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【発明の名称】 ブラシ洗浄装置およびブラシ洗浄方法
【発明者】 【氏名】黒川 禎明

【氏名】金子 勝則
【要約】 【課題】この発明は洗浄ブラシによって被洗浄物を良好に洗浄することができるようにしたブラシ洗浄装置を提供することにある。

【解決手段】回転駆動される半導体ウエハ２２を洗浄ブラシ７１によって洗浄するブラシ洗浄装置において、上記洗浄ブラシは弾性材料によって形成されたブラシ本体７２を有し、このブラシ本体には下端面に開放した空間部７２ａが形成され、この空間部内に洗浄液が供給される構成であることを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 回転駆動される被洗浄物を洗浄ブラシによって洗浄するブラシ洗浄装置において、上記洗浄ブラシは弾性材料によって形成されたブラシ本体を有し、このブラシ本体には下端面に開放した空間部が形成され、この空間部内に洗浄液が供給される構成であることを特徴とするブラシ洗浄装置。
【請求項２】 上記ブラシ本体の空間部には複数種の洗浄液が供給されることを特徴とする請求項１記載のブラシ洗浄装置。
【請求項３】 上記ブラシ本体の空間部には洗浄液と気体とが供給されることを特徴とする請求項１記載のブラシ洗浄装置。
【請求項４】 回転駆動される被洗浄物を洗浄ブラシによって洗浄するブラシ洗浄方法において、上記洗浄ブラシと上記被洗浄物との間に洗浄液を貯えた状態で上記被洗浄物を洗浄することを特徴とするブラシ洗浄方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体ウエハやガラス基板などの被洗浄物を洗浄ブラシを用いて洗浄するブラシ洗浄装置およびブラシ洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造装置や液晶製造装置などにおいては、被洗浄物としての半導体ウエハやガラス基板に回路パタ−ンを形成するリソグラフィプロセスがある。このリソグラフィプロセスは、周知のように上記被洗浄物にレジストを塗布し、このレジストに回路パタ−ンが形成されたマスクを介して光を照射し、ついでレジストの光が照射されない部分（あるいは光が照射された部分）を除去し、除去された部分をエッチングするなどの一連の工程を数十回繰り返すことで回路パタ−ンを形成するものである。
【０００３】上記一連の各工程において、上記被洗浄物が汚染されていると回路パタ−ンを精密に形成することができなくなり、不良品の発生原因となる。したがって、それぞれの工程で回路パタ−ンを形成する際には、レジストや塵埃などの微粒子が残留しない清浄な状態に上記被洗浄物を洗浄するということが行われている。
【０００４】上記被洗浄物を洗浄する装置としては、複数枚の半導体ウエハを洗浄液が収容された洗浄タンク内に漬けて洗浄するバッチ方式と、１枚の被洗浄物を回転させ、その被洗浄物に対して洗浄液を噴射させて洗浄する枚葉方式とがあり、被洗浄物の大型化にともない洗浄効果の高い枚葉方式が用いられる傾向にある。
【０００５】枚葉方式の洗浄処理装置には被洗浄物を回転させながら洗浄するスピン洗浄方式があり、このスピン洗浄方式において、洗浄効果をより一層高めるためには、回転駆動される被洗浄物の上面に洗浄ブラシを接触させ、その接触部分に洗浄液を供給して洗浄するということが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ブラシ洗浄においては、洗浄ブラシと被洗浄物との接触部分に洗浄液を十分かつ確実に供給できるようにすることが洗浄効果を高める上で重要となる。従来、洗浄液の供給方法としては洗浄ブラシの外方に配置されたノズル体によって上記洗浄ブラシと被洗浄物との接触部分に洗浄液を供給したり、洗浄ブラシの内部に洗浄液の供給管を導き、その供給管によって洗浄ブラシに洗浄液を浸透させるなどのことが行われていた。
【０００７】しかしながら、前者の方法によると、洗浄ブラシの中心部分に洗浄液が入り込みにくいということがあり、また後者の手段によると洗浄ブラシに洗浄液が浸透しにくいため、洗浄液の量が十分でないということがある。そのため、これら両者の方法では洗浄ブラシと被洗浄物との界面に十分な量の洗浄液を供給することができないため、洗浄効果を十分に高めることができないということがあった。
