KR101122377B1 - 압축/가압 폼, 기포 및 액체를 이용하여 반도체 웨이퍼를세정하는 방법 및 장치 - Google Patents

압축/가압 폼, 기포 및 액체를 이용하여 반도체 웨이퍼를세정하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

오염 물질을 내포하는 표면을 갖는 반도체 기판이 세정되거나, 폼을 이용하여 화학 처리가 제공되는 장치와 방법이 제공된다. 상기 반도체 웨이퍼는 견고한 지지대(또는, 폼의 층)에 의해 지탱되고, 상기 반도체 웨이퍼가 지탱되는 동안, 상기 반도체 웨이퍼의 반대쪽 표면에 폼이 제공된다. 틀을 이용하여, 상기 반도체 웨이퍼에 접촉하는 폼에 압력이 가해지고, 이에 따라 잼된 폼(jammed foam)이 형성된다. 상기 반도체 웨이퍼에 상기 잼된 폼을 접촉시키면서, 상기 틀과 상기 반도체 웨이퍼 사이에서 상대적인 운동, 가령, 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 대해 평행인 진동이나, 수직인 진동이 발생하여, 상기 폼을 이용하여 바람직하지 못한 오염물질이 제거되거나, 그 밖의 화학적 처리가 상기 반도체 웨이퍼에서 이뤄진다.

Description

압축/가압 폼, 기포 및 액체를 이용하여 반도체 웨이퍼를 세정하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CLEANING SEMICONDUCTOR WAFERS USING COMPRESSED AND/OR PRESSURIZED FOAM, BUBBLES, AND/OR LIQUIDS}
본 발명은 반도체 웨이퍼 기술 분야에 관련되어 있다. 특히, 본 발명은 압축된, 또는 가압된 폼(foam), 또는 기포, 또는 용액을 이용하여 반도체 웨이퍼를 세정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 세정과 화학적 처치와 건조 기법이 지난 30년 동안에 걸쳐 발전 되어 왔다. 그러나 이러한 공정을 수행하기 위한 장치와 기법을 사용하기 위해서는 비용이 많이 든다. 덧붙이자면, 더욱 개선된 리소그래피와 그 밖의 다른 기법의 등장과 반도체 웨이퍼의 최종 설계에 대한 엄격한 수행 요구조건을 이용하여, 현재 이용 가능한 상기 공정 기법은 요구되는 공정 요구사항을 곧 충족시킬 수 없게 될 것이다.
전술한 바와 같이, 반도체 소자의 복잡도가 증가함에 따라, 다양한 오염원에 대해 반도체 웨이퍼의 저항력이 감소하게 된다. 민감도는 초미세 특징부의 크기 때문뿐 아니라 감소하는 웨이퍼 표면상에 증착된 층 때문이기도 하다. 밀집 집적 회로에서 현재 가능한 최소한의 특징부 크기는 0.11 미크론이다. 이는 0.1 미크론 이하로 곧 감소할 것이다. 특징부 크기와 막의 두께가 점점 더 작아짐에 따라 허용되는 오염 입자의 크기 또한 더 작아지도록 제어되며, 더 작은 크기를 가질 필요가 있다. 일반적으로, 상기 오염 입자 크기는 최소 특징부 크기보다 10배 더 작아야 한다. 그러므로 오염 입자를 1/100 이상 미크론까지 제어하는 것이 요구된다(가령, 10 ㎚ 이상).
대기 환경과 반도체를 처리하기 위해 사용되는 물질의 환경에서, 이러한 물리적 크기에 의해, 최종 제품이 매우 견고하지 못하게 되어 오염 물질이 잠재하게 된다. 예를 들어, 세정 공정과 화학 처리 공정에서 사용되는 대부분의 물질, 가령, 플루오르화물(fluoride), 용매, 산, 중금속, 산화제 등은 유독성이거나, 보관하거나 폐기할 때 위험하다. 이와 유사하게, 공정에서 통상적으로 사용되는 고순도의 탈이온수(DI 워터)는 구매하거나 폐기할 때 고비용이 들 뿐 아니라, 특수 저장/분포 시스템을 필요로 한다. 화학 처리 공정과 세정 공정이 또한 오염 원인이 된다. 이러한 오염은 표면 반응물뿐 아니라 물리적 오염에서도 발생할 수 있으며, 후자는 화학 처리 및 (스스로는 정화될 수 없는)세정 물질로부터, 또는 저장소의 구성요소와 전달 시스템으로부터 반도체 웨이퍼로 전달되는 미립자에 의해 발생할 수 있다.
덧붙이자면, 반도체 웨이퍼가 배치(batch) 공정에서 제조되어, 연속적인 공정이 수행되기보다는, 다음 공정전까지 저장되기 때문에, 외부 환경에서 표면으로 유입되는 오염 미립자 성분에 민감하다. 덧붙이자면, 안전하게 이동되고 안전하게 저장되기 위해, 상기 반도체 웨이퍼가 각각의 배치 공정의 끝부분에서 건조됨에 따라, 상기 반도체 웨이퍼를 건조하는 동안 사용되는 이소프로필 알코올, 용매의 휘 발성 확산과 그 외 다른 이유들 때문에 문제가 된다.
