JP5937456B2 - 基板洗浄装置および基板洗浄ユニット - Google Patents

Description

開示の実施形態は、基板洗浄装置および基板洗浄ユニットに関する。

従来、シリコンウェハや化合物半導体ウェハ等の基板の洗浄方式として、スクラブ洗浄方式が知られている。スクラブ洗浄方式は、回転するブラシやスポンジを基板の表面に接触させて、表面に付着した異物を除去する洗浄方式である。

スクラブ洗浄方式を採用する基板洗浄装置は、モータによって回転し且つエアシリンダによって上下動するシャフトの下端部にブラシ等の洗浄体を備えており、エアシリンダが発生させる浮力を調整することによって洗浄体の基板への接触圧を調整する。従来の基板洗浄装置は、洗浄体やシャフト等の合計重量を検知するセンサを備えており、予め設定された所望の接触圧と上記センサからの出力との差分だけエアシリンダの浮力を発生させることによって、所望の接触圧を得ることができる。

一方、従来の基板洗浄装置では、洗浄体のシャフトを回転させるためのモータが、シャフトと別体に設けられており、モータの出力軸に取り付けられたプーリとシャフトに取り付けられたプーリとの間に掛け回された伝達ベルトによってモータの回転をシャフトへ伝達して洗浄体を回転させていた（特許文献１参照）。

特開平７−３０７３２１号公報

しかしながら、従来の基板洗浄装置には、洗浄体の基板への接触圧を正確に検知するという点でさらなる改善の余地があった。

たとえば、洗浄体は、基板表面の凹凸によって上下動することがある。このような場合、シャフトに取り付けられたプーリはシャフトとともに上下動するが、モータに取り付けられたプーリは上下動しないため、これらのプーリ間に掛け回されたベルトが斜めになり、この影響が圧力センサへ伝わって正確な検知結果が得られない可能性があった。

実施形態の一態様は、洗浄体の基板への接触圧を正確に検知することのできる基板洗浄装置および基板洗浄ユニットを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る基板洗浄装置は、洗浄体ヘッド部と、第１荷重検知部と、浮力付与部とを備える。洗浄体ヘッド部は、洗浄体と、洗浄体を支持するシャフトと、シャフトを回転させる回転機構と、これらを一体的に保持するベース部材とを備える。第１荷重検知部は、一端側が洗浄体ヘッド部のベース部材に連結され、洗浄体ヘッド部から受ける荷重を検知する。浮力付与部は、第１荷重検知部を介して洗浄体ヘッド部に浮力を与える。また、浮力付与部は、第２ベース部材と、ガイド部と、昇降機構と、第３ベース部材とを備える。第２ベース部材は、第１荷重検知部の他端側に連結される。ガイド部は、第２ベース部材を昇降可能に支持する。昇降機構は、第２ベース部材を昇降させる。第３ベース部材は、昇降機構およびガイド部を保持する。

実施形態の一態様によれば、洗浄体の基板への接触圧を正確に検知することができる。

図１は、スクラブ洗浄ユニットの構成を示す模式平面図である。 図２は、第１の実施形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式側面図である。 図３は、第１の実施形態に係る基板洗浄処理の処理手順を示すフローチャートである。 図４Ａは、基板洗浄装置の動作例を示す図である。 図４Ｂは、基板洗浄装置の動作例を示す図である。 図５は、第２の実施形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式側面図である。 図６は、第２の実施形態に係る浮力値決定処理の処理手順を示すフローチャートである。 図７は、第２の実施形態に係る基板洗浄装置の他の構成を示す模式側面図である。 図８は、第３の実施形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式側面図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する基板洗浄装置および基板洗浄ユニットの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係るスクラブ洗浄ユニットの概略構成について図１を用いて説明する。図１は、スクラブ洗浄ユニットの構成を示す模式平面図である。

なお、以下においては、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。

図１に示すように、第１の実施形態に係るスクラブ洗浄ユニット１００は、本願の開示する基板洗浄ユニットの一例であり、チャンバ３内に、基板洗浄装置１と、基板保持装置２とを備える。

基板洗浄装置１は、基板保持装置２によって保持されたウェハＷに対してスクラブ洗浄を行う装置である。具体的には、基板洗浄装置１には、ブラシやスポンジなどの洗浄体１１が回転可能に設けられており、洗浄体１１をウェハＷに接触させた状態で洗浄体１１を回転させることによって、ウェハＷの表面に付着した異物を除去する。

また、基板洗浄装置１の基端部には、洗浄体１１を鉛直方向に沿って移動させる昇降機構５０と、昇降機構５０をＸ軸方向に沿って水平に移動させる移動機構５５とが設けられる。基板洗浄装置１は、洗浄体１１を回転させたのち、昇降機構５０を用いて洗浄体１１を降下させてウェハＷの表面に接触させ、さらに、移動機構５５を用いて昇降機構５０を移動させることにより、後述する基板保持装置２によって回転するウェハＷの表面全体をスクラブ洗浄する。

基板保持装置２は、ウェハＷを水平に保持するとともに、保持したウェハＷを鉛直軸回りに回転させる回転保持機構２ａと、回転保持機構２ａを取り囲むように配置されたカップ２ｂとを備える。かかる基板保持装置２は、回転保持機構２ａによってウェハＷを回転させるとともに、ウェハＷの回転による遠心力によってウェハＷの外方へ飛散する洗浄液をカップ２ｂによって回収する。

