JP2020004773A - 洗浄ブラシ、基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】清浄度が高い清浄を行うことが可能な洗浄ブラシ、基板処理装置及び基板処理方法を提供すること。【解決手段】半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａを洗浄する洗浄ブラシ６１において、被洗浄面Ｗａに対して対向配置される平板状のブラシホルダ６２と、ブラシホルダ６２の被洗浄面Ｗａ側に設けられ、多孔質のフッ素系樹脂の繊維が被洗浄面Ｗａに対して垂直方向に形成された第１のブラシ６３と、ブラシホルダ６２の被洗浄面Ｗａ側に設けられ、多孔質のフッ素系樹脂の繊維が被洗浄面Ｗａに対して平行方向に形成された第２のブラシ６４とを備えている。【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウェーハや液晶基板等の基板を洗浄する洗浄ブラシ、この洗浄ブラシを用いて洗浄する基板処理装置及び基板処理方法に関する。

半導体装置や液晶表示装置等の製造工程においては、基板としての半導体ウェーハやガラス基板に回路パターンを形成するリソグラフィプロセスがある。リソグラフィプロセスは、半導体ウェーハにレジストを塗布し、このレジストに回路パターンが形成されたマスクを介して光を照射し、ついでレジストの光が照射されない部分（あるいは光が照射された部分）を除去し、除去された部分を処理するという一連の工程を数十回繰り返すことで回路パターンが形成される。

各工程において、半導体ウェーハが汚染されていると回路パターンを精密に形成することができなくなり、不良品の発生原因となる。したがって、それぞれの工程で回路パターンを形成する際には、レジストや塵埃等のパーティクル（微粒子）が残留しない清浄な状態に上記半導体ウェーハを洗浄するということが行われている（例えば、特許文献１参照。）。

半導体ウェーハを洗浄する装置としては、複数枚の半導体ウェーハを洗浄液が収容された洗浄タンク内に漬けて洗浄するバッチ式と、１枚の基板を回転させ、その基板に対して洗浄液を噴射させて洗浄する枚葉式とがあり、基板の大型化に伴って洗浄効果の高い枚葉式が用いられる傾向にある。

枚葉式の基板処理装置には半導体ウェーハを回転させて洗浄するスピン式の基板処理装置があり、この基板処理装置において、洗浄効果をより一層高めるためには、回転される半導体ウェーハの上面に、同じく回転駆動される洗浄ブラシを接触させ、その接触部分に洗浄液（水や超純水等）を供給して上記半導体ウェーハをスクラブ洗浄することが行われている。なお、洗浄ブラシとしては、ＰＶＡブラシ、毛ブラシ等が用いられている。

特許第２８７５２０１号公報

上述した基板処理装置においては、近年、半導体デバイスの高微細化に伴ってさらなる高い清浄度が求められており、接触式洗浄に加え、洗浄液として薬液（アンモニア、硫酸、過酸化水素、オゾン水、アンモニアと過酸化水素水の混合液（ＡＰＭ）、塩酸と過酸化水素水の混合液（ＳＣ−２）、界面活性剤等）を用いる薬液化学洗浄との併用が行われている。さらに、薬液・水・超純水を加熱し、パーティクルの除去力を増加させることも行われている。しかしながら、洗浄ブラシの主成分が、耐熱、耐薬液性に劣るため、洗浄液の種類や温度が限定され、清浄度を高めることができないことがある。特に、洗浄ブラシによるスクラブ洗浄における清浄度を高めることが求められている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の洗浄ブラシ、基板処理装置及び基板処理方法は次のように構成されている。

基板の被洗浄面を洗浄する洗浄ブラシにおいて、上記被洗浄面に対して対向配置されるブラシホルダと、上記ブラシホルダの上記被洗浄面側に設けられ、多孔質のフッ素系樹脂の繊維が上記被洗浄面に対して垂直方向に形成された第１のブラシと、上記ブラシホルダの上記被洗浄面側に設けられ、多孔質のフッ素系樹脂の繊維が上記被洗浄面に対して平行方向に形成された第２のブラシとを備えている。

基板の被洗浄面を洗浄する基板処理装置において、上記基板を保持可能な保持部と、上記保持部に保持される上記基板の上記被洗浄面に対向配置され、洗浄ブラシと、上記保持部に保持された上記基板と上記洗浄ブラシとを、上記被洗浄面に沿って相対移動させる駆動機構と、上記保持部に保持された上記基板の上記被洗浄面に洗浄液を供給する供給部と、を備えている。

基板の被洗浄面を洗浄する基板処理方法において、保持部に保持される上記基板の上記被洗浄面に洗浄液を供給し、上記保持部に保持される上記基板の上記被洗浄面に対向配置され、多孔質のフッ素系樹脂の繊維を上記被洗浄面に対して垂直方向に向けて形成された第１のブラシ及び上記被洗浄面に対して平行方向に向けて形成された第２のブラシを有する洗浄ブラシを接触させ、上記保持部に保持された上記基板と上記洗浄ブラシとを、上記被洗浄面に沿って相対移動させる。

