JP4589863B2

JP4589863B2 - 基板処理装置および基板処理方法

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Publication number: JP4589863B2
Application number: JP2005363788A
Authority: JP
Inventors: 一樹梶野; 幸嗣安藤
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: JP2007165794A

Description

この発明は、基板洗浄ブラシを用いた基板処理装置および基板処理方法に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ(Field Emission Display)用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。

半導体装置の製造のために用いられる基板である半導体ウエハの表面は、その全域がデバイスの形成に用いられるわけではない。すなわち、半導体ウエハの表面の周縁部の所定幅の領域は、デバイスが形成されない非デバイス形成領域である。この非デバイス形成領域の内側の中央領域がデバイス形成領域となっている。
半導体装置の製造工程において、半導体ウエハを洗浄するために用いられる基板処理装置は、主として、デバイス形成領域を清浄化するための洗浄処理を半導体ウエハに対して施す。たとえば、半導体ウエハの周端面を複数個の挟持ピンによって挟持するメカニカルチャックにより半導体ウエハを保持して回転させる一方で、半導体ウエハの主面を洗浄ブラシで洗浄する構成により、デバイス形成領域が洗浄される。

この場合、洗浄ブラシと挟持ピンとの干渉を回避する必要があるから、ウエハの周縁部（非デバイス形成領域）および当該ウエハの周端面（以下、両方の領域を総称するときは「周縁領域」という。）については、洗浄を行うことができない。また、ウエハの周縁領域は、基板処理装置内で半導体ウエハをハンドリングする基板搬送ロボットのハンドや、ウエハを保持しておくためのキャリヤ（カセット等）の基板保持棚と接触する。そのため、これらの領域には、異物が付着しやすい。

プロセスによっては、半導体ウエハの周縁領域の汚染が、半導体ウエハの処理品質に対して無視できない影響を与える場合がある。具体的には、半導体ウエハを処理液中に浸漬して処理する場合である。より具体的には、いわゆるバッチ処理工程では、複数枚のウエハが垂直姿勢で処理液槽内に並置されて浸漬される。この状況では、半導体ウエハの周縁領域に付着した異物が処理液中に拡散し、デバイス形成領域に再付着するおそれがある。

そのため、最近では、半導体ウエハの周縁領域の洗浄に対する要求が高まっている。とくに、デバイス形成領域が清浄な状態に保持されている半導体ウエハについては、デバイス形成領域への悪影響を回避するために、その周縁領域のみを選択的に洗浄することが望まれている。
特開２００３−１９７５９２号

半導体ウエハの周縁領域の洗浄は、たとえば、半導体ウエハを回転させる一方で、半導体ウエハの周縁領域に洗浄ブラシを押し当てる構成によって実現できると考えられる。
洗浄ブラシとしては、ＰＶＡ等のスポンジを材料とするものを適用することが考えられる。しかし、スポンジ状の洗浄ブラシは容易に変形するため、半導体ウエハに対する押し付け力の制御が困難であり、十分な面圧が得られずに、洗浄が不十分になったり、洗浄にむらができたりする問題が予想される。

より硬い材料で洗浄ブラシを構成することによってその弾性変形を抑制することが考えられる。しかし、この場合には、洗浄ブラシを半導体ウエハのエッジ形状に馴染ませるように弾性変形させることが困難になり、周縁領域の一部しか洗浄できなくなるおそれがある。さらに、洗浄ブラシを半導体ウエハに強く押し付ける必要があるから、洗浄ブラシの摩耗が激しくなるうえ、半導体ウエハに損傷を与えるおそれもある。

そこで、この発明の目的は、スポンジ状の基板洗浄ブラシによって基板の周縁領域を良好に洗浄することができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）を保持する基板保持機構（１）と、この基板保持機構に保持された基板の周端面（８）に当接する周端面洗浄部（３１）と、前記基板の一方表面の周縁部（９）に当接する周縁部洗浄部（３２，３２１，３２２）とを有するスポンジ状の基板洗浄ブラシ（１０，１１０，２１０）と、前記周端面洗浄部の形状を保持するための第１サポート部材（３５）と、前記周縁部洗浄部の形状を保持するための第２サポート部材（３６，３６１，３６２）と、前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の表面に沿う方向に移動させる第１駆動機構（１２）と、前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の表面に直交する方向に移動させる第２駆動機構（１３）と、前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の周端面に押し付けるように前記第１駆動機構を制御するとともに、前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の前記一方表面の周縁部に押し付けるように前記第２駆動機構を制御する制御手段（５５）とを含み、前記周端面洗浄部は、前記基板洗浄ブラシが弾性変形する前の自然状態で、側面を基板に押し付ける当接面（３１ａ）とした円柱形状に形成されており、前記周縁部洗浄部は、前記周端面洗浄部の端面に結合され、前記基板洗浄ブラシが弾性変形する前の自然状態で、前記周端面洗浄部よりも大径で、当該周端面洗浄部側の端面を基板に押し付ける当接面（３２ａ）とした円柱形状（好ましくは円板形状）に形成されており、前記第２サポート部材は、前記周縁部洗浄部による前記基板の周縁部における洗浄幅を規定するように形成されている、基板処理装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。

