JP2000252249A - ウェハ洗浄方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 アルゴン微粒子を用いてウェハを洗浄する際
に、洗浄時間を長くすることなく、ウェハ表面だけでな
く裏面も同時に、且つ、同程度に洗浄できるようにす
る。 【解決手段】 ウェハ１０を中心に、下方の対称位置に
も、裏面洗浄用のノズル３を配列したチューブ２を配列
配置し、洗浄流体４を、やや上向きの水平方向に吹き付
けて、ウェハ表面１０Ｆと裏面１０Ｒの両面を同時に洗
浄する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハ洗浄方法及
び装置に係り、特に、半導体を製造する際に用いるのに
好適な、短い洗浄時間で、ウェハの表面のみでなく裏面
も同時に、且つ同程度に洗浄することが可能な、ウェハ
洗浄方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造に際して、ウェハの表面を洗
浄する方法の１つに、出願人が既に、特開平６−２５２
１１４、特開平６−２８３４８８、特開平６−２８３４
８９、特開平６−２９５８９４、特開平６−２９５８９
５、特開平７−８９２９、特開平７−４５５７１、特開
平９−４５６４７、特開平９−３２３０７２、特開平１
０−１８９５１６等で提案し、実用化している方法があ
る。これは、減圧容器内で、図１に示す如く、ウェハ１
０を可動ハンド等で水平姿勢に把持し、ウェハ１０の上
方位置に配置した、ほぼ等間隔にノズル３を配列したチ
ューブ２から、ウェハ１０の表面１０Ｆに、アルゴン微
粒子を含む流体（洗浄流体と称する）４を、やや下向き
の水平方向に吹き付けて、ウェハ１０をノズル３の配列
方向及びその直角方向に移動させながら、ウェハ表面１
０Ｆを洗浄する方法である。

【０００３】この方法によれば、ウェハ全体を洗浄液に
浸漬する従来の方法に比べて、洗浄液の量が非常に少な
く、特に、洗浄液として低温のアルゴン微粒子を含む流
体を用いた場合には、蒸発してしまい、乾燥装置及び洗
浄液の処理が不要であるという利点を有する。

【０００４】一方、半導体製造において、その微細化に
伴い、ウェハ表面１０Ｆのパーティクル等の汚れだけで
なく、ウェハ裏面１０Ｒのパーティクルが表面に回る恐
れがあるため、ウェハ裏面１０Ｒの洗浄も必要となりつ
つある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そのため、ウェハ１０
の裏面１０Ｒを上向きにする反転機構を可動ハンド等に
追加して、ウェハを反転させてから、表面１０Ｆと同様
の洗浄を行なうことも考えられるが、反転時間も必要と
なるため、洗浄時間が２倍以上となってしまう。

【０００６】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、洗浄流体を吹き付けてウェハを洗浄
する際に、洗浄時間を長くすることなく、ウェハ表面の
みでなく裏面も同時に、且つ同程度に洗浄できるように
することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、図２に示す如
く、ウェハ１０を中心に、下方の対称位置にも、裏面洗
浄用のノズル３を配列したチューブ２を配列配置し、洗
浄流体４を、やや上向きの水平方向に吹き付けて、ウェ
ハ表面１０Ｆと裏面１０Ｒの両面を同時に洗浄するよう
にして、前記課題を解決したものである。

【０００８】あるいは、図３に示す如く、縦姿勢のウェ
ハ１０の両面に、洗浄流体４を略下向きに吹き付けるこ
とにより、ウェハ１０の両面を洗浄するようにして、前
記課題を解決したものである。

【０００９】又、前記洗浄流体を、アルゴン微粒子を含
む流体としたものである。

【００１０】又、ウェハ洗浄装置において、ウェハのエ
ッジ部を把持して、ウェハを縦姿勢に保持するウェハ把
持手段と、ウェハの表面及び裏面に対して、それぞれ近
接配置された、洗浄流体を略下向きに吹き付ける複数の
洗浄ノズルを備えたものである。

【００１１】更に、ウェハ表裏面全体に洗浄流体が吹き
付けられるよう、前記ウェハ把持手段と洗浄ノズルを相
対移動させる手段を備えたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を詳細に説明する。

