JP4719052B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、基板を洗浄処理するための基板処理装置および基板処理方法に関する。処理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。

半導体装置の製造工程において、半導体ウエハの周縁部の汚染が、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、いわゆるバッチ処理工程では、複数枚の半導体ウエハが鉛直姿勢で処理液中に浸漬されるため、半導体ウエハの周縁部に汚染物質が付着していると、その汚染物質が、処理液中に拡散し、半導体ウエハの表面の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、半導体ウエハなどの基板の周縁部の洗浄に対する要求が高まっている。
基板の周縁部の洗浄に関する先行技術として、たとえば、特許文献１〜３で提案されている構成を挙げることができる。
特許文献１では、円筒状のブラシを設けて、基板を回転させつつ、その基板の周端面にブラシの外周面を当接させることにより、基板の周端面の汚染を除去する構成が提案されている。

特許文献２では、特許文献１で提案されている構成と同様な構成において、基板の周端面の形状にかかわらず、基板の周端面の汚染をより良好に除去することができるように、基板の周端面に円筒状のブラシを押し付けて、ブラシの外周面に基板の周端面を食い込ませたり、ブラシの外周面に基板の周端面の形状に応じた溝を形成して、その溝に基板の周端面を嵌合させたりすることが提案されている。

また、特許文献３では、円筒状のブラシの外周面に基板の周縁部を嵌合可能な溝を形成し、この溝に基板の周縁部を嵌合させた状態で、基板を回転させるとともに、ブラシをその中心軸線まわりに回転させることにより、基板の表面および裏面の各周縁領域（基板の表面および裏面における各周端縁から所定幅の環状領域）および周端面を洗浄する構成が提案されている。
特開２００３−１９７５９２号公報 特開２００３−１５１９４３号公報 米国特許第６５５００９１号明細書

ところが、特許文献１，２で提案されている構成では、基板の周端面の汚染を除去することができても、基板の表面および裏面の各周縁領域にブラシが接触しないため、それらの各周縁領域の汚染を除去することはできない。
一方、特許文献３で提案されている構成では、基板の表面および裏面の各周縁領域を洗浄することができる。しかし、基板の表面および裏面の各周縁領域における洗浄幅（ブラシの有効接触幅）を容易に変更することはできない。ブラシの溝に対する基板の周縁部の入り込み量を変更することにより、基板の表面および裏面の各周縁領域における洗浄幅を変更することが考えられるが、ブラシの溝に対する基板の周縁部の入り込み量が少ないと、基板の周端面にブラシが接触せず、基板の周端面を洗浄することができないので、この手法を採用することはできない。そのため、各周縁領域における洗浄幅を変更する場合には、ブラシを溝の深さが異なるものと交換せざるを得ず、たいへん手間がかかってしまう。

そこで、この発明の目的は、基板の両面（一方表面およびその反対側の他方表面）の各周縁領域および周端面を洗浄することができ、かつ、各周縁領域における洗浄幅を容易に変更することができる、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。

前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（３）と、弾性変形可能な材料を用いて形成され、前記基板保持機構に保持された基板の一方表面に垂直な垂線方向の一方側に向けて狭まる形状の第１洗浄面（２８）およびこの第１洗浄面の前記一方側の端縁から前記垂線方向の前記一方側に向けて拡がる形状の第２洗浄面（２９）を有するブラシ（１６）と、前記基板保持機構に保持された基板に対して前記ブラシを移動させるブラシ移動機構（１８，１９）と、このブラシ移動機構を制御して、前記第２洗浄面を前記基板保持機構に保持された基板の前記一方表面と反対側の他方表面の周縁領域（１４）および周端面（１５）に当接させ、その後に、前記第１洗浄面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領域（１３）および周端面（１５）に当接させるための制御部（６７）とを含むことを特徴とする、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、ブラシを移動させるブラシ移動機構が制御されて、ブラシの第１洗浄面が基板の一方表面の周縁領域および周端面に当接され、また、ブラシの第２洗浄面が基板の他方表面の周縁領域および周端面に当接される。これにより、基板の両面の周縁領域ならびに周端面を洗浄することができる。

また、基板に対する第１洗浄面の押し付け量（基板に第１洗浄面を当接させたときの第１洗浄面の弾性変形量）を変更し、基板の一方表面の周縁領域と第１洗浄面との有効接触幅を変更することにより、基板の一方表面の周縁領域における洗浄幅を容易に変更することができる。さらに、基板に対する第２洗浄面の押し付け量（基板に第２洗浄面を当接させたときの第２洗浄面の弾性変形量）を変更し、基板の他方表面の周縁領域と第２洗浄面との有効接触幅を変更することにより、基板の他方表面の周縁領域における洗浄幅を容易に変更することができる。

