JPH06508721A - 半導体ウェファー洗浄ブラシ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体ウェファ−洗浄ブラシ 本発明は、物体の表面を洗浄するためのブラシに関する。

特に、本発明は、ウェファ−の表面の約４５％を連続的に覆うことによって、及 びブラシによってウェファ−表面に加えられる圧力を調整するためにブラシの重 量を利用することによって、半導体ウェファ−表面の一様な洗浄を容易にする洗 浄ブラシに関する。

更なる観点では、本発明はブラシでウェファ−を洗浄中、粒子及び他の副産物の 除去を促進するために流体の平面的な層流を半導体ウェファ−の表面に隣接して 維持する洗浄ブラシに関する。

半導体ウェファ−を洗浄するのに利用されるブラシは、富田他の米国特許第４５ ６６９１１号に記載されたブラシと同様に、通常円筒形状を有する。種々の欠点 が、このような先行技術の円筒ブラシに関連している。第１に、ブラシの湾曲円 筒外面は、洗浄するのに使用される円形半導体ウェファ−表面の小部分、約５％ に接触するに過ぎない。第２に、ブラシの構造は半導体ウェファ−の表面から及 びブラシ自体の表面から粒子及び他の異物を除去するための、洗浄される半導体 ウェファ−に上の流体流れを効率的に促進しない。最後に、先行技術の円筒ブラ シが磨耗すると、ブラシはブラシの半導体ウェファ−への圧力を調整するために 機械的に新しい位置に移動させられる。

従って、半導体ウェファ−又は他の材料の広い領域を被覆し、洗浄し、粒子及び 他の異物をウェファ−及びブラシの表面から運び去るためにウェファ−に隣接し た水流を容易にし、さらにブラシの重量を使って、半導体ウェファ−に対する選 択した圧力を自動的に維持する改良洗浄ブラシを提供することが強く望まれる。

従って、本発明の主目的はガラス、金属及び他の選択した材料を洗浄するための 改良ブラシを提供することである。

本発明のさらなる目的は、重力及び遠心力によって流体の流れを利用して半導体 ウェファ−の表面に隣接し、半導体ウェファ−の表面の中間の平面に流体を分散 させる改良ブラシを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、ブラシの重さを利用して、ブラシによって洗浄され る表面に対する選択的な圧力を自動的に維持する改良洗浄ブラシを提供すること である。

本発明のこれらの及び他のさらなる、並びにより特別な目的及ｎ１１点は、当業 者にとって図面に関連して行われる以下の詳細な説明から明らかであろう。

図１は、本発明の原理に従って構成された洗浄ブラシ装置を示す斜視図である。

図２は、図１の洗浄ブラシ装置の一部を示し、図１の線２−２における断面図で ある。

図３は、ブラシを所定圧力で半導体ウェファ−に圧力するのに利用される他の構 造要素を示す図１の装置の側断面図である。

図４は、本発明の変形例によって構成された洗浄ブラシ装置を示す側断面図であ る。

図５は、本発明による円形で、平らなニップル付きのブラシパッドを製造するの に利用される金型装置を示す側断面図である。

要約すれば、本発明は、半導体ウェファ−の微細仕上げの平面を洗浄するための 改良装置を提供する。装置は、第１平面内に全体的に横たわる、直立の間隔を隔 てた弾性の脚と、弾性の脚を半導体ウェファ−の平面と関連して位置決めするた めの及びブラシがウェファ−の表面を洗浄するように少なくとも１つのウェファ −とブラシを回転させるための支持手段とを有する。ブラシは好ましくは、半導 体表面積の少なくとも４０％に隣接し、覆う。脚は、半導体ウェファ−表面を押 す。ウェファ−を押す脚の圧力は、表面を押すブラシの重量を調整することによ って変えられる。

