JP6288698B2 - 表面張力を利用したスピン洗浄装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態に係るウェハ洗浄機1を示す外観図で、(a)は正面図、(b)は右側面図、(c)は背面図である。図2は、ウェハ洗浄機1の内部構造の一部を示す概略説明図である。図3は、ウェハ洗浄機1の洗浄ユニット3を示す概略説明図である。
本発明の第1実施形態に係るスピン洗浄装置であるウェハ洗浄機1は、所定の大きさに成形された略円盤状または矩形状のウェハWの表面を洗浄処理する加熱ウェット処理装置である。ウェハ洗浄機1は、図1および図2に示すように、予め規格された大きさの筐体2内に収容されたミニマルファブ(minimal fabrication)構想に基づくミニマル洗浄装置である。ここで、ミニマルファブ構想とは、多品種少量という半導体製造市場に最適なもので、省資源・省エネルギ・省投資・高性能な多様なファブに対応でき、例えば特開2012−54414号公報に記載の生産をミニマル化させるミニマル生産システムを実現させるものである。
洗浄ユニット3は、筐体2内の前室2dの後側上部のウェハ処理室2f内に収容されている。洗浄ユニット3にて洗浄するウェハWは、所定の大きさ、例えば直径12.5mm(ハーフインチサイズ)の円形状の表面を有する円盤状に形成されている。ウェハWには、予め所定のパターンが形成され洗浄前の状態とされている。なお、ウェハWとしては、フォトレジスト膜が除去されたベアシリコンウェハ等であっても用いることができる。
洗浄チャンバ31の下カップ32は、円筒状の周面部32aと、周面部32aの底部側を覆う円環状の底板部32bとで構成された略有底円筒状に形成され、底板部32bの中心位置に上下方向に沿って貫通した挿通孔32cが形成されている。周面部32aの上端内縁部には、テーパ状の傾斜面部32dが周方向に亘って形成されている。下カップ32の周面部32aの上端側は、ウェハ搬送用のウェハ搬送空間5aを覆う搬送チャンバ5bの一端側の下側に取り付けられている。搬送チャンバ5bの他端側は、ウェハ搬送ロボット5に接続されている。下カップ32の底板部32bには、下カップ32内へ流れ込んでくる使用済みの洗浄液Lやリンス液Rを排出させるための廃液口(図示せず)が設けられている。
ステージ34は、略円筒状の回転軸34a上に設けられている。回転軸34aは、上端側を下カップ32内に収容させ、下端側が底板部32bの中心位置を貫通させて取り付けられている。底板部32bを貫通して下カップ32外へ突出した部分には、回転軸34aを周方向に回転駆動させる回転駆動部34bが設けられている。回転軸34aの上端側は、同心状に拡開されて円筒状の収容空間34cが形成されたランプ収容部34dとされている。ランプ収容部34dの収容空間34cの中心位置には、発光部としての、例えばキセノンランプ等のランプ34eが取り付けられている。
ステージ34は、複数、例えば5本のピン材としての係止片部34iにて構成され、これら複数の係止片部34iにて集光プレート34hを囲むように、集光プレート34hの周方向に所定の間隔を空けて取り付けられている。各係止片部34iは、閉塞部材34gに対して別体として平面視矩形状に構成され、この閉塞部材34g上に取り付けられている。各係止片部34iの上側の内側縁には、ウェハWの周縁を係止して支持する係止段部34jが設けられている。これら係止片部34iのうちの1つは、後述するスピンテーブル36の上下動に連動して移動するチャックピン34kとされている。チャックピン34kは、スピンテーブル36の下降に同調して中心軸方向へ移動し、スピンテーブル36の上昇に同調して径方向に移動する構成とされている。
上カップ33の中心位置には、液吐出ノズル35の下端側である先端側が貫通されて取り付けられる挿通開口33fが設けられている。液吐出ノズル35は、円筒状の挿通部35aを備えている。挿通部35aの下端部は、上カップ33の挿通開口33fの下端部より下方に突出させた状態として取り付けられている。挿通部35aと挿通開口33fとの間には、挿通部35aと挿通開口33fとの間を気密にする円環状のシール材35bが取り付けられている。挿通部35aは、ステージ34上に設置されるウェハWの外径寸法に略等しい外径寸法とされている。挿通部35aの平面状の下端面35cの中心位置には、液吐出口35dが開口されている。液吐出口35dは、挿通部35aの同心状に形成され、上カップ33の挿通開口33fより上側の位置に開口された液供給口35eに通じた構成とされている。
