基板洗浄方法及び基板洗浄装置
【課題】基板の被洗浄面の半径方向に沿った各位置（領域）における洗浄強度を考慮して、基板の全被洗浄面をより均一な洗浄強度でスクラブ洗浄できるようにする。
【解決手段】ロール状洗浄部材２４の外周面を回転中の基板Ｗの被洗浄面に所定の接触幅で接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、洗浄部材２４によるスクラブ洗浄中の全過程の少なくとも一部において、洗浄部材２４の軸線Ｏ５が基板Ｗの回転中心線Ｏ４から接触幅の０．１４〜０．５倍離れたオフセット洗浄位置に該洗浄部材２４を配置してスクラブ洗浄を行う。
【解決手段】ロール状洗浄部材２４の外周面を回転中の基板Ｗの被洗浄面に所定の接触幅で接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、洗浄部材２４によるスクラブ洗浄中の全過程の少なくとも一部において、洗浄部材２４の軸線Ｏ５が基板Ｗの回転中心線Ｏ４から接触幅の０．１４〜０．５倍離れたオフセット洗浄位置に該洗浄部材２４を配置してスクラブ洗浄を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転中の基板の被洗浄面にロールブラシやロールスポンジ等のロール状洗浄部材を接触させて被洗浄面をロール状洗浄部材でスクラブ洗浄する基板洗浄方法及び基板洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化が益々進む中、製品の高い歩留まりを実現するため、基板の全表面（表面及び／または裏面）を高度に洗浄する洗浄技術の開発が強く要求されている。例えば、絶縁膜の平坦化、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）、Ｗプラグの形成、銅多層配線の形成等のために行われるＣＭＰ工程では、研磨処理後の基板表面に残留する残留物を有効に除去するために、接触式のスクラブ洗浄が広く採用されている。一方、デバイスの寸法が微細になると、研磨処理後に露出した金属配線等が薬液のエッチング力や機械力を受けて化学腐食や電気化学腐食を起こすことがあり、デバイスの信頼性に大きな悪影響を及ぼすと懸念されている。このため、基板の表面（被洗浄面）に残留する残留物を有効に除去でき、かつデバイスに与える悪影響を最小限に抑制できるようにした適切な洗浄技術の開発が望まれている。
【０００３】
ＣＭＰ装置は、一般に、半導体ウェーハ等の基板とロールブラシやロールスポンジ等のロール状洗浄部材を共に回転させながら、基板の被洗浄面に洗浄部材を所定の圧力で接触させて被洗浄面を洗浄部材でスクラブ洗浄するように構成されている。スクラブ洗浄は、一般に、洗浄部材の軸心を通る線（軸線）と基板の回転中心を通る線（回転中心線）とが互いに直交する位置に洗浄部材を配置して行われる（特許文献１，２参照）。
【０００４】
しかし、ロールブラシやロールスポンジ等のロール状洗浄部材を該洗浄部材の軸線が基板の回転中心線と互いに直交する位置に配置して、例えば基板表面（被洗浄面）のスクラブ洗浄を行うと、基板の中心部では洗浄部材と基板表面との接触密度が高く、基板の周辺部では洗浄部材と基板表面との接触密度が低くなる。その結果、接触密度の差による基板表面の全面における洗浄強度の不均一が生じ、要求される洗浄性能を満たすことが困難となり、基板表面に局部的に配線腐食等が発生することを防止する上でも不利となる。
【０００５】
図１及び図２は、ロール状洗浄部材としてロールブラシを用いた、従来の基板洗浄装置の概要を示す。図１及び図２に示すように、この基板洗浄装置には、基板Ｗの表面（上面）側に位置して、基板Ｗの表面に接触して該表面にスクラブ洗浄する上部ロールブラシ（ロール状洗浄部材）１０と、基板Ｗの表面に洗浄液を供給する上部洗浄液供給ノズル１２が備えられている。また、基板Ｗの裏面（下面）側に位置して、基板Ｗの裏面に接触して該裏面にスクラブ洗浄する下部ロールブラシ（ロール状洗浄部材）１４と、基板Ｗの裏面に洗浄液を供給する下部洗浄液供給ノズル１６が備えられている。
【０００６】
上部ロールブラシ１０及び下部ロールブラシ１４として、図３に詳細に示すように、外周面に円柱状の多数のノジュール（突起）１８ａが設けられ、このノジュール１８ａの突出端面が基板Ｗの被洗浄面との接触面（接触幅：Ｌｉ）となるロールブラシ１８が用いられている。
【０００７】
上部ロールブラシ１０は、該ロールブラシ１０の軸心を通る線（軸線）Ｏ１が基板Ｗの回転中心を通る線（回転中心線）Ｏ２と互いに直交する位置に配置されている。そして、上部洗浄液供給ノズル１２から基板Ｗの表面に洗浄液を供給しながら上部ロールブラシ１０を基板Ｗの表面に所定の圧力で接触させ、同時に、軸線Ｏ１を中心に上部ロールブラシ１０を、回転中心線Ｏ２を中心に基板Ｗをそれぞれ回転（自転）させることで、基板Ｗの表面をスクラブ洗浄するように構成されている。
【０００８】
同様に、下部ロールブラシ１４は、該ロールブラシ１４の軸心を通る線（軸線）Ｏ３が基板Ｗの回転中心を通る線（回転中心線）Ｏ２と互いに直交する位置に配置されている。そして、下部洗浄液供給ノズル１６から基板Ｗの裏面に洗浄液を供給しながら下部ロールブラシ１４を基板Ｗの裏面に所定の圧力で接触させ、同時に、軸線Ｏ３を中心に下部ロールブラシ１４を、回転中心線Ｏ２を中心に基板Ｗをそれぞれ回転（自転）させることで、基板Ｗの裏面をスクラブ洗浄するように構成されている。
【０００９】
この例の場合、基板Ｗの表面と裏面は、同一条件で洗浄されるので、以下、上部ロールブラシ１０として、図３に示すロールブラシ１８を使用して基板Ｗの表面を洗浄する場合について説明する。
【００１０】
基板Ｗの表面の各点をロールブラシ１８のノジュール１８ａが通過する時の単位時間あたりの擦り長さを算出し、基板Ｗの表面の円周方向に沿った位置（半径ｒ）の平均値を洗浄強度Ｒｃ（ｍ／ｓ）とすると、この洗浄強度Ｒｃによって、基板Ｗの全表面における洗浄均一性を評価できると考えられる。この基板Ｗの表面の半径ｒにおける洗浄強度Ｒｃは、下記の式で表される、
【００１１】
【数１】
【００１２】
ここに、ｎは、ロールブラシの円周方向に沿って該ロールブラシに設けられているノジュールの数、Ｌｉは、ロールブラシの接触幅（この例の場合、図３に示すように、ノジュール１８ａの直径）、Ｒｒは、ロールブラシの半径、Ｖｒｗは、円周方向に沿ったノジュールの表面と基板の表面との相対速度の平均値であり、下記の式で求められる。
【数２】
ここに、Ｖｒｗ（θ）は、円周方向各位置で、下記の式で求められる。
【００１３】
【数３】
ここに、Ｖｒは、ノジュールの表面の速度ベクトル、Ｖｗは、基板表面（被洗浄面）の速度ベクトルである。
【００１４】
図４に、ロールブラシ１８（上部ロールブラシ１０）の回転速度を１００ｒｐｍの一定となし、基板Ｗの回転速度を、それぞれ５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ及び２００ｒｐｍと変更して、基板Ｗの表面をロールブラシ１８で洗浄した時における洗浄強度Ｒｃと基板の半径ｒとの関係を示す。図４から、何れの洗浄条件においても、基板Ｗの中心近傍領域に洗浄強度Ｒｃの高いピークが見られ、ピークの高さは、洗浄強度Ｒｃの平坦値（洗浄強度Ｒｃがほぼ一定になる値）の６〜３０倍になり、洗浄強度Ｒｃのピーク領域の範囲は、基板Ｗの半径約２５ｍｍ以内であることが判る。これは、洗浄強度Ｒｃを洗浄強度Ｒｃの平坦値に合わせて基板Ｗの表面の洗浄を行うと、基板Ｗの表面の半径約２５ｍｍ以内の領域に洗浄強度が集中して配線腐食が発生しうることを示唆している。
【００１５】
また、ロールブラシ１８のノジュール１８ａの直径（接触幅：Ｌｉ）を３ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍ及び１５ｍｍに変化させて洗浄する時の、洗浄強度Ｒｃと基板の半径ｒとの関係を算出した時の結果を図５に示す。図５から、何れの条件においても、洗浄集中領域が基板の中心部近傍に存在するが、接触幅の減少に従って、洗浄強度Ｒｃのピークの高さとピークの幅は小さくなることが判る。表１に洗浄強度Ｒｃが該洗浄強度Ｒｃの平坦値より２０％上昇する時の基板Ｗの半径位置と接触幅の関係を示す。表１から、実用的な接触幅の範囲（例えば３〜１０ｍｍ）では、洗浄強度Ｒｃが該洗浄強度Ｒｃの平坦値より２０％以上上昇する時の基板Ｗの半径位置と接触幅との比（ｒ／Ｌｉ）は、８倍以内程度であることが判る。
【００１６】
【表１】
【００１７】
ロール状洗浄部材によって基板の表面（被洗浄面）を洗浄する時に基板の全表面に亘る洗浄が不均一となるのを緩和するために、ロールブラシやロールスポンジ等のロール状洗浄部材の形状に改良を加えること、例えば、ロールブラシの外周面に、密度や面積がロールブラシの長手方向に沿って異なるように突起（ノジュール）を形成したり（特許文献３参照）、ロールブラシの外径を変化させたりする（特許文献４参照）ことなどが種々提案されている。しかし、何れの提案でも、ロールブラシそのものを、基板との相対位置が変化しないように研磨装置に取り付けているため、ロールブラシや基板の回転条件によって、洗浄強度の被洗浄面上の分布を任意に調整できないと考えられる。
【００１８】
基板を該基板の回転（自転）に伴って水平面内でロール状洗浄部材と平行に往復移動させるようにした洗浄装置（引用文献５参照）が提案されている。更に、上部ロールブラシと下部ロールブラシとを、その軸線を基板の回転中心線に対して平行かつ該回転中心線と直交する方向にずらして配置するようにした洗浄装置（引用文献６参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特許第４０２３９０７号明細書
【特許文献２】特許第３８５４０８５号明細書
【特許文献３】特開２００１−３５８１１０号公報
【特許文献４】米国特許第特７１８５３８４号明細書
【特許文献５】特開２０００−７７３７９号公報
【特許文献６】特許第２８８７０９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、引用文献１〜６に記載の洗浄装置は、ノジュールとの接触幅及び接触頻度を考慮して、基板の被洗浄面の半径方向に沿った各位置（領域）における洗浄強度を考慮したものではない。このため、たとえ基板の表面（被洗浄面）をロール状洗浄部材と平行に往復移動させながら基板の被洗浄面を洗浄したり、更には、上部ロールブラシと下部ロールブラシとを、その軸線を基板の回転中心線に対して平行かつ該回転中心線と直交する方向にずらして配置したとしても、基板の被洗浄面の全面をより均一な洗浄強度でスクラブ洗浄することは困難であると考えられる。
【００２１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、基板の被洗浄面の半径方向に沿った各位置（領域）における洗浄強度を考慮して、基板の全被洗浄面をより均一な洗浄強度でスクラブ洗浄することができるようにした基板洗浄方法及び基板洗浄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】
【００２２】
請求項１に記載の発明は、ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、前記洗浄部材によるスクラブ洗浄中の全過程の少なくとも一部において、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から前記接触幅の０．１４〜０．５倍離れたオフセット洗浄位置に該洗浄部材を配置してスクラブ洗浄を行うことを特徴とする基板洗浄方法である。
【００２３】
このように、スクラブ洗浄中の全過程の少なくとも一部において、オフセット洗浄位置にロール状洗浄部材を配置してスクラブ洗浄を行うことで、基板の被洗浄面の中心部が集中して洗浄されることを緩和し、しかも、オフセット洗浄位置を、洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から接触幅の０．１４〜０．５倍離れた位置とすることで、基板の被洗浄面の中心部が洗浄されなくなることを防止することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、前記洗浄部材によるスクラブ洗浄中に、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置の近傍で、前記洗浄部材を基板の被洗浄面と平行に前記接触幅の１６倍以内の移動幅の範囲内で往復移動させることを特徴とする基板洗浄方法である。
【００２５】
このように、洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置の近傍で、洗浄部材を基板の被洗浄面と平行に接触幅の１６倍以内の移動幅の範囲内で往復移動させてスクラブ洗浄を行うことで、基板の被洗浄面の各領域における洗浄強度が該洗浄強度の平坦値より２０％以上上昇することを抑制することができる。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、前記洗浄部材の移動速度を、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置を該洗浄部材が最も速い速度で通過するように制御することを特徴とする請求項２記載の基板洗浄方法である。
【００２７】
これにより、洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置及び該位置の近傍を洗浄部材が通過する時間を短くして、基板の被洗浄面を該被洗浄面の全面に亘ってより均一に洗浄することができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、前記洗浄部材の移動速度を、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置から該洗浄部材が離れる距離に反比例し、最大移動速度と最小移動速度の比が３〜１１となるように制御することを特徴とする請求項２または３記載の基板洗浄方法である。
これにより、洗浄部材の移動速度に依存して変化する洗浄強度を基板の全被洗浄面に亘ってより均一にすることができる。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、前記洗浄部材を複数の洗浄位置にそれぞれ所定時間停滞させてスクラブ洗浄を行い、前記複数の洗浄位置の内の少なくとも１つの洗浄位置は、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から離れた位置に前記洗浄部材が位置するオフセット洗浄位置であることを特徴とする基板洗浄方法である。
