JP2000015189A - ブラシ洗浄装置およびブラシ洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は被洗浄物をスポンジブラシで洗浄
する際、このスポンジブラシと被洗浄物とその相対速度
の変化を少なくして洗浄効果を高めることができるよう
にしたブラシ洗浄装置を提供することにある。 【解決手段】 回転駆動されるスポンジブラシ３１ａに
よって回転駆動される半導体ウエハ２２を洗浄するブラ
シ洗浄装置において、上記半導体ウエハを保持して回転
駆動する回転チャック１１と、回転駆動される上記スポ
ンジブラシを上記半導体ウエハの径方向に沿って移動さ
せる揺動機構３２と、上記スポンジブラシを上記揺動機
構による移動方向に対して所定の角度で傾斜させて保持
する揺動アーム３３とを具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体ウエハや液
晶ガラス基板などの被洗浄物を洗浄ブラシを用いて洗浄
するブラシ洗浄装置およびブラシ洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置や液晶製造装置などにお
いては、被洗浄物としての半導体ウエハやガラス基板に
回路パタ−ンを形成するリソグラフィプロセスがある。
このリソグラフィプロセスは、周知のように上記被洗浄
物にレジストを塗布し、このレジストに回路パタ−ンが
形成されたマスクを介して光を照射し、ついでレジスト
の光が照射されない部分（あるいは光が照射された部
分）を除去し、除去された部分をエッチングするなどの
一連の工程を数十回繰り返すことで回路パタ−ンを形成
するものである。

【０００３】上記一連の各工程において、上記被洗浄物
が汚染されていると回路パタ−ンを精密に形成すること
ができなくなり、不良品の発生原因となる。したがっ
て、それぞれの工程で回路パタ−ンを形成する際には、
レジストや塵埃などの微粒子が残留しない清浄な状態に
上記被洗浄物を洗浄するということが行われている。

【０００４】上記被洗浄物を洗浄する装置としては、複
数枚の半導体ウエハを洗浄液が収容された洗浄タンク内
に漬けて洗浄するバッチ方式と、１枚の被洗浄物を回転
させ、その被洗浄物に対して洗浄液を噴射させて洗浄す
る枚葉方式とがあり、被洗浄物の大型化にともない洗浄
効果の高い枚葉方式が用いられる傾向にある。

【０００５】枚葉方式の洗浄処理装置には被洗浄物を回
転させながら洗浄するスピン洗浄方式があり、このスピ
ン洗浄方式において、洗浄効果をより一層高めるために
は、回転駆動される被洗浄物の上面に洗浄ブラシとして
のスポンジブラシを接触させ、その接触部分に洗浄液を
供給して洗浄するということが知られている。

【０００６】従来、スポンジブラシを用いた洗浄装置に
おいては、上記スポンジブラシの回転軸線を上記被洗浄
物の洗浄される板面に対してほぼ垂直にし、スポンジブ
ラシの下端面全体を上記被洗浄物の板面の径方向中心部
に所定の圧力で接触させ、その状態で接触部分に洗浄液
を供給しながら上記スポンジブラシを被洗浄物の径方向
外方へ揺動（移動）させることで洗浄するようにしてい
た。

【０００７】ところで、図５に示すように、スポンジブ
ラシＳの下面全体を被洗浄物Ｗの板面に接触させた状態
で、被洗浄物Ｗを矢印Ｘで示す反時計方向に回転させ、
スポンジブラシＳを矢印Ｙで示す反時計方向に回転させ
てこのスポンジブラシＳを同図に矢印Ｄで示すように被
洗浄物Ｗの径方向中心部から外方へ移動させると、上記
スポンジブラシＳの移動方向に沿う径方向の一端のＡ点
側と、他端のＢ点側とでは、同図に矢印ａ，ｂで示すよ
うに被洗浄物Ｗの回転方向Ｘに対してＢ点側は同じ方向
となるものの、Ａ点側は逆方向となる。

