JPH11219930A - 洗浄装置 - Google Patents

洗浄装置

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JPH11219930A
JPH11219930A JP10034347A JP3434798A JPH11219930A JP H11219930 A JPH11219930 A JP H11219930A JP 10034347 A JP10034347 A JP 10034347A JP 3434798 A JP3434798 A JP 3434798A JP H11219930 A JPH11219930 A JP H11219930A
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polishing
wafer
sensor
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクラビング洗浄やスピン乾燥等を行う枚葉
式の洗浄装置に半導体ウエハの基準位置を検出するセン
サを設け、半導体ウエハの基準位置を所定の方向に合わ
せて停止させる機能及び／又は半導体ウエハの回転速度
を直接検知する機能を有した洗浄装置を提供する。 【解決手段】 半導体ウエハ１を回転させながら洗浄及
び／又は乾燥を行う枚葉式の洗浄装置において、半導体
ウエハ１を保持して回転させる回転機構１１と、半導体
ウエハ１のノッチ１ａの位置を検出するセンサ２０とを
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は洗浄装置に係り、特
に高度の清浄度が要求される半導体ウエハを洗浄するの
に好適な洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化が進む
につれて半導体基板上の回路の配線が微細化し、配線間
距離もより狭くなりつつある。しかしながら、半導体ウ
エハの処理にあたっては、半導体片の微粒子、塵埃、結
晶状の突起等のパーティクルが付着する場合がある。半
導体基板上に配線間距離より大きなパーティクルが存在
すると、配線がショートするなどの不具合が生じるた
め、基板上に存在するパーティクルは配線間距離に比べ
て十分小さいものでなければならない。このような要求
に伴い、より微細なサブミクロンレベルのパーティクル
を半導体ウエハから落とす洗浄技術が必要とされてい
る。
【０００３】ポリッシングの終了した半導体ウエハを洗
浄する方法としては、ナイロン、モヘア等のブラシやＰ
ＶＡ（ポリビニルアルコール）よりなるスポンジで半導
体ウエハの表面を擦って行ういわゆるスクラビング洗
浄、超音波の振動エネルギを与えた水をウエハ表面に噴
射して洗浄する超音波洗浄、またはキャビテーションを
有する高圧水をウエハに噴射して洗浄する方法、洗浄後
に半導体ウエハを高速で回転させるスピン乾燥等による
複数段の洗浄工程を用いる方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のスクラビング洗
浄やスピン乾燥等を行う洗浄装置においては、半導体ウ
エハのオリフラやノッチ等の基準位置を検知し、所定の
位置に停止させる機能を持ち合わせていないため、半導
体ウエハの洗浄工程の後工程で半導体ウエハの基準位置
を所定の方向に合わせる必要が生じた場合に、別途位置
決めを行うための装置が必要であった。
【０００５】また、従来の洗浄装置においては、半導体
ウエハの回転時に、駆動動力源や駆動軸の回転等を計測
して半導体ウエハの回転検知を代用し、半導体ウエハの
回転速度を直接計測する機能を有していないため、半導
体ウエハを回転させる駆動動力源から半導体ウエハの間
