JP2021019130A - 基板洗浄装置および基板洗浄方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】洗浄具を支持する構造を小型化でき、かつ、洗浄具によって基板に加えられる荷重を抑制できる基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供する。【解決手段】基板洗浄装置１０は、基板Ｗを保持する基板保持機構４０と、基板保持機構４０に保持された基板Ｗを回転させる回転機構５０と、基板Ｗを洗浄する洗浄機構６０とを備える。洗浄機構６０は、支柱６１と、支柱６１から延出し、高さ位置が非変動となるアーム６２と、基板Ｗの表面に当接することでこの表面を洗浄する洗浄具６３と、洗浄具６３を、アーム６２に対して昇降させる昇降機構６４と、少なくとも洗浄具６３が下降する際の速度を制御する制御部６７と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、基板洗浄装置および基板洗浄方法に関する。
半導体ウェハ等の基板を洗浄する装置は、例えば、基板を保持する基板保持機構と、基板を回転させる回転機構と、基板を洗浄する洗浄機構とを備える。洗浄機構は、伸縮可能な支柱と、支柱から水平に延出するアームと、アームに支持された洗浄具と、洗浄具を昇降させる昇降機構とを備える（例えば、特許文献１を参照）。
基板洗浄装置は、支柱の短縮などにより洗浄具を下降させて基板の表面に当接させた状態で基板を回転させることによって、この基板の表面を洗浄する。
特開２０００−１８８２７４号公報
前記基板洗浄装置では、洗浄具を支持するための構造（支柱等）が複雑でサイズが大きく、広い設置スペースが必要であった。そのため、洗浄機構の増設などの設計変更に対応しにくかった。また、前記基板洗浄装置では、基板の保護のため、洗浄具が基板に当接するときに基板に加えられる荷重を抑制することが求められていた。
本発明の一態様は、洗浄具を支持する構造を小型化でき、かつ、洗浄具によって基板に加えられる荷重を抑制できる基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、基板を保持する基板保持機構と、前記基板保持機構に保持された前記基板を回転させる回転機構と、前記基板を洗浄する洗浄機構と、を備え、前記洗浄機構は、支柱と、前記支柱から延出し、高さ位置が非変動となるアームと、前記アームに支持され、前記基板の表面に当接することで前記表面を洗浄する洗浄具と、前記洗浄具を、前記基板から離れた上昇位置と前記基板に当接する下降位置との間で前記アームに対して昇降させる昇降機構と、少なくとも前記洗浄具が下降する際の速度を制御する制御部と、を備える基板洗浄装置を提供する。
前記基板洗浄装置は、前記基板を外周側から囲むカバーをさらに備えることが好ましい。
前記昇降機構は、流体を供給する流体供給部と、前記流体が供給されるシリンダと、前記シリンダ内の前記流体の圧力に応じて前記洗浄具の高さを調整する昇降体と、を備えることが好ましい。
前記制御部は、前記シリンダへの前記流体の供給量を調整することによって前記洗浄具が下降する際の速度を制御することが好ましい。
前記昇降機構は、前記流体の圧力が上昇したときの前記昇降体の移動方向とは反対の方向に前記昇降体を付勢する付勢体をさらに備えることが好ましい。
前記アームは、前記支柱を軸として回動することによって、前記基板の厚さ方向と平行に見て前記洗浄具が前記基板に重なる洗浄可能位置と、前記洗浄具が前記基板から外れる退避位置とを切り替え可能であることが好ましい。
前記基板洗浄装置は、前記洗浄機構を複数備えることが好ましい。
本発明の他の態様は、前記基板洗浄装置を用いて基板を洗浄する基板洗浄方法であって、制御部は、前記洗浄具が前記上昇位置から前記下降位置まで下降する際の速度を段階的または連続的に低くする、基板洗浄方法を提供する。
本発明の一態様によれば、洗浄具を支持する構造を小型化でき、かつ、洗浄具が基板に当接するときに基板に加えられる荷重を抑制できる。
第１実施形態の基板洗浄装置の模式図である。 第１実施形態の基板洗浄装置を用いた基板処理装置の平面図である。 洗浄具および昇降機構の模式図である。 洗浄具および昇降機構の動作を説明する模式図である。 アームの動作の一例を説明する模式図である。 昇降機構のシリンダの内圧の変化の一例を示す図である。 第２実施形態の基板洗浄装置の洗浄具および昇降機構の模式図である。 実施例１において基板に加えられる荷重を示す図である。 実施例２において基板に加えられる荷重を示す図である。 比較例１において基板に加えられる荷重を示す図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態の基板洗浄装置１０の模式図である。図２は、基板洗浄装置１０を用いた基板処理装置１００の平面図である。
