KR102065957B1 - 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법 - Google Patents

기판 세정 장치 및 기판 세정 방법 Download PDF

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미츠노리 고마츠
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Abstract

순수 및 복수의 약액이 일정한 비로 균일하게 혼합된 세정액을, 세정을 개시하는 시점으로부터 계속적으로 기판에 공급하여 기판을 세정할 수 있는 기판 세정 장치를 제공한다. 기판 세정 장치는, 순수 유량 조정기(56a)와 순수 공급 밸브(58a)를 개재 장착한 순수 공급 라인(50)과, 약액 유량 조정기(56b, 56c)와 약액 공급 밸브(58b, 58c)를 각각 개재 장착한 복수의 약액 공급 라인(52, 54)과, 순수와 복수종의 약액을 합류시켜 세정액을 형성하는 합류 라인(66)과, 세정액을 기판에 공급하는 세정액 공급 라인(42, 44, 68)과, 유량 조정기(56a, 56b, 56c) 및 공급 밸브(58a, 58b, 58c)를, 순수 및 복수종의 약액이 합류하는 합류점에서, 순수 및 복수종의 약액의 비가 소정의 비로 되도록 각각 제어하는 제어부(30)를 갖는다.

Description

기판 세정 장치 및 기판 세정 방법{SUBSTRATE CLEANING APPARATUS AND SUBSTRATE CLEANING METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면을 세정하는 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법에 관한 것이며, 특히 CMP 등의 연마 후의 기판 표면을 세정하는 기판 세정 공정에서 사용되는 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법은, 예를 들면 플랫 패널 제조, CMOS나 CCD 등의 이미지 센서 제조 및 MRAM의 자성막 제조 등의 세정 공정에도 적용된다.
다마신 배선 형성 방법은, 기판 표면의 절연막 내에 형성한 배선홈을 금속으로 매립하여 배선을 형성하는 방법이다. 이 배선 형성 후에는, 화학 기계적 연마(CMP)에 의해 기판 표면의 여분의 금속을 제거하도록 하고 있다. CMP 후의 기판 표면에는, CMP에 사용된 슬러리의 잔사나 연마 부스러기 등이 존재한다. 이 때문에, CMP 후의 기판 표면에 남는 잔사물(파티클)을 제거하거나, 기판 표면에 형성되는 금속 불순물을 제거할 필요가 있다.
CMP 후의 기판 표면을 세정하는 기판 세정 방법으로서, 주로 파티클의 제거를 목적으로 한 SC-1 세정(Standard Clean 1)이 알려져 있다. 이 SC-1 세정에서는, 암모니아수와 과산화수소수를 소정의 농도로 순수로 희석한 세정액(SC-1 세정액)이 사용된다. 또한, 주로 금속 불순물의 제거를 목적으로 한 SC-2 세정(Standard Clean 2)이 알려져 있다. 이 SC-2 세정에서는, 염산과 과산화수소수를 소정의 농도로 순수로 희석한 세정액(SC-2 세정액)이 사용된다.
예를 들면, 기판의 SC-1 세정을 행하는 경우, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수를 소정의 비로 탱크 내에 저류하고, 이 탱크 내에 저류한 세정액을, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수가 균일하게 혼합되도록 펌프나 교반판으로 교반하면서, 펌프에 의해 기판에 공급한다.
그러나, 이와 같이, 세정액을 저류하는 탱크를 구비하는, 소위 탱크식을 채용하면, 일반적으로 용적이 큰 탱크의 설치 스페이스가 필요로 될 뿐만 아니라, 탱크와 각종 처리액 공급원을 연결하는 배관이나 처리액을 압송하는 펌프 등이 필요로 되어, 장치의 대형화 및 복잡화로 이어져 버린다.
탱크를 구비하지 않는, 소위 인라인식을 채용한 기판 세정 방법도 제안되어 있다. 예를 들면, 일본 특허 출원 공개 제2001-338903호 공보는, 기판에 복수의 처리액(NH4OH, H2O2, 순수)을 혼합한 혼합액(세정액)을 공급하여 기판을 처리하는 방법을 개시한다. 이 방법에서는, 복수의 처리액을, 기판에 부여하는 데미지가 적은 순서로, 즉 순수, H2O2, NH4OH를 이 순서로 기판에 공급한다. 또한, 일본 특허 출원 공개 제2008-277576호 공보는, 암모니아수 또는 염산과 과산화수소수의 혼합액을 순수로 희석함으로써 세정액을 생성하면서, 이 세정액을 기판에 직접 공급하는 기판 세정 방법을 개시한다.
암모니아수와 과산화수소수를 순수로 소정의 농도로 희석한 세정액(SC-1 세정액)을 기판 표면에 공급하여 세정하는 경우, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수의 비가 일정하고, 균일하게 혼합된 세정액을 사용하고, 이 세정액을 세정을 개시하는 시점으로부터 계속적으로 기판에 공급하는 것이, 처리(세정)의 균일화를 도모하는 데 있어서 바람직하다. 처리액 중에, 예를 들면 과산화수소수의 농도에 차가 있으면, 반응 불균일이 발생해 버린다.
