KR101530115B1 - 세정 성능 예측 방법 및 기판 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

세정 성능 예측 방법은, 제1 세정 조건으로 기판을 세정할 때의, 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점까지의 기판의 회전축으로부터의 거리와 면적 환산으로서 정의한 상대 속도량을 XY 좌표로서 플롯한 제1 세정점까지의 제1 거리를 구하고, 제2 세정 조건으로 기판을 세정할 때의, 전술한 바와 마찬가지의 제2 세정점까지의 제2 거리를 구한다. 그리고 제2 거리가 제1 거리보다도 길 때에, 제2 세정 조건으로 기판을 세정한 쪽이 제1 세정 조건으로 기판을 세정하였을 때보다도 세정 후에 남는 디펙트 수가 적다고 예측한다. 이에 의해, 세정 조건을 변경함으로써, 세정 효과가 어떻게 변화되는지를, 실제로 세정을 행하는 일 없이 용이하게 예측할 수 있다.

Description

세정 성능 예측 방법 및 기판 세정 방법 {METHOD OF PREDICTING CLEANING PERFORMANCE AND SUBSTRATE CLEANING METHOD}
본 발명은, 세정액의 존재 하에서, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 원기둥 형상이고 장척 형상으로 연장되는 롤 세정 부재를 접촉시키면서, 기판 및 롤 세정 부재를 모두 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정할 때의 세정 성능 예측 방법 및 기판 세정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 세정 성능 예측 방법 및 기판 세정 방법은, 예를 들어 반도체 웨이퍼 표면을 세정하거나, LCD(액정 디스플레이) 장치, PDP(플라즈마 디스플레이) 장치 및 CMOS 이미지 센서 등의 제조 시에 기판 표면을 세정할 때에 적용된다.
최근의 반도체 디바이스의 미세화에 수반하여, 기판 상에 물성이 다른 다양한 재료의 막을 형성하여 이것을 세정하는 것이 널리 행해지고 있다. 예를 들어, 기판 표면의 절연막 내에 형성된 배선 홈을 금속으로 메워 배선을 형성하는 다마신 배선 형성 공정에 있어서는, 다마신 배선 형성 후에 화학 기계적 연마(CMP)로 기판 표면의 여분의 금속을 연마 제거하도록 하고 있고, CMP 후의 기판 표면에는, 금속막, 배리어막 및 절연막 등의 물에 대한 습윤성이 다른 복수종의 막이 노출된다.
CMP에 의해, 금속막, 배리어막 및 절연막 등이 노출된 기판 표면에는, CMP에 사용된 슬러리의 잔사(슬러리 잔사)나 금속 연마칩 등이 존재하고, 기판 표면의 세정이 불충분해서 기판 표면에 잔사물이 남으면, 기판 표면의 잔사물이 남은 부분으로부터 리크가 발생하거나, 밀착성 불량의 원인이 되는 등 신뢰성의 점에서 문제로 된다. 이로 인해, 금속막, 배리어막 및 절연막 등의 물에 대한 습윤성이 다른 막이 노출된 기판 표면을 높은 세정도로 세정할 필요가 있다.
CMP 후의 기판 표면을 세정하는 세정 방법으로서, 세정액의 존재 하에서, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 원기둥 형상의 장척 형상으로 연장되는 롤 세정 부재(롤 스펀지 또는 롤 브러시)를 접촉시키면서, 기판 및 롤 세정 부재를 모두 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면을 세정하는 스크럽 세정이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이러한 종류의 스크럽 세정에 있어서, 롤 세정 부재는 일반적으로 기판의 직경보다도 조금 긴 길이를 갖고 있고, 접촉 세정면으로 되는 세정 에어리어 내에 기판의 회전 축과 직교하는 위치에 배치된다. 그리고 기판 표면을, 그 직경 방향의 전체 길이에 걸쳐 롤 세정 부재에 접촉시키면서, 회전축을 중심으로 기판을 회전시켜 롤 세정 부재에 문지름으로써 세정 특성을 얻도록 하고 있다.
기판 면 내에서의 세정 능력의 편차를 작게 하여, 높은 세정 효과가 얻어지도록 하기 위해, 회전축을 중심으로 상반되는 방향으로 회전하는 2개의 세정 브러시(롤 세정 부재)를 구비하고, 2개의 세정 브러시를 개별적으로 회전 중인 기판 표면에 접촉시켜 기판 표면을 스크럽 세정하도록 한 기판 세정 기술이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).
특허문헌1 : 일본 특허 출원 공개 평10-308374호 공보 특허문헌2 : 일본 특허 출원 공개 제2010-212295호 공보
종래의 일반적인 CMP 처리가 실시되는 반도체 디바이스 구조는, 배선부의 금속으로서 텅스텐이나 알루미늄이, 절연부의 절연막으로서 산화막이 각각 주로 사용된 구조이었다. CMP 처리에 의해 표면에 노출되는 배선(텅스텐 등)이나 절연막(산화막)의 표면 특성은 친수성이므로, 기판 표면을, 롤 세정 부재를 사용한 스크럽 세정하는 경우, 친수성 막을 사용한 세정도 평가가 널리 행해지고 있었다.
최근, 다마신 배선에 있어서는, 배선 금속으로서 구리가, 절연막으로서 유전율이 낮은, 소위 Low-k막이 채용되고 있다. 이 구리 및 Low-k막은, 표면 특성이 소수성이므로, CMP에 의해 구리 및 Low-k막이 노출된 기판 표면을, 롤 세정 부재를 사용한 스크럽 세정으로 세정하고자 하면, 기판 표면의 습윤성의 불균일성이 확대되어, 기판 표면을 높은 세정도로 세정하는 것이 곤란해진다.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, CMP 후의 Low-k막의 표면에 대한 산성 세정액의 접촉각(Low-k막 표면과 액적의 접선이 이루는 각도)은 40.9°로 되고, Low-k막의 표면에 대한 중성 세정액의 접촉각은 43.0°로, Low-k막의 표면에 대한 알칼리성 세정액의 접촉각은 46.1°로 된다. 이와 같이, Low-k막은 각종 세정액에 대한 접촉각이 25°를 초과하므로, Low-k막의 표면 특성은 소수성인 것을 알 수 있다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, CMP 후의 Low-k막 및 구리의 표면에 대한 세정액 A의 접촉각은, 각각 43.0°및 32.6°로 되고, Low-k막 및 구리의 표면에 대한 세정액 B의 접촉각은, 각각 46.1°및 58.8°로 된다. 이로 인해, Low-k막의 표면뿐만 아니라, 구리의 표면 특성도 세정액에 대한 접촉각이 25°를 초과하는 소수성인 것을 알 수 있다.
