KR101032296B1 - 하나 이상의 웨이퍼에 대한 액체 및 후속하는 건조 처리를 수행하는 방법 - Google Patents

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Abstract

습식 공정으로부터 건식 공정으로 전환(특히, 헹굼에서 건조로의 전환)을 위한 개선된 기술을 포함하는, 공정챔버 내의 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 장치. 습식 처리 후에 유체 공급 라인에 잔류하는 잔류 액체의 적어도 일부가 직접 기판으로 정화처리되는 것을 피하도록 하는 통로를 통해 제거된다. 또한 이들과 관련된 방법들이 본 발명에 포함되어 있다.
Figure R1020067027222
챔버

Description

하나 이상의 웨이퍼에 대한 액체 및 후속하는 건조 처리를 수행하는 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CARRYING OUT LIQUID AND SUBSEQUENT DRYING TREATMENTS ON ONE OR MORE WAFERS}
본 발명은 분무공정장치를 사용하여 마이크로일렉트로닉 디바이스를 제조하는 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 하나 이상의 처리 전 디바이스를 액체(예를 들면, 특히 헹굼 액체)와 접촉시키고 뒤이어 이를 건조시키기 위해 분무공정장치를 사용하는 공정에 관한 것이다.
마이크로일렉트로닉 산업은 다양한 마이크로일렉트로닉 디바이스의 제조에 있어 여러 습식/건조 공정에 의존한다. 마이크로일렉트로닉 산업은 이러한 습식/건조 공정을 수행하기 위하여 다양한 구성 시스템들을 이용할 수 있다. 이러한 시스템들은 분무공정장치의 형태를 갖는다. 분무공정장치는 일반적으로 하나 이상의 처리 화학물질, 헹굼 액체 및/또는 기체들을 일련의 단계에서 단독으로 또는 조합으로 하나 이상의 웨이퍼에 분무하는 장치를 말한다. 이것은 웨이퍼가 공정의 과정에서 유동 조(fluid bath)에 침잠되는 습식 작업 장치(wet bench tools)와 대비된다. 통상적인 분무공정장치에서, 유체는 웨이퍼(들)가 턴테이블, 척(chuck) 같은 회전판 상에 지지되는 동안 웨이퍼에 분무된다. 분무공정시스템의 예로는 미네소타 주 의 차스카에 소재하는 에프에스아이 인터내셔널 사(社)(FSI International, Inc.)로부터 입수할 수 있는 MERCURY® 또는 ZETA® 분무공정시스템 ; 몬테나 주의 칼리스펠에 소재하는 세미툴 사(Semitool, Inc)로부터 입수할 수 있는 SCEPTERTR 또는 SPECTRUM® 분무공정시스템; 오스트리아이 빌라크에 소재하는 세츠 아게(SEZ AG)로부터 입수할 수 있으며 상표명 SEZ 323으로 판매되는 분무공정시스템 등을 포함한다.
분무공정장치에서의 통상적인 방법은 웨이퍼(들)을 먼저 하나 이상의 습식 공정(예를 들면, 화학적 처리 및/또는 헹굼 처리)과 그 후 웨이퍼(들)을 건조키는 공정단계들을 포함한다. 예를 들면, 종래의 헹굼/건조 단계는 먼저 헹굼 액체를 공정 챔버의 회전 턴테이블에 지지되 있는 웨이퍼(들)의 스텍(stacks)에 분무하는 것을 포함한다. 헹굼이 종료되면, 헹굼 액체를 수송하는데 사용된 라인을 공정 챔버 쪽으로 정화처리한다(purged). 그리고 건조 기체가 웨이퍼(들)을 건조시키기 위해 동일 또는 다른 라인을 통해 챔버로 도입된다.
특정 공정방법의 유효성을 평가하는 한 방법은 그 공정방법에 따라 처리된 웨이퍼(들)에 입자들이 부가된 정도를 측정하는 것이다.부가된 입자들의 수(즉, 부가된 입자 = 공정방법 후에 측정된 입자들 - 공정방법 전에 측정된 입자들)가 가능한한 지속적으로 낮은 것이 바람직하다.
일부 공정방법은 상대적으로 좁은 범위의 공정변수 내에서만 부가된 입자와 관련하여 좋은 결과를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 종래의 헹굼/건조 방법은 헹굼 액체가 특정의(예를 들면, 따뜻한) 온도범위 내에 있을 때만 지속적으로 낮은 부가 입자수를 나타낸다. 이 온도 제한은 이러한 방법의 실제적 이용을 제한할 수 있다. 예를 들면, 액체가 뜨거울수록 웨이퍼(들)을 빨리 헹구고 건조할 수 있기 때문에, 사이클 시간을 감소시키기 위해 매우 고온의 헹굼 액체를 이용할 수 있는 것이 바람직하다. 또한 온도에 민감한 기판들을 처리하기 위해서는 매우 저온의 행굼 액체를 사용할 수 있는 것이 바람직하다. 간단히 말해, 종래의 헹굼/건조 방법은 부가 입자와 관련하여 너무 온도에 민감하여서 공정 유연성을 희생시키는 경향이 있다.
마이크로일렉트로닉 장치는 점점 소형화되며, 부가 입자에 대한 크기 제한은 점점 엄격해지고 있다. 예를 들면, 큰 크기의 장치의 경우, 150nm 보다 큰 부가 입자(이러한 규격은 흔히 "입자 > 150nm" 또는 이와 유사한 기준으로 불림)를 모니터링하는 것으로 용인할 수 있는 장치 성능을 보장하는데 충분했다. 그러나, 작은 크기 장치의 경우, 입자 > 90nm 또는 입자 > 65nm 또는 더 작은 부가 입자를 모니터링하는 것이 요구될 수 있다. 일부의 공지 헹굼/건조 방법은 덜 엄격한 모니터링에 대해서 잘 수행될 수 있으나, 보다 작은 입자를 모니터링 할 때 원하는 바처럼 잘 수행되지 않을 수 있다.
따라서, 마이크로일렉트로닉 산업에서 지속적으로 보다 낮은 부가 입자를 갖도록 하는 습식/건조 공정방법에 대한 요구가 계속되고 있다. 특히, 보다 온도에 덜 민감한 및/또는 보다 엄격한 모니터링 기준, 예를 들면,입자 > 90nm 또는 입자 > 65nm 등이 적용될 때에도 보다 낮은 부가 입자를 제공하는 방식에 대한 요구가 이 분야에서 계속되고 있다.
본 발명은 하나 이상의 웨이퍼를 처리할 때 하나 이상의 습식 액체 처리(특히 헹굼) 및 뒤이은 건조 처리 방법을 수행하기 위한 개선된 기술을 제공한다. 특히, 본 발명은 공지의 습식/건조 방법을 따르면 다량으로 발견되는 부가 입자수를 극적으로 감소시키는 방식으로 습식 처리로부터 건조 처리로 전환하는 개선된 방법을 제공한다. 본 발명은 이 전환의 특징이 부가된 입자수에 큰 영향을 줄 수 있다는 것을 인식하고 있다.
본 발명은 분무공정장치에서 헹굼/건조 방법을 수행하는데 특히 유용하다. 본 발명은 분무공정장치에서 적어도 최종 헹굼 처리와 그 후속의 건조처리 사이의 전환을 수행하고 그 후에 웨이퍼(들)이 분무공정장치로부터 제거되지는 데에 가장 유리하게 수행된다. 사실상 본 발명의 분무공정장치에서의 독립된 헹굼/건조 처리를 사용할 때, 300mm 웨이퍼 상에 65nm 보다 큰 크기를 갖는 입자들에 대한 매우 중성적인(neutral) 부가 입자 데이터가 얻어졌다. 이를 보여주는 데이터로, 후술될 도 2a,2b,3a,3b를 참조하라.
관찰된 장점으로는 부가 입자와 관련한 극적으로 향상된 결과만이 아니다. 부가 입자와 관련한 공정이 헹굼 액체의 온도에 상대적으로 민감하지 않다는 중대한 장점이 관찰되었다. 즉, 부가 입자와 관련된 개선된 결과가 헹굼 액체의 온도가 저온,상온,중온 또는 고온에 관계없이 얻어질 수 있다. 부가 입자를 크게 증가시키지 않으며 헹굼 매체가 액체로 존재하는 임의의 원하는 온도에서 헹굼을 실용적으로 수행하는 능력은 처리될 웨이퍼의 종류뿐만 아니라 사용될 수 있는 헹굼 및 건조 방법의 종류와 관련하여 엄청난 유연성을 제공한다. 이러한 장점은 상대적으로 좁은 온도 범위 내에서의 헹굼 액체에 대해서만 최적의 결과를 제공하는 종래의 방법과 명백히 대비된다.
