JP4308778B2 - ウエーハの洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、化合物半導体やシリコンデバイス等の基板を洗浄するためのウエーハの洗浄装置に関する。

ウエーハの洗浄装置は、種々の装置が知られており、例えば従来の洗浄装置として広く用いられているものは、ウエーハを真空チャックで真空吸着し、表面をブラシ又はジェット水流やメガソニックジェットで片面洗浄するよう構成されている。しかし、片面洗浄の場合、ウエーハ表面や端面の汚れがデバイスプロセスで歩留りに大きく影響することが分かり、近年はウエーハ両面を洗浄する装置が使用されている。ウエーハ両面洗浄装置の一例としては、ウエーハ外周部に複数のドライブローラを回転接触させ、ウエーハを回転させながらウエーハ両面にディスクブラシやロールブラシを接触して洗浄する装置（例えば、特許文献１参照）、ローラ間にウエーハを挟みローラの回転方向を変化させたり回転速度を変えてウエーハを送りながら洗浄する装置、ウエーハをコンベアで移動させながら両面をメガソニックシャワーで洗浄する装置等が知られている。

ウエーハの外周部に複数のドライブローラを接触させてウエーハを回転しながら洗浄する装置においては、ウエーハの外形に合った円弧状に複数のドライブローラを配置する必要があるので、口径の異なるウエーハを洗浄する場合には、円弧面が対応するウエーハと一致する複数のドライブローラを有するドライブユニットに交換したり、個々のドライブローラがウエーハの外周に沿う部分に位置するようドライブローラの取付位置を進退させて微調整しなければならず、作業性が良くなく、調整も面倒で、効率的でなかった。また、丸形状のワークに代えて角形状のワークを両面洗浄スクラブする場合には、それぞれ専用の装置を用意しなければならないから、経済的でなかった。

近年、化合物半導体やシリコンデバイス等の基板は、口径が２〜１２インチと種々あり、用途に応じて２インチと３インチ、３インチと４インチ、２、３、４、５、６インチに角形、８インチと１２インチというように各種サイズや形状の基板を直ちに簡単な切替操作で洗浄できることが望まれているが、上述のように従来の装置ではそのような構成のものは提案されていなかった。
特開平１１−６２５号公報（特許請求の範囲、図１〜図３）

本発明の解決課題は、上記のようにウエーハ両面を洗浄する洗浄装置において、口径の異なるウエーハサイズや角形の基板等を簡単な切替操作で洗浄できるようにしたウエーハの洗浄装置を提供することである。

本発明によれば、ウエーハを挟着し該ウエーハを洗浄しながら側方に付勢するよう上下に対向し逆方向に回転する上ブラシ及び下ブラシと、ウエーハの側方に位置し該ウエーハの端面に接して該ウエーハを回転させるようウエーハの外周面に対応して円弧状にドライブローラを配置したウエーハの洗浄装置において、上記上下ブラシに隣接して旋回台を設け、該旋回台に口径の異なるウエーハをそれぞれ回転することができるよう各ウエーハに対応するドライブローラを設けた複数のドライブユニットを形成し、上記上下ブラシに搬入されるウエーハに対応するドライブユニットが上記上下ブラシの側方に位置するよう上記旋回台を旋回する駆動手段を設けたことを特徴とするウエーハの洗浄装置が提供され、上記課題が解決される。

また、本発明の上記洗浄装置の旋回台には、角形基板を載置し上記上下ブラシ方向に進退させる角形基板ユニットが設けられ、洗浄後のウエーハを乾燥させるスピン乾燥部はスピンチャックテーブル上に口径の異なるウエーハサイズ毎に環状に配列され該スピンチャックテーブルの回転中心から偏心して設けられた複数のウエーハ支持ピンを有し、かつ小さい口径のウエーハを支持する支持ピンが低く、それより口径の大きいウエーハを支持するピンが高くなるよう高さを変化させた上記ウエーハの洗浄装置が提供される。

