JP2003007666A

JP2003007666A - 基板洗浄装置

Info

Publication number: JP2003007666A
Application number: JP2001195267A
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: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-10

Abstract

(57)【要約】【課題】洗浄具が揺動アームにより揺動しながら洗浄
する従来のペンシル型スクラブ洗浄装置に比較し、短い
洗浄時間で基板の洗浄ができる基板洗浄装置を提供す
る。【解決手段】基板保持回転機構１２に保持され回転す
る基板１１の表面に洗浄具１４を摺接させて洗浄する基
板洗浄装置であって、洗浄具１４の中心を通る第１の軸
Ａと、該第１の軸Ａと平行な第２の軸Ｂを備え、洗浄具
１４を該第２の軸Ｂ周りに公転させる洗浄具公転機構を
備え、洗浄具１４を第１の軸周りに自転させる洗浄具自
転機構を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板等の基
板の洗浄装置に関し、特に公知のペンシル型スクラブ洗
浄装置と比較し、短時間で同等の洗浄を行うことができ
る基板洗浄装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１は公知のペンシル型スクラブ洗浄装
置の概略構成を示す図である。ペンシル型スクラブ洗浄
装置は、半導体基板等の基板１を保持して所要の回転数
で水平回転する基板保持回転機構２、ＰＶＡスポンジか
らなる洗浄部材３を貼り付けた回転可能な洗浄具４と、
先端に該洗浄具４を有する昇降可能な揺動アーム５と、
基板１の表面（被洗浄面）に洗浄液を噴射する洗浄液ノ
ズル６とを具備している。洗浄具４は回転軸７により揺
動アーム５の先端部に支持され、所定回転数で回転する
ようになっている。

【０００３】基板保持回転機構２で支持され回転する基
板１の表面に接触して独立して回転する洗浄具４を揺動
アーム５によって基板１に所定の圧力で押し付けるとと
もに、揺動アーム５を基板１の外周部まで所定の速度で
揺動させることにより基板１をスクラブ洗浄する。

【０００４】上記のように現在公知のペンシル型スクラ
ブ洗浄装置は、基板１の端から中心部へ、また基板１の
端から端へ、あるいは中心部から端へ洗浄具４を回転さ
せながら揺動させ基板１の表面を洗浄する方式となって
いる。この方式では、基板１の全体を洗浄するために洗
浄部材３を有する洗浄具４を揺動させなければならな
い。そのため、洗浄に時間がかかる。

【０００５】一般的に、揺動速度は２０ｍｍ／ｓｅｃ程
度で、例えば、２００ｍｍ半導体基板では基板の端部か
ら端部まで洗浄具４が移動するのに約１０秒かかる。通
常は、基板の表面を１．５往復するので、洗浄時間は３
０秒程かかる。また、３００ｍｍ半導体基板では、上記
の条件で洗浄すると、４５秒かかることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、洗浄具が揺動アームにより揺動し
ながら洗浄する従来のペンシル型スクラブ洗浄装置に比
較し、短い洗浄時間で基板の洗浄ができる基板洗浄装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、基板保持回転機構に保持され
回転する基板の表面に洗浄具を摺接させて洗浄する基板
洗浄装置であって、洗浄具の中心を通る第１の軸と、該
第１の軸と平行な第２の軸を備え、洗浄具を該第２の軸
周りに公転させる洗浄具公転機構を備えたことを特徴と
する。

【０００８】上記のように洗浄具が第２の軸周りに公転
して基板を洗浄する構成であり、従来のペンシル型スク
ラブ洗浄装置のように、揺動アームにより洗浄具を基板
の端から中心部へ、また基板の端から端へ、あるいは中
心部から端へ移動させながら基板の表面を洗浄する構成
ではないから、後に洗浄結果例で示すように短時間で基
板を洗浄できる。特に洗浄具を公転させることにより、
基板の中心付近での洗浄具と基板の相対速度が従来のも
のに比較して大きくなるため、この部分の洗浄効果が向
上し、全体の洗浄効率が向上するものと考えられる。

