JP6178019B2 - 基板洗浄装置及び基板洗浄方法 - Google Patents

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Description

関連する出願
本出願では、２０１４年１０月３１日に日本国に出願された特許出願番号２０１４−２２３７１５の利益を主張し、当該出願の内容は引用することによりここに組み込まれているものとする。
本技術は、半導体ウェハ等の基板を洗浄する基板洗浄装置及び基板洗浄方法に関し、特に、洗浄ヘッドが基板の半径方向に移動しながら基板の表面を洗浄する基板洗浄装置及び基板洗浄方法に関するものである。
近年、半導体デバイスの微細化にともなって、微細構造を有する基板（物性の異なる様々な材料膜を形成した基板）の加工が行われている。例えば、基板に形成した配線溝を金属で埋めるダマシン配線形成工程においては、ダマシン配線形成後に基板研磨装置（ＣＭＰ装置）により、余分な金属を研磨除去して、基板表面に物性の異なる様々な材料膜（金属膜、バリア膜、絶縁膜など）が形成される。このような基板表面には、ＣＭＰ研磨で使用されたスラリー残渣や金属研磨屑（Ｃｕ研磨屑など）が存在する。そのため、基板表面が複雑で洗浄が困難な場合など、基板表面の洗浄が充分に行わない場合には、残渣物などの影響によってリークや密着性不良が発生し、信頼性低下の原因になるおそれがある。そこで、半導体基板の研磨を行うＣＭＰ装置では、研磨後に洗浄が行われる。洗浄工程では、例えば、ペンスクラブ洗浄や２流体ジェット洗浄が行われる（例えば特許文献１、２参照）。
特開２０１３−１７２０１９号公報 特開平１１−４０５３０号公報
従来の基板洗浄装置においては、基板表面をペンスクラブ洗浄する場合、基板を回転させるとともに、回転するスポンジからなる洗浄ヘッドが基板表面上を基板の半径方向に移動して基板洗浄が行われる。図１２は、基板の複数の半径位置の各々にある洗浄ヘッドを示す平面図及び正面図である。図１２には、基板Ｓの中心付近にある洗浄ヘッドＨ１、基板の中心とエッジとの間にある洗浄ヘッドＨ２、基板Ｓのエッジ付近にある洗浄ヘッドＨ３が示されている。
基板Ｓがエッジで支持されると、図１２の正面図に示すように、基板Ｓの中央部は自重によって沈み込み、基板全体としては下に凸に湾曲した形状となる。このように、基板Ｓの中心付近とエッジ付近とでは基板Ｓの表面の高さが異なり、即ち、基板Ｓの中心付近の表面は、基板Ｓのエッジ付近の表面の高さより低くなる。洗浄ヘッドが中心付近にあるときもエッジ付近にあるときもスポンジを同じ高さで保持すると、洗浄ヘッドのスポンジが基板Ｓの中心付近にて適切な接触圧で基板Ｓの表面に接触していたとしても、洗浄ヘッドが基板Ｓのエッジに近いほど接触圧が大きくなってしまう。このような接触圧の不均一は、基板が大型化するほど顕著になる。
図１３Ａ〜図１３Ｃは、ぞれぞれ、図１２のＡ−Ａ´断面図、Ｂ−Ｂ´断面図、Ｃ−Ｃ´断面図である。図１３において、基板Ｓは図の左方向に移動している。図１２及び図１３に示すように、洗浄ヘッドのスポンジは、基板との間の摩擦力によって、基板に引きずられて、変形する。洗浄ヘッドが半径方向に移動する場合に、基板の回転速度が一定であるとすると、洗浄ヘッドに接触する基板Ｓの表面の洗浄ヘッドに対する移動速度は、基板Ｓの半径方向の外側に行くほど速くなる。従って、図１３Ａ〜図１３Ｂに示すように、基板に引きずられることによる洗浄ヘッドの変形は、洗浄ヘッドが基板の半径方向の外側にあるほど大きくなる。このような変形は、基板の半径が大きくなるほど顕著になる。
洗浄ヘッドが変形すると、本来は円形の接触面で基板表面に摺接すべき洗浄ヘッドが、図１２の平面図に示すように押しつぶされて、洗浄性能が低下してしまう。さらに、洗浄ヘッドが基板に垂直な軸周りに自転をすると、スポンジには、回転する基板による摩擦力と洗浄ヘッドが自転をするトルクとが複雑に加えられて、スポンジに局所的に大きな応力が与えられ、その結果、スポンジがそのホルダから外れてしまうこともある。
本技術は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、洗浄ヘッドが基板の半径方向に移動しながら基板の表面を洗浄する新規の基板洗浄装置及び基板洗浄方法を提供することを目的とする。
一態様の基板洗浄装置は、基板を洗浄する基板洗浄装置であって、前記基板を支持して回転させる基板回転支持部と、前記基板回転支持部によって回転する前記基板の被洗浄面に接触して前記被洗浄面を洗浄するための洗浄面を有するスクラブ洗浄部材と、前記洗浄面を前記被洗浄面に接触させたまま前記スクラブ洗浄部材を前記基板の半径方向に移動する移動機構と、前記被洗浄面に対する前記洗浄面の接触圧を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記スクラブ洗浄部材が前記基板のエッジ付近にあるときに、前記スクラブ洗浄部材が前記基板の中心付近にあるときよりも、前記接触圧を小さくする構成を有している。
この構成により、制御部がスクラブ洗浄部材の洗浄面の接触圧を制御するので、基板がエッジで支持されることでエッジ付近の表面高さが中心付近の表面高さよりも高くなってしまっている場合にも、その高低差によって意図しない接触圧となることを防止できる。また、被洗浄面の移動速度が速いエッジ付近では中心付近よりも接触圧を小さくするので、基板の被洗浄面に接触するスクラブ部材の洗浄面が基板の回転によって移動する被洗浄面に引きずれられることによってスクラブ洗浄部材にかかる応力を軽減でき、スクラブ洗浄部材の変形や脱落の可能性を軽減できる。
