KR100661867B1 - 기판 처리장치 및 기판 처리방법 - Google Patents
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Abstract
기판으로의 데미지를 억제하면서 기판을 균일하게 처리하는 것이 가능한 기판 처리장치 및 방법을 제공한다.
복수개의 척핀(17)에 유지된 기판(W)에 차단판(3)을 대향 배치해서 처리액 노즐(5)로부터 기판 표면(Wf)과 차단판(3)의 대향면(3a)에 끼워진 공간(SP)에 처리액을 공급함으로써 처리액에 의한 액밀(液密) 상태를 형성한다. 그리고, 처리액에 의한 액밀 상태를 형성한 채 기판(W)과 차단판(3)을 회전시킨다. 이 상태에서, 초음파 노즐(7)로부터 차단판(3)의 측벽면(3b)에 대해서 대략 수직으로 초음파 진동이 전파한 액(순수)을 맞힌다. 초음파 진동은 차단판(3)의 내부를 수평방향으로 넓혀 가고, 그 일부의 진동파는 차단판(3)의 대향면(3a)으로부터 액밀 상태의 처리액으로 널리 균일하게 전달되어 그 처리액을 진동시킨다. 이 때문에, 기판 표면(Wf)에 대해서 진동 에너지가 집중하는 일 없이, 기판(W)의 데미지를 억제하면서 기판(W)을 균일하게 처리할 수 있다.
기판, 데미지, 처리장치, 척핀, 차단판, 처리액, 노즐, 초음파, 진동
Description
도 1은 본 발명에 관한 기판 처리장치의 일실시형태를 나타내는 도면이다.
도 2는 초음파 노즐의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 기판 처리장치의 동작을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 4는 도 1의 기판 처리장치의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 차단판의 변형 태양을 나타내는 도면이다.
[도면의 주요 부분에 대한 간단한 부호의 설명]
3 차단판(진동부재), 3a 대향면,
3b 측벽면, 5 처리액 노즐(처리액 공급수단)
7 초음파 노즐(초음파 부여수단),
13 척 회전 구동기구(기판 회전수단),
17 척핀(기판 유지수단)
33 차단판 회전 구동기구(진동부재 회전수단),
D (기판의 피처리면의)평면 사이즈,
SP (기판의 피처리면과 진동부재의 대향면에 끼워진)공간,
W 기판,
Wf (기판의)피처리면
본 발명은, 반도체 웨이퍼, 포토마스크(photomask)용 유리 기판, 액정용 유리 기판, 플라즈마 표시용 유리 기판, 광디스크용 기판 등 각종 기판에 대해서 초음파를 전파(傳播)시켜 세정처리 등 소정의 처리를 실시하는 기판 처리장치 및 방법에 관한 것이다.
종래부터 기판 상에 부착한 파티클 등의 미소한 오염물질을 제거하기 위해서, 처리액을 기판에 공급하는 동시에 해당 처리액에 초음파 진동을 부가해서 기판에 전파시키고 있었다. 이것에 의해, 처리액에 의한 화학적 세정에 부가하여, 초음파에 의한 물리적인 진동이 부여되는 것으로 기판의 세정 효과가 높아져, 파티클이 효과적으로 제거된다. 여기에서, 기판의 세정 방법으로서, 다수 매의 기판을 한번에 처리액 중에 침지(浸漬)시켜 처리하는 배치식의 세정방법과, 1매마다 기판 표면에 처리액을 공급해서 처리하는 매엽(枚葉)식의 세정방법이 있다.
매엽식의 기판 처리장치로서, 예컨대 특허문헌1에 기재된 장치가 제안되어 있다. 이 장치에서는, 기판의 이면(비디바이스면)에 근접해서 대향하는 대향부재(platter)에 1개 이상의 초음파 진동자를 매설(埋設)함으로써, 기판과 대향부재의 쌍방에 접촉하고 있는 약제를 통해서 기판에 초음파 진동을 전파시키고 있다. 기판 이면으로 입사한 초음파의 몇할인가는 기판을 투과해서 기판의 표면(디바이스면)에 도달한다. 이때, 기판의 상방에 배치된 노즐로부터 기판 표면을 향해서 약제를 공급함으로써, 그 약제가 기판 표면 측으로 전파한 초음파에 의해 진동하게 된다. 이렇게 해서, 초음파 진동이 부가된 약제에 의해 기판 표면에 대한 세정이 행하여진다.
또한, 특허문헌2에 기재된 장치에서는, 기판 표면에 대향해서 배치되어 처리액을 공급하는 처리액 가이드에 초음파 진동자를 조립하여, 처리액에 초음파 진동을 전파시켜 세정 효과를 높이고 있다.
[특허문헌1] 일본특허공표 2004-515053호 공보(제20-22페이지, 도 2A)
[특허문헌2] 일본특허공개 평8-130202호 공보(단락「0042」~「0043」, 도 5)
그런데, 디바이스 제조 과정에서 기판 상에 형성되는 패턴은 해마다 미세화하고, 기판 상의 파티클을 제거하기 위해서 지나친 물리적 충격이 기판에 가해지면, 용이하게 패턴이 도괴(倒壞), 파손해 버린다. 그 때문에, 기판 상에서 파티클을 제거하는 만큼의 에너지를 갖는 초음파를 기판에 조사하면서도, 기판 상에 형성된 패턴에 데미지를 주지 않을 정도의 에너지가 되도록, 기판에 도달하는 진동 에너지의 문턱치를 컨트롤 할 필요가 있다. 더구나, 기판의 피처리면 내에서 파티클의 제거 성능이 치우치는 일이 없도록, 컨트롤 된 진동 에너지를 초음파 세정되는 피처리면에 대해서 균등하게 전파시킬 필요가 있다.
