JP2010109225A

JP2010109225A - 基板洗浄ブラシ及び基板処理装置並びに基板洗浄方法

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Publication number: JP2010109225A
Application number: JP2008281046A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Ishida; 省貴石田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-05-13
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: JP5103356B2

Abstract

【課題】基板を良好に洗浄することができる基板洗浄ブラシ及び同基板洗浄ブラシを用いた基板処理装置並びに基板洗浄方法を提供すること。
【解決手段】本発明では、基板洗浄ブラシ（３２）を用いて基板（２）の洗浄を行う基板処理装置（１）において、基板洗浄ブラシ（３２）は、弾性を有するブラシベース部（３３）と、ブラシベース部（３３）の表面に形成した疎水性を有するベース表層部（３４）と、ベース表層部（３４）に間隔をあけて植毛した洗浄刷毛部（３５）とを有することにした。また、前記ブラシベース部（３３）を吸水素材で形成するとともに、前記ブラシベース部（３３）に洗浄液を供給する洗浄液供給手段（３９）を設けることにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板の洗浄に用いる基板洗浄ブラシ及び同基板洗浄ブラシを用いた基板処理装置並びに基板洗浄方法に関するものである。

従来より、半導体部品やフラットディスプレイなどを製造する場合には、半導体ウエハや液晶基板などの基板を洗浄処理やエッチング処理するために基板処理装置を用いて基板の各種処理を行っている。

この基板処理装置は、基板の洗浄処理を行うための基板洗浄ユニットを有しており、基板洗浄ユニットには、チャンバーの内部に基板を水平に保持しながら回転させるための基板回転保持機構と基板洗浄ブラシを基板の表面上で回転させながら移動させて基板の表面を洗浄する基板洗浄機構を収容し、チャンバー内で基板の洗浄を行うように構成している（たとえば、特許文献１参照。）。

そして、従来の基板処理装置では、基板洗浄ブラシとして、硬質のブラシ保持体に洗浄用の刷毛を密集させた状態で直接植毛した構造のものや、硬質のブラシ保持体に発泡体からなるスポンジを直接取付けた構造のものや、硬質のブラシ保持体に刷毛とスポンジとを直接取付けた構造のものが利用されている。

実開平５−１１４４０号公報

ところが、上記従来の基板処理装置で用いられている基板洗浄ブラシでは、密集した刷毛の毛細管現象によって刷毛の基部にパーティクルが付着してしまったり、或いは、スポンジの吸着作用によってスポンジの表面にパーティクルが付着してしまい、洗浄時に基板洗浄ブラシ自体にパーティクルが付着し、その後、基板洗浄ブラシに付着したパーティクルが他の基板に転写してしまうおそれがあった。

そこで、請求項１に係る本発明では、基板の洗浄に用いる基板洗浄ブラシにおいて、弾性を有するブラシベース部と、ブラシベース部の表面に形成した疎水性を有するベース表層部と、ベース表層部に間隔をあけて植毛した洗浄刷毛部とを有することにした。

また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記ブラシベース部を吸水素材で形成するとともに、前記ブラシベース部に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設けることにした。

また、請求項３に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に係る本発明において、前記洗浄刷毛部に刷毛を、ｔ≧２・Ｔ・COSθ／（ρ・ｇ・ｈ）（ここで、ｔは刷毛の間隔、Ｔは洗浄液の表面張力、θは刷毛と基板との間の接触角度、ρは洗浄液の密度、ｇは重力加速度、ｈは刷毛の長さ。）となる間隔で植毛することにした。

また、請求項４に係る本発明では、基板洗浄ブラシを用いて基板の洗浄を行う基板処理装置において、基板洗浄ブラシは、弾性を有するブラシベース部と、ブラシベース部の表面に形成した疎水性を有するベース表層部と、ベース表層部に間隔をあけて植毛した洗浄刷毛部とを有することにした。

また、請求項５に係る本発明では、前記請求項４に係る本発明において、前記ブラシベース部を吸水素材で形成するとともに、前記ブラシベース部に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設けることにした。

また、請求項６に係る本発明では、前記請求項４又は請求項５に係る本発明において、前記洗浄刷毛部に刷毛を、ｔ≧２・Ｔ・COSθ／（ρ・ｇ・ｈ）（ここで、ｔは刷毛の間隔、Ｔは洗浄液の表面張力、θは刷毛と基板との間の接触角度、ρは洗浄液の密度、ｇは重力加速度、ｈは刷毛の長さ。）となる間隔で植毛することにした。

