(57)【要約】【課題】  半導体ウェハがキャリアの保持溝内で接触した部分の洗浄処理効果を高め、洗浄水の使用量を削減し、かつ、短時間で、しかも均一に、半導体ウェハの処理することができる半導体ウェハの洗浄処理装置を提供する。【解決手段】  キャリア２に、複数枚の半導体ウェハ１を保持し、そのキャリア２ごと、たとえば超純水などの洗浄液と共に処理槽３内に収納することにより洗浄処理をする装置で、底面側に揺動手段５が設けられている。この揺動手段５が、半導体ウェハ１が並列される方向における処理槽３のほぼ中心面を支点として、半導体ウェハ１の表面が前方あるいは後方に傾く方向に揺動するように設けられ、かつ、処理槽３は、半導体ウェハ１の表面と垂直側の側壁上端部が、前記側壁中心部で低く、両端部側で高い勾配を有するように形成されている。【選択図】        図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の半導体ウェハを保持する治具と共に洗浄水を収容する上面が開放された処理槽と、該処理槽の底面側に設けられ、該処理槽を揺動運動させる揺動手段とを有し、前記揺動手段は、前記処理槽に収容される前記半導体ウェハの表面が前方あるいは後方に傾く方向に揺動するように設けられ、かつ、前記処理槽は、前記半導体ウェハの表面と垂直側の側壁上端部が、前記側壁の中心部で低く、両端部側で高い勾配を有すると共に、前記勾配の角度が前記処理槽を揺動させる角度の最大値とほぼ等しい角度に形成されていることを特徴とする半導体ウェハの洗浄処理装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、半導体ウェハの製造工程における洗浄処理を効率的に行うことができる半導体ウェハの洗浄処理装置に関する。さらに詳しくは、半導体ウェハを保持する治具と半導体ウェハとの接触部分を効率よく洗浄することができる半導体ウェハの洗浄処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、たとえばフッ酸を主体とするエッチング液によるＳｉＯ2膜の除去や、アンモニア水を主体とするエッチング処理などがあり、それらの薬液浸漬による処理の後には、殆どの場合に、超純水によるオーバーフロー洗浄を必要とする。これらの半導体ウェハの水洗処理に求められる機能としては、（１）直前の処理工程で付着した薬液を希釈し除去すること、（２）極力短時間で洗浄し、半導体ウェハの表面が酸化により変質しないようにすること、（３）異物付着や逆汚染などが生じないようにすること、（４）多数枚の半導体ウェハを収容する治具内のそれぞれの半導体ウェハが均一に洗浄されること、（５）地球環境保全および水資源の有効利用などの観点から極力少量の超純水で洗浄処理すること、などが求められており、従来図４に示すようなオーバーフロー型のバッチ処理式水洗槽が用いられている。
【０００３】
図４において、１は、たとえば口径が５インチ程度の半導体ウェハ、２は半導体ウェハ１を多数枚保持する治具で、以下キャリアと呼ぶ。このキャリア２は、側板２１が一定間隔で配置され、保持溝２２に半導体ウェハ１が保持されている。半導体ウェハ１は、キャリア２に、たとえば２５〜５０枚程度保持されている。キャリア２の底面には、洗浄用の超純水４が流れ込むように貫通孔２３が形成されている。導水管３１より導入された超純水４は、予備室３２を経てパンチング板３３の各穿孔部３４より均一にキャリア２側に流れ込むようになっている。なお、導入された超純水４は、半導体ウェハ１およびキャリア２内を通過して処理槽３の側壁上端部からオーバーフローする（図４ではＡで示してある）ようになっている。この場合、パンチング板３３は水平にして半導体ウェハ１は垂直に保持する（半導体ウェハ１の表面をパンチング板３３と垂直にする）と共に、穿孔部３４を介して、導入された超純水４が層流になるように半導体ウェハ１を洗浄することが、洗浄により分離したパーティクルを再付着させることなく流し出すという観点から重要である。
【０００４】
