KR101239509B1 - 비뉴톤 유체를 사용하는 기판 세정 방법 및 장치 - Google Patents

비뉴톤 유체를 사용하는 기판 세정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

기판 세정 방법이 제공된다. 이 방법에 있어서, 흐름의 적어도 일부가 플러그 흐름을 나타내는 비뉴톤 유체의 흐름이 제공된다. 기판의 표면으로부터 파티클을 제거하기 위해서, 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부가 기판의 표면 상에서 이동하도록, 기판의 표면은 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부와 접촉되어 위치된다. 기판을 세정하는 부가적인 방법과 장치가 또한 설명된다.

Description

비뉴톤 유체를 사용하는 기판 세정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CLEANING A SUBSTRATE USING NON-NEWTONIAN FLUIDS}
본 출원은 2005년 6월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제11/153,957호의 분할 출원이다. 추가로, 본 출원은 1) 2005년 6월 15일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Method and Apparatus for Transporting a Substrate Using Non-Newtonian Fluid"인 미국 특허 출원 번호 제11/154,129호 (현재, 미국 특허 제7,416,370 B2호) 및 2) 2002년 9월 30일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Method and Apparatus for Drying Semiconductor Wafer Surfaces Using a Plurality of Inlets and Outlets Held in Close Proximity to the Wafer Surfaces"인 미국 특허 출원 번호 제10/261,839호 (현재 미국 특허 제7,234,477 B2호) 에 관한 것이다. 본 출원의 개시물은 여기서는 이들 전체 내용을 참조로서 전용으로 사용한다.
반도체 디바이스 제조 프로세스 전반에 걸쳐서, 반도체 웨이퍼는 증착 시스템으로부터의 오염과 같은 파티클을 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 제거하기 위해서 세정된다. 파티클이 제거되지 않는다면, 파티클은 반도체 웨이퍼를 오염시켜, 반도체 웨이퍼 상의 전자 디바이스에 대한 손상이 발생할 것이다. 이와 같이, 세정 동작은 제조 프로세스 전반에 걸쳐서 수차례 반복되는 매우 중요한 단계를 정의한다.
반도체 웨이퍼를 세정하는 하나의 방법은 탈이온수를 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 린스하는 것이다. 그러나, 반도체 웨이퍼를 물을 이용하여 세정하는 것은, 이 프로세스가 단지 매우 미세한 양의 오염물질을 제거하기 위해서 어마 어마한 양의 물을 사용하기 때문에, 매우 비효율적이다. 특히, 이 비효율성은 물의 뉴톤 속성에 의해서 야기된다. 도 1 은 물의 전단 응력 및 변형 다이어그램이다. 전단 응력 및 변형 다이어그램은 전단 변형률 대 전단 응력의 플롯이다. 도 1 에서 도시된 바와 같이, 물의 전단 변형률 및 전단 응력은 다이어그램 상에서 직선으로 플롯된다. 따라서, 물 (및 모든 뉴톤 유체) 은 전단 변형률에 대하여 선형적으로 비례하는 전단 응력을 가짐에 의해서 특징화된다. 플롯은 다이어그램의 원점 (101) 을 통과한다. 이에 따라서, 이 물 상에 적용되는 어떤 유한한 전단 응력도 흐름을 시작시킬 수 있다. 환언하면, 물은 최소의 항복점을 갖거나 항복점을 갖지 않으며, 이 항복점은 물에서의 흐름을 시작시키기 위해서 요구되는 최소한의 힘이다.
도 2 는 반도체 웨이퍼 (202) 의 표면 상의 물의 흐름에 대한 속도 흐름 프로파일이다. 도 2 에서 도시된 바와 같이, 물이 가상적으로 항복점을 갖지 않기 때문에, 반도체 웨이퍼 (202) 의 표면과 접촉하는 물의 속도는 본질적으로 0 이고 속도는 반도체 웨이퍼로부터 더 멀리 이격될 수록 증가한다. 이에 따라서, 물은 본질적으로 반도체 웨이퍼 (202) 의 표면과 접촉하는 지점에서는 흐르지 않는다. 반도체 웨이퍼 (202) 의 표면 바로 위의 물은 이동하지 않기 때문에, 물의 흐름이 반도체 웨이퍼의 표면에서 파티클을 멀리 운반시키는 메커니즘은 없다. 이에 따라서, 표면으로부터의 파티클의 제거를 가능하게 하기 위해서 반도체 웨이퍼 (202) 의 표면에서 임의의 상당한 속도를 생성하는데 많은 양의 물의 흐름이 필요하다.
상술한 관점에서, 유체를 더 효율적으로 사용하여 반도체 웨이퍼를 세정하는 방법과 장치를 제공할 필요가 있다.
