KR100464118B1

KR100464118B1 - 기판세정장치및기판세정방법

Info

Publication number: KR100464118B1
Application number: KR10-1998-0031667A
Authority: KR
Inventors: 히로키 다니야마
Original assignee: 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2005-06-17
Also published as: US6431184B1; JPH1154471A; KR19990023329A; DE19833197A1

Abstract

기판세정장치는,

기판을 유지하여 회전시키는 스핀척과,

이 스핀척에 의해 회전되는 기판에 처리액을 공급하는 액토출구를 가지며, 기판상에 처리액의 액막을 형성하는 처리액 공급기구와,

처리액의 액막에 초음파진동을 인가하는 초음파발진기와,

이 초음파발진기와 기판을 상대위치맞춤하기 위해서 상기 초음파발진기와 상기 스핀척을 상대적으로 이동시키는 상대이동기구와,

스핀척, 처리액공급기구, 초음파발진기, 상대이동기구를 각각 제어함으로써, 초음파발진기를, 기판의 반경에 따라 기판과는 비접촉이 되도록 위치시키고, 또한 처리액의 액막에 접촉하도록 위치시켜, 더욱 초음파발진기와 기판과의 이간거리(G), 처리액 공급량(Q), 기판회전속도(V)의 3자간의 관계를 최적화하는 제어수단을 구비한다.

Description

기판세정장치 및 기판세정방법

본 발명은, 반도체웨이퍼나 LCD용 유리기판과 같은 기판의 표면을 세정처리하는 기판세정장치 및 기판세정방법에 관한 것이다. 반도체디바이스의 제조공정에 있어서는, 반도체웨이퍼의 표면에 부착한 파티클, 유기오염물, 금속불순물 등의 오염물질(Contamination)을 제거하기 위해서 세정처리 시스템이 사용되고 있다. 낱장식의 웨이퍼 세정처리 시스템에서는, 스핀척으로 웨이퍼를 스핀회전시키면서 각종 약액으로 화학세정하고, 순수한 물로 린스하여, 그 위에 기체를 내뿜어 건조시킨다.

이러한 세정처리 시스템에 있어서, 약액에 초음파진동을 인가하여, 약액의 세정능력을 더욱 높이는 소위 메가소닉세정이 제안되어 있다. 예컨대 일본 특개소61-16528호 공보에는 노즐로부터 토출되기 전의 약액에 초음파진동을 인가하는 메가소닉세정이 개시되어 있다. 그러나, 종래의 메가소닉세정에 있어서는, 노즐로부터 웨이퍼를 향하여 약액을 토출공급하고 있는 사이에, 약액속에서 초음파진동이 감쇠되어 버려, 세정능력을 충분히 높일 수 없다. 또한, 약액중에 기포가 혼입하기 쉽고, 노즐내에 기포가 체류하면, 초음파가 웨이퍼 표면에 전달되지 않고 세정불량이 될 우려가 있다.

또한, 상기의 일본 특개소 61-16528호 공보의 종래 장치에서는, 노즐을 웨이퍼의 표면에 따라 스캔주사시키고, 웨이퍼의 표면전체에 일정하게 약액을 공급하도록 하고 있다. 그러나, 스캔주사노즐로부터 웨이퍼표면에의 초음파의 실조사(照射)시간이 짧으므로, 처리의 스루풋(throughput)이 낮다. 또한, 종래의 장치에서는, 웨이퍼의 표면전체를 충분히 세정하기 위해서는 다량의 약액이 필요하게 된다.

본 발명의 목적은, 기판의 표면을 얼룩 없이 일정하게 세정처리할 수 있는 고스루풋의 기판세정장치 및 기판세정방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 기판세정장치는,

기판을 유지하여 회전시키는 스핀척과,

상기 처리액의 액막에 초음파진동을 인가하는 초음파발진기와,

이 초음파발진기와 기판을 상대위치맞춤시키기 위해서 상기 초음파발진기와 상기 스핀척을 상대적으로 이동시키는 상대이동기구와,

상기 스핀척, 상기 처리액공급기구, 상기 초음파발진기, 상기 상대이동기구를 각각 제어함으로써, 상기 초음파발진기를, 기판의 반경에 따라 기판과는 비접촉이 되도록 위치시키고, 또한 상기 처리액의 액막에 접촉하도록 위치시켜, 그 위에 상기 초음파발진기와 기판과의 이간거리(G), 처리액 공급량(Q), 기판회전속도(V)의 3자간의 관계를 최적화하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

메가소닉세정에 있어서는, 처리액중의 물분자에 초음파진동이 전파하여, 진동하는 물분자가 파티클등의 이물질을 동요시키기 때문에, 이물질이 웨이퍼 표면에서 떨어지기 쉽게 된다. 이와 같이 초음파진동이 인가된 처리액은, 통상의 처리액에 비하여 세정능력이 높아진다.