그러나, 인라인식을 채용하여, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수의 비를 일정하게 하여 균일하게 혼합한 상태에서, 세정을 개시하는 시점으로부터 계속적으로 세정액을 기판에 공급하는 것은 일반적으로 곤란하였다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 순수 및 복수의 약액이 일정한 비로 균일하게 혼합된 세정액을, 인라인식을 채용하여, 세정을 개시하는 시점으로부터 계속적으로 기판에 공급하여 기판을 세정할 수 있도록 한 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 형태는, 복수종의 약액을 순수로 희석한 세정액을 기판에 공급하여 기판을 세정하는 기판 세정 장치에 있어서, 순수 유량 조정기와 순수 공급 밸브를 개재 장착한 순수 공급 라인과, 약액 유량 조정기와 약액 공급 밸브를 각각 개재 장착한 복수의 약액 공급 라인과, 상기 순수 공급 라인을 흐르는 순수와 상기 복수의 약액 공급 라인을 각각 흐르는 복수종의 약액을 합류시켜 세정액을 형성하는 합류 라인과, 상기 세정액을 기판에 공급하는 세정액 공급 라인과, 상기 순수 유량 조정기 및 상기 순수 공급 밸브, 및 상기 약액 유량 조정기 및 상기 약액 공급 밸브를, 상기 순수 및 상기 복수종의 약액이 합류하는 합류점에서, 상기 순수 및 상기 복수종의 약액의 비가 소정의 비로 되도록 각각 제어하는 제어부를 갖는다.
본 형태에 의하면, 순수 및 복수종의 약액의 비를, 세정액 공급 라인 내에 세정액을 흘려 세정을 개시하는 시점으로부터 일정하게 할 수 있다. 그리고, 합류한 세정액에 포함되는 순수와 복수의 약액은, 세정액이 세정액 공급 라인 내를 흐르는 과정에서 균일하게 혼합된다.
본 발명의 바람직한 일 형태에 있어서, 상기 복수종의 약액은, 암모니아수와 과산화수소수이고, 상기 복수의 약액 공급 라인은, 암모니아수 공급 라인과 과산화수소수 공급 라인이다.
본 형태에 의하면, 암모니아수와 과산화수소수를 순수로 소정의 농도로 희석한 SC-1 세정액이 생성된다.
본 발명의 바람직한 일 형태에 있어서, 상기 합류 라인은 3개의 유체 유입구와 1개의 유체 유출구를 갖고, 상기 순수 공급 라인, 상기 암모니아수 공급 라인 및 상기 과산화수소수 공급 라인은, 상기 3개의 유체 유입구에 각각 접속되고, 상기 세정액 공급 라인은, 상기 유체 유출구에 접속되어 있다.
본 형태에 의하면, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수를 합류 라인 내의 합류점에서 합류시키고, 이 합류 후의 세정액을 세정액 공급 라인으로 원활하게 유도할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 형태에 있어서, 상기 세정액 공급 라인에는, 상기 세정액 공급 라인 내를 흐르는 세정액을 교반하는 라인 믹서가 개재 장착되어 있다.
본 형태에 의하면, 예를 들면 세정액 공급 라인의 길이가 짧은 경우에, 세정액 공급 라인 내를 흐르는 세정액에 포함되는 순수와 복수의 약액을 라인 믹서에 의해 강제적으로 혼합할 수 있다.
본 발명의 제2 형태는, 복수종의 약액을 순수로 희석한 세정액을 기판에 공급하여 기판을 세정하는 기판 세정 방법에 있어서, 유량을 제어한 순수와, 각각 유량을 제어한 복수종의 약액을, 순수 및 복수종의 약액의 합류점에서의 순수 및 복수종의 약액의 비가 소정의 비로 되도록 합류시켜 세정액을 형성하고, 상기 세정액을 기판에 이송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 순수 및 복수종의 약액의 비를, 세정액 공급 라인 내에 세정액을 흘려 세정을 개시하는 시점으로부터 일정하게 하고, 세정액에 포함되는 순수와 복수의 약액을, 세정액이 순수 공급 라인 내를 흐르는 과정에서 균일하게 혼합하여, 기판에 공급할 수 있다. 이에 의해, 탱크를 불필요로 하는 인라인식의 장치를 사용하여, 순수 및 복수의 약액이 일정한 비로 균일하게 섞인 세정액을, 세정을 개시하는 시점으로부터 계속적으로 기판에 공급하여 기판을 세정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 기판 세정 장치를 구비한 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도.
도 2는 본 발명의 실시 형태의 기판 세정 장치를 구성하는 제1 세정 유닛의 개요를 도시하는 사시도.
도 3은 도 2에 도시하는 제1 세정 유닛에 구비되어 있는 세정액 공급 기구의 개요도.
도 4는 연마 장치를 자동 운전할 때의 제어의 일례를 도시하는 타임차트.
