JPH10189512A - 基板洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の標準ブラシ高さ調整機構におけるブラ
シ押し込み量に個人差が生じる危険性と、従来の荷重コ
ントロール機構における微妙な荷重コントロールができ
ない問題を解消し、生産効率の向上を図った基板洗浄装
置を提供する。 【解決手段】 本発明の基板洗浄装置は、ブラシアーム
４を固着したアーム支軸６、荷重受け板７、両端部にコ
ロ８ａ、８ｂがそれぞれ取着されたてこ８、支軸９、マ
イクロメータ１０、ブラシアーム４のブラシ接続部１１
に固着されたバネ２０、バネ２０とブラシ５との間に設
けられたウエイト載置部２１、ウエイト載置部２１に載
置されたウエイト２２、およびブラシ５の荷重を感知す
る重量センサ１３により構成される。そして、マイクロ
メータ１０によるゼロ点調整後は、ウエイト２２により
所望の押し込み量を設定する。これにより、シンプルな
構成で故障の少ない基板洗浄装置を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ、液
晶表示装置用のガラス基板を洗浄する基板洗浄装置に関
し、更に詳しくは、基板を鉛直軸回りに回転しながら、
その基板上に洗浄液を供給して基板表面を洗浄ブラシで
洗浄するブラシスクラブ洗浄装置におけるブラシ押し込
み機構の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハなどの洗浄は物理的洗浄と
化学的洗浄に大別される。物理的洗浄の代表的なものと
してブラシスクラブ洗浄がある。ブラシスクラブ洗浄
は、基板を水平姿勢に保持して鉛直軸回りに回転させな
がら基板表面に洗浄液を供給し、合成樹脂や動物の毛な
どで作られたブラシを回転させて基板表面を洗浄するも
のであり、パーティクル除去に特に効果がある。

【０００３】一般的にブラシスクラブ洗浄は、ＣＶＤ
（酸化膜、窒化膜、ＰＯＬＹ−Ｓｉ等）やＰＶＤ（Ｔｉ
Ｎ膜等）の後に行われる。このブラシスクラブ洗浄の最
も重要なパラメータが“ブラシ押し込み量”つまり、ブ
ラシに加わる荷重調整機能である。このブラシ押し込み
量は、ブラシ材質と被洗浄膜に依存し、ブラシに加わる
荷重が適正値より小さい場合、被洗浄膜上のパーティク
ル除去率はダウンする。逆に大きすぎる場合、被洗浄膜
上にキズやボイドを作ってしまうことになる。本発明
は、ブラシスクラブ洗浄におけるブラシに加わる荷重調
整機構の改良に係わるものである。

【０００４】図５に従来のブラシスクラブ洗浄装置のブ
ラシユニット部の基本構造を示した。従来のブラシスク
ラブ洗浄装置は、図５に示すように、スピンチャック
（メカチャックもある）１に固定されたウエハＷ（図示
省略）を下記条件にて回転させながら純水ノイズ２から
純水を噴射してブラシスクラブ洗浄を行う。すなわち、 純水流量 ：０．５〜０．８ｌ／ｍｉｎ の条件にて洗浄を行う。飛散したリンス液はカップ３に
て受け止められる。

【０００５】この状態からブラシアーム４をスピンチャ
ックウエハＷセンターまで移動させる。そしてブラシ５
を、図６に示すように、ウエハＷセンターからエッジに
かけて表面を舐めるようにスキャンさせる。この動作を
破線で示すように数回繰り返すことにより、被洗浄膜上
のパーティクルを除去する。このとき、洗浄処理の種類
などによっては、回転式でないブラシ５を使用する場合
もある。

【０００６】ここで問題となるのが、ウエハ表面にかけ
るブラシ荷重の調整機構である。特に、現在主流となっ
ているＰＶＡ（ポリビニルアルコール）ブラシは固いス
ポンジのようなものであり、ブラシ圧力を正しく設定す
れば洗浄力が極めて高く、ウエハ表面を傷つけることも
ない。一方、このブラシの欠点は、ブラシ押し込み量の
調整範囲が狭いことであり、調整範囲を越えた荷重がウ
エハＷに付加された場合、柔らかいウエハ膜表面にキズ
を付ける虞れがある。当然ながら、ブラシ押し込み量が
弱すぎるとパーティクル除去効果は低下する。

