KR101445118B1 - 세정 화합물 및 그 세정 화합물을 이용하는 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
세정 화합물이 제공된다. 그 세정 화합물은 물에 분산된 약 0.1 중량 % 내지 약 10 중량 % 의 지방산을 포함한다. 그 세정 화합물은, 지방산 수용액의 pH 를, 분산된 지방산의 약 50 % 이상이 이온화되는 레벨로 되게 하기에 충분한 다량의 염기를 포함한다. 또한, 기판의 세정 방법, 기판의 세정 시스템, 및 프로세스에 의해 제조된 세정 용액이 제공된다.
Description
집적 회로, 메모리 셀 등과 같은 반도체 디바이스의 제작시에, 반도체 웨이퍼 ("웨이퍼") 상에 피쳐를 한정하도록 일련의 제조 동작이 수행된다. 웨이퍼는, 실리콘 기판상에 한정되는 멀티-레벨 구조 형태의 집적 회로 디바이스를 포함한다. 일 기판 레벨에는, 확산 영역을 가진 트랜지스터 디바이스가 형성된다. 후속 레벨에는, 배선 금속 라인이 패터닝되고 트랜지스터 디바이스와 전기 접속되어 원하는 집적 회로 디바이스를 한정한다. 또한, 패터닝된 도전층은 유전 재료에 의해 다른 도전층과 절연된다.
그 일련의 제조 동작 중에, 웨이퍼 표면은 다양한 타입의 오염물에 노출된다. 제조 동작 시에 존재하는 본질적으로 임의의 재료는 잠재적인 오염원이다. 예를 들면, 오염원은, 그 중에서도 특히, 프로세스 가스, 화학제, 증착 재료, 및 액체를 포함할 수도 있다. 다양한 오염물은, 미립자 형태로 웨이퍼 표면상에 증착될 수도 있다. 미립자 오염물이 제거되지 않으면, 그 오염물 부근 내의 디바이스가 동작하지 않을 기능성이 있다. 따라서, 웨이퍼 상에 한정된 피쳐를 손상시키지 않으면서 실질적으로 완전한 방식으로 웨이퍼 표면으로부터 오염물을 세정할 필요가 있다. 대개, 미립자 오염물의 사이즈는 웨이퍼 상에 제작되는 피쳐의 CD 사이즈 (critical dimension size) 정도이다. 웨이퍼 상의 피쳐에 역효과를 끼치지 않으면서 이러한 작은 미립자 오염물을 제거하는 것은 매우 어려울 수 있다.
웨이퍼 표면으로부터 미립자 오염물을 제거하기 위해, 종래의 웨이퍼 세정 방법은 기계력에 매우 의존하고 있다. 피쳐 사이즈가 계속 감소하고 보다 연약해지고 있기 때문에, 웨이퍼 표면으로의 기계력의 인가로 인한 피쳐 손상 가능성이 증가한다. 예를 들면, 충분한 기계력에 의해 영향받을 경우, 높은 애스펙트 비를 가지는 피쳐는 토플링 (toppling) 되거나 브레이킹 (breaking) 되기 쉽다. 또한, 감소된 피쳐 사이즈로의 이동은, 손상을 야기할 수도 있는 미립자 오염물의 사이즈 감소를 야기하는데, 이는 세정 문제를 더 복잡하게 한다. 충분히 작은 사이즈의 미립자 오염물은, 높은 애스펙트 비의 피쳐에 의해 둘러싸인 트렌치내 또는 도전성 라인의 브리징 (bridging) 등과 같이, 웨이퍼 표면 상의 영역에 도달하기 어려운 상태가 될 수 있다. 따라서, 현대의 반도체 제작 동안의 오염물의 효율적이고 비-손상의 제거는 계속적인 웨이퍼 세정 기술의 진보에 의해 충족될 계속적인 챌린지 (challenge) 를 나타낸다. 평판 디스플레이의 제조 동작이 상술된 집적 회로 제조와 동일한 결점으로부터 영향받는다는 것을 알 수 있다. 따라서, 오염물 제거를 요구하는 임의의 기술은 보다 효과적이고 덜 연마적인 세정 기술을 필요로 한다.
대체로 말하면, 본 발명은 개선된 세정 기술 및 세정 용액을 제공함으로써 이들 필요성을 충족한다. 본 발명이 시스템, 장치 및 방법을 포함하여 다양한 방식으로 구현될 수 있음을 알 수 있다. 본 발명의 몇몇 독창적인 실시형태가 이하에 설명된다.
일 실시형태에서, 세정 화합물이 제공된다. 그 세정 화합물은, 물에 용해된 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량% 의 지방산을 포함하고 있다. 그 세정 화합물은, 지방산 수용액의 pH 를, 용해된 지방산의 약 50% 가 이온화되는 레벨보다 높은 레벨로 되게 하기에 충분한 다량의 염기 (base) 를 포함한다.
다른 실시형태에서, 기판의 세정 방법이 제공된다. 그 방법은, 제 2 불혼합 액체 (immiscible liquid) 와 조합된 제 1 불혼합 액체를 갖는 에멀젼 (emulsion) 을 기판의 표면에 인가하는 단계를 포함한다. 제 2 불혼합 액체는 제 1 불혼합 액체 내에 분산되는 복수의 드롭렛 (droplet) 을 형성하며, 에멀젼은 제 1 불혼합 액체 내에 분포되는 고체 입자를 더 포함한다. 고체 입자 중 하나에 수직 성분을 가진 힘을 인가하여, 그 고체 입자 중 하나를 기판 표면상의 오염물의 상호작용 범위 내에 이르게 한다. 그 고체 입자 중 하나 및 오염물은 기판의 표면으로부터 제거된다.
또 다른 실시형태에서, 기판 세정용 시스템이 제공된다. 그 시스템은, 기판의 표면 위에 배치되도록 구성된 세정 헤드를 포함하며, 그 세정 헤드는 다수의 세정 부분을 가진다. 시스템은, 다수의 세정 부분 중 하나에 세정 용액을 공급하는 세정 용액 저장소 (reservoir) 를 포함한다. 그 세정 용액은, 분산상 (dispersed phase), 연속상 (continuous phase) 및 그 연속상 내에 분산되는 입자를 갖는다.
또 다른 실시형태에서, 기판을 세정하는 용액을 준비하는 프로세스가 제공된다. 그 프로세스는, 특정 농도 범위 내로 용제 (solvent) 에 지방산의 용액을 준비하고 그 지방산 용액에 물을 첨가하는 단계를 포함한다. 또한, 그 프로세스는, 표면 활성 물질을 첨가하거나 상기 용액의 지방산을 이온화함으로써, 그 용액의 안정화 (stabilization) 를 포함한다.
본 발명의 다른 양태 및 이점은, 본 발명을 예증으로서 설명하는, 첨부된 도면과 관련하여 얻어진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은, 첨부된 도면과 관련하여, 다음의 상세한 설명에 의하여 쉽게 이해될 것이며, 유사한 참조부호는 유사한 구조 엘리먼트를 나타낸다.
본 발명에 의하면, 세정 화합물 및 그 세정 화합물을 이용하는 방법 및 시스템을 제공하여, 프로세스 동안에 기판을 손상시키지 않으면서 오염물을 제거할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 반도체 웨이퍼로부터 오염물을 제거하는 세정 재료의 물리 다이어그램 (physical diagram) 을 나타낸 도면.
도 2a 및 도 2b 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 세정 재료가 웨이퍼로부터 오염물을 제거하기 위해 어떻게 기능하는지를 나타낸 도면.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 기판으로부터 오염물을 제거하는 방법의 플로우차트를 나타낸 도면.
도 4 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 척력 커브 (repulsion curve) 에서 인력 커브 (attraction curve) 를 뺄 때 형성되는 네트 상호작용 에너지 커브를 도시한 그래프를 나타낸 간단한 개략도.
도 5 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 여기에 설명된 고체 입자를 형성할 수도 있는, 설팩턴트 분자의 집합체를 나타낸 간단한 개략도.
도 6a 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 기판을 세정하는 시스템의 상부도의 간단한 개략도.
도 6b 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 기판을 세정하기 위한 도 6a 에 도시된 시스템의 측면도의 간단한 개략도.
도 2a 및 도 2b 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 세정 재료가 웨이퍼로부터 오염물을 제거하기 위해 어떻게 기능하는지를 나타낸 도면.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 기판으로부터 오염물을 제거하는 방법의 플로우차트를 나타낸 도면.
도 4 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 척력 커브 (repulsion curve) 에서 인력 커브 (attraction curve) 를 뺄 때 형성되는 네트 상호작용 에너지 커브를 도시한 그래프를 나타낸 간단한 개략도.
도 5 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 여기에 설명된 고체 입자를 형성할 수도 있는, 설팩턴트 분자의 집합체를 나타낸 간단한 개략도.
