(57)【要約】【課題】基板の両面を均一に洗浄することができるコンパクトなウェーハ洗浄装置を提供する。【解決手段】縦方向にて搬入されるウェーハ１の搬入を感知するセンサ１２と、センサ１２がウェーハ１を感知している間、ウェーハ１の両面に圧縮された純水を噴射する洗浄ノズル１１と、所定の位置に搬送されたウェーハ１の両面を所定のブラシ圧力で接触させてブラシ洗浄するロール状の回転する洗浄ブラシ４と、洗浄ブラシ４の洗浄後、さらにウェーハ１の両面を所定の超音波周波数のメガソニック純水をウェーハ１に所定の角度で吹き付けて洗浄する超音波ジェットノズル１４と、を備え、純水を噴射する洗浄ノズル１１は、噴射方向を変更する首振り機構を有してウェーハ１がセンサ１２の感知域を外れると前記首振り機構により噴射方向を洗浄ブラシ４へ変更して付着したコンタミを除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦方向にて搬入されるウェーハの両面を挟みこむとともに回転させて前記ウェーハを搬送するロール状のコマよりなる搬送ローラと、
前記ウェーハの搬入を感知するセンサと、
前記センサがウェーハを感知している間、前記ウェーハの両面に圧縮された純水を噴射する洗浄ノズルと、
所定の位置に搬送された前記ウェーハの両面を所定のブラシ圧力で接触させてブラシ洗浄するロール状の回転する洗浄ブラシと、
前記洗浄ブラシの洗浄後、さらに前記ウェーハの両面を所定の超音波周波数のメガソニック純水を前記ウェーハに所定の角度で吹き付けて洗浄する超音波ジェットノズルと、
を備え、
前記純水を噴射する洗浄ノズルは、噴射方向を変更する首振り機構を有して前記ウェーハが前記センサの感知域を外れると前記首振り機構により噴射方向を前記洗浄ブラシへ変更して付着したコンタミを除去することを特徴とするウェーハ洗浄装置。
【請求項２】
前記超音波周波数は、４００kＨｚ〜１０００ｋＨｚの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ洗浄装置。
【請求項３】
前記洗浄ブラシの回転方向と前記搬送ローラの回転方向が逆方向であることを特徴とする請求項1に記載のウェーハ洗浄装置。
【請求項４】
前記洗浄ブラシの前記ウェーハへの接触圧力の設定は、前記ウェーハと同じ厚さの擬似プレートを前記搬送ローラに挟み込み、ブラシの一方を該擬似プレートより退避させ片もち梁の状態でもう一方のブラシ側より加重して、ひずみゲージを用いて加重に相当するひずみの圧力を求めて行うことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ洗浄装置。
【請求項５】
前記接触圧力を、１．０〜４０．０ｇ／ｍｍ2に調整することを特徴とする請求項４に記載のウェーハ洗浄装置。
【請求項６】
縦方向にて搬入されるウェーハの両面を挟みこむとともにロール状のコマを回転させて前記ウェーハを搬送し、
前記ウェーハの搬入を感知するセンサにてウェーハを感知している間、前記ウェーハの両面に洗浄ノズルから圧縮された純水を噴射し、
更に、所定の位置に搬送された前記ウェーハの両面を所定のブラシ圧力で接触させてロール状の回転する洗浄ブラシで洗浄し、
前記洗浄ブラシの洗浄後、前記ウェーハの両面を所定の超音波周波数のメガソニック純水を前記ウェーハに所定の角度で吹き付けて洗浄する超音波ジェットノズルを有し、
前記洗浄ノズルは、噴射方向を変更する首振り機構を有して前記ウェーハが前記センサの感知域を外れると前記首振り機構により噴射方向を前記洗浄ブラシへ変更して付着したコンタミを除去することを特徴とするウェーハ洗浄方法。
【請求項７】