DI 워터나 이소프로필 알코올이 상기 반도체 웨이퍼에 오염 물질이 유입되는 경로일 수 있다. 반도체 웨이퍼 표면상의 오염 물질은 막, 또는 개별 입자, 또는 파티클과 흡착 기체의 그룹으로서 존재한다. 이러한 표면 막과 입자는 분자 화합물, 또는 이온성 물질, 또는 원자 종일 수 있다. 분자 화합물의 형태인 오염 물질은 윤활유, 그리스, 포토레지스트, 용제 잔기, 탈이온수나 플라스틱 저장 컨테이너로부터의 유기 화합물, 금속 산화물이나 수산화물로부터 응축된 유기 증기인 것이 대부분이다. 이온성 물질의 형태인 오염 물질은 물리적으로 흡착되거나 화학적으로 결속되는 무기 화합물로부터의 양이온과 음이온일 수 있으며, 그 예로는 나트륨, 불소, 염소의 이온이 있다. 원자(또는 원소) 종의 형태인 오염 물질은 반도체 표면에 결합되는 금속, 가령 구리, 또는 알루미늄, 또는 금일 수 있으며, 실리콘 입자, 또는 공정에서 사용되는 기구로부터의 금속 파편일 수 있다.
이러한 다양한 오염 물질을 제거하기 위해 사용되는 종래의 세정 기법에는 브러쉬 스크러빙(brush scrubbing) 기법, 또는 메가소닉(megasonic) 처리 기법이 있다. 이러한 기법에 의해, 받아들일 수 있는 양의 오염 물질이 반도체 웨이퍼로부터 제거될지라도, 상기 방법은 섬세한 구조물에서는 이용되기 어렵다. 브러시 스크러빙과 메가소닉 에너지에 연계되어 있는 기계 에너지가 상기 반도체 웨이퍼상의 소자에 손상을 준다. 비교적 견고한 표면들(가령, 브러쉬와 반도체 표면) 간의 직접 접촉에 의해, 오염물질을 제거하는데 필요한 것보다 훨씬 더 많은 힘이 야기된다. 메가소닉 에너지만 사용하는 세정 공정은 기판에 손상을 덜 주면서 오염 임자의 제한된 크기 범위를 청소하기 효율적인 기포와 파동을 생성한다. 메가소닉 세정의 또 다른 잘 알려진 문제점은, 메가소닉 유동액의 기포가 반도체 웨이퍼의 표면상에서 붕괴되고, 그에 따라 에너지가 상기 반도체 웨이퍼의 표면으로 전이되는 공동 현상(cavitation)이다. 상기 에너지는 표면상의 섬세하고 미세한 구조물을 파괴할 수 있거나, 상기 표면의 같은 위치에 기포가 반복적으로 붕괴하면, 표면이 스스로 파괴될 수 있다. 이러한 문제점에 추가로, 이러한 종래의 기법은 곧 오염물질을 제거하기에 충분하지 않게 될 수 있다.
반도체 웨이퍼를 세정하기 위해 사용되는 또 다른 기법은 견고한 표면(가령 브러쉬)이나 메가소닉 파동보다는 폼(foam)을 이용하여, 상기 반도체 웨이퍼에 접촉하는 것을 포함한다. 도 1에서 도식된 바와 같이, 장치(102)에 내장된 반도체 웨이퍼(100)는 기포(108)가 포함된 폼(106)과, 포트(104)를 통해 반도체 웨이퍼(100)의 표면으로 유입되는 용액을 포함한다. 상기 폼(106)이 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면으로부터 사라짐에 따라, 기포 덩어리(106)가 상기 반도체 웨이퍼(100)의 표면으로부터 오염 입자를 제거한다. 현 공정, 또는 미래의 반도체 공정을 위해 필요한 영역에 세정이 적용되도록 이러한 폼 공정이 개선될 수 있다.
본 발명은 압축된 폼, 또는 잼된 폼(jammed foam)을 포함하는 개선된 폼 공정을 이용하여, 오염 물질을 효과적으로 제거하기 위한, 또는 상기 반도체 웨이퍼를 처리하는 장치와 방법을 제공한다.
하나의 실시예에서, 장치는 상기 반도체 웨이퍼를 지탱하는 동작을 수행하는 지지대를 포함한다. 상기 반도체 웨이퍼가 상기 지지대에 의해 지탱되는 동안, 폼 다기관(foam manifold)은 폼(foam)을 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 유입하는 동작을 수행한다. 틀이 상기 반도체 웨이퍼 표면 위에 배치되는 상기 폼에 압력을 가하여, 잼된 폼(jammed foam)을 형성하는 동작을 수행한다. 상기 잼된 폼이 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 접촉되는 동안, 바람직하지 않은 입자가 상기 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 제거되도록, 상기 틀과 상기 반도체 웨이퍼 사이에서 관련 이동을 야기하는 동작을 액추에이터가 수행한다.
상기 틀은 상기 폼 위에 배치되는 플래튼(platen)을 포함하며, 상기 반도체 웨이퍼의 전체 표면 위에 위치하는 폼에 압력을 가하도록, 상기 플래튼은 상기 반도체 웨이퍼의 영역을 가진다. 상기 틀은, 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위에 위치하는 로컬 영역에 존재하는 폼에 압력을 가하도록, 상기 반도체 웨이퍼의 전체 표면보다 작은 압력 구조물을 포함하며, 상기 압력 구조물은 굴대(mandrel), 또는 휠(wheel)일 수 있다.
상기 폼은 반도체 웨이퍼의 표면상에 존재하는 입자의 최대 선형 크기 이상의 직경을 갖는 기포를 포함할 수 있다. 또는, 상기 폼은, 압력이 가해질 때, 기포가 분열되기보다는 제 1 에너지 상태로 재배치되기 충분한 밀도(단위 체적당 기포의 수)를 가질 수 있으며, 제 1 에너지 상태는 압력이 가해지기 전에 폼이 존재하는 제 2 에너지 상태보다 낮다. 상기 장치는 상기 반도체 웨이퍼와 지지대 사이에 잼된 폼의 추가적인 층을 제공하도록 설정될 수 있다.
