JP5312662B1 - ウエハ回転装置及びウエハ回転方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ウエハの処理ムラをなくすために、微小ゴミを発生させることなく、処理槽内でウエハを回転させることができるウエハ回転装置を提供する。
【解決手段】 処理液を収容し、処理液内にウエハを浸漬することができる処理液槽２と、 処理液槽２内で前記ウエハＷの下部中間部分を保持し、ウエハの面に沿った方向に揺動可能に構成されているウエハ受台６と、処理液槽２内のウエハ受台６を挟むように配置され、ウエハ受台６に対し相対的に上下方向に移動することでウエハの下部両端部分を保持可能に構成されている１組のウエハガイド７と、ウエハＷを、ウエハガイド７に保持させた状態でウエハ受台６を揺動させた後ウエハ受台６とウエハガイド７とを相対的に上下方向に移動させてウエハ受台６に戻すことで、ウエハ受台６におけるウエハＷの支持部分を異ならせてウエハを回転させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウエハ洗浄装置やエッチング処理装置などのウエハ処理槽中に浸漬されたウエハを処理槽内で回転させるウエハ回転装置及びウエハ回転方法に関するものである。
従来から、半導体製造プロセスにおける洗浄プロセス技術は、ウエハの清浄性を保つ上で欠かせないプロセス技術である。近年、半導体製造プロセスはより高い精度がもとめられており、要求されるパーティクル除去性能もますます厳しくなっている。
超音波洗浄法は、このような洗浄プロセス技術の１つとして広く使用されている。超音波洗浄法は、ウエハ表面の汚染物質に超音波を照射することで汚染物質を除去し、酸やアルカリなどの化学洗浄法と併用することにより洗浄効率を向上させる重要な技術である。
超音波洗浄装置では、発振した超音波の進行方向に対してウエハを支持する部材の影になる部分には、この支持部材が障害になり超音波が届かない部分が出る、あるいは超音波発生装置からの距離の違いによる洗浄の程度に差が出ることにより、洗浄ムラが発生してウエハ面内における均一な汚染物質除去性能を得られないという問題があった。
この問題を解消するため、例えば、特許文献１（特開２００６−３２４４９５号公報）及び特許文献２（特開２０１１−１６５６９４号公報）などにおいて、洗浄ムラを抑制することができる、ウエハ洗浄装置が提案されている。
特許文献１の洗浄装置は、洗浄槽中に、ウエハガイドとウエハチャックとを双方備え、ウエハの洗浄中にこれらによるウエハの保持を切り替えることによって、ウエハ支持部材の影になる部分を異ならせることで洗浄ムラを解消しようとするものである。
また、特許文献２の洗浄装置は、複数の洗浄槽において、それぞれの洗浄槽でウエハを支持する受け溝の位置を異ならせることで、複数の洗浄槽全体としての超音波の未照射領域をなくすこととしたものである。
特開２００６−３２４４９５号公報 特開２０１１−１６５６９４号公報
しかし、特許文献１の装置では、ウエハを支持する部材を異ならせることで未照射領域自体はなくすことができるが、ウエハの部位ごとの洗浄の品質ムラを解消することは困難であった。特に近年、ウエハの大径化が進められているところ、超音波発生装置からの距離及び槽内の洗浄液の温度や濃度が不均一であるため、洗浄の品質差が生じるという問題が表面化してきている。
また、半導体の洗浄工程は、微小な不純物を取り除くことが目的であり、洗浄槽にベルトや歯車などの微小ゴミを発生させるような複雑な機構を使うことはパーティクル除去条件が厳しくなっている現在では実質不可能となっている。
また、特許文献２の装置は、複数の洗浄槽の存在を前提とするものであり、単一の洗浄槽では洗浄ムラを解消することはできないという問題があった。
