JP2020136618A - ブラシ洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】洗浄ブラシの外周面に洗浄液を効果的に噴射し、洗浄ブラシ表面に残留している異物を効率良く除去して、洗浄ブラシの交換周期を長くすることができるブラシ洗浄装置を提供する。【解決手段】ウエハを洗浄する洗浄ブラシ１５を洗浄するためのブラシ洗浄装置２０であって、洗浄ブラシ１５の外周に向けて洗浄ミスト２２を噴霧するノズル２１を備える。【選択図】図２

Description

本発明はブラシ洗浄装置に関するものであり、特に、化学機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等により処理した後の半導体ウエハ等の基板を洗浄するブラシを洗浄するためのブラシ洗浄装置に関するものである。

化学機械的研磨（ＣＭＰ）等により処理されたウエハ表面には、使用した研磨剤等のパーティクルや、化学薬品に含まれる金属不純物、ウエハ上の金属配線に使用した金属のイオン及び微粒子等が大量に付着している。これらのパーティクル等は製品としての半導体装置等に悪影響を与えることから、研磨後のウエハ表面を洗浄ブラシと洗浄液を用いて洗浄することが行われている(例えば、特許文献１参照)。

特許文献１に記載の洗浄装置は、回転させたウエハの表面に洗浄液を吹き付けるとともに、回転するブラシでウエハ表面をこすり、ウエハ表面の異物や他工程で生じた突起物を除去する技術が開示されている。

回転するブラシでウエハ表面をこすり、異物や突起部を除去する技術では、除去された異物や突起物がブラシの中に残留し、その異物がウエハ表面に悪い影響(二次汚染)を与えることがある。

そこで、回転しているブラシの外周面に洗浄液を噴射し、ブラシ表面の異物を除去するブラシ洗浄装置が知られている(特許文献なし)。

図８及び図９は、従来から知られるブラシ洗浄装置の要部構成を示すものである。図８及び図９に示す従来のブラシ洗浄装置は、パイプ材１０１に線状に並べて設けられた複数の洗浄口１０２から、回転している洗浄ブラシ１０３の外周面に向けて、洗浄液１０４を直線状に噴射し、洗浄ブラシ１０３のブラシ表面に残留している異物を洗浄液１０４で除去するようにしている。

特開昭５９−１９３０２９号公報

図８及び図９に示す、パイプ材１０１に線状に並べて設けられた複数の洗浄口１０２から、洗浄液１０４を洗浄ブラシ１０３のブラシ表面に直線的に当てて異物を除去する従来のブラシ洗浄装置の構造では、使用時間に比例して洗浄ブラシ１０３の劣化と汚染が進み、洗浄効果が失われて汚染物質である異物の除去作業が十分にできないという問題点があった。

そこで、洗浄ブラシの外周面に洗浄液を効果的に噴射し、洗浄ブラシ表面に残留している異物を効率良く除去して、洗浄ブラシの交換周期を長くすることができる構造にするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載の発明は、基板を洗浄する洗浄ブラシを洗浄するためのブラシ洗浄装置であって、前記洗浄ブラシの外周に向けて洗浄ミストを噴霧するノズル、を備えている、ブラシ洗浄装置を提供する。

この構成によれば、洗浄ブラシの外周面にノズルで洗浄ミストを噴霧するようにしている。したがって、洗浄水を、洗浄ミストにして洗浄ブラシの外周面に噴霧した場合、洗浄水による飛沫の形が非常に小さくなるとともに、飛沫の流速や打力も高くなる。そして、形が小さく、流速や打力が高くなった飛沫を、洗浄ブラシの気孔内の異物に直接当てて洗浄することにより、気孔内の異物を効率良く除去できる。
また、洗浄ミストによる飛沫が洗浄ブラシの気孔内の異物に断続的にぶつかることにより、洗浄ブラシ及び異物が共に振動して結合が緩み、異物が飛沫と共に外部に落ち、異物を効率良く除去できる。
さらに、洗浄水を洗浄ミストに変えて噴霧することにより、洗浄水の被膜が洗浄ブラシの広範囲にぶつかり、異物を更に効率良く除去できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記ノズルは、平面視扇形に拡げた前記洗浄ミストを噴霧する、ブラシ洗浄装置を提供する。

この構成によれば、洗浄ミストを平面視扇形に拡げて噴霧することにより、洗浄ブラシの広範囲に渡って同じ強さで飛沫をぶつけることができ、洗浄ブラシ内に取り込まれた異物をムラ無く除去できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、前記ノズルは、前記洗浄ミストを側面方向から見て前記洗浄ブラシの外周と接する方向に向けて噴霧する、ブラシ洗浄装置を提供する。

