KR102185140B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

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시바우라 메카트로닉스 가부시키가이샤
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Abstract

반도체 웨이퍼(W)의 피세정면(Wa)을 세정하는 기판 처리 장치(10)에 있어서, 반도체 웨이퍼(W)를 유지 가능한 회전 척(21)과, 회전 척(21)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 피세정면(Wa)에 대향 배치되고, 다공질의 불소 수지의 섬유를 반도체 웨이퍼(W)의 면에 대하여, 수직 방향을 향하여 형성된 세정 브러쉬(41a)와, 회전 척(21)을 상기 기판의 피세정면(Wa)의 법선 방향을 기판 회전축으로 하여 회전 구동하는 회전 모터(44)와, 회전 척(21)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 피세정면(Wa)에 세정액(L)을 공급하는 노즐 관(45)을 포함함으로써, 파티클 제거력을 증가시키기 위해, 세정액으로서 약액을 사용하거나, 세정액을 가열하거나 할 수 있고 또한 광범위한 파티클 제거를 행할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
본 발명은, 반도체 웨이퍼나 액정 기판 등의 기판을 세정 브러쉬를 사용하여 세정하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 제조 공정에 있어서는, 기판으로서의 반도체 웨이퍼나 유리 기판에 회로 패턴을 형성하는 리소그래피 프로세스가 있다. 리소그래피 프로세스는, 반도체 웨이퍼에 레지스트를 도포하고, 이 레지스트에 회로 패턴이 형성된 마스크를 통하여 광을 조사(照射)하고, 이어서 레지스트의 광이 조사되지 않은 부분(혹은 광이 조사된 부분)을 제거하고, 제거된 부분을 처리한다는 일련의 공정을 수십회 반복함으로써 회로 패턴이 형성된다.
각 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼가 오염되어 있으면 회로 패턴을 정밀하게 형성할 수 없게 되고, 불량품의 발생 원인으로 된다. 따라서, 각각의 공정에서 회로 패턴을 형성할 때는, 레지스트나 먼지 등의 파티클(미립자)이 잔류하지 않는 청정한 상태로 상기 반도체 웨이퍼를 세정하는 것이 행해지고 있다(예를 들면, 일본공개특허 평9-223682호).
반도체 웨이퍼를 세정하는 장치로서는, 복수 장의 반도체 웨이퍼를 세정액이 수용된 세정 탱크 내에 담가서 세정하는 배치식과, 1장의 기판을 회전시키고, 그 기판에 대하여 세정액을 분사시켜 세정하는 매엽(枚葉)식이 있고, 기판의 대형화에 따라 세정 효과가 높은 매엽식이 사용되는 경향이 있다.
매엽식의 기판 처리 장치에는 반도체 웨이퍼를 회전시켜 세정하는 스핀식의 기판 처리 장치가 있고, 이 기판 처리 장치에 있어서, 세정 효과를 보다 한층 높이기 위해서는, 회전되는 반도체 웨이퍼의 상면에, 동일하게 회전 구동되는 세정 브러쉬를 접촉시키고, 그 접촉 부분에 세정액(물이나 초순수 등)을 공급하여 상기 반도체 웨이퍼를 스크럽 세정하는 것이 행해지고 있다. 그리고, 세정 브러쉬로서는 PVA 브러쉬, 모 브러쉬 등이 사용되고 있다.
전술한 기판 처리 장치에 있어서는, 다음과 같은 문제가 있었다. 즉, 최근, 반도체 디바이스의 고미세화에 따라 새로운 높은 청정도가 요구되고 있고, 접촉식 세정에 더하여, 세정액으로서 약액[암모니아, 황산, 과산화수소, 오존수, 암모니아와 과산화수소수의 혼합액(APM), 염산과 과산화수소수의 혼합액(SC-2), 계면활성제 등]을 사용하는 약액 화학 세정과의 병용이 행해지고 있다. 또한, 약액·물·초순수를 가열하고, 파티클의 제거력을 증가시키는 것도 행해지고 있다. 그러나, 세정 브러쉬의 주성분이 내열, 내약액성에 뒤떨어지므로, 세정액의 종류나 온도가 한정되고, 청정도를 높일 수 없었다는 문제가 있다.
상기 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 다음과 같이 구성되어 있다.
기판의 피(被)세정면을 세정하는 기판 처리 장치에 있어서, 상기 기판을 유지 가능한 유지부와, 상기 유지부에 유지되는 상기 기판의 피세정면에 대향 배치되고, 다공질의 불소 수지의 섬유를 상기 기판의 면에 대하여, 수직 방향을 향하여 형성된 세정 브러쉬와, 상기 유지부에 유지된 상기 기판의 상기 피세정면의 법선 방향을 기판 회전축으로 하여 회전 구동하는 구동원과, 상기 유지부에 유지되는 상기 기판의 피세정면에 세정액을 공급하는 공급부를 포함하고 있다.
기판의 피세정면을 세정하는 기판 처리 방법에 있어서, 유지부에 유지되는 상기 기판의 피세정면에 세정액을 공급하고, 유지부에 유지되는 상기 기판의 피세정면에 대향 배치되고, 다공질의 불소 수지의 섬유를 상기 기판의 피처리면에 대하여 수직 방향을 향하여 형성된 세정 브러쉬를 접촉시키고, 상기 유지부를 상기 기판의 상기 피세정면의 법선 방향을 기판 회전축으로 하여 회전 구동한다.
