KR20220093150A - 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법 - Google Patents

기판 세정 장치 및 기판 세정 방법 Download PDF

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KR20220093150A
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nozzle
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KR1020227017928A
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츠네나가 나카시마
마사미 아키모토
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판으로부터 제거된 파티클이 기판에 재차 부착하는 것을 방지한다. 기판 세정 장치는 기판을 유지하는 기판 유지부와, 기판 유지부 상의 기판에 대하여 세정 가스를 분사하는 가스 노즐과, 가스 노즐을 둘러싸 마련된 노즐 커버를 구비한다. 가스 노즐로부터 노즐 커버의 감압실 내로 세정 가스가 분사되어, 감압실 내에 기판 상의 파티클을 제거하는 가스 클러스터가 생성된다. 기판 유지부의 유지부 서포트에 가스 커튼용 가스가 노즐 커버측으로 분사되어, 노즐 커버와 유지부 서포트와의 사이에 가스 커튼이 형성된다.

Description

기판 세정 장치 및 기판 세정 방법
본 개시는, 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 장치에서는, 제조 공정 중에 있어서의 기판에 대한 파티클의 부착이 제품의 수율을 좌우하는 큰 요인 중 하나가 되고 있다. 이 때문에 기판에 대하여 처리를 행하기 전 혹은 후에 기판을 세정하는 것이 행해지고 있는데, 기판에 대한 데미지를 억제하면서 간이한 방법으로 확실하게 파티클을 제거하는 세정 기술의 개발이 요망되고 있다. 파티클과 기판과의 사이의 부착력 이상의 물리적 전단력을 주어 기판의 표면으로부터 파티클을 박리하는 다양한 세정 기술이 연구, 개발되고 있으며, 그 하나로서 가스 클러스터의 물리적 전단력을 이용한 기술을 들 수 있다.
가스 클러스터는, 고압의 가스를 감압실 등에 의해 형성된 진공 중에 분출하여, 단열 팽창에 의해 가스를 응축 온도까지 냉각함으로써 원자 또는 분자가 다수 모인 덩어리(클러스터)이다. 기판 세정 시에는, 이 가스 클러스터를 그대로 혹은 적절하게 가속시켜 기판에 조사하여 파티클을 제거하고 있다.
또한 종래부터, 기판의 표면의 패턴 내에 부착하고 있는 파티클을 효과적으로 제거하는 기술이 개발되고 있다(특허 문헌 1 참조).
이러한 경우, 기판으로부터 제거된 파티클이 감겨 올라가 기판에 재차 부착하는 것을 방지할 수 있으면, 기판을 보다 효과적으로 세정할 수 있다.
일본특허공개공보 2013-175681호
본 개시는 이러한 점을 고려하여 이루어진 것으로, 기판으로부터 제거된 파티클이 재차 기판에 부착하는 것을 방지할 수 있는 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법을 제공한다.
본 개시는, 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판과의 사이에서 감압 분위기를 형성하는 감압실을 가지는 노즐 커버와, 상기 감압실의 압력보다 고압의 세정 가스를 분사하여, 상기 감압실 내에 상기 기판을 세정하는 가스 클러스터를 생성하는 가스 노즐을 구비하고, 상기 노즐 커버는 상기 감압실을 가지는 노즐 커버 본체와, 상기 노즐 커버 본체의 하단 주연에 위치하는 주연부를 가지고, 상기 기판 유지부측에, 상기 주연부에 대하여 가스 커튼용 가스를 분출하여 가스 커튼을 형성하는 가스 커튼 형성부를 마련한, 기판 세정 장치이다.
본 개시에 따르면, 기판으로부터 제거된 파티클이 재차 기판에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 실시의 형태에 따른 기판 세정 장치를 나타내는 측면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 기판 세정 장치의 가스 노즐과 노즐 커버를 나타내는 측면도이다.
도 3은 기판 세정 장치의 작용을 나타내는 측면도이다.
도 4의 (a) ~ (d)는 파티클이 가스 클러스터에 의해 제거되는 모습을 나타내는 측면도이다.
도 5의 (a) ~ (d)는 파티클이 가스 클러스터에 의해 제거되는 모습을 나타내는 측면도이다.
도 6은 웨이퍼의 표면을 나타내는 평면도이다.
도 7은 기판 세정 장치가 탑재된 진공 처리 장치의 전체를 나타내는 도이다.
도 8은 가스 유로의 변형예를 나타내는 도로서 도 2와 동일한 도이다.
도 9는 기판 유지부의 변형예를 나타내는 도이다.
