JP7166132B2 - 基板洗浄部材および基板洗浄装置 - Google Patents

基板洗浄部材および基板洗浄装置 Download PDF

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Description

本発明は、基板洗浄部材および基板洗浄装置に関する。
特許文献１，２には基板洗浄装置が開示されている。しかしながら、これらの基板洗浄装置は必ずしも洗浄力が十分とはいえない。また、スループットの観点から限られた時間内に洗浄を行ううえで洗浄処理を短時間で完了させたい場合もあるが、基板の種類やプロセス等によっては、基板上の部分的な汚れを洗浄しにくい等といった理由により洗浄を効率的に進めるうえでも制約があることがあった。
さらにまた、基板の微細化のさらなる進展や、基板端部までより有効に最終製品に活用したいといった要請から、エッジ部付近のパーティクル等の除去性能向上の要請がよりクローズアップされてきている。
特許第３９３３６７０号公報 米国特許第７１６６１８３号
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、洗浄力が高い基板洗浄部材および基板洗浄装置を提供することである。
本発明の一態様によれば、基板を支持する基板支持機構と、前記基板の第１面のベベルおよび／またはエッジに接触しながら回転することにより、前記第１面を洗浄するロール型の第１洗浄部材と、を備え、前記第１洗浄部材の回転軸は、前記基板と平行であり、
前記第１洗浄部材は、大径部および小径部を有する、基板洗浄装置が提供される。
前記基板支持機構は、前記基板を保持して回転させるのが望ましい。
基板洗浄装置は、前記第１洗浄部材と対向して配置され、前記基板の第２面のベベルおよび／またはエッジに接触しながら回転することにより、前記第２面を洗浄するロール型の第２洗浄部材を備え、前記第２洗浄部材の回転軸は、前記基板と平行であり、前記第２洗浄部材は、大径部および小径部を有し、前記第１洗浄部材の大径部に対向して前記第２洗浄部材の小径部が位置し、かつ、前記第１洗浄部材の小径部に対向して前記第２洗浄部材の大径部が位置し、前記第１洗浄部材と前記第２洗浄部材は互いに非接触に回転するのが望ましい。
前記第１洗浄部材の回転方向は、前記基板と接触する位置において前記基板の中心からエッジに向かう方向であるのが望ましい。
基板洗浄装置は、前記基板の第１面に対して、前記基板のエッジに向かう方向に液体を供給する第１ノズルを備えるのが望ましい。
前記基板の洗浄時に、前記第１洗浄部材を、前記基板の接線方向、半径方向および／または鉛直方向に揺動させるアクチュエータを備えるのが望ましい。
前記基板は多角形であり、
前記基板支持機構は、前記基板の辺に沿う方向に基板を移動させ、前記第１洗浄部材が基板の辺に沿ったベベルおよび／またはエッジに接触するのが望ましい。
前記基板は多角形であり、前記第１洗浄部材を基板の辺に沿う方向に移動させる移動機構を含んでもよい。
本発明の別の態様によれば、基板を洗浄する基板洗浄部材であって、基板のベベルおよび／またはエッジに接触しながら回転することにより、前記基板を洗浄するように構成され、その回転軸は前記基板と平行であり、大径部および小径部を有する、基板洗浄部材が提供される。
基板洗浄部材は、複数の前記大径部を有するのが望ましい。
本発明の別の態様によれば、基板を洗浄する基板洗浄部材であって、基板の第１面のベベルおよび／またはエッジに接触しながら回転することにより、前記基板の第１面を洗浄するように構成され、大径部および小径部を有する第１洗浄部材と、前記第１洗浄部材と対向して配置され、基板の第２面のベベルおよび／またはエッジに接触しながら回転することにより、前記基板の第２面を洗浄するように構成され、大径部および小径部を有する第２洗浄部材と、を備え、前記第１洗浄部材および前記第２洗浄部材の回転軸は、前記基板と平行であり、前記第１洗浄部材の大径部に対向して前記第２洗浄部材の小径部が位置し、かつ、前記第１洗浄部材の小径部に対向して前記第２洗浄部材の大径部が位置し、前記第１洗浄部材と前記第２洗浄部材は互いに非接触に回転するように構成される、基板洗浄部材が提供される。
