(57)【要約】【課題】洗浄効果が高く，稼動コスト節約できる半導体ウエハ洗浄装置を提供すること，及び，その為の洗浄方法を追求する。【解決手段】噴射ノズルが設けられた可動キャップが降り，ウエハを覆い被せて噴射洗浄し，その後に可動キャップがウエハの上に移動、ウエハが次のステーションに移送される。このような個別ステーションが一個又は複数個ずつ洗浄工程，リンス工程，乾燥工程の各ユニット内に設けられ所定のタクトタイムで一斉にウエハを移送させる。ドライエアを噴射して高速回転でスピン乾燥する。洗浄液，リンス液の飛沫が各ステーション内で液化され再利用される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハに覆い被さる可動キャップを有する個別ステーションと，  一個又複数個の個別ステーションが収容された洗浄工程ユニット及びリンス工程ユニット及び乾燥工程ユニットと，前記キャップの上下動作に連動して決められたタクトタイムで一斉に半導体ウエハを移送させる移送制御手段と移送機構とを具備し，洗浄液タンク，リンス液タンク，洗浄液及びリンス液の噴射圧力と噴射液量の調整が出来る液ポンプ吐出調整手段を具備する液ポンプと，個別ステーション毎に液の噴射圧力と噴射液量とを所定の値に設定されることを特徴とした半導体ウエハの洗浄装置。
【請求項２】
噴射ノズルを設けたキャップが個別ステーションにセットされたウエハに覆い被せられるように個別ステーションに設けられ，該噴射ノズルがウエハに対して角度変更ができるように首振り自在または，角度を決めて固定されていて，液ポンプを介して液タンクから導液管で接続されている請求項１記載の洗浄装置。
【請求項３】
半導体ウエハの上部に来るように各ステーション当たり一個又は複数個の噴射ノズルが設けられていて，半導体ウエハ水平面に対する該ノズルからの液噴射角度θが１０°≦θ≦３０°の範囲で噴射できる請求項１又は２記載の半導体ウエハの洗浄装置。
【請求項４】
第１ステーションから第２ステーションへ，次に第３ステーションへと半導体ウエハを横移動して次々と洗浄工程，リンス工程，乾燥工程へと一斉にウエハを決められたタクトタイムで移送されるように，チャックで半導体ウエハの左右から掬い上げて次工程に移すタイミングは，前記キャップが開いている状態の期間内であり且つ，半導体ウエハ載置予定のステージが空になったタイミングで移されてくるように制御する移送制御手段と移送機構を具備した請求項１乃至３記載の半導体ウエハの洗浄装置。
【請求項５】
横移動で移送されて来た半導体ウエハの固定は半導体ウエハの側面で，前後からのチャック掴みで固定される固定機構を具備した請求項１乃至４記載の半導体ウエハの洗浄装置。
【請求項６】
乾燥工程へ半導体ウエハが移送されたタイミングで該ウエハの下面は真空吸着手段を有するスピンテーブルに固着され，高速度に該ウエハを回転させて遠心乾燥させ，所定の時間後に回転を停止させてから真空吸着を停止させる回転制御手段を具備した請求項１乃至５記載の半導体ウエハの洗浄装置。
【請求項７】
ドライエア供給パイプの開口部から半導体ウエハの表面にドライエアを噴出させると同時に半導体ウエハに覆い被せられるように可動キャップを上下駆動する動作と，スピンテーブルに固着された半導体ウエハ裏面に対して開口するドライエア供給パイプの開口部から該ウエハの裏面にドライエアを噴出させるように，ドライエア供給パイプを導気管でドライエア生成手段に接続されている乾燥手段を具備した請求項１乃至６記載の半導体ウエハの洗浄装置。
【請求項８】
スピンテーブルに真空吸着された半導体ウエハの表・裏面に対して，ドライエア供給パイプの開口部から該ウエハの裏面にドライエアを噴出させるようにし、スピンテーブルを高速回転させて該ウエハをスピン乾燥させる乾燥手段からなる乾燥工程ユニットが，ドライエア供給パイプを設けた可動キャップが半導体ウエハに覆い被せられた後にドライエア噴出と高速度回転によるスピン乾燥させて，ドライエア噴出と高速度回転完了した後に可動キャップが該ウエハの上方に移動するキャップとスピンとエアの連動手段を具備した請求項１乃至７記載の半導体ウエハの洗浄装置。
【請求項９】
