JP6169891B2

JP6169891B2 - 基板洗浄装置

Info

Publication number: JP6169891B2
Application number: JP2013106066A
Authority: JP
Inventors: 邦政松下
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-05-20
Also published as: JP2014229655A

Description

本発明は、洗浄液の存在下で、半導体ウェハ等の基板の表面にロール洗浄部材を接触させながら、基板及びロール洗浄部材を共に回転させて基板の表面をスクラブ洗浄する基板洗浄装置に関する。本発明の基板洗浄装置は、半導体製造装置、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）装置、ＰＤＰ（プラズマディスプレイ）装置、及びＣＭＯＳイメージセンサ等を製造する時に基板表面を洗浄したりする時に好適に使用される。

ダマシン配線形成工程においては、配線形成後に化学機械的研磨（ＣＭＰ）によって基板表面から余分な金属が除去される。ＣＭＰ後の基板表面には、ＣＭＰに使用されたスラリの残渣（スラリ残渣）や金属屑などが存在する。このため、基板表面に残る残渣物を除去する必要がある。

ＣＭＰ後の基板表面を洗浄する装置として、洗浄液の存在下で、基板の表面に円柱状のロール洗浄部材（ロールスポンジまたはロールブラシ）を接触させながら、基板及びロール洗浄部材を共に回転させて基板の表面を洗浄する基板洗浄装置が知られている（特許文献１参照）。

特開平１０−３０８３７４号公報

従来の基板洗浄装置では、ロール洗浄部材およびこれを回転させるモータの自重によってロール洗浄部材が基板の表面に押し付けられる。したがって、ロール洗浄部材が基板に加える最大荷重は、ロール洗浄部材およびモータの自重である。この自重よりも小さい荷重を基板に与える場合には、エアシリンダによりモータが押し上げられる。しかしながら、このような気体の圧力を用いて自重をキャンセルする機構では、低荷重領域において基板への荷重を精度よく制御することが困難であった。

本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたものであり、ロール洗浄部材を安定した低荷重で基板に押し付けることができる基板洗浄装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板の表面に接触するロール洗浄部材および該ロール洗浄部材を回転させる回転機構を含む上下動自在な洗浄機構と、可変の下向きの荷重を自身の重さによって発生させるウエイト機構と、前記下向きの荷重を上向きの荷重に変換し、該上向きの荷重を前記洗浄機構に伝達する荷重伝達機構とを備え、前記ウエイト機構は、内部に液体を溜めることができるタンクを有し、該タンクおよび液体の自重により前記下向きの荷重を発生させることを特徴とする基板洗浄装置である。

本発明の好ましい態様は、前記ウエイト機構は、前記タンクに液体を供給するための供給ラインと、前記タンクから液体を排出するための排出ラインとをさらに備えることを特徴とする。
本発明の一態様は、基板の表面に接触するロール洗浄部材および該ロール洗浄部材を回転させる回転機構を含む上下動自在な洗浄機構と、可変の下向きの荷重を自身の重さによって発生させるウエイト機構と、前記下向きの荷重を上向きの荷重に変換し、該上向きの荷重を前記洗浄機構に伝達する荷重伝達機構とを備え、前記荷重伝達機構は、滑車と、前記ウエイト機構から前記滑車を経由して前記洗浄機構まで延びる紐とを有することを特徴とする基板洗浄装置である。
本発明の好ましい態様は、前記洗浄機構を上昇させる上昇機構をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記上昇機構は、エアシリンダであることを特徴とする。

本発明によれば、ウエイト機構の自重によってロール洗浄部材の基板に対する荷重が決定される。すなわち、基板に加えられる荷重は、洗浄機構の自重からウエイト機構の自重を引いた重さである。このように、本発明では、気体の圧力ではなく、ウエイト機構の自重によってロール洗浄部材の荷重を制御するので、低荷重領域においてもロール洗浄部材は基板に対して安定した荷重を加えることができる。

本発明の実施形態に係る基板洗浄装置を備えた基板処理装置の全体構成を示す平面図である。本発明の実施形態に係る基板洗浄装置を示す斜視図である。基板洗浄装置の模式図である。