【０００７】ブラシ押し込み量を調整する機構として
は、例えば特開平７−２６３３８９号公報に開示されて
いるような標準ブラシ高さ調整機構（従来技術その１）
と、荷重コントロール機構（従来技術その２）等が知ら
れており、現在市販されているブラシスクラブ洗浄装置
には何れかの機構が装備されている。以下、従来技術そ
の１としての標準ブラシ高さ調整機構、従来技術その２
としての荷重コントロール機構につき、図７ないし図１
０を参照して詳しく説明する。

【０００８】先ず、図７に示されるような標準ブラシ高
さ調整機構（従来技術その１）は、ブラシアーム４を上
端部に固着し、回転および昇降可能に配設されたアーム
支軸６、アーム支軸６に固着された荷重受け板７、両端
部にコロ８ａ、８ｂがそれぞれ取着されたてこ８、てこ
８に設けられた支軸９、およびコロ８ｂに接触するよう
に配設されたマイクロメータ１０により構成される。

【０００９】そして、マイクロメータ１０を回してコロ
８ｂに荷重を加える。てこ８は支軸９を支点として回動
し、コロ８ａによって荷重受け板７を昇降駆動する。荷
重受け板７の昇降はアーム支軸６を経てブラシアーム
４、ブラシアーム４にブラシ接続部１１を介して接続さ
れたブラシ５に伝達される。ブラシ５はウエハＷに接触
したところで停止する。この装置におけるブラシ押し込
み量の調整は、視線をウエハＷに対して水平とし、ブラ
シ５には純水を含んだ状態で行う。このようにして設定
押し込み量（００ｍｍ）をマイクロメータ１０により調
整する。この方法は、押し込み量の設定を作業者が行う
マニュアル式であり、ウエハＷとブラシ５の位置関係は
図８に示すように強制的に決定される。

【００１０】次に、図９に示されるような荷重コントロ
ール機構（従来技術のその２）は、前述のブラシアーム
４、アーム支軸６、荷重受け板７、てこ８、支軸９およ
びマイクロメータ１０に加え、ブラシアーム４のブラシ
接続部１１に設けられたエアシリンダ１２、重量センサ
（ロードセル）１３およびブラシ５によって構成され
る。

【００１１】エアシリンダ１２は、図１０に示す如く、
重量センサ１３に接続されたロードセルアンプ１４、コ
ントローラ１５、モニタ装置１６、電気式レギュレータ
１７などを備えた制御装置により制御される。すなわ
ち、ブラシ５に加わる荷重を重量センサ１３により感知
し、ロードセルアンプ１４を介してコントローラ１５に
データを入力する。入力されたデータと予め設定された
設定圧力（荷重）の差をブラシアーム４に取着されたエ
アシリンダ１２のエアー圧力を制御することにより、荷
重を一定に保つものである。但し、この場合にもブラシ
位置のゼロ点調整は必要であり、設備の立ち上げ時にそ
の都度実施される。

【００１２】この方法は、ウエハ面内のブラシ押し込み
量を一定に維持する点では価値あるものであるが、近年
の大口径化の流れの中で、ウエハ口径が８インチ、１２
インチと大型化した場合の追従性が懸念される。なお、
本発明者らが６インチウエハを用いて検討した結果で
は、標準ブラシ高さ調整機構および荷重コントロール機
構における洗浄効果に明確な優位差は見い出せなかっ
た。

【００１３】上記標準ブラシ高さ調整機構（従来技術そ
の１）は、マイクロメータ１０によりブラシ５の高さを
手動で設定するものであり、ウエハＷとブラシ５との高
さ関係が強制的に決定される。従って、位置決めに個人
差が生じる危険性を有している。また、ブラシ荷重に変
動が生じた場合にも異常感知することができない。