보다 빠른 사이클 시간은 고온 용액의 사용이 부가 입자를 크게 증가시킬 위험이 없이 일부 실시예에서 고온의 헹굼 액체(예를 들면, 60 ~ 100 ℃)로 헹굼으로써 얻어진다. 아주 간단히 말하면, 헹굼 액체가 고온일수록 빨리 증발하며 웨이퍼는 저온의 액체로 헹굼될 때보다 신속히 건조될 수 있다. 더욱이, 고온의 헹굼 액체는 공정 챔버를 가열하는데 이용될 수 있으며, 이는 웨이퍼와 챔버를 건조시키는데 필요한 시간을 감소시킨다. 예를 들면, 따뜻한 액체(35℃)의 사용을 포함하는 특정 방법은 400초(6.7분)의 건조시간을 필요로 한다. 뜨거운 헹굼 액체(85℃)의 사용시, 이 건조시간은 여전히 매우 중성적인 부가 입자를 제공하면서 4.5분으로 급격히 감소한다.
적어도 부분적으로, 본 발명은 공정방법이 습식 처리,예를 들면 헹굼,에서 건조 처리로 전환하는 방법의 결과로부터 부가 입자가 기인한다는 문제에 대한 실제적,기술적 해결에 기초하고 있다. 예를 들면, 종래의 공정은 웨이퍼가 헹굼되고, 헹굼 라인들이 공정챔버 쪽으로 정화처리되고, 다음에는 웨이퍼가 건조되는 방법을 포함한다. 이론에 속박되고 싶지 않으며, 본 출원인은 이러한 보장되지 않은 정화처리(purging)가 부가 입자의 중대 원인이라고 생각한다. 액체 라인이 챔버 쪽으로 정화처리될 때, 액체의 연무(mist) 또는 에어로졸이 발생되는 것이 관찰되었다. 상대적으로 좁은 온도범위를 제외하고는, 이 연무 또는 에어로졸이 건조되는 웨이퍼의 표면에 미세 물방울로 부착될 수 있다. 이들 물방울들은 가벼운 점결함, 따라서 부가 입자로 검출될 것이다. 부가 입자의 수는 작은 , 예를 들면, 약 90nm 크기보다 작은, 입자일수록 커지는 경향이 있다. 간단히 말하면, 종래의 방법에 따른 보장되지 않은 액체의 정화처리는 부가 입자의 소스가 되는 것으로 생각되며, 이때 부가 입자의 수는 정화처리되는 액체의 온도에 크게 의존한다. 하나의 적용 방식으로, 본 발명은 처리 액체, 특히 헹굼 액체,를 공정챔버로 분배하는 라인의 적어도 일부 라인으로 흡출(aspirating)을 통해 되 빨아들이는 기능(suckback functionality)을 포함한다. 이것은 해당 공급 라인(들)에 잔류하는 액체의 적어도 일부가 챔버로의 액체의 1차적인 유동 또는 분무가 정지된 후에 단지 챔버로의 정화처리(purging)를 통해 제거되기 보다는 되 빨아들임을 통해 제거되는 것을 허용한다. 잔류 헹굼 액체의 적어도 일부를 되 빨아들임으로써 웨이퍼 표면에 영향을 주는 에어로졸 또는 연무가 보다 적게 발생된다.
또한, 이론에 속박되고 싶지 않으며, 본 출원인은 웨이퍼가 건조되기 시작하자마자 표면은 오염에 취약해진다고 생각된다. 더욱이 보다 빠른 건조는 이 취약성을 증가시키는 경향이 있다. 따라서, 정화처리가 시작되어 웨이퍼 표면이 건조 또는 부분적으로 건조될 때, 정화처리는 부가 입자와 관련하여 더욱 문제로 되기 쉽다. 예를 들면, 웨이퍼가 정화처리 중에 공정챔버에서 회전될 때, 특히 이러한 문제가 존재하게 된다. 회전하는 웨이퍼(들)은 정화처리가 완료되는 시간 간격보다 훨씬 짧은 시간 간격에서 건조되거나 건조되기 시작한다. 즉,정화처리에는 건조보다 많은 시간이 걸린다. 정화처리가 계속될 때, 정화처리와 연관된 연무/에어로졸이 상대적으로 건조된 웨이퍼 표면과 접촉하는 시간이 있게 된다. 따라서,정화처리 사이클이 길수록, 회전하는 웨이퍼 표면은 오염에 더욱 취약하게 된다.
또한 본 발명은 하나 이상의 다른 공급 라인이 웨이퍼 표면을 적시고 있는 동안 하나 이상의 액체 공급 라인이 공정챔버 쪽으로 정화처리되는 실시예들을 포함한다. 후자의 라인이 정화처리된 후, 전자의 라인을 통한 유동이 정지되고, 전자의 라인이 잔류 액체의 되 빨아들임을 통해 비워진다. 이는 ,웨이퍼 표면이 여전히 적셔져 있으며 정화처리에 수반되는 연무 또는 에어로졸로부터 보호되는 동안, 적어도 일부의 정화처리가 공정챔버에서 일어나도록 한다는 점에서 중요하다.
또 다른 방법으로, 되 빨아들이는 기능이 공급 라인을 통한 잔류 액체의 전부를 제거하기 위해 사용된다면, 챔버쪽으로의 정화처리는 습식 처리에서 건식 처리로의 전환에서 완전히 생략될 수 있다.
따라서 전술한 실시예는, 적어도 헹굼 처리의 말기에, 액체 공급 라인의 잔류 액체의 적어도 일부가 직접 공정챔버 쪽으로 정화처리되지 않고 다른 통로를 통해 장치로부터 제거됨을 고려한다. 되 빨아들임은 이러한 잔류 액체가 제거되는 제거 에너지를 공급하는 하나의 방식이다. 예를 들면, 적당한 밸브장치, 부가적인 라인 등에 의한 다른 제거 방법은 라인으로부터 액체를 공정챔버가 아닌 목적지, 예를 들면, 드레인 또는 리사이클로 불어낼 수 있는 압력의 사용을 포함할 수 있다.
따라서,잔류 액체,특히 헹굼 액체를 공정챔버 쪽으로 정화처리하는 공지의 장치는 본 발명에 따른 되 빨아들이는 기능을 이용함으로써 유리해질 수 있다.
또 다른 적용방식으로, 본 발명은 잔류 처리액체, 특히 헹굼 액체의 적어도 일부가 공정챔버 쪽으로 정화처리되지 않는 공정방법을 제공한다. 처리 액체의 잔류하는 나머지는 웨이퍼가 공정챔버로부터 제거된 후 까지도 해당 공급라인(들)에 정지된 채로 남게 된다. 웨이퍼(들)이 공정챔버로부터 제거된 후, 잔류하는 처리 액체는 되 빨아들여 지거나 공정챔버 쪽으로 정화처리될 수 있다.
또한 본 발명은 하나 이상의 다른 공급 라인이 웨이퍼 표면을 적시고 있는 동안 하나 이상의 액체 공급 라인이 공정챔버 쪽으로 정화처리되는 실시예들을 포함한다. 후자의 라인이 정화처리된 후, 전자의 라인을 통한 유동이 정지되고, 웨이퍼(들)이 제거되고, 전자 라인의 정화처리 또는 되 빨아들임이 뒤따른다. 본 발명의 이러한 점은, 웨이퍼 표면이 여전히 적셔져 있으며 정화처리에 수반되는 연무 또는 에어로졸로부터 보호되는 동안, 적어도 일부의 정화처리가 공정챔버에서 일어나도록 한다는 점에서 중요하다.
또 다른 방법으로, 공급라인에 있는 잔류 액체의 전부가 그냥 정지된 채로 남게 되면, 챔버 쪽으로의 정화처리는 습식 처리에서 건식 처리로 전환에서 완전히 생략될 수 있다.
본 발명의 일 태양으로, 본 발명에 따른 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 시스템은 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판이 위치되는 공정챔버, 공정챔버에 위치된 마이크로일렉트로닉 기판으로 유체를 분배할 수 있는 유체 전달 통로, 및 유체 전달 통로의 잔류 액체의 적어도 일부가 ,상기 기판상으로 직접 이 잔류 액체를 정화처리함이 없이, 유체 전달 통로로부터 제거될 수 있도록 유체 전달 통로에 결합되는 유체 제거 통로를 포함한다.
또 다른 태양으로, 본 발명에 따른 분무공정시스템은 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판이 위치되는 공정챔버 및 공정챔버와 유동연결되는 유체 전달 시스템을 포함한다. 상기 유체 전달 시스템은 공정챔버에 위치된 마이크로일렉트로닉 기판으로 유체를 분배할 수 있는 유체 전달 통로, 유체 전달 통로의 잔류 액체의 적어도 일부가 ,상기 기판상으로 직접 이 잔류 액체를 정화처리함이 없이, 유체 전달 통로의 적어도 일부로부터 제거될 수 있도록 유체 전달 통로에 결합되는 유체 제거 통로, 및 ,기체가 유체 바이-패스 통로를 통과할 때 유체 전달 통로와 유체 제거 통로의 적어도 일부에 진공이 발생되도록, 유체 전달 통로와 유체 제거 통로에 연결되는 유체 바이-패스 통로를 포함한다.
