JP2022095360A - 洗浄部材用洗浄装置、洗浄部材の洗浄方法及び基板洗浄方法 - Google Patents

洗浄部材用洗浄装置、洗浄部材の洗浄方法及び基板洗浄方法 Download PDF

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Abstract

【課題】洗浄部材の洗浄が行われているかを確認できる洗浄部材用洗浄装置等を提供する。【解決手段】洗浄部材用洗浄装置は、基板Wを洗浄する洗浄部材を洗浄する部材洗浄部30と、部材洗浄部30で洗浄された洗浄部材の清浄化度を測定する測定部20と、を有する。測定部20は、AFM法又は圧子による測定法を用いて洗浄部材の吸着力を測定し、測定部20によって測定される洗浄部材の吸着力が閾値以下であった場合に、部材洗浄部30による洗浄部材の再洗浄を行うように制御する装置制御部50を備える。【選択図】図10

Description

本発明は、洗浄部材を洗浄するための洗浄部材用洗浄装置及び洗浄部材の洗浄方法と、洗浄部材用洗浄装置を備えた基板洗浄方法に関する。
従来から、ウエハ等の基板を洗浄する基板洗浄装置が知られている。スクラブ洗浄等においては、基板を洗浄する際にはロール洗浄部材やペンシル洗浄部材等の洗浄部材が用いられる。そしてこのような洗浄部材を洗浄することは従来から行われており、例えば特許文献1では、洗浄液を供給しつつ基板をスクラブ洗浄している状態で、軸心を中心に回転している円柱状の洗浄部材に付着している汚染物を除去する除去ユニットを備えた洗浄部材用洗浄装置であって、除去ユニットは、洗浄部材に圧を加えて汚染物を搾り出す圧搾手段と、圧搾手段により搾り出された汚染物を含む洗浄液を吸引排出する吸引排出手段と、を有する態様が開示されている。
特開2020-136488号公報
特許文献1で記載されているように、従来から洗浄部材の洗浄を行うことは提案されているが、洗浄部材が実際に洗浄されているかを確認することは行なわれておらず、経験則等から、例えば所定の時間以上で押圧洗浄すれば洗浄部材が洗浄されているものとして取り扱っていた。
本発明は、洗浄部材の洗浄が行われているかを確認できる洗浄部材用洗浄装置等を提供する。
本発明による洗浄部材用洗浄装置は、
基板を洗浄する洗浄部材を洗浄する部材洗浄部と、
前記部材洗浄部で洗浄された前記洗浄部材の清浄化度を測定する測定部と、
を備えてもよい。
本発明による洗浄部材用洗浄装置において、
前記測定部は前記洗浄部材の吸着力を測定することで、前記洗浄部材の清浄化度を測定してもよい。
本発明による洗浄部材用洗浄装置において、
前記測定部は、AFM法又は圧子による測定法を用いて前記洗浄部材の吸着力を測定してもよい。
本発明による洗浄部材用洗浄装置において、
前記測定部は、第一部材に前記洗浄部材を押圧し、その後に引き剥がす際の引き剥がし力を測定することで、前記洗浄部材の吸着力を測定してもよい。
本発明による洗浄部材用洗浄装置において、
前記測定部によって測定される前記洗浄部材の吸着力が閾値以下であった場合に、前記部材洗浄部による前記洗浄部材の再洗浄を行うように制御する制御部を備えてもよい。
本発明による洗浄部材用洗浄装置において、
前記測定部は、前記再洗浄が終了した後で前記洗浄部材の吸着力を測定し、
前記制御部は、前記再洗浄をn回行った後の前記測定部によって測定された吸着力が閾値以下であった場合に、当該洗浄部材の交換を促すように制御してもよい。
本発明による洗浄部材用洗浄装置において、
前記部材洗浄部は前記洗浄部材を回転させる駆動部を有し、
第二部材に前記洗浄部材を押圧した状態で前記測定部が前記駆動部における回転トルクを測定することで、前記洗浄部材の清浄化度を測定してもよい。
本発明による洗浄部材用洗浄装置において、
前記測定部によって測定される前記駆動部の前記回転トルクが閾値以下であった場合に、前記部材洗浄部による前記洗浄部材の再洗浄を行うように制御する制御部を備えてもよい。
本発明による洗浄部材用洗浄装置において、
前記測定部は、前記再洗浄が終了した後で、第二部材に前記洗浄部材を押圧した状態において前記駆動部の前記回転トルクを測定し、
前記制御部は、前記再洗浄をn回行った後の前記測定部によって測定された回転トルクが閾値以下であった場合に、当該洗浄部材の交換を促すように制御してもよい。
本発明による洗浄部材の洗浄方法は、
洗浄部材を用いて基板を洗浄する工程と、
前記基板を洗浄した後に、部材洗浄部によって前記洗浄部材を洗浄する工程と、
前記部材洗浄部で洗浄された後の前記洗浄部材の清浄化度を測定部によって測定する工程と、を備えてもよい。
本発明による洗浄部材の洗浄方法において、
前記測定部によって測定される、前記洗浄部材の吸着力又は第二部材に前記洗浄部材を押圧した状態における前記部材洗浄部の駆動部の回転トルクが閾値以下であった場合に、前記部材洗浄部による前記洗浄部材の再洗浄を行う工程と、
前記再洗浄が終了した後で、前記洗浄部材の吸着力又は前記第二部材に前記洗浄部材を押圧した状態における前記部材洗浄部の前記駆動部の前記回転トルクを前記測定部によって測定する工程と、
前記再洗浄をn回行った後に前記測定部によって測定される前記吸着力又は前記回転トルクが閾値以下であった場合に、報知部によって当該洗浄部材の交換を促す工程と、を備えてもよい。
本発明による基板洗浄装置は、
基板を保持して回転させる回転保持機構と、
洗浄部材を有し、前記洗浄部材を用いて基板を洗浄する基板洗浄部と、
前記洗浄部材を洗浄する部材洗浄部と、
前記部材洗浄部で洗浄された前記洗浄部材の清浄化度を測定する測定部と、
1枚又は所定の複数枚の基板を洗浄した後に、前記部材洗浄部による前記洗浄部材の洗浄と、前記測定部による当該洗浄部材の清浄化度の測定とを行うように制御する制御部と、
を備えてもよい。
本発明による基板洗浄方法は、
回転保持機構によって、基板を保持して回転させる工程と、
洗浄部材を有する基板洗浄部によって、前記洗浄部材を用いて基板を洗浄する工程と、
部材洗浄部によって、前記洗浄部材を洗浄する工程と、
