JP2006332386A - 基板洗浄装置及び基板洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面や裏面だけでなくベベルも良好に洗浄することができて、基板のベベル部に付着したパーティクルや汚染物質を除去し汚染を低減する。
【解決手段】本発明は、外周領域にベベルが形成された基板１を保持する最低３つ以上のブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂからなる保持部と、少なくとも一つ以上の保持部を自転させる駆動部５、６、７とを備えている。ブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂの表面にはベベルの幅より大きい深さの溝が形成されており、基板１を脱落させること無く保持することができる。更に、基板１を保持した状態で保持部を自転させることにより基板１を自転させることが可能となり、そこへ純水や薬液を供給する事によって、保持部のブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂによりベベルを均一且つ清浄に洗浄することができる基板洗浄装置及び基板洗浄方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は素子製造工程などに用いる、基板洗浄装置及び基板洗浄方法に関するものである。

基板の洗浄方法として、複数の基板を１バッチとして洗浄液の満たされた洗浄槽内へ浸漬して洗浄するバッチ式洗浄法と、基板一枚ずつに洗浄液を供給して洗浄する枚葉式洗浄法がある。近年、基板の大口径化に伴い、枚葉式洗浄法の採用が増えてきている。

枚葉式洗浄の特徴の一つとして、薬液の化学反応による洗浄に加え、物理力を用いた様々な洗浄が適用し易いことが挙げられる。特に基板表面や裏面にブラシを用いた洗浄は、バッチ式洗浄に比べて非常に適用しやすく、パーティクル除去に優れた効果を発揮することが知られている。

枚葉式洗浄法においてブラシを用いた洗浄の具体例としては、３つ程度のチャックピンで、外周領域にベベルの形成された基板を保持し、水平面内で特定の速度で回転させながら、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等の素材からなるブラシを基板の表面に接触させるスクラブ洗浄方法が知られている。この方法によって、基板の表面に付着したパーティクルの除去に優れた効果を発揮する。また、基板を反転させる機構を別途持つことによって、基板裏面も同様に洗浄することができる。

しかしながら、チャックピンによって保持され続けているベベルは上記方法によって洗浄することができない。そのため、洗浄できなかったベベルからのパーティクル等の影響で、半導体装置の歩留まり低下などの問題が起きている。

この問題を解決するため、複数のチャックピン群を備え、群毎に交互に基板を保持しながら、チャックピンがその時に保持していないベベル部分をブラシにて洗浄する方法が特許文献１に記載されている。
特開平６−４５３０２号公報

しかしながら、上記特許文献１のように複数のチャックピン群を備え、群毎に交互に保持して、基板とチャックピンが接触していない部分を洗浄する方法では、チャックしていないベベル部分は洗浄することができるが、チャックしている部分についてはやはり洗浄することができない。つまり、チャックピンの接触するベベル部分は、交互にしか洗浄処理されないため、十分に洗浄されない恐れがある。すなわち、定期的にチャックされる部分は、他のベベル部分に比べて洗浄時間が短いため、洗浄不足が生じやすい。更に特許文献１では、回転中のチャックピンとブラシとが直接接触する構造となっているため、ブラシの損傷による発塵や洗浄力の低下など発生することが懸念される。その結果、基板のベベルに付着していたパーティクルや汚染物質が、半導体装置の歩留まり低下などの問題を起こしている。

本発明は上記課題を解決するもので、基板の表面や裏面だけでなくベベルも良好に洗浄することができる基板洗浄装置及び基板洗浄方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、発明者は半導体洗浄装置の保持方法とベベルの洗浄方法について詳細に調査した。その結果、基板のベベルを交互に保持する様な複雑な装置を用いなくても、ベベル洗浄を行える保持方法及び回転方法と、その方法を用いた基板洗浄装置及び洗浄方法を発明した。すなわち、複数の保持ピン群を備え、群毎に交互に保持して、保持していないベベル部分を洗浄するという方法を用いなくとも、基板のベベルを洗浄することのできる基板洗浄装置及び基板洗浄方法である。

