JP4268237B2

JP4268237B2 - Brush cleaning device

Info

Publication number: JP4268237B2
Application number: JP17613498A
Authority: JP
Inventors: 信雄小林; 禎明黒川; 治道廣瀬; 航之介林
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: JP2000005707A

Description

【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ブラシを用いて洗浄するブラシ洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置や液晶製造装置などにおいては、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。このリソグラフィプロセスは、周知のように上記被洗浄物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、除去された部分をエッチングするなどの一連の工程を数十回繰り返すことで回路パタ−ンを形成するものである。
【０００３】
上記一連の各工程において、上記被洗浄物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被洗浄物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方式と、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方式とがあり、被洗浄物の大型化にともない洗浄効果の高い枚葉方式が用いられる傾向にある。
【０００５】
枚葉方式の洗浄処理装置には被洗浄物を回転させながら洗浄するスピン洗浄方式があり、このスピン洗浄方式において、洗浄効果をより一層高めるためには、回転駆動される被洗浄物の上面にスポンジブラシを接触させ、その接触部分に洗浄液を供給して洗浄するようにしている。
【０００６】
上記被洗浄物とスポンジブラシとを互いに回転させながら接触させて洗浄する場合、上記スポンジブラシは上記被洗浄物の径方向中心部で下降させて接触させ、その状態で径方向外方へ移動させる。そして、スポンジブラシが被洗浄物の外周端から外れたならば、上昇させて径方向中心部へ戻し、再び下降させて外方へ移動させるということを繰り返すことで、上記被洗浄物を洗浄するようにしている。
【０００７】
被洗浄物の周速度は、回転中心から径方向外方へゆくにつれて次第に大きくなる。それに対してスポンジブラシは、通常、一定の回転速度で回転駆動される。そのため、スポンジブラシの端面と、被洗浄物のスポンジブラシの端面が接触する部分との相対速度は上記スポンジブラシが被洗浄物の径方向に移動することで大きく変化し、上記スポンジブラシと被洗浄物の回転速度によって相対速度が０になる位置がある。
【０００８】
上記被洗浄物の洗浄度合は、上記相対速度に大きく影響される。つまり、相対速度が小さいと、スポンジブラシによって被洗浄物に付着したパーティクルが除去されにくく、相対速度が大きければパーティクルは効率よく除去されることになる。
【０００９】
しかしながら、従来のブラシ洗浄装置においては、被洗浄物とスポンジブラシとを一定の速度で回転させて、上記スポンジブラシを被洗浄物の径方向中心部から外方へ移動させるようにしていたので、その移動の過程で相対速度が著しく低下する部位が生じるなど、相対速度の変化が大きいから、それに応じて被洗浄物の洗浄度合も不安定になるということがあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来は被洗浄物と洗浄ブラシとを一定の回転速度で回転させながら上記洗浄ブラシを被洗浄物の径方向に移動させて洗浄するようにしていたので、移動の過程で相対速度が大きく変化するため、洗浄効果が一定にならない、つまり被洗浄物の洗浄度合にむらが生じうるということがあった。
【００１１】
この発明は、被洗浄物の径方向に沿って洗浄ブラシを移動させて洗浄する場合、その移動の過程における洗浄ブラシと被洗浄物との相対速度が大きく低下することなく、しかも所定値以上に維持されるようにすることで、被洗浄物の全面を洗浄度合にばらつきが生じにくいように洗浄できるようにしたブラシ洗浄装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、回転テーブルに保持された被洗浄物を回転駆動される洗浄ブラシによって洗浄するブラシ洗浄装置において、
上記回転テーブルを回転駆動する第１の駆動手段と、
上記洗浄ブラシを上記回転テーブルとは反対方向に回転駆動する第２の駆動手段と、
上記洗浄ブラシを上記被洗浄物の径方向に沿って揺動させる揺動駆動手段と、
上記洗浄ブラシを被洗浄物の径方向中心部から外方へ揺動させたときに、上記洗浄ブラシの上記被洗浄物に接触する端面外周であって上記被洗浄物の回転中心側の点と上記被洗浄物のこの点が接触する部分との相対速度が所定値以上になるよう上記第１の駆動手段と第２の駆動手段とを制御する制御手段を具備し、
上記制御手段には、上記洗浄ブラシの回転数と上記被洗浄物の回転数とを種々の値に設定し上記洗浄ブラシを上記被洗浄物の径方向中心部から外方へ揺動させたときの上記相対速度データである洗浄条件のデータと、上記洗浄条件のデータごとの、被洗浄物の上面に残留するパーティクル密度である清浄度合のデータとが予め記憶されていて、上記清浄度合の入力により、その清浄度合を得るための上記相対速度を決定し、決定した相対速度となるよう上記第１の駆動手段と第２の駆動手段を制御することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、洗浄ブラシを被洗浄物の径方向中心部から外方へ移動させたときに、上記洗浄ブラシの上記被洗浄物に接触する端面外周であって上記被洗浄物の回転中心側の点と上記被洗浄物のこの点が接触する部分との相対速度が所定値以上になるよう洗浄ブラシと被洗浄物との回転速度を制御するようにしたことで、被洗浄物の全面をほぼ均一もしくは所定以上の洗浄度合で洗浄することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図１はこの発明のブラシ洗浄装置としてのスピン処理装置Ｓを示す。このスピン処理装置Ｓはスピンカップ１を備えている。このスピンカップ１は上面が開放した有底状の下カップ１ａと、この下カップ１ａに対してスライド自在に設けられ周壁の上端部が径方向内方に向かって傾斜した上カップ１ｂとからなり、この上カップ１ｂは図示しない駆動機構によって同図に鎖線で示すように下降させることができるようになっている。