광의적으로 말해서, 본 발명은 기판 세정 방법 및 장치를 제공함으로써 이런 필요를 충족시킨다. 본 발명은 방법, 시스템 또는 디바이스를 포함하는 수많은 방식으로 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 여러가지의 발명적인 실시형태가 후술된다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 기판 세정 방법이 제공된다. 이 방법에 있어서, 흐름의 적어도 일부가 플러그 흐름을 나타내는 비뉴톤 유체의 흐름이 제공된다. 기판의 표면으로부터 파티클을 제거하기 위해서, 기판의 표면은, 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부가 기판의 표면 상에서 이동하도록, 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부와 접촉되어 위치된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 기판 세정 방법이 제공된다. 이 방법에 있어서, 챔버는 비뉴톤 유체로 채워지고 기판은 챔버 내부에 위치된다. 이 후에, 부가적인 비뉴톤 유체가, 흐름의 적어도 일부가 플러그 흐름을 나타내는 비뉴톤 유체의 흐름을 생성하기 위해서, 챔버 내부로 강제 주입된다. 기판은, 표면으로부터의 파티클의 제거를 가능하게 하기 위해서, 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부가 기판의 표면 상에서 이동하도록, 챔버 내에 위치된다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 기판 세정 방법이 제공된다. 이 방법에 있어서, 공급 유닛 (application unit) 의 표면이 제공되고 공급 유닛은 기판의 표면 상에 배치된다. 비뉴톤 유체의 흐름은 공급 유닛의 표면과 기판의 표면 사이에 공급된다. 흐름의 적어도 일부는 플러그 흐름을 나타내어 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부가 기판의 표면 상에서 이동하여 기판의 표면으로부터의 파티클의 제거를 가능하게 한다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 기판 세정 장치가 제공된다. 이 장치는 기판의 표면 상에서 배치되도록 구성되고 비뉴톤 유체를 수용하도록 구성되는 공급 유닛이다. 이 공급 유닛은, 공급 유닛과 표면 사이에서 비뉴톤 유체의 흐름을 생성하기 위해서, 비뉴톤 유체를 표면에 공급할 수 있다. 흐름은 플러그 흐름을 나타내는 일부를 가져서, 플러그 흐름이 표면 상에서 이동하여 표면으로부터의 파티클의 제거를 가능하게 한다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 기판 세정 장치가 제공된다. 장치는 도관 (conduit) 의 형상의 캐비티 (cavity) 를 갖는 챔버를 포함한다. 도관은, 흐름의 일부가 플러그 흐름을 나타내도록, 비뉴톤 유체의 흐름을 운반할 수 있다. 또한, 챔버는 기판을 포함하도록 구성되어, 플러그 흐름이 기판의 표면 상에서 이동하여 표면으로부터의 파티클의 제거를 가능하게 한다.
본 발명의 다른 양태 및 장점은, 첨부된 도면과 관련되어 본 발명의 원리를 예제로서 예시하는 다음 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
상술된 본 발명에 따르면, 기판을 세정하기 위한 플러그 흐름을 나타내는 비뉴톤 유체의 사용은, 뉴톤 유체의 사용과 비교할 때 더 적은 비뉴톤 유체가 동일한 세정 효과를 달성하기 위해서 사용되기 때문에, 뉴톤 유체의 사용보다 더 효율적이다.
도 1 은 물의 전단 응력 및 변형 다이어그램.
도 2 는 반도체 웨이퍼의 표면 상의 물의 흐름에 대한 속도 흐름 프로파일.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 비뉴톤 유체의 전단 응력 및 변형 다이어그램.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 챔버 내의 비뉴톤 유체의 플러그 흐름에 대한 속도 흐름 프로파일.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 챔버 내의 비뉴톤 유체의 플러그 흐름에 대한 또 다른 속도 흐름 프로파일.
도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판 세정 방법의 고수준 개관의 흐름도.
도 7 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 단순화된 사시도.
도 8 은 도 7 에서 도시된 공급 유닛의 측단면도.
도 9 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 7 및 8 에서 도시된 장치의 표면과 기판의 표면 사이의 비뉴톤 유체의 흐름에 대한 속도 흐름 프로파일.
도 10 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판을 세정하는 또 다른 장치의 단순화된 사시도.
도 11a 내지 도 11c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판을 세정하는 도 10 에서 도시된 장치의 다양하고, 더 상세한 도면.
도 12a 및 12b 는 본 발명의 실시형태에 따른 도 10 및 11a 내지 도 11c 의 챔버를 통하여 비뉴톤 유체의 다른 흐름에 대한 다른 속도 흐름 프로파일.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
101 : 원점 202 : 반도체 웨이퍼
402 : 월 404 : 지름
702 : 기판 1004 : 챔버
1010 : 장치 1112 : 홀딩 핀
1116 : 입력단 1117 : 출력단
1130 : 패널 1132 : 입력 포트
본 발명은 첨부된 도면과 관련된 다음 상세한 설명에 의해서 용이하게 이해될 것이고, 유사한 참조 부호는 유사한 구조의 구성요소를 표시한다.
본 발명은 기판 세정 방법 및 장치에 대하여 설명된다. 그러나, 본 발명이 이런 특정한 상세한 사항 중 일부 또는 전부가 없더라도 실행될 수도 있다는 것은, 당업자에게 명백할 것이다. 다른 실례에 있어서, 주지된 프로세스 동작은, 불필요하게 본 발명을 모호하지 않게 하기 위해서, 상세하게 설명되지 않았다.