なお、基板保持装置２は、ウェハＷ上にＤＩＷ（純水）を供給するためのノズル２ｃを備えるており、後述する基板洗浄処理中に、かかるノズル２ｃからウェハＷ上にＤＩＷを供給することによって、ウェハＷの表面の乾燥を防止することとしている。ここでは、ノズル２ｃがカップ２ｂの上部に設けられるものとするが、ノズル２ｃを処理位置まで旋回させる旋回機構をチャンバ３内に設け、かかる旋回機構の先端にノズル２ｃを設けてもよい。

また、スクラブ洗浄ユニット１００は、チャンバ３の外部に制御装置４を備える。制御装置４は、スクラブ洗浄ユニット１００の動作を制御する装置である。かかる制御装置４は、たとえばコンピュータであり、図示しない制御部と記憶部とを備える。記憶部には、基板洗浄処理等の各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部は記憶部に記憶されたプログラムを読み出して実行することによってスクラブ洗浄ユニット１００の動作を制御する。

なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記録媒体に記録されていたものであって、その記録媒体から制御装置４の記憶部にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記録媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。

ここで、スクラブ洗浄方式を採用する基板洗浄装置は、洗浄体を支持するシャフトをエアシリンダ等を用いて所定の浮力で持ち上げることによって、洗浄体のウェハへの接触圧を調整している。具体的には、洗浄体やシャフト等の合計重量を検知するセンサを備え、予め設定された所望の接触圧と上記センサからの出力との差分だけエアシリンダの浮力を生じさせることによって、所望の接触圧を得ることができる。

しかしながら、従来の基板洗浄装置では、洗浄体のシャフトを回転させるためのモータが、シャフトとは別体に設けられており、モータの出力軸に取り付けられたプーリとシャフトに取り付けられたプーリとの間に掛け回された伝達ベルトによってモータの回転をシャフトへ伝達し、洗浄体を回転させていた。このため、洗浄体がウェハ表面の凹凸によって上下動した場合に、プーリ間に掛け回されたベルトが斜めになり、洗浄体のウェハへの接触圧を正確に検知することができない可能性があった。

そこで、第１の実施形態に係る基板洗浄装置１は、洗浄体１１のシャフトを回転させる回転機構や、洗浄体１１のウェハＷへの接触圧を検知するためのセンサの配置を工夫することにより、洗浄体１１のウェハＷへの接触圧を正確に検知することとした。以下では、かかる基板洗浄装置１の構成について具体的に説明する。

図２は、第１の実施形態に係る基板洗浄装置１の構成を示す模式側面図である。図２に示すように、基板洗浄装置１は、洗浄体ヘッド部１０と、第１荷重検知部２０と、浮力付与部３０と、第２荷重検知部４０と、昇降機構５０とを備える。

洗浄体ヘッド部１０は、洗浄体１１と、シャフト１２と、回転機構１３と、第１ベース部材１４とを備える。洗浄体１１は、ブラシやスポンジ等であり、下端面をウェハＷの表面との対向面としている。シャフト１２は、鉛直方向に延在する長尺状の部材であり、下端部が洗浄体１１の上部に接続されることによって、洗浄体１１を支持する。

回転機構１３は、シャフト１２を鉛直軸まわりに回転させる。具体的には、回転機構１３は、モータ１３ａと、第１プーリ１３ｂと、第２プーリ１３ｃと、伝達ベルト１３ｄとを備える。モータ１３ａは、シャフト１２に隣接する位置に、出力軸がシャフト１２と平行となる向きで設けられる。第１プーリ１３ｂは、モータ１３ａの出力軸の先端部に取り付けられ、第２プーリ１３ｃは、シャフト１２の先端部に取り付けられる。これら第１プーリ１３ｂおよび第２プーリ１３ｃは、同一の高さに配置されて伝達ベルト１３ｄが掛け渡される。

かかる回転機構１３では、モータ１３ａが出力軸を回転させると、かかる出力軸の回転に伴って第１プーリ１３ｂが回転する。第１プーリ１３ｂの回転は、伝達ベルト１３ｄによって第２プーリ１３ｃへ伝達される。そして、第２プーリ１３ｃが回転することによって、シャフト１２および洗浄体１１が回転する。

第１ベース部材１４は、洗浄体１１、シャフト１２および回転機構１３を一体的に保持する部材であり、本体部１４ａと、支持部１４ｂと、第１連結部１４ｃとを備える。

本体部１４ａは、シャフト１２とモータ１３ａを保持する。シャフト１２およびモータ１３ａの出力軸は、かかる本体部１４ａから突出しており、かかる本体部１４ａの上方に第１プーリ１３ｂ、第２プーリ１３ｃおよび伝達ベルト１３ｄが配置される。なお、シャフト１２は、軸受１２ａを介して本体部１４ａに回転可能に保持される。

支持部１４ｂは、鉛直方向に延在する部材であり、下端部が本体部１４ａの上部に固定される。第１連結部１４ｃは、水平方向に延在する部材であり、支持部１４ｂの上部に設けられる。

このように、洗浄体ヘッド部１０は、洗浄体１１と、洗浄体１１を支持するシャフト１２と、シャフト１２を回転させる回転機構１３とが第１ベース部材１４に一体的に保持された構成を有する。これにより、ウェハＷの凹凸によって洗浄体１１が上下動した場合に、回転機構１３も一体となって上下動するため、従来のように一方のプーリのみが上下動して伝達ベルトが斜めになるといった事態が生じるおそれがない。

