JP4282159B2 - Substrate cleaning apparatus and substrate cleaning method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハやフォトマスク用のガラス基板、液晶表示器用のガラス基板、光ディスク用の基板などの基板を洗浄するための技術に係り、特には、基板を保持して鉛直方向の軸芯周りで回転させながら、所定の押圧力で洗浄具を基板の洗浄面に沿わせて水平移動させる動作を含んで基板を洗浄する基板洗浄装置および基板洗浄方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の回転式基板洗浄装置には、スクラブ洗浄装置、超音波式洗浄装置および高圧噴射式洗浄装置がある。
【0003】
例えば半導体デバイスの製造プロセスを例にとって説明すると、LSI等の半導体デバイスがその表面に形成される半導体ウェハ(以後、基板と称す)表面は、プロセス中は、極めて厳格な清浄度を維持する必要がある。そのため各種の製造、処理プロセスの前後には、必要に応じてその都度ウェハの表面を洗浄することがあり、例えばフォトリソグラフィ工程では、かかる洗浄が不可欠になっている。
【0004】
そこでは、基板表面を例えば特開昭57−102024号公報や特開昭62−259447号公報等において開示されたスクラブ洗浄装置により洗浄している。これらスクラブ洗浄装置は水平姿勢で回転する基板の表面にノズルから洗浄液を供給しつつ、ブラシやスポンジ等の洗浄具を回転させながら、この洗浄具を初期設定で設定された押圧力で基板の洗浄面に作用させた状態で接触させる。この状態で洗浄具を基板表面の中心部から外周部まで移動させることにより、表面に付着した異物をこすり落として除去するようになっている。
【0005】
洗浄具は基板の洗浄面に沿わせて一定速度で水平移動させ、基板の洗浄面に付着したパーティクルやゴミを剥離させるとともに、その剥離したパーティクルやゴミなどの洗浄除去物を洗浄液とともに基板の回転による遠心力を利用しながら基板の外方へ流出させるように構成されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、基板表面の膜質に影響を及ぼさないようにするために、基板表面に対する洗浄具の接触は非常に微妙なものが要求される。そこで、例えばブラシ先端を基板表面よりわずかに浮上させた状態で回転させて、基板表面に供給される洗浄液の流れや渦により基板表面を洗浄する、いわゆるハイドロプレーン洗浄を行うことにより、洗浄時における洗浄具の精度の高い位置付けに対処している。そのことで、仮に洗浄具が必要以上に基板に押圧されて基板に微細な傷が発生することを防止している。
【0007】
しかしながら、ハイドロプレーン洗浄で基板を洗浄した場合、基板表面に付着した種々のパーティクル(固体微粒子)を十分除去できないことがある。そこで、再度基板を洗浄し、パーティクルの除去を行っている。このように、ハイドロプレーン洗浄のみでは基板に付着したパーティクルの種類によって、微細なパーティクルが基板表面に残留したり、再度洗浄しなくてはならない。
【0008】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基板表面に付着したパーティクルを効率的に除去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。さらに基板の洗浄面全面にわたって基板への損傷を抑制して、良好に基板を洗浄す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。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。すわなち、請求項1に係る発明は、基板を洗浄する基板洗浄装置であって、基板を鉛直方向の軸芯周りで回転可能に保持し回転させる回転保持手段と、前記基板表面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、前記回転保持手段に保持された基板の洗浄面を洗浄する洗浄具と、前記洗浄具が保持され基板の洗浄面に対して所定の押圧力を付与する押圧手段と、保持された基板の洗浄面に沿わせて前記洗浄具を水平移動させる洗浄具移動手段と、前記押圧手段を自動的に作動して前記洗浄具を前記基板に対して昇降し押圧力を可変とする押圧力制御機構と、
前記洗浄具が基板の外周端縁と基板の回転中心とを含む、基板の洗浄面に沿った経路を水平移動することによって行われる洗浄工程を複数回繰り返し行わせるように、前記洗浄具移動手段による洗浄工程の繰り返しを制御する制御手段と、を具備し、前記制御手段は押圧力制御機構を制御して、前後の洗浄工程では異なる押圧力で洗浄を行うように、洗浄工程を繰り返し、かつ、最初は前記洗浄具が基板表面と洗浄液を介在させて非接触状態の洗浄工程を行い、次に前記洗浄具が基板表面に接触した状態の洗浄工程を行うことを特徴とするものである。
【0011】
請求項2に係る発明は、水平に保持した基板に所定の押圧力で洗浄具を基板の洗浄面に作用させた状態で、洗浄具を基板の洗浄面に沿わせて水平移動させる工程を含んで基板を洗浄する基板洗浄方法において、前記洗浄具が基板の外周端縁と基板の回転中心とを含む、基板の洗浄面に沿った経路を水平移動することによって行われる洗浄工程を複数回繰り返す時、その洗浄具の洗浄面に対する押圧力を前後の洗浄工程で変化させて基板を洗浄し、かつ、最初の洗浄工程では前記洗浄具が基板表面と洗浄液を介在させて非接触状態の洗浄を行い、次の洗浄工程では前記洗浄具が基板表面に接触した状態の洗浄を行うことを特徴とする。
【0012】
本発明の作用は次のとおりである。請求項1に係る発明の基板洗浄装置においては、基板を保持して鉛直方向の軸芯周りに回転させながら、所定の押圧力で洗浄具を基板の洗浄面に作用させた状態で、洗浄具を基板の洗浄面に沿わせて水平移動させる工程を含んで基板を洗浄する。その際、洗浄具による洗浄工程の繰り返しを監視し、その各工程が繰り返される時に前後の洗浄工程では異なる好適な押圧力となるように基板の洗浄面に対する洗浄具の押圧力を変化させて基板を洗浄する。すなわち、最初の押圧力による洗浄工程で除去されなかったパーティクルを除去すべく異なる押圧力の洗浄工程を有する。その結果、少ない洗浄回数で基板表面の清浄度が得られる。