본 발명에 의하면, 초음파발진기와 기판과의 이간거리(G), 처리액공급량(Q), 기판회전속도(V)의 3자간의 관계를 최적화 제어하므로, 기판상에 형성되는 처리액의 액막이 안정화함과 동시에, 초음파진동을 거의 감쇠시키지 않고 처리액에 효율적으로 인가할 수 있다.

이 경우에, 초음파발진기의 일끝단부는 기판의 회전중심 또는 회전중심에 이르지 않은 위치의 바로 위에 위치하고, 그 외의 끝단부는 기판의 둘레가장자리 근방의 바로 위에 위치하는 것이 바람직하다. 초음파발진기를 이와 같이 배치하면, 기판의 회전중심의 과잉세정을 방지할 수 있고, 기판의 전면에 걸쳐 균일하게 세정되도록 된다.

또한, 초음파발진기를 유지하고, 또 초음파발진기의 바로 옆으로 개구하도록 처리액 공급기구의 액토출구가 형성된 홀더를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같은 홀더를 이용하면, 액토출구로부터 토출된 직후의 처리액에 초음파진동을 인가할 수 있고, 세정효율이 더욱 향상한다. 또, 처리액공급기구의 액토출구와 초음파발진기는 따로 설치하여도 되는 것은 물론이다.

본 발명의 기판세정방법은, (a) 기판을 유지하고, 피세정면에 수직인 축주위에 기판을 회전시키는 공정과, (b) 회전하는 기판에 처리액을 공급하여 피세정면을 덮는 처리액의 액막을 형성하는 공정과, (c) 초음파발진수단을, 기판의 반경에 따라 기판과는 비접촉이 되도록 위치시키고, 또 상기 처리액의 액막에 접촉하도록 위치시켜, 초음파진동을 상기 처리액의 액막에 인가하는 공정과, (d) 상기 초음파발진수단과 기판과의 이간거리(G), 처리액공급량(Q), 기판회전속도(V)의 3자간의 관계를 최적화 제어하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

다음에, 도 7을 참조하여 본 발명의 각 요소의 수치한정에 대하여 각각 설명한다.

초음파발진수단과 기판과의 이간거리(G)는 0.5∼5.0mm의 범위내로 하는 것이 바람직하다. 이간거리(G)가 0.5 mm을 밑돌면 기판과 초음파발진수단이 충돌할 염려가 있으므로, 이간거리(G)의 하한치는 0.5mm으로 하였다. 한편, 이간거리(G)가 5.0mm을 상회하면, 기판의 표면과 초음파발진수단과의 사이에 처리액의 액막을 형성하는 것이 곤란하게 되므로, 이간거리(G)의 상한치는 5.0mm로 하였다. 이와 같은 범위로 이간거리(G)를 설정함으로써, 기포가 혼입하지 않고, 처리액의 액막을 기판상에 안정하게 형성할 수 있다.

처리액 공급량(Q)은 0.2∼2.0리터/분의 범위내로 하는 것이 바람직하다. 처리액 공급량(Q)이 0.2리터/분을 밑돌면, 기판의 세정에 필요한 양의 처리액이 부족하므로, 처리액 공급량(Q)의 하한치는 0.2리터/분으로 하였다. 한편, 처리액 공급량(Q)이 2.0리터/분을 상회하면, 토출류의 기세가 지나치게 과격해져 처리액속에 기포가 혼입하기 쉽게 되고, 또한 처리액의 소비량이 증대하므로, 처리액 공급량(Q)의 상한치는 2.0리터/분으로 하였다.

기판회전속도(V)는 40∼180rpm의 범위내로 하는 것이 바람직하다. 기판회전속도(V)가 40rpm을 밑돌면, 기판의 전면에 걸쳐서 처리액을 균일하게 공급하는 것이 곤란해지므로, 기판회전속도(V)의 하한치는 40rpm으로 하였다. 한편, 기판의 회전수가 180rpm을 상회하면, 액막이 불안정하게 되어 찢어지기 쉽게 되기 때문에, 기판회전속도(V)의 상한치는 180rpm으로 하였다.

또, 초음파의 주파수(ν)는 400kHz∼2MHz의 대역으로 설정하는 것이 바람직하다. 초음파의 주파수(ν)가 400kHz 미만이 되면, 처리액속에서 캐비테이션(Cavitation)에 의한 기포가 발생하기 쉽게 되기 때문이다. 한편, 초음파의 주파수 (ν)가 2MHz를 넘으면, 웨이퍼 표면이 받는 손상이 커지기 때문이다.

[실시예]

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 설명한다.

