JP2022063417A - 基板洗浄装置および基板洗浄方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022063417000001
【課題】基板の周縁部の洗浄効果を向上させることができる基板洗浄装置を提供する。
【解決手段】基板洗浄装置1は、基板Wを保持して回転させる基板保持部10と、内部空間Rを有し、クリーニングテープ19を基板Wの周縁部に押し当てる押圧部22と、基板Wの半径方向における押圧部22の位置を制御する押圧部移動機構30と、内部空間Rの圧力を制御する圧力レギュレータ44と、を備え、押圧部22は、開口部25を有する中空状の支持部材24と、クリーニングテープ19を支持する弾性体27と、を備え、弾性体27は、開口部25を閉じるように配置されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、半導体ウェハなどの基板を洗浄する基板洗浄装置および基板洗浄方法に関し、特に基板の周縁部を洗浄する基板洗浄装置および基板洗浄方法に関するものである。
半導体デバイスの製造における歩留まり向上の観点から、基板の表面状態の管理が近年注目されている。半導体デバイスの製造工程では、種々の材料がシリコンウェハ上に成膜される。このため、基板の周縁部には不要な膜や表面荒れが形成される。近年では、基板の周縁部のみをアームで保持して基板を搬送する方法が一般的になってきている。このような背景のもとでは、周縁部に残存した不要な膜が種々の工程を経ていく間に剥離して基板に形成されたデバイスに付着し、歩留まりを低下させてしまう。そこで、基板の周縁部に形成された不要な膜を除去するために、研磨装置を用いて基板の周縁部が研磨される。
しかしながら、基板の周縁部の研磨時に、研磨屑などの異物(パーティクル)が基板の周縁部に付着することがある。研磨屑などの異物(パーティクル)が付着すると、基板は汚染されてしまい、結果として、半導体製造における歩留まりが低下してしまう。そのため、従来から、基板の周縁部に付着した異物を除去するために、基板の周縁部を洗浄することが行われている。基板の周縁部の洗浄方法として、PVA(ポリビニルアルコール)スポンジなどからなる洗浄具をその軸心周りに回転させながら基板の周縁部に摺接させて基板の周縁部を洗浄する方法がある。
特開2018-161721号公報 特開2019-216207号公報 特許第4125148号公報
しかしながら、上述した洗浄方法では、パーティクルの付着によって洗浄具が変色することや、接触部分の破断が発生することや、基板に付着した異物が除去されずに残っていることがあった。
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、基板の周縁部の洗浄効果を向上させることが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。
一態様では、基板を保持して回転させる基板保持部と、内部空間を有し、クリーニングテープを前記基板の周縁部に押し当てる押圧部と、前記基板の半径方向における前記押圧部の位置を制御する押圧部移動機構と、前記内部空間の圧力を制御する圧力レギュレータと、を備え、前記押圧部は、開口部を有する中空状の支持部材と、前記クリーニングテープを支持する弾性体と、を備え、前記弾性体は、前記開口部を閉じるように配置されている、基板洗浄装置が提供される。
一態様では、前記押圧部移動機構は、前記押圧部に連結されたボールねじ機構と、前記ボールねじ機構を作動させるモータとを備えている。
一態様では、前記モータは、サーボモータである。
一態様では、前記圧力レギュレータは、電空レギュレータである。
一態様では、前記基板洗浄装置は、前記押圧部を上下動させる上下動機構をさらに備えている。
一態様では、前記基板洗浄装置は、前記クリーニングテープを洗浄するテープ洗浄機構をさらに備え、前記テープ洗浄機構は、前記クリーニングテープの表面に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルを備えている。
一態様では、前記テープ洗浄機構は、前記クリーニングテープの表面に接触して前記クリーニングテープを洗浄する洗浄ブラシをさらに備えている。
一態様では、前記基板洗浄装置は、前記クリーニングテープの両端部をそれぞれ保持する第1リールおよび第2リールをさらに備え、前記第1リールおよび前記第2リールは、前記クリーニングテープが水平方向に進行するように配置されている。
一態様では、基板保持部によって基板を保持して回転させ、クリーニングテープを一定方向に進行させながら、前記クリーニングテープを、内部空間を有する押圧部によって前記基板の周縁部に押し当てることで、前記基板の周縁部を洗浄し、前記基板の周縁部を洗浄する工程は、押圧部移動機構によって前記基板の半径方向における前記押圧部の位置を制御する工程と、圧力レギュレータによって前記押圧部の内部空間の圧力を制御する工程とを含み、前記押圧部は、開口部を有する中空状の支持部材と、前記クリーニングテープを支持する弾性体と、を備え、前記弾性体は、前記開口部を閉じるように配置されている、基板洗浄方法が提供される。
一態様では、前記押圧部移動機構は、前記押圧部に連結されたボールねじ機構と、前記ボールねじ機構を作動させるモータとを備えている。
一態様では、前記モータは、サーボモータである。
一態様では、前記圧力レギュレータは、電空レギュレータである。
一態様では、前記基板の周縁部を洗浄する工程は、前記基板の周縁部の洗浄中、前記押圧部を上下動させる工程をさらに含む。
一態様では、前記基板洗浄方法は、前記基板の周縁部の洗浄中、テープ洗浄機構によって、洗浄液を、前記基板の周縁部に接触させた後の前記クリーニングテープに供給して前記基板の周縁部に接触させた後の前記クリーニングテープを洗浄する工程をさらに含む。
一態様では、前記基板洗浄方法は、前記基板の周縁部の洗浄を所定枚数実行した後、前記クリーニングテープを一定方向に送りながら、テープ洗浄機構によって、洗浄液を、前記基板の周縁部に接触させた後の前記クリーニングテープに供給して前記基板の周縁部に接触させた後の前記クリーニングテープを洗浄する工程をさらに含む。
一態様では、前記クリーニングテープを、前記クリーニングテープの一端を保持する第1リールまたは前記クリーニングテープの他端を保持する第2リールのいずれかに完全に巻き取った後、前記クリーニングテープを逆方向に進行させながら前記基板の周縁部を洗浄する工程をさらに含む。
一態様では、前記クリーニングテープを一定方向に進行させる工程は、前記クリーニングテープを水平方向に進行させる工程である。
本発明によれば、基板洗浄装置は、常にクリーニングテープの清浄な部分で基板の周縁部を洗浄することができる。また、押圧部の移動距離を制御することで洗浄位置を任意に変更することができ、かつ押圧部の内部空間の圧力を制御することで押圧部から基板に加えられる圧力を制御することができる。結果として、基板の周縁部の洗浄効果を向上させることができる。
図1(a)および図1(b)は、基板の周縁部を示す拡大断面図である。 基板洗浄装置の一実施形態を模式的に示す平面図である。 図2に示す基板洗浄装置の斜視図である。 周縁部洗浄ユニットを図2の矢印Aで示す方向から見た図である。 図2乃至図4に示す周縁部洗浄ユニットの模式図である。 押圧部を図5の矢印Bで示す方向から見た図である。 図7(a)は、クリーニングテープがウェハの周縁部から離れている状態を示す図であり、図7(b)は、クリーニングテープが弾性体によってウェハの周縁部に押し当てられている状態を示す図であり、図7(c)は、押圧部を図7(b)に示す状態からさらに半径方向内側に移動させた状態を示す図である。 周縁部洗浄ユニットの他の実施形態を示す模式図である。 図8の周縁部洗浄ユニットを図8の矢印Cで示す方向から見た図である。 図10(a)は、ウェハの厚さ方向における中心線が、押圧部の中央部に位置している状態を示す図であり、図10(b)は、押圧部を図10(a)に示す位置から下降させた状態を示す図であり、図10(c)は、押圧部を図10(a)に示す位置から上昇させた状態を示す図である。 周縁部洗浄ユニットのさらに他の実施形態を示す模式図である。 図11の周縁部洗浄ユニットを図11の矢印Dで示す方向から見た図である。 テープ洗浄機構の一実施形態を示す模式図である。 テープ洗浄機構の他の実施形態を示す模式図である。 周縁部洗浄ユニットのさらに他の実施形態を示す模式図である。 基板洗浄装置の他の実施形態を模式的に示す斜視図である。 基板洗浄装置のさらに他の実施形態を模式的に示す平面図である。 図17に示す基板洗浄装置の縦断面図である。 研磨ヘッドの拡大図である。 研磨ヘッドがウェハのベベル部を研磨している様子を示す図である。 周縁部洗浄ユニットのさらに他の実施形態を示す模式図である。 周縁部洗浄ユニットのさらに他の実施形態を示す模式図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下で説明する図面において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
本明細書では、基板の周縁部を、基板の最外周に位置するベベル部と、このベベル部の半径方向内側に位置するトップエッジ部およびボトムエッジ部とを含む領域として定義する。
