JP3393459B2 - 基板洗浄装置及び基板洗浄方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、洗浄ブラシを用い
て被洗浄基板を洗浄する基板洗浄装置及び基板洗浄方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造における薄膜形成工
程では、層間絶縁膜等のグローバル平坦化技術として化
学的機械研磨（ＣＭＰ）法が提唱されている。この化学
的機械研磨法は、研磨プレート上のパッド表面にスラリ
ー（研磨剤）を供給しつつ、キャリアにて保持したウエ
ハをパッド表面に圧接させて、化学的研磨作用と機械的
研磨作用によって表面研磨を行うものである。この研磨
加工ではスラリーを使用するため、研磨後にはウエハ表
面に付着したスラリーを除去する必要がある。

【０００３】図６はこの種の基板洗浄におけるスラリー
の除去原理を示す模式図である。先ず図６（ａ）におい
て、洗浄ブラシ３１の外周面には放射状に多数本のブラ
シ毛３２が植毛されている。一方、ウエハ等の被洗浄基
板３３は、図示せぬステージ上に載置され、その表面に
は上記研磨加工にて使用されたスラリー等の異物３４が
付着している。洗浄に際しては 図示せぬブラシ回転軸
とともに洗浄ブラシ３１が回転するとともに、そのブラ
シ毛３２が被洗浄基板３３の表面に押し当てられる。こ
のとき、洗浄ブラシ３１の近傍に設置されたノズル（不
図示）を介して、ブラシ毛３２と被洗浄基板３３との接
触領域に洗浄液（純水等）が供給される。

【０００４】これにより基板表面に付着した異物３４
は、洗浄ブラシ３１の回転に伴うブラシ毛３２との接触
によって物理的に掻き出されるとともに、ノズルより供
給された洗浄液とともに被洗浄基板３３の表面から洗い
流される。なお、異物３４の除去原理としては、上述の
ごとく洗浄ブラシ３１のブラシ毛３２で掻き出す以外に
も、図６（ｂ）に示すように基板表面の異物３４を、物
質間引力や静電吸着力さらには洗浄液の表面張力などに
より、洗浄ブラシ３１のブラシ毛３に取り込んで除去す
る形態もある。

【０００５】ところが、被洗浄基板３３に対する異物３
４の付着力が強くなると、上記いずれの洗浄処理によっ
ても十分に異物３４を除去しきれない場合がある。そう
した場合、従来では異物の除去効率を上げるべく、被洗
浄基板３３に対する洗浄ブラシ３１の押し付け力を高め
たり、洗浄ブラシ３１の回転数を上げるなどの措置が講
じられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、洗浄ブ
ラシ３１の押し付け力を高めたり、洗浄ブラシ３１の回
転数を上げた場合は、被洗浄基板３３に対する見掛け上
のブラシ硬度が高くなるため、ブラシ毛３２との擦れに
よって被洗浄基板３３の表面にスクラッチ傷（引っ掻き
傷）が多発し、被洗浄基板３３へのダメージが大きくな
る割りには顕著な効果が得られないという問題があっ
た。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、被洗浄基板への
ダメージを抑えつつ異物の除去効率を高めることができ
る基板洗浄装置及び基板洗浄方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたもので、被洗浄基板を保持するた
めのステージと、このステージに保持された被洗浄基板
にブラシ毛を押し当てて洗浄を行う洗浄ブラシとを備え
るとともに、基板洗浄に際して洗浄ブラシと被洗浄基板
との接触領域に洗浄液を供給する基板洗浄装置におい
て、被洗浄基板の洗浄中に洗浄ブラシとステージの少な
くともいずれか一方に微振動を印加するとともに、微振
動の印加方向が、ステージに保持された被洗浄基板の面
方向と平行な方向または面方向と直交する方向に設定さ
れた振動印加手段を具備した構成となっている。

【０００９】したがって本発明の基板洗浄装置を用い
て、洗浄ブラシとステージの少なくともいずれか一方に
微振動を印加しつつ洗浄処理を行うようにすれば、洗浄
ブラシによる物理的な異物の削り取りが微振動の印加に
よって高速且つ集中的になされるようになるため、洗浄
ブラシの押し付け力を高めたり洗浄ブラシの回転数を上
げることなく異物の除去効率を高めることが可能とな
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係わる基板洗浄装
置の一実施形態を説明する図であり、図中（ａ）はその
平面概略図、（ｂ）はその側面概略図を示している。図
１に示す基板洗浄装置においては、洗浄ブラシ１の一例
として、ブラシ本体２の外周面に多数本のブラシ毛３を
植毛してなる円筒型ブラシが採用されている。ブラシ本
体２の端部にはブラシ回転軸４が同軸状態で連結されて
いる。またブラシ回転軸４には図示せぬ動力伝達機構
（例えば、歯車伝達機構等）を介して駆動モータが連結
されている。この構成により、洗浄ブラシ１は、ブラシ
回転軸４を介して伝達される駆動モータの駆動力をもっ
て回転可能となっている。