本発明の基板洗浄部材および基板洗浄装置によれば、基板の洗浄力が向上する。
基板の「ベベル」および「エッジ」の説明。 一実施形態に係る基板洗浄装置の概略構成を模式的に示す上面図。 ロール型洗浄部材２ａの正面図。 基板洗浄装置の側面図。 基板Ｗとロール型洗浄部材２ａ，２ｂが接触する部分の拡大図。 基板洗浄装置の変形例を示す図。 基板洗浄装置の変形例を示す図。
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態では、主に基板（ウエハ）Ｗの周縁部の洗浄を目的とする。洗浄対象となる基板Ｗとしては、円形基板だけでなく四角形の基板でもよい。また、当該基板は、金属フィーチャを有する多重層でもよく、膜質の異なるさまざまなシリコン酸化膜が形成された基板でもよい。また、基板は半導体基板に限定されず、プラズマ表示用基板、液晶表示用基板、有機ＥＬ表示用基板、フォトマスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、など、任意の基板が含まれる。さらに、基板の形状にも特に制限はなく、典型的には円形ではあるが、四角形など多角形であってもよい。また、本明細書において、図１に示すように、基板端部において断面が曲率を有する部分Ｂを「ベベル」と呼び、デバイスが形成される領域Ｄよりベベル側の領域Ｅを「エッジ」と呼ぶ。また、ベベルおよびエッジを併せて「周縁部」と呼ぶ。
図２は、一実施形態に係る基板洗浄装置の概略構成を模式的に示す上面図である。基板洗浄装置は、スピンドル１と、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂと、モータ３ａ，３ｂと、洗浄液ノズル４ａ，４ｂと、リンス液ノズル５ａ，５ｂと、アクチュエータ６とを備えている（なお、洗浄液ノズル４ｂおよびリンス液ノズル５ｂは基板Ｗの下方にあるため図２に現れない）。
スピンドル１は基板支持機構の例であり、表面を上にして基板Ｗの周縁部を保持する。さらに、本実施形態におけるスピンドル１は、基板Ｗを水平面内で回転させる。より具体的には、スピンドル１の上部に設けたコマの外周側面に形成した把持溝内に基板Ｗの周縁部を位置させて内方に押し付け、コマを回転（自転）させることにより基板Ｗが回転する。ここで、「コマ」は基板を把持するための「把持部」と言い換えられる。また、「スピンドル」は「ローラー」と言い換えることもできる。
なお、スピンドル１によらず、基板Ｗの下面を吸着して回転させるスピンチャックを適用するなど、他の手法によって基板Ｗを保持して回転させてもよい。
ロール型洗浄部材２ａは基板Ｗの上面を洗浄し、ロール型洗浄部材２ｂは基板Ｗの下面を洗浄する。典型的には、基板Ｗの上面はデバイスパターンの形成されたデバイス面であり、基板Ｗの下面はデバイスパターンの形成されていない非デバイス面である。非デバイス面は裏面と呼び変えることもできる。
より詳しくは、ロール型洗浄部材２ａは、基板Ｗの上面の周縁部に接触しながら回転することにより、上面を洗浄する。ロール型洗浄部材２ｂは、ロール型洗浄部材２ａと対向して、すなわち、ロール型洗浄部材２ａの下方に配置される。そして、ロール型洗浄部材２ｂは、基板Ｗの下面の周縁部に接触しながら回転することにより、下面を洗浄する。なお、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂは基板Ｗの周縁部（すなわち、基板Ｗのエッジおよびベベルの両方）に接触するのが望ましいが、エッジおよびベベル一方のみに接触してもよい。
ロール型洗浄部材２ａは軸３１ａを介してモータ３ａに接続される。モータ３ａの回転によってロール型洗浄部材２ａが回転する。ロール型洗浄部材２ａの回転方向は、基板Ｗと接触する位置において、基板Ｗの中心からエッジに向かう方向である（矢印Ｂから見て、反時計回り）。