合本発明の実施を示すために本発明の好ましい実施例を示す図面（同じ参照番号 は種々の図面に渡って対応する要素に言及する）を参照すれば、図１乃至図３は 、本発明の原理に従って構成され、ブツシュ５５によって固定テーブル上部に回 転可能に受入れられた下部円筒ネックを備えた円筒プレーＨ３を有する洗浄ブラ シ装置を示す。上部１５を固定位置に維持するのに利用されるレグ又は池のサポ ートは、明瞭性のために図面から寄略している。軸Ｉ４が、プレート１３を貫通 して形成された円筒部ロア４を貫通して上方に延び、プレート１０を貫通して形 成された円筒部ロア５によって摺動可能に受入れられる。セットネジ２７、軸１ ４を開ロア５に固定する。軸１４は又、円筒部材２ｏの円筒開口アロを貫通して 下方に延びる。軸１４の下方円筒端部７７は、ロッカー２３のブツシュ７８によ って回転可能に固定される。ブツシュ７８は、ロッカー２３に固定して取り付け られる。カッターピン７９が、軸１４の下方端部７７を貫通し、端がロッカー２ ３及びブツシュ７８から上方に引っ張られるのを防止する。円筒部材２ｏの上方 端部は、回転のためにブツシュ４５内に取り付けられる。ブツシュ４５は、円筒 部材４４に固定して取り付けられる。コツターピン９２が、円筒部材２ｏの上端 を貫通し、部材２０の上端がブツシュ４５を通って下方に摺動するのを防止する 。円筒部材４４が、ボルト５０によってテーブル上部１５に固定的に取り付けら れる。弾性洗浄パッド１１カプレートＩＯを貫通するボルト８ｏによってプレー トＩＯの下側に固定される。弾性洗浄パッド１２がプレーＨ３を貫通するボッ叶 ８０（図面では見えな（りによってプレート１３の上側に固定される。

細長スロット２２がプレート１３に形成され、軸１４から外方に延びるピン２１ を受け入れる。軸１４が回転するとき、ピン２１はスロット２２に当たり、プレ ート１３を回転させる。ベルト３５がモータ（図示せ豹によって駆動され、部材 ２０のまわりに延びる。連続ベルト３５が移動するとき、ベルトは部材２゜を回 転させる。部材２０力徊転すると、細長スロット５６はコツタービン６１に当た り、軸１４を部材２０と同時に回転させる。軸１４が回転すると、ピン２Ｉは細 長スロット２２を付勢し、プレート１３を軸■４と同時に回転させる。スロット ５６の形状及び寸法は、スロット２２のそれと同じである。所望なら、ピン２Ｉ を軸Ｉ４と、プーリ５３とプーリ５３及びプレート１３のまわりに延びるプーリ ベルト５４とを駆動させるのに用いられる別個のモータ５２とから取り除いても よい。プーリ５３が回転するとき、プーリはベノ叶５４を駆動し、プレート１３ を回転させる。モータ５２を利用すれば、プレート１３はプレートｌｏとは異な る速度で回転することができる。モータ５２は又、プレートＩ３がプレート１０ とはＦＥＺＭ向に回転するのを可能にする。

Ｌ字形状の呻牲パネル部材３１が、ねし４８によってテーブル上部１５に固定的 に取り付けられる。ピン４１が部材３１に固定的に取り付けられ、ロッド２４の スロット９３に摺動可能に係合する。ロッド２４は、ピン３９によってビストン ３７のアーム３８に回動自在に取り付けられる。ピン４２は、ロッド２５を剛性 り字形状部材３１に回動自在に取り付ける。ロッド２５の一端９４がロッカー２ ；３を上方に付勢する。ロッド２５の他端４６が、カウンターウェイｈ４６Ａを 支持する。端４６は１！ｌ１Ｍ：細長パネル部材２９を貫通上で形成されたスロ ット３゜を貫通ずる。ボルト４７がバネＡ＄４２９をテーブル上部１５に固定的 に取り付ける。ピストン３７のプランジャーが、中空空気圧シリンダー３３に収 容される。

シリンダー３３のフランジ３４はピン４３によってフランジ３２に回動自在に取 り付けられる。フランジ３２はネジ４９によってテーブル上部１５に固定的に取 り付けられる。