【0013】
さらに請求項1に係る発明では、最初の洗浄工程では洗浄具が基板表面と洗浄液を介在させて非接触状態の洗浄を行い、次の洗浄工程では洗浄具が基板表面に接触した状態の洗浄を行う。最初の洗浄工程では、洗浄具と基板表面との間の洗浄液を掃き出すように作用して、基板表面のパーティクルを洗浄液の流れと渦により除去する。次の洗浄工程では、洗浄具が基板表面に接触した状態で洗浄するので、基板表面に付着状態の強いパーティクルが除去される。
【0014】
これにより、基板への損傷が生じず比較的小さな押圧力で基板を洗浄する移動工程の後で、基板への損傷が生じず、洗浄残りが起きない程度の比較的大きな押圧力で基板を洗浄する移動工程を繰り返すことができる。即ち、洗浄したいパーティクルの種類に応じて基板の洗浄面に対する洗浄具の好適な押圧力の洗浄工程を有することで、基板の洗浄を良好にすることができる。
【0016】
請求項2に係る発明の基板洗浄方法においては、基板を水平に保持して所定の押圧力で洗浄具を基板の洗浄面に作用させる。そして、洗浄具を基板の洗浄面に沿わせて水平移動させる工程の繰り返しを監視し前後の洗浄工程で洗浄具の洗浄面に対する押圧力を変化させて基板を洗浄する。この発明によれば、一つの押圧力で除去できないパーティクルが繰り返される工程によって除去される。さらに請求項2に係る発明では、最初の洗浄工程では洗浄具が基板表面と洗浄液を介在させて非接触状態の洗浄を行い、次の洗浄工程では洗浄具が基板表面に接触した状態の洗浄を行う。最初の洗浄工程では、洗浄具と基板表面との間の洗浄液を掃き出すように作用して、基板表面のパーティクルを洗浄液の流れと渦により除去する。次の洗浄工程では、洗浄具が基板表面に接触した状態で洗浄するので、基板表面に付着状態の強いパーティクルが除去される。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の一実施例における回転式基板洗浄装置の模式的断面図、図2は図1の回転式基板洗浄装置の模式的平面図である。図1および図2の回転式基板洗浄装置はスクラブ洗浄装置である。
【0018】
図1に示すように、スクラブ洗浄装置1は、ウェハ等の基板Wを保持して回転させる基板回転保持機構2と、基板W表面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段3と、基板の表面を洗浄する洗浄手段4より構成される。
【0019】
基板回転保持機構2は、カップ21内に基板Wを吸引保持する真空吸着式スピンチャックからなる回転保持手段22が配設されている。回転保持手段22は、電動モータ23の回転軸24の上端に、基板Wを真空吸着保持する回転台25が一体回転可能に取り付けられ、電動モータ23の駆動によって鉛直方向の回転軸P1の周りで回転駆動される。よって、基板Wが回転軸P1周りで回転可能に構成されている。
【0020】
なお、本実施例では、回転台25を真空吸着式のものとして回転保持手段22を構成しているが、これに限られるものではなく、例えば、回転台25上に基板Wの外周部を下面から支持する基板支持部材を複数設けるとともに、これら基板支持部材に支持された基板Wの水平方向の位置を規制する位置決めピンを設けて回転保持手段を構成し、基板Wを回転台25上面から離間した状態で回転可能に保持させるようにしてもよい。
【0021】
回転保持手段22およびそれによって保持された基板Wの周囲は、基板Wを取り囲むように昇降駆動機構(図示せず)によって昇降可能なカップ21で覆われている。よってカップ21は上下動自在に構成されている。そしてカップ21の下面には、洗浄液を排出するための排出口211が設けられている。
【0022】
洗浄液供給手段3は、カップ21の横外側方に、基板Wの洗浄面(上面:通常は表面)に向けて洗浄液としての純水を噴射供給するノズル31aと、薬液などを調合した洗浄液を噴出供給するノズル31bとが設けられている。ノズル31aへの純水の供給は図示しない開閉弁を介して純水供給部から行なわれる。ノズル31bへは、例えば、本出願人が特願平8−90581号として提案している液調合ユニットによって、複数種類の薬液が調合された洗浄液や、薬液の原液が純水で希釈された洗浄液などが供給されうようになっている。
【0023】
洗浄手段4は、カップ21の側方で、支持アーム41が電動モータ421やベルト伝動機構422などで構成されているアーム回転駆動部42により鉛直方向の回転軸P2の周りで回動可能に設けられている。更に支持アーム41は、ボールネジやベルト駆動機構などの周知の一軸方向駆動機構で構成される昇降駆動部43によって昇降可能に構成されているとともに、支持アーム41の先端部には後述する洗浄具駆動部44が内設され、洗浄具駆動部44の下部に洗浄具45が取り付けられている。洗浄具45は洗浄具駆動部44により鉛直方向の回転軸P3の周りで回転駆動される。
【0024】
図2に示すように、支持アーム41はカップ21の横外側方に待機されているとともに、その状態で洗浄具45が図示しない待機ポットに複数種類の洗浄具とともに待機されて洗浄されている。
【0025】
洗浄具45は、例えばブラシ材より構成される。ブラシ材の材質は、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリアミド(PA)およびアクリル樹脂、ナイロンブラシ、モヘアブラシ等である。また、洗浄具45としては他に、スポンジ製、フェルト製、プラスチック製のものが使用される。
【0026】
以上の構成により、支持アーム41は基端部を支軸に、昇降駆動部44によって上方に移動された後に、アーム回転駆動部42によってカップ21の横外側方の待機位置と回転台25に保持された基板W上の図中に二点鎖線で示す洗浄位置との間で変位可能となる。これにより、洗浄具45を基板Wの洗浄時は、基板Wの表面上に沿わせて水平移動できるようになっている。即ち、支持アーム41とアーム回転駆動部42が本願の洗浄具移動手段に相当する。
【0027】
