JP4172567B2 - 基板洗浄具及び基板洗浄装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，例えば半導体ウェハやＬＣＤ基板用ガラス等の基板を洗浄する基板洗浄具及び基板洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては，半導体デバイスが形成される半導体ウェハ（以下「ウェハ」という）の清浄度を高く維持する必要がある。このため，各々の製造プロセス，処理プロセスの前後や，成膜工程，研磨工程の後などに，基板洗浄装置を用いてウェハを洗浄している。
【０００３】
かかる基板洗浄装置は，一般的にウェハにブラシを押圧し，ウェハとブラシとを相対的に移動させることにより，ウェハから粒子汚染物を除去している。従来，ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）とブラシと毛足の硬いナイロンの毛とのコンビ型のブラシが使用され，例えばウェハを回転させながらこのようなブラシをウェハの中心部と周縁部の間で往復させることで，ウェハ全体を均一に洗浄している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来の基板洗浄装置では，ブラシに粒子汚染物等のパーティクルが付着しやすく，そのパーティクルがウェハに転写されて，洗浄後のウェハにパーティクルが残存するおそれがある。一方，転写したパーティクルを除去しようとすれば，ブラシを頻繁に洗浄しなければならず，洗浄時間も長くかかってしまう。また洗浄時間が長くなると，ブラシが劣化し，交換等でメンテナンスも煩雑となる。
【０００５】
従って本発明の目的は，パーティクルの付着が少ない基板洗浄具を提供し，更にそのような基板洗浄具を備えた基板洗浄装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明は，半導体ウェハまたはＬＣＤ基板を洗浄する洗浄具であって，糸状のブラシ部材を複数束ねた構成を有し，洗浄液を流通させる流路を有する短いブラシ部材と洗浄液を流通させる流路を有する長いブラシ部材を交互に配置したことを特徴とする，基板洗浄具を提供する。
【０００７】
この基板洗浄具において，前記ブラシ部材は，表面から洗浄液を吐出可能であることが好ましい。このような基板洗浄具によれば，各糸状のブラシ部材の流路内に洗浄液を流通させながら，基板洗浄具を基板に接触させ，基板と基板洗浄具とを相対的に移動させることにより，洗浄を行う。ここで，流路内を流れる洗浄液は，ブラシ部材の表面から吐出されるので，基板から除去されたパーティクル等の汚染物質はブラシ部材の表面から洗い流され，パーティクル等が洗浄体に付着し難くなる。このため，基板から除去されたパーティクル等の汚染物質が基板に転写（再付着）することを防止できる。このため，洗浄効率が向上して洗浄時間を短縮することができる。また，洗浄時間が短縮できるので，基板洗浄具の製品寿命も延びる。
【０００８】
この基板洗浄具において，ブラシ部材は，種々の形態をとることが可能である。例えば，ブラシ部材は，中空の透水材質で形成されても良いし，ブラシ部材は，洗浄液を流通させる多数の流路を有しても良い。
また，前記ブラシ部材は，中空に形成された本体の下面に複数本束ねられた状態で取り付けられ，前記本体内には，本体下面のブラシ部材に向かって均一に洗浄液を供給させる拡散板が設けられていても良い。
【０００９】
なお，ブラシ部材は撥水性でも良く，ブラシ部材は親水性でも良い。ブラシ部材が撥水性であれば，洗浄によって基板から剥がれたパーティクルを洗浄液と共にはじくことができ，パーティクルがより付着しにくい。
【００１０】
ブラシ部材の束ね方には，例えば，前記ブラシ部材を直線状にして一端を束ねたり，ブラシ部材をループ状にして両端を束ねたような形態が考えられる。
【００１１】