【００１８】
上記下カップ１ａの底部には、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。この支持軸５の上部は、スピンカップ１の内部に突出し、下端部は、上記スピンカップ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は図示しない気水分離器を介して吸引ポンプに接続されている。上記排出管２に洗浄液、ミスト、気体が吸引されると、上記気水分離器によって水分と気体とが分離され、水分は図示しない廃液タンクへ排出されるようになっている。
【００１９】
上記支持軸５には回転テーブル１１が回転自在に設けられている。この回転テーブル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、上部と下部とがそれぞれ軸受１４によって上記支持軸５に回転自在に支持されている。
【００２０】
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には第１の駆動手段としてのモ−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と一体に上記回転テーブル１１が回転駆動されるようになっている。
【００２１】
上記ベ−ス１２の上面には周方向に９０度間隔で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２１ａ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。
【００２２】
上記支柱１９の上端には、被洗浄物としてたとえば半導体ウエハ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２２は回転テーブル１１と一体的に回転駆動されるようなっている。
【００２３】
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３０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。
【００２４】
上記ガス供給路３０に供給された不活性ガスと、上記洗浄液供給路３０ａに供給された洗浄液は、それぞれ上記半導体ウエハ２２の下面に向かって噴射されるようになっている。
【００２５】
上記回転テーブル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の洗浄ツ−ル３１が配置されている。この洗浄ツ−ル３１は上記半導体ウエハ２２の径方向に沿って揺動駆動される揺動機構３２を構成する揺動アーム３３の先端部に設けられている。
【００２６】
すなわち、上記揺動アーム３３は図２（ａ）に示すように中空状に形成されていて、その先端部には取付け部材３３ａがほぼ水平に設けられ、この取付け部材３３ａの上面には第２の駆動手段を構成するモータ３４が軸線を垂直にして取り付けられている。このモータ３４は上記揺動アーム３３に着脱自在に取着されたカバー４０によって覆われている。
【００２７】
上記モータ３４の回転軸には取付軸３５が連結されている。この取付軸３５は上記取付け部材３３ａの下面に取着されたノズル体３６の中心部に軸方向に沿って形成された通孔３７に挿通され、この通孔３７から突出した先端面には洗浄ブラシとしてのスポンジブラシ３８が着脱自在に保持されている。
【００２８】
上記ノズル体３６の周壁には、図２（ｂ）に示すように周方向にたとえば９０度間隔で４つのノズル孔３９が軸方向に沿って穿設されている。各ノズル孔３９の先端には上記スポンジブラシ３８の先端面に向かうよう屈曲されたノズル管４１が接続されている。
【００２９】
上記ノズル体３６の上面側には液密に閉塞されるとともに上記ノズル孔３９の上端に連通した空間部４２が形成され、この空間部４２には第１の供給管４３ａと第２の供給管４３ｂとの一端が接続されている。これら供給管４３ａ，４３ｂは上記揺動アーム３３に通され、それぞれ図示しない異なる種類の洗浄液の供給源に接続されている。
【００３０】
したがって、上記各供給管４３ａ，４３ｂから供給される洗浄液は上記ノズル孔３９を通じて上記ノズル管４１からスポンジブラシ３８に向けて噴出するようになっている。なお、洗浄液の種類は洗浄条件によって選択され、上記第１の供給管４３ａあるいは第２の供給管４３ｂから供給されるようになっている。
【００３１】
つまり、スポンジブラシ３８を回転駆動するモータ３４と、洗浄部位に洗浄液を供給するノズル体３６とが取付け部材３３ａによってユニット化されている。それによって、揺動アーム３３に対して上記モータ３４とノズル体３６との着脱を容易に行うことができるから、その保守点検や交換作業なども能率よく行うことができる。
【００３２】
また、ノズル体３６にはスポンジブラシ３８の周囲に位置する4 つのノズル孔３９が形成されているので、これらノズル孔３９からスポンジブラシ３８の周囲に洗浄液を確実に供給することができるばかりか、スポンジブラシ３８に対するノズル管４１の位置決めを容易に行うことができる。
【００３３】
上記揺動ア−ム３３の基端部は軸線を垂直にした中空状の揺動軸４６の上端に連結されている。この揺動軸４６の下端部は上記ベ−ス板６に形成された通孔６ａからその下方へ突出している。
【００３４】
上記揺動軸４６の下端部は、上下動自在に設けられた支持体４７に回転自在に支持されている。この支持体４７は中空箱型状をなしていて、その上部壁には上記揺動軸４６を挿通するための挿通孔４８が形成され、内部には上記挿通孔４８から挿入された揺動軸４６の下端部を回転自在に支持するために軸受４９が設けられている。揺動軸４６の下端は上記軸受４９から突出し、そこには従動プ−リ５０が嵌着されている。
【００３５】
上記支持体４７の一側面には一対のガイド５１が上下方向に沿って所定間隔で設けられ、このガイド５１はレ−ル５３にスライド自在に係合している。このレ−ル５３は上記ベ−ス板６の下面に垂設された取付板５２の一側面に上下方向に沿って設けられている。
【００３６】
