JPH0864570A - ウエハ洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハのデバイス形成面と、カセットとの接
触を防止し、デバイス形成面に対する異物の付着を低減
したウエハ洗浄装置を提供する。 【構成】 ウエハＷを洗浄槽４に浸漬する際には、デバ
イス形成面Ｗｆを上側に向けて傾斜させ、さらに、洗浄
液ｃの流れが常にデバイス形成面Ｗｆに向かって当たる
ようにする。すなわち、 傾斜角度θw＞斜向角θv を
保って沈降させる。傾斜角度θwはウエハの傾き、斜向
角θvはウエハ移動の角度である。搬送時に外乱加速度
αが加わっても、外乱加速度αに起因する力Ｆαが垂直
抗力Ｆnおよび押し下げ力Ｆdより充分小さければ、ウエ
ハＷはカセット３の内部で安定に保持され続ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造工程におい
て半導体ウエハを洗浄するウエハ洗浄装置に関し、特
に、半導体ウエハの沈降時に洗浄液から受ける力によっ
て該半導体ウエハが不安定になることを防止した半導体
ウエハ洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の発明】半導体ウエハの洗浄は、通常、半導体ウ
エハ（以下単に”ウエハ”という）を所定のウエハカセ
ットに入れ、ウエハカセットごと洗浄液に浸漬して行っ
ている。このウエハカセットは、内部が縦の仕切りによ
って区切られており、ウエハは、各区画ごとに１枚ずつ
立てて入れられている。各区画内においてはウエハは特
に固定されていない。

【０００３】このような方式で洗浄を行う場合、洗浄槽
の内部において、ウエハのデバイス形成面がウエハカセ
ットのウエハ保持部分（仕切り）と接触したままの状態
となっていると、当該接触部分を洗浄できない。そのた
め、従来、ウエハカセットおよびウエハを洗浄槽内部に
置いた状態では、デバイス形成面を上に向けるように傾
斜させた状態にすることが行われている。このような技
術に関しては、例えば特開平３−１５３０２９号、特開
平５−１６０１０１号に開示されている。

【０００４】また、搬送途中、ウエハのデバイス形成面
がウエハカセットに触れると、ウエハカセットに付着し
ている異物がデバイス形成面に転写されてしまう。その
ため、これを防ぐために、ウエハのデバイス形成面を斜
め上に向けた状態で搬送することが行われていた。この
ような技術に関しては、特開平５−１６０１０１号に記
載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
は、ウエハカセットを洗浄槽に浸漬・沈降する際のウエ
ハの浮き上がりに起因した塵挨の発生・付着の問題につ
いては考慮していなかった。つまり、ウエハカセットを
洗浄槽に浸漬・沈降する際には、ウエハの裏面に洗浄薬
液（あるいは、洗浄水）の抵抗力が掛かり、ウエハがウ
エハカセット内部で浮き上がってしまう。すると、ウエ
ハとウエハカセットが互いに摺動して塵挨が発生し、洗
浄水等が汚染されてしまう恐れがあった。

【０００６】本発明の目的は、ウエハの洗浄槽での昇降
時、特に洗浄槽への浸漬・沈降時におけるウエハのウエ
ハカセット内部における摺動を防止し、ウエハの汚染を
防止したウエハ洗浄装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたもので、その第１の態様としては、
半導体ウエハを洗浄液に浸漬して洗浄する半導体ウエハ
洗浄装置において、上記洗浄液を収容する洗浄槽と、上
記半導体ウエハを保持する保持手段と、上記保持手段に
よって保持された上記半導体ウエハを、水平方向および
鉛直方向に移動可能に構成された移動手段と、上記保持
手段によって保持された上記半導体ウエハの姿勢を変更
可能に構成された姿勢変更手段と、上記保持手段、移動
手段および姿勢変更手段を作動させる制御手段と、を備
え、上記制御手段は、下記数３の関係を保って、上記半
導体ウエハを上記洗浄液に沈降させるものであること、
を特徴とする半導体ウエハ洗浄装置が提供される。

【０００８】

【数３】傾斜角θw ＜ 斜行角θv 傾斜角θw：半導体ウエハのデバイス形成面に垂直な鉛
直面内における、半導体ウエハのデバイス形成面の角度
(鉛直方向を基準とし、デバイス形成面が上方を仰ぎ見
る向きを正とする） 斜行角θv：半導体ウエハのデバイス形成面に垂直な鉛
直面内における、半導体ウエハの移動の向きを示す角度
（鉛直下向きを基準とし、ウエハのデバイス形成面の側
を正とする） 本発明の第２の態様としては、半導体ウエハ洗浄液に浸
漬して洗浄する半導体ウエハ洗浄装置において、上記半
導体ウエハを予め定められた傾斜角θvで保持する保持
手段と、上記保持手段によって保持された上記半導体ウ
エハを、水平方向および鉛直方向に移動可能に構成され
た移動手段と、上記移動手段を作動させる制御手段と、
を備え、上記制御手段は、下記数４の関係を保って、上
記半導体ウエハを洗浄液に沈降させるものであること、
を特徴とする半導体ウエハ洗浄装置が提供される。

