JPH0997777A - 洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 経済性に優れ（装置の設置面積小、価格
小）、技術的にも優れる（洗浄効率大）、バッチ式単槽
洗浄装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 洗浄槽への給液初期は、流量を小さくす
る。給液の中・後期には流量を大きくする。流量の調整
は、バッファ槽１０１から洗浄槽１０６に洗浄液を導く
給液管１０５の端部開口部の開度を制御用ロッド弁１０
４によって行う。 【効果】 給液中、飛沫、気泡、ウエハの振動を生じさ
せることなく、給液を短時間（１５秒以内）で完了でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体（特に、ウ
エハ）の製造工程に用いられる洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ウエハ洗浄装置の主流は、多槽洗
浄装置である。多槽洗浄装置は、その名の通り多数の洗
浄槽を備えており、多数枚のウエハを、次々に異る洗浄
槽に移しながら洗浄してゆく。洗浄の後は、乾燥槽でウ
エハを乾燥させるようになっている。このような多槽洗
浄装置の一例を図３を用いて説明する。先ず、第１の洗
浄槽３０１において、ウエハをアルカリ系薬液による処
理する。次にウエハを第２の洗浄槽３０２に移し、ここ
で純水（超純水の場合も含む）による処理を行う。この
後、ウエハを第３の洗浄槽３０３に移し、ここで酸系薬
液による処理を行う。さらに、この後、ウエハを第４の
洗浄槽３０４に移し、ここで純水による処理を行う。以
後、同様の処理を繰り返すことで洗浄する。槽数は、必
要に応じて２以上の適切な数を決める。

【０００３】このような多槽洗浄装置の長所は、洗浄処
理をバッチ式で進めるため、洗浄の効率が高いことであ
る。欠点は、装置の設置面積が大きくなることである。
また、設置面積の増大に伴なって、装置価格も増大する
ことにある。ここでいう装置価格には、装置購入価格と
装置ランニング価格の両者を含む。また、図３には示し
ていないが、各槽間においてウエハを搬送するための搬
送用ロボットが必要である。今後、洗浄対象物であるウ
エハの大口径化が進むにつれて、洗浄装置の設置面積と
装置価格がより一層増大することと考えられる。搬送用
ロボットの設置面積、価格も同様に増大することが予測
される。なお、バッチ式とは、同時に多数枚（適時、２
５枚、５０枚、その他の複数枚数を定める）のウエハを
処理する方式である。バッチ式の反対は、一度に１枚の
ウエハを処理する枚葉式である。

【０００４】多槽洗浄装置の長所（高効率洗浄）を維持
しつつ、短所（設置面積大、装置価格大）をなくした洗
浄装置として、現在、単槽洗浄装置の開発が進められて
いる。その一例を図４に示す。

【０００５】この図４の洗浄装置は、その名の通り、洗
浄槽を１つしか備えていない。但し、洗浄槽の他に乾燥
槽４０２を備える点は多槽と同様である。洗浄槽を１つ
にすることによって、搬送ロボットの必要台数も削減で
き、結果的に、装置の設置面積、価格を低減できる。
尚、一般的には、“単槽”と言っても様々な種類があ
る。図５のように洗浄槽の他に乾燥槽を別途備える方式
の他に、洗浄および乾燥を１つの槽で実施する方式、さ
らには、洗浄槽を２つ以上に分ける方式（即ち、洗浄乾
燥を３つ以上の槽で実施する方式）もある。以後、“単
槽”と言った場合には、図４に示す方式（洗浄槽４０１
および乾燥槽４０２をそれぞれ１つずつ備えるもの）を
指すものとする。

【０００６】単槽洗浄装置における共通の課題は、洗浄
液の切換にある。単槽洗浄装置では、洗浄液を換える度
ごとに洗浄槽内の洗浄液を入れ替えなければならない。
この入れ替えがうまくゆかず異種類の液が不適切に混合
すると様々な問題が生じる。例えば、アルカリ系薬液と
酸系薬液が混合すると塩が発生し、これが異物となって
問題が生じる可能性がある。また、アルカリ系薬液また
は酸系薬液の後には、純水を給液することでその薬液を
取り除いているが、万が一その薬液を十分に取り除けな
かった場合は、洗浄効果の低下を招く可能性がある。