測定部によって、前記部材洗浄部で洗浄された前記洗浄部材の清浄化度を測定する工程と、
を備え、
1枚又は所定の複数枚の基板を洗浄した後に、前記部材洗浄部による前記洗浄部材の洗浄と、前記測定部による当該洗浄部材の清浄化度の測定とを行ってもよい。
本発明の効果
本発明において、部材洗浄部で洗浄された洗浄部材の清浄化度を測定する測定部を採用する場合には、洗浄部材の洗浄が行われ所定の洗浄能力を回復しているかを確認できる。また、洗浄部材の寿命を検知することもできる。
図1は、本発明の実施の形態で用いられうる基板処理装置の一例を示した概略図である。 図2は、ロール洗浄部材を用いた基板洗浄装置の一例を示した斜視図である。 図3は、ペンシル洗浄部材を用いた基板洗浄装置の一例を示した斜視図である。 図4は、ペンシル洗浄部材の洗浄部材用洗浄装置の一例を示した側方図である。 図5は、ロール洗浄部材の洗浄部材用洗浄装置の一例を示した側方図である。 図6は、ペンシル洗浄部材の吸着度をAFMによって測定する態様を示した側方図である。 図7Aは、ロール洗浄部材の吸着度をAFMによって測定する態様を示した側方図である。 図7Bは、ノジュールを有するロール洗浄部材の吸着度をAFMによって測定する態様を示した側方図である。 図7Cは、ノジュールを有するロール洗浄部材の吸着度をAFMによって測定する態様を示した概略斜視図である。 図7Dは、ノジュールを有するロール洗浄部材の吸着度をAFMによって測定する場合の吸着力の差を示したグラフである。 図8は、ペンシル洗浄部材の吸着度を引き剥がしによって測定する吸着力測定装置の側方図である。 図9は、ロール洗浄部材の吸着度を引き剥がしによって測定する吸着力測定装置の側方図である。 図10は、本実施の形態で用いられうる基板洗浄装置の構成を示したブロック図である。 図11は、PVAブラシに関し、純水及びアンモニア水中におけるAFM探針の押込み力とブラシ-探針間の吸着力との関係を示したグラフである。 図12は、PVAブラシに関し、純水及び濃度の異なるアンモニア水中におけるAFM探針を押し付けた状態で維持する時間(押付け時間)とブラシ-探針間の吸着力との関係を示したグラフである。 図13は、新品のPVAブラシ及び1000枚程度処理した後のPVAブラシに関し、純水中におけるAFM探針を押し付けた状態で維持する時間(押付け時間)とブラシ-探針間の吸着力との関係を示したグラフである。 図14は、本発明の実施の形態における、基板洗浄から洗浄部材の洗浄におけるフローの一例を示した図である。 図15は、ロール洗浄部材の吸着度を引き剥がしによって測定する吸着力測定装置の側方図である。
実施の形態
《構成》
基板洗浄装置等を含む基板処理装置の実施の形態について説明する。本実施の形態において「又は」は「及び」を含む概念であり、「A又はB」は、「A、B、並びにA及びBの両方」のいずれの態様も含んでいる。
図1に示すように、本実施の形態の基板処理装置は、略矩形状のハウジング310と、多数の基板Wをストックする基板カセットが載置されるロードポート312と、を有している。ロードポート312は、ハウジング310に隣接して配置されている。ロードポート312には、オープンカセット、SMIF(Standard Mechanical Interface)ポッド、又はFOUP(Front Opening Unified Pod)を搭載することができる。SMIFポッド、FOUPは、内部に基板カセットを収納し、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。基板Wとしては、例えば半導体ウエハ等を挙げることができる。
ハウジング310の内部には、複数(図1に示す態様では4つ)の研磨ユニット314a~314dと、研磨後の基板Wを洗浄する第1洗浄ユニット316及び第2洗浄ユニット318と、洗浄後の基板Wを乾燥させる乾燥ユニット320とが収容されている。研磨ユニット314a~314dは、基板処理装置の長手方向に沿って配列され、洗浄ユニット316、318及び乾燥ユニット320も基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。本実施の形態の基板処理装置によれば、直径300mm又は450mmの半導体ウエハ、フラットパネル、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)やCCD(Charge Coupled Device)等のイメージセンサ、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)における磁性膜の製造工程において、種々の基板Wを、研磨処理することができる。なお、別の実施の形態の基板処理装置としては、ハウジング310内に基板Wを研磨する研磨ユニットを設けず、基板Wの洗浄処理及び乾燥処理を行う装置としてもよい。
ロードポート312、ロードポート312側に位置する研磨ユニット314a及び乾燥ユニット320に囲まれた領域には、第1搬送ロボット322が配置されている。また、研磨ユニット314a~314d並びに洗浄ユニット316、318及び乾燥ユニット320と平行に、搬送ユニット324が配置されている。第1搬送ロボット322は、研磨前の基板Wをロードポート312から受け取って搬送ユニット324に受け渡したり、乾燥後の基板Wを乾燥ユニット320から取り出してロードポート312に戻したりする。
第1洗浄ユニット316と第2洗浄ユニット318との間に、これら第1洗浄ユニット316と第2洗浄ユニット318の間で基板Wの受け渡しを行う第2搬送ロボット326が配置され、第2洗浄ユニット318と乾燥ユニット320との間に、これら第2洗浄ユニット318と乾燥ユニット320の間で基板Wの受け渡しを行う第3搬送ロボット328が配置されている。さらに、ハウジング310の内部には、基板処理装置の各機器の動きを制御する全体制御部350が配置されている。本実施の形態では、ハウジング310の内部に全体制御部350が配置されている態様を用いて説明するが、これに限られることはなく、ハウジング310の外部に全体制御部350が配置されてもよいし、全体制御部350は遠隔地に設けられてもよい。