請求項２記載の発明は、前記ブラシは、前記垂線方向に延びる中心軸線まわりに回転対称な形状を有しており、前記ブラシを前記中心軸線を中心に回転させるブラシ回転機構（３２）をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、ブラシの第１洗浄面が基板の一方表面の周縁領域および周端面に押し付けられた状態で、ブラシ回転機構によりブラシを回転させることによって、基板の一方表面の周縁領域および周端面をスクラブすることができる。また、ブラシの第２洗浄面が基板の他方表面の周縁領域および周端面に押し付けられた状態で、ブラシ回転機構によりブラシを回転させることによって、基板の他方表面の周縁領域および周端面をスクラブすることができる。これにより、基板の両面の周縁領域および周端面を一層良好に洗浄することができる。

請求項３記載の発明は、前記基板保持機構に保持された基板と前記ブラシとを、前記ブラシが当該基板の周方向に移動するように相対移動させる相対移動機構（３，９）をさらに含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、ブラシと基板との相対移動により、基板の両面の周縁領域および周端面を効率的に洗浄することができる。

請求項４記載の発明は、前記基板保持機構に保持された基板の少なくとも前記一方表面の周縁領域よりも内方の領域に処理液を供給する処理液供給機構（４，５，１０，１１，１２）をさらに含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置である。
この構成によれば、処理液により、基板の一方表面の周縁領域よりも内方の領域の汚染を洗い流すことができる。

請求項５記載の発明は、基板保持機構（３）によって基板（Ｗ）を保持する基板保持工程と、前記基板保持機構に保持された基板の一方表面に垂直な垂線方向の一方側に向けて狭まる形状の第１洗浄面（２８）およびこの第１洗浄面の前記一方側の端縁から前記垂線方向の前記一方側に向けて拡がる形状の第２洗浄面（２９）を有するブラシを移動させて、前記第１洗浄面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領域（１３）および周端面（１５）に当接させる一方側当接工程（Ｓ６）と、前記一方側当接工程の前に実行され、前記ブラシを移動させて、前記第２洗浄面を前記基板保持機構に保持された基板の前記一方表面と反対側の他方表面の周縁領域（１４）および周端面（１５）に当接させる他方側当接工程（Ｓ５）とを含むことを特徴とする、基板処理方法である。

この方法によれば、一方側当接工程では、ブラシの第１洗浄面が基板の一方表面の周縁領域および周端面に当接され、また、他方側当接工程では、ブラシの第２洗浄面が基板の他方表面の周縁領域および周端面に当接される。これにより、基板の両面の周縁領域ならびに周端面を洗浄することができる。
また、基板に対する第１洗浄面の押し付け量を変更し、基板の一方表面の周縁領域と第１洗浄面との有効接触幅を変更することにより、基板の一方表面の周縁領域における洗浄幅を容易に変更することができる。さらに、基板に対する第２洗浄面の押し付け量を変更し、基板の他方表面の周縁領域と第２洗浄面との有効接触幅を変更することにより、基板の他方表面の周縁領域における洗浄幅を容易に変更することができる。

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概略構成を示す平面図である。また、図２は、図１に示す基板処理装置の内部の図解的な側面図である。
この基板処理装置１は、基板の一例としての半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ］という。）を１枚ずつ処理する枚葉型の装置である。基板処理装置１は、隔壁で区画された処理室２内に、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転させるためのスピンチャック３と、ウエハＷの表面（デバイスが形成される側の表面）に処理液を供給するための表面ノズル４と、ウエハＷの裏面に処理液を供給するための裏面ノズル５と、ウエハＷの周縁部を洗浄するためのブラシ機構６とを備えている。

スピンチャック３は、真空吸着式チャックであって、ほぼ鉛直な方向に延びたスピン軸７と、このスピン軸７の上端に取り付けられて、ウエハＷをほぼ水平な姿勢でその裏面（下面）を吸着して保持する吸着ベース８と、スピン軸７と同軸に結合された回転軸を有するスピンモータ９とを備えている。これにより、ウエハＷの裏面が吸着ベース８に吸着保持された状態で、スピンモータ９が駆動されると、ウエハＷがスピン軸７の中心軸線まわりに回転する。

表面ノズル４および裏面ノズル５には、それぞれ処理液供給管１０，１１が接続されている。これらの処理液供給管１０，１１には、処理液バルブ１２を介して、図示しない処理液供給源からの処理液が供給されるようになっている。表面ノズル４は、処理液供給管１０を通して供給される処理液を、スピンチャック３に保持されたウエハＷの表面の中央に向けて吐出する。また、裏面ノズル５は、処理液供給管１１を通して供給される処理液を、スピンチャック３に保持されたウエハＷの裏面の周端縁と吸着ベース８との間に向けて吐出する。