図1(a)および図1(b)は、基板の周縁部を示す拡大断面図である。より詳しくは、図1(a)はいわゆるストレート型の基板の断面図であり、図1(b)はいわゆるラウンド型の基板の断面図である。図1(a)のウェハW(基板の一例)において、ベベル部は、上側傾斜部(上側ベベル部)S、下側傾斜部(下側ベベル部)U、および側部(アペックス)Tから構成されるウェハWの最外周面(符号Vで示す)である。図1(b)のウェハWにおいては、ベベル部は、ウェハWの最外周面を構成する、湾曲した断面を有する部分(符号Vで示す)である。トップエッジ部は、ベベル部Vよりも半径方向内側に位置する平坦部Ed1である。ボトムエッジ部は、トップエッジ部とは反対側に位置し、ベベル部Vよりも半径方向内側に位置する平坦部Ed2である。トップエッジ部Ed1は、デバイスが形成された領域を含むこともある。
図2は、基板洗浄装置の一実施形態を模式的に示す平面図であり、図3は、図2に示す基板洗浄装置の斜視図である。図2および図3に示すように、基板洗浄装置1は、基板の一例であるウェハWを保持して回転させる基板保持部10と、図示しない第1ロールホルダに回転自在に支持される上部ロール洗浄部材(ロールスポンジ)12と、図示しない第2ロールホルダに回転自在に支持される下部ロール洗浄部材(ロールスポンジ)13と、ウェハWの上面に洗浄液としての液体を供給する2つの上側液体供給ノズル14,15と、ウェハWの下面に洗浄液としての液体を供給する2つの下側液体供給ノズル16,17と、ウェハWの周縁部にクリーニングテープ19を接触させてウェハWの周縁部を洗浄する周縁部洗浄ユニット20と、基板洗浄装置1の各構成要素の動作を制御する動作制御部9とを備えている。以下の説明では、ウェハWの上面はウェハWの表面(デバイス面)であり、下面はウェハWの裏面である。
本実施形態の基板洗浄装置1は、ロール洗浄部材12,13によるウェハWの上下面の洗浄と、周縁部洗浄ユニット20によるウェハWの周縁部の洗浄の両方を実施することができる。基板保持部10は、ウェハWの周縁部を保持し、ウェハWを水平回転させる複数本の(本実施形態では4本の)スピンドル11と、図示しないスピンドル駆動機構と、図示しない基板回転機構を備えている。複数のスピンドル11は、図示しないスピンドル駆動機構(例えばエアシリンダ)によって、ウェハWに近接および離間する方向(水平方向)に移動可能となっている。複数のスピンドル11は、複数のコマ11aを備えている。
基板保持部10は、各スピンドル11の上部に設けられたコマ11aの外周側面に形成した嵌合溝内にウェハWの周縁部を位置させて内方に押し付けることでウェハWを保持し、コマ11aを回転(自転)させることにより、ウェハWを水平に回転させる。本実施形態では、4つのコマ11aのうちの2つのコマ11aは、図示しない基板回転機構に連結されており、これら2つのコマ11aは、基板回転機構によって同じ方向に回転されるようになっている。4つのコマ11aがウェハWを保持した状態で、2つのコマ11aが回転することにより、ウェハWはその軸心Crまわりに回転する。すなわち、4つのコマ11aのうちの2つのコマ11aがウェハWに回転力を与え、他の2個のコマ11aは、ウェハWの回転を受けるベアリングの働きをしている。一実施形態では、全てのコマ11aを基板回転機構に連結して、ウェハWに回転力を付与するようにしてもよい。
上部ロール洗浄部材12および下部ロール洗浄部材13は、円柱状であり、長尺状に延びている。上部ロール洗浄部材12は、円柱形状の芯材12aと、芯材12aの外周面に固定された筒状のスポンジ部材12bとからなり、下部ロール洗浄部材13は、円柱形状の芯材13aと、芯材13aの外周面に固定された筒状のスポンジ部材13bとからなる。スポンジ部材12b,13bは、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)からなる。
基板洗浄装置1は、上部ロール洗浄部材12をその軸心AX1周りに回転させる第1ロール洗浄部材回転機構(図示せず)と、下部ロール洗浄部材13をその軸心AX2周りに回転させる第2ロール洗浄部材回転機構(図示せず)をさらに備えている。ロール洗浄部材12,13は、第1および第2ロール洗浄部材回転機構によって、図3に示す矢印の方向に回転する。
基板洗浄装置1は、上部ロール洗浄部材12、第1ロールホルダ、および第1ロール洗浄部材回転機構を上下方向に移動させる図示しない第1昇降機構と、下部ロール洗浄部材13、第2ロールホルダ、および第2ロール洗浄部材回転機構を上下方向に移動させる図示しない第2昇降機構をさらに備えている。すなわち、上部ロール洗浄部材12は、ウェハWの上面に対して昇降自在であり、下部ロール洗浄部材13は、ウェハWの下面に対して昇降自在である。
上側液体供給ノズル14,15は、基板保持部10に保持されたウェハWの上方に配置されており、下側液体供給ノズル16,17は、基板保持部10に保持されたウェハWの下方に配置されている。上側液体供給ノズル14および下側液体供給ノズル16は、ウェハWの上面および下面にリンス液(例えば、超純水)をそれぞれ供給するノズルであり、上側液体供給ノズル15および下側液体供給ノズル17は、ウェハWの上面および下面に薬液をそれぞれ供給するノズルである。上側液体供給ノズル14および下側液体供給ノズル16は、図示しないリンス液供給源に接続されており、上側液体供給ノズル15および下側液体供給ノズル17は、図示しない薬液供給源に接続されている。
動作制御部9は、基板保持部10、第1および第2ロール洗浄部材回転機構、第1および第2昇降機構、下側液体供給ノズル16,17、および上側液体供給ノズル14,15に、電気的に接続されている。基板保持部10、第1および第2ロール洗浄部材回転機構、第1および第2昇降機構、下側液体供給ノズル16,17、および上側液体供給ノズル14,15の動作は、動作制御部9によって制御される。
動作制御部9は、プログラムが格納された記憶装置9aと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置9bを備えている。処理装置9bは、記憶装置9aに格納されているプログラムに含まれる命令に従って演算を行うCPU(中央処理装置)またはGPU(グラフィックプロセッシングユニット)などを含む。記憶装置9aは、処理装置9bがアクセス可能な主記憶装置(例えばランダムアクセスメモリ)と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置(例えば、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブ)を備えている。動作制御部9は、少なくとも1台のコンピュータから構成されている。ただし、動作制御部9の具体的構成はこの例に限定されない。
次に、ウェハWの上下面を洗浄する工程について説明する。まず、基板保持部10によって、表面を上にしてウェハWを水平に保持し、ウェハWをその軸心Crまわりに回転させる。次に、上側液体供給ノズル14および下側液体供給ノズル16からウェハWの上面および下面にリンス液をそれぞれ供給し、かつ上側液体供給ノズル15および下側液体供給ノズル17からウェハWの上面および下面にそれぞれ薬液を供給する。この状態で、上部ロール洗浄部材12を軸心AX1周りに回転させながら下降させることにより、スポンジ部材12bを回転中のウェハWの上面に接触させ、かつ下部ロール洗浄部材13を軸心AX2周りに回転させながら上昇させることにより、スポンジ部材13bを回転中のウェハWの下面に接触させる。
これにより、洗浄液(リンス液及び薬液)の存在下で、ウェハWの上下面をロール洗浄部材12,13でスクラブ洗浄する。ロール洗浄部材12,13は、ウェハWの直径よりも長く、ウェハWの上下面全体に接触するようになっている。一実施形態では、上述したウェハWの上下面の洗浄工程は、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)などにより、基板の表面が研磨された後に実行される。
次に、周縁部洗浄ユニット20の詳細について説明する。図4は、周縁部洗浄ユニット20を図2の矢印Aで示す方向から見た図である。図2乃至図4に示すように、周縁部洗浄ユニット20は、洗浄具としてのクリーニングテープ19をウェハWの周縁部に押し当ててウェハWの周縁部を洗浄する押圧部22と、押圧部22をウェハWの半径方向に移動させる押圧部移動機構30と、クリーニングテープ19を保持してその長手方向に進行させるテープ送りユニット40を備えている。図2乃至図4では、後述する流体移送ライン42、圧力レギュレータ44、流体供給源46、および開閉弁48a,48bの図示は省略されている。
テープ送りユニット40は、クリーニングテープ19の両端部をそれぞれ保持する第1リール50および第2リール51と、第1リール50および第2リール51をそれぞれ回転させる第1リール回転モータ52および第2リール回転モータ53とを備えている。第1リール回転モータ52および第2リール回転モータ53は、第1リール50および第2リール51にそれぞれ連結されている。周縁部洗浄ユニット20は、押圧部22が4つのスピンドル11のうちの2つのスピンドル11の間に位置するように配置されている。
押圧部22は、基板保持部10にウェハWが保持されているとき、ウェハWの周縁部を向いている。クリーニングテープ19は、クリーニングテープ19の洗浄面がウェハWの周縁部を向くように第1リール50から押圧部22を経由して第2リール51に延びている。クリーニングテープ19の裏面(洗浄面と反対側の面)は、押圧部22に支持されている。
第1および第2リール50,51と、押圧部22との間には、第1ガイドローラ54および第2ガイドローラ55がそれぞれ配置されている。ガイドローラ54,55は、リール50,51と押圧部22との間を延びるクリーニングテープ19を支持している。テープ送りユニット40を駆動することで、クリーニングテープ19は一定方向に進行する。