また、請求項７に係る本発明では、基板洗浄ブラシを用いて基板の洗浄を行う基板洗浄方法において、弾性を有するブラシベース部に疎水性を有するベース表層部を介して刷毛を形成した基板洗浄ブラシを用い、基板に洗浄液を供給しながら洗浄することにした。

また、請求項８に係る本発明では、前記請求項７に係る本発明において、前記洗浄液を吸水素材で形成したブラシベース部に供給しながら基板の洗浄を行うことにした。

そして、本発明では、弾性を有するブラシベース部とブラシベース部の表面に形成した疎水性を有するベース表層部とベース表層部に間隔をあけて植毛した洗浄刷毛部とを有する基板洗浄ブラシを用いているために、疎水性のベース表層部によってパーティクルの付着を防止して他の基板への転写を防止することができるとともに、基板に反りが生じていても弾性を有するブラシベース部が基板の反りに応じて柔軟に変形し、洗浄刷毛部で基板の洗浄を良好に行うことができる。

以下に、本発明に係る基板処理装置の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、基板処理装置１は、基板としての半導体ウエハ（以下、「基板２」という。）を搬入及び搬出するための基板搬入出部３の後部に基板２を１枚ずつ搬送するための基板搬送部４を形成するとともに、この基板搬送部４の後部に基板２の洗浄や乾燥などの各種の処理を施すための基板処理部５を形成している。

この基板処理部５は、基板搬送部４の後部に基板２の受け渡しを行うための基板受渡ユニット６を配置するとともに、この基板受渡ユニット６の後部に基板２を基板処理部５の内部で搬送するための主搬送ユニット７を配置し、この主搬送ユニット７の左右側部に基板２を洗浄処理するための基板洗浄ユニット8〜15を上下及び前後に２個ずつ並べて配置している。

そして、基板処理装置１では、たとえば、基板搬入出部３に載置された複数枚の基板２を積載したキャリア17から基板２を一枚ずつ基板搬送部４で取り出して基板受渡ユニット６へ搬送し、主搬送ユニット７で基板受渡ユニット６から基板２を基板洗浄ユニット8〜15のいずれかに搬送し、この基板洗浄ユニット8〜15で基板２の表面側を処理し、再び主搬送ユニット７で基板２を基板受渡ユニット６へ搬送し、基板搬送部４で基板２を基板受渡ユニット６から基板搬入出部３のキャリア17へと搬出するようにしている。なお、ここでは基板２の表面（主面：回路形成面）を洗浄処理するようにしているが、これに限られず、基板２の裏面を洗浄処理するようにしてもよく、また、基板２を表裏反転させる機構を設けて基板２の表裏両面を洗浄処理するようにしてもよい。

次に、上記基板処理装置１において、基板２の表面側の洗浄処理を行う基板洗浄ユニット8〜15の具体的な構造について説明する。なお、以下の説明では、上側の前側に配設した基板洗浄ユニット８の構造について説明するが、他の基板洗浄ユニット9〜15も概略同様の構成となっている。

基板洗浄ユニット８は、図２及び図３に示すように、チャンバー18の内部に基板２を水平に保持しながら回転させる基板回転保持機構19と基板２の裏面側を洗浄処理するための基板洗浄機構20とを設けている。

基板回転保持機構19は、チャンバー18の内部にモータ21を取付け、モータ21の出力軸22の先端部に円板状のターンテーブル23を水平に取付け、ターンテーブル23の上面外周部に基板２を保持する３個の保持体24を円周方向に間隔をあけて取付けている。

また、基板回転保持機構19は、ターンテーブル23の外方にアウターカップ25を取付けるとともに、アウターカップ25にインナーカップ26を上下昇降自在に取付け、インナーカップ26に昇降手段27を接続している。

そして、基板回転保持機構19は、ターンテーブル23の保持体24で基板２を水平に保持し、モータ21を駆動させることにより、基板２を回転させるようにしている。また、基板回転保持機構19は、インナーカップ26を上昇させた状態で処理を行って洗浄液の飛散を防ぎ、洗浄液をアウターカップ25で回収し、図示しない排液部に排出させる構造になっている。

基板洗浄機構20は、チャンバー18の内側後部に移動体28を左右に移動可能に設け、移動体28に前後方向に伸延させたアーム29の基端部を昇降可能に取付け、アーム29の先端下部にモータ（図示省略）の回転軸30を下方に向けて回動自在に取付け、回転軸30の下端部に円板状の硬質素材からなるブラシ保持体31を取付け、ブラシ保持体31の下面に基板洗浄ブラシ32を下方に向けて取付けている。