【０００９】請求項２に記載の発明は請求項１に記載の
基板洗浄装置において、基板の回転方向と、洗浄具の公
転方向が同一であることを特徴とする。

【００１０】上記のように基板の回転方向と、洗浄具の
公転方向が同一であるから、洗浄具が基板の被洗浄面を
滑らかに摺動し、洗浄具に余分な摩擦力を与えることな
く、基板の被洗浄面に付着する塵埃等を効率よく洗浄除
去することができる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の基板洗浄装置において、洗浄具を第１の軸周り
に自転させる洗浄具自転機構を備えたことを特徴とす
る。

【００１２】上記のように洗浄具を第１の軸周りに自転
させることにより、基板の被洗浄面に付着する塵埃等を
更に効率よく洗浄除去することができる。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の基板洗浄装置において、基板の回転方向と、洗浄具の
自転方向が同一であることを特徴とする。

【００１４】上記のように基板の回転方向と、洗浄具の
自転方向が同一であるから、洗浄具が基板の被洗浄面を
滑らかに摺動し、洗浄具に余分な摩擦力を与えることな
く、基板の被洗浄面に付着する塵埃等を効率よく洗浄除
去することができる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４
のいずれか１項に記載の基板洗浄装置において、洗浄具
が公転により基板に摺接する円の径が該基板の略端部か
ら該基板の中心をカバーすることを特徴とする。

【００１６】上記のように洗浄具が公転により基板に摺
接する円の径が該基板の略端部から該基板の中心をカバ
ーするので、基板の被洗浄面の全面をむらなく洗浄する
ことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図２及び図３は本発明に係る基
板洗浄装置の構成を示す図で、図２は外観斜視図、図３
は平面図である。図示するように、基板洗浄装置は、半
導体基板等の基板１１の外周を複数の保持爪１２ａで保
持し軸Ｃを中心に水平方向に所要の回転数で水平方向に
回転する基板保持回転機構１２、ＰＶＡスポンジからな
る洗浄部材１３を先端に貼り付けた回転可能な洗浄具１
４と、先端に該洗浄具１４を回転自在に支持する旋回ア
ーム１５と、先端に該旋回アーム１５の後端を支持する
回転軸１６と、先端に該回転軸１６を回転自在に支持す
るアーム１７を具備する構成である。

【００１８】洗浄具１４は後に説明する洗浄具自転機構
によりその中心を通る第１の軸Ａを中心に所定の回転数
で自転できるようになっており、回転軸１６は後に説明
する洗浄具公転機構により第１の軸Ａに平行な第２の軸
Ｂを中心に回転できるようになっている。この第２の軸
Ｂを中心に回転軸１６が回転することにより、洗浄具１
４は該第２の軸Ｂ周りに公転するようになっている。第
１の軸Ａ及び第２の軸Ｂは基板１１に対して略垂直であ
り、基板の洗浄中、第２の軸Ｂは基板を貫くような位置
にある。アーム１７の後端は回動軸１８に支持されてい
る。該回動軸１８は図示しないシリンダ等の昇降機構に
より昇降できると共に、アーム１７を矢印Ｈに示すよう
に旋回させその先端の回転軸１６が基板１１の外側の待
避位置から基板１１上方の所定位置に移動させ位置させ
ることができるようになっている。

【００１９】基板１１の回転方向Ｄと洗浄具１４の公転
方向Ｆが同一であり、基板１１の回転方向Ｄと洗浄具１
４の自転方向Ｅが同一である。また、洗浄具１４が公転
により基板１１に摺接して形成する円（公転円）Ｇの径
は基板１１の略端部から基板１１の中心をカバーするよ
うに設定されている。

