KR20140120838A - 기판 처리 방법 - Google Patents

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KR20140120838A
KR20140120838A KR1020140038691A KR20140038691A KR20140120838A KR 20140120838 A KR20140120838 A KR 20140120838A KR 1020140038691 A KR1020140038691 A KR 1020140038691A KR 20140038691 A KR20140038691 A KR 20140038691A KR 20140120838 A KR20140120838 A KR 20140120838A
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도모아츠 이시바시
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

기판 표면의 대전을 억제할 수 있는 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명에 관련된 기판 처리 방법은, 기판을 회전시키면서, 순수를 포함하는 액체를 당해 기판에 공급하는 제 1 처리 공정을 행하고, 제 1 처리 공정 후에, 기판을 회전시키면서, 당해 기판에 액체를 공급하는 제 2 처리 공정을 행한다. 제 2 처리 공정은, 제 1 처리 공정보다, 기판의 표면 전위의 증가율이 낮은 조건하에서 행해진다. 예를 들면, 제 2 처리 공정은, 제 1 처리 공정에서의 기판의 회전 속도보다 낮은 회전 속도로 기판을 회전시키면서 행해진다.

Description

기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은, 순수 또는 초순수 등의 액체로 기판을 처리(예를 들면 린스)하는 방법에 관한 것이며, 특히, 기판상에 형성된 구조체(예를 들면, 절연막, 또는 금속막, 또는 절연막 및 금속막을 포함하는 디바이스)의 대전(帶電)을 억제하면서 기판을 처리하는 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 실리콘 기판상에 물성이 다른 여러 가지 막이 형성되며, 이들 막에 여러 가지 가공이 실시됨으로써 미세한 금속 배선이 형성된다. 예를 들면, 다마신 배선 형성 공정에 있어서는, 막에 배선 홈을 형성하고, 이 배선 홈에 금속을 매설하여, 그 후, 화학 기계 연마(CMP)에 의해 여분인 금속을 제거함으로써 금속 배선이 형성된다. 이와 같은 다마신 배선 형성 공정을 거쳐 제조된 기판의 표면에는, 금속막, 배리어막, 절연막 등의 다양한 막이 존재한다.
기판을 연마하는 CMP 장치(연마 장치)는, 통상, 연마된 기판을 세정하고, 건조하는 기판 세정 장치를 구비하고 있다. 기판의 세정은, 기판을 회전시키면서, 롤 스펀지 등의 세정구를 기판에 슬라이딩 접촉시킴으로써 행해진다. 기판의 표면 세정 후는, 회전하는 기판의 표면상에 초순수(DIW)가 공급되어, 이것에 의해 기판의 표면이 린스된다. 기판을 건조시키기 전에 있어서도, 기판을 회전시키면서 기판의 표면상에 초순수를 공급함으로써 기판의 표면을 린스하는 것이 행해지고 있다.
회전하는 기판에 공급되는 초순수는, 비저항값(≥15MΩ·cm)이 높고, 초순수와의 접촉에 의해 기판 표면이 대전되는 것이 일반적으로 알려져 있다. 실제로, 금속 배선이나 절연막 등이 형성되어 있는 기판의 표면에 초순수를 공급하면, 기판이 대전하는 것이 실험에 의해 확인되어 있다. 이 대전 현상의 요인은, 초순수가 높은 비저항값을 가지는 것이나, 회전하는 기판상의 초순수의 흐름에 있다고 여겨지고 있으나 확실하지는 않다. 기판 표면의 대전은, 기판 표면의 세정에 의해 제거되었을 파티클 재부착이나 방전에 의한 디바이스 파괴의 원인이 된다. 또한, 구리 배선을 가지는 디바이스에서는, 구리 자체(Cu)가 표면 대전의 영향을 받아 이동하기 쉽게, 절연막 상에 구리가 부착되는 경우가 있다. 그 결과, 배선 간에서 쇼트 컷 또는 전류의 리크가 발생하거나, 구리 배선과 절연막의 밀착성 불량이 일어나는 경우가 있다.
일본국 공개특허 특개평9-270412호 공보
본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위한 것이며, 기판 표면의 대전을 억제할 수 있는 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일태양은, 기판을 회전시키면서, 순수를 포함하는 액체를 당해 기판에 공급하는 제 1 처리 공정을 행하고, 상기 제 1 처리 공정 후에, 상기 기판을 회전시키면서, 당해 기판에 상기 액체를 공급하는 제 2 처리 공정을 행하고, 상기 제 2 처리 공정은, 상기 제 1 처리 공정보다, 상기 기판의 표면 전위의 증가율이 낮은 조건하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법이다.
본 발명의 바람직한 태양은, 상기 제 2 처리 공정에서의 상기 기판의 회전 속도는, 상기 제 1 처리 공정에서의 상기 기판의 회전 속도보다 낮거나, 또는 상기 제 2 처리 공정에서 상기 기판에 공급되는 상기 액체의 유량은, 상기 제 1 처리 공정에서 상기 기판에 공급되는 상기 액체의 유량보다 적은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 태양은, 상기 액체는, 순수인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 태양은, 상기 순수는, 비저항값이 15MΩ·cm 이상의 초순수인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 태양은, 상기 액체는, 초순수에 의해 희석된 약액(藥液)인 것을 특징으로 한다.
