KR20150021462A - 기판 세정 장치 - Google Patents

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가즈야 도바시
겐스케 이나이
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 기판의 표면에 가스 클러스터를 조사하여 파티클의 제거를 실행할 때, 기판 상의 패턴 무너짐을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것에 관한 것이다. 또한, 기판 세정 장치의 소형화에 기여할 수 있는 기술을 제공하는 것에 관한 것이다. 웨이퍼(W)의 표면에 가스 클러스터를 조사하여 파티클을 제거하는 기판 세정 장치에 있어서, 노즐부(6)를 선회 아암(42b)에 의해 선회시키고, 웨이퍼(W)의 중심부와 주연부 사이에 조사 영역을 형성하여, 회전 스테이지(32)에 탑재된 웨이퍼(W)를 회전시켜서 파티클을 제거하도록 하고 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)를 X축 방향, Y축 방향으로 이동시킬 필요가 없기 때문에, 세정 처리실(31)을 소형화할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에 수직으로 가스 클러스터를 조사하기 때문에, 웨이퍼(W) 상에 오목부(8)의 패턴이 형성되어 있는 경우에는 패턴 무너짐을 억제할 수 있다.

Description

기판 세정 장치{SUBSTRATE CLEANING APPARATUS}
본 발명은 기판에 가스 클러스터를 조사하여, 기판의 표면을 세정하는 기술에 관한 것이다.
반도체 제조 장치에서는, 제조 공정 중에 있어서의 기판으로의 파티클의 부착이 제품의 제품 수율을 좌우하는 큰 요인 중 하나가 되고 있다. 이 때문에 기판에 대하여 처리를 실행하기 전 또는 후에 기판의 세정이 실행되고 있지만, 기판으로의 데미지를 억제하면서 간단한 수법으로 확실히 파티클을 제거하는 세정 기술의 개발이 요구되고 있다. 특허문헌 1에는, 드라이 에칭 후의 기판을 회전시키면서 기판의 주연부의 침형상 결정 부분 등에 기판의 중앙측으로부터 주연측을 향하여 가스 클러스터를 조사함으로써 불필요한 부분을 제거하는 기술이 개시되어 있다. 가스 클러스터는 고압의 가스를 진공 중에 분출하고, 단열 팽창에 의해 가스를 응축 온도까지 냉각함으로써 원자 또는 분자가 다수에 의해 모인 덩어리(클러스터)이다.
그런데, 반도체 제조 장치에 있어서는, 풋 프린트의 저감이 과제로 되고 있고, 모듈의 소형화가 요구되고 있으며, 가스 클러스터를 이용한 기판 세정 장치에 있어서도 모듈의 소형화가 요구된다.
또한, 특허문헌 2에는, 기판을 향하여 에어로졸을 조사하여, 기판의 세정을 실행하는 세정 장치에 있어서, 에어로졸의 조사 위치가 일렬로 나란하게 노즐을 배치하고, 에어로졸을 기판에 대하여 비스듬하게 조사하는 동시에 기판을 에어로졸의 조사 위치를 가로지르도록 주사하며, 기판의 전면에 에어로졸을 조사하고 있다. 그렇지만, 기판의 표면 전역에 에어로졸의 조사 영역을 주사시키기 위해서는, 적어도 기판의 이동 방향으로 기판 2매분의 길이에 상당하는 공간을 확보할 필요가 있다.
또한, 에어로졸을 비스듬하게 조사하므로, 표면에 패턴의 형성된 웨이퍼에 대해서 조사하는 경우에는, 패턴이 망가질 우려가 있었다.
일본 특허 공개 제 2013-0026327 호 일본 특허 공개 제 1995-153729 호
본 발명은 이와 같은 사정 하에 이루어진 것이며, 그 목적은, 기판의 표면에 가스 클러스터를 조사하여 파티클의 제거를 실행할 때에, 기판 상의 패턴의 무너짐을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 기판 세정 장치의 소형화에 기여할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 기판 세정 장치는, 기판에 부착되어 있는 파티클을 제거하는 기판 세정 장치에 있어서,
진공 분위기에서 기판의 세정 처리를 실행하기 위한 세정 처리실과,
상기 세정 처리실 내에 마련되며, 기판이 탑재되는 탑재부와,
상기 기판이 탑재되어 있는 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터 세정용의 가스를 상기 세정 처리실 내의 기판을 향하여 토출하며, 단열 팽창에 의해 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성하여 기판에 수직으로 조사하기 위한 노즐부와,
상기 세정 처리실 내를 진공 배기하기 위한 배기구와,
상기 탑재부와 노즐부를 상대적으로 이동시키기 위한 이동 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치이다.
또한, 본 발명의 기판 세정 장치는, 기판에 부착되어 있는 파티클을 제거하는 기판 세정 장치에 있어서,
진공 분위기에서 기판의 세정 처리를 실행하기 위한 세정 처리실과,
상기 세정 처리실 내에 마련되며, 기판이 탑재되는 탑재부와,
상기 기판이 탑재되어 있는 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터 세정용의 가스를 상기 세정 처리실 내의 기판을 향하여 토출하며, 단열 팽창에 의해 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성하여 기판에 수직으로 조사하기 위한 노즐부와,
상기 세정 처리실 내를 진공 배기하기 위한 배기구와,
상기 탑재부를 X, Y 방향으로 이동시키기 위한 이동 기구를 구비하고,
기판의 피세정면 전체가 포함되는 동시에 사변이 X, Y 방향으로 연장되는 사각형을, 복수로 등분할한 각 분할 영역에 상기 노즐부를 할당하고, 각 분할 영역과 노즐부의 평면적 위치 관계는 상기 복수의 분할 영역의 사이에서 동일한 것을 특징으로 하여도 좋다.
또한, 본 발명의 기판 세정 장치는, 기판에 부착되어 있는 파티클을 제거하는 기판 세정 장치에 있어서,
진공 분위기에서 기판의 세정 처리를 실행하기 위한 세정 처리실과,
상기 세정 처리실 내에 마련되며, 기판이 탑재되는 탑재부와,
상기 기판이 탑재되어 있는 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터 세정용의 가스를 상기 세정 처리실 내의 기판을 향하여 토출하고, 단열 팽창에 의해 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성하여 기판에 수직에 조사하기 위한 노즐부와,
상기 세정 처리실 내를 진공 배기하기 위한 배기구와,
상기 탑재부를 X, Y 방향으로 이동시키는 동시에 연직축 주위를 회전시키기 위한 이동 기구와,
상기 탑재부의 이동 및 가스 클러스터의 공급을 제어하는 제어부를 구비하고,
기판의 피세정면 전체를, 기판의 회전 중심을 통과하는 직선에 의해 복수로 등분할한 분할 영역 중 적어도 1개의 분할 영역에 상기 노즐부가 할당되며,
상기 제어부는 기판을 X, Y 방향으로 이동시킴으로써 상기 노즐부에 대응하는 분할 영역의 전체를 노즐부의 조사 영역에 의해 주사하고, 이어서 후속의 분할 영역이 상기 노즐부에 대응하여 위치하도록 기판을 회전시킨 후, 상기 후속의 분할 영역의 전체를 노즐부의 조사 영역에 의해 주사하도록 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하여도 좋다.
본 발명은 세정 처리실 내에 있어서, 가스 클러스터를 조사하는 노즐부와 기판의 탑재부를 상대적으로 이동 가능하게 구성하며, 가스 클러스터를 기판에 수직으로 조사하여 파티클을 제거하도록 하고 있다. 이 때문에, 높은 제거 비율로 파티클을 제거할 수 있으며, 또한 기판 상에 오목부의 패턴이 형성되어 있는 경우에는 패턴의 무너짐을 억제할 수 있다.
또한, 또 다른 발명에 의하면, 기판의 피세정면 전체를 등분으로 둘레 방향으로 분할하고, 각 분할 영역에 노즐부를 할당하고, 기판의 X, Y 방향 이동에 의해 분할 영역 전체의 가스 클러스터의 조사를 실행하는 동시에, 기판의 회전에 의해 순차 분할 영역과 노즐의 대응 관계를 확립하고 있으므로 세정 처리실을 소형화할 수 있다.
다른 발명에 의하면, 기판을 연직축 주위를 회전시키면서, 평면적으로 보아 기판의 회전 중심과 기판의 주연부 사이에 노즐부를 이동시키도록 구성하고 있으므로, 상술의 효과에 부가하여, 세정 처리실을 소형화할 수 있다.