図２に示すように、基板処理装置１００は、略矩形状のハウジング１を備えている。ハウジング１の内部は隔壁１ａ，１ｂによってロード／アンロード部２と研磨部３と洗浄部４とに区画されている。ロード／アンロード部２、研磨部３、および洗浄部４は、それぞれ独立に組み立てられ、独立に排気される。基板処理装置１００は、基板処理動作を制御する制御部５を有している。
ロード／アンロード部２は、多数のウェハ（基板）をストックするウェハカセットが載置される２つ以上（本実施形態では４つ）のフロントロード部２０を備えている。フロントロード部２０はハウジング１に隣接して配置され、基板処理装置の幅方向（長手方向と垂直な方向）に沿って配列されている。フロントロード部２０には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができる。ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部にウェハカセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。
ロード／アンロード部２には、フロントロード部２０の並びに沿って走行機構２１が敷設されている。走行機構２１上には、ウェハカセットの配列方向に沿って移動可能な２台の搬送ロボット（ローダー）２２が設置されている。搬送ロボット２２は、走行機構２１上を移動することによってフロントロード部２０に搭載されたウェハカセットにアクセスできる。各搬送ロボット２２は、上側および下側のハンドを備えている。搬送ロボット２２は、上側のハンドを、処理されたウェハをウェハカセットに戻すときに使用する。搬送ロボット２２は、下側のハンドを、処理前のウェハをウェハカセットから取り出すときに使用する。搬送ロボット２２の下側のハンドは、その軸心周りに回転することで、ウェハを反転させることができる。
ロード／アンロード部２は最もクリーンな状態を保つ必要がある領域である。ロード／アンロード部２の内部は、基板処理装置外部、研磨部３、および洗浄部４のいずれよりも高い圧力に常時維持されている。ロード／アンロード部２には、ＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ、またはケミカルフィルタなどのクリーンエアフィルタを有するフィルタファンユニット（図示せず）が設けられている。このフィルタファンユニットからは、パーティクル、有毒蒸気、および有毒ガスなどが除去されたクリーンエアが常時吹き出している。
研磨部３は、ウェハの研磨（平坦化）が行われる領域であり、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄを備えている。第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、基板処理装置１００の長手方向に沿って配列されている。
研磨部３は研磨液としてスラリーを用いるため、研磨部３の内部には負圧が形成され、その圧力は洗浄部４の内部圧力よりも低く維持されている。
第１研磨ユニット３Ａは、研磨テーブル３０Ａと、トップリング３１Ａと、研磨液供給ノズル３２Ａと、ドレッサ３３Ａと、アトマイザ３４Ａとを備えている。研磨テーブル３０Ａは、研磨面を有する研磨パッド１０Ａが取り付けられている。トップリング３１Ａは、ウェハを保持しかつウェハを研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０Ａに押圧しながら研磨する。研磨液供給ノズル３２Ａは、研磨パッド１０Ａに研磨液やドレッシング液（例えば、純水）を供給する。ドレッサ３３Ａは、研磨パッド１０Ａの研磨面のドレッシングを行う。アトマイザ３４Ａは、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状にして研磨面に噴射する。
第２研磨ユニット３Ｂは、研磨パッド１０Ａが取り付けられた研磨テーブル３０Ｂと、トップリング３１Ｂと、研磨液供給ノズル３２Ｂと、ドレッサ３３Ｂと、アトマイザ３４Ｂとを備えている。第３研磨ユニット３Ｃは、研磨パッド１０Ａが取り付けられた研磨テーブル３０Ｃと、トップリング３１Ｃと、研磨液供給ノズル３２Ｃと、ドレッサ３３Ｃと、アトマイザ３４Ｃとを備えている。第４研磨ユニット３Ｄは、研磨パッド１０Ａが取り付けられた研磨テーブル３０Ｄと、トップリング３１Ｄと、研磨液供給ノズル３２Ｄと、ドレッサ３３Ｄと、アトマイザ３４Ｄとを備えている。
第１研磨ユニット３Ａの研磨テーブル３０Ａの上面には研磨パッド１０Ａが貼付されている。研磨パッド１０Ａの上面はウェハを研磨する研磨面を構成する。研磨テーブル３０Ａは、軸心周りに回転する。ウェハは、トップリング３１Ａの下面に真空吸着により保持される。研磨時には、研磨液供給ノズル３２Ａから研磨パッド１０Ａの研磨面に研磨液が供給される。研磨対象であるウェハは、トップリング３１Ａにより研磨パッド１０Ａの研磨面に押し当てられて研磨される。
