JP3154682B2 - 遠心乾燥装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、洗浄後のシリコン
ウェハー等の基板に付着している液体を遠心力によって
飛散させて乾燥を行う遠心乾燥装置に関し、特に装置作
動中に基板が破壊した場合に直ちに装置を停止させるな
どの対処が可能な遠心乾燥装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体部品の製造工程においては、基板
となるシリコンウェハーがイオン注入等の各種工程によ
る処理が施され、また洗浄及び乾燥等の工程が連続して
行われる。

【０００３】従来の乾燥工程においては回転体内に基板
を装填し、この回転体を回転駆動することによって前記
基板を乾燥させるスピンドライヤーと称する遠心乾燥装
置が用いられている。

【０００４】図４は従来の遠心乾燥装置の構成を示した
ものである。この従来の遠心乾燥装置は、基板の破壊に
伴う粉体や破片等の検出を行う破壊検出装置３１を備え
ているが、まず、遠心乾燥装置の構成について以下に説
明する。

【０００５】図４に示すように、この遠心乾燥装置は、
水平面に沿って回転自在な回転体としてのターンテーブ
ル１を備えている。このターンテーブル１上の回転中心
１ａから偏倚した外周位置には、基板保持部材としての
クレードル２が２以上装着されている。このクレードル
２は、ターンテーブル１の回転中心１ａに関して対称に
配置されている。

【０００６】前記ターンテーブル１は、スピンドル７の
上端部に取り付けられ、略円筒状のチャンバー６内に配
設されている。このスピンドル７は、その上下両端部近
傍にて軸受９及び１０によって支持されており、またス
ピンドル７の下端部にはプーリ１１が嵌着されている。
スピンドル７は、プーリ１１に掛けられたベルト（図示
せず）を介してモータ（図示せず）の駆動力により回転
する。

【０００７】なお、回転停止時の位置決めのため、スピ
ンドル７の軸方向略中央には円板状の回転止めプレート
１３が嵌着されており、この回転止めプレート１３の外
周面には、その側方に配置されたシリンダー１４の出力
軸端に取り付けられた回転自在なローラ１５が圧接して
スピンドル７の回転を防止する。

【０００８】また、前記チャンバー６の上部には開放口
を開閉する蓋体１７が設けられている。この蓋体１７は
ヒンジ１８を介して回動自在（矢印Ｅにて示している）
に支持されており、図示しないシリンダーによって開動
作を行う。

【０００９】前記チャンバー６の上縁部には、全周にわ
たってパッキン１９が配設されている。

【００１０】前記クレードル２は、複数のシリコンウェ
ハー等の基板２０をその主面同士が大略平行となるよう
に等ピッチに整列保持する。そして前記クレードル２
は、実線と二点鎖線で示すように、その保持した基板２
０の主面がターンテーブル１の回転中心１ａに対して略
直交する状態、すなわち略水平状態になる位置と略平行
となる他の位置との間で回動可能（図において矢印Ｆに
て示している）となっている。

【００１１】また、前記クレードル２はその一端部にて
シャフト２２に嵌着され、このシャフト２２がターンテ
ーブル１に対して回転自在に取り付けられている。そし
て、クレードル２の他端には突起２ａが設けられ、ター
ンテーブル１上に固着されたストッパ２３に該突起２ａ
が係合しクレードル２が下方回動位置に位置決めされ
る。シャフト２２は図示しないシリンダーによって回転
駆動されてクレードル２が位置決めされる。

【００１２】前記チャンバー６内への大気の取込みは、
前記蓋体１７の中央部に設けられた吸気口１７ａを通じ
て行われる。これに対して、チャンバー６内の基板２０
の乾燥に供せられた大気、すなわち雰囲気は、チャンバ
ー６の側部に形成された開口部（図示せず）を通じて外
方に導かれて排気筒２５の排気口２５ａから排出され
る。

