KR20130131232A

KR20130131232A - 기판 세정 방법

Info

Publication number: KR20130131232A
Application number: KR1020130055792A
Authority: KR
Inventors: 도모아츠 이시바시
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-12-03
Also published as: JP5886224B2; TWI493614B; US8932407B2; CN103418558A; US20130312790A1; JP2014003273A; TW201349323A

Abstract

본 발명의 과제는, 기판과 롤 세정 부재를 각각 회전시키면서 서로 접촉시켜 기판을 세정하는 세정 기구에 있어서, 기판의 세정을 고효율적으로 행하여 세정 성능을 종합적으로 높이고, 또한 역 오염을 고려할 필요성을 각별히 저감시키는 것이다.
기판(W)의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐 직선 형상으로 연장되는 롤 세정 부재(16)와 기판(W)을 각각 일방향으로 회전시키면서, 세정액의 존재하에서, 롤 세정 부재(16)와 기판(W)의 표면을 세정 에어리어(30)를 따라 서로 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에 있어서, 기판(W)의 1회전에 수반하여, 세정 에어리어(30) 상의 롤 세정 부재(16)와 기판(W)의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어(34)에 세정액이 공급된 후, 세정 에어리어(30) 상의 롤 세정 부재(16)와 기판(W)의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어(32)에 세정액이 공급되도록, 기판(W)의 표면에 세정액을 공급한다.

Description

기판 세정 방법 {SUBSTRATE CLEANING METHOD}

본 발명은, 세정액의 존재하에서, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 원기둥 형상이며 장척 형상으로 연장되는 롤 세정 부재를 접촉시키면서, 기판 및 롤 세정 부재를 함께 일방향으로 회전시켜 기판 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에 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 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 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 누설이 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.

CMP 후의 기판 표면을 세정하는 세정 방법으로서, 세정액의 존재하에서, 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 함께 일방향으로 회전시켜 기판의 표면을 세정하는 스크럽 세정이 알려져 있다.

도 1은 종래의 롤 세정 부재를 사용하여 기판 표면을 스크럽 세정하고 있을 때의 개요를 나타낸다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 롤 세정 부재(R)는, 기판(W)의 직경보다도 약간 긴 길이를 갖고 있고, 롤 세정 부재(R)는, 그 길이 방향 중앙부에 있어서 회전축(O₁)이 기판(W)의 회전축(O₂)과 직교하는 상태에서 기판(W)의 표면과 접촉하도록 배치되어 있다. 그리고 기판(W)의 표면에 세정액 공급 노즐(N)로부터 세정액을 공급하면서, 회전축(O₂)을 중심으로 회전 중의 기판(W)의 표면에, 그 직경 방향의 전체 길이에 걸쳐, 회전축(O₁)을 중심으로 회전 중의 롤 세정 부재(R)를 접촉시키고, 세정액의 존재하에서, 기판(W)의 표면을 롤 세정 부재(R)에 문지름으로써 세정 특성을 얻도록 하고 있다.

여기에, 기판(W)의 표면의 세정은, 기판(W)의 표면과 롤 세정 부재(R)가 서로 접촉하는, 길이 L의 세정 에어리어 E에서 행해진다. 이 세정 에어리어 E는, 기판(W)의 대략 회전축(O₂)을 경계로 하여, 기판(W)과 롤 세정 부재(R)의 회전 방향이 서로 반대로 되어 기판(W)과 롤 세정 부재(R)의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은, 길이 L_i의 역방향 세정 에어리어 E₁과, 기판(W)과 롤 세정 부재(R)의 회전 방향이 서로 동일해져 기판(W)과 롤 세정 부재(R)의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은, 길이 L_f의 순방향 세정 에어리어 E₂로 나뉘고, 이 역방향 세정 에어리어 E₁과 순방향 세정 에어리어 E₂로 이루어지는 세정 에어리어 E에 세정액을 효율적으로 공급하는 것이 요구된다.

이로 인해, 도 1에 도시하는 바와 같이, 세정액 공급 노즐(N)은, 예를 들어 기판(W)이 상방에서 보아 시계 방향으로 회전하고, 기판(W)의 상방에 위치하는 롤 세정 부재(R)도 좌측에서 보아 시계 방향으로 회전하고 있는 경우에는, 세정 에어리어 E를 경계로 기판(W)을 상방에서 보아 좌우의 좌측 에어리어 W_L과 우측 에어리어 W_R로 나눈 경우에 있어서의 우측 에어리어 W_R에 세정액을 공급하도록, 일반적으로 배치되어 있다. 이에 의해, 기판(W)에 공급되어 기판(W) 상에 보유 지지된 세정액은, 기판(W)의 회전에 의해, 우선 기판(W)의 회전 방향과 롤 세정 부재(R)의 회전 방향이 동일한 순방향 세정 에어리어 E₂에 공급된다. 순방향 세정 에어리어 E₂에서는, 기판(W) 상의 세정액의 이동 방향과 롤 세정 부재(R)의 회전 방향이 동일한 방향(순방향)으로 되고, 이로 인해 롤 세정 부재(R)가 기판(W) 상의 세정액을 말려 들어가게 하면서 접촉 물리적인 세정이 행해진다. 그리고 순방향 세정 에어리어 E₂를 통과한 기판(W) 상의 세정액은, 기판(W)의 회전에 의해 다음 접촉 물리 세정이 행해지는 역방향 세정 에어리어 E₁에 공급된다.

