KR20120132380A - 기판 세정 방법 및 롤 세정 부재 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 롤 세정 부재의 형상의 최적화를 도모하여, 기판 표면을 높은 세정도로 효율적으로 세정하여, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 저감시킬 수 있도록 하는 것이다.
표면에 다수의 노듈을 갖고 기판의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐서 직선 형상으로 연장되어 기판 표면과의 사이에 세정 에어리어를 형성하는 롤 세정 부재와 기판을 모두 일방향으로 회전시키면서, 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에 있어서, 세정 에어리어(길이 L) 상의 롤 세정 부재(16)와 기판(W)의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어(길이 Lf)에서는, 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어(길이 Li)보다도 적은 면적으로 노듈(16a)과 기판(W)의 표면을 서로 접촉시킨다.

Description

기판 세정 방법 및 롤 세정 부재{SUBSTRATE CLEANING METHOD AND ROLL CLEANING MEMBER}
본 발명은 세정액의 존재 하에서, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 원기둥 형상이고 장척 형상으로 연장되는 롤 세정 부재를 접촉시키면서, 기판 및 롤 세정 부재를 모두 일방향으로 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법 및 상기 기판 세정 방법에 사용되는 롤 세정 부재에 관한 것이다.
본 발명의 기판 세정 방법은 반도체 웨이퍼 표면의 세정이나, LCD(액정 디스플레이) 장치, PDP(플라즈마 디스플레이) 장치 및 CMOS 이미지 센서 등을 제조할 때의 기판 표면의 세정에도 사용된다.
최근의 반도체 디바이스의 미세화에 수반하여, 기판 상에 물성이 다른 다양한 재료의 막을 형성하여 이를 세정하는 것이 널리 행해지고 있다. 예를 들어, 기판 표면의 절연막 내에 형성한 배선 홈을 금속으로 메워 배선을 형성하는 다마신 배선 형성 공정에 있어서는, 다마신 배선 형성 후에 화학 기계적 연마(CMP)로 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 등이 존재하고, 기판 표면의 세정이 불충분해져 기판 표면에 잔사물이 남으면, 기판 표면의 잔사물이 남은 부분으로부터 리크가 발생하거나, 밀착성 불량의 원인이 되는 등 신뢰성의 점에서 문제가 된다. 이로 인해, 금속막, 배리어막 및 절연막 등의 물에 대한 습윤성이 다른 막이 노출된 기판 표면을 높은 세정도로 세정할 필요가 있다.
CMP 후의 기판 표면을 세정하는 세정 방법으로서, 세정액의 존재 하에서, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 원기둥 형상의 장척 형상으로 연장되는 롤 세정 부재(롤 스펀지 또는 롤 브러시)를 접촉시키면서, 기판 및 롤 세정 부재를 모두 일방향으로 회전시켜 기판의 표면을 세정하는 스크럽 세정이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조). 이러한 종류의 스크럽 세정에 있어서, 롤 세정 부재는, 일반적으로, 기판의 직경보다도 약간 긴 길이를 갖고 있고, 그 중심축(회전축)이 기판의 회전축과 직교하는 위치에 위치하도록 배치된다. 그리고, 기판 표면을, 그 직경 방향의 전체 길이에 걸쳐서 롤 세정 부재에 접촉시키면서, 회전축을 중심으로 기판을 회전시켜 롤 세정 부재에 문질러 바름으로써 세정 특성을 얻도록 하고 있다.
회전 브러시의 스펀지 브러시(세정 부재)의 표면으로부터 액체 또는 기체를 분출시키면서 회전 브러시를 회전시켜 기판을 세정함으로써, 세정 불균일을 해소하고, 또한 브러시의 막힘을 방지할 수 있도록 한 기판 세정 방법이 제안되어 있다(특허 문헌 2 참조). 이 기판 세정 방법에서 사용되는 스펀지 브러시의 일례로서, 회전 브러시의 회전에 수반하여, 기판의 중앙으로부터 외주를 향하는 약액(세정액)의 흐름이 형성되는 나선 형상 홈을 외주면에 형성한 것을 들 수 있다.
출원인은 기판의 직경의 약 절반의 영역에서, 기판과 롤(롤 세정 부재)을 서로 미끄럼 접촉시켜 기판을 세정하도록 한 기판 처리 장치를 제안하고 있다(특허 문헌 3 참조). 이 기판 처리 장치에 있어서, 롤과 기판의 미끄럼 이동부에 있어서의 미끄럼 이동 방향은 서로 반대 방향에 있는 것이 바람직하다. 또한, 출원인은 기판의 외주부에서만 기판과 롤(롤 세정 부재)을 서로 미끄럼 접촉시켜 기판의 외주부를 세정하도록 한 기판 처리 장치를 제안하고 있다(특허 문헌 4 참조).