【０００９】

【数４】傾斜角θw ＜ 斜行角θv 傾斜角θw：半導体ウエハのデバイス形成面に垂直な鉛
直面内における、半導体ウエハのデバイス形成面の角度
（鉛直方向を基準とし、デバイス形成面が上方を仰ぎ見
る向きを正とする） 斜行角θv：半導体ウエハのデバイス形成面に垂直な鉛
直面内における、半導体ウエハの移動の向きを示す角度
（鉛直下向きを基準とし、半導体ウエハのデバイス形成
面の側を正とする） 上記第１、第２の態様においては、上記洗浄槽を傾斜さ
せる洗浄槽傾斜手段をさらに有してもよい。上記洗浄槽
の側壁面の少なくとも一部は、外側に傾斜していてもよ
い。上記洗浄液に流れを発生させる流れ形成手段をさら
に有してもよい。

【００１０】上記保持手段は、上記半導体ウエハを収容
するウエハカセットと、上記ウエハカセットを掴むハン
ドと、を含んで構成されていてもよい。

【００１１】

【作用】制御手段は、保持手段にウエハを保持させる。
ウエハの保持は、ウエハ自体を直接保持しなくても、ウ
エハを納めた容器（ウエハカセット）をハンド等で保持
させるようにしても良い。なお、ウエハカセット内にお
いては、ウエハが固定されていないが、外部から加わる
過速度が小さいような場合には、ウエハカセット内にお
けるウエハの姿勢は一定している。従って、ウエハの姿
勢は、該ウエハカセットの姿勢を変更することで可能で
ある。

【００１２】制御手段は、移動手段および姿勢変更手段
を作動させて、上記数３（数４）の関係を保って、上記
半導体ウエハを洗浄液に沈降させる。すなわち、半導体
ウエハのデバイス形成面に洗浄液の抵抗力が加わるよう
にして降下を行う。このようにすることで、半導体ウエ
ハは裏面側がウエハカセットに圧し付けられた状態とな
り、ウエハカセット内においてウエハの位置、姿勢は安
定する。

【００１３】なお、保持手段が半導体ウエハを保持して
いる角度を変更しなくてもこの数４の関係を満たすこと
ができるのであれば、姿勢制御手段はなくても良い（こ
の場合には、半導体ウエハの姿勢は、一定で良い。）。
流れ形成手段により洗浄液に流れを付与し、半導体ウエ
ハのデバイス形成面により大きな力が加わるようにすれ
ば、半導体ウエハはより安定する。

【００１４】洗浄槽傾斜手段により洗浄槽を傾けるか、
あるいは、洗浄槽の側壁面の少なくとも一部を外側に傾
斜させておく。このようにすれば、洗浄槽が小さくて
も、半導体ウエハを洗浄液に沈降させる際に半導体ウエ
ハ等が洗浄槽にぶつかることはない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１６】本実施例のウエハ洗浄装置の外観を図１に
示す。

【００１７】ウエハ洗浄装置は、搬送機構１と、制御装
置２と、ウエハカセット３と、洗浄槽４と、を含んで構
成される。

【００１８】搬送機構１は、ウエハカセット３を搬送す
るためのものである。該搬送機構１は、水平方向の移動
を行うための水平移動機構１０、鉛直方向方向の移動を
行うための昇降機構１１、カセット３を保持するための
ハンド１２、傾斜機構１３を含んで構成されている。こ
れらの各部が動作することによって、ウエハカセット３
（すなわち、ウエハＷ）を、所望の経路、速度、姿勢で
搬送することができる。但し、各部は必ずしも連携して
動作する必要はない。結果的に、所望の搬送が実現され
ていればそれで十分である。

【００１９】水平移動機構１０は、ベース１００と、水
平には設置されたガイドレール１０２と、ベース１００
とを含んで構成されている。ベース１００がガイドレー
ル１０２に沿って移動することで、水平かつガイドレー
ル１０２の延びる方向への移動を実現している。水平移
動機構１０は、さらに、昇降機構１１の上に配置された
伸縮自在なアーム１０４を備えている。このアーム１０
４を伸縮することで、水平且つガイドレール１０２に垂
直な方向への移動を実現している。

【００２０】昇降機構１１は、ベース１００に取り付け
られた鉛直方向に伸縮自在な支柱１１０を含んで構成さ
れている。昇降機構１１は、支柱１１０を伸縮させるこ
とで、鉛直方向での移動が実現される。後述する斜行速
度（速さおよび向き）は、アーム１０４と支柱１１０の
伸縮の速度およびその比を変更することによって、調整
される。

【００２１】傾斜機構１３は、ハンド１２によって保持
されているウエハカセット３を、所望の姿勢（角度）に
保つためのものである。本実施例においては傾斜機構１
３を、ハンド１２とアーム１０４の先端下側面との間に
設けられた１軸の関節としている。そして、この軸を、
水平かつガイドレール１０２に平行な向きとしている。
ウエハＷの姿勢（ここでは、後述する傾斜角θw）は、
この傾斜機構１３によって調整される。

【００２２】特に述べなかったが、搬送機構１はモータ
を備えており、このモータの発生する力によって作動さ
れる。搬送機構１は、制御装置２からの指示に従って動
作する構成となっている。また、搬送機構１内部は負圧
に保たれているため、搬送機構１内部での発生した塵
は、外部には放出されることはない。万が一放出された
場合でも、後述のフィルタユニット６を通じて供給され
る正常な下降気流を、吸気装置５によって吸引している
ため、塵埃がウエハＷやカセット３に付着したり洗浄液
ｃを汚染したりすることはない。搬送機構１の具体的構
成は、ここで述べたものには限定されない。

【００２３】ウエハカセット３（以下”カセット３”と
略記する）は、ウエハＷを収容するためのものである。
該カセット３の構造等については、該カセット３内に収
納されたウエハＷの状態とともに後述する。