第1洗浄ユニット316として、洗浄液の存在下で、基板Wの直径のほぼ全長にわたって直線状に延びるロール洗浄部材100(図2参照)を接触させ、基板Wに平行な中心軸周りに自転させながら基板Wの表面をスクラブ洗浄するロール洗浄装置が使用されてもよい。また、第2洗浄ユニット318として、洗浄液の存在下で、鉛直方向に延びる円柱状のペンシル洗浄部材150(図3参照)の接触面を接触させ、ペンシル洗浄部材150を自転させながら一方向に向けて移動させて、基板Wの表面をスクラブ洗浄するペンシル洗浄装置が使用されてもよい。また、乾燥ユニット320として、水平に保持しつつ回転する基板Wに向けて、移動する噴射ノズルからIPA蒸気を噴出して基板Wを乾燥させ、さらに基板Wを高速で回転させて遠心力によって基板Wを乾燥させるスピン乾燥ユニットが使用されてもよい。
なお、第1洗浄ユニット316としてロール洗浄装置ではなく、第2洗浄ユニット318と同様のペンシル洗浄装置を使用したり、二流体ジェットにより基板Wの表面を洗浄する二流体ジェット洗浄装置を使用したりしてもよい。また、第2洗浄ユニット318としてペンシル洗浄装置ではなく、第1洗浄ユニット316と同様のロール洗浄装置を使用したり、二流体ジェットにより基板Wの表面を洗浄する二流体ジェット洗浄装置を使用したりしてもよい。
本実施の形態の洗浄液には、純水(DIW)等のリンス液と、アンモニア過酸化水素水(SC1)、塩酸過酸化水素水(SC2)、硫酸過酸化水素水(SPM)、フッ酸等の薬液が含まれている。本実施の形態で特に断りのない限り、洗浄液は、リンス液、薬液、又は、リンス液及び薬液の両方を意味している。
図2及び図3に示すように、基板洗浄装置は、基板Wを保持して回転させる回転保持機構と、洗浄部材10を回転させる駆動部170と、基板Wに洗浄液を供給する基板洗浄液供給部520とを有している。図2に示す態様では、回転部と保持部の両方の機能を回転保持部510が果たしており、この場合にも基板洗浄装置において回転部と保持部の両方が備えられていることになる。他方、図3に示す態様では、保持部516によって基板Wが保持され、この保持部516が回転部517によって回転されることによって基板Wが回転されることになる。
図2に示す態様では、回転保持機構としての回転保持部510が、スピンドル511と、スピンドル511の先端に設けられた駒512とを有している。図3に示す態様では、揺動アーム551の先端側にペンシル洗浄部材150を回転させるための回転軸553が設けられており、この回転軸を回転させるための駆動部170が設けられている。
図10に示すように、本実施の形態の洗浄部材用洗浄装置は、基板Wを洗浄する洗浄部材10を洗浄する部材洗浄部30と、部材洗浄部30で洗浄された洗浄部材10の清浄化度を測定する測定部20と、を有してもよい。清浄化度の測定手法としては、後述するように吸着力を測定する態様や、第二部材に洗浄部材10を押圧した状態で部材洗浄部30の駆動部170における回転トルクを測定する態様を一例として挙げることができる。測定部20による測定結果は、装置制御部50(図10参照)による洗浄部材10の制御に用いられたり、記憶部60で記憶されたりするようにしてもよい。洗浄部材10は、一例として、前述した図2に示すようなロール洗浄部材100又は図3に示すようなペンシル洗浄部材150である。以下では、ロール洗浄部材100及びペンシル洗浄部材150を含む概念として洗浄部材10を用いる。洗浄部材10は典型的にはCMPの後洗浄で用いられる。なお、図10における部材洗浄部30は、一例として、後述する図4及び図5で示す部材洗浄部30のことを意味している。
図2に示すロール洗浄部材100は回転軸を中心に回転可能となる。ロール洗浄部材100はロール取付部105に取り外し自在又は固着されたロール本体部110を有してもよく、ロール本体部110の表面には複数のノジュール115(図7B参照)が設けられてもよい。
ロール洗浄部材100はPVA(polyvinyl alcohol)スポンジ材料やPVAを反応させたポリビニルアセタール、例えばPVFM(polyvinyl formal)、PVAc(polyvinyl acetate)等からなってもよい。このPVAスポンジ材料は、ポリビニルアセテートのホモポリマー等から調整できる。ロール洗浄部材100の材料としては、ナイロン、ポリウレタン、又は、ポリウレタン及びPVAの組合せ、あるいは基板表面にかき傷をつけず、プロセスのための適した材料除去を提供する他のコポリマー等の他の成形可能材料を使用することができる。
ペンシル洗浄部材150は、PVAスポンジ材料やPVAを反応させたPVFM(polyvinyl formal)からなってもよい。ペンシル洗浄部材150の材料としては、ナイロン、ポリウレタン、又は、ポリウレタン及びPVAの組合せを用いてもよい。
洗浄に伴って半導体基板やガラス基板等の基板Wに付着していた汚染物質が洗浄部材10側に移行するので、そのままの状態で基板Wの洗浄を繰り返すと、スクラッチが発生する等し、洗浄性能が明らかに低下する。このため、定期的に(例えば1ロットの基板Wを洗浄し終えた毎に)洗浄部材10を洗浄して清浄化するようにしてもよい。この際、図4及び図5に示すように、洗浄部材10を洗浄用石英板等の洗浄板31に押圧・回転しつつ、超純水又はアルカリ系の薬液等を洗浄部材10の外部にある外部供給部32から洗浄部材10上又は石英洗浄板31上に散布してもよい。また、内部供給部33から洗浄部材10の内部に設けた洗浄液供給口から洗浄部材10の外部に向かって加圧供給してもよい。また洗浄部材10の外部から洗浄部材10内に供給された超純水又はアルカリ系の薬液を吸引する吸引部(図示せず)が設けられてもよい。結果として、洗浄部材10に対して薬液の吸引及び押し出しを繰り返すことによって、洗浄部材10が保有する汚染物質をブラシ外へ排出するようにし、その後、洗浄部材10に対する洗浄用薬液と基板Wに対する洗浄用薬液との間のコンタミが生じないように、超純水でリンスするようにしてもよい。洗浄板31、外部供給部32及び内部供給部33は部材洗浄部30の一例であり、これらのいずれか1つ又は複数が部材洗浄部30として利用されてもよい。
