JP2009238938A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の周縁部から汚染物質を良好に除去することができる基板処理装置を提供すること。
【解決手段】基板処理装置１は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製のスポンジブラシ１６を備えている。スポンジブラシ１６の外表面を含む範囲には、多数の砥粒が保持されている。基板処理装置１は、スピンチャック３により回転されるウエハＷの周縁部にスポンジブラシ１６を当接させることにより当該周縁部を洗浄することができる。スポンジブラシ１６は、ウエハＷの周縁部に強固に付着した汚染物資を砥粒によって剥離させることにより、ウエハＷの周縁部から当該汚染物質を良好に除去することができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、基板をブラシで洗浄処理する基板処理装置に関する。処理対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。

半導体装置の製造工程において、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の周縁部の汚染が、ウエハの処理品質に対して無視できない影響を与える場合がある。そのため、最近では、ウエハの周縁部の洗浄に対する要求が高まっている。
ウエハの周縁部の洗浄に関する先行技術としては、たとえば、ウエハの周縁部にブラシを当接させるとともに、ウエハとブラシとの当接部分に純水などの処理液を供給しつつ、ウエハおよびブラシをそれぞれの中心軸線まわりに回転させることにより、ウエハの周縁部に付着している汚染物質を除去する構成が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００７−２７３６１２号公報

ところが、この提案にかかる装置では、ウエハの周縁部に付着している汚染物質を良好に除去できないおそれがある。すなわち、従来の装置に係るブラシでは、ウエハの周縁部に強固に付着している汚染物質を除去し難い場合がある。
そこで、この発明の目的は、基板の周縁部から汚染物質を良好に除去することができる基板処理装置を提供することである。

前記目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）を保持する基板保持手段（３）と、この基板保持手段に保持された基板の周縁部を洗浄するための周縁洗浄ブラシであって、砥粒が保持されたＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製のスポンジブラシ（１６）と、このスポンジブラシを移動させて、前記基板保持手段に保持された基板の周縁部に前記スポンジブラシを当接させる移動手段（２３，２４）と、前記基板保持手段に保持された基板の周縁部と当該基板の周縁部に当接された前記スポンジブラシとを当該当接状態を保持して相対移動させる相対移動手段とを含む、基板処理装置（１）である。

なお、この項において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すものとする。
この発明によれば、砥粒が保持されたＰＶＡ製のスポンジブラシを移動手段によって移動させることにより、基板保持手段に保持された基板の周縁部にスポンジブラシを当接させることができる。さらに、相対移動手段によって、基板の周縁部と当該周縁部に当接されたスポンジブラシとを互いに当接させた状態で相対移動させることができる。これにより、基板の周縁部を洗浄することができる。

前述のように、スポンジブラシには砥粒が保持されているので、基板の周縁部に強固に付着している汚染物質をこの砥粒によって剥離させることができる。そして、この剥離された汚染物質をスポンジブラシによって除去することができる。これにより、基板の周縁部に強固に付着している汚染物質を当該周縁部から良好に除去することができる。さらに、砥粒が保持されたスポンジブラシを用いることにより、従来のブラシに比べて、基板の周縁部に強固に付着している汚染物質を比較的短時間で除去することができるので、基板の洗浄時間（処理時間）を短縮することができる。

請求項２記載の発明は、前記移動手段は、基板の一方表面に垂直な垂線方向に前記スポンジブラシを移動させることができるものであり、前記スポンジブラシは、前記垂線方向の一方側に向けて狭まる形状の第１洗浄面（３５）、および、この第１洗浄面の前記一方側の端縁から前記垂線方向の前記一方側に向けて拡がる形状の第２洗浄面（３６）を有するものである、請求項１記載の基板処理装置である。