【００２４】制御装置２は、外部からの指令、もしくは
内部に有するスケジュールに従って該ウエハ洗浄装置全
体を制御統括するためのものである。洗浄については、
基本的には、時間に基づいた管理を行っている。制御装
置２は、演算ユニット（マイクロプロセッサ２００、Ｒ
ＯＭ２０１、ＲＡＭ２０２、およびこれらのメモリに格
納されているプログラム、データ）と、搬送機構１との
間での入出力を管理する搬送管理Ｉ／Ｏ２４を備えてい
る。該制御装置２は、カセット３(すなわち、ウエハＷ)
の移動の速度（速さ、および、向き）と、カセット３
(すなわち、ウエハＷ)の傾斜角と、が上述のスケジュー
ルに従ったものとなるように、上述の搬送機構１に指示
を送っている。

【００２５】これらの制御動作の内容およびタイミング
を規定したスケジュールは、予めＲＡＭ２０２等の内蔵
記憶手段に格納されている。なお、最適なスケジュール
は、全体の搬送速度、カセット３の構造、洗浄液ｃの液
量等によって、適用するシステムごとに決まるものであ
る。このスケジュールについては、後ほど図６等を用い
て説明する。

【００２６】制御装置２のメモリには、この他にも、洗
浄槽４の位置（あるいは、洗浄層４の位置にまで到達す
るまでの時間）、大きさ等のデータが格納されている。
制御装置２は、これらのデータを利用することによっ
て、搬送先（目的位置）が洗浄液中であるか否かを判定
する機能をも備えている。

【００２７】本実施例のウエハ洗浄装置は、この他に
も、吸気装置５、フィルタユニット６、洗浄液管理装置
７、筐体８等を備えている。また、制御装置２はこれら
を制御するための外部通信装置２１、洗浄液管理Ｉ／Ｏ
２２、クリーンエア管理Ｉ／Ｏ２３、時間・異常監視ユ
ニット２５等を備えている。

【００２８】時間・異常監視ユニット２５は、安全装置
である。このユニットは、、ＣＰＵユニット２０からは
半ば独立して動作する構成となっている。従って、本実
施例のウエハ洗浄装置では、万が一ＣＰＵユニット２０
が暴走状態となった場合でも、必要最低限の安全処置を
とることができる。時間・異常監視ユニット２５は、例
えば、過昇温、漏水、漏電、断線、洗浄液の異常減少等
が生じていないか監視を行い、必要に応じて洗浄装置の
非常停止、非常灯の点灯等を行わせる。また、可能であ
れば、ＣＰＵユニット２０に異常の内容を報告する。な
お、ＣＰＵユニット２０自身も、この時間・異常監視ユ
ニット２５に定期的に信号を送ることで、自らが正常で
あることを知らせる構成となっている。さらに、時間・
異常監視ユニット２５は、ＣＰＵユニット２０の異常以
外の原因に基づいて洗浄装置を非常停止させた場合に
は、外部通信装置２１を通じてオペレータに異常内容を
報告する機能を備えている。復旧後は、予め定められた
信号を時間・異常監視ユニット２５に送ることで、非常
停止状態は解除される。

【００２９】特許請求の範囲においていう”保持手段”
とは、本実施例においては、ハンド１２およびカセット
３によって実現されるものである。”移動手段”とは、
水平移動機構１０によって実現されるものである。”姿
勢変更手段”とは、傾斜機構１３によって実現されるも
のである。”制御手段”とは、背御装置２によって実現
されるものである。

【００３０】次に、本実施例（本発明）の前提となる、
カセット３内におけるウエハＷの状態、および、この状
態に対する外乱の影響を、図３乃至図６を用いて説明す
る。図３は本発明の搬送機構１によって空気中を搬送さ
れているウエハＷの縦断面図。図４は図３を矢印Ａ方向
からみた立面図である。図５は図３の状態を矢印Ｂ方向
からみた断面図である。

【００３１】カセット３は、内部が縦の仕切り（保持部
３１）によって区切られており、ウエハＷは、各区画ご
とに１枚ずつ立てて入れられている。各区画内において
はウエハは特に固定されていない。カセット３は、洗浄
液の内部への侵入を容易とするため、底板は設けられて
いない。その代わりに、カセット３は下側をせばめられ
た形状とされ（図４参照）、収容したウエハ３が滑り落
ちてしまうのを防いでいる。ウエハＷの納められたカセ
ット３は、上述のハンド１２および傾斜機構１３によっ
て所望の角度で保持される。

【００３２】ここでは、内部に納められたウエハＷのデ
バイス形成面Ｗｆ（以下”表面Ｗｆ”と略記する）を上
に向けるような向きで、カセット３が鉛直方向から角度
θw（以下”傾斜角θw”という）だけ傾けられているも
のとする。傾斜角θwは、半導体ウエハのデバイス形成
面に対して垂直な鉛直面内における、デバイス形成面Ｗ
ｆの角度である。この傾斜角θwは、鉛直方向を基準と
し、デバイス形成面を上に向けるような向きを正とす
る。

【００３３】このような状態において、ウエハＷは、重
力加速度ｇに起因する力Ｆgによって、鉛直下向きに引
かれている（図６参照）。該力Ｆgの大きさは、数５で
示される。