第１荷重検知部２０は、洗浄体１１のウェハＷへの接触圧を検知するための検知部である。具体的には、第１荷重検知部２０は、ロバーバル型のロードセルであり、水平方向に延在する矩形状の本体部（起歪体）の一端側に第１ベース部材１４の第１連結部１４ｃが連結され、他端側には後述する第２ベース部材３１の第２連結部３１ａに連結される。

第１荷重検知部２０の本体部は、洗浄体ヘッド部１０から受ける荷重によって変形する。第１荷重検知部２０は、かかる本体部の変形量を本体部に貼着されたひずみゲージによって電気的に検出することによって、洗浄体ヘッド部１０から受ける荷重を検知する。

このように、第１の実施形態に係る基板洗浄装置１では、第１荷重検知部２０を、洗浄体ヘッド部１０と浮力付与部３０とを連結する連結部材としても利用することとしている。特に、第１の実施形態に係る基板洗浄装置１では、第１荷重検知部２０としてロバーバル型のロードセルを用いることにより、洗浄体ヘッド部１０および浮力付与部３０を効率的に連結することができる。

なお、第１ベース部材１４の第１連結部１４ｃおよび第２ベース部材３１の第２連結部３１ａは、それぞれ第１荷重検知部２０に対してボルトで固定される。このとき、図２に示すように、第１荷重検知部２０の上面に第１連結部１４ｃを連結し、下面に第２連結部３１ａを連結する構成とすることにより、第１荷重検知部２０に対する第１連結部１４ｃおよび第２連結部３１ａの取り付け容易性を高めることができる。言い換えれば、第１連結部１４ｃを第１荷重検知部２０の下面に連結し、第２連結部３１ａを上面に連結した場合と比較して、これら第１連結部１４ｃの取り付けに要するスペースを小さくすることができるため、洗浄体ヘッド部１０と浮力付与部３０とをよりコンパクトに連結することができる。

浮力付与部３０は、第２ベース部材３１と、ガイド部３２と、エアシリンダ３３と、第３ベース部材３４とを備える。第２ベース部材３１は、水平方向に延在する第２連結部３１ａを備え、かかる第２連結部３１ａにおいて第１荷重検知部２０の他端側と連結する。ガイド部３２は、第２ベース部材３１を昇降可能に支持する部材である。

エアシリンダ３３は、第２ベース部材３１を昇降させる昇降機構である。具体的には、エアシリンダ３３は、上側供給部３３ａ＿１および下側供給部３３ａ＿２が形成された本体部３３ａと、本体部３３ａの内部に昇降可能に設けられた昇降軸３３ｂとを備える。かかるエアシリンダ３３は、本体部３３ａの上側供給部３３ａ＿１および下側供給部３３ａ＿２からそれぞれ供給されるエアの圧力差を利用して、昇降軸３３ｂを移動させる。

より具体的には、上側供給部３３ａ＿１には図示しないエア供給源が接続され、かかるエア供給源から一定圧力のエアが供給される。また、下側供給部３３ａ＿２には電空レギュレータ６０が接続され、電空レギュレータ６０によって所定の圧力に調整されたエアが供給される。基板洗浄装置１は、下側供給部３３ａ＿２へ供給するエアの圧力を電空レギュレータ６０によって調整することにより、本体部３３ａの内部に所望の浮力を発生させて昇降軸３３ｂを移動させる。

第３ベース部材３４は、エアシリンダ３３の本体部３３ａおよびガイド部３２を保持するベース部材である。

上記のように構成された浮力付与部３０では、エアシリンダ３３が昇降軸３３ｂを上下動させることによって、昇降軸３３ｂが第２ベース部材３１を上下動させる。これにより、第２ベース部材３１が、ガイド部３２に沿って上下動し、かかる第２ベース部材３１に連結された第１荷重検知部２０および第１荷重検知部２０に連結された洗浄体ヘッド部１０が上下動する。

このように、浮力付与部３０は、第１荷重検知部２０の他端側に連結され、第１荷重検知部２０を介して洗浄体ヘッド部１０に浮力を与える。

なお、エアシリンダ３３の昇降軸３３ｂは、第２ベース部材３１に対して当接および離隔可能に（以下、「接離可能に」と記載する）構成される。これにより、洗浄体１１がウェハＷから突発的に大きな抗力を受けた場合に、第２ベース部材３１が昇降軸３３ｂから離れることで、洗浄体ヘッド部１０が上方に逃げることができ、ウェハＷに大きな負荷がかかることを防止することができる。

ここでは、昇降機構としてエアシリンダ３３を用いる場合の例を示したが、昇降機構は、第２ベース部材３１を昇降させることができるものであればよく、エアシリンダ３３以外であってもよい。

第２荷重検知部４０は、洗浄体１１のウェハＷへの接触圧を所望の接触圧に設定するために用いられる検知部である。具体的には、第３ベース部材３４には、第２荷重検知部４０を所定の高さに支持する支持部材４１が固定され、かかる支持部材４１の上部に第２荷重検知部４０が固定される。そして、第２荷重検知部４０は、第２ベース部材３１の下部に上端部が当接することによって、第２ベース部材３１から受ける荷重を検知する。第２ベース部材３１から受ける荷重は、洗浄体１１がウェハＷに接触していない状態においては、洗浄体ヘッド部１０、第１荷重検知部２０および第２ベース部材３１の合計重量である。

なお、第２荷重検知部４０は、第３ベース部材３４に保持され、かつ、第２ベース部材３１に対して接離可能に構成されることにより、後述する浮力値の決定処理を効率的に行うことができる。