또한, 롤체(롤 세정 부재)의 외주 부분을, 피세정면의 내측 영역에 접촉하는 중앙 영역과 피세정면의 외측 영역에 접촉하는 외측 단부 영역으로 구분하여, 롤체의 외주 부분의 피세정면에 대한 접촉 강도가, 상기 중앙 영역의 쪽이 상기 외측 단부 영역보다도 낮게 설정되도록 한 세정용 스펀지 롤러가 제안되어 있다(특허 문헌 5 참조).
일본 특허 출원 공개 평10-308374호 공보 일본 특허 출원 공개 제2000-15190호 공보 일본 특허 출원 공개 제2002-313767호 공보 일본 특허 출원 공개 제2002-280344호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-117765호 공보
기판의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐서 연장되는 롤 세정 부재와 기판을 모두 일방향으로 회전시키면서, 기판 표면에 롤 세정 부재를 문질러 발라 상기 표면을 스크럽 세정하면, 기판 표면은 롤 세정 부재와 접촉하여 직선 형상으로 연장되는 세정 에어리어에서 세정되고, 이 세정 에어리어는 기판과 롤 세정 부재의 상대 회전 속도가 상대적으로 높아 높은 물리 세정성이 얻어지는 역방향 세정 에어리어와, 기판과 롤 세정 부재의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮아 낮은 물리 세정성밖에 얻어지지 않는 순방향 세정 에어리어로 나뉜다. 그리고, 순방향 세정 에어리어에는 세정 조건에 의해, 기판과 롤 세정 부재의 상대 회전 속도가 제로로 되는 영역이 발생하고, 이 상대 회전 속도가 제로로 되는 영역 및 그 주변 등에서는, 롤 세정 부재를 기판에 대해 단순히 압박하고만 있는(스탬프하고 있는) 상황에 있다. 이로 인해, 롤 세정 부재와의 접촉에 의해 기판 표면이 역오염되어 버리는 경우가 있다.
특허 문헌 1 내지 5에 기재된 발명은 상기와 같은 롤 세정 부재를 사용한 스크럽 세정에 있어서의 물리 세정성의 차이를 고려하여, 롤 세정 부재의 형상의 최적화를 도모하도록 한 것은 아니다. 이로 인해, 세정 처리에 의해, 기판이 롤 세정 부재에 의해 역오염되어, 본래의 세정 능력 이상의 세정 능력이 필요해지는 경우가 있다고 생각된다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 롤 세정 부재의 형상의 최적화를 도모하여, 기판의 역오염을 방지하면서, 기판 표면을 높은 세정도로 효율적으로 세정하여, 기판 표면에 잔존하는 디펙트를 저감시킬 수 있도록 한 기판 세정 방법 및 상기 기판 세정 방법에 사용되는 롤 세정 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기판 세정 방법은 표면에 다수의 노듈을 갖고 기판의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐서 직선 형상으로 연장되어 기판 표면과의 사이에 세정 에어리어를 형성하는 롤 세정 부재와 기판을 모두 일방향으로 회전시키면서, 상기 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에 있어서, 상기 세정 에어리어 상의 상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어에서는 상기 세정 에어리어 상의 상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어보다도 적은 면적으로 상기 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시킨다.
세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어에서는 낮은 물리 세정성밖에 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 제로의 영역 및 그 주변 등에서는 기판 표면이 롤 세정 부재와의 접촉에 의해 역오염될 우려가 있고, 세정 에어리어 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어에서는 높은 물리 세정성이 얻어진다. 이로 인해, 순방향 세정 에어리어에서는 역방향 세정 에어리어보다도 적은 면적으로 롤 세정 부재의 표면에 형성한 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시킴으로써, 역오염에 수반하는 세정 부하를 저감시키면서, 기판 표면의 세정도를 높여, 세정 프로세스 웨이도우를 더욱 확대할 수 있다.
상기 롤 세정 부재의 회전에 수반하여, 기판 상의 상기 순방향 세정 에어리어에 존재하는 세정액을 기판의 중심부로부터 외주부를 향해 퍼내는 것이 바람직하다.
이에 의해, 기판 상의 순방향 세정 에어리어에 존재하는 세정액을, 세정 중에 기판의 중심부로부터 외주부를 향해 미끄럽게 이동시켜, 기판의 외주부로부터 외부로 배출함으로써, 세정 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 다른 기판 세정 방법은 표면에 다수의 노듈을 갖고 기판의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐서 직선 형상으로 연장되어 기판 표면과의 사이에 세정 에어리어를 형성하는 롤 세정 부재와 기판을 모두 일방향으로 회전시키면서, 상기 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에 있어서, 상기 세정 에어리어 상의 상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어 및 상기 세정 에어리어 상의 상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어의 반역 방향 세정 에어리어측 단부에서만 상기 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시킨다.
