JP2875201B2 - 洗浄処理装置およびその方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体ウエハや液
晶ガラス基板などの被洗浄物を洗浄ブラシを用いて洗浄
する洗浄処理装置およびその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置や液晶表示装置などの製造工
程においては、被洗浄物としての半導体ウエハやガラス
基板に回路パタ−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、周知のように上記半導
体ウエハにレジストを塗布し、このレジストに回路パタ
−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−ンが形成さ
れる。

【０００３】各工程において、上記半導体ウエハが汚染
されていると回路パタ−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−ンを形成する際には、レジスト
や塵埃などの微粒子が残留しない清浄な状態に上記半導
体ウエハを洗浄するということが行われている。

【０００４】上記被洗浄物を洗浄する装置としては、複
数枚の半導体ウエ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枚の被洗浄物を回転さ
せ、その被洗浄物に対して洗浄液を噴射させて洗浄する
枚葉式とがあり、被洗浄物の大型化にともない洗浄効果
の高い枚葉式が用いられる傾向にある。

【０００５】枚葉式の洗浄処理装置には被洗浄物を回転
させて洗浄するスピン式の洗浄処理装置があり、この洗
浄処理装置において、洗浄効果をより一層高めるために
は、回転される被洗浄物の上面に、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を供給
して上記被洗浄物を洗浄するということが行われてい
る。

【０００６】上述したスピン式の洗浄処理装置における
被洗浄物の洗浄効果は、この被洗浄物に対する洗浄ブラ
シの接触圧によって大きく左右される。つまり、被洗浄
物に対して上記洗浄ブラシの接触圧が弱いと、洗浄効果
が低くなり、高すぎると洗浄ブラシによって被洗浄物に
傷を付ける虞がある。したがって、確実な洗浄効果を得
るためには、被洗浄物に対する洗浄ブラシの接触圧を所
定の状態に設定する必要がある。

【０００７】従来、被洗浄物に対する洗浄ブラシの接触
圧は、この洗浄ブラシを被洗浄物に対して接触する方向
に駆動し、洗浄ブラシが被洗浄物に接触してその被洗浄
物が振動し始めた位置をゼロ点として認識したり、圧力
センサを被洗浄物に貼り付け、洗浄ブラシが接触して上
記圧力センサが検出する圧力が変動した位置をゼロ点と
して認識する。そして、そのゼロ点から上記洗浄ブラシ
を上記被洗浄物に所定量押し付けることで、被洗浄物に
一定の接触圧を付与して洗浄するようにしていた。

【０００８】しかしながら、このような方法によると、
前者の場合にはゼロ点を検出するのに熟練を要するばか
りか、測定者によって差が生じるということがあり、後
者の場合にはゼロ点を認識するためにわざわざ被洗浄物
にセンサを貼り付けなければならないから、その作業に
手間が掛かるということがあった。

【０００９】さらに、両者に共通して言えることは、ゼ
ロ点を検出した後で、所定の接触圧に設定する作業が容
易でなく、とくに洗浄ブラシは使用にともないそのブラ
シ毛が磨耗するから、その洗浄ブラシの接触圧を予め検
出されたゼロ点に基づいて設定しても、ブラシ毛の磨耗
にともない接触圧が一定に維持できないということがあ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は洗
浄ブラシと被洗浄物との接触圧を設定するのに、作業者
の熟練に頼ったり、被洗浄物に圧力センサを設けるなど
して洗浄ブラシが被洗浄物に接触するゼロ点を検出し、
ついで作業者はそのゼロ点を基準にして洗浄ブラシを被
洗浄物に所定の圧力で接触させていた。

【００１１】そのため、ゼロ点を検出したり、洗浄ブラ
シを被洗浄物に所定の圧力で接触させるのに熟練を要し
たり、手間が掛かるということがあるばかりか、ゼロ点
の検出に基づいて接触圧を設定しても、ブラシ毛の磨耗
によって接触圧が一定に維持されないということがあっ
た。

【００１２】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、ゼロ点の検出や洗浄部材
と被洗浄物との接触圧の設定を容易に、しかも確実に行
えるとともに、長期の使用によってブラシ毛が磨耗して
も、接触圧を一定に維持できるようにした洗浄処理装置
およびその方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、回転
駆動される洗浄部材によって被洗浄物を洗浄する洗浄装
置において、上記洗浄部材を回転駆動する駆動源と、上
記洗浄部材と上記被洗浄物とを相対的に接離する方向に
駆動する駆動手段と、上記洗浄部材と被洗浄物との接触
状態に応じて変化する上記駆動源に流れる電流値を検出
する検出手段と、この検出手段の検出信号に応じて上記
駆動手段を駆動し上記洗浄部材と上記被洗浄物との接触
状態を制御する制御手段とを具備したことを特徴とす
る。

