JP2002313767A

JP2002313767A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2002313767A
Application number: JP2001118149A
Authority: JP
Inventors: Kenya Ito; 賢也伊藤; Katsutaka Inoue; 雄貴井上
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】【課題】基板に対して効率的に洗浄等の処理をするこ
とのできる基板処理装置を提供する。【解決手段】表面と裏面を有する円板状の基板Ｗを支
持して回転させる回転支持体７と、第１の回転軸線ＡＸ
１回りを回転しながら前記表面に摺接する第１のロール
１と、第２の回転軸線ＡＸ２回りを回転しながら前記裏
面に摺接する第２のロール２であって、第２の回転軸線
ＡＸ２が第１の回転軸線ＡＸ１にほぼ平行で、且つ、基
板Ｗを挟むように第１のロール１に対向して設けられ
た、第２のロール２を備え、第１のロール１と第２のロ
ール２のうち少なくとも一方は、前記摺接する部分のロ
ールの回転軸線方向（ＡＸ１又はＡＸ２）の長さが基板
Ｗの直径Ｄのほぼ半分だけをカバーするように構成され
た基板処理装置。さらに前記一方のロールと基板Ｗとの
摺接部における摺動方向が、互いに反対方向であるよう
に構成すると、基板の被洗浄面にパーティクルが巻きこ
まれない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板の処理装置に
関し、特に半導体デバイス形成に用いられる基板に効率
的に洗浄等の処理をすることのできる処理装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体基板を洗浄する洗浄装置
として、図６に示すようなスクラブ洗浄装置があった。
この装置は、被洗浄物である半導体基板Ｗを保持して、
回転させるスピンチャック４０と、基板Ｗの面に平行な
軸の回りに回転するロールスポンジ４１と、基板Ｗの被
洗浄面に洗浄液を供給する洗浄液ノズル４２を有してい
る。ロールスポンジ４１は、支持駆動部４３によって回
転し、基板Ｗの表面を摺りながら洗浄する。また、通常
は不図示の別のロールスポンジが基板Ｗの裏側を洗浄す
るように備えられており、これら２本のロールで挟んで
ウエハの洗浄を行なっている。スピンチャック４０は、
基板Ｗの外周を支持しながら回転し、その回転力が基板
Ｗの外側面に伝達されて基板Ｗが回転するようになって
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の方
法によれば、基板の回転方向とロールスポンジの回転方
向との関係が２種類存在し、一方では図２（ａ）に示さ
れるように基板Ｗを洗浄しているが、他方では図２
（ｂ）に示されるように基板Ｗとロールスポンジとの間
にパーティクルを巻き込みこれを溜め込んでしまう結果
となっている。したがって、基板Ｗを効率よく洗浄でき
ない。

【０００４】そこで本発明は、基板に対して効率的に洗
浄等の処理をすることのできる基板処理装置を提供する
ことを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による基板処理装置は、例えば
図１に示すように、表面と裏面を有する円板状の基板Ｗ
を支持して回転させる回転支持体７と；第１の回転軸線
ＡＸ１回りを回転しながら前記表面に摺接する第１のロ
ール１と；第２の回転軸線ＡＸ２回りを回転しながら前
記裏面に摺接する第２のロール２であって、第２の回転
軸線ＡＸ２が第１の回転軸線ＡＸ１にほぼ平行で、且
つ、基板Ｗを挟むように第１のロール１に対向して設け
られた、第２のロール２を備え；第１のロール１と第２
のロール２のうち少なくとも一方は、前記摺接する部分
のロールの回転軸線方向（ＡＸ１又はＡＸ２）の長さが
基板Ｗの直径Ｄのほぼ半分だけをカバーするように構成
される。

【０００６】ほぼ半分だけというとき、一方のロール
は、典型的には基板の直径の端から基板の回転中心ＡＸ
３を若干越える範囲をカバーし、その延長上の部分はカ
バーしない。「少なくとも一方は」としたが、典型的に
は両ロールとも基板の直径のほぼ半分だけをカバーする
ように構成する。