なお、処理液としては、純水が用いられる。また、純水に限らず、炭酸水、イオン水、オゾン水、還元水（水素水）または磁気水などの機能水を用いてもよいし、アンモニア水またはアンモニア水と過酸化水素水との混合液などの薬液を用いることもできる。
ブラシ機構６は、ウエハＷの表面および裏面の各周縁領域１３，１４（たとえば、ウエハＷの周端縁から幅１〜４ｍｍの環状領域）ならびに周端面１５を洗浄するためのブラシ１６と、このブラシ１６を先端に保持した揺動アーム１７と、この揺動アーム１７をウエハ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１８と、揺動アーム１７を昇降させる昇降駆動機構１９とを備えている。

なお、ウエハＷの周縁部とは、ウエハＷの表面および裏面の各周縁領域１３，１４ならびに周端面１５を含む部分をいう。
図３は、ブラシ１６および揺動アーム１７の構成を示す断面図である。
ブラシ１６は、ブラシホルダ２０に保持されて、このブラシホルダ２０を介して、後述するホルダ取付部３６に取り付けられている。ブラシホルダ２０は、略円柱状の樹脂ブロック２１と、樹脂ブロック２１の中心軸線上に配置され、上端部が樹脂ブロック２１の下面に挿入されて固定された芯材２２と、この芯材２２の下端に取り付けられたプレート２３とを備えている。樹脂ブロック２１の上面には、周面にねじが切られたねじ部２４が一体的に形成されている。また、芯材２２の下端部には、ねじ孔が形成されており、このねじ孔にプレート２３の中心を貫通するボルト２５がねじ込まれることによって、プレート２３が芯材２２に着脱可能に取り付けられている。

ブラシ１６は、たとえば、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などのスポンジ材からなり、芯材２２に外嵌されて、樹脂ブロック２１とプレート２３との間に挟持されている。このブラシ１６は、ウエハＷの表面の周縁領域１３および周端面１５を洗浄するための第１洗浄部２６と、ウエハＷの裏面の周縁領域１４および周端面１５を洗浄するための第２洗浄部２７とを上下に一体的に備え、鉛直軸線まわりに回転対称な略鼓状に形成されている。

第１洗浄部２６は、その上部２６ａが略円筒状をなし、下部２６ｂが下方に向けて狭まる略円錐台状をなしている。第１洗浄部２６の下部２６ｂの側面は、上端縁が上部２６ａの側面の下端縁に連続し、その中心軸線に対して４５度の傾斜角度を有して、下方ほど中心軸線に近づくように傾斜している。この第１洗浄部２６において、下部２６ｂの側面がウエハＷの表面の周縁領域１３および周端面１５に当接する第１洗浄面２８となっている。

第２洗浄部２７は、第１洗浄部２６の下端に一体的に結合されて、第１洗浄部２６と中心軸線を共有するように配置されている。この第２洗浄部２７は、上部２７ａが下方に向けて拡がる略円錐台状をなし、下部２７ｂが略円筒状をなしている。第２洗浄部２７の上部２７ａの側面は、上端縁が第１洗浄部２６の下部２６ｂの側面の下端縁に連続し、その中心軸線に対して４５度の傾斜角度を有して、下方ほど中心軸線から離れるように傾斜している。また、上部２７ａの側面の下端縁は、下部２７ｂの側面の上端縁に連続している。この第２洗浄部２７において、上部２７ａの側面がウエハＷの裏面の周縁領域１４および周端面１５に当接する第２洗浄面２９となっている。

揺動アーム１７は、下ケーシング３０と、この下ケーシング３０に嵌め合わされた上ケーシング３１と、下ケーシング３０および上ケーシング３１によって形成される内部空間内に配置され、ブラシ１６を鉛直軸線まわりに回転（自転）させるためのブラシ自転機構３２と、下ケーシング３０および上ケーシング３１によって形成される内部空間内に配置され、ウエハＷの表面の周縁領域１３に対する鉛直方向のブラシ１６の押し圧（周縁領域１３にブラシ１６を押し付けるときの圧力）を予め設定された押し圧に保持するための押し圧保持機構３３とを備えている。

下ケーシング３０の一端部（基端部）には、鉛直方向に延びるアーム支持軸３４の上端部が結合されている。このアーム支持軸３４に、揺動駆動機構１８（図２参照）の駆動力が入力されるようになっている。揺動駆動機構１８の駆動力をアーム支持軸３４に入力して、アーム支持軸３４を往復回転させることによって、揺動アーム１７をアーム支持軸３４を支点に揺動させることができる。また、アーム支持軸３４に、昇降駆動機構１９（図２参照）が結合されており、昇降駆動機構１９により、アーム支持軸３４を上下動させて、このアーム支持軸３４と一体的に揺動アーム１７を上下動させることができる。

下ケーシング３０の他端部（遊端部）には、鉛直方向に延びる回転軸３５が、回転可能かつ上下動可能に設けられている。この回転軸３５は、下端が下ケーシング３０の他端部から下方に突出し、上端が上ケーシング３１の鉛直方向中央付近に達している。
回転軸３５の下ケーシング３０から突出する下端部には、ブラシホルダ２０が取り付けられるホルダ取付部３６が設けられている。このホルダ取付部３６は、回転軸３５が挿通されて、回転軸３５に固定された円板状の上面部３７と、この上面部３７の周縁から下方に向けて延びる円筒状の側面部３８とを一体的に備えている。側面部３８の内周面には、ねじが切られており、このねじとブラシホルダ２０のねじ部２４に形成されているねじとを螺合させることによって、ブラシホルダ２０をホルダ取付部３６に取り付けることができる。