この構成によれば、スポンジ状の基板洗浄ブラシは、周端面洗浄部および周縁部洗浄部を有し、周端面洗浄部は第１サポート部材によってその形状が保持され、周縁部洗浄部は第２サポート部材によってその形状が保持されるようになっている。したがって、基板洗浄ブラシを基板保持機構に保持された基板の周端面および周縁部にそれぞれ押し付けたとき、スポンジ状の基板洗浄ブラシの弾性変形量に応じた（すなわち、基板に対する押し込み量に応じた）押し付け力を得ることができる。したがって、この発明では、基板洗浄ブラシを基板の表面に沿う方向に移動させる第１駆動機構と、基板洗浄ブラシを基板の表面に直交する方向に移動させる第２駆動機構とを制御することにより、基板洗浄ブラシの基板周端面および基板周縁部に対する各押し付け力を正確に制御することができる。これによって、基板の周端面および周縁部を含む周縁領域の洗浄を良好に行うことができる。むろん、スポンジ状の基板洗浄ブラシは、基板の周縁領域の形状に容易になじませることができ、基板に強く押し付ける必要もないので、その摩耗が激しくなったり、基板に損傷を与えたりするおそれもない。
また、周端面洗浄部は、基板洗浄ブラシが弾性変形する前の自然状態で、円柱形状に形成されており、周縁部洗浄部は、基板洗浄ブラシが弾性変形する前の自然状態で、周端面洗浄部よりも大径の円柱形状に形成されている。この構成により、周端面洗浄部の側面を基板の周端面に押し付けつつ、周縁部洗浄部の頂面において周端面洗浄部からはみ出た領域を基板の一方表面の周縁部に押し付けることができる。また、周端面洗浄部および周縁部洗浄部において、基板に押し付けられる領域は、それらの円柱形状の軸線まわりに基板洗浄ブラシを所定角度だけ回転させることにより、適宜変更することができる。これにより、基板の洗浄によって基板洗浄ブラシの一部の領域が摩耗したときは、基板洗浄ブラシの他の領域を用いることによって、引き続き、基板の周縁領域を良好に洗浄することができる。
さらに、第２サポート部材は、周縁部洗浄部における洗浄幅を規定する。すなわち、周縁部洗浄部がサポート部材よりも大きく、第２サポート部材が周縁部洗浄部の一部の領域を支持しているに過ぎない場合には、周縁部洗浄部を基板の周縁部に押し付けたときに、周縁部洗浄部の第２サポート部材に支持されていない部分（３２ｂ）は、弾性変形によって、基板に直交する方向に逃げてしまう。そのため、第２サポート部材によって支持されている領域に関してのみ、基板周縁部の洗浄を行うことができる。こうして、第２サポート部材が、基板洗浄部の洗浄幅を規定することになる。

第１および第２サポート部材は、たとえば、樹脂材料で構成されたものであってもよく、少なくとも基板洗浄ブラシよりも剛性の高い剛体であることが好ましい。

請求項２記載の発明は、前記円柱形状の周端面洗浄部の両端に一対の前記周縁部洗浄部（３２１，３２２）がそれぞれ結合されている、請求項１記載の基板処理装置である。
この構成によれば、周端面洗浄部の両端面に一対の周縁部洗浄部がそれぞれ結合されているので、基板洗浄ブラシを周端面洗浄部の軸線方向に移動することによって、基板保持機構に保持された基板のいずれの側の表面の周縁部に関する洗浄をも行うことができる。したがって、たとえば、基板の一方表面がデバイス形成面であり、このデバイス形成面の周縁部をスクラブ洗浄する場合に、基板保持機構に保持される基板の向きに応じて一対の周縁部洗浄部のいずれかを用いることによって、デバイス形成面の周縁部を洗浄できる。

請求項３記載の発明は、前記第１サポート部材は、前記円柱形状の周端面洗浄部の中心軸に沿うサポート軸であり、前記第２サポート部材は、前記円柱形状の周縁部洗浄部の前記周端面洗浄部とは反対側の端面に当接するサポート円板である、請求項１または２記載の基板処理装置である。
この構成によれば、第１サポート部材が、周端面洗浄部の中心軸に沿うサポート軸であるので、円柱形状の周端面洗浄部の側面を基板の周端面に押し付けたときに、周端面洗浄部が、その弾性変形によって、基板の表面に沿う方向に逃げてしまうことを確実に抑制または防止できる。また、第２サポート部材は、円柱形状の周縁部洗浄部の端面に当接するサポート円板であるので、基板洗浄ブラシを基板の周縁部に押し付けたときに、周縁部洗浄部が、その弾性変形によって、基板に直交する方向に逃げてしまうことを確実に抑制または防止することができる。

請求項４記載の発明は、前記第２サポート部材を前記基板洗浄ブラシに対して着脱可能に取り付けるサポート部材取り付け手段（４７）をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置である。

請求項５記載の発明は、前記サポート部材取り付け手段は、異なる洗浄幅を規定する複数種類の前記第２サポート部材を前記基板洗浄ブラシに対して交換可能に取り付けるものである、請求項４記載の基板処理装置である。
この構成によれば、第２サポート部材が基板洗浄ブラシに対して着脱自在であるため、異なる洗浄幅を規定する複数種類の第２サポート部材を準備しておけば、第２サポート部材を交換することによって、基板洗浄ブラシを交換することなく、周縁部洗浄部による洗浄幅を容易に変更することができる。

請求項６記載の発明は、前記基板洗浄ブラシと前記基板保持機構に保持された基板とを、前記基板洗浄ブラシが当該基板の周縁部に沿って移動するように相対移動させる相対移動機構（１）をさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置である。この構成により、基板の周縁部を効率的にスクラブ洗浄することができる。
請求項７記載の発明は、前記基板保持機構は、基板を保持して回転させる基板保持回転機構（１）であり、前記相対移動機構は、前記基板保持回転機構を含む、請求項６記載の基板処理装置である。この構成により、基板洗浄ブラシを基板の周縁領域に押し付けるとともに、基板保持回転機構によって基板を回転させれば、基板の周縁領域をスクラブ洗浄することができる。