【０００７】この洗浄液の交換に関する問題を解決しよ
うとして従来から様々な技術が提案されている。例え
ば、特開平４−１７１７２５号公報には、図５に示すよ
うな技術が開示されている。この方式ではガイド５０１
によって洗浄槽５０２の内壁に沿って液を重力落下させ
ることで給液を行っている。そして、落下する液の飛沫
がウエハ５０６へ付着するのを、仕切板５０３によって
防いでいる。この方式では、ウエハ５０６は下側からゆ
っくりと液に浸漬されてゆく。従って、気泡が発生せ
ず、液が波立つことはない。本従来例では、すのこ５０
４及びキャリア５０５も洗浄装置の構成要素に含まれ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術（特開平
４−１７１７２５号）は、給液が低速である時には確か
に上述した効果が得られる。しかし、給液が低速である
が故に、液交換に長時間を要し、その結果、ウエハが空
気にさらされる時間が長くなる。一般に、洗浄途中、ウ
エハを空気中にある一定時間以上さらすと洗浄効果が低
下する。特に、フッ酸系薬液による洗浄の後はウォータ
マークが発生し、洗浄効果が著しく低下する。尚、“ウ
ォータマーク”とは、フッ酸で洗浄後、水洗し空気中で
自然乾燥させた場合に、ウエハの水滴の付着していた部
分に発生するシミのことである。これは、半導体素子特
性劣化の原因となる。

【０００９】また、給液を高速に行おうとすると、液は
内壁に沿って流れることなく急激に落下してしまう。す
ると、飛沫、気泡が多く発生し、仕切板５０３ではこれ
らがウエハ５０６に付着するのを防ぎきれない。その結
果、洗浄効果の低下、とりわけ、上述のウォーターマー
クの発生を招くという問題があった。また、液が波立つ
ことによってウエハ５０６が振動し、ウエハ５０６を保
持する治具およびウエハ５０６に微小なカケを生じさせ
る。この微小なカケが、ウエハ５０６に付着し、洗浄効
果を低減させていた。

【００１０】以下において、改めて、高速給液の必要
性、“高速”の定義、飛沫、気泡、振動を防止する必要
性、を説明しておく。

【００１１】［高速給液の必要性］ （１）ウォーターマークの防止 既に述べたようにフッ酸洗浄後、ウエハが一定時間以上
空気にさらされると、ウォーターマークが発生し、これ
により、当該ウエハから製造する素子の特性が劣化す
る。このため液の交換時間（即ち、ウエハが空気にさら
されている時間）を一定時間内に押さえなければならな
い。液の交換時間は、排液に要する時間（排液時間）
と、給液に要する時間（給液時間）と、に分けられる。
排液にはある程度時間を要するため、給液時間を短縮す
ることが必要となる。

【００１２】（２）エッチングむらの防止 一般に、バッチ式洗浄槽では、ウエハは縦に並べられて
いる。この状態において、下から徐々にフッ酸薬液の液
面が上がって来ると、このフッ酸薬液によってウエハの
下部側からエッチングが開始される。ウエハ上部のエッ
チングは、液面がウエハ上部に到達して初めて開始され
る。従って、ウエハの下部と上部とでは、エッチング開
始時刻、即ち、エッチング時間が異る。これにより、ウ
エハのエッチングむらが生じ、素子の特性が異ってしま
う。これを防ぐためには、水面の上昇速度の高速化、即
ち、給液の高速化が必要となる。

【００１３】なお、今後ウエハが横に並べられるような
状態が生じても、上記の目的のため（エッチングむら）
給液の高速化が必要であることにかわりない。

【００１４】［高速の定義］ウエハを空気中にさらして
ウォーターマークを発生させないためには、空気中にさ
らす時間を２５秒以内にとどめる必要があることが、実
験により明らかになった。この時間内に、前の液を排液
し、次の液を給液するためには、給液時間は、１５秒以
内とすることが必要である。従って、本明細書中、“高
速給液”とは、１５秒以内に給液を完了できることを意
味する。

【００１５】なお、洗浄槽中の液量は、１バッチのウエ
ハ枚数、ウエハの径等によって異るが、８インチウエハ
を５０枚収容可能な洗浄槽では２５リットル以上とな
る。但し、今後、ウエハが大径化し、１２インチあるい
はさらに大径のウエハが用いられることが予測される。
また１バッチのウエハの枚数が、現在の数より少なくな
ることも予測される。従って、将来的には、洗浄液の量
は、２５リットルよりも増えてゆくと思われる。

【００１６】［飛沫、気泡、振動を防止する必要性］飛
沫、気泡がウエハに付着すると、ウエハの洗浄効果が低
下する。特に、薬液がフッ酸薬液の場合には、ウエハの
エッチングむらが生じ、洗浄効果が著しく低下する。ま
た、ウエハが振動すると、ウエハを保持する治具の一
部、及びウエハの一部に微小な欠けが生じ、これが異物
となってウエハに付着し、洗浄効果が低下する。

