KR102103321B1 - 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 가령 표면 특성이 소수성이라도, 기판 표면의 대략 전역을 높은 세정도로 효율적으로 세정하여, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 저감할 수 있도록 하는 것이다.
세정 부재(46)를, 연직 방향으로 연장되는 회전축 O1을 중심으로 회전시키면서 일 방향을 향해 이동시키고, 세정액의 존재하에서, 세정 부재(46)의 하단부 접촉면(46a)을 수평으로 회전하고 있는 기판(W)의 표면에 문질러 상기 표면을 세정한다. 세정 부재(46)는, 하단부 접촉면(46a)과 외주면(46c) 상의 직선이 이루는 각 α가 90°＜α≤150°인 역원추대 형상을 갖고 있다.

Description

기판 세정 장치 및 기판 세정 방법{SUBSTRATE CLEANING APPARATUS AND SUBSTRATE CLEANING METHOD}
본 발명은, 세정액의 존재하에서, 수평으로 회전하고 있는 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에, 연직 방향으로 연장되는 원기둥 형상의 세정 부재(펜슬 세정 부재)의 하단부 접촉면을 접촉시키고, 세정 부재를 자전시키면서 일 방향을 향해 이동시켜, 기판 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법은, φ450㎜의 대구경의 반도체 웨이퍼에도 대응할 수 있고, 플랫 패널 제조 공정이나 CMOS나 CCD 등의 이미지 센서 제조 공정, MRAM의 자성막 제조 공정 등에도 적용된다.
최근의 반도체 디바이스의 미세화에 수반하여, 기판 상에 물성이 다른 여러 가지 재료의 막을 형성하여 이것을 세정하는 것이 널리 행해지고 있다. 예를 들어, 기판 표면의 절연막 내에 형성한 배선 홈을 금속으로 메워 배선을 형성하는 다마신(damascene) 배선 형성 공정에 있어서는, 다마신 배선 형성 후에 화학 기계적 연마(CMP)에 의해 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 연마 칩 등의 파티클(디펙트)이 존재하고, 기판 표면의 세정이 불충분해져 기판 표면에 잔사물이 남으면, 기판 표면의 잔사물이 남은 부분으로부터 리크가 발생하거나, 밀착성 불량의 원인으로 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.
반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면을, 연직 방향으로 연장되는 세정 부재를 자전시키면서 일 방향으로 이동시켜 스크럽 세정하는 기판 세정 장치로서, 기판 표면으로의 작용 부위가 끝이 가느다란 형상의 세정 부재를 사용한 것(특허문헌 1 참조), 세정 부재를 소정 각도 경사지게 하여 직경 방향의 일단부만이 기판과 접촉하도록 한 것(특허문헌 2 참조), 적어도 세정 작용면을 평활하게 형성한 천연 고무로 이루어지는 세정 부재를 사용한 것(특허문헌 3 참조) 등이 제안되어 있다. 또한, 기판과 세정 부재를 서로 역방향으로 회전시켜 세정 효과를 높인 기판 세정 장치가 제안되어 있다(특허문헌 4 참조).
일본 특허 출원 공개 제2002-18368호 공보 일본 특허 출원 공개 제2000-15189호 공보 일본 특허 출원 공개 평10-312982호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-73788호 공보
종래의 일반적인 다마신 배선에 있어서는, 금속으로서 텅스텐이 사용되고, 절연막으로서 산화막이 각각 사용되고 있었다. 텅스텐 및 산화막은, 예를 들어 물에 대한 접촉각이 15° 이하인 친수성의 표면 특성을 갖고 있다. 최근, 다마신 배선에 있어서는, 배선 금속으로서 구리가, 절연막으로서, 유전율이 낮은, 이른바 low―k막이 채용되도록 되어 있다. 이 구리 및 low―k막은, CMP 후의 표면 특성이, 예를 들어 물에 대한 접촉각이 30° 이상인 소수성이므로, CMP에 의해, 구리 및 low―k막이 노출된 기판 표면을, 세정액의 존재하, 연직 방향으로 연장되는 세정 부재(펜슬 세정 부재)를 사용한 스크럽 세정에 의해 세정하려고 하면, 기판 표면의 습윤성의 불균일성이 확대되어, 기판 표면을 높은 세정도로 세정하는 것이 곤란해진다.
세정 후에 기판 표면 상에 잔존하는 슬러리 잔사 등의 파티클(디펙트)은, 반도체 디바이스의 수율 저하를 초래하므로, 표면 상태가 소수성인 반도체 디바이스에 있어서의 CMP 연마 후의 기판 표면과 같이, 가령 표면 상태가 소수성이라도, 기판 표면을 높은 세정도로 세정하여 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 저감할 수 있도록 한 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법의 개발이 강하게 요망되고 있다.
반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면을, 연직 방향으로 연장되는 세정 부재를 자전시키면서 일 방향으로 이동시켜 스크럽 세정하는, 종래의 일반적인 기판 세정 장치에 있어서는, 세정 부재의 변형에 수반하는 세정 부재의 기판 표면에 대한 접촉 압력의 변화를 고려한 것은 아니므로, 기판 표면의 대략 전역을 높은 세정도로 세정하는 것이 일반적으로 곤란하였다.