특허문헌 1, 2에는, 세정액의 존재하에서, 기판의 표면에 롤 세정 부재(롤 브러시나 롤 스펀지)를 서로 접촉시키면서 양자를 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정하는 스크럽 세정 장치이며, 기판이 1회전하는 것에 수반하여, 순방향 세정 에어리어와 역방향 세정 에어리어에 세정액이 공급되도록 기판 표면에 세정액을 공급하는 스크럽 세정 장치가 기재되어 있다. 특허문헌 3, 4에는, 세정액의 존재하에서, 기판의 표면에 롤 세정 부재(롤 브러시나 롤 스펀지)를 서로 접촉시키면서 양자를 회전시켜 기판의 표면을 스크럽 세정하는 스크럽 세정 장치이며, 롤 세정 부재를 끼운 양측으로부터 기판 표면에 세정액을 공급하도록 한 스크럽 세정 장치가 기재되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2010-278103호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-74191호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-77876호 공보 일본 특허 출원 공개 평9-69502호 공보

기판과 롤 세정 부재의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어는, 낮은 물리 세정성밖에 얻어지지 않고, 기판과 롤 세정 부재의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어는, 높은 물리 세정성이 얻어진다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 세정액 공급 노즐(N)을 기판(W)의 우측 에어리어 W_R에 설치하면, 기판(W)에 공급되어 보유 지지된 세정액은, 기판(W)과 롤 세정 부재(R)의 회전에 수반하여, 세정액의 운반되는 방향과 롤 세정 부재(R)의 회전 방향이 일치하고 있어 롤 세정 부재(R)에 의해 후방 압박되는 순방향 세정 에어리어 E₂로부터 배출되고, 이 하류측인 역방향 세정 에어리어 E₁에 원활하게 송입된다. 그러나 순방향 세정 에어리어 E₂로부터 배출된 세정액은 한번 세정 처리에 사용되어 세정 특성이 열화되어 있고, 또한, 기판(W)의 수평 회전에 수반하여 운반되므로, 기판(W)의 회전에 의한 원심력을 받아 기판(W)의 외부로 배출되면서 역방향 세정 에어리어 E₁에 도달하기 위해 세정액량은 대폭으로 감소하는 결과로 된다.

이로 인해, 높은 물리 세정성이 얻어지는 역방향 세정 에어리어에 대량의 세정액을 공급하고, 이 역방향 세정 에어리어에서 기판의 세정에 사용된 세정액을, 낮은 물리 세정성밖에 얻어지지 않는 순방향 세정 에어리어에 공급하여 순회 사용함으로써, 종합적으로 높은 세정 성능이 얻어진다고 생각된다.

또한, 순방향 세정 에어리어에는, 롤 세정 부재나 기판의 치수나 회전 속도 등의 세정 조건에 의해, 기판과 롤 세정 부재의 상대 회전 속도가 제로로 되는 영역이 발생한다. 이 상대 회전 속도가 제로로 되는 영역 및 그 주변 등에서는, 롤 세정 부재를 기판에 대하여 단순하게 압박하고 있을(스탬프하고 있을) 뿐인 상황에 있다. 이로 인해 롤 세정 부재와의 접촉에 의해 기판 표면이 역 오염되어 버리는 경우가 있고, 이 역 오염된 영역을 효과적으로 세정하는 것이 요구된다.

특허문헌 1은 대구경의 얇은 기판의 세정에 관한 것이며, 세정액을 기판의 저속 회전 시에 중앙부에 공급하면 세정액이 중앙부에 체류하고, 기판이 휘어 중앙부의 세정이 불충분해지는 것을 억지하려고 하는 것이다. 특허문헌 2는 롤 세정 부재의 교환 시기를 판정하여 롤 세정 부재의 오염을 억지하려고 하는 것이다.

특허문헌 1, 2에 기재된 발명은, 상기한 바와 같은 롤 세정 부재를 사용한 스크럽 세정에 있어서의 순방향 세정 에어리어와 역방향 세정 에어리어의 물리 세정성의 차이를 고려한 것은 아니다. 특허문헌 1, 2의 도면에 도시되는 세정액 공급 노즐의 배치 위치는, 도면 작성상의 편의 등을 고려한 것이며, 우발적으로 발생한 구성이라고 생각된다. 이로 인해, 인용문헌 1, 2에 있어서는, 명세서 중에, 세정액 공급 노즐의 배치 위치와, 기판과 롤 세정 부재의 상대 회전 속도의 관계 등에 대해 전혀 기재되어 있지 않다.

또한, 특허문헌 3, 4에 기재된 바와 같이, 롤 세정 부재를 끼운 양측으로부터 기판 표면에 세정액을 공급하면, 세정액의 사용량이 상대적으로 증가하여 비경제적일 뿐만 아니라, 구조적으로도 상당히 복잡해진다. 또한, 기판의 평배치에 의한 롤 세정 부재와의 접촉 세정에 있어서, 기판 상의 세정액은, 기판의 수평 회전에 의한 원심력의 영향을 받아, 기판의 외주 방향으로 이동하여 배출되지만, 기판의 회전축 부근에서는, 원심력이 매우 낮거나, 혹은 없으므로, 세정액이 정체하여 저류되기 쉽고, 이로 인해, 새 세정액과의 교체도 곤란하므로 세정 특성을 열화시키는 것이 상정된다.