【００１４】上記荷重コントロール機構（従来技術その
２）は、ブラシ荷重調整機構としてエアシリンダ１２を
備え、エアシリンダ１２を電気式レギュレータ１７など
を備えた制御装置により制御するものであり、モニタ装
置１６によりブラシ荷重をモニタできる装置である。し
かしながら、洗浄効果では標準ブラシ機構と優位差は無
く、また、微妙な荷重制御を達成できないという問題点
がある。この理由としては、エアシリンダ１２のレスポ
ンスがあまり良くないと考えられ、かえって大口径化す
るウエハのうねりに追従できない虞れがある。更に、こ
のような装置は、構成部品が多いために故障の要因とな
るばかりか、半導体製品の生産効率が低下するという問
題点がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題点
に鑑みてなされたもので、その課題は、従来の標準ブラ
シ高さ調整機構におけるブラシ押し込み量に個人差が生
じる危険性を排除し、合わせて荷重コントロール機構に
おける微妙な荷重コントロールを達成できないという問
題を解決して、生産効率の向上を図った基板洗浄装置を
提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の基板洗浄
装置は、基板を保持して鉛直軸回りに回転する回転手段
と、回転手段によって回転された基板表面に洗浄液を供
給する供給手段と、回転手段によって保持された基板表
面に下端が接触または近接した状態で基板表面を洗浄す
るブラシと、ブラシを鉛直姿勢に保持するとともに、鉛
直軸回りに回動自在に保持された保持アーム（ブラシア
ーム等）と、保持アームを支持して回転および昇降自在
に配設されたアーム支軸と、アーム支軸を昇降駆動して
保持アームを昇降させる昇降手段と、昇降手段を変位さ
せてブラシの基準押し込み量を調整する調整手段（マイ
クロメータ等）とを備えた基板洗浄装置において、保持
アームのブラシ接続部に付勢手段を設けるとともに、付
勢手段およびブラシ間に設けられた重錘載置部と、重錘
載置部に載置された重錘（ウエイト）と、ブラシの押し
込み量を感知する重量センサと、重量センサにより感知
したブラシの押し込み量を算出して表示手段に表示する
制御手段とを具備する。そして、調整手段によるブラシ
の基準押し込み量の設定後は、重錘を用いて所望の押し
込み量を設定することを特徴とする。これにより、ブラ
シ押し込み量の調整に個人差が生じることなく、シンプ
ルな構成で故障の少ない基板洗浄装置を実現できる。

【００１７】請求項２記載の基板洗浄装置は、基板を保
持して鉛直軸回りに回転する回転手段と、回転手段によ
って回転された基板表面に洗浄液を供給する供給手段
と、回転手段によって保持された基板表面に下端が接触
または近接した状態で基板表面を洗浄するブラシと、ブ
ラシを鉛直姿勢に保持するとともに、鉛直軸回りに回動
自在に保持された保持アームと、保持アームを支持して
回転および昇降自在に配設されたアーム支軸と、アーム
支軸を昇降駆動して保持アームを昇降させる昇降手段と
を備えた基板洗浄装置において、昇降手段を、一端がア
ーム支軸に下端から接触し、他端に重錘載置部を設けた
梃子（てこ）状に形成するとともに、重錘載置部に載置
された重錘（ウエイト）と、ブラシの押し込み量を感知
する重量センサと、重量センサにより感知したブラシの
押し込み量を算出して表示手段に表示する制御手段とを
具備する。そして、重錘を用いてブラシの所望の押し込
み量を設定する。これにより、微妙な荷重コントロール
を可能とする基板洗浄装置を達成できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照して詳細に説明する。

【００１９】実施例１ 先ず、図１ないし図３を参照して本発明の基板洗浄装置
の実施例１を説明する。図１は本発明の実施例１に係わ
るブラシ荷重押し込み機構の構成を一部断面で示す側面
図であり、図２は本発明の実施例１に係わるブラシ荷重
押し込み機構の制御装置を示すブロック図であり、図３
は本発明に係わるブラシ押し込み量とウエハにかかる荷
重の関係を示すグラフである。なお、従来技術で記載し
た事項と共通する部分には以降も同一の参照符号を付す
ものとする。

【００２０】図１に示されるような本発明のブラシ荷重
押し込み機構は、保持アームとしてのブラシアーム４を
上端部に固着して支持し、回転および昇降可能に配設さ
れたアーム支軸６、アーム支軸６に固着された荷重受け
板７、両端部にコロ８ａ、８ｂがそれぞれ取着されたて
こ８、てこ８に設けられた支軸９、およびマイクロメー
タ１０により構成されている。以上の構成は従来の基板
洗浄装置と変わらないが、本発明の特徴事項として、ブ
ラシアーム４のブラシ接続部１１に固着されたバネ２
０、バネ２０とブラシ５との間に設けられたウエイト載
置部２１、ウエイト載置部２１に載置されたウエイト２
２、およびブラシ５の荷重を感知するように付設された
重量センサ１３により構成される。

【００２１】本発明のブラシ荷重押し込み機構は、図２
に示す如く、重量センサ１３に接続されたロードセルア
ンプ１４、コントローラ１５、モニタ装置１６およびア
ラーム２３などを備えた制御装置により制御される。

【００２２】上記のように構成された本発明のブラシ荷
重押し込み機構の動作につき、図１ないし図３を参照し
て説明する。

【００２３】図１において、マイクロメータ１０を回し
ててこ８に荷重を加える。てこ８は支軸９を支点として
回動し、荷重受け板７を昇降駆動する。荷重受け板７の
昇降はアーム支軸６を経てブラシアーム４、ブラシアー
ム４にブラシ接続部１１を介して接続されたブラシ５に
伝達される。このようにして、マイクロメータ１０を調
整してブラシ５の基準押し込み量（００ｍｍ：ゼロ点）
を調整する。