종래 장치에서는, 기판에 근접해서 대향하는 대향부재에 직접 초음파 진동자를 설치해서 기판에 초음파 진동을 전파시키고 있기 때문에, 다음과 같은 문제가 있었다. 즉, 초음파 진동자 바로 그것의 크기는 한정되어 있다. 이 때문에, 소정의 문턱치로 컨트롤 된 초음파 진동 에너지를 피처리면 전체에 균등하게 전파시키기 위해서는, 복수의 진동자를 대향부재에 기판의 피처리면에 대해서 전체 균일해지도록 설치하는 동시에, 개개의 진동자로부터의 발진 출력을 패턴에 데미지를 주지 않을 정도의 에너지가 되도록 저출력이고 또 흐트러지지 않게 제어해야 할 필요가 있다. 그렇지만, 각 진동자가 갖는 특성 변동의 영향에 부가해서, 대향부재로의 진동자의 설치를 전체 균일하게 행하는 것은 극히 곤란하고, 진동 에너지가 피처리면 전체에 균등하게 전파되지 않고 집중해 버린다. 그 결과, 기판 상에 형성된 패턴에 데미지를 주어버려, 기판을 균일하게 처리할 수 없는 경우가 있었다. 게다가, 개개의 진동자의 발진 출력을 저출력 상태에서 또 흐트러지지 않게 컨트롤 하는 것은 사실상 불가능이다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 기판으로의 데미지를 억제하면서 기판을 균일하게 처리하는 것이 가능한 기판 처리장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 기판 처리장치는, 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판을 대략 수평자세로 유지하는 기판 유지수단과, 초음파 진동을 전파 가능한 재료로 형성되는 동시에, 기판 유지수단에 유지된 기판의 피처리면과 대향 가능한 대향면을 갖고, 상기 대향면을 피처리면에서 이간(離間) 대향된 진동부재와, 기판의 피처리면과 진동부재의 대향면에 끼워진 공간에 처리액을 공급함으로써 상기 공간에 처리액 을 액밀 상태로 모으는 처리액 공급수단과, 진동부재의 대향면을 제외한 비대향면에 초음파 진동이 전파한 액을 맞히는 초음파 부여수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 기판 처리방법은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 초음파 진동을 전파 가능한 재료로 형성된 진동부재의 일면을 기판 대향면으로 해서 기판의 피처리면에 대향 배치하는 진동부재 배치공정과, 기판의 피처리면과 진동부재의 대향면에 끼워진 공간에 처리액을 공급함으로써 처리액에 의한 액밀 상태를 형성하는 액밀 형성공정과, 진동부재의 대향면을 제외한 비대향면에 초음파 진동이 전파한 액을 맞히는 초음파 부여공정을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
이렇게 구성된 발명(기판 처리장치 및 방법)에서는, 진동부재가 기판의 피처리면과 대향해서 이간하여 배치되는 것으로, 기판의 피처리면과 진동부재의 대향면과의 사이에는 공간이 형성된다. 그리고, 이 공간에 대해서 처리액이 공급되는 것으로 그 공간에 처리액에 의한 액밀 상태가 형성된다. 이 상태에서, 진동부재의 대향면을 제외한 비대향면에 초음파 진동이 전파한 액을 맞히는 것에 의해 초음파 진동을 진동부재에 전파시키고 있다. 진동부재에 전파된 초음파 진동은 진동부재 내를 분산하면서 넓어져 간다. 그 일부의 진동파는 진동부재의 대향면 전체로부터 액밀 상태의 처리액으로 널리 균일하게 전달되어 그 처리액을 진동시킨다. 따라서, 초음파 진동 에너지를 균등하게 분산시키면서 기판의 피처리면에 전파시킬 수 있다. 이렇게, 초음파 진동이 전파한 액을 통해서 진동 에너지를 진동부재 전체에 균등하게 분산시키고 있기 때문에, 기판의 피처리면에 대해서 진동 에너지가 집중하 는 일이 없고, 더구나 피처리면에 전파하는 에너지 밀도를 균등하게 감쇠시킬 수 있다. 그 결과, 기판의 데미지를 억제하면서 기판을 균일하게 처리할 수 있다.
여기에서, 기판을 회전시키면서 진동부재에 초음파 진동이 전파한 액을 맞히도록 하여도 좋다. 이 구성에 의하면, 기판과 진동부재의 사이에 처리액에 의한 액밀 상태를 형성한 채 기판을 그 회전 방향으로 효율 좋게 처리할 수 있는 동시에, 제거한 오염물질을 처리액에 작용하는 원심력으로 신속하게 기판 밖으로 배출 할 수 있다.
