ブラシ、基板処理装置および基板処理方法。
【課題】基板の周縁部をムラなく洗浄することができるブラシを提供する。
【解決手段】基板Ｗが水平に保持され回転させられる。所定の回転軸線を中心として回転する球形のブラシ２１を回転する基板の周縁部に当てた状態で、基板に対してブラシを上昇または下降させながら洗浄を行う。
【解決手段】基板Ｗが水平に保持され回転させられる。所定の回転軸線を中心として回転する球形のブラシ２１を回転する基板の周縁部に当てた状態で、基板に対してブラシを上昇または下降させながら洗浄を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板、特にその周縁を洗浄するための基板処理装置および基板処理方法、並びにブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造において、ウエハ周縁部、特にベベル部に、パーティクルまたは不要付着物が付着していると、これらの剥離、転写等により歩留まり低下の原因となることは良く知られており、このような問題の発生防止のため、ウエハ周縁部の洗浄が行われている。
【０００３】
特許文献１には、比較的小径の円柱形状を有する周端面洗浄部と比較的大径の円板形状を有する周縁部洗浄部とを有する略Ｔ字形のブラシを用いてウエハの周縁部分を洗浄する技術が開示されている。ブラシは、その回転軸が鉛直方向を向くように、ブラシ保持駆動機構に保持される。ウエハの洗浄時において、水平姿勢で回転するウエハの周縁部分にブラシが当てられる。このとき、比較的大径の円板形状を有する周縁部洗浄部の水平な上面がウエハの下面周縁部に押し付けられ、比較的小径の円柱形状を有する周端面洗浄部の鉛直な周面がウエハの周端面に押し付けられる。
【０００４】
ウエハの周縁部には、ベベルと呼ばれる面取りがされている。ベベルの輪郭は、ウエハ供給メーカーにより微妙に異なり、直線的であったり、曲線的であったりする。また、処理の結果としてウエハ周縁部に膜が形成される結果、ベベル部の輪郭が若干変化する。特許文献１の技術では、ブラシの水平な上面および鉛直な面がウエハに押し当てられるため、ベベル部全体にブラシを当てることができずに洗浄ムラが生じる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６５７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、基板の周縁部をムラなく洗浄することができるブラシ、基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点によれば、基板を保持して回転させる基板保持部と、球形のブラシと、前記ブラシの中心を通る回転軸線周りにブラシを回転させるブラシ回転駆動部と、前記ブラシの回転軸線が前記基板保持部により保持された基板の表面を含む平面と交差するようブラシを保持するとともに、前記ブラシが前記基板保持部により保持された基板の周縁部に当たるようにブラシを位置決めするブラシ移動機構と、を備えた基板洗浄装置が提供される。
【０００８】
前記基板洗浄装置は、少なくとも前記ブラシ移動機構の動作を制御する制御部を更に備えて構成することができ、前記ブラシ移動機構は、前記ブラシの水平方向位置を調節する水平方向位置調節手段と、前記ブラシの上下方向位置を調節する上下方向位置調節手段とを有しており、前記制御部は、前記ブラシの中心の高さが前記基板保持部により保持された基板の高さと一致したときに前記基板保持部により保持された基板の中心と前記ブラシの中心との間の水平方向距離が最大値をとるように、かつ、前記ブラシの中心の高さが前記基板保持部により保持された基板の高さより高い場合および低い場合には前記水平方向距離が前記最大値より小さくなるように、前記水平方向位置調節手段によりブラシの水平方向位置を調節しながら、前記上下方向位置調節手段により前記ブラシの上下方向位置を変化させて洗浄処理を行うように制御することができる。
【０００９】
前記ブラシ移動機構は、鉛直線に対して前記ブラシの回転軸線を傾けることができるチルト角調節手段を更に備えて構成することができる。
【００１０】
本発明の第２の観点によれば、基板を水平に保持して回転させることと、所定の回転軸線を中心として回転する球形のブラシを回転する前記基板の周縁部に当てた状態で、前記基板に対して前記ブラシを上昇または下降させることと、を備えた基板洗浄方法が提供される。
【００１１】
好適な一実施形態において、前記基板に対して前記ブラシを上昇または下降させる際に、前記ブラシを水平方向に移動させることを更に備えることができ、この場合、前記ブラシの水平方向の移動は、前記ブラシの中心の高さが前記基板の高さと一致したときに前記基板の中心と前記ブラシの中心との間の水平方向距離が最大値をとるように、かつ、前記ブラシの中心の高さが前記基板の高さより高い場合および低い場合には前記水平方向距離が前記最大値より小さくなるように、行うことができる。
【００１２】
前記基板に対して前記ブラシを上昇または下降させる際に、鉛直線に対する前記ブラシの回転軸線の成す角度を変更してもよい。
【００１３】
本発明の第３の観点によれば、半導体装置の基板を洗浄するためのブラシであって、多孔質の樹脂材料からなる球形のブラシが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ブラシが球形であるので、ブラシの上下位置の変化に応じてブラシに対する基板周縁部の接触部位が変化するため、基板周縁部をムラ無く洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による基板洗浄装置の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１の基板洗浄装置の内部を示す概略平面図。
【図３】図２の周縁洗浄機構を詳細に示す断面図。
【図４】ブラシの取り付け構造および洗浄時の作用を説明するための断面図。
【図５】図１の基板洗浄装置の制御部の構成を示すブロック図。
【図６】チルト機構を更に備えた周縁洗浄機構の変形例を示す断面図。
【図７】ブラシの変形例を示す概略断面図。
【図８】表面洗浄機構を更に備えた基板洗浄装置の内部を示す概略平面図。
【図９】図１に示す基板洗浄装置を備えた洗浄処理システムの一例を示す平面図。
【図１０】図９の洗浄処理システムの側面図。
【図１１】図８の洗浄処理システムに用いることができる基板表面洗浄装置の一例を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明による基板洗浄装置の一実施形態としてのウエハ洗浄装置ついて具体的に説明する。
【００１７】
図１および図２に示すように、ウエハ洗浄装置１はチャンバ２を有し、このチャンバ２の中には、被洗浄基板である半導体ウエハＷ（以下単に「ウエハ」と記す）を水平姿勢で保持するスピンチャック３が設けられている。スピンチャック３は、ウエハＷの裏面（デバイスが形成されない面）の中央部を真空吸着することによりウエハＷを保持する。スピンチャック３は、軸３ａを介してチャンバ２の下方に設けられたモーター４により回転可能である。チャンバ２内には、スピンチャック３に保持されたウエハＷを覆うようにカップ５が設けられている。カップ５の底部から、排気および排液のための排気排液管６が、チャンバ２の底壁を貫通して下方へ延びている。チャンバ２の側壁には、ウエハＷを搬入出するための搬入出口７が設けられている。軸３ａとカップ５の底部およびチャンバ２の底部との間には流体シール８が設けられている。
【００１８】
ウエハ洗浄装置１は、さらに、洗浄液を供給する洗浄液供給機構１０と、ウエハＷの端面および表裏面の周縁部分（以下に単に「周縁部」とも記す）をブラシ洗浄する周縁洗浄機構２０とを有している。
【００１９】
洗浄液供給機構１０は、カップ５の上方に設けられた第１洗浄液ノズル１１ａとスピンチャック３に保持されたウエハＷの裏面側に位置するように設けられた第２洗浄液ノズル１１ｂと、洗浄機構２０の後述する回動アーム２５に保持される第３洗浄液ノズル１１ｃとを有している。これらの洗浄液ノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃにはそれぞれ、第１洗浄液供給配管１３ａ、第２洗浄液供給配管１３ｂおよび第３洗浄液供給配管１３ｃの各々の一端が接続されている。これらの洗浄液供給配管１３ａ、１３ｂ、１３ｃにはそれぞれバルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが介設されており、これらの洗浄液供給配管１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各々の他端は共通の洗浄液供給源１２に接続されている。洗浄液供給源１２から、第１洗浄液供給配管１３ａを介して第１洗浄液ノズル１１ａからウエハＷの表面の中心付近に洗浄液が供給され、第２洗浄液供給配管１３ｂを介して第２洗浄液ノズル１１ｂからウエハＷの裏面に洗浄液が供給され、第３洗浄液供給配管１３ｃを介して第３洗浄液ノズル１１ｃから洗浄機構２０の後述するブラシ２１に直接的に洗浄液が供給される。洗浄液としては、純水や薬液等を用いることができる。