<본 실시의 형태>
먼저 본 실시의 형태에 따른 기판 세정 장치를 탑재한 진공 처리 장치 전체에 대하여, 도 7에 의해 설명한다. 도 7은 멀티 챔버 시스템인 진공 처리 장치(101)의 전체 구성을 나타내는 평면도이다. 진공 처리 장치(101)에는, 예를 들면 25 매의 기판인 반도체 웨이퍼(이하 '웨이퍼'라 함)(W)가 수납된 밀폐형의 반송 용기인 FOUP(111)을 배치하기 위한 반입반출 포트(112)가 횡 배열로 예를 들면 3 개소에 배치되어 있다. 또한, 이들 반입반출 포트(112)의 배열을 따르도록 대기 반송실(113)이 마련되어 있고, 대기 반송실(113)의 정면 벽에는, 상기 FOUP(111)의 덮개와 함께 개폐되는 게이트 도어(GT)가 장착되어 있다.
대기 반송실(113)에 있어서의 반입반출 포트(112)의 반대측의 면에는, 예를 들면 2 개의 로드록실(114, 115)이 기밀하게 접속되어 있다. 이들 로드록실(114, 115)에는 각각 도시하지 않는 진공 펌프와 리크 밸브가 마련되어, 상압 분위기와 진공 분위기를 전환할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 도 10에 있어서, 게이트 밸브(슬루스 밸브)(G)가 마련되어 있다. 또한, 대기 반송실(113) 내에는, 웨이퍼(W)를 반송하기 위한 다관절 암에 의해 구성된 제 1 기판 반송 기구(116)가 마련되어 있다. 또한, 대기 반송실(113)의 정면측으로부터 배면측을 봤을 때, 대기 반송실(113)의 우측 벽에는, 기판 검사부인 웨이퍼 검사부(117)가 마련되고, 좌측 벽에는, 웨이퍼(W)의 방향 및 편심의 조정을 행하는 얼라이먼트실(118)이 마련되어 있다. 상기 제 1 기판 반송 기구(116)는 FOUP(111), 로드록실(114, 115), 웨이퍼 검사부(117) 및 얼라이먼트실(118)에 대하여, 웨이퍼(W)의 전달을 행하는 역할을 가진다. 이 때문에, 제 1 기판 반송 기구(116)는, 예를 들면 FOUP(111)의 배열 방향(도 1 중 X 방향)으로 이동 가능, 승강 가능, 연직축 둘레로 회전 가능 및 진퇴 가능하게 구성되어 있다.
대기 반송실(113)에서 봤을 때에, 로드록실(114, 115)의 안쪽에는, 진공 반송실(102)이 기밀하게 접속되어 있다. 또한, 진공 반송실(102)에는, 본 실시의 형태에 따른 기판 세정 장치(100)와, 5 개의 진공 처리 모듈(121 ~ 125)이 기밀하게 접속되어 있다. 이들 진공 처리 모듈(121 ~ 125)은, 예를 들면 회로 패턴 형성용의 오목부인 구리 배선 매립용의 홈 및 비아 홀이 형성된 웨이퍼(W)에 대하여, 구리 배선을 포함하는 성막용의 CVD(Chemical Vapor Deposition) 처리 및 스퍼터링 처리를 행하는 진공 처리 모듈로 되어 있다.
또한, 진공 반송실(102)은, 진공 분위기에서 웨이퍼(W)의 반송을 행하는 제 2 기판 반송 기구(126)를 구비하고 있고, 이 제 2 기판 반송 기구(126)에 의해, 로드록실(114, 115), 기판 세정 장치(100), 진공 처리 모듈(121 ~ 125)에 대하여, 웨이퍼(W)의 전달이 행해진다. 제 2 기판 반송 기구(126)는 연직축 둘레로 회전 가능, 진퇴 가능하게 구성된 다관절 암(126a)을 구비하고, 당해 다관절 암(126a)이 기대(126b)에 의해, 길이 방향(도 1 중 Y 방향)으로 이동 가능하게 구성되어 있다.
이어서, 웨이퍼 검사부(117)에 대하여 설명한다. 웨이퍼 검사부(117)는, 웨이퍼(W)에 부착하고 있는 파티클에 대하여, 입경을 포함하는 파티클 정보를 취득하기 위한 것이다. 상기 파티클 정보란, 예를 들면 웨이퍼(W) 상의 파티클의 위치와 그 크기를 알기 위한 정보이다. 웨이퍼 검사부(117)로서는, 웨이퍼 표면의 파티클의 입경을 평가할 수 있는 장치, 예를 들면 정반사광 또는 산란광을 이용하는 광학식 또는 전자선식의 표면 결함 검사 장치를 이용할 수 있다. 또한, 주사형 전자 현미경(SEM) 또는 주사형 터널 현미경(STM), 원자간력 현미경(AFM) 등의 주사형 프로브 현미경을 이용하도록 해도 된다.
이어서, 본 실시의 형태에 따른 기판 세정 장치(100)에 대하여 기술한다. 기판 세정 장치(100)는 웨이퍼(W)를 내부에 수납하여 부착물의 제거 처리를 행하기 위한 것이다.
