KR20230088257A - 기판 세정 장치 및 기판 연마 장치 - Google Patents

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코이치 후카야
켄이치 타케부치
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Abstract

본 발명은, 기판을 세정 장치 및 기판 연마 장치를 제공한다.
기판 세정 장치는, 기판 연마를 행하는 연마면을 가지는 연마 테이블과, 리테이너 링으로 기판(W)의 외주부를 에워싸면서 멤브레인으로 기판(W)을 보유지지하는 톱 링을 구비한 상기 연마 장치에 마련되고, 연마 후의 기판의 표면을 세정한다. 톱 링은, 연마 테이블의 윗쪽에서 기판 연마를 행하는 연마 위치와 연마 테이블의 옆쪽에서 기판의 전달을 행하는 전달 위치 사이를 자유롭게 이동하도록 되어 있다. 기판 세정 장치는, 연마 위치 및 전달 위치 사이의 세정 위치에 대응하여 마련되고, 세정 위치에 있는 기판, 멤브레인 및 리테이너 링에 대해 세정액을 분사하는 복수의 세정 노즐(51)∼(57)로 구성되는 제1 분사 유닛과, 세정 위치에 있는 기판에 대해 린스액을 분사하는 기판 린스 노즐(58)로 이루어진 제2 분사 유닛을 구비한다.
본 발명에 따르면, 연마 처리 후의 기판, 멤브레인 및 리테이너 링에 부착된 파티클이 효율적으로 제거된다.

Description

기판 세정 장치 및 기판 연마 장치{SUBSTRATE CLEANING DEVICE AND SUBSTRATE POLISHING DEVICE}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 세정하는 장치 및 해당 세정 장치를 구비한 기판 연마 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면을 연마하는 연마 장치에서는, 연마 모듈, 세정 모듈과 기판 반송 기구가 마련되어 있다. 연마 모듈에는, 연마 패드를 가지는 연마 테이블과, 기판을 보유지지하는 연마 헤드(톱 링)가 구비되어 있다. 연마 헤드는, 기판의 전달을 행하는 전달 위치와, 연마 패드와 겹치는 연마 위치 사이에서 기판을 반송한다. 연마 위치에서 소정 압력으로 기판 표면을 연마 패드에 압압하고, 연마액(슬러리)을 공급하면서 연마 패드와 기판을 상대 운동시킴으로써, 기판을 연마 패드에 슬라이딩시켜 기판 표면을 평탄하게 연마하도록 되어 있다.
세정 모듈은, 기판 표면의 조세정(粗洗淨)(1차 세정) 및 마무리 세정(2차 세정)을 행하는 복수의 세정 모듈이 구비되어 있으며, 연마 처리 후에 기판상에 잔류한 연마액이나 연마 찌꺼기 등의 연마 잔사물(殘渣物)(파티클)을 제거한다. 세정 모듈에서는, 복수의 기판을 세정하기 위한 복수의 세정 라인이 마련되어 있으며 이에 따라 고(高)스루풋을 꾀하고 있다(특허 문헌 1 참조).
[특허 문헌 1] 일본 공개특허 2010-50436호 공보
연마 처리 후의 기판 표면에 파티클이 잔류되면 반도체 디바이스의 수율에 영향을 주기 때문에, 세정부에서 파티클을 완전히 제거하는 것이 바람직하다. 그러나, 기판을 연마 모듈에서 세정 모듈까지 반송하는 동안에 기판 표면상의 파티클이 건조되어 강고하게 부착되는 경우가 있으며, 그로 인해 세정 모듈에서 파티클을 완전히 제거하기 어려워진다. 따라서, 기판 연마 후에 즉시 기판 세정을 행하는 것이 바람직하다.
또, 기판 연마에 따라 기판을 보유지지하는 연마 헤드 및 기판을 옆쪽에서 에워싸는 리테이너 링에도 파티클이 부착되기 때문에, 다음 기판을 연마 처리하기에 앞서, 연마 헤드 및 리테이너 링에 대해서도 세정 처리를 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기를 감안한 것으로서, 연마 처리 후의 기판, 연마 헤드 및 리테이너 링에 부착된 파티클을 효율적으로 제거하는 기판 세정 장치 및 기판 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태는, 기판의 기판 연마를 행하는 연마면을 가지는 연마 테이블과, 리테이너 링으로 상기 기판의 외주부를 에워싸면서 멤브레인으로 상기 기판을 보유지지하여 상기 연마면을 향해 압압하는 톱 링을 구비한 기판 연마 장치에 마련되고, 상기 기판 연마 후의 상기 기판의 표면을 세정하는 기판 세정 장치로서, 상기 톱 링은, 상기 연마 테이블의 윗쪽에서 상기 기판 연마를 행하는 연마 위치와 상기 연마 테이블의 옆쪽에서 상기 기판의 전달을 행하는 전달 위치 사이를 자유롭게 이동하도록 되어 있으며, 상기 기판 세정 장치는, 상기 연마 위치 및 상기 전달 위치 사이의 세정 위치에 대응하여 마련되고, 상기 세정 위치에 있는 상기 기판, 상기 멤브레인 및 상기 리테이너 링을 향해 세정액을 분사하는 제1 분사 유닛과, 상기 세정 위치에 있는 상기 기판을 향해 린스액을 분사하는 제2 분사 유닛을 구비한다.
