KR101085280B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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마사히로 아베
유키노부 니시베
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요시히로 안도
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시바우라 메카트로닉스 가부시키가이샤
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Abstract

기판 처리 장치(10)는, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 내에 기판을 침지하여 처리하는 처리조(23)와, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)를 샘플링하여 미소 기포(H)의 입경의 도수 분포를 계측하는 미소 기포의 입경 도수 분포 계측기(18)와, 얻어진 미소 기포의 입경의 도수 분포로부터 선택된 미소 기포의 입경과 고유 주파수의 상관 근사식(PL)으로부터 선택된 미소 기포의 고유 주파수를 얻는 제어부(100)와, 처리조(23)에 배치되어 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)에 대해서 초음파를 부여하는 초음파 진동자(20)와, 제어부(100)로부터의 미소 기포(H)의 고유 주파수로부터 발진 주파수 정보를 얻어, 초음파 진동자(20)를 발진 주파수로 진동시켜 미소 기포(H)에 초음파를 부여하는 초음파 발진기(19)를 구비한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESS APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESS METHOD}
본 발명은, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이며, 특히 처리 대상물인 기판을 담근 미소 기포를 포함하는 액체에 초음파를 부여하여, 미소 기포의 압괴(壓壞)를 행함으로써 기판의 처리를 행하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일례로서, 기판 처리 장치는, 기판의 제조 공정에 있어서 기판에 대해서 순수 등의 액체를 공급하여 처리를 행한다. 이런 종류의 기판 처리 장치에서는, 기판에 부착한 파티클을 제거할 필요가 있다.
기판의 파티클을 제거하기 위해서, 특허 문헌 1에서는, 기판 처리 장치에 대해서 마이크로 버블 발생부를 접속하여, 마이크로 버블 발생부로부터 마이크로 버블을 포함하는 순수를 처리조 내의 기판에 공급하는 것이 제안되어 있다.
마이크로 버블이나 마이크로 나노 버블과 같은 미소 기포의 이용은, 근래 주목받고 있는 기술이다. 예를 들면 수십㎚~수백㎚의 응축된 기포가 액 중에 존재하고 있고, 미소 기포가 압괴될 때에는, 더 세세한 미소 기포가 발생하고, 마이너스 전위를 띠고 있다. 이로 인해, 미소 기포는, 파티클과 같은 오염물의 흡착 작용이 있고, 또한, 산소의 액 중에서의 용해를 일으키는 등의 특징을 가지고 있고, 유기물의 분해, 물의 정화, 처리 대상물의 표면 개질 등에 유효하게 이용되고 있다.
[선행 기술 문헌]
[특허 문헌]
[특허 문헌 1:일본국 특개 2006-179765호 공보]
그런데, 상술한 미소 기포가 뛰어난 성질을, 예를 들면 반도체 웨이퍼나, FPD(플랫 패널 디스플레이) 등의 처리 대상물의 세정에 응용하기 위해서는, 마이크로 나노 버블과 같은 미소 기포의 표면에 형성되어 있는 이온 핵의 압괴 제어가 필요하다.
일반적으로는, 초음파에 의한 미소 기포의 압괴 방법이 소개되어 있지만, 최적인 발진 주파수의 초음파를, 미소 기포를 포함하는 액체에 대해서 부여하여, 미소 기포를 공진시켜 미소 기포의 압괴를 효과적으로 행할 필요가 있다.
그러나, 처리 대상물의 종류가 바뀌어, 처리 대상물의 세정 조건(세정 레시피)이 바뀌는 경우가 있고, 즉, 그 처리 대상물의 세정 조건이 바뀜으로써 액체의 유량 및 압력이 변화하고, 그에 따라, 발생하는 미소 기포의 입경 및 개수의 변화가 생기는 일이 있다. 지금까지는 처리 대상물의 세정 레시피의 종류(액체의 유량 및 압력 등의 변화)에 따른 최적의 발진 주파수의 초음파를, 미소 기포에 부여할 수 없었다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 기판의 처리 조건이 바뀌어도, 최적의 발진 주파수의 초음파에 의해, 미소 기포를 압괴하여 기판의 최적인 처리를 행하는 것이 가능한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기판 처리 장치에서는, 처리 대상물인 기판에 대해서 처리를 행하는 기판 처리 장치로서, 미소 기포를 포함하는 액체를 모아, 상기 미소 기포를 포함하는 액체 내에 상기 기판을 침지하여 상기 기판을 처리하는 처리조와, 상기 미소 기포를 포함하는 액체를 샘플링하여 상기 미소 기포의 입경의 도수 분포를 계측하는 입경 도수 분포 계측기와, 상기 입경 도수 분포 계측기에 의해 얻어진 상기 미소 기포의 입경의 도수 분포로부터 선택된 상기 미소 기포의 입경과 고유 주파수의 상관 관계로부터, 상기 선택된 상기 미소 기포의 고유 주파수를 얻는 제어부와, 상기 처리조에 배치되어 상기 미소 기포를 포함하는 액체에 대해서 초음파를 부여하기 위한 초음파 진동자와, 상기 제어부에 의해 얻어진 상기 미소 기포의 고유 주파수로부터 발진 주파수의 정보를 얻어, 상기 초음파 진동자를 상기 발진 주파수로 진동시켜, 상기 미소 기포를 포함하는 액체 중의 상기 미소 기포에 초음파를 부여하는 초음파 발진기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기판 처리 방법에서는, 처리 대상물인 기판에 대해서 처리를 행하는 기판 처리 방법으로서, 처리조에, 미소 기포를 포함하는 액체를 모아, 상기 미 소 기포를 포함하는 액체 내에 상기 기판을 침지하여 처리하고, 입경 도수 분포 계측기가, 상기 미소 기포를 포함하는 액체를 샘플링하여 상기 미소 기포의 입경의 도수 분포를 계측하고, 제어부가, 상기 입경 도수 분포 계측기에 의해 얻어진 상기 미소 기포의 입경의 도수 분포로부터 선택된 상기 미소 기포의 입경과 고유 주파수의 상관 관계로부터, 상기 선택된 상기 미소 기포의 고유 주파수를 얻고, 초음파 발진기가, 상기 제어부에 의해 얻어진 상기 미소 기포의 고유 주파수로부터 발진 주파수의 정보를 얻어, 상기 초음파 발신기가 구비하는 초음파 진동자를 상기 발진 주파수로 진동시켜, 상기 미소 기포를 포함하는 액체 중의 상기 미소 기포에 초음파를 부여하는 것을 특징으로 한다.