【０００７】このように構成すると、第１のロールと第
２のロールのうち少なくとも一方は、前記摺接する部分
のロールの回転軸線方向の長さが基板の直径のほぼ半分
だけをカバーするように構成されるので、基板の回転方
向とロールの回転方向との関係が１種類になるように、
ロールと処理される基板の位置関係を設定することがで
きる。

【０００８】また請求項２に記載のように、請求項１に
記載の基板処理装置では、前記一方のロールと基板Ｗと
の摺接部における摺動方向は、互いに反対方向であるよ
うに構成するとよい。

【０００９】このように構成すると、摺動方向が逆であ
るので、基板の被洗浄面にパーティクルが巻きこまれな
い。ここで「互いに反対方向であるように」というと
き、ほとんどの部分で反対方向であればよく、僅かな部
分について同一方向となっていてもよい。

【００１０】また請求項３に記載のように、請求項１ま
たは請求項２に記載の基板処理装置では、第１のロール
１と第２のロール２の材料は、ロールスポンジであるも
のとしてもよい。

【００１１】さらに請求項４に記載のように、また例え
ば図３に示すように、請求項１乃至請求項３のいずれか
１項に記載の基板処理装置では、第１のロール１と第２
のロール２は、回転支持体７に載置される基板Ｗの外周
部に対応する部分が基板Ｗの中央部に対応する部分より
も太く形成するとよい。

【００１２】このように構成すると、第１のロール１と
第２のロール２は、回転支持体７に載置される基板Ｗの
外周部に対応する部分が基板Ｗの中央部に対応する部分
よりも太く形成されるので、基板の外周部の特にエッジ
及び側面をロールスポンジが摺ることができるようにな
る。

【００１３】ここで基板処理とは、例えば基板の洗浄で
あるが、その他基板のエッチングであってもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符
号を付し、重複した説明は省略する。

【００１５】図１（ａ）（ｂ）は、それぞれ、本発明に
よる実施の形態であるスクラブ洗浄装置の正面図及び斜
視図である。

【００１６】本スクラブ洗浄装置は、円板状の基板とし
てのウエハＷの周縁部を支持し回転させる回転支持体で
あるスピンチャック７を備えている。ウエハＷは、この
スピンチャック７で支持されて、その回転に伴い回転す
る。

【００１７】スピンチャック７は、鉛直方向の回転軸線
回りに回転する複数本（本実施の形態では６本）のスピ
ンドル７ａ〜７ｆを備えている。スピンドル７ａ〜７ｆ
は、ウエハＷの外周に沿うように、ある円周上に配置さ
れている。またスピンドル７ａ〜７ｆは、ウエハＷの周
囲に略等間隔に設けられている。

【００１８】図１（ｃ）にスピンドル７ａを代表として
示すように、スピンドル７ａ〜７ｆの上端部には、ウエ
ハＷの外周部を保持する駒１５が備えられている。スピ
ンドル７ａ〜７ｆと駒１５とには段差があり、スピンド
ル７ａ〜７ｆの上端部に形成された段にウエハＷが載置
されるように構成されており、駒１５の回転力がウエハ
Ｗの外周面に伝達されてウエハＷが回転するようになっ
ている。

【００１９】スピンチャック７により支持され回転する
ウエハＷの鉛直方向上方には、第１の回転軸線ＡＸ１回
りを回転する第１のロール１が備えられている。第１の
回転軸線ＡＸ１は、ウエハＷの表面に平行である。ロー
ル１はウエハＷの上方に延伸する回転軸１ｓと、回転軸
１ｓに取り付けられたロール本体１ａを有する。ロール
本体１ａは、回転軸１ｓに取り付けられた円板状のスポ
ンジストッパー１ｂ、１ｃによりスポンジを挟持して構
成されている。スポンジストッパー１ｂ、１ｃの直径
は、取り付け状態でスポンジの外径よりも小さいように
構成されている。

【００２０】また回転軸１ｓには、ロール本体１ａのス
ポンジ部にリンス液を供給する、内部リンス排出口１０
が明けられ、後述の内部リンス供給口８に通じる内部連
通穴（不図示）が加工されている。内部リンス排出口１
０から供給されるリンス液は、多孔質のスポンジを浸透
して、ウエハＷに到るように構成されている。