【００３４】

【数５】Ｆg ＝ ｍ・ｇ ｍ：ウエハＷの質量 ｇ：重力過速度 この場合、力ＦｇがウエハＷにおよぼす作用は、保持部
分３１に垂直な力（以下”垂直抗力Ｆｎ”という）と、
保持部分３１に平行な方向の力（以下、”押し下げ力Ｆ
ｄ”という）と、に分解して考えることができる。

【００３５】垂直抗力Ｆnは、ウエハＷの裏面Ｗｒを保
持部分３１に押し付けている。

【００３６】一方、押し下げ力Ｆdは、ウエハＷを、保
持部分３１と摺動し滑り落とそうとする向きに作用して
いる。しかし、上述したとおり、カセット３は下側がせ
ばまった形状となっているため（図４参照）、ウエハＷ
は滑り落ちることなく安定に保持されている。

【００３７】このため、たとえ搬送時に外乱加速度αが
カセット３に加わった場合でも、外乱加速度αに起因し
た力Ｆαが、垂直抗力Ｆnおよび押し下げ力Ｆdより充分
小さければ、ウエハＷはカセット３の内部で安定に保持
され続ける。

【００３８】ところで、垂直抗力Ｆnおよび押し下げ力
Ｆdは、下記数６、数７で示されるとおり、ウエハＷの
傾斜角度θwの関数である。数６からわかるとおり、傾
斜角度θwが大きいほど、垂直抗力Ｆnは大きくなる。逆
に、数７からわかるとおり、傾斜角度θwが大きいほ
ど、押し下げ力Ｆdは小さくなる。

【００３９】

【数６】Ｆn ＝ ｍ・ｇ・sinθｗ ｍ：ウエハＷの質量 ｇ：重力過速度 θw：鉛直方向を基準とした傾斜角度

【００４０】

【数７】Ｆd ＝ ｍ・ｇ・cosθw ｍ：ウエハＷの質量 ｇ：重力過速度 θw：鉛直方向を基準とした傾斜角度 従って、どの程度の外乱にまで耐えてウエハＷが安定に
保持されるかは、この傾斜角度θwに応じて定まるもの
である。具体的には、外乱の力Ｆαが垂直抗力Ｆnより
小さければ（すなわち、Ｆα＜Ｆnの関係が満たされて
いれば）、ウエハＷが保持部３１から浮き上がってしま
うことはない。

【００４１】外乱に起因した力Ｆαの大きさは、数８で
表される。

【００４２】

【数８】Ｆα＝ｍ・α ｍ：ウエハＷの質量 α：外乱過速度 従って、数６、数８より、ウエハＷの浮き上がりの問題
に関しての傾斜角θwの下限は、数９で表される。

【００４３】

【数９】α／ｇ＜sinθw 例えば、予想される外乱加速度αが1.96m/s²以下の場
合、θwは、数９より0.2rad以上あれば良いことが判
る。実際は保持部分３１の細部形状・材質等によって誤
差が生じるため、余裕を見込んでπ/12rad(15deg)程度
あれば充分である。

【００４４】ところで、カセット３の保持部分３１が接
触しているのは、ウエハＷの裏面Ｗｒであり、表面Ｗｆ
とは接触していない。そのため、万一、カセット３の保
持部分３１と裏面Ｗｒとが摺動するような事態が生じて
も、表面Ｗｆに塵挨が付着する可能性は低い。また、垂
直抗力Ｆｎがある程度大きくなるように条件を設定して
おけば、ウエハＷと保持部３１との摩擦力が大きくな
り、ウエハＷは、摺動する方向には動きにくくなる。従
って、外乱の力Ｆαと押し下げ力Ｆｄとの関係に基づく
傾斜角度θwの制限（上限）は、考慮しなくても実質上
構わないと思われる。従って、これ以降は、外乱の力Ｆ
αと、垂直抗力Ｆｎと関係のみに着目して話を進めるこ
ととする。

【００４５】次に、ウエハＷを納めたカセット３を洗浄
液ｃへ沈降させる際の、動作およびその制限について述
べる。

【００４６】図６は、ウエハＷ及びカセット３を、洗浄
液ｃへ沈降させるている時に作用する力を示したもので
ある。ここでは、沈降の速度Ｖ（大きさ：ｖ、向き：斜
行角θv）で、カセット３全体を移動させつつ沈めてゆ
くものとする。斜行角θvは、ウエハＷのデバイス形成
面に対して垂直な鉛直面内における、ウエハＷの移動の
向きを示す角度である。この斜行角θvは、鉛直下向き
を基準とし、ウエハＷの表面（デバイス形成面）の側を
正にとった。速さｖも同様に、速度ＶのウエハＷのデバ
イス形成面に垂直な鉛直面内における成分である。

【００４７】カセット３を沈降させる場合、洗浄液ｃの
抵抗力Ｆlは上向きの成分を持つ。そのため、ウエハＷ
を傾けた状態で、単に、鉛直方向に降下（斜行角θv＝
０）させたのでは、洗浄液ｃの抵抗力Ｆlによって、ウ
エハＷは保持部３１から離れてしまう。速さｖを極めて
小さくすれば（外乱を小さくすれば）、浮き上がりが生
じないことは上述したとおりであるが、ウエハ洗浄装置
の実用レベルでの速さを想定した場合、鉛直方向に降下
させた場合の浮き上がりは避けられないと思われる。

【００４８】そこで、本実施例（本発明）では、斜行角
θvを、傾斜角θwよりも大きくすることによって、ウエ
ハＷの浮き上がりを防止しつつ、実用レベルでの速さｖ
を実現している。