【００３０】
このように、洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から離れたオフセット洗浄位置に洗浄部材を位置させて洗浄することで、基板の中心部に洗浄強度が集中することを緩和することができる。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、前記オフセット洗浄位置を複数有し、前記洗浄部材が前記各オフセット洗浄位置に停滞する滞在時間が各オフセット洗浄位置と基板の回転中心線との距離に比例することを特徴とする請求項５記載の基板洗浄方法である。
これにより、基板の被洗浄面を該被洗浄面の全面に亘ってより均一に洗浄することができる。
【００３２】
請求項７に記載の発明は、前記洗浄部材の外周面には、基板の被洗浄面に接触する複数のノジュールが、前記洗浄部材の中心部から外方に向かうに従って、分布が密となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板洗浄方法である。
これによって、基板の中心部に洗浄強度が集中することを、洗浄部材自体によって緩和することができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明は、ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させてスクラブ洗浄する洗浄装置であって、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から前記接触幅の０．１４〜０．５倍離れたオフセット洗浄位置に該洗浄部材を移動させストッパを介して停止させる移動機構と、前記ストッパの位置を調整するストッパ位置調整部を有することを特徴とする基板洗浄装置である。
【００３４】
これにより、洗浄部材の停止位置をストッパによって機械的に規制することで再現性を良くし、しかもストッパ位置調整部によって、ストッパの位置を容易かつ迅速に調整することができる。
【００３５】
請求項９に記載の発明は、ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させてスクラブ洗浄する洗浄装置であって、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置の近傍で、前記洗浄部材を基板の被洗浄面と平行に前記接触幅の１６倍以内の移動幅の範囲内で往復移動させる往復移動機構を有することを特徴とする基板洗浄装置である。
【００３６】
請求項１０に記載の発明は、前記往復移動機構は、前記洗浄部材の移動速度を制御する制御部を有することを特徴とする請求項９記載の基板洗浄装置である。
【００３７】
請求項１１に記載の発明は、前記往復移動機構は、枢軸を介して一端を回転自在に支承した前記洗浄部材を、該枢軸を中心に揺動させるように構成されていることを特徴とする請求項９または１０記載の基板洗浄装置である。
【００３８】
これにより、洗浄部材の基端のみに駆動機構を設けて、構造の簡単化を図ることができる。しかも、洗浄強度が基板の被洗浄面の中心部で弱く、外周部で弱くなるように、洗浄部材の自由端側の押付け圧力を調整することができる。
【００３９】
請求項１２に記載の発明は、ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄装置であって、前記洗浄部材を、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線と互いに交わる位置に該洗浄部材が位置する洗浄位置と、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から離れた位置に該洗浄部材が位置する、少なくとも１つのオフセット洗浄位置との間を往復移動させて各洗浄位置に所定時間停滞させる往復移動機構を有することを特徴とする基板洗浄装置である。
【００４０】
請求項１３に記載の発明は、前記往復移動機構は、前記洗浄部材を前記各洗浄位置に位置決めして停止させる、位置調整可能なストッパを有することを特徴とする請求項１２記載の基板洗浄装置である。
これにより、洗浄部材の停止位置をストッパによって機械的に規制することで再現性を良くし、しかもストッパの位置を容易かつ迅速に調整することができる。
【００４１】
請求項１４に記載の発明は、前記オフセット洗浄位置は複数設けられ、各オフセット洗浄位置に前記洗浄部材が停滞する滞在時間を、各オフセット洗浄位置と基板の回転中心線との距離に比例するように制御することを特徴とする請求項１２または１３記載の基板洗浄装置である。
【００４２】
請求項１５に記載の発明は、前記洗浄部材の外周面には、基板の被洗浄面に接触する複数のノジュールが、前記洗浄部材の中心部から外方に向かうに従って、分布が密となるように配置されていることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の基板洗浄装置である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、ロール状洗浄部材と基板の被接触面との接触密度を調整して洗浄強度を該被接触面の全面に亘って均等化させ、これによって、基板の中心部近傍に洗浄強度が集中して局部配線の腐食や表面荒れ等が生じることを防止しつつ、洗浄効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来の基板洗浄装置の概要を示す平面図である。
【図２】従来の基板洗浄装置の概要を示す縦断正面図である。
【図３】従来の基板洗浄装置及び本発明の各実施形態の基板洗浄装置にロール状洗浄部材として使用されるロールブラシと基板の被洗浄面とを示す要部拡大断面図である。
【図４】図１及び図２に示す基板洗浄装置を使用し、ロールブラシの回転速度を一定となし、基板の回転速度を５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ及び２００ｒｐｍと変更して、基板の表面をロールブラシで洗浄した時における洗浄強度と基板の半径との関係を示すグラフである。
【図５】図１及び図２に示す基板洗浄装置を使用し、ロールブラシと基板の表面との接触幅を３ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍ及び１５ｍｍに変化させて洗浄する時の洗浄強度と基板の半径との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態の基板洗浄装置を示す平面図である。
【図７】本発明の実施形態の基板洗浄装置を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態の基板洗浄装置を示す縦断正面図である。
【図９】本発明の実施形態の基板洗浄装置を示す縦断側面図である。
【図１０】図６乃至図９に示す基板洗浄装置における上部ロールブラシと基板との関係を示す平面図である。
【図１１】図６乃至図９に示す基板洗浄装置を使用し、上部ロールブラシの軸線の基板の回転中心線からのオフセット量と接触幅との比を０，０．２７，０．６８，１．３７及び２．７４に変化させて基板の表面の洗浄する時における洗浄強度と基板の半径との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の他の実施形態の基板洗浄装置を示す平面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態の基板洗浄装置を示す斜視図である。
【図１４】本発明の他の実施形態の基板洗浄装置を示す縦断正面図である。
【図１５】図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置における上部ロールブラシと基板との第１の関係を示す平面図である。
【図１６】図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置を使用し、それぞれの洗浄位置（３位置）に上部ロールブラシを等時間停滞させて基板の表面を洗浄する場合（等配分）と、上部ロールブラシを停滞させる時間を変化させて基板の表面を洗浄する場合（分布配分）における洗浄強度と基板の半径との関係を示すグラフである。
【図１７】図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置を使用し、それぞれの洗浄位置（２位置）に上部ロールブラシを等時間停滞させて基板の表面を洗浄するた場合（等配分）と、上部ロールブラシを停滞させる時間を変化させて基板の表面を洗浄する場合（分布配分）における洗浄強度と基板の半径との関係を示すグラフである。
【図１８】図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置における上部ロールブラシと基板との第２の関係を示す平面図である。
【図１９】図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置を使用し、移動係数の常数を、０．０５，０．１，０．３，０．５，１．０及び１．５と変化させて基板の表面を洗浄する時の洗浄強度と基板の半径との関係を示すグラフである。
【図２０】図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置を使用し、移動係数の常数を、０．０５，０．１，０．３，０．５，１．０及び１．５と変化させて基板の表面を洗浄する時の基板の回転中心から上部ロールブラシまでの距離（オフセット量）と速度係数比との関係を示すグラフである。
【図２１】本発明の更に他の実施形態の基板洗浄装置を示す平面図である。
【図２２】本発明の更に他の実施形態の基板洗浄装置を示す斜視図である。
【図２３】本発明の実施形態の基板洗浄装置における上部ロールブラシと基板との他の関係を示す平面図である。
【図２４】本発明の実施形態の基板洗浄装置における上部ロールブラシと基板との他の関係を示す縦断正面図である。
【図２５】本発明の実施形態の基板洗浄装置を備えた研磨装置の平面配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の各例では、ロール状洗浄部材として、図３に示す、外周面に多数のノジュール（突起）１８ａを設けて該ノジュール１８ａの突出端面を基板Ｗの被洗浄面と接触面（接触幅：Ｌｉ）としたロールブラシ１８を使用している。また、同一または相当する部材には、同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００４６】
図６乃至図９は、本発明の実施形態の基板洗浄装置２０ａを示す。この基板洗浄装置２０ａは、半導体ウェーハ等の基板Ｗの周縁部を挟持して該基板Ｗを水平に保持する複数（図示では計４個）の回転ローラ２２を備えており、回転ローラ２２で水平に保持された基板Ｗは、回転ローラ２２の回転（自転）に伴って、基板Ｗの中心を回転中心として該回転中心を通る線（回転中心線）Ｏ４を中心に回転するようになっている。
【００４７】
回転ローラ２２で保持された基板Ｗの表面（上面）側に位置して、基板Ｗの表面に接触して該表面をスクラブ洗浄する上部ロールブラシ（ロール状洗浄部材）２４と、基板Ｗの表面に洗浄液を供給する上部洗浄液供給ノズル２６が備えられている。この上部ロールブラシ２４として、図３に示す、外周面に多数の円柱状のノジュール（突起）１８ａを設けたロールブラシ１８（接触幅：Ｌｉ）が使用されている。上部ロールブラシ２４の回転軸２８は、上部ロールブラシ２４の軸心を通る線（軸線）Ｏ５を中心に上部ロールブラシ２４を回転（自転）させる駆動モータ３０に連結されている。
【００４８】
回転ローラ２２で保持された基板Ｗの側方に位置して、移動機構としての走行用シリンダ３２と、この走行用シリンダ３２の作動に伴って走行ガイド３４をガイドとして上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５と水平面内で直交する方向に走行する走行体３６が配置され、この走行体３６の上面に昇降用シリンダ３８が垂直に立設されている。そして、この昇降用シリンダ３８の上方に延びるシリンダロッドの上端に上記駆動モータ３０が連結されている。更に、走行ガイド３４の走行方向に沿った所定位置には、走行体３６の端面に当接して該走行体３６の走行を停止させ、これによって、上部ロールブラシ２４の回転ローラ２２で保持された基板Ｗの該基板Ｗの回転中心線Ｏ４と水平面で直交する方向の位置決めを行うストッパ４０が配置されている。このストッパ４０は、この例では、ボルト４２の頭部で構成され、ボルト４２の締め付け量を調整することで、ストッパ４０の位置決めを行うようになっている。これにより、ボルト４２によって、ストッパ４０の位置を調整するストッパ位置調整部が構成されている。
【００４９】
ストッパ４０は、上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５が基板Ｗの回転中心線Ｏ４から上記接触幅Ｌｉ（図３参照）の０．１４〜０．５倍離れたオフセット洗浄位置に上部ロールブラシ２４を停止させる位置に配置される。つまり、上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５が基板Ｗの回転中心線Ｏ４からのオフセット量Δは、上記接触幅Ｌｉ（図３参照）の０．１４〜０．５倍（Δ＝０．１４〜０．５Ｌｉ）に設定されている。そして、ストッパ４０の位置は、ボルト（ストッパ位置調整部）４２によって、容易に調整される。
【００５０】
回転ローラ２２で保持された基板Ｗの裏面（下面）側に位置して、基板Ｗの裏面に接触して該裏面をスクラブ洗浄する下部ロールブラシ（ロール状洗浄部材）５０と、基板Ｗの裏面に洗浄液を供給する下部洗浄液供給ノズル５２が備えられている。この下部ロールブラシ５２として、図３に示す、外周面に多数の円柱状のノジュール（突起）１８ａを設けたロールブラシ１８が使用されている。
【００５１】
下部ロールブラシ５２の回転軸５４は従動プーリ５６が、下部ロールブラシ５２の下方に配置された駆動モータ５８には駆動プーリ６０はそれぞれ固定され、両プーリ５６，６０間には、ベルト６２が掛け渡されている。これによって、駆動モータ５８の駆動に伴って、下部ロールブラシ５０は、その軸心を通る線（軸線）Ｏ６を中心に回転（自転）するようになっている。更に、駆動モータ５８の下方に位置して、該駆動モータ５８及び下部ロールブラシ５０を一体に昇降させる昇降用シリンダ６４が配置されている。