【００２１】前記第１のロール１は、基板Ｗに摺接する
部分であるロール本体１ａのスポンジ部分のロール回転
軸線ＡＸ１方向の長さが前記基板Ｗの直径Ｄのほぼ半分
だけをカバーするように構成されている。ほぼ半分だけ
というとき、ロール本体１ａのスポンジ部分は、典型的
には基板Ｗの直径Ｄの端から基板の回転中心ＡＸ３を若
干越える範囲をカバーし、その延長上の部分（基板の直
径の残りの部分）はカバーしないことを意味する。

【００２２】図１（ａ）を参照してさらに説明すれば、
ロール本体１ａは、スピンチャック７に載置して回転さ
れるウエハＷの回転中心線ＡＸ３を僅かに越えた位置
（図中右側）から、ウエハＷの外径Ｄを越えた位置（図
中左側）までをカバーしている。回転中心線ＡＸ３を越
える量は僅かとすべきである。ロールとウエハとの摺接
部における摺動方向が互いに反対方向ではない部分は最
小限とするのが好ましいからである。このように、ロー
ルとウエハとの摺接部における摺動方向が互いに反対方
向であるというとき、ロールとウエハの摺動方向は、ほ
とんどの部分で反対方向であればよく、僅かな部分につ
いて同一方向となっている場合も含む。

【００２３】回転軸１ｓの一方の端部、本実施の形態で
は第１のロール１のロール本体と反対の外側には、軸支
持体３が備えられ、回転軸１ｓを回転可能に支持してい
る。軸支持体３には、内部リンス供給口８が設けられ、
ここにリンス供給管（不図示）が接続されている。

【００２４】回転軸１ｓの他方の端部、第１のロール１
のロール本体の取り付けられた側の外側には、回転軸１
ｓを回転するためのモータ５が連結されている。モータ
５は、不図示のブラケットにより、軸支持体３と一体に
連結されている。また、モータ５と軸支持体３は、不図
示の上下駆動装置により、鉛直方向（図中矢印Ａの方
向）に上下移動可能に構成されている。

【００２５】このように構成された第１のロール１で
は、ロール本体１ａは、モータ５により回転軸線ＡＸ１
回りを回転しながら、ウエハＷの表面に摺接する。この
とき、ロール本体１ａがウエハＷに丁度摺接するよう
に、モータ５と軸支持体３が矢印Ａ方向に上下移動す
る。スピンチャック７は６本のスピンドル７ａ〜７ｆを
備えているので、ウエハＷは完全な円形状ではなく、例
えば切り欠き部であるオリエンテーションフラットが形
成されていても、問題無く回転支持することができる。

【００２６】一方、スピンチャック７により支持され回
転するウエハＷの鉛直方向下方には、第１の回転軸線Ａ
Ｘ１と平行な第２の回転軸線ＡＸ２回りを回転する第２
のロール２が備えられている。第２のロール２は第１の
ロール１と協働してウエハＷを挟むように、第１のロー
ル１に対向して設けられている。第２のロール２の構成
は、第１のロール１と同じ構成を有するので重複した詳
細な説明は省略する。第２のロール２は、回転軸２ｓ、
ロール本体２ａを有する。ロール本体２ａはロール本体
１ａと、ウエハＷを挟んで対称位置に設けられている。
したがって、ロール本体２ａは、ロール本体１ａとウエ
ハＷのちょうど反対側でウエハＷの裏面に接するように
構成されている。

【００２７】また回転軸２ｓには、回転軸１ｓと同様に
リンス液を供給する内部リンス排出口１０が明けられ、
後述の内部リンス供給口９に通じる内部連通穴（不図
示）が加工されている。

【００２８】回転軸２ｓには、軸支持体３に対応する軸
支持体４が取り付けられ、軸支持体４は、軸支持体３と
同様に、不図示の上下駆動装置により、鉛直方向（図中
矢印Ｂの方向）に上下移動可能に構成されている。軸支
持体４には、内部リンス供給口８に対応する内部リンス
供給口９が設けられている。