請求項８記載の発明は、基板保持機構（１）によって基板（Ｗ）を保持する基板保持工程と、この基板保持機構に保持された基板の周端面（８）に当接する周端面洗浄部（３１）と、前記基板の一方表面の周縁部（９）に当接する周縁部洗浄部（３２，３２１，３２２）とを有するスポンジ状の基板洗浄ブラシ（１０）の前記周端面洗浄部の形状を第１サポート部材（３５）で保持するとともに、前記周縁部洗浄部の形状を第２サポート部材（３６，３６１，３６２）で保持する工程と、前記基板洗浄ブラシの前記周端面洗浄部の基板の周端面に対する押し込み量を制御するとともに、前記周縁部洗浄部の基板の周縁部に対する押し込み量を制御する工程とを含み、前記周端面洗浄部は、前記基板洗浄ブラシが弾性変形する前の自然状態で、側面を基板に押し付ける当接面とした円柱形状に形成されており、前記周縁部洗浄部は、前記周端面洗浄部の端面に結合され、前記基板洗浄ブラシが弾性変形する前の自然状態で、前記周端面洗浄部よりも大径で、当該周端面洗浄部側の端面を基板に押し付ける当接面とした円柱形状に形成されており、前記第２サポート部材は、前記周縁部洗浄部による前記基板の周縁部における洗浄幅を規定するように形成されている、基板処理方法である。

この方法によれば、スポンジ状の基板洗浄ブラシは、周端面洗浄部および周縁部洗浄部を有し、周端面洗浄部は第１サポート部材によってその形状が保持され、周縁部洗浄部は第２サポート部材によってその形状が保持されるようになっている。したがって、基板洗浄ブラシを基板保持機構に保持された基板の周端面および周縁部にそれぞれ押し付けたとき、基板に対する押し込み量に応じた押し付け力を得ることができる。そこで、基板洗浄ブラシの基板周端面および基板周縁部に対する各押し込み量を制御することによって、基板の周端面および周縁部に対して基板洗浄ブラシを適切な押し付け力で押し付けることができ、その結果、周縁領域の洗浄を良好に行うことができる。
請求項９記載の発明は、基板を保持する基板保持機構と、この基板保持機構に保持された基板の周端面に当接する周端面洗浄部と、前記基板の一方表面の周縁部に当接する周縁部洗浄部とを有するスポンジ状の基板洗浄ブラシと、前記周端面洗浄部の形状を保持するための第１サポート部材と、前記周縁部洗浄部の形状を保持するための第２サポート部材と、前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の表面に沿う方向に移動させる第１駆動機構と、前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の表面に直交する方向に移動させる第２駆動機構と、前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の周端面に押し付けるように前記第１駆動機構を制御するとともに、前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の前記一方表面の周縁部に押し付けるように前記第２駆動機構を制御する制御手段と、前記第２サポート部材を前記基板洗浄ブラシに対して着脱可能に取り付けるサポート部材取り付け手段とを含み、前記第２サポート部材は、前記周縁部洗浄部による前記基板の周縁部における洗浄幅を規定するように形成されており、前記サポート部材取り付け手段は、異なる洗浄幅を規定する複数種類の前記第２サポート部材を前記基板洗浄ブラシに対して交換可能に取り付けるものである、基板処理装置である。
また、請求項１０記載の発明は、基板保持機構によって基板を保持する基板保持工程と、この基板保持機構に保持された基板の周端面に当接する周端面洗浄部と、前記基板の一方表面の周縁部に当接する周縁部洗浄部とを有するスポンジ状の基板洗浄ブラシの前記周端面洗浄部の形状を第１サポート部材で保持するとともに、前記周縁部洗浄部の形状を第２サポート部材で保持する工程と、前記基板洗浄ブラシの前記周端面洗浄部の基板の周端面に対する押し込み量を制御するとともに、前記周縁部洗浄部の基板の周縁部に対する押し込み量を制御する工程とを含み、前記第２サポート部材は、サポート部材取り付け手段によって前記基板洗浄ブラシに対して着脱可能に取り付けられ、前記周縁部洗浄部による前記基板の周縁部における洗浄幅を規定するように形成されており、前記サポート部材取り付け手段は、異なる洗浄幅を規定する複数種類の前記第２サポート部材を前記基板洗浄ブラシに対して交換可能に取り付けるものである、基板処理方法である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の主要部の概略構成を示す平面図である。この基板処理装置１００は、半導体ウエハのようなほぼ円形の基板Ｗを１枚ずつ処理する枚葉型の基板処理装置である。この基板処理装置１００は、１枚の基板Ｗをほぼ水平に保持して回転させる基板保持回転機構１と、基板Ｗをスクラブ洗浄するための基板洗浄機構２とを備えている。

基板保持回転機構１は、対向配置された一対の基板保持ハンド３を備えている。基板保持ハンド３には、基板Ｗを保持するための各３つの保持ローラ４ａ，４ｂ，４ｃが立設されている。保持ローラ４ａ，４ｂ，４ｃは、基板Ｗの断面形状に対応した円周上に配置されており、基板Ｗは、保持ローラ４ａ，４ｂ，４ｃの側面にその周端面８が当接した状態でほぼ水平に保持される。