도 6a 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 기판을 세정하는 시스템의 상부도의 간단한 개략도.
도 6b 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 기판을 세정하기 위한 도 6a 에 도시된 시스템의 측면도의 간단한 개략도.
다음의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 상세한 설명이 설명된다. 그러나, 당업자라면, 본 발명이 이들 특정 상세한 설명의 일부 또는 전부 없이도 실시될 수도 있음을 알 것이다. 다른 경우에는, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위하여 널리 공지된 프로세스 동작은 상세히 설명하지 않는다.
여기에 설명되는 실시형태들은, 연마 접촉의 필요성을 배제하고 반도체 기판으로부터 오염물을 제거하는데 효과적인 세정 기술을 고려한 것으로, 여기서, 그 반도체 기판 중 일부는 높은 애스펙트비의 피쳐를 포함할 수도 있다. 그 실시형태들이 반도체 세정 애플리케이션과 관련된 특정 실시예를 제공하고 있지만, 이들 세정 애플리케이션은 기판으로부터의 오염물의 제거를 요구하는 임의의 기술로 확장될 수도 있다. 이하에 설명되는 바와 같이, 연속상과 분산상을 가지는 세정 용액이 제공된다. 그 연속상 전반에 걸쳐 고체 입자가 살포된다. 여기에 사용된 바와 같이, 분산상은, 예를 들어, 폼 (foam) 과 관련하여, 연속상 전반에 걸쳐 분산되는 기포이거나 예를 들어, 에멀젼과 관련하여, 연속상 전반에 걸쳐 분산되는 액체 드롭렛, 또는 연속상을 통해 분산되는 (고체 입자와는 다른) 고체까지로도 지칭된다. 일 실시형태에서, 분산상은, 고체 입자와 오염물이 상호작용하게 하기 위하여 고체 입자를 오염물에 근접하게 하도록 매질 (vehicle) 을 제공하여, 결국 오염물을 제거한다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 반도체 웨이퍼 ("웨이퍼"; 105) 로부터 오염물 (103) 을 제거하는 세정 재료 (101) 의 물리 다이어그램을 도시한 도면이다. 본 발명의 세정 재료 (101) 는, 연속 액체 배지 (107), 고체 성분 (109) 및 불혼합 성분 (111) 을 포함한다. 고체 성분 (109) 및 불혼합 성분 (111) 은 연속 액체 배지 (107) 내에 분산된다. 다양한 실시형태에서, 그 연속 액체 배지 (107) 는 수성이거나 비-수성일 수 있다. 특정 실시형태에 의존하여, 불혼합 성분 (111) 은, 기상, 액상, 고상, 또는 기상, 액상 및 고상의 조합 중 어느 하나로 정의될 수 있다. 일 실시형태에서, 불혼합 성분 (111) 은 불혼합 성분들 (111) 의 혼합물로서 정의되며, 여기서, 그 혼합물 내의 각각의 불혼합 성분 (111) 은 공통 물리 상태이거나 상이한 물리 상태를 가진다. 예를 들어, 다양한 실시형태에서, 불혼합 성분들 (111) 의 혼합물 내의 불혼합 성분들 (111) 의 물리 상태는, 기체와 액체, 기체와 고체, 액체와 고체, 또는 다수의 기체, 다수의 액체, 및 다수의 고체의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
불혼합 성분 (111) 은 연속 액체 배지 (107) 에 대하여 혼합가능하지 않음을 알 수 있다. 일 예시적인 실시형태에서는, 불혼합 성분 (111) 이 연속 액체 배지 (107) 내의 기포로서 정의된다. 다른 예시적인 실시형태에서, 불혼합 성분 (111) 은 연속 액체 배지 (107) 내의 액체 드롭렛으로 정의된다. 연속 액체 배지 (107) 및 불혼합 성분 (111) 과 관련된 특정 실시형태와 관계없이, 고체 성분 (109) 은 연속 액체 배지 (107) 내에 부유물 (suspension) 로 분산된다.
특정 실시형태에 의존하여, 세정 재료 (101) 내의 고체 성분 (109) 은, 액체 또는 기체와 다른 상으로 정의되는, 고상 내의 본질적으로 임의의 서브-상태를 나타내는 물리 특성을 가질 수도 있다는 것을 이해하게 될 것이다. 예를 들어, 탄성 및 가소성과 같은 물리 특성은 세정 재료 (101) 내의 상이한 타입의 고체 성분 (109) 사이에서 변화할 수 있다. 추가로, 다양한 실시형태에서, 고체 성분 (109) 은 결정질 고체이거나 비-결정질 고체로 정의될 수 있음을 이해하게 될 것이다. 그들의 특정 물리 특성에 관계없이, 세정 재료 (101) 내의 고체 성분 (109) 은, 웨이퍼 (105) 의 표면과 밀접하게 위치하거나 그 표면과 접촉하여 위치할 때, 웨이퍼 (105) 의 표면과의 점착 (adherence) 을 방지하게 할 것이다. 추가로, 고체 성분 (109) 의 기계적 특성은 세정 프로세스 동안에 웨이퍼 (105) 표면에 손상을 야기하지 않을 것이다. 더욱이, 고체 성분 (109) 은, 오염물 (103) 과 밀접하게 위치하거나 그 오염물과 접촉하여 위치할 때, 웨이퍼 (105) 표면상에 존재하는 오염물 (103) 재료와의 상호작용을 확립하게 할 것이다. 예를 들면, 고체 성분 (109) 의 사이즈와 형상은 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이에 상호작용을 확립하기에 바람직할 것이다.
세정 재료 (101) 내의 고체 성분 (109) 은, 웨이퍼 (105) 로의 점착과 손상 모두를 방지하면서 웨이퍼 (105) 상의 오염물 (103) 과 상호작용하게 할 것이다. 또한, 고체 성분 (109) 은, 액체 배지 (107) 내에서의 용해를 막을 것이고, 또한 액체 배지 (107) 전반에 걸쳐 분산을 가능하게 하는 표면 작용성 (surface functionality) 을 가질 것이다. 액체 배지 (107) 전반에 걸쳐 분산을 가능하게 하는 표면 작용성을 가지고 있지 않은 고체 성분 (109) 의 경우, 고체 성분 (109) 의 분산을 가능하게 하기 위해 액체 배지 (107) 에 화학 분산제가 첨가될 수도 있다. 그들의 특정 화학적 특징 및 주변의 액체 배지 (107) 와의 상호작용에 의존하여, 고체 성분 (109) 은 몇몇 상이한 형태 중 하나 이상의 형태를 취할 수도 있다. 예를 들면, 다양한 실시형태에서, 고체 성분 (109) 은, 집합체, 콜로이드, 겔, 융합된 구형 (coalesced shperes), 또는 응집물 (agglutination), 응고물, (coagulation), 응결물 (flocculation), 집괴물 (agglomeration), 또는 융합체 (coalescence) 의 본질적으로 임의의 다른 타입을 형성할 수도 있다. 상기 확인된 고체 성분 (109) 형태의 예시적인 리스트는 포괄적인 리스트를 나타내도록 의도되지 않는다는 것을 알 수 있다. 다른 실시형태에서, 고체 성분 (109) 은 여기에서 명확히 확인되지 않은 형태를 취할 수도 있다. 따라서, 고체 성분 (109) 은, 웨이퍼 (105) 및 오염물 (103) 과의 상호작용과 관련하여 미리 설명된 방식으로 기능하게 할 수 있는 본질적으로 임의의 고체 재료로서 정의될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
일부 예시적인 고체 성분 (109) 은, 지방족 산 (aliphatic acids), 카르복시산 (carboxylic acids), 파라핀, 왁스, 폴리머, 폴리스티렌, 폴리펩티드, 및 다른 점-탄성 재료를 포함한다. 그 고체 성분 (109) 재료는, 액체 배지 (107) 내에 고용 한계를 초과하는 농도로 존재할 것이다. 또한, 특정 고체 성분 (109) 재료와 관련된 세정 효과 (cleaning effectiveness) 가 온도, pH 및 다른 환경 조건의 기능에 따라 변화할 수도 있다는 것을 이해하게 될 것이다.