半導体ウエハに覆い被さる可動キャップを有する個別ステーションと，一個又複数個の個別ステーションが収容された洗浄工程ユニット及びリンス工程ユニット及び乾燥工程ユニットと，前記キャップの開閉動作に連動して決められたタクトタイムで一斉に半導体ウエハを移送させる移送制御手段と移送機構とを具備し，洗浄液タンク，リンス液タンク，から形成される洗浄装置において，マガジンに入ったシリコンウエハを洗浄ステージへ載置する手段であるローダユニットを洗浄工程ユニットに接近した位置に連結し，且つ，スピンテーブルを高速回転させてスピン乾燥させる乾燥手段からなる乾燥工程ユニットが，取出し口であるアンローダユニットの後側位置に連結された請求項１乃至８記載の半導体ウエハの洗浄装置。
【請求項１０】
半導体ウエハが洗浄ステージから次々と洗浄工程，リンス工程，乾燥工程へと一斉に決められたタクトタイムで移送され，複合電解イオン水，又は洗剤水を半導体ウエハ水平面に対し所定の噴射角で噴射洗浄する洗浄工程，イオン交換水又は複合電解イオン水によるプレリンス及び仕上げリンスを含むリンス工程，スピンテーブル高速回転による遠心脱水及びドライエア吹付けを含むスピン乾燥工程とを有する事を特徴とする半導体ウエハの洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，半導体ウエハの洗浄方法と洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハの水平載置洗浄について、以下の特許文献１の公報に見られる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−７６６５公報によれば，ウエハの割れ防止に効果のある洗浄装置が開示されている。同公報の段落番号［００４８］には，「洗浄液をウエハの上部から噴射できるため，図８（同公報の図１０）に示すようにハンダバンプ電極周辺のフラックスの他，微少なハンダ屑を除去する」と記載されている。
【０００４】
図８に示されている洗浄ノズルの位置は，半導体ウエハ表面の，球体のハンダバンプの真上にあり，この球体の根元にあるフラックスが除去され難い，ウエハ平面に対して直角に近い洗浄水の噴射を受けるので洗浄面積が狭くノズルを万遍無く走査させウエハ全面に洗浄液を噴射させ洗浄することになり洗浄時間が掛かる。
【０００５】
図６に，発明者等の製作した従来の装置における洗浄ユニット内部を構造図で示した。ウエハ１１，１２，１３がウエハコンベア１４に載置されて矢印の方向に徐々に移動する間にノズル１６から噴射される洗浄液によってウエハが洗浄される。搬入口１７から入れられたウエハは矢印の方向に移動し，洗浄が終ったウエハは搬出口１８から取り出されて次工程に移される。
【０００６】
洗浄に時間が掛かるこの様な装置の場合，洗浄のウエハコンベアが長くなってスペースが大きく必要で，設置面積が広く必要になる欠点があった。
【０００７】
さらに欠点として洗浄ミストが多く発生して搬入口１７や搬出口１８からミストが漂い出るので排気ダクト２０で空気と共に排気する。このため洗浄液の損失がこの装置の稼動コストの高く掛かる要因になっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
半導体ウエハのハンダ屑やフラックスに対して洗浄効果が高く，設置スペースが節約できて，稼動コストが節約できる洗浄装置を提供する事が課題である。その課題を的確に解決する為に，洗浄方法が先ず最適なものを追求して見出す事が要求される。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】
（全体構成について）半導体ウエハに覆い被さる可動キャップを有し，半導体ウエハをチャックで固定載置する個別ステーションと，  一個又複数個の個別ステーションが収容された洗浄工程ユニット及びリンス工程ユニット及び乾燥工程ユニットと，前記可動キャップの上下動作に連動して決められたタクトタイムで一斉に半導体ウエハを移送させる移送制御手段と移送機構とを具備し，洗浄液タンク，リンス液タンク，洗浄液及びリンス液の噴射圧力と噴射液量の調整が出来る液ポンプ吐出調整手段を具備する液ポンプと，個別ステーション毎に液の噴射圧力と噴射液量とを所定の値に設定される洗浄装置とした。
【００１０】
（噴射の関連）
