KR20130097053A - 기판 세정 방법 - Google Patents

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KR20130097053A
KR20130097053A KR1020120121073A KR20120121073A KR20130097053A KR 20130097053 A KR20130097053 A KR 20130097053A KR 1020120121073 A KR1020120121073 A KR 1020120121073A KR 20120121073 A KR20120121073 A KR 20120121073A KR 20130097053 A KR20130097053 A KR 20130097053A
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도모아츠 이시바시
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명의 과제는, 차세대 구리 배선 디바이스 등에 대해, 2 유체 제트 세정을 이용한 기판 표면의 세정 방법의 최적화를 행하여, 가령 2 유체 제트 세정을 연마 후의 기판 표면의 세정에 적용해도, 구리 부식을 억제할 수 있도록 하는 것이다.
중성 내지 알칼리성 약액을 세정액에 사용한 스크럽 세정으로 기판 표면의 1차 세정을 행하고, 순수 또는 초순수에 CO2 가스를 용해시킨 탄산수를 2 유체 노즐로부터 기판 표면을 향해 분출시켜 상기 표면을 비접촉으로 세정하는 2 유체 제트 세정으로 기판 표면의 마무리 세정을 행하고, 그리고 나서, 중성 내지 알칼리성 약액을 세정액에 사용한 스크럽 세정으로 기판 표면의 최종 마무리 세정을 행하여 건조시킨다.

Description

기판 세정 방법{SUBSTRATE CLEANING METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면을 세정하는 기판 세정 방법에 관한 것으로, 특히 CMP 등의 연마 후의 기판 표면을 세정하는 기판 세정 공정에서 사용되는 기판 세정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 기판 세정 방법은, 예를 들어 플랫 패널 제조, CMOS나 CCD 등의 이미지 센서 제조 및 MRAM의 자성막 제조 등의 세정 공정에도 적용된다.
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)로 기판 표면의 여분의 금속을 연마 제거하도록 하고 있어, CMP 후의 기판 표면에는, CMP에 사용된 슬러리의 잔사(슬러리 잔사)나 금속 연마 칩 등이 존재한다. 이로 인해, CMP 후의 기판 표면에 남는 잔사물(파티클)을 세정 제거할 필요가 있다. 최근, 배선 금속으로서 구리가, 또한 절연막으로서, 이른바 저유전율막(Low-k막)이 채용되게 되어, Low-k막이 소수성이므로, 기판 표면의 젖음성의 불균일성이 확대되어, 세정을 곤란하게 하고 있다.
CMP 후의 기판 표면을 세정하는 기판 세정 방법으로서, 세정액의 존재하에서, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 원기둥 형상의 장척 형상으로 수평으로 연장되는 롤 세정 부재(롤 스펀지 또는 롤 브러시)를 접촉시키면서, 기판 및 롤 세정 부재를 함께 회전시켜 기판의 표면을 세정하는 롤 스크럽 세정이 알려져 있다.
기판 표면이, 특히 소수성인 경우에, 롤 스크럽 세정으로 기판 표면을 세정하면, 롤 세정 부재의 오염에 수반하여 기판 표면이 역오염되는 경우가 있다. 이러한 경우에, 롤 스크럽 세정 후에, 세정액의 존재하에서, 연직으로 연장되는 펜슬형 세정 부재의 하면을 기판 표면에 접촉시키면서, 기판 및 펜슬형 세정 부재를 함께 회전시켜 기판 표면을 세정하는 펜슬 스크럽 세정을 행하는 것이 알려져 있다. 이와 같이, 펜슬 스크럽 세정을 행함으로써, 롤 세정 부재로부터의 역오염을 회피하여, 롤 스크럽 세정과 펜슬 스크럽 세정의 종합적인 효과를 얻어, 세정 성능을 높일 수 있다.
도 1은 연마 후의 기판 표면을 롤 스크럽 세정과 펜슬 스크럽 세정으로 연속적으로 세정하도록 한 처리 흐름의 일례를 나타내는 블록도이다. 우선, 연마 후의 기판을 수평 회전시키면서, 기판 표면에 산성 약액으로 이루어지는 세정액을 공급하고, 회전중인 롤 세정 부재를 문질러 상기 표면을 롤 스크럽 세정하고, 그리고 나서, 기판 표면에 순수 등으로 이루어지는 린스액을 공급하여, 기판 표면에 남는 세정액(약액)을 린스 세정한다. 다음에, 기판을 수평 회전시키면서, 기판 표면에 산성 약액으로 이루어지는 세정액을 공급하고, 회전중인 펜슬형 세정 부재의 하면을 문질러 상기 표면을 펜슬 스크럽 세정하고, 그리고 나서, 기판 표면에 순수 등으로 이루어지는 린스액을 공급하여, 기판 표면에 남는 세정액(약액)을 린스 세정한다. 그리고 세정 후의 기판을, 예를 들어 스핀 건조로 건조시킨다.
기판 표면을 연마하면, 기판 표면에 오목부 형상으로 되는 디싱이나 이로전이 형성되는 경우가 있다. 이 디싱 등의 내부에 존재하는 파티클은, 스크럽 세정으로 제거하는 것이 일반적으로 곤란하다. 이러한 경우에, 2 유체 제트(2FJ)를 사용한 2 유체 제트 세정이 유효한 것이 알려져 있다. 이 2 유체 제트 세정은, 배선 금속이 산화 부식이 발생하기 어려운 금속, 예를 들어 텅스텐인 경우나, 배선이 구리라도, 구리 부식이 제품 성능에 영향을 미치지 않는 레벨의 제품 등에 주로 적용되어 있다.
2 유체 제트 세정은, 다른 비접촉 세정인 초음파 세정과는 달리, 캐비테이션에 의한 기판 파괴의 우려가 없는 비접촉 세정 방법이며, 기판 표면과의 고착성이 비교적 작아 표면 상에 묻어 있는 상태의 파티클, 특히 비교적 큰 파티클(입경 100 내지 200㎚ 이상)의 제거에 유효한 것이 알려져 있다. 또한, 세정액으로서 초순수를 사용하면, 비저항값이 높아, 세정 대상의 표면, 예를 들어 절연막 표면 등을 대전 파괴할 우려가 있으므로, 세정액으로서, CO2를 순수나 초순수에 용해시킨 탄산수가 일반적으로 사용되고 있다.
세정 브러시를 사용한 스크럽 세정과, 2 유체 노즐을 사용한 2 유체 제트 세정을 연속하여 행함으로써, 세정 성능을 향상시킨 기판 처리 방법이 제안되어 있는(특허문헌 1 참조). 또한, 구리 배선에 있어서의 신뢰성의 저하나 배선의 쇼트나 오픈에 의한 수율을 방지하기 위해, 스크럽 세정 등의 세정액에 알칼리성 세정액을 사용하는 것이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).
출원인은, 연마 후의 기판 표면의 세정 등에 있어서, 롤 세정 부재 등을 사용한 롤 스크럽 세정을 행한 후에, CO2 가스 용해수(탄산수)를 세정액으로 한 2 유체 제트 세정을 행하여 건조시킴으로써, 세정 능력을 높이도록 한 기판 세정 방법을 제안하고 있다(특허문헌 3 참조).
