KR20140086838A - 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 비교적 간단한 구성으로, 본래의 세정 효과를 충분히 발휘할 수 있는 최적의 조건에서 초음파 세정을 행할 수 있도록 하는 것이다.
기판 세정 장치는, 기판(W)을 수평하게 보유 지지하여 회전시키는 기판 보유 지지 기구(42)와, 탈기된 순수에 초음파 진동 에너지를 부여한 후에 상기 순수를 기판(W)의 표면에 공급하는 초음파 세정 유닛(52)과, 탈기된 순수를 기판(W)의 표면에 분무하는 순수 분무 노즐(72)과, 기판 보유 지지 기구(42) 및 순수 분무 노즐(72)을 포위하는 챔버(40)와, 챔버(40) 내에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 라인(41)을 구비한다.

Description

기판 세정 장치 및 기판 세정 방법{SUBSTRATE CLEANING APPARATUS AND SUBSTRATE CLEANING METHOD}
본 발명은 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 등의 기판의 표면을, 초음파 세정을 이용하여 비접촉으로 세정하는 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법은, 직경 300㎜의 웨이퍼뿐만 아니라, 직경 450㎜의 웨이퍼의 세정에도 적용할 수 있고, 나아가서는 플랫 패널 제조 공정이나 CMOS나 CCD 등의 이미지 센서 제조 공정, MRAM의 자성막 제조 공정 등에도 적용하는 것이 가능하다.
최근의 반도체 디바이스의 미세화에 수반하여, 기판 상에 물성이 다른 여러 가지 재료막을 형성하여, 당해 재료막을 가공하는 것이 행해지고 있다. 특히, 절연막에 형성한 배선 홈을 금속으로 메우는 다마신(damascene) 배선 형성 공정에서는, 금속막 형성 후에 기판 연마 장치에 의해 여분의 금속을 연마하여, 제거한다. CMP 후의 기판 표면에는, 금속막, 배리어막 및 절연막 등의 물에 대한 습윤성이 다른 복수종의 막이 노출된다.
CMP에 의해 연마된 기판 표면에는, CMP에 사용된 슬러리의 잔사(슬러리 잔사)나 금속 연마 부스러기 등의 파티클(디펙트)이 존재한다. 기판 표면의 세정이 불충분해져 기판 표면에 파티클이 남으면, 기판 표면의 파티클이 남은 부분으로부터 전류 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.
웨이퍼 등의 기판의 표면을 비접촉으로 세정하는 세정 방식의 하나로서, 초음파 처리된 순수를 기판의 표면에 분사하여 상기 표면을 세정하는, 캐비테이션을 이용한 초음파 세정이 알려져 있다. 이 초음파 세정에 이용되는 순수로서, 공장으로부터 장치 내에 공급되는 탈기된 순수(세정액)가 일반적으로 사용되고 있다.
공장으로부터 연마 장치에 공급되어 세정에 사용되는 탈기된 순수(세정액)는 용존 기체를 거의 포함하지 않는 상태로 되어 있다. 예를 들어, 탈기된 순수의 용존 산소 농도(DO값)는 통상 20ppb 이하이고, 5ppb 이하로 관리되고 있는 경우도 있다. 최첨단 디바이스의 제조에 있어서는, 용존 산소 농도가 1ppb인 순수를 세정 등에 사용하는 것도 요구되어 왔다.
캐비테이션을 이용한 초음파 세정은, 용존 기체를 포함하는 액체에 초음파를 작용시키는 것에 의한 물리 세정 처리이다. 초음파 세정 유닛에 공급되는 액체에 요구되는 용존 기체의 사양예로서, 예를 들어 「액체 중에 용존 기체 농도가 1ppm∼15ppm」인 것 등을 들 수 있다. 또한, 기체를 과잉으로 용존시킨 액체를 초음파 세정에 사용하면, 충분한 초음파 세정 특성이 얻어지지 않는 경우도 알려져 있다.
그러나, 전술한 바와 같이, 예를 들어 DO값이 20ppb 이하로 탈기된 순수를 초음파 세정에 사용하면, 순수 중의 용존 기체가 극히 적고, 이로 인해, 충분한 초음파 세정 특성을 얻는 것이 곤란해진다. 즉, CMP 후의 기판의 세정과 같이, 연마액 등에 의해 파티클 오염이 우려되는 세정 처리에 있어서, 탈기된 순수를 사용한 초음파 세정에서는, 초음파 세정 본래의 세정 효과를 충분히 발휘할 수 없다고 생각된다.