도 5의 (a)는 암모니아수 공급 라인의 공급 밸브의 오픈 딜레이 타임을 0.2초로, 과산화수소수 공급 라인의 공급 밸브의 오픈 딜레이 타임을 0.6초로 각각 설정하였을 때의, 도 3에 도시하는 지점 P1에 있어서의, 순수(DIW), 암모니아수(NH4OH) 및 과산화수소수(H2O2)의 유량과 시간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 5의 (b)는 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계, 및 암모니아수 및 과산화수소수의 농도와 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 6의 (a)는 암모니아수 공급 라인의 공급 밸브의 오픈 딜레이 타임을 0.2초로, 과산화수소수 공급 라인의 공급 밸브의 오픈 딜레이 타임을 0.6초로 각각 설정하였을 때의, 도 3에 도시하는 지점 P2에 있어서의, 순수(DIW), 암모니아수(NH4OH) 및 과산화수소수(H2O2)의 유량과 시간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 6의 (b)는 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계, 및 암모니아수 및 과산화수소수의 농도와 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 7의 (a)는 암모니아수 공급 라인의 공급 밸브의 오픈 딜레이 타임을 1.2초로, 과산화수소수 공급 라인의 공급 밸브의 오픈 딜레이 타임을 1.2초로 각각 설정하였을 때의, 도 3에 도시하는 지점 P1에 있어서의, 순수(DIW), 암모니아수(NH4OH) 및 과산화수소수(H2O2)의 유량과 시간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 7의 (b)는 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계, 및 암모니아수 및 과산화수소수의 농도와 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 8의 (a)는 암모니아수 공급 라인의 공급 밸브의 오픈 딜레이 타임을 1.2초로, 과산화수소수 공급 라인의 공급 밸브의 오픈 딜레이 타임을 1.2초로 각각 설정하였을 때의, 도 3에 도시하는 지점 P2에 있어서의, 순수(DIW), 암모니아수(NH4OH) 및 과산화수소수(H2O2)의 유량과 시간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 8의 (b)는 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계, 및 암모니아수 및 과산화수소수의 농도와 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 9의 (a)는 암모니아수 공급 라인의 공급 밸브의 오픈 딜레이 타임을 3초로, 과산화수소수 공급 라인의 공급 밸브의 오픈 딜레이 타임을 3초로 각각 설정하였을 때의, 도 3에 도시하는 지점 P1에 있어서의, 순수(DIW), 암모니아수(NH4OH) 및 과산화수소수(H2O2)의 유량과 시간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 9의 (b)는 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계, 및 암모니아수 및 과산화수소수의 농도와 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 10의 (a)는 암모니아수 공급 라인의 공급 밸브의 오픈 딜레이 타임을 3초로, 과산화수소수 공급 라인의 공급 밸브의 오픈 딜레이 타임을 3초로 각각 설정하였을 때의, 도 3에 도시하는 지점 P2에 있어서의, 순수(DIW), 암모니아수(NH4OH) 및 과산화수소수(H2O2)의 유량과 시간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 10의 (b)는 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계, 및 암모니아수 및 과산화수소수의 농도와 시간의 관계를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기판 세정 장치가 사용되는 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는, 대략 직사각 형상의 하우징(10)과, 다수의 반도체 웨이퍼 등의 기판을 수용하는 기판 카세트가 적재되는 로드 포트(12)를 구비하고 있다. 로드 포트(12)는, 하우징(10)에 인접하여 배치되어 있다. 로드 포트(12)에는, 오픈 카세트, SMIF(Standard Manufacturing Interface) 포드 또는 FOUP(Front Opening Unified Pod)를 탑재할 수 있다. SMIF, FOUP는, 내부에 기판 카세트를 수납하고, 격벽으로 덮음으로써, 외부 공간과는 독립된 환경을 유지할 수 있는 밀폐 용기이다.
하우징(10)의 내부에는, 복수(이 예에서는 4개)의 연마 유닛(14a 내지 14d)과, 연마 후의 기판을 세정하는, 본 발명의 실시 형태의 기판 세정 장치를 구성하는 기판의 1차 세정(조세정)을 행하는 제1 세정 유닛(16)과, 기판의 2차 세정(마무리 세정)을 행하는 제2 세정 유닛(18)과, 세정 후의 기판을 건조시키는 건조 유닛(20)이 수용되어 있다. 연마 유닛(14a 내지 14d)은, 연마 장치의 길이 방향을 따라서 배열되고, 세정 유닛(16, 18) 및 건조 유닛(20)도 연마 장치의 길이 방향을 따라서 배열되어 있다.
로드 포트(12), 연마 유닛(14a) 및 건조 유닛(20)으로 둘러싸인 영역에는, 제1 기판 반송 로봇(22)이 배치되고, 또한 연마 유닛(14a 내지 14d)의 배열 방향과 평행하게, 기판 반송 유닛(24)이 배치되어 있다. 제1 기판 반송 로봇(22)은, 연마 전의 기판을 로드 포트(12)로부터 수취하여 기판 반송 유닛(24)에 건네줌과 함께, 건조 후의 기판을 건조 유닛(20)으로부터 수취하여 로드 포트(12)로 복귀시킨다. 기판 반송 유닛(24)은, 제1 기판 반송 로봇(22)으로부터 수취한 기판을 반송하여, 각 연마 유닛(14a 내지 14d)과의 사이에서 기판의 전달을 행한다.
제1 세정 유닛(16)과 제2 세정 유닛(18) 사이에 위치하여, 이들 세정 유닛(16, 18)의 사이에서 기판을 반송하는 제2 기판 반송 로봇(26)이 배치되어 있다. 제2 세정 유닛(18)과 건조 유닛(20) 사이에 위치하여, 이들 유닛(18, 20)의 사이에서 기판을 반송하는 제3 기판 반송 로봇(28)이 배치되어 있다.