세정처리 시스템(1)은 캐리어스테이션(2)및 프로세스부(4)를 구비하고 있다. 캐리어스테이션(2)의 재치대는 X축방향으로 연장하고, 이 재치대상에 4개의 캐리어(C)가 배열재치되도록 되어 있다. 캐리어(C)에는 예를 들면 25매의 8인치지름 실리콘 웨이퍼(W)가 수납되어 있다.

캐리어스테이션(2)에는 재치대를 따라 연장하는 통로(3a)가 설치되고, 이 X통로내를 서브아암기구(3)가 주행하도록 되어 있다. 서브아암기구(3)는, 웨이퍼홀더와, 웨이퍼홀더를 전진 또는 후퇴시키는 진퇴구동기구와, 웨이퍼홀더를 X축방향으로 이동시키는 X축구동기구와, 웨이퍼 홀더를 Z축방향으로 이동시키는 Z축구동기구와, 웨이퍼 홀더를 Z축주위로 회전시키는 θ 회전구동기구를 구비하고 있다. 이 서브아암기구(3)가 캐리어(C)로부터 세정전의 웨이퍼(W)를 1매씩 꺼내어, 주아암기구(5)에 건네주고, 또한 세정후의 웨이퍼(W)를 주아암기구(5)로부터 건네받아, 캐리어(C)로 되돌리도록 되어 있다.

프로세스부(4)는, 주아암기구(5)와, 2쌍의 세정유니트(7, 8)와, 1쌍의 건조유니트(9)를 구비하고 있다. 프로세스부(4)의 한쪽편의 유니트(7, 8, 9)는 다른편쪽의 유니트(7, 8, 9)와 반송로(6)를 사이에 두고 마주 향하고 있다. 반송로(6)는 프로세스부(4)의 중앙에 Y축방향으로 연장하고 있으며, 이 반송로(6)를 따라 주아암기구(5)가 주행할 수 있도록 되어 있다. 주아암기구(5)는, 웨이퍼 홀더와, 웨이퍼 홀더를 전진 또는 후퇴시키는 진퇴구동기구와, 웨이퍼 홀더를 X축방향으로 이동시키는 X축구동기구와, 웨이퍼 홀더를 Z축방향으로 이동시키는 Z축구동기구와, 웨이퍼 홀더를 Z축주위로 회전시키는 θ 회전구동기구를 구비하고 있다. 이 주아암기구(5)는 서브아암기구(3)로부터 주고받아지는 웨이퍼(W)를 각 유니트(7, 8, 9)로 반송하고, 또 처리완료의 웨이퍼(W)를 서브아암기구(3)에 주고받도록 되어 있다. 또, 각 처리유니트의 조합은, 웨이퍼(W)에 대한 세정처리의 종류에 따라 임의로 바꿀 수 있다.

세정유니트(7, 8)는, 웨이퍼(W)를 유지하여 회전시키는 스핀척(10)과, 웨이퍼(W)에 약액 및 순수한 물을 공급하는 공급기구(20)와, 웨이퍼(W)에 이소프로필알콜(IPA)증기 및 드라이N2가스를 공급하는 건조기구(21)와, 콘트롤러(35)와, 컵(40)을 구비하고 있다.

건조유니트(9)는, 웨이퍼(W)를 유지하여 회전시키는 스핀척(도시하지 않음)과 웨이퍼(W)에 순수한 물을 공급하는 순수한 물공급기구(도시하지 않음)과, 웨이퍼(W)에 이소프로필알콜(IPA)증기 및 드라이N2가스(불활성가스)를 공급하는 공급기구(도시하지 않음)와, 콘트롤러(도시하지 않음)와, 컵(도시하지 않음)을 구비하고 있다.

다음에, 도 2∼도 4를 참조하면서 본 발명의 기판세정장치(세정유니트)에 대하여 설명한다. 또, 세정유니트(7, 8)는 사용약액을 제외하면 실질적으로 동일하므로, 여기서는 이들을 대표하여 세정유니트(7)에 대해서만 설명한다.

세정유니트(7)의 케이싱(7a)내에는, 스핀척(10)과, 처리액(약액 및 순수한 물)을 웨이퍼(W)에 공급하는 처리액 공급기구(20)와, N2가스(불활성가스)및 IPA증기의 혼합 기체를 웨이퍼(W)에 공급하는 건조기구(21)와, 컵(40)이 수용되어 있다.

스핀척(10)은, 구동모터(11)와, 구동모터(11)의 구동축에 연결된 회전축(12)과, 회전축(12)의 상부에 장착된 재치판(13)과, 재치판(13)의 둘레가장자리부에 세워 설치된 유지부(14)를 구비한다. 웨이퍼(W)는, 유지부(14)에 의해서 둘레가장자리부에 지지되고, 재치판(13)과는 접촉하지 않는다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 처리액 공급기구(20)는, 승강기구(31) 및 요동기구에 의해 가동으로 지지된 상자형상의 홀더(22)를 구비하고 있다.

