KR20170095748A - 기판 세정 장치 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20170095748A
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미츠루 미야자키
준지 구니사와
?스케 마츠자와
šœ스케 마츠자와
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

기판 세정 장치는, 기판(W)에 맞닿아 당해 기판(W)의 세정을 행하는 세정 부재(11, 21)와, 상기 세정 부재(11, 21)를 회전시키는 부재 회전부(15, 25)와, 상기 세정 부재(11, 21)를 상기 기판(W)에 밀어붙이는 누름 구동부(19, 29)와, 상기 부재 회전부(15, 25)에 가해지는 토크를 검출하는 토크 검출부(16, 26)와, 상기 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여 상기 누름력을 제어하는 제어부(50)를 가진다.

Description

기판 세정 장치 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE CLEANING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 처리하는 기판 세정 장치 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
본원은, 2016년 2월 15일에 출원된 일본국 특허출원인 특원2016-26134호에 대하여 우선권을 주장함과 함께, 그 내용의 전부를 참조로서 넣는다.
최근, 반도체 디바이스의 미세화에 수반하여, 미세 구조를 갖는 기판(물성이 상이한 여러가지 재료막을 형성한 기판)의 가공이 행해지고 있다. 예를 들면, 기판에 형성된 배선홈을 금속으로 메우는 다마신 배선 형성 공정에 있어서는, 다마신 배선 형성 후에 기판 연마 장치(CMP 장치)에 의해, 여분인 금속을 연마 제거하고, 기판 표면에 물성이 상이한 여러가지 재료막(금속막, 배리어막, 절연막 등)이 형성된다. 이러한 기판 표면에는, CMP 연마에서 사용된 슬러리 잔사나 금속 연마 부스러기(Cu 연마 부스러기 등)이 존재한다. 그 때문에, 기판 표면이 복잡하여 세정이 곤란한 경우 등, 기판 표면의 세정을 충분히 행하지 않는 경우에는, 잔사물 등의 영향에 의해 리크나 밀착성 불량이 발생하여, 신뢰성 저하의 원인이 될 우려가 있다. 그래서, 반도체 기판의 연마를 행하는 CMP 장치에서는, 연마 후의 세정 공정에서 롤 부재 스크럽 세정이나 펜 부재 스크럽 세정이 행해지고 있다.
그리고, 롤 부재 스크럽 세정에 관해서는, 승강 기구의 승강부와 롤 부재 홀더와의 사이에 설치되어 롤 부재 하중을 측정하는 로드셀이 설치되고, 로드셀의 측정값을 바탕으로 액추에이터의 제어 기기를 통해 롤 부재 하중을 피드백 제어하는 것이 알려져 있다(특허문헌 1: 일본국 공개특허 특개2014-38983호 공보).
그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 로드셀을 채용한 경우, 로드셀로부터 기판에 가해지는 힘을 양호한 정밀도로 검출할 수 없고, 롤 부재로부터 바람직한 힘을 가하여 기판을 세정하는 것을 정확하게 측정할 수 없는 경우도 있다.
본 발명은, 이 점을 감안하여 이루어진 것으로, 롤 부재, 펜 부재 등의 세정 부재로부터 기판에 바람직한 힘을 양호한 정밀도로 가하면서, 기판을 세정할 수 있는 기판 세정 장치 및 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명에 의한 기판 세정 장치는,
기판에 맞닿아 당해 기판의 세정을 행하는 세정 부재와,
상기 세정 부재를 회전시키는 부재 회전부와,
상기 세정 부재를 상기 기판에 밀어붙이는 누름 구동부와,
상기 부재 회전부에 가해지는 토크를 검출하는 토크 검출부와,
상기 토크 검출부로부터의 검출 결과에 의거하여 상기 누름력을 제어하는 제어부를 구비한다.
본 발명에 의한 기판 세정 장치는,
상기 누름 구동부에 의한 상기 세정 부재의 상기 기판에 대한 누름력을 검출하는 누름력 검출부를 추가로 구비하고,
상기 제어부가, 상기 누름력 검출부로부터의 검출 결과에도 의거하여 상기 누름력을 제어해도 된다.
본 발명에 의한 기판 세정 장치에 있어서,
상기 제어부는, 상기 세정 부재가 상기 기판에 맞닿고 나서 제 1 시간이 도래할 때까지는 상기 누름력 검출부로부터의 상기 검출 결과에 의거하여 상기 누름력을 제어하고, 상기 제 1 시간이 경과한 후에는 상기 토크 검출부로부터의 상기 검출 결과에 의거하여 상기 누름력을 제어해도 된다.
본 발명에 의한 기판 세정 장치에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제 1 시간이 도래했을 때, 상기 누름력 검출부로부터의 상기 검출 결과에 의거하여 상기 누름력이 제 1 범위 내인지 판단하고, 상기 누름력이 상기 제 1 범위의 범위 외인 경우에 상기 누름력이 상기 제 1 범위 내가 되도록 상기 누름 구동부를 제어해도 된다.
본 발명에 의한 기판 세정 장치에 있어서,
상기 토크 검출부는 상기 토크를 소정 시간 내에서 복수회 검출하고,
상기 제어부는, 상기 토크 검출부에서 검출된 복수의 토크의 값에 의거하여 상기 누름력을 제어해도 된다.
본 발명에 의한 기판 세정 장치는,
상기 기판에 세정액을 공급하는 세정액 공급부를 추가로 구비하고,
상기 제어부가, 적어도 2개의 상이한 종류의 세정액에 대하여 상이한 값의 토크가 되도록 상기 누름력을 제어해도 된다.