半導体材料、金属又は他の材料から作られる円形ウェファ−２８は、図１と図３ に示された仕方で洗浄パッド１１と１２の間に位置決めされる、しかしながら、 パッドＩＩと１２の直径がパッドがウェファ−２８の周縁の一部に渡って、及び ウェファ−２８の中心９５に渡って延びるに十分であるようにプレート１０．１ ３及びパッド１１．１２は大きさ決めされるのが好ましい。図１では、パッド１ １の外周縁がウェファ−２８の中心９５に渡って延びず、その代わり中心９５の 途中まで延びるだけである。パッド１１及び１２は、円形プレーＮＯ，１３及び パッド１１．１２の直径が適正に増加するなら、ウェファ−２８の中心９５に渡 って外方に延びるであろう。パッド１１がウェファ−２８の中心９５に渡って外 方に延びるとき、パッド１１．１２は、ウェファ−２８の上部及び下部の平らな 円形総合表面積の約４５％を覆う。パッド１１１２は、ウェファ−２８の平らな 表面積の少なくとも４０％を覆うのがよい。

ウェファ−２８の外周縁は、好ましくは図３に示すような仕方でプレートＩ３の カラー９６に当接する。ヘッド１６．１７．１８が、ウェファ−２８の円周縁に 係合してヘッド１６乃至１８が、それぞれ矢印Ｃ，ＤＳＥで示す方向に回転する とき、ヘッド１６乃至１８はウェファ−２８の回転を補助するように機能する。

洗浄パッドＩ＋及びＩ２が矢印Ａの方向に回転するとき、バラ白■及び１２は又 カラー９６とともに、図１の矢印９７の方向にウェファ−２８を回転させるのを 補助する。

図１及び図３の装置の運転の際、空気圧シリンダー３３を作動してピストン３７ を矢印、１の方向に移動させて、ロッド２４を矢印にの方向に持ち上げる。ロッ ド２４が矢印にの方向に移動すると、ロット２４はピン３９を中心に回動し、矢 ＦＩＬＭの方向に移動する。ロッド２４が矢卿の方向に移動するとき、スロット ９３はポイント４１を越えて摺動し、フランジ３４及びシリンダー３３はピン４ ３を中心に矢印りの方向に回動する。さらに、ロッド２４が矢印にの方向に移動 するとき、軸１４は矢印Ｉの方向に移動し、プレートｌＯ及びパッド１１をパッ ド１２から上方に持ち上げ、ウェファ−２８をパッド１２の上部で図１及び図３ で全体的に指示する位置に挿入する。一旦ウェファ−２８がパッド１２上に置か れると、ピストン３７は空気圧によって矢印Ｊの反対方向に移動して、ピストン ３７、ロッド２４、ロッカー２３、軸１４、パッド１１及びプレー）１０は図１ 及び図３に示す位置に戻る。

一部ウエファー２８をパッド１１．１２の間の図１及び図３に全体的に示す位置 に挿入すると、モータを作動して連続ベルト３５を矢印Ｇの方向に回転させ、そ の結果軸１４を矢印１１の方向に回転させ、ウェファ−２８の上部平面２８Ａと 下部平面２８Ｂ上でパッドＩＩ、１２を矢印Ａの方向に回転させる。補助モータ （図示せわがヘッド１６乃至１８を図１の矢印Ｃ，Ｄ、Ｈで示す方向に駆動する 。

プレートＩＯ及び１３が回転する間、リザーバ９８からの水は矢印の方向に流れ 、プレートＩＯを貫通して形成された少な（とも１つの開口６１を通る。水は開 口６１を通って流れ、洗浄パッド１１に隣接したプレートｌＯの下側に形成され た溝（図示せ豹に沿う。水は溝を通って軸１４に向かって図３の矢印■の方向に 流れる。水がプレートｌＯの下面とパッド１１との間から流出した後、遠心力に よってニップル又は脚９９の間を通って図１の矢印Ｂで指示する方向に外方に流 れる。ニップノ凶９は好ましくは図１に示す仕方で形成され、水又は他の流体或 いはスラリーの、図１の矢印Ｂに示す方向の外方の層流を容易にする領域の間に 閉空間を有するクラスター又は領域に形成される。図１では、矢印口で指示する 方向及び流路に沿って流れる水は、隣接する５つのニップル９９のクラスターの 間の閉空間又は流路を通って移動している。図１では、パッド１１及び１２のニ ップル又は脚のクラスターの幾つかだけを示す。ニップル又は脚９９は好ましく はパッド１１及び１２の全表面に形成された、間隔を隔てたクラスターからなる 。水は又、導管Ｉ９によってウェファ−２８の上面２８Ａで矢印Ｆの方向に差し 向けられる。同様の導管を利用して、水をウェファ−２８の下面２８Ｂに差し向 けることができる。

