JP6632949B2 - 半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置 - Google Patents

半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置 Download PDF

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本発明は、半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置に関する。
従来、半導体ウェーハの洗浄装置として、枚葉式のブラシ洗浄装置が知られている。
特許文献1には、半導体ウェーハを水平に配置し、周囲の回転可能なローラで支持するとともに、半導体ウェーハの半径程度の長さの回転ブラシによって、半導体ウェーハを狭持するブラシ洗浄装置が開示されている。このブラシ洗浄装置では、回転ブラシの回転動力を用いて、半導体ウェーハを回転させ、半導体ウェーハの表裏面をブラシ洗浄する。
特開2011−233646号公報
しかしながら、前記特許文献1に記載の技術は、水平方向に配置してブラシ洗浄を行っているので、裏面側に純水等の洗浄液を供給するのが困難であり、裏面側を十分にブラシ洗浄することができない可能性があるという課題がある。
また、回転ブラシの回転駆動力を利用して半導体ウェーハを回転させているため、回転ブラシの回転速度をコントロールしなければ、半導体ウェーハの表裏面を均等に洗浄することが困難であるという課題がある。
本発明の目的は、半導体ウェーハの表裏面に均等に洗浄液を供給することが可能であり、半導体ウェーハの表裏面を均等に洗浄することのできる半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置を提供することにある。
本発明の半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置は、半導体ウェーハの表裏面を洗浄する半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置であって、前記半導体ウェーハを縦置き状態で回転可能に支持する複数の回転ローラと、前記複数の回転ローラをそれぞれ支持し、伸縮することで前記回転ローラの突出位置を前記半導体ウェーハを支持する装着位置と退避位置との間で調整することができる直動シリンダと、前記複数の回転ローラの少なくともいずれかの回転ローラの回転駆動を行う第1回転駆動機構と、前記半導体ウェーハの直径よりも長く上下に延び、前記半導体ウェーハの表裏面を狭持する一対の回転ブラシと、前記一対の回転ブラシのそれぞれを回転駆動する少なくとも1以上の第2回転駆動機構と、前記一対の回転ブラシのそれぞれの回転ブラシの上部から洗浄液を供給する洗浄液供給機構と、を備え、前記第2回転駆動機構は、スピンドルを備え、前記回転ブラシは、前記スピンドルに固定される回転軸と、前記回転軸に隙間を設けて挿入され、前記回転軸と下部で係合する筒状のブラシ支持体と、前記ブラシ支持体に挿入されるブラシ本体とを備え、前記ブラシ支持体には、内外を貫通する複数の孔が形成され、前記回転軸および前記ブラシ支持体の間の隙間に、前記洗浄液供給機構から供給される洗浄液が流れ、前記回転軸における前記スピンドルとの固定部は、前記スピンドルの回転軸と軸を合わせた円錐台形状の外周面を備え、前記ブラシ支持体は、前記円錐台形状の外周面と摺接する漏斗状の内周面を備え、前記回転軸と前記ブラシ支持体とは、前記ブラシ支持体を貫通し、一端が前記円錐台形状の外周面に固定されるとともに他端が外面に露出する固定部材によって固定されることを特徴とする。
この発明によれば、第1回転駆動機構が回転ローラを駆動することにより、半導体ウェーハが回転し、第2回転駆動機構が一対の回転ブラシを回転駆動することにより、一対の回転ブラシが回転する。したがって、相互の回転駆動により、縦置き状態に支持された半導体ウェーハの表裏面を、回転ブラシで均等に洗浄することができる。
また、洗浄液供給機構により、回転ブラシの上部から洗浄液を供給することができるため、半導体ウェーハの表裏面に均等に洗浄液を供給することができる。