본 발명에 의한 기판 세정 장치에 있어서,
상기 제어부는, 상기 토크 검출부로부터의 상기 검출 결과에 의거하여 상기 토크가 제 2 범위 내가 되도록, 상기 누름 구동부를 계속적 또는 단속적으로 제어해도 된다.
본 발명에 의한 기판 세정 장치는,
상기 기판을 회전시키는 스핀들을 추가로 구비하고,
상기 제어부가, 상기 토크 검출부로부터의 상기 검출 결과에 의거하여 상기 토크가 제 1 문턱값 이상이 되지 않도록 상기 누름 구동부를 제어함으로써, 상기 기판의 회전이 정지되는 것을 미리 방지해도 된다.
본 발명에 의한 기판 처리 장치는,
전술한 기판 세정 장치를 구비하고 있다.
본 발명에서는, 토크 검출부에 의해 부재 회전부에 가해지는 토크를 검출하고, 제어부가, 토크 검출부로부터의 검출 결과에 의거하여, 누름 구동부에 의한 세정 부재의 기판에 대한 누름력을 제어한다. 이 때문에, 롤 부재, 펜 부재 등의 세정 부재로부터 기판에 바람직한 힘을 양호한 정밀도로 가하면서, 기판을 세정할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 기판 처리 장치를 포함하는 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 상방 평면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 의한 기판 세정 장치의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에서 이용되는 롤 세정 장치를 나타내는 상방 평면도이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에서 이용되는 롤 세정 장치의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태에서 이용되는 펜슬 세정 장치의 일부를 나타내는 측방도이다.
실시 형태
《구성》
이하, 본 발명에 관한 기판 세정 장치 및 기판 처리 장치의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 여기에서, 도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 처리 장치는, 대략 직사각 형상의 하우징(110)과, 다수의 기판(W)(도 2 등 참조)을 스톡하는 기판 카세트(도시하지 않음)가 탑재되는 로드 포트(112)를 가지고 있다. 로드 포트(112)는, 하우징(110)에 인접하게 배치되어 있다. 로드 포트(112)에는, 오픈 카세트, SMIF(Standard Manufacturing Interface) 포드 또는 FOUP(Front Opening Unified Pod)를 탑재할 수 있다. SMIF 포드 및 FOUP는, 내부에 기판 카세트를 수납하고, 격벽으로 덮음으로써, 외부 공간과는 독립된 환경을 유지할 수 있는 밀폐 용기이다. 기판(W)으로서는, 예를 들면 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼」라고 한다.) 등을 들 수 있다.
하우징(110)의 내부에는, 복수(도 1에 나타내는 태양에서는 4개)의 연마 유닛(114a∼114d)과, 연마 후의 기판(W)을 세정하는 제 1 세정 유닛(116) 및 제 2 세정 유닛(118)과, 세정 후의 기판(W)을 건조시키는 건조 유닛(120)이 수용되어 있다. 연마 유닛(114a∼114d)은, 기판 처리 장치의 길이 방향을 따라 배열되고, 세정 유닛(116, 118) 및 건조 유닛(120)도 기판 처리 장치의 길이 방향을 따라 배열되어 있다.
로드 포트(112), 로드 포트(112)측에 위치하는 연마 유닛(114a) 및 건조 유닛(120)에 둘러싸인 영역에는, 제 1 반송 로봇(122)이 배치되어 있다. 또한, 연마 유닛(114a∼114d) 및 세정 유닛(116, 118) 및 건조 유닛(120)과 평행하게, 반송 유닛(124)이 배치되어 있다. 제 1 반송 로봇(122)은, 연마 전의 기판(W)을 로드 포트(112)로부터 수취하여 반송 유닛(124)에 전달하거나, 건조 유닛(120)으로부터 취출된 건조 후의 기판(W)을 반송 유닛(124)으로부터 수취한다.
제 1 세정 유닛(116)과 제 2 세정 유닛(118)과의 사이에, 이들 제 1 세정 유닛(116)과 제 2 세정 유닛(118)의 사이에서 기판(W)의 전달을 행하는 제 2 반송 로봇(126)이 배치되어, 제 2 세정 유닛(118)과 건조 유닛(120)과의 사이에, 이들 제 2 세정 유닛(118)과 건조 유닛(120)의 사이에서 기판(W)의 전달을 행하는 제 3 반송 유닛(128)이 배치되어 있다. 또한, 하우징(110)의 내부에는, 기판 처리 장치의 각 기기의 움직임을 제어하는 제어부(50)가 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 하우징(110)의 내부에 제어부(50)가 배치되어 있는 태양을 이용하여 설명하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 하우징(110)의 외부에 제어부(50)가 배치되어도 된다.
제 1 세정 유닛(116) 및/또는 제 2 세정 유닛(118)으로서, 세정액의 존재하에서, 기판(W)의 직경의 대략 전체 길이에 걸쳐서 직선 형상으로 연장되는 롤 부재(11)(도 2 참조)를 접촉시켜, 기판(W)에 평행한 중심축 둘레로 자전시키면서 기판(W)의 표면을 스크럽 세정하는 롤 세정 장치가 사용되어도 되고, 세정액의 존재하에서, 연직 방향으로 연장되는 원기둥 형상의 펜 부재(21)(도 2 참조)를 접촉시켜, 펜 부재(21)를 자전시키면서 일 방향을 향하여 이동시키고, 기판(W)의 표면을 스크럽 세정하는 펜슬 세정 장치를 사용해도 되고, 이류체 제트에 의해 기판(W)의 표면을 세정하는 이류체 제트 세정 장치를 사용해도 된다. 또한, 이들 롤 세정 장치, 펜슬 세정 장치 및 유체 제트 세정 장치 중 어느 2개 이상을 조합하여 이용해도 된다.