이에 의해, 순방향 세정 에어리어의 반역 방향 세정 에어리어측 단부 이외의 영역에서 롤 세정 부재와 기판 표면이 서로 접촉하지 않도록 하여, 롤 세정 부재의 기판 표면으로의 접촉에 의한 역오염을 방지할 수 있다. 또한, 상대 회전 속도가 비교적 높은 순방향 세정 에어리어의 반역 방향 세정 에어리어측 단부를 세정에 유효하게 이용하면서, 롤 세정 부재를, 기판의 직경 방향에 따른 외주부에서, 소위 양단부 지지로 함으로써, 기판의 중심부에 응력 집중이 발생하여 세정 능력이 저하되어 버리는 것을 회피할 수 있다.
본 발명의 롤 세정 부재는 표면에 다수의 노듈을 갖고, 기판의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐서 직선 형상으로 연장되어 기판 표면과의 사이에 세정 에어리어를 형성하여, 기판과 함께 일방향으로 회전시키면서 상기 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정하는 롤 세정 부재이며, 상기 세정 에어리어 상의 기판과의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역에 형성되는 상기 노듈의 분포 밀도를, 상기 세정 에어리어 상의 기판과의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역에 형성되는 상기 노듈의 분포 밀도보다 낮게 하고 있다.
상기 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역에는 회전에 수반하여, 세정액을 기판의 중심부로부터 외주부를 향해 퍼내는 방향으로 나선 형상으로 연속한 나선 홈이 노듈 사이에 형성되도록, 상기 노듈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 롤 세정 부재는 표면에 다수의 노듈을 갖고, 기판의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐서 직선 형상으로 연장되어 기판 표면과의 사이에 세정 에어리어를 형성하여, 기판을 모두 일방향으로 회전시키면서 상기 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정하는 롤 세정 부재이며, 상기 세정 에어리어 상의 기판과의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 및 상기 세정 에어리어 상의 기판과의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어의 반역 방향 세정 에어리어측 단부에 대응하는 영역에만 상기 노듈이 형성되어 있다.
본 발명의 기판 세정 방법에 따르면, 롤 세정 부재를 사용한 스크럽 세정에 있어서의 물리 세정성의 차이를 고려하여, 롤 세정 부재의 형상을 최적화함으로써, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면을 높은 세정도로 효율적으로 세정하여, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 기판 세정 방법에 사용되는 스크럽 세정 장치의 일례를 도시하는 개요도.
도 2는 도 1에 도시하는 스크럽 세정 장치의 롤 세정 부재와 기판의 관계를 나타내는 개요도.
도 3은 도 1에 도시하는 스크럽 세정 장치의 롤 세정 부재와 기판의 관계를 나타내는 평면도.
도 4의 (a)는 순방향 세정 에어리어에 있어서의 기판과 롤 세정 부재를 그들의 회전 속도와 함께 나타내는 단면도이고, (b)는 역방향 세정 에어리어에 있어서의 기판과 롤 세정 부재를 그들의 회전 속도와 함께 나타내는 단면도.
도 5는 도 1에 도시하는 스크럽 세정 장치에 사용되고 있는, 본 발명의 실시 형태의 롤 세정 부재를 도시하는 정면도.
도 6은 도 5에 도시하는 롤 세정 부재를 사용하여 기판을 스크럽 세정할 때의 상태를 도시하는 개요도.
도 7은 제1 실시예, 제1 종래예 및 제1 비교예에 있어서의, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 계측한 결과를 나타내는 도면.
도 8의 (a)는 제1, 제2 종래예로서 사용되는 롤 세정 부재를 도시하는 정면도이고, (b)는 (a)에 도시하는 롤 세정 부재로 기판을 세정할 때의 상태를 도시하는 개요도.
도 9의 (a)는 제1 비교예로서 사용되는 롤 세정 부재를 도시하는 정면도이고, (b)는 (a)에 도시하는 롤 세정 부재로 기판을 세정할 때의 상태를 도시하는 개요도.
도 10은 본 발명의 다른 실시 형태의 롤 세정 부재를 기판과 함께 도시하는 정면도.
도 11은 제2 실시예, 제2 종래예 및 제2 비교예에 있어서의, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 계측한 결과를 나타내는 도면.
도 12는 제2 비교예로서 사용되는 롤 세정 부재를 기판과 함께 도시하는 정면도.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 기판 세정 방법에 사용되는 스크럽 세정 장치의 일례를 도시하는 개요도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 이 스크럽 세정 장치는 표면을 위로 하고 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)의 주연부를 지지하여 기판(W)을 수평 회전시키는, 수평 방향으로 이동 가능한 복수개(도면에서는 4개)의 스핀들(10)과, 스핀들(10)로 지지하여 회전시키는 기판(W)의 상방으로 승강 가능하게 배치되는 상부 롤 홀더(12)와, 스핀들(10)로 지지하여 회전시키는 기판(W)의 하방으로 승강 가능하게 배치되는 하부 롤 홀더(14)를 구비하고 있다.