【００１４】請求項２の発明は、駆動源によって回転駆
動される洗浄部材を用いて被洗浄物を洗浄する洗浄処理
方法において、上記洗浄部材と上記被洗浄物とが接触し
ていない状態で上記洗浄部材を回転させたときに、上記
駆動源に流れる電流値を測定する第１の工程と、上記洗
浄部材と上記被洗浄物とが接触したときに上記駆動源に
流れる電流値を測定する第２の工程と、上記第２の工程
で測定された電流値に基づいて上記洗浄部材と上記被洗
浄物との接触圧を設定する第３の工程とを具備したこと
を特徴とする。

【００１５】請求項１と請求項２の発明によれば、洗浄
部材と被洗浄物とが接触すると、洗浄部材を回転駆動す
る駆動源に流れる電流値が変化するから、その変化によ
ってゼロ点が検出される。ついで、上記洗浄部材と被洗
浄物との接触圧を、上記駆動源に流れる電流値に基づい
て設定することで、その接触圧を所定の値に設定するこ
とができ、しかも使用にともないブラシ毛が磨耗して
も、駆動源に流れる電流値が所定値になるよう設定する
ことで、一定の接触圧を維持できる。

【００１６】

【発明の実施形態】以下、この発明の一実施形態を図面
を参照して説明する。図１に示すこの発明の実施形態の
洗浄処理装置は処理容器１を備えている。この処理容器
１は上面が開放した有底状の本体部１ａと、この本体部
１ａ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１ｂとからなり、この覆い部１ｂ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
ができるようになっている。

【００１７】上記処理容器１の本体部１ａ底部には、周
辺部に複数の排出管２の一端が接続され、中心部には周
囲がフランジ３によって囲まれた挿通孔４が形成されて
いる。この挿通孔４には支持軸５が挿通されている。支
持軸５の上部は処理容器１の内部に突出し、下端部は上
記処理容器１の下方に配置されたベ−ス板６に固定され
ている。上記排出管２は図示しない廃液タンクに連通し
ている。

【００１８】上記支持軸５には保持機構を構成する回転
チャック１１が回転自在に支持されている。回転チャッ
ク１１は中心部に通孔１２ａが穿設された円盤状のベ−
ス１２を有する。このベ−ス１２の下面、つまり上記通
孔１２ａと対応する位置には筒状の支持部１３が垂設さ
れている。この支持部１３は上記支持軸５に外嵌されて
いて、支持軸５の上部と下部とはそれぞれ軸受１４によ
って回転自在に支持されている。

【００１９】上記支持部１３の下端部の外周面には従動
プ−リ１５が設けられている。上記ベ−ス板６にはモ−
タ１６が設けられ、このモ−タ１６の回転軸１６ａには
駆動プ−リ１７が嵌着されている。この駆動プ−リ１７
と上記従動プ−リ１５とにはベルト１８が張設されてい
る。したがって、上記モ−タ１６が作動すれば、上記支
持部１３、つまり回転チャック１１が回転駆動されるよ
うになっている。

【００２０】上記回転チャック１１のベ−ス１２の上面
には周方向に４本の支柱１９が立設されている。各支柱
１９の上端部には支持ピン２１ａと、この支持ピン２１
ａよりも外方で、しかも支持ピン２１ａよりも背の高い
係合ピン２１ｂとが突設されている。

【００２１】上記支柱１９の上端には、被洗浄物として
の半導体ウエハ２２が周辺部の下面を支持ピン２１ａに
支持され、外周面を上記係合ピン２１ｂに係合させて着
脱可能に保持される。したがって、上記半導体ウエハ２
２は回転チャック１１と一体的に回転されるようなって
いる。

【００２２】上記支持軸５には、上端に支持軸５よりも
大径で、円錐状をなした頭部５ａが設けられている。こ
の支持軸５には、先端を上記頭部５ａの上面に開口させ
たＮ₂ などの不活性ガスのガス供給路３０と、先端を同
じく上記頭部５ａの上面にノズル孔３２ａを介して開口
させた、洗浄液の洗浄液供給路３０ａとが軸方向に沿っ
て形成されている。上記ガス供給路３０ａは図示しない
ガス供給源に連通し、上記洗浄液供給路は同じく図示し
ない洗浄液の供給源に連通している。