상기 폼은 액체 및 기포를 포함할 수 있으며, 상기 액체는 상기 반도체 웨이퍼에 화학 처리를 제공하는 화학 물질을 포함할 수 있다. 상기 액체는 상기 반도체 웨이퍼, 또는 상기 반도체 웨이퍼 위에 배치된 층을 에칭하는 동작을 수행할 수 있으며, 상기 액체는 상기 반도체 웨이퍼를 세정하기 적합한 세정제를 포함할 수 있으며, 상기 액체는 HCI, 암모늄 하이드록사이드, SC1(표준 세정 1 : 암모늄 하이드록사이드 - 하이드로겐 페록사이드 - 물의 0.25:1:5 혼합물), SC2(표준 세정 2 : 하이드로클로릭 산 - 하이드로겐 페록사이드 - 물의 1:1:5 혼합물), HF 중 하나일 수 있다. 상기 폼은 반응성 기체를 내포하는 기포를 포함할 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼의 위치는 유지되면서, 상기 액추에이터가 상기 틀을 이동시키도록 설정될 수 있다. 상기 액추에이터는, 상기 틀과 상기 반도체 웨이퍼 사이의 거리가 변화하도록 상기 틀, 또는 상기 반도체 웨이퍼를 수직으로 진동시키는 동작, 그리고 상기 틀, 또는 상기 반도체 웨이퍼를 다수의 비-평행 방향으로 측방 진동시키거나 상기 틀, 또는 상기 반도체 웨이퍼를 회전시키는 동작을 수행한다.
상기 장치는 상기 지지대와, 상기 폼 다기관과, 상기 액추에이터를 내장하는 컨테이너를 포함하고, 상기 잼된 폼의 붕괴로부터 야기된 액체가 상기 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 제거되는 채널을 더 포함한다.
상기 장치는 상기 반도체 웨이퍼에 상기 폼을 유입시키는 동작을 수행하는 다수의 다기관을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 다수의 다기관은 상기 폼을 상기 반도체 웨이퍼로 유입시키는 동작과, 상기 반도체 웨이퍼가 상기 잼된 폼에 종속된 후, 탈이온수(DIW: de-ionized water)를 상기 반도체 웨이퍼에 공급하는 동작과, 상기 반도체 웨이퍼가 상기 잼된 폼에 종속된 후, 화학적 처리와 DIW를 상기 반도체 웨이퍼에 공급하는 동작과, 상기 반도체 웨이퍼가 상기 잼된 폼에 종속된 후, 비활성 기체를 상기 반도체 웨이퍼에 공급하는 동작과, 상기 폼이 상기 폼 다기관에 공급되거나, 상기 폼이 상기 폼 다기관에 분포되기 전에, 상기 폼을 형성하는 동작을 추가로 수행할 수 있다.
도 1은 종래의 폼 장치를 도식한 도면이다.
도 2는 본 발명의 첫번째 태양에 따르는 세정 장치의 도면이다.
도 3A와 도 3B는 본 발명의 태양에서, 재배치 전과 후의 기포를 도식한 도면이다.
도 4는 본 발명의 두번째 태양에 따르는 세정 장치를 도식한 도면이다.
도 5는 본 발명의 세번째 태양에 따르는 세정 장치를 도식한 도면이다.
도 6은 본 발명의 네번째 태양에 따르는 세정 장치를 도식한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다섯번째 태양에 따르는 세정 장치를 도식한 도면이다.
도 8은 본 발명의 여섯번째 태양에 따르는 세정 장치를 도식한 도면이다.
반도체 웨이퍼 처리 공정에서 폼(foam)을 사용하는 것은 많은 이유에서 바람직할 수 있으며, 특히, 미세 구조물을 파괴하기도 하는 커다란 물리적인 힘없이, 반도체 웨이퍼의 표면을 처리할 수 있다는 것이 그 이유이다. 덧붙이자면, 연속하는 공정 단계에서 증가하는 입자 개수를 갖는 다른 시스템과 달리, 폼-기반 세정 시스템은 생성하는 것보다 더 많은 입자를 제거할 수 있다.
폼을 생성하는 공정은 비교적 간단하다: 적합한 액체가 상기 액체에 기체를 혼합함으로서 변형된다. 상기 폼의 액체상이 상기 폼을 생성하기 위해 사용되는 본래의 액체와 충분히 동일하기 때문에, 상기 적합한 액체는 바람직한 폼이 생성될 수 있고, 반도체 웨이퍼를 바람직하게 화학 처리할 수 있는 것 중 하나이다. 폼은 불용성 기체, 가령 공기의 혼합물에 의해, 또는 가용성 기체를 포함하는 용액을 상기 액체에 혼합함으로써 생성될 수 있다. 다른 경우에 있어서, 에너지가 폼을 형성하기 위해 가해진다.
폼은 생성되었을 때, 준안정 상태(metastable state)에 있다. 이것은 바로 다음에 뒤따르는 공정에서, 상기 폼이 붕괴되고, 그에 따라 기체와 본 액체가 필수적으로 감소하게 된다. 이러한 붕괴 공정을 드레이닝(draining)이라고 일컫는다. 드레인 시간이라고 일컬어지는 드레이닝률은 폼에 따라 변화한다. 가령, 샴푸의 점도를 가진 폼에 대한 드레인 시간이 수 분, 또는 그 이하인 반면에, 쉐이빙 크림의 점도를 가진 폼에 대한 드레인 시간은 수 시간일 수 있다. 상기 드레인 시간은 폼을 구성하는 액체의 종류와, 상기 폼의 농도를 변경함에 따라, 가령, 반도체 웨이퍼를 처리하기 바람직하도록 제어될 수 있다.