또 다른 태양으로, 본 발명에 따른 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 방법은 공정챔버에 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 위치시키는 단계, 유체 전달 통로를 통해 공정챔버와 상기 마이크로일렉트로닉 기판으로 유체를 분배하는 단계, 유체의 분배를 중단하는 단계, 상기 단계에서 일정량의 잔류 액체가 유체 전달 통로에 남아 있게 되며, 이 잔류 액체가 직접 상기 기판상으로 정화처리되지 않도록 유체 제거 통로를 통해 잔류 액체의 적어도 일부를 유체 통로로부터 제거하는 단계, 및 상기 기판을 건조시키는 단계를 포함한다.
또 다른 태양으로, 본 발명에 따른 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 방법은 공정챔버에 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 위치시키는 단계, 제1 유체 전달 통로를 통해 공정챔버와 상기 마이크로일렉트로닉 기판으로 제1 유체 유동을 분배하는 단계, 제2 유체 전달 통로를 통해 공정챔버와 상기 마이크로일렉트로닉 기판으로 제2 유체 유동을 분배하는 단계,일정량의 잔류 액체가 제1 유체 전달 통로에 남아 있도록 제1 유체 유동의 분배를 정지시키는 단계, 제2 유체 유동의 분배가 진행되는 동안 제1 유체 전달 통로를 공정챔버 쪽으로 정화처리하는 단계, 일정량의 잔류 액체가 제2 유체 전달 통로에 남아 있도록, 제1 유체 전달 통로의 정화처리를 정지한 후, 제2 유체 유동의 분배를 정지시키는 단계, 및 제2 유체 전달 통로의 상기 잔류 액체가 직접 상기 기판상으로 정화처리되지 않도록 유체 제거 통로를 통해 제2 유체 전달 통로의 잔류 액체의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함한다.
또 다른 태양으로, 본 발명에 따른 분무공정시스템은 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판이 위치되는 공정챔버, 공정챔버에 위치된 마이크로일렉트로닉 기판으로 유체를 분배할 수 있는 유체 전달 통로, 유체 전달 통로의 유동을 변환할 수 있는 유체 바이-패스, 유체 전달 통로와 유체 바이-패스를 연결하는 제1 밸브, 제1 밸브가 통상적인 상태에 있을 때 유체 바이-패스로부터 상대적으로 하류측에 위치되는 유체 제거 통로, 및 유체 제거 통로를 유체 전달 통로에 연결하는 제2 밸브를 포함한다. 통상적인 상태에서의 제1 밸브는 유체 전달 통로를 통해 유체가 계속 유동하도록 개방되고 유체가 유체 전달 통로로부터 유체 바이-패스로 유동하는 것을 차단하도록 폐쇄되며, 작동상태에서의 제1 밸브는 유체 전달 통로를 통해 하류측으로 유체의 유동을 차단하도록 폐쇄되고 유체 전달 통로로부터 유체 바이-패스로 유체 유동을 허용하도록 개방된다. 통상적인 상태에서의 제2 밸브는 유체 전달 통로를 통해 유체가 계속 유동하도록 개방되고 유체가 유체 전달 통로로부터 유체 제거 통로로 유동하는 것을 차단하도록 폐쇄되며, 작동상태에서의 제2 밸브는, 제2 밸브와 공정챔버 사이의, 유체 전달 통로의 적어도 일부와 유체 제거 통로 간의 유체 유동을 허용하도록 개방된다.
본 발명의 전술한 장점 및 다른 장점, 이들의 달성방법, 및 발명 자체가 첨부도면과 관련하여 후술되는 실시예를 참조하면 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 분부공정장치의 개략도이다.
도 2a는 비교 실험예 A와 실험예 1-3 에서의 65 나노미터보다 큰 크기를 갖는 "순부가물"을 나타내는 그래프이다.
도 2b는 비교 실험예 A와 실험예 1-3 에서의 회당 세개의 테스트 웨이퍼에 대한 65 나노미터보다 큰 크기를 갖는 "순부가물"을 나타내는 그래프이다.
도 3a는 비교 실험예 A와 실험예 1-3 에서의 각 회에 대한 65 나노미터보다 큰 크기를 갖는 결함들의 "델타"를 나타내는 그래프이다.
도 3b는 비교 실험예 A와 실험예 1-3 에서의 회당 세개의 테스트 웨이퍼에 대한 "델타"의 범위를 나타내는 그래프이다.
후술되는 본 발명의 실시예들은 본 발명을 그 기술된 형태로 한정하거나 포괄적이 되도록 의도된 것이 아니다. 오히려 당업자가 본 발명의 원리와 실시를 이해할 수 있도록 실시예들이 선택되고 기술된다.
도 1은 본 발명의 원리가, 미네소타 주의 차스카에 소재하는 에프에스아이 인터내셔널 사(社)(FSI International, Inc.)로부터 입수할 수 있는 MERCURY® 또는 ZETA® 분무공정시스템과 같은, 웨이퍼 처리장치(10)의 헹굼 및 건조 구성부분에 포함될 수 있는 대표적인 방법을 보여준다. 이들 시스템은 200 mm 및 300 mm 웨이퍼 모두를 처리하는 데 유용하다. 특히, 헹굼 및 건조 구성부분이, 바람직하게는 후술되는 것처럼 헹굼처리에서 건조처리로 전환되는 과정에서, 액체를 되 빨아들이는(suck back) 흡출기능(aspirating functionality)을 포함하도록 변형된다. 여기에 기술되는 바와 같은 헹굼 및 건조 구성부분의 변형을 제외하고는, 처리장치(10)는 상업적으로 구매할 수 있는 MERCURY® 또는 ZETA® 분무공정시스템과 동일하며, 이러한 시스템의 다른 공지 구성부분은 간략화를 위해 도시되지 않았다.
처리시스템(10)은 챔버(18)를 구성하는 하우징(14)과 덮개(16)를 포함하는 분무공정장치(12)를 포함한다. 액체 및/또는 기체들이 덮개(16)로부터 하강하는 중앙분무기(20)를 통해 챔버(18) 내로 도입될 수 있다. 중앙분무기(20)를 통한 물질의 도입은 중앙분무기(20)로부터 챔버(18) 내로 향하는 화살표에 의해 표시된다. 회전 턴테이블(24)이 축(32)에 의해 모터(34)에 연결되어서 회전 턴테이블(24)은 축(32) 둘레의 화살표로 나타낸 것처럼 축(24)의 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 지지대(26)가 하나 이상의 캐리어(28)를 지지하도록 회전 턴테이블(24)로부터 연장되며, 이 캐리어에는 하나 이상의 웨이퍼(미도시)가 그 처리과정 동안 고정된다. 회전 턴테이블(24) 및 하나 이상의 지지대(26)는, 회전 턴테이블(24)로부터 그리고 지지대(26)의 상부로부터 챔버(18) 내로 향하는 화살표로 나타낸 것처럼, 액 체 및/또는 기체들이 챔버(18) 내로 도입될 수 있는 또 다른 통로를 제공할 수 있다. 회전 유니온(36)은 커플링(38)에 의해 모터(34)에 연결되며 공급원으로부터 챔버(18)내의 회전하는 분위기(rotating environment)로 액체 및/또는 기체를 전달하는데 도움을 준다. 회전 유니온(36)의 바람직한 실시예는 벤슨(Benson) 등이 출원하여 출원계속중인 "회전 유니온, 유체 전달장치, 및 관련 방법(Rotary Unions, Fluid Delivery Systems, and Related Methods)" 에 기술되어 있다. 하나 이상의 측분무기(22)가 챔버(18)에 배치되며 측분무기로부터 챔버(18) 내로 향하는 화살표로 나타낸 것처럼 액체 및/또는 기체가 챔버(18) 내로 도입될 수 있는 또 다른 통로를 제공한다.
도시된 실시예에서, 헹굼 액체(들) 및 건조 기체(들)은 중앙분무기(20), 턴테이블(24)/지지대(26), 및/또는 측분무기(22)를 통해 챔버(18) 내로 도입될 수 있다. 다른 종류의 공정 액체 또는 가스상의 공정 화학물질들이 라인(39)으로 개략적으로 표시된 하나 이상의 라인(들)을 경유하여 중앙분무기(20)를 통해 챔버(18) 내로 편리하게 도입될 수 있다.
흡출기능을 포함하는 헹굼 및 건조 구성부분의 바람직한 실시예가 상세히 기술될 것이다. 탈이온수 같은 헹굼 액체가 하나 이상의 공급원(미도시)으로부터 공급 라인(40)을 경유하여 처리시스템(10)으로 공급된다. 이온수는 마이크로일렉트로닉스 업계의 관행에 따라 여과 및 정제되는 것이 바람직하다. 여과 및 정제 구성부분(미도시)은 처리시스템(10) 내에 및/또는 처리시스템(10) 외부에 위치될 수 있다.