【０００８】そのため、スポンジブラシＳの径方向のＡ
点側とＢ点側とでは被洗浄物Ｗに対する相対速度が大き
く異なるから、その状態でスポンジブラシＳを被洗浄物
Ｗの径方向に移動させて洗浄しても、被洗浄物の全面が
均一に洗浄されず、洗浄むらが生じるということがあっ
た。

【０００９】また、スポンジブラシＳの下面全体が被洗
浄物Ｗの板面に接触していると、洗浄時に被洗浄物Ｗの
板面とスポンジブラシＳの下端面との間に入り込んだパ
ーティクルが洗浄液によって排出されにくいため、十分
な洗浄効果が得られないということがあった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、被洗浄物
と洗浄ブラシとを互いに回転させながら接触させるとと
もに、上記洗浄ブラシを被洗浄物の径方向に移動させて
洗浄する場合、上記スポンジブラシの移動方向の一端側
と他端側とでは被洗浄物に対する相対的な回転方向、つ
まり相対速度が大きく異なる。それによって、洗浄効果
にむらが生じるということがあり、さらには被洗浄物と
洗浄ブラシとの間に入り込んだパーティクルが排出され
にくいため、洗浄効果が低下するなどのことがあった。

【００１１】この発明の目的とするところは、被洗浄物
の板面に対して洗浄ブラシを傾斜させて接触させること
で、被洗浄物と洗浄ブラシとの相対速度の変化を小さく
して被洗浄物を洗浄することができ、しかも被洗浄物と
洗浄ブラシとの接触部分にパーティクルが残留しにくい
ようにしたブラシ洗浄装置およびブラシ洗浄方法を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、回転
駆動される洗浄ブラシによって回転駆動される被洗浄物
を洗浄するブラシ洗浄装置において、上記被洗浄物を保
持して回転駆動する保持手段と、回転駆動される上記洗
浄ブラシを上記被洗浄物の径方向に沿って移動させる駆
動手段と、上記洗浄ブラシを上記駆動手段による移動方
向に対して所定の角度で傾斜させて保持する角度調整手
段とを具備したことを特徴とする。

【００１３】請求項２の発明は、回転駆動される洗浄ブ
ラシによって回転駆動される被洗浄物を洗浄するブラシ
洗浄方法において、上記洗浄ブラシを上記被洗浄物の径
方向中心部から外方へ移動させて被洗浄物を洗浄する際
に、上記洗浄ブラシを上記移動方向に対して傾斜させる
ことで、この洗浄ブラシの径方向の一端部を上記被洗浄
物に接触させることを特徴とする。

【００１４】請求項１と請求項２の発明によれば、洗浄
ブラシが移動方向に対して傾斜した状態でその径方向一
端部を被洗浄物に接触させて洗浄する。そのため、洗浄
ブラシの被洗浄物に接触する部位はこの被洗浄物に対し
て回転方向が一定であるから、相対速度が大きく変化し
て洗浄むらが生じるのを防止できるばかりか、洗浄ブラ
シの下端面の一部分だけが被洗浄物に接触していること
で、被洗浄物と洗浄ブラシとの間からパーティクルが排
出され易くなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図１乃至図３を参照して説明する。図１はこの発明のブ
ラシ洗浄装置としてのスピン処理装置を示す。このスピ
ン処理装置はスピンカップ１を備えている。このスピン
カップ１は上面が開放した有底状の下カップ１ａと、こ
の下カップ１ａに対してスライド自在に設けられ周壁の
上端部が径方向内方に向かって傾斜した上カップ１ｂと
からなり、この上カップ１ｂは図示しない駆動機構によ
って図に鎖線で示すように下降させることができるよう
になっている。

【００１６】上記下カップ１ａの底部には、周辺部に複
数の排出管２の一端が接続され、中心部には周囲がフラ
ンジ３によって囲まれた挿通孔４が形成されている。こ
の挿通孔４には支持軸５が挿通されている。この支持軸
５の上部は、スピンカップ１の内部に突出し、下端部
は、上記スピンカップ１の下方に配置されたベ−ス板６
に固定されている。上記排出管２は図示しない気水分離
器を介して吸引ポンプに接続されている。上記排出管２
に洗浄液、ミスト、気体が吸引されると、上記気水分離
器によって水分と気体とが分離され、水分は図示しない
廃液タンクへ排出されるようになっている。