基板洗浄ブラシ32は、図４に示すように、ブラシ保持体31の下面に取付けたブラシベース部33と、ブラシベース部33の下面に形成したベース表層部34と、ベース表層部34に形成した洗浄刷毛部35とで構成している。

ブラシベース部33は、弾性を有するとともに吸水性を有する素材からなる発泡体（スポンジ）によって円筒状に形成しており、中心部に表裏貫通する通水孔36を形成している。

この通水孔36は、回転軸30及びブラシ保持体31の中心部に形成した連通孔37,38に連通しており、連通孔37,38を介して洗浄液の供給源（図示省略）に連通している。そして、供給源から洗浄液を供給すると、通水孔36を通って基板２の上面（表面）に洗浄液を供給することができるとともに、通水孔36からブラシベース部33の内部に洗浄液が浸透し、ブラシベース部33を洗浄液で膨潤させることができる。このように、基板洗浄ブラシ32には、ブラシベース部33の内部に洗浄液を供給するための洗浄液供給手段39が設けられている。

ベース表層部34は、疎水性（撥水性）を有する素材からなる皮膜によって円板状に形成しており、中心部に表裏貫通するとともにブラシベース部33の通水孔36に連通する開口40を形成している。この開口40から洗浄液を基板２に向けて吐出するようにしている。

洗浄刷毛部35は、弾性を有する素材からなる刷毛41をベース表層部34の表面（下面）に間隔をあけて植毛して形成している。

この基板洗浄ブラシ32は、たとえば、ポリプロピレン樹脂の薄膜を裏面側から加熱しながら電界を与えることによって薄膜の表面に繊維状の刷毛41を吸着させてベース表層部34の表面に刷毛41を植毛させた洗浄刷毛部35を形成し、その後、ブラシベース部33の下面に貼着することによって一体的に形成することができる。

また、基板洗浄ブラシ32では、洗浄刷毛部35に植毛した刷毛41の間隔をｔとし、洗浄液の表面張力をＴとし、刷毛41と基板２との間の接触角度をθとし、洗浄液の密度をρとし、重力加速度をｇとし、刷毛41の長さをｈとした場合に、刷毛41の間隔ｔが、
ｔ≧２・Ｔ・COSθ／（ρ・ｇ・ｈ）・・・式（１）
となるようにしている。

これは、毛細管現象によって洗浄液が刷毛41の間を上昇する水頭高さＨが、
Ｈ＝２・Ｔ・COSθ／（ρ・ｇ・ｔ）・・・式（２）
となるため、刷毛41の長さｈを上記水頭高さＨよりも大きく、すなわち、
ｈ≧Ｈ＝２・Ｔ・COSθ／（ρ・ｇ・ｔ）・・・式（３）
とすることで、刷毛41の間の洗浄液に毛細管現象が作用しても、刷毛41の基部（ベース表層部34）にまでは洗浄液が上昇しないことになるからであり、式（３）を変形して式（１）を導き出したものである。

したがって、刷毛41の間隔ｔが、式（１）を満たす値にすることで、刷毛41の間の洗浄液に毛細管現象が作用しても、刷毛41の基部（ベース表層部34）にまでは洗浄液が上昇せず、刷毛41の基部（ベース表層部34）に洗浄液とともにパーティクルが付着してしまうのを未然に防止することができる。

そして、基板洗浄機構20は、モータによって基板洗浄ブラシ32を回転させながら、移動体28によって基板２の中央部上方から周縁部上方まで基板洗浄ブラシ32を移動させるとともに、基板洗浄ブラシ32の中心部から洗浄液を基板２に供給し、基板回転保持機構19によって水平に回転する基板２の裏面を基板洗浄ブラシ32で洗浄するようにしている。

以上に説明したように、基板処理装置１の基板洗浄ユニット８に設けた基板洗浄ブラシ32は、弾性を有するブラシベース部33と、ブラシベース部33の表面に形成した疎水性を有するベース表層部34と、ベース表層部34に間隔をあけて刷毛41を植毛した洗浄刷毛部35とを有する構成となっている。

そのため、上記構成の基板処理装置１では、基板洗浄ブラシ32のベース表層部34が疎水性を有しているために、刷毛41の基部（ベース表層部34）に洗浄液とともにパーティクルが付着するのを防止することができ、他の基板２へのパーティクルの転写を防止することができる。