이로 인해, 본 발명은 기판의 처리 조건, 즉 액체의 유량 및 압력 등이 바뀌어도, 최적의 발진 주파수의 초음파에 의해, 미소 기포를 압괴하여 기판의 최적의 처리를 행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 기판 처리 장치의 바람직한 실시 형태를 나타내고 있다.
도 1에 나타내는 기판 처리 장치(10)는, 일례로서 처리 대상물인 기판(워크라고도 한다)(W)에 대해서, 미소 기포를 포함하는 액체(L)를 공급하여 세정 처리를 행하는 장치로서 적용되어 있다. 이 기판(W)은, 예를 들면 반도체 웨이퍼이며, 반도체 웨이퍼의 면에는 미세화된 전기 배선을 가지는 디바이스가 형성되어 있다.
도 1에 나타내는 기판 처리 장치(10)는, 기판 장착부(11)와, 액받이 컵(12)과, 기판 장착부(11)의 이동 조작부(13)와, 미소 기포 생성 장치(14)와, 액 저장 탱크(15)와, 액 공급 수단으로서의 펌프(16)와, 필터(17)와, 초음파 진동 부여 장치(50)와, 그리고 제어부(100)를 가지고 있다.
도 1에 나타내는 기판 장착부(11)는, 모터(26)와, 클램프부(21)를 가지고 있다. 모터(26)는, 클램프부(21)를 유지하고 있고, 클램프부(21)를 R방향으로 회전시킨다. 클램프부(21)는, 기판(W)을 예를 들면 진공 흡착시키는 진공 클램프이며, 진공 흡인부(22)에 접속되어 있다. 모터(26)의 동작과 진공 흡인부(22)의 동작은, 제어부(100)에 의해 제어된다. 진공 흡인부(22)가 동작함으로써, 클램프부(21)는 기판(W)을 착탈 가능하게 흡인할 수 있다.
도 1에 나타내는 액받이 컵(12)은, 처리조(23)와, 액배출부(24)를 가지고 있다. 이 처리조(23)는, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)를 모아, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 내에 기판(W)을 침지할 수 있는 용적을 가진다. 액 배출부(24)는 처리조(23)의 주위에 형성되어 있다. 액 배출부(24)와 액 저장 탱크(15)의 사이에는, 배출하고자 하는 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)를 액 저장 탱크(15)에 대해서 회수하기 위한 배관(25)이 접속되어 있다.
다음에, 도 1에 나타내는 기판 장착부(11)의 이동 조작부(13)의 구조예를 설명한다.
도 1에 나타내는 이동 조작부(13)는, 암부(27)와, 서포트부(28)와, 기대(29)와, 이동 기구부(30)를 가지고 있다. 기대(29) 상에는, 이동 기구부(30)가 설정되 어 있고, 이동 기구부(30)는, 예를 들면 서포트부(28)를 X축 방향과 Y축 방향으로 이동 가능하다.
모터(33)를 작동시켜 이송 나사(34)를 회전시킴으로써, 슬라이더(31)는, 가이드 레일(32)에 있어서, X축 방향으로 이동 가능하다. 또, 모터(35)를 작동시켜 이송 나사(36)를 회전시킴으로써, 서포트부(28)는 슬라이더(31)에 대해서 Y축 방향으로 이동 가능하다.
또한, 암부(27)는, 서포트부(28)에 대해서 Z축 방향을 따라 이동 가능하게 되어 있다. 이 암부(27)의 선단부에는, 기판 장착부(11)가 설치되어 있다. 모터(37)를 작동시켜 이송 나사(38)를 회전시킴으로써, 암부(27)의 슬라이더(39)는, 서포트부(28)에 대해서 Z축 방향으로 이동 가능하다.