종합적인 세정 특성은, 세정액에 의한 세정 능력과 물리 세정 능력의 총합 세정 능력과, 기판 표면에 잔사 등이 재부착되는 것을 억제하는 재부착 억제 능력의 효과이다. 표면 상태가 소수성인 경우, 습윤성이 뒤떨어지므로, 물리 세정성의 향상이 매우 중요하다. 롤 세정 부재를 사용하여 물리 세정을 행하는 스크럽 세정에 있어서는, 롤 세정 부재의 접촉에 의한 기판 표면의 오염도 염려(고려)해야만 한다. 즉, 최대한 오염을 최소한으로 억제하고, 세정 능력을 확보함으로써, 본래의 제거 목적으로 하는 대상물(디펙트 등)을 제거하도록 하는 것이 바람직하다.
따라서 롤 세정 부재를 사용하여 물리 세정을 행하는 스크럽 세정에 의해, 산화막의 친수성 표면을 상정한 기판 표면의 세정에 대해, 소수성 표면을 상정한 기판 표면의 세정을 실시한 바, 동일한 세정 조건이면서도, 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수에 큰 차이가 보여졌다.
도 3은 세정액에 대한 접촉각이 다른 각종 기판 표면을, 세정액을 사용한 스크럽 세정으로 세정하였을 때의, 접촉각 측정에 의한 접촉각과, 세정 후의 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수의 상관 데이터를 나타낸다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 기판 표면의 특성의 차이, 즉 기판 표면의 특성이 친수성인지 소수성인지에 따라, 세정 후에 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수가 크게 다르고, 기판 표면이 소수성일수록 디펙트 수가 증대된다.
세정 후에 기판 표면 상에 잔존하는 디펙트는, 반도체 디바이스의 수율 저하를 초래하므로, 표면 상태가 소수성인 반도체 디바이스에 있어서의 CMP 연마 후의 기판 표면 등, 가령 표면 상태가 소수성이어도, 기판 표면을 높은 세정도로 세정하여 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수를 저감시킬 수 있도록 한 기판 세정 방법의 개발이 강하게 요망된다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 바와 같이, 동일한 브러시 회전축 상에서 상반되는 방향으로 회전하는 2개의 세정 브러시(롤 세정 부재)를 구비하면, 2개의 세정 브러시를 개별적으로 제어할 필요가 있어, 세정 장치의 구조가 복잡해질 뿐만 아니라 세정 장치의 제어가 번잡해진다.
또한, 기판의 직경을 덮는 길이의 롤 세정 부재를, 상기 롤 세정 부재의 축 방향을 따른 세정 에어리어에서 기판의 표면에 접촉시키고, 롤 세정 부재와 기판을 모두 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에서는, 세정 에어리어 내는 동일한 세정 모드는 아니고, 세정 에어리어 내에 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 역방향인 세정 에어리어나 상대 속도가 순방향인 세정 에어리어가 존재하고, 세정 조건에 따라 상대 속도가 없는 에어리어가 존재하는 등, 매우 복잡한 세정 형태를 채용한다. 이로 인해, 세정 조건을 변경함으로써 세정 효과가 어떻게 변화되는지를, 실제로 세정을 행하는 일 없이 예측하는 것이 곤란하였다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 세정 조건을 변경함으로써 세정 효과가 어떻게 변화되는지를, 실제로 세정을 행하는 일 없이 용이하게 예측할 수 있도록 한 세정 능력 예측 방법을 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가령 표면 특성이 소수성이어도, 기판 표면을 높은 세정도로 효율적으로 세정하여, 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수를 저감시킬 수 있도록 한 기판 세정 방법을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
본 발명의 세정 성능 예측 방법은, 기판의 직경을 덮는 길이의 롤 세정 부재를 기판의 회전축 상에 배치시키고, 기판의 표면에 상기 롤 세정 부재를 상기 롤 세정 부재의 축 방향을 따른 세정 에어리어에서 접촉시키고, 롤 세정 부재와 기판을 모두 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정할 때, 롤 세정 부재 및 기판을 소정의 회전 속도로 회전시키는 제1 세정 조건으로 기판을 세정할 때의, 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점까지의 기판의 회전축으로부터의 거리와 면적 환산으로서 정의한 상대 속도량을 XY 좌표로서 플롯한 제1 세정점까지의 제1 거리를 구하고, 상기 제1 세정 조건과 다른 제2 세정 조건으로 기판을 세정할 때의, 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점까지의 기판의 회전축으로부터의 거리와 면적 환산으로서 정의한 상대 속도량을 XY 좌표로서 플롯한 제2 세정점까지의 제2 거리를 구한다. 그리고 상기 제2 거리가 상기 제1 거리보다도 길 때에, 제2 세정 조건으로 기판을 세정한 쪽이 제1 세정 조건으로 기판을 세정하였을 때보다도 세정 후에 남는 디펙트 수가 적다고 예측한다.
본 발명의 기판 세정 방법은, 기판의 직경을 덮는 길이의 롤 세정 부재를 기판의 회전축 상에 배치시키고, 기판의 표면에 상기 롤 세정 부재를 상기 롤 세정 부재의 축 방향을 따른 세정 에어리어에서 접촉시키고, 롤 세정 부재와 기판을 모두 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정한다. 이 기판 세정 시에, 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 작은 순방향 세정 에어리어의 최대 상대 속도 Vf(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리를 Df(㎜), 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 큰 역방향 세정 에어리어의 최대 상대 속도 Vi(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리를 Di(㎜), 세정 에어리어의 길이를 L(㎜), 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점과 기판의 회전축의 거리를 a(㎜)라고 할 때,
0＜a＜L／6
(Di＋Df)≥8L
이며, 상기 역회전점을 사이에 두고 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 큰 상대 운동 역에어리어의 길이 L1(㎜)을 저변, 상기 최대 상대 속도 Vi(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Di(㎜)를 높이로 하는 삼각형의 면적 Si와, 상기 역회전점을 사이에 두고 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 작은 상대 운동 순에어리어의 길이 L2(㎜)를 저변, 상기 최대 상대 속도 Vf(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Df(㎜)를 높이로 하는 삼각형의 면적 Sf의 합계 면적 Srv를 상대 속도량 S로 하였을 때,
S≥2000L(㎟)
을 만족시키도록 롤 세정 부재와 기판을 회전시킨다.
본 발명의 다른 기판 세정 방법은, 기판의 직경을 덮는 길이의 롤 세정 부재를 기판의 회전축 상에 배치시키고, 기판의 표면에 상기 롤 세정 부재를 상기 롤 세정 부재의 축 방향을 따른 세정 에어리어에서 접촉시키고, 롤 세정 부재와 기판을 모두 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정한다. 이 기판 세정 시에, 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 작은 순방향 세정 에어리어의 최대 상대 속도 Vf(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리를 Df(㎜), 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 큰 역방향 세정 에어리어의 최대 상대 속도 Vi(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리를 Di(㎜), 세정 에어리어의 길이를 L(㎜), 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점과 기판의 회전축의 거리를 a(㎜)라고 할 때,
L／6≤a≤L／2
(Di＋Df)≥8L
이며, 상기 역회전점을 사이에 두고 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 큰 상대 운동 역에어리어의 길이 L1(㎜)을 저변, 상기 최대 상대 속도 Vi(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Di(㎜)를 높이로 하는 삼각형의 면적 Si와, 상기 역회전점을 사이에 두고 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 작은 상대 운동 순에어리어의 길이 L2(㎜)를 저변, 상기 최대 상대 속도 Vf(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Df(㎜)를 높이로 하는 삼각형의 면적 Sf의 합계 면적 Srv를 상대 속도량 S로 하였을 때,
S≥1300L(㎟)
을 만족시키도록 롤 세정 부재와 기판을 회전시킨다.