この発明によれば、移動手段によって基板とスポンジブラシとが基板の一方表面に垂直な垂線方向に相対移動される。この相対移動により、基板の一方表面および周端面に、第１および第２洗浄面のうちの一方の洗浄面を押し付けて、当該一方表面の周縁領域および周端面を洗浄することができる。また、前記一方表面と反対側の他方表面および基板の周端面に前記一方の洗浄面と異なる他方の洗浄面を押し付けて、当該他方表面の周縁領域および周端面を洗浄することができる。すなわち、１つのブラシで、一方表面の周縁領域、他方表面の周縁領域および基板の周端面を洗浄することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１の概略構成を示す平面図である。また、図２は、図１に示す基板処理装置１の内部の図解的な側面図である。
この基板処理装置１は、基板の一例としての半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）を１枚ずつ処理する枚葉型の装置である。基板処理装置１は、隔壁で区画された処理室２内に、ウエハＷを水平に保持して回転させるスピンチャック３（基板保持手段）と、ウエハＷの表面（本実施形態では上面）および裏面（本実施形態では下面）にそれぞれ処理液を供給するための表面ノズル４および裏面ノズル５と、ウエハＷの周縁部を洗浄するためのブラシ機構６とを備えている。ウエハＷの周縁部とは、表面の周縁領域７、裏面の周縁領域８および周端面９を含む部分をいう。また、周縁領域７，８とは、たとえば、ウエハＷの周端縁から幅数ミリメートル程度の環状の領域をいう。

スピンチャック３は、この実施形態では、真空吸着式のチャックである。スピンチャック３は、鉛直な方向に延びたスピン軸１０と、このスピン軸１０の上端に取り付けられて、ウエハＷを水平な姿勢でその裏面（下面）を吸着して保持する吸着ベース１１と、スピン軸１０と同軸に結合された回転軸を有するスピンモータ１２（相対移動手段）とを備えている。ウエハＷの裏面が吸着ベース１１に吸着保持された状態で、スピンモータ１２が駆動されることにより、スピン軸１０の中心軸線まわりにウエハＷが回転される。

表面ノズル４および裏面ノズル５には、それぞれ処理液供給管１３および処理液供給管１４が接続されている。これらの処理液供給管１３，１４には、処理液バルブ１５を介して、図示しない処理液供給源からの処理液が供給される。表面ノズル４は、処理液供給管１３を通して供給される処理液を、スピンチャック３に保持されたウエハＷの表面の中央に向けて吐出する。また、裏面ノズル５は、処理液供給管１４を通して供給される処理液を、スピンチャック３に保持されたウエハＷの裏面の周端縁と吸着ベース１１との間に向けて吐出する。

ノズル４，５に供給される処理液としては、たとえば純水（脱イオン水）が用いられている。処理液は、純水に限らず、炭酸水、イオン水、オゾン水、還元水（水素水）または磁気水などの機能水であってもよいし、アンモニア水またはアンモニア水と過酸化水素水との混合液などの薬液であってもよい。
ブラシ機構６は、ウエハＷの周縁部を洗浄するためのスポンジブラシ１６と、スピンチャック３によるウエハＷの保持位置よりも上方で水平に延びる揺動アーム１７と、ウエハＷの回転範囲外に配置され、揺動アーム１７の基端部を下方から支持するアーム支持軸１８とを備えている。

スポンジブラシ１６は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製の弾性変形可能な多孔質材料であり、所定の圧縮弾性率（好ましくは、十分に吸液された状態で０．３Ｍｐａ以下）を有している。スポンジブラシ１６の外表面を含む範囲には、多数の砥粒が保持されている。砥粒としては、たとえば、粒径が２μｍ程度の溶融シリカ（精製シリカの表面を溶融させたもの）が用いられている。スポンジブラシ１６は、揺動アーム１７の先端下方で保持されている。

揺動アーム１７の先端部には、鉛直方向に延びる回転軸１９が回転可能に設けられている。回転軸１９の下端部は、揺動アーム１７の先端部から下方に突出している。回転軸１９の下端部には、ホルダ取付部２０を介してブラシホルダ２１が取り付けられている。スポンジブラシ１６は、このブラシホルダ２１によって保持されている。回転軸１９には、揺動アーム１７の内部において、スポンジブラシ１６を自転させるためのブラシ自転機構２２が結合されており、このブラシ自転機構２２の駆動力が回転軸１９に入力されることにより、スポンジブラシ１６が自転するようになっている。

一方、アーム支持軸１８には、移動手段としての昇降駆動機構２３および揺動駆動機構２４が結合されている。昇降駆動機構２３の駆動力がアーム支持軸１８に入力されると、揺動アーム１７およびアーム支持軸１８が鉛直方向に一体的に上下動される。また、揺動駆動機構２４の駆動力がアーム支持軸１８に入力されると、アーム支持軸１８を支点として揺動アーム１７が水平に揺動される。