이로 인해, 기판 장착부(11)와 기판(W)은, 제어부(100)에 의한 지령에 의해 모터(33, 35, 37)를 동작시킴으로써, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 이동하여 위치 결정할 수 있다. X축 방향, Y축 방향, Z축 방향은 서로 직교하고 있다. 또한, 기판 장착부(11)와 기판(W)은, X축 방향과 Z축 방향만으로 이동해 위치 결정할 수 있는 간략화한 구성으로 해도 된다.
다음에, 도 1에 나타내는 미소 기포 생성 장치(14)에 대해서 설명한다.
미소 기포 생성 장치(14)는, 미소 기포 생성부(40)와, 액체 공급부(41)와, 기체 공급부(42)를 가진다. 액체 공급부(41)와 기체 공급부(42)는, 미소 기포 생성부(40)에 접속되어 있고, 액체 공급부(41)는, 예를 들면 순수 등의 액체를 미소 기포 생성부(40)에 공급하고, 기체 공급부(42)는, 예를 들면 N2 가스 등의 불활성 가스와 같은 기체를 공급한다. 이로 인해, 미소 기포 생성부(40)에서는, 생성된 다수의 미소 기포(H)를 액체(L) 중에 포함시켜, 기체와 액체로부터 다수의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)를 생성한다. 또한, 이 미소 기포(H)는, 예를 들면 마이크로 나노 버블이다.
이 미소 기포 생성부(40)로서는, 예를 들면 가압함으로써 필터에 기체를 통해 액체 중에 미소 기포를 포함시키는 가압식의 장치나, 액체와 기체를 선회시켜 전단력을 이용해 미소 기포를 생성하는 선회식의 장치를 이용할 수 있다.
도 1에 나타내는 생성된 미소 기포를 포함하는 액체(L)는, 액 저장 탱크(15)에 대해서 배관(43)을 통해 공급됨으로써, 일시적으로 모을 수 있다. 액 저장 탱크(15)는, 배관(44)의 펌프(16)와 필터(17)를 통해 처리조(23) 내에 접속되어 있고, 제어부(100)가 펌프(16)를 구동함으로써, 액 저장 탱크(15) 중의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)는, 처리조(23) 내에 수시 공급 가능해지고, 처리조(23) 내에는 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)가 모인다. 이 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중에는, 기판(W)이 침지되도록 되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 처리조(23)에는, 온도 센서(80)가 설치되어 있다. 이 온도 센서(80)는, 처리조(23) 내의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)의 온도를, 예를 들면 미리 정한 시간마다 측정하고, 이 시간마다의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)의 온도의 변화를 온도 정보(S)로서 제어부(100)에 알린다.
다음에, 도 1에 나타내는 초음파 진동 부여 장치(50)를 설명한다. 초음파 진동 부여 장치(50)는, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)에 대 해서, 최적의 발진 주파수의 초음파 진동을 부여하여, 미소 기포(H)를 공진시킴으로써 미소 기포(H)를 압괴시킨다.
초음파 진동 부여 장치(50)는, 미소 기포를 계측하는 입경 도수 분포 계측기(18)와, 주파수 가변식 초음파 발진기(19)와, 초음파 진동자(20)를 가진다. 초음파 진동자(20)는, 금속제의 처리조(23)의 바닥부에 밀착하여 고정되고, 처리조(23) 내의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)에 대해서 초음파를 부여한다.
입경 도수 분포 계측기(18)는, 제어부(100)의 지령에 의해, 액 저장 탱크(15) 내의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)를 샘플링하여, 액 저장 탱크(15) 내의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)의 입경 도수의 분포를 계측한다.
도 2는, 미소 기포(H)의 입경 도수의 분포의 예를 나타내고 있다.
도 1에 나타내는 입경 도수 분포 계측기(18)는, 도 2에 예시하는 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)의 입경 도수의 분포를 얻어, 이 미소 기포(H)의 입경 분포에 있어서, 지시선(B)으로 나타내는 가장 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM)을 계측하도록 되어 있다.
이 미소 기포의 입경 도수 분포 계측기(18)는, 예를 들면 파티클 카운터나 동적 산란광도계 등이며, 구성으로서 도 3에 예시하는 바와 같이, 발광 다이오드 등의 발광부(18B)와, 이 발광부(18B)가 발생하는 광을 수광하는 수광부(18C)를 가지고 있고, 발광부(18B)의 광이 미소 기포(H)에 조사된 후에 수광부(18C)에 수광됨으로써, 복수의 미소 기포(H)의 입경(직경)(D)을 계측하도록 되어 있다. 입경 도 수 분포 계측기(18)는, 복수의 미소 기포(H)의 입경(D)을 얻어, 도 2에 나타내는 바와 같은 미소 기포(H)의 입경 도수의 분포를 얻는다. 입경 도수 분포 계측기(18)는, 미소 기포(H)의 입경 도수의 분포를 제어부(100)에 통지한다.