にある動力伝達機構の構成部品の摩耗等による、半導体
ウエハの回転異常を検知することができない、という問
題点があった。
【０００６】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、スクラビング洗浄やスピン乾燥等を行う枚葉式の洗
浄装置に半導体ウエハのオリフラやノッチ等の基準位置
を検出するセンサを設け、半導体ウエハの基準位置を所
定の方向に合わせて停止させる機能及び／又は半導体ウ
エハの回転速度を直接検知する機能を有した洗浄装置を
提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明は、半導体ウエハを回転させながら洗浄及び
／又は乾燥を行う枚葉式の洗浄装置において、前記半導
体ウエハを保持して回転させる回転機構と、前記半導体
ウエハの基準位置を検出するセンサとを備えたことを特
徴とするものである。
【０００８】また本発明は、半導体ウエハを研磨し、研
磨後に洗浄するポリッシング装置において、前記半導体
ウエハを保持して回転させる回転機構と、前記半導体ウ
エハの基準位置を検出するセンサとを備えたことを特徴
とするものである。
【０００９】本発明の洗浄装置又はポリッシング装置に
よれば、回転機構により回転している半導体ウエハの基
準位置を検出することにより、半導体ウエハの回転速度
を検出することができるとともに、半導体ウエハの基準
位置を所定の位置に合わせて半導体ウエハを停止させる
ことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本発明は、研磨装置によって研磨
された半導体ウエハの洗浄を行う洗浄装置として適用さ
れた際に特に有用である。研磨プロセスにおいては、砥
粒を含む砥液を半導体ウエハに供給しながら半導体ウエ
ハを鏡面に研磨する。それゆえ、研磨を終了した半導体
ウエハの研磨面には砥粒を含む砥液と削り屑が付着して
おり、非常に汚染されている。本実施の形態では、半導
体ウエハを研磨し、研磨の終了した半導体ウエハを複数
の洗浄工程を経て清浄に洗浄する。
【００１１】図１は、本発明の洗浄装置を備えたポリッ
シング装置の平面図である。図１に示すように、ポリッ
シング装置は、半導体ウエハ１を研磨するための研磨部
３０と、研磨部３０で研磨された半導体ウエハ１を洗浄
するための洗浄部４０とを備えている。研磨部３０は、
中央部に配置されたターンテーブル３１と、半導体ウエ
ハ１を保持するトップリング３３を有したトップリング
ユニット３２と、ドレッシングツール３６を有したドレ
ッシングユニット３５とを備えている。
【００１２】洗浄部４０は、処理前の半導体ウエハ１の
供給と処理後の半導体ウエハ１の回収を行うロード／ア
ンロード・ステージ２と、半導体ウエハ１を反転させる
ドライ反転機３及びウエット反転機４と、半導体ウエハ
１を搬送する搬送装置５Ａ，５Ｂと、３つの洗浄機、即
ち、第１次洗浄機７，第２次洗浄機８，第３次洗浄機９
とから構成されている。
【００１３】第１次洗浄機７は、研磨部３０で研磨され
た半導体ウエハ１を最初に洗浄する洗浄機であり、半導
体ウエハ１を把持及び回転させつつ、洗浄液を半導体ウ
エハ１の両面に介在させて、半導体ウエハ１の両面に洗
浄具を当接させて半導体ウエハ１の両面洗浄を行う。具
体的構成は図２に示す。第２次洗浄機８は、第１次洗浄
機７で洗浄された半導体ウエハ１を２番目に洗浄する洗
浄機であり、半導体ウエハ１を把持及び回転させつつ、
洗浄液を半導体ウエハ１の片面に介在させて、半導体ウ
エハ１の片面に洗浄具を当接させて半導体ウエハ１の片
面洗浄を行う。具体的構成は図３に示す。第３次洗浄機
９は、第２次洗浄機８で洗浄された半導体ウエハ１を最
後に洗浄及び乾燥する洗浄機であり、半導体ウエハ１を