【００２０】
周縁洗浄機構２０は、球形のブラシ２１が先端に取り付けられた回動アーム２５と、回動アームを支持する支持柱部２６と、回動アーム２５を回動させる回動機構および回動アーム２５を回動（旋回）および昇降させる回動昇降部２７とを有している。
【００２１】
図３は、周縁洗浄機構２０をさらに詳細に示す断面図である。回動アーム２５は水平に延びる角筒形状を有している。ブラシ２１が取り付けられる回転軸２２が、回動アーム２５の先端部分に取り付けられた一対のベアリング３１ａ，３１ｂにより回転可能に支持されている。回転軸２２にはプーリー３２が取り付けられており、プーリー３２にはベルト３３が巻き掛けられている。ベルト３３は、回動アーム２５の内部空間を水平に延びている。回動アーム２５の内部の基端側部分には、ブラシ回転用のモーター３４が設けられている。モーター３４の回転軸３４ａにはプーリー３５が取り付けられていて、ベルト３３がプーリー３５に巻き掛けられている。従って、モーター３４を回転駆動することにより、回転軸２２およびこれに取り付けられたブラシ２１が回転する。モーター３４、プーリー３２、３５、ベルト３３等がブラシを回転駆動するブラシ回転駆動部をなす。
【００２２】
回動アーム２５の基端部には、鉛直方向に延びる回動シャフト３８が、回動アーム２５内の上下に設けられた一対の固定部材３９により固定されている。回動シャフト３８は支持柱部２６を通って回動昇降部２７まで延びている。
【００２３】
回動昇降部２７は、支持柱部２６の下方に連続する筐体４１と、その内部に設けられた回動機構４２および昇降機構４５とを有している。回動機構４２は、回動用のモーター４３を有しており、その回転軸が回動シャフト３８の下端に接続されており、モーター４３を回転駆動することにより、回動シャフト３８に固定された回動アーム２５が回動するようになっている。昇降機構４５は、回動シャフト３８をベアリング４７を介して回転可能に支持する支持部材４６と、筐体４１の底部から鉛直上方に延び、支持部材４６に形成された図示しないナット部に螺合してボールネジ機構を構成するネジ軸４８と、筐体４１の底板に固定されてネジ軸４８を回転させるモーター４９と、筐体４１内に設けられて支持部材４６を上下方向にガイドするガイド部材５０とを有している。すなわち、昇降機構４５はボールネジ機構によって回動シャフト３８を昇降させることにより、回動アーム２５を昇降させる。
【００２４】
図４は、回転軸２２への球形のブラシ２１の取り付け構造を示す図である。ブラシ２１は、多孔質樹脂からなるスポンジ、具体的にはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製のスポンジから形成することができる。より高い耐薬品性が求められるならば、ブラシ２１をＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）製のスポンジから形成することが好ましい。球形のブラシ２１の直径は、例えば２０ｍｍとすることができるが、これには限定されない。
【００２５】
球形のブラシ２１の取り付けには、ボルトの形態の取り付け具２３が用いられる。取り付け具２３は、頭部２３ａと軸部２３ｂとを有している。貫通孔２１ａが、球形のブラシ２１の中心を通過して直線的にブラシ２１を貫通して延びている。取り付け具２３の軸部２３ｂが貫通孔２１ａに通されており、軸部２３ｂの先端部がブラシ２１から突出している。軸部２３ｂの外径を貫通孔２１ａの内径より大きくして、ある程度の締め代を設けることが好ましい。軸部２３ｂの先端部には雄ねじ２３ｃが形成されている。回転軸２２はその先端に拡径部２２ａを有しており、拡径部２２ａの中心に雌ねじが形成された孔２２ｂが形成されている。雄ねじ２３ｃを雌ねじにねじ込むことにより、回転軸２２に取り付け具２３が固定される。これにより、取り付け具２３の頭部２３ａの上面２３ｄと回転軸２２の拡径部２２ａの下面２２ｃとの間に、ブラシ２１が挟み込まれてそこで保持される。
【００２６】
ブラシ２１の球形が損なわれないように、上面２３ｄと下面２２ｃとの間でブラシ２１を強く挟まないことが好ましい。このために、雄ねじ２３ｃの先端には孔２２ｂの底面に当接するストッパ２３ｅが形成され、前述の上面２３ｄと下面２２ｃとの間の間隔が予め定められた値となるようになっている。
【００２７】
制御部３０は、図５のブロック図に示すように、コントローラ６１と、ユーザーインターフェース６２と、記憶部６３とを有している。コントローラ６１は、基板洗浄装置１の制御可能な構成要素、例えばスピンチャック回転用のモーター４、ブラシ回転用のモーター３４、回動アーム回動用のモーター４３、昇降用モーター４９、バルブ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等（図６に示された後述のチルト用のモータ７１も含む）の動作を制御する。また、ユーザーインターフェース６２はコントローラ６１に接続され、オペレータがウエハ洗浄装置１を管理するためにコマンド等の入力操作を行うキーボードや、ウエハ洗浄装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる。また、記憶部６３もコントローラ６１に接続され、その中にウエハ洗浄装置１の各構成部の制御対象を制御するための制御プログラムや、ウエハ洗浄装置１に所定の処理を行わせるためのプログラムすなわち処理レシピが格納されている。処理レシピは記憶部６３の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクのような固定的なものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、コントローラ６１は、必要に応じて、ユーザーインターフェース６２からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部６３から呼び出して実行させることで、コントローラ６１の制御下で、所定の処理が行われる。
【００２８】
次に、上記のウエハ洗浄装置１により行われるウエハＷの洗浄処理について説明する。
【００２９】
まず、チャンバ２内にウエハＷを搬入し、スピンチャック３でウエハＷを保持する。この状態で、モーター４を駆動してスピンチャック３とともにウエハＷを所定の回転数（例えば１００ｒｐｍ程度）で回転させ、第１洗浄液ノズル１１ａ、第２洗浄液ノズル１１ｂおよび第３洗浄液ノズル１１ｃから洗浄液を吐出しつつ、ブラシ回転用モーター３４によりブラシ２１を所定の回転数（例えば５０ｒｐｍ程度）で、好ましくはウエハＷの回転方向と逆向きに回転させる。そして、モーター４３により回動アーム２５をスピンチャック３上のウエハＷに向けて回動させてブラシ２１をウエハＷの周縁部に押し付ける。その後、ブラシ２１をウエハＷの周縁部に押し付けたまま上下方向に移動させる。例えば、最初にブラシ２１を比較的低い位置（例えば図４においてブラシ２１とウエハＷ１との相対位置関係が成立する位置）に位置させ、徐々にブラシ２１を上昇させてゆき、最終的に比較的高い位置（例えば図４においてブラシ２１とウエハＷ３との相対位置関係が成立する位置）までブラシ２１を上昇させる。ブラシ２１は柔軟性があるため、ウエハＷの周縁部がブラシ２１に食い込んだ状態で洗浄が行われる。ブラシ２１は球形であるため、ブラシ２１を徐々に上昇させてゆく過程において、ウエハＷの周縁部においてブラシ２１から最大の接触面圧を受けるポイントが徐々にずれてゆく。このため、ウエハＷの周縁部をムラなく洗浄することができる。なお、最初にブラシ２１を比較的高い位置に位置させ、徐々にブラシを下降させながら洗浄を行ってもよい。
【００３０】
ブラシ２１を上下動させてゆく過程において、ブラシ２１の水平方向位置を調整することが好ましい。回動機構４２の微調整により回動アーム２５を微少量旋回させることにより、ブラシ２１の水平方向位置（すなわちブラシ２１の回転中心軸線とウエハＷの回転中心軸線との間の距離）をブラシ２１の上下方向位置に関連づけて調整して、ブラシ２１へのウエハＷの食い込み量が概ね一定になるようにすることができる。具体的には、例えば、図４において矢印Ａで示す円弧状の軌跡に従ってブラシ２１を移動させればよい。矢印Ａで示す円弧の半径は、ブラシ２１の半径と同じにすることができる。先に説明したように単にブラシ２１を上下動させるだけでも周縁部をムラなく洗浄することはできるが、ブラシ２１の水平方向位置を調整してブラシ２１へのウエハＷの食い込み量が一定になるようにすることで、基板に加わる力が均一となり、均一な処理ができるというさらなる効果が得られる。