【００５２】
この例では、前述の上部ロールブラシ２４と同様に、下部ロールブラシ５０の軸心Ｏ６が基板Ｗの回転中心線Ｏ４からオフセット量Δ（Δ＝０．１４〜０．５Ｌｉ）だけ離れたオフセット洗浄位置に下部ロールブラシ５０が位置してスクラブ洗浄を行うようになっている。
【００５３】
なお、この例では、下部ロールブラシ５０の軸心Ｏ６が基板Ｗの回転中心線Ｏ４からオフセット量Δ（Δ＝０．１４〜０．５Ｌｉ）だけ離れたオフセット洗浄位置に下部ロールブラシ５０が位置してスクラブ洗浄を行うようになっているが、例えば基板Ｗの裏面の洗浄度がそれ程要求されない場合には、下部ロールブラシ５０の軸心Ｏ６が基板Ｗの回転中心線Ｏ４と交わる位置に下部ロールブラシ５０が位置するようにしてもよい。更に、前述の上部ロールブラシ２４と同様に、下部ロールブラシ５０を基板Ｗの回転中心線Ｏ４と平面上で直交する方向に移動自在に構成し、ストッパ等を介して、下部ロールブラシ５０の位置決めを行って、所定のスクラブ洗浄位置に停止させるように構成しても良い。
【００５４】
この例に基板洗浄装置２０ａよれば、まず回転ローラ２２で基板Ｗを水平に保持する。一方、上部ロールブラシ２４にあっては、走行用シリンダ３２を作動して走行体３６を走行させ該走行体３６をストッパ４０に当接させることで、上部ロールブラシ２４の位置決めを行う。そして、回転ローラ２２を回転（自転）させることで、基板Ｗをその中心の回転中心軸Ｏ４を中心に、例えば１００ｒｐｍ程度の回転速度で回転（自転）させる。
【００５５】
この状態で、基板Ｗの表面にあっては、上部洗浄液供給ノズル２６から基板Ｗの表面（上面）に洗浄液を供給し、同時に、上部ローラブラシ２４を、その軸心Ｏ５を中心に回転させながら下降させて基板Ｗの表面に接触させ、これによって、該表面の上部ローラブラシ２４によるスクラブ洗浄を行う。このスクラブ洗浄時、上部ロールブラシ２４は、図３に示すように、上部ロールブラシ２４として使用されるロールブラシ１８に設けられているノジュール１８ａの上端面において、接触幅Ｌｉで基板Ｗの表面と接触する。
【００５６】
基板Ｗの裏面にあってもほぼ同様に、下部洗浄液供給ノズル５２から基板Ｗの裏面（下面）に洗浄液を供給し、同時に、下部ローラブラシ５０を、その軸心Ｏ６を中心に回転させながら上昇させて基板Ｗの裏面に接触させ、これによって、該裏面の下部ローラブラシ５０によるスクラブ洗浄を行う。
【００５７】
そして、スクラブ洗浄が終了した後、上部ロールブラシ２４を上昇させ、下部ロールブラシ５０を下降させた後、上部洗浄液供給ノズル２６及び下部洗浄液供給ノズル５２からの洗浄液の供給を停止し、更に回転ローラ２２、上部ロールブラシ２４及び下部ロールブラシ５０の回転を停止させる、
【００５８】
ここに、上部ロールブラシ２４の軸線Ｏ５、更には下部ロールブラシ５０の軸線Ｏ６の基板Ｗの回転中心線Ｏ４からのオフセット量Δを接触幅（この例では、ノジュール１８ａの直径）Ｌｉの０．１４〜０．５倍に設定している。これは、以下の理由による。
【００５９】
つまり、図１０に示すように、上部ロールブラシ２４の軸線Ｏ５の基板Ｗの回転中心線Ｏ４からのオフセット量ｈ１と接触幅（ノジュールの直径）Ｌｉ（図３参照）との比（ｈ１／Ｌｉ）を０，０．２７，０．６８，１．３７及び２．７４に変化させて上部ロールブラシ２４で基板Ｗの表面の洗浄する時における前記洗浄強度Ｒｃと基板Ｗの半径ｒとの関係を算出した結果を図１１に示す。また、オフセット量ｈ１と接触幅Ｌｉとの比（ｈ１／Ｌｉ）を、０，０．１４，０．２７，０．４１，０．５０，０．５５，０．６８，１．３７，２．７４，４．１１，４．７９及び５．４８に変化させて上部ロールブラシ２４で基板Ｗの表面の洗浄した時における前記洗浄強度Ｒｃの標準偏差の相対値（均一性）１σを算出した結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
【００６１】
図１１から、オフセット量ｈ１と接触幅Ｌｉの比（ｈ１／Ｌｉ）が０．５以下（ｈ１／Ｌｉ＜０．５）の場合、基板の中心部の洗浄強度が集中する範囲は狭くなり、均一性１σは小さくなり、オフセット量ｈと接触幅Ｌｉの比（ｈ１／Ｌｉ）を０．５以上（ｈ１／Ｌｉ＞０．５）にすると、基板の中心部の洗浄強度が集中する特異点がなくなり、均一性１σは更に小さくなるが、基板の中心部に洗浄が出来ない領域が現れることが判る。また、表２から、オフセット量ｈ１と接触幅Ｌｉの比（ｈ１／Ｌｉ）を０．１４以上（ｈ１／Ｌｉ＞０．１４）とすることで、均一性１σに対する効果が現れることが判る。従って、ロールブラシの位置を固定して洗浄する場合、オフセット量ｈ１と接触幅Ｌｉの比（ｈ１／Ｌｉ）は、０．１４以上０．５０以下であることが望ましい。
【００６２】
図１２乃至図１４は、本発明の他の実施形態に係る基板洗浄装置２０ｂを示す。この基板洗浄装置２０ｂは、正逆回転及び回転速度が制御可能な走行用モータ７０と、この走行用モータ７０の出力軸と走行体３６とを結ぶボールねじ等の直動機構７２と、走行用モータ７０を制御する制御部７４によって構成されて、回転ローラ２２で保持した基板Ｗの回転中心線Ｏ４と水平面内で直交する方向に走行体３６を上部ロールブラシ２４と共に往復移動させる往復移動機構７６を備えている。これによって、走行用モータ７０の正転に伴って、走行体３６は、上部ロールブラシ２４と共に、例えば図１２の右方向に移動し、走行用モータ７０の逆転に伴って、走行体３６は、上部ロールブラシ２４と共に、例えば図１２の左方向に移動する。走行体３６の移動速度、停止位置及び停滞（停止）時間は、制御部７４で走行用モータ７０の回転速度及び回転方向を制御することで制御される。
【００６３】
この例では、上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５が基板Ｗの回転中心線Ｏ４と交差する洗浄位置と、上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５が基板Ｗの回転中心線Ｏ４からオフセット量Δだけオフセットしたオフセット洗浄位置の少なくとも２つの洗浄位置の間を上部ロールブラシ２４が往復移動するように、往復移動機構７６を介して、走行体３６が往復移動する。
【００６４】
次に、この基板洗浄装置２０ｂによる基板Ｗの表面の洗浄処理について説明する。
先ず、第１の洗浄処理では、図１５に示す、上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５と基板Ｗの回転中心線Ｏ４とのオフセット量ｈ２が０ｍｍの第１洗浄位置（中央洗浄位置）、オフセット量ｈ２が、例えば１０ｍｍの第１オフセット洗浄位置、及びオフセット量ｈ２が、例えば２０ｍｍの第２オフセット洗浄位置の３つの洗浄位置に上部ロールブラシ２４を位置させて基板Ｗの表面を洗浄する。つまり、上部ロールブラシ２４を第１洗浄位置（中央洗浄位置）に位置させて所定時間基板Ｗの表面を洗浄した後、上部ロールブラシ２４を第１オフセット洗浄位置に位置させて所定時間基板Ｗの表面を洗浄し、しかる後、上部ロールブラシ２４を第２オフセット洗浄位置に位置させて所定時間基板Ｗの表面を洗浄する。そして、上部ロールブラシ２４を第１オフセット洗浄位置に位置させて所定時間基板Ｗの表面を洗浄し、しかる後、上部ロールブラシ２４を第１洗浄位置（中央洗浄位置）に位置させて所定時間基板Ｗの表面を洗浄する。以降、この洗浄処理を繰り返す。
【００６５】
ここに、それぞれの洗浄位置に上部ロールブラシ２４を等時間停滞させて基板Ｗの表面を洗浄する場合（等配分）、つまり第１洗浄位置（中央洗浄位置）での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ１、第１オフセット洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ２、及び第２オフセット洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ３を全て等しくした場合（ｔ１＝ｔ２＝ｔ３）と、それぞれの洗浄位置に上部ロールブラシ２４を停滞させる時間を変化させて基板Ｗの表面を洗浄する場合（分布配分）、つまり第１洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ１、第１オフセット洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ２、及び第２オフセット洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ３を、オフセット量ｈ２に応じて、１：２：３の割合で変化させた場合（ｔ１：ｔ２：ｔ３＝１：２：３）の上記洗浄強度Ｒｃと基板Ｗの半径ｒとの関係を算出した結果を図１６に示す。また、この時の洗浄強度Ｒｃの標準偏差の相対値（均一性）１σを算出した結果を表３に示す。
【００６６】
【表３】
【００６７】
この図１６及び表３から、いずれの場合も、基板の中心部に洗浄強度が集中することを大幅に抑制できることが判る。特に、上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）を均一に配分した場合（等配分）に比べ、上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）を、オフセット量ｈ２に応じて変化させて配分した場合（分布配分）の方が、基板Ｗの表面（被洗浄面）の全面に亘る均一な洗浄強度が得られ、洗浄強度均一性１σを等配分の６５％から分布配分の３５％に向上できることが判る。上部ロールブラシ２４を各洗浄位置に移動させる際、調整の時間を省くために、上部ロールブラシ２４を基板Ｗの表面から離すことなく移動させることが好ましい。
【００６８】
第２の洗浄処理では、図１５に示す、上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５と基板Ｗの回転中心線Ｏ４とのオフセット量ｈ２が０ｍｍの第１洗浄位置（中央洗浄位置）と、オフセット量ｈ２が、例えば２０ｍｍの第２オフセット洗浄位置の２つの洗浄位置に上部ロールブラシ２４を位置させて基板Ｗの表面を洗浄する。
【００６９】
ここに、それぞれの洗浄位置に上部ロールブラシ２１の等時間に停止させて基板Ｗの表面を洗浄する場合（等分布）、つまり第１洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ１と第２オフセット洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ３とを等しくした場合（ｔ１＝ｔ３）と、それぞれの洗浄位置に上部ロールブラシ２４を停滞させる時間を変化させて基板Ｗの表面を洗浄する場合（分布配分）、つまり第１洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ１と第２オフセット洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ３とを、オフセット量ｈ２に応じて、１：２に変化（比例）させた場合（ｔ１：ｔ３＝１：２）の上記洗浄強度Ｒｃと基板Ｗの半径ｒとの関係を算出した結果を図１７に示す。また、この時の洗浄強度Ｒｃの標準偏差の相対値（均一性）１σを算出した結果を表４に示す。
【００７０】
【表４】
この図１７及び表４から、いずれの場合も、基板の中心部に洗浄強度が集中することを大幅に抑制できることが判る。特に、上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）を均一に配分した場合（等配分）に比べ、上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）を、オフセット量ｈ２に応じて、比例配分（１：２）した場合（分布配分）の方が、基板Ｗの表面（被洗浄面）の全面に亘る均一な洗浄強度が得られ、洗浄強度均一性１σを等一配分の８９％から分布配分の７０％に向上できることが判る。
【００７１】
このように、洗浄位置を２つすると、洗浄強度の被洗浄面の全面に亘る均一性の面では洗浄位置を３つとして場合に及ばないものの、オフセット洗浄位置の数が少ないため、構造的に簡素化することができる。
【００７２】
第３の洗浄処理では、図１８に示すように、保持ローラ２０で保持した基板Ｗの回転中心線Ｏ４を中心として、この左右に等間隔な移動幅ｐの範囲内で上部ロールブラシ２４を連続して往復移動させて基板Ｗの表面を洗浄する。この上部ロールブラシ２４の移動範囲ｐは、上記図３に示す接触幅Ｌｉの１６倍以内（ｐ＜１６Ｌｉ）に設定されている。
【００７３】
これは、前述の表１に示すように、上部ロールブラシ１０の軸心Ｏ１が基板Ｗの回転中心線Ｏ２と交差する位置に上部ロールブラシ１０を配置し、この上部ロールブラシ１０として使用されるロールブラシ１８のノジュール１８ａの直径（接触幅：Ｌｉ）を３ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍ及び１５ｍｍに変化させて基板の表面を洗浄した時、実用的な接触幅（ノジュール１８ａの直径）の範囲（例えば３〜１０ｍｍ）では、洗浄強度Ｒｃが洗浄強度Ｒｃの平坦値より２０％以上上昇する時の基板Ｗの半径位置と接触幅の比は８倍以内程度であることに基づく。つまり、移動幅ｐを接触幅Ｌｉの１６倍以内に設定することで、洗浄強度Ｒｃが洗浄強度Ｒｃの平坦値より２０％以上上昇することを抑制することができる。
【００７４】
この例では、移動幅ｐは、例えば４０ｍｍ（ｐ＝４０ｍｍ）に設定されており、上部ロールブラシ２４の移動中に上部ロールブラシ２４が基板表面の各位置に接触する時間を変化させるために、上部ロールブラシ２４の移動速度を、基板の回転中心を通過するときが最も速く、基板の回転中心から離れるに従って順次遅くするように調整している。つまり、上部ロールブラシ２４の移動速度の速度係数Ｖ（無次元）は、下記の式で表わされる。
【００７５】
【数４】
ここに、Ｖｃは、移動係数の常数で、ｘは、基板の回転中心から上部ロールブラシまでの距離（オフセット量）である。
【００７６】
ここで、移動係数の常数Ｖｃを、０．０５，０．１，０．３，０．５，１．０及び１．５と変化させて基板Ｗの表面を洗浄する時の洗浄強度Ｒｃを算出した時の該洗浄強度Ｒｃと基板Ｗの半径との関係を図１９に、基板Ｗの回転中心から上部ロールブラシ２４までの距離（オフセット量）と速度係数比（λ＝Ｖｍａｘ／Ｖｃ）との関係を図２０にそれぞれ示す。
