KR101437071B1 - 액체 에어로솔 입자 제거 방법 - Google Patents

액체 에어로솔 입자 제거 방법 Download PDF

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티이엘 에프에스아이, 인코포레이티드
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Abstract

물과 표면장력활성 화합물로 이루어지는 액체 에어로솔 액적들을 표면으로부터 입자들을 제거하기에 충분한 힘으로 표면에 접촉시키는 것으로 이루어지는 방법에 의하여 기판의 표면으로부터 입자들이 제거된다.
입자 제거

Description

액체 에어로솔 입자 제거 방법 {LIQUID AEROSOL PARTICLE REMOVAL METHOD}
이 출원은 "액체 에어로솔 입자 제거 방법" 제하의, 2006. 7. 7 출원된 미국 잠정 출원 60/819179을 우선권으로서 주장한다.
본 발명은 기판(substrate)으로부터 입자들을 제거함에 관한 것이다. 더 상세하게, 본 발명은 기판으로부터 입자들을 제거함에 표면장력활성 화합물로 이루어지는 액체 에어로솔의 사용에 관한 것이다,
각종의 처리 단계들에서의 반도체 웨이퍼들 및 기타의 초소형전자 장치들을 포함하는 초소형전자 장치들의 처리에 있어서, 기판 표면 청결은 실질적으로 모든 처리 양상들에 있어 점점 더 중요해지고 있다. 표면 청결은 많은 방법으로 측정되어 입자 출현을 관찰하고/또는 물은 초소형전자 장치의 생산에 영향을 미칠 수도 있는 오염물질로서 취급된다, 초소형전자 장치들은, 예들로서, 평판 패널 다스플레이들, 마이크로-일렉트리컬-미케니컬-시스텀즈(MEMS), 최신 상호접속 시스템들, 광학적 구성부재들 및 장치들, 대량 데이터 기억 장치들(디스크 드라이브들)의 구성부재들, 및 여타 처리 단계 중의 반도체 웨이퍼들과 장치들을 포함한다. 일반적으로, 상기 기판 표면들로부터 점점 더 작은 입자들의 양적 감소는, 반도체 웨이퍼들로부터의 장치들의 생산성을 최대화하며 상기 장치들에 대해 결정된 품질 표준에 맞게 하기 위해 요망되는 한편 효과적이고 유효한 처리 단계들에 대해서도 함께 요망된다.
초소형전자 장치들의 습식 처리의 대표적인 단계들은 초소형전자 장치 에칭, 린싱 및 건조를 포함한다. 이들 단계들은, 기판 표면에 적당한 처리 화학약품, 예를 들어, 가스의 또는 액체의 세정 용액이나 에칭 또는 산화제의 적용을 포함할 수도 있다. 상기 세정 용액들이나 에칭 또는 산화제들은, 이전에 적용된 물질들을 희석하여 결국 세척하기 위한 탈 이온수(DI 수) 따위의 세정 유체를 활용하는 후속의 린싱 단계에 의해 바람직하게 제거된다. 실리콘 기판들 상의 자연 산화물의 충분한 에칭에 의한 제거는 실리콘 표면을 친수성으로부터 변화시키며 HF 최종에칭 표면들을 소수성이 되게 한다.
침적(immersion) 처리의 경우에 있어서, (잘 알려져 있는 바와 같은, 캐스케이드 타입 세정장치(rinser) 따위의) 세정 조(bath)로부터 하나 이상의 기판들을 들어올리거나 용기 내의 액체를 낮추는 것은, 세정 액체로부터 장치(들)을 분리하기 위하여 장치(들)이 적당히 세정 후에 진행될 수가 있다. 스프레이 처리를 위해, 세정 유체는 소정의 기간 동안 장치 표면에 분배되는 한편 그리고/또는 그 다음 하나의 장치(또는 중첩된 캐러셀(carousel) 상의 복수의 장치들)는 장치 표면으로부터 세정 유체를 제거하기에 유효한 속도로 회전되거나 돌려진다. 침적 처리에 있어서나 스프레이 처리에 있어서, 상기 린스/건조 공정들의 목표는 처리된 장치를 유효하게 건조하는 것, 즉 장치 표면으로부터 증발되도록 린싱 후 남아 있는 유체의 양을 감소시키기 위하여 가능한 많은 세정 유체를 물리적으로 제거하는 데 있다. 세정 유체의 증발은 유체 내에 현탁되어 있던 오염 물질들이나 입자들을 남길 수도 있다.
린싱 단계 후 초소형전자 장치들로부터 세정 유체의 향상된 분리나 제거를 위하여, 장치 표면으로부터의 유체의 분리 점 및 부근에서의 세정 유체 내에 표면 장력 구배(gradient)를 창출하는 특정 화합물들을 도입하는 기술들이 개발되었다. 이 효과는, 일반적으로 마랑고니 효과(Marangoni effect)라 불리며, 침적 분리의 액 조로부터 장치를 분리하거나 또는 스프레이 분배의 경우 장치를 돌리는 행위 중에 장치 표면으로부터 이탈되는 세정 유체(전형적으로 DI 수)의 능력을 향상시키는 데 있다. 상기 기술들로 세정 유체의 제거는 친수성 또는 소수성의 장치 표면들에 대해 향상됨이 발견되었다. 표면 장력에 영향을 미치며 그러한 표면 장력 구배를 생성하는 화합물들이 알려져 있으며 이소프로필 알코올(IPA), 1-메톡시-2-프로판올, 디-아세톤 알코올, 및 에틸렌글리코올을 포함한다. 침적 형 용기에 대한 모힌드라 등의 미국특허 제 5,571,337 호 및 스핀 분배 장치에 대한 리나아르스 등의 미국특허 제 5,271,774 호의 예를 참조하면, 그 각각은 세정 유체의 제거의 일부로서 마랑고니 효과를 활용하고 있다.