【００２３】上記ガス供給路３０に供給された不活性ガ
スは上記支柱１９に保持された半導体ウエハ２２に向か
って噴出され、上記洗浄液供給路３０ａに供給された洗
浄液Ｌはその先端の上記ノズル孔３２ａから上記半導体
ウエハ２２の下面に向かって噴出されるようになってい
る。

【００２４】上記回転チャック１１に保持される半導体
ウエハ２２の上面側には、この半導体ウエハ２２の上面
を洗浄するため洗浄部材としての円形状の洗浄ブラシ３
１が配置されている。この洗浄ブラシ３１は揺動機構３
２によって上記半導体ウエハ２２の径方向に沿って揺動
されるようになっている。

【００２５】つまり、揺動機構３２は中空筒状の水平ア
−ム３３を有する。この水平ア−ム３３の先端部内には
駆動源としての回転モ−タ３４が回転軸３４ａを垂直に
して内蔵されていて、その回転軸３４ａに上記洗浄ブラ
シ３１が取り付けられている。

【００２６】さらに、上記水平ア−ム３３には図示しな
い上記洗浄液の供給源に接続された供給手段としてのノ
ズル管３５が挿通されている。このノズル管３５の先端
部は上記水平ア−ム３３の先端部から下方に向かって導
出され、その先端開口は上記洗浄ブラシ３１の外周面に
向けられている。したがって、上記ノズル管３５により
洗浄液Ｌが洗浄ブラシ３１の径方向外方から供給される
ようになっている。

【００２７】なお、この実施形態においては、図２に示
すように上記ノズル管３５から洗浄ブラシ３１に向かっ
て供給される洗浄液Ｌの供給方向Ａは、上記洗浄ブラシ
３１のほぼ接線方向で、しかも洗浄ブラシ３１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３
１の回転方向は、半導体ウエハ２２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。

【００２８】上記水平ア−ム３３の基端部には軸線を垂
直にした揺動軸３６の上端が連結されている。この揺動
軸３６の下端部は上記ベ−ス板６の下方に突出され、支
持体３７に揺動自在に支持されている。

【００２９】上記支持体３７の一側面には一対のガイド
３８が上下方向に沿って設けられ、このガイド３８は上
記ベ−ス板６の下面に垂設された取付板３９の一側面に
上下方向に沿って設けられたレ−ル４０にスライド自在
に係合している。

【００３０】上記取付板３９の上記支持体３７の下方の
部分には上下駆動モ−タ４１が設けられている。この上
下駆動モ−タ４１は、たとえばねじ軸などの駆動軸４２
を有し、この駆動軸４２は上記支持体３７に螺合されて
いる。

【００３１】したがって、この駆動軸４２が上記上下駆
動モ−タ４１によって回転駆動されると、上記支持体３
７が上記レ−ル３９に沿って上下駆動されるようになっ
ている。つまり、上記洗浄ブラシ３１が支持体３７、揺
動軸３６および水平ア−ム３３を介して上下駆動される
ようになっている。

【００３２】上記支持体３７の他側には揺動駆動源４３
が取り付けられている。この揺動駆動源４３は収納ボッ
クス４４およびこの収納ボックス４４の下面に設けられ
たモ−タ４５を有する。上記収納ボックス４４内には上
記モ−タ４５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。

【００３３】上記揺動軸３６の上記支持体３７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、
この従動歯車と上記駆動歯車との間にはベルトが張設さ
れている。したがって、上記揺動軸３６は、揺動駆動源
４３のモ−タ４５が作動することで回転されるようにな
っている。

【００３４】図３に示すように上記揺動軸３６の外周面
の上記支持体３７の上面側の部分には係合片４６が突設
されている。この係合片４６は揺動軸３６の回転方向に
応じて上記支持体３７に設けられた第１のストッパ４７
と第２のストッパ４８とに当接する。つまり、揺動軸３
６は上記係合片４６が上記第１のストッパ４７と第２の
ストッパ４８とに当接する角度θの範囲で上記モ−タ４
５によって往復回転されるようになっている。