헹굼 액체가 공급 라인(40)으로부터 라인(41a,41b,및 41c)을 경유하여 중앙분무기(20)로 전달된다. 질소 같은 하나 이상의 기체들이 공급원(미도시)으로부터 라인(42a,42b) 과 라인(41b,41c)을 경유하여 중앙분무기(20)로 공급된다. 라인(41a,41b,41c,42a,42b)을 통하여 중앙분무기(20)로 유동되는 액체 및 기체는 밸브(44,46,48)에 의해 제어된다. 도시된 바와 같이 밸브(44)는 통상적으로 기체 유동에 대해서는 밀폐되며 라인(42a)으로부터 라인(42b)으로 기체가 유동하도록 작동된다. 밸브(46)는 통상적으로 기체가 라인(42b)으로부터 라인(41b)으로 유동하도록 개방되나, 통상적으로 라인(41a)으로부터 라인(41b)으로의 액체 유동에 대해서는 밀폐된다. 밸브(46)가 작동되면, 액체는 밸브를 통해 유동할 수 있으나 기체의 유동은 차단된다. 밸브(48)는 라인(41b)으로부터 라인(41c)을 경유하여 중앙분무기(20)로의 액체 또는 기체의 유동을 제어하거나, 또는 사정에 따라서 액체 및/또는 기체의 유동을 라인(53)을 경유하여 드레인(50)으로 변환할 수 있다. 밸브(48)는 통상적으로 라인(41b)으로부터 라인(41c)으로 유체 유동을 허용하도록 개방된다. 작동시, 밸브(48)는 라인(53)을 경유하여 체크밸브(51)를 통해 유체 유동을 변환한다. 체크밸브(51)는 이러한 유동들을 수용하도록 디자인된 하나 이상의 구성 부품들에 연결될 수 있다. 도시된 바처럼, 체크밸브(51)는 드레인(50)에 연결되며 드레인(50)으로부터 밸브(48)로의 액체(또는 기체) 유동의 역류를 방지한다.
헹굼 액체는 공급 라인(40)으로부터 라인(52a,52b,52c,52d)을 경유하여 측분무기(22)로 전달된다. 질소 같은 하나 이상의 기체들이 공급원(미도시)으로부터 라인(56a,56b)과 라인(52b,52c,52d)을 경유하여 측분무기(22)로 공급된다. 기체 공급 원은 기체를 중앙분무기(20)로 공급하는 공급원과 동일하거나 다를 수 있다. 라인(52b,52c,52d)을 통한 기체 및/또는 액체의 유동은 각각 라인(60 또는 62)를 경유하여 흡출기(58)로 변환될 수 있다. 유동들은 흡출기(58)로부터 라인(66)을 경유하여 체크밸브(64)를 통해 유동할 수 있다. 체크밸브(64)는 이러한 유동들을 수용하도록 디자인된 하나 이상의 구성 부품들에 연결될 수 있다. 도시된 바처럼, 체크밸브(64)는 드레인(67)에 연결되며 드레인(67)으로부터 흡출기(58)로의 액체(또는 기체) 유동의 역류를 방지한다. 드레인(67)은 드레인(50)과 동일하거나 다를 수 있다.
본 발명에 따른 분무공정시스템들은, 액체의 전부를 분무공정장치의 공정 챔버 내로 정화처리 해야할 필요없이 유동 공급으로부터 처리 액체의 적어도 일부를 제거할 수 있도록, 적어도 하나의 유동 공급 라인에 대해 처리액체 제거 기능부를 포함하는 것이 유리하다. 흡출기(58)는 이와 같은 제거 기능을 제공하는 데 도움이 되도록 베르눌리 원리를 이용하는 통상적인 타입의 장치이다. 처리시스템(10)의 경우처럼 기체와 같은 유체가 상기 장치의 잘록한 부분(constriction)을 통과할 때, 유체 속도는 증가한다. 이것은 압력을 낮춘다. 즉, 진공이 형성되며, 이는 ,밸브(72,74)가 적절히 세트되면, 예를 들면 드레인(67)을 통한 처리를 위한 것과 같은 다른 위치로의 전달을 위해 측분무기(22)로부터 액체를 흡출 또는 되 빨아들이기 위해 이용될 수 있다. 공정처리의 헹굼 및 건조순서 상황에서 이를 얻을 수 있는 대표적인 실행모드가 후술될 것이다.
여러 적절한 흡출기들이 다양한 공급처로부터 구매될 수 있다. 본 발명의 실 행에 적합한 것으로 밝혀진 흡출기의 일 예는 미네소타 주의 차스카에 소재하는 엔테그리스 사(社)(Entegris, Inc.)로부터 상표명 GALTEK® 으로 판매되는 것이다.
측분무기(22)로의 유체(들) 유동은 밸브(68,70,72,74)에 위해 제어된다. 도시된 바처럼 밸브(68)는 통상적으로 기체 유동에 대해서는 밀폐되며 라인(56a)으로부터 라인(56b)을 경유하여 밸브(70)로 기체가 유동하도록 작동된다. 밸브(70)는 통상적으로 기체가 라인(56b)으로부터 라인(52b)으로 유동하도록 개방되나, 통상적으로 라인(52a)으로부터 라인(52b)으로의 액체 유동에 대해서는 밀폐된다. 밸브(70)가 작동되면, 액체는 밸브(70)를 통해 유동할 수 있으나 기체의 유동은 차단된다. 밸브(72)는 라인(52b)으로부터 라인(60)을 경유하여 흡출기(58)로의 유체, 즉 기체 및/또는 액체,의 유동을 변환시키는 데 이용될 수 있다. 통상적인 상태에서, 밸브(72)는 유체가 라인(52b)으로부터 라인(52c)으로 유동하도록 세트된다. 밸브(72)가 작동되면, 유체는 라인(52b)으로부터 라인(60)으로 변환된다. 밸브(72)는, 라인(56b 및/또는 52b)의 임의의 초과 압력이 흡출기(58)와 라인(60,66)을 경유하여 드레인(67)으로 방출되고 챔버(18)로는 방출되지 않도록(후술됨), 정상 상태로의 밸브(72) 복귀를 충분히 지연시키는 스너버(snubber)(76)를 포함한다. 밸브(74)가, 어떻게 세팅되는 가에 따라, 라인(52c,52d)으로부터 라인(62)을 경유하여 흡출기(58)로 유동을 변환/끌어당기는데 사용될 수 있다. 통상적인 상태에서, 밸브(74)는 유동이 라인(52c)으로부터 라인(52d)을 경유하여 측분무기(22)로 유동하도록 세팅된다. 작동상태에서, 라인(52c,52d)과 측분무기(22)는 라인(62) 및 흡출기(58)와 유동연결(fluid communication)에 있게 된다. 따라서, 예를 들면, 밸브(68,72,74)가 점선(86)으로 개략적으로 나타낸 것처럼 동시에 함께 작동되면, 라인(56a,56b,52b,60)을 통해 라인(72)을 경유하여 흡출기(58)로 유동하는 기체는 라인(52c,52d,62) 및 측분무기(22) 내에 진공 또는 흡인효과를 만들어 낸다. 그에 따라, 라인(52c,52d,62) 및 측분무기(22) 내의 액체는 진공효과의 존재로 인해 흡출기(58)를 통해 되 빨아들여 진다. 라인(52c,52d,62) 및 측분무기(22) 내의 액체를 되 빨아 들인 후, 밸브(68,72,74)는 스너버(76)에 의해 제공되는 지연에 의해 그 통상적인 상태(점선 86으로 개략적으로 나타낸 것처럼)로 동시에 복귀할 수 있다. 밸브(72)의 스너버(76)는 통상적인 상태로의 밸브(72)의 복귀를 지연시키기에 충분한 시간 지연을 제공하도록 세팅되어서, 라인(56b) 및/또는 라인(53b)에 존재하는 과도한 기체압은 라인(52c,52d) 및 측분무기(22)를 경유하여 챔버(18)로 방출되는 것이 아니라 흡출기(58)와 라인(60,66)을 경유하여 드레인(67)으로 방출된다. 밸브(72,74)가 통상적인 상태로 복귀할 때, 라인(56b) 및/또는 라인(53b)의 과도한 기체압이 라인(52c,52d) 및 측분무기(22)를 향하게 되면, 라인(52c) 및/또는 라인(52d) 및/또는 측분무기(22)에 존재하는 잔류 액체는 과도한 압력으로 인한 순간적인 연무/에어로졸을 형성하게 될 것이다. 이러한 연무/에어로졸은 챔버(18)의 건조된 웨이퍼와 접촉하며, 웨이퍼에 입자들을 부가시키기 때문에 - 특히 웨이퍼가 건조할 수록 연무/에어로졸에 더욱 민감해지므로 - 이것은 바람직하지 않다. 점선(86)은, 밸브(68,72,74)가 그 통상적인 상태로 복귀할 때, 밸브(72)의 복귀를 지연시키는 스너버(76)로 인해 밸브(68,72,74)가 함께 작동되는 것을 개략적으로 나타낸다.