이 홀더(22)의 한쪽편에는 약액공급유로(25) 및 순수한 물공급유로(27)의 토출구(28A)가 배열되어 있다. 즉, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 홀더(22)를 웨이퍼(W)의 반경을 덮도록 대면배치했을 때에, 2개의 토출구(28)는 웨이퍼(W)의 회전중심근방의 바로 위에 위치하고, 약액 또는 순수한 물이 웨이퍼(W)의 회전중심부근에 공급되도록 되어 있다. 또, 약액공급유로(25)는 펌프(24)를 통해 약액공급원(36)에 연이어 통하고 있다. 약액공급원(36)에는 불소산용액이나 암모니아과산화수소혼합용액 등의 약액(화학세정액)이 수용되어 있다. 또한, 순수한 물공급유로(27)는 펌프(26)를 통해 순수한 물공급원(38)에 연이어 통하고 있다. 순수한 물공급원(38)에는 린스액으로서의 순수한 물이 수용되어 있다. 또, 각 펌프(24, 26)는 콘트롤러(35)에 의해 동작이 제어된다.

홀더(22)의 상부에는 승강기구(31)의 수직축(30)이 연결되어 있다. 승강기구(31)는 수직축(30)을 승강시키는 에어실린더이다. 또, 승강기구(31)는 요동기구의 수평아암(32)의 일끝단에 연결지지되어 있다. 수평아암(32)의 다른끝단은 수직축(33)의 상단에 연결되고, 수직축(33)의 하단은 모터(34)의 구동축에 연결되어 있다. 이들 승강기구(31)및 요동기구에 의해 초음파진동자(23)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 사용시에는 웨이퍼(W)의 표면으로부터 소정의 이간거리(G)만큼 떨어진 곳에 위치되고, 비사용시에는 홈위치로 퇴피하도록 되어 있다. 또, 콘트롤러(35)의 출력부에 승강기구(31), 펌프(24, 26) 및 구동모터(11)의 전원회로가 각각 접속되고, 각 동작이 제어되도록 되어 있다. 이 콘트롤러(35)는, 초음파진동자와 웨이퍼와의 이간거리(G), 처리액 공급량(Q), 웨이퍼회전속도(V)의 3자간의 관계를 최적화 제어한다.

홀더(22)에는 초음파진동자(23)가 유지되어 있다. 초음파진동자(23)는, 웨이퍼(W)의 반경과 거의 같은 길이를 가지며, 스핀척(10)에 유지된 웨이퍼(W)의 대략 회전중심에서 둘레가장자리부까지에 걸쳐 연장하고 있다. 초음파진동자(23)는, 전극(23a)과, 전극(23a)에 접착된 발진소자(23b)와, 발진소자(23b)에 접착된 전달부재(23c)를 구비하고 있다. 전극(23a)에 전류를 통하면, 발진소자(23b)로부터 주파수900KHz의 초음파가 발진되고, 전달부재(23c)에 초음파가 전해지고, 전달부재(23c)를 통해 액막(50)에 초음파진동이 인가되도록 되어 있다. 또, 전달부재(23c)의 하부는 홀더(22)보다도 더 아래쪽으로 약간 돌출하고 있다. 전달부재(23c)는 석영과 같은 내식성재료로 만들어져 있다.

이와 같은 초음파진동자(23)를 웨이퍼(W) 상에 형성된 액막(50)에 접촉배치함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에서 부착파티클 등을 효율적으로 제거할 수 있다. 다만, 초음파진동자(23)의 일끝단측은, 처리중에 있어서 웨이퍼(W)의 회전중심 또는 회전중심에 이르지 않은 곳에 위치된다. 또한, 웨이퍼(W)와 초음파진동자(23)와의 이간거리(G)는, 기포가 혼입하지 않는 액막(50)을 웨이퍼(W)상에 형성하기 위해서, 0.5∼5.0mm의 범위로 설정된다. 한편, 웨이퍼(W)의 세정처리후는, 홀더(22)를 상승시키고, 그 위에 요동시켜 홈위치로 퇴피시킨다.

또한, 컵(40)내의 분위기는, 컵(40)의 바닥부로부터, 외부에 설치되어 있는 진공펌프(기압양수기) 등의 배기수단(도시하지 않음)에 의해서 배기된다. 또한, 세정처리중에 웨이퍼(W)에서 원심분리된 액분은, 컵(40)의 바닥부로 흐르고, 배액관(41)을 통하여 배출된다.

다음에, 도 5를 참조면서 상기 시스템(1)을 이용하여 실리콘 웨이퍼(W)를 세정 처리하는 경우에 대하여 설명한다.