【００４９】洗浄液ｃの抵抗力ＦlがウエハＷに及ぼす
作用は、ウエハＷに垂直な方向の力Ｆｎ’と、ウエハＷ
に平行な方向の押し上げ力Ｆｕと、に分解して考えるこ
とができる。斜行角θvをウエハＷの傾斜角θwより大き
くした場合、抵抗力Ｆl（この場合、力Ｆｎ’）は、ウ
エハＷの裏面Ｗｆを保持部３１に更に押し付ける方向に
働く。つまり、ウエハＷを保持部３１から浮き上がらせ
ようとする力を、消失させることができる。さらに、洗
浄液ｃの抵抗力Ｆｌに起因する力Ｆｎ’と、ウエハＷの
自重に起因する垂直抗力Ｆnとが、あわさって、ウエハ
Ｗを保持部へ押しつけようとする力は、より大きくな
る。つまり、摩擦力Ｆfが大きくなっている。従って、
押し上げ力Ｆuが、重力による押し下げ力Ｆdに逆らって
ウエハＷを摺動させようとしても、ウエハＷは容易には
動かない。

【００５０】ウエハの安定性という観点のみから見た場
合には、斜行角θvを傾斜角θwよりもできるだけ大きく
しておくことが好ましい。

【００５１】しかし、その一方で、斜行角θvをあまり
に大きくしすぎると、カセット３あるいはハンド１２
が、洗浄槽４の壁面４１に接触してしまうことになる。
この接触を避けるためには、洗浄槽４とカセット３の間
隙を充分にとらなければならない。これは洗浄槽４の大
型化、すなわち、洗浄液ｃの消費量の増大を招くことに
なり、好ましいことではない。つまり、洗浄槽４の小型
化という観点から見た場合には、斜行角θvは可能な限
り小さい方が好ましい。

【００５２】実際上は、ウエハＷが洗浄液に浸っていて
も、斜行角θvを、傾斜角θwより小さくできる領域があ
る。ウエハＷが、洗浄液ｃの液面付近にある場合（ウエ
ハＷの下側部分のみが洗浄液ｃに浸っている場合）であ
る。このような状態では、洗浄液ｃの抵抗力Ｆlは、ま
だ大きくない。そのため、斜行角θvが傾斜角θwより小
さくても、ウエハＷは安定している。ただ、斜行角θv
がどの程度まで小さくても良いかは、洗浄液ｃに浸って
いる部分のウエハＷ全体に対する割合と、速さｖの大き
さとの関係等によって定まる。

【００５３】そこで、本実施例では、以上述べた、ウエ
ハＷの安定化と、洗浄槽４の小型化という相反する要求
の兼ね合いから、実際の斜行角θvを決定している。す
なわち、図７に示すとおり、ウエハＷの一部のみが洗浄
液に浸っている状態では、斜行角θv＞傾斜角θwの条件
を満たす範囲内で、斜行角θvを小さくしている。そし
て、ウエハＷが洗浄液ｃに完全に浸った後は、徐々に、
斜行角θvを大きくしてゆくこととしている。以下、該
図７に示した制御内容の詳細について説明する。

【００５４】図７は、洗浄槽４に搬送されてきたカセッ
ト３が、洗浄槽３の洗浄液ｃに浸漬・洗浄され、洗浄液
ｃから引き出され搬送されて行くまでの間における、ウ
エハＷの傾斜角θwと、斜行角θvと、カセット３の最下
部の高さ位置Ｈと、の関係を示したものである。

【００５５】［大気中搬送過程Ｉ］空気中を搬送してい
る間は、傾斜角θw＝π/12radとしている。斜行角θv
は、洗浄液ｃの液面が近づくにつれて増大させて行く。

【００５６】［着水過程］まず、カセット３の最下端部
が時刻ｔ１に着水する。この時点から、傾斜角θwをわ
ずかに小さくし始める。そして、この後、ウエハＷの最
下端部が着水する時刻ｔ２の直前から、傾斜角θwを小
さくする速度を早めて行く。

【００５７】一方、斜行角θvは引き続き増大させ、ウ
エハＷの最下部が洗浄液に着水した時点で、傾斜角θw
よりも大きくなるようにする。この後、斜行角θvは極
大値をとり、減少に転じる。

【００５８】高さＨの変化からわかるように、該過程に
おいては、降下速度Ｖを減速させている。これは、ウエ
ハＷの着水の衝撃でウエハＷが浮き上がることを防止す
るためである。

【００５９】［沈降過程］ウエハＷを洗浄液ｃに沈降さ
せゆくのに従って、傾斜角θwを小さくして行く。最終
的には、カセット台４０に達した時点で、傾斜角θw
が、ちょうどこのカセット台４０の傾斜の角度θmi
（注：傾斜角θwとは異なり、水平方向を基準としてい
る）に達するようにする。

【００６０】斜行角θwは、傾斜角θwの減少に従って徐
々に減少させてゆく。ただし、この間、当然、傾斜角θ
w＜斜行角θvの条件は満たすようにする。

【００６１】［洗浄過程］カセット３はカセット台４０
に載せ置かれており、傾斜角θw＝θmiとなっている。
この間、カセット３は静止しているため、斜行角θv
は、定義不能である。

【００６２】なお、洗浄液ｃの流れを考慮すると、洗浄
中のウエハＷの傾斜角θwが必要以上に大きいと洗浄液
の流れを阻害するおそれがある。そのため、カセット台
４０の角度miは、π/12radより小さいことが好ましい。