この半導体ウェハ１が完全に洗浄されたか否かを判定するには、通常は、前工程で使うエッチング液などが電解質であることから、その電解質が超純水中に混じると洗浄水の比抵抗が下がることを利用して、オーバーフローして流れ出る洗浄水の比抵抗を測定することにより判断することができる。たとえば、通水量を９リットル／分に設定して、通常の水洗を１０分間行った後にキャリア２を処理槽３内で故意に振動させた場合における、洗浄水の比抵抗値の変化を図３にＱとして示す。すなわち、水洗を行うと通水時間に比例して比抵抗値は指数関数的に回復し、１０分近くの洗浄で、原水（超純水）の比抵抗値に近くなる。このように洗浄水の比抵抗が超純水の比抵抗と同程度になれば、半導体ウェハ１に付着していたエッチング液などの薬液成分はほぼ除去されたと見做すことができる。
【０００５】
しかし、たとえば経過時間が１０分のときにキャリア２を故意に振動させると、図３のＱに示すように、その時点で急速に比抵抗値の低下が現れることがある。これは、半導体ウェハ１の洗浄が不十分であることを表している。これを防ぐためには、大量の通水を行うか、半導体ウェハ１の処理枚数を減らす必要がある。そのため、図４に示す装置（口径
が５インチの半導体ウェハ１を２５〜５０枚収納）を用いた場合、１５リットル／分以上の通水量と１５分以上の水洗時間が必要になる。
【０００６】
このような、半導体ウェハ１に振動を与えることにより、水洗不足が顕在化することを改善する試みとして、水洗中の半導体ウェハ１の一端部に回転ローラを当接させ、半導体ウェハ１を強制的に回転させて、半導体ウェハ１が保持溝２２に密着するのを防止する手段を設けることが知られている。また別の手段として、キャリア２にハンドルを取り付けて、このハンドルを介してキャリア２を揺動させる方法も知られている。しかしながら、前者の方法では、回転体の摺動部分でパーティクルが発生すること、後者の方法では、キャリア２とハンドルとの接触部分の隙間に薬液が残留するなどの問題があり、信頼性上の難点があった。
【０００７】
さらに、処理槽３の傾きなどの理由で、洗浄水が処理槽３の一部からしか流れ出なくなり、処理槽３の側壁上端部の４隅にダストが溜まってしまい、オーバーフローの本来の役目を果たさなくなることを改善する目的で、図５に示すように、処理槽３の底面にモータ７などを設けて、その中心部を支点としてシーソーのように揺動させる方法も知られている（たとえば特許文献１参照）。図５において、８は外箱で、図４と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【特許文献１】実開平１−１７３９３４号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように、キャリア内に半導体ウェハを保持して、底面側から超純水などを導入して側壁上端部からオーバーフローさせることにより洗浄処理する場合、半導体ウェハがキャリアの側板と接触している部分の洗浄処理が充分に行えないため、その洗浄を充分に行うためには、水量を多くし、さらに洗浄時間を長くしなければならないが、水資源の浪費になると共に、半導体装置のコストアップの原因になるという問題がある。とくに、集積回路（ＩＣ）などの複雑な半導体装置を製造する場合、一般に製造工程が完了するまでには凡そ２０回程度の水洗工程が必要であり、超純水の価格は一般の水道水に比べて数百倍になるため、消費される超純水量並びに廃水処理のコストは膨大なものになっている。従って、ＩＣなどの半導体装置の製造工程では、いかにして超純水の使用量を減じるかが重要なテーマになっており、地球環境保全上からも、水資源の消費は抑制することが望ましい。しかも、このように水量と時間を充分にかけても、キャリアの保持溝の部分で薬液残留による染み不良などが多発することがある。とくに、大口径ウェハになるほど、キャリア内での半導体ウェハの傾きは小さくなり、かつ、重量も増えるので、液体中での半導体ウェハの揺らぎは起こり難く、染み不良などが多発する傾向にある。このような問題を完全に解決するには、半導体ウェハを１枚づつ処理する枚葉処理に向かわざるを得ないが、一度に多数枚を処理するバッチ処理に比べると、著しく生産性が低く、コストアップになるという問題がある。