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、ウエハ支持部材の障害、超音波照射距離の違い、処理液の不均一分布などによる処理ムラをなくすために、微小ゴミを発生させることなく、処理槽内でウエハを回転させることができるウエハ回転装置を提供することである。
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成のウエハ回転装置を提供する。
本発明の第１態様によれば、
処理液を収容し、前記処理液内にウエハを浸漬することができる処理液槽と、
前記処理液槽内で前記ウエハの周縁下部中間部分を保持し、ウエハの面に沿った方向に揺動可能に構成されているウエハ受台と、
前記処理液槽内の前記ウエハ受台を挟むように配置され、前記ウエハ受台に対し相対的に上下方向に移動することで前記ウエハの周縁下部の前記ウエハ受台による保持部分よりも端側の部分を保持可能に構成されている１組のウエハガイドと、を備え、
前記ウエハガイドは、前記ウエハ受台が第１の方向に揺動する時に前記ウエハの周縁に近接するよう位置すると共に、前記ウエハを、ウエハガイドに保持させた状態で前記ウエハ受台を第２の方向に揺動させた後前記ウエハ受台とウエハガイドとを相対的に上下方向に移動させて前記ウエハ受台に戻すことで、前記ウエハ受台におけるウエハの支持部分を異ならせて前記ウエハを回転させることを特徴とする、ウエハ回転装置を提供する。
本発明の第２態様によれば、前記ウエハガイドは、上下移動可能に構成されており、前記ウエハガイドが下降することで、前記ウエハ受台にウエハが戻ることを特徴とする、第１態様のウエハ回転装置を提供する。
本発明の第３態様によれば、前記ウエハ受台は、支持する前記ウエハの中心軸を回転中心として揺動するように構成されていることを特徴とする、第１又は第２態様のウエハ回転装置を提供する。
本発明の第４態様によれば、前記ウエハガイドは、それぞれ、前記ウエハの厚み方向に配置された２本のガイド本体と、前記２本のガイド本体間に懸架されるように配置された支持部材とを備えることを特徴とする、第１から第３態様のいずれか１つのウエハ回転装置を提供する。
本発明の第５態様によれば、処理液を収容し、前記処理液内にウエハを浸漬することができる処理液槽内で前記ウエハの周縁下部中間部分を保持し、ウエハの面に沿った方向に揺動可能に構成されているウエハ受台と、前記ウエハ受台に対し相対的に上下方向に移動することで前記ウエハの周縁下部の前記ウエハ受台による保持部分よりも端側の部分を保持可能に構成されている１組のウエハガイドと、を備えるウエハ回転装置を用い、
前記ウエハを、前記ウエハガイドに保持させた状態で前記ウエハ受台を揺動させた後前記ウエハ受台とウエハガイドとを相対的に上下方向に移動させて前記ウエハ受台に戻すことで、前記ウエハ受台におけるウエハの支持部分を異ならせて前記ウエハを回転させることを特徴とする、ウエハ回転方法を提供する。
本発明の第６態様によれば、前記ウエハ受台とウエハガイドとの間のウエハの受け渡しは、前記ウエハガイドが上昇することで、前記ウエハ受台からウエハガイドに前記ウエハが保持され、前記ウエハガイドが下降することで前記ウエハ受台にウエハが戻ることを特徴とする、第５態様のウエハ回転方法を提供する。
本発明によれば、ウエハ受台を揺動可能で、ウエハガイドに対して相対的な上下位置を変更可能に構成することで、ウエハ受台とウエハガイドへのウエハの受け渡しを実現することができる。また、ウエハガイドがウエハを支持している状態でウエハ受台の傾斜角度を変更することで、ウエハを周方向に回転した状態に保持することができるので、ウエハの上下方向位置による部位のムラをなくすことができる。
また、ウエハ受台は、支持するウエハの中心軸の位置を回転中心として揺動するように構成することで、位置ずれなどを起こすことなくウエハの受け渡しをすることができる。
本発明の実施形態にかかるウエハ回転装置を用いたウエハ洗浄装置の構成を示す模式図である。 図１のウエハ回転装置の内部構成を模式的に示す一部断面斜視図である。 図１のウエハ回転装置の動作手順の各工程を示す図である。 図１のウエハ回転装置の動作手順の図３に示した続きの各工程を示す図である。