【００１７】本発明の洗浄方法および装置は、バッチ式
単槽洗浄において、飛沫、気泡液の波立ちを抑えつつ、
給液に要する時間の短い洗浄装置を提供することを目的
とする。

【００１８】本発明は、設置面積が小さく、低価格の洗
浄装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本願発明者は、様々な実
験を行った結果、洗浄槽にある程度洗浄液が貯まってい
る状態では、給液流量を大きくしても、飛沫、気泡が発
生せず、ウエハの振動も起きにくいことが明らかとなっ
た。本発明はこのような知見に基づいてなされたもので
ある。

【００２０】上述した知見に基づいて、本発明において
は、給液の初期においては給液流量を小さくすること
で、飛沫、気泡の発生を防ぐ。ある程度洗浄槽に洗浄液
が貯まった後（給液の中・後期）は、流量を大きくする
ことで、給液時間の短縮を図る。給液流量の制御は、洗
浄槽へ給液する液を導く給液管の入口の開度を調整する
ことで行っている。

【００２１】本発明の構成を具体的に述べれば以下の通
りである。

【００２２】洗浄液を溜めおいて、この洗浄液によって
洗浄対象物を洗浄するための洗浄槽と、上記洗浄槽に供
給する洗浄液を貯留するためのバッファ槽と、上記バッ
ファ槽に貯留された洗浄液を上記洗浄槽に導く給液管
と、上記給液管の端部開口部の開口度を調整する弁と、
を有することを特徴とする洗浄装置が提供される。

【００２３】弁によって給液管の端部開口部の開口状態
を変えることで、流量を調整する。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態を図面を
用いて説明する。

【００２５】本実施形態の洗浄装置は、図１に示すとお
り、洗浄槽１０６と、バッファ槽１０１と、両者を繋ぐ
給液管１０５とを備えている。

【００２６】洗浄槽１０６は、洗浄液を溜めて、洗浄対
象物であるウエハの洗浄作業を行うためのものである。
洗浄液は、給液管１０５を通じてバッファ槽１０１から
送られてくるようになっている。該洗浄槽１０６の底に
は、該給液に際して、気泡、飛沫が発生するのを防ぐた
めの反射板１０８、整流板１０９が設置されている。

【００２７】バッファ槽１０１は、洗浄槽１０６に給液
するための洗浄液を一時的に蓄えておくものである。

【００２８】本実施形態ではバッファ槽１０１から洗浄
槽１０６への洗浄液の移動を、重力によって行う方式を
採用している。従って、バッファ槽１０１は、洗浄槽１
０６よりも高い位置に設置されている。

【００２９】バッファ槽１０１には、洗浄液ｃの流量を
調整するための制御用ロッド弁１０４が、台１０２を介
して取り付けられている。該制御用ロッド弁１０４の全
体を上下方向に移動させてその下端部と給液管１０５の
上端開口部との間隔Ｈを変更することで、流量を調整す
ることができる。この制御用ロッド弁１０４は、図示し
ない駆動部によって作動させている。

【００３０】バッファ槽１０１と洗浄槽１０６とは、給
液管１０５によってつながれている。該給液管１０５の
洗浄槽１０６側の端部位置には、液溜まり１１２、排液
弁１１１が設置されている。

【００３１】給液動作について説明する。

【００３２】あらかじめ、Ｈを零にした状態で（つま
り、制御用ロッド弁１０４によって給液管１０５の上端
開口部を閉じた状態で）、バッファ槽１０１に洗浄液ｃ
を十分に貯めておく。

【００３３】次に制御用ロッド弁１０４を少しだけ上方
に移動させる。すると、バッファ槽１０１の中の洗浄液
ｃは、給液管１０５を通り、少しづつ洗浄槽１０６内の
液溜まり１１２に貯まり始める。これを、給液管１０５
の下端開口部が、液溜まり１１２に溜まった洗浄液ｃに
つかる状態となるまで維持する。この場合、給液管１０
５の上端開口部もバッファ槽１０１中の洗浄液に使って
いなければならないことは言うまでもない。この状態で
は、制御用ロッド弁１０４の上下位置、即ちＨの値を調
整することで、バッファ槽１０１から洗浄槽１０６への
洗浄液ｃの流量を制御できる。本実施形態では、液溜ま
り１１２を設けているため、少量の洗浄液ｃを洗浄槽１
０６へ給液しただけで、この状態、つまり、制御用ロッ
ド弁１０４による流量制御が可能な状態に、すばやく到
達できる。