【００１３】なお、この排気筒２５内には、複数の遮蔽
プレート２６が設けられている。

【００１４】また、排気筒２５内には、前記遮蔽プレー
ト２６間を縫うように吸込パイプ３０が設けられてい
る。この吸込パイプ３０は、この遠心乾燥装置の作動中
に或る基板２０が破壊した場合に発生した粉体の一部を
吸い込むためのものであり、一端がチャンバー６側に向
き他端が後述する破壊検出装置３１と接続されている。

【００１５】次に、破壊検出装置３１の第１の従来例に
ついて説明する。

【００１６】この破壊検出装置３１は、内部構造は図示
しないが吸引ポンプや、吸い込む粉体や破片の数を一定
時間毎に計数する光学系等を備えており、一定時間内に
吸い込んだ粉体や破片の数が規定数を超えたとき、基板
２０の破壊が発生したものと判断する。

【００１７】次に、前記遠心乾燥装置の動作について説
明する。

【００１８】図４に示す蓋体１７をシリンダー（図示せ
ず）により二点鎖線で示すように開かせる。またシリン
ダー１４で振止めプレート１３を定位置で圧接し、スピ
ンドル７を固定する。そして、他のシリンダー（図示せ
ず）の作動によりクレードル２を上方に回動させて待機
させる。

【００１９】この状態で乾燥すべき基板２０が各クレー
ドル２内に収納される。

【００２０】基板２０の収納が完了したら、前記各シリ
ンダーが作動してクレードル２が下方に回動し、シリン
ダー１４が振止めプレート１３から離れてスピンドル７
の固定を解除して蓋体１７が閉じる。このようにクレー
ドル２が下方に回動することによって、クレードル２に
保持されている各基板２０はその主面がターンテーブル
１の回転中心１ａに対して略直角となる。この状態でタ
ーンテーブル１が回転駆動される。これにより遠心力が
作用して各基板２０に付着している洗浄用液体が飛散す
ると共に各基板２０の表面に空気が流れて乾燥する。

【００２１】各基板２０が十分に乾燥した時点でターン
テーブル１を停止させる。そして、蓋体１７を開き、シ
リンダー１４で振止めプレート１３を圧接してスピンド
ル７を固定する。その後、クレードル２を上方に回動さ
せてクレードル２内の基板を回収する。

【００２２】上記遠心乾燥装置において、ターンテーブ
ル１の回転中に、ある基板２０が破壊された場合には、
比較的大きな破片と共に微細な粉体が発生する。この粉
体や破片は排気に混ざってチャンバー６の側部に形成さ
れた開口部（図示せず）を通じて排気筒２５に向かって
流れる。そして、この粉体や破片は吸込パイプ３０より
吸い込まれて破壊検出装置３１に至り計数される。そし
て、マイクロプロセッサ等からなる制御部は、この計数
値が規定数を上回っていれば基板２０の破壊が発生した
ものと判断してターンテーブル１を直ちに停止させると
共に図示しない警報ブザーや警報ランプによって作業者
に対処を促す。

【００２３】次に図５は、破壊検出装置３１の第２の従
来例を示す。

【００２４】図５に示すように、排気筒２５の排気口２
５ａに筒状体４１を接続し、この筒状体４１内に破壊検
出装置３１が配置されている。

【００２５】図５に示す筒状体４１の側壁には、基板の
破片粒子２０ａが衝突すると超音波を発生する金属等の
薄板で形成された発音体３１ａが配置され、この発音体
３１ａに近接してマイクロホン３１ｂが配置されてい
る。

【００２６】この破壊検出装置３１は、破壊された基板
２０の破片粒子が発音体３１ａに衝突した場合に発生す
る音波をマイクロホン３１ｂによりピックアップして電
気的に破壊を検出する構成としたものである。

【００２７】また、図６は、破壊検出装置３１の第３の
従来例を示す。

【００２８】図６に示すように、排気筒２５の排気口２
５ａに筒状体４１が接続され、この筒状体４１内に破壊
検出装置３１が配置されている。

【００２９】筒状体４１のほぼ中央部には、椀状の発音
体３１ａが配置されている。この椀状の発音体３１ａ
は、基板の破片粒子２０ａが衝突すると超音波を発生す
る金属等の薄板で形成され、この椀状の発音体３１ａの
焦点位置にマイクロホン３１ｂが配置されている。