【００２９】回転軸２ｓには、モータ５に対応するモー
タ６が連結されている。モータ６は、不図示のブラケッ
トにより、軸支持体４と一体に連結されている。

【００３０】このように構成されたロール２では、ロー
ル本体２ａは、モータ６により回転軸線ＡＸ２回りを回
転しながら、ウエハＷの裏面に摺接する。このとき、ロ
ール本体２ａがウエハＷに丁度摺接するように、モータ
６と軸支持体４が矢印Ｂ方向に上下移動する点は、第１
のロールと同様である。

【００３１】スピンチャック７のウエハＷ支持面よりも
鉛直方向上方には、ウエハＷの表面に口を向けて洗浄液
ノズル１３が設けられており、鉛直方向下方には、ウエ
ハＷの裏面に口を向けて洗浄液ノズル１４が設けられて
いる。洗浄液ノズル１３、１４は、それぞれウエハＷの
表面と裏面に洗浄液である超純水を供給する。したがっ
て、洗浄液はノズル１３、１４及びリンス排出口１０か
らウエハＷに供給される。

【００３２】以上説明した構造を有する洗浄装置でウエ
ハを洗浄する方法を説明する。ウエハＷを本洗浄装置に
搬送し、回転支持体であるスピンチャック７の上に載置
する。次にスピンドル７ａ〜７ｆの回転を開始する。即
ち、ウエハＷの回転を開始する。回転数は５０〜３００
ｍｉｎ^−１とする。続けて、表裏面ロールスポンジ（ロ
ールブラシ）を回転させ、回転するロールスポンジを、
上下方向の移動によりウエハＷに接触させる。

【００３３】上記構成のスクラブ洗浄装置において、ス
ピンドル７ａ〜７ｆは駒１５をウエハＷの周縁部に押し
つけ、回転させることにより、ウエハＷを回転させる
が、図中、６個の駒１５のうち２個が回転力をウエハＷ
に与え、他の駒はウエハＷの回転を受けるベアリングの
働きをするようにしてもよい。但し回転力を与える駒の
数は適宜選べばよく、全ての駒１５に回転力を与えるよ
うにしてもよい。

【００３４】図１（ｂ）の斜視図に示すように、スピン
ドル７ａは上方から見て時計方向（図中矢印Ｒ１方向）
に回転しているので、ウエハＷは反時計方向（図中矢印
Ｒ２方向）に回転する。またウエハの表面を洗浄する第
１のロール１は、モータ５とは反対の方向から見たとき
時計方向（図中矢印Ｒ３方向）に回転し、裏面を洗浄す
る第２のロール２は、反時計方向（図中矢印Ｒ４方向）
に回転している。

【００３５】ウエハＷを回転させながら、ロールスポン
ジ（ブラシ）内部から洗浄液（純水や薬液）を少量供給
し、スポンジに洗浄液を含ませてウエハＷを洗浄する。
また、ノズル１３、１４から洗浄液をウエハＷに供給し
て洗浄してもよい。

【００３６】洗浄が終了したら、ロール１、２を退避さ
せる。その後、ウエハＷの回転を停止し、不図示のロボ
ットハンドによって、洗浄装置の外部に搬送する。

【００３７】本実施の形態の洗浄装置では、第１のロー
ル１と第２のロール２とを、ウエハＷの表面と裏面とに
対向して設けたので、ウエハＷを両面から押すことにな
り、ロールの押しつけによるウエハＷの変形を抑えるこ
とができる。

【００３８】図２の模式図を参照して、以上の実施の形
態の作用を説明する。（ａ）に示すように、第１のロー
ル１及び第２のロール２（ウエハＷの裏面側にあるが、
図２には不図示）とウエハＷとの摺接部における摺動方
向は、互いに反対方向である。即ち、図中左方向から右
方向に移動するウエハＷの上のパーティクルは中央部に
示された第１のロール１に向かう。第１のロール１は、
ウエハＷとは摺動方向が逆であるので、このパーティク
ルを迎えうってこれを掻き上げる。したがって、基板の
被洗浄面にパーティクルが巻きこまれず、第１のロール
はウエハＷの表面のパーティクルをウエハＷに溜め込む
ことがない。

