JP6646460B2 - 基板洗浄装置及び基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板を処理する基板洗浄装置及び基板処理装置に関する。
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、研磨後の洗浄工程でロール部材スクラブ洗浄やペン部材スクラブ洗浄が行われている。
そして、ロール部材スクラブ洗浄に関しては、昇降機構の昇降部とロール部材ホルダとの間に設置されてロール部材荷重を測定するロードセルが設けられ、ロードセルの測定値を元にアクチュエータの制御機器を介してロール部材荷重をフィードバック制御することが知られている（特許文献１）。
特開２０１４−３８９８３号公報
しかしながら、特許文献１に開示されているようなロードセルを採用した場合、ロードセルから基板に加えられる力を精度よく検出できず、ロール部材から望ましい力を加えて基板を洗浄することを正確に測れない場合もある。
本発明は、この点を鑑みてなされたものであり、ロール部材、ペン部材等の洗浄部材から基板に望ましい力を精度よく加えつつ、基板を洗浄できる基板洗浄装置及び基板処理装置を提供する。
本発明による基板洗浄装置は、
基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
前記洗浄部材を回転させる部材回転部と、
前記洗浄部材を前記基板に押し付ける押付駆動部と、
前記部材回転部に加えられるトルクを検出するトルク検出部と、
前記トルク検出部からの検出結果に基づき前記押付力を制御する制御部と、
を備える。
本発明による基板洗浄装置は、
前記押付駆動部による前記洗浄部材の前記基板に対する押付力を検出する押付力検出部をさらに備え、
前記制御部が、前記押付力検出部からの検出結果にも基づいて前記押付力を制御してもよい。
本発明による基板洗浄装置において、
前記制御部は、前記洗浄部材が前記基板に当接してから第１時間が到来するまでは前記押付力検出部からの前記検出結果に基づき前記押付力を制御し、前記第１時間が経過した後は前記トルク検出部からの前記検出結果に基づき前記押付力を制御してもよい。
本発明による基板洗浄装置において、
前記制御部は、前記第１時間が到来した時、前記押付力検出部からの前記検出結果に基づき前記押圧力が第１範囲内か判断し、前記押圧力が前記第１範囲の範囲外である場合に前記押圧力が前記第１範囲内になるように前記押付駆動部を制御してもよい。
本発明による基板洗浄装置において、
前記トルク検出部は前記トルクを所定時間内で複数回検出し、
前記制御部は、前記トルク検出部で検出された複数のトルクの値に基づいて前記押付力を制御してもよい。
本発明による基板洗浄装置は、
前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給部をさらに備え、
前記制御部が、少なくとも２つの異なる種類の洗浄液に対して異なる値のトルクとなるよう前記押付力を制御してもよい。
本発明による基板洗浄装置において、
前記制御部は、前記トルク検出部からの前記検出結果に基づき前記トルクが第２範囲内になるように、前記押付駆動部を継続的又は断続的に制御してもよい。
本発明による基板洗浄装置は、
前記基板を回転させるスピンドルをさらに備え、
前記制御部が、前記トルク検出部からの前記検出結果に基づき前記トルクが第一閾値以上とならないように前記押付駆動部を制御することで、前記基板の回転が停止されることを予め防止してもよい。
本発明による基板処理装置は、
前述した基板洗浄装置を備えている。
本発明の効果
本発明では、トルク検出部によって部材回転部に加えられるトルクを検出し、制御部が、トルク検出部からの検出結果に基づき、押付駆動部による洗浄部材の基板に対する押付力を制御する。このため、ロール部材、ペン部材等の洗浄部材から基板に望ましい力を精度よく加えつつ、基板を洗浄できる。
図１は、本発明の実施の形態による基板処理装置を含む処理装置の全体構成を示す上方平面図である。 図２は、本発明の実施の形態による基板洗浄装置の一例を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態で用いられるロール洗浄装置を示す上方平面図である。 図４は、本発明の実施の形態で用いられるロール洗浄装置の構成の概略を示す構成図である。 図５は、本発明の実施の形態で用いられるペンシル洗浄装置の一部を示す側方図である。
実施の形態
《構成》
以下、本発明に係る基板洗浄装置及び基板処理装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図５は本発明の実施の形態を説明するための図である。