도 1 내지 도 3에 나타내는 바와 같이, 기판 세정 장치(100)는 세정 처리실(31)과, 세정 처리실(31) 내에 배치되고 수평 방향으로 배치된 웨이퍼(W)를 회전 가능하게 유지하는 기판 유지부(11)와, 기판 유지부(11) 상의 웨이퍼(W)에 대하여 세정 가스를 분사하는 가스 노즐(50)과, 가스 노즐(50)을 둘러싸 마련되고, 웨이퍼(W)와의 사이에서 감압 분위기를 형성하는 감압실(20A)을 가지는 노즐 커버(20)를 구비하고 있다.
이 중 세정 처리실(31)은 외기에 대하여 양압이 되도록 형성되고, 세정 처리실(31) 내의 상부에 클린 가스를 공급하는 클린 가스 공급부(40)가 마련되고, 이 클린 가스 공급부(40)에는, 가스 공급로(41)를 개재하여 가스 공급원(42)이 접속되어 있다.
또한 세정 처리실(31) 내의 하부에, 가스 배기로(43)를 개재하여 배기 팬 등의 가스 배기 기구(44)가 접속되어 있다. 또한 세정 처리실(31)의 측벽에는, 웨이퍼(W)를 반입 혹은 반출하기 위한 개구(34)가 형성되고, 이 개구(34)는 게이트(35)에 의해 개폐 가능하게 밀폐되어 있다.
또한 기판 유지부(11)는, 수평 방향으로 배치된 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부 본체(11A)와, 유지부 본체(11A)의 외주에 마련되고, 웨이퍼(W)의 외주를 측방으로부터 둘러싸는 유지부 서포트(12)를 가지고, 유지부 본체(11A)와 유지부 서포트(12)는, 구동 모터(14)에 의해 구동하는 구동축(13)에 의해 일체로 회전할 수 있다.
또한, 가스 노즐(50)은 후술하는 바와 같이 웨이퍼(W)에 대하여, 이산화탄소(CO2) 가스 및 헬륨(He) 가스를 분사하는 것이며, 이 가스 노즐(50)을 둘러싸는 노즐 커버(20)가 마련되어 있다.
구체적으로, 도 1 내지 도 3에 나타내는 바와 같이, 노즐 커버(20)는 뒤집어진 컵 형상을 가지며, 내부에 감압실(20A)을 가지는 노즐 커버 본체(21)와, 이 노즐 커버 본체(21)의 하단 주연으로 연장되는 주연부(22)를 가지고, 이 컵 형상의 노즐 커버 본체(21)에, 그 중앙부를 관통하여 가스 노즐(50)이 장착되어 있다.
노즐 커버(20)의 노즐 커버 본체(21)와 주연부(22)는 일체로 형성되고, 전체로서 세라믹제로 되어 있다.
또한 노즐 커버 본체(21)와 주연부(22)로 이루어지는 노즐 커버(20)는, 웨이퍼(W)의 전역을 덮도록 마련되어 있다.
특히 후술하는 바와 같이 노즐 커버(20)는 이동 암(17)에 의해 웨이퍼(W)에 대하여 이동 가능하게 되어 있고, 그 사이 노즐 커버(20)의 감압실(20A)이 웨이퍼(W)의 중심으로부터 웨이퍼(W)의 주연까지 이동한다. 이 경우, 감압실(20A)이 웨이퍼(W)의 중심으로부터 웨이퍼(W)의 주연까지 이동하는 사이, 상시 노즐 커버(20)가 웨이퍼(W)의 전역을 덮을 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상으로부터 세정되어 배출되는 파티클이 노즐 커버(20)의 외방으로 비산하는 것을 방지하고 있다.
또한 기판 유지부(11) 중, 유지부 서포트(12)의 노즐 커버(20)측의 단부(12A)는, 후술하는 가스 유로(15)로부터 공급되는 N2 가스 또는 공기 등의 가스 커튼용 가스를 노즐 커버(20)측을 향해 분사하는 분사 홀을 가진다. 예를 들면, 기판 유지부(11)의 유지부 서포트(12)에 다공질 재료를 이용함으로써, 유지부 서포트(12)의 노즐 커버(20)측의 단부(12A)가 다수의 홀을 가지도록 구성하고, 이 홀을 분사 홀로서 가스 커튼용 가스를 노즐 커버(20)측을 향해 분사한다. 이에 의해 유지부 서포트(12)의 노즐 커버(20)측의 단부(12A)에 있는 홀은, 유지부 서포트(12)와 노즐 커버(20)와의 사이에 가스 커튼을 형성하는 가스 커튼 형성부로서 기능한다.
또한 유지부 서포트(12)에는, 가스 커튼용 가스 공급원(16)에 접속된 가스 유로(15)를 통하여 N2 가스 또는 공기로 이루어지는 가스 커튼용 가스가 공급된다. 가스 유로(15)는 도 2에 나타내는 바와 같이 구동축(13)으로부터 유지부 서포트(12)까지 직접 설치되어도 되고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 중공으로 구성된 구동축(13) 및 기판 유지부(11) 내를 통과하도록 구성되어도 된다.