여기에서 설명되는 실시형태들은 기판 세정 방법 및 장치를 제공한다. 본질적으로, 플러그 흐름과 같이 흐르는 능력을 갖는 비뉴톤 유체가 기판을 세정하기 위해서 사용된다. 더 상세하게 후술될 바와 같이, 비뉴톤 유체의 흐름이 제공되고 흐름의 적어도 일부가 플러그 흐름을 나타낸다. 기판을 세정하기 위해서, 기판의 표면은 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부와 접촉되어 위치된다. 일 실시형태에 있어서, 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부는 기판의 표면 상에서 흐르도록, 비뉴톤 유체의 흐름은 기판의 표면에 공급된다. 또 다른 실시형태에 있어서, 기판은 플러그 흐름을 나타내는 비뉴톤 유체의 흐름에 침지된다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 비뉴톤 유체의 전단 응력 및 변형 다이어그램이다. 비뉴톤 유체는, 적용된 전단력이 0 으로 접근할 때, 흐르지 않는 유체이다. 특히, 도 3 에서 도시된 바와 같이, 이 비뉴톤 유체는 비뉴톤 유체 내에서 흐름을 시작시키기 위해서 요구되는 최소력 또는 전단 응력인 항복점 (302; τ항복) 을 가짐으로써 특징화된다. 비뉴톤 유체의 예제는 고체 및 액체의 극단들 사이의 중간 위치를 차지하는 소프트 응축 물질 (soft condensed matter) 이다. 소프트 응축 물질은 외부 응력에 의해서 용이하게 디폼 (deform) 될 수 있으며, 소프트 응축 문제의 예제는 에멀전, 콜로이드, 거품 (foam) 등을 포함한다. 에멀전은 예를 들어, 치약, 마요네즈, 물 속의 기름 등과 같은 혼합할 수 없는 액체의 혼합체라는 것이 이해되어야 한다. 콜로이드는 물 속에서 분산되는 폴리머이며, 젤라틴은 콜로이드의 예제이다. 거품은 액체 매트릭스 내에서 정의되는 가스 버블 (gas bubble) 이며, 면도 크림은 거품의 예제이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 챔버 내의 비뉴톤 유체의 플러그 흐름에 대한 속도 흐름 프로파일이다. 이 실시형태에 있어서, 챔버는 파이프의 형상으로 있고 도 4 는 파이프의 임의의 섹션의 속도 흐름 프로파일을 도시한다. 파이프를 통하여 흐르는 비뉴톤 유체는 파이프의 지름 (404) 의 전역에서 비뉴톤 유체에 적용되는 전단 응력보다 큰 항복점을 갖는다. 이와 같이, 흐름의 전체 양은 플러그 흐름을 나타낸다. 플러그 흐름은, 흐름 속도가 실질적으로 균일한, 고른 속도 흐름 프로파일에 의해서 정의된다. 환언하면, 플러그 흐름과 함께, 비뉴톤 유체 물질의 대다수는, 플러그 흐름이 파이프의 지름 (404) 의 전역에서 균일한 속도를 가지도록, 실질적으로 동일한 속도에서 파이프를 통하여 이동한다. 따라서, 파이프의 월 (wall; 422) 과 접촉하는 비뉴톤 유체의 속도는 파이프의 중간에서의 비뉴톤 유체의 속도에 접근한다. 따라서 플러그 흐름은 월 (402) 의 부근에서 또는 이 가까이에서 비뉴톤 유체의 높은 속도를 발생시킬 수 있다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 챔버 내의 비뉴톤 유체의 플러그 흐름을 위한 또 다른 속도 흐름 프로파일이다. 챔버는 파이프의 형상으로 있고 도 5 는 파이프의 임의의 섹션의 속도 흐름 프로파일을 도시한다. 이 실시형태에 있어서, 파이프를 통하여 흐르는 비뉴톤 유체에 적용되는 전단 응력은 흐름의 일부 부분에서 비뉴톤 유체의 항복점을 초과한다. 전단 응력이 항복점을 초과하는 흐름의 일부는 비플러그 흐름 (즉, 뉴톤 흐름) 을 나타낸다. 비플러그 흐름은 유체 속도가 플러그 흐름의 일부로부터 월 (402) 의 영역으로 감소하는 속도 기울기에 의해서 특징화된다. 다른 한편, 항복점이 전단 응력보다 큰 흐름의 일부는 플러그 흐름을 나타낸다. 도 5 에서 도시된 바와 같이, 속도 흐름 프로파일은 다른 흐름 특징을 갖는 비뉴톤 유체의 흐름을 도시한다. 플러그 흐름이 파이프의 전체 지름 (404) 의 전역에서 획득되지는 않는다. 특정적으로, 파이프의 월 (402) 가까이의 흐름의 일부 (502) 은 비플러그 흐름을 나타내고, 이것은 포물선 모양의 속도 흐름 프로파일을 갖는 속도 기울기에 의해서 특징화된다. 대조적으로, 플러그 흐름은 고른 모양의 속도 흐름 프로파일을 갖으며 속도 흐름 기울기들 사이의 부분 (504) 에서 나타난다. 도 5 는 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부 (504) 가 속도 기울기를 나타내는 흐름의 일부 (502) 보다 더 높은 속도를 갖는다는 것을 도시한다. 이에 따라서, 도 5 의 실시형태에 있어서, 속도는 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부 (504) 에서 가장 높다.