図１に示すように、処理装置は、略矩形状のハウジング１１０と、多数の基板Ｗ（図２等参照）をストックする基板カセット（図示せず）が載置されるロードポート１１２と、を有している。ロードポート１１２は、ハウジング１１０に隣接して配置されている。ロードポート１１２には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド又はＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができる。ＳＭＩＦポッド及び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。基板Ｗとしては、例えば半導体ウェハ（以下「ウェハ」という。）等を挙げることができる。
ハウジング１１０の内部には、複数（図１に示す態様では４つ）の研磨ユニット１１４ａ〜１１４ｄと、研磨後の基板Ｗを洗浄する第１洗浄ユニット１１６及び第２洗浄ユニット１１８と、洗浄後の基板Ｗを乾燥させる乾燥ユニット１２０とが収容されている。研磨ユニット１１４ａ〜１１４ｄ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１１６、１１８及び乾燥ユニット１２０も基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。
ロードポート１１２、ロードポート１１２側に位置する研磨ユニット１１４ａ及び乾燥ユニット１２０に囲まれた領域には、第１搬送ロボット１２２が配置されている。また、研磨ユニット１１４ａ〜１１４ｄ並びに洗浄ユニット１１６、１１８及び乾燥ユニット１２０と平行に、搬送ユニット１２４が配置されている。第１搬送ロボット１２２は、研磨前の基板Ｗをロードポート１１２から受け取って搬送ユニット１２４に受け渡したり、乾燥ユニット１２０から取り出された乾燥後の基板Ｗを搬送ユニット１２４から受け取ったりする。
第１洗浄ユニット１１６と第２洗浄ユニット１１８との間に、これら第１洗浄ユニット１１６と第２洗浄ユニット１１８の間で基板Ｗの受け渡しを行う第２搬送ロボット１２６が配置され、第２洗浄ユニット１１８と乾燥ユニット１２０との間に、これら第２洗浄ユニット１１８と乾燥ユニット１２０の間で基板Ｗの受け渡しを行う第３搬送ユニット１２８が配置されている。さらに、ハウジング１１０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５０が配置されている。本実施の形態では、ハウジング１１０の内部に制御部５０が配置されている態様を用いて説明するが、これに限られることはなく、ハウジング１１０の外部に制御部５０が配置されてもよい。
第１洗浄ユニット１１６及び／又は第２洗浄ユニット１１８として、洗浄液の存在下で、基板Ｗの直径のほぼ全長にわたって直線状に延びるロール部材１１（図２参照）を接触させ、基板Ｗに平行な中心軸周りに自転させながら基板Ｗの表面をスクラブ洗浄するロール洗浄装置が使用してもよいし、洗浄液の存在下で、鉛直方向に延びる円柱状のペン部材２１（図２参照）を接触させ、ペン部材２１を自転させながら一方向に向けて移動させて、基板Ｗの表面をスクラブ洗浄するペンシル洗浄装置を使用してもよいし、二流体ジェットにより基板Ｗの表面を洗浄する二流体ジェット洗浄装置を使用したりしてもよい。また、これらロール洗浄装置、ペンシル洗浄装置及び流体ジェット洗浄装置のいずれか２つ以上を組み合わせて用いてもよい。
また、乾燥ユニット１２０として、回転する基板Ｗに向けて、移動する噴射ノズルからＩＰＡ蒸気を噴出して基板Ｗを乾燥させ、さらに基板Ｗを高速で回転させて遠心力によって基板Ｗを乾燥させるスピン乾燥ユニットが使用されてもよい。
本実施の形態の洗浄液には、純水（ＤＩＷ）等のリンス液と、アンモニア過酸化水素（ＳＣ１）、塩酸過酸化水素（ＳＣ２）、硫酸過酸化水素（ＳＰＭ）、硫酸加水、フッ酸等の薬液が含まれている。本実施の形態で特に断りのない限り、洗浄液は、リンス液又は薬液のいずれかを意味している。
図２に示すように、基板洗浄装置は、基板Ｗを保持して回転させる基板回転機構（本実施の形態では後述する支持部材４０を参照）と、基板Ｗに洗浄液を供給する洗浄液供給部６０と、を有している。また、基板洗浄装置は、スラリーを供給するスラリー供給部６１を有してもよい。なお、本実施の形態では、洗浄液供給部６０とスラリー供給部６１とが別体となっているが、これに限られることはなく、同じ供給部から洗浄液とスラリーが供給されてもよい。