본 발명의 일 형태는, 기판의 기판 연마를 행하는 연마면을 가지는 연마 테이블을 가지는 기판 연마 장치로서, 상기 연마 테이블의 윗쪽에서 상기 기판 연마를 행하는 연마 위치와 상기 연마 테이블의 옆쪽에서 상기 기판의 전달을 행하는 전달 위치와의 사이를 자유롭게 이동하도록 되어 있으며, 리테이너 링으로 상기 기판의 외주부를 에워싸면서 멤브레인으로 상기 기판을 보유지지하여 상기 연마면을 향해 압압하는 톱 링과, 상기 연마 위치 및 상기 전달 위치 사이의 세정 위치에 대응하여 마련되고, 상기 기판 연마 후의 상기 기판의 표면을 세정하는 기판 세정부와, 상기 톱 링 및 상기 기판 세정부의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 기판 세정부는, 상기 세정 위치에 있는 상기 톱 링으로 보유지지한 기판의 직경 방향을 따라 복수 마련되고, 상기 기판의 표면을 향해 세정액을 분사하는 복수의 분사구를 구비한 제1 세정 노즐과, 상기 멤브레인 및/또는 상기 리테이너 링을 향해 세정액을 분사하는 복수의 분사구를 구비한 제2 세정 노즐을 구비하고, 상기 제어부는, 상기 제2 세정 노즐로부터의 분사 종료와 동시에 또는 그 후에 상기 제1 세정 노즐로부터의 분사를 종료하도록 제어한다.
본 발명의 일 형태는, 기판의 기판 연마를 행하는 연마면을 가지는 연마 테이블을 가지는 기판 연마 장치로서, 상기 연마 테이블의 윗쪽에서 상기 기판 연마를 행하는 연마 위치와 상기 연마 테이블의 옆쪽에서 상기 기판의 전달을 행하는 전달 위치 사이를 자유롭게 이동하도록 되어 있으며, 리테이너 링으로 상기 기판의 외주부를 에워싸면서 멤브레인으로 상기 기판을 보유지지하여 상기 연마면을 향해 압압하는 톱 링과, 상기 연마 테이블의 윗쪽에 배치되어 상기 기판 연마 후에 상기 연마면을 세정하는 연마면 세정부와, 상기 연마 위치 및 상기 전달 위치 사이의 세정 위치에 대응하여 마련되고, 상기 기판 연마 후의 상기 기판, 상기 멤브레인 및 상기 리테이너 링을 향해 세정액을 분사하는 기판 세정부와, 상기 톱 링, 상기 연마면 세정부, 및 상기 기판 세정부의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 연마면 세정부에 의한 상기 연마면의 세정 처리 동안에 상기 기판 세정부에 의한 상기 기판의 세정을 행함과 아울러, 상기 기판 세정부에 의한 상기 기판의 세정 처리 종료와 동시에 또는 그 후에 상기 연마면세정 처리를 종료하도록 제어한다.
본 발명에 의하면, 연마 처리 후의 기판, 연마 헤드 및 리테이너 링에 부착된 파티클을 효율적으로 제거할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기판 세정 장치를 포함한 기판 연마 장치의 개략 구성을 도시한 평면도이다.
[도 2] 연마 유닛의 구성을 도시한 평면도이다.
[도 3] 도 2의 연마 유닛의 구성을 도시한 사시도이다.
[도 4] 도 2의 연마 유닛의 내부 구성을 도시한 대략적인 단면도이다.
[도 5] 전달 위치, 세정 위치 및 연마 위치 사이에서 기판이 이동하는 모습을 설명하는 평면도이다.
[도 6] 보조 세정부의 구성을 도시한 평면도이다.
[도 7] 보조 세정부의 구성을 도시한 평면도로서, 세정액을 분사한 상태를 도시한 것이다.
[도 8] 보조 세정부의 측면도이다.
[도 9] 기판 연마 장치의 구성을 도시한 기능 블럭도이다.
[도 10] 기판 연마 및 세정 처리의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도 1은, 본 실시 형태에 관한 기판 세정 장치를 포함한 기판 연마 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 기판 연마 장치(10)는, 직사각형상의 하우징(11)을 구비하고 있으며, 하우징(11)의 내부는, 격벽에 의해 로딩/언로딩부(12), 연마부(13) 및 세정부(14)로 구획되어 있다. 또, 기판 연마 장치(10)는 각 부의 동작을 제어하는 제어부(15)를 구비하고 있다.
로딩/언로딩부(12)는, 다수의 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)을 수용하는 기판 카세트(20)가 세팅되는 복수의 프론트 로딩부를 구비하고 있다. 로딩/언로딩부(12)에는, 기판 카세트(20)들의 줄을 따라 주행 기구(21)가 부설되어 있으며, 이 주행 기구(21)상에 기판 카세트(20)의 배열 방향을 따라 이동 가능한 반송 로봇(22)이 설치되어 있다. 반송 로봇(22)은, 연마 전의 기판(W)을 기판 카세트(20)로부터 받아 연마부(13)를 향해 반송하고, 연마/세정 처리 완료된 기판(W)을 세정부(14)로부터 받는다.
연마부(13)는, 기판(W)의 연마(평탄화)를 행하기 위한 복수의 연마 유닛(13A)∼(13D)을 구비하고 있다. 이들 제1 연마 유닛(13A)∼제4 연마 유닛(13D)은, 기판 연마 장치(10)의 길이 방향을 따라 배열되어 있다. 연마 유닛의 구성의 상세에 대해서는 후술하기로 한다.
제1 연마 유닛(13A) 및 제2 연마 유닛(13B)에 인접하여 제1 리니어 트랜스포터(16)가 배치되어 있다. 이 제1 리니어 트랜스포터(16)는, 연마 유닛(13A),(13B)이 배열되는 방향을 따르는 4개의 반송 위치(로딩/언로딩부(12)측에서부터 순서대로 제1 반송 위치(A1)∼제4 반송 위치(A4))의 사이에서 기판(W)을 반송한다.
제3 연마 유닛(13C) 및 제4 연마 유닛(13D)에 인접하여 제2 리니어 트랜스포터(17)가 배치되어 있다. 이 제2 리니어 트랜스포터(17)는, 연마 유닛(13C),(13D)이 배열되는 방향을 따르는 3개의 반송 위치(로딩/언로딩부(12)측에서부터 순서대로 제5 반송 위치(A5)∼제7 반송 위치(A7))의 사이에서 기판(W)을 반송한다.
