KR20120010987A - 세정 장치 및 세정 방법 - Google Patents

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요시노리 기따무라
야스히또 요시미즈
고이찌로 시바야마
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

실시 형태에 따르면, 선단부가 반도체 웨이퍼(웨이퍼)의 이면측에서의 표층의 구성 재료보다 단단하고, 보유 지지부에 의해 보유 지지된 웨이퍼의 이면의 세정을 행하기 위한 제거부와, 제어부에 의해 제어되어 제거부와 웨이퍼를 웨이퍼 이면에 대하여 평행한 방향에 있어서 상대적으로 이동시키는 이동 기구를 구비한다. 이동 기구는, 제거부와 웨이퍼를 상대적으로 이동시켜 웨이퍼 이면의 표층과 동일한 재료로 이루어지는 볼록부에 제거부의 선단부를 접촉시킴으로써, 제거부는 볼록부를 연삭하여 제거한다.

Description

세정 장치 및 세정 방법{CLEANING DEVICE AND CLEANING METHOD}
<관련 출원>
본 출원은, 2010년 7월 27일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2010-168442의 우선권의 이익을 향수하며, 그 일본 특허 출원의 전체 내용은 본 출원에서 원용된다.
본 실시 형태는, 일반적으로 세정 장치 및 세정 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 장치의 제조 프로세스에 있어서는 포토리소그래피가 사용되고 있다. 포토리소그래피에 있어서 웨이퍼 상에 형성되는 레지스트 패턴의 치수 정밀도는, 노광 시의 노광량과 노광 결상 위치(포커스 위치) 등이 중요한 팩터로 된다. 따라서, 설계대로의 레지스트 패턴을 형성하기 위해서는, 정확한 포커스 위치를 실현하는 것이 필요해진다.
그러나 노광 시에 웨이퍼의 이면에 이물질이나 더스트 등이 부착되어 있는 경우, 수광면 위치가 포커스 위치로부터 광축 방향으로 어긋나는, 소위 디포커스가 발생하여, 설계대로의 레지스트 패턴이 형성되지 않는다. 이러한 웨이퍼의 표면에 부착된 이물질 등을 제거하기 위해, 브러시를 사용하여 웨이퍼의 표면의 이물질 등을 제거하는 세정 장치가 사용되고 있다. 그러나 웨이퍼 이면에 존재하는 볼록부를 제거하는 것까지는, 통상 행하여지고 있지 않다.
또한, 웨이퍼의 표면 전체를 깎아 평탄화하는 것이 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 처리에 의해 행해지고 있다. 그러나 CMP 처리는 슬러리 등의 연마재를 사용하기 위해, 장치의 구성이나 처리가 복잡해진다.
이로 인해, 세정 장치 및 세정 방법에 있어서, 웨이퍼 이면 상에 존재하는 볼록부를 효율적으로 제거하는 기술이 요망되고 있다.
도 1은, 제1 실시 형태에 관한 세정 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 2a 내지 도 2c는, 제1 실시 형태에 관한 세정 장치에 의한 웨이퍼의 이면의 세정 방법을 모식적으로 설명하는 단면도.
도 3a 내지 도 3c는, 제1 실시 형태에 관한 세정 장치에 의한 다른 웨이퍼의 이면의 세정 방법을 모식적으로 설명하는 단면도.
도 4는, 세정 장치에 있어서 웨이퍼의 미소한 휨에 대하여 일정 압력을 유지하면서 브러시에 의한 세정 처리를 행하는 경우에 대하여 설명하는 개념도.
도 5는, 제2 실시 형태에 관한 웨이퍼의 이면의 세정 방법을 모식적으로 설명하는 단면도.
실시 형태에 따르면, 세정 장치는, 반도체 웨이퍼를 보유 지지 가능한 보유 지지부와, 선단부가 반도체 웨이퍼의 이면측에서의 표층의 구성 재료보다 단단하고, 보유 지지부에 의해 보유 지지된 반도체 웨이퍼의 피처리면이 되는 반도체 웨이퍼 이면의 세정을 행하기 위한 제거부와, 제거부와 반도체 웨이퍼를 반도체 웨이퍼 이면에 대하여 평행한 방향에 있어서 상대적으로 이동시키는 이동 기구를 구비한다. 이동 기구는, 제거부와 반도체 웨이퍼를 반도체 웨이퍼 이면에 대하여 평행한 방향에 있어서 상대적으로 이동시켜 반도체 웨이퍼 이면의 표층과 동일한 재료로 이루어지는 볼록부에 제거부의 선단부를 접촉시킴으로써, 상기 제거부는, 볼록부를 연삭하여 제거한다.
이하에, 세정 장치의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 도시하는 도면에 있어서는, 용이하게 이해하도록 각 부재의 축척이 실제와는 상이한 경우가 있다. 각 도면 사이에서도 마찬가지이다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 제1 실시 형태에 관한 세정 장치(1)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 세정 장치(1)는, 웨이퍼 보유 지지부(2)와, 웨이퍼 회전 구동부(3)와, 브러시(4)와, 브러시 구동부(5)와, 센서부(6)와, 센서 구동부(7)와, 제어부(8)와, 세정수 공급부(9)를 구비한다.
웨이퍼 보유 지지부(2)는, 이면이 상측을 향한 상태에서 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(10)(이하, 웨이퍼(10)라고 칭한다)의 외주를 끼움 지지하여 웨이퍼(10)를 보유 지지 가능하게 되어 있다. 여기서, 이면이란, 웨이퍼(10)의 표면 상에 반도체 디바이스가 형성되는 면과 반대측의 면이다. 웨이퍼 보유 지지부(2)는, 적어도 2군데 이상의 웨이퍼 끼움 지지부(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼(10) 측면의 외주를 끼움 지지한다.