なお，基板を洗浄する洗浄具であって，糸状のブラシ部材を複数束ねた構成を有し，前記ブラシ部材は撥水性であることを特徴とする，基板洗浄具を提供する。
【００１２】
この基板洗浄具によれば，例えばノズル等により洗浄液が供給されている基板に対して，複数束ねた糸状のブラシ部材を接触させ，基板と基板洗浄具とを相対的に移動させることにより，洗浄を行う。ここで，ブラシ部材は撥水性であるので，洗浄によって基板から剥がれたパーティクル等の汚染物質は洗浄液と共にはじかれ，ブラシ部材に付着しにくい。このため，ブラシ部材から基板にパーティクルを転写させる心配が少なく，洗浄効率が向上して洗浄時間を短縮することができる。また，洗浄時間が短縮できるので，基板洗浄具の製品寿命も延びる。
【００１３】
また，基板を洗浄する装置であって，前記基板洗浄具を備えることを特徴とする，基板洗浄装置を提供する。
【００１４】
この基板洗浄装置によれば，短時間で基板を洗浄でき，また製品寿命の長い基板洗浄具を備えているので，部品交換等のメンテナンスサイクルが長くなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態を，基板の一例としてウェハの裏面を洗浄するように構成された洗浄装置に基づいて説明する。図１は，本実施の形態にかかる基板洗浄装置８を組み込んだ洗浄システム１の斜視図である。洗浄システム１は，キャリアＣ単位でウェハＷを搬入し，ウェハＷを一枚ずつ洗浄，乾燥し，キャリア単位でウェハＷを搬出するように構成されている。
【００１６】
この洗浄システム１には，ウェハＷを収納したキャリアＣを４個分載置できる載置部２が設けられている。洗浄システム１の中央には，載置部２に載置されたキャリアＣから洗浄前のウェハＷを一枚ずつ取り出し，また，洗浄後のウェハＷをキャリアＣに収納する取出収納アーム３が配置されている。この取出収納アーム３の背部には，取出収納アーム３との間でウェハＷの授受を行う搬送アーム４が待機している。搬送アーム４は，洗浄システム１の中央に設けられた搬送路６に沿って移動可能に設けられている。搬送路６の両側には，各処理を行うの各処理装置が配置されている。例えば搬送路６の一方の側方には，ウェハＷの表面を洗浄するための基板洗浄装置７と，ウェハＷの裏面を洗浄するための本実施の形態にかかる基板洗浄装置８とが並んで配置されている。また，搬送路６の他方の側方には，ウェハＷを加熱して乾燥させる加熱装置９が４基積み重ねて設けられている。これら加熱装置９に隣接して，ウェハの表面と裏面を反転させるウェハ反転装置１０が２基積み重ねて設けられている。なお，ウェハＷの表面は，例えば半導体デバイスなどが形成可能なように鏡面となっており，ウェハＷの裏面は，粗面となっている。
【００１７】
ここで，基板洗浄装置８の構成について説明する。図２は，基板洗浄装置８の平面図であり，図３は，基板洗浄装置８の縦断面図である。図２及び図３に示すように，基板洗浄装置８のケース２０内には，ウェハＷを回転自在に支持するスピンチャック２１が設けられており，この基板洗浄装置８では，前述のウェハ反転装置１０によって裏面を上に向けた姿勢にされたウェハＷが，スピンチャック２１によって保持されるようになっている。ケース２０の前面側（図１に示す洗浄システム１において，搬送路６に臨む側面）には，開閉自在なシャッタ２２が設けられており，前述の搬送アーム４によって基板洗浄装置８に対して搬入出される際には，このシャッタ２２が開くようになっている。
【００１８】
この実施の形態では，スピンチャック２１は円筒状の回転体であり，このスピンチャック２１の下部には，上部側に比べて縮径している縮径部２５が形成されている。この縮径部２５をベアリング機構２６を介して筒状体２７の外側に装着することにより，スピンチャック２１全体は，回転自在に支持されている。なお，筒状体２７は水平な固定板２８の上面に固着されている。縮径部２５の外周面にはベルト３０が巻回されており，この３０が図示しないモータによって周動させられることにより，スピンチャック２１全体が回転するようになっている。