상기 폼은 기압이 일정하게 유지되는 환경에서 생성되거나 저장될 수 있다.
상기 환경으로부터 방출되면, 가령, 저장소로부터 다기관을 통해서 방출되면 상기 폼의 부피가 확장된다. 상기 다기관을 통해 반도체 웨이퍼로 공급될 때, 상기 폼은 반도체 웨이퍼에 접촉하는 액체에서의 반응물과 용제의 체적을 감소시킨다. 그러나 상기 폼은, 상기 폼이 반도체 웨이퍼로 이동되기 위해 지나가는 배수관에 서, 오염 물질에 반도체 웨이퍼가 노출되는 정도를 또한 감소시킨다. 왜냐하면, 더 적은 물질이 상기 배수관을 통해 지나가기 때문이다. 또한 폼은 틱소트로피 유동성을 나타내며, 따라서 전단응력 하(under shear)에서 가장 유동적이다. 일부 폼, 가령, 쉐이빙 크림과 유사한 속성을 갖는 폼은 높은 전단응력 하에서 쉽게 퍼지나, 상기 전단응력이 제거되었을 때, 충분히 정지 상태로 남아 있을 수 있다. 낮은 전단응력 하에서, 폼은 일반적으로 탄성을 지닌 고체처럼 반응한다. 덧붙이자면, 폼에 존재하는 기포의 벽이 표면 장력을 제공함에 따라, 낮은 표면 장력과 낮은 점도를 갖는 액체를 사용함으로써, 반도체 기판상의 통상적인 구조물, 가령 비아와 트렌치로 침투하는 것이 가능하다.
폼이 생성되는 동안, 제공되는 환경적 요인(가령, 온도와 압력)뿐 아니라 상기 폼을 형성하는 액체와 기체 모두 폼의 혼합물을 제어하는데 적용될 수 있다. 예를 들자면, 고순도 액체, 가령 물, 또는 다른 종류의 화학 처리를 위해 사용되는 화학물을 사용함에 따라, 제공되어 포밍(foaming)을 방해하는 오염물질이 거의 없는 경우까지 상기 포밍 효율이 증가하게 된다. 예를 들어, 폼을 형성할 때, 표면 장력을 감소시키는 물질, 가령, 비누, 세척제, 이소프로필 알코올, 아산화질소, 이소부탄, 이산화탄소가 액체에 추가될 수 있다. 덧붙이자면, 표면장력이 감소되기 때문에 높은 온도에서 포밍이 더 잘되므로, 사용되는 액체의 온도가 포밍 반응을 최적화하도록 적용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 비교적 빠른 드레이닝 폼을 사용하는 것이 가능하다. 실제로, 다소 빠른 드레이닝 폼을 사용하는 것이 바람직할 경우는 거의 없으며, 만약 있을 경우, 폼을 제거할 추가적인 측정에 대한 필요성을 피할 수 있다.
도 1에서 도식되는 바와 같이, 상기 반도체 웨이퍼를 세정하기 위해 제안되는 기법은 반도체 웨이퍼를 폼에 침적시키는 것, 또는 붕괴(decay)와 배수(drainage)를 통해, 상기 폼이 상기 기판의 표면으로부터 이동하는 것을 포함한다. 상기 배수동안, 폼에 감압하는 것은, 기포가 붕괴함으로써 에너지를 반도체 웨이퍼의 표면으로 이동시킨다. 그러나 오염물질을 상기 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 제거하기 위해 기포가 붕괴할 때, 이러한 기법은 너무 작은 에너지를 방출한다.
도 2에서 도식된 본 발명의 실시예에서, 반도체 웨이퍼를 세정하거나, 다른 처리를 하기 위해, 이른바“가압(jammed)”폼을 이용한다. 본 실시예에서, 반도체 웨이퍼(10)는 두 개의 플래튼(12, 14) 사이에 배치되고, 폼(16)은 반도체 웨이퍼(10)의 하나 또는 양 측부상에 배치된다(도면에서는 양 측부상에 배치된 것이 나타남). 본 발명의 실시예를 이용하여, 여러 종류의 반도체 웨이퍼, 가령, 실리콘, 또는 Ⅳ족 기판, 또는 Ⅲ-Ⅴ족, 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 기판 중 하나가 치리될 수 있다.
일반적으로, 하부 플래튼(14)은 폼이 존재하든지, 존재하지 않든지, 반도체 웨이퍼(10)가 배치되는 지지대를 제공한다. 상기 폼(16)이 상기 반도체 웨이퍼(10)의 전체 표면 위에 충분하게 배치된다. 가령, 하나 이상의 다기관 같은, 임의의 적정 수단을 이용하여, 상기 폼은 공급될 수 있고, 펼쳐질 수 있다. 나타내는 바와 같이, 균일한 압력이 상부 플래튼(12)을 통해 폼(16)에 적용되고, 하부 플래튼(14)에까지 적용될 수도 있다. 이러한 압력이 잼된 폼(16)을 형성하는 것이며, 이는 주 로 상기 폼(16)에 존재하는 기포를 붕괴시키기보다는 먼저 재정렬함으로써 에너지를 반도체 웨이퍼(10)로 전달시킬 수 있다. 이러한 과정이 발생하는 방식은 압력이 증가됨에 따라, 먼저 상기 폼이 어떠한 재배치도 일어나지 않는 준안정 고에너지 상태로 들어가고, 그 후 임계 압력 값에서, 상기 폼은 기포 분리가 아닌 기포 재배치를 통해 에너지가 방출되는 낮은 에너지 상태로 느슨해진다.