【００３９】図２（ｂ）に比較例を示す。この場合は、
第１のロール１とウエハＷとの摺接部における摺動方向
は、互いに同じ方向である。即ち、図中右方向から左方
向に移動するウエハＷの上のパーティクルは中央部に示
された第１のロール１に向かう。第１のロール１は、こ
のパーティクルを迎えてこれを基板に巻き込む。したが
って、第１のロール１はウエハＷの表面のパーティクル
をウエハＷに溜め込むことになる。これと比較して、
（ａ）ではこのようなことがなく、ウエハＷを効率的に
洗浄できる。

【００４０】ロールスポンジの材料としては、例えばＰ
ＶＡ（ポリビニルアルコール）が適している。ＰＶＡを
原料としてこれにアルデヒド類を縮合して製造するＰＶ
Ａｔ（ポリビニルアセタール）、中でもＰＶＦ（ポリビ
ニルホルマール）を用いるのが好ましい。この材料は、
親水性に優れ、微細な連続気孔により、吸水性と保水性
を有し、被洗浄物を傷つけず、また凹凸面にも追従して
吸水むらがない。その他、ＰＰＳ、ＰＴＦＥなど耐薬品
性があり、また金属溶出のない材料を不職布状にしたも
のが、強固な汚れ、例えば熱がかかって固着したもの等
には有用である。

【００４１】以上の実施の形態では、洗浄装置として説
明したが、洗浄液の代わりにエッチング液を用いて、基
板処理装置としてのスクラブエッチング装置として構成
することもできる。このときも、前述のように、第１の
ロール１と第２のロール２が、摺接する部分のロールの
回転軸線方向の長さがウエハＷの直径のほぼ半分だけを
カバーするように構成されており、ロールとウエハＷと
の摺接部における摺動方向は、互いに反対方向であるよ
うな状態でエッチングするため、ウエハＷにパーティク
ルを巻き込むことなく、即ちパーティクルをウエハ上に
溜め込むことなく、ウエハＷの表面及び裏面をエッチン
グして、不要な銅等の付着物を除去することができる。

【００４２】図３の部分断面図を参照して、第２の実施
の形態を説明する。本実施の形態では、第１のロール１
と第２のロール２は、回転支持体７に載置されるウエハ
Ｗの外周部に対応する部分がウエハＷの中央部に対応す
る部分よりも太く形成されている。ここでは、ロールス
ポンジを取り付ける回転軸１ｓ、２ｓが、ウエハＷの外
径Ｄに相当する部分から外側（図中左側）に向かってテ
ーパをつけて太く形成されている。回転軸１ｓ、２ｓに
ロールスポンジを嵌合すると、結果として回転軸のテー
パをつけて太くなった部分に対応するロールスポンジ部
分が太く形成される。このように構成すると、ウエハＷ
の外周部の特にエッジ及び側面をロールスポンジが巻き
込む形となり、この部分を摺って洗浄することができ
る。このように構成すると、１工程でウエハＷの表面、
裏面、テーパ部、側面を洗浄することが可能となる。

【００４３】さらに説明すれば、回転軸１ｓ、２ｓは、
スピンチャック７に載置して洗浄するウエハＷの回転中
心軸線ＡＸ３から距離Ｌの位置までは一様な太さであ
り、距離Ｌの位置からテーパが始まり太くなっている。
ここでＬは、Ｄ／２にほぼ等しい。テーパの角度θは、
ウエハＷの外周のテーパの角度とほぼ同一とするのがよ
い。例えば約４５度とする。ロールスポンジでできたロ
ール本体１ａ、１ｂは、スピンチャック７に載置して洗
浄するウエハＷの回転中心軸線ＡＸ３を僅かに越えた位
置から、前記テーパ部までをカバーしている。

