JP2003297901A - 基板処理システムおよびその処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハーの洗浄に際して自然酸化膜や
ウォーターマークなどの発生を抑制することができる半
導体ウエハーの搬送方法を提供する。 【解決手段】 本発明の半導体ウエハー搬送方法は、ハ
ウジング１００内に第１、第２の処理チャンバ１１０、
１２０と乾燥ユニット１３０とを縦型に配し、これらの
処理チャンバおよび乾燥ユニット間においてウエハーを
第１の非接触保持型の搬送ロボット１４０で搬送し、ハ
ウジング１００とウエハーカセット１６０との間のウエ
ハーを第２の非接触保持型の搬送ロボット１５０により
行い、ガス供給口１７０から窒素ガスをハウジング１１
０内に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理システム
及びその処理方法に関し、特に半導体ウエハーの洗浄処
理を行うための処理システムおよびその処理方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの微細化に伴い半導体ウエハーの
洗浄技術が益々重要になってきている。半導体ウエハー
の洗浄工程において重要なことは、前工程までのパーテ
ィクル、重金属などの不純物を除去すること、洗浄工程
で使用した薬剤を除去すること、および洗浄工程におい
てパーティクルやウォーターマーク等の欠陥の発生を抑
制することである。半導体ウエハーの洗浄は、一般にウ
エット洗浄であり、酸、アルカリ、有機溶剤などの薬剤を
駆使した洗浄がなされている。

【０００３】典型的洗浄プロセスは、シリコンウエハー
からパーティクル等を除去する第１ステップと、シリコ
ン表面の不要な自然酸化膜を除去する第２ステップと、
シリコンウエハーに付着した重金属類を除去する第３ス
テップからなり、それぞれに所望される化学洗浄が行わ
れる。第１ステップではアンモニア水、過酸化水素水、
超純水らなるアルカリ性混合液（以下ＳＣ−1と呼
ぶ。）が用いられ、第２ステップでは超純水により希釈
されたフッ酸（以下希フッ酸と呼ぶ。）が用いられ、第
３ステップでは塩酸、過酸化水素水、超純水らなる酸性
混合液（以下ＳＣ−２と呼ぶ。）が用いられるのが一般
的である。さらにこれらのステップ間では超純水による
リンス工程が行われる。そして最後に乾燥ユニット内に
おいて完全な乾燥が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のウエットステー
ションタイプは、洗浄を行う各洗浄処理間のウエハー移
動距離が長く、ＩＰＡ乾燥であるために防爆構造を必要
とする。さらにＩＰＡ乾燥の自然置換を待つために、ウ
エハー洗浄のスループットが抑制される。これらの理由
により、常にウォーターマークや自然酸化膜の発生は免
れない。仮に、装置内を完全に窒素雰囲気に維持しよう
としても、装置が大規模であるため非常に高価となって
しまい非実現的である。

【０００５】他方、スピン枚葉式洗浄機タイプは、ウエ
ハー搬送時にシリコン基板のいずれか一方の面を吸着な
どの方法により広い面積にわたり直接接触させたうえで
搬送しなければならない為、例えば次工程が成膜等の極
めて高清浄度が要求される際には、汚染が懸念されるこ
ととなり不適とされていた。また、乾燥に至るまでのウ
エハー移動は短時間で実現されるが、スピン乾燥を中心
とするためウォーターマークや自然酸化膜の発生は免れ
ない。ＩＰＡの使用も可能ではあるが、ＩＰＡを強制置
換するため工程上の無理や不十分が生じたり、装置とし
ても防爆構造を施す必要があり高価になってしまう。

【０００６】図１３は、上記従来のスピン枚葉式洗浄機
タイプを用いた場合のシリコン基板上への配線層の成膜
ステップを示す図である。同図（ａ）は、シリコン基板
１上の絶縁膜２（ＳｉＯ２等）にコンタクトホール（あ
るいはビアホール）３を形成するためにエッチング処理
を施した状態を示す。エッチング処理後、絶縁膜２のコ
ンタクトホール３の内壁には前工程であるエッチングの
ときのプロセス不要物４が付着し、さらに露出されたシ
リコン基板表面には自然酸化膜５が形成されている。こ
のため、Ｓｉウエハーを洗浄し、プロセス不要物４およ
び自然酸化膜５の除去を行う。

【０００７】同図（ｂ）は、化学薬品による洗浄処理後
の状態を示す。この状態では、化学薬品処理によって一
時的に高清浄が実現されているが、乾燥に十分に配慮し
ないと乾燥ムラから水分残り６が生じ、これが後にウォ
ーターマーク（シミ）となってしまう。特に、コンタク
トホール３のアスペクト比が高くなるほど、例えば３を
超えるような場合に発生し易くなる。

【０００８】乾燥ステップ後に、安易にＳｉウエハーを
大気中に露出させたり、あるいは化学薬品処理後の雰囲
気制御を怠ると、同図（ｃ）に示すように、自然酸化膜
５が再生成してしまう。さらに、残存した水分残りがウ
ォーターマーク７となる。これらは、ほとんどが大気中
の酸素が原因と考えられる。

【０００９】この状態から次の配線層の成膜が行われる
と、同図（ｄ）に示すように、シリコン表面と配線層８
との界面に自然酸化膜５やウォーターマーク７が残存し
ているため、配線層８の良好な電気的接続を行うことが
できない。このため、半導体装置の電気的信頼性を劣化
することになり、場合によっては故障・不良の原因とな
ってしまう。このような問題は、図１３に示す配線層の
成膜工程に限られるものではなく、これ以外の製造過程
で行われる洗浄処理でも同様に発生し得る問題である。

