WO2024142563A1 - 半導体ウェーハの処理装置 - Google Patents

Abstract

半導体ウェーハに対して処理を施す際に半導体ウェーハへのパーティクルの付着を低減することができる半導体ウェーハの処理装置を提供する。処理対象の半導体ウェーハＷを駆動させる駆動力を発生させる駆動部２２と、駆動部２２によって発生した駆動力を半導体ウェーハＷに伝達する伝達部２３とを有する駆動装置２１と、半導体ウェーハＷを収容して半導体ウェーハＷに対して処理を施す処理室１０と、処理室１０と開口部３１を介して連通し、且つ駆動装置２１の少なくとも駆動部２２を収容する駆動装置室２０と、駆動装置室２０の雰囲気を換気する換気装置４１とを備えることを特徴とする。

Description

半導体ウェーハの処理装置

　本発明は、半導体ウェーハの処理装置に関する。

　従来、半導体デバイスの基板として、シリコンウェーハなどの半導体ウェーハが使用されている。半導体ウェーハは、チョクラルスキー（Czochralski、ＣＺ）法などによって育成した単結晶インゴットに対して、スライス処理、ラッピング処理、エッチング処理、研磨処理などの処理を施すことによって得られる。半導体ウェーハは、室内の清浄度が所定の水準を満たすように構成されたクリーンルームにおいて製造されている。

　図１は、半導体ウェーハの製造工程において半導体ウェーハを洗浄する従来の枚葉式洗浄装置の一例を示している。図１に示した枚葉式洗浄装置１００は、処理対象の半導体ウェーハＷを駆動（図示例では、回転）させる駆動力を発生させる駆動部２２と、駆動部２２によって発生した駆動力を半導体ウェーハＷに伝達する伝達部２３とを有する駆動装置２１と、半導体ウェーハＷを収容して半導体ウェーハＷに対して処理を施す処理室１０と、駆動装置２１の少なくとも駆動部２２を収容する駆動装置室２０とを備える。処理室１０と駆動装置室２０とは、処理室１０を区画する下面１０ｃ（すなわち、駆動装置室２０の上面２０ａ）に設けられた開口部３１によって連通している。

　駆動装置２１の伝達部２３は、回転軸２３ａと、半導体ウェーハＷを回転させる回転テーブル２３ｂと、半導体ウェーハＷを保持するウェーハ保持部２３ｃとで構成されている。なお、本明細書において、駆動部２２とは、駆動装置２１において、それ自体が半導体ウェーハＷを駆動する駆動力を発生させることが可能な部分を意味する。

　処理室１０の内部には、回転テーブル２３ｂが収容されており、回転テーブル２３ｂの上面にウェーハ保持部２３ｃが設けられている。また、回転テーブル２３ｂの裏面の中央部に回転軸２３ａが固定されており、回転軸２３ａは、開口部３１、さらに駆動部２２に挿通されている。そして、駆動部２２を駆動することによって、駆動部２２によって発生した駆動力が伝達部２３（すなわち、回転軸２３ａ、回転テーブル２３ｂ、ウェーハ保持部２３ｃ）を介して半導体ウェーハＷに伝達され、半導体ウェーハＷが回転するように構成されている。

　一方、処理室１０を区画する上面１０ａには、ファンフィルターユニット１１が設けられており、半導体ウェーハＷの洗浄中に処理室１０の下方に向かって清浄な気体（例えば、空気）を供給して、処理室１０の内部が清浄な雰囲気に保たれるように構成されている。半導体ウェーハＷの周囲を通過した気体は、処理室１０を区画する側面１０ｂに設けられた排気口１２から排気される。

　なお、図１には示されていないが、回転軸２３ａの内部には、半導体ウェーハＷのおもて面および裏面に洗浄液および純水を供給する配管が設けられている。そして、配管に接続されたノズルから、洗浄時に半導体ウェーハＷのおもて面および裏面に洗浄液および純水を供給できるように構成されている。