ここでは、第２荷重検知部４０が、第１荷重検知部２０と同様、ロバーバル型のロードセルであるものとするが、第２荷重検知部４０は、ロバーバル型のロードセル以外の検知部であってもよい。

昇降機構５０は、第３ベース部材３４を水平に支持する支持部５１と、支持部５１を昇降させる昇降部５２とを備える。このように、昇降機構５０は、第３ベース部材３４を昇降させる第２昇降機構に相当する。

次に、基板洗浄装置１の具体的動作について図３を用いて説明する。図３は、第１の実施形態に係る基板洗浄処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、基板洗浄処理が開始される前において、基板洗浄装置１は、図２に示す待機状態、すなわち、洗浄体１１をウェハＷに接触させていない状態にあるものとする。

図３に示すように、制御装置４の制御部は、まず、第２荷重検知部４０の出力値を取得する（ステップＳ１０１）。すなわち、制御部は、洗浄体ヘッド部１０、第１荷重検知部２０および第２ベース部材３１の合計重量を取得する。なお、図２に示す待機状態においては、第２ベース部材３１には、エアシリンダ３３による浮力は働いていないものとする。

また、制御部は、制御装置４の記憶部に記憶された接触圧の設定値を取得する（ステップＳ１０２）。接触圧の設定値は、ユーザによって予め設定される値であり、適宜変更可能である。

つづいて、制御部は、ステップＳ１０１において取得した第２荷重検知部４０の出力値と、ステップＳ１０２において取得した接触圧の設定値とに基づいて洗浄体ヘッド部１０に与える浮力値を決定する（ステップＳ１０３）。具体的には、制御部は、第２荷重検知部４０の出力値（すなわち、洗浄体ヘッド部１０、第１荷重検知部２０および第２ベース部材３１の合計重量）と接触圧の設定値との差分を浮力値として決定する。

そして、制御部は、決定した浮力値に従って電空レギュレータ６０を制御する（ステップＳ１０４）。すなわち、ステップＳ１０３において決定した浮力値が得られるように、電空レギュレータ６０からエアシリンダ３３に供給されるエアの圧力を調整する。これにより、エアシリンダ３３の昇降軸３３ｂから第２ベース部材３１に対して所望の浮力が与えられ、かかる浮力が第１荷重検知部２０を介して洗浄体ヘッド部１０へ伝わって、洗浄体ヘッド部１０が所望の浮力で持ち上げられた状態となる。

なお、ここでは、第２荷重検知部４０の出力値を取得した後で、接触圧の設定値を取得することとしたが、出力値および設定値の取得順序は逆でもよい。

また、制御部は、第１荷重検知部２０の出力値を取得し、取得した出力値をゼロリセットする（ステップＳ１０５）。すなわち、洗浄体１１がウェハＷに接触していない状態において洗浄体ヘッド部１０から受ける荷重（つまり、洗浄体ヘッド部１０の重量）をゼロに設定する。これにより、制御部は、後述する洗浄動作中において第１荷重検知部２０から取得される値を反転することで、洗浄体１１のウェハＷへの接触圧を容易に検知することができる。

つづいて、制御部は、回転機構１３（図２参照）を動作させて洗浄体１１を回転させた後（ステップＳ１０６）、昇降機構５０（図２参照）を用いて第３ベース部材３４を所定位置まで降下させる（ステップＳ１０７）。ここで、かかるステップＳ１０７の動作について図４Ａ，４Ｂを用いて具体的に説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、基板洗浄装置１の動作例を示す図である。

図４Ａに示すように、制御部は、昇降機構５０を用いて第３ベース部材３４を降下させることによって、洗浄体１１をウェハＷの表面に接触させる。つづいて、制御部は、図４Ｂに示すように、第３ベース部材３４をさらに２ｍｍ程度降下させて、第２ベース部材３１を第２荷重検知部４０から離隔させる。

これにより、洗浄体ヘッド部１０、第１荷重検知部２０および第２ベース部材３１が、エアシリンダ３３の昇降軸３３ｂとウェハＷとによって支持された状態となる。言い換えれば、エアシリンダ３３から受ける浮力およびウェハＷから受ける抗力が、洗浄体ヘッド部１０、第１荷重検知部２０および第２ベース部材３１の合計重量と釣り合った状態となる。このとき、ウェハＷには、洗浄体ヘッド部１０、第１荷重検知部２０および第２ベース部材３１の合計重量からエアシリンダ３３の浮力を差し引いた力、すなわち、予め設定された所望の接触圧がかかっていることになる。

第１荷重検知部２０が洗浄体ヘッド部１０から受ける荷重は、上記接触圧の分だけ減少する。このため、第１荷重検知部２０の出力値は、上記接触圧の分だけ小さくなる。したがって、制御部は、かかる出力値の変化量を洗浄体１１のウェハＷへの接触圧として検知することができる。しかも、ステップＳ１０５において第１荷重検知部２０の出力値をゼロリセットしているため、接触圧の検知を容易に行うことができる。

なお、ここでは、ステップＳ１０５において第１荷重検知部２０の出力値をゼロリセットする場合の例を示したが、制御部は、洗浄体１１をウェハＷへ接触させる前における第１荷重検知部２０の出力値を記憶しておき、接触後における出力値との差分を求めることで、洗浄体１１のウェハＷへの接触圧を検知してもよい。