본 발명의 또 다른 기판 세정 방법은, 기판의 직경을 덮는 길이의 롤 세정 부재를 기판의 회전축 상에 배치시키고, 기판의 표면에 상기 롤 세정 부재를 상기 롤 세정 부재의 축 방향을 따른 세정 에어리어에서 접촉시키고, 롤 세정 부재와 기판을 모두 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정한다. 이 기판 세정 시에, 세정 에어리어 상에 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점이 존재하지 않도록 롤 세정 부재와 기판을 모두 일 방향으로 회전시킨다.
기판 세정 시에, 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 작은 순방향 세정 에어리어의 최대 상대 속도 Vf(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리를 Df(㎜), 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 큰 역방향 세정 에어리어의 최대 상대 속도 Vi(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리를 Di(㎜), 세정 에어리어의 길이를 L(㎜), 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점과 기판의 회전축의 거리를 a(㎜)라고 할 때,
(Di＋Df)≥4L
을 만족시키도록 롤 세정 부재와 기판을 회전시키는 것이 바람직하다.
기판 세정 시에, 상기 최대 상대 속도 Vf(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Df(㎜)를 윗변, 상기 최대 상대 속도 Vi(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Di(㎜)를 아랫변, 세정 에어리어의 길이 L(㎜)을 높이로 한 사다리꼴의 면적 Srv를 상대 속도량 S로 하였을 때,
S≥600L(㎟)
을 만족시키도록 롤 세정 부재와 기판을 회전시키는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 세정 성능 예측 방법에 따르면, 세정 조건을 변경함으로써 세정 효과가 어떻게 변화되는지를, 실제로 세정을 행하는 일 없이 용이하게 예측하여 최적의 세정 조건을 선정하는 것이 가능해진다. 또한, 일반적으로 고액으로 평가에 부하가 드는 Low-k막에 있어서도, 용이하게 준비할 수 있는 일반적인 소수성막에 있어서, 실제로 연마를 행하는 일 없이 예측한 세정 효과를 적용하여, 세정 특성의 결과인 기판 표면에 잔존하는 디펙트를 파악하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 기판 세정 방법에 따르면, 가령 표면 특성이 소수성이어도, 기판 표면을 높은 세정도로 효율적으로 세정하여, 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수를 저감시킬 수 있다.
도 1은 CMP 후의 Low-k막의 표면에 대한 대표적인 산성 세정액, 중성 세정액 및 알칼리성 세정액에 의한 접촉각을 나타내는 도면.
도 2는 CMP 후의 Low-k막 및 구리의 표면에 대한 세정액 A 및 세정액 B에 의한 접촉각을 나타내는 도면.
도 3은 세정액에 대한 접촉각이 다른 각종 기판 표면을, 세정액을 사용한 스크럽 세정으로 세정하였을 때의, 접촉각 측정에 의한 접촉각과, 세정 후의 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수의 상관 데이터를 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 세정 성능 예측 방법 및 기판 세정 방법에 사용되는 스크럽 세정 장치의 일례를 도시하는 개요도.
도 5는 도 4에 도시하는 스크럽 세정 장치의 롤 세정 부재와 기판의 관계를 도시하는 개요도.
도 6은 도 4에 도시하는 스크럽 세정 장치의 롤 세정 부재와 기판의 관계를 도시하는 평면도.
도 7a는 순방향 세정 에어리어에 있어서의 기판과 롤 세정 부재를 그들의 회전 속도와 함께 도시하는 단면도이고, 도 7b는 역방향 세정 에어리어에 있어서의 기판과 롤 세정 부재를 그들의 회전 속도와 함께 도시하는 단면도.
도 8은 세정 에어리어 상에 세정 방향이 역회전하는 역회전점이 존재할 때의 상대 속도량(면적)을 구하는 방법의 설명에 첨부하는 도면.
도 9는 세정 에어리어 상에 세정 방향이 역회전하는 역회전점이 존재하지 않을 때의 상대 속도량(면적)을 구하는 방법의 설명에 첨부하는 도면.
도 10은 기판 상의 Low-k막의 표면과 기판 상의 다른 일반적인 소수성막의 표면을 도 4에 도시하는 기판 세정 장치를 사용하여 세정할 때의 세정 조건과, 세정 후에 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수를 계측한 결과를 나타내는 도면.
도 11은 기판 상의 Low-k막 표면과 기판 상의 다른 일반적인 소수성막 표면을 도 10에 나타내는 세정 조건으로 세정하였을 때의 세정 조건과 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수의 관계를 나타내는 그래프.
도 12는 기판 상의 Low-k막 표면을 세정하였을 때의 세정 조건과, 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수 및 각 세정 조건의 상대 속도량을, 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되는 역회전점까지의 기판의 회전축으로부터의 거리의 세정 에어리어의 길이에 대한 관계와 함께 나타내는 그래프.
도 13은 세정 조건에 있어서의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되는 역회전점까지의 기판의 회전축으로부터의 거리와 상대 속도량의 관계를 나타내는 도면.
도 14는 세정 조건에 있어서의 세정점을 X-Y 평면에 플롯하여, X-Y 평면의 원점으로부터와 세정점까지의 거리를 구하는 원리의 설명에 첨부하는 도면.
도 15는 도 14에 나타내는 X-Y 평면의 원점으로부터와 세정점까지의 거리와, 상기 세정점에 대응하는 세정 조건으로 기판 상의 Low-k막 표면을 세정하였을 때에 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수의 관계를 나타내는 그래프.
도 16은 본 발명의 세정 성능 예측 방법의 일례를 나타내는 흐름도.
도 17은 기판 상의 일반적인 소수성막 표면을 세정하였을 때에 기판 표면에 남는 디펙트 수를, 세정 조건, 각 세정 조건에 있어서의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점까지의 기판의 회전축으로부터 거리와 세정 에어리어의 길이의 비(a／L), 역방향 세정 에어리어 및 순방향 세정 에어리어 최대 상대 속도에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리의 합(Di＋Df) 및 상대 속도량(S)을 함께 나타내는 도면.
도 18은 기판 상의 Low-k막 표면을 세정하였을 때에 기판 표면에 남는 디펙트 수를, 세정 조건, 각 세정 조건에 있어서의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점까지의 기판의 회전축으로부터 거리와 세정 에어리어의 길이의 비(a／L), 역방향 세정 에어리어 및 순방향 세정 에어리어의 최대 상대 속도에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리의 합(Di＋Df) 및 상대 속도량(S)을 함께 나타내는 도면.