본 발명자는, 기판의 처리 조건을 바꾸면, 기판의 대전 경향이 바뀌는 것을 수많은 실험으로부터 찾아냈다. 보다 구체적으로는, 다음에 계속되는 처리 공정을, 이전의 처리 공정보다, 기판의 표면 전위의 증가율이 낮아지는 조건하에서 행하면, 기판의 대전이 억제되는, 즉 기판의 표면 전위의 증가가 억제된다는 것을 알았다. 따라서, 본 발명에 따르면, 기판 처리 공정을 반복하여 행하면서, 기판의 대전을 억제할 수 있다.
도 1은, 연마 유닛, 세정 유닛 및 건조 유닛을 구비한 연마 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는, 제 1 연마 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 3은, 1차 세정 유닛(기판 세정 장치)을 나타낸 사시도이다.
도 4는, 순수의 공급 유량이 일정한 조건하에서, 웨이퍼를 다른 회전 속도로 회전시켰을 때에 웨이퍼의 표면 전위가 변화하는 모습을 조사한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는, 웨이퍼의 회전 속도에 의존하여 웨이퍼의 대전 경향이 어떻게 바뀌는지를 조사한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은, 웨이퍼의 대전의 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은, 펜 스펀지 타입의 기판 세정 장치를 나타낸 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 연마 유닛, 세정 유닛 및 건조 유닛을 구비한 연마 장치를 나타낸 도면이다. 이 연마 장치는, 웨이퍼(기판)를 연마하고, 세정하고, 건조시키는 일련의 공정을 행할 수 있는 기판 처리 장치이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 장치는, 대략 직사각형 형상의 하우징(2)을 구비하고 있고, 하우징(2)의 내부는 격벽(2a, 2b)에 의해 로드/언로드부(6)와 연마부(1)와 세정부(8)로 구획되어 있다. 연마 장치는, 웨이퍼 처리 동작을 제어하는 동작 제어부(10)를 가지고 있다.
로드/언로드부(6)는, 다수의 웨이퍼를 저장(stock)하는 웨이퍼 카세트가 재치되는 로드 포트(12)를 구비하고 있다. 이 로드/언로드부(6)에는, 로드 포트(12)의 줄을 따라 주행 기구(14)가 부설(敷設)되어 있고, 이 주행 기구(14) 상에 웨이퍼 카세트의 배열 방향을 따라 이동 가능한 반송 로봇(로더)(16)이 설치되어 있다. 반송 로봇(16)은 주행 기구(14) 상을 이동함으로써 로드 포트(12)에 탑재된 웨이퍼 카세트에 액세스할 수 있도록 되어 있다.
연마부(1)는, 웨이퍼의 연마가 행해지는 영역이며, 제 1 연마 유닛(1A), 제 2 연마 유닛(1B), 제 3 연마 유닛(1C), 제 4 연마 유닛(1D)을 구비하고 있다. 제 1 연마 유닛(1A)은, 연마면을 가지는 연마 패드(20)가 부착된 제 1 연마 테이블(22A)과, 웨이퍼를 유지하고 또한 웨이퍼를 제 1 연마 테이블(22A) 상의 연마 패드(20)에 가압하면서 연마하기 위한 제 1 톱링(24A)과, 연마 패드(20)에 연마액(예를 들면 슬러리)이나 드레싱액(예를 들면, 순수)을 공급하기 위한 제 1 연마액 공급 노즐(26A)과, 연마 패드(20)의 연마면의 드레싱을 행하기 위한 제 1 드레싱 유닛(28A)과, 액체(예를 들면 순수)와 기체(예를 들면 질소 가스)의 혼합 유체, 또는 액체(예를 들면 순수)를 안개 형상으로 하여 연마면에 분사하는 제 1 애터마이저(30A)를 구비하고 있다.
마찬가지로, 제 2 연마 유닛(1B)은, 연마 패드(20)가 부착된 제 2 연마 테이블(22B)과, 제 2 톱링(24B)과, 제 2 연마액 공급 노즐(26B)과, 제 2 드레싱 유닛(28B)과, 제 2 애터마이저(30B)를 구비하고 있고, 제 3 연마 유닛(1C)은, 연마 패드(20)가 부착된 제 3 연마 테이블(22C)과, 제 3 톱링(24C)과, 제 3 연마액 공급 노즐(26C)과, 제 3 드레싱 유닛(28C)과, 제 3 애터마이저(30C)를 구비하고 있고, 제 4 연마 유닛(1D)은, 연마 패드(20)가 부착된 제 4 연마 테이블(22D)과, 제 4 톱링(24D)과, 제 4 연마액 공급 노즐(26D)과, 제 4 드레싱 유닛(28D)과, 제 4 애터마이저(30D)를 구비하고 있다.