【００７７】
図２０から、ｘ（オフセット量）＝０の時の最大速度係数Ｖｍａｘと最小速度係数Ｖｃの比λ（＝Ｖｍａｘ／Ｖｃ）は、それぞれ２０．４，１０．８，４．３，３．０，２．０，１．７であることが判る。この最大速度係数比（λ＝Ｖｍａｘ／Ｖｃ）における洗浄強度Ｒｃの標準偏差の相対値（均一性）１σを算出した結果を表５に示す
【００７８】
【表５】
【００７９】
この表５から、いずれの場合も、基板の中心部に洗浄強度が集中することを大幅に抑制することができ、特に、最大移動速度と最小移動速度の比（最大速度係数比：λ）を２〜１１、好ましくは、３〜１１とすることで、標準偏差の相対値（均一性）１σを４０％以下に抑制することができ、速度係数の常数Ｖｃが０．３の時の標準偏差の相対値（均一性）１σは最も小さく、２９％となることが判る。
【００８０】
以上のＶは速度係数であり、実際に洗浄している時の移動速度Ｕ１（移動幅ｐを１回通過する場合）を以下に求める。ここで、上部ロールブラシ２４の移動速度Ｕ０＝Ｖ×１（ｍ／ｓ）とすれば、上部ロールブラシ２４が移動幅ｐを通過する時間τは下記の式で求められる。
【００８１】
【数５】
【００８２】
実際のプロセス処理時間（移動幅ｐを１回通過する時間）をｔとすると、
Ｕ１＝τ×Ｕ０／ｔ
になる。
【００８３】
以上の移動速度Ｕ１は、移動幅ｐを１回通過する場合の値（時間）である。プロセスに応じて同じ処理時間で移動幅をＭ回が必要とする場合、上部ロールブラシ２４の移動速度Ｕは、Ｍ×Ｕ１（Ｕ＝Ｍ×Ｕ１）となる。
【００８４】
図２１乃至図２２は、本発明の更に他の実施形態の基板洗浄装置２０ｃを示す。この基板洗浄装置２０ｃの前記基板洗浄装置２０ｂと異なる点は、走行体３６を走行させる第１走行用シリンダ８０と、第１走行用シリンダ８０を走行体３６と共に走行させる第２走行用シリンダ８２によって、往復移動機構８４を構成している点にある。走行体３６は、走行ガイド８６にガイドされて走行するように構成され、この走行ガイド８６に沿った位置には、走行体３６の端面に当接して該走行体３６の移動を停止させる一対のストッパ８８ａ，８８ｂが配置されている。更に、第１走行用シリンダ８０は、走行ガイド９０にガイドされて走行するように構成され、この走行ガイド９０に沿った位置には、第１走行用シリンダ８０の端面に当接して該第１走行用シリンダ８０の移動を停止させる一対のストッパ９２ａ，９２ｂが配置されている。これらの各ストッパ８８ａ，８８ｂ，９２ａ，９２ｂは、ボルトで構成され、該ボルトの締め付け量を調整することで、走行体３６及び第１走行用シリンダ８０の左右の停止位置を調整できるようになっている。
【００８５】
そして、この例では、走行体３６を一方のストッパ８８ａに当接する位置から他方のストッパ８８ｂに当接する位置まで走行させることで、上部ロールブラシ２４を第１オフセット洗浄位置（位置Ｂ）から中央洗浄位置（位置Ａ）に移動させ、第１走行用シリンダ８０を走行体３６と共に一方のストッパ９２ａに当接する位置から他方のストッパ９２ｂに当接する位置まで走行させることで、上部ロールブラシ２４を第２オフセット洗浄位置（位置Ｃ）から第１オフセット洗浄位置（位置Ｂ）に移動させて、基板Ｗの表面をスクラブ洗浄するように構成されている。
【００８６】
このように、上部ロールブラシ２４の停止位置（洗浄位置）をストッパ８８ａ，８８ｂ，９２ａ，９２ｂによって機械的に規制することで再現性を良くし、しかもストッパ８８ａ，８８ｂ，９２ａ，９２ｂを、例えばボルト等で構成することで、ストッパ８８ａ，８８ｂ，９２ａ，９２ｂの位置を容易かつ迅速に調整することができる。
【００８７】
なお、上記各例においては、移動の前後に互いに平行となるように上部ロールブラシ２４を横移動させるようにしているが、図２３に示すように、上部ロールブラシ２４の一端を枢軸９４を介して揺動自在に支承し、この枢軸９４を中心に上部ロールブラシ２４を基板Ｗと平行に水平方向に揺動させるようにしてもよい。このように、上部ロールブラシ２４を枢軸９４を中心に揺動させても、上部ロールブラシ２４を横移動させるようにした場合と同様な効果が得られ、例えば基板Ｗとして３００ｍｍの半導体ウェーハを使用した場合、上部ロールブラシ２４の片側揺動角度を約１０°とすることで、図１０に示すオフセット量ｈ１を２０ｍｍとした場合とほぼ同等な効果を得ることができる。しかも、上部ロールブラシ２４の一端（基端）のみに駆動機構を設けることで、構造の簡単化を図ることができる。
【００８８】
また、図２４に示すように、上部ロールブラシ２４の自由端側に可変荷重Ｗｆを加える機構を設けることで、上部ロールブラシ２４の長手方向に沿って傾斜した押付け圧を形成し、基板Ｗの中心部より外周部の方が高い押付け圧とすることで、基板Ｗの上面に対するより均一な洗浄強度を得ることができる。
【００８９】
図２５は、本発明の実施形態の基板洗浄装置２０ａを備えた研磨装置を示す。図２５に示すように、この研磨装置は、基板を搬入・搬出するロード・アンロード部１００、基板表面を研磨して平坦化する研磨部１０２、研磨後の基板を洗浄する洗浄部１０４及び基板を搬送する基板搬送部１０６を備えている。ロード・アンロード部１００は、半導体ウェーハ等の基板をストックする複数（図示では３個）の基板カセットを載置するフロントロード部１０８と、第１搬送ロボット１１０を備えている。
【００９０】
研磨部１０２には、この例では、４つの研磨ユニット１１２が備えられ、基板搬送部１０６は、互いに隣接した２つの研磨ユニット間で基板の搬送を行う第１リニアトランスポータ１１４ａ及び第２トランスポータ１１４ｂから構成されている。洗浄部１０４は、粗洗浄を行う、本発明の実施形態に係る２つの基板洗浄装置２０ａ、スピンドライ方式を採用して仕上げ洗浄を行う仕上げ洗浄装置１１８及び乾燥ユニット１２０を有している。更に、第１リニアトランスポータ１１４ａ、第２トランスポータ１１４ｂ及び洗浄部１０４の間に位置して第２搬送ロボット１２２が配置されている。
【００９１】
なお、この例では、図６乃至図９に示す基板洗浄装置２０ａを使用して研磨後の基板を洗浄するようにしているが、この基板洗浄装置２０ａの代わりに、図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置２０ｂ、または図２１及び図２２に示す基板洗浄装置２０ｃを使用してもよい。
【００９２】
この研磨装置にあっては、フロントロード部１０８に搭載された基板カセットから第１搬送ロボット１１０で取り出された基板は、第１リニアトランスポータ１１４ａ、または第１リニアトランスポータ１１４ａ及び第２リニアトランスポータ１１４ｂを介して、研磨部１０２の少なくとも１つの研磨ユニット１１２に搬送される。そして、研磨ユニット１１２で研磨された基板は、第２搬送ロボット１２２で洗浄部１０４に搬送され、洗浄部１０４の基板洗浄装置２０ａ及び仕上げ洗浄装置１１８で順次洗浄され、乾燥ユニット１２０で乾燥された後、第１搬送ロボット１１０でフロントロード部１０８に搭載された基板カセットに戻される。
【００９３】
上記各実施形態おいては、ロール状洗浄材（上部ロールブラシ２４及び下部ロールブラシ５０）として、図３に示す、外周面に多数の円柱状のノジュール１８ａを有するロールブラシ１８を使用しているが、このノジュール１８ａは、ロールブラシ１８の中心部から外方に向かうに従って、分布が密となるように配置されていることが好ましく、これによって、基板の中心部に洗浄強度が集中することを、ロールブラシ１８自体によって緩和することができる。
【００９４】
また、上記各実施形態おいては、上部ロールブラシ２４のみを基板Ｗと平行に移動させるようにしているが、上部ロールブラシ２４と上部洗浄液供給ノズル２６と一体に移動させるようにしても良い。このように上部ロールブラシ２４と上部洗浄液供給ノズル２６と一体に移動させることにより、基板Ｗの表面に洗浄液をより均一に供給することができる。
【００９５】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。例えば、本発明の基板洗浄装置は、電解めっき装置や無電解めっき装置の基板洗浄装置にも適用できる。また、ロール状洗浄材として、ノジュールのないロールブラシを使用することができ、更にロール状洗浄部材を回転させることなく、基板の被洗浄面をスクラブ洗浄するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１８ ロールブラシ
１８ａ ノジュール（突起）
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 基板洗浄装置
２２ 回転ローラ
２４ 上部ロールブラシ（ロール状洗浄部材）
２６ 上部洗浄液供給ノズル
３０ 駆動モータ
３２ 走行用シリンダ（移動機構）
３６ 走行体
３８ 昇降用シリンダ
４０ ストッパ
４２ ボルト（ストッパ位置調整部）
５０ 下部ロールブラシ（ロール状洗浄部材）
５２ 下部洗浄液供給ノズル
５８ 駆動モータ
６２ ベルト
６４ 昇降用シリンダ
７０ 走行用モータ
７２ 直動機構
７４ 制御部
７６ 往復移動機構
８０，８２ 走行用シリンダ
８４ 往復移動機構
８８ａ，８８ｂ，９２ａ，９２ｂ ストッパ
９４ 枢軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転中の基板の被洗浄面にロールブラシやロールスポンジ等のロール状洗浄部材を接触させて被洗浄面をロール状洗浄部材でスクラブ洗浄する基板洗浄方法及び基板洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化が益々進む中、製品の高い歩留まりを実現するため、基板の全表面（表面及び／または裏面）を高度に洗浄する洗浄技術の開発が強く要求されている。例えば、絶縁膜の平坦化、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）、Ｗプラグの形成、銅多層配線の形成等のために行われるＣＭＰ工程では、研磨処理後の基板表面に残留する残留物を有効に除去するために、接触式のスクラブ洗浄が広く採用されている。一方、デバイスの寸法が微細になると、研磨処理後に露出した金属配線等が薬液のエッチング力や機械力を受けて化学腐食や電気化学腐食を起こすことがあり、デバイスの信頼性に大きな悪影響を及ぼすと懸念されている。このため、基板の表面（被洗浄面）に残留する残留物を有効に除去でき、かつデバイスに与える悪影響を最小限に抑制できるようにした適切な洗浄技術の開発が望まれている。
【０００３】
ＣＭＰ装置は、一般に、半導体ウェーハ等の基板とロールブラシやロールスポンジ等のロール状洗浄部材を共に回転させながら、基板の被洗浄面に洗浄部材を所定の圧力で接触させて被洗浄面を洗浄部材でスクラブ洗浄するように構成されている。スクラブ洗浄は、一般に、洗浄部材の軸心を通る線（軸線）と基板の回転中心を通る線（回転中心線）とが互いに直交する位置に洗浄部材を配置して行われる（特許文献１，２参照）。
【０００４】
しかし、ロールブラシやロールスポンジ等のロール状洗浄部材を該洗浄部材の軸線が基板の回転中心線と互いに直交する位置に配置して、例えば基板表面（被洗浄面）のスクラブ洗浄を行うと、基板の中心部では洗浄部材と基板表面との接触密度が高く、基板の周辺部では洗浄部材と基板表面との接触密度が低くなる。その結果、接触密度の差による基板表面の全面における洗浄強度の不均一が生じ、要求される洗浄性能を満たすことが困難となり、基板表面に局部的に配線腐食等が発生することを防止する上でも不利となる。
【０００５】
図１及び図２は、ロール状洗浄部材としてロールブラシを用いた、従来の基板洗浄装置の概要を示す。図１及び図２に示すように、この基板洗浄装置には、基板Ｗの表面（上面）側に位置して、基板Ｗの表面に接触して該表面にスクラブ洗浄する上部ロールブラシ（ロール状洗浄部材）１０と、基板Ｗの表面に洗浄液を供給する上部洗浄液供給ノズル１２が備えられている。また、基板Ｗの裏面（下面）側に位置して、基板Ｗの裏面に接触して該裏面にスクラブ洗浄する下部ロールブラシ（ロール状洗浄部材）１４と、基板Ｗの裏面に洗浄液を供給する下部洗浄液供給ノズル１６が備えられている。
【０００６】
上部ロールブラシ１０及び下部ロールブラシ１４として、図３に詳細に示すように、外周面に円柱状の多数のノジュール（突起）１８ａが設けられ、このノジュール１８ａの突出端面が基板Ｗの被洗浄面との接触面（接触幅：Ｌｉ）となるロールブラシ１８が用いられている。
【０００７】
上部ロールブラシ１０は、該ロールブラシ１０の軸心を通る線（軸線）Ｏ１が基板Ｗの回転中心を通る線（回転中心線）Ｏ２と互いに直交する位置に配置されている。そして、上部洗浄液供給ノズル１２から基板Ｗの表面に洗浄液を供給しながら上部ロールブラシ１０を基板Ｗの表面に所定の圧力で接触させ、同時に、軸線Ｏ１を中心に上部ロールブラシ１０を、回転中心線Ｏ２を中心に基板Ｗをそれぞれ回転（自転）させることで、基板Ｗの表面をスクラブ洗浄するように構成されている。
【０００８】
同様に、下部ロールブラシ１４は、該ロールブラシ１４の軸心を通る線（軸線）Ｏ３が基板Ｗの回転中心を通る線（回転中心線）Ｏ２と互いに直交する位置に配置されている。そして、下部洗浄液供給ノズル１６から基板Ｗの裏面に洗浄液を供給しながら下部ロールブラシ１４を基板Ｗの裏面に所定の圧力で接触させ、同時に、軸線Ｏ３を中心に下部ロールブラシ１４を、回転中心線Ｏ２を中心に基板Ｗをそれぞれ回転（自転）させることで、基板Ｗの裏面をスクラブ洗浄するように構成されている。
【０００９】
この例の場合、基板Ｗの表面と裏面は、同一条件で洗浄されるので、以下、上部ロールブラシ１０として、図３に示すロールブラシ１８を使用して基板Ｗの表面を洗浄する場合について説明する。
【００１０】
基板Ｗの表面の各点をロールブラシ１８のノジュール１８ａが通過する時の単位時間あたりの擦り長さを算出し、基板Ｗの表面の円周方向に沿った位置（半径ｒ）の平均値を洗浄強度Ｒｃ（ｍ／ｓ）とすると、この洗浄強度Ｒｃによって、基板Ｗの全表面における洗浄均一性を評価できると考えられる。この基板Ｗの表面の半径ｒにおける洗浄強度Ｒｃは、下記の式で表される、
【００１１】
【数１】
【００１２】
ここに、ｎは、ロールブラシの円周方向に沿って該ロールブラシに設けられているノジュールの数、Ｌｉは、ロールブラシの接触幅（この例の場合、図３に示すように、ノジュール１８ａの直径）、Ｒｒは、ロールブラシの半径、Ｖｒｗは、円周方向に沿ったノジュールの表面と基板の表面との相対速度の平均値であり、下記の式で求められる。
【数２】