【００１７】上記支持軸５には回転チャック１１が回転
自在に設けられている。この回転チャック１１は、中心
部に通孔１２ａが穿設された円盤状のベ−ス１２を有す
る。このベ−ス１２の下面、つまり上記通孔１２ａと対
応する位置には筒状の支持部１３が垂設されている。こ
の支持部１３は上記支持軸５に外嵌されていて、上部と
下部とがそれぞれ軸受１４によって上記支持軸５に回転
自在に支持されている。

【００１８】上記支持部１３の下端部の外周面には従動
プ−リ１５が設けられている。上記ベ−ス板６にはモ−
タ１６が設けられ、このモ−タ１６の回転軸１６ａには
駆動プ−リ１７が嵌着されている。この駆動プ−リ１７
と上記従動プ−リ１５とにはベルト１８が張設されてい
る。したがって、上記モ−タ１６が作動すれば、上記支
持部１３と一体に上記回転チャック１１が回転駆動され
るようになっている。

【００１９】上記ベ−ス１２の上面には周方向に９０度
間隔で４本の支柱１９が立設されている。各支柱１９の
上端部には支持ピン２１ａと、この支持ピン２１ａより
も外方で、しかも支持ピン２１ａよりも背の高い係合ピ
ン２１ｂとが突設されている。

【００２０】上記支柱１９の上端には、被洗浄物として
たとえば半導体ウエハ２２が周辺部の下面を支持ピン２
１ａに支持され、外周面を上記係合ピン２１ｂに係合さ
せて着脱可能に保持される。したがって、上記半導体ウ
エハ２２は回転チャック１１と一体的に回転駆動される
ようなっている。

【００２１】上記支持軸５には、上端に支持軸５よりも
大径で、円錐状をなした頭部５ａが設けられている。こ
の支持軸５には、先端を上記頭部５ａの上面に開口させ
たＮ₂ などの不活性ガスのガス供給路３０と、先端を同
じく上記頭部５ａの上面にノズル孔３２ａを介して開口
させた洗浄液供給路３０ａとが軸方向に沿って形成され
ている。上記ガス供給路３０は図示しないガス供給源に
連通し、上記洗浄液供給路は同じく図示しない洗浄液の
供給源に連通している。

【００２２】上記ガス供給路３０に供給された不活性ガ
スと、上記洗浄液供給路３０ａに供給された洗浄液は、
それぞれ上記半導体ウエハ２２の下面に向かって噴射さ
れるようになっている。

【００２３】上記回転チャック１１に保持される半導体
ウエハ２２の上面側には、この半導体ウエハ２２の上面
を洗浄するための洗浄ツ−ル３１が配置されている。こ
の洗浄ツ−ル３１は、洗浄ブラシとしてのディスク状の
スポンジブラシ３１ａと、下面にこのスポンジブラシ３
１ａが取着された円柱状の取付け部材３１ｂと、この取
付け部材３１ｂを回転駆動する回転軸３１ｄを有する回
転モ−タ３１ｃとから構成されている。

【００２４】上記洗浄ツール３１は駆動手段としての揺
動機構３２によって上記半導体ウエハ２２の径方向に沿
って揺動駆動されるようになっている。つまり、揺動機
構３２は水平に配置された中空円筒状の揺動ア−ム３３
を有する。この揺動ア−ム３３の先端部内には洗浄ツ−
ル３１の回転モ−タ３１ｃが内蔵されている。この回転
モータ３１ｃの回転軸３１ｄは上記揺動ア−ム３３の下
面から突出し、そこには上記スポンジブラシ３１ａが取
付け部材３１ｂに着脱自在に取り付けられている。