상기 폼이 가압 상태가 됨에 따라, 최소 두께에 이를 때까지, 상기 폼 층은 계속 얇아진다. 상기 최소 두께는 사용되는 액체 및 기체 성분에 따라 다르다. 그러나 통상적으로 10㎛ 내지 50㎛의 직경의 기포가 상기반도체 표면을 처리하기 위해 사용될 수 있으며, 층 두께가 상기 기포의 직경 이하일 수는 없다. 상기 폼의 농도가 너무 낮을 경우, 인력(gravity)에 의해, 기포들이 인터페이스에 도달하여 재배치될 수 있을 때까지, 서로 떨어져 있는 기포들이 끌어 당겨지고, 기포 사이가 벌어진다. 덧붙이자면, 기포가 더 작아질수록, 큰 기포보다 더 안정적이 된다. 더 작은 기포를 포함하는 폼을 제공함으로써, 인터페이스에서 재배치되는 기포의 수가 증가됨에 따라 처리 효율이 증진될 수 있다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼(10)의 상부 표면은 세정, 또는 그 밖의 다른 화학적 처리를 요하는 패턴 처리된 구조물을 포함한다. 그러므로 상기 반도체 웨이퍼(10)의 하부 표면이 처리를 요하지 않을 경우, 하부 플래튼(14)은 제거될 수 있고, 상기 반도체 웨이퍼(10)를 지탱하기만 하고 상기 반도체 웨이퍼(10)에 압력을 가하지 않는 고정 지지 기판으로 대체될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 상기 폼(16)이 상기 반도체 웨이퍼(10)의 하부 표면상에 배치되지 않을 수 있다. 컨베이 어 벨트와 유사하게, 지지 기판은 고정되거나 움직일 수 있다. 한편, 상기 플래튼은, 붕괴하는 기포에 반복 노출됨으로써, 상기 플래튼으로 이동되는 저항 에너지에 충분히 강한 임의의 적정 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
일반적인 재배치가 도 2A와 2B에서 도식된다. 도 2A를 참조하여, 가해지는 압력 없이, 폼(16)이 반도체 웨이퍼(10)의 표면상에 배치된다. 도 2B는 압력이 가해짐에 따른 폼(16)의 재배열을 도식한다(플래튼, 또는 그 밖의 다른 압력 구조물은 도면상 나타나지 않는다). 나타내는 바와 같이, 폼(16)이 높은 에너지의 무질서한 상태에서 낮은 에너지의 질서가 잡힌 상태로 이동함에 따라, 에너지가 방출된다. 도면에서 나타나는 기포의 구(spherical) 특성에 의해, 폼은 6각형 밀집구조로 재배치될 수 있다.
폼을 이용하는 처리 공정이 완료되면, DI 워터를 이용하여 상기 폼은 제거되거나, 헹궈질 수 있으며, 또는 상기 DI 워터 헹굼 단계 전에 추가적인 액체 화학 헹굼이 필요할 수 있다. 그 후, 질소, 또는 다른 비활성 기체를 상기 반도체 웨이퍼 표면에 공급하는 제어된 방식으로 잔존 DI 워터가 제거될 수 있다. 제어되지 않는 건조 공정, 즉, 폼을 제거하지 않고 반도체 웨이퍼를 건조시키는 것은 폼에 의해 제거되는 오염 물질, 또는 원치 않는 잔존물과 폼의 화학물질을 남겨둘 수 있다. 그 후, 추가적인 공정이 발생하며, 필요할 경우, 새로운 폼이 상기 반도체 웨이퍼의 표면으로 유입될 수 있다. 상기 새로운 폼은 본래의 폼과 같거나 다른 화학물질일 수 있다. 상기 폼은 오염물질과, 반응물과 반도체 웨이퍼의 표면의 결과물을 내포하고 있기 때문에, 재활용되지 않는 것이 일반적이다.
도 2에서 도식된 플래튼이 반도체 웨이퍼 전체를 덮을지라도, 그에 따라서 균일한 압력이 상기 폼에 가해질지라도, 압력이 상기 폼에 균일하게 공급될 필요는 없다. 도 4에서 도식된 바에 따라서, 반도체 웨이퍼(20)와 폼(26)은 하나 이상의 틀(22, 24) 사이에 배치된다. 도 4의 실시예에서, 상기 틀(22, 24)을 통해, 반도체 웨이퍼(20)의 작은 일부 표면 위에 위치하는 상기 폼(26)에 압력이 가해진다. 도 2의 실시예에서의 플래튼과는 다르게, 본 실시예의 서로 마주보고 있는 상기 틀(22, 24)은 반도체 웨이퍼(20)의 표면 전체를 덮지 않는다. 이전 실시예와 유사하게, 단 하나의 틀도 반도체 웨이퍼(20)에 적용될 수 있다. 단일 플래튼처럼 이러한 단일 틀은 반도체 웨이퍼(20)의 상부 표면 위에 배치되며, 그 곳에 세정, 또는 다른 처리가 요구되는 패턴이 제공된다. 본 실시예에서는 도식되지 않았다할지라도, 다중 틀(플래튼, 롤러 등)이 상기 반도체 웨이퍼(20)의 한 쪽 표면상에 배치될 수 있다.