【００１０】そこで、本発明は上記従来の問題点を解決
し、半導体ウエハーの洗浄に際して自然酸化膜やウォー
ターマークの発生を防止し、信頼性の高い半導体装置を
製造することができる半導体ウエハー処理システムおよ
び処理方法を提供することを目的とする。さらに本発明
の目的は、複数の洗浄処理チャンバを縦型に配し、省ス
ペース化及び低コスト化を実現可能な半導体ウエハー処
理システム及びその方法を提供する。さらに本発明の目
的は、処理される基板を大気から隔離し、かつ基板処理
中にパーテイクルやクロスコンタミネーション等の発生
を抑制した改良された基板処理システムおよびその方法
を提供する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の基板処理システムは、基板を処理する第１お
よび第２の処理チャンバと、第１と第２の処理チャンバ
間において基板の搬送を行う搬送手段とを備え、搬送手
段は、基板を不活性ガス雰囲気下で実質的に非接触状態
で保持する保持手段を有する。

【００１２】好ましくは、基板処理システムは、少なく
とも第１及び第２の処理チャンバ及び搬送手段を含むハ
ウジングを有し、第１及び第２の処理チャンバはハウジ
ング内に縦型構造となるように配され、ハウジング内に
不活性ガスが供給される。ハウジングは大気から遮断さ
れた空間（実質的な密閉空間）を提供し、不活性ガスは
ハウジングの上部から供給されることが望ましい。

【００１３】上記システムにおける基板は、好ましくは
半導体ウエハーであり、第１および第２の処理チャンバ
は、半導体ウエハーを洗浄するチャンバであり、各チャ
ンバ内は不活性ガス雰囲気におかれる。上記システムに
おいて使用される不活性ガスは、窒素ガスであることが
望ましい。但し、半導体ウエハー以外にも、液晶デイス
プレイ用ガラス基板、プラズマデイスプレイ用ガラス基
板等の基板にも適用することができる。

【００１４】好ましくは、半導体ウエハーは、ベルヌー
イ効果を利用して実質的に非接触状態で保持され、搬送
される。また、半導体ウエハーの少なくとも一主面また
は対向する面は窒素ガスで雰囲気制御される。このた
め、半導体ウエハーの洗浄から乾燥までのプロセスにお
いて、半導体ウエハーが実質的に不活性ガス雰囲気下に
あり、大気に露出されることはない。

【００１５】本発明の半導体ウエハー処理システムは、
ハウジング内に少なくとも第１の処理チャンバ、第２の
処理チャンバ、乾燥チャンバとを縦型に配し、第１の処
理チャンバ、第２の処理チャンバ、乾燥チャンバ間にお
いて半導体ウエハーの搬送を行う第１のウエハー搬送手
段を有し、第１のウエハー搬送手段は半導体ウエハーを
実質的に不活性ガス雰囲気下で非接触状態で保持する。

【００１６】好ましくは、ハウジングの上方から下方に
向けて順に第１の処理チャンバ、第２の処理チャンバ、
および乾燥チャンバが配され、かつハウジング内に第１
の処理チャンバから第２の処理チャンバの方向へ不活性
ガスを流す。さらに、半導体ウエハー処理システムは、
複数の半導体ウエハーを収容するウエハー収容部と、ウ
エハー収容部と第１処理チャンバとの間で半導体ウエハ
ーを不活性ガス雰囲気でかつ非接触状態で搬送する第２
のウエハー搬送手段とを有する。ウエハー収容部に収容
された半導体ウエハーは、洗浄前であるため、前工程の
薬剤やパーテイクル等によって汚染されており、第１、
第２の搬送手段を用いることでウエハー収容部内の汚染
をハウジングから隔離している。

【００１７】好ましくは、第１、第２の処理チャンバは
半導体ウエハーを薬剤により洗浄処理をする洗浄用スピ
ナーであり、第１の処理チャンバでは、ＳＣ−１の洗浄
を行い、第２の処理チャンバでは希フッ酸を用いて半導
体ウエハー上の自然酸化膜を除去する。さらに必要であ
れば、第３の処理チャンバをハウジング内に設けても良
い。この場合、第３の処理チャンバは、例えば、ＳＣ−
２による洗浄を行う。

【００１８】本発明の基板処理方法は、ハウジング内に
第1、第２の処理チャンバ及び乾燥チャンバを有し、ハ
ウジング内に不活性ガスが供給される基板処理システム
において、第１の処理チャンバにおいて基板の洗浄処理
を行う工程、基板表面を実質的に不活性ガス雰囲気制御
して基板を第１のチャンバから第２のチャンバへ搬送す
る工程、第２のチャンバにおいて基板の洗浄処理を行う
工程と、基板表面を実質的に不活性ガス雰囲気制御して
基板を第２のチャンバから乾燥チャンバへ搬送する工程
と、を有する。

【００１９】好ましくは、第１、第２のチャンバ及び乾
燥チャンバが縦型に配され、基板は半導体ウエハーであ
る。そして、ハウジング内に供給される不活性ガスおよ
び半導体ウエハーを雰囲気制御する不活性ガスは窒素ガ
スであることが望ましい。さらに、半導体ウエハーは実
質的に非接触状態に保持され、これはベルヌーイ効果を
利用して保持される。