以下、本発明の実施形態に係るウエハ回転装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるウエハ回転装置を用いたウエハ洗浄装置の構成を示す模式図である。図２は、図１のウエハ回転装置の内部構成を模式的に示す一部断面斜視図であり、伝播用水槽４を省略している。
本実施形態にかかるウエハ回転装置１を用いたウエハ洗浄装置１００は、洗浄液を収容する洗浄槽（内槽）２を備えており、当該洗浄槽２の外側に外槽３を備えている。洗浄槽２内の洗浄液は、オーバーフローして外槽３に流れるように構成されており、さらに外槽３の外側には、伝播水で満たされた伝播用水槽４が設けられている。水槽４の底壁外面には、超音波発信部５が設けられている。
洗浄対象となるウエハＷは、図２に示すように、複数枚のウエハＷが所定の間隔をおいて互いに平行になるように洗浄槽２内に配置される。ウエハＷは、ウエハ受台６により保持される。
ウエハ受台６は、図２に示すように、ウエハに略平行に配置される１組の受台本体部１１と受台本体部１１の下端側に設けられる受け部材１２とを備える。受け部材１２は、ウエハの中心部分に１本及び中心部分から中心角が１０〜４５°程度の範囲内に２本の合計３本設けられており、３点でウエハの周縁の下側中央部分を支持することでウエハＷを保持する。
本体１１は、ウエハＷの中央部分を被覆すると共に、ウエハの両端側は外部に露出するような形状であり、さらに、上側に延びた連結脚１３により、洗浄槽２外に設けられ、下方へ延びる揺動脚１４に脱着可能に連結する。洗浄槽２内にウエハを投入する場合は、ウエハ受台６にウエハを保持させた後、洗浄槽２の上側から槽内に浸漬させ、連結脚１３と揺動脚１４とを連結する。
揺動脚１４は、伝播用水槽４の外面に軸支されており固定軸に対して回転を与える揺動装置１５により、図１の矢印９０に示すように、ウエハＷの主面に沿った方向に揺動する。なお、揺動脚１４の揺動中心Ｃは、ウエハ受台６との連結時にウエハＷの中心軸上に位置するように構成されることが好ましい。
ウエハ受台６の両サイドには、一対のウエハガイド７が設けられている。ウエハガイド７は、洗浄槽２の外側に設けられる昇降装置１６によって、矢印９１に示すように上下移動可能に設けられる。本実施形態では昇降装置はシリンダにより構成されており、シリンダロッド１６ａの先端に設けられた連結部１６ｂにウエハ受台６が脱着可能に固定されている。
ウエハガイド７の昇降位置１６は、任意の位置に停止可能に構成されていてもよいし、上段、中段、下段など、予め決められた複数の位置の間を移動できるように構成されていてもよい。
ウエハガイド７は、それぞれウエハＷの厚み方向に並べて配置された１組のガイド本体部１７と、２本のガイド本体部１７の間に懸架されるように配置された支持部材１８とを備える。支持部材１８は、ウエハの周縁の下部左右両端部分を保持可能な位置に設けられており、昇降装置１６によりウエハガイド７が上昇すると、ウエハＷの周縁の下部両端部分が支持部材１８に係止されてウエハガイド７によってウエハＷが保持され、ウエハ受台６はウエハＷを保持しない状態となる。
この状態において、ウエハ受台６を揺動させて傾斜状態とし、さらにウエハガイド７を下降させてウエハ受台６にウエハＷを移動させることにより、ウエハ受台６によるウエハＷの保持部分を異ならせることができる。なお、ウエハ受台６及びウエハガイド７の駆動制御は、図示しない駆動制御手段により、揺動装置１５及び昇降装置１６の動作を制御することによって自動的に行うことができる。
したがって、超音波が照射されない領域がなくなり、さらに、ウエハＷが回転することで、その上下位置の入れ替えが行われる。よって、超音波発生装置５からの距離及び槽内の洗浄液の温度や濃度分布の差によって洗浄の品質差が生じるという問題を解消することができる。