３つの保持ローラ４ａ，４ｂ，４ｃのうち中央の１つの保持ローラ４ａには、保持ローラ駆動モータ５の駆動力がベルト６ａを介して伝達されるようになっている。また、中央の保持ローラ４ａ，４ｂ，４ｃに与えられた駆動力が、ベルト６ｂを介して、保持ローラ４ｂ，４ｃにそれぞれ伝達されるようになっている。これにより、保持ローラ駆動モータ５によって中央の保持ローラ４ａが駆動されると、これに伴って、他の２つの保持ローラ４ｂ，４ｃも回転する。その結果、保持ローラ４ａ，４ｂ，４ｃに保持されている基板Ｗが回転する。

また、一対の基板保持ハンド３は、それぞれ、基板保持ハンド３を水平方向に進退させ、一対の基板保持ハンド３を互いに近接／離反させるための進退駆動機構としてのシリンダ７を備えている。これにより、基板保持ハンド３は、基板Ｗを保持ローラ４ａ，４ｂ，４ｃの間で保持したり、この保持を解放したりすることができる。
基板洗浄機構２は、基板Ｗの周端面８（この実施形態では外側に凸の湾曲面形状の端面）および周縁部９（たとえば、基板Ｗの周端面８から３〜４mmの環状領域）をスクラブするスポンジ状の基板洗浄ブラシ１０と、この基板洗浄ブラシ１０を先端に保持した揺動アーム１１と、この揺動アーム１１を基板Ｗの回転範囲外に設定した鉛直軸線まわりに水平方向に沿って揺動させる揺動駆動機構１２と、揺動アーム１１を上下動させる昇降駆動機構１３とを備えている。

図２は、基板洗浄ブラシ１０に関連する構成を説明するための図解的な断面図である。揺動駆動機構１２は、揺動アーム１１に結合された回転軸２０を鉛直軸線まわり回転させる揺動用モータ２１を備えている。揺動用モータ２１は、モータブラケット２２を介して昇降台２３に結合されている。昇降台２３には、回転軸２０を回転自在に保持する軸受２４がはめ込まれている。また、昇降台２３は、鉛直方向に沿って配置されたリニアガイド２５に取り付けられている。これにより、昇降台２３は、上下動可能とされている。

昇降台２３には、ボールねじ機構２６のボールナット２７が固定されている。ボールねじ機構２６のねじ軸２８は、鉛直方向に沿って配置されていて、その下端には昇降用モータ２９が結合されている。この構成により、昇降用モータ２９を回転させることにより、ボールナット２７とともに昇降台２３を上下動させることができる。このように、ボールねじ機構２６および昇降用モータ２９などによって、揺動アーム１１を上下動させる昇降駆動機構１３が構成されている。

基板洗浄ブラシ１０は、たとえば、ＰＶＡ（Poly vinyl alcohol)からなるスポンジ状のものである。基板洗浄ブラシ１０は、図３に示すように、比較的小径の円柱形状に形成された周端面洗浄部３１と、比較的大径の円柱形状（円板形状）に形成された周縁部洗浄部３２とを備え、ほぼ倒立Ｔ字状の断面形状を有している。周端面洗浄部３１は、その側面が基板Ｗの周端面８に当接する当接面３１ａとなっている。この周端面洗浄部３１の下端に、周縁部洗浄部３２が一体的に結合されている。周端面洗浄部３１および周縁部洗浄部３２は、軸線を共有するように配置されている。周縁部洗浄部３２の方が周端面洗浄部３１よりも大径であるため、周縁部洗浄部３２は、その上端面が周縁部洗浄部３２の下端から（すなわち、当接面３１ａの下端から）側方に張り出している。この張り出し部の表面が、基板Ｗ下面の周縁部９に当接する当接面３２ａとなっている。すなわち、当接面３２ａは、周端面洗浄部３１の周囲のドーナツ状の領域である。

この実施形態では、基板保持回転機構１は、基板Ｗのデバイス形成面（デバイスが作り込まれた側の表面）を下方に向けて当該基板Ｗを保持する。したがって、周縁部洗浄部３２の当接面３２ａは、基板保持回転機構１による基板Ｗの回転に伴って、デバイス形成面の周縁部９をスクラブすることになる。
周端面洗浄部３１および周縁部洗浄部３２の中心軸に沿って、基板洗浄ブラシ１０を回転させるための回転軸３３が挿通されている。この回転軸３３において、周端面洗浄部３１を挿通している部分は、周端面洗浄部３１の形状を保持するための第１サポート部材３５としての機能を有するサポート軸となっている。この第１サポート部材３５の下端には、円板状の第２サポート部材３６が取り付けられている。この第２サポート部材３６は、周縁部洗浄部３２の下面に当接しており、この周縁部洗浄部３２の形状を保持するサポート円板としての役割を担う。第１および第２サポート部材３５，３６は、樹脂材料で構成されており、基板洗浄ブラシ１０よりも高い剛性を有する剛体である。

一方、回転軸３３は鉛直方向に沿って配置されており、その上方部は、図２に示すように、揺動アーム１１内に設けられた軸受３７により、回転自在に支持されている。さらに、回転軸３３の上端には、プーリ３８が結合されており、このプーリ３８には、ブラシ回転モータ４０からの回転力が、プーリ４１およびベルト４２を介して伝達されるようになっている。これらは、基板洗浄ブラシ１０を回転（自転）させるブラシ回転機構４３を構成している。