수평으로 회전되는 기판들로부터 처리 유체들이 보다 양호하게 제거된 기판들을 획득하려는 시도는 메르텐스 등의 미국특허 제 6,568,408 호에 개시돼 있다. 예리하게 형성된 액체-증기 경계를 제어가능하게 창출하고, 그 경계가 이동하는 액체와 증기 공급 노즐들을 따라 기판 표면을 가로질러 이동되는 방법과 장비가 설명돼 있다. 메르텐스 등의 특허에 설명된 바와 같이, 표면 장력 구배는, 마랑고니 효과를 토대로 액체 제거를 향상시키기 위해, 이론적으로는 상기 경계로의 증기의특정한 공급에 의해 만들어지는데, 이 증기는 액체 내에 혼화되기 쉽기 때문이다. 이러한 시스템은 친수성 표면에 더 효과적일 수도 있으나, 적당한 세정 유체 제거로 린싱을 달성하기에 필요한 제어 방식과 시스템의 복잡성을 크게 증가시킨다. 이러한 시스템의 효력은 HF 최종 에칭의 실리콘 웨이퍼들 따위의, 완전히 소수성의 표면들에 대해서는 상당히 작으며, 작은 입자들 따위의, 오염물질의 감소가 여전히 요망된다.
상기에 기재한 리나아르스 등의 미국특허 제 5,271,774 호는, 기판표면에, 세정되고 뒤이서 회전에 의해 기판 표면에(친수성 웨이퍼 표면상에 자연적으로 형성하는) 수막 층을 남긴 후에, 유기 솔벤트 증기를 공급하는 장치와 방법을 개시하고 있다. 증기온도에 의해 제어되며 불포화가 바람직한 유기 솔벤트 증기가 처리 체임버 내로 도입된다. '774 특허의 도 2, 3 및 5는 기판 표면상의 세정 수막으로 시작하여 유기 솔벤트 증기에의 노출의 결과로서 두꺼운 액적(drops)들로의 필름이 파괴되는 시퀀스를 보이고 있다. 다음에, 액적들은 회전에 의해 표면으로부터 더 용이하게 제거된다. 유기 솔벤트 증기의 작용이 물의 막으로부터 액적들을 만들려는데 반하여, (이러한 막의 층이 친수성 표면에 제공될 때) 상기 작용은 같은 효과가 자연적으로 창출되기 때문에 소수성 표면이 물로 세정되는 상태에는 필요로 하지 않게 된다. 소수성 표면에 대하여, 세정수는 표면의 성질로 인해 장치 표면에 액적들이 구슬과 같이 형성된다. 다시, 모든 표면들, 특히 소수성 장치 표면들에 대한 오염물질의 감소를 향상시킬 필요가 있다.
예를 들면, 입자 제거 효과(PRE)를 증대시키는 한편 산화물(예를 들어, 이산화 실리콘) 손실 및 기판에 대한 손상을 최소화하는 것이 바람직하다. 초소형전자 기판들로부터 입자들을 제거하는 전통적인 방법은 특정 화학약품 및/또는 물리적 작용(예를 들어, 메가소닉스)에 의지한다. 많은 전통적인 처리들의 결함은 이 화학적 작용 때문에 기판을 심하게 에칭한다는 것 및/또는 물리적 작용 때문에 기판을 심하게 손상한다는 것이다. 예를 들면, 전통적인 단일 기판 스프레이 처리기들은 대개 화학적 작용에 의지하기 때문에 기판들을 깨끗하게 할 수 있는 동시에 비교적 낮은 손상을 제공하지만, 심하게 에칭하는 경향이 있다.
표면장력 감소제의 사용으로 장치가 세정되는, 반도체 웨이퍼들 따위의 장치들을 세정 및 처리하는 방법이 미국 특허 출원 공개 2002/0170573에 개시돼 있다. 이 방법은 적어도 부분 건조 중 표면장력 감소 제의 사용을 포함하는 연속 건조단계를 포함할 수도 있다. 스프레이 처리 시스템에 있어서의 향상된 세정 공정은 '초소형전자 기판을 스핀 건조하는 장치 및 방법' 제하의 미국 출원번호 11/096,935에 개시돼 있다. 여기 개시된 공정에 있어서는, 건조 향상 물질이 그 포화점 이하로 처리 체임버의 가스 환경 내의 원하는 농도로 존재하도록(이에 의해 건조 향상 물질에 대한 노점이 설정되며) 건조 향상 물질이 처리 체임버 내의 가스 환경 내에 공급된다. 세정 용액의 온도는, 처리 체임버 내의 건조 향상 물질의 노점 아래가 되도록, 세정 단계의 적어도 최종 단계 중 분배될 때 제어된다.