測定部20は、AFM法を用いて洗浄部材10の吸着力を測定してもよい。AFMとは原子間力顕微鏡のことを意味している。図6及び図7に示すように、AFM21では、微細な探針21aで試料表面を走査してファンデルワールス力に基づいた測定結果を用いることから、洗浄部材10のナノスケールの凹凸形状を三次元的に計測することができるだけではなく、洗浄部材10の吸着力を測定することもできる。このAFM21は測定部20の一例である。ロール洗浄部材100がノジュール115を有する場合には、探針21aを複数設け、複数のノジュール115に対する吸着力を同時に測定してもよいし、探針21aを移動させて、順番に1つずつノジュール115に対する吸着力を測定してもよい。また、1つのノジュール115の複数箇所の吸着力を探針21aで測定するようにしてもよい。AFM21の探針21aによって、洗浄部材10の表面に探針21aが吸着される(第一閾値を超える吸着力を示す)場合には、洗浄部材10は清浄化されていると装置制御部50が判断するようにしてもよい。図7Cではロール洗浄部材100のノジュール115を順に測定する態様を示している。図7Dにおいて実線で示されている態様では吸着力が発現されており、清浄化されていることが確認できる態様である。他方、図7Dにおいて破線で示されている態様では吸着力が発現されておらず、清浄化されていないことが確認できる態様である。探針21aの先端は、尖っていてもよいし、平坦面又は球面となってよい。なお、AFM法よりも接触面積が広い又は球形の圧子29による測定法を用いてもよい(図15参照)。圧子29の形状は特に限定されることはなく、側方から見た場合において、図15に示すような形状となってもよいし、四角形状になってもよいし、円弧形状となってもよい。圧子29を用いた場合には、AFM法よりもマクロな領域で測定することができる。この場合にも、洗浄部材10の表面に圧子が吸着される(第三閾値を超える吸着力を示す)場合には、洗浄部材10は清浄化されていると装置制御部50が判断するようにしてもよい。探針21aの先端及び圧子29の先端の接触部分はブラシの汚染物質と同じ成分としてもよく、例えば、砥粒成分であるシリカ、セリア、アルミナ等や、研磨くずであるウエハやパターン成分(シリカ、銅、コバルト、タングステン、ルテニウム等)の酸化物や錯体等を用いてもよい。探針21aの先端及び圧子29の先端の加工方法として、スパッタ、蒸着、めっき等による先端被覆、及び、表面処理として加熱等による酸化処理、事前の薬液浸漬による錯化処理等、また、微小サイズの金属又は適宜処理を行った粒子を探針先端に接着してもよい。
ノジュール115の表面には熱被膜が設けられてもよい。そして、ロール洗浄部材100の待機時に、その回転を停止した状態で、直上に位置するノジュール115の熱被膜表面に探針21aを一定の速度で熱被膜表面に近づけ接触させ、一定の押しつけ力で一定時間保持後に、一定の速度で針を熱被膜表面から引き離すときに生じる、吸着力を測定するようにしてもよい(図7D参照)。
測定部20は、テスト板等の第一部材210に洗浄部材10を押圧し、その後に引き剥がす際の引き剥がし力を測定することで、洗浄部材10の吸着力を測定してもよい。この場合には、例えば図8及び図9に示すような吸着力測定部25を測定部20の一例として用いてもよい。この態様では、水等の液体中にテスト板等の第一部材210が載置され、この第一部材210に対して、洗浄部材10を一定時間押圧した後、引き離す際の吸着力がロードセル23等を用いて測定されることになる。ロードセル23はアンプに接続され、アンプで増大されたデータは記録部によって記憶部60に記憶されるようにしてもよい。また、記録部は装置制御部50によって制御されるようにしてもよい。なお、図8及び図9に示す態様では、洗浄部材10を第一部材210に対して近接させて押圧し、また第一部材210から洗浄部材10を離間させるアクチュエータといった上下方向移動部550が設けられている。また、図9に示す態様では、ロール洗浄部材100の両端を保持するロール保持部560が上下方向移動部550によって上下方向に移動されることで、ロール洗浄部材100が第一部材210に対して近接されて押圧され、また第一部材210から離間されることになる。
図6及び図7に示すようなAFM21並びに図8及び図9に示すような吸着力測定部25は、基板Wの洗浄を行わないときに洗浄部材10が位置付けられる退避位置に設けられてもよいし、洗浄部材10を洗浄するセルフクリーニング機構といった部材洗浄部30に設けられてもよい。ロール洗浄部材100がノジュール115を有する場合には、複数のノジュール115に対応した複数の第一部材210が設けられ、当該第一部材210から引き剥がす際の力を測定するようにしてもよいし、選択された1つのノジュール115を第一部材210から引き剥がす際の力を測定するようにしてもよい。
退避位置に洗浄槽39(図4及び図5参照)を設けて、アンモニア等の薬液を供給し洗浄部材10を洗浄するようにしてもよい。また、部材洗浄部30は超音波発生部35を有し、超音波を用いて洗浄部材10を洗浄するようにしてもよい。この場合、洗浄部材10が石英、PMMA(Poly Methyl Methacrylate)等からなる洗浄板31に接触しつつ回転している際のモータ等からなる駆動部170の回転トルクをモニターするようにしてもよい。そして、回転トルクが一定値(第二閾値)以下である場合には、装置制御部50がロール洗浄部材100の表面がアンモニア等によって砥粒が放出されやすい状態になっていると判断してもよい。この態様においては、洗浄板31を第二部材として用いているが、これに限られることはなく、洗浄板31とは別に駆動部170の回転トルクを測定するための第二部材を設けてもよい。