この構成によれば、洗浄ブラシの外周と接する方向に向けて噴霧するようにしているので、洗浄ブラシの異物に当たった飛沫は、重力に任せて異物と共に落下され、異物と共に効率良く取り除かれる。

請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３に記載の構成において、前記ノズルは、前記洗浄ミストを側面方向から見て前記洗浄ブラシの外周下部と接する方向に向けて噴霧する、ブラシ洗浄装置を提供する。

この構成によれば、ノズルが、洗浄ミストを洗浄ブラシの外周下部と接する方向に向けて噴霧するようにしているので、洗浄ブラシの異物に当たった飛沫は、重力に任せて異物と共に洗浄ブラシ外周下部から直ぐに落下され、異物と共に効率良く取り除かれる。

請求項５に記載の発明は、請求項１、２、３又は４に記載の構成において、前記洗浄ブラシの外周面に付着しているダストを剥ぎ落とすスクレーパを更に備えている、ブラシ洗浄装置を提供する。

この構成によれば、洗浄ミストにより電荷を帯びたダストを、スクレーパに電気的に付着させることにより、ダストを効率的に除去できる。

発明によれば、ノズルが、洗浄ミストを洗浄ブラシの外周面に噴霧するようにしているので、洗浄ブラシの外周面に噴霧された洗浄水は、飛沫の形が小さくなるとともに、飛沫の流速や打力も高くなる。そして、この形が小さく、流速や打力が高くなった飛沫を、洗浄ブラシの気孔内の異物に直接当てて洗浄するようにしているので、気孔内の異物を効率良く除去できる。
また、洗浄ミストによる飛沫が洗浄ブラシの気孔内の異物に断続的にぶつかるので、洗浄ブラシ及び異物が共に振動して結合が緩み、異物が飛沫と共に外部に落ち、異物を効率良く除去できる。
さらに、洗浄水を洗浄ミストに変えて噴霧することにより、洗浄ブラシの広範囲に飛沫がぶつかり、異物を更に効率良く除去できる。
このように、洗浄ブラシ表面の異物を効率良く除去することができるので、ブラシの交換周期を長くすることが可能になる。

本発明を適用した半導体製造装置における基板洗浄装置の全体構造を概略的に示す斜視図である。 同上基板洗浄装置におけるブラシ洗浄装置の主要部材の配置構成を示す平面斜視図である。 図２に示すブラシ洗浄装置の主要部材配置構成の側面図である。 本発明のブラシ洗浄装置における上ブラシユニットの要部構成を示す斜視図である。 同上上ブラシユニットの要部構成を図４とは異なる背面側から見て示す斜視図である。 同上ブラシ洗浄装置におけるノズルから噴射される洗浄ミストの一例を示す図で、（ａ）は洗浄ミストを側面方向から見た図、（ｂ）は洗浄ミストを上方向から見た図である。 本発明のブラシ洗浄装置の構造（ａ）の場合におけるブラシ性能と、本発明のブラシ洗浄装置の構造（ｂ）の場合におけるブラシ性能と、従来のブラシ洗浄装置（ｃ）の場合におけるブラシ性能との確認結果を示した図である。 従来のブラシ洗浄装置における要部構成の一例を示す斜視図である。 従来のブラシ洗浄装置における要部構成を、図７とは異なる背面側から見て示す斜視図である。

本発明は、洗浄ブラシの外周面に洗浄液を効果的に噴射し、洗浄ブラシ表面に残留している異物を効率良く除去して洗浄ブラシの交換周期を長くすることができるブラシ洗浄装置を提供するという目的を達成するために、基板を洗浄する洗浄ブラシを洗浄するブラシ洗浄装置であって、前記洗浄ブラシの外周に向けて洗浄ミストを噴霧するノズルを備えている、構成としたことにより実現した。

以下、本発明の実施形態に係る一実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例において、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

また、以下の説明において、上下や左右等の方向を示す表現は、絶対的なものではなく、本発明のウエハ研磨装置の各部が描かれている姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。また、実施例の説明の全体を通じて同じ要素には同じ符号を付している。

図１は本発明を適用した基板洗浄装置１０の全体構造を概略的に示す斜視図である。図１に示すように基板洗浄装置１０は、半導体製造装置の図示しない洗浄槽内に設けられる。洗浄槽内に設けられた基板洗浄装置１０は、ウエハ（基板）Ｗを保持して、このウエハＷを水平回転させる複数の回転駆動ローラ１１と、回転されるウエハＷの上側に配設される上ブラシユニット１２Ａと、ウエハＷの下側に配設される下ブラシユニット１２Ｂと、回転駆動ローラ１１及び上ブラシユニット１２Ａ、下ブラシユニット１２Ｂにそれぞれ回転駆動力を付与する駆動源としてのモータ１４Ａ、１４Ｂ等を備えている。