세정부(14)는, 연마 후의 기판(W)을 세정하는 제1 세정 유닛(23) 및 제2 세정 유닛(24)와 세정 후의 기판(W)을 건조시키는 건조 유닛(25)이 수용되어 있다. 제1 세정 유닛(23)과 제2 세정 유닛(24) 사이에는, 이들 사이에서 기판(W)을 전달하는 제1 반송 유닛(26)이 배치되어 있다. 또, 제2 세정 유닛(24)와 건조 유닛(25) 사이에는, 이들 사이에서 기판(W)을 전달하는 제2 반송 유닛(27)이 배치되어 있다.
제1 세정 유닛(23) 내에는, 복수(예를 들면 2대)의 1차 세정 모듈이 상하로 배치되어 있다. 마찬가지로 제2 세정 유닛(24) 내에는, 복수(예를 들면 2대)의 2차 세정 모듈이 상하로 배치되어 있다. 1차 세정 모듈 및 2차 세정 모듈은, 세정액을 이용하여 기판을 세정하는 세정기로서, 상하로 배치함으로써 풋프린트를 줄일 수 있다.
1차 세정 모듈 및 2차 세정 모듈로서 롤스폰지형 세정기를 사용할 수 있다. 1차 세정 모듈 및 2차 세정 모듈은, 동일한 타입의 세정 모듈이어도 좋고, 또는 다른 타입의 세정 모듈이어도 좋다. 예를 들면, 1차 세정 모듈을 1쌍의 롤스폰지로 기판의 상하면을 스크럽 세정하는 타입의 세정기로 하고, 2차 세정 모듈을 펜슬 스펀지형 세정기 또는 2유체 제트 타입의 세정기로 할 수도 있다. 2유체 제트 타입의 세정기는, 소량의 CO2 가스(탄산 가스)를 용해시킨 순수(純水; DIW)과 N2 가스를 혼합하고, 그 혼합 유체를 기판의 표면에 내뿜는 세정기로서, 미세한 액적과 충격 에너지로 기판상의 미세한 파티클을 제거할 수 있다.
건조 유닛(25) 내에는, 복수(예를 들면 2대)의 건조 모듈이 상하로 배치되어 있으며 회전하는 기판(W)을 향해, 미도시된 노즐로부터 기체를 분출함으로써 기판(W)을 건조시킨다. 혹은, 기판(W)을 고속으로 회전시켜 원심력에 의해 기판(W)을 건조시켜도 좋다. 반송 로봇(22)은, 건조 유닛(25)으로부터 세정·건조 처리 완료된 기판(W)을 꺼내 기판 카세트(20)로 되돌린다.
도 2 및 도 3은, 본 실시 형태에 관한 제1 연마 유닛(13A)의 개략 구성을 도시한 것이다. 제2 연마 유닛(13B)∼제4 연마 유닛(13D)은, 제1 연마 유닛(13A)와 동일한 구성을 가지고 있기 때문에, 이하에서는, 제1 연마 유닛(13A)에 대해 설명하기로 한다.
제1 연마 유닛(13A)은, 연마면을 가지는 연마 패드(31)가 부착된 연마 테이블(30)과, 기판(W)을 보유지지하면서 이것을 연마 테이블(30)상의 연마 패드(31)에 소정 압력으로 압압하면서 연마하기 위한 톱 링(32)와, 연마 패드(31)에 연마액이나 드레싱액(예를 들면, 순수)을 공급하기 위한 연마액 공급 노즐(33)과, 연마 패드(31)의 연마면의 드레싱을 행하기 위한 드레서(34)와, 액체(예를 들면 순수)와 기체(예를 들면 질소 가스)의 혼합 유체 또는 액체(예를 들면 순수)를 미스트(mist)형으로 하여 연마면에 분사하는 분무기(35)를 구비하고 있다. 톱 링(32)은, 톱 링 샤프트(36)를 통해 접속된 스윙 암(37)에 의해 회동 가능하게 되어 있다.
연마 테이블(30) 위에 부착된 연마 패드(31)는, 기판(W)을 연마하는 연마면을 구성한다. 아울러 연마 패드(31) 대신에 고정 숫돌가루를 이용할 수도 있다. 톱 링(32) 및 연마 테이블(30)은, 도 3에서 화살표로 가리키고 있는 바와 같이, 그 축심 둘레로 회전하도록 구성되어 있다. 기판(W)은, 톱 링(32)의 하면에 진공 흡착에 의해 보유지지된다. 연마액 공급 노즐(33)로부터 연마 패드(31)의 상면(연마면)에 연마액이 공급되고 기판(W)이 톱 링(32)에 의해 연마 패드(31)에 압압되어 연마된다.
도 4에서, 톱 링(32)은, 톱 링 샤프트(36)의 하단에 볼 조인트인 유니버설 조인트(미도시)를 통해 연결되어 있다. 톱 링(32)은, 대략 원반형 톱 링 본체(38)과, 톱 링 본체(38)의 하부에 배치된 리테이너 링(39)와, 기판(W)에 접촉하는 원형의 멤브레인(탄성 패드)(40)을 구비하고 있다. 톱 링 본체(38)는, 금속이나 세라믹 등의 강도 및 강성이 높은 재료로 형성되어 있다. 또, 리테이너 링(39)은 강성이 높은 수지재 또는 세라믹 등으로 형성되어 있다.
멤브레인(40)은, 톱 링 본체(38)의 하면에 장착되어 있다. 멤브레인(40)과 톱 링 본체(38) 사이에는, 멤브레인(40)에 형성된 복수의 격벽(40a)∼(40d)에 의해, 복수의 압력실(에어백)(P1, P2, P3, P4)이 형성된다. 압력실(P1, P2, P3, P4)에는, 각각 유체로(G1, G2, G3, G4)를 통해, 가압 공기 등의 가압 유체가 공급되거나 혹은 진공 처리되도록 되어 있다. 중앙의 압력실(P1)은 원형이며, 다른 압력실(P2, P3, P4)은 환형이며, 이들 압력실(P1, P2, P3, P4)은 동심상에 배열되어 있다.