또한, 하우징(10)의 내부에는, 연마 장치의 각 기기의 움직임을 제어하는 제어부(30)가 배치되어 있다. 이 제어부(30)는, 후술하는 유량 조정기(56a 내지 56c) 및 공급 밸브(58a 내지 58c)를 제어하는 제어부로서의 역할을 한다.
도 2는 본 발명의 실시 형태의 기판 세정 장치를 구성하는 제1 세정 유닛(16)을 도시하는 사시도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 세정 유닛(기판 세정 장치)(16)은, 표면을 상향으로 하여 기판 W를 수평하게 유지하여 회전시키는 4개의 롤러(기판 유지부)(32)와, 4개의 롤러(32)에 의해 유지되어 회전하고 있는 기판 W의 표면(상면)에 세정액 및 린스액을 공급하는 상측 세정액 공급 노즐(34) 및 상측 린스액 공급 노즐(36)과, 4개의 롤러(32)에 의해 유지되어 회전하고 있는 기판 W의 이면(하면)에 세정액 및 린스액을 공급하는 하측 세정액 공급 노즐(38) 및 하측 린스액 공급 노즐(40)을 구비하고 있다. 롤러(32)는, 도시하지 않은 구동 기구(예를 들면, 에어 실린더)에 의해, 서로 근접 및 이격하는 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 상측 세정액 공급 노즐(34)은 상측 세정액 공급 라인(42)에 접속되고, 하측 세정액 공급 라인(38)은 하측 세정액 공급 라인(44)에 접속되어 있다.
각 롤러(32)는, 유지부(32a)와 견부(지지부)(32b)의 2단 구성으로 되어 있다. 견부(32b)의 직경은, 유지부(32a)의 직경보다도 크고, 견부(32b) 상에 유지부(32a)가 형성되어 있다. 기판 W는, 우선 견부(32b) 상에 수평하게 적재되고, 그 후 롤러(32)가 기판 W를 향하여 이동함으로써, 유지부(32a)에 유지된다. 4개의 롤러(32) 중 적어도 하나는, 도시하지 않은 회전 기구에 의해 회전 구동되도록 구성되고, 이에 의해, 기판 W는, 그 외주부가 롤러(32)에 유지된 상태에서 회전된다. 견부(32b)는 하방으로 경사진 테이퍼면으로 되어 있어, 유지부(32a)에 의해 유지되고 있는 동안, 기판 W는 견부(32b)와 비접촉으로 유지된다.
제1 세정 유닛(16)에 의한 기판 W의 표면 및 이면의 세정은, 다음과 같이 행해진다. 우선, 표면을 상향으로 하여 기판 W를 롤러(32)에 의해 수평하게 유지하여 회전시킨다. 계속해서, 세정액 공급 노즐(34, 38)로부터, 기판 W의 표면 및 이면에, 세정액을 공급하고, 이에 의해, 기판 W의 표면 및 이면을 세정액으로 세정한다. 이 예에서는, 세정액으로서, 암모니아수와 과산화수소수를 소정의 농도로 순수로 희석한 SC-1(Standard Clean 1) 세정액이 사용된다. 세정 후, 린스액 공급 노즐(36, 40)로부터 기판 W의 표면 및 이면에 린스액(예를 들면 순수)을 공급하여 린스하고, 이에 의해, 기판 W의 표면 및 이면에 남는 세정액(약액)을 린스액으로 씻어낸다.
제2 세정 유닛(18)으로서, 기판 표면을 향하여 N2 가스 등의 캐리어 가스와 탄산수의 2유체를 고속으로 분출시켜 기판 표면을 세정하는 2유체 제트 세정에 의해 마무리 세정하는 세정 유닛이 사용되고 있다. 또한, 건조 유닛(20)으로서, 기판을 수평하게 유지하고, 이동하는 노즐로부터 IPA 증기를 분출하여 기판을 건조시키고, 또한 기판을 고속으로 회전시켜 원심력에 의해 기판을 건조시키는 스핀 건조 유닛이 사용되고 있다.
도 3은 복수종의 약액을 순수로 희석한 세정액을 생성하여 세정액 공급 노즐(34, 38)에 공급하는 세정액 공급 기구의 개요도이다. 이 예에서는, 복수종의 약액으로서, 암모니아수(NH4OH)와 과산화수소수(H2O2)를 사용하고, 암모니아수와 과산화수소수를 순수(DIW)로 희석한 SC-1 세정액을 생성한다. 또한, 복수종의 약액으로서, 염산과 과산화수소수를 사용하고, 염산과 과산화수소수를 순수로 희석한 SC-2 세정액을 생성해도 되고, 2종류 이상의 약액을 순수로 희석한 세정액을 생성해도 되는 것은 물론이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 세정액 공급 기구는, 순수를 공급하는 순수 공급 라인(50)과, 29％의 암모니아수(제1 약액)를 공급하는 암모니아수 공급 라인(제1 약액 공급 라인)(52)과, 30％의 과산화수소수(제2 약액)를 공급하는 과산화수소수 공급 라인(제2 약액 공급 라인)(54)을 갖고 있다. 29％의 암모니아수 및 30％의 과산화수소수는, 각각 제1 약액 및 제2 약액의 예이며, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되지 않는다.