前記洗浄ブラシの回転方向と前記搬送ローラの回転方向が逆方向であることを特徴とする請求項６に記載のウェーハ洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料で形成されたウェーハを所定の方向に搬送しながら、ロール状の洗浄ブラシにより、ウェーハの両面を同時に洗浄するウェーハ洗浄装置及びウェーハ洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ウェーハの洗浄方法としては、ＲＣＡ洗浄を代表とするケミカル洗浄方法と、ブラシ洗浄を代表とするメカニカル洗浄方法がある。ウェーハの中心となっているシリコン基板においては、両者を組み合わせた洗浄プロセスを実施することが一般的である。ＲＣＡ洗浄のようなケミカル洗浄においてポイントとなるのは、使用する薬液の種類、洗浄温度、洗浄時間であり、ブラシ洗浄のようなメカニカル洗浄においては、装置の基本構造やブラシ材料・ブラシ形状が重要となってくる。ブラシ洗浄装置の基本構造としては、ロール型ブラシを使用し、基板をベルトコンベアのような機構で搬送しながら洗浄する方式（特許文献１参照）とタワシ型ブラシを使用し、基板をスピンさせながら洗浄する方式（特許文献２参照）が一般的に知られている。
【０００３】
ところで、近年の半導体製造技術の進展により、ウェーハの大口径化が進み、シリコン基板においては８〜１２インチが現在の主流であり、今後１６インチ以上へ移行することが予測されている。特許文献１、２はともに大口径基板のブラシ洗浄装置として提案されたものである。一方で半導体としてのシリコンの物性限界も近づいており、シリコンに代わる材料として、さまざまな化合物半導体材料の研究が進められている。化合物ウェーハにおいては、シリコンほどの大口径化は進んでおらず、２〜３インチが主流の材料も珍しくない。しかしながら、２〜３インチ程度の小口径のウェーハのブラシ洗浄装置に関しては、充分仕様を満たす発明がなされていないのが現状である。
【特許文献１】特開２００１−８７７１７号公報
【特許文献２】特開２０００−１８３０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のロール型ブラシを使用し基板をベルトコンベアのような機構で搬送しながら洗浄する装置は、図６に示すように基板搬入口５０から基板搬出口５１までに複数の洗浄槽（図６のように３槽の場合は、洗浄槽１と洗浄槽２と洗浄槽３）を配置することができ、基板の洗浄度を段階的に向上できるので、汚染物の再付着等の洗浄槽からの汚染を軽減できるという利点を持つ。この方式における最大の課題は、基板の大型化に伴う装置の巨大化が避けられないことであり、最近では、スペーシングの問題が軽減できる特許文献２にあるようなスピン式の洗浄装置も提案されている。さて、本発明の対象となる２〜３インチ基板の洗浄装置として、それぞれの洗浄装置を考えてみると、基板が小径であるのでスペーシングの問題が無くなり、洗浄性の面で優位であると考えられる基板搬送式の洗浄装置が適当と言える。
【０００５】
洗浄性について、より詳細に従来の基板搬送式の洗浄装置を考察した場合、伝統的な課題として、基板の表裏における洗浄性の不均一つまり基板裏面側が表側と比較して洗浄性が劣ることや、ブラシの調整が難しいこと、ブラシが汚れることによる汚染等が上げられるが、これまでに満足な解決案は提案されておらず、別工程でのケミカル洗浄に頼っているのが実情である。化合物ウェーハにおいては、シリコン基板と比較して非常にケミカルに対して安定であり、ブラシ洗浄の洗浄性向上が大きな課題となるのは間違いない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明のウェーハ洗浄装置は、縦方向にて搬入されるウェーハの両面を挟みこむとともに回転させて前記ウェーハを搬送するロール状のコマよりなる搬送ローラと、前記ウェーハの搬入を感知するセンサと、前記センサがウェーハを感知している間、前記ウェーハの両面に圧縮された純水を噴射する洗浄ノズルと、所定の位置に搬送された前記ウェーハの両面を所定のブラシ圧力で接触させてブラシ洗浄するロール状の回転する洗浄ブラシと、前記洗浄ブラシの洗浄後、さらに前記ウェーハの両面を所定の超音波周波数のメガソニック純水を前記ウェーハに所定の角度で吹き付けて洗浄する超音波ジェットノズルと、を備え、前記純水を噴射する洗浄ノズルは、噴射方向を変更する首振り機構を有して前記ウェーハが前記センサの感知域を外れると前記首振り機構により噴射方向を前記洗浄ブラシへ変更して付着したコンタミを除去することを特徴としたものである。
