KR101098726B1 - 기판 세정 장치 및 그 세정 방법 - Google Patents

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켄지 후루사와
사토시 조야
류지 소토아카
케이이치 타나카
요시야 키무라
토모유키 아즈마
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미츠비시 가스 가가쿠 가부시키가이샤
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Abstract

공간 절약, 저가격, 및 환경을 배려한 매엽(枚葉) 기판 세정 장치 및 그 세정 방법을 제공한다.
기판 세정 장치(1)는, 실리콘 기판을 회전 가능하게 보유하는 회전 테이블(50)과, 보유된 실리콘 기판 표면의 적어도 일부를 광 조사 가능한 광 조사 장치(30)와, 적어도 N2O수 및 플루오르화수소산 용액을 기판 상에 선택적으로 공급 가능한 노즐(40)과, 광 조사 장치(30) 및 노즐(40)의 공급을 제어하고 실리콘 기판 상에 N2O수가 공급될 때 광 조사 장치(30)에 의한 광 조사를 가능하게 하는 제어 유닛(100)을 가진다.
기판 세정, 매엽(枚葉), 반도체, 실리콘, 광 조사, 노즐, 플루오르화수소산

Description

기판 세정 장치 및 그 세정 방법{SUBSTRATE CLEANING APPARATUS AND CLEANING METHOD THEREOF}
본 발명은, 기판 세정 방법에 관한 것으로, 특히, 반도체 기판, 액정 패널, 플라스마 패널, 필드 에미션(field emission) 등의 유리(glass) 기판, 그 외 얇은 판 형상의 기판을 세정 처리하기 위한 기판 세정 장치 및 그 세정 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 실리콘 기판에 대해서, 성막, 리소그래피(lithography), 에칭(etching), 이온 주입(ion implantation), 레지스터(resist) 박리(剝離) 등의 처리를 하는 경우, 기판 표면을 청정화하는 세정 처리를 한다. 실리콘 기판의 세정은, 크게 배치식(batch processing)과 매엽식(single substrate processing, 枚葉式)으로 분류되지만, 배치식은 처리율(throughput)은 뛰어나지만, 기판의 대구경화에 의해 점유 면적이 커지는 결점이 있다. 이에 대해 매엽식은 기판을 한 장 단위로 처리하는 것으로, 점유 면적을 작게 할 수가 있고, 대구경의 기판에 대해서도 균일한 세정을 할 수가 있다고 하는 이점이 있다. 매엽식으로 대표되는 스핀 세정은 기판을 수평으로 보유하면서 회전시키고, 그곳에 세정 노즐로부터 물약이나 순수(純水)를 공급하여 기판 표면을 세정한다.
또, 최근에 이르러 주로 실리콘 기판을 세정하는 목적에 있어서, 광 조사를 병용한 매엽(single substrate) 스핀 세정 장치가 세상에 배출되기 시작하고 있다. 그것들은 광, 특히 365nm 이하의 파장을 가지는 광을 구사하고, 처리액이 가지는 성능을 보다 높이는 것을 목적으로 하고 있다.　　　
예를 들면, 특허 문헌 1은 반도체 웨이퍼의 세정 대상물에 따라 오존수(ozone water), 알칼리 이온수, 산성 이온수 등의 기능수의 1종 또는 2종 이상의 기능수(機能水)를 스핀 회전 기구에 보유된 반도체 웨이퍼(wafer) 상에 공급하고 그 다음에, 반도체 웨이퍼 상에 엑시머 램프(excimer lamp)를 2차 에너지로서 일정시간 조사하여 기능수의 세정 반응을 촉진시키면서, DHF(Dilute Hydrofluoric Acid, 희석 플루오르화수소산)를 공급하고, 회전하면서 세정을 하는 것이다.
또, 특허 문헌 2는 기판의 한쪽의 면에 세정액을 공급하여 자외선을 조사함과 아울러, 다른 한쪽의 면에 고주파 초음파를 조사하여 기판의 표리면(表裏面)을 세정하는 기술을 개시하고 있다. 세정액으로서는 산화성기(酸化性基)(HO·, HO2·), 산화종(酸化種) 및/또는 산소를 함유하는 이온(O3, H2O2, O-, O2 -, O3 -)을 개시하고 있다.
특허 문헌 1 : 국제공개 02-101808호
특허 문헌 2 : 일본특허공개 2000-70885호
<해결하고자 하는 과제>
특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 개시된 세정 장치는, 램프 중심의 구성으로 되어 있고, 또, 실리콘 기판 면에 대한 램프가 차지하는 면적이 매우 크고, 또한, 처리액 분위기로부터 램프 등 광 조사 관련의 부위를 분할하여 보호하는 등의 필요성 때문에, 실리콘 기판 처리실 자체도 통상의 매엽(枚葉) 스핀 세정 장치의 처리실 이상으로 대형화 하지 않을 수 없는 상황에 있다. 이에 더하여, 이들 램프가 실리콘 기판에서 차지하는 면적의 영향에 의해, 예를 들면 실리콘 기판을 한 번 소정의 처리액으로 적셔 둔 후, 광을 조사한다는 방법이 일반적이고, 양자를 실리콘 기판 상에 있어서 동시에 처리할 수 없다고 하는 현상이 있다.
　　 그렇다면, 경우에 따라서는 실리콘 기판 표면상의 처리액이 건조해 버리는 것으로 인하여, 최악의 경우 워터 마크(water mark)의 발생으로 이어지고, 반도체 소자에 있어 악영향을 미칠 수도 있다고 하는 염려점을 들 수 있다. 더 나아가서는 램프의 크기나 사양에 수반하고, 사용하는 전기적 용력(用力)도 늘리고, 비용적으로 장점이 적은 것으로 되어 버릴 가능성을 가지고 있다.