특히, 금후 실리콘 웨이퍼의 사이즈가, 최대로 φ300㎜ 내지 φ450㎜의 대구경으로 되므로, φ450㎜의 실리콘 웨이퍼 등의 기판의 표면의 대략 전역을 높은 세정도로 세정하는 것이 더욱 곤란해진다고 생각된다.
본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 가령 표면 특성이 소수성이라도, 기판 표면의 대략 전역을 높은 세정도로 효율적으로 세정하여, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 저감할 수 있도록 한 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 기판 세정 장치는, 세정 부재를, 연직 방향으로 연장되는 회전축을 중심으로 회전시키면서 일 방향을 향해 이동시키고, 세정액의 존재하에서, 상기 세정 부재의 하단부 접촉면을 수평으로 회전하고 있는 기판의 표면에 문질러 상기 표면을 세정하는 기판 세정 장치에 있어서, 상기 세정 부재는, 하단부 접촉면과 외주면 상의 직선이 이루는 각 α가 90°＜α≤150°인 역원추대 형상을 갖고 있다.
이에 의해, 세정 부재를 일 방향을 향해 이동시키면서, 세정 부재의 하단부 접촉면을 기판의 표면에 문질러 상기 표면을 세정할 때, 세정 부재의 회전축을 기울임으로써, 상기 세정 부재의 변형량(휨량)이 변화하는 경우라도, 세정 부재의 하단부 접촉면의 일부가 기판 표면으로부터 부상해 버리는 것을 방지할 수 있고, 이에 의해, 세정 부재의 기판 표면에 대한 접촉 압력을 조정하여, 가령 표면 특성이 소수성이라도, 기판 표면의 대략 전역을 높은 세정도로 효율적으로 세정할 수 있다.
상기 세정 부재의 회전축을 상기 세정 부재의 이동 방향과 동일일 방향으로 경사지게 하면서, 상기 세정 부재를 일 방향을 향해 이동시키는 것이 바람직하다.
예를 들어, 세정 부재의 이동 방향이 우측 방향이면, 세정 부재의 회전축을 우측 방향으로 경사지게 한다. 이에 의해, 세정 부재의 이동 방향을 따라 변형량(휨량)이 커지도록 세정 부재를 변형시키고, 세정 부재의 기판 표면에 대한 접촉 압력이 세정 부재의 이동 방향을 따라 커지도록 하여, 기판 표면을 세정 부재에 의해 세정할 수 있다.
상기 세정 부재를 상기 기판의 회전 방향에 대하여 역방향으로 회전시키는 것이 바람직하다.
이에 의해, 세정 부재의 기판의 외주측에 보다 가까운 부분의 세정 부재의 회전 속도와 기판의 회전 속도의 상대 회전 속도를 상대적으로 높여, 기판의 외주측 영역의 세정 효과를 높일 수 있다.
상기 세정 부재의 하단부 접촉면이 상기 기판의 회전 중심을 통과하고, 또한 상기 세정 부재의 회전축이 상기 기판의 회전 중심을 통과하지 않도록 상기 세정 부재를 일 방향을 향해 이동시키는 것이 바람직하다.
이에 의해, 기판의 회전 중심부를 확실하게 세정할 수 있다.
본 발명의 기판 세정 방법은, 역원추대 형상을 갖고, 하단부 접촉면과 외주면 상의 직선이 이루는 각 α가 90°＜α≤150°인 세정 부재를, 연직 방향으로 연장되는 회전축을 중심으로 회전시키면서 일 방향을 향해 이동시키고, 세정액의 존재하에서, 상기 세정 부재의 하단부 접촉면을 수평으로 회전하고 있는 기판의 표면에 문질러 상기 표면을 세정한다.
본 발명에 따르면, 세정 부재를 일 방향을 향해 이동시키면서, 세정 부재의 하단부 접촉면을 기판의 표면에 문질러 상기 표면을 세정할 때, 세정 부재의 회전축을 기울임으로써, 상기 세정 부재의 변형량(휨량)이 변화하는 경우라도, 세정 부재의 하단부 접촉면의 일부가 기판 표면으로부터 부상해 버리는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 세정 부재의 기판 표면에 대한 접촉 압력을 조정하여, 표면 특성이 소수성이라도, 기판 표면의 대략 전역을 높은 세정도로 효율적으로 세정하여, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 세정 장치를 구비한 기판 처리 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도.
도 2는 도 1에 도시하는 제2 세정 유닛으로서 사용되는, 본 발명의 실시 형태의 기판 세정 장치를 도시하는 사시도.
도 3은 도 2에 도시하는 제2 세정 유닛의 기판과 세정 부재의 관계를 도시하는 사시도.
도 4는 세정 부재의 사시도.
도 5는 세정 부재의 저면도.
도 6은 세정 부재의 중심을 통과하는 종단면도.
도 7의 (a)는 세정 부재의 회전축이 연직축과 일치하도록 하여, 세정 부재를 회전시키면서, 세정 부재를 이동시키고 있는 상태를 도시하는 도면이며, 도 7의 (b)는 세정 부재의 회전축을 세정 부재의 이동 방향과 동일일 방향으로 경사지게 한 상태에서, 세정 부재를 회전시키면서, 세정 부재를 이동시키고 있는 상태를 도시하는 도면.
