JPH10223587A

JPH10223587A - ウェーハの洗浄装置

Info

Publication number: JPH10223587A
Application number: JP1937597A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kitagawa; 賢一北川; Tatsuo Kataoka; 辰雄片岡; Kazuto Nishizaki; 和人西崎; Yoshito Tachihaba; 義人立幅; Kiyoshi Shimada; 清嶋田; Hidekazu Ando; 英一安藤
Original assignee: SPC Electronics Corp
Current assignee: SPC Electronics Corp
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】製氷装置部を改善することにより低コストで
効率のよい洗浄が行える半体ウェーハ洗浄装置を提供す
る。【解決手段】ラバールノズル形状の噴出口を備え純水
を供給し圧縮空気により加圧し超音速に噴射させ純水を
断熱膨張させることにより氷粒子を形成する超音速ノズ
ル５１を設け、ウエハカセット６１、６２を設置するロ
ーダ５５とアンローダ５６とを備え、ウェーハ６０の中
心を検出し芯出修正を行うアライメント５７と、このウ
ェーハ６０を真空吸着し回転するスピナ５３と、このス
ピナ５３にウェーハ６０を搬送する搬送ロボット５４
と、スピナ５３上部に超音速ノズル５１を移動させるノ
ズルスイングアーム５８と、超音速ノズル５１より噴射
した氷粒子が飛び散るのを防止する排気カップ５２とを
設け、超音速ノズル５１により氷粒子を形成し洗浄を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の層する技術分野】本発明は半導体ウェーハの洗
浄装置に係り、より詳しくは純水を超音速で加速し噴射
することにより氷粒子が得られる超音速ノズルを設けた
ウェーハの洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超ＬＳＩ製造工程において、各製
造工程中にパーティクルなどの汚染物質がウェーハに付
着し歩留りおよび品質を著しく低下させるため、ウェー
ハ表面の洗浄技術をより一層高性能化することが要求さ
れる。特に最近では半導体産業において集積度が非常に
高いためパーティクル等の汚染物質が生産歩留りに与え
る影響は極めて大きい。このような問題を解決するた
め、従来半導体ウェーハの洗浄方法の１つとして製氷装
置により液体窒素等を使用し微小な氷粒子を形成し、こ
の氷粒子をウェーハの表面に噴射させ洗浄する方法がよ
く知られている。この種の装置としては、たとえば特願
平６−１３２２７３号公報、願昭平４−７９３２６号公
報、または特願平４−２６１２１号公報などに記載があ
る。

【０００３】図４は、従来の半導体ウェーハ洗浄装置の
主要部を示す構成図であり、図４（ａ）は洗浄装置の平
面図を、図４（ｂ）は洗浄装置正面図を各々示してい
る。図４に示すように、従来の半導体ウェーハ洗浄装置
は、微細な氷粒子を製氷する製氷装置３０と、この製氷
装置３０により形成された微細な氷粒子をウェー２０の
表面に噴射させ衝突させることにより洗浄を行う洗浄装
置１０とにより構成されている。

【０００４】洗浄装置１０は、略中央右側にウェーハ２
０をローディングし搬送可能に支持された搬送ロボット
４が設けてある。この搬送ロボット４両側面には、図４
（ａ）に示すようにローダ５とアンローダ６とを設けて
あり、このローダ５とアンローダ６との間にはアライメ
ント７が設けてある。ローダ５には、複数枚のウェーハ
２０を収納したウエハカセット２１が設置されており、
アンローダ６には洗浄を終えたウェーハ２０を収納する
ウエハカセッ２２が設置されている。また、アライメン
ト７は搬送ロボット４によりローディングされたウェー
ハ２０の中心を芯出修正するために設けられている。ま
た、半導体ウェーハ洗浄装置の略中央部には、搬送ロボ
ット４によりローディングされたウェーハ１０を真空吸
着する吸着部を備えたスピナ３が回転自在に軸支され設
けられている。このスピナ３の周囲には、噴射した氷粒
子が飛び散らないように排気カップ２が覆うように覆設
してある。排気カップ２は、中空で上面に開口部を設
け、上下に昇降可能に設けられており、排気カップ２を
下部に下げることにより搬送ロボット４によるスピナ３
へのウェーハ１０のローディングまたはアンローディン
グを容易に行えるように設けてある。