本発明は、外周領域にベベルが形成された基板を保持する最低３つ以上のブラシからなる保持部と、少なくとも一つ以上の保持部を自転させる駆動部とを備えている。ブラシ表面にはベベルの半径方向の幅より大きい深さの溝が形成されており、基板を脱落させること無く保持することができる。更に、保持部を自転させることにより基板を自転させることができ、そこへ純水や薬液を供給することによって、保持部のブラシによりベベルを均一且つ清浄に洗浄することができる基板洗浄装置及び基板洗浄方法である。

以下、本発明の詳細について述べる。
洗浄装置内に搬送された基板を脱落させること無く保持するため、ブラシからなる保持部は、最低三つ以上、基板を挟んで向かい合う位置に配置されている。このブラシには何れもベベルの半径方向の幅より深く、基板の厚みと同等程度の幅の溝がブラシ表面を一周する様に形成されており、向かい合う位置に存在するブラシの溝は同一の高さ、すなわち水平を保っている。この保持部の溝の一部で基板を挟み込むようにして基板を水平に保持する。基板を保持することができたら、保持部のうち少なくとも一つ以上に備わった保持部自転用の駆動部によって保持部が自転し、その自転によって保持部の溝に沿った基板の自転が発生する。この基板の自転によるベベルとブラシとからなる保持部の摩擦によって、ベベルを均一且つ清浄に洗浄することができる。

上記内容を具現化する基板洗浄装置を請求項１に、また基板洗浄方法を請求項６に記載した。
保持部の構成及び位置としては、基板の直径上で対向する二組以上の保持部で基板の外周から中心方向へ挟み込むことが望ましい。基板の直径上に位置するブラシを、外周から中心方向に向かって基板に押し付けることによって、ブラシによる基板を自転させる効率が高まるばかりでなく、基板の自転に寄与していないブラシとの摩擦が高まり、洗浄効果の向上が期待できる。

上記内容を請求項２に記載した。
更に効率的に洗浄を行うために、保持部の自転方向を制御することが有効である。すなわち、対向する一組以上の複数の保持部を、同一方向へ回転させ基板の自転を効率化し、更に、少なくとも一つの保持部を、他の自転する保持部とは逆方向に自転させることが有効である。これによってベベルとの摩擦が高まり、洗浄効果が向上する。

上記内容を請求項３及び請求項４に記載した。
本発明における基板洗浄装置では更に、基板の表面及び裏面を洗浄するためのブラシやメガソニックノズルを併せて備えることを可能としており、ベベルの洗浄と表面及び裏面の薬液洗浄だけでなく、必要に応じて表面または裏面若しくは表裏両面へも物理力、特にブラシやメガソニックツールを用いた洗浄を同時に実施することができる。

また本発明の基板洗浄装置において、一度に複数の基板の洗浄を行うことを可能にした基板洗浄装置を請求項５に記載している。すなわち、一つのブラシからなる保持部に複数の上記溝を形成し、一度に複数の基板を保持することを可能とする事で、一度に複数の基板のベベルを洗浄する事を可能とし、スループットを大幅に向上させることが可能となる。

上記本発明の基板洗浄装置及び基板洗浄方法により、ベベルを清浄且つ均一に洗浄することによる歩留まり向上だけでなく、表面や裏面を同時に洗浄することができるので、スループットの向上をも達成することができる。

本発明の基板洗浄装置及び洗浄方法を用いれば、前記特許文献１に開示されている装置のように特定のベベル部分を保持し続けるわけではないので、ベベル部分を均一且つ清浄に洗浄することができる。これによって、基板上に形成する素子の歩留まりを向上させることができ、更に基板の表面または裏面若しくは両面の物理力を用いた洗浄が同時に可能であるため、スループットの向上や、装置台数の低減によるコスト削減をも可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係る基板洗浄装置及び基板洗浄方法について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る基板洗浄装置の平面（上面）図を図１に、斜視図を図２（ａ）に、要部側面図を図２（ｂ）に示す。この基板洗浄装置は、基板の外周に形成されたベベルを、ブラシからなる保持部によって保持した状態で、保持部の自転によって基板を自転させ、ベベルを均一に洗浄できることを特徴とする。