なお、制御部は、基板洗浄処理を開始してから洗浄体１１がウェハＷの表面に接触するまでのいずれかのタイミングで、基板保持装置２を制御することによってウェハＷを回転させる。

図３に戻り、基板洗浄処理の内容についての説明を続ける。ステップＳ１０７の処理を終えると、制御部は、洗浄動作を開始する（ステップＳ１０８）。すなわち、制御部は、図１を用いて説明したように、移動機構５５を用いて昇降機構５０を移動させることによって、基板保持装置２によって回転するウェハＷの表面全体をスクラブ洗浄する。制御部は、かかる洗浄動作中において、洗浄体１１のウェハＷへの接触圧を第１荷重検知部２０を用いて検知する。

ステップＳ１０８の洗浄動作を終えると、制御部は、初期位置（図１に示す位置）へ移動し（ステップＳ１０９）、基板保持装置２によるウェハＷの回転を停止して、基板洗浄処理を終了する。

このように、第１の実施形態に係る基板洗浄装置１は、洗浄体ヘッド部１０と浮力付与部３０とを第１荷重検知部２０で連結した構成とすることにより、洗浄動作中における洗浄体１１のウェハＷへの接触圧を検知することができる。

しかも、回転機構１３が第１ベース部材１４に一体的に保持されるため、ウェハＷの凹凸によって洗浄体１１が上下動した場合であっても、伝達ベルト１３ｄが斜めになるといった事態が生じるおそれがなく、第１荷重検知部２０を用いた接触圧の検知を正確に行うことができる。

上述してきたように、第１の実施形態に係る基板洗浄装置１は、洗浄体ヘッド部１０と、第１荷重検知部２０と、浮力付与部３０とを備える。洗浄体ヘッド部１０は、洗浄体１１と、洗浄体１１を支持するシャフト１２と、シャフト１２を回転させる回転機構１３と、これらを一体的に保持する第１ベース部材１４とを備える。第１荷重検知部２０は、一端側が洗浄体ヘッド部１０の第１ベース部材１４に連結され、洗浄体ヘッド部１０から受ける荷重を検知する。浮力付与部３０は、第１荷重検知部２０の他端側に連結され、第１荷重検知部２０を介して洗浄体ヘッド部１０に浮力を与える。したがって、第１の実施形態に係る基板洗浄装置１によれば、洗浄体１１のウェハＷへの接触圧を正確に検知することができる。

（第２の実施形態）
ところで、上述してきた第１の実施形態では、基板洗浄装置１が第２荷重検知部４０を備え、かかる第２荷重検知部４０の出力値に基づいて浮力値を決定することとしたが、基板洗浄装置は、必ずしも第２荷重検知部４０を備えることを要しない。すなわち、基板洗浄装置は、第２荷重検知部４０を用いることなく浮力値を決定することもできる。

以下では、かかる点について説明する。図５は、第２の実施形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式側面図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図５に示すように、第２の実施形態に係る基板洗浄装置１Ａは、第１の実施形態に係る基板洗浄装置１から第２荷重検知部４０および支持部材４１を省いた構成を有する。また、第２の実施形態では、チャンバ３（図１参照）内にステージ７０が設けられる。ステージ７０は、水平面を有する部材である。ステージ７０の水平面は、ウェハＷの表面と同一の高さに配置されることが好ましい。

次に、第２の実施形態に係る基板洗浄装置１Ａが実行する浮力値決定処理の内容について図６を用いて説明する。図６は、第２の実施形態に係る浮力値決定処理の処理手順を示すフローチャートである。

図６に示すように、制御部は、第１荷重検知部２０の出力値を取得する（ステップＳ２０１）。すなわち、制御部は、洗浄体ヘッド部１０の重量を取得する。また、制御部は、予め記憶された接触圧の設定値を取得する（ステップＳ２０２）。なお、第１の実施形態と同様、ステップＳ２０１およびステップＳ２０２の処理順序は、逆でもよい。

つづいて、制御部は、第３ベース部材３４を降下させることによって洗浄体１１を降下させてステージ７０の水平面に接触させる（ステップＳ２０３）。このとき、制御部は、第３ベース部材３４を図４Ｂに示す位置、すなわち、洗浄動作中の位置まで降下させる。

つづいて、制御部は、第１荷重検知部２０の出力値を再度取得し（ステップＳ２０４）、ステップＳ２０１およびステップＳ２０４において取得した出力値と、ステップＳ２０２において取得した設定値とに基づいて浮力値を決定する（ステップＳ２０５）。具体的には、制御部は、まず、ステップＳ２０１において取得した出力値からステップＳ２０４において取得した出力値を差し引くことによって、洗浄体１１のステージ７０への接触圧を求める。そして、制御部は、求めた接触圧からステップＳ２０２において取得した接触圧の設定値を差し引くことによって浮力値を得ることができる。

なお、ステップＳ２０２の処理は、ステップＳ２０３の処理の後またはステップＳ２０４の処理の後に行ってもよい。

つづいて、制御部は、ステップＳ２０５において決定した浮力値に従って電空レギュレータ６０を制御する（ステップＳ２０６）。これにより、第１の実施形態と同様に、洗浄体ヘッド部１０が所望の浮力で持ち上げられた状態となる。