【００３０】この椀状の発音体３１ａのほぼ焦点位置に
マイクロホン３１ｂを配置したことにより、図５に示す
装置と比較して基板の破片粒子等の衝突音の集音効果が
高められ、破壊検出装置３１の検出感度を向上させてい
る。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】図４に示す第１の破壊
検出装置３１は、基板の破壊によって生じた破片や粉体
数を計数して基板の破壊を検出するものであり、また図
５及び図６に示す第２及び第３の破壊検出装置３１は、
基板の破壊によって生じた破片が例えば薄板状の発音体
に衝突することで発生する音をマイクロホンによりピッ
クアップして基板の破壊を検出するものである。

【００３２】しかしながら、第１の破壊検出装置３１で
は、基板に破壊が発生しても必ずしも所要の数の粉体や
破片が吸込パイプ３０に吸引されるとは限らず、また発
生する粉体の数や破片の数並びに大きさにバラつきがあ
ることから、その基板破壊の検出精度は信頼性が乏しい
という課題がある。

【００３３】また、基板の破壊が遅れて検出された場合
には、他の基板に対してもその破片等で傷を付けるか又
は最早破壊が誘導されており、場合によってはこれが連
鎖的に拡大して全ての基板を不良にするといった課題も
有している。

【００３４】また、第２及び第３の破壊検出装置３１で
は、発音体３１ａに基板が破壊された破片や粉体が衝突
して十分な音が発生した後に初めて基板の破壊が検出さ
れるものであるから、破片や粉体がほとんど発生しない
クラック等の基板の破壊に対しては検出することが難し
いという課題がある。

【００３５】また、乾燥後に次の洗浄された基板が乾燥
工程に入ってくる場合には、基板の破壊によって生じた
破片等により基板が汚染されてしまうという課題があ
る。

【００３６】本発明は、前記課題に鑑みてなされたもの
であり、基板の破壊によって破片や粉体が発生する以前
に基板にクラック等が発生した状態であっても基板の破
壊を検出することを可能とするものである。従って、基
板の連鎖的な破壊等に発展する以前の障害に対処するこ
とのできる遠心乾燥装置を提供することを目的とするも
のである。

【００３７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による遠心乾燥装置は、回転体の回転中心か
ら偏倚した位置に複数枚の基板を装填し、前記回転体を
回転駆動して前記基板を乾燥させる遠心乾燥装置におい
て、前記回転体の回転中に回転体内に装填された前記基
板にクラック等の破壊現象発生により生ずる音響信号を
集音するための椀状の集音体と、前記集音体のほぼ焦点
位置に配置され前記音響信号から主に超音波帯域の信号
を抽出して電気信号を生成するマイクロホンと、前記マ
イクロホンにより得られた電気信号のうち、高域信号を
通過させるハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタ
の出力を入力とし、該ハイパスフィルタを通過する周波
数成分を検出して一定時間連続した超音波信号が入力さ
れると同期検波出力を発生する周波数弁別部と、前記周
波数弁別部からの出力電圧とリファレンス電圧とを比較
する電圧比較部からなる異常検知手段とを備え、前記異
常検知手段は、前記周波数弁別部からの前記同期検波出
力の出力レベルが前記リファレンス電圧よりも大である
場合に異常状態と判断するものである。

【００３８】また、前記マイクロホンとハイパスフィル
タとの総合特性により、３０ＫＨｚ以上の超音波帯域の
信号を抽出するように構成したものである。

【００３９】

【００４０】

【００４１】また、前記異常検知手段が異常状態と判定
した場合には、前記回転体を停止させるように構成した
ものである。

【００４２】また、前記回転体の回転に基づく遠心力に
よって飛散する飛散物から前記集音体とマイクロホンと
を保護する保護手段を備えたものである。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
る遠心乾燥装置の実施例を説明する。但し、従来の遠心
乾燥装置と同一の構造及び機能を有する部分は説明が重
複するため省略し要部のみの説明とする。以下の図面に
おいて、図４に示した従来の遠心乾燥装置と同一の構造
及び機能を有する部品には同一の符号を付している。