【０００７】
また、本発明ウェーハ洗浄方法は、縦方向にて搬入されるウェーハの両面を挟みこむとともにロール状のコマを回転させて前記ウェーハを搬送し、前記ウェーハの搬入を感知するセンサにてウェーハを感知している間、前記ウェーハの両面に洗浄ノズルから圧縮された純水を噴射し、更に、所定の位置に搬送された前記ウェーハの両面を所定のブラシ圧力で接触させてロール状の回転する洗浄ブラシで洗浄し、前記洗浄ブラシの洗浄後、前記ウェーハの両面を所定の超音波周波数のメガソニック純水を前記ウェーハに所定の角度で吹き付けて洗浄する超音波ジェットノズルを有し、前記洗浄ノズルは、噴射方向を変更する首振り機構を有して前記ウェーハが前記センサの感知域を外れると前記首振り機構により噴射方向を前記洗浄ブラシへ変更して付着したコンタミを除去することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上述べたように、本発明におけるウェーハ洗浄装置及びウェーハ洗浄方法によれば、ケミカル洗浄に頼ることなく、基板の両面を均一に洗浄することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明におけるウェーハの両面ブラシ洗浄装置及びウェーハ洗浄方法の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１（Ａ）は、本実施例における両面ブラシ洗浄装置の搬送部を側面から見た図であり、図１（Ｂ）は、上方より見た図である。ウェーハ１は、挿入口９からオペレータにより装置内に挿入される。センサー１２はウェーハ１の装置内への挿入を感知し、電磁バルブ２９を開放する。電磁バルブ２９が開放されることで、外部に設置された純水供給装置（図示せず）より、圧縮された純水が洗浄ノズル１１を介してウェーハ１の両面に噴射される。
【００１１】
洗浄ブラシ４は特定の圧力でウェーハ１に押し当てられる機構（後述）を有し、ウェーハ１と適当な圧力で接触した状態で、駆動モータにより一定速度で回転し、ウェーハ１に付着したコンタミを除去する役割を果たす。コンベア２はウェーハ１の下方落下を防止する役割と自転させる役割を果たす機構であり、搬送ローラ３はウェーハ１を適当な圧力で挟み込んだ状態で回転し、搬送ローラ３とウェーハ１との間に生じる摩擦力によってウェーハ１を搬送する役割を果たす。コンベア駆動モータ６はコンベア２を一定速度で回転させるモータであり、ローラ駆動モータ７は搬送ローラ３を一定速度で搬送するためのモータである。
【００１２】
またブラシ駆動モータ８は洗浄ブラシ４を一定速度で回転させるためのモータである。洗浄ノズル１１の保持部は首ふり機構を有しており、センサー１２がウェーハ１を感知している間は、ウェーハ１に純水を噴射し、ウェーハ１が付近を通過しセンサー１２の感知域を外れると首ふり機構により、噴射方向を洗浄ブラシ４へ変え、洗浄ブラシ４に付着したコンタミを除去できるようになっている。ウェーハ１の両側に左右対称に配置された超音波ジェットノズル１４は９５０ｋHz程度のメガソニック純水を特定の角度をもってウェーハ１に吹き付けることにより、ブラシ洗浄では除去が難しいと考えられる微粒子を除去する役割を果たす。特定の角度を持たせることで、重力に伴い下方向にコンタミがメガソニック純水とともに流れていきコンタミの再付着を防止できる。
【００１３】
また、超音波ジェットノズル１４により噴射されるメガソニック純水のスポットサイズ（充分な洗浄能力が得られる範囲）は、直径４ｍｍ程度であり、ウェーハ１の全面を均一に洗浄するために、超音波ノズル１４は、Ｚロボット１５により高速で移動できるようになっている。センサー１３は、ウェーハ１の搬出部への到着を感知し、電磁バルブ２９を閉鎖する。搬出口１０はウェーハ１の装置内からの出口であり、搬出されたウェーハ１は、カセット１６内に収納される。