순수 공급 라인(50)에는, 그 내부를 흐르는 순수의 유량을 제어하는 유량 조정기(순수 유량 조정기)(56a)와, 이 유량 조정기(56a)의 하류측에 설치된 공급 밸브(순수 공급 밸브)(58a)가 개재 장착되어 있다. 유량 조정기(56a)로서 매스 플로우 컨트롤러를 사용해도 된다. 예를 들면, 유량 조정기(56a)에 사용되는 매스 플로우 컨트롤러는, 400 내지 2000㎖/min의 범위에서 순수의 유량을 폐루프 제어에 의해 조정하도록 구성된다.
암모니아수 공급 라인(52)에는, 그 내부를 흐르는 암모니아수의 유량을 제어하는 유량 조정기(제1 약액 유량 조정기)(56b)와, 이 유량 조정기(56b)의 상류측에 설치된 마스터 밸브(60a)와, 유량 조정기(56b)의 하류측에 설치된 공급 밸브(제1 약액 공급 밸브)(58b)가 개재 장착되어 있다. 유량 조정기(56b)로서 매스 플로우 컨트롤러를 사용해도 된다. 예를 들면, 유량 조정기(56b)에 사용되는 매스 플로우 컨트롤러는, 20 내지 100㎖/min의 범위에서 암모니아수의 유량을 폐루프 제어에 의해 조정하도록 구성된다.
과산화수소수 공급 라인(54)에는, 그 내부를 흐르는 과산화수소수의 유량을 제어하는 유량 조정기(제2 약액 유량 조정기)(56c)와, 이 유량 조정기(56c)의 상류측에 설치된 마스터 밸브(60b)와, 유량 조정기(56c)의 하류측에 설치된 공급 밸브(제2 약액 공급 밸브)(58c)가 개재 장착되어 있다. 유량 조정기(56c)로서 매스 플로우 컨트롤러를 사용해도 된다. 예를 들면, 유량 조정기(56c)에 사용되는 매스 플로우 컨트롤러는, 20 내지 100㎖/min의 범위에서 과산화수소수의 유량을 폐루프 제어에 의해 조정하도록 구성된다.
3개의 유체 유입구(62a, 62b, 62c)와 1개의 유체 유출구(64)를 갖는 합류 라인(66)이 더 설치되어 있다. 순수 공급 라인(50)은 유체 유입구(62a)에, 암모니아수 공급 라인(52)은 유체 유입구(62b)에, 과산화수소수 공급 라인(54)은 유체 유입구(62c)에 각각 접속되어 있다. 합류 라인(66)의 유체 유출구(64)에는, 세정액 공급 라인(68)이 접속되어 있다. 합류 라인(66)으로서는, 사방 밸브, 집합관 등을 사용할 수 있다.
순수 공급 라인(50)의 공급 밸브(58a)를 개방하면, 유량 조정기(56a)에 의해 유량이 제어된 순수가 합류 라인(66)의 내부에 유입한다. 마스터 밸브(60a)를 미리 개방한 상태에서 암모니아수 공급 라인(52)의 공급 밸브(58b)를 개방하면, 유량 조정기(56b)에 의해 유량이 제어된 암모니아수가 합류 라인(66)의 내부에 유입한다. 또한, 마스터 밸브(60b)를 미리 개방한 상태에서 과산화수소수 공급 라인(54)의 공급 밸브(58c)를 개방하면, 유량 조정기(56c)에 의해 유량이 제어된 과산화수소수가 합류 라인(66)의 내부에 유입한다. 그리고, 합류 라인(66)의 내부에 유입한 순수, 암모니아수 및 과산화수소수는, 합류 라인(66)의 내부의 합류점 M에서 합류하여 서로 섞여 세정액을 형성한다. 이 세정액은 세정액 공급 라인(68) 내를 흐른다. 세정액에 포함되는 순수, 암모니아수 및 과산화수소수는, 세정액이 세정액 공급 라인(68) 내를 흐르는 과정에서 균일하게 혼합된다.
세정액 공급 라인(68)은, 상측 세정액 공급 라인(42)과 하측 세정액 공급 라인(44)으로 분기된다. 상측 세정액 공급 라인(42)에는 개폐 밸브(70a)가 설치되고, 하측 세정액 공급 라인(44)에는 참조 부호 70b가 설치되어 있다. 상측 세정액 공급 노즐(34)은 상측 세정액 공급 라인(42)에 접속되고, 하측 세정액 공급 노즐(38)은 하측 세정액 공급 라인(44)에 접속되어 있다.
이 실시 형태에 있어서, 세정액 공급 라인(68)과 상측 세정액 공급 라인(42) 또는 하측 세정액 공급 라인(44)의 합계의 길이 L은 3700㎜이다.
세정액 공급 라인(68)에는, 상기 세정액 공급 라인(68) 내를 흐르는 세정액을 교반하는 라인 믹서(72)가 개재 장착되어 있다. 이에 의해, 세정액 공급 라인(68)이 짧아, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수가 균일하게 혼합되는 데 충분한 길이를 갖고 있지 않은 경우라도, 이들 순수, 암모니아수 및 과산화수소수를, 라인 믹서(72)에 의해 균일하게 혼합할 수 있다.