　　　한편, 광 조사를 이용한 세정 처리에는, 최적인 광량이 요구되고 피세정체(被洗淨體)인 실리콘 기판과 램프의 거리가 중요한 요소로 되지만, 특허 문헌 1에 개시된 것처럼, 거리를 결정하기 위해 물리적인 수단, 즉 돌기 등의 스톱퍼(stopper)를 설치하여 램프의 위치 결정을 하고 있다. 이것은 램프의 위치를 항상 일정한 높이로 보유하는 의미에서는 우수하지만, 램프의 설치의 번잡성이나, 또 스톱퍼 자체의 파손의 우려도 있고, 특히 후자에 이르러 램프 그 자체나 최악은 실리콘 기판에 손상을 줄 지 모른다고 하는 위험성을 가지고 있다.
　　　또한, 기판 세정에 이용되는 세정액은, 오존수(ozone water)나 과산화수소수와 플루오르화수소산을 조합한 것이 일반적이지만, 오존수나 과산화수소수를 이용할 경우, 그 폐액(廢液)은 자연 파괴를 일으키는 것으로 환경 보호에 적절한 것이라고 말할 수 있는 것은 아니다. 따라서, 오존수나 과산화수소수의 폐액을 처리하지 않으면 안 되고, 그 때문에 큰 비용을 필요로 하고 있다.
　　　이상과 같은 관점에서, 또 활기찬 연구의 결과, 이번에 우리는 지금까지 발표되어 있는 광 조사를 병용한 매엽 세정 기술이 가지는 문제점에 대해, 그런 문제점을 해결하기 위하여, 특히 매엽 세정 장치에 탑재하기 위한 광 조사 기구 및 세정 처리액에 착안한 신규의 세정 수법을 얻는데 이르렀다. 그래서, 본 발명은, 공간 절약, 저가격, 및 환경을 배려한 신규의 매엽 기판 세정 장치 및 그 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
<과제 해결 수단>
본 발명과 관련되는 기판 세정 장치는, 기판을 보유하는 기판 보유 수단과, 보유된 기판을 회전시키는 기판 회전 수단과, 보유된 기판 상의 표면의 적어도 일부를 광 조사 가능한 광 조사 수단과, N2O수 및 플루오르화수소산 용액의 적어도 하나를 기판 상에 선택적으로 공급 가능한 공급 수단과, 상기 광 조사 수단 및 상기 공급 수단을 제어하고, 기판 상에 N2O수가 공급될 때 상기 광 조사 수단에 의한 광 조사를 가능하게 하는 제어 수단을 가지는 것이다. N2O수는 물에 아산화질소 가스를 용해한 수용액이고, 자외선 등의 광을 조사함으로써 질소 분자와 산소 원자로 해리되고, 그 산소 원자의 활동에 의해 산화 작용을 일으키게 한다. 한편, 광 조사를 정지하면, N2O수는 안정된 상태로 되어 물과 같은 기능을 나타낸다.
　　　또한, 본 발명과 관련되는 기판 세정 방법은, 회전 테이블 상에 기판을 보유하고 또한 이 기판을 회전시키는 스텝과, 회전되는 기판 표면에 N2O수를 공급하고 또한 이 기판 표면에 자외선을 조사하는 스텝과, 자외선 조사 후에 기판 표면에 플루오르화수소산 용액을 공급하는 스텝을 가지는 것이다.
　　　다음에, 본 발명에서 이용하는 N2O수의 특성에 대해서 설명한다. 도 10은 N2O수에 자외선을 조사하였을 때의 아산화질소의 농도 변화를 나타내는 실험 결과이다. 가로축은 측정 범위 200∼340nm의 파장 대역을 나타내고, 세로축은 흡광도를 나타내고 있다. 곡선 C1∼C3은 N2O의 흡광도를 나타내고, C3은 3분간 조사, C2가 1분간 조사, C1이 조사 없음을 나타내고 있다. 그래프로부터도 분명한 것처럼, 240nm 이상의 파장의 광에서는 흡광도가 제로(zero)이고, 광이 완전히 흡수되어 있지 않다. 바꾸어 말하면, 광 에너지의 조사에 의해 N2O의 해리가 이루어지지 않은 것을 알 수 있다.
　　　도 11은 205nm의 파장의 광을 조사하였을 때 흡광도로부터 구한 N2O의 농도 변화를 나타낸 것이다. 또한, 조사 시간이 제로인 농도를 포화 농도(수온 25℃에서의 값)로서 각각의 흡광도의 상대값을 곱하여 산출한 것이다. 3분간의 조사에 의해 아산화질소의 농도가 꽤 감소하고 있는 것을 알 수 있다. 또, 도 10에 나타난 실험 결과로부터 실질적으로 오존(O3)의 부산물의 검출은 없었다.
　　　도 12는 실리콘 웨이퍼의 산화를 행한 산화 장치의 모식도이다. 산화 장치는 용기(P)와, 용기(P)의 바로 위에 배치되는 저압 수은 램프(Q)를 포함한다. 저압 수은 램프(Q)는 240nm 이하의 파장을 포함한 광을 발생하고, 그 출력은 110W이다. 바람직하게는 저압 수은 램프(Q)는, 용기(P)의 전체 면을 조사하도록, 가능한 한 용기(P)에 근접하여 배치된다.
　　　용기(P)는 측면 및 저면을 포함하여 그 상면이 개방되고 예를 들면 테프론(등록상표)으로 형성된다. 용기(P)의 저면에는 일정한 높이의 돌기가 형성되고, 이 돌기에 의해 실리콘 웨이퍼(W)의 이면(裏面)이 지지된다. 용기(P)에 충전되는 N2O수, N2O를 약 0.1%(1068ppm) 정도를 함유하는 것이다. 실리콘 웨이퍼(W)가 용기(P) 내에 배치된 후, 실리콘 웨이퍼(W)의 전체가 충분히 침지될 정도로 N2O수를 용기(P) 내에 충전한다. 본 예에서는 산화해야할 실리콘 웨이퍼로서 그 표면에 존재하는 산화물을 미리 플루오르화수소수 용액으로 제거한 것을 이용한다.