제 1 연마 유닛(1A) 및 제 2 연마 유닛(1B)에 인접하여, 제 1 리니어 트랜스포터(40)가 배치되어 있다. 이 제 1 리니어 트랜스포터(40)는, 4개의 반송 위치(제 1 반송 위치(TP1), 제 2 반송 위치(TP2), 제 3 반송 위치(TP3), 제 4 반송 위치(TP4))의 사이에서 웨이퍼를 반송하는 기구이다. 또한, 제 3 연마 유닛(1C) 및 제 4 연마 유닛(1D)에 인접하여, 제 2 리니어 트랜스포터(42)가 배치되어 있다. 이 제 2 리니어 트랜스포터(42)는, 3개의 반송 위치(제 5 반송 위치(TP5), 제 6 반송 위치(TP6), 제 7 반송 위치(TP7))의 사이에서 웨이퍼를 반송하는 기구이다.
제 1 반송 위치(TP1)에 인접하여, 반송 로봇(16)으로부터 웨이퍼를 수취하기 위한 리프터(44)가 배치되어 있다. 웨이퍼는 이 리프터(44)를 통하여 반송 로봇(16)으로부터 제 1 리니어 트랜스포터(40)에 전달된다. 리프터(44)와 반송 로봇(16)의 사이에 위치하여, 셔터(도시 생략)가 격벽(2a)에 설치되어 있고, 웨이퍼의 반송시에는 셔터가 열려 반송 로봇(16)으로부터 리프터(44)에 웨이퍼가 전달되도록 되어있다.
웨이퍼는, 반송 로봇(16)에 의해 리프터(44)에 전달되고, 또한 리프터(44)로부터 제 1 리니어 트랜스포터(40)에 전달되며, 그리고 제 1 리니어 트랜스포터(40)에 의해 연마 유닛(1A, 1B)으로 반송된다. 제 1 연마 유닛(1A)의 톱링(24A)은, 그 스윙 동작에 의해 제 1 연마 테이블(22A)의 상방 위치와 제 2 반송 위치(TP2)의 사이를 이동한다. 따라서, 톱링(24A)으로의 웨이퍼의 주고 받음은 제 2 반송 위치(TP2)에서 행해진다.
마찬가지로, 제 2 연마 유닛(1B)의 톱링(24B)은 연마 테이블(22B)의 상방 위치와 제 3 반송 위치(TP3)의 사이를 이동하고, 톱링(24B)으로의 웨이퍼의 주고 받음은 제 3 반송 위치(TP3)에서 행해진다. 제 3 연마 유닛(1C)의 톱링(24C)은 연마 테이블(22C)의 상방 위치와 제 6 반송 위치(TP6)의 사이를 이동하고, 톱링(24C)으로의 웨이퍼의 주고 받음은 제 6 반송 위치(TP6)에서 행해진다. 제 4 연마 유닛(1D)의 톱링(24D)은 연마 테이블(22D)의 상방 위치와 제 7 반송 위치(TP7)의 사이를 이동하고, 톱링(24D)으로의 웨이퍼의 주고 받음은 제 7 반송 위치(TP7)에서 행해진다.
제 1 리니어 트랜스포터(40)와, 제 2 리니어 트랜스포터(42)와, 세정부(8)의 사이에는 스윙 트랜스포터(46)가 배치되어 있다. 웨이퍼는, 스윙 트랜스포터(46)에 의해 제 1 리니어 트랜스포터(40)로부터 제 2 리니어 트랜스포터(42)로 반송된다. 또한, 웨이퍼는, 제 2 리니어 트랜스포터(42)에 의해 제 3 연마 유닛(1C) 및/ 또는 제 4 연마 유닛(1D)으로 반송된다.
스윙 트랜스포터(46)의 측방에는, 도시하지 않은 프레임에 설치된 웨이퍼의 임시 받침대(48)가 배치되어 있다. 이 임시 받침대(48)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제 1 리니어 트랜스포터(40)에 인접하여 배치되어 있고, 제 1 리니어 트랜스포터(40)와 세정부(8)의 사이에 위치하고 있다. 스윙 트랜스포터(46)는, 제 4 반송 위치(TP4), 제 5 반송 위치(TP5) 및 임시 받침대(48)의 사이에서 웨이퍼를 반송한다.
임시 받침대(48)에 재치된 웨이퍼는, 세정부(8)의 제 1 반송 로봇(50)에 의해 세정부(8)로 반송된다. 세정부(8)는, 연마된 웨이퍼를 세정액으로 세정하는 1차 세정 유닛(52) 및 2차 세정 유닛(54)과, 세정된 웨이퍼를 건조하는 건조 유닛(56)을 구비하고 있다. 제 1 반송 로봇(50)은, 웨이퍼를 임시 받침대(48)로부터 1차 세정 유닛(52)으로 반송하고, 또한 1차 세정 유닛(52)으로부터 2차 세정 유닛(54)으로 반송하도록 동작한다. 2차 세정 유닛(54)과 건조 유닛(56)의 사이에는, 제 2 반송 로봇(58)이 배치되어 있다. 이 제 2 반송 로봇(58)은, 웨이퍼를 2차 세정 유닛(54)으로부터 건조 유닛(56)으로 반송하도록 동작한다.
