JP2970894B2 - 洗浄装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造工程においては、被
処理体、例えば半導体ウエハ表面に付着したパーティク
ル、有機汚染物、金属不純物などのコンタミネーション
或いは表面に形成された自然酸化膜などを除去するため
に洗浄装置が使用されている。この種の洗浄装置は、ウ
エハに対してアンモニア処理、水洗処理、フッ酸処理、
硫酸処理、塩酸処理、水洗処理等のように薬液処理と水
洗処理が例えば交互に順に行なわれる。

【０００３】薬液処理用の洗浄装置や水洗用の洗浄装置
は、一般的には略同一構造となされ、例えば底部が略フ
ラットで全体が略矩形状に形成された洗浄槽内に薬液や
洗浄水を満たしてウエハを横並びで多数枚、例えば２５
枚或いは５０枚収容し、薬液を底部から供給してオーバ
ーフロー液を循環させつつ或いは洗浄水の場合にはオー
バーフローした洗浄水を循環させることなくウエハ表面
のコンタミネーションの除去を行なっていた。この場
合、ウエハ表面からコンタミネーションを効率的に除去
し、且つこれが再度ウエハ表面に付着することを防止す
るためには槽内に導入した薬液や洗浄水が乱流を生ずる
ことなく層流状態となって各ウエハ間を上方向に向けて
流れることが必要である。そのために、洗浄槽の底部に
は、これより僅かに上方へ離間させて多数の流通孔を有
する平板状の整流板が配設されており、効率的な洗浄を
行なうようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような洗浄装置にあっては、被処理体である半導体ウ
エハが円形であるのに対して洗浄槽自体が略矩形状に形
成されていることから、例えば底部の側方においてデッ
ドスペースが生じ、全体として洗浄槽自体の容積自体が
必要以上に大きくなってしまうという問題があった。ま
た、例えば薬液により洗浄処理する場合には、この薬液
は比較的高価であることから槽からオーバーフローした
薬液は循環使用され、ある程度以上汚れが生じたら廃棄
するが、上述のように洗浄槽自体の容量が大きくなると
使用する薬液量が増加し、運転費用が大幅に増加すると
いう問題があった。

【０００５】また、薬液処理されたウエハを純水などの
洗浄水で洗浄する場合には、導入された洗浄水は循環使
用されることなくオーバーフローした時点で廃棄され、
この洗浄操作は、ファイナルリンスにて槽内の洗浄水の
比抵抗値がこれに混入しているイオンが少なくて所定の
値以上になったときにウエハ表面に付着している薬液の
大部分を排除できたものとみなすまで行なわれる。従っ
て、上述のように槽自体の容量が大きいと槽内の洗浄水
が置換される速度が遅くなってしまうので所定の比抵抗
値まで達する時間が長くなってしまい、このために、多
量の洗浄水を使用しなければならないという問題点もあ
った。

【０００６】特に、半導体ウエハの主流が６インチサイ
ズから８インチサイズに移行して大径化するに従って、
槽自体の容量も大型化し、上記した問題点の解決が強く
望まれている。本発明は、以上のような問題点に着目
し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本
発明の目的は、洗浄槽の底部及び整流板を傾斜させて洗
浄時に乱流を生ぜしめることなく槽自体の容量を小さく
した洗浄装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、底部に洗浄液を導入する導入口を有し
て洗浄すべき被処理体を収容する洗浄槽と、前記洗浄槽
の底部より離間させて設けられると共に前記洗浄液を通
す多数の流通孔を有し、前記導入口から導入された洗浄
液を整流しつつ前記被処理体側へ流す整流板とを備えた
洗浄装置において、前記洗浄槽の底部の両側は、上傾き
傾斜された底部傾斜部を有し、前記整流板は、前記底部
の中心部に対応して水平になされた水平整流部と、この
水平整流部の両側に設けられて前記底部傾斜部に対応し
て上向き傾斜された傾斜整流部を有するように構成した
ものである。