【００１４】
ここで超音波ジェットノズルの周波数は４００ＫＨｚ〜１０００ｋＨｚの範囲で、超音波ジェットノズルで除去できるコンタミの大きさは０．２〜１０μｍである。超音波ジェットノズルで除去できるコンタミの種類は金属、有機物及びパーティクルである。
【００１５】
続いて、洗浄装置の搬送原理・洗浄原理について、洗浄シーケンスにそって詳細に説明する。ウェーハ１は、搬送ローラ３により両側から特定荷重Ｆで挟み込まれ、搬送ローラ３がローラ駆動モータ７により矢印方向に回転駆動することで、搬送ローラ３とウェーハ１との間に生じる摩擦力Ｆμ（μはウェーハ１と搬送ローラ３との間の摩擦係数）により図中左方向に移動する。ウェーハ１は、自重により鉛直下向きの力を受けるが、搬送ローラ３下方に設けられたコンベア２により搬送ローラ３からの下方脱落を防止できるようになっている。
【００１６】
図２はコンベア２の断面図である。断面形状をこのように凹状にすることで、ウェーハ１のコンベア２からの脱落を防止することができる。
【００１７】
また、コンベア２は、駆動モータ６により矢印方向に移動し、ウェーハ１のエッジ部分５とコンベア２の間に生じる摩擦力Ｍμ１（Ｍはウェーハ１の自重、μ１はウェーハ１とコンベア２の間の摩擦係数）により、ウェーハ１を矢印方向に回転運動させることができる。従って、ウェーハ１は、搬入口９よりオペレータにより装置内に搬入された後、矢印方向に自転しながら、搬出口１０まで搬送される。
【００１８】
基板が自転しながら搬送移動されることで、洗浄ブラシ４がウェーハ１表面をあらゆる方向にブラッシングすることができ、基板全面において均一な洗浄が可能となる。このような動作を可能にする力学的な条件として、（２×Ｆμ）＜（Ｍμ１）である必要がある。この不等式が成り立たない場合、ウェーハ１は自転せず搬送されるだけで洗浄ブラシ４により洗浄され得る範囲が限定されてしまい全面均一な洗浄を施すことが困難になる。本実施例においては、搬送ローラ３の材質をシリコンゴム、コンベア２の材質をウレタンゴムとすることで、前述の関係を実現したが、その材質についてはこれに限定するものではない。
【００１９】
次に洗浄ブラシ４について説明する。洗浄ブラシ４はブラシ駆動モータ８により矢印方向に回転する。洗浄ブラシ４は搬送ローラ３とは逆に回転させることにより摩擦を生じさせ、ウェーハ１の洗浄効果を促進させることができる。また回転方向が逆なため洗浄ブラシ４で取り除いたコンタミをウェーハ１が通過してきたエリアにはき出す効果があり、ウェーハ１にコンタミの再付着を防止する効果がある。さらに、洗浄ブラシ４の回転速度を搬送ローラ３の回転速度より速くなるように設定することで、充分な時間ブラッシングすることが可能となる。
【００２０】
次に搬送ローラ３と洗浄ブラシ４のレイアウトについて説明する。ウェーハ１に対して、搬送ローラ３と洗浄ブラシ４は図１（Ａ）に示すように、搬送ローラ３を４本配置し、洗浄ブラシ４を１本配置するようにする。ウェーハ１がどの位置に移動しても常に片側２本の搬送ローラにより保持されるように、搬送ローラ３と洗浄ブラシ４の配置ピッチを決定した。より具体的には、ウェーハ１の直径をＤとすると、図２に示すように搬送ローラのピッチＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４の関係は、Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＞ＤかつＰ２＋Ｐ３＋Ｐ４＞Ｄである必要がある。これによりウェーハ１は、搬送方向に一定速度で搬送されるとともに、搬送ローラ３により安定保持され、また洗浄ブラシによる反力の影響を受けない。上記で説明の通り、ウェーハ１は搬送ローラ３により両面から特定荷重Ｆで挟みこまれる。搬送ローラ３とウェーハ１との間に生じる摩擦力Ｆμが洗浄ブラシ４の摩擦力より大きいものを使用してので洗浄ブラシ４による反力の影響を受けない。