しかも、上記基板処理装置１では、基板洗浄ブラシ32のブラシベース部33が弾性を有しているために、洗浄する基板２に反りが生じていてもブラシベース部33が弾性によって基板２の反りに応じて柔軟に変形し、洗浄刷毛部35の刷毛41を基板２に均等に接触させることができ、洗浄刷毛部35の刷毛41で基板２の洗浄を良好に行うことができる。

さらに、上記基板処理装置１では、基板洗浄ブラシ32のブラシベース部33を吸水性を有する素材（吸水素材）で形成するとともに、ブラシベース部33に洗浄液を供給する洗浄液供給手段39を設けた構成としている。

そのため、上記構成の基板処理装置１では、基板洗浄ブラシ32のブラシベース部33の内部に洗浄液を浸透させてブラシベース部33を洗浄液で膨潤させることができるので、基板２に洗浄刷毛部35の刷毛41を柔軟に押圧させることができ、洗浄刷毛部35の刷毛41で基板２の洗浄をより一層良好に行うことができる。

また、上記基板処理装置１では、基板洗浄ブラシ32の洗浄刷毛部35に植毛した刷毛41の間隔ｔが、上記式（１）を満たす値になるようにしている。

そのため、上記構成の基板処理装置１では、基板洗浄ブラシ32の洗浄刷毛部35に植毛した刷毛41の間の洗浄液に毛細管現象が作用しても、刷毛41の基部（ベース表層部34）にまでは洗浄液が上昇せず、刷毛41の基部（ベース表層部34）に洗浄液とともにパーティクルが付着してしまうのを未然に防止することができ、他の基板２へのパーティクルの転写を防止することができる。

本発明に係る基板処理装置を示す平面図。基板洗浄ユニットを示す平面断面図。同側面断面図。基板洗浄ブラシを示す正面図（ａ）及び正面断面図（ｂ）。

符号の説明

１基板処理装置２基板
３基板搬入出部４基板搬送部
５基板処理部６基板受渡ユニット
７主搬送ユニット 8〜15 基板洗浄ユニット
17 キャリア 18 チャンバー
19 基板回転保持機構 20 基板洗浄機構
21 モータ 22 出力軸
23 ターンテーブル 24 保持体
25 アウターカップ 26 インナーカップ
27 昇降手段 28 移動体
29 アーム 30 回転軸
31 ブラシ保持体 32 基板洗浄ブラシ
33 ブラシベース部 34 ベース表層部
35 洗浄刷毛部 36 通水孔
37,38 連通孔 39 洗浄液供給手段
40 開口 41 刷毛

Claims

基板の洗浄に用いる基板洗浄ブラシにおいて、
弾性を有するブラシベース部と、
ブラシベース部の表面に形成した疎水性を有するベース表層部と、
ベース表層部に間隔をあけて植毛した洗浄刷毛部と、
を有することを特徴とする基板洗浄ブラシ。
前記ブラシベース部を吸水素材で形成するとともに、前記ブラシベース部に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄ブラシ。
前記洗浄刷毛部に刷毛を、
ｔ≧２・Ｔ・COSθ／（ρ・ｇ・ｈ）
ここで、ｔは刷毛の間隔、
Ｔは洗浄液の表面張力、
θは刷毛と基板との間の接触角度、
ρは洗浄液の密度、
ｇは重力加速度、
ｈは刷毛の長さ
となる間隔で植毛したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板洗浄ブラシ。
基板洗浄ブラシを用いて基板の洗浄を行う基板処理装置において、
基板洗浄ブラシは、
弾性を有するブラシベース部と、
ブラシベース部の表面に形成した疎水性を有するベース表層部と、
ベース表層部に間隔をあけて植毛した洗浄刷毛部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
前記ブラシベース部を吸水素材で形成するとともに、前記ブラシベース部に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
前記洗浄刷毛部に刷毛を、
ｔ≧２・Ｔ・COSθ／（ρ・ｇ・ｈ）
ここで、ｔは刷毛の間隔、
Ｔは洗浄液の表面張力、
θは刷毛と基板との間の接触角度、
ρは洗浄液の密度、
ｇは重力加速度、
ｈは刷毛の長さ
となる間隔で植毛したことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の基板処理装置。
基板洗浄ブラシを用いて基板の洗浄を行う基板洗浄方法において、
弾性を有するブラシベース部に疎水性を有するベース表層部を介して刷毛を形成した基板洗浄ブラシを用い、基板に洗浄液を供給しながら洗浄することを特徴とする基板洗浄方法。
前記洗浄液を吸水素材で形成したブラシベース部に供給しながら基板の洗浄を行うことを特徴とする請求項７に記載の基板洗浄方法。