순수 공급 라인(50)의 유량 조정기(56a)와 공급 밸브(58a), 암모니아수 공급 라인(52)의 유량 조정기(56b)와 공급 밸브(58b), 및 과산화수소수 공급 라인(54)의 유량 조정기(56c)와 공급 밸브(58c)는, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수가 합류하는 합류 라인(66)의 내부의 합류점 M에서, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수의 비가 소정의 비로 되도록 제어부(30)로부터의 신호에 의해 제어된다. 예를 들면, 순수 : 암모니아수 : 과산화수소수의 체적비가, 1960 : 20 : 20으로 되도록, 유량 조정기(56a)와 공급 밸브(58a), 유량 조정기(56b)와 공급 밸브(58b), 및 유량 조정기(56c)와 공급 밸브(58c)가 제어된다. 이 경우, 암모니아수의 목표 농도는 0.29vol％이고, 과산화수소수의 목표 농도는 0.3vol％이다. 또한, 마스터 밸브(60a, 60b)나 개폐 밸브(70a, 70b)의 동작도 제어부(30)로부터의 신호에 의해 제어된다.
도 4는 연마 장치를 자동 운전할 때의 제어의 일례를 도시하는 타임차트이다. 도 4 및 이하에 설명하는 도 5 내지 도 10에 있어서, 순수는 DIW로, 암모니아수는 NH4OH로, 과산화수소수는 H2O2로 각각 나타내어져 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 자동 운전을 개시하기 전부터, 공급 밸브(58a, 58b, 58c)는, 스탠바이 ON의 상태에 있다. 스탠바이 ON의 상태란, 공급 밸브(58a, 58b, 58c)가 폐쇄된 채로 희석 혼합 동작 개시를 대기하고 있는 상태이다. 자동 운전이 개시되면, 유량 조정기(56a)에 의해, 순수 공급 라인(50) 내를 흐르는 순수의 유량이, 예를 들면 1960㎖/sec로 설정되고, 유량 조정기(56b)에 의해, 암모니아수 공급 라인(52) 내를 흐르는 암모니아수의 유량이, 예를 들면 20㎖/sec로 설정되고, 유량 조정기(56c)에 의해, 과산화수소수 공급 라인(54) 내를 흐르는 과산화수소수의 유량이, 예를 들면 20㎖/sec로 설정된다. 또한, 자동 운전이 개시되면 마스터 밸브(60a, 60b)가 개방된다.
그리고, 순수 공급 라인(50)에서는, 희석 혼합 동작 개시와 동시에, 공급 밸브(58a)가 개방되고, 이에 의해, 순수 공급 라인(50)을 통하여 순수가 합류 라인(66)의 내부에 유입한다. 공급 밸브(58a)는, 희석 혼합 동작 개시로부터 소정의 스탠바이 딜레이 타임 A1(예를 들면 0.5초) 후, 스탠바이 OFF로 된다. 스탠바이 OFF의 상태란, 희석 혼합 동작 개시가 개시되어 공급 밸브(58a)가 개방된 상태이다. 이하에 기재하는 공급 밸브(58b, 58c)의 스탠바이 OFF의 상태도 동일한 상태를 의미한다.
암모니아수 공급 라인(52)에서는, 희석 혼합 동작 개시로부터 소정의 오픈 딜레이 타임 T1(이 예에서는 0.2초) 후에 공급 밸브(58b)가 개방되고, 이에 의해, 암모니아수 공급 라인(52)을 통하여 암모니아수가 합류 라인(66)의 내부에 유입한다. 공급 밸브(58b)는, 희석 혼합 동작 개시로부터 소정의 스탠바이 딜레이 타임 A2(예를 들면 0.5초) 후, 스탠바이 OFF로 된다.
과산화수소수 공급 라인(54)에서는, 희석 혼합 동작 개시로부터 소정의 오픈 딜레이 타임 T2(이 예에서는 0.6초) 후에 공급 밸브(58c)가 개방되고, 이에 의해, 과산화수소수 공급 라인(54)을 통하여 과산화수소수가 합류 라인(66)의 내부에 유입한다. 공급 밸브(58c)는, 희석 혼합 동작 개시로부터 소정의 스탠바이 딜레이 타임 A3(예를 들면 0.5초) 후, 스탠바이 OFF로 된다.
그리고, 희석 혼합 동작 종료 시에, 모든 공급 밸브(58a 내지 58c)는 폐쇄되어, 스탠바이 ON의 상태로 된다.
이와 같이, 희석 혼합 동작 개시와 동시에 순수 공급 라인(50)의 공급 밸브(58a)를 개방하고, 희석 혼합 동작 개시로부터 0.2초의 오픈 딜레이 타임 후에 암모니아수 공급 라인(52)의 공급 밸브(58b)를 개방하고, 희석 혼합 동작 개시로부터 0.6초의 오픈 딜레이 타임 후에 과산화수소수 공급 라인(54)의 공급 밸브(58c)를 개방함으로써, 합류 라인(66)의 내부의 합류점 M에서, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수의 체적비가 소정의 비로 된다. 즉, 순수 : 암모니아수 : 과산화수소수의 체적비가 1960 : 20 : 20으로 된다.