図１に示すように、基板洗浄装置には、基板１を保持する保持部が設けられ、これらの保持部は、互いに対向する３組のブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂから構成されている。これらのブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂには全て、基板１が搬送される際に、搬送手段としての搬送アーム（図示せず）の動きを妨げることが無い位置に移動するための出退駆動装置（図示せず）が備えられており、この出退駆動装置は、基板１を保持した際には、基板１の中心から等距離の位置になるよう位置調整を行う機能を有している。また、ブラシ２Ｂ及びブラシ４Ａとブラシ４Ｂとにはブラシ２Ｂ、４Ａ、４Ｂを自転させるための駆動部５、６、７が具備されており、これらのうち、ブラシ４Ａとブラシ４Ｂとは同一方向に自転し、ブラシ２Ｂはそれらとは逆方向に自転するようセットされている。更に、基板１の表面（表側の面）に純水および薬液を供給する純水供給ノズル８及び薬液供給ノズル９を備えている。

また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、各ブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂ（図２（ａ）においてはブラシ２Ａ、３Ｂ、４Ａのみ示す）には何れも、その外周を一周するように溝ｍが形成されており、この溝ｍの深さ（基板半径方向に対する寸法）ａは基板１のベベル１ｂの幅（基板半径方向に対する寸法）ｃより深く（大きく）、基板１の厚みと同等程度の幅としている。この実施の形態では各ブラシ２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂに３つの溝ｍを形成しているが、互いが交わることはなく、各溝ｍは独立している。なお、これらの溝ｍは図１に示すブラシ２Ｂ、３Ａ、４Ｂにも同様に形成されており、これらの溝ｍが同士が水平に保持されるように各ブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂの高さが調整されている。また、基板１の裏面に純水および薬液を供給する裏面用純水供給ノズル１０及び裏面用薬液供給ノズル（図示せず）も併せて備えている。

上記構成の基板洗浄装置にて、まず基板１を保持する。具体的には、基板収納容器（図示せず）から基板１を取り出し、搬送アーム（図示せず）にて基板洗浄装置内へ基板１を搬送する。基板１が前記搬送アームによって、本洗浄装置内で基板１を保持するのに適した位置及び高さまで搬送されると、対向する各ブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂが前記出退駆動装置（図示せず）によって基板１の外周から中心方向へ挟み込み、これにより基板１を保持する。このとき、各ブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂに形成された溝ｍが水平になるように、予め各ブラシの高さ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂが調整されており、これにより、基板１を水平に保つことができるよう構成されている。今回用いたブラシは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、基板１を脱落せずに保持できるように、ブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂに溝加工を施した構造となっている。その溝ｍに基板１を合わせた状態で、出退駆動装置で駆動されるブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂによって基板１を挟み込んで保持している。

なお、基板１のサイズや、形成される膜の種類、洗浄時に必要な回転数などに応じて、自転のための駆動部の数やブラシの数、及び材質、寸法などを変更可能であることは言うまでもない。

つまり、本来、最低３つ以上のブラシがあれば基板１を脱落させること無く保持することが可能であるが、今回、ベベル１ｂに存在する異物除去率、すなわち洗浄効率などを考慮して６本のブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂを用いた。これらのブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂを基板１の直径上で対向する位置に配置し、基板１の外周から中心方向へ挟み込むことによって更なる洗浄効率の向上、またそれによる洗浄時間の短縮、すなわちスループットの向上を図った。また更なる洗浄効率追及のため、３組の対向するブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂからなる保持部のうち、対向する２本のブラシ４Ａ、４Ｂが同一方向へ自転を行い、１本のブラシ２Ｂが逆方向へ自転する構成とした。これによって基板１に形成されたベベル１ｂと各ブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂとの摩擦が高まり、洗浄効果が更に向上する。また、今回はブラシ表面にＰＶＡを利用し、ブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂに形成された溝ｍの寸法は８インチウェハの厚み、エッヂから３ｍｍを洗浄できる寸法に加工して用いている。

