンバ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クリーンルーム内に据付けて半導体ウエハ
などの薬液処理，もしくは半導体用薬液の濃縮処理を行
うクリーンドラフトチャンバに関する。

〔従来の技術〕

半導体の製造工程では、半導体ウエハの薬液による化
学洗浄プロセス，並びにエッチングプロセスなどがあ
る。すなわち、化学洗浄プロセスでは、高温加熱された
過酸化水素，アンモニア，塩酸，硫酸などを組成とする
溶液に半導体ウエハを浸漬して洗浄を行う。また、エッ
チングプロセスでは、弗酸，硝酸などを成分とする溶液
に浸してエッチングを行う。ところで、かかる半導体ウ
エハの薬液処理を行うに際しては、半導体ウエハに対す
るパーティクル汚染を極度に嫌うために、通常はクリー
ンルーム内に据付けたクリーンドラフトチャンバで作業
を行うようにしている。

このクリーンドラフトチャンバは、チャンバ内に設置
した薬液槽に対して上方より高性能フィルタ（HEPAフィ
ルタ,ULPAフィルタ）を通じて清浄化したダウンフロー
気流を送気しつつ、薬液処理の過程で薬液槽から発生し
た有害な薬液ベーパをダウンフロー気流に包み込んで一
緒に系外に排気し、薬液ベーパがクリーンルーム内に漏
出するのを防止するようにしている。

ここで、従来における基本的なクリーンドラフトチャ
ンバの構成を第６図に示す。図において、１はクリーン
ドラフトチャンバ、２はチャンバ内の作業台上に設置し
た薬液槽、３はチャンバの天井側に配備したULPAフィル
タなどの高性能フィルタ、４は給気ファン、５はチャン
バの背面側に開口した排気口、６は排気口に接続した排
気ダクト、７は排気ファンである。

かかる構成で、半導体ウエハをキャリアに収容し、ロ
ボットなどのハンドリング操作により薬液槽２に浸漬し
て所定の薬液処理プロセスを行う。なお、2aは薬液槽２
内に設置したヒータである。一方、クリーンドラフトチ
ャンバ１の運転時には、クリーンルーム内から取り込ん
だクリーンエアを高性能フィルタ３によりさらに清浄化
したダウンフロー気流（矢印Ａ）が薬液槽２に対して上
方より流下し、ここで薬液槽２より発生した有害な薬液
ベーパをダウンフロー気流Ａにより包み込んで気流と一
緒に系外に排気するようにしている。

ところで、上記構成のままでは、薬液槽２から発生し
て槽外に上昇，拡散する薬液ベーパを抑え込んでクリー
ンルーム内への漏出を阻止するには、ダウンフロー気流
Ａの風速を高めて多量な清浄空気を系外に強制排気する
必要がある。一方、クリーンルームの室内環境は、年間
を通じて一定温度，湿度に維持するために空調設備に多
量な動力を消費しており、前記のように系外への排気風
量が多くなる程、クリーンルームのランニングコストが
嵩むことになる。

そこで、昨今ではランニングコストの低減化を狙い
に、できるだけ少ない排気風量で薬液ベーパを排気処理
できるようにした小排気量形クリーンドラフトチャンバ
の開発が進められており、その一例として第７図に示す
ような構成のものが特開昭63−248449号公報に提案され
ている。

この構成では、第６図に示したクリーンドラフトチャ
ンバの基本構成に加えて、薬液槽２の上方でチャンバの
前方から後方の排気口５に向かう水平方向のエアカーテ
ンＢを吹出し形成する送風手段を追加装備したものであ
る。ここで、エアカーテンＢの送風手段は、送風ファン
8,高性能フィルタ９を装備した送気ダクト10で構成され
ている。