回転させた状態で洗浄液を半導体ウエハ１の表面に噴射
させて、半導体ウエハ１の表面を洗浄し、次に前記洗浄
液の供給を止めて、スピン乾燥によって洗浄液で濡れた
半導体ウエハ１の表面の乾燥を行う。第３次洗浄機９の
具体的構成は図４に示す。
【００１４】図１に示すポリッシング装置において、研
磨前の半導体ウエハ１を収納したカセット５０がロード
／アンロード・ステージ２にセットされると、搬送装置
５Ａがカセット５０から１枚の半導体ウエハ１を取り出
してドライ反転機３に受け渡す。ドライ反転機３は半導
体ウエハ１を反転する。搬送装置５Ｂがドライ反転機３
から半導体ウエハ１を受け取って研磨部３０における受
け渡し装置３７上に載置する。次に、半導体ウエハ１は
受け渡し装置３７から受け渡し装置３７の上方に移動し
てきたトップリング３３に受け渡される。半導体ウエハ
１を保持したトップリング３３は、ターンテーブル３１
上に移動して半導体ウエハ１をターンテーブル３１の表
面の研磨布に圧接し、各々独立に回転するターンテーブ
ル３１とトップリング３３によって半導体ウエハ１の表
面を研磨する。その後再びトップリング３３は受け渡し
装置３７の上方に移動し、研磨後の半導体ウエハ１が受
け渡し装置３７に受け渡される。
【００１５】受け渡し装置３７上の半導体ウエハ１は、
搬送装置５Ｂによってウエット反転機４に受け渡されて
反転された後に、搬送装置５Ｂ及び５Ａによって、第１
次〜第３次洗浄機７〜９に順次送られ、ここで洗浄及び
乾燥された後、搬送装置５Ａによってロード／アンロー
ド・ステージ２上のカセット５０に戻される。
【００１６】図２は第１次洗浄機７の全体構成を示す斜
視図である。図２に示すように、第１次洗浄機７は、半
導体ウエハ１の周縁部を支持し回転させる６本のスピン
ドル１１、スポンジ又はＰＶＡ等よりなり、半導体ウエ
ハ１の上方および下方で一方向に延伸して設けられた洗
浄アーム１２，１３、該洗浄アーム１２，１３を矢印Ｈ
に示すように上下動させかつ矢印Ｆに示すように回転さ
せるアーム駆動機構１４，１５、半導体ウエハ１の上下
面に洗浄液（超純水）を供給する洗浄液ノズル１６を具
備する。洗浄液ノズル１６は半導体ウエハ１の下面に洗
浄液を供給可能なように半導体ウエハ１の下面にも対向
して設けてある（図示せず）。半導体ウエハ１の平面形
状は円形状であり、外周部の所定箇処にウエハの基準位
置となるＶ溝状のノッチ１ａを形成した形状をなしてい
る。
【００１７】スピンドル１１は上端に保持部（コマ）１
１ａを有し半導体ウエハ１の周囲に配設され、洗浄アー
ム１２，１３の長手方向に対して左右に３個ずつ設けて
ある。スピンドル１１の保持部１１ａは、半導体ウエハ
１の外周縁と係合可能になっている。６個のスピンドル
１１は、各々３個のスピンドルから構成される２つのス
ピンドル群に分割されている。
【００１８】２つのスピンドル群は互いに接近すること
により保持部１１ａが半導体ウエハ１の外周縁と係合し
て保持し、互いに離間することにより半導体ウエハ１を
解放するようになっている。一方のスピンドル群のうち
洗浄アーム１２，１３に隣接した１個のスピンドル１１
にはサーボモータを具備したスピンドル駆動機構１８が
設けられ、このスピンドル１１のみが回転駆動されるよ
うになっている。
【００１９】また、第１次洗浄機７は、半導体ウエハ１
の外周部のノッチ１ａを検出する光センサ２０を具備し
ている。光センサ２０は、光を発する投光部２１と、投
光部２１からの光を受光する受光部２２とから構成さ
れ、投受光部２１，２２は信号線２１ａ，２２ａを介し
て制御装置２４に接続されている。なお符号２３は投受
光部２１，２２を保持する保持部である。また前記スピ
ンドル駆動機構１８も信号線１８ａを介して制御装置２