도 8의 (a)는 종래의 일반적인 원기둥 형상의 세정 부재의 회전축이 연직축과 일치하도록 하여, 세정 부재를 회전시키면서, 세정 부재를 이동시키고 있는 상태를 도시하는 도면이며, 도 8의 (b)는 세정 부재의 회전축을 세정 부재의 이동 방향과 동일일 방향으로 경사지게 한 상태에서, 세정 부재를 회전시키면서, 세정 부재를 이동시키고 있는 상태를 도시하는 도면.
도 9는 도 7의 (b)에 도시하는 상태에 있어서의 세정 부재의 기판의 표면에 대한 접촉 압력의 분포 상태를 도시하는 도면.
도 10의 (a)는 도 9에 있어서의 세정 부재의 좌측 절반(기판 중심측에 위치하는 부분)에 있어서의, 기판의 회전 방향, 세정 부재의 회전 방향 및 세정 부재의 기판의 표면에 대한 접촉 압력의 관계를 도시하는 도면이며, 도 10의 (b)는 세정 부재의 우측 절반(기판 외주측에 위치하는 부분)에 있어서의, 기판의 회전 방향, 세정 부재의 회전 방향 및 세정 부재의 기판의 표면에 대한 접촉 압력의 관계를 도시하는 도면.
도 11은 도 8의 (a)에 도시하는 상태에 있어서의 세정 부재의 기판의 표면에 대한 접촉 압력의 분포 상태를 도시하는 도면.
도 12의 (a)는 도 11에 있어서의 세정 부재의 좌측 절반(기판 중심측에 위치하는 부분)에 있어서의, 기판의 회전 방향, 세정 부재의 회전 방향 및 세정 부재의 기판의 표면에 대한 접촉 압력의 관계를 도시하는 도면이며, 도 12의 (b)는 세정 부재의 우측 절반(기판 외주측에 위치하는 부분)에 있어서의, 기판의 회전 방향, 세정 부재의 회전 방향 및 세정 부재의 기판의 표면에 대한 접촉 압력의 관계를 도시하는 도면.
도 13은 기판, 세정 부재 및 세정액 공급 노즐의 위치 관계를 도시하는 평면도.
도 14는 제1, 제2 실시예 및 제1, 제2 비교예에 있어서의, 샘플 표면에 남은 디펙트수를 계측한 결과를 나타내는 그래프.
도 15는 제3 실시예 및 제3 비교예에 있어서의, 샘플 표면에 남은 디펙트수를 계측한 결과를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 세정 장치를 구비한 기판 처리 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 기판 처리 장치는, 대략 직사각 형상의 하우징(10)과, 다수의 반도체 웨이퍼 등의 기판을 스톡하는 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∼14d)과, 연마 후의 기판을 세정하는 제1 세정 유닛(16) 및 제2 세정 유닛(18)과, 세정 후의 기판을 건조시키는 건조 유닛(20)이 수용되어 있다. 연마 유닛(14a∼14d)은, 기판 처리 장치의 길이 방향을 따라 배열되고, 세정 유닛(16, 18) 및 건조 유닛(20)도 기판 처리 장치의 길이 방향을 따라 배열되어 있다. 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 세정 장치는, 제2 세정 유닛(18)에 적용되어 있다.
로드 포트(12), 상기 로드 포트(12)측에 위치하는 연마 유닛(14a) 및 건조 유닛(20)에 둘러싸인 영역에는, 제1 반송 로봇(22)이 배치되고, 연마 유닛(14a∼14d)과 평행하게, 반송 유닛(24)이 배치되어 있다. 제1 반송 로봇(22)은, 연마 전의 기판을 로드 포트(12)로부터 수취하여 반송 유닛(24)에 전달하는 동시에, 건조 후의 기판을 건조 유닛(20)으로부터 수취하여 로드 포트(12)로 복귀시킨다. 반송 유닛(24)은, 제1 반송 로봇(22)으로부터 수취한 기판을 반송하여, 각 연마 유닛(14a∼14d)과의 사이에서 기판의 전달을 행한다.
제1 세정 유닛(16)과 제2 세정 유닛(18) 사이에 위치하여, 이들 각 유닛(16, 18)과의 사이에서 기판의 전달을 행하는 제2 반송 로봇(26)이 배치되고, 제2 세정 유닛(18)과 건조 유닛(20) 사이에 위치하여, 이들 각 유닛(18, 20)과의 사이에서 기판의 전달을 행하는 제3 반송 로봇(28)이 배치되어 있다. 또한, 하우징(10)의 내부에 위치하여, 기판 처리 장치의 각 기기의 움직임을 제어하는 제어부(30)가 배치되어 있다.
이 예에서는, 제1 세정 유닛(16)으로서, 세정액의 존재하에서, 기판의 표면(및 이면)에, 원기둥 형상이며 장척 형상으로 수평으로 연장되는 롤 세정 부재를 접촉시키면서, 기판 및 롤 세정 부재를 각각 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면(및 이면)을 스크럽 세정하는 롤 세정 유닛이 사용되고 있다. 이 제1 세정 유닛(롤 세정 유닛)(16)은, 세정액에 1㎒ 부근의 초음파를 가하고, 세정액의 진동 가속도에 의한 작용력을 기판 표면에 부착된 미립자에 작용시키는 메가소닉 세정을 병용하도록 구성되어 있다.
제2 세정 유닛(18)으로서, 본 발명의 실시 형태의 기판 세정 장치가 사용되고 있다. 또한, 건조 유닛(20)으로서, 수평으로 회전하는 기판을 향해, 이동하는 분사 노즐로부터 IPA 증기를 분출하여 기판을 건조시키고, 더욱 기판을 고속으로 회전시켜 원심력에 의해 기판을 건조시키는 스핀 건조 유닛이 사용되고 있다.