또 다른 발명에 의하면, 기판의 피세정면 전체를 복수로 분할한 각 분할 영역에 노즐부를 할당하고, 탑재부를 이동시켜서 1개의 분할 영역의 전체를 노즐부에 의해 스캔했을 때에, 다른 모든 각 분할 영역의 전체 노즐부에 의해 스캔되므로, 탑재부의 이동 영역의 협소화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 진공 처리 장치의 구성을 도시하는 평면도,
도 2는 제 1 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 구성을 도시하는 종단면도,
도 3은 제 1 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 구성을 도시하는 평면도,
도 4는 기판 세정 장치의 노즐부의 일 예를 도시하는 종단면도,
도 5는 기판의 표면부의 오목부를 도시하는 설명도,
도 6은 배기로의 설치 위치에 대하여 설명하는 설명도,
도 7은 웨이퍼로부터 비산된 파티클의 이동에 가해지는 힘을 설명하는 설명도,
도 8은 가스 클러스터의 조사 후의 가스 기류의 흐름을 도시하는 설명도,
도 9는 파티클의 이동 속도의 시뮬레이션 결과를 도시하는 특성도,
도 10은 제 1 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 다른 예를 도시하는 평면도,
도 11은 제 1 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 다른 예를 도시하는 평면도,
도 12는 제 1 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 다른 예를 도시하는 평면도,
도 13은 제 2 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 구성을 도시하는 종단면도,
도 14는 제 2 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 구성을 도시하는 평면도,
도 15는 웨이퍼의 세정 개시 위치를 도시하는 설명도,
도 16은 세정 처리 시의 웨이퍼의 이동과 조사 영역의 이동을 도시하는 설명도,
도 17은 제 1 분할 영역 및 제 2 분할 영역의 세정 처리를 도시하는 설명도,
도 18은 제 3 분할 영역 및 제 4 분할 영역의 세정 처리를 도시하는 설명도,
도 19는 세정 처리 시의 웨이퍼의 이동 영역을 도시하는 설명도,
도 20은 제 2 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 다른 예를 도시하는 설명도,
도 21은 제 2 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 다른 예를 도시하는 설명도,
도 22는 제 3 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 종단면도,
도 23은 제 3 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하는 평면도,
도 24는 제 3 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 세정 처리를 도시하는 설명도,
도 25는 실시예에 따른 기판 세정 장치의 특성을 도시하는 특성도이다.
제 1 실시형태에 따른 기판 세정 방법을 실시하기 위한 기판 세정 장치를 조립한 진공 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 멀티 챔버 시스템인 진공 처리 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다. 상기 진공 처리 장치에는, 예를 들어, 25매의 기판인 반도체 웨이퍼(이하「웨이퍼」라 함)(W)가 수납된 밀폐형의 반송 용기인 FOUP(11)를 탑재하기 위한 반입출 포트(12)가 일률적으로 예를 들어, 3개소에 배치되어 있다. 또한, 이들 반입출 포트(12) 배열을 따르도록 대기 반송실(13)이 마련되어 있으며, 대기 반송실(13)의 정면벽에는, 상기 FOUP(11)의 덮개와 함께 개폐되는 게이트 도어(GT)가 마련되어 있다. 대기 반송실(13)에 있어서의 정면벽의 반대측인 배면벽에는, 예를 들어 2개의 로드록실(14, 15)이 기밀로 접속되어 있다. 이들 로드록실(14, 15)에는 도시하지 않는 진공 펌프와 리크 밸브가 마련되어 있으며, 상압 분위기와 진공 분위기를 전환할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 도면 중의 도면부호(G)는 게이트 밸브이다.
또한, 대기 반송실(13)에는 웨이퍼(W)를 반송하기 위한 제 1 기판 반송 기구(16)가 마련되어 있다. 또한, 상기 대기 반송실(13)의 정면측으로부터 배면을 보아, 좌측벽에는, 웨이퍼의 방향이나 편심의 조정을 실행하는 얼라인먼트실(18)이 마련되어 있다. 상기 제 1 기판 반송 기구(16)는 FOUP(11), 로드록실(14, 15), 및 얼라인먼트실(18)에 대하여 웨이퍼(W)의 주고받음을 실행하는 역할을 갖는다. 제 1 기판 반송 기구(16)는, 예를 들어 FOUP(11)의 나열 방향(도 1 중 X축 방향)으로 이동 가능하게, 승강 가능하게, 연직축 주위를 회전 가능하게 및 진퇴 가능하게 구성되어 있다.
로드록실(14, 15)의 대기 반송실(13)측에서 보아 안쪽에는, 진공 반송실(2)이 기밀하게 접속되어 있다. 진공 반송실(2)에는, 기판 세정 장치인 세정 모듈(3)과, 복수개, 예를 들어 5개의 진공 처리 모듈(21 내지 25)이 각각 기밀하게 접속되어 있다. 진공 처리 모듈(21 내지 25)은, 예를 들어 성막용의 CVD(Chemical Vapor Deposition) 처리나 스패터링 처리를 실행하는 진공 처리 모듈로 하여 구성된다.
진공 반송실(2)은 진공 분위기에서 웨이퍼(W)의 반송을 실행하는 제 2 기판 반송 기구(26)를 구비하고 있다. 제 2 기판 반송 기구(26)는 연직축 주위를 회전 가능하게, 진퇴 가능하게 구성된 관절 아암을 구비하며, 상기 아암이 길이 방향(도 1 중 Y 방향)으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 각 로드록실(14, 15), 세정 모듈(3) 및 진공 처리 모듈(21 내지 25)에 대하여 웨이퍼(W)의 주고받음을 실행한다.
이어서, 세정 모듈(3)에 대해서 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 이 세정 모듈(3)은, 진공 용기로 이루어지는, 예를 들어 원통 형상의 세정 처리실(31)을 구비하고 있다. 세정 처리실(31)의 측면에는, 웨이퍼(W)의 반입출을 실행하기 위한 반송구(34)가 마련되며, 반송구(34)에는, 반송구(34)의 개폐를 실행하기 위한 게이트 밸브(35)가 마련되어 있다.
세정 처리실(31)의 중앙의 위치에는, 웨이퍼(W)가 수평 자세로 탑재되는 회전 스테이지(32)가 마련되어 있다. 회전 스테이지(32)는 회전축(33)을 거쳐서 구동부(36)에 접속되어 있으며, 회전 스테이지(32)는 구동부(36)에 의해 회전 가능하게, 승강 가능하게 구성되어 있다. 또한, 회전 스테이지(32)는 정전 척이어도 좋다.
세정 처리실(31)의 저면, 반송구(34)에서 본 회전 스테이지(32)의 배면측에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 연직 상방으로 신장 선회 축부(42a)와 선회 축부(42a)의 상단에 L자 형상으로 굴곡하며 회전 스테이지(32) 방향으로 연장되는 선회 아암(42b)을 구비한 노즐부 이동체(42)가 마련되어 있다. 선회 축부(42a)는, 세정 처리실(31)의 저부에서, 베어링 시일부(27)에 의해 기밀하게 회전 가능하게 관통하고 있다. 선회 축부(42a)의 하부에는, 풀리 및 모터 등에 의해 구성되는 회전 기구(29)에 접속되어 있다.
선회 아암(42b)의 선단부에는, 세정용 가스를 토출하고, 웨이퍼(W)에 가스 클러스터를 조사하기 위한 노즐부(6)가, 수직 하부 방향으로 토출하도록 마련되어 있다. 노즐부(6)는, 선회 아암(42b)의 선회에 의해, 웨이퍼(W)의 중심부의 상방과 웨이퍼(W)의 반송구(34)측에서 보아 좌측의 주연부의 상방의 사이를 선회한다. 따라서, 가스 클러스터는 웨이퍼(W)의 중심부와 웨이퍼(W)의 반송구(34)측에서 보아 좌측의 주연부와의 사이에 조사되게 된다.
노즐부(6)는 세정 처리실(31) 내의 처리 분위기보다 압력이 높은 영역으로부터 세정의 가스를 상기 세정 처리실(31) 내의 웨이퍼(W)를 향하여 토출하고, 단열 팽창에 의해 세정용 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성시키기 위한 것이다. 이 노즐부(6)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 하단부가 개구하도록 대략 원통 형상의 압력실(61)을 구비하고 있다. 이 압력실(61)의 하단부는 오리피스부(62)를 이루도록 구성되어 있다. 이 오리피스부(62)에는 하방으로 향함에 따라서 확경되는 가스 확산부(63)가 접속되어 있다. 상기 오리피스부(62)에 있어서의 개구 직경(개구부의 직경)은, 예를 들어 0.1㎜ 정도로 되어 있다.
또한, 노즐부(6)는 상술한 바와 같이 상기 가스 클러스터를 웨이퍼(W)의 표면에 수직으로 조사하도록 마련되어 있다. 여기에서 「수직으로 조사함」이란, 도 4에 도시하는 바와 같이 예를 들어, 노즐부(6)의 길이 방향의 중심축과 회전 스테이지(32)의 탑재면[웨이퍼(W)의 표면]과의 이루는 각(θ)이 90°±15°의 범위에 있는 상태이다.
