JPH10154678A - 半導体ウェハ洗浄 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水中あるいは大気中で簡易な方式でキャビテー
ションを発生させ、それを利用する事によって要求され
ている汚染度の異物の除去を実施し、高い洗浄度を得る
ことが可能な洗浄装置とその方法を提供する。 【解決手段】半導体ウェハあるいはＬＣＤ等の薄膜基板
６２を洗浄する洗浄槽内の水中で、半導体ウェハあるい
はＬＣＤ６２等へ向けて噴射ノズル６１からキャビテー
ション気泡の発生を伴う高圧水ジェットを噴射して半導
体ウェハ、ＬＣＤ等６２の表面に付着した異物，塵埃を
洗浄する洗浄装置で、ノズル６１０から噴出される噴流
の軸中心とウェハ表面のなす角度を０°から９０°まで
の任意の角度に設定が可能で、可動部位が水中に浸漬し
ないノズル駆動機構を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウェハの洗浄
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウェハ，ＬＣＤ等の薄膜基
板製造工程における洗浄では、大気中でウェハにウォー
タージェットを噴射する方法や超音波を利用したもの、
またはキャビテーションを利用したものが知られてい
る。

【０００３】近年、基板に高い洗浄度が要求されてお
り、大気中でウォータージェットを噴射する方法や超音
波を用いた方法では異物の汚染程度によっては、除去で
きない場合がある。一方キャビテーションを利用した洗
浄は高い洗浄度が得られるが、キャビテーションを発生
させるために特開平3−139832 号公報（ジェットスクラ
パー）のように洗浄槽を密閉し、真空状態にしなければ
ならないものや、特開平6−208098 号公報（基板洗浄装
置）のようにウェハを水面近くに配置して、空気を巻き
込んだウォータージェットによってキャビテーションを
発生させたり、エアー噴射ノズルを別に取り付けてそこ
から噴射する空気を巻き込むことでキャビテーションを
発生させるというように、装置が煩雑になり、取扱いの
難しさやコストを上昇させる要因と成っている。また、
高圧水を噴射するウォータージェットでは噴流の衝撃圧
力が衝突したウェハ表面に対して割れや壊食を生じさせ
る等、悪影響を及ぼすことが考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】水中あるいは大気中で
ノズルから高圧水を噴射するという簡易な方式でキャビ
テーションを発生させ、キャビテーションを含んだ噴流
を被対象物であるウェハ等に、ウェハ表面に対して斜め
方向、あるいは平行方向にあてることで、キャビテーシ
ョンの崩壊時に発生する衝撃波またはマイクロジェット
の作用により、要求されている汚染度の異物の除去を実
施し、高い洗浄度を得ることが可能な洗浄装置とその方
法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の第一手段は、半導体ウェハあるいはLCD等
の薄膜基板を洗浄する洗浄槽内の水中で、半導体ウェハ
あるいはＬＣＤ等へ向けて噴射ノズルからキャビテーシ
ョン気泡の発生を伴う高圧水ジェットを噴射して前記半
導体ウェハ，ＬＣＤ等の表面に付着した異物，塵埃を洗
浄する洗浄装置で、高圧水噴射ノズルと洗浄槽内をノズ
ルを自在に動かすためのロボットアーム，ノズルの被洗
浄対象物に対する施工角度を任意に変化させることを可
能にするノズル駆動機構、ノズルへ高圧水を送り込むた
めの高圧ポンプ、洗浄時に噴流による基板の振動や移動
を防ぐためのチャックとウェハ固定用テーブル、洗浄前
後基板の保管棚とやりとりしたり、搬送装置へ載せるた
めの把持装置、洗浄中の水槽内の異物を除去するための
清浄機を備えたことを特徴とする洗浄装置である。第二
手段は第一手段で、ノズルから噴出される噴流の軸中心
とウェハ表面のなす角度を０°から９０°までの任意の
角度に設定が可能なウェハのチャック及び固定用テーブ
ルを備えたことを特徴とする洗浄装置である。

【０００６】第三手段は第一手段で、ノズルから噴出さ
れる噴流の軸中心とウェハ表面のなす角度を０°から９
０°までの任意の角度に設定が可能で、可動部位が水中
に浸漬しないノズル駆動機構を備えたことを特徴とする
洗浄装置である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を以下に説明す
る。

【０００８】図１には本発明の実施例の説明図を示す。

【０００９】洗浄前の機械研磨あるいは化学研磨された
ウェハ１は保管棚２に納められている。ここから一枚
毎、あるいは複数枚毎にマニピュレータ３により洗浄層
４に移されて、予め洗浄槽４中に設置されているテーブ
ル５にチャッキングされる。マニピュレータ３の先端は
ウェハ１をつかむためのハンドタイプまたはウェハ１の
搬送が可能な形状で有ればよい。洗浄槽４にはウェハ１
をチャッキングして洗浄中に移動しないように固定する
ためのテーブル５と洗浄後ウェハ１を乾燥させるための
ドライヤ６が装備されている。また、洗浄層は水槽中の
超純水を常に清浄に保ち続けるためにタンク７との間を
常時循環させている。また、循環系には水中のごみの除
去や薬液使用時の後処理のための廃棄処理槽８を設けて
ある。超純水タンク７には、超純水製造装置９を備えて
ある。また、洗浄後の異物の再付着を防ぐためにノズル
から噴出される噴流の方向に異物の除去装置を設け、反
対方向から清浄な純水を流し、ウェハから除去された異
物が水槽中に浮遊せずに常に水槽外に除去される異物の
再付着防止機構を備えている。