【００４４】図４の斜視図を参照して、本発明の別の実
施の形態を説明する。本実施の形態の装置は、ロール本
体１ａがロールホルダー２１に保持され、ロールホルダ
ー２１は旋回アーム２２に保持されている。旋回アーム
２２はロール本体１ａの回転軸線をウエハＷの表面に平
行に保ったまま、ロール本体１ａをウエハＷ上に移動
し、またウエハＷから退避させることができる。このよ
うに、ロールスポンジ（ロール本体）が基板の直径のほ
ぼ半分だけをカバーする長さであるため、旋回するアー
ムにロールスポンジを取り付けた装置に構成することが
できる。

【００４５】図５の表に、本発明の装置による洗浄結果
（実施例）と従来の装置による洗浄結果（比較例）とを
示す。この洗浄テストでは、素子を形成していない裸の
シリコンウエハ（ＢａｒｅＳｉ基板）に、Ｓｉ_３Ｎ_４
粒子を塗布することによってウエハを強制的に汚染し
て、公知の装置と本発明の実施の形態である洗浄装置と
で、それぞれ洗浄を行ない結果を比較した。ロールスポ
ンジの回転数とウエハの回転数は、同じ１００ｍｉｎ
^−１とした。ウエハの表面の粒子数を測定するのにはレ
ーザー反射式のごみ検査装置を使用した。またウエハ表
面の外周部３ｍｍは測定から除いた。

【００４６】表に示すように、洗浄前の汚染粒子数は、
比較例と実施例でほぼ同一であるが、洗浄後は、比較例
では２７３（比較例２）〜４５８（比較例３）個である
のに対して、実施例では８７（実施例３）〜１２０（実
施例１）となった。また図３に示す実施の形態の装置を
使用したので、表には結果の数字は示されていないが、
ウエハの側面も十分に洗浄された。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第１の
ロールと第２のロールのうち少なくとも一方は、前記摺
接する部分のロールの回転軸線方向の長さが基板の直径
のほぼ半分だけをカバーするように構成されるので、基
板の回転方向とロールの回転方向との関係が１種類にな
るように、ロールと処理される基板の位置関係を設定す
ることができる基板処理装置を提供することが可能とな
る。

【００４８】また、前記一方のロールと基板との摺接部
における摺動方向は、互いに反対方向であるように構成
するときは、摺動方向が逆であるので、基板の被洗浄面
にパーティクルが巻きこまれない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である基板洗浄装置
の正面図と斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態の作用を説明する模式図で
ある。

【図３】本発明の第２の実施の形態の基板洗浄装置の正
面部分断面図である。

【図４】本発明の別の実施の形態の基板洗浄装置の斜視
図である。

【図５】本発明の実施例と比較例の結果の表を示す図で
ある。

【図６】従来のスクラブ洗浄装置を示す斜視図である。

【符号の説明】

１第１のロール２第２のロール３、４軸支持体５、６モータ７スピンチャック１３、１４洗浄液ノズル１５駒Ｗウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3B116 AA03 AB01 AB33 AB47 BA02 BA08 BA12 BB21 CC01 3B201 AA03 AB01 AB33 AB47 BA02 BA08 BA12 BB21 BB92 CC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面と裏面を有する円板状の基板を支持
して回転させる回転支持体と；第１の回転軸線回りを回
転しながら前記表面に摺接する第１のロールと；第２の
回転軸線回りを回転しながら前記裏面に摺接する第２の
ロールであって、前記第２の回転軸線が前記第１の回転
軸線にほぼ平行で、且つ、前記基板を挟むように前記第
１のロールに対向して設けられた、第２のロールを備
え；前記第１のロールと第２のロールのうち少なくとも
一方は、前記摺接する部分のロールの回転軸線方向の長
さが前記基板の直径のほぼ半分だけをカバーするように
構成された；基板処理装置。
【請求項２】前記一方のロールと前記基板との摺接部
における摺動方向は、互いに反対方向であるように構成
された、請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】前記第１のロールと第２のロールの材料
は、ロールスポンジである、請求項１または請求項２に
記載の基板処理装置。
【請求項４】前記第１のロールと第２のロールは、前
記回転支持体に載置される基板の外周部に対応する部分
が該基板の中央部に対応する部分よりも太く形成されて
いる、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基
板処理装置。