上記の基板洗浄装置において、前記制御部は、さらに、前記移動機構による前記スクラブ洗浄部材の移動を制御してよく、前記スクラブ洗浄部材が前記基板のエッジ付近にあるときに、前記スクラブ洗浄部材が前記基板の中心付近にあるときよりも、前記スクラブ洗浄部材の移動の速度を遅くしてよい。
この構成により、基板の被洗浄面の移動速度が速く、単位面積当たりのスクラブ洗浄部材の洗浄面との接触時間が短いエッジ付近では、中心付近よりスクラブ洗浄部材の半径方向の移動速度を遅くして接触回数を多くすることができ、エッジ付近での洗浄性を向上できる。
上記の基板洗浄装置は、前記スクラブ洗浄部材を回転させる回転機構をさらに備えていてよく、前記制御部は、さらに、前記回転機構による前記スクラブ洗浄部材の回転を制御し、前記スクラブ洗浄部材が前記基板のエッジ付近にあるときに、前記スクラブ洗浄部材が前記基板の中心付近にあるときよりも、前記スクラブ洗浄部材の回転速度を速くしてよい。
この構成により、基板のエッジ付近で基板の被洗浄面とスクラブ洗浄部材の洗浄面との接触圧が小さくなることによる洗浄性の低下を抑えることができる。また、基板のエッジ付近でスクラブ洗浄部材の移動速度を低下させる場合にも、スクラブ洗浄部材の回転による洗浄性の向上の効果が見込めるので、そのようなスクラブ洗浄部材の移動速度を低下させる度合いを抑えることができ、スクラブ洗浄部材の移動速度の低下に伴う生産性の低下を抑えることができる。
上記の基板洗浄装置において、前記制御部は、基板回転支持部による前記基板の回転を制御し、前記スクラブ洗浄部材が前記基板のエッジ付近にあるときに、前記スクラブ洗浄部材が前記基板の中心付近にあるときよりも、前記基板の回転速度を速くしてよい。
スクラブ洗浄部材が一定の速度で基板の半径方向に移動する場合には、基板のエッジに近いほど基板への接触回数が減少することになるが、上記の構成のようにスクラブ洗浄部材が基板のエッジ付近にあるときに、スクラブ洗浄部材が基板の中心付近にあるときよりも、基板の回転速度を速くすると、そのような接触回数の減少を低減ないし回避できる。また、上記のような接触回数の減少を低減させるために、スクラブ洗浄部材が基板のエッジ付近にあるときに、スクラブ洗浄部材が基板の中心付近にあるときよりも、スクラブ洗浄部材の移動の速度を遅くする場合においても、上記の構成のようにスクラブ洗浄部材が基板のエッジ付近にあるときに、スクラブ洗浄部材が基板の中心付近にあるときよりも、基板の回転速度を速くすると、そのような速度の減少程度を抑えることができ、生産性の低下を抑えることができる。
上記の基板洗浄装置において、前記制御部は、前記洗浄面が前記基板の中心に接触している間に、前記接触圧を変化させてよい。
この構成により、基板の中心付近においても、スクラブ洗浄部材の基板の半径方向における位置に応じて接触圧を制御できる。
上記の基板洗浄装置において、前記移動機構は、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかる位置を含む所定の移動軌跡上で前記スクラブ洗浄部材を移動してよく、前記制御部は、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかっているときに、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかっていないときよりも、前記接触圧を小さくしてよい。
この構成により、スクラブ洗浄部材が高い接触圧で基板のエッジにかかることによるスクラブ洗浄部材の劣化等の問題を軽減できる。
別の態様の基板洗浄装置は、基板を洗浄する基板洗浄装置であって、前記基板を支持して回転させる基板回転支持部と、前記基板回転支持部によって回転する前記基板の被洗浄面に接触して前記被洗浄面を洗浄するための洗浄面を有するスクラブ洗浄部材と、前記スクラブ洗浄部材を回転させる回転機構と、前記洗浄面を前記被洗浄面に接触させたまま前記スクラブ洗浄部材を前記基板の半径方向に移動する移動機構と、前記被洗浄面に対する前記洗浄面の接触圧を制御する制御部とを備え、前記移動機構は、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかる位置を含む所定の移動軌跡上で前記スクラブ洗浄部材を移動し、前記制御部は、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかっているときに、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかっていないときよりも、前記接触圧を小さくする構成を有している。
この構成により、スクラブ洗浄部材が高い接触圧で基板のエッジにかかることによるスクラブ洗浄部材の劣化等の問題を軽減できる。
一態様の基板洗浄方法は、基板を洗浄する基板洗浄方法であって、前記基板を保持して回転させ、スクラブ洗浄部材の洗浄面を前記基板の被洗浄面に接触させたまま前記スクラブ洗浄部材を前記基板の半径方向に移動し、前記スクラブ洗浄部材が前記基板のエッジ付近にあるときに、前記スクラブ洗浄部材が前記基板の中心付近にあるときよりも、前記被洗浄面に対する前記洗浄面の接触圧を小さくする構成を有している。
この構成により、スクラブ洗浄部材の洗浄面の接触圧が制御されるので、基板がエッジで支持されることでエッジ付近の表面高さが中心付近の表面高さよりも高くなってしまっている場合にも、その高低差によって意図しない接触圧となることを防止できる。また、被洗浄面の移動速度が速いエッジ付近では中心付近よりも接触圧を小さくするので、基板の被洗浄面に接触するスクラブ部材の洗浄面が基板の回転によって移動する被洗浄面に引きずれられることによってスクラブ洗浄部材にかかる応力を軽減でき、スクラブ洗浄部材の変形や脱落の可能性を軽減できる。