【００１０】ウォータージェット噴射装置は図１のよう
に高圧ポンプ１０から高圧ホース１１を経て水槽４上を
例えばｘ，ｙ，ｚ軸方向に稼働するようなロボットアー
ムに取り付ける。高圧ホース１１の先端にはホーン型ノ
ズル１２のようにキャビテーションを活発に生じさせる
形状のものを装着し、水槽４中にウェハ１上に高圧水を
噴射可能な装置とする。

【００１１】水槽中に高圧水を噴射すると、周囲水と噴
射水との圧力差、せん断作用等によりキャビテーション
気泡を発生させ、このキャビテーション気泡がウェハ１
表面及びその近くで崩壊するときに発生するマイクロジ
ェットまたは衝撃波により従来の超音波洗浄や気中での
ウォータージェット洗浄では落とせない細かい付着物を
除去することが可能である。

【００１２】洗浄を終了した後、マニピュレータ３によ
りウェハ１を水面上に引き上げ、ドライヤ６で乾燥させ
る。

【００１３】乾燥されて水滴の付着を除去したウェハ１
はマニピュレータ３により搬送装置１３にハンドリング
される。搬送装置１３は保管棚１４まで洗浄後のウェハ
１を搬送できる構造であればよいが、異物の再付着を防
止するために密閉式にして内部を負圧にすることが好ま
しい。そのためにコンプレッサ１５を搬送装置１３に取
り付けてある。

【００１４】搬送装置１３からマニピュレータ３によっ
てウェハ１は保管棚１４に移されて一連の洗浄工程を終
了する。

【００１５】図２は請求項２の実施例を示す。（ａ）は
高圧水噴射ノズルの断面図であり、高圧水を導くための
導管に接続する係合部２０１，係合部２０１に続く水室
202，水室２０２に続くオリフィス２０３，オリフィス
２０３に続くスロート２０４，スロート２０４に続く拡
散室２０５から構成されている。このノズルに導管から
高圧水２０６を流すと、オリフィス２０３でノズル中を
流れる流体の圧力を低下し、キャビテーションの核が発
生する。そして、スロート２０４を通り拡散室２０５か
ら噴出される際に噴流２０７周囲水及び拡散室に吸い込
まれる流れ208との間に生じるせん断作用によりキャビ
テーション２６が発生する。

【００１６】また、高圧水噴流の衝撃圧力は水中噴射の
ために、大気中で噴射することに比べて緩和されてはい
るが、厚さ約５００μｍのウェハを破壊するのには充分
な圧力を持つ。

【００１７】従って、（ｂ）のように前述の特徴を備え
た高圧水噴射ノズルを水槽４中で用いることにより、水
中または水雰囲気中で簡易にキャビテーションを発生さ
せ、その崩壊圧力を利用してウェハあるいは基盤上の異
物やフラックス、又はＬＣＤ等に付着した塵埃等を除去
することができる。

【００１８】図３に噴流を詳細に観察したときの観察図
を示す。ノズルの出口付近での噴流の挙動はキャビテー
ション気泡の塊であるが、ノズル出口から距離が遠くな
るにつれて、微細な液塊に分裂してゆく。この液塊がウ
ェハにあたると表面にエロージョンあるいはきれつが発
生し、ウェハ等被洗浄対象物を破壊する要因となる。ウ
ェハの破壊を防ぎ、キャビテーションを利用して異物の
除去を行うには何らかの方法で、キャビテーションや噴
流の衝撃圧力を制御することが必要であり、以下にその
方法を述べる。

【００１９】図４は請求項３の実施例を示す。水槽４中
のウェハのチャッキング装置にマニピュレータを介して
ウェハを装着する。ボールネジとモータからなるアクチ
ュエータを用いて、チャッキングしたウェハとノズルの
軸中心との角度を０°から９０°までの角度に設定す
る。

【００２０】図５にウォータージェットピーニング噴流
の噴射角度に対する圧力の影響を示す。発生する圧力が
最も弱い１５°でもキャビテーションが発生し、洗浄効
果があることが確認されている。グラフから発生する圧
力は４５°の場合垂直噴射の半分、噴射角度が小さくな
るほど発生圧力は小さくなり圧力が生じる範囲が広がっ
ているのが分かる。