지방족 산은, 카본 원자가 오픈 체인을 형성하는 유기 화합물에 의해 정의되는 본질적으로 임의의 산을 나타낸다. 지방산은, 세정 재료 (101) 내에서 고체 성분 (109) 으로 사용될 수 있는 지방족 산의 일 예이다. 고체 성분 (109) 으로 사용될 수도 있는 지방산의 예에는, 그 중에서도 특히, 라우르산 (lauric), 팔미트산 (palmitic), 스테아르산 (stearic), 올레산 (oleic), 리놀레산 (linoleic), 리놀렌산 (linolenic), 아라키돈산 (arachidonic), 가돌레산 (gadoleic), 에루신산 (eurcic), 부티르산 (butyric), 카프로산 (caproic), 카프릴산 (caprylic), 미리스트산 (myristic), 마르가르산 (margaric), 비헤닌산 (behenic), 리그노세르산 (lignoseric), 미리스톨레산 (myristoleic), 팔미톨레산 (palmitoleic), 네르반산 (nervanic), 파리나르산 (parinaric), 팀노돈산 (timnodonic), 브라스산 (brassic), 클루파노돈산 (clupanodonic acid), 리그노세르산 (lignoceric acid), 세로트산 (cerotic acid) 및 그들의 혼합물을 포함한다. 일 실시형태에서, 고체 성분 (109) 은, C-1 내지 약 C-26 까지 연장하는 다양한 카본 체인 길이에 의해 정의되는 지방산의 혼합물을 나타낼 수 있다. 카르복시산은, 하나 이상의 카르복시기 (COOH) 를 포함하는 본질적으로 임의의 유기산에 의해 정의된다. 고체 성분 (109) 으로 사용될 때, 카르복시산은 C-1 내지 C-100 까지 연장하는 다양한 카본 체인 길이의 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 카르복시산은, 액체 배지 (107) 내의 불용해도를 여전히 유지하면서, 메틸, 비닐, 알킨, 아민, 1 차 아민, 2 차 아민, 3 차 아민, 아조 (azo), 니트릴 (nitrile), 니트로 (nitro), 니트로소 (nitroso), 피리딜 (pyridyl), 카르복실 (carboxyl), 페록시 (peroxy), 알데히드 (aldehyde), 케톤 (ketone), 1 차 이민, 2 차 이민, 에테르, 에스테르, 할로겐, 이소시아네이트 (isocyanate), 이소티오시아네이트 (isothiocyanate), 페닐 (phenyl), 벤질 (benzyl), 포스포디에스테르 (phosphodiester), 설피히드릴 (sulfhydryl) 과 같은 다른 작용기를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
일부 실시형태에서는, 지방산과 같은, 특정 타입의 고체 성분 (109) 을 액체 배지 (107) 전반에 걸쳐 분산시키기 위해 액체 배지 (107) 에의 분산제 재료의 첨가가 요구될 수도 있다. 예를 들어, 고체 성분 (109) 의 부유물을, 화학양론 양 (stoichiometric quantity) 보다 적게 존재하는 카르복시산 또는 스테아르산과 같은 재료로부터 형성되게 하기 위해 액체 배지 (107) 에 염기가 첨가될 수 있다. 일 실시형태에서, 염기는 암모늄 하이드록사이드이지만, 임의의 상업상 입수가능한 염기가 여기에 설명된 실시형태와 함께 사용될 수도 있다. 또한, 고체 성분 (109) 재료의 표면 작용성은, 카르복실기, 포스페이트기, 설페이트기 (sulfate group), 폴리올 기 (polyol group), 에틸렌 옥사이드 (ethylene oxide) 등과 같이, 액체 배지 (107) 와 혼합가능한 일부분을 포함함으로써 영향받게 될 수 있다. 고체 성분 (109) 이 액체 배지 (107) 전반에 걸쳐 실질적으로 균일한 방식으로 분산가능하여, 그 고체 성분이 (109) 이 웨이퍼 (105) 상에 존재하는 오염물 (103) 과 강제로 상호작용하는 형태로 함께 응집되는 것을 방지한다는 점이 이해될 것이다.
전술된 바와 같이, 연속 액체 배지 (107) 는 수성이거나 비-수성일 수 있다. 예를 들어, 수성 액체 배지 (107) 는 일 실시형태에서 탈이온수에 의해 정의될 수 있다. 다른 실시형태에서, 비-수성 액체 배지 (107) 는, 그 중에서도 특히, 하이드로카본, 플루오로카본, 미네랄 오일, 또는 알코올에 의해 정의될 수 있다. 액체 배지 (107) 가 수성인지 비-수성인지 여부에 관계없이, 액체 배지 (107) 는, 이온의 용제나 비-이온의 용제 및 다른 화학 첨가제를 포함하도록 변경 (modify) 될 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다. 예를 들면, 액체 배지 (107) 에의 화학 첨가물은, 조용제 (co-solvents), pH 변경제 (pH modifiers), 킬레이트 에이전트 (chelating agents), 극성 용제 (polar solvents), 설팩턴트 (surfactants), 암모니아 하이드록사이드 (ammonia hydroxide), 하이드로겐 페록사이드 (hydrogen peroxide), 하이드로플루오르산 (hydrofluoric acid), 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 (tetramethylammonium hydroxide), 및 폴리머, 미립자, 및 폴리펩티드와 같은 리올로지 변경제 (rheology modifiers) 의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 세정 재료 (101) 내의 불혼합 성분 (111) 은, 기상, 액상, 고상, 또는 그들의 조합으로 정의될 수 있다. 기상으로 정의된 불혼합 성분 (111) 을 갖는 실시형태에서, 불혼합 성분 (111) 은, 연속 액체 배지 (107) 전반에 걸쳐 분산되는 기포로 정의된다. 일 실시형태에서, 기포는, 세정 재료 (101) 의 5 체적% 내지 99.9 체적% 를 차지하도록 정의된다. 다른 실시형태에서, 기포는, 세정 재료 (101) 의 50 중량% 내지 95 중량% 를 차지하도록 정의된다. 불혼합 성분 (111) 을 정의하는 기체는, 예를 들어, N2, Ar 등의 불활성이거나, 예를 들면, O2, O3, H2O2, 공기, H2, NH3, HF 등의 반응성일 수 있다.
액상으로 정의된 불혼합 성분 (111) 을 갖는 실시형태에서, 불혼합 성분 (111) 은 연속 액체 배지 (107) 전반에 걸쳐 분산되는 액체 드롭렛으로 정의되며, 여기서, 그 액체 드롭렛은 액체 배지 (107) 내에 혼합가능하지 않다. 불혼합 성분 (111) 을 정의하는 액체는 불활성이거나 반응성일 수 있다. 예를 들면, 불혼합 성분 (111) 을 정의하기 위해, 펜탄 (pentane), 헥산 (hexane), 헵탄 (heptane), 옥탄 (octane), 노난 (nonane), 데칸 (decane), 또는 미네랄 오일과 같은 저-분자 중량 알칸이 불활성 액체로서 사용될 수도 있으며, 여기서 액체 배지 (107) 는 수성이다. 다른 실시예에서는, 불혼합 성분 (111) 을 정의하기 위해 유용성 표면 변경제 (oil solubel surface modifier) 가 반응성 액체로서 사용될 수도 있다.
세정 프로세스 동안에, 액체 배지 (107) 내의 고체 성분 (109) 상에 하향력 (downward force) 이 인가되어, 고체 성분 (109) 이 웨이퍼 (105) 상의 오염물 (103) 과 밀접하거나 그 오염물과 접촉하게 된다. 세정 재료 (101) 내의 불혼합 성분 (111) 은, 하향력이 고체 성분 (109) 상에 인가되는 메커니즘을 제공한다. 고체 성분 (109) 이 오염물 (103) 과 충분히 근접하거나 그 오염물과 접촉하게 될 때, 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이에는 상호작용이 확립된다. 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이의 상호작용은, 오염물 (103) 과 웨이퍼 (105) 사이의 점착력 (adhesive force), 뿐만 아니라 고체 성분 (109) 과 오염물 사이의 임의의 척력을 극복하기에 충분하다. 따라서, 고체 성분 (109) 이 웨이퍼 (105) 로부터 멀리 이동될 때, 고체 성분 (109) 과 상호작용하는 오염물 (103) 이 또한 웨이퍼 (105) 로부터 멀리 이동되는데, 즉, 웨이퍼 (105) 로부터 오염물 (103) 이 제거되게 된다.
도 2a 및 도 2b 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 웨이퍼 (105) 로부터 오염물 (103) 을 제거하기 위해 세정 재료 (101) 가 기능하는 방법을 도시한 도면이다. 도 2a 및 도 2b 에 도시된 세정 재료 (101) 는 도 1 과 관련하여 미리 설명된 바와 동일한 특징을 가지고 있음을 이해하게 될 것이다. 도 2a 에 도시된 바와 같이, 세정 재료 (101) 의 액체 배지 (107) 내에는, 오염물 (103) 과 불혼합 성분 (111) 사이에 고체 성분 (109) 이 개재된다. 액체 배지 (107) 내의 불혼합 성분 (111) 이 기포이든지 액체이든지 간에 관련 표면 장력을 갖는다. 따라서, 불혼합 성분 (111) 이 고체 성분 (109) 에 대하여 하향으로 압박될 때, 불혼합 성분 (111) 은 변형되어 지며, 고체 성분 (109) 상에 하향력 (F) 을 인가한다. 이 하향력 (F), 또는 F 의 수직 성분은, 웨이퍼 (105) 및 웨이퍼 위의 오염물 (103) 을 향하여 고체 성분 (109) 을 이동시키도록 기능한다. 일 실시형태에서, 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이의 상호작용은, 그 고체 성분 (109) 이 오염물 (103) 과 충분히 밀접하게 될 때 발생한다. 일 실시형태에서, 이 거리는 약 10 나노미터 내일 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이의 상호작용은, 고체 성분 (109) 이 오염물 (103) 과 실제로 접촉하고 있을 때 발생한다. 이 상호작용은 또한, 오염물 (103) 과 맞물려 있는 고체 성분 (109) 으로 지칭될 수도 있다.