また、回転軸３５には、下ガイドローラ支持部材３９、上ガイドローラ支持部材４０およびばね係止部材４１が外嵌されている。
下ガイドローラ支持部材３９は、回転軸３５の周面との間に微小な間隔を隔てて、回転軸３５に非接触状態で外嵌されている。この下ガイドローラ支持部材３９は、回転軸３５の中心軸線まわりに回転対称な形状を有しており、互いに間隔を隔てて配置された２個のベアリング４２を介して、下ケーシング３０の他端部に回転自在に支持されている。また、下ガイドローラ支持部材３９の上端部は、その下方の部分よりも小径な円筒状に形成されており、この円筒状の上端部には、ブラシ自転機構３２の後述するプーリ５４が相対回転不能に外嵌されている。

上ガイドローラ支持部材４０は、下ガイドローラ支持部材３９の上方に設けられている。この上ガイドローラ支持部材４０は、回転軸３５の周面との間に微小な間隔を隔てて、回転軸３５に非接触状態で外嵌され、ボルト４３によって、プーリ５４と連結されている。
ばね係止部材４１は、上ガイドローラ支持部材４０の上方に、上ガイドローラ支持部材４０と間隔を隔てて設けられ、回転軸３５に対して固定されている。このばね係止部材４１には、コイルばね４４の一端（上端）が係止されている。コイルばね４４は、ばね係止部材４１と上ガイドローラ支持部材４０との間に介在されて、その他端（下端）が上ガイドローラ支持部材４０に係止されている。

また、下ガイドローラ支持部材３９および上ガイドローラ支持部材４０には、それぞれ１対のガイドローラ４５，４６が支持されている。各ガイドローラ４５，４６は、回転軸３５と直交する方向に延びる軸を支点として回転自在に設けられ、その周面が回転軸３５の周面に接するように配置されている。これにより、各ガイドローラ４５，４６によって、回転軸３５の上下動をガイドすることができ、その上下動の際の抵抗を軽減することができる。

一方、回転軸３５の上端部には、ベアリング４７が外嵌されており、このベアリング４７を介して、キャップ状の当接部材４８が回転軸３５に対して相対回転可能に設けられている。
なお、下ガイドローラ支持部材３９の外周面と下ケーシング３０との間は、磁性流体シール４９によりシールされている。また、下ガイドローラ支持部材３９の内周面と回転軸３５との間は、ベローズ５０によりシールされている。これにより、それらの間を通して、処理液や洗浄液を含む雰囲気が下ケーシング３０および上ケーシング３１によって形成される内部空間内に浸入したり、その内部空間内で発生するごみが処理室２内に拡散したりすることが防止されている。

ブラシ自転機構３２は、上ケーシング３１内の基端部寄りの位置に、その出力軸５１が鉛直下方に向けて延びるように設けられたブラシモータ５２と、このブラシモータ５２の出力軸５１に固定されたプーリ５３と、下ガイドローラ支持部材３９に外嵌されたプーリ５４と、プーリ５３およびプーリ５４の周面に共通に巻回されたベルト５５とを備えている。これにより、ブラシモータ５２が駆動されると、ブラシモータ５２からの回転力が、プーリ５３およびベルト５５を介して、プーリ５４に伝達され、プーリ５４とともに下ガイドローラ支持部材３９および上ガイドローラ支持部材４０が回転する。そして、上ガイドローラ支持部材４０の回転に伴って、コイルばね４４およびばね係止部材４１が回転する。この結果、回転軸３５が回転し、回転軸３５の下端に取り付けられているブラシ１６が回転する。

押し圧保持機構３３は、当接部材４８の上方に配置されたエアシリンダ５６を備えている。このエアシリンダ５６は、ロッド５７を下方に向けて、そのロッド５７が鉛直方向に進退するように配置されている。より具体的には、下ケーシング３０の底面から上方に向かって、側面視略Ｌ字状の支持板５８が延びており、この支持板５８には、当接部材４８の上方に向けて延びるシリンダ取付板５９が支持されている。エアシリンダ５６は、シリンダ取付板５９の上面に固定されて、そのロッド５７が、シリンダ取付板５９に形成されたロッド挿通孔６０に挿通されている。ロッド５７の下端は、当接部材４８に当接している。