【００６３】［浮上過程］洗浄終了後、傾斜角θwを増
大しつつカセット３を、鉛直上向きに引き上げてゆく。
斜行角θv＝πである（図示せず）。

【００６４】図８に示すとおり、この過程ではウエハＷ
にかかる洗浄液ｃの抵抗力Ｆlが、重力による力Ｆgと同
じ方向に作用する。そのため、傾斜角θwは、沈降過程
（図６参照）に比べて小さくしてもウエハＷは安定して
いる。

【００６５】［離水過程］傾斜角θwは引き続き増大さ
せて行く。そして、洗浄液ｃからウエハＷが完全に引き
出されるまでに当初の傾斜角θwであるπ/12radに復帰
させる。

【００６６】斜行角θvは引き続きπとする。

【００６７】高さＨの変化からわかるように、該過程に
おいては、上昇速度を減速させている。これはウエハＷ
の下部分のみが洗浄液ｃの液中に残っている状態におい
て、保持部３１を梃子の支点としてウエハＷが持ち上が
る事態を回避する働きがある。

【００６８】［大気中搬送過程ＩＩ］空気中を搬送して
いる間は、傾斜角θw＝π/12radとしている。斜行角θv
はπのままである。

【００６９】図７に示した例では、カセット３の昇降の
速さは、大気中搬送過程で最大としている。一方、着水
過程、離水過程を除けば、沈降過程を最も遅くしてい
る。これは以下の理由によるものである。

【００７０】空気中でのカセット搬送は最も抵抗が少
なく高速搬送に問題がないため、搬送効率上、高速搬送
が好ましい。

【００７１】洗浄液ｃの液中では抵抗が大きいため、
あまりに高速で沈降させたのでは、ウエハＷにダメージ
を与えるおそがある。特に、沈降過程では、ウエハ３に
押し上げ力Ｆuが働くため、ウエハＷが浮き上がり易い
状態にある。

【００７２】沈降、浮上を、高速で行うと、洗浄液ｃ
を必要以上に撹拌して洗浄槽４の壁面４１および底面４
２に付着している塵挨を巻き上げることになる。

【００７３】制御装置２は、以上述べた内容の制御を実
現すべく、搬送機構１を制御している。この制御装置２
による搬送機構１の制御の概要を図９のフローチャート
を用いて説明する。

【００７４】まず、ハンド１２の位置を確認する（ステ
ップ９２）。そハンド１２が、搬送対象となっているカ
セット３の真上に位置していない場合には、水平移動機
構１０を作動させて、ハンド１２をカセット３の上方の
予め定められた位置にまで移動させる（ステップ９
４）。この後は、ステップ９６に進む。なお、ステップ
９２において、ハンド１２がカセット３の上方にあった
場合には、直接ステップ９６に進む。

【００７５】ステップ９６においては、昇降機構１１を
作動させて、ハンド１２を降下させる。そして、ハンド
１２にカセット３を保持させる（ステップ９８）。

【００７６】この後、当該カセット３が洗浄液中に浸っ
ているか否かを判断する（ステップ１００）。この判断
は、例えば、カセット３の高さ位置が予め定められた基
準位置（洗浄液の液面位置に相当）よりも高い位置にあ
るか否かを判断することでわかる。あるいは、別途セン
サを設け、その出力結果に基づいて判断するようにして
も良い。

【００７７】ステップ１００においてカセット３が洗浄
液に浸っている場合には、上述した傾斜角、斜行角、上
昇速度等に関する条件を満たすように水平移動機構１
０、昇降機構１１、傾斜機構１３を制御しつつカセット
３を所定高さまで上昇させる（ステップ１０２）。これ
らの制御の具体的内容は制御装置２のメモリ中にタイム
テーブルとして予め規定されている。なお、このステッ
プ１０２からステップ１０６に至る処理が、カセット３
を保持した時点で、既に当該カセット３が洗浄液ｃに浸
っている状態とは、図７における浮上過程から離水過程
に該当する。

【００７８】ステップ１００においてカセット３が洗浄
液中に浸っていなかった場合には、水平移動搬送の基本
姿勢の傾斜角になるように、当該カセット３の位置及び
姿勢を直線補完しつつ、所定高さ位置にまで直線的に上
昇させる（ステップ１０４）。なお、このステップ１０
４のごとくカセット３を保持した時点で、当該カセット
３が洗浄液ｃに浸っていない状態とは、図７における大
気搬送過程Ｉに該当する。

【００７９】ステップ１０２あるいはステップ１０４の
後は、水平移動機構１０等を作動させて、その時の搬送
の目標位置の上方にまでカセット３を搬送させる（ステ
ップ１０６）。目標位置付近まで達すると、今度は当該
目標位置が洗浄液内であるか否かを判定する（ステップ
１０８）。この判断は、制御装置２が予め備えている洗
浄槽４の位置、大きさ等のデータと、該目標位置の位置
データとを比較することで行う。

【００８０】目標位置が洗浄液内であれば、上述した傾
斜角、斜行角、降下速度等に関する条件を満たすように
水平移動機構１０、昇降機構１１、傾斜機構１３を制御
しつつカセット３を目標位置にまで移動させる（ステッ
プ１１０）。これらの制御の具体的内容は制御装置２の
メモリ中にタイムテーブルとして予め規定されている。
なお、このステップ１１０が、図７における着水過程か
ら沈降過程に該当する。