본 발명에 의하면, 청정도가 높은 청정을 행할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공할 수 있다.
[도 1a] 본 발명의 제1 실시형태에 관한 기판 처리 장치를 나타내는 종단면도이다.
[도 1b] 본 발명의 제1 실시형태에 관한 기판 처리 장치의 주요부를 절단하여 나타내는 사시도이다.
[도 2] 본 발명의 제1 실시형태에 관한 기판 처리 장치에 조립된 세정부를 나타내는 평면도이다.
[도 3] 본 발명의 제1 실시형태에 관한 세정부에 설치된 세정 브러쉬와 반도체 웨이퍼의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 4] 본 발명의 제1 실시형태에 관한 세정 브러쉬의 주요부를 확대하여 나타내는 측면도이다.
[도 5] 본 발명의 제1 실시형태에 관한 세정부에 설치된 경우의 비교예의 세정 브러쉬 유닛과 반도체 웨이퍼의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 6] 비교예의 세정 브러쉬의 주요부를 확대하여 나타내는 측면도이다.
[도 7] 세정 브러쉬 및 비교예의 세정 브러쉬의 PTFE 섬유 방향에 의한 파티클 사이즈마다의 제거율을 나타내는 설명도이다.
[도 8] 세정 브러쉬 유닛의 변형예를 나타내는 사시도이다.
[도 9] 세정 브러쉬 유닛의 다른 변형예를 나타내는 사시도이다.
[도 10] 본 발명의 제2 실시형태에 관한 기판 처리 장치를 나타내는 종단면도이다.
[도 11] 본 발명의 제2 실시형태에 관한 기판 처리 장치를 나타내는 횡단면도이다.
[도 12] 본 발명의 제2 실시형태에 관한 기판 처리 장치에 조립된 세정 브러쉬를 나타내는 횡단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1a는, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 기판 처리 장치(10)를 나타내는 종단면도, 도 1b는 기판 처리 장치(10)의 주요부를 절단하여 나타내는 사시도이다. 도 2는, 기판 처리 장치(10)에 조립된 세정부를 나타내는 평면도, 도 3은 세정부에 설치된 세정 브러쉬 유닛(41)과 반도체 웨이퍼(W)의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도, 도 4는 세정 브러쉬(41a)의 주요부를 확대하여 나타내는 측면도, 도 5는 세정부에 설치된 비교예의 세정 브러쉬 유닛(41)과 반도체 웨이퍼(W)의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도, 도 6은 비교예의 세정 브러쉬(41A)의 주요부를 확대하여 나타내는 측면도, 도 7은 세정 브러쉬(41a) 및 비교예의 세정 브러쉬(41A)의 PTFE 섬유 방향에 의한 파티클 사이즈마다의 제거율을 나타내는 설명도이다.
그리고, 이들의 도면 중 Pa는 파티클 사이즈(입경) 10㎚∼50㎚ 미만의 파티클, Pb는 파티클 사이즈 50㎚∼80㎚의 파티클을 나타내고 있다. 파티클 Pa, Pb는 반도체 웨이퍼(W)에 부착되는 쓰레기이고, 다만 단순하게 반도체 웨이퍼(W) 표면에 놓여 있는 것 외에, 반도체 웨이퍼(W) 기판에 걸리는 상태로 존재하고 있는 것도 포함되어 있다. 그러므로, 반도체 웨이퍼(W) 상에 물을 흐르게 하는 것에 의한, 물의 흐름에 의한 기세의 힘만으로는, 제거할 수 없는 성질을 가지고 있다.
도 1a에 나타내는 본 발명의 일 실시형태 기판 처리 장치(10)는 처리 용기(11)를 포함하고 있다. 이 처리 용기(11)는 상면이 개방된 바닥이 있는 통형(筒形)의 본체부(11a)와, 이 본체부(11a)에 대하여 슬라이딩 가능하게 설치되어 주위벽이 경사진 원뿔통형의 피복부(11b)를 구비하고, 이 피복부(11b)는 도시하지 않은 구동 기구(機構)에 의해 상하 방향으로 슬라이딩시킬 수 있다.
처리 용기(11)의 본체부(11a) 바닥부에는, 주변부에 복수의 배출관(12)의 일단(一端)이 접속되고, 중심부에는 주위가 플랜지(13)에 의해 둘러싸인 삽통공(14)이 형성되어 있다. 이 삽통공(14)에는 지지축(15)이 삽통되고 있다. 지지축(15)의 상부는 처리 용기(11)의 내부로 돌출하고, 하단부는 처리 용기(11)의 하방에 배치된 베이스판(16)에 고정되어 있다. 배출관(12)은 도시하지 않은 폐액 탱크와 연통하고 있다.
지지축(15)에는 회전 척(chuck)(유지부)(21)이 반도체 웨이퍼(W)의 법선 방향을 기판 회전축으로서 회전 가능하게 지지되고 있다. 회전 척(21)은 중심부에 관통공(22a)이 형성된 원반형의 베이스(22)를 가진다. 이 베이스(22)의 하면, 즉 관통공(22a)과 대응하는 위치에는 통형의 지지부(23)가 중심축을 연직 방향으로 하여 설치되어 있다. 이 지지부(23)는 지지축(15)의 외주측에 끼워 넣어져 있어, 지지축(15)의 상부와 하부는 각각 베어링(24)에 의해 회전 가능하게 지지되고 있다.