【０００５】排気カップ２の下部にはウェーハ２０を洗
浄した後に、噴射した氷粒子が溶けて溜まった水を排出
する排出タンク９が設けてある。また、排気カップ２の
上部には噴射ノズル１がノズルスイングアーム８に支持
され装着されている。噴射ノズル１の上部にはＮ₂ガス
などのキャリアガスを注入するガス注入管１１と、氷粒
子を注入する氷粒子注入管１２とが設けられている。氷
粒子注入管１２は、一端を噴射ノズル１の上部に接続
し、他端を製氷装置３０の底面に接続され、製氷装置３
０により成形された氷粒子を噴射ノズル１に注入してい
る。製氷装置３０は、略円柱状で内部が中空に形成され
ており上面中央にノズル３２を装着し、このノズル３２
に純水を注入する純水注入管３６を装着している。ま
た、製氷装置３０の側面にノズル３４を装着し、このノ
ズル３４に液体窒素を注入する液体窒素注入管３８を装
着している。このような構成による従来の半導体ウェー
ハ洗浄装置を使用する場合、まずウハ２０を複数枚収納
したウェーハカセット２１をローダ５の上部に設置する
とともに、洗浄後のウェーハ２０を収納するウェーハカ
セット２２をアンローダ６の上部に同時に設置する。ウ
ェーハカセット２１、２２を設置した後、純水注入管３
６から純水を供給しノズル３２により製氷装置３０内に
噴射する。これと同時に液体窒素注入管３８からも液体
窒素を噴射させる。このように純水と液体窒素とを製氷
装置３０内で衝突させることにより純水の温度が液体窒
素により低下し氷粒子４０を形成する。この氷粒子４０
は氷粒子注入管１２を介し噴射ノズル１まで供給され
る。

【０００６】噴射ノズル１に氷粒子４０が供給される
と、洗浄装置１０に設けた搬送ロボット４がローダ５に
設置したウェーハカセット２１からウェーハ２０を１枚
ローディングしアライメント７に搬送する。アライメン
ト７に搬送されたウェーハ２０は、中心を検出し芯出修
正を実行し、さらに搬送ロボット４によりスピナ３上部
に移送され吸着固定される。ウェーハ２０が吸着固定さ
れると、スピナ３が回転を開始するとともに噴射ノズル
１に氷粒子４０を注入し、ガス注入管１１からキャリア
ガスを注入し氷粒子４０に圧力を加える。圧力を加えら
れた氷粒子４０は、噴射ノズル１から噴射し、スピナ３
により回転するウェーハ２０の表面に衝突しパーティク
ル等の汚染物質を吹き飛ばすように洗浄する。パーティ
クル等の汚染物質を除去し洗浄が終わると、スピナ３の
回転と噴射ノズル１の噴射とが停止する。これと同時
に、搬送ロボット４がスピナ３に設置されたウェーハ２
０をローディングし、アンローダ６に設置したウェーハ
カト２２に移送し収納する。

【０００７】以後、搬送ロボット４がローダ５に設置し
たウェーハカセット２１から再びウェーハ２０をローデ
ィングし、ウェーハカセット２１に収納した全てのウェ
ーハ２０が洗浄を終えるまで上述の洗浄工程を繰り返し
実行する。このように、従来の半導体ウェーハ洗浄装置
は製氷装置により氷粒子を形成しこの氷粒子を洗浄装置
の噴射ノズルから噴射させ被洗浄物の表面に衝突させる
ことにより洗浄を行っていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体ウェーハ洗浄装置では氷粒子を形成するために製
氷装置を付帯設備として設けなければならないため装置
全体が大型化してしまう不具合がある。また、ウェーハ
の表面を洗浄する氷粒子を形成するためには液体窒素等
の冷媒体を用いなければならないため製造コストが高く
なる不具合があった。本発明はこのような従来技術の問
題を解決し、製氷装置部を改善することにより低コスト
で効率のよい洗浄が行える半体ウェーハ洗浄装置を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、微小の氷粒子を噴出させ被洗浄物の表面
に付着している汚染物質を除去するウェーハ洗浄装置に
おいて、圧縮空気を導入する空気供給孔を設けこの側面
から洗浄液を供給する洗浄液供給孔を貫設し洗浄液の供
給とともに圧縮空気により加圧することで超音速で噴射
可能な噴射口を設けた噴射手段と、この噴射手段の洗浄
液供給孔に所定の水圧を有した洗浄液を供給する洗浄液
供給手段と、この洗浄液供給手段より供給された洗浄液
を加圧し噴射させる圧縮空気を空気供給孔に供給する空
気供給手段と、噴出手段に供給する洗浄液と圧縮空気と
のどちらか一方、あるいは両方を加熱または冷却する加
熱源とを設ける。さらに、加熱源をぺルチェ効果または
誘導加熱により噴射ノズルによる水または氷粒子の両噴
射の切替えを可能に設け、噴射手段の噴射口先端をラバ
ールノズル形状に設け、噴射手段の洗浄液は純水を供給
するとともに、空気供給孔側面に更に冷却供給孔を貫設
し液体窒素またはドライアス等の液体もしくは固体を供
給し噴射速度を加速させる冷却供給手段を設ける。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、図１および図２を参照して
本発明による半導体ウェーハ洗浄装置の第１の実施形態
を詳細に説明する。図１は、本発明による半導体ウェー
ハ洗浄装置の主要部を示す構成図であり、図１（ａ）は
洗浄装置の平面図を、図１（ｂ）は洗浄装置の側面図を
各々表している。また図２は、図１に示す装置の超音速
ノズル部を詳細に示す断面図である。