또한, 건조 유닛(120)으로서, 회전하는 기판(W)을 향하여, 이동하는 분사 노즐로부터 IPA 증기를 분출하여 기판(W)을 건조시키고, 또한 기판(W)을 고속으로 회전시켜 원심력에 의해 기판(W)을 건조시키는 스핀 건조 유닛이 사용되어도 된다.
본 실시 형태의 세정액에는, 순수(DIW) 등의 린스액과, 암모니아 과산화수소(SC1), 염산 과산화수소(SC2), 황산 과산화수소(SPM), 황산가수, 불산 등의 약액이 포함되어 있다. 본 실시 형태에서 특별히 언급하지 않는 한, 세정액은, 린스액 또는 약액 중 어느 것을 의미하고 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 기판 세정 장치는, 기판(W)을 유지하여 회전시키는 기판 회전 기구(본 실시 형태에서는 후술하는 지지 부재(40)를 참조)와, 기판(W)에 세정액을 공급하는 세정액 공급부(60)를 가지고 있다. 또한, 기판 세정 장치는, 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(61)를 가져도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 세정액 공급부(60)와 슬러리 공급부(61)가 별체로 되어 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 동일한 공급부로부터 세정액과 슬러리가 공급되어도 된다.
기판(W)은, 그 중심축(중심(O)를 통과하고 기판(W)의 표면에 수직인 축)을 회전축으로 하여 회전한다. 중심축은, 연직 방향이라도 되고, 수평 방향이라도 되고, 연직 방향 및 수평 방향 이외의 경사 방향이라도 된다. 또한, 기판(W)이 연직 방향으로 연장되어 있는 경우(즉 회전축이 수평 방향으로 되어 있는 경우)에는, 세정액을 기판(W)의 표면 및 이면으로 동일하게 제공할 수 있는 점에서 유익하다. 다른 한편, 기판(W)이 수평 방향으로 연장되어 있는 경우(즉 회전축이 연직 방향으로 되어 있는 경우)에는 기판(W)의 표면에 세정액을 보다 많이 공급할 수 있는 점에서 유익하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 주로, 기판(W)이 수평 방향을 따라 연재되고, 회전축이 연직 방향으로 연장된 태양을 이용하여 설명하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
본 실시 형태의 기판 회전 기구는, 기판(W)의 외주를 지지하는 4개의 지지 부재(40)를 가져도 된다. 지지 부재(40)는 예를 들면 스핀들, 척 등이다. 이 스핀들, 척 등의 회전에 의해, 기판(W)을 회전시킬 수 있다. 도 2 및 도 3에 나타내는 태양에서는 스핀들을 이용하고 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 척을 이용할 수도 있다.
기판 세정 장치는, 기판(W)을 세정하는 펜슬 세정 장치(20) 및 롤 세정 장치(10)를 가져도 된다. 일 예로서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 펜슬 세정 장치(20)가 기판(W)의 표면(도 2의 상면)을 세정하고, 롤 세정 장치(10)가 기판(W)의 이면(도 2의 하면)을 세정해도 된다. 이러한 태양으로 한정되는 것은 아니며, 펜슬 세정 장치(20)가, 기판(W)의 이면, 또는, 기판(W)의 표면 및 이면을 세정해도 된다. 또한, 롤 세정 장치(10)가, 기판(W)의 표면, 또는, 기판(W)의 표면 및 이면을 세정해도 된다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 롤 세정 장치(10)는, 롤 부재(11)와, 롤 부재(11)를 지지하는 지지부(12)를 가지고 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 롤 세정 장치(10)는, 롤 부재(11)를 회전시키는 모터 등으로 이루어지는 롤 부재 회전부(15)와, 롤 부재(11)를 기판(W)에 밀어붙이거나 롤 부재(11)를 기판(W)으로부터 이간시키거나 하기 위한 롤 누름 구동부(19)도 가지고 있다. 또한, 롤 세정 장치(10)는, 롤 부재 회전부(15)에 감겨 롤 부재(11)에 롤 부재 회전부(15)에 의한 회전력을 전달하는 벨트 등을 가지는 전달부(17)가 설치되어도 된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 펜슬 세정 장치(20)는, 회전 가능한 지지축(23)과, 지지축(23)으로 지지된 요동 아암(22)과, 요동 아암(42)의 선단 하방에 설치되고, 세정 스펀지 등으로 이루어지는 펜 부재(21)와, 펜 부재(21)를 회전시키는 모터 등으로 이루어지는 펜 부재 회전부(25)와, 펜 부재 회전부(25)에 감겨 펜 부재(21)에 펜 부재 회전부(25)에 의한 회전력을 전달하는 벨트 등을 가지는 전달부(27)를 가지고 있다. 펜슬 세정 장치(20)는, 펜 부재(21)를 기판(W)에 밀어붙이거나 펜 부재(21)를 기판(W)으로부터 이간시키거나 하기 위한 펜 누름 구동부(29)를 가지고 있다.