【００３１】
なお、図１〜図３に示す構成においては、回動機構４２がブラシ２１の水平方向位置を調整する水平方向位置調節手段をなし、昇降機構４５がブラシ２１の上下方向位置を調整する上下方向位置調節手段をなす。
【００３２】
また、図６に示すように、回転軸２２のチルト角度（鉛直軸に対するブラシの回転軸線の角度）を変更するチルト機構（チルト角調整手段）７０を更に設けることもできる。チルト機構７０は、モーター３４よりも基端側において回動アーム２５を先端側部分２５ａと基端側部分２５ｂとに分離して、先端側部分２５ａおよび基端側部分２５ｂを、これらの部分のいずれか一方、好ましくは基端側部分２５ｂに設けたモーター７１により、水平軸線周りに相対回転可能とすることにより構成することができる。
【００３３】
前記水平軸線とブラシ２１の球の中心が図６に示す構成例のように上下方向にずれていれば、チルト機構７０を動作させることにより、ブラシ２１の水平方向位置を変更することができる。なお、前記水平軸線上にブラシ２１の球の中心が位置するように回動アーム２５を構成すれば、チルト機構７０を動作させることにより、ブラシ２１の水平方向位置を実質的に変更することなく、ウエハＷに対するブラシの接触部位を変更することができる。
【００３４】
なお、前記水平軸線とブラシ２１の球の中心との位置関係に関わらず、チルト機構７０を動作させることにより、ブラシ２１に対するウエハＷの接触位置を変更することができる。ブラシ２１は球形であるため、ブラシ２１とウエハＷの上下方向の位置関係が同じであるなら、ブラシ２１に対するウエハＷの接触位置が変化しても洗浄効果に影響はないため、所定数のウエハＷを洗浄した後に、回転軸２２のチルト角度を変更して、ブラシ２１の別の部位を用いて別の所定数のウエハＷの洗浄を行うことができる。こうすれば、ブラシ２１の表面を満遍なく使用することができ、ブラシ２１を長く使用することができ、ひいては洗浄処置装置の運転コストを低減することができる。
【００３５】
なお、図６に示す構成においては、チルト機構７０は、単にチルト角調整手段を成す場合（前記水平軸線上にブラシ２１の球の中心が位置する場合）と、前記チルト角調整手段としての機能に加えてブラシ２１の水平方向位置を調整する水平方向位置調節手段の機能の一部、或いは、ブラシ２１の上下方向位置を調整する上下方向位置調節手段の機能の一部を受け持つ場合（前記水平軸線とブラシ２１の球の中心が図６に示す構成例のように上下方向にずれている場合）がある。
【００３６】
図７に示すように、ブラシ２１に２つまたはそれ以上の数の孔２１ａを形成してもよい。なお、複数の孔２１ａはいずれもブラシ２１の球の中心Ｏを通過している。或る一つの孔２１ａを用いてブラシ２１を回転軸２２に取り付けた状態で所定数のウエハＷを洗浄し、その後、他の一つの孔２１ａを用いてブラシ２１を回転軸２２に取り付けた状態で所定数のウエハＷを洗浄することができる。こうすれば、ブラシ２１の表面を満遍なく使用することができ、ブラシ２１を長く使用することができ、ひいては洗浄処置装置の運転コストを低減することができる。勿論、ブラシ２１は球形であるため、複数の孔２１ａのいずれを用いた場合でも、洗浄効果に差異はない。
【００３７】
上記実施形態では、基板洗浄装置が、ウエハＷの周縁部のみを洗浄するように構成されているが、これには限定されない。例えば、図８に概略的に示すように、基板洗浄装置がさらにウエハＷの表面全域を洗浄するための少なくとも１つの表面洗浄機構を備えていてもよい。図８に示した例では、ウエハＷの表面を洗浄するためのスクラブブラシ８１と、スクラブブラシ８１を支持するとともにスクラブブラシ８１を回転駆動するための回転駆動機構（図示せず）が内蔵されたアーム８２と、アーム８２をガイドレール８４に沿って水平移動させるとともにアーム８２を上下動させるアーム駆動機構８３とを各々が有する２つの表面洗浄機構８０が設けられている。このような表面洗浄機構は、当該技術分野において周知であるため詳細な説明は省略するが、例えば本件と同一出願人の特許出願に係る特許公開公報、特開２００６−２４９６３号に記載されたものを採用することができる。
【００３８】
また、上記実施形態では、周縁洗浄機構２０が鉛直軸線周りに回転可能な回動アーム２５を有していたが、これには限定されない。周縁洗浄機構２０のアームは、図８に示したようなリニアモーション型のアーム（図８のアーム８２のような直線的な水平移動を行うアーム）であってもよい。直線的な水平移動をするアームを用いれば、回動アーム２５と比較して、ウエハＷに対するブラシの水平方向位置の微調整が若干行い易くなることが考えられる。この場合は、アームを水平移動させるとともに上下動させるアーム駆動機構がブラシ２１の水平方向位置を調整する水平方向位置調節手段およびブラシ２１の上下方向位置を調整する上下方向位置調節手段として作用する。なお、このようなリニアモーション型のアームにも、図６に示したようなチルト機構を設けることができる。
【００３９】
さらにまた、上記実施形態では、洗浄対象基板が半導体ウエハであったが、これに限定されるものではない。球形ブラシを用いた洗浄技術は、例えば液晶表示装置用ガラス基板に代表されるフラットパネル表示装置用基板等、他の基板にも適用可能である。
【００４０】
次に上述した基板洗浄装置が組み込まれた基板洗浄システムについて、図９および図１０を参照して説明する。洗浄処理システム１０１は、ウエハＷに洗浄処理を施す洗浄処理部１０３と、洗浄処理部１０３に対してウエハＷを搬入出する搬入出部１０２とから構成されている。
【００４１】
搬入出部１０２は、複数枚、例えば２５枚のウエハＷが所定の間隔で水平に収容されているキャリアＣを載置するための載置台１１１が設けられたイン・アウトポート１０４と、キャリアＣと洗浄処理部１０３との間でウエハの搬送を行うウエハ搬送機構１１３が備えられたウエハ搬送部１０５とから構成されている。
【００４２】
載置台１１１上には、複数個例えば、３個のキャリアＣを水平面のＹ方向に並べて所定位置に載置することができる。イン・アウトポート１０４とウエハ搬送部１０５との境界壁１９１において、キャリアＣの載置場所に対応する位置には窓部１９２が形成されており、窓部１９２のウエハ搬送部１０５側には窓部１９２をシャッター等により開閉する窓部開閉機構１１２が設けられている。窓部１９２を開口してキャリアＣのウエハ搬入出口とウエハ搬送部１０５とを連通させると、ウエハ搬送部１０５に配設されたウエハ搬送機構１１３のキャリアＣへのアクセスが可能となり、ウエハＷの搬送を行うことができる状態となる。
【００４３】
ウエハ搬送部１０５には、キャリアＣと洗浄処理部１０３との間におけるウエハＷの受け渡しを行うウエハ搬送機構１１３が配設されている。ウエハ搬送機構１１３は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にそれぞれ移動可能であり、かつ、Ｘ−Ｙ平面内（θ方向）で回転自在に構成されている。こうして、ウエハ搬送機構１１３は、載置台１１１に載置された全てのキャリアＣの任意の高さ位置にあるウエハＷにアクセス可能であり、さらに、洗浄処理部１０３に配設されたウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４にアクセス可能となっている。こうして、ウエハ搬送機構１１３は、イン・アウトポート１０４側から洗浄処理部１０３側へ、逆に洗浄処理部１０３側からイン・アウトポート１０４側へウエハＷを搬送する。
【００４４】
洗浄処理部１０３には、ウエハ搬送部１０５との間で基板の受け渡しを行うためにウエハＷを一時的に載置する複数台例えば２台のウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４が上下に積層されて設けられている。また、洗浄処理部１０３には、ウエハＷにスクラブ洗浄を施すスクラブ洗浄ユニット（ＳＣＲ）１２１ａ〜１２１ｄが上下２段で各段に２台ずつの計４台配設されている。さらに、洗浄処理部１０３には、ウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４、スクラブ洗浄ユニット（ＳＣＲ）１２１ａ〜１２１ｄの全てにアクセス可能に配設され、これらのユニット間でウエハＷの受け渡しを行う主ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１１５が配設されている。
【００４５】