또한, 초음파 진동이 전파한 액의 진동부재의 비대향면으로의 입사방향은 대략 수평한 것이 바람직하다. 이것에 의해, 진동부재 내를 전파하는 초음파 진동은 수평방향으로 분산되어, 진동 에너지가 집중하는 것이 방지된다. 더구나, 초음파의 전파 방향(초음파 진동이 전파한 액의 입사방향)과 기판의 피처리면이 거의 평행한 관계가 되는 것으로, 초음파가 직접 기판의 피처리면에 도달해서 기판에 데미지를 주는 것을 방지할 수 있다.
게다가, 기판 대향면에 대해서 거의 수직으로 일어선 측벽면(側壁面)을 진동부재의 비대향면으로 해서, 초음파 진동이 전파한 액을 측벽면에 대해서 대략 수직으로 맞히도록 구성하면, 액체(초음파 진동이 전파한 액)와 고체(진동부재)의 계면(界面)을 초음파가 투과하는 것을 방해하는 일 없이, 계면 부근에서 진동 에너지가 집중하는 것을 방지할 수 있다.
여기에서, 진동부재의 대향면은 기판의 피처리면의 평면 사이즈와 동등 이상의 크기의 평면 사이즈를 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 초 음파 진동 에너지를 분산시키는 유효면적이 넓어지는 동시에, 기판의 피처리면의 전면(全面)에 대해서 처리액에 의한 액밀 상태를 형성할 수 있다. 그 결과, 피처리면에 전파하는 진동 에너지의 균일한 분산을 효과적으로 달성할 수 있다.
또한, 진동부재를 회전시키면서 그 진동부재에 초음파 진동이 전파한 액을 맞히도록 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 진동부재 내에 전파하는 초음파 진동을 더 효과적으로 분산시킬수 있고, 진동 에너지가 집중해서 기판의 피처리면에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 진동부재를 회전 가능하게 구성함으로써, 진동부재에 부착하는 처리액을 회전에 의해 뿌리쳐서 배출할 수 있는 동시에, 진동부재 자체를 정기적으로 세정하는 것이 가능해진다.
또, 진동부재의 재질로서는, 초음파를 전파시키기 쉬운 것, 청정도가 요구되는 것, 내약액(耐藥液) 성능을 갖는 것, 및 가공하기 쉬움의 관점으로부터 석영을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 석영 이외에도 초음파 진동을 전달하는 재료로서 사파이어, 세라믹 재료, SiC 등으로 진동부재를 구성해도 좋다.
또한, 본 발명에 이용되는 액밀 상태를 형성하는 처리액으로서는, 순수 이외에, 처리액 중에 초음파 진동에 의한 캐버테이션(cavitation)을 효율적으로 발생시키는 관점에서 질소 용해수, 에칭 작용이 있는 약액, 예컨대 SC1(암모니아/과산화수소수의 혼합액) 등을 이용할 수 있다. 또한, 처리액에 계면활성제를 첨가해서 기판 표면에 대한 습윤성을 향상시키도록 해도 좋다.
도 1은, 본 발명에 관한 기판 처리장치의 일실시형태를 나타내는 도면이다. 이 기판 처리장치는, 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)의 표면(Wf)(본 발명의「피처리면 」에 상당)에 부착된 파티클이나 각종 금속불순물 등의 오염물질을 제거하기 위한 세정처리에 이용되는 매엽식의 기판 처리장치이다. 보다 구체적으로는, 디바이스 패턴이 형성되는 기판 표면(Wf)에 대해서 순수 또는 세정용의 약액(이하「처리액」이라 한다)을 공급하는 동시에, 그 처리액에 초음파 진동을 부여해서 기판(W)을 세정하는 장치이다.
이 기판 처리장치는, 기판(W)을 그 표면(Wf)을 상방을 향한 상태에서 수평으로 유지하여 회전시키는 스핀 척(1)과, 스핀 척(1)에 유지된 기판(W)의 상면에 대향 배치된 차단판(3)과, 스핀 척(1)에 유지된 기판(W)의 상면 중앙부를 향해서 처리액을 공급하는 처리액 노즐(5)과, 차단판(3)을 향해서 초음파 진동이 전파한 액 (이하「초음파 전파액」이라 한다)을 토출하는 초음파 노즐(7)을 구비하고 있다.
스핀 척(1)은, 회전축(11)이 모터를 포함하는 척 회전 구동기구(13)의 회전축에 연결되어 있고, 척 회전 구동기구(13)의 구동에 의해 연직(鉛直) 방향으로 신장하는 회전축(J) 주위로 회전 가능해지고 있다. 이 회전축(11)의 상단부에는, 원반(圓盤) 모양의 스핀 베이스(15)가 일체적으로 나사 등의 체결 부품에 의해 연결되어 있다. 따라서, 장치 전체를 제어하는 제어유닛(4)으로부터의 동작 지령에 따라 서 척 회전 구동기구(13)를 구동시키는 것에 의해 스핀 베이스(15)가 회전축(J) 주위로 회전한다. 이렇게, 본 실시형태에서는, 척 회전 구동기구(13)가 본 발명의「기판 회전수단」으로서 기능하고 있다.