【００１９】
スピンチャック２１の上部には，ウェハＷの周縁部を複数箇所において保持するための保持部材３１が装着されている。各保持部材３１はスピンチャック２１に対して水平な軸まわりに回転可能に装着されており，各保持部材３１は図示しない重錘を内蔵することにより，スピンチャック２１が回転したときの遠心力によって各保持部材３１の上部側が内側に移動し，ウェハＷの周縁部を外側から保持するように構成されている。
【００２０】
スピンチャック２１の両側方には，スクラブアーム２４とノズルアーム６０が配置されている。スクラブアーム２４の先端下方には，ウェハＷの裏面に基板洗浄具としてのスクラブ洗浄具２３が装着されている。そしてスクラブアーム２４の回動により，スクラブ洗浄具２３は，スピンチャック２１の外側位置から，スピンチャック２１に保持されたウェハＷのほぼ中心位置まで往復移動させられるようになっている。なお，図２では，スクラブアーム２３の回動によって洗浄具２３をスピンチャック２１の外側に移動させた待機状態を示し，図３では，スクラブアーム２３の回動によって洗浄具２３をスピンチャック２１に保持されたウェハＷの上方に移動させた洗浄状態を示している。
【００２１】
図４に示すように，スクラブアーム２４内には，スクラブ洗浄具２３を昇降及び回転させる昇降回転機構４１が配置されている。この昇降回転機構４１を貫通して昇降回転軸４２が設けられており，昇降回転軸４２の下端に前述のスクラブ洗浄具２３が取り付けられている。そして，昇降回転機構４１の稼働に伴い，スクラブ洗浄具２３を上下方向に昇降させると共に，昇降回転軸４２を中心にスクラブ洗浄具２３を回転させることが可能である。また昇降回転機構４１は，昇降回転軸４２に対して下向きの推力を適宜付与することにより，スクラブ洗浄具２３を，スピンチャック２１内に保持されたウェハＷの裏面に対して任意の接触圧で押し付けるようになっている。
【００２２】
昇降回転軸４２の内部には，例えば純水などの洗浄液を供給する洗浄液供給路４３が貫通して設けられており，昇降回転軸４２の内部を通じて下端のスクラブ洗浄具２３に洗浄液を供給できるように構成されている。図５に示すように，スクラブ洗浄具２３は，円柱状の本体４５と，この本体４５の下面に複数本束ねられた状態で取り付けられたブラシ部材４６とを備えている。本体４５内は中空に形成され，本体４５内を横切るようにして拡散板４７が設けられている。前述の洗浄液供給路４３を通じて本体４５内に供給された洗浄液は，拡散板４７に形成された各孔４８を通過し，本体４５下面のブラシ部材４６に向かって上方から全体的に均一に供給されるようになっている。
【００２３】
図示の例では，スクラブ洗浄具２３は，長さが等しい複数の糸状のブラシ部材４６を束ね，各ブラシ部材４６の上端を本体４５によって支持した構成の，いわゆるブラシに形成されている。図６に示すように，各ブラシ部材４６は，そのほぼ中央に洗浄液を流通させる流路５０が形成された中空の構成を有しており，かつ，ブラシ部材４６は透水の材質で形成されることにより，ブラシ部材４６内において流路５０を流通している洗浄液をブラシ部材４６の表面から吐出できるようになっている。
【００２４】
またこの実施の形態では，ブラシ部材４６は，例えばウェハＷから剥がれたパーティクル等を純水と共にはじくことができるように，撥水性の材質（樹脂等）が用いられている。このようなブラシ部材４６の材質には，例えばＰＰ（ポリプロピレン）等が挙げられる。
【００２５】
その他，図２，３に示したノズルアーム６０の先端部下方にはノズル６１が設けられている。そしてノズルアーム６０の回動により，ノズル６１は，スピンチャック２１の外側位置から，スピンチャック２１に保持されたウェハＷのほぼ中心位置まで往復移動させられるようになっている。なお，図２では，ノズルアーム６０の回動によってノズル６１をスピンチャック２１の外側に移動させた待機状態を示し，図３では，ノズルアーム６０の回動によってノズル６１をスピンチャック２１に保持されたウェハＷの上方に移動させた洗浄状態を示している。このノズル６１によりウェハＷの裏面に対して純水などの洗浄液を供給するように構成されている。
