(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄処理されるべき基板を水平に保持する基板保持台と、前記基板を洗浄するための洗浄ブラシと、前記洗浄ブラシを回転駆動する電動駆動手段と、前記洗浄処理の際の前記洗浄ブラシと前記基板保持台との相対的位置を定める位置決め機構と、前記位置決め機構を制御する制御手段と、を備えた基板洗浄装置であって、
前記基板保持台の近傍に設けられた洗浄ブラシ受け台と、
前記洗浄ブラシが前記洗浄ブラシ受け台の水平面上に少なくとも接触するように前記洗浄ブラシ及び前記洗浄ブラシ受け台の相対的移動を行う移動機構と、
前記洗浄ブラシを回転駆動しつつ前記移動機構により前記相対的移動を行った際の前記電動駆動手段の駆動電力及びトルクのいずれかの変化に基づいて前記洗浄ブラシの基準高さを検知する検知器と、を有することを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記洗浄ブラシの前記基準高さに応じて前記位置決め機構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。
【請求項３】
前記検知器は、前記駆動電力及びトルクのいずれかが急激に増大したときの前記洗浄ブラシの高さを基準高さとすることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄装置。
【請求項４】
洗浄処理されるべき基板を水平に保持する基板保持台と、前記基板を洗浄するための洗浄ブラシと、前記洗浄ブラシを回転駆動する電動駆動手段と、前記洗浄処理の際の前記洗浄ブラシと前記基板保持台との相対的位置を定める位置決め機構と、前記位置決め機構を制御する制御手段と、を備えた基板洗浄装置であって、
前記基板保持台の近傍に設けられ、水平面内において回転自在な洗浄ブラシ受け台と、
前記洗浄ブラシが前記洗浄ブラシ受け台の水平面上に少なくとも接触するように前記洗浄ブラシ及び前記洗浄ブラシ受け台の相対的移動を行う移動機構と、
前記受け台の回転数を検知する回転計と、
前記洗浄ブラシを回転駆動しつつ前記移動機構により前記相対的移動を行った際の前記回転計の回転信号に基づいて前記洗浄ブラシの基準高さを検知する検知器と、を有することを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記洗浄ブラシの前記基準高さに応じて前記位置決め機構を制御することを特徴とする請求項４に記載の基板洗浄装置。
【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、液晶表示装置用またはフォトマスク用のガラス基板、光ディスク用基板などの基板の主面を洗浄する基板洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体ウエハの洗浄工程に用いる基板洗浄装置としては、たとえば(株)リアライズ社発行の「シリコーンウェーハ表面のクリーン化技術、P293第６節  ２．ブラシスクラブ」や特開平08-206617号公報などに開示されたものがある。従来の回転式スクラブ洗浄装置は、基板ホルダに基板を水平に保持し、所定の回転数で鉛直軸の回りに基板を回転させ、ノズルから洗浄液を基板上に吐出させた状態において、昇降およびスイング動作可能なアームに下向きに取り付けられた洗浄ブラシを自転させながら、アーム昇降機構によりアームをゆっくりと降下させ、洗浄ブラシ先端が基板表面に接触した高さから基板を僅か押し付けるように所定量だけ降下させた高さで固定し、次にアーム本体をスイング動作させ、基板表面に沿って洗浄ブラシを掃引させスクラブ洗浄を行っている。
【０００３】