４に接続されている。
【００２０】上述の構成において、洗浄アーム１２，１
３がアーム駆動機構１４，１５により半導体ウエハ１の
上下方等に退避している状態で、かつ２つのスピンドル
群が図２の状態よりも互いに遠ざかるように互いに平行
に左右に移動した状態で、半導体ウエハ１は洗浄アーム
１２，１３のアーム駆動機構１４，１５とは反対側の端
部の側から洗浄アーム１２，１３の長手方向と平行にス
ピンドル群の上方へ、搬送装置５Ａ又は５Ｂのハンドに
より搬送される。さらにこのハンドが下降し、半導体ウ
エハ１の外周部をスピンドル１１の保持部１１ａの肩に
載せる。次に、２つのスピンドル群を図２に示す位置ま
で内方に変位させ、スピンドル１１の保持部１１ａによ
りハンドによって下降させた半導体ウエハ１の外周縁を
保持させる。その後、ハンドは洗浄装置から退避する。
【００２１】そして、半導体ウエハ１を回転させつつ、
アーム駆動機構１４，１５により、半導体ウエハ１に対
して洗浄アーム１２，１３を下降又は上昇させて半導体
ウエハ１の上下面に当接させ、洗浄アーム１２，１３を
回転させることにより、半導体ウエハ１の両面を洗浄す
る。また、洗浄の際には洗浄液ノズル１６から半導体ウ
エハ１の両面に洗浄液（超純水）を噴射している。
【００２２】光センサ２０は、回転している半導体ウエ
ハ１のノッチ１ａを検出可能な位置に光軸を合わせてあ
り、投光部２１からの光は通常遮光状態であり、半導体
ウエハ１のノッチ１ａが光軸を通過する時にのみ受光部
２２は投光部２１からの光を受光し、光を電気的信号に
変換し、制御装置２４に出力する。制御装置２４は、光
センサ２０からの入力信号とスピンドル駆動機構１８に
出力している制御信号を利用し、半導体ウエハ１の回転
速度検知を行って半導体ウエハ１の回転異常の検知を行
う。そして、異常を検知した場合、適宜、機械停止等の
異常発生後の処理を実行する。本実施例では１個のスピ
ンドルのみに回転機構を設けて半導体ウエハを回転させ
るようにしたが、他のスピンドルにも回転機構を取り付
けてもよい。
【００２３】図３は第２次洗浄機を示す図であり、図３
（ａ）は第２次洗浄機の全体構成を示す斜視図、図３
（ｂ）は第２次洗浄機のスピンチャックの詳細を示す断
面図である。図３に示すように、第２次洗浄機８は、半
導体ウエハ１を真空吸着してサーボモータ４７により所
要の回転数で水平回転するスピンチャック４１と、表面
を洗浄するスポンジ等からなる洗浄部材４２を装着した
回転可能な洗浄具４３と、先端に前記洗浄具４３を有す
る昇降可能な揺動アーム４４と、半導体ウエハ１の被洗
浄面に洗浄液（処理液）を噴射する洗浄液ノズル４５と
から構成されている。洗浄具４３は回転軸４６により揺
動アーム４４の先端部分に回転可能に支持され、アーム
４４内に設けた駆動機構（図示せず）により所定回転数
で回転するようになっている。
【００２４】また第２次洗浄機８は、半導体ウエハ１の
外周部のノッチ１ａを検出する光センサ６０を具備して
いる。光センサ６０は投光部と受光部とを有し半導体ウ
エハからの反射光を受光する反射型センサからなってい
る。光センサ６０は制御装置６１に接続され、サーボモ
ータ４７も制御装置６１に接続されている。
【００２５】上述の構成において、半導体ウエハ１は搬
送装置５Ａ，５Ｂのハンド等によりスピンチャック４１
上に搬送され、被洗浄面が上向きに保持される。次に、
保持された半導体ウエハ１をスピンチャック４１で所定
回転数で回転させると同時に、洗浄液ノズル４５から半
導体ウエハ１のほぼ中央に向けて洗浄液（処理液）を供
給し、洗浄を開始する。
【００２６】揺動アーム４４を上昇させ、上昇位置のま
ま揺動アーム４４を揺動させることにより、洗浄具４３
を半導体ウエハ１のほぼ中央位置まで移動させる。次に