압력실(P1, P2, P3, P4)의 내부 압력은, 미도시된 압력 조정부에 의해 서로 독립적으로 변화시킬 수 있고, 이로 인해, 기판(W)의 4개 영역, 즉, 중앙부, 내측 중간부, 외측 중간부, 및 주연부(周緣部)에 대한 압압력을 독립적으로 조정할 수 있다.
연마중인 기판(W)이 톱 링(32)에서 튀어나오는 것을 방지하기 위해, 톱 링(32)의 하면에 마련된 리테이너 링(39)에 의해, 기판(W)의 외주부가 에워싸여 보유지지된다. 멤브레인(40)의 압력실(P3)을 구성하는 부위에는 개구가 형성되어 있으며, 압력실(P3)에 진공을 형성함으로써 기판(W)이 톱 링(32)에 흡착 보유지지된다. 또, 이 압력실(P3)에 질소 가스, 건조 공기, 압축 공기 등을 공급함으로써, 기판(W)이 톱 링(32)에서 해방된다.
리테이너 링(39)과 톱 링 본체(38) 사이에는, 압력실(P5)을 형성하는 탄성 백이 배치되어 있다. 리테이너 링(39)은, 톱 링 본체(38)에 대해 상대적으로 상하 이동 가능하도록 되어 있다. 압력실(P5)에는, 유체로(G5)가 연통되어 있고, 가압 공기 등의 가압 유체가 유체로(G5)를 통해 압력실(P5)에 공급된다. 압력실(P5)의 내부 압력은, 압력 조정부에 의해 조정 가능하도록 되어 있으며 기판(W)에 대한 압압력과는 별도로, 리테이너 링(39)의 연마 패드(31)에 대한 압압력을 조정할 수 있다.
기판은, 제1 연마 유닛(13A), 제2 연마 유닛(13B), 제3 연마 유닛(13C) 및 제4 연마 유닛(13D) 중 어느 하나에 의해 연마되어도 좋고, 또는 이들 연마 유닛(13A)∼(13D)으로부터 미리 선택된 복수의 연마 유닛에 의해 연속적으로 연마되어도 좋다. 연마 유닛(13A)∼(13D)의 모든 연마 시간을 평준화함으로써 스루풋을 향상시킬 수 있다.
도 1에서, 기판(W)은, 제1 리니어 트랜스포터(16)에 의해 연마 유닛(13A),(13B)에 반송된다. 제1 연마 유닛(13A)의 톱 링(32)은, 연마 테이블(30)(도 5에서는 부호 생략, 연마 패드(31))의 윗쪽 연마 위치(TP1)와 연마 테이블(30)의 옆쪽의 제2 반송 위치(A2) 사이를 이동한다. 톱 링(32)으로의 기판 전달은 제2 반송 위치(A2)에서 행해지고, 이 제2 반송 위치(A2)가 전달 위치(TP2)(도 5 참조)가 된다.
마찬가지로, 제2 연마 유닛(13B)(제3 연마 유닛(13C), 제4 연마 유닛(13D))의 톱 링은, 연마 테이블(연마 패드)의 윗쪽의 연마 위치와, 연마 테이블의 옆쪽의 제3 반송 위치(A3)(제3 연마 유닛(13C)에 대해서는 제6 반송 위치(A6). 제4 연마 유닛(13D)에 대해서는 제7 반송 위치(A7))와의 사이를 이동하고, 톱 링으로의 기판의 전달은, 기판 전달 위치로서의 제3 반송 위치(A3)(제6 반송 위치(A6), 제7 반송 위치(A7))에서 행해진다.
제1 반송 위치(A1)에는, 반송 로봇(22)으로부터 기판을 받기 위한 리프터(43)가 배치되어 있다. 기판은, 이 리프터(43)를 통해 반송 로봇(22)에서 제1 리니어 트랜스포터(16)로 전달된다. 또, 제1 리니어 트랜스포터(16), 제2 리니어 트랜스포터(17) 및 세정부(14)의 사이에는, 반전 기능을 가지는 스윙 트랜스포터(44)가 배치되어 있으며, 제1 리니어 트랜스포터(16)에서 제2 리니어 트랜스포터(17)로의 기판 전달과, 연마부(13)에서 세정부(14)로의 기판 반송을 행한다.
상술한 것처럼, 제1 연마 유닛(13A)의 톱 링(32)은, 연마 테이블(30)(도 5에서는 부호 생략, 연마 패드(31))의 윗쪽의 연마 위치(TP1)와, 연마 테이블(30)의 옆쪽의 기판 전달 위치(TP2)(도 1의 A2) 사이를 이동하도록 구성되어 있다. 제1 연마 유닛(13A)의 톱 링(32)은, 또한 상기 연마 위치(TP1)와 기판 전달 위치(TP2)(제2 반송 위치(A2)) 사이의 세정 위치(TP3)에 정지하도록 구성되어 있고, 이 톱 링(32)의 세정 위치(TP3)에 대응하는 위치에 보조 세정부(50)가 배치되어 있다.
도 5는, 제1 연마 유닛(13A)의 연마 테이블(30)(도 5에서는 부호 생략, 연마 패드(31)), 톱 링(32) 및 보조 세정부(50)의 위치 관계의 개략을 도시한 것이다. 톱 링(32)은, 톱 링 샤프트(36)를 통해 접속된 스윙 암(37)에 의해 회동 가능하도록 되어 있으며, 연마 테이블(31)의 윗쪽에 있는 연마 위치(TP1), 연마 테이블(30)의 옆쪽의 전달 위치(TP2)(제2 반송 위치(A2)), 연마 위치(TP1)와 전달 위치(TP2) 사이의 세정 위치(TP3) 사이를 이동하도록 구성된다. 톱 링(32)의 세정 위치(TP3)에 대응하는 위치에 보조 세정부(50)가 배치되어 있다. 상기 톱 링(32) 및 보조 세정부(50)의 구성은, 제2 연마 유닛(13B)∼제4 연마 유닛(13D)에서도 동일하며, 상세한 설명은 생략한다.