스핀 베이스(15)의 주연부(周緣部) 부근에는, 기판(W)의 주연부를 파지(把持)하기 위한 복수개의 척핀(17)이 입설(立設)되어 있다. 척핀(17)은, 원형의 기판 (W)을 확실히 유지하기 위해 3개 이상 설치해 있으면 좋고, 스핀 베이스(15)의 주연부에 따라 등각도(等角度) 간격으로 배치되어 있다. 척핀(17)의 각각은, 기판(W)의 주연부를 하방으로부터 지지하는 기판지지부(17a)와, 기판지지부(17a)에 지지된 기판(W)의 외주(外周) 단면을 가압해서 기판(W)을 유지하는 기판유지부(17b)를 구비하고 있다. 각 척핀(17)은, 기판유지부(17b)가 기판(W)의 외주 단면을 가압하는 가압상태와, 기판유지부(17b)가 기판(W)의 외주 단면에서 떨어지는 해방(解放)상태의 사이를 전환 가능하게 구성되어 있다.
스핀 베이스(15)에 대해서 기판(W)가 수수(授受)될 때는, 복수개의 척핀(17)을 해방상태로 하고, 기판(W)에 대해서 세정처리를 행할 때는, 복수개의 척핀(17)을 가압상태로 한다. 가압상태로 함으로써, 복수개의 척핀(17)은 기판(W)의 주연부를 파지해서 그 기판(W)을 스핀 베이스(15)로부터 소정 간격을 두고 대략 수평자세로 유지할 수 있다. 기판(W)은, 그 표면(디바이스 패턴 형성면)(Wf)을 상면측을 향하고, 이면(Wb)을 하면측을 향한 상태로 유지된다. 이렇게, 본 실시형태에서는, 척핀(17)이 본 발명의「기판 유지수단」으로서 기능하고 있다.
스핀 척(1)의 상방에는, 척핀(17)에 유지된 기판(W)에 대향하는 원반 모양의 차단판(3)(본 발명의「진동부재」에 상당)이 수평으로 배열 설치되어 있다. 이 차단판(3)은, 기판 표면(Wf)의 전체 영역을 덮을 수 있도록 기판(W)(표면Wf)의 평면사이즈(D)에 비해서 약간 큰 평면 사이즈를 갖고 있고, 스핀 척(1)의 회전축(11)과 같은 축 상에 배치된 회전축(31)의 하단부에 일체 회전 가능하게 설치되어 있다. 이 회전축(31)에는, 차단판 회전 구동기구(33)가 연결되어 있고, 제어유닛(4)으로 부터의 동작 지령에 따라 차단판 회전 구동기구(33)의 모터를 구동시키는 것에 의해 차단판(3)을 연직축(J) 주위로 회전시킨다. 제어유닛(4)은, 차단판 회전 구동기구(33)를 척 회전 구동기구(13)와 동기하도록 제어함으로써, 스핀 척(1)과 같은 회전 방향 및 같은 회전속도로 차단판(3)을 회전 구동시킬 수 있다. 이렇게, 본 실시형태에서는, 차단판 회전 구동기구(33)가 본 발명의「진동부재 회전수단」으로서기능하고 있다.
또한, 차단판(3)은, 차단판 승강 구동기구(35)와 접속되고, 차단판 승강 구동기구(35)의 승강 구동용 액츄에이터(예컨대 에어 실린더 등)을 작동시키는 것으로, 차단판(3)을 스핀 베이스(15)에 근접해서 대향시키거나, 반대로 이간(離間)시키는 것이 가능해지고 있다. 구체적으로는, 제어유닛(4)은 차단판 승강 구동기구(35)를 구동시키는 것으로, 기판 처리장치에 대해서 기판(W)이 반입/반출 될 때는, 스핀 척(1)의 상방의 퇴피 위치로 차단판(3)을 상승시킨다. 그 한편에서, 기판(W)에 대해서 세정처리를 행할 때는, 스핀 척(1)에 유지된 기판(W)의 표면(Wf)의 근방에 설정된 소정의 처리 위치까지 차단판(3)을 하강시킨다. 이것에 의해, 차단판(3)의 하면(대향면(3a))과 기판 표면(Wf)이 근접한 상태에서 이간하여 대향 배치된다.
회전축(31)은, 중공(中空)축으로 되어 있고, 그 내부에 처리액 공급관(51)이 삽입 통과되어 있다. 이 처리액 공급관(51)의 선단이, 처리액 노즐(5)을 형성하고 있다. 처리액 공급관(51)은 순수 공급유닛(21) 및 약액 공급유닛(23)과 접속되어 있고, 순수 또는 약액이 선택적으로 공급된다. 그리고, 처리액 노즐(5)로부터 처리액(순수 또는 약액)이 공급되는 것으로, 기판 표면(Wf)과 차단판(3)의 대향면(3a) 에 끼워진 공간(SP)에 처리액을 액밀 상태로 모으는 것이 가능해지고 있다. 이렇게, 본 실시형태에서는, 처리액 노즐(5)이 본 발명의「처리액 공급수단」으로서 기능하고 있다.