도 19는 기판과 롤 세정 부재의 접촉부 압력을 변경하여 기판의 표면을 연마하였을 때의 상기 접촉 압력과 기판 표면에 남는 디펙트 수의 관계를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 세정 성능 예측 방법 및 기판 세정 방법에 사용되는 스크럽 세정 장치의 일례를 도시하는 개요도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 이 스크럽 세정 장치는, 표면을 위로 하여 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)의 주연부를 지지하여 기판(W)을 수평 회전시키는, 수평 방향으로 이동 가능한 복수개(도면에서는 4개)의 스핀들(10)과, 스핀들(10)로 지지하여 회전시키는 기판(W)의 상방으로 승강 가능하게 배치되는 상부 롤 홀더(12)와, 스핀들(10)로 지지하여 회전시키는 기판(W)의 하방으로 승강 가능하게 배치되는 하부 롤 홀더(14)를 구비하고 있다.
상부 롤 홀더(12)에는, 원기둥 형상이고 장척 형상으로 연장되는, 예를 들어 PVA로 이루어지는 상부 롤 세정 부재(롤 스펀지)(16)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 하부 롤 홀더(14)에는, 원기둥 형상이고 장척 형상으로 연장되는, 예를 들어 PVA로 이루어지는 하부 롤 세정 부재(롤 스펀지)(18)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 상기한 예에서는, 롤 세정 부재(16, 18)로서, 예를 들어 PVA로 이루어지는 롤 스펀지를 사용하고 있지만, 롤 스펀지 대신에 표면에 브러시를 갖는 롤 브러시를 사용해도 된다.
상부 롤 홀더(12)는, 상부 롤 홀더(12)를 승강시키고, 상부 롤 홀더(12)에서 회전 가능하게 지지한 상부 롤 세정 부재(16)를 화살표 F1로 나타낸 바와 같이 회전시키는, 도시하지 않은 구동 기구에 연결되어 있다. 하부 롤 홀더(14)는, 하부 롤 홀더(14)를 승강시키고, 하부 롤 홀더(14)에서 회전 가능하게 지지한 하부 롤 세정 부재(18)를 화살표 F2로 나타낸 바와 같이 회전시키는, 도시하지 않은 구동 기구에 연결되어 있다.
스핀들(10)로 지지하여 회전시키는 기판(W)의 상방에 위치하여, 기판(W)의 표면(상면)에 세정액을 공급하는 상부 세정액 공급 노즐(20)이 배치되고, 스핀들(10)로 지지하여 회전시키는 기판(W)의 하방에 위치하여, 기판(W)의 이면(하면)에 세정액을 공급하는 하부 세정액 공급 노즐(22)이 배치되어 있다.
상기 구성의 스크럽 세정 장치에 있어서, 스핀들(10)의 상부에 설치한 작은 바퀴(24)의 외주측면에 형성한 끼워 맞춤 홈(24a) 내에 기판(W)의 주연부를 위치시켜 내측으로 압박하여 작은 바퀴(24)를 회전(자전)시킴으로써, 기판(W)을 화살표 E로 나타낸 바와 같이 수평으로 회전시킨다. 이 예에서는, 4개 중 2개의 작은 바퀴(24)가 기판(W)에 회전력을 부여하고, 다른 2개의 작은 바퀴(24)는 기판(W)의 회전을 받는 베어링의 움직임을 하고 있다. 또한, 전체 작은 바퀴(24)를 구동 기구에 연결하여, 기판(W)에 회전력을 부여하도록 해도 된다.
이와 같이 기판(W)을 수평으로 회전시킨 상태에서, 상부 세정액 공급 노즐(20)로부터 기판(W)의 표면(상면)에 세정액(약액)을 공급하면서, 상부 롤 세정 부재(16)를 회전시키면서 하강시켜 회전 중인 기판(W)의 표면에 접촉시키고, 이에 의해 세정액의 존재 하에서, 기판(W)의 표면을 상부 롤 세정 부재(16)로 스크럽 세정한다. 상부 롤 세정 부재(16)의 길이는, 기판(W)의 직경보다 약간 길게 설정되어 있다. 그리고 상부 롤 세정 부재(16)는, 그 중심축(회전축) O1이 기판(W)의 회전축 O2와 대략 직교하는 위치에 위치하여, 기판(W)의 직경의 전체 길이에 걸쳐 연장되도록 배치되고, 이에 의해 기판(W)의 전체 표면이 동시에 세정된다.
동시에, 하부 세정액 공급 노즐(22)로부터 기판(W)의 이면(하면)에 세정액을 공급하면서, 하부 롤 세정 부재(18)를 회전시키면서 상승시켜 회전 중인 기판(W)의 이면에 접촉시키고, 이에 의해 세정액의 존재 하에서, 기판(W)의 이면을 하부 롤 세정 부재(18)로 스크럽 세정한다. 상부 롤 세정 부재(16)의 길이는, 기판(W)의 직경보다 약간 길게 설정되어 있어, 전술한 기판(W)의 표면과 대략 마찬가지로, 기판(W)의 전체 이면이 동시에 세정된다.
상기한 바와 같이 하여, 기판(W)의 표면을 상부 롤 세정 부재(이하, 단순히 롤 세정 부재라 함)(16)로 세정할 때, 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(W)과 롤 세정 부재(16)는, 롤 세정 부재(16)의 축 방향을 따라 기판(W)의 직경 방향의 전체 길이에 걸쳐 직선 형상으로 연장되는, 길이 L의 세정 에어리어(30)에서 서로 접촉하고, 이 세정 에어리어(30)를 따른 위치에서 기판(W)의 표면이 스크럽 세정된다.
여기에, 도 6에 도시한 바와 같이, 기판(W)의 회전축 O2를 중심으로 한 회전에 수반되는 세정 에어리어(30)를 따른 기판의 회전 속도 VW의 크기는, 기판(W)의 회전축 O2 상에서 제로로 되고, 회전축 O2를 사이에 두고 기판(W)의 회전 속도 VW의 방향(세정 방향)이 서로 역으로 된다. 한편, 롤 세정 부재(16)의 회전에 수반되는 세정 에어리어(30)를 따른 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 VR의 크기는, 세정 에어리어(30)의 전체 길이에 걸쳐 일정하고, 회전 속도 VR의 방향(세정 방향)도 동일하게 된다.
또한, 도 6은 도 5에 도시하는 바와 같이, 세정 에어리어(30)를 따라 x축을, 기판(W)의 표면의 상기 x축에 직교하는 방향으로 y축을 취하고, x-y 평면의 원점을, 기판(W)의 회전축 O2가 통과하도록 하고 있다. 이것은, 이하 마찬가지이다.
이로 인해, 세정 에어리어(30)는, 기판(W)의 회전축 O2를 사이에 두고, 기판(W)의 회전 속도 VW의 방향과 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 VR의 방향이 동일해지는, 길이 Lf의 순방향 세정 에어리어(32)와, 기판(W)의 회전 속도 VW의 방향과 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 VR의 방향이 서로 역방향으로 되는, 길이 Li의 역방향 세정 에어리어(34)로 나누어진다.