そして、制御部は、洗浄体１１を上昇させた後（ステップＳ２０７）、第１荷重検知部２０の出力値を取得し、取得した出力値をゼロリセットして（ステップＳ２０８）、浮力値決定処理を終了する。なお、制御部は、ステップＳ２０８の処理を終えた後、図３に示すステップＳ１０６〜ステップＳ１０９の処理を行う。また、制御部は、第１の実施形態と同様に、基板洗浄処理を開始してから洗浄体１１がウェハＷの表面に接触するまでのいずれかのタイミングで、基板保持装置２を制御することによってウェハＷを回転させる。

このように、制御部は、第２荷重検知部４０を用いることなく、浮力値を決定することができる。

ここでは、チャンバ３内に設置されたステージ７０を用いて浮力値を決定することとしたが、かかるステージ７０に相当する部材を基板洗浄装置に設けてもよい。かかる場合の例について図７を用いて説明する。図７は、第２の実施形態に係る基板洗浄装置の他の構成を示す模式側面図である。

図７に示すように、基板洗浄装置１Ｂは、洗浄体ヘッド部１０に代えて洗浄体ヘッド部１０Ｂを備える。

洗浄体ヘッド部１０Ｂは、洗浄体ヘッド部１０が備える第１ベース部材１４に代えて第１ベース部材１４Ｂを備えており、第１ベース部材１４Ｂは、当接部１４ｄをさらに備える。当接部１４ｄは、水平方向に延在する部材であり、たとえば支持部１４ｂの上端部において第１連結部１４ｃの反対側に設けられる。

また、基板洗浄装置１Ｂには、ヘッドサポート７５と、支持部材７６とが設けられる。ヘッドサポート７５は、水平方向に延在する部材であり、洗浄体ヘッド部１０Ｃの当接部１４ｄの下側に配置される。かかるヘッドサポート７５の一端側は、支持部材７６に固定されており、他端側の上部は、当接部１４ｄに対して接離可能である。

支持部材７６は、ヘッドサポート７５を所定の高さに支持する部材であり、第３ベース部材３４の先端部に固定される。

上記のように構成された基板洗浄装置１Ｂにおいて、エアシリンダ３３の浮力値は以下のようにして決定される。

まず、制御部は、基板洗浄装置１Ｂの待機状態（洗浄体１１がウェハＷに接触しておらず、かつ、洗浄体ヘッド部１０Ｂの当接部１４ｄがヘッドサポート７５に接触していない状態）における第１荷重検知部２０の出力値（すなわち、洗浄体ヘッド部１０Ｂの重量）を取得してゼロリセットしておく。

つづいて、制御部は、エアシリンダ３３の昇降軸３３ｂを所定の高さまで降下させて、当接部１４ｄをヘッドサポート７５に接触させる。このとき、第１荷重検知部２０の出力値は、ヘッドサポート７５に加わる荷重（つまり、当接部１４ｄのヘッドサポート７５への接触圧）の分だけ減ることとなる。

制御部は、かかる出力値の差分が、制御装置４（図１参照）の記憶部に予め記憶された接触圧の設定値と一致するように、電空レギュレータ６０から供給されるエアの圧力を調整する。これにより、浮力値が決定される。

つづいて、制御部は、回転機構１３を動作させて洗浄体１１を回転させた後、昇降機構５０を用いて第３ベース部材３４を所定位置まで降下させて、ウェハＷの表面に洗浄体１１を接触させる。そして、制御部は、第３ベース部材３４をさらに２ｍｍ程度降下させることによって、当接部１４ｄをヘッドサポート７５から離隔させる。これにより、ウェハＷに対して所望の接触圧がかかった状態となる。なお、制御部は、基板洗浄処理を開始してから洗浄体１１がウェハＷの裏面に接触するまでのいずれかのタイミングで、基板保持装置２を制御することによってウェハＷを回転させる。

そして、制御部は、洗浄動作中において第１荷重検知部２０からの出力値を取得し、取得した出力値を反転させることで、洗浄体１１のウェハＷへの接触圧を検知することができる。

（第３の実施形態）
ところで、洗浄体の種類は、上述してきた各実施形態において示したものに限定されない。たとえば、上述してきた各実施形態では、ウェハＷの表面を洗浄するタイプの洗浄体を用いる場合の例について説明したが、洗浄体は、ウェハＷの裏面に接触してウェハＷの裏面側の周縁部を洗浄するタイプのものであってもよい。以下では、かかる点について図８を用いて説明する。図８は、第３の実施形態に係る基板洗浄装置の構成を示す模式側面図である。

図８に示すように、第３の実施形態に係る基板洗浄装置１Ｃは、洗浄体ヘッド部１０Ｂに代えて洗浄体ヘッド部１０Ｃを備える。洗浄体ヘッド部１０Ｃは、洗浄体ヘッド部１０Ｂが備える洗浄体１１に代えて、洗浄体１１Ｃを備える。かかる洗浄体１１Ｃは、たとえばベベルブラシであり、ウェハＷの裏面に接触してウェハＷの裏面側の周縁部を洗浄する。このような洗浄体１１Ｃを用いた場合、上述してきた各実施形態とは逆向きの接触圧、すなわち、鉛直上向きの接触圧がウェハＷにかかることとなる。なお、洗浄体ヘッド部１０Ｃのその他の構成は、洗浄体ヘッド部１０Ｂと同様である。

さらに、基板洗浄装置１Ｃは、第１の実施形態に係る基板洗浄装置１が備える第２荷重検知部４０および支持部材４１に代えて、第３荷重検知部８０と支持部材８１とを備える。支持部材８１は、第３荷重検知部８０を所定の高さに支持する部材であり、第３ベース部材３４の先端部に固定される。