도 2는, 연마 후의 기판 표면을 롤 스크럽 세정과 펜슬 스크럽 세정으로 연속적으로 세정한 후, 2 유체 제트 세정을 행하여 건조시키도록 한 처리 흐름의 일례를 나타내는 블록도이다. 우선, 전술한 도 1에 도시하는 예와 마찬가지로, 연마 후의 기판 표면의 산성 약액에 의한 롤 스크럽 세정을 행하여, 기판 표면에 남는 세정액(약액)을 린스 세정한 후, 기판 표면의 산성 약액에 의한 펜슬 스크럽 세정을 행하여, 기판 표면에 남는 세정액(약액)을 린스 세정한다. 다음에, 기판 표면을 향해, 산성의 탄산수를 세정액으로 한 2 유체 제트류를 분출시켜 상기 표면의 비접촉에 의한 2 유체 제트 세정을 행하여, 기판 표면에 남는 세정액(탄산수)을 린스 세정한다. 그리고, 2 유체 제트 세정 후의 기판을, 예를 들어 스핀 건조로 건조시킨다.
일본 특허 출원 공개 제2009-231628호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-238896호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-238850호 공보
2 유체 제트 세정은, 대전 억제를 위해, 세정액으로서, 순수나 초순수에 CO2 가스를 용해시킨 탄산수를 사용하는 것이 일반적이고, 탄산수는 산성을 띤다. 이로 인해, 절연체의 내부에 표면을 노출시켜 매립한 구리로 이루어지는 구리 배선을 표면에 갖는 연마 후의 기판의 상기 표면을, 탄산수를 세정액으로 한 2 유체 제트 세정으로 세정하면, 구리의 탄산수에 의한 부식이 유발된다. 차세대 구리 배선 디바이스에 있어서는, 구리 부식을 억제하기 위해, 산성 세정액 대신에 알칼리성 세정액을 사용하는 것이 주류가 되는 경향에 있다.
전술한 바와 같이, 최첨단 디바이스의 선도역인 구리/Low-k막 디바이스에 있어서는, 종래의 일반적인 세정 방법, 특히 탄산수(산성 세정액)를 사용한 2 유체 제트 세정 방법에서는 구리 부식의 영향을 회피하는 것이 곤란하다.
즉, 도 2에 나타내는 바와 같이, 구리로 이루어지는 기판(W)의 표면(Wf)을 2 유체 제트 세정으로 최종 세정하고, 린스 세정 후에 스핀 건조 등으로 건조시키면, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 표면(Wf)에 세정으로 제거되지 않고 잔존하는 파티클(디펙트) P의 주위에, 산성을 띠는 탄산수(CW)가 상기 파티클 P에 걸려 잔류하기 쉬워지고, 이 잔류한 탄산수(CW) 중에 대기중의 산소(O2)가 용해되어, 이에 의해 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 건조 후의 기판(W)의 표면(Wf)의 파티클 P의 주위에 구리 부식 C가 발생해 버린다.
도 4는 도 2에 나타내는 처리 흐름에서, 구리로 이루어지는 기판 표면을 세정하였을 때에 있어서의 상기 표면의 SEM 이미지를 나타낸다. 이 도 4로부터, 구리의 표면의 파티클(디펙트)이 관찰되는 주변에 구리 부식에 의한 표면 거칠기를 확인할 수 있어, 구리 부식이 발생되어 있는 것을 알 수 있다.
이로 인해, 탄산수를 세정액으로 사용한 2 유체 제트 세정을 사용함으로써 세정 성능을 향상시키고, 또한 구리 배선의 부식을 억제할 수 있도록 한 기판 세정 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 차세대 구리 배선 디바이스 등에 대해, 2 유체 제트 세정을 사용한 기판 표면의 세정 방법의 최적화를 행하여, 가령 2 유체 제트 세정을 연마 후의 기판 표면의 세정에 적용해도, 구리 부식을 억제할 수 있도록 한 기판 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기판 세정 방법은, 중성 내지 알칼리성 약액을 세정액으로 사용한 스크럽 세정으로 기판 표면의 1차 세정을 행하고, 순수 또는 초순수에 CO2 가스를 용해시킨 탄산수를 2 유체 노즐로부터 기판 표면을 향해 분출시켜 상기 표면을 비접촉으로 세정하는 2 유체 제트 세정으로 기판 표면의 마무리 세정을 행하고, 그리고 나서, 중성 내지 알칼리성 약액을 세정액으로 사용한 스크럽 세정으로 기판 표면의 최종 마무리 세정을 행하여 건조시킨다.
구리 부식의 요인이 되는 탄산수를 사용한 2 유체 제트 세정에 의한 기판 표면의 마무리 세정 후에, 중성 내지 알칼리성 약액을 세정액으로 사용한 스크럽 세정으로 기판 표면의 최종 마무리 세정을 행함으로써, 기판 표면의 잔류하는 탄산수를 신속하게, 즉, 미시적 시점에서 산성을 띠는 잔류 탄산수 중에 대기로부터의 산소가 용해되기 전에 제거할 수 있고, 이에 의해 2 유체 제트 세정에 의한 파티클의 제거 효과를 유지하면서, 2 유체 제트 세정에 의한 구리 부식의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 형태에 있어서, 상기 1차 세정은, 롤 세정 부재를 기판 표면에 문질러 상기 표면을 세정하는 롤 스크럽 세정이고, 상기 최종 마무리 세정은, 펜슬형 세정 부재를 기판 표면에 문질러 상기 표면을 세정하는 펜슬 스크럽 세정이다.
이와 같이, 롤 스크럽 세정으로 1차 세정을 행하고, 2 유체 제트 세정으로 마무리 세정을 행한 후, 펜슬 스크럽 세정으로 최종 마무리 세정을 행함으로써, 펜슬 스크럽 세정의 부담을 저감하고, 펜슬 스크럽 세정 특성을 장기간 유지하여, 펜슬형 세정 부재의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 형태에 있어서, 상기 기판 표면에는, 절연체의 내부에 표면을 노출시켜 매립한 구리로 이루어지는 구리 배선이 형성되어 있다.
이에 의해, 구리 배선의 2 유체 제트 세정에 사용되는 탄산수에 의한 부식을 유효하게 억제할 수 있다.
본 발명의 기판 세정 방법에 따르면, 기판 표면의 2 유체 제트 세정에 의한 마무리 세정에 사용되고 기판 표면에 잔류하는 탄산수를, 빠르게, 즉, 미시적 시점에서 산성을 띠는 잔류 탄산수중에 대기로부터의 산소가 용해되기 전에 제거할 수 있고, 이에 의해, 2 유체 제트 세정에 의한 파티클의 제거 효과를 유지하면서, 2 유체 제트 세정에 의한 구리 부식의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
도 1은 연마 후의 기판 표면을 롤 스크럽 세정과 펜슬 스크럽 세정으로 연속적으로 세정하도록 한 처리 흐름의 일례를 나타내는 블록도.
도 2는 연마 후의 기판 표면을 롤 스크럽 세정과 펜슬 스크럽 세정으로 연속적으로 세정한 후, 2 유체 제트 세정을 행하여 건조시키도록 한 처리 흐름의 예를 나타내는 블록도.
도 3은 도 2에 나타내는 처리 흐름에서 구리로 이루어지는 기판 표면을 세정하였을 때에, 구리 표면에 부식이 발생하는 메커니즘의 설명에 부가하는 도면.
도 4는 도 2에 나타내는 처리 흐름에서 구리로 이루어지는 기판 표면을 세정하였을 때에 있어서의 상기 표면의 SEM 이미지를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 기판 세정 방법이 사용되는 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도.
도 6은 도 5에 도시하는 연마 장치의 제1 세정 유닛을 도시하는 사시도.
도 7은 도 5에 도시하는 연마 장치의 제2 세정 유닛의 개요를 도시하는 사시도.
도 8은 도 7의 주요부를 도시하는 평면도.
도 9는 도 5에 도시하는 연마 장치의 건조 유닛을 도시하는 종단면도.
도 10은 도 9의 평면도.
도 11은 도 9에 도시하는 베이스의 평면도.