지지부(23)의 하단부의 외주면에는 종동(從動) 풀리(25)가 설치되어 있다. 베이스판(16)에는 모터(26)가 설치되고, 이 모터(26)의 회전축(26a)에는 구동 풀리(27)가 끼워 넣어져 있다. 이 구동 풀리(27)와 종동 풀리(25)에는 벨트(28)가 걸쳐져 있다. 따라서, 모터(26)가 작동하면, 지지부(23), 즉 회전 척(21)이 회전 구동된다.
회전 척(21)의 베이스(22)의 상면에는 주위 방향으로 4개의 지주(29)가 상방을 향하여 설치되어 있다. 각 지주(29)의 상단부에는 지지핀(31a)과, 이 지지핀(31a)보다 바깥쪽으로, 게다가 지지핀(31a)보다 긴 걸어맞춤 핀(31b)이 돌출하여 설치되어 있다.
지주(29)의 상단에는, 기판으로서의 반도체 웨이퍼(W)가 주변부의 하면을 지지핀(31a)으로 지지하고, 외주면을 걸어맞춤 핀(31b)에 걸어맞추어 탈착(脫着) 가능하게 유지된다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)는 회전 척(21)과 일체로 회전된다.
지지축(15)에는, 상단에 지지축(15)보다 대경(大徑)이고, 원뿔형을 이룬 헤드부(40)가 설치되어 있다. 이 지지축(15)에는, 선단을 헤드부(40)의 상면에 개구시킨 질소 가스 등의 불활성 가스의 가스 공급로(40a)와, 선단을 동일하게 헤드부(40)의 상면에 개구시킨, 세정액(L)의 세정액 공급로(40b)가 축방향을 따라 형성되어 있다. 가스 공급로(40a)는 도시하지 않은 가스 공급원과 연통하고, 세정액 공급로(40b)는 도시하지 않은 세정액(L)의 공급원와 연통하고 있다.
가스 공급로(40a)에 공급된 불활성 가스는 지주(29)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)를 향하여 분출되고, 세정액 공급로(40b)에 공급된 세정액(L)은 그 선단의 노즐공(40c)으로부터 반도체 웨이퍼(W)의 하면을 향하여 분출된다.
회전 척(21)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 피세정면(상면)(Wa) 측에는, 이 반도체 웨이퍼(W)의 상면을 세정하기 위해 원형상의 세정 브러쉬 유닛(41)이 배치되어 있다. 세정 브러쉬 유닛(41)은, 세정 브러쉬(41a)와 브러쉬 홀더(41b)에 의해 구성되고, 세정 브러쉬(41a)는 원기둥형으로 형성되어 있고, 그 축심(軸心) 방향은 반도체 웨이퍼의 피세정면에 대하여 수직으로 되도록, 브러쉬 홀더(41b)에 끼워 넣어 설치되어 있다. 상기 세정 브러쉬(41a)는, 브러쉬 홀더(41b)와 함께 요동 기구(42)에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라 요동된다. 즉, 요동 기구(42)는 중공(中空) 통형의 수평 암(43)을 가진다. 이 수평 암(43)의 선단부 내에는 구동원으로서의 회전 모터(44)가 회전축(44a)을 수직으로 하여 내장되어 있어, 그 회전축(44a)에 브러쉬 홀더(41b)가 장착되어 있다.
세정 브러쉬(41a)는, 불소 수지의 하나인 다공질 PTFE재(폴리테트라플루오로에틸렌)의 섬유(이하, 「PTFE 섬유」라고 함)에 의해 형성되어 있다. 세정 브러쉬(41a)는 PTFE 섬유 방향이 세로로 형성되어 있다. 구체적으로는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 세정 브러쉬(41a)의 섬유가 신장되는 방향은, 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 대하여 전체적으로 볼 때 수직으로 배치되어 있다. 즉, 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 대하여, 전체적으로 볼 때 수직 방향으로 섬유(피브릴 )가 신장되어 형성되어 있다. 그리고, 후술하는 바와 같이 섬유를 연결하는 노드(node)(섬형의 것)가 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 대하여 평행하게 형성되어 있다고 바꾸어 말할 수 있다. 이 경우, 반도체 웨이퍼(W) 상면과 접촉하는 면에 있어서의 각 섬유간의 간극은 일정한 간격으로 형성되어 있는 것은 아니고, 불규칙한 간격으로 형성되어 있고, 예를 들면 10㎚∼500㎚로 다양하게 형성된다.
도 4는 세정 브러쉬(41a)의 주요부, 즉 다공질 PTFE재(100)를 확대하여 나타내는 측면도를 나타내고 있다. 다공질 PTFE재(100)는, 섬형으로 분포된 복수의 노드(101)와, 이들 노드(101)로부터, 그 연장 방향(가로)으로 배향된 복수의 섬유(102)를 포함하고 있다. 각 섬유(102) 사이에는 간극(103)이 존재한다. 간극(103)은 연속 기공 혹은 독립 기공으로 될 수 있다.
한편, 비교예로서, 다공질 PTFE재(100)의 섬유 방향이 옆으로 형성되어 있는 세정 브러쉬(41A)에 대하여 설명한다. 구체적으로는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 대하여, 평행하게 섬유(피브릴)가 신장하여 형성되어 있다. 그리고, 섬유를 연결하는 노드(섬형의 것)가 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 대하여 수직 방향으로 형성되어 있다고 바꾸어 말할 수 있다. 이 경우, 반도체 웨이퍼(W) 상면과 접촉하는 면에서의 각 노드간의 간극(각 노드로부터 신장하는 섬유의 길이)은 일정한 간격으로 형성되어 있는 것이 아니고, 불규칙한 간격으로 형성되어 있고, 예를 들면 300㎚∼500㎚의 크기로 형성된다.