　　　도 13은 도 12의 산화 장치에 의해 실리콘 웨이퍼를 산화한 결과를 나타내는 그래프이고, 가로축에 광 조사 시간, 세로축에 실리콘 웨이퍼 표면에 생성한 산화막의 두께(Å)의 관계를 나타낸다. 산화막의 두께는, X선 광전자 분광(XPS : X-ray　Photo-electron　Spectroscopy)에 의한 Si2P 스펙트럼의 파형 해석에 의하여 구하였다. 이 방법에 대해서는, 예를 들면, 분석화학,Vol. 40(1991) 691∼696페이지의 오쿠다 카즈아키(奧田和明), 이토 아키오(伊藤秋男)에 의한 「X선 광전자 분광법에 의한 얇은 금속 표면 산화막의 막 두께 측정」에 기재되어 있다. 도 13의 그래프로부터, 1분간의 광 조사 시간으로 6Å 정도의 산화막이 생성되고, 3분간의 광 조사 시간으로 10Å 정도의 산화막이 생성되어 있는 것이 확인되었다.
　　　도 14는 도 12에 나타낸 산화 장치로 헬륨(He)이 용해되어 있는 물을 이용하여 실리콘 웨이퍼(W)를 산화하였을 때의 광 조사 시간과 실리콘 웨이퍼 표면에 생성된 산화막 두께의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 헬륨은 아산화질소 용해수와의 비교를 행한 후에, 사용하는 수중(水中)에 용해되어 있는 공기 성분(N2, O2, CO2 등)을 추출하기 위해서 수중에 강제적으로 용해시켰다. 도 14의 그래프로부터 분명한 것처럼, 1분간의 조사 시간으로 1Å 정도, 3분간의 조사 시간으로도 2Å 정도의 산화막밖에 생성되어 있지 않은 것이 확인되었다. 도 13과의 비교로부터, 수중의 아산화질소에 광을 조사함으로써 이 물과 접촉한 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 효율 좋게 산화막을 생성할 수 있는 것이 확인되었다.
　　　상기 실리콘 웨이퍼의 산화(도 13 및 도 14)는 모두 실온(24℃ 부근)에서 실시된 것이다. 또, 상기 산화에서는 아산화질소를 해리하기 위한 광원으로서 저압 수은 램프를 사용하였지만, 240nm 이하의 파장의 광을 발생할 수 있는 것이면, 저압 수은 램프 이외의 광원을 사용해도 좋다. 또한, 램프 출력도 적당하게 변경하는 것이 가능하고, 110W 이외의 램프 출력으로 실시하여도 산화 분해는 가능하다. 일반적으로 동일 램프를 이용할 경우, 출력에 의해 산화 분해의 속도가 영향을 받아 출력이 작으면 산화 분해의 속도는 저하하고 반대로 출력이 크면 산화 분해의 속도는 상승한다. 소망의 산화 분해 속도에 따라 출력을 선택하는 것이 가능하다.
　　　도 15는 도 12의 산화 장치에 있어서 각종 가스를 용해한 수용액을 이용하였을 때의 실리콘 웨이퍼(W)의 산화막의 거동을 나타내는 그래프이다. 가로축은 자외선의 조사 시간(분), 세로축은 산화 막 두께(Å)이다. 광원으로서 무오존 형태(ozoneless type)의 고압 수은 램프를 이용하였다.
　　　그래프에 있어서, G1은 N2O, G2는 O2, G3은 공기, G4는 He, G5는 N2, G6은 Ar이 각각 용재(溶在)하는 용액이다. 이 그래프로부터도 분명한 것처럼, N2O수는 다른 용해수보다 산화율(oxidation rate)이 현저하게 높은 것을 알 수 있다. 덧붙여서 말하면, N2O는 1분의 조사 시간으로 6Å, O2는 3Å, 공기는 2Å, 다른 He, N2, Ar는 1∼2Å의 성장이었다.
　　　조사 시간과 함께 산화율의 곡선이 감소하는 것은 수중에 존재하는 산화 활성종의 농도가 저하하는 것이 원인의 하나로 생각된다. 따라서, 수중의 산화 활성종의 농도가 저하하지 않게 미사용의 아산화질소를 용기(40) 내에 주입하면 산화율의 저하를 억제할 수가 있는 것으로 생각된다.
<효과>
본 발명에 의하면, 적어도 N2O수 및 플루오르화수소산 용액의 병용에 의해 기판의 세정을 하도록 함으로써 세정에 사용후의 폐액의 처리 공정을 삭감하는 것이 가능하게 되고, 이에 의해 기판 세정 장치의 소형화 및 저가격화를 실현하는 것이 가능하게 되고, 또 환경을 배려한 기판 세정 처리를 할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예와 관련되는 기판 처리 장치의 구성을 나타내는 사시도이고, 광 조사 장치가 대기 상태에 있을 때를 나타내고 있다.
도 2는 광 조사 장치의 단면 구조를 나타내는 도이다.
도 3(a)은 광 조사 장치가 대기 위치에 있는 상태를 나타내고, 도 3(b)은 광 조사 장치가 세정 처리 위치에 있는 상태를 나타내고 있다.
도 4(a)는 광 조사 장치의 요동을 나타내는 평면도, 도 4(b)는 그 측면도이다.
도 5는 제어 유닛의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 실시예의 세정 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 7은 본 실시예의 다른 세정 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 8은 회전 테이블 상에 챔버를 붙인 예를 나타내는 도이다.
도 9는 광 조사 장치의 다른 이동 기구를 나타내는 도이다.
도 10은 무오존 형태(ozoneless type)의 고압 수은 램프의 조사에 의한 수중에서의 N2O 농도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 파장 205nm의 흡광도로부터 구해진 N2O 농도의 변화를 나타내는 표다.
도 12는 실리콘 웨이퍼를 산화 실험하였을 때의 산화 장치의 모식도이다.
도 13은 도 12의 실험 장치에 의한 실리콘 웨이퍼의 산화 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 도 12의 실험 장치에 의한 헬륨(He)이 용해하고 있는 물을 이용하였을 때의 실리콘 웨이퍼의 산화 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15는 무오존 형태의 고압 수은 램프의 조사에 의한 각종 가스 용해수 중에서의 실리콘 산화의 거동을 나타내는 그래프이다.