또한 노즐 커버(20)의 노즐 커버 본체(21)에는, 가스 노즐(50)에 인접하여, 노즐 커버(20)의 감압실(20A) 내에 감압 분위기를 형성하는 감압 생성부(24)가 마련되고, 이 감압 생성부(24)는 연결 라인(28)을 개재하여 감압 펌프(27)에 접속되어 있다. 이 경우, 연결 라인(28)은 세정 처리실(31)의 벽면을 관통하여 연장되고, 세정 처리실(31)의 외방에 마련된 감압 펌프(27)에 이른다.
또한, 가스 노즐(50)은 노즐 커버(20)의 노즐 커버 본체(21)에 의해 유지되고, 이 가스 노즐(50)은 노즐 커버(20)와 함께, 세정 처리실(31) 내에 배치된 이동 암(17)에 의해 세정 처리실(31) 내에서 수평 방향으로 이동 가능하게 된다. 본 실시의 형태에 있어서 이 이동 암(17)에 의해, 가스 노즐(50) 및 노즐 커버(20)는 기판 유지부(11)에 의해 유지된 웨이퍼(W) 상에서, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 주연을 향해, 혹은 웨이퍼(W)의 주연으로부터 중심을 향해 이동 가능하게 되어 있다.
또한, 가스 노즐(50)의 출구(50a)측은 직경이 확장되어 있고, 출구(50a) 선단의 외경(L1)은, 예를 들면 10 mm, 노즐 커버(20)의 감압실(20A)의 웨이퍼(W)측의 단부의 외경(L2)은, 예를 들면 50 ~ 60 mm로 되어 있다.
도 1 내지 도 3에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)를 유지하는 기판 유지부(11)는, 유지부 본체(11A)와, 유지부 본체(11A)의 외주에 마련되고 웨이퍼(W)의 외주를 측방으로부터 둘러싸는 유지부 서포트(12)를 가지는데, 이 중 유지부 본체(11A)는 SUS제, 알루미늄제 또는 세라믹제로 되어 있어, 그 표면의 마찰 계수가 높게 되어 있다. 이 때문에, 유지부 본체(11A) 상에 웨이퍼(W)를 배치하는 것만으로, 흡착 기구를 마련하지 않고, 유지부 본체(11A) 상에서 웨이퍼(W)를 안정적으로 유지할 수 있다.
또한 유지부 서포트(12)는 세라믹제 등의 다공질 재료로 이루어지고, 유지부 서포트(12)의 상면은, 유지부 본체(11A)의 상면과 동일면 상에 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 유지부 서포트(12) 중, 노즐 커버(20)의 주연부(22)에 대향하는 부분만 세라믹 등의 다공질 재료를 노출시키고, 유지부 본체(11A)의 다른 부분에 코팅을 실시하거나, 이 다른 부분에 다공질이 아닌 재료를 붙여 주연부(22)에 대향하는 부분으로부터 커튼용 가스를 공급해도 된다. 혹은 유지부 서포트(12)로서, 세라믹제 재료 이외에 SUS제 재료 혹은 알루미늄제 재료인 것을 이용할 수 있고, 유지부 서포트(12)는 이들 세라믹제 재료, SUS제 재료 혹은 알루미늄제 재료를 기계 가공함으로써 얻을 수 있다.
또한 도 1에 나타내는 바와 같이, 가스 노즐(50)에는 세정 처리실(31)의 벽면을 관통하여 연장되는 연결 라인(50A)의 일단측이 접속되어 있다. 세정 처리실(31) 내에 있어서, 연결 라인(50A)은 유연 구조를 가지고, 가스 노즐(50)의 이동에 추종할 수 있다. 또한, 이 연결 라인(50A)은 세정 처리실(31) 외방에 있어서 압력 조정부를 이루는 압력 조정 밸브(51)를 개재하여, 이산화탄소(CO2) 가스의 공급로(52)와, 헬륨(He) 가스의 공급로(53)에 접속되어 있다. 공급로(52)는 개폐 밸브(V1)와, 이산화탄소 가스 유량 조정부(52a)와, 이산화탄소 가스의 공급원(52b)을 가지고, 공급로(53)는 개폐 밸브(V2)와, 헬륨 가스 유량 조정부(53a)와, 헬륨 가스의 공급원(53b)을 가진다.
이산화탄소 가스는 세정용의 가스(세정 가스)이며, 이 가스에 의해 가스 클러스터가 형성된다. 또한, 헬륨 가스는 밀어내기용의 가스(밀어내기 가스)이다. 헬륨 가스는 클러스터를 형성하기 어려우며, 이산화탄소 가스에 헬륨 가스를 혼합하면, 이산화탄소 가스에 의해 생성된 클러스터의 속도를 올리는 작용이 있다. 또한, 연결 라인(50A)에는, 연결 라인(50A) 내의 압력을 검출하는 압력 검출부(54)가 마련되어 있고, 이 압력 검출부(54)의 검출값에 기초하여, 후술하는 제어부(55)에 의해 압력 조정 밸브(51)의 개방도가 조정되어, 감압실(20A) 내의 가스 압력이 제어된다.