本実施形態では、リール回転モータ52,53がリール50,51を図2に示す矢印の方向に回転させることによって、クリーニングテープ19は、第1リール50から引き出され、第2リール51に巻き取られる。クリーニングテープ19は、所定の張力が与えられた状態で、第1ガイドローラ54、押圧部22、第2ガイドローラ55をこの順に経由して、第1リール50から第2リール51に進行する。リール50,51およびリール回転モータ52,53は、クリーニングテープ19が水平方向(ウェハWの接線方向)に進行するように配置されている。これにより、テープ送りユニット40をコンパクトに構成することができる。
テープ送りユニット40は、クリーニングテープ19を、第1リール50から第2リール51に送る方向と逆方向に進行させることが可能に構成されている。すなわち、リール回転モータ52,53がリール50,51を図2に示す矢印の方向と反対方向に回転させることによって、クリーニングテープ19は、第2リール51から引き出され、第1リール50に巻き取られる。この場合、クリーニングテープ19は、所定の張力が与えられた状態で、第2ガイドローラ55、押圧部22、第1ガイドローラ54をこの順に経由して、第2リール51から第1リール50に進行する。
一実施形態では、テープ送りユニット40は、クリーニングテープ19を第1リール50から第2リール51(または、第2リール51から第1リール50)へ送るテープ送り機構を備えていてもよい。テープ送り機構は、テープ送りローラと、テープ送りローラの隣に配置されたテープ把持ローラと、テープ送りローラに連結されたモータとを備えている。テープ送りユニット40がテープ送り機構を有する実施形態では、クリーニングテープ19は、テープ送りローラとテープ把持ローラとの間に挟まれる。一実施形態では、テープ送りユニット40は、テープ送りローラに連結されたモータがテープ送りローラを回転させることにより、クリーニングテープ19を第1リール50(または第2リール51)から押圧部22を経由して第2リール51(または第1リール50)へ送るように構成されていてもよく、第1リール50および第2リール51を互いに反対方向に回転させることによりクリーニングテープ19に所定の張力を与えてもよい。
テープ送りユニット40は、動作制御部9に電気的に接続されている。テープ送りユニット40の動作は、動作制御部9によって制御される。クリーニングテープ19の例として、不織布からなるテープや、スポンジからなるテープが挙げられる。一実施形態では、クリーニングテープ19は、その表面(洗浄面)にシリカ(SiO)などの砥粒を有していてもよい。これにより、クリーニングテープ19に軽い研磨力を持たせることができる。
図5は、図2乃至図4に示す周縁部洗浄ユニット20の模式図であり、図6は、押圧部22を図5の矢印Bで示す方向から見た図である。図5では、テープ送りユニット40、およびガイドローラ54,55の図示は省略されている。図5および図6に示すように、押圧部22は、中空状の支持部材24と、クリーニングテープ19を支持する弾性体27を備えている。押圧部22は、内部空間Rを有しており、支持部材24は、ウェハWに向かう方向に開口する開口部24aを有している。支持部材24は、基部25と、基部25から垂直に延びる複数の突出部26a,26b,26c,26dを有している。基部25および突出部26a,26b,26c,26dは、内部空間Rを囲むように配置されており、基部25と、突出部26a,26b,26c,26dとは一体に形成されている。
弾性体27は、開口部24aを閉じるように配置されており、突出部26a,26b,26c,26dの端部に接触している。より具体的には、弾性体27は、突出部26a,26b,26c,26dの端部の間に張設されている。支持部材24および弾性体27によって押圧部22に内部空間Rが形成されている。支持部材24は剛体であり、弾性体27は、弾性ゴム等から構成されている。一実施形態では、弾性体27の表面に、クリーニングテープ19との滑り性を確保するためのコーティングを施してもよい。
押圧部移動機構30は、ウェハWの半径方向における押圧部22の位置(予め定められた基準位置からの押圧部22の移動距離)を制御可能に構成されている。押圧部移動機構30は、動作制御部9に電気的に接続されており、押圧部移動機構30の動作は、動作制御部9によって制御される。動作制御部9は、押圧部移動機構30に指令を発して押圧部22の位置を制御させるように構成されている。具体的には、動作制御部9は、押圧部22の位置の目標値(移動距離の目標値)を押圧部移動機構30に送信し、押圧部移動機構30は、押圧部22が目標となる位置に位置するように、上記目標値に従って押圧部22の位置を制御する。
押圧部22は、固定部材32を介して押圧部移動機構30に連結されている。押圧部移動機構30は、ボールねじ機構34と、ボールねじ機構34を作動させるモータ36を備えている。ボールねじ機構34は、固定部材32に固定されたナット機構34aと、ナット機構34aに螺合するねじ軸34bを備えている。ねじ軸34bはモータ36に連結されている。本実施形態では、モータ36は、サーボモータである。一実施形態では、モータ36として、ステッピングモータが使用されてもよい。
動作制御部9が押圧部移動機構30に指令を発して、モータ36を回転させることにより、ねじ軸34bが回転する。その結果、ナット機構34aおよび固定部材32を介して押圧部22がウェハWに近付く方向またはウェハWから遠ざかる方向に移動する。ナット機構34aの動きは、リニアガイド38によってガイドされる。モータ36は、押圧部22が目標となる位置に位置するようにねじ軸34bを回転させることで、押圧部22の移動距離を制御する。一実施形態では、押圧部移動機構30は、エアシリンダと圧力レギュレータの組み合わせであってもよい。
図5に示すように、周縁部洗浄ユニット20は、流体移送ライン42と、内部空間Rの圧力を制御する圧力レギュレータ44をさらに備えている。支持部材24の基部25の内部には、内部通路25aが形成されている。流体移送ライン42の一端は、内部通路25aに接続されており、他端は、流体供給源46に接続されている。流体移送ライン42は、内部通路25aを通じて内部空間Rに連通している。流体供給源46から流体移送ライン42および内部通路25aを通じて内部空間Rに気体(空気、窒素等)や液体(水等)などの流体が供給される。
圧力レギュレータ44は、流体移送ライン42に接続されている。流体移送ライン42には、開閉弁48a,48bがさらに接続されている。開閉弁48a,48bを開くことにより、流体供給源46からの流体が、圧力レギュレータ44および開閉弁48a,48bを通って、内部空間Rに供給される。
動作制御部9は、圧力レギュレータ44および開閉弁48a,48bに電気的に接続されており、圧力レギュレータ44および開閉弁48a,48bの動作は、動作制御部9によって制御される。動作制御部9は、圧力レギュレータ44に指令を発して内部空間Rの圧力を制御させるように構成されている。具体的には、動作制御部9は、所定の目標圧力値を圧力レギュレータ44に送信し、圧力レギュレータ44は、内部空間Rの圧力が目標圧力値となるように内部空間R内の流体の圧力を調整する。圧力レギュレータ44は、内部空間R内の流体の圧力を調整することによって、内部空間Rの圧力を制御する。圧力レギュレータ44の一例として、電空レギュレータが挙げられる。
図7(a)乃至図7(c)は、クリーニングテープ19が押圧部22によってウェハWの周縁部に押し当てられる様子を示す図である。図7(a)乃至図7(c)は、いわゆるストレート型のウェハW(図1(a)参照)を洗浄する例を示している。動作制御部9は、クリーニングテープ19がウェハWの周縁部から離れている状態(図7(a)参照)から、押圧部移動機構30を駆動して、クリーニングテープ19がウェハWの周縁部に接触するまで押圧部22をウェハWに向けて移動させる。これにより、クリーニングテープ19が弾性体27によってウェハWの周縁部に押し当てられる(図7(b)参照)。押圧部22がクリーニングテープ19を介してウェハWを押すことにより、弾性体27はウェハWの形状に沿って変形する。
ウェハWを回転させながら、かつクリーニングテープ19を、所定の速度で進行させながらウェハWの周縁部に押し当てることにより、ウェハWの周縁部が洗浄される。本実施形態によれば、基板洗浄装置1は、常にクリーニングテープ19の清浄な部分でウェハWの周縁部を洗浄することができる。また、クリーニングテープ19は、ウェハWの周縁部を包み込むようにウェハWの周縁部に押し当てられるので、チルト機構などにより、押圧部22を傾けることなく、ウェハWの周縁部を洗浄することができる。本実施形態の構成によれば、周縁部洗浄ユニット20をコンパクトに構成することができる。
ウェハWの洗浄中、内部空間Rに流体が供給され、内部空間Rは加圧される。これにより、弾性体27の裏面には、圧力Pが加えられる。この圧力Pにより、弾性体27は、クリーニングテープ19を介してウェハWに押し付けられる。結果として、クリーニングテープ19を積極的にウェハWの周縁部の形状に沿わせることができる。さらに、圧力レギュレータ44が内部空間Rの圧力を制御することでウェハWに加えられる圧力を制御することができる。これにより、ウェハWに加えられる圧力を一定に保つことができ、クリーニングテープ19とウェハWとの接触位置による圧力のばらつきを低減することができる。
図7(c)に示すように、押圧部22を図7(b)に示す状態からさらに半径方向内側に移動させることにより、弾性体27がウェハWによってさらに押し込まれ、弾性体27およびクリーニングテープ19は、ウェハWの形状に沿ってさらに変形する。押圧部移動機構30は、ウェハWの半径方向における押圧部22の位置を制御することによって、押圧部22の押し込み量Lを制御する。押し込み量Lは、ウェハWの半径方向に関して最も内側に位置する弾性体27の表面から、クリーニングテープ19を介してウェハWの最外周部(図7(c)に示す例では、ベベル部の側部)に押されている弾性体27の表面までの距離である。