상부 롤 홀더(12)에는 원기둥 형상이고 장척 형상으로 연장되는, 예를 들어 PVA로 이루어지는 상부 롤 세정 부재(롤 스펀지)(16)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 하부 롤 홀더(14)에는 원기둥 형상이고 장척 형상으로 연장되는, 예를 들어 PVA로 이루어지는 하부 롤 세정 부재(롤 스펀지)(18)가 회전 가능하게 지지되어 있다.
상부 롤 홀더(12)는 상부 롤 홀더(12)를 승강시켜, 상부 롤 홀더(12)로 회전 가능하게 지지한 상부 롤 세정 부재(16)를 화살표 F1로 나타낸 바와 같이 회전시키는, 도시하지 않은 구동 기구에 연결되어 있다. 하부 롤 홀더(14)는 하부 롤 홀더(14)를 승강시켜, 하부 롤 홀더(14)로 회전 가능하게 지지한 하부 롤 세정 부재(18)를 화살표 F2로 나타낸 바와 같이 회전시키는, 도시하지 않은 구동 기구에 연결되어 있다.
스핀들(10)로 지지하여 회전시키는 기판(W)의 상방에 위치하여, 기판(W)의 표면(상면)에 세정액을 공급하는 상부 세정액 공급 노즐(20)이 배치되고, 스핀들(10)로 지지하여 회전시키는 기판(W)의 하방에 위치하여, 기판(W)의 이면(하면)에 세정액을 공급하는 하부 세정액 공급 노즐(22)이 배치되어 있다.
상기 구성의 스크럽 세정 장치에 있어서, 스핀들(10)의 상부에 설치한 작은 바퀴(24)의 외주 측면에 형성한 끼워 맞춤 홈(24a) 내에 기판(W)의 주연부를 위치시키고 내측으로 압박하여 작은 바퀴(24)를 회전(자전)시킴으로써, 기판(W)을 화살표 E로 나타낸 바와 같이 수평으로 회전시킨다. 이 예에서는, 4개 중 2개의 작은 바퀴(24)가 기판(W)에 회전력을 부여하고, 다른 2개의 작은 바퀴(24)는 기판(W)의 회전을 받는 베어링의 작용을 하고 있다. 또한, 모든 작은 바퀴(24)를 구동 기구에 연결하여, 기판(W)에 회전력을 부여하도록 해도 좋다.
이와 같이 기판(W)을 수평으로 회전시킨 상태에서, 상부 세정액 공급 노즐(20)로부터 기판(W)의 표면(상면)으로 세정액(약액)을 공급하면서, 상부 롤 세정 부재(16)를 회전시키면서 하강시켜 회전 중인 기판(W)의 표면에 접촉시키고, 이에 의해, 세정액의 존재 하에서, 기판(W)의 표면을 상부 롤 세정 부재(16)로 스크럽 세정한다. 상부 롤 세정 부재(16)의 길이는 기판(W)의 직경보다 약간 길게 설정되어 있다. 그리고, 상부 롤 세정 부재(16)는 그 중심축(회전축) 01이, 기판(W)의 회전축 O2와 대략 직교하는 위치에 위치하고, 기판(W)의 직경의 전체 길이에 걸쳐서 연장되도록 배치되고, 이에 의해, 기판(W)의 전체 표면이 동시에 세정된다.
동시에, 하부 세정액 공급 노즐(22)로부터 기판(W)의 이면(하면)으로 세정액을 공급하면서, 하부 롤 세정 부재(18)를 회전시키면서 상승시켜 회전 중인 기판(W)의 이면에 접촉시키고, 이에 의해, 세정액의 존재 하에서, 기판(W)의 이면을 하부 롤 세정 부재(18)로 스크럽 세정한다. 상부 롤 세정 부재(16)의 길이는 기판(W)의 직경보다 약간 길게 설정되어 있고, 전술한 기판(W)의 표면과 대략 마찬가지로, 기판(W)의 전체 이면이 동시에 세정된다.
상기와 같이 하여, 기판(W)의 표면을 상부 롤 세정 부재(이하, 단순히 롤 세정 부재라고 함)(16)로 세정할 때, 도 2에 도시한 바와 같이, 기판(W)과 롤 세정 부재(16)는 롤 세정 부재(16)의 축방향을 따라서 기판(W)의 직경 방향의 전체 길이에 걸쳐서 직선 형상으로 연장되는, 길이 L의 세정 에어리어(30)에서 서로 접촉하고, 이 세정 에어리어(30)에 따른 위치에서 기판(W)의 표면이 스크럽 세정된다.
여기에, 도 3에 도시한 바와 같이, 기판(W)의 회전축 O2를 중심으로 한 회전에 수반하는 세정 에어리어(30)에 따른 기판의 회전 속도 VW의 크기는, 기판(W)의 회전축 O2 상에서 제로로 되고, 회전축 O2를 사이에 두고 기판(W)의 회전 속도 Vw의 방향(세정 방향)이 서로 반대로 된다. 한편, 롤 세정 부재(16)의 회전에 수반하는 세정 에어리어(30)에 따른 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 VR의 크기는 세정 에어리어(30)의 전체 길이에 걸쳐서 일정하고, 회전 속도 VR의 방향(세정 방향)도 동일해진다.