순방향 세정 에어리어(32)에서는, 도 7a에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 회전 속도 VW와 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 VR의 상대 속도(상대 회전 속도)의 크기가, 양자의 회전 속도의 크기의 차의 절대값으로 되어, 상대적으로 낮아진다. 한편, 역방향 세정 에어리어(34)에서는, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 회전 속도 VW와 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 VR의 상대 속도(상대 회전 속도)의 크기가, 양자의 회전 속도의 크기의 합으로 되어, 상대적으로 높아진다. 이로 인해, 기판(W)의 회전 속도 VW와 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 VR의 크기에 의해서, 도 6에 도시하는 바와 같이, 양자의 상대 속도의 크기가 제로(VW＝VR)로 되어, 기판(W)이 세정되지 않는 영역 M이 발생하는 경우가 있다.
이 기판(W)이 세정되지 않는 영역 M은, 하기의 세정 방향이 역회전하는 역회전점 T 및 그 주변부에 대응하고, 기판(W)과 롤 세정 부재(16)가 단순히 접촉하고 있을 뿐, 기판(W)의 롤 세정 부재(16)에 의한 스크럽 세정이 행해지지 않고, 오히려 롤 세정 부재(16)에 부착된 잔사 등이 기판(W)의 표면에 압박되어 재부착되어, 기판(W)의 표면의 오염의 원인이 된다고 생각된다.
여기서, 도 8에 도시하는 바와 같이, 길이 L의 세정 에어리어(30) 상에, 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점 T가 기판의 회전축 O2로부터 거리 a의 위치에 존재할 때, 이 역회전점 T를 사이에 두고, 역방향 세정 에어리어(34)측에 위치하는 상대 운동 역에어리어의 길이를 L1(㎜), 순방향 세정 에어리어(32)측에 위치하는 상대 운동 순에어리어의 길이를 L2(㎜)로 하고, 상대 속도(상대 이동 속도) Vre의 역방향 세정 에어리어(34)에서 최대로 되는 상대 속도를 Vi(㎜/sec), 상대 속도 Vrv의 순방향 세정 에어리어(32)에서 최대로 되는 상대 속도를 Vf(㎜/sec)로 한다. 그리고 길이 L1을 저변으로 하고, 상대 속도 Vi에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Di(㎜)를 높이로 한 삼각형의 면적 Si(㎟)와, 길이 L2를 저변으로 하고, 상대 속도 Vf에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Df(㎜)를 높이로 한 삼각형의 면적 Sf의 합계 면적 Srv(＝Si＋Sf)를 상대 속도량 S로 하여, 세정도의 평가에 사용한다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 길이 L의 세정 에어리어(30) 상에, 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점 T가 존재하지 않을(세정 방향이 역회전하지 않을) 때, 세정 에어리어(30)의 길이 L(㎜)을 높이로 하고, 상대 속도 Vrv의 역방향 세정 에어리어(34)에서 최대로 되는 상대 속도 Vi에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Di(㎜)를 윗변, 상대 속도 Vrv의 순방향 세정 에어리어(32)에서 최대로 되는 상대 속도 Vf에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Df(㎜)를 아랫변으로 한 사다리꼴의 면적 Srv(＝Si)를 상대 속도량 S로 하여, 세정도의 평가에 사용한다.
도 10은 기판 상의 Low-k막(접촉각≥25°)의 표면과, 기판 상의 다른 일반적인 소수성막(접촉각≥25°)의 표면을, 도 4에 도시하는 기판 세정 장치를 사용하여 다양한 세정 조건에서 세정하였을 때의 세정 조건을 나타낸다. 도 10에 있어서, 세정 조건 A는, 롤 세정 부재(16)의 회전 속도를 Ra, 기판(W)의 회전 속도를 Wb로 하고 있다. 세정 조건 B, C는, 롤 세정 부재(16)의 회전 속도를 모두 Rb, 기판(W)의 회전 속도를 Wa, Wc로 하고 있다. 세정 조건 D는, 롤 세정 부재(16)의 회전 속도를 모두 Rc, 기판(W)의 회전 속도를 Wb, Wa로 하고 있다. 여기서, 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 Ra, Rb, Rc는, Ra:Rb:Rc＝1:20:40으로 설정되고, 기판(W)의 회전 속도 Wa, Wb, Wc는, Wa:Wb:Wc＝1:2:3으로 설정되어 있다.
도 10은 세정 조건 A, B, D, E에서 기판 상의 일반적인 소수성막 표면을 세정하였을 때에 기판 표면에 남는 디펙트 수를 계측하였을 때의 결과를, 세정 조건 A에서 세정하였을 때를 1로 하였을 때의 디펙트 수의 비율(임의 단위)로 나타내고 있다. 마찬가지로, 세정 조건 B, C, D, E에서 기판 상의 Low-k막 표면을 세정하였을 때에 기판 표면에 남는 디펙트 수를 계측한 결과를, 세정 조건 B에서 세정하였을 때를 1로 하였을 때의 디펙트 수의 비율(임의 단위)로 나타내고 있다.
도 11은 도 10에 나타내는 각 세정 조건에서 세정하였을 때의 상기 세정 조건과 기판 표면에 남는 디펙트 수의 관계를, 횡축을 세정 조건, 종축을 디펙트 수(임의 단위)로 하여 나타낸 그래프이다. 도 11로부터, 기판 상의 일반적인 소수성막의 표면을 세정 조건 A, B, D, E에서 세정하였을 때에 기판 표면에 남는 디펙트 수는, 직선 형상의 라인 a를 따라 나열되고, 기판 상의 Low-k막의 표면을 세정 조건 B, C, D, E에서 세정하였을 때에 기판 표면에 남는 디펙트 수는, 라인 b를 따라 나열되고, 이 라인 a와 라인 b는 대략 평행해진다. 이것으로부터, Low-k막을 세정하였을 때와 다른 일반적인 소수성막을 세정하였을 때 사이에는 상관 관계가 있어, 일반적인 소수성막에 대한 세정도를 평가함으로써 Low-k막에 대한 세정도를 평가할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 12는 세정 조건 B, C, D, E에서 기판 상의 Low-k막 표면을 세정하였을 때에 기판 표면에 남는, 디펙트 측정기로 측정한 디펙트 수와, 각 세정 조건 B, C, D, E에 대응하는 도 8 및 도 9에 도시하는 방법으로 얻어지는 상대 속도량 S를, 세정 조건 B, C, D, E와 함께 나타내는 그래프이다. 또한, 상대 속도량 S는, 세정 조건 C의 상대 속도량을 1로 하였을 때의 비율(임의 단위)로 나타내고 있다. 도 12의 하부에는, 세정 조건과, 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되는 역회전점 T까지의 기판의 회전축 O2로부터의 거리 a(도 8 참조)의 세정 에어리어의 길이 L에 대한 관계를 나타내고 있다.