【００４４】図１に示す遠心乾燥装置は、破壊検出装置
として、筒状体４１と、ステー４２と、集音体４３と、
マイクロホン４４を有している。

【００４５】図１に示すように、排気筒２５の排気口２
５ａには、筒状体４１が連結されている。この筒状体４
１内には筒状体４１の軸方向に直交してステー４２が配
置されている。このステー４２には前記基板２０にクラ
ック等が発生する時に生ずる音響信号を集音するための
椀状の集音体４３が取付固定されている。この集音体４
３は、その開口部が排気筒２５側に向けて取り付けられ
ている。

【００４６】また、前記ステー４２には前記集音体４３
のほぼ焦点に位置するようにマイクロホン４４が取り付
けられている。このマイクロホン４４は、集音体４３に
より集音された音響信号を電気信号として生成する。

【００４７】基板２０が割れたときは、通常数１０Ｈｚ
乃至１００ＫＨｚ位までの幅の広い周波数の音がある一
定の時間（２０ｍＳｅｃくらい）発生する。そして、例
えば２０ＫＨｚ程度までの低周波の音の方がそれ以上の
周波数の音よりも大きいという特徴がある。一方、定常
状態のクリーンルーム内では、２０ＫＨｚ以上の周波数
のものはほとんど音が存在しない。そこで、前記マイク
ロホン４４には、約３０ＫＨｚ以上の超音波帯域の微少
な音を検出する感度特性を持ったものが使用されてい
る。

【００４８】図１に示す前記集音体４３及びマイクロホ
ン４４は、保護手段としての複数の遮蔽プレート２６に
よって前記回転体１の回転による遠心力によって飛散す
る飛散物から保護される構成となっている。

【００４９】図２は、前記マイクロホン４４により得ら
れる電気信号を処理し、アラーム信号を生成する回路を
示したものである。

【００５０】図２に示すように、センサ部としてのマイ
クロホン４４による出力は、増幅部５１に供給され、こ
の増幅部５１により増幅された後、ハイパスフィルタ部
５２に供給される。

【００５１】前記マイクロホン４４とこのハイパスフィ
ルタ部５２との総合特性、すなわち、マイクロホン４４
は約３０ＫＨｚ以上の超音波帯域の微少な音を検出した
後ハイパスフィルタ部５２の出力特性により約３０ＫＨ
ｚ以上の超音波帯域の周波数を抽出する構成となってい
る。基板が割れるときは、２０ｍＳｅｃ程度連続した音
を発生し続ける。

【００５２】このハイパスフィルタ部５２の出力は、Ｐ
ＬＬ回路でなる周波数弁別部５３によってウェハ割れ信
号のみに含まれる周波数成分のみを検出し電圧比較部５
４に供給しリファレンス電圧と比較される。この電圧比
較部５４によって発生する出力はアラーム出力部５５に
供給される。このアラーム出力部５５は図示せぬリレー
等を付勢して外部の警報ブザーや警報ランプ等の告知手
段を駆動して作業者に対処を促すと共にターンテーブル
１の回転を直ちに停止させる。

【００５３】図３は、周波数弁別部５３及び電圧比較部
５４の構成の詳細を示す図である。

【００５４】図３に示すように、図２に示すハイパスフ
ィルタ部５２からの信号は、ＰＬＬ回路でなる周波数弁
別部５３のカップリングコンデンサＣ１を介して前置増
幅器５３ａに供給される。この前置増幅器５３ａの出力
は、ロック検出回路５３ｂに供給されＶＣＯ５３ｃの信
号と比較され、コンデンサＣ２及び抵抗器Ｒ１より成る
ループフィルタ（ローパスフィルタ）に対してエラー出
力を発生する。