エアシリンダ５６の内部は、ロッド５７の基端に固定されたピストン（図示せず）によって、ロッド５７の進退方向（鉛直方向）に２つの空間に分割されている。そして、ピストンに対してロッド５７側の空間には、定量弁（図示せず）が介装された第１エア供給配管６１が接続されている。一方、ピストンに対してロッド５７と反対側の空間には、リリーフ圧を設定変更可能なリリーフバルブ６２（図４参照）が介装された第２エア供給配管６３が接続されている。リリーフバルブ６２のリリーフ圧を上げると、第２エア供給配管６３からエアシリンダ５６に供給されるエアの圧力が上がり、ロッド５７がエアシリンダ５６から進出する。逆に、リリーフバルブ６２のリリーフ圧を下げると、第２エア供給配管６３からエアシリンダ５６に供給されるエアの圧力が下がり、第１エア供給配管６１からエアシリンダ５６に供給されるエアの圧力およびコイルばね４４の付勢力により、ロッド５７がエアシリンダ５６に退避する。

また、支持板５８には、シリンダ取付板５９と反対側に向けて延びるセンサ取付板６４が支持されている。このセンサ取付板６４の上面には、歪みゲージ型の圧力センサ６５が取り付けられている。
一方、当接部材４８には、押し圧検出用アーム６６が固定されている。この押し圧検出用アーム６６は、当接部材４８から圧力センサ６５の上方に向けて延びており、ブラシ１６がウエハＷに接触していない状態で、圧力センサ６５に対して、エアシリンダ５６による回転軸３５の鉛直方向下方への押し下げ圧（ウエハＷの表面の周縁領域１３に対する鉛直方向のブラシ１６の押し圧に相当する。）で接触する。これにより、圧力センサ６５は、エアシリンダ５６による回転軸３５の鉛直方向下方への押し下げ圧を検出することができる。

図４は、基板処理装置１の電気的構成を説明するためのブロック図である。
基板処理装置１は、マイクロコンピュータを含む制御部６７を備えている。この制御部６７には、圧力センサ６５の検出信号が入力されるようになっている。また、制御部６７には、使用者によって処理レシピ（ウエハＷの処理のための各種条件）を入力するためのレシピ入力キー６８が接続されている。さらに、制御部６７には、スピンモータ９、処理液バルブ１２、揺動駆動機構１８、昇降駆動機構１９、ブラシモータ５２およびリリーフバルブ６２などが制御対象として接続されている。

図５は、基板処理装置１におけるウエハＷの処理を説明するための工程図である。また、図６および図７は、ウエハＷの処理中におけるブラシ１６の状態を示す側面図である。
ウエハＷの処理に先立ち、使用者によって、レシピ入力キー６８が操作されて、ウエハＷの表面の周縁領域１３に対するブラシ１６の第１洗浄面２８の押し圧が入力されている。このレシピ入力キー６８からの入力に従って、制御部６７により、リリーフバルブ６２のリリーフ圧が設定される（ステップＳ１：押し圧設定）。具体的には、ブラシ１６がウエハＷに接触していない状態では、押し圧検出用アーム６６が圧力センサ６５に接触しているので、圧力センサ６５によって、エアシリンダ５６による回転軸３５の鉛直方向下方への押し下げ圧を検出することができる。制御部６７は、リリーフバルブ６２のリリーフ圧を変化させて、圧力センサ６５により検出される押し下げ圧とレシピ入力キー６８から入力される押し圧とを比較し、両者が一致した時点で、このときのリリーフ圧をウエハＷの処理時のリリーフ圧として設定する。

その後、処理室２内にウエハＷが搬入され（ステップＳ２）、そのウエハＷがスピンチャック３に保持されると、制御部６７によりスピンモータ９が制御されて、スピンチャック３によるウエハＷの回転が開始される（ステップＳ３）。次いで、制御部６７により処理液バルブ１２が開かれて、表面ノズル４および裏面ノズル５からそれぞれウエハＷの表面および裏面への処理液の供給が開始される（ステップＳ４）。

また、制御部６７によりブラシモータ５２が制御されて、ブラシ１６がウエハＷの回転方向と同方向に回転される。その後、制御部６７により揺動駆動機構１８および昇降駆動機構１９が制御されて、ブラシ１６の第２洗浄面２９がウエハＷの裏面の周縁領域１４および周端面１５に当接される（ステップＳ５）。具体的には、まず、昇降駆動機構１９が制御されて、ブラシ１６がレシピ入力キー６８から設定された押し付け量に応じた高さの位置に移動され、ブラシ１６の第２洗浄面２９がウエハＷの周端面１５に対向する。次に、揺動駆動機構１８が制御されて、揺動アーム１７が旋回し、ブラシ１６が水平移動することにより、ブラシ１６の第２洗浄面２９にウエハＷの周縁部が食い込み、図６に示すように、ブラシ１６の第２洗浄面２９がウエハＷの裏面の周縁領域１４および周端面１５に押し付けられる。これにより、ウエハＷの裏面の周縁領域１４および周端面１５が洗浄される。