이와 같이, 본 실시 형태의 기판 세정 장치는, 기판(W)에 맞닿아 당해 기판(W)의 세정을 행하는 세정 부재(11, 21)와, 세정 부재(11, 21)를 회전시키는 부재 회전부(15, 25)와, 세정 부재(11, 21)를 기판(W)에 밀어붙이는 누름 구동부(19, 29)를 가지고 있다. 또한, 세정 부재(11, 21)에, 전술한 롤 부재(11) 및 펜 부재(21)가 포함되어 있다. 부재 회전부(15, 25)에, 전술한 롤 부재 회전부(15) 및 펜 부재 회전부(25)가 포함되어 있다. 누름 구동부(19, 29)에, 전술한 롤 누름 구동부(19) 및 펜 누름 구동부(29)가 포함되어 있다.
도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 기판 세정 장치는, 부재 회전부(15, 25)에 가해지는 토크를 검출하는 토크 검출부(16, 26)와, 누름 구동부(19, 29)에 의한 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 검출하는 누름력 검출부(18, 28)를 추가로 가지고 있다. 누름력 검출부(18, 28)로서는 예를 들면 로드셀을 이용해도 된다.
전술한 제어부(50)는, 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여, 누름 구동부(19, 29)에 의한 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어한다. 보다 구체적으로는, 부재 회전부(15, 25)에 가해지는 토크가 일정 범위(후술하는 제 2 범위 내)에 들어가도록 또는 일정값이 되도록, 제어부(50)가 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어한다.
제어부(50)는, 누름력 검출부(18, 28)로부터의 검출 결과에도 의거하여, 누름 구동부(19, 29)에 의한 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어해도 된다.
또한, 제어부(50)는, 세정 부재(11, 21)가 기판(W)에 맞닿고 나서 제 1 시간 (예를 들면 1초∼3초)이 도래할 때까지는 누름력 검출부(18, 28)로부터의 검출 결과에 의거하여, 누름 구동부(19, 29)에 의한 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어하고, 제 1 시간이 경과한 후에는 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여 당해 누름력을 제어해도 된다. 또한, 이러한 태양이 아닌, 누름력 검출부(18, 28)로부터의 검출 결과에 의거하여, 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력이 과도하게 커지지 않도록 또는 과도하게 작아지지 않도록만 제어(문턱값 제어)해도 된다.
또한, 제어부(50)는, 제 1 시간이 도래했을 때, 누름력 검출부(18, 28)로부터의 검출 결과에 의거하여, 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력이 제 1 범위 내인지 판단하고, 당해 누름력이 제 1 범위의 범위 외인 경우에는 누름력이 제 1 범위 내가 되도록 누름 구동부(19, 29)를 제어해도 된다.
토크 검출부(16, 26)는 토크를 소정 시간 내에서 복수회 검출하고, 제어부(50)가 토크 검출부(16, 26)에서 검출된 복수의 토크의 값에 의거하여(예를 들면 복수의 토크의 값의 평균값을 이용하여) 누름력을 제어해도 된다. 또한, 토크 검출부(16, 26)는 소정 시간마다(예를 들면 0.1∼0.3초마다)에 토크를 검출해도 된다. 일 예로서, 제어부(50)는, 연속된 2∼5의 검출 결과에 의거하여 누름력을 제어해도 된다. 예를 들면, 0.1초마다 3개의 점을 취하여, 이들의 평균값을 이용하여 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 가해지는 누름력을 제어해도 된다.
또한, 부재 회전부(15, 25)가 미리 정해진 회전수로 회전하는 경우에는, 부재 회전부(15, 25)가 일정한 회전수를 실현하려고 하기 때문에 가해지는 토크는 대소의 값을 반복하여 취한다. 즉, 어떤 시점에서 토크가 높아지면 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 가해지는 누름력이 작아지도록 제어되고, 그 결과, 토크가 작아진다. 이와 같이 토크가 작아지면, 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 가해지는 누름력이 커지도록 제어되고, 그 결과, 토크가 커진다. 이 반복에 의해 부재 회전부(15, 25)의 제어가 행해지기 때문에, 평균값을 취함으로써, 정밀도가 높은 토크의 값을 이용하여 제어할 수 있게 된다.
세정 부재(11, 21)로서 롤 부재(11)를 이용하는 경우에는, 롤 부재(11)가 n회전(「n」은 정수이다.)하는 만큼의 시간 내에 토크 검출부(16, 26)가 토크를 복수회 검출하고, 그 평균값을 이용하여 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 가해지는 누름력을 제어해도 된다.
제어부(50)는, 적어도 2개의 상이한 종류의 세정액에 대하여 상이한 값이 되도록 토크를 제어해도 된다. 또한, 제어부(50)는, 기판(W)의 종류가 상이한 경우에는, 상이한 값의 토크가 되도록 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 가해지는 누름력을 제어해도 된다.
제어부(50)는, 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여 토크가 제 2 범위 내가 되도록 누름 구동부(19, 29)를 제어해도 된다. 또한, 제어부(50)는, 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여 토크가 제 2 범위 내인지를 소정의 시간마다 단속적으로 검출하고, 토크가 제 2 범위 외에 있는 경우에, 토크가 제 2 범위 내가 되도록 누름 구동부(19, 29)를 제어해도 된다. 또한, 제어부(50)는, 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여 토크가 제 2 범위 내인지를 연속적으로 검출하고, 토크가 제 2 범위로부터 벗어나지 않도록 적절하게 조정하도록 해도 된다.