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 기판과 롤 세정 부재를 함께 회전시키면서 서로 접촉시켜 기판을 세정하는 세정 기구에 있어서, 기판의 세정을 고효율적으로 행하여 세정 성능을 종합적으로 높이고, 또한 역 오염을 각별히 저감시킨 기판 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기판 세정 방법은, 기판의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐 직선 형상으로 연장되는 롤 세정 부재와 기판을 각각 일방향으로 회전시키면서, 세정액의 존재하에서, 상기 롤 세정 부재와 기판 표면을 세정 에어리어를 따라 서로 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에 있어서, 기판의 1회전에 수반하여, 상기 세정 에어리어 상의 상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어에 세정액이 공급된 후, 상기 세정 에어리어 상의 상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어에 세정액이 공급되도록, 기판의 표면에 세정액을 공급한다.

여기서, 역방향 세정 에어리어에 세정액을 공급한다고 하는 것은, 세정액을 기판 상에 공급하는 데 있어서, 기판 중심부 혹은 기판 중심 근방의 순방향 세정 에어리어에도 일부의 세정액이 공급되지만, 역방향 세정 에어리어에 세정액의 대부분이 공급되도록 한다고 하는 의미이다.

이에 의해, 높은 물리 세정성이 얻어지는 역방향 세정 에어리어에 대량의 세정액을 공급하고, 이 역방향 세정 에어리어에서 기판의 세정에 사용된 세정액을, 낮은 물리 세정성밖에 얻어지지 않는 순방향 세정 에어리어에 공급하여 순회 사용할 수 있으므로, 종합적으로 높은 세정 성능을 얻을 수 있다. 또한, 역방향 세정 에어리어에는 기판과 롤 세정 부재의 상대 이동 속도가 제로로 되는 영역은 존재하지 않고, 역방향 세정 에어리어에서 기판을 중점적으로 세정함으로써, 기판 표면의 롤 세정 부재로부터의 역 오염을 각별히 저감할 수 있다.

역방향 세정 에어리어에 대량의 세정액을 공급하지만, 이 경우의 세정액의 양은 0.5 내지 2.0리터/min이다.

상기 역방향 세정 에어리어의 길이 방향 중심선과 기판의 표면에 공급되는 세정액의 상기 표면에 투영한 공급 방향이 이루는 세정액의 공급 각도는, 상기 길이 방향 중심선으로부터 시계 방향으로 본 공급 각도가 1° 이상 90° 미만인 것이 바람직하다.

이와 같이, 세정액의 상기 공급 각도가 특정한 범위로 되도록, 세정액 공급 노즐의 위치를 정하여 세정액을 기판에 공급함으로써, 기판의 표면에 공급된 세정액은 상기 표면에 보유 지지되어 역방향 세정 에어리어에 운반되고, 롤 세정 부재의 회전에 수반하여, 기판의 회전 방향에 대하여 상류측으로 긁어내어진다. 긁어내어진 세정액은, 기판 상에 정체하는 일 없이, 후방으로부터 기판의 표면에 공급되고 상기 표면에 보유 지지되어 역방향 세정 에어리어에 운반되어 오는 세정액과, 기판의 회전에 수반하는 원심력에 의해 빠르게 기판의 외주로부터 외부로 배출된다.

본 발명의 바람직한 일 형태에 있어서, 기판의 이면에 접촉하는 롤 세정 부재와 상기 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 세정 에어리어에 세정액이 공급되도록, 기판의 이면에 세정액을 공급한다.

상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도를, 기판의 회전 속도를 높임으로써, 상대적으로 높이는 것이 바람직하다. 롤 세정 부재의 회전 속도가 일정한 경우에는, 기판의 회전 속도를 올림으로써 세정 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 기판의 회전 속도를 50rpm 내지 300rpm으로 한다.

본 발명의 기판 세정 방법에 따르면, 대량의 세정액을 높은 물리 세정성이 얻어지는 역방향 세정 에어리어에 공급한다. 이에 의해, 역방향 세정 에어리어에 공급된 세정액은 역방향 세정 에어리어에 있어서 효율적으로 기판을 세정한 후, 필요한 양의 세정액이 역방향 세정 에어리어를 통과하여 순방향 세정 에어리어에 공급되고, 이 부분에 있어서의 세정에 사용되게 된다. 따라서, 기판의 세정 성능을 종합적으로 높여 세정 후에 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 대폭으로 저감하고, 또한 기판 표면의 롤 세정 부재로부터의 역 오염을 각별히 저감할 수 있다.