また、この発明によれば、洗浄液が筒状のブラシ支持体の隙間に供給され、ブラシ支持体の複数の孔から洗浄液がブラシ本体に供給されるので、ブラシ本体の長さ方向全体に洗浄液を供給することができ、半導体ウェーハの全面に亘って洗浄液を供給して、洗浄効果が向上する。
また、この発明によれば、固定部材が外面に露出することにより、外側からブラシ支持体の取り外しを行うことができるため、回転ブラシの交換、メンテナンス等を簡略化することができる。
また、この発明によれば、回転軸の固定部がスピンドルの回転軸と軸を合わせた円錐台形状の外周面を備え、ブラシ支持体が漏斗状の内周面を備えていることにより、ブラシ支持体の回転中心を、スピンドルの回転軸に容易に合わせることができるため、ブラシ支持体がスピンドルの回転軸に対して偏芯した状態で取り付けられることがない。
本発明の第1実施形態に係る半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置を示す斜視図。 前記実施形態における枚葉式洗浄装置を示す断面図。 前記実施形態における回転ブラシの構造を示す断面図。 前記実施形態における回転ブラシの取付構造を示す断面図。 前記実施形態における回転ブラシの構造を示す分解斜視図。 本発明の第2実施形態に係る回転ブラシの構造を示す断面図。 前記実施形態における回転ブラシの取付構造を示す断面図。 前記実施形態における鑑定ブラシの構造を示す分解斜視図。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
[1]第1実施形態
図1には、本発明の第1実施形態に係る半導体ウェーハWの枚葉式洗浄装置1が示されている。この枚葉式洗浄装置1は、300mmφの径の半導体ウェーハWの表裏面を、縦置き状態で洗浄する装置である。枚葉式洗浄装置1は、ウェーハ回動部2と、ブラシ回動部3と、洗浄液供給機構4とを備え、洗浄液供給機構4から洗浄液を供給しながら、ウェーハ回動部2およびブラシ回動部3が協働することにより、半導体ウェーハWの表裏面の洗浄を行う。
ウェーハ回動部2は、半導体ウェーハWの円周方向端部に沿って均等に配置される4本の直動シリンダ5を備え、それぞれの直動シリンダ5の先端には、回転ローラ6が直動シリンダ5に対して回転可能に設けられる。
直動シリンダ5は、シリンダチューブ5Aおよびピストンロッド5Bを備え、直動シリンダ5を伸縮することにより、回転ローラ6の突出位置を調整することができる。半導体ウェーハWをウェーハ回動部2に装着する場合、4本の直動シリンダ5のうち、いずれか1本の直動シリンダ5の回転ローラ6を、半導体ウェーハWの装着位置よりもシリンダチューブ5A側に退避させておく。半導体ウェーハWを、例えば、図示しないウェーハエッジのみで接触クランプ可能な枚葉式搬送ロボットで搬送し、セットしたら、退避させた直動シリンダ5の伸縮位置を復帰させ、半導体ウェーハWをウェーハ回動部2に装着する。
回転ローラ6は、ポリテトラフルオロエチレン等の合成樹脂材料から構成され、円柱状の外周面に、円周方向に沿って凹溝を形成した糸巻き形状を有する。半導体ウェーハWは、この凹溝に外周端部をはめ込むことにより、回転ローラ6に支持される。
図示を略したが、回転ローラ6には、回転中心に回転軸が設けられ、直動シリンダ5のシリンダチューブ5Aおよびピストンロッド5Bを貫通し、その基端側には、プーリ7が設けられている。
4本の直動シリンダ5の基端側に設けられるプーリ7には、図示しないベルトが巻装され、ベルトは、同様に図示しない第1回転駆動機構としての駆動モータによって駆動される。
ベルトの駆動によりプーリ7が回転し、プーリ7の回転が不図示の回転軸を介して、回転ローラ6を回転させることにより、4つの回転ローラ6は同方向に回転し、半導体ウェーハWは、一定の方向に回転する。
なお、第1回転駆動機構としては、これに限らず、4つの回転ローラ6を回転させる4つの駆動モータを設け、それぞれを同期して回転させるように構成してもよい。また、回転ローラ6の数も半導体ウェーハWを縦置き状態で回転可能に支持することができれば、4つでなくともよい。
ブラシ回動部3は、一対の回動機構8と、それぞれの回動機構8に装着される一対の回転ブラシ9とを備える。