図3の支持アーム41の拡大縦断面図に示すように、先端側アーム部分41a内には、ベアリング51、51を介して回転体52が前記回転軸P3周りで回転可能に設けられている。この回転体52に一体回転可能に取り付けられたプーリー53と電動モータ54とがタイミングベルト55を介して連動連結されている。回転体52のプーリー53を挟む上下両側箇所のそれぞれに一対ずつのガイドローラ56が設けられている。これらのガイドローラ56が、下端に洗浄具45を取り付けた洗浄具支持体57の途中箇所に形成したスプライン部58に作用するように構成され、回転体52と一体回転しながら抵抗少なく洗浄具支持体57を昇降できるように構成されている。
【0028】
洗浄具支持体57に一体回転可能にバネ座61が取り付けられ、そのバネ座61と、回転体52に取り付けられたバネ座62とにわたって圧縮コイルスプリング63が設けられ、洗浄具45および洗浄具支持体57の重量に釣り合って、洗浄具45を先端側アーム部分41aに対して所定高さに維持させるように重量均衡機構60が構成されている。なお、圧縮コイルスプリング63に代えて、弾性変位の程度にかかわらず反発力が一定の非線形バネを用いるようにしても良い。
【0029】
洗浄具支持体57の上端にベアリング64を介して相対回転のみ可能に当接部材65が取り付けられている。この当接部材65の上端には操作ロッド66が連結されている。操作ロッド66は、リニアアクチュエータ67を構成するコイル68内に貫通されている。
【0030】
図4のブロック図に示すように、電源装置70は電源71と可変抵抗器72とから構成され、可変抵抗器72の抵抗値を調節することによりコイル68に流す電流を変え、リニアアクチュエータ67の電磁力を調節し、操作ロッド66を直線的に昇降してその高さ位置を調節できるように構成されている。これにより、洗浄具支持体57を介して洗浄具45を昇降してその高さ位置を調節し、洗浄具45の高さ位置に応じた押圧荷重(押圧力)で洗浄具45を基板Wの表面に作用(押圧)させることができるようになっている。リニアアクチュエータ67と電源装置70とは本発明における押圧手段を構成する。また、基板Wの洗浄中に可変抵抗器72の抵抗値を変更することで、基板Wの洗浄中の基板Wの表面に対する洗浄具45の押圧力を任意に変更することも可能である。
【0031】
そして、前記バネ座61、62と圧縮コイルスプリング64とからなる重量均衡機構60、および操作ロッド66それぞれの平面視における中心が洗浄具45の回転中心P3に一致するように設けられている。
【0032】
また、先端側アーム部分41aと回転体52の下部側との間の、磁性流体シール81とラビリンス機構82が設けられ、その上部のベアリング51で回転に伴う摩耗によって発生するゴミが基板W上に落下したり、洗浄液が侵入したりすることを回避できるように構成さている。
【0033】
図4に示すように、電源装置70内の可変抵抗器72の抵抗値は、制御手段としての制御部9によって調節されるように構成されている。この制御部9は、記憶手段91から洗浄工程の繰り返し回数、洗浄具45の回転速度データ、洗浄具45による押圧力等のデータが与えられるとともに、電動モータ23、54、421の駆動制御やノズル31a、31bから基板Wへの洗浄液の供給制御(洗浄液の供給とその停止の制御)を行う。また、制御部9には押圧荷重設定器92も接続されている。
【0034】
そして、押圧荷重設定器92からの設定値に応じて制御部9により電源装置70を制御することで押圧力が設置値に制御される。即ち、この構成が本発明における押圧力制御機構を構成する。
【0035】
次に、上記構成の実施例装置の動作を説明する。まず、作業者は、基板Wの洗浄に先立ち、基板W上に形成された膜などの種類(アルミ膜、酸化膜、窒化膜、ポリシリコン膜、パターン膜、ベアシリコンなど)や、基板Wに付着している汚染物の性質、種類などに応じて、それに対応する洗浄時の押圧力(押圧荷重)を押圧荷重設定器92から設定する。
【0036】
スクラブ洗浄装置1において、基板Wが基板回転保持機構2に保持されると(あるいは、作業者により洗浄開始指令が与えられると)、制御部9は支持アーム41を上昇して電動モータ421を駆動して、支持アーム41を回転軸P2の周りで回動させ、洗浄具45を待機位置から基板Wの回転中心P1上に水平移動させる。一方、可変抵抗器72の抵抗値を調節して、上記で設定された押圧力で洗浄具45を基板Wの表面に作用させる。
【0037】
そして、電動モータ23を駆動させて基板Wを回転させながら、ノズル31a、31bから基板Wに洗浄液を噴出供給し、必要に応じて電動モータ54を駆動して洗浄具45を回転軸P3周りに回転しつつ、電動モータ421を駆動して洗浄具45を基板Wの表面上に沿わせて一定速度で水平移動させて基板Wの洗浄を行う。なお、洗浄具45を回転軸P3周りに回転させて基板Wを洗浄するか、回転させずに基板Wに形成された膜の種類や洗浄具45の種類などに応じて決められる。
【0038】
詳細には、制御部9が、選択され記憶手段91より与えられる洗浄制御フローデータに従って各機器を制御して、基板Wの洗浄を行う。すなわち、まず、搬入工程として、制御部9は、図示しない搬送機構による基板Wの搬入の指令を受け取ると、カップ21を下降させて回転台24をカップ21の上方に突出させ、その状態で本装置1内に基板Wが搬入されると、その基板Wを回転台24に保持させる。そして、カップ21を上昇させて回転保持手段22およびそれに保持された基板Wの周囲にカップ21を配置させる。
【0039】
このとき同時に制御部9は、待機位置において選択された押圧荷重設定器92内の押圧荷重値に従って可変抵抗器72を制御して洗浄具45の基板Wへの押圧荷重(押圧力)の調整を行う。
【0040】
洗浄具45による洗浄の開始タイミングで、制御部9は、昇降駆動部43、アーム回転駆動部42を駆動して、支持アーム41を待機位置から洗浄位置へと変位させるとともに、選択された洗浄制御フローデータ内の基板回転数に従って電動モータ23を駆動して基板Wを指定された回転数で回転させ、さらにノズル31bから基板Wへの洗浄液の噴出供給を開始させる。
【0041】
そして、回転台24は、基板Wの上面を上向きにして水平な状態で吸着保持し、その保持した基板Wを回転させる。こうして基板Wを回転させながら回転台24で支持されている基板Wの中心近くの所定位置に、ノズル31bから洗浄液を供給すると、基板Wの表面全体に遠心力により洗浄液がむらなく供給される。