하나 이상의 웨이퍼들이 기체상태의 정전기 방지제의 존재하에 처리되는 하나 이상의 반도체 웨이퍼들을 처리하는 방법들은 미국특허 출원 공개 2005/0000549에 개시돼 있다. 처리는 하나 이상의 화학 처리, 린싱 및/또는 기체상태의 정전기 방지제의 존재하에 건조하는 단계들을 포함할 수가 있다. 건조하는 단계는 이소프로필 알코올 따위의, 건조 향상 물질을 처리 체임버 내로 도입하는 것을 또한 포함할 수 있다.
젯 노즐이 기판을 향해 액적들을 분출하는 세정 장치 구성들과 관련된 다수의 특허들이 공표되어 있다. 이러한 장치는 기판의 표면에 부착하는 오염 물질을 제거한다고 기술하고 있다. 미국 특허들 5,873,380; 5,918,817; 5,934,566; 6,048,409 및 6,708903을 참조하기 바란다. 여기에 개시된 바와 같은 젯들은 각종 노즐 형상들을 포함하고 있다. 이들은 순수한 물, 또는 경우에 따라서는 (미국특허 제6,048,409호 칼럼 9, 라인 67 내지 칼럼 9, 라인 1에 순수한 물 이외의 산 또는 알칼리 화학물질인 것으로 개시된) 세척 용액인 추가적인 화학약품을 포함하는 액적들을 분배하는 것을 고려한다
기판 표면으로부터 입자들을 제거하기에 충분한 힘으로 물과 표면장력활성 화합물로 이루어지는 액체 에어로솔 액적들을 표면과 접촉하게 하는 것을 포함하는 방법에 의하여 기판의 표면으로부터 입자들이 제거될 수 있음이 발견되었다. 표면과의 에어로솔 액적의 강력한 접촉과 에어로솔 액적의 조성물에 표면장력활성 화합물을 포함하는 조합이 예기치 않게 뛰어난 입자제거를 제공한다는 것이 발견되었다. 이처럼, 기판에 적용될 조성물의 선택은 입자 제거를 위한 기판 상에의 에어로솔의 강력한 충돌효과를 놀라울 정도로 증대시킨다, 마찬가지로, 표면장력활성 화합물을 포함하는 조성물을 강력한 액체 에어로솔로서 기판에 적용하는 것은 표면장력활성 화합물을 포함하는 동일한 조성물을 적용하는 것에 비해 우수한 입자 제거를 제공한다. 이론에 속박되는 것은 아니지만, 액적에 있어서의 표면장력활성 화합물의 존재는 그것이 기판의 표면과 충돌할 때 액적 혼합물의 표면장력을 감소시키고, 그에 의해 액적으로 하여금 표면과 충돌 시에 더 퍼지도록 하여 입자 제거 효과를 증대시키는 것으로 믿어진다.
본 발명의 한 실시양태에 있어서, 액체 에어로솔 액적들은 액적들의 형성시에 물과 표면장력활성 화합물을 포함한다. 이론에 속박되는 것은 아니지만, 에어로솔 액적들의 형성 시 물과 표면장력활성 화합물의 조합은 액적들 내에 표면 장력활성 화합물의 우수한 혼입과 분배를 제공하는 것으로 믿어진다.
본 발명의 하나의 실시양태에 있어서, 표면장력활성 화합물은 액적들의 형성에 앞서 에어로솔 액적들의 액체 내에 혼입된다. 더 우선하는 실시양태에 있어서, 표면장력활성 화합물은, 에어로솔 액적들의 형성 중에, 물을 함유하는 액체 조성물의 적어도 하나의 흐름을 표면장력활성 화합물 증기를 포함하는 적어도 하나의 가스의 흐름과 충돌시켜서 에어로솔 액적들의 액체로 혼입되고, 그에 의해 물과 표면장력활성 화합물을 포함하는 액체 에어로솔 액적들이 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시양태에 있어서, 액체 에어로솔 액적들은 표면장력활성 화합물 없이 형성되어, 표면과 접촉하기에 앞서 표면장력활성 화합물을 포함하는 분위기를 통과된다.
본 기판 세정 방법은 기판을 심하게 손상함이 없이 물리적 입자 제거 작용을 이용하기 때문에 독특하다. 유리하게도, 그러한 분무 액체는 초소형전자 처리 장비에 이용될 수 있어, 바람직하지 않은 양의 산화물의 손실 없이 그리고 기판의 심한 손상 없이 예외적인 입자 제거 효율("PRE")에 도달하는 등, 지금까지 통용되지 않은 세정 결과를 달성하게 된다. 본 발명의 한 실시양태에 있어서, 본 방법은 본 방법을 사용하지 않는 유사 시스템들에 비해 개량된 PRE를 제공한다. 본 발명의 방법을 포함하는 완전한 세정 공정에 의한 3% 이상의 그리고 더 바람직하기는 5% 이상의 PRE 개량이 관찰될 수가 있다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명 및 몇몇 실시양태들을 설명한다. 도면의 간단한 설명은 아래와 같다:
도 1은 본 발명의 공정을 실행할 수 있는 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 공정의 실시양태를 실행하기 위한 스프레이 바의 단면도이다.
아래에 기술된 본 발명의 실시양태들은, 하기의 상세한 설명에 기재된 명확한 형식들로 한정하는 것은 아니다. 기술된 실시양태들의 목적은 당업자의 이해를 촉진하기 위한 것이다.