【００２５】上記揺動ア−ム３３には図示しない洗浄液
の供給源に接続された供給管３５が挿通されている。こ
の供給管３５の先端部は上記揺動ア−ム３３の先端部か
ら下方に向かって導出され、その先端開口は上記スポン
ジブラシ３１ａの外周面に向けられている。したがっ
て、上記第１の供給管３５からは洗浄液がスポンジブラ
シ３１ａの径方向外方から供給されるようになってい
る。

【００２６】上記揺動アーム３３は軸線を垂直にした揺
動軸３６の上端が連結された基端部３３ａと、この基端
部３３ａに対して上記揺動アーム３３の軸線方向を中心
として角度調整自在に取り付けられた先端部３３ｂとに
分割され、この先端部３３ｂに上記洗浄ツール３１が設
けられている。

【００２７】すなわち、上記基端部３３ａの先端と、上
記先端部３３ｂの後端とには図２に示すようにそれぞれ
フランジ６１，６２が設けられている。基端部３３ａの
フランジ６１には周方向に１８０度の間隔で一対のボル
ト６３がそのねじ部を先端部３３ｂ側に突出させて固着
され、先端部３３ｂのフランジ６２には一対の長孔６４
が周方向に所定の範囲の角度で形成されている。

【００２８】上記一対のボルト６３はねじ部が上記長孔
６４に挿通され、長孔６４から突出したねじ部にはナッ
ト６５が螺合されている。したがって、上記ナット６５
を緩めれば、上記揺動アーム３３の先端部３３ｂを基端
部３３ａに対して回動させることができ、締め付けれ
ば、所定の角度で固定できるようになっている。

【００２９】上記先端部３３ｂは、図３に実線で示すよ
うに洗浄ツール３１の軸線を垂直にした傾斜角度０の状
態から同図に鎖線で示す左右方向へ所定の角度、たとえ
ば３０度の角度で傾斜させることができるよう、上記長
孔６４は周方向に沿う長さが設定されている。つまり、
洗浄ツール３１は、上記揺動アーム３３を揺動させたと
きの上記半導体ウエハ２２の径方向に沿う移動方向に傾
斜させることができるようになっている。

【００３０】なお、揺動アーム３３を基端部３３ａと先
端部３３ｂとに分割して洗浄ツール３１の角度を調整す
る角度調整手段としたが、揺動アーム３３を分割せず、
この揺動アーム３３の先端部に上記洗浄ツール３１を角
度調整自在に設けることで、角度調整手段を構成するよ
うにしてもよい。

【００３１】上記揺動ア−ム３３の基端部３３ａは軸線
を垂直にした揺動軸３６の上端に連結されている。この
揺動軸３６の下端部は上記ベ−ス板６に形成された通孔
６ａからその下方へ突出している。

【００３２】上記揺動軸３６の下端部は、上下動自在に
設けられた支持体３７に回転自在に支持されている。こ
の支持体３７は中空箱型状をなしていて、その上部壁に
は上記揺動軸３６を挿通するための挿通孔３８が形成さ
れ、内部には上記挿通孔３８から挿入された揺動軸３６
の下端部を回転自在に支持するための軸受３９が設けら
れている。揺動軸３６の下端は上記軸受３９から突出
し、そこには従動プ−リ４０が嵌着されている。

【００３３】上記支持体３７の一側面には一対のガイド
４１が上下方向に沿って所定間隔で設けられ、このガイ
ド４１はレ−ル４３にスライド自在に係合している。こ
のレ−ル４３は上記ベ−ス板６の下面に垂設された取付
板４２の一側面に上下方向に沿って設けられている。

【００３４】上記取付板４２には上下駆動源としてのリ
ニアモ−タ４４が設けられている。このリニアモ−タ４
４の駆動軸４４ａは上記支持体３７の下端面にブラケッ
ト４５を介して連結されている。したがって、リニアモ
−タ４４が作動すれば、上記支持体３７を介して上記揺
動ア−ム３３が上下駆動されるようになっている。

【００３５】つまり、揺動ア−ム３３が下降すると、上
記スポンジブラシ３１ａは上記回転チャック１１に保持
された半導体ウエハ２２の上面に所定の接触距離で接触
し、上カップ１ｂよりも上方に上昇すると、スポンジブ
ラシ３１ａとともにスピン処理装置の外方へ揺動可能と
なる。