또한, 도 3은 도 2에 도시한 바와 같이, 세정 에어리어(30)를 따라서 x축을, 기판(W)의 표면의 상기 x축에 직교하는 방향으로 y축을 취하고, x-y 평면의 원점을, 기판(W)의 회전축 O2가 지나도록 하고 있다.
이로 인해, 세정 에어리어(30)는 기판(W)의 회전축 O2를 사이에 두고, 기판(W)의 회전 속도 VW의 방향과 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 VR의 방향이 동일해지는, 길이 Lf의 순방향 세정 에어리어(32)와, 기판(W)의 회전 속도 VW의 방향과 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 VR의 방향이 서로 역방향으로 되는, 길이 Li의 역방향 세정 에어리어(34)로 나뉜다.
순방향 세정 에어리어(32)에서는, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(W)의 회전 속도 VW와 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 VR의 상대 회전 속도의 크기가, 양자의 회전 속도의 크기의 차의 절대값으로 되어, 상대적으로 낮아진다. 한편, 역방향 세정 에어리어(34)에서는, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 기판(W)의 회전 속도 VW와 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 VR의 상대 회전 속도의 크기가, 양자의 회전 속도의 크기의 합으로 되어, 상대적으로 높아진다. 이로 인해, 기판(W)의 회전 속도 VW와 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 VR의 크기에 따라서는, 도 3에 도시한 바와 같이 양자의 상대 회전 속도의 크기가 제로(VW＝VR)로 되어, 기판(W)이 세정되지 않는 영역 M이 발생하는 경우가 있다.
이 기판(W)이 세정되지 않는 영역 M은 기판(W)과 롤 세정 부재(16)가 단순히 접촉하고 있을 뿐이고, 기판(W)의 표면의 롤 세정 부재(16)에 의한 스크럽 세정이 행해지지 않고, 반대로 롤 세정 부재(16)에 부착된 잔사 등이 기판(W)의 표면에 압박되어 재부착되고, 기판(W)의 표면의 오염의 원인이 된다고 생각된다.
도 5는 도 1에 도시하는 스크럽 세정 장치에 구비되어 있는, 본 발명의 실시 형태의 롤 세정 부재(16)를 도시하는 정면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 롤 세정 부재(16)는 표면에 다수의 노듈(돌기)(16a)을 갖고 있고, 이 노듈(16a)의 표면(외측 단부면)을 기판(W)의 표면에 접촉시켜 상기 표면을 세정하도록 구성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 롤 세정 부재(16)와 기판(W)의 표면은 길이 L의 세정 에어리어(30)에서 서로 접촉하는 것이지만, 롤 세정 부재(16)의 표면에는 다수의 노듈(16a)이 형성되어 있고, 이로 인해, 세정 에어리어(3b)에서 롤 세정 부재(16)에 형성된 노듈(16a)의 표면과 기판(W)의 표면이 서로 접촉한다. 그리고, 길이 L의 세정 에어리어(80)는 롤 세정 부재(16)와 기판(W)의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어(32)(길이 Lf)와, 롤 세정 부재(16)와 기판(W)의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어(34)(길이 Li)로 나뉜다.
따라서, 이 예에서는, 롤 세정 부재(16)를, 그 길이 방향을 따라서, 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A1과, 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A2의 2개의 영역으로 나누고, 롤 세정 부재(16)의 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A1의 표면에 형성되는 노듈(16a)의 분포 밀도가, 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A2의 표면에 형성되는 노듈(16a)의 분포 밀도보다도 낮아지도록 하고 있다.
이 예에서는, 롤 세정 부재(16)의 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A2의 표면에 형성되는 노듈(16a)의 분포 밀도를 1(100％)로 했을 때, 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A1의 표면에 형성되는 노듈(16a)의 분포 밀도가 0.5(50％)로 되도록 하고 있다. 이 롤 세정 부재(16)의 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A1의 표면에 형성되는 노듈(16a)의, 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A2의 표면에 형성되는 노듈(16a)에 대한 분포 밀도를, 세정 조건 등에 맞추어 임의로 설정할 수 있는 것은 물론이다.
또한, 이 예에서는, 롤 세정 부재(16)의 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A1의 표면에는 롤 세정 부재(16)의 회전에 수반하여, 순방향 세정 에어리어에 존재하는 세정액을 기판(W)의 중심부로부터 외주부로 퍼내는 방향으로 나선 형상으로 연속한 나선 홈(16b)이 길이 방향을 따라서 서로 인접하는 노듈(16a) 사이에 형성되도록, 노듈(16a)이 형성되어 있다.