上ブラシユニット１２Ａは、その両端部が上ユニットフレーム１３Ａに保持され、下ブラシユニット１２Ｂは、その両端部が下ユニットフレーム１３Ｂに保持されている。

上ブラシユニット１２Ａと下ブラシユニット１２Ｂは、図１〜図３に示すように、ウエハＷが配置される位置に対して上下の位置に対向配置されている。また、上ブラシユニット１２Ａと下ブラシユニット１２Ｂは、ウエハＷと接触する洗浄位置と、ウエハＷの搬入・搬出を可能とするために、ウエハＷと上下方向に大きく離れる搬入・搬出位置とに移動可能になっている。そして、ウエハＷの搬入・搬出を行うときには、上ユニットフレーム１３Ａと下ユニットフレーム１３Ｂはそれぞれ上下方向に互いに離れた搬入・搬出位置に配置させて、ウエハＷの搬入・搬出を可能にする。一方、ウエハＷを洗浄するときには、上ブラシユニット１２Ａと下ブラシユニット１２Ｂが互いに近接し、ウエハＷの上下の表面と当接した洗浄位置に配置させることができる。

上ブラシユニット１２Ａと下ブラシユニット１２Ｂは略上下対称形にして形成されている。図１、図２、図３に図４及び図５を加えて、上ブラシユニット１２Ａと下ブラシユニット１２Ｂの構成を、上ブラシユニット１２Ａを代表して説明する。したがって、下ブラシユニット１２Ｂの構成は、上ブラシユニット１２Ａに対して上下の位置を反対にして読み替えることにより、理解できる。

すなわち、図４及び図５は、上ブラシユニット１２Ａの要部構成を示すものであり、図４は上ブラシユニット１２Ａを前方斜め上方から見た斜視図、図５は上ブラシユニット１２Ａを後方斜め上方から見た斜視図である。図４及び図５に示すように、上ブラシユニット１２Ａには、洗浄ブラシ１５と、洗浄水供給部１６と、スクレーパ１７等が設けられている。なお、洗浄水供給部１６とスクレーパ１７は、上ブラシユニット１２Ａ内において、洗浄ブラシ１５の外周面を洗浄するための、本発明に係るブラシ洗浄装置２０を構成している。

洗浄ブラシ１５は、図１に示すように、左右両端部側が上ユニットフレーム１３Ａ（下ブラシユニット１２Ｂの洗浄ブラシ１５は下ユニットフレーム１３Ｂ）に枢軸１８を介して回転可能に支持されている。洗浄ブラシ１５は、同じく図１に示すモータ１４Ａの駆動力を受けて回転し、その回転時でウエハＷの表面を洗浄可能になっている。洗浄ブラシ１５は、その外周面の略全体がＰＶＡ(ポリビニールアルコール)を原料とした多孔質のスポンジで覆われ、表面部に多数の孔が形成されている。

洗浄水供給部１６は、両端部が上ユニットフレーム１３Ａ（下ブラシユニット１２Ｂの洗浄水供給部１６は下ユニットフレーム１３Ｂ）に支持され、かつ、洗浄ブラシ１５と平行に配置されている枢軸１８と、上ユニットフレーム１３Ａ（又は下ユニットフレーム１３Ｂ）に取り付けられた洗浄水供給パイプ１９と、洗浄水供給パイプ１９に連結取り付けされて、洗浄ブラシ１５と平行に離間配置されている２つのノズル２１が設けられている。

洗浄水供給パイプ１９には洗浄水が供給され、ノズル２１は洗浄水供給パイプ１９内に供給されて来る洗浄水を、霧状をした洗浄ミスト２２に変えて、洗浄ブラシ１５の周面に向けて噴霧するようになっている。

なお、ノズル２１の洗浄ミスト２２の噴霧は、図６に示すように、側面視では（ａ）のように直線形に見え、平面視では（ｂ）のように扇形で、かつ、略水平方向（洗浄ブラシ１５の長手方向）に拡げられて見えるように噴霧される。また、その噴霧の向きは、洗浄ミスト２２を側面方向（洗浄ブラシ１５の一端側）から見て、洗浄ブラシ１５の外周の接線方向で、かつ、外周下部の接線方向に向けて噴霧するように設定してある。