특히, 금후 실리콘 웨이퍼의 직경이, 300㎜ 내지 450㎜의 대구경으로 되므로, 직경 450㎜의 실리콘 웨이퍼 등의 기판의 표면의 거의 전역을 높은 세정도로 세정하는 것이 더욱 곤란해진다고 생각된다.
초음파 세정의 본래의 세정 효과를 얻기 위해, 장치 내에 공급되는 탈기된 순수에 기체를 용존시키는 것이 생각된다. 그러나, 이것을 위해서는, 탈기된 순수에 기체를 용존시키는 유닛 및 그 제어 장치 등이 별도로 필요해져, 장치가 복잡해져 대형화될 뿐만 아니라, 비용 상승으로 이어져 버린다.
본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 비교적 간단한 구성으로, 본래의 세정 효과를 충분히 발휘할 수 있는 최적의 조건에서 초음파 세정을 행할 수 있는 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태는, 기판을 수평하게 보유 지지하여 회전시키는 기판 보유 지지 기구와, 탈기된 순수에 초음파 진동 에너지를 부여한 후에 상기 순수를 상기 기판의 표면에 공급하는 초음파 세정 유닛과, 탈기된 순수를 상기 기판의 표면에 분무하는 순수 분무 노즐과, 상기 기판 보유 지지 기구 및 상기 순수 분무 노즐을 포위하는 챔버와, 상기 챔버 내에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 라인을 구비한 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치이다.
본 발명의 다른 형태는, 기판을 수평하게 보유 지지하여 회전시키는 기판 보유 지지 기구와, 탈기된 순수를 공급하는 제1 순수 공급 라인 및 제2 순수 공급 라인과, 상기 제1 순수 공급 라인으로부터 공급된 상기 순수에 초음파 진동 에너지를 부여한 후에 상기 순수를 상기 기판의 표면에 공급하는 초음파 세정 유닛과, 상기 제2 순수 공급 라인으로부터 공급된 상기 순수를 상기 기판의 표면에 공급하는 순수 공급 노즐과, 상기 제2 순수 공급 라인을 흐르는 순수에 기체를 용존시키는 기체 용존 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치이다.
본 발명의 또 다른 형태는, 기판을 수평하게 보유 지지하여 회전시키고, 탈기된 순수에 초음파 진동 에너지를 부여한 후에 상기 순수를 상기 기판의 표면에 공급하여 상기 기판의 표면 상에 순수의 막을 형성하고, 탈기된 순수를 불활성 가스 분위기를 향해 분무하고, 상기 불활성 가스 분위기를 통과한 상기 순수를 상기 순수의 막에 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법이다.
본 발명의 또 다른 형태는, 기판을 수평하게 보유 지지하여 회전시키고, 탈기된 순수에 초음파 진동 에너지를 부여한 후에 상기 순수를 상기 기판의 표면에 공급하여 상기 기판의 표면 상에 순수의 막을 형성하고, 탈기된 순수를 기체 용존 유닛을 통과시킴으로써 상기 순수에 불활성 가스를 용존시키고, 상기 불활성 가스를 포함하는 상기 순수를 상기 순수의 막에 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법이다.
본 발명에 따르면, 탈기되어 용존 기체를 거의 포함하지 않는 순수에 초음파 세정 유닛에 의해 초음파 진동 에너지를 부여하여, 상기 순수를 세정 대상으로 되는 기판의 표면 상에 공급하고, 그 후, 이 기판의 표면에 형성된 초음파 순수막의 용존 기체 농도를 높인다. 이에 의해, 장치로서 복잡화하는 일 없이, 용존 기체를 포함하는 액체에 초음파 처리를 실시한 초음파 세정과 마찬가지의 세정 효과를 충분히 발휘할 수 있는 최적의 조건에서 기판의 표면의 초음파 세정을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 세정 장치를 구비한 기판 처리 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도.
도 2는 도 1에 도시하는 기판 처리 장치의 제2 세정 유닛으로서 사용되는, 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 세정 장치의 개요를 도시하는 사시도.
도 3은 도 2에 도시하는 제2 세정 유닛의 기판 보유 지지 기구를 생략한 개략 정면도.
도 4는 초음파 세정 유닛을 도시하는 단면도.
도 5는 도 2에 도시하는 제2 세정 유닛에 의한 세정예를 나타내는 흐름도.