揺動アーム４４を下降させ、洗浄部材４２を半導体ウエ
ハ１に当接させる。スピンチャック４１で支持され回転
する半導体ウエハ１の被洗浄面に洗浄部材４２を揺動ア
ーム４４によって所定の圧力で押し付ける。このとき、
洗浄部材４２は独立して回転している。揺動アーム４４
を半導体ウエハ１の外周部まで所定速度で揺動させるこ
とによりスクラブ洗浄する。
【００２７】半導体ウエハ１の外周まで揺動した揺動ア
ーム４４を揺動停止後、上昇させ、洗浄部材４２を半導
体ウエハ１の被洗浄面から離す。上昇させた揺動アーム
４４を再び半導体ウエハ１の中心位置まで揺動させれ
ば、上述の洗浄動作を繰り返し行うことができる。
【００２８】光センサ６０は回転している半導体ウエハ
１のノッチ１ａを検出可能な位置に光軸を合わせてあ
り、投光部からの光は半導体ウエハ１に入射して反射し
受光部で受光される。そして、半導体ウエハ１のノッチ
１ａが光軸を通過するとき、半導体ウエハ１からの反射
光が存在しないため、受光部は遮光状態となり、これを
電気的信号に変換し、制御装置６１に出力する。制御装
置６１は、光センサ６０からの入力信号とサーボモータ
４７に出力している制御信号を利用し、半導体ウエハ１
の回転速度検知を行って半導体ウエハの回転異常の検知
を行う。そして、異常を検知した場合、適宜、機械停止
等の異常発生後の処理を実行する。
【００２９】図４は第３次洗浄機の全体構成を示す斜視
図である。図４に示すように、第３次洗浄機９は、半導
体ウエハ１を真空吸着してサーボモータ４７により所要
の回転数で水平回転するスピンチャック４１と、超音波
振動された洗浄液を半導体ウエハ１の表面に噴射させる
洗浄液ノズル４８とを備えている。また第３次洗浄機９
は、半導体ウエハ１の外周部のノッチ１ａを検出する反
射型の光センサ６０を具備している。光センサ６０は制
御装置６１に接続され、サーボモータ４７も制御装置６
１に接続されている。
【００３０】上述の構成において、半導体ウエハ１は搬
送装置５Ａ，５Ｂのハンド等によりスピンチャック４１
上に搬送され、被洗浄面が上向きに保持される。次に、
保持された半導体ウエハ１をスピンチャック４１で所定
回転数で回転させると同時に、洗浄液ノズル４８から超
音波振動された洗浄液を半導体ウエハ１の表面に噴射さ
せて、前記ノズル４８を揺動させつつ半導体ウエハ１の
表面を洗浄する。次に、洗浄液の供給と洗浄液ノズル４
８の揺動を止めて、スピンチャック４１を高速で回転さ
せることによりスピン乾燥によって洗浄液で濡れた半導
体ウエハ１の表面の乾燥を行う。上記洗浄工程およびス
ピン乾燥の工程中、半導体ウエハ１はスピンチャック４
１により回転される。
【００３１】光センサ６０は回転している半導体ウエハ
１のノッチ１ａを検出可能な位置に光軸を合わせてあ
り、投光部からの光は半導体ウエハ１に入射して反射し
受光部で受光される。そして、半導体ウエハ１のノッチ
１ａが光軸を通過するとき、半導体ウエハ１からの反射
光が存在しないため、受光部は遮光状態となり、これを
電気的信号に変換し、制御装置６１に出力する。制御装
置６１は、光センサ６０からの入力信号とサーボモータ
４７に出力している制御信号を利用し、半導体ウエハ１
の回転速度検知を行って半導体ウエハの回転異常の検知
を行う。異常を検出した場合、機械停止等の異常発生後
処理を実施する。
【００３２】また、スピン乾燥が終了する際は、制御装
置６１は光センサ６０からの入力信号とサーボモータ４
７に出力している制御信号を利用し、半導体ウエハの停
止の制御を行う。これにより、半導体ウエハ１のノッチ
１ａの位置を所定の方向に合わせることでできる。
【００３３】上述した各洗浄機は全てノッチ合わせ機構
を備えており、最終洗浄（乾燥）工程以外でノッチ合わ