また、洗浄能力が劣化して使用に耐えないと判断された洗浄部材10に対するAFM21や吸着力測定部25による吸着力及び/又は駆動部170の回転トルクを測定して記憶部60で記憶しておき、使用中の洗浄部材の吸着力及び/又は駆動部を使用に耐えないと判断された洗浄部材10に対する吸着力及び/又は駆動部170の回転トルクと比較することで、装置制御部50が清浄化度、寿命、交換時期等を判断するようにしてもよい。
測定部20の測定結果によって装置制御部50が洗浄部材10の洗浄が必要であると判断した場合には、一定時間薬液を供給しつつ、洗浄部材10を回転洗浄してもよい。その後、供給液を超純水に代えて、リンスを行うようにしてもよい。この際、洗浄部材10と洗浄板31との間の摩擦によって発生する駆動部170での回転トルクをモニターし、トルクが一定値以上になったら、洗浄部材10の表面が水によって構造化されて、砥粒が吸着されやすい状態になったと判断するようにしてもよい。
このように駆動部170での回転トルクが一定値以上になった場合には、洗浄部材10の洗浄が完了したことになるが、他方、所定時間の間、洗浄部材10を洗浄しても、回転トルクが一定値以上にならなかった場合には、洗浄部材10の表面がダメージを受けて砥粒吸着力が無くなったと装置制御部50が判断してもよい。この場合、装置制御部50が洗浄部材10の交換を報知部80によって促すようにしてもよい。報知部80は警告ランプの点滅又は点灯、パソコンやタブレット等の表示画面での交換を促す情報の表示、音声等によって、洗浄部材10の交換を報知するようにしてもよい。
本実施の形態では装置制御部50によって各構成要素が制御される態様を中心に用いて説明するが、これに限られることはなく、装置制御部50の機能を前述した全体制御部350が果たしてもよい。
上記のように報知部80による報知を行う前に、装置制御部50は、測定部20による洗浄部材10の吸着力が第一閾値以下であった場合に、部材洗浄部30による洗浄部材10の再洗浄を行うように制御してもよい。
測定部20は、再洗浄が終了した後で洗浄部材10の吸着力を測定してもよい。この場合、装置制御部50は、再洗浄の後の測定部20による測定結果が再度第一閾値以下であった場合に、当該洗浄部材10の交換を促すように報知部80を制御してもよい。
本願の発明者らが確認したところによると、洗浄部材10の洗浄力が十分にある場合は吸着力が高いままであるが、洗浄部材10が使用されて洗浄力が低下してくると吸着力が低くなる傾向にあることを確認できた。以下では、一例として、AFM21のカンチレバー先端(探針)21aに設けられたSiO2とPVAからなるペンシル洗浄部材150の間に働く吸着力を、各種薬液中で測定した結果を示す。
純水中でペンシル洗浄部材150への押し付け力を増やすと吸着力が増加するが、アンモニア水中でペンシル洗浄部材150への押し付け力を増やした場合には、純水中と比較すると吸着力の増加は小さいことを確認できた(図11参照)。
また、純水中でAFM21の探針21aをペンシル洗浄部材150に押し付けた状態で維持する時間を増やすと吸着力が増加するが、アンモニア水中でAFM21の探針21aをペンシル洗浄部材150に押し付けた状態で維持する時間を増やしても吸着力はあまり増加しないことを確認できた(図12参照)。
このような挙動を示すのは、アンモニアのような水素結合を形成する薬品を使うと、PVA表面近傍の水分子同士の水素結合がかく乱され、PVA表面分子の運動性が高まり、砥粒や基板汚染物質等が吸着しなくなり、例えばSiO2等が吸着しなくなると推測される。すなわち、洗浄部材10の表面の運動性が高まることによって、当該表面に付着した汚染物の離脱を促進することができるものと推測できる。
図13で示すように、純水中においては、基板洗浄後のペンシル洗浄部材150ではSiO2に対する吸着力が明らかに低下することを確認できた。なお、図13において、実線が使用前の新品のペンシル洗浄部材150を用いた結果を示したものであり、点線が基板洗浄後の洗浄能力が低下したペンシル洗浄部材150を用いた結果を示したものである。
したがって、新しい洗浄部材10における吸着力を測定しておき、当該測定結果に基づいて清浄化されたかどうかを判断するための閾値を設定してもよい。この際、新しい洗浄部材10における吸着力に対して所定の値を加算したものを閾値としてもよい。そして、このような閾値を超過する場合には洗浄部材10の交換は不要であるが、閾値以下である場合には洗浄部材10の交換が必要であると判断するようにしてもよい。
前述した結果からするとアンモニア水中では差が出にくいことから、洗浄部材10の洗浄はアンモニア水で行いつつ、テスト板等の第一部材210はアンモニア水ではなく純水中に載置し、純水中でペンシル洗浄部材150やロール洗浄部材100における吸着力を測定するようにしてよい。AFM21を用いて寿命、交換時期等を評価する場合は、純水中で、かつ押圧力を1.5nN以上、接触時間を2秒以上、好ましくは5秒以上とするようにしてもよい。
吸着力測定で、洗浄部材10を押し込む時間が長いほど、試験板等の相手部材となじむことから吸着力が大きくなる。このため、押し込み時間が長いほうが表面劣化の影響が出やすくなる。したがって、好ましくは10秒以上、より好ましくは1分以上の間、洗浄部材10を第一部材210等の相手部材に押し込んで、吸着力を測定するようにしてもよい。
吸着力を測定する機構を基板洗浄装置に組み込む場合には、押し込む相手となる第一部材210は平滑な板であればよい。洗浄部材10がPVAからなる場合には、吸着力が出やすいという観点からするとPMMAからなる第一部材210を用いることが好ましく、洗浄板31と共用するという観点(経済性の観点)からは石英からなる第一部材210を用いることが好ましい。この場合には、洗浄板と第一部材とが同一部材からなり、洗浄板で洗浄しつつ、当該洗浄板から離隔する際の吸着力を測定するようにしてもよい。