위에 적시한 바와 같이, 본 발명은 물과 표면장력활성 화합물로 이루어지는 액체 에어로솔 액적들을 표면으로부터 입자들을 제거하기에 충분한 힘으로 표면에 접촉시킴으로써 입자들을 제거하는 것이다. 액체 에어로솔 액적들이 힘으로 기판의 표면을 향해지기 때문에, 입자들은 같은 조성물로 종래의 세정에 의해 표면으로부터 세정될 수 있는 입자들의 양을 초과하여 기판으로부터 제거된다. 예를 들면, 입자들의 제거는, 입자들을 포함하는 스프레이 또는 욕(bath)에의 표면 노출에 의하되 우선 질화규소 입자들에 적용함에 의하여 실험되는 것이 통상적이다. 이 실험 표면은 여기에 설명된 바와 같은 조성물(전체 처리 방식의 일부로 취해지는 추가적인 세정 단계들 없이)로 세정되기만 하며, 제거되는 입자의 수는 전형적인 실험 조작법의 오차한계 이하이다. 이와는 대조적으로, 본 방법은 다른 세정 단계들 없이 입자들을 제거하기에 유효한 충분한 힘으로 실행되는 경우, 통계상 유의하게, 바람직하게 40% 이상, 더 바람직하게 50% 이상, 그리고 가장 바람직하게 60% 이상 입자를 제거할 수 있다.
세정 될 표면을 가지는 기판은 고도의 청정도를 필요로 하는 초소형전자 장치로서, 기판의 표면은 본 공정의 시행 후 불필요한 입자 불순물들이 사실상 없어지거나 큰 감소기 있어야함을 의미한다. 상기 기판들의 예들은 미처리되거나 특정 모양으로 에칭, 피복, 또는 집적 회로 장치로서 도전체 리드들이나 트레이스들과 집적되는 임의 단계의 반도체 웨이퍼들과, 평판 패널 디스플레이, 마이크로-일렉트리컬-미케니컬-시스템즈(MEMS), 초소형전자 마스크(회로패턴이 인쇄된 유리판)들, 최신 일렉트리컬 인터커넥트 시스템즈, 광학 구성요소들과 장치들, 대량 데이터 기억 장치들(disk drives)의 구성요소들, 리드 프레임들, 의료 장치들, 디스크들과 헤드들, 등등 따위의 장치들을 포함한다,
본 방법은, 주어진 어떤 공정 전이나 후, 기판에 행해지는 다른 처리 공정들의 일부분으로서 실행될 수가 있다. 기판에 행해져도 좋은 추가의 공정들은 침적 공정 단계들, 스프레이 공정 단계들이나 또는 그 조합을 포함한다. 본 방법은 스프레이 공정 단계가 본질적이며, 기판을 스프레이 공정 장치에 배치하여 모든 처리를 단행함에 의하여 조작 절차들을 최소화하는 효율로 인하여, 스프레이 공정 단계들만을 포함하는 기판 준비 조작법에 용이하게 통합된다. 본 방법은, 단일의 기판처리 또는 스택이나 캐러셀 배열 또는 이들 양자의 복수의 기판 처리를 위한 장치에서 실행될 수 있다.
기판은 처리중 회전되어 처리 공정 중 에어로솔 액적들에의 적당하고 균일한 노출을 제공하게 된다. 초소형전자 장치가 (수직을 포함하여) 수평으로부터 경사진 각으로 지지될 수 있을지라도, 기판은 사실상 수평으로 배향되어 회전되는 것이 바람직하다. 에어로솔 액적들은, 회전하는 초소형전자 장치의 중앙구역에 또는 가장자리나 그 사이의 임의의 지점을 향해 분배될 수 있으며, 소정의 상태로 청정 한 장치를 얻기 위해 결정된 시간 동안 입자제거 조작이 초소형전자 장치의 원하는 표면을 효과적으로 처리하는 것이 바람직하다.
표면과 접촉하는 액체 에어로솔 액적들은 물과 표면장력활성 화합물로 이루어져 있다. 하나의 실시양태에 있어서, 액체 애어로솔 액적들의 비 표면장력활성 화합물 액체는, 초소형전자 장치 표면에 분배될 수 있으며 장치 표면을 유효하게 세정하여 오염물질 및/또는 이전에 적용된 처리 액체와 가스를 감소시킬 수 있는 어떠한 유체도 포함하는, 종래의 세정 유체와 같은 혼합물이다. 이 액체는 DI 수가 바람직하지만, 하나 이상의 처리 성분들, 즉, 표면을 처리할 성분들을 임의로 포함할 수도 있다. 처리 성분들을 포함하는 그러한 액체 조성물의 한 예는 SC-1 조성물이며, 이것은 수산화 암모늄/과산화 수소/물 혼합물이다.
표면장력활성 화합물은 이소프로필 알코올, 에틸 알코올, 메틸 알코올, 1-메톡시-2-프로판올, 디-아세톤 알코올, 에틸렌 글리콜, 테트라히이도로프란, 아세톤, 페르플루오로헥산, 헥산 및 에테르로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 특히 바람직한 표면장력활성 화합물은 이소프로필 알코올이다.