【００２０】本発明によれば、基板処理システムを小型
チャンバ化することによりハウジング内を低コストにて
不活性ガス（窒素ガス）雰囲気を実現することができ
る。不活性ガスを用いたベルヌーイチャックにより基板
を非接触状態で支持するため、大気中の空気を基板に寄
せつけない。特に、半導体ウエハーの場合、ベルヌーイ
チャックの強力な窒素吹き付け効果により、ホール形状
のパターン中の乾燥効果を助成することができる。ま
た、乾燥チャンバの乾燥を真空加熱乾燥にすることで、
真空ポンプと近赤外光の併用により半導体ウエハーの乾
燥を一層短時間化することができ、さらにＩＰＡなどの
化学物質を使用しないことから安全性の向上を図ること
ができる。このように洗浄装置あるいはシステムとして
安価で高スループットを実現可能であり、さらに、洗浄
処理後にウォーターマークや自然酸化膜を発生させない
ウエハーの搬送・乾燥技術の実現を可能とする。その結
果、半導体装置の電気的な特性の劣化を抑制し、信頼性
の高い半導体装置の生産を実現することが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例に係る半導
体ウエハー洗浄処理システムの概念を示すブロック図で
ある。同図において、洗浄処理システムは、ほぼ密閉空
間を提供する小型ハウジング１００内に、第１の処理チ
ャンバ１１０、第２の処理チャンバ１２０、および乾燥
ユニット１３０を含む。第１、第２の処理チャンバ１１
０、１２０および乾燥ユニット１３０は縦型に多段構造
に配され、これらのチャンバおよびユニット間の半導体
ウエハーの搬送は第１の搬送ロボット１４０によって行
われる。ウエハーカセット１６０は、これから洗浄すべ
き半導体ウエハーおよび洗浄された半導体ウエハーを収
容するものであり、内部は窒素ガスでパージ可能な構成
になっている。ウエハーカセット１６０から第１の処理
チャンバ１１０へのウエハーの搬送、および乾燥ユニッ
ト１３０からウエハーカセット１６０へのウエハーの搬
送は、第２の搬送ロボット１５０によって行われる。ハ
ウジング１００の上部には、窒素ガスをハウジング内へ
供給するためのガス供給口１７０が設けられている。

【００２２】第１の処理チャンバ１１０は、半導体ウエ
ハーからパーテイクル等を除去するＳＣ−１の洗浄を行
うチャンバであり、第２の処理チャンバ１２０は、半導
体ウエハーの表面から不要な自然酸化膜を除去する希フ
ッ酸の洗浄を行うチャンバである。第１、第２のチャン
バ１１０、１２０内は窒素雰囲気下におかれる。乾燥ユ
ニット１３０は第２の処理チャンバ１２０で洗浄された
半導体ウエハーを最終的に乾燥するものであり、真空加
熱装置によって構成される。第１、第２の搬送ロボット
１４０，１５０は、後述するように、半導体ウエハーを
非接触状態で保持し、かつ半導体ウエハーを不活性ガス
雰囲気制御する機能を有している。

【００２３】ウエハーカセット１６０に収容された半導
体ウエハーは、第２の搬送ロボット１５０によって一枚
ずつ第１の処理チャンバ１１０に搬送される。半導体ウ
エハーは、第１の処理チャンバ１１０において洗浄さ
れ、前工程のエッチング処理によって生成されたプロセ
ス不要物の除去が行われる。次いで、半導体ウエハー
は、第１の搬送ロボット１４０により非接触状態でかつ
窒素雰囲気制御されながら第２の処理チャンバ１２０へ
搬送され、そこで、希フッ酸を用いて不要な自然酸化膜
の除去が行われる。次いで、半導体ウエハーは、第１の
搬送ロボット１４０により非接触状態で窒素ガス制御さ
れながら乾燥ユニット１３０へ供給され乾燥される。乾
燥された半導体ウエハーは第２の搬送ロボット１５０に
より非接触状態でかつ窒素雰囲気制御されながらウエハ
ーカセット１６０へ搬送される。ウエハーカセット１６
０へ所定数のウエハーが収容された後、内部は窒素ガス
によってパージされる。

【００２４】本実施例の半導体ウエハー洗浄処理システ
ムの特徴は、半導体ウエハーを非接触状態で保持するこ
とによりパーテイクル等の発生を抑え、かつ、半導体ウ
エハーを実質的に大気中に露出することなく窒素ガス雰
囲気に置くことである。言い換えれば、ウエハーカセッ
ト１６０から半導体ウエハーを取り出し、再びウエハー
カセット１６０に半導体ウエハーを戻すまで、半導体ウ
エハーを完全に窒素ガス雰囲気に制御し、非接触状態で
保持・搬送することである。

【００２５】図２は、図１に示す半導体ウエハー洗浄処
理システムによるシリコン基板上への配線層の成膜ステ
ップを示す図である。同図（ａ）において、シリコン基
板２０１上にシリコン酸化物等の絶縁膜２０２が塗布さ
れ、基板との電気的接続を行うためのコンタクト２０３
がエッチング処理によって形成されている。このとき、
コンタクトホール２０３の内壁にはプロセス不要物２０
４が付着し、シリコン基板の露出された表面には自然酸
化膜２０５が形成されている。エッチング処理された半
導体ウエハーは、第１のチャンバ１１０及び第２のチャ
ンバ１２０において洗浄処理され、同図（ｂ）に示すよ
うに、プロセス不要物２０４および自然酸化膜２０５が
きれいに除去される。この洗浄において、半導体ウエハ
ー表面を高清浄度に持続することができる。その理由
は、ウエハー搬送時に、搬送ロボット１４０が半導体ウ
エハーを窒素ガス雰囲気制御すること、及びハウジング
１００内において窒素ブロー２０６を用いることから、
半導体ウエハーを乾燥ユニット１３０へ搬送するまで実
質上大気に晒していないことによる。

【００２６】乾燥ユニット１３０におけるウエハーの乾
燥後も第２の搬送手段１５０により窒素ガス雰囲気下で
半導体ウエハーが搬送されるため、大気を中心とした酸
素の存在下に晒されず、同図（ｃ）に示すように、シリ
コン基板２０１の露出表面に自然酸化膜が再生成された
り、ウォーターマークが発生することは殆どみられな
い。同図（ｄ）に示すように、配線層２０７の成膜工程
において、最も重要であるシリコン基板２０１と配線層
２０７が確実に接続され、高信頼度の製品を得ることが
できる。図２に示す配線層の成膜以外にも、例えば、多
層配線構造でビアホール形成後に配線層を成膜する場合
にビアホール内のウォーターマークの発生を抑制した
り、下地のポリシリコン層あるいはシリコン基板表面の
自然酸化膜の再生成を防止することが可能であり、上記
以外の種々の洗浄工程においてウォーターマークや自然
酸化膜の発生を効果的に防止することが可能なのは言う
までもない。