【0042】
次に、基板Wの表面全体を洗浄する。
制御部9は、昇降駆動部43を駆動して、支持アーム41に保持された洗浄具45を、基板Wの回転中心P1上において基板Wに洗浄具45の洗浄面が基板W表面と一定の間隙を有して位置する所定高さ位置まで降下させるとともに、その降下中において、選択された洗浄制御フローデータ内のブラシ回転数に従って電動モーター54を駆動して洗浄具45を回転軸P3周りで回転させる。そして、選択された洗浄制御フローデータ内の洗浄方法、速度に従ってアーム回転駆動部42を駆動して、洗浄具45を指定されたスキャン方法で、かつ、指定されたスキャン速度でスキャンさせて洗浄液を供給しながらの洗浄具45による基板Wの洗浄を行う。
【0043】
基板Wの表面上を沿わせての洗浄具45の水平移動は、図5(a)に示すように、洗浄具45を基板Wの回転中心Jと外周端縁Gとの間HF(その間HFを往復移動させることもある)で行う場合と、図5(b)に示すように、洗浄具45を基板Wの一方の外周端縁G1から回転中心Jを経由して他方の外周端縁G2の範囲AF(その範囲AFを往復移動させることもある)で行う場合とがある。いずれの場合も洗浄具45により基板Wの表面全体を洗浄することができる。
【0044】
そして、制御部9は、この選択された洗浄制御データ内の回数だけ洗浄具45を図5(a)または図5(b)に示すように、基板Wの表面上をスキャンさせるように制御する。
【0045】
この洗浄工程のスキャンの繰り返しにおける押圧力に関しては押圧荷重設定器92から与えられる情報に応じて制御部9により以下の制御を行う。押圧力に関して図6を参照して説明する。図6の例では、最初に図5(b)に示すスキャン方法で洗浄工程(AF1 )が行なわれる。この洗浄工程(AF1 )では洗浄具45の洗浄面は基板W表面と一定の間隙を有して位置する。そして、この洗浄具45と基板W表面との間の洗浄液を掃き出すように作用して、基板W表面のパーティクルを洗浄液の流れと渦により除去する。
【0046】
最初の洗浄工程(AF1 )が終了すると、第2の洗浄工程(AF2)が行なわれる。この第2の洗浄工程(AF2)では、洗浄具45の洗浄面が基板W表面に接触する洗浄状態で支持アーム41の旋回に従って基板Wの表面全体を洗浄する。これにより、基板W表面の付着状態の強いパーティクルが除去される。
【0047】
洗浄具45は基板Wの外周端縁G1から回転中心Jを介して外周縁端G2に向かって水平移動する間、押圧力は一定で行なわれる。一方、第2の洗浄工程(AF2)は最初の洗浄工程(AF1)の押圧力よりは強い状態であり、最初の洗浄工程(AF1)で洗浄されなかったパーティクルが除去される。
【0048】
図6の洗浄工程では、更に続いて2回の洗浄工程(AF3、AF4)を有し、計4回の洗浄工程が実施される。そして、この繰り返される洗浄工程において押圧荷重設定器92による押圧力の設定値が段階的の高くなるように設定されており、制御部9が各洗浄工程の繰り返しを監視しその各洗浄工程の移り変わり時点で可変抵抗器72を調整して押圧力を変更する。これらは記憶手段91からの洗浄制御フローデータをもとにタイミングが検出される。
【0049】
以上のようにして洗浄が終了すると、洗浄具45の回転を停止させ、洗浄液の噴出供給停止のタイミングで、制御部9はノズル31bからの洗浄液の噴出供給を停止させ、また、昇降駆動部43、アーム回転駆動部42を駆動して支持アーム41を洗浄位置から待機位置へと変位させ、支持アーム41に保持している洗浄具45を待機ポットに収納待機させてその洗浄具45を洗浄させる。
【0050】
同様に、次の洗浄工程による洗浄の開始タイミングで、制御部9は、純水供給部を制御して純水の基板W表面への供給による洗浄制御を実施する。この時、制御部9は、支持アーム41に保持された洗浄具45を、選択された洗浄制御データ内の洗浄部材制御フローデータの方法、速度に従って駆動し、指定された図6と同様の押圧力で純水を供給しながらの基板Wの洗浄を行う。
【0051】
そして、上記基板Wの搬入と逆の手順で洗浄処理を終えた基板Wの搬出が行なわれる。カップ21が下降すると図示しない基板搬送機構は、装置1内から基板Wを搬出して、その基板Wを次工程に搬送する。このとき、装置1は初期状態となり、基板搬送機構によって新たな処理前の基板Wが搬入されてくると、洗浄処理を繰り返し行なう。
【0052】
以上のように、図6の例の洗浄工程では、洗浄工程の繰り返しにおいて押圧力が異なる。そのため、基板Wに対する洗浄状態は洗浄工程で異なる。これにより、洗浄具45により基板W表面に付着したパーティクルに作用する摩擦力が異なる。したがって、洗浄具45により基板W表面から洗浄工程(AF1)から洗浄工程(AF4)にかけて、それぞれで種類が異なるパーティクルがはぎ取られる。このように、異なる洗浄状態で洗浄を行うことにより、基板Wの表面に付着したパーティクルを良好に除去することができる。
【0053】
ところで、押圧力を何段階で変化させるかは、洗浄したいパーティクルによっても変る。図7に示すように、洗浄液の流れによる所謂、ハイドロプレーン現象による除去による洗浄工程(AF11、AF13)と直接的な接触による摩擦による除去による洗浄工程(AF12、AF14)とを順次繰り返すようにしてもよい。このように、2種類の洗浄状態をそれぞれ繰り返すことで、基板Wの表面に付着した目的とするパーティクルのはぎ取りおよび掃き出しが十分に行なわれる。
【0054】
更に、図6の洗浄工程において、ハイドロプレーン現象による除去による洗浄工程であるAF1の前に洗浄具45が基板W表面に接触する洗浄状態であるAF2を実施するようにしても良い。このように、先の接触状態の洗浄工程を行うことで、基板Wの表面に付着したパーティクルのはぎ取りおよび掃き出しが一層十分に行なわれる。
【0055】
更に本発明は、次のように変形実施することも可能である。
上記実施例では、リニアアクチュエータ67と電源装置70とで押圧手段を構成したが、押圧手段はこれに限らず、種々の構成で実現することができる。すなわち、制御部9はエアシリンダへのエアーの供給を制御することで、シリンダロッドの推進力を調節し、基板Wの表面に対する洗浄ブラシの高さ位置を調節して押圧力を適宜に変更する。あるいは、錘を用いた機構などで構成される。