【００１３】本発明が採用されたウェハ洗浄装置の実施
形態は、図４乃至図７に示す如く、ウェハ１０が水平姿
勢で収容されたウェハ横置きカセット１４、ウェハ１０
の出入れ時にその側面を開くポッドオープナ１６、及
び、コントローラ１８を備えたカセットステーション１
２と、前記カセット１４から引出されたウェハ１０を、
上面に配設された、チャンバ内外を仕切るための、ウェ
ハ１０の装入時のみ開かれるゲートバルブ２２を通して
導入するための導入チャンバ２０と、該導入チャンバ２
０の側面に、チャンバ内外を仕切るための、ウェハ１０
の装入時のみ開かれるゲートバルブ３２を介して接続さ
れた、真空の洗浄室３０と、プロセスハンド５０により
前記カセット１４から引出した水平姿勢のウェハ１０を
縦姿勢に変換して前記導入チャンバ２０に装入するため
の、前記導入チャンバ２０の上方に下向きで配設された
大気搬送ロボット４０と、該大気搬送ロボット４０によ
り導入チャンバ２０内に装入された縦姿勢のウェハ１０
を支持ハンド７０により受取って、前記洗浄室３０に装
入するための、前記導入チャンバ２０の側面に横向きで
配設された真空ロボット６０と、該真空ロボット６０に
より洗浄室３０内に装入されたウェハ１０を、洗浄中、
プロセスハンド９０によりしっかり把持して、ウェハ表
裏面全体に洗浄流体が吹き付けられるようＸＹ両方向に
走査するためのウェハ駆動機構８０と、を主に備えてい
る。

【００１４】前記大気搬送ロボット４０としては、図８
乃至図１０に示す如く、軸４１の先に取付けられた２本
のアーム４２、４３及びリスト４４を介して、先端部材
４６を半径（Ｒ軸）方向、軸（Ｚ軸）方向、軸回転（θ
軸）方向、リスト回転（Ｗ軸）方向の４軸方向に移動可
能な、４軸円筒型ロボットが用いられている。この大気
搬送ロボット４０は、胴部が上、アーム部が下となる姿
勢で前記導入チャンバ７０の上方に配設され、該大気搬
送ロボット４０の先端部材４６には、搬送ハンド５０が
取付けられている。この大気搬送ロボット４０は、リス
ト４４をＷ軸方向に回転することによって、プロセスハ
ンド５０の姿勢を、水平姿勢から縦姿勢に変換する機能
も有する。この大気搬送ロボット４０は、図４に示した
ような複数のカセット１４に対応できるように、図５及
び図６に示す如く、走行装置４８に搭載され、フレーム
４９に支持されている。

【００１５】前記大気搬送ロボット４０の搬送ハンド５
０は、図１１に示す如く、ウェハ１０の真下で板状のフ
レーム５２に固定された、ウェハ１０と略同半径のＶ字
状溝を有する１つの固定爪５４と、ウェハ１０の上方２
箇所で把持アクチュエータ５８を介してフレーム５２に
配設された、ウェハ１０と略同半径のＶ字状溝を有する
２つの可動爪５６の計３個の爪により、図１２に把持状
態の断面を示す如く、ウェハ１０を把持して、縦姿勢の
まま水平方向に移動させる。

【００１６】前記真空ロボット６０としては、図１３乃
至図１６に示す如く、軸６１の先に取付けられた２本の
アーム６２、６３を介して、先端部材６４を半径（Ｒ）
方向と軸（Ｚ）方向に移動可能な、円筒座標系ロボット
が用いられている。この真空ロボット６０は、胴部が水
平となるように、前記導入チャンバ７０の側面に取り付
けられている。この真空ロボット６０には、支持ハンド
７０が、２組対向して取り付けられている。

【００１７】前記支持ハンド７０は、図１７に示す如
く、略Ｃ字状のフレーム７２に設けられた、円周状のＶ
字状溝を外周面に有する４つのスタッド７４により、ウ
ェハ１０を縦姿勢に保持するようにしている。これは、
プロセスハンド５０、９０間のように、ウェハ１０を可
動爪により把持する方式のハンド同士の受け渡しでは、
位置ずれ等による互いの把持力のずれにより、ウェハ１
０の破損の危険性があるが、該支持ハンド７０との組合
せでは、その危険性がなくなるためである。又、支持ハ
ンド７０では、把持アクチュエータが不要であるため、
大気中、真空中のいずれでも使用でき、又、周囲の圧力
変化の影響も受けない。