도 12로부터, 세정 후에 기판 표면에 남는 디펙트 수는, 상대 속도가 제로로 되는 역회전점 T까지의 기판의 회전축 O2로부터의 거리 a와 비례 관계가 있는 것도 아니고, 상대 속도량 S와 비례 관계가 있는 것도 아닌 것을 알 수 있다. 이것으로부터도, 기판의 직경을 덮는 길이의 롤 세정 부재를 기판의 회전축 상에 배치하고, 기판의 표면에 상기 롤 세정 부재를 상기 롤 세정 부재의 축 방향을 따른 세정 에어리어에서 접촉시키고, 롤 세정 부재와 기판을 함께 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에 있어서는, 세정 후에 기판 표면에 남는 디펙트 수를 저감 가능하게 하는 세정 특성을 예측하는 것이 곤란한 것임을 알 수 있다.
도 13은 도 12에 의해 얻어진 각 세정 조건을, 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되는 역회전점 T까지의 기판의 회전축 O2로부터의 거리 a를 X 좌표, 상대 속도량 S를 Y 좌표로 하여, X-Y 평면에 세정점으로서 플롯한 그래프이다. 즉, 세정 조건 B를 좌표 (aB, SB)의 세정점 ZB로 하고, 세정 조건 C를 좌표 (aC, Sc)의 세정점 ZC로 하고, 세정 조건 D를 좌표 (aD, SD)의 세정점 ZD로 하고, 세정 조건 E를 좌표 (aE, SE)의 세정점 ZE로 하여 나타내고 있다. 그리고 X-Y 평면의 원점으로부터의 각 세정점 ZB, ZC, ZD, ZE까지의 거리를 LB, LC, LD, LE로 하여 나타내고 있다.
여기에, 도 14에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 세정 조건 D의 세정점 ZD는, X축 방향으로는 Y축으로부터 거리 aD로 이격되고, Y축 방향으로는 X축으로부터 거리 SD로 이격되어 있고, X-Y 평면의 원점으로부터 세정점 ZD까지의 거리 LD는, 하기의 수학식 1로 구해진다. 마찬가지로, X축 방향으로는 Y축으로부터 거리 aα로 이격되고, Y축 방향으로는 X축으로부터 거리 Sα로 이격되고, X-Y 평면에 있어서, 좌표 (aα, Sα)로 플롯되는 임의의 세정 조건 α의 세정점 Zα의 X-Y 평면의 원점으로부터의 거리 Lα는, 하기의 수학식 2로 나타내어진다.
Figure 112012045338561-pat00001
Figure 112012045338561-pat00002
도 15는 도 13에 의해 얻어진, 각 세정 조건 B, C, D, E에 있어서의, X-Y 평면의 원점으로부터 각 세정점 ZB, ZC, ZD, ZE까지의 거리 LB, LC, LD, LE를 횡축(거리 L), 각 세정 조건 B, C, D, E에 의해 세정하였을 때에 기판 표면에 남는 디펙트 수를 종축으로 하여, X-Y 평면의 원점으로부터 각 세정점으로부터의 거리 L과 디펙트 수의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 15의 횡축의 거리 L은, X-Y 평면의 원점으로부터 각 세정점 ZB까지의 거리 LB를 1로 하였을 때의 비율(임의 단위)로 나타내고 있다. 또한, 점 B, C, D, E는, 세정 조건 B, C, D, E를 나타내고 있다.
도 15로부터, X-Y 평면의 원점으로부터 각 세정점 Z까지의 거리 L의 값이 커짐(LB＜LC＜LD＜LE)에 따라, 기판 표면에 남는 디펙트 수가 저감되고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, X-Y 평면의 원점으로부터 세정점 Z까지의 거리 L의 값이 커지는 세정 조건 쪽이, 세정 특성으로서의 세정액에 의한 세정 능력과 물리 세정 능력의 총합 세정 능력과, 기판 표면에 잔사 등이 재부착되는 것을 억제하는 재부착 억제 능력의 효과에 의한 종합적인 세정 특성이 향상되어 있는 것을 나타내고 있다.
상기를 근거로 하여, 본 발명의 세정 성능 예측 방법을, 도 16에 나타내는 흐름도 및 도 13을 참조하여 설명한다. 우선, 롤 세정 부재의 회전 속도, 기판의 회전 속도, 롤 세정 부재의 조건(직경) 및 기판의 조건(직경) 등의 세정 조건 α를 정한다(스텝 1). 다음으로, 이 세정 조건 α를 기초로, 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되는 역회전점까지의 기판의 회전축으로부터의 거리 aα 및 상대 속도량 Sα를 구한다(스텝 2). 그리고 이 거리 aα를 X 좌표, 상대 속도량 Sα를 Y 좌표로 한 세정점 Zα(aα, Sα)를, 도 13에 나타내는 바와 같이, X-Y 평면에 플롯하고, X-Y 평면의 원점으로부터 세정점 Zα(aα, Sα)까지의 거리 Lα를 구한다(스텝 3). 그리고 필요에 따라, 이 세정 조건 α에서, 예를 들어 CMP 후의 기판 표면을 실제로 세정하고 건조시켜, 기판 표면에 남는 디펙트 수 Dα를 파악한다(스텝 4).
다음으로, 롤 세정 부재의 회전 속도, 기판의 회전 속도, 롤 세정 부재의 조건(직경) 및 기판의 조건(직경) 등의, 세정 조건 α와 조건이 다른 세정 조건 β를 정한다(스텝 5). 이 세정 조건 β를 기초로, 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되는 역회전점까지의 기판의 회전축으로부터의 거리 aβ 및 상대 속도량 Sβ를 구한다(스텝 6). 그리고 이 거리 aβ를 X 좌표, 상대 속도량 Sβ를 Y 좌표로 한 세정점 Zβ(aβ, Sβ)를, 도 13에 나타내는 바와 같이, X-Y 평면에 플롯하고, X-Y 평면의 원점으로부터 세정점 Zβ(aβ, Sβ)까지의 거리 Lβ를 구한다(스텝 7).
그리고 X-Y 평면의 원점으로부터 세정점 Zα(aα, Sα)까지의 거리 Lα와, X-Y 평면의 원점으로부터 세정점 Zβ(aβ, Sβ)까지의 거리 Lβ를 비교하고(스텝 8), 거리 Lα 쪽이 거리 Lβ보다도 클(Lα≥Lβ) 때에는, 스텝 5로 복귀되고, 거리 Lα 쪽이 거리 Lβ보다도 클(Lβ＞Lα) 때에는, 연마 조건 β 쪽이 연마 조건 α보다도 세정 특성을 향상시키는 세정 조건이라고 결정한다(스텝 9). 이에 의해, 이 세정 조건 β에서 기판 표면을 세정하였을 때에 기판 표면에 남는 디펙트 수 Dβ는, 세정 조건 α에서 기판 표면을 세정하였을 때에 기판 표면에 남는 디펙트 수 Dα보다 적다(Dβ＜Dα)고 예측한다.
도 17은 직경 300㎜의 기판 상의 일반적인 소수성막을 상기 세정 조건 A, B, D, E에서 세정하였을 때에 기판 표면에 남는 디펙트 수를, 각 세정 조건 A, B, D, E에 있어서의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점까지의 기판의 회전축으로부터의 거리 a와 세정 에어리어의 길이 L(＝300㎜)의 비(a/L), 도 8 및 도 9에 도시하는, 1초당 상대 이동 거리 Di와 1초당 상대 이동 거리 Df의 합(Di＋Df) 및 도 8 및 도 9에 도시하는 방법으로 구해지는 상대 속도량 (S)를 함께 나타내고 있다. 또한, 도 17의 디펙트 수는, 세정 조건 A에서 세정하였을 때를 1.00으로 한 디펙트 수의 비율(임의 단위)을 나타내고 있다.