ここに、Ｖｒｗ（θ）は、円周方向各位置で、下記の式で求められる。
【００１３】
【数３】
ここに、Ｖｒは、ノジュールの表面の速度ベクトル、Ｖｗは、基板表面（被洗浄面）の速度ベクトルである。
【００１４】
図４に、ロールブラシ１８（上部ロールブラシ１０）の回転速度を１００ｒｐｍの一定となし、基板Ｗの回転速度を、それぞれ５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ及び２００ｒｐｍと変更して、基板Ｗの表面をロールブラシ１８で洗浄した時における洗浄強度Ｒｃと基板の半径ｒとの関係を示す。図４から、何れの洗浄条件においても、基板Ｗの中心近傍領域に洗浄強度Ｒｃの高いピークが見られ、ピークの高さは、洗浄強度Ｒｃの平坦値（洗浄強度Ｒｃがほぼ一定になる値）の６〜３０倍になり、洗浄強度Ｒｃのピーク領域の範囲は、基板Ｗの半径約２５ｍｍ以内であることが判る。これは、洗浄強度Ｒｃを洗浄強度Ｒｃの平坦値に合わせて基板Ｗの表面の洗浄を行うと、基板Ｗの表面の半径約２５ｍｍ以内の領域に洗浄強度が集中して配線腐食が発生しうることを示唆している。
【００１５】
また、ロールブラシ１８のノジュール１８ａの直径（接触幅：Ｌｉ）を３ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍ及び１５ｍｍに変化させて洗浄する時の、洗浄強度Ｒｃと基板の半径ｒとの関係を算出した時の結果を図５に示す。図５から、何れの条件においても、洗浄集中領域が基板の中心部近傍に存在するが、接触幅の減少に従って、洗浄強度Ｒｃのピークの高さとピークの幅は小さくなることが判る。表１に洗浄強度Ｒｃが該洗浄強度Ｒｃの平坦値より２０％上昇する時の基板Ｗの半径位置と接触幅の関係を示す。表１から、実用的な接触幅の範囲（例えば３〜１０ｍｍ）では、洗浄強度Ｒｃが該洗浄強度Ｒｃの平坦値より２０％以上上昇する時の基板Ｗの半径位置と接触幅との比（ｒ／Ｌｉ）は、８倍以内程度であることが判る。
【００１６】
【表１】
【００１７】
ロール状洗浄部材によって基板の表面（被洗浄面）を洗浄する時に基板の全表面に亘る洗浄が不均一となるのを緩和するために、ロールブラシやロールスポンジ等のロール状洗浄部材の形状に改良を加えること、例えば、ロールブラシの外周面に、密度や面積がロールブラシの長手方向に沿って異なるように突起（ノジュール）を形成したり（特許文献３参照）、ロールブラシの外径を変化させたりする（特許文献４参照）ことなどが種々提案されている。しかし、何れの提案でも、ロールブラシそのものを、基板との相対位置が変化しないように研磨装置に取り付けているため、ロールブラシや基板の回転条件によって、洗浄強度の被洗浄面上の分布を任意に調整できないと考えられる。
【００１８】
基板を該基板の回転（自転）に伴って水平面内でロール状洗浄部材と平行に往復移動させるようにした洗浄装置（引用文献５参照）が提案されている。更に、上部ロールブラシと下部ロールブラシとを、その軸線を基板の回転中心線に対して平行かつ該回転中心線と直交する方向にずらして配置するようにした洗浄装置（引用文献６参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特許第４０２３９０７号明細書
【特許文献２】特許第３８５４０８５号明細書
【特許文献３】特開２００１−３５８１１０号公報
【特許文献４】米国特許第特７１８５３８４号明細書
【特許文献５】特開２０００−７７３７９号公報
【特許文献６】特許第２８８７０９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、引用文献１〜６に記載の洗浄装置は、ノジュールとの接触幅及び接触頻度を考慮して、基板の被洗浄面の半径方向に沿った各位置（領域）における洗浄強度を考慮したものではない。このため、たとえ基板の表面（被洗浄面）をロール状洗浄部材と平行に往復移動させながら基板の被洗浄面を洗浄したり、更には、上部ロールブラシと下部ロールブラシとを、その軸線を基板の回転中心線に対して平行かつ該回転中心線と直交する方向にずらして配置したとしても、基板の被洗浄面の全面をより均一な洗浄強度でスクラブ洗浄することは困難であると考えられる。
【００２１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、基板の被洗浄面の半径方向に沿った各位置（領域）における洗浄強度を考慮して、基板の全被洗浄面をより均一な洗浄強度でスクラブ洗浄することができるようにした基板洗浄方法及び基板洗浄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】
【００２２】
請求項１に記載の発明は、ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、前記洗浄部材によるスクラブ洗浄中の全過程の少なくとも一部において、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から前記接触幅の０．１４〜０．５倍離れたオフセット洗浄位置に該洗浄部材を配置してスクラブ洗浄を行うことを特徴とする基板洗浄方法である。
【００２３】
このように、スクラブ洗浄中の全過程の少なくとも一部において、オフセット洗浄位置にロール状洗浄部材を配置してスクラブ洗浄を行うことで、基板の被洗浄面の中心部が集中して洗浄されることを緩和し、しかも、オフセット洗浄位置を、洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から接触幅の０．１４〜０．５倍離れた位置とすることで、基板の被洗浄面の中心部が洗浄されなくなることを防止することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、前記洗浄部材によるスクラブ洗浄中に、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置の近傍で、前記洗浄部材を基板の被洗浄面と平行に前記接触幅の１６倍以内の移動幅の範囲内で往復移動させることを特徴とする基板洗浄方法である。
【００２５】
このように、洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置の近傍で、洗浄部材を基板の被洗浄面と平行に接触幅の１６倍以内の移動幅の範囲内で往復移動させてスクラブ洗浄を行うことで、基板の被洗浄面の各領域における洗浄強度が該洗浄強度の平坦値より２０％以上上昇することを抑制することができる。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、前記洗浄部材の移動速度を、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置を該洗浄部材が最も速い速度で通過するように制御することを特徴とする請求項２記載の基板洗浄方法である。
【００２７】
これにより、洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置及び該位置の近傍を洗浄部材が通過する時間を短くして、基板の被洗浄面を該被洗浄面の全面に亘ってより均一に洗浄することができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、前記洗浄部材の移動速度を、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置から該洗浄部材が離れる距離に反比例し、最大移動速度と最小移動速度の比が３〜１１となるように制御することを特徴とする請求項２または３記載の基板洗浄方法である。
これにより、洗浄部材の移動速度に依存して変化する洗浄強度を基板の全被洗浄面に亘ってより均一にすることができる。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、前記洗浄部材を複数の洗浄位置にそれぞれ所定時間停滞させてスクラブ洗浄を行い、前記複数の洗浄位置の内の少なくとも１つの洗浄位置は、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から離れた位置に前記洗浄部材が位置するオフセット洗浄位置であることを特徴とする基板洗浄方法である。
【００３０】
このように、洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から離れたオフセット洗浄位置に洗浄部材を位置させて洗浄することで、基板の中心部に洗浄強度が集中することを緩和することができる。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、前記オフセット洗浄位置を複数有し、前記洗浄部材が前記各オフセット洗浄位置に停滞する滞在時間が各オフセット洗浄位置と基板の回転中心線との距離に比例することを特徴とする請求項５記載の基板洗浄方法である。
これにより、基板の被洗浄面を該被洗浄面の全面に亘ってより均一に洗浄することができる。
【００３２】
請求項７に記載の発明は、前記洗浄部材の外周面には、基板の被洗浄面に接触する複数のノジュールが、前記洗浄部材の中心部から外方に向かうに従って、分布が密となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板洗浄方法である。
これによって、基板の中心部に洗浄強度が集中することを、洗浄部材自体によって緩和することができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明は、ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させてスクラブ洗浄する洗浄装置であって、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から前記接触幅の０．１４〜０．５倍離れたオフセット洗浄位置に該洗浄部材を移動させストッパを介して停止させる移動機構と、前記ストッパの位置を調整するストッパ位置調整部を有することを特徴とする基板洗浄装置である。
【００３４】
これにより、洗浄部材の停止位置をストッパによって機械的に規制することで再現性を良くし、しかもストッパ位置調整部によって、ストッパの位置を容易かつ迅速に調整することができる。
【００３５】
請求項９に記載の発明は、ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させてスクラブ洗浄する洗浄装置であって、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置の近傍で、前記洗浄部材を基板の被洗浄面と平行に前記接触幅の１６倍以内の移動幅の範囲内で往復移動させる往復移動機構を有することを特徴とする基板洗浄装置である。
【００３６】
請求項１０に記載の発明は、前記往復移動機構は、前記洗浄部材の移動速度を制御する制御部を有することを特徴とする請求項９記載の基板洗浄装置である。
【００３７】
請求項１１に記載の発明は、前記往復移動機構は、枢軸を介して一端を回転自在に支承した前記洗浄部材を、該枢軸を中心に揺動させるように構成されていることを特徴とする請求項９または１０記載の基板洗浄装置である。
【００３８】
これにより、洗浄部材の基端のみに駆動機構を設けて、構造の簡単化を図ることができる。しかも、洗浄強度が基板の被洗浄面の中心部で弱く、外周部で弱くなるように、洗浄部材の自由端側の押付け圧力を調整することができる。
【００３９】
請求項１２に記載の発明は、ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄装置であって、前記洗浄部材を、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線と互いに交わる位置に該洗浄部材が位置する洗浄位置と、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から離れた位置に該洗浄部材が位置する、少なくとも１つのオフセット洗浄位置との間を往復移動させて各洗浄位置に所定時間停滞させる往復移動機構を有することを特徴とする基板洗浄装置である。
【００４０】
請求項１３に記載の発明は、前記往復移動機構は、前記洗浄部材を前記各洗浄位置に位置決めして停止させる、位置調整可能なストッパを有することを特徴とする請求項１２記載の基板洗浄装置である。
これにより、洗浄部材の停止位置をストッパによって機械的に規制することで再現性を良くし、しかもストッパの位置を容易かつ迅速に調整することができる。
【００４１】
請求項１４に記載の発明は、前記オフセット洗浄位置は複数設けられ、各オフセット洗浄位置に前記洗浄部材が停滞する滞在時間を、各オフセット洗浄位置と基板の回転中心線との距離に比例するように制御することを特徴とする請求項１２または１３記載の基板洗浄装置である。
【００４２】
請求項１５に記載の発明は、前記洗浄部材の外周面には、基板の被洗浄面に接触する複数のノジュールが、前記洗浄部材の中心部から外方に向かうに従って、分布が密となるように配置されていることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の基板洗浄装置である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、ロール状洗浄部材と基板の被接触面との接触密度を調整して洗浄強度を該被接触面の全面に亘って均等化させ、これによって、基板の中心部近傍に洗浄強度が集中して局部配線の腐食や表面荒れ等が生じることを防止しつつ、洗浄効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来の基板洗浄装置の概要を示す平面図である。
【図２】従来の基板洗浄装置の概要を示す縦断正面図である。
【図３】従来の基板洗浄装置及び本発明の各実施形態の基板洗浄装置にロール状洗浄部材として使用されるロールブラシと基板の被洗浄面とを示す要部拡大断面図である。
【図４】図１及び図２に示す基板洗浄装置を使用し、ロールブラシの回転速度を一定となし、基板の回転速度を５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ及び２００ｒｐｍと変更して、基板の表面をロールブラシで洗浄した時における洗浄強度と基板の半径との関係を示すグラフである。