본 발명의 한 실시양태에 있어서, 표면장력활성 화합물은 약 0.1에서 약 3 vol%까지의 농도로 액체 에어로솔 액적에 존재한다. 본 발명의 또 다른 실시양태에 있어서, 표면장력활성 화합물은 약 1에서 약 3 vol%까지의 농도로 액체 에어로솔 액적에 존재한다.
액체 에어로솔 액적은, 종래의 에어로솔 스프레이 캔에 있어서 같이 유체를 압력하의 밸브를 통해 추진제로부터 힘으로, 또는 더 바람직하게 액체 또는 액체와 가스의 흐름들을 충돌시킴으로써 형성되는 것과 같이, 어떤 적당한 기술로 형성될 수도 있다. 액체 에어로솔 액적 준비에 있어서의 사용을 위해 적당한 노즐들의 예들은 미국특허들 제 5,873,380; 5,918,817; 5,934,566; 6,048,409 및 6,708,903 호에 보인 것들을 포함한다.
가스는 특히 질소, 압축 건조 공기, 이산화탄소, 및 아르곤 따위의 희(稀)가스들 같은 비반응성 또는 비교적 비반응성 가스들을 포함하는, 임의의 적당한 가스이어도 좋다.
우선하는 실시양태에 있어서, 표면장력활성 화합물은 가스에 화합물을 혼입함으로써 액적에 제공된다. 하나의 실시양태에 있어서, 액체 에어로솔 액적들은 물을 함유하는 액체 조성물의 적어도 하나의 흐름을 표면장력활성 화합물 증기를 포함하는 적어도 하나의 가스 흐름과 충돌시켜 형성되고, 그에 의해 물과 표면장력활성 화합물을 함유하는 액체 에어로솔 액적들이 형성된다. 또 하나의 실시양태에 있어서, 액체 에어로솔 액적들은, 적어도 그 하나가 물을 함유하는 액체 조성물들의 두 흐름을 표면장력활성 화합물 증기를 포함하는 하나의 가스 흐름과 충돌시켜서 형성되고, 그에 의해 물과 표면장력활성 화합물을 함유하는 액체 에어로솔 액적들이 형성된다.
바람직하게, 표면장력활성 화합물은 가스에 약 1 내지 3vol%로 존재한다. 약 3%보다 높은 표면장력활성 화합물의 양은, 공급 라인들이 가열되지 않는 한 가스 중의 화합물 응축 따위의, 취급상의 문제를 초래하는 것이 보통이다. 게다가, 고농도의 표면장력활성 화합물들은 가연성 위험을 높이는 경향이 있다. 표면장력활성 화합물은, 표면장력활성 화합물의 용액을 통해 가스를 버블링시키는 따위의, 임의의 바람직한 방법으로 가스에 혼입될 수가 있다.
대신에, 표면장력활성 화합물은, 액체 오리피스들을 통해 분배하기 전에 액체에 성분으로서 제공될 수가 있다. 이 실시양태에 있어서, 표면장력활성 화합물은, 미리 희석된 방식으로 장치에 마련된 사전 혼합 용액으로서 제공된다. 또는, 표면장력활성 화합물이 장치 내부 및 스프레이 노즐이나 스프레이 노즐로부터 상류에서 액체에 공급될 수가 있다. 그렇지만, 이 실시양태는 표면장력활성 화합물이 저장탱크 내의 장치와 그리고 고도로 농축된 표면장력활성 화합물을 포함하는 공급 라인에 농축된 조성물로 존재할 수가 있기 때문에 덜 바람직하다. 고도로 농축된 표면장력활성 화합물의 장치 내의 존재는 가연성과 혼합 제어 문제로 인하여 일반적으로 덜 바람직하다. 하나의 실시양태에 있어서, 액체 에어로솔 액적들은 물과 표면장력활성 화합물을 함유하는 액체 조성물의 적어도 하나의 흐름을 적어도 하나의 가스 흐름과 충돌하여 형성시켜, 그에 의하여 물과 표면장력활성 화합물을 함유하는 액체 에어로솔 액적들이 형성된다. 또 다른 실시양태에 있어서, 액체 에어로솔 액적들은 적어도 하나가 물과 표면장력활성 화합물을 함유하는 액체 혼합물들의 두 흐름들을 하나의 가스 흐름과 충돌하여 형성시켜, 그에 의하여 물과 표면장력활성 화합물을 함유하는 액체 에어로솔 액적들이 형성된다. 더욱 또 다른 실시양태에 있어서, 액체 에어로솔 액적들은, 적어도 하나가 물과 표면장력활성 화합물을 함유하는 액체 혼합물들의 두 흐름들을 충돌하여 형성시켜, 그에 의하여 물과 표면장력활성 화합물을 함유하는 액체 에어로솔 액적들이 형성된다.
액체 에어로솔 액적들이 표면장력활성 화합물 없이 형성되는 본 발명의 실시양태에 있어서, 표면장력활성 화합물을 포함하는 분위기는 액체 에어로솔 액적들의 형성 및 표면을 향하기 전 또는 중에 처리 체임버 안에 생성된다. 표면장력활성 화합물을 포함하는 분위기는 숙련 기술인에게 자명한 임의의 방식으로도 준비된다. 본 발명의 한 실시양태에 있어서, 표면장력활성 화합물은 기판의 표면에 존재한다. 본 발명의 또 다른 실시양태에 있어서, 표면장력활성 화합물은 기판의 표면에 표면장력활성 화합물이 응축할 정도의 수준으로 분위기에 제공된다. 본 발명의 또 다른 실시양태에 있어서, 표면장력 활성 화합물이 포화점 아래의 수준으로 분위기에 존재하여서 표면상에서의 표면장력활성 화합물의 응축이 회피되게 된다.