도 2는 도 1에 도시하는 제2 세정 유닛(18)으로서 사용되는, 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 세정 장치의 개요를 도시하는 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시하는 제2 세정 유닛(18)에 있어서의 기판과 세정 부재의 관계를 도시하는 사시도이다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시 형태의 기판 세정 장치로서의 제2 세정 유닛(18)은, 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)을 보유 지지하고 회전시키는 기판 보유 지지 기구(40)와, 기판 보유 지지 기구(40)에 의해 보유 지지되는 기판(W)의 측방에 배치된 회전 가능한 지지축(42)과, 이 지지축(42)의 상단부에 기부를 연결한 수평 방향으로 연장되는 요동 아암(44)을 구비하고 있다. 요동 아암(44)의 자유 단부(선단)에는, 예를 들어 PVA 스폰지로 이루어지고, 대략 연직 방향으로 연장되는 회전축 O1을 중심으로 회전하는 펜슬형 세정 부재(46)가 상하 이동 가능 또한 자전 가능하게 장착되어 있다. 이 펜슬형 세정 부재(46)의 직경은, 기판(W)의 직경보다 작게 설정되어 있다. 또한, 기판 보유 지지 기구(40)에 의해 보유 지지되는 기판(W)의 측방 또한 상방에 위치하여, 수평으로 회전하고 있는 기판(W)의 표면에 세정액을 공급하는 세정액 공급 노즐(48)이 배치되어 있다.
기판 보유 지지 기구(40)는, 기판(W)을 수평 상태로 보유 지지하는 척(60)을 선단에 장착한 복수개(도시에서는 4개)의 아암(62)을 구비하고 있고, 이 아암(62)의 기단부는, 회전축(64)과 일체로 회전하는 베이스(66)에 연결되어 있다. 이에 의해, 기판 보유 지지 기구(40)의 척(60)에 의해 보유 지지된 기판(W)은, 화살표 E 방향으로 회전하도록 되어 있다.
펜슬형 세정 부재(46)는, 지지축(42)의 회전에 수반하는 요동 아암(44)의 요동에 의해, 도 3에 화살표 M으로 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 대략 반경 방향을 따라, 기판(W)의 대략 중심으로부터 기판의 외주연을 향해 이동한다.
펜슬형의 세정 부재(46)는, 도 4 내지 도 6에 상세하게 도시하는 바와 같이, 하단부 접촉면(46a)의 면적(직경 D1)보다도 상단부면(46b)의 면적(직경 D2) 쪽이 넓게 되어 있다(D1＜D2). 펜슬형 세정 부재(46)의 중심을 통과하는 종단면도를 도 6에 도시한다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 펜슬형 세정 부재(46)는, 하단부 접촉면(46a)과 외주면(46c) 상의 직선(모선)이 이루는 각 α가 90°＜α≤150°인 역원추대 형상을 갖고 있다. 이 세정 부재(46)의 하단부 접촉면(46a)과 외주면(46c) 상의 직선이 이루는 각 α는, 90°＜α≤120°인 것이 바람직하고, 95°＜α≤120°인 것이 더욱 바람직하다.
제2 세정 유닛(18)에 의한 기판(W)의 세정예를 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 우선, 기판 보유 지지 기구(40)의 척(60)에 의해 기판(W)을 수평으로 보유 지지하여 회전시킨다. 이 기판(W)의 회전 방향 E는, 예를 들어 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 시계 방향이다. 이 수평으로 회전하고 있는 기판(W)의 표면에 세정액 공급 노즐(48)로부터 세정액을 공급한다. 이때, 펜슬형의 세정 부재(46)는, 기판(W)의 회전 중심 근방의 상방인 세정 개시 위치 A(도 13 참조)에 위치하고 있다.
다음으로, 세정 부재(46)를 기판(W)의 회전 방향 E와는 반대의 회전 방향 F(도 2 및 도 3 참조)로 회전시키면서 하강시키고, 세정 부재(46)의 하단부 접촉면(46a)을 기판(W)의 표면에 소정의 압박력으로 접촉시킨다. 그리고 하단부 접촉면(46a)을 기판(W)의 표면에 소정의 압박력으로 접촉시키면서, 요동 아암(44)을 가동시켜, 펜슬형의 세정 부재(46)를, 도 3에 도시하는, 기판(W)의 대략 반경 방향을 따른 이동 방향 M을 따라, 기판(W)의 외주연의 세정 종료 위치까지 이동시킨다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 표면의 세정 부재(46)에 의한 스크럽 세정이 행해진다.