【０００８】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、洗浄槽
の底部の両側は上向き傾斜されて底部傾斜部となってお
り、これに対応する整流板の部分は同じく上向き傾斜さ
れた傾斜整流部として構成される。従って、傾斜させた
分だけ洗浄槽の全体の容量は小さくなり、被処理体を洗
浄処理するための薬液の使用量或いは洗浄用の純水の使
用量を大幅に抑制することができる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係る洗浄装置の一実施例を
添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明の洗浄装置
の一実施例を示す断面図、図２は本発明の洗浄装置を示
す部分破断傾斜図、図３は図２に示す装置に使用する整
流板を示す平面図、図４は図２に示す装置の概略側断面
図、図５は図２に示す洗浄装置等が複数個集合された洗
浄装置集合ユニットを示す斜視図である。

【００１０】本実施例においては、洗浄装置を薬液洗浄
装置または水洗洗浄装置に適用した場合について説明す
る。まず、本発明に係る洗浄装置等を集合させて形成し
た洗浄装置集合ユニットを図５に基づいて説明する。こ
の洗浄装置集合ユニット２は、図５に示すように、洗浄
処理前の被処理体、例えば半導体ウエハＷをカセット単
位で受け取ってカセットＣを保管するインプットバッフ
ァ機構４と、このインプットバッファ機構４からカセッ
ト単位で半導体ウエハＷを受け取るローダ機構６と、こ
のローダ機構６からウエハ搬送装置８によって搬送され
て来る半導体ウエハＷを薬液処理、水洗処理等の洗浄処
理を行なう洗浄処理機構１０と、この洗浄処理機構１０
によって処理された半導体ウエハＷをアンロードするア
ンローダ機構１２と、アンローダ機構１２からカセット
単位で半導体ウエハＷを受け取って保管するアウトプッ
トバッファ機構１４とを備えて構成されている。

【００１１】また、上記洗浄処理機構１０の上方には上
記ウエハ搬送装置８によって半導体ウエハＷが取り出さ
れた後の空のカセットＣを洗浄、乾燥処理するカセット
洗浄・乾燥ライン１８が上記洗浄処理機構１０に沿って
配設されている。そして、このカセット洗浄・乾燥ライ
ン１８には昇降機構２０を介して空のカセットＣを上記
ローダ機構６から持ち上げて供給するように構成されて
いる。また、アンローダ機構１２側にも同様の昇降機構
（図示せず）が配設され、この昇降機構を介して洗浄、
乾燥後のカセットＣをアンローダ機構１２へ供給するよ
うに構成されている。

【００１２】そして、上記インプットバッファ機構４
は、外部から供給されたカセットＣを載置する載置部２
２と、この載置部２２のカセットＣをカセット搬送機構
２４によって移載し、すぐに処理できないカセットＣを
一時的に保管するカセット保管部２６とを備えて構成さ
れている。また、上記カセット搬送機構２４は、上記載
置部２２に載置されたカセットＣ内の半導体ウエハＷを
処理する際に、カセットＣを上記載置部２２から上記ロ
ーダ機構６へ移載するように構成されている。そして、
このローダ機構６は半導体ウエハＷのオリエンテーショ
ンフラットを例えば上側或いは下側に揃える位置合わせ
機構（図示せず）を備えて構成されている。尚、上記ア
ウトプットバッファ機構１４も上記インプットバッファ
機構４と同様に構成されている。