なお、図示例では、スクラブ洗浄ユニット１２１ａ、１２１ｂが、ウエハＷの表面洗浄を行うように構成され、スクラブ洗浄ユニット１２１ｃ、１２１ｄが、ウエハＷの周縁部の洗浄を行うように構成されている。スクラブ洗浄ユニット１２１ａ、１２１ｂの構成としては、例えば図８に示した構成から周縁洗浄機構２０を取り除いたものを採用することができる。なお、ウエハＷの表面洗浄を行うスクラブ洗浄ユニットの構成としては様々なものが知られており、任意のものをスクラブ洗浄ユニット１２１ａ、１２１ｂの構成として採用することができる。ウエハＷの周縁部の洗浄を行うためのスクラブ洗浄ユニット１２１ｃ、１２１ｄとしては、先に図１〜図７を参照して説明したウエハ洗浄装置１を採用することができる。
【００４６】
なお、表面洗浄用のスクラブ洗浄ユニット１２１ａ、１２１ｂの構成としては、図１１に示したようなものを採用することも可能である。図１１に示すスクラブ洗浄ユニットは、スピンチャックとして、バキュームチャックに代えて、メカニカルチャックが設けられている。メカニカルチャックは、回転軸３ａに結合されたプレート３ｂと、チャックプレート３ｂに揺動自在に設けられた複数のチャック体３ｃから構成される。なお、このようなメカニカルチャックは、周縁部洗浄用のブラシ（具体的には前述したブラシ２１）と干渉するため、周縁部洗浄用のウエハ洗浄装置には適していない。図１１に示すスクラブ洗浄ユニットは、Ｚ方向に移動可能で、θ方向に旋回可能な長いアーム２５’の先端に設けられたスクラブブラシ９０を有し、ノズル１１ａからウエハ表面に洗浄液を供給しながら、スクラブブラシ９０をウエハ中央部から周縁部まで移動させて、ウエハの表面を洗浄することができる。このようなスクラブ洗浄ユニットは公知であるため、詳細な説明は省略する。
【００４７】
洗浄処理部１０３には、洗浄処理システム１０１全体の動作・制御を行うための電装ユニット（ＥＢ）１１８と機械制御ユニット（ＭＢ）１１９、スクラブ洗浄ユニット（ＳＣＲ）１２１ａ〜１２１ｄに送液する所定の洗浄液を貯蔵する薬液貯蔵ユニット（ＣＴＢ）１１７が配設されている。なお、前述した制御部３０は、電装ユニット（ＥＢ）１１８と機械制御ユニット（ＭＢ）１１９に支配された下位コントローラであり、また薬液洗浄が行われる場合には前述した洗浄液供給源１２は薬液貯蔵ユニット（ＣＴＢ）１１７から薬液の供給を受ける。洗浄処理部１０３の天井部には、ウエハＷを取り扱う各ユニットおよび主ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１１５に、清浄な空気をダウンフローするためのファンフィルターユニット（ＦＦＵ）１２２が配設されている。なお、薬液貯蔵ユニット（ＣＴＢ）１１７、電装ユニット（ＥＢ）１１８、機械制御ユニット（ＭＢ）１１９を洗浄処理部１０３の外側に設置することにより、また外部に引き出すことにより、この面よりのメンテナンスも可能にできる。
【００４８】
なお、ファンフィルターユニット（ＦＦＵ）１２２からのダウンフローの一部は、ウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４内に導かれた後にウエハ搬送部１０５に向けて流出する構造となっており、これにより、ウエハ搬送部１０５から洗浄処理部１０３へのパーティクル等の侵入が防止され、洗浄処理部１０３の清浄度が保持されるようになっている。
【００４９】
主ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１１５は、Ｚ方向に昇降可能かつＺ軸（鉛直軸）周りに回動可能な搬送基台１５４と、水平方向に進退可能に搬送基台１５４に取り付けられた独立駆動可能な３本の主ウエハ搬送アーム１５５（図９にはそのうちの１本だけを示している）を備えている。
【００５０】
上述した洗浄処理システム１０１においては、載置台１１１に載置されたキャリアＣ内のウエハＷは、ウエハ搬送機構１１３によって一方のウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４に搬送される。主ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１１５の主ウエハ搬送アーム１５５のいずれかがウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４からウエハＷを受け取り、そのウエハＷをスクラブ洗浄ユニット（ＳＣＲ）１２１ｃ、１２１ｄのいずれかに搬送し、そこでウエハの周縁部のスクラブ洗浄処理が行われる。その後、スピンチャックによりウエハＷを高速回転させることにより、ウエハＷの振り切り乾燥が行われる。
【００５１】
周縁部のスクラブ洗浄処理が終了したウエハＷは、主ウエハ搬送アーム１５５のいずれかによりスクラブ洗浄ユニット（ＳＣＲ）１２１ａ、１２１ｂのいずれかへ搬送され、そこで表面のスクラブ洗浄処理が行われる。その後、スピンチャックによりウエハＷを高速回転させることにより、ウエハＷの振り切り乾燥が行われる。
【００５２】
表面のスクラブ洗浄処理が終了したウエハＷは、主ウエハ搬送アーム１５５のいずれかを用いてウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４の一方へ搬送された後、ウエハ搬送機構１１３によってキャリアＣ内の所定位置に搬送され、キャリアＣ内に収容される。
【符号の説明】
【００５３】
Ｗ 基板
３ 基板保持部（スピンチャック）
２１ ブラシ
３３、３４、３５ ブラシ回転駆動部
３０ 制御部
２７ ブラシ移動機構
４２ 水平方向位置調節手段（回動機構）
４５ 上下方向位置調節手段（昇降機構）
７０ チルト角調節手段（チルト機構）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板、特にその周縁を洗浄するための基板処理装置および基板処理方法、並びにブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造において、ウエハ周縁部、特にベベル部に、パーティクルまたは不要付着物が付着していると、これらの剥離、転写等により歩留まり低下の原因となることは良く知られており、このような問題の発生防止のため、ウエハ周縁部の洗浄が行われている。
【０００３】
特許文献１には、比較的小径の円柱形状を有する周端面洗浄部と比較的大径の円板形状を有する周縁部洗浄部とを有する略Ｔ字形のブラシを用いてウエハの周縁部分を洗浄する技術が開示されている。ブラシは、その回転軸が鉛直方向を向くように、ブラシ保持駆動機構に保持される。ウエハの洗浄時において、水平姿勢で回転するウエハの周縁部分にブラシが当てられる。このとき、比較的大径の円板形状を有する周縁部洗浄部の水平な上面がウエハの下面周縁部に押し付けられ、比較的小径の円柱形状を有する周端面洗浄部の鉛直な周面がウエハの周端面に押し付けられる。
【０００４】
ウエハの周縁部には、ベベルと呼ばれる面取りがされている。ベベルの輪郭は、ウエハ供給メーカーにより微妙に異なり、直線的であったり、曲線的であったりする。また、処理の結果としてウエハ周縁部に膜が形成される結果、ベベル部の輪郭が若干変化する。特許文献１の技術では、ブラシの水平な上面および鉛直な面がウエハに押し当てられるため、ベベル部全体にブラシを当てることができずに洗浄ムラが生じる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６５７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、基板の周縁部をムラなく洗浄することができるブラシ、基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点によれば、基板を保持して回転させる基板保持部と、球形のブラシと、前記ブラシの中心を通る回転軸線周りにブラシを回転させるブラシ回転駆動部と、前記ブラシの回転軸線が前記基板保持部により保持された基板の表面を含む平面と交差するようブラシを保持するとともに、前記ブラシが前記基板保持部により保持された基板の周縁部に当たるようにブラシを位置決めするブラシ移動機構と、を備えた基板洗浄装置が提供される。
【０００８】
前記基板洗浄装置は、少なくとも前記ブラシ移動機構の動作を制御する制御部を更に備えて構成することができ、前記ブラシ移動機構は、前記ブラシの水平方向位置を調節する水平方向位置調節手段と、前記ブラシの上下方向位置を調節する上下方向位置調節手段とを有しており、前記制御部は、前記ブラシの中心の高さが前記基板保持部により保持された基板の高さと一致したときに前記基板保持部により保持された基板の中心と前記ブラシの中心との間の水平方向距離が最大値をとるように、かつ、前記ブラシの中心の高さが前記基板保持部により保持された基板の高さより高い場合および低い場合には前記水平方向距離が前記最大値より小さくなるように、前記水平方向位置調節手段によりブラシの水平方向位置を調節しながら、前記上下方向位置調節手段により前記ブラシの上下方向位置を変化させて洗浄処理を行うように制御することができる。