모든 비뉴톤 유체가 플러그 흐름을 나타내지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 다양한 요인 (예를 들어, 적용된 전단 응력, 비뉴톤 유체의 속성 등) 이 비뉴톤 유체가 플러그 흐름과 같이 흐르는지를 결정한다. 예를 들어, 빠르게 배수되고 무너지는 거품 (비뉴톤 유체) 은 임의의 상당한 기계적인 강도도 갖지 않는다. 이러한 빠르게 배수되는 거품은 가상적으로 항복점을 갖지 않고 플러그 흐름과 같이 흐르지 않을 것이다. 대조적으로, 느리게 배수되고 그것의 완전성을 무제한으로 유지할 수 있는 높은 항복점을 갖는 고품질의 거품은 플러그 흐름과 같이 흐르려고 할 것이다. 비뉴톤 유체의 항복점을 증가시키는 다양한 방법이 있다. 실례를 들어, 거품의 항복점을 증가시키기 위해서, 더 소형의 버블이 사용될 수도 있다. 또한, 거품 내의 계면 활성제의 양 및/또는 다른 계면 활성제의 사용을 증가시키는 것은 거품 배수 (foam draining) 를 제한할 수 있고, 이에 의해서, 거품의 항복점을 증가시킬 수 있다. 부가적인 폴리머 또는 다른 결합 물질이 거품의 항복점을 증가시키고 거품으로부터 배수되는 액체의 비를 감소시키기 위해서 부가될 수도 있다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 방법의 고수준 개관의 흐름도이다. 기판은 임의의 적합한 기본 물질이다. 하나의 예제적인 실시형태에 있어서, 기판은, 다양한 물질의 확산 및 증착에 의해서 마이크로회로가 구성되는데 있어서, 실리콘 결정과 같은 반도체 물질의 얇은 슬라이스인, 반도체 웨이퍼이다. 또 다른 예제적인 실시형태에 있어서, 기판은 자기적 매체 코팅을 갖는 둥글고, 단단한 플레이트를 포함하는 하드 디스크 플래터 (platter) 이다. 동작 (602) 에서 시작하면, 비뉴턴 유체의 흐름이 제공되고 흐름의 적어도 일부는 플러그 흐름을 나타낸다. 동작 (604) 에 있어서, 기판의 표면은, 기판으로부터 파티클을 제거하기 위해서 플러그 흐름이 기판의 표면 상에서 이동하도록, 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부와 접촉되어 위치된다. 기판의 표면은, 흐름의 이러한 부분이 가장 높은 속도를 가지기 때문에, 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부와 접촉되어 위치된다. 사실상, 기판의 표면은 흐름의 가장 빠른 비를 갖는 흐름의 일부에서 위치된다. 비뉴톤 유체의 흐름의 높은 속도는 기판의 표면 상의 파티클과 더 빠른 충돌과 증가된 충돌 빈도와 상관되고, 이에 의해서 기판의 표면에서 높은 마찰을 생성한다. 높은 속도와 이로 인한 높은 마찰은 기판의 표면으로부터의 파티클 제거의 높은 비율에 대응한다.
도 7 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판 세정 장치의 단순화된 사시도이다. 도 7 에서 도시된 바와 같이, 장치는 기판의 표면 상에 배치되도록 구성된 공급 유닛 (704) 이다. 도 7 의 실시형태에 있어서, 공급 유닛 (704) 은 비뉴톤 유체를 생성하지는 않지만, 비뉴톤 유체를 공급하는 임의의 적합한 수의 주입구 도관을 통하여 비뉴톤 유체를 수용한다. 공급 유닛 (704) 은 공급 유닛과 기판의 표면 사이에서 비뉴톤 유체의 흐름을 생성하기 위해서 기판 (702) 의 표면에 비뉴톤 유체를 공급한다. 일 실시형태에 있어서, 공급 유닛 (704) 은 기판 (702) 의 표면에 근접하여 위치되도록 구성되는 근접 (proximity) 헤드일 수 있다. 근접 헤드는 필수적으로 구성에 있어서 헤드가 아닐 수도 있지만 근접이 비뉴톤 유체의 공급을 가능하게 할 방식으로 구성될 수도 있는 한 예를 들어 매니폴드 (manifold), 서큘라 푹 (circular puck), 바 (bar), 스퀘어 (square), 오발 푹 (oval puck), 튜브 (tube), 플레이트 (plate) 등과 같은 임의의 적합한 구성, 형태 및/또는 크기일 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 근접 헤드는 도 7 에서 예시된 것과 같은 서큘라 푹의 타입일 수도 있다. 근접 헤드의 크기는 희망되는 공급에 따른 임의의 적합한 크기에 따라서 변화될 수도 있다. 근접 헤드 상의 더 많은 정보를 위해서, 미국 특허 제7,234,477 B2호에 대한 참조가 행해질 수도 있으며 여기서는 그 개시물을 참조로서 포함한다.