【００２６】
さて，以上のように構成された洗浄システム１において，先ず図示しない搬送ロボットが未だ洗浄されていないウェハＷを例えば２５枚ずつ収納したキャリアＣを載置部２に載置する。そして，この載置部２に載置されたキャリアＣから一枚ずつウェハＷが取り出され，取出搬入アーム３を介して搬送アーム４に受け渡される。そして，基板洗浄装置７及び基板洗浄装置８を用いて，ウェハＷを一枚ずつ洗浄し，ウェハＷの表面及び裏面に付着している粒子汚染物等のパーティクルを除去する。所定の洗浄工程が終了したウェハＷは，搬送アーム４から取出収納アーム３に受け渡され，再びキャリアＣに収納される。
【００２７】
ここで，基板洗浄装置８でのウェハＷの裏面洗浄について更に説明する。前述のウェハ反転装置１０により表面と裏面とが反転させられたウェハＷが，先ず搬送アーム４によって基板洗浄装置８に搬入され，ウェハＷはスピンチャック２１によって保持される。次いで，図示しないモータの回転力によりスピンチャック２１が回転し，その後，ノズルアーム６０を旋回させてノズル６１をウェハＷの上方に移動させ，ウェハＷの裏面に純水などの洗浄液を供給する。
【００２８】
また，スクラブアーム２４を旋回させてスクラブ洗浄具２３をウェハＷの上方に移動させる。そして純水供給路４３から純水などの洗浄液を供給し，洗浄液供給路４３を通じて供給した洗浄液をスクラブ洗浄具２３に供給する。こうして，スクラブ洗浄具２３において本体４５内に供給された洗浄液は，本体４５下面のブラシ部材４６に向かって上方から全体的に均一に供給され，各ブラシ部材４６の流路５０内に洗浄液が供給されて，各ブラシ部材４６の表面と下端から洗浄液が吐出された状態となる。そして，昇降回転機構４１の稼働によりスクラブ洗浄具２３を下降させて，各ブラシ部材４６をウェハＷの裏面に所定の接触圧力で接触させると共に，昇降回転軸４２を中心にしてスクラブ洗浄具２３を回転させる。こうして，ウェハＷを回転させつつ，スクラブアーム２４を回動させてスクラブ洗浄具２３をウェハＷの少なくとも中心から周縁部まで自転させつつ往復移動させることにより，ウェハＷの裏面全体をスクラブ洗浄する。こうしてウェハＷの裏面を均一に洗浄し，パーティクル等を効果的に除去することが可能となる。
【００２９】
ここで，スクラブ洗浄具２３において各ブラシ部材４６の流路５０内を流通する洗浄液は，ブラシ部材４６の下端からウェハＷに吐出されるので，ウェハＷから除去されたパーティクル等の汚染物質は洗い流され，またブラシ部材４６は透水材質であるので，流路５０内を流通する洗浄液はブラシ部材４６の表面からも吐出されて洗い流すので，パーティクル等がブラシ部材４６の表面に付着する心配がない。この場合，図示のブラシ部材４６は撥水性であるため，パーティクル等を洗浄液と共にはじくことができ，パーティクル等の付着をより確実に防止することができる。こうして，ブラシ部材４６からウェハＷにパーティクル等を転写（再付着）させることなく，ウェハＷ裏面を良好に洗浄できるようになる。
【００３０】
こうしてスクラブ洗浄具２３によるスクラブ洗浄をした後，ノズル６１から純水などの洗浄液を吐出させてウェハＷをリンス処理する。その後，図示しないモータの回転数を上げてスピンチャック２１に支持しているウェハＷを高速回転させ，洗浄液を振り切ってスピン乾燥を施す。こうして所定の洗浄工程が終了したウェハＷは，前述のように搬送アーム４から取出収納アーム３に受け渡され，再びキャリアＣに収納されるのである。
【００３１】