본 발명의 한 실시양태는 도 1에 개략적으로 예시돼 있으며, 본 발명을 실시하기 위한 변경된 스프레이 처리 시스템(10)을 보이고 있다. 시스템(10)에 있어서, 예를 들어, 특정한 초소형전자 장치로서의 웨이퍼(13)는 스핀 모터(15)에 의해 구동되는 회전가능 척(14) 상에 지탱돼 있다. 시스템(10)의 이 부분은 종래의 스프레이 프로세서 장치에 상응한다. 스프레이 프로세서들은 일반적으로 알려져 있으며, 턴테이블이나 캐러셀 상의 웨이퍼(들)를 그 축 둘레나 공통 축 둘레로 스피닝 또는 회전시킴에 의해 원심력으로 액체들을 제거하는 능력을 제공한다. 본 발명에 적당한 전형적인 스프레이 프로세서 장치들은 미국특허 제 6,406,551 및 6,488,272 호에 개시돼 있으며, 그들 전체를 참고로 여기에 포함한다. 스프레이 프로세서 형식의 장치들은, 예를 들어, 등록상표 MERCURY® 또는 ZETA® 하에 미네소타주 차스카의 회사 FSI 인터내셔널로부터 입수가능하다. 본 발명에 적당한 단일 웨이퍼 스프레이 프로세서 시스템의 또 다른 예는 오스트리아, 빌아취 SEG AG로부터 입수가능하며 등록상표 SEG 323 하에 판매되고 있다. 본 발명에 적당한 장치 시스템의 또 다른 예는 2006, 3. 15 출원의, BARRIER STRUCTURE AND NOZZLE DEVICE FOR USE IN TOOLS USED TO PROCESS MICROELECTRONIC WORKPIECES WITH ONE OR MORE TREATMENT FLUIDS 제하의 미국특허출원 제 11/376,996에 개시돼 있다.
스프레이 바(20)는 액체 에어로솔 액적들을 웨이퍼(13) 상을 향하게 하기 위한 복수의 노즐들로 이루어져 있다. 액체는 액체 공급 저장 탱크(22)로부터 라인(23)을 통해 제공되며 가스는 마찬가지로 가스 공급 저장 탱크(24)로부터 라인(25)을 통해 제공된다. 스프레이 바(20)는 에어로솔 액적들을 생성하도록 복수의 노즐들을 구비한다. 한 우선의 실시양태에 있어서, 노즐들은, 스프레이 바(20)가 웨이퍼(13) 위에(over) 위치한 경우 웨이퍼의 반경이나 웨이퍼의 직경에 상응하는 위치에서 스프레이 바(20)에 약 3.5mm의 간격으로 제공된다. 노즐들은 웨이퍼의 외측 가장자리에서의 노즐들의 간격에 비해 회전 축에 보다 가까이에서 상이한 간격으로 제공되어도 좋다. 우선하는 스프레이 바 구성은 2006. 7. 7 출원의, BARRIER STRUCTURE AND NOZZLE DEVICE FOR USE IN TOOLS USED TO PROCESS MICROELECTRONIC WORKPIECES WITH ONE OR MORE TREATMENT FLUIDS 제하의 미국특허출원 제 60/819,133; 및 2007. 6. 20 출원의, BARRIER STRUCTURE AND NOZZLE DEVICE FOR USE IN TOOLS USED TO PROCESS MICROELECTRONIC WORKPIECES WITH ONE OR MORE TREATMENT FLUIDS 제하의 미국특허출원[docket no FSI0202/US]에 또한 개시돼 있다.
스프레이 바(30)의 횡단면도가 도 2에 도시돼 있으며, 본 발명의 우선하는 노즐 구성을 설명하고 있다. 이 구성에 있어서, 액체 분배 오리피스들(32 및 34)은 충돌하는 액체 흐름들(42 및 44)을 제공하도록 내부로 향해져 있다. 가스 분배 오리피스(36)가 이 실시양태에 보인 바와 같이 액체 분배 오리피스들(32 및 34) 사이에 위치돼 있어서 가스 흐름(46)은 액체 흐름들(42 및 44)과 충돌한다. 이 충돌의 결과, 분무가 일어나고, 그에 의하여 액체 에어로솔 액적들(48)을 형성한다. 본 발명의 목적을 위하여, 상호 충돌하여 액체 에어로솔 액적 흐름 또는 분배를 형성하는 흐름들을 제공하도록 구성된 일단의 액체 오리피스들과 가스 오리피스들은 노즐을 고려한다. 하나의 실시양태에 있어서, 액체 분배 오리피스들(32와 34)은 약 0.020에서 약 0.030 인치까지의 직경을 가진다. 또 다른 실시양태에 있어서는, 액체 분배 오리피스들(32와 34)은, 웨이퍼의 중심 내지 웨이퍼의 반경의 중간에 상응하는 위치의 스프레이 바에 위치되는 경우 약 0.026 인치의 직경을, 그리고 웨이퍼의 반경의 중간으로부터 웨이퍼의 바깥 가장자리까지는 약 0.026 인치의 직경을 가진다. 본 발명의 한 실시양태에 있어서, 가스 분배 오리피스(36)는 약 0.010 내지 약 0.030 인치, 바람직하게 약 0.020 인치의 직경을 가지고 있다.