別の態様の基板洗浄方法は、基板を洗浄する基板洗浄方法であって、前記基板を保持して回転させ、スクラブ洗浄部材の洗浄面を前記基板の被洗浄面に接触させたまま、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかる位置を含む所定の移動軌跡上で、前記スクラブ洗浄部材を前記基板の半径方向に移動し、前記スクラブ洗浄部材を回転させ、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかっているときに、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかっていないときよりも、接触圧を小さくする構成を有している。
この構成によっても、スクラブ洗浄部材が高い接触圧で基板のエッジにかかることによるスクラブ洗浄部材の劣化等の問題を軽減できる。
別の態様の基板洗浄装置は、基板を洗浄する基板洗浄装置であって、前記基板を支持して回転させる基板回転支持部と、前記基板回転支持部によって回転する前記基板の被洗浄面に対して液体と気体の混合物を噴射する２流体ノズルと、前記２流体ノズルを前記基板の半径方向に移動する移動機構と、前記２流体ノズルに供給する液体及び／又は気体の流量を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記２流体ノズルが前記基板のエッジ付近にあるときに、前記２流体ノズルが前記基板の中心付近にあるときよりも、前記液体の流量及び／又は前記気体の流量を小さくする構成を有している。
基板のエッジ付近は２流体ノズルに対する基板の速度が速くなるので、２流体ジェットによる噴射によって基板がダメージを受ける場合があるが、上記の構成により、２流体ノズルが基板のエッジ付近にあるときに、２流体ノズルが基板の中心付近にあるときよりも、液体の流量及び／又は気体の流量を小さくするので、２流体ノズルが基板のエッジ付近にあるときに、２流体ノズルが基板の中心付近にあるときよりも噴射される液体の運動エネルギーが小さくなり、上記のようなダメージを軽減ないし回避できる。
図１は、本技術の実施の形態における基板洗浄装置を備えた基板処理装置の平面図である。 図２は、本技術の実施の形態における基板洗浄装置の斜視図である。 図３は、本技術の実施の形態における基板洗浄装置の側面図である。 図４は、本技術の実施の形態における基板洗浄装置の平面図である。 図５は、本技術の実施の形態における基板洗浄装置の制御系の構成を示すブロック図である。 図６は、本技術の実施の形態におけるスポンジの移動軌跡を示す図である。 図７は、本技術の実施の形態におけるスポンジの中心の基板上での位置と、基板の回転速度、アームの移動速度、洗浄ヘッドの基板に対する接触圧、及び洗浄ヘッドの回転速度との関係を示すグラフである。 図８は、実施の形態の変形例における基板洗浄装置の構成を示す平面図である。 図９Ａは、本技術の実施の形態の他の変形例における基板洗浄装置の構成を示す平面図である。 図９Ｂは、本技術の実施の形態の他の変形例における基板洗浄装置の構成を示す側面図である。 図１０Ａは、本技術の実施の形態の他の変形例における基板洗浄装置の構成を示す平面図である。 図１０Ｂは、本技術の実施の形態の他の変形例における基板洗浄装置の構成を示す側面図である。 図１１Ａは、本技術の実施の形態の他の変形例における基板洗浄装置の構成を示す平面図である。 図１１Ｂは、本技術の実施の形態の他の変形例における基板洗浄装置の構成を示す側面図である。 従来の基板の複数の半径位置の各々にある洗浄ヘッドを示す平面図及び正面図である。 図１３Ａは、図１２のＡ−Ａ´断面図である。 図１３Ｂは、図１２のＢ−Ｂ´断面図である。 図１３Ｃは、図１２のＣ−Ｃ´断面図である。
以下、本技術の実施の形態の基板洗浄装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本技術を実施する場合の一例を示すものであって、本技術を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本技術の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。以下の実施の形態では、半導体基板の研磨を行うＣＭＰ装置等に用いられる基板洗浄装置の場合を例示する。
図１は、本技術の実施の形態に係る基板洗浄装置（洗浄ユニット）を備えた基板処理装置の全体構成を示す平面図である。図１に示すように、基板処理装置は、略矩形状のハウジング１０と、多数の半導体ウェハ等の基板をストックする基板カセットが載置されるロードポート１２を備えている。ロードポート１２は、ハウジング１０に隣接して配置されている。ロードポート１２には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができる。ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。