웨이퍼 회전 구동부(3)는, 웨이퍼(10)를 보유 지지한 웨이퍼 보유 지지부(2)를 상기 웨이퍼(10)의 면 방향에 있어서의 중심을 축으로 원주 방향으로 임의의 회전수로 수평 회전시킨다. 웨이퍼(10)의 회전수는, 제거 대상이 되는 웨이퍼(10) 이면의 볼록부의 재질 및 브러시 모(4a)의 재질 등의 조건에 의해 적절히 설정된다. 후술하는 바와 같이 센서부(6)는, 웨이퍼(10) 이면의 거리를 거의 일정하게 유지하도록 브러시(4)의 승강을 제어하는 제어부(8)에 측장 정보를 부여한다. 이때, 웨이퍼(10)의 회전수는, 센서부(6)의 측장과 제어부(8)의 제어가 웨이퍼(10)의 회전에 추종하는 회전수로 해도 좋고, 반드시 고속일 필요는 없다.
웨이퍼(10) 상의 이물질 및 볼록부의 제거 수단으로서의 브러시(4)는, 그 본체부에 있어서의 웨이퍼(10)와의 대향면에 예를 들어 원기둥 형상을 이루도록 복수의 브러시 모(4a)가 지지, 배치되어 있다. 또한, 브러시 모(4a)의 배치는 상술한 원기둥 형상에 한하지 않고, 예를 들어 웨이퍼(10)와의 대향면에 링 형상을 이루도록 복수의 브러시 모(4a)가 배치된 형태나, 웨이퍼(10)와의 대향면에 라인 형상을 이루도록 복수의 브러시 모(4a)가 배치된 다양한 형태로 할 수 있다. 브러시 모(4a)의 선단부는, 웨이퍼(10) 이면의 구성 재료보다 경도가 단단한 재료에 의해 구성된다. 또한, 복수의 재질의 브러시 모(4a)를 사용해도 좋다.
웨이퍼(10) 이면의 구성 재료로서는, 예를 들어 실리콘계의 막, 카본계의 막, 유기 재료계의 막, 실리콘계 산화막이나 실리콘계 질화막 등을 들 수 있다. 이들 막으로 이루어지는 볼록부를 확실하게 제거하기 위해서는, 브러시 모(4a)의 경도는 경도 30도 이상인 것이 바람직하다. 또한, 다이아몬드 칩을 넣은 초경질 브러시를 사용해도 좋다. 여기에서의 경도는, JIS K 6253(가황 고무 및 열가소성고무-경도를 구하는 방법) 또는 JIS K 7215(플라스틱의 듀로미터 경도 시험 방법)에 준거하는 타입 A 듀로미터에 의한 측정값이다. 또한, 이 경도가 90도 이상인 경우에는 동일 규격의 타입 D 듀로미터에 의해 측정될 수 있다.
또한, 웨이퍼(10) 이면의 최표층의 막이 얇은 경우에는, 볼록부의 내부에 웨이퍼(10) 이면의 최표층막의 하층의 막이 존재할 가능성이 있다. 이 경우는, 웨이퍼(10) 이면의 최표층의 막의 재료와 그 하층의 막의 재료 중 단단한 재료에 맞게 브러시 모(4a)의 경도를 선택하는 등 적절히 선택 가능하다.
또한, 여기서는, 웨이퍼(10) 상의 이물질 및 볼록부의 제거 수단으로서 브러시(4)를 나타내고 있지만, 브러시(4) 이외에도 웨이퍼(10) 이면의 버 제거 커터를 사용해도 좋다. 커터는, 예를 들어 웨이퍼(10)와의 대향면에 원기둥 형상, 링 형상, 라인 형상 등의 형상을 이루도록 복수의 커터날이 배치된다. 웨이퍼(10) 상의 이물질 및 볼록부에 접촉하는 커터날의 선단부는, 웨이퍼(10) 이면의 구성 재료보다 경도가 단단한 재료로 구성된다. 또한, 브러시(4)는 경질이어도 브러시 모(4a) 끝에 다소의 유연성이 있다. 이로 인해, 웨이퍼(10) 이면의 휨에 대한 대응력은 브러시(4a)가 커터날보다 더 높다.
브러시 구동부(5)는, 웨이퍼 보유 지지부(2)에 보유 지지된 웨이퍼(10) 상에서, 브러시(4)를 임의의 높이로 승강시킨다. 또한, 브러시 구동부(5)는, 브러시(4)를 임의의 회전수로 회전시켜, 웨이퍼 보유 지지부(2)에 보유 지지된 웨이퍼(10)면 상의 소정의 방향으로 이동시킨다. 브러시 구동부(5)는, 예를 들어 브러시(4)를 수평 회전시키면서 웨이퍼(10)의 반경 방향으로 이동시킬 수 있다.
센서부(6)는, 예를 들어 레이저 등의 광이 웨이퍼(10)로부터 반사되어 올 때까지의 시간을 순시(瞬時)에 계산함으로써 웨이퍼(10)까지의 거리를 측정 가능한 측장 센서로 구성된다. 센서부(6)는, 센서 구동부(7)의 구동에 의해, 웨이퍼(10) 상을 높이 방향으로 승강 가능하게 되고, 또한 웨이퍼(10)의 면 방향에 있어서 임의의 방향으로도 이동 가능하게 되어 있다.