本発明によれば、清浄度が高い清浄を行うことが可能な洗浄ブラシ、基板処理装置及び基板処理方法を提供することができる。

本発明の第１実施の形態に係る洗浄ブラシが組み込まれた基板処理装置を示す縦断面図。 同基板処理装置の要部を切断して示す斜視図。 同基板処理装置に組み込まれた洗浄ブラシユニットを示す平面図。 同洗浄ブラシユニットに設けられた洗浄ブラシと半導体ウェーハとの関係を模式的に示す説明図。 同洗浄ブラシを下方から示す斜視図。 同洗浄ブラシに組み込まれた縦ブラシ（第１のブラシ）を拡大して示す側面図。 同洗浄ブラシに組み込まれた横ブラシ（第２のブラシ）を拡大して示す側面図。 同洗浄ブラシの変形例を示す説明図。 同洗浄ブラシの変形例を示す説明図。 同洗浄ブラシの変形例を示す説明図。 同洗浄ブラシの変形例を示す説明図。 同洗浄ブラシの変形例を示す説明図。 同洗浄ブラシの変形例を示す説明図。 同洗浄ブラシにおける毛ブラシの作用を模式的に示す説明図。 本発明の第２実施の形態に係る洗浄ブラシを示す側面図。 同洗浄ブラシを示す下面図。 本発明の第３実施の形態に係る洗浄ブラシユニットを示す側面図。 本発明の第４実施の形態に係る基板処理装置を示す縦断面図。 同基板処理装置を示す横断面図。 同基板処理装置に組み込まれた洗浄ブラシユニットを示す斜視図。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施の形態に係る洗浄ブラシが組み込まれた基板処理装置１０を示す縦断面図、図２は基板処理装置１０の要部を切断して示す斜視図、図３は基板処理装置１０に組み込まれた洗浄ブラシユニット（洗浄部）６０を示す平面図、図４は洗浄ブラシユニット６０に設けられた洗浄ブラシ６１と半導体ウェーハＷとの関係を模式的に示す説明図、図５は洗浄ブラシ６１を下方から示す斜視図である。

なお、これらの図中Ｐａはパーティクルサイズ（粒径）１０ｎｍ〜３００ｎｍ未満のパーティクル、Ｐｂはパーティクルサイズ３００ｎｍ〜５００ｎｍのパーティクルを示している。パーティクルＰａ，Ｐｂは、半導体ウェーハＷに付着するゴミであり、ただ単純に半導体ウェーハＷ表面に載っているものの他、半導体ウェーハＷ基板にひっかかる状態で存在しているものも含まれている。このため、半導体ウェーハＷ上に洗浄液を流すことによる、洗浄液の流れによる勢いの力だけでは、除去出来ない性質を有している。パーティクルＰａ，Ｐｂは、ゴミの場合や、前工程のＣＭＰ処理（化学的機械的研磨処理）で用いた研磨材であるスラリー（コロイダルシリカ）や研磨による削りかすである。

図１に示す本発明の一実施形態の基板処理装置１０は処理容器１１を備えている。この処理容器１１は上面が開放した有底筒状の本体部１１ａと、この本体部１１ａに対してスライド自在に設けられ周壁が傾斜した円錐筒状の覆い部１１ｂとを備え、この覆い部１１ｂは図示しない駆動機構によって上下方向にスライドさせることができる。

処理容器１１の本体部１１ａ底部には、周辺部に複数の排出管１２の一端が接続され、中心部には周囲がフランジ１３によって囲まれた挿通孔１４が形成されている。この挿通孔１４には支持軸１５が挿通されている。支持軸１５の上部は処理容器１１の内部に突出し、下端部は処理容器１１の下方に配置されたベース板１６に固定されている。排出管１２は図示しない廃液タンクに連通している。

支持軸１５には回転チャック（保持部）２１が半導体ウェーハＷの法線方向を基板回転軸として回転自在に支持されている。回転チャック２１は中心部に通孔２２ａが設けられた円盤状のベース２２を有する。このベース２２の下面、つまり通孔２２ａと対応する位置には筒状の支持部２３が中心軸を鉛直方向にして設けられている。この支持部２３は支持軸１５の外周側に嵌め込まれていて、支持軸１５の上部と下部とはそれぞれ軸受２４によって回転自在に支持されている。

支持部２３の下端部の外周面には従動プーリ２５が設けられている。ベース板１６にはモータ２６が設けられ、このモータ２６の回転軸２６ａには駆動プーリ２７が嵌め込まれている。この駆動プーリ２７と従動プーリ２５とにはベルト２８が張り渡されている。したがって、モータ２６が作動すれば、支持部２３、つまり回転チャック２１が回転駆動される。

回転チャック２１のベース２２の上面には周方向に４本の支柱２９が上方に向けて設けられている。各支柱２９の上端部には支持ピン３１ａと、この支持ピン３１ａよりも外方で、しかも支持ピン３１ａよりも背の高い係合ピン３１ｂとが突き出て設けられている。

支柱２９の上端には、基板としての半導体ウェーハＷが周辺部の下面を支持ピン３１ａに支持され、外周面を係合ピン３１ｂに係合させて着脱可能に保持される。したがって、半導体ウェーハＷは回転チャック２１と一体的に回転される。

支持軸１５には、上端に支持軸１５よりも大径で、円錐状をなした頭部４０が設けられている。この支持軸１５には、先端を頭部４０の上面に開口させた窒素ガス等の不活性ガスのガス供給路４０ａと、先端を同じく頭部４０の上面に開口させた、洗浄液Ｌの洗浄液供給路４０ｂとが軸方向に沿って形成されている。ガス供給路４０ａは図示しないガス供給源に連通し、洗浄液供給路４０ｂは同じく図示しない洗浄液Ｌの供給源に連通している。

ガス供給路４０ａに供給された不活性ガスは支柱２９に保持された半導体ウェーハＷに向かって噴出され、洗浄液供給路４０ｂに供給された洗浄液Ｌはその先端のノズル孔４０ｃから半導体ウェーハＷの下面に向かって噴出される。

回転チャック２１に保持される半導体ウェーハＷの被洗浄面（上面）Ｗａ側には、この半導体ウェーハＷの上面を洗浄するため円形状の洗浄ブラシユニット６０が配置されている。洗浄ブラシユニット６０は、半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａにおいて対向配置される洗浄ブラシ６１を着脱自在に保持している。洗浄ブラシ６１は、円盤状のブラシホルダ６２を有している。このブラシホルダ６２の表面には、図５に示すように、１つの縦ブラシ６３が中央に、その周囲に６つの横ブラシ６４が周方向に沿って配置されている。なお、本実施形態において、縦ブラシ６３は、第１のブラシを構成し、横ブラシ６４は、第２のブラシを構成するものである。