【００１３】また、上記洗浄処理機構１０は、例えば、
上記ウエハ搬送装置８と、このウエハ搬送装置８のウエ
ハチャック８Ａを洗浄、乾燥するチャック洗浄・乾燥処
理槽２８と、このチャック洗浄・乾燥処理槽２８の下流
側に順次配設され且つ半導体ウエハＷ表面の有機汚染
物、金属不純物或いはパーティクル等の不要物質を洗浄
により除去する薬液洗浄装置３０、薬液処理後の半導体
ウエハＷを水洗する二つの水洗洗浄装置３２、３２、上
記薬液洗浄装置３０とは別の薬液処理を行う薬液洗浄装
置３４、二つの水洗洗浄装置３６、３６と、ウエハチャ
ック８Ａを洗浄、乾燥するチャック洗浄・乾燥処理槽３
８と、不純物質が除去された半導体ウエハＷを例えばイ
ソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等で蒸気乾燥する乾燥
処理槽４０とを備えて構成されている。そして、上記薬
液洗浄装置３０、３４及び水洗洗浄装置３２、３４は、
それぞれの処理液がオーバーフローし、そのオーバーフ
ローした処理液を排出し、或いは循環させて蓄積された
不純物を除去して循環使用するように構成されていると
共に、図１に示すように槽の底部及び整流板が上向き傾
斜される。

【００１４】そして、上記ウエハ搬送装置８は、図５に
示すように、各薬液洗浄装置３０、３４による影響のな
いように３台配設されている。これらの各ウエハ搬送装
置８は、例えば５０枚の半導体ウエハＷを一括して把持
する左右一対のウエハチャック８Ａと、このウエハチャ
ック８Ａを昇降させると共に前後方向で進退動させる駆
動機構（図示せず）と、上記処理槽２８乃至４０に沿っ
て配設された搬送ベース８Ｂとを備え、上記搬送ベース
８Ｂに沿って往復移動するように構成されている。

【００１５】また、上記洗浄装置、例えば上記薬液洗浄
装置３０は、図４に示すように、高温に加熱されたアン
モニア水等の処理液を貯留する矩形状の洗浄槽４２と、
この洗浄槽４２内に配設されて半導体ウエハＷを例えば
５０枚垂直に保持するウエハ保持具４４と、このウエハ
保持具４４のやや下方すなわち底部よりやや上方に配設
され且つ多数の流通孔４６を有する整流板４８と、この
整流板４８へ下方から薬液などの洗浄液を供給する供給
配管５０とを備えて構成されている。また、上記供給配
管５０は上記洗浄槽４２の底部５２の２箇所の導入口５
４、５４から洗浄液を供給するように構成され、更に、
各導入口５４、５４のやや上方には分散板５６、５６が
配設され、これらの分散板５６、５６によって上記整流
板４８の全面に向けて洗浄液を分散するように構成され
ている。また、上記整流板４８は、底部５２より起立し
た支柱５８により底部５２から離間させて支持される。

【００１６】具体的には、図１及び図２に示すように上
記洗浄槽４２の底部５２の両側は、洗浄槽４２の幅方
向、すなわちウエハＷの面拡がり方向に沿って例えば角
度θ１で上向き傾斜されて底部傾斜部６０を構成してい
る。図示例にあっては底部中央部が水平になされている
が、これを形成することなく底部中央から直接上向きに
傾斜された底部を形成してもよい。そして、この底部５
２よりも僅かな距離Ｌ１、例えば２０ｍｍ上方に位置さ
れた整流板４８も上記底部５２と同様に変形され、底部
５２の中心部に対応する部分は水平になされた水平整流
部４８Ａとして形成され、この両側は上記底部傾斜部６
０に対応させて同じく角度θ２で上向き傾斜された傾斜
整流部４８Ｂとして構成されている。この場合、各傾斜
角度θ１、θ２は、好ましくは同じ角度、例えば３０度
に設定して平行にし、流路面積が一定になるようにす
る。このように底部５２及び整流板４８の両側を上向き
傾斜させることにより槽内のデッドスペースを少なくし
て槽内容積を少なくすることが可能となる。