ブラシ１６の第２洗浄面２９がウエハＷに当接してから所定時間が経過すると、制御部６７により昇降駆動機構１９が制御されて、ブラシ１６が所定の高さまで上昇される。これにより、ブラシ１６の第１洗浄面２８にウエハＷの周縁部が食い込み（ステップＳ６：第１洗浄面当接）、図７に示すように、ブラシ１６の第１洗浄面２８がウエハＷの表面の周縁領域１３および周端面１５に押し付けられる。これにより、ウエハＷの表面の周縁領域１３および周端面１５が洗浄される。

このとき、押し圧保持機構３３の働きによって、ブラシ１６は、レシピ入力キー６８から設定された一定の押し圧で、ウエハＷの表面の周縁領域１３に押し付けられる。たとえば、ウエハＷに反り変形が生じている場合、ウエハＷの反り上がった部分にブラシ１６が接触すると、ブラシ１６を上方に押し上げる力が働き、エアシリンダ５６内のピストンに対してロッド５７と反対側の空間の圧力が高まり、これに伴って第２エア供給配管６３内の圧力が高まるが、その第２エア供給配管６３内の圧力がリリーフバルブ６２のリリーフ圧以上になると、第２エア供給配管６３内のエアが逃がされて、第２エア供給配管６３内の圧力がリリーフ圧に保持される。したがって、ブラシ１６の第１洗浄面２８がウエハＷの表面の周縁領域１３および周端面１５に当接している間、ウエハＷの表面の周縁領域１３に対する鉛直方向のブラシ１６の押し圧が予め設定された押し圧に保持される。

また、こうしてウエハＷの周縁部が洗浄されている間、ウエハＷの表面に供給される処理液により、ウエハＷの表面の中央領域（デバイス形成領域）に付着した汚染を洗い流すことができる。
ブラシ１６の第１洗浄面２８がウエハＷに当接してから所定時間が経過すると、制御部６７により揺動駆動機構１８および昇降駆動機構１９が制御されて、ブラシ１６が処理開始前のホームポジションに退避される（ステップＳ７）。また、ブラシ１６がホームポジションに戻される間に、ブラシモータ５２が停止されて、ブラシ１６の回転が停止される。さらに、制御部６７により処理液バルブ１２が閉じられて、表面ノズル４および裏面ノズル５からの処理液の供給が停止される（ステップＳ８）。

その後は、制御部６７によりスピンモータ９が制御されて、ウエハＷが高速（たとえば、３０００ｒｐｍ）で回転される（ステップＳ９）。これにより、ウエハＷに付着している処理液を振り切って、ウエハＷを乾燥させることができる。
ウエハＷの高速回転が所定時間にわたって続けられると、スピンモータ９が停止されて、スピンチャック３によるウエハＷの回転が停止される（ステップＳ１０）。そして、ウエハＷが静止した後、その処理済みのウエハＷが処理室２から搬出されていく（ステップＳ１１）。

以上のように、ブラシ１６の第２洗浄面２９をウエハＷの裏面の周縁領域１４および周端面１５に当接させて、その周縁領域１４および周端面１５を洗浄することができ、また、ブラシ１６の第１洗浄面２８をウエハＷの表面の周縁領域１３および周端面１５に当接させて、その周縁領域１３および周端面１５を洗浄することができる。
また、ウエハＷに対するブラシ１６の第１洗浄面２８の押し付け量（ウエハＷに第１洗浄面２８を当接させたときの第１洗浄面２８の弾性変形量）を変更し、ウエハＷの一方表面の周縁領域１３と第１洗浄面２８との有効接触幅を変更することにより、その周縁領域１３における洗浄幅を容易に変更することができる。さらに、ウエハＷに対するブラシ１６の第２洗浄面２９の押し付け量（ウエハＷに第２洗浄面２９を当接させたときの第２洗浄面２９の弾性変形量）を変更し、ウエハＷの他方表面の周縁領域１４と第２洗浄面２９との有効接触幅を変更することにより、その周縁領域１４における洗浄幅を容易に変更することができる。

なお、レシピ入力キー６８を操作して、ウエハＷの表面の周縁領域１３に対するブラシ１６の押し圧を変更することにより、ウエハＷに対するブラシ１６の第１洗浄面２８の押し付け量を変更することができ、これに伴って、第２洗浄面２９の押し付け量を変更することができる。
また、第２洗浄面２９による洗浄が行われた後に、第１洗浄面２８による洗浄が行われることにより、第２洗浄面２９による洗浄時に、ウエハＷの裏面の周縁領域１４や周端面１５から除去された汚染物質がウエハＷの表面に回り込んで再付着しても、第１洗浄面２８による洗浄時に、そのウエハＷの表面に再付着した汚染物質を除去することができる。したがって、清浄な表面を有するウエハＷを提供することができる。