【０００８】この発明は、洗浄ブラシと被洗浄物との接触面間に洗浄液を十分に供給できるようにすることで、被洗浄物に対するブラシ洗浄効果を高めることができるようにしたブラシ洗浄装置およびブラシ洗浄方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、回転駆動される被洗浄物を洗浄ブラシによって洗浄するブラシ洗浄装置において、上記洗浄ブラシは弾性材料によって形成されたブラシ本体を有し、このブラシ本体には下端面に開放した空間部が形成され、この空間部内に洗浄液が供給される構成であることを特徴とするブラシ洗浄装置にある。
【００１０】請求項２の発明は、上記ブラシ本体の空間部には複数種の洗浄液が供給されることを特徴とする請求項１記載のブラシ洗浄装置にある。
【００１１】請求項３の発明は、上記ブラシ本体の空間部には洗浄液と気体とが供給されることを特徴とする請求項１記載のブラシ洗浄装置にある。
【００１２】請求項４の発明は、回転駆動される被洗浄物を洗浄ブラシによって洗浄するブラシ洗浄方法において、上記洗浄ブラシと上記被洗浄物との間に洗浄液を貯えた状態で上記被洗浄物を洗浄することを特徴とするブラシ洗浄方法にある。
【００１３】請求項１の発明によれば、ブラシ本体にその下端面に開口した空間部を形成し、この空間部に洗浄液を供給するようにしたので、この空間部に充満する洗浄液が洗浄ブラシと被洗浄物との界面に浸透し、洗浄効果を高めることができる。
【００１４】請求項２の発明によれば、洗浄ブラシの空間部に複数種の洗浄液を供給するようにしたことで、複数種の洗浄液を予め混合しなくとも、上記空間部で混合することができる。
【００１５】請求項３の発明によれば、空間部に洗浄液と気体とを供給するようにしたことで、この空間部内でキャビテーションを発生させ、洗浄効果を高めることができる。
【００１６】請求項４の発明によれば、洗浄ブラシと被洗浄物との間に洗浄液を貯えた状態でブラシ洗浄することで、十分な量の洗浄液によって被洗浄物を効率よく確実に洗浄することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を図１乃至図３を参照して説明する。
【００１８】図１はこの発明のブラシ洗浄装置を示す。このブラシ洗浄装置はスピンカップ１を備えている。このスピンカップ１は上面が開放した有底状の下カップ１ａと、この下カップ１ａに対してスライド自在に設けられ周壁の上端部が径方向内方に向かって傾斜した上カップ１ｂとからなり、この上カップ１ｂは図示しない駆動機構によって図に鎖線で示すように下降させることができるようになっている。
【００１９】上記下カップ１ａの底部には、周辺部に複数の排出管２の一端が接続され、中心部には周囲がフランジ３によって囲まれた挿通孔４が形成されている。この挿通孔４には支持軸５が挿通されている。この支持軸５の上部は、スピンカップ１の内部に突出し、下端部は、上記スピンカップ１の下方に配置されたベ−ス板６に固定されている。上記排出管２は図示しない気水分離器を介して吸引ポンプに接続されている。上記排出管２に洗浄液、ミスト、気体が吸引されると、上記気水分離器によって水分と気体とが分離され、水分は図示しない廃液タンクへ排出されるようになっている。
【００２０】上記支持軸５には回転チャック１１が回転自在に設けられている。この回転チャック１１は、中心部に通孔１２ａが穿設された円盤状のベ−ス１２を有する。このベ−ス１２の下面、つまり上記通孔１２ａと対応する位置には筒状の支持部１３が垂設されている。この支持部１３は上記支持軸５に外嵌されていて、上部と下部とがそれぞれ軸受１４によって上記支持軸５に回転自在に支持されている。
【００２１】上記支持部１３の下端部の外周面には従動プ−リ１５が設けられている。上記ベ−ス板６にはモ−タ１６が設けられ、このモ−タ１６の回転軸１６ａには駆動プ−リ１７が嵌着されている。この駆動プ−リ１７と上記従動プ−リ１５とにはベルト１８が張設されている。したがって、上記モ−タ１６が作動すれば、上記支持部１３と一体に上記回転チャック１１が回転駆動されるようになっている。