また、アクチュエータ６により、ロール型洗浄部材２ａは基板Ｗの接線方向（すなわち、ロール型洗浄部材２ａの長手（軸）方向）、半径方向および／または鉛直方向に移動可能である。洗浄中にロール型洗浄部材２ａが基板Ｗの接線方向、半径方向および鉛直方向に移動（揺動）することで、洗浄力が向上する。移動（揺動）方向は、接線方向、半径方向および鉛直方向の１方向あるいは任意の組み合わせの２方向であってもよい。また、半径方向の位置はレシピで任意に設定可能としてもよい。
また、アクチュエータ６により、ロール型洗浄部材２ａは基板Ｗの半径方向に移動可能である。基板Ｗの洗浄を行わない待機時は、ロール型洗浄部材２ａは基板Ｗが配置される位置から外周方向に離れた位置にある。この位置を「退避位置」と呼ぶ。そして、基板Ｗの洗浄を行う時は、ロール型洗浄部材２ａは退避位置から基板Ｗの中心方向に向かって移動し、基板Ｗと接触する。この位置を「洗浄位置」と呼ぶ。洗浄が完了すると、ロール型洗浄部材２ａは退避位置に向かって基板Ｗの外周方向に移動する。
以上、ロール型洗浄部材２ａについて主に説明したが、ロール型洗浄部材２ｂも同様である。なお、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂは、一体となって（あるいは同期して）基板Ｗの半径方向に移動してもよいし、互いに独立して移動してもよい。また、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂは、一体となって（あるいは同期して）基板Ｗの接線方向に移動してもよい。また、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂは上下方向（基板Ｗと垂直方向）に移動可能であってもよい。
洗浄液ノズル４ａおよびリンス液ノズル５ａは基板Ｗの上方に配置される。そして、基板Ｗの洗浄時に、洗浄液ノズル４ａは薬液や純水などの洗浄液を基板Ｗの上面に供給し、リンス液ノズル５ａは純水などのリンス液を基板Ｗの上面に供給する。洗浄液ノズル４ａおよびリンス液ノズル５ａによる液体（洗浄液およびリンス液）の供給方向は基板Ｗの中心から外側に向かう方向であるのが望ましい。基板Ｗ上に着液して汚染された液体が長く基板Ｗに留まるのを防止するためである。
洗浄液ノズル４ｂおよびリンス液ノズル５ｂは、基板Ｗの下方に配置され、基板Ｗの洗浄時に基板Ｗの下面に液体を供給する。その他は洗浄液ノズル４ａおよびリンス液ノズル５ａと同様である。
以上説明した基板洗浄装置において、スピンドル１によって基板Ｗが回転した状態で、洗浄液ノズル４ａ，４ｂがそれぞれ基板Ｗの上面および下面に洗浄液を供給しつつ、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂがそれぞれ基板Ｗの上面および下面に接触して回転することで、基板Ｗの上面および下面が物理的に接触洗浄される。
図３は、ロール型洗浄部材２ａの正面図（図２の矢印Ａから見た図）である。図示のように、ロール型洗浄部材２ａは、大径部２１ａと小径部２２ａが交互に重ねられ、凹凸が形成されていている。ロール型洗浄部材２ａは周方向に複数の溝２３ａが形成された円筒形状と考えることもできる。あるいは、ロール型洗浄部材２ａは長手方向（軸方向）に凹凸が形成されていると考えることもできる。溝２３ａはロール型洗浄部材２ａの回転軸に垂直な面内で閉じた環となっている。そして、各溝２３ａは、大径部２１ａによって隣接する溝２３ａとは隔てられ、独立している。なお、図３では、大径部２１ａと小径部２２ａが矩形で描かれているが、大径部２１ａに基板洗浄時に基板Ｗと接触する角部２１１ａが形成される形状であればよく、例えば台形形状であってもよい。図示を省略するが、ロール型洗浄部材２ｂも同様、大径部２１ｂと小径部２２ｂが交互に重ねられた形状である。