압력실(61)의 상단부에는, 도 4에 도시하는 바와 같이 배관(68)의 일단이 접속되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 배관(68)은 선회 아암(42b) 및 선회 축부(42a)의 내부를 통과하고, 세정 처리실(31)의 외부에서 접속부(28)를 거쳐서, 가스 공급로(70)의 일단측에 접속되어 있다. 또한, 접속부(28)는 배관(68)이 가스 공급로(70)에 대해서 상대적으로 회동할 수 있도록 구성되어 있다. 가스 공급로(70)의 타단측은 분기되어 제 1 가스 공급로(72) 및 제 2 가스 공급로(73)가 마련되어 있다. 이들 제 1 가스 공급로(72) 및 제 2 가스 공급로(73)의 분기점과 가스 공급로(70)의 일단의 사이에는 압력 조정 밸브(71)가 마련되어 있다. 제 1 가스 공급로(72)의 상류측에는, 개폐 밸브(V1) 및 유량 조정부(74)를 거쳐서, 이산화탄소 가스(CO2) 공급원(76)이 접속된다. 또한, 제 2 가스 공급로(73)의 타단측에는, 개폐 밸브(V2) 및 유량 조정부(75)를 거쳐서, 헬륨 가스(He) 공급원(77)이 접속된다.
가스 공급로(70)에는, 상기 가스 공급로(70) 내의 압력을 검출하는 압력 검출부(78)가 마련되어 있으며, 이 압력 검출부(78)의 검출값에 근거하여, 후술하는 제어부(9)에 의해 압력 조정 밸브(71)의 개방도가 조정되며, 압력실(61) 내의 가스 압력이 제어되도록 구성되어 있다. 상기 압력 검출부(78)는 압력실(61) 내의 압력을 검출하는 것이어도 좋다.
또한, 상기 압력 검출부(78)의 검출값에 근거하는 압력 조정은 이산화탄소 가스 유량 조정부(74) 및 헬륨 가스 유량 조정부(75)에서 가스 유량을 조정하여도 좋다. 또한, 각 가스의 개폐 밸브(V1, V2)와 압력 조정 밸브(71)의 사이에 예를 들어, 가스 부스터와 같은 승압 기구를 이용하여 공급 압력을 상승시켜, 압력 조정 밸브(71)로 조정하여도 좋다. 또한, 가스 내의 불순물을 제거하기 위한 필터를 구비하고 있어도 좋다.
세정 처리실(31) 내에 있어서의, 반송구(34)로부터 세정 처리실(31) 내를 보아 좌측의 측면에는, 배기구(38)가 마련되어 있다. 배기구(38)에는, 배기로(39)의 일단측이 접속되어 있으며, 이 배기로(39)의 타단측에는 예를 들어, 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(40) 및 개폐 밸브(41)를 거쳐서 진공 펌프(4)가 접속되어 있다. 또한, 배기구(38)의 상세한 설치 위치에 대해서는 후술한다.
또한, 세정 모듈(3)은 제어부(9)를 구비하고 있다. 이 제어부(9)는, 예를 들어 컴퓨터로 이루어지며, 프로그램, 메모리, CPU를 구비하고 있다. 프로그램은 세정 처리실 내의 배기나 세정용 가스의 토출 등의 세정 모듈에 의한 웨이퍼(W)의 세정의 일련의 동작을 실행하도록 단계군이 편성되어 있다. 이들 프로그램은, 컴퓨터 기억 매체, 예를 들어 컴팩트 디스크, 하드 디스크, 광학 자기 디스크 등에 저장되며 제어부(9)에 인스톨된다.
진공 처리 장치의 전체적인 웨이퍼(W)의 처리에 대하여 간단하게 설명해 둔다. 반입출 포트(12)에 FOUP(11)가 탑재되면, 제 1 기판 반송 기구(16)에 의해 FOUP(11)로부터 웨이퍼(W)가 취출된다. 이 웨이퍼(W)는, 예를 들어 층간 절연막을 구비하고, 이 층간 절연막에는, 예를 들어 오목부의 패턴인 구리 배선 매입용의 오목부(홈 및 비아 홀)가 형성되어 있다.
FOUP(11)에 의해 반입된 웨이퍼(W)는 대기 반송실(13)을 거쳐서 얼라인먼트실(18)로 옮겨져 얼라인먼트가 실행된다. 그 후, 웨이퍼(W)는 제 1 기판 반송 기구(16)에 의해 로드록실(14, 15) 및 제 2 기판 반송 기구(26)를 거쳐서 세정 모듈(3)에 반송되며, 파티클의 제거 처리가 실행된다.
세정 모듈(3)에서 파티클이 제거된 웨이퍼(W)는, 제 2 기판 반송 기구(26)에 의해, 진공 처리 모듈(21 내지 25)로 반송되며, 배리어층의 형성이나 CVD 처리가 실행된다. 그 후, 웨이퍼(W)는 진공 반송실(2) → 로드록실(14, 15) → 대기 반송실(13)의 순으로 반송되며, 반입출 포트(12)의, 예를 들어 원래의 FOUP(11)로 되돌려지게 된다.
이어서, 본 발명의 실시형태에 따른 세정 모듈(3)의 작용에 대하여 설명한다. 웨이퍼(W)는 제 2 기판 반송 기구(26)에 의해 세정 모듈(3)에 반입되고, 회전 스테이지(32)의 승강에 의해 주고받음되며, 회전 스테이지(32)에 탑재된다. 이어서, 노즐부(6)를, 예를 들어 웨이퍼(W)의 중심부의 상방에 위치하며, 상기 중심부를 가스 클러스터의 조사 개시 위치로 하여, 선회 아암(42b)을 선회시킴으로써, 가스 클러스터를 조사하면서 조사 위치를 웨이퍼(W)의 주연측으로 이동시킨다. 이 때, 회전 스테이지(32)에 의해, 웨이퍼(W)는, 예를 들어 20 내지 200rpm의 회전 속도로 회전한다. 상기 조사 위치는 연속적으로 웨이퍼(W)의 중심부로부터 주연부로 이동하여도 좋고, 또는 상기 조사 위치가 상기 중심부로부터 순차 간헐적으로 웨이퍼(W)의 주연측을 향하여 이동하여도 좋다. 후자의 경우에는, 예를 들어, 웨이퍼(W)의 1회전시의 상기 조사 위치군이 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 조금씩 서로 중첩하도록 노즐부(6)가 간헐적으로 이동하며, 각 조사 위치의 정지 시간이 웨이퍼(W)의 1회전에 필요한 시간 이상의 길이로 설정된다. 노즐부(6)의 이동 속도와 웨이퍼(W)의 회전 속도를 조정함으로써, 웨이퍼(W)의 피분할 영역 전체, 예를 들어 웨이퍼(W)의 표면 전체에 가스 클러스터가 조사된다.
이어서, 가스 클러스터의 생성 및 파티클의 제거에 관하여 설명한다. 유량 조정부(74, 75)에 의해 이산화탄소 가스 및 헬륨 가스의 유량은 미리 설정된 유량으로 조정되고, 압력 조정 밸브(71), 개폐 밸브(V1, V2)가 개방되어, 이산화탄소 가스 및 헬륨 가스의 혼합 가스가 노즐부(6)에 공급된다. 이산화탄소 가스는, 압력이 높은 노즐부(6)로부터 압력이 낮은 세정 처리실(31)의 처리 분위기에 공급되면, 급격한 단열 팽창에 의해 응축 온도 이하로 냉각되므로, 도 4에 도시하는 바와 같이, 서로의 분자(201)끼리가 반데르발스 힘(Van der Waals force)에 의해 결합하여, 분자(201)의 집합체인 가스 클러스터(200)가 된다. 노즐부(6)로부터 조사되는 가스 클러스터(200)는 웨이퍼(W)를 향하여 수직으로 조사되며, 도 5에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 회로 패턴을 위한 오목부(8)내에 인입된다. 그리고, 상기 오목부(8) 내의 파티클(100)은, 가스 클러스터, 혹은 가스 클러스터가 웨이퍼(W)에 충돌함으로써 분해된 가스 클러스터의 구성 분자에 의해, 불어져 제거된다.