まず、コントロールユニット4にて洗浄ユニット3のエアシリンダ37を駆動させて、図4(a)に示すように、スピンテーブル36を最上昇位置まで上昇させる。このとき、スピンテーブル36の上昇移動に連動して、ステージ34の係止片部34iのうちのチャックピン34kが径方向に移動していき、図4(b)に示すように、ウェハWを支持する位置よりも外側にチャックピン34kが移動する。
この状態で、洗浄が必要なウェハWが収容されたミニマルシャトルを、ウェハ洗浄機1の前室2dのドッキングポート2eに嵌合させて設置する。この状態で、ウェハ洗浄機1の所定位置に設けられているスタートスイッチ(図示せず)を押す。
この後、エアシリンダ37が駆動し、図5(a)に示すように、ウェハWが設置されたスピンテーブル36が下降していく。そして、図5(b)に示すように、スピンテーブル36の下降移動に連動して、ステージ34の係止片部34iのうちのチャックピン34kが中心軸方向に移動していき、図6(a)および図6(b)に示すように、このチャックピン34kを含む各係止片部34i間にウェハWが設置され、これら係止片部34i間に設置されたウェハWがチャックピン34kにて保持、すなわちチャック(挟持)される。
次いで、洗浄液供給工程として、コントロールユニット4による制御により、薬液タンクから液吐出ノズル35の液供給口35eへ常温の洗浄液Lが供給され、図7(a)に示すように、液吐出ノズル35の液吐出口35dからウェハW上に洗浄液Lが滴下されていき、図7(b)に示すように、この洗浄液Lが有する表面張力、液吐出ノズル35の下端面35cの濡れ性、ウェハWの濡れ性等によって、ウェハWの全面に亘って、液吐出ノズル35の下端面35cとウェハWとの間の空間Sの略全域が洗浄液Lにて満たされ、この空間Sから洗浄液Lがこぼれ落ちない程度の所定量、例えば数ml程度の微小量の洗浄液Lが液吐出ノズル35の液吐出口35dから吐出される。
この後、ランプ34eによる発光が停止されるとともに、超音波振動子38による超音波振動が停止されてから、図7(c)に示すように、回転駆動部34bによる回転軸34aの回転駆動が、例えば600rpm以上に加速され、液吐出ノズル35の下端面35cとウェハWとの間の空間Sに介在させた洗浄液Lが遠心力にて吹き飛ばされて排出される。このとき、吹き飛ばされた洗浄液Lは、スピンテーブル36上へ吹き飛ばされ、このスピンテーブル36自体の回転によって、このスピンテーブル36の外周縁から下カップ32内へ流れ落ちていき、この下カップ32に設けられた廃液口から、洗浄チャンバ31外へ排出される。
さらに、例えば洗浄液Lの劣化による使用寿命等の所定の必要に応じ、図7(d)ないし図7(f)に示すように、上記洗浄工程および液切り工程を複数回繰り返して洗浄液Lを間欠吐出し、液吐出ノズル35の下端面35cとウェハWとの間の空間Sに新たな洗浄液Lを追加滴下してからスピン回転されウェハWが加熱スピン洗浄された後、この空間Sに介在させた洗浄済みの洗浄液Lが吹き飛ばされて排出される。
次いで、図7(g)に示すように、回転駆動部34bによる回転駆動により、例えば600rpm未満の回転速度でステージ34が回転した状態で、薬液タンクから液吐出ノズル35の液供給口35eへリンス液Rが供給され、液吐出ノズル35の液吐出口35dからウェハW上にリンス液Rが連続的に滴下されていき、ウェハW上からリンス液Rをこぼしながら、ウェハW上に残った洗浄液Lがリンス液Rにて洗い流されてリンスされる。
この後、ランプ34eがオンされウェハWが加熱さるとともに、図7(h)に示すように、回転駆動部34bによる回転軸34aの回転駆動が、例えば1000rpm以上に加速され、かつガスGが液吐出ノズル35の液供給口35eへ供給され、液吐出ノズル35の液吐出口35dからウェハW上にガスGが吹き付けられ、ウェハW上に残ったリンス液Rが遠心力とガスGの吹き付けにてウェハW外に吹き飛ばされてブローされて乾燥され、図7(j)に示すように、ウェハWの洗浄が完了される。このとき、吹き飛ばされたリンス液Rもまた、スピンテーブル36から下カップ32内へ流れ落ちていき、下カップ32の廃液口から排出される。