도 12의 (a)는 도 11에 도시하는 기판 지지 부재 및 베이스의 일부를 도시하는 평면도, 도 12의 (b)는 도 11의 A-A선 단면도, 도 12의 (c)는 도 12의 (b)의 B-B선 단면도.
도 13은 제2 자석과 제3 자석의 배치를 설명하기 위한 모식도로, 기판 지지 부재의 축 방향으로부터 본 도면.
도 14의 (a)는 리프트 기구에 의해 기판 지지 부재를 상승시켰을 때의 기판 지지 부재 및 아암의 일부를 도시하는 평면도, 도 14의 (b)는 리프트 기구에 의해 기판 지지 부재를 상승시켰을 때의 도 11의 A-A선 단면도, 도 14의 (c)는 도 14의 (b)의 C-C선 단면도.
도 15는 도 5에 도시하는 연마 장치를 사용한 본 발명의 실시 형태의 기판 세정 방법의 처리 흐름을 나타내는 블록도.
도 16은 도 15에 나타내는 처리 흐름에서 구리로 이루어지는 기판 표면을 세정하였을 때에, 구리 표면의 부식을 방지하는 메커니즘의 설명에 부가하는 도면.
도 17은 도 15에 나타내는 처리 흐름에서 구리로 이루어지는 기판 표면을 세정하였을 때에 있어서의 상기 표면의 SEM 이미지를 나타내는 도면.
도 18은 표면에 Low-k막을 형성한 기판의 상기 표면을, 각종 세정 조건(비교예 1∼4, 실시예 1)에서 세정하였을 때에 Low-k막 표면에 남는 120㎚ 이상의 파티클 수(디펙트 수)를 계측한 결과를 나타내는 그래프.
도 19는 2 유체 제트 세정의 세정 조건(요동 아암의 요동 속도 또는 2 유체 노즐의 스캔 방법)을 대신하여, 구리막의 표면을 세정하였을 때(비교예 4a∼4d)와, 실시예 1에서 구리막 표면을 세정하였을 때에 있어서의 구리 부식(N≥2) 디펙트율을 계측한 결과를 나타내는 그래프.
도 20은 표면에 구리막과 Low-k막이 혼재하는 기판의 상기 표면을, 비교예 4와 실시예 1에서 각각 세정하였을 때의 구리 표면에 남는 150㎚ 이상의 파티클 수(디펙트 수) 및 Low-k막 표면에 남는 120㎚ 이상의 파티클 수(디펙트 수)를 계측한 결과를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 기판 세정 방법이 사용되는 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 연마 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(본 예에서는, 4개)의 연마 유닛(14a 내지 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 내지 14d)은, 연마 장치의 길이 방향을 따라 배열되고, 세정 유닛(16, 18) 및 건조 유닛(20)도 연마 장치의 길이 방향을 따라 배열되어 있다. 제1 세정 유닛(16)은, 기판 표면의 1차 세정에 사용되고, 제2 세정 유닛(18)은, 기판 표면의 마무리 세정 및 최종 마무리 세정에 사용된다.
로드 포트(12), 상기 로드 포트(12)측에 위치하는 연마 유닛(14a) 및 건조 유닛(20)에 둘러싸인 영역에는, 제1 기판 반송 로봇(22)이 배치되고, 또한 연마 유닛(14a 내지 14d)과 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 전달하는 동시에, 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 각 세정 유닛(16, 18)과의 사이에서 기판의 전달을 행하는 제2 기판 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 기판 반송 로봇(28)이 배치되어 있다.
또한, 하우징(10)의 내부에 위치하여, 연마 장치의 각 기기의 움직임을 제어하는 제어부(30)가 배치되어 있다. 이 제어부(30)는, 하기하는 바와 같이, 제2 세정 유닛(18)의 요동 아암(44)의 움직임을 제어하여 2 유체 노즐(46)의 이동 속도를 제어하는 제어부로서의 역할을 한다.
본 예에서는, 제1 세정 유닛(16)으로서, 세정액의 존재하에서, 기판의 표리 양면에 롤 형상으로 연장되는 롤 세정 부재를 문질러 기판을 세정하는 롤 세정 유닛이 사용되어 있다.
도 6은 제1 세정 유닛(16)을 도시하는 사시도이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 제1 세정 유닛(16)은, 표면을 상향으로 하여 기판(W)을 수평으로 보유 지지하여 회전시키는 4개의 롤러(301, 302, 303, 304)와, 기판(W)의 표면 및 이면에 각각 접촉하는 롤 세정 부재(307, 308)와, 이들 롤 세정 부재(307, 308)를 회전시키는 회전 기구(310, 311)와, 기판(W)의 표면 및 이면에, 중성 내지 알칼리성 약액으로 이루어지는 세정액을 공급하는 세정액 공급 노즐(315, 316)과, 기판(W)의 표면 및 이면에 순수 등의 린스액을 공급하는 린스액 공급 노즐(317, 318)을 구비하고 있다. 롤러(301, 302, 303, 304)는, 도시하지 않은 구동 기구(예를 들어, 에어 실린더)에 의해, 서로 근접 및 이격되는 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
상측 롤 세정 부재(307)를 회전시키는 회전 기구(310)는, 그 상하 방향의 움직임을 가이드하는 가이드 레일(320)에 장착되어 있다. 또한, 이 회전 기구(310)는 승강 구동 기구(321)에 지지되어 있고, 회전 기구(310) 및 상측 롤 세정 부재(307)는 승강 구동 기구(321)에 의해 상하 방향으로 이동된다. 도시하지 않았지만, 하측 롤 세정 부재(308)를 회전시키는 회전 기구(311)도 가이드 레일에 지지되어 있고, 승강 구동 기구에 의해 회전 기구(311) 및 하측의 롤 세정 부재(308)가 상하 이동한다. 승강 구동 기구로서는, 예를 들어 볼 나사를 사용한 모터 구동 기구 또는 에어 실린더가 사용된다.
기판(W)의 반입 반출시에는, 롤 세정 부재(307, 308)는 서로 이격된 위치에 있다. 기판(W)의 세정시에는, 이들 롤 세정 부재(307, 308)는 서로 근접하는 방향으로 이동하여 기판(W)의 표면 및 이면에 각각 접촉한다. 롤 세정 부재(307, 308)가 기판(W)의 표면 및 이면을 압박하는 힘은, 각각 승강 구동 기구(321) 및 도시하지 않은 승강 구동 기구에 의해 조정된다. 상측 롤 세정 부재(307) 및 회전 기구(310)는 승강 구동 기구(321)에 의해 하방으로부터 지지되어 있으므로, 상측 롤 세정 부재(307)가 기판(W)의 상면에 가하는 압박력은 0〔N〕으로부터의 조정이 가능하다.
롤러(301)는, 보유 지지부(301a)와 견부(지지부)(301b)의 2단 구성으로 되어 있다. 견부(301b)의 직경은 보유 지지부(301a)의 직경보다도 크고, 견부(301b) 상에 보유 지지부(301a)가 형성되어 있다. 롤러(302, 303, 304)도, 롤러(301)와 동일한 구성을 갖고 있다. 기판 반송 유닛(24)에 의해 반송되어 온 기판(W)은, 우선 견부(301b, 302b, 303b, 304b) 상에 수평하게 적재되고, 그 후 롤러(301, 302, 303, 304)가 기판(W)을 향해 이동함으로써 보유 지지부(301a, 302a, 303a, 304a)에 보유 지지된다. 4개의 롤러(301, 302, 303, 304) 중 적어도 하나는 도시하지 않은 회전 기구에 의해 회전 구동되도록 구성되고, 이에 의해 기판(W)은 그 외주부가 롤러(301, 302, 303, 304)에 보유 지지된 상태에서 회전한다. 견부(301b, 302b, 303b, 304b)는 하방으로 경사진 테이퍼면으로 되어 있고, 보유 지지부(301a, 302a, 303a, 304a)에 의해 보유 지지되어 있는 동안, 기판(W)은 견부(301b, 302b, 303b, 304b)와 비접촉으로 유지된다.