【００２４】次に、図２に示すような重量センサ１３に
よって、ブラシ５先端にかかる荷重を感知し、ロードセ
ルアンプ１４を介してコントローラ１５にデータを入力
する。コントローラ１５では、入力データを処理してモ
ニタ装置１６に表示するとともに、予め設定された設定
範囲を越えるとアラーム２３を起動して警告音を発した
り、その後の処理を停止する停止信号を発して、次工程
のウエハ処理を中断することができる。先に述べたゼロ
点調整後、ウエイト載置部２１に所定のウエイト２２を
載置することにより、所望の押し込み量を設定する。ま
た、ブラシ接続部１１上部にはバネ２０が組み込まれて
おり、先に述べたウエハの大口径化の流れの中において
も、例えば振動などを吸収して追従性を確保することが
てきる。

【００２５】図３にブラシ押し込み量とウエハにかかる
荷重の関係を示した。このグラフからも明らかなよう
に、制御機構なしの標準ＰＶＡブラシ（φ１５ｍｍ）お
よび大型ＰＶＡブラシ（φ２０ｍｍ）何れの場合にもブ
ラシ押し込み量とブラシ荷重との間に強い相関があるこ
とが知見されることから、位置ウエイトを用いてブラシ
とウエハの関係を制御することが可能となる。また、本
装置では、重量センサ１３のデータをモニタ装置１６に
よりモニタすることにより、調整範囲を越えた場合のウ
エハ処理停止をインターロックとして設定することも可
能である。なお、本発明におけるウエイト２２は、重さ
や鉛直方向の高さの異なる数種類が予め用意されてお
り、新たな基板や洗浄処理の種類などに応じて所定のウ
エイトを選択することができる。

【００２６】実施例２ 本実施例は、実施例１におけるウエイト載置部にウエイ
トを載置する方式に代えて、梃子（てこ）を介してウエ
イトを載置する方式例であり、これを図４を参照して説
明する。図４は本発明の実施例２に係わるブラシ荷重押
し込み機構の構成を一部断面で示す側面図である。

【００２７】図４に示されるような本発明の基板洗浄装
置は、ブラシ接続部１１にブラシ５が取着されたブラシ
アーム４、ブラシアーム４を上端部に固着され、回転お
よび昇降可能に配設されたアーム支軸６、アーム支軸６
に固着された荷重受け板７、同じくアーム支軸６に付着
された重量センサ１３、一端にコロ８ａが取着されたて
こ８、てこ８を所定位置で支える支点９′およびてこ８
の他端にマイクロメータに代えて載置されたウエイト２
２′により構成される。

【００２８】かかる構成の本発明のブラシ荷重押し込み
機構の動作について説明する。

【００２９】先ず、標準のウエイト２２′（前述のマイ
クロメータを用いても良い）を載置しててこ８に荷重を
加える。てこ８は支点９′を支点として回動し、荷重受
け板７を昇降駆動する。荷重受け板７の昇降はアーム支
軸６を経てブラシアーム４先端のブラシ５に伝達され、
基準押し込み量（００ｍｍ：ゼロ点）の調整を行う。

【００３０】同時に、重量センサ１３によりその時点の
荷重を検出し、何れも図示を省略したコントローラによ
り、ブラシアーム４自身の重量等を加味したブラシ５先
端にかかる荷重を検出する。コントローラでは、検出デ
ータを処理してモニタ装置に表示するとともに、予め設
定された設定範囲を越えるとアラームを起動して警告音
を発し、次工程のウエハ処理を中断することもできる。
このようにすることにより、実施例１では、ブラシ荷重
に含まれていたブラシアーム４自身の重量の影響を排除
し、ブラシ先端にかかる荷重を正確にウエイト（図示省
略）により設定することが可能となる。

【００３１】本発明は前記実施例に限定されず、種々の
実施形態を採ることができる。例えば、本発明は半導体
ウエハの洗浄装置に限定されることなく、液晶表示装置
やフォトマスク用ガラス基板、光・磁気ディスク等の一
般的基板洗浄装置にも応用可能である。更に、本発明は
以上示した一実施形態にとらわれず様々な形態に発展出
来ることは言うまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の基板洗浄
装置によれば、調整手段によるブラシの基準押し込み量
の設定後は、重錘（ウエイト）によって所望の押し込み
量を設定するようにしたため、ブラシ押し込み量の調整
に個人差が生じることなく、シンプルな構成で故障の少
ない基板洗浄装置を実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１に係わるブラシ荷重押し込
み機構の構成を一部断面で示す側面図である。