かかる構成により、薬液槽２から発生する薬液ベーパ
は水平方向のエアカーテンＢにより遮へいされてチャン
バ内への拡散が防止され、その大半はエアカーテンＢと
ともに系外に排気される。一方、水平方向のエアカーテ
ンＢを超えてチャンバ内に拡散した少量の薬液ベーパは
ダウンフロー気流Ａと一緒に系外に排気される。これに
よりダウンフロー気流Ａの風速，風量を第６図の方式と
比べて大幅に低めることが可能となり、トータル的にク
リーンドラフトチャンバからの排気風量を1/3程度に減
量することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

第７図に示したクリーンドラフトチャンバは第６図の
方式と比べてランニングコストの節減化が図れる利点が
ある反面、半導体ウエハの薬液処理工程，並びに後述す
る薬液の濃縮処理を行う場合には次記のような問題点が
残る。すなわち、 （１）クリーンドラフトチャンバ内に複数の薬液槽，リ
ンス槽を並置し、クリーンドラフトチャンバの前面側か
らロボット操作で半導体ウエハを薬液槽，リンス槽の間
で移送操作を行う場合には、薬液槽２に対して昇降する
ロボットのハンド，およびキャリアが水平方向のエアカ
ーテンＢを横切るためにエアカーテンＢの高速気流がこ
れらの部材に当たって層流に乱れが生じ、さらにこの層
流の乱れがダウンフロー気流Ａに干渉してその層流を乱
し、この結果として薬液ベーパの抑え込み機能が低下す
る。

（２）水平方向のエアカーテンＢを吹き出す送気ダクト
の吹出口には例えばハニカム状の整流板が組み込まれて
いるが、このような構造では整流板が発塵源となって薬
液，並びに半導体ウエハが汚染されるおそれがある。

（３）チャンバ内に薬液槽を行列配置したとすると、エ
アカーテンＢに対して上流側の薬液槽から発生した不純
物がエアカーテンに乗って下流側の薬液槽を汚染するお
それがある。

（４）一方、半導体製造工程で使用する各種の薬液は高
純度（望ましくはpptレベル）であることが必要であ
り、その薬液純度の管理のために薬液を分析して不純物
濃度を測定することが行われている。この場合の薬液を
分析する方法としては、まず前処理として薬液試料を蒸
発皿に入れて蒸発濃縮し、濃縮した薬液試料に対して原
子吸収分析装置，炎光分光光度系，螢光Ｘ線分析装置な
どの機器を用いて分析する。

この場合に、薬液試料を濃縮する前処理工程での塵埃
によるコンタミネーションを防止するために、最近では
薬液の濃縮作業をクリーンドラフトチャンバ内部の清浄
空間を利用して行うようにしている。具体的には第８図
に示すように、クリーンドラフトチャンバのチャンバ内
に設置した薬液槽２の中に個々に薬液試料を満たした蒸
発皿11を並べ、蒸発皿11をヒータ2aで加熱して薬液を濃
縮しつつ、この濃縮過程で各蒸発皿から発生する薬液ベ
ーパを系外に排気するようにしている。

しかして第７図と同様に、第８図における薬液槽２に
対し薬液ベーパの拡散を防止するようにその上面側に水
平方向のエアカーテンＢを吹出し形成すると、エアカー
テン気流Ｂに対して上流側に並ぶ蒸発皿の薬液から発生
した不純物が下流側に並ぶ蒸発皿の薬液に干渉して薬液
を汚染するといった問題が発生する。

本発明は、上記の点にかんがみなされたものであり、
半導体ウエハなどの薬液処理，並びに半導体用薬液の濃
縮処理を行うクリーンドラフトチャンバを対象に、排気
風量の低減化を図りつつ、しかも同じクリーンドラフト
チャンバに配備した薬液槽の相互間，ないしは同じ薬液
槽内に並べた薬液濃縮用の蒸発皿の相互間で干渉汚染が
発生するのを良好に防止できるようにしたクリーンドラ
フトチャンバを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明のクリーンドラフ
トチャンバは、チャンバ内に設置した各薬液槽ごとに、
薬液槽の上面周域を包囲して排気系に連通する吸引フー
ドを配備し、かつ該吸引フードの内周側に薬液槽の上面
に臨む吸気口を開口し、この吸気口を吸込フードの全周
域に開口するものとする。