　図１に示した枚葉式洗浄装置１００を用いて半導体ウェーハＷの洗浄を行うテストを行ったところ、駆動装置２１の駆動部２２から発塵したグリス等のパーティクルＰが駆動装置室２０の内部に滞留していることが分かった。上述のように、回転テーブル２３ｂと駆動部２２とを接続する回転軸２３ａは、処理室１０の底面１０ｃ（駆動装置室２０の上面２０ａ）に設けられた開口部３１に挿通されているが、回転軸２３ａは可動部材であるため、開口部３１内の回転軸２３ａの周囲には隙間が存在する。そのため、駆動装置室２０の内部に滞留するパーティクルＰが、処理室１０内で半導体ウェーハＷを回転させて洗浄する際などに、半導体ウェーハＷの下方で負圧が発生して処理室１０内に引き込まれると、半導体ウェーハＷに付着する問題が生じる。

　上述のような駆動部２２から発塵したパーティクルＰが半導体ウェーハＷに付着するのを低減する技術として、特許文献１には、駆動手段をカバーで覆い、カバー内に清浄手段が供給する清浄気体を取り入れ、取り入れた清浄気体および駆動手段から発塵される塵埃を外部または循環路へ排出する技術が記載されている。

特開２００４－２００６６９号公報

　本発明者らは、特許文献１に記載された方法に従って、駆動装置室２０内の駆動部２２をカバーで覆い、カバー内に清浄空気を供給してパーティクルＰを装置１００の外部に排出するように構成してみた。その結果、駆動部２２を覆うカバーの内部にパーティクルＰがかえって滞留してしまい、半導体ウェーハＷへのパーティクルＰの付着は低減されないことが判明した。

　また、本発明者らは、駆動部２２をカバーで覆うことなく、処理室１０の底面１０ｃに開口部３１とは別の開口部を設けたうえで、ファンフィルターユニット１１の出力を高めることを想到した。これは、処理室１０内の気圧を駆動装置室２０内よりも高く保つことにより、駆動装置室２０からのパーティクルＰの引き込みを抑制することを狙ったものである。しかしながら、半導体ウェーハＷの回転数が大きくなると、処理室１０と駆動装置室２０との差圧よりも、半導体ウェーハＷの下部に発生する局所的な負圧が上回り、半導体ウェーハＷへのパーティクルＰの付着が抑制されないことが分かった。

　本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体ウェーハに対して処理を施す際に半導体ウェーハへのパーティクルの付着を低減することができる半導体ウェーハの処理装置を提供することにある。

　上記課題を解決する本発明は、以下の通りである。
［１］処理対象の半導体ウェーハを駆動させる駆動力を発生させる駆動部と、前記駆動部によって発生した前記駆動力を前記半導体ウェーハに伝達する伝達部と、を有する駆動装置と、
　前記半導体ウェーハを収容して前記半導体ウェーハに対して処理を施す処理室と、
　前記処理室と開口部を介して連通し、且つ前記駆動装置の少なくとも前記駆動部を収容する駆動装置室と、
　前記駆動装置室の雰囲気を換気する換気装置と、
を備えることを特徴とする半導体ウェーハの処理装置。

［２］前記換気装置は、前記駆動装置室内の雰囲気を１分間に５回以上置換できる能力を有する、前記［１］に記載の半導体ウェーハの処理装置。

［３］前記駆動装置は前記半導体ウェーハを回転させる装置である、前記［１］または［２］に記載の半導体ウェーハの処理装置。

［４］前記換気装置は、清浄な空気を供給可能なファンフィルターユニットを有する換気装置である、前記［１］から［３］のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの処理装置。

［５］前記換気装置は、ミニエンバイロメント装置からの清浄な空気を前記駆動装置室内に供給する、前記［１］から［４］のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの処理装置。