噴射ノズルを設けたキャップが個別ステーションにセットされたウエハに覆い被せられるように個別ステーションに設けられ，該噴射ノズルがウエハに対して角度変更ができるように首振り自在または，角度を決めて固定されていて，液ポンプを介して液タンクから導液管で接続されている洗浄装置とした。
【００１１】
（洗浄と噴射角の関連）
半導体ウエハの上部に来るように各ステーション当たり一個又は複数個の噴射ノズルが設けられていて，半導体ウエハ水平面に対する該ノズルからの液噴射角度θが１０°≦θ≦３０°の範囲で噴射できる洗浄装置とした。
【００１２】
（ウエハ移送の関連）
第１ステーションから第２ステーションへ，次に第３ステーションへと半導体ウエハを横移動して次々と洗浄工程，リンス工程，乾燥工程へと一斉にウエハを決められたタクトタイムで移送されるように，チャックで半導体ウエハの左右から掬い上げて次工程に移すタイミングは，前記キャップが開いている状態の期間内であり且つ，半導体ウエハ載置予定のステージが空になったタイミングで移されてくるように制御する移送制御手段と移送機構を具備した洗浄装置とした。
【００１３】
（ウエハ固定の関連）
ウエハの左右からチャックされて横移動で移送されて来た半導体ウエハの固定は半導体ウエハの側面前後からのチャック掴みで固定される固定機構を具備した洗浄装置とした。
【００１４】
（回転制御の関連）
乾燥工程へ半導体ウエハが移送されたタイミングで該ウエハの下面は真空吸着手段を有するスピンテーブルに固着され，高速度に該ウエハを回転させて遠心乾燥させ，所定の時間後に回転を停止させてから真空吸着を停止させる回転制御手段を具備した洗浄装置とした。
【００１５】
（エア乾燥の関連）
ドライエア供給パイプの開口部から半導体ウエハの表面にドライエアを噴出させると同時に半導体ウエハに覆い被せられるように可動キャップを被せるように駆動する動作を連動させ，スピンテーブルに固着された半導体ウエハ裏面に対して開口するドライエア供給パイプの開口部から該ウエハの裏面にドライエアを噴出させるように，ドライエア供給パイプを導気管でドライエア生成手段に接続されている乾燥手段を具備した洗浄装置とした。
【００１６】
（乾燥の関連）
スピンテーブルに真空吸着された半導体ウエハの表・裏面に対して，ドライエア供給パイプの開口部から該ウエハの裏面にドライエアを噴出させるようにし、スピンテーブルを高速回転させて該ウエハをスピン乾燥させる乾燥手段からなる乾燥工程ユニットが，ドライエア供給パイプを設けた可動キャップが半導体ウエハに覆い被せられるた後にドライエア噴出と高速度回転によるスピン乾燥させて，ドライエア噴出と高速度回転完了した後に可動キャップが該ウエハの上方に移動する連動手段を具備した洗浄装置とした。
【００１７】
（設置スペースを小さくする構成について）
半導体ウエハに覆い被さる可動キャップを有する個別ステーションと，  一個又複数個の個別ステーションが収容された洗浄工程ユニット及びリンス工程ユニット及び乾燥工程ユニットと，前記キャップの開閉動作に連動して決められたタクトタイムで一斉に半導体ウエハを移送させる移送制御手段と移送機構とを具備し，洗浄液タンク，リンス液タンク，から形成される洗浄装置において，マガジンに入ったシリコンウエハを洗浄ステージへ載置する手段であるローダユニットを洗浄工程ユニットに接近した位置に連結し，且つ，スピンテーブルを高速回転させてスピン乾燥させる乾燥手段からなる乾燥工程ユニットが，取出し口であるアンローダユニットの後側位置に連結された設置スペースが節約できる洗浄装置とした。
【００１８】
（洗浄方法について）
時間当たりの洗浄仕上げ枚数を多くする目的で，半導体ウエハが洗浄ステージから次々と洗浄工程，リンス工程，乾燥工程へと一斉に短いタクトタイムで移送され，水の表面張力が小さく溶解性に優れたアルカリ性電解イオン水と酸性電解イオン水の混合水である複合電解イオン水，又は洗剤水を半導体ウエハ水平面に対し所定の噴射角で噴射洗浄する洗浄工程，イオン交換水又は複合電解イオン水によるプレリンス及び仕上げリンスを含むリンス工程，毎分３０００回転に達する高速回転による遠心脱水とドライエア吹付けで熱風を必要としないスピン乾燥工程とを有する事を特徴とする半導体ウエハの洗浄方法とした。