【００１８】前記洗浄室３０内に配設されるプロセスハ
ンド９０は、図１８に示す如く、ウェハ両面洗浄時にウ
ェハ表裏面全面への洗浄流体の吹き付けを可能にするべ
く、ウェハ裏面を覆わない枠状のフレーム９２に、ウェ
ハ１０の下方２箇所で固定された、ウェハ１０と略同半
径のＶ字状溝を有する２つの固定爪９４と、前記フレー
ム９２に対して把持ロッド９５により相対移動可能とさ
れた可動プレート９６に固定された、ウェハ１０と略同
半径のＶ字状溝を有する２つの可動爪９８の計４個の爪
により、図１９に示す如く、ウェハ１０の上下を把ん
で、ウェハ１０を縦姿勢のままＸＹ方向に走査させる。

【００１９】前記プロセスハンド５０、９０によれば、
可動爪５６、９８を用いてウェハ１０を上下から把持す
るので、ウェハ１０を確実に把持することができ、特に
ウェハ１０の移動、走査や、洗浄流体による力が加わる
洗浄作業等に用いるのに適している。

【００２０】図２０及び図２１に示す如く、上部洗浄室
３０Ｕと下部洗浄室３０Ｌからなる前記洗浄室３０の内
部は減圧され、前記プロセスハンド９０で把持されたウ
ェハが、ウェハの表面と同一平面内を上下（Ｙ方向とす
る）左右（Ｘ方向とする）の走査に必要なストロークで
きるスペースを有する。この洗浄室３０内に、前記ウェ
ハ１０及びプロセスハンド９０が通過できる間隔で、２
本のチューブ２が図２１に示す如く並行配置されてい
る。このチューブ２には、チューブ間を通過するウェハ
の下方に向けて洗浄流体を吹き付ける、ほぼ等間隔に配
列されたノズル（図示省略）が配置されている。

【００２１】前記下部洗浄室３０Ｌの底面には、図２１
に示す如く、洗浄流体及びウェハ表面より洗浄されたパ
ーティクルを排出するための略Ｌ字状の吸引排気口３４
が設けられている。

【００２２】前記上部洗浄室３０Ｕの直上には、図２０
に示す如く、ウェハ１０及びプロセスハンド９０を、ノ
ズルの配列ピッチに応じて、ウェハ表面全体に洗浄流体
を吹き付けるための走査動作を行なう前記ウェハ駆動機
構８０が設置されている。このウェハ駆動機構８０の洗
浄室３０への導入部は、シールされているので、洗浄室
３０内の圧力は周囲より低く保たれている。

【００２３】該ウェハ駆動機構８０とプロセスハンド９
０は、駆動用の中空シャフト（Ｙ軸ガイド軸と称する）
１１０で接続され、スキャン動作する。この中空シャフ
ト１１０内部を、前記把持ロッド９５が通り、把持動作
を洗浄室外の、例えば空気圧で駆動される把持用アクチ
ュエータ１１１からプロセスハンド９０に伝える。

【００２４】前記ウェハ駆動項８０の駆動用中空シャフ
ト１１０は、図２０及び図２２に示す如く、下端がフラ
ンジにより上部洗浄室３０Ｕの上面に固定されたベロー
ズ１００を介して洗浄室３０の上部に引き出されてお
り、該ベローズ１００の上端には、下方にシール部を有
するＹ軸ガイドブッシュ１０２が固定されている。

【００２５】前記Ｙ軸ガイド軸１１０は、それに沿って
設けられた、Ｙ軸モータ１１２及びＹ軸プーリ１１４で
回転されるＹ軸ボールねじ１１６を回転することで、こ
のＹ軸ボールねじ１１６と螺合するＹ軸ナット１１８に
より、Ｙ方向に走査される。

【００２６】前記ベローズ１００の上端は、Ｘ軸ガイド
レール１２０上をＸ軸方向に摺動可能なＸ軸ガイドブロ
ック１２２に固定されている。このＸ軸ガイドブロック
１２２は、Ｘ軸モータ１２４を回転し、Ｘ軸プーリ１２
６、Ｘ軸ボールねじ１２８及びＸ軸ナット１３０を介し
てＸ軸方向に移動することによって、Ｘ軸方向に走査さ
れる。

【００２７】Ｘ軸方向及びＹ軸方向に走査中のベローズ
の動きを図２３に示す。

【００２８】以下、搬送動作を説明する。

【００２９】まず、大気搬送ロボット４０が、図７に示
す如く、そのＺ軸方向移動及びＲ軸方向移動動作で、搬
送ハンド５０を、可動爪５６を開いた状態でウェハ横置
ききカセット１４の未処理ウェハのスロットに進入さ
せ、可動爪５６を閉じてウェハ１０を把持した後、カセ
ット１４から水平方向に引き出し、リスト４４を回転し
て縦姿勢に変換する。