<부호의 설명>
1：기판 처리 장치　　　　　　　　 10：본체부
20：기판 보유 장치　　　　　　　　30：광 조사 장치
32：하우징　　　　　　　　　 34：램프관
36：투과창　　　　　　　　　　　 40：노즐(nozzle)
50：회전 테이블　　　　　　　　 52：파지구
60：회수 포트(port)　　　　　　 70：슬라이딩 부재
80：위치 검출 센서　　　　　　 100：제어 유닛
이하, 본 발명과 관련되는 기판 처리 장치의 최선의 형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예와 관련되는 매엽식의 기판 세정 장치의 외관을 나타내는 사시도이다. 기판 세정 장치(1)는, 본체부(10)와, 본체부(10)에 탑재된 기판 보유 장치(20)와, 기판 보유 장치(20) 상에 배치된 광 조사 장치(30)와, 세정에 필요한 약액(藥液) 등을 공급하기 위한 복수의 노즐(40)을 구비하고 있다. 또, 본체부(10)의 내부에는, 후술하듯이 기판 보유 장치(20), 광 조사 장치(30) 및 노즐(40)의 동작을 제어하기 위한 제어 유닛이 내장되어 있다.
　　　본체부(10)의 전면에는 사용자로부터의 지시를 입력하기 위한 터치 패널 디스플레이(12)가 장착되어 있다. 사용자는 터치 패널 디스플레이(12)를 통해 소망의 세정 처리 순서를 선택하고 혹은 필요한 입력 지시를 준다. 또, 터치 패널 디스플레이(12)는 세정 처리 장치(1)의 세정 처리가 어느 상태에 있는가를 표시할 수가 있다.
　　　기판 보유 장치(20)는, 실리콘 기판을 회전 가능하게 보유하는 회전 테이블(50)과, 회전 테이블(50)을 포위하듯이 배치된 회수 포트(port)(60)를 가지고 있다. 회전 테이블(50)은 도시하지 않은 모터에 접속되어 있다. 회전 테이블(50)의 상면에는 실리콘 기판의 가장자리(edge)를 파지시키기 위한 복수의 파지구(52)가 장착되고, 또, 회전 테이블(50)의 중앙에는 가스를 분출하게 하기 위한 복수의 분출구멍(54)이 형성되어 있다. 회전 테이블(50)의 분출구멍(54)으로부터 질소 가스를 분출함으로써 실리콘 기판을 회전 테이블(50) 상에 있어서 비접촉 상태로 보유할 수가 있다. 이것은 베르누이(Bernoulli)의 원리 또는 에어 베어링(air bearing)의 원리를 이용한 것이다.
　　　회전 테이블(50)을 회전시키고, 비접촉 상태로 보유된 실리콘 기판은, 그 외주를 파지구(把持具)(52)에 가이드(guide) 되어 회전할 수가 있다. 또, 회전 테이블(50)에는 실리콘 기판이 재치(載置)된 것을 검지하기 위한 기판 검지 센서(56)가 설치되고, 검지 결과는 제어 유닛으로 출력된다. 검지 센서(56)는 예를 들면 적외선 등의 반사광을 검출함으로써 실리콘 기판의 유무를 검출한다.
　　　본체부(10) 상에는 슬라이딩(sliding) 부재(70)가 장착되어 있다. 슬라이딩 부재(70)에 광 조사 장치(30)가 장착되고, 광 조사 장치(30)는 도시하지 않은 구동 기구에 의해 슬라이딩 부재(70) 상을 수평 방향으로 이동할 수가 있다. 슬라이딩 부재(70)에는 광 조사 장치(30)의 위치를 검출하는 위치 검출 센서(80)가 장착되고, 그 검출 결과는 제어 유닛으로 출력된다.
　　　노즐(40)은 복수의 노즐(40a∼40d)을 포함한다. 각 노즐(40a∼40d)은 결정된 위치에 배치되어 있어도 좋고, 혹은 떨어져 있는 위치에 배치되어 있어도 좋다. 각 노즐(40a∼40d)은 용액이나 가스의 공급원에 접속되고, 그곳으로부터 공급된 용액이나 가스를 공급한다. 또, 각 노즐(40a∼40d)은 도시하지 않는 이동 기구에 의해 회전 테이블(50) 상으로 이동하고, 또는 회전 테이블(50) 상으로부터 퇴피(退避)시킬 수가 있다. 예를 들면, 노즐(40a)은 N2O를 포함한 용액을 공급하고, 노즐(40b)은 플루오르화수소산 수용액을 공급하고, 노즐(40c)은 순수 또는 린스수(rinse water)를 공급하고, 노즐(40d)은 질소 등의 불활성 가스를 공급한다.
　　　이것과는 달리 단일의 노즐은 복수의 처리액을 공급할 수 있는 것이어도 좋다. 예를 들면, 노즐(40a)은 N2O수도 공급하고, 또는 초순수(超純水)를 공급하도록 하여도 좋다. 이 경우에는 노즐(40a)에 접속된 공급원을 전환하도록 한다.
　　　도 2는 광 조사 장치(30)의 단면 구조를 나타내고 있다. 광 조사 장치(30)는 구형 모양의 하우징(32)과, 그 내부에 램프관(34)을 포함하고 있다. 하우징(32)의 내부에는 램프 피치(P)로 절곡(折曲)된 램프관(34)이 수용되어 있다. 또, 하우징(32)의 하면에는 투과창(36)이 장착되고, 그곳으로부터 램프관(34)의 광이 출사되게 되어 있다. 램프는 예를 들면 240nm 이하의 자외선을 포함한 수은 램프 등을 사용할 수가 있다. 투과창(36)은 예를 들면 석영 유리에 의해 구성되어 있다. 또한, 바람직하게는 하우징(32)의 내벽에는 램프로부터의 광이 투과창(36)으로부터 효율적으로 출사되도록 반사막 등이 코팅(coating)되어 있다.