基板Ｗは、その中心軸（中心Ｏを通って基板Ｗの表面に垂直な軸）を回転軸として回転する。中心軸は、鉛直方向でもよいし、水平方向でもよいし、鉛直方向及び水平方向以外の傾斜方向であってもよい。なお、基板Ｗが鉛直方向に延びている場合（つまり回転軸が水平方向となっている場合）には、洗浄液を基板Ｗの表面及び裏面で同様に提供できる点で有益である。他方、基板Ｗが水平方向に延びている場合（つまり回転軸が鉛直方向となっている場合）には基板Ｗの表面に洗浄液をより多く供給できる点で有益である。なお、本実施の形態では、主に、基板Ｗが水平方向に沿って延在し、回転軸が鉛直方向に延びた態様を用いて説明するが、これに限られることはない。
本実施の形態の基板回転機構は、基板Ｗの外周を支持する４つの支持部材４０を有してもよい。支持部材４０は例えばスピンドル、チャック等である。このスピンドル、チャック等の回転により、基板Ｗを回転させることができる。図２及び図３に示す態様ではスピンドルを用いているが、これに限られることはなく、チャックを用いることもできる。
基板洗浄装置は、基板Ｗを洗浄するペンシル洗浄装置２０及びロール洗浄装置１０を有してもよい。一例としては、図２に示すように、ペンシル洗浄装置２０が基板Ｗの表面（図２の上面）を洗浄し、ロール洗浄装置１０が基板Ｗの裏面（図２の下面）を洗浄してもよい。このような態様に限られることはなく、ペンシル洗浄装置２０が、基板Ｗの裏面、又は、基板Ｗの表面及び裏面を洗浄してもよい。また、ロール洗浄装置１０が、基板Ｗの表面、又は、基板Ｗの表面及び裏面を洗浄してもよい。
図３及び図４に示すように、本実施の形態のロール洗浄装置１０は、ロール部材１１と、ロール部材１１を支持する支持部１２と、を有している。図４に示すように、ロール洗浄装置１０は、ロール部材１１を回転させるモータ等からなるロール部材回転部１５と、ロール部材１１を基板Ｗに押し付けたりロール部材１１を基板Ｗから離間させたりするためのロール押付駆動部１９も有している。なお、ロール洗浄装置１０は、ロール部材回転部１５に巻きかけられロール部材１１にロール部材回転部１５による回転力を伝達するベルト等を有する伝達部１７が設けられてもよい。
図５に示すように、本実施の形態のペンシル洗浄装置２０は、回転可能な支持軸２３と、支持軸２３で支持された揺動アーム２２と、揺動アーム４２の先端下方に設けられ、洗浄スポンジ等からなるペン部材２１と、ペン部材２１を回転させるモータ等からなるペン部材回転部２５と、ペン部材回転部２５に巻きかけられペン部材２１にペン部材回転部２５による回転力を伝達するベルト等を有する伝達部２７と、を有している。ペンシル洗浄装置２０は、ペン部材２１を基板Ｗに押し付けたりペン部材２１を基板Ｗから離間させたりするためのペン押付駆動部２９を有している。
このように、本実施の形態の基板洗浄装置は、基板Ｗに当接して当該基板Ｗの洗浄を行う洗浄部材１１，２１と、洗浄部材１１，２１を回転させる部材回転部１５，２５と、洗浄部材１１，２１を基板Ｗに押し付ける押付駆動部１９，２９と、を有している。なお、洗浄部材１１，２１に、前述したロール部材１１及びペン部材２１が含まれている。部材回転部１５，２５に、前述したロール部材回転部１５及びペン部材回転部２５が含まれている。押付駆動部１９，２９に、前述したロール押付駆動部１９及びペン押付駆動部２９が含まれている。
図４及び図５に示すように、本実施の形態の基板洗浄装置は、部材回転部１５，２５に加えられるトルクを検出するトルク検出部１６，２６と、押付駆動部１９，２９による洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を検出する押付力検出部１８，２８と、をさらに有している。押付力検出部１８，２８としては例えばロードセルを用いてもよい。
前述した制御部５０は、トルク検出部１６，２６からの検出結果に基づき、押付駆動部１９，２９による洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御する。より具体的には、部材回転部１５，２５に加えられるトルクが一定範囲（後述する第２範囲内）に収まるように又は一定値になるように、制御部５０が洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御する。
制御部５０は、押付力検出部１８，２８からの検出結果にも基づいて、押付駆動部１９，２９による洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御してもよい。