【００２０】上記構成の基板洗浄装置において、基板１
１の洗浄に際しては、アーム１７を待避位置から矢印Ｈ
に示すように旋回させ回転軸１６が基板１１の上方の所
定位置（基板１１の外周と中心の中間位置）に位置させ
る。更に該アーム１７を下降させて洗浄具１４の洗浄部
材１３を基板１１の被洗浄面に接触させると共に、洗浄
液ノズル１９から該被洗浄面に洗浄液を噴射し、更に洗
浄具１４を第１の軸Ａを中心に所定の回転数で自転させ
ると共に、第２の軸Ｂ周りに所定の回転数で公転させ
る。この時基板１１は基板保持回転機構１２により所定
の回転数で回転している。洗浄が終了したら、アーム１
７を上昇させると共に、待避位置まで旋回させる。その
後、基板保持回転機構１２を高速回転させ、基板１１の
表面に付着する洗浄液を遠心力により飛散させ乾燥、即
ちスピン乾燥させる。

【００２１】上記のように本発明に係る基板洗浄装置
は、洗浄具１４を揺動させずに、基板１１の被洗浄面全
体を洗浄できるため短時間で洗浄が可能となる。例えば
２００ｍｍ半導体基板では、洗浄時間は１０秒で十分で
ある。また、３００ｍｍ半導体基板に対しても２０秒の
洗浄時間で十分である。従って、上記従来のペンシル型
スクラブ洗浄装置に比べて洗浄時間を大幅に短縮でき
る。

【００２２】実際の洗浄においては、ロボットで搬送さ
れた基板１１の外周を基板保持回転機構１２の複数の保
持爪１２ａで保持し、基板１１の回転を開始（回転数１
００〜１５００ｒｐｍ）し、洗浄液ノズル１９から純水
を基板１１の被洗浄面へ噴射する（この洗浄液ノズル１
９の数は図では１個であるが複数でもよく、また洗浄液
は純水に限定されるものではなく、必要に応じて酸やア
ルカリ等の薬液を噴射してもよい。）次に洗浄具１４を
待避位置から洗浄位置に移動する。続いて、洗浄具１４
を自転及び公転させながら、基板１１の被洗浄面に接触
させ洗浄を開始する。

【００２３】この時、基板１１の回転数、洗浄具１４の
自転の回転数、洗浄具１４の公転の回転数を、例えばそ
れぞれ１０００ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、１００ｒｐｍと
する。洗浄終了後は基板保持回転機構１２により基板１
１を２０００ｒｐｍで３０秒間回転させスピン乾燥す
る。

【００２４】以下、公知のペンシル型スクラブ洗浄装置
と本発明に係る基板洗浄装置による半導体基板の洗浄実
験例の結果を説明する。図４は基板の洗浄結果例を示す
図である。ここでは８インチ（２００ｍｍ）のシリコン
基板の表面にシリカ粒子を散布し、該シリコン基板の表
面を強制的に汚染させたサンプルを洗浄するテストを行
った。シリコン基板表面上のシリカ粒子（０．２μｍ以
上の粒子）の個数を洗浄前と洗浄後で測定した。シリカ
粒子の個数測定はレーザー反射式の異物測定機を使用し
た。測定した範囲は、基板の最外周から３ｍｍより内側
とした。また、洗浄条件は下記のようにした。

【００２５】〔洗浄条件〕〔公知のペンシル型スクラブ洗浄装置〕・基板回転数：１０００ｒｐｍ・洗浄具の揺動速度：２０ｍｍ／ｓｅｃ１．５往復→洗浄時間３０ｓｅｃ０．５往復（片道）→１０ｓｅｃ・洗浄具自転回転数：１００ｒｐｍ〔本発明に係る基板洗浄装置〕・基板回転数：１０００ｒｐｍ・洗浄具自転回転数：１００ｒｐｍ・洗浄具公転回転数：１００ｒｐｍ・洗浄時間：１０ｓｅｃ

【００２６】図４から明らかなように、本発明に係る基
板洗浄装置によれば、１０秒の洗浄時間で公知のペンシ
ル型スクラブ洗浄装置による３０秒の洗浄時間と同程度
の洗浄効果の洗浄が可能である。