【図５】図１及び図２に示す基板洗浄装置を使用し、ロールブラシと基板の表面との接触幅を３ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍ及び１５ｍｍに変化させて洗浄する時の洗浄強度と基板の半径との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態の基板洗浄装置を示す平面図である。
【図７】本発明の実施形態の基板洗浄装置を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態の基板洗浄装置を示す縦断正面図である。
【図９】本発明の実施形態の基板洗浄装置を示す縦断側面図である。
【図１０】図６乃至図９に示す基板洗浄装置における上部ロールブラシと基板との関係を示す平面図である。
【図１１】図６乃至図９に示す基板洗浄装置を使用し、上部ロールブラシの軸線の基板の回転中心線からのオフセット量と接触幅との比を０，０．２７，０．６８，１．３７及び２．７４に変化させて基板の表面の洗浄する時における洗浄強度と基板の半径との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の他の実施形態の基板洗浄装置を示す平面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態の基板洗浄装置を示す斜視図である。
【図１４】本発明の他の実施形態の基板洗浄装置を示す縦断正面図である。
【図１５】図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置における上部ロールブラシと基板との第１の関係を示す平面図である。
【図１６】図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置を使用し、それぞれの洗浄位置（３位置）に上部ロールブラシを等時間停滞させて基板の表面を洗浄する場合（等配分）と、上部ロールブラシを停滞させる時間を変化させて基板の表面を洗浄する場合（分布配分）における洗浄強度と基板の半径との関係を示すグラフである。
【図１７】図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置を使用し、それぞれの洗浄位置（２位置）に上部ロールブラシを等時間停滞させて基板の表面を洗浄するた場合（等配分）と、上部ロールブラシを停滞させる時間を変化させて基板の表面を洗浄する場合（分布配分）における洗浄強度と基板の半径との関係を示すグラフである。
【図１８】図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置における上部ロールブラシと基板との第２の関係を示す平面図である。
【図１９】図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置を使用し、移動係数の常数を、０．０５，０．１，０．３，０．５，１．０及び１．５と変化させて基板の表面を洗浄する時の洗浄強度と基板の半径との関係を示すグラフである。
【図２０】図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置を使用し、移動係数の常数を、０．０５，０．１，０．３，０．５，１．０及び１．５と変化させて基板の表面を洗浄する時の基板の回転中心から上部ロールブラシまでの距離（オフセット量）と速度係数比との関係を示すグラフである。
【図２１】本発明の更に他の実施形態の基板洗浄装置を示す平面図である。
【図２２】本発明の更に他の実施形態の基板洗浄装置を示す斜視図である。
【図２３】本発明の実施形態の基板洗浄装置における上部ロールブラシと基板との他の関係を示す平面図である。
【図２４】本発明の実施形態の基板洗浄装置における上部ロールブラシと基板との他の関係を示す縦断正面図である。
【図２５】本発明の実施形態の基板洗浄装置を備えた研磨装置の平面配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の各例では、ロール状洗浄部材として、図３に示す、外周面に多数のノジュール（突起）１８ａを設けて該ノジュール１８ａの突出端面を基板Ｗの被洗浄面と接触面（接触幅：Ｌｉ）としたロールブラシ１８を使用している。また、同一または相当する部材には、同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００４６】
図６乃至図９は、本発明の実施形態の基板洗浄装置２０ａを示す。この基板洗浄装置２０ａは、半導体ウェーハ等の基板Ｗの周縁部を挟持して該基板Ｗを水平に保持する複数（図示では計４個）の回転ローラ２２を備えており、回転ローラ２２で水平に保持された基板Ｗは、回転ローラ２２の回転（自転）に伴って、基板Ｗの中心を回転中心として該回転中心を通る線（回転中心線）Ｏ４を中心に回転するようになっている。
【００４７】
回転ローラ２２で保持された基板Ｗの表面（上面）側に位置して、基板Ｗの表面に接触して該表面をスクラブ洗浄する上部ロールブラシ（ロール状洗浄部材）２４と、基板Ｗの表面に洗浄液を供給する上部洗浄液供給ノズル２６が備えられている。この上部ロールブラシ２４として、図３に示す、外周面に多数の円柱状のノジュール（突起）１８ａを設けたロールブラシ１８（接触幅：Ｌｉ）が使用されている。上部ロールブラシ２４の回転軸２８は、上部ロールブラシ２４の軸心を通る線（軸線）Ｏ５を中心に上部ロールブラシ２４を回転（自転）させる駆動モータ３０に連結されている。
【００４８】
回転ローラ２２で保持された基板Ｗの側方に位置して、移動機構としての走行用シリンダ３２と、この走行用シリンダ３２の作動に伴って走行ガイド３４をガイドとして上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５と水平面内で直交する方向に走行する走行体３６が配置され、この走行体３６の上面に昇降用シリンダ３８が垂直に立設されている。そして、この昇降用シリンダ３８の上方に延びるシリンダロッドの上端に上記駆動モータ３０が連結されている。更に、走行ガイド３４の走行方向に沿った所定位置には、走行体３６の端面に当接して該走行体３６の走行を停止させ、これによって、上部ロールブラシ２４の回転ローラ２２で保持された基板Ｗの該基板Ｗの回転中心線Ｏ４と水平面で直交する方向の位置決めを行うストッパ４０が配置されている。このストッパ４０は、この例では、ボルト４２の頭部で構成され、ボルト４２の締め付け量を調整することで、ストッパ４０の位置決めを行うようになっている。これにより、ボルト４２によって、ストッパ４０の位置を調整するストッパ位置調整部が構成されている。
【００４９】
ストッパ４０は、上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５が基板Ｗの回転中心線Ｏ４から上記接触幅Ｌｉ（図３参照）の０．１４〜０．５倍離れたオフセット洗浄位置に上部ロールブラシ２４を停止させる位置に配置される。つまり、上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５が基板Ｗの回転中心線Ｏ４からのオフセット量Δは、上記接触幅Ｌｉ（図３参照）の０．１４〜０．５倍（Δ＝０．１４〜０．５Ｌｉ）に設定されている。そして、ストッパ４０の位置は、ボルト（ストッパ位置調整部）４２によって、容易に調整される。
【００５０】
回転ローラ２２で保持された基板Ｗの裏面（下面）側に位置して、基板Ｗの裏面に接触して該裏面をスクラブ洗浄する下部ロールブラシ（ロール状洗浄部材）５０と、基板Ｗの裏面に洗浄液を供給する下部洗浄液供給ノズル５２が備えられている。この下部ロールブラシ５２として、図３に示す、外周面に多数の円柱状のノジュール（突起）１８ａを設けたロールブラシ１８が使用されている。
【００５１】
下部ロールブラシ５２の回転軸５４は従動プーリ５６が、下部ロールブラシ５２の下方に配置された駆動モータ５８には駆動プーリ６０はそれぞれ固定され、両プーリ５６，６０間には、ベルト６２が掛け渡されている。これによって、駆動モータ５８の駆動に伴って、下部ロールブラシ５０は、その軸心を通る線（軸線）Ｏ６を中心に回転（自転）するようになっている。更に、駆動モータ５８の下方に位置して、該駆動モータ５８及び下部ロールブラシ５０を一体に昇降させる昇降用シリンダ６４が配置されている。
【００５２】
この例では、前述の上部ロールブラシ２４と同様に、下部ロールブラシ５０の軸心Ｏ６が基板Ｗの回転中心線Ｏ４からオフセット量Δ（Δ＝０．１４〜０．５Ｌｉ）だけ離れたオフセット洗浄位置に下部ロールブラシ５０が位置してスクラブ洗浄を行うようになっている。
【００５３】
なお、この例では、下部ロールブラシ５０の軸心Ｏ６が基板Ｗの回転中心線Ｏ４からオフセット量Δ（Δ＝０．１４〜０．５Ｌｉ）だけ離れたオフセット洗浄位置に下部ロールブラシ５０が位置してスクラブ洗浄を行うようになっているが、例えば基板Ｗの裏面の洗浄度がそれ程要求されない場合には、下部ロールブラシ５０の軸心Ｏ６が基板Ｗの回転中心線Ｏ４と交わる位置に下部ロールブラシ５０が位置するようにしてもよい。更に、前述の上部ロールブラシ２４と同様に、下部ロールブラシ５０を基板Ｗの回転中心線Ｏ４と平面上で直交する方向に移動自在に構成し、ストッパ等を介して、下部ロールブラシ５０の位置決めを行って、所定のスクラブ洗浄位置に停止させるように構成しても良い。
【００５４】
この例に基板洗浄装置２０ａよれば、まず回転ローラ２２で基板Ｗを水平に保持する。一方、上部ロールブラシ２４にあっては、走行用シリンダ３２を作動して走行体３６を走行させ該走行体３６をストッパ４０に当接させることで、上部ロールブラシ２４の位置決めを行う。そして、回転ローラ２２を回転（自転）させることで、基板Ｗをその中心の回転中心軸Ｏ４を中心に、例えば１００ｒｐｍ程度の回転速度で回転（自転）させる。
【００５５】
この状態で、基板Ｗの表面にあっては、上部洗浄液供給ノズル２６から基板Ｗの表面（上面）に洗浄液を供給し、同時に、上部ローラブラシ２４を、その軸心Ｏ５を中心に回転させながら下降させて基板Ｗの表面に接触させ、これによって、該表面の上部ローラブラシ２４によるスクラブ洗浄を行う。このスクラブ洗浄時、上部ロールブラシ２４は、図３に示すように、上部ロールブラシ２４として使用されるロールブラシ１８に設けられているノジュール１８ａの上端面において、接触幅Ｌｉで基板Ｗの表面と接触する。
【００５６】
基板Ｗの裏面にあってもほぼ同様に、下部洗浄液供給ノズル５２から基板Ｗの裏面（下面）に洗浄液を供給し、同時に、下部ローラブラシ５０を、その軸心Ｏ６を中心に回転させながら上昇させて基板Ｗの裏面に接触させ、これによって、該裏面の下部ローラブラシ５０によるスクラブ洗浄を行う。
【００５７】
そして、スクラブ洗浄が終了した後、上部ロールブラシ２４を上昇させ、下部ロールブラシ５０を下降させた後、上部洗浄液供給ノズル２６及び下部洗浄液供給ノズル５２からの洗浄液の供給を停止し、更に回転ローラ２２、上部ロールブラシ２４及び下部ロールブラシ５０の回転を停止させる、
【００５８】
ここに、上部ロールブラシ２４の軸線Ｏ５、更には下部ロールブラシ５０の軸線Ｏ６の基板Ｗの回転中心線Ｏ４からのオフセット量Δを接触幅（この例では、ノジュール１８ａの直径）Ｌｉの０．１４〜０．５倍に設定している。これは、以下の理由による。
【００５９】
つまり、図１０に示すように、上部ロールブラシ２４の軸線Ｏ５の基板Ｗの回転中心線Ｏ４からのオフセット量ｈ１と接触幅（ノジュールの直径）Ｌｉ（図３参照）との比（ｈ１／Ｌｉ）を０，０．２７，０．６８，１．３７及び２．７４に変化させて上部ロールブラシ２４で基板Ｗの表面の洗浄する時における前記洗浄強度Ｒｃと基板Ｗの半径ｒとの関係を算出した結果を図１１に示す。また、オフセット量ｈ１と接触幅Ｌｉとの比（ｈ１／Ｌｉ）を、０，０．１４，０．２７，０．４１，０．５０，０．５５，０．６８，１．３７，２．７４，４．１１，４．７９及び５．４８に変化させて上部ロールブラシ２４で基板Ｗの表面の洗浄した時における前記洗浄強度Ｒｃの標準偏差の相対値（均一性）１σを算出した結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
【００６１】
図１１から、オフセット量ｈ１と接触幅Ｌｉの比（ｈ１／Ｌｉ）が０．５以下（ｈ１／Ｌｉ＜０．５）の場合、基板の中心部の洗浄強度が集中する範囲は狭くなり、均一性１σは小さくなり、オフセット量ｈと接触幅Ｌｉの比（ｈ１／Ｌｉ）を０．５以上（ｈ１／Ｌｉ＞０．５）にすると、基板の中心部の洗浄強度が集中する特異点がなくなり、均一性１σは更に小さくなるが、基板の中心部に洗浄が出来ない領域が現れることが判る。また、表２から、オフセット量ｈ１と接触幅Ｌｉの比（ｈ１／Ｌｉ）を０．１４以上（ｈ１／Ｌｉ＞０．１４）とすることで、均一性１σに対する効果が現れることが判る。従って、ロールブラシの位置を固定して洗浄する場合、オフセット量ｈ１と接触幅Ｌｉの比（ｈ１／Ｌｉ）は、０．１４以上０．５０以下であることが望ましい。
【００６２】
図１２乃至図１４は、本発明の他の実施形態に係る基板洗浄装置２０ｂを示す。この基板洗浄装置２０ｂは、正逆回転及び回転速度が制御可能な走行用モータ７０と、この走行用モータ７０の出力軸と走行体３６とを結ぶボールねじ等の直動機構７２と、走行用モータ７０を制御する制御部７４によって構成されて、回転ローラ２２で保持した基板Ｗの回転中心線Ｏ４と水平面内で直交する方向に走行体３６を上部ロールブラシ２４と共に往復移動させる往復移動機構７６を備えている。これによって、走行用モータ７０の正転に伴って、走行体３６は、上部ロールブラシ２４と共に、例えば図１２の右方向に移動し、走行用モータ７０の逆転に伴って、走行体３６は、上部ロールブラシ２４と共に、例えば図１２の左方向に移動する。走行体３６の移動速度、停止位置及び停滞（停止）時間は、制御部７４で走行用モータ７０の回転速度及び回転方向を制御することで制御される。
【００６３】
この例では、上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５が基板Ｗの回転中心線Ｏ４と交差する洗浄位置と、上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５が基板Ｗの回転中心線Ｏ４からオフセット量Δだけオフセットしたオフセット洗浄位置の少なくとも２つの洗浄位置の間を上部ロールブラシ２４が往復移動するように、往復移動機構７６を介して、走行体３６が往復移動する。
【００６４】
次に、この基板洗浄装置２０ｂによる基板Ｗの表面の洗浄処理について説明する。