また、制御部５０は、洗浄部材１１，２１が基板Ｗに当接してから第１時間（例えば１秒〜３秒）が到来するまでは押付力検出部１８，２８からの検出結果に基づき、押付駆動部１９，２９による洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御し、第１時間が経過した後はトルク検出部１６，２６からの検出結果に基づき当該押付力を制御してもよい。なお、このような態様ではなく、押付力検出部１８，２８からの検出結果に基づき、洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力が過度に大きくならないよう又は過度に小さくならないようにだけ制御（閾値制御）してもよい。
また、制御部５０は、第１時間が到来した時、押付力検出部１８，２８からの検出結果に基づき、洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押圧力が第１範囲内か判断し、当該押圧力が第１範囲の範囲外である場合には押圧力が第１範囲内になるように押付駆動部１９，２９を制御してもよい。
トルク検出部１６，２６はトルクを所定時間内で複数回検出し、制御部５０がトルク検出部１６，２６で検出された複数のトルクの値に基づいて（例えば複数のトルクの値の平均値を用いて）押付力を制御してもよい。また、トルク検出部１６，２６は所定時間毎（例えば０．１〜０．３秒毎）にトルクを検出してもよい。一例として、制御部５０は、連続した２〜５の検出結果に基づいて押付力を制御してもよい。例えば、０．１秒毎に３つの点を取り、これらの平均値を用いて洗浄部材１１，２１から基板Ｗに加わる押付力を制御してもよい。
なお、部材回転部１５，２５が予め定まった回転数で回転する場合には、部材回転部１５，２５が一定の回転数を実現しようとするので加わるトルクは大小の値を繰り返し取る。つまり、ある時点でトルクが高くなると洗浄部材１１，２１から基板Ｗに加わる押圧力が小さくなるように制御され、その結果、トルクが小さくなる。このようにトルクが小さくなると、洗浄部材１１，２１から基板Ｗに加わる押圧力が大きくなるように制御され、その結果、トルクが大きくなる。この繰り返しによって部材回転部１５，２５の制御が行われるので、平均値を取ることで、精度の高いトルクの値を用いて制御できるようになる。
洗浄部材１１，２１としてロール部材１１を用いる場合には、ロール部材１１がｎ回転（「ｎ」は整数である。）するだけの時間内にトルク検出部１６，２６がトルクを複数回検出し、その平均値を用いて洗浄部材１１，２１から基板Ｗに加わる押圧力を制御してもよい。
制御部５０は、少なくとも２つの異なる種類の洗浄液に対して異なる値となるようにトルクを制御してもよい。また、制御部５０は、基板Ｗの種類が異なる場合には、異なる値のトルクとなるように洗浄部材１１，２１から基板Ｗに加わる押圧力を制御してもよい。
制御部５０は、トルク検出部１６，２６からの検出結果に基づきトルクが第２範囲内になるように押付駆動部１９，２９を制御してもよい。また、制御部５０は、トルク検出部１６，２６からの検出結果に基づきトルクが第２範囲内であるかを所定の時間毎に断続的に検出し、トルクが第２範囲外にある場合に、トルクが第２範囲内になるように押付駆動部１９，２９を制御してもよい。また、制御部５０は、トルク検出部１６，２６からの検出結果に基づきトルクが第２範囲内であるかを連続的に検出し、トルクが第２範囲から外れないように適宜調整するようにしてもよい。
支持部材４０としてスピンドルを採用した場合に、制御部５０は、トルク検出部１６，２６からの検出結果に基づきトルクが第一閾値以上とならないように押付駆動部１９，２９を制御することで、基板Ｗの回転が停止されることを予め防止してもよい。第一閾値は、経験的に基板Ｗが回転しない又は回転が止まってしまうときの値に基づき決定されてもよいし、理論的に基板Ｗが回転しないときの値に基づき決定されてもよい。例えば、経験的に基板Ｗが回転しない又は回転が止まってしまうときのトルクの値の１０％〜３０％の以下の値、又は、理論的に基板Ｗが回転しないときのトルクの値の１０％〜３０％の以下の値を第一閾値としてもよい。
《方法》
本実施の形態の基板処理装置を用いた基板Ｗの処理方法（基板処理方法）の一例は、以下のようになる。なお、上記「構成」で述べた全ての態様を「方法」において適用することができる。また、逆に、「方法」において述べた全ての態様を「構成」において適用することができる。また、本実施の形態の方法を実施させるためのプログラムは記録媒体に記録されてもよく、この記録媒体をコンピュータ（図示せず）で読み取ることで、本実施の形態の方法が基板処理装置で実施されてもよい。
まず、基板Ｗがスピンドル等の支持部材４０によって支持される（図２参照）。
次に、基板Ｗが回転されるとともに、洗浄液が洗浄液供給部６０から基板Ｗに供給され、スラリーがスラリー供給部６１から供給される。