제어부(100)는, 미소 기포(H)의 입경 도수의 분포 중의 도 2에 나타내는 지시선(B)으로 나타내는 가장 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM)으로부터, 초음파 진동자(20)를 진동시키기 위한 고유 주파수(고유 공진 주파수：㎒)를 얻는다. 즉, 제어부(100)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 입경 도수 분포 계측기로부터 얻어진 미소 기포(H)의 입경의 도수 분포로부터 선택된 미소 기포(H)의 입경(DM)과, 고유 주파수의 상관 근사식(PL)(상관관계)으로부터, 가장 큰 도수의 미소 기포의 고유의 공진 진동수를 얻는다.
도 4는, 가장 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM)으로부터 초음파 진동자(20)를 진동시키기 위한 고유 주파수(㎒)를 얻기 위한 미소 기포의 입경(㎚)과, 고유 주파수의 관계예를 나타내고 있다.
도 4에 나타내는 예에서는, 예를 들면 가장 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM)이 400㎚인 경우에는, 고유 주파수는 8.0㎒가 된다. 또한, 도 4에 나타내는 미소 기포가 나노 미터 영역의 입경인 경우의 상관 근사식(PL)은, 미소 기포(H)의 고유 주파수(㎒)=4300×미소 기포의 입경(㎚)-1.05로 나타낼 수 있다
그래서, 도 1에 나타내는 제어부(100)는, 얻어진 미소 기포(H)의 입경의 도수 분포로부터 선택된 미소 기포(H)의 입경과 고유 주파수의 상관 근사식(PL)으로부터, 선택된 미소 기포(H)의 고유 주파수를 얻는다.
그리고, 주파수 가변식 초음파 발진기(19)는, 제어부(100)로부터의 미소 기포의 고유 주파수로부터 발진 주파수 정보를 얻어, 초음파 진동자(20)를 발진 주파수로 진동시킴으로써, 초음파 진동자(20)로부터 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)에 초음파를 부여한다.
이로 인해, 처리조(23) 내의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)를 초음파에 의해 압괴할 수 있다. 즉, 주파수 가변식 초음파 발진기(19)는, 제어부(100)로부터 미소 기포(H)의 고유 주파수의 정보를 받고, 이 고유 주파수로부터 발진 주파수를 얻어 초음파 진동자(20)에 부여함으로써, 초음파 진동자(20)에 의해 발생하는 초음파를, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)에 부여할 수 있다.
이와 같이, 가장 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM)으로부터 초음파 진동자(20)를 진동시키기 위한 고유 주파수(㎒)를 얻어, 주파수 가변식 초음파 발진기(19)는 초음파 진동자(20)에 대해서 고유 주파수로부터 얻어지는 발진 주파수에 의해 초음파 진동을 일으켜, 처리조(23) 내의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)에 초음파를 부여함으로써 그 미소 기포(H)를 압괴한다.
다음에, 상술한 기판 처리 장치(10)를 이용해, 기판(W)의 처리 방법의 예를 설명한다.
본 실시 형태에서는, 기판 처리 장치(10)는, 기판(W)의 미세화된 전기 배선에 부착되어 있는 파티클의 세정을 행하는 예에 적용되고 있다. 기판(W)의 면에는, 미리 미세화된 전기 배선을 가지는 디바이스가 형성되어 있다. 이 미세화된 전기 배선에는, 파티클이 부착되어 있으므로, 이 파티클을 세정하는 방법을 예로 하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 제어부(100)의 지령에 의해 진공 흡인부(22)가 작동하여, 기판(W)은, 클램프부(21)에 의해 진공 흡착되어 유지된다.
한편, 도 1에 나타내는 미소 기포 생성 장치(14)의 액체 공급부(41)로부터 미소 기포 생성부(40) 내에 순수 등의 액체가 공급됨과 더불어, 기체 공급부(42)로부터는 미소 기포 생성부(40) 내에 질소 가스 등의 기체가 공급된다. 이로 인해, 미소 기포 생성부(40) 내에서는, 다수의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)가 생성되고, 이 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)는 배관(43)를 통해 액 저장 탱크(15) 내에 일시적으로 모여진다.
제어부(100)의 지령에 의해 펌프(16)가 작동하면, 액 저장 탱크(15) 내의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)는, 처리조(23) 내에 필터(17)를 통해서 공급된다. 이로 인해, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 먼지 등의 불순물을, 이 필터(17)에 의해 제거할 수 있다.
도 1에 나타내는 제어부(100)의 지령에 의해 이동 조작부(13)의 모터(33, 35, 37)가 작동하여, 기판(W)이 처리조(23) 내의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중에 침지된다. 이 경우에, 기판(W)은, 이동 조작부(13)에 의해 처리조(23) 내에 확실히 침지할 수 있고, 세정 작업이 종료하면 기판(W)을 처리조(23) 내로부터 로보트 암 등에 의해 다음의 공정으로 반송할 수 있다.
그리고, 제어부(100)의 지령에 의해 모터(26)가 작동함으로써, 기판(W)은 R 방향으로 회전된다. 기판(W)이 회전됨으로써, 기판(W)의 세정 효과를 균일하게 하는 것이 가능하다.