【００３０】ウェハ１０を縦姿勢で把持した搬送ハンド
５０は、図２４に示す如く、ゲートバルブ２２上で待機
する。一方、導入チャンバ２０内の支持ハンド７０の一
方は、図２５に示す如く、処理済ウェハを支持して、ゲ
ート下で待機している。

【００３１】図２４の状態でゲートバルブ２２が開く
と、真空ロボット６０に保持された支持ハンド７０は動
かず、大気搬送ロボット４０のＺ軸方向下降動作で、処
理前ウェハ１０が導入チャンバ２０内に搬入され、空い
ている方の支持ハンド７０に渡され、可動爪５６が開か
れてウェハ１０の把持が解除される。

【００３２】大気搬送ロボット４０は、次いでＺ軸方向
上下動作とＲ軸方向動作で、反対の支持ハンド７０の処
理済ウェハ位置に移動し、可動爪５６を閉じて処理済ウ
ェハを受取り、Ｚ軸方向上昇動作で、導入チャンバ７０
外の上方へ退避して、ゲートバルブ２２が閉じられる。

【００３３】導入チャンバ２０上へ取り出された処理済
ウェハは、リスト４４の回転で縦姿勢から水平姿勢に変
換され、Ｚ軸方向移動とＲ軸方向移動動作の組合せで、
カセット１４の返却スロット前へ移動し、Ｒ軸方向移動
動作で、ポットオープナ１６により前面が開かれたカセ
ット１４の返却スロット内に進入する。次いで処理済ウ
ェハの把持が解除され、Ｚ軸方向下降動作で返却後、Ｒ
軸方向移動動作で、搬送ハンド５０がカセット１４外へ
退避する。

【００３４】一方、導入チャンバ２０にて真空排気及び
洗浄室との均圧を行った後、処理前ウェハを受取った支
持ハンド７０は、真空ロボット６０のＲ軸方向動作で、
図７に示した如く、処理前ウェハをゲートバルブ３２を
通して洗浄室３０内に装入する、すると、ウェハが支持
ハンド７０からプロセスハンド９０に渡され、プロセス
ハンド９０の把持ロッド９５が下降して、可動爪９８に
よりウェハが把持される。次いで、真空ロボット６０の
Ｒ軸方向動作で、支持ハンド７０が洗浄室３０外に退避
され、ゲートバルブ３２が閉じられる。次いで、ウェハ
駆動機構８０によりウェハがＸＹ方向に走査されつつ、
両面が洗浄される。

【００３５】洗浄中に、前述の搬送工程が行われ、洗浄
終了前には次処理ウェハが導入チャンバ内にて待機して
いる。

【００３６】洗浄室３０内での洗浄処理が終了すると、
処理済ウェハを把持したプロセスハンド９０が、洗浄室
３０内の受け渡し位置に移動し、ゲートバルブ３２が開
く。すると、水平取付の真空ロボット６０のＲ軸方向動
作で、支持ハンド７０及び処理前ウェハが、洗浄室３０
内の受け渡し位置に移動する。

【００３７】次いで、処理済ウェハが、プロセスハンド
９０から支持ハンド７０の一方に渡されると共に、処理
前ウェハが、支持ハンド７０の他方からプロセスハンド
９０に渡される。

【００３８】次いで、支持ハンド７０及び処理済ウェハ
が導入チャンバ２０に退避し、ゲートバルブ２２が閉じ
られて、次処理ウェハの洗浄処理が開始される。

【００３９】上記の一連の処理の繰り返しで、ウェハが
次々洗浄され、一つのカセットが終了すると、次のカセ
ットに移る。

【００４０】なお、前記実施形態においては、搬送経路
をカセット−導入チャンバ−洗浄室としていたが、本発
明の適用対象はこれに限定されず、他処理工程からの搬
送にも同様に適用できることは明らかである。又、洗浄
流体の種類も、アルゴン微粒子を含む流体に限定されな
い。

【００４１】又、本発明は、真空中におけるウェハの洗
浄に好適なものであるが、本発明の適用対象はこれに限
定されず、大気中の洗浄にも同様に適用できることは明
らかである。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、ウェハの表裏面を同時
に、且つ均一に洗浄可能となる。又、ウェハのエッジ部
分を把持し、把持部材がウェハ面上を覆わない構造とし
ているので、ウェハ表裏面全面を洗浄することができ
る。