제어부(8)는, 웨이퍼 회전 구동부(3), 브러시 구동부(5), 센서부(6) 및 센서 구동부(7)의 제어를 행한다. 세정수 공급부(9)는, 세정 처리 중이나 세정 처리 후에 웨이퍼(10) 상에 세정액으로서 예를 들어 세정수를 공급하고, 세정 처리에 의해 발생한 연삭 부스러기를 웨이퍼(10) 이면으로부터 씻어 버린다.
이어서, 세정 장치(1)에 의한 세정 처리에 대하여 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명한다. 도 2a 내지 도 2c는, 제1 실시 형태에 관한 세정 장치(1)에 의한 웨이퍼(10) 이면의 세정 방법을 모식적으로 설명하는 단면도이다.
우선, 피처리 기판인 웨이퍼(10)가, 이면이 상측을 향하도록 웨이퍼 보유 지지부(2)에 보유 지지된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(10) 이면에는 웨이퍼(10) 표면에 형성되는 반도체 디바이스 제조를 위한 각 공정에서 성막된 제1 피막(11), 제2 피막(12), 제3 피막(13)이 이 순서로 적층되어 있다. 또한, 이 웨이퍼(10)는, 반도체 디바이스면에 포토레지스트막이 형성된 노광 전의 상태의 웨이퍼이다. 또한, 반도체 디바이스면에 포토레지스트가 형성되기 전의 상태의 웨이퍼(10)에 대하여 세정 장치(1)에 의한 세정 처리를 실시해도 좋다. 또한, 적층 레지스트를 사용하는 프로세스에서 세정 장치(1)에 의한 세정 처리를 실시해도 좋다. 이 경우는, 예를 들어 웨이퍼(10)의 반도체 디바이스면에 하층 레지스트를 형성한 후에, 웨이퍼(10) 이면에 대하여 세정 장치(1)에 의한 세정 처리를 실시한다. 이어서, 웨이퍼(10)를 노광 장치 내에 도입하고, 하층 레지스트 상에 노광 장치 내에서 상층 포토레지스트를 형성한 후에 노광을 실시한다.
또한, 웨이퍼(10) 이면의 제1 피막(11) 상의 일부에는 이물질(21)이 부착되어 있다. 제2 피막(12) 및 제3 피막(13)에 있어서의 이물질(21) 상의 영역은, 상기 이물질(21)의 형상을 따른 형상으로 되어 있다. 이로 인해, 웨이퍼(10) 이면의 최표층에 있는 제3 피막(13)에는, 이물질(21) 상의 영역에 볼록부(13a)가 형성되어 있다. 즉, 볼록부(13a)는, 웨이퍼(10) 이면의 표층인 제3 피막(13)과 동일한 재료로 이루어지는 볼록부이다. 또한, 도 2a에 있어서는, 1개의 볼록부(13a)를 주목하고 있지만, 제3 피막(13)의 표면에는 볼록부(13a)와 같은 볼록부가 그 밖에도 복수 존재한다. 또한, 제3 피막(13) 상에는, 상기 제3 피막(13)과 다른 재료로 이루어지는 이물질(22)이나, 예를 들어 웨이퍼(10) 이면에 흠집이 났을 때에 비산된 상기 제3 피막(13)과 동일한 재료로 이루어지는 파편(도시하지 않음)도 부착되어 있다. 이렇게 복수의 제조 공정을 거쳐 가공이나 제거가 되지 않고 이면에 형성된 이물질을 여기에서는, 누적 이물질이라고 칭한다.
이어서, 브러시(4)가, 브러시 구동부(5)에 의해 웨이퍼(10) 이면의 중심부에 배치된다. 여기서, 브러시(4)는, 브러시 모(4a)의 선단부가 볼록부(13a)에 접촉 가능한 높이에, 제3 피막(13)의 평탄면으로부터 일정한 이격 거리 t만큼 부상한 상태에서 배치된다. 즉, 브러시(4)는, 브러시 모(4a)의 선단부의 위치가 볼록부(13a)의 높이보다 낮고, 제3 피막(13)의 평탄면에 접촉하지 않는 높이에 제3 피막(13)의 평탄면으로부터 이격되어 배치된다. 그리고 브러시(4)는, 브러시 구동부(3)의 구동에 의해 회전한다.
이어서, 웨이퍼 회전 구동부(3)가 웨이퍼 보유 지지부(2)를 수평하게 회전시킴으로써, 웨이퍼 보유 지지부(2)에 보유 지지된 웨이퍼(10)가 회전한다. 웨이퍼(10)의 회전수 및 브러시(4)의 회전수는, 웨이퍼(10) 이면의 표층의 재질이나 브러시 모(4a)의 재질 등의 여러 조건에 의해 적절히 변경하면 된다. 이어서, 브러시(4)는, 도 2b에 도시된 바와 같이 제3 피막(13)의 평탄면으로부터 대략 일정한 이격 거리 t만큼 이격된 상태에서, 웨이퍼 회전 구동부(3)의 구동과 함께 웨이퍼(10)의 반경 방향으로 수평하게 이동한다. 즉, 브러시(4)는, 브러시 구동부(5)에 의해, 웨이퍼(10) 이면의 중심부에 배치되고, 거기에서 외주를 향하여 회전하면서 수평 이동한다. 그리고 브러시(4)는, 웨이퍼(10)의 반경 방향에 있어서 복수회, 웨이퍼(10) 위를 왕복 이동한다.