縦ブラシ６３及び横ブラシ６４は、ブロック状で円柱状に形成されており、その軸心方向は半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａに対して垂直になるように、ブラシホルダ６２に嵌め込んで設けられている。なお、縦ブラシ６３及び横ブラシ６４における半導体ウェーハＷの被処理面Ｗａに対向する面は、半導体ウェーハＷの被処理面Ｗａに対して平行に形成されている。洗浄ブラシ６１は揺動機構４２によって半導体ウェーハＷの径方向に沿って揺動される。つまり、揺動機構４２は中空筒状の水平アーム４３を有する。この水平アーム４３の先端部内には駆動源としての回転モータ４４が回転軸４４ａを垂直にして内蔵されていて、その回転軸４４ａに洗浄ブラシユニット６０が取り付けられている。

縦ブラシ６３は、フッ素系樹脂の１つである多孔質ＰＴＦＥ材（ポリテトラフルオロエチレン）の繊維（以下、「ＰＴＦＥ繊維」と称する）により形成されている。縦ブラシ６３は、ＰＴＦＥ繊維方向が縦に形成されている。具体的には、図６に示すように、縦ブラシ６３の繊維が伸びる方向は、半導体ウェーハＷの上面に対して全体的に見て垂直に配置されている。すなわち、半導体ウェーハＷの上面に対して、全体的に見て垂直方向に繊維（フィブリル）が伸びて形成されている。なお、後述するように繊維を繋ぐノード（島状のもの）が半導体ウェーハＷの上面に対して全体的に見て平行に形成されていると言い換えることができる。この場合、半導体ウェーハＷ上面と触れる面における各繊維間の隙間は一定の間隔に形成されているのではなく、不規則の間隔で形成されており、例えば、１０ｎｍ〜３００ｎｍと様々に形成される。

図６の拡大図では、縦ブラシ６３の要部、すなわち、多孔質ＰＴＦＥ材１００を拡大して示している。多孔質ＰＴＦＥ材１００は、島状に分布した複数のノード１０１と、これらノード１０１から、その延伸方向（横）に配向された複数の繊維１０２とを含んでいる。各繊維１０２間には、隙間１０３が存在する。隙間１０３は、連続気孔あるいは独立気孔になり得る。

横ブラシ６４は、多孔質ＰＴＦＥ材１００の繊維方向が横に形成されている。具体的には、図７に示すように、半導体ウェーハＷの上面に対して、平行に繊維（フィブリル）が伸びて形成されている。繊維を繋ぐノード（島状のもの）が半導体ウェーハＷの上面に対して全体的に見て垂直方向に形成されていると言い換えることができる。この場合、半導体ウェーハＷ上面と触れる面における各ノード間の隙間（各ノードから伸びる繊維の長さ）は一定の間隔に形成されているのではなく、不規則の間隔で形成されており、例えば、３００ｎｍ〜５００ｎｍの大きさで形成される。

図７の拡大図では、横ブラシ６４の要部、すなわち多孔質ＰＴＦＥ材１００を拡大して示している。多孔質ＰＴＦＥ材１００は、島状に分布した複数のノード１０１と、これらノード１０１から、その延伸方向（縦）に配向された複数の繊維１０２とを含んでいる。各繊維１０２間には、隙間１０３が存在する。隙間１０３は、連続気孔あるいは独立気孔になり得る。

半導体ウェーハＷ上面に存在するパーティクルが縦ブラシ６３と横ブラシ６４に入り込む。入り込んだパーティクルが、縦ブラシ６３と横ブラシ６４の底面（半導体ウェーハＷとの接触面）の繊維と繊維の間に引っかかる。この引っかかったパーティクルは、半導体ウェーハＷと相対移動する縦ブラシ６３と横ブラシ６４によって引っ張られて半導体ウェーハＷ上面から剥ぎ取られる。なお、縦ブラシ６３と横ブラシ６４の底面と半導体ウェーハＷ表面との間に入り込まないサイズのパーティクルは、縦ブラシ６３と横ブラシ６４の端面に当たる。この当たったパーティクルは、縦ブラシ６３と横ブラシ６４の揺動により、ほうきで掃かれるように半導体ウェーハＷの端に移動させられる。

まず、縦ブラシ６３と横ブラシ６４によって、半導体ウェーハＷ上面のパーティクルが除去される場合、除去するパーティクルのサイズが異なる点について考察する。すなわち、多孔質ＰＴＦＥ材１００の繊維方向を縦にした場合は、縦ブラシ６３の繊維同士の間隔が不規則に形成されているため、半導体ウェーハＷ上面と触れる面における繊維同士の隙間の大きさも様々な大きさ（１０ｎｍ〜３００ｎｍ）に形成されている。繊維と繊維の間隔が狭い（３００ｎｍ未満）箇所は、繊維同士の間隔の大きさに合う、小さいサイズのパーティクルＰａが入り込むことができる。したがって、小さなパーティクルＰａを除去する除去率が高いと考えられる。

一方、ＰＴＦＥ繊維方向を横にした場合は、横ブラシ６４のノード間の間隔が縦ブラシ６３における繊維同士の間隔より大きく、不規則に形成されているため、半導体ウェーハＷ上面と触れる面におけるノード同士の隙間（ノード間に形成される繊維同士の隙間）の大きさも様々な大きさ（３００ｎｍ〜５００ｎｍ）に形成されている。この隙間に、ノード間の間隔の大きさに合う、大きいサイズのパーティクルＰｂが入り込むことができる。したがって、大きなパーティクルＰｂを除去する除去率が高いと考えられる。