第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、第１研磨ユニット３Ａと同一の構成を有している。
第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂに隣接して、第１リニアトランスポータ６が配置されている。第１リニアトランスポータ６は、研磨ユニット３Ａ，３Ｂが配列する方向に沿って並ぶ４つの搬送位置の間でウェハを搬送する。前記４つの搬送位置は、ロード／アンロード部側から順番に第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４である。
第１リニアトランスポータ６の近傍には、仮置き台１８０が設けられている。
第３研磨ユニット３Ｃおよび第４研磨ユニット３Ｄに隣接して、第２リニアトランスポータ７が配置されている。第２リニアトランスポータ７は、研磨ユニット３Ｃ，３Ｄが配列する方向に沿って並ぶ３つの搬送位置の間でウェハを搬送する。前記３つの搬送位置は、ロード／アンロード部側から順番に第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７である。
ウェハは、第１リニアトランスポータ６によって研磨ユニット３Ａ，３Ｂに搬送される。上述したように、第１研磨ユニット３Ａのトップリング３１Ａは、研磨位置と第２搬送位置ＴＰ２との間を移動する。したがって、トップリング３１Ａへのウェハの受け渡しは第２搬送位置ＴＰ２で行われる。同様に、第２研磨ユニット３Ｂのトップリング３１Ｂは研磨位置と第３搬送位置ＴＰ３との間を移動する。トップリング３１Ｂへのウェハの受け渡しは第３搬送位置ＴＰ３で行われる。第３研磨ユニット３Ｃのトップリング３１Ｃは研磨位置と第６搬送位置ＴＰ６との間を移動する。トップリング３１Ｃへのウェハの受け渡しは第６搬送位置ＴＰ６で行われる。第４研磨ユニット３Ｄのトップリング３１Ｄは研磨位置と第７搬送位置ＴＰ７との間を移動する。トップリング３１Ｄへのウェハの受け渡しは第７搬送位置ＴＰ７で行われる。
第１搬送位置ＴＰ１には、搬送ロボット２２からウェハを受け取るためのリフタ１１が配置されている。リフタ１１は、ウェハを搬送ロボット２２から第１リニアトランスポータ６に渡す。
第１リニアトランスポータ６と、第２リニアトランスポータ７と、洗浄部４との間にはスイングトランスポータ１２が配置されている。スイングトランスポータ１２は、第４搬送位置ＴＰ４と第５搬送位置ＴＰ５との間を移動可能なハンドを有している。スイングトランスポータ１２は、第１リニアトランスポータ６から第２リニアトランスポータ７へウェハを受け渡す。ウェハは、第２リニアトランスポータ７によって第３研磨ユニット３Ｃおよび／または第４研磨ユニット３Ｄに搬送される。研磨部３で研磨されたウェハはスイングトランスポータ１２を経由して洗浄部４に搬送される。
洗浄部４は、第１洗浄室１９０と、第１搬送室１９１と、第２洗浄室１９２と、第２搬送室１９３と、乾燥室１９４とに区画されている。
第１洗浄室１９０には、一次洗浄モジュール２０１が設けられている。一次洗浄モジュール２０１は、第１洗浄室１９０内に高さ位置を違えて２つ設けられ、それらが切り替え使用されてもよい。第１搬送室１９１には、第１搬送ロボット２０９が設けられている。第２洗浄室１９２には、二次洗浄モジュール２０２が設けられている。二次洗浄モジュール２０２は、第２洗浄室１９２内に高さ位置を違えて２つ設けられ、それらが切り替え使用されてもよい。第２搬送室１９３には、第２搬送ロボット２１０が設けられている。乾燥室１９４には、乾燥モジュール２０５が設けられている。乾燥モジュール２０５は、乾燥室１９４内に高さ位置を違えて２つ設けられ、それらが切り替え使用されてもよい。
第１搬送ロボット２０９は、仮置き台１８０と、一次洗浄モジュール２０１と、二次洗浄モジュール２０２との間でウェハＷを搬送する。第２搬送ロボット２１０は、二次洗浄モジュール２０２と、乾燥モジュール２０５との間でウェハＷを搬送する。
一次洗浄モジュール２０１と二次洗浄モジュール２０２とは、同一構成を有する。一次洗浄モジュール２０１および二次洗浄モジュール２０２としては、例えば、図１に示す基板洗浄装置１０が用いられる。
図１に示すように、基板洗浄装置１０は、基板保持機構４０と、回転機構５０と、複数の洗浄機構６０と、カバー７０とを備える。
なお、以下、図１に即して基板洗浄装置１０の各部の位置関係を説明する。図１において、ウェハＷの上面は被洗浄面である。図1における上下方向は高さ方向である。基板保持機構４０の中心軸Ｃ１は、例えば鉛直方向に沿う。ここで定めた基板洗浄装置１０の姿勢は、基板洗浄装置の使用時の姿勢を限定しない。
