KR101972217B1 - 스크럽 세정 방법 및 스크럽 세정 장치 - Google Patents

Abstract

롤러의 회전에 따른 세정액의 역류에 의한 액고임의 발생을 억제하여, 웨이퍼의 표면에서의 이차 오염의 발생을 억제한 스크럽 세정 방법 및 스크럽 세정 장치를 제공한다.
반도체 기판(W)의 외주 가장자리(Wc)를 복수의 롤러(2)에 의해 유지하면서 회전시킴과 함께, 세정 부재(3)를 반도체 기판의 세정면(Wa)에 슬라이딩 마찰시킴으로써, 상기 세정면을 청정화하는 스크럽 세정 방법으로서, 상기 세정 부재(3)를 반도체 기판의 세정면의 중심부(O1)에 슬라이딩 마찰시킨 후, 상기 중심부(O1)로부터, 상기 세정 부재(3)를 슬라이딩 마찰한 상태를 유지하면서, 반도체 기판의 외주 가장자리(Wc)로부터 상기 세정 부재의 일부가 돌출된 오버행하는 거리 d까지 이동시킴으로써, 상기 반도체 기판의 세정면을 청정화한다.

Description

스크럽 세정 방법 및 스크럽 세정 장치{SCRUB CLEANING METHOD AND SCRUB CLEANING APPARATUS}

본 발명은 스크럽 세정 방법 및 스크럽 세정 장치에 관한 것이다. 예컨대, 본 발명은 반도체용 기판(이하, 웨이퍼라고 함)의 외주 가장자리를 복수의 롤러에 의해 유지하고, 웨이퍼를 회전시키면서, 세정 부재로 세정하는 스크럽 세정 방법 및 스크럽 세정 장치에 관한 것이다.

종래부터, 반도체용 기판을 제조하는 여러가지 제조 프로세스의 전후에 있어서, 웨이퍼의 표면에 부착된 파티클 등의 오염 물질(이물질)을 제거하는 스크럽 세정이 행해지고 있다.

예컨대, 웨이퍼의 표면을 경면 연마하는 CMP(화학적 기계적 연마) 프로세스의 후에는, 회전하는 웨이퍼의 표면에 세정액을 공급하면서, 세정 부재인 브러시를 웨이퍼의 표면에 슬라이딩 마찰시켜 세정하는 스크럽 세정이 행해지고 있다.

이 스크럽 세정 방법 및 스크럽 세정 장치의 일례가, 일본 특허 공개 제2010-283150호 공보에 개시되어 있다.

이 공보에 개시된 스크럽 세정 장치는, 웨이퍼의 이면을 흡착 척하여 상기 기판을 회전시키는 기판 회전부와, 상기 기판의 표면(상면)을 세정하는 표면 세정부와, 상기 기판의 둘레 가장자리를 세정하는 둘레 가장자리 세정부와, 상기 기판에 세정액을 공급하는 세정액 공급부를 구비하고 있다.

이 스크럽 세정 장치에 있어서는, 표면 세정부와 둘레 가장자리 세정부를 이용하여 스크럽 세정이 행해진다.

또한 일본 특허 공개 제2002-66467호 공보에는, 웨이퍼의 이면을 흡착 척하여 상기 기판을 회전시키는 기판 회전부와, 상기 기판의 표면(상면)을 세정하는 2개의 스크럽 세정구와, 상기 기판에 세정액을 공급하는 노즐을 구비한 스크럽 세정 장치가 개시되어 있다.

이 공보에 개시된 스크럽 세정 장치에 있어서는, 2개의 스크럽 세정구를 이용하여 스크럽 세정이 행해진다.

그런데, 최근의 디바이스 제조에 이용되는 반도체용 기판(웨이퍼)은, 그 표면뿐만 아니라 이면에 있어서도 높은 세정도가 요구되고 있다.

그러나, 상기 일본 특허 공개 제2010-283150호 공보, 일본 특허 공개 제2002-66467호 공보에 개시된 스크럽 세정 장치에서는, 웨이퍼의 이면을 흡착 척하여 웨이퍼를 회전시키기 때문에, 웨이퍼의 표면 및 이면을 동시에 고세정도로 세정할 수 없었다.

이 문제를 해결하는 것으로서, 일본 특허 공개 평11-283951호 공보에 개시하는 스크럽 세정 장치가 제안되어 있다.

이 스크럽 세정 장치에는 복수의 회전 가능한 롤러가 설치되고, 이들 롤러에 의해 웨이퍼(W)의 외주 가장자리가 유지된다. 그리고, 상기 웨이퍼는 롤러에 의해 회전한 상태로, 상기 웨이퍼의 표리면에 브러시가 슬라이딩하여 스크럽 세정이 행해진다.

이 스크럽 세정 장치에서는, 웨이퍼가 복수의 롤러에 의해 회전 가능하게 유지되어 있다(웨이퍼의 이면을 흡착 척하여 웨이퍼를 회전시키는 기판 회전 수단이 설치되지 않았다).

그 결과, 웨이퍼의 표리면에 세정구를 슬라이딩 마찰시킬 수 있어, 웨이퍼의 표리면을 동시에 세정할 수 있다.