【００２７】次に、本実施例の半導体ウエハー洗浄処理
システムの具体的な構成を説明する。図３は半導体ウエ
ハー洗浄処理システムの平面図を示し、図４はそのＸ−
Ｘ線断面による概略構成を示す。半導体ウエハー洗浄処
理システム３００は、ほぼ密閉空間を有するハウジング
３１０内に第１の洗浄処理チャンバ３２０、第２の洗浄
処理チャンバ３３０、および乾燥チャンバ３４０を縦型
に多段構造となるように配置させる。ハウジング３１０
の上部には、処理中に窒素ガスを一定流量供給するため
のヘパフィルター３５０が設けられ、処理中にハウジン
グ内の上方から下方へ向けて窒素ガスがシャワー状に流
れる。処理チャンバ３２０、３３０、３４０の両側に
は、それぞれ第１の搬送ロボット３６０および第２の搬
送ロボット３７０が配置される。第１の搬送ロボット３
６０は、各処理チャンバ３２０、３３０、３４０間の半
導体ウエハーの搬送を行い、第２の搬送ロボット３７０
はウエハーカセット３８０と各処理チャンバ間の半導体
ウエハーの搬送を行う。このように第１、第２の搬送ロ
ボット３６０、３７０を用いることによりハウジング３
１０内を実質的に外部の汚染環境から隔離することがで
きる。

【００２８】各処理チャンバ３２０、３３０、３４０の
対向する面には、それぞれ一対のゲートバルブ３２１、
３３１、３４１が設けられ、各ゲートバルブの開閉動作
により半導体ウエハーの出し入れが可能となる。ゲート
バルブ３２１、３３１、３４１の開閉動作は、図示しな
い制御部の制御下において、搬送ロボット３６０、３７
０の移動に同期して行われる。なお、ゲートバルブ３２
１、３３１、３４１は、この他第２の搬送ロボット３６
０は装置構成の必要上、ハウジング３１０内の４面のい
ずれにも配置することが可能である。また、搬送ロボッ
ト３６０、３７０の配置によっては、ゲートバルブは必
ずしも対向型である必要はなく、制御部の制御下によっ
ては片側一方のみのゲートを用いてウエハーの出し入れ
を行うことも可能である。

【００２９】図５にウエハーカセットの断面を示す。カ
セット３８０内にパーテイクルが付着しないように、カ
セットの圧力を外部より高くするようにしても良いし、
あるいはカセット内部を窒素ガス雰囲気で保つように窒
素ガスパージ用の供給口３８１を設けても良い。

【００３０】図６は、第１の洗浄処理チャンバの構成を
示す断面図である。第２の洗浄処理チャンバも基本的に
これと同様の構成である。同図に示すように、第１の洗
浄処理チャンバ３２０は、ほぼ密閉空間の内部を提供す
るハウジング３２２を有し、ハウジング３２２の対向す
る面には、ウエハーの出し入れを行うための開口３２３
が形成される。開口３２３は、処理中はゲートバルブ３
２１によって閉じられている。ハウジング３２２の内部
には洗浄用スピナー３２４が設けられている。洗浄用ス
ピナー３２４は、半導体ウエハー４００を非接触状態で
保持する保持台３２５と、保持台を回転させる回転駆動
部３２６と、ウエハーに対してＳＣ−１、ＳＣ−２、及
び希フッ酸等の化学薬品や超純水などの化学薬品処理液
３２７を供給するためのノズル３２８とを備えている。
保持台３２５の中央には、窒素ガスを吹き出すための吹
き出し口３２９が形成され、吹き出し口３２９は処理時
にガス供給を開始する窒素ガス供給部３２９ａに接続さ
れる。吹き出し口３２９からは、一定の窒素ガスが吹き
出され１平方センチメートル当たり約３．５Ｋｇの圧力
で窒素ガスが半導体ウエハー４００の一主面に向かって
噴出し、これが一種のベルヌーイ効果を生じさせ半導体
ウエハー４００を実質的に非接触状態で保持台３２５上
に保持する。保持台３２５の外周には、幾つかのウエハ
ー固定ピン３２５ａがほぼ等間隔に突出しており、これ
によって半導体ウエハー４００の半径方向の位置が規制
される。また、搬送ロボット３６０の配置によっては、
ゲートバルブを一方向のみに設置することにより、その
方向からのウエハーの各洗浄処理チャンバへの搬入出を
可能にすることができる。

【００３１】図７は、第１の搬送ロボット３６０の構成
を示す図である。搬送ロボット３６０は、各処理チャン
バ３２０、３３０、３４０間において半導体ウエハー４
００を一枚ずつ搬送するものであり、そのために第１、
第２のロボットアーム３６１ａ、３６１ｂと、ウエハー
を非接触状態で保持するための第１、第２の保持面３６
２ａ、３６２ｂを有する第１、第２の非接触保持部３６
３ａ、３６３ｂとを有する。第１、第２の非接触保持部
３６３ａ、３６３ｂは、それぞれ第１、第２のロボット
アーム３６１ａ、３６１ｂに接続され、第１、第２の駆
動部３６７a、３６７ｂによって旋回可能であるととも
に、第１、第２の駆動部３６７ａ、３６７ｂは、支持部
３６４上に支持され、図示しない制御部からの命令に従
い垂直運動および旋回運動が可能である。第１、第２の
非接触保持部３６３ａ、３６３ｂの保持面３６２ａ、３
６２ｂは、窒素ガスの吹き出し口（図９の８０３を参
照）を備えており、第１、第２の保持面３６２ａ、３６
２ｂを半導体ウエハーの一主面に対して所定間隔をもっ
て位置決めをしたとき、保持面３６２ａ、３６２ｂから
窒素ガスを吹き出しベルヌーイ効果を利用して半導体ウ
エハーを実質的に非接触状態で保持できるようになって
いる。