さらに、薬液槽内へ薬液を補給する手段として薬液槽
に配管した薬液供給管については、吸引フード外周を迂
回して薬液槽の上面に引込み配管することとする。尚、
前記の構成に対して、吸引フードの後段に排気流から薬
液成分の結晶生成物を分離捕集するトラップを設けるこ
ともできる。

一方、薬液濃縮処理を行う薬液槽については、該槽
が、薬液を収容する複数の蒸発皿を備えるものとする。
この蒸発皿については、各皿ごとに薬液加熱ヒータを一
体に組み込んだ構成とすることができる。

そして、前記の蒸発皿については、各蒸発皿ごとに薬
液加熱ヒータを一体に組み込んだ構成とすることができ
る。

〔作用〕

上記の構成で、クリーンドラフトチャンバに対しダウ
ンフローの送風，並びに系外への吸引排気を行うと、薬
液槽に向けて上方より流下したダウンフロー気流は、薬
液槽の上面に到達したところでその周域に開口する吸気
口を通じて高速吸込気流となって吸引フード内に吸い込
まれ、ここから排気系を経て系外に排気される。

これにより、ダウンフロー気流の送風，並びに排気系
を通じての排気を行いつつ、薬液槽にて薬液処理，もし
くは薬液濃縮処理を行うと、薬液槽から発生して立ち昇
る有害な薬液ベーパは吸引フードに吸い込まれる前記の
高速吸込気流の誘引作用を受け、チャンバ内の空間に拡
散することなしに薬液槽の上面周域から直ちに吸引フー
ド内に吸い込まれて系外に排気されることになる。した
がって薬液槽の相互間，および薬液槽内に収容した蒸発
皿の相互間で薬液ベーパが干渉し合う汚染を確実に防止
できる。

この場合に、吸引フードの全周域に亙って吸気口を開
口しておくので、高速吸込気流による薬液ベーパの誘引
作用がより一層効果的に機能する。

さらに、薬液槽への薬液供給管を吸引フード外周を迂
回して薬液槽の上面に引込み配管するので、薬液槽と吸
引フードとの間に余分な配管用スペースを確保する必要
がなく、吸引フードの吸気口を薬液槽の上面周域に近接
開口できる他、薬液供給管を点検する場合でも吸引フー
ドを取り外すことなく、メンテナンス作業を進めること
ができる。

尚、吸引フードに組合せたトラップは、吸引フードに
吸い込んだ薬液成分の結晶生成物，例えば弗化アンモニ
ウム，塩化アンモニウムの結晶（空気に触れて冷えると
結晶化する）を分離捕集するように働く。従って、これ
らの結晶生成物が下流側の排気ダクト内に付着堆積する
のを防止する。

一方、薬液槽内に蒸発皿を収容して薬液の濃縮処理を
行う際には、蒸発皿から発生して薬液槽内を立ち昇るガ
ス，蒸気がそのまま薬液槽の上面周域から直ちに吸引フ
ード内へ吸い込まれるので、蒸発皿相互間での薬液ベー
パによる干渉汚染のおそれがなく、同じ薬液槽内に複数
の蒸発皿を行列的に並べて同時に薬液濃縮処理を安全に
進めることができる。

また、この場合に各蒸発皿ごとにヒータを一体に組み
込んだ構造とすることで、各蒸発皿の薬液温度を例えば
サーモ制御により個別に管理して薬液の突発的な沸騰を
防止できる。

〔実施例〕

第１図ないし第５図は半導体ウエハの薬液処理，並び
に薬液の濃縮処理プロセスに適用する本発明実施例のク
リーンドラフトチャンバの構成図を示すものであり、第
６図ないし第８図に対応する同一部材には同じ符号が付
してある。