なお、ウエハＷの裏面は、スピンチャック３の吸着ベース８との接触部分の汚染（吸着跡）を除去するため、この基板処理装置１における処理後に、別の基板処理装置（処理チャンバ）で洗浄される。したがって、第１洗浄面２８による洗浄時に、ウエハＷの表面の周縁領域１３や周端面１５から除去された汚染物質がウエハＷの裏面に回り込んで再付着しても問題にならない。

また、ブラシ１６の第１洗浄面２８がウエハＷに当接されている間、および、ブラシ１６の第２洗浄面２９がウエハＷに当接されている間、スピンチャック３によりウエハＷが回転されて、ブラシ１６とウエハＷの周縁部とが相対的に移動するので、ウエハＷの周縁部を効率的に洗浄することができる。
さらに、ブラシ１６の第１洗浄面２８がウエハＷに当接されている間、および、ブラシ１６の第２洗浄面２９がウエハＷに当接されている間、ブラシ１６がウエハＷと同方向に回転される。これにより、ウエハＷの周縁部をスクラブすることができ、ウエハＷの周縁部を一層良好に洗浄することができる。なお、ブラシ１６の回転方向は、ウエハＷの回転方向と逆方向であってもよいが、ウエハＷの回転方向と同方向の場合、ウエハＷとブラシ１６とを互いに擦り合わせることができるので、より高品質な洗浄を達成することができる。

また、この基板処理装置１では、ブラシ１６の第１洗浄面２８がウエハＷの表面の周縁領域１３および周端面１５に当接している間は、押し圧保持機構３３の働きにより、ウエハＷの表面の周縁領域１３に対する第１洗浄面２８の押し圧が予め設定された押し圧に保持される。そのため、たとえウエハＷに反り変形が生じていても、ウエハＷの表面の周縁領域１３における洗浄むらや洗浄幅の不均一を生じることなく、ウエハＷの表面の周縁領域１３および周端面１５を良好に洗浄することができる。
＜洗浄効果確認試験＞
図８は、種々の形状のブラシによる洗浄効果を確認するための試験の結果を示すグラフである。

本願発明者らは、ＰＶＡを用いて、４種類の形状のブラシＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを作成し、これらのブラシＡ〜Ｄを、大日本スクリーン製造株式会社製のブラシスクラバ（商品名「ＳＳ−３０００」）に選択的に装着して、このブラシスクラバで、各ブラシＡ〜ＤによるウエハＷの周縁部の洗浄を行った。この洗浄の前後で、ウエハＷの表面の周縁領域１３、裏面の周縁領域１４および周端面１５に付着しているパーティクル数を、株式会社レイテックス製のエッジ検査機（商品名「ＲＸＷ−８００」）を用いて計数した。洗浄前の計数結果（Ｐｒｅ）が、図８にハッチング模様の棒グラフで示されており、洗浄後の計数結果（Ｐｏｓｔ）が、図８にクロスハッチング模様の棒グラフで示されている。また、洗浄前後の計数結果から算出したパーティクル除去率（ＰＲＥ）が、図８に折れ線グラフで示されている。なお、パーティクル除去率（ＰＲＥ）＝（Ｐｒｅ−Ｐｏｓｔ）÷Ｐｒｅ×１００（％）の数式により導き出される。

ブラシＡは、ウエハＷの側方に配置され、ウエハＷの表面に直交する軸に平行な中心軸を有する円柱状のブラシであり、ブラシＡを用いた洗浄では、ブラシＡの周面をウエハＷの周端面１５に押し付けた。この洗浄によるパーティクル除去率は、２０％程度であった。
ブラシＢは、下面がウエハＷの表面の周縁領域１３に対向し、ウエハＷの表面とほぼ平行に配置された円板状のブラシであり、ブラシＢを用いた洗浄では、ブラシＢの一方端面（平面）をウエハＷの表面の周縁領域１３に対して上方から押し付けた。しかしながら、パーティクルは、ほとんど除去されず、この洗浄によるパーティクル除去率は、ほぼ０％であった。

ブラシＣは、ウエハＷの側方に配置され、ウエハＷを嵌合可能な溝を周面に有する円筒状のブラシであり（特許文献３参照）、ブラシＣを用いた洗浄では、ブラシＣの溝にウエハＷの周縁部を嵌合させた。この洗浄によるパーティクル除去率は、１０％程度であった。
ブラシＤは、前述の実施形態に係るブラシ１６と同じ形状を有するブラシであり、このブラシＤを用いた洗浄では、前述の実施形態と同様にして、ウエハＷの表面の周縁領域１３、裏面の周縁領域１４および周端面１５を洗浄した。この洗浄によるパーティクル除去率は、８０％を超えた。

この結果から、ブラシ１６に相当するブラシＤは、従来の提案に係るブラシＡ〜Ｃと比較して、ウエハＷの表面の周縁領域１３、裏面の周縁領域１４および周端面１５を洗浄する性能が高いことが理解される。
図９は、ブラシ１６の押し圧とウエハＷの表面の周縁領域１３におけるブラシ１６の接触幅との関係を示すグラフである。