또한, 상기 압력 검출부(54)의 검출값에 기초하여, 제어부(55)는 이산화탄소 가스 유량 조정부(52a) 및 헬륨 가스 유량 조정부(53a)를 제어하여 가스 유량을 조정할 수 있다. 또한, 각 가스의 개폐 밸브(V1, V2)와 압력 조정 밸브(51)의 사이에 예를 들면 가스 부스터와 같은 승압 기구를 이용하여 공급 압력을 상승시켜, 압력 조정 밸브(51)로 조정해도 된다.
또한 진공 처리 장치(101)에는, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 예를 들면 컴퓨터로 이루어지는 제어부(55)가 마련되어 있다. 이 제어부(55)는 CPU, 프로그램, 기억부를 구비하고 있다. 상기 프로그램은 후술하는 세정 처리에 더하여, 진공 처리 모듈(121 ~ 125)에서 행해지는 진공 처리에 대응한 장치의 동작을 실행하도록, 단계군이 짜여 있다. 프로그램은, 예를 들면 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체에 저장되고, 거기로부터 제어부(55) 내에 인스톨된다.
또한, 제어부(55)의 기억부에는, 상기 웨이퍼 검사부(117)에서 취득된 파티클 정보가 기억되어 있다. 이 파티클 정보란, 웨이퍼(W)의 위치와 파티클의 사이즈를 대응시킨 정보이다. 파티클의 사이즈는, 예를 들면 웨이퍼 검사부(117)에서 설정된 파티클의 입경의 범위에 따라 할당된 값이며, 예를 들면 20 nm 이상 40 nm 미만, 40 nm 이상 60 nm 미만과 같은 값에 의해 사이즈가 규정된다.
이어서 이러한 구성으로 이루어지는 본 실시의 형태의 작용에 대하여 설명한다.
도 7에 나타내는 반입반출 포트(112)에 FOUP(111)이 배치되면, 제 1 기판 반송 기구(116)에 의해 당해 FOUP(111)으로부터 웨이퍼(W)가 취출된다. 이 웨이퍼(W)에는, 패턴 오목부인 구리 배선 매립용의 오목부(홈 및 비아 홀)가 형성되어 있다. 이어서, 웨이퍼(W)는 상압 분위기의 대기 반송실(113)을 거쳐 얼라이먼트실(118)로 반송되고, 얼라이먼트가 행해진다. 이 후, 웨이퍼(W)는 제 1 기판 반송 기구(116)에 의해 웨이퍼 검사부(117)로 반송되고, 여기서 파티클 정보가 취득된다. 취득된 파티클 정보는 제어부(55)로 보내진다.
웨이퍼 검사부(117)에서 검사가 행해진 웨이퍼(W)는, 제 1 기판 반송 기구(116)에 의해 상압 분위기로 설정된 로드록실(114, 115)로 반입된다. 그리고, 로드록실(114, 115) 내의 분위기가 진공 분위기로 전환된 후, 제 2 기판 반송 기구(126)에 의해 기판 세정 장치(100)로 반송되어, 파티클의 제거 처리가 행해진다.
도 1 내지 도 3에 나타내는 바와 같이, 기판 세정 장치(100)에서는 먼저, 기판 유지부(11)의 유지부 서포트(12) 중, 노즐 커버(20)측의 단부로부터, 가스 유로(15)를 거쳐 공급되는 N2 가스 또는 공기 등의 가스 커튼용 가스가 노즐 커버(20)에 대하여 분사된다(도 1 참조). 노즐 커버(20)에 대하여 분사되는 가스 커튼용 가스는, 유지부 서포트(12)와 노즐 커버(20)의 주연부(22)와의 사이에 가스 커튼(12B)을 형성하고, 노즐 커버(20)의 감압실(20A) 내와 외방과의 사이를 밀봉한다.
그 사이, 감압 펌프(27)가 작동하고, 감압 생성부(24)를 개재하여 노즐 커버(20)의 감압실(20A) 내가 감압되어, 감압실(20A) 내가 노즐 커버(20)의 외방에 비해 감압된다.
이 후 가스 노즐(50)로부터 세정용의 가스로서 이산화탄소 가스가 노즐 커버(20)의 감압실(20A) 내로 공급되고, 또한 밀어내기용의 가스로서 헬륨 가스가 노즐 커버(20)의 감압실(20A) 내로 공급된다.
이 경우, 가스 노즐(50)의 출구(50a)로부터 감압실(20A) 내로 세정용 가스로서의 이산화탄소 가스를 분출함으로써, 감압실(20A)에 가스 클러스터를 생성할 수 있고, 이 가스 클러스터를 이용하여 웨이퍼(W) 상에 존재하는 파티클(1)을 제거할 수 있다(도 6 참조).
본 실시의 형태에 있어서, 유지부 서포트(12)의 노즐 커버(20)측의 단부로부터 분사되는 가스 커튼용 가스의 분사량(M1)은 감압실(20A)로부터 감압 생성부(24)를 거쳐 배기하는 배기량(M2)보다 크게 되어 있고, 예를 들면 M1 = 10 ~ 30 L/min의 분사량, M2 = M1 x 1 ~ 2 배의 배기량으로 되어 있다.