次に、ロール部材１１、ペン部材２１等の洗浄部材１１，２１が、部材回転部１５，２５により回転させられながら、押付駆動部１９，２９（図４及び図５参照）により基板Ｗ側に移動され、基板Ｗに当接する。
そして、洗浄部材１１，２１が基板Ｗに当接してから第１時間が到来するまでは押付力検出部１８，２８からの検出結果に基づき、押付駆動部１９，２９による洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力が第１範囲内に入るよう制御する。なお、このような態様ではなく、第１時間が到来した時、押付力検出部１８，２８からの検出結果に基づき洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押圧力が第１範囲内か判断し、当該押圧力が第１範囲の範囲外である場合には押圧力が第１範囲内になるように押付駆動部１９，２９を制御してもよい。より具体的には、押圧力が弱くて第１範囲外となっている場合には押圧力を高めて第１範囲内となるようにし、押圧力が強くて第１範囲外となっている場合には押圧力を弱めて第１範囲内となるようにすればよい。
洗浄部材１１，２１が基板Ｗに当接してから第１時間が経過した後、制御部５０は、トルク検出部１６，２６からの検出結果に基づきトルクが第２範囲内かを連続的又は断続的に判断し、押圧力が第２範囲内になるように押付駆動部１９，２９を制御する。この際、トルク検出部１６，２６はトルクを所定時間内で複数回検出し、制御部５０がトルク検出部１６，２６で検出された複数のトルクの値に基づいて（例えば、複数のトルクの平均値を用いて）押付力を制御する。この場合にも、押圧力が弱くて第２範囲外となっている場合には押圧力を高めて第２範囲内となるようにし、押圧力が強くて第２範囲外となっている場合には押圧力を弱めて第２範囲内となるようにすればよい。
洗浄部材１１，２１としてペン部材２１を用いる場合には、基板Ｗを洗浄している間、洗浄部材１１，２１は基板Ｗの中心部から周縁部に向かって揺動してもよいし、逆に、洗浄部材１１，２１は基板Ｗの周縁部から中心部に向かって揺動してもよい。周縁部の方が洗浄すべき面積が広くなることから、洗浄部材１１，２１の揺動速度は、洗浄部材１１，２１が基板Ｗの中心側領域を洗浄するときと比較して、洗浄部材１１，２１が基板Ｗの周縁側領域を洗浄するときに遅くなってもよい。揺動速度の変化は、連続的に変化させてもよいし、断続的に変化させてもよい。
なお、説明に用いた洗浄液が薬液の場合には、その後にリンス液が供給され、前述した工程と同様の工程が行われる。このようにリンス液によって基板Ｗの洗浄を行う場合には、薬液を用いたときと異なるトルクが部材回転部１５，２５に加えられるように、制御部５０が押付駆動部１９，２９による洗浄部材１１，２１の基板Ｗへの押付力を制御してもよい。ところで、リンス液ではなく、異なる薬液がさらに基板Ｗに供給されることもある。この場合でも、当該異なる薬液に応じたトルクが部材回転部１５，２５に加えられるように、制御部５０が押付駆動部１９，２９による洗浄部材１１，２１の基板Ｗへの押付力を制御してもよい。
《作用・効果》
次に、上述した構成からなる本実施の形態による作用・効果であって、未だ述べていないものを中心に説明する。
本実施の形態では、トルク検出部１６，２６（図４及び図５参照）によって部材回転部１５，２５に加えられるトルクを検出し、制御部５０が、トルク検出部１６，２６からの検出結果に基づき、洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御する。このため、基板Ｗからの摩擦力等の部材回転部１５，２５に加えられる力を直接的に検出できる（又は基板Ｗに近い位置の情報を取得できる。）。この結果、ロール部材１１、ペン部材２１等の洗浄部材１１，２１から基板Ｗに望ましい力を精度よく加えつつ、基板Ｗを洗浄できる。一例として、制御部５０がトルク検出部１６，２６からの検出結果に基づきトルクが第２範囲内か判断し、洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力が第２範囲内になるように制御部５０が押付駆動部１９，２９を制御する態様を挙げることができる。
また、本実施の形態の態様によれば、基板Ｗからの摩擦力等の部材回転部１５，２５に加えられる力を直接的に検出するので、例えば部材回転部１５，２５の表面が経時的に劣化した場合であっても、その影響を考慮したうえで部材回転部１５，２５から基板Ｗに力を加えることができる。