図４は、基板洗浄装置の側面図（図２の矢印Ｂから見た図）である。また、図５は、基板Ｗとロール型洗浄部材２ａ，２ｂが接触する部分の拡大図（図４の矢印Ｃから見た図）である。図４および図５に示すように、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂの間に基板Ｗの周縁を噛み込ませている。具体的には、図５に示すように、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂの長手方向の長さはほぼ等しい。そして、ロール型洗浄部材２ａの大径部２１ａと、ロール型洗浄部材２ｂの大径部２１ｂとが互い違いになっている。さらに具体的には、ロール型洗浄部材２ａの大径部２１ａに対向してロール型洗浄部材２ｂの小径部２２ｂが位置し、ロール型洗浄部材２ａの小径部２２ａに対向してロール型洗浄部材２ｂの大径部２１ｂが位置する。これにより、ロール型洗浄部材２ａの大径部２１ａとロール型洗浄部材２ｂの小径部２２ｂとが噛み合い、ロール型洗浄部材２ａの小径部２２ａとロール型洗浄部材２ｂの大径部２１ｂとが噛み合い、互いに干渉されず（接触せず）に回転する構成となっている。
このような構成により、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂが互いに接触することによる発塵を抑えられる。また、基板Ｗの回転作用もあり、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂにおける大径部２１ａ，２１ｂの角部２１１ａが多数基板Ｗに接触するため、パーティクル除去性能が高くなる。
すなわち、図３ではロール型洗浄部材２ａに角部２１１ａが５か所あり、基板Ｗが１回転する間に基板Ｗの周縁部が角部２１１ａに対する接触、離反を５回繰り返すことになる。ロール型洗浄部材２ａによるパーティクル除去メカニズムにおいては、ロール型洗浄部材２ａの角部２１１ａが基板Ｗに接触して拭う際の物理力が大きな効果をもたらしていると考えられており、しかもパーティクルに対する物理力を周期的に繰り返し与えることができるので、高いパーティクル除去性能が得られる。
ここで、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂを揺動させることでパーティクル除去性能が向上する。例えば、上述したアクチュエータ６により、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂを基板Ｗの接線方向および／または半径方向に対してわずかに揺動させてもよい。
また、液体を供給して洗浄する際、洗浄液ノズル４ａ，４ｂおよびリンス液ノズル５ａ，５ｂは、基板Ｗのエッジに向かう方向に洗浄液を供給する。そして、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂは、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂが基板Ｗに接触する位置における回転方向が、基板Ｗのエッジに向かう方向になるように回転する。すなわち、液体がロール型洗浄部材２ａ，２ｂの回転に巻き込まれる方向に洗浄液を供給する。これにより、基板とロール型洗浄部材２ａ，２ｂの間に新鮮な液体をスムーズに供給することができる。液体は、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂにおける大径部２１ａ，２１ｂの側面２１２ａを壁として溝２３ａ，２３ｂを流れ、基板Ｗの外周方向に排出される。また、各溝２３ａ，２３ｂが独立しているため、洗浄によって汚染された洗浄液が隣接する溝２３ａ，２３ｂに流れ込むこともない。これにより、基板と角部２１１ａの接触部において十分な洗浄液を供給することができ、洗浄液による洗浄力が向上するとともに、パーティクル排出性も向上する。
洗浄液ノズル４ａ，４ｂおよびリンス液ノズル５ａ，５ｂは、基板Ｗ上でなくとも基板Ｗとロール型洗浄部材２ａ，２ｂとが接触する（交差する）部分や接触部の近傍へ液体を供給してもよい。あるいは、液体を、基板Ｗ上、接触部および接触部の近傍の２以上に供給してもよい。いずれにしても基板Ｗに供給された洗浄液およびリンス液が基板Ｗの外側に排出される方向であるのが望ましい。