도 6은 세정 브러쉬(41A)의 주요부, 즉 다공질 PTFE재(100)를 확대하여 나타내는 측면도를 나타내고 있다. 다공질 PTFE재(100)는, 섬형으로 분포된 복수의 노드(101)와, 이들 노드(101)로부터, 그 연장 방향(세로)으로 배향된 복수의 섬유(102)를 포함하고 있다. 각 섬유(102) 사이에는 간극(103)이 존재한다. 간극(103)은 연속 기공 혹은 독립 기공으로 될 수 있다.
PTFE 섬유 방향에 의한 파티클 사이즈별 제거 성능을 도 7에 나타내었다. 즉, PTFE 섬유 방향을 세로로 한 경우[세정 브러쉬(41a)]는, 파티클 사이즈 10㎚∼80㎚의 범위에 걸쳐, PTFE 섬유 방향을 옆으로 한 경우[세정 브러쉬(41A)]에 비하여 제거 성능이 높다. 따라서, 본 실시형태에 있어서는, 다공질 PTFE재(100)의 섬유 방향을 세로로 한 세정 브러쉬(41a)를 사용한다.
먼저, 세정 브러쉬(41a)에 의해, 반도체 웨이퍼(W) 상면의 파티클이 제거되는 경우, 제거 성능의 차에 대해서는, 다음의 경우가 고려된다.
반도체 웨이퍼(W) 상면에 존재하는 파티클이 세정 브러쉬(41a)에 들어간다. 들어간 파티클이, 세정 브러쉬(41a)의 바닥면[반도체 웨이퍼(W)와의 접촉면]의 섬유와 섬유 사이에 걸린다. 이 걸린 파티클은, 반도체 웨이퍼(W)와 상대 이동하는 세정 브러쉬(41a)에 의해 끌어들여져 반도체 웨이퍼(W) 상면으로부터 떼어진다. 그리고, 세정 브러쉬(41a)의 바닥면과 반도체 웨이퍼(W) 표면 사이에 들어가지 않는 사이즈의 파티클은, 세정 브러쉬(41a)의 단면(端面)에 닿는다. 이 닿은 파티클은, 세정 브러쉬(41a)의 요동에 의해, 빗자루로 털어지도록 반도체 웨이퍼(W)의 끝(端)으로 이동된다.
다음에, PTFE 섬유 방향을 가로로 한 경우에 비하여, PTFE 섬유 방향을 세로로 한 경우에 제거 성능이 높은 이유에 대하여 고찰한다. 즉, 다공질 PTFE재(100)의 섬유 방향을 세로로 한 경우에는, 세정 브러쉬(41a)의 섬유끼리의 간격이 불규칙하게 형성되어 있으므로, 반도체 웨이퍼(W) 상면과 접촉하는 면에서의 섬유끼리의 간극의 크기도 다양한 크기(10㎚∼500㎚)로 형성되어 있다. 섬유와 섬유의 간격이 좁은(50㎚ 미만) 개소는, 섬유끼리의 간격의 크기에 맞는, 작은 사이즈의 파티클 Pa가 들어갈 수 있다. 따라서, 작은 파티클 Pa를 제거하는 제거율이 높다고 생각된다. 섬유와 섬유의 간격이 다소 넓은(50㎚ 이상) 개소는, 섬유끼리의 간격의 크기에 맞는, 큰 사이즈의 파티클 Pb가 들어갈 수 있다. 따라서, 작은 파티클 Pa도 비교적 큰 파티클 Pb도 제거하는 제거율이 높다고 생각된다.
이에 대하여, PTFE 섬유 방향을 가로로 한 경우에는, 반도체 웨이퍼(W) 상면으로 접촉하는 면에서의 각 노드의 간격이 300∼500㎚로 된다. 파티클 Pa와 파티클 Pb 모두, 브러쉬의 노드끼리의 간극의 크기에 대하여 작으므로, 노드끼리의 간극에 들어갔다고 해도, 간극과 파티클 사이즈 사이에 차가 있으므로, 파티클 Pa, Pb는 노드끼리의 간극에 유지되지 않고, 세정 브러쉬(41A)에 걸리지 않아, 반도체 웨이퍼(W) 상면에 파티클 Pa, Pb가 남은 채로 된다. 즉, 파티클 Pa, Pb가 들어갈 수 없으므로, 파티클의 제거 성능이 낮다고 생각된다.
수평 암(43)에는 도시하지 않은 세정액(L)의 공급원에 접속된 노즐 관(공급부)(45)이 삽통되어 있다. 이 노즐 관(45)의 선단부는 수평 암(43)의 선단부로부터 하방을 향하여 도출되고, 그 선단 개구는 세정 브러쉬(41a)의 외주면을 향하게 되어 있다. 따라서, 노즐 관(45)에 의해 세정액(L)이 세정 브러쉬(41a)의 직경 방향 바깥쪽으로부터 공급되도록 되어 있다.