回動機構8は、図2に示すように、ケース8Aと、ケース8A内に回転可能に保持されるスピンドル8Bと、第2回転駆動機構としての駆動モータ8C、およびギア8Dとを備える。一方のスピンドル8Bには、図示しない第2回転駆動機構としての駆動モータ8Cと、ギア8Dが設けられる。他方のスピンドル8Bには、一方のスピンドル8Bに設けられたギア8Dと噛合するギア8Dが設けられる。
駆動モータ8Cを駆動すると、一方のスピンドル8Bが回動し、ギア8Dを介して他方のスピンドル8Bは逆向きに回動する。なお、第2回転駆動機構としては、これに限らず、それぞれのスピンドル8Bに駆動モータを設け、それぞれの駆動モータを同期して駆動させるようにしてもよい。
一対の回転ブラシ9は、半導体ウェーハWを軽い力で狭持し、それぞれが回転することにより、半導体ウェーハWの表裏面を洗浄する。
回転ブラシ9は、図2から図5に示すように、回転軸10と、ブラシ支持体11と、ブラシ本体12とを備え、回転軸10にブラシ支持体11を挿入し、さらにブラシ支持体11にブラシ本体12を挿入した構成である。
回転軸10は、図3および図5に示すように、上下に延びる断面円形の棒状部10Aと、その下部に設けられる径方向外側に膨出した膨出部10Bと、膨出部10Bを囲むようにリング状に上部に突出した突出部10C(図4参照)とを備える。なお、回転軸10は、本実施形態ではステンレス製で一体形成し、ポリテトラフルオロエチレンでコーティングしたものを使用しているが、カーボンFRP(Fiber Reinforced Plastic)により一体形成してもよい。
突出部10Cの側面には、膨出部10Bとの対向面と外周面との間を貫通する水抜き孔10Dが、リングの周方向に複数形成され、上部から供給された洗浄液は、水抜き孔10Dから外部に排出される。
また、突出部10Cの上面には、リングの周方向に沿って複数のネジ孔が形成されている。
ブラシ支持体11は、回転軸10の棒状部10Aよりも内径の大きな塩化ビニル製の円筒状の支持部11Aと、支持部11Aの下端に設けられ、支持部11Aの内径を拡径した円筒状の拡径部11Bと、支持部11Aの上端に形成される蓋部11Cとを備える。
支持部11Aの内周面と、回転軸10の棒状部10Aとの間には、隙間が形成され、洗浄液供給部4Bからの洗浄液は、この隙間を下方に流れる。
支持部11Aには、ブラシ支持体11の内外を貫通する複数の孔11Dが形成され、隙間を流れた洗浄液は、複数の孔11Dからブラシ本体12に供給される(図4参照)。
拡径部11Bは、ブラシ支持体11を回転軸10の下部の突出部10Cと係合する支持部11Aの外周面を内周面とする筒状体から構成される。
拡径部11Bの上面には、周方向に沿って複数の孔が形成されている(図5参照)。これらの孔にネジ13を差し込み、回転軸10の突出部10Cにネジ13を螺合させることにより、ブラシ支持体11が回転軸10に同心円状に固定される。ネジ13は、自身の錆、他への汚染等を防止するために、Oリング14によって覆われ、その上にブラシ本体12が装着される。
蓋部11Cの略中央には、洗浄液注入孔11Eが形成され、洗浄液注入孔11Eには、洗浄液供給機構4から供給される洗浄液が注入される。
ブラシ本体12は、発泡ポリエチレン等のスポンジから構成される厚肉の円筒状体から構成され、ブラシ本体12の長さ寸法は、半導体ウェーハWの直径よりも大きくなっている。
ブラシ本体12の内周面は、ブラシ支持体11の外周面に密着させた状態で挿入される。ブラシ本体12の外周面には、長手方向に沿って配列される複数の凸状部12Aが、円周方向に所定ピッチで設けられている。そして、ブラシ本体12の外周面の凸状部12Aの凹凸が、半導体ウェーハWの表裏面に付着した異物を掻き取る機能を担う。
洗浄液供給機構4は、図1および図2に示すように、回転ブラシ9との対向面が開口された一対のカバー部4Aと、それぞれのカバー部4Aの上部に設けられる洗浄液供給部4Bとを備える。
一対のカバー部4Aは、互いに接近離間が可能であり、半導体ウェーハWの洗浄中は、カバー部4A同士を接近させ、回転ブラシ9の回転により洗浄液が外部に飛散することを防止する。一方、回転ブラシ9を交換する場合や、半導体ウェーハWをセットする場合には、カバー部4A同士を離間させ、交換やセットの作業をし易くする。