제1 세정 유닛(16)에 의한 기판(W)의 표면 및 이면의 세정은, 다음과 같이 행해진다. 우선, 표면을 상향으로 하여 기판(W)을 롤러(301, 302, 303, 304)에 의해 수평으로 보유 지지하여 회전시킨다. 이어서, 세정액 공급 노즐(315, 316)로부터, 기판(W)의 표면 및 이면에, 중성 내지 알칼리성 약액으로 이루어지는 세정수를 공급한다. 그리고 롤 세정 부재(307, 308)를 그 축심 주위로 회전시키면서 기판(W)의 표면 및 이면에 각각 미끄럼 접촉시킴으로써 기판(W)의 표면 및 이면을 롤 스크럽 세정한다. 롤 스크럽 세정 후, 롤 세정 부재(307, 308)를 상방 및 하방으로 퇴피시켜, 린스액 공급 노즐(317, 318)로부터 기판(W)의 표면 및 이면에 린스액(순수)을 공급하여 린스 세정하고, 이에 의해 기판(W)의 표면 및 이면에 남는 세정액(약액)을 린스액으로 씻어낸다.
제2 세정 유닛(18)으로서, 기판 표면을 2 유체 제트 세정으로 마무리 세정하고, 그리고 나서, 펜슬 스크럽 세정으로 최종 마무리 세정하는 세정 유닛이 사용되어 있다. 또한, 건조 유닛(20)으로서, 기판을 수평으로 보유 지지하고, 이동하는 노즐로부터 IPA 증기를 분출시켜 기판을 건조시키고, 또한 고속으로 회전시켜 원심력에 의해 기판을 건조시키는 스핀 건조 유닛이 사용되어 있다.
도 7은 도 5에 도시하는 제2 세정 유닛(18)의 개요를 도시하는 사시도이고, 도 8은 도 7의 주요부를 도시하는 평면도이다. 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 제2 세정 유닛(18)은, 도시하지 않은 척 등에 의해 표면이 상향으로 보유 지지되고 상기 척 등의 회전에 의해 수평 회전하는 기판(W)의 주위를 둘러싸는 세정조(40)와, 이 처리조(40)의 측방에 기립 설치된 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)에, 2 유체 노즐(46)이 상하 이동 가능하게 장착되어 있다.
2 유체 노즐(46)에는, N2 가스 등의 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급 라인(50)과, 순수 또는 초순수에 CO2 가스를 용해시킨 탄산수를 공급하는 탄산수 공급 라인(52)이 접속되어 있고, 2 유체 노즐(46)의 내부에 공급된 N2 가스 등의 캐리어 가스와 탄산수를 2 유체 노즐(46)로부터 고속으로 분출시킴으로써, 캐리어 가스중에 탄산수가 미소 액적(미스트)으로서 존재하는 2 유체 제트류가 생성된다. 이 2 유체 노즐(46)에서 생성되는 2 유체 제트류를 회전중인 기판(W)의 표면을 향해 분출시켜 충돌시킴으로써, 미소 액적의 기판 표면에의 충돌에 의해 발생한 충격파를 이용한 기판 표면의 파티클 등의 제거(세정)를 행할 수 있다.
이 탄산수로서, 본 예에서는, 산소를 탈기한 초순수에 CO2를 용해시킨 것을 사용하고 있다. 이와 같이, 2 유체 제트 세정의 세정액으로서, 비저항값이 높은 초순수를 사용하는 일 없이, 탄산수를 사용함으로써, 세정 대상의 표면, 예를 들어 절연막 표면 등을 대전 파괴할 우려를 없앨 수 있다.
지지축(42)은, 지지축(42)을 회전시킴으로써 상기 지지축(42)을 중심으로 요동 아암(44)을 요동시키는 구동 기구로서의 모터(54)에 연결되어 있다. 이 모터(54)는, 제어부(30)로부터의 신호에 의해 회전 속도가 제어되고, 이에 의해 요동 아암(44)의 각속도(角速度)가 제어되고, 2 유체 노즐(46)의 이동 속도가 제어된다.
본 예에서는, 요동 아암(44)의 선단에, 예를 들어 PVA 스펀지로 이루어지는 펜슬형 세정구(60)가 상하 이동 가능, 또한 회전 가능하게 장착되어 있다. 또한, 세정조(40)의 측 상방에 위치하여, 척 등에 의해 보유 지지되어 회전중인 기판(W)의 표면에, 순수 등의 린스액을 공급하는 린스액 공급 노즐(62)과, 중성 내지 알칼리 약액으로 이루어지는 세정액을 공급하는 세정액 공급 노즐(64)이 배치되어 있다.
이에 의해, 회전중인 펜슬형 세정구(60)의 하면을, 회전중인 기판(W)의 표면에 소정의 압박력으로 접촉시키면서, 요동 아암(44)의 요동에 의해 펜슬형 세정구(60)를 이동시키고, 동시에, 기판(W)의 표면에, 중성 내지 알칼리성 약액으로 이루어지는 세정액을 공급함으로써, 기판(W)의 표면의 펜슬 스크럽 세정이 행해진다. 또한, 회전중인 기판(W)의 표면에 린스액을 공급함으로써 세정액(약액)의 린스 세정이 행해진다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 2 유체 노즐(46)은, 요동 아암(44)의 요동에 수반하여, 오프셋 위치 A로부터, 기판(W)의 중심 O의 상방 위치 및 상기 중심 O로부터 소정 간격 이격된 변위점 B의 상방 위치를 지나, 기판(W)의 외주부 외측의 세정 종료 위치 C에, 원호 형상의 이동 궤적을 따라 이동함으로써, 기판(W)의 표면의 세정을 행한다. 이 세정시에, 회전중인 기판(W)의 표면을 향해, 캐리어 가스중에 탄산수(세정액)가 미소 액적(미스트)으로서 존재하는 2 유체 제트류를 2 유체 노즐(46)로부터 분출시킨다. 도 8은 2 유체 노즐(46)이 변위점 B의 상방 위치에 위치하고 있는 상태를 도시하고 있다.
제2 세정 유닛(18)에 의한 기판(W)의 표면의 세정은, 다음과 같이 행해진다. 우선, 표면을 상향으로 하여 수평으로 보유 지지한 기판(W)을 회전시킨다. 그리고 2 유체 노즐(46)을 도 8에 도시하는 오프셋 위치 A로부터 세정 종료 위치 C로 이동시키면서, 회전중인 기판(W)의 표면을 향해, N2 가스 등의 캐리어 가스와 탄산수를 2 유체 노즐(46)로부터 고속으로 분출시키고, 이에 의해, 기판(W)의 표면을 2 유체 제트 세정으로 세정한다. 그리고 기판(W)의 표면에 린스액을 공급하여, 기판(W)의 표면에 남는 탄산수를 린스액으로 씻어낸다.
다음에, 펜슬형 세정구(60)의 하단부를, 회전중인 기판(W)의 표면에 소정의 압박력으로 접촉시키면서, 요동 아암(44)을 요동시켜 펜슬형 세정구(60)를 이동시키고, 동시에, 기판(W)의 표면에, 중성 내지 알칼리성 약액으로 이루어지는 세정액을 공급함으로써, 기판(W)의 표면의 펜슬 스크럽 세정을 행한다. 그리고 기판(W)의 표면에 린스액을 공급하여, 기판(W)의 표면에 남는 세정액(약액)을 린스액으로 씻어낸다.