【0056】
さらに支持アーム41の先端部には、例えば、特開平8−10719号公報や特開平8−10736号公報などに開示されたブラシチャック部が設けられていて、待機ポットから任意の洗浄具を選択して保持し、基板Wの洗浄に用いることができるように構成してもよい。
【0057】
さらに、上記実施例では、洗浄具45を基板Wの表面に沿って水平移動させるのに、電動モータ421により支持アーム41を回転軸P2周りで回転させるように構成しているが、エアシリンダーやボールネジなどの適宜な1軸方向移動機構などにより支持アームを直線方向に移動させ、基板Wの表面に沿って洗浄ブラシを直線状に水平移動させるように構成してもよい。
【0058】
更に、基板Wの表面に対する洗浄具の押圧力を検知するセンサ(例えば、ロードセル型のセンサ)を具備し、基板Wの洗浄中の基板Wの表面に対する洗浄ブラシの実際の押圧力を検知して、この検知情報に基づき上記の洗浄工程を行うように構成してもよい。
【0059】
さらに、上記の実施形態では洗浄具の押圧力のみを繰り返す洗浄工程で異なるとうに調節したが、同時に支持アーム41の移動速度や回転台25の回転速度を制御することも可能である。
【0060】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、基板を洗浄する基板洗浄装置であって、基板を鉛直方向の軸芯周りで回転可能に保持し回転させる回転保持手段と、前記基板表面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、前記回転保持手段に保持された基板の洗浄面を洗浄する洗浄具と、前記洗浄具が保持され基板の洗浄面に対して所定の押圧力を付与する押圧手段と、保持された基板の洗浄面に沿わせて前記洗浄具を水平移動させる洗浄具移動手段と、前記押圧手段を自動的に作動して前記洗浄具を前記基板に対して昇降し押圧力を可変とする押圧力制御機構と、前記洗浄具が基板の外周端縁と基板の回転中心とを含む、基板の洗浄面に沿った経路を水平移動することによって行われる洗浄工程を複数回繰り返し行わせるように、前記洗浄具移動手段による洗浄工程の繰り返しを制御する制御手段と、を具備し、前記制御手段は押圧力制御機構を制御して、前後の洗浄工程では異なる押圧力で洗浄を行うように、洗浄工程を繰り返す。よって、各洗浄工程が繰り返される時に異なる好適な押圧力となるように基板の洗浄面に対する洗浄具の押圧力を変化させて基板を洗浄する。すなわち、最初の押圧力による洗浄工程で除去されなかったパーティクルを除去すべく異なる押圧力の洗浄工程を有する。その結果、少ない洗浄回数で基板表面の清浄度が得られる。さらに本発明によれば、基板を水平に保持して所定の押圧力で洗浄具を基板の洗浄面に作用させた状態で、洗浄具を基板の洗浄面に沿わせて水平移動させる工程を含んで基板を洗浄する基板洗浄方法において、前記洗浄具が基板の外周端縁と基板の回転中心とを含む、基板の洗浄面に沿った経路を水平移動することによって行われる洗浄工程を複数回繰り返す時、その洗浄具の洗浄面に対する押圧力を前後の洗浄工程で変化させて基板を洗浄する。よって、この発明によれば、一つの押圧力で除去できないパーティクルが除去される。また、本発明装置及び方法によれば、最初の洗浄工程では洗浄具が基板表面と洗浄液を介在させて非接触状態の洗浄を行い、次の洗浄工程では洗浄具が基板表面に接触した状態の洗浄を行うので、基板の洗浄を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施例に係る基板洗浄装置全体の概略構成を示す縦略構成を示す縦断面図である。
【図2】図2は本発明の一実施例に係る基板洗浄装置全体の概略構成を示す模式的平面図である。
【図3】図3は実施例装置の支持アームの拡大縦断面図である。
【図4】図4は実施例装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図5】図5は基板表面に沿わせての洗浄具の水平移動の経路を示す図である。
【図6】図6は基板表面上での洗浄具の位置に応じて押圧力を変化させる制御例を示す図である。
【図7】図7は基板表面上での洗浄具の位置に応じて押圧力を変化させる制御例を示す他の実施例の図である。
【符号の説明】
1 スクラブ洗浄装置
2 基板回転保持機構
22 回転保持手段
23 電動モータ
24 回転台
3 洗浄液供給手段
4 洗浄手段
41 支持アーム
42 アーム回転駆動部
43 昇降駆動部
44 洗浄具駆動部
45 洗浄具
67 リニアアクチュエータ
68 コイル
70 電源装置
72 可変抵抗器
9 制御部
91 記憶手段
92 押圧荷重設定器
W 基板
P1、P2、P3 回転軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technology for cleaning a substrate such as a glass substrate for a semiconductor wafer or a photomask, a glass substrate for a liquid crystal display, or a substrate for an optical disk, and more particularly, a vertical axis core that holds the substrate. The present invention relates to a substrate cleaning apparatus and a substrate cleaning method for cleaning a substrate including an operation of horizontally moving a cleaning tool along a cleaning surface of a substrate with a predetermined pressing force while rotating around.