【００３６】上記支持体３７の他側には上記リニアモ−
タ４４とで駆動手段を構成する揺動駆動部４６が設けら
れている。この揺動駆動部４６は上記支持体３７の他側
面に取付けられた収納ボックス４７を有する。この収納
ボックス４７の下面にはモ−タ４８が設けられている。
このモ−タ４８の回転軸４８ａは上記収納ボックス４７
内に突出し、この内部に設けられた減速部４９に連結さ
れている。この減速部４９の出力軸５５には駆動プ−リ
５２が嵌着されている。

【００３７】上記支持体３７と上記収納ボックス４７と
の内部空間は開口部５３によって連通している。上記開
口部５３には、上記駆動プ−リ５２と従動プ−リ４０と
に張設されたタイミングベルト５０が挿通されている。

【００３８】したがって、上記モ−タ４８が作動して上
記減速部４９の出力軸５５が正逆方向に駆動されると、
その回転がタイミングベルト５０を介して揺動軸３６に
伝達されるから、この揺動軸３６とともに揺動ア−ム３
３の先端部３３ｂに設けられたスポンジブラシ３１ａが
半導体ウエハ２２の表面を径方向に沿って揺動するよう
になっている。

【００３９】上記揺動軸３６の揺動駆動、上記揺動ア−
ム３３の上下駆動および上記洗浄ツ−ル３１の回転駆動
は制御装置５４によって制御されるようになっている。
つぎに、上記構成のスピン処理装置によって半導体ウエ
ハ２２を洗浄処理するときの工程を説明する。

【００４０】まず、揺動アーム３３の先端部３３ｂを基
端部３３ａに対して左右方向、つまり上記揺動アーム３
３の揺動方向に対して所定の角度、たとえば図３におけ
る右方向に３０度の角度で傾斜させる。

【００４１】スピン処理装置の回転チャック１１に半導
体ウエハ２２が供給保持したならば、揺動駆動部４６の
モ−タ４８を作動させて揺動ア−ム３３を上記スピン処
理装置の上方の半導体ウエハ２２の径方向中心部に揺動
位置決めする。

【００４２】ついで、揺動ア−ム３３の先端部に設けら
れたスポンジブラシ３１ａを回転させるとともに供給管
３５から洗浄液を噴射させながらリニアモ−タ４４を作
動させて揺動ア−ム３３を所定距離だけ下降させる。

【００４３】それによって、上記スポンジブラシ３１ａ
は、図４に示すように３０度の角度で傾斜した状態で回
転チャック１１に保持された半導体ウエハ２２の径方向
中心部の上面に所定圧で接触するとともに、その接触部
分には上記供給管３５から洗浄液が供給される。その状
態で回転チャック１１を低速で回転させるとともに、上
記揺動ア−ム３３を上記半導体ウエハ２２の径方向中心
Ｏから外方に向かって揺動駆動すれば、スポンジブラシ
３１ａは、図４に矢印Ｄで示すように上記半導体ウエハ
２２の上面で径方向中心部から外方へ移動するから、こ
の半導体ウエハ２の上面が洗浄されることになる。

【００４４】スポンジブラシ３１ａが半導体ウエハ２２
の上面から外れたならば、このスポンジブラシ３１ａを
上昇させてから半導体ウエハ２２の径方向中心部へ戻
し、ついで下降させて接触させたならば、径方向外方へ
移動させるということを繰り返すことで、上記半導体ウ
エハ２２をより一層確実に洗浄することができる。

【００４５】上記スポンジブラシ３１ａは半導体ウエハ
２２の板面に対して３０度の角度で傾斜して移動するこ
とで、図４に示すようにその径方向の一端部だけが弾性
変形して上記半導体ウエハ２２の板面に接触する。

【００４６】それによって、上記スポンジブラシ３１ａ
の半導体ウエハ２２に接触した一端部は、半導体ウエハ
２２の全面をほぼ同じ条件、とくに半導体ウエハ２２の
回転方向に対して一定の回転方向で接触して洗浄するこ
とになる。