도 9는 건조 유닛(20)을 도시하는 종단면도이고, 도 10은 도 9의 평면도이다. 이 건조 유닛(20)은, 베이스(401)와, 이 베이스(401)에 지지된 4개의 원통 형상의 기판 지지 부재(402)를 구비하고 있다. 베이스(401)는, 회전축(405)의 상단부에 고정되어 있고, 이 회전축(405)은, 베어링(406)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 베어링(406)은, 회전축(405)과 평행하게 연장되는 원통체(407)의 내주면에 고정되어 있다. 원통체(407)의 하단부는, 가대(409)에 장착되어 있고, 그 위치는 고정되어 있다. 회전축(405)은, 풀리(411, 412) 및 벨트(414)를 통해 모터(415)에 연결되어 있고, 모터(415)를 구동시킴으로써, 베이스(401)는, 그 축심을 중심으로 하여 회전한다.
베이스(401)의 상면에는 회전 커버(450)가 고정되어 있다. 도 9는, 회전 커버(450)의 종단면을 도시하고 있다. 회전 커버(450)는, 기판(W)의 전체 둘레를 둘러싸도록 배치되어 있다. 회전 커버(450)의 종단면 형상은 직경 방향 내측으로 경사져 있다. 또한, 회전 커버(450)의 종단면은 매끄러운 곡선으로 구성되어 있다. 회전 커버(450)의 상단부는, 기판(W)에 근접하고 있고, 회전 커버(450)의 상단부의 내경은, 기판(W)의 직경보다 약간 크게 설정되어 있다. 또한, 회전 커버(450)의 상단부에는, 기판 지지 부재(402)의 외주면 형상을 따른 절결부(450a)가 각 기판 지지 부재(402)에 대응하여 형성되어 있다. 회전 커버(450)의 저면에는, 비스듬히 연장되는 액체 배출 구멍(451)이 형성되어 있다.
기판(W)의 상방에는, 기판(W)의 표면(프론트면)에 린스액으로서 순수를 공급하는 프론트 노즐(454)이 배치되어 있다. 프론트 노즐(454)은, 기판(W)의 중심을 향해 배치되어 있다. 이 프론트 노즐(454)은, 도시하지 않은 순수 공급원에 접속되고, 프론트 노즐(454)을 통해 기판(W)의 표면의 중심에 순수가 공급되도록 되어 있다. 기판(W)의 상방에는, 로타고니 건조(rotagoni drying)를 실행하기 위한 2개의 유체 노즐(460, 461)이 병렬하여 배치되어 있다. 유체 노즐(460)은, 기판(W)의 표면에 IPA 증기(이소프로필알코올과 N2 가스의 혼합기)를 공급하기 위한 것이고, 유체 노즐(461)은, 기판(W)의 표면의 건조를 방지하기 위해 순수를 공급하는 것이다.
이들 유체 노즐(460, 461)은, 베이스(401)의 측방에 기립 설치된 지지축(500)의 상단부에 연결되어 상기 지지축(500)의 회전에 수반하여 요동하는 요동 아암(502)의 자유 단부(선단)에 장착되어 있다. 요동 아암(502)은, 지지축(500)을 회전시킴으로써 상기 지지축(500)을 중심으로 요동 아암(502)을 요동시키는 구동 기구로서의 모터(504)에 연결되어 있다. 이 모터(504)는, 제어부(506)로부터의 신호에 의해 회전 속도가 제어되고, 이에 의해, 요동 아암(502)의 각속도가 제어되어, 유체 노즐(460, 461)의 이동 속도가 제어된다.
회전축(406)의 내부에는, 순수 공급원(465)에 접속된 백 노즐(463)과, 건조 기체 공급원(466)에 접속된 가스 노즐(464)이 배치되어 있다. 순수 공급원(465)에는, 린스액으로서 순수가 저류되어 있고, 백 노즐(463)을 통해 기판(W)의 이면에 순수가 공급된다. 또한, 건조 기체 공급원(466)에는, 건조 기체로서, N2 가스 또는 건조 공기 등이 저류되어 있고, 가스 노즐(464)을 통해 기판(W)의 이면에 건조 기체가 공급된다.
원통체(407)의 주위에는, 기판 지지 부재(402)를 들어올리는 리프트 기구(470)가 배치되어 있다. 이 리프트 기구(470)는, 원통체(407)에 대해 상하 방향으로 슬라이드 가능하게 구성되어 있다. 리프트 기구(470)는, 기판 지지 부재(402)의 하단부에 접촉하는 접촉 플레이트(470a)를 갖고 있다. 원통체(407)의 외주면과 리프트 기구(470)의 내주면 사이에는, 제1 기체 챔버(471)와 제2 기체 챔버(472)가 형성되어 있다. 이들 제1 기체 챔버(471)와 제2 기체 챔버(472)는, 각각 제1 기체 유로(474) 및 제2 기체 유로(475)에 연통되어 있고, 이들 제1 기체 유로(474) 및 제2 기체 유로(475)의 단부는, 도시하지 않은 가압 기체 공급원에 연결되어 있다. 제1 기체 챔버(471) 내의 압력을 제2 기체 챔버(472) 내의 압력보다도 높게 하면, 리프트 기구(470)가 상승한다. 한편, 제2 기체 챔버(472) 내의 압력을 제1 기체 챔버(471) 내의 압력보다도 높게 하면, 리프트 기구(470)가 하강한다. 도 9는 리프트 기구(470)가 하강 위치에 있는 상태를 도시하고 있다.
도 11은 도 9에 도시하는 베이스(401)의 평면도이다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 베이스(401)는, 4개의 아암(401a)을 갖고, 각 아암(401a)의 선단에 기판 지지 부재(402)가 상하 이동 가능하게 지지되어 있다. 도 12의 (a)는 도 11에 도시하는 기판 지지 부재(402) 및 베이스(401)의 일부를 도시하는 평면도이고, 도 12의 (b)는 도 11의 A-A선 단면도이고, 도 12의 (c)는 도 12의 (b)의 B-B선 단면도이다. 베이스(401)의 아암(401a)은, 기판 지지 부재(402)를 슬라이드 가능하게 보유 지지하는 보유 지지부(401b)를 갖고 있다. 또한, 이 보유 지지부(401b)는 아암(401a)과 일체로 구성해도 된다. 보유 지지부(401b)에는 상하로 연장되는 관통 구멍이 형성되어 있고, 이 관통 구멍에 기판 지지 부재(402)가 삽입되어 있다. 관통 구멍의 직경은 기판 지지 부재(402)의 직경보다도 약간 크고, 따라서 기판 지지 부재(402)는 베이스(401)에 대해 상하 방향으로 상대 이동 가능하게 되어 있고, 또한 기판 지지 부재(402)는 그 축심 주위로 회전 가능하게 되어 있다.
기판 지지 부재(402)의 하부에는, 스프링 수용부(402a)가 장착되어 있다. 기판 지지 부재(402)의 주위에는 스프링(478)이 배치되어 있고, 스프링 수용부(402a)에 의해 스프링(478)이 지지되어 있다. 스프링(478)의 상단부는 보유 지지부(401b)[베이스(401)의 일부]를 압박하고 있다. 따라서, 스프링(478)에 의해 기판 지지 부재(402)에는 하향의 힘이 작용하고 있다. 기판 지지 부재(402)의 외주면에는, 관통 구멍의 직경보다도 큰 직경을 갖는 스토퍼(402b)가 형성되어 있다. 따라서, 기판 지지 부재(402)는, 도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이, 하방으로의 이동이 스토퍼(402b)에 의해 제한된다.