ブラシ１６にフォトレジストを染み込ませ、このウエハＷの周縁部にブラシ１６を所定の押し圧で押し付けた。そして、ウエハＷの表面の周縁領域１３に付着したフォトレジストの幅を測定した。なお、ブラシ１６の洗浄面２８の傾斜角度は前述したように４５度となっている。この結果が、図９に折れ線グラフで示されている。
すなわち、ブラシ１６の押し圧が１［相対圧力値］のときには、ウエハＷの表面の周縁領域１３におけるブラシ１６の接触幅は、１．２ｍｍ程度であった。ブラシ１６の押し圧が２［相対圧力値］のときには、ウエハＷの表面の周縁領域１３におけるブラシ１６の接触幅は、１．８ｍｍ程度であった。また、ブラシ１６の押し圧が３［相対圧力値］のときには、ウエハＷの表面の周縁領域１３におけるブラシ１６の接触幅は、２．４ｍｍ程度であった。なお、ここでいう相対圧力値とは、押し圧の所定の圧力値を１とした場合の、相対的な圧力値である。

この結果から、ブラシ１６の押し圧とブラシ１６の接触幅とは、ほぼ正比例の関係を有していることが理解される。したがって、ブラシ１６の押し圧により、ウエハＷの表面の周縁領域１３における洗浄幅を良好に制御可能なことが理解される。
以上、この発明の一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、ブラシ１６がウエハＷに当接している間、ブラシ１６を回転させずに静止させてもよい。

また、ウエハＷを回転させることにより、ブラシ１６とウエハＷの周縁部とが相対移動させる構成を例にとったが、たとえば、角形基板を処理対象とする場合には、基板を静止させておき、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、基板およびブラシの両方を移動させることによって、ブラシを基板の周縁部に沿って相対移動させてもよい。

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概略構成を示す平面図である。 図１に示す基板処理装置の内部の図解的な側面図である。 ブラシおよび揺動アームの構成を示す断面図である。 図１に示す基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。 図１に示す基板処理装置における処理を説明するための工程図である。 処理中におけるブラシの状態（第２洗浄面が基板の周縁部に当接した状態）を示す側面図である。 処理中におけるブラシの状態（第１洗浄面が基板の周縁部に当接した状態）を示す側面図である。 種々の形状のブラシによる洗浄効果を確認するための試験の結果を示すグラフである。 ブラシの押し圧とウエハの表面の周縁領域におけるブラシの接触幅（洗浄幅）との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 基板処理装置
３ スピンチャック
４ 表面ノズル
５ 裏面ノズル
９ スピンモータ
１０ 処理液供給管
１１ 処理液供給管
１２ 処理液バルブ
１３ 周縁領域
１４ 周縁領域
１５ 周端面
１６ ブラシ
１８ 揺動駆動機構
１９ 昇降駆動機構
２８ 第１洗浄面
２９ 第２洗浄面
３２ ブラシ自転機構
６７ 制御部

Claims (5)

1. 基板を保持する基板保持機構と、
   弾性変形可能な材料を用いて形成され、前記基板保持機構に保持された基板の一方表面に垂直な垂線方向の一方側に向けて狭まる形状の第１洗浄面およびこの第１洗浄面の前記一方側の端縁から前記垂線方向の前記一方側に向けて拡がる形状の第２洗浄面を有するブラシと、
   前記基板保持機構に保持された基板に対して前記ブラシを移動させるブラシ移動機構と、
   このブラシ移動機構を制御して、前記第２洗浄面を前記基板保持機構に保持された基板の前記一方表面と反対側の他方表面の周縁領域および周端面に当接させ、その後に、前記第１洗浄面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領域および周端面に当接させるための制御部とを含むことを特徴とする、基板処理装置。
2. 前記ブラシは、前記垂線方向に延びる中心軸線まわりに回転対称な形状を有しており、
   前記ブラシを前記中心軸線を中心に回転させるブラシ回転機構をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記基板保持機構に保持された基板と前記ブラシとを、前記ブラシが当該基板の周方向に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ことを特徴とする、請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記基板保持機構に保持された基板の少なくとも前記一方表面の周縁領域よりも内方の領域に処理液を供給する処理液供給機構をさらに含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 基板保持機構によって基板を保持する基板保持工程と、
   前記基板保持機構に保持された基板の一方表面に垂直な垂線方向の一方側に向けて狭まる形状の第１洗浄面およびこの第１洗浄面の前記一方側の端縁から前記垂線方向の前記一方側に向けて拡がる形状の第２洗浄面を有するブラシを移動させて、前記第１洗浄面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領域および周端面に当接させる一方側当接工程と、
   前記一方側当接工程の前に実行され、前記ブラシを移動させて、前記第２洗浄面を前記基板保持機構に保持された基板の前記一方表面と反対側の他方表面の周縁領域および周端面に当接させる他方側当接工程とを含むことを特徴とする、基板処理方法。

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