고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이의 상호작용력은, 오염물 (103) 을 웨이퍼 (105) 와 연결시키는 힘보다 더 세다. 추가로, 고체 성분 (109) 이 오염물 (103) 과 결합 (bind) 하는 실시형태에서, 고체 성분 (109) 을 웨이퍼 (105) 로부터 멀리 이동시키기 위해 사용되는 힘은 오염물 (103) 을 웨이퍼 (105) 와 연결시키는 힘보다 더 세다. 따라서, 도 2b 에 도시된 바와 같이, 고체 성분 (109) 이 웨이퍼 (105) 로부터 멀리 이동될 때, 고체 성분 (109) 과 결합된 오염물 (103) 이 또한 웨이퍼 (105) 로부터 멀리 이동된다. 고체 성분 (109) 이 오염물 (103) 과 상호작용하여 세정 프로세스에 영향을 주기 때문에, 웨이퍼 (105) 에 걸친 오염물 (103) 제거는, 고체 성분 (109) 이 웨이퍼 (105) 에 걸쳐서 얼마나 잘 분포될지에 의존할 것이다. 바람직한 실시형태에서, 고체 성분 (109) 이 너무 잘 분포되어 웨이퍼 (105) 상의 본질적으로 모든 오염물 (103) 이 하나 이상의 고체 성분 (109) 과 밀접하게 될 것이다. 또한, 하나의 고체 성분 (109) 이, 동시 방식으로나 순차 방식으로 하여, 하나 이상의 오염물 (103) 과 접촉하게 되거나 그 오염물 (103) 과 상호작용하게 될 수도 있음을 알게 될 것이다. 더욱이, 고체 성분 (109) 은 상기 동일한 성분 모두와 반대인 상이한 성분들의 혼합물일 수도 있다. 따라서, 세정 용액은, 특정 용도, 즉, 특정 오염물을 타겟팅할 용도로 설계될 수 있으며, 또는, 세정 용액은, 다수의 고체 성분이 제공되는 오염물 타겟의 브로드 스펙트럼을 가질 수 있다.
고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이의 상호작용은, 그 중에서도 특히, 점착, 충돌, 및 인력을 포함한 하나 이상의 메커니즘을 통해 확립될 수 있다. 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이의 점착은 화학적 상호작용 및/또는 물리적 상호작용을 통해 확립될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 화학적 상호작용은, 글루-형 효과 (glue-like effect) 를 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이에 발생하게 한다. 다른 실시형태에서, 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이의 물리적 상호작용은 고체 성분 (109) 의 기계적 특성에 의해 촉진된다. 예를 들면, 고체 성분 (109) 이 연성일 수 있어서, 오염물 (103) 에 대해 압박될 때 그 오염물 (103) 은 그 연성의 고체 성분 (malleable solid component; 109) 내에 임프린팅된다. 다른 실시형태에서, 오염물 (103) 은 고체 성분 (109) 의 네트워크에 걸리게 될 수 있다. 이 실시형태에서, 기계적 응력이 고체 성분 (109) 의 네트워크를 통해 오염물 (103) 로 전달되어, 이로써, 웨이퍼 (105) 로부터 오염물 (103) 의 제거를 위해 필요한 기계력을 제공할 수 있다.
오염물 (103) 로의 임프린팅으로 인한 고체 성분 (109) 의 변형은 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이의 기계적 연결을 생성한다. 예를 들어, 오염물 (103) 이 고체 성분 (109) 으로 압박될 때, 고체 성분 (109) 재료가 쉽게 벗어날 수 없는 오염물 (103) 의 표면 지형 내의 영역으로 고체 성분 (109) 재료의 일부가 들어가도록 오염물 (103) 의 표면 지형이 존재할 수도 있으며, 이로써 로킹 메커니즘 (locking mechanism) 을 생성한다. 추가로, 오염물 (103) 이 고체 성분 (109) 으로 압박될 때, 고체 성분 (109) 으로부터 오염물 (103) 의 제거를 방해하기 위해 진공력 (vacuum force) 이 확립될 수 있다.
*다른 실시형태에서, 직간접 접촉을 통해 고체 성분 (109) 으로부터 오염물 (103) 로 전달되는 에너지는 오염물 (103) 을 웨이퍼 (105) 로부터 제거시킬 수도 있다. 이 실시형태에서, 고체 성분 (109) 은 오염물 (103) 보다 더 연성 (softer) 이거나 더 강성 (harder) 일 수도 있다. 고체 성분 (109) 이 오염물 (103) 보다 더 연성이면, 충돌 동안에, 고체 성분 (109) 의 변형은 더 크게 발생할 것이며, 이는, 웨이퍼 (105) 로부터 오염물 (103) 을 제거하기 위한 운동 에너지의 전달을 더 적게 할 것이다. 그러나, 고체 성분 (109) 이 오염물 (103) 보다 더 연성인 경우에는, 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이의 점착성이 있는 연결이 더 강해질 수도 있다. 반면, 고체 성분 (109) 이 적어도 오염물 (103) 만큼 강성이면, 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이에는 실질적으로 완전한 에너지 전달이 발생할 수 있으며, 이로써, 웨이퍼 (105) 로부터 오염물 (103) 을 제거하기 위해 사용되는 힘을 증가시킨다. 그러나, 고체 성분 (109) 이 적어도 오염물 (103) 만큼 강성인 경우에는, 고체 성분 (109) 의 변형에 의존하는 상호작용력이 감소될 수도 있다. 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 과 관련된 물리적 특성과 상대 속도가 그들 사이의 충돌 상호작용에 영향을 줄 것이라는 것을 알게 될 것이다.
상술된 것 이외에, 일 실시형태에서, 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이의 상호작용은 정전기적 인력으로부터 발생할 수 있다. 예를 들면, 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 이 반대의 표면 전하를 가지면, 그들은 서로 전기적으로 끌어 당겨질 것이다. 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이의 정전기적 인력은 오염물 (103) 을 웨이퍼 (105) 와 연결시키는 힘을 극복하기에 충분할 수 있다.
다른 실시형태에서, 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이에는 정전기적 척력이 존재할 수도 있다. 예를 들어, 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 모두는 네거티브 표면 전하나 포지티브 표면 전하를 가질 수 있다. 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 이 충분히 밀접하게 될 수 있다면, 그들 사이에 존재하는 정전기적 척력은 반 데르 발스 인력을 통해 극복될 수 있다. 반 데르 발스 인력이 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이에 확립되도록, 불혼합 성분 (111) 에 의해 고체 성분 (109) 으로 인가되는 힘이 정전기적 척력을 극복하기에 충분할 수도 있다. 도 4 를 참조하여 이 실시형태에 대한 보다 상세한 설명이 제공된다. 추가로, 다른 실시형태에서는, 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 사이에 존재하는 정전기적 척력이 상호작용을 용이하게 하기 위해 감소되도록, 또는, 고체 성분이나 오염물 중 어느 하나가 정전기적 인력을 야기하는 전하에 대해 반대의 표면 전하를 나타내도록, 고체 성분 (109) 과 오염물 (103) 중 하나 또는 그 둘 모두에 존재하는 표면 전하를 보충하기 위해 액체 배지 (107) 의 pH 가 조정될 수 있다.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 기판으로부터 오염물을 제거하는 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다. 도 3 의 방법에서 원용 (referenced) 되는 기판은, 반도체 웨이퍼 또는 반도체 제작 프로세스와 관련된 오염물들이 제거될 필요가 있는 임의의 다른 타입의 기판을 나타낼 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다. 또한, 도 3 의 방법에서 원용되는 오염물은, 미립자 오염물로 제한하려는 것은 아니지만, 극소량의 금속 오염물 (trace metal contamination), 유기 오염물, 포토레지스트 파편 (photoresist debris), 웨이퍼 처리 장비로부터의 오염물, 및 웨이퍼 이면의 미립자 오염물을 포함한, 반도체 웨이퍼 제작 프로세스와 관련된 본질적으로 임의의 타입의 오염물을 나타낼 수 있다.