この種のブラシ回転式スクラブ装置では、洗浄ブラシ面が基板面と接触し始める距離ゼロの状態からの洗浄ブラシの押し込み量が、洗浄効果および基板に与えるダメージの点で重要である。この押し込み量は、洗浄ブラシの材質、基板表面の膜質、ウエハの前処理などに応じて最適な値に調節する必要があり、また使用による洗浄ブラシの変形や摩耗のため定期的に調節しなければならない。この押し込み量を調節する際には、当然基準となる位置を設定する必要がある。この基準位置は洗浄ブラシの先端が基板表面に接触し始める位置、つまり洗浄ブラシの先端と基板表面の距離がゼロとなる高さであるが、これまでは作業者が目視にて接触位置を確認し、その位置を基準の高さとしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の技術では基板表面と洗浄ブラシの距離、すなわち基準位置が正確にはわからず、作業者が目視にて接触位置を確認して、所定の押し込み量を加えた位置で洗浄ブラシの高さを固定していた。そのため作業毎または作業者によってばらつきが生じて十分なスクラブ効果が得られなかったり、過度なスクラブにより基板を損傷する場合があった。また、目視での確認作業のため作業効率が悪いという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、洗浄ブラシの押し込み量の基準となる洗浄ブラシの高さ、すなわち基準位置を簡単かつ正確に検知でき、安価で再現性および制御性に優れた基板洗浄装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による基板洗浄装置は、洗浄処理されるべき基板を水平に保持する基板保持台と、前記基板を洗浄するための洗浄ブラシと、前記洗浄ブラシを回転駆動する電動駆動手段と、前記洗浄処理の際の前記洗浄ブラシと前記基板保持台との相対的位置を定める位置決め機構と、前記位置決め機構を制御する制御手段と、を備えた基板洗浄装置であって、前記基板保持台の近傍に設けられた洗浄ブラシ受け台と、前記洗浄ブラシが前記洗浄ブラシ受け台の水平面上に少なくとも接触するように前記洗浄ブラシ及び前記洗浄ブラシ受け台の相対的移動を行う移動機構と、前記洗浄ブラシを回転駆動しつつ前記移動機構により前記相対的移動を行った際の前記電動駆動手段の駆動電力及びトルクのいずれかの変化に基づいて前記洗浄ブラシの基準高さを検知する検知器と、を有することを特徴としている。
また、本発明による基板洗浄装置は、洗浄処理されるべき基板を水平に保持する基板保持台と、前記基板を洗浄するための洗浄ブラシと、前記洗浄ブラシを回転駆動する電動駆動手段と、前記洗浄処理の際の前記洗浄ブラシと前記基板保持台との相対的位置を定める位置決め機構と、前記位置決め機構を制御する制御手段と、を備えた基板洗浄装置であって、前記基板保持台の近傍に設けられ、水平面内において回転自在な洗浄ブラシ受け台と、前記洗浄ブラシが前記洗浄ブラシ受け台の水平面上に少なくとも接触するように前記洗浄ブラシ及び前記洗浄ブラシ受け台の相対的移動を行う移動機構と、前記受け台の回転数を検知する回転計と、前記洗浄ブラシを回転駆動しつつ前記移動機構により前記相対的移動を行った際の前記回転計の回転信号に基づいて前記洗浄ブラシの基準高さを検知する検知器と、を有することを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に本発明の第１の実施例を示す。この装置は洗浄ブラシを回転させて洗浄するブラシ回転基板洗浄装置であり、基板２を水平に保持し鉛直軸の回りに回転させるホルダ１および基板回転モータ５を備えた基板保持部８、基板回転モータ５に電力を供給する電圧供給回路６，基板表面へ洗浄液を供給するノズル３、自転しながら基板２の表面に接触して洗浄する洗浄ブラシ１７、洗浄ブラシ１７を回転させるブラシ回転機構２５、洗浄ブラシ１７を保持するアーム機構１４、アームをスイングおよび昇降させるアームスイング機構１５およびアーム昇降機構１６、ブラシ回転機構２５に電力供給線３０によって電力を供給する電圧供給回路３１からなっている。また洗浄ブラシ１７のブラシ回転機構２５は、ブラシ回転モータ１８、ブラシ回転モータ１８の駆動軸である駆動シャフト１９、駆動シャフト１９に取り付けた駆動ギア２０、洗浄ブラシ１７に取り付けた被動シャフト２３、被動シャフト２３に取り付けた被動ギア２２、駆動ギア２０と被動ギア２２を接続する伝動ベルト２１から構成されている。