ハウジング１０の内部には、４つの研磨ユニット１４ａ〜１４ｄと、研磨後の基板を洗浄する洗浄ユニット（第１洗浄ユニット１６及び第２洗浄ユニット１８）と、洗浄後の基板を乾燥させる乾燥ユニット２０が収容されている。洗浄ユニット（第１洗浄ユニット１６、第２洗浄ユニット１８）は、上下２段に配置した上下２段構造としてもよい。研磨ユニット１４ａ〜１４ｄは、基板処理装置の長手方向に沿って配列され、洗浄ユニット１６、１８及び乾燥ユニット２０も基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。本技術の実施の形態の基板洗浄装置は、第１洗浄ユニット１６や第２洗浄ユニット１８に適用することができる。
ロードポート１２、該ロードポート１２側に位置する研磨ユニット１４ａ及び乾燥ユニット２０に囲まれた領域には、第１基板搬送ロボット２２が配置され、また研磨ユニット１４ａ〜１４ｄと平行に、基板搬送ユニット２４が配置されている。第１基板搬送ロボット２２は、研磨前の基板をロードポート１２から受け取って基板搬送ユニット２４に受け渡すとともに、乾燥後の基板を乾燥ユニット２０から受け取ってロードポート１２に戻す。基板搬送ユニット２４は、第１基板搬送ロボット２２から受け取った基板を搬送して、各研磨ユニット１４ａ〜１４ｄとの間で基板の受け渡しを行う。
第１洗浄ユニット１６と第２洗浄ユニット１８の間には、これらの各ユニット１６、１８との間で基板の受け渡しを行う第２基板搬送ロボット２６が配置されている。また、第２洗浄ユニット１８と乾燥ユニット２０との間には、これらの各ユニット１８、２０との間で基板の受け渡しを行う第３基板搬送ロボット２８が配置されている。更に、ハウジング１０の内部には、基板処理装置の各機器の動きを制御する制御部３０が配置されている。
図２は、本実施の形態の基板洗浄装置（洗浄ユニット）の構成を示す斜視図である。また、図３は、基板洗浄装置（洗浄ユニット）の構成を示す側面図であり、図４は、基板洗浄装置（洗浄ユニット）の構成を示す平面図である。図２〜図４に示すように、基板洗浄装置５０は、基板Ｓの外周を支持する４つの外周支持部材５１を備えている。外周支持部材５１は、例えば基板Ｓのエッジを上下に挟み、かつ回転可能なコロで構成される。本実施の形態では、４つの外周支持部材５１は同一水平面上に位置しており、基板Ｓは、表面（被研磨面）を上に向けて、これらの４つの外周支持部材５１によって水平に支持される。４つの外周支持部材５１の一部または全部は回転駆動され、これによって支持される基板Ｓは回転する。回転駆動しない外周支持部材５１は、基板Ｓの回転に従動して回転する。外周支持部材５１は、基板回転指示部に相当する。
基板洗浄装置５０は、垂直に立設されたアーム支柱５２と、アーム支柱５２に昇降可能かつ回転可能に支持されるアーム５３と、アーム５３の先端下に支持される洗浄ヘッド５４とを備えている。また、外周支持部材５１に支持された基板Ｓの側方には、基板Ｓの表面（上面）に洗浄液（洗浄液（薬液）やスラリーや純水）を供給するノズル５５が立設されている。アーム支柱５２とアーム５３からなる構成は、移動機構に相当する。
図４に示すように、アーム５３が搖動中心ＯＡを中心に回転することで、その先端に取り付けられた洗浄ヘッド５４は、円弧を描くように基板Ｓの上を基板Ｓの表面に沿って搖動する。アーム５３は、洗浄ヘッド５４が基板Ｓの中心を通過するように、洗浄ヘッド５４を基板Ｓの上で基板Ｓの半径方向に移動させる。また、アーム５３は、洗浄ヘッド５４が基板Ｓのエッジにまで至るように、洗浄ヘッド５４を基板Ｓの上で移動させる。すなわち、洗浄ヘッド５４の移動軌跡は、基板Ｓの中心を通過して基板Ｓのエッジまでをカバーしている。
図３に示すように、洗浄ヘッド５４は、スクラブ洗浄部材としてのスポンジ５４１と、スポンジを保持するホルダ５４２と、ホルダ５４２を昇降駆動し、かつ回転駆動する駆動部５４３とを備えている。駆動部５４３はアーム５３の内部に設けられる。ホルダ５４２は基板Ｓに対して垂直な姿勢で駆動部５４３に支持され、駆動部５４３は、基板Ｓに対して垂直な回転軸周りにホルダ５４２を回転駆動する。また、駆動部５４３は基板Ｓに対して垂直な方向にホルダ５４２を上昇させ、又は降下させる。駆動部５４３は、回転機構に相当する。
スポンジ５４１は、ホルダ５４２の下端に固定され、ホルダ５４２とともに回転する。スポンジ５４１は円柱形状であり、その円形の底面（研磨面）が基板Ｓに接触させられる。駆動部５４３は、ホルダ５４２を下降させることで、スポンジ５４１の底面を基板Ｓの表面に接触させる。また、駆動部５４３は、スポンジ５４１が基板Ｓに接触した状態で、ホルダ５４２を昇降させることで、基板Ｓの表面に対するスポンジ５４１の接触圧を調整する。ここで、本実施の形態では、基板Ｓの表面に対するスポンジ５４１の接触圧は、即ち、基板Ｓの表面に対するスポンジ５４１の単位面積当たりの押し付け荷重である。
図５は、本実施の形態の基板洗浄装置の制御系の構成を示すブロック図である。基板洗浄装置５０は、その洗浄動作を制御する制御部６０を備えている。この制御部６０は、基板処理装置（図１参照）の制御部３０であってもよし、制御部３０とは別に設けられていてもよい。制御部６０は、メモリや演算処理回路を備えたコンピュータが本実施の形態の洗浄プログラムを実行することで実現される。基板洗浄装置５０は、制御部６０のほか、洗浄方法記憶部６１、アーム搖動駆動部６２、基板回転駆動部６３、ヘッド回転駆動部６４、ヘッド昇降駆動部６５を備えている。
図５の例の基板洗浄装置５０では、制御部６０は、洗浄方法記憶部６１に記憶された洗浄レシピ（洗浄方法）に従って、各駆動部３２〜３５を制御する。但し、制御部６０は、基板洗浄装置５０から得られた何らかのセンシングデータに基づいて、所定のアルゴリズムに従ったフィードバック制御を行ってもよい。洗浄方法記憶部６１には、洗浄工程の進行（時間の経過）に応じて各駆動部３２〜３５に対する制御値（洗浄レシピ）が記憶されている。