昇降駆動機構２３および揺動駆動機構２４の駆動力をアーム支持軸１８に入力させることにより、スポンジブラシ１６がウエハＷの周縁部に当接して当該周縁部を洗浄する処理位置と、前記処理位置から退避して待機するときの待機位置との間で、揺動アーム１７を移動させることができる。図１に、スポンジブラシ１６が処理位置にあるときの揺動アーム１７の位置を二点鎖線で示し、スポンジブラシ１６が待機位置にあるときの揺動アーム１７の位置を実線で示す。

図３は、スポンジブラシ１６およびその周辺の構成を示す断面図である。
ホルダ取付部２０は、円環状をなす板状の上壁部２５と、この上壁部２５に一体的に結合され、上壁部２５の周縁から下方に向けて延びる円筒状の側壁部２６とを備えている。回転軸１９は、上壁部２５を挿通しており、当該上壁部２５に固定されている。また、側壁部２６の内周面には、雌ねじ部２７が形成されている。ブラシホルダ２１には、その上端部に雄ねじ部２８が形成されており、この雄ねじ部２８が雌ねじ部２７にねじ込まれることにより、ブラシホルダ２１がホルダ取付部２０に取り付けられている。

ブラシホルダ２１は、円柱状の樹脂ブロック２９と、樹脂ブロック２９の中心軸線上に配置され、上端部が樹脂ブロック２９の下面に挿入されて固定された芯材３０と、この芯材３０の下端に取り付けられたプレート３１とを備えている。芯材３０の下端部には、ねじ孔が形成されており、このねじ孔にプレート３１の中心を貫通するボルト３２がねじ込まれることにより、プレート３１が芯材３０に取り付けられている。前述の雄ねじ部２８は、樹脂ブロック２９の上端部に形成されている。

スポンジブラシ１６は、鉛直軸線まわりに回転対称な鼓状に形成されており、芯材３０に外嵌された状態で、樹脂ブロック２９とプレート３１との間で保持されている。スポンジブラシ１６は、ウエハＷの表面の周縁領域７および周端面９を洗浄するための第１洗浄部３３と、この第１洗浄部３３の下端に一体的に結合され、ウエハＷの裏面の周縁領域８および周端面９を洗浄するための第２洗浄部３４とを備えている。

第１洗浄部３３は、その上部３３ａが円筒状をなし、下部３３ｂが下方に向けて狭まる倒立円錐台状をなしている。第１洗浄部３３の下部３３ｂの側面は、その上端縁が上部３３ａの側面の下端縁に連続し、その中心軸線に対して４５度の傾斜角度を有して、下方ほど中心軸線に近づくように傾斜している。この第１洗浄部３３において、下部３３ｂの側面がウエハＷの表面の周縁領域７および周端面９を洗浄するための第１洗浄面３５となっている。

また、第２洗浄部３４は、第１洗浄部３３の下端に一体的に結合されて、第１洗浄部３３と中心軸線を共有するように配置されている。第２洗浄部３４は、上部３４ａが下方に向けて拡がる円錐台状をなし、下部３４ｂが円筒状をなしている。第２洗浄部３４の上部３４ａの側面は、その上端縁が第１洗浄部３３の下部３３ｂの側面の下端縁に連続し、その中心軸線に対して４５度の傾斜角度を有して、下方ほど中心軸線から離れるように傾斜している。また、上部３４ａの側面の下端縁は、下部３４ｂの側面の上端縁に連続している。この第２洗浄部３４において、上部３４ａの側面がウエハＷの裏面の周縁領域８および周端面９を洗浄するための第２洗浄面３６となっている。

図４は、基板処理装置１の電気的構成を説明するためのブロック図である。
基板処理装置１は、マイクロコンピュータを含む制御部３７を備えている。この制御部３７には、使用者によって処理レシピ（ウエハＷの処理のための各種条件）を入力するためのレシピ入力キー３８が接続されている。さらに、制御部３７には、スピンモータ１２、ブラシ自転機構２２、昇降駆動機構２３および揺動駆動機構２４などが制御対象として接続されている。処理液バルブ１５の開閉は、制御部３７によって制御される。

図５は、基板処理装置１におけるウエハＷの処理の一例を説明するための工程図である。また、図６および図７は、それぞれ、ウエハＷの処理中におけるスポンジブラシ１６の状態を示す側面図である。
ウエハＷの処理に先立ち、使用者によって、レシピ入力キー３８が操作されて、ウエハＷの周端面９に対するスポンジブラシ１６の押し付け量が設定されている（ステップＳ１）。押し付け量とは、ウエハＷの周端面９にスポンジブラシ１６の洗浄面（第１洗浄面３５または第２洗浄面３６）を押し付けたときのスポンジブラシ１６の弾性変形量をいう。