그런데, 웨이퍼(W)의 상면(표면)의 세정은, 웨이퍼(W)의 상면의 중심부에 세정액이 적하되고, 세정구를 슬라이딩 마찰시킴으로써 행해진다. 또한, 웨이퍼(W)의 하면(이면)의 세정은, 웨이퍼(W)의 하면(이면) 전체에 세정액이 분사되고, 세정구를 슬라이딩 마찰시킴으로써 행해진다.

상기 웨이퍼(W)의 상면(표면)의 세정에 있어서, 웨이퍼(W)의 상면 중심부에 적하된 세정액은, 웨이퍼(W)의 회전력에 의해 웨이퍼(W)의 중심부로부터 웨이퍼(W)의 외주 가장자리로 흐르고, 외주 가장자리로부터 웨이퍼(W)의 외측으로 배출된다.

그러나, 도 11에 나타낸 바와 같이, 롤러(11)가 설치된 스크럽 세정 장치(10)에 있어서는, 롤러(11)의 회전에 의해 웨이퍼(W)의 중심부 방향으로의 흐름(E)이 형성된다. 즉, 오염된 파티클 등을 포함하는 세정수가, 웨이퍼(W)의 외주 가장자리로부터 웨이퍼(W)의 중심부 방향으로 역류한다.

그 결과, 오염된 파티클 등을 포함하는 세정수가, 웨이퍼(W)의 외주 가장자리로부터 외측으로 배출되지 않고, 웨이퍼의 표면의 외주 가장자리부에 세정액의 액고임(X)이 생겨, 웨이퍼의 표면에서의 이차 오염의 요인이 될 우려가 있었다.

본 발명은, 상기 기술적 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 복수의 롤러에 의해 웨이퍼를 유지, 회전시키면서 행하는 스크럽 세정에 있어서, 롤러의 회전에 따른 세정액의 역류에 의한 액고임을 제거하여, 웨이퍼의 표면에서의 이차 오염의 발생을 억제한 스크럽 세정 방법 및 스크럽 세정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 발명에 관한 스크럽 세정 방법은, 반도체 기판의 외주 가장자리를 복수의 롤러에 의해 유지하면서 회전시킴과 함께, 세정 부재를 반도체 기판의 세정면에 슬라이딩 마찰시킴으로써, 상기 세정면을 청정화하는 스크럽 세정 방법으로서, 상기 세정 부재를 반도체 기판의 세정면의 중심부에 슬라이딩 마찰시킨 후, 상기 중심부로부터, 상기 세정 부재를 슬라이딩 마찰한 상태를 유지하면서, 반도체 기판의 외주 가장자리로부터 상기 세정 부재의 일부가 돌출된 오버행하는 거리까지 이동시킴으로써, 상기 반도체 기판의 세정면을 청정화하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 스크럽 세정 방법에 있어서는, 상기 세정 부재를 슬라이딩 마찰한 상태를 유지하면서, 반도체 기판의 외주 가장자리로부터 세정 부재의 일부가 돌출된 오버행하는 거리까지 세정 부재가 이동한다. 그 때문에, 오염된 세정액의 액고임은 제거되고, 오염된 파티클 등을 포함하는 세정수는, 웨이퍼(W)의 외주 가장자리로부터 외측으로 배출된다. 즉, 웨이퍼(W)의 외주 가장자리로부터 중심부 방향으로의 세정수의 역류가 억제되어, 웨이퍼의 세정면에서의 이차 오염이 방지된다.

또한, 상기 세정 부재는, 상기 세정 부재를 슬라이딩 마찰한 상태를 유지하면서, 오버행하는 거리로부터 다시 세정면의 중심부로 되돌아가는, 소위 왕복 이동하는 것은 아니다.

그 때문에, 슬라이딩 마찰에 의해 세정 부재에 부착된 파티클 등의 이물질이, 세정 부재에 의해 웨이퍼의 중앙부측에 반송되는 일이 없어, 세정 부재에 부착된 이물질에 의한 세정면의 이차 오염을 억제할 수 있다.

여기서, 상기 롤러의 회전에 의해 생기는 웨이퍼면 내로 역류하는 세정액의 상기 웨이퍼의 외주 가장자리로부터의 거리를 t, 상기 원판형의 세정 부재의 반경을 r, 세정 부재의 일부가 돌출된 오버행하는 거리를 d로 나타냈을 때, 오버행하는 거리 d는 0<d≤r-t의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

오버행하는 거리 d가 0<d≤r-t의 범위 내에 있는 경우에는, 오염된 세정액의 액고임은 제거되고, 오염된 파티클 등을 포함하는 세정수가 웨이퍼(W)의 외주 가장자리로부터 외측으로 배출되어, 보다 고청정화를 달성할 수 있다.

또한, 반도체 기판의 세정면의 평균 LPD수는, 0.2×(오버행하는 거리 d; 단위는 mm)+140개 이하로 청정화되는 것이 바람직하다.

또한, 반도체 기판의 외주 가장자리로부터 상기 세정 부재의 일부가 돌출된 오버행하는 거리에 있어서, 상기 중심부로부터 반도체 기판의 외주 가장자리 방향으로의 세정 부재의 이동을 정지하고, 소정 시간 경과후, 상기 세정 부재가 반도체 기판의 세정면으로부터 분리되는 것이 바람직하다.

