KR101547000B1 - 다중 스테이지 기판 세정 방법 및 장치 - Google Patents

다중 스테이지 기판 세정 방법 및 장치 Download PDF

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레온 긴즈버그
마크 가와구치
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Abstract

세정 재료의 제 1 공급이 기판의 표면에 이루어진다. 세정 재료는 기판의 표면 상에 존재하는 오염물질들을 포집하기 위한 하나 이상의 점탄성 재료들을 포함한다. 기판의 표면으로부터 세정 재료를 린싱하기 위해 린싱 유체의 제 1 공급이 기판의 표면에 이루어진다. 또한, 린싱 유체의 제 1 공급은 기판의 표면 상에 린싱 유체의 잔류 박막을 남기기 위해 수행된다. 린싱 유체의 잔류 박막이 상부에 존재하는 기판의 표면에 세정 재료의 제 2 공급이 이루어진다. 그후, 기판의 표면으로부터 세정 재료를 린싱하기 위해 기판의 표면에 린싱 유체의 제 2 공급이 이루어진다.

Description

다중 스테이지 기판 세정 방법 및 장치{MULTI-STAGE SUBSTRATE CLEANING METHOD AND APPARATUS}
집적 회로들, 메모리 셀들 등과 같은 반도체 디바이스들의 제조에서, 반도체 웨이퍼들 ("웨이퍼들") 상에 피쳐 (feature) 를 구성하기 위해 일련의 제조 동작들이 수행된다. 웨이퍼들 (또는 기판들) 은 실리콘 기판 상에 구성된 멀티-레벨 구조들의 형태의 집적 회로 디바이스들을 포함한다. 기판 레벨에서, 확산 영역들을 갖는 트랜지스터 디바이스들이 형성된다. 후속 레벨에서, 상호접속 금속화 라인들이 패터닝되고, 트랜지스터 디바이스들에 전기적으로 접속되어 원하는 집적 회로 디바이스를 구성한다. 또한, 패터닝된 도전성 층들은 유전체 재료들에 의해 다른 도전성 층들로부터 절연된다.
일련의 제조 동작들 동안, 웨이퍼 표면은 다양한 타입의 오염물질들에 노출된다. 본질적으로, 제조 동작에서 존재하는 임의의 재료는 잠재적인 오염원이다. 예를 들면, 오염원들은 특히 공정 기체들, 화학물질들, 디포지션 재료들 (deposition materials), 및 액체들을 포함할 수도 있다. 다양한 오염물질들은 미립자 형태로 웨이퍼 표면 상에 디포지션될 수도 있다. 미립자 오염물질이 제어되지 않는 경우, 오염물질 부근 내의 디바이스들은 어쩌면 동작 불가능하게 될 것이다. 그리하여, 웨이퍼 상에 구성된 피쳐들을 손상시키지 않고서 실질적으로 완벽한 방식으로 웨이퍼 표면으로부터 오염물질들을 세정할 필요가 있다. 그러나, 미립자 오염물질의 사이즈는 종종 웨이퍼 상에 제조된 피쳐들의 임계 치수 사이즈 정도이다. 웨이퍼 상의 피쳐들에 악영향을 미치지 않고서 이러한 작은 미립자 오염물질을 제거하는 것은 매우 어려울 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 기판을 세정하기 위한 방법이 개시된다. 이 방법은, 기판의 표면에 세정 재료의 제 1 공급을 수행하는 동작을 포함한다. 세정 재료는 기판의 표면 상에 존재하는 오염물질들을 포집하기 위한 하나 이상의 점탄성 재료들을 포함한다. 이 방법은, 기판의 표면으로부터 세정 재료를 린싱하기 위해 기판의 표면에 린싱 유체의 제 1 공급을 수행하는 동작으로 계속된다. 린싱 유체의 제 1 공급은 또한, 기판의 표면 상에 린싱 유체의 잔류 박막을 남기기 위해 수행된다. 또한, 이 방법은, 기판의 표면에 세정 재료의 제 2 공급을 수행하는 동작을 포함하고, 그리하여 세정 재료의 제 2 공급은, 린싱 유체의 잔류 박막이 상부에 존재하는 기판의 표면에 적용된다. 그후, 이 방법은, 기판의 표면으로부터 세정 재료를 린싱하기 위해 기판의 표면에 린싱 유체의 제 2 공급을 수행하는 동작으로 계속된다.
다른 실시형태에 있어서, 기판을 세정하기 위한 방법이 개시된다. 이 방법은, 제 1 처리 헤드 아래로 세정될 기판을 이동시키는 단계를 포함한다. 제 1 처리 헤드는, 기판이 제 1 처리 헤드 아래로 이동될 때 기판 위에 세정 재료를 디스펜싱 (dispense) 하도록 동작된다. 세정 재료는 기판 상에 존재하는 오염물질들을 포집하기 위한 하나 이상의 점탄성 재료들을 포함한다. 제 1 처리 헤드는, 기판이 제 1 처리 헤드 아래로부터 벗어날 때 기판 상에 린싱 유체의 잔류 박막을 남기기 위해, 기판 상으로의 세정 재료의 디스펜싱에 후속하여 기판을 린싱하도록 동작된다. 또한, 이 방법은, 제 2 처리 헤드 아래로 린싱 유체의 잔류 박막을 갖는 기판을 이동시키는 단계를 포함한다. 제 2 처리 헤드는, 세정 재료가 기판 상에 존재하는 린싱 유체의 잔류 박막과 접촉하도록, 기판 위에 세정 재료를 디스펜싱하도록 동작된다. 제 2 처리 헤드는 또한, 제 2 처리 헤드에 의한 기판 상으로의 세정 재료의 디스펜싱에 후속하여 기판을 린싱하도록 동작된다.