세정액(L)은 예를 들면 암모니아, 황산, 과산화수소수, 오존수, 암모니아와 과산화수소수의 혼합액(APM), 계면활성제 중 어느 하나를 포함하는 약액, 혹은, 물·초순수이다. 세정액(L)은 가열되고 있는 경우가 있다. 이와 같이 세정액(L)으로서 약액을 사용하거나, 가열하거나 함으로써, 파티클의 제거력을 증가시킬 수 있다. 그리고, 전술한 세정 브러쉬(41a)의 주성분인 다공질 PTFE재는 내열, 내약액성이 우수하고, 세정액(L)에 의해 열화되는 경우가 적다. 그러므로, 각종 약액 및 온도의 세정액(L)을 사용할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에 있어서는, 도 2에 나타내는 바와 같이 노즐 관(45)으로부터 세정 브러쉬 유닛(41)을 향하여 공급되는 세정액(L)의 공급 방향 A는, 세정 브러쉬 유닛(41)의 대략 접선 방향으로, 또한, 세정 브러쉬 유닛(41)의 회전 방향 B를 따르는 방향으로 설정되어 있다. 또한, 세정 브러쉬 유닛(41)의 회전 방향은, 반도체 웨이퍼(W)의 회전 방향과 동방향 또는 역방향 중 어느 것이어도 된다.
수평 암(43)의 단부에는 축선을 수직하게 한 요동축(搖動軸)(46)의 상단이 연결되어 있다. 이 요동축(46)의 하단부는 베이스판(16)의 하방으로 돌출되고, 지지체(47)에 요동 가능하게 지지되고 있다.
지지체(47)의 일측면에는 한 쌍의 가이드(48)가 상하 방향을 따라 설치되고, 이 가이드(48)는 베이스판(16)의 하면에 설치된 장착판(49)의 일측면에 상하 방향을 따라 설치된 레일(50)에 슬라이딩 가능하게 걸어맞추어져 있다.
장착판(49)의 지지체(47)의 하방 부분에는 상하 구동 모터(51)가 설치되어 있다. 이 상하 구동 모터(51)는, 예를 들면 나사 축 등의 구동축(52)을 가지고, 이 구동축(52)은 지지체(47)에 끼워맞추어져 있다.
따라서, 상기 구동축(52)이 상하 구동 모터(51)에 의해 회전 구동되면, 지지체(47)가 레일(50)을 따라 상하 구동되도록 되어 있다. 즉, 세정 브러쉬 유닛(41)이 지지체(47), 요동축(46) 및 수평 암(43)을 통하여 상하 구동된다.
지지체(47)의 타측에는 요동 구동원(53)이 장착되어 있다. 이 요동 구동원(53)은 수납 박스(54) 및 이 수납 박스(54)의 하면에 설치된 모터(55)를 가진다. 수납 박스(54) 내에는 모터(55)에 의해 회전 구동되는 도시하지 않은 구동 기어가 수용되어 있다.
요동축(46)의 지지체(47)에 의해 지지된 하단부에는 도시하지 않은 종동 기어가 설치되고, 이 종동 기어와 구동 기어 사이에는 벨트가 걸쳐져 있다. 따라서, 요동축(46)은, 요동 구동원(53)의 모터(55)가 작동함으로써 소정 각도 범위 내에서 요동한다.
요동축(46)이 소정 각도 범위 내에서 요동되고, 그 요동에 의해 수평 암(43)이 요동하면, 이 수평 암(43)의 선단부에 설치된 세정 브러쉬 유닛(41)은, 도 2에 실선과 파선으로 나타낸 바와 같이 회전 척(21)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 직경 방향 중심부와 주변부 사이에서 요동되도록 되어 있다. 이 요동 범위를 도 2에 화살표 D로 나타낸다.
세정 브러쉬 유닛(41)을 회전 구동시키는 회전 모터(44)는 제어 장치(90)에 접속되어 있다. 이 제어 장치(90)는 회전 모터(44)에 급전(給電)하고, 또한 세정 브러쉬 유닛(41)을 상하 구동 모터(51)에 의해 상하 구동시킨다. 제어 장치(90)는 각 기구의 파라미터, 예를 들면 프레스량, 회전수, 요동 속도, 세정액(L)의 토출량을 적절히 제어한다.
이와 같이 구성된 기판 처리 장치(10)에 의해, 예를 들면, CMP 처리가 행해진 반도체 웨이퍼(W)를 세정 처리하는 경우에 대하여 설명한다. CMP 처리에 의해 반도체 웨이퍼(W) 상면에는 유기물을 포함하는 슬러리나 반도체 웨이퍼(W)의 절삭 부스러기 등의 잔류물이 잔류하고 있어, 반도체 웨이퍼(W) 상면에 부착된다. 먼저, 세정 브러쉬 유닛(41)을 처리 용기(11)의 외측으로 퇴피시킨 상태로 회전 척(21)에 반도체 웨이퍼(W)를 유지하고, 모터(26)를 작동시켜 회전 척(21)과 함께 반도체 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
이어서, 세정 브러쉬 유닛(41)을 퇴피 위치로부터 반도체 웨이퍼(W)의 상방으로 이동시킨다. 회전 모터(44)를 작동시켜 세정 브러쉬 유닛(41)을 회전시키고, 또한 지지축(15)의 세정액 공급로(40b)와 노즐 관(45)으로부터 반도체 웨이퍼(W)의 하면과 상면에 순수 등의 세정액(L)을 공급하면서 상하 구동 모터(51)를 작동시켜 세정 브러쉬 유닛(41)을 하강시킨다. 또한, 요동 구동원(53)을 작동시켜 수평 암(43), 즉 세정 브러쉬 유닛(41)을 반도체 웨이퍼(W)의 상면에서 도 2에 화살표 D로 나타낸 바와 같이 요동시킨다. 그리고, 요동 속도는, 반도체 웨이퍼(W) 상면에 잔류하는 잔류물의 점도에 따라서 적절히 조정할 수 있다. 예를 들면, 유기물을 포함하는 슬러리의 부착력이 강한 경우에는, 요동 속도나 반도체 웨이퍼(W)의 회전 속도를 느리게 하는 것 등의 제어를 행한다.