上記取付板５２には上下駆動源としてのリニアモ−タ５４が設けられている。このリニアモ−タ５４の駆動軸５４ａは上記支持体４７の下端面にブラケット５５を介して連結されている。したがって、リニアモ−タ５４が作動すれば、上記支持体４７を介して上記揺動ア−ム３３が上下駆動されるようになっている。
【００３７】
つまり、揺動ア−ム３３が下降すると、上記スポンジブラシ３８は上記回転テーブル１１に保持された半導体ウエハ２２の上面に所定の接触距離で接触し、上カップ１ｂよりも上方に上昇すると、スポンジブラシ３８とともにスピン処理装置Ｓの外部へ揺動可能となる。
【００３８】
上記支持体４７の他側には上記リニアモ−タ５４とで駆動手段を構成する揺動駆動部５６が設けられている。この揺動駆動部５６は上記支持体４７の他側面に取付けられた収納ボックス５７を有する。この収納ボックス５７の下面にはモ−タ５８が設けられている。このモ−タ５８の回転軸５８ａは上記収納ボックス５７内に突出し、この内部に設けられた減速部５９に連結されている。この減速部５９の出力軸６５には駆動プ−リ６２が嵌着されている。
【００３９】
上記支持体４７と上記収納ボックス５７との内部空間は開口部６３によって連通している。上記開口部６３には、上記駆動プ−リ６２と従動プ−リ５０とに張設されたタイミングベルト６０が挿通されている。
【００４０】
したがって、上記モ−タ５８が作動して上記減速部５９の出力軸６５が正逆方向に駆動されると、その回転がタイミングベルト６０を介して揺動軸４６に伝達されるから、この揺動軸４６とともに揺動ア−ム３３の先端部に設けられたスポンジブラシ３８が半導体ウエハ２２の表面を径方向に沿って移動（揺動）するようになっている。
【００４１】
上記揺動軸４６の揺動駆動、上記揺動ア−ム３３の上下駆動および上記洗浄ツ−ル３１の回転駆動は制御装置６４によって制御されるようになっている。さらに、上記制御装置６４は、上記回転テーブル１１を回転駆動するモータ１６と、上記スポンジブラシ３８を回転駆動するモータ３４との回転速度を、この制御装置６４に設定された設定値に基づいて制御するようになっているとともに、図示しないがデータの入力部、記憶部及び入力データと記憶データとを比較して処理する演算処理部などを備えている。
【００４２】
上記制御装置６４における設定値は、スポンジブラシ３８の回転数、半導体ウエハ２２の回転数及び上記スポンジブラシ３８の半導体ウエハ２２上における揺動位置によって設定される。つまり、スポンジブラシ３８の半導体ウエハ２２に接触する端面と、この半導体ウエハ２２の上記スポンジブラシ３８の端面が接触する部位との相対速度が所定値以上になるよう、スポンジブラシ３８の半導体ウエハ２２上における揺動位置に応じてこのスポンジブラシ３８と半導体ウエハ２２との回転速度が設定される。
【００４３】
なお、上記相対速度は、図５にＰで示すように、スポンジブラシ３８の外周で、半導体ウエハ２２の回転中心側の点、つまりスポンジブラシ３８の揺動方向後端での速度である。
【００４４】
上記スポンジブラシ３８の揺動範囲において、上記相対速度が所定値以上に設定されれば、上記スポンジブラシ３８による半導体ウエハ２２の洗浄効果を所定以上とすることができる。
【００４５】
つまり、本件発明者は、図３に示すように、直径が２００ｍｍの半導体ウエハ２２を用い、スポンジブラシ３８の回転数と半導体ウエハ２２の回転数とを種々の値に設定し、上記スポンジブラシ３８を半導体ウエハ２の径方向中心部から外方へ揺動させたときの、スポンジブラシ３８の半導体ウエハ２２に接触する端面と、この半導体ウエハ２２の上記スポンジブラシ３８の端面が接触する部位との相対速度の変化を算出した。
【００４６】
つまり、同図中直線Ａはスポンジブラシ３８の回転数が０ｒｐｍ、半導体ウエハ２２の回転数が５０ｒｐｍの場合で、その場合には上記スポンジブラシ３８の端面からの距離が１００ｍｍ、つまり半導体ウエハ２２の回転中心にあるときには相対速度は０ｍｍ／ｓｅｃであり、スポンジブラシ３８を径方向外方へ移動させるにともない相対速度は漸増し、端面まで移動したときの相対速度は５２０ｍｍ／ｓｅｃであった。
【００４７】
同図中曲線Ｂはスポンジブラシ３８の回転数が１００ｒｐｍ、半導体ウエハ２２の回転数が５０ｒｐｍの場合で、スポンジブラシ３８の位置が端面から１００ｍｍである、半導体ウエハ２２の中心にあるときには相対速度は１６０ｍｍ／ｓｅｃであった。上記スポンジブラシ３８を径方向外方へ揺動させるに連れて相対速度は低下し、端面から７０ｍｍの位置で相対速度は０になり、さらに揺動させることで相対速度は漸増し、端面の位置では３７０ｍｍ／ｓｅｃになった。
【００４８】
同様に、曲線Ｃで示す、スポンジブラシ３８の回転速度が２００ｒｐｍ、半導体ウエハ２２の回転速度５０ｒｐｍの場合には、端面からの距離が０のときには相対速度が３２０ｍｍ／ｓｅｃであり、端面からの距離が４０ｍｍのときに相対速度が０で、端面の位置では相対速度が２０５ｍｍ／ｓｅｃであった。
【００４９】
曲線Ｄは、スポンジブラシ３８の回転速度が３００ｒｐｍ、半導体ウエハ２２の回転速度５０ｒｐｍの場合で、端面からの距離が０のときには相対速度が４７０ｍｍ／ｓｅｃであり、端面からの距離が１０ｍｍのときに相対速度が０で、端面の位置では相対速度が５０ｍｍ／ｓｅｃであった。
【００５０】
直線Ｅは、スポンジブラシ３８の回転速度が４００ｒｐｍ、半導体ウエハ２２の回転速度が３５ｒｐｍの場合で、端面からの距離が０のときには相対速度が６２０ｍｍ／ｓｅｃであり、端面方向へ揺動させるにつれて相対速度が漸減し、端面の位置では相対速度が２７０ｍｍ／ｓｅｃであった。
【００５１】
図４は図３の直線Ａ〜Ｅの洗浄条件で半導体ウエハ２を洗浄した場合、その半導体ウエハ２２の上面に残留するパーティクルの分布状態の測定結果を示し、同図において曲線ａは図３の直線Ａの洗浄条件で洗浄した場合の半導体ウエハ２２の上面のパーティクルの分布を示し、相対速度が増大する、径方向外方へゆくにつれてパーティクルが減少することが確認された。特に端面からの距離が４０ｍｍ以下になると、パーティクル密度がほぼ０に近くなった。
【００５２】
曲線ｂは図３における曲線Ｂの洗浄条件で洗浄した場合で、この場合も相対速度が減少する端面からの距離が７０ｍｍの位置でパーティクルの残留密度が最大となり、その位置から径方向外方へゆくにつれてパーティクルの密度が減少することが確認された。
【００５３】
曲線ｃは図３の曲線Ｃの洗浄条件の場合であり、曲線ｄは図３の曲線Ｄの洗浄条件の場合であり、これらの場合も、相対速度の変化に応じて半導体ウエハ２に残留するパーティクルの密度は変化することが確認された。
【００５４】