カウンターウェイト４６Ａによってロッド２５の端９４は矢印９ｏの方向に上方 にロッカー２３を押す。矢印９０の方向に発生する力の大きさは、軸１４、プレ ートＩＯ及びウェファ−２８を下方に押すパッド１１の重量のいくらかを相殺す る。その結果、ロッド２５に沿って移動するカウンターウェイト４６Ａはパッド ＩＩによって発生するウェファ−２８に対する圧縮力の大きさを調整する。同様 に、シリンダー３３内を移動するピストン３７は又、パッドＩＩによってウェフ ァ−２８に発生する圧縮力の大きさを変えることができる。当業者なら理解でき るように、シリンダー３３内のピストン３７の所望の位置及びカウンターウェイ ト４６Ａのロッド２５」二の位置を決定するための、及びピストン３７及びカウ ンターウェイト４６Ａを移動するための制御は、ピストン３７及びカウンターウ ェイｈ４６Ａの位置を自動的に調整するのに制御され、使用されるコンピュータ とすることかできる。特に、ロッカー２３、軸Ｉ４、プレートｌｏ及びロッド２ ５をＦ方に押すパッド１１の重量は、ウェファ−２８の厚さ、パッド１１及び１ ２の正縮率及びカウンターウェイト４６Ａの鉛直位置を含むデータから見積り、 又は決定することができる。次いで、カウンターウェイト４６八又はピストン３ ７を調整してパッド１１によってウェファ−２８に対して発生する力の大きさを 増加し、或いは減じることができる。

本発明の変形実施例が図・１に示され、変形実施例は図１乃至図３に示す装置に 多ズの点て同様である。図・１ては、プレー１−１０Ａがセットネジ２７Ａによ って軸１１に同定され、パラＩ’１１を支持する。プレート１３Ａがブツシュ＋ ００上で回転し、モータ５２によって駆動されるプーリー５３で支持される連続 ベルト５・１によって回転する。水又は別の流体或いはスラリーがパット１１及 び１２上に分配される。水は導管６０を通って矢印Ｎの方向に流れ、図４の矢印 Ｐで指示する方向にパット１１及び１２上に分配される。図４では、パッド１１ 及びＩ２の脚９９は示していない。部材２ｏが回転するとき、部材２ｏは軸１４ 、プレート１ＯＡ及びパッド１１を同時に回転させる。連続ベルト５３がプレー ト１３Ａ及びパッド１２を回転させる。所望なら、図４のプレート１０Ａ及びプ レート１３Ａは図１のプレートＩＯ及び１３で代用することができる。

図５は弾性洗浄パッド１１１２を製造するのに利用される金型装置を示す。

金型装置は上部プレート６５、金型部材６２、テフロン多孔板６６及びＵ字形状 のハウジング６７を含む。ハウジング６７は、円形基部６９と、基部６９から垂 下する直立の円筒壁７０とを含む。真空ポンプ（図示せ豹が空気をチャンバ６Ｂ から導管７２を通して矢印Ｘの方向に引く。多数の小さな気泡を含んだポリビニ ルアセクールの弾性材料が矢鴫の方向に導管７３を通して円筒金型チャンバ６３ の中に差し向けられる。チャンバ６８内の真空はポリビニルアセタール材料内の 空気をテフロンプレート６６を介して引く。所望なら、空気が真空下でポリヒニ ールアセタール弾性材料からプレート・６５を介して上方に引かれるように円形 プレート６５を多孔性テフロンから作ってもよい。ポリビニルアセタル材料が部 材６２内の円筒開口６４の中に流れ込むときに、パッド１２上の脚９９が成形さ れる。ポリビニルアセタル材料が固化した後、プレート６５を取り外し、ポリビ ニルアセクール材料の成形パッドを金型装置から取り出す。