전술한 바처럼, 회전 턴테이블(24) 및 하나 이상의 지지대(26)가 액체 및/또는 기체가 챔버(18) 내로 도입될 수 있는 또 다른 통로를 제공할 수 있다. 예를 들면, 도시된 바처럼, 헹굼 액체가 공급 라인(40)으로부터 라인(78a,78b)을 경유하여 회전 턴테이블(24)과 지지대(26)로 수송되며, 질소 같은 하나 이상의 기체가 공급원(미도시)으로부터 라인(80a,80b),그리고 라인(78b)을 경유하여 회전 턴테이블(24)과 지지대(26)로 공급된다. 기체 공급원은 중앙분무기(20) 및/또는 측분무기(22)로 기체를 공급하는 공급원과 동일하거나 다를 수 있다. 라인(78a,78b,80a,80b)을 통한 회전 턴테이블(24)과 지지대(26)로의 액체 및 기체의 유동은 밸브(82,84)에 의해 제어된다. 도시된 바와 같이 밸브(82)는 기체 유동에 대해서는 일반적으로 폐쇄되며 기체가 라인(80a)으로부터 라인(80b)으로 유동하도록 작동된다. 밸브(84)는 기체가 라인(80b)으로부터 라인(78b)으로 유동하도록 개방되나, 라인(78a)으로부터 라인(78b)으로의 액체 유동에 대해서는 일반적으로 폐쇄된다. 밸브(84)가 작동된 때, 액체는 밸브(84)를 통해 유동할 수 있으나 기체의 유동은 막혀 진다. 밸브(44,46,68,70,72,74,82,84)는 공기압식, 전자식 등 어느 형태 또는 이들의 조합에 관계없다. 공기압식은, 화학약품,화학증기 및 빈번한 세척을 포함하는 가혹한 환경에서 사용될 때, 보다 신뢰성이 있기 때문에 공기압식으로 제어되는 실시예가 바람직하다. 이들은 미네소타 주의 차스카에 소재하는 엔테그리스 사; 캘리포니아주의 산 호세에 소재하는 세인트 고베인(Saint Gobain) 같은 여러 회사로부터 구입할 수 있다.
헹굼 액체는, 종래의 관행에 따라, 또는 여기에서 기술된 바와 같이, 및/또는 앞에서 참조된 출원계속 중인 출원서에 기술된 바와 같이, 원하는 바에 따른 적정한 공급 속도와 온도로 중앙분무기(20), 측분무기(22) 또는 회전 턴테이블(24)/지지대(26)의 어느 하나 또는 그 이상에 공급될 수 있다. 유동 속도와 온도는 실행될 방법의 성질, 처리될 웨이퍼의 성질, 사용되는 장비의 종류 등등을 포함하는 여러 요소들에 의존하게 될 것이다. 에프에스아이 인터내셔널 사로부터 구입할 수 있는 MERCURY 또는 ZETA 분무공정시스템의 경우,헹굼 액체의 통상적인 유동 속도는 헹굼 액체의 응고 또는 기화를 피할 수 있는 임의의 온도에서 2 l/min ~ 12 l/min 범위에 있는 것이 바람직하다. 액체가 가열 및/또는 냉각되면, 액체를 가열 또는 냉각하기 위한 적당한 장비(미도시)가 처리시스템(10) 내에 및/또는 처리시스템(10) 외부에 위치될 수 있다.
처리시스템(10)은 하나 이상의 처리과정 중에 되 빨아들이는 기능이 측분무기(22)에 적용되는 것을 허용한다. 이러한 기능은 헹굼 과정의 적어도 일부 과정 중에, 특히 헹굼에서 건조로 이행하는 헹굼 과정의 말기 중에 적용되는 것이 바람직하다. 이러한 이행과정의 적어도 일부 과정 중에 되 빨아들이는 기능을 적용하는 것은 바람직하게 매우 지속적이고 중립적인 부가 입자를 제공한다는 것이 밝혀 졌다.
처리에 따라 입자가 웨이퍼에 부가되는 정도는 특정 처리방법의 유효성을 평가하는 하나의 방법이다.
부가되는 입자의 수는 지속적으로 가능한 한 낮은 것이 바람직하다. 종래의 방법을 사용하면, 이러한 결과는 상대적으로 좁은 범위 온도의 헹굼 액체를 사용하는 경우를 제외하고는 달성하는 것이 어렵다. 이것은 특히 매우 작은 부가 입자, 예를 들면, 그 크기가 약 90 nm 이하의 입자의 경우에 그러하다. 본 발명의 방법은 부가 입자와 관련한 성능을 크게 향상시킨다. 이것은 후술될 실험예에서 더욱 설명될 것이며 도 2a, 2b, 3a 및 3b에 그래프로 나타내질 것이다.
처리시스템(10)과 관련하여 도 1에 예시된 것처럼, 흡출기가 측분무기(22)와 관련된 되 빨아들이는 기능을 제공하기 위해 측분무기(22)로 이어지는 라인에만 포함되어 진다. 또 다른 실시예에서, 유사한 되 빨아들이는 기능이 측분무기(22)와 관련된 되 빨아들이는 기능 대신에 또는 이에 부가하여 중앙분무기(20) 및/또는 회전 턴테이블(24)/지지대(26)로 이어지는 라인에 대하여 제공될 수 있다.
헹굼에서 건조로 이행 중에 되 빨아들이는 기능이 실시되는, 도 1의 처리시스템(10)을 사용하는 본 발명의 대표적인 실시 모드가 설명될 것이다. 먼저, 전형적인 헹굼 및 건조 공정은 중앙분무기(20), 측분무기(22) 및 선택에 따라서는 회전 턴테이블(24)/지지대(26)를 통해 웨이퍼에 헹굼 액체를 분배하도록 밸브(44,46,48,68,70,72,74,82,84)를 세팅하는 것을 포함할 수 있다. 특히, 밸브(46,70,84)는 작동되며 다른 밸브들은 통상적인 상태에 있다. 수용성 헹굼 액체는 0 ℃ 에서 약 100 ℃ 의 범위에 있을 수 있다. 다른 종류의 헹굼 액체는 일반적으로 응고온도 보다는 높으나 기화점 보다는 낮은 온도에 있는 것이 일반적이다. 중앙분무기(20)를 통과하는 헹굼 액체의 통상적인 유동속도는 5 ~ 8 l/min(lpm) 범 위이다. 측분무기(22)를 통과하는 헹굼 액체의 통상적인 유동속도는 8 ~ 13 lpm 범위이다. 회전 턴테이블(24) 및 지지대(26)를 통과하는 헹굼 액체의 통상적인 유동속도는 8 ~ 13 lpm 범위이다(헹굼 액체 및 그 유동속도는 회전 턴테이블(24) 및 지지대(26)에 모두 적용된다). 회전 턴테이블(24)은 이 헹굼 중에 5 ~ 500 rpm 범위에서 어느 하나 이상의 속도로 회전할 수 있다. 이러한 방식의 헹굼은 30초에서 10분처럼 원하는 시간 동안 계속될 수 있다.
다음에는, 웨이퍼가 측분무기(22)를 통해 계속 적셔지는(wetted) 동안, 중앙분무기(20), 회전 턴테이블(24) 및 지지대(26)는 정화처리된다(purged). 밸브(44)는 작동되며 밸브(46,48)는 그 통상적인 상태에 있어서, 고압의 정화처리기체(pressurized purging gas)가 라인(41b,41c) 및 중앙분무기(20)로부터 챔버(18)로 잔류 액체를 정화처리한다. 밸브(82)는 작동되며 밸브(84)는 그 통상적인 상태에 있어서, 고압의 정화처리기체(pressurized purging gas)가 라인(78b), 회전 텐테이블(24) 및 지지대(26))로부터 챔버(18)로 잔류 액체를 정화처리한다. 웨이퍼들은 측분무기(22)를 통한 헹굼 액체의 유동에 의해 잘 적셔져 있기 때문에 정화처리가 웨이퍼 표면에 부적당한 물방울(water spots)을 초래할 위험은 극도로 최소화된다.
다양한 정화처리기체가 사용될 수 있다. 대표적인 예로는 질소, 이산화탄소, 이들의 조합 등을 포함한다. 정화처리기체는 일반적으로 10 ~ 40 psi 의 압력, 20 ~ 30 ℃ 의 온도, 2 ~ 10 scfm 의 유동속도로 공급된다.