【００３２】図１０は、第２の搬送ロボット３７０の構
成を示す図である。第２の搬送ロボット３７０は、ウエ
ハーカセット３８０とハウジング内部の処理チャンバ間
のウエハーの搬送を行うものであり、ロボットアーム３
７１と非接触保持部３７３とを有する。ロボットアーム
３７１は、支持部３７４上に支持され、垂直運動及び回
転運動が可能な第1のアーム部３７５と屈伸運動をする
第２のアーム部３７６ａ、３７６ｂとを有する。非接触
保持部３７３は、第２のアーム部３７６ａ、３７６ｂに
接続され、第１および第２のアーム部３７５、３７６
ａ、３７６ｂの運動によって水平方向の移動が可能であ
る。非接触保持部３７３は、同種の第１、第２の非接触
保持部３７３ａ、３７３ｂを備えており、各非接触保持
部３７３ａ、３７３ｂがそれぞれ第１、第２の保持面３
７２ａ、３７２ｂを有し、各保持面３７２ａ、３７２ｂ
が窒素ガスを吹き出す吹き出し口を備えている。各保持
面３７２ａ、３７２ｂからのガス吹き出しによるベルヌ
ーイ効果を利用して半導体ウエハーを非接触状態で保持
できるようになっている。また、半導体ウエハーの一主
面を窒素ガス雰囲気に置くことができ、半導体ウエハー
を外気から隔離することができる。

【００３３】本実施例では、ウエハーカセット３８０内
の汚染された半導体ウエハー４００を第１の洗浄処理チ
ャンバ３２０へ搬送するときは、第１の非接触保持部３
６３ａ、３７３ａを用い、他方、洗浄・乾燥された半導
体ウエハー４００をウエハーカセット３８０へ戻すとき
には、第２の非接触保持部３６３ｂ、３７３ｂを用い
る。このように、汚染されている半導体ウエハーの保持
・搬送に第１の非接触保持部３７３ａを割り当て、汚染
されていない半導体ウエハーの保持・搬送に第２の非接
触保持部３７３ｂを割り当てることで、少なからず半導
体ウエハーのクロスコンタミネーションを予防すること
ができる。

【００３４】図８及び図９は、第１の搬送ロボット３６
０の非接触保持部３６３ａ（３６３ｂ）の正面図及びそ
の要部断面図である。ここでは第１の非接触保持部の構
成を示すが第２の非接触保持部も共通の構成を有する。
第１の非接触保持部３６３ａは、保持面３６２ａと、非
接触状態で保持された半導体ウエハー４００の水平方向
の移動を規制する為の機構８０１と、ガス吹き出し口８
０３に接続されたガス経路８０２、および光センサ８０
４を含む。移動を規制するための機構８０１は、保持面
３６２ａとこれに固定されたカバーとによって形成され
た直方体状空間内に配置される。

【００３５】保持面３６２ａは、半導体ウエハー４００
と同等もしくはそれに近い大きさの円形状を有し、その
中央部に窒素ガスを吹き出す為の吹き出し口８０３とこ
れより少し離れた位置に光センサ８０４と備えている。
ガス吹き出し口８０３は、ガス経路８０２に連通され、
ガス経路８０２は、図示しないガス供給部に接続され、
半導体ウエハーの保持に際して一定量の窒素ガスを供給
するようになっている。窒素ガスは、ガス吹き出し口８
０３から半導体ウエハー４００に吹き出し、半導体ウエ
ハー４００を吸い付け浮上させる。半導体ウエハー４０
０の水平方向の移動を規制する為の機構８０１は、例え
ばテフロン（登録商標）等の一対の爪８０５と、その一
対の爪８０５を開閉するためのマイクロシリンダ８０
６、爪８０５を保持するためのガイド８０７とから構成
される。一対の爪８０５は、保持面３６２ａの左右両側
に配され、その基部がガイド８０７の軸に固定される。
爪８０５の内壁は、半導体ウエハー４００の曲率とほぼ
等しい曲率面を有しおり、また爪８０５の先端は、内側
（半導体ウエハーの半径方向）に向けて突出しており、
半導体ウエハー４００の落下防止機構を兼ねている。爪
８０５に接続されたガイド８０７はマイクロシリンダ８
０６によって水平方向Ｘ（図面に向かって左右方向）に
移動可能である。制御部からの指令によりマイクロシリ
ンダ８０６が駆動されると、各爪８０５はガイド８０７
を介して水平方向に移動可能であり、浮上された半導体
ウエハー４００が一定範囲内の水平位置にあるように爪
８０５の位置が調整され、好ましくは、半導体ウエハー
４００の外径よりもごく僅かに外側に位置し、非接触状
態にある半導体ウエハー４００をガイドする。この際、
半導体ウエハー４００の外径が爪８０５の内壁に常時接
触されることはないが、その位置あるいは軌道を修正す
るためにその外径と爪８０５の内壁は時として接触され
る。また、爪８０５をさらに内側に移動させ、爪８０５
を半導体ウエハー４００の外径に当接させこれを完全に
クランプすることも可能である。光センサ８０４は、半
導体ウエハー４００の有無を検出し、検出結果を図示し
ない制御部へ供給する。