【図２】 本発明の実施例１に係わるブラシ荷重押し込
み機構の制御装置を示すブロック図である。

【図３】 本発明に係わるブラシ押し込み量とウエハに
かかる荷重の関係を示すグラフである。

【図４】 本発明の実施例２に係わるブラシ荷重押し込
み機構の構成を一部断面で示す側面図である。

【図５】 従来のブラシスクラブ洗浄装置におけるブラ
シユニット部の構成を示す斜視図である。

【図６】 従来のブラシスクラブ洗浄装置における洗浄
方法を説明する説明図である。

【図７】 従来技術その１としての標準ブラシ高さ調整
機構を一部断面で示す側面図である。

【図８】 従来技術その１におけるウエハおよびブラシ
の関係を示す図であり、（ａ）はＰＶＡブラシの例、
（ｂ）はモヘアブラシ／ナイロンブラシの例を示す図で
ある。

【図９】 従来技術その２としての荷重コントロール機
構を一部断面で示す側面図である。

【図１０】 従来技術その２としての荷重コントロール
機構を制御する制御装置を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…スピンチャック、２…純水ノイズ、３…カップ、４
…ブラシアーム、５…ブラシ、６…アーム支軸、７…荷
重受け板、８…てこ、９…支軸、１０…マイクロメー
タ、１１…ブラシ接続部、１２…エアシリンダ、１３…
重量センサ、１４…ロードセルアンプ、１５…コントロ
ーラ、１６…モニタ装置、１７…電気式レギュレータ、
２０…バネ、２１…ウエイト載置部、２２…ウエイト、
２３…アラーム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を保持して鉛直軸回りに回転する回
   転手段と、 前記回転手段によって回転された基板表面に洗浄液を供
   給する供給手段と、 前記回転手段によって保持された基板表面に下端が接触
   または近接した状態で基板表面を洗浄するブラシと、 前記ブラシを鉛直姿勢に保持するとともに、鉛直軸回り
   に回動自在に保持された保持アームと、 前記保持アームを支持して回転および昇降自在に配設さ
   れたアーム支軸と、 前記アーム支軸を昇降駆動して前記保持アームを昇降さ
   せる昇降手段と、 前記昇降手段を変位させて前記ブラシの基準押し込み量
   を調整する調整手段とを備えた基板洗浄装置において、 前記保持アームのブラシ接続部に付勢手段を設けるとと
   もに、前記付勢手段および前記ブラシ間に設けられた重
   錘載置部と、 前記重錘載置部に載置された重錘と、 前記ブラシの押し込み量を感知する重量センサと、 前記重量センサにより感知した前記ブラシの押し込み量
   を算出して表示手段に表示する制御手段とを具備し、 前記調整手段による前記ブラシの基準押し込み量の設定
   後は、前記重錘を用いて所望の押し込み量を設定するこ
   とを特徴とする基板洗浄装置。
2. 【請求項２】 基板を保持して鉛直軸回りに回転する回
   転手段と、 前記回転手段によって回転された基板表面に洗浄液を供
   給する供給手段と、 前記回転手段によって保持された基板表面に下端が接触
   または近接した状態で基板表面を洗浄するブラシと、 前記ブラシを鉛直姿勢に保持するとともに、鉛直軸回り
   に回動自在に保持された保持アームと、 前記保持アームを支持して回転および昇降自在に配設さ
   れたアーム支軸と、 前記アーム支軸を昇降駆動して前記保持アームを昇降さ
   せる昇降手段とを備えた基板洗浄装置において、 前記昇降手段を、一端が前記アーム支軸に下端から接触
   し、他端に重錘載置部を設けた梃子状に形成するととも
   に、前記重錘載置部に載置された重錘と、 前記ブラシの押し込み量を感知する重量センサと、 前記重量センサにより感知した前記ブラシの押し込み量
   を算出して表示手段に表示する制御手段とを具備し、 前記重錘を用いて前記ブラシの所望の押し込み量を設定
   することを特徴とする基板洗浄装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段に警告発生手段を有し、 前記制御手段は、前記ブラシの押し込み量が予め設定さ
   れた設定範囲を越えた場合、前記警告発生手段を起動し
   て警告音を発生するとともに、その後の処理を中断する
   停止信号を発することを特徴とする請求項１または請求
   項２に記載の基板洗浄装置。