基板保持機構４０は、複数の保持部４１を備える。保持部４１は、基柱部４２と、係止部４３とを備える。係止部４３は基柱部４２の上端に設けられている。係止部４３はウェハＷの周縁部に係止する。保持部４１は、係止部４３がウェハＷの周縁部に係止することによってウェハＷを保持する。複数の保持部４１は、ウェハＷの周方向に位置を違えて設けられている。
Ｃ１は基板保持機構４０の中心軸である。中心軸Ｃ１は高さ方向に沿う。基板保持機構４０は、ウェハＷの中心軸を中心軸Ｃ１に一致させてウェハＷを保持する。基板保持機構４０は、ウェハＷを水平な状態で保持できることが好ましい。
なお、基板保持機構の構成は特に限定されない。例えば、係止部４３に代えて、ウェハＷの周縁部に押圧状態で当接しつつ自転する円柱状の保持体（図示略）を用いてもよい。
回転機構５０は、駆動部５１と、回転軸５２と、基台５３とを備える。回転機構５０は、駆動部５１によって回転軸５２および基台５３を中心軸Ｃ１周りに回転させることで、保持部４１を中心軸Ｃ１周りに回転させる。回転機構５０は、保持部４１の回転によってウェハＷを中心軸Ｃ１周りに回転させる。駆動部５１は、例えばモータである。
なお、回転機構は、ウェハを回転させることができればよく、その構成は特に限定されない。回転機構は、例えば、ローラ状の複数の保持体を備えていてもよい。ローラ状の保持体は、ウェハＷの周縁部を保持し、自転によりウェハＷを回転させる。
洗浄機構６０は、支柱６１と、アーム６２と、洗浄具６３と、昇降機構６４と、洗浄具回転機構６５と、アーム回動部６６と、制御部６７とを備える。
支柱６１は、例えば、設置面から上方に延びる。支柱６１には、伸縮機構、昇降機構などが設けられていないため、構造は簡略である。そのため、支柱６１が必要とする設置スペースは小さい。
アーム６２は、支柱６１の上端から、支柱６１に対して交差する方向に延出する。アーム６２は、例えば、支柱６１の上端から水平に延出する。支柱６１に伸縮機構、昇降機構などが設けられていないため、支柱６１の上端の高さ位置は変わらない。そのため、アーム６２の高さ位置は変動しない。アーム６２は、高さ位置を一定に維持して動作する。
支柱６１およびアーム６２は、洗浄具６３を支持している。
図３は、洗浄具６３および昇降機構６４の模式図である。
図３に示すように、洗浄具６３は、軸部６３ａと、保持部６３ｂと、洗浄部材６３ｃとを備える。軸部６３ａは、中心軸Ｃ１と平行な中心軸Ｃ２を有する。保持部６３ｂは、軸部６３ａの下端に設けられている。保持部６３ｂは洗浄部材６３ｃを保持する。洗浄部材６３ｃは、例えば、吸液性を有する弾性材料である。洗浄部材６３ｃは、例えば、多孔質の樹脂材料で構成される。洗浄部材６３ｃを構成する樹脂材料としては、例えば、ＰＶＦ（ポリビニルホルマール）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、発泡ポリウレタンなどが挙げられる。洗浄部材６３ｃは、例えば、中心軸Ｃ２に沿う中心軸を有する円柱状に形成されている。洗浄部材６３ｃは、ウェハＷの表面（上面）に当接することでこの表面を洗浄する。洗浄具６３は、軸部６３ａの中心軸Ｃ２周りに回転可能である。洗浄具６３は、「ペン型」または「ペンシル型」と呼ばれる洗浄具である。洗浄具６３は上下動可能である。
昇降機構６４は、昇降駆動部６４ａと、支持体６４ｂと、付勢体６４ｃとを備える。
昇降駆動部６４ａは、例えば、流体供給部（図示略）と、シリンダ６４ｄと、昇降体６４ｅと、連結部６４ｆとを備える。前記流体供給部は、エア（空気）などの流体の供給源である。シリンダ６４ｄには、供給経路６４ｇを通して前記流体供給部から流体が供給される。昇降体６４ｅは、シリンダ６４ｄ内に昇降自在に設けられている。昇降体６４ｅは、シリンダ６４ｄ内の流体の圧力に応じて昇降し、洗浄具６３の高さ位置を調整することができる。例えば、シリンダ６４ｄ内の圧力が上昇すると、昇降体６４ｅは下降する。流体は、気体であることが好ましい。連結部６４ｆは、昇降体６４ｅと支持体６４ｂとを連結する。
支持体６４ｂは、洗浄具６３の軸部６３ａの上端に連結されている。支持体６４ｂは、軸部６３ａに対して交差する方向（例えば、水平方向）に延在する。付勢体６４ｃはアーム６２に比べて高い位置にある。支持体６４ｂは、アーム６２の一部と対向する位置にある。
付勢体６４ｃは、例えば、コイルスプリングなどの弾性体である。付勢体６４ｃの上端は支持体６４ｂに取り付けられている。付勢体６４ｃの下端はアーム６２に取り付けられている。付勢体６４ｃは、シリンダ６４ｄ内の流体の圧力が上昇したときの昇降体６４ｅの移動方向（すなわち、下方）とは反対の方向に昇降体６４ｅを付勢することができる。
図４は、洗浄具６３および昇降機構６４の動作を説明する模式図である。