여기서 가스 클러스터를 이용하여 웨이퍼(W) 표면으로부터 파티클을 제거하는 원리에 대하여 기술한다. 가스 클러스터란, 노즐 커버(20)의 감압실(20A)보다 압력이 높은 영역으로부터 처리 분위기로 가스를 공급하여, 단열 팽창에 의해 가스의 응축 온도까지 냉각함으로써, 가스의 원자 또는 분자가 집합체로서 모여 생성하는 물질이다. 예를 들면 노즐 커버(20)의 감압실(20A)에 있어서의 처리 압력을 예를 들면 0.1 ~ 100 Pa의 진공 분위기로 설정하고, 또한 가스 노즐(50)에 대하여 예를 들면 0.3 ~ 5.0 MPa의 압력으로 세정용의 가스(이산화탄소 가스)를 공급한다. 이 세정용의 가스는, 노즐 커버(20)의 감압실(20A)의 처리 분위기로 공급되면, 급격한 단열 팽창에 의해 응축 온도 이하로 냉각되므로, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 서로의 분자(2a)끼리가 가스 노즐(50)의 출구(50a)측에 있어서 반데르발스력에 의해 결합하여, 집합체인 가스 클러스터(2)가 된다. 가스 클러스터(2)는 이 예에서는 중성이다. 예를 들면 가스 클러스터는, 5 x 103 원자(분자)/클러스터로 8 nm 정도이므로, 5 x 103 원자(분자)/클러스터 이상인 것이 바람직하다.
가스 노즐(50)의 출구(50a)측에서 생성하는 가스 클러스터(2)는, 웨이퍼(W)를 향해 수직으로 조사된다. 그리고, 웨이퍼(W)의 회로 패턴을 위한 오목부 내로 들어가, 당해 오목부 내의 파티클(1)을 날려 제거한다.
웨이퍼(W) 상의 파티클(1)이 가스 클러스터(2)에 의해 제거되는 모습에 대하여, 도 4의 (a) ~ (d) 및 도 5의 (a) ~ (d)에 모식적으로 나타낸다. 도 4의 (a) ~ (d)는 웨이퍼(W) 상의 파티클(1)에 가스 클러스터(2)가 충돌하는 경우를 나타내는 도이다. 이 경우, 가스 클러스터(2)는, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면에 수직으로 조사되고, 예를 들면 파티클(1)에 대해서는 비스듬히 상방측으로부터 충돌할 가능성이 높다. 가스 클러스터(2)가 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 파티클(1)에 오프셋된 상태(위에서 봤을 때에 가스 클러스터(2)의 중심과 파티클(1)의 중심이 어긋나 있는 상태)에서 충돌하면, 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 가스 클러스터(2)의 충돌 시의 충격으로 파티클(1)에 대하여, 횡 방향으로 움직이는 힘이 부여된다. 그 결과, 파티클(1)이 웨이퍼(W) 표면으로부터 박리되고, 부상하여, 측방 또는 비스듬히 상방으로 날려진다.
또한, 가스 클러스터(2)는, 파티클(1)에 직접 충돌시키지 않고, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이 파티클(1)의 근방에 조사하는 것에 의해서도 당해 파티클(1)을 제거할 수 있다. 가스 클러스터(2)는, 웨이퍼(W)에 충돌하면, 가스 클러스터(2)의 구성 분자가 횡 방향으로 퍼지면서 분해되어 간다(도 8의 (b) 참조). 이 때, 높은 운동 에너지 밀도 영역이 횡 방향(수평 방향)으로 이동해 가기 때문에, 이에 의해 파티클(1)이 웨이퍼(W)로부터 박리되고, 날려진다(도 5의 (c), (d) 참조). 이렇게 하여, 파티클(1)은 오목부로부터 튀어나와 노즐 커버(20)의 감압실(20A) 내에 비산해 가고, 감압 생성부(24)를 개재하여 세정 처리실(31)의 외부에 마련된 감압 펌프(27)로부터 외방으로 제거된다.
상술한 바와 같이 가스 노즐(50)로부터 웨이퍼(W)에 대하여 이산화탄소 가스와 헬륨 가스를 분사시키면서 가스 클러스터(2)를 생성하고, 가스 클러스터를 이용하여 웨이퍼(W) 상의 파티클(1)을 제거하는 사이, 기판 유지부(11)가 회동하여 웨이퍼(W)를 회전시키고, 이동 암(17)에 의해 가스 노즐(50)과 노즐 커버(20)를 웨이퍼(W) 상에서 웨이퍼(W)의 중심으로부터 주연까지 이동시킨다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 전역에 걸쳐 웨이퍼(W) 상의 파티클(1)을 가스 클러스터(2)에 의해 효과적으로 제거할 수 있다.