【００１１】一方、洗浄対象となるウエハ等の被洗浄基
板５は、上記洗浄ブラシ１に対向するステージ６の上面
に載置され、そこで例えば真空吸着等の保持力をもって
保持されている。またステージ６の下面側中央には回転
主軸７が連結されており、基板洗浄時には、被洗浄基板
５の全域にわたって洗浄ブラシ１を接触させるべく、回
転主軸７とともにステージ６が図中θ方向に回転するよ
うになっている。さらに基板洗浄に際しては、洗浄ブラ
シ１と被洗浄基板５との接触領域に対して純水等の洗浄
液が図示せぬノズルから供給されるようになっている。

【００１２】ここで本実施形態の基板洗浄装置は、その
特徴部分として、洗浄ブラシ１に微振動を印加する振動
印加系８を備えている。この振動印加系８は、例えば振
動子と発振器とによって構成されるものであり、洗浄ブ
ラシ１に対してはそのブラシ回転軸４に接続されてい
る。また洗浄ブラシ１への微振動の印加方向は、図中Ｘ
方向、つまりステージ６上に保持される被洗浄基板５の
面方向と平行になるように設定されている。

【００１３】続いて、上記構成からなる基板洗浄装置の
動作手順について説明する。先ず、基板洗浄処理にあた
っては、図示せぬ基板搬送系によってステージ６上に被
洗浄基板５が供給され、さらに真空引きによる吸着力を
もって被洗浄基板５がステージ６上に固定される。次
に、回転主軸７の回転駆動によってステージ６及び被洗
浄基板５が図中θ方向に例えば１〜６０ｒｐｍの回転速
度をもって回転し、それとともに洗浄ブラシ１も例えば
１０〜１００ｒｐｍの回転速度をもって回転を開始す
る。この時点では、洗浄ブラシ１が被洗浄基板５の上方
又は外側に離間した状態にあり、この状態から洗浄ブラ
シ１が下降又は水平移動することで、被洗浄基板５にブ
ラシ毛３が押し当てられる。その際、洗浄ブラシ１に対
しては、振動印加系８によって所定周波数の微振動が印
加される。このとき印加される微振動の周波数及び振幅
は、洗浄ブラシ１やステージ６の回転速度、基板表面に
付着している異物９の大きさ、さらにはブラシ毛３の外
径等を考慮して適宜設定される。

【００１４】ここで、洗浄中において洗浄ブラシ１に微
振動を印加した場合の異物の除去原理につき、図２を参
照しつつ説明する。なお、図２においては、原理説明に
必要なブラシ毛３のみを表示し、他のブラシ毛３は省略
している。先ず、洗浄ブラシ１のブラシ毛３が被洗浄基
板５に押し当てられると、図２（ａ）に示すように、被
洗浄基板５の表面に付着した異物９に任意のブラシ毛３
が接触する。このとき、ブラシ毛３は、洗浄ブラシ１及
びステージ６の回転方向にしたがって異物９の片側に突
き当たる。次に、洗浄ブラシ１に印加された微振動によ
り、図２（ｂ）に示すように、ブラシ位置が図中左側に
変位すると、ブラシ毛３との擦れによって異物９の破片
９ａが削り取られる。その状態から、微振動の振幅をも
って、図２（ｃ）に示すように、ブラシ位置がさらに図
中左側に変位すると、ブラシ毛３が異物９に接触しつつ
先程と反対側に進み、このときにも異物９の破片９ａが
ブラシ毛３との擦れよって削り取られる。

【００１５】その後は、微振動の印加によるブラシ変位
方向が反転するため、先程と逆にブラシ毛３が図中左側
から右側に変位し、上記同様の原理をもって再び異物９
の破片９ａがブラシ毛３との擦れによって削り取られ
る。こうした洗浄ブラシ１による異物９の除去作用は、
微振動の印加により、全てのブラシ毛３に対して一本ご
とに高速で繰り返される。つまり、従来では洗浄ブラシ
の回転方向等に依存したかたちで異物に対するブラシ毛
の接触方向が常に一方向に偏ったものとなっていたが、
本実施形態では、微振動の印加によって異物９に対する
ブラシ毛３の接触方向が二方向となり、しかも一本のブ
ラシ毛３が異物９上を一回通過する間に多数回にわたっ
て異物９の破片９ａが削り取られる。