【００１７】そして、図３に示すように上記整流板４８
の水平整流部４８には、水平部流通孔４６Ａが例えば４
列で槽長さ方向に例えば３１個形成され、また各傾斜整
流部４８Ｂ、４８Ｂには、傾斜部流通孔４６Ｂが例えば
３列で横長さ方向に例えば１１個形成されている。この
場合、水平部流通孔４６Ａの直径Ｄ１は例えば５．６ｍ
ｍに設定され、傾斜部流通孔４６Ｂの直径Ｄ２は例えば
３．４ｍｍに設定され、従って、整流板４８の水平流路
部４８Ａの全水平部流通孔４６Ａの面積といずれか一方
の傾斜整流部４８Ｂの全傾斜部流通孔４６Ｂの面積の比
は１０：１程度に設定されることになる。ここで、上記
全流通孔の面積比、流通孔の総数及び洗浄槽４２の底部
傾斜部６０及び傾斜整流部４８Ｂの傾斜角度θ１、θ２
は上記値に限定されないのは勿論である。

【００１８】また、洗浄槽４２及び整流板４８の材質
は、使用する洗浄液の種類に依存し、例えば、反応性の
強い硫酸やアンモニア水等を使用する薬液洗浄装置の場
合にはともに耐蝕性に強い石英等を使用し、純水を使用
する水洗洗浄装置の場合にはポリ塩化ビニール等を使用
することができる。特に、材料として石英を用いる場合
には、この加工性が非常に劣ることから寸法出し等が困
難となり、洗浄槽４２の内壁４２Ａと脱着可能に設けら
れる整流板４８の端面とを密接させることはできず、こ
れらの間には、例えば距離１ｍｍ程度の僅かな間隙Ｓが
発生することは避けられない。

【００１９】また、傾斜整流部１８Ｂ、１８Ｂに形成さ
れる傾斜部流通孔４６Ｂの穿設方向Ｙは、洗浄槽４２の
高さ方向ではなく傾斜整流部１８Ｂの面方向に対して略
直交する方向となるように設定するのが好ましく、この
ように形成することにより、この流通孔４６Ｂにおける
流通を円滑ならしめることが可能となる。尚、図４中の
符号６２は洗浄槽４２の上端周縁部に設けたオーバフロ
ー槽であり、オーバフローした洗浄液は必要に応じて循
環使用されたり、使用されなかったりし、また、純水に
よるファイナルリンス時には、このオーバフロー液の比
抵抗値が測定されることになる。

【００２０】次に、本実施例の動作について説明する。
まず、２５枚単位でカセットＣに収納された半導体ウエ
ハＷをインプットバッファ機構４の載置部２２へ供給す
ると、カセット搬送機構２４が駆動して供給されたカセ
ットＣを２個単位でローダ機構６へ移載する。そして、
その後に供給されたカセットＣについてはカセット搬送
機構２４によって保管部２６へ移載し、保管部２６でそ
の後のカセットＣの半導体ウエハＷを一時的に保管す
る。

【００２１】上記ローダ機構６に２個のカセットＣが供
給されると、ローダ機構６が駆動して２個のカセットＣ
内の半導体ウエハＷのオリエンテーションフラットを一
方向に揃えて５０枚の半導体ウエハＷを位置決めする一
方、ウエハ搬送装置８が駆動してウエハチャック８Ａを
チャック洗浄・乾燥処理槽２８内に移動させてウエハチ
ャック８Ａを洗浄、乾燥してローダ機構６の半導体ウエ
ハＷを受け取る態勢に入る。その後、ローダ機構６が駆
動して２個のカセットＣから半導体ウエハＷを一括して
持ち上げながら各カセットＣの半導体ウエハＷを近づけ
ると、ウエハ搬送装置８が駆動してウエハチャック８Ａ
で５０枚の半導体ウエハＷを把持する。半導体ウエハＷ
を把持したウエハチャック８Ａは、ウエハ搬送装置８の
駆動によって搬送ベース８Ｂに沿って薬液洗浄装置３０
へ移動した後、その位置でウエハチャック８Ａを下降さ
せて薬液洗浄装置３０内のウエハ保持具（図示せず）へ
５０枚の半導体ウエハＷを引き渡して処理液に浸漬す
る。この薬液洗浄装置３０では供給配管５０から洗浄液
を供給しているため、供給された洗浄液は２箇所の導入
口５４、５４の分散板５６、５６によって整流板４８の
全面に分散され、整流板４８の各流通孔４６から略均等
に半導体ウエハＷ側へ流入する。