まず、第１図は半導体ウエハの薬液処理プロセス用の
クリーンドラフトチャンバであって、チャンバ１の上部
にはULPAフィルタとしての高性能フィルタ3,および給気
ファン４が設置され、チャンバ内部空間1aを隔てて下部
には薬液槽２が設置されている。また、薬液槽２を取り
囲んで画成された排気風胴12が排気ダクト６に接続され
ている。

一方、薬液槽２の上面側には薬液槽２の外周を包囲し
て吸引フード13が設置されており、かつ吸引フード13の
内周側端面には薬液槽２の上面周域に臨む吸気口14が開
口している。この吸気口14は、第２図に示すように、吸
引フード13の全周域に亙って整流板15の間にスリット状
に形成されている。なお、整流板15の代わりにパンチン
グ板，ないしハニカム格子板を用いることもできる。

また、16は薬液貯留タンク17より送液ポンプ18を介し
て薬液槽２との間に配管した薬液供給管であり、該薬液
供給管16は前記した吸引フード13の外周を迂回して薬液
槽２の上面に引込み配管されている。

なお、19はチャンバ１の前面開放面を覆う例えば透明
ビニールカーテン，引戸などのカバー、20はキャリア21
に搭載した半導体ウエハである。また、図示されてない
が、クリーンドラフトチャンバ内には化学洗浄，エッチ
ング処理などの薬液処理プロセスに対応する複数の薬液
槽２がリンス槽と交互に並べて横一列に設置されてお
り、さらにその前方ないし後方には薬液槽とリンス槽の
間でキャリア20を移送するロボットが配備されている。

かかる構成で、給気ファン4,排気ファン７を運転すれ
ば、クリーンルームの室内から取り込んだクリーンエア
を高性能フィルタ３で更に清浄化したダウンフロー気流
Ａが薬液槽２に向けてチャンバ空間1aを流下する。そし
てダウンフロー気流Ａが薬液槽２の上面に到達すると、
その上面周域に開口する吸引フード13の吸気口14へ高速
吸込気流Ｃとなって流れ込み、ここから排気風胴12,排
気ダウンフロー６を経て系外に排気される。また、ダウ
ンフロー気流Ａの一部はチャンバ１の背後に開口した排
気口５を通じて排気される。なお、前記した給気ファン
4,排気ファン７は、例えばインバータ制御により駆動モ
ータを適正な速度で運転制御するようにしている。

ここで、薬液槽２に収容した薬液22をヒータ2aにより
加熱昇温すると、薬液槽２の液面より立ち昇る薬液ベー
パが発生するようになる。そして、この薬液ベーパは上
方から流下するダウンフロー気流Ａに抑えこまれてチャ
ンバ空間1aへ殆ど拡散逸出することなく、かつ前記した
高速吸込気流Ｃによる誘引作用により薬液槽２の上面に
出たところで直ちに吸引フード13の吸気口14に吸い込ま
れるようになる。なお、吸引フード13に吸い込まれずに
チャンバ空間1aに漏出した僅かな量のベーパはダウンフ
ロー気流Ａとともに背面側の排気口５を通じて排気され
る。

これにより、少ない排気風量で薬液槽２から発生する
薬液ベーパをクリーンルーム室内に漏出させることなく
系外に排気処理できる。なお発明者の実験によれば、排
気風量は第７図の例と同様に第６図の在来方式と比べて
1/3程度に減量できることが確かめられている。また、
吸引フード13における高速吸込気流Ｃの風速は２〜4m/s
ec,好ましくは3m/sec程度に設定するのがよい。さら
に、送風状態でロボット操作により薬液槽２に対し半導
体ウエハ20を搭載したキャリア21を上下させた場合の気
流に与える影響を調べた結果でも、ダウンフロー気流A,
および高速吸込気流Ｃの乱れは殆ど発生せず、ドラフト
機能に支障のないことが確認されている。

また、薬液槽２への薬液補給は供給管16を通じて行わ
れる。この場合に、図示例のように吸引フード13の外周
を迂回して薬液供給管16を配管したことにより、薬液槽
２と吸引フード13の吸気口14との間に余分な配管スペー
スを確保する必要がなく、かつ薬液供給管16を点検する
場合でも、その都度吸引フード13を取り外すことなくメ
ンテナンス作業を進めることができる。