건조된 웨이퍼는, 반송 로봇(16)에 의해 건조 유닛(56)으로부터 취출되어, 웨이퍼 카세트로 되돌아간다. 이와 같이 하여, 연마, 세정 및 건조를 포함하는 일련의 처리가 웨이퍼에 대하여 행해진다.
제 1 연마 유닛(1A), 제 2 연마 유닛(1B), 제 3 연마 유닛(1C) 및 제 4 연마 유닛(1D)은 서로 동일한 구성을 가지고 있다. 따라서, 이하, 제 1 연마 유닛(1A)에 대하여 설명한다. 도 2는, 제 1 연마 유닛(1A)을 나타낸 사시도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제 1 연마 유닛(1A)은, 연마 패드(20)를 지지하는 연마 테이블(22A)과, 웨이퍼(W)를 연마 패드(20)에 누르는 톱링(24A)과, 연마 패드(20)에 연마액(슬러리)을 공급하기 위한 연마액 공급 노즐(26A)을 구비하고 있다. 도 2에 있어서, 제 1 드레싱 유닛(28A)과 제 1 애터마이저(30A)는 생략되어 있다.
연마 테이블(22A)은, 테이블 축(23)을 통하여 그 하방에 배치되는 테이블 모터(25)에 연결되어 있고, 이 테이블 모터(25)에 의해 연마 테이블(22A)이 화살표로 나타낸 방향으로 회전되도록 되어 있다. 연마 패드(20)는 연마 테이블(22A)의 상면에 부착되어 있고, 연마 패드(20)의 상면이 웨이퍼(W)를 연마하는 연마면(20a)을 구성하고 있다. 톱링(24A)은 톱링 샤프트(27)의 하단에 고정되어 있다. 톱링(24A)은, 그 하면에 진공 흡착에 의해 웨이퍼(W)를 유지할 수 있도록 구성되어 있다. 톱링 샤프트(27)는, 톱링 아암(31) 내에 설치된 도시하지 않은 회전 기구에 연결되어 있고, 톱링(24A)은 이 회전 기구에 의해 톱링 샤프트(27)를 통하여 회전 구동되도록 되어 있다.
웨이퍼(W)의 표면의 연마는 다음과 같이 하여 행해진다. 톱링(24A) 및 연마 테이블(22A)을 각각 화살표로 나타낸 방향으로 회전시키고, 연마액 공급 노즐(26A)로부터 연마 패드(20) 상에 연마액(슬러리)을 공급한다. 이 상태에서, 톱링(24A)에 의해 웨이퍼(W)를 연마 패드(20)의 연마면(20a)에 누른다. 웨이퍼(W)의 표면은, 연마액에 포함되는 지립(砥粒)의 기계적 작용과 연마액에 포함되는 화학 성분의 화학적 작용에 의해 연마된다.
1차 세정 유닛(52) 및 2차 세정 유닛(54)은, 서로 동일한 구성을 가지고 있다. 따라서, 이하, 1차 세정 유닛(52)에 대하여 설명한다. 도 3은, 1차 세정 유닛(기판 세정 장치)(52)을 나타낸 사시도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제 1 세정 유닛(52)은, 웨이퍼(W)를 수평으로 유지하여 회전시키는 4개의 유지 롤러(71, 72, 73, 74)와, 웨이퍼(W)의 상하면에 접촉하는 롤 스펀지(세정구)(77, 78)와, 이들의 롤 스펀지(77, 78)를 회전시키는 회전 기구(80, 81)와, 웨이퍼(W)의 상면(절연막, 또는 금속막, 또는 절연막 및 금속막을 포함하는 디바이스 등의 구조체가 형성되어 있는 면)에 순수(바람직하게는, 초순수)를 공급하는 상측 순수 공급 노즐(85, 86)과, 웨이퍼(W)의 상면에 세정액(약액)을 공급하는 상측 세정액 공급 노즐(87, 88)을 구비하고 있다. 도시하지 않았으나, 웨이퍼(W)의 하면에 순수를 공급하는 하측 순수 공급 노즐과, 웨이퍼(W)의 하면에 세정액(약액)을 공급하는 하측 세정액 공급 노즐이 설치되어 있다.
유지 롤러(71, 72, 73, 74)는 도시하지 않은 구동 기구(예를 들면 에어 실린더)에 의해, 웨이퍼(W)에 근접 및 이간하는 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 상측의 롤 스펀지(77)를 회전시키는 회전 기구(80)는, 그 상하 방향의 움직임을 가이드하는 가이드 레일(89)에 부착되어 있다. 또한, 이 회전 기구(80)는 승강 구동기구(82)에 지지되어 있고, 회전 기구(80) 및 상측의 롤 스펀지(77)는 승강 구동 기구(82)에 의해 상하 방향으로 이동되도록 되어 있다. 또한, 도시하지 않았으나, 하측의 롤 스펀지(78)를 회전시키는 회전 기구(81)도 가이드 레일에 지지되어 있고, 승강 구동 기구에 의해 회전 기구(81) 및 하측의 롤 스펀지(78)가 상하동하도록 되어 있다. 승강 구동 기구로서는, 예를 들면 볼 나사를 이용한 모터 구동 기구 또는 에어 실린더가 사용된다. 웨이퍼(W)의 세정시에는, 롤 스펀지(77, 78)는 서로 근접하는 방향으로 이동하여 웨이퍼(W)의 상하면에 접촉된다.