【０００９】
前記ブラシ移動機構は、鉛直線に対して前記ブラシの回転軸線を傾けることができるチルト角調節手段を更に備えて構成することができる。
【００１０】
本発明の第２の観点によれば、基板を水平に保持して回転させることと、所定の回転軸線を中心として回転する球形のブラシを回転する前記基板の周縁部に当てた状態で、前記基板に対して前記ブラシを上昇または下降させることと、を備えた基板洗浄方法が提供される。
【００１１】
好適な一実施形態において、前記基板に対して前記ブラシを上昇または下降させる際に、前記ブラシを水平方向に移動させることを更に備えることができ、この場合、前記ブラシの水平方向の移動は、前記ブラシの中心の高さが前記基板の高さと一致したときに前記基板の中心と前記ブラシの中心との間の水平方向距離が最大値をとるように、かつ、前記ブラシの中心の高さが前記基板の高さより高い場合および低い場合には前記水平方向距離が前記最大値より小さくなるように、行うことができる。
【００１２】
前記基板に対して前記ブラシを上昇または下降させる際に、鉛直線に対する前記ブラシの回転軸線の成す角度を変更してもよい。
【００１３】
本発明の第３の観点によれば、半導体装置の基板を洗浄するためのブラシであって、多孔質の樹脂材料からなる球形のブラシが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ブラシが球形であるので、ブラシの上下位置の変化に応じてブラシに対する基板周縁部の接触部位が変化するため、基板周縁部をムラ無く洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による基板洗浄装置の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１の基板洗浄装置の内部を示す概略平面図。
【図３】図２の周縁洗浄機構を詳細に示す断面図。
【図４】ブラシの取り付け構造および洗浄時の作用を説明するための断面図。
【図５】図１の基板洗浄装置の制御部の構成を示すブロック図。
【図６】チルト機構を更に備えた周縁洗浄機構の変形例を示す断面図。
【図７】ブラシの変形例を示す概略断面図。
【図８】表面洗浄機構を更に備えた基板洗浄装置の内部を示す概略平面図。
【図９】図１に示す基板洗浄装置を備えた洗浄処理システムの一例を示す平面図。
【図１０】図９の洗浄処理システムの側面図。
【図１１】図８の洗浄処理システムに用いることができる基板表面洗浄装置の一例を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明による基板洗浄装置の一実施形態としてのウエハ洗浄装置ついて具体的に説明する。
【００１７】
図１および図２に示すように、ウエハ洗浄装置１はチャンバ２を有し、このチャンバ２の中には、被洗浄基板である半導体ウエハＷ（以下単に「ウエハ」と記す）を水平姿勢で保持するスピンチャック３が設けられている。スピンチャック３は、ウエハＷの裏面（デバイスが形成されない面）の中央部を真空吸着することによりウエハＷを保持する。スピンチャック３は、軸３ａを介してチャンバ２の下方に設けられたモーター４により回転可能である。チャンバ２内には、スピンチャック３に保持されたウエハＷを覆うようにカップ５が設けられている。カップ５の底部から、排気および排液のための排気排液管６が、チャンバ２の底壁を貫通して下方へ延びている。チャンバ２の側壁には、ウエハＷを搬入出するための搬入出口７が設けられている。軸３ａとカップ５の底部およびチャンバ２の底部との間には流体シール８が設けられている。
【００１８】
ウエハ洗浄装置１は、さらに、洗浄液を供給する洗浄液供給機構１０と、ウエハＷの端面および表裏面の周縁部分（以下に単に「周縁部」とも記す）をブラシ洗浄する周縁洗浄機構２０とを有している。
【００１９】
洗浄液供給機構１０は、カップ５の上方に設けられた第１洗浄液ノズル１１ａとスピンチャック３に保持されたウエハＷの裏面側に位置するように設けられた第２洗浄液ノズル１１ｂと、洗浄機構２０の後述する回動アーム２５に保持される第３洗浄液ノズル１１ｃとを有している。これらの洗浄液ノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃにはそれぞれ、第１洗浄液供給配管１３ａ、第２洗浄液供給配管１３ｂおよび第３洗浄液供給配管１３ｃの各々の一端が接続されている。これらの洗浄液供給配管１３ａ、１３ｂ、１３ｃにはそれぞれバルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが介設されており、これらの洗浄液供給配管１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各々の他端は共通の洗浄液供給源１２に接続されている。洗浄液供給源１２から、第１洗浄液供給配管１３ａを介して第１洗浄液ノズル１１ａからウエハＷの表面の中心付近に洗浄液が供給され、第２洗浄液供給配管１３ｂを介して第２洗浄液ノズル１１ｂからウエハＷの裏面に洗浄液が供給され、第３洗浄液供給配管１３ｃを介して第３洗浄液ノズル１１ｃから洗浄機構２０の後述するブラシ２１に直接的に洗浄液が供給される。洗浄液としては、純水や薬液等を用いることができる。
【００２０】
周縁洗浄機構２０は、球形のブラシ２１が先端に取り付けられた回動アーム２５と、回動アームを支持する支持柱部２６と、回動アーム２５を回動させる回動機構および回動アーム２５を回動（旋回）および昇降させる回動昇降部２７とを有している。
【００２１】
図３は、周縁洗浄機構２０をさらに詳細に示す断面図である。回動アーム２５は水平に延びる角筒形状を有している。ブラシ２１が取り付けられる回転軸２２が、回動アーム２５の先端部分に取り付けられた一対のベアリング３１ａ，３１ｂにより回転可能に支持されている。回転軸２２にはプーリー３２が取り付けられており、プーリー３２にはベルト３３が巻き掛けられている。ベルト３３は、回動アーム２５の内部空間を水平に延びている。回動アーム２５の内部の基端側部分には、ブラシ回転用のモーター３４が設けられている。モーター３４の回転軸３４ａにはプーリー３５が取り付けられていて、ベルト３３がプーリー３５に巻き掛けられている。従って、モーター３４を回転駆動することにより、回転軸２２およびこれに取り付けられたブラシ２１が回転する。モーター３４、プーリー３２、３５、ベルト３３等がブラシを回転駆動するブラシ回転駆動部をなす。
【００２２】
回動アーム２５の基端部には、鉛直方向に延びる回動シャフト３８が、回動アーム２５内の上下に設けられた一対の固定部材３９により固定されている。回動シャフト３８は支持柱部２６を通って回動昇降部２７まで延びている。
【００２３】
回動昇降部２７は、支持柱部２６の下方に連続する筐体４１と、その内部に設けられた回動機構４２および昇降機構４５とを有している。回動機構４２は、回動用のモーター４３を有しており、その回転軸が回動シャフト３８の下端に接続されており、モーター４３を回転駆動することにより、回動シャフト３８に固定された回動アーム２５が回動するようになっている。昇降機構４５は、回動シャフト３８をベアリング４７を介して回転可能に支持する支持部材４６と、筐体４１の底部から鉛直上方に延び、支持部材４６に形成された図示しないナット部に螺合してボールネジ機構を構成するネジ軸４８と、筐体４１の底板に固定されてネジ軸４８を回転させるモーター４９と、筐体４１内に設けられて支持部材４６を上下方向にガイドするガイド部材５０とを有している。すなわち、昇降機構４５はボールネジ機構によって回動シャフト３８を昇降させることにより、回動アーム２５を昇降させる。
【００２４】
図４は、回転軸２２への球形のブラシ２１の取り付け構造を示す図である。ブラシ２１は、多孔質樹脂からなるスポンジ、具体的にはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製のスポンジから形成することができる。より高い耐薬品性が求められるならば、ブラシ２１をＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）製のスポンジから形成することが好ましい。球形のブラシ２１の直径は、例えば２０ｍｍとすることができるが、これには限定されない。
【００２５】