【００２１】以上のことから、図４で、噴流の衝撃圧力
を避けて洗浄効果を得るためには噴射角度は０°から１
５°が好ましい。

【００２２】キャビテーションによるエロージョンを避
けて洗浄効果を得るためには、噴射角度は０°から４５
°が好ましく、より好ましいのは０°から１５°であ
り、最も好ましいのは噴射中心の液塊がウェハにあたら
ないように、噴流がウェハ表面と平行となる０°付近で
ある。

【００２３】図６は請求項４の実施例を示す。洗浄槽内
で可動部位が存在すると、その部位からごみ，塵埃，作
動油等の異物が発生し、被洗浄物に異物が付着する恐れ
がある。そこで、１回の噴射での施工範囲が広く取れる
ように噴流軸中心とウェハ表面のなす角度θを０°から
６０°に、好ましくは０°から４５°に、更に好ましく
は０°から１５°に設定し、図中の軌跡のようにノズル
を動かして洗浄を行う。このようにウェハ６２側でな
く、ノズル６１の方を施工軌跡６５のように移動させる
ことにより、ウェハを水槽内に固定したまま広い範囲を
短時間に洗浄可能な洗浄槽内に可動部位を設置しない洗
浄装置が可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、水中、または気中の水
雰囲気中で、キャビテーションの崩壊圧力により、ウェ
ハ表面の異物が除去出来るという作用を得て、大気中で
直接ウォータージェットを噴射したり水中での超音波に
よる洗浄方法で除去できなかったウェハ上の異物を水
中，気中を問わずに、除去出来る。

【００２５】第２の発明によれば、前記ノズルから水中
までは水雰囲気中で高圧水を噴射するだけで容易にキャ
ビテーションが発生するという作用を得て、煩雑な装置
や面倒な取扱いをしないでウェハ上の異物を水中，気中
を問わずに、除去出来る。

【００２６】第３の発明によれば、前記ノズルから噴射
した噴流の軸中心と被洗浄物であるウェハの洗浄面との
なす角度を０°から９０°、好ましくは０°から４５
°、より好ましくは０°から１５°の任意の角度に設定
し、斜め噴射するという作用を得て、被洗浄物のウェハ
にキャビテーションによるエロージョン、または噴流の
衝撃圧による破壊を生じさせずに洗浄効果が得られる。

【００２７】第４の発明によれば、前記ノズルから噴射
した噴流の軸中心と被洗浄物であるウェハの洗浄面との
なす角度を０°から９０°、好ましくは０°から４５
°、より好ましくは０°から１５°の任意の角度に設定
し、斜め噴射することと、洗浄水槽外に可動部位を設置
するという作用を得て、洗浄水槽内の異物の低減効果を
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるキャビテーションを用い
た半導体ウェハ洗浄装置のブロック図。

【図２】本発明の一実施例である大気中または気中でキ
ャビテーションを発生させるノズルの断面図及び、その
ノズルを備えた洗浄装置の説明図。

【図３】本発明の一実施例である大気中または気中でキ
ャビテーションを発生させるノズルの噴流の詳細観察の
説明図。

【図４】本発明の一実施例である噴流軸中心とウェハの
なす角度を任意に設定し、斜め噴射を行う洗浄方法の説
明図。

【図５】ウォータージェットの噴射角度と発生する圧力
関係の特性図。

【図６】本発明の一実施例である斜め噴射により、ウェ
ハの洗浄槽外に可動部位を設置した洗浄装置及びその洗
浄方法の説明図。

【符号の説明】

６１…ノズル、６２…ウェハ、６３…テーブル、６４…
チャック、６５…ノズル軌跡。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水中又は水雰囲気中で高圧水を噴射した際
   に発生するキャビテーションの崩壊圧力を利用してウェ
   ハあるいは薄膜基盤上の異物やフラックス、又はＬＣＤ
   に付着した塵埃を除去することを特徴とする半導体ウェ
   ハの洗浄装置。
2. 【請求項２】高圧水を導くための導管に接続する係合
   部、上記係合部に続く水室、水室に続くオリフィス、上
   記オリフィスに続くスロート、上記スロートに続く拡散
   室を備えた高圧水噴射ノズル及び、高圧ポンプ，高圧ホ
   ースの高圧水噴射装置を備え、水中または水雰囲気中で
   キャビテーションを発生させ、その崩壊時の衝撃波また
   はマイクロジェットを利用してウェハあるいは基盤上の
   異物やフラックス、又はＬＣＤに付着した塵埃等を除去
   する半導体ウェハの洗浄装置。
3. 【請求項３】高圧噴射ノズルから噴出される噴流の軸中
   心と被洗浄対象のウェハ面のなす角度を０°から９０
   °、好ましくは０°から４５°、より好ましくは０°か
   ら15°の任意の角度に設定し、斜め噴射によりウェハま
   たはＬＣＤ等薄膜基盤の洗浄を行うことを特徴とする半
   導体ウェハの洗浄装置。
4. 【請求項４】請求項３において、上記ウェハの回転又は
   移動等またはノズルの移動等可動部分を洗浄槽外に設置
   した半導体ウェハの洗浄装置。