차단판(3)의 측벽(측벽면(3b))은, 후술하는 초음파 노즐(7)로부터 토출되는 초음파 전파액의 입사면으로 되어 있고, 기판 대향면(3a)에 대해서 수직으로 일어서고 있다. 이 측벽면(3b)의 높이(차단판(3)의 두께)는, 초음파 노즐(7)로부터 토출되는 초음파 전파액이 차단판(3)의 상면 및 하면(대향면(3a))으로 돌아 들어가지않을 정도의 크기를 갖는다. 차단판(3)의 측벽면(3b)에 초음파 전파액이 맞으면, 초음파 진동이 차단판(3)에 전파해서 차단판(3) 전체가 진동한다. 차단판(3)으로 전파한 초음파 진동은 차단판(3)의 내부를 전파해서 넓어져 가고, 그 일부의 진동파는 차단판(3)에서 액밀 상태의 처리액으로 전달되어, 그 처리액을 진동시킨다.
차단판(3)의 재질로서는, (1) 초음파를 전파시키기 쉬운 것, (2) 청정도가 요구되는 것, (3)내약액 성능을 갖고 있는 것, 및 (4) 가공하기 쉬운 관점으로부터 고순도석영이 이용된다. 또한, 석영 이외에도 초음파 진동을 전파 가능한 재료로서, 처리액(순수에 한정하지 않는다)으로의 용출 등의 문제가 없으면, 혹은 용출 등을 허용할 수 있는 범위 내이면 사파이어, 세라믹 재료, SiC 등으로 구성해도 좋다.
차단판(3)의 측방에는, 해당 차단판(3)의 측벽면(3b)을 향해서 초음파 진동을 전파한 액(순수)을 토출하는 초음파 노즐(7)이 본 발명의「초음파 부여수단」으로서 배열 설치되어 있다. 구체적으로는, 차단판(3)이 기판(W)과 근접 대향하는 처 리 위치까지 하강했을 때에, 초음파 노즐(7)로부터 토출되는 액이 차단판(3)의 측벽면(3b)에 대해서 대략 수직으로 맞도록 초음파 노즐(7)이 배치되어 있다. 즉, 초음파 노즐(7)의 토출구는 차단판(3)의 측벽면(3b)을 향해서 개구하고 있고, 초음파전파액의 토출방향(P)과 기판 표면(Wf)은 거의 평행한 관계가 된다.
다음에, 초음파 노즐(7)의 구성에 대해서 도 2를 참조하면서 상술한다. 초음파 노즐(7)은 소위 혼(horn)형의 노즐이며, 노즐 본체(71)는, 유개(有蓋) 원통 형상의 몸통부(71a)와, 그 몸통부(71a)에 결합되어 단면의 형상이 거의 V자형을 이루는 노즐 선단부(71b)를 구비하고 있다. 이 노즐 본체(71)의 내부에는, 액(순수)을 충전 가능한 충전공간(FS)이 형성되어 있다. 노즐 선단부(71b)에는 토출구(72)가 설치되고, 충전공간(FS) 내에 공급된 액을 그 토출구(72)로부터 토출한다. 이 토출구(72)의 개구 면적은, 몸통부(71a)의 종단면(액의 토출방향(P)과 거의 직교하는 단면)의 면적에 비해서 작아지고 있다. 즉, 노즐 선단부(71b)의 종단면의 면적은, 몸통부(71a)와의 결합부(도 2의 우측)로부터 개구부(도 2의 좌측)에 걸쳐서 서서히 작아지고 있다. 몸통부(71a)의 측면에는 충전공간(FS)에 순수를 공급하는 공급구(73)가 설치되어 있고, 배관(74)을 통해서 순수 공급유닛(21)과 연통 접속되어 있다. 따라서, 이 배관(74)을 통해서 순수가 충전공간(FS)에 공급되면, 충전공간(FS)에서 토출구(72)를 통해서 순수가 토출방향(P)으로 토출된다.
또한, 노즐 본체(71)의 내부에는, 토출구(72)와 대향해서 몸통부(71a)의 상벽면에 초음파 진동자(75)가 고정 설치되어 있다. 초음파 진동자(75)의 표면에는, 석영 혹은 고순도 SiC(탄화규소)의 박판이 붙여져 있다. 초음파 진동자(75)에는, 케이블(76)이 전기적으로 접속되어 있고, 케이블(76)은, 초음파 발진기(도시 생략)에 전기적으로 접속되어 있다. 초음파 진동자(75)로부터는, 충전공간(FS)내의 순수를 향해서 초음파를 발진할 수 있고, 토출구(72)로부터 토출되는 순수에 초음파를 부여할 수 있다.
다음에, 상기와 같이 구성된 기판 처리장치의 동작에 대해서 설명한다.도 3은, 도 1의 기판 처리장치의 동작을 나타내는 플로우 챠트이다. 또한, 도 4는, 도 1의 기판 처리장치의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 장치에서는, 기판의 표면(Wf)에 디바이스 패턴이 형성된 기판(W)이 패턴 형성면을 상방을 향한 상태에서 반입되어 스핀 베이스(15) 상에 얹혀지면, 제어유닛(4)이 복수개의 척핀(17)을 해방상태로부터 가압상태라고 하는 것에 의해 기판(W)의 주연부를 파지한다. 이것에 의해 기판(W)은 대략 수평자세로 유지된다. 또, 기판(W)의 반송을 행할 때에는, 차단판(3)은 스핀 척(1)의 상방의 퇴피 위치에 있고, 기판(W)과의 간섭을 방지하고 있다.