装置制御部50及び全体制御部350は、測定部20、部材洗浄部30に含まれる各構成要素と通信可能となり、これらを制御できるようになってもよい(図10参照)。装置制御部50及び全体制御部350は人工知能機能を有し、洗浄部材10を交換するタイミング、吸着力を用いた洗浄部材10の清浄化が行われているかどうかの判断等について機械学習を行ってもよい。より具体的には、洗浄部材10のタイプ、洗浄部材10の材質や種類、洗浄部材10が洗浄した基板Wの枚数、測定部20による吸着力等と、実際に交換が必要であったかどうかという過去の実績とを学習データとして機械学習によって学習し、装置制御部50が当該学習結果に基づいて、対象となる洗浄部材10のタイプ、洗浄部材10の材質や種類、洗浄部材10が洗浄した基板Wの枚数、測定部20による吸着力等から、新たな洗浄部材10に交換する必要があるかどうかを判断するようにしてもよい。
《方法》
本実施の形態の洗浄部材の清浄度評価用装置を用いた洗浄部材の清浄度評価方法の一例を、主に図14を用いて説明する。なお、上記と重複することになるので簡単に説明するに留めるが、上記「構成」で述べた全ての態様を「方法」において適用することができる。また、逆に、「方法」において述べた全ての態様を「構成」において適用することができる。また、本実施の形態の方法を実施させるためのプログラムは記録媒体に記録されてもよく、この記録媒体をコンピュータ(図示せず)で読み取ることで、本実施の形態の方法が洗浄部材の清浄度評価用装置を含む基板処理装置で実施されてもよい。下記工程の一連の制御は装置制御部50や全体制御部350からの指令を各部材が受けて行われることになる。
洗浄部材10を用いて基板Wを洗浄する(基板洗浄工程)。この際、基板洗浄工程では、回転保持部510又は保持部516によって基板Wが保持される(保持工程S1)。そして、回転保持部510又は保持部516によって保持された基板Wが、回転保持部510又は回転部517によって回転される(回転工程S2)。このように回転している基板Wに洗浄液やリンス液が供給され、その間、洗浄部材10による基板Wのスクラブ洗浄が行われることになる。
1枚又は所定の複数枚の基板Wを洗浄した後に、部材洗浄部30によって洗浄部材10が洗浄される(部材洗浄工程S11)。洗浄する基板Wの枚数は予め定められており、記憶部60で記憶されてもよい。また、この枚数は操作者が操作部90から適宜入力するようにしてもよい。所定枚数の基板Wが洗浄された場合には部材洗浄工程S11に進むが、所定枚数未満の基板Wしか洗浄されていない場合には、基板洗浄工程を繰り返し行うことになる。
部材洗浄工程S11は洗浄板31、外部供給部32、内部供給部33等の部材洗浄部30によって行われることになる。部材洗浄工程S11の最後には、ブラシ洗浄用薬液と基板洗浄用薬液のコンタミが生じないように超純水でリンスするようにしてもよい。
部材洗浄部30で洗浄された後、AFM21、吸着力測定部25等の測定部20によって洗浄部材10の吸着力が測定される(測定工程S12)。測定部20による洗浄部材10の吸着力が第一閾値以下であった場合には、部材洗浄部30による洗浄部材10の再洗浄を行う(再洗浄工程S21)。他方、測定部20による洗浄部材10の吸着力が第一閾値を超過する場合には、洗浄部材10の洗浄が行われたと判断し、洗浄部材10によって、基板Wの洗浄が再開される。
測定部20によって、再洗浄が終了した後で洗浄部材10の吸着力が測定される(再測定工程S22)。再洗浄の後の測定部20による測定結果が再度第一閾値以下であった場合には、報知部80によって、当該洗浄部材10の交換が促される(報知工程S31)。他方、測定部20による洗浄部材10の吸着力が第一閾値を超過する場合には、洗浄部材10の洗浄が行われたと判断し、洗浄部材10によって、基板Wの洗浄が再開される。
上記では、再測定工程において測定結果が再度第一閾値以下であった場合には、報知工程が行われる態様を用いて説明したが、これに限られることはなく、再測定工程において測定結果が再度第一閾値以下であった場合には、再洗浄工程が行われてもよい。この再測定工程及び再洗浄工程はn回(「n」は整数である。)行われてもよい。回数「n」は予めレシピとして定められて記憶部60で記憶されてもよいし、利用者が操作部90から入力するようにしてもよい。
上記では洗浄部材10の吸着力を用いて洗浄部材10の清浄化度を測定する態様を用いて説明したが、これに限られることはなく、駆動部170の回転トルクを用いた場合であっても、同様な態様(図14に示す態様)を採用することができる。
本実施の形態の装置制御部50、記録部等は一つのユニット(制御ユニット)によって実現されてもよいし、異なるユニットによって実現されてもよい。複数の「部」による機能が一つのユニット(制御ユニット)で統合されて実現されてもよい。また、装置制御部50、記録部等は回路構成によって実現されてもよい。
《効果》
次に、上述した構成からなる本実施の形態による効果であって、未だ説明していないものを中心に説明する。「構成」で記載されていない場合であっても、「効果」で説明するあらゆる構成を本件発明において採用することができる。
基板Wを洗浄するロール洗浄部材100やペンシル洗浄部材150等からなる洗浄部材10を洗浄する部材洗浄部30が設けられ、部材洗浄部30で洗浄された洗浄部材10の清浄化度を測定する測定部20が設けられる態様を採用した場合には、部材洗浄部30によって洗浄部材10が清浄化されたかどうかを判断することができる。
従来のように洗浄部材10が清浄化されているかを確認するようなことは行われず、清浄化されているであろうという見込みの下、装置を稼働することも考えられる。また、洗浄部材10の交換時期も経験則や社内ルール等から一定の枚数の基板Wを洗浄した場合や一定の期間が経過した場合等に洗浄部材10の交換を行うことも考えられる(なお、洗浄部材10を接触洗浄する場合には、洗浄部材10の表面が徐々に摩耗劣化し、洗浄性能が徐々に低下していくことがある。)。このように何ら管理しない場合には、摩耗劣化しているにも関わらず洗浄部材10が利用され続けるという問題が生じ得る。また早めに交換する態様を採用した場合には、まだ利用できる洗浄部材10を交換することになり、洗浄部材10を早めに交換することによってコストが高くなってしまうという問題が生じ得る。