直線ｅは図３の曲線Ｅの洗浄条件の場合であり、この場合は半導体ウエハ２２の径方向全体にわたってパーティクルの密度が０．１個／ｍｍ² 以下であり、とくに端面からの距離が５０〜１００ｍｍでパーティクルの密度がほぼ０になることが確認された。
【００５５】
以上のことから、スポンジブラシ３８を図３に直線Ｅで示す洗浄条件で、半導体ウエハ２の径方向中心である、端面からの１００ｍｍの距離から３０ｍｍの位置まで揺動させて洗浄し、ついで同図に直線Ａで示す洗浄条件で端面からの距離が３０ｍｍの位置から端面までの範囲を洗浄すれば、相対速度を上記直線Ａと直線Ｅとが交差する点Ｘの３８０ｍｍ／ｓｅｃ以上で半導体ウエハ２２の全面を洗浄できることになる。
【００５６】
それによって、半導体ウエハ２２は、端面からの距離が１００ｍｍから３０ｍｍまでは図４に直線ｅで示す洗浄度、つまりパーティクル密度がほぼ０に近い状態で洗浄することができ、端面からの距離が３０ｍｍから端面までは図４に直線ａで示すようにパーティクル密度がほぼ０に近い状態で洗浄することができる。
【００５７】
以上のことから、半導体ウエハ２２に要求される清浄度合、つまり半導体ウエハ２２のパーティクル密度に応じてスポンジブラシ３８と半導体ウエハ２２との相対速度が所定値以上になるよう、上記スポンジブラシ３８の回転速度と、半導体ウエハ２２の回転速度を設定すれば、上記半導体ウエハ２２を要求される清浄度で洗浄することができる。
【００５８】
たとえば、スポンジブラシ３８と半導体ウエハ２２との相対速度を２００ｍｍ／ｓｅｃ以上として洗浄したい場合には、図３から分かるように、端面からの距離が５５ｍｍの位置までは曲線Ｄに沿う洗浄条件で洗浄し、その位置から端面までは直線Ａの洗浄条件で洗浄すればよいことになる。
【００５９】
図３にＡ〜Ｅで示すそれぞれの洗浄条件のデータと、図4 にａ〜ｅで示す洗浄結果のデータとを制御装置６４に予め記憶させておき、この制御装置６４に半導体ウエハ２２の清浄度合、つまりパーティクル密度を入力すれば、上記制御装置６４により、その清浄度合を得るための相対速度を決定することができる。したがって、その相対速度に基づき、スポンジブラシ３８の回転速度と半導体ウエハ２２の回転速度とを設定することで、半導体ウエハ２２を所望する清浄度合で洗浄することが可能となる。
この発明は上記一実施の形態に限定されず、たとえば洗浄ブラシはスポンジブラシでなく、刷毛が設けられたブラシであってもよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、洗浄ブラシを被洗浄物の径方向中心部から外方へ移動させたときに、上記洗浄ブラシの上記被洗浄物に接触する端面と上記被洗浄物の上記端面が接触する部分との相対速度が所定値以上になるよう、洗浄ブラシと被洗浄物との回転速度を制御するようにした。
【００６１】
被洗浄物の洗浄度合は、洗浄ブラシと被洗浄物との相対速度によって左右されるから、その相対速度を制御することで、被洗浄物の全面を所望する洗浄度合で洗浄することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態の全体構成を示す平面図。
【図２】（ａ）は同じく揺動アームの断面図、( ｂ) は同じく図２( ａ) のＺ−Ｚ線に沿う拡大断面図。
【図３】同じく洗浄条件と相対速度の関係を示す説明図。
【図４】同じく洗浄条件と洗浄度合である、パーティクル密度の関係を示す説明図。
【図５】同じく半導体ウエハとスポンジブラシとの相対速度の測定位置の説明図。
【符号の説明】
１１…回転テーブル
１６…モータ（第1 の駆動手段）
３４…モータ（第2 の駆動手段）
３６…ノズル体
３８…スポンジブラシ（洗浄ブラシ）
３９…ノズル孔
６４…制御装置（制御手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
This invention relates to the brush cleaning equipment for cleaning with a brush to be cleaned such as a semiconductor wafer or a liquid crystal glass substrate.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor manufacturing apparatus, a liquid crystal manufacturing apparatus, or the like, there is a lithography process for forming a circuit pattern on a semiconductor wafer or glass substrate as an object to be cleaned. In this lithography process, as is well known, a resist is applied to the object to be cleaned, light is irradiated to the resist through a mask on which a circuit pattern is formed, and then the portion of the resist not irradiated with light (or light) The circuit pattern is formed by repeating a series of steps such as removing the portion irradiated with) and etching the removed portion several tens of times.
[0003]
In each of the series of steps, if the object to be cleaned is contaminated, the circuit pattern cannot be accurately formed, which causes defective products. Therefore, when the circuit pattern is formed in each process, the object to be cleaned is cleaned in a clean state in which fine particles such as resist and dust do not remain.