도 4의 실시예에서 폼(26)은 반도체 웨이퍼(20)의 표면 전체에 걸쳐 배치될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 후자의 경우에 있어서, 상기 폼(26)이 세정, 또는 처리가 필요한 반도체 웨이퍼(20)의 일부분 위에만 배치될 수 있다. 틀(22, 24)이 반도체 웨이퍼(20)의 표면을 가로질러 한번 이상 앞/뒤로 이동할 수 있다. 다중 틀이 존재할 경우, 상기 반도체 웨이퍼의 같은 표면, 또는 반대쪽 표면 위에서, 상기 틀들이 따로, 또는 같이 반도체 웨이퍼의 표면을 가로질러 이동할 수 있다. 나타내는 바와 같이, 틀(22, 24)은 상기 반도체 웨이퍼(20)의 일부분만을 덮은 맨드릴, 또는 롤러, 또는 휠, 또는 임의의 다른 압력 구조물일 수 있다. 따라서 상기 틀은 평평하거나 곡선 형태일 수 있다.
곡선 틀이 평면 틀보다 구현하기 더 쉬울 수 있다. 추가로, 반도체 표면을 세정하거나 처리하는 데 필요한 시간이 상기 틀이 평면인지 아닌지에 영향을 준다. 이러한 경우에 있어서, 짧은 시간만 요구될 경우, 높은 압력을 갖는 좁은 라인 접촉면이 사용되어, 상기 틀은 폼을 따라 움직일 수 있다. 역으로, 긴 시간이 요구될 경우, 상기 폼에 내포되는 임의의 반응물이 반도체 웨이퍼에 액체로서 공급될 것이다.
도 5는 폼(38)이 형성되고 이동되는 한 가지 방식을 도식한다. 상기 도면에서, 단 하나의 압력 구조물(도면상, 플래튼)(32)이 도식되어 있으며, 그러나 다중 압력 구조물이 사용될 수 있다. 나타내는 바와 같이, 플래튼(32)은 플래튼(32)을 통과해 뻗어 있는 다수의 구멍(34, 36)을 갖는다. 구멍 중 하나(34)를 통해, 상기 폼(38)이 반도체(30)의 표면으로 유입되고, 나머지 구멍(36)을 통해, 상기 폼(38)이 반도체 표면(30)으로부터 빠져나간다. 배수(drainage)를 통해, 또는 질소같은 비-반응성 기체를 사용함으로써, 상기 폼(38)이 입구 구멍(34)으로부터 출구 구멍(36) 방향으로 증착될 수 있다. 상기 질소는 반도체 웨이퍼(30)의 표면상에 위치하는 폼(38)을 출구 구멍(36) 방향으로 밀 수 있다. 압력을 가함으로써 이뤄지는 재배치와 함께, 폼(38)의 이동에 따라, 상기 반도체 표면(30)이 세정되거나 처리될 수 있다. 진공 상태, 또는 압력 차이가 상기 출구 구멍(36)에 적용되어, 폼(34), 또는 가압된 폼으로부터 반도체 표면(30)에서 나가는 출구로의 액체에 힘이 가해진다. 구멍(34, 36)이 플래튼(32)을 따라 임의의 지점에서 위치할 수 있으나, 상기 폼이 반도체 표면(30)의 전체 표면에 걸쳐 공급되도록 배치되는 것이 바람직하다. 입구 구멍(34)을 통해, 액체가 공급되고, 기체(가령 O3)로 포화되어, 폼(38)을 형성한다.
도 6은 상기 폼이 반도체 웨이퍼의 양 측에서 제공되는 실시예를 도식한다(상부 표면상의 폼과 압력 구조물은 도식되지 않음). 반도체 웨이퍼(40)가 상기 폼(46)에 배치되기 전에, 폼(46)이 플래튼(42)으로 유입된다. 그 후, 상기 반도체 웨이퍼(40)가 지지대(42)의 3개 이상의 스탠드(44) 위에 위치하게 된다. 상기 스탠드(44)는 폼(46)을 통과하는 지지대(42)의 크기와 형태와 면적면에서 동일하다. 반도체 웨이퍼(40)가 스탠드(44)상에 고정되어 있을 때, 상기 반도체 웨이퍼(40)가 폼(46) 위에 놓여 있도록 상기 스탠드(44)는 지지대(42)로 수축된다. 상기 스탠드가 수축되기 전이나 후에, 추가적인 폼 층이 반도체 웨이퍼의 반대쪽 표면에 공급될 수 있다. 상기 폼이 주입된 후, 반도체 웨이퍼(40)가 처리될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 도식하고 있다. 본 실시예에서, 폼(56)이 반도체 웨이퍼(50)의 양 마주보는 표면상에 배치되고, 다중 압력 수단이 사용될지라도, 간편성을 위해, 상기 폼(56)이 상기 반도체 웨이퍼(50)의 한쪽 표면에만 배치되고, 압력을 가하는 플래튼(52)이 상기 폼(56) 위에 배치된 듯 보일 것이다. 전술한 바와 같이, 폼 유동성은 전단응력 하에서 가장 뛰어나다. 그러므로 전단응력을 제공하기 위해 압력이 가해지는 동안, 상기 플래튼(52), 또는 플래튼(52)과 반도체 웨이퍼(50)가 이동하여, 상기 반도체 웨이퍼(50)상의 폼(56)의 효율도가 증가할 것이다.