また、本実施の形態の基板洗浄装置では収納容器から搬送された基板１を、直接ブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂでチャックしているが、一旦ステージ等の上に基板１を載置してから各ブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂを駆動するなどの方法でチャックしてももちろん良い。

次に、基板１の洗浄を行う。図１に示すように、基板１を３組の対向するブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂによって保持した状態で、ブラシ４Ａ、４Ｂを駆動部６、７によって同一方向に自転させると、基板１を自転させることができる。今回は保持部としてのブラシ４Ａ、４Ｂの自転の回転数を徐々に上げていき、基板１の自転を促している。ブラシ４Ａ、４Ｂの自転開始と同時に超純水供給ノズル５や薬液供給ノズル６から所望の薬液を供給し、これにより、基板１の自転に伴う遠心力によって、供給した薬液が基板１の外周方向へ流れ、この結果、基板１の表面を薬液洗浄すると共に、保持に用いているブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂによってベベル１ｂをスクラブ洗浄することができ、清浄且つ均一に洗浄することができる。この時、ブラシ２Ｂを駆動部５によって、ブラシ４Ａ、４Ｂとは逆方向に自転させるとよく、この構成によって、基板１に形成されたベベル１ｂとの摩擦が高まり、洗浄効果が更に向上する。この処理を所定の時間行うことによって基板１の洗浄ステップとする。

上記動作によって基板１のベベル１ｂを、均一且つ清浄に洗浄することが可能となり、パーティクル除去やその他の汚染物質の除去などに効果を発揮する。もちろん事前に薬液供給を行ってから自転を開始しても良い。また、このときに、裏面用純水供給ノズル１０、裏面用薬液供給ノズル（図示せず）から純水または薬液を供給して、裏面洗浄を同時に行ってもよい。

その後、基板１を上記基板洗浄装置から乾燥装置（図示せず）へ、搬送アーム（図示せず）を介して搬送し、乾燥装置で乾燥処理を行うことで、洗浄工程の処理を終了する。乾燥処理とは、スピン乾燥法や減圧乾燥法、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を用いた乾燥方法など様々な種類のものがあるが、基板表面の膜種やパターンなどに応じて選択することができる。

なお、ブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂからなる保持部によるベベル１ｂの洗浄では、洗浄回数の増加によるブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂの劣化が発生する。その結果、基板１の保持力の低下や洗浄力の低下などが懸念される。そこで本発明の基板洗浄装置ではブラシ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂに３本の溝ｍを形成し、規定の洗浄回数に達した溝ｍの使用を取りやめ、他の溝ｍを使用する構成とした。これによってブラシ交換や交換後の調整などメンテナンスに必要な時間の削減が可能となり、装置稼働率の向上とそれに伴う製造ＴＡＴ（Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）の短縮が見込まれる。

基板１の洗浄工程を上記のように処理を行うことによって、基板１の表面だけでなく、ベベル１ｂをも同時に清浄に洗浄することができるため、半導体装置の歩留まり向上を達成することができるだけでなく、同時に、基板１の表面と裏面とを洗浄することができるので、スループットの向上も図ることができる。更にスループットを向上させるためには、本基板洗浄装置や乾燥装置を複数備える構成としても、もちろん良い。
（実施の形態２）
上記実施の形態１の手法に加えて、更に基板１の表面や裏面に物理力を用いた洗浄を、ベベル１ｂの洗浄と同時に行うことも可能である。この実施の形態２では、基板１の表面または裏面も同時に物理力を用いた洗浄を行うために、図３に示すようなディスクブラシ１５を具備した。このディスクブラシ１５は表面及び裏面の両面に具備しても良いし、表面または裏面の片面だけでも勿論良い。上記実施の形態１で示した洗浄時の基板１に表面または裏面若しくは両面に具備されたディスクブラシ１５を接触させて洗浄を行う。このとき、ディスクブラシ１５を基板１上で揺動させても良い。