また、本実施形態において、ウエハ受台６及びウエハガイド７の駆動部分は、いずれも洗浄槽２の外部に設けられることとなり、駆動部分から微小ゴミなどが発生するおそれがない。
次に、本実施形態にかかるウエハ回転装置の動作について説明する。以下の説明においては、ウエハを回転させる機構を中心として説明する。
図３及び図４は、本実施形態にかかるウエハ回転装置の動作手順の各工程を示す図である。なお、図３及び図４においては、ウエハＷの同一部位に矢印を付して、ウエハの回転の様子を分かりやすく表示している。
図３（ａ）は、ウエハ受台６に保持されたウエハを洗浄槽２内に投入する工程を示している。図３（ａ）に示すように、ウエハの投入時には、ウエハガイド７は下段に位置しており、矢印９２に示すように、図示しない搬送ロボットによりホルダ受台６を洗浄槽２内に下降させて投入する。ウエハガイド７が下段に位置している状態では、ウエハガイド７の支持部材１８は、ウエハＷに接触することなく、ホルダ受台６のみでウエハＷを保持する。この状態において、洗浄槽２内でウエハＷの洗浄を行うと、ホルダ受台６の受け部材１２が位置する部分は、超音波が届かず、洗浄ムラが生じることになるため、次の手順によりウエハＷの保持部分の変更を行う。
図３（ｂ）に示す状態は、ウエハ受台６を中立に維持したまま、矢印９３に示すようにウエハガイド７を中段へ上昇させる。この状態では、ウエハガイド７の支持部材１８は、ウエハＷの左右両側にごく近接した状態となっているが、ウエハＷの依然としてウエハ受台６に保持されている。
次いで、図３（ｃ）に示すように、ウエハ受台６を矢印９４に示すように傾斜させる。本実施形態では、傾斜角度は、概ね１５°程度としている。この状態では、上記の通りウエハＷはウエハ受台６に保持されているため、ウエハ受台６の傾斜に応じてウエハＷが傾斜する。また、ウエハガイド７の支持部材１８が、ウエハＷの左右両端側に近接しているため、ウエハ受台６の傾斜動作によって、ウエハＷの落下が防止される。
次に、図３（ｄ）においてウエハガイド７を矢印９５に示すように上段まで上昇させ、ウエハＷをウエハ受台６より浮かした状態とする。この状態では、ウエハＷはウエハガイド７のみによって保持されており、ガイド受台６が自由に回転することも可能である。
図４（ｅ）に矢印９６に示すように、ウエハ受台６を逆方向へ概ね１５°程度傾斜させる。この状態では、上記の通りウエハＷはウエハガイド７に保持されているため、ウエハ受台６の傾斜がウエハＷの傾斜に影響を与えることがない。結果として、ウエハＷとウエハ受台６の接点を３０°ずらすことができる。
次に図４（ｆ）の矢印９７に示すように、ウエハガイド７を中段に下降させ、ウエハＷをウエハ受台６に載せる。図４（ｇ）に示すように、ウエハ受台６を矢印９８に示すように概ね１５°程度傾斜させる。この状態では、上記の通りウエハＷはウエハ受台６に保持されているため、ウエハ受台６の傾斜に応じてウエハＷが傾斜し、３０°回転したこととなる。また、ウエハガイド７の支持部材１８が、ウエハＷの左右両端側に近接しているため、ウエハ受台６の傾斜動作によって、ウエハＷの落下が防止される。
次に、図４（ｈ）においてウエハガイド７を矢印９９に示すように上段まで上昇させ、ウエハＷをウエハ受台６より浮かした状態とする。この状態では、ウエハＷはウエハガイド７のみによって保持されており、ガイド受台６が自由に回転することも可能である。
以下、図４（ｅ）から図４（ｈ）の動作を繰り返すことで、ウエハＷを３０°ずつ回転させることができる。
以上説明したように、本発明の実施形態にかかるウエハ洗浄装置によれば、超音波が照射されない領域がなくなり、さらに、ウエハＷが回転することで、その上下位置の入れ替えが行われる。よって、超音波発生装置５からの距離及び槽内の洗浄液の温度や濃度分布の差によって洗浄の品質差が生じるという問題を解消することができる。
ことができる