【００１１】図１に示すように、本発明による半導体ウ
ェーハ洗浄装置は、略中央部にウェーハ６０をローディ
ングし搬送可能に支持された搬送ロボット５４が設てあ
る。この搬送ロボット５４の両側面には、図１（ａ）に
示すようにローダ５５とアンローダ５６とが設けてあ
り、このローダ５５とアンローダ５６との間にはアライ
メント５７が設けてある。ローダ５５には、複数枚のウ
ェーハ６０を収納したウエハカセット６１が設置れてお
り、また、アンローダ５６には洗浄を終えたウェーハを
収納するウエカセット６２が設置されている。

【００１２】アライメント５７は、搬送ロボット５４に
よりローディングされたウェーハ６０の中心を検出し芯
出修正を行うように設けてある。また、半導体ウェーハ
洗浄装置の略中央部には、搬送ロボット５４によりロー
ディングされたウェーハ６０を真空吸着する吸着部を備
えたスピナ５３が回転自在に軸支され設けられている。
このスピナ５３の周囲には、噴射した氷粒子が飛び散ら
ないように排気カップ５２が覆うように覆設してある。
排気カップ５２は、中空で上面に開口部を設け、上下に
昇降可能に設けられており、排気カップ５２を下部に下
げることにより搬送ロボット５４によるスピナ５３への
ウェーハ６０のローディングまたはアンローディングを
容易に行えるように設けてある。

【００１３】排気カップ５２の下部にはウェーハ６０を
洗浄した後に、噴射した氷粒子が溶けて溜まった水を排
出する排出タンク５９が設けてある。また、排気カップ
５２の上部には超音速ノズル５１がノズルスイングアー
ム５８に支持され装着されている。超音速ノズル５１は
略円柱状の本体に、図３に示すように上部から底部に貫
通する空気孔５１ａが設けられている。この空気孔５１
ａは、底部近傍の先端に向かい小径で先細になるように
凸部５１ｃが設けてある。この凸部５１ｃは曲線を有し
て突設し、ラバールノズル（Ｌａｖａｌｎｏｚｚｌ
ｅ）状の形状に噴出口５１ａを設けてある。また空気孔
５１ａの略中央側面には、空気孔５１ａより小径の水孔
５１ｂが傾斜し貫設されている。空気孔５１ａには、外
部に設けた空気供給装置（図示せず）と接続されており
加圧された圧縮空気を供給している。また水孔５１ｂに
は、外部に設けた純水供給装置（図示せず）と接続され
ており所定の水圧を保持した純水を供給している。

【００１４】このように本発明の第１実施形態によるウ
ェーハ洗浄装置の効果的に洗浄を行うため、噴出口５１
ａの直径を３ｍｍに設定した場合、空気孔５１ａに供給
する圧縮空気の空気圧を好ましくは１．９×１０⁵〜８
×１０⁵Ｐａに設定し、また水孔５１ｂに供給する純水
の水圧を１．９×１０⁵〜８×１０⁵Ｐａに設けること
が望ましい。このとき空気孔５１ａに流入する圧縮空気
の流量は、ほぼ１４０〜３００Ｎｌ／ｍｉｎであり、ま
た水孔５１ｂには圧縮空気の２倍以下までの流量を流入
させることが望ましい。一方、ウェーハ６０を真空吸着
したスピナ５３は、ウェーハ６０の表面全体を効果的に
洗浄するために、好ましくは回転数４００〜５００ｒｐ
ｍの速度で回転することが望ましい。このように超音速
ノズルからの圧縮空気による純水の噴射により、流速が
増大するのに伴い圧力が急激に低下し、噴出口５１ａの
近傍で空気温度が−７７℃まで低下する。これにより純
水が断熱膨張し温度が低下することにより粒径がほぼ１
〜１００μｍの氷粒子が形成される。この噴射する氷粒
子をスピナ５３により回転するウェーハ６０表面に衝突
させることにより洗浄を実行する。