【００３５】上記揺動軸３６が角度θの範囲内で往復回
転され、その回転によって水平ア−ム３３が揺動する
と、この水平ア−ム３３の先端部に設けられた洗浄ブラ
シ３１は、図２に実線と破線で示すように上記回転チャ
ック１１に保持された半導体ウエハ２２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２に矢印Ｄで示す。

【００３６】上記洗浄ブラシ３１を回転駆動する回転モ
−タ３４は検出器としての電流計５１を介して制御装置
５２に接続されている。この制御装置５２は上記回転モ
−タ３４に給電するとともに、上記電流計５１が検出す
る上記回転モ−タ３４に流れる電流値、つまり回転モ−
タ３４に加わる負荷に応じて変動する電流値を検出する
ようになっている。

【００３７】上記制御装置５２によって検出された検出
信号としての電流値Ｉは上記制御装置５２で予め設定さ
れた設定値Ｓと比較され、その比較に応じて上記洗浄ブ
ラシ３１を上下駆動する上下駆動モ−タ４１に駆動信号
Ｄが出力されるようになっている。

【００３８】図４に上記電流計５１が検出する電流値Ｉ
の変化を示す。この図において、縦軸は上記電流計５１
に流れる電流値を示し、横軸は半導体ウエハ２２に対す
る洗浄ブラシ３１の押し付け量を示す。

【００３９】同図の横軸に０〜Ａで示す範囲は洗浄ブラ
シ３１が半導体ウエハ２２に接触していない負荷が０の
場合で、この範囲では上記回転モ−タ３４には縦軸にＸ
で示す一定の電流が流れる。上記洗浄ブラシ３１を下降
させて半導体ウエハ２２に接触させると、上記回転モ−
タ３４に加わる負荷が増大するから、その負荷の増加に
応じて回転モ−タ３４に流れる電流値が増加する。

【００４０】したがって、上記制御装置５２は、上記回
転モ−タ３４に流れる電流値がＸから増加し始める位置
である、上記Ａ点を上記洗浄ブラシ３１が半導体ウエハ
２２に接触したゼロ点として認識し、ついでゼロ点の電
流値Ｘから電流値がＹとなる押し付け量Ｂの位置、つま
り洗浄ブラシ３１が上記半導体ウエハ２２を洗浄するに
適した接触圧となる位置までこの洗浄ブラシ３１を下降
させる駆動信号Ｄを上記上下駆動モ−タ４１に出力する
ようになっている。

【００４１】つぎに、上記構成のスピン洗浄処理装置に
よって半導体ウエハ２２を洗浄処理する場合について説
明する。まず、洗浄ブラシ３１を上方に退避させた状態
で回転チャック１１に半導体ウエハ２２を保持したなら
ば、モ−タ１６を作動させて上記回転チャック１１とと
もに半導体ウエハ２２を回転させる。

【００４２】ついで、回転モ−タ３４を作動させて洗浄
ブラシ３１を回転させるとともに、支持軸５の洗浄液供
給路３２とノズル管３５とから上記半導体ウエハ２２の
下面と上面とに洗浄液Ｌを供給しながら上下駆動モ−タ
４１を作動させて洗浄ブラシ３１を下降させる。また、
揺動駆動源４３を作動させて上記水平ア−ム３３、つま
り洗浄ブラシ３１を半導体ウエハ２２の上面で図２に矢
印Ｄで示すように角度θの範囲で揺動させる。

【００４３】上記洗浄ブラシ３１が上下駆動モ−タ４１
によって図４のＡ点で示すゼロ点まで下降して半導体ウ
エハ２２に接触すると、電流計５１に流れる電流値がＸ
から上昇し始めるから、制御装置５２は洗浄ブラシ３１
が半導体ウエハ２２に接触したこと、つまりゼロ点Ａを
認識する。

【００４４】制御装置５２は上述したゼロ点Ａの認識に
基づき、そのゼロ点Ａから上記洗浄ブラシ３１が半導体
ウエハ２２に対して所定の接触圧となる位置まで上記上
下駆動モ−タ４１に駆動信号Ｄを出力する。つまり、洗
浄ブラシ３１はゼロ点Ａからさらに電流計５１に流れる
電流値がＹとなる、Ｂの位置まで下降させられる。それ
によって、洗浄ブラシ３１は半導体ウエハ２２を洗浄す
るに適した接触圧を付与することになるから、上記半導
体ウエハ２２の上面は上記洗浄ブラシ３１によって傷付
けることなくブラッシングされるから、その上面に付着
した微粒子などが除去されることになる。