도 1은 종래의 롤 세정 부재를 사용하여 기판 표면을 스크럽 세정하고 있을 때의 개요를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 기판 세정 방법에 사용되는 스크럽 세정 장치의 일례를 나타내는 개요도.
도 3은 도 2에 도시하는 스크럽 세정 장치의 롤 세정 부재, 기판 및 세정액 공급 노즐의 관계를 나타내는 개요도.
도 4는 도 2에 도시하는 스크럽 세정 장치의 롤 세정 부재, 기판, 세정액 공급 노즐 및 상기 노즐로부터의 세정액의 공급 방향의 관계를 나타내는 평면도.
도 5a는 순방향 세정 에어리어에 있어서의 기판과 롤 세정 부재를 그들의 회전 속도와 함께 도시하는 단면도이며, 도 5b는 역방향 세정 에어리어에 있어서의 기판과 롤 세정 부재를 그들의 회전 속도와 함께 도시하는 단면도.
도 6은 제1, 제2 실시예 및 제1 비교예에 있어서의 세정 후에 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 나타내는 그래프.
도 7은 제3, 제4 실시예 및 제2 비교예에 있어서의 세정 후에 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 나타내는 그래프.

이하, 본 발명의 실시 형태를, 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 기판 세정 방법에 사용되는 스크럽 세정 장치의 일례를 나타내는 개요도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 이 스크럽 세정 장치는, 표면을 위로 하여 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)의 주연부를 지지하고 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 형상이며 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 형상이며 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 승강시키고, 상부 롤 홀더(12)로 회전 가능하게 지지한 상부 롤 세정 부재(16)를 화살표 F₁로 나타내는 방향(좌측에서 보아 시계 방향)으로 회전시키는 구동 기구(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 하부 롤 홀더(14)는, 하부 롤 홀더(14)를 승강시키고, 하부 롤 홀더(14)로 회전 가능하게 지지한 하부 롤 세정 부재(18)를 화살표 F₂로 나타내는 방향(좌측에서 보아 반시계 방향)으로 회전시키는 구동 기구(도시하지 않음)에 연결되어 있다.

스핀들(10)로 지지하여 회전시키는 기판(W)의 상방에 위치하여, 상부 롤 세정 부재(16)를 경계로 상방에서 보아 시계 방향으로 회전하고 있는 기판(W)의 표면(상면)을 좌우의 좌측 에어리어 W_L과 우측 에어리어 W_R로 나누었을 때에 있어서의 좌측 에어리어 W_L에 세정액을 공급하는 상부 세정액 공급 노즐(20)이 배치되어 있다. 또한, 스핀들(10)로 지지하여 회전시키는 기판(W)의 하방에 위치하여, 상기 기판 표면 좌측 에어리어 W_L의 이면(하면)에 세정액을 공급하는 하부 세정액 공급 노즐(도시하지 않음)이 배치되어 있다.

상기 구성의 스크럽 세정 장치에 있어서, 스핀들(10)의 상부에 설치한 팽이(24)의 외주 측면에 형성한 끼워 맞춤 홈(24a) 내에 기판(W)의 주연부를 위치시켜 내측으로 압박하여 팽이(24)를 회전(자전)시킴으로써, 기판(W)을 화살표 G로 나타내는 방향(상방에서 보아 시계 방향)으로 수평으로 회전시킨다. 이 예에서는, 4개 중 2개의 팽이(24)가 기판(W)에 회전력을 부여하고, 다른 2개의 팽이(24)는, 기판(W)의 회전을 받는 베어링의 작용을 하고 있다. 또한, 모든 팽이(24)를 구동 기구에 연결하여, 기판(W)에 회전력을 부여하도록 해도 된다.

이와 같이 기판(W)을 수평으로 회전시킨 상태에서, 상부 세정액 공급 노즐(20)로부터 기판(W)의 표면(상면)의 좌측 에어리어 W_L에 세정액(약액)을 공급하면서, 상부 롤 세정 부재(16)를 회전시키면서 하강시켜 회전 중의 기판(W)의 표면에 접촉시키고, 이에 의해, 세정액의 존재하에서, 기판(W)의 표면을 상부 롤 세정 부재(16)로 스크럽 세정한다. 상부 롤 세정 부재(16)의 길이는, 기판(W)의 직경보다 근소하게 길게 설정되어 있다. 그리고 상부 롤 세정 부재(16)는, 그 중심축(회전축)(O₁)이, 기판(W)의 회전축(O₂)과 대략 직교하는 위치에 위치하여, 기판(W)의 직경의 전체 길이에 걸쳐 연장되도록 배치되고, 이에 의해, 기판(W)의 직경의 한쪽의 단부로부터 다른 쪽의 단부에 걸쳐 동시에 세정된다.

동시에, 하부 세정액 공급 노즐로부터 기판(W)의 이면(하면)의 좌측 에어리어 W_L에 세정액을 공급하면서, 하부 롤 세정 부재(18)를 회전시키면서 상승시켜 회전 중의 기판(W)의 이면에 접촉시키고, 이에 의해, 세정액의 존재하에서, 기판(W)의 이면을 하부 롤 세정 부재(18)로 스크럽 세정한다. 하부 롤 세정 부재(18)의 길이는, 기판(W)의 직경보다 근소하게 길게 설정되어 있고, 전술한 기판(W)의 표면과 대략 마찬가지로, 기판(W)의 직경의 한쪽의 단부로부터 다른 쪽의 단부에 걸쳐 동시에 세정된다.