다음에는, 헹굼 액체가 측분무기(22)를 통해 계속 유동되는 동안, 중앙분무 기(20), 회전 턴테이블(24) 및 지지대(26)를 통한 정화처리기체의 공급은 중단된다. 이것은 밸브(44,46,48)를 그 통상적인 상태에 있도록 함으로써 기체나 액체가 중앙분무기(20)로 유동하지 않으며, 밸브(82,84)를 그 통상적인 상태에 있도록 함으로써 기체나 액체가 회전 턴테이블(24) 및 지지대(26)로 유동하지 않게 하여 달성된다. 이 단계는 짧은 시간간격, 예를 들면 1 ~ 20 초, 동안 지속되어서 이 단계와 다음 단계 사이에 약간의 지연이 있도록 하는 것이 바람직하다. 원한다면(예를 들면, 완충시간이 다른 공정 임무를 달성하기 위해 이용된다면), 보다 긴 시간간격이 사용될 수 있으나, 보다 긴 지연은 공정 순환시간을 불필요하게 길게 할 수 있다.
다음에는, 측분무기(22)를 통한 헹굼 액체의 유동이 정지되고, 흡출기가 잔류 헹굼 액체를 되 빨아들이며 드레인(67)으로 가도록 작동한다. 이를 위해, 밸브(68,72,74)가 작동되고 밸브(70)는 그 통상적인 상태에 있게 되어서 측분무기(22)를 통한 액체 유동은 정지된다. 정지시간이 증가할수록 물방울 및 따라서 부가 입자들이 증가하기 때문에 이 유동은 가능한 신속하게 정지되는 것이 바람직하다. 또한, 정화처리기체는 라인(56a,56b,52b,60), 흡출기(58),라인(66),체크 밸브(64) 및 드레인(67)으로 유동한다. 이것은 잔류 액체를 드레인(67)으로 제거하는 데 도움이 되도록 측분무기(22),라인(52c,52d,62)에 진공을 만든다.
이제 건조 공정이 시작된다. 이때 분무공정장치 내의 하나 이상의 웨이퍼를 건조하는 적당한 방법, 예를 들면, 챔버(18) 내 웨이퍼(들)의 스핀 건조(spin drying) 및 ,선택에 따라서, 건조 기체를 챔버(18)로 방출(예를 들면, 웨이퍼(들) 의 표면으로 건조 기체를 직접 분사) 같은 것이 사용될 수 있다. 예를 들면, 건조 단계는 중앙분무기(20), 측분무기(22) 및 회전 턴테이블(24)/지지대(26)의 하나 이상을 통해 웨이퍼로 건조 기체를 분배하도록 밸브(44,46,48,68,70,72,74,82,84)를 세팅하는 것을 포함할 수 있다. 특히, 밸브(46,48,70,72,74,84)는 통상적인(즉,비작동)상태에 있으며, 밸브(44,68,82)는 통상적인 상태에 있다(주의 : 이 건조 단계에서, 밸브(72,74)는 전술한 정화처리 단계에서처럼 밸브(68)와 함께 작동하지 않는다). 여러 건조 기체가 사용될 수 있다. 대표적인 예로는 공기,질소,이산화탄소,알톤,이소프로필 알콜, 이들의 조합 등을 포함한다. 건조 기체는 10 ~ 40 psi 의 압력, 20 ~ 30 ℃ 의 온도, 2 ~ 10 scfm 의 유동속도로 공급될 수 있다.
또한, 언급한 것처럼, 스핀-건조 만 또는 건조 기체 분사와 조합이 사용될 수 있다. 예를 들면, 스핀-건조는 중앙분무기(20), 측분무기(22) 및 회전 턴테이블(24)/지지대(26)의 하나 이상을 통해 웨이퍼로 건조 기체를 분배하면서 5 ~ 500 rpm 이내의 범위에서 하나 이상의 속도로 회전 턴테이블(24)을 회전하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방식의 건조는 약 5분간처럼 원하는 시간 간격 동안 계속될 수 있다.
본 발명이 다음의 예시적인 실험예를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다. 비교 실험예 A 와 실험예 1 - 3 에 대한 방법론
새로운 300 mm 의 생(bare) 실리콘 테스트 웨이퍼가 비교 실험예 A 와 실험예 1 - 3에 사용된다. 웨이퍼들은 먼저 선적 컨테이너로부터 꺼내지며, 테스트 웨이퍼를 청정실 내로 이송하는 데 사용되는 FOUP 에 장착된다. FOUP 는 총 25개의 슬롯을 포함한다. 테스트 웨이퍼들은 슬롯 1,13 및 25에 장착되며 나머지 22 개 슬롯들은 더미(dummy) 웨이퍼들로 채워진다. 일단 FOUP 로 이동되면, 더미 웨이퍼를 제외한 테스트 웨이퍼들은 캘리포니아 주의 산 호세에 소재하는 케이엘에이 텐코(KLA Tencor)로부터 구매할 수 있으며 모델 번호 SP1-TBI 를 갖는 비정형 웨이퍼 검사장치(non-patterned waper inspection tool)를 사용하여 웨이퍼 상의 결함들을 측정함으로써 분석된다. 슬롯 1,13,25의 세개 테스트 웨이퍼들을 검사하도록 웨이퍼 검사장치를 프로그래밍한 후, FOUP는 웨이퍼 검사장치로 이동되며, 여기서 각(슬롯 1,13,25 내의) 테스트 웨이퍼는 한번에 한개씩 각 슬롯으로부터 꺼내져서 분석된다. 테스트 웨이퍼는 FOUP로부터 꺼내진 후, 레이저가 결함검사를 위해 웨이퍼를 스캔하는 검사장치의 스캐닝 챔버로 이동된다. 이 도량 장치(metrology system)는 웨이퍼 표면에 있는 모든 결함의 위치와 크기를 보고한다. 이 보고는 각 웨이퍼의 처리 전 결함의 "사전-갯수(pre-count)"로 칭해진다. 스캐닝 후, 웨이퍼를 포함하는 FOUP는 처리를 위해 ZETA® 분무공정장치에 장착된다. ZETA® 분무공정장치는 25개의 웨이퍼를 FOUP로부터 27개의 웨이퍼 슬롯을 갖는 웨이퍼 처리 카셋(wafer process cassette)으로 이송한다. 두개의 부가적인 웨이퍼 슬롯은 카셋의 상부와 하부의 커버 웨이퍼용 슬롯이다. 이렇게 하는 이유는 각 테스트 웨이퍼가 그 처리 중에 위에 및 밑에 적어도 하나의 웨이퍼를 갖는 것을 보장하기 위함이다. 재료 취급 장치 내의 로봇으로 인해, 웨이퍼의 순서는 FOUP에서 카셋으로 이동될 때 역전된다. 따라서 FOUP의 슬롯 1에서 온 웨이퍼는 카셋의 슬롯 26에 위치되며, 웨이퍼 13은 슬롯 14에 그리고 웨이퍼 25는 슬롯 2에 위치될 것이다. 또한 분무공정장치는 웨이퍼의 회전 중에 진동을 감소시키기 위해 회전 턴테이블이 균형잡혀있을 것을 요구한다. 이 균형은 회전 턴테이블 상의 제1 카셋에 반대되는 방향에 또 다른 카셋을 위치시킴으로써 얻어진다. 25개의 웨이퍼만이 FOUP로부터 오므로, 나머지 두개의 슬롯은 재료 취급 장치에 저장된 더미 웨이퍼로 장착된다. 일단 두개의 카셋이 공정 챔버에 장착되면, 총 54개의 웨이퍼가 두개의 카셋에 나뉘어 위치되며 3개의 테스트 웨이퍼는 하나의 카셋에 위치된다. 이제 웨이퍼들은 미네소타 주의 차스카에 소재하는 에프에스아이 인터내셔널 사로부터 구매할 수 있는 MERCURY® 의 공정방법에 따라 처리될 준비가 되는 것이다.