다음으로, 웨이퍼(W)를 세정하는 공정에 대하여 설명한다. 먼저, 웨이퍼(W)를 그 축심 주위로 회전시킨다. 이어서, 상측 세정액 공급 노즐(87, 88) 및 도시하지 않은 하측 세정액 공급 노즐로부터 웨이퍼(W)의 상면 및 하면에 세정액이 공급된다. 이 상태에서, 롤 스펀지(77, 78)가 그 수평으로 연장되는 축심 주위로 회전하면서 웨이퍼(W)의 상하면에 슬라이딩 접촉함으로써, 웨이퍼(W)의 상하면을 스크럽 세정한다.
스크럽 세정 후, 회전하는 웨이퍼(W)에 순수를 공급함으로써 웨이퍼(W)의 헹굼(린스)이 행해진다. 웨이퍼(W)의 린스는, 롤 스펀지(77, 78)를 웨이퍼(W)의 상하면에 슬라이딩 접촉시키면서 행해도 되고, 롤 스펀지(77, 78)를 웨이퍼(W)의 상하면으로부터 이간시킨 상태에서 행해도 된다.
연마부(1)에 의해 연마된 웨이퍼(W)는, 1차 세정 유닛(52) 및 2차 세정 유닛(54)에 의해 상술한 바와 같이 하여 세정된다. 3개 이상의 세정 유닛에 의해, 다단계의 세정이 행해져도 된다.
웨이퍼의 린스시에, 순수, 특히 비저항값(≥15MΩ·cm)이 높은 초순수가 웨이퍼에 공급되면, 웨이퍼가 대전하는 것이 알려져 있다. 웨이퍼의 대전 경향은, 웨이퍼의 린스 조건에 의존하여 변한다. 구체적으로는, 웨이퍼의 회전 속도 및 웨이퍼에 공급되는 순수의 공급 유량에 의해, 웨이퍼의 표면 전위(절대값)의 증가 경향이 변화한다. 도 4는, 순수의 공급 유량이 일정한 조건하에서, 웨이퍼를 다른 속도로 회전시켰을 때에 웨이퍼의 표면 전위가 변화하는 모습을 조사한 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 처리 A에서는 웨이퍼를 300min-1로 회전시키고, 처리 B에서는 웨이퍼를 600min-1로 회전시키고, 처리 C에서는 웨이퍼를 900min-1로 회전시켰다. 처리 A, B, C 중 어느 것에 있어서도, 순수의 공급 유량은 1L/min이었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 처리 C에서의 대전 경향은, 처리 B에서의 대전 경향보다 크고, 처리 B에서의 대전 경향은 처리 A에서의 대전 경향보다 크다. 즉, 순수의 공급 유량이 일정한 조건하에서는, 웨이퍼의 회전 속도가 높아질수록, 웨이퍼의 표면 전위가 시간과 함께 증가한다. 여기에서, 본 명세서에 있어서, 표면 전위의 증가는, 표면 전위[V]의 절대값의 증가를 말한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 표면 전위의 증가율이란, 소정의 처리 시간당의 표면 전위[V]의 절대값의 증가량을 말하고, 바꿔 말하면 처리 시간에 의존하여 변하는 표면 전위[V]의 절대값의 증가량을 말한다.
도 5는, 웨이퍼의 회전 속도가 다른 조건하에서, 린스 시간에 의존한 웨이퍼의 대전 경향이 어떻게 변하는지를 조사한 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 이 실험은, 웨이퍼로의 순수의 공급 유량이 동일한 조건하에서 행해졌다. 도 5에 있어서, 세로축은 웨이퍼의 표면 전위[V]를 나타내고, 가로축은 순수의 공급 시간[초]을 나타내고 있다. 제 1 실험에서는, 저(低)대전 조건하에서 웨이퍼의 린스를 행하였다. 구체적으로는, 웨이퍼의 회전 속도를 100min-1로 유지하면서 웨이퍼의 표면에 순수를 소정의 유량으로 공급하였다. 제 2 실험에서는, 고(高)대전 조건하에서 웨이퍼의 린스를 행하였다. 즉, 웨이퍼를 300min-1의 회전 속도로 유지하면서 웨이퍼의 표면에 순수를 상기 소정의 유량으로 공급하였다. 제 3 실험에서는, 초기 단계에서는 고대전 조건하에서 웨이퍼의 린스를 행하고, 도중부터 저대전 조건하에서 웨이퍼의 린스를 행하였다. 즉, 처음에는 웨이퍼를 300min-1로 회전시키면서 웨이퍼의 표면에 순수를 상기 소정의 유량으로 공급하고, 그 후, 순수의 공급 유량은 일정하게 유지하면서, 웨이퍼의 회전 속도를 300min-1에서 100min-1로 전환하였다. 제 1, 제 2, 제 3 실험은, 동일한 순수 공급 시간에서 실시하였다.