우선, 반송로보트(도시하지 않음)가 캐리어(C)를 캐리어스테이션(2)에 반입하고, 재치대에 재치한다. 캐리어(C)에는 아직 세정되어 있지 않은 25매의 실리콘 웨이퍼(W)가 수납되어 있다. 서브아암기구(3)가 캐리어(C)에서 웨이퍼(W)를 1매만 꺼내어, 이것을 주아암기구(5)에 건네준다. 주아암기구(5)는 웨이퍼(W)를 세정유니트(7, 8)에 차례차례로 반송한다. 각 세정유니트(7, 8)에는 각종 약액을 이용하여, 웨이퍼(W)의 표면에 부착하고 있는 유기오염물질, 파티클등의 이물질을 제거한다.

여기서 세정처리를 대표하여, 제1 세정유니트(7)에 있어서 웨이퍼(W)를 세정처리하는 경우에 대하여 설명한다. 셔터(도시하지 않음)를 열고, 개구를 통해 주아암기구(5)의 웨이퍼홀더를 제1 세정유니트(7)내에 삽입하고, 웨이퍼(W)를 스핀척(10)의 재치판(13)상에 재치한다(공정 S1). 구동모터(11)를 기동하여 스핀척(10)의 회전을 시작한다(공정 S2). 요동기구의 수평아암(32)을 요동선회시켜, 홀더(22)를 홈위치로부터 컵(40)의 윗쪽으로 이동시킨다. 이어서, 승강기구(31)에 의해 홀더(22)를 하강하고, 초음파진동자(23)를 웨이퍼(W)의 표면에 근접시킨다. 그 위에, 콘트롤러(35)로부터 승강기구(31)에 제어신호가 보내지고, 웨이퍼(W)와 초음파진동자(23)와의 이간거리(G)가 최적제어된다. 이 이간거리(G)의 최적제어는, 웨이퍼(W)의 표면에 최적의 약액의 액막(50)을 형성할 수 있도록 0.5∼5.0mm의 범위내에서 행하여진다(공정 S3).

펌프(24)를 기동하여, 약액공급원(36)으로부터 약액공급유로(25)및 홀더(22)를 통해 웨이퍼(W)에 약액의 공급을 시작한다(공정 S4). 이에 따라 공급액과 배출액이 밸런스하고, 어떤 두께를 갖는 액막(50)이 웨이퍼(W)와 초음파진동자(23)와의 사이에 형성된다. 전극(23a)에 전류를 통하고, 발진소자(23b)에서 초음파를 발진시켜, 전달부재(23c)를 통해 액막(50)에 초음파진동을 인가한다(공정 S5). 이에 따라 액막(50)중의 물분자에 진동력이 부여되고, 약액의 세정력이 향상한다. 이 때, 콘트롤러(35)로부터 소정의 제어신호가 펌프(24)에 보내지고, 약액공급량(Q)이 최적제어된다. 이 약액공급량(Q)의 제어는, 기포의 혼입이 없이 액밀봉인 액막(50)이 웨이퍼(W)의 표면에 형성되도록 0.2∼2.0리터/분의 범위내에서 행하여진다(공정 S6). 또한, 마찬가지로 콘트롤러(35)로부터 소정의 제어신호가 구동모터(1l)에 송신되고, 웨이퍼회전속도(V)가 최적제어된다(공정 S7). 이 웨이퍼 회전속도(V)의 제어는, 웨이퍼(W)의 표면에 기포의 혼입이 없이 액밀봉인 액막(50)이 형성되도록 40∼180rpm의 범위내에서 행하여진다.

여기서, 초음파진동자(23)의 발진끝단부는, 웨이퍼(W)의 회전중심 또는 회전중심으로 이르지 않은 위치에 배치된다. 만약, 초음파진동자(23)의 발진끝단부가 웨이퍼(W)의 회전중심을 넘은 위치까지 뻗어나와 있으면, 웨이퍼(W)의 회전중심은 다른 부분에 비해서 과잉으로 세정되고, 웨이퍼 전체로서 세정도에 불균일이 생겨 버리기 때문이다. 또, 처리액은, 유로(25, 27)를 통하여 홀더(22)내에 유입하고, 웨이퍼(W)의 회전중심측으로 토출된다. 또한, 처리액은, 토출구(29)로부터 웨이퍼(W)의 회전중심영역으로 토출되고, 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 전면에 균등하게 확대한다.

처리중에 있어서, 액막(50)은, 웨이퍼(W)와 초음파진동자(23)와의 사이에 개재하므로, 붕괴되지 않고(찢어지지 않고) 안정하게 유지된다. 또한, 초음파진동은 거의 감쇠하지 않고 액막(50)중을 전파하므로, 약액의 세정능력이 비약적으로 향상한다. 이렇게 하여 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 효율적인 메가소닉세정이 이루어진다. 또, 약액에 주어지는 진동은, 400kHz에서 2 MHz까지의 주파수대역의 초음파이므로, 액속의 캐비테이션의 발생이 없고, 웨이퍼(W)에 손상을 주지 않고 미세한 파티클등을 제거할 수 있다.