나타나는 바와 같이, 서로에 관련하여, 반도체 웨이퍼(50)와 플래튼(52)은 하나 이상의 방향, 측방으로(즉, 상기 반도체 평면상에서의 이동)나 수직 방향으로, 이동될 수 있다. 수직 이동에 의해, 즉, 상기 반도체 웨이퍼(50)와 플래튼(52)이 서로의 방향으로 이동하거나, 서로 반대 방향으로 이동함으로써, 상기 폼(56)은 압축되고, 확장될 수 있다. 또는, 측방 이동에 의해, 즉, 상기 반도체 웨이퍼(50)와 플래튼(52)이 둘 사이의 겹쳐지는 공간을 조정하기 위해 이동함에 따라, 상기 폼(56)은 전단(shear)될 수 있다. 이러한 이동은 반복 수행되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 반도체 웨이퍼(50)와 플래튼(52)은 하나 이상의 방향으로 진동하여, 더 효율적인 처리를 수행할 수 있다. 이와 유사하게, 서로에 관련하여 위치를 조정하는 것보다 이동에 영향을 주기 위해, 반도체 웨이퍼(50), 또는 플래튼(52)이 회전할 수 있다. 그러나 회전이 여러 다른 반경에서 여러 다른 선형 속도를 생성하기 때문에, 진동을 하는 것이 더 나은 처리 결과를 도출할 수 있다. 요컨대, 상기 반도체 웨이퍼 위치가 일정하고 상기 틀이 이동하거나, 상기 틀 위치가 일정하고 상기 반도체 웨이퍼가 이동하거나, 상기 반도체 웨이퍼와 상기 틀 모두 동시에, 또는 연속해서 이동할 수 있다.
전술한 실시예들에서, 상기 틀과 지지대 사이에서(또는 상기 틀들 사이에서), 단 하나의 웨이퍼만 배치된다. 그 밖의 다른 실시예에서, 상기 틀과 지지대 사이에서(또는 상기 틀들 사이에서), 반도체 웨이퍼가 폼 층 사이에 삽입된 채, 다수의 반도체 웨이퍼가 배치될 수 있다. 그러나 이러한 경우에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼의 위치를 잡기가 난해할 수 있으며, 이동 단계가 포함될 경우, 반도체 웨이 퍼들 간에서 균일한 움직임과 그에 따르는 균일한 결과를 얻기 어려울 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 폼은 액체와 기체로 채워진 기포로 이뤄져 있다. 상기 폼은 다른 물질에 대한 전달 매체일뿐 아니라 재배치로 인해, 그 자체로도 매우 유용할 수 있다. 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 에너지를 공급하고, 표면을 세정하는 것에 추가로, 다른 화학 물질이 상기 폼에 제공될 수 있다. 상기 폼은 종래의 반도체 공정에서 사용되는 처리 유동액으로부터 형성될 수 있다. 이러한 유동액의 예로는 상기 반도체 웨이퍼의 표면상에 제공된 산화물을 벗겨내고, 잘라내기 위한 HCI, 암모늄 하이드록사이드, SC1, SC2, HF를 포함하여, 산화물, 질산, 암모늄 하이드록사이드, 하이드로겐 페록사이드에 포함된 입자를 제거할 수 있다. 그 밖의 다른 유동액이 표면을 세정하기 위해 보조적으로 사용될 수 있다. 가령, 높은 ph를 갖는 유동액을 음전기를 띄는 반도체 표면에 사용할 때, 양전기를 띄면서 상기 표면에 부착되어 있는 입자가 폼에 의해 제거되면, 음전기를 띄게 되며, 이에 따라 상기 입자의 재부착을 방지할 수 있다.
서로 다른 화학물질을 지닌 액체가 반도체 웨이퍼의 공정을 돕기 위해 사용될 뿐 아니라, 질소, 아르곤, 대기, 이산화탄소처럼, 비활성 기체뿐 아니라 반응성 기체도 사용되어, 폼을 형성할 수 있다. 이러한 배열은 기체를 반도체의 표면으로 유용하게 전달하는 시스템을 제공한다.
도 8은 폼 처리 공정을 이용하는 장치의 하나의 실시예를 도식한다. 반도체 웨이퍼(60)가 지지대(62)에 의해 지탱된다. 오염 시스템(64)은 반도체 웨이퍼(60)가 통과하는 하나 이상의 챔버를 가질 수 있다. 다수의 다기관이 제공된다. 도 4가 도식하는 바와 같이, 하나 이상의 다기관이 폼을 형성한다. 하나 이상의 다기관(67)은 폼(66)을 반도체 웨이퍼(60)로 유입, 확산시킨다. (적정 밸브를 갖는) 기체 및 액체 공급 라인이 폼을 형성하기 위한 재료를 다기관에 제공한다. 폼(66)이 공급되고, 상기 틀(65)이 폼 위에서 기능한 후, DI 워터로, 하나 이상의 다기관(68)이 반도체 웨이퍼(60)를 헹군다. 상기 반도체 웨이퍼(60)가 헹궈진 후, 하나 이상의 다기관이 반도체 웨이퍼(60)를 건조시킨다.
물론, 동일하거나 다른 다기관에 의해, 여러 다른 폼이 제공되어, 잼된 폼(jammed foam)을 반도체로 공급하기 위해 압력이 가해질 수 있다. 폼을 이용하는 건조 공정이 또한 사용될 수 있다. 이러한 공정에서, 이산화탄소 기체와 DI 워터의 혼합물이 바람직한 폼을 제공할 수 있다. 반도체 공정 분야에서 알려진 바와 같이, 이러한 장치의 여러 다른 구성이 가능하다. 예를 들어, 세정과, 화학 처리와 건조가 한 챔버에서, 또는 서로 다른 챔버에서 발생할 수 있다. 일반적으로, 세정과 화학 처리 단계는 임의의 중계 건조 단계를 거치지 않고 연속적으로 발생하며, 반도체 웨이퍼가 시스템에 제거될 때, 건조 단계는 최종 단계로서 수행된다. 그러나 같은 챔버에서, 세정 단계와 화학 처리 단계가 건조 단계와 함께 교대로 수행될 수 있다.