本発明は上記のように構成され、旋回台に口径の異なるウエーハにそれぞれ対応する円弧状に複数のドライブローラを配列した複数のドライブユニットを形成し、該旋回台を上下ブラシ間に搬入されるウエーハに対応するドライブユニットが上記上下ブラシの側方に位置するよう旋回台を駆動する手段を設けたから、ある口径のウエーハを洗浄した後で別の口径のウエーハを洗浄するには、上記駆動手段により旋回台を旋回させて対応するドライブユニットを上下ブラシに対向させればよく、切替が簡単である。また、角形基板ユニットを上記旋回台に設けておけば、丸形ウエーハばかりでなく、角形基板の洗浄に切替えることも容易である。

その上、スピン乾燥部のスピンチャックテーブル上にウエーハサイズ毎に環状に配列したウエーハ支持ピンを該スピンチャックテーブルの回転中心から偏心して設けたので、該ウエーハ支持ピン上に洗浄後のウエーハを載置して上記スピンチャックテーブルを回転させても、該ウエーハは支持ピンから飛び出すことがなく、安定状態で回転してスピン乾燥され、口径の小さいウエーハに対応するピンを低くし、口径の大きいウエーハに対応するピンを高く設けることにより、１つのスピンチャックテーブルで口径の異なるウエーハをスピン乾燥することができ
、経済的である。

図１は、本発明の一実施例を示し、複数の口径の異なるウエーハや角形基板を洗浄できるようにした装置が示されている。図に示す装置は、一例として６インチ、５インチ、４インチ、３インチ、２インチの丸ウエーハ（１）及び角形基板（２）を選択的に洗浄できるよう構成されており、各ウエーハを回転するドライブユニット（３）、（４）、（５）、（６）、（７）と角形基板を移動させる角形基板ユニット（８）が、ほぼ正六角形に形成された旋回台（９）の各辺部分に設けられ、図３に示すように、該旋回台（９）は中心軸（１０）に連結したモーター（１１）等の駆動手段により上ブラシ（１２）及び下ブラシ（１３）に対向する位置に対応するドライブユニットがくるよう旋回可能である。なお、該モーターの駆動は、適宜位置に設けたセンサー（１４）により旋回台の位置を検知し、割出手段（３５）等により上下ブラシ（１２）、（１３）間に搬入されるウエーハに該当するドライブユニットが該ウエーハの側方に正確に対応した位置で停止するように制御される。上記旋回台の形状は、ドライブユニットの数に応じて適宜の形状にすることができる。

図２、図３を参照し、上記上下ブラシ（１２）、（１３）は、ウエーハ（１）を挟着して該ウエーハを洗浄しながら側方（旋回台方向）に付勢するよう上下に対向し逆方向に回転する。該ブラシは、最大のウエーハサイズに対応した長さブラシを用意すればよく、その材質としてはポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の軟質の洗浄用弾性材料が好適に用いられ、所望により該ブラシを輪切りにする方向や螺旋方向に、好ましくは各ウエーハの外周部に対応する位置に浅い切り込みの筋目若しくは切目（１５）を設けたり、円板状の洗浄用弾性材料を複数重ね合わせてブラシを構成すれば、切目（１５）等に各サイズのウエーハの端縁が適宜入り込み、該ウエーハの端面を洗浄することも可能となる。なお、上記切目は隙間を生じないようにしてある。

上記上下ブラシ（１２）、（１３）はそれぞれ上下動可能に設けられているが、特に上記上ブラシ（１２）はウエーハ面にかかるブラシ圧力を約１００〜５００ｇに可変できるように、例えば約２００ｇ程度に調整できるよう設けることが好ましい。具体的には、図３に示すように、上ブラシ（１２）の保持枠（１６）にコイルスプリング等のばね（１７）を設けて該上ブラシの重量と重量バランスをとり、下方に設けた低摩擦シリンダ（１８）に加圧して動作圧力をゼロにした後、該低摩擦シリンダ（１８）で上記保持枠（１６）を引き下げることによりウエーハにかかるブラシ圧力を調整しているが、その他適宜の調整機構を設けてもよい。