また、ウエハ受台６及びウエハガイド７の駆動機構は、いずれも洗浄槽２内に存在しないため、これらの駆動部材の動作によって微小ゴミが生じることがなく、洗浄液を汚染することがない。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、本実施形態は、ウエハ洗浄装置について説明したが、エッチング処理装置にも用いることが可能である。
また、ウエハＷの回転の態様については、図３及び図４の工程に限定されるものではなく、ウエハガイド７とウエハ受台６との間でウエハＷを受け渡ししつつ、ウエハガイド７に保持させているタイミングでウエハ受台６の傾斜角度を異ならせることで、ウエハＷとウエハ受台６の接触位置を異ならせ、結果としてウエハＷが回転するような動作手順を広く含む。
１ ウエハ回転装置
２ 洗浄槽
３ 外槽
４ 伝播用水槽
５ 超音波発信部
６ ウエハ受台
７ ウエハガイド
１１ 受台本体部
１２ 受け部材
１３ 連結脚
１４ 揺動脚
１５ 揺動装置
１６ 昇降装置
１７ ガイド本体部
１８ 支持部材
１００ ウエハ洗浄装置
Ｃ 回転中心
Ｗ ウエハ

Claims (6)

  1. 処理液を収容し、前記処理液内にウエハを浸漬することができる処理液槽と、
    前記処理液槽内で前記ウエハの周縁下部中間部分を保持し、ウエハの面に沿った方向に揺動可能に構成されているウエハ受台と、
    前記処理液槽内の前記ウエハ受台を挟むように配置され、前記ウエハ受台に対し相対的に上下方向に移動することで前記ウエハの周縁下部の前記ウエハ受台による保持部分よりも端側の部分を保持可能に構成されている１組のウエハガイドと、を備え、
    前記ウエハガイドは、前記ウエハ受台が第１の方向に揺動する時に前記ウエハの周縁に近接するよう位置すると共に、前記ウエハを、ウエハガイドに保持させた状態で前記ウエハ受台を第２の方向に揺動させた後前記ウエハ受台とウエハガイドとを相対的に上下方向に移動させて前記ウエハ受台に戻すことで、前記ウエハ受台におけるウエハの支持部分を異ならせて前記ウエハを回転させることを特徴とする、ウエハ回転装置。
  2. 前記ウエハガイドは、上下移動可能に構成されており、前記ウエハガイドが下降することで、前記ウエハ受台にウエハが戻ることを特徴とする、請求項１に記載のウエハ回転装置。
  3. 前記ウエハ受台は、支持する前記ウエハの中心軸を回転中心として揺動するように構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のウエハ回転装置。
  4. 前記ウエハガイドは、それぞれ、前記ウエハの厚み方向に配置された２本のガイド本体と、前記２本のガイド本体間に懸架されるように配置された支持部材とを備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載のウエハ回転装置。
  5. 処理液を収容し、前記処理液内にウエハを浸漬することができる処理液槽内で前記ウエハの周縁下部中間部分を保持し、ウエハの面に沿った方向に揺動可能に構成されているウエハ受台と、前記ウエハ受台に対し相対的に上下方向に移動することで前記ウエハの周縁下部の前記ウエハ受台による保持部分よりも端側の部分を保持可能に構成されている１組のウエハガイドと、を備えるウエハ回転装置を用い、
    前記ウエハを、前記ウエハガイドに保持させた状態で前記ウエハ受台を揺動させた後前記ウエハ受台とウエハガイドとを相対的に上下方向に移動させて前記ウエハ受台に戻すことで、前記ウエハ受台におけるウエハの支持部分を異ならせて前記ウエハを回転させることを特徴とする、ウエハ回転方法。
  6. 前記ウエハ受台とウエハガイドとの間のウエハの受け渡しは、前記ウエハガイドが上昇することで、前記ウエハ受台からウエハガイドに前記ウエハが保持され、前記ウエハガイドが下降することで前記ウエハ受台にウエハが戻ることを特徴とする、請求項５に記載のウエハ回転方法。
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