せを行うようにしてもよい。即ち、第１次洗浄機７、第
２次洗浄機８、第３次洗浄機９における各洗浄工程の最
後にノッチ合わせを行うようにしてもよい。
【００３４】本実施例では洗浄装置をポリッシング装置
に搭載した場合について説明したが、半導体ウエハのロ
ード・アンロード部と上述の各洗浄機を備えた洗浄装
置、これに加えて他の洗浄機を備えた洗浄装置に本発明
を適用してもよい。またポリッシング工程以外で洗浄が
必要とされる半導体製造プロセスに本発明を適用しても
よい。また上述の洗浄装置では、ウエハの基準位置をノ
ッチとして説明したが、ノッチの代わりにオリフラとし
て、このオリフラを検出するように構成してもよい。
【００３５】
【発明の効果】本発明は、以下に列挙する効果を奏す
る。 １）洗浄装置が基準位置方向合わせの機能を有するた
め、従来、別途必要であった基準位置の方向合わせ装置
が不要となる。 ２）数種のプロセスを一つの装置内で行う半導体ウエハ
洗浄装置と、半導体ウエハ保管用のカセットを持つ装置
において、装置のサイズを変更することなく、プロセス
を終了した半導体ウエハの基準位置をカセット内に同一
方向に向ける機能を付加することができる。 ３）半導体ウエハの回転異常の検知ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る洗浄装置を具備したポリッシング
装置の平面図である。
【図２】本発明の洗浄装置の一実施例を示す斜視図であ
る。
【図３】本発明の洗浄装置の他の実施例を示す図であ
り、図３（ａ）は洗浄装置の斜視図であり、図３（ｂ）
は洗浄装置の要部断面図である。
【図４】本発明の洗浄装置の更に他の実施例を示す斜視
図である。
【符号の説明】
１ 半導体ウエハ １ａ ノッチ ２ ロード／アンロード・ステージ ３ ドライ反転機 ４ ウエット反転機 ５Ａ，５Ｂ 搬送装置 ７ 第１次洗浄機 ８ 第２次洗浄機 ９ 第３次洗浄機 １１ スピンドル １１ａ 保持部 １２，１３ 洗浄アーム １４，１５ アーム駆動機構 １６ 洗浄液ノズル １８ スピンドル駆動機構 ２０，６０ 光センサ ２１ 投光部 ２２ 受光部 ２４，６１ 制御装置 ３０ 研磨部 ３１ ターンテーブル ３２ トップリングユニット ３３ トップリング ３５ ドレッシングユニット ３６ ドレッシングツール ３７ 受け渡し装置 ４０ 洗浄部 ４１ スピンチャック ４２ 洗浄部材 ４３ 洗浄具 ４４ 揺動アーム ４５，４８ 洗浄液ノズル ４７ サーボモータ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ウエハを回転させながら洗浄及び
    ／又は乾燥を行う枚葉式の洗浄装置において、前記半導
    体ウエハを保持して回転させる回転機構と、前記半導体
    ウエハの基準位置を検出するセンサとを備えたことを特
    徴とする洗浄装置。
  2. 【請求項２】 前記センサの出力を利用し、前記半導体
    ウエハの回転終了時に半導体ウエハの基準位置を所定の
    位置に合わせて停止可能な請求項１記載の洗浄装置。
  3. 【請求項３】 前記センサの出力を利用し、前記半導体
    ウエハの回転速度を検出可能な請求項１記載の洗浄装
    置。
  4. 【請求項４】 前記センサは透過型センサ又は反射型セ
    ンサからなる請求項１記載の洗浄装置。
  5. 【請求項５】 半導体ウエハを研磨し、研磨後に洗浄す
    るポリッシング装置において、前記半導体ウエハを保持
    して回転させる回転機構と、前記半導体ウエハの基準位
    置を検出するセンサとを備えたことを特徴とするポリッ
    シング装置。
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