【００３６】非接触保持部３６３ａの保持面３６２ａか
ら窒素ガスを吹き出し、ベルヌーイ効果により半導体ウ
エハー４００をその上面より吸い上げ浮上させるとき、
保持面３６２ａとの間には一定の隙間があり、半導体ウ
エハーの一主面を窒素ガス雰囲気におくことができ、ウ
エハーを大気（酸素）から完全に遮断する。半導体ウエ
ハーが非接触状態で保持されているとき、爪には落下防
止機構もついており、例えば、搬送時の突発的な事故に
よりベルヌーイ効果が薄れても半導体ウエハー４００の
落下を回避することができる。

【００３７】図１１及び図１２は、第２の搬送ロボット
３７０の非接触保持部３７３ａ（３７２ｂ）の正面図及
び側面図である。ここでは第１の非接触保持部３７３ａ
の構成を示すが第２の非接触保持部３７３ｂも共通の構
成を有する。接触保持部３７３ａは、短形状の保持体９
００を有し、保持体９００の長手方向の長さは、半導体
ウエハー４００の直径よりも大きく、長手方向と垂直な
方向の幅は直径よりも小さい。保持体９００の厚さは、
ウエハーカセット３８０に収容されているウエハーの間
に差し込める程度でなければならず３ミリ以下が最良で
ある。保持面３７２ａには、窒素ガスを吹き出すための
吹き出し口９０１と、非接触保持されている半導体ウエ
ハー４００の水平方向の移動を規制するテフロン等のガ
イド９０２と、半導体ウエハーをクランプするためのク
ランプ機構９０４と、光センサ９０９とが設けられてい
る。

【００３８】ガス吹き出し口９０１は、保持体９００の
内部を通るガス経路９０５に連通され、ガス経路９０５
は、図示しないガス供給部に接続され、半導体ウエハー
の保持に際して一定量の窒素ガスを供給するようになっ
ている。ガスは、ガス吹き出し口９０１から半導体ウエ
ハーに吹き出し、半導体ウエハーを浮上させる。クラン
プ機構９０４は、例えばテフロン等のガイド９０６と、
ガイド９０６を保持するブラケット９０７と、ブラケッ
ト９０７を移動するマイクロシリンダ９０８を有し、制
御部からの指令によってマイクロシリンダが駆動される
と、ブラケット９０７を介してガイド９０６が半導体ウ
エハー４００に当接し、クランプ可能とする。光センサ
９０９は、半導体ウエハーの有無を検出し、検出結果を
図示しない制御部へ供給する。

【００３９】次に、本実施例によるウエハー洗浄処理の
動作について説明する。例えば、エッチング処理された
半導体ウエハーがウエハーカセット３８０内に収容され
る。第２の搬送ロボット３７０の第１の非接触保持部３
７３ａが、ウエハーカセット３８０から一枚ずつウエハ
ーを取出して搬送し、第１の搬送ロボット３６０の第１
の非接触保持部３６３ａがこれを受取りウエハーを処理
チャンバ３２０へ搬送する。ウエハーカセット３８０内
の汚染されたウエハーは、実質的に非接触状態で保持さ
れ、窒素雰囲気制御されて搬送される。半導体ウエハー
４００は、第１の洗浄処理チャンバ３２０のゲートバル
ブ３２１を介して第１の非接触保持部３６３ａから洗浄
用スピナー３２４の保持台３２５へ移載される。第１の
非接触保持部３６３ａを保持台３２５上へ位置決めし、
次に保持台３２５の吹き出し口３２９から窒素ガスを吹
き出させ、非接触保持部３６３ａからの窒素ガスの吹き
出しを停止することで、半導体ウエハーの上面は非接触
保持部３６３ａによる吸引力を失い、同時にその下面が
保持台３２５に引き寄せられ、移載が完了する。半導体
ウエハー４００は、保持台３２５上に非接触状態に保持
され、回転駆動部３２６によって回転され、ノズル３２
８から化学薬品が滴下され、例えばＳＣ−１クラスの洗
浄が行われる。次いで、ノズル３２８から純水がウエハ
ー上に滴下され化学薬品を除去するリンスが行われ、ス
ピン乾燥される。このとき、処理チャンバすなわちハウ
ジング３２２内は、窒素ガス雰囲気下にあり、半導体ウ
エハーが大気に晒されることはない。なお、第２搬送ロ
ボット３７０と第１搬送ロボット３６０間でのウエハー
の受け渡しは、非接触保持部の駆動を適宜制御すること
によってロボット同士で直接行ってもよく、あるいは搬
送専用の受け渡し台を設け、これを併用してウエハーの
受け渡しを行っても良い。

【００４０】第１の洗浄処理チャンバ３２０で洗浄され
たウエハーは、次に第１の搬送ロボット３６０によって
第２の処理チャンバ３３０へ搬送される。第１の洗浄処
理チャンバ３２０のゲートバルブ３２１を介して第１の
搬送ロボット３６０の第２の非接触保持部３６３ｂが洗
浄スピナーの保持台３２５上へ位置決めされる。ここ
で、第２の非接触保持部３６３ｂのガス吹き出し口９０
１から窒素ガスが吹き出され、この状態で保持台３２５
の吹き出し口３２９からのガス吹き出しを停止する。こ
れによって、半導体ウエハーの下面は保持台３２５から
の吸引力を失い、他方、ウエハー上面が第２の非接触保
持部３６３ｂに引き寄せられ、保持台３２５から第２の
非接触保持部３６３ｂへの移載が完了する。ウエハー
は、第１の洗浄処理チャンバ３２０から第２の洗浄処理
チャンバ３３０へ同様にして搬送されるが、半導体ウエ
ハーは第２の非接触保持部３６３ｂから吹き出す窒素ガ
スによって窒素ガス雰囲気制御され、さらに、処理シス
テム内にはフィルタ３５０を介して窒素ガスが供給され
ており、半導体ウエハーは窒素ガス雰囲気にあり大気
〈酸素〉とは完全に遮断されている。