[0002]
[Prior art]
Conventional rotary substrate cleaning apparatuses of this type include a scrub cleaning apparatus, an ultrasonic cleaning apparatus, and a high-pressure jet cleaning apparatus.
[0003]
For example, a semiconductor device manufacturing process will be described as an example. The surface of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a substrate) on which a semiconductor device such as an LSI is formed must maintain extremely strict cleanliness during the process. is there. Therefore, before and after various manufacturing and processing processes, the surface of the wafer may be cleaned whenever necessary. For example, in the photolithography process, such cleaning is indispensable.
[0004]
In this case, the surface of the substrate is cleaned by a scrub cleaning apparatus disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 57-102024 and 62-259447. These scrub cleaning devices supply the cleaning liquid from the nozzle to the surface of the substrate that rotates in a horizontal position, and rotate the cleaning tool such as a brush or sponge to clean the substrate with the pressing force set by default. The contact is made while acting on the surface. In this state, the cleaning tool is moved from the central portion of the substrate surface to the outer peripheral portion, so that the foreign matter adhering to the surface is scraped off and removed.
[0005]
The cleaning tool moves horizontally along the cleaning surface of the substrate at a constant speed to peel off particles and dust adhering to the cleaning surface of the substrate, and rotate the substrate together with the cleaning liquid with the cleaning removal material such as the separated particles and dust. It is configured to flow out to the outside of the substrate while utilizing the centrifugal force.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In this case, in order not to affect the film quality of the substrate surface, the cleaning tool needs to be very delicately contacted with the substrate surface. Therefore, for example, by rotating the brush tip slightly floating above the substrate surface and cleaning the substrate surface with the flow or vortex of the cleaning liquid supplied to the substrate surface, so-called hydroplane cleaning is performed. Addresses the precise positioning of cleaning tools. This prevents the cleaning tool from being pressed more than necessary by the substrate and causing fine scratches on the substrate.
[0007]
However, when the substrate is cleaned by hydroplane cleaning, various particles (solid fine particles) adhering to the substrate surface may not be sufficiently removed. Therefore, the substrate is washed again to remove particles. As described above, only the hydroplane cleaning requires that fine particles remain on the substrate surface or be cleaned again depending on the type of particles attached to the substrate.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a substrate cleaning apparatus and a substrate cleaning method capable of efficiently removing particles adhering to the substrate surface. It is another object of the present invention to provide a substrate cleaning apparatus and a substrate cleaning method capable of satisfactorily cleaning the substrate while suppressing damage to the substrate over the entire cleaning surface of the substrate.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the present invention has the following configuration. That is, the invention according to
The cleaning tool moving means is configured to repeatedly perform a cleaning process performed by horizontally moving a path along the cleaning surface of the substrate including the outer peripheral edge of the substrate and the rotation center of the substrate. And a control means for controlling the repetition of the cleaning process by the control means, wherein the control means controls the pressing force control mechanism so that the cleaning process is repeated so that cleaning is performed with different pressing forces in the preceding and following cleaning processes.First, the cleaning tool performs a non-contact cleaning process with the substrate surface and cleaning liquid interposed therebetween, and then performs a cleaning process in which the cleaning tool is in contact with the substrate surface.It is characterized by this.
[0011]
Claim2The invention according to the invention includes a step of horizontally moving the cleaning tool along the cleaning surface of the substrate in a state where the cleaning tool is applied to the cleaning surface of the substrate with a predetermined pressing force on the horizontally held substrate. In the substrate cleaning method for cleaning, when the cleaning tool repeats a cleaning process performed by moving horizontally along a path along the cleaning surface of the substrate, including the outer peripheral edge of the substrate and the rotation center of the substrate, The substrate is cleaned by changing the pressing force on the cleaning surface of the cleaning tool between the front and rear cleaning processes.In the first cleaning step, the cleaning tool performs cleaning in a non-contact state by interposing a cleaning liquid with the substrate surface, and in the next cleaning process, cleaning is performed with the cleaning tool in contact with the substrate surface.It is characterized by that.
[0012]
The operation of the present invention is as follows. In the substrate cleaning apparatus according to the first aspect of the present invention, the cleaning tool is held in a state where the cleaning tool is applied to the cleaning surface of the substrate with a predetermined pressing force while holding the substrate and rotating it around the vertical axis. The substrate is cleaned including a step of horizontally moving the substrate along the cleaning surface of the substrate. At that time, the repetition of the cleaning process by the cleaning tool is monitored, and when each process is repeatedIn the cleaning process before and afterThe substrate is cleaned by changing the pressing force of the cleaning tool against the cleaning surface of the substrate so as to have a different preferable pressing force. That is, it has a cleaning process with different pressing forces in order to remove particles that were not removed in the cleaning process with the first pressing force. As a result, the cleanliness of the substrate surface can be obtained with a small number of cleanings.