先ず、第１の洗浄処理では、図１５に示す、上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５と基板Ｗの回転中心線Ｏ４とのオフセット量ｈ２が０ｍｍの第１洗浄位置（中央洗浄位置）、オフセット量ｈ２が、例えば１０ｍｍの第１オフセット洗浄位置、及びオフセット量ｈ２が、例えば２０ｍｍの第２オフセット洗浄位置の３つの洗浄位置に上部ロールブラシ２４を位置させて基板Ｗの表面を洗浄する。つまり、上部ロールブラシ２４を第１洗浄位置（中央洗浄位置）に位置させて所定時間基板Ｗの表面を洗浄した後、上部ロールブラシ２４を第１オフセット洗浄位置に位置させて所定時間基板Ｗの表面を洗浄し、しかる後、上部ロールブラシ２４を第２オフセット洗浄位置に位置させて所定時間基板Ｗの表面を洗浄する。そして、上部ロールブラシ２４を第１オフセット洗浄位置に位置させて所定時間基板Ｗの表面を洗浄し、しかる後、上部ロールブラシ２４を第１洗浄位置（中央洗浄位置）に位置させて所定時間基板Ｗの表面を洗浄する。以降、この洗浄処理を繰り返す。
【００６５】
ここに、それぞれの洗浄位置に上部ロールブラシ２４を等時間停滞させて基板Ｗの表面を洗浄する場合（等配分）、つまり第１洗浄位置（中央洗浄位置）での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ１、第１オフセット洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ２、及び第２オフセット洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ３を全て等しくした場合（ｔ１＝ｔ２＝ｔ３）と、それぞれの洗浄位置に上部ロールブラシ２４を停滞させる時間を変化させて基板Ｗの表面を洗浄する場合（分布配分）、つまり第１洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ１、第１オフセット洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ２、及び第２オフセット洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ３を、オフセット量ｈ２に応じて、１：２：３の割合で変化させた場合（ｔ１：ｔ２：ｔ３＝１：２：３）の上記洗浄強度Ｒｃと基板Ｗの半径ｒとの関係を算出した結果を図１６に示す。また、この時の洗浄強度Ｒｃの標準偏差の相対値（均一性）１σを算出した結果を表３に示す。
【００６６】
【表３】
【００６７】
この図１６及び表３から、いずれの場合も、基板の中心部に洗浄強度が集中することを大幅に抑制できることが判る。特に、上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）を均一に配分した場合（等配分）に比べ、上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）を、オフセット量ｈ２に応じて変化させて配分した場合（分布配分）の方が、基板Ｗの表面（被洗浄面）の全面に亘る均一な洗浄強度が得られ、洗浄強度均一性１σを等配分の６５％から分布配分の３５％に向上できることが判る。上部ロールブラシ２４を各洗浄位置に移動させる際、調整の時間を省くために、上部ロールブラシ２４を基板Ｗの表面から離すことなく移動させることが好ましい。
【００６８】
第２の洗浄処理では、図１５に示す、上部ロールブラシ２４の軸心Ｏ５と基板Ｗの回転中心線Ｏ４とのオフセット量ｈ２が０ｍｍの第１洗浄位置（中央洗浄位置）と、オフセット量ｈ２が、例えば２０ｍｍの第２オフセット洗浄位置の２つの洗浄位置に上部ロールブラシ２４を位置させて基板Ｗの表面を洗浄する。
【００６９】
ここに、それぞれの洗浄位置に上部ロールブラシ２１の等時間に停止させて基板Ｗの表面を洗浄する場合（等分布）、つまり第１洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ１と第２オフセット洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ３とを等しくした場合（ｔ１＝ｔ３）と、それぞれの洗浄位置に上部ロールブラシ２４を停滞させる時間を変化させて基板Ｗの表面を洗浄する場合（分布配分）、つまり第１洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ１と第２オフセット洗浄位置での上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）：ｔ３とを、オフセット量ｈ２に応じて、１：２に変化（比例）させた場合（ｔ１：ｔ３＝１：２）の上記洗浄強度Ｒｃと基板Ｗの半径ｒとの関係を算出した結果を図１７に示す。また、この時の洗浄強度Ｒｃの標準偏差の相対値（均一性）１σを算出した結果を表４に示す。
【００７０】
【表４】
この図１７及び表４から、いずれの場合も、基板の中心部に洗浄強度が集中することを大幅に抑制できることが判る。特に、上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）を均一に配分した場合（等配分）に比べ、上部ロールブラシ２４の洗浄時間（停滞時間）を、オフセット量ｈ２に応じて、比例配分（１：２）した場合（分布配分）の方が、基板Ｗの表面（被洗浄面）の全面に亘る均一な洗浄強度が得られ、洗浄強度均一性１σを等一配分の８９％から分布配分の７０％に向上できることが判る。
【００７１】
このように、洗浄位置を２つすると、洗浄強度の被洗浄面の全面に亘る均一性の面では洗浄位置を３つとして場合に及ばないものの、オフセット洗浄位置の数が少ないため、構造的に簡素化することができる。
【００７２】
第３の洗浄処理では、図１８に示すように、保持ローラ２０で保持した基板Ｗの回転中心線Ｏ４を中心として、この左右に等間隔な移動幅ｐの範囲内で上部ロールブラシ２４を連続して往復移動させて基板Ｗの表面を洗浄する。この上部ロールブラシ２４の移動範囲ｐは、上記図３に示す接触幅Ｌｉの１６倍以内（ｐ＜１６Ｌｉ）に設定されている。
【００７３】
これは、前述の表１に示すように、上部ロールブラシ１０の軸心Ｏ１が基板Ｗの回転中心線Ｏ２と交差する位置に上部ロールブラシ１０を配置し、この上部ロールブラシ１０として使用されるロールブラシ１８のノジュール１８ａの直径（接触幅：Ｌｉ）を３ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍ及び１５ｍｍに変化させて基板の表面を洗浄した時、実用的な接触幅（ノジュール１８ａの直径）の範囲（例えば３〜１０ｍｍ）では、洗浄強度Ｒｃが洗浄強度Ｒｃの平坦値より２０％以上上昇する時の基板Ｗの半径位置と接触幅の比は８倍以内程度であることに基づく。つまり、移動幅ｐを接触幅Ｌｉの１６倍以内に設定することで、洗浄強度Ｒｃが洗浄強度Ｒｃの平坦値より２０％以上上昇することを抑制することができる。
【００７４】
この例では、移動幅ｐは、例えば４０ｍｍ（ｐ＝４０ｍｍ）に設定されており、上部ロールブラシ２４の移動中に上部ロールブラシ２４が基板表面の各位置に接触する時間を変化させるために、上部ロールブラシ２４の移動速度を、基板の回転中心を通過するときが最も速く、基板の回転中心から離れるに従って順次遅くするように調整している。つまり、上部ロールブラシ２４の移動速度の速度係数Ｖ（無次元）は、下記の式で表わされる。
【００７５】
【数４】
ここに、Ｖｃは、移動係数の常数で、ｘは、基板の回転中心から上部ロールブラシまでの距離（オフセット量）である。
【００７６】
ここで、移動係数の常数Ｖｃを、０．０５，０．１，０．３，０．５，１．０及び１．５と変化させて基板Ｗの表面を洗浄する時の洗浄強度Ｒｃを算出した時の該洗浄強度Ｒｃと基板Ｗの半径との関係を図１９に、基板Ｗの回転中心から上部ロールブラシ２４までの距離（オフセット量）と速度係数比（λ＝Ｖｍａｘ／Ｖｃ）との関係を図２０にそれぞれ示す。
【００７７】
図２０から、ｘ（オフセット量）＝０の時の最大速度係数Ｖｍａｘと最小速度係数Ｖｃの比λ（＝Ｖｍａｘ／Ｖｃ）は、それぞれ２０．４，１０．８，４．３，３．０，２．０，１．７であることが判る。この最大速度係数比（λ＝Ｖｍａｘ／Ｖｃ）における洗浄強度Ｒｃの標準偏差の相対値（均一性）１σを算出した結果を表５に示す
【００７８】
【表５】
【００７９】
この表５から、いずれの場合も、基板の中心部に洗浄強度が集中することを大幅に抑制することができ、特に、最大移動速度と最小移動速度の比（最大速度係数比：λ）を２〜１１、好ましくは、３〜１１とすることで、標準偏差の相対値（均一性）１σを４０％以下に抑制することができ、速度係数の常数Ｖｃが０．３の時の標準偏差の相対値（均一性）１σは最も小さく、２９％となることが判る。
【００８０】
以上のＶは速度係数であり、実際に洗浄している時の移動速度Ｕ１（移動幅ｐを１回通過する場合）を以下に求める。ここで、上部ロールブラシ２４の移動速度Ｕ０＝Ｖ×１（ｍ／ｓ）とすれば、上部ロールブラシ２４が移動幅ｐを通過する時間τは下記の式で求められる。
【００８１】
【数５】
【００８２】
実際のプロセス処理時間（移動幅ｐを１回通過する時間）をｔとすると、
Ｕ１＝τ×Ｕ０／ｔ
になる。
【００８３】
以上の移動速度Ｕ１は、移動幅ｐを１回通過する場合の値（時間）である。プロセスに応じて同じ処理時間で移動幅をＭ回が必要とする場合、上部ロールブラシ２４の移動速度Ｕは、Ｍ×Ｕ１（Ｕ＝Ｍ×Ｕ１）となる。
【００８４】
図２１乃至図２２は、本発明の更に他の実施形態の基板洗浄装置２０ｃを示す。この基板洗浄装置２０ｃの前記基板洗浄装置２０ｂと異なる点は、走行体３６を走行させる第１走行用シリンダ８０と、第１走行用シリンダ８０を走行体３６と共に走行させる第２走行用シリンダ８２によって、往復移動機構８４を構成している点にある。走行体３６は、走行ガイド８６にガイドされて走行するように構成され、この走行ガイド８６に沿った位置には、走行体３６の端面に当接して該走行体３６の移動を停止させる一対のストッパ８８ａ，８８ｂが配置されている。更に、第１走行用シリンダ８０は、走行ガイド９０にガイドされて走行するように構成され、この走行ガイド９０に沿った位置には、第１走行用シリンダ８０の端面に当接して該第１走行用シリンダ８０の移動を停止させる一対のストッパ９２ａ，９２ｂが配置されている。これらの各ストッパ８８ａ，８８ｂ，９２ａ，９２ｂは、ボルトで構成され、該ボルトの締め付け量を調整することで、走行体３６及び第１走行用シリンダ８０の左右の停止位置を調整できるようになっている。
【００８５】
そして、この例では、走行体３６を一方のストッパ８８ａに当接する位置から他方のストッパ８８ｂに当接する位置まで走行させることで、上部ロールブラシ２４を第１オフセット洗浄位置（位置Ｂ）から中央洗浄位置（位置Ａ）に移動させ、第１走行用シリンダ８０を走行体３６と共に一方のストッパ９２ａに当接する位置から他方のストッパ９２ｂに当接する位置まで走行させることで、上部ロールブラシ２４を第２オフセット洗浄位置（位置Ｃ）から第１オフセット洗浄位置（位置Ｂ）に移動させて、基板Ｗの表面をスクラブ洗浄するように構成されている。
【００８６】
このように、上部ロールブラシ２４の停止位置（洗浄位置）をストッパ８８ａ，８８ｂ，９２ａ，９２ｂによって機械的に規制することで再現性を良くし、しかもストッパ８８ａ，８８ｂ，９２ａ，９２ｂを、例えばボルト等で構成することで、ストッパ８８ａ，８８ｂ，９２ａ，９２ｂの位置を容易かつ迅速に調整することができる。
【００８７】
なお、上記各例においては、移動の前後に互いに平行となるように上部ロールブラシ２４を横移動させるようにしているが、図２３に示すように、上部ロールブラシ２４の一端を枢軸９４を介して揺動自在に支承し、この枢軸９４を中心に上部ロールブラシ２４を基板Ｗと平行に水平方向に揺動させるようにしてもよい。このように、上部ロールブラシ２４を枢軸９４を中心に揺動させても、上部ロールブラシ２４を横移動させるようにした場合と同様な効果が得られ、例えば基板Ｗとして３００ｍｍの半導体ウェーハを使用した場合、上部ロールブラシ２４の片側揺動角度を約１０°とすることで、図１０に示すオフセット量ｈ１を２０ｍｍとした場合とほぼ同等な効果を得ることができる。しかも、上部ロールブラシ２４の一端（基端）のみに駆動機構を設けることで、構造の簡単化を図ることができる。
【００８８】
また、図２４に示すように、上部ロールブラシ２４の自由端側に可変荷重Ｗｆを加える機構を設けることで、上部ロールブラシ２４の長手方向に沿って傾斜した押付け圧を形成し、基板Ｗの中心部より外周部の方が高い押付け圧とすることで、基板Ｗの上面に対するより均一な洗浄強度を得ることができる。
【００８９】
図２５は、本発明の実施形態の基板洗浄装置２０ａを備えた研磨装置を示す。図２５に示すように、この研磨装置は、基板を搬入・搬出するロード・アンロード部１００、基板表面を研磨して平坦化する研磨部１０２、研磨後の基板を洗浄する洗浄部１０４及び基板を搬送する基板搬送部１０６を備えている。ロード・アンロード部１００は、半導体ウェーハ等の基板をストックする複数（図示では３個）の基板カセットを載置するフロントロード部１０８と、第１搬送ロボット１１０を備えている。
【００９０】
研磨部１０２には、この例では、４つの研磨ユニット１１２が備えられ、基板搬送部１０６は、互いに隣接した２つの研磨ユニット間で基板の搬送を行う第１リニアトランスポータ１１４ａ及び第２トランスポータ１１４ｂから構成されている。洗浄部１０４は、粗洗浄を行う、本発明の実施形態に係る２つの基板洗浄装置２０ａ、スピンドライ方式を採用して仕上げ洗浄を行う仕上げ洗浄装置１１８及び乾燥ユニット１２０を有している。更に、第１リニアトランスポータ１１４ａ、第２トランスポータ１１４ｂ及び洗浄部１０４の間に位置して第２搬送ロボット１２２が配置されている。
【００９１】
なお、この例では、図６乃至図９に示す基板洗浄装置２０ａを使用して研磨後の基板を洗浄するようにしているが、この基板洗浄装置２０ａの代わりに、図１２乃至図１４に示す基板洗浄装置２０ｂ、または図２１及び図２２に示す基板洗浄装置２０ｃを使用してもよい。
【００９２】
この研磨装置にあっては、フロントロード部１０８に搭載された基板カセットから第１搬送ロボット１１０で取り出された基板は、第１リニアトランスポータ１１４ａ、または第１リニアトランスポータ１１４ａ及び第２リニアトランスポータ１１４ｂを介して、研磨部１０２の少なくとも１つの研磨ユニット１１２に搬送される。そして、研磨ユニット１１２で研磨された基板は、第２搬送ロボット１２２で洗浄部１０４に搬送され、洗浄部１０４の基板洗浄装置２０ａ及び仕上げ洗浄装置１１８で順次洗浄され、乾燥ユニット１２０で乾燥された後、第１搬送ロボット１１０でフロントロード部１０８に搭載された基板カセットに戻される。