본 발명이 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이는 본 발명을 제한하지 않는다. 첨부된 청구 범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상과 범위내에서, 다양한 변형 예와 적용 예가 가능하다.

Claims (20)

  1. 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는
    상기 반도체 웨이퍼를 지탱하도록 구성되는 지지대와,
    상기 반도체 웨이퍼가 상기 지지대에 의해 지탱되는 동안, 폼(foam)을 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 유입하기 위한 폼 다기관(foam manifold)과,
    상기 반도체 웨이퍼 표면 위에 배치되는 상기 폼에 압력을 가하여, 잼된 폼(jammed foam)을 형성하기 위한 틀과,
    상기 잼된 폼이 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 접촉되는 동안, 오염 입자가 상기 반도체 웨이퍼의 표면에서 제거되도록, 상기 틀과 상기 반도체 웨이퍼 간의 상대적 이동을 야기하는 액추에이터(actuator)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 틀은 상기 폼 위에 배치되는 플래튼(platen)을 포함하며, 상기 플래튼은, 상기 반도체 웨이퍼의 전체 표면 위에 위치하는 폼에 압력이 가해지도록, 반도체 웨이퍼의 면적 이상의 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 틀은 압력 구조물(pressure structure)을 포함하며, 압력이 반도체 웨이퍼의 표면 위의 국소 면적(local area)의 폼에 제공되도록, 상기 압력 구조물은 반도체 웨이퍼의 전체 표면보다 더 작은 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 액추에이터는,
    상기 틀과 상기 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 거리가 변화하도록 상기 틀, 또는 상기 반도체 웨이퍼를 수직으로 진동시키거나,
    상기 틀, 또는 상기 반도체 웨이퍼를 다수의 비-평행 방향으로 측방 진동시키거나,
    상기 틀, 또는 상기 반도체 웨이퍼를 회전시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 상기 반도체 웨이퍼와 상기 지지대 사이에 추가적인 잼된 폼 층을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 잼된 폼의 붕괴로부터 야기된 액체가 상기 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 제거될 때 통과되는 채널(channel)
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 폼은 액체와 기포를 포함하며, 상기 액체는 화학 처리를 상기 반도체 웨이퍼에 제공하는 화학 물질을 내포함을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 액체는 상기 반도체 웨이퍼, 또는 상기 반도체 웨이퍼 상에 배치되는 층을 에칭하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 액체는 상기 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 세정제를 포함함을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 폼은 반응성 기체를 내포하는 기포를 포함함을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 폼을 상기 반도체 웨이퍼로 유입시키고,
    상기 반도체 웨이퍼가 상기 잼된 폼에 종속된 된 후, 탈이온수(DIW: de-ionized water)를 상기 반도체 웨이퍼에 가하며,
    상기 반도체 웨이퍼가 상기 잼된 폼에 종속된 후, 화학적 처리와 DIW를 상기 반도체 웨이퍼에 가하고,
    상기 반도체 웨이퍼가 상기 잼된 폼에 종속된 후, 비활성 기체를 상기 반도체 웨이퍼에 가하며,
    상기 폼이 상기 폼 다기관에 공급되기 전과, 상기 폼이 상기 폼 다기관으로 분사되기 전 중 하나 이상에서, 상기 폼을 형성하도록
    구성되는 다기관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치.
  12. 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    상기 반도체 웨이퍼를 지탱하는 단계,
    상기 반도체 웨이퍼가 지탱되는 동안, 폼을 상기 반도체 웨이퍼의 제 1 표면상에 제공하는 단계,
    틀을 이용하여, 상기 반도체 웨이퍼상에 배치된 폼에 압력을 가하여 잼된 폼(jammed foam)을 형성하는 단계, 그리고
    상기 잼된 폼이 상기 반도체 웨이퍼에 접촉하는 동안, 상기 틀과 상기 반도체 웨이퍼의 간의 상대적 이동을 야기하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼의 제 1 표면 전체 위에 위치하는 폼에 압력을 가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼 위의 국소 면적에서만 상기 폼에 압력을 가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 틀, 또는 상기 반도체 웨이퍼를 진동시켜, 상기 틀과 상기 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 거리, 또는 상기 틀과 상기 반도체 웨이퍼의 표면 간의 겹치는 부분의 크기를 변경시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 잼된 폼의 추가적인 층을 상기 반도체 웨이퍼의 제 2 표면 상에 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 폼의 액체를 이용하여, 상기 반도체 웨이퍼를 화학적으로 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 방법.
  18. 제 12 항에 있어서, 반응성 기체가 내포된 기포를 포함하는 폼을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 방법.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼가 상기 잼된 폼에 종속된 후, 상기 반도체 웨이퍼가 건조되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 방법.
  20. 제 12 항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼가 상기 잼된 폼에 종속된 후, 탈이온수(DIW)를 상기 반도체 웨이퍼에 가하는 단계와,
    상기 반도체 웨이퍼가 상기 잼된 폼에 종속된 후, 상기 DIW와 화학 처리를 상기 반도체 웨이퍼에 가하는 단계와,
    상기 반도체 웨이퍼가 상기 잼된 폼에 종속된 후, 비활성 기체를 상기 반도체 웨이퍼에 가하는 단계
    중 하나 이상의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 방법.
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