이에 의해, 기판(W) 상의 순방향 세정 에어리어(32)에 존재하는 세정액을, 롤 세정 부재(16)의 회전에 수반하여, 세정 중에 기판(W)의 중심부로부터 외주부를 향해 미끄럽게 이동시켜, 기판(W)의 외주부로부터 외부로 배출함으로써, 세정 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 기판 세정 방법은 도 5에 도시하는 롤 세정 부재(16)를 구비한, 도 1에 도시하는 스크럽 세정 장치를 사용하여, 스핀들(10)로 수평으로 보유 지지하여 회전시킨 기판(W)의 표면에, 롤 세정 부재(16)를 회전시키면서 롤 세정 부재(16)의 노듈(16a)을 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정한다. 이 스크럽 세정 시에, 기판(W)의 표면에 상부 세정액 공급 노즐(20)로부터 세정액을 공급한다. 이 스크럽 세정 시의 개요를 도 6에 도시한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 기판(W)과 롤 세정 부재(16)가 서로 접촉하는 길이 L의 세정 에어리어(30)(도 2 참조) 상의 롤 세정 부재(16)와 기판(W)의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은, 길이 Lf의 순방향 세정 에어리어(32)(도 2 참조)에서는, 세정 에어리어(30) 상의 롤 세정 부재(16)와 기판(W)의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은, 길이 Li의 역방향 세정 에어리어(34)(도 2 참조)보다도 적은 면적으로, 롤 세정 부재(16)에 형성한 노듈(16a)과 기판(W)의 표면이 서로 접촉한다.
이와 같이, 순방향 세정 에어리어(32)에서는 역방향 세정 에어리어(34)보다도 적은 면적으로 롤 세정 부재(16)의 표면에 형성한 노듈(16a)과 기판(W)의 표면을 서로 접촉시킴으로써, 역오염에 수반하는 세정 부하를 저감시키면서, 기판 표면의 세정도를 높여, 세정 프로세스 웨이도우를 더욱 확대할 수 있다.
이 스크럽 세정 시에, 순방향 세정 에어리어(32)에 존재하는 세정액은 롤 세정 부재(16)의 회전에 수반하여, 노듈(16a) 사이에 형성된 나선 홈(16b)을 따라서, 기판(W)의 중심부로부터 외주부를 향해 매끄럽게 흘러 외부로 배출된다.
또한, 상기는 기판의 표면의 세정에 대해 설명하고 있지만, 기판의 이면에 있어서도, 기판의 표면과 대략 마찬가지로 세정해도 되는 것은 물론이다. 이는, 이하의 예에 있어서도 마찬가지이다.
도 5에 도시하는 롤 세정 부재(16)를 구비한, 도 1에 도시하는 스크럽 세정 장치를 사용하여, 기판 표면을, 세정 조건 a, b 및 c로 세정했을 때의 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 계측한 결과를 도 7에 제1 실시예로서 나타낸다.
또한, 도 8의 (a)에 도시하는, 노듈(40a)이 전체 표면에 대략 균등하게 형성되어 있는 종래의 일반적인 롤 세정 부재(40)를 구비한, 도 1에 도시하는 스크럽 세정 장치를 사용하여, 기판 표면을, 제1 실시예와 동일한 세정 조건 a, b 및 c로 세정했을 때의 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 계측한 결과를 도 7에 제1 종래예로서 나타내고 있다. 도 8의 (b)는 이 롤 세정 부재(40)로 기판(W)의 표면을 세정하고 있을 때의 개요를 도시하고 있다.
또한, 도 9의 (a)에 도시하는, 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A2에 형성되는 노듈(42a)의 분포 밀도가, 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A1에 형성되는 노듈(42a)의 분포 밀도보다도 낮아지도록(이 예에서는 50％) 한 롤 세정 부재(42)를 구비한, 도 1에 도시하는 스크럽 세정 장치를 사용하여, 기판 표면을, 제1 실시예와 동일한 세정 조건 a, b 및 c로 세정했을 때의 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 계측한 결과를 도 7에 제1 비교예로서 나타내고 있다. 도 9의 (b)는 이 롤 세정 부재(42)를 사용하여 기판(W)의 표면을 세정하고 있을 때의 개요를 도시하고 있다.
또한, 도 7의 종축은 제1 종래예에 있어서, 조건 a로 기판 표면을 세정했을 때의 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 1.0으로 했을 때의 디펙트수의 비율(임의 단위)을 나타내고 있다.