소정시간경과후에 펌프(24)를 정지시키고, 웨이퍼(W)에 대한 약액의 공급을 정지시킨다(공정 S8). 이어서, 펌프(26)를 기동시키고, 순수한 물공급원(38)으로부터 순수한 물공급유로(27) 및 홀더(22)를 통해 순수한 물의 공급을 시작한다(공정 S9). 이 린스공정에서는, 상기와 같이, 초음파진동자와 웨이퍼와의 이간거리(G), 처리액 공급량(Q), 웨이퍼 회전속도(V)의 3자간의 관계를 최적화제어하여, 웨이퍼(W)의 표면전체에 대하여 얼룩이 없는 린스처리를 하는 것이 좋다. 소정시간경과후에 펌프(26)를 정지시키고, 웨이퍼(W)에 대한 순수한 물의 공급을 정지시킨다(공정 S10).

승강기구(31)에 의해 홀더(22)를 상승시키고, 컵(40)의 윗쪽으로 퇴피시킨다. 또, 요동기구의 수평아암(32)을 요동선회시키고, 홀더(22)를 컵(40)의 윗쪽으로부터 홈위치로 이동시킨다(공정 S11). 계속해서, 건조기구(21)가 이동하여 웨이퍼(W)의 윗쪽에 위치된다. 웨이퍼(W)를 고속회전시켜, 부착액을 웨이퍼(W)로부터 원심분리제거함과 동시에(공정 Sl2), 건조기구(21)로부터 N2가스와 IPA증기의 혼합유체를 웨이퍼(W)의 표면에 공급하여 건조처리를 행한다(공정 S13). 혼합유체의 공급을 정지하고, 건조기구(21)를 퇴피시켜, 웨이퍼(W)의 회전을 정지시킨다(공정 S14). 셔터를 열고, 주아암기구(5)에 의해 처리완료의 웨이퍼(W)를 제1 세정유니트(7)로부터 반출한다(공정 S15). 더욱, 웨이퍼(W)를 다음 제2 세정유니트(8)로 반송하고, 다른 종류의 약액을 이용하여 세정처리한다. 최종적으로 웨이퍼(W)는 건조유니트(9)에 있어서 순수한 물로 린스되고, IPA증기와 N2가스로 건조된다. 이렇게 해서, 프로세스부(4)에서의 처리공정이 종료한 웨이퍼(W)는 다시 캐리어(C)에 수납되고, 계속해서, 나머지의 24매의 웨이퍼(W)에 대하여도 1매씩 마찬가지의 처리가 행해진다. 이렇게 해서, 25매의 웨이퍼(W)의 처리가 종료하면 캐리어(C) 단위로 세정처리 시스템(1)밖으로 반출된다.

상기 실시형태에 의하면, 초음파진동자(23)를, 웨이퍼(W)와 비접촉으로, 또, 처리액의 액막(50)에 접촉시켜 배치함으로써, 초음파진동을 거의 감쇠시키지 않고 웨이퍼에 인가할 수 있다. 이로써, 효율적인 메가소닉세정을 할 수 있게 된다. 또한, 초음파진동자(23)를 액막(50)에 접촉배치하여, 진동자(23)와 웨이퍼(W)와의 사이를 액막(50)으로 연결함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 균등하게 처리액을 공급할 수 있도록 된다. 이에 따라 웨이퍼(W)의 표면전체를 효율적으로 얼룩이 없는 세정처리를 하는 것이 가능해지고, 처리능력을 향상시킬 수 있게 된다.

또, 상기 실시형태에서는 웨이퍼(W)를 세정하는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이것에만 한정되지 않고, LCD용 유리기판과 같은 다른 기판을 세정처리하는 장치에도 적용가능하다.

또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 처리액토출부(22A)와 초음파진동자(23)를 따로 설치하도록 하여도 좋다. 이와 같은 처리액토출부(22A)는 웨이퍼(W)의 회전중심근방의 바로 위에 배치되고, 유로(25, 27)의 각 토출구(28A)에서 처리액을 웨이퍼(W)를 향하여 토출공급하도록 되어 있다. 또, 처리액토출부(22A)의 하부에 토출구(28A)를 둘러싸도록 커버부(29)를 형성하고 있다. 이 커버부(29)에 의해 처리액이 주위에 튀어흩어지지 않도록 하고 있으므로, 초음파진동자(23)의 전극(23a)이나 발진소자(23b)에 처리액이 거의 부착하지 않게 된다.

다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 실험을 하였다. 도 2에 나타내는 장치를 실제로 제작하여, 초음파진동자와 웨이퍼와의 이간거리(G)(mm), 약액공급량(Q)(리터/분), 웨이퍼회전속도(V)(rpm)의 3자간의 관계에 대하여 조사하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다.