【００４７】それによって、スポンジブラシ３１ａが半
導体ウエハ２２の径方向外方へ移動することで、この半
導体ウエハ２２の周速度の変化によって相対速度は多少
変化するものの、半導体ウエハ２２と、この半導体ウエ
ハ２２に接触するスポンジブラシ３１ａとの相対速度
は、スポンジブラシ３１ａの下面全体を接触させた図４
のＡ点とＢ点のように径方向一端と他端とで大きな差異
が生じるということがなくなる。そのため、半導体ウエ
ハ２を全面にわたってほぼ均一な清浄度で洗浄すること
ができる。

【００４８】しかも、上記スポンジブラシ３１ａは図４
に示すように移動方向Ｄに対して所定の角度で傾斜して
いるから、その径方向の一端部だけが半導体ウエハ２２
の板面に接触する。そのため、このスポンジブラシ３１
ａによって半導体ウエハ２２の上面から除去されたパー
ティクルは、スポンジブラシ３１ａと半導体ウエハ２２
との接触面間に残留しにくい。つまり、これらの接触部
分に供給される洗浄液によって接触部分あるいはスポン
ジブラシ３１ａから排出除去され易いため、そのことに
よっても洗浄効果を高めることができる。

【００４９】なお、上記一実施の形態では被洗浄物とし
て半導体ウエハを挙げたが、半導体ウエハに代わり液晶
用ガラス基板を洗浄する場合にもこの発明を適用するこ
とができる。

【００５０】

【発明の効果】請求項１と請求項２の発明によれば、洗
浄ブラシを移動方向に対して傾斜させることで径方向一
端部を被洗浄物に接触させ、その状態で被洗浄物の径方
向中心部から外方へ移動させて被洗浄物を洗浄するよう
にした。

【００５１】そのため、洗浄ブラシと被洗浄物との相対
速度が大きく変化するのを防止して被洗浄物を洗浄する
ことができるから、被洗浄物に洗浄むらが生じるのを抑
制することができるばかりか、洗浄ブラシの下端面の径
方向の一端部だけが被洗浄物に接触していることで、被
洗浄物と洗浄ブラシとの間からパーティクルが排出され
易くなるから、これらのことによって被洗浄物の洗浄効
果を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態の全体構成を示す平面
図。

【図２】同じく洗浄アームの基端部と先端部との連結部
分の拡大断面図。

【図３】同じく洗浄ブラシの軸線を傾斜させて半導体ウ
エハに接触させた状態の説明図。

【図４】同じくスポンジブラシを半導体ウエハの上面に
接触させて径方向外方へ移動させるときの説明図。

【図５】同じくスポンジブラシの下面全体を半導体ウエ
ハに接触させた従来の洗浄方向の説明図。

【符号の説明】

１１…回転チャック（保持手段） ２２…半導体ウエハ（被洗浄物） ３１ａ…スポンジブラシ（洗浄ブラシ） ３２…揺動機構（駆動手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動される洗浄ブラシによって回転
   駆動される被洗浄物を洗浄するブラシ洗浄装置におい
   て、 上記被洗浄物を保持して回転駆動する保持手段と、 回転駆動される上記洗浄ブラシを上記被洗浄物の径方向
   に沿って移動させる駆動手段と、 上記洗浄ブラシを上記駆動手段による駆動方向に対して
   所定の角度で傾斜させて保持する角度調整手段とを具備
   したことを特徴とするブラシ洗浄装置。
2. 【請求項２】 回転駆動される洗浄ブラシによって回転
   駆動される被洗浄物を洗浄するブラシ洗浄方法におい
   て、 上記洗浄ブラシを上記被洗浄物の径方向中心部から外方
   へ揺動させて被洗浄物を洗浄する際に、上記洗浄ブラシ
   を上記揺動方向に対して傾斜させることで、この洗浄ブ
   ラシの径方向の一端部を上記被洗浄物に接触させること
   を特徴とするブラシ洗浄方法。