【００２７】公知のペンシル型スクラブ洗浄装置では、
洗浄具を揺動スキャンさせて洗浄するため洗浄に時間が
かかり、特に基板の径が３００ｍｍになるとＣＭＰなど
の統合型装置に組み込んだ際にスループットに影響を与
えつつある。このため洗浄装置の洗浄時間を短縮するこ
とが必要になってきている。従って、本発明に係る基板
洗浄装置は、エッチング装置やＣＭＰ装置などの統合型
装置に組み込んだ際にも、スループットの低下などの悪
影響を与えることなく、優れた作用効果を発揮すること
が期待できる。

【００２８】また、本発明に係る基板洗浄装置は、従来
のペンシル型スクラブ洗浄装置に比べて洗浄時間を１／
３（２００ｍｍの基板の場合）に短縮することが可能で
あり、これは上述のように、実験的に従来と同程度の洗
浄結果となるようにする洗浄時間が１／３で済むという
結果が得られている。洗浄具１４の公転により、基板１
１の中心付近での洗浄具１４と基板１１の相対的速度が
従来のものと比べて大きくなるため、この部分の洗浄効
率は上昇する。これも洗浄時間の短縮の一因であると思
われる。

【００２９】また、本発明に係る基板洗浄装置におい
て、洗浄具１４が基板１１に摺接して公転することによ
り形成される公転円の径は、基板の中心を含み、保持爪
１２ａと洗浄具１４が干渉しない範囲でできる限り外周
部までをカバーするのが望ましい。図２及び図３では、
基板保持回転機構１２として基板１１の外周部（エッ
ジ）を保持爪で挟持するタイプの基板保持回転機構１２
を使用しており、基板保持回転機構１２は基板１１と共
に回転する。洗浄具１４と保持爪１２ａの接触を防ぐた
め、洗浄具１４の公転径は基板１１の中心から最外周ま
でカバーしないようになっている。

【００３０】これに対して、図５に示すように、各々の
軸周りに回転して基板１１に回転力を伝える複数のスピ
ンドル２１による基板保持回転機構２０を用いれば、基
板１１の最外周まで洗浄することが可能になるが、該基
板保持回転機構２０は基板１１のスピン乾燥に適当でな
いため、基板１１の乾燥には別の装置が必要になる。ま
た、これとは逆に公転円の径をそれほど大きくせず、ア
ーム１７を揺動させ、旋回アーム１５及び回転軸１６を
含む洗浄具１４を揺動させることにより、基板１１の被
洗浄面全体を洗浄できるように構成することも可能であ
る。

【００３１】洗浄具１４の洗浄部材１３、即ち基板１１
の被洗浄面に摺接する部材としては、スポンジやブラ
シ、不織布などが適用可能であり、耐食性に優れた材質
であることが望ましく、ＰＶＡスポンジが好適である。
また、洗浄具１４の直径は典型的には基板１１の直径の
１／４以下とするのがよい。

【００３２】図６乃至図８は洗浄具を公転させる公転機
構及び自転させる自転機構の構成例を示す図である。図
６は洗浄具１４を自転させずに公転させる公転機構の構
成例を示す図である。図６において、洗浄具１４は旋回
アーム１５の先端部にビス２２で取り付け固定されてい
る。また、旋回アーム１５の後端部は回転軸１６の下端
にボルト２３で固定されている。

【００３３】旋回アーム１７はアーム本体１７−２の上
方をカバー１７−１で覆った構造であり、上記回転軸１
６はアーム本体１７−２に上下に配置されたベアリング
１７−３、１７−４で回転自在に支持されている。ま
た、アーム本体１７−２の下方に位置する回転軸１６は
カバー１７−５で覆われている。回転軸１６の上端部に
はプーリ１７−６が固定され、該プーリ１７−６とアー
ム１７の後端部に配置されたプーリ１７−７の間にベル
ト１７−８が懸架されている。

【００３４】プーリ１７−７はモータＭ２の回転軸に固
定され、モータＭ２を回転させることにより、その回転
力はベルト１７−８を介してプーリ１７−６に伝達さ
れ、回転軸１６が回転する。これにより、洗浄具１４は
回転軸１６を中心に回転（公転）する。