비교 실험예 A 와 실험예 1 - 3의 웨이퍼를 처리하기 위해 사용되는 공정방법은 헹굼 단계에 의해 분리되는 두개의 화학처리공정을 갖는 포스트-애쉬 클린(post-ash clean)공정으로 불린다. 제2 화학처리공정은 최종의 헹굼/건조 단계가 뒤이어 진다. 제1 화학처리공정은 황산과 과산화수소의 혼합물인 처리액체를 포함한다. 이 처리액체는 흔히 "피란하(piranha)"처리로 불리운다. 이들 화학물질의 비는 4부의 황산과 1부의 과산화수소이다. 혼합될 때, 이들 두 화학물질은 발열반응을 하여 용액이 약 80℃가 된다. 이 용액은 공정 챔버의, 60 rpm으로 회전하는, 웨이퍼로 분배된다. 이들 혼합물은 240초 동안 약 1 lpm 의 유동속도로 분배된다. "피란하" 처리에 뒤이어 챔버와 라인은 약 95℃의 열 DI수, 약 17 - 23℃의 냉 DI수 및 질소가스의 여러 조합으로 헹굼 및 정화처리된다. 이 헹굼의 목적은 다음의 화학물질을 분배하기 전에 장치로부터 "피란하" 화학물질의 모든 잔재물을 완전히 제거하기 위한 것이다. 최종 화학처리공정은 암모늄 하이드록사이드, 과산화수소 및 DI수의 혼합물인 처리액체를 포함한다. 이 화학처리 단계는 흔히 "SC1" 세척으로 불린다. SC1 혼합물은 약 55℃의 온도, 약 2 lpm의 유동속도로 분배된다. 이 혼합물은 공정 챔버의, 20 ~ 300 rpm 범위 내의 속도로 회전되는, 웨이퍼로 분배된다. SC1 단계에서 화학물질에의 총 노출시간은 약 235초이다. SC1 혼합물인 희석액은 통상적으로 1부의 암모늄 하이드록사이드, 2부의 과산화수소 그리고 42부의 DI수이다. SC1 단계의 종료후, 웨이퍼는 최종 헹굼/건조 단계를 거치게 된다. 비교 실험예 A 와 실험예 1-3은 각 실험예에서 최종 헹굼/건조 단계가 어떻게 실행되었는가 만이 서로 다르다. 일반적으로, 최종 헹굼/건조 중에, 웨이퍼,라인들,챔버는 열 DI수, 냉 DI수 및 질소가스의 여러 조합으로 헹굼 및 정화처리된다. 최종 헹굼/건조의 종료 쯤에서 DI수는 웨이퍼,라인 및 챔버가 완전히 건조되도록 이들로부터 완전히 제거된다. 이는 ZETA® 분무공정장치의 고속건조 모드에서 DI 헹굼기능을 종료하며 질소기능으로 전환함으로써 행해진다. 비교 실험예 A 와 실험예 1-3에 대한 최종 헹굼/건조 중에 헹굼 및 건조 간의 변환이 후술된다. 일반적으로 질소는 ZETA® 분무공정장치의 최종 건조단계 중에 회전 턴테이블/지지대(즉, "챔버 건조" 오리피스)와 중앙분무기(중앙의 분무 오리피스와 좌측의 오리피스(즉 "웨이퍼-건조" 오리피스)를 통해 분배된다. 최종 건조단계 중에, 웨이퍼,라인들과 공정 챔버는 5분 동안 약 300 rpm으로 회전된다. 최종 웨이퍼 온도는 ZETA® 분무공정장치의 측벽에 설치된 RDT들을 사용하여 측정된다.
최종 건조가 완료되면, 웨이퍼들은 공정 챔버로부터 제거되며 다시 FOUP로 이동된다. 다음에, 슬롯 1,13,25 의 테스트 웨이퍼는 비정형 웨이퍼 검사장치를 사용하여 웨이퍼 상의 결함을 측정함으로써 다시 분석된다. 이 장치는 웨이퍼를 스캔하고 웨이퍼 표면의 모든 결함의 위치와 크기를 보고한다. 이 보고는 각 테스트 웨이퍼에 대한 처리 후 결함의 "사후-갯수(post-count)"로 칭해진다.
각 웨이퍼에 대해서 취합된 데이타(즉, 사전-갯수와 사후-갯수)는 "순부가물(true adders)"값과 "델타"값으로 나타내어 진다. "순부가물"값은 "사전-갯수" 보고에서 관찰되지 않은 웨이퍼 표면의 새 위치들에서의, "사후-갯수" 로 보고된, 결함들의 갯수를 셈함으로써 얻어진다. 예를 들면, 2개의 결함이 각각 1,1과 2,2의 X-Y 좌표를 갖는 웨이퍼 표면의 위치들에서 "사전-갯수"로 보고되었다고 가정한다. 만일 3개의 결함이 1,1,3,3 및 4,4의 X-Y 좌표를 갖는 웨이퍼 표면의 위치들에서 "사후-갯수"로 보고되었다면, "사전-갯수"에서 보고되지 않은, 새 위치들을 갖는 "사후-갯수"에서 보고된 2개의 결함이 있게 될 것이다. 따라서 이 데이터에 대한 "순부가물" 값은 2가 될 것이다.
"델타" 값은 각 테스트 웨이퍼에 대해 보고된 "사후-갯수"로부터 "사전-갯수"를 제하여 얻어진다. 예를 들면, 테스트 웨이퍼가 "사전-갯수" 값 100과 "사후-갯수" 값 90을 갖는다면, 이 웨이퍼에 대한 "델타" 값은 -10이 될 것이다.
비교 실험예 A
비교 실험예 A의 경우, 회당 세개의 테스트 웨이퍼를 사용하여 48회(run)의 공정실험(즉 총 144개의 테스트 웨이퍼)이 수행되었다. 각 실험 중에 및 웨이퍼가 전술한 SC1 화학처리 단계를 거친 후에, 웨이퍼들은 종래의 최종 헹굼/건조 단계를 거쳤다. 종래의 헹굼/건조 단계는 중앙분무기와 측분무기를 통해 웨이퍼로 냉 DI수(약 20℃)를 분배하는 것을 포함한다. 중앙분무기를 통한 DI수 유동속도는 6 ~ 10 lpm(통상적으로 약 8lpm) 사이이며 측분무기를 통한 DI수의 유동속도는 약 10 lpm이다. 웨이퍼는 회전 턴테이블 상에서 약 60 rpm으로 회전된다. 중앙분무기를 통해 분배되는 DI수는 약 30 - 35 psi의 압력과 상온의 질소가스 3cfm 으로 분무화된다. 질소가스 역시 "챔버 건조" 오리피스를 통해 분배된다. 이 헹굼(즉 DI수의 분배)은 30초간 계속된다.
DI수의 분배가 종료된 후, 회전 턴테이블의 회전은 10 rpm 으로 느려졌다. 측분무기와 중앙분무기의 "웨이퍼-건조" 오리피스(즉,좌측 오리피스)로 이어지는 DI수 공급라인은 90초 동안 질소가스를 사용하여 챔버로 정화처리된다. 질소가스 또한 "챔버 건조" 오리피스를 통해 분배된다. 90초 동안 정화처리된 후, 회전 턴테이블의 속도는 5분간 300 rpm 으로 증가된다. 이 5분의 기간 동안, 웨이퍼와 챔버는 건조된다. 최종 건조단계 종료시 웨이퍼 온도는 상온보다 약 5℃ 높은, 즉 23℃ 이었다.
비교 실험예 A에 대한 사전-갯수와 사후-갯수 데이터는 도 2a,2b,3a,3b에 도시되어 있다. 도2a에서 선 210의 왼쪽의 데이터는 48회에 대한 65 나노미터 보다 큰 크기를 갖는 "순부가물"을 보여준다(각 회는 슬롯 1,13,25의 세개 테스트 웨이퍼에 대한 평균 "순부가물"이다).
도2b에서 선 220의 왼쪽의 데이터는 회당 총 세개 테스트 웨이퍼에 대한 "순부가물" 값의 범위를 보여준다. 예를 들면, 웨이퍼에 -20,25, 100의 입자가 부가되었다면, 범위는 120이 될 것이다.
도3a에서 선 310의 왼쪽의 데이터는 각 회에 대한 65 나노미터보다 큰 크기를 갖는 결함들의 "델타"를 보여준다. 도3b에서 선 320의 왼쪽의 데이터는 회당 총 세개 테스트 웨이퍼에 대한 "델타" 값의 범위를 보여준다.
종래의 헹굼/건조에 대한 이 데이터는 부가된 입자들의 상당한 범위를 보여준다.
실험예 1
매회에 대해서 그리고 웨이퍼가 전술한 SC1 화학처리단계를 거친 후, 웨이퍼들은 본 발명에 따른 최종 헹굼/건조 단계를 거친다. 헹굼수 온도가 보다 낮은 것 외에는, 실험예 1에서도 비교 실험예 A 의 최종 헹굼/건조 단계의 30초간 헹굼(즉, DI수의 분배)이 실시된다.최종 헹굼 및 최종 건조 사이의 전환은 비교 실험예 A와 다르다. 30초간 헹굼 말기에, 회전 턴테이블의 회전은 60rpm으로 계속되며, 중앙분무기의 "웨이퍼-건조" 오리피스(즉 좌측 오리피스)로 연결되는 DI수 공급라인이 질소가스를 사용하여 85초간 챔버 쪽으로 정화처리될 때, DI수는 계속 측분무기로부터 분배된다. 또한 질소가스가 "챔버 건조" 오리피스를 통해 분배된다. 85초간의 정화처리 후, 회전 턴테이블의 회전은 10rpm 으로 느려지고 측분무기로 연결되는 DI수 공급라인은 공급라인 내의 잔류 DI수를 제거하기 위해 흡출된다(즉, 측분무기로 연결되는 DI수 공급라인은 챔버 쪽으로 정화처리되지 않는다). 측분무기의 흡출 후,회전 턴테이블 속도는 증가되어 15분간 300 rpm으로 회전된다. 이 15분의 기간 동안 웨이퍼와 챔버는 건조된다. 최종 건조단계 말기에 웨이퍼 온도는 장치로 공급되는, 17 ~ 21℃ 사이에서 변화할 수 있는, 냉 DI수와 거의 같았다.