도 3 의 방법은 기판 위에 세정 재료를 배치하는 방법 (301) 을 포함하며, 여기서, 그 세정 재료는 액체 배지 내에 분산되는 고체 성분을 포함한다. 도 3 의 방법에서 원용되는 세정 재료는 도 1, 도 2a 및 도 2b 와 관련하여 미리 설명된 것과 동일하다. 따라서, 세정 재료 내의 고체 성분은 액체 배지 내에 부유물로 분산된다. 또한, 고체 성분은 기판의 손상을 방지하고 기판으로의 점착을 방지하도록 정의된다. 일 실시형태에서, 고체 성분은 결정질 고체로 정의된다. 다른 실시형태에서는, 고체 성분이 비-결정질 고체로 정의된다. 또 다른 실시형태에서, 고체 성분은 결정질 고체와 비-결정질 고체의 조합으로 나타낸다. 추가로, 다양한 실시형태에서, 액체 배지는 수성이거나 비-수성일 수 있다.
또한, 그 방법은, 고체 성분과 오염물 사이에 상호작용이 확립되도록, 고체 성분을 기판 상에 존재하는 오염물에 근접하게 하기 위해 고체 성분에 힘을 인가하는 동작 (303) 을 포함한다. 전술된 바와 같이, 고체 성분을 오염물에 근접하게 하기 위해 필요한 힘을 고체 성분에 인가하기 위해 불혼합 성분을 세정 재료 내에 제공한다. 일 실시형태에서, 그 방법은, 불혼합 성분을 제어하여, 제어된 다량의 힘을 고체 성분에 인가하는 동작을 포함할 수 있다. 불혼합 성분은 액체 배지 내의 기포 또는 불혼합 액체 드롭렛으로 정의될 수 있다. 추가로, 불혼합 성분은 액체 배지내의 기포 및 불혼합 액체 드롭렛의 조합으로 나타내질 수 있다.
그 방법의 일 실시형태에서, 불혼합 성분은, 기판 상에 세정 재료를 배치하기 이전에 액체 배지내에 한정된다. 그러나, 다른 실시형태에서는, 방법은, 기판 위에의 세정 재료의 배치에 후속하여 인-시츄 (in-situ) 에 불혼합 성분을 형성하는 동작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 불혼합 성분은, 세정 재료에 대한 주변압 (ambient pressure) 의 감소에 따라 액체 배지내의 용해된 기체로부터 형성될 수 있다. 인-시츄에의 불혼합 성분의 형성은 오염물 제거 프로세스를 강화시킬 수도 있다는 것을 알게 될 것이다. 예를 들면, 일 실시형태에서, 중력은, 불혼합 성분의 형성 이전에 고체 성분을 기판을 향하여 풀링 (pull) 하기 위해 사용된다. 그 후, 액체 배지 내에 미리 용해된 기체가 기포를 형성하기 위해 용액 밖으로 빠져나오도록 주변압이 감소된다. 고체 성분은 중력에 의하여 기판을 향하여 가라앉아 (settle) 있기 때문에, 대부분의 기포는 고체 성분 위에 형성될 것이다. 기판을 향하여 미리 가라앉아 있는 고체 성분으로 인한, 고체 성분 위에의 기포의 형성은 기판상의 오염물 근방 내로의 고체 성분의 이동을 강화하도록 기능할 것이다.
다양한 실시형태에서, 고체 성분과 오염물 사이의 상호작용은, 점착력, 충돌력, 인력 또는 그들의 조합에 의해 확립될 수 있다. 또한, 일 실시형태에서, 그 방법은, 고체 성분과 오염물 사이의 상호작용을 강화시키기 위해 액체 배지의 화학적 성질 (chemistry) 을 변경하는 동작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정전기적 척력이 감소되도록, 고체 성분과 오염물 중 하나 또는 그 둘 모두에 대한 표면 전하를 상쇄 (cancel) 시키도록 액체 배지의 pH 를 변경할 수 있다.
추가로, 일 실시형태에서, 그 방법은, 고체 성분과 오염물 사이의 상호작용을 강화시키기 위해 세정 재료의 온도를 제어하는 동작을 포함할 수 있다. 더 상세하게는, 세정 재료의 온도는 고체 성분의 특성을 제어하기 위해 제어될 수 있다. 예를 들면, 더 높은 온도에서, 고체 성분은 보다 연성일 수도 있으므로, 그 고체 성분은 오염물에 대해 압박될 때 오염물과 더 잘 일치한다. 그 후, 일단 고체 성분이 압박되어 오염물과 일치되고 나면, 오염물에 대해 일치하는 형상을 더 잘 유지하기 위해, 온도를 낮춰 고체 성분을 덜 연성이 되도록 하여, 이로써 고체 성분과 오염물을 함께 효과적으로 로킹한다. 또한, 용해도를 제어하고, 그로 인해, 고체 성분의 농도를 제어하기 위해 온도가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 더 높은 온도에서, 고체 성분은 액체 배지에 더 잘 용해될 수도 있다. 또한, 액체-액체 부유물로부터 웨이퍼 상의 인-시츄에의 고체 성분의 형성을 제어하고/제어하거나 그 형성을 가능하게 하기 위해 온도가 사용될 수도 있다.
별개의 실시형태에서, 그 방법은, 연속 액체 배지내에 용해된 고체를 침전시키는 동작을 포함할 수 있다. 이 침전 동작은, 용제에 고체를 용해시킨 후, 그 용제와 혼합가능하지만 고체를 용해시키지는 않는 성분을 첨가함으로써 달성될 수 있다. 용제와 혼합가능하지만 그 고체를 용해시키지는 않는 성분의 첨가는 고체 성분의 침전을 야기한다.
그 방법은, 고체 성분과 상호작용하는 오염물이 기판으로부터 제거되도록 고체 성분을 기판으로부터 멀리 이동시키는 동작 (305) 을 더 포함한다. 일 실시형태에서, 그 방법은, 기판 위의 세정 재료의 플로우 레이트를 제어하여, 고체 성분 및/또는 오염물을 기판으로부터 멀리 이동시키는 동작을 제어하거나 강화시키는 동작을 포함한다. 고체 성분이 제거될 오염물과의 상호작용을 확립하도록 세정 재료의 고체 성분에 힘을 인가하는 수단이 존재하는 한, 기판으로부터 오염물을 제거하는 본 발명의 방법은 다수의 상이한 방식으로 구현될 수 있다.
도 4 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 척력 커브에서 인력 커브를 뺄 때 형성되는 네트 상호작용 에너지 커브를 도시한 그래프를 나타내는 간단한 개략도이다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 전기적 척력은 라인 401 로 도시되고, 반 데르 발스 인력은 라인 403 으로 도시된다. Y-축은, X-축 위에 도시되는 척력의 에너지 (repulsive energy) 와 X-축 아래에 도시되는 인력의 에너지 (attractive energy) 를 가지는 에너지를 나타낸다. X-축은 입자들 간의 거리를 나타낸다. 네트 상호작용 에너지는, 커브 405 로 도시되고, 간단히 라인 401 과 라인 403 의 합이다. 영역 (407) 은 에너지 트랩 (energy trap) 으로 지칭될 수도 있고, 영역 (409) 은 에너지 장벽으로 지칭될 수도 있다. 당업자라면, 2 개의 입자/콜로이드가 서로 접근하고 그들의 이중 층이 간섭 (interfere) 하기 시작할 때 정전기적 척력이 상당해진다는 것을 알 것이다. 이 척력을 극복하기 위해 에너지가 요구된다. 여기에 설명된 일 실시형태에서, 이 에너지는 세정 용액, 더 상세하게는, 상술된 바와 같은 세정 용액의 불혼합 성분에 의해 제공될 수도 있다. 정전기적 척력 커브 (401) 는, 입자가 서로 억눌려지는 경우에 극복해야하는 에너지를 나타낸다. 최대 에너지는 표면 전위와 제타 전위 (zeta potential) 와 관련됨을 알게 될 것이다.