【００４１】第２の洗浄処理チャンバ３３０に搬送され
たウエハーは、保持台３２５によって非接触状態に保持
され、ノズル３２８から例えばＨＦ等の化学薬品を滴下
され、不要な自然酸化膜の除去が行われる。このときウ
エハーは窒素ガス雰囲気下にあるので、露出されたシリ
コン基板表面に酸化膜が生成される割合は極めて低い。
前記によるＨＦ等の化学薬品処理後、さらにリンス及び
スピン乾燥を終了した半導体ウエハーは、第２の搬送ロ
ボット３７３ｂによって乾燥チャンバ３４０へ搬送され
る。乾燥チャンバ３４０は、真空加熱装置を含み、ウエ
ハーを真空状態にて加熱し、ウエハーの乾燥を行う。以
上の乾燥に至るまでの工程で、ウエハーは基本的に大気
に晒されることがないので、ウォーターマークや自然酸
化膜の再生成の発生を防ぐことができる。半導体ウエハ
ーの搬送・保持は、実質的に非接触で行われるので、洗
浄プロセスにおいてパーティクルの発生を抑制すること
が可能である。

【００４２】乾燥チャンバ３４０にて乾燥された半導体
ウエハー４００は、第２の搬送ロボットの第１の非接触
保持部３７３ａによって保持され、ウエハーカセット３
８０へ搬送される。上述したように、第１の非接触保持
部３６３ａ、３７３ａは、常に汚染されたウエハーの保
持・搬送に用いられるが、第２の非接触保持部３６３
ｂ、３７３ｂは洗浄されたウエハーの保持・搬送に用い
られるため、洗浄処理システム内を外部汚染源から隔離
するとともにウエハーを高清浄状態を保持しつつ後工程
へ提供することができる。

【００４３】以上の洗浄処理システムは一例であって、
種々の変形・変更可能なことは言うまでもない。例え
ば、本実施例では、処理システム内に、第１、第２の洗
浄処理チャンバと乾燥チャンバとを縦型に配したが、こ
れに限らず、さらに第３の処理チャンバを加えてもよ
い。第３の処理チャンバは、例えば、ＳＣ−２クラスの
洗浄、すなわち、ウエハーの重金属汚染を除去するため
のものであり、好ましくは、第２の処理チャンバと乾燥
チャンバとの間に設けるのがよい。また、第１の処理チ
ャンバ、第２の処理チャンバ、及び乾燥チャンバの順に
配列したが、これ以外の順序の配列であっても良い。

【００４４】さらに、本実施例では、第１の搬送ロボッ
トと第２の搬送ロボットとの非接触保持部の構成が異な
るようにしたが、これに限らず、第１の搬送ロボットを
２つ配置しても良いし、第２の搬送ロボットを２つ配置
しても良い。

【００４５】さらに本実施例では、不活性ガスとして窒
素ガスを用いたが、これに限らず、ヘリウム等を用いて
も良いし、窒素ガスあるいはヘリウムなどのガスを一部
含有する混合ガスであっても良い。使用可能な化学薬品
は、ＳＣ−１、希フッ酸、ＳＣ−２以外の酸性、アルカ
リ性、フッ化物からなる化学薬品、さらには可燃性化学
薬品も使用可能である。ただし、可燃性化学薬品につい
ては、耐火気、防爆構造を整備した状態での本発明の提
供となる。

【００４６】さらに本実施例では、半導体ウエハーを例
にしたが、これに限らず、液晶ガラス基板やプラズマガ
ラス基板にも適用可能であり、これ以外にも、大気との
接触やパーテイクルの発生を防止することを必要とする
基板処理に適用することが可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体ウエハー等の基板を実質的に非接触状態でかつ不活
性ガス雰囲気下で搬送するようにしたので、基板を大気
等から遮断しかつ搬送に伴うパーテイクル等の発生を抑
制することができ、大気やパーテイクルの発生を原因と
する障害やトラブルを回避することができる。さらに、
処理チャンバを縦型にすることで、システムを省スペー
ス化、小型化をはかることができ、ハウジング内に供給
される不活性ガスも削減することが可能であり、装置全
体の低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例に係る半導体ウエハー洗
浄処理システムの概要を示すブロック図である。

【図２】図２は本発明の実施例に係る半導体ウエハー洗
浄処理システムによる配線層の成膜工程を示す図であ
る。

【図３】図３は本実施例に係る半導体ウエハー洗浄処理
システムの平面図である。

【図４】図４は図３のＸ−Ｘ線断面の概略構成を示す図
である。

【図５】図５はウエハーカセットの構成を示す断面図で
ある。

【図６】図６は第１の洗浄処理チャンバの構成を示す断
面図である。

【図７】図７は第１の搬送ロボットの概略構成を示す正
面図である。

【図８】図８は第１の搬送ロボットの非接触保持部の概
略構成を示す正面図である。

【図９】図９は図８の要部断面図である。

【図１０】図１０は第２の搬送ロボットの構成を示す図
であり、同図（ａ）は平面図を示し、同図（ｂ）は正面
図を示す。

【図１１】図１１は第２の搬送ロボットの非接触保持部
の概略構成を示す正面図である。

【図１２】図１２は図１１の側面図である。

【図１３】図１３は従来の洗浄処理システムによる配線
層の成膜工程を示す図である。

【符号の説明】

１００、３１０：ハウジング、 １１０：第１の処理チャンバ、 １２０：第２の処理チャンバ、 １３０：乾燥ユニット、 １４０、３６０：第１の搬送ロボット、 １５０、３７０：搬送ロボット、 １６０、３８０：ウエハーカセット、 ３００：洗浄処理システム、 ３２０：第１の洗浄処理チャンバ、 ３３０：第２の洗浄処理チャンバ、 ３４０：乾燥チャンバ、 ４００：半導体ウエハー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹田 和悌 神奈川県川崎市多摩区宿河原２−28−18 株式会社スプラウト Ｆターム(参考） 5F031 CA02 CA05 DA01 FA01 FA02 FA07 FA11 FA12 GA04 GA10 GA15 GA28 GA32 GA36 GA44 GA47 GA49 JA02 JA22 LA15 MA02 MA23 NA04 NA09