アーム搖動駆動部６２は、アーム５３を搖動中心ＯＡ周りに搖動駆動させることで、洗浄ヘッド５４を基板Ｓの表面と平行な円弧軌道上で移動させる。基板回転駆動部６３は、外周支持部材５１を回転駆動させることで、基板Ｓをその中心軸周りに回転させる。ヘッド回転駆動部６４は、駆動部５４３を回転駆動させることで、ホルダ５４２及びそれが保持するスポンジ５４１をその中心軸周りに回転させる。ヘッド昇降駆動部６５は、駆動部５４３を昇降駆動させることで、スポンジ５４１を基板Ｓに接触させ、又は基板Ｓに接触しているスポンジ５４１を基板Ｓから離し、また、基板Ｓに対するスポンジ５４１の接触圧を調整する。
なお、本実施の形態では、上述のようにアーム５３もアーム支柱５２に対して昇降駆動されるので、洗浄ヘッド５４の駆動部５４３はホルダ５４２を昇降させる機能を有していなくてもよく、この場合には、アーム５３をアーム支柱５２に対して昇降させる駆動部が、駆動部５４３に代わって、又は駆動部５４３に加えて、ヘッド昇降駆動部６５となってよい。本実施の形態では、スポンジ５４１を基板Ｓに接触させ、又は基板Ｓに接触しているスポンジ５４１を基板Ｓから離し、また、基板Ｓに対するスポンジ５４１の接触圧を調整するのは、駆動部５４３が行い、アーム５３をアーム支柱５２に対して昇降させる駆動部は、洗浄ヘッド５４が基板Ｓから離れている状態で、洗浄ヘッド５４を基板Ｓに近づけ、又は基板Ｓから離すのに用いられる。
次に、洗浄方法記憶部６１に記憶された洗浄レシピに従って制御部６０が行う洗浄方法について説明する。図６は、スポンジの移動軌跡を示す図であり、図７は、スポンジの中心の基板上での位置と、基板の回転速度、アームの移動速度、洗浄ヘッドの基板に対する接触圧、及び洗浄ヘッドの回転速度との関係を示すグラフである。
アーム５３の移動速度ＡＳは、制御部６０が洗浄レシピに従ってアーム搖動駆動部６２を制御することで洗浄ヘッド５４の位置に応じて図７に示すように変化し、基板Ｓの回転速度ＳＲは、制御部６０が洗浄レシピに従って基板回転駆動部６３を制御することで洗浄ヘッド５４の位置に応じて図７に示すように変化し、洗浄ヘッド５４の回転速度ＨＲは、制御部６０が洗浄レシピに従ってヘッド回転駆動部６４を制御することで洗浄ヘッド５４の位置に応じて図７に示すように変化し、洗浄ヘッド５４の基板Ｓに対する接触圧ＨＰは、制御部６０が洗浄レシピに従ってヘッド昇降駆動部５５を制御することで洗浄ヘッド５４の位置に応じて図７に示すように変化する。なお、以下の説明では、洗浄ヘッド５４が基板Ｓの中心付近からエッジに向かって移動する場合を説明する。
図６に示すように、スポンジ５４１の半径をＲａとすると、制御部６０は、アーム搖動駆動部６２を制御して、洗浄ヘッド５４を基板Ｓの中心からエッジに向けて移動させる。スポンジ５４１の中心が基板Ｓの中心から距離Ｒｂ（Ｒｂ≦Ｒａ）の位置に達するまでは、制御部６０は、アーム５３の移動速度ＡＳ、洗浄ヘッド５４の基板Ｓに対する接触圧ＨＰ、及び基板Ｓの回転速度ＳＲが一定となるように、アーム搖動駆動部６２、ヘッド昇降駆動部６５、及び基板回転駆動部６３をそれぞれ制御する。
スポンジ５４１の中心が基板Ｓの中心から距離Ｒｂの位置に達すると、即ち、スポンジ５４１が基板Ｓの中心を完全に通過する前に、制御部６０は、アーム搖動駆動部６２、及びヘッド昇降駆動部６５を制御して、アーム５３の速度ＡＳ、及び洗浄ヘッド５４の基板Ｓに対する接触圧ＨＰを減少させ始める。
その後は、制御部６０は、スポンジ５４１の中心が基板Ｓのエッジに近くなるほど（外側に移動するほど）アーム５３の移動速度ＡＳ、及び洗浄ヘッド５４の基板Ｓに対する接触圧ＨＰが小さくなるようアーム搖動駆動部６２、及びヘッド昇降駆動部６５をそれぞれ制御する。このとき、アーム５３の移動速度ＡＳの減少率、及び洗浄ヘッド５４の基板Ｓに対する接触圧ＨＰの減少率は、スポンジ５４１の中心位置が基板Ｓのエッジに近くなるほど（外側に移動するほど）小さくなるように減少し、従って、それらのグラフは、図７に示すように下に凸となる曲線になる。
洗浄ヘッド５４が基板Ｓのエッジに近づいて、スポンジ５４１の中心位置が、基板ＳのエッジからＲｃ（Ｒｃ≧Ｒａ）だけ手前の位置に達すると、即ち、スポンジ５４１の外側の縁が基板Ｓのエッジに達する前に、制御部６０は、図７に示すように、アーム搖動駆動部６２、及びヘッド昇降駆動部６５をそれぞれ制御して、アーム５３の移動速度ＡＳ、及び洗浄ヘッド５４の基板Ｓに対する接触圧ＨＰを急激に減少させ始めて、スポンジ５４１の中心が基板Ｓのエッジに達したときに、それらをゼロにする。
なお、スポンジ５４１の外側の縁が基板Ｓのエッジに達する前の、例えばスポンジ５４１の外側の縁と基板Ｓのエッジの距離が０．５〜１．０ｍｍになる位置において、アーム５３の移動速度ＡＳを０にして、アーム５３を停止させてもよい。アーム５３を停止させた後、スポンジ５４１の中心が基板Ｓのエッジに達する位置まで、再びアーム５３を動かす。
スポンジ５４１の中心が基板Ｓの中心から距離Ｒｂの位置に達すると、即ち、スポンジ５４１が基板Ｓの中心を完全に通過する前に、制御部６０は、基板回転駆動部６３を制御して、基板Ｓの回転速度ＳＲを増大させ始める。このとき、制御部６０は、回転速度ＳＲ１のように、一定の増大率で回転速度を増大させてもよいし、回転速度ＳＲ２のように、スポンジ５４１の中心が基板Ｓのエッジに近くなるほど（外側に移動するほど）増加率が大きくなるように増大させてもよい。図７に示すように、回転速度ＳＲ１のグラフは直線となり、回転速度ＳＲ２のグラフは下に凸となる曲線になる。