また、図４および図５に示すように、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂは回転機構であり回転軸となる、基板Ｗと平行に延びる芯２４ａ，２４ｂを有しており、芯２４ａ，２４ｂの内部へ液体を供給してもよい（いわゆる、「インナーリンス」）。供給された液体は、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂの回転による遠心力によって、芯２４ａ，２４ｂの内部からロール型洗浄部材２ａ，２ｂの表面（洗浄面）側に移動し、基板Ｗに供給される。また、前述の洗浄液ノズル４ａ，４ｂおよびリンス液ノズル５ａ，５ｂからの外部供給と、インナーリンスとを組み合わされてもよい。なお、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂは基板洗浄装置で使用する前に予め芯２４ａ，２４ｂと組み合わされていても、あるいは一体化されていてもよい。あるいは、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂは芯２４ａ，２４ｂが挿入される孔のみ有し、基板洗浄装置が有する芯２４ａ，２４ｂを差し込んで使用するようにしてもよい。
このように、本実施形態では、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂが大径部２１ａ，２１ｂおよび小径部２２ａ，２２ｂを有する。そのため、大径部２１ａ，２１ｂの角部２１１ａが基板Ｗに繰り返し接触することによって物理的な洗浄力が増し、かつ、側面２１２ａが壁となって洗浄液を保持することによって洗浄液による洗浄効果が増すことなり、洗浄力が向上する。
また、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂの芯２４ａ，２４ｂの中心は、基板Ｗの厚み方向の中心からそれぞれ距離Ｄ１，Ｄ２離れている。距離Ｄ１，Ｄ２は互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。距離Ｄ１，Ｄ２はレシピで任意に設定可能としてもよい。また、洗浄中に距離Ｄ１，Ｄ２が変化するよう、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂを鉛直方向に移動（揺動）してもよい。パーティクルの付着状況などに応じて洗浄箇所を調整可能となる。
なお、ロール型洗浄部材２ａ，２ｂとしては、典型的にはＰＶＡスポンジ製が用いられるが、より洗浄力を高くすべく、その表面に微細な砥粒、フッ素系樹脂粒子、触媒粒子などを含有していてもよい。また、基板Ｗを水平方向ではなく鉛直方向に保持して洗浄を行ってもよい。また、必ずしも基板Ｗの上下にロール型洗浄部材２ａ，２ｂを設ける必要もなく、基板洗浄装置は、基板Ｗの上面を洗浄するロール型洗浄部材２ａのみを備えていてもよく、この場合、距離Ｄ１は０でもよい。あるいは、基板洗浄装置は、基板Ｗの下面を洗浄するロール型洗浄部材２ｂのみを備えていてもよく、この場合、距離Ｄ２は０でもよい。
なお、上述した実施形態は円形基板を対象としているが、ロール型洗浄部材２ａ、２ｂは多角形（例えば四角形）の基板の洗浄にも適用できる。すなわち、図６に示すように、基板支持機構における基板支持移動機構が、四角形の基板を水平姿勢で一方の辺に沿って移動させながら、ロール型洗浄部材２ａ、２ｂを移動方向に沿うように接触させることで、四角形の基板の周縁部を洗浄するようにしてもよい。あるいは、図７に示すように、基板を固定し、ロール型洗浄部材２ａ、２ｂを辺に沿って動かしてもよい。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
１ スピンドル
２ａ，２ｂ ロール型洗浄部材
２１ａ，２１ｂ 大径部
２１１ａ 角部
２１２ａ 側面
２２ａ，２２ｂ 小径部
２３ａ，２３ｂ 溝
２４ａ，２４ｂ 芯
３ａ，３ｂ モータ
４ａ，４ｂ 洗浄液ノズル
５ａ，５ｂ リンス液ノズル
６ アクチュエータ

Claims (7)

  1. 基板を支持する基板支持機構と、
    前記基板の第１面のベベルおよび／またはエッジに接触しながら回転することにより、前記第１面を洗浄するロール型の第１洗浄部材と、