반 데르 발스 인력은 실제로 각 입자/콜로이드의 개별 분자간의 힘의 결과이다. 효과는 부가적이며, 즉, 제 1 입자/콜로이드의 하나의 분자가 제 2 콜로이드의 각 분자에 대해 반 데르 발스 인력을 갖는다. 이는 제 1 입자/콜로이드의 각 분자에 대해 반복되고 총 힘은 이들 모두에 대한 합이다. 인력의 에너지 커브 (403) 는, 입자들 간의 거리에 따른 반 데르 발스 힘의 변화를 나타내도록 사용된다. X 축 상의 각 거리에서, 네트 에너지를 획득하기 위해 더 큰 값에서 더 작은 값을 뺀다. 그 후, 네트 값은 플로팅되어, 척력이면 위로 인력이면 아래로 커브가 형성된다. 척력의 부분이 있다면, 최대 척력의 에너지의 포인트는 에너지 장벽 (409) 으로 지칭된다. 에너지 장벽 (409) 의 높이는 시스템이 얼마나 안정성이 있는지를 나타낸다. 덩어리로 만들기 위하여, 충돌 코스 (collision course) 상의 2 개의 입자는, 속도 (velocity) 질량 (mass) 으로 인하여 이 장벽을 뛰어넘게 하기에 충분한 운동 에너지를 가져야 한다. 그 장벽이 제거되면, 네트 상호작용은 모두 인력을 띠며, 그 결과는 입자 덩어리이다. 이 내부 영역 (407) 은, 입자/콜로이드가 반 데르 발스 힘에 의해 함께 트래핑되는 것으로 고려될 수 있기 때문에 에너지 트랩으로 지칭된다. 당업자라면, 특정 애플리케이션에 의존하여, 콜로이드 용액의 환경 조건이 에너지 장벽을 증가시키거나 감소시키기 위해 변경될 수도 있다는 것을 알 것이다. 변경될 수 있는 조건은, 이온 강도의 변화, pH 의 변화, 또는 표면-활성 재료의 첨가를 포함하며, 이로 인해 콜로이드의 전하에 직접적인 영향을 줄 수 있다. 각 경우에, 제타 전위 측정은 전체 안정성에 끼치는 또 다른 영향을 나타낼 수 있다.
도 5 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 여기에 설명된 고체 입자를 형성할 수도 있는, 설팩턴트 분자의 집합체/어셈블리를 도시한 간단한 개략도이다. 통상, 설팩턴트 분자의 집합체/어셈블리는 보통 구형 형상이지만, 다른 기하학적인 형상, 즉, 타원, 원통, 소포 (vesicle), 박판 (lamellae) 등이 또한 가능하다. 당업자라면, 설팩턴트 분자의 집합체/어셈블리는 미셀 (micell) 로도 지칭될 수도 있음을 알 수 있다. 미셀은, 설팩턴트의 농도가 임계 미셀 농도 (CMC) 보다 더 클 때, 및 시스템의 온도가 임계 미셀 온도보다 더 클 때 형성된다. 일반적으로 공지된 바와 같이, 설팩턴트는, 하이드로포빅 기 (hydrophobic group), 예를 들면, 긴 하이드로카본 체인 및 하이드로필릭 기 (hydrophilic group), 예를 들면, 이온 또는 극성 기 모두를 포함한 화학제이다. 따라서, 수성 또는 다른 극성 용제에 있어서, 미셀의 코어 (501) 는 분자의 하이드로포빅 부분으로 이루어지며, 하이드로필릭 부분 (503) 은, 물과 바람직한 접촉을 유지할 수 있도록 분자의 표면 상에 여전히 잔존한다. 이온의 설팩턴트의 경우에, 일 실시형태에서, 이온 헤드의 전기 전하가 미셀 주변의 층에 위치한 반대의 전하 이온 (카운터 이온) 에 의해 중화되어 전기중화의 조건을 만족시킨다. 비-극성 용제가 연속 상에서 사용되는 또 다른 실시형태에서, 하이드로필릭 기는 미셀의 코어를 형성하며, 하이드로포빅기는 미셀의 표면상에 여전히 잔존하는, 즉, 리버스 미셀이다. 따라서, 일 실시형태에서, 미셀 (109) 은 고체 성분 (109) 으로 기능할 수도 있는 표면-활성 분자의 덩어리/어셈블리를 나타낸다. 물론, 이것은 일 예시적인 실시형태이며, 고체 성분이 전술된 것과 다른 기술을 통해 형성될 수도 있다는 것을 이해하게 될 것이다.
이하, 세정 용액을 제조하는 예시적인 기술이 설명된다. 이들이 폼 애플리케이션 또는 에멀젼 애플리케이션에 조합될 수도 있는 수성 연속상과 스테아르산의 이용에 안내되는 예시적인 기술임을 알 수 있을 것이다. 실시예 1 은, 지방산을 녹이는 단계를 요구하는 기술을 제공하고, 실시예 2 는, 바람직한 입자 분포를 달성하기 위해 지방산을 사전-밀링하여 지방산을 녹일 필요성을 제거한다. 실시예 3 은, 바람직한 입자 분포를 달성하기 위해 용해된 지방산이 용제로부터 침전되는 기술을 제공한다. 물론, 세정 용액을 제조하기 위해 다수의 다른 기술이 사용될 수도 있으며 또한 상이한 지방산이 사용될 수도 있다. 또한, 비-극성 용제가 물 대신에 사용될 수도 있고 또는 비-극성 또는 극성 화합물이 그 비-극성 용제에 혼합/용해될 수도 있다.
실시예
1
물은, 섭씨 70 도 (스테아르산의 녹는점) 보다 높은 온도로 가열된다. 고체 스테아르산 (약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%) 은 섭씨 70 도 이상의 온도로 가열되어 상기 가열된 물에 첨가된다. 물-스테아르산 혼합물은, 불혼합 스테아르산이 연속 수상 (continuous water phase) 내에 분산되거나 유상으로 만들어지도록 하는 레이트로 휘저어진다. 스테아르산의 이온화는, 카르복시산의 약 50% 가 해리되는, 즉, 해리 상수 (pKa) 가 약 50% 인 포인트까지 pH 를 증가시키도록 염기를 첨가함으로써 개시된다. 이것은 약 10.2 의 pH 에서 발생한다. pH 를 증가시키기 위해 용액에 첨가되는 일 예시적인 염기는 암모늄 하이드록사이드 (NH4OH) 이다. NH4OH 의 농도는 0.25 중량% 와 10 중량% 사이의 범위에 있을 수 있다. 스테아르산/물/NH4OH 혼합물은, 동종의 용액을 형성하기 위해 추가로 20 분 동안 휘저어진다. 용액은 주변으로 냉각되어 10 시간 이상 동안 침전물 형태, 즉, 고체 성분을 방치한다. 휘젓는 동안, 반드시 필요한 것은 아니지만 혼합물에서 공기가 반출 (entrain) 될 수 있다. 이들 침전물 입자 (고체 성분) 의 사이즈 분포는 약 50 나노미터와 5000 마이크로미터 사이이다.
실시예
2
과립상의 스테아르산은, 약 0.5 마이크로미터와 약 5000 마이크로미터 사이의 입자 사이트 분포로 밀링된다. 임의의 상업상 입수가능한 분말은 이 사이즈 분포를 달성할 수도 있다. 과립 형상의 밀링된 스테아르산 (약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%) 이 용액을 교반하면서 물에 첨가된다. 그 용액은 흔듦 (shaking), 휘저음 (stirring), 회전 (rotating) 등에 의해 교반될 수 있다. 스테아르산의 해리는, 카르복시산의 약 50% 가 해리되는, 즉, pKa 가 약 50% 인 포인트까지 pH 를 증가시키기 위해 염기를 첨가함으로써 개시된다. 이는 10.2 보다 높은 pH 에서 발생한다. pH 를 증가시키기 위해 용액에 첨가되는 일 예시적인 염기는 암모늄 하이드록사이드 (NH4OH) 이다. NH4OH 의 농도는 0.5 중량% 와 10 중량% 사이의 범위일 수 있다. 용액을 교반하면서 수성 용액에의 NH4OH 의 첨가는 연속 수상으로 고체 스테아르산 성분을 분산시킨다. 이온화된 고체 스테아르산 성분은 교반 없이도 연속 수상내에서 여전히 부유된다. 이들 입자의 사이즈 분포는 약 0.5 마이크로미터와 5,000 마이크로미터 사이이다.
실시예
3
스테아르산과 팔미트산의 혼합물은 용액을 교반하면서 이소프로판올 (IPA) 에 용해된다. 그 용제에 용해된 지방산의 농도는 약 2 중량% 내지 20 중량% 의 범위일 수 있다. 용제의 끓는점보다 낮은 온도로의 용제의 가열 또는 아세톤 또는 벤젠과 같은 또 다른 유기 용제 또는 용제들의 첨가는 지방산의 용해도를 개선할 수 있다. 그 용액은 흔듦, 휘저음, 회전 등에 의해 교반될 수 있다. 일단 용해가 완료되고 나면, 잔여 고체는 여과 또는 원심분리법 (centrifugation) 에 의해 제거될 수 있다. 고체가 없는 용액은 그 다음에 물 (지방산에 대한 비-용제) 과 함께 혼합되어 지방산 고체를 침전시킨다. 침전된 지방산은, 0.5 마이크론과 5,000 마이크론 사이의 범위에서의 사이즈 분포로 용액에 부유된다. 스테아르산의 이온화는, pH 를 10.2 이상으로 증가시키기 위해 염기를 첨가함으로써 개시된다. pH 를 증가시키기 위해 용액에 첨가되는 일 예시적인 염기는 암모늄 하이드록사이드 (NH4OH) 이다. NH4OH 의 농도는 0.25 중량% 와 10 중량% 사이의 범위일 수 있다.