制御部６０は、スポンジ５４１の中心が基板Ｓの中心からの距離Ｒｂの位置に達するまでは、ヘッド回転駆動部６４を制御して、洗浄ヘッド５４の回転速度ＨＲを一定とする。スポンジ５４１の中心が基板Ｓの中心から距離Ｒｂの位置に達すると、即ち、スポンジ５４１が基板Ｓの中心を完全に通過する前に、制御部６０は、スポンジ５４１の中心が基板Ｓのエッジに近くなるほど（外側に移動するほど）洗浄ヘッド５４の回転速度が増大するように、ヘッド回転駆動部６４を制御する。
基板洗浄装置５０における洗浄レシピは以上とおりであるが、以下ではこの洗浄レシピによる作用を説明する。基板Ｓの回転速度が仮に一定であるとすると、洗浄ヘッド５４を基板Ｓのエッジに近づくほど、洗浄ヘッド５４に対する基板Ｓの表面の速度が速くなるため、スポンジ５４１と基板Ｓの表面との１回の接触あたりの接触時間が短くなる。しかしながら、上記の本実施の形態のように、制御部６０がアーム搖動駆動部６２を制御して、洗浄ヘッド５４が基板Ｓのエッジに近づくほどアーム５３の移動速度ＡＳ、即ち洗浄ヘッド５４の基板Ｓの半径方向の移動速度を減少させると、スポンジ５４１と基板Ｓの表面との接触回数が増加し、トータルの接触時間を長くすることができる。このように、洗浄ヘッド５４が基板Ｓのエッジに近くなるほどアーム５３の移動速度ＡＳを遅くすることで、アーム５３の移動速度が一定である基板洗浄装置と比較して、洗浄性を向上できる。
このように、本実施の形態では、洗浄ヘッド５４が基板Ｓのエッジに近づくほどアーム５３の移動速度ＡＳを小さくする。このことは、逆にいえば、洗浄ヘッド５４が基板Ｓの中心に近いほどアーム５３の移動速度を速くすることを意味する。基板Ｓの中心付近は、基板Ｓの表面の洗浄ヘッド５４に対する周方向の移動速度が遅いため、洗浄性が低くなってしまうが、アーム５３の移動速度、即ち洗浄ヘッド５４の径方向の移動速度を速くすることで、洗浄性の低下を軽減している。
上述のように、洗浄ヘッド５４が基板Ｓのエッジに近いほどアーム５３の移動速度ＡＳを小さくすることで、洗浄ヘッド５４による洗浄性は向上できるが、その一方で、洗浄ヘッド５４が基板Ｓのエッジに到達するまでに要する時間、即ち一枚の基板Ｓを洗浄するのに要する時間が長くなり、生産性を低下させることになる。そこで、本実施の形態では、図７に示すように、制御部６０は、ヘッド回転駆動部６４を制御して、洗浄ヘッド５４が基板Ｓのエッジに近づくほど、洗浄ヘッド５４の回転速度ＨＲを増大させて、単位時間当たりの洗浄性を向上させる。これによって、アーム５３の移動速度ＡＳの減少程度を小さくすることができ、生産性の低下を抑えることができる。
また、上述のように、基板Ｓのエッジを支持すると、基板Ｓは自重により下に凸に反ってしまい、４５０ｍｍ基板等の大型の基板になると、この反りは顕著になる。しかし、上記の実施の形態では、基板Ｓの表面に対するスポンジ５４１の接触圧を適切に制御するので、基板Ｓの表面の面内の高さの変位に伴って各所にて設定された接触圧が実現され、基板Ｓの反りによる意図しない接触圧の増大ないし減少を回避できる。
さらに、図１３Ａ〜図１３Ｂに示したように、洗浄ヘッド５４が基板Ｓのエッジに近いほど基板Ｓの表面の洗浄ヘッド５４に対する移動速度が速くなることから、基板Ｓの表面に対するスポンジ５４１の接触圧が一定であると、基板Ｓの表面が洗浄ヘッド５４のスポンジ５４１の底面（洗浄面）を引きずって、スポンジ５４１が変形してしまうが、本実施の形態では、図７に示すように、洗浄ヘッド５４が基板Ｓのエッジに近づくほど、基板Ｓの表面に対するスポンジ５４１の接触圧を小さくするので、この引きずりによる変形を軽減できる。なお、図７には図示していないが、基板Ｓの外周側での高い洗浄性が要求されるときには、洗浄ヘッド５４が基板Ｓのエッジに近づくほど、基板Ｓの表面に対するスポンジ５４１の接触圧を大きくするように制御してもよい。
また、基板Ｓのエッジを外周支持部材５１で支持して回転させる基板洗浄装置においては、スポンジ５４１の下面（洗浄面）は、アーム５３の搖動によって基板Ｓのエッジを超えることが可能であり、これによって基板Ｓのエッジまで洗浄することができる。しかしながら、基板Ｓの表面に対するスポンジ５４１の圧力が一定であるとすると、スポンジ５４１が基板Ｓのエッジに達したときに、スポンジ５４１と基板Ｓとの接触面積が小さくなることでスポンジ５４１に局所的な応力集中が生じ、また、基板Ｓのエッジからはみ出したスポンジ５４１の部分が基板Ｓのエッジに擦られて劣化してしまう。これに対して本実施の形態では、アーム５３の搖動によってスポンジ５４１が基板Ｓのエッジに差し掛かる直前に、基板Ｓの表面に対するスポンジ５４１の接触圧を小さくする。これにより、洗浄ヘッド５４が基板Ｓのエッジに達した際の上記の不具合を回避ないし軽減できる。
なお、上記の洗浄ヘッド５４の基板Ｓの半径方向の位置に応じたアーム５３の移動速度ＡＳ、基板Ｓの回転速度ＳＲ、洗浄ヘッド５４の回転速度ＨＲ、洗浄ヘッド５４の基板Ｓに対する接触圧ＨＰの制御は、その一部のみが行われてもよい。例えば、洗浄ヘッド５４の回転速度ＨＲは一定であってもよく、基板Ｓの回転速度ＳＲが一定であってもよい。
また、上記の説明では、洗浄ヘッド５４が基板Ｓの中心からエッジにかけて移動する際の各種の制御を説明したが、洗浄ヘッド５４がエッジから中心にかけて移動してもよい。この場合にも上記同様に制御することができる。即ち、洗浄ヘッド５４が基板Ｓの中心に近づくほど、アーム５３の移動速度ＡＳを速くし、基板Ｓの表面に対するスポンジ５４１の接触圧を増大させ、基板Ｓの回転速度を減少させ、洗浄ヘッド５４の回転速度を減少させる。さらに、アーム５３の動作によって、洗浄ヘッド５４を基板Ｓの一方のエッジから中心に向かって移動し、基板Ｓの中心を通過して反対側の他方のエッジに向かって移動させてもよい。