이렇게 브러시(4)가 회전하는 웨이퍼(10)에 대하여, 상대적으로 수평 이동함으로써, 브러시(4)의 브러시 모(4a)가 볼록부(13a)에 접촉한다. 이에 의해, 볼록부(13a)는, 브러시(4)에 의해 연삭되어, 도 2c에 도시된 바와 같이 브러시 모(4a)와 제3 피막(13)의 평탄면 거리에 상당하는 높이, 즉 이격 거리 t에 상당하는 두께만큼 남기고 제거된다. 또한, 제3 피막(13)의 표면에 부착된 이물질(22)은, 브러시(4)의 브러시 모(4a)가 접촉함으로써 연마되거나 또는 벗겨져 제3 피막(13)의 표면으로부터 제거된다. 여기서 연삭이란, 웨이퍼(10) 이면 상의 이물질 및 볼록부를 연마부로서의 브러시 모(4a)가 물리적으로 떨어뜨리는 것을 의미하고, 연마나 절삭의 개념을 포함하는 것이다. 이때, 세정수 공급부(9)로부터 웨이퍼(10) 상에 세정수를 공급함으로써, 세정 처리에 의해 발생한 연삭 부스러기를 웨이퍼(10)의 이면으로부터 씻어 버릴 수 있다. 연삭 부스러기의 제거는, 웨이퍼(10) 상에 대한 송풍에 의해 행할 수도 있다. 또한, 연삭 부스러기를 흡인함으로써 웨이퍼(10) 이면 상으로부터 제거해도 좋다.
이어서, 웨이퍼(10)에 휨이 발생하고 있는 경우의 이격 거리 t의 제어에 대하여 설명한다. 우선, 브러시(4)가, 브러시 구동부(5)에 의해 웨이퍼(10) 상에서 웨이퍼(10) 이면으로부터 충분히 이격된 위치에 배치된다.
다음에, 센서부(6)가, 센서부(6)부터 브러시(4)까지의 거리 및 센서부(6)부터 웨이퍼(10) 이면(제3 피막(13))까지의 거리를 측정한다. 센서부(6)는, 예를 들어 수직 방향에 있어서, 센서부(6)부터 브러시(4)까지의 거리 및 센서부(6)부터 브러시(4)의 주변 영역에 있어서의 웨이퍼(10) 이면(제3 피막(13))의 평탄면까지의 거리를 측정한다. 센서부(6)는, 제어부(8)가 센서 구동부(7)를 제어함으로써 브러시(4)와 동기하여 이동 가능하고, 브러시(4)의 이동에 맞춘 측정이 가능하다. 그리고 센서부(6)는, 이들 측장 정보를 제어부(8)에 보낸다.
제어부(8)는, 브러시(4)의 측정 기준 위치(브러시(4)의 본체부의 위치)부터 브러시 모(4a)의 선단까지의 길이에 관한 정보를, 예를 들어 제어부(8) 내에 갖는 기억부에 기억해 둔다. 제어부(8)는, 이 정보와 센서부(6)로부터 보내진 측장 정보에 기초하여, 브러시 모(4a)의 선단부터 웨이퍼(10) 이면의 평탄면까지의 거리를 산출한다. 센서부(6)와 제어부(8)에 의해, 브러시 모(4a)의 선단부와 웨이퍼(10) 이면의 평탄면까지의 거리를 검출하는 검출부가 구성된다. 그리고 제어부(8)는, 브러시(4)를 웨이퍼(10)의 면 방향으로 이동시켜 세정 처리를 행할 때에, 이 거리가, 웨이퍼(10)의 볼록부(13a) 위를 제외하고, 대략 일정한 이격 거리 t로 되도록 브러시(4)의 높이를 제어한다. 이에 의해, 웨이퍼(10)의 휨의 상태를 반영시켜 세정 처리를 행할 수 있다.
이렇게 웨이퍼(10)의 휨 상태에 의한 이격 거리 t의 변화를 보면서 제어하는 경우의 웨이퍼(10)의 회전수는, 보다 저속의 회전수가 바람직하다. 특히 웨이퍼(10)의 면 내의 중심으로부터 외주에 걸쳐 휨의 경향이 균일하게 되어 있는 경우에는 유효하다. 또한, 센서부(6)와 제어부(8)에 의해 웨이퍼(10)의 휨의 경향에 관한 정보를 취득한 후에, 웨이퍼(10)의 회전수를 올려도 좋다.
또한, 센서부(6)가 측정한 웨이퍼(10) 이면(제3 피막(13))까지의 거리에 있어서, 제3 피막(13)에 있어서의 볼록부(13a)에 기인한 거리의 변화와, 웨이퍼(10)의 휨에 기인한 거리의 변화는, 예를 들어 이하와 같이 하여 판별하는 것이 가능하다. 예를 들어 브러시(4) 주위에 있어서 복수점을 측정하여, 그 평균값 등에 의해 판별한다. 예를 들어 웨이퍼(10) 이면(제3 피막(13))까지의 거리가 평균값보다 소정 거리이상 짧은 경우에, 볼록부(13a)에 기인한 거리의 변화라고 판별한다. 또한, 예를 들어 소정의 범위만큼 웨이퍼(10) 이면(제3 피막(13))까지의 거리가 평균값보다 긴 경우에, 웨이퍼(10)의 휨에 기인한 거리의 변화라고 판별한다.