여기에, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 세정 부재(46)의 회전축 O1이 연직축 O2와 일치하도록 하여, 회전축 O1을 중심으로 세정 부재(46)를 회전시키면서, 기판(W)의 외주연을 향해, 이동 방향 M을 따라 세정 부재(46)를 이동시켜도 된다. 본 실시예에서는, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 세정 부재(46)의 회전축 O1을 세정 부재(46)의 이동 방향 M과 동일일 방향으로 경사각 θ만큼 경사지게 한 상태에서, 즉, 세정 부재(46)의 회전축 O1을 연직축 O2에 대하여 경사각 θ만큼 M 방향으로 경사지게 한 상태에서, 회전축 O1을 중심으로 세정 부재(46)를 회전시키면서, 기판(W)의 외주연을 향해, 이동 방향 M을 따라 세정 부재(46)를 이동시키도록 하고 있다. 경사각 θ는, 바람직하게는 1°∼15°이다. 경사각 θ를 지나치게 크게 하면 세정 부재(46)와 기판(W) 사이에 세정액이 들어가기 어려워지고, 또한 세정 부재(46)의 경사에 의해 기판에 압력이 지나치게 가해져, 접촉면 내에서의 압력 분포가 지나치게 치우친다고 하는 관점에서 경사각을 1° 이상 15° 이하(1°≤α≤15°)로 설정하고 있다. 여기서, 경사각 α는, 1° 이상이 아니더라도, 세정 부재(46)의 회전축 O1이 경사져 있지 않은 상태, 즉, 경사각이 0°보다 크면 된다.
이때, 상술한 바와 같이, 도 6에 있어서, 하단부 접촉면(46a)과 외주면(46c) 상의 직선이 이루는 각 α가 90°＜α≤150°인 역원추대 형상을 갖고 있는 세정 부재(46)를 사용함으로써, 하단부 접촉면(46a)의 일부가 기판(W)의 표면으로부터 부상해 버리는 것을 방지할 수 있다.
즉, 도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이, 종래의 일반적인 원기둥 형상의 세정 부재(이하, 비교 세정 부재라 함)(50)를, 그 회전축 O3이 연직축 O4와 일치하도록 하여, 회전축 O3을 중심으로 회전시키면서, 기판(W)의 외주연을 향해, 이동 방향 M을 따라 비교 세정 부재(50)를 이동시키는 경우에는, 비교 세정 부재(50)의 하단부 접촉면(50a)은 기판(W)의 표면으로부터 부상하는 일은 없다. 그러나 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 비교 세정 부재(50)의 회전축 O3을 비교 세정 부재(50)의 이동 방향 M과 동일일 방향으로 경사각 θ만큼 경사지게 한 상태에서, 회전축 O3을 중심으로 비교 세정 부재(50)를 회전시키면서, 기판(W)의 외주연을 향해, 이동 방향 M을 따라 이동시키면, 비교 세정 부재(50)의 이동 방향측의 외주면에 휨에 의한 잘록한 부분(52)이 발생하고, 이 잘록한 부분(52)의 하방에 있는 하단부 접촉면(50a)의 부분이 기판(W)의 표면으로부터 부상해 버린다. 도 8에 있어서, 세정 부재(50)의 회전 방향 F와 기판(W)의 회전 방향 E는 동일일 방향이다.
이와 같이, 비교 세정 부재(50)의 하단부 접촉면(50a)의 일부가 기판(W)의 표면으로부터 부상하는 경향이 있으면, 비교 세정 부재(50)와 기판(W) 사이에 파티클(디펙트)이 보유 지지되고, 이 비교 세정 부재(50)와 기판(W) 사이에 보유 지지된 파티클이 비교 세정 부재(50)의 외부의 기판(W) 상에 배출되어 기판(W) 상에 남아 버린다.
본 실시예에서는, 세정 부재(46)를 역원추대 형상으로 함으로써, 세정 부재(46)의 회전축 O1을 세정 부재(46)의 이동 방향 M과 동일일 방향으로 경사각 θ만큼 경사지게 한 상태에서, 회전축 O1을 중심으로 세정 부재(46)를 회전시키면서, 기판(W)의 외주연을 향해, 이동 방향 M을 따라 세정 부재(46)를 이동시켜도, 하단부 접촉면(46a)의 일부가 기판(W)의 표면으로부터 부상하는 일이 없다. 이 경우, 도 9에 도시하는 바와 같이, 세정 부재(46)의 변형량(휨량)은, 하단부 접촉면(46a)이 세정 부재(46)의 이동 방향 M측을 향할수록 커지므로, 세정 부재(46)의 기판(W)의 표면에 대한 접촉 압력 P가 세정 부재(46)의 이동 방향 M을 향할수록 커지도록 할 수 있다.
즉, 세정 부재(46)의 기판(W)의 외주측에 보다 가까운 부분[도 9에 있어서 세정 부재(46)의 우측 절반 부분]에서는 세정 부재(46)의 기판(W)의 표면에 대한 접촉 압력 P1이 상대적으로 크고, 세정 부재(46)의 기판(W)의 중심측에 보다 가까운 부분[도 9에 있어서 세정 부재(46)의 좌측 절반 부분]에서는 세정 부재(46)의 기판(W)의 표면에 대한 접촉 압력 P2가 상대적으로 작아진다. 이에 의해, 세정 부재(46)의 기판(W)의 표면에 대한 접촉 압력 P를 조정하여, 기판(W)의 표면 특성이 소수성이라도, 기판(W)의 표면의 대략 전역을 높은 세정도로 효율적으로 세정할 수 있다.