図7(c)は、クリーニングテープ19がトップエッジ部およびボトムエッジ部(図1(a)参照)に接触するまで弾性体27を押し込んだ例を示している。このように、押し込み量Lを制御することによって、クリーニングテープ19とウェハWとの接触位置(すなわち、洗浄位置)を任意に変更することができ、ベベル部全体に加えてトップエッジ部およびボトムエッジ部も洗浄することができる。
上述のように、ウェハWの周縁部の洗浄中、内部空間Rは加圧される。内部空間Rが加圧されることにより、押圧部22には、内部空間Rから基部25をウェハWの半径方向外側に押す力が加えられる。押圧部移動機構30にサーボモータやステッピングモータのようなモータの回転軸の回転軸位置または回転角度を制御できるモータを使用することで、内部空間Rの圧力に影響されることなく、押圧部22の位置を精密に制御することができる。
本実施形態では、クリーニングテープ19は、水平方向(ウェハWの接線方向)に進行するが、一実施形態では、押圧部22に支持されたクリーニングテープ19が、鉛直方向(ウェハWの接線方向と直行する方向)に進行するようにテープ送りユニット40を配置してもよい。この場合、第1リール50と第2リール51は、上下に配列される。
次に、ウェハWの周縁部を洗浄する工程について説明する。まず、基板保持部10によって、表面を上にしてウェハWを水平に保持し、ウェハWをその軸心Crまわりに回転させる。次に、上側液体供給ノズル14および下側液体供給ノズル16からウェハWの上面および下面にリンス液をそれぞれ供給し、かつ上側液体供給ノズル15および下側液体供給ノズル17からウェハWの上面および下面にそれぞれ薬液を供給する。リンス液および薬液は、遠心力によりウェハWの外側に広がり、リンス液および薬液がウェハWの周縁部に供給される。ウェハWの周縁部は、上記リンス液および薬液の存在下で洗浄される。
この状態で、動作制御部9は、テープ送りユニット40を駆動し、クリーニングテープ19に所定の張力を与えながら、クリーニングテープ19を所定の速度で一定方向(本実施形態では、第1リール50から第2リール51に向かう方向)に進行させる。より具体的には、テープ送りユニット40は、クリーニングテープ19を水平方向(ウェハWの接線方向)に進行させる。
この状態で、押圧部移動機構30は、押圧部22をウェハWに向かって移動させ、押圧部22をウェハWに接触させる。具体的には、動作制御部9は、ウェハWの半径方向における押圧部22の位置の目標値を押圧部移動機構30に送信し、押圧部移動機構30は、押圧部22が目標となる位置に位置するように、上記目標値に従って押圧部22を移動させる。押圧部移動機構30は、上記目標値に従ってウェハWの半径方向における押圧部22の位置を制御する。押圧部22は、クリーニングテープ19をウェハWの周縁部に押し当てて、ウェハWの周縁部を洗浄する。
洗浄中、動作制御部9は、圧力レギュレータ44に指令を発し、内部空間Rの圧力を制御させる。具体的には、動作制御部9は、開閉弁48a,48bを開き、気体(空気、窒素等)や液体(水等)などの流体を流体供給源46から内部空間Rに供給させる。そして、動作制御部9は、圧力レギュレータ44に指令を発し、内部空間Rの圧力が目標圧力値となるように内部空間R内の流体の圧力を調整させる。
一実施形態では、上述したウェハWの周縁部の洗浄工程は、基板の周縁部が研磨された後に実行される。一実施形態では、ウェハWの周縁部の洗浄工程は、上述したウェハWの上下面の洗浄工程と同時に実施してもよく、別々に実施してもよい。
本実施形態では、クリーニングテープ19を、一定方向に進行させながらウェハWの周縁部が洗浄されるので、常にクリーニングテープ19の清浄な部分でウェハWの周縁部を洗浄することができる。また、押圧部22の移動距離を制御することで洗浄位置を任意に変更することができ、かつ押圧部22の内部空間Rの圧力を制御することで押圧部22からウェハWに加えられる圧力を制御することができる。結果として、ウェハWの周縁部の洗浄効果を向上させることができる。
図8は、周縁部洗浄ユニット20の他の実施形態を示す模式図であり、図9は、図8の周縁部洗浄ユニット20を図8の矢印Cで示す方向から見た図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図1乃至図7を参照して説明した実施形態と同じであるのでその重複する説明を省略する。図8および図9では、流体移送ライン42、圧力レギュレータ44、流体供給源46、および開閉弁48a,48bの図示は省略されている。図9に示すように、本実施形態の周縁部洗浄ユニット20は、押圧部22を上下動させる上下動機構60をさらに備えている。
図8および図9に示すように、本実施形態の周縁部洗浄ユニット20は、ベースプレート62をさらに備えており、押圧部移動機構30、テープ送りユニット40、およびガイドローラ54,55は、ベースプレート62の上面に固定されている。上下動機構60は、ベースプレート62に連結されている。本実施形態では、上下動機構60は、ベースプレート62、押圧部22、押圧部移動機構30、テープ送りユニット40、およびガイドローラ54,55を一体に上下動させるように構成されている。
上下動機構60は、鉛直方向における押圧部22の位置(すなわち、鉛直方向における押圧部22の移動距離)を制御可能に構成されている。上下動機構60は、動作制御部9に電気的に接続されており、上下動機構60の動作は、動作制御部9によって制御される。
ベースプレート62は、複数の固定部材63を介して上下動機構60に連結されている。上下動機構60は、ボールねじ機構64と、ボールねじ機構64を作動させるモータ66を備えている。ボールねじ機構64は、複数の固定部材63に固定されたナット機構64aと、ナット機構64aに螺合するねじ軸64bを備えている。ねじ軸64bはモータ66に連結されている。モータ66の例として、サーボモータおよびステッピングモータが挙げられる。
動作制御部9が上下動機構60に指令を発して、モータ66を回転させることにより、ねじ軸64bが回転する。その結果、ナット機構64aおよび固定部材63を介してベースプレート62、押圧部22、押圧部移動機構30、テープ送りユニット40、およびガイドローラ54,55が上下動する。ナット機構64aの上下動は、図示しないリニアガイドによってガイドされる。モータ66は、押圧部22が所定の距離だけ移動するようにボールねじ軸64bを回転させることで、押圧部22の上下方向の移動距離を制御する。一実施形態では、上下動機構60は、エアシリンダと圧力レギュレータの組み合わせであってもよい。
本実施形態では、ベースプレート62、押圧部22、押圧部移動機構30、テープ送りユニット40、およびガイドローラ54,55を上下動させながらウェハWの周縁部を洗浄する。
図10(a)乃至図10(c)は、押圧部22を上下動させたときのクリーニングテープ19とウェハWとの接触状態を示す図である。図10(a)乃至図10(c)は、いわゆるストレート型のウェハW(図1(a)参照)を洗浄する例を示している。図10(a)は、ウェハWの厚さ方向における中心線CLが、押圧部22の中央部に位置している状態を示す図であり、図10(b)は、押圧部22を図10(a)に示す位置から下降させた状態を示す図であり、図10(c)は、押圧部22を図10(a)に示す位置から上昇させた状態を示す図である。
図10(a)に示すように、中心線CLが、押圧部22の中央部に位置している状態で内部空間Rを加圧し、クリーニングテープ19をウェハWの周縁部に押し当てると、弾性体27の裏面に加えられる圧力Pが、弾性体27の角部27a,27bに集中することがある。これにより、ベベル部の上側傾斜部および下側傾斜部(図1(a)参照)には十分な圧力が加わらないことがある。
中心線CLが押圧部22の上部に位置するように押圧部22を下降させてクリーニングテープ19をウェハWの周縁部に押し当てることにより、弾性体27の上部がウェハWによって押し込まれる(図10(b)参照)。これにより、弾性体27の上側傾斜部27cに加えられる圧力P1が上昇する。結果として、ベベル部の上側傾斜部に十分な圧力を加えることができる。
中心線CLが押圧部22の下部に位置するように押圧部22を上昇させてクリーニングテープ19をウェハWの周縁部に押し当てることにより、弾性体27の下部がウェハWによって押し込まれる(図10(c)参照)。これにより、弾性体27の下側傾斜部27dに加えられる圧力P2が上昇する。結果として、ベベル部の下側傾斜部に十分な圧力を加えることができる。
また、押圧部22を上下動させながらウェハWの周縁部を洗浄することにより、クリーニングテープ19は、上下方向にウェハWの周縁部に摺接され、より積極的な洗浄が可能となる。結果として、押圧部22を上下動させながらウェハWの周縁部を洗浄することにより、洗浄効果をさらに向上させることができる。
図11は、周縁部洗浄ユニット20のさらに他の実施形態を示す模式図であり、図12は、図11の周縁部洗浄ユニット20を図11の矢印Dで示す方向から見た図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図8乃至図10を参照して説明した実施形態と同じであるのでその重複する説明を省略する。本実施形態の周縁部洗浄ユニット20は、クリーニングテープ19を洗浄する複数のテープ洗浄機構70A,70Bをさらに備えている。図11および図12では、流体移送ライン42、圧力レギュレータ44、流体供給源46、および開閉弁48a,48bの図示は省略されている。