그 사이, 가스 노즐(50)이 웨이퍼(W)의 중심으로부터 주연까지의 사이에 있을 때(도 1 및 도 2 참조), 유지부 서포트(12)의 노즐 커버(20)측의 단부로부터 분사되는 가스 커튼용 가스는, 노즐 커버를 향해, 유지부 서포트(12)의 노즐 커버(20)와의 사이의 간극(G)(예를 들면 0.85 mm)에 가스 커튼(12B)을 형성하여, 노즐 커버(20)의 감압실(20A) 내를 밀봉 상태로 유지한다.
이어서 가스 노즐(50)이 웨이퍼(W)의 주연에 달한 경우(도 3 참조), 유지부 서포트(12)의 노즐 커버(20)측 단부로부터 분사되는 가스 커튼용 가스는, 그 일부가 노즐 커버(20)에 대하여 분사되고, 나머지의 부분이 감압실(20A) 내로도 들어간다. 그러나, 감압실(20A) 내로 들어가는 가스 커튼용 가스의 유량은 적어, 감압실(20A)의 감압 분위기에 영향을 미치지 않는다.
이 경우, 유지부 서포트(12)의 노즐 커버(20)측 단부로부터 분사되는 가스 커튼용 가스는, 유지부 서포트(12)의 노즐 커버(20)측 단부와 노즐 커버(20)와의 사이의 간극(G)에 가스 커튼(12B)을 형성하고, 노즐 커버(20)의 감압실(20A) 내를 밀봉 상태로 유지한다.
본 실시의 형태에 있어서, 유지부 서포트(12)는 유지부 본체(11A)에 도시하지 않는 고정 나사에 의해 고정되어 있고, 유지부 서포트(12)의 높이 위치를 웨이퍼(W)의 두께에 따라 조정할 수 있다. 도 3에 있어서, 유지부 서포트(12)의 높이 위치가 조정되어, 유지부 본체(11A) 상의 웨이퍼(W)의 상면은 유지부 서포트(12)의 상면과 동일 평면 상에 있어, 웨이퍼(W)의 상면의 높이는 유지부 서포트(12)의 상면과 일치하고 있다.
이 때문에, 유지부 서포트(12)의 노즐 커버(20)측의 단부와 노즐 커버(20)와의 사이의 간극(G)과, 웨이퍼(W)와 노즐 커버(20)와의 간극은 일치하고 있다.
이상과 같이 본 실시의 형태에 따르면, 기판 유지부(11)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시켜, 가스 노즐(50)과 노즐 커버(20)를 웨이퍼(W)의 중심으로부터 주연을 향해 이동 암(17)에 의해 이동시킴으로써, 웨이퍼(W)의 전역에 걸쳐, 웨이퍼(W) 상의 파티클(1)을 가스 클러스터(2)를 이용하여 제거할 수 있다. 또한 가스 노즐(50)과 노즐 커버(20)를 웨이퍼(W)의 주연에 고정하고, 기판 유지부(11)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)의 주연에 있는 파티클(1)을 가스 클러스터(2)를 이용하여 제거할 수 있다.
또한 가스 노즐(50)로부터 이산화탄소 가스와 헬륨 가스를 노즐 커버(20)의 감압실(20A) 내로 공급하여 가스 클러스터(2)를 생성하고, 이 가스 클러스터(2)를 이용하여 웨이퍼(W) 상의 파티클(1)을 제거하고, 또한 제거된 파티클(1)은 감압실(20A)로부터 외방으로 배출된다. 이 때문에 웨이퍼(W)로부터 제거된 파티클(1)이 감겨 올라가, 웨이퍼(W)의 다른 부분에 재차 부착하지는 않아, 웨이퍼(W) 전체를 청정하게 유지할 수 있다.
특히 노즐 커버(20)는 이동 암(17)에 의해 웨이퍼(W)에 대하여 이동 가능하게 되어 있어, 웨이퍼(W) 상의 파티클(1)을 가스 클러스터(2)를 이용하여 제거하면서, 노즐 커버(20)의 감압실(20A)이 웨이퍼(W)의 중심으로부터 웨이퍼(W)의 주연까지 이동한다. 이 경우, 감압실(20A)이 웨이퍼(W)의 중심으로부터 웨이퍼(W)의 주연까지 이동하는 사이, 상시 노즐 커버(20)로부터 웨이퍼(W)의 전역을 덮어, 웨이퍼(W) 상으로부터 세정되어 배출되는 파티클(1)이 노즐 커버(20)의 외방으로 비산하는 것을 방지하고 있기 때문에, 감겨 올라간 파티클(1)이 웨이퍼(W)에 재차 부착하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 상기의 실시의 형태에 있어서, 세정용 가스로서 이산화탄소 가스를, 밀어내기용 가스로서 헬륨 가스를 이용하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고 세정용 가스에는 아르곤 가스 등을, 밀어내기용 가스로서 수소 가스 등을 이용해도 된다. 이산화탄소 가스와 수소 가스와의 조합을 이용하면, 비교적 염가의 가스로 높은 세정 효과를 얻을 수 있다.