공급 밸브(58a)와 공급 밸브(58b) 사이의 오픈 딜레이 타임 T1 및 공급 밸브(58a)와 공급 밸브(58c) 사이의 오픈 딜레이 타임 T2는, 순수 및 약액의 유량, 공급 밸브(58a)와 합류점 M의 거리, 공급 밸브(58b)와 합류점 M의 거리, 공급 밸브(58c)와 합류점 M의 거리 등의 각종 요소에 기초하여 미리 결정된다.
도 5의 (a)는, 전술한 바와 같이, 암모니아수 공급 라인(52)의 공급 밸브(58b)의 오픈 딜레이 타임 T1을 0.2초(T1=0.2초)로, 과산화수소수 공급 라인(54)의 공급 밸브(58c)의 오픈 딜레이 타임 T2를 0.6초(T2=0.6초)로 각각 설정하였을 때의, 도 3에 도시하는 합류 라인(66)의 출구 부근의 지점 P1에 있어서의, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계를 나타내고, 도 5의 (b)는 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계, 및 암모니아수 및 과산화수소수의 농도와 시간의 관계를 나타낸다.
도 6의 (a)는 암모니아수 공급 라인(52)의 공급 밸브(58b)의 오픈 딜레이 타임 T1을 0.2초(T1=0.2초)로, 과산화수소수 공급 라인(54)의 공급 밸브(58c)의 오픈 딜레이 타임 T2를 0.6초(T2=0.6초)로 각각 설정하였을 때의, 도 3에 도시하는 상측 세정액 공급 노즐(34)의 입구 부근의 지점 P2에 있어서의, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계를 나타내고, 도 6의 (b)는 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계, 및 암모니아수 및 과산화수소수의 농도와 시간의 관계를 나타낸다.
이 도 5의 (a) 내지 도 6의 (b)로부터, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수의 비가, 희석 혼합 동작 개시부터 거의 일정해지고, 게다가 암모니아수 및 과산화수소수의 농도는, 지점 P1에서 일시적으로 상승하지만, 점차 안정되는 것을 알 수 있다.
도 7의 (a)는 암모니아수 공급 라인(52)의 공급 밸브(58b)의 오픈 딜레이 타임 T1을 1.2초(T1=1.2초)로, 과산화수소수 공급 라인(54)의 공급 밸브(58c)의 오픈 딜레이 타임 T2를 1.2초(T2=1.2초)로 각각 설정하였을 때의, 도 3에 도시하는 합류 라인(66)의 출구 부근의 지점 P1에 있어서의, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계를 나타내고, 도 7의 (b)는 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계, 및 암모니아수 및 과산화수소수의 농도와 시간의 관계를 나타낸다.
도 8의 (a)는 암모니아수 공급 라인(52)의 공급 밸브(58b)의 오픈 딜레이 타임 T1을 1.2초(T1=1.2초)로, 과산화수소수 공급 라인(54)의 공급 밸브(58c)의 오픈 딜레이 타임 T2를 1.2초(T2=1.2초)로 각각 설정하였을 때의, 도 3에 도시하는 상측 세정액 공급 노즐(34)의 입구 부근의 지점 P2에 있어서의, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계를 나타내고, 도 8의 (b)는 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계, 및 암모니아수 및 과산화수소수의 농도와 시간의 관계를 나타낸다.
이 도 7의 (a) 내지 도 8의 (b)로부터, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수의 비가, 희석 혼합 동작 개시 직후에 상당히 변동하고, 게다가 암모니아수 및 과산화수소수의 농도가 시간의 경과와 함께 상승하는 것을 알 수 있다.
도 9의 (a)는 암모니아수 공급 라인(52)의 공급 밸브(58b)의 오픈 딜레이 타임 T1을 3초(T1=3초)로, 과산화수소수 공급 라인(54)의 공급 밸브(58c)의 오픈 딜레이 타임 T2를 3초(T2=3초)로 각각 설정하였을 때의, 도 3에 도시하는 합류 라인(66)의 출구 부근의 지점 P1에 있어서의, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계를 나타내고, 도 9의 (b)는 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계, 및 암모니아수 및 과산화수소수의 농도와 시간의 관계를 나타낸다.
도 10의 (a)는 암모니아수 공급 라인(52)의 공급 밸브(58b)의 오픈 딜레이 타임 T1을 3초(T1=3초)로, 과산화수소수 공급 라인(54)의 공급 밸브(58c)의 오픈 딜레이 타임 T2를 3초(T2=3초)로 각각 설정하였을 때의, 도 3에 도시하는 상측 세정액 공급 노즐(34)의 입구 부근의 지점 P2에 있어서의, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계를 나타내고, 도 10의 (b)는 암모니아수 및 과산화수소수의 유량과 시간의 관계, 및 암모니아수 및 과산화수소수의 농도와 시간의 관계를 나타낸다.
이 도 9의 (a) 내지 도 10의 (b)로부터, 순수, 암모니아수 및 과산화수소수의 비가, 희석 혼합 동작 개시 직후에 상당히 변동하고, 게다가 암모니아수 및 과산화수소수의 농도가 시간의 경과와 함께 상당히 변동하는 것을 알 수 있다.
다음에, 도 1에 도시하는 연마 장치의 동작을 설명한다. 우선, 로드 포트(12) 내의 기판 카세트로부터 취출한 기판의 표면을, 연마 유닛(14a 내지 14d) 중 어느 하나에 반송하여 연마한다. 그리고, 연마 후의 기판을 제1 세정 유닛(16)에 반송한다.