기판 지지 부재(402)의 상단부에는, 기판(W)이 적재되는 지지 핀(479)과, 기판(W)의 주위 단부에 접촉하는 기판 파지부로서의 원통 형상의 클램프(480)가 설치되어 있다. 지지 핀(479)은 기판 지지 부재(402)의 축심상에 배치되어 있고, 클램프(480)는 기판 지지 부재(402)의 축심으로부터 이격된 위치에 배치되어 있다. 따라서, 클램프(480)는 기판 지지 부재(402)의 회전에 수반하여 기판 지지 부재(402)의 축심 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 여기서, 기판(W)과 접촉하는 부분의 부재로서는, 대전 방지를 위해, 도전성 부재(적합하게는, 철, 알루미늄, SUS)나, PEEK, PVC 등의 탄소 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
베이스(401)의 보유 지지부(401b)에는 제1 자석(481)이 장착되어 있고, 이 제1 자석(481)은 기판 지지 부재(402)의 측면에 대향하여 배치되어 있다. 한편, 기판 지지 부재(402)에는 제2 자석(482) 및 제3 자석(483)이 배치되어 있다. 이들 제2 자석(482) 및 제3 자석(483)은, 상하 방향으로 이격되어 배열되어 있다. 이들 제1 내지 제3 자석(481, 482, 483)으로서는, 네오디뮴 자석이 적절하게 사용된다.
도 13은 제2 자석(482)과 제3 자석(483)의 배치를 설명하기 위한 모식도로, 기판 지지 부재(402)의 축 방향으로부터 본 도면이다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 제2 자석(482)과 제3 자석(483)은, 기판 지지 부재(402)의 주위 방향에 있어서 어긋나게 배치되어 있다. 즉, 제2 자석(482)과 기판 지지 부재(402)의 중심을 연결하는 선과, 제2 자석(482)과 기판 지지 부재(402)의 중심을 연결하는 선은 기판 지지 부재(402)의 축 방향으로부터 보았을 때에 소정의 각도 α로 교차하고 있다.
기판 지지 부재(402)가, 도 12의 (b)에 도시하는 하강 위치에 있을 때, 제1 자석(481)과 제2 자석(482)이 서로 대향한다. 이때, 제1 자석(481)과 제2 자석(482) 사이에는 흡인력이 작용한다. 이 흡인력은, 기판 지지 부재(402)에 그 축심 주위로 회전하는 힘을 부여하고, 그 회전 방향은, 클램프(480)가 기판(W)의 주위 단부를 압박하는 방향이다. 따라서, 도 12의 (b)에 도시하는 하강 위치는, 기판(W)을 파지하는 클램프 위치라 할 수 있다.
또한, 제1 자석(481)과 제2 자석(482)은, 충분한 파지력이 발생할 정도로 서로 근접하기만 하면, 기판(W)을 파지할 때에 반드시 서로 대향하고 있지 않아도 된다. 예를 들어, 제1 자석(481)과 제2 자석(482)이 서로 기울어진 상태에서 근접하고 있는 경우라도, 그들 사이에 자력은 발생한다. 따라서, 이 자력이 기판 지지 부재(402)를 회전시켜 기판(W)을 파지시키는 데 충분할 정도로 크면, 제1 자석(481)과 제2 자석(482)은 반드시 서로 대향하고 있지 않아도 된다.
도 14의 (a)는 리프트 기구(470)에 의해 기판 지지 부재(402)를 상승시켰을 때의 기판 지지 부재(402) 및 아암(401a)의 일부를 도시하는 평면도이고, 도 14의 (b)는 리프트 기구(470)에 의해 기판 지지 부재(402)를 상승시켰을 때의 도 8의 A-A선 단면도이고, 도 14의 (c)는 도 14의 (b)의 C-C선 단면도이다.
리프트 기구(470)에 의해 기판 보유 지지 부재(402)를 도 14의 (b)에 도시하는 상승 위치까지 상승시키면, 제1 자석(481)과 제3 자석(483)이 대향하고, 제2 자석(482)은 제1 자석(481)으로부터 이격된다. 이때, 제1 자석(481)과 제3 자석(483) 사이에는 흡인력이 작용한다. 이 흡인력은 기판 지지 부재(402)에 그 축심 주위로 회전하는 힘을 부여하고, 그 회전 방향은, 클램프(480)가 기판(W)으로부터 이격되는 방향이다. 따라서, 도 14의 (a)에 도시하는 상승 위치는, 기판을 릴리스하는 언클램프 위치라 할 수 있다. 이 경우도, 제1 자석(481)과 제3 자석(483)은, 기판(W)의 파지를 개방할 때에 반드시 서로 대향하고 있지 않아도 되고, 클램프(480)를 기판(W)으로부터 이격시키는 방향으로 기판 지지 부재(402)를 회전시킬 정도의 회전력(자력)을 발생시킬 정도로 서로 근접하고 있으면 된다.
제2 자석(482)과 제3 자석(483)은 기판 지지 부재(402)의 주위 방향에 있어서 어긋난 위치에 배치되어 있으므로, 기판 지지 부재(402)의 상하 이동에 수반하여 기판 지지 부재(402)에는 회전력이 작용한다. 이 회전력에 의해 클램프(480)에 기판(W)을 파지하는 힘과 기판(W)을 개방하는 힘이 부여된다. 따라서, 기판 지지 부재(402)를 상하 이동시키는 것만으로, 기판(W)을 파지하고, 또한 개방할 수 있다. 이와 같이, 제1 자석(481), 제2 자석(482) 및 제3 자석(483)은, 기판 지지 부재(402)를 그 축심 주위로 회전시켜 클램프(480)에 의해 기판(W)을 파지시키는 파지 기구(회전 기구)로서 기능한다. 이 파지 기구(회전 기구)는, 기판 지지 부재(402)의 상하 이동에 의해 동작한다.
리프트 기구(470)의 접촉 플레이트(470a)는 기판 지지 부재(402)의 하방에 위치하고 있다. 접촉 플레이트(470a)가 상승하면, 접촉 플레이트(470a)의 상면이 기판 지지 부재(402)의 하단부에 접촉하고, 기판 지지 부재(402)는 스프링(478)의 압박력에 저항하여 접촉 플레이트(470a)에 의해 들어올려진다. 접촉 플레이트(470a)의 상면은 평탄한 면이며, 한편, 기판 지지 부재(402)의 하단부는 반구 형상으로 형성되어 있다. 본 예에서는, 리프트 기구(470)와 스프링(478)에 의해, 기판 지지 부재(402)를 상하 이동시키는 구동 기구가 구성된다. 또한, 구동 기구로서는, 상술한 예에 한정되지 않고, 예를 들어 서보 모터를 사용한 구성으로 할 수도 있다.
기판 지지 부재(402)의 측면에는, 그 축심을 따라 연장되는 홈(484)이 형성되어 있다. 이 홈(484)은 원호 형상의 수평 단면을 갖고 있다. 베이스(401)의 아암(401a)[본 예에서는 보유 지지부(401b)]에는, 홈(484)을 향해 돌출되는 돌기부(485)가 형성되어 있다. 이 돌기부(485)의 선단은, 홈(484)의 내부에 위치하고 있고, 돌기부(485)는 홈(484)에 느슨하게 결합되어 있다. 이 홈(484) 및 돌기부(485)는 기판 지지 부재(402)의 회전 각도를 제한하기 위해 형성되어 있다.
다음에, 상술한 바와 같이 구성된 건조 유닛(20)의 동작에 대해 설명한다.