これに対して、洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を検出するだけの場合には、部材回転部１５，２５から基板Ｗに加えられる力を精度よく検出できず、例えば部材回転部１５，２５の表面が経時的に劣化した場合には、その影響を考慮することなく部材回転部１５，２５から基板Ｗに力が加えられることになる。したがって、本実施の形態による態様ほど基板Ｗを均一な条件で洗浄することができない。なお、一般的には洗浄部材１１，２１が劣化するとトルクが上がる傾向にある。
特に洗浄部材１１，２１としてロール部材１１を用いた場合には、ペン部材２１を用いた場合と比較すると基板Ｗとの接触面積が大きいことから、部材回転部１５，２５に加わるトルクの変化が大きくなり、その結果、高い制御性を実現できる点で有益である。
また、押付力検出部１８，２８からの検出結果に基づいて洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御する場合であって、基板Ｗが水平方向又は傾斜方向に延在している場合には、重力による影響があることから、同じ力を洗浄部材１１，２１から基板Ｗに加えたとしても、基板Ｗの表面（上方側の面）と裏面（下方側の面）とでは押付力検出部１８，２８による検出結果が変わり得る。これに対して、トルク検出部１６，２６からの検出結果に基づき、洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御する場合には、重力による影響をあまり受けないので、精度よく、洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御できる。また、このように重力の影響を極力なくすことができるので、洗浄部材１１，２１で表面（上方側の面）を洗浄する場合と裏面（下方側の面）を洗浄する場合とで制御態様を変えることなく同じ制御を用いることができる点でも有益である。
なお、押付力検出部１８，２８から加えられる押圧力を一定の値にした場合であっても、基板Ｗの種類に応じて基板から加わるトルクが大きく変わる。本願発明者らが実験したところによると、一定の押圧力の下でウェハを洗浄した場合、疎水性ウェハから加えられるトルクは、親水性ウェハから加えられるトルクの１．６〜１．７倍程度となった。この点、本実施の形態を採用することで、親水性ウェハ及び疎水性ウェハといった基板の種類に関わらず、基板から加えられるトルクを一定の値にすることもできる。
また、押付力検出部１８，２８から加えられる押圧力を一定の値にした場合であっても、洗浄液の種類に応じて基板から加わるトルクが大きく変わる。本願発明者らが実験したところによると、一定の押圧力の下でウェハを洗浄した場合、洗浄液Ａを用い場合にウェハから加えられるトルクは、洗浄液Ｂを用い場合にウェハから加えられるトルクの１．５倍程度となった。この点、本実施の形態を採用することで、洗浄液の種類に関わらず、基板から加えられるトルクを一定の値にすることもできる。
また、洗浄部材１１，２１としてロール部材１１を用いた場合であって、ロール部材１１がスポンジ等の洗浄液を吸収する部材からなる場合には、洗浄液を吸収することでロール部材１１の重さが変わる。このため、押付力検出部１８，２８からの検出結果に基づいて洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を正確に制御することは困難である。これに対して、トルク検出部１６，２６からの検出結果に基づき、洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御する場合には、洗浄液を吸収してロール部材１１の重さが変わってもその影響をほとんど受けない。このため、精度よく、洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御できる。
また、トルク検出部１６，２６からの検出結果に基づき洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御する場合には洗浄部材１１，２１の重さが変わってもその影響をほとんど受けないことから、異なる大きさのロール部材１１等であっても一律に制御できる点で有益である。
また、このようにトルク検出部１６，２６からの検出結果に基づき洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御する場合には、基板Ｗから洗浄部材１１，２１が受ける力を直接的に検出して制御できるので、細かな制御も可能となる。このため、例えば同じ種類の基板Ｗにおける個体差にも対応でき、基板Ｗの個体差に応じて、洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御できる。