지지 부재(40)로서 스핀들을 채용한 경우에, 제어부(50)는, 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여 토크가 제 1 문턱값 이상이 되지 않도록 누름 구동부(19, 29)를 제어함으로써, 기판(W)의 회전이 정지되는 것을 미리 방지해도 된다. 제 1 문턱값은, 경험적으로 기판(W)이 회전하지 않는 또는 회전이 멈춰버릴 때의 값에 의거하여 결정되어도 되고, 이론적으로 기판(W)이 회전하지 않을 때의 값에 의거하여 결정되어도 된다. 예를 들면, 경험적으로 기판(W)이 회전하지 않거나 또는 회전이 멈춰버릴 때의 토크의 값의 10％∼30％의 이하의 값, 또는, 이론적으로 기판(W)이 회전하지 않을 때의 토크의 값의 10％∼30％의 이하의 값을 제 1 문턱값으로 해도 된다.
《방법》
본 실시 형태의 기판 처리 장치를 이용한 기판(W)의 처리 방법(기판 처리 방법)의 일 예는, 이하와 같이 된다. 또한, 상기 「구성」에서 서술한 모든 태양을 「방법」에 있어서 적용할 수 있다. 또한, 반대로, 「방법」에 있어서 서술한 모든 태양을 「구성」에 있어서 적용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 방법을 실시시키기 위한 프로그램은 기록 매체에 기록되어도 되고, 이 기록 매체를 컴퓨터(도시하지 않음)에서 판독함으로써, 본 실시 형태의 방법이 기판 처리 장치에서 실시되어도 된다.
우선, 기판(W)이 스핀들 등의 지지 부재(40)에 의해 지지된다(도 2 참조).
다음으로, 기판(W)이 회전됨과 함께, 세정액이 세정액 공급부(60)로부터 기판(W)에 공급되고, 슬러리가 슬러리 공급부(61)로부터 공급된다.
다음으로, 롤 부재(11), 펜 부재(21) 등의 세정 부재(11, 21)가, 부재 회전부(15, 25)에 의해 회전되면서, 누름 구동부(19, 29)(도 4 및 도 5 참조)에 의해 기판(W)측으로 이동되고, 기판(W)에 맞닿는다.
그리고, 세정 부재(11, 21)가 기판(W)에 맞닿고 나서 제 1 시간이 도래할 때까지는 누름력 검출부(18, 28)로부터의 검출 결과에 의거하여, 누름 구동부(19, 29)에 의한 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력이 제 1 범위 내에 들어가도록 제어한다. 또한, 이러한 태양이 아닌, 제 1 시간이 도래했을 때, 누름력 검출부(18, 28)로부터의 검출 결과에 의거하여 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력이 제 1 범위 내인지 판단하고, 당해 누름력이 제 1 범위의 범위 외인 경우에는 누름력이 제 1 범위 내가 되도록 누름 구동부(19, 29)를 제어해도 된다. 보다 구체적으로는, 누름력이 약해 제 1 범위 외로 되어 있는 경우에는 누름력을 높여 제 1 범위 내가 되도록 하고, 누름력이 강해 제 1 범위 외로 되어 있는 경우에는 누름력을 약하게 하여 제 1 범위 내가 되도록 하면 된다.
세정 부재(11, 21)가 기판(W)에 맞닿고 나서 제 1 시간이 경과한 후, 제어부(50)는, 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여 토크가 제 2 범위 내인지를 연속적 또는 단속적으로 판단하고, 누름력이 제 2 범위 내가 되도록 누름 구동부(19, 29)를 제어한다. 이때, 토크 검출부(16, 26)는 토크를 소정 시간 내에서 복수회 검출하고, 제어부(50)가 토크 검출부(16, 26)에서 검출된 복수의 토크의 값에 의거하여(예를 들면, 복수의 토크의 평균값을 이용하여) 누름력을 제어한다. 이 경우에도, 누름력이 약해 제 2 범위 외로 되어 있는 경우에는 누름력을 높여 제 2 범위 내가 되도록 하고, 누름력이 강해 제 2 범위 외로 되어 있는 경우에는 누름력을 약하게 하여 제 2 범위 내가 되도록 하면 된다.
세정 부재(11, 21)로서 펜 부재(21)를 이용하는 경우에는, 기판(W)을 세정하고 있는 동안, 세정 부재(11, 21)는 기판(W)의 중심부로부터 주연부를 향하여 요동해도 되고, 반대로, 세정 부재(11, 21)는 기판(W)의 주연부로부터 중심부를 향하여 요동해도 된다. 주연부의 쪽이 세정해야 하는 면적이 넓어지는 점에서, 세정 부재(11, 21)의 요동 속도는, 세정 부재(11, 21)가 기판(W)의 중심측 영역을 세정할 때와 비교하여, 세정 부재(11, 21)가 기판(W)의 주연측 영역을 세정할 때에 느려져도 된다. 요동 속도의 변화는, 연속적으로 변화시켜도 되고, 단속적으로 변화시켜도 된다.
또한, 설명에 이용한 세정액이 약액인 경우에는, 그 후에 린스액이 공급되어, 전술한 공정과 동일한 공정이 행해진다. 이와 같이 린스액에 의해 기판(W)의 세정을 행하는 경우에는, 약액을 이용했을 때와 상이한 토크가 부재 회전부(15, 25)에 가해지도록, 제어부(50)가 누름 구동부(19, 29)에 의한 세정 부재(11, 21)의 기판(W)으로의 누름력을 제어해도 된다. 그런데, 린스액이 아닌, 상이한 약액이 추가로 기판(W)에 공급되는 경우도 있다. 이 경우에도, 당해 상이한 약액에 따른 토크가 부재 회전부(15, 25)에 가해지도록, 제어부(50)가 누름 구동부(19, 29)에 의한 세정 부재(11, 21)의 기판(W)으로의 누름력을 제어해도 된다.