도 5에 나타낸 실험 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 웨이퍼를 300min-1의 회전 속도로 회전시켰을 때에는, 웨이퍼의 표면 전위는 순수의 공급 시간과 함께 급준하게 증가한다. 웨이퍼의 회전 속도를 300min-1에서 100min-1로 전환하면, 표면 전위(절대값)는 서서히 작아지며, 머지않아 저대전 조건하에서 실시된 실험 1에서의 표면 전위와 대략 동일해진다. 즉, 린스 조건을 고대전 조건에서 저대전 조건으로 전환하면, 대전 경향은 저대전 조건하에서의 대전 경향에 가까워진다. 이 실험 결과로부터, 웨이퍼 표면의 대전은, 단순히 축적되는 것이 아니라, 대전 요인인 순수의 비저항값과, 순수의 웨이퍼로의 공급 유량과, 웨이퍼의 회전 속도에 의해 변할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 웨이퍼 표면의 대전 경향은, 시간 의존성의 수치, 즉 표면 전위의 시간적 변화로서 나타낼 수 있다. 즉, 웨이퍼 린스의 처리 조건에 의해, 웨이퍼의 표면 전위가 린스 시간(순수 공급 시간)과 함께 증가하기도 하고, 저감하기도 한다.
상술한 실험 결과에 의거하여, 본 발명자는, 웨이퍼의 다단 세정을 행할 경우, 각 세정 공정에서의 린스 조건을 바꿈으로써, 웨이퍼의 대전을 억제할 수 있다는 것을 찾아냈다. 즉, 이전의 린스 공정보다 웨이퍼가 대전하기 어려운 조건하에서 다음의 린스 공정을 실시하면, 린스 공정을 실시할 때마다 웨이퍼의 표면 전위는 감소하는 경향을 나타낸다. 이것은, 웨이퍼의 대전이 억제되는 것을 의미하고 있다. 대조적으로, 이전의 린스 공정보다 웨이퍼가 대전하기 쉬운 조건하에서 다음의 린스 공정을 실시하면, 린스 공정을 실시할 때마다 웨이퍼의 표면 전위는 증가하는 경향을 나타낸다.
도 6은, 웨이퍼의 대전의 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 도 6의 그래프에 있어서, 세로축은 웨이퍼의 표면 전위[V]를 나타내고, 가로축은 처리 시간[초]을 나타내고 있다. 이 실험에서는, 1차 세정 공정, 2차 세정 공정 및 3차 세정 공정으로 이루어지는 3단계의 세정을 행하였다. 각 세정 공정에서는, 웨이퍼의 스크럽 세정 후에 웨이퍼에 순수를 30초간 공급하여 당해 웨이퍼를 린스하고, 린스 후에 웨이퍼의 표면 전위를 측정하였다. 이하, 1차 세정 공정에서의 웨이퍼의 린스를 1차 린스 공정, 2차 세정 공정에서의 웨이퍼의 린스를 2차 린스 공정, 3차 세정 공정에서의 웨이퍼의 린스를 3차 린스 공정으로 한다.
제 4 실험에서는, 1차 린스 공정, 2차 린스 공정 및 3차 린스 공정을 동일한 조건하에서 행하였다. 제 5 실험에서는, 2차 린스 공정을 1차 린스 공정보다 웨이퍼가 대전하기 쉬운 조건하에서 행하고, 또한 3차 린스 공정을 2차 린스 공정보다 웨이퍼가 대전하기 쉬운 조건하에서 행하였다. 제 6 실험에서는, 2차 린스 공정을 1차 린스 공정보다 웨이퍼가 대전하기 어려운 조건하에서 행하고, 또한 3차 린스 공정을 2차 린스 공정보다 웨이퍼가 대전하기 어려운 조건하에서 행하였다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼의 대전에 영향을 주는 조건을 바꿈으로써, 웨이퍼의 대전 경향이 변화한다. 또한, 도 6의 점선은, 각 실험에 있어서 동일한 조건하에서 린스 공정을 더 실시했을 때에 예상되는 대전 경향을 나타내고 있다. 즉, 제 4 실험에서의 n+1차 린스 공정의 조건은 n차 린스 공정과 동일하며, 제 5 실험에서의 n+1차 린스 공정의 조건은 n차 린스 공정보다 웨이퍼가 대전하기 쉬운 조건이며, 제 6 실험에서의 n+1차 린스 공정의 조건은 n차 린스 공정보다 웨이퍼가 대전하기 어려운 조건하이다.