표 1

단, 표 l 중의 각 수치는 세정처리가능한 웨이퍼 회전속도(V)(rpm)의 상한치를 나타내며, 「N.G.」는 세정불능인 것을 나타낸다.

이간거리(G)를 0.5mm, 1.0mm, 2.0mm, 3.0mm, 4.0mm, 5.0mm, 5.5mm, 6.0mm로 바꿈과 동시에, 각 이간거리(G)마다에 약액공급량(Q)을 0.2리터/분, 0.5리터/분, 1.0리터/분, 2.0리터/분으로 되풀이하여 바꾸었다. 그리고, 각 이간거리(G)와 약액공급량(Q)에 있어서, 웨이퍼표면에 기포의 혼입이 없이 액밀봉인 약액의 액막(50)을 적합하게 형성할 수 있는 웨이퍼 회전속도(V)를 조사하였다.

도 7 및 표 1의 결과로부터 이하의 것이 판명되었다.

먼저, 이간거리(G)가 0.5mm 미만에서는, 초음파진동자의 위치제어가 어렵고, 웨이퍼에 초음파진동자가 충돌할 우려가 있다. 한편, 이간거리(G)가 5.0mm을 넘으면, 약액공급량(Q)을 늘려 웨이퍼 회전속도(V)를 내린다고 해도, 웨이퍼와 초음파진동자와의 사이에 액밀봉인 약액의 액막(50)을 형성하는 것은 곤란하게 된다.

약액공급량(Q)이 0.2리터/분 미만에서는, 처리액의 공급량이 부족하고, 필요한 세정능력이 발휘되지 않는다. 한편, 약액공급량(Q)이 2.0리터/분을 넘으면, 약액토출류의 기세가 지나치게 심해져 약액중에 기포가 혼입하기 쉽게 됨과 동시에, 약액의 소비량이 증대하여 고비용이 된다.

웨이퍼 회전속도(V)가 40rpm 미만에서는, 웨이퍼(W)의 표면에 처리액을 균등하게 공급하는 것이 곤란하게 된다. 한편, 웨이퍼 회전속도(V)가 180rpm을 넘으면, 원심력이 지나치게 크게 되어 액막이 찢어지기 쉽고, 세정처리가 불안정하게 된다.

이간거리(G)와 약액공급량(Q)과의 관계에 있어서는, 이간거리(G)가 증대함에 따라서, 액밀봉인 약액의 액막(50)을 안정화시키기 위해서, 약액공급량(Q)을 상대적으로 올릴 필요가 있다.

또한, 이간거리(G)와 웨이퍼 회전속도(V)와의 관계에 있어서는, 이간거리(G)가 증대함에 따라서, 액밀봉인 약액의 액막(50)을 안정화시키기 위해서, 웨이퍼 회전속도(V)를 상대적으로 내릴 필요가 있다.

또한, 약액공급량(Q)과 웨이퍼 회전속도(V)와의 관계에 있어서는, 약액공급량(Q)이 증가함에 따라서, 웨이퍼 회전속도(V)를 올릴 수 있다.

이상으로부터, 이간거리(G)는 0.5∼5.0mm의 범위내가 바람직하고, 약액공급량(Q)은 0.2∼2.0리터/분의 범위내가 바람직하고, 웨이퍼 회전속도(V)는 40∼180rpm의 범위내가 바람직하다고 하는 결과를 얻었다. 또, 기포의 혼입이 없이 액밀봉인 약액의 액막(50)이 안정하게 형성될 수 있도록 이간거리(G)와 약액공급량(Q)과 웨이퍼회전속도(V)와의 관계를 그래프화하여 도 7에 나타낸다.

본 발명에 의하면, 기판의 표면에, 진동이 감쇠하기 전에, 기포의 혼입이 없이 액밀봉인 처리액의 액막을 균일하게 형성할 수 있는 처리장치를 실현함으로써, 기판의 표면전체에 대하여 효율적이고 얼룩이 없는 세정처리를 하는 것이 가능해진다. 따라서, 기판에 대한 세정의 처리능력이 향상하고, 생산성이 향상한다.

도 1은, 기판세정장치를 나타내는 평면도.

도 2는, 본 발명의 실시형태에 따른 기판세정장치를 나타내는 블록단면도.

도 3은, 제 1 실시형태의 기판세정장치를 나타내는 부분단면도.

도 4는, 제 1 실시형태의 기판세정장치를 나타내는 평면도.

도 5는, 본 발명의 실시형태에 따른 기판세정방법을 나타내는 플로우 챠트.

도 6은, 제 2 실시형태의 기판세정장치를 나타내는 부분단면도.