この後、上述した搬入工程の逆動作がなされ、エアシリンダ37の駆動にてスピンテーブル36が上昇移動されていき、図6(a)および図6(b)に示す状態から、図4(a)および図4(b)に示す状態へ駆動していく。このとき、スピンテーブル36の上昇移動に連動して係止片部34iのうちのチャックピン34kが径方向(外側)に移動していき、図5(b)に示すように、これら係止片部34iによるウェハWのチャックが解除されてアンチャック状態とされる。この後、図4(a)および図4(b)に示すように、スピンテーブル36の支持片部36b間にウェハWが受け渡される。
シリコンウェハ等のウェハを洗浄する方法としては、RCA洗浄が知られている。RCA洗浄は、ウェハ上に付着したパーティクル除去を目的としたアンモニア水と過酸化水素水から構成されるSC1(Standard Clean 1)洗浄と、ウェハ上に付着した金属不純物除去を目的とした塩酸と過酸化水素水から構成されるSC2(Standard Clean 2)洗浄との組み合わせからなる。RCA洗浄では、各薬液を所定温度まで加熱する必要があり、ウェハを洗浄液中に浸漬させる浸漬式の洗浄の場合においては、一般に構成比の多い純水を加熱し、この加熱した純水に薬液を混合することで所定の温度の洗浄液として洗浄を行っている。必要に応じ、ラインヒータ等で保温を行う場合もある。
図8は、本発明の第2実施形態に係るウェハ洗浄機1の一部を示す図で、(a)は平面図、(b)は側面図である。本発明の第2実施形態が前述した第1実施形態と異なるのは、第1実施形態は、ステージ34を構成する係止片部34iが平面視矩形状であるのに対し、第2実施形態は、各係止片部34iが平面視円形状としている。なお、その他の構成は第1実施形態と同じであり、第1実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。
図9は、本発明の第3実施形態に係るウェハ洗浄機1の一部を示す図で、(a)は平面図、(b)は側面図である。本発明の第3実施形態が前述した第1実施形態と異なるのは、第1実施形態は、ステージ34を構成する各係止片部34iが集光プレート34hに対し別体構成であるのに対し、第3実施形態は、各係止片部34iが集光プレート34hと一体の構成とされている。なお、その他の構成は第1実施形態と同じであり、第1実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。
なお、上記各実施形態においては、洗浄チャンバ31のうちの上カップ33を上下動可能とした、本発明はこれに限定されることはなく、下カップ32を上下動可能としたり、上カップ33とは別個に液吐出ノズル35を上下動可能とし、ステージ34上に設置されたウェハWに対し液吐出ノズル35が相対的に上下動可能としたりしてもよい。
2 筐体
2a 装置上部
2b 装置下部
2c 凹状部
2d 前室
2e ドッキングポート
2f ウェハ処理室
3 洗浄ユニット
31 洗浄チャンバ
32 下カップ
32a 周面部
32b 底板部
32c 挿通孔
32d 傾斜面部
33 上カップ
33a 収容部
33b 内周面部
33c 嵌合片部
33d 当接面
33e パッキン
33f 挿通開口
34 ステージ
34a 回転軸
34b 回転駆動部
34c 収容空間
34d ランプ収容部
34e ランプ
34f リフレクタ
34g 閉塞部材
34h 集光プレート
34i 係止片部
34j 係止段部
34k チャックピン
34m 係止凸部
35 液吐出ノズル(供給ノズル)
35a 挿通部
35b シール材
35c 下端面
35d 液吐出口
35e 液供給口
35f 共振体取付部
35g 共振体取付面
36 スピンテーブル
36a 開口部
36b 支持片部
37 エアシリンダ
38 超音波振動子
4 コントロールユニット(制御部)
5 ウェハ搬送ロボット
5a ウェハ搬送空間
5b 搬送チャンバ
W ウェハ(被洗浄体)
L 洗浄液(洗浄物)
S 空間
G ガス
Claims (10)
- 被洗浄物を回転させながら洗浄液で洗浄するスピン洗浄装置であって、
前記被洗浄物が設置されるステージと、
前記ステージを周方向に回転させる回転駆動部と、
前記ステージに設置された前記被洗浄物に対向して設けられ、前記ステージに設置された前記被洗浄物上に前記洗浄液、前記被洗浄物上に残った前記洗浄液を除去するためのリンス液、および前記リンス液を前記被洗浄物上から吹き飛ばすためのガスを供給する供給ノズルと、
前記ステージの前記被洗浄物が設置される側の反対側に前記被洗浄物から間隔をあけて設けられ、光を供給して前記被洗浄物を加熱する発光部と、