【００１５】このような構成からなる本発明のウェーハ
洗浄装置を使用する場合、図１に示すように、ウェーハ
６０を複数枚収納したウェーセット６１をローダ５５の
上部に設置するとともに、洗浄後のウェーハ６０が収納
されるウェーハカセット６２をアンローダ６２の上部に
同時に設置する。ウェーハカセット６１、６２を設置し
た後、搬送ロボット５４がローダ５５に置したウェーハ
カセット６１からウェーハ６０を１枚ローディングしア
ライメン７に搬送する。アライメント５７に搬送された
ウェーハ６０は、中心を検出し芯出修正を実行し、さら
に搬送ロボット５４によりウェーハ６０をスピナ５３の
上部に移送し吸着固定させる。

【００１６】ウェーハ６０が吸着固定されると、スピナ
５３が回転を開始するとともに、図２に示すように外部
に設けた純水供給装置（図示せず）から噴射ノズル５１
の水孔５１ｂに所定の水圧を保持した純水を供給する。
この純水を供給すると同時に外部に設けた空気供給装置
（図示せず）から噴射ノズル５１の空気孔５１ａに圧縮
空気を供給する。このように超音速ノズル内に純水が供
給され圧縮空気により加圧することにより、凸部５１ｃ
で純水が加速され噴出口５１ｄに噴射する。この噴出口
５１ｄの近傍では純水が断熱膨張し温度が低下し氷粒子
を形成する。この氷粒子をスピナ５３により回転するウ
ェェーハ６０の表面に衝突させ洗浄を実行する。

【００１７】超音速ノズル５１は、回転するウェーハ６
０の上部で氷粒子を噴射させながらウェーハ６０の中心
から外周に移動することによりパーティル等の汚染物質
を吹き飛すように洗浄を行う。パーティクル等の汚染物
質を除去し洗浄が終わると、スピナ５３の回転と噴射ノ
ズル５１の噴射とが停止する。これと同時に、搬送ロボ
ット５４がスピナ５３に設置されたウェーハ６０をロー
ディングし、アンローダ５６の上部に設置したェハカセ
ット６２に移送し収納する。その後、搬送ロボット５４
がローダ５５に設置したウェーハカセット６１から再び
他のウェーハ６０をローディングしウェーハカセッ６１
に収納した全てのウェーハ６０が洗浄を終えるまで上述
の洗浄工程を繰り返し実行する。

【００１８】次に、図１および図３を参照し本発明によ
るウェーハ洗浄装の第２の実施形態を詳細に説明する。
図３は図２に示す超音速ノズルの他の実施の形態を示す
断面図である。第２の実施形態は、図２に示す超音波ノ
ズル５１を、図３に示す噴射ノズル５１Ｂに変更したも
のである。その他、装置の構成は第１の実施形態と同一
であり重複する説明は省略する。

【００１９】図３に示すように、超音速ノズル５１Ｂは
図２に示す超音速ノズル５１に冷却孔５１ｅを設けたも
のである。略円柱状の本体に上部から底部に貫通する空
気孔５１ａが設けられている。この空気孔５１ａ先端に
は凸部５１ｃと噴出口５１ｄとが設けられラバールノズ
ル状の形状に設けてある。また空気孔５１ａの略中央側
面に空気孔５１ａより小径の水孔５１ｂが傾斜し貫設さ
れている。この水孔５１ｂに対向する側面には空気孔５
１ａより小径に設けた冷却孔５１ｅが傾斜し貫設されて
いる。空気孔５１ａには外部に設けた空気供給装置（図
示せず）と接続され、また水孔５１ｂには外部に設けた
純水供給装置（図示せず）と接続されており純水と圧縮
空気を各々供給している。さらに、冷却孔５１ｅには、
外部に設けた冷却供給装置（図示せず）と接続され、液
体窒素またはドライアス等の気体を液体もしくは固体に
した冷媒体（矢印Ａ）を供給している。

【００２０】このように本発明の第２実施形態によるウ
ェーハ洗浄装置の効果的に洗浄を行うため、第１の実施
形態のように圧縮空気と純水を供給するとともに、冷却
孔５１ｅに供給する冷媒体（矢印Ａ）の供給圧を好まし
くは１．９×１０⁵〜８×１０⁵Ｐａに設定することが
望ましい。このとき冷却孔５１ｅに流入する冷媒体（矢
印Ａ）の流量は、圧縮空気の２倍以下までの流量で冷媒
体（矢印Ａ）が流入されることが望ましい。このように
冷媒体（矢印Ａ）を付加することにより、この冷媒体が
噴射ノズル内部で気体に戻る際に膨張し圧力が高くなり
噴射速度をさらに加速することができる。これにより噴
射時に超音速ノズル５１Ｂの噴出口５１ｄ近傍で純水が
急速に断熱膨張され温度の低下を著しく短縮できる。