CO2 가스와 He 가스와의 혼합은 이산화탄소 가스 유량 조정부(74) 및 헬륨 가스 유량 조정부(75)에 의해 조정할 수 있으며, 예를 들어, 1:9의 혼합비로 혼합한다. He 가스와 혼합한 CO2 가스에 의해 가스 클러스터를 생성했을 경우에는, 가스 클러스터의 분사 속도를 올릴 수 있어서, 보다 에너지가 높은 가스 클러스터로 할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 가스 클러스터 생성용의 가스로서는, 아르곤 가스(Ar), 질소 가스(N2), 육플루오르화 유황(SF6), 사플루오르화 탄소(CF4)와 같은 불활성 가스를 이용하여도 좋다.
한편, 회로의 집적도가 높아지므로, 웨이퍼(W) 상의 서로 인접하는 상기 오목부끼리의 사이의 볼록부의 폭 치수는 상당히 작지만, 가스 클러스터는, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 수직으로 조사되므로, 상기 볼록부의 무너짐, 소위 패턴 무너짐이 억제된다.
이상과 같은 가스 클러스터에 의한 파티클의 제거 처리(세정 처리)가, 노즐부(6)의 상술한 선회에 의해, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 대하여 실행되며, 웨이퍼(W)의 표면에 부착되어 있는 파티클(100)이 제거된다. 그리고, 웨이퍼(W) 표면으로부터 제거된 파티클은, 세정 처리실(31) 내의 가스와 함께 배기구(38)로부터 배기되게 된다.
여기서, 배기구(38)[배기로(39)의 기단부에 있어서 세정 처리실(31) 내에 개구하는 개구부]의 설치 위치에 대하여 도 6을 참조하면서 설명해 둔다. 노즐부(6)가 웨이퍼(W)의 중심부의 상방과 웨이퍼(W)의 주연부의 상방 사이로 이동했을 때의 조사 영역은 원호 형상이 되지만, 도 6에 기재한 도면부호(P)는, 이 조사 영역(쇄선으로 둘러싸인 부분)의 중심부를 나타내고 있다. 또한, 도면 중의 도면부호(C)는, 평면으로 보았을 때의 세정 처리실(31)의 중심부를 도시하고 있다. 이러한 예에서는, 세정 처리실(31)은 평면으로 보면 원형으로 형성되어 있으므로 상기 원의 중심부이다. 또한, 세정 처리실(31)에 있어서의 웨이퍼의 반송구(34)는 직선인 원의 현이 되어 있지만, 상기 원의 중심부(C)는 이러한 현의 부분을 무시한 원(도 6에서는 점선으로 원의 일부를 나타내고 있음)을 대상으로 하고 있다.
그리고, 상기 조사 영역의 중심부(P)로부터 세정 처리실(31)의 중심부(C)로 직선(L)을 그었을 때, 상기 세정 처리실(31)의 중심부(C)로부터 조사 영역의 중심부(P)측을 보아, 상기 직선(L)의 연장선[직선(L)의 신장 방향]에 대하여 좌우 45도의 직선(L1, L2)의 사이의 영역이 바람직하다.
이와 같이 배기구(38)의 위치를 결정하는 이유에 대해 설명하지만, 먼저 웨이퍼(W)에 가스 클러스터가 조사되었을 때의 파티클(100)의 거동에 대해 설명한다. 세정 처리실(31) 내에 비산하고 있는 파티클(100)의 이동 방향은, 도 7에 도시하는 바와 같이 세정 처리실(31) 내를 배기구(38)로 향하는 기류와, 중력과, 브라운 확산에 의한 랜덤 방향의 이동에 의해 결정된다.
세정 처리실(31) 내의 기류에 대하여 고려하면, 가스 클러스터 조사 전의 세정 처리실(31) 내는, 진공이기 때문에 가스의 밀도는 낮으며, 배기구(38)로부터 세정 처리실(31) 내의 가스를 배기하여도, 세정 처리실(31) 내에 강한 기류는 형성되지 않으며, 거의 기류가 없는 상태로 되어 있다.
그런데, 가스 클러스터의 생성용 가스는 고압 고농도의 가스이기 때문에, 웨이퍼(W)에 가스 클러스터를 조사하면, 가스 클러스터의 조사 위치 부근에 국소적으로 가스의 밀도가 높은 영역이 생긴다. 이 상태에서 세정 처리실(31) 내의 가스의 배기를 실행하면, 도 8에 도시하는 바와 같이 가스 클러스터의 조사 위치 부근에 형성되는 국소적인 가스의 밀도가 높은 영역으로부터, 배기구(38)를 향하여 흐르는 강한 기류가 형성된다. 이 기류의 유속 분포를 열유체 해석 소프트(FLUENT Ver. 6.3)를 이용한 시뮬레이션에 의해서 구한 바, 세정용 가스가 노즐부(6)로부터 토출된 후, 웨이퍼(W)의 전체 둘레 방향을 향하여 수평 방향으로 흐르는 속도는 100m/초 이상의 속도이며, 최고 속도는 500m/초 이상의 속도에 도달하고 있었다.
이어서, 이 속도를 기초로 파티클의 입경마다 기류, 중력 및 브라운 확산에 의한 파티클의 이동 속도를 이론식을 토대로 하여 시뮬레이션에 의해 구했다. 세정 처리실(31) 내의 압력은 25Pa로 설정하고, 파티클은 실리카 입자로 했다. 도 9는 이러한 결과를 나타내며, 이에 의하면 예를 들어, 20㎚ 정도의 파티클의 경우에는, 중력이나 브라운 확산에 의한 파티클 100의 속도는 10-2m/초 미만의 속도이다. 이것에 대하여 기류에 의한 파티클(100)의 이동 속도는 1m/초 정도의 속도가 된다. 그 때문에, 기류에 의한 파티클(100)의 수평 방향으로의 이동 속도는 브라운 확산이나 중력에 의한 낙하 속도보다 102 내지 103배의 속도가 되는 것을 알 수 있다.
따라서, 예를 들어, 300㎜ 웨이퍼(W)에 가스 클러스터의 조사를 실행하여, 배기구(38)로부터 배기를 실행했을 경우를 고려하면, 가스 클러스터의 조사에 의해, 웨이퍼(W)로부터 비산한 파티클(100)은, 가스 클러스터를 구성하는 가스에 의한 강한 기류에 의해 포착되면, 파티클(100)의 낙하 속도보다 극히 빠른 속도로 배기구(38)를 향하여 흘려진다. 그 때문에, 가스 클러스터에 근거하는 가스류인 이러한 강한 기류에 포착된 파티클(100)의 대부분은 웨이퍼(W) 표면의 높이까지 낙하하기 전에 웨이퍼(W)의 상방의 영역을 통과한다.
전술의 시뮬레이션의 결과에 의해 도시되는 바와 같이 웨이퍼(W)에 가스 클러스터를 조사했을 때에, 조사 부분에 국소적으로 발생하는 전체 둘레 방향의 가스의 흐름에 의해, 웨이퍼(W)로부터 비산하는 파티클(100)은 가스 클러스터의 조사 위치를 중심에 전체 둘레 방향으로 비산한다. 한편으로, 세정 처리실(31) 내의 기류는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 가스 클러스터의 조사 위치로부터 배기를 실행하는 배기구(38)의 방향으로 형성된다. 따라서, 가스 클러스터의 조사에 의해 웨이퍼(W)로부터 비산하는 파티클(100) 중 가스 클러스터의 조사 위치로부터 배기구(38) 측으로 비산하는 파티클(100)은 그 대부분이 상기 가스류에 포착되며 가스류와 함께 배기되지만, 가스류에 포착되지 않았던 일부의 파티클(100)은 중력에 의해 그대로 낙하하게 된다.
상술의 실시형태에 있어서는, 배기구(38)의 위치는, 노즐부(6)의 조사 영역의 중심부(P)로부터 세정 처리실(31)의 중심부(C)를 통과하는 직선(L)을 그었을 때에, 세정 처리실(31)의 중심부(C)에서 보아, 상기 직선(L)의 신장 방향에 대하여 좌우 45도의 직선(L1, L2) 내의 영역에 마련하고 있다. 노즐부(6)의 조사 영역은 웨이퍼(W)의 회전 중심으로부터 주연부를 연결하는 원호 형상으로 되어 있으며, 또한 세정 처리실(31)의 중심부와 대략 동일한 위치에 웨이퍼(W)의 회전 중심을 마련하고 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 회전 중심에서 보아, 배기구(38) 측과 동일한 측의 영역에 노즐부(6)의 조사 영역이 마련된다.