도 6은 초음파 세정 유닛 및 순수 분무 노즐에 공급되는 순수의 DO값(공급 순수), 초음파 세정 유닛의 압전 소자를 진동시키지 않고, 또한 순수 분무 노즐로부터 순수를 분무하지 않을 때의 초음파 순수막의 DO값(출력 없음), 초음파 세정 유닛의 압전 소자를 고출력으로 진동시키고, 또한 순수 분무 노즐로부터 순수를 분무하지 않을 때의 초음파 순수막의 DO값(고출력), 초음파 세정 유닛의 압전 소자를 고출력으로 진동시키고, 또한 순수 분무 노즐로부터 순수를 분무하였을 때의 초음파 순수막의 DO값(고출력＋순수 분무)을 각각 나타내는 그래프.
도 7은 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1∼3에 있어서의 초음파 세정 후에 남는 100㎚ 이상의 디펙트수를 측정한 결과를, 비교예 1의 디펙트율을 100％로 한 백분율(디펙트율)로 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태의 기판 세정 장치를 도시하는 사시도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 세정 장치를 구비한 기판 처리 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 기판 처리 장치는, 대략 직사각 형상의 하우징(10)과, 다수의 웨이퍼 등의 기판을 수용하는 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(이 예에서는, 4개)의 연마 유닛(14a∼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∼14d)은 기판 처리 장치의 길이 방향을 따라 배열되고, 세정 유닛(16, 18) 및 건조 유닛(20)도 기판 처리 장치의 길이 방향을 따라 배열되어 있다. 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 세정 장치는, 제2 세정 유닛(18)에 적용되어 있다.
로드 포트(12), 연마 유닛(14a) 및 건조 유닛(20)에 둘러싸인 영역에는, 제1 반송 로봇(22)이 배치되어 있다. 연마 유닛(14a∼14d)과 평행하게, 반송 유닛(24)이 배치되어 있다. 제1 반송 로봇(22)은 연마 전의 기판을 로드 포트(12)로부터 수취하여 반송 유닛(24)에 전달하는 동시에, 건조 후의 기판을 건조 유닛(20)으로부터 수취하여 로드 포트(12)로 복귀시킨다. 반송 유닛(24)은 제1 반송 로봇(22)으로부터 수취한 기판을 반송하여, 각 연마 유닛(14a∼14d) 사이에서 기판의 전달을 행한다.
제1 세정 유닛(16)과 제2 세정 유닛(18) 사이에 위치하여, 이들 각 유닛(16, 18) 사이에서 기판의 전달을 행하는 제2 반송 로봇(26)이 배치되어 있다. 제2 세정 유닛(18)과 건조 유닛(20) 사이에 위치하여, 이들 각 유닛(18, 20) 사이에서 기판의 전달을 행하는 제3 반송 로봇(28)이 배치되어 있다. 또한, 하우징(10)의 내부에 위치하여, 기판 처리 장치의 각 기기의 움직임을 제어하는 제어부(30)가 배치되어 있다.
이 예에서는, 제1 세정 유닛(16)으로서, 롤 세정 유닛이 사용되고 있다. 이 롤 세정 유닛은, 세정액의 존재하에서, 기판의 표면(및 이면)에, 원기둥 형상이며 긴 형상으로 수평하게 연장되는 롤 세정 부재를 접촉시키면서, 기판 및 롤 세정 부재를 모두 일 방향으로 회전시켜 기판의 표면(및 이면)을 스크럽 세정한다. 제1 세정 유닛(롤 세정 유닛)(16)은, 이러한 스크럽 세정에 더하여, 세정액에 수십∼5㎒의 주파수의 초음파를 가하여, 세정액의 진동 가속도에 의한 작용력을 기판 표면에 부착된 미립자에 작용시키는 메가 소닉 세정을 행하도록 구성되어 있다.
제2 세정 유닛(18)으로서, 본 발명의 실시 형태의 기판 세정 장치가 사용되어 있다. 또한, 건조 유닛(20)으로서, 수평 방향으로 회전하는 기판을 향해, 이동하는 분사 노즐로부터 IPA 증기를 분출하여 기판을 건조시키고, 기판을 더욱 고속으로 회전시켜 원심력에 의해 기판을 건조시키는 스핀 건조 유닛이 사용되어 있다.