도 6 및 도 7은, 보조 세정부(50)의 구성을 도시한 평면도이다. 보조 세정부(50)는, 복수(본 실시예에서는 5개)의 기판 세정 노즐(51)∼(55), 리테이너 링(RR) 측면 세정 노즐(56), RR/멤브레인간(間) 세정 노즐(57)과, 기판 린스 노즐(58)을 구비하고 있으며, 세정 위치(TP3)에 있는 연마 처리된 기판(W)을 보유지지하는 톱 링(32)에 대해 세정 처리를 행한다. 이로 인해, 연마 후의 기판(W)이 세정부(14)에 반송되기 전에 세정 처리를 행할 수 있어 기판 표면에 잔존하는 파티클을 효과적으로 제거할 수 있다.
기판 세정 노즐(51)∼(55)은, 톱 링(32)이 세정 위치(TP3)에 위치하는 경우에, 해당 톱 링(32)의 아래쪽에 톱 링(32)의 직경 방향을 따라 직선형으로 나열되게 배치되어 있다. 기판 세정 노즐(51)∼(55)은, 세정 위치(TP3)에서 도 7의 화살표 방향으로 톱 링(32)와 함께 회전하는 기판(W)의 표면에 대해 경사 상방으로 세정액을 분사한다. 도 7의 예에서는, 제1 기판 세정 노즐(51)이 톱 링(32)의 중심 부근에, 제5 기판 세정 노즐(55)이 톱 링(32)의 외주부 부근에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 도 7에 도시한 것처럼, 기판 세정 노즐(51)∼(55) 각각으로부터 분사되는 세정액의 형상은, 각각 좁고 긴(細長), 대략 타원 형상(51a)∼(55a)으로 되어 있고, 그 장축은 톱 링(32)의 직경 방향에서 약간 경사진 방향으로 되어 있다. 이로 인해, 톱 링(32)이 회전한 경우에, 세정액이 기판(W)의 전면(全面)에 걸쳐 쉽게 확산된다.
도 8은, 보조 세정부(50)의 측면도이다. 기판 세정 노즐(51)∼(55)은, 세정 위치(TP3)에 있는 톱 링(32)의 외주 방향으로 경사져 배치되어 있다. 이로 인해, 톱 링(32)의 회전에 따라, 기판 세정 노즐(51)∼(55)로부터 분사되는 세정액이 톱 링(32)의 외주부를 향해 쉽게 확산되어, 기판(W) 및 톱 링(32)에 부착된 파티클을 외부로 쉽게 배출할 수 있게 된다.
리테이너 링(RR) 측면 세정 노즐(56)은, 세정 위치(TP3)에 위치하는 톱 링(32)의 하방에 배치되어 있으며 세정 위치(TP3)에서 톱 링(32)이 회전하는 상태에서, 리테이너 링(39)의 측면 및 저면을 향해 경사 상방으로 세정액(56a)을 분사한다. 이로 인해, 연마 처리 후에 리테이너 링(39)의 측면에 부착된 파티클을 제거할 수 있다.
또, RR/멤브레인간 세정 노즐(57)은, 세정 위치(TP3)에 위치하는 톱 링(32)의 하방에 배치되어 있으며, 세정 위치(TP3)에서 톱 링(32)이 회전하는 상태에서, 리테이너 링(39)과 멤브레인(40)의 경계 부분을 향해, 연직 상방으로 세정액(57a)을 분사한다. 이로 인해, 연마 처리 후에 리테이너 링(39)과 멤브레인(40) 사이의 틈새(S)(도 8 참조)에 부착된 파티클을 제거할 수 있다.
리테이너 링(RR) 측면 세정 노즐(56) 및 RR/멤브레인간 세정 노즐(57)로부터의 세정액의 분사에 의해, 리테이너 링(39) 및 멤브레인(40)에 부착되어 있던 파티클이, 톱 링(32)에 보유지지되는 기판(W)을 향해 비산될 우려가 있다. 따라서, 리테이너 링(RR) 측면 세정 노즐(56) 및 RR/멤브레인간 세정 노즐(57)로부터의 세정액의 분사 정지 타이밍은, 기판 세정 노즐(51)∼(55)로부터의 세정액의 분사 정지 타이밍과 동시에, 또는 그보다 먼저 제어된다.
기판 세정 노즐(51)∼(55)보다 나중에 리테이너 링(RR) 측면 세정 노즐(56) 및 RR/멤브레인간 세정 노즐(57)의 분사를 정지시킨 경우, 기판(W)에 파티클이 비산될 가능성이 있다. 그러나, 이들 노즐(51)∼(57)로부터의 분사를 동시에 정지시킴으로써, 리테이너 링(39) 및 멤브레인(40)에 부착되어 있던 파티클이 톱 링(32)에 보유지지되는 기판(W)을 향해 비산될 우려를 줄일 수 있다. 또, 리테이너 링(RR) 측면 세정 노즐(56) 및 RR/멤브레인간 세정 노즐(57)로부터의 분사 정지의 타이밍을, 기판 세정 노즐(51)∼(55)로부터의 세정액의 분사 정지 타이밍보다 먼저가 되게 함으로써 기판(W)에 파티클이 비산되었더라도 기판 세정 노즐(51)∼(55)로부터의 세정액의 분사에 의해 제거할 수 있다.
기판 세정 노즐(51)∼(55), 리테이너 링(RR) 측면 세정 노즐(56) 및 RR/멤브레인간 세정 노즐(57)로부터 분사되는 세정액으로서는, 예를 들면, 순수, 산성, 알칼리성의 약액이나 계면활성제, 초음파를 인가한 것, 정전기를 억제하기 위한 미량의 이산화탄소를 포함한 액체(순수 등)와 기체의 혼합 유체(2유체)를 가압 분사하여 발생하는 고속의 액적이나 미스트, 고속 제트 분사하는 액을 이용할 수 있다.
