JP6025119B2 - ウェーハの洗浄・乾燥装置およびウェーハの洗浄・乾燥方法 - Google Patents

Description

本発明はウェーハの洗浄・乾燥装置およびウェーハの洗浄・乾燥方法に関する。

半導体ウェーハは、完成品たる半導体装置（半導体デバイス）への種々の製造工程中で、研磨・洗浄・乾燥工程がくり返し行われる。
このような工程が行われるウェーハの洗浄・乾燥装置として、例えば特許文献１の洗浄・乾燥装置が知られている。
このウェーハの洗浄・乾燥装置は、軸受を介して高速で回転する回転体を設け、回転体の上方に純水ノズルと不活性ガスノズルとを設けている。回転体の上にウェーハを載置し、ウェーハに、上方から純水ノズルにより純水を噴射してウェーハの洗浄を行い、洗浄後、ウェーハに、上方から不活性ガスノズルにより不活性ガスを噴射してウェーハの乾燥を行うようにしている。

特開２００１−５３０５１

上記特許文献１のウェーハの洗浄・乾燥装置によれば、純水を噴射してウェーハの洗浄を行い、次いで不活性ガスを噴射して洗浄水を飛ばすようにしてウェーハの洗浄、乾燥を行っている。
しかしながら、特許文献１の装置では、回転体の上方に、純水ノズルを移動可能に設けている。また、回転体の軸受部に洗浄液が流出するのを防止するために、回転体と回転体の支持部材との間にシール部材を設けている。このような構造を採用すると、大型化してしまうという問題がある。さらに、このシール部材と回転体との間でどうしても摩擦が生じるため、摩擦によるパーティクルの発生が避けられず、このパーティクルがウェーハに付着してウェーハを汚染させるおそれがあった。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、装置の小型化が可能となり、また、パーティクル付着によるウェーハの汚染を防止できるウェーハの洗浄・乾燥装置およびウェーハの洗浄・乾燥方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係るウェーハの洗浄・乾燥装置は、上部が円筒部に形成され、洗浄液が流入される洗浄槽と、該洗浄槽に接続（連通）する筒状をなし、下部側において前記洗浄槽の前記円筒部上に嵌合されて前記円筒部の中心軸線を中心として回転可能に設けられ、上面側の開口部縁が洗浄・乾燥すべきウェーハの載置部として形成された回転体と、該回転体を回転駆動する駆動部と、前記回転体下部と前記洗浄槽の円筒部との間に形成される軸受とを具備することを特徴とする。
洗浄槽と回転体とを同軸に設けたので小型化が可能となる。

前記回転体の前記載置部の上方位置と側方位置との間で進退動し、洗浄液の水圧による、前記載置部に載置されたウェーハの浮き上がりを所要浮上位置で抑えるストッパを設けると好適である。
また、前記軸受が流体軸受構造に形成されていることを特徴とする。
前記回転体下部と、前記洗浄槽の円筒部との間に、該円筒部の上縁から洗浄液の一部を流入させて流体軸受とすることができる。
前記回転体下部内壁面と前記洗浄槽の円筒部外壁面との少なくとも一方に、洗浄液の一部を流すことが可能な溝を形成するようにするとよい。
流体軸受とすることによって、回転体の回転がスムーズとなり、また、軸受で発生する可能性のあるパーティクルを洗浄液と共に排出でき、ウェーハの汚染を防止できる。

あるいは、前記回転体下部と前記洗浄槽の円筒部外壁面との間が、洗浄液の一部を流すことが可能な流路に形成されていると共に、該流路に前記軸受として転がり軸受が配設されていることを特徴とする。
転がり軸受で発生するパーティクルを洗浄液と共に排出でき、ウェーハの汚染を防止できる。
前記洗浄槽に超音波発振機を設けることができる。
また、前記回転体の回転を、駆動ベルトにより行うことができる。
上記ウェーハの洗浄・乾燥装置は、直径１／２インチのウェーハに用いて好適である。

また、本発明に係るウェーハの洗浄・乾燥方法は、上記いずれかのウェーハの洗浄・乾燥装置を用い、前記洗浄槽に洗浄液を供給し、前記載置部に載置したウェーハに向かって洗浄液を下から上へ流してウェーハの洗浄を行い、洗浄後、前記洗浄槽の洗浄液の液面を下げ、前記回転体を回転させて洗浄液を飛ばして乾燥させることを特徴とする。
また、ウェーハの洗浄時、前記回転体を回転させるようにしてもよい。