図１は、本発明の実施形態に係る基板洗浄装置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、複数（この実施形態では４つ）の研磨ユニット１４ａ〜１４ｄと、研磨後の基板を洗浄する第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。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。

ロードポート１２、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。各研磨ユニットは、研磨面に研磨液（スラリー）を供給しながら、ウェハなどの基板を研磨面に摺接させることで、基板の表面を研磨する。

第１洗浄ユニット１６と第２洗浄ユニット１８の間に位置して、これらの各ユニット１６，１８の間で基板を搬送する第２基板搬送ロボット２６が配置され、第２洗浄ユニット１８と乾燥ユニット２０との間に位置して、これらの各ユニット１８，２０の間で基板を搬送する第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の内部に位置して、基板処理装置の各ユニットの動きを制御する制御部３０が配置されている。

この例では、第１洗浄ユニット１６として、洗浄液の存在下で、基板の表裏両面にロール洗浄部材を擦り付けて基板を洗浄する本発明の一実施形態に係る基板洗浄装置が使用されている。第２洗浄ユニット１８として、ペンスポンジタイプの基板洗浄装置が使用されている。また、乾燥ユニット２０として、基板を保持し、移動するノズルからＩＰＡ蒸気を噴出して基板を乾燥させ、更に高速で回転させ遠心力によって基板を乾燥させるスピン乾燥装置が使用されている。

図２に示すように、第１洗浄ユニット１６として使用される基板洗浄装置は、基板Ｗの周縁部を支持し基板Ｗを水平に回転させる複数（図では４つ）のローラー５４と、ローラー５４に支持された基板Ｗの上方に昇降自在に配置される上側ロールホルダ４２と、ローラー５４に支持された基板Ｗの下方に昇降自在に配置される下側ロールホルダ４４を備えている。ローラー５４は、矢印で示すように、基板Ｗに近接および離間する方向に水平に移動するように構成されている。ローラー５４は、基板Ｗを水平に保持して回転させる基板ホルダーである。

上側ロールホルダ４２には、例えばＰＶＡからなる円柱状の上側ロール洗浄部材（ロールスポンジ）４６が回転自在に支承されている。下側ロールホルダ４４には、例えばＰＶＡからなる円柱状の下側ロール洗浄部材（ロールスポンジ）４８が回転自在に支承されている。ロール洗浄部材４６，４８として、ロールスポンジの代わりに、表面にブラシを有するロールブラシを使用してもよい。

上側ロール洗浄部材４６には、該上側ロール洗浄部材４６を矢印Ｆ１に示すように回転させるモータ５６が連結されている。下側ロールホルダ４４には、該下側ロールホルダ４４を矢印Ｆ２に示すように回転させるモータ５７が連結されている。

基板Ｗは、デバイスが形成された面が上向きの状態でローラー５４に保持される。ローラー５４に支持された基板Ｗの上方に位置して、基板Ｗの表面（上面）に洗浄液を供給する上側洗浄液供給ノズル５０が配置され、基板Ｗの下方に位置して、基板Ｗの裏面（下面）に洗浄液を供給する下側洗浄液供給ノズル５２が配置されている。洗浄液としては、薬液が使用される。

基板Ｗの周縁部は、ローラー５４の外周面に形成された環状溝５４ａに支持される。この状態で、ローラー５４を基板Ｗに押し付けながらローラー５４を回転（自転）させることにより、基板Ｗをその中心軸まわりに矢印Ｅで示すように水平に回転させる。この例では、４個のうち２個のローラー５４が基板Ｗに回転力を与え、他の２個のローラー５４は、基板Ｗの回転を受けるベアリングの働きをしている。なお、全てのローラー５４を図示しない駆動機構に連結して、基板Ｗに回転力を付与するようにしてもよい。

このように基板Ｗを水平に回転させながら、上側洗浄液供給ノズル５０から基板Ｗの表面（上面）に洗浄液が供給される。この状態で、上側ロール洗浄部材４６をモータ５６により回転させながら下降させて回転する基板Ｗの表面に接触させ、これによって、洗浄液の存在下で、基板Ｗの表面を上側ロール洗浄部材４６でスクラブ洗浄する。上側ロール洗浄部材４６の長さは、基板Ｗの直径より僅かに長く、基板Ｗの表面の全体が上側ロール洗浄部材４６によって洗浄される。