　本発明によれば、半導体ウェーハに対して処理を施す際に、半導体ウェーハへのパーティクルの付着を低減することができる。

従来の枚葉式洗浄装置の一例を示す図である。 本発明による枚葉式洗浄装置の一例を示す図である。 図１に示した枚葉式洗浄装置の側面に設けたスリットを示す図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本発明による半導体ウェーハの処理装置は、処理対象の半導体ウェーハを駆動させる駆動力を発生させる駆動部と、上記駆動部によって発生した駆動力を半導体ウェーハに伝達する伝達部とを有する駆動装置と、半導体ウェーハを収容して半導体ウェーハに対して処理を施す処理室と、処理室と駆動装置室とは開口部を介して連通し、且つ駆動装置の少なくとも駆動部を収容する駆動装置室と、駆動装置室の雰囲気を換気する換気装置とを備えることを特徴とする。

　本発明者らは、半導体ウェーハに対して処理を施す際に半導体ウェーハＷへのパーティクルＰの付着を低減することができる方途について鋭意検討した。その結果、駆動装置室２０内で発生したパーティクルＰを封じ込めるのではなく、駆動装置室２０内の雰囲気を換気する換気装置を設けることによって、装置１００の設置環境に依らずに、半導体ウェーハＷに対して処理を施す際に半導体ウェーハＷへのパーティクルＰの付着を効果的に低減できることを見出し、本発明を完成させたのである。

　以上の説明から明らかなように、本発明は、駆動装置２１の駆動部２２が収容された駆動装置室２０の雰囲気を換気する換気装置を設けたことを特徴とするものであり、その他の構成については従来公知の構成を適切に使用することができ、特に限定されない。以下、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。

　図２は、本発明による枚葉式洗浄装置の一例を示す図である。なお、図１に示した装置１００の構成と同じ構成には、同じ符号が付されている。図２に示した半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置１と図１に示した装置１００との相違点は、装置１においては、駆動装置室２０内の雰囲気を換気する換気装置４１が設けられていることである。

　具体的には、駆動装置室２０を区画する側面２０ｂの上部に給気口２４が設けられており、給気口２４には、換気装置４１からの清浄な気体（例えば、空気）を供給する清浄気体供給配管４１ａが接続されている。また、駆動装置室２０を区画する底面２０ｃに給気口２４から取り込んだ気体によって駆動装置室２０内のパーティクルＰが排出されるようにするための排気口２５が設けられている。

　このように構成された装置１において、換気装置４１によって清浄な気体を給気口２４から駆動装置室２０内に供給すると、清浄な気体が駆動装置２１の駆動部２２の周囲を通過して、駆動部２２から発塵したパーティクルＰが排気口２５から排気される。また、排気口２５から排出された清浄な気体およびパーティクルＰは、クリーンルームのメンテナンス側、またはグレーチングの下へ、さらに排出される。こうして、半導体ウェーハＷに対して洗浄などの処理を施す際に、装置１の周囲の環境によって影響を受けることなく、処理室１０内に引き込まれるパーティクルＰを低減して、半導体ウェーハＷにパーティクルＰが付着するのを低減することができる。

　なお、本発明において、「換気装置」とは、駆動装置室２０内の雰囲気を強制的に換気することが可能な装置を意味しており、駆動装置室２０の側面２０ｂに設けられたスリットなど、装置１の外部を流れる気流がそのまま流れ込んで駆動装置室２０の内部を通過するのを可能にする構成は、「換気装置」に含まれない。

　換気装置４１は、例えば清浄な空気を供給可能なファンフィルターユニットを有する換気装置として構成することができる。ファンフィルターユニットは、装置１の外部から気体を取り込み、ＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air）フィルターなどのフィルターを介して清浄な気体を供給するユニットである。本発明においては、換気装置４１として、ファンフィルターユニットを有する装置を用いて、駆動装置室２０の内部に清浄気体を供給することができるようになる。

　なお、洗浄装置１がクリーンルームに設置されている場合には、クリーンルームの上部に設けられたファンフィルターユニットからのダウンフローを換気装置４１のファンフィルターユニットに取り込み、ＨＥＰＡフィルターなどのフィルターによってさらに清浄化した上で、駆動装置室２０の内部に供給することができる。