제1 세정 유닛(16)에서는, 전술한 바와 같이, 표면을 상향으로 하여 기판 W를 수평하게 회전시키면서, 기판 W의 표면 및 이면에 세정액(SC-1 세정액)을 공급하여, 기판 W의 표면 및 이면의 1차 세정(조세정)을 행한다. 그리고, 기판 W의 표면 및 이면에 린스액(순수)을 공급하여 린스 세정하여, 기판 W의 표면 및 이면에 남는 세정액(약액)을 린스액으로 씻어낸다.
그리고, 1차 세정 후의 기판 W를 제1 세정 유닛(16)으로부터 제2 세정 유닛(18)에 반송한다. 제2 세정 유닛(18)에서는, 표면을 상향으로 하여 수평하게 회전하고 있는 기판 W의 표면을 향하여, N2 가스 등의 캐리어 가스와 탄산수를 2유체 노즐로부터 고속으로 분출시키고, 이에 의해, 기판의 표면의 2유체 제트에 의한 2차 세정(마무리 세정)을 행한다. 그리고, 기판 W의 표면에 린스액을 공급하여, 기판 W의 표면에 남는 탄산수를 린스액으로 씻어낸다.
그리고, 마무리 세정 후의 기판을 제2 세정 유닛(18)으로부터 건조 유닛(20)에 반송하고, 건조 유닛(20)에 의해 스핀 건조시킨 후, 건조 후의 기판을 로드 포트(12)의 기판 카세트 내로 복귀시킨다.
지금까지 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에 있어서 다양하게 상이한 형태로 실시되어도 되는 것은 물론이다.
14a 내지 14d : 연마 유닛
16 : 제1 세정 유닛(기판 세정 장치)
18 : 제2 세정 유닛
20 : 건조 유닛
30 : 제어부
32 : 롤러
34, 38 : 세정액 공급 노즐
36, 40 : 린스액 공급 노즐
42, 44, 68 : 세정액 공급 라인
50 : 순수 공급 라인
52 : 암모니아수 공급 라인
54 : 과산화수소수 공급 라인
56a, 56b, 56c : 유량 조정기
58a, 58b, 58c : 공급 밸브
66 : 합류 라인
72 : 라인 믹서

Claims (9)

  1. 세정액을 기판에 공급하여 기판을 세정하는 기판 세정 장치에 있어서,
    공급 밸브를 개재 장착한 순수 공급 라인과,
    공급 밸브를 개재 장착한 제1 약액 공급 라인과,
    공급 밸브를 개재 장착한 제2 약액 공급 라인과,
    상기 순수 공급 라인을 흐르는 순수와, 상기 제1 약액 공급 라인을 흐르는 제1 약액과, 상기 제2 약액 공급 라인을 흐르는 제2 약액이 합류하여 세정액을 생성하는 합류점과,
    상기 세정액을 기판에 공급하는 세정액 공급 라인과,
    상기 순수 공급 라인에 개재 장착된 공급 밸브, 상기 제1 약액 공급라인에 개재 장착된 공급 밸브, 및 상기 제2 약액 공급 라인에 개재 장착된 공급 밸브를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 순수 공급 라인에 개재 장착된 공급 밸브를 개방하여 순수를 상기 합류점에 유입시키고,
    상기 순수 공급 라인에 개재 장착된 공급 밸브를 개방하고부터 제1 오픈 딜레이 타임 후에, 상기 제1 약액 공급 라인에 개재 장착된 공급 밸브를 개방하여 제1 약액을 상기 합류점에 유입시키고,
    상기 순수 공급 라인에 개재 장착된 공급 밸브를 개방하고부터 제2 오픈 딜레이 타임 후에, 상기 제2 약액 공급 라인에 개재 장착된 공급 밸브를 개방하여 제2 약액을 상기 합류점에 유입시키고,
    상기 제2 약액 공급 라인에 개재 장착된 공급 밸브를 개방한 후에, 상기 순수 공급 라인에 개재 장착된 공급 밸브, 상기 제1 약액 공급 라인에 개재 장착된 공급 밸브, 및 상기 제2 약액 공급 라인에 개재 장착된 공급 밸브를 폐쇄하도록 구성되고,
    상기 제1 오픈 딜레이 타임 및 상기 제2 오픈 딜레이 타임은, 상기 세정액으로 기판의 세정을 개시한 시점으로부터, 상기 순수, 상기 제1 약액, 및 상기 제2 약액의 비율이 일정해지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 합류점을 내부에 갖고, 순수, 제1 약액, 및 제2 약액을 혼합하여 세정액을 생성하는 사방 밸브를 더 갖는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 약액은 암모니아수이고, 상기 제2 약액은 과산화수소수인 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 사방 밸브는 3개의 유체 유입구와 1개의 유체 유출구를 갖고, 상기 순수 공급 라인, 상기 제1 약액 공급 라인 및 상기 제2 약액 공급 라인은, 상기 사방 밸브의 3개의 유체 유입구에 각각 접속되고, 상기 세정액 공급 라인은, 상기 사방 밸브의 유체 유출구에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 세정액 공급 라인에는, 세정액을 혼합하는 라인 믹서가 개재 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
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