図３および図４に示すように、昇降機構６４は、例えば、流体供給部（図示略）からシリンダ６４ｄへの流体の供給流量を調整することによってシリンダ６４ｄの内圧を調節し、昇降体６４ｅを上昇または下降させる。例えば、シリンダ６４ｄ内の昇降体６４ｅの上側の空間の内圧を高めれば、昇降体６４ｅは下降する。昇降体６４ｅの下側の空間の内圧を高めれば、昇降体６４ｅは上昇する。流体の供給流量を調整するには、例えば、電空レギュレータを使用できる。
昇降機構６４は、洗浄具６３（詳しくは洗浄部材６３ｃ）を、ウェハＷから離れた上昇位置Ｐ１（図３参照）と、ウェハＷに当接する下降位置Ｐ２（図４参照）との間でアーム６２に対して昇降させる。
洗浄具回転機構６５は、回転駆動部６５ａと、駆動ベルト６５ｂとを備える。回転駆動部６５ａは、例えばモータである。回転駆動部６５ａは、アーム６２に取り付けられている。駆動ベルト６５ｂは、回転駆動部６５ａの駆動力を軸部６３ａに伝え、洗浄具６３を軸周り（中心軸Ｃ２周り）に回転させる。
図１に示すように、アーム回動部６６は、例えばモータである。アーム回動部６６は、アーム６２を支柱６１の中心軸Ｃ３周りに回動させる。中心軸Ｃ３は、中心軸Ｃ１と平行である。
図５は、アーム６２の動作の一例を説明する模式図である。図５は、中心軸Ｃ１と平行な方向から見た図（平面図）である。図５に示すＯは、ウェハＷの中心である。
図５に示すように、アーム回動部６６（図１参照）は、支柱６１を軸としてアーム６２を回動させることによって、アーム６２を、洗浄可能位置Ｐ３と退避位置Ｐ４との間で移動させる。洗浄可能位置Ｐ３は、平面視において洗浄具６３がウェハＷに重なる位置である。退避位置Ｐ４は、平面視において洗浄具６３がウェハＷから外れる位置である。洗浄可能位置Ｐ３と退避位置Ｐ４との間を移動する洗浄具６３は、中心軸Ｃ３周りの円弧状の軌道Ｒ１に沿って移動する。なお、平面視とは、例えば、ウェハＷの厚さ方向と平行に見ることをいう。
基板洗浄装置１０では、洗浄具６３が退避位置Ｐ４にあるときに、基板保持機構４０に対するウェハＷの装着および取り外しが可能となる。
図１に示すように、制御部６７は、洗浄機構６０の動作を統括的に制御する。制御部６７は、例えば、昇降機構６４、洗浄具回転機構６５、アーム回動部６６などの動作を制御する。制御部６７は、昇降機構６４によって洗浄具６３が下降する際の速度を制御できる。
カバー７０は、円筒状に形成されている。カバー７０の内径はウェハＷの外径より大きい。カバー７０は、基板保持機構４０に保持されたウェハＷを外周側から囲むように配置することができる。カバー７０の上端を含む部分は、上方に向かって徐々に縮径する。カバー７０は、ウェハＷを回転させたときの洗浄液の飛沫を受けることができる。
カバー７０は、上下動可能に構成されており、ウェハＷを囲む上昇位置と、ウェハＷの高さ位置を外れる下降位置とを切り替え可能である。上昇位置において、カバー７０の上端はウェハＷより高い位置にある。
次に、図１、図３および図４を参照しつつ、基板洗浄装置１０を用いてウェハＷを洗浄する方法について説明する。
図１に示すように、ウェハＷを基板保持機構４０に保持させ、ウェハＷを回転機構５０によって中心軸Ｃ１周りに回転させる。図示しない洗浄液供給部から洗浄液をウェハＷの表面に供給する。図３に示すように、この段階では、洗浄具６３はウェハＷより高い上昇位置Ｐ１にある。
アーム回動部６６は、アーム６２を、支柱６１を軸として必要に応じて回動させ、洗浄可能位置Ｐ３（平面視において洗浄具６３がウェハＷに重なる位置）に配置する。洗浄具回転機構６５は、洗浄具６３を中心軸Ｃ２周りに回転させる。
図４に示すように、昇降機構６４は、例えば、流体供給部（図示略）からシリンダ６４ｄへの流体の供給流量を調整することによってシリンダ６４ｄの内圧を高め、昇降体６４ｅを下降させる。洗浄具６３は昇降体６４ｅに連結されているため、昇降体６４ｅに連動して洗浄具６３も下降する。洗浄具６３の洗浄部材６３ｃはウェハＷの上面に当接する。このときの洗浄具６３の位置を下降位置Ｐ２という。
支持体６４ｂは洗浄具６３に連結されているため、洗浄具６３とともに支持体６４ｂも下降する。支持体６４ｂは下降によりアーム６２に近づくため、付勢体６４ｃは圧縮される。
制御部６７は、昇降機構６４によって洗浄具６３が下降する際の速度を制御する。図６は、制御部６７から前記流体供給部のシリンダ６４ｄの内圧を調整するための圧力レギュレータ（不図示）に送信されるシリンダ６４ｄの内圧指令値の時間変化の３例を模式的に示す図である。図中、「二重線矢印のみ」、「二重線矢印と三重線矢印の組合せ」、「白矢印」は、それぞれ後述の（実施例１）、（実施例２）、（比較例１）でのシリンダ６４ｄの内圧指令値の変化を模式的に示す。図６に示すように、前記実施例１，２および比較例１で、それぞれ制御部６７は、シリンダ６４ｄの内圧を複数段階（詳しくは５，６段階）または無段階で増加させる。初期段階において、洗浄具６３は上昇位置Ｐ１（図３参照）にあり、シリンダ６４ｄの内圧は０ｋＰａ（ゲージ圧）である。