【００８１】ステップ１０８においては、目標位置が洗
浄液外（気相中）である場合には、先の上昇の場合と同
様に、直線的に目標位置、姿勢にハンド１２を移動させ
て、カセット３を降下させる（ステップ１１２）。

【００８２】ステップ１１０あるいはステップ１１２の
後は、ハンド１２を開いてカセット３を離す（ステップ
１１４）。そして、水平移動機構１０、昇降機構１１を
作動させて、ハンド１２を所定の退避位置にまで退避さ
せる（ステップ１１６）。

【００８３】なお、図６では、大気中搬送過程Ｉから大
気中搬送過程ＩＩに至るまでを連続して描いているが、
実際にはこれは図９の処理の２回分に相当するものであ
る。つまり、大気中搬送過程Ｉから沈降過程までが１回
目の搬送である。この１回目の搬送においては、上述し
たとおりステップ１００およびステップ１０８の分岐に
おいて、それぞれステップ１０４、ステップ１１０に進
むことになる。２回目の搬送は、浮上過程から大気中搬
送過程ＩＩまでである。この２回目の搬送においては、
ステップ１００におよびステップ１０８の分岐におい
て、それぞれステップ１０２、ステップ１１２の側に進
むことになる。

【００８４】ここで述べた処理では、ステップ１００お
よびステップ１０８において、搬送先（目的位置）が洗
浄液中にあるか否かを基準とした判断、および、この判
断の結果に基づいた分岐を含んでいる。しかし、洗浄槽
の配置、搬送の経路等がほとんど変更されないのであれ
ば、このような判断等の処理を含めることなく、単に、
予め定められた一定パターンで搬送機構１を作動させる
ようにしても良い。

【００８５】傾斜機構１３（すなわち、傾斜角θw）の
制御と、水平移動機構１０および昇降機構１１（すなわ
ち、斜行角θvおよび移動速度）の制御とは、必ずしも
連携させて行う必要はない。両者を別々に制御してもよ
い。結果的に、両者の関係が、上述した条件を満たした
ものとなってさえいれば、本発明の目的は達成される。

【００８６】以上説明したとおり、実施例１では、ウエ
ハＷの安定を損なうことなく、ウエハ洗浄工程全体での
高速化を図ることができる。

【００８７】実施例１では、洗浄液ｃの節約の観点から
洗浄槽４の容積をできるだけ小さくするという要素をも
含めて、斜行角θv、傾斜角θwの制御内容を決定してい
た。しかし、洗浄液ｃの節約という制限を緩和して考え
た場合には、別の選択が可能である。

【００８８】例えば、洗浄槽４を大型化することが許さ
れる場合には、斜行角θvを常に大きくしておくことが
可能である。このような場合には、斜行角θvを変更し
なくても、傾斜角θwの調整のみで、斜行角θv＞傾斜角
θwの条件を常に実現することができる。このような場
合には、斜行角θvを変更する機能が不要となるため、
搬送機構１を簡素化できる。逆に、斜行角θvの設定値
をある程度大きくしておけば、傾斜角θwの調整を不要
とすることができる。このような場合には、傾斜角θw
を変更する機能が不要となるため、搬送機構１を簡素化
できる。場合によっては、傾斜角θwおよび斜行角θvを
一定にしても良上述の条件を満たすことができる。

【００８９】図１０に示すとおり、洗浄槽４の傾き角度
を調整するための傾斜機構４３を付加すれば、必要に応
じて斜行角θvを大きく取ることができる。ただし、洗
浄液ｃの流出をできるだけ防ぐためには、洗浄槽４を予
め深くしておく必要がある。この場合も、斜行角θvの
制限が緩和されるので搬送機構１を簡素化することがで
きる。傾斜機構４３が、特許請求の範囲においていう”
洗浄槽傾斜手段”に該当するものである。

【００９０】図１１に示したように洗浄槽４の一部の壁
面４１のみをあらかじめ傾斜させておいてもよい。必ず
しも、壁面４１の全体を傾斜させる必要はなく、ウエハ
カセット３等の移動のじゃまにならなければ、壁面４１
の一部のみを傾斜させるだけでも良い。このようにすれ
ば、洗浄槽４の容積を僅かに増加させるのみで、必要に
応じて斜行角θvを大きくすることができる。この場合
も、斜行角θvの制限が緩和されるので搬送機構１を簡
素化することができる。

【００９１】ここまでの説明では、ウエハＷを沈降させ
る際に、ウエハＷを水平方向の成分を含んで移動させる
こと（すなわち、斜行させること）を前提として、傾斜
角θw、斜行角θvについて議論を進めてきた。これをよ
り上位の概念から見た場合には、ウエハＷと洗浄液ｃと
の相対速度が、これまでの議論と同様な状態となってい
ればよい。つまり、沈降過程においてアーム１０を作動
させるのに代わって、洗浄液ｃをウエハＷの表面Ｗｆに
向かう方向に流すようにしても、同様の効果を得ること
ができる（図１２参照）。この場合には、ウエハＷの斜
行角θv＝０とすることができる。この場合にも、搬送
機構１の簡素化が可能である。但し、洗浄槽液ｃに所定
速さの流れを付与するためのポンプ等を別途備える必要
がある。この場合には、このポンプ等が、特許請求の範
囲においていう”流れ形成手段”に相当する。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明のウエハ洗浄
装置によれば、ウエハの洗浄液への沈降時および洗浄液
からの浮上時いずれにおいても、ウエハがウエハカセッ
トの保持部分と摺動して塵挨を発生するような事態を無
くすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるウエハ洗浄装置の外観
図である。