【００４３】特に、ウェハを縦姿勢に配置した場合は、
表裏面それぞれの洗浄流体の重力影響差が無くなり、且
つ、装置の設置面積も小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】洗浄流体を吹き付ける方式の従来の洗浄方法を
説明するための断面図

【図２】本発明によるウェハ水平姿勢での洗浄方法を説
明するための断面図

【図３】本発明によるウェハ縦姿勢での洗浄方法を説明
するための断面図

【図４】本発明が採用されたウェハ洗浄装置の実施形態
の全体構成を示す、カセット側から見た斜視図

【図５】前記実施形態の搬送機構を真空ロボット側から
見た、導入チャンバ上でウェハが待機している状態を示
す斜視図

【図６】同じく導入チャンバ内でウェハが待機している
状態を示す斜視図

【図７】前記搬送機構の大気搬送ロボットが、ウェハ横
置きカセットからウェハを引出している状態を示す斜視
図

【図８】前記搬送機構で用いられている大気搬送ロボッ
トの構成及び動作を説明するための正面図

【図９】同じくリスト回転前の側面図

【図１０】同じくリスト回転後の側面図

【図１１】前記大気搬送ロボットの搬送ハンドの構成を
示す斜視図

【図１２】前記搬送ハンドでウェハを把持している状態
を示す断面図

【図１３】前記搬送機構で用いられている真空ロボット
の構成及び動作を説明するための正面図

【図１４】同じくアームを縮めた状態の側面図

【図１５】同じくアームを伸ばした状態の側面図

【図１６】同じくアーム部分の正面図

【図１７】前記搬送機構で用いられている真空ロボット
のプロセスハンドの構成を示す斜視図

【図１８】同じくウェハ駆動機構のプロセスハンドのウ
ェハを把む前の状態を示す斜視図

【図１９】同じくウェハを把んだ状態を示す斜視図

【図２０】ウェハ駆動機構を斜め上方から見た斜視図

【図２１】前記実施形態の洗浄室の構成を示す断面図

【図２２】前記ウェハ駆動機構を図２と反対側の斜め上
方から見た斜視図

【図２３】前記ウェハ駆動機構動作中のベローズの変形
状態を示す断面図

【図２４】前記搬送機構の動作を説明するための斜視図

【図２５】同じく内部の状態を示す斜視図

【符号の説明】

２…チューブ ３…ノズル ４…洗浄流体 １０…ウェハ １０Ｆ…ウェハ表面 １０Ｒ…ウェハ裏面 ３０…洗浄室 ３０Ｕ…上部洗浄室 ３０Ｌ…下部洗浄室 ８０…ウェハ駆動機構 ９０…プロセスハンド ９５…把持ロッド １００…ベローズ １０２…Ｙ軸ガイドブッシュ １１０…駆動用中空シャフト（Ｙ軸ガイド軸） １１２…Ｙ軸モータ １１６…Ｙ軸ボールねじ １１８…Ｘ軸ナット １２２…Ｘ軸ガイドブロック １２４…Ｘ軸モータ １２８…Ｘ軸ボールねじ １３０…Ｘ軸ナット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3B201 AA03 AB24 AB39 AB44 BB24 BB90 BB92 CB01 CD11 5F031 CA02 FA01 FA07 FA11 FA18 GA13 GA14 GA15 GA43 GA47 GA49 MA23

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェハの両面に洗浄流体を吹き付けること
   により、ウェハの両面を洗浄することを特徴とするウェ
   ハ洗浄方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記洗浄流体がアルゴ
   ン微粒子を含む流体であることを特徴とするウェハ洗浄
   方法。
3. 【請求項３】ウェハのエッジ部を把持して、ウェハを縦
   姿勢に保持するウェハ把持手段と、 ウェハの表面及び裏面に対して、それぞれ近接配置され
   た、洗浄流体を吹き付ける複数の洗浄ノズルを備えたこ
   とを特徴とするウェハ洗浄装置。
4. 【請求項４】請求項３において、更に、ウェハ表裏面全
   体に洗浄流体が吹き付けられるよう、前記ウェハ把持手
   段と洗浄ノズルを相対移動させる手段を備えたことを特
   徴とするウェハ洗浄装置。