図３に拡大して示されているように、回転軸３３には、その途中部に、外側に張り出したフランジ４５が形成されている。このフランジ４５の下方側の部分が第１サポート部材３５となっている。この第１サポート部材３５に、基板洗浄ブラシ１０が圧入され、さらに、第１サポート部材３５の下端に第２サポート部材３６が結合されている。第１サポート部材３５の下端には、ねじ孔４６が形成されていて、第２サポート部材３６の中央を貫通し、ねじ孔４６に螺合するボルト４７により、第２サポート部材３６が第１サポート部材３５に着脱可能に取り付けられている。

図４に示すように、第２サポート部材３６としては、周縁部洗浄部３２と同径のもののほか、それよりも小径の円板状（円柱状）のものを用いることもできる。周縁部洗浄部３２よりも小径の第２サポート部材３６を用いる場合、周縁部洗浄部３２が薄板状であるため、周縁部洗浄部３２において第２サポート部材３６によって支持されていない領域３２ｂは、基板Ｗの周縁部９に押し付けられたときに、基板Ｗに直交する方向に逃げるように弾性変形する。したがって、領域３２ｂについては、実質的に基板洗浄能力を失うことになる。すなわち、第２サポート部材３６が基板Ｗの周縁部９の洗浄幅を規定し、この第２サポート部材３６によって支持されている領域に関してのみ、基板Ｗの周縁部９がスクラブ洗浄される。

図５は、この実施形態の基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロックである。この基板処理装置は、使用者が予め設定する基板処理条件（処理レシピ）に従って装置の各部を制御するための制御装置５５を備えている。この制御装置５５は、保持ローラ駆動モータ５を制御して、基板Ｗの回転、停止およびその回転速度を制御する。また、制御装置５５は、シリンダ７を制御することより、一対の基板保持ハンド３を互いに接近／離反させ、基板Ｗの保持／解放を制御する。これにより、当該基板処理装置に対する基板Ｗの搬入／搬出を行う基板搬送ロボット（図示せず）との間で、基板Ｗを受け渡すことができる。

制御装置５５はまた、前述の揺動用モータ２１、昇降用モータ２９、およびブラシ回転モータ４０を制御するようになっている。これにより、制御装置５５は、揺動アーム１１を水平揺動および上下動させ、基板洗浄ブラシ１０を、基板Ｗの周縁部９に接触する処理位置１５（図１において実線で示す位置）と、基板保持回転機構１によって保持された基板Ｗの範囲外に設定された待機位置１６（図１において二点鎖線で示す位置）との間で移動させることができる。

制御装置５５は、基板Ｗの周縁領域をスクラブ洗浄するとき、保持ローラ駆動モータ５を駆動して、基板Ｗを一方向に回転させる（たとえば回転速度は２０〜１００ｒｐｍ）。その一方で、制御装置５５は、揺動用モータ２１および昇降用モータ２９を制御することにより、基板洗浄ブラシ１０を処理位置１５に導く。処理位置１５において、制御装置５５は、周端面洗浄部３１を所定の押し込み量（たとえば１〜２mm）だけ基板Ｗの周端面８に押し込むように揺動用モータ２１を制御するとともに、周縁部洗浄部３２を所定の押し込み量（たとえば１〜２mm）だけ基板Ｗの周縁部９に押し込むように昇降用モータ２９を制御する。この場合の「押し込み量」とは、基板洗浄ブラシ１０（周端面洗浄部３１または周縁部洗浄部３２）が基板Ｗの表面に接した状態から、さらに基板洗浄ブラシ１０を弾性変形させながら当該基板洗浄ブラシ１０が基板Ｗに向かって変位させられた状態となるまでの変位量をいう。この押し込み量は、たとえは、基板Ｗ表面に形成された薄膜の種類や洗浄処理の内容に応じて、使用者が、処理レシピの一部として予め設定することができる。この場合、制御装置５５は、処理レシピに設定された押し込み量に従って、揺動用モータ２１および昇降用モータ２９を制御する。

第１サポート部材３５の働きより、基板洗浄ブラシ１０の弾性変形によって、当該基板洗浄ブラシ１０全体が基板Ｗの表面に沿う方向に当該基板Ｗの周端面８から逃げる方向に移動してしまうこと防止できる。また、第２サポート部材３６の働きにより、基板洗浄ブラシ１０の弾性変形によって、当該基板洗浄ブラシ１０全体が基板Ｗの表面に直交する方向に沿って当該基板Ｗの周縁部９から逃げる方向に移動してしまうことを防止できる。これにより、周端面洗浄部３１および周縁部洗浄部３２を各所定の押し込み量で基板Ｗに対して押し込むことによって、それらを各押し込み量に対応した押し付け強さで確実に基板Ｗに押し付けることができる。

したがって、制御装置５５は、周端面洗浄部３１を所定の押し付け強さで基板Ｗの周端面８に押し付けるように揺動用モータ２１を制御するとともに、周縁部洗浄部３２を所定の押し付け強さで基板Ｗの周縁部９に押し付けるように昇降用モータ２９を制御することになる。こうして、基板洗浄ブラシ１０を基板Ｗの周縁領域に所望の押し付け強さで確実に押し付けながら、当該周縁領域をスクラブ洗浄することができる。