상술한 센서부(6)에 의한 측정은, 세정 처리를 실시하면서 행할 수 있다. 또한, 세정 처리를 실시하기 전에, 상술한 센서부(6)에 의한 측정을 미리 행하여 웨이퍼(10) 이면에 있어서의 휨에 관한 정보를 제어부(8)의 기억부에 기억하는 것도 가능하다. 이 경우는, 제어부(8)는, 기억부에 기억한 웨이퍼(10)의 휨에 관한 정보를 사용하여, 웨이퍼(10)의 휨의 상태를 반영시켜 브러시 모(4a)의 선단부터 웨이퍼(10) 이면까지의 거리를 제어할 수 있다. 또한, 센서부(6), 센서 구동부(7) 및 기억부 등의 이격 거리 t의 제어에 관한 기능부를 세정 장치(1)와는 별도 장치로 하는 것도 가능하다.
도 3a 내지 도 3c는, 제1 실시 형태에 관한 세정 장치(1)에 의한 다른 웨이퍼(101)의 이면의 세정 방법을 모식적으로 설명하는 단면도이다. 이 웨이퍼(101)는, 디바이스면에 포토레지스트막이 형성된 노광 전의 상태의 웨이퍼이다. 또한, 반도체 디바이스면에 포토레지스트가 형성되기 전의 상태의 웨이퍼에 대하여 세정 장치(1)에 의한 세정 처리를 실시해도 좋다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(101)의 이면에는 웨이퍼(101) 자체의 이면에 흠집이 나, 볼록부(101a)가 형성되어 있다. 즉, 볼록부(101a)는, 웨이퍼(101)의 이면과 동일한 재료로 이루어지는 볼록부이다. 또한, 웨이퍼(101)의 이면에는, 상기 웨이퍼(101)의 이면과 상이한 재료로 이루어지는 이물질(22)이 부착되어 있다.
상술한 웨이퍼(10) 이면에 대한 세정 처리의 경우와 마찬가지로 하여 웨이퍼(101)에 대하여 세정 처리를 실시한다. 이 경우도, 도 3b에 도시된 바와 같이 브러시(4)와 웨이퍼(101)가 상대적으로 이동함으로써, 브러시 모(4a)가 볼록부(101a)에 접촉한다. 이에 의해, 볼록부(101a)는 브러시(4)에 의해 연삭되어, 도 3c에 도시된 바와 같이 브러시 모(4a)와 웨이퍼(101)의 이면의 평탄면의 거리에 상당하는 높이, 즉 이격 거리 t에 상당하는 두께만큼 남기고 제거된다. 또한, 웨이퍼(101)의 이면에 부착된 이물질(22)은, 브러시 모(4a)가 접촉됨으로써 연마되거나 또는 벗겨져 제거된다.
반도체 장치의 제조 프로세스에서는, 예를 들어 패터닝된 막을 웨이퍼 상에 형성하기 위해, 포토리소그래피 공정이 실시된다. 포토리소그래피 공정은, 크게 구별하여, 웨이퍼 상에 퇴적된 패터닝해야 할 막 상에 감광성 막을 도포하는 포토레지스트막 형성 공정과, 포토레지스트막 상에 패턴을 노광하는 노광 공정과, 노광된 포토레지스트막을 현상하여 포토레지스트막의 일부를 제거하고, 레지스트 패턴을 형성하는 현상 공정으로 나뉜다. 이러한 포토리소그래피 공정에서, 설계대로 정확하게 레지스트 패턴을 형성하기 위해서는, 특히 노광 공정에서, 포토레지스트막 상에 흐려짐이 없는 마스크 패턴을 투영하는 것이 불가결하다. 즉, 설계대로의 정확한 포커스 위치를 실현하는 것이 필요해진다.
노광 시에 있어서 표면측의 이물질이 제거되었다고 해도, 웨이퍼의 이면에 형성된 누적 이물질 혹은 웨이퍼의 이면에 생긴 스크래치 등의 흠집에 의한 볼록부가 존재하는 경우, 이 볼록부에 기인하여 웨이퍼의 높이가 원하는 설정 높이로부터 어긋난다. 이로 인해, 수광면 위치가 포커스 위치로부터 광축 방향으로 어긋나는, 소위 디포커스가 발생해 버린다. 디포커스가 발생한 경우는, 설계대로의 레지스트 패턴이 형성되지 않기 때문에, 다시 포토리소그래피 공정(리워크)이 필요해진다. 리워크의 실시는, 생산 효율의 저하 요인이 된다. 또한, 포토리소그래피 공정은, 고가의 노광 장치를 사용하기 때문에, 비용이 높은 처리 공정이다. 따라서, 리워크의 실시는 생산 비용의 증가 요인이 된다.
전술한 바와 같이 웨이퍼에 존재하는 볼록부 중, 웨이퍼의 표면에 부착된 이물질은, 종래부터 사용되고 있는 브러시를 사용한 세정 장치에 의해 제거 가능하다. 그러나 한편, 웨이퍼의 이면에 있어서는, 도 2a, 도 3a에 도시된 바와 같은 이면의 표층과 동일한 재료로 이루어지는 볼록부도 존재한다. 이러한 볼록부는, 웨이퍼의 이면의 표층에 흠집이 난 경우나, 흠집이나 이물질의 부착이 있는 웨이퍼의 이면 상에 피막이 형성된 경우 등에 발생한다. 또한, 웨이퍼의 이면 상에 복수층의 피막이 적층되고, 그 중간의 피막에 흠집이나 이물질의 부착이 있는 경우에도 이러한 볼록부가 발생한다. 이렇게 웨이퍼의 이면측의 표층과 동일한 재료로 이루어지고 웨이퍼의 이면에 형성된 볼록부는, 브러시에 의해 쓸어내는 종래의 세정 장치로는 제거할 수 없다.