第３荷重検知部８０は、洗浄体１１ＣのウェハＷへの接触圧を所望の接触圧に設定するために用いられる検知部である。具体的には、第３荷重検知部８０は、一端側の下部が支持部材８１の上部に固定されるとともに、他端側の下部が洗浄体ヘッド部１０Ｃの当接部１４ｄに対して接離可能に設けられる。

上記のように構成された基板洗浄装置１Ｃにおいて、エアシリンダ３３の浮力値は以下のようにして決定される。

まず、制御部は、基板洗浄装置１Ｃの待機状態（洗浄体１１ＣがウェハＷに接触しておらず、かつ、洗浄体ヘッド部１０Ｃの当接部１４ｄが第３荷重検知部８０に接触していない状態）における第１荷重検知部２０の出力値（すなわち、洗浄体ヘッド部１０Ｃの重量）を取得してゼロリセットしておく。

つづいて、制御部は、エアシリンダ３３の昇降軸３３ｂを所定の高さまで上昇させて、洗浄体ヘッド部１０Ｃの当接部１４ｄを第３荷重検知部８０に接触させる。そして、制御部は、第３荷重検知部８０の出力値（すなわち、エアシリンダ３３の現在の浮力値）を取得する。

つづいて、制御部は、第３荷重検知部８０から取得される出力値が、制御装置４（図１参照）の記憶部に予め記憶された接触圧の設定値と一致するように、電空レギュレータ６０から供給されるエアの圧力を調整する。これにより、浮力値が決定される。

つづいて、制御部は、回転機構１３を動作させて洗浄体１１Ｃを回転させた後、昇降機構５０を用いて第３ベース部材３４を所定位置まで上昇させて、ウェハＷの裏面に洗浄体１１Ｃを接触させる。そして、制御部は、第３ベース部材３４をさらに２ｍｍ程度上昇させることによって、当接部１４ｄを第３荷重検知部８０から離隔させる。これにより、ウェハＷに対して所望の接触圧がかかった状態となる。なお、制御部は、基板洗浄処理を開始してから洗浄体１１ＣがウェハＷの裏面に接触するまでのいずれかのタイミングで、基板保持装置２を制御することによってウェハＷを回転させる。

そして、制御部は、洗浄動作中において第１荷重検知部２０からの出力値を取得し、取得した出力値を反転させることで、洗浄体１１ＣのウェハＷへの接触圧を検知することができる。

上述してきたように、ウェハＷの裏面に接触してウェハＷの裏面側の周縁部を洗浄する洗浄体１１Ｃを用いた場合であっても、第１および第２の実施形態と同様に、洗浄動作中における洗浄体１１ＣのウェハＷへの接触圧を検知することができる。

なお、ここでは、基板洗浄装置１Ｃに対して第３荷重検知部８０および支持部材８１を設け、第３荷重検知部８０を用いてエアシリンダ３３の浮力値を決定する場合の例を示したが、第２の実施形態と同様に、ステージを設け、かかるステージを用いてエアシリンダ３３の浮力値を決定することとしてもよい。かかる場合、第３荷重検知部８０および支持部材８１は不要となる。また、図７に示す基板洗浄装置１Ｂと同様に、ヘッドサポートを用いてエアシリンダ３３の浮力値を決定してもよい。かかる場合には、図８に示す第３荷重検知部８０に代えてヘッドサポート７５を設ければよい。

また、上述してきた各実施形態では、エアシリンダ３３の昇降軸３３ｂが、第２ベース部材３１に対して接離可能に構成される場合の例を示したが、昇降軸３３ｂは、第２ベース部材３１に対して固定されてもよい。このように構成すれば、昇降軸３３ｂの上下動に対する洗浄体ヘッド部１０，１０Ｂ，１０Ｃの追従性を高めることができる。

また、上述してきた各実施形態では、洗浄体のウェハへの接触圧を検知する場合の例について説明してきたが、さらに、検知した接触圧に基づいて電空レギュレータ６０のフィードバック制御を行うこととしてもよい。すなわち、制御部は、検知した接触圧と所望の接触圧との差分を求め、かかる差分が小さくなるように電空レギュレータ６０が供給するエアの圧力（すなわち、浮力値）を変更するようにしてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

Ｗ ウェハ
１ 基板洗浄装置
２ 基板保持装置
３ チャンバ
４ 制御装置
１０ 洗浄体ヘッド部
１１ 洗浄体
１２ シャフト
１３ 回転機構
１３ａ モータ
１３ｂ 第１プーリ
１３ｃ 第２プーリ
１３ｄ 伝達ベルト
１４ 第１ベース部材
１４ｃ 第１連結部
２０ 第１荷重検知部
３０ 浮力付与部
３１ 第２ベース部材
３１ａ 第２連結部
３２ ガイド部
３３ エアシリンダ
３３ｂ 昇降軸
３４ 第３ベース部材
４０ 第２荷重検知部
５０ 昇降機構
６０ 電空レギュレータ

Claims (13)