【００４５】上記洗浄ブラシ３１は、使用にともないそ
のブラシ毛が磨耗する。しかしながら、洗浄ブラシ３１
の半導体ウエハ２２に対する押し付け量は、洗浄ブラシ
３１が半導体ウエハ２２に接触したゼロ点Ａを検出し、
そのゼロ点Ａから電流計５１が検出する電流値がＹとな
る位置に設定されるため、上記洗浄ブラシ３１の半導体
ウエハ２２に対する接触圧はブラシ毛の磨耗に拘らず、
一定に設定されることになる。

【００４６】したがって、上記洗浄ブラシ３１による半
導体ウエハ２２の洗浄は、使用にともないそのブラシ毛
が磨耗しても、一定の接触圧によって確実に行うことが
できる。

【００４７】なお、この発明は上記一実施形態に限定さ
れるものでない。たとえば、洗浄部材としては洗浄ブラ
シに限られず、半導体ウエハを傷付けることなくそれに
付着した微粒子を除去できる材料、たとえばスポンジな
どの柔らかな弾性材料で円盤状やリング状に形成された
ものであってもよく、また上記一実施形態では洗浄ブラ
シを上下駆動する構成に付いて説明したが、洗浄ブラシ
は一定の位置に保持し、被洗浄物を上下駆動する構成で
あっても、この発明を適用することができる。

【００４８】また、洗浄部材は軸線を被洗浄物の板面に
対して垂直にして回転駆動される構成であったが、洗浄
部材はその軸線を被洗浄物の板面に対して平行にして回
転駆動される場合にもこの発明は適用できる。さらに、
被洗浄物は半導体ウエハに限らず、液晶ガラス基板など
であってもよく、要は精密な洗浄が要求されるものに対
してこの発明は有効である。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたように請求項１と請求項２の
発明によれば、上記洗浄ブラシと被洗浄物との接触状態
に応じて変化する、上記洗浄ブラシを回転駆動する駆動
源に流れる電流値を検出し、その検出信号に応じて上記
洗浄ブラシと被洗浄物との接触状態を制御するようにし
た。

【００５０】したがって、上記洗浄ブラシが被洗浄物に
接触したゼロ点の認識やそのゼロ点の認識に基づき上記
洗浄ブラシと被洗浄物とが所定の接触圧で接触する状態
への設定を容易に、しかも確実に行うことができる。し
かも、使用にともない洗浄ブラシのブラシ毛が磨耗して
も、洗浄ブラシを回転駆動する駆動源に加わる負荷に基
づいて接触状態が設定されるから、その場合も洗浄効果
を損なったり、被洗浄物を損傷させることのない接触状
態に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す全体構成図。

【図２】同じく半導体ウエハ上面における洗浄液の流れ
を説明するための図。

【図３】同じく図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図４】回転モ−タに流れる電流値と押し付け量との関
係を説明するためのグラフ。

【符号の説明】

１１…回転チャック、 ３１…洗浄ブラシ（洗浄部材）、 ３４…回転モ−タ（駆動源）、 ３５…ノズル管（供給手段）、 ３６…揺動軸（揺動機構）、 ４１…上下駆モ−タ（駆動手段）、 ５１…電流計（検出手段）、 ５２…制御装置（制御手段）。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動される洗浄部材によって被洗浄
   物を洗浄する洗浄装置において、 上記洗浄部材を回転駆動する駆動源と、 上記洗浄部材と上記被洗浄物とを相対的に接離する方向
   に駆動する駆動手段と、 上記洗浄部材と被洗浄物との接触状態に応じて変化する
   上記駆動源に流れる電流値を検出する検出手段と、 この検出手段の検出信号に応じて上記駆動手段を駆動し
   上記洗浄部材と上記被洗浄物との接触状態を制御する制
   御手段とを具備したことを特徴とする洗浄処理装置。
2. 【請求項２】 駆動源によって回転駆動される洗浄部材
   を用いて被洗浄物を洗浄する洗浄処理方法において、 上記洗浄部材と上記被洗浄物とが接触していない状態で
   上記洗浄部材を回転させたときに、上記駆動源に流れる
   電流値を測定する第１の工程と、 上記洗浄部材と上記被洗浄物とが接触したときに上記駆
   動源に流れる電流値を測定する第２の工程と、 上記第２の工程で測定された電流値に基づいて上記洗浄
   部材と上記被洗浄物との接触圧を設定する第３の工程と
   を具備したことを特徴とする洗浄処理方法。