기판 린스 노즐(58)은, 세정 위치(TP3)에 위치하는 톱 링(32)의 중심 부근의 하방에 배치되어 있으며, 세정 위치(TP3)에서 톱 링(32)이 회전하는 상태에서, 기판(W)의 표면을 향해 경사 상방으로 린스액(예를 들면 순수)(58a)을 분사한다. 기판 린스 노즐(58)에 의한 린스액의 분사는, 톱 링(32)의 회전 방향에 대해, 기판 세정 노즐(51)∼(55)에 의한 세정액의 분사 위치의 하류측에 분사되도록 구성하는 것이 바람직하다.
기판 린스 노즐(58)로부터의 린스액의 분사 정지의 타이밍은, 기판 세정 노즐(51)∼(55), 리테이너 링(RR) 측면 세정 노즐(56) 및 RR/멤브레인간 세정 노즐(57)로부터의 세정액의 분사 정지 후의 타이밍으로 하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 기판 세정 노즐(51)∼(55), 리테이너 링(RR) 측면 세정 노즐(56) 및 RR/멤브레인간 세정 노즐(57)에 의해 기판(W)에 부착된 세정액을 씻어낼 수 있다.
세정 위치(TP3)에서 세정 처리를 행할 때, 톱 링(32)의 회전 속도를 높임으로써 기판(W)이 보조 세정부(50)를 통과하는 횟수가 많아지기 때문에, 기판 연마 처리후의 세정성을 높일 수 있다. 또, 톱 링(32)의 회전 속도를 높임으로써, 기판(W)에 부착된 파티클이 원심력에 의해 외부로 쉽게 배출되어 세정성을 향상시킬 수 있다. 한편, 톱 링(32)의 회전 속도를 높임으로써 기판(W)이 쉽게 건조되고, 그 결과 파티클이 기판(W)에 강고하게 부착될 우려가 있다. 기판 린스 노즐(58)로부터 린스액을 기판(W)에 분사함으로써, 세정성의 향상을 위해 톱 링(32)의 회전 속도를 높인 경우에도, 기판(W)이 건조될 우려를 방지할 수 있다.
기판 린스 노즐(58)로부터의 린스액의 분사 형상은, 예를 들면 도 7에 도시한 것처럼, 톱 링(32)의 중심 부근을 포함한 라인형의 분사로 하는 것이 바람직하고, 이로 인해, 톱 링(32)이 회전함으로써, 톱 링(32)에 지지되는 기판(W)의 중심부를 포함한 넓은 범위에 걸쳐 린스액을 부착시킬 수 있어 기판(W)의 건조를 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 도 8에 도시한 것처럼, 기판 린스 노즐(58)은, 세정 위치(TP3)에 있는 톱 링(32)에 대해 경사지게 배치되어 있다. 이로 인해, 톱 링(32)의 회전에 따라, 기판 린스 노즐(58)로부터 분사되는 린스액이 톱 링(32)의 외주부를 향해 쉽게 이동할 수 있게 된다.
하우징(11)의 내부에는, 기판 연마 장치(10)의 각 부의 동작을 제어하는 제어부(15)가 배치되어 있다. 제어부(15)는, 예를 들면 범용 컴퓨터 장치로서, CPU, 제어 프로그램을 기억하는 기억부(메모리)(60), 표시부 등을 구비하고 있다. 또, 제어부(15)는, 외부 입력을 받아들이는 입력부를 구비하고 있다. 여기서, 외부 입력에는, 사용자에 의한 기계적인 조작, 및 유선 또는 무선에 의한 외부 장치로부터의 신호의 입력이 포함될 수 있다.
제어부(15)는, 기억부(메모리)(60)에 기억된 제어 프로그램을 기동시킴으로써, 기판 연마 장치(10)의 각 기기의 동작을 제어한다. 기판 연마 장치(10)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램은, 미리 제어부(15)를 구성하는 컴퓨터에 인스톨되어 있어도 좋고, 혹은 DVD, BD나 SSD 등의 기억 매체에 기억되어 있어도 좋고, 또, 인터넷을 통해 제어부(15)에 인스톨하도록 해도 좋다.
도 9는, 기판 연마 장치(10)의 제어부(15)의 기능 블럭도의 일례를 도시한 것이다. 제어부(15)는, 기억부(60), 연마 제어부(61), 종점 판정부(62), 반송 제어부(63), 노즐 제어부(64)를 구비하고 있다. 연마 제어부(61)는, 연마 테이블(30) 및 톱 링(32)의 회전을 제어함과 아울러 압력실(P1)∼(P5)의 압력을 제어한다. 종점 판정부(62)는, 미도시된 광학 센서 등에 의해, 기판(W)의 연마량이 설정치에 도달했는지 여부를 판정하여, 도달한 경우에는 기판 연마를 종료한다. 반송 제어부(63)는, 연마 유닛(13A)∼(13D)에서의 기판(W)의 반송을 포함하여, 기판 연마 장치(10) 내에서의 기판(W)의 반송을 제어한다.
노즐 제어부(64)는, 분무기(35), 기판 세정 노즐(51)∼(55), RR측면 세정 노즐(56), RR/멤브레인간 세정 노즐(57), 기판 린스 노즐(58)에 접속되어 세정액이나 린스액 등의 분사를 제어한다.
여기서, 세정 위치에서 톱 링(32)을 회전시키면서, 보조 세정부(50)를 구성하는 각종 노즐로부터 세정액 등을 분사시킨 경우에, 기판(W), 톱 링(32) 및 리테이너 링(39)에 부착된 파티클을 포함한 액적이 톱 링(32)의 외주로부터 비산된다. 톱 링(32)에서 비산된 액적이 연마 테이블(30)에 도달되면, 연마 패드(31)가 오염되고, 그 결과, 다음 기판(W)을 연마할 때에 스크래치가 발생할 우려가 있다.