[0004]
As an apparatus for cleaning the object to be cleaned, a batch method in which a plurality of semiconductor wafers are immersed in a cleaning tank containing a cleaning liquid for cleaning, and one object to be cleaned is rotated, and the object to be cleaned is rotated. There is a single-wafer method in which a cleaning liquid is sprayed for cleaning, and a single-wafer method having a high cleaning effect tends to be used as the size of an object to be cleaned increases.
[0005]
In the single wafer cleaning processing apparatus, there is a spin cleaning method in which the object to be cleaned is rotated while being rotated. In this spin cleaning method, in order to further enhance the cleaning effect, the surface of the object to be rotated is driven on the upper surface. A sponge brush is brought into contact, and a cleaning liquid is supplied to the contact portion for cleaning.
[0006]
When cleaning the object to be cleaned and the sponge brush while rotating each other, the sponge brush is lowered and brought into contact with the center of the object in the radial direction and moved outward in the radial direction in that state. . Then, if the sponge brush comes off from the outer peripheral edge of the object to be cleaned, the object to be cleaned is cleaned by repeatedly raising and returning it to the central portion in the radial direction, and again lowering and moving outward. I am doing so.
[0007]
The peripheral speed of the object to be cleaned gradually increases as it goes radially outward from the center of rotation. On the other hand, the sponge brush is usually driven to rotate at a constant rotational speed. Therefore, the relative speed between the end surface of the sponge brush and the portion of the object to be cleaned that comes into contact with the end surface of the sponge brush greatly changes as the sponge brush moves in the radial direction of the object to be cleaned. There is a position where the relative speed becomes zero depending on the rotation speed of the object.
[0008]
The degree of cleaning of the object to be cleaned is greatly influenced by the relative speed. That is, if the relative speed is low, particles attached to the object to be cleaned by the sponge brush are difficult to remove, and if the relative speed is high, the particles are efficiently removed.
[0009]
However, in the conventional brush cleaning device, the object to be cleaned and the sponge brush are rotated at a constant speed so that the sponge brush is moved outward from the central portion in the radial direction of the object to be cleaned. Since the change in relative speed is large, for example, there is a site where the relative speed is significantly reduced during the movement, the cleaning degree of the object to be cleaned may become unstable accordingly.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, conventionally, the cleaning brush is moved in the radial direction of the object to be cleaned while rotating the object to be cleaned and the cleaning brush at a constant rotation speed. Since the change greatly changes, the cleaning effect may not be constant, that is, the degree of cleaning of the object to be cleaned may vary.
[0011]
In the present invention, when cleaning is performed by moving the cleaning brush along the radial direction of the object to be cleaned, the relative speed between the cleaning brush and the object to be cleaned in the process of the movement is not greatly reduced, and more than a predetermined value. by to be maintained to provide a brush cleaning equipment that is to be cleaned as hardly occurs variation in the cleaning degree of the entire surface of the object to be cleaned.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 is a brush cleaning apparatus for cleaning an object to be cleaned held on a rotary table with a cleaning brush that is driven to rotate.
First driving means for rotationally driving the rotary table;
Second driving means for rotating the cleaning brush in a direction opposite to the rotary table;
Swing drive means for swinging the cleaning brush along the radial direction of the object to be cleaned;
When the cleaning brush is swung outward from the central portion in the radial direction of the object to be cleaned, a point on the outer periphery of the end surface of the cleaning brush that contacts the object to be cleaned and on the rotation center side of the object to be cleaned Comprising a control means for controlling the first drive means and the second drive means so that the relative speed between the point of contact of the object to be cleaned and a portion of the object to be cleaned is a predetermined value or more;
When the rotational speed of the cleaning brush and the rotational speed of the object to be cleaned are set to various values in the control means, and the cleaning brush is swung outwardly from the radial center of the object to be cleaned and data of the wash conditions is the relative velocity data, for each data of the washing conditions, be stored and cleaning degree is a particle density remaining on the upper surface of the cleaning object data in advance, the input of the cleaning degree Thus, the relative speed for obtaining the degree of cleanliness is determined, and the first driving means and the second driving means are controlled so as to be the determined relative speed.
[0015]
According to the present invention, when the cleaning brush is moved outward from the radial center of the object to be cleaned, the outer periphery of the end surface of the cleaning brush that contacts the object to be cleaned and the rotation center of the object to be cleaned The rotational speed of the cleaning brush and the object to be cleaned is controlled so that the relative speed between the point on the side and the part of the object to be cleaned that is in contact with this point is equal to or greater than a predetermined value. Can be cleaned substantially uniformly or at a cleaning level of a predetermined level or higher.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a spin processing apparatus S as a brush cleaning apparatus of the present invention. The spin processing apparatus S includes a spin cup 1. The spin cup 1 includes a bottomed lower cup 1a having an open upper surface, and an upper cup 1b that is slidable with respect to the lower cup 1a and whose upper end of the peripheral wall is inclined radially inward. The upper cup 1b can be lowered by a drive mechanism (not shown) as shown by a chain line in the figure.
[0018]
At the bottom of the lower cup 1a, one end of a plurality of discharge pipes 2 is connected to the periphery, and an insertion hole 4 surrounded by a flange 3 is formed in the center. A support shaft 5 is inserted into the insertion hole 4. The upper portion of the support shaft 5 protrudes into the spin cup 1, and the lower end portion is fixed to a base plate 6 disposed below the spin cup 1. The discharge pipe 2 is connected to a suction pump through a steam / water separator (not shown). When cleaning liquid, mist, and gas are sucked into the discharge pipe 2, moisture and gas are separated by the steam separator, and the moisture is discharged to a waste liquid tank (not shown).
[0019]
A rotary table 11 is rotatably provided on the support shaft 5. The turntable 11 has a disk-shaped base 12 having a through hole 12a formed in the center. A cylindrical support 13 is suspended from the lower surface of the base 12, that is, at a position corresponding to the through hole 12a. The support portion 13 is externally fitted to the support shaft 5, and an upper portion and a lower portion are rotatably supported on the support shaft 5 by bearings 14, respectively.