【００２２】この際、分散板５６により分散された洗浄
液は整流板４８の水平整流部４８Ａに到達して水平部流
通孔４６Ａを上方へ通過する一方、上向き傾斜された底
部傾斜部６０と傾斜整流部４８Ｂとの間の流路を流れて
行き、ここに形成される傾斜部流通孔４６ＢをウエハＷ
方向に向けて通過して行く。流通孔を通過した洗浄液は
ウエハ間を層流状態となって流れて行き、ウエハ表面に
付着する各種のパーティクル等の不純物を洗浄除去する
こととなる。洗浄槽４２からオーバフローした洗浄液は
本実施例のように薬液処理を行う時には、浄化後、底部
の供給配管５０へ導いて循環使用し、水洗洗浄装置のよ
うに純水による洗浄の場合にはオーバフローした洗浄水
をそのまま廃棄する。

【００２３】ここで、本実施例においては洗浄槽４２の
底部５２の両側を上向き傾斜させて底部傾斜部６０を形
成すると共にこれに対応させて整流板４８の両側も上向
き傾斜させて傾斜整流部４８Ｂを形成したので洗浄槽４
２自体の全体容量をその分だけ減少させることが可能と
なり、従って、使用する薬液や純水などの洗浄液の使用
量を大幅に減少させることが可能となる。８インチウエ
ハの洗浄装置を例にとると、本発明装置によると、従来
装置と比較して約１割程度その容量を減少させることが
できた。

【００２４】また、洗浄液が置換される時間が早くな
り、従って、効率の良い洗浄を行うことができる。例え
ば、本実施例を水洗洗浄装置に適用した場合には、ウエ
ハの洗浄度を検査するオーバフロー洗浄水の比抵抗値が
短時間で所定の値、例えば１５ＭΩに達し、効率の良い
水洗を行うことができる。この状態は図６に示される。
図中において曲線Ａは本発明による装置を用いた場合の
特性を少し、曲線Ｂは従来装置を用いた場合の特性を示
す。純水によるファイナルリンス完了を示す例えば比抵
抗値１５ＭΩに到達する時間は、曲線Ａに示す本発明装
置による場合の方が従来装置の曲線Ｂの場合と比較して
かなり早いことが判明する。

【００２５】また、整流板４８を傾斜させることなくこ
れをフラットな平面状に形成することも考えられるが、
この場合には整流板４８と、底部傾斜部６０との間に形
成される流路面積が次第に狭くなるために整流板の端部
と槽内壁４２Ａとの間に形成される間隙Ｓを通って流れ
る洗浄液の流量が相対的に多くなり、槽内を上昇する洗
浄液に乱流が起こり易くなって好ましくない。これに対
して、本実施例にあっては上述のように底部傾斜部６０
と傾斜整流部４８Ｂとを同じ角度θ１、θ２で傾斜させ
ているので液流れ方向の流路面積は同一となり、この結
果、洗浄液は傾斜部流通孔４６ＢをウエハＷ方向へ円滑
に通過し、槽内壁４２Ａと整流板の端部との間隙Ｓを流
れる液量を大幅に抑制でき、乱流の発生を大幅に抑制す
ることができる。この際、傾斜部流通孔４６Ｂの穿設方
向Ｙは槽高さ方向ではなくこの整流板の面に対して略直
角に設定されていることから、洗浄液をこの流通孔４６
Ｂに対して一層円滑に流すことができ、乱流の発生を一
層抑制することができる。尚、この傾斜部流通孔４６Ｂ
の穴径を過度に大きく設定すると、ウエハ内側への洗浄
液の巻き込みが多くなり、正常な洗浄が行えなくなって
好ましくなく、全水平部流通孔４６Ａの面積と１つの傾
斜整流部４８Ｂの全傾斜部流通孔４６Ｂの面積の比は、
好ましくは３０：１以下程度に設定する。