1. 洗浄体、該洗浄体を支持するシャフトおよび該シャフトを回転させる回転機構がベース部材に一体的に保持された洗浄体ヘッド部と、
   一端側が前記洗浄体ヘッド部のベース部材に連結され、前記洗浄体ヘッド部から受ける荷重を検知する第１荷重検知部と、
   前記第１荷重検知部を介して前記洗浄体ヘッド部に浮力を与える浮力付与部と
   を備え、
   前記浮力付与部は、
   前記第１荷重検知部の他端側に連結される第２ベース部材と、
   前記第２ベース部材を昇降可能に支持するガイド部と、
   前記第２ベース部材を昇降させる昇降機構と、
   前記昇降機構および前記ガイド部を保持する第３ベース部材と
   を備えることを特徴とする基板洗浄装置。
2. 前記昇降機構の昇降軸は、
   前記第２ベース部材に対して接離可能であること
   を特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
3. 前記第２ベース部材から受ける荷重を検知する第２荷重検知部
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の基板洗浄装置。
4. 前記第２荷重検知部は、
   前記第３ベース部材に保持され、かつ、前記第２ベース部材に対して接離可能であること
   を特徴とする請求項３に記載の基板洗浄装置。
5. 前記第３ベース部材を昇降させる第２昇降機構
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の基板洗浄装置。
6. 前記第１荷重検知部は、ロバーバル型のロードセルであること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の基板洗浄装置。
7. 前記第１荷重検知部は、
   一端側の上面に前記洗浄体ヘッド部のベース部材が連結され、他端側の下面に前記浮力付与部が連結されること
   を特徴とする請求項６に記載の基板洗浄装置。
8. 洗浄体、該洗浄体を支持するシャフトおよび該シャフトを回転させる回転機構がベース部材に一体的に保持された洗浄体ヘッド部と、
   前記洗浄体ヘッド部のベース部材に連結され、前記洗浄体ヘッド部から受ける荷重を検知する第１荷重検知部と、
   前記第１荷重検知部に連結され、前記第１荷重検知部を介して前記洗浄体ヘッド部に浮力を与える浮力付与部と
   を備え、
   前記回転機構は、
   モータと、
   前記モータの出力軸に取り付けられた第１プーリと、
   前記シャフトに取り付けられた第２プーリと、
   前記第１プーリおよび前記第２プーリ間に掛け渡された伝達部材と
   を備えることを特徴とする基板洗浄装置。
9. 洗浄体、該洗浄体を支持するシャフトおよび該シャフトを回転させる回転機構がベース部材に一体的に保持された洗浄体ヘッド部と、
   前記洗浄体ヘッド部のベース部材に連結され、前記洗浄体ヘッド部から受ける荷重を検知する第１荷重検知部と、
   前記第１荷重検知部に連結され、前記第１荷重検知部を介して前記洗浄体ヘッド部に浮力を与える浮力付与部と
   を備え、
   前記第１荷重検知部は、
   ロバーバル型のロードセルであり、一端側の上面に前記洗浄体ヘッド部のベース部材が連結され、他端側の下面に前記浮力付与部が連結されること
   を特徴とする基板洗浄装置。
10. 洗浄体、該洗浄体を支持するシャフトおよび該シャフトを回転させる回転機構がベース部材に一体的に保持された洗浄体ヘッド部と、
    前記洗浄体ヘッド部のベース部材に連結され、前記洗浄体ヘッド部から受ける荷重を検知する第１荷重検知部と、
    前記第１荷重検知部に連結され、前記第１荷重検知部を介して前記洗浄体ヘッド部に浮力を与える浮力付与部と
    を備え、
    前記回転機構は、
    モータと、
    前記モータの出力軸に取り付けられた第１プーリと、
    前記シャフトに取り付けられた第２プーリと、
    前記第１プーリおよび前記第２プーリ間に掛け渡された伝達部材と
    を備え、
    前記第１荷重検知部は、
    ロバーバル型のロードセルであり、一端側の上面に前記洗浄体ヘッド部のベース部材が連結され、他端側の下面に前記浮力付与部が連結されること
    を特徴とする基板洗浄装置。
11. 基板を回転可能に保持する基板保持装置と、
    前記基板保持装置によって保持された前記基板を洗浄する基板洗浄装置と、
    前記基板保持装置および前記基板洗浄装置を制御する制御部と
    を備え、
    前記基板洗浄装置は、
    洗浄体、該洗浄体を支持するシャフトおよび該シャフトを回転させる回転機構がベース部材に一体的に保持された洗浄体ヘッド部と、
    一端側が前記洗浄体ヘッド部のベース部材に連結され、前記洗浄体ヘッド部から受ける荷重を検知する第１荷重検知部と、
    前記第１荷重検知部を介して前記洗浄体ヘッド部に浮力を与える浮力付与部と
    を備え、
    前記浮力付与部は、
    前記第１荷重検知部の他端側に連結される第２ベース部材と、
    前記第２ベース部材を昇降可能に支持するガイド部と、
    前記第２ベース部材を昇降させる昇降機構と、
    前記昇降機構および前記ガイド部を保持する第３ベース部材と
    を備え、
    前記基板洗浄装置は、
    前記第２ベース部材から受ける荷重を検知する第２荷重検知部
    を備えることを特徴とする基板洗浄ユニット。
12. 前記制御部は、
    前記第２荷重検知部の出力値に基づいて、前記浮力付与部が前記洗浄体ヘッド部に与える浮力を決定し、前記第１荷重検知部の出力値に基づいて、前記洗浄体の前記基板への接触圧を検知すること
    を特徴とする請求項１１に記載の基板洗浄ユニット。
13. 前記制御部は、
    前記洗浄体を前記基板に接触させることにより前記基板を洗浄しているときに、前記第１荷重検知部の出力値に基づいて、前記洗浄体の前記基板への接触圧を検知すること
    を特徴とする請求項１１または１２に記載の基板洗浄ユニット。

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