スクレーパ１７は、洗浄ブラシ１５の外周面に残留している異物を掻き出すブラシ又はヘラであり、弾性部材で形成されている。スクレーパ１７は、左右の両端部が上ユニットフレーム１３Ａ（下ブラシユニット１２Ｂのスクレーパ１７は下ユニットフレーム１３Ｂ）に固定されて、洗浄ブラシ１５と平行で、かつ、舌状をした先端部を回転する洗浄ブラシ１５の外周面に対して弾性変形しつつ摺接して掻き出す。

次に、このように構成された基板洗浄装置１０の作用の一例を説明する。まず、上ブラシユニット１２Ａと下ブラシユニット１２Ｂが退避位置にあって、それぞれが上下方向に互いに離れ、また回転駆動ローラ１１の回転が停止している状態において、複数の回転駆動ローラ１１で囲まれた洗浄位置に、ウエハＷが図示しない搬送手段により搬送されて来てセットされる。

次いで、モータ１４Ａ、１４Ｂが駆動され、モータ１４Ａ、１４Ｂの駆動力により、回転駆動ローラ１１と上ブラシユニット１２Ａの洗浄ブラシ１５及び下ブラシユニット１２Ｂの洗浄ブラシ１５をそれぞれ回転させる。なお、ここでの上ブラシユニット１２Ａの洗浄ブラシ１５の回転方向と下ブラシユニット１２Ｂの洗浄ブラシ１５の回転方向は逆向きに回転される。また、ウエハＷの上下面に対して図示しない洗浄ノズルすらウエハＷの表裏両面に洗浄液が各々供給される。

さらに、上ブラシユニット１２Ａと下ブラシユニット１２Ｂが洗浄位置に配置され、上ブラシユニット１２Ａの洗浄ブラシ１５と下ブラシユニット１２Ｂの洗浄ブラシ１５が、対向しているウエハＷの表裏両面にそれぞれ回転しながら所要の圧力で押し付けられる。

このように、互いに逆向きに回転している上ブラシユニット１２Ａの洗浄ブラシ１５と下ブラシユニット１２Ｂの洗浄ブラシ１５が、それぞれ所要の圧力でウエハＷの表面及び裏面に押し付けられることにより、ウエハＷの表裏両面が洗浄される。

ウエハＷに対する所要の洗浄処理が終了すると、上ブラシユニット１２Ａと下ブラシユニット１２Ｂの回転が停止されるとともに、洗浄位置から搬入・搬出位置に移動される。また、回転駆動ローラ１１が停止し、ウエハＷは搬送手段によって排出され、次の工程に向けて搬送される。

以上は、ウエハＷを洗浄する作用である。ウエハＷを洗浄処理して行く間には、洗浄ブラシ１５の表面に異物や他工程で生じた突起物が残留する場合があり、洗浄ブラシ１５の表面を洗浄して除去処理する必要がある。この除去処理はウエハＷを一枚洗浄処理する毎、又は、複数枚のウエハＷを洗浄処理し終えた毎に行ってもよいものである。

そして、洗浄ブラシ１５の洗浄処理を行う場合は、ウエハＷが搬送されて取り除かれた後で、かつ、退避位置においてモータ１４Ａの駆動力で、上ブラシユニット１２Ａの洗浄ブラシ１５と下ブラシユニット１２Ｂの洗浄ブラシ１５をそれぞれ回転させるとともに、洗浄水供給パイプ１９に洗浄水を供給して、各ノズル２１から洗浄ミスト２２を、対応している洗浄ブラシ１５の周面に向けて噴霧し、噴霧した洗浄ミスト２２で洗浄ブラシ１５の周面を洗浄する。

したがって、本実施例のブラシ洗浄装置２０では、ノズル２１で洗浄水を霧状にした洗浄ミスト２２に変え、この洗浄ミスト２２を洗浄ブラシ１５の外周面に噴霧するようにしている。このように、洗浄水を霧状にした洗浄ミスト２２として、洗浄ブラシ１５の外周面に噴霧した場合、洗浄水による飛沫の形が小さくなるとともに、飛沫の流速や打力も高くなる。そして、形が小さく、流速や打力が高くなった飛沫（洗浄ミスト２２）を、洗浄ブラシ１５の気孔内の異物に直接当てて洗浄するので、気孔内の異物を効率良く除去できる。

また、洗浄ミスト２２による飛沫が洗浄ブラシ１５の気孔内の異物に断続的にぶつかることにより、洗浄ブラシ１５及び異物が共に振動して結合が緩み、異物が飛沫と共に外部に落ちるので、異物を効率良く除去できる。