세정 브러쉬 유닛(41)이 상하 구동 모터(51)에 의해 하강하여, 반도체 웨이퍼(W)의 피세정면에 세정 브러쉬(41a)가 접촉한다. 반도체 웨이퍼(W)의 상면은 세정 브러쉬(41a)에 의해, 그 상면에 부착된 파티클이 제거된다.
세정 브러쉬(41a)의 주성분은 다공질 PTFE재이므로, 약액이나 가열된 세정액(L)에 대하여 내열성·내약액성이 우수하다.
그러므로, 반도체 웨이퍼(W)에 CMP 처리 후, 반도체 웨이퍼(W) 상면의 유기물을 약액에 의해 화학적으로 분해하는 처리를 행하면서 스크럽 세정할 수 있다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W) 상면에 존재하는 절삭 부스러기 등의 잔류물을 제거할 뿐만 아니라, 반도체 웨이퍼(W) 상면에 있는 유기물도 동시에 제거하는 것이 가능해지고, 웨이퍼(W) 상면에 있어서의 세정 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 약액에 의해 화학적으로 분해된 유기물을, 세정 브러쉬(41)에 의해 쓸어내는 것이 가능해져, 웨이퍼(W) 상면에 있어서의 세정 능력을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 상기의 실시형태에 의하면, 반도체 웨이퍼(W)의 피세정면에 대하여 PTFE 섬유 방향을 세로(수직 방향)로 하여 세정 브러쉬(41a)를 접촉시켜 반도체 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라 요동시킴으로써, 작은 파티클 Pa로부터 비교적 큰 파티클 Pb까지 제거할 수 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)의 피세정면에서의 높은 청정도를 가질 수 있다.
도 8은, 전술한 세정 브러쉬 유닛(41)의 변형예에 관한 세정 브러쉬 유닛(60)을 나타내는 사시도이다. 세정 브러쉬 유닛(60)은, 반도체 웨이퍼(W)의 피세정면에 있어서 대향 배치되는 원반형의 브래킷(브러쉬 홀더)(61)과, 이 브래킷(61)의 표면에 7개의 세정 브러쉬(62)가 소정의 간극을 두고 설치되어 있다. 이 세정 브러쉬(62)는, 전술한 세정 브러쉬(41a)보다 소경(小徑)으로 형성되어 있다. 또한, 세정 브러쉬(41a)와 마찬가지로 원기둥형으로 형성되어 있고, 그 축심 방향은 반도체 웨이퍼의 피세정면에 대하여 수직으로 되도록, 브래킷(61)에 설치되어 있다. 브래킷(61)의 외경은 상기 브러쉬 홀더(41b)의 외경과 대략 같다. 브래킷(61)에 설치되는 세정 브러쉬(62)의 개수는 7개에 한정되지 않고, 반도체 웨이퍼(W)의 피세정면을 충분히 세정 처리할 수 있는 개수이면 된다.
그리고, 세정 브러쉬 유닛(60)은, 세정 브러쉬(62)끼리에 간극이 형성되어 있으므로, 세정액(L)이 간극을 통과하여, 세정 브러쉬(62)에 의해 쓸어내어진 파티클과 함께 세정 브러쉬(62)의 요동 방향의 후방으로 빠진다.
도 9는, 세정 브러쉬 유닛(41)의 다른 변형예에 관한 세정 브러쉬 유닛(60A)을 나타내는 사시도이다. 도 9에 있어서, 도 8과 동일 기능 부분에는 동일 부호를 붙이고, 상세한 설명은 생략한다. 세정 브러쉬 유닛(60A)은, 브래킷(61)의 중앙에 세정액 공급로(45A)에 접속된 노즐공(63)이 형성되어 있다. 이 노즐공(63)으로부터 세정액(L)을 공급함으로써, 파티클 Pa, Pb나 세정 브러쉬(62)에 의해 쓸어내어진 파티클을 중앙로부터 외측을 향하여 흘러가게 할 수 있다. 그리고, 이 경우, 도 1a에서의 노즐 관(45)은 없어도 된다.
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 기판 처리 장치(200)를 나타내는 종단면도, 도 11은 기판 처리 장치(200)를 나타내는 횡단면도, 도 12는 기판 처리 장치(200)에 조립된 롤 브러쉬(221)를 나타내는 사시도이다.
도 10 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 기판 처리 장치(200)는 세정조(201)를 포함하고 있다. 도 11에 나타내는 바와 같이 세정조(201)의 일측벽에는 도입구(203)가 형성되어 있다. 이 도입구(203)로부터는, 반도체 웨이퍼(W)가 외부로부터 내부로 도입된다. 세정조(201)의 일측벽에 인접하는 측벽에는 세정된 반도체 웨이퍼(W)를 반출하기 위한 도출구(204)가 형성되어 있다.