《작용·효과》
다음으로, 전술한 구성으로 이루어지는 본 실시 형태에 의한 작용·효과이며, 아직 서술하지 않은 것을 중심으로 설명한다.
본 실시 형태에서는, 토크 검출부(16, 26)(도 4 및 도 5 참조)에 의해 부재 회전부(15, 25)에 가해지는 토크를 검출하고, 제어부(50)가, 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여, 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어한다. 이 때문에, 기판(W)으로부터의 마찰력 등의 부재 회전부(15, 25)에 가해지는 힘을 직접적으로 검출할 수 있다(또는 기판(W)에 가까운 위치의 정보를 취득할 수 있다). 이 결과, 롤 부재(11), 펜 부재(21) 등의 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 바람직한 힘을 양호한 정밀도로 가함으로서, 기판(W)을 세정할 수 있다. 일 예로서, 제어부(50)가 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여 토크가 제 2 범위 내인지 판단하고, 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력이 제 2 범위 내가 되도록 제어부(50)가 누름 구동부(19, 29)를 제어하는 태양을 들 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 태양에 의하면, 기판(W)으로부터의 마찰력 등의 부재 회전부(15, 25)에 가해지는 힘을 직접적으로 검출하기 때문에, 예를 들면 부재 회전부(15, 25)의 표면이 경시(經時)적으로 열화된 경우라도, 그 영향을 고려한 후에 부재 회전부(15, 25)로부터 기판(W)에 힘을 가할 수 있다.
이에 대하여, 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 검출할 뿐인 경우에는, 부재 회전부(15, 25)로부터 기판(W)에 가해지는 힘을 양호한 정밀도로 검출할 수 없고, 예를 들면 부재 회전부(15, 25)의 표면이 경시적으로 열화된 경우에는, 그 영향을 고려하는 일 없이 부재 회전부(15, 25)로부터 기판(W)에 힘이 가해지게 된다. 따라서, 본 실시 형태에 의한 태양일수록 기판(W)을 균일한 조건으로 세정할 수 없다. 또한, 일반적으로는 세정 부재(11, 21)가 열화되면 토크가 올라가는 경향이 있다.
특히 세정 부재(11, 21)로서 롤 부재(11)를 이용한 경우에는, 펜 부재(21)를 이용한 경우와 비교하면 기판(W)과의 접촉 면적이 큰 점에서, 부재 회전부(15, 25)에 가해지는 토크의 변화가 커지고, 그 결과, 높은 제어성을 실현시킬 수 있는 점에서 유익하다.
또한, 누름력 검출부(18, 28)로부터의 검출 결과에 의거하여 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어하는 경우이며, 기판(W)이 수평 방향 또는 경사 방향으로 연재(延在)되어 있는 경우에는, 중력에 의한 영향이 있는 점에서, 동일한 힘을 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 가했다고 해도, 기판(W)의 표면(상방측의 면)과 이면(하방측의 면)에서는 누름력 검출부(18, 28)에 의한 검출 결과가 변할 수 있다. 이에 대하여, 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여, 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어하는 경우에는, 중력에 의한 영향을 그다지 받지 않기 때문에, 양호한 정밀도로, 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어할 수 있다. 또한, 이와 같이 중력의 영향을 최대한 없앨 수 있기 때문에, 세정 부재(11, 21)로 표면(상방측의 면)을 세정하는 경우와 이면(하방측의 면)을 세정하는 경우에서 제어 태양을 바꾸는 일 없이 동일한 제어를 이용할 수 있는 점에서도 유익하다.
또한, 누름력 검출부(18, 28)로부터 가해지는 누름력을 일정한 값으로 한 경우라도, 기판(W)의 종류에 따라서 기판으로부터 가해지는 토크가 크게 변한다. 본원 발명자들이 실험한 바에 의하면, 일정한 누름력 아래에서 웨이퍼를 세정한 경우, 소수성 웨이퍼로부터 가해지는 토크는, 친수성 웨이퍼로부터 가해지는 토크의 1.6∼1.7배 정도가 되었다. 이 점, 본 실시 형태를 채용함으로써, 친수성 웨이퍼 및 소수성 웨이퍼라는 기판의 종류에 관계없이, 기판으로부터 가해지는 토크를 일정한 값으로 할 수도 있다.
또한, 누름력 검출부(18, 28)로부터 가해지는 누름력을 일정한 값으로 한 경우라도, 세정액의 종류에 따라서 기판으로부터 가해지는 토크가 크게 변한다. 본원 발명자들이 실험한 바에 의하면, 일정한 누름력 하에서 웨이퍼를 세정한 경우, 세정액 A를 이용한 경우에 웨이퍼로부터 가해지는 토크는, 세정액 B를 이용한 경우에 웨이퍼로부터 가해지는 토크의 1.5배 정도가 되었다. 이 점, 본 실시 형태를 채용함으로써, 세정액의 종류에 관계없이, 기판으로부터 가해지는 토크를 일정한 값으로 할 수도 있다.
또한, 세정 부재(11, 21)로서 롤 부재(11)를 이용한 경우이며, 롤 부재(11)가 스펀지 등의 세정액을 흡수하는 부재로부터 이루어지는 경우에는, 세정액을 흡수함으로써 롤 부재(11)의 무게가 변한다. 이 때문에, 누름력 검출부(18, 28)로부터의 검출 결과에 의거하여 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 정확하게 제어하는 것은 곤란하다. 이에 비하여, 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여, 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어하는 경우에는, 세정액을 흡수하여 롤 부재(11)의 무게가 변해도 그 영향을 거의 받지 않는다. 이 때문에, 양호한 정밀도로, 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어할 수 있다.