さらに、洗浄水を洗浄ミスト２２に変えて噴霧することにより、洗浄水の飛沫が洗浄ブラシ１５の広範囲にぶつかるので、異物を更に効率良く除去できる。

また、ノズル２１で洗浄水を、平面視扇形に拡げた洗浄ミスト２２として噴霧することにより、洗浄ブラシ１５の広範囲に渡って同じ強さで飛沫をぶつけることができ、洗浄ブラシ内に取り込まれた異物をムラ無く除去できる。

また、ノズル２１で洗浄ミスト２２を、側面方向から見て洗浄ブラシ１５の外周と接する方向に向けて噴霧しているので、洗浄ブラシ１５の異物に当たった飛沫は重力に任せて異物と共に落下し、異物が効率よく取り除かれる。しかも、洗浄ミスト２２を側面方向から見て洗浄ブラシ１５の外周下部と接する方向に向けて噴霧しているので、洗浄ブラシ１５の異物に当たった飛沫は、重力に任せて異物と共に洗浄ブラシ１５の外周下端から直ぐに落下し、異物と共に更に効率よく取り除かれる。

また、洗浄ブラシ１５の外周面に付着しているダストを剥ぎ落とすスクレーパ１７を設けているので、洗浄ミスト２２により電荷を帯びたダストを、スクレーパ１７に電気的に付着させてダストを効率よく取り除くことができる。

図７に、本発明に係るブラシ洗浄装置２０の効果を検証した実験結果を示す。この検証では、ワークを1枚洗浄する間だけ、洗浄水（洗浄液）を洗浄ブラシに噴射させた場合と、ワークを10枚洗浄する間、洗浄水（洗浄液）を洗浄ブラシに噴射させた場合と、ワークを２０枚洗浄する間、洗浄水（洗浄液）を洗浄ブラシに噴射させた場合と、について比較を行った。

図７における（a）の本発明のように、洗浄水を洗浄ミストに変えて噴霧するとともに、スクレーパを使用した構造の場合では、１回目でのダスト残留量は７３２個、１０回目でのダスト残留量は２６個、２０回目でのダスト残留量は７個であった。

図７における（ｂ）の本発明のように、洗浄水を洗浄ミストに変えて噴霧させた場合では、１回目でのダスト残留量は１５５５７個、１０回目でのダスト残留量は３９個、２０回目でのダスト残留量は３２個であった。

これに対し、図７における（ｃ）の従来構造のように、洗浄水を真っ直ぐに洗浄ブラシに噴射させるとともにスクレーパを使用した構造の場合では、１回目でのダスト残留量は２８９６個、１０回目でのダスト残留量は２８６個、２０回目でのダスト残留量は１０６個であった。

したがって、本発明の（ａ）の構造では、（ｃ）の従来構造の場合と比べて、１枚、１０枚及び２０枚洗浄するいずれの場合においてもダスト残留量の数が激減し、ブラシ洗浄性能が向上していることが分かった。

また、洗浄水をミスト噴霧にした本発明の（ｂ）の構造では、１枚洗浄では有意な効果が見られないものの、１０枚及び２０枚洗浄では（ｃ）の従来構造に比べてダスト残留量が激減している。ミスト噴霧が洗浄を繰り返す際に顕著な効果を奏することが確認できた。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を成すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

１０ ：基板洗浄装置
１１ ：回転駆動ローラ
１２Ａ ：上ブラシユニット
１２Ｂ ：下ブラシユニット
１３Ａ ：上ユニットフレーム
１３Ｂ ：下ユニットフレーム
１４Ａ ：モータ
１４Ｂ ：モータ
１５ ：洗浄ブラシ
１６ ：洗浄水供給部
１７ ：スクレーパ
１８ ：枢軸
１９ ：洗浄水供給パイプ
２０ ：ブラシ洗浄装置
２１ ：ノズル
２２ ：洗浄ミスト
Ｗ ：ウエハ

Claims (5)

1. 基板を洗浄する洗浄ブラシを洗浄するためのブラシ洗浄装置であって、
   前記洗浄ブラシの外周に向けて洗浄ミストを噴霧するノズルを備えている、ことを特徴とするブラシ洗浄装置。
2. 前記ノズルは、平面視扇形に拡げた前記洗浄ミストを噴霧する、ことを特徴とする請求項１に記載のブラシ洗浄装置。
3. 前記ノズルは、前記洗浄ミストを側面方向から見て前記洗浄ブラシの外周と接する方向に向けて噴霧する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシ洗浄装置。
4. 前記ノズルは、前記洗浄ミストを側面方向から見て前記洗浄ブラシの外周下部と接する方向に向けて噴霧する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシ洗浄装置。
5. 前記洗浄ブラシの外周面に付着しているダストを剥ぎ落とすスクレーパを更に備えている、ことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のブラシ洗浄装置。