　　　광 조사 장치(30)는 실리콘 기판(W)을 회전 테이블(50)로 반송할 때, 그 반송에 방해가 되지 않게 도 3(a)에 나타내는 것 같은 대기 위치에 있다. 또, 세정 처리시에는 슬라이딩 부재(70)를 통해 도 3(b)에 나타내는 세정 처리 위치로 이동된다. 이때 광 조사 장치(30)는 회전 테이블(50)의 적어도 반의 영역을 가리고, 또한, 회전 테이블(50)의 표면과는 약 30mm 이하, 바람직하게는 25mm 이하의 거리에 있다.
　　　램프 면적은 광량을 중요 인자로 하는 광 조사를 병용한 세정에 있어서는 가장 중요한 요소 기술의 하나이지만, 그 때문에 종래 기술의 과제에서도 말한 것 같은 여러 가지 폐해를 생기게 하고 있다. 그래서, 본 실시예에서는 종래의 과제의 개선 방법과, 회전 테이블(50)의 적어도 반을 필요 최소한의 광 조사 영역으로서 획득하고 있다. 이에 의해 회전 테이블(50)의 전체 영역 즉 실리콘 기판의 전체 영역을 광 조사 영역으로 하는 경우에 비해, 광 조사 면적이 차지하는 영역, 바꾸어 말하면, 램프의 점유 면적을 큰 폭으로 삭감할 수가 있다. 또 한편 삭감한 영역을 노즐(40)을 배치시키는 공간으로 이용함으로써 실리콘 기판 상에 노즐(40)로부터 처리액을 공급하면서 실리콘 기판 상에 광 조사를 하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 처리액의 건조에 따르는 워터 마크(watermark)의 발생을 억제할 수가 있다.
　　　또한, 광 조사 장치(30)는 세정 처리를 할 때, 슬라이딩 부재(70) 상에 있어서 일정한 주기로 방향(S)으로 요동할 수가 있다. 요동하는 거리는 램프관(34)이 도 2에 나타내는 램프 피치(pitch)(P)로 배열되어 있을 때, 그 피치(P)와 동일하든가 그 이상인 것이 바람직하다. 램프 피치(P)에 있어서 물리적으로 램프관(34)이 존재하지 않는 영역에 대해서는 램프 조사를 실시할 수 없는 가능성이 높기 때문에, 광 조사 장치(30)를 램프 피치(P)에 맞추어 요동시킴으로써 램프의 미조사 영역을 없애어 실리콘 기판(W) 상에 균일한 광이 조사되게 된다.
　　　도 5는 본체부(10) 내의 제어 유닛의 전기적인 구성을 나타내는 블록도이다. 제어 유닛(unit)(100)은 터치 패널 디스플레이(12)로부터의 입력을 받아들이는 입력 인터페이스(110), 노즐(40)로부터의 처리액의 공급을 제어하는 처리액 공급부(120), 광 조사 장치(30)의 이동, 노즐(40)의 이동 및 회전 테이블(50)의 회전 등의 구동 제어를 하는 구동 제어부(130), 회전 테이블(50)의 분출구멍(54)으로부터의 질소 가스의 공급 등을 제어하는 보유 제어부(140), 광 조사 장치(30)의 램프관(34)의 점등을 제어하는 램프 구동 회로(150), 기판 검지 센서(56) 및 위치 검출 센서(80)로부터의 결과나 그 외의 데이터 등을 기억하는 데이터 메모리(160), 세정 처리 순서를 제어하기 위한 프로그램을 기억하는 프로그램 메모리(170), 및 프로그램에 따라 각 부를 제어하는 중앙 처리 장치(180)를 포함하고 있다.
　　　다음에, 본 실시예의 기판 세정 장치에 있어서의 세정 순서를 도 6을 참조하여 설명한다. 광 조사 장치(30)를 도 3(a)에 나타내는 대기 위치로 위치시킨 상태로 실리콘 기판(W)을 회전 테이블(50) 상에 재치한다(스텝 S101). 이때 회전 테이블(50)의 분출구멍(54)으로부터 질소 가스가 분출되고, 실리콘 기판(W)은 회전 테이블(50) 상에 비접촉 상태로 보유된다. 실리콘 기판(W)의 이송은 예를 들면 웨이퍼 반송 암(arm)에 의하여 행할 수 가 있다.
　　　회전 테이블(50) 상에 실리콘 기판(W)이 재치되면, 그것이 기판 검지 센서(56)에 의해 검지된다. 중앙 처리 장치(180)는 실리콘 기판(W)이 재치된 것에 응답하고, 구동 제어부(130)를 통해 회전 테이블(50)을 일정 속도로 회전시킨다. 실리콘 기판(W)은 그 외주가 파지구(把持具)(52)에 가이드 되고, 회전 테이블(50) 상에서 비접촉 상태를 보유하면서 회전된다(스텝 S102).
　　　중앙 처리 장치(180)는 구동 제어부(130)를 통해 노즐(40)을 대기 위치로부터 회전 테이블(50) 상에 이동시키고, 한편 광 조사 장치(30)를 세정 처리 위치에 이동시킨다(스텝 S103). 또, 노즐(40) 및 광 조사 장치(30)의 이동과 회전 테이블(50)의 회전은 순서가 역이어도 좋다.
　　　다음에, 중앙 처리 장치(180)는 처리액 공급부(120)를 통해 노즐(40a)로부터 N2O수를 기판 표면에 적하(滴下)한다(스텝 S104). 처리해야할 피세정체가 실리콘 기판과 같이 표면이 소수면(疎水面)인 경우는, 처리액을 실리콘 기판 전체에 공급할 필요가 있다. 이 때문에 예를 들면 노즐의 처리액 토출구의 내경이 5mm 정도로, 처 리액 공급량이 매분 1리터의 경우, 노즐의 처리액 토출구는, 만일 토출구로부터 실리콘 기판까지의 거리가 20mm 정도인 경우, 동일 기판의 중심으로부터 30mm 이내, 바람직하게는 25mm 이내의 위치에 존재하는 것이 좋다. 이것은 광 조사를 하지 않는 경우에서도 같은 조건이다.