상기한 바와 같이 하여, 기판(W)의 표면에 상부 세정액 공급 노즐(20)(이하, 단순히 세정액 공급 노즐이라 함)로부터 세정액을 공급하면서, 기판(W)의 표면을 상부 롤 세정 부재(이하, 단순히 롤 세정 부재라 함)(16)로 세정할 때, 도 3에 도시하는 바와 같이, 기판(W)과 롤 세정 부재(16)는, 롤 세정 부재(16)의 축 방향을 따라 기판(W)의 직경 방향의 전체 길이에 걸쳐 직선 형상으로 연장되는, 길이 L의 세정 에어리어(30)에서 서로 접촉하고, 이 세정 에어리어(30)를 따른 위치에서 기판(W)의 표면이 스크럽 세정된다. 상부 세정 공급 노즐(20)은, 기판(W) 상으로 세정액을 공급하기 위해 사용되는 노즐의 총칭이며, 부채형 분포 스프레이 노즐, 복수의 공급 구멍을 갖는 다공 노즐, 슬릿 형상의 공급구를 갖는 슬릿 노즐 혹은 복수의 단공 노즐을 사용하는 경우, 및 이들을 조합하는 경우 등을 들 수 있다. 이러한 공급 노즐의 형상 혹은 사용 개수에 의한 세정액의 공급 방법은 다양한 경우가 있고, 어느 경우여도 된다.

도 4는 세정 중의 기판과 롤 세정 부재의 위치 관계를 바로 위에서 본 도면이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 회전축(O₂)을 중심으로 한 회전에 수반하는 세정 에어리어(30)를 따른 기판(W)의 회전 속도 V_W의 크기는, 기판(W)의 회전축(O₂) 상에서 제로로 되고, 회전축(O₂)을 사이에 두고 기판(W)의 회전 속도 V_W의 방향(세정 방향)이 서로 반대로 된다. 한편, 롤 세정 부재(16)의 회전에 수반하는 세정 에어리어(30)를 따른 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 V_R의 크기는, 세정 에어리어(30)의 전체 길이에 걸쳐 일정하며, 회전 속도 V_R의 방향(세정 방향)도 동일해진다.

또한, 도 4에 있어서, 세정 에어리어(30)의 길이 방향 중심선을 따라 x축을 취하고, 기판(W)의 표면의 상기 x축에 직교하는 방향으로 y축을 취하고, x축과 y축의 교점을 기판(W)의 회전축(O₂)이 통과하도록 하고 있다.

이로 인해, 세정 에어리어(30)는, 기판(W)의 회전축(O₂)을 사이에 두고, 기판(W)의 회전 속도 V_W의 방향과 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 V_R의 방향이 동일해지는, 길이 L_f의 순방향 세정 에어리어(32)와, 기판(W)의 회전 속도 V_W의 방향과 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 V_R의 방향이 서로 역방향으로 되는, 길이 L_i의 역방향 세정 에어리어(34)로 나뉜다.

순방향 세정 에어리어(32)에서는, 도 5a에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 회전 속도 V_W와 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 V_R의 상대 회전 속도의 크기가, 양자의 회전 속도의 크기의 차의 절대값으로 되어 상대적으로 낮아져, 낮은 물리 세정성밖에 얻어지지 않는다. 또한, 기판(W)의 회전 속도 V_W와 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 V_R의 크기에 따라서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 양자의 상대 회전 속도의 크기가 제로(V_W＝V_R)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 뿐이며, 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 원인으로 된다고 생각된다.

한편, 역방향 세정 에어리어(34)에서는, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 회전 속도 V_W와 롤 세정 부재(16)의 회전 속도 V_R의 상대 회전 속도의 크기가, 양자의 회전 속도의 크기의 합으로 되어 상대적으로 높아져, 높은 물리 세정성이 얻어진다.

도 4에 도시하는 바와 같이, x축을 따라 연장되는 역방향 세정 에어리어(34)에 있어서의 롤 세정 부재의 회전축(O₁)과, 세정액 공급 노즐(20)로부터 기판(W)의 표면에 공급되는 세정액의 상기 표면에 투영한 공급 방향이 이루는 세정액의 공급 각도 θ는, 1° 이상 90° 미만인 것이 바람직하다. 도 4에 있어서 공급 각도 θ는, 롤 세정 부재의 회전축(O₁)으로부터 시계 방향으로 본 각도이다.

세정액의 공급 각도는, 역방향 세정 에어리어(34)에 대량의 세정액을 공급하고자 하는 점과 세정액이 기판으로부터 배출되는 방향을 고려하여 선택할 필요가 있다. 그로 인해, 기판(W)의 반경과 대략 동일한 길이(길이 방향) L_i를 갖는 역방향 세정 에어리어(34)의 어느 개소에 세정액의 공급 방향이 향한 경우라도, 상기 공급 각도 θ는 1° 이상 90° 미만인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 세정액의 공급 각도 θ는 30° 이상 80° 미만이다.

이하, 세정액 공급 노즐(20)이 단공 노즐인 경우를 생각해 본다. 공급 각도 θ가 0°인 경우에는, 세정액 공급 노즐(20)이 x축 상에 있는 경우이며, 이 경우에는 세정액의 공급 방향은 회전축(O₁)과 겹치고, 역방향 세정 에어리어(34)에 세정액을 공급할 수 없다.