한편, 미소 기포의 입경 도수 분포 계측기(18)는, 제어부(100)의 지령에 의해, 액 저장 탱크(15) 내의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)를 샘플링하여, 이 샘플링한 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)의 입경 도수의 분포를 계측한다.
도 2에 나타내는 미소 기포(H)의 입경 분포의 도수를 나타내는 예에서는, 입경 도수 분포 계측기(18)는, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)의 입경 도수의 분포를 얻고, 입경 분포에 있어서, 지시선(B)으로 나타내는 가장 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM)을 계측한다.
그리고, 입경 도수 분포 계측기(18)는, 미소 기포(H)의 입경 도수의 분포를 제어부(100)에 통지한다. 제어부(100)는, 미소 기포(H)의 입경 도수의 분포 중의 도 2에 나타내는 지시선(B)으로 나타내는 가장 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM)으로부터, 도 4에 나타내는 바와 같이, 미소 기포(H)의 입경의 도수 분포로부터 선택된 미소 기포(H)의 입경(DM)과, 고유 주파수(고유의 공진 주파수)의 상관 근사식(PL)을 참조하여, 초음파 진동자(20)를 진동시키기 위한 고유 주파수(고유의 공진 주파수)를 얻는다.
그리고, 주파수 가변식 초음파 발진기(19)는, 제어부(100)로부터의 미소 기포의 고유 주파수로부터 발진 주파수의 정보를 얻고, 초음파 진동자(20)에 대해서 구동 신호를 보내 초음파 진동자(20)를 상기 발진 주파수로 진동시켜, 미소 기 포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)에 초음파를 부여한다.
이로 인해, 처리조(23) 내의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)를 초음파에 의해 압괴할 수 있다. 즉, 주파수 가변식 초음파 발진기(19)는, 제어부(100)로부터 미소 기포(H)의 공진 주파수의 정보를 받고, 이 공진 주파수로부터 발진 주파수를 얻어 초음파 진동자(20)에 부여함으로써, 초음파 진동자(20)에 의해 발생하는 초음파를, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)에 부여할 수 있다.
이와 같이, 주파수 가변식 초음파 발진기(19)는, 초음파 진동자(20)에 대해서, 고유 주파수로부터 결정되는 발진 주파수를 부여함으로써, 초음파 진동자(20)는 초음파 진동을 일으켜, 도 6(A)에 예시하는 바와 같이, 처리조(23) 내의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)를 초음파에 의한 외부 자극에 의해 공진시켜 압괴할 수 있다. 이로 인해, 액체(L) 내에 가장 많이 존재하는 미소 기포를 확실히 압괴할 수 있다.
이로 인해, 초음파에 의해 미소 기포(H)를 동력적으로 압괴함과 더불어, 기판(W)의 표면에 부착되어 있는 미세화된 전기 배선 부분의 파티클을 미소 기포(H)의 압괴에 의해 발생하는 힘으로 전기 배선으로부터 제거할 수 있다.
즉, 처리조(23) 내의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)가, 외부 자극인 초음파에 의해 고압으로 파괴될 때에 미소 기포(H)의 내부로부터 에너지가 방출됨으로써 제트력이 생기므로, 기판(W)의 미세화된 전기 배선 부분에 부착되어 있는 파티클의 세정 효과를 높일 수 있다.
또한, 동시에 파괴될 때에 미소 기포(H)의 내부로부터 방출되는 에너지가 열로 변환된다. 그래서, 이 열을 측정함으로써 압괴 조건과 세정 효과를 알 수 있다. 구체적으로는, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)의 미소 기포(H)를 효율 좋게 압괴시키고, 초음파 진동을 부여하는 조건을 구하기 위해, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)에 초음파에 의한 자극을 주면서, 미리 정한 시간마다 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)의 온도의 변화를 측정해, 온도 상승률에 의해 미소 기포(H)의 압괴 조건을 선출할 수 있다. 미소 기포(H)를 확실히 압괴하기 위해서, 초음파 진동을 부여하는 조건의 최적화를 하는 경우에는, 미소 기포(H)의 압괴에 의해 방출되는 에너지의 열을 이용하여, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)의 온도 상승 특성의 상관을 구함으로써, 매우 간단하고 재현성이 높은 최적의 프로세스 조건을 구할 수 있다.
도 1에 나타내는 온도 센서(80)는, 처리조(23) 내에 배치되어 있고, 처리조(23) 내의 미소 기포를 포함하는 액체(L)의 온도를 미리 정한 시간마다 측정하여, 제어부(100)에 온도 정보(S)를 부여한다. 이로 인해, 제어부(100)는, 처리조(23) 내의 미소 기포를 포함하는 액체(L)의 온도 상승 혹은 온도 강하를, 일정시간마다 파악할 수 있다.