第１段階Ｓ１では、シリンダ６４ｄの内圧を０ｋＰａから１１．８ｋＰａまで高める。第２段階Ｓ２では、シリンダ６４ｄの内圧を１１．８ｋＰａから２３．６ｋＰａまで高める。第２段階Ｓ２におけるシリンダ６４ｄの平均内圧は、第１段階Ｓ１におけるシリンダ６４ｄの平均内圧より大きい。第３段階Ｓ３では、シリンダ６４ｄの内圧を２３．６ｋＰａから３５．４ｋＰａまで高める。第３段階Ｓ３におけるシリンダ６４ｄの平均内圧は、第２段階Ｓ２におけるシリンダ６４ｄの平均内圧より大きい。第４段階Ｓ４では、シリンダ６４ｄの内圧を３５．４ｋＰａから４７．２ｋＰａまで高める。第４段階Ｓ４におけるシリンダ６４ｄの平均内圧は、第３段階Ｓ３におけるシリンダ６４ｄの平均内圧より大きい。第５段階Ｓ５では、シリンダ６４ｄの内圧を４７．２ｋＰａから５９．０ｋＰａまで高める。第５段階Ｓ５におけるシリンダ６４ｄの平均内圧は、第４段階Ｓ４におけるシリンダ６４ｄの平均内圧より大きい。第１段階Ｓ１から第５段階Ｓ５の各段階の内圧の上昇速度は互いに同じであってよい。
第５段階Ｓ５の終了時には、洗浄具６３（詳しくは洗浄部材６３ｃ）はウェハＷに近接するが、まだウェハＷに当接していない。
なお、シリンダ６４ｄの内圧が段階的に上昇する場合の段階の数は特に限定されず、２以上の任意の数であってよい。
第１段階Ｓ１から第５段階Ｓ５において段階が上がるときには、時間的な間隔ｔｎ（インターバル）を設けることができる。すなわち、第ｎ段階Ｓｎと第ｎ＋１段階Ｓｎ＋１との間（ｎ：１〜４の整数）にインターバルｔｎを設けることができる。インターバルｔｎは、０．１秒以上（例えば０．１秒〜１秒）としてよい。インターバルにおいては、シリンダ６４ｄの内圧は一定であってよい。
第１段階Ｓ１から第５段階Ｓ５の各段階の内圧の上昇幅は一定であるのに対して、付勢体６４ｃの弾性反発力は、第１段階Ｓ１から第５段階Ｓ５にかけて洗浄具６３の下降とともに強くなる。そのため、洗浄具６３の下降速度は段階ごとに徐々に低くなる。すなわち、洗浄具６３は段階ごとに減速する。インターバルを設ける場合、洗浄具６３の下降速度は段階的に低くなる。
第１段階Ｓ１から第５段階Ｓ５において段階が上がるときのインターバルはなくてもよい。シリンダ６４ｄの内圧指令値は時間に比例させて連続的に上昇してもよいし、段階的に上昇してもよい。洗浄具６３の下降速度は第１段階Ｓ１から第５段階Ｓ５にかけて連続的に低くなってもよいし、段階的に低くなってもよい。
制御部６７は、第５段階Ｓ５の終了後、シリンダ６４ｄの内圧をさらに上昇させる。シリンダ６４ｄの内圧は、第５段階Ｓ５の後、第６段階Ｓ６に移行する。第６段階Ｓ６では、シリンダ６４ｄの内圧を５９．０ｋＰａから、例えば７４．９ｋＰａまで高める。第６段階Ｓ６におけるシリンダ６４ｄの平均内圧は、第５段階Ｓ５におけるシリンダ６４ｄの平均内圧より大きい。
洗浄具６３（詳しくは洗浄部材６３ｃ）は、第６段階Ｓ６において下降位置Ｐ２に達してウェハＷに当接する。洗浄位置Ｐ１から下降位置Ｐ２に至る過程において、洗浄具６３の下降速度は下降位置Ｐ２で最も低くなる。下降位置Ｐ２では、ウェハＷとの当接による洗浄部材６３ｃの弾性圧縮により、洗浄具６３に、上方向への反発力が加えられる。洗浄具６３には、付勢体６４ｃにより上方向への弾性反発力も加えられる。
第５段階Ｓ５と第６段階Ｓ６との間には、時間的な間隔（インターバル）ｔ５があってもよい。このインターバルｔ５は、０．３秒以上（例えば０．３秒〜１秒）としてよい。インターバルｔ５においては、シリンダ６４ｄの内圧は変化せず一定であってもよい。第５段階Ｓ５と第６段階Ｓ６との間のインターバルｔ５は、第１段階Ｓ１から第５段階Ｓ５までのインターバルｔ１〜ｔ４より長いことが好ましい。
洗浄具の下降動作のストロークが大きい場合には、洗浄具がウェハに当接する際にウェハに加えられる荷重は大きくなりやすい。
図１等に示す基板洗浄装置１０は、支柱６１に伸縮機構等がないためアーム６２の高さが非変動であることから、昇降機構６４のみにより洗浄具６３を下降させる。そのため、基板洗浄装置１０は、洗浄具６３のストロークが大きくなりやすい構造を有するといえる。しかし、基板洗浄装置１０は、制御部６７によって洗浄具６３が下降する際の速度を制御することができるため、洗浄具６３がウェハＷに当接する際の速度を低くし、ウェハＷに加えられる荷重を抑制できる。よって、ウェハＷの破損を防ぐことができる。
基板洗浄装置１０では、洗浄機構６０の支柱６１の構造が簡略であるため、洗浄具６３を支持する構造を小型化し、その設置スペースを小さくできる。そのため、空いたスペースに新たに洗浄機構を増設することなどによって、洗浄性能を高めることができる。基板洗浄装置１０は、洗浄機構６０の支柱６１の構造が簡略であるため、低コスト化を図ることもできる。
基板洗浄装置１０では、制御部６７によって洗浄具６３が下降する際の速度を制御することができるため、ウェハＷに達する前の洗浄具６３の下降速度（例えば、第１段階Ｓ１から第４段階Ｓ４までの下降速度）を高くし、洗浄処理の効率を高めることができる。