우선, 모터(415)에 의해 기판(W) 및 회전 커버(450)를 일체로 회전시킨다. 이 상태에서, 프론트 노즐(454) 및 백 노즐(463)로부터 순수를 기판(W)의 표면(상면) 및 이면(하면)에 공급하고, 기판(W)의 전체면을 순수로 린스한다. 기판(W)에 공급된 순수는, 원심력에 의해 기판(W)의 표면 및 이면 전체로 확산되고, 이에 의해 기판(W)의 전체가 린스된다. 회전하는 기판(W)으로부터 떨쳐내어진 순수는, 회전 커버(450)에 포착되어 액체 배출 구멍(451)으로 유입된다. 기판(W)을 린스 처리하는 동안, 2개의 유체 노즐(460, 461)은, 기판(W)으로부터 이격된 소정의 대기 위치에 있다.
다음에, 프론트 노즐(454)로부터의 순수의 공급을 정지하고, 프론트 노즐(454)을 기판(W)으로부터 이격된 소정의 대기 위치로 이동시키는 동시에, 2개의 유체 노즐(460, 461)을 기판(W)의 상방의 오프셋 위치(건조 개시 위치)로 이동시킨다. 그리고 기판(W)을 30 내지 150min-1의 속도로 저속 회전시키면서, 유체 노즐(460)로부터 IPA 증기를, 유체 노즐(461)로부터 순수를 기판(W)의 표면을 향해 공급한다. 이때, 기판(W)의 이면에도 백 노즐(463)로부터 순수를 공급한다.
그리고 전술한 제2 세정 유닛(18)의 요동 아암(44)과 마찬가지로, 모터(504)의 회전 속도를 제어부(506)에 의해 제어하여 요동 아암(502)의 각속도를 제어하고, 이에 의해, 2개의 유체 노즐(460, 461)의 이동 속도를 제어하여, 2개의 유체 노즐(460, 461)을 동시에 기판(W)의 직경 방향을 따라 기판(W)의 외주부 측방까지 이동시킨다. 이에 의해, 기판(W)의 표면(상면)이 건조된다.
그 후, 2개의 유체 노즐(460, 461)을 소정의 대기 위치로 이동시켜, 백 노즐(463)로부터의 순수의 공급을 정지한다. 그리고 기판(W)을 1000 내지 1500min-1의 속도로 고속 회전시켜, 기판(W)의 이면에 부착되어 있는 순수를 떨쳐낸다. 이때, 가스 노즐(464)로부터 건조 기체를 기판(W)의 이면에 분사한다. 이와 같이 하여 기판(W)의 이면이 건조된다.
다음에, 도 5에 도시하는 연마 장치를 사용한, 본 발명의 실시 형태의 기판 세정 방법의 처리 흐름을, 도 15에 나타내는 블록도를 참조하여 설명한다.
우선, 로드 포트(12) 내의 기판 카세트로부터 취출한 기판의 표면을, 연마 유닛 14a 내지 14d 중 어느 하나로 반송하여 연마한다. 그리고 연마 후의 기판을 제1 세정 유닛(16)으로 반송한다.
제1 세정 유닛(16)에서는, 전술한 바와 같이, 표면을 상향으로 하여 기판(W)을 수평 회전시키면서, 기판(W)의 표면 및 이면에, 중성 내지 알칼리성 약액으로 이루어지는 세정수를 공급하고, 롤 세정 부재(307, 308)를 그 축심 주위로 회전시켜 기판(W)의 표면 및 이면에 미끄럼 접촉시킴으로써 기판(W)의 표면 및 이면의 롤 스크럽 세정에 의한 1차 세정을 행한다. 그리고 기판(W)의 표면 및 이면에 린스액(순수)을 공급하여 린스 세정하여, 기판(W)의 표면 및 이면에 남는 세정액(약액)을 린스액으로 씻어낸다.
그리고 1차 세정 후의 기판(W)을 제1 세정 유닛(16)으로부터 제2 세정 유닛(18)으로 반송한다.
제2 세정 유닛(18)에서는, 전술한 바와 같이, 표면을 상향으로 하여 기판(W)을 수평 회전시키고, 2 유체 노즐(46)을 도 8에 도시하는 오프셋 위치 A로부터 세정 종료 위치 C로 이동시키면서, 기판(W)의 표면을 향해, N2 가스 등의 캐리어 가스와 탄산수를 2 유체 노즐(46)로부터 고속으로 분출시키고, 이에 의해, 기판(W)의 표면의 2 유체 제트 세정에 의한 마무리 세정을 행한다. 그리고 기판(W)의 표면에 린스액을 공급하여, 기판(W)의 표면에 남는 탄산수를 린스액으로 씻어낸다.
다음에, 회전중인 펜슬형 세정구(60)의 하면을, 회전중인 기판(W)의 표면에 소정의 압박력으로 접촉시키면서, 요동 아암(44)을 요동시켜 펜슬형 세정구(60)를 이동시키고, 동시에, 기판(W)의 표면에, 중성 내지 알칼리성 약액으로 이루어지는 세정액을 공급함으로써, 기판(W)의 표면의 펜슬 스크럽 세정에 의한 최종 마무리 세정을 행한다. 그리고 기판(W)의 표면에 린스액을 공급하여, 기판(W)의 표면에 남는 세정액(약액)을 린스액으로 씻어낸다.
그리고 최종 세정 후의 기판을 제2 세정 유닛(18)으로부터 건조 유닛(20)으로 반송하고, 건조 유닛(20)에서 스핀 건조시킨 후, 건조 후의 기판을 로드 포트(12)의 기판 카세트 내로 복귀시킨다.
본 예에 따르면, 중성 내지 알칼리성 약액을 세정액으로서 사용한 롤 스크럽 세정에 의한 1차 세정 및 중성 내지 알칼리성 약액을 세정액으로서 사용한 펜슬 스크럽 세정에 의한 최종 마무리 세정을 행함으로써, 예를 들어 절연체의 내부에 표면을 노출시켜 매립한 구리로 이루어지는 구리 배선을 표면에 갖는 연마 후의 기판의 상기 표면을, 구리 부식을 억제하면서 세정할 수 있다.
또한, 구리 부식의 요인이 되는 탄산수를 사용한 2 유체 제트 세정에 의한 기판(W)의 표면의 마무리 세정 후에, 중성 내지 알칼리성 약액을 세정액으로 사용한 스크럽 세정으로 기판(W)의 표면의 최종 마무리 세정을 행함으로써, 기판(W)의 표면의 잔류하는 탄산수를 신속하게, 즉, 미시적 시점에서 산성을 띠는 잔류 탄산수중에 대기로부터의 산소가 용해되기 전에 제거할 수 있고, 이에 의해, 2 유체 제트 세정에 의한 파티클의 제거 효과를 유지하면서, 2 유체 제트 세정에 의한 구리 부식의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
도 16은 도 15에 나타내는 처리 흐름에서 구리로 이루어지는 기판 표면을 세정하였을 때에, 구리 표면의 부식을 방지하는 메커니즘의 설명에 부가하는 도면이다. 즉, 구리로 이루어지는 기판(W)의 표면(Wf)을 2 유체 제트 세정으로 마무리 세정하여 린스 세정하면, 도 16의 (a)에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 표면(Wf)에 세정에 의해 제거되지 않고 잔존하는 비교적 큰 파티클(디펙트) P1이나 비교적 작은 파티클(디펙트) P2의 주위에, 산성을 띠는 탄산수(CW)가 상기 파티클 P1, P2에 걸려 잔류하기 쉬워진다. 그러나 2 유체 제트 세정의 직후에, 펜슬 스크럽 세정에 의한 최종 마무리 세정을 행하여 건조시킴으로써, 2 유체 제트 세정 후에 표면에 잔류한 탄산수(CW) 중에 대기중의 산소(O2)가 용해되기 전에, 도 16의 (b)에 도시하는 바와 같이, 표면에 잔류한 탄산수(CW) 및 비교적 큰 파티클 P1을 기판(W)의 표면(Wf)으로부터 제거하여, 이에 의해, 건조 후의 기판(W)의 표면(Wf)의 비교적 작은 파티클 P2의 주위에 구리 부식이 발생해 버리는 것을 방지할 수 있다.