本発明によれば、次のような作用効果を奏する。
すなわち、洗浄槽と回転体とを同軸に設けたので小型化が可能となる。
また、回転体下部と、洗浄槽の円筒部との間を洗浄液が流入する流体軸受構造に形成すれば、洗浄液と共にパーティクルを排出でき、ウェーハの汚染を防止できる。

ウェーハの洗浄・乾燥装置の平面図である。 ウェーハの洗浄・乾燥装置の一部切欠断面図である。 図２の拡大説明図である。

以下本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１はウェーハの洗浄・乾燥装置１０の平面図、図２はその一部切欠断面図、図３はその拡大説明図である。
図において、１２は洗浄槽であり、筒体部１３を有する。筒体部１３の上部は上面側が開口する円筒部１４に形成されている。円筒部１４の周囲は凹部１５に形成されている。洗浄槽１２は、基台１６に固定されている。

１７は接続口であり、ホース（図示せず）が接続され、ホースは図示しない洗浄液タンクに接続される。純水などの洗浄液は、図示しないポンプにより、ホース、接続口１７、図示しない流路を介して洗浄槽１２下部に供給される。洗浄槽１２の下部には超音波発振機１８が配設され、洗浄液に超音波振動エネルギーを付与する。すなわち、洗浄槽１２は超音波洗浄槽に形成されている。１９は電力を供給するケーブルが収容された配管である。
なお、超音波発振機１８は必ずしも設けなくともよく、洗浄液の水流のみでウェーハの洗浄を行うようにしてもよい。

次に、２０は回転体である。回転体２０は筒状をなし、下部側において洗浄槽１２の円筒部１４上に外嵌されて円筒部１４の軸線を中心として回転可能に設けられている。回転体２０は、洗浄槽１２内に接続（連通）している。回転体２０の上面側の開口部縁は、ウェーハ２２の厚みよりは若干深い凹部に形成され、この開口部縁の凹部がウェーハ２２の載置部２３に形成されている。ウェーハの載置部ウェーハ２３は、ウェーハ２２と接する部分の面積を小さくし、ウェーハ２２よりも柔らかい材質のもの、例えば樹脂で形成することで、ウェーハ２２の表面の傷発生を抑えることができる。

本実施の形態では、回転体２０下部内壁面と、洗浄槽１２の円筒部１４の外壁面との間が流体軸受構造２４に形成されている。すなわち、載置部２３の下面と円筒部１４の上面との間に所要の空間があり、この空間から、洗浄槽１２内の洗浄液の一部が円筒部１４の上縁を乗り越え、回転体２０下部内壁面と円筒部１４の外周面との間の隙間に流入し、流体軸受構造２４を形成するようにしている。上記隙間を流下した洗浄液は、回転体２０の下縁と凹部１５の内底面との間の隙間から凹部１５内に流出する（図３の矢印）。

上記隙間に洗浄液の一部が流入しやすいように、回転体２０下部内壁面と円筒部１４の外周面との少なくとも一方の面に、溝（図示せず）を設けるようにすると好適である。この溝は、回転体が回転することにより、洗浄液を上から下へ強制的に導入する（運搬する）螺旋溝に形成するとさらに好適である。

回転体２０の外周囲には凹溝が形成され、この凹溝に駆動ベルト２５が架け渡される。駆動ベルト２５の他側は、モータ（駆動部）２６によって回転されるプーリ２７に架け渡される。プーリ２７は、図２に示すように、モータ２６の回転軸２９にネジ３０によって固定される筒体３１にネジ３２によって固定されている。

洗浄槽１２の円筒部１４の周囲に形成した凹部１５には、貫通孔３４が形成されている。この貫通孔３４は、モータ２６を取り付けた基台１６に、筒体３１を囲むようにして形成したリング状の収容部３６に連通している。この収容部３６には、ウェーハ２２を洗浄した後、回転体２０から凹部１５内に溢れ出た洗浄液が貫通孔３４を通じて流れ込み（図３の矢印）、図示しない排水パイプから外部に排出される。

図１において、４０はストッパであり、回転体２０の載置部２３の上方位置（図１における実線位置）とその側方位置（図１における２点破線位置）との間で進退動する。ストッパ４０は、ウェーハの洗浄時、図１の実線位置に移動して、載置部２３に載置されたウェーハ２２の洗浄液の水圧による浮き上がりを所要浮上位置で押さえる役目をする。
ストッパ４０は、正転、逆転可能のモータ４１の回転軸に取り付けられ、上記の両位置間で進退動（円弧回転）可能になっている。なお、ストッパ４０は、別途シリンダ（図示せず）により、上記両位置間に亘って直線移動させるようにしてもよい。