웨이퍼의 린스 공정에 있어서, 웨이퍼의 대전은, 웨이퍼의 회전 속도 및 웨이퍼에 공급되는 순수의 유량에 의존한다. 보다 구체적으로는, 웨이퍼의 회전 속도가 높아질수록, 웨이퍼는 보다 대전하기 쉬워지며(웨이퍼의 표면 전위가 보다 증가하고), 순수의 유량이 많아질수록, 웨이퍼는 보다 대전하기 쉬워진다. 제 4 실험은, 웨이퍼의 회전 속도 및 순수의 유량이 일정하게 유지된 조건하에서 실시하고, 제 5 실험 및 제 6 실험은, 웨이퍼의 회전 속도 및/또는 순수의 유량을 바꾸면서 실시하였다.
도 6의 그래프는 다음의 것을 나타내고 있다. 즉, 제 4 실험에서는, 린스 공정이 행해질 때마다, 웨이퍼의 표면 전위(절대값)는 동일한 양만큼 증가한다. 제 5 실험에서는, 린스 공정이 행해질 때마다, 웨이퍼의 표면 전위의 증가율이 증가한다(즉, 웨이퍼의 대전이 촉진된다). 그리고, 제 6 실험에서는, 린스 공정이 행해질 때마다, 웨이퍼의 표면 전위의 증가율은 감소하고, 결과적으로 웨이퍼의 대전이 억제된다.
본 발명은, 실험 결과로부터 명백해진 상술의 현상에 의거하여 이루어진 것이다. 즉, 이전의 린스 공정보다, 웨이퍼의 표면 전위의 증가율이 낮아지는 조건하에서 다음에 계속되는 린스 공정이 행해진다. 보다 구체적으로는, 이전의 린스 공정보다, 웨이퍼의 회전 속도를 낮게 하여 다음의 린스 공정을 행하거나, 또는, 이전의 린스 공정보다, 웨이퍼에 공급되는 순수의 유량을 적게 하여 다음의 린스 공정을 행한다. 혹은, 이전의 린스 공정보다, 웨이퍼의 회전 속도를 낮게 하고, 또한 웨이퍼에 공급되는 순수의 유량을 적게 하여 다음의 린스 공정을 행해도 된다. 이와 같은 조건하에서 웨이퍼의 다단 세정을 행함으로써, 웨이퍼의 대전을 억제할 수 있다.
도시하지 않았으나, 웨이퍼의 회전 속도와 마찬가지로, 웨이퍼에 공급되는 순수의 유량(L/min)도 웨이퍼의 표면 전위에 영향을 주는 것이 실험에 의해 확인되어 있다. 따라서, 다음에 계속되는 린스 공정에서의 순수의 유량을, 이전의 린스 공정에서의 순수의 유량보다 적은 조건하에서 린스 공정을 반복하면, 린스 공정이 실시될 때마다 웨이퍼의 표면 전위가 감소한다(0V에 가까워진다).
1차 세정 유닛(52) 및 2차 세정 유닛(54)은, 도 3에 나타낸 롤 스펀지 타입의 기판 세정 장치이다. 이것 대신에, 펜 스펀지 타입의 기판 세정 장치를 1차 세정 유닛(52) 및/또는 2차 세정 유닛(54)으로 사용해도 된다. 예를 들면, 1차 세정 유닛(52)으로서 롤 스펀지 타입의 기판 세정 장치를 사용하고, 2차 세정 유닛(54)으로서 펜 스펀지 타입의 기판 세정 장치를 사용해도 된다.
도 7은, 펜 스펀지 타입의 기판 세정 장치를 나타낸 사시도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 이 타입의 기판 세정 장치는, 웨이퍼(W)를 유지하여 회전시키는 기판 유지부(91)와, 펜 스펀지(92)와, 펜 스펀지(92)를 유지하는 아암(94)과, 웨이퍼(W)의 상면에 순수를 공급하는 순수 공급 노즐(96)과, 웨이퍼(W)의 상면에 세정액(약액)을 공급하는 세정액 공급 노즐(97)을 구비하고 있다. 펜 스펀지(92)는, 아암(94) 내에 배치된 회전 기구(도시 생략)에 연결되어 있고, 펜 스펀지(92)는 연직 방향으로 연장되는 중심 축선 주위에 회전되도록 되어 있다.
기판 유지부(91)는, 웨이퍼(W)의 주연부를 유지하는 복수의(도 7에서는 4개의) 척(95)을 구비하고 있고, 이들 척(95)으로 웨이퍼(W)를 수평으로 유지한다. 척(95)에는 모터(98)가 연결되어 있고, 척(95)에 유지된 웨이퍼(W)는 모터(98)에 의해 그 축심 주위로 회전한다.
아암(94)은 웨이퍼(W)의 상방에 배치되어 있다. 아암(94)의 일단에는 펜 스펀지(92)가 연결되고, 아암(94)의 타단에는 선회축(100)이 연결되어 있다. 이 선회축(100)에는 아암(94)을 선회시키는 아암 회전 기구로서의 모터(101)가 연결되어 있다. 아암 회전 기구는, 모터(101)에 더해, 감속 기어 등을 구비해도 된다. 모터(101)는, 선회축(100)을 소정의 각도만큼 회전시킴으로써, 아암(94)을 웨이퍼(W)와 평행한 평면 내에서 선회시키도록 되어 있다. 아암(94)의 선회에 의해, 이것에 지지된 펜 스펀지(92)가 웨이퍼(W)의 반경 방향 외측으로 이동한다.