도 17은 도 15에 나타내는 처리 흐름에서 구리로 이루어지는 기판 표면을 세정하였을 때에 있어서의 상기 표면의 SEM 이미지를 나타낸다. 이 도 17로부터, 구리의 표면의 파티클(디펙트)이 관찰되는 주변에 구리 부식에 의한 표면 거칠기를 확인할 수 없어, 이에 의해, 구리의 표면에 부식이 발생되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
또한, 롤 스크럽 세정으로 1차 세정을 행하고, 2 유체 제트 세정으로 마무리 세정을 행한 후, 펜슬 스크럽 세정으로 최종 마무리 세정을 행함으로써, 펜슬 스크럽 세정의 부담을 저감하고, 펜슬 스크럽 세정 특성을 장기간 유지하여, 펜슬형 세정 부재(60)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 18은 표면에 Low-k막을 형성한 기판의 상기 표면을, 다양한 세정 조건(비교예 1 내지 4, 실시예 1)에서 세정하였을 때에 Low-k막 표면에 남는 120㎚ 이상의 파티클 수(디펙트 수)를 계측한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 18에 있어서, 파티클 수는, 비교예 2에서 세정하였을 때의 파티클 수를 1로 한 임의수(a.u값)로 나타내고 있다.
비교예 1은, 도 6에 도시하는 제1 세정 유닛(16)을 사용하고, 저세정 조건(롤 세정 부재의 회전 속도 : 200rmp, 기판의 회전 속도 : 50rmp)에서 기판 표면을 롤 스크럽 세정하여 건조시켰을 때의 결과를 나타내고 있다. 비교예 2는, 도 6에 도시하는 제1 세정 유닛(16)을 사용하고, 고세정 조건(롤 세정 부재의 회전 속도 : 200rmp, 기판의 회전 속도 : 150rmp)에서 기판 표면을 롤 스크럽 세정하여 건조시켰을 때의 결과를 나타내고 있다.
비교예 3은, 비교예 2와 동일 조건에서 롤 스크럽 세정한 후, 도 7에 도시하는 제2 세정 유닛(18)을 사용한 2 유체 제트 세정으로 세정하여 건조시켰을 때의 결과를 나타내고 있다. 비교예 4는, 비교예 2와 동일 조건에서 롤 스크럽 세정한 후, 도 7에 도시하는 제2 세정 유닛(18)을 사용한 펜슬 스크럽 세정을 행하고, 그리고 나서, 2 유체 제트 세정으로 세정하여 건조시켰을 때의 결과를 나타내고 있다. 실시예 1은, 도 15에 나타내는 바와 같이, 비교예 2와 동일 조건에서 롤 스크럽 세정(1차 세정)한 후, 도 7에 도시하는 제2 세정 유닛(18)을 사용한 2 유체 제트 세정(마무리 세정)을 행하고, 그리고 나서, 롤 스크럽 세정(최종 마무리 세정)하여 건조시켰을 때의 결과를 나타내고 있다.
도 18로부터, 실시예 1에 따르면, 비교예 1∼4와 비교하여, 세정 후에 Low-막 표면에 남는 파티클 수(디펙트 수)를 대폭 저감시킨 기판 세정 방법을 확립할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 19는 전술한 비교예 4에 있어서, 2 유체 제트 세정의 세정 조건(요동 아암의 요동 속도 또는 2 유체 노즐의 스캔 방법)을 대신하여, 구리막의 표면을 세정하였을 때(비교예 4a∼4d)와, 전술한 실시예 1에서 구리막 표면을 세정하였을 때에 있어서의 구리 부식(N≥2) 디펙트율을 계측한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 19로부터, 비교예 4a∼4d와 같이, 가령 2 유체 제트 세정의 세정 조건을 대신하였다고 해도, 2 유체 제트 세정을 마지막에 행하여 건조시키면, 구리의 부식이 발생하지만, 실시예 1과 같이, 2 유체 제트 세정(마무리 세정)을 행한 후, 롤 스크럽 세정(최종 마무리 세정)하여 건조시킴으로써, 구리의 부식을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 20은 표면에 구리막과 Low-k막이 혼재하는 기판의 상기 표면을, 비교예 4와 실시예 1에서 각각 세정하였을 때의 구리 표면에 남는 150㎚ 이상의 파티클 수(디펙트 수) 및 Low-k막 표면에 남는 120㎚ 이상의 파티클 수(디펙트 수)를 계측한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 20에 나타내는 파티클 수는, 비교예 4에서 세정하였을 때의 파티클 수를 1로 한 임의수(a.u값)로 나타내고 있다.
도 20으로부터, 실시예 1에 따르면, 비교예 4와 비교하여, 세정 후에 구리막 표면 및 Low-막 표면에 남는 파티클 수(디펙트 수)를 대폭 저감시킨 기판 세정 방법을 확립할 수 있는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 예에 따르면, 차세대의 구리 배선에 있어서의 연마 후의 세정 처리에 있어서, 2 유체 제트 세정의 특징을 살리면서, 연마 후의 세정 처리의 최종 마무리 세정이 아닌, 현재 최종 세정으로서 주류인 펜슬 스크럽 세정 전에 2 유체 제트 세정을 실시함으로써, 우려되는 구리 부식을 억제할 수 있다. 또한, 펜슬 스크럽 세정 전에 2 유체 제트 세정을 실시함으로써, 펜슬 스크럽 세정의 세정 성능을 유지하면서, 펜슬형 세정 부재의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 본 예에서는, 펜슬 스크럽 세정으로 최종 마무리 세정을 행하고 있지만, 롤 스크럽 세정으로, 2 유체 제트 세정에 의한 마무리 세정 후의 최종 마무리 세정을 행하도록 해도 된다.
지금까지 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에 있어서 여러 다른 형태로 실시되어도 되는 것은 물론이다.
14a 내지 14d : 연마 유닛
16 : 제1 세정 유닛
18 : 제2 세정 유닛
20 : 건조 유닛
30 : 제어부
40 : 세정조
42 : 지지축
44 : 요동 아암
46 : 2 유체 노즐
54 : 모터
60 : 펜슬형 세정구
460, 461 : 유체 노즐
307, 308 : 롤 세정 부재
500 : 지지축
502 : 요동 아암
504 : 모터
506 : 제어부

Claims (3)

  1. 중성 내지 알칼리성 약액을 세정액에 사용한 스크럽 세정으로 기판 표면의 1차 세정을 행하고,
    순수 또는 초순수에 CO2 가스를 용해시킨 탄산수를 2 유체 노즐로부터 기판 표면을 향해 분출시켜 상기 표면을 비접촉으로 세정하는 2 유체 제트 세정으로 기판 표면의 마무리 세정을 행하고, 그리고 나서,
    중성 내지 알칼리성 약액을 세정액에 사용한 스크럽 세정으로 기판 표면의 최종 마무리 세정을 행하여 건조시키는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 1차 세정은, 롤 세정 부재를 기판 표면에 문질러 상기 표면을 세정하는 롤 스크럽 세정이고, 상기 최종 마무리 세정은, 펜슬형 세정 부재를 기판 표면에 문질러 상기 표면을 세정하는 펜슬 스크럽 세정인 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
  3. 재1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판 표면에는, 절연체의 내부에 표면을 노출시켜 매립한 구리로 이루어지는 구리 배선이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
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