도 6a 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 기판을 세정하는 시스템의 상부도의 간단한 개략도이다. 기판 (601) 은 세정 헤드를 향하여 선형 방향으로 이동한다. 그 세정 헤드는 세정 용액을 제공하도록 구성된 부분 (603) 을 포함한다. 상술된 바와 같이, 세정 용액은 폼 또는 에멀젼 형태로 존재할 수도 있다. 일 실시형태에서, 세정 용액은 가압될 수도 가압되지 않을 수도 있는 저장소로부터 전달된다. 그 저장소가 가압되면, 세정 용액은 세정 헤드에 전달되기 이전에 산화작용을 일으킬 수도 있고 폼으로 전개될 수도 있다. 저장소가 가압되지 않는 경우, 세정 용액은 다른 보통 알려진 수단을 통해 펌핑되거나 전달될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 에멀젼은 오프-라인 저장소로부터 세정 헤드로 전달될 수도 있다. 부분 (605) 은 탈이온수 (DIW) 또는 특정 애플리케이션에 보통 사용되는 일부 다른 세정 화학제와 같은 린스 화학제를 포함한다. 세정 헤드의 부분 (607) 은 건조 능력을 제공하며, 니트로겐 (nitrogen) 과 같은 불활성 기체 및/또는 이소프로필 알코올 (IPA) 과 같은 저 증기 압력 액체를 이용할 수도 있다. 일 실시형태에서, 세정 부분 (603) 으로부터 하류에 위치하는 부분 (605 및 607) 은 세정 메니스커스를 제공할 수도 있고 또한 양수인에 의해 소유되고 여기에 리스팅된 상호 참조된 애플리케이션에서 추가로 설명되는 근접 세정 해드일 수도 있다는 것을 알게 될 것이다. 당업자라면, 기판 (601) 이 회전할 수도 있고/있거나 회전하여 선형적으로 이동할 수도 있다는 것을 알 것이다. 대안으로, 세정 헤드는 기판 (601) 위로 이동할 수도 있고 기판은 고정되거나 또는 이동할 것이다. 또 다른 실시형태에서, 단일의 웨이퍼가 배치되고 세정 용액이 인가되는 세정 컴파트먼트에서 세정이 수행될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 각 부분 (603, 605 및 607) 에 대해 순차적인 컴파트먼트를 제공하는 툴이 제공될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 세정 헤드는 세정 용액에 대한 2 개의 부분 (603) 및 그 2 개의 부분 (603) 사이에 샌드위치된 부분 (605) 을 포함할 수도 있다. 따라서, 다수의 구성이 여기에 설명된 작용성을 위해 이용가능하다
도 6b 는 도 6a 의 세정 헤드의 측면도이다. 전술된 바와 같이 세정 유체는 부분 (603) 으로 공급된다. DIW 및/또는 일부 다른 적절한 세정 화학제가 부분 (605) 에 제공될 수도 있다. 진공이 부분 (605) 에 옵션으로 제공되어 이하, 상호 참조된 애플리케이션에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 메니스커스를 제공할 수도 있다. 불활성 기체 및/또는 IPA 는 부분 (607) 에 제공된다. 여기서, 다시, 도 6a 및 도 6b 는 반도체 기판과 관련하여 설명되고 있지만, 그 실시형태들은 평판 디스플레이, 태양 전지, 메모리 디바이스 등에 영향을 줄 수도 있다.
근접 증기 세정 및 건조 시스템 (proximity vapor clean and dry system) 에 대한 추가적인 정보를 위해, 2002년 12월 3일자로 등록된, 발명의 명칭이 "단일의 웨이퍼 세정 및 건조를 위한 모세관 근접 헤드 (CAPILLARY PROXIMITY HEADS FOR SINGLE WAFER CLEANING AND DRYING)" 인 미국 특허 번호 제 6,488,040 호에서 설명된 예시적인 시스템을 참조할 수 있다. 근접 헤드와 관련한 추가적인 정보를 위해, 2003년 9월 9일에 등록된, 발명의 명칭이 "웨이퍼 근접 세정 및 건조 방법 (METHODS FOR WAFER PROXIMITY CLEANING AND DRYING)" 인 미국 특허 제 6,616,772 호에서 설명된 예시적인 근접 헤드를 참조할 수 있다. 최상부 및 저부 메니스커스에 대한 추가적인 정보를 위해, 2002 년 12월 24일에 출원된, 발명의 명칭이 "메니스커스, 진공, IPA 증기, 건조 매니폴드 (MENISCUS, VACUUM, IPA VAPOR, DRYING MANIFOLD)" 인 미국 특허 출원 번호 제 10/330,843 호에서 개시된 예시적인 메니스커스를 참조할 수 있다. 메니스커스에 대한 추가적인 정보를 위해, 2005년 1월 24일자로 등록된, 발명의 명칭이 "동적 액체 메니스커스를 이용한 기판을 프로세싱하는 방법 및 시스템 (METHODS AND SYSTEMS FOR PROCESSING A SUBSTRATE USING A DYNAMIC LIQUID MENISCUS)" 인 미국 특허 번호 제 6,998,327 호 및 2005년 1월 24일자로 등록된, 발명의 명칭이 "포빅 장벽 메니스커스 분리 및 억제 (PHOBIC BARRIER MENISCUS SEPARATION AND CONTAINMENT)" 인 미국 특허 번호 제 6,998,326 호를 참조할 수 있다.
일부 고려되는 실시형태에서, 연속상 또는 분산상은 하이드로카본 패밀리의 부분으로 고려되는 화합물을 포함한다. 하이드로카본 화합물은 카본과 하이드로겐을 포함하는 화합물이다. 대부분의 하이드로카본 화합물은 비-극성이며, 따라서, 물보다 덜 극성이지만, 극성이거나 물보다 더 극성인 것으로 고려될 수 있는 몇몇 하이드로카본 화합물이 존재한다는 것을 이해하게 될 것이다. 하이드로카본 화합물은, 일반적으로 3 개의 클래스, 즉, 지방족, 지환족, 방향족으로 분류된다. 지방족 하이드로카본 화합물은, 브랜칭 (branch) 되고 가능한 상호-링킹된 화합물 및 스트라이트-체인 화합물 모두를 포함할 수도 있지만, 지방족 하이드로카본 화합물은 지환족인 것으로 고려되지 않는다. 지환족 하이드로카본 화합물은, 지방족 하이드로카본 화합물과 유사한 특성을 가진 링 구조로 맞춰진 (orient) 3 개 이상의 카본 원자를 포함한 화합물이다. 방향족 하이드로카본 용제는, 공통 결합 (common bond) 에 의해 부착된 단일의 링 또는 다수의 링 및/또는 함께 퓨징된 다수의 링을 갖는 3 개 이상의 불포화 결합을 보통 포함하는 화합물이다. 고려되는 하이드로카본 화합물은, 톨루엔, 크실렌, p-크실렌, m-크실렌, 메시틸렌, 솔벤트 나프다 H (solvent naphtha H), 솔벤트 나프타 A, 펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 노난, 옥탄, 도데칸, 2-메틸부탄, 헥사데칸, 트리데칸, 펜타데칸, 시클로펜탄, 2,2,4-트리메틸펜탄과 같은 알칸, 페트로륨 에테르 (petroleum ethers), 클로르 하이드로카본 (chlorinated hydrocarbon), 플루오르 하이드로카본 (fluorinated hydrocarbon), 니트로 하이드로카본 (nitrated hydrocarbon) 과 같은 할로겐 하이드로카본, 벤젠, 1,2-디메틸벤젠, 1,2,4-트리메틸벤젠, 미네랄 스피릿 (mineral spirit), 케로신 (kerosine), 이소부틸벤젠 (isobutylbenzene), 메틸나프탈렌, 에틸톨루엔 (ethyltoluene), 리그로인 (ligroine) 을 포함한다. 특히 고려되는 용제는, 제한하려는 것은 아니지만, 펜탄, 헥산, 헵탄, 시클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 및 그들의 혼합물 또는 조합물을 포함한다.