【０００８】
本装置は更に、ブラシ回転モータ１８および電圧供給回路３１の間にブラシ回転モータ１８の駆動電流を検知する電流検知器５１、電流検知器５１からの信号を受けてアームスイング機構１５、アーム昇降機構１６、電圧供給回路３１、電圧供給回路６を制御する制御装置５３および制御装置５３にデータを入力するためのキーボード５５を備えている。制御装置５３は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭからなるマイクロプロセッサから構成される。
【０００９】
制御装置５３の動作について、図２の位置決めおよび洗浄ルーチンを示すフローチャートを参照しつつ説明する。まず予め、例えばキーボードを介して操作者により入力された押し込み量、洗浄時間などの設定条件を取り込む(S1)。次にホルダ１に表面を上面としてウエハ２を水平にセットし、所定の回転数で鉛直軸の回りに回転させる。ノズル３から純水を吐出させながら、アームスイング機構１５を駆動させて洗浄ブラシ１７がウエハ２のエッジ部の直上位置まで移動させる。これと同時に制御装置５３は、ブラシ回転モータ１８に電圧供給回路３１から電力を供給させて洗浄ブラシ１７を所定の速度で回転させる(Ｓ２)。更にアーム昇降機構１６を駆動させ洗浄ブラシ１７をゆっくりとウエハ表面に降下させていく(Ｓ３)。この際、電流検知器５１はブラシ回転モータ１８の駆動電流を検出し、その駆動電流信号を制御装置５３に送る。洗浄ブラシ１７の先端がウエハ表面に接触し、ブラシ回転モータ１８の駆動電流が変化すると、制御装置５３はその駆動電流変化から洗浄ブラシ１７の先端とウエハ表面とが接触する洗浄ブラシ１７の高さを検知(Ｓ４)し、アームの降下を停止(Ｓ５)させ、その高さを基準点として記憶(Ｓ６)する。更に制御装置５３はアーム昇降機構１６を制御し設定押し込み量となる高さまで洗浄ブラシ１７を降下(Ｓ７)させ、洗浄ブラシ１７をその高さで固定する。次にスイング機構１５によりアーム本体１４をスイング動作させてウエハのスクラブ洗浄処理(Ｓ８)を行う。設定時間が経過したら(Ｓ９)、スイング動作を停止し、アーム本体１４を上昇(Ｓ１０)させ洗浄ルーチンを終了する。最後にウエハ２を高速で回転し乾燥させて、スクラブ洗浄処理を終了する。
【００１０】
以上のように第１の実施例によれば、洗浄ブラシが基板に接触する位置すなわち基準点を電気的に簡単かつ正確に検出でき、作業者が目視にて高さを決める必要がなくなる。またウエハの種類や洗浄条件の違いも任意の押し込み量を制御装置に設定入力することにより制御できるため、ウエハに傷がついたり洗浄処理が不足するなどの不具合がなくなり最適条件で洗浄処理ができる。
【００１１】
尚、本実施例では、洗浄ブラシを昇降しているが、基板を昇降させてもよい。更に、本実施例では洗浄する基板を回転させてスクラブ洗浄を行っているが、基板回転機構を有さない洗浄装置にも適用が可能である。
図３は本発明の第２の実施例を示す、位置決めおよび洗浄ルーチンのフローチャートである。本実施例における装置は洗浄ブラシを回転させて洗浄するブラシ回転基板洗浄装置であり、装置の基本的な構成は第１の実施例と同様であるが、基板をスクラブ洗浄しながら、基板の反りや表面の凹凸に応じて洗浄ブラシの高さを制御し、基板全面に亘って一定の押し込み量を維持できるようにしている。
【００１２】