テープ洗浄機構70A,70Bは、クリーニングテープ19を囲むようにクリーニングテープ19の経路に配置されている。具体的には、テープ洗浄機構70Aは、第1リール50と、押圧部22との間に配置されており、テープ洗浄機構70Bは、第2リール51と、押圧部22との間に配置されている。テープ洗浄機構70A,70Bは、その内部をクリーニングテープ19が通過するように構成されている。テープ洗浄機構70A,70Bは、動作制御部9に電気的に接続されており、テープ洗浄機構70A,70Bの動作は、動作制御部9によって制御される。
図13は、テープ洗浄機構70Bの一実施形態を示す模式図であり、図11のE-E線断面図である。テープ洗浄機構70A,70Bは、同一の構成を有する。以下の説明は、テープ洗浄機構70Bに関するものであるが、テープ洗浄機構70Aにも同様に適用される。以下の説明では、テープ洗浄機構70A,70Bを総称して単にテープ洗浄機構70という場合がある。
図13に示すように、テープ洗浄機構70Bは、クリーニングテープ19の裏面を支持するテープ支持部材74と、クリーニングテープ19の表面(洗浄面)に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズル76と、テープ支持部材74および洗浄液供給ノズル76を収容するケーシング78を備えている。テープ支持部材74および洗浄液供給ノズル76は、ケーシング78の内面に固定されている。ケーシング78には、クリーニングテープ19が通る図示しない複数の開口部が形成されている。洗浄液供給ノズル76は、クリーニングテープ19の表面を向いて配置されている。洗浄液の例として、純水が挙げられる。洗浄液供給ノズル76は、図示しない洗浄液供給源に接続されている。
本実施形態では、テープ洗浄機構70によって、ウェハWの周縁部に接触させた後のクリーニングテープ19(ウェハWの周縁部の洗浄に使用されたクリーニングテープ19)が洗浄される。一実施形態では、ウェハWの洗浄中、クリーニングテープ19の洗浄工程が実施される。クリーニングテープ19を第1リール50から第2リール51に進行させながらウェハWの周縁部を洗浄する場合、クリーニングテープ19は、ウェハWの周縁部の洗浄中、テープ洗浄機構70A、第1ガイドローラ54、押圧部22、第2ガイドローラ55、テープ洗浄機構70Bをこの順に経由して、第1リール50から第2リール51に進行する。この状態で、動作制御部9は、テープ洗浄機構70Bに指令を発し、ウェハWの周縁部に接触させた後のクリーニングテープ19に、洗浄液を供給させる。これにより、ウェハWの周縁部に接触させた後のクリーニングテープ19が洗浄される。テープ洗浄機構70Bで洗浄されたクリーニングテープ19は第2リール51に回収される。
クリーニングテープ19は、テープ支持部材74にその裏面を支持されながら、洗浄される。クリーニングテープ19の裏面を支持しながらクリーニングテープ19を洗浄することにより、洗浄時のクリーニングテープ19のばたつきを防止することができる。
洗浄液は、ウェハWとの接触時にクリーニングテープ19の表面に付着した研磨屑などの異物(パーティクル)を洗い流す。このようにして、ウェハWの周縁部の洗浄中、クリーニングテープ19が随時洗浄される。ウェハWの周縁部に接触させた後のクリーニングテープ19を洗浄することでクリーニングテープ19を再利用することができる。
図14は、テープ洗浄機構70の他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図13を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図14に示すように、本実施形態のテープ洗浄機構70は、複数の洗浄液供給ノズル76と、クリーニングテープ19の表面(洗浄面)に接触してクリーニングテープ19を洗浄する洗浄ブラシ80をさらに備えている。クリーニングテープ19を一定方向に進行させながら、かつクリーニングテープ19の表面に洗浄液を供給しながら洗浄ブラシ80をクリーニングテープ19の表面に接触させることで、クリーニングテープ19の洗浄効果を向上させることができる。
一実施形態では、クリーニングテープ19が第2リール51に完全に巻き取られた後、テープ送りユニット40によってクリーニングテープ19を逆方向に進行させながら、ウェハWの周縁部を洗浄してもよい。本実施形態では、ウェハWの周縁部の洗浄中、クリーニングテープ19は、テープ洗浄機構70B、第2ガイドローラ55、押圧部22、第1ガイドローラ54、テープ洗浄機構70Aをこの順に経由して、第2リール51から第1リール50に進行する。本実施形態のウェハWの周縁部の洗浄工程の詳細は、クリーニングテープ19の進行方向以外は、上述した工程と同じである。一実施形態では、ウェハWの周縁部の洗浄中、クリーニングテープ19の洗浄工程を実施してもよい。この場合、動作制御部9は、テープ洗浄機構70Aに指令を発し、ウェハWの周縁部に接触させた後のクリーニングテープ19に、洗浄液を供給させる。これにより、ウェハWの周縁部に接触させた後のクリーニングテープ19が洗浄される。テープ洗浄機構70Aで洗浄されたクリーニングテープ19は第1リール50に回収される。
さらに一実施形態では、クリーニングテープ19が第1リール50に完全に巻き取られた後、再びクリーニングテープ19を、逆方向(第1リール50から第2リール51に向かう方向)に進行させながらウェハWの周縁部を洗浄してもよく、ウェハWの周縁部の洗浄中にクリーニングテープ19の洗浄工程を実施してもよい。
このように、洗浄されたクリーニングテープ19を第1リール50または第2リール51のうちのいずれかに完全に巻き取った後、逆方向にクリーニングテープ19を巻き取ることで、クリーニングテープ19を繰り返し使用することができ、クリーニングテープ19の交換頻度を下げることができる。さらに、押圧部22を上下動させながらウェハWの周縁部を洗浄することで、クリーニングテープ19の交換頻度をより下げることができる。
さらに一実施形態では、ウェハWの周縁部の洗浄を所定枚数実行した後、クリーニングテープ19の洗浄工程を実施してもよい。本実施形態では、ウェハWの周縁部の洗浄を所定枚数実行した後、テープ送りユニット40によってクリーニングテープ19を一定方向(第1リール50から第2リール51に向かう方向、または第2リール51から第1リール50に向かう方向)に送りながら、動作制御部9は、テープ洗浄機構70Aおよび/またはテープ洗浄機構70Bに指令を発し、洗浄液供給ノズル76からウェハWの周縁部に接触させた後のクリーニングテープ19に洗浄液を供給させる。本実施形態でのクリーニングテープ19の洗浄時におけるクリーニングテープ19の進行方向は、クリーニングテープ19の洗浄工程の前に実施されたウェハWの周縁部の洗浄工程時のクリーニングテープ19の進行方向と逆方向である。これにより、ウェハWの周縁部に接触させた後のクリーニングテープ19が洗浄される。本実施形態においても、クリーニングテープ19が第1リール50または第2リール51に完全に巻き取られた後、テープ送りユニット40によってクリーニングテープ19を逆方向に進行させながら、ウェハWの周縁部を洗浄してもよい。
図11乃至図14を参照して説明した実施形態は、図1乃至図7を参照して説明した実施形態にも適用することができる。さらに一実施形態では、基板洗浄装置1は、テープ洗浄機構70Aまたはテープ洗浄機構70Bのいずれかを備えていてもよい。
図15は、周縁部洗浄ユニット20のさらに他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図1乃至図7を参照して説明した実施形態と同じであるのでその重複する説明を省略する。本実施形態の周縁部洗浄ユニット20は、洗浄後のウェハWの周縁部に接触させた後のクリーニングテープ19に光を照射してクリーニングテープ19からの反射光を受光するセンサ82をさらに備えている。図15では、流体移送ライン42、圧力レギュレータ44、流体供給源46、および開閉弁48a,48bの図示は省略されている。
センサ82は、ウェハWの周縁部に接触させた後のクリーニングテープ19の表面を向いて配置されている。センサ82は、クリーニングテープ19からの反射光を受光して反射光の強度を測定するように構成されている。センサ82は、例えば、RGBカラーセンサからなる。RGBカラーセンサは、白色LED光を照射し、反射光を赤・緑・青の3原色にフィルタで分解して、検出素子で、赤色、緑色、青色のそれぞれの色の強度に基づいて、色比率を判別するようになっている。センサ82には、UV(紫外)領域の光を照射可能なLEDを光源に用い、蛍光体検出UVセンサを受光センサとして、受光した光の強度を測定することもできる。
センサ82は動作制御部9に電気的に接続されている。動作制御部9は、ウェハWの周縁部の洗浄中、センサ82からの信号を受信し、センサ82により受光した反射光の強度と、予め設定されている所定値とを比較する。動作制御部9は、反射光の強度が所定値を下回る場合に、クリーニングテープ19に汚れが付着していると判断し、ウェハWの周縁部が汚れているものと判定する。動作制御部9は、反射光の強度が所定値を上回った場合、クリーニングテープ19に汚れが付着してないと判定し、ウェハWの周縁部が汚れていないものと判定する。動作制御部9は、ウェハWの周縁部が汚れていないものと判定した時点に基づいてウェハWの周縁部の洗浄工程の終点を決定する。本実施形態は、図8乃至図14を参照して説明した実施形態にも適用することができる。