파티클이 가스 클러스터의 조사 위치로부터 웨이퍼(W)의 외부로 수송될 때까지의 거리는 상기 조사 위치로부터 배기구(38)까지의 거리가 길어질수록 길어진다. 따라서, 전술과 같은 가스류에 포착되지 않고 웨이퍼(W)에 재부착되는 일부의 파티클(100)은 가스 클러스터의 조사 위치와 배기구(38)와의 이격 거리가 길어질수록 많아진다. 후술의 실험 예에서 나타나는 바와 같이, 가스 클러스터의 조사에 의해 제거된 파티클의 재부착률은, 배기구(38)가 가스 클러스터의 조사 위치에 가까운 경우와 그 2배 정도 먼 경우에는, 후자가 2배 정도 많다. 이것은 가스 클러스터의 조사에 의해 제거된 파티클이 가스류를 일단 타지만, 제거된 위치로부터 웨이퍼(W)의 외부로 수송될 때까지의 거리가 긴 경우에는, 재부착률이 높아지고, 그 거리에 의해서 재부착률이 정해지는 것을 나타내고 있다. 따라서, 노즐부(6)의 조사 영역이 웨이퍼(W)의 중심에 대하여 배기구(38)의 반대측의 영역인 경우에는, 가스 클러스터의 조사 위치와 배기구(38)와의 이격 거리가 길어지기 때문에, 가스 클러스터의 조사에 의해 웨이퍼(W)로부터 비산한 파티클(100)이 가스 기류에 포착되지 않고 웨이퍼(W)의 표면에 낙하하여, 재부착될 우려가 높아진다.
이것에 대해 노즐부(6)의 조사 영역이 웨이퍼(W)의 회전 중심에 대하여 배기구(38)측의 영역인 경우에는, 가스 클러스터의 조사 위치로부터 배기구(38)까지의 거리가 짧아지고, 가스 클러스터의 조사에 의해 웨이퍼(W)로부터 제거되어 비산한 파티클의 재부착률을 저하시킬 수 있다. 따라서, 노즐부(6)의 조사 영역과 세정 처리실(31)의 중심부와의 위치 관계에 근거하여 배기구(38)를 마련함으로써, 가스 클러스터에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 부착된 파티클(100)을 비산시켰을 때에, 웨이퍼(W) 표면에 재부착될 우려는 낮아진다.
상술의 실시형태는, 세정 처리실(31) 내에 있어서, 노즐부(6)를 선회 아암(42b)에 의해 선회시키고, 웨이퍼(W)의 중심부와 주연부 사이에 조사 영역을 형성하여, 회전 스테이지(32)에 탑재된 웨이퍼(W)를 회전시켜서 파티클을 제거하도록 하고 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)를 X축 방향, Y축 방향으로 이동시킬 필요가 없기 때문에, 세정 처리실(31)을 소형화할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에 수직으로 가스 클러스터를 조사하기 때문에, 웨이퍼(W) 상에 오목부(8)의 패턴이 형성되어 있는 경우에는 패턴 무너짐을 억제할 수 있다. 또한, 노즐부(6)의 조사 영역과 세정 처리실(31)의 중심부의 위치 관계에 근거하여 상술한 바와 같이 배기구(38)를 마련하고 있다. 그 때문에, 가스 클러스터의 조사에 의해 웨이퍼(W)로부터 비산한 파티클이 웨이퍼(W)의 표면에 재부착될 우려가 낮아져, 높은 효율로 파티클을 제거할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 다른 예로서 도 10에 도시하는 바와 같이, 선회 아암(42b)의 선단에 복수[도면의 예에서는 3개의 노즐부(6)를 마련한 구성으로 하여도 좋다. 도면의 예에서는, 선회 아암(42b)의 신장 방향에 대하여 직교하는 방향으로 3개의 노즐부(6)를 나란하게 배치하고 있다. 또한, 복수, 예를 들어 2개의 선회 아암을 마련하고, 각각 웨이퍼(W)의 표면이 상이한 영역을 향하여, 가스 클러스터를 조사하도록 구성하여도 좋다.
예를 들어, 도 11에 도시하는 바와 같이 선회 아암(44)을 제 1 실시형태에 따른 세정 모듈에 마련한 선회 아암(42b)을 세정 처리실(31)의 중심을 축으로 시계 방향으로 45° 회전시킨 위치에 마련하고, 선회 아암(45)을 선회 아암(44)과 웨이퍼(W)를 거쳐서 대향하는 위치에 마련한다. 또한, 각 선회 아암(44, 45)에는, 노즐부(46, 48)를 마련하고, 각 노즐부(46, 48)에 대응하도록 배기구(47, 49)를 마련하는 구성으로 하여도 좋다. 이러한 예에서는, 가스 클러스터의 조사 영역과는 각 노즐부(46, 48)마다 형성되는 각 조사 영역을 도시하고, 기술의 도 6에 도시하는 레이아웃의 결정 방법에 근거하여, 각 조사 영역에 대응하도록 배기구(47, 49)가 마련된다.
또한, 도 12는 제 1 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 다른 변형예인 이 예에서는, 노즐부(6)를 마련한 지지 아암(50)을, 예를 들어 직사각형의 세정 처리실(51)의 저면으로 연장된 가이드 레일(52)을 따라서, 이동 기구(53)에 의해 이동하도록 구성하고 있다. 그리고, 지지 아암(50)의 선단에 마련한 노즐부(6)의 조사 영역이 회전 스테이지(32)에 탑재된, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 주연을 향하는 직선이 되도록 구성한다. 또한, 노즐부(6)의 조사 영역에 대응하는 위치에 배기구(38)를 마련한다. 이러한 구성의 경우에도 웨이퍼(W)를 회전시키면서 가스 클러스터를 조사함으로써, 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 도 1에 도시하는 대기 반송실(13)에 파티클 검사 장치를 접속하여도 좋다. 그 경우에는, 예를 들어, 파티클 검사 장치에 의해 웨이퍼(W) 표면에 부착되어 있는 파티클의 위치 정보를 취득하고, 제어부(9)에 의해 파티클의 위치 정보에 근거하여, 웨이퍼(W) 표면에 있어서의 파티클의 부착 위치를 향하여 가스 클러스터를 국소적으로 조사하도록 하여도 좋다. 또한, 본 발명의 기판 세정 장치는, 예를 들어, 도 1에 도시하는 진공 처리 장치의 내에 마련하는 대신에, 단독의 장치인 소위 스탠드얼론(stand-alone)의 기판 세정 장치라도 좋다. 또한, 노즐부(6)로부터 토출 세정용 가스를 회수하여 재이용하여도 좋다. 예를 들어, 배기구(38)에 의해 배기되며, 진공 펌프로부터 배출된 가스를 회수하고, 회수한 가스에 의해 He 가스를 정제하여, 세정용 가스에 이용하는 He 가스로 이용하도록 하여도 좋다.
(제 2 실시형태)
도 13 및 도 14는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 나타내고 있다. 이 예에서는, 세정 처리실(31)에는, 탑재부가 되는 탑재대(54)가 마련된다. 이 탑재대(54)는, 하방에 이동 기구가 되는 구동부(55)를 구비하고 있다. 구동부(55)는, 도 13 중의 지면 방향으로 표측(表側)으로부터 이측(裏側) 방향(Y축 방향)을 따라서, 지지 기둥(59)을 이동시키는 Y 방향 구동부(57)와, 이 Y 방향 구동부(57)를 세정 처리실(31)의 반송구로부터 안쪽 방향(X축 방향)을 따라서 이동시키는 X 방향 구동부(56)를 구비하고 있다. 따라서, 탑재대(54)는 구동부(55)에 의해 X 방향, Y 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 구동부(55)는 승강 기구를 구비하고 있으며, 탑재대(54)는 승강 가능하게 되어 있다.
세정 처리실(31)의 천정부의 중앙에는, 2개의 노즐부(6)를 1개의 그룹으로 하는 4개의 노즐 그룹(81 내지 84)이 다음과 같은 레이아웃으로 마련되어 있다. 평면에서 보아 세정 처리실(31)의 중심부를 중심부로 하고, 웨이퍼(W)의 피세정면 전체, 이 예에서는 웨이퍼(W)의 표면 전체가 포함되는 동시에 사변이 X, Y 방향으로 연장되는 정사각형을 4분할한 각 분할 영역에 각 노즐 그룹(81 내지 84)이 할당된다. 세정 처리실(31)의 중심부란, 이 예에서는 반송구(34)를 제외한 세정 처리실(31)의 내주면에 의해 형성되는 원호에 따른 원의 중심부이다. 각 노즐 그룹(81 내지 84)을 형성하는 2개의 노즐부(6)는, 가스 클러스터의 조사 영역이 간극을 두지 않으며 인접하도록 Y 방향으로 나열되어 있다. 그리고, 각 분할 영역과 각 노즐 그룹(81 내지 84)과의 평면 목표 위치 관계는 4개의 분할 영역의 사이에서 동일하다.