なお、基板Ｗの種類によっては基板Ｗとの間に発生する摩擦力が大きくなりすぎ、例えばスピンドルを採用した場合には、基板Ｗが回転しないという事態が生じ得る。そして、このような事態は、回転していた基板Ｗが突如止まるという態様で起こることが多い。本実施の形態では、第一閾値以上のトルクが加わらないように洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御（閾値制御）してもよい。このような態様によれば、洗浄部材１１，２１に加わる摩擦力等が大きくなりすぎることを防止でき、基板Ｗが回転しないという事態が生じることを未然に防止できる。
制御部５０が、押付力検出部１８，２８からの検出結果にも基づいて、押付駆動部１９，２９による洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御する態様を採用した場合には、過度に強い力が洗浄部材１１，２１から基板Ｗに加わることを防止でき、また過度に弱い力しか洗浄部材１１，２１から基板Ｗに加わらないことを防止できる。なお、本実施の形態では、押付力検出部１８，２８は大まかに基板Ｗに加わる荷重を検出すれば足りるので、精度があまり高くなく、安価な押付力検出部１８，２８を用いてもよい。
部材回転部１５，２５による回転力を洗浄部材１１，２１に伝達する伝達部１７，２７を設けることなく、部材回転部１５，２５に洗浄部材１１，２１が直接連結されている態様を採用した場合には、洗浄部材１１，２１に加わる力を部材回転部１５，２５に直接伝達でき、洗浄部材１１，２１に加わった摩擦力等の力を精度よく部材回転部１５，２５に反映させることができる点で有益である。
制御部５０が、洗浄部材１１，２１が基板Ｗに当接してから第１時間が到来するまでは押付力検出部１８，２８からの検出結果に基づき押付駆動部１９，２９による洗浄部材１１，２１の基板Ｗに対する押付力を制御し、第１時間が経過した後はトルク検出部１６，２６からの検出結果に基づき当該押付力を制御する態様を採用した場合には、洗浄部材１１，２１から基板Ｗに加わる力の大まかな制御を押付力検出部１８，２８からの情報に基づいて行い、洗浄部材１１，２１から基板Ｗに加わる力の細かな制御をトルク検出部１６，２６からの情報に基づいて行うことができる。（特に洗浄部材１１，２１の回転又は基板Ｗの回転を洗浄部材１１，２１が基板Ｗに当接させた後で行う場合には）洗浄部材１１，２１の回転及び基板Ｗの回転が一定の値になるまで制御する対象となるトルクを正確に検出できない。これに対して、押付力検出部１８，２８からの情報は、洗浄部材１１，２１の回転及び基板Ｗの回転に関係なく取得できるので、最初の段階では押付力検出部１８，２８からの情報を用いて洗浄部材１１，２１から基板Ｗに加わる力を制御し、その後でトルク検出部１６，２６からの情報に基づいて洗浄部材１１，２１から基板Ｗに加わる力を制御することで、より早い段階で洗浄部材１１，２１の基板Ｗへの押圧力を適切なするものにできる。
制御部５０が、第１時間が到来した時、押付力検出部１８，２８からの検出結果に基づき押圧力が第１範囲内か判断し、押圧力が第１範囲の範囲外である場合に押圧力が第１範囲内になるように押付駆動部１９，２９を制御する態様を採用した場合には、少ない情報で洗浄部材１１，２１から基板Ｗに対する押圧力を制御できる点で有益である。
トルク検出部１６，２６がトルクを所定時間内で複数回検出し、制御部５０がトルク検出部１６，２６で検出された複数のトルクの値に基づいて押付力を制御する態様を採用した場合には、例えば、平均化したトルクを用いて押付力を制御できる。典型的には、洗浄部材１１，２１がロール部材１１である場合には、ロール部材１１の各箇所で消耗具合が異なることから、トルク検出部１６，２６で検出されるトルクはロール部材１１の基板Ｗに当接する部分が変わると値が変わる。このため、このように平均化したトルクを用いた場合には（移動平均を取得した場合には）、より適切な力で洗浄部材１１，２１により基板Ｗを洗浄できる。この点、ロール部材１１がｎ回転する時間（「ｎ」は整数である。）で平均化することが有益である。なお、一例として、ロール部材１１の場合には１分間に５０〜２００回転する。
なお、基板Ｗの表面状態によってもトルク検出部１６，２６によって検出されるトルクの値が変わることがある。このことからも、トルクを複数検出し、その平均値を用いることは有益である。とりわけ、移動平均を用いた場合には、連続的にトルクの変化を追うことができる点で有益である。