상기 세정 부재가 슬라이딩 마찰한 상태를 유지하면서, 오버행하는 거리 d가 r-t를 넘으면, 오염된 세정액의 액고임이 잔존하고, 오염된 파티클 등을 포함하는 세정수가 웨이퍼(W)의 외주 가장자리로부터 외측으로 배출되기 어려워지기 때문에, 소정 시간 슬라이딩한 후, 상기 세정 부재가 반도체 기판의 세정면으로부터 분리되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 롤러의 회전에 의해, 회전하는 웨이퍼의 회전 방향과, 세정 부재의 회전 방향이 동일 방향이고, 또한 상기 웨이퍼의 회전수에 대한 상기 세정 부재의 회전수의 비가 적어도 10인 것이 바람직하다.

여기서, 회전하는 웨이퍼의 회전 방향과 세정 부재의 회전 방향이 상이한 방향인 경우, 브러시는 웨이퍼 회전에 거역하여 회전하는 결과, 액고임을 웨이퍼 내주로 이류(移流)시키는 속도 성분이 생겨, 액고임의 배액 성능이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 웨이퍼 1회전당 브러시의 회전이 10회전 이상이면, 웨이퍼 전체면에 브러시가 슬라이딩하기 때문에, 적합한 세정 성능을 얻을 수 있다.

한편, 웨이퍼 1회전당 브러시의 회전이 10회전 미만인 경우에는, 웨이퍼에 대한 브러시의 슬라이딩이 불균일해지기 때문에, 적합한 세정 성능을 얻을 수 없고, 파티클 등의 오염 물질(이물질)을 제거할 수 없을 우려가 있어 바람직하지 않다.

상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 발명에 관한 스크럽 세정 장치는, 상기 스크럽 세정 방법에 이용되는 스크럽 세정 장치로서, 반도체 기판의 외주 가장자리를 유지하면서 회전시키는 복수의 롤러와, 상기 반도체 기판의 세정면에 세정액을 공급하는 세정액 공급 기구와, 원판형의 세정 부재를 회전시키면서 상기 반도체 기판의 세정면의 중심부로부터 반도체 기판의 외주측으로 이동시킴과 함께, 상기 세정 부재를 반도체 기판의 세정면에 슬라이딩 마찰, 혹은 반도체 기판의 세정면으로부터 이탈시키는 세정 부재 구동부와, 상기 세정 부재 구동부를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 스크럽 세정 방법 및 스크럽 세정 장치에 의하면, 복수의 롤러에 의해 웨이퍼를 유지, 회전시키면서 행하는 스크럽 세정에 있어서, 롤러의 회전에 따른 세정액의 역류에 의한 액고임을 제거하여, 웨이퍼의 표면에서의 이차 오염의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 관한 일실시형태에 따른 스크럽 세정 장치를 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 스크럽 세정 장치의 개략 평면도이다.
도 3은, 세정 부재가 웨이퍼 표면으로부터 분리되는 위치를 나타내는 개략도이며, 오버행 거리 d를 d=r-t로 한 경우의 세정 부재가 웨이퍼 표면으로부터 분리되는 위치를 나타내는 개략도이다.
도 4는, 오버행 거리 d를 0>d로 한 경우의 세정 부재가 웨이퍼 표면으로부터 분리되는 위치의 개략도이다.
도 5는, 오버행 거리 d를 0<d<r-t로 한 경우의 세정 부재가 웨이퍼 표면으로부터 분리되는 위치의 개략도이다.
도 6은, 오버행 거리 d를 r-t<d<2r로 한 경우의 세정 부재가 웨이퍼 표면으로부터 분리되는 위치의 개략도이다.
도 7은, 오버행 거리 d를 d≥2r로 한 경우의 세정 부재가 웨이퍼 표면으로부터 분리되는 위치의 개략도이다.
도 8은, 브러시의 최외주의 1점이 웨이퍼 상에 그리는 주사 궤적을 나타내는 개략도이다.
도 9는, 실험 1의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 실험 2의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 종래의 스크럽 세정 방법(스크럽 세정 장치)의 과제를 설명하기 위한 개략도이다.

이하, 본 발명에 관한 스크럽 세정 장치의 일실시형태에 관해, 도 1 내지 도 7에 기초하여 설명한다. 또한, 도 1은 일실시형태에 따른 스크럽 세정 장치를 모식적으로 나타내는 개략도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 스크럽 세정 장치의 주요 구성을 나타낸 개략 평면도이다.

스크럽 세정 장치(1)는, 도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(웨이퍼)(W)의 외주 가장자리를 유지하기 위한 복수(이 실시형태에서는 4개)의 롤러(2)를 갖고 있다. 상기 복수의 롤러(2) 중, 하나의 롤러(2A)에는 롤러용 모터(M1)가 설치되어, 회전 구동 가능하게 구성되어 있다. 한편, 다른 롤러(2B)는 회전 구동되지 않고, 반도체 기판(웨이퍼)(W)의 외주 가장자리를 유지하여, 반도체 기판(웨이퍼)(W)의 회전에 따라 회전하도록 구성되어 있다.