시계 방향으로 회전하고 있는 기판(W)의 기판 표면에 세정액을 공급하여 우선 역방향 세정 에어리어(34)에 대량의 세정액을 공급하기 위해서는, 세정액 공급 노즐(20)은 도 4에 있어서 x축보다 상측에 위치할 필요가 있다. 그러나 세정액 공급 노즐(20)이 y축 상 또는 y축보다 우측 또한 x축보다 상측에 위치하는 경우에는, 공급 각도가 90° 이상으로 되는 경우가 있다. 예를 들어, 역방향 세정 에어리어(34) 중 기판(W)의 중심부 근방을 향해 세정액 공급 노즐(20)로부터 세정액을 공급하는 경우이다. 이 경우에는, 기판(W)의 회전 방향에 거역하는 방향으로 세정액 공급 노즐(20)로부터 세정액을 공급하게 되고, 또한 세정액이 기판의 중심부를 향해 공급되게 되므로, 오염물을 세정 제거한 세정액을 기판 상으로부터 배출한다고 하는 관점에서 바람직하지 않다.

세정액의 공급 각도의 범위를 선정함으로써, 어떠한 형상의 노즐을 몇 개 사용하는 경우라도 세정액 공급 노즐(20)의 위치를 정할 수 있다. 이와 같이, 세정액의 공급 각도를 특정하여 세정액을 기판(W)에 공급함으로써, 기판(W)의 표면에 공급된 세정액은 상기 표면에 보유 지지되어 역방향 세정 에어리어(34)에 운반되고 기판 표면을 세정하고, 세정에 사용된 세정액의 일부는 롤 세정 부재(16)의 회전에 수반하여, 기판(W)의 회전 방향에 대하여 상류측으로 긁어내어진다. 긁어내어진 세정액은, 기판(W) 상에 정체하는 일 없이, 후방으로부터 기판(W)의 표면에 공급되고 상기 표면에 보유 지지되어 역방향 세정 에어리어(34)에 운반되어 오는 세정액과, 기판의 회전에 수반하는 원심력에 의해 빠르게 기판의 외주로부터 외부로 배출된다.

본 발명의 기판 세정 방법은, 도 2에 도시하는 스크럽 세정 장치를 사용하고, 스핀들(10)로 수평으로 보유 지지하여 회전시킨 기판(W)의 표면에, 롤 세정 부재(16)를 회전시키면서 롤 세정 부재(16)를 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정한다. 이 스크럽 세정 시에, 기판(W)의 표면에 세정액 공급 노즐(20)로부터 세정액을 공급한다.

전술한 바와 같이, 세정 에어리어(30) 상의 길이 L_f의 순방향 세정 에어리어(32)에서는, 낮은 물리 세정성밖에 얻어지지 않고, 길이 L_i의 역방향 세정 에어리어(34)에서는, 높은 물리 세정성이 얻어진다. 따라서, 이 예에서는, 기판(W)의 표면에 세정액 공급 노즐(20)로부터 공급된 세정액이, 기판(W)의 1회전에 수반하여, 우선 높은 물리 세정성이 얻어지는 역방향 세정 에어리어(34)에 공급되고, 이 역방향 세정 에어리어(34)에서 기판(W)의 세정에 사용된 후, 낮은 물리 세정성밖에 얻어지지 않는 순방향 세정 에어리어(32)에 공급되어 순회하도록 하고 있다.

역방향 세정 에어리어(34)에서는, 기판(W)의 회전에 수반하여 운반되는 세정액의 흐름의 방향과 역방향으로 롤 세정 부재(16)가 회전한다. 기판(W)의 표면에 공급된 세정액은, 역방향 세정 에어리어(34)를 기판(W)의 회전에 의해 통과한 후에 순방향 세정 에어리어(32)에 공급된다. 이로 인해, 순방향 세정 에어리어(32)에 있어서, 세정액이 부족한 일은 없다.

이 예와 같이, 높은 물리 세정성이 얻어지는 역방향 세정 에어리어(34)에 대량의 세정액을 공급함으로써, 가령 순방향 세정 에어리어(32)에 공급되는 세정액이 부족해도, 종합적으로 높은 세정 성능을 얻을 수 있다. 또한, 역방향 세정 에어리어(34)에는 기판(W)과 롤 세정 부재(16)의 상대 이동 속도가 제로로 되는 영역 M은 존재하지 않고, 역방향 세정 에어리어(34)에서 기판(W)을 중점적으로 세정함으로써, 기판(W)의 표면의 롤 세정 부재(16)로부터의 역 오염은 각별히 저감된다.

전술한 바와 같이, x축을 따라 연장되는 역방향 세정 에어리어(34)에 있어서의 롤 세정 부재의 회전축(O₁)과, 세정액 공급 노즐(20)로부터 기판(W)의 표면에 공급되는 세정액의 상기 표면에 투영한 공급 방향이 이루는 세정액의 공급 각도 θ[회전축(O₁)으로부터 시계 방향으로 본 각도]를, 1° 이상 90° 미만으로 함으로써, 기판(W)의 표면에 공급된 세정액은 상기 표면에 보유 지지되어 역방향 세정 에어리어(34)에 운반되고, 롤 세정 부재(16)의 회전에 수반하여, 기판(W)의 회전 방향에 대하여 상류측으로 긁어내어진다. 긁어내어진 세정액은, 기판(W) 상에 정체하는 일 없이, 후방으로부터 기판(W)의 표면에 공급되고 상기 표면에 보유 지지되어 역방향 세정 에어리어(34)에 운반되어 오는 세정액과, 기판의 회전에 수반하는 원심력에 의해 빠르게 기판의 외주로부터 외부로 배출된다.