【００５５】このエラー出力はコンデンサＣ２及び抵抗
器Ｒ１によるループフィルタにより平滑されて制御電圧
となり、電圧制御発振器（以下ＶＣＯと称する）５３ｃ
に供給される。そして、ＶＣＯ５３ｃは前記制御電圧に
応じて発振周波数が可変され、その発振出力はロック検
出回路５３ｂにフィードバックされ、ロック検出回路５
３ｂに供給される前置増幅器５３ａからの信号と位相比
較され、再びエラー出力をコンデンサＣ２及び抵抗器Ｒ
１によるループフィルタに供給する。この作用が循環す
ることにより、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌ
ｏｏｐ）を構成する。

【００５６】なおＶＣＯ５３ｃに接続されたコンデンサ
Ｃ３は、ＶＣＯ５３ｃのフリーランニング周波数を決定
するためのものである。また、ＶＣＯ５３ｃの入力端と
基準電位点（アース）との間に接続された抵抗器Ｒ２
は、ＶＣＯ５３ｃに入力される制御電圧を分圧するため
の分圧抵抗である。

【００５７】一方、前置増幅器５３ａによる出力は、ク
ォードラチャディテクタ５３ｄに供給される。このクォ
ードラチャディテクタ５３ｄには、前記ＶＣＯ５３ｃか
らＰＬＬのロック状態における発振出力が供給されてお
り、前置増幅器５３ａの出力は、ＶＣＯ５３ｃからの発
振出力によって同期検波がなされる。

【００５８】同期検波出力は前記ＰＬＬのループフィル
タの時定数よりも長い時間にわたってＰＬＬのロック周
波数とほぼ同一の周波数の信号が継続して到来した場合
にのみ発生する。そのため、電源ラインノイズのような
単発的なインパルス性ノイズ（２〜３ｍＳｅｃ）により
クォードラチャディテクタ５３ｄより同期検波出力が発
生することはなく、基板にクラック等の破壊現象が生じ
た場合のようなある一定時間連続した超音波信号が入っ
たときのみ同期検波出力が発生する。従って、この周波
数弁別部５３によってＳ／Ｎを大幅に向上させて異常検
出の信頼性を向上させる。

【００５９】前記クォードラチャディテクタ５３ｄによ
る同期検波出力は、抵抗器Ｒ３及びコンデンサＣ４から
なるハイカットフィルタを経て電圧比較部５４に供給さ
れる。

【００６０】この電圧比較部５４には、前置増幅器５４
ａと２つのダイオードＤ１，Ｄ２から成るピーク検波回
路が配置されている。

【００６１】このピーク検波回路による検波出力は、コ
ンパレータ（電圧比較器）５４ｂの一方の入力端に供給
されている。コンパレータ５４ｂの他方の入力端には、
リファレンス電圧が印加されている。すなわち、動作電
源＋Ｖｃｃより抵抗器Ｒ４を介して定電圧素子であるゼ
ナーダイオードＺＤに対して電圧が印加され、このゼナ
ーダイオードＺＤにより生成される両端電圧は可変抵抗
器ＶＲに印加されている。そして、この可変抵抗器ＶＲ
の分圧によって得られるリファレンス電圧が抵抗器Ｒ５
を介してコンパレータ５４ｂの他方の入力端に印加され
る。なお、可変抵抗器ＶＲの分圧端とアース間に接続さ
れたコンデンサＣ５は、高周波をカットするためのもの
である。

【００６２】従って、コンパレータ５４ｂにおいては、
ピーク検波回路による検波出力が可変抵抗器ＶＲによっ
て調節されたリファレンス電圧と比較され、リファレン
ス電圧よりもピーク検波出力のレベルが大の時に電圧比
較部５４としての出力が発生する。

【００６３】前記ピーク検波回路による検波出力とリフ
ァレンス電圧とを比較する電圧比較器によって異常検知
手段が構成される。

【００６４】前記電圧比較部５４からの出力は、前記し
たアラーム出力部５５に供給され、図示しない警報ブザ
ーや警報ランプ等の告知手段を駆動すると共にターンテ
ーブル１の回転を直ちに停止させる。

【００６５】以上はターンテーブル１の回転中において
基板２０にクラック等が生じた場合の作用について説明
したが、基板２０に異常が発生しない定常状態において
は、前記センサ部４４による超音波帯域の信号の検出は
ないのでアラーム出力部５５に対して制御信号が供給さ
れることはない。