이와 같이, 세정 부재(46)의 기판(W)의 외주측에 보다 가까운 부분[도 9에 있어서 세정 부재(46)의 우측 절반 부분]에서는, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이, 세정 부재(46)의 기판(W)의 표면에 대한 접촉 압력 P1이 상대적으로 크고, 또한 기판(W)과 세정 부재(46)의 상대 회전 속도가 비교적 커지도록 함으로써, 이 세정 부재의 부분에서의 세정 효율을 높일 수 있다. 한편, 세정 부재(46)의 기판(W)의 중심측에 보다 가까운 부분[도 9에 있어서 세정 부재(46)의 좌측 절반 부분]에서는, 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 세정 부재(46)의 기판(W)의 표면에 대한 접촉 압력 P2가 상대적으로 작고, 또한 기판(W)과 세정 부재(46)의 상대 회전 속도가 비교적 작아지도록 함으로써, 이 세정 부재의 부분에서의 기판(W)의 세정 부재(46)로부터의 역오염을 적게 할 수 있고, 이에 의해, 높은 세정성을 유지하여, 기판의 외주까지 확실하게 세정할 수 있다.
한편, 도 11에 도시하는 바와 같이, 비교 세정 부재(50)의 회전축 O3을 연직축 O4와 일치시키고, 회전축 O3을 중심으로 비교 세정 부재(50)를 회전시키면서, 기판(W)의 외주연을 향해, 이동 방향 M을 따라 비교 세정 부재(50)를 이동시키면, 비교 세정 부재(50)의 변형량(휨량)이 비교 세정 부재(50)의 전역에서 거의 일정해져, 비교 세정 부재(50)의 기판(W)의 표면에 대한 접촉 압력 P3이 비교 세정 부재(50)의 전역에서 거의 일정해진다. 이로 인해, 비교 세정 부재(50)의 기판(W)의 표면에 대한 접촉 압력 P3을 비교 세정 부재(50)의 이동 방향 M을 따라 점차 커지도록 조정할 수 없고, 특히, 특성이 소수성인 기판 표면의 대략 전역을 높은 세정도로 효율적으로 세정하는 것이 곤란해진다.
또한, 기판(W)의 회전 방향 E와 비교 세정 부재(50)의 회전 방향 F를 서로 동일일 방향으로 하면, 비교 세정 부재(50)의 기판(W)의 중심측에 보다 가까운 부분[도 11에 있어서 비교 세정 부재(50)의 좌측 절반 부분]에서는, 기판(W)의 회전 방향 E와 비교 세정 부재(50)의 회전 방향 F가 서로 역방향으로 되어, 도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이, 양자의 상대 회전 속도가 상대적으로 높아진다(양 회전 속도의 합). 한편, 비교 세정 부재(50)의 기판(W)의 외주측에 보다 가까운 부분[도 11에 있어서 비교 세정 부재(50)의 우측 절반 부분]에서는, 도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 회전 방향 E와 비교 세정 부재(50)의 회전 방향 F가 서로 순방향으로 되어, 양자의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮아진다(양 회전 속도의 차의 절대값).
이로 인해, 비교 세정 부재(50)의 기판(W)의 중심측에 위치하는 부분에서는, 높은 세정성을 확보할 수 있지만, 비교 세정 부재(50)의 기판(W)의 외주측에 위치하는 부분에서는, 높은 세정성을 확보할 수 없고, 비교 세정 부재(50)로부터 기판(W)으로의 역오염이 발생하여, 기판(W)의 외주부에서의 세정도가 저하되어 버린다.
또한, 본 실시예에서는, 기판(W)과 세정 부재(46)를 서로 역방향으로 회전시키고 있지만, 동일일 방향으로 회전시켜도 된다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 세정 부재(46)의 세정 개시 위치 A는, 세정 부재(46)가 기판(W)의 대략 반경 방향을 따른 이동 방향 M을 따라 이동할 때, 기판(W)의 회전 중심 O5 부근을 확실하게 통과하도록, 이동 방향 M을 따라 기판(W)의 회전 중심 O5보다 후방의 위치로 설정되어 있다. 즉, 세정 부재(46)가 세정 개시 위치 A에 위치할 때, 세정 부재(46)의 하단부 접촉면(46a)은, 기판(W)의 회전 중심 O5에 접촉하는 일은 없고, 세정 부재(46)가 이동 방향 M을 따라 이동할 때에, 하단부 접촉면(46a)이 기판(W)의 회전 중심 O5 상을 통과하도록 구성되어 있다.
세정 부재(46)의 세정 개시 위치 A를 기판(W)의 외주연 근방으로 설정하고, 세정 부재(46)가 기판(W)의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐 이동하고, 그 도중에, 하단부 접촉면(46a)이 기판(W)의 회전 중심 O5 상을 통과하도록 해도 된다.
또한, 세정 부재(46)의 회전축 O1을 통과하여, 세정 부재(46)의 이동 방향 M을 따라 연장되는 직선 S1과, 기판(W)의 회전 중심 O5를 통과하여 상기 직선 S1과 평행한 직선 S2의 거리 L은, 0보다 크고, 세정 부재(46)의 하단부 접촉부(46a)의 반경 R(＝D1/2)보다도 작게(0＜L＜D1/2) 설정되어 있다.
이에 의해, 세정 부재(46)의 하단부 접촉면(46a)이 기판(W)의 회전 중심 O5 상을 통과하고, 또한 세정 부재(46)의 회전축 O1이 기판(W)의 회전 중심 O5 상을 통과하지 않도록 하여, 기판(W)의 회전 중심 O5의 무회전 부분을 세정 부재(46)에 의해 확실하게 세정할 수 있다.