기판(W)이 척핀(17)에 유지되면, 제어유닛(4)은 차단판(3)을 처리 위치까지 강하시켜 기판(W)에 근접해서 대향 배치시킨다(스텝 S1: 진동부재 배치공정). 이것에 의해, 기판 표면(Wf)은 차단판(3)의 기판 대향면(3a)에 덮어지고, 기판(W)의 주변의 외부 분위기로부터 차단된다. 그리고, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 처리액 노즐(5)로부터 기판 표면(Wf)의 대략 중앙부에 처리액을 공급해서 기판 표면(Wf)과 차단판(3)의 기판 대향면(3a)에 끼워진 공간(SP)을 액밀 상태로 함으로써 그 공간(SP)에 패들(paddle) 모양으로 처리액을 모은다(스텝 S2; 액밀 형성공정). 여기에서, 차단판(3)의 평면 사이즈는 기판(W)의 평면 사이즈(D)에 비해서 동등 이상의 크기로 형성되어 있으므로, 기판 표면(Wf)의 전체 영역에 처리액에 의한 액밀 상태(기판 표면(Wf)을 거의 단면형상으로 하는 액 기둥)가 형성된다.
다음에, 제어유닛(4)은 척 회전 구동기구(13)를 제어해서 스핀 베이스(15)를 회전시키는 것에 의해, 기판(W)과 차단판(3)의 사이에 처리액에 의한 액밀 상태를 형성한 채, 기판(W)을 회전시킨다(스텝 S3). 이때, 기판 회전과 더불어 차단판 회전 구동기구(33)를 제어해서 스핀 베이스(15)의 회전수와 거의 동일한 회전수로 동일 방향에 차단판(3)을 회전시키는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 후술하는 바와 같이, 차단판(3)에 부여되는 초음파 진동을 효과적으로 차단판(3)의 내부에 분산시킬수 있다.
이 상태에서, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 차단판(3)의 측방의 초음파 노즐(7)로부터 초음파 전파액(순수)을 토출시켜 차단판(3)의 측벽면(3a)에 대해서 대략 수직으로 입사하도록 맞힌다(스텝 S4; 초음파 부여공정). 이것에 의해, 초음파가 액체(초음파 전파액)와 고체(차단판(3))의 계면을 투과해서 차단판(3) 내에 전파해서 그 차단판(3)을 진동시킨다. 차단판(3)에 입사한 초음파 진동은 차단판(3) 내부를 수평방향으로 분산하면서 넓어져 간다. 그 일부의 진동파(차단판(3)에의 초음파의 입사방향에 대해서 수직 또 하향의 성분)는, 차단판(3)의 대향면(3a)의 전체로부터 액밀 상태의 처리액으로 널리 균일하게 전달되어 처리액을 진동시킨다. 이렇게, 액(초음파 전파액)을 통해서 차단판(3) 전체를 진동시키고 있으므로, 진동 에너지를 효과적으로 차단판(3) 내에 분산시킬수 있다.
이것에 의해, 기판 표면(Wf)에 전파하는 초음파 진동의 에너지 밀도를 균등하게 감쇠시킬 수 있다. 상세하게는, 패턴에 데미지를 주지 않을 정도로 문턱치가 컨트롤 된 진동 에너지를 기판 표면(Wf)의 전체 영역에 걸쳐 전파시킬 수 있다. 그 결과, 기판 표면(Wf)에 형성된 패턴에 데미지를 주는 일 없이, 파티클 등의 오염물질이 제거된다. 또, 제거된 오염물질은 처리액에 작용하는 원심력으로 신속하게 기판 밖으로 배출된다.
이렇게 해서, 기판(W)의 세정 처리가 종료하면, 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 제어유닛(4)은 척 회전 구동기구(13) 및 차단판 회전 구동기구(33)의 모터의 회전속도를 높여서 기판(W) 및 차단판(3)을 고속 회전시킨다. 이것에 의해, 세정 후의 기판(W) 및 차단판(3)에 부착하고 있는 처리액을 뿌리쳐서 건조시킨다(스텝 S5).
건조 처리가 종료하면, 제어유닛(4)은 차단판 회전 구동기구(33)를 제어해서 차단판(3)의 회전을 정지시키는 동시에, 척 회전 구동기구(13)를 제어해서 기판(W)의 회전을 정지시킨다(스텝 S6). 그 후, 차단판(3)이 상승되어, 기판(W)의 주연부를 유지하는 복수개의 척핀(17)을 가압상태로부터 해방상태로 해서, 처리가 끝난 기판(W)가 장치로부터 반출된다(스텝 S7).