즉, 상기 롤러(2A)가 롤러용 모터(M1)에 의해 화살표 A로 나타내는 방향으로 회전함으로써, 롤러(2A, 2B)에 유지된 웨이퍼(W)는 화살표 A와는 반대 방향(화살표 B로 나타내는 방향)으로 회전한다.

또한, 상기 스크럽 세정 장치(1)는, 웨이퍼(W)의 상면(세정면)을 슬라이딩 마찰하는 세정 부재(3)와, 웨이퍼(W)의 하면(세정면)을 슬라이딩 마찰하는 세정 부재(4)를 구비하고 있다. 또한, 상기 세정 부재(3) 및 세정 부재(4)는 원판형의 브러시이며, 각각의 직경은 웨이퍼(W)의 직경보다 작게 형성되어 있다.

또한, 상기 세정 부재(3) 및 세정 부재(4)의 재료로는, 흡수율이 적어도 1000% 이상인 PVA(폴리비닐알콜)제의 스폰지가 적합하게 이용된다.

또한, 스크럽 세정 장치(1)는, 상기 원판형의 세정 부재(3, 4)를 구동시키는 세정 부재 구동부(5)를 구비하고 있다. 세정 부재 구동부(5)는, 웨이퍼(W)를 통해 대칭이 되도록, 웨이퍼(W)의 표면측 및 이면측에 각각 설치되어 있다.

이 세정 부재 구동부(5)는, 상기 원판형의 세정 부재(3, 4)를 회전 구동시키는 모터(M2)와, 상기 모터(M2)가 일단부에 장착된 가동 아암부(5a)와, 상기 가동 아암부(5a)의 타단부측에 장착된, 상기 가동 아암부(5a)를 회전 구동시키는 모터(M3)를 구비하고 있다.

즉, 상기 모터(M2)에 의해 세정 부재(3, 4)가 회전함과 동시에, 상기 모터(M3)의 회전축을 중심으로 가동 아암부(5a)가 회동하도록 구성되어 있다.

또한, 상기 모터(M3)는 지지대(5b)에 장착되고, 상기 지지대(5b)는 배치대(5c)에 슬라이드 가능하게 부착된다. 이 배치대(5c)에는 피스톤ㆍ실린더(5d)가 부착되고, 상기 지지대(5b)와 피스톤ㆍ실린더(5d)가 연결되어 있다.

즉, 이 스크럽 세정 장치(1)에 있어서는, 피스톤ㆍ실린더(5d)가 신축함으로써 상기 지지대(5b)가 슬라이드하여, 세정 부재(3, 4)가 세정면에 슬라이딩 접촉 혹은 이탈하도록 구성되어 있다.

또한, 스크럽 세정 장치(1)는, 상기 모터(M1), 모터(M2), 모터(M3), 피스톤ㆍ실린더(5d)의 동작을 제어하는 제어부(6)가 설치되어 있다. 이 제어는, 소위 시퀀스 제어에 의해 제어된다.

이 제어부(6)의 제어에 의해, 상기 원판형의 세정 부재(3, 4)는 회전하면서, 상기 반도체 기판(W)의 세정면(Wa, Wb)의 중심부(O1)로부터 반도체 기판(W)의 외주측으로 슬라이딩 마찰하면서 이동하고, 또한 소정의 위치에 있어서 세정면으로부터 이탈하도록 동작한다.

즉, 상기 세정 부재(3)는 가동 아암부(5a)가 하강함으로써, 또한 세정 부재(4)는 가동 아암부(5a)가 상승함으로써, 도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(W)의 세정면(Wa, Wb)에 접촉한다. 그리고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 모터(M2)에 의해 회전하는 세정 부재(3, 4)는 웨이퍼(W)의 표면에 슬라이딩 접촉하면서, 반도체 기판(W)의 세정면(Wa, Wb)의 중심부(O1)로부터 반도체 기판(W)의 외주측으로, 웨이퍼(W)의 중심(O1)을 통과하는 일점쇄선 D로 표시된 원호 위를 이동한다. 그리고, 세정 부재(3, 4)가 소정 위치(오버행 거리)에 도달하면, 반도체 기판의 세정면으로부터 이탈한다.

또한, 도시하지 않지만, 상기 스크럽 세정 장치(1)에는, 상기 웨이퍼(W)에 세정액을 공급하는 세정액 공급 기구를 구비하고 있다.

이 세정액 공급 기구는, 종래부터 이용되고 있는 세정액 공급 기구를 이용할 수 있다. 구체적으로는, 웨이퍼(W)의 상면에 세정액을 공급하는 세정액 공급 기구는, 상기 웨이퍼(W)의 상면(세정면)의 중심부에 세정액을 적하하도록 구성되어 있다. 또한, 상기 웨이퍼(W)의 하면(세정면)에 세정액을 공급하는 세정액 공급 기구는, 상기 웨이퍼(W)의 하면(세정면) 전체에 세정액을 분사하도록 구성되어 있다.