세정액 공급 노즐(48)로서, 기판(W) 상에 가늘고 긴 직사각 형상으로 세정액이 분포되는 세정 노즐이 아니라, 기판(W) 상에 타원형으로 세정액이 분포되는 원추 노즐이 사용되고, 세정액 공급 노즐(48)로부터 공급된 세정액이 기판(W)의 회전 중심 O5 부근까지 직접 또는 세정액의 흐름으로 도달하도록, 세정액 공급 노즐(48)이 배치되어 있다. 또한, 세정액 공급 노즐(48)은, 세정액 공급 노즐(48)의 분사 방향, 즉, 세정액 공급 노즐(48)과 기판(W)의 회전 중심 O5를 연결하는 직선 S3과 상기 직선 S2가 이루는 각도 β가, 60°∼120°로 되는 위치에 배치되어 있다. 이와 같이 세정액 공급 노즐(48)을 배치함으로써, 펜슬형 세정 부재(46)가 가동되는 범위에 다량의 신선한 세정액을 공급할 수 있다.
여기에서는, 약액 공급 노즐로서 원추 노즐을 사용하고, 타원형으로 세정액이 분포되도록 하고 있지만, 노즐 형상이나 세정액의 분포 형상이 이들에 한정되는 일은 없다.
기판(W)의 표면에 공급된 세정액은, 기판(W)이 수평으로 회전하고 있음으로써 원심력을 받아, 기판(W)의 표면으로의 접촉과 동시에 기판의 외주 방향으로 이동하면서, 기판(W)의 전체 표면으로 확산된다. 이로 인해, 상술한 바와 같이, 세정액 공급 노즐(48)의 세정 부재(46)의 이동 방향 M에 대한 각도 β를 60°∼120°로 함으로써, 신선하고 다량의 세정액을 세정 부재(46)의 하단부 접촉면(46a)에 공급할 수 있다.
세정액 공급 노즐(48)로부터 공급된 세정액이 기판(W)에 접촉하는 접촉 에어리어(C)의 기판(W)에 대한 최외주 위치와 기판(W)의 회전 중심 O5의 거리 S4는, 기판(W)의 반경의 1/3 이상인 것이 바람직하고, 이와 같이 세정액이 기판(W)에 접촉한 상태에서 기판(W)이 회전하면, 세정액은, 기판(W)의 표면 상에 원심력에 의해 보다 균일하게 확산된다. 이 접촉 에어리어(C)의 기판(W)에 대한 최외주 위치에 위치하는 세정액은, 기판(W)의 표면 상에 있어서, 원심력에 의해 기판(W)의 외주에 운반될 때, 세정 부재(46)의 최외주 위치 B보다도 전방에서 기판(W)의 외주에 배출되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 예를 들어, 기판(W)의 표면이 소수성(접촉각≥60°)인 경우, 기판의 회전 속도는, 200rpm 이상으로 설정된다.
세정액의 존재하에서 기판에 세정 부재를 문질러 기판을 스크럽 세정하는 경우, 종합적인 세정 특성은, 세정액을 이용한 파티클 등의 제거 세정 특성과 세정 부재의 접촉에 의한 접촉 세정 특성의 총합으로 된다. 이 예와 같이, 신선하고 다량의 세정액을 세정 부재(46)의 하단부 접촉면(46a)에 공급함으로써, 높은 세정 특성을 얻는 동시에, 세정액의 사용 효율을 높일 수 있다.
도 1에 도시하는 기판 처리 장치에서는, 로드 포트(12) 내의 기판 카세트로부터 취출한 기판의 표면을, 연마 유닛(14a∼14d) 중 어느 하나에 반송하여 연마한다. 그리고 연마 후의 기판 표면을 제1 세정 유닛(롤 세정 유닛)(16)에서 초벌 세정한 후, 제2 세정 유닛(기판 세정 장치)(18)에서 마무리 세정한다. 그리고 세정 후의 기판을 제2 세정 유닛(18)으로부터 취출하고, 건조 유닛(20)에 반입하여 건조시키고, 그러한 후, 건조 후의 기판을 로드 포트(12)의 기판 카세트 내로 복귀시킨다.
접촉 세정의 종합적인 세정성은, 세정 부재의 접촉에 의한 오염과 세정 특성의 총합으로 된다. 따라서, 세정 부재의 접촉에 의한 기판으로의 오염을 평가하기 위해, 표면 특성이 친수성인 샘플 기판 표면을, 도 2에 도시하는 제2 세정 유닛(기판 세정 장치)(18)을 사용하여 세정하고, 또한 세정 후의 샘플 기판을 스핀 건조시켰을 때에, 샘플 기판 표면에 남은 42㎚ 이상의 파티클(디펙트)의 수를 계측하였을 때의 결과를 도 14에 제1 실시예로서 나타낸다. 마찬가지로 하여, 표면 특성이 소수성인 샘플 기판 표면을, 도 2에 도시하는 제2 세정 유닛(기판 세정 장치)(18)을 사용하여 세정하고, 또한 세정 후의 샘플 기판을 IPA 건조시켰을 때에, 샘플 기판 표면에 남은 42㎚ 이상의 파티클(디펙트)의 수를 계측하였을 때의 결과를 도 14에 제2 실시예로서 나타낸다.