도 8 은 도 7 에 도시된 공급 유닛의 측단면도이다. 도 8 에서 도시된 바와 같이, 공급 유닛 (704) 의 표면은 기판 (702) 의 표면 상에 배치된다. 공급 유닛 (704) 은 상부 주입구 도관을 통하여 비뉴톤 유체를 수용하며, 공급 유닛은 공급 유닛과 기판 (702) 의 표면 사이에서 비뉴톤 유체의 흐름을 공급한다. 비뉴톤 유체는 공급 유닛 (704) 의 중심으로부터 공급 유닛의 외각 모서리로 방사적으로 외각 방향으로 흐르고, 이에 따라서, 흐름의 방향은 기판 (702) 의 표면에 실질적으로 평행하다. 더 상세하게 후술될 바와 같이, 공급 유닛 (704) 의 표면과 기판 (702) 의 표면 사이의 흐름의 일부는, 기판의 표면으로부터의 파티클을 제거하기 위해서 플러그 흐름이 기판의 표면 상에서 이동하도록, 플러그 흐름을 나타낸다. 흐름의 비는 플러그 흐름을 조절하기 위한 임의의 적합한 비일 수 있다. 예를 들면, 일 실시형태에 있어서, 흐름 비는 약 0.1 mm/s 로부터 약 100 mm/s 까지의 범위를 갖는다. 여기에서 사용된 바와 같이, 용어 "약" 은 특정된 치수 또는 파라미터는 주어진 공급에 대하여 허용가능한 허용 오차 내에서 변화될 수도 있다는 것을 의미한다. 일 실시형태에 있어서, 허용가능한 허용 오차는 ±10% 이다.
도 8 에서 도시된 바와 같이, 공급 유닛 (704) 은 비뉴톤 유체를 기판 (702) 의 섹션에 공급한다. 기판 (702) 의 전체 표면을 세정하기 위해서, 공급 유닛 (704) 은 기판의 전체 섹션의 프로세싱을 가능하게 하는 방식으로 기판 상에서 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 공급 유닛 (704) 은 기판 (702) 의 중심 섹션으로부터 기판의 에지로 선형 방식으로 이동할 수도 있다. 다른 실시형태는 공급 유닛 (704) 이 기판 (702) 의 하나의 에지로부터 기판의 또 다른 정반대로 대향하는 에지로 선형 방식으로 이동하는 경우에서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 라디칼 모션으로, 서큘러 모션으로, 나선 모션으로, 지그재그 모션으로 등과 같은 다른 비선형 이동이 사용될 수도 있다. 또한, 공급 유닛 (704) 은 공급 유닛이 기판의 모든 섹션을 프로세스하도록 기판 (702) 이 회전하고/하거나 이동할 때 정적인 채로 남아있을 수 있다.
도 9 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 7 및 8 에서 도시된 장치의 표면과 기판의 표면 사이의 비뉴톤 유체의 흐름에 대한 속도 흐름 프로파일이다. 공급 유닛 (704) 의 표면과 기판 (702) 의 표면 사이에서 흐르는 비뉴톤 유체는 갭 (gap; 706) 의 전역에서 비뉴톤 유체에 적용되는 전단 응력보다 큰 항복점을 갖는다. 이에 따라서, 흐름의 실질적인 양은 플러그 흐름을 나타낸다. 환언하면, 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부는 공급 유닛 (704) 의 표면과 기판 (702) 의 표면 사이에서 실질적으로 퍼진다. 따라서, 도 9 에서 도시된 바와 같이, 흐름 속도 흐름 프로파일은 실질적으로 균일하다. 여기에서 사용된 바와 같은, 일 실시형태에 있어서, 용어 "실질적으로" 는 플러그 흐름이 표면들 사이에서 약 80% 로부터 100% 까지 퍼지는 것을 의미한다.
플러그 흐름은 기판 (702) 의 표면에서의 비뉴톤 유체의 높은 속도를 발생시킬 수 있다. 기판 (702) 의 표면과 접촉하는 비뉴톤 유체의 높은 속도 흐름은 기판의 표면 상의 파티클과의 더 빠른 충돌 및 증가된 충돌 빈도와 상관되고, 이에 의해서 기판의 표면으로부터의 파티클의 제거를 돕는다. 공급 유닛 (704) 의 표면과 기판 (702) 의 표면 사이의 갭 (706) 은 비뉴톤 유체의 흐름을 조절하기 위해서 임의의 적합한 높이를 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예제적인 실시형태에 있어서, 공급 유닛 (704) 의 표면과 기판 (702) 의 표면 사이의 갭 (706) 은 약 50 마이크론 (micron) 내지 약 10 밀리미터 (millimeter) 범위의 높이를 갖는다.
도 10 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판을 세정하는 또 다른 장치의 단순화된 사시도이다. 장치 (1010) 는 도관의 형상으로 캐비티를 갖는 챔버 (1004) 를 포함한다. 더 상세하게 후술될 바와 같이, 도관은 흐름의 일부가 플러그 흐름을 나타내도록 비뉴톤 유체의 흐름을 운반하도록 구성된다. 또한, 챔버 (1004) 는, 기판의 표면으로부터 파티클의 제거를 가능하게 하기 위해서 플러그 흐름이 기판의 표면 (상부 및 기부 표면) 상에서 이동하도록, 기판을 포함하도록 구성된다. 도 10 은 캐비티가 직사각형 형태를 갖는다는 것을 도시한다. 그러나, 캐비티는 기판을 조절하기 위해서 치수화된 임의의 적합한 형태에 의해서 정의될 수도 있다는 것이 이해되어야 할 것이다. 예를 들면, 또 다른 실시형태에 있어서, 캐비티는 실린더 형상을 가질 수도 있다.