上記ドライブユニット（３）、（４）、（５）、（６）、（７）は、それぞれのウエーハの外周面に合わせて円弧状に複数のドライブローラ（２０）を配列してあり、該ローラは、モーター（２１）等の駆動源により駆動される駆動プーリー（２２）、好ましくはポリウレタン製のタイミングベルトで形成されたベルト（２３）、従動プーリー（２４）等で回転される。なお、図１に示す実施例では、各ドライブユニットに１つずつモーター（２１）を設けてあるが
、１つのモーターを駆動源とし適宜の電磁クラッチ等を設けて複数のドライブユニットを駆動することもできる。

上記ドライブローラ（２０）は、中間にウエーハの厚さに比べてやや幅広の胴部（２５）を有し、その上下に傾斜面（２６）を有するほぼ鼓状に形成され、セラミックスでローラ本体を形成し、該ローラ本体を研磨して表面にふっ素ゴムをコーティングしてある。上記胴部（２５）をウエーハの厚さよりもやや幅広に形成にすると、後記するようにウエーハを上下ブラシ間に搬入し、洗浄し、搬出する間に、ウエーハを上下動させてもウエーハは傾いたりすることなく、その外周がドライブローラ（２０）に接触し続けるから、ほぼ水平状態を維持することができる。ドライブローラの数は、ウエーハのオリフラに一つのドライブローラが対向してもウエーハのセンターリングが狂わないように３個以上の適宜数とするとよい。

角形基板ユニット（８）は、図１、図４に示すように旋回台（９）に設けたブラケット（２７）内に可動フレーム（２８）を摺動可能に挿入し、該可動フレーム（２８）を、モーター（２９）等の駆動源、ピニオン（３０）、ラック（３１）により旋回台（９）の半径方向に進退可能に設けてある。該可動フレーム（２８）は、棚部（３２）の奥にストッパー部（３３）を有する載置枠（３４）を具備し、角形基板（２）は、該ストッパー部（３３）に一端を当て
た状態で棚部（３２）に載置される。

上記載置枠（３４）に角形基板（２）を載置し、上ブラシ（１２）と下ブラシ（１３）で該基板を挟着し、該ブラシ（１２）、（１３）を逆方向に回転させながら、上記載置枠（３４）を進退させると、該角形基板（２）の両面をブラシ洗浄することができる。なお、載置枠（３４）の棚部（３２）に載置されている部分の裏面を洗浄するには、表面を洗浄後、ロボット等で基板（２）を載置枠（３４）から取り出し、適宜の反転手段に該基板を移送して該反転手段により裏返しし、その後上記載置板（３４）の棚部（３２）に載置して上述と同様に洗浄すればよい。

図５にはブラシ洗浄後のウエーハを乾燥するスピン乾燥部が示されている。図において、スピン乾燥部には回転自在に設けられたスピンチャックテーブル（３６）があり、該テーブル上にはウエーハ支持ピン（３７）が突設されている。このピンは口径の異なるウエーハ毎に複数本環状に配列され、スピンチャックテーブルの回転中心から約２〜３ｍｍ偏心して設けられているから、中心部のノズル（３８）から純水や窒素ガス等を供給しながらチャックテーブルを回転させてもピン上に載せたウエーハが飛ばされることはない。なお、従来のようにウエーハの周囲を爪等で把持するタイプのチャックでは、ウエーハの割れやエッジの欠けを生じることがあったが、上記偏心チャックを用いれば、ウエーハの周囲を掴まないのでそのような問題を生じることがない。該ピンはウエーハを載置するための肩部を有し、口径の小さいウエーハを支持するピンが低く、それより口径の大きいウエーハを支持するピンが高くなるよう高さを変えて設けてある。この構成によりサイズの異なる複数のウエーハを一つのスピンチャックテーブルでスピン乾燥することができる。