【００２１】このような構成による本発明の第２実施形
態によるウェーハ洗浄装を使用する合は、噴射ノズル５
１Ｂに純水供給装置（図示せず）と空気供給装置（図示
せず）とにより純水と圧縮空気とを供給する。この際に
外部に設けた冷却供給装置（図示せず）により冷媒体
（矢印Ａ）を供給する。このように本発明によるウェー
ハ洗浄装置の第２の実施形態によれば、冷媒体により純
水の噴射速度が加速され噴射時に超音速ノズル５１Ｂの
噴出口５１ｄ近傍の温度が急激に低下することにより氷
粒子の形成が容易になる。

【００２２】以上、本発明による実施の形態を詳細に説
明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
超音速ノズルに供給する流体は純水に限定されるもので
はない。また、超音速ノズルの形状は略円柱状の本体に
限定されるものではなく、例えば矩形状の立方体でもよ
い。

【００２３】

【発明の効果】このように本発明の実施形態による半導
体ウェーハ洗浄装置によれば、噴射ノル部で氷粒子が形
成されるため純水を製氷する製氷装置が不要になり装置
全体が小型化される。また、氷粒子を形成するため液体
窒素を用いなくてもよいためランニングコストを削減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体ウェーハ洗浄装置の主要部
を示す構成図。

【図２】図１に示す装置の超音速ノズル部を詳細に示す
断面図。

【図３】図２に示す超音速ノズルの他の実施の形態を示
す断面図。

【図４】従来の半導体ウェーハ洗浄装置の主要部を示す
構成図。

【符号の説明】

５１超音速ノズル５２排気カップ５３スピナ５４搬送ロボット５５ローダ５６アンローダ５７アライメント５８ノズルスイングアーム５９排出タンク６０ウェーハ６１、６２ウエハカセット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者立幅義人東京都調布市柴崎２丁目１番地３島田理化工業株式会社内 (72)発明者嶋田清東京都調布市柴崎２丁目１番地３島田理化工業株式会社内 (72)発明者安藤英一東京都調布市柴崎２丁目１番地３島田理化工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微小の氷粒子を噴出させ被洗浄物の表面
に付着している汚染物質を除去するウェーハ洗浄装置に
おいて、圧縮空気を導入する空気供給孔を垂直に設け、この空気
供給孔の側面から洗浄液を供給する洗浄液供給孔を貫設
し、前記洗浄液の供給と同時に圧縮空気により加圧する
ことで超音速で噴射させる噴射口を設けた噴射手段と、前記噴射手段の洗浄液供給孔に所定の水圧を有する洗浄
液を供給する洗浄液供給手段と、前記洗浄液供給手段より供給された洗浄液を加圧し噴射
させる圧縮空気を前記空気供給孔に供給する空気供給手
段と、前記噴出手段に供給する洗浄液と圧縮空気とのどちらか
一方、あるいは両方を加熱または冷却する加熱源とを設
けたことを特徴とするウェーハ洗浄装置。
【請求項２】請求項１に記載のウェーハ洗浄装置にお
いて、前記空気供給孔側面に更に冷却供給孔を貫設させ、この
冷却供給孔から液体窒素またはドライアス等の液体もし
くは固体を供給し噴射速度を加速させる冷却供給手段を
設けたことを特徴とするウェーハ洗浄装置。
【請求項３】請求項１または２に記載のウェーハ洗浄
装置において、前記加熱源は、ぺルチェ効果により冷却または加熱可能
に設け、前記噴射ノズルによる水または氷粒子の両噴射
の切替えを可能にしたことを特徴とするウェーハ洗浄装
置。
【請求項４】請求項１または２に記載のウェーハ洗浄
装置において、前記加熱源は、誘導加熱による加熱源を設け、この加熱
源の有無により前記噴射ノズルの水または氷粒子の両噴
射の切替えを可能にしたことを特徴とするウェーハ洗浄
装置。
【請求項５】請求項１または２に記載のウェーハ洗浄
装置において、前記噴射手段の噴射口は、先端の形状をラバールノズル
形状に設けたことを特徴とするウェーハ洗浄装置。
【請求項６】請求項１または２に記載のウェーハ洗浄
装置において、前記噴射手段に供給する洗浄液は、純水であることを特
徴とするウェーハ洗浄装置。