装置の動作は第１の実施例と同様に、まず設定条件を制御装置５３に取り込む(Ｓ２１)。次にホルダ１にウエハ２をセットし、ノズル３から純水を吐出させる。洗浄ブラシ１７を所定の速度で回転させ(Ｓ２２)ながら、アーム昇降機構１６により洗浄ブラシ１７をゆっくりとウエハ表面に降下させていく(Ｓ２３)。洗浄ブラシ１７の先端がウエハ表面に接触し、ブラシ回転モータ１８の駆動電流が変化すると、制御装置５３はその駆動電流変化から洗浄ブラシ１７の先端とウエハ表面とが接触する洗浄ブラシ１７の高さを検知(Ｓ２４)し、アームの降下を停止させ(Ｓ２５)、その高さを基準点として記憶する(Ｓ２６)。次に制御装置５３は設定押し込み量となる高さまで洗浄ブラシ１７を降下させ(Ｓ２７)、更にこのときの電流値を記憶する(Ｓ２８)。本実施例では、この電流値をウエハの反りや表面の凹凸に応じて洗浄ブラシとウエハとの間隔を一定に制御するための基準電流値Ｉrefとして用いる。その制御のフローについて説明すると、ウエハのスクラブ洗浄処理をアーム本体１４のスイング動作により実行する(Ｓ２９)が、このときのブラシ回転モータ１８の駆動電流値Ｉと基準電流値Ｉrefの差分Ｄを求める(Ｓ３０)。制御装置５３は差分Ｄを所定の閾値εと比較し(Ｓ３１)、閾値以上のとき、洗浄処理中の駆動電流値が基準電流値Ｉrefに等しくなるよう差分Ｄに応じてアーム昇降機構１６を制御する(Ｓ３２)。スクラブ洗浄処理の間この制御を継続して行い、設定時間が経過したら(Ｓ３３)、スイングを停止し、アーム本体１４を上昇させ(Ｓ３４)洗浄ルーチンを終了する。
【００１３】
以上のように本実施例では、基板の反りや表面の凹凸に追随してリアルタイムで洗浄ブラシと基板との間隔を一定に制御できるため、基板全面に亘って均一なスクラブ洗浄を行うことができる。
尚、ここでは洗浄処理中の制御(Ｓ３０−Ｓ３２)にフィードバック制御を用いているが、フィードフォワード制御など他の制御法を用いても可能である。
【００１４】
図４を参照しつつ本発明の第３の実施例を説明する。本実施例が前述の実施例と異なるのは、基板回転モータ５の駆動電流変化から洗浄ブラシ１７の先端とウエハ表面とが接触する洗浄ブラシ１７の高さを検知する点である。したがって洗浄ブラシ１７の回転機構は必ずしも必要はなく、基板回転モータ５および電圧供給回路６の間に基板回転モータ５の駆動電流を検知する電流検知器５１を備えている。制御装置５３は電流検知器５１からの信号を受け、アームスイング機構１５、アーム昇降機構１６および電圧供給回路６を制御する。この場合、図３または図４に示したフローにおいて、ブラシ回転モータの駆動電流の代わりに基板回転モータ５の駆動電流を用いることにより第１および第２の実施例と同様な制御を行うことができる。
【００１５】
以上のように本実施例によれば、洗浄ブラシの回転機構の無い基板洗浄装置であっても洗浄ブラシの高さの基準点を電気的に簡単かつ正確に検出でき、また基板の反りや表面の凹凸に応じて洗浄ブラシの高さを制御することによって、基板全面に亘って均一なスクラブ洗浄を行うことができる。
図５を参照しつつ本発明の第４の実施例について説明する。本実施例は、洗浄ブラシの摩耗や変形を電気的に検出するため、図１に示す構成に加え、更に、基板保持部８の近傍に固定され、かつ頂面が略水平の洗浄ブラシ受け台６１を設けている。動作について説明すると、まずアームスイング機構１５により洗浄ブラシ１７を洗浄ブラシ受け台６１の直上の位置に移動させ、次に前述の基板洗浄時と同様な手順により、洗浄ブラシ１７を所定の速度で回転させながら、アーム昇降機構１６により洗浄ブラシ１７をゆっくりと洗浄ブラシ受け台６１の上面に降下させていく。洗浄ブラシ１７の先端が洗浄ブラシ受け台６１の上面に接触し、ブラシ回転モータ１８の駆動電流が変化すると、制御装置５３はその駆動電流変化から洗浄ブラシ１７の先端と洗浄ブラシ受け台６１とが接触する洗浄ブラシ１７の高さを検知し、アームの降下を停止させ、その高さを記憶する。その後アームを上昇させ、通常の洗浄処理工程の初期位置に戻す。
【００１６】