図16は、基板洗浄装置1の他の実施形態を模式的に示す斜視図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図1乃至図15を参照して説明した実施形態と同じであるのでその重複する説明を省略する。本実施形態の基板洗浄装置1は、ウェハWの上面を洗浄するペン型の基板洗浄装置としても機能する。
図16に示すように、本実施形態の基板洗浄装置1は、ウェハWを保持して回転させる基板保持部10と、鉛直方向に延びる支柱92と、一端が支柱92の先端に取り付けられ、水平方向に延びる搖動アーム94と、支柱92に連結された洗浄部材移動機構93と、搖動アーム94の他端の下面に回転可能に取り付けられた円柱状のペンシル洗浄部材96(円柱状スポンジ)と、ウェハWの上面に洗浄液としての液体を供給する2つの上側液体供給ノズル14,15と、2つの下側液体供給ノズル16,17と、周縁部洗浄ユニット20と、動作制御部9を備えている。
本実施形態の基板洗浄装置1は、ペンシル洗浄部材96によるウェハWの上面の洗浄と、周縁部洗浄ユニット20によるウェハWの周縁部の洗浄の両方を実施することができる。ペンシル洗浄部材96は、揺動アーム94内に配置された洗浄部材回転機構(図示せず)に連結されており、ペンシル洗浄部材96は、鉛直方向に延びるその中心軸線まわりに回転されるようになっている。揺動アーム94はウェハWの上方に配置されている。
基板保持部10は、表面を上にしてウェハWの周縁部を保持し、ウェハWを水平回転させる水平方向に移動自在な複数本(図16では4本)のスピンドル90を備えている。複数のスピンドル90は、ウェハWの周縁部を保持する複数のスピンチャック90aを備えている。スピンチャック90aは、それぞれ同じ方向に同じ速度で回転するように構成されている。スピンチャック90aがウェハWを水平に保持した状態で、スピンチャック90aが回転することにより、ウェハWはその軸心Crまわりに矢印で示す方向に回転される。周縁部洗浄ユニット20は、押圧部22が4つのスピンドル90のうちの2つのスピンドル90の間に位置するように配置されている。
洗浄部材移動機構93は、支柱92を所定の角度だけ回転させることにより、揺動アーム94をウェハWと平行な平面内で旋回させるようになっている。揺動アーム94の旋回により、ペンシル洗浄部材96は、円弧状の軌跡を描いてウェハWの上を移動する。搖動アーム94の先端はウェハWの中心Oまで延びているので、ペンシル洗浄部材96の移動軌跡は、ウェハWの中心Oを通過する。また、ペンシル洗浄部材96は、ウェハWの外周まで移動させられる。よって、搖動アーム94の回転によるペンシル洗浄部材96の移動軌跡は、搖動アーム94の長さを半径とする円弧状となり、その移動範囲は、ウェハWの外周からウェハWの中心Oを過ぎたところまでである。
さらに、洗浄部材移動機構93は、支柱92を上下動させることが可能に構成されており、これによりペンシル洗浄部材96を所定の圧力でウェハWの表面に押し付けることができる。ペンシル洗浄部材96は、例えば発砲ポリウレタン、PVAからなる。動作制御部9は、洗浄部材移動機構93および洗浄部材回転機構(図示せず)に、電気的に接続されている。洗浄部材移動機構93および洗浄部材回転機構の動作は、動作制御部9によって制御される。
ウェハWの上面は次のようにして洗浄される。まず、基板保持部10によって、表面を上にしてウェハWを水平に保持し、ウェハWをその軸心Crまわりに回転させる。ウェハWを水平に回転させた状態で、液体供給ノズル14からウェハWの表面にリンス液を供給し、かつ液体供給ノズル15からウェハWの表面に薬液を供給しつつ、ペンシル洗浄部材96を回転(自転)させながら、搖動アーム94を旋回させることでペンシル洗浄部材96を公転させて、回転中のウェハWの表面に接触させる。これにより、洗浄液(リンス液及び薬液)の存在下で、ウェハWの表面をペンシル洗浄部材96でスクラブ洗浄する。
一実施形態では、図16を参照して説明した実施形態によるウェハWの表面の洗浄工程は、CMPなどにより基板の表面が研磨された後に実行される。図16を参照して説明した実施形態によるウェハWの表面の洗浄工程と、上述したウェハWの周縁部の洗浄工程とは、同時に実施してもよく、別々に実施してもよい。本実施形態では、基板洗浄装置1は、図1乃至図7を参照して説明した実施形態に係る周縁部洗浄ユニット20を備えているが、基板洗浄装置1は、図8乃至図15を参照して説明した実施形態に係る周縁部洗浄ユニット20を備えていてもよい。
図17は、基板洗浄装置1のさらに他の実施形態を模式的に示す平面図であり、図18は、図17に示す基板洗浄装置1の縦断面図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図1乃至図15を参照して説明した実施形態と同じであるのでその重複する説明を省略する。本実施形態の基板洗浄装置1は、ウェハWの周縁部を研磨するベベル研磨装置としても機能する。本実施形態の基板洗浄装置1は、ウェハWの周縁部の研磨と、周縁部洗浄ユニット20によるウェハWの周縁部の洗浄の両方を実施することができる。
図17および図18に示すように、本実施形態の基板洗浄装置1は、その中央部に配置された基板保持部10と、周縁部洗浄ユニット20と、基板保持部10に保持されたウェハWの周囲に配置された4つの研磨ヘッド組立体101A,101B,101C,101Dと、研磨ヘッド組立体101A,101B,101C,101Dの径方向外側に配置されたテープ供給回収機構102A,102B,102C,102Dと、ウェハWの上面に洗浄液としての液体を供給する2つの上側液体供給ノズル14,15と、2つの下側液体供給ノズル16,17と、動作制御部9を備えている。
本実施形態の基板保持部10は、ウェハWの裏面を真空吸着により保持する皿状の保持ステージ104と、保持ステージ104の中央部に連結された中空シャフト105と、この中空シャフト105を回転させるモータM1とを備えている。ウェハWは、図示しない搬送機構により、ウェハWの中心O(図16に図示する)が中空シャフト105の軸心と一致するように保持ステージ104の上に載置される。ウェハWは、基板保持部10により、水平に保持される。
中空シャフト105は、複数のボールスプライン軸受(直動軸受)106によって上下動自在に支持されている。保持ステージ104の上面には溝104aが形成されており、この溝104aは、中空シャフト105を通って延びる連通ライン107に接続されている。連通ライン107は中空シャフト105の下端に取り付けられたロータリジョイント108を介して真空ライン109に接続されている。連通ライン107は、処理後のウェハWを保持ステージ104から離脱させるための窒素ガス供給ライン110にも接続されている。これらの真空ライン109と窒素ガス供給ライン110を切り替えることによって、ウェハWを保持ステージ104の上面に真空吸着し、離脱させる。
中空シャフト105は、この中空シャフト105に連結されたプーリーq1と、モータM1の回転軸に取り付けられたプーリーq2と、これらプーリーq1,q2に掛けられたベルトb1を介してモータM1によって回転される。モータM1の回転軸は中空シャフト105と平行に延びている。このような構成により、保持ステージ104の上面に保持されたウェハWは、モータM1によって回転される。
ボールスプライン軸受106はケーシング112に固定されている。したがって、本実施形態においては、中空シャフト105は、ケーシング112に対して上下に直線動作ができるように構成されており、中空シャフト105とケーシング112は一体に回転する。中空シャフト105は、エアシリンダ(昇降機構)115に連結されており、エアシリンダ115によって中空シャフト105および保持ステージ104が上昇および下降できるようになっている。
ケーシング112と、その外側に同心上に配置されたケーシング114との間にはラジアル軸受118が介装されており、ケーシング112は軸受118によって回転自在に支持されている。このような構成により、基板保持部10は、ウェハWを軸心Crまわりに回転させ、かつウェハWを軸心Crに沿って上昇下降させることができる。
研磨ヘッド組立体101A~101Dとテープ供給回収機構102A~102Dとは隔壁120によって隔離されている。隔壁120の内部空間は処理室121を構成し、研磨ヘッド組立体101A~101Dおよび保持ステージ104は処理室121内に配置されている。一方、テープ供給回収機構102A~102Dは処理室121の外に配置されている。
隔壁120の上面にはルーバー140に覆われた開口120cが設けられている。隔壁120は、後述する研磨テープ123が通る複数の開口部120aと、ウェハWを処理室121に搬入および搬出するための搬送口120bを備えている。洗浄時(または研磨処理時)は、搬送口120bは図示しないシャッターで閉じられるようになっている。このため、図示しないファン機構により排気をすることで処理室121の内部には清浄空気のダウンフローが形成されるようになっている。
研磨ヘッド組立体101A,101B,101C,101Dのそれぞれは、ウェハWのベベル部を研磨する基板処理ユニットとして機能する。それぞれの研磨ヘッド組立体101A,101B,101C,101Dおよびテープ供給回収機構102A,102B,102C,102Dは同一の構成を有している。以下、研磨ヘッド組立体101Aおよびテープ供給回収機構102Aについて説明する。