도 2는 도 1에 도시하는 기판 처리 장치의 제2 세정 유닛(18)으로서 사용되는, 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 세정 장치의 개요를 도시하는 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시하는 제2 세정 유닛(18)의 기판 보유 지지 기구를 생략한 개략 정면도이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시 형태의 기판 세정 장치로서의 제2 세정 유닛(18)은 내부를 불활성 가스 분위기, 예를 들어 N2 가스 분위기로 치환 가능한 챔버(40)의 내부에 배치된다. 챔버(40)에는 불활성 가스 공급 라인(41)이 접속되어 있어, 챔버(40)의 내부 공간에 질소 가스 등의 불활성 가스가 공급되도록 되어 있다. 제2 세정 유닛(18)은 웨이퍼 등의 기판(W)을 수평하게 보유 지지하여 회전시키는 기판 보유 지지 기구(42)를 구비하고 있다. 이 기판 보유 지지 기구(42)는 기판(W)을 수평 상태로 보유 지지하는 척(44)을 선단에 장착한 복수개(도시에서는, 4개)의 아암(46)을 구비하고 있고, 이 아암(46)의 기단부는, 회전축(48)과 일체로 회전하는 베이스(50)에 연결되어 있다. 이에 의해, 기판 보유 지지 기구(42)의 척(44)에 의해 보유 지지된 기판(W)은, 화살표로 나타내는 방향으로 수평 회전하도록 되어 있다.
기판 보유 지지 기구(42)에 의해 보유 지지되는 기판(W)의 측상방에 위치하여, 초음파 세정 유닛(52)이 기판(W)을 향해 배치되어 있다. 이 초음파 세정 유닛(52)은 순수 공급원(54)으로부터 기판 처리 장치의 내부로 연장되는 제1 순수 공급 라인(56)에 접속되어 있다. 순수 공급원(54)은 공장 내에 설치되어, 예를 들어 DO값이 20ppb 이하로 탈기된 순수를 공급한다.
초음파 세정 유닛(52)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 본체(60)의 내부의 유체 유로(62)에, 초음파 진동자로서의 압전 소자(64)를 배치하여 구성되어 있다. 압전 소자(64)를 기동하여, 주입구(62a)로부터 고압의 순수를 유체 유로(62)에 주입함으로써, 이 순수에는 초음파 진동 에너지가 부여된다. 이 초음파 진동 에너지가 부여된 순수가, 분사 중심축(O)을 중심으로 하여, 분사구(62b)로부터 원뿔 형상으로 분사된다.
이 초음파 세정 유닛(52)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 초음파 세정 유닛(52)으로부터 기판(W)의 표면을 향해 분사되는 순수의 분사 중심축(O)의 기판(W)의 표면에 대한 각도 θ가 0°보다도 크고 30°이하(0°＜θ≤30°)로 되도록 배치되어 있다. 이에 의해, 초음파 세정 유닛(52)으로부터 기판(W)의 표면에 분사되는 순수가 보다 균일하게 확산되어, 균일한 초음파 순수막을 기판(W)의 표면에 형성할 수 있다. 순수의 분사 중심축(O)은, 초음파 세정 유닛(52)으로부터 분사되는 순수의 진행 방향을 나타내고 있다.
초음파 세정 유닛(52)은 기판(W)의 외주 단부로부터 순수의 분사 중심축(O)과 기판의 표면과의 교점까지의 거리 A가 0㎜ 이상이고 50㎜ 이하(0㎜≤A≤50㎜), 초음파 세정 유닛(52)의 분출구(62b)의 중심으로부터 순수의 분사 중심축(O)과 기판의 표면과의 교점까지의 거리 B가 약 60㎜(B≒60㎜)로 되는 위치에 배치되어 있다. 이에 의해, 기판(W)의 표면과 초음파 세정 유닛(52)의 분출구(62b)의 중심과의 거리 C는, 0㎜보다도 크고, 30㎜ 이하(0㎜＜C≤30㎜)로 된다.
기판 보유 지지 기구(42)에 의해 보유 지지되어 수평하게 회전하고 있는 기판(W)의 표면을 향해, 제1 순수 공급 라인(56)을 통해 초음파 세정 유닛(52)에 공급되는 탈기된 순수가 분사된다. 그리고, 상기 순수에 초음파 세정 유닛(52)에서 초음파 진동 에너지를 부여함으로써, 기판(W)의 표면에 초음파 순수막(70)이 균일하게 형성된다. 이때의 기판(W)의 회전 속도는, 예를 들어 50∼300min-1이다.