따라서, 보조 세정부(50)를 구성하는 각종 노즐로부터의 세정액 등이 전달 위치(TP2) 방향으로 흐르도록, 각종 노즐의 위치 및 톱 링의 회전 방향이 설정되어 있다. 도 7의 예에서는, 보조 세정부(50)가 톱 링(32)의 중심에 대해 좌측에 배치되어 있는 경우에는, 톱 링(32)을 시계 방향으로 회전하도록 제어한다. 반면에, 보조 세정부(50)가 톱 링(32)의 중심에 대해 우측에 배치되어 있는 경우에는, 톱 링(32)을 반시계 방향으로 회전하도록 제어한다. 이로 인해, 톱 링(32)의 회전에 따라, 보조 세정부(50)를 구성하는 각종 노즐로부터의 세정액 및 린스액이 전달 위치 방향을 향해 흐르게 되므로, 톱 링(32)에서 비산된 액적이 연마 테이블(31)에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
또, 기판(W)으로의 연마 처리 후에, 분무기(35)로부터 연마 테이블(30)과 일체가 되어 회전을 계속하고 있는 연마 패드(31)에 대해 세정액을 분사하면서, 미도시된 승강·요동 기구에 의해 연마 패드(31)에 접촉하고 또한 그 대략 반경 방향으로 요동되는 드레서(34)에 의해 연마 패드(31)의 드레싱(날세움)과 세정 처리가 행해진다. 제어부(15)는, 분무기(35)로부터의 세정액 분사의 종료 타이밍(연마 패드(31)의 세정 종료 타이밍)을, 보조 세정부(50)를 구성하는 각종 노즐로부터의 세정액 등의 분사의 종료 타이밍과 동시에 또는 그 후에 제어한다.
분무기(35)로부터의 세정액의 분사 종료보다 나중에, 보조 세정부(50)의 노즐로부터의 세정액 등의 분사를 종료시킨 경우, 톱 링(32)으로부터 연마 테이블(30)에 액적이 비산될 가능성이 있다. 그러나, 분무기(35) 및 보조 세정부(50)로부터의 분사를 동시에 정지시킴으로써, 연마 테이블(30)에 파티클이 비산될 우려를 줄일 수 있다. 또, 보조 세정부(50)의 노즐로부터의 세정액 등의 분사 종료보다 나중에, 분무기(35)로부터의 세정액의 분사를 종료시킴으로써, 보조 세정부(50)에 의한 세정 처리에 의해 톱 링(32)으로부터 연마 테이블(30)로 액적이 비산되었다고 해도, 분무기(35)로부터의 세정액의 분사에 의해 이를 제거할 수 있다.
이하, 상기 구성에 의한 기판 연마 장치(10)에서의 기판 연마 및 연마 후 세정 처리에 대해, 도 10의 흐름도를 이용하여 설명하기로 한다. 연마 유닛(13A)에 기판(W)이 반송되면, 톱 링(32)은 해당 기판(W)을 진공 흡착에 의해 리테이너 링(39)에 에워싸이는 위치로 유지하고, 이것을 전달 위치(TP2)에서 연마 위치(TP1)로 반송한다(단계 S10). 연마 유닛(13A)은, 연마 위치(TP1)에 도달한 기판(W)을 연마 패드(31)에 압압함으로써 기판(W)에 대해 연마 처리를 행한다(단계 S11). 기판 연마중에 해당 기판(W)의 막두께의 측정이 행해지고, 소정의 막두께가 되었는지 여부(연마 종점에 도달했는지 여부)를 판정하고(단계 S12), 연마 종점에 도달한 경우에는 기판 연마를 종료시킨다(단계 S13).
그 후, 톱 링(32)을 세정 위치(TP3)로 이동시킨다(단계 S14). 톱 링(32)이 세정 위치(TP3)에 도달하면, 톱 링(32)을 회전시키면서 보조 세정부(50)를 구성하는 각종 노즐을 구동하여, 기판(W), 톱 링(32) 및 리테이너 링(39)의 세정 처리를 행한다(단계 S15). 이로 인해, 기판 연마에 의해 기판(W), 톱 링(32) 및 리테이너 링(39)에 부착된 파티클을 톱 링(32)의 외부로 배출한다.
또, 보조 세정부(50)는, 기판 린스 노즐(58)을 구동하여, 기판(W)을 향해 린스액을 분사한다. 이로 인해, 연마 후 세정에서 톱 링(32)을 회전시킴에 따른 기판(W)의 건조를 방지할 수 있다.
단계 S14 후, 분무기(35)를 구동하여 세정액을 연마 패드(31)에 분사함과 아울러 드레서(34)를 구동하여 연마 패드(31)의 드레싱을 행한다(단계 S16). 이로 인해, 톱 링(32)에 보유지지된 기판(W)으로의 세정 처리와 연마 패드(31)의 드레싱 처리가 병행하여 행해진다. 연마 패드(31)의 드레싱 처리 및 세정 처리는, 보조 세정부(50)에 의한 톱 링(32) 및 기판(W)의 연마 후 세정 처리와 병렬로 행해진다.
일정 시간이 경과한 후, RR측면 세정 노즐(56)과 RR/멤브레인간 세정 노즐(57)을 정지하고, 리테이너 링(39) 및 멤브레인(40)에 대한 세정 처리를 종료한다(단계 S17). 그 후, 기판 세정 노즐(51)∼(55) 및 기판 린스 노즐(58)을 정지한다(단계 S18). 이로 인해, 기판(W)으로의 연마후 세정 처리가 종료된다.
그 후, 분무기(35)에 의한 세정액의 분사 및 연마 패드(31)의 드레싱 처리를 종료시킨다(단계 S19). 이로 인해, 연마 후 세정 처리에 의해 톱 링(32)으로부터 파티클을 포함한 액적이 연마 패드(31)에 잔존할 우려를 제거할 수 있다. 그리고, 톱 링(32)을 전달 위치(TP2)로 이동시켜(단계 S20), 연마 종료후의 기판(W)을 세정부(14)를 향해 반송한다.