図６を参照し、本発明の装置の基本的な処理を説明すると、ローダカセットよりロボットアームや手動で取り出されたウエーハ（１）は、両面ブラシ洗浄部に運ばれ、４本のピン（３９）上に移載される（Ａ,Ｂ）。ウエーハが移載されると、その下から下ブラシ（１３）が回転しながら上昇し、同時に該ウエーハに対応したドライブユニットのドライブローラ（２０）がウエーハの端面に回転接触する（Ｃ）。そして、約１秒後に上ブラシ（１２）が回転しながら下降し（Ｄ）、設定されたブラシ圧力で加圧しつつ一定時間薬液洗浄や純水ブラッシング洗浄を行う。この際ウエーハはオリフラの形状や位置にかかわらずセンターリング状態を保持したまま回転する。

所定の洗浄が終わったら、上ブラシ（１２）は回転しながら上昇し、ドライブローラ（２０）も回転停止する（Ｅ）。約１秒後に下ブラシ（１３）も回転しながら降下する（Ｆ）。このとき、ドライブローラにウエーハの厚さよりも幅広の胴部（２５）を形成してあるので、ウエーハが下降してもウエーハはセンターリングされたまま４本のピン（３９）上に安定状態で保持される。その後、ピン（３９）上にあるウエーハ（１）を搬送ロボットのアームが下から掬い上げ、スピンチャックテーブル（３６）にウエーハを移載し、該当する支持ピン（３７）上に載置してスピン乾燥する（Ｇ）。乾燥後のウエーハはロボットによりアンローダカセットに収納される。異なるサイズや形状のウエーハを洗浄するときは、上記旋回台（９）を旋回して対応するドライブユニットが該ウエーハの側面に対向するようにし、上述とほぼ同じように洗浄処理すればよい。

本発明の一実施例を示し、旋回台部分の説明図。 ブラシ洗浄部分を平面から見た説明図。 ブラシ洗浄部分を側面から見た説明図。 角形基板ユニット部分の説明図。 スピンチャックテーブルを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は一部を断面した側面図。 洗浄の処理工程の説明図。

符号の説明

１ ウエーハ
２ 角形基板
３，４，５，６，７ ドライブユニット
８ 角形基板ユニット
９ 旋回台
１２ 上ブラシ
１３ 下ブラシ
２０ ドライブローラ

Claims (4)

1. ウエーハを挟着し該ウエーハを洗浄しながら側方に付勢するよう上下に対向し逆方向に回転する上ブラシ及び下ブラシと、ウエーハの側方に位置し該ウエーハの端面に接して該ウエーハを回転させるようウエーハの外周面に対応して円弧状にドライブローラを配置したウエーハの洗浄装置において、上記上下ブラシに隣接して旋回台を設け、該旋回台に口径の異なるウエーハをそれぞれ回転することができるよう各ウエーハに対応するドライブローラを設けた複数のドライブユニットを形成し、上記上下ブラシに搬入されるウエーハに対応するドライブユニットが上記上下ブラシの側方に位置するよう上記旋回台を旋回する駆動手段を設けたことを特徴とするウエーハの洗浄装置。
2. 上記旋回台には角形基板を載置し上記上下ブラシ方向に進退させる角形基板ユニットが設けられている請求項１に記載のウエーハの洗浄装置。
3. 上記洗浄装置は、スピン乾燥部を含み、該スピン乾燥部は、スピンチャックテーブルと該スピンチャックテーブル上に突設したウエーハ支持ピンを有し、該ウエーハ支持ピンは口径の異なるウエーハサイズ毎に環状に配列され上記スピンチャックテーブルの回転中心から偏心して設けられている請求項１に記載のウエーハの洗浄装置。
4. 上記ウエーハ支持ピンは、口径の小さいウエーハを支持するピンが低く、それより口径の大きいウエーハを支持するピンが高くなるよう高さを変えて設けられている請求項３に記載のウエーハの洗浄装置。

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