도 6(B)는, 초음파 진동자에 부여하는 발진 주파수의 예와, 발진 주파수를 부여한 경우의 수용부(23) 내의 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)의 액온의 상승예를 나타내고 있다. 예를 들면, 발진 주파수가 700㎑인 경우의 액온 상승이, 발진 주파수가 500㎑인 경우의 액온 상승과 발진 주파수가 900㎑인 경우의 액온 상승에 비해 높게 되어 있다. 여기서, 미소 기포를 포함하는 액체의 액온이 고온인 것은, 많은 미소 기포가 압괴되어 있는, 즉, 미소 기포의 압괴 조건이 최적의 상태라고 하는 것을 알 수 있다.
그런데, 도 2에 예시하는 미소 기포(H)의 입경 분포의 도수에서는, 가장 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM)을 얻고, 이 가장 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM)으로부터 초음파 진동자(20)를 진동시키기 위한 고유 주파수(㎒)를 얻고 있다.
그러나, 이것에 한정하지 않고, 도 5에 예시하는 바와 같이, 가장 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM)과, 다음으로 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM1, DM2)으로부터, 초음파 진동자(20)를 진동시키기 위한 고유 주파수(㎒)를 얻어도 된다. 즉, 가장 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM)을 중심으로 하는 확장이 있는 영역(P)을 이용해도 된다. 이로 인해, 액체(L) 내에 가장 많이 존재하는 미소 기포와, 다음으로 많이 존재하는 미소 기포를 확실히 압괴할 수 있다. 또, 이 예에 한정하지 않고, 가장 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM)과, 다음으로 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM1, DM2)과, 또 다음으로 큰 도수의 미소 기포의 입경으로부터 각각 고유 주파수를 얻도록 해도 된다. 예를 들면, 입경 도수 분포 계측기(18) 및 제어부(100)에 의해, 입경 도수가 제일 많은 미소 기포로부터 세번째 정도로 많은 미소 기포까지를 검출하고, 각각의 버블 직경의 압괴 조건에 알맞는 주파수로 전환하여 초음파를 부여하도록 해도 된다. 이 때, 진동 전환은, 심리스의 초음파 부여나 간헐적인 초음파 부여가 가능하게 행해진다.
본 발명의 기판 처리 장치의 실시 형태에서는, 입경 도수 분포 계측기(18) 는, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L) 중의 미소 기포(H)의 입경 분포가 가장 큰 도수가 되는 미소 기포(H)의 입경을 계측한다. 그리고, 제어부(100)는, 이 미소 기포(H)의 입경에 기초하여, 도 4에 나타내는 그래프로부터 초음파 진동의 고유 주파수를 결정해, 주파수 가변식 초음파 발진기(19)에 부여함으로써, 주파수 가변식 초음파 발진기(19)는 초음파 진동자(20)를 이 고유 주파수로 진동시킬 수 있다.
즉, 가장 도수가 많은 미소 기포의 입경에 맞추어 고유 주파수를 결정하여 미소 기포를 공진시켜 압괴하므로, 미소 기포를 효율 좋게 압괴할 수 있다.
기판(W)을 세정할 때에, 액체의 종류나 기체의 종류가 변경되거나, 혹은 기판(W)의 종류가 바뀐 경우에, 세정 조건(세정 레시피)이 바뀌었다고 해도, 제어부(100)는, 미소 기포(H)를 포함하는 액체(L)의 미소 기포(H)를 최적으로 초음파 진동시키는 최적 진동 주파수를 자동적으로 설정하여, 초음파 진동자(20)의 발진 주파수를 제어할 수 있다. 기체의 종류가 바뀌어, 도 4에 나타내는 미소 기포의 입경과 고유 주파수의 관계를 나타내는 근사식이 바뀌는 경우에는, 도 4에 예시하는 바와 같은 근사식 테이블을 기체의 종류마다 준비하여, 제어부(100)에 기억시켜 둘 수 있다.
기판 처리 장치(10)는, 기판(W)의 미세화된 전기 배선에 부착되어 있는 파티클의 세정을 행하는 예에 적용되고 있다. 그러나, 기판 처리 장치(10)는, 기판(W)의 표면의 세정에 한정하지 않고, 예를 들면 기판의 표면 개질에 이용할 수도 있다.
본 발명의 기판 처리 장치는, 처리 대상물인 기판에 대해서 처리를 행하는 기판 처리 장치로서, 미소 기포를 포함하는 액체를 모아, 미소 기포를 포함하는 액체 내에 기판을 침지하여 상기 기판을 처리하는 처리조와, 미소 기포를 포함하는 액체를 샘플링하여 미소 기포의 입경의 도수 분포를 계측하는 입경 도수 분포 계측기와, 입경 도수 분포 계측기로부터 얻어진 미소 기포의 입경의 도수 분포로부터 선택된 미소 기포의 입경과 고유 주파수의 상관 근사식(상관 관계)으로부터, 선택된 미소 기포의 고유 주파수를 얻는 제어부와, 처리조에 배치되어 미소 기포를 포함하는 액체에 대해서 초음파를 부여하기 위한 초음파 진동자와, 제어부로부터의 미소 기포의 고유 주파수로부터 발진 주파수의 정보를 얻어, 초음파 진동자를 발진 주파수로 진동시켜, 미소 기포를 포함하는 액체 중의 미소 기포에 초음파를 부여하는 초음파 발진기를 구비한다. 이로 인해, 기판의 처리 조건, 즉 액체의 유량 및 압력 등이 바뀌어도, 최적의 발진 주파수의 초음파에 의해, 미소 기포를 압괴하여 기판의 최적의 처리를 행할 수 있다.