도 7로부터, 제1 비교예에 있어서는, 제1 종래예에 비교하여, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수가 증가하고 있고, 이것으로부터, 도 2에 도시하는 역방향 세정 에어리어(34)에서 기판과 롤 세정 부재의 표면에 형성되는 노듈이 접촉하는 접촉 면적을 줄이면, 세정 능력이 떨어지는 것을 알 수 있다. 그리고, 제1 실시예에 있어서는, 제1 비교예, 또한 제1 종래예에 비교하여, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수가 감소하고 있고, 이것으로부터, 도 2에 도시하는 순방향 세정 에어리어(32)에서 기판과 롤 세정 부재의 표면에 형성되는 노듈이 접촉하는 접촉 면적을 줄임으로써, 높은 세정도로 기판 표면을 효율적으로 세정하여, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 형태의 롤 세정 부재(50)를 기판(W)과 함께 도시하는 정면도이다. 이 예의 롤 세정 부재(50)의 도 5에 도시하는 롤 세정 부재(16)와 다른 점은 이하와 같다. 즉, 롤 세정 부재(50)는 그 길이 방향에 따라서, 길이 Lf의 순방향 세정 에어리어(32)(도 2 참조)에 대응하는 영역 A1과, 길이 Li의 역방향 세정 에어리어(34)(도 2 참조)에 대응하는 영역 A2의 2개의 영역으로 나뉘어 있다. 그리고, 롤 세정 부재(50)의 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A2의 표면에는 노듈(50a)이 균등하게 형성되어 있다. 한편, 롤 세정 부재(50)의 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A1에는 반역 방향 세정 에어리어측 단부 A3의 표면에만 노듈(50a)이 형성되어 있다. 즉, 롤 세정 부재(50)의 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A1의 반역 방향 세정 에어리어측 단부 A3을 제외한 표면에는 노듈이 형성되어 있지 않다.
이에 의해, 롤 세정 부재(50)는 롤 세정 부재(50)의 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A2의 표면에 형성된 노듈(50a)의 표면과, 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A1의 반역 방향 세정 에어리어측 단부 A3의 표면에 형성된 노듈(50a)의 표면만 기판(W)과 접촉하여, 마치 기판(W)의 직경 방향에 따른 외주부의 지지점 S1, S2의 양단부에서 지지되는 것과 같이 구성되어 있다.
이 예의 롤 세정 부재(50)는, 예를 들어 도 1에 도시하는 스크럽 세정 장치의 롤 세정 부재(16) 대신에 사용된다. 그리고, 이 롤 세정 부재(50)를 구비한, 도 1에 도시하는 스크럽 세정 장치를 사용하여, 스핀들(10)로 수평으로 보유 지지하여 회전시킨 기판(W)의 표면에, 롤 세정 부재(50)를 회전시키면서 롤 세정 부재(50)의 노듈(50a)을 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정한다. 이 스크럽 세정 시에, 기판(W)의 표면에 상부 세정액 공급 노즐(20)로부터 세정액을 공급한다.
이 스크럽 세정 시에, 롤 세정 부재(50)의, 도 2에 도시하는 세정 에어리어(30) 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어(32)에 상당하는 영역 A2 및 세정 에어리어(30) 상의 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어(34)에 상당하는 영역 A1의 반역 방향 세정 에어리어측 단부 A3만 노듈(50a)과 기판(W)의 표면이 서로 접촉한다.
이와 같이, 롤 세정 부재(50)의 순방향 세정 에어리어에 상당하는 영역 A1의 반역 방향 세정 에어리어측 단부 A3 이외의 영역에서 롤 세정 부재(50)와 기판(W)의 표면이 서로 접촉하지 않도록 함으로써, 롤 세정 부재(50)의 기판(W)의 표면으로의 접촉에 의한 역오염을 방지할 수 있다. 또한, 상대 회전 속도가 비교적 높은, 순방향 세정 에어리어에 상당하는 영역 A1의 반역 방향 세정 에어리어측 단부 A3을 세정에 유효하게 이용하면서, 롤 세정 부재(50)를, 기판(W)의 직경 방향에 따른 외주부의 지지점 S1, S2에서, 소위 양단부 지지로 함으로써, 기판(W)의 중심부에 응력 집중이 발생하여 세정 능력이 저하되어 버리는 것을 회피할 수 있다.
도 10에 도시하는 롤 세정 부재(50)를 구비한, 도 1에 도시하는 스크럽 세정 장치를 사용하여, 친수성의 기판 표면을, 소정의 세정 조건으로 세정했을 때의 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 계측한 결과를, 기판 표면의 디펙트의 분포 상태와 함께, 도 11에 제2 실시예로서 나타낸다.
또한, 도 8의 (a)에 도시하는, 노듈(40a)이 전체 표면에 대략 균등하게 형성되어 있는 종래의 일반적인 롤 세정 부재(40)를 구비한, 도 1에 도시하는 스크럽 세정 장치를 사용하여, 친수성의 기판 표면을, 제2 실시예와 동일한 세정 조건으로 세정했을 때의 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 계측한 결과를 도 11에 제2 종래예로서 나타내고 있다.