[0020]
A driven pulley 15 is provided on the outer peripheral surface of the lower end portion of the support portion 13. The base plate 6 is provided with a motor 16 as a first driving means, and a driving pulley 17 is fitted on a rotating shaft 16 a of the motor 16. A belt 18 is stretched between the driving pulley 17 and the driven pulley 15. Therefore, when the motor 16 is operated, the rotary table 11 is driven to rotate integrally with the support portion 13.
[0021]
Four support columns 19 are erected on the upper surface of the base 12 at intervals of 90 degrees in the circumferential direction. A support pin 21 a and an engagement pin 21 b that is outward from the support pin 21 a and taller than the support pin 21 a are projected from the upper end of each column 19.
[0022]
At the upper end of the support column 19, for example, a semiconductor wafer 22 is detachably held as an object to be cleaned with the lower surface of the peripheral portion supported by the support pins 21 a and the outer peripheral surface engaged with the engagement pins 21 b. Therefore, the semiconductor wafer 22 is rotationally driven integrally with the turntable 11.
[0023]
The support shaft 5 is provided with a conical head portion 5a having a larger diameter than the support shaft 5 at the upper end. The support shaft 5 has a gas supply path 30 for an inert gas such as N ₂ whose tip is opened on the top surface of the head 5a, and the tip is also opened on the top surface of the head 5a through a nozzle hole 32a. The cleaning liquid supply path 30a is formed along the axial direction. The gas supply path 30 communicates with a gas supply source (not shown), and the cleaning liquid supply path communicates with a cleaning liquid supply source (not shown).
[0024]
The inert gas supplied to the gas supply path 30 and the cleaning liquid supplied to the cleaning liquid supply path 30 a are each sprayed toward the lower surface of the semiconductor wafer 22.
[0025]
A cleaning tool 31 for cleaning the upper surface of the semiconductor wafer 22 is disposed on the upper surface side of the semiconductor wafer 22 held on the turntable 11. The cleaning tool 31 is provided at the tip of a swing arm 33 that constitutes a swing mechanism 32 that is driven to swing along the radial direction of the semiconductor wafer 22.
[0026]
That is, the swing arm 33 is formed in a hollow shape as shown in FIG. 2 (a), and a mounting member 33a is provided substantially horizontally at the tip of the swing arm 33. A second member is provided on the upper surface of the mounting member 33a. A motor 34 constituting the driving means is attached with the axis line vertical. The motor 34 is covered with a cover 40 that is detachably attached to the swing arm 33.
[0027]
A mounting shaft 35 is connected to the rotating shaft of the motor 34. The mounting shaft 35 is inserted through a through hole 37 formed along the axial direction at the center of the nozzle body 36 attached to the lower surface of the mounting member 33a, and the tip surface protruding from the through hole 37 is cleaned. A sponge brush 38 as a brush is detachably held.
[0028]
As shown in FIG. 2B, four nozzle holes 39 are formed in the circumferential direction of the nozzle body 36 along the axial direction at intervals of, for example, 90 degrees. A nozzle tube 41 bent toward the tip surface of the sponge brush 38 is connected to the tip of each nozzle hole 39.
[0029]
A space portion 42 that is liquid-tightly closed and communicated with the upper end of the nozzle hole 39 is formed on the upper surface side of the nozzle body 36. The space portion 42 has a first supply pipe 43 a and a second supply pipe. One end of 43b is connected. These supply pipes 43a and 43b are passed through the swing arm 33 and connected to different types of cleaning liquid supply sources (not shown).
[0030]
Accordingly, the cleaning liquid supplied from the supply pipes 43 a and 43 b is ejected from the nozzle pipe 41 toward the sponge brush 38 through the nozzle hole 39. The type of cleaning liquid is selected according to the cleaning conditions, and is supplied from the first supply pipe 43a or the second supply pipe 43b.
[0031]
That is, the motor 34 that rotationally drives the sponge brush 38 and the nozzle body 36 that supplies the cleaning liquid to the cleaning site are unitized by the mounting member 33a. As a result, the motor 34 and the nozzle body 36 can be easily attached to and detached from the swing arm 33, so that maintenance inspections and replacement work can be efficiently performed.
[0032]
Further, since the nozzle body 36 is formed with four nozzle holes 39 located around the sponge brush 38, not only can the cleaning liquid be reliably supplied from the nozzle hole 39 to the periphery of the sponge brush 38, The nozzle tube 41 can be easily positioned with respect to the sponge brush 38.
[0033]
The base end of the swing arm 33 is connected to the upper end of a hollow swing shaft 46 whose axis is vertical. A lower end portion of the swing shaft 46 protrudes downward from a through hole 6 a formed in the base plate 6.
[0034]
The lower end portion of the swing shaft 46 is rotatably supported by a support body 47 provided so as to be movable up and down. The support 47 has a hollow box shape, and an insertion hole 48 for inserting the swing shaft 46 is formed in an upper wall thereof, and the swing shaft inserted from the insertion hole 48 is formed inside. A bearing 49 is provided to rotatably support the lower end of 46. The lower end of the swing shaft 46 protrudes from the bearing 49, and a driven pulley 50 is fitted thereto.
[0035]
A pair of guides 51 are provided on one side surface of the support 47 at predetermined intervals along the vertical direction, and the guides 51 are slidably engaged with the rails 53. The rail 53 is provided along the vertical direction on one side surface of the mounting plate 52 that is suspended from the lower surface of the base plate 6.
[0036]
The mounting plate 52 is provided with a linear motor 54 as a vertical drive source. The drive shaft 54 a of the linear motor 54 is connected to the lower end surface of the support 47 through a bracket 55. Therefore, when the linear motor 54 is operated, the swing arm 33 is driven up and down via the support 47.