도 11a 내지 도 11c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판을 세정하는 도 10 에서 도시된 장치의 다양하고, 더 상세한 도면을 도시한다. 도 11a 는 평면도를 예시하고, 도 11b 는 측면도를 예시하며, 도 11c 는 장치 (1010) 의 넓은 측면도를 예시한다. 장치 (1010) 는 챔버, 입력 포트 (1132), 홀딩 핀 (1112), 및 패널 (1130) 을 포함한다. 챔버는 직사각형의 도관의 형상으로 캐비티를 갖는다. 챔버는 입력단 (1116) 과 이 입력단의 반대편에 위치하는 출력단 (1117) 을 갖는다. 입력단 (1116) 은 기판 (702) 을 수용할 수 있는 제 1 개구부에 의해서 정의된다. 출력단 (1117) 은 기판 (702) 을 배출 (output) 할 수 있는 제 2 개구부에 의해서 정의된다. 또한 제 1 개구부를 밀봉하기 위해서 사용될 수 있는 입력단 (1116) 에서 제 1 개구부에 근접하는 패널 (1130) 이 포함된다.
또한 장치 (1010) 는 챔버의 월에서 입력 포트 (1132) 를 포함한다. 입력 포트 (1132) 는 비뉴톤 유체를 챔버 내부로 포팅 (porting) 하도록 구성된다. 도 11a 의 평면도에서 도시된 바와 같이, 일 실시형태에 있어서, 입력 포트 (1132) 는 챔버의 폭을 따라서 연장한다. 그러나, 입력 포트 (1132) 가 임의의 적합한 형태와 크기를 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 비뉴톤 공급기 (non-newtonian applicator; 미도시) 는 입력 포트를 통하여 챔버 내부로 비뉴톤 유체를 포팅하기 위해서 입력 포트 (1132) 에 커플링될 수 있다. 도 11a 내지 도 11c 의 실시형태에 있어서, 장치 (1010) 는 입력단 (1116) 에 근접하게 위치된 2 개의 입력 포트 (1132) 를 포함한다. 측면도는 입력 포트 (1132) 중 하나는 챔버의 상부에 위치되고 다른 입력 포트는 챔버의 기부에 위치된다는 것을 도시한다. 입력 포트 (1132) 는 상부와 기부로부터 비뉴톤 유체의 대향하는 흐름을 생성하기 위해서 서로와 대향되어 위치된다. 반대 방향의 흐름은 기판의 대향하는 표면에 력 (力) 을 가함으로써 챔버의 중간에 부유된 기판 (702) 을 유지하는 것을 돕는다. 그러나, 흐름의 희망하는 방향에 따라서, 장치 (1010) 는 하나 이상의 입력 포트를 포함한다. 또한, 입력 포트 (1132) 는, 흐름의 희망하는 방향이 입력단으로부터 출력단 (1117) 으로의 방향이기 때문에, 입력단 (1116) 에 근접하여 위치된다. 그럼에도 불구하고, 입력 포트 (1132) 는 다른 흐름 특징을 생성하기 위해서 챔버 내의 임의의 적합한 위치에 위치될 수도 있는 것이 이해되어야 한다.
도 11a 내지 도 11c 를 여전히 참조하면, 기판 (702) 이 장치 (1010) 의 챔버 내부로 위치되기 전에, 비뉴톤 유체 공급기는 챔버를 비뉴톤 유체로 채우기 위해서 입력 포트 (1132) 를 통하여 챔버 내부로 비뉴톤 유체를 강제 주입한다. 챔버가 비뉴톤 유체로 채워진 후에, 기판 (702) 은 입력단 (1116) 에서 제 1 개구부를 통하여 챔버 내에 위치된다. 기판 (702) 은 기판이 비뉴톤 유체 내에 부유되도록 위치된다. 환언하면, 기판 (702) 은 비뉴톤 유체 내에 침지되며 챔버의 월과 접촉되지 않는다. 비뉴톤 유체는 기판이 챔버의 중앙에 부유되도록 기판 (702) 을 지지하는 능력을 갖는다. 비뉴톤 유체는, 기판의 무게가 비뉴톤 유체 상에 머무르는 기판이 비뉴톤 유체의 항복점을 초과하지 않도록 충분하게 작기 때문에, 흐름이 없는 경우 조차도, 거의 무제한적으로 기판 (702) 을 지지할 수 있다.
기판 (702) 이 챔버 내부로 위치된 후에, 입력단 (1116) 에서 제 1 개구부에 근접한 패널 (1130) 은 제 1 개구부를 밀봉하기 위해서 클로즈 (close) 된다. 이 후에, 비뉴톤 유체 공급기는 비뉴톤 유체의 흐름을 생성하기 위해서 부가적인 비뉴톤 유체를 챔버 내부로 강제 주입한다. 비뉴톤 유체가 입력단 (1116) 에서 제 1 개구부를 통하여 나갈 수 없기 때문에, 입력 포트 (1132) 를 통하여 강제 주입된 비뉴톤 유체는 출력단에서의 제 2 개구부에서 나가기 위해서 입력단으로부터 출력단 (1117) 방향으로 흐른다. 흐름의 방향은 실질적으로 기판 (702) 의 표면에 대하여 평행하다. 더 상세하게 후술될 바와 같이, 흐름의 일부는 플러그 흐름을 나타내며, 기판은, 기판으로부터 파티클을 제거하기 위해서 플러그 흐름이 기판 (702) 의 표면 상에서 이동하도록, 챔버 내에 위치된다.