【００２２】上記ベ−ス１２の上面には周方向に９０度間隔で４本の支柱１９が立設されている。各支柱１９の上端部には支持ピン２１ａと、この支持ピン２１ａよりも外方で、しかも支持ピン２１ａよりも背の高い係合ピン２１ｂとが突設されている。
【００２３】上記支柱１９の上端には、被洗浄物としてたとえば半導体ウエハ２２が周辺部の下面を支持ピン２１ａに支持され、外周面を上記係合ピン２１ｂに係合させて着脱可能に保持される。したがって、上記半導体ウエハ２２は回転チャック１１と一体的に回転駆動されるようなっている。
【００２４】上記支持軸５には、上端に支持軸５よりも大径で、円錐状をなした頭部５ａが設けられている。この支持軸５には、先端を上記頭部５ａの上面に開口させたＮ２ などの不活性ガスのガス供給路３０と、先端を同じく上記頭部５ａの上面にノズル孔３２ａを介して開口させた洗浄液供給路３０ａとが軸方向に沿って形成されている。上記ガス供給路３０は図示しないガス供給源に連通し、上記洗浄液供給路は同じく図示しない洗浄液の供給源に連通している。
【００２５】上記ガス供給路３０に供給された不活性ガスと、上記洗浄液供給路３０ａに供給された洗浄液は、それぞれ上記半導体ウエハ２２の下面に向かって噴射されるようになっている。
【００２６】上記回転チャック１１に保持される半導体ウエハ２２の上面側には、この半導体ウエハ２２の上面を洗浄するための洗浄ブラシ７１が配設されている。この洗浄ブラシ７１はスポンジやＰＶＡなどの弾性材料によって円柱状に形成されたブラシ本体７２を有する。このブラシ本体７２は第１の取付板７３の下面にたとえば接着などの手段によって取付け固定されているとともに、その下端面に開放した空間部７２ａが形成されている。
【００２７】上記第１の取付板７３は洗浄ブラシ７１を上記半導体ウエハ２２の径方向に沿って揺動駆動する揺動機構の揺動アーム３３の先端部に取付けられる。この揺動アーム３３の先端部内には下端に第２の取付板７４が設けられた取付体７５が設けられ、上記第２の取付板７４に上記第１の取付板３７がねじ７５によって着脱可能に取付けられている。
【００２８】上記取付体７５には第１の供給管７６と第２の供給管７７との一端が接続されている。上記第１の供給管７６には第１の洗浄液が供給され、上記第２の供給管７７には第２の洗浄液が供給されるようになっている。
【００２９】各供給管７６，７７に供給された第１の洗浄液と第２の洗浄液とは、上記取付体７５とブラシ本体７２とにわたって形成された第１の流路７８と第２の流路７９を通って上記ブラシ本体７２の空間部７２ａに流入するようになっている。
【００３０】上記揺動アーム３３は、軸線を垂直にした揺動軸３６の上端が連結された基端部３３ａと、この基端部３３ａに対して上記揺動アーム３３の軸線方向を中心として角度調整自在に取り付けられた先端部３３ｂとに分割され、この先端部３３ｂに上記洗浄ブラシ７１が設けられている。
【００３１】すなわち、上記基端部３３ａの先端と、上記先端部３３ｂの後端とには図２に示すようにそれぞれフランジ６１，６２が設けられている。基端部３３ａのフランジ６１には周方向に１８０度の間隔で一対のボルト６３がそのねじ部を先端部３３ｂ側に突出させて固着され、先端部３３ｂのフランジ６２には一対の長孔６４が周方向に沿って所定の角度（範囲）で形成されている。
【００３２】上記一対のボルト６３はねじ部が上記長孔６４に挿通され、長孔６４から突出したねじ部にはナット６５が螺合されている。したがって、上記ナット６５を緩めれば、上記揺動アーム３３の先端部３３ｂを基端部３３ａに対して回動させることができ、締め付ければ、所定の角度で固定できるようになっている。
【００３３】上記揺動軸３６の下端部は上記ベ−ス板６に形成された通孔６ａからその下方へ突出している。この揺動軸３６の下端部は、上下動自在に設けられた支持体３７に回転自在に支持されている。この支持体３７は中空箱型状をなしていて、その上部壁には上記揺動軸３６を挿通するための挿通孔３８が形成され、内部には上記挿通孔３８から挿入された揺動軸３６の下端部を回転自在に支持するための軸受３９が設けられている。揺動軸３６の下端は上記軸受３９から突出し、そこには従動プ−リ４０が嵌着されている。