【００２１】
次に洗浄ノズル１１の動作機構について図３を用いて詳細に説明する。図３は、洗浄ノズル１１付近を上方から見た図である。洗浄ノズル１１もブラシ４と同様にウェーハ１に対して左右対称に配置され、洗浄ノズル１１は小型モータ１７に連結されてる。ウェーハ１が挿入口９からオペレータにより装置内に搬入され、図中右側から左側に搬送ローラ３により移載される。ウェーハ１がセンサー１２の感知域に侵入した時点で、洗浄ノズル１１から純水の噴射が開始される。この時点で、洗浄ノズル１１からの噴射方向は、ウェーハ１に対して直角となっており、洗浄基板１を集中的に洗浄する。洗浄ノズル１１からの噴射は、ウェーハ１が完全にセンサー１２の感知域を外れた時点で、小型モータ１７により洗浄ノズル１１が４５度旋廻し、ウェーハ１から洗浄ブラシ４へと方向を変える。方向転換後、外部タイマー（図示せず）により特定の時間、ブラシ４に対して噴射を行い、ブラシ４に付着したコンタミを除去する。
【００２２】
次に超音波ジェットノズル１４について説明する。図４に示すように、両側に左右対称に配置された超音波ジェットノズル１４は９５０ｋHz程度のメガソニック純水を特定の角度をもってウェーハ１に吹き付ける。このことによりブラシ洗浄では除去が難しいと考えられる微粒子を除去する役割を果たす。特定の角度を持たせることで、コンタミの再付着を防止でき、また純水がウェーハ１に噴きつけられる勢いで超音波ジェットノズル１４に純水がかかり、超音波ジェットノズル１４が故障するのも防いでいる。また、超音波ジェットノズル１４により噴射されるメガソニック純水のスポットサイズ（充分な洗浄能力が得られる範囲）は、直径４ｍｍ程度であり、ウェーハ１の全面を均一に洗浄するために、超音波ノズル１４は、Ｚロボット１５により高速で上下移動できるようになっている。
【００２３】
次に洗浄ブラシ４とウェーハ１の接触圧力の調整機構および調整原理について図５を用いて詳細に説明をする。図５（Ａ）は、洗浄ブラシ４とウェーハ１間の接触圧力の調整を行う機構の概略図である。洗浄ブラシ４は、基板の左右において、それぞれ保持プレート２４及び保持プレート２８によって固定されている。
【００２４】
また、保持プレート２４及び保持プレート２８は、その両サイドを軸受け２６を介してしゅう動軸２５に取り付けられ、上下にしゅう動できるようになっている。さらに、保持プレート２４と保持プレート２８は、２本の引っ張りバネ２７によってつながれており、互いにひっつき合う方向に引っ張られている。アングル２３は、保持プレート２４と保持プレート２８の引っ張り合いを抗するように配置され、マイクロメータ１８による調整量に従って、保持プレート２４及び保持プレート２８を最適な位置に調整する位置決めストッパーの役割を担う。一般にブラシの位置調整に必要な精度は、±０．０２ｍｍといわれており、本実施例においては、最小分解能０．０１ｍｍのマイクロメータ１８を使用し、アングル２３を介しての保持プレート（ブラシ）の移動比率を１：１とした。さらに、高精度な調整が必要な場合は、アングル２３の形状を変更することで、移動比率を変化させ、ブラシの移動分解能を向上させることが可能である。
【００２５】
ここまでブラシの調整機構について説明してきたが、以降は調整時に必要となるブラシと基板との実際の接触加減を定量的に確認する方法について説明する。従来は、目視による確認が一般的で、まずブラシと基板がちょうど接するように、目視確認しながら、ブラシを配置し、その後、ある特定の距離だけ基板に対してブラシを押し付けるようにブラシを移動させる方法がとられていた。この方法では、作業者によるバラツキが多いのは当然である上、ブラシと基板との位置関係による情報をもとにした調整となり、本来最も重要である基板に対してのブラシの接触圧力については盲目状態での調整なってしまう。