계속해서, 스크럽 세정 장치(1)를 이용한 스크럽 세정 방법에 관해 설명한다. 또한, 세정 부재(4)의 동작은 세정 부재(3)의 동작과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

우선, 롤러(2)에 의해 웨이퍼(W)의 외주 가장자리(Wc)를 유지한다. 다음으로, 상기 세정액 공급 기구에 의해 세정액(도시하지 않음)을 웨이퍼(W)의 표면(Wa) 상에 공급하면서, 상기 롤러용 모터(M2)에 의해, 롤러(2)를 화살표 A로 나타내는 방향으로 회전시키고, 웨이퍼(W)를 화살표 B로 나타내는 방향으로 회전시킨다. 이 때의 웨이퍼(W)의 회전수는 30 rpm∼60 rpm이다.

이 때, 웨이퍼(W)의 외주 단부(Wc)에는, 화살표 E로 나타내는 방향으로, 롤러(2)의 회전에 따른 세정액의 역류가 생긴다. 그리고, 파선 F로 나타내는 위치까지 세정액이 역류하여, 링형의 액고임(X)이 형성된다.

그리고, 상기 세정 부재 구동부(5)에 의해, 회전하고 있는 웨이퍼(W)의 표면에, 웨이퍼(W)의 회전 방향과 동일 방향(화살표 C로 나타내는 방향)으로 회전하는 세정 부재(3)를 압박하면서 이동시킨다.

이 세정 부재(3)는, 회전 상태를 유지하면서(웨이퍼(W)의 표면을 세정하면서), 도 2에 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중심(O1)으로부터 외주 가장자리부를 향해, 소정의 위치에서 세정 부재(3)를 웨이퍼(W)의 표면으로부터 분리한다. 구체적으로는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 세정 부재(3)의 반경을 r, 세정 부재(3)의 상기 오버행 거리를 d, 세정액의 롤러(2)에 의한 역류 거리를 t로 했을 때, 세정 부재(3)의 오버행 거리가 0<d≤r-t가 되는 위치에서, 세정 부재(3)를 웨이퍼(W)의 표면으로부터 분리한다. 이 때, 세정 부재(3)의 오버행 거리가 0<d≤r-t가 되는 위치에서, 세정 부재(3)의 이동을 정지시키는 것이 바람직하다. 상기 이동을 정지하고, 세정 부재(3)를 웨이퍼(W)의 표면으로부터 분리하기까지의 시간은, 예컨대 1초∼1분이다.

또한, 오버행 거리 d란, 반도체 기판(W)의 외주 가장자리(Wc)로부터 세정 부재(3, 4)의 일부가 돌출된 돌출 치수이며, 도 3에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(W)의 중심(O1)과 세정 부재(3)의 중심(O2)을 연결하는 선분(L1)이 반도체 기판(W)의 외주 가장자리(Wc)와 교차하는 점(P1)에서의 반도체 기판(W)의 접선(L2)과, 반도체 기판(W)의 중심(O1)과 세정 부재(3)의 중심(O2)을 연결하는 선분(L1)이 반도체 기판(W)의 외주 가장자리(Wc)와 교차하는 점(P2)에서의 상기 접선(L2)과 평행한 선분(L3) 사이의 거리를 말한다.

또한, 세정액의 롤러(2)에 의한 역류 거리 t란, 롤러(2)가 존재함으로써, 또한 롤러가 회전함으로써 생기는 액고임(X)에서의 반도체 기판(W)의 직경 방향의 거리를 말한다. 상기 역류 거리 t는, 상기 롤러(2)로부터 분리됨에 따라서, 반도체 기판(W)의 회전의 원심력의 영향을 받아 감소하기 때문에, 여기서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(W)의 중심(O1)과 롤러의 중심(O3)을 연결하는 선분(L4)이 가로지르는 액고임(X)의 길이 치수로 한다.

다음으로, 세정 부재(3)를 웨이퍼 표면으로부터 분리하는 위치에 관해, 도 3 내지 도 7에 기초하여 설명한다.

상기 세정 부재(3)를 웨이퍼 표면으로부터 분리하는 위치가, 도 4에 나타낸 바와 같이, 오버행 거리 d가 0 이하(즉, 세정 부재(3)가 웨이퍼(W)의 외주 가장자리로부터 돌출되지 않고 웨이퍼 표면으로부터 분리되는) 경우에는, 웨이퍼(W)의 외주 가장자리(Wc)에 생긴 액고임(X)의 전부(또는 일부)를 제거할 수 없어, 세정면(Wa)의 청정화가 어려워진다.

한편, 상기 세정 부재(3)를 웨이퍼 표면으로부터 분리하는 위치(오버행 거리 d)가 0<d<r-t 및 d=r-t가 되는 조건하에서는, 도 3, 도 5에 나타낸 바와 같이, 액고임(X)을 형성하는 역류(E1)의 진행 방향에 대하여, 세정 부재(3)의 회전 방향이 역행하지 않고, 웨이퍼(W)의 외측으로 향하는 속도 성분(Cr)을 부여하기 때문에(도 5 참조), 액고임(X)이 배액되기 쉽고, 액고임을 제거하기 쉬워, 웨이퍼의 표면에서의 이차 오염의 발생을 억제할 수 있다.