【００３４】流量制御が可能な状態に到達した後もしば
らくは、制御用ロッド弁１０４の位置を低い位置に保っ
て（つまり、Ｈを小さく）することで、給液の流量を小
さくする。洗浄液ｃがある程度、洗浄槽１０６に貯まっ
た後は、制御用ロッド弁１０４を上方に移動させること
で、流量を大きくする。このように給液中の時期に応じ
て制御用ロッド弁１０４の高さ位置を調整することで、
洗浄槽１０６への給液の速度（流量）を、最適なもの
と、すなわち、初期は流量を小さく、中・後期は流量を
大きくできる。従って、洗浄槽１０６への給液を短時間
で完了できる。しかも、ウエハｗに、飛沫、気泡がかか
ることがない。さらに、ウエハｗの振動もほとんどな
い。従って、洗浄効果の低下を招くことはない。

【００３５】反射板１０８、整流板１０９の位置および
設置個数は、図１に示した例に限定されない。

【００３６】給液管１０５の太さ、本数等は、１本に限
られない。上述した給液時間１５秒以内という条件を満
たすことができるように、必要に応じてその太さ、本数
を決定すればよい。

【００３７】なお、図１では、構成を単純にするため
に、液溜まり１１２の下に、排液弁１１０と排液口１１
１を配置している。このような配置を採ることで、液溜
まり１１２に残った液をすべて排液できる。但し、本発
明はこれに限定されるものではない。例えば、図２に示
すとおり、液溜まりとしての機能を、洗浄槽２０６の底
部全体に果たさせてもよい。

【００３８】図２の例では、排液弁２１０および排液口
２１１を、給液管１０５の下部に配置している。しか
し、液溜まりをなくしている場合には、洗浄槽２０６の
底部であればどこに配置しても構わない。

【００３９】制御用ロッド弁の形状は、図１に示した形
状には限定されない。例えば、図１に示した制御用ロッ
ド弁１０４の下側は平面であるが、図２に示した制御用
ロッド弁２０４のごとく、その下側を円錐（あるいはそ
れに近い形）にしてもよい。また、その上側も、流れを
乱さないために、円錐（あるいはそれに近い形）にして
いる。

【００４０】また、図２の例では、洗浄槽２０６の底部
に、純水給液弁２１２と純水給液口２１３を設けてい
る。これは、薬液は、上方の給液管１０５を通じて洗浄
槽２０６へ入れ、純水は下方の純水給液口２１３を通じ
て洗浄槽２０６へ入れることで、役割分担による洗浄効
果の向上を図ったものである。

【００４１】以上説明したとおり上述した実施形態によ
れば、液の飛沫、気泡などを発生させることなく、給液
を短時間で完了させることができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明の洗浄装置によれば、飛沫、気泡
の発生を抑えつつ、短時間（１５秒以内）での給液が可
能である。また、装置構成が簡単であるため、設置面積
が小さく、安価に構成できる。従って、高い洗浄効率を
維持しつつ、装置コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態である、制御用ロッド
弁１０４を備えた洗浄装置の概要を示す図である。

【図２】本発明の他の洗浄装置の概要を示す図である。

【図３】従来の槽洗浄装置の概要を示す図である。

【図４】従来の単槽洗浄装置の概要を示す図である。

【図５】従来の他の単槽洗浄装置の概要を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０１…バッファ槽 １０２…台 １０４…制御用ロッド弁 １０５…給液管 １０６…洗浄槽 １０８…反射板 １０９…整流板 １１０…排液弁 １１１…排液口 １１２…液溜まり ２０４…制御用ロッド弁 ２０６…洗浄槽 ２１２…純水給液弁 ２１３…純水給液口 ３０１…アルカリ系薬液による洗浄槽 ３０２…純水による洗浄槽 ３０３…酸系薬液による洗浄槽 ３０４…純水による洗浄槽 ３０５…乾燥槽 ４０１…洗浄槽 ４０２…乾燥槽 ５０１…ガイド ５０２…洗浄槽 ５０３…仕切板 ５０４…すのこ ５０５…キャリア ５０６…半導体基板（ウエハ） ｃ…洗浄液 ｗ…ウエハ

フロントページの続き (72)発明者 斉藤 昭男 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 岡 齊 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 伊藤 晴夫 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 野口 雄二 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 大録 範行 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】洗浄液を溜めおいて、この洗浄液によって
   洗浄対象物を洗浄するための洗浄槽と、 上記洗浄槽に供給する洗浄液を貯留するためのバッファ
   槽と、 上記バッファ槽に貯留された洗浄液を上記洗浄槽に導く
   給液管と、 上記給液管の端部開口部の開口度を調整する弁と、 を有することを特徴とする洗浄装置。