실험예 2
매회에 대해서 그리고 웨이퍼가 전술한 SC1 화학처리단계를 거친 후, 웨이퍼들은 본 발명에 따른 최종 헹굼/건조 단계를 거친다. 실험예 2에서도 비교 실험예 A 의 최종 헹굼/건조 단계의 30초간 헹굼(즉, DI수의 분배)이 실시된다.최종 헹굼 및 최종 건조 사이의 전환은 비교 실험예 A와 다르다. 30초간 헹굼 말기에, 회전 턴테이블의 회전은 60rpm으로 계속되며, 중앙분무기의 "웨이퍼-건조" 오리피스(즉 좌측 오리피스)로 연결되는 DI수 공급라인이 질소가스를 사용하여 85초간 챔버 쪽으로 정화처리될 때, DI수는 계속 측분무기로부터 분배된다. 또한 질소가스가 "챔버 건조" 오리피스를 통해 분배된다. 85초간의 정화처리 후, 회전 턴테이블의 회전은 10rpm 으로 느려지고 측분무기로 연결되는 DI수 공급라인은 공급라인 내의 잔류 DI수를 제거하기 위해 흡출된다(즉, 측분무기로 연결되는 DI수 공급라인은 챔버 쪽으로 정화처리되지 않는다). 측분무기의 흡출 후,회전 턴테이블 속도는 증가되어 5분간 300 rpm으로 회전된다. 이 5분의 기간 동안 웨이퍼와 챔버는 건조된다. 최종 건조단계 말기에 웨이퍼 온도는 상온 보다 약 5℃ 높은 23℃ 이었다.
실험예 3
매회에 대해서 그리고 웨이퍼가 전술한 SC1 화학처리단계를 거친 후, 웨이퍼들은 본 발명에 따른 최종 헹굼/건조 단계를 거친다. 헹굼수 온도가 보다 높은 것 외에는, 실험예 3에서도 비교 실험예 A 의 최종 헹굼/건조 단계의 30초간 헹굼(즉, DI수의 분배)이 실시된다.최종 헹굼 및 최종 건조 사이의 전환은 비교 실험예 A와 다르다. 30초간 헹굼 말기에, 회전 턴테이블의 회전은 60rpm으로 계속되며, 중앙분무기의 "웨이퍼-건조" 오리피스(즉 좌측 오리피스)로 연결되는 DI수 공급라인이 질소가스를 사용하여 85초간 챔버 쪽으로 정화처리될 때, DI수는 계속 측분무기로부터 분배된다. 또한 질소가스가 "챔버 건조" 오리피스를 통해 분배된다. 85초간의 정화처리 후, 회전 턴테이블의 회전은 10rpm 으로 느려지고 측분무기로 연결되는 DI수 공급라인은 공급라인 내의 잔류 DI수를 제거하기 위해 흡출된다(즉, 측분무기로 연결되는 DI수 공급라인은 챔버 쪽으로 정화처리되지 않는다). 측분무기의 흡출 후,회전 턴테이블 속도는 증가되어 1분간 300 rpm으로 회전된다. 이 1분의 기간 동안 웨이퍼와 챔버는 건조된다. 최종 건조단계 말기에 웨이퍼 온도는 약 95℃ 에 이르는 온도를 갖는 헹굼수의 사용으로 상온보다 훨씬 높았다.
실험예 1-3에 대한 사전-갯수와 사후-갯수 데이터는 도 2a,2b,3a,3b에 도시되어 있다. 도2a에서 선 210의 오른쪽의 데이터는 실험예 1-3에 대한 65 나노미터 보다 큰 크기를 갖는 "순부가물"을 보여준다(각 회는 슬롯 1,13,25의 세개 테스트 웨이퍼에 대한 평균 "순부가물"이다).
도2b에서 선 220의 오른쪽의 데이터는 실험예 1-3에서의 회당 총 세개 테스트 웨이퍼에 대한 "순부가물" 값의 범위를 보여준다.
도3a에서 선 310의 오른쪽의 데이터는 실험예 1-3에서의 각 회에 대한 65 나노미터보다 큰 크기를 갖는 결함들의 "델타"를 보여준다. 도3b에서 선 320의 오른 쪽의 데이터는 실험예 1-3에서의 회당 총 세개 테스트 웨이퍼에 대한 "델타" 값의 범위를 보여준다.
실험예 1-3의 이 데이터는, 본 발명에 따른 최종 헹굼/건조 장치와 공정을 사용할 때, 부가되는 입자와 헹굼수 온도의 유연성 면에서 향상된 성능을 보여준다.
본 발명의 다른 실시예들은 상세한 설명을 이해할 때 또는 여기에 설명된 방법의 실행으로부터 당업자에게 명백해 질 것이다. 당업자라면 다음의 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 기재된 원리와 실시예에 대한 다양한 생략,변형 및 교체가 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 공정챔버에 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 위치시키는 단계; 제1 유체 전달 통로를 통해 공정챔버와 상기 마이크로일렉트로닉 기판으로 제1 액체 유동을 분배하는 단계; 제2 유체 전달 통로를 통해 공정챔버와 상기 마이크로일렉트로닉 기판으로 제2 액체 유동을 분배하되, 상기 제1 유체 전달 통로와 상기 제2 유체 전달 통로가 동일한 유체 전달 통로가 아닌 단계; 제1 액체 유동의 분배를 정지시키는, 그에 따라 잔류 액체가 제1 유체 전달 통로에 남아 있게 되는, 단계; 제2 액체 유동의 분배가 진행되는 동안 제1 유체 전달 통로를 공정챔버 쪽으로 정화처리하는 단계; 제1 유체 전달 통로의 정화처리를 정지한 후 제2 액체 유동의 분배를 정지시키는, 그에 따라 잔류 액체가 제2 유체 전달 통로에 남아 있게 되는, 단계; 및 제2 유체 전달 통로의 상기 잔류 액체가 상기 마이크로일렉트로닉 기판상으로 정화처리되지 않도록 유체 제거 통로를 통해 제2 유체 전달 통로의 잔류 액체의 적어도 일부를 제거하는 단계로 구성되는 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 유체 전달 통로를 유동하는 액체가 60 ~ 100 ℃ 온도범위를 갖는 수용성 헹굼 액체를 포함하는 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판을 회전 턴테이블에 위치시키며, 제1 유체 전달 통로가 공정챔버 쪽으로 정화처리되는 동안 회전 턴테이블을 회전시키는 단계를 더욱 포함하는 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액체 제거 단계 후에, 제1 및 제2 유체 전달 통로를 통해 건조 기체를 공정챔버 쪽으로 방출하며 스핀-건조를 통해 상기 기판을 건조시키는 단계를 또한 포함하는 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 건조단계 후에, 공정챔버로부터 상기 기판을 제거하는 단계를 포함하는 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 제3 유체 전달 통로를 통해 공정챔버와 상기 기판으로 제3 액체 유동을 분배하는 단계를 또한 포함하되, 제1 액체 유동이 정지될 때 제3 액체 유동이 정지되고 그에 따라 제3 유체 전달 통로에 잔류 액체가 남아 있게 되며, 제2 액체 유동의 분배가 진행되는 동안 제3 유체 전달 통로가 공정챔버 쪽으로 정화처리되며, 제3 유체 전달 통로의 정화처리가 종료된 후 제2 액체 유동의 분배가 종료되는 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 액체 제거 단계가 상기 잔류 액체를 되 빨아들이는 것을 포함하는 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 방법.
  9. 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 챔버에 위치시키는 단계; 제1 유체 전달 통로를 통해 분무되는 제1 액체 유동으로 상기 마이크로일렉트로닉 기판을 헹구는 단계; 상기 헹굼 후, 제2 유체 전달 통로로부터 분배되는 제2 액체 유동이 상기 마이크로일렉트로닉 기판을 적시도록 하되, 상기 제1 유체 전달 통로와 상기 제2 유체 전달 통로가 동일한 유체 전달 통로가 아닌 단계; 제1 액체 유동의 분무를 정지시키는, 그에 따라 잔류 액체가 제1 유체 전달 통로에 남아 있게 되는, 단계; 제2 액체 유동의 분배가 진행되는 동안 제1 유체 전달 통로의 상기 잔류액체를 공정챔버 쪽으로 정화처리하는 단계; 상기 정화처리 후, 제2 액체 유동의 분배를 정지시키고 상기 제2 유체 전달 통로의 잔류 액체를 상기 제2 유체 전달 통로로부터 흡출시키는 단계; 및 상기 흡출 후, 상기 마이크로일렉트로닉 기판을 건조시키는 단계로 구성되는 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기판이 회전 턴테이블에 위치되며, 제1 유체 전달 통로의 잔류 액체가 챔버 쪽으로 정화처리되는 동안 회전 턴테이블을 회전시키는 단계를 또한 포함하는 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 헹굼 및 정화처리 중에 제1 및 제2 유체 전달 통로를 통해 유동하는 액체가 60 ~ 100 ℃ 온도범위를 갖는 수용성 헹굼 액체를 포함하는 하나 이상의 마이크로일렉트로닉 기판을 처리하는 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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