흐름들의 위치, 방향 및 흐름들의 상대 힘은 얻어지는 액체 에어로솔 액적들의 방향성 흐름을 바람직하게 제공하도록 선택되므로, 액적들은 원하는 입자제거를 얻도록 기판의 표면을 향해진다. 하나의 실시양태에 있어서, 액체 에어로솔 액적들은 웨이퍼의 표면과 직각인 각도에서 표면과 접촉시켜진다. 또 다른 실시양태에 있어서, 액체 에어로솔 액적들은 웨이퍼의 표면으로부터 약 10에서 90도 이하까지의 각도에서 웨이퍼의 표면과 접촉시켜진다. 또 다른 실시양태에 있어서는, 액체 에어로솔 액적들은 웨이퍼의 표면으로부터 약 30에서 약 60도까지의 각도로 웨이퍼의 표면과 접촉시켜진다. 우선하는 실시양태에 있어서, 웨이퍼는 에어로솔 액적의 웨이퍼의 표면과의 접촉 중 약 250 내지 약 1000 RPM의 속도로 스피닝한다. 웨이퍼와의 액적들의 접촉 방향은 하나의 실시양태에 있어서는 웨이퍼의 스핀 축 둘레에 대해 동심원으로 정렬될 수도 있으나, 또 다른 실시양태에 있어서는 웨이퍼의 회전 축으로부터 부분적으로 또는 완전히 이격하도록 배향될 수도 있다. 시스템(10)은, 달성될 특정 공정의 목적들을 실행함에 있어서 바람직한 공정 변수들을 얻을 수 있도록 하나 이상의 유체 흐름, 유체 압력, 유체 온도, 이들의 조합, 등등을 감시 및/또는 제어하기 위한 적당한 제어 장비(도시하지 않음)를 채용하는 것이 바람직하다.
이 방법은 입자들의 제거가 요구되는 세정, 마스킹, 에칭 및 다른 처리 단계 따위의 각종 처리 단계들 전이나 사이를 포함하는, 기판 처리 조작법의 어느 단계에도 활용될 수도 있다. 본 발명의 우선하는 실시양태에 있어서, 기술된 바와 같은 에어로솔 액적들을 이용하는 이 방법은, 최종 린싱 단계에 앞선 세정 단계의 일부분이다.
여기에 기술된 바와 같은 입자 제거 단계의 완성 후, 기판은 린싱되어 건조 단계로 넘겨지며, 그 건조 단계는, 장치표면으로부터 세정 용액을 제거하기 위해 세정 유체 분배가 일정 시간에 걸쳐 종료된 후의 초소형전자 장치의 지속적인 회전을 포함한다. 건조 단계 중 가열될 수도, 되지 않을 수도 있는 질소 따위의 건조 가스의 공급은 또한 바람직하다. 건조 단계는, 어떤 특정 적용을 위한 바람직한 최종 오염 수준의 만족할만한 제품을 얻기 위해, 기판 표면이 충분히 건조함에 필요한 동안 계속되는 것이 바람직하다. 친수성 표면들의 경우, 측정가능한 얇은 액체 필름이 장치 표면의 일부 또는 전부에 존재할 수도 있다. 건조 단계는 린싱 단계와 같거나 또는 상이한 회전속도로 회전되는 초소형전자 장치에 대해 수행되어도 좋다.
본 발명의 대표적인 실시양태들은 이제 본 발명의 원리와 실행을 설명하는 하기의 실시예들을 참조하여 기술될 것이다.
실시예 1
여섯 매의 질화규소 입자를 문제로 하는 웨이퍼들을 1 LPM 흐름 속도의 DI 수를 120 slm 흐름 속도의 건조 N2 가스 흐름과 충돌함에 의하여 생성된 에어로솔에 있어서 단일 웨이퍼 스핀 모듈을 이용하는 액체 탈 이온수 에어로솔 공정으로 세정하였다. 다섯 매의 질화규소 입자를 문제로 하는 웨이퍼들은, 에어로솔이 1 LPM 흐름 속도의 DI 수를 120 slm의 흐름 속도의 1%IPA/N2 가스 흐름과 충돌함에 의해 생성되어 같은 에어로솔 공정으로 세정되었다. 모든 웨이퍼들을 약 15 분의 타임 프레임 내에서 처리하였다. KLA-Tencor SP1/TBI 측정 장치를 이용하여 65nm보다 큰 치수들에 대한 입자측정이 수행되었다. 입자 제거 효율은 건조 N2에 대해 평균 61.7%로부터 N2 내의 1%IPA 증기에 대해 평균 66.8%까지 향상되었다.