この実施の形態の基板洗浄装置８によれば，パーティクルの転写を防止できるので，洗浄効率が向上し，洗浄時間を短縮できる。また，パーティクル等の汚染物質が付着し難いことから，洗浄を行っても，ブラシ部材４６は汚染されず，その清浄度が長期に渡って維持される。また洗浄液を吐出しながらブラシ部材４６をウェハＷに対して滑らかに接触させるので，ブラシ部材４６の損耗が少なく，スクラブ洗浄具２３の製品寿命が延び，部品交換などのメンテナンスサイクルが長くなる。また，ウェハＷとスクラブ洗浄具２３との接触が滑らかになることから，ウェハＷに損傷を与えずに良好な洗浄を行うことが可能となる。
【００３２】
以上，本発明の好ましい実施の形態の一例を示したが，本発明は，ここで説明した形態に限定されない。以上の形態では，図６に示したブラシ部材４６に代えて，図７に示す如き，洗浄液を流通させる多数の流路７０，７０，７０……を内部に有するブラシ部材７１を用いても良い。このようなブラシ部材７１においても，多数の流路７０を通じて供給される洗浄液をブラシ部材７１の表面から吐出することができ，同様の効果を奏することが可能である。
【００３３】
またブラシ部材４６やブラシ部材７１は，撥水性に限らず，例えばアルコールに浸漬させることによって親水性処理を施しても良い。ブラシ部材４６やブラシ部材７１を親水性に構成すれば，ブラシ部材４６やブラシ部材７１の表面全体に洗浄液を吐出しやすく，汚染物質を洗い流しやすい。
【００３４】
また，図５では各ブラシ部材４６の長さが等しい例を示したが，例えば各ブラシ部材の長さが不揃いであっても良い。図８に示すスクラブ洗浄具８０では，本体４５の下面には，長さが異なるブラシ部材４６，４６’が交互に配置されている。長さの短いブラシ部材４６’は，各ブラシ部材４６の間にそれぞれ配置されている。なお，短いブラシ部材４６’と長いブラシ部材４６を交互に配置した点を除けば，スクラブ洗浄具８０は，先に図５で説明したスクラブ洗浄具２３と同様の構成を有するため，図８において，先に説明した図５と共通の構成要素については同じ符号を付することにより，重複説明を省略する。この図８に示したスクラブ洗浄具８０にあっては，洗浄の際には，ブラシ部材４６をウェハＷの裏面に接触させて洗浄を行う。その場合，前述したようにブラシ部材４６の表面から洗浄液を吐出できることに加え，短いブラシ部材４６’から吐出した洗浄液をブラシ部材４６に沿って流下させることができ，ブラシ部材４６の表面に付着しようとするパーティクルを洗い流すことができるようになる。
【００３５】
また，図５，８では束ねられたブラシ部材４６，４９’の上端だけを本体４５によって支持した構成を示したが，図９に示すスクラブ洗浄具９０のように，各ブラシ部材４６をループ状に湾曲させ，各ブラシ部材４６の両端を束ねて前記本体４５の下面に支持した構成でも良い。なお，各ブラシ部材４６をループ状に湾曲させて両端を本体４５に支持した点を除けば，スクラブ洗浄具９０は，先に図５で説明したスクラブ洗浄具２３と同様の構成を有するため，図９において，先に説明した図５と共通の構成要素については同じ符号を付することにより，重複説明を省略する。このスクラブ洗浄具９０にあっては，洗浄液供給路４３を通じて本体４５内に供給された洗浄液は，ループ状に湾曲させられた各ブラシ部材４６の両端から流路５０内に流れ込むので，図１０に示すように流路５０内の水圧が高くなり，透水性のブラシ部材４６の表面から洗浄液をより多く吐出させることができる。このため，ブラシ部材４６の表面をより確実に洗い流すことにより，パーティクル等の付着を更に防止できる。また，待機時にもブラシ部材４６の表面から洗浄液を吐出させてその表面を綺麗に洗い流し，自己洗浄を行うと更に良い。この場合，待機時においては洗浄時よりもブラシ部材４６の表面からの洗浄液の吐出量を抑えることにより，洗浄液の消費量を節約することが可能である。
【００３６】