또, 입경 도수 분포 계측기로부터 얻어진 미소 기포의 입경의 도수 분포로부터 선택된 미소 기포의 입경은, 최대 도수의 미소 기포의 입경이다. 이로 인해, 액체(L) 내에 가장 많이 존재하는 미소 기포를 확실히 압괴할 수 있다.
또한, 입경 도수 분포 계측기로부터 얻어진 미소 기포의 입경의 도수 분포로부터 선택된 미소 기포의 입경은, 최대 도수의 미소 기포의 입경 및 최대 도수의 미소 기포의 입경을 포함하는 주변 도수의 미소 기포의 입경을 포함한다. 이로 인해, 액체(L) 내에 가장 많이 존재하는 미소 기포 및 주변 도수의 미소 기포를 확실히 압괴할 수 있다.
미소 기포를 포함하는 액체를 일시적으로 모아 처리조에 미소 기포를 포함하는 액체를 공급하는 액 저장 탱크가 설치되고, 미소 기포를 측정하는 입경 도수 분포 계측기는, 액 저장 탱크 내의 미소 기포를 포함하는 액체를 샘플링한다. 이로 인해, 미소 기포를 포함하는 액체 중의 미소 기포의 입경의 도수 분포를 간단하게 얻을 수 있다.
기판을 착탈 가능하고 회전 가능하게 유지하는 기판 장착부가 설치된다. 이로 인해, 기판은 회전하면서 미소 기포를 포함하는 액체 내에서 처리할 수 있다.
미소 기포를 포함하는 액체의 온도의 변화를 계측하는 온도 센서가 설치된다. 이로 인해, 파괴되는 때에 미소 기포의 내부로부터 방출되는 에너지가 열로 변환되므로, 이 열을 온도 센서에 의해 측정함으로써 압괴 조건과 세정 효과를 알 수 있다.
본 발명의 기판 처리 방법은, 처리 대상물인 기판에 대해서 처리를 행하는 기판 처리 방법으로서, 처리조에는 미소 기포를 포함하는 액체를 모아, 상기 미소 기포를 포함하는 액체 내에 상기 기판을 침지하여 처리하고, 입경 도수 분포 계측기는, 미소 기포를 포함하는 액체를 샘플링하여 미소 기포의 입경의 도수 분포를 계측하고, 제어부는, 얻어진 미소 기포의 입경의 도수 분포로부터 선택된 미소 기포의 입경과 고유 주파수의 상관 근사식(상관 관계)으로부터, 선택된 미소 기포의 고유 주파수를 얻고, 초음파 발진기는, 제어부로부터의 미소 기포의 고유 주파수로부터 발진 주파수의 정보를 얻고, 초음파 진동자를 발진 주파수로 진동시켜, 미소 기포를 포함하는 액체 중의 미소 기포에 초음파를 부여한다. 이로 인해, 기판의 처리 조건, 즉 액체의 유량 및 압력 등이 바뀌어도, 최적의 발진 주파수의 초음파에 의해, 미소 기포를 압괴하여 기판의 최적의 처리를 행할 수 있다.
상술하면, 기판의 처리 조건이 바뀜(레시피의 변경)에 따라, 액체의 유량 및 압력의 변경이 행해진다. 이 액체의 유량과 압력의 변화에 따라, 발생하는 버블 입경과 개수의 변화가 생기지만, 본 발명에서는, 버블(미소 기포)의 입계 분포 도수를 측정해 가는 관점으로부터, 액체의 유량이나 압력 등에 변화가 생겨도, 측정 결과에 기초하여, 근사식으로부터 최적의 주파수를 선택함으로써, 개수가 많은 버블을 압괴할 수 있다.
그런데, 본 발명에서는, 미소 기포란, 미세 기포라고도 하고, 마이크로 버블(MB), 마이크로 나노 버블(MNB), 나노 버블(NB)을 포함하는 개념이다. 예를 들면, 마이크로 버블(MB)이란, 그 발생시에 기포의 직경이 10㎛~수십㎛ 이하의 미소한 기포를 말하며, 마이크로 나노 버블(MNB)이란, 그 발생시에 기포의 직경이 수백㎚~10㎛ 이하의 미소한 기포를 말한다. 또한, 나노 버블(NB)이란, 수백㎚이하의 미소한 기포를 말한다.
기체로서는, 질소 가스에 대신하여 오존 가스나 공기를 이용할 수도 있다. 액체로서는, 순수 외에 산성의 액이나 알칼리성의 액을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시의 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소를 적절히 조합함으로써 여러 가지의 발명을 형성할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시의 형태에 나타나는 전 구성 요소로부터 몇개의 구성 요소를 삭제해도 된다. 또한, 다른 실시의 형태에 이르는 구성 요소를 적절히 조합해도 된다.