【０００９】
一方、生産性を高める観点から、キャリア内の保持溝の数を増やす、すなわち保持溝のピッチを小さくして、同じ大きさのキャリア内に保持する半導体ウェハの数を多くしたり、半導体ウェハの口径を増大させたり、水洗時間を短縮したり、通水量を減じたりするなどの手段を単独あるいは２以上併用して行うことが要求されているが、このような要請は、前述の短時間で、少ない水による完全な洗浄と相反する。
【００１０】
さらに、前述のように洗浄を確実に行うため、大量に超純水を導入すると、水流や水圧により、半導体ウェハは強制的にキャリア内で揺らすことが可能となるが、これは不経済であり、かつ、必ずしもキャリアに収容された半導体ウェハの全量が揺らいで保持溝の内壁から離れるという保証はない。そのため、大量に超純水を導入しても、長時間の洗浄を
行わなければならないという問題がある。また、大量の超純水を導入すると、処理槽内で水流が乱れていわゆる乱流となり、エッチング液などの除去には適しても、却って発塵によって半導体ウェハはパーティクル汚染を受けてしまう。
【００１１】
さらに、前述の図５に示すような揺動手段を設けると、一方に傾けたときに、傾けられた低い側から処理槽内の洗浄水が一度に流れ出し、反対側に傾けると、今度は反対側から大量の洗浄水が一度に流れ出すため、処理槽内の洗浄水に乱流が生じ、前述のように半導体ウェハから分離したパーティクルが処理槽内で攪拌されて下側に戻り、半導体ウェハに再付着するという汚染の問題が発生し、結局は長時間の洗浄が必要となる。しかも、図５に示すように、半導体ウェハの表面と平行方向に揺動させても、半導体ウェハとキャリアとの接触部分は殆ど影響を受けることはなく、前述の半導体ウェハとキャリアとの接触部分の洗浄不十分対策にはなんら寄与しない。
【００１２】
本考案は、このような問題を解決するためになされたもので、半導体ウェハがキャリアの保持溝と接触する部分の洗浄処理効果を高め、洗浄水の使用量を削減し、かつ、短時間で、しかも均一に、半導体ウェハの処理することができる半導体ウェハの洗浄処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本考案者は、前述の問題を解決するため鋭意検討を重ね、まず、キャリアに収容された半導体ウェハの洗浄過程を克明に追跡した。すなわち、キャリアに半導体ウェハを１枚だけ保持し、水洗中に確実に半導体ウェハが揺らぐような通水量（具体的には５リットル／分）を確保して１０分間水洗した。その直後に、キャリアを故意に振動させてオーバーフロー水の比抵抗値を測定した結果、比抵抗値は全く低下しなかった。この要領で、キャリア内に保持する半導体ウェハ１の枚数を徐々に増やし、各々の半導体ウェハが全て揺動していれば、ほぼ原水の比抵抗値に近くなった水洗時間後に故意の振動を与えても、オーバーフロー水の比抵抗値の低下は見られないことを確認した。また、キャリアだけを槽内で揺動させたり、側壁上端部と下端部とが平行な一般的な処理槽で、処理槽ごと揺動させたりしても、槽内で洗浄水の激しい乱流が生じて、却ってパーティクル汚染を引き起こすことが判明し、処理槽を半導体ウェハの面と垂直方向にシーソー運動（揺動）させ、かつ、処理槽の側壁上端部を揺動方向に合せてＶ字状にすることにより、揺動しても洗浄水が一度に排水されることがなく、内部で乱流が生じないことから、少ない超純水の通水量で、しかも短時間で完全に洗浄することができることを見出した。
【００１４】
本考案による半導体ウェハの処理装置は、複数枚の半導体ウェハを保持する治具と共に洗浄水を収容する上面が開放された処理槽と、該処理槽の底面側に設けられ、該処理槽を揺動運動させる揺動手段とを有し、前記揺動手段は、前記処理槽に収容される前記半導体ウェハの表面が前方あるいは後方に傾く方向に揺動するように設けられ、かつ、前記処理槽は、前記半導体ウェハの表面と垂直側の側壁上端部が、前記側壁の中心部で低く、両端部側で高い勾配を有すると共に、前記勾配の角度が前記処理槽を揺動させる角度の最大値とほぼ等しい角度に形成されていることを特徴としている。