以下では、基板洗浄装置の構造の他の例を説明する。上記の実施の形態では、アーム５３の一端で洗浄ヘッド５４を保持し、アーム５３の他端を中心に回転運動させることで洗浄ヘッド５４を搖動させて洗浄ヘッド５４を基板Ｓの中心からエッジにかけて移動させたが、以下に説明する他の構成を採用することでも、洗浄ヘッド５４を基板Ｓの中心からエッジにかけて移動させることができる。
図８は、変形例の基板洗浄装置の構成を示す平面図である。図８に示すように、基板洗浄装置５０１は、４つの外周指示部材５１によって基板Ｓを水平に保持する。アーム５３の一端の下面には洗浄ヘッド５４が設けられており、アーム５３の他端は、基板Ｓの側方で垂直方向に延びるレール５２１に、レール５２１の長手方向に沿って移動可能に保持されている。アーム５３の他端がレール５２１に沿って移動することで、アーム５３は平行移動し、それによって一端に設けられている洗浄ヘッド５４がレール５２１に平行に、かつ、基板Ｓの表面に沿って移動する。
図９Ａ及び図９Ｂは、他の変形例の基板洗浄装置の構成を示す平面図及び側面図である。この例の基板洗浄装置５０２では、基板Ｓは、３つの外周支持部材５１によって垂直に保持される。下側の２つの外周支持部材５１は回転駆動し、上側の１つの外周支持部材５１は基板Ｓの回転に従動して回転する。アーム５３の一端には洗浄ヘッド５４が取り付けられる。アーム５３の他端は回転可能に支持される。なお、この例の基板洗浄装置５０２では、ノズル５５は斜め上方から基板Ｓの表面（被研磨面）に向けて薬液等の液体を供給する。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、他の変形例の基板洗浄装置の構成を示す平面図及び側面図である。この例の基板洗浄装置５０３でも、基板Ｓは、外周支持部材５１によって垂直に保持される。下側の２つの外周支持部材５１は、回転駆動し、上側の２つの外周支持部材５１は、基板Ｓの回転に従動して回転する。アーム５３の一端には洗浄ヘッド５４が取り付けられる。アーム５３の他端は、基板Ｓの下方で水平方向に延びるレール５２２に、レール５２２の長手方向に移動可能に支持される。アーム５３の他端がレール５２２沿って移動することで、アーム５３が水平方向に平行移動し、それによって洗浄ヘッド５４が基板Ｓの表面に沿って水平方向に移動する。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、他の変形例の基板洗浄装置の構成を示す平面図及び側面図である。この例の基板洗浄装置５０４では、基板Ｓは斜めに保持される。外周支持部材５１、アーム５３、洗浄ヘッド５４、ノズル５５は、すべて図９Ａ及び図９Ｂに示した基板洗浄装置５０２と同様の構成であるが、すべてが基板Ｓを斜めに保持し、洗浄するように構成されている。
なお、上記の実施の形態及びその変形例では、洗浄ヘッド５４がスポンジ５４１を備え、スポンジ５４１を基板Ｓの表面（被研磨面）の表面に接触させて、基板Ｓの表面をスクラブ洗浄したが、洗浄ヘッド５４は、２流体ジェットによって基板Ｓの表面を非接触で洗浄するものであってもよい。２流体ジェットの洗浄ヘッド５４は、薬液等の液体と気体とを混合させて基板Ｓの表面に噴射し、基板Ｓの表面を洗浄する。
この場合には、上記の実施の形態で説明した洗浄ヘッド５４の回転速度や基板Ｓの表面に対するスポンジ５４１の接触圧の制御の代わりに、流体量や噴射圧を制御することができる。具体的には、例えば、洗浄ヘッド５４が基板Ｓのエッジに近いほど流体量を増加させて、基板Ｓの単位面積あたりに噴射される液体及び気体の量を一定とすることができる。
あるいは、基板Ｓのエッジ近傍は洗浄ヘッド５４に対する基板の速度が速くなるので、２流体ジェットによる噴射によって基板（特にｌｏｗ−Ｋ材料など）がダメージを受ける場合がある。そのような場合には、外周時の方が中心時よりも運動エネルギー１／２ＭＶ２（Ｍ：噴射の質量、Ｖ：噴射の速度）が小さくなるように、液体の流量を下げるか（Ｍが下がる）、気体の流量を下げるか（Ｖが下がる）、あるいはその両方を下げてもよい。また、基板の回転速度、アームの移動速度等の制御については、上記の実施の形態と同様に適用でき、同様の作用効果を得ることができる。
また、上記の実施の形態及びその変形例では、スポンジ５４１の洗浄面と基板Ｓの被洗浄面との接触圧を変化させるのに、スポンジ５４１を基板Ｓに対して上下動させたが、逆に、基板Ｓを昇降駆動することによって、接触圧を変化させてもよい。
また、上記の実施の形態では、基板の回転速度ＳＲ、アームの移動速度ＡＳ、洗浄ヘッドの基板に対する接触圧ＨＰ、及び洗浄ヘッドの回転速度ＨＲが、基板Ｓの中心からエッジにかけて連続的に変化したが、段階的に変化してもよい。
以上に現時点で考えられる好適な実施の形態を説明したが、本技術の実施の形態に対して多様な変形が可能であり、そして、本技術の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されている。
本技術は、洗浄ヘッドが基板の半径方向に移動しながら基板の表面を洗浄する基板洗浄装置及び基板洗浄方法等として有用である。
１０ ハウジング
１２ ロードポート
１４ａ〜１４ｄ 研磨ユニット
１６ 第１洗浄ユニット
１８ 第２洗浄ユニット
２０ 乾燥ユニット
２２ 第１基板搬送ロボット
２４ 基板搬送ユニット
２６ 第２基板搬送ロボット
２８ 第３基板搬送ロボット
３０ 制御部
５０ 基板洗浄装置（基板洗浄ユニット）
５１ 外周支持部材
５２ アーム支柱
５３ アーム
５４ 洗浄ヘッド