【００３４】上記支持体３７の一側面には一対のガイド４１が上下方向に沿って所定間隔で設けられ、このガイド４１はレ−ル４３にスライド自在に係合している。このレ−ル４３は上記ベ−ス板６の下面に垂設された取付板４２の一側面に上下方向に沿って設けられている。
【００３５】上記取付板４２には上下駆動源としてのリニアモ−タ４４が設けられている。このリニアモ−タ４４の駆動軸４４ａは上記支持体３７の下端面にブラケット４５を介して連結されている。したがって、リニアモ−タ４４が作動すれば、上記支持体３７を介して上記揺動ア−ム３３が上下駆動されるようになっている。
【００３６】つまり、揺動ア−ム３３が下降すると、上記洗浄ブラシ７１のブラシ本体７２の下端面は上記回転チャック１１に保持された半導体ウエハ２２の上面に所定の接触圧力で接触し、上カップ１ｂよりも上方に上昇すると、スポンジブラシ３１ａとともにブラシ洗浄装置の外方へ揺動可能となる。
【００３７】上記支持体３７の他側には上記リニアモ−タ４４とで駆動手段を構成する揺動駆動部４６が設けられている。この揺動駆動部４６は上記支持体３７の他側面に取付けられた収納ボックス４７を有する。この収納ボックス４７の下面にはモ−タ４８が設けられている。このモ−タ４８の回転軸４８ａは上記収納ボックス４７内に突出し、この内部に設けられた減速部４９に連結されている。この減速部４９の出力軸５５には駆動プ−リ５２が嵌着されている。
【００３８】上記支持体３７と上記収納ボックス４７との内部空間は開口部５３によって連通している。上記開口部５３には、上記駆動プ−リ５２と従動プ−リ４０とに張設されたタイミングベルト５０が挿通されている。
【００３９】したがって、上記モ−タ４８が作動して上記減速部４９の出力軸５５が正逆方向に駆動されると、その回転がタイミングベルト５０を介して揺動軸３６に伝達されるから、この揺動軸３６とともに揺動ア−ム３３の先端部３３ｂに設けられたスポンジブラシ３１ａが半導体ウエハ２２の表面を径方向に沿って揺動するようになっている。
【００４０】上記揺動軸３６の揺動駆動及び上記揺動ア−ム３３の上下駆動は制御装置５４によって制御されるようになっている。
【００４１】つぎに、上記構成のブラシ洗浄装置によって半導体ウエハ２２を洗浄処理する手順を説明する。
【００４２】まず、揺動アーム３３の先端部３３ｂを基端部３３ａに対して所定の角度、たとえば洗浄ブラシ７１の軸線が揺動アーム３３の揺動方向に対してほぼ垂直になるよう設定する。
【００４３】つぎに、ブラシ洗浄装置の回転チャック１１に半導体ウエハ２２を供給保持したならば、モータ１６を作動させて回転チャック１１を回転駆動するとともに、揺動駆動部４６のモ−タ４８を作動させて揺動ア−ム３３を半導体ウエハ２２の径方向中心部に揺動位置決めする。
【００４４】ついで、第１の供給管７６と第２の供給管７７とからブラシ本体７２の空間部７２ａに第１の洗浄液と第２の洗浄液とを供給するとともに、リニアモ−タ４４を作動させて揺動ア−ム３３を所定距離だけ下降させる。
【００４５】それによって、上記ブラシ本体７２はその空間部７２ａが開放した下端面が回転チャック１１に保持された半導体ウエハ２２の径方向中心部の上面に所定の圧力で接触するとともに、その接触によって空間部７２ａに供給された第１の洗浄液と第２の洗浄液とが上記空間部７２ａ内に滞留して混合される。
【００４６】その状態で、揺動ア−ム３３を上記半導体ウエハ２２の径方向中心から外方に向かって揺動駆動すれば、ブラシ本体７２の下端面によって半導体ウエハ２２の上面が擦られるから、この半導体ウエハ２２の上面がブラシ洗浄されることになる。
【００４７】ブラシ本体７２が半導体ウエハ２２の上面の径方向一端から外れたならば、このスポンジブラシ３１ａを上昇させてから半導体ウエハ２２の径方向中心部へ戻し、ついで下降させて接触させたならば、径方向外方へ移動させるということを繰り返すことで、上記半導体ウエハ２２の上面を洗浄することができる。
【００４８】ところで、ブラシ本体７２が半導体ウエハ２２の板面を擦る際、このブラシ本体７２に形成された空間部７２ａには洗浄液が貯えられている。空間部７２ａには十分な量の洗浄液を貯えることができるから、その内部空間７２ａの洗浄液は半導体ウエハ２２とブラシ本体７２との界面に浸透し易くなる。