球形のブラシ２１の取り付けには、ボルトの形態の取り付け具２３が用いられる。取り付け具２３は、頭部２３ａと軸部２３ｂとを有している。貫通孔２１ａが、球形のブラシ２１の中心を通過して直線的にブラシ２１を貫通して延びている。取り付け具２３の軸部２３ｂが貫通孔２１ａに通されており、軸部２３ｂの先端部がブラシ２１から突出している。軸部２３ｂの外径を貫通孔２１ａの内径より大きくして、ある程度の締め代を設けることが好ましい。軸部２３ｂの先端部には雄ねじ２３ｃが形成されている。回転軸２２はその先端に拡径部２２ａを有しており、拡径部２２ａの中心に雌ねじが形成された孔２２ｂが形成されている。雄ねじ２３ｃを雌ねじにねじ込むことにより、回転軸２２に取り付け具２３が固定される。これにより、取り付け具２３の頭部２３ａの上面２３ｄと回転軸２２の拡径部２２ａの下面２２ｃとの間に、ブラシ２１が挟み込まれてそこで保持される。
【００２６】
ブラシ２１の球形が損なわれないように、上面２３ｄと下面２２ｃとの間でブラシ２１を強く挟まないことが好ましい。このために、雄ねじ２３ｃの先端には孔２２ｂの底面に当接するストッパ２３ｅが形成され、前述の上面２３ｄと下面２２ｃとの間の間隔が予め定められた値となるようになっている。
【００２７】
制御部３０は、図５のブロック図に示すように、コントローラ６１と、ユーザーインターフェース６２と、記憶部６３とを有している。コントローラ６１は、基板洗浄装置１の制御可能な構成要素、例えばスピンチャック回転用のモーター４、ブラシ回転用のモーター３４、回動アーム回動用のモーター４３、昇降用モーター４９、バルブ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等（図６に示された後述のチルト用のモータ７１も含む）の動作を制御する。また、ユーザーインターフェース６２はコントローラ６１に接続され、オペレータがウエハ洗浄装置１を管理するためにコマンド等の入力操作を行うキーボードや、ウエハ洗浄装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる。また、記憶部６３もコントローラ６１に接続され、その中にウエハ洗浄装置１の各構成部の制御対象を制御するための制御プログラムや、ウエハ洗浄装置１に所定の処理を行わせるためのプログラムすなわち処理レシピが格納されている。処理レシピは記憶部６３の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクのような固定的なものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、コントローラ６１は、必要に応じて、ユーザーインターフェース６２からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部６３から呼び出して実行させることで、コントローラ６１の制御下で、所定の処理が行われる。
【００２８】
次に、上記のウエハ洗浄装置１により行われるウエハＷの洗浄処理について説明する。
【００２９】
まず、チャンバ２内にウエハＷを搬入し、スピンチャック３でウエハＷを保持する。この状態で、モーター４を駆動してスピンチャック３とともにウエハＷを所定の回転数（例えば１００ｒｐｍ程度）で回転させ、第１洗浄液ノズル１１ａ、第２洗浄液ノズル１１ｂおよび第３洗浄液ノズル１１ｃから洗浄液を吐出しつつ、ブラシ回転用モーター３４によりブラシ２１を所定の回転数（例えば５０ｒｐｍ程度）で、好ましくはウエハＷの回転方向と逆向きに回転させる。そして、モーター４３により回動アーム２５をスピンチャック３上のウエハＷに向けて回動させてブラシ２１をウエハＷの周縁部に押し付ける。その後、ブラシ２１をウエハＷの周縁部に押し付けたまま上下方向に移動させる。例えば、最初にブラシ２１を比較的低い位置（例えば図４においてブラシ２１とウエハＷ１との相対位置関係が成立する位置）に位置させ、徐々にブラシ２１を上昇させてゆき、最終的に比較的高い位置（例えば図４においてブラシ２１とウエハＷ３との相対位置関係が成立する位置）までブラシ２１を上昇させる。ブラシ２１は柔軟性があるため、ウエハＷの周縁部がブラシ２１に食い込んだ状態で洗浄が行われる。ブラシ２１は球形であるため、ブラシ２１を徐々に上昇させてゆく過程において、ウエハＷの周縁部においてブラシ２１から最大の接触面圧を受けるポイントが徐々にずれてゆく。このため、ウエハＷの周縁部をムラなく洗浄することができる。なお、最初にブラシ２１を比較的高い位置に位置させ、徐々にブラシを下降させながら洗浄を行ってもよい。
【００３０】
ブラシ２１を上下動させてゆく過程において、ブラシ２１の水平方向位置を調整することが好ましい。回動機構４２の微調整により回動アーム２５を微少量旋回させることにより、ブラシ２１の水平方向位置（すなわちブラシ２１の回転中心軸線とウエハＷの回転中心軸線との間の距離）をブラシ２１の上下方向位置に関連づけて調整して、ブラシ２１へのウエハＷの食い込み量が概ね一定になるようにすることができる。具体的には、例えば、図４において矢印Ａで示す円弧状の軌跡に従ってブラシ２１を移動させればよい。矢印Ａで示す円弧の半径は、ブラシ２１の半径と同じにすることができる。先に説明したように単にブラシ２１を上下動させるだけでも周縁部をムラなく洗浄することはできるが、ブラシ２１の水平方向位置を調整してブラシ２１へのウエハＷの食い込み量が一定になるようにすることで、基板に加わる力が均一となり、均一な処理ができるというさらなる効果が得られる。
【００３１】
なお、図１〜図３に示す構成においては、回動機構４２がブラシ２１の水平方向位置を調整する水平方向位置調節手段をなし、昇降機構４５がブラシ２１の上下方向位置を調整する上下方向位置調節手段をなす。
【００３２】
また、図６に示すように、回転軸２２のチルト角度（鉛直軸に対するブラシの回転軸線の角度）を変更するチルト機構（チルト角調整手段）７０を更に設けることもできる。チルト機構７０は、モーター３４よりも基端側において回動アーム２５を先端側部分２５ａと基端側部分２５ｂとに分離して、先端側部分２５ａおよび基端側部分２５ｂを、これらの部分のいずれか一方、好ましくは基端側部分２５ｂに設けたモーター７１により、水平軸線周りに相対回転可能とすることにより構成することができる。
【００３３】
前記水平軸線とブラシ２１の球の中心が図６に示す構成例のように上下方向にずれていれば、チルト機構７０を動作させることにより、ブラシ２１の水平方向位置を変更することができる。なお、前記水平軸線上にブラシ２１の球の中心が位置するように回動アーム２５を構成すれば、チルト機構７０を動作させることにより、ブラシ２１の水平方向位置を実質的に変更することなく、ウエハＷに対するブラシの接触部位を変更することができる。
【００３４】
なお、前記水平軸線とブラシ２１の球の中心との位置関係に関わらず、チルト機構７０を動作させることにより、ブラシ２１に対するウエハＷの接触位置を変更することができる。ブラシ２１は球形であるため、ブラシ２１とウエハＷの上下方向の位置関係が同じであるなら、ブラシ２１に対するウエハＷの接触位置が変化しても洗浄効果に影響はないため、所定数のウエハＷを洗浄した後に、回転軸２２のチルト角度を変更して、ブラシ２１の別の部位を用いて別の所定数のウエハＷの洗浄を行うことができる。こうすれば、ブラシ２１の表面を満遍なく使用することができ、ブラシ２１を長く使用することができ、ひいては洗浄処置装置の運転コストを低減することができる。
【００３５】
なお、図６に示す構成においては、チルト機構７０は、単にチルト角調整手段を成す場合（前記水平軸線上にブラシ２１の球の中心が位置する場合）と、前記チルト角調整手段としての機能に加えてブラシ２１の水平方向位置を調整する水平方向位置調節手段の機能の一部、或いは、ブラシ２１の上下方向位置を調整する上下方向位置調節手段の機能の一部を受け持つ場合（前記水平軸線とブラシ２１の球の中心が図６に示す構成例のように上下方向にずれている場合）がある。
【００３６】
図７に示すように、ブラシ２１に２つまたはそれ以上の数の孔２１ａを形成してもよい。なお、複数の孔２１ａはいずれもブラシ２１の球の中心Ｏを通過している。或る一つの孔２１ａを用いてブラシ２１を回転軸２２に取り付けた状態で所定数のウエハＷを洗浄し、その後、他の一つの孔２１ａを用いてブラシ２１を回転軸２２に取り付けた状態で所定数のウエハＷを洗浄することができる。こうすれば、ブラシ２１の表面を満遍なく使用することができ、ブラシ２１を長く使用することができ、ひいては洗浄処置装置の運転コストを低減することができる。勿論、ブラシ２１は球形であるため、複数の孔２１ａのいずれを用いた場合でも、洗浄効果に差異はない。
【００３７】
上記実施形態では、基板洗浄装置が、ウエハＷの周縁部のみを洗浄するように構成されているが、これには限定されない。例えば、図８に概略的に示すように、基板洗浄装置がさらにウエハＷの表面全域を洗浄するための少なくとも１つの表面洗浄機構を備えていてもよい。図８に示した例では、ウエハＷの表面を洗浄するためのスクラブブラシ８１と、スクラブブラシ８１を支持するとともにスクラブブラシ８１を回転駆動するための回転駆動機構（図示せず）が内蔵されたアーム８２と、アーム８２をガイドレール８４に沿って水平移動させるとともにアーム８２を上下動させるアーム駆動機構８３とを各々が有する２つの表面洗浄機構８０が設けられている。このような表面洗浄機構は、当該技術分野において周知であるため詳細な説明は省略するが、例えば本件と同一出願人の特許出願に係る特許公開公報、特開２００６−２４９６３号に記載されたものを採用することができる。