실시예 2
이 실시예에 있어서는, 200mm 웨이퍼들을 스핀 증착에 의하여 질화규소 입자들로 오염시키고 다음 대기 상태에서 24 시간 동안 "시효(age)"시켰다. 다섯 매의 질화규소 입자를 문제로 하는 웨이퍼들은 1 LPM의 흐름 속도의 DI 수를 200 slm의 흐름 속도의 건조 N2 가스 흐름과 충돌함에 의해 생성된 에어로솔에 있어서 단일 웨이퍼 스핀 모듈을 이용하여 액체 탈 이온수 에어로솔 공정으로 세정되었다. 여섯 매의 웨이퍼들은, 에어로솔이 1 LPM 흐름 속도의 D1 수를 200 slm 흐름 속도의 3%IPA/N2 가스 흐름과 충돌함에 의해 생성되어 같은 에어로솔 공정으로 세정되었다. 표1에 보고된 입자 제거 효율은 각 조건하에서 진행한 웨이퍼들 전반에 걸친 평균치이다.
입자 사이즈
빈 (nm)		 평균
출발
카운트 		입자 제거 효율 (%)
N2 뿐 N2+3%IPA
65-90 1982 62.4 76.3
90-120 1364 72.2 82.9
120-150 739 78.1 88.4
150-200 640 86.1 93.2
200-300 994 90.2 94.9
에리어(area) 112 57.9 83.3
여기에 인용된 모든 특허들, (가출원을 포함하는)특허 출원들, 및 간행물들은 마치 개별적으로 포함된 것처럼 참조로 여기에 포함된다. 달리 지적되지 않는 한, 모든 부(parts)와 퍼센티지들은 부피이며 모든 분자량들은 평균 분자량이다. 상기 상세한 설명은 이해의 명료만을 위한 것이며, 불필요한 제한들이 예정되어 있지 않다. 발명은 도시 및 설명된 내용에 한정되지 않으며, 기술에 숙련한 이에게 명백한 변화들에 대하여는 청구의 범위에 정의된 발명 내에 포함될 것이다.

Claims (20)

  1. 기판표면에 부착된 입자들을 제거하기 위해 물과 표면장력활성 화합물을 포함하는 액체 에어로솔 액적들을 강한 물리적 힘으로 기판표면에 접촉시키는 것을 포함하되, 액체 에어로솔 액적들은 별도의 오리피스로부터 기원하는 적어도 두 조성물의 흐름을 충돌시켜 형성되며, 충돌하는 흐름의 하나는 표면장력활성 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 표면에 부착된 입자들을 제거하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    액체 에어로솔 액적들은 물을 포함하는 액체 조성물의 적어도 하나의 흐름을 표면장력활성 화합물 증기를 포함하는 가스의 적어도 하나의 가스 흐름과 충돌시켜 형성함으로써 물과 표면장력활성 화합물을 포함하는 액체 에어로솔 액적들을 형성하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    액체 에어로솔 액적들은 적어도 하나가 물을 포함하는 액체 조성물들의 두 흐름을 표면장력활성 화합물 증기를 포함하는 하나의 가스 흐름과 충돌시켜 형성함으로써 물과 표면장력활성 화합물을 포함하는 액체 에어로솔 액적들을 형성하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    액체 에어로솔 액적들은 물과 표면장력활성 화합물을 포함하는 액체 조성물의 적어도 하나의 흐름을 적어도 하나의 가스 흐름과 충돌시켜 형성함으로써 물과 표면장력활성 화합물을 포함하는 액체 에어로솔 액적들을 형성하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    액체 에어로솔 액적들은 적어도 하나가 물과 표면장력활성 화합물을 포함하는 액체 조성물의 두 흐름들을 하나의 가스 흐름과 충돌시켜 형성함으로써 물과 표면장력활성 화합물을 포함하는 액체 에어로솔 액적들을 형성하는 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    가스는 질소, 압축 건조 공기, 이산화 탄소, 및 아르곤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    가스는 질소, 압축 건조 공기, 이산화 탄소, 및 아르곤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    가스는 질소, 압축 건조 공기, 이산화 탄소, 및 아르곤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    액체 에어로솔 액적들은 적어도 하나가 물과 표면장력활성 화합물을 포함하는 액체 조성물의 두 흐름들을 충돌시켜 형성함으로써 물과 표면장력활성 화합물을 포함하는 액체 에어로솔 액적들을 형성하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    액체 에어로솔 액적들은 표면장력활성 화합물 없이 형성되고 표면과 접촉하기에 앞서 표면장력활성 화합물을 포함하는 분위기를 통과하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    표면장력활성 화합물은 이소프로필 알코올, 에틸 알코올, 메틸 알코올, 1-메톡시-2-프로판올, 디-아세톤 알코올, 에틸렌 글리콜, 테트라하이트로프란, 아세톤, 페르플루오로헥산, 헥산 및 에테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    표면장력활성 화합물은 이소프로필 알코올인 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    기판 표면과 접촉하는 액체 에어로솔 액적들은 0.1에서 3vol% 농도의 표면장력활성 화합물을 포함하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    기판 표면과 접촉하는 액체 에어로솔 액적들은 1에서 3vol% 농도의 표면장력활성 화합물을 포함하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    기판 표면과 접촉하는 액체 에어로솔 액적들은 DI 수와 표면장력활성 화합물을 포함하는 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    액체 에어로솔 액적들은 부가적인 처리 성분을 포함하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 처리 성분은 수산화 암모늄과 과산화 수소를 포함하는 방법.
  19. 제 3 항에 있어서,
    표면장력활성 화합물은 1에서 3vol%까지의 농도로 가스에 존재하는 방법.
  20. 제 4 항에 있어서,
    표면장력활성 화합물은 1에서 3vol%까지의 농도로 가스에 존재하는 방법.
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