【００４９】そのため、半導体ウエハ２２とブラシ本体７２との界面には十分な量の洗浄液を供給することができるから、半導体ウエハ２を高い清浄度で洗浄することが可能となる。
【００５０】ブラシ本体７２の空間部７２ａには第１の洗浄液と第２の洗浄液とを供給できるようにした。そのため、第１の洗浄液として純水、第２の洗浄液としてブラシ本体７２を傷めずに半導体ウエハ２２に付着した汚れに対して高い除去能力を有するアンモニア水や水素水（カソード水）を用いれば、第１の洗浄液と第２の洗浄液とを空間部７２ａで効率よく混合して半導体ウエハ２２を洗浄することができる。つまり、２つの洗浄液を混合してから供給する場合のように、混合するための専用の装置が不要となるから、装置の構成を簡略化することができる。
【００５１】上記実施の形態では、ブラシ本体７２の空間部７２ａで２つの洗浄液を混合するようにしたが、一種類の洗浄液だけを空間部７２ａに供給するようにしてもよい。その場合、その洗浄液が空間部７２ａに貯えられることで、二種類の洗浄液を供給する場合と同様、ブラシ本体７２と半導体ウエハ２２との界面に十分な量の洗浄液を確実に供給することが可能となる。
【００５２】また、二種類の洗浄液に代わり、一方の供給管からは純水などの洗浄液を供給し、他方の供給管からは窒素や空気などの気体とを供給するようにしてもよい。その場合、たとえは洗浄液の圧力を１０ｋｇ／ｃｍ２ 以上とすれば、ブラシ本体７２の空間部７２ａ内でキャビテーションを発生させることが可能となる。
【００５３】したがって、半導体ウエハ２２と洗浄ブラシ７１との界面に十分な量の洗浄液を供給できるばかりか、ブラシ洗浄による洗浄作用とキャビテーションによる洗浄作用によって十分に高い洗浄効果を得ることが可能となる。
【００５４】なお、上記一実施の形態では被洗浄物として半導体ウエハを挙げたが、半導体ウエハに代わり液晶用ガラス基板を洗浄する場合にもこの発明を適用することができる。
【００５５】また、洗浄ブラシは回転させずに被洗浄物をブラシ洗浄するようにしたが、洗浄ブラシを回転駆動するようにしてもよいこと勿論である。さらに、洗浄ブラシを被洗浄物の径方向中心部から周辺部へ移動させたのち、上昇させて中心部へ戻すようにしたが、上昇させずに中心部に戻すようにしてもよく、あるいは径方向全長にわたって往復揺動させるようにしてもよく、その点もなんら限定されるものでない。
【００５６】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、ブラシ本体にその下端面に開口した空間部を形成し、この空間部に洗浄液を供給するようにした。
【００５７】そのため、上記空間部に十分な量の洗浄液を貯えた状態で被洗浄物をブラシ洗浄することができるから、洗浄液が洗浄ブラシと被洗浄物との界面に確実に浸透し易くなり、それによって被洗浄物を十分な量の洗浄液によって確実に洗浄することが可能となる。
【００５８】請求項２の発明によれば、洗浄ブラシの空間部に複数種の洗浄液を供給するようにした。
【００５９】そのため、複数種の洗浄液を予め混合しなくとも、上記空間部で混合することができるから、混合に要する設備や手間が不要となる。
【００６０】請求項３の発明によれば、洗浄ブラシの空間部に洗浄液と気体とを供給するようにした。
【００６１】そのため、上記空間部内でキャビテーションを発生させることが可能となるから、洗浄ブラシによる洗浄作用とキャビテーションによる洗浄作用とによって洗浄効果を高めることができる。
【００６２】請求項４の発明によれば、洗浄ブラシと被洗浄物との間に洗浄液を貯えた状態でブラシ洗浄するようにした。
【００６３】そのため、被洗浄物と洗浄ブラシとの界面に十分な量の洗浄液を供給して被洗浄物を効率よく確実に洗浄することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００２４２８
【氏名又は名称】芝浦メカトロニクス株式会社
【出願日】 平成１１年８月２４日（１９９９．８．２４）
【代理人】 【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外６名）
【公開番号】 特開２００１−５８１６１（Ｐ２００１−５８１６１Ａ）
【公開日】 平成１３年３月６日（２００１．３．６）
【出願番号】 特願平１１−２３７０１７