도 18은 직경 300㎜의 기판 상의 Low-k막을 상기 세정 조건 B, C, D, E에서 세정하였을 때에 기판 표면에 남는 디펙트 수를, 각 세정 조건 B, C, D, E에 있어서의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점까지의 기판의 회전축으로부터의 거리 a와 세정 에어리어의 길이 L(＝300㎜)의 비(a/L), 도 8 및 도 9에 도시하는, 1초당 상대 이동 거리 Di와 1초당 상대 이동 거리 Df의 합(Di＋Df) 및 도 8 및 도 9에 도시하는 방법으로 구해지는 상대 속도량 (S)를 함께 나타내고 있다. 도 18은 세정 조건 B, C, D, E에서 세정하였을 때에 기판 표면에 남는 디펙트의 분포 상태의 개요를 디펙트 수와 함께 나타내고 있다.
또한, 도 17 및 도 18에 있어서, 롤 세정 부재의 회전수 Ra, Rb, Rc의 관계 및 기판의 회전 속도 Wa, Wb, Wc의 관계는, 전술한 도 10에 나타내는 경우와 마찬가지이다.
이상으로부터, 예를 들어 세정 조건 C에 나타내는 바와 같이, 세정 방향이 역회전하는 역회전점 T가 존재하고, 기판의 회전축으로부터 역회전점 T까지의 거리 a가 세정 에어리어의 길이 L에 대하여 1/6보다 작은(0＜a＜L/6) 세정 조건에서는, 역방향 세정 에어리어 및 순방향 세정 에어리어에 있어서의 기판(W)과 롤 세정 부재(16)의 최대 회전 속도 Vi, Vf로부터 구해지는 상대 이동 거리 Di, Df의 합을 세정 에어리어의 길이 L로 나눈 값이 8 이상[(Di＋Df)/L≥8]이고, 도 8에 도시하는, 삼각형의 면적 Si와 삼각형의 면적 Sf의 합계 면적 Srv로서 구해지는 상대 속도량 S가 세정 에어리어의 길이 L에 대하여 2000배 이상[S≥2000L(㎟)]이 되도록, 기판(W) 및 롤 회전 부재(16)의 회전 속도를 설정함으로써, 세정 후에 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수를 허용값 이하로 할 수 있다고 생각된다.
또한, 예를 들어 세정 조건 D에 나타내는 바와 같이, 세정 방향이 역회전하는 역회전점 T가 존재하고, 기판의 회전축으로부터 역회전점 T까지의 거리 a가 세정 에어리어의 길이 L에 대하여 1/6 이상(L/6≤a≤L/2)인 세정 조건에서는, 역방향 세정 에어리어 및 순방향 세정 에어리어에 있어서의 기판(W)과 롤 세정 부재(16)의 최대 상대 회전 속도 Vi, Vf로부터 구해지는 상대 이동 거리 Di, Df의 합을 세정 에어리어의 길이 L로 나눈 값이 8 이상[(Di＋Df)/L≥8]이고, 도 8에 도시하는, 삼각형의 면적 Si와 삼각형의 면적 Sf의 합계 면적 Srv로서 구해지는 상대 속도량 S가 세정 에어리어의 길이 L에 대하여 1300배 이상[S≥1300L(㎟)]이 되도록, 기판(W) 및 롤 회전 부재(16)의 회전 속도를 설정함으로써, 세정 후에 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수를 허용값 이하로 할 수 있다고 생각된다.
이때, 역방향 세정 에어리어에 있어서의 기판(W)과 롤 세정 부재(16)의 최대 상대 속도 Vi로부터 구해지는 상대 이동 거리 Di를 세정 에어리어의 길이 L로 나눈 값이 6 이상(Di/L≥6)이 되도록, 기판(W) 및 롤 회전 부재(16)의 회전 속도를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 예를 들어 세정 조건 E에 나타내는 바와 같이, 세정 라인 상에 세정 방향이 역회전하는 역회전점 T가 존재하지 않도록, 기판(W) 및 롤 회전 부재(16)의 회전 속도를 설정함으로써, 세정 후에 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수를 허용값 이하로 할 수 있다고 생각된다.
이와 같이 세정 라인 상에 세정 방향이 역회전하는 역회전점 T가 존재하지 않는 세정 조건에서는, 역방향 세정 에어리어 및 순방향 세정 에어리어에 있어서의 기판(W)과 롤 세정 부재(16)의 최대 상대 회전 속도 Vi, Vf로부터 구해지는 상대 이동 거리 Di, Df의 합을 세정 에어리어의 길이 L로 나눈 값이 4 이상[(Di＋Df)/L≥4]이 되도록, 기판(W) 및 롤 회전 부재(16)의 회전 속도를 설정하는 것이 바람직하고, 도 9에 도시하는, 사다리꼴의 면적 Srv(＝Si)로서 구해지는 상대 속도량 S가 세정 에어리어의 길이 L에 대하여 600배 이상[S≥600L(㎟)]이 되도록, 기판(W) 및 롤 회전 부재(16)의 회전 속도를 설정하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 기판 처리 방법은, 예를 들어 도 4에 도시하는 기판 세정 장치를 사용하고, 예를 들어 세정 조건 C, D, E에 나타내는, 세정 후에 기판 표면에 잔존하는 디펙트 수를 허용값 이하로 할 수 있다고 생각되는 세정 조건으로 기판(W) 및 롤 회전 부재(16)의 회전 속도를 설정하여, 기판 표면을 세정한다.
도 19는 기판(W)과 롤 세정 부재(16)의 접촉부 압력을 3N, 6N 및 12N으로 바꾸어 기판(W)의 표면을 세정하였을 때의 상기 접촉 압력과 기판 표면에 남는 디펙트 수의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 19의 횡축은, 접촉부 압력이 3N일 때를 압력비 1.00, 접촉부 압력이 6N일 때를 압력비 2.00, 접촉부 압력이 12N일 때를 압력비 4.00으로 나타내고, 종축은, 접촉부 압력이 3N일 때의 디펙트 수를 1.00으로 하였을 때의 디펙트 수의 비율(임의 단위)을 나타내고 있다.
이 도 19로부터, 물리 세정을 얻기 위해 기판(W)과 롤 세정 부재(16)의 접촉부 압력을 높여도, 세정 효과가 반대로 저하되는 것을 알 수 있다.