また、部材回転部１５，２５が予め定まった回転数で回転する場合には、トルクが大小の値を繰り返し取る。このため、この場合には、トルク検出部１６，２６がトルクを所定時間内で複数回検出し、制御部５０がトルク検出部１６，２６で検出された複数のトルクの値に基づいて押付力を制御することが有益であることは既に述べたとおりである。
洗浄液の種類に応じて、洗浄部材１１，２１から基板Ｗに加わる力の大きさが異なることがある。このため、制御部５０が少なくとも２つの異なる種類の洗浄液に対して異なる値となるようにトルクを制御する態様を採用した場合には、洗浄液の種類に応じて好ましいとされているトルクに基づいて洗浄でき、より適切な力で洗浄部材１１，２１により基板Ｗを洗浄できる。
制御部５０が継続的又は断続的にトルク検出部１６，２６からの検出結果に基づきトルクが第２範囲内になるように押付駆動部１９，２９を制御する態様を採用した場合には、検出している間、常に、適切な力で洗浄部材１１，２１により基板Ｗを洗浄できる。
最後になったが、上述した各実施の形態の記載及び図面の開示は、特許請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって特許請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。
１１ ロール部材（洗浄部材）
１５ ロール部材回転部（部材回転部）
１６ トルク検出部
１８ 押付力検出部
１９ ロール押付駆動部（押付駆動部）
２１ ペン部材（洗浄部材）
２５ ペン部材回転部（部材回転部）
２６ トルク検出部
２８ 押付力検出部
２９ ペン押付駆動部（押付駆動部）
４０ スピンドル（支持部材）
５０ 制御部
６０ 洗浄液供給部

Claims (7)

  1. 基板に当接して当該基板の洗浄を行う洗浄部材と、
    前記洗浄部材を回転させる部材回転部と、
    前記洗浄部材を前記基板に押し付ける押付駆動部と、
    前記部材回転部に加えられるトルクを検出するトルク検出部と、
    前記トルク検出部からの検出結果に基づき前記基板に対する押付力を制御する制御部と、
    前記押付駆動部による前記洗浄部材の前記基板に対する押付力を検出する押付力検出部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記洗浄部材が前記基板に当接してから第１時間が到来するまでは前記押付力検出部からの前記検出結果に基づき前記押付力を制御し、前記第１時間が経過した後は前記トルク検出部からの前記検出結果に基づき前記押付力を制御することを特徴とする基板洗浄装置。
  2. 前記制御部は、前記第１時間が到来した時、前記押付力検出部からの前記検出結果に基づき前記押圧力が第１範囲内か判断し、前記押圧力が前記第１範囲の範囲外である場合に前記押圧力が前記第１範囲内になるように前記押付駆動部を制御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. 前記トルク検出部は前記トルクを所定時間内で複数回検出し、
    前記制御部は、前記トルク検出部で検出された複数のトルクの値に基づいて前記押付力を制御することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の基板洗浄装置。
  4. 前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給部をさらに備え、
    前記制御部は、少なくとも２つの異なる種類の洗浄液に対して異なる値のトルクとなるよう前記押付力を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
  5. 前記制御部は、前記トルク検出部からの前記検出結果に基づき前記トルクが第２範囲内になるように、前記押付駆動部を継続的又は断続的に制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
  6. 前記基板を回転させるスピンドルをさらに備え、
    前記制御部は、前記トルク検出部からの前記検出結果に基づき前記トルクが第一閾値以上とならないように前記押付駆動部を制御することで、前記基板の回転が停止されることを予め防止することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板洗浄装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板洗浄装置を備えたことを特徴とする基板処理装置。
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