処理室２内にウエハＷが搬入され（ステップＳ２）、そのウエハＷがスピンチャック３に保持されると、制御部３７によりスピンモータ１２が制御されて、スピンチャック３によるウエハＷの回転が開始される（ステップＳ３）。次いで、制御部３７により処理液バルブ１５が開かれて、表面ノズル４および裏面ノズル５からそれぞれウエハＷの表面および裏面への処理液の供給が開始される（ステップＳ４）。

また、制御部３７によりブラシ自転機構２２が制御されて、スポンジブラシ１６が自転させられる。その後、制御部３７により昇降駆動機構２３および揺動駆動機構２４が制御されて、スポンジブラシ１６の第２洗浄面３６が、スピンチャック３により回転されるウエハＷの裏面の周縁領域８および周端面９に当接される（ステップＳ５）。
具体的には、まず、昇降駆動機構２３が制御されて、スポンジブラシ１６がレシピ入力キー３８から設定された押し付け量に応じた高さの位置に移動され、スポンジブラシ１６の第２洗浄面３６がウエハＷの周端面９に水平に対向する。次に、揺動駆動機構２４が制御されて、揺動アーム１７が旋回し、スポンジブラシ１６が水平移動される。これにより、スポンジブラシ１６の第２洗浄面３６がウエハＷの周縁部に押し付けられ、図６に示すように、ウエハＷの周縁部がスポンジブラシ１６の第２洗浄面３６に食い込む。したがって、スポンジブラシ１６の第２洗浄面３６がウエハＷの裏面の周縁領域８および周端面９に押し付けられる。スポンジブラシ１６は、弾性変形することによりウエハＷの周縁部に隙間なく密着するようになっている。

スポンジブラシ１６の第２洗浄面３６がウエハＷの裏面の周縁領域８および周端面９に押し付けられているとき、ウエハＷは、スピンモータ１２によって回転されている。したがって、スポンジブラシ１６の第２洗浄面３６は、ウエハＷの周縁部に当接された状態で、ウエハＷの裏面の周縁領域８および周端面９に対して相対移動（相対回転）する。そのため、スポンジブラシ１６の第２洗浄面３６は、ウエハＷの裏面の周縁領域８および周端面９に擦り付けられる。これにより、ウエハＷの裏面の周縁領域８および周端面９に強固に付着している汚染物質が、スポンジブラシ１６に保持された多数の砥粒によって剥離され、剥離された汚染物質が、スポンジブラシ１６やウエハＷの周縁部に供給された処理液によってウエハＷから除去される。このようにして、ウエハＷの裏面の周縁領域８および周端面９に対するスポンジブラシ１６による洗浄（以下では、「スポンジブラシ１６によるウエハＷの裏面側への洗浄」という。）が行われる。

スポンジブラシ１６の第２洗浄面３６がウエハＷに当接してから所定時間が経過すると、制御部３７により昇降駆動機構２３が制御されて、スポンジブラシ１６が所定の高さまで鉛直方向に下降される。これにより、スポンジブラシ１６の第１洗浄面３５がウエハＷの周縁部に押し付けられ、図７に示すように、ウエハＷの周縁部がスポンジブラシ１６の第１洗浄面３５に食い込む。（ステップＳ６）。その結果、スポンジブラシ１６の第１洗浄面３５が、ウエハＷの表面の周縁領域７および周端面９が押し付けられ、スポンジブラシ１６によるウエハＷの裏面側への洗浄と同様に、ウエハＷの表面の周縁領域７および周端面９に対するスポンジブラシ１６による洗浄が行われる。すなわち、本実施形態では、１つのブラシで、ウエハＷの表面の周縁領域７、裏面の周縁領域８および周端面９が洗浄される。

スポンジブラシ１６の第１洗浄面３５がウエハＷに当接してから所定時間が経過すると、制御部３７により昇降駆動機構２３および揺動駆動機構２４が制御されて、スポンジブラシ１６が待機位置に退避される（ステップＳ７）。また、スポンジブラシ１６が待機位置に戻される間に、ブラシ自転機構２２が停止されて、スポンジブラシ１６の回転が停止される。さらに、制御部３７により処理液バルブ１５が閉じられて、表面ノズル４および裏面ノズル５からの処理液の供給が停止される（ステップＳ８）。