이들 결과로부터, 소수성 표면에 있어서의 PVA 스펀지 등을 사용한 접촉 세정에 있어서, 약액 세정 특성*물리 세정 특성*(재부착 방지)＝종합적인 세정 특성(효과)이라고 생각한 경우에, 물리 세정성을 향상시키는 목적으로, 안이하게 접촉 압력을 높이는 것이 바람직하지 않은 것을 알 수 있다. 따라서, Low-k막 등의 소수성 표면에 있어서의 접촉 세정에서의 과도한 압력은, 세정 능력을 오염 능력이 상회하는 것이 우려되므로, 가능한 한 저압력 영역의 6N 이하, 바람직하게는 3N 이하에서 종합적인 세정 특성이 얻어지는 다른 조건의 최적화를 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 기판(W)의 표면을 스크럽 세정함으로써, 가령 기판(W)의 표면 특성이 소수성이어도, 기판(W)의 표면을 높은 세정도로 세정할 수 있다. 즉, 배선 금속으로서 구리를, 절연막으로서 Low-k막을 각각 채용하여 다마신 배선을 형성하므로, CMP에 의해, 표면이 소수성의 구리 및 Low-k막이 노출된 기판 표면이어도, 이 기판 표면을 높은 세정도로 세정하여 표면에 잔존하는 디펙트 수를 저감할 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에 있어서 다양한 다른 형태에 의해 실시되어도 되는 것은 물론이다.

Claims (6)

  1. 기판의 직경보다 긴 길이를 갖고, 기판의 회전축과 직교하는 회전축을 갖는 롤 세정 부재를 기판의 회전축 상에 배치시키고, 기판의 표면에 상기 롤 세정 부재를 상기 롤 세정 부재의 회전축 방향을 따른 세정 에어리어에서 접촉시키고, 롤 세정 부재와 기판을 각 회전축을 중심으로 모두 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정할 때,
    롤 세정 부재 및 기판을 소정의 회전 속도로 회전시키는 제1 세정 조건으로 기판을 세정할 때의, 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점까지의 기판의 회전축으로부터의 거리와 면적 환산으로서 정의한 상대 속도량을 XY 좌표로서 플롯한 제1 세정점까지의 제1 거리를 구하고,
    상기 제1 세정 조건과 다른 제2 세정 조건으로 기판을 세정할 때의, 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점까지의 기판의 회전축으로부터의 거리와 면적 환산으로서 정의한 상대 속도량을 XY 좌표로서 플롯한 제2 세정점까지의 제2 거리를 구하고,
    상기 제2 거리가 상기 제1 거리보다도 길 때에, 제2 세정 조건으로 기판을 세정한 쪽이 제1 세정 조건으로 기판을 세정하였을 때보다도 세정 후에 남는 디펙트 수가 적다고 예측하는 것을 특징으로 하는, 세정 성능 예측 방법.
  2. 기판의 직경보다 긴 길이를 갖고, 기판의 회전축과 직교하는 회전축을 갖는 롤 세정 부재를 기판의 회전축 상에 배치시키고, 기판의 표면에 상기 롤 세정 부재를 상기 롤 세정 부재의 회전축 방향을 따른 세정 에어리어에서 접촉시키고, 롤 세정 부재와 기판을 각 회전축을 중심으로 모두 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에 있어서,
    세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 작은 순방향 세정 에어리어의 최대 상대 속도 Vf(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리를 Df(㎜), 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 큰 역방향 세정 에어리어의 최대 상대 속도 Vi(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리를 Di(㎜), 세정 에어리어의 길이를 L(㎜), 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점과 기판의 회전축의 거리를 a(㎜)라고 할 때,
    0＜a＜L／6
    (Di＋Df)≥8L
    이며,
    상기 역회전점을 사이에 두고 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 큰 상대 운동 역에어리어의 길이 L1(㎜)을 저변, 상기 최대 상대 속도 Vi(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Di(㎜)를 높이로 하는 삼각형의 면적 Si와, 상기 역회전점을 사이에 두고 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 작은 상대 운동 순에어리어의 길이 L2(㎜)를 저변, 상기 최대 상대 속도 Vf(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Df(㎜)를 높이로 하는 삼각형의 면적 Sf의 합계 면적 S를 상대 속도량으로 하였을 때,
    S≥2000L(㎟)
    을 만족시키도록 롤 세정 부재와 기판을 회전시키는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
  3. 기판의 직경보다 긴 길이를 갖고, 기판의 회전축과 직교하는 회전축을 갖는 롤 세정 부재를 기판의 회전축 상에 배치시키고, 기판의 표면에 상기 롤 세정 부재를 상기 롤 세정 부재의 회전축 방향을 따른 세정 에어리어에서 접촉시키고, 롤 세정 부재와 기판을 각 회전축을 중심으로 모두 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에 있어서,
    세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 작은 순방향 세정 에어리어의 최대 상대 속도 Vf(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리를 Df(㎜), 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 큰 역방향 세정 에어리어의 최대 상대 속도 Vi(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리를 Di(㎜), 세정 에어리어의 길이를 L(㎜), 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점과 기판의 회전축의 거리를 a(㎜)라고 할 때,
    L／6≤a≤L／2
    (Di＋Df)≥8L
    이며,
    상기 역회전점을 사이에 두고 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 큰 상대 운동 역에어리어의 길이 L1(㎜)을 저변, 상기 최대 상대 속도 Vi(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Di(㎜)를 높이로 하는 삼각형의 면적 Si와, 상기 역회전점을 사이에 두고 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 작은 상대 운동 순에어리어의 길이 L2(㎜)를 저변, 상기 최대 상대 속도 Vf(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Df(㎜)를 높이로 하는 삼각형의 면적 Sf의 합계 면적 Srv를 상대 속도량으로 하였을 때,
    Srv≥1300L(㎟)
    을 만족시키도록 롤 세정 부재와 기판을 회전시키는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
  4. 기판의 직경보다 긴 길이를 갖고, 기판의 회전축과 직교하는 회전축을 갖는 롤 세정 부재를 기판의 회전축 상에 배치시키고, 기판의 표면에 상기 롤 세정 부재를 상기 롤 세정 부재의 회전축 방향을 따른 세정 에어리어에서 접촉시키고, 롤 세정 부재와 기판을 각 회전축을 중심으로 모두 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에 있어서,
    세정 에어리어 상에 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 제로로 되어 세정 방향이 역회전하는 역회전점이 존재하지 않도록 롤 세정 부재와 기판을 모두 일 방향으로 회전시키고,
    세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 작은 순방향 세정 에어리어의 최대 상대 속도 Vf(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리를 Df(㎜), 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 속도가 상대적으로 큰 역방향 세정 에어리어의 최대 상대 속도 Vi(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리를 Di(㎜), 세정 에어리어의 길이를 L(㎜)라고 할 때,
    (Di＋Df)≥4L
    을 만족시키도록 롤 세정 부재와 기판을 회전시키는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 최대 상대 속도 Vf(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Df(㎜)를 윗변, 상기 최대 상대 속도 Vi(㎜／sec)에 의해 구해지는 1초당 상대 이동 거리 Di(㎜)를 아랫변, 세정 에어리어의 길이 L(㎜)을 높이로 한 사다리꼴의 면적 Srv를 상대 속도량으로 하였을 때,
    Srv≥600L(㎟)
    을 만족시키도록 롤 세정 부재와 기판을 회전시키는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
  6. 삭제
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