同時に、下側洗浄液供給ノズル５２から基板Ｗの裏面（下面）に洗浄液が供給される。この状態で、下側ロール洗浄部材４８をモータ５７により回転させながら上昇させて回転する基板Ｗの裏面に接触させ、これによって、洗浄液の存在下で、基板Ｗの裏面を下側ロール洗浄部材４８でスクラブ洗浄する。下側ロール洗浄部材４８の長さは、基板Ｗの直径より僅かに長く、基板Ｗの裏面の全体が下側ロール洗浄部材４８によって洗浄される。

図３は、本発明の基板洗浄装置の一実施形態を示す模式図である。図３に示すように、上側ロール洗浄部材４６はモータ（回転機構）５６に連結されている。上側ロール洗浄部材４６は、ローラー５４に保持された基板Ｗの表面に接触した状態で、基板Ｗの表面と平行に延びる自身の軸心まわりにモータ５６によって回転される。上側ロール洗浄部材４６と上側ロールホルダ４２とモータ５６は、一体に上下動するようになっている。以下、上側ロール洗浄部材４６と上側ロールホルダ４２とモータ５６を、以下の説明では、総称して洗浄機構６１と呼ぶことがある。

洗浄機構６１には、上昇機構としてのエアシリンダ６３が連結されており、洗浄機構６１はこのエアシリンダ６３によって上昇されるようになっている。さらに洗浄機構６１には、荷重伝達機構７１を介してウエイト機構８１に連結されている。ウエイト機構８１は、内部に液体を溜めることができるタンク８２を有しており、タンク８２自身の重さおよびタンク８２内の液体の自重により下向きの荷重を発生させる。ウエイト機構８１は、さらに、タンク８２に液体を供給するための供給ライン８４と、タンク８２から液体を排出するための排出ライン８５と、供給ライン８４に設けられた第１の弁８６と、排出ライン８５に設けられた第２の弁８７とを備えている。

供給ライン８４は、図示しない液体供給源に接続されており、液体（例えば純水）が供給ライン８４を通ってタンク８２内に供給されるようになっている。タンク８２内に保持される液体の量は、供給ライン８４および排出ライン８５を通じた液体の供給および排出によって調整することができる。より具体的には、第１の弁８６を開くと、液体がタンク８２に供給され、第１の弁８６を閉じると、液体のタンク８２への供給が停止される。さらに、第２の弁８７を開くことにより、タンク８２に貯留されている液体を外部に排出することができる。

タンク８２は、鉛直方向に延びるリニアガイド機構９０によって上下動自在に支持されている。このリニアガイド機構９０は、タンク８２の上下移動をガイドする装置である。ウエイト機構８１は、タンク８２およびその内部に存在する液体の自重により下向きの荷重を発生する。図３に示すように、タンク８２は付加的な重りとしてバランス重り８２ａを有していてもよい。

荷重伝達機構７１は、回転自在に構成された滑車７２と、この滑車７２に掛けられた紐７５とを備えている。紐７５の例としては、糸、ロープ、ベルト、ワイヤなどが挙げられる。紐７５の一端はウエイト機構８１のタンク８２に接続され、紐７５の他端は洗浄機構６１に接続されている。紐７５は、ウエイト機構８１から滑車７２を経由して洗浄機構６１まで延びている。ウエイト機構８１が発生する下向きの荷重は、荷重伝達機構７１によって上向きの荷重に変換され、洗浄機構６１に伝達される。

次に、図３に示す基板洗浄装置の動作について説明する。モータ５６を駆動させて上側ロール洗浄部材４６をその中心軸まわりに回転させる。エアシリンダ６３へ空気を供給しない状態で、第２の弁８７を開いてタンク８２から液体を少しずつ排出する。ウエイト機構８１が発生する下向きの荷重が所定の値に達した時点で、第２の弁８７が閉じられる。タンク８２および液体の総自重が洗浄機構６１の自重よりも小さくなると、洗浄機構６１が下降し、やがて上側ロール洗浄部材４６が基板Ｗに接触する。上側ロール洗浄部材４６は基板Ｗの表面に摺接し、これにより基板Ｗの表面がスクラブ洗浄される。基板Ｗの洗浄中には、基板Ｗの表面には洗浄液が供給される。