이에 비해, 상기 세정 부재(3)를 웨이퍼 표면으로부터 분리하는 위치(오버행 거리 d)가 r-t<d<2r이 되는 조건하에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 세정 부재(3)의 회전에 의해, 역류(E1)와 역행하는 흐름 성분(Cx)이 생긴다.

이 때문에, 세정 부재(3)의 주변에서는 복잡한 액흐름이 생겨, 파티클을 포함하는 순수(세정수)의 배액성이 현저히 저해된다. 또한 경우에 따라서는, 웨이퍼 내주측으로의 흐름이 생겨, 웨이퍼(W)의 표면에서의 이차 오염이 발생할 우려가 있다.

또한, 상기 세정 부재(3)를 웨이퍼 표면으로부터 분리하는 위치(오버행 거리 d)가 d≥2r이 된 경우는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 세정 부재(3)는 웨이퍼(W)를 완전히 빠져 나오기 때문에, 세정 부재 자체는 세정에 기여하지 않게 된다.

이와 같이, 세정 부재(3)를 웨이퍼 표면으로부터 분리하는 위치(오버행하는 거리 d)가 0<d≤r-t의 범위 내에 있는 경우에는, 오염된 세정액의 액고임은 제거되고, 오염된 파티클 등을 포함하는 세정수가 웨이퍼(W)의 외주 가장자리로부터 외측으로 배출되어, 보다 고청정화를 달성할 수 있다.

또한, 웨이퍼(W)에 대한 세정 부재(3)의 회전수비가 적어도 10 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 웨이퍼 1회전당 브러시의 회전이 10회전 이상이면, 웨이퍼 전면에 브러시가 슬라이딩하기 때문에, 적합한 세정 성능을 얻을 수 있다. 한편, 웨이퍼 1회전당 브러시의 회전이 10회전 미만인 경우에는, 웨이퍼에 대한 브러시의 슬라이딩이 불균일해지기 때문에, 적합한 세정 성능을 얻을 수 없다. 그 결과, 파티클 등의 오염 물질(이물질)을 제거할 수 없을 우려가 있어 바람직하지 않다.

구체적으로 설명하면, 웨이퍼의 외경을 300 mm으로 하고, 웨이퍼(W)에 대한 세정 부재(3)의 회전수비를 변화시켜, 외경 30 mm의 브러시의 최외주의 1점이 웨이퍼 상에 그리는 주사 궤적(3x)을 예로 들어, 도 8에 나타낸다.

도 8의 (a)는, 브러시의 회전수 30 rpm, 웨이퍼의 회전수 30 rpm, 도 8의 (b)는, 브러시의 회전수 300 rpm, 웨이퍼의 회전수 30 rpm, 도 8의 (c)는, 브러시의 회전수 600 rpm, 웨이퍼의 회전수 30 rpm으로 한 경우의 주사 궤적(3x)을 나타내고 있다.

이와 같이, 웨이퍼(W)에 대한 세정 부재(3)의 회전수비를 크게 함으로써 슬라이딩 접촉 마찰의 정도가 커져, 브러시의 세정 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있다.

더구나, 회전수비가 10 이상인 경우에는, 보다 적합한 세정 성능을 얻을 수 있어, 고청정화를 달성할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

실시예

(실험 1)

φ300 mm의 실리콘 웨이퍼에 대하여 화학 기계 연마(CMP)를 행했다. 그리고, 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한 스크럽 세정 장치(스크럽 세정 방법)에 의해, CMP후의 실리콘 웨이퍼의 표면의 세정을 행했다. 이하에, 세정 조건을 나타낸다.

실리콘 웨이퍼의 회전수는 35 rpm, 또한, 세정액에는 순수를 이용하고, 그 유량을 1.0 L/min으로 했다. 이 때, 역류 거리 t는 10 mm였다. 또한, 원판형의 세정 부재의 반경 r은 30 mm, 세정 부재의 이동 속도(가동 아암부의 회동 속도)는 4 mm/s, 웨이퍼에 대한 세정 부재의 회전수비가 약 17.1, 세정 부재의 회전수는 600 rpm, 세정 부재는 흡수율이 1000%인 PVA(폴리비닐알콜)제의 스폰지를 이용했다.

이 조건에 있어서, 세정 부재를 웨이퍼의 중심으로부터 외주 가장자리의 소정 위치(오버행 거리)까지 1회 이동(슬라이딩 마찰)시켰다. 그리고, 이동에 있어서, 오버행 거리 d를, 역류 거리 t, 세정 부재의 반경 r과의 사이에서, (a) d<0, (b) 0<d<r-t, (c) d=r-t, (d) r-t<d<2r, (e) d≥2r을 만족시키도록 변화시켰다.

구체적으로는, 비교예 1로서, 오버행 거리 d를 -10 mm((a) d<0의 경우)로 했다(도 4 참조). 실시예 1로서, +5 mm((b) 0<d<r-t의 경우)로 했다(도 5 참조). 실시예 2로서, +15 mm((b) 0<d<r-t의 경우)로 했다(도 3 참조). 실시예 3으로서, +20 mm((c) d=r-t의 경우)로 했다(도 3 참조). 비교예 2로서, +30 mm((d) r-t<d<2r로 했다(도 6 참조). 비교예 3으로서, +50 mm((d) r-t<d<2r로 했다(도 6 참조). 비교예 4로서, +60 mm((e) d≥2r의 경우)로 했다(도 7 참조).