이 예에서는, 분할 영역의 중심부에 각 노즐 그룹(81 내지 84)의 중심부가 위치하고 있으며, 세정의 대상이 되는 웨이퍼(W)가 직경 300㎜인 경우에는, 상기 정사각형은 한변이 300㎜로 설정된다. 즉, 이 경우에는, 분할 영역인 정사각형의 한변이 웨이퍼(W)의 반경에 상당하게 된다. 또한, 웨이퍼(W)의 직경 300㎜는 제조 오차를 포함하고 있으며, 이 때문에 4개의 분할 영역으로 이루어지는 전체의 정사각형의 한변은 상기 제조 오차를 계산한 크기가 된다.
이와 같이 노즐 그룹(81 내지 84)을 배치하면, 탑재대를 X, Y 방향으로 이동시킴으로써, 1개의 분할 영역의 전체를, 상기 분할 영역에 대응하는 1개의 노즐 그룹[예를 들어, 노즐 그룹(81)]의 가스 클러스터의 조사 영역에 의해 주사하면, 나머지 3개의 분할 영역의 전체도 대응하는 노즐 그룹(82, 83, 84)에 의해 주사되게 된다. 또한, 여기서 기재한 조사 영역이란, 가스 클러스터를 발생시키는지의 여부에 관계 없이, 가스 클러스터가 조사되게 되는 영역이라고 하는 의미이다. 그리고, 각 노즐 그룹(81 내지 84)은 분할 영역의 중심부에 배치되어 있으므로, 각 분할 영역의 전체를 대응하는 조사 영역에 의해 주사하기 위해서 필요한 웨이퍼의 이동 영역은 도 19에 나타내는 쇄선으로 나타내는 영역이 된다. 이 영역은 상기 정사각형 상태의 분할 영역의 한변의 반을 2배로 된 치수와 웨이퍼(W)의 직경을 더한 합계 450㎜[300㎜+{(150㎜/2)×2}]를 한변으로 하는 정사각형에 있어서, 4개의 각의 부분이 원호 형상인 형상을 이루고 있다. 상기 원호 형상의 부분은 웨이퍼(W)를 4등분한 4분원의 호의 부분에 상당한다. 또한, 이하의 명세서 중에서는, 도 14 중 좌측 상단에 설치된 노즐 그룹으로부터 순차적으로 시계 방향으로 제 1 내지 제 4 노즐 그룹(81 내지 84)으로 하고, 제 1 내지 제 4 노즐 그룹(81 내지 84)에 대응하는 분할 영역을 제 1 내지 제 4 분할 영역(85 내지 88)으로 한다.
도면 중 도면부호(97)는 제 1 내지 제 4 노즐 그룹(81 내지 84)에 가스를 공급하기 위한 가스 공급관이다. 가스 공급관(97)은 그 일단측이 4개로 분기되어 있으며, 분기 후의 가스 공급관(97)은 각각 또한 2개로 분기되며, 제 1 내지 제 4 노즐 그룹(81 내지 84)에 구비된 2개의 노즐부(6)에 각각 접속된다. 가스 공급관(97)의 타단측은 2개로 분기되어 있으며, 제 1 분기로(72) 및 제 2 분기로(73)가 마련되어 있다. 제 1 가스 공급로(72)에는, 이산화탄소 가스(CO2) 공급원(76)이 접속된다. 또한, 제 2 가스 공급로(73)에는, 헬륨 가스 공급원(77)이 접속된다. 또한 도면 중의 도면부호(71)는 개폐 밸브이며, 도면부호(79)는 유량 조정 밸브이며, 도면부호(74, 75)는 유량 조정부이다.
세정 처리실(31)에는, 제 1 내지 제 4 배기구(89 내지 92)가 마련된다. 제 1 노즐 그룹(81)과 제 1 배기구(89)의 위치 관계, 제 2 노즐 그룹(82)과 제 2 배기구(90)의 위치 관계, 제 3 노즐 그룹(83)과 제 3 배기구(91)의 위치 관계, 제 4 노즐 그룹(84)과 제 4 배기구(92)의 위치 관계가 모두 상술의 도 6에서 설명한 위치 관계로 설정되어 있다. 여기에서는 도 13 중에 도시하는 좌측 상단의 배기구로부터 시계 방향으로 제 1 내지 제 4 배기구(89 내지 92)가 된다. 제 1 내지 제 4 배기구(89 내지 92)는 배기로(78)를 거쳐서 진공 펌프(4)에 접속된다. 또한, 도면 중 도면부호(40)는 압력 조정 밸브이며, 도면부호(41)는 개폐 밸브이다.
이어서, 제 2 실시형태의 작용에 대해 설명한다. 또한, 도 15 이후의 세정 처리의 설명에서는, 세정 처리실(31)을 원형으로 그리고 있다. 또한, 도면 중의 노즐부(6)의 크기는 과장하여 그리고 있다. 우선, 진공 분위기에 있는 세정 모듈(3)의 탑재대(54)에 웨이퍼(W)가 탑재된 후, 탑재대(54)의 위치가 조정된다. 이 조정에 의해, 예를 들어, 도 15에 도시하는 바와 같이, 제 1 노즐 그룹(81) 및 제 2 노즐 그룹(82)의 조사 위치가 세정 개시 위치인 제 1 분할 영역(85) 및 제 2 분할 영역(86)의 우측 하단에 위치한다. 또한, 도 15 내지 도 18 및 도 20 중에서 해칭을 넣은 노즐 그룹은 세정용 가스가 토출하고 있는 노즐 그룹을 도시한다.
그리고, 제 1 배기구(89)와 제 2 배기구(90)를 거쳐서 진공 배기를 실행하고, 제 1 노즐 그룹(81) 및 제 2 노즐 그룹(82)으로부터 세정용 가스의 토출을 개시한다. 그 다음에, 제 1 노즐 그룹(81) 및 제 2 노즐 그룹(82)으로부터 세정용 가스를 토출한 그대로, 도 16에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)를 도면 중 우측으로 이동시킨다. 이 때, 웨이퍼(W) 표면에 있어서의 제 1 노즐 그룹(81)의 조사 위치 및 제 2 노즐 그룹(82)의 조사 위치는 웨이퍼(W)의 표면을 웨이퍼(W)의 이동 거리와 동일한 거리만큼만 좌측으로 이동하게 된다. 그리고, 도 17에 화살표로 대략적으로 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)를 X, Y 방향으로 이동시킴으로써, 제 1 노즐 그룹(81)의 조사 영역에 의해 제 1 분할 영역(85)에 대응하는 웨이퍼(W)의 이동 영역인 정사각형 영역(85a) 내를 주사한다. 분할 영역에 대응하는 웨이퍼(W)의 이동 영역은, 웨이퍼(W)의 중심부를 세정 처리실(31) 내의 중심부에 위치 맞춤했을 때에 4개의 상기 분할 영역을 웨이퍼(W)의 이동면에 투영시킨 영역에 있어서, 웨이퍼(W)와 함께 이동하는 정사각형 영역이다. 환언하면, 웨이퍼(W)를 4등분한 각 사분원 영역을 포함한 정사각형 영역이며, 동작 설명의 이해를 용이하게 하기 위해서 이 용어를 이용하는 것으로 한다.
제 1 노즐 그룹(81)의 조사 영역의 주사에 관하여 보다 상세하게 설명하면, 제 1 노즐 그룹(81)의 조사 영역이 X 방향으로 상대적으로, 제 1 분할 영역(85)에 대응하는 정사각형 영역(85a)을 주사하고, 이 주사 존을 Y 방향으로 순차 변위시켜 가는 동작이 실행된다. 이 때, 제 2 노즐 그룹(82)의 조사 영역은 제 2 분할 영역(86)에 대응하는 정사각형 영역(86a) 내를 주사하게 된다.
제 1 분할 영역(85) 및 제 2 분할 영역(86)에 각각 대응하는 정사각형 영역(85a, 86a)의 전체가 주사된 후, 웨이퍼(W)는, 제 1 분할 영역 및 제 2 분할 영역(85, 86)에 각각 대응하는 정사각형 영역(85a, 86a)에 조사를 개시하는 개시 위치로 되돌아온다. 그리고, 가스 클러스터를 조사하는 노즐 그룹을 제 3 노즐 그룹(83) 및 제 4 노즐 그룹(84)으로 전환하고, 배기를 실행하는 배기구를 제 3 배기구(91) 및 제 4 배기구(92)로 전환한다. 이어서, 제 3 노즐 그룹(83) 및 제 4 노즐 그룹(84)으로부터 가스 클러스터의 조사를 개시하고, 웨이퍼(W)를, 제 1 분할 영역(85) 및 제 2 분할 영역(86)에 각각 대응하는 정사각형 영역(85a, 86a)의 세정을 실행했을 때와 동일하게 이동시킨다. 이것에 의해 도 18에 도시하는 바와 같이 제 3 노즐 그룹(83)의 조사 영역은 제 3 분할 영역(87)에 대응하는 정사각형 영역(87a) 전체를 주사하게 되며, 제 4 노즐 그룹(84)의 조사 영역은 제 4 조사 영역(88)에 대응하는 정사각형 영역(88a) 전체를 주사하게 된다.