ウエイト機構８１が発生する下向きの荷重は、洗浄機構６１の自重に基づいて予め決定される。例えば、基板Ｗの洗浄時においてウエイト機構８１が発生する下向きの荷重は、洗浄機構６１の自重よりもやや小さく設定される。この場合、洗浄機構６１の自重の大部分は、荷重伝達機構７１から伝達された上向きの荷重によって相殺され、洗浄機構６１の残りの自重が基板Ｗの表面に加えられる。ウエイト機構８１が発生する下向きの荷重は、タンク８２に溜められた液体の液面レベルから決定することができる。つまり、予め取得された、液面レベルと下向きの荷重との関係から、ウエイト機構８１が発生する下向きの荷重をタンク８２内の液面レベルから決定することができる。

基板Ｗの洗浄が終わると、エアシリンダ６３に空気が供給され、洗浄機構６１の全体がエアシリンダ６３によって持ち上げられる。上側ロール洗浄部材４６は基板Ｗの表面から離間し、その後、基板Ｗへの洗浄液の供給が停止される。

上述した実施形態によれば、ウエイト機構８１の自重によって上側ロール洗浄部材４６の基板Ｗに対する荷重がコントロールされるので、上側ロール洗浄部材４６は基板Ｗの洗浄中に安定して低荷重を基板Ｗの表面に与えることができる。

上側ロール洗浄部材４６がロールスポンジまたはロールブラシからなる場合、ドライの状態とウエットの状態では、上側ロール洗浄部材４６の重さが異なる。したがって、上側ロール洗浄部材４６の状態によってウエイト機構８１の自重を変化させてもよい。例えば、ドライ状態の上側ロール洗浄部材４６を下降させるときは、上側ロール洗浄部材４６が下降を開始するまで液体をタンク８２から排出し、洗浄開始後に上側ロール洗浄部材４６がウエットの状態となったときは、ウエイト機構８１の自重が所定の値となるまで液体をタンク８２に供給する。

荷重伝達機構７１として、滑車７２および紐７５の組み合わせに代えて、リンクおよびジョイント（節）からなるリンク機構を用いてもよい。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてもよい。

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（基板洗浄装置）
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
４２上側ロールホルダ
４４下側ロールホルダ
４６上側ロール洗浄部材
４８下側ロール洗浄部材
５０上側洗浄液供給ノズル
５２下側洗浄液供給ノズル
５４ローラー
５６モータ
５７モータ
６１洗浄機構
６３エアシリンダ（上昇機構）
７１荷重伝達機構
７２滑車
７５紐
８１ウエイト機構
８２タンク
８４供給ライン
８５排出ライン
８６第１の弁
８７第２の弁
９０リニアガイド機構

Claims

基板の表面に接触するロール洗浄部材および該ロール洗浄部材を回転させる回転機構を含む上下動自在な洗浄機構と、
可変の下向きの荷重を自身の重さによって発生させるウエイト機構と、
前記下向きの荷重を上向きの荷重に変換し、該上向きの荷重を前記洗浄機構に伝達する荷重伝達機構とを備え、
前記ウエイト機構は、内部に液体を溜めることができるタンクを有し、該タンクおよび液体の自重により前記下向きの荷重を発生させることを特徴とする基板洗浄装置。
前記ウエイト機構は、前記タンクに液体を供給するための供給ラインと、前記タンクから液体を排出するための排出ラインとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
基板の表面に接触するロール洗浄部材および該ロール洗浄部材を回転させる回転機構を含む上下動自在な洗浄機構と、
可変の下向きの荷重を自身の重さによって発生させるウエイト機構と、
前記下向きの荷重を上向きの荷重に変換し、該上向きの荷重を前記洗浄機構に伝達する荷重伝達機構とを備え、
前記荷重伝達機構は、滑車と、前記ウエイト機構から前記滑車を経由して前記洗浄機構まで延びる紐とを有することを特徴とする基板洗浄装置。
前記洗浄機構を上昇させる上昇機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
前記上昇機構は、エアシリンダであることを特徴とする請求項４に記載の基板洗浄装置。