    前記第１洗浄部材と対向して配置され、前記基板の第２面のベベルおよび／またはエッジに接触しながら回転することにより、前記第２面を洗浄するロール型の第２洗浄部材と、
    前記基板のエッジおよび前記第１洗浄部材に向かう方向で、前記基板の第１面に洗浄液を供給する第１ノズルと、
    前記基板のエッジおよび前記第２洗浄部材に向かう方向で、前記基板の第２面に洗浄液を供給する第２ノズルと、を備え、
    前記第１洗浄部材および第２洗浄部材の回転軸は、前記基板と平行であり、
    前記第１洗浄部材および第２洗浄部材は、複数の大径部および小径部を有し、
    前記第１洗浄部材の大径部に対向して前記第２洗浄部材の小径部が位置し、かつ、前記第１洗浄部材の小径部に対向して前記第２洗浄部材の大径部が位置し、前記第１洗浄部材と前記第２洗浄部材は互いに非接触に回転し、
    前記第１洗浄部材および前記第２洗浄部材の長手方向に沿って大径部と小径部が交互に配置されており、前記大径部と前記小径部が交互に配置されることによって周方向に複数の溝が形成され、それぞれの溝は前記大径部によって隣接する溝と隔てられ、独立した形状になっており、
    前記第１ノズルからの洗浄液は、前記第１洗浄部材の溝を流れ、前記基板の外周方向に排出され、
    前記第２ノズルからの洗浄液は、前記第２洗浄部材の溝を流れ、前記基板の外周方向に排出される、基板洗浄装置。
  2. 前記基板支持機構は、前記基板を保持して回転させる、請求項１に記載の基板洗浄装置。
  3. 前記第１洗浄部材の回転方向は、前記基板と接触する位置において前記基板の中心からエッジに向かう方向である、請求項１または２に記載の基板洗浄装置。
  4. 前記基板の洗浄時に、前記第１洗浄部材を、前記基板の接線方向、半径方向および／または鉛直方向に揺動させるアクチュエータを備える、請求項１乃至３のいずれかに記載の基板洗浄装置。
  5. 前記基板は多角形であり、
    前記基板支持機構は、前記基板の辺に沿う方向に基板を移動させ、前記第１洗浄部材が基板の辺に沿ったベベルおよび／またはエッジに接触する、請求項１乃至４のいずれかに記載の基板洗浄装置。
  6. 前記基板は多角形であり、
    前記第１洗浄部材を基板の辺に沿う方向に移動させる移動機構を含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の基板洗浄装置。
  7. 基板を洗浄する基板洗浄部材であって、
    基板の第１面のベベルおよび／またはエッジに接触しながら回転することにより、前記基板の第１面を洗浄するように構成され、複数の大径部および小径部を有する第１洗浄部材と、
    前記第１洗浄部材と対向して配置され、基板の第２面のベベルおよび／またはエッジに接触しながら回転することにより、前記基板の第２面を洗浄するように構成され、複数の大径部および小径部を有する第２洗浄部材と、を備え、
    前記第１洗浄部材および前記第２洗浄部材の回転軸は、前記基板と平行であり、
    前記第１洗浄部材の大径部に対向して前記第２洗浄部材の小径部が位置し、かつ、前記第１洗浄部材の小径部に対向して前記第２洗浄部材の大径部が位置し、前記第１洗浄部材と前記第２洗浄部材は互いに非接触に回転するように構成され、
    前記第１洗浄部材および前記第２洗浄部材の長手方向に沿って大径部と小径部が交互に配置されており、前記大径部と前記小径部が交互に配置されることによって周方向に複数の溝が形成され、それぞれの溝は前記大径部によって隣接する溝と隔てられ、独立した形状になっており、
    前記基板のエッジおよび前記第１洗浄部材に向かう方向で第１ノズルから前記基板の第１面に供給される洗浄液は、前記第１洗浄部材の溝を流れ、前記基板の外周方向に排出され、
    前記基板のエッジおよび前記第２洗浄部材に向かう方向で第２ノズルから前記基板の第２面に供給される洗浄液は、前記第２洗浄部材の溝を流れ、前記基板の外周方向に排出される、基板洗浄部材。
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