【００３５】図７及び図８は洗浄具１４を自転及び公転
させる自転及び公転機構の構成例を示す図である。図７
において、洗浄具１４はその回転軸２５がベアリング２
４により旋回アーム１５の先端部に回転自在に支持され
ており、該回転軸２５は旋回アーム１５の先端部に搭載
されたモータＭ１の回転軸に連結されている。モータＭ
１の回転により、洗浄具１４は回転（自転）する。旋回
アーム１５の後端部は回転軸１６の下端に固定され、該
回転軸１６は図６の場合と同様、ベアリング１７−３、
１７−４でアーム１７のアーム本体１７−２に回転自在
に支持され、モータＭ２の回転により回転する。該回転
軸１６の回転により、洗浄具１４は回転軸１６を中心に
回転（公転）する。

【００３６】図８において、回転軸１６は中空の円筒体
からなり、その内部に回転軸１７−１５が上下に配置さ
れたベアリング１７−９、１７−１０で回転自在に支持
されている。旋回アーム１５の先端部には洗浄具１４の
回転軸２５がベアリング２４により回転自在に支持さ
れ、該回転軸２５の上端部にはプーリ２６が固定されて
いる。回転軸１７−１５の下端にはプーリ１７−１４が
取り付け固定され、該プーリ１７−１４とプーリ２６の
間にはベルト２７が懸架されている。また、回転軸１７
−１５の上端にはプーリ１７−１１が取り付け固定さ
れ、該プーリ１７−１１とモータＭ１の回転軸に取り付
け固定されたプーリ１７−１２の間にベルト１７−１３
が取り付け固定されている。モータＭ１の回転により、
その回転力はベルト１７−１３及び２７を介して洗浄具
１４の回転軸２５に伝達され、該洗浄具１４は回転（自
転）する。また、モータＭ２の回転により、ベルト１７
−８を介して回転軸１６が回転し、これにより洗浄具１
４は回転軸１６を中心に回転（公転）する点は図７の場
合と同様である。

【００３７】図９は本発明に係る基板洗浄装置の他の概
略構成を示す外観斜視図である。本洗浄装置は旋回アー
ム１５が回転軸１６から両側に延び、その両端部にＰＶ
Ａスポンジの洗浄部材１３−１、１３−２をそれぞれ具
備する洗浄具１４−１、１４−２が回転自在に支持され
ている。洗浄具１４−１、１４−２は旋回アーム１５の
回転中心Ｂから等しい距離にあり、２つの洗浄具１４−
１、１４−２はそれぞれ回転中心Ａ−１、Ａ−２の周り
に回転するようになっている。他の構成は図２及び図３
に示す洗浄装置と同一である。

【００３８】上記のように洗浄装置が複数の洗浄具１４
−１、１４−２を具備することにより、洗浄時間を短縮
することが可能となる。２つの洗浄具１４−１、１４−
２の回転（自転）方向及び回転速度は、典型的には同一
とするが、それぞれの回転方向を逆にしたり、回転速度
に違いを持たせるようにしてもよい。また、それぞれの
洗浄具１４−１、１４−２の洗浄部材１３−１、１３−
２に違いを持たせてもよい。例えば、一方をＰＶＡスポ
ンジとし、もう一方をブラシや研磨布にすることもでき
る。さらに洗浄具１４−１、１４−２の回転中心Ａ−
１、Ａ−２と回転軸１６の回転中心Ｂとの距離に違いを
持たせてもよい。もちろん、洗浄具を３つ以上とし、同
一公転軌道上に等配や、それぞれ別軌道上に配置するこ
とも可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように各請求項に記載の発
明によれば、下記のような優れた効果が得られる。