このスクラブ洗浄の際に、基板洗浄ブラシ１０は、回転状態とされてもよいし、停止状態とされていてもよい。経験的には、基板洗浄ブラシ１０の回転を停止した状態で基板Ｗの周端面８および周縁部９の洗浄を行う方が高品質な洗浄が可能である。この場合、ブラシ回転モータ４０を定期的（たとえば、一定枚数の基板Ｗの処理毎）に所定角度だけ回転させることにより、基板洗浄ブラシ１０の表面において基板Ｗに接触する接触位置を変えることができる。これにより、基板洗浄ブラシ１０の耐久寿命を長期化できる。

一方、基板洗浄ブラシ１０が待機位置１６にあるとき、制御装置５５は、ブラシ回転モータ４０を制御して、基板洗浄ブラシ１０を自転させる。図１に示されているように、待機位置１６の近傍には、基板洗浄ブラシ１０に対して純水等の洗浄液を供給する洗浄液供給ノズル１７が配置されている。この洗浄液供給ノズル１７には、洗浄液供給源からの洗浄液が洗浄液バルブ１８を介して供給されるようになっている。洗浄液バルブ１８の開閉は、制御装置５５によって制御される。制御装置５５は、待機位置１６において基板洗浄ブラシ１０の洗浄が行われるときに、洗浄液バルブ１８を開き、基板洗浄ブラシ１０に対して洗浄液供給ノズル１７から洗浄液を供給させる。

図６は、直径３００mmのウエハ（円形基板）を用いて、基板周縁領域における洗浄効果を試験した結果を示す図である。この試験は、ウエハの表面に予めＳｉ₃Ｎ₄粒子を付着させ、スクラブ洗浄後にその粒子除去率を測定したものである。より詳細に説明すると、ウエハ表面の粒子数Ｎ₀を計測し、その後にＳｉ₃Ｎ₄粒子を付着させてウエハ表面の粒子数Ｎ₁を計測し、さらに、スクラブ洗浄後にウエハ表面の粒子数Ｎ₂を計測する。この場合の粒子除去率は、次式によって計算される。

粒子除去率（％）＝１００×（Ｎ₁−Ｎ₂）／（Ｎ₁−Ｎ₀）
したがって、スクラブ洗浄後の粒子数Ｎ₂が当初の粒子数Ｎ₀よりも少なければ、粒子除去率は１００％より大きくなる。逆にスクラブ洗浄後の粒子数Ｎ₂がＳｉ₃Ｎ₄粒子を付着させたウエハ表面の粒子数Ｎ₁より多くなれば負の値となる。
図６において、横軸はウエハ中心からの距離（半径方向位置）を示し、縦軸は粒子除去率を示す。曲線Ｌ１は、第１サポート部材３５および第２サポート部材３６によって形状保持された前述の基板洗浄ブラシ１０を用いてウエハの周縁領域をスクラブ洗浄したときの粒子除去率を示す。これ対して、曲線Ｌ２は、形状保持するサポート部材がなく、スポンジ体のみで構成された基板洗浄ブラシによって、ウエハの周縁領域のスクラブ洗浄を行った場合の粒子除去率を示す。ただし、ウエハ中心からの距離が１４７mmを超える周縁領域については、ウエハ周端面の湾曲面形状部に相当し、正確な粒子数を測定できないので、データを除外してある。なお、本試験時には、基板洗浄ブラシ１０および第２サポート部材３６の外周が、ウエハ中心から１４４mmの位置になるように基板洗浄ブラシ１０の押し込み量（水平方向）を設定している。

曲線Ｌ１およびＬ２の比較から、第１および第２サポート部材３５および３６によって形状保持された基板洗浄ブラシ１０を用いることにより、粒子除去率を向上でき、より高品質な洗浄処理が可能となることが理解される。
以上のように、この実施形態によれば、第１サポート部材３５および第２サポート部材３６によって、基板洗浄ブラシ１０の周端面洗浄部３１および周縁部洗浄部３２の形状がそれぞれ保持されるようになっている。したがって、制御装置５５により揺動用モータ２１および昇降用モータ２９を制御することにより、周端面洗浄部３１の周端面８に対する押し付け力、および周縁部洗浄部３２の周縁部９に対する押し付け力をそれぞれ所要の値に正確に設定することができる。これによって、基板Ｗの周縁領域に対する高品質な洗浄処理が可能となる。

また、この実施形態の構成では、第２サポート部材３６が、第１サポート部材３５に対して着脱自在に結合されるようになっているので、径の異なる第２サポート部材３６を複数個用意しておき、これらを交換して用いることによって、周縁部洗浄部３２による基板周縁部９の洗浄幅を複数種類に設定することができる。これによって、基板洗浄ブラシ１０を交換することなく、非デバイス領域の幅の異なる複数種類の基板Ｗに対して、周縁領域の洗浄を良好に行うことができる。

図７は、基板洗浄ブラシの別の構成例を示す断面図である。この基板洗浄ブラシ１１０では、円柱状の周端面洗浄部３１の上端に円板状の周縁部洗浄部３２が結合されており、これはほぼＴ字状の断面形状をなしている。この構造に応じて、第１サポート部材３５は基板洗浄ブラシ１１０の軸線に沿って貫通して配置されており、第２サポート部材３６は周縁部洗浄部３２の上面に配置されている。そして、第２サポート部材３６の上面中央に回転軸３３が結合されるようになっている。

この構成により、周端面洗浄部３１を基板Ｗの周端面８に押し付けるとともに、周縁部洗浄部３２を基板Ｗの上面の周縁部９に押し付けて、基板Ｗの周縁領域をスクラブ洗浄することができる。この構成は、基板Ｗのデバイス形成面を上面として当該基板Ｗを基板保持回転機構１に保持する場合に適している。このとき、第２サポート部材３６の径に応じた洗浄幅で基板Ｗの上面（デバイス形成面）の非デバイス形成領域を洗浄することができる。