기판 보유 지지 기구(42)에 의해 보유 지지되는 기판(W)의 바로 위에 위치하여, 순수 분무 노즐(72)이 하방을 향해 배치되어 있다. 이 순수 분무 노즐(72)은 상기 순수 공급원(54)으로부터 기판 처리 장치의 내부로 연장되는 제2 순수 공급 라인(74)에 접속되어 있다. 이에 의해, 제2 순수 공급 라인(74)을 통해 보내져 온 순수는, 순수 분무 노즐(72)로부터 하방에 위치하는 기판(W)의 표면을 향해 분무된다.
기판 보유 지지 기구(42), 초음파 세정 유닛(52) 및 순수 분무 노즐(72)은 챔버(40) 내에 배치되어 있다. 기판(W)을 세정할 때에는, 챔버(40) 내는 불활성 가스로 채워진다. 즉, 불활성 가스 공급 라인(41)으로부터 불활성 가스가 챔버(40) 내에 공급되고, 챔버(40)의 내부 분위기를 불활성 가스 분위기, 예를 들어 N2 가스 분위기로 치환한다. 또한, 전술한 바와 같이 하여, 기판(W)의 표면에 초음파 순수막(70)을 형성한 상태에서, 이 순수 분무 노즐(72)로부터의 순수의 분무를 상기 초음파 순수막(70)을 향해 행한다. 이에 의해, 순수 분무 노즐(72)로부터 초음파 순수막(70)을 향해 분무되는 순수 중에, N2 가스 등의 불활성 가스가 도입된다. 그리고, 이 순수 중에 도입된 N2 가스 등의 불활성 가스가 초음파 순수막(70)에 혼입되어, 상기 초음파 순수막(70)의 용존 기체 농도가, 예를 들어 1ppm 이상으로 높아진다. 이에 의해, 초음파 세정에 있어서의 세정 효과가 높아진다.
순수 분무 노즐(72)로서, 순수 미스트를 부채 형상으로 분무하는 부채형 노즐이나, 순수 미스트를 원뿔 형상으로 분무하는 원뿔형 노즐이 바람직하게 사용된다. 순수 분무 노즐(72)로부터 분무되는 순수의 온도를 18∼40℃ 정도로 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 5를 다시 참조하여, 제2 세정 유닛(18)에 의한 기판(W)의 세정예를 설명한다. 우선, 기판 보유 지지 기구(42)의 척(44)에 의해 기판(W)을 수평하게 보유 지지하고, 챔버(40)의 내부를 N2 가스 등의 불활성 가스 분위기로 치환한 후, 수평하게 회전시킨다. 다음에, 회전하고 있는 기판(W)의 표면을 향해, 초음파 세정 유닛(52)으로부터 초음파 진동 에너지를 부여한 순수를 분사하여, 기판(W)의 표면에 초음파 순수막(70)을 형성한다.
이 초음파 처리를 받는 순수(세정액)는, 용존 기체를 거의 포함하지 않는, 예를 들어 DO값이 1ppm 이하인 순수이다. 즉, 제조 공장으로부터 기판 처리 장치에 공급되는 초음파 세정에 사용하는 순수는, 용존 기체가 예를 들어 DO값으로 10ppb 이하로 탈기되어 있다.
이 용존 기체를 거의 포함하지 않는 순수에, 초음파 세정 유닛(52)의 압전 소자(64)에 의해 초음파 처리를 실시한다. 그리고, 이 초음파 처리가 실시된 순수를 기판(W)의 표면에 공급한다. 용존 기체를 거의 포함하지 않고, 초음파 처리가 실시된 세정액을 기판(W)의 표면에 공급하고, 이에 의해, 기판(W)의 표면에 초음파 순수막(70)을 형성한다.
이와 같이, 기판(W)의 표면에 초음파 순수막(70)이 형성된 상태에서, 초음파 순수막(70)에 순수 분무 노즐(72)로부터 순수를 분무한다. 이에 의해, 기판(W)의 표면의 초음파 순수막(70)의 용존 기체 농도가 높아지고, 이 용존 기체 농도가 높아진 초음파 순수막(70)에 의해 기판(W)의 세정이 행해진다. 이에 의해, 초음파 세정에 있어서의 세정 효과가 높아진다.