그러나 본 발명의 실시 형태에 의한 세정 장치(1)에 있어서는, 웨이퍼의 이면의 표층과 동일한 재료로 이루어지고 웨이퍼의 이면에 형성된 볼록부를 연삭하여 제거하는 것이 가능하다. 또한, 세정 장치(1)에 있어서는, 웨이퍼의 이면에 부착된 이물질도 연삭하거나 또는 웨이퍼의 이면으로부터 벗겨서 제거할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼의 이면의 평탄화 및 세정이 가능하다.
세정 장치(1)에 의한 웨이퍼의 이면의 세정 처리는, 예를 들어 리워크의 실시 대상이 된 웨이퍼에 대하여, 노광 공정 전, 바람직하게는 노광 공정 전 직전에 실시된다. 세정 장치(1)에 의한 이면의 세정 처리를 행한 웨이퍼에 대하여 노광 공정을 실시함으로써, 웨이퍼의 이면의 미소한 볼록부의 영향을 경감시켜 다시 디포커스의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 세정 장치(1)에 의한 세정 처리는, 포토리소그래피 공정에서의 노광 공정 전에 그때마다 모든 웨이퍼에 대하여 실시해도 좋다. 또한, 세정 장치(1)에 의한 세정 처리는, 포토레지스트막의 형성 전에 행해도 좋고, 포토레지스트막의 형성 후에 행해도 좋다.
또한, 상기의 실시 형태에 있어서는 웨이퍼(10) 이면 상의 이물질 및 볼록부의 제거 수단으로서 브러시(4)를 사용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 브러시(4) 대신에 예를 들어 웨이퍼(10)와의 대향면에 원기둥 형상을 이루도록 복수의 커터날이 배치된 커터를 사용하여, 상기와 마찬가지로 하여 이격 거리 t의 제어를 행하는 것도 가능하다.
상술한 세정 장치(1)에 있어서는, 종래의 CMP 기술과 같이 웨이퍼의 표층의 막 모두를 연마하여 평탄화하는 것이 아니고 볼록 형상의 부분만을 선택적으로 연삭하여 평탄화하여, 노광 시에 있어서의 웨이퍼의 이면의 미소한 요철의 영향을 경감시킬 수 있다. 이에 의해, 리워크의 발생을 억제하여, 생산 효율의 저하 및 생산 비용의 증가를 방지할 수 있다. 이러한 세정 장치(1)에 의한 세정 처리는, 특히 레지스트 패턴의 정밀도에 대한 노광 시의 포커스 어긋남의 영향이 큰 액침 노광에 적합하다.
또한, 상술한 세정 장치(1)는, CMP와 같이 슬러리 등의 연마재를 사용하지 않기 때문에, 간단한 구성의 장치로 용이하게 평탄화 처리가 가능하다.
또한, 포토리소그래피 공정에서의 디포커스의 발생 억제 이외에도, 세정 장치(1)에 의한 웨이퍼의 이면의 세정 처리는, 이면의 미소한 요철이 영향을 미치는 처리 전에 실시함으로써 이면의 미소한 요철에 기인한 문제의 발생을 방지하는 효과가 있다.
또한, 상기에 있어서는 브러시 모(4a)의 선단부가 웨이퍼(10) 이면의 평탄면으로부터 대략 일정한 이격 거리 t만큼 이격된 상태에서 세정 처리가 행하여지는 경우에 대하여 설명했지만, 이격 거리 t=0, 즉 브러시 모(4a)의 선단부가 웨이퍼(10) 이면의 평탄부에 접촉한 상태에서 웨이퍼(10) 이면의 세정 처리를 행해도 된다. 웨이퍼(10) 이면의 세정 처리에 있어서 이격 거리 t=0으로 하는 제어는, 센서부(6)와 제어부(8)에 의해 행해진다. 이 경우도, 웨이퍼(10) 이면과 동일한 재료로 이루어지는 볼록부 및 웨이퍼(10) 이면과 상이한 재료로 이루어지는 이물질을 웨이퍼(10) 이면으로부터 제거하여, 웨이퍼(10) 이면의 세정을 행할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 4는, 세정 장치(1)에 있어서 웨이퍼(10)의 미소한 휨에 대하여 일정 압력을 유지하면서 브러시(4)에 의한 세정 처리를 행하는 경우에 대하여 설명하는 개념도이다. 이 형태에서는, 미소한 휨이 발생하는 웨이퍼(10)에 대하여, 웨이퍼(10)의 상방으로부터 압력 A를 가하고, 웨이퍼(10)의 하방으로부터 압력 B를 가한다. 즉, 웨이퍼(10) 이면에는 압력 A를 가하고, 웨이퍼(10)의 디바이스면에는, 압력 B를 가한다. 여기서, 압력 A는, 웨이퍼(10) 이면에 브러시(4)가 접촉했을 때에 브러시(4)에 가하는 압력이다. 압력 B는 웨이퍼(10)의 미소한 휨을 보정하도록 도시하지 않은 가압 기구로부터 가해지는 압력이다. 가압 기구는, 웨이퍼(10)의 회전과 동기하여 회전하도록 웨이퍼(10)의 하방에 설치된다. 압력 B는, 웨이퍼(10) 이면의 전체면에 가해져도 좋고, 세정 처리 중에 웨이퍼(10)를 사이에 두고 브러시(4)에 대향하는 영역에 가해져도 좋다.