本実施の形態にかかるウェーハの洗浄・乾燥装置１０は上記のように構成されている。
続いて、ウェーハの洗浄・乾燥装置１０の動作を、ウェーハの洗浄・乾燥方法と共に説明する。
別途研磨装置によって所要面を研磨されて、洗浄が必要なウェーハ２２を、ウェーハの載置部２３に搬入する。このウェーハ２２の搬入は、研磨装置における研磨ヘッド（図示せず）にウェーハをそのまま吸着保持して、研磨ヘッドを載置部２３上まで移動させて、その位置で吸着保持を解除することで自動的に行える。もちろん、他の方法で、ウェーハ２２を載置部２３に搬入してもよい。

次に、モータ４１を駆動して、ストッパ４０をウェーハ２２の上方位置まで移動する。
次いで図示しないポンプを駆動して、洗浄槽１２の筒体部１３内に純水等の洗浄液をウェーハ２２の洗浄に必要な所要流量、流速で流入させる。洗浄液は、筒体部１３を下から上へ上昇し、ウェーハ２２の下面にぶつかって該下面を洗浄する。さらに洗浄液は、その流体圧によってウェーハ２２を押し上げ、載置部２３との間にできた隙間からウェーハ２２の上面側にも回り込むので、ウェーハ２２の上下面を洗浄できる。ウェーハ２２は、洗浄液の流体圧によって浮き上がるが、ストッパ４０によって押さえられるので、流出してしまうことはない。
洗浄液は、凹部１５から貫通孔３４を通じて収容部３６に流入し、外部に排出される。

所要必要な時間ウェーハ２２を洗浄した後、ポンプを停止して、ウェーハ２２の洗浄を終了する。
ポンプを停止することによって、洗浄槽１２内の洗浄液は、円筒部１４の上縁にまで液面が低下する。
次いで、ポンプを再駆動し、洗浄液を洗浄槽１２内に供給する。その際、ポンプの出力は、ウェーハ２２を洗浄するときの出力よりも下げ、洗浄液がウェーハ２２の下面には到達せず、円筒部１４の上縁を乗り越えて、回転体２０の下部内壁面と円筒部１４の外壁面との隙間に流入して、流体軸受を構成するに必要な量だけ供給できる出力とする。この洗浄液の供給量や、ポンプの出力は、あらかじめ準備段階で求めておくようにする。

上記の状態で、モータ２６を駆動し、回転体２０およびウェーハ２２を高速回転させてウェーハ２２面に付着している洗浄液を飛ばし、ウェーハ２２を乾燥する。あるいは、回転体２０およびウェーハ２２を回転させるとともに、不活性ガスノズル（図示せず）を用いて、不活性ガスにより洗浄水を吹き飛ばしながらウェーハ２２を乾燥させてもよい。
回転体２０を高速回転させる際、上記のように回転体２０の下部内壁面と円筒部１４の外壁面との隙間に洗浄液が流入して流体軸受が構成されるので、回転体２０の回転はスムーズである。また、流体軸受で多少なりとも生じる可能性のあるパーティクルは、流体軸受を流下する洗浄液と共に、収容部３６に流入し、外部に排出される。したがって、パーティクル付着によるウェーハ２２の汚染を防止できる。
本実施の形態では、洗浄および乾燥が載置台上で連続して行われるため、タクトタイムを短縮できる。

回転体２０の下部内壁面に前記螺旋溝を設けておけば、回転体２０の回転により洗浄液の一部が強制的に軸受内を搬送されるので、流体軸受がさらに好適に形成されると共に、パーティクルの排出もさらに良好に行える。
ストッパ４０を図１の２点破線位置まで戻し、ウェーハ２２を搬出して、ウェーハ２２の洗浄、乾燥を終了する。

上記実施の形態では、洗浄液を単に洗浄槽１２内に供給するようにしたが、洗浄槽１２内にジェットノズル（図示せず）を配設し、このジェットノズルからウェーハ２２の下面に向けて洗浄液を噴出させるようにしてもよい。
また、円筒部１４壁面に放射状に貫通孔（図示せず）を設けて、該貫通孔から回転体２０の下部内壁面と円筒部１４の外壁面との隙間に洗浄液を所要圧力で供給するようにして、回転体２０を回転させる際、静圧流体軸受を形成するようにしてもよい。