図８は、基板洗浄ブラシのさらに他の構成例を示す断面図である。この基板洗浄ブラシ２１０は、円柱状の周端面洗浄部３１の上端および下端に、先述の周縁部洗浄部３２と同様な円板状の周縁部洗浄部３２１，３２２がそれぞれ結合されていて、全体としてボビン形状に形成されている。上下の周縁部洗浄部３２１，３２２の間の間隔は、この例では、基板Ｗの厚みよりも広く設定されている。基板洗浄ブラシ２１０の軸線に沿って、回転軸３３の下方部で構成された第１サポート部材３５が貫通して配置されており、この第１サポート部材３５に第２サポート部材３６１，３６２が結合されている。第２サポート部材３６１，３６２は、いずれも円板形状に形成されたサポート円板である。上側の第２サポート部材３６１は、上側の周縁部洗浄部３２１の上面に当接して、この周縁部洗浄部３２１の形状を保持し、下側の第２サポート部材３６２は、下側の周縁部洗浄部３２２の下面に当接して、この周縁部洗浄部３２２の形状を保持する。

この構成により、基板Ｗのデバイス形成面を下面として基板Ｗを基板保持回転機構１に保持する場合には、周端面洗浄部３１が基板Ｗの周端面８に押し付けられるとともに、下側の周縁部洗浄部３２２が基板Ｗの周縁部９に下面側から押し付けられる。一方、基板Ｗのデバイス形成面を上面として当該基板Ｗを基板保持回転機構１に保持する場合には、周端面洗浄部３１が基板Ｗの周端面８に押し付けられるとともに、上側の周縁部洗浄部３２１が基板Ｗの周縁部９に上面側から押し付けられる。このようにして、基板Ｗのデバイス形成面が上面側か下面側かに応じて、上下の周縁部洗浄部３２１，３２２を使い分けることができる。

以上、この発明のいくつかの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、図３において二点鎖線で示すように、第２サポート部材３６の円板状本体部３６ａの外周縁に、周縁部洗浄部３２の周面に沿う筒状の支持周壁３６ｂ（ただし、本体部３６からの高さが当接面３２ａよりも低いもの）を設けて、周縁部洗浄部３２の変形を側方からも規制する構成としてもよい。同様の構成は、図７および図８の第２サポート部材３６，３６１，３６２においても採用することができる。

また、前述の実施形態では、基板洗浄ブラシ１０を処理位置１５に固定配置するとともに、基板保持回転機構１によって基板Ｗを回転させることにより、基板洗浄ブラシ１０を基板Ｗの周端面８および周縁部９に沿って相対移動させる構成としているが、たとえば処理対象の基板が角形基板のような場合には、基板を静止させておき、基板洗浄ブラシを基板の周縁部に沿って移動させる構成としてもよい。むろん、基板および基板洗浄ブラシの両方を移動させることによって、基板洗浄ブラシを基板の周縁部に沿って相対移動させる構成としてもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る基板処理装置の主要部の概略構成を示す平面図である。基板洗浄ブラシに関連する構成を説明するための図解的な断面図である。基板洗浄ブラシの構成を拡大して示す図解的な断面図である。周縁部洗浄部よりも小径のサポート部材を用いる場合の構成を示す図解的な断面図である。前記基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロックである。基板周縁領域における洗浄効果を試験した結果を示す図である。基板洗浄ブラシの別の構成例を示す断面図である。基板洗浄ブラシのさらに他の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１基板保持回転機構
２基板洗浄機構
３基板保持ハンド
４ａ，４ｂ，４ｃ保持ローラ
５保持ローラ駆動モータ
６ａ，６ｂベルト
７シリンダ
８周端面
９周縁部
１０基板洗浄ブラシ
１１揺動アーム
１２揺動駆動機構
１３昇降駆動機構
１５処理位置
１６待機位置
１７洗浄液供給ノズル
１８洗浄液バルブ
２０回転軸
２１揺動用モータ
２２モータブラケット
２３昇降台
２４軸受
２５リニアガイド
２６ボールねじ機構
２７ボールナット
２８ねじ軸
２９昇降用モータ
３１周端面洗浄部
３１ａ当接面
３２周縁部洗浄部
３２ａ当接面
３２ｂサポート部材で支持されていない領域
３３回転軸
３５第１サポート部材（サポート軸）
３６第２サポート部材（サポート円板）
３６ａ円板状本体部
３６ｂ支持周壁
３７軸受
３８プーリ
４０ブラシ回転モータ
４１プーリ
４２ベルト
４３ブラシ回転機構
４５フランジ
４６ねじ孔
４７ボルト
５５制御装置
１００基板処理装置
１１０基板洗浄ブラシ
２１０基板洗浄ブラシ
３２１，３２２周縁部洗浄部
３６１，３６２サポート部材
Ｗ基板