図６に示すように、シリンダ６４ｄの内圧は段階的に高められるため、無段階でシリンダ６４ｄの内圧を高める場合に比べて、洗浄具６３がウェハＷに近接した時点（第５段階Ｓ５の終了時）での洗浄具６３の下降速度が抑制される。そのため、洗浄具６３が慣性によりウェハＷに衝突するのを回避できる。
図１に示す基板洗浄装置１０では、ウェハＷを囲むカバー７０を備える。そのため、ウェハＷを洗浄するためには、洗浄具６３を退避位置Ｐ４から洗浄可能位置Ｐ３に移動させるにあたり、洗浄具６３を高く配置してカバー７０を越える必要がある。そのため、洗浄具６３を下降させる際のストロークは大きくなる。上述のように、洗浄具のストロークが大きいと、ウェハに加えられる荷重の点では不利となりやすいが、基板洗浄装置１０では、制御部６７によって洗浄具６３が下降する際の速度を制御することができるため、洗浄具６３がウェハＷに当接する際の速度を低くし、洗浄具６３がウェハＷに当接する際にウェハＷに加えられる荷重を抑制できる。よって、ウェハＷの破損を防ぐことができる。
昇降機構６４は、流体供給部（図示略）と、流体が供給されるシリンダ６４ｄと、シリンダ６４ｄ内の流体の圧力に応じて洗浄具６３の高さを調整する昇降体６４ｅとを備える。そのため、シリンダ６４ｄへの流体の供給流量を調整することによってシリンダ６４ｄの内圧を調節し、昇降体６４ｅを昇降させることができる。よって、装置構成を簡略にすることができる。また、洗浄具６３の下降速度を精度よく制御できる。
制御部６７は、シリンダ６４ｄへの流体の供給流量を調整することによって洗浄具６３の下降速度を制御するため、洗浄具６３の下降速度を正確に定めることができる。
昇降機構６４は付勢体６４ｃを備えるため、簡略な構造で洗浄具６３の下降速度の制御を実現できる。
アーム６２は、洗浄可能位置Ｐ３と退避位置Ｐ４とを切り替えできるため、洗浄具６３が退避位置Ｐ４にあるときに、基板保持機構４０に対するウェハＷの装着および取り外しが可能となる。よって、ウェハＷの洗浄の作業性を高めることができる。
基板洗浄装置１０は、複数（例えば２つ）の洗浄機構６０を備えるため、ウェハＷの洗浄の効率を高めることができる。
図７は、第２実施形態の基板洗浄装置１１０に用いられる洗浄具６３および昇降機構１６４の模式図である。なお、図３等に示す基板洗浄装置１０と共通の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
昇降機構１６４は、支持体６４ｂと連結部６４ｆとの間にロードセル１６５が設けられている点で、図３に示す昇降機構６４と異なる。
昇降機構１６４は、ロードセル１６５を備えているため、洗浄具６３（詳しくは洗浄部材６３ｃ）がウェハＷに当接する下降位置Ｐ２を常に把握し位置補正をすることが可能となる。そのため、洗浄具６３によってウェハＷに加えられる荷重の上昇値の管理が容易となる。
以下、図１に示す基板洗浄装置１０を用いた場合に、ウェハＷに加えられる荷重を抑制できることを実施例および比較例に基づいて説明する。
（実施例１）
図１に示す基板洗浄装置１０を用いて、次に示す条件でウェハＷの洗浄を行った。
ウェハＷを回転機構５０によって回転させるとともに、図６に示すように、制御部６７によって、シリンダ６４ｄの内圧を５段階で上昇させた。シリンダ６４ｄの内圧は、第５段階Ｓ５の後、第６段階Ｓ６に移行させた。洗浄具６３は、第６段階Ｓ６においてウェハＷに当接させた。第１段階Ｓ１から第５段階Ｓ５までの間で段階がひとつ上がる際のインターバルｔ１〜ｔ４は共通で０．１秒とした。第５段階Ｓ５と第６段階Ｓ６との間にはインターバルを設定しなかった。
図８は、実施例１においてウェハＷに加えられる荷重を示す図である。図８に示すように、ウェハＷに加えられる荷重は、洗浄具６３がウェハＷに当接するとき（Ｔ１）において上昇したが、当該上昇値はそれほど高くなかった。
（実施例２）
第５段階Ｓ５と第６段階Ｓ６との間に、０．３秒のインターバルｔ５を設定したこと以外は実施例１と同様にしてウェハＷの洗浄を行った。
図９は、実施例２においてウェハＷに加えられる荷重を示す図である。図９に示すように、ウェハＷに加えられる荷重は、洗浄具６３がウェハＷに当接するときに大きく上昇することはなかった。
（比較例１）
シリンダ６４ｄの内圧を前記初期段階のゼロから前記第６段階Ｓ６の最高値まで一度（無段階）で上昇させた。これによって、洗浄具は、ウェハに当接する直前まで、実施例１、２に比べてはるかに高速の下降速度で下降した。それ以外の操作は実施例１と同様にした。
図１０は、比較例１においてウェハに加えられる荷重を示す図である。図１０に示すように、ウェハに加えられる荷重は、洗浄具がウェハに当接するとき（Ｔ２）に大きく上昇した。荷重の上昇値は非常に大きかった。