흐름이 기판 (702) 의 상에서 이동하는 것을 가능하게 하기 위해서, 기판은 챔버 내에 홀딩된다. 장치 (1010) 의 실시형태는 챔버 내에 하나 이상의 홀딩 핀 (1112) 을 포함할 수 있다. 홀딩 핀 (1112) 은 기판의 수평적인 이동을 방지하기 위해서 기판 (702) 의 에지를 수용하도록 사용된다. 도 11a 및 11b 의 실시형태에 있어서, 홀딩 핀 (1112) 은 비뉴톤 유체가 챔버를 통하여 흐를 때 기판 (702) 이 출력단에서 제 2 개구부를 통하여 이동하는 것을 방지하기 위하여 출력단 (1117) 에 근접하여 위치된다. 홀딩 핀 (1112) 은 비뉴톤 유체가 도관을 통하여 흐르는 것을 가능하게 하면서 기판 (702) 을 홀딩할 수 있다. 기판 (1112) 의 수평적인 이동을 허용하기 위해서, 홀딩 핀 (1112) 은 비뉴톤 유체의 흐름으로 하여금 도관을 따라서 및 출력단 (1117) 에서 제 2 개구부 밖으로 기판을 이동시키는 것을 허락하기 위해서 기판의 홀딩을 릴리즈하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 일 실시형태에 있어서, 홀딩 핀 (1112) 은 기판 (702) 의 이동을 허락하도록 낮추어질 수 있다.
도 12a 및 12b 는 본 발명의 실시 형태에 따른 도 10 및 도 11a 내지 도 11c 의 챔버를 통한 비뉴톤 유체의 다른 흐름에 대한 다른 속도 흐름 프로파일이다. 챔버를 통하여 흐르는 도 12a 의 비뉴톤 유체는 챔버의 높이 (1204) 의 전역에서 비뉴톤 유체에 적용되는 전단 응력보다 큰 항복점을 갖는다. 이에 따라서, 일 실시형태에 있어서, 흐름의 실질적인 양이 플러그 흐름이다. 환언하면, 플러그 흐름은 흐름의 대략적인 전체 양으로 확장한다. 따라서, 도 12a 에서 도시된 바와 같이, 흐름 속도 흐름 프로파일은 실질적으로 균일하다.
도 12b 는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 챔버를 통한 비뉴톤 유체의 흐름에 대한 또 다른 속도 흐름 프로파일이다. 여기에서, 챔버를 통하여 흐르는 비뉴톤 유체에 적용되는 전단 응력은 흐름의 일부에서 비뉴톤 유체의 항복점을 초과한다. 상술된 바와 같이, 전단 응력이 항복점을 초과하는 흐름의 일부는 비플러그 흐름을 나타낸다. 항복점이 전단 응력보다 더 큰 흐름의 일부들은 플러그 흐름을 나타낸다. 도 12b 에서 도시된 바와 같이, 속도 흐름 프로파일은 다른 흐름 특징을 갖는 비뉴톤 유체의 흐름을 도시한다. 플러그 흐름은 챔버의 전체 높이 (1204) 의 전역에서 획득되지는 않는다. 특정적으로, 챔버의 월 가까이의 흐름의 일부는 포물선 모양의 속도 기울기를 갖는 비플러그 흐름을 나타낸다. 플러그 흐름은 평평한 형상의 속도 흐름 프로파일을 갖고 속도 기울기들 사이의 부분 (1206) 에서 나타난다.
플러그 흐름과 관련된 증가된 파티클 제거의 이점을 사용하기 위하여, 기판 (702) 은 플러그 흐름을 나타내는 흐름의 일부가 기판의 표면 상에서 이동하도록 챔버 내에서 위치된다. 도 12a 에서 도시된 실시형태와 함께, 플러그 흐름이 챔버의 전체 높이 (1204) 의 전역에서 실질적으로 획득되기 때문에, 기판 (702) 은 챔버 내의 어디에든지 위치될 수 있다. 도 12b 에서 도시된 실시형태와 함께, 기판 (702) 은 플러그 흐름을 나타내는 부분 (1206) 내에 위치된다. 챔버의 월과 기판 (702) 의 표면 사이의 갭 (1202) 은 비뉴톤 유체의 흐름을 조절하기 위해서 임의의 적합한 높이를 가질 수 있는 것이 이해되어야 된다. 하나의 예제적인 실시형태에 있어서, 갭 (1202) 은 약 50 마이크론 내지 약 10 밀리미터 범위의 높이를 갖는다.
비뉴톤 유체에서의 화학 제품 및/또는 가스가 기판 (702) 의 표면으로부터 파티클의 제거를 더 도울 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 특정적으로, 화학 제품 및/또는 가스는 파티클 및/또는 기판 (702) 의 표면과 화학적으로 반응하거나 화학적 반응을 촉진시키기 위해서 비뉴톤 유체 내에 포함될 수 있다. 임의의 적합한 화학 제품 및/또는 가스가 기판 세정을 촉진시키기 위해서 비뉴톤 유체 내에 포함될 수 있다. 예를 들면, 오존 버블 및 탈이온수를 포함하는 거품이 기판에 공급될 수 있다. 탈이온수와 결합된 오존은, 반도체 포토리소그라피 동작에서 통상 사용되는, 유기 포토레지스트 물질과 화학적으로 결합함으로써 포토레지스트 물질을 기판 (702) 의 표면으로부터 제거한다.