次に、薬液の濃縮処理に適用したクリーンドラフトチ
ャンバの実施例を第３図ないし第５図で説明する。この
実施例では、薬液槽２の内部には第５図のように行列配
置に並べて複数の蒸発皿11が配備されており、さらに薬
液槽２に対しては第１図と同様に薬液槽２の上面周域に
吸引フード13を配備している他、吸引フード13の後段側
には排気風胴12との間にトラップ23が設置されている。

ここで、前記の蒸発皿11は、第４図に示すように薬液
に対する耐蝕性の高い白金，もしくはテフロン製の皿11
aの外周を例えばニッケル製のケース11bで囲み、その内
部に薬液加熱用ヒータ11cを一体に組み込んで構成した
ものである。なお、ケース11b内には皿11aの温度検出用
センサ，ないしサーモスタット（図示せず）を組み込ん
でヒータを通電制御し、蒸発皿に収容した薬液が突発的
に沸騰し溢れ出るトラブルの発生を防止するようにして
いる。

また、トラップ23は排気流中に発生した薬液成分の結
晶生成物、例えば弗化アンモニウムの結晶を分離捕集す
るものであり、その膨張室の底部には冷却水24を溜めて
排気ガス流を冷却し、結晶化，および結晶生成物の捕集
効率を高めるようにしている。このトラップ23の設置に
より結晶生成物が排気流から分離捕集され、下流側の排
気ダクト内に結晶生成物が付着堆積するのを防止でき
る。なお、トラップ23は定期的に洗浄水で洗浄して捕集
した結晶生成物を排除する。

かかる構成で、第５図のように薬液槽２の中に複数の
蒸発皿11を行列配置に並べ、ヒータ通電により各蒸発皿
に収容した薬液試料を加熱して濃縮すると、この濃縮処
理過程で各蒸発皿11から発生した薬液ベーパはそのまま
薬液槽内を上昇し、第１図で説明したように薬液槽２の
上面に達したところで高速吸込気流Ｃの誘引作用を受け
て吸引フード13に吸い込まれる。また、吸引フード13に
吸い込まれた後、さらに後段のトラップ23で結晶生成物
が分離捕集され、排気ダクト６を通じて系外に排気され
る。

これにより、蒸発皿11に収容した薬液試料は、周囲か
らの塵埃によるコンタミネーション，並びにチャンバ内
を流れる気流の影響を受けることもなく、かつ各蒸発皿
11の相互間で薬液ベーパによる干渉汚染のおそれなし
に、同時に複数の蒸発皿で薬液試料の濃縮処理を進める
ことができる。

なお、前記したトラップ23は、第１図の実施例にも適
用することができることは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によるクリーンドラフトチャンバは、以上説明
したように構成されているので、次記の効果を奏する。

（１）半導体ウエハなどの薬液処理，並びに半導体用薬
液の濃縮処理を行うクリーンドラフトチャンバを対象
に、系外への排気風量の減量化を図りつつ、しかも同じ
クリーンドラフトチャンバに配備した薬液槽の相互間，
ないしは同じ薬液槽内に並べた薬液濃縮用の蒸発皿の相
互間で干渉汚染が発生するのを良好に防止できてその信
頼性の向上が図れる。これにより第７図に示した従来構
造での問題点を解消できる。

そして、吸引フードに対しその吸気口を全周域に開口
することにより、吸引フードへの吸込気流による薬液ベ
ーパの誘引作用をより効果的に機能させることができ
る。

（２）さらに、薬液槽に対する薬液供給管を、吸引フー
ドの外周を迂回して薬液槽の上面に引込み配管したの
で、薬液槽と吸引フードとの間に余分な配管スペースが
不要となり、かつ薬液供給管のメンテナンス作業を容易
に進めることができる。