또한, 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어하는 경우에는 세정 부재(11, 21)의 무게가 변해도 그 영향을 거의 받지 않는 점에서, 상이한 크기의 롤 부재(11) 등이라도 일률적으로 제어할 수 있는 점에서 유익하다.
또한, 이와 같이 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어하는 경우에는, 기판(W)으로부터 세정 부재(11, 21)가 받는 힘을 직접적으로 검출하여 제어할 수 있기 때문에, 세밀한 제어도 가능해진다. 이 때문에, 예를 들면 동일한 종류의 기판(W)에 있어서의 개체 차이에도 대응할 수 있으며, 기판(W)의 개체 차이에 따라서, 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어할 수 있다.
또한, 기판(W)의 종류에 따라서는 기판(W)과의 사이에 발생하는 마찰력이 지나치게 커져, 예를 들면 스핀들을 채용한 경우에는, 기판(W)이 회전하지 않는다는 사태가 발생할 수 있다. 그리고, 이러한 사태는, 회전하고 있었던 기판(W)이 돌연 멈추는 태양으로 일어나는 경우가 많다. 본 실시 형태에서는, 제 1 문턱값 이상의 토크가 가해지지 않도록 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어(문턱값 제어)해도 된다. 이러한 태양에 의하면, 세정 부재(11, 21)에 가해지는 마찰력 등이 지나치게 커지는 것을 방지할 수 있고, 기판(W)이 회전하지 않는다는 사태가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
제어부(50)가, 누름력 검출부(18, 28)로부터의 검출 결과에도 의거하여, 누름 구동부(19, 29)에 의한 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어하는 태양을 채용한 경우에는, 과도하게 강한 힘이 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 가해지는 것을 방지할 수 있고, 또한 과도하게 약한 힘으로만 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 가해지지 않는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 누름력 검출부(18, 28)는 대략 기판(W)에 가해지는 하중을 검출하면 충분하기 때문에, 정밀도가 그다지 높지 않으며, 저렴한 누름력 검출부(18, 28)를 이용해도 된다.
부재 회전부(15, 25)에 의한 회전력을 세정 부재(11, 21)에 전달하는 전달부(17, 27)를 설치하는 일 없이, 부재 회전부(15, 25)에 세정 부재(11, 21)가 직접 연결되어 있는 태양을 채용한 경우에는, 세정 부재(11, 21)에 가해지는 힘을 부재 회전부(15, 25)에 직접 전달할 수 있고, 세정 부재(11, 21)에 가해진 마찰력 등의 힘을 양호한 정밀도로 부재 회전부(15, 25)에 반영시킬 수 있는 점에서 유익하다.
제어부(50)가, 세정 부재(11, 21)가 기판(W)에 맞닿고 나서 제 1 시간이 도래할 때까지는 누름력 검출부(18, 28)로부터의 검출 결과에 의거하여 누름 구동부(19, 29)에 의한 세정 부재(11, 21)의 기판(W)에 대한 누름력을 제어하고, 제 1 시간이 경과한 후에는 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여 당해 누름력을 제어하는 태양을 채용한 경우에는, 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 가해지는 힘의 대략적인 제어를 누름력 검출부(18, 28)로부터의 정보에 의거하여 행하고, 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 가해지는 힘의 세밀한 제어를 토크 검출부(16, 26)로부터의 정보에 의거하여 행할 수 있다. (특히 세정 부재(11, 21)의 회전 또는 기판(W)의 회전을 세정 부재(11, 21)가 기판(W)에 맞닿게 한 후에 행하는 경우에는)세정 부재(11, 21)의 회전 및 기판(W)의 회전이 일정한 값이 될 때까지 제어하는 대상이 되는 토크를 정확하게 검출할 수 없다. 이에 대하여, 누름력 검출부(18, 28)로부터의 정보는, 세정 부재(11, 21)의 회전 및 기판(W)의 회전에 관계없이 취득할 수 있기 때문에, 최초의 단계에서는 누름력 검출부(18, 28)로부터의 정보를 이용하여 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 가해지는 힘을 제어하고, 그 후에 토크 검출부(16, 26)로부터의 정보에 의거하여 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 가해지는 힘을 제어함으로써, 보다 빠른 단계에서 세정 부재(11, 21)의 기판(W)으로의 누름력을 적절한 것으로 할 수 있다.
제어부(50)가, 제 1 시간이 도래했을 때, 누름력 검출부(18, 28)로부터의 검출 결과에 의거하여 누름력이 제 1 범위 내인지 판단하고, 누름력이 제 1 범위의 범위 외인 경우에 누름력이 제 1 범위 내가 되도록 누름 구동부(19, 29)를 제어하는 태양을 채용한 경우에는, 적은 정보로 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 대한 누름력을 제어할 수 있는 점에서 유익하다.
토크 검출부(16, 26)가 토크를 소정 시간 내에서 복수회 검출하고, 제어부(50)가 토크 검출부(16, 26)에서 검출된 복수의 토크의 값에 의거하여 누름력을 제어하는 태양을 채용한 경우에는, 예를 들면, 평균화한 토크를 이용하여 누름력을 제어할 수 있다. 전형적으로는, 세정 부재(11, 21)가 롤 부재(11)인 경우에는, 롤 부재(11)의 각 지점에서 소모 상태가 상이한 점에서, 토크 검출부(16, 26)에서 검출되는 토크는 롤 부재(11)의 기판(W)에 맞닿는 부분이 변하면 값이 변한다. 이 때문에, 이와 같이 평균화한 토크를 이용한 경우에는(이동 평균을 취득한 경우에는), 보다 적절한 힘으로 세정 부재(11, 21)에 의해 기판(W)을 세정할 수 있다. 이 점, 롤 부재(11)가 n회전하는 시간(「n」은 정수이다.)으로 평균화하는 것이 유익하다. 또한, 일 예로서, 롤 부재(11)의 경우에는 1분간에 50∼200회전한다.