上記の工程を、新規に洗浄ブラシを使用する初期および所定の頻度で行うことにより、使用による洗浄ブラシの摩耗・変形の度合いを簡単かつ正確に知ることにより適正な押し込み量の設定ができる。
尚、本実施例では洗浄ブラシ１７が受け台６１の上面に接触するアーム高さをアーム昇降機構の昇降量から得ているが、ブラシ回転モータ１８の駆動電流が変化した時点のアーム高さを他の方法、例えば受け台に固定した発光素子からアームに向けて光パルスを発してその反射光の到達時間や位相変化量から測定する方式により光学的に検出してもよい。
【００１７】
図６を参照しつつ本発明の第５の実施例について説明する。本実施例は、第４の実施例の洗浄ブラシ受け台６１の代わりに、洗浄ブラシ１７の回転を検知する回転計６５を設けたものである。動作について図７のフローチャートを参照しつつ説明すると、まずアームスイング機構１５により洗浄ブラシ１７を回転計６５の回転受け台６７の直上の位置に移動させ(Ｓ３１)、洗浄ブラシ１７を所定の速度で回転させながら(Ｓ３２)、アーム昇降機構１６により洗浄ブラシ１７をゆっくりと回転受け台６７の上面に降下させていく(Ｓ３３)。洗浄ブラシ１７の先端が回転受け台６７の上面に接触することにより、回転部６７が回転し始める。制御装置５３はこのときの回転計６５の信号を受けて(Ｓ３４)洗浄ブラシ１７の先端とウエハ表面とが接触する洗浄ブラシ１７の高さを確定し、アームの降下を停止させ(S35)、そのときの洗浄ブラシの高さを記憶する(Ｓ３６)。制御装置５３はこの高さと新規に洗浄ブラシを使用開始した初期の高さとの差から摩耗量を算出し、基準値と比較判別する(Ｓ３７)。
【００１８】
上記工程を、新規に洗浄ブラシを使用する初期および所定の頻度で行うことにより、使用による洗浄ブラシの摩耗・変形の度合いを簡単かつ正確に知ることにより適正な押し込み量の設定ができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく様々な変形が可能である。例えば、本実施例では洗浄ブラシと基板の接触を検知する手段として回転モータの駆動電流の変化を検知しているが、他の方法、たとえば駆動電力変化やトルク変化によって検知する方法であってもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明は、洗浄ブラシが基板に接触する位置すなわち基準点を電気的に簡単かつ正確に検出でき、安価で再現性および制御性に優れた基板洗浄装置を得ることができる。
更に、前記駆動電力の大きさに応じて前記位置決め機構を更に継続して駆動する構成によって、基板の反りや表面の凹凸に追随して洗浄ブラシと基板との間隔を一定に制御できるため、基板全面に亘って均一なスクラブ洗浄を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明による第１の実施例の位置決め・洗浄ルーチンを説明するフローチャートである。
【図３】本発明による第２の実施例の位置決め・洗浄ルーチンを説明するフローチャートである。
【図４】本発明による第３の実施例を示すブロック図である。
【図５】本発明による第４の実施例を示すブロック図である。
【図６】本発明による第５の実施例を示すブロック図である。
【図７】本発明による第６の実施例の摩耗測定ルーチンを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１  ホルダ
２  基板
５  基板回転モータ
８  基板保持部
１４  アーム本体
１５  アームスイング機構
１６  アーム昇降機構
１７  洗浄ブラシ
１８  ブラシ回転モータ
２５  ブラシ回転機構
５１  電流検知器
５３  制御装置
６１  洗浄ブラシ受け台
６５  回転計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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