제 2 분할 영역(86)에 대응하는 웨이퍼(W) 상의 사분원 영역(86b)은 제 1 분할 영역(85)에 대응하는 정사각형 영역(85a)에 가스 클러스터를 조사할 때에 세정된다. 또한, 제 3 분할 영역(87) 및 제 4 분할 영역(88)에 각각 대응하는 웨이퍼(W) 상의 사분원 영역(87b, 88b)을 세정할 때에는, 웨이퍼(W)는 제 1 분할 영역(85) 및 제 2 분할 영역(86)에 각각 대응하는 웨이퍼(W) 상의 사분원 영역(85b, 86b)을 세정하는 경우와 동일하게 이동하고 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 이동 영역은, 제 1 노즐 그룹(81)의 조사 영역을 제 1 분할 영역(85)에 대응하는 정사각형 영역(85a) 내를 주사할 수 있는 범위로 함으로써, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 가스 클러스터를 조사할 수 있게 된다. 이 때, 웨이퍼(W)의 세정 개시부터 종료까지 웨이퍼(W)는, 도 19 중 쇄선으로 나타내는 범위를 이동하게 된다.
제 2 실시형태에 있어서도, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 가스 클러스터를 조사할 때에, 웨이퍼(W)의 이동 영역이 좁아지기 때문에 세정 처리실(31)을 소형화할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에 수직으로 가스 클러스터를 조사하기 때문에, 웨이퍼(W) 상에 오목부의 패턴이 형성되어 있는 경우에는 패턴 무너짐을 억제할 수 있다.
또한, 1개의 노즐 그룹으로부터 가스 클러스터를 조사하여, 제 1 내지 제 4 분할 영역(85 내지 88)에 대응하는 웨이퍼(W)상의 사분원 영역(85b 내지 88b)을 순차적으로 세정하도록 하여도 좋다. 이러한 경우에는, 예를 들어, 도 20에 도시하는 바와 같이 제 1 노즐 그룹(81)에 의해 가스 클러스터의 조사를 실행할 때는, 제 1 배기구(89)로부터 배기를 실행한다. 그리고, 제 1 노즐 그룹(81)의 조사 영역을 제 1 분할 영역(85)에 대응하는 웨이퍼(W) 상의 사분원 영역(85b) 내를 주사한다. 다음에, 웨이퍼(W)를 제 1 분할 영역(85)의 세정 개시 위치로 되돌려, 제 1 노즐 그룹(81)으로부터의 가스 클러스터의 조사를 정지하고, 제 2 노즐 그룹(82)으로부터 가스 클러스터의 조사를 개시한다. 그것과 동시에, 배기를 실행하는 배기구를 제 1 배기구(89)로부터 제 2 배기구(90)로 전환한다. 그리고, 웨이퍼(W)를 제 2 분할 영역(86) 대응하는 웨이퍼(W) 상의 사분원 영역(86b)에 가스 클러스터를 조사하도록 이동시킨다.
그 후, 제 3 배기구(91)로부터 배기를 실행하면서, 제 3 노즐 그룹(83)에 의해 제 3 분할 영역(87)에 대응하는 웨이퍼(W) 상의 사분원 영역(87b)의 세정을 실행하고, 또한 그 후, 제 4 배기구(92)로부터 배기를 실행하면서, 제 4 노즐 그룹(84)에 의해 제 4 분할 영역(88)에 대응하는 웨이퍼(W) 상의 사분원 영역(88b)의 세정을 실행한다. 이와 같은 구성의 경우에도, 웨이퍼(W)의 표면 전체를 세정하기 위해서 필요하게 된 이동 영역은 제 1 노즐 그룹(81)에 의해 정사각형 영역(85a) 내를 주사할 수 있는 범위이면 된다. 따라서, 세정 처리실(31)을 좁게 구성할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)의 표면의 분할 수는 4개로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 웨이퍼의 피세정면 전체가 포함되는 동시에 사변이 X, Y 방향으로 연장되는 정사각형을 9분할한 각 분할 영역에 각 노즐 그룹(93)을 할당한다. 그리고, 각 분할 영역과 각 노즐 그룹(93)과의 평면 목표 위치 관계가 동일하게 되도록 배치한다. 예를 들어, 도 21에 도시하는 바와 같이, 분할 영역의 중심부에 각 노즐 그룹(93)의 중심부가 위치하도록 배치한다. 이러한 경우에는 분할 영역의 정사각형의 한변의 크기는 대략 웨이퍼(W)의 직경의 1/3의 길이가 된다.
이와 같이 구성했을 경우에도, 1개의 분할 영역에 대응하는 정사각형 영역의 전체를 상기 분할 영역에 대응하는 1개의 노즐 그룹의 가스 클러스터의 조사 영역에 의해 주사하면, 나머지의 분할 영역의 전체도 대응하는 노즐 그룹의 조사 영역(가스 클러스터를 발생시키고 있는 경우의 조사 영역이 아니며 가스 클러스터를 발생시키면 조사되게 되는 영역도 의미하고 있음)에 의해 주사되게 된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 이동 영역을 좁게 할 수 있기 때문에, 세정 처리실(31)을 좁게 구성할 수 있다.
(제 3 실시형태)
도 22 및 도 23은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 기판 세정 장치를 도시하고 있다. 이러한 예는, 도 13 및 도 14에 도시한 기판 세정 장치와 다른 구성은, 제 1 내지 제 4 노즐 그룹(81 내지 84) 중 제 1 노즐 그룹(81)만이 마련되며, 제 2 내지 제 4 노즐 그룹(82 내지 84)을 제외한 것이다. 또한, 제 1 노즐 그룹(81)은, 웨이퍼(W)의 중심부가 세정 처리실(31)의 중심부에 위치하도록 배치했을 때에, 제 1 분할 영역(85)에 대응하는 정사각형 영역(85a)의 중심에 위치하도록 마련한다. 또한, 탑재대(54)에는 지지 기둥(59)을 대신하여, 회전축(60)이 마련되며, 회전축(60)은, 구동부(55)에 마련된 Y 방향 구동부(57)에 의해 이동되는 회전 기구에 접속된다. 이 때문에, 탑재대(54)는 X, Y 방향으로 이동 가능한 동시에, 회전축(60)을 축으로 연직축 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 또한, 세정 처리실(31)은 제 3 배기구(91) 및 제 4 배기구(92)가 제외된 구성으로 되어 있다.
이와 같은 구성의 경우에는, 도 24에 도시하는 바와 같이, 제 1 배기구(89)와 제 2 배기구(90)에 의해 배기를 실행하여 진공 분위기로 한 후, 웨이퍼(W)를 세정 개시 위치로 이동시킨다. 이어서, 웨이퍼(W)를 X, Y 방향으로 이동시키고, 제 1 분할 영역(85)에 대응하는 웨이퍼(W) 상의 사분원 영역(85b) 내 전체에 제 1 노즐 그룹(81)의 조사 영역을 주사시킨다. 그 후, 웨이퍼(W)를 예를 들어 반시계 방향으로 90도 회전시킨다. 이것에 의해 제 2 분할 영역(86)에 대응하는 웨이퍼(W) 상의 사분원 영역(86b)이 제 1 노즐 그룹(81)에 대응하는 위치로 이동한다. 그리고, 웨이퍼(W)를 X, Y 방향으로 이동시키고, 제 1 노즐 그룹(81)의 조사 영역을 동일하게 주사함으로써, 제 2 분할 영역(86)에 가스 클러스터가 조사되게 된다. 이러한 경우에는, 제 1 노즐 그룹의 조사 영역을 웨이퍼(W)의 내측으로부터 주연을 향하여 주사시킬 때 웨이퍼(W)의 주연의 위치에서 정지하고 상방으로 이동하여, 되접히도록 하여도 좋고, 정사각형 영역의 그 후 웨이퍼(W)를 90도 회전시킨 후, 제 3 분할 영역(87)에 대응하는 정사각형 영역(87a)에 가스 클러스터의 조사를 실행하며, 또한 90도 회전시킨 후, 제 4 분할 영역(88)에 대응하는 정사각형 영역(88a)에 가스 클러스터의 조사를 실행한다. 또한, 세정 처리의 사이의 배기는 모두 제 1 배기구(89)와 제 2 배기구(90)에 의해 배기된다. 이와 같이 구성했을 경우에도 웨이퍼(W)의 이동 영역을 좁게 할 수 있기 때문에, 세정 처리실(31)을 소형화할 수 있다.