（３）また、吸引フードの後段にトラップを組合せるこ
とにより、排気流中に生成した薬液成分の結晶生成物を
分離捕集して下流側の排気ダクトに結晶生成物が付着堆
積することを防止できる。

（４）一方、薬液の濃縮処理を行う際には、薬液ベーパ
の干渉汚染のおそれなしに、同じ薬液槽内に複数の蒸発
皿を行列配置に並べて同時に濃縮処理を行うことができ
る。

（５）また、蒸発皿について、各蒸発皿ごとに薬液加熱
ヒータを一体に組み込んで構成したことにより、蒸発皿
に収容した薬液を個別に温度管理して薬液試料が突発沸
騰するなどのトラブル発生を未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の実施例を示すものであ
り、第１図は薬液処理用クリーンドラフトチャンバの全
体構成図、第２図は第１図における吸引フードの断面
図、第３図は薬液濃縮処理用クリーンドラフトチャンバ
の全体構成図、第４図は蒸発皿の構造断面図、第５図は
薬液槽内に並べた蒸発皿の配置平面図、第６図，第７図
はそれぞれ従来におけるクリーンドラフトチャンバの構
成図、第８図は第７図のクリーンドラフトチャンバで行
う薬液濃縮処理の状態図である。図において、 1:クリーンドラフトチャンバ、2:薬液槽、3:高性能フィ
ルタ、4:給気ファン、6:排気ダクト、7:排気ファン、1
1:蒸発皿、11c:ヒータ、13:吸引フード、14:吸気口、1
6:薬液供給管、20:半導体ウエハ、21:キャリア、22:薬
液、23:トラップ、A:ダウンフロー気流、C:高速吸込気
流。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日下 豊 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−238022（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クリーンルームの室内に据付けて半導体ウ
   エハなどの薬液処理，もしくは半導体用薬液の濃縮処理
   を行うクリーンドラフトチャンバであり、チャンバ内に
   設置の薬液槽に対し、上方から清浄化したダウンフロー
   気流を送風する給気系と、薬液槽から発生する薬液ベー
   パをダウンフロー気流に包み込んで系外に排気する排気
   系とを備えたものにおいて、チャンバ内に設置した各薬
   液槽ごとに、薬液槽の上面周域を包囲して排気系に連通
   する吸引フードを配備し、かつ該吸引フードの内周側に
   薬液槽の上面に臨む吸気口を開口し、この吸気口が吸引
   フードの全周域に開口すると共に、薬液槽に配管した薬
   液供給管が吸引フードの外周を迂回して薬液槽の上面に
   引込み配管されていることを特徴とするクリーンドラフ
   トチャンバ。
2. 【請求項２】請求項１に記載のクリーンドラフトチャン
   バにおいて、吸引フードの後段に排気流から薬液成分の
   結晶生成物を分離捕集するトラップを設けたことを特徴
   とするクリーンドラフトチャンバ。
3. 【請求項３】クリーンルームの室内に据付けて半導体ウ
   エハなどの薬液処理，もしくは半導体用薬液の濃縮処理
   を行うクリーンドラフトチャンバであり、チャンバ内に
   設置の薬液槽に対し、上方から清浄化したダウンフロー
   気流を送風する給気系と、薬液槽から発生する薬液ベー
   パをダウンフロー気流に包み込んで系外に排気する排気
   系とを備えたものにおいて、チャンバ内に設置した各薬
   液槽ごとに、薬液槽の上面周域を包囲して排気系に連通
   する吸引フードを配備し、かつ該吸引フードの内周側に
   薬液槽の上面に臨む吸気口を開口し、この吸気口が吸引
   フードの全周域に開口すると共に、薬液濃縮処理を行う
   薬液槽が薬液を収容する複数の蒸発皿を備えていること
   を特徴とするクリーンドラフトチャンバ。
4. 【請求項４】請求項３に記載のクリーンドラフトチャン
   バにおいて、蒸発皿が個々に薬液加熱ヒータを装備して
   いることを特徴とするクリーンドラフトチャンバ。