【００１６】これによって、洗浄ブラシ１による物理的
な異物９の削り取りが、局所的な領域の中で高速且つ集
中的に繰り返されるようになるため、従来のように洗浄
ブラシの押し付け力を高めたり洗浄ブラシの回転数を上
げることなく、異物９の除去効率を高めることができ
る。なお、洗浄ブラシ１に対する微振動の印加方向とし
ては、図１に示すＸ方向と直交するＹ方向に設定しても
よい。この場合は、異物９に対するブラシ毛３の接触方
向がブラシ回転方向と微振動の印加方向の組み合わせに
よって三方向となるため、異物９の除去効率をより一層
高めることができる。

【００１７】続いて、本発明に係わる基板洗浄装置の他
の実施形態とこれを用いた基板洗浄方法につき、図３及
び図４を参照しつつ説明する。この実施形態では、図４
に示すように、洗浄ブラシ１に接続された振動印加系８
により、洗浄ブラシ１に対する微振動の印加方向が図中
Ｚ方向、つまりステージ６上に保持された被洗浄基板５
の面方向と直交する方向に設定されている。

【００１８】この装置構成により、洗浄中において洗浄
ブラシ１に微振動を印加した場合は図３に示す原理に基
づいて異物の除去がなされる。なお、図３においても、
原理説明に必要なブラシ毛３のみを表示し、他のブラシ
毛３は省略している。先ず、図３（ａ）では、被洗浄基
板５の表面に付着した異物９に任意のブラシ毛３が接触
しており、この時点では洗浄ブラシ１が最も上方に位置
した状態となっている。次に、洗浄ブラシ１に印加され
た微振動により、図３（ｂ）に示すように、ブラシ位置
が下方に変位すると、異物９に対するブラシ毛３の押し
付け力が高まって異物９の破片９ａがブラシ毛３との擦
れによって削り取られる。その状態から、微振動の振幅
をもって、図３（ｃ）に示すように、ブラシ位置がさら
に下方に変位すると、異物９に対するブラシ毛３の押し
付け力が最も強くなり、このときにも異物９の破片９ａ
がブラシ毛３との擦れによって削り取られる。

【００１９】その後は、微振動の印加によるブラシ変位
方向が反転するため、先程と逆に洗浄ブラシ１が上昇
し、そこで再びブラシ毛３との擦れによって異物９の破
片９ａが削り取られる。したがってこの実施形態でも、
先の実施形態と同様、洗浄ブラシ１による物理的な異物
９の削り取りが、局所的な領域の中で高速且つ集中的に
繰り返されるようになるため、従来のように洗浄ブラシ
の押し付け力を高めたり洗浄ブラシの回転数を上げたり
することなく、異物９の除去効率を高めることが可能と
なる。

【００２０】また、微振動の印加によってブラシ位置が
最上位から最下位に至るまでの図３（ａ）〜（ｃ）の中
では、ブラシ毛３の先端が必ずしも異物９の一方向に対
してのみ曲げられるとは限らず、ブラシ毛３と異物９と
の相対位置関係に応じて異物９の奥側や手前側、さらに
は異物９の左側や右側など、任意の方向に曲げられる。
したがって、洗浄ブラシ１に印加された微振動により、
異物９は全方向からのブラシ毛３の擦れによって削り取
られるため、異物の除去効率を高めるうえではより有効
である。

【００２１】ところで、従来の円筒型ブラシではブラシ
の回転によって異物９を掻き出すようにしているため、
洗浄中は常に洗浄ブラシ１を回転させる必要があるが、
上記実施形態においては、洗浄ブラシ１に印加した微振
動によってきわめて効果的に異物９を除去することがで
きる。そのため、洗浄手順としては、被洗浄基板５にブ
ラシ毛３を押し付けた時点で一旦洗浄ブラシ１の回転を
止め、この状態で所定時間だけ洗浄ブラシ１に微振動を
印加して異物９を削り取る。その後は再び洗浄ブラシ１
を回転させて、先にこすり取った異物９をはじき飛ば
す。その間、ステージ６側の回転は止めておき、一箇所
での異物９の除去を終えた時点で次の箇所に移行すべく
ステージ６を一定角度だけ回転させる。こうしたシーケ
ンスを採用すれば、被洗浄基板５に付着した異物９に対
して、より集中的にブラシ毛３による削り取りが進行す
るため、異物の除去を効率的に行うことができる。