　また、換気装置４１は、装置１に隣接するミニエンバイロメント装置（図示せず）からの清浄な空気の一部を駆動装置室２０内に供給するように構成することができる。すなわち、図２に示した装置１に隣接して、洗浄対象の半導体ウェーハＷを装置１の処理室１０内に搬送するミニエンバイロメント装置が設けられている。ミニエンバイロメント装置内には、高清浄度化された空間が局所的に形成されている。このミニエンバイロメント装置内の清浄な気体の一部を換気装置４１のファンフィルターユニットが取り込むことによって、より清浄度の高い気体を駆動装置室２０内に供給することができる。

　換気装置４１は、駆動装置室２０内の雰囲気を１分間に３回以上置換できる能力を有することが好ましく、１分間に５回以上置換できる能力を有することがさらに好ましい。後述する実施例に示すように、換気装置４１は、駆動装置室２０内の雰囲気を１分間に３回以上置換できる能力を有することによって、処理中に半導体ウェーハＷに付着するパーティクルＰの数を十分に低減することができる。

　本発明による半導体ウェーハの処理装置は、図２に示した枚葉式の洗浄装置に限られるものではない。例えば、レジスト塗布・現像装置や欠陥・抵抗率などの各種検査装置としても構成することができる。

　以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されない。

（発明例１）
　図２に示した半導体ウェーハの枚葉式洗浄装置１を用いて、シリコンウェーハ２５枚の洗浄を行った。具体的には、まず、シリコンウェーハの裏面に付着するパーティクルを評価するために、おもて面と裏面とを逆転させた状態でシリコンウェーハを装置１に導入してウェーハ保持部２３ｃ上に載置した。次いで、駆動装置２１の駆動部２２によりシリコンウェーハを回転させながらオゾン水をシリコンウェーハの下側から供給して逆転させたおもて面を酸化した。続いて、希フッ酸を供給して逆転させたおもて面の酸化膜を除去した後、純水でリンスした。その後、駆動部２２によりシリコンウェーハを高速回転させてシリコンウェーハを乾燥した。以上の洗浄中に、換気装置４１による駆動装置室２０内の換気回数は、５．５回／分とした。また、洗浄後のシリコンウェーハの各々に対して、表面検査装置（KLA-Tencor社製、Surfscan SP2）を用いて、シリコンウェーハの逆転させたおもて面に付着したパーティクルの数を調べ、シリコンウェーハ１枚に付着したパーティクルＰの平均個数を求めた。得られた結果を表１に示す。

（発明例２）
　発明例１と同様に、図２に示した枚葉式洗浄装置１を用いて、シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、洗浄中に駆動装置室２０の換気回数を６．３回／分とした。その他の条件は、発明例１と全て同じである。洗浄後のシリコンウェーハのおもて面に付着したパーティクルの平均個数を表１に示す。

（発明例３）
　発明例１と同様に、図２に示した枚葉式洗浄装置１を用いて、シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、洗浄中に駆動装置室２０の換気回数を７．６回／分とした。その他の条件は、発明例１と全て同じである。洗浄後のシリコンウェーハのおもて面に付着したパーティクルの平均個数を表１に示す。

（発明例４）
　発明例１と同様に、図２に示した枚葉式洗浄装置１を用いて、シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、洗浄中に駆動装置室２０の換気回数を３．９回／分とした。その他の条件は、発明例１と全て同じである。洗浄後のシリコンウェーハのおもて面に付着したパーティクルの平均個数を表１に示す。

（比較例１）
　発明例１と同様に、図２に示した枚葉式洗浄装置１を用いて、シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、給気口２４を塞いで、洗浄中に駆動装置室２０の換気を行わなかった。その他の条件は、発明例１と全て同じである。洗浄後のシリコンウェーハのおもて面に付着したパーティクルの平均個数を表１に示す。

　表１から明らかなように、枚葉式洗浄装置１に換気装置４１が設けられており、洗浄中に駆動装置室２０を換気することによって、洗浄後のシリコンウェーハに付着するパーティクルの個数を低減できることが分かる。また、発明例１から３と発明例４との比較から、駆動装置室２０内の換気回数を５回／分以上とすることによって、パーティクルの個数をより低減できることが分かる。