【００１５】
ここに勾配とは、一番低いところと高いところに高低差があることを意味し、連続した傾斜面のみならず、階段的な段差による高低も含む。
【考案の効果】
【００１６】
本考案によれば、半導体ウェハを収納した処理槽を、半導体ウェハの表面と垂直方向で揺動させているため、治具（キャリア）の保持溝内に保持された半導体ウェハとキャリアの側板との接触が、半導体ウェハの表裏で交互にかわることになり、同じ場所での接触が続かないため、確実に洗浄処理をすることができる。すなわち、半導体ウェハは、その下
端部がキャリアの保持溝内の底面で支持され、上端部は保持溝を形成している一対の対向する側板のいずれかに寄り掛かって保持されている。そのため、処理槽が揺動により一方に傾くと、半導体ウェハを保持するキャリアも傾き、半導体ウェハの上端部は傾いた低い側の側板側に倒れて保持される。この一対の側板は、処理槽の揺動にしたがって、一方が下側になるため、半導体ウェハも揺動にしたがって、保持される側板が交互に変る。その結果、側板との接触部も完全に洗浄することができる。
【００１７】
一方、処理槽の側壁上端部のうち、半導体ウェハの表面と垂直側の側壁上端部が、その側壁の中心部で低く、両端部側で高い勾配を有する（傾斜面になる）ように形成し、その傾斜角を揺動の最大角の角度と合せることにより、揺動により一番傾いた角度のときに、その傾くことにより低くなる側の処理槽の傾斜した側壁上端部は、水平面になり、オーバーフローによる洗浄水の流出は行われるが、傾いたことにより一度に大量の洗浄水が溢れ出るということは起こらない。すなわち、処理槽の側壁が揺動方向に合せて中心部よりも端部側が高く形成されているため、処理槽が傾くと、低くなる側に処理液は移動するが、揺動自体を緩やかに行うことにより、処理液も溢れることなく低い側にそのまま移動することになり、一気に溢れて流れ出すということはなく、オーバーフローする処理液のみが傾斜面の形成された側壁上端部から排出される。そのため、処理液中で乱流が生じて、半導体ウェハから分離したパーティクルなどが再度半導体ウェハの他の部分または他の半導体ウェハに付着するということは一切起こらない。
【００１８】
その結果、超純水や純水などの洗浄水で洗浄する場合でも、少ない流量（通水量）の洗浄水で短い洗浄時間で、完全に洗浄することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１９】
つぎに、図面を参照しながら本考案の半導体ウェハの洗浄処理装置について説明をする。本考案による半導体ウェハの洗浄処理装置は、図１に断面の説明図が示されるような構造になっている。すなわち、治具（キャリア２）により、複数枚の半導体ウェハ１を保持し、そのキャリア２ごと、超純水などの洗浄水と共に処理槽３内に収納することにより洗浄処理する装置で、この処理槽３の底面側に処理槽３を揺動運動させる揺動手段５が設けられている。本考案では、この揺動手段５が、半導体ウェハ１の表面に垂直な方向（図１のｘ方向）における処理槽３のほぼ中心面（ｘ方向中心での紙面と垂直な面）を支点として、ｘ方向に揺動するように設けられ、かつ、処理槽３は、半導体ウェハ１の表面と垂直側の側壁上端部が、前記中心面の位置で低く、両端部側で高い勾配（高低差）を有するように形成されていることに特徴がある。
【００２０】
半導体ウェハ１は、一般的には、半導体装置を製造するための製造工程中のウェハで、キャリア２は、半導体ウェハ１を１枚ごと保持することができるように、保持溝２２が形成され、その保持溝２２を形成する側板２１が連続的に並んで設けられた構造になっている。この保持溝２２の底面には、下から、たとえば超純水４などの洗浄水を保持溝２２内に導入して上方から溢れ出るようにするため、貫通孔２３が形成されている。