이상, 본 발명의 실시의 형태를 설명했지만, 구체예를 예시한 것에 지나지 않고, 특히 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 각부의 구체적 구성 등은, 적절히 변경 가능하다. 또, 실시 형태에 기재된 작용 및 효과는, 본 발명으로부터 생기는 가장 적합한 작용 및 효과를 열거한 것에 지나지 않고, 본 발명에 의한 작용 및 효과는, 본 발명의 실시 형태에 기재된 것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 예를 들면, 미소 기포를 포함하는 액체(예를 들면 세정용의 액체)를 이용해 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 등에서 이용된다.
도 1은, 본 발명의 기판 처리 장치의 바람직한 실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 2는, 미소 기포(H)의 입경 도수의 분포예에 있어서 가장 도수가 큰 미소 기포의 입경(DM)을 나타내는 도면이다.
도 3은, 미소 기포의 입경 도수 분포 계측기의 발광부와 수광부를 나타내는 도면이다.
도 4는, 가장 큰 도수의 미소 기포의 입경(DM)으로부터 초음파 진동자를 진동시키기 위한 고유 주파수(㎒)를 얻기 위한 미소 기포의 입경(㎚)과, 고유 주파수의 관계예를 나타내는 도면이다.
도 5는, 미소 기포(H)의 입경 도수의 분포예에 있어서 가장 도수가 큰 미소 기포의 입경(DM)과 그 주변의 미소 기포의 입경(DM1, DM2)을 포함하는 예를 나타내는 도면이다.
도 6은, 미소 기포(H)를 초음파에 의한 외부 자극에 의해 공진시켜 압괴하는 모습을 나타내는 모식도와 주파수에 대한 액온의 상승예를 나타내는 도면이다.

Claims (7)

  1. 처리 대상물인 기판에 대해서 처리를 행하는 기판 처리 장치로서,
    미소 기포를 포함하는 액체를 모아, 상기 미소 기포를 포함하는 액체 내에 상기 기판을 침지하여 상기 기판을 처리하는 처리조와,
    상기 미소 기포를 포함하는 액체를 샘플링하여 상기 미소 기포의 입경의 도수 분포를 계측하는 입경 도수 분포 계측기와,
    상기 입경 도수 분포 계측기에 의해 얻어진 상기 미소 기포의 입경의 도수 분포로부터 선택된 상기 미소 기포의 입경과 고유 주파수의 상관 관계로부터, 상기 선택된 상기 미소 기포의 고유 주파수를 얻는 제어부와,
    상기 처리조에 배치되어 상기 미소 기포를 포함하는 액체에 대해서 초음파를 부여하기 위한 초음파 진동자와,
    상기 제어부에 의해 얻어진 상기 미소 기포의 고유 주파수로부터 발진 주파수의 정보를 얻어, 상기 초음파 진동자를 상기 발진 주파수로 진동시켜, 상기 미소 기포를 포함하는 액체 중의 상기 미소 기포에 초음파를 부여하는 초음파 발진기를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 입경 도수 분포 계측기에 의해 얻어진 상기 미소 기포의 입경의 도수 분포로부터 선택된 상기 미소 기포의 입경은, 최대 도수의 상기 미소 기포의 입경 인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 입경 도수 분포 계측기에 의해 얻어진 상기 미소 기포의 입경의 도수 분포로부터 선택된 상기 미소 기포의 입경은, 최대 도수의 상기 미소 기포의 입경 및 최대 도수의 상기 미소 기포의 입경을 포함하는 주변 도수의 상기 미소 기포의 입경을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미소 기포를 포함하는 액체를 일시적으로 모아 상기 처리조에 상기 미소 기포를 포함하는 액체를 공급하는 액 저장 탱크를 구비하고, 상기 입경 도수 분포 계측기는, 상기 액 저장 탱크 내의 상기 미소 기포를 포함하는 액체를 샘플링 하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판을 착탈 가능하고 회전 가능하게 유지하는 기판 장착부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미소 기포를 포함하는 액체의 온도의 변화를 측정하는 온도 센서를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 처리 대상물인 기판에 대해서 처리를 행하는 기판 처리 방법으로서,
    처리조에, 미소 기포를 포함하는 액체를 모아, 상기 미소 기포를 포함하는 액체 내에 상기 기판을 침지하여 처리하고,
    입경 도수 분포 계측기가, 상기 미소 기포를 포함하는 액체를 샘플링하여 상기 미소 기포의 입경의 도수 분포를 계측하고,
    제어부가, 상기 입경 도수 분포 계측기에 의해 얻어진 상기 미소 기포의 입경의 도수 분포로부터 선택된 상기 미소 기포의 입경과 고유 주파수의 상관 관계로부터, 상기 선택된 상기 미소 기포의 고유 주파수를 얻고,
    초음파 발진기가, 상기 제어부에 의해 얻어진 상기 미소 기포의 고유 주파수로부터 발진 주파수의 정보를 얻어, 상기 초음파 발진기가 구비하는 초음파 진동자를 상기 발진 주파수로 진동시켜, 상기 미소 기포를 포함하는 액체 중의 상기 미소 기포에 초음파를 부여하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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