CMP는, 일반적으로 이면을 접촉 흡착하여 보유 지지한 기판의 표면에 대하여 행해진다. 이로 인해, CMP 후의 기판 이면은 통상 오염되어 있고, 그 후의 세정에서 높은 세정도로 세정하는 것이 요구된다. 여기에, 수평으로 보유 지지한 기판의 이면에 공급되어 상기 이면에 부착된 세정액은, 중력의 영향을 받고, 자중에 의해 낙하하기 쉽다. 이로 인해, 기판 이면에 세정액을 체류시키는 것은, 기판 표면과 비교하여 보다 곤란해진다. 즉, 기판 표면에 공급되는 세정액과 동일한 유량의 세정액을 기판 이면에 공급한 경우, 기판 이면에 공급되어 높은 세정성이 얻어지는 세정 에어리어에 도달하는 세정액의 액량이 기판 표면에 비해 적어져, 기판 이면의 세정성이 저하된다. 그러나 전술한 기판 표면과 대략 마찬가지의 세정 방법을 이용하여, 즉, 도 2에 도시하는, 기판(W)의 이면과 접촉하는 롤 세정 부재(18)와 상기 기판(W)의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 세정 에어리어에 세정액이 공급되도록, 기판(W)의 이면에 세정액을 공급한다. 이에 의해, 기판(W)의 이면에 공급된 세정액이 롤 세정 부재(18)와 기판(W)의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 세정 에어리어에 도달하는 시간을 최단으로 함으로써, 자중에 의한 세정액의 낙하에 기인하는 세정액의 감소량을 최소한으로 그치게 하여, 기판 이면의 기판 표면과 대략 마찬가지의 세정 효과를 얻을 수 있다.

도 6은 기판 세정 후에 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 측정한 결과를, 제1 실시예, 제2 실시예 및 제1 비교예에 대해 나타내고 있다. 스크럽 세정 장치는 도 2에 도시하는 장치를 사용하였다.

제1 실시예에는, 기판의 좌측 에어리어 W_L(도 2 참조)에 제1 유량의 세정액을 공급하면서, 기판 표면을 제1 세정 조건과 제2 세정 조건에서 세정하고 건조시켰을 때에 기판 표면에 잔존하는 42㎚ 이상의 디펙트수를 측정한 결과를 나타내고 있다. 제2 실시예에는, 기판의 좌측 에어리어 W_L(도 2 참조)에 제1 유량보다 큰 제2 유량의 세정액을 공급하면서, 기판 표면을 제1 세정 조건과 제2 세정 조건에서 기판 표면을 세정하고 건조시켰을 때에 기판 표면에 잔존하는 42㎚ 이상의 디펙트수를 측정한 결과를 나타내고 있다. 제1 비교예에는, 기판의 우측 에어리어 W_R(도 2 참조)에 제1 유량의 세정액을 공급하면서, 기판 표면을 제1 세정 조건과 제2 세정 조건에서 세정하고 건조시켰을 때에 기판 표면에 잔존하는 42㎚ 이상의 디펙트수를 측정한 결과를 나타내고 있다.

기판 표면의 건조는, 스핀 린스 드라이를 행하였다. 또한, 디펙트수의 측정은, 케이엘에이·텐코(KLA-Tencor)사제의 결함 측정 장치 SP2를 사용하여 행하였다. 이하에 서술하는 디펙트수의 측정도 마찬가지로 행하였다.

도 6에 있어서의 종축은, 제1 비교예의 제1 세정 조건에 있어서의 디펙트수를 1.0으로 하여, 각각 각 조건에서 세정하였을 때의 디펙트수의 상대적 비율을 나타내고 있다.

이 제1, 제2 실시예에서는, 표면을 DHF(희불산) 세정하고, 그러한 후에 O₃ 세정함으로써 최표면에 표면 산화막을 생성한 베어 실리콘 기판을, 연마 처리를 실시하는 일 없이, 피세정 기판으로서 사용하였다. 이 베어 실리콘 기판의 표면 특성은, 초순수에 의한 접촉각 측정이 접촉각 1° 내지 3° 정도의 친수성이다. 제1 세정 조건은, 베어 실리콘 기판을 50rpm으로, 롤 세정 부재를 200rpm으로 각각 회전시켜 저세정 특성을 얻는 조건이며, 제2 세정 조건은, 베어 실리콘 기판을 150rpm으로, 롤 세정 부재를 200rpm으로 각각 회전시켜 고세정 특성을 얻는 조건이다.