또한, 기판(W)의 표면 상태에 따라서도 토크 검출부(16, 26)에 의해 검출되는 토크의 값이 변하는 경우가 있다. 이 점에서도, 토크를 복수 검출하여, 그 평균값을 이용하는 것은 유익하다. 특히, 이동 평균을 이용한 경우에는, 연속적으로 토크의 변화를 쫓을 수 있는 점에서 유익하다.
또한, 부재 회전부(15, 25)가 미리 정해진 회전수로 회전하는 경우에는, 토크가 대소의 값을 반복하여 취한다. 이 때문에, 이 경우에는, 토크 검출부(16, 26)가 토크를 소정 시간 내에서 복수회 검출하고, 제어부(50)가 토크 검출부(16, 26)에서 검출된 복수의 토크의 값에 의거하여 누름력을 제어하는 것이 유익한 것은 이미 서술한 바와 같다.
세정액의 종류에 따라서, 세정 부재(11, 21)로부터 기판(W)에 가해지는 힘의 크기가 상이한 경우가 있다. 이 때문에, 제어부(50)가 적어도 2개의 상이한 종류의 세정액에 대하여 상이한 값이 되도록 토크를 제어하는 태양을 채용한 경우에는, 세정액의 종류에 따라서 바람직하다고 여겨지고 있는 토크에 의거하여 세정할 수 있고, 보다 적절한 힘으로 세정 부재(11, 21)에 의해 기판(W)을 세정할 수 있다.
제어부(50)가 계속적 또는 단속적으로 토크 검출부(16, 26)로부터의 검출 결과에 의거하여 토크가 제 2 범위 내가 되도록 누름 구동부(19, 29)를 제어하는 태양을 채용한 경우에는, 검출하고 있는 동안, 항상, 적절한 힘으로 세정 부재(11, 21)에 의해 기판(W)을 세정할 수 있다.
마지막으로, 전술한 각 실시 형태의 기재 및 도면의 개시는, 특허청구의 범위에 기재된 발명을 설명하기 위한 일 예에 지나지 않으며, 전술한 실시 형태의 기재 또는 도면의 개시에 의해 특허청구의 범위에 기재된 발명이 한정되는 것은 아니다.
11 : 롤 부재(세정 부재)
15 : 롤 부재 회전부(부재 회전부)
16 : 토크 검출부
18 : 누름력 검출부
19 : 롤 누름 구동부(누름 구동부)
21 : 펜 부재(세정 부재)
25 : 펜 부재 회전부(부재 회전부)
26 : 토크 검출부
28 : 누름력 검출부
29 : 펜 누름 구동부(누름 구동부)
40 : 스핀들(지지 부재)
50 : 제어부
60 : 세정액 공급부

Claims (9)

  1. 기판에 맞닿아 당해 기판의 세정을 행하는 세정 부재와,
    상기 세정 부재를 회전시키는 부재 회전부와,
    상기 세정 부재를 상기 기판에 밀어붙이는 누름 구동부와,
    상기 부재 회전부에 가해지는 토크를 검출하는 토크 검출부와,
    상기 토크 검출부로부터의 검출 결과에 의거하여 상기 누름 구동부에 의한 상기 세정 부재의 상기 기판에 대한 누름력을 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 누름력을 검출하는 누름력 검출부를 추가로 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 누름력 검출부로부터의 검출 결과에도 의거하여 상기 누름력을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 세정 부재가 상기 기판에 맞닿고 나서 제 1 시간이 도래할 때까지는 상기 누름력 검출부로부터의 상기 검출 결과에 의거하여 상기 누름력을 제어하고, 상기 제 1 시간이 경과한 후에는 상기 토크 검출부로부터의 상기 검출 결과에 의거하여 상기 누름력을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제 1 시간이 도래했을 때, 상기 누름력 검출부로부터의 상기 검출 결과에 의거하여 상기 누름력이 제 1 범위 내인지 판단하고, 상기 누름력이 상기 제 1 범위의 범위 외인 경우에 상기 누름력이 상기 제 1 범위 내가 되도록 상기 누름 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 토크 검출부는 상기 토크를 소정 시간 내에서 복수회 검출하고,
    상기 제어부는, 상기 토크 검출부에서 검출된 복수의 토크의 값에 의거하여 상기 누름력을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판에 세정액을 공급하는 세정액 공급부를 추가로 구비하고,
    상기 제어부는, 적어도 2개의 상이한 종류의 세정액에 대하여 상이한 값의 토크가 되도록 상기 누름력을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 토크 검출부로부터의 상기 검출 결과에 의거하여 상기 토크가 제 2 범위 내가 되도록, 상기 누름 구동부를 계속적 또는 단속적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판을 회전시키는 스핀들을 추가로 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 토크 검출부로부터의 상기 검출 결과에 의거하여 상기 토크가 제 1 문턱값 이상이 되지 않도록 상기 누름 구동부를 제어함으로써, 상기 기판의 회전이 정지되는 것을 미리 방지하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  9. 제 1 항에 기재된 기판 세정 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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