그리고, 브러시 구동부(5)측에서 예를 들어 에어 서스펜션과 같은 공기 스프링을 사용하여, 압력 A=압력 B로 되도록 제어부(8)가 제어를 행한다. 이러한 제어를 행하면서 브러시(4)를 웨이퍼의 이면에 접촉시킨 상태에서 이동시킴으로써, 제1 실시 형태의 경우와 같이 이격 거리 t를 측정하지 않고, 웨이퍼(10) 이면측의 표층과 동일한 재료로 이루어지고 웨이퍼(10) 이면에 형성된 볼록부를 연삭하여 제거하는 것이 가능하다. 또한, 웨이퍼(10) 이면에 부착된 이물질도 연삭하거나 또는 웨이퍼(10)의 이면으로부터 벗겨서 제거할 수 있다. 이에 의해, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 볼록 형상의 부분만을 선택적으로 연삭하여 평탄화할 수 있다.
이어서, 제2 실시 형태에 관한 웨이퍼 이면의 세정 처리에 대하여 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명한다. 도 5a 내지 도 5d는, 제2 실시 형태에 관한 웨이퍼 이면의 세정 방법을 모식적으로 설명하는 단면도이다. 또한, 도 5a 내지 도 5d에 있어서는, 도 2a 내지 도 2c와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있다.
우선, 웨이퍼(10)가, 이면이 상측을 향하도록 웨이퍼 보유 지지부(2)에 보유 지지된다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(10) 이면에는, 웨이퍼(10) 표면에 형성되는 반도체 디바이스 제조를 위한 각 공정에서 성막된 제1 피막(11), 제2 피막(12), 제3 피막(13)이 이 순서로 적층되어 있다. 웨이퍼(10) 이면의 최표층에 있는 제3 피막(13)에는, 볼록부(13a)가 형성되고, 또한 이물질(22)이 부착되어 있다. 웨이퍼(10)는, 반도체 디바이스면에 포토레지스트막이 형성된 노광 전의 상태의 웨이퍼이다.
이어서, 브러시(4)가, 브러시 구동부(5)에 의해 웨이퍼(10) 이면의 중심부에 배치된다. 브러시(4)는, 브러시 구동부(5)에 의해 브러시 모(4a)의 선단부가 제3 피막(13)의 평탄면에 접촉한 상태, 즉 이격 거리 t=0의 상태에서, 웨이퍼(10) 이면에 대하여 압력 A가 가해지도록 배치된다. 또한, 웨이퍼(10)의 디바이스면에 있어서는, 웨이퍼(10)를 사이에 두고 브러시(4)에 대향하는 영역에, 도시하지 않은 가압 기구에 의해 소정의 압력 B(정압)가 가해진다. 이때, 브러시 구동부(5)에서는, 공기 스프링을 사용하여 압력 A가 압력 B와 동일한 압력으로 설정된다(압력 A=압력 B). 그리고, 브러시(4)는, 브러시 구동부(5)의 구동에 의해 회전한다.
이어서, 웨이퍼 회전 구동부(3)가 웨이퍼 보유 지지부(2)를 수평하게 회전시킴으로써, 웨이퍼 보유 지지부(2)에 보유 지지된 웨이퍼(10)가 회전한다. 이어서, 브러시(4)는, 도 5b에 도시된 바와 같이 제3 피막(13)의 평탄면에 접촉한 상태에서, 웨이퍼 회전 구동부(3)의 구동과 함께 웨이퍼(10)의 반경 방향으로 수평하게 이동한다. 또한, 웨이퍼(10)의 디바이스면에 있어서는, 웨이퍼(10)를 사이에 두고 브러시(4)에 대향하는 영역에, 브러시(4)의 이동에 맞추어 가압 기구에 의해 압력 B가 가해진다. 그리고 브러시(4)는, 웨이퍼(10)의 반경 방향에 있어서 복수회, 웨이퍼(10) 위를 왕복 이동한다.
여기서, 도 5c에 도시된 바와 같이 브러시(4)의 브러시 모(4a)가 볼록부(13a)에 접촉하면, 브러시(4)는 상방에 밀어 올려지면서 볼록부(13a)를 연삭하여, 브러시(4)에 가해지는 압력(압력 A)이 상승한다. 볼록부(13a)를 통과하면, 브러시 모(4a)가 제3 피막(13)의 평탄면에 접촉한 상태로 되어, 브러시(4)에 가해지는 압력(압력 A)은 저하되어 압력 A=압력 B로 된다. 브러시 구동부(5)에서는, 브러시(4)에 가해지는 압력(압력 A)의 상승에 동기한 웨이퍼(10) 이면에 수직인 방향에 있어서의 브러시(4)의 변위를 공기 스프링의 탄성 작용에 의해 흡수할 수 있다. 또한, 브러시 구동부(5)에서는, 브러시가 웨이퍼(10) 상의 볼록부(13a)를 통과하여 볼록부(13a) 밖의 평탄부에 접촉했을 때, 공기 스프링의 탄성 작용에 의해 브러시(4)를 변위 상태로부터 원래의 상태로 복원 가능하다. 볼록부(13a)의 연삭을 반복하여 상기 볼록부(13a)의 높이가 낮아짐에 따라, 브러시(4)에 가해지는 압력(압력 A)의 상승 폭은 작아진다. 브러시(4)의 브러시 모(4a)가 이물질(22)에 접촉하는 경우도 마찬가지이다.
그리고 도 5d에 도시된 바와 같이 볼록부(13a) 및 이물질(22)이 없어진 시점에서, 웨이퍼(10) 이면에 있어서 항상 압력 A=압력 B(정압)로 된다. 즉, 웨이퍼(10) 이면의 전체면에서 압력 A=압력 B(정압)로 될 때까지 연삭을 행함으로써, 볼록부(13a) 및 이물질(22)을 제거하여 웨이퍼(10) 이면을 평탄하게 할 수 있다. 이에 의해, 이격 거리 t를 제어하지 않고, 웨이퍼(10) 이면의 볼록 형상의 부분만을 선택적으로 연삭하여 평탄화할 수 있다.