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による実施形態における全体構成図である。図１（ａ）は正面図，図１（ｂ）は側面図，図２は内部の斜視図である。  洗浄工程ユニット２とリンス工程ユニット３及び乾燥工程ユニット４が連結されてこの入口側にローダーユニット１，出口側の乾燥工程ユニット４の前方にアンローダーユニット５が結合され，一連の流れの中で半導体ウエハ１１が洗浄から乾燥までの個別ステーション２３を移送されて自動運転される。ローダーユニット１にウエハマガジンに収容された半導体ウエハがセットされる。噴射圧力計２９が本体の外部から見えるように設けられていて，洗浄液やリンス液を液量自在に吸上げ，圧力自在に加圧するための吐出調整手段を具備した液ポンプの，噴射圧力を見ながら所定の圧力に設定つまみ（図示せず）で設定するが，ウエハの厚さ寸法に応じて破損しない範囲で洗浄力の高い圧力・噴射量に設定される。本実施例の装置の奥行き寸法Ｄと高さ寸法Ｈは人間工学的に適切な寸法に決定されるが，幅Ｗの寸法は，洗浄タクトタイムの要求によって洗浄工程ユニット２の寸法が決まってくるのであるが，図６におけるウエハコンベアを用いた従来の方式と同じタクトタイムで比較し，本実施例では幅Ｗの寸法が３０％短縮できた。
【００２０】
図３に洗浄工程ユニット２の要部を示した，導液管が貫通されたキャップ軸２１を有し，噴射ノズル１６を設けた可動キャップ２２が，個別ステーション２３に半導体ウエハ１１がセットされた直後に下方に降りて該ウエハが覆い被せられ，噴射洗浄が３０秒間実行される。半導体ウエハは傾斜された噴射液によって揺れ動かないようにウエハ側面で前後からチャックで固定される。洗浄終了後，可動キャップ２２が上方に開いて半導体ウエハ１１はチャックで左右から掬い上げられて次ステーションに移送される，可動キャップ２２が上方に開いている期間に前ステーションからウエハが移送されてくる。
【００２１】
図４に示した半導体ウエハ１１の表面には，噴射ノズル１６から噴射される洗浄液によって全表面が洗浄されるように１個または複数個の噴射ノズル１６が設けられていて，半導体ウエハ水平面に対するノズル１６からの洗浄液噴射角度θは実験の結果，最適値が見出された。直径が８インチの半導体ウエハに対して，１０°≦θ≦３０°の範囲の場合が洗浄効果，洗浄速度共に最適であることが見つけ出さられされた。噴射ノズル１６は，洗浄液噴射角度θが水平面から１０°乃至３０°に首振り自在に形成されていて，２０°に角度を設定した場合が最も有効である。このように設定された噴射洗浄で汎用の洗剤を用いて略３０秒でウエハ１枚の洗浄が完了して次のステーション２３に移動させる。ノズル１個の場合はウエハの表面に万遍無く噴射されるようにウエハ円周に沿うようにノズルを回転させる事が有効であり，ノズルが複数個の場合はウエハ円周に沿って回転させる機構を必要としない，被洗浄物の汚損物質が剥がれ難い性質のものである場合には第１ステーションの洗浄水として電解水の浸透力を利用する事が有効である。アルカリ性電解イオン水と酸性電解イオン水を混合した複合電解イオン水を用いる場合，これに必要な設備が簡略化されて安価になる利点がある。この複合電解イオン水はリンスにも有効である。
【００２２】
可動キャップ２２の効果は，洗浄中に洗浄液の飛沫がミストを発生して，従来であれば排気ダクトから放出されていた洗浄液やリンス液がキャップ内に閉じ込められて洗浄またはリンス液に接触して液に戻る効果がある。大きい洗浄槽内にウエハコンベア１４を設けた従来の方法から個別ステーション２３にした効果は洗浄液やリンス液の節約の他に環境の良化にも寄与している。
【００２３】
第１ステーションから第２ステーションへ，次ぎに第３ステーションへとウエハを移送して次々と洗浄工程，リンス工程，乾燥工程へと一斉にウエハ１１が決められたタクトタイムで移送される．洗浄及びリンス液の噴射圧力と噴射液量は強弱の設定が出来るよう液ポンプに吐出調整手段が設けられていて，各ステーション毎に所定の値に設定され噴射圧力計２９で監視出来るので，従来の圧力が強すぎてウエハを破損さることもなくなった。洗浄速度，水の使用量など経済性を両立させた稼動が出来る。
【００２４】