【００２１】
処理槽３は、底面に導水管３１が設けられ、中底として穿孔部３４が形成されたパンチング板３３が取り付けられた、断面が矩形状の箱型になっており、このパンチング板３３にキャリア２が、固定具３５により固定されている。導水管３１には、ホース３９が接続され、たとえば超純水４などの洗浄水が導入され、予備室３２を経てパンチング板３３の穿孔部３４からキャリア２の底面に形成された貫通孔２３を経て半導体ウェハ１の周囲を上昇するようになっている。本考案では、この処理槽３の側壁のうち、半導体ウェハ１の表面と垂直な面（紙面と平行な面）の側壁３６の上端部が、中心部で低く、両端部で高いＶ字型の傾斜面になっている。この斜面Ｂの底面（ｘ軸）に対する傾斜角度θ２は、後述する処理槽３を揺動させる最大の角度である揺動角θ１と同程度に形成されている。この
ような角度の傾斜角とすることにより、揺動により最も傾いた状態で、処理槽３の上端部が水平面となり、傾斜面の一番高い端部側からも洗浄水が溢れ出るため、部分的に洗浄水が滞留することはない。この側壁３６上端部の傾斜面は、連続した傾斜面ではなく、階段的に傾斜していても構わない。
【００２２】
本考案では、さらに、この傾斜面にスリット３７が一定間隔で形成され、オーバーフローする洗浄液をこのスリット３７から流出させることにより、洗浄水が不要に槽内で攪拌しないで、きれいな層流で流れ出るようにされている。
【００２３】
処理槽３の底面には揺動手段５が設けられ、処理槽３を揺動させることができるようになっている。揺動手段５は、図１に示される例では、処理槽３底面のｘ方向両端部を、固定板５１に設けられたジグシリンダ５２とピストン５３とローラ５４とで支持する構成とし、両側のピストン５３の上下動を反対に行うことにより、シーソー運動をさせることができる。このピストン５３の上下動は、エアチューブ５５を介して空気圧を調整することにより行う。図示されていないが、このエアチューブ５５にスピードコントローラを取り付けておくことにより、容易に空気圧制御をすることができ、揺動を微細に調整することができる。また、揺動手段５は、ピストンを空気圧で制御する構成の例に限定されるものではなく、たとえばキャリア２の底面の中心部を支点として支えて、その両側に超純水を交互に吹き付ける水圧や、空気圧などによりシーソー運動をさせる構成などにすることもできる。
【００２４】
このシーソー運動による揺動の最大の傾斜角θ１は、たとえば３〜６°になるように設定される。処理槽３を揺動させる理由は、図２に保持溝２２内で半導体ウェハ１が保持される状態の拡大断面説明図（寸法関係は正確ではない）を示すように、揺動による傾きで、半導体ウェハ１の上部が左に傾いたり、右に傾いたりするように、傾き方向を変えることにあり、半導体ウェハ１の傾きを変え得る角度の範囲で揺動させれば良いからである。すなわち、半導体ウェハ１は、保持溝２２の底面に載置されただけの状態であるため、たとえばその底面が図で左側に傾くと側板２１ａが側板２１ｂよりも低くなり、半導体ウェハ１の上部はその自重により低い側の側板２１ａの方に倒れ、側板２１ａで保持される。また、右側に傾くと、側板２１ｂの方が低くなり、半導体ウェハ１の上部は低い側の側板２１ｂ側に倒れて保持される。なお、図１では、水平面Ｈと、処理槽３の傾きが最大のときの処理槽３の底面、すなわちｘ方向とのなす角度をθ１で示してある。反対側に傾く場合には、図で右側のシリンダ５３が下がり、左側のシリンダ５３が上昇して逆向きに傾き、その場合の水平面Ｈに対する最大の傾斜角は−θ１になる。
【００２５】
つぎに、この洗浄処理装置の動作について説明をする。キャリア２の保持溝２２内に、洗浄する半導体ウェハ１を保持し、処理槽３内のパンチング板３３に固定具３５で固定する。初期状態の処理槽３の位置は制約されないが、揺動手段５の調整により、水平の位置に設定されていれば、キャリア２の固定を行いやすい。そして、ホース３９を通して超純水４を、たとえば５リットル／分の割合で処理槽３内に導入する。導入された超純水４は、最初のうちは予備室３２内にたまり、予備室３２が満タンになると、パンチング板３３の穿孔部３４からキャリア２側に進み、キャリア２の底面の貫通孔２２から保持溝内の半導体ウェハ１を洗いながら上方に進む。導入された超純水４は、キャリア２の外側にも充満しながら上方に進む。超純水４が処理槽３内にほぼ充満したら、揺動手段５を作動させ、左右に揺動する。