오버행 거리 d를 실시예 1∼3, 비교예 1∼4로서, 각각의 LPD수를 측정했다. 또한, 샘플(실리콘 웨이퍼)수는 각 10장으로 하여, 샘플(10장)에서의 LPD의 평균치를 구했다.

또한, 소정 위치(오버행 거리)에 있어서, 세정 부재는 가동 아암부의 이동이 정지한 상태로 1초간 웨이퍼에 슬라이딩 마찰, 세정한 후, 웨이퍼 표면으로부터 이탈시켰다.

그 후, 각각의 경우에 있어서의 세정후의 웨이퍼 표면의 26 nm 이상의 LPD(Light Point Defect)수를 측정했다. LPD의 측정에는, 암시야 레이저 산란 이물질 검사 장치(KLA-Tencor사 제조, Surfscan SP3)를 이용했다.

그 결과를 도 9에 나타낸다. 또, 도 9에 있어서, 상기와 같이, 각 플롯은 샘플(10장)에서의 LPD의 평균치를 나타내고 있다. 또한, 각 플롯에서의 종방향 에러바는 변동을 나타내고, 횡방향 에러바는 소정 위치(오버행 거리) 정밀도(±5 mm)를 고려한 이미지를 나타내고 있다.

도 9에서 분명한 바와 같이, 오버행 거리가 -10 mm인 경우(비교예 1)는, 웨이퍼 외주부에서의 세정 부재의 미도달 영역을 중심으로 10,000개 이상의 LPD가 검출되었다. 이것은, 원래 웨이퍼 외주에 존재했던 파티클이 브러시로 제거되지 않은 것으로 추찰된다.

이에 비해, 오버행 거리가 +5∼+20 mm(실시예 1∼3)이면, LPD가 140개 정도까지 감소했다. 한편, 오버행 거리가 더욱 커진 +30 mm(비교예 2), +50 mm(비교예 3), +60 mm(비교예 4)이면, LPD는 다시 증가 경향으로 바뀌어, 각각 250/800/400개/정도가 되었다.

상기와 같이, 0<d<r-t 및 d=r-t가 되는 조건하에서는, 액고임을 형성하는 역류의 진행 방향에 대하여, 세정 부재의 회전 방향이 역행하지 않고, 웨이퍼 외주 방향으로 향하는 속도 성분을 부여하기 때문에, 액고임이 배액되기 쉬워, LPD가 감소한 것으로 추찰된다.

이에 비해, r-t<d<2r이 되는 조건하에서는, 역류의 진행 방향에 대하여, 세정 부재의 회전 방향이 역행하는 성분이 생기기 때문에, 액고임의 배액성이 저해된다. 또한 경우에 따라서는, 웨이퍼 내주측으로의 흐름이 생긴다. 이들에 기인하여, LPD가 증가한 것으로 추찰된다.

또한, d≥2r(60 mm)이 된 경우는, 세정 부재가 웨이퍼를 완전히 빠져 나옴으로써 세정수의 웨이퍼 내주 방향으로의 흐름이 경감되고, 파티클을 포함하는 세정수의 일부가 배액되었기 때문에, LPD수가 r-t<d<2r 상태보다 저감된 것으로 추찰된다.

이와 같이, 세정후의 웨이퍼 표면의 평균 LPD수는, 오버행 거리 d에 의존하는 것이 확인됨과 함께, 오버행 거리 d는 +5∼+20 mm의 범위 내(0<d<r-t 및 d=r-t)인 것이 바람직한 것이 확인되었다. 또한, 오버행 거리 d가 +5∼+20 mm의 범위 내인 경우에는, 평균 LPD수가 0.2d+140개 이하가 되는 것이 확인되었다.

(실험 2)

실험 2에서는, 실험 1의 세정 조건과 비교하여, 브러시의 이동 횟수 및 브러시의 이동 속도를 변화시켜 실험을 행했다.

즉, 실험 1에서는, 세정 부재를 웨이퍼의 중심으로부터 외주 가장자리의 소정 위치(오버행 거리)까지 이동(슬라이딩 마찰)시키는 세정을 1회 행했지만, 이 실험 2에서는, 세정 부재를 웨이퍼의 중심까지 다시 되돌려 세정을 반복하여 행하는 이 반복 세정을 합계 4회 행했다.

또한, 실험 1에서는 세정 부재의 이동 속도(가동 아암부의 회동 속도)를 4 mm/s로 했지만, 세정 시간을 동등하게 하기 위해, 실험 2에서는 세정 부재의 이동 속도(가동 아암부의 회동 속도)를 16 mm/s로 했다.