　　　중앙 처리 장치(180)는 또한 램프 구동 회로(150)를 통해 램프관(34)에 의해 기판 표면에 광을 조사시킨다(스텝 S105). 이때 광 조사 장치(30)는 세정 처리 위치에 있고, 회전 테이블(50)의 적어도 반의 영역을 가리고, 빈 영역에는 노즐(40)이 배치된다(도 4를 참조). 따라서, 실리콘 기판(W)의 표면에 대해, N2O수의 공급과 광 조사를 동시에 할 수가 있다. 또, 램프의 점등에 시간을 요하는 경우에는 미리 램프를 점등하게 하고, 그 상태로부터 광 조사 장치(30)를 세정 처리 위치까지 이동시키도록 하여도 좋다. 이 경우 이동중에 자외선이 투과창(36)으로부터 외부로 새어 오존이 발생하지 않게 하기 위해 투과창(36)에 셔터를 병설하고, 이동의 사이에는 셔터를 닫고, 광 조사 장치(30)가 세정 처리 위치에 도달하였을 때에 셔터를 열도록 한다.
　　　또한, 바람직하게는 중앙 처리 장치(180)는 처리액 공급부(120)를 통해 노즐(40d)로부터 질소 가스를 공급하고, 실리콘 기판 표면을 불활성 가스 분위기로 할 수 있다. 이것은 램프로부터 조사된 자외선에 의해 대기중에 오존이 발생하는 것을 억제하기 위한 것이다. 이에 더하여 중앙 처리 장치(180)는, 도 4에 나타낸 것처럼, 광 조사 장치(30)를 방향(S)으로 일정 주기로 하여 요동시켜도 좋다.
　　　회전된 실리콘 기판(W)의 표면에는 노즐(40a)로부터 N2O수가 순차 공급되고, 그 N2O수는 기판 표면에 있어서 자외선의 조사에 의해 활성화 되어 실리콘 기판 표면을 개질된다. 광 조사 장치(30)에 의한 광 조사 영역은 실리콘 기판(W)의 적어도 반이지만, 실리콘 기판(W)은 회전되고 있기 때문에 실리콘 기판(W)의 전체 표면의 N2O수가 남김없이 광 조사되게 된다. 또한, 광 조사 장치(30)를 요동시킴으로써 램프 피치에 의한 광 강도의 얼룩짐을 억제하고 보다 균일한 광 조사를 할 수가 있다.
　　　실리콘 기판 표면에 공급된 N2O수는 회수 포트(60)에 수용되고 폐기 또는 재이용된다. 여기서 주의해야 할 것은 N2O수는 광이 조사되어 있지 않으면 실질적으로 물과 같이 무해하다. 바꾸어 말하면, 광 조사를 하고 있지 않은 상태에서는, N2O수는 활성화 되지 않고 단순한 수용액일 뿐이다. 따라서, 사용후의 N2O수를 폐기할 때에도 반드시 특별한 처리를 필요로 하지 않는다.
　　　중앙 처리 장치(180)는, 세정에 필요한 시간, 광 조사를 했는지 안했는지를 감시한다(스텝 S106). 이 광 조사 시간은 미리 설정할 수가 있다. 광 조사 시간이 소정 시간에 도달하였을 때 중앙 처리 장치(180)는 광 조사를 정지시킨다(스텝 S107). 광 조사의 정지는 램프관(34)을 소등시켜도 좋고, 투과창(36)에 셔터가 병설되어 있는 경우에는 셔터를 닫도록 하여도 좋다.
　　　광 조사를 정지시킨 후 노즐(40a)로부터 일정 기간, N2O수가 실리콘 기판 표 면에 공급된다(스텝 S108). 이때 광 조사가 되어 있지 않기 때문에, N2O수는 활성화 되지 않고, N2O수가 린스수로서 기능한다.
　　　N2O수에 의해 린스(rinse)가 종료하면, 노즐(40a)로부터 N2O수의 공급이 정지되고(스텝 S109), 다음에 중앙 처리 장치(180)는 구동 제어부(130)를 통해 실리콘 기판(W)을 고속 회전시키고, 기판 표면으로부터 N2O수를 제거하고, 기판 표면을 건조시킨다(스텝 S110). 이때 노즐(40d)로부터 질소 가스의 공급이 계속되고 있고, 실리콘 기판 표면은 대기로부터 격리된 상태로 보호되어 있다.
　　　다음에, 중앙 처리 장치(180)는, 노즐(40d)로부터의 질소 가스의 공급을 정지시키고 노즐(40b)로부터 플루오르화수소산 수용액을 공급시킨다(스텝 S111). 플루오르화수소산은 희석 플루오르화수소산이라도 좋다. 플루오르화수소산의 공급에 의해 실리콘 기판 표면이 세정된다. 플루오르화수소산 수용액에 의한 세정 후, 필요하다면 N2O수 또는 순수에 의한 린스를 하거나, 또는 N2O수의 공급과 광 조사의 공정을 반복하도록 해도 좋다(스텝 S112).
　　　도 7은 다른 세정 처리 순서의 예를 나타내는 도이다. 또한, 도 6에서 설명한 스텝 S101로부터 스텝 S103까지는 공통이기 때문에 이러한 스텝을 도 7로부터 삭제하고 여기서의 설명은 생략한다.
　　　회전 테이블(50) 상에 보유된 실리콘 기판 표면에 노즐(40b)로부터 플루오르화수소산 수용액을 공급한다(스텝 S201). 이에 의해 실리콘 기판 표면이 세정된다. 다음에 실리콘 기판 표면에 노즐(40a)로부터 N2O수를 공급하고 또는 노즐(40c)로부터 초순수를 공급하고 린스를 한다(스텝 S202). 다음에 노즐(40a)로부터 N2O수를 실리콘 기판 표면에 공급하고(스텝 S203), 실리콘 기판 표면에 광을 조사한다(스텝 S204). 광 조사를 소정 시간만 계속시킨 후(스텝 S205), 광 조사를 정지한다(스텝 S206).