その後は、制御部３７によりスピンモータ１２が制御されて、ウエハＷが高速（たとえば、３０００ｒｐｍ）で回転される（ステップＳ９）。これにより、ウエハＷに付着している処理液が振り切られ、ウエハＷが乾燥される。ウエハＷの高速回転が所定時間にわたって続けられると、スピンモータ１２が停止されて、スピンチャック３によるウエハＷの回転が停止される（ステップＳ１０）。そして、ウエハＷが静止した後、その処理済みのウエハＷが処理室２から搬出されていく（ステップＳ１１）。

以上のように本実施形態では、スポンジブラシ１６に砥粒が保持されているので、この砥粒によって、ウエハＷの周縁部に強固に付着している汚染物質を剥離させることができる。そして、この剥離された汚染物質をスポンジブラシ１６やウエハＷの周縁部に供給された処理液によって除去することができる。これにより、ウエハＷの周縁部に強固に付着している汚染物質を当該周縁部から良好に除去することができる。さらに、砥粒が保持されたスポンジブラシ１６を用いることにより、従来のブラシに比べて、ウエハＷの周縁部に強固に付着している汚染物質を比較的短時間で除去することができるので、ウエハＷの洗浄時間（処理時間）を短縮することができる。

この発明の実施形態の説明は以上であるが、この発明は、前述の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。たとえば、前述の実施形態では、１つのブラシで、ウエハＷの表面の周縁領域７、裏面の周縁領域８および周端面９を洗浄する場合について説明したが、これに限らず、複数のスポンジブラシを設け、これらのスポンジブラシによって、ウエハＷの表面の周縁領域７、裏面の周縁領域８および周端面９を洗浄してもよい。

また、前述の実施形態では、スピンモータ１２によってスピンチャック３に保持されたウエハＷを回転させることにより、ウエハＷの周縁部と、当該周縁部に当接されたスポンジブラシ１６を相対移動させる場合について説明したが、これに限らず、ウエハＷの回転を停止させた状態、または、ウエハＷを回転させた状態で、スポンジブラシ１６をウエハＷの周縁部に沿って移動させることにより、ウエハＷの周縁部と当該周縁部に当接されたスポンジブラシ１６とを相対移動させてもよい。

また、前述の実施形態において、スポンジブラシ１６はスポンジブラシを保持するアーム１７を揺動させることによって、スポンジブラシを処理位置と待機位置との間で移動させているが、処理位置と待機位置との間で移動させるための機構としては、ブラシを保持するアームをリニア駆動させる構成であってもよい。
また、前述の実施形態では、処理対象となる基板としてウエハＷを取り上げたが、ウエハＷに限らず、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などの他の種類の基板が処理対象とされてもよい。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す平面図である。 図１に示す基板処理装置の内部の図解的な側面図である。 スポンジブラシおよびその周辺の構成を示す断面図である。 前記基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。 前記基板処理装置におけるウエハの処理の一例を説明するための工程図である。 ウエハの処理中におけるスポンジブラシの状態を示す側面図である。 ウエハの処理中におけるスポンジブラシの状態を示す側面図である。

符号の説明

１ 基板処理装置
３ スピンチャック（基板保持手段）
１６ スポンジブラシ
２３ 昇降駆動機構（移動手段）
２４ 揺動駆動機構（移動手段）
３５ 第１洗浄面
３６ 第２洗浄面
Ｗ ウエハ（基板）

Claims (2)

1. 基板を保持する基板保持手段と、
   この基板保持手段に保持された基板の周縁部を洗浄するための周縁洗浄ブラシであって、砥粒が保持されたＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製のスポンジブラシと、
   このスポンジブラシを移動させて、前記基板保持手段に保持された基板の周縁部に前記スポンジブラシを当接させる移動手段と、
   前記基板保持手段に保持された基板の周縁部と当該基板の周縁部に当接された前記スポンジブラシとを当該当接状態を保持して相対移動させる相対移動手段とを含む、基板処理装置。
2. 前記移動手段は、基板の一方表面に垂直な垂線方向に前記スポンジブラシを移動させることができるものであり、
   前記スポンジブラシは、前記垂線方向の一方側に向けて狭まる形状の第１洗浄面、および、この第１洗浄面の前記一方側の端縁から前記垂線方向の前記一方側に向けて拡がる形状の第２洗浄面を有するものである、請求項１記載の基板処理装置。

Images