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を処理する第１および第２の処理チ
   ャンバと、前記第１と第２の処理チャンバ間において基
   板の搬送を行う搬送手段とを備え、前記搬送手段は、前
   記基板を不活性ガス雰囲気下で実質的に非接触状態で保
   持する保持手段を有する、基板処理システム。
2. 【請求項２】 前記基板処理システムは、少なくとも前
   記第１及び第２の処理チャンバ及び前記搬送手段を含む
   ハウジングを有し、前記第１及び第２の処理チャンバは
   前記ハウジング内に縦型構造となるように配され、前記
   ハウジング内に不活性ガスが供給される請求項１に記載
   の基板処理システム。
3. 【請求項３】 前記ハウジングは実質的に密閉空間を提
   供し、前記不活性ガスは前記ハウジングの上部から供給
   される請求項２に記載の基板処理システム。
4. 【請求項４】 前記基板処理システムは、複数の基板を
   収容する基板収容部と、前記基板収容部と前記第１また
   は第２の処理チャンバとの間で基板の搬送を行う第２の
   搬送手段とを有する、請求項１ないし３いずれかに記載
   の基板処理システム。
5. 【請求項５】 前記基板は半導体ウエハーであり、前記
   第１および第２の処理チャンバは、半導体ウエハーを洗
   浄するためのチャンバであり、各チャンバ内は実質的に
   不活性ガス雰囲気におかれる、請求項１ないし４いずれ
   かに記載の基板処理システム。
6. 【請求項６】 前記不活性ガスは、窒素ガスである請求
   項１または５いずれかに記載の基板処理システム。
7. 【請求項７】 前記保持手段はベルヌーイ効果を利用し
   て前記基板を実質的に非接触状態で保持する請求項１な
   いし６いずれか記載の基板処理システム。
8. 【請求項８】 前記保持手段は、半導体ウエハーの少な
   くとも一主面を不活性ガス雰囲気下に置く請求項５ない
   し７いずれかに記載の基板処理システム。
9. 【請求項９】 前記保持手段は、半導体ウエハーの対向
   する面を不活性ガス雰囲気下に置く請求項５ないし７い
   ずれかに記載の基板処理システム。
10. 【請求項１０】 ハウジング内に少なくとも第１の処理
    チャンバ、第２の処理チャンバ、乾燥チャンバとを縦型
    に配し、前記第１の処理チャンバ、前記第２の処理チャ
    ンバ、前記乾燥チャンバ間において半導体ウエハーの搬
    送を行う第１のウエハー搬送手段を有し、前記第１のウ
    エハー搬送手段は半導体ウエハーを実質的に不活性ガス
    雰囲気下でかつ非接触状態で保持する、半導体ウエハー
    処理システム。
11. 【請求項１１】 前記半導体ウエハー処理システムは、
    前記ハウジングの上方から下方に向けて順に前記第１の
    処理チャンバ、前記第２の処理チャンバ、および前記乾
    燥チャンバを配し、かつ前記ハウジングの上部から不活
    性ガスを供給する、半導体ウエハー処理システム。
12. 【請求項１２】 前記半導体ウエハー処理システムは、
    複数の半導体ウエハーを収容するウエハー収容部と、前
    記ウエハー収容部と前記第１処理チャンバとの間で半導
    体ウエハーを不活性ガス雰囲気でかつ非接触状態で搬送
    する第２のウエハー搬送手段とを有する、半導体ウエハ
    ー処理システム。
13. 【請求項１３】 前記第１及び第２の処理チャンバは半
    導体ウエハーを洗浄する洗浄用スピナーを有し、該洗浄
    用スピナーは半導体ウエハーを非接触状態で保持する保
    持手段を有する、請求項１１または１２に記載の半導体
    ウエハー処理システム。
14. 【請求項１４】 前記半導体ウエハー処理システムは、
    さらに第３の洗浄処理チャンバをハウジング内に含む、
    請求項１１ないし１３いずれか記載の半導体ウエハー処
    理システム。
15. 【請求項１５】 前記第１、第２及び第３の処理チャン
    バ内は、不活性ガス雰囲気に制御可能である、請求項１
    ４に記載の半導体ウエハー処理システム。
16. 【請求項１６】 ハウジング内に第1、第２の処理チャ
    ンバ及び乾燥チャンバを有し、該ハウジング内に不活性
    ガスが供給される基板処理システムにおいて、 第１の処理チャンバにおいて基板の洗浄処理を行う工
    程、 前記基板表面を実質的に不活性ガス雰囲気制御して前記
    基板を第１のチャンバから第２のチャンバへ搬送する工
    程、 第２のチャンバにおいて基板の洗浄処理を行う工程、 前記基板表面を実質的に不活性ガス雰囲気制御して前記
    基板を第２のチャンバから乾燥チャンバへ搬送する工
    程、とを有する基板処理方法。
17. 【請求項１７】 前記第１、第２のチャンバ及び乾燥チ
    ャンバが縦型に配される請求項１６に記載の基板処理方
    法。
18. 【請求項１８】 前記基板は半導体ウエハーであり、前
    記ハウジング内に供給される不活性ガスおよび前記半導
    体ウエハーを雰囲気制御する不活性ガスは窒素ガスであ
    る、請求項１６に記載の基板処理方法。
19. 【請求項１９】 前記搬送する工程において、前記基板
    は実質的に非接触状態に保持されて搬送される請求項１
    ６記載の基板処理方法。
20. 【請求項２０】 前記搬送する工程において、前記基板
    はベルヌーイ効果を利用して非接触状態に保持される請
    求項１９に記載の基板処理方法。