기판(W)이 세정 위치에 위치하지 않는 처리 대기시(기판(W)에 대한 연마 후 세정 처리를 행하지 않은 상태)에, 보조 세정부(50)를 구성하는 각 노즐로부터 간헐적으로 초순수를 미량 분출시켜 박테리아 등의 발생을 억제하는 것이 바람직하다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는 당업자라면 당연하게 달성할 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 본 발명은 기재된 실시 형태로 한정되지 않으며, 특허 청구 범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
10 기판 연마 장치
13 연마면
13A∼13D 연마 유닛
30 연마 테이블
31 연마 헤드
32 톱 링
35 분무기
39 리테이너 링
40 멤브레인
50 보조 세정부
51∼55 기판 세정 노즐
56 RR 측면 세정 노즐
57 RR/멤브레인간 세정 노즐
58 기판 린스 노즐
W 기판
TP1 연마 위치
TP2 전달 위치
TP3 세정 위치

Claims (8)

  1. 기판의 기판 연마를 행하는 연마면을 가지는 연마 테이블과, 리테이너 링으로 상기 기판의 외주부를 에워싸면서 멤브레인으로 상기 기판을 보유지지하여 상기 연마면을 향해 압압하는 톱 링을 구비한 기판 연마 장치에 마련되고, 상기 기판 연마 후의 상기 기판의 표면을 세정하는 기판 세정 장치로서,
    상기 톱 링은, 상기 연마 테이블의 윗쪽에서 상기 기판 연마를 행하는 연마 위치와 상기 연마 테이블의 옆쪽에서 상기 기판의 전달을 행하는 전달 위치 사이를 자유롭게 이동하도록 되어 있으며,
    상기 기판 세정 장치는, 상기 연마 위치 및 상기 전달 위치 사이의 세정 위치에 대응하여 마련되고,
    상기 세정 위치에 있는 상기 기판, 상기 멤브레인 및 상기 리테이너 링을 향해 세정액을 분사하는 제1 분사 유닛과,
    상기 세정 위치에 있는 상기 기판을 향해 린스액을 분사하는 제2 분사 유닛,을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 분사 유닛은, 상기 세정 위치에 있는 상기 기판의 직경 방향을 따라 복수 마련되고, 상기 기판의 표면을 향해 세정액을 분사하는 복수의 분사구를 구비한 제1 세정 노즐과,
    상기 멤브레인 및/또는 상기 리테이너 링을 향해 세정액을 분사하는 분사구를 구비한 제2 세정 노즐을 가지는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 세정 노즐은, 상기 멤브레인과 상기 리테이너 링 사이의 틈새를 향해 세정액을 분사하는 분사구를 구비한 것을 특징으로 하는, 기판 세정 장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 분사 유닛은, 상기 제1 분사 유닛에 대해 상기 톱 링의 회전 방향의 하류에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 장치.
  5. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 분사 유닛의 분사 노즐은, 상기 전달 위치 방향으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는, 기판 세정 장치.
  6. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 기판 세정 장치와, 상기 톱 링 및 연마 패드를 구비한 기판 연마 장치.
  7. 기판의 기판 연마를 행하는 연마면을 가지는 연마 테이블과,
    상기 연마 테이블의 윗쪽에서 상기 기판 연마를 행하는 연마 위치와 상기 연마 테이블의 옆쪽에서 상기 기판의 전달을 행하는 전달 위치 사이를 자유롭게 이동하도록 되어 있으며, 리테이너 링으로 상기 기판의 외주부를 에워싸면서 멤브레인으로 상기 기판을 보유지지하여 상기 연마면을 향해 압압하는 톱 링과,
    상기 연마 위치 및 상기 전달 위치와의 사이의 세정 위치에 대응하여 마련되고, 상기 기판 연마 후의 상기 기판의 표면을 세정하는 기판 세정부와,
    상기 톱 링 및 상기 기판 세정부의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 기판 세정부는, 상기 세정 위치에 있는 상기 톱 링으로 보유지지한 기판의 직경 방향을 따라 복수 마련되고, 상기 기판의 표면을 향해 세정액을 분사하는 복수의 분사구를 구비한 제1 세정 노즐과,
    상기 멤브레인 및/또는 상기 리테이너 링을 향해 세정액을 분사하는 복수의 분사구를 구비한 제2 세정 노즐을 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 제2 세정 노즐로부터의 분사 종료와 동시에 또는 그 후에 상기 제1 세정 노즐로부터의 분사를 종료하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 기판 연마 장치.
  8. 기판의 기판 연마를 행하는 연마면을 가지는 연마 테이블과,
    상기 연마 테이블의 윗쪽에서 상기 기판 연마를 행하는 연마 위치와 상기 연마 테이블의 옆쪽에서 상기 기판의 전달을 행하는 전달 위치 사이를 자유롭게 이동하도록 되어 있으며, 리테이너 링으로 상기 기판의 외주부를 에워싸면서 멤브레인으로 상기 기판을 보유지지하여 상기 연마면을 향해 압압하는 톱 링과,
    상기 연마 테이블의 윗쪽에 배치되어 상기 기판 연마 후에 상기 연마면을 세정하는 연마면 세정부와,
    상기 연마 위치 및 상기 전달 위치 사이의 세정 위치에 대응하여 마련되고, 상기 기판 연마 후의 상기 기판, 상기 멤브레인 및 상기 리테이너 링을 향해 세정액을 분사하는 기판 세정부와,
    상기 톱 링, 상기 연마면 세정부 및 상기 기판 세정부의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 연마면 세정부에 의한 상기 연마면의 세정 처리 동안에 상기 기판 세정부에 의한 상기 기판의 세정을 행함과 아울러, 상기 기판 세정부에 의한 상기 기판의 세정 처리 종료와 동시에 또는 그 후에 상기 연마면세정 처리를 종료하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 기판 연마 장치.

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