テープ供給回収機構102Aは、研磨具である研磨テープ123を研磨ヘッド組立体101Aに供給する供給リール124と、ウェハWの研磨に使用された研磨テープ123を回収する回収リール125とを備えている。供給リール124と回収リール125は上下に配列されている。供給リール124および回収リール125にはモータM2がそれぞれ連結されている(図1には供給リール124に連結されるモータM2のみを示す)。それぞれのモータM2は、所定の回転方向に一定のトルクをかけ、研磨テープ123に所定のテンションをかけることができるようになっている。
研磨テープ123は長尺のテープ状の研磨具であり、その片面は研磨面を構成している。研磨テープ123は供給リール124に巻かれた状態でテープ供給回収機構102Aにセットされる。研磨テープ123の一端は回収リール125に取り付けられ、研磨ヘッド組立体101Aに供給された研磨テープ123を回収リール125が巻き取ることで研磨テープ123を回収するようになっている。研磨ヘッド組立体101Aはテープ供給回収機構102Aから供給された研磨テープ123をウェハWの周縁部に当接させるための研磨ヘッド130を備えている。研磨テープ123は、研磨テープ123の研磨面がウェハWを向くように研磨ヘッド130に供給される。
テープ供給回収機構102Aは複数のガイドローラ131,132,133,134を有している。研磨テープ123は、ガイドローラ131~134によってガイドされる。研磨テープ123は、開口部120aを通って供給リール124から研磨ヘッド130へ供給され、使用された研磨テープ123は開口部120aを通って回収リール125に回収される。
図18に示すように、ウェハWの上面には上供給ノズル136が配置され、基板保持部10に保持されたウェハWの上面中心に向けて研磨液を供給する。また、ウェハWの裏面と保持ステージ104との境界部(保持ステージ104の外周部)に向けて研磨液を供給する下供給ノズル137を備えている。研磨液には通常純水が使用されるが、研磨テープ123の砥粒としてシリカを使用する場合などはアンモニアを用いることもできる。さらに、基板洗浄装置1は、研磨処理後に研磨ヘッド130を洗浄する洗浄ノズル138を備えており、研磨処理後にウェハWが基板保持部10により上昇した後、研磨ヘッド130に向けて洗浄水を噴射し、研磨処理後の研磨ヘッド130を洗浄できるようになっている。上供給ノズル136および下供給ノズル137は、図示しない研磨液供給源に接続されており、洗浄ノズル138は、図示しない洗浄水供給源に接続されている。
図17に示すように、研磨ヘッド130はアーム160の一端に固定され、アーム160は、ウェハWの接線に平行な軸Ctまわりに回転自在に構成されている。アーム160の他端はプーリーq3,q4およびベルトb2を介してモータM4に連結されている。モータM4が時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ回転することで、アーム160が軸Ctまわりに所定の角度だけ回転する。本実施形態では、モータM4、アーム160、プーリーq3,q4、およびベルトb2によって、研磨ヘッド130を傾斜させるチルト機構が構成されている。
図18に示すように、チルト機構は、プレート状の移動台161に搭載されている。移動台161は、ガイド162およびレール163を介してベースプレート165に移動自在に連結されている。レール163は、基板保持部10に保持されたウェハWの半径方向に沿って直線的に延びており、移動台161はウェハWの半径方向に沿って直線的に移動可能になっている。移動台161にはベースプレート165を貫通する連結板166が取り付けられ、連結板166にはリニアアクチュエータ167がジョイント168を介して取り付けられている。リニアアクチュエータ167はベースプレート165に直接または間接的に固定されている。
リニアアクチュエータ167としては、エアシリンダや位置決め用モータとボールねじとの組み合わせなどを採用することができる。このリニアアクチュエータ167、レール163、ガイド162によって、研磨ヘッド130をウェハWの半径方向に沿って直線的に移動させる移動機構が構成されている。すなわち、移動機構はレール163に沿って研磨ヘッド130をウェハWへ近接および離間させるように動作する。一方、テープ供給回収機構102Aはベースプレート165に固定されている。
図19は研磨ヘッド130の拡大図である。図19に示すように、研磨ヘッド130は、研磨テープ123の研磨面をウェハWに対して所定の力で押圧する押圧機構141と、研磨テープ123を供給リール124から回収リール125へ送るテープ送り機構142を備えている。研磨ヘッド130は複数のガイドローラ143,144,145,146,147,148,149を有しており、これらのガイドローラはウェハWの接線方向と直行する方向に研磨テープ123が進行するように研磨テープ123をガイドする。
研磨ヘッド130に設けられたテープ送り機構142は、テープ送りローラ142aと、テープ把持ローラ142bと、テープ送りローラ142aを回転させるモータM3とを備えている。モータM3は研磨ヘッド130の側面に設けられ、モータM3の回転軸にテープ送りローラ142aが接続されている。テープ送りローラ142aには、その約半周だけ研磨テープ123が巻きつけられている。テープ送りローラ142aの隣にはテープ把持ローラ142bが設けられており、テープ把持ローラ142bは、図19の矢印NFで示す方向(テープ送りローラ142aに向かう方向)に力を発生するように図示しない機構で支持されており、テープ送りローラ142aを押圧するように構成されている。
研磨テープ123はテープ送りローラ142aとテープ把持ローラ142bとの間に挟まれている。モータM3が図19に示す矢印方向に回転すると、テープ送りローラ142aが回転して研磨テープ123を供給リール124から研磨ヘッド130を経由して回収リール125へ送ることができる。テープ把持ローラ142bはそれ自身の軸まわりに回転することができるように構成され、研磨テープ123が送られるに従って回転する。
押圧機構141は、研磨テープ123の裏面を支持する押圧パッド141aと、押圧パッド141aをウェハWの周縁部に向かって移動させるエアシリンダ(駆動機構)141bとを備えている。研磨ヘッド130は、押圧機構141によって、研磨テープ123をその裏側から押圧し、研磨テープ123の研磨面を基板Wの周縁部に接触させることによって基板Wの周縁部を研磨する。エアシリンダ141bへ供給する空気圧を制御することによって、ウェハWに対する押圧力が調整される。
4つの研磨ヘッド組立体101A~101Dのチルト機構、押圧機構141、およびテープ送り機構142、各研磨ヘッド組立体を移動させる移動機構、4つのテープ供給回収機構102A~102D、上供給ノズル136、下供給ノズル137、洗浄ノズル138、およびエアシリンダ115は、動作制御部9に電気的に接続されている。4つの研磨ヘッド組立体101A~101Dのチルト機構、押圧機構141、およびテープ送り機構142、各研磨ヘッド組立体を移動させる移動機構、4つのテープ供給回収機構102A~102D、上供給ノズル136、下供給ノズル137、洗浄ノズル138、およびエアシリンダ115を含む構成要素の動作は、動作制御部9によって制御される。
4つの研磨ヘッド組立体101A~101Dのチルト機構、押圧機構141、およびテープ送り機構142、各研磨ヘッド組立体を移動させる移動機構は、それぞれ独立に動作が可能なように構成されている。本実施形態では4組の研磨ヘッド組立体およびテープ供給回収機構が設けられているが、研磨ヘッド組立体およびテープ供給回収機構の数は本実施形態に限定されない。
図20は、研磨ヘッド130がウェハWのベベル部を研磨している様子を示す図である。ウェハWの周縁部は次のようにして研磨される。まず、ウェハWを基板保持部10によって保持し、回転させる。具体的には、ウェハWが保持ステージ104の上方の所定の位置に搬送されると、保持ステージ104が上昇し、ウェハWは保持ステージ104の上面に吸着保持される。その後、ウェハWを保持した保持ステージ104は所定の研磨位置まで下降し、基板保持部10は、ウェハWを保持ステージ104とともに回転させる。さらに、ウェハWの表面に上供給ノズル136から研磨液を供給する。ウェハWの周縁部に下供給ノズル137から研磨液を供給してもよい。
この状態で、図20に示すように、上述のチルト機構により研磨ヘッド130の傾斜角度を連続的に変化させながら、押圧機構141により研磨テープ123をウェハWの周縁部(例えば、ベベル部)に押し当てる。研磨中は、研磨テープ123はテープ送り機構142により所定の速度で送られる。研磨処理後には、エアシリンダ115によりウェハWを保持ステージ104および中空シャフト105とともに搬送位置まで上昇させ、この搬送位置でウェハWを保持ステージ104から離脱させる。
本実施形態では、ウェハWを移動させることなく、ウェハWの周縁部の研磨と、ウェハWの周縁部の洗浄の両方を行うことができる。これにより、効率よくウェハWを処理することができる。ウェハWの周縁部の洗浄工程と、ウェハWの周縁部の研磨工程とは、同時に実施してもよく、別々に実施してもよい。ウェハWの研磨工程と同時またはウェハWの研磨工程の直後にウェハWの周縁部の洗浄工程を実施することにより、ウェハWの周縁部の洗浄効果をより向上させることができる。
周縁部洗浄ユニット20は、押圧部22が4つの研磨ヘッド組立体101A~101Dのうちの2つの研磨ヘッド組立体の間に位置するように配置される。本実施形態では、周縁部洗浄ユニット20は、研磨ヘッド組立体101Bと研磨ヘッド組立体101Cの間に配置されているが、周縁部洗浄ユニット20の配置は本実施形態には限定されない。
クリーニングテープ19は、開口部120aを通って押圧部22へ供給される。本実施形態では、押圧部22、押圧部移動機構30、第1ガイドローラ54、第2ガイドローラ55が処理室121内に配置されており、テープ送りユニット40は処理室121の外に配置されている。