【００６６】またターンテーブル１の回転中において
は、前記センサ部４４に対して各種のノイズが入力され
ることになるが、ハイパスフィルタ部５２及び位相比較
部５３により誤動作の発生を未然に防止することができ
る。

【００６７】なお、本発明による遠心乾燥装置は、ター
ンテーブル１の回転中心１ａが重力方向と略一致する状
態にて設置されるが、この他、回転中心が水平となる遠
心乾燥装置に関しても本発明を適用することが可能であ
る。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように本発明による遠心乾
燥装置は、基板のクラック等の発生時に生ずる音響信号
を集音するための椀状の集音体と、この集音体のほぼ焦
点位置に配置されたマイクロホンと、このマイクロホン
により得られた電気信号のうち、高域信号を通過させる
ハイパスフィルタとでウェハ割れやクラックが発生した
時、その音を直接的にとらえて異常検知動作を成すよう
に構成したので、基板の連鎖的な破壊等に発展する以前
に障害に対処することができる。従って、半導体装置の
製造工程における歩留りの向上に寄与することが可能と
なる。

【００６９】また、本発明による遠心乾燥装置は、周波
数弁別部と電圧比較部を備えることにより基板にクラッ
クが発生したことによって生ずる異常信号成分を誤動作
なく検出することが可能となり、その信頼性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による遠心乾燥装置の縦断面図
である。

【図２】図２は、図１に示す遠心乾燥装置の動作制御系
を示すブロック図である。

【図３】図３は、図２に示す動作制御系の一部の詳細な
構成を示す図である。

【図４】図４は、遠心乾燥装置及び破壊検出装置の第１
の従来例を示す縦断面図である。

【図５】図５は、破壊検出装置の第２の従来例を示す断
面図である。

【図６】図６は、破壊検出装置の第３の従来例を示す断
面図である。

【符号の説明】

１ ターンテーブル（回転体） １ａ 回転中心 ２０ 基板 ２５ 排気筒 ２５ａ 排気口 ２６ 遮蔽プレート（保護手段） ４１ 筒状体 ４３ 集音体 ４４ マイクロホン（センサ部） ５２ ハイパスフィルタ部 ５３ 周波数弁別部 ５４ 電圧比較部 ５５ アラーム出力部

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体の回転中心から偏倚した位置に複
   数枚の基板を装填し、前記回転体を回転駆動して前記基
   板を乾燥させる遠心乾燥装置において、 前記回転体の回転中に回転体内に装填された前記基板に
   クラック等の破壊現象発生により生ずる音響信号を集音
   するための椀状の集音体と、 前記集音体のほぼ焦点位置に配置され前記音響信号から
   主に超音波帯域の信号を抽出して電気信号を生成するマ
   イクロホンと、 前記マイクロホンにより得られた電気信号のうち、高域
   信号を通過させるハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの出力を入力とし、該ハイパスフ
   ィルタを通過する周波数成分を検出して一定時間連続し
   た超音波信号が入力されると同期検波出力を発生する周
   波数弁別部と、 前記周波数弁別部からの出力電圧とリファレンス電圧と
   を比較する電圧比較部からなる異常検知手段とを備え、 前記異常検知手段は、前記周波数弁別部からの前記同期
   検波出力の出力レベルが前記リファレンス電圧よりも大
   である場合に異常状態と判断すること を特徴とする遠心
   乾燥装置。
2. 【請求項２】 前記マイクロホンとハイパスフィルタと
   の総合特性により、３０ＫＨｚ以上の超音波帯域の信号
   を抽出するように構成したことを特徴とする請求項１に
   記載の遠心乾燥装置。
3. 【請求項３】 前記異常検知手段が異常状態と判定した
   場合には、前記回転体を停止させることを特徴とする請
   求項１又は請求項２に記載の遠心乾燥装置。
4. 【請求項４】 前記回転体の回転に基づく遠心力によっ
   て飛散する飛散物から前記集音体とマイクロホンとを保
   護する保護手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至
   請求項３のいずれか１に記載の遠心乾燥装置。