제 3 실시형태에 있어서, 상술의 예에서는 웨이퍼(W)를 X, Y 방향으로 이동시킴으로써 노즐 그룹의 조사 영역의 주사를 실행하는 웨이퍼(W) 상의 영역으로 해서, 웨이퍼(W)를 4등분한 영역으로 하고 있지만, 이러한 등분수는 2개 또는 3개라도 좋으며, 또는 5개 이상이어도 좋다.
이상에 있어서, 피세정 기판으로서는, 웨이퍼(W)에 한정되지 않으며 직사각형의 기판이어도 좋다.
[검증 시험]
본 발명을 평가하기 위해서, 웨이퍼(W)에 가스 클러스터를 조사했을 때의 가스 클러스터의 조사 위치로부터 웨이퍼(W)의 외부로 수송될 때까지의 거리와 파티클의 재부착률에 대해 조사했다. 시험에는 도 3에 도시하는 기판 세정 장치를 사용했다.
실시예로서, 가스 클러스터의 조사 위치를 웨이퍼(W)의 중심에서 보아 배기구(38)측의 영역에 고정했다. 또한, 비교예로서 가스 클러스터의 조사 위치를 웨이퍼(W)의 중심에서 보아 배기구(38)와는 반대측의 영역에 고정했다. 상기 조사 위치와 배기구(38)의 거리에 대해서는 비교예가 실시예의 2배로 설정되어 있다. 실시예와 비교예의 각각에 대하여 가스 클러스터의 조사 영역에 파티클을 부착시키고, 가스 클러스터를 조사하여, 파티클의 제거를 시도했다. 또한, 실시예와 비교예의 각각의 경우에 대하여, 원의 파티클 수(n)에 대한 웨이퍼(W)의 표면에 재부착된 파티클(n1)의 비율{재부착률:(n1/n)×100}을 구했다.
도 25는 이러한 결과를 나타내며, 실시예와 비교예에 있어서의 각각의 파티클의 재부착률, 및 비교예의 재부착률에 대한 실시예의 재부착률을 나타내는 특성도이다.
이러한 결과에 의하면, 파티클의 재부착률은, 비교예에서는, 실시예보다 2배 이상 높은 값을 나타내고 있었다. 따라서, 가스 클러스터의 조사에 의해 파티클의 제거를 실행하는 경우에 있어서, 배기구의 위치를 웨이퍼 표면에 있어서의 가스 클러스터의 조사 위치에 가까운 영역에 마련함으로써 비산한 파티클의 재부착을 억제할 수 있다고 말할 수 있다.
3 : 세정 모듈 6 : 노즐부
9 : 제어부 31, 51 : 세정 처리실
32 : 회전 스테이지 36 : 기판 회전 기구
38 : 배기구 42 : 선회 아암
43 : 구동부 53 : 이동 기구
54 : 탑재대 81 내지 84 : 제 1 내지 제 4 노즐부
85 내지 88 : 제 1 내지 제 4 분할 영역
89 내지 92 : 제 1 내지 제 4 배기부

Claims (13)

  1. 기판에 부착되어 있는 파티클을 제거하는 기판 세정 장치에 있어서,
    진공 분위기에서 기판의 세정 처리를 실행하기 위한 세정 처리실과,
    상기 세정 처리실 내에 마련되며, 기판이 탑재되는 탑재부와,
    세정용의 가스를 상기 세정 처리실 내의 기판을 향하여 토출하고, 단열 팽창에 의해 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성하고, 기판에 수직인 방향으로 기판에 가스 클러스터를 조사하기 위한 적어도 하나의 노즐부와,
    상기 세정 처리실 내를 진공 배기하기 위한 배기구와,
    상기 탑재부와 상기 적어도 하나의 노즐부를 서로에 대해 상대적으로 이동시키도록 구성된 이동 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 노즐부는 상기 기판의 중심부 위의 위치와 상기 기판의 주연부 위의 위치 사이에서 상기 이동 기구에 의해 이동되며,
    평면으로 보아, 상기 기판의 중심부 위의 위치를 제외한 상기 기판 위의 임의의 위치에 있을 때의 각 노즐부의 중심부를 통해 상기 세정 처리실의 중심부로부터 연장되는 가상 직선에 대해서 상기 세정 처리실의 중심부를 중심으로 좌우 45도의 각도 사이에서 이격된 상기 세정 처리실의 영역 내이며 또한 상기 기판으로부터 수평 방향 내에서 외측쪽에 상기 배기구의 적어도 일부가 위치되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이동 기구는 상기 탑재부의 중심을 통해 연장되는 연직축 주위에서 상기 탑재부를 회전시키는 회전 기구와, 평면으로 보아 상기 탑재부의 중심부와 상기 기판의 주연부 사이에서 적어도 하나의 노즐부를 이동시키기 위한 적어도 하나의 이동체를 포함하며, 각각의 상기 이동체는 노즐부를 이동시키도록 적어도 하나의 노즐부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    각각의 상기 이동체는 상기 적어도 하나의 노즐부를 선회시키는 선회 아암을 포함하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    각각의 상기 이동체에는 복수의 노즐부가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 이동체는 복수의 이동체이며, 각 이동체에는 적어도 하나의 노즐부가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  7. 기판에 부착되어 있는 파티클을 제거하는 기판 세정 장치에 있어서,
    진공 분위기에서 기판의 세정 처리를 실행하기 위한 세정 처리실과,
    상기 세정 처리실 내에 마련되며, 기판이 탑재되는 탑재부와,
    세정용의 가스를 상기 세정 처리실 내의 기판을 향하여 토출하고, 단열 팽창에 의해 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성하고, 기판에 수직인 방향으로 기판에 가스 클러스터를 조사하기 위한 적어도 하나의 노즐부와,
    상기 세정 처리실 내를 진공 배기하기 위한 배기구와,
    상기 탑재부를 서로 수직인 X, Y 방향 그리고 수평면으로 이동시키기 위한 이동 기구를 구비하고,
    상기 적어도 하나의 노즐부는, 상기 기판의 전체 피세정면을 포함하고 X, Y 방향으로 연장되는 4개 변을 갖는 사각형을 복수의 부분으로 분할함으로써 얻어진 각 분할 영역에 할당되며, 각 분할 영역과 적어도 하나의 노즐부 사이의 수평 위치 관계는 동일한 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 분할 영역은 상기 사각 형태를 4등분한 영역인 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    적어도 하나의 노즐부는 2개 이상의 노즐부인 있는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정 처리실 내에 마련된 적어도 하나의 노즐부 중 일부의 노즐부로부터 가스 클러스터의 조사는, 다른 노즐부로부터의 가스 클러스터의 조사를 하지 않을 때에 실시되는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분할 영역 중 2개 이상의 분할 영역은 대응하는 노즐부에 의해 가스 클러스터가 조사되는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  12. 기판에 부착되어 있는 파티클을 제거하는 기판 세정 장치에 있어서,
    진공 분위기에서 기판의 세정 처리를 실행하기 위한 세정 처리실과,
    상기 세정 처리실 내에 마련되며, 기판이 탑재되는 탑재부와,
    세정용의 가스를 상기 세정 처리실 내의 기판을 향하여 토출하고, 단열 팽창에 의해 세정용의 가스의 원자 또는 분자의 집합체인 가스 클러스터를 생성하고, 기판에 수직인 방향으로 기판에 가스 클러스터를 조사하기 위한 적어도 하나의 노즐부와,
    상기 세정 처리실 내를 진공 배기하기 위한 배기구와,
    상기 탑재부 및 노즐부를 서로에 대해서 이동시키기 위한 이동 기구와,
    상기 탑재부의 이동 및 적어도 하나의 노즐부에 가스 클러스터의 공급을 제어하는 제어부를 구비하며,
    기판의 피세정면을, 기판의 회전 중심을 통과하는 적어도 하나의 직선에 의해 등분할한 분할 영역 중 적어도 1개의 분할 영역에 각 노즐부가 할당되며,
    상기 제어부는, 기판을 서로 수직인 X, Y 방향으로 이동시킴으로써 상기 적어도 하나의 노즐부가 적어도 하나의 노즐부에 의해 세정 가스로 전체적으로 조사되도록 분할 영역에 할당되고, 후속의 다른 분할 영역 중 적어도 하나가 적어도 하나의 노즐부에 대응하게 위치되도록 상기 기판을 회전시키고, 후속의 분할 영역이 적어도 하나의 노즐부에 의해 세정 가스로 조사되도록, 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    각각의 분할 영역에는, 2개 이상의 노즐부가 할당되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 세정 장치.
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