웨이퍼(W)는 다음과 같이 하여 세정된다. 먼저, 웨이퍼(W)를 그 축심 주위로 회전시킨다. 이어서, 세정액 공급 노즐(97)로부터 웨이퍼(W)의 상면에 세정액이 공급된다. 이 상태에서, 펜 스펀지(92)가 연직으로 연장되는 그 축심 주위로 회전하면서 웨이퍼(W)의 상면에 슬라이딩 접촉하고, 또한 웨이퍼(W)의 반경 방향을 따라 요동한다. 세정액의 존재하에서 펜 스펀지(92)가 웨이퍼(W)의 상면에 슬라이딩 접촉함으로써, 웨이퍼(W)가 스크럽 세정된다.
스크럽 세정 후, 웨이퍼(W)로부터 세정액을 씻어 버리기 위해, 순수 공급 노즐(96)로부터 회전하는 웨이퍼(W)의 상면에 순수를 공급하고, 웨이퍼(W)를 린스한다. 이어서, 웨이퍼(W)로의 순수의 공급을 정지한다. 웨이퍼(W)의 린스는, 펜 스펀지(92)를 웨이퍼(W)에 슬라이딩 접촉시키면서 행해도 되고, 펜 스펀지(92)를 웨이퍼(W)로부터 이간시킨 상태에서 행해도 된다.
상술한 실시형태에 관련된 기판 세정 방법은, 세정액을 웨이퍼(W) 상에 공급하면서 스크럽 부재(롤 스펀지, 펜 스펀지)로 웨이퍼(W)를 스크럽 세정하는 공정을 가지나, 단순히 세정액을 웨이퍼(W) 상에 공급함으로써 웨이퍼(W)를 세정해도 된다.
상술한 예는, 본 발명에 관련된 기판 처리 방법을 기판 세정 방법에 적용한 예이나, 본 발명의 방법은, 기판을 건조하는 방법에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 기판을 저속으로 회전시켜, 기판의 표면에 순수(또는 초순수)를 공급하고, 그 후, 기판을 고속으로 회전시켜 기판을 스핀 건조시키는 기판 건조 방법에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명은, 순수(예를 들면 초순수)를 포함하는 액체를 기판에 공급하는 기판 처리 방법에도 적용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 웨이퍼를 회전시키면서, 초순수에 의해 희석된 약액을 웨이퍼에 공급하는 기판 처리 방법에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에도, 웨이퍼의 대전을 억제할 수 있다.
상술한 실시형태는, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시형태의 여러 가지 변형예는, 당업자라면 당연하게 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 기재된 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 특허청구의 범위에 의해 정의되는 기술적 사상을 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
1A∼1D: 연마 장치 2: 하우징
6: 로드/언로드부 8: 세정부
10: 동작 제어부 12: 프론트 로드부
14: 주행 기구 16: 반송 로봇
20: 연마 패드 22A∼22D: 연마 테이블
24A∼24D: 톱링 26A∼26D: 연마액 공급 노즐
28A∼28D: 드레싱 유닛 30A∼30D: 애터마이저
31: 톱링 아암 40: 제 1 리니어 트랜스포터
42: 제 2 리니어 트랜스포터 44: 리프터
46: 스윙 트랜스포터 48: 임시 받침대
50: 제 1 반송 로봇 52: 1차 세정 유닛
54: 2차 세정 유닛 56: 건조 유닛
58: 제 2 반송 로봇 70: 제 1 세정 유닛
71∼74: 유지 롤러 77, 78: 롤 스펀지
80, 81: 회전 기구 82: 승강 구동 기구
85, 86: 순수 공급 노즐 87, 88: 세정액 공급 노즐
89: 가이드 레일 91: 기판 유지부
92: 펜 스펀지 94: 아암
95: 척 96: 순수 공급 노즐
97: 세정액 공급 노즐 98: 모터
100: 선회축 101: 모터

Claims (5)

  1. 기판을 회전시키면서, 순수를 포함하는 액체를 당해 기판에 공급하는 제 1 처리 공정을 행하고,
    상기 제 1 처리 공정 후에, 상기 기판을 회전시키면서, 당해 기판에 상기 액체를 공급하는 제 2 처리 공정을 행하고,
    상기 제 2 처리 공정은, 상기 제 1 처리 공정보다, 상기 기판의 표면 전위의 증가율이 낮은 조건하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 처리 공정에서의 상기 기판의 회전 속도는, 상기 제 1 처리 공정에서의 상기 기판의 회전 속도보다 낮거나, 또는 상기 제 2 처리 공정에서 상기 기판에 공급되는 상기 액체의 유량은, 상기 제 1 처리 공정에서 상기 기판에 공급되는 상기 액체의 유량보다 적은 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 액체는, 순수인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 순수는, 비저항값이 15MΩ·cm 이상의 초순수인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 액체는, 초순수에 의해 희석된 약액인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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