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 기판 표면(Wf)과 차단판(3)의 대향면(3a)에 끼워진 공간(SP)에 처리액에 의한 액밀 상태를 형성하는 동시에, 차단판(3)의 측벽면(3b)에 초음파 진동이 전파한 액을 맞히고 있다. 이것에 의해, 초음파 진동은 차단판(3)의 내부를 널리 분산하면서 전파하여, 차단판(3)의 대향면(3a) 전체 로부터 액밀 상태의 처리액을 통해서 기판 표면(Wf)에 도달한다. 이 때문에, 기판 표면(Wf)에 대해서 진동 에너지가 집중하는 일 없이, 더구나 기판 표면(Wf)에 전파하는 에너지 밀도를 균등하게 감쇠시킬 수 있다. 그 결과, 기판(W)의 데미지를 억제하면서 기판(W)을 균일하게 처리할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 차단판(3)의 평면 사이즈는 기판(W)의 평면 사이즈(D)와 동등 이상의 크기를 갖고 있으므로, 다음과 같은 작용 효과가 얻어진다. 즉, 초음파 진동 에너지를 분산시키는 유효면적을 기판(W)(표면Wf)의 평면 사이즈(D)까지 넓히는 것에 의해, 기판 표면(Wf)에 전파하는 진동 에너지의 균일한 분산을 효과적으로 달성할 수 있다. 또한, 액밀 상태의 처리액(액 기둥)의 단면 사이즈를 차단판(3)의 평면 사이즈보다 작게 하는 것에 의해, 차단판(3)의 측벽면(3b)에서 발생하는 초음파의 반사에 의한 영향을 회피할 수 있다. 즉, 처리액과 주위 분위기와의 경계(액 기둥의 측면)를 차단판(3)의 측벽면(3b)에서 지름방향 내측에 받아들이는 것에 의해, 차단판(3)의 내부이며 측벽면(3b)의 근방에 존재하는 반사 파에 의한 영향을 경감하고, 패턴에 데미지가 들어가는 것을 방지할 수 있다.
상기한 관점으로 하면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 차단판(3)의 평면 사이즈를 기판(W)의 평면 사이즈(D)에 비해서 충분히 커지도록 형성하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 차단판(3)의 측벽면(3b)에서 발생하는 초음파의 반사에 의한 영향을 확실히 배제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 차단판(3)에 초음파 전파액을 대략 수평으로 입사시키고 있기 때문에, 차단판(3) 내를 전파하는 초음파 진동은 수평방향으로 분 산되어, 진동 에너지가 집중하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 차단판(3)의 상면 혹은 하면(대향면(3a))에 대해서 소정의 각도를 갖도록 초음파 전파액을 차단판(3)에 맞힌 경우에는, 진동 에너지를 수평방향으로 충분히 분산시킬수 없어, 좁은 범위에 집중한 상태로 초음파가 기판(W)에 전해져 데미지를 주게 되지만, 본 실시형태에 의하면, 진동 에너지의 집중을 막아서 기판(W)으로의 데미지가 방지된다. 더구나, 초음파 전파액의 입사방향과 기판 표면(Wf)이 대략 평행한 관계가 되는 것으로, 초음파가 직접 기판 표면(Wf)에 도달해서 기판(W)에 데미지를 주는 것을 방지할 수 있다. 또한, 차단판(3)의 측벽면(3b)에 대해서 초음파 전파액이 대략 수직으로 입사하고 있으므로, 액체(초음파 전파액)와 고체(차단판(3))의 계면을 초음파가 투과하는 것을 방해하는 일 없이, 계면 부근에서 진동 에너지가 집중하는 것이 방지된다.
게다가, 본 실시형태에 의하면, 차단판(3)을 회전시키면서 초음파 전파액을 그 차단판(3)에 맞히고 있기 때문에, 차단판(3) 내에 전파하는 초음파 진동을 효과적으로 분산시킬수 있다. 또한, 이렇게, 차단판(3)을 회전 가능하게 구성함으로써, 차단판(3)에 부착하는 처리액을 회전에 의해 뿌리쳐서 배출할 수 있는 동시에, 차단판(3)을 정기적으로 세정하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 초음파 전파액을 통해서 차단판(3)을 진동시키도록 구성하고 있으므로, 차단판 등의 기판(W)과 근접하는 대향부재에 초음파 진동자를 직접 설치하는 경우에 발생하는 다음과 같은 문제를 해소할 수 있다. 즉, 초음파 진동자의 설치와 그 초음파 진동자를 구동시키기 위한 배선 등을 기판(W)과 근접하는 대 향부재에 구비하도록 하면, 오염 축적이 있지 않은 세정장치에서 극히 불리해져, 세정 효과를 상쇄하는 것으로 될지도 모른다. 특히, 대향부재를 상방에 배치해서 그 대향부재에 부착하는 액적(液滴)을 남기지 않도록 하는 동시에, 대향부재 자체를 세정하는 경우에는 대향부재를 회전시키는 필요가 있다. 이 경우, 회전축에 복수의 배선을 기는(這) 동시에, 처리액 및 필요에 따라 가스(질소 등)를 통과시키게 되면, 오염 축적이 일어나기 쉽고, 셀프 크리닝에 의해서도 청정하게 할 수 없게 되어 버린다.
한편, 본 발명과 같이, 초음파 전파액을 통해서 기판(W)과 근접하는 대향부재를 진동시키는 방식에서는, 대향부재 자체에 초음파 진동자 및 배선 등을 설치할 필요가 없기 때문에, 상기한 오염 축적이 일어나기 어렵고, 셀프 크리닝에 의해 청정도를 유지하는 것도 용이하다.
또, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되나 것은 아니고, 그 취지를 이탈하지 않는 한 상술한 것 이외에 여러 가지 변경을 행하는 것이 가능하다. 예컨대, 상기 실시형태에서는, 차단판(3)의 평면 사이즈를 기판(W)의 평면 사이즈(D)와 동등 이상의 크기로 하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 기판 표면(Wf)과의 사이에 처리액에 의한 액밀 상태를 형성하는 것이 가능하면 그 크기는 임의이다. 예컨대, 차단판의 평면 사이즈를 기판(W)의 평면 사이즈(D)의 절반으로 한 경우라도, 기판 표면(Wf)과 차단판의 사이에 처리액에 의한 액밀 상태를 형성한 채 기판(W) (또는 차단판)을 회전시키는 것에 의해, 기판 표면(Wf)의 전체 영역을 세정 처리할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 차단판(3)의 형상을 원반모양의 판 모양 부재로 하고 있지만, 차단판(3)의 형상은 이것에 한정되지 않는다. 기판 대향면을 갖고서 기판(W)과의 사이에 처리액에 의한 액밀 상태를 형성 가능하고, 그 기판 대향면을 제외한 비대향면에 초음파 전파액을 입사되는 것이 가능한 형상이라면 좋다. 예컨대, 직육면체, 원추형, 돔 형상 등이라도 좋다.
또한, 이 기판 처리장치에서 이용하는 처리액으로서는, 순수라도 세정 효과가 인정되지만, 순수의 이외에, 처리액 중에 초음파 진동에 의한 캐버테이션을 효율적으로 발생시키는 관점으로부터 질소 용해수, 에칭 작용이 있는 약액, 예컨대 SC1(암모니아/과산화수소수의 혼합액)등을 이용할 수 있다. 또한, 처리액에 계면활성제를 첨가해서 기판 표면(Wf)에 대한 습윤성을 향상시키도록 해도 좋다. 또한, 초음파 노즐(7)로부터 토출시키는 액에 대해서도 순수에 한정하지 않고, 액밀 상태의 처리액에 악영향을 미치지 않는 것이라면 좋다.
본 발명은, 반도체 웨이퍼, 포토마스크용 유리 기판, 액정표시용 유리 기판, 플라즈마 표시용 유리 기판, 광디스크용 기판 등을 포함하는 기판 전반의 표면에 대해서 초음파를 전파시켜서 소정의 처리를 실시하는 기판 처리장치에 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기판의 피처리면과 진동부재의 대향면과의 사이에 처리액을 액밀 상태에 모아서 그 진동부재의 비대향면에 초음파 진동이 전파한 액을 맞히고 있다. 이것에 의해, 초음파 진동은 진동부재 내를 널리 분산되면서 전파되고, 진동부재의 대향면 전체로부터 액밀 상태의 처리액으로 널리 균일하게 전달되어 그 처리액을 진동시킨다. 이 때문에, 기판의 피처리면에 대해서 진동 에너지가 집중하는 일이 없고, 더구나 피처리면에 전파하는 에너지 밀도를 균등하게 감쇠시킬 수 있다. 그 결과, 기판의 데미지를 억제하면서 기판을 균일하게 처리할 수 있다.
Claims (10)
- 기판을 대략 수평자세로 유지하는 기판 유지수단과,초음파 진동을 전파(傳播) 가능한 재료로 형성되는 동시에, 상기 기판 유지수단에 유지된 기판의 피처리면과 대향 가능한 대향면을 갖고, 상기 대향면을 상기 피처리면으로부터 이간(離間) 대향된 진동부재와,상기 기판의 피처리면과 상기 진동부재의 대향면에 끼워진 공간에 처리액을 공급함으로써 상기 공간으로 상기 처리액을 액밀(液密) 상태로 모으는 처리액 공급수단과,상기 진동부재의 대향면을 제외한 비대향면에 초음파 진동이 전파한 액을 맞히는 초음파 부여수단을 구비한 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판 유지수단을 회전시키는 것으로 기판을 회전시키는 기판 회전수단을 더 구비하는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 초음파 진동이 전파한 액의 상기 진동부재의 비대향면으로의 입사방향은 대략 수평인 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판 대향면에 대해서 거의 수직으로 일어선 측벽면을 상기 비대향면으로 하고, 상기 초음파 진동이 전파한 액은 상기 측벽면에 대해서 대략 수직으로 맞는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 진동부재의 대향면은 상기 기판의 피처리면의 평면 사이즈와 동등 이상의 크기의 평면 사이즈를 갖는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 진동부재를 회전시키는 진동부재 회전수단을 더 구비하는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 진동부재는 석영(石英)으로 형성되는 기판 처리장치.
- 초음파 진동을 전파 가능한 재료로 형성된 진동부재의 일면을 기판 대향면으로 해서 기판의 피처리면에 대향 배치하는 진동부재 배치공정과,상기 기판의 피처리면과 상기 진동부재의 대향면에 끼워진 공간에 처리액을 공급함으로써 상기 처리액에 의한 액밀 상태를 형성하는 액밀 형성공정과,상기 진동부재의 대향면을 제외한 비대향면에 초음파 진동이 전파한 액을 맞히는 초음파 부여공정을 구비한 것을 특징으로 하는 기판 처리방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 초음파 부여공정에 있어서, 기판을 회전시키면서 상기 진동부재의 비대향면에 초음파 진동이 전파한 액을 맞히는 기판 처리방법.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 초음파 부여공정에 있어서, 상기 진동부재를 회전시키면서 상기 진동부재의 비대향면에 초음파 진동이 전파한 액을 맞히는 기판 처리방법.
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