그리고, 실험 1과 마찬가지로, 오버행 거리 d를, 실시예 4로서, +5 mm((b) 0<d<r-t의 경우)로 했다(도 5 참조). 실시예 5로서, +15 mm((b) 0<d<r-t의 경우)로 했다(도 5 참조). 실시예 6으로서, +20 mm((c) d=r-t의 경우)로 했다(도 3 참조). 비교예 5로서, +30 mm((d) r-t<d<2r)로 했다(도 6 참조). 비교예 6으로서, +50 mm((d) r-t<d<2r)로 했다(도 6 참조). 비교예 7로서, +60 mm((e) d≥2r의 경우)로 했다(도 7 참조).

그리고, 실험 1과 마찬가지로, 각각의 경우의 세정후의 웨이퍼 표면의 26 nm 이상의 LPD(Light Point Defect)수를 측정했다.

그 결과를 도 10에 나타낸다. 이 실험 2에 있어서도 실험 1과 마찬가지로, 오버행 거리가 +5∼+20 mm(0<d<r-t 및 d=r-t)의 범위 내에 있는 실시예 4∼6에서는, LPD가 140개 정도까지 감소했다.

한편, 오버행 거리가 더욱 커진 +30 mm(비교예 5), +50 mm(비교예 6), +60 mm(비교예 7)에서는, LPD는 다시 증가 경향으로 바뀌어, 각각 180/650/530개/정도가 되었다.

이상과 같이, 이 실험 2에 있어서도, 오버행 거리는 +5∼+20 mm의 범위 내(0<d<r-t 및 d=r-t)인 것이 바람직한 것이 확인되었다. 또한, 오버행 거리 d에 대한 평균 LPD수는, 0.2d+140(평균치 LPD수)의 관계를 만족시키는 것이 판명되었다.

또한, 실험 1과 실험 2의 결과로부터, 오버행 거리가 +5 mm 이상∼+60 mm 미만인 범위에서는, 실험 2의 경우와 같이, 세정 부재의 이동 횟수가 많은(혹은 이동 속도가 빠른) 조건인 편이, LPD 저감 효과가 큰 경향이 확인되었다.

1 : 스크럽 세정 장치(스크럽 세정 방법) 2 : 롤러
3 : 세정 부재(브러시) 4 : 세정 부재(브러시)
5 : 세정 부재 구동부 5a : 가동 아암부
W : 반도체 기판(웨이퍼) O1 : 반도체 기판(웨이퍼)
X : 액고임 d : 오버행 거리
r : 반경 t : 역류 거리

Claims (6)

1. 반도체 기판의 외주 가장자리를 복수의 롤러에 의해 유지하면서 회전시키고, 세정 부재를 반도체 기판의 세정면에 슬라이딩 마찰시킴으로써, 상기 세정면을 청정화하는 스크럽 세정 방법으로서,
   상기 세정 부재를 반도체 기판의 세정면의 중심부에 슬라이딩 마찰시킨 후,
   상기 중심부로부터, 상기 세정 부재를 슬라이딩 마찰한 상태를 유지하면서, 반도체 기판의 외주 가장자리로부터 상기 세정 부재의 일부가 돌출된 오버행하는 거리까지 이동시킴으로써, 상기 반도체 기판의 세정면을 청정화하는 스크럽 세정 방법에 있어서,
   상기 롤러의 회전에 의해 생기는, 웨이퍼면 내로 역류하는 세정액의 상기 웨이퍼의 외주 가장자리로부터의 거리를 t, 원판형의 세정 부재의 반경을 r, 세정 부재의 일부가 돌출된 오버행하는 거리를 d로 나타냈을 때, 오버행하는 거리 d는 0<d≤r-t의 범위 내에 있고,
   세정 부재는, 오버행하는 거리로부터 다시 세정면의 중심부로 돌아가지 않는 것을 특징으로 하는 스크럽 세정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 오버행하는 거리 d는 +5 mm 이상 +20 mm 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 스크럽 세정 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반도체 기판의 외주 가장자리로부터 상기 세정 부재의 일부가 돌출된 오버행하는 거리에 있어서,
   상기 중심부로부터 반도체 기판의 외주 가장자리 방향의 세정 부재의 이동을 정지하고, 미리 정해진 시간 경과후, 상기 세정 부재는 반도체 기판의 세정면으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 스크럽 세정 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 롤러의 회전에 의해, 회전하는 웨이퍼의 회전 방향과, 세정 부재의 회전 방향은 동일 방향이고,
   또한 상기 웨이퍼의 회전수에 대한 상기 세정 부재의 회전수의 비는 적어도 10인 것을 특징으로 하는 스크럽 세정 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 기재된 스크럽 세정 방법에 이용되는 스크럽 세정 장치로서,
   반도체 기판의 외주 가장자리를 유지하면서 회전시키는 복수의 롤러와,
   상기 반도체 기판의 세정면에 세정액을 공급하는 세정액 공급 기구와,
   원판형의 세정 부재를 회전시키면서 상기 반도체 기판의 세정면의 중심부로부터 반도체 기판의 외주측으로 이동시키고, 상기 세정 부재를 반도체 기판의 세정면에 슬라이딩 마찰시키거나 반도체 기판의 세정면으로부터 이탈시키는 세정 부재 구동부와,
   상기 세정 부재 구동부를 제어하는 제어부
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 스크럽 세정 장치.
6. 삭제

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