Claims

基板を保持する基板保持機構と、
この基板保持機構に保持された基板の周端面に当接する周端面洗浄部と、前記基板の一方表面の周縁部に当接する周縁部洗浄部とを有するスポンジ状の基板洗浄ブラシと、
前記周端面洗浄部の形状を保持するための第１サポート部材と、
前記周縁部洗浄部の形状を保持するための第２サポート部材と、
前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の表面に沿う方向に移動させる第１駆動機構と、
前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の表面に直交する方向に移動させる第２駆動機構と、
前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の周端面に押し付けるように前記第１駆動機構を制御するとともに、前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の前記一方表面の周縁部に押し付けるように前記第２駆動機構を制御する制御手段とを含み、
前記周端面洗浄部は、前記基板洗浄ブラシが弾性変形する前の自然状態で、側面を基板に押し付ける当接面とした円柱形状に形成されており、
前記周縁部洗浄部は、前記周端面洗浄部の端面に結合され、前記基板洗浄ブラシが弾性変形する前の自然状態で、前記周端面洗浄部よりも大径で、当該周端面洗浄部側の端面を基板に押し付ける当接面とした円柱形状に形成されており、
前記第２サポート部材は、前記周縁部洗浄部による前記基板の周縁部における洗浄幅を規定するように形成されている、基板処理装置。
前記円柱形状の周端面洗浄部の両端に一対の前記周縁部洗浄部がそれぞれ結合されている、請求項１記載の基板処理装置。
前記第１サポート部材は、前記円柱形状の周端面洗浄部の中心軸に沿うサポート軸であり、前記第２サポート部材は、前記円柱形状の周縁部洗浄部の前記周端面洗浄部とは反対側の端面に当接するサポート円板である、請求項１または２記載の基板処理装置。
前記第２サポート部材を前記基板洗浄ブラシに対して着脱可能に取り付けるサポート部材取り付け手段をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置。
前記サポート部材取り付け手段は、異なる洗浄幅を規定する複数種類の前記第２サポート部材を前記基板洗浄ブラシに対して交換可能に取り付けるものである、請求項４記載の基板処理装置。
前記基板洗浄ブラシと前記基板保持機構に保持された基板とを、前記基板洗浄ブラシが当該基板の周縁部に沿って移動するように相対移動させる相対移動機構をさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置。
前記基板保持機構は、基板を保持して回転させる基板保持回転機構であり、
前記相対移動機構は、前記基板保持回転機構を含む、請求項６記載の基板処理装置。
基板保持機構によって基板を保持する基板保持工程と、
この基板保持機構に保持された基板の周端面に当接する周端面洗浄部と、前記基板の一方表面の周縁部に当接する周縁部洗浄部とを有するスポンジ状の基板洗浄ブラシの前記周端面洗浄部の形状を第１サポート部材で保持するとともに、前記周縁部洗浄部の形状を第２サポート部材で保持する工程と、
前記基板洗浄ブラシの前記周端面洗浄部の基板の周端面に対する押し込み量を制御するとともに、前記周縁部洗浄部の基板の周縁部に対する押し込み量を制御する工程とを含み、
前記周端面洗浄部は、前記基板洗浄ブラシが弾性変形する前の自然状態で、側面を基板に押し付ける当接面とした円柱形状に形成されており、
前記周縁部洗浄部は、前記周端面洗浄部の端面に結合され、前記基板洗浄ブラシが弾性変形する前の自然状態で、前記周端面洗浄部よりも大径で、当該周端面洗浄部側の端面を基板に押し付ける当接面とした円柱形状に形成されており、
前記第２サポート部材は、前記周縁部洗浄部による前記基板の周縁部における洗浄幅を規定するように形成されている、基板処理方法。
基板を保持する基板保持機構と、
この基板保持機構に保持された基板の周端面に当接する周端面洗浄部と、前記基板の一方表面の周縁部に当接する周縁部洗浄部とを有するスポンジ状の基板洗浄ブラシと、
前記周端面洗浄部の形状を保持するための第１サポート部材と、
前記周縁部洗浄部の形状を保持するための第２サポート部材と、
前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の表面に沿う方向に移動させる第１駆動機構と、
前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の表面に直交する方向に移動させる第２駆動機構と、
前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の周端面に押し付けるように前記第１駆動機構を制御するとともに、前記基板洗浄ブラシを前記基板保持機構に保持された基板の前記一方表面の周縁部に押し付けるように前記第２駆動機構を制御する制御手段と、
前記第２サポート部材を前記基板洗浄ブラシに対して着脱可能に取り付けるサポート部材取り付け手段とを含み、
前記第２サポート部材は、前記周縁部洗浄部による前記基板の周縁部における洗浄幅を規定するように形成されており、
前記サポート部材取り付け手段は、異なる洗浄幅を規定する複数種類の前記第２サポート部材を前記基板洗浄ブラシに対して交換可能に取り付けるものである、基板処理装置。
基板保持機構によって基板を保持する基板保持工程と、
この基板保持機構に保持された基板の周端面に当接する周端面洗浄部と、前記基板の一方表面の周縁部に当接する周縁部洗浄部とを有するスポンジ状の基板洗浄ブラシの前記周端面洗浄部の形状を第１サポート部材で保持するとともに、前記周縁部洗浄部の形状を第２サポート部材で保持する工程と、
前記基板洗浄ブラシの前記周端面洗浄部の基板の周端面に対する押し込み量を制御するとともに、前記周縁部洗浄部の基板の周縁部に対する押し込み量を制御する工程と含み、
前記第２サポート部材は、サポート部材取り付け手段によって前記基板洗浄ブラシに対して着脱可能に取り付けられ、前記周縁部洗浄部による前記基板の周縁部における洗浄幅を規定するように形成されており、
前記サポート部材取り付け手段は、異なる洗浄幅を規定する複数種類の前記第２サポート部材を前記基板洗浄ブラシに対して交換可能に取り付けるものである、基板処理方法。