水平アーム４３には図示しない洗浄液Ｌの供給源に接続されたノズル管（供給部）４５が挿通されている。このノズル管４５の先端部は水平アーム４３の先端部から下方に向かって導出され、その先端開口はブラシホルダ６２の外周面に向けられている。したがって、ノズル管４５により洗浄液Ｌがブラシホルダ６２の径方向外方から供給されるようになっている。

洗浄液Ｌは、例えば、アンモニア、硫酸、過酸化水素水、オゾン水、アンモニアと過酸化水素水の混合液（ＡＰＭ）、界面活性剤のいずれかを含む薬液、若しくは、水・超純水である。洗浄液Ｌは加熱されている場合がある。このように洗浄液Ｌとして薬液を用いたり、加熱したりすることで、パーティクルの除去力を増加させることができる。なお、上述した縦ブラシ６３及び横ブラシ６４の主成分である多孔質ＰＴＦＥ材は、耐熱、耐薬液性に優れており、洗浄液Ｌによって劣化することが少ない。このため、各種の薬液及び加熱された洗浄液Ｌを用いることができる。

なお、この実施形態においては、図３に示すようにノズル管４５から洗浄ブラシユニット６０に向かって供給される洗浄液Ｌの供給方向Ａは、洗浄ブラシユニット６０のほぼ接線方向で、しかも、洗浄ブラシユニット６０の回転方向Ｂに沿う方向に設定されている。また、洗浄ブラシユニット６０の回転方向は、半導体ウェーハＷの回転方向と同方向または逆方向のいずれであってもよい。

水平アーム４３の端部には軸線を垂直にした揺動軸４６の上端が連結されている。この揺動軸４６の下端部はベース板１６の下方に突出され、支持体４７に揺動自在に支持されている。

支持体４７の一側面には一対のガイド４８が上下方向に沿って設けられ、このガイド４８はベース板１６の下面に設けられた取付板４９の一側面に上下方向に沿って設けられたレール５０にスライド自在に係合している。

取付板４９の支持体４７の下方の部分には上下駆動モータ５１が設けられている。この上下駆動モータ５１は、例えば、ねじ軸等の駆動軸５２を有し、この駆動軸５２は支持体４７に嵌め合されている。

したがって、この駆動軸５２が上下駆動モータ５１によって回転駆動されると、支持体４７がレール５０に沿って上下駆動されるようになっている。つまり、洗浄ブラシユニット６０が支持体４７、揺動軸４６及び水平アーム４３を介して上下駆動される。

支持体４７の他側には揺動駆動源５３が取り付けられている。この揺動駆動源５３は収納ボックス５４及びこの収納ボックス５４の下面に設けられたモータ５５を有する。収納ボックス５４内にはモータ５５によって回転駆動される図示しない駆動歯車が収容されている。

揺動軸４６の支持体４７によって支持された下端部には図示しない従動歯車が設けられ、この従動歯車と駆動歯車との間にはベルトが張り渡されている。したがって、揺動軸４６は、揺動駆動源５３のモータ５５が作動することで所定の角度範囲内で揺動する。

揺動軸４６が所定の角度範囲内で揺動され、その揺動によって水平アーム４３が揺動すると、この水平アーム４３の先端部に設けられた洗浄ブラシユニット６０は、図３に実線と破線で示すように回転チャック２１に保持された半導体ウェーハＷの径方向中心部と周辺部との間で揺動されるようになっている。この揺動範囲を図３に矢印Ｄで示す。

洗浄ブラシユニット６０を回転駆動する回転モータ４４は制御装置９０に接続されている。この制御装置９０は回転モータ４４に給電すると共に、洗浄ブラシユニット６０を上下駆動モータ５１によって上下駆動させる。制御装置９０は、各機構のパラメータ、例えば、押し付け量、回転数、揺動速度、洗浄液Ｌの吐出量を適宜制御する。

このように構成された基板処理装置１０によって、例えばＣＭＰ処理が行われた半導体ウェーハＷを洗浄処理する場合について説明する。ＣＭＰ処理によって半導体ウェーハＷ上面には有機物を含むスラリーや半導体ウェーハＷの削りくず等の残留物が残留しており、半導体ウェーハＷ上面に付着する。まず、洗浄ブラシユニット６０を処理容器１１の外方に退避させた状態で回転チャック２１に半導体ウェーハＷを保持し、モータ２６を作動させて回転チャック２１とともに半導体ウェーハＷを回転させる。

ついで、洗浄ブラシユニット６０を退避位置から半導体ウェーハＷの上方に移動させる。回転モータ４４を作動させて洗浄ブラシユニット６０を回転させるとともに、支持軸１５の洗浄液供給路４０ｂとノズル管４５とから半導体ウェーハＷの下面と上面とに純水等の洗浄液Ｌを供給しながら上下駆動モータ５１を作動させて洗浄ブラシユニット６０を下降させる。洗浄液Ｌとしてオゾン水を用いた場合には、有機物を含むスラリーが分解されて、スラリーに含まれた粒状のコロイダルシリカ等が生ずる。また、揺動駆動源５３を作動させて水平アーム４３、つまり洗浄ブラシユニット６０を半導体ウェーハＷの上面で図３に矢印Ｄで示すように揺動させる。なお、揺動速度は、半導体ウェーハＷ上面に残留する残留物の粘度に応じて適宜調整することができる。例えば、有機物を含むスラリーの付着力が強い場合は、揺動速度や半導体ウェーハＷの回転速度を遅くする等の制御を行う。