[0013]
Further, in the invention according to
[0014]
As a result, after the moving process of cleaning the substrate with a relatively small pressing force without causing damage to the substrate, the substrate is cleaned with a relatively large pressing force so that the substrate is not damaged and no cleaning residue occurs. The moving process can be repeated. That is, it is possible to improve the cleaning of the substrate by having a cleaning step with a suitable pressing force of the cleaning tool for the cleaning surface of the substrate according to the type of particles to be cleaned.
[0016]
Claim2In the substrate cleaning method according to the invention, the substrate is held horizontally and the cleaning tool is applied to the cleaning surface of the substrate with a predetermined pressing force. Then, the repetition of the process of horizontally moving the cleaning tool along the cleaning surface of the substrate is monitored, and the substrate is cleaned by changing the pressing force on the cleaning surface of the cleaning tool in the preceding and following cleaning processes. According to the present invention, particles that cannot be removed by one pressing force are removed by a repeated process.Further, in the invention according to
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic sectional view of a rotary substrate cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view of the rotary substrate cleaning apparatus of FIG. The rotary substrate cleaning apparatus of FIGS. 1 and 2 is a scrub cleaning apparatus.
[0018]
As shown in FIG. 1, a
[0019]
The substrate
[0020]
In this embodiment, the
[0021]
The periphery of the rotation holding means 22 and the substrate W held thereby is covered with a
[0022]
The cleaning liquid supply means 3 sprays a cleaning liquid prepared by mixing a chemical liquid and the like to the laterally outer side of the
[0023]
The cleaning means 4 is provided on the side of the
[0024]
As shown in FIG. 2, the
[0025]
The
[0026]
With the above configuration, the
[0027]
As shown in the enlarged vertical sectional view of the
[0028]
A
[0029]
An abutting
[0030]
As shown in the block diagram of FIG. 4, the
[0031]
Further, the
[0032]
In addition, a
[0033]
As shown in FIG. 4, the resistance value of the
[0034]
Then, the control unit 9 controls the
[0035]
Next, the operation of the embodiment apparatus configured as described above will be described. First, prior to the cleaning of the substrate W, the operator applies the type of film or the like (aluminum film, oxide film, nitride film, polysilicon film, pattern film, bare silicon, etc.) formed on the substrate W to the substrate W. In accordance with the nature and type of the adhered contaminants, a corresponding pressing force (pressing load) at the time of cleaning is set from the pressing
[0036]
In the
[0037]
Then, while driving the
[0038]
More specifically, the control unit 9 controls each device in accordance with the cleaning control flow data selected and given from the
[0039]
At the same time, the control unit 9 controls the
[0040]
At the start timing of the cleaning by the
[0041]
The
[0042]
Next, the entire surface of the substrate W is cleaned.
The controller 9 drives the elevating
[0043]
As shown in FIG. 5A, the horizontal movement of the
[0044]
Then, the control unit 9 controls the
[0045]
With respect to the pressing force in repeated scanning of the cleaning process, the following control is performed by the control unit 9 in accordance with information given from the pressing
[0046]
When the first cleaning step (AF1) is completed, the second cleaning step (AF2) is performed. In the second cleaning step (AF2), the entire surface of the substrate W is cleaned according to the turning of the
[0047]
While the
[0048]
The cleaning process of FIG. 6 further includes two cleaning processes (AF3 and AF4), and a total of four cleaning processes are performed. In this repeated cleaning process, the setting value of the pressing force by the pressing
[0049]
When the cleaning is completed as described above, the rotation of the
[0050]
Similarly, at the start timing of cleaning in the next cleaning process, the control unit 9 controls the pure water supply unit to perform cleaning control by supplying pure water to the surface of the substrate W. At this time, the control unit 9 drives the
[0051]
Then, the substrate W that has been subjected to the cleaning process is carried out in the reverse order of the loading of the substrate W. When the
[0052]
As described above, in the cleaning process of the example of FIG. 6, the pressing force is different in the repetition of the cleaning process. Therefore, the cleaning state for the substrate W differs in the cleaning process. Thereby, the frictional force acting on the particles attached to the surface of the substrate W by the
[0053]
By the way, how many stages the pressing force is changed also depends on the particles to be cleaned. As shown in FIG. 7, a so-called cleaning process (AF11, AF13) by removal due to the flow of cleaning liquid and a cleaning process (AF12, AF14) by removal by friction by direct contact are sequentially repeated. Also good. Thus, by repeating each of the two types of cleaning states, the target particles adhering to the surface of the substrate W are sufficiently stripped and swept out.
[0054]
Furthermore, in the cleaning process of FIG. 6, AF2 which is a cleaning state in which the
[0055]
Furthermore, the present invention can be modified as follows.
In the above embodiment, the pressing means is configured by the
[0056]
Further, the tip of the
[0057]
Further, in the above embodiment, the horizontal movement of the
[0058]
Further, a sensor (for example, a load cell type sensor) for detecting the pressing force of the cleaning tool against the surface of the substrate W is provided, and the actual pressing force of the cleaning brush against the surface of the substrate W during the cleaning of the substrate W is detected. The above cleaning process may be performed based on the detection information.