【００４０】請求項１に記載の発明によれば、洗浄具が
第２の軸周りに公転して基板を洗浄する構成であり、従
来のペンシル型スクラブ洗浄装置のように、揺動アーム
により洗浄具を基板の端から中心部へ、また基板の端か
ら端へ、あるいは中心部から端へ移動させながら基板の
表面を洗浄する構成ではないから、前述の洗浄結果例で
示すように短時間で基板を洗浄できる。

【００４１】請求項２に記載の発明によれば、基板の回
転方向と、洗浄具の公転方向が同一であるから、洗浄具
が基板の被洗浄面を滑らかに摺動し、洗浄具に余分な摩
擦力を与えることなく、基板の被洗浄面に付着する塵埃
等を効率よく洗浄除去することができる。

【００４２】請求項３に記載の発明によれば、洗浄具を
第１の軸周りに自転させることにより、基板の被洗浄面
に付着する塵埃等を更に効率よく洗浄除去することがで
きる。

【００４３】請求項４に記載の発明によれば、基板の回
転方向と、洗浄具の自転方向が同一であるから、洗浄具
が基板の被洗浄面を滑らかに摺動し、洗浄具に余分な摩
擦力を与えることなく、基板の被洗浄面に付着する塵埃
等を効率よく洗浄除去することができる。

【００４４】請求項５に記載の発明によれば、洗浄具が
公転により基板に摺接する円の径が該基板の略端部から
該基板の中心をカバーするので、基板の被洗浄面の全面
をむらなく洗浄することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知のペンシル型スクラブ洗浄装置の概略構成
を示す外観斜視図である。

【図２】本発明に係る基板洗浄装置の概略構成を示す外
観斜視図である。

【図３】本発明に係る基板洗浄装置の概略構成を示す平
面図である。

【図４】公知のペンシル型スクラブ洗浄装置と本発明に
係る基板洗浄装置による基板の洗浄結果例を示す図であ
る。

【図５】基板保持回転機構の構成例を示す図である。

【図６】本発明に係る基板洗浄装置の洗浄具を公転させ
る公転機構の構成例を示す図である。

【図７】本発明に係る基板洗浄装置の洗浄具を自転・公
転させる自転・公転機構の構成例を示す図である。

【図８】本発明に係る基板洗浄装置の洗浄具を自転・公
転させる自転・公転機構の構成例を示す図である。

【図９】本発明に係る基板洗浄装置の概略構成を示す外
観斜視図である。

【符号の説明】

１１基板１２基板保持回転機構１３洗浄部材１３−１洗浄部材１３−２洗浄部材１４洗浄具１４−１洗浄具１４−２洗浄具１５旋回アーム１６回転軸１７アーム１７−１カバー１７−２アーム本体１７−３ベアリング１７−４ベアリング１７−５カバー１７−６プーリ１７−７プーリ１７−８ベルト１７−９ベアリング１７−１０ベアリング１７−１１プーリ１７−１２プーリ１７−１３ベルト１７−１４プーリ１７−１５回転軸１８回動軸１９洗浄液ノズル２０基板保持回転機構２１スピンドル２２ビス２３ボルト２４ベアリング２５回転軸２６プーリ２７ベルト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板保持回転機構に保持され回転する基
板の表面に洗浄具を摺接させて洗浄する基板洗浄装置で
あって、前記洗浄具の中心を通る第１の軸と、該第１の軸と平行
な第２の軸を備え、前記洗浄具を該第２の軸周りに公転
させる洗浄具公転機構を備えたことを特徴とする基板洗
浄装置。
【請求項２】請求項１に記載の基板洗浄装置におい
て、前記基板の回転方向と、前記洗浄具の公転方向が同一で
あることを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の基板洗浄装置に
おいて、前記洗浄具を前記第１の軸周りに自転させる洗浄具自転
機構を備えたことを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項４】請求項３に記載の基板洗浄装置におい
て、前記基板の回転方向と、前記洗浄具の自転方向が同一で
あることを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
基板洗浄装置において、前記洗浄具が公転により前記基板に摺接する円の径が該
基板の略端部から該基板の中心をカバーすることを特徴
とする基板洗浄装置。