즉, 기판(W)의 표면 상에 공급되어, 초음파 처리가 실시된, 용존 기체를 거의 포함하지 않는 순수의 용존 기체를 증가시키기 위해, 이 기판(W)의 표면 상에 공급되어 피막을 형성하고 있는 순수로 이루어지는 초음파 순수막(70)에, 마찬가지의 용존 기체를 포함하지 않는 순수를, 순수 분무 노즐(72)로부터 분무한다.
순수 분무 노즐(72)로부터 분무된 미스트상의 순수 중에, 챔버(40)의 내부의 N2 가스 등의 불활성 가스가 용해되고, 그리고 순수의 미스트가 초음파 순수막(70)에 접촉할 때에 미스트에 포함되는 불활성 가스가 초음파 순수막(70) 내에 도입된다. 이에 의해, 초음파 순수막(70) 내의 용존 기체 농도를, 예를 들어 1ppm보다도 커지도록 증가시킨다.
구리 배선의 표면에 산소를 포함하는 순수를 공급하면, 구리 표면이 용이하게 산화되어 변질되고, 디바이스 성능을 현저하게 저하시킬 우려가 있다. 이러한 우려를 없애기 위해, 이 예에서는, 챔버(40) 내를 N2 가스 등의 불활성 가스 분위기로 하고, 이 불활성 가스를 도입시킨 순수를 사용하고 있다.
이와 같이, 초음파 처리된 순수를 기판(W)의 표면에 공급하고, 그 후, 이 기판(W)의 표면에 공급된 순수의 용존 기체 농도를 증가시킴으로써, 높은 세정 특성이 얻어진다.
도 1에 도시하는 기판 처리 장치에서는, 로드 포트(12) 내의 기판 카세트로부터 취출한 기판의 표면을, 연마 유닛(14a∼14d) 중 어느 하나에 반송하여 연마한다. 그리고, 연마 후의 기판 표면을 제1 세정 유닛(롤 세정 유닛)(16)에서 초벌 세정한 후, 제2 세정 유닛(기판 세정 장치)(18)에서 마무리 세정한다. 그리고, 세정 후의 기판을 제2 세정 유닛(18)으로부터 취출하고, 건조 유닛(20)에 반입하여 스핀 건조시킨다. 그 후, 건조 후의 기판을 로드 포트(12)의 기판 카세트 내로 복귀시킨다.
상기한 예에서는, 챔버(40)의 내부를 N2 가스 등의 불활성 가스 분위기로 하고 있지만, 기판의 세정에 산소가 영향을 미치지 않는 경우에는, 챔버(40)의 내부를 N2 가스 등의 불활성 가스 분위기로 치환하는 일 없이, 대기 상태에서, 상기 세정을 행하도록 해도 된다. 이 경우, 순수 분무 노즐(72)로부터 초음파 순수막(70)을 향해 분무되는 순수 중에 대기(산소)가 도입되고, 이 순수 중에 도입된 대기(산소)가 초음파 순수막(70)에 혼입된다. 그 결과, 상기 초음파 순수막(70)의 용존 산소 농도가, 예를 들어 DO값으로 1ppm 이상으로 높아진다.
도 6은 도 2에 도시하는 제2 세정 유닛(기판 세정 장치)(18)에 있어서의 챔버(40)의 내부를 N2 가스 등의 불활성 가스 분위기로 치환하지 않고, 순수의 DO값(용존 기체 농도)을 측정한 결과를 나타낸다. 도 6에 있어서, 「공급 순수」는, 초음파 세정 유닛(52) 및 순수 분무 노즐(72)에 공급되는 순수의 DO값을 나타내고, 「출력 없음」은, 초음파 세정 유닛(52)의 압전 소자(64)를 진동시키지 않고, 또한 순수 분무 노즐(72)로부터 순수를 분무하지 않을 때의 초음파 순수막(70)의 DO값을 나타내고, 「고출력」은, 초음파 세정 유닛(52)의 압전 소자(64)를 고출력(99.53W/㎠)으로 진동시키고, 또한 순수 분무 노즐(72)로부터 순수를 분무하지 않을 때의 초음파 순수막(70)의 DO값을 나타내고, 「고출력＋순수 분무」는, 초음파 세정 유닛(52)의 압전 소자(64)을 고출력(99.53W/㎠)으로 진동시키고, 또한 순수 분무 노즐(72)로부터 순수를 분무하였을 때의 초음파 순수막(70)의 DO값을 나타낸다.