도 14에는, 종래의 일반적인 세정 유닛을 사용하여, 표면 특성이 친수성인 샘플 기판 표면을 세정하고, 그 밖은 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 샘플 기판 표면에 남은 42㎚ 이상의 파티클(디펙트)의 수를 계측하였을 때의 결과를 제1 비교예로 하고, 마찬가지로 하여, 표면 특성이 소수성인 샘플 기판 표면에 남은 42㎚ 이상의 파티클(디펙트)의 수를 계측하였을 때의 결과를 제2 비교예로 하여 나타내고 있다.
도 14에 있어서, 디펙트수는, 비교예를 100％로 하여, 실시예의 디펙트수를 비교예에 대한 백분율로 나타내고 있다. 도 15에 있어서도 마찬가지로 나타낸다.
도 14로부터, 제1, 제2 실시예는, 제1, 제2 비교예에 비교하여, 세정 후에 샘플 기판 표면에 잔존하는 42㎚ 이상의 디펙트수를 현격히(친수성 표면에서는 70.69％, 소수성 표면에서는 0.22％) 감소시켜 오염을 방지할 수 있는 것을 알 수 있다. 이 효과는, 기판 표면이 소수성의 성상인 경우에 현저한 것을 알 수 있다.
표면 특성이 소수성인 low―k막(k＝2.4)을 표면에 형성한 샘플 기판의 상기 표면(low―k막)을 연마 유닛으로 연마하고, 연마 후의 샘플 기판 표면을, 상술한 바와 마찬가지로 하여, 도 2에 도시하는 제2 세정 유닛(기판 세정 장치)(18)을 사용하여 세정하고, 또한 세정 후의 샘플 기판을 IPA 건조시켰을 때에, 샘플 기판 표면에 남은 100㎚ 이상의 파티클(디펙트)의 수를 계측하였을 때의 결과를 도 15에 제3 실시예로서 나타낸다. 샘플 기판 표면(low―k막 표면)을 연마하고, 종래의 일반적인 세정 유닛을 사용하여 연마 후의 샘플 기판 표면을 세정하였다. 세정 후의 샘플 기판을 IPA 건조시키고, 제3 실시예와 마찬가지로 100㎚ 이상의 파티클(디펙트)의 수를 계측하였다. 계측하였을 때의 결과를 제3 비교예로서 도 15에 나타내고 있다.
도 15로부터, 실시예는, 비교예에 비교하여, 세정 후에 샘플 기판 표면에 잔존하는 100㎚ 이상의 디펙트수를 현격히(약 30％ 감소) 감소시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 가령 기판의 표면 특성이 소수성이라도, 기판의 표면을 높은 세정도로 세정할 수 있다. 즉, 배선 금속으로서 구리를 사용하고, 절연막으로서 low―k막을 채용하여 다마신 배선을 형성하고, CMP에 의해, 표면이 소수성인 구리 및 low―k막이 노출된 기판 표면이라도, 이 기판 표면을 높은 세정도로 세정하여 표면에 잔존하는 디펙트수를 저감할 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에 있어서 여러 가지 다른 형태로 실시되어도 되는 것은 물론이다.
14a∼14d : 연마 유닛
16 : 제1 세정 유닛
18 : 제2 세정 유닛(기판 세정 장치)
20 : 건조 유닛
24 : 반송 유닛
30 : 제어부
40 : 기판 보유 지지 기구
44 : 요동 아암
46 : 세정 부재
46a : 하단부 접촉면
46b : 상단부면
46c : 외주면
48 : 세정액 공급 노즐
50 : 비교 세정 부재

Claims (8)

  1. 세정 부재를, 연직 방향으로 연장되는 회전축을 중심으로 회전시키면서 일 방향을 향해 이동시키고, 세정액의 존재하에서, 상기 세정 부재의 하단부 접촉면을 수평으로 회전하고 있는 기판의 표면에 문질러 상기 표면을 세정하는 기판 세정 장치에 있어서,
    상기 세정 부재는, 하단부 접촉면과 외주면 상의 직선이 이루는 각 α가 90°＜α≤150°인 역원추대 형상을 갖고,
    상기 세정 부재의 회전축을 상기 세정 부재의 이동 방향과 동일 방향으로 경사지게 하면서, 상기 세정 부재를 일 방향을 향해 이동시키는 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 세정 부재를 상기 기판의 회전 방향에 대하여 역방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세정 부재의 하단부 접촉면이 상기 기판의 회전 중심을 통과하고, 또한 상기 세정 부재의 회전축이 상기 기판의 회전 중심을 통과하지 않도록 상기 세정 부재를 일 방향을 향해 이동시키는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 장치.
  5. 역원추대 형상을 갖고, 하단부 접촉면과 외주면 상의 직선이 이루는 각 α가 90°＜α≤150°인 세정 부재를, 연직 방향으로 연장되는 회전축을 중심으로 회전시키면서 일 방향을 향해 이동시키고, 세정액의 존재하에서, 상기 세정 부재의 하단부 접촉면을 수평으로 회전하고 있는 기판의 표면에 문질러 상기 표면을 세정하고, 상기 세정 부재의 회전축을 상기 세정 부재의 이동 방향과 동일 방향으로 경사지게 하면서, 상기 세정 부재를 일 방향을 향해 이동시키는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 세정 부재를 상기 기판의 회전 방향에 대하여 역방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 세정 부재의 하단부 접촉면이 상기 기판의 회전 중심을 통과하고, 또한 상기 세정 부재의 회전축이 상기 기판의 회전 중심을 통과하지 않도록 상기 세정 부재를 일 방향을 향해 이동시키는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
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