洗浄ブラシ６１が上下駆動モータ５１によって下降して、半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａに縦ブラシ６３及び横ブラシ６４が接触する。半導体ウェーハＷの上面は縦ブラシ６３及び横ブラシ６４によって、その上面に付着した小さなパーティクルＰａと比較的大きなパーティクルＰｂを同時に除去することができる。これにより、半導体ウェーハＷの上面に付着する様々なサイズのパーティクルを除去ができるので、ウェーハＷ上面における清浄度を向上させることができる。また、ブラシホルダ６２に設けられる横ブラシ６４が縦ブラシ６３よりも外周側に位置しているため、大きなパーティクルＰｂが先に除去され、その後、中央に位置する縦ブラシ６３によって小さなパーティクルＰａが除去される。縦ブラシ６３に接触する大きなパーティクルＰｂを減らすことができることになるため、縦ブラシ６３における半導体ウェーハＷ上面と触れる面に大きなパーティクルＰｂが引っ掛かってパーティクルＰｂを引き摺る現象を回避でき、本来の除去対象である小さなパーティクルＰａを除去することができる。

なお、洗浄ブラシ６１は、縦ブラシ６３及び横ブラシ６４同士に隙間が設けられているため、洗浄液Ｌが隙間を通って、縦ブラシ６３及び横ブラシ６４により掃き出されたパーティクルとともに縦ブラシ６３及び横ブラシ６４の揺動方向の後方に抜ける。

なお、図８に示すように、ブラシホルダ６２の中央に位置する縦ブラシ６３は横ブラシ６４の直径より大きく設定することもできる。これにより、縦ブラシ６３における半導体ウェーハの被処理面Ｗａと接触する面の接触面積を増やすことで、小さいパーティクルＰａの除去する効果を高めることができる。

縦ブラシ６３及び横ブラシ６４の主成分は、多孔質ＰＴＦＥ材であるため、薬液や加熱された洗浄液Ｌに対して、耐熱性・耐薬液性に優れている。

そのため、半導体ウェーハＷにＣＭＰ処理後、半導体ウェーハＷ上面の有機物を薬液によって化学的に分解する処理を行いながらスクラブ洗浄することができる。これにより、半導体ウェーハＷ上面に存在する削りくず等の残留物を除去するだけでなく、半導体ウェーハＷ上面にある有機物と有機物に含まれる粒状のコロイダルシリカ等も同時に除去することが可能となり、ウェーハＷ上面における洗浄効率を向上させることができる。また、薬液によって化学的に分解された有機物を、縦ブラシ６３及び横ブラシ６４により掃き出すことが可能となり、ウェーハＷ上面における洗浄能力を向上させることができる。

以上説明したように、上記の実施形態によれば、半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａに対してＰＴＦＥ繊維方向を縦（垂直方向）及び横（平行方向）にして縦ブラシ６３及び横ブラシ６４を接触させて半導体ウェーハＷの径方向に沿って揺動することで、小さなパーティクルＰａから比較的大きなパーティクルＰｂまで除去することができる。したがって、半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａにおける高い清浄度を有することができる。また、耐薬液性を有するＰＴＦＥ材料を用いた縦ブラシ６３及び横ブラシ６４を用いているため、オゾンや酸等の例えば有機物を含むスラリーを分解できる薬液を用いることができる。したがって、薬液により分解されるスラリーから生ずる様々なサイズの粒状物（コロイダルシリカ等）を除去することができる。

なお、ブラシホルダ６２に設けられる縦ブラシ６３や横ブラシ６４の個数及び配置パターン、さらにブラシの材質は上記のものに限定されない。例えば、前工程で生ずる小さいパーティクルＰａと大きいパーティクルＰｂの割合やその材質、半導体ウェーハＷ及び洗浄液Ｌの種類に応じて、半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａを十分に洗浄処理できるものが選択される。以下、図８〜図１３において洗浄ブラシ６１の変形例の主な例を示す。

図９は、洗浄ブラシ６１の変形例に係る洗浄ブラシ６１Ａを下面側から示す説明図である。洗浄ブラシ６１Ａは、縦ブラシ６３を中央に配置し、その周囲を３つの縦ブラシ６３及び３つの横ブラシ６４を周方向に沿って交互に配置している。この場合は、縦ブラシ６３が半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａに接触する合計接触面積が、横ブラシ６４が半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａに接触する合計接触面積より大きく設定されている。これにより、多くの小さいパーティクルＰａを除去することができる。したがって、半導体ウェーハＷの被処理面Ｗａにおいて、小さいパーティクルＰａが比較的多い場合に適切である。

図１０は、洗浄ブラシ６１の変形例に係る洗浄ブラシ６１Ｂを下面側から示す説明図である。洗浄ブラシ６１Ｂは、横ブラシ６４を中央に配置し、その周囲を３つの縦ブラシ６３及び３つの横ブラシ６４を周方向に沿って交互に配置している。この場合は、縦ブラシ６３が半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａに接触する合計接触面積より横ブラシ６４が半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａに接触する合計接触面積が大きく設定されている。これにより、多くの大きなパーティクルＰｂを除去することができる。したがって、半導体ウェーハＷの被処理面Ｗａにおいて、大きいパーティクルＰｂが比較的多い場合に適切である。

図１１は、洗浄ブラシ６１の変形例に係る洗浄ブラシ６１Ｃを下面側から示す説明図である。洗浄ブラシ６１Ｃは、縦ブラシ６３を中央に配置し、その周囲を４つの縦ブラシ６３及び２つの横ブラシ６４を周方向に沿って配置している。この場合は、縦ブラシ６３が半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａに接触する合計接触面積が、横ブラシ６４が半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａに接触する合計接触面積より大きく設定されている。これにより、より多くの小さいパーティクルＰａを除去することができる。したがって、半導体ウェーハＷの被処理面Ｗａにおいて、小さいパーティクルＰａが多い場合に適切である。

図１２は、洗浄ブラシ６１の変形例に係る洗浄ブラシ６１Ｅを下面側から示す説明図である。洗浄ブラシ６１Ｅは、縦ブラシ６３を中央に配置し、その周囲を２つの縦ブラシ６３、２つの横ブラシ６４、及び、２つのＰＶＡブラシ６５を周方向に沿って交互に配置している。ＰＶＡブラシ６５は、円柱状のスポンジ状のブラシであり、上述した横ブラシ６４に形成される隙間より大きい隙間が形成されているため、上述した大きいパーティクルＰｂよりさらに大きいパーティクル（例えば、直径５００ｎｍ以上）を効率的に除去することができる。ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）はＰＴＦＥとは異なる材料であり、上述した薬液に対して弱いため、洗浄液Ｌとしては水・超純水を用いる。