これに対して、本実施の形態の態様を採用した場合には、洗浄部材10が清浄化されているかを確認することができ、ひいては、洗浄部材10の清浄化が実現できているかを確認したり、洗浄部材10の交換時期を正確に把握することで部材コストを下げたりすることができる。今後ますますウエハ等の基板Wにおける配線の微細化が進み、洗浄後の基板Wの清浄度に対する要求も高まる傾向にあるので、洗浄に使用するブラシのような洗浄部材10の清浄度及び劣化状況について、科学的根拠に基づいて管理できる点で、本態様を採用することは今後においてより有益なものとなる。なお、測定部20の測定結果によって、洗浄部材10が洗浄によって清浄化されたかどうかを作業者が判断してもよいし、装置制御部50が自動で判断するようにしてもよい。
測定部20がAFM法を用いて洗浄部材10の吸着力を測定する場合には(図6乃至図7B参照)、高い精度で洗浄部材10の吸着力を測定することができ、より確実に清浄化されたかどうかを判断することができる。
洗浄部材10の表面の水分子の水素結合をかく乱し、洗浄部材10の表面のPVA等の分子鎖の運動性を高めることにより、基板Wから洗浄部材10の表面に移行した汚染物の剥離を促進する観点からすると、洗浄部材10の洗浄薬液としては、アンモニア・アミン等の水と水素結合を形成する物質を使うことが有益である。この際、アンモニア又はアミン濃度として、少なくとも0.1wt%であることが有益であり、0.5wt%以上とすることが好ましい。アンモニア又はアミン濃度の上限値を0.8wt%としてもよく、このような低濃度であっても洗浄部材10の洗浄薬液としての効果を期待できる。したがって、高い濃度のアンモニア又はアミンを用いることなく洗浄部材10の洗浄を効果的に行うことができることから、ランニングコストの点で優れたものとなる。
また、本実施の形態のようにアンモニア又はアミンの濃度を変化させつつAFM法や引き剥がす力を測定することによって洗浄部材10の清浄化が実現できているかを確認することで、洗浄部材10の清浄化に必要なアンモニア又はアミンの濃度を確認することもできる。このため、清浄化に有益である最小限のアンモニア又はアミンの濃度を確定することができ、ランニングコストを下げることを期待できる。
また、超純水又はアルカリ系の薬液等を洗浄部材10の外部から洗浄部材10上又は石英洗浄板等の第一部材210上に散布する、又は洗浄部材10の内部に設けた洗浄液供給口から洗浄部材10の外部に向かって加圧供給することが有益である(図4及び図5参照)。この場合、結果として洗浄部材10が超純水又はアルカリ系の薬液等の吸引・押し出しを繰り返すことによって、洗浄部材10が保有する汚染物質を洗浄部材10の外へ排出することができる。また、ブラシ洗浄用薬液と基板洗浄用薬液のコンタミが生じないようにする観点からは、超純水でリンスする清浄化処理後に、ブラシの汚染物質吸着力を測定することが有益である。
洗浄部材10の表面の汚染を洗浄除去できればよいことから、供給する薬液に気泡(マイクロバブル)を含有させて、薬液成分を洗浄部材10のごく表面に作用させる態様を採用してもよい。この場合には、省薬液化を図ることができ、コストを下げることができる。この場合には、気泡生成部36が設けられることになる(図4及び図5参照)。
洗浄部材10を洗浄するための薬液と基板Wを洗浄するための薬液とが、例えば酸とアルカリの組み合わせのように極端に干渉する場合には、洗浄部材10を洗浄するための薬液が洗浄部材10の内部に残留しないように、洗浄部材10の内部から外部に向かって超純水を加圧供給することが有益である。
洗浄部材10を洗浄する際には50~60℃以下で温めた超純水や薬液を用いてもよい。このような態様を採用することで、洗浄効果を高めることを期待できる。他方、あまりに高温の超純水や薬液を用いた場合には、洗浄部材10に悪影響が出てしまう可能性があることから、温度の上限値としては前述した50~60℃となる。アンモニアのような水素結合を形成する薬品を使うとPVA表面近傍の水分子同士の水素結合がかく乱されてPVA表面分子の運動性が高まることが想定されることから、超純水や薬液の温度を高めることはその運動を活性化するため、有益な手段となる。
また、洗浄部材10を洗浄する際に超音波を供給する態様を採用した場合にも、同様の理由から、洗浄効果を高めることができる。
第一部材210に洗浄部材10を押圧し、その後に引き剥がす際の引き剥がし力を測定することで、測定部20が洗浄部材10の清浄化度を測定する場合には、簡易な構成によって、洗浄部材10が清浄化されたかどうかを判断することができる。また、駆動部170の回転トルクを測定することで、測定部20が洗浄部材10の清浄化度を測定する場合にも、簡易な構成によって、洗浄部材10が清浄化されたかどうかを判断することができる。
測定部20による洗浄部材10の吸着力又は駆動部170の回転トルクが閾値以下であった場合に、部材洗浄部30による洗浄部材10の再洗浄を行うように装置制御部50が制御する場合には(図8及び図9参照)、洗浄部材10の吸着力や駆動部170の回転トルクが閾値以下となり低い値となっているときに、洗浄部材10の洗浄を自動で再度行うことができる。このため、洗浄部材10の洗浄が不十分な場合でも、再洗浄することで、清浄化をより確実に行うことができる。
測定部20が、再洗浄が終了した後で洗浄部材10の吸着力又は駆動部170の回転トルクを測定し、再洗浄の後での測定部20による測定結果が再度閾値以下であった場合に、装置制御部50が当該洗浄部材10の交換を促すように報知部80を制御する場合には、再洗浄によっても清浄化が果たせず、洗浄部材10の劣化が激しい場合に、洗浄部材10の交換を促すことができる。