이 도 6으로부터, 제1 세정 조건의 제1, 제2 실시예에 있어서는, 제1 비교예에 비해, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를, 예를 들어 65％ 내지 51％까지 대폭으로 저감할 수 있다. 더욱 높은 세정도인 제2 세정 조건의 제1, 제2 실시예에 있어서는, 높은 세정도로 기판 표면을 효율적으로 세정하여, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를, 예를 들어 53％ 내지 24％까지 대폭으로 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 특히, 세정 조건 1과 세정 조건 2의 비교로부터, 기판의 회전 속도를 높여, 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도를 상대적으로 높임으로써, 보다 높은 세정 효과가 얻어지고, 또한, 제1 실시예와 제2 실시예로부터, 도 2에 도시하는 기판의 좌측 에어리어 W_L에 공급되는 세정액의 액량을 증가시킴으로써, 더욱 높은 세정 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다. 예를 들어 도 6으로부터, 기판 표면에 남는 디펙트수가 24％까지 저감되어 있는 것을 알 수 있다.

도 7은 기판 세정 후에 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를 측정한 결과를, 제3 실시예, 제4 실시예 및 제2 비교예에 대해 나타내고 있다.

제3, 제4 실시예에는, 표면에 Low―k막(BD2x, k＝2.4)이 성막된 기판을 CMP 장치로 CMP에 의한 연마 처리를 실시하고 나서, 기판 표면을 상기 제1, 제2 실시예와 동일한 조건에서 세정하고, IPA(Iso―Propyl Alcohol) 건조시켰을 때에 기판 표면에 남는 120㎚ 이상의 디펙트수를 측정한 결과를 나타내고 있다. 제2 비교예에는, 기판의 우측 에어리어 W_R(도 2 참조)에 제1 유량의 세정액을 공급하면서 제1 세정 조건과 제2 세정 조건에서 세정하고 IPA 건조시켰을 때의 기판 표면에 잔존하는 120㎚ 이상의 디펙트수를 측정한 결과를 나타내고 있다. 이 기판의 표면 특성은, 표면 상에서의 초순수에 의한 접촉각 측정이 접촉각 40° 내지 60° 정도의 소수성이다.

도 7에 있어서의 종축은, 제1 비교예의 제1 세정 조건에 있어서의 디펙트수를 1.0으로 하여, 각각 각 조건에서 세정하였을 때의 디펙트수의 상대적 비율을 나타내고 있다.

이 도 7로부터도, 제1 세정 조건의 제3, 제4 실시예에 있어서는, 제2 비교예에 비해, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를, 예를 들어 81％ 내지 65％까지 대폭으로 저감할 수 있다. 더욱 높은 세정도인 제2 세정 조건의 제3, 제4 실시예에 있어서는, 제2 비교예에 비해, 기판 표면을 효율적으로 세정하여, 기판 표면에 잔존하는 디펙트수를, 예를 들어 42％ 내지 30％까지 대폭으로 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 특히, 세정 조건 1과 세정 조건 2의 비교로부터, 세정 특성 능력에 관계없이, 본 발명이 세정 후에 기판 표면에 남는 디펙트수를 저감하는 데 유효한 것, 즉, 기판과 롤 세정 부재를 함께 회전시키면서 서로 접촉시켜 기판을 세정하는 접촉 물리적인 세정에 있어서, 세정 성능을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 제3 실시예와 제4 실시예로부터, 도 2에 도시하는 기판의 좌측 에어리어 W_L에 공급되는 세정액의 액량을 증가시킴으로써도, 높은 세정 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 예를 들어 도 7로부터, 기판 표면에 남는 디펙트수가 30％까지 저감되어 있는 것을 알 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.

10 : 스핀들
12 : 상부 롤 홀더
14 : 하부 롤 홀더
16 : 상부 롤 세정 부재(롤 스펀지)
18 : 하부 롤 세정 부재(롤 스펀지)
20 : 상부 세정액 공급 노즐
30 : 세정 에어리어
32 : 순방향 세정 에어리어
34 : 역방향 세정 에어리어
L : 세정 에어리어의 길이
L_f : 순방향 세정 에어리어의 길이
L_i : 역방향 세정 에어리어의 길이

Claims

기판의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐 직선 형상으로 연장되는 롤 세정 부재와 기판을 각각 일방향으로 회전시키면서, 세정액의 존재하에서, 상기 롤 세정 부재와 기판 표면을 세정 에어리어를 따라 서로 접촉시켜 상기 표면을 스크럽 세정하는 기판 세정 방법에 있어서,
기판의 1회전에 수반하여, 상기 세정 에어리어 상의 상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 역방향 세정 에어리어에 세정액이 공급된 후, 상기 세정 에어리어 상의 상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 낮은 순방향 세정 에어리어에 세정액이 공급되도록, 기판의 표면에 세정액을 공급하는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
제1항에 있어서, 상기 역방향 세정 에어리어의 길이 방향 중심선과 기판의 표면에 공급되는 세정액의 상기 표면에 투영한 공급 방향이 이루는 세정액의 공급 각도는, 상기 길이 방향 중심선으로부터 시계 방향으로 본 공급 각도가 1° 이상 90° 미만인 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
제1항에 있어서, 기판의 이면에 접촉하는 롤 세정 부재와 상기 기판의 상대 회전 속도가 상대적으로 높은 세정 에어리어에 세정액이 공급되도록, 기판의 이면에 세정액을 공급하는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 롤 세정 부재와 기판의 상대 회전 속도를, 기판의 회전 속도를 높임으로써, 상대적으로 높이는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.