【００２６】上述のように薬液洗浄装置３０での半導体
ウエハＷの処理が終了すると、上述の場合とは逆の動作
によってウエハ搬送装置８のウエハチャック８Ａがウエ
ハ保持具４４から半導体ウエハＷを一括して受け取り、
次の水洗洗浄装置３２のウエハ保持具へ移載して上述と
同様の動作によって水洗処理を行い、更に次の水洗洗浄
装置４４で同様の水洗処理を行って洗浄処理を完了す
る。その後、必要に応じて薬液処理及び水洗処理が繰り
返し行われて、洗浄処理後のウエハＷはアウトプットバ
ッファ機構１４を介して次工程へカセット単位で排出さ
れる。尚、上記実施例にあっては、主として薬液洗浄装
置について説明したが、水洗洗浄装置にも同様に適用し
得るのは勿論である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の洗浄装置
によれば次のように優れた作用効果を発揮することがで
きる。洗浄槽の底部を傾斜させると共にこれに対応させ
て整流板も傾斜させるようにしたので、洗浄槽の容量が
小さくなったにもかかわらず、洗浄時における洗浄液に
乱流を生ぜしめることなくこれを整流状態で被処理体表
面に接触させることができ、洗浄効率を高く維持したま
ま洗浄槽の容量を小さくすることができる。従って、薬
液や純水などの洗浄液の使用量を削減することができ、
ランニングコストを大幅に削減することができる。ま
た、洗浄槽内の洗浄液の置換速度が速いので迅速な洗浄
を行うことができ、特に純水による洗浄の場合には比抵
抗値の回復を速めることができる。また、導入口の上方
に整流板を設けることによって導入された洗浄液を効率
的に分散させるようにしたので、洗浄液の分散が促進さ
れて洗浄効率を高くできるので、その分、洗浄液の使用
量を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の洗浄装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の洗浄装置を示す部分破断斜視図であ
る。

【図３】図２に示す装置に使用する整流板を示す平面図
である。

【図４】図２に示す装置の概略側断面図である。

【図５】図２に示す洗浄装置等が複数個集合された洗浄
装置集合ユニットを示す斜視図である。

【図６】本発明装置と従来装置とによる洗浄時の比抵抗
値の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

３０、３４ 薬液洗浄装置 ３２、３６ 水洗洗浄装置 ４２ 洗浄槽 ４６ 流通孔 ４６Ａ 水平部流通孔 ４６Ｂ 傾斜部流通孔 ４８ 整流板 ４８Ａ 水平整流板 ４８Ｂ 傾斜整流板 ５２ 底部 ５４ 導入口 ５６ 分散板 ６０ 底部傾斜部 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底部に洗浄液を導入する導入口を有して
   洗浄すべき被処理体を収容する洗浄槽と、前記洗浄槽の
   底部より離間させて設けられると共に前記洗浄液を通す
   多数の流通孔を有し、前記導入口から導入された洗浄液
   を整流しつつ前記被処理体側へ流す整流板とを備えた洗
   浄装置において、前記洗浄槽の底部の両側は、上傾き傾
   斜された底部傾斜部を有し、前記整流板は、前記底部の
   中心部に対応して水平になされた水平整流部と、この水
   平整流部の両側に設けられて前記底部傾斜部に対応して
   上向き傾斜された傾斜整流部を有するように構成したこ
   とを特徴とする洗浄装置。
2. 【請求項２】 前記底部傾斜部は、前記傾斜整流部に対
   して平行になされていることを特徴とする請求項１記載
   の洗浄装置。
3. 【請求項３】 前記導入口の上方には、前記導入口より
   導入される前記洗浄液を前記整流板の下方の全面に向け
   て分散させる分散板が設けられることを特徴とする請求
   項１また２記載の洗浄装置。