【００３８】
また、上記実施形態では、周縁洗浄機構２０が鉛直軸線周りに回転可能な回動アーム２５を有していたが、これには限定されない。周縁洗浄機構２０のアームは、図８に示したようなリニアモーション型のアーム（図８のアーム８２のような直線的な水平移動を行うアーム）であってもよい。直線的な水平移動をするアームを用いれば、回動アーム２５と比較して、ウエハＷに対するブラシの水平方向位置の微調整が若干行い易くなることが考えられる。この場合は、アームを水平移動させるとともに上下動させるアーム駆動機構がブラシ２１の水平方向位置を調整する水平方向位置調節手段およびブラシ２１の上下方向位置を調整する上下方向位置調節手段として作用する。なお、このようなリニアモーション型のアームにも、図６に示したようなチルト機構を設けることができる。
【００３９】
さらにまた、上記実施形態では、洗浄対象基板が半導体ウエハであったが、これに限定されるものではない。球形ブラシを用いた洗浄技術は、例えば液晶表示装置用ガラス基板に代表されるフラットパネル表示装置用基板等、他の基板にも適用可能である。
【００４０】
次に上述した基板洗浄装置が組み込まれた基板洗浄システムについて、図９および図１０を参照して説明する。洗浄処理システム１０１は、ウエハＷに洗浄処理を施す洗浄処理部１０３と、洗浄処理部１０３に対してウエハＷを搬入出する搬入出部１０２とから構成されている。
【００４１】
搬入出部１０２は、複数枚、例えば２５枚のウエハＷが所定の間隔で水平に収容されているキャリアＣを載置するための載置台１１１が設けられたイン・アウトポート１０４と、キャリアＣと洗浄処理部１０３との間でウエハの搬送を行うウエハ搬送機構１１３が備えられたウエハ搬送部１０５とから構成されている。
【００４２】
載置台１１１上には、複数個例えば、３個のキャリアＣを水平面のＹ方向に並べて所定位置に載置することができる。イン・アウトポート１０４とウエハ搬送部１０５との境界壁１９１において、キャリアＣの載置場所に対応する位置には窓部１９２が形成されており、窓部１９２のウエハ搬送部１０５側には窓部１９２をシャッター等により開閉する窓部開閉機構１１２が設けられている。窓部１９２を開口してキャリアＣのウエハ搬入出口とウエハ搬送部１０５とを連通させると、ウエハ搬送部１０５に配設されたウエハ搬送機構１１３のキャリアＣへのアクセスが可能となり、ウエハＷの搬送を行うことができる状態となる。
【００４３】
ウエハ搬送部１０５には、キャリアＣと洗浄処理部１０３との間におけるウエハＷの受け渡しを行うウエハ搬送機構１１３が配設されている。ウエハ搬送機構１１３は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にそれぞれ移動可能であり、かつ、Ｘ−Ｙ平面内（θ方向）で回転自在に構成されている。こうして、ウエハ搬送機構１１３は、載置台１１１に載置された全てのキャリアＣの任意の高さ位置にあるウエハＷにアクセス可能であり、さらに、洗浄処理部１０３に配設されたウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４にアクセス可能となっている。こうして、ウエハ搬送機構１１３は、イン・アウトポート１０４側から洗浄処理部１０３側へ、逆に洗浄処理部１０３側からイン・アウトポート１０４側へウエハＷを搬送する。
【００４４】
洗浄処理部１０３には、ウエハ搬送部１０５との間で基板の受け渡しを行うためにウエハＷを一時的に載置する複数台例えば２台のウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４が上下に積層されて設けられている。また、洗浄処理部１０３には、ウエハＷにスクラブ洗浄を施すスクラブ洗浄ユニット（ＳＣＲ）１２１ａ〜１２１ｄが上下２段で各段に２台ずつの計４台配設されている。さらに、洗浄処理部１０３には、ウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４、スクラブ洗浄ユニット（ＳＣＲ）１２１ａ〜１２１ｄの全てにアクセス可能に配設され、これらのユニット間でウエハＷの受け渡しを行う主ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１１５が配設されている。
【００４５】
なお、図示例では、スクラブ洗浄ユニット１２１ａ、１２１ｂが、ウエハＷの表面洗浄を行うように構成され、スクラブ洗浄ユニット１２１ｃ、１２１ｄが、ウエハＷの周縁部の洗浄を行うように構成されている。スクラブ洗浄ユニット１２１ａ、１２１ｂの構成としては、例えば図８に示した構成から周縁洗浄機構２０を取り除いたものを採用することができる。なお、ウエハＷの表面洗浄を行うスクラブ洗浄ユニットの構成としては様々なものが知られており、任意のものをスクラブ洗浄ユニット１２１ａ、１２１ｂの構成として採用することができる。ウエハＷの周縁部の洗浄を行うためのスクラブ洗浄ユニット１２１ｃ、１２１ｄとしては、先に図１〜図７を参照して説明したウエハ洗浄装置１を採用することができる。
【００４６】
なお、表面洗浄用のスクラブ洗浄ユニット１２１ａ、１２１ｂの構成としては、図１１に示したようなものを採用することも可能である。図１１に示すスクラブ洗浄ユニットは、スピンチャックとして、バキュームチャックに代えて、メカニカルチャックが設けられている。メカニカルチャックは、回転軸３ａに結合されたプレート３ｂと、チャックプレート３ｂに揺動自在に設けられた複数のチャック体３ｃから構成される。なお、このようなメカニカルチャックは、周縁部洗浄用のブラシ（具体的には前述したブラシ２１）と干渉するため、周縁部洗浄用のウエハ洗浄装置には適していない。図１１に示すスクラブ洗浄ユニットは、Ｚ方向に移動可能で、θ方向に旋回可能な長いアーム２５’の先端に設けられたスクラブブラシ９０を有し、ノズル１１ａからウエハ表面に洗浄液を供給しながら、スクラブブラシ９０をウエハ中央部から周縁部まで移動させて、ウエハの表面を洗浄することができる。このようなスクラブ洗浄ユニットは公知であるため、詳細な説明は省略する。
【００４７】
洗浄処理部１０３には、洗浄処理システム１０１全体の動作・制御を行うための電装ユニット（ＥＢ）１１８と機械制御ユニット（ＭＢ）１１９、スクラブ洗浄ユニット（ＳＣＲ）１２１ａ〜１２１ｄに送液する所定の洗浄液を貯蔵する薬液貯蔵ユニット（ＣＴＢ）１１７が配設されている。なお、前述した制御部３０は、電装ユニット（ＥＢ）１１８と機械制御ユニット（ＭＢ）１１９に支配された下位コントローラであり、また薬液洗浄が行われる場合には前述した洗浄液供給源１２は薬液貯蔵ユニット（ＣＴＢ）１１７から薬液の供給を受ける。洗浄処理部１０３の天井部には、ウエハＷを取り扱う各ユニットおよび主ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１１５に、清浄な空気をダウンフローするためのファンフィルターユニット（ＦＦＵ）１２２が配設されている。なお、薬液貯蔵ユニット（ＣＴＢ）１１７、電装ユニット（ＥＢ）１１８、機械制御ユニット（ＭＢ）１１９を洗浄処理部１０３の外側に設置することにより、また外部に引き出すことにより、この面よりのメンテナンスも可能にできる。
【００４８】
なお、ファンフィルターユニット（ＦＦＵ）１２２からのダウンフローの一部は、ウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４内に導かれた後にウエハ搬送部１０５に向けて流出する構造となっており、これにより、ウエハ搬送部１０５から洗浄処理部１０３へのパーティクル等の侵入が防止され、洗浄処理部１０３の清浄度が保持されるようになっている。
【００４９】
主ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１１５は、Ｚ方向に昇降可能かつＺ軸（鉛直軸）周りに回動可能な搬送基台１５４と、水平方向に進退可能に搬送基台１５４に取り付けられた独立駆動可能な３本の主ウエハ搬送アーム１５５（図９にはそのうちの１本だけを示している）を備えている。
【００５０】