【図２】本実施例の制御構成を示すブロック図である。

【図３】空中を搬送中における、ウエハＷおよびカセッ
ト３の状態を示す側面透視図である。

【図４】図３において、矢印Ａの方向から見た状態を示
す図である。

【図５】図３において、矢印Ｂの方向から見た状態を示
す図である。

【図６】洗浄液への浸漬中における半導体ウエハおよび
カセットの状態およびこの状態においてウエハＷに加わ
る力を示すを模式図である。

【図７】ウエハＷおよびカセット３の高さ位置、角度の
変化の様子を示すグラフである。

【図８】洗浄液から上昇中におけるウエハＷおよびカセ
ット３の状態およびこの状態においてウエハＷに加わる
力を示す模式図である。

【図９】ウエハＷ搬送の基本動作を示すフローチャート
である。

【図１０】洗浄槽を傾ける傾斜機構４３を備えた例を示
す図である。

【図１１】洗浄槽の一部の壁面を傾斜させた例を示す図
である。

【図１２】洗浄液に流れを付与した例を示す図である。

【符号の説明】

１…搬送機構、２…制御装置、３…カセット、４…洗浄
槽、５…吸気装置、６…フィルタユニット、７…洗浄液
管理装置、８…筐体、１０…水平移動機構、１１…昇降
機構、１２…ハンド、１３…傾斜機構、２０…ＣＰＵユ
ニット、２１…外部通信装置、２２…洗浄液管理Ｉ／
Ｏ、２３…クリーンエア管理Ｉ／Ｏ、２４…搬送管理Ｉ
／Ｏ、２５…時間・異常監視ユニット、３１…保持部、
４０…カセット台、４１…壁面、４２…底面、４３…傾
斜機構、１００…ベース、１０２…ガイドレール、１０
４…アーム、１１０…支柱、２００…マイクロプロセッ
サ、２０１…ＲＯＭ、２０２…ＲＡＭ、ｃ…洗浄液、Ｗ
…ウエハ、Ｗｆ…ウエハ表面、Ｗｒ…ウエハ裏面、θv
…斜向角、θw…傾斜角

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエハを洗浄液に浸漬して洗浄する
   半導体ウエハ洗浄装置において、 上記洗浄液を収容する洗浄槽と、 上記半導体ウエハを保持する保持手段と、 上記保持手段によって保持された上記半導体ウエハを、
   水平方向および鉛直方向に移動可能に構成された移動手
   段と、 上記保持手段によって保持された上記半導体ウエハの姿
   勢を変更可能に構成された姿勢変更手段と、 上記保持手段、移動手段および姿勢変更手段を作動させ
   る制御手段と、を備え、 上記制御手段は、下記数１の関係を保って、上記半導体
   ウエハを上記洗浄液に沈降させるものであること、 【数１】傾斜角θw ＜ 斜行角θv 傾斜角θw：半導体ウエハのデバイス形成面に垂直な鉛
   直面内における、半導体ウエハのデバイス形成面の角度
   （鉛直方向を基準とし、デバイス形成面が上方を見る向
   きを正とする） 斜行角θv：半導体ウエハのデバイス形成面に垂直な鉛
   直面内における、半導体ウエハの移動の向きを示す角度
   （鉛直下向きを基準とし、ウエハのデバイス形成面の側
   を正とする） を特徴とする半導体ウエハ洗浄装置。
2. 【請求項２】半導体ウエハ洗浄液に浸漬して洗浄する半
   導体ウエハ洗浄装置において、 上記半導体ウエハを予め定められた傾斜角θvで保持す
   る保持手段と、 上記保持手段によって保持された上記半導体ウエハを、
   水平方向および鉛直方向に移動可能に構成された移動手
   段と、 上記移動手段を作動させる制御手段と、を備え、 上記制御手段は、下記数２の関係を保って、上記半導体
   ウエハを洗浄液に沈降させるものであること、 【数２】傾斜角θw ＜ 斜行角θv 傾斜角θw：半導体ウエハのデバイス形成面に垂直な鉛
   直面内における、半導体ウエハのデバイス形成面の角度
   （鉛直方向を基準とし、デバイス形成面が上方を仰ぎ見
   る向きを正とする） 斜行角θv：半導体ウエハのデバイス形成面に垂直な鉛
   直面内における、半導体ウエハの移動の向きを示す角度
   （鉛直下向きを基準とし、半導体ウエハのデバイス形成
   面の側を正とする） を特徴とする半導体ウエハ洗浄装置。
3. 【請求項３】上記洗浄槽を傾斜させる洗浄槽傾斜手段を
   さらに有すること、 を特徴とする請求項１または２記載の半導体ウエハ洗浄
   装置。
4. 【請求項４】上記洗浄槽の側壁面の少なくとも一部は、
   外側に傾斜していること、 を特徴とする請求項１または２記載の半導体ウエハ洗浄
   装置。
5. 【請求項５】上記洗浄液に流れを発生させる流れ形成手
   段をさらに有すること、 を特徴とする請求項１または２記載の半導体ウエハ洗浄
   装置。
6. 【請求項６】上記保持手段は、 上記半導体ウエハを収容するウエハカセットと、 上記ウエハカセットを掴むハンドと、 を含んで構成されていることを特徴とする請求項１また
   は２記載の半導体ウエハ洗浄装置。