【００２６】
揺動手段５は、たとえば処理槽３が水平状態から５秒程度で最大の傾斜角が３〜６°になるように、エアチューブ５５内の空気圧力を調整することにより、１周期が２０秒程度の揺動運動をさせることができる。この揺動周期が余り早いと、洗浄液に乱流が生じて好ましくなく、また、遅すぎると、短時間での洗浄を行うことができない。この空気圧の調
整は、図示しないスピードコントローラにより自由に調整することができ、所望の周期で揺動させることができる。
【００２７】
この方法で５インチ口径の半導体ウェハ１をキャリア２に収容して、前述の５リットル／分の割合で超純水４を導入して洗浄を行い、さらに、１０分経過の時点で処理槽３に故意に振動を与えて、オーバーフローした洗浄水の比抵抗の変化を測定した。その結果が、図３にＰで示されている。図３には、同様に従来の揺動しない状態で、通水量を９リットル／分で洗浄を行った場合の比抵抗の変化をＱで示してあるが、図３から明らかなように、本考案によれば、途中で処理槽に故意に振動を与えても、比抵抗の急激な変動は生じず、完全に洗浄されていることが分る。これに対して、従来の洗浄装置を用いて、揺動運動をさせていない場合には、前述のように、超純水４の流量が倍近い量であるにも拘らず、外部から振動を処理槽３に与えると、急激に比抵抗が低下し、完全に洗浄されていないことを示し、完全に洗浄するには、１５分以上の洗浄が必要であった。
【００２８】
以上のように、本考案によれば、超純水の使用量は、従来の５／９（単位時間当たりの流量）×１０／１５（時間）＝３７％と大幅に減らしながら、しかも洗浄不十分なものが発生することが一切なく、さらに、保持溝内に位置していた部分などに現れる薬液残留などの染み不良も一切発生せず、非常に信頼性の良い洗浄処理を行うことができる。
【００２９】
以上の説明は、半導体ウェハを超純水で洗浄する場合の例であったが、超純水による洗浄に限らず、純水洗浄、通常の水道水による洗浄などでも、同様に洗浄水の節約および洗浄の信頼性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本考案による半導体ウェハの処理装置の一実施形態を示す断面説明図である。
【図２】図１のキャリアの保持溝内に保持される半導体ウェハが処理槽の揺動により変化する様子を模式的に示す図である。
【図３】図１に示される処理装置を用いて、半導体ウェハを洗浄した場合の比抵抗（洗浄度合い）の変化を従来の場合と比較して示す図である。
【図４】従来の半導体ウェハの洗浄処理装置の概要を示す断面説明図である。
【図５】従来の半導体ウェハの洗浄処理装置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    半導体ウェハ
２    キャリア
３    処理槽
４    超純水
５    揺動手段
21    側板
22    保持溝
23    貫通孔
31    導水管
32    予備室
33    パンチング板
34    穿孔部
35    固定具
36    半導体ウェハの面と垂直な側の処理槽の側壁
37    スリット
38    半導体ウェハの表面と平行な側の処理槽の側壁
39    ホース
51    固定板
52    ジグシリンダ
53    ピストン
54    ローラ
55    エアチューブ
【図１】
0003133049.tif 000003
【図２】
0003133049.tif 000004
【図３】
0003133049.tif 000005
【図４】
0003133049.tif 000006
【図５】
0003133049.tif 000007