５４１ スポンジ（スクラブ洗浄部材）
５４２ ホルダ
５４３ 駆動部
５５ ノズル
６０ 制御部
６１ 洗浄方法記憶部
６２ アーム搖動駆動部
６３ 基板回転駆動部
６４ ヘッド回転駆動部
６５ ヘッド昇降駆動部
Ｓ 基板

Claims (9)

  1. 基板を洗浄する基板洗浄装置であって、
    前記基板を支持して回転させる基板回転支持部と、
    前記基板回転支持部によって回転する前記基板の被洗浄面に接触して前記被洗浄面を洗浄するための洗浄面を有するスクラブ洗浄部材と、
    前記洗浄面を前記被洗浄面に接触させたまま前記スクラブ洗浄部材を前記基板の半径方向に移動する移動機構と、
    前記被洗浄面に対する前記洗浄面の接触圧を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記スクラブ洗浄部材が前記基板のエッジ付近にあるときに、前記スクラブ洗浄部材が前記基板の中心付近にあるときよりも、前記接触圧を小さくすることを特徴とする基板洗浄装置。
  2. 前記制御部は、さらに、前記移動機構による前記スクラブ洗浄部材の移動を制御し、前記スクラブ洗浄部材が前記基板のエッジ付近にあるときに、前記スクラブ洗浄部材が前記基板の中心付近にあるときよりも、前記スクラブ洗浄部材の移動の速度を遅くすることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
  3. 前記スクラブ洗浄部材を回転させる回転機構をさらに備え、
    前記制御部は、さらに、前記回転機構による前記スクラブ洗浄部材の回転を制御し、前記スクラブ洗浄部材が前記基板のエッジ付近にあるときに、前記スクラブ洗浄部材が前記基板の中心付近にあるときよりも、前記スクラブ洗浄部材の回転速度を速くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板洗浄装置。
  4. 前記制御部は、基板回転支持部による前記基板の回転を制御し、前記スクラブ洗浄部材が前記基板のエッジ付近にあるときに、前記スクラブ洗浄部材が前記基板の中心付近にあるときよりも、前記基板の回転速度を速くすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
  5. 前記制御部は、前記洗浄面が前記基板の中心に接触している間に、前記接触圧を変化させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
  6. 前記移動機構は、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかる位置を含む所定の移動軌跡上で前記スクラブ洗浄部材を移動し、
    前記制御部は、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかっているときに、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかっていないときよりも、前記接触圧を小さくすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
  7. 基板を洗浄する基板洗浄装置であって、
    前記基板を支持して回転させる基板回転支持部と、
    前記基板回転支持部によって回転する前記基板の被洗浄面に接触して前記被洗浄面を洗浄するための洗浄面を有するスクラブ洗浄部材と、
    前記スクラブ洗浄部材を回転させる回転機構と、
    前記洗浄面を前記被洗浄面に接触させたまま前記スクラブ洗浄部材を前記基板の半径方向に移動する移動機構と、
    前記被洗浄面に対する前記洗浄面の接触圧を制御する制御部と、
    を備え、
    前記移動機構は、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかる位置を含む所定の移動軌跡上で前記スクラブ洗浄部材を移動し、
    前記制御部は、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかっているときに、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかっていないときよりも、前記接触圧を小さくすることを特徴とする基板洗浄装置。
  8. 基板を洗浄する基板洗浄方法であって、
    前記基板を保持して回転させ、
    スクラブ洗浄部材の洗浄面を前記基板の被洗浄面に接触させたまま前記スクラブ洗浄部材を前記基板の半径方向に移動し、
    前記スクラブ洗浄部材が前記基板のエッジ付近にあるときに、前記スクラブ洗浄部材が前記基板の中心付近にあるときよりも、前記被洗浄面に対する前記洗浄面の接触圧を小さくすることを特徴とする基板洗浄方法。
  9. 基板を洗浄する基板洗浄方法であって、
    前記基板を保持して回転させ、
    スクラブ洗浄部材の洗浄面を前記基板の被洗浄面に接触させたまま、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかる位置を含む所定の移動軌跡上で、前記スクラブ洗浄部材を前記基板の半径方向に移動し、
    前記スクラブ洗浄部材を回転させ、
    前記洗浄面が前記基板のエッジにかかっているときに、前記洗浄面が前記基板のエッジにかかっていないときよりも、接触圧を小さくすることを特徴とする基板洗浄方法。
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