前記ウエハ１１の移送されて来たウエハの固定は前後からのチャック掴みで固定され洗浄・リンスが実行される。ウエハに可動キャップが降りてきてリンスの最終工程が終了すると，次のステーションでスピン乾燥工程に移る。
【００２５】
図５に本発明の実施形態における乾燥工程のステーション内部の構成を示す。ウエハ１１が真空吸着手段で下部を固定され，ドライエア生成手段に接続され，可動キャップ２２の中央から貫通形成されたドライエア供給パイプ２６で，下方からもドライエア供給パイプ２７でドライエア２５，２４が供給されると同時にスピンテーブル２８がモータで回転し，ウエハ１１に付着している液体を振り切るスピン乾燥を実行する。この速度は３０００回転／分までの所定の速度が得られるように回転制御手段によって制御される。モーター駆動用の電力周波数可変インバータが設けられて回転数を自在に設定できるようにすることも有効である。可動キャップの上下運動とスピン作動およびドライエアの噴出作動が連動手段によって実行される。
【００２６】
図７に本発明による一実施形態の洗浄方法の工程図を示す。マガジンにセットされたウエハがローダユニットのローダにセットされるとウエハを一枚一枚，洗浄ステージへ順次載せられ，次のステーションに移送される。先ず第１洗浄ステーションへ移送。ウエハは前後からチャックで固定される。キャップが降りてきて噴射洗浄３０秒，次に可動キャップが上方に開いて左右からチャックで掬い上げられたウエハが第２洗浄ステーションへ移送。ウエハは前後からチャックで固定される。キャップが降りて被せられて噴射洗浄３０秒，次にキャップが上方に開き，左右からチャックで掬い上げられたウエハが第３洗浄ステーションへというように洗浄工程が終わって，ウエハがリンスステーションに移送される。リンス工程もプレリンスから仕上げリンスへと第１乃至第２又は第３ステーションが設けられている。このようにステーション間を各ウエハが一斉に決められたタクトタイムで，移送制御手段によって移送機構を作動させて枚葉洗浄処理が実行される。
【００２７】
ウエハは仕上げリンスが終わったら乾燥ステーションであるスピンテーブルに移送されて，真空吸着手段により固定されてスピン回転数３０００回転で３０秒間，ドライエアの吹きつけを受けて遠心脱水（スピン乾燥）が完了する。高速スピンの為，従来の温風の供給が不要となり温風生成手段のための燃料やスペース節約の効果がある。スピン乾燥が終わったウエハはその前方にあるアンローダに移送されて取出される。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば洗浄速度が向上した為，従来に於けるウエハコンベア構造の装置の約７０％設置スペースで製作可能であり，本装置全体が軽量小型に安価に製作できる他，従来の温風発生手段が不要で経済的であり，洗浄液ミストの回収と循環で洗剤消耗量が少なく運転経費が安価で且つ，熱源節約で省資源・省エネルギーに寄与し工業的価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態における全体構成図。
【図２】本発明による実施形態における全体構成図。
【図３】本発明による実施形態における要部の構造図。
【図４】本発明による実施形態における要部の構造図。
【図５】本発明による実施形態における要部の構造図。
【図６】従来の装置の構造図。
【図７】本発明による実施形態における工程図。
【図８】従来の装置の洗浄模式図。
【符号の説明】
１    ローダーユニット
２    洗浄工程ユニット
３    リンス工程ユニット
４    乾燥工程ユニット
５    アンローダーユニット
１１    半導体ウエハ
１４    ウエハコンベア
１６    噴射ノズル
１７    搬入口
１８    搬出口
２０    排気ダクト
２１    キャップ軸
２２    可動キャップ
２３    個別ステーション
２４    ドライエア
２５    ドライエア
２６    ドライエア供給パイプ
２７    ドライエア供給パイプ
２８    スピンテーブル
２９    噴射圧力計
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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