洗浄液供給部4Bは、上面が塞がれた円筒状体から構成され、円筒の外周面には、内外を貫通する洗浄液供給孔4Cが形成されている。洗浄液供給孔4Cの内部は、ブラシ支持体11の洗浄液注入孔11Eと連通し、洗浄液供給孔4Cには、洗浄液を搬送するホース等が接続される。ホース等を介して搬送ポンプ等で洗浄液を搬送すると、洗浄液供給孔4Cを介して、洗浄液供給部4Bの内部からブラシ支持体11の洗浄液注入孔11Eに洗浄液が注入される。注入された洗浄液は、支持部11Aの複数の孔11Dから外部に浸出し、ブラシ本体12に洗浄液が供給される。
なお、このような枚葉式洗浄装置1において、メンテナンス、ブラシ交換等により、回転ブラシ9を取り外す場合、まず、ブラシ本体12をブラシ支持体11から引き抜き、Oリング14を外し、ネジ13を外してブラシ支持体11を回転軸10から取り外す。これにより、ブラシ本体12の交換や、ブラシ支持体11の清掃を行うことが可能となる。
このような本実施形態では、第1回転駆動機構としての駆動モータを駆動すると、ベルトおよびプーリ7を介して回転ローラ6が回転する。回転ローラ6が回転するとこれに伴い、半導体ウェーハWが回転する。
一方、第2回転駆動機構としての駆動モータ8Cを駆動すると、一対の回転ブラシ9が互いに逆向きに回転する。
この際、洗浄液供給機構4から洗浄液が供給され、回転ブラシ9の下部に流れ、ブラシ支持体11の支持部11Aの複数の孔11Dからブラシ本体12に浸出し、半導体ウェーハWの洗浄が行われる。
したがって、半導体ウェーハWの回転と、回転ブラシ9の回転と、洗浄液の供給とにより、半導体ウェーハWの表裏面を均等、かつ効率的に洗浄することができる。
また、本実施形態の枚葉式洗浄装置1は、半導体ウェーハWを縦置き状態で洗浄を行うことができるため、省スペース化を図ることができ、狭い場所で複数の半導体ウェーハWを同時に洗浄することができる。
[2]第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付して、その説明を省略する。
前述した第1実施形態では、回転軸10の膨出部10Bは、棒状部10Aを単純に径方向外側に拡径した構造であり、ブラシ支持体11は、この膨出部10Bに支持部11Aが挿入され、拡径部11Bの上面に形成された複数の孔を利用して、ネジ13により回転軸10に固定されていた。
これに対して、本実施形態では、図6に示すように、回転軸20の固定部となる下端部が円錐台状に拡径し、ブラシ支持体21の下端部の拡径部21Bは、漏斗状の内周面とされ、ブラシ支持体21の外面に露出した部分で、固定部材としてのネジ22により固定されている点が相違する。
回転軸20は、図6および図7に示すように、ステンレス製の棒状部20Aと、その下部に設けられる膨出部20Bとを備える。
膨出部20Bは、円錐台形状の外周面を有し、円錐台の軸は、スピンドル8Bの回転軸と一致している。
また、膨出部20Bの外周面には、図8に示されるように、回転軸20回りに120°のピッチで3箇所のネジ孔20Cが形成されている。なお、ネジ孔20Cの間に形成された凹部は、回転軸20をスピンドル8Bに固定するためのネジ孔である。
ブラシ支持体21は、塩化ビニル製の円筒状体からなる支持部21Aと、支持部11Aの下端に設けられる拡径部21Bとを備える。
拡径部21Bは、支持部11Aの外周に挿入される厚肉の筒状体から構成され、拡径部21Bの下端部の内周面は、漏斗状の内周面とされ、この漏斗状の内周面は、回転軸20の膨出部20Bの円錐台形状の外周面と対応している。
また、拡径部21Bには、図8に示すように、ブラシ支持体21回りに120°のピッチで3箇所の孔21Cが形成されている。
回転軸20にブラシ支持体21を装着する場合、回転軸20の膨出部20Bにブラシ支持体21の拡径部21Bの内周面を摺接させ、ネジ22を拡径部21Bの孔21Cに挿入し、膨出部20Bのネジ孔20Cと螺合させることにより固定する。
なお、ネジ22は、外面に露出した状態となるので、ステンレス製のネジの表面に、ポリテトラフルオロエチレン等でコーティングを施したものを採用するのが、防食上および汚染防止の観点から好ましい。
このような本実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果に加え、以下のような効果がある。
回転軸20に対してブラシ支持体21を固定するネジ22が、外面に露出していることにより、ブラシ本体12を取り外すことなく、外側から直接ブラシ支持体21の取り外しを行うことができるため、ブラシ支持体21およびブラシ本体12を備えた回転ブラシの交換、メンテナンス等を簡略化することができる。