도 7은, 초음파진동자와 기판과의 이간거리(G)(mm), 약액토출량(Q) (l/분), 기판회전속도(V)(rpm)의 3자간의 상관관계를 나타내는 특성선도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 세정처리시스템 2 : 캐리어스테이션

3 : 서브아암기구 3a : 통로

4 : 프로세스부 5 : 주아암기구

6 : 반송로 7, 8 : 세정유니트

7a : 케이싱 9 : 건조유니트

10 : 스핀척 11 : 구동모터

12 : 회전축 13 : 재치판

14 : 유지부 20 : 처리액 공급기구

21 : 건조기구 22 : 홀더

22A : 처리액토출부 23 : 초음파진동자

23a : 전극 23b : 발진소자

23c : 전달부재 24, 26 : 펌프

25 : 약액공급유로 27 : 순수한 물공급유로

28A : 토출구 29 : 커버부

30 : 수직축 31 : 승강기구

32 : 수평아암 33 : 수직축

34 : 모터 35 : 콘트롤러

36 : 약액공급원 38 : 순수한 물공급원

40 : 컵 41 : 배액관

50 : 액막 C : 캐리어

W : 웨이퍼

Claims

기판을 유지하여 회전시키는 스핀척과,

이 스핀척에 의해 회전되는 기판에 처리액을 공급하는 액토출구를 가지며, 기판상에 처리액의 액막을 형성하는 처리액 공급기구와,

상기 처리액의 액막에 접촉하하여 초음파진동을 전달하는 전달부재를 가지는 초음파발진기와,

상기 전달부재와 기판을 상대위치맞춤하기 위해서 상기 초음파발진기와 상기 스핀척을 상대적으로 이동시키는 상대이동기구와,

상기 스핀척의 회전속도(V), 상기 처리액공급기구로부터의 처리액의 공급량(Q) 및 상기 전달부재와 기판과의 이간거리(G)를 각각 제어함으로써, 상기 전달부재를 기판의 반경에 따라 기판과는 비접촉이 되도록 위치시키고, 또한 상기 전달부재가 기판상의 액막에 접촉하도록 상기 전달부재의 적어도 일부를 기판상의 액막내에 위치시키고, 더욱 상기 이간거리(G), 처리액 공급량(Q) 및 기판회전속도(V)의 3자간의 관계를 최적화제어하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 기판세정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 초음파발진기는, 기판의 회전중심 또는 회전중심으로 이르지 않은 위치의 바로 위에 위치하는 일끝단부와, 기판의 둘레가장자리근방의 바로 위에 위치하는 다른끝단부를 갖는 기판세정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 초음파발진기를 유지하고, 또한 상기 초음파발진기의 바로 옆으로 개구하도록 상기 액토출구가 형성된 홀더를 갖는 기판세정장치.
제 3 항에 있어서,

상기 상대이동기구는, 상기홀더를 XY 평면내에서 이동시키는 이동기구와, 상기 홀더를 Z축방향으로 이동시키는 승강기구를 구비하고, 상기 처리액 공급기구의 액토출구를 기판의 회전중심 또는 회전중심근방의 바로 위에 위치시키는 기판세정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어수단이 상기 상대이동기구를 제어함으로써, 상기 이간거리(G)를 0.5∼5.0mm의 범위내로 조정하고, 또한

상기 제어수단이 상기 처리액공급기구를 제어함으로써, 상기 처리액 공급량(Q)를 0.2~2.0 리터/분의 범위내로 조정하고, 또한

상기 제어수단이 상기 스핀척을 제어함으로써, 상기 기판회전속도(V)를 40~180rpm의 범위내로 조정하는 기판세정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 처리액 공급기구는, 약액을 토출하기위한 제1 액토출구와, 린스액을 토출하기 위한 제2 액토출구를 갖는 기판세정장치.
(a) 기판을 유지하고, 피세정면에 수직인 축주위에 기판을 회전시키는 공정과,

(b) 회전하는 기판에 처리액을 공급하여 피세정면을 덮는 처리액의 액막을 형성하는 공정과,

(c) 초음파발진수단의 전달부재를, 기판의 반경에 따라 기판과는 비접촉이 되도록 위치시키고, 또한 상기 전달부재가 기판상의 액막에 접촉하도록 상기 전달부재의 적어도 일부를 액막내에 위치시켜, 상기 전달부재로부터 초음파진동을 상기 처리액의 액막에 인가하는 공정과,

(d) 상기 전달부재와 기판과의 이간거리(G)를 0.5∼0.5mm의 범위내로 제어하고, 처리액 공급량(Q)을 0.2~2.0 리터/분의 범위내로 제어하고, 기판회전속도(V)를 40 ~ 180rpm의 범위내로 제어하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판세정방법.
제 7 항에 있어서,

상기 공정(c)에서는, 기판의 회전중심 또는 회전중심으로 이르지 않은 위치의 바로 위로부터 기판의 둘레가장자리까지 걸치는 액막에 초음파진동을 인가하는 기판세정방법.