도 10 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 세정조(201) 내에는 3개의 구동 롤러(206) 및 2개의 규제 롤러(207)가 배치되어 있다. 구동 롤러(206) 및 규제 롤러(207)는, 각각 축선을 연직으로 하여 회전 가능하게, 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 주위 방향을 따라 소정의 간격으로 설치되어 있다. 구동 롤러(206)는 도 11 중 우측, 규제 롤러(207)는 도 11 중 좌측에 배치되어 있다. 구동 롤러(206)의 하단부는, 제1 베어링체(211)에 의해 회전 가능하게 지지되고 있다. 제1 베어링체(211)는 지지판(209)에 고정되어 설치되어 있다.
규제 롤러(207)의 하단부는 제2 베어링체(212)에 의해 회전 가능하게 지지되고 있다. 제2 베어링체(212)는 지지판(209)에 슬라이딩 가능하게 설치되고, 도 10에 화살표로 나타내는 바와 같이 구동 실린더(213)에 의해 구동 롤러(206)에 대하여 접리(接離)되는 방향으로 구동되도록 되어 있다.
구동 롤러(206)는 반도체 웨이퍼(W)의 주변부가 걸어맞추어진다. 규제 롤러(207)는, 반도체 웨이퍼(W)의 주변부에 접촉하여 걸어맞춤 유지된 반도체 웨이퍼(W)가 직경 방향으로 어긋나 움직이는 것을 규제하도록 되어 있다.
구동 롤러(206)는 제1 구동 기구(217)에 의해 회전 구동되도록 되어 있다. 이 제1 구동 기구(217)는 도 10에 나타내는 바와 같이 지지판(209)의 하방에 배치된 모터(218)를 가진다. 이 모터(218)의 회전축(218a)에는 구동 풀리(219a)가 설치되어 있다. 이 구동 풀리(219a)와 각 구동 롤러(206)의 하단부에 각각 설치된 3개의 종동 풀리(219b)와의 사이에는 벨트(220)가 걸쳐져 있다. 따라서, 모터(218)가 작동하면, 벨트(220)를 통하여 각 구동 롤러(206)를 회전 구동시킬 수 있다.
세정조(201) 내에는, 상하 한 쌍의 롤 브러쉬(221)가 수평 방향의 회전축을 가지는 한 쌍의 유지부(222)에 지지되어 배치되어 있다. 이들 롤 브러쉬(221)는, 도 11에 나타내는 제2 구동 기구(220A)에 의해 각각 회전 구동되고, 또한 유지부(222)를 통하여 상하 구동 기구(220B)에 의해 상하 방향으로 구동된다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 롤 브러쉬(221)의 근방에는, 한 쌍의 파이프형의 하부 노즐(241)과 상부 노즐(242)이 반도체 웨이퍼(W)를 사이에 두고 배치되어 있다. 각 노즐(241, 242)로부터는 반도체 웨이퍼(W)의 상하면(피세정면)을 한 쌍의 롤 브러쉬(221)에 의해 세정할 때 세정액(L)이 공급된다.
유지부(222)는 상하 방향을 따라 이동 가능하게 구성된 베어링체(223)에 대하여 회전 가능하게 지지되고 있다. 이 베어링체(223)의 내부에는, 모터(224)의 회전축이 연결되어 있고, 이 모터(224)의 회전이 베어링체(223)를 통하여 유지부(222)에 전달되고, 롤 브러쉬(221)를 회전시킬 수 있다. 베어링체(223)는 암(226)에 의해 지지되고, 상하 구동 기구(220B)에 지지되고 있다. 이와 같은 상하 구동 기구(220B)에 의해, 암(226)을 상하로 구동함으로써, 각각의 롤 브러쉬(221)를 반도체 웨이퍼(W)의 하면과 상면에 소정의 접촉력으로 접촉시킬 수 있다.
각각의 롤 브러쉬(221)는, 도 12에 나타내는 바와 같이 원통부(221a)의 표면에 소정의 간격으로 장착된 세정 브러쉬(221b)를 구비하고 있다. 원통부(221a)의 축심 방향은 반도체 웨이퍼(W)의 피세정면에 대하여 평행하게 형성되어 있다. 즉, 각각의 롤 브러쉬(221)는, 반도체 웨이퍼(W)의 피처리면에 대하여 평행하게 설치되어 있다. 또한, 세정 브러쉬(221b)는 전술한 세정 브러쉬(41a)와 동일하게 형성되어 있다. 즉, 원기둥형으로 형성되어 있고, 반도체 웨이퍼(W)의 피세정면과 대향 배치되었을 때, 세정 브러쉬(221b)의 축심 방향은 반도체 웨이퍼의 피처리면에 대하여 수직으로 되도록, 원통부(221a)의 표면에 설치되어 있다. 그리고, 치수에 대해서는, 전술한 세정 브러쉬(62)보다 소경으로 형성되어 있다. 또한, 각각의 롤 브러쉬(221)의 길이는, 반도체 웨이퍼(W)의 직경을 커버하는 길이로 형성되어 있다.
롤 브러쉬(221)는, 각각 모터(224)에 의해 한 쌍의 롤 브러쉬(221) 사이에 공급된 반도체 웨이퍼(W)를 그 회전력으로 구동 롤러(206)의 외주면에 가압하는 방향으로 회전 구동된다.