또한, 세정에 부가하여, 상술된 실시형태가 물질 전달 (mass transfer) 에 의존하는 다른 적합한 반도체 디바이스 제조 프로세스에 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 비뉴톤 유체의 플러그 흐름은, 금속이 표면 상으로 코팅되는데 쓰이는 표면-커버링 기술인, 도금을 위해서 사용될 수 있다. 도금되는 표면 상으로의 플러그 흐름을 나타내는 비뉴톤 유체의 흐름의 공급은 표면에서 또는 이 가까이에서 높은 속도를 발생시킨다. 높은 속도가 표면 상으로의 높은 물질 전달에 대해서 균등하게 됨으로써, 표면을 코팅하기 위해서 사용되는 유체의 양을 감소시킨다. 또 다른 예제에서, 상술된 실시형태가 습식 식각에 적용될 수 있고, 여기에서 플러그 흐름을 나타내는 비뉴톤 유체 (예를 들면, 화학적 식각제) 의 흐름은 식각되는 물질을 제거하기 위해서 기판의 표면 상으로 공급된다.
요약하여, 상술된 실시형태는 기판 세정 방법 및 장치를 제공한다. 기판의 표면을 세정하기 위해서, 기판은 플러그 흐름을 나타내는 비뉴톤 유체의 흐름과 접촉되어 위치된다. 동일한 물질 전달에 대하여, 플러그 흐름은, 기판을 세정하기 위한 물과 같은 뉴톤 유체의 사용과 비교할 때, 기판의 표면에서 또는 이 가까이에서 더 높은 흐름 속도를 갖는다. 기판의 표면에서의 플러그 흐름에 의해서 생성되는 마찰은 뉴톤 유체에 의해서 생성되는 무시할 수 있는 마찰보다 수십배 (orders of magnitude) 만큼 더 높다. 그 결과, 기판을 세정하기 위한 플러그 흐름을 나타내는 비뉴톤 유체의 사용은, 뉴톤 유체의 사용과 비교할 때 더 적은 비뉴톤 유체가 동일한 세정 효과를 달성하기 위해서 사용되기 때문에, 뉴톤 유체의 사용보다 더 효율적이다.
본 발명의 수 개의 실시형태가 여기에서 상세하게 설명되었을 지라도, 본 발명은 본 발명의 사상 또는 범주로부터 벗어나지 않으면서 많은 다른 특정한 형태로 구체화될 수도 있다는 것이, 당업자에 의해서 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명의 예제 및 실시형태는 예시적이고 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 하고, 본 발명은 여기에서 제공된 상세한 사항에 한정되지 않아야 하지만, 첨부된 청구항의 범주 내에서 변형되거나 실행될 수도 있다.

Claims (8)

  1. 기판의 표면 위에 배치되도록 구성되고 비뉴톤 유체를 수용하도록 구성되는 공급 유닛 (application unit) 을 포함하며,
    상기 비뉴톤 유체는 상기 공급 유닛과 상기 표면 사이에서 상기 비뉴톤 유체의 흐름을 생성하기 위해서 상기 표면에 공급될 수 있고,
    상기 흐름은 플러그 흐름을 나타내는 일부를 가져서, 상기 플러그 흐름은 상기 표면으로부터의 파티클의 제거를 가능하게 하기 위해서 상기 표면 상에서 이동하며,
    상기 공급 유닛과 상기 표면 사이의 비뉴톤 유체의 흐름은 상기 비뉴톤 유체에 적용되는 전단 응력보다 큰 항복점을 갖는, 기판 세정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 유닛은 상기 표면에 근접하여 위치되도록 구성되는 근접 헤드인, 기판 세정 장치.
  3. 도관 (conduit) 의 형상의 캐비티 (cavity) 를 갖는 챔버를 포함하며,
    상기 도관은, 흐름의 일부가 플러그 흐름을 나타내도록, 비뉴톤 유체의 흐름을 운반할 수 있고,
    상기 챔버는 기판을 포함하도록 구성되어, 상기 플러그 흐름은 표면으로부터의 파티클의 제거를 가능하게 하기 위해서 상기 기판의 상기 표면 상에서 이동하며,
    상기 기판의 상기 표면 상에서의 상기 비뉴톤 유체의 흐름은 상기 비뉴톤 유치에 적용되는 전단 응력보다 큰 항복점을 갖는, 기판 세정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 챔버의 월과 상기 기판의 상기 표면 사이에서의 갭은 50 마이크론 내지 10 밀리미터 범위의 높이를 갖는, 기판 세정 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 챔버의 월 내에 입력 포트를 더 포함하며,
    상기 입력 포트는 상기 챔버 내부로 상기 비뉴톤 유체를 포팅 (porting) 하도록 구성되는, 기판 세정 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 챔버는 입력단과 출력단을 가지며,
    상기 입력단은 상기 기판을 수용할 수 있는 제 1 개구부를 정의하고, 상기 출력단은 상기 기판을 배출 (output) 할 수 있는 제 2 개구부를 정의하는, 기판 세정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 개구부에 근접한 상기 챔버 내의 홀딩 핀을 더 포함하며,
    상기 홀딩 핀은, 상기 플러그 흐름이 상기 기판의 상기 표면 상에서 이동하는 동안, 상기 기판의 이동을 방지하기 위해서 상기 기판의 에지를 수용하도록 구성되는, 기판 세정 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 개구부를 밀봉하도록 구성되는 상기 제 1 개구부에 근접한 패널을 더 포함하는, 기판 세정 장치.
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