図Ｉ乃至図４の装置の使用の際、パッド１１を水で溢れさせることが重要である 。水は潤滑剤として作用し、異物粒子を各ブラシの面からフラッシュする。脚９ ９は０．２インチの直径を有し、０．１インチから０．４インチの範囲の直径を 有するのが好ましい。各脚９９の高さは、好ましくは０．１５インチから０．２ インチである。図１では、脚９９は矢印１００で指示する方向に弾性的に圧縮さ れ、矢印１０１で示す方向に弾性的に＋Ｕｊ向に変位させることができる。

図１に示す脚９９の各クラスターでは、１つの脚９９から最も近い隣接した脚ま での距離は、０．２５インチで、好ましくは０．０５インチから０．７５インチ である。図１乃至図４の装置の利用中、各脚９９の平らな円形表面の先端は、ウ ェファ−２８に接触したままであるように、各脚９９が矢印＋０１で指示した方 向に弾性的に購方向に変位する能力は最小である。異なる直径のウェファ−２８ が本発明のブラシ装置を（吏用して洗浄できるように、ヘッド１６乃至１Ｂのテ ーブル上部１５上の位置は調整可能である。

上部プレート１０及びバッド１１は下部プレートＩ３及びパッド１２の回転数と は異なる一定の回転数で回転することができる。他のプレー［２に対する１つの プレー１−１０のこのような回転数の差は、半導体ウェファ−２８のスクラビン グ又は洗浄に重要な利点を与える。ウェファ−２８は微細に又は部分的に仕上げ られた上部円形平面２Ｂ八と下部円形平面２８Ｂを有することができる。プレー ト１０．１１は代表的には同じ回転数で回転する。

ヘッドＩＣ乃至１８が好ましく駆動される間、所望ならバッド１１及び１２がウ ェファ−２８を回転させるように遊び車となって、駆動されないようにすること ができる。

本発明の平らなブラシ１１．１２は、脚９９とウェファ−２８との間に発生する 力を最小にして、ブラシとウェファ−２８の磨耗を最小にするように機能する。

脚９９はパッド１１及び１２の円形の平面８及び９から外方に垂下する。既に記 したように、図１乃至図４の装置の運転中いかなる時でも、表面８及び９並びに 脚９９は一緒に表面２８Δ及び２８Ｂの全面積の５％を十分に越えて覆い、即ち 表面８及び９並びに脚９９は、好ましくは表面２８Ａと２８Ｂの総合面積の少当 業者が理解し、実施できるように本発明を説明し、好ましい実施例を確認した。

Ｆｘｒ：、、ｊ− １六５゜３ Ｊセ石。４ Ｆｘｒ；、、５ 国際調審鶴牛 国際調査報告

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）第１平面内に全体的に広がる、間隔を隔てた、直立の弾性脚を有す るブラシ手段と、 （ｂ）（ｉ）前記半導体ウェファーの前記平らな表面と接触する前記弾性脚の一 部とともに前記ブラシ手段を位置決めするための、及び（ｉｉ）前記弾性脚の各 々が断続的に接触し、前記接触が維持されながら前記平らな表面に渡って弧状に 移動し、前記ブラシが前記ウェファーの前記表面を洗浄するように、前記第１平 面を前記ウェファーの前記平らな表面に平行な固定位置に維持しながら、前記ウ ェファー及び前記ブラシの少なくとも１つを回転させるための、 支持手段とを有することを特徴とする半導体ウェファーの平らな表面を洗浄する ための装置。
2. （２）前記ブラシは、前記半導体ウェファーの前記表面の領域の少なくとも４０ ％に隣接し、しかも覆うことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. （３）（ａ）前記脚は、前記半導体ウェファーの前記表面に対して圧力を及ぼし 、（ｂ）前記圧力は、前記表面を押す前記ブラシの重量を調整することによって 変わる ことを特徴とする請求項１に記載の装置。