【００２６】
本発明においては、基板と同じ厚さの擬似プレート（矩形断面をもつ、長方形の板）を使用して、ブラシが実際に基板に与える圧力を確認しながらブラシ位置を調整できるようにした。図５（Ｂ）を用いて、その測定原理について詳細に説明する。擬似プレート２０は、基板と同じ厚さの長方形の板材であり、矩形断面を持つ。擬似プレート２０には、あらかじめブラシを接触させる位置から寸法Ｘの位置にひずみゲージを接着しておく。ひずみゲージとは、被測定物である材料のひずみを電気信号として捉える測定装置である。この擬似プレート２０を図のように搬送ローラ３に挟みこんで、所定の位置にセットする。ブラシ圧力の測定は片側ずつ別々に行う必要があるため、まず、片側の洗浄ブラシ４を擬似プレート２０より回避させる。この状態において、搬送ローラ３によって保持されている部分を固定端、ブラシがあたる部分を力点とした片もち梁を想定した場合、ひずみゲージ１９の接着位置の表面応力（σ）は（σ＝εo*E）で、Eは擬似プレート２０の材料縦弾性係数である。洗浄ブラシ４より加えた力（Ｗ）によるモーメントＭは、（Ｍ＝Ｗ*Ｘ）であり、Ｘは力を加えた位置からひずみゲージ１９中心までの距離で、 梁の表面応力（σ）及び、ひずみ（εo）は次式で表される。（σ＝Ｍ/Ｚ）（Ｍ＝Ｚ*εo*Ｅ）  Ｚは梁の断面係数、矩形断面の場合の断面係数は、（Ｚ＝ｂ*ｈ^2/6）  ｂ：梁の巾 ｈ：梁の厚さから、ひずみ（εo）と梁に加えた力（Ｗ）の関係は次式で表される。（Ｗ＝ｂ*ｈ^2*Ｅ*εo/６*ｘ ）よって、ひずみゲージ１９から計測された値を式に代入することによって、洗浄ブラシ４の圧力が求められる。もう一方の洗浄ブラシ４に関しても同様の調整を行う。この方法によって調整した場合、作業者によるバラツキを完全に排除でき、さらにブラシ摩耗時における接触圧力の低下を補正することが定量的に可能となる。
【００２７】
なお、設定される接触圧力は、１．０〜４０．０ｇ／ｍｍ2にに調整することにより洗浄すべきウェーハを作業者の調整のバラツキをなくし適当な圧力で挟みこむことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明にかかる半導体ウェハのウェーハ洗浄装置及びウェーハ洗浄方法によれば、従来技術と比較して、半導体ウェハを高効率かつ高精度に洗浄することができ、半導体ウェハの洗浄として非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１におけるウェーハ洗浄装置の側面図及び上面図
【図２】本発明の実施例１におけるウェーハ洗浄装置のコンベアの断面図
【図３】本発明の実施例１におけるウェーハ洗浄装置の洗浄ノズルの上面図
【図４】本発明の実施例１におけるウェーハ洗浄装置の超音波ジェットノズルの正面図
【図５】本発明の実施例１におけるウェーハブラシ装置に置ける洗浄ブラシ高さ調整機構を説明するための図
【図６】従来のロールブラシを使用したウェーハ洗浄装置の側面図
【符号の説明】
【００３０】
１  ウェーハ
２  コンベア
３  搬送ローラ
４  洗浄ブラシ
５  エッジ部分
６  コンベア駆動モータ
７  ローラ駆動モータ
８  ブラシ駆動モータ
９  搬入口
１０  搬出口
１１  洗浄ノズル
１２、１３  センサー
１４  超音波ジェットノズル
１５  Ｚロボット
１６  カセット
１７  小型モータ
１８  マイクロメータ
１９  ひずみゲージ
２０  擬似プレート
２１  固定側
２２  マイクロ保持ブロック
２３  アングル
２４  保持プレート
２５  しゅう動軸
２６  軸受け
２７  引っ張りバネ
２８  保持プレート
２９  電磁バルブ
【図１】
2006303149.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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