도 6으로부터, 초음파 세정 유닛(52)의 압전 소자(64)를 고출력(99.53W/㎠)으로 진동시키고, 또한 순수 분무 노즐(72)로부터 순수를 분무함으로써, 초음파 순수막(70)의 DO값을 2.00ppm 정도까지 높일 수 있는 것을 알 수 있다.
도 7은 도 2에 도시하는 제2 세정 유닛(기판 세정 장치)(18)을 사용하고, 챔버(40)의 내부를 N2 가스 등의 불활성 가스 분위기로 치환하는 일 없이, 초음파 세정 및 순수의 분무를 행하여 기판을 세정하였을 때에 기판에 남는 100㎚ 이상의 디펙트수를 계측한 결과를 실시예 1로서 나타내고 있다. 또한, 도 7은 초음파 세정 유닛(52)으로부터 기판(W)의 표면에 분사되는 순수의 분사 중심축(O)의 기판(W)의 표면에 대한 각도 θ를 30°보다도 크게(θ＞30°) 설정하고, 그 외는 실시예 1과 동일 조건에서 기판의 세정을 행하였을 때에 기판에 남는 디펙트수를 계측한 결과를 실시예 2로서 나타내고 있다.
또한, 도 7은 초음파 세정을 행하는 일 없이, 그 외는 실시예 1과 동일한 조건에서 기판의 세정을 행하였을 때에 기판에 남는 디펙트수를 계측한 결과를 비교예 1로서 나타내고 있다. 또한, 도 7은 초음파 세정만을 행하고, 그 외는 실시예 1과 동일 조건에서 기판의 세정을 행하였을 때에 기판에 남는 디펙트수를 계측한 결과를 비교예 2로서 나타내고 있다. 또한, 도 7은 초음파 세정만을 행하고, 그 외는 실시예 2와 동일 조건에서 기판의 세정을 행하였을 때에 기판에 남는 디펙트수를 계측한 결과를 비교예 3으로서 나타내고 있다. 또한, 도 7에 있어서, 초음파 세정 후에 남는 디펙트수를 측정한 결과는, 비교예 1의 디펙트수를 100％로 한 백분율(디펙트율)로 나타내어진다.
도 7로부터, 실시예 1, 2에 있어서는, 비교예 1∼3과 비교하여, 세정 후에 기판에 남는 100㎚ 이상의 디펙트수를 감소시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 1에 있어서는, 비교예 1∼3과 비교하여, 세정 후에 기판에 남는 100㎚ 이상의 디펙트수를 현저히 감소시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태의 기판 세정 장치를 도시하는 사시도이다. 이 실시 형태가 전술한 실시 형태와 다른 점은, 챔버(40)는 그 내부를 N2 가스 등의 불활성 가스로 치환할 수 있도록 구성되어 있지 않은 것, 및 제2 순수 공급 라인(74)에는, 예를 들어 투과막 또는 버블링에 의해, 순수 중에 기체를 용존시켜 용존 기체 농도를 증가시킨 기체 용존 순수를 생성하는 기체 용존 유닛(80)이 설치되어 있는 것이다. 또한 순수 분무 노즐(72) 대신 순수 공급 노즐(82)이 사용되어 있다. 이 기체 용존 유닛(80)에서 생성되는 기체 용존 순수의 용존 기체 농도는, 일반적으로는 1∼15ppm, 예를 들어 3∼8ppm이다.
이 순수 중에 용존시키는 기체로서는, 예를 들어 N2 가스나 아르곤 가스 등의 불활성 가스가 바람직하게 사용된다. 클린룸 환경하에 있어서의 대기 중의 기체(산소)도, 기판의 세정에 영향이 없으면 사용할 수 있다. 또한, 탄산 가스나 수소 등의 기체를 사용하고, 순수에 탄산 가스나 수소 등의 기체를 용존시킨 탄산 가스수나 수소수 등의 기능수를 기체 용존 순수로서 사용해도 된다.
기판(W)의 세정은 다음과 같이 하여 행해진다. 기판 보유 지지 기구(42)의 척(44)에 의해 기판(W)을 수평하게 보유 지지하여 회전시킨다. 회전하고 있는 기판(W)의 표면을 향해, 초음파 세정 유닛(52)으로부터 초음파 진동 에너지를 부여한 순수를 분사하여, 기판(W)의 표면에 초음파 순수막(70)을 형성한다. 이와 같이, 기판(W)의 표면에 초음파 순수막(70)이 형성된 상태에서, 기체 용존 유닛(80)에서 용존 기체 농도를 증가시킨 기체 용존 순수를 순수 공급 노즐(82)로부터 초음파 순수막(70)에 공급한다.