[0037]
That is, when the swing arm 33 is lowered, the sponge brush 38 comes into contact with the upper surface of the semiconductor wafer 22 held on the rotary table 11 at a predetermined contact distance, and when it rises above the upper cup 1b, The brush 38 can be swung to the outside of the spin processing device S together with the brush 38.
[0038]
On the other side of the support 47, there is provided a swing drive unit 56 that constitutes a drive means with the linear motor 54. The swing drive unit 56 has a storage box 57 attached to the other side of the support 47. A motor 58 is provided on the lower surface of the storage box 57. A rotating shaft 58a of the motor 58 protrudes into the storage box 57 and is connected to a speed reducing portion 59 provided therein. A drive pulley 62 is fitted on the output shaft 65 of the speed reducing portion 59.
[0039]
The internal space between the support 47 and the storage box 57 is communicated with the opening 63. A timing belt 60 stretched between the driving pulley 62 and the driven pulley 50 is inserted through the opening 63.
[0040]
Therefore, when the motor 58 is operated and the output shaft 65 of the speed reducing portion 59 is driven in the forward and reverse directions, the rotation is transmitted to the swing shaft 46 via the timing belt 60. A sponge brush 38 provided at the tip of the swing arm 33 together with the moving shaft 46 moves (swings) along the radial direction on the surface of the semiconductor wafer 22.
[0041]
The swing drive of the swing shaft 46 , the vertical drive of the swing arm 33, and the rotational drive of the cleaning tool 31 are controlled by a control device 64. Further, the control device 64 controls the rotational speeds of the motor 16 that rotationally drives the rotary table 11 and the motor 34 that rotationally drives the sponge brush 38 based on the set value set in the control device 64. Although not shown, a data input unit, a storage unit, and an arithmetic processing unit for comparing the input data with the stored data are provided.
[0042]
The set value in the control device 64 is set by the rotational speed of the sponge brush 38, the rotational speed of the semiconductor wafer 22, and the swing position of the sponge brush 38 on the semiconductor wafer 22. That is, on the semiconductor wafer 22 of the sponge brush 38, the relative speed between the end surface of the sponge brush 38 that contacts the semiconductor wafer 22 and the portion of the semiconductor wafer 22 that contacts the end surface of the sponge brush 38 is equal to or greater than a predetermined value. The rotational speed of the sponge brush 38 and the semiconductor wafer 22 is set in accordance with the swing position at.
[0043]
Note that, as indicated by P in FIG. 5, the relative speed is a speed at a point on the rotation center side of the semiconductor wafer 22 on the outer periphery of the sponge brush 38, that is, at the rear end in the swing direction of the sponge brush 38.
[0044]
If the relative speed is set to a predetermined value or more in the swing range of the sponge brush 38, the cleaning effect of the semiconductor wafer 22 by the sponge brush 38 can be set to a predetermined value or more.
[0045]
That is, as shown in FIG. 3, the present inventor uses a semiconductor wafer 22 having a diameter of 200 mm, sets the number of rotations of the sponge brush 38 and the number of rotations of the semiconductor wafer 22 to various values, and the sponge brush 38. Between the end surface of the sponge brush 38 that contacts the semiconductor wafer 22 and the portion of the semiconductor wafer 22 that contacts the end surface of the sponge brush 38 when the semiconductor wafer 2 is swung outwardly from the radial center. The change in relative speed was calculated.
[0046]
That is, the straight line A in the figure is when the rotational speed of the sponge brush 38 is 0 rpm and the rotational speed of the semiconductor wafer 22 is 50 rpm. In this case, the distance from the end surface of the sponge brush 38 is 100 mm, that is, the semiconductor wafer 22 When at the center of rotation, the relative speed was 0 mm / sec, the relative speed gradually increased as the sponge brush 38 was moved radially outward, and the relative speed when moved to the end face was 520 mm / sec.
[0047]
Curve B in the figure shows the case where the rotation speed of the sponge brush 38 is 100 rpm and the rotation speed of the semiconductor wafer 22 is 50 rpm. When the position of the sponge brush 38 is 100 mm from the end surface, the relative speed is at the center of the semiconductor wafer 22. It was 160 mm / sec. As the sponge brush 38 is swung outward in the radial direction, the relative speed decreases, the relative speed becomes 0 at a position 70 mm from the end face, and further swung further, the relative speed gradually increases, and the position of the end face is increased. Then, it became 370 mm / sec.
[0048]
Similarly, when the rotational speed of the sponge brush 38 is 200 rpm and the rotational speed of the semiconductor wafer 22 is 50 rpm shown by the curve C, the relative speed is 320 mm / sec when the distance from the end face is 0, and the distance from the end face is The relative speed was 0 when the thickness was 40 mm, and the relative speed was 205 mm / sec at the end face position.
[0049]
Curve D shows the case where the rotational speed of the sponge brush 38 is 300 rpm and the rotational speed of the semiconductor wafer 22 is 50 rpm, the relative speed is 470 mm / sec when the distance from the end face is 0, and the distance from the end face is 10 mm. The relative speed was 0, and the relative speed was 50 mm / sec at the end face position.
[0050]
The straight line E is a case where the rotational speed of the sponge brush 38 is 400 rpm and the rotational speed of the semiconductor wafer 22 is 35 rpm. When the distance from the end face is 0, the relative speed is 620 mm / sec. The speed gradually decreased, and the relative speed was 270 mm / sec at the end face position.
[0051]
4 shows a measurement result of the distribution state of particles remaining on the upper surface of the semiconductor wafer 22 when the semiconductor wafer 2 is cleaned under the cleaning conditions of the straight lines A to E in FIG. The distribution of particles on the upper surface of the semiconductor wafer 22 when cleaned under the cleaning condition of the straight line A is shown, and it has been confirmed that the relative velocity increases, and the particles decrease as going outward in the radial direction. In particular, when the distance from the end face was 40 mm or less, the particle density was nearly zero.