前記ステージに設置された前記被洗浄物上に、前記洗浄液を前記供給ノズルから供給させる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ステージに設置された前記被洗浄物と前記供給ノズルとの間隔を保持した状態で、前記ステージに設置された前記被洗浄物上に、前記被洗浄物上からこぼれ落ちない程度の所定量の前記洗浄液を供給した状態で前記発光部から光を供給して前記被洗浄物を加熱しつつ前記回転駆動部にて前記ステージを回転させて前記被洗浄物を洗浄してから前記ステージの回転を加速させて前記被洗浄物上の前記洗浄液を吹き飛ばした後、前記被洗浄物上に前記リンス液を供給した状態で前記ステージを回転させて前記被洗浄物上に残った前記洗浄液を除去し、前記被洗浄物上に前記ガスを供給して前記被洗浄物上から前記リンス液を吹き飛ばす
ことを特徴とするスピン洗浄装置。 - 請求項1記載のスピン洗浄装置において、
前記制御部は、前記ステージに設置された前記被洗浄物と前記供給ノズルとの間の空間に前記洗浄液を満たした状態で、前記ステージを回転させる
ことを特徴とするスピン洗浄装置。 - 請求項2記載のスピン洗浄装置において、
前記制御部は、前記被洗浄物と前記供給ノズルとの間に満たした前記洗浄液が、前記被洗浄物と前記供給ノズルとの間の空間に保持される速度で前記回転駆動部にて前記ステージを回転させる
ことを特徴とするスピン洗浄装置。 - 請求項1ないし3いずれか一項に記載のスピン洗浄装置において、
前記供給ノズルは、前記ステージ上に設置された前記被洗浄物との間隔が調整可能とされ、
前記制御部は、前記供給ノズルを調整して、前記供給ノズルと前記ステージ上の前記被洗浄物との間の空間を、この空間に前記洗浄液を満たすことができる所定の間隔とする
ことを特徴とするスピン洗浄装置。 - 請求項1ないし4いずれか一項に記載のスピン洗浄装置において、
前記被洗浄物は、所定サイズの平板状のウェハで、
前記制御部は、前記ウェハと前記供給ノズルとの間の空間に表面張力にて保持される所定量の前記洗浄液を前記供給ノズルから供給させる
ことを特徴とするスピン洗浄装置。 - ステージに被洗浄物を設置する設置工程と、
前記ステージに設置された前記被洗浄物に対向して設けられた供給ノズルから、前記被洗浄物上からこぼれ落ちない程度の所定量の洗浄液を前記被洗浄物上に供給する供給工程と、
前記ステージの前記被洗浄物が設置される側の反対側の間隔をあけた位置から光を供給して前記被洗浄物を加熱しつつ、前記ステージを回転させて前記被洗浄物を前記洗浄液にて洗浄する洗浄工程と、
前記ステージの回転を加速させて前記被洗浄物上の前記洗浄液を吹き飛ばす液切り工程と、
前記ステージを回転させた状態で前記供給ノズルから前記被洗浄物上にリンス液を供給し前記被洗浄物上に残った前記洗浄液を除去するリンス工程と、
前記供給ノズルから前記被洗浄物上にガスを供給して前記被洗浄物上から前記リンス液を吹き飛ばす乾燥工程と、
を備え、
前記供給工程、前記洗浄工程、前記液切り工程、前記リンス工程および前記乾燥工程は、前記ステージに設置された前記被洗浄物と前記供給ノズルとの間隔を保持した状態で行なう
ことを特徴とするスピン洗浄方法。 - 請求項6記載のスピン洗浄方法において、
前記洗浄工程は、前記洗浄液が前記被洗浄物と前記供給ノズルとの間の空間に保持される速度で前記ステージを回転させる
ことを特徴とするスピン洗浄方法。 - 請求項6または7記載のスピン洗浄方法において、
前記洗浄工程は、前記洗浄液が前記被洗浄物と前記供給ノズルとの間の空間からこぼれ落ちない速度で前記ステージを回転させる
ことを特徴とするスピン洗浄方法。 - 請求項6ないし8いずれか一項に記載のスピン洗浄方法において、
前記供給工程は、前記供給ノズルと前記ステージとを相対的に移動させて、前記供給ノズルと前記ステージに設置された前記被洗浄物との間を、これら供給ノズルと被洗浄物との間の空間に前記洗浄液を満たすことができる所定の間隔に調整してから、前記空間に前記洗浄液を供給する
ことを特徴とするスピン洗浄方法。 - 請求項6ないし9いずれか一項に記載のスピン洗浄方法において、
前記被洗浄物は、所定サイズの平板状のウェハで、
前記供給工程は、前記ウェハと前記供給ノズルとの間の空間に表面張力にて保持される
所定量の前記洗浄液を供給する
ことを特徴とするスピン洗浄方法。
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