（発明例５）
　発明例２と同様に、シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、洗浄中に作業者が装置１の周囲を歩いて装置の周囲に乱流を発生させた。その他の条件は、発明例２と全て同じである。洗浄後のシリコンウェーハの表面に付着したパーティクルの平均個数を表２に示す。また、比較として、発明例２の結果についても表２に示すが、発明例２については表１に示した値と同一である。

　表２から明らかなように、装置１に換気装置４１が設けられていることによって、装置１の周囲で作業者が歩くなどによって乱気流が発生しても、パーティクルＰの付着を大きく抑制できることが分かる。

（比較例２）
　発明例１と同様に、シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、洗浄装置としては、図１に示した装置１００を使用し、図３に示すように、駆動装置室２０の側面２０ｂの全面にスリットＳを設け、クリーンルームの環境に応じて、装置１００の外部の空気が駆動装置室２０の内部を流通することが可能に構成した。その他の条件は、発明例２と全て同じである。洗浄後のシリコンウェーハの表面に付着したパーティクルの平均個数を表３に示す。

（比較例３）
　比較例２と同様に、シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、洗浄中に作業者が装置１００の周囲を歩いて装置の周囲に乱流を発生させた。その他の条件は、比較例２と全て同じである。洗浄後のシリコンウェーハの表面に付着したパーティクルの平均個数を表３に示す。

　表３から明らかなように、換気装置ではなく、駆動装置室にスリットＳを設けることによっても、シリコンウェーハへのパーティクルＰの付着は十分に低減する。しかしながら、作業者の歩行などによる乱気流によって、シリコンウェーハに付着するパーティクルＰの数が大きく影響を受けてしまい、換気装置４１と同様の効果が得られないことが分かる。

　本発明によれば、半導体ウェーハに対して処理を施す際に半導体ウェーハへのパーティクルの付着を低減することができる。この技術を適用することにより生産歩留まりの向上を見込めるため、半導体ウェーハ製造業において有用である。

１，１００　枚葉式洗浄装置
１０　処理室
１０ａ，２０ａ　上面
１０ｂ，２０ｂ　側面
１０ｃ，２０ｃ　底面
１１　ファンフィルターユニット
１２，２５　排気口
２０　駆動装置室
２１　駆動装置
２２　駆動部
２３　伝達部
２３ａ　回転軸
２３ｂ　回転テーブル
２３ｃ　ウェーハ保持部
２４　給気口
３１　開口部
４１　換気装置
４１ａ　清浄気体供給配管
Ｐ　パーティクル
Ｓ　スリット
Ｗ　半導体ウェーハ
 

Claims (5)

1. 　処理対象の半導体ウェーハを駆動させる駆動力を発生させる駆動部と、前記駆動部によって発生した前記駆動力を前記半導体ウェーハに伝達する伝達部と、を有する駆動装置と、
   　前記半導体ウェーハを収容して前記半導体ウェーハに対して処理を施す処理室と、
   　前記処理室と開口部を介して連通し、且つ前記駆動装置の少なくとも前記駆動部を収容する駆動装置室と、
   　前記駆動装置室の雰囲気を換気する換気装置と、
   を備えることを特徴とする半導体ウェーハの処理装置。
2. 　前記換気装置は、前記駆動装置室内の雰囲気を１分間に５回以上置換できる能力を有する、請求項１に記載の半導体ウェーハの処理装置。
3. 　前記駆動装置は前記半導体ウェーハを回転させる装置である、請求項１または２に記載の半導体ウェーハの処理装置。
4. 　前記換気装置は、清浄な空気を供給可能なファンフィルターユニットを有する換気装置である、請求項１または２に記載の半導体ウェーハの処理装置。
5. 　前記換気装置は、ミニエンバイロメント装置からの清浄な空気を前記駆動装置室内に供給する、請求項１または２に記載の半導体ウェーハの処理装置。
    

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