図８〜図１０に示すように、図１に示す基板洗浄装置１０を用いた実施例１，２では、洗浄具６３がウェハＷに当接するときにウェハＷに加えられる荷重を抑制できた。特に、実施例２では、ウェハＷに加えられる荷重の上昇を小さくできた。
本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、昇降機構の構成は前述の構成に限定されない。洗浄具は、ボールネジ、サーボモータ等を用いた昇降機構により昇降させてもよい。
前述の洗浄方法では、洗浄具が上昇位置から下降位置まで下降する際の速度は徐々に低くなるが、洗浄具の下降速度の変化はこれに限らない。例えば、洗浄具は、上昇位置から下降位置の直前まで一定の第１速度で下降し、その後、ウェハに当接するまで第１速度より低い第２速度で下降してもよい。
シリンダへの流体の供給流量を調整するには、流体の供給経路に設けられた弁（図示略）の開度を調整してもよい。
基板洗浄装置が備える洗浄機構の数は２に限定されず、１でもよいし、３以上の任意の数であってもよい。
上述の実施形態では、基板処理装置は、ウェハを研磨する研磨装置であるが、複数の研磨ユニットを他の基板処理ユニットに置き換えることによって、別の基板処理装置を構成してもよい。「他の基板処理ユニット」としては、例えば、成膜処理ユニット（めっき処理ユニット、ＣＶＤユニットなど）、ウェットエッチングユニット、ドライエッチングユニットなどが挙げられる。また、異なる複数の基板処理ユニットを組み合わせてもよい。
図２に示す一次洗浄モジュール２０１と二次洗浄モジュール２０２とは、異なる構成であってもよい。一次洗浄モジュールとしては、ロール洗浄型の洗浄装置を採用してもよい。ロール洗浄型の洗浄装置は、基板の両面側にそれぞれロール型の洗浄具（ロールスポンジ）を備える。ロール洗浄型の洗浄装置は、前記洗浄具を用いて基板の両面をスクラブ洗浄できる。
図３に示す制御部６７は、各段階のシリンダ６４ｄの設定内圧（前記内圧指令値）への到達信号をシリンダ６４ｄの内部から連通接続した圧力センサ（不図示）から得て、さらに所定のインターバル時間待機してから次の段階の設定内圧になるように前記流体供給部の前記圧力レギュレータに指令を出すようにしてもよい。
１０，１１０…基板洗浄装置、４０…基板保持機構、５０…回転機構、６０…洗浄機構、６１…支柱、６２…アーム、６３…洗浄具、６４…昇降機構、６４ｃ…付勢体、６４ｄ…シリンダ、６４ｅ…昇降体、６７…制御部、７０…カバー、１００…基板処理装置、Ｐ１…上昇位置、Ｐ２…下降位置、Ｐ３…洗浄可能位置、Ｐ４…退避位置、Ｗ…ウェハ（基板）。

Claims (8)

  1. 基板を保持する基板保持機構と、
    前記基板保持機構に保持された前記基板を回転させる回転機構と、
    前記基板を洗浄する洗浄機構と、を備え、
    前記洗浄機構は、
    支柱と、
    前記支柱から延出し、高さ位置が非変動となるアームと、
    前記アームに支持され、前記基板の表面に当接することで前記表面を洗浄する洗浄具と、
    前記洗浄具を、前記基板から離れた上昇位置と前記基板に当接する下降位置との間で前記アームに対して昇降させる昇降機構と、
    少なくとも前記洗浄具が下降する際の速度を制御する制御部と、を備える、基板洗浄装置。
  2. 前記基板を外周側から囲むカバーをさらに備える、請求項１記載の基板洗浄装置。
  3. 前記昇降機構は、流体を供給する流体供給部と、前記流体が供給されるシリンダと、前記シリンダ内の前記流体の圧力に応じて前記洗浄具の高さを調整する昇降体と、を備える、請求項１または２記載の基板洗浄装置。
  4. 前記制御部は、前記シリンダへの前記流体の供給量を調整することによって前記洗浄具が下降する際の速度を制御する、請求項３記載の基板洗浄装置。
  5. 前記昇降機構は、前記流体の圧力が上昇したときの前記昇降体の移動方向とは反対の方向に前記昇降体を付勢する付勢体をさらに備える、請求項３または４記載の基板洗浄装置。
  6. 前記アームは、前記支柱を軸として回動することによって、前記基板の厚さ方向と平行に見て前記洗浄具が前記基板に重なる洗浄可能位置と、前記洗浄具が前記基板から外れる退避位置とを切り替え可能である、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
  7. 前記洗浄機構を複数備える、請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
  8. 請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の基板洗浄装置を用いて基板を洗浄する基板洗浄方法であって、
    制御部は、前記洗浄具が前記上昇位置から前記下降位置まで下降する際の速度を段階的または連続的に低くする、基板洗浄方法。
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