その他，洗浄液として純水を用いたが，例えばオゾン水，電解イオン水，塩酸過水，アンモニア過水，リン酸溶液，フッ酸溶液等の薬液を洗浄液として用いて，洗浄効果を高めたり，各種の洗浄効果を得ることができる。例えば本発明は，フッ酸溶液により酸化膜をエッチングする場合や例えばリン酸溶液によって窒化膜をエッチングする場合，リン酸，酢酸，硝酸の混合液によってアルミニウムをエッチングする場合の後の洗浄処理に適用できる。その他，洗浄処理としては，ＡＰＭ溶液（アンモニア＋過酸化水素水＋純水）によりパーティクルの除去を行う場合や，ＨＰＭ溶液（塩酸＋過酸化水素水＋純水）により金属汚染を清浄する場合等に適用できる。
【００３７】
なお，スクラブ洗浄２３を回転させないでウェハＷに接触させて洗浄を行うことも可能である。また，スクラブ洗浄具は，ウェハＷの裏面のみならず，ウェハＷの表面を洗浄する基板洗浄装置や，さらにはウェハＷの表面及び裏面を同時に洗浄する基板洗浄装置にも同様に適用される。また，基板を上記した本発明の実施の形態にようにウェハに限定せずに，ＬＣＤ基板，ＣＤ基板，プリント基板，セラミック基板等であってもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば，パーティクル等の汚染物質の転写させずに基板を洗浄でき，洗浄効率が向上して洗浄時間を短縮できる。またメンテナンスサイクルが長くなり，稼働効率が向上する。また，基板に損傷を与えずに良好な洗浄を行うことができる。また，ブラシ自体に洗浄液を濾過するフィルタリング効果をもたせることが可能であり，浄化された洗浄液を基板に吐出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる基板洗浄装置を備えた洗浄システムの斜視図である。
【図２】本実施の形態にかかる基板洗浄装置の平面図である。
【図３】本実施の形態にかかる基板洗浄装置の縦断面図である。
【図４】スクラブアームの構成を概略的に示す縦断面図である。
【図５】本実施の形態にかかるスクラブ洗浄具の概略的な構成を示す縦断面図である。
【図６】ブラシ部材の部分拡大斜視図である。
【図７】他の実施の形態にかかるブラシ部材の部分拡大図である。
【図８】他の実施の形態にかかるスクラブ洗浄具の縦断面図である。
【図９】ループ状にした他の実施の形態にかかるスクラブ洗浄具の縦断面図である。
【図１０】ループ状にしたブラシ部材の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
Ｗ ウェハ
１ 洗浄システム
８ 基板洗浄装置
２１ スピンチャック
２４ スクラブアーム
６０ ノズルアーム
２３ スクラブ洗浄具
４５ 本体
４６ ブラシ部材
６１ ノズル

Claims (6)

1. 半導体ウェハまたはＬＣＤ基板を洗浄する洗浄具であって，
   糸状のブラシ部材を複数束ねた構成を有し，
   洗浄液を流通させる流路を有する短いブラシ部材と洗浄液を流通させる流路を有する長いブラシ部材を交互に配置したことを特徴とする，基板洗浄具。
2. 前記ブラシ部材は，表面から洗浄液を吐出可能であることを特徴とする，請求項１に記載の基板洗浄具。
3. 前記ブラシ部材は，中空の透水材質で形成されることを特徴とする，請求項１又は２に記載の基板洗浄具。
4. 前記ブラシ部材は，洗浄液を流通させる多数の流路を有することを特徴とする，請求項１又は２に記載の基板洗浄具。
5. 前記ブラシ部材は，中空に形成された本体の下面に複数本束ねられた状態で取り付けられ，
   前記本体内には，本体下面のブラシ部材に向かって均一に洗浄液を供給させる拡散板が設けられていることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の基板洗浄具。
6. 半導体ウェハまたはＬＣＤ基板を洗浄する装置であって，
   請求項１〜５のいずれかに記載の基板洗浄具を備えることを特徴とする，基板洗浄装置。

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