본 발명의 몇 개의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는, 그 밖의 여러 형태에서 실시되는 것이 가능하여, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (19)

  1. 반도체 웨이퍼를 보유 지지 가능한 보유 지지부와,
    선단부가 상기 반도체 웨이퍼의 이면측에서의 표층의 구성 재료보다 단단하고, 상기 보유 지지부에 의해 보유 지지된 상기 반도체 웨이퍼의 피처리면이 되는 반도체 웨이퍼 이면의 세정을 행하기 위한 제거부와,
    상기 제거부와 상기 반도체 웨이퍼를 상기 반도체 웨이퍼 이면에 대하여 평행한 방향에 있어서 상대적으로 이동시키는 이동 기구를 구비하고,
    상기 이동 기구는, 상기 제거부와 상기 반도체 웨이퍼를 상기 반도체 웨이퍼 이면에 대하여 평행한 방향에 있어서 상대적으로 이동시켜 상기 반도체 웨이퍼 이면의 표층과 동일한 재료로 이루어지는 볼록부에 상기 제거부의 선단부를 접촉시킴으로써, 상기 제거부는 상기 볼록부를 연삭하여 제거하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이동 기구는, 상기 제거부의 선단부와 상기 반도체 웨이퍼 이면의 거리를, 상기 제거부의 선단부가 상기 볼록부를 제외한 상기 반도체 웨이퍼 이면으로부터 이격함과 함께 상기 제거부의 선단부가 상기 볼록부에 접촉하는 대략 일정한 거리로 유지하면서, 상기 제거부와 상기 반도체 웨이퍼를 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제거부의 선단부와 상기 반도체 웨이퍼 이면의 거리를 검출하는 검출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 검출부는 거리 센서를 갖고, 상기 거리 센서에 의해 상기 거리 센서부터 상기 제거부까지의 거리 및 상기 센서부터 상기 반도체 웨이퍼 이면까지의 거리를 측정하고, 이 측정 결과에 기초하여 상기 제거부의 선단부와 상기 반도체 웨이퍼 이면의 거리를 검출하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 이동 기구는, 상기 볼록부에서 발생한 상기 제거부의 상기 반도체 웨이퍼 이면에 수직인 방향에 있어서의 변위를 탄성 작용에 의해 흡수 함과 함께 상기 볼록부 밖에서 상기 제거부를 변위 상태로부터 복원 가능하게 하면서, 상기 제거부를 상기 반도체 웨이퍼 이면에 소정의 압력으로 접촉시킨 상태에서, 상기 제거부와 상기 반도체 웨이퍼를 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼의 이면 상에 세정액을 공급하는 공급부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키는 구동부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 이동 기구는 상기 반도체 웨이퍼 상에서 상기 제거부를 상기 반도체 웨이퍼의 면 방향에 있어서 회전시키는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제거부는,
    상기 반도체 웨이퍼의 이면측에서의 표층의 구성 재료보다 단단한 선단부가 상기 볼록부에 접촉하여 상기 볼록부를 연삭하는 복수의 연삭부와,
    상기 복수의 연삭부를 지지하는 본체부를 갖는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제거부는 브러시인 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  11. 선단부가 반도체 웨이퍼의 이면측의 표층의 구성 재료보다 단단한 제거부를 상기 반도체 웨이퍼 이면에 대하여 평행한 방향에 있어서 상대적으로 이동시키고, 상기 반도체 웨이퍼 이면의 표층과 동일한 재료로 이루어지는 볼록부에 상기 제거부의 선단부를 접촉시킴으로써, 상기 볼록부를 연삭하여 제거하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제거부의 선단부와 상기 반도체 웨이퍼 이면의 거리를, 상기 제거부의 선단부가 상기 볼록부를 제외한 상기 반도체 웨이퍼 이면으로부터 이격함과 함께 상기 제거부의 선단부가 상기 볼록부에 접촉하는 일정한 거리로 유지하면서, 상기 제거부와 상기 반도체 웨이퍼를 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 볼록부에서 발생한 상기 제거부의 상기 반도체 웨이퍼 이면에 수직인 방향에 있어서의 변위를 탄성 작용에 의해 흡수함과 함께 상기 제거부를 변위 상태로부터 복원 가능하게 하면서, 상기 제거부를 상기 반도체 웨이퍼 이면에 소정의 압력으로 접촉시킨 상태에서, 상기 제거부와 상기 반도체 웨이퍼를 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  14. 제11항에 있어서, 이물질이 부착됨으로써 형성된 볼록부에 상기 제거부의 선단부를 접촉시킴으로써 상기 볼록부를 제거하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼 이면측의 표층에 흠집이 남으로써 형성된 볼록부에 상기 제거부의 선단부를 접촉시킴으로써 상기 볼록부를 제거하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시킴과 함께 상기 제거부와 상기 반도체 웨이퍼를 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼 상에서 상기 제거부를 상기 반도체 웨이퍼의 면 방향에 있어서 회전시키는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 제거부는,
    상기 반도체 웨이퍼의 이면측에서의 표층의 구성 재료보다 단단한 선단부가 상기 볼록부에 접촉하여 상기 볼록부를 연삭하는 복수의 연삭부와,
    상기 복수의 연삭부를 지지하는 본체부를 갖는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 제거부는 브러시인 것을 특징으로 하는 세정 방법.
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