上述した洗浄処理システム１０１においては、載置台１１１に載置されたキャリアＣ内のウエハＷは、ウエハ搬送機構１１３によって一方のウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４に搬送される。主ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１１５の主ウエハ搬送アーム１５５のいずれかがウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４からウエハＷを受け取り、そのウエハＷをスクラブ洗浄ユニット（ＳＣＲ）１２１ｃ、１２１ｄのいずれかに搬送し、そこでウエハの周縁部のスクラブ洗浄処理が行われる。その後、スピンチャックによりウエハＷを高速回転させることにより、ウエハＷの振り切り乾燥が行われる。
【００５１】
周縁部のスクラブ洗浄処理が終了したウエハＷは、主ウエハ搬送アーム１５５のいずれかによりスクラブ洗浄ユニット（ＳＣＲ）１２１ａ、１２１ｂのいずれかへ搬送され、そこで表面のスクラブ洗浄処理が行われる。その後、スピンチャックによりウエハＷを高速回転させることにより、ウエハＷの振り切り乾燥が行われる。
【００５２】
表面のスクラブ洗浄処理が終了したウエハＷは、主ウエハ搬送アーム１５５のいずれかを用いてウエハ受渡ユニット（ＴＲＳ）１１４の一方へ搬送された後、ウエハ搬送機構１１３によってキャリアＣ内の所定位置に搬送され、キャリアＣ内に収容される。
【符号の説明】
【００５３】
Ｗ 基板
３ 基板保持部（スピンチャック）
２１ ブラシ
３３、３４、３５ ブラシ回転駆動部
３０ 制御部
２７ ブラシ移動機構
４２ 水平方向位置調節手段（回動機構）
４５ 上下方向位置調節手段（昇降機構）
７０ チルト角調節手段（チルト機構）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持して回転させる基板保持部と、
球形のブラシと、
前記ブラシの中心を通る回転軸線周りにブラシを回転させるブラシ回転駆動部と、
前記ブラシの回転軸線が前記基板保持部により保持された基板の表面を含む平面と交差するようブラシを保持するとともに、前記ブラシが前記基板保持部により保持された基板の周縁部に当たるようにブラシを位置決めするブラシ移動機構と、
を備えた基板洗浄装置。
【請求項２】
少なくとも前記ブラシ移動機構の動作を制御する制御部を更に備え、
前記ブラシ移動機構は、前記ブラシの水平方向位置を調節する水平方向位置調節手段と、前記ブラシの上下方向位置を調節する上下方向位置調節手段とを有しており、
前記制御部は、前記ブラシの中心の高さが前記基板保持部により保持された基板の高さと一致したときに前記基板保持部により保持された基板の中心と前記ブラシの中心との間の水平方向距離が最大値をとるように、かつ、前記ブラシの中心の高さが前記基板保持部により保持された基板の高さより高い場合および低い場合には前記水平方向距離が前記最大値より小さくなるように、前記水平方向位置調節手段によりブラシの水平方向位置を調節しながら、前記上下方向位置調節手段により前記ブラシの上下方向位置を変化させて洗浄処理を行うように制御することを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
【請求項３】
前記ブラシ移動機構は、鉛直線に対して前記ブラシの回転軸線を傾けることができるチルト角調節手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
【請求項４】
基板を水平に保持して回転させることと、
所定の回転軸線を中心として回転する球形のブラシを回転する前記基板の周縁部に当てた状態で、前記基板に対して前記ブラシを上昇または下降させることと、
を備えたこと基板洗浄方法。
【請求項５】
前記基板に対して前記ブラシを上昇または下降させる際に、前記ブラシを水平方向に移動させることを更に備え、
前記ブラシの水平方向の移動は、前記ブラシの中心の高さが前記基板の高さと一致したときに前記基板の中心と前記ブラシの中心との間の水平方向距離が最大値をとるように、かつ、前記ブラシの中心の高さが前記基板の高さより高い場合および低い場合には前記水平方向距離が前記最大値より小さくなるように、行われることを特徴とする請求項４に記載の基板洗浄方法。
【請求項６】
前記基板に対して前記ブラシを上昇または下降させる際に、鉛直線に対する前記ブラシの回転軸線の成す角度を変更することを更に備えた請求項４または５に記載の基板処理方法。
【請求項７】
半導体装置の基板を洗浄するためのブラシであって、多孔質の樹脂材料からなる球形のブラシ。
【請求項８】
前記ブラシは、前記ブラシを回転軸に取り付けるための取り付け具を通すために、前記ブラシの中心を通る１つ以上の貫通孔を有していることを特徴とする請求項７に記載のブラシ。
【請求項９】
前記貫通孔の数が２以上であることを特徴とする請求項８に記載のブラシ。
【請求項１０】
前記樹脂材料はＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）であることを特徴とする請求項７から９のうちのいずれか一項に記載のブラシ。
【請求項１】
基板を保持して回転させる基板保持部と、
球形のブラシと、
前記ブラシの中心を通る回転軸線周りにブラシを回転させるブラシ回転駆動部と、
前記ブラシの回転軸線が前記基板保持部により保持された基板の表面を含む平面と交差するようブラシを保持するとともに、前記ブラシが前記基板保持部により保持された基板の周縁部に当たるようにブラシを位置決めするブラシ移動機構と、
を備えた基板洗浄装置。
【請求項２】
少なくとも前記ブラシ移動機構の動作を制御する制御部を更に備え、
前記ブラシ移動機構は、前記ブラシの水平方向位置を調節する水平方向位置調節手段と、前記ブラシの上下方向位置を調節する上下方向位置調節手段とを有しており、
前記制御部は、前記ブラシの中心の高さが前記基板保持部により保持された基板の高さと一致したときに前記基板保持部により保持された基板の中心と前記ブラシの中心との間の水平方向距離が最大値をとるように、かつ、前記ブラシの中心の高さが前記基板保持部により保持された基板の高さより高い場合および低い場合には前記水平方向距離が前記最大値より小さくなるように、前記水平方向位置調節手段によりブラシの水平方向位置を調節しながら、前記上下方向位置調節手段により前記ブラシの上下方向位置を変化させて洗浄処理を行うように制御することを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
【請求項３】
前記ブラシ移動機構は、鉛直線に対して前記ブラシの回転軸線を傾けることができるチルト角調節手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
【請求項４】
基板を水平に保持して回転させることと、
所定の回転軸線を中心として回転する球形のブラシを回転する前記基板の周縁部に当てた状態で、前記基板に対して前記ブラシを上昇または下降させることと、
を備えたこと基板洗浄方法。
【請求項５】
前記基板に対して前記ブラシを上昇または下降させる際に、前記ブラシを水平方向に移動させることを更に備え、
前記ブラシの水平方向の移動は、前記ブラシの中心の高さが前記基板の高さと一致したときに前記基板の中心と前記ブラシの中心との間の水平方向距離が最大値をとるように、かつ、前記ブラシの中心の高さが前記基板の高さより高い場合および低い場合には前記水平方向距離が前記最大値より小さくなるように、行われることを特徴とする請求項４に記載の基板洗浄方法。
【請求項６】
前記基板に対して前記ブラシを上昇または下降させる際に、鉛直線に対する前記ブラシの回転軸線の成す角度を変更することを更に備えた請求項４または５に記載の基板処理方法。
【請求項７】
半導体装置の基板を洗浄するためのブラシであって、多孔質の樹脂材料からなる球形のブラシ。
【請求項８】
前記ブラシは、前記ブラシを回転軸に取り付けるための取り付け具を通すために、前記ブラシの中心を通る１つ以上の貫通孔を有していることを特徴とする請求項７に記載のブラシ。
【請求項９】
前記貫通孔の数が２以上であることを特徴とする請求項８に記載のブラシ。
【請求項１０】
前記樹脂材料はＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）であることを特徴とする請求項７から９のうちのいずれか一項に記載のブラシ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−９４６０２（Ｐ２０１２−９４６０２Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３８８４６（Ｐ２０１０−２３８８４６）
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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