図１３は、洗浄ブラシ６１の変形例に係る洗浄ブラシ６１Ｆを下面側から示す説明図である。洗浄ブラシ６１Ｆは、縦ブラシ６３を中央に配置し、その周囲を２つの縦ブラシ６３、２つの横ブラシ６４、及び、２つの毛ブラシ６６を周方向に沿って交互に配置している。毛ブラシ６６は、上述した大きいパーティクルＰｂよりさらに大きいパーティクルを効率的に除去することができる。毛ブラシ６６の材質は、例えば、ＰＴＦＥとは異なる材質を用いる。例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）や疎水性で耐薬液性を有するＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）で形成されている。ＰＰは上述した薬液に対して弱いため、洗浄液Ｌとしては水・超純水を用いる。毛ブラシ６６の材質は、樹脂材料に限られない。図１４に示すように、毛ブラシ６６を用いることで、凹状の半導体ウェーハＷの溝の隅に入ったパーティクルを掻き出すことが容易となる。また、凹凸状のパターンを有した半導体ウェーハＷにおいて、パターンの溝に入り込んだパーティクルも掻き出すこともできる。

図１５は、本発明の第２実施の形態に係る洗浄ブラシ７０を示す側面図、図１６は洗浄ブラシ７０を示す下面図である。なお、図１５及び図１６において、図５と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

洗浄ブラシ７０は、矩形状のブラシホルダ７１と、このブラシホルダ７１に２つの縦ブラシ６３と３つの横ブラシ６４がブラシホルダ７１の長手方向に沿って一列に配置されている。なお、ブラシホルダ７１の両端に横ブラシ６４が配置される。

このように構成された洗浄ブラシ７０を用いて、洗浄を行う。すなわち、例えば、往復動機構（不図示）の下端に洗浄ブラシ７０を取り付けて、半導体ウェーハＷの下面と上面とに純水等の洗浄液Ｌを供給する。なお、洗浄ブラシ７０を回転軸４４ａに取り付け、回転モータ４４を回転させずに、水平アーム４３によって揺動させるようにしてもよい。

洗浄ブラシ７０の半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａに縦ブラシ６３及び横ブラシ６４が接触させ、往復動機構を動作させることで、洗浄ブラシ７０を半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａ上を往復動させる。半導体ウェーハＷの上面は縦ブラシ６３及び横ブラシ６４によって、その上面に付着したパーティクルが除去される。この時、横ブラシ６４が両端に位置しているため、大きなパーティクルＰｂが先に除去され、その後、中央に位置する縦ブラシ６３によって小さなパーティクルＰａが除去される。これにより、小さなパーティクルＰａを効率的に除去することができる。また、縦ブラシ６３に接触する大きなパーティクルＰｂを減らすことができることになるため、また、縦ブラシ６３における半導体ウェーハＷ上面と触れる面に大きなパーティクルＰｂが引っ掛かってパーティクルＰｂを引き摺る現象を回避でき、本来の除去対象である小さなパーティクルＰａを除去することができる。

なお、上記の実施形態では、縦ブラシ６３及び横ブラシ６４を１つのブラシホルダ６２に嵌めこんで設けたが、縦ブラシ６３と横ブラシ６４を別のブラシホルダに分けて設けても良い。つまり、一方のブラシホルダに縦ブラシ６３だけを設け、他方のブラシホルダに横ブラシ６４だけを設け、それぞれのブラシに対して上述した洗浄ブラシユニット６０が構成されることになる。この場合、先に横ブラシ６４が設けられた洗浄ブラシユニット６０で半導体ウェーハＷの被処理面Ｗａを洗浄し、その後、縦ブラシ６３が設けられた洗浄ブラシユニット６０で半導体ウェーハＷの被処理面Ｗａを洗浄する。これにより、上述したように、縦ブラシ６３における半導体ウェーハＷ上面と触れる面に大きなパーティクルＰｂが引っ掛かってパーティクルＰｂを引き摺る現象を回避でき、本来の除去対象である小さなパーティクルＰａを除去することができる。

図１７は、本発明の第３実施の形態に係る洗浄ブラシ８０を示す斜視図である。図１７において、図５と同一機能部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。洗浄ブラシ８０は、円盤状のブラシホルダ８１を有している。ブラシホルダ８１の中央に洗浄液供給路４５Ａに接続されたノズル孔８２が設けられている。ブラシホルダ８１の表面には、図１７に示すように、ノズル孔８２の周囲を３つの縦ブラシ６３及び３つの横ブラシ６４を周方向に沿って交互に配置している。

本実施形態においては、ノズル孔８２から洗浄液Ｌを供給することで、縦ブラシ６３及び横ブラシ６４よって掃き出されたパーティクルを中央から外側に向けて押し流すことができる。なお、この場合、図１におけるノズル管４５は無くても良い。

図１８は、本発明の第４実施の形態に係るロール洗浄ブラシ２２１が組み込まれた基板処理装置２００を示す縦断面図、図１９は、基板処理装置２００を示す横断面図、図２０は基板処理装置２００に組み込まれたロール洗浄ブラシ２２１を示す斜視図である。

図１８及び図１９に示すように、基板処理装置２００は、洗浄槽２０１を備えている。図１９に示すように洗浄槽２０１の一側壁には導入口２０３が形成されている。この導入口２０３からは、半導体ウェーハＷが外部から内部に導入される。洗浄槽２０１の一側壁に隣接する側壁には洗浄された半導体ウェーハＷを搬出するための導出口２０４が形成されている。