또한, 도 12에 도시하는, 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A2의 표면에만 노듈(60a)을 형성하고, 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A1의 표면에 노듈을 갖지 않는 롤 세정 부재(60)를 구비한, 도 1에 도시하는 스크럽 세정 장치를 사용하여, 친수성의 기판 표면을, 제2 실시예와 동일한 세정 조건으로 세정했을 때의 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 계측한 결과를, 기판 표면의 디펙트의 분포 상태와 함께, 도 11에 제2 비교예로서 나타내고 있다.
도 11로부터, 제2 비교예에 있어서는, 제2 종래예에 비교하여, 세정 조건에 따라서는, 세정의 능력이 오히려 나빠져 버릴 뿐만 아니라, 기판 표면의 중심부에 디펙트가 집중하여 잔존하는 것을 알 수 있다. 이는, 도 12에 도시한 바와 같이, 롤 세정 부재(60)의 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A2는 기판(W)의 외주부와 중심부를 지지점 S1, S3으로 한, 소위 양단부 지지와 같이 지지되어 있지만, 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 A1은 기판(W)의 중심부를 지지점 S3으로 한, 소위 외팔보 지지의 상태로 되고, 이 지지점 S3을 지나 기판(W)의 중심부에 응력 집중이 일어나기 때문이라고 생각된다.
이에 대해, 제2 실시예에 있어서는, 전술한 바와 같이, 롤 세정 부재(50)는 기판(W)의 직경 방향에 따른 외주부의 지지점 S1, S2에서, 마치 양단부 지지와 같이 지지되어 있어, 기판(W)의 중심부에 응력 집중이 일어나지 않고, 이로 인해, 제2 비교예에 비교하여, 세정도를 높일 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에 있어서 다양한 다른 형태로 실시되어도 되는 것은 물론이다.
10 : 스핀들
12 : 상부 롤 홀더
14 : 하부 롤 홀더
16 : 상부 롤 세정 부재(롤 스펀지)
16a : 노듈
16b : 나선 홈
18 : 하부 롤 세정 부재(롤 스펀지)
24 : 작은 바퀴
30 : 세정 에어리어
32 : 순방향 세정 에어리어
34 : 역방향 세정 에어리어
Lf : 순방향 세정 에어리어의 길이
Li : 역방향 세정 에어리어의 길이
A1 : 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역
A2 : 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역

Claims (6)

  1. 표면에 다수의 노듈을 갖고 기판의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐서 직선 형상으로 연장되어 기판 표면과의 사이에 세정 에어리어를 형성하는 롤 세정 부재와 기판을 모두 일방향으로 회전시키면서, 상기 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에 있어서,
    상기 세정 에어리어 상의 상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어에서는, 상기 세정 에어리어 상의 상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어보다도 적은 면적으로 상기 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시키는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 롤 세정 부재의 회전에 수반하여, 기판 상의 상기 순방향 세정 에어리어에 존재하는 세정액을 기판의 중심부로부터 외주부를 향해 퍼내는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
  3. 표면에 다수의 노듈을 갖고 기판의 직경의 대략에 전체 길이에 걸쳐서 직선 형상으로 연장되어 기판 표면과의 사이에 세정 에어리어를 형성하는 롤 세정 부재와 기판을 모두 일방향으로 회전시키면서, 상기 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에 있어서,
    상기 세정 에어리어 상의 상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어 및 상기 세정 에어리어 상의 상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어의 반역 방향 세정 에어리어측 단부에서만 상기 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시키는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
  4. 표면에 다수의 노듈을 갖고, 기판의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐서 직선 형상으로 연장되어 기판 표면과의 사이에 세정 에어리어를 형성하여, 기판과 함께 일방향으로 회전시키면서 상기 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정하는 롤 세정 부재이며,
    상기 세정 에어리어 상의 기판과의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역에 형성되는 상기 노듈의 분포 밀도를, 상기 세정 에어리어 상의 기판과의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역에 형성되는 상기 노듈의 분포 밀도보다 낮게 한 것을 특징으로 하는, 롤 세정 부재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 순방향 세정 에어리어에 대응하는 영역에는 회전에 수반하여, 세정액을 기판의 중심부로부터 외주부를 향해 퍼내는 방향으로 나선 형상으로 연속한 나선 홈이 노듈 사이에 형성되도록, 상기 노듈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 롤 세정 부재.
  6. 표면에 다수의 노듈을 갖고, 기판의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐서 직선 형상으로 연장되어 기판 표면과의 사이에 세정 에어리어를 형성하여, 기판을 모두 일방향으로 회전시키면서 상기 노듈과 기판 표면을 서로 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정하는 롤 세정 부재이며,
    상기 세정 에어리어 상의 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어에 대응하는 영역 및 상기 세정 에어리어 상의 기판과의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어의 반역 방향 세정 에어리어측 단부에 대응하는 영역에만 상기 노듈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 롤 세정 부재.
KR1020120055161A 2011-05-25 2012-05-24 기판 세정 방법 및 롤 세정 부재 KR101554767B1 (ko)

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