【００９３】
上記各実施形態おいては、ロール状洗浄材（上部ロールブラシ２４及び下部ロールブラシ５０）として、図３に示す、外周面に多数の円柱状のノジュール１８ａを有するロールブラシ１８を使用しているが、このノジュール１８ａは、ロールブラシ１８の中心部から外方に向かうに従って、分布が密となるように配置されていることが好ましく、これによって、基板の中心部に洗浄強度が集中することを、ロールブラシ１８自体によって緩和することができる。
【００９４】
また、上記各実施形態おいては、上部ロールブラシ２４のみを基板Ｗと平行に移動させるようにしているが、上部ロールブラシ２４と上部洗浄液供給ノズル２６と一体に移動させるようにしても良い。このように上部ロールブラシ２４と上部洗浄液供給ノズル２６と一体に移動させることにより、基板Ｗの表面に洗浄液をより均一に供給することができる。
【００９５】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。例えば、本発明の基板洗浄装置は、電解めっき装置や無電解めっき装置の基板洗浄装置にも適用できる。また、ロール状洗浄材として、ノジュールのないロールブラシを使用することができ、更にロール状洗浄部材を回転させることなく、基板の被洗浄面をスクラブ洗浄するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１８ ロールブラシ
１８ａ ノジュール（突起）
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 基板洗浄装置
２２ 回転ローラ
２４ 上部ロールブラシ（ロール状洗浄部材）
２６ 上部洗浄液供給ノズル
３０ 駆動モータ
３２ 走行用シリンダ（移動機構）
３６ 走行体
３８ 昇降用シリンダ
４０ ストッパ
４２ ボルト（ストッパ位置調整部）
５０ 下部ロールブラシ（ロール状洗浄部材）
５２ 下部洗浄液供給ノズル
５８ 駆動モータ
６２ ベルト
６４ 昇降用シリンダ
７０ 走行用モータ
７２ 直動機構
７４ 制御部
７６ 往復移動機構
８０，８２ 走行用シリンダ
８４ 往復移動機構
８８ａ，８８ｂ，９２ａ，９２ｂ ストッパ
９４ 枢軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、
前記洗浄部材によるスクラブ洗浄中の全過程の少なくとも一部において、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から前記接触幅の０．１４〜０．５倍離れたオフセット洗浄位置に該洗浄部材を配置してスクラブ洗浄を行うことを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、
前記洗浄部材によるスクラブ洗浄中に、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置の近傍で、前記洗浄部材を基板の被洗浄面と平行に前記接触幅の１６倍以内の移動幅の範囲内で往復移動させることを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項３】
前記洗浄部材の移動速度を、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置を該洗浄部材が最も速い速度で通過するように制御することを特徴とする請求項２記載の基板洗浄方法。
【請求項４】
前記洗浄部材の移動速度を、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置から該洗浄部材が離れる距離に反比例し、最大移動速度と最小移動速度の比が３〜１１となるように制御することを特徴とする請求項２または３記載の基板洗浄方法。
【請求項５】
ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、
前記洗浄部材を複数の洗浄位置にそれぞれ所定時間停滞させてスクラブ洗浄を行い、
前記複数の洗浄位置の内の少なくとも１つの洗浄位置は、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から離れた位置に前記洗浄部材が位置するオフセット洗浄位置であることを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項６】
前記オフセット洗浄位置を複数有し、前記洗浄部材が前記各オフセット洗浄位置に停滞する滞在時間が各オフセット洗浄位置と基板の回転中心線との距離に比例することを特徴とする請求項５記載の基板洗浄方法。
【請求項７】
前記洗浄部材の外周面には、基板の被洗浄面に接触する複数のノジュールが、前記洗浄部材の中心部から外方に向かうに従って、分布が密となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板洗浄方法。
【請求項８】
ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させてスクラブ洗浄する洗浄装置であって、
前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から前記接触幅の０．１４〜０．５倍離れたオフセット洗浄位置に該洗浄部材を移動させストッパを介して停止させる移動機構と、
前記ストッパの位置を調整するストッパ位置調整部を有することを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項９】
ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させてスクラブ洗浄する洗浄装置であって、
前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置の近傍で、前記洗浄部材を基板の被洗浄面と平行に前記接触幅の１６倍以内の移動幅の範囲内で往復移動させる往復移動機構を有することを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項１０】
前記往復移動機構は、前記洗浄部材の移動速度を制御する制御部を有することを特徴とする請求項９記載の基板洗浄装置。
【請求項１１】
前記往復移動機構は、枢軸を介して一端を回転自在に支承した前記洗浄部材を、該枢軸を中心に揺動させるように構成されていることを特徴とする請求項９または１０記載の基板洗浄装置。
【請求項１２】
ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄装置であって、
前記洗浄部材を、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線と互いに交わる位置に該洗浄部材が位置する洗浄位置と、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から離れた位置に該洗浄部材が位置する、少なくとも１つのオフセット洗浄位置との間を往復移動させて各洗浄位置に所定時間停滞させる往復移動機構を有することを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項１３】
前記往復移動機構は、前記洗浄部材を前記各洗浄位置に位置決めして停止させる、位置調整可能なストッパを有することを特徴とする請求項１２記載の基板洗浄装置。
【請求項１４】
前記オフセット洗浄位置は複数設けられ、各オフセット洗浄位置に前記洗浄部材が停滞する滞在時間を、各オフセット洗浄位置と基板の回転中心線との距離に比例するように制御することを特徴とする請求項１２または１３記載の基板洗浄装置。
【請求項１５】
前記洗浄部材の外周面には、基板の被洗浄面に接触する複数のノジュールが、前記洗浄部材の中心部から外方に向かうに従って、分布が密となるように配置されていることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の基板洗浄装置。
【請求項１】
ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、
前記洗浄部材によるスクラブ洗浄中の全過程の少なくとも一部において、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から前記接触幅の０．１４〜０．５倍離れたオフセット洗浄位置に該洗浄部材を配置してスクラブ洗浄を行うことを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、
前記洗浄部材によるスクラブ洗浄中に、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置の近傍で、前記洗浄部材を基板の被洗浄面と平行に前記接触幅の１６倍以内の移動幅の範囲内で往復移動させることを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項３】
前記洗浄部材の移動速度を、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置を該洗浄部材が最も速い速度で通過するように制御することを特徴とする請求項２記載の基板洗浄方法。
【請求項４】
前記洗浄部材の移動速度を、前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置から該洗浄部材が離れる距離に反比例し、最大移動速度と最小移動速度の比が３〜１１となるように制御することを特徴とする請求項２または３記載の基板洗浄方法。
【請求項５】
ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄方法であって、
前記洗浄部材を複数の洗浄位置にそれぞれ所定時間停滞させてスクラブ洗浄を行い、
前記複数の洗浄位置の内の少なくとも１つの洗浄位置は、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から離れた位置に前記洗浄部材が位置するオフセット洗浄位置であることを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項６】
前記オフセット洗浄位置を複数有し、前記洗浄部材が前記各オフセット洗浄位置に停滞する滞在時間が各オフセット洗浄位置と基板の回転中心線との距離に比例することを特徴とする請求項５記載の基板洗浄方法。
【請求項７】
前記洗浄部材の外周面には、基板の被洗浄面に接触する複数のノジュールが、前記洗浄部材の中心部から外方に向かうに従って、分布が密となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板洗浄方法。
【請求項８】
ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させてスクラブ洗浄する洗浄装置であって、
前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から前記接触幅の０．１４〜０．５倍離れたオフセット洗浄位置に該洗浄部材を移動させストッパを介して停止させる移動機構と、
前記ストッパの位置を調整するストッパ位置調整部を有することを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項９】
ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に所定の接触幅で接触させてスクラブ洗浄する洗浄装置であって、
前記洗浄部材の軸線と基板の回転中心線とが互いに交わる位置の近傍で、前記洗浄部材を基板の被洗浄面と平行に前記接触幅の１６倍以内の移動幅の範囲内で往復移動させる往復移動機構を有することを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項１０】
前記往復移動機構は、前記洗浄部材の移動速度を制御する制御部を有することを特徴とする請求項９記載の基板洗浄装置。
【請求項１１】
前記往復移動機構は、枢軸を介して一端を回転自在に支承した前記洗浄部材を、該枢軸を中心に揺動させるように構成されていることを特徴とする請求項９または１０記載の基板洗浄装置。
【請求項１２】
ロール状洗浄部材の外周面を回転中の基板の被洗浄面に接触させて該被洗浄面をスクラブ洗浄する基板洗浄装置であって、
前記洗浄部材を、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線と互いに交わる位置に該洗浄部材が位置する洗浄位置と、前記洗浄部材の軸線が基板の回転中心線から離れた位置に該洗浄部材が位置する、少なくとも１つのオフセット洗浄位置との間を往復移動させて各洗浄位置に所定時間停滞させる往復移動機構を有することを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項１３】
前記往復移動機構は、前記洗浄部材を前記各洗浄位置に位置決めして停止させる、位置調整可能なストッパを有することを特徴とする請求項１２記載の基板洗浄装置。
【請求項１４】
前記オフセット洗浄位置は複数設けられ、各オフセット洗浄位置に前記洗浄部材が停滞する滞在時間を、各オフセット洗浄位置と基板の回転中心線との距離に比例するように制御することを特徴とする請求項１２または１３記載の基板洗浄装置。
【請求項１５】
前記洗浄部材の外周面には、基板の被洗浄面に接触する複数のノジュールが、前記洗浄部材の中心部から外方に向かうに従って、分布が密となるように配置されていることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の基板洗浄装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−１８１６４４（Ｐ２０１１−１８１６４４Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４３７８４（Ｐ２０１０−４３７８４）
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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