図１８及び図１９に示すように、洗浄槽２０１内には、３本の駆動ローラ２０６及び２本の規制ローラ２０７が配置されている。駆動ローラ２０６及び規制ローラ２０７は、それぞれ軸線を鉛直にして回転自在に、しかも、半導体ウェーハＷの周方向に沿って所定の間隔で配設されている。駆動ローラ２０６は図１９中右側、規制ローラ２０７は図１９中左側に配置されている。駆動ローラ２０６の下端部は、第１の軸受体２１１によって回転自在に支持されている。第１の軸受体２１１は、支持板２０９に固定されて設けられている。

規制ローラ２０７の下端部は第２の軸受体２１２によって回転自在に支持されている。第２の軸受体２１２は支持板２０９にスライド自在に設けられ、図１８に矢印で示すように駆動シリンダ２１３により駆動ローラ２０６に対して接離する方向に駆動されるようになっている。

駆動ローラ２０６は、半導体ウェーハＷの周辺部が係合する。規制ローラ２０７は、半導体ウェーハＷの周辺部に接触して係合保持された半導体ウェーハＷが径方向にずれ動くのを規制するようになっている。

駆動ローラ２０６は第１の駆動機構２１７によって回転駆動されるようになっている。この第１の駆動機構２１７は図１８に示すように支持板２０９の下方に配置されたモータ２１８を有する。このモータ２１８の回転軸２１８ａには駆動プーリ２１９ａが設けられている。この駆動プーリ２１９ａと各駆動ローラ２０６の下端部にそれぞれ設けられた３つの従動プーリ２１９ｂとの間にはベルト２２０が張り渡されている。したがって、モータ２１８が作動すれば、ベルト２２０を介して各駆動ローラ２０６を回転駆動することができる。

洗浄槽２０１内には、上下一対のロール洗浄ブラシ２２１が水平方向の回転軸を有する一対の保持部２２２に支持されて配置されている。これらロール洗浄ブラシ２２１は、図１９に示す第２の駆動機構２２０Ａによってそれぞれ回転駆動されるとともに、保持部２２２を介して上下駆動機構２２０Ｂによって上下方向に駆動される。これらのロール洗浄ブラシ２２１は半導体ウェーハＷを挟んで配置され、それぞれ半導体ウェーハＷの上下面（被洗浄面Ｗａ）に接触して洗浄を行う。

図１８に示すように、ロール洗浄ブラシ２２１の近傍には、一対のパイプ状の下部のノズル２４１と上部のノズル２４２とが半導体ウェーハＷを挟んで配置されている。各ノズル２４１、２４２からは半導体ウェーハＷの上下面（被洗浄面Ｗａ）を一対のロール洗浄ブラシ２２１によって洗浄するときに洗浄液Ｌが供給される。

保持部２２２は、上下方向に沿って移動可能に構成された軸受体２２３に対し回転自在に支持されている。この軸受体２２３の内部には、モータ２２４の回転軸が連結されており、このモータ２２４の回転が軸受体２２３を介して保持部２２２に伝達され、ロール洗浄ブラシ２２１を回転することができる。軸受体２２３は、アーム２２６によって支持され、上下駆動機構２２０Ｂに支持されている。このような上下駆動機構２２０Ｂによって、アーム２２６を上下に駆動することで、各ロール洗浄ブラシ２２１を半導体ウェーハＷの下面と上面とに所定の接触力で接触させることができる。

各ロール洗浄ブラシ２２１は、図２０に示すように円筒状のブラシホルダ２２１ａの表面に、ブラシホルダ２２１ａの軸心線に平行に列状に取付けられた縦ブラシ２２１ｂと、ブラシホルダ２２１ａの軸心線に平行に列状に取付けられた横ブラシ２２１ｃを備えている。また、縦ブラシ２２１ｂと横ブラシ２２１ｃは、交互に配置されている。縦ブラシ２２１ｂは上述した縦ブラシ６３と同様に形成され、また、横ブラシ２２１ｃは上述した横ブラシ６４と同様に形成されている。

ブラシホルダ２２１ａの軸心方向は、半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａに対して平行に形成されている。つまり、各ロール洗浄ブラシ２２１は、半導体ウェーハＷの被処理面に対して平行に設けられている。すなわち、各縦ブラシ２２１ｂは、円柱状に形成されており、半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａと対向配置されたとき、縦ブラシ２２１ｂの軸心方向は半導体ウェーハの被処理面に対して垂直になるように、ブラシホルダ２２１ａの表面に設けられている。なお、寸法については、上述した縦ブラシ６３よりも小径に形成されている。各横ブラシ２２１ｃは、円柱状に形成されており、半導体ウェーハＷの被洗浄面Ｗａと対向配置されたとき、横ブラシ２２１ｃの軸心方向は半導体ウェーハの被処理面に対して垂直になるように、ブラシホルダ２２１ａの表面に設けられている。なお、寸法については、上述した横ブラシ６４よりも小径に形成されている。さらに、各ロール洗浄ブラシ２２１の長さは、半導体ウェーハＷの直径をカバーするような長さで形成されている。

ロール洗浄ブラシ２２１は、それぞれモータ２２４によって一対のロール洗浄ブラシ２２１間に供給された半導体ウェーハＷをその回転力で駆動ローラ２０６の外周面に押し付ける方向に回転駆動される。

このように構成された基板処理装置２００では、一対のロール洗浄ブラシ２２１を所定の高さに位置決めし、駆動シリンダ２１３を作動させて一対の規制ローラ２０７を半導体ウェーハＷの径方向の反対側の部分の駆動ローラ２０６の外周面に当接するまであるいはわずかな間隔を介して近接するまで前進方向へ駆動する。このようにして半導体ウェーハＷを保持し、ロール洗浄ブラシ２２１及び３本の駆動ローラ２０６を回転駆動する。また、各ノズル２４１、２４２から半導体ウェーハＷの上下面に向けて洗浄液Ｌを噴射する。