再洗浄の回数は1回に限られることはなく2回以上であってもよい。そして、予め定められ、記憶部60で記憶されたn回(「n」は1以上の整数)の再洗浄を行っても洗浄部材10の清浄化が実現されていない場合に、装置制御部50が当該洗浄部材10の交換を促すように報知部80を制御するようにしてもよい。この「n」は洗浄部材10のロール洗浄部材100であるのかペンシル洗浄部材150であるかといった洗浄部材10のタイプや、洗浄部材10の材質や種類等によって予め定められ、記憶部60で記憶されてもよい。このような態様を採用した場合には、洗浄部材10毎に再洗浄すべき回数を定めることができ、交換すべきタイミングをより適切に把握することができる。再洗浄の回数、洗浄部材10のタイプ、洗浄部材10の材質や種類、洗浄部材10が洗浄した基板Wの枚数等と、実際に交換が必要であったかどうかという過去の実績とを学習データとして機械学習によって学習し、装置制御部50が当該学習結果に基づいて、対象となる洗浄部材10のタイプ、洗浄部材10の材質や種類、洗浄部材10が洗浄した基板Wの枚数等を入力データとして、再洗浄として行うべき回数を導き出すようにしてもよい。
上述した実施の形態の記載及び図面の開示は、特許請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって特許請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。また、出願当初の請求項の記載はあくまでも一例であり、明細書、図面等の記載に基づき、請求項の記載を適宜変更することもできる。
10 洗浄部材
20 測定部
30 部材洗浄部
50 装置制御部(制御部)
100 ロール洗浄部材
150 ペンシル洗浄部材
170 駆動部
210 第一部材
W 基板

Claims (13)

  1. 基板を洗浄する洗浄部材を洗浄する部材洗浄部と、
    前記部材洗浄部で洗浄された前記洗浄部材の清浄化度を測定する測定部と、
    を備える洗浄部材用洗浄装置。
  2. 前記測定部は前記洗浄部材の吸着力を測定することで、前記洗浄部材の清浄化度を測定する、請求項1に記載の洗浄部材用洗浄装置。
  3. 前記測定部は、AFM法又は圧子による測定法を用いて前記洗浄部材の吸着力を測定する、請求項2に記載の洗浄部材用洗浄装置。
  4. 前記測定部は、第一部材に前記洗浄部材を押圧し、その後に引き剥がす際の引き剥がし力を測定することで、前記洗浄部材の吸着力を測定する、請求項2又は3に記載の洗浄部材用洗浄装置。
  5. 前記測定部によって測定される前記洗浄部材の吸着力が閾値以下であった場合に、前記部材洗浄部による前記洗浄部材の再洗浄を行うように制御する制御部を備える、請求項2乃至4のいずれか1項に記載の洗浄部材用洗浄装置。
  6. 前記測定部は、前記再洗浄が終了した後で前記洗浄部材の吸着力を測定し、
    前記制御部は、前記再洗浄をn回行った後の前記測定部によって測定された吸着力が閾値以下であった場合に、当該洗浄部材の交換を促すように制御する、請求項5に記載の洗浄部材用洗浄装置。
  7. 前記部材洗浄部は前記洗浄部材を回転させる駆動部を有し、
    第二部材に前記洗浄部材を押圧した状態で前記測定部が前記駆動部における回転トルクを測定することで、前記洗浄部材の清浄化度を測定する、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の洗浄部材用洗浄装置。
  8. 前記測定部によって測定される前記駆動部の前記回転トルクが閾値以下であった場合に、前記部材洗浄部による前記洗浄部材の再洗浄を行うように制御する制御部を備える、請求項7に記載の洗浄部材用洗浄装置。
  9. 前記測定部は、前記再洗浄が終了した後で、第二部材に前記洗浄部材を押圧した状態において前記駆動部の前記回転トルクを測定し、
    前記制御部は、前記再洗浄をn回行った後の前記測定部によって測定された回転トルクが閾値以下であった場合に、当該洗浄部材の交換を促すように制御する、請求項8に記載の洗浄部材用洗浄装置。
  10. 洗浄部材を用いて基板を洗浄する工程と、
    前記基板を洗浄した後に、部材洗浄部によって前記洗浄部材を洗浄する工程と、
    前記部材洗浄部で洗浄された後の前記洗浄部材の清浄化度を測定部によって測定する工程と、を備える洗浄部材の洗浄方法。
  11. 前記測定部によって測定される、前記洗浄部材の吸着力又は第二部材に前記洗浄部材を押圧した状態における前記部材洗浄部の駆動部の回転トルクが閾値以下であった場合に、前記部材洗浄部による前記洗浄部材の再洗浄を行う工程と、
    前記再洗浄が終了した後で、前記洗浄部材の吸着力又は前記第二部材に前記洗浄部材を押圧した状態における前記部材洗浄部の前記駆動部の前記回転トルクを前記測定部によって測定する工程と、
    前記再洗浄をn回行った後に前記測定部によって測定される前記吸着力又は前記回転トルクが閾値以下であった場合に、報知部によって当該洗浄部材の交換を促す工程と、を備える請求項10に記載の洗浄部材の洗浄方法。
  12. 基板を保持して回転させる回転保持機構と、
    洗浄部材を有し、前記洗浄部材を用いて基板を洗浄する基板洗浄部と、
    前記洗浄部材を洗浄する部材洗浄部と、
    前記部材洗浄部で洗浄された前記洗浄部材の清浄化度を測定する測定部と、
    1枚又は所定の複数枚の基板を洗浄した後に、前記部材洗浄部による前記洗浄部材の洗浄と、前記測定部による当該洗浄部材の清浄化度の測定とを行うように制御する制御部と、
    を備える基板洗浄装置。
  13. 回転保持機構によって、基板を保持して回転させる工程と、
    洗浄部材を有する基板洗浄部によって、前記洗浄部材を用いて基板を洗浄する工程と、
    部材洗浄部によって、前記洗浄部材を洗浄する工程と、
    測定部によって、前記部材洗浄部で洗浄された前記洗浄部材の清浄化度を測定する工程と、
    を備え、
    1枚又は所定の複数枚の基板を洗浄した後に、前記部材洗浄部による前記洗浄部材の洗浄と、前記測定部による当該洗浄部材の清浄化度の測定とを行う、基板洗浄方法。
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