다른 고려되는 실시형태에서, 연속상 또는 분산상은, 플루오르 케톤, 예를 들면, 아세톤, 디에틸 케톤 (diethyl ketone), 메틸 에틸 케톤 등을 포함하는 케톤, 플루오르 알코올을 포함하는 알코올, 플루오르 에스테르, 프로필렌 카보네이트 (propylene carbonate) 등과 같은 플루오르 및 비-플루오르 카보네이트-계 화합물을 포함하는 에스테르, 플루오르 에테르를 포함하는 에테르, 플루오르화 아민을 포함하는 아민과 같이, 화합물들 중 하이드로카본 패밀리의 일부로 고려되지 않는 화합물을 포함할 수도 있다. 또 다른 고려되는 실시형태에서, 연속상 또는 분산상은 여기에 언급된 화합물들의 일부의 조합을 포함할 수도 있다. 따라서, 연속상이 물과 같은 극성 용제인 경우, 상기 리스팅된 비-극성의 화합물은, 비-극성 화합물이 보통 극성 용제와 혼합가능하지 않기 때문에 분산상으로 이용될 수도 있다. 물론, 비-극성 화합물이 어떤 애플리케이션에 대한 연속상으로 이용될 수도 있으며, 극성 화합물이 분산상을 위해 이용될 수도 있다. 물 이외의 예시적인 극성 용제는, 아세트산, 포름산, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, n-부탄올, 이소프로판올, 아세톤, 아세토니트릴, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드 (dimethylsulfoxide), 및 그들의 혼합물을 포함한다. 여기에 제공된 재료들의 리스트는 예시적인 것으로 제한하려는 것이 아님을 알 수 있다.
본 발명이 반도체 웨이퍼로부터 오염물을 제거하는 것에 대하여 설명하고 있지만, 사전 설명된 본 발명의 원리 및 기술은 반도체 웨이퍼 이외의 표면을 세정하기 위해서도 동일하게 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 반도체 제조 시에 사용되는 임의의 장비 표면을 세정하기 위해 이용될 수 있으며, 여기서, 임의의 장비 표면은 웨이퍼와 환경적 소통하는, 즉, 웨이퍼와 공간 (air space) 을 공유하는 임의의 표면을 지칭한다. 본 발명은 또한, 오염물 제거가 중요한 다른 기술 영역에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은, 스페이스 프로그램에 사용되는 부분, 또는, 표면 과학, 에너지, 광학, 마이크로엘렉트로닉스, MEMS, 평판 프로세싱, 태양 전지, 메모리 디바이스 등과 같은 다른 고도 기술 영역 상의 오염물을 제거하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명이 사용될 수도 있는 사전 리스팅된 예시적인 영역은 포괄적인 리스팅을 나타내도록 의도되지 않는다. 또한, 여기에 예시적인 설명에 사용되는 웨이퍼는 기판, 일부, 패널 등과 같은 필수적으로 임의의 다른 구조를 나타내도록 일반화될 수 있음을 알 수 있다.
이런 발명이 몇몇 실시형태로 설명되고 있지만, 당업자라면, 사전 명세서를 판독하고 도면을 연구함으로써 본 발명의 다양한 변경, 부가, 치환, 및 등가를 인지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 진실된 사상 및 범위 내에 있는 한, 본 발명이 모든 이런 변경, 부가, 치환 및 등가 모두를 포함하는 것으로 의도된다. 청구항에서, 엘리먼트 및/또는 단계는 청구항에 분명히 언급되지 않으면 임의의 특정 순서의 동작을 의미하지 않는다.
101: 세정 재료 103: 오염물
105: 웨이퍼 107: 연속 액체 배지
109: 고체 성분 111: 불혼합 성분
105: 웨이퍼 107: 연속 액체 배지
109: 고체 성분 111: 불혼합 성분
Claims (19)
- 제 2 불혼합 액체와 조합되는 제 1 불혼합 액체를 갖는 에멀젼을 기판의 표면에 인가하는 단계로서, 상기 제 2 불혼합 액체는 상기 제 1 불혼합 액체 내에 분산되는 복수의 드롭렛을 형성하고, 상기 에멀젼은 상기 제 1 불혼합 액체 내에 분포되는 고체 입자를 더 가지는, 상기 에멀젼의 기판의 표면에의 인가 단계;
상기 복수의 드롭렛의 일부로부터 상기 고체 입자의 일부로 힘을 인가하도록 상기 제 2 불혼합 액체의 상기 복수의 드롭렛을 제어하는 (direct) 단계로서, 하나 이상의 오염물에 점착된 상기 고체 입자의 일부는 인가된 상기 힘 하에서 상기 기판의 표면 상에 존재하고, 고체 입자-오염물 점착력은 오염물-기판 점착력을 초과하는, 상기 복수의 드롭렛 제어 단계; 및
상기 고체 입자에 점착된 오염물이 상기 기판으로부터 멀리 이동되도록 상기 기판으로부터 상기 고체 입자를 이동시키는 단계를 포함하는, 기판의 세정 방법. - 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 1 항에 있어서,
상기 제 1 불혼합 액체는 극성 용제이며, 상기 제 2 불혼합 액체는 비-극성 용제인, 기판의 세정 방법. - 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 1 항에 있어서,
상기 제 1 불혼합 액체는 비-극성 용제이고, 상기 제 2 불혼합 액체는 극성 용제인, 기판의 세정 방법. - 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 2 항에 있어서,
상기 극성 용제는, 물, 아세트산, 포름산, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, n-부탄올, 이소프로판올, 아세톤, 아세토니트릴, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드, 및 그들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 기판의 세정 방법. - 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 2 항에 있어서,
상기 비-극성 용제는, 방향족 하이드로카본 용제, 지방족 하이드로카본 용제, 지환족 하이드로카본 용제, 케톤 용제, 카보네이트계 용제, 할로겐 하이드로카본 용제, 플루오르 알코올을 포함하는 알코올 용제, 에스테르 용제, 에테르 용제, 아민 용제, 및 그들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 기판의 세정 방법. - 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 1 항에 있어서,
상기 고체 입자는 표면 활성 재료의 덩어리인, 기판의 세정 방법. - 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 1 항에 있어서,
상기 고체 입자는 먼저 상기 제 1 불혼합 액체 내에 분산된 후 표면 활성화되도록 변경되는, 기판의 세정 방법. - 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 7 항에 있어서,
상기 고체 입자는, 이온화를 통해 표면 활성화되도록 변경되는, 기판의 세정 방법. - 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 8 항에 있어서,
상기 이온화는, 상기 제 1 불혼합 액체의 pH 를 증가시킴으로써 개시되는, 기판의 세정 방법. - 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 1 항에 있어서,
상기 제 1 불혼합 액체와 상기 제 2 불혼합 액체에 제 3 불혼합 액체를 첨가하는 단계를 더 포함하며,
상기 제 3 불혼합 액체는, 상기 제 1 불혼합 액체 내에 분산되는 제 2 복수의 드롭렛을 형성하는, 기판의 세정 방법. - 기판의 표면상에 배치되도록 구성되고 세정 부분을 가지는 세정 헤드;
제 2 불혼합 액체와 조합된 제 1 불혼합 액체를 포함하는 세정 용액으로서, 상기 제 2 불혼합 액체는 상기 제 1 불혼합 액체 내에서 분산된 복수의 드롭렛으로 존재하고, 상기 세정 용액은 상기 제 1 불혼합 액체 내에서 분산된 고체 입자를 더 포함하고, 상기 고체 입자는 힘 하에서 변형되도록 제형 (formulated) 되고, 상기 제 2 불혼합 액체의 상기 복수의 드롭렛은 상기 고체 입자로 상기 힘을 인가하도록 제형된, 상기 세정 용액; 및
상기 세정 헤드의 상기 세정 부분으로 상기 세정 용액을 제공하도록 연결된 세정 용액 저장고를 포함하는, 기판 세정 시스템. - 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 11 항에 있어서,
상기 세정 헤드는, 상기 세정 부분으로부터 하향으로, 린싱 부분과 건조 부분을 포함하는, 기판 세정 시스템. - 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 11 항에 있어서,
상기 세정 용액은, 단일의 물리 상태의 압력 하에서 상기 세정 용액 저장소에 저장되어, 다수의 물리 상태의 분위기 압력으로 상기 세정 헤드의 상기 세정 부분에 전달되는, 기판 세정 시스템. - 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 11 항에 있어서,
상기 세정 헤드는 상기 기판에 대하여 고정 위치에 고정되고, 상기 세정 헤드에 대하여 이동가능한, 기판 세정 시스템. - 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 11 항에 있어서,
상기 세정 헤드는 상기 기판에 대하여 이동가능한, 기판 세정 시스템. - 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 11 항에 있어서,
상기 세정 헤드는 적어도 2 개의 상기 세정 부분을 포함하고, 상기 세정 용액 저장고는 상기 적어도 2 개의 세정 부분 각각으로 상기 세정 용액을 제공하도록 연결된, 기판 세정 시스템. - 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 11 항에 있어서,
상기 제 2 불혼합 액체의 상기 복수의 드롭렛은, 상기 고체 입자가 상기 기판의 상기 표면 상에 존재하는 하나 이상의 오염물로부터 10 나노미터 이내가 되게 힘을 가하도록 하는 사이즈인, 기판 세정 시스템. - 청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 11 항에 있어서,
상기 세정 헤드는 상기 기판의 상기 표면과 상기 세정 헤드의 상기 세정 부분 사이에서 상기 세정 용액의 메니스커스를 형성하도록 구성된, 기판 세정 시스템. - 삭제
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