　　　다음에, N2O수 또는 초순수에 의한 린스를 한다(스텝 S207). 린스의 종료후 실리콘 기판 표면을 건조시킨다(스텝 S208). 건조는 기판을 고속 회전하거나 혹은 가온(加溫)된 불활성 가스를 노즐(40d)로부터 공급함으로써 행해진다. 다음에 플루오르화수소산 수용액을 공급하고(스텝 S209), 그 후 초순수 등에 의해 린스를 한다(스텝 S210). 상기 처리는 필요에 따라서 반복할 수가 있다(스텝 S211).
　　　상기한 세정 처리 순서(도 6 및 도 7)에서는, 실리콘 기판을 회전시킨 상태로 N2O수를 적하(滴下)하고, 자외선을 조사하고 있지만, 이것은 실리콘 기판을 회전시키는 편이 실리콘 기판을 정지시켰을 때와 비교하여 실리콘 기판 표면의 산화막의 성장이 약 3할 정도 높아지기 때문이다. 이에 의해 세정 처리의 처리율(throughput)을 향상시키는 것이 가능하다. 단, 반드시 실리콘 기판을 회전시키지 않고 정지한 상태에서 N2O수를 적하하고 자외선을 조사하도록 하여도 좋다.
　　　또한, 세정 처리 순서에 있어서, 실리콘 기판 표면에 산화막을 남기도록 하여도 좋다. 이 경우에는 실리콘 기판에 N2O수를 적하(滴下)하고, 이것에 자외선을 조사한 상태로 종료하던지, 혹은 그 후에 린스를 하고 종료하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 다음 공정에 있어서 실리콘 기판 표면에 후막산화층(厚膜酸化層)을 형성 하는 경우에는 자연 산화막의 성장을 억제할 수가 있으므로 유용하다.
　　　다음에, 본 발명의 다른 실시예에 대해서 설명한다. 도 8은 회전 테이블(50)의 주위를 가리도록 챔버(chamber)(62)를 붙인 것이다. 챔버(62)는 회전 테이블(50)의 주위를 실질적으로 포위하고, 그 상부에 개구(64)가 형성되어 있다. 개구(64)에는 불활성 가스를 다운블로(down blow)로 공급하는 울트라 필터(ultra filter)(66)가 배치된다. 울트라 필터(ultra filter)(66)는 도시하지 않는 기구에 의해 상하 방향 또는 수평 방향으로 이동 가능하다. 챔버(62)에는 또한 드레인(drain) 홈(groove)(68)이 형성되어 있어 드레인(drain) 홈(groove)(68)을 통해 처리에 사용된 처리액 및 불활성 가스 등을 회수한다.
　　　챔버(62)는 실리콘 기판(W)의 세정 처리중에 실리콘 기판(W)을 포위하는 공간 내를 질소 등의 불활성 가스로 충전한다. 이에 의해 실리콘 기판(W)이 대기와 접촉하는 것을 억제하고 또한 광 조사 장치(30)의 광 조사에 의한 오존의 발생을 억제한다.
　　　상기 실시예에서는 광 조사 장치(30)를 슬라이딩 부재(70)를 통해 수평 이동시키는 예를 나타냈지만, 이외에도, 도 9에 나타내듯이, 광 조사 장치(30)를 회전시키도록 해도 좋다. 이 도에 나타내듯이, 광 조사 장치(30)의 일단부를 모터의 회전축(200)에 붙임으로써 광 조사 장치(30)가 회전할 수 있도록 한다. 도 9(a)는 광 조사 장치(30)가 대기 위치에 있고, 도 9(b)는 광 조사 장치(30)가 세정 처리 위치 에 있는 상태를 나타내고 있다. 또한, 광 조사 장치(30)는 회전축(200)을 지점(支点)으로 세정 처리중에 요동시킬 수가 있다.
　　　이상의 세정 처리를 행함으로써 실리콘 기판 표면상의 금속 불순물이나 파티클 등을 제거하는 것이 가능하다. 또한, 광 조사 장치(30)에 의한 광 조사 영역을 실리콘 기판 표면의 일부로 함으로써 실리콘 기판 표면에 세정액을 공급하면서 광 조사를 할 수가 있다. 또한, 광 조사 장치의 점유 공간을 삭감할 수가 있기 때문에, 기판 세정 장치의 소형화, 저비용화를 도모할 수가 있다. 또한, 종래의 실리콘 기판의 세정은 오존수나 과산화수소수와 플루오르화수소산 수용액의 조합이 일반적이었지만, 오존수나 과산화수소수는 폐액 처리를 하지 않으면 안 되고, 환경에의 악영향도 염려되는 것이지만, N2O수와 플루오르화수소산 수용액의 조합이면, N2O수의 폐액 처리는 실질적으로 불필요하고, 또 재이용하는 것도 가능하다고 하는 이점이 있다.
　　　본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상술하였지만, 본 발명은 관계되는 특정의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서 여러 가지의 변형· 변경이 가능하다.
　　　예를 들면, 상기 실시예에서는, 광 조사 장치(30)를 수평 방향으로 슬라이딩(sliding)시키거나, 회전축에 의해 회동 가능으로 하였지만, 또한 광 조사 장치(30)를 상하 방향(회전 테이블에 접근 혹은 이간하는 방향)으로 이동하도록 해도 좋다. 예를 들면, 스텝 모터 등을 이용하여 광 조사 장치의 상하 방향의 위치 결정 을 하도록 하고 회전 테이블 상의 실리콘 기판에 의해 접근시킬 수가 있다.
　　　또한, 회전 테이블(50)의 분출구멍(54)으로부터 질소 가스를 분출함으로써 실리콘 기판을 비접촉 상태로 보유하도록 하였지만, 분출구멍(54)으로부터 순수, 플루오르화수소산 수용액, N2O수를 분사시킴으로써 실리콘 기판의 이면 세정을 하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 바람직하게는 회전 테이블(50)에 복수의 분출구멍(54)을 형성하고, 소정의 분출구멍(54)으로부터 질소 가스를 공급하면서, 다른 분출구멍(54)으로부터 순수, 플루오르화수소산 수용액, N2O수를 선택적으로 공급한다.