[0052]
Curve b shows the case where cleaning is performed under the cleaning condition of curve B in FIG. 3, and in this case also, the residual density of particles is maximized at a position where the distance from the end face where the relative speed decreases is 70 mm, and outward from the position in the radial direction. It was confirmed that the particle density decreased with time.
[0053]
Curve c is the case of the cleaning condition of curve C in FIG. 3, and curve d is the case of the cleaning condition of curve D in FIG. 3, and these cases also remain on the semiconductor wafer 2 in accordance with changes in relative speed. It was confirmed that the density of particles changed.
[0054]
The straight line e is the case of the cleaning condition of the curve E in FIG. 3. In this case, the particle density is 0.1 particles / mm ² or less over the entire radial direction of the semiconductor wafer 22, and the distance from the end face is 50 to It was confirmed that the particle density was almost 0 at 100 mm.
[0055]
From the above, the sponge brush 38 is swung from the distance of 100 mm from the end surface, which is the center in the radial direction of the semiconductor wafer 2, to the position of 30 mm under the cleaning condition indicated by the straight line E in FIG. If the range from the position where the distance from the end face is 30 mm to the end face is cleaned under the cleaning conditions indicated by the straight line A in the figure, the relative speed is 380 mm / sec or more at the point X where the straight line A and the straight line E intersect. The entire surface of 22 can be cleaned.
[0056]
As a result, the semiconductor wafer 22 can be cleaned with the degree of cleaning indicated by the straight line e in FIG. 4 in the distance from the end face of 100 mm to 30 mm, that is, the particle density is almost zero, and the distance from the end face is 30 mm. 4 to the end face can be cleaned in a state where the particle density is almost zero as shown by a straight line a in FIG.
[0057]
From the above, the rotation of the sponge brush 38 so that the relative speed between the sponge brush 38 and the semiconductor wafer 22 exceeds a predetermined value according to the degree of cleanliness required for the semiconductor wafer 22, that is, the particle density of the semiconductor wafer 22. If the speed and the rotation speed of the semiconductor wafer 22 are set, the semiconductor wafer 22 can be cleaned with the required cleanliness.
[0058]
For example, when it is desired to clean the sponge brush 38 and the semiconductor wafer 22 at a relative speed of 200 mm / sec or more, as shown in FIG. 3, the cleaning is performed under the cleaning condition along the curve D until the distance from the end surface is 55 mm. Then, it is only necessary to clean the straight line A from the position to the end face.
[0059]
The data on the respective cleaning conditions indicated by A to E in FIG. 3 and the data on the cleaning results indicated by a to e in FIG. 4 are stored in the control device 64 in advance, and the control device 64 cleans the semiconductor wafer 22. If the degree, that is, the particle density is input, the control device 64 can determine the relative speed for obtaining the degree of cleanliness. Therefore, by setting the rotational speed of the sponge brush 38 and the rotational speed of the semiconductor wafer 22 based on the relative speed, the semiconductor wafer 22 can be cleaned with a desired degree of cleanliness.
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the cleaning brush may be a brush provided with a brush instead of a sponge brush.
[0060]
【The invention's effect】
According to the present invention , when the cleaning brush is moved outward from the central portion in the radial direction of the object to be cleaned, the end surface of the cleaning brush that contacts the object to be cleaned and the end surface of the object to be cleaned contact. The rotational speed of the cleaning brush and the object to be cleaned was controlled so that the relative speed with respect to the portion was a predetermined value or more.
[0061]
Since the degree of cleaning of the object to be cleaned depends on the relative speed between the cleaning brush and the object to be cleaned, it is possible to clean the entire surface of the object to be cleaned with a desired degree of cleaning by controlling the relative speed. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing the overall configuration of an embodiment of the present invention.
2A is a cross-sectional view of the swing arm, and FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view taken along the line ZZ in FIG. 2A.
FIG. 3 is an explanatory view showing the relationship between cleaning conditions and relative speed.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between particle density, which is also a cleaning condition and a cleaning degree.
FIG. 5 is an explanatory view of a measurement position of a relative speed between a semiconductor wafer and a sponge brush.
[Explanation of symbols]
11 ... Rotary table 16 ... Motor (first driving means)
34: Motor (second driving means)
36 ... Nozzle body 38 ... Sponge brush (cleaning brush)
39 ... Nozzle hole 64 ... Control device (control means)

Claims

In a brush cleaning apparatus for cleaning an object to be cleaned held on a rotary table with a cleaning brush driven to rotate,
First driving means for rotationally driving the rotary table;
Second driving means for rotating the cleaning brush in a direction opposite to the rotary table;
Swing drive means for swinging the cleaning brush along the radial direction of the object to be cleaned;
When the cleaning brush is swung outward from the central portion in the radial direction of the object to be cleaned, a point on the outer periphery of the end surface of the cleaning brush that contacts the object to be cleaned and on the rotation center side of the object to be cleaned Comprising a control means for controlling the first drive means and the second drive means so that the relative speed between the point of contact of the object to be cleaned and a portion of the object to be cleaned is a predetermined value or more;
When the rotational speed of the cleaning brush and the rotational speed of the object to be cleaned are set to various values in the control means, and the cleaning brush is swung outwardly from the radial center of the object to be cleaned and data of the wash conditions is the relative velocity data, for each data of the washing conditions, be stored and cleaning degree is a particle density remaining on the upper surface of the cleaning object data in advance, the input of the cleaning degree And determining the relative speed for obtaining the degree of cleanliness , and controlling the first driving means and the second driving means so as to obtain the determined relative speed.

The cleaning brush is held on the distal end surface of the second driving means provided at the distal end portion of the swing arm that is swung by the swing driving means, and the cleaning brush is provided on the swing arm. 2. A brush cleaning apparatus according to claim 1, further comprising a nozzle body for ejecting a cleaning liquid toward the surface.