이와 같이 구성된 기판 처리 장치(200)에서는, 한 쌍의 롤 브러쉬(221)를 소정의 높이에 위치 결정하고, 구동 실린더(213)를 작동시켜 한 쌍의 규제 롤러(207)를 반도체 웨이퍼(W)의 직경 방향의 반대측 부분의 구동 롤러(206)의 외주면에 맞닿을 때까지 혹은 약간의 간격을 통하여 근접할 때까지 전진 방향으로 구동한다. 이와 같이 하여 반도체 웨이퍼(W)를 유지하고, 롤 브러쉬(221) 및 3개의 구동 롤러(206)를 회전 구동시킨다. 또한, 각 노즐(241, 242)로부터 반도체 웨이퍼(W)의 상하면을 향하여 세정액(L)을 분사한다.
한 쌍의 롤 브러쉬(221)가 회전 구동됨으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 상하면에 대하여 각각의 롤 브러쉬(221)의 세정 브러쉬(221b)를 대고 누를 수 있으므로, 반도체 웨이퍼(W)의 상하면을 롤 브러쉬(221)의 축방향 전체 길이에 걸쳐 고르게 대략 균일하게 세정할 수 있다.
본 실시형태에 관한 롤 브러쉬(221)에 있어서도, 전술한 세정 브러쉬(41a)와 동일하게 사용함으로써, 광범위한 크기의 파티클 Pa, Pb를 제거할 수 있고, 또한 세정액(L)의 공급과 동시에 스크럽 세정이 가능하다.
그리고, 상기의 실시형태에서는, 기판 처리 장치에서 처리를 행하는 기판으로서 반도체 웨이퍼(W)를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 액정 기판이나, 포토마스크 등의 유리 기판에 적용할 수도 있다. 또한, 세정 처리 시에 세정 브러쉬 유닛(41)을 회전시키고 있지만, 회전시키지 않아도 된다. 또한, 세정 브러쉬(41a)의 형상은 원기둥형에 한정되는 것이 아니다. 또한, 불소 수지로서 다공질 PTFE재를 예로 들었으나, 전술한 바와 같이 작은 파티클을 받아들일 수 있는 동일한 구성을 가지는 것이면, 다른 불소계 수지(예를 들면, PVDF나 TFE)를 사용해도 된다.
그리고, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되지 않고, 실시 단계에서는 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 또한, 각 실시형태는 적절히 조합하여 실시해도 되고, 그 경우 조합한 효과가 얻어진다. 게다가, 상기 실시형태에는 여러 가지의 발명이 포함되어 있고, 개시되는 복수의 구성 요건으로부터 선택된 조합에 의해 여러 가지의 발명이 추출될 수 있다. 예를 들면, 실시형태에 나타내는 전체 구성 요건으로부터 몇 가지의 구성 요건이 삭제되어도, 과제를 해결할 수 있고, 효과가 얻어지는 경우에는, 이 구성 요건이 삭제된 구성이 발명으로서 추출될 수 있다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 파티클 제거력을 증가시키기 위해, 세정액으로서 약액을 사용하거나, 세정액을 가열하거나 할 수 있고 또한 광범위한 파티클 제거를 행하는 것이 가능해진다.

Claims (10)

  1. 기판의 피(被)세정면을 세정하는 기판 처리 장치로서,
    상기 기판을 유지 가능한 유지부;
    상기 유지부에 유지되는 상기 기판의 피세정면에 대향 배치되고, 다공질의 불소 수지의 섬유를 상기 기판의 면에 대하여 수직 방향을 향하여 형성된 세정 브러쉬;
    상기 유지부에 유지된 상기 기판의 상기 피세정면의 법선 방향을 기판 회전축으로 하여 회전 구동하는 구동원; 및
    상기 유지부에 유지되는 상기 기판의 피세정면에 세정액을 공급하는 공급부;
    를 포함하고,
    상기 세정 브러쉬는, 상기 섬유를 연결하는 노드(node)가 상기 기판의 상면에 대하여 평행하게 배치되어 있는,
    기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 불소 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌인, 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬는 원기둥형으로 형성되어 있고, 그 축심(軸心) 방향은 상기 기판의 피세정면에 대하여 수직으로 설치되어 있는, 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬는, 상기 기판의 피세정면에 대하여 대향 배치되는 브러쉬 홀더에 복수 설치되어 있는, 기판 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬는, 상기 기판의 피세정면에 대하여 평행의 회전축을 가지는 원통체의 표면에 복수 설치되어 있는, 기판 처리 장치.
  6. 기판의 피세정면을 세정하는 기판 처리 방법으로서,
    유지부에 유지되는 상기 기판의 피세정면에 세정액을 공급하고,
    유지부에 유지되는 상기 기판의 피세정면에 대향 배치되고, 다공질의 불소 수지의 섬유를 상기 기판의 피처리면에 대하여 수직 방향을 향하여 형성된 세정 브러쉬를 접촉시키고,
    상기 유지부를 상기 기판의 상기 피세정면의 법선 방향을 기판 회전축으로 하여 회전 구동하고,
    상기 세정 브러쉬는, 상기 섬유를 연결하는 노드가 상기 기판의 상면에 대하여 평행하게 배치되어 있는,
    기판 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 불소 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌, 기판 처리 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬는 원기둥형으로 형성되어 있고, 그 축심 방향은 상기 기판의 피세정면에 대하여 수직으로 설치되어 있는, 기판 처리 방법.
  9. 삭제
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