[0059]
Furthermore, in the above-described embodiment, the adjustment is performed in such a manner that the cleaning process repeats only the pressing force of the cleaning tool. However, it is also possible to simultaneously control the moving speed of the
[0060]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, there is provided a substrate cleaning apparatus for cleaning a substrate, the rotation holding means for rotating and holding the substrate around a vertical axis, and the substrate surface. A cleaning liquid supply means for supplying a cleaning liquid to the substrate, a cleaning tool for cleaning the cleaning surface of the substrate held by the rotation holding means, and a press for holding the cleaning tool and applying a predetermined pressing force to the cleaning surface of the substrate. Means, a cleaning tool moving means for horizontally moving the cleaning tool along the cleaning surface of the held substrate, and a pressing force that automatically operates the pressing means to raise and lower the cleaning tool relative to the substrate. And a cleaning process that is performed by horizontally moving the path along the cleaning surface of the substrate including the outer peripheral edge of the substrate and the rotation center of the substrate. Let the washing done Control means for controlling the repetition of the cleaning process by the moving means, and the control means controls the pressing force control mechanism and repeats the cleaning process so that cleaning is performed with different pressing forces in the preceding and following cleaning processes. . Therefore, the substrate is cleaned by changing the pressing force of the cleaning tool against the cleaning surface of the substrate so as to have a different preferable pressing force when each cleaning step is repeated. That is, it has a cleaning process with different pressing forces in order to remove particles that were not removed in the cleaning process with the first pressing force. As a result, the cleanliness of the substrate surface can be obtained with a small number of cleanings. Furthermore, according to the present invention, the method includes the step of horizontally moving the cleaning tool along the cleaning surface of the substrate while holding the substrate horizontally and causing the cleaning tool to act on the cleaning surface of the substrate with a predetermined pressing force. In the substrate cleaning method for cleaning a substrate, the cleaning step is repeated a plurality of times when the cleaning tool horizontally moves along a path along the cleaning surface of the substrate including the outer peripheral edge of the substrate and the rotation center of the substrate. At this time, the substrate is cleaned by changing the pressing force with respect to the cleaning surface of the cleaning tool in the previous and subsequent cleaning steps. Therefore, according to the present invention, particles that cannot be removed with one pressing force are removed.Further, according to the apparatus and method of the present invention, the cleaning tool performs non-contact cleaning with the substrate surface and the cleaning liquid interposed in the first cleaning process, and the cleaning tool is in contact with the substrate surface in the next cleaning process. Since the cleaning is performed, the substrate can be satisfactorily cleaned.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration showing a schematic configuration of an entire substrate cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view showing a schematic configuration of an entire substrate cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged longitudinal sectional view of a support arm of the embodiment device.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a control system of the apparatus according to the embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a path of horizontal movement of the cleaning tool along the surface of the substrate.
FIG. 6 is a diagram illustrating a control example in which the pressing force is changed in accordance with the position of the cleaning tool on the substrate surface.
FIG. 7 is a diagram of another embodiment showing a control example in which the pressing force is changed in accordance with the position of the cleaning tool on the substrate surface.
[Explanation of symbols]
1 Scrub cleaning device
2 Substrate rotation holding mechanism
22 Rotation holding means
23 Electric motor
24 turntable
3 Cleaning liquid supply means
4 Cleaning means
41 Support arm
42 Arm rotation drive unit
43 Lifting drive
44 Cleaning tool drive
45 Cleaning tool
67 Linear Actuator
68 coils
70 Power supply
72 Variable resistor
9 Control unit
91 Memory means
92 Press load setting device
W substrate
P1, P2, P3 rotary shaft
Claims (2)
基板を鉛直方向の軸芯周りで回転可能に保持し回転させる回転保持手段と、
前記基板表面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、
前記回転保持手段に保持された基板の洗浄面を洗浄する洗浄具と、
前記洗浄具が保持され基板の洗浄面に対して所定の押圧力を付与する押圧手段と、
保持された基板の洗浄面に沿わせて前記洗浄具を水平移動させる洗浄具移動手段と、
前記押圧手段を自動的に作動して前記洗浄具を前記基板に対して昇降し押圧力を可変とする押圧力制御機構と、
前記洗浄具が基板の外周端縁と基板の回転中心とを含む、基板の洗浄面に沿った経路を水平移動することによって行われる洗浄工程を複数回繰り返し行わせるように、前記洗浄具移動手段による洗浄工程の繰り返しを制御する制御手段と、を具備し、
前記制御手段は押圧力制御機構を制御して、前後の洗浄工程では異なる押圧力で洗浄を行うように、洗浄工程を繰り返し、かつ、最初は前記洗浄具が基板表面と洗浄液を介在させて非接触状態の洗浄工程を行い、次に前記洗浄具が基板表面に接触した状態の洗浄工程を行うことを特徴とする基板洗浄装置。A substrate cleaning apparatus for cleaning a substrate,
Rotation holding means for holding and rotating the substrate rotatably around the vertical axis;
Cleaning liquid supply means for supplying a cleaning liquid to the substrate surface;
A cleaning tool for cleaning the cleaning surface of the substrate held by the rotation holding means;
A pressing unit that holds the cleaning tool and applies a predetermined pressing force to the cleaning surface of the substrate;
Cleaning tool moving means for horizontally moving the cleaning tool along the cleaning surface of the held substrate;
A pressing force control mechanism that automatically operates the pressing means to raise and lower the cleaning tool with respect to the substrate to change the pressing force;
The cleaning tool moving means is configured to repeatedly perform a cleaning process performed by horizontally moving a path along the cleaning surface of the substrate including the outer peripheral edge of the substrate and the rotation center of the substrate. Control means for controlling the repetition of the cleaning process by
Wherein the control means controls the pressure control mechanism so as to perform cleaning with different pressing force before and after the cleaning step, to repeat the cleaning process, and initially the cleaning tools is interposed a cleaning liquid and the substrate surface A substrate cleaning apparatus, wherein a cleaning process in a non-contact state is performed, and then a cleaning process in which the cleaning tool is in contact with the substrate surface is performed .
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