또한, 노즐 커버(20)의 웨이퍼(W)측의 단부(21A)로부터 웨이퍼(W)에 대하여 N2 가스 또는 공기와 같은 가스 커튼용 가스를 분사하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 가스 클러스터를 생성하는 작용에 영향을 주지 않는 그 외의 가스를 이용해도 된다.
또한, 상기한 실시의 형태에 있어서, 가스 노즐(50) 및 노즐 커버(20)가 이동 암(17)에 의해, 기판 유지부(11)에 의해 유지된 웨이퍼(W) 상을 이동하는 예를 나타냈지만, 가스 노즐(50) 및 노즐 커버(20)는, 웨이퍼(W) 상을 상대적으로 이동 가능한 구성이면 된다. 예를 들면, 도 9에 나타내는 바와 같이, 구동부(60a)와 구동 암(60b)을 가지는 구동 기구(60)를 마련하고, 또한 구동 암(60b)에 기판 유지부(11)를 연결해도 된다. 이 경우, 기판 유지부(11)를 구동 모터(14)에 의해 회전시켜, 기판 유지부(11)에 유지된 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 기판 유지부(11)를 구동 기구(60)에 의해 수평 방향으로 이동시킴으로써, 가스 노즐(50) 및 노즐 커버(20)를 이동시키지 않아도 웨이퍼(W) 전면을 세정할 수 있다.
1 : 파티클
2 : 가스 클러스터
11 : 기판 유지부
11A : 유지부 본체
12 : 유지부 서포트
13 : 구동축
14 : 구동 모터
15 : 가스 유로
16 : 가스 커튼용 가스 공급원
20 : 노즐 커버
21 : 노즐 커버 본체
22 : 주연부
24 : 감압 생성부
27 : 감압 펌프
28 : 연결 라인
31 : 세정 처리실
40 : 클린 가스 공급부
41 : 가스 공급로
42 : 가스 공급원
43 : 가스 배기로
44 : 가스 배기 기구
50 : 가스 노즐
60 : 구동 기구
100 : 기판 세정 장치

Claims (9)

  1. 기판을 유지하는 기판 유지부와,
    상기 기판과의 사이에서 감압 분위기를 형성하는 감압실을 가지는 노즐 커버와,
    상기 감압실의 압력보다 고압의 세정 가스를 분사하여, 상기 감압실 내에 상기 기판을 세정하는 가스 클러스터를 생성하는 가스 노즐을 구비하고,
    상기 노즐 커버는 상기 감압실을 가지는 노즐 커버 본체와, 상기 노즐 커버 본체의 하단 주연에 위치하는 주연부를 가지고, 상기 기판 유지부측에, 상기 주연부에 대하여 가스 커튼용 가스를 분출하여 가스 커튼을 형성하는 가스 커튼 형성부를 마련한, 기판 세정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 커버는 상기 기판의 전역을 덮는, 기판 세정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 유지부에 대하여 상기 가스 노즐은 수평 방향으로 상대 이동 가능하게 되어, 상기 감압실이 상기 기판의 중심으로부터 주연으로 이동하는 사이, 상기 노즐 커버는 상기 기판의 전역을 덮는, 기판 세정 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 유지부는, 상기 기판을 유지하는 유지부 본체와, 상기 유지부 본체의 외주에 마련되고, 상기 기판의 외주를 둘러싸는 유지부 서포트를 가지고,
    상기 유지부 서포트에, 상기 가스 커튼 형성부가 마련되고, 이 유지부 서포트에, 상기 가스 커튼 형성부에 연통하고, 또한 상기 가스 커튼 형성부측으로 가스 커튼용 가스를 공급하는 가스 유로를 접속한, 기판 세정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유지부 서포트는 다공질 재료로 이루어지는, 기판 세정 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 유지부 본체 상의 상기 기판의 상면과 상기 유지부 서포트의 상면은 동일 평면 상에 있는, 기판 세정 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 커버에, 상기 감압실 내를 감압 분위기로 하는 감압 생성부를 마련한, 기판 세정 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 유지부는 회전 가능하게 되어 있고, 상기 가스 노즐과 상기 기판 유지부와는 상기 기판 유지부와는 수평 방향으로 상대 이동 가능하게 되는, 기판 세정 장치.
  9. 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판과의 사이에서 감압 분위기를 형성하는 감압실을 가지는 노즐 커버를 구비하고, 상기 노즐 커버는 상기 감압실을 가지는 노즐 커버 본체와, 상기 노즐 커버 본체의 하단 주연에 위치하는 주연부를 가지는 기판 세정 장치를 이용한 기판 세정 방법에 있어서,
    상기 기판 유지부에 마련된 가스 커튼 형성부로부터, 상기 주연부에 대하여 가스 커튼용 가스를 분출하여 가스 커튼을 형성하는 공정과,
    가스 노즐로부터 상기 감압실의 압력보다 고압의 세정 가스를 분사하여, 상기 감압실 내에 상기 기판을 세정하는 가스 클러스터를 생성하는 공정을 구비한 기판 세정 방법.
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