【００２２】なお、上記実施形態の基板洗浄装置におい
ては、いずれも洗浄ブラシ１に振動印加系８を接続した
構成としたが、本発明はこれに限定されることなく、例
えば図５に示すように被洗浄基板５を保持するステージ
６に振動印加系８を接続した構成としたり、さらには洗
浄ブラシ１とステージ６の双方に個別に振動印加系８を
接続した構成としてもよい。但し、洗浄ブラシ１とステ
ージ６の双方に微振動を印加する場合は、互いの振動が
相殺されないように、例えば洗浄ブラシ１に対しては水
平方向に微振動を印加し、ステージ６に対しては垂直方
向に微振動を印加するなどして、双方の微振動の印加方
向を変える必要がある。

【００２３】ちなみに、ステージ６側に微振動を印加す
る構成を採用した場合は、被洗浄基板５に付着した異物
９にも微振動が加えられることになるため、基板洗浄に
あたっては被洗浄基板５から異物９が剥離しやすくな
る。したがって、微振動の印加による異物の除去原理は
同じであっても、洗浄ブラシ１による異物９の除去効率
としては異物９が剥離しやすくなる分だけアップするこ
とが期待できる。

【００２４】一方、洗浄ブラシ１の構成としても、上記
実施形態で挙げた円筒型ブラシに限らず、カップ型ブラ
シや他のブラシ形態であってもよい。特に、カップ型ブ
ラシのように被洗浄基板に対して同時に広い面積をもっ
てブラシ毛を押し付けられるブラシ形態を採用した場合
は、基板洗浄時において洗浄ブラシを回転させなくて
も、微振動の印加だけで十分な洗浄効果を得ることも可
能である。

【００２５】さらに、被洗浄基板としても、先に述べた
半導体ウエハに限らず、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）
のパネル基板を洗浄する場合など、他の被洗浄基板に対
しても広く適用することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、洗
浄ブラシとステージの少なくともいずれか一方に微振動
を印加する振動印加手段を備えたことで、洗浄ブラシに
よる物理的な異物の削り取りが微振動の印加によって高
速且つ集中的になされるようになるため、洗浄ブラシの
押し付け力を高めたり洗浄ブラシの回転数を上げること
によって被洗浄基板にダメージを与えることなく、異物
の除去効率を格段に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる基板洗浄装置の一実施形態を説
明する図である。

【図２】一実施形態での異物の除去原理を説明する図で
ある。

【図３】他の実施形態による異物の除去原理を説明する
図である。

【図４】他の実施形態での装置構成を説明する要部拡大
図である。

【図５】さらに他の実施形態での装置構成を説明する図
である。

【図６】従来における異物の除去原理を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ 洗浄ブラシ ３ ブラシ毛 ５ 被洗浄基板 ６ ステージ ８ 振動印加系（振動印加手段）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被洗浄基板を保持するためのステージ
   と、このステージに保持された被洗浄基板にブラシ毛を
   押し当てて洗浄を行う洗浄ブラシとを備えるとともに、
   基板洗浄に際して前記洗浄ブラシと前記被洗浄基板との
   接触領域に洗浄液を供給する基板洗浄装置において、前記被洗浄基板の洗浄中に 前記洗浄ブラシと前記ステー
   ジの少なくともいずれか一方に微振動を印加するととも
   に、前記微振動の印加方向が、前記ステージに保持され
   た被洗浄基板の面方向と平行な方向または前記面方向と
   直交する方向に設定された振動印加手段を具備したこと
   を特徴とする基板洗浄装置。
2. 【請求項２】 ステージに保持された被洗浄基板に洗浄
   ブラシのブラシ毛を押し当てて洗浄処理を行うととも
   に、基板洗浄に際して前記洗浄ブラシと前記被洗浄基板
   との接触領域に洗浄液を供給する基板洗浄方法におい
   て、前記洗浄ブラシのブラシ毛を前記被洗浄基板に押し当て
   た状態で、 前記洗浄ブラシと前記ステージの少なくとも
   いずれか一方に、前記ステージに保持された被洗浄基板
   の面方向と平行な方向または前記面方向と直交する方向
   に微振動を印加しつつ洗浄処理を行うことを特徴とする
   基板洗浄方法。