一対のロール洗浄ブラシ２２１が回転駆動されることで、半導体ウェーハＷの上下面に対して各ロール洗浄ブラシ２２１の縦ブラシ２２１ｂ及び横ブラシ２２１ｃを押し当てることができるから、半導体ウェーハＷの上下面をロール洗浄ブラシ２２１の軸方向全長にわたってむらなくほぼ均一に洗浄することができる。

本実施形態に係るロール洗浄ブラシ２２１においても、上述した洗浄ブラシ６１と同様に用いることで、広範囲の大きさのパーティクルＰａ，Ｐｂを除去することができると共に、洗浄液Ｌの供給と同時にスクラブ洗浄が可能である。

なお、ロール洗浄ブラシ２２１は、縦ブラシ２２１ｂ及び横ブラシ２２１ｃを軸方向に列状に配置したが、周方向に沿って列状に配置してもよい。また、ランダムに配置しても良い。さらに、縦ブラシ２２１ｂ及び横ブラシ２２１ｃの比率を、前工程の種類に応じて変更してもよい。また、パーティクルの大きさや処理対象の半導体ウェーハＷの種類に応じて、縦ブラシ２２１ｂ及び横ブラシ２２１ｃに、ＰＶＡブラシや毛ブラシを加えても良い。

なお、上記の実施形態では、基板処理装置で処理を行う基板として半導体ウェーハＷを例示したが、これに限られるものではなく、液晶基板や、フォトマスク等のガラス基板に適用することもできる。また、洗浄処理時に洗浄ブラシユニットを回転させているが、基板側を回転させても良い。また、相対移動であれば回転させなくても良い。さらに、洗浄ブラシの形状は、円盤状や円柱状に限るものではない。また、フッ素系樹脂として多孔質ＰＴＦＥ材を挙げたが、上述したように小さなパーティクルを取り込むことができる同様な構成を有するものであれば、他のフッ素系樹脂（例えば、ＰＶＤＦやＴＦＥ）を用いてもよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１０…基板処理装置、１１…処理容器、２１…回転チャック（保持部）、４５…ノズル管（供給部）、４５Ａ…洗浄液供給路、４６…揺動軸、６０…洗浄ブラシユニット（洗浄部）、６１，６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ，６１Ｅ，６１Ｆ…洗浄ブラシ、６２…ブラシホルダ、６３…縦ブラシ、６３Ａ…縦ブラシ、６４…横ブラシ、６５…ブラシ、６６…毛ブラシ、７０…洗浄ブラシ、７１…ブラシホルダ、８０…洗浄ブラシ、８１…ブラシホルダ、８２…ノズル孔、９０…制御装置、１００…多孔質ＰＴＦＥ材、１０１…ノード、１０２…繊維、１０３…隙間、２００…基板処理装置、２１７…第１の駆動機構、２２０Ａ…第２の駆動機構、２２０Ｂ…上下駆動機構、２２１…ロール洗浄ブラシ、２２１ａ…ブラシホルダ、２２１ｂ…縦ブラシ、２２１ｃ…横ブラシ、Ｌ…洗浄液、Ｗ…基板。

Claims (9)

1. 基板の被洗浄面を洗浄する洗浄ブラシにおいて、
   上記被洗浄面に対して対向配置されるブラシホルダと、
   上記ブラシホルダの上記被洗浄面側に設けられ、多孔質のフッ素系樹脂の繊維が上記被洗浄面に対して垂直方向に形成された第１のブラシと、
   上記ブラシホルダの上記被洗浄面側に設けられ、多孔質のフッ素系樹脂の繊維が上記被洗浄面に対して平行方向に形成された第２のブラシとを備えている洗浄ブラシ。
2. 上記ブラシホルダにおいて、上記第１のブラシと上記第２のブラシとが交互に配置されている請求項１に記載の洗浄ブラシ。
3. 上記ブラシホルダにおいて、上記第１のブラシの数より、上記第２のブラシの数が多く配置されている請求項１又は請求項２に記載の洗浄ブラシ。
4. 上記第１のブラシは、上記ブラシホルダの中心側に配置され、
   上記第２のブラシは、上記ブラシホルダの外側に配置されている請求項３に記載の洗浄ブラシ。
5. 上記第１のブラシが上記被洗浄面に接触する接触面積は、上記第２のブラシが上記被洗浄面に接触する接触面積より大きい請求項４に記載の洗浄ブラシ。
6. 上記ブラシホルダにおいて、上記第２のブラシの数より、上記第１のブラシの数が多く配置されている請求項１又は請求項２に記載の洗浄ブラシ。
7. 上記第１のブラシ及び上記第２のブラシとは、異なる材質で形成されたブラシを更に備える請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の洗浄ブラシ。
8. 基板の被洗浄面を洗浄する基板処理装置において、
   上記基板を保持可能な保持部と、
   上記保持部に保持される上記基板の上記被洗浄面に対向配置され、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の洗浄ブラシと、
   上記保持部に保持された上記基板と上記洗浄ブラシとを、上記被洗浄面に沿って相対移動させる駆動機構と、
   上記保持部に保持された上記基板の上記被洗浄面に洗浄液を供給する供給部と、を備えている基板処理装置。
9. 基板の被洗浄面を洗浄する基板処理方法において、
   保持部に保持される上記基板の上記被洗浄面に洗浄液を供給し、
   上記保持部に保持される上記基板の上記被洗浄面に対向配置され、多孔質のフッ素系樹脂の繊維を上記被洗浄面に対して垂直方向に向けて形成された第１のブラシ及び上記被洗浄面に対して平行方向に向けて形成された第２のブラシを有する洗浄ブラシを接触させ、
   上記保持部に保持された上記基板と上記洗浄ブラシとを、上記被洗浄面に沿って相対移動させる基板処理方法。