以上の方法により、基板１の表面または裏面若しくは両面を同時にディスクブラシ１５を用いて洗浄することが可能となり、パーティクル除去効果の向上による更なる歩留まり向上効果及びスループットの向上が達成される。
（実施の形態３）
上記実施の形態１及び上記実施の形態２では、基板１の洗浄を一枚ずつ行う枚葉式洗浄法であったが、複数のウェハ（基板１）を同時に洗浄しても、本発明の効果を享受することができる。その様子を図４に示す。

この様に、保持部としてのブラシ２Ａ、３Ｂ（他のブラシ２Ｂ、３Ａ、４Ａ，４Ｂは図４においては省いている）に形成した溝ｍの数（図４においては６つ）以下の基板１を同時に保持することが可能である。この複数の基板１を保持した状態で、これらの基板１やブラシ２Ａ、３Ｂを内部に収納した状態で超純水ｄや薬液ｅを溜めることができる槽２０内の超純水ｄや薬液ｅ中に浸漬させ、ブラシ２Ａ、３Ｂを自転させることによって、一度に複数の基板１の洗浄を行うことができ、基板１の表面や裏面をディスクブラシなどで洗浄する必要が無い場合には、スループットを大きく向上させることができる。更に超純水ｄや薬液ｅ中にメガソニックを印加することで、洗浄効果の向上が望めることは言うまでもない。

もちろん保持した基板１に対し、超純水や薬液をスプレーなどによって供給してもよい。また、洗浄に用いる薬液構成に応じて、本実施の形態に記載の超純水槽や薬液槽を複数増設しても良いことは言うまでもない。

本発明の基板洗浄装置及び基板洗浄方法を用いれば、素子を形成する基板だけでなく、コンパクトディスクやＤＶＤ等でも同様に、表面または裏面若しくは両面とベベルを同時に洗浄することによる歩留まりの向上や、スループットの向上など、高い効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る基板洗浄装置の平面（上面）図 （ａ）は同実施の形態１に係る基板洗浄装置の斜視図、（ｂ）は同基板洗浄装置の要部側面図 本発明の実施の形態２に係る基板洗浄装置の平面（上面）図 本発明の実施の形態３に係る基板洗浄装置の部分断面正面図

符号の説明

１ 基板
１ｂ ベベル
２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂ ブラシ（保持部）
５、６、７ 駆動部
８ 純水供給ノズル
９ 薬液供給ノズル
１０ 裏面用純水供給ノズル
１５ ディスクブラシ
２０ 槽
ｍ 溝

Claims (6)

1. 外周領域にベベルが形成された基板を保持する３つ以上の保持部と
   少なくとも一つ以上の前記保持部を自転させる駆動部とを備え、
   前記保持部はブラシからなり、
   前記ブラシは前記ベベルに接して前記基板を保持する溝を有し、
   前記溝の深さは前記ベベルの半径方向の幅より大きいことを特徴とする基板洗浄装置。
2. 対となって対向する二組以上の保持部が設けられ、これらの二組以上の保持部により基板を外周から中心方向へ挟み込むように前記保持部を移動させる手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板洗浄装置。
3. 対となって対向する一組以上の保持部が設けられ、この対向する一組以上の保持部を同一方向へ自転させることにより基板を自転させるように構成したことを特徴とする請求項１記載の基板洗浄装置。
4. 自転する保持部のうち少なくとも一つは他の保持部とは逆方向に回転することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の基板洗浄装置。
5. 保持部としてのブラシに、複数の基板を保持するための複数の溝が設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の基板洗浄装置。
6. 外周領域にベベルが形成された基板を、前記ベベルの半径方向の幅より大きい深さの溝が形成されている３つ以上のブラシによって保持する工程と、
   少なくとも１つのブラシの自転によって基板を自転させながら、前記ベベルを洗浄することを特徴とする基板洗浄方法。

Images