本実施形態では、基板洗浄装置1は、図1乃至図7を参照して説明した実施形態に係る周縁部洗浄ユニット20を備えているが、基板洗浄装置1は、図8乃至図15を参照して説明した実施形態に係る周縁部洗浄ユニット20を備えていてもよい。この場合、ベースプレート62を通すための新たな開口部120aを隔壁120に設けてもよく、ベースプレート62を通すために、既存の開口部120aを広げてもよい。また、周縁部洗浄ユニット20の全体を処理室121内に配置してもよい。
一実施形態では、研磨ヘッド組立体101A~101Dのうちの少なくとも1つの研磨ヘッド組立体の研磨ヘッド130は、押圧部22および押圧部22に連結された押圧部移動機構30を備えていてもよい。この場合、図21に示すように、押圧機構141の代わりに押圧部22および押圧部移動機構30が研磨ヘッド130に設けられ、供給リール124、回収リール125、およびモータM2の代わりに、リール50,51およびリール回転モータ52,53(図21には図示せず)がテープ供給回収機構102A~102Dのうちの少なくとも1つに設けられる。これにより、研磨ヘッド組立体とテープ供給回収機構により周縁部洗浄ユニット20が構成される。
本実施形態では、クリーニングテープ19は、第1リール50から研磨ヘッド130を経由して第2リール51に延びている。クリーニングテープ19は、ガイドローラ143~149にガイドされる。特に説明しない本実施形態の詳細は、図1乃至図7を参照して説明した実施形態と同じである。本実施形態では、テープ送り機構142、リール50,51、およびリール回転モータ52,53によりテープ送りユニット40が構成される。
さらに一実施形態では、図22に示すように、研磨ヘッド130に設けられた押圧部移動機構30は、上下動機構60に連結されていてもよく、周縁部洗浄ユニット20は、テープ洗浄機構70A,70Bを備えていてもよい。本実施形態では、上下動機構60は、ベースプレート62を介して押圧部移動機構30に連結されている。上下動機構60は、押圧部22および押圧部移動機構30を一体に上下動機構させるように構成されている。本実施形態では、テープ洗浄機構70Aは、研磨ヘッド130と第1リール50の間に配置されており、テープ洗浄機構70Bは、研磨ヘッド130と第2リール51との間に配置されている。図15を参照して説明した実施形態は、図21および図22を参照して説明した実施形態にも適用することができる。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
1 基板洗浄装置
9 動作制御部
10 基板保持部
11 スピンドル
11a コマ
12 上部ロール洗浄部材
13 下部ロール洗浄部材
14 上側液体供給ノズル
15 上側液体供給ノズル
16 下側液体供給ノズル
17 下側液体供給ノズル
19 クリーニングテープ
20 周縁部洗浄ユニット
22 押圧部
24 支持部材
24a 開口部
25 基部
26a,26b,26c,26d 突出部
27 弾性体
30 押圧部移動機構
34 ボールねじ機構
36 モータ
40 テープ送りユニット
42 流体移送ライン
44 圧力レギュレータ
46 流体供給源
50 第1リール
52 第1リール回転モータ
51 第2リール
53 第2リール回転モータ
54 第1ガイドローラ
55 第2ガイドローラ
60 上下動機構
62 ベースプレート
63 固定部材
64 ボールねじ機構
66 モータ
70A テープ洗浄機構
70B テープ洗浄機構
74 テープ支持部材
76 洗浄液供給ノズル
78 ケーシング
80 洗浄ブラシ
82 センサ
90 スピンドル
92 支柱
93 洗浄部材移動機構
94 揺動アーム
96 ペンシル洗浄部材
101A,101B,101C,101D 研磨ヘッド組立体
102A,102B,102C,102D テープ供給回収機構
104 保持ステージ
105 中空シャフト
112 ケーシング
114 ケーシング
115 エアシリンダ
120 隔壁
121 処理室
123 研磨テープ
124 供給リール
125 回収リール
130 研磨ヘッド
136 上供給ノズル
137 下供給ノズル
141 押圧機構
142 テープ送り機構
161 移動台
162 ガイド
163 レール
167 リニアアクチュエータ

Claims (17)

  1. 基板を保持して回転させる基板保持部と、
    内部空間を有し、クリーニングテープを前記基板の周縁部に押し当てる押圧部と、
    前記基板の半径方向における前記押圧部の位置を制御する押圧部移動機構と、
    前記内部空間の圧力を制御する圧力レギュレータと、を備え、
    前記押圧部は、
    開口部を有する中空状の支持部材と、
    前記クリーニングテープを支持する弾性体と、を備え、
    前記弾性体は、前記開口部を閉じるように配置されている、基板洗浄装置。
  2. 前記押圧部移動機構は、前記押圧部に連結されたボールねじ機構と、前記ボールねじ機構を作動させるモータとを備えている、請求項1に記載の基板洗浄装置。
  3. 前記モータは、サーボモータである、請求項2に記載の基板洗浄装置。
  4. 前記圧力レギュレータは、電空レギュレータである、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
  5. 前記押圧部を上下動させる上下動機構をさらに備えている、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
  6. 前記クリーニングテープを洗浄するテープ洗浄機構をさらに備え、
    前記テープ洗浄機構は、前記クリーニングテープの表面に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルを備えている、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
  7. 前記テープ洗浄機構は、前記クリーニングテープの表面に接触して前記クリーニングテープを洗浄する洗浄ブラシをさらに備えている、請求項6に記載の基板洗浄装置。
  8. 前記クリーニングテープの両端部をそれぞれ保持する第1リールおよび第2リールをさらに備え、
    前記第1リールおよび前記第2リールは、前記クリーニングテープが水平方向に進行するように配置されている、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
  9. 基板保持部によって基板を保持して回転させ、
    クリーニングテープを一定方向に進行させながら、前記クリーニングテープを、内部空間を有する押圧部によって前記基板の周縁部に押し当てることで、前記基板の周縁部を洗浄し、
    前記基板の周縁部を洗浄する工程は、押圧部移動機構によって前記基板の半径方向における前記押圧部の位置を制御する工程と、圧力レギュレータによって前記押圧部の内部空間の圧力を制御する工程とを含み、
    前記押圧部は、
    開口部を有する中空状の支持部材と、
    前記クリーニングテープを支持する弾性体と、を備え、
    前記弾性体は、前記開口部を閉じるように配置されている、基板洗浄方法。
  10. 前記押圧部移動機構は、前記押圧部に連結されたボールねじ機構と、前記ボールねじ機構を作動させるモータとを備えている、請求項9に記載の基板洗浄方法。
  11. 前記モータは、サーボモータである、請求項10に記載の基板洗浄方法。
  12. 前記圧力レギュレータは、電空レギュレータである、請求項9乃至11のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
  13. 前記基板の周縁部を洗浄する工程は、前記基板の周縁部の洗浄中、前記押圧部を上下動させる工程をさらに含む、請求項9乃至12のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
  14. 前記基板の周縁部の洗浄中、テープ洗浄機構によって、洗浄液を、前記基板の周縁部に接触させた後の前記クリーニングテープに供給して前記基板の周縁部に接触させた後の前記クリーニングテープを洗浄する工程をさらに含む、請求項9乃至13のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
  15. 前記基板の周縁部の洗浄を所定枚数実行した後、前記クリーニングテープを一定方向に送りながら、テープ洗浄機構によって、洗浄液を、前記基板の周縁部に接触させた後の前記クリーニングテープに供給して前記基板の周縁部に接触させた後の前記クリーニングテープを洗浄する工程をさらに含む、請求項9乃至13のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
  16. 前記クリーニングテープを、前記クリーニングテープの一端を保持する第1リールまたは前記クリーニングテープの他端を保持する第2リールのいずれかに完全に巻き取った後、前記クリーニングテープを逆方向に進行させながら前記基板の周縁部を洗浄する工程をさらに含む、請求項14または15に記載の基板洗浄方法。
  17. 前記クリーニングテープを一定方向に進行させる工程は、前記クリーニングテープを水平方向に進行させる工程である、請求項9乃至16のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
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