　　　또한, 상기 실시예에서는 N2O수와 플루오르화수소산 수용액의 조합에 의한 실리콘 기판의 세정에 대해서 설명하였지만, 이러한 세정액을 이용한 세정 공정에 또한 다른 세정액을 이용한 세정 공정을 추가하는 것도 가능하다.
본 발명과 관련되는 기판 세정 장치 및 그 세정 방법은 실리콘 반도체 기판, 화합물 반도체 기판, 액정 유리, 플라스마 패널 등의 얇은 판의 매엽식(枚葉式) 세정 공정에 있어서 이용할 수가 있다.

Claims (26)

  1. 기판을 보유하는 기판 보유 수단과,
    보유된 기판을 회전시키는 기판 회전 수단과,
    보유된 기판 상의 표면의 적어도 일부를 광 조사 가능한 광 조사 수단과,
    물에 아산화질소 가스를 용해한 물(이하, N2O수라고 함) 및 플루오르화수소산 용액의 적어도 하나를 기판 상에 선택적으로 공급 가능한 공급 수단과,
    상기 광 조사 수단 및 상기 공급 수단을 제어하고, 기판 상에 N2O수가 공급될 때 상기 광 조사 수단에 의한 광 조사를 가능하게 하는 제어 수단을 갖는 기판 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 기판 상에 N2O수가 공급되어 있는 동안, 상기 광 조사 수단에 의해 광을 조사시키는 기판 세정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 광 조사 수단에 의한 광 조사를 정지 후 일정 기간, 상기 공급 수단에 의해 N2O수를 기판 상에 공급시키는 기판 세정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은, N2O수의 공급 후에 상기 공급 수단에 의해 플루오르화수소산 용액을 기판 상에 공급시키는 기판 세정 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 광 조사 수단을 요동시키는 기판 세정 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 기판 상에 N2O수가 공급되어 있는 동안, 상기 기판 회전 수단에 의해 기판을 회전시키는 기판 세정 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 기판 회전 수단을 정지시킨 상태로 N2O수를 공급하는 기판 세정 장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 메모리를 포함하고, 이 메모리는 세정 처리 순서를 제어하는 프로그램을 포함하는 기판 세정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광 조사 수단은, 대기 위치와 세정 처리 위치의 사이를 이동 가능하고, 상기 광 조사 수단이 세정 처리 위치에 있을 때, 상기 광 조사 수단은 상기 기판 보유 수단의 적어도 일부를 가리는 기판 세정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광 조사 수단이 세정 처리 위치에 있을 때, 상기 공급 수단이 상기 광 조사 수단에 의해 가려져 있지 않은 기판 보유 수단 상에 위치하는 기판 세정 장치.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 조사 수단은, 램프의 광을 투과 혹은 차광하기 위한 셔터를 포함하는 기판 세정 장치.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 조사 수단은, 자외선을 발하는 램프를 포함하는 기판 세정 장치.
  13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 수단은, 복수로 배치된 노즐을 포함하고, 이 복수의 노즐로부터 선택된 노즐을 통해 N2O수를 기판 상에 공급하는 기판 세정 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 기판 세정 장치는, 또한 기판 보유 수단의 주위를 가리는 챔버와, 챔버 내에 불활성 가스를 공급하기 위한 필터를 포함하고, 기판 표면에 광을 조사할 때 챔버 내에 불활성 가스를 공급하는 기판 세정 장치.
  15. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은, 반도체 실리콘 기판을 포함하는 기판 세정 장치.
  16. 기판을 세정하기 위한 기판 세정 방법에 있어서,
    회전 테이블 상에 기판을 보유하고 또한 이 기판을 회전시키는 스텝과,
    회전되는 기판 표면에 N2O수를 공급하고 또한 이 기판 표면에 적어도 자외선을 포함한 광을 조사하는 스텝과,
    자외선의 조사 후에 기판 표면에 플루오르화수소산 용액을 공급하는 스텝을 갖는 기판 세정 방법.
  17. 기판을 세정하기 위한 기판 세정 방법에 있어서,
    회전 테이블 상에 기판을 보유하고 또한 이 기판을 회전시키는 스텝과,
    회전되는 기판 표면에 플루오르화수소산 용액을 공급하는 스텝과,
    플루오르화수소산 용액에 의해 처리된 기판 표면에 N2O수를 공급하고 또한 이 기판 표면에 적어도 자외선을 포함한 광을 조사하는 스텝을 갖는 기판 세정 방법.
  18. 기판을 세정하기 위한 기판 세정 방법에 있어서,
    기판 보유 수단 상에 기판을 보유시키는 스텝과,
    기판 표면에 N2O수를 공급하고 또한 이 기판 표면에 적어도 자외선을 포함한 광을 조사하는 스텝과,
    자외선의 조사 후에 기판 표면에 플루오르화수소산 용액을 공급하는 스텝을 갖는 기판 세정 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    기판 세정 방법은, 또한 자외선을 조사하는 경우에 적어도 기판 표면에 불활성 가스를 공급하는 스텝을 포함하는 기판 세정 방법.
  20. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,　
    기판 세정 방법은, 또한 플루오르화수소산 용액의 공급 후에 린스수를 공급하는 스텝을 포함하는 기판 세정 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 린스수는, 광 조사되지 않는 N2O수 또는 초순수를 포함하는 기판 세정 방법.
  22. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    기판 세정 방법은, 또한 기판을 회전시킴으로써 기판 표면을 건조시키는 스텝을 포함하는 기판 세정 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    기판 표면을 건조하는 스텝은, 기판 표면에 불활성 가스를 공급하는 스텝을 포함하는 기판 세정 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 불활성 가스를 공급하는 스텝은, 가온된 불활성 가스의 공급을 포함하는 기판 세정 방법.
  25. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 회전 테이블은, 기판을 베르누이 또는 에어 베어링에 의해 보유하는 기판 세정 방법.
  26. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은, 반도체 실리콘 기판을 포함하는 기판 세정 방법.
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