また、本実施形態では、回転軸20の膨出部20Bがスピンドル8Bの回転軸に軸を合わせた円錐台形状の外周面を備え、ブラシ支持体21の拡径部21Bが漏斗状の内周面を備えている。これにより、ブラシ支持体21の回転中心を、スピンドル8Bの回転軸に容易に合わせることができるため、ブラシ支持体21が、スピンドル8Bの回転軸に対して偏芯した状態で取り付けられることがない。
[3]実施形態の変形
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記実施形態では、直径が300mmφの半導体ウェーハWを洗浄対象としていたが、これに限らず、200mmφの半導体ウェーハや、450mmφの半導体ウェーハに本発明を適用してもよい。
前記第2実施形態では、ブラシ支持体21を、膨出部20Bの円錐台形状の外周面にネジ22により固定していたが、本発明はこれに限られない。たとえば、第1実施形態の突出部10Cの外周面にネジ孔を形成しておき、ブラシ支持体11の拡径部11Bに孔を形成しておき、側面からネジにより固定するように構成してもよい。
その他、本発明の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
1…枚葉式洗浄装置、2…ウェーハ回動部、3…ブラシ回動部、4…洗浄液供給機構、4A…カバー部、4B…洗浄液供給部、4C…洗浄液供給孔、5…油圧シリンダ、5A…シリンダチューブ、5B…ピストンロッド、6…回転ローラ、7…プーリ、8…回動機構、8A…ケース、8B…スピンドル、8C…駆動モータ、8D…ギア、9…回転ブラシ、10…回転軸、10A…棒状部、10B…膨出部、10C…突出部、10D…水抜き孔、11…ブラシ支持体、11A…支持部、11B…拡径部、11C…蓋部、11D…孔、11E…洗浄液注入孔、12…ブラシ本体、12A…凸状部、13…ネジ、14…Oリング、20…回転軸、20A…棒状部、20B…膨出部、20C…ネジ孔、21…ブラシ支持体、21A…支持部、21B…拡径部、21C…孔、22…ネジ、W…半導体ウェーハ。

Claims (1)

  1. 半導体ウェーハの表裏面を洗浄する半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置であって、
    前記半導体ウェーハを縦置き状態で回転可能に支持する複数の回転ローラと、
    前記複数の回転ローラをそれぞれ支持し、伸縮することで前記回転ローラの突出位置を前記半導体ウェーハを支持する装着位置と退避位置との間で調整することができる直動シリンダと、
    前記複数の回転ローラの少なくともいずれかの回転ローラの回転駆動を行う第1回転駆動機構と、
    前記半導体ウェーハの直径よりも長く上下に延び、前記半導体ウェーハの表裏面を狭持する一対の回転ブラシと、
    前記一対の回転ブラシのそれぞれを回転駆動する少なくとも1以上の第2回転駆動機構と、
    前記一対の回転ブラシのそれぞれの回転ブラシの上部から洗浄液を供給する洗浄液供給機構と、を備え、
    前記第2回転駆動機構は、スピンドルを備え、
    前記回転ブラシは、前記スピンドルに固定される回転軸と、
    前記回転軸に隙間を設けて挿入され、前記回転軸と下部で係合する筒状のブラシ支持体と、
    前記ブラシ支持体に挿入されるブラシ本体とを備え、
    前記ブラシ支持体には、内外を貫通する複数の孔が形成され、前記回転軸および前記ブラシ支持体の間の隙間に、前記洗浄液供給機構から供給される洗浄液が流れ、
    前記回転軸における前記スピンドルとの固定部は、前記スピンドルの回転軸と軸を合わせた円錐台形状の外周面を備え、
    前記ブラシ支持体は、前記円錐台形状の外周面と摺接する漏斗状の内周面を備え、
    前記回転軸と前記ブラシ支持体とは、前記ブラシ支持体を貫通し、一端が前記円錐台形状の外周面に固定されるとともに他端が外面に露出する固定部材によって固定されることを特徴とする半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置。
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