また、乾燥の際、回転体２０の下部内壁面と円筒部１４の外壁面との隙間に洗浄液が良好に流入するように、洗浄液を吸引する吸引部（図示せず）を設けるようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、回転体２０の軸受として流体軸受を形成するようにしたが、回転体２０の下部内壁面と円筒部１４の外壁面との間に、洗浄液により腐食されないセラミックスなどの材料で形成した転がり軸受（図示せず）を配置して軸受を形成してもよい。この場合も、回転体２０の下部内壁面と円筒部１４の外壁面との間に洗浄液を流下させるようにする。これにより、転がり軸受で発生したパーティクルを洗浄液と共に排出することができる。

なお、ウェーハ２２の大きさは特に限定されるものではないが、洗浄の際、洗浄液の流体圧によってウェーハ２２を浮上させ、洗浄液をウェーハ２２の上面にまで回り込ませて該上面も洗浄する必要がある。したがって、洗浄液の流体圧によって浮上できる比較的小径のウェーハの洗浄・乾燥に用いて特に好適である。例えば、半導体チップが１個取りできるだけの１／２インチサイズのウェーハを取り扱う、ミニマル（登録商標）システムにおけるウェーハの洗浄・乾燥装置に用いて好適である。

１０ ウェーハの洗浄・乾燥装置、１２ 洗浄槽、１３ 筒体部、１４ 円筒部、１５ 凹部、１６ 基台、１７ 接続口、１８ 超音波発振機、１９ 配管、２０ 回転体、２２ ウェーハ、２３ 載置部、２４ 流体軸受構造、２５ 駆動ベルト、２６ モータ、２７ プーリ、２９ 回転軸、３０ ネジ、３１ 筒体、３２ ネジ、３４ 貫通孔、３６ 収容部、４０ ストッパ、４１ モータ

Claims (11)

1. 上部が円筒部に形成され、洗浄液が流入される洗浄槽と、
   該洗浄槽に接続する筒状をなし、下部側において前記洗浄槽の前記円筒部上に嵌合されて前記円筒部の中心軸線を中心として回転可能に設けられ、上面側の開口部縁が洗浄・乾燥すべきウェーハの載置部として形成された回転体と、
   該回転体を回転駆動する駆動部と、
   前記回転体下部と前記洗浄槽の円筒部との間に形成される軸受とを具備することを特徴とするウェーハの洗浄・乾燥装置。
2. 前記回転体の前記載置部の上方位置と側方位置との間で進退動し、洗浄液の水圧による前記載置部に載置されたウェーハの浮き上がりを所要浮上位置で抑えるストッパを具備することを特徴とする請求項１記載のウェーハの洗浄・乾燥装置。
3. 前記軸受が流体軸受構造に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のウェーハの洗浄・乾燥装置。
4. 前記回転体下部と前記洗浄槽の円筒部との間に、該円筒部の上縁から洗浄液の一部が流入して流体軸受を構成することを特徴とする請求項３記載のウェーハの洗浄・乾燥装置。
5. 前記回転体下部内壁面と前記洗浄槽の円筒部外壁面との少なくとも一方に、洗浄液の一部を流すことが可能な溝が形成されていることを特徴とする請求項３または４記載のウェーハの洗浄・乾燥装置。
6. 前記回転体下部と前記洗浄槽の円筒部外壁面との間が、洗浄液の一部を流すことが可能な流路に形成されていると共に、該流路に前記軸受として転がり軸受が配設されていることを特徴とする請求項１または２記載のウェーハの洗浄・乾燥装置。
7. 前記洗浄槽に超音波発振機が設けられていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載のウェーハの洗浄・乾燥装置。
8. 前記駆動部が、前記回転体と駆動プーリとの間に架け渡される駆動ベルトを具備することを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載のウェーハの洗浄・乾燥装置。
9. 直径１／２インチのウェーハ用であることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載のウェーハの洗浄・乾燥装置。
10. 請求項１〜９いずれか１項記載のウェーハの洗浄・乾燥装置を用い、
    前記洗浄槽に洗浄液を供給し、前記載置部に載置したウェーハに向かって洗浄液を下から上へ流してウェーハの洗浄を行い、洗浄後、前記洗浄槽の洗浄液の液面を下げ、前記回転体を回転させて洗浄液を飛ばして乾燥させることを特徴とするウェーハの洗浄・乾燥方法。
11. ウェーハの洗浄時、前記回転体を回転させることを特徴とする請求項１０記載のウェーハの洗浄・乾燥方法。