본 실시 형태에 따르면, 초음파 세정 유닛(52)에 의해 초음파 진동 에너지가 부여되고, 기판(W)의 표면에 형성되어 기판(W)의 표면의 세정에 사용되는 초음파 순수막(70)의 용존 기체 농도를, 순수 공급 노즐(82)로부터 공급되는 용존 기체 농도를 증가시킨 기체 용존 순수로 높인다. 그 결과, 본래의 세정 효과를 충분히 발휘할 수 있는 최적의 조건에서 기판(W)의 표면의 초음파 세정을 행할 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에 있어서 여러가지 다른 형태로 실시되어도 되는 것은 물론이다.
10 : 하우징
14a∼14d : 연마 유닛
16 : 제1 세정 유닛
18 : 제2 세정 유닛(기판 세정 장치)
20 : 건조 유닛
24 : 반송 유닛
40 : 챔버
41 : 불활성 가스 공급 라인
42 : 기판 보유 지지 기구
44 : 척
52 : 초음파 세정 유닛
54 : 순수 공급원
56, 74 : 순수 공급 라인
62 : 내부 유로
62b : 분사구
64 : 압전 소자
70 : 초음파 순수막
72 : 순수 분무 노즐
80 : 기체 용존 유닛

Claims (9)

  1. 기판을 보유 지지하여 회전시키는 기판 보유 지지 기구와,
    탈기된 순수에 초음파 진동 에너지를 부여한 후에 상기 순수를 상기 기판의 표면에 공급하는 초음파 세정 유닛과,
    탈기된 순수를 상기 기판의 표면에 분무하는 순수 분무 노즐과,
    상기 기판 보유 지지 기구 및 상기 순수 분무 노즐을 포위하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 라인을 구비한 것을 특징으로 하는, 기판 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초음파 세정 유닛으로부터 분사되는 순수의 진행 방향의 기판의 표면에 대한 각도는, 0°보다도 크고, 30°이하인 것을 특징으로 하는, 기판 세정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 순수 분무 노즐은, 탈기된 순수의 미스트를 원뿔 형상으로 분무하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 순수 분무 노즐은, 탈기된 순수의 미스트를 부채 형상으로 분무하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 장치.
  5. 기판을 보유 지지하여 회전시키는 기판 보유 지지 기구와,
    탈기된 순수를 공급하는 제1 순수 공급 라인 및 제2 순수 공급 라인과,
    상기 제1 순수 공급 라인으로부터 공급된 상기 순수에 초음파 진동 에너지를 부여한 후에 상기 순수를 상기 기판의 표면에 공급하는 초음파 세정 유닛과,
    상기 제2 순수 공급 라인으로부터 공급된 상기 순수를 상기 기판의 표면에 공급하는 순수 공급 노즐과,
    상기 제2 순수 공급 라인을 흐르는 순수에 기체를 용존시키는 기체 용존 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는, 기판 세정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 초음파 세정 유닛으로부터 분사되는 순수의 진행 방향의 기판의 표면에 대한 각도는, 0°보다도 크고, 30°이하인 것을 특징으로 하는, 기판 세정 장치.
  7. 기판을 보유 지지하여 회전시키고,
    탈기된 순수에 초음파 진동 에너지를 부여한 후에 상기 순수를 상기 기판의 표면에 공급하여 상기 기판의 표면 상에 순수의 막을 형성하고,
    탈기된 순수를 불활성 가스 분위기를 향해 분무하고,
    상기 불활성 가스 분위기를 통과한 상기 순수를 상기 순수의 막에 공급하는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 탈기된 순수를 불활성 가스 분위기를 향해 분무하는 공정은, 탈기된 순수의 미스트를 불활성 가스 분위기를 향해 분무하는 공정인 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
  9. 기판을 수평하게 보유 지지하여 회전시키고,
    탈기된 순수에 초음파 진동 에너지를 부여한 후에 상기 순수를 상기 기판의 표면에 공급하여 상기 기판의 표면 상에 순수의 막을 형성하고,
    탈기된 순수를 기체 용존 유닛을 통과시킴으로써 상기 순수에 불활성 가스를 용존시키고,
    상기 불활성 가스를 포함하는 상기 순수를 상기 순수의 막에 공급하는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 방법.
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