또 다른 실시형태에 있어서, 기판을 세정하기 위한 장치가 개시된다. 이 장치는, 기판을 실질적으로 수평 배향으로 유지하면서 실질적으로 선형 경로로 기판을 이동시키도록 구성된 기판 캐리어를 포함한다. 또한, 이 장치는, 기판의 경로 위에 위치된 제 1 처리 헤드를 포함한다. 제 1 처리 헤드는, 기판 위에 세정 재료를 디스펜싱하고, 기판 상에 린싱 유체를 디스펜싱하고, 그리고 기판 상에 린싱 유체의 잔류 박막을 남기기 위해 기판으로부터 린싱 유체 및 세정 재료를 제거하도록 구성된다. 이 장치는, 기판 캐리어의 이동 방향에 대해 제 1 처리 헤드 뒤에서 기판의 경로 위에 위치된 제 2 처리 헤드를 더 포함한다. 제 2 처리 헤드는, 세정 재료가 기판 상에 존재하는 린싱 유체의 잔류 박막과 접촉하게 되도록 기판 위에 세정 재료를 디스펜싱하도록 구성된다. 제 2 처리 헤드는 또한, 기판 상에 린싱 유체를 디스펜싱하고, 그리고 기판으로부터 린싱 유체 및 세정 재료를 제거하도록 구성된다. 제 1 처리 헤드 및 제 2 처리 헤드 각각에 의해 디스펜싱된 세정 재료는, 기판 상에 존재하는 오염물질들을 포집하기 위한 하나 이상의 점탄성 재료들을 포함한다.
본 발명의 다른 양태들 및 이점들은, 본 발명을 예로써 설명하는, 첨부 도면들과 관련하여 취해진 하기 상세한 설명으로부터 더욱 명백하게 될 것이다.
도 1a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 점탄성 재료가 분산되어 있는 세정 용액을 포함하는 액체 세정 재료를 나타낸다.
도 1b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 액체 세정 재료의 점탄성 성분들 내에 포집된 다수의 오염물질 입자들을 나타낸다.
도 1c 는 세정 재료에서의 점탄성 성분들이 어떻게 디바이스 구조들에 대해 손상시키는 힘을 가하지 않고서 디바이스 구조들 주위로 슬라이딩할 수 있는지를 도시한다.
도 1d 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 세정 용액에 에멀션화된 (emulsified) 겔상 점탄성 성분 액적들을 갖는 액체 세정 재료를 나타낸다.
도 1e 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 세정 용액 내에 뚜렷한 경계들을 갖지 않는, 겔상 점탄성 성분 덩어리들을 형성하는 세정 용액에 용해된 점탄성 재료를 갖는 액체 세정 재료를 나타낸다.
도 1f 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 세정 용액 내에 분산된 기포들을 갖는 세정 재료를 나타낸다.
도 2a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판으로부터 오염물질들을 세정하기 위한 시스템을 나타낸다.
도 2b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 처리 헤드 아래에 그리고 하부 처리 헤드 위에 위치된 기판 캐리어를 갖는 챔버의 수직 단면도를 나타낸다.
도 2c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판의 상면에 세정 재료의 다중 스테이지 공급을 제공하도록 위치된 2 개의 처리 헤드들을 나타낸다.
도 2d 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판이 제 1 및 제 2 상부 처리 헤드들 아래를 지나갈 때 기판의 저면을 린싱하도록 배치된 제 1 및 제 2 하부 처리 헤드들을 나타낸다.
도 2e 는 본 발명의 일 예시적인 실시형태에 따른, 처리 헤드의 간략화된 저면도를 나타낸다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판을 세정하기 위한 방법의 플로차트를 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른, 기판을 세정하기 위한 방법의 플로차트를 나타낸다.
하기 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 상세들이 설명된다. 그러나, 당업자는, 이들 특정 상세들의 일부 또는 전부 없이도 본 발명이 실시될 수도 있음을 이해할 것이다. 다른 예시들에서, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 하기 위해 주지된 공정 동작들은 기재되지 않았다.
기판으로부터 오염물질 입자들을 세정하기 위한 방법 및 장치가 본 명세서에 개시된다. 이 방법은, 세정될 기판의 표면에 세정 재료의 다중 스테이지 공급을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 세정 재료 공급 및 린싱의 2 스테이지들이 이용된다. 그러나, 다른 실시형태들은 세정 재료 공급 및 린싱의 2 스테이지들보다 더 많은 스테이지들을 이용할 수도 있음을 이해해야 한다. 다중 스테이지들 각각에서 공급되는 세정 재료는 기판 상에 존재하는 오염물질 입자들을 포집하도록 규정된다. 세정 재료 내에 포집된 오염물질 입자들과 함께 세정 재료를 제거하기 위해 다중 스테이지들 각각에서 기판 표면에 린싱 유체가 공급된다. 다중 스테이지들 사이에서 기판이 이동할 때 기판 표면 상에 린싱 유체의 박막이 남겨지도록 허용된다. 기판의 표면 상에 존재하는 잔류 린싱 유체와 세정 재료 간의 상호작용은, 입자 제거 효율 (PRE; Particle Removal Efficiency) 을 강화시킨다.
본 명세서에서 참조되는 기판은, 제조 또는 취급 동작들 동안 오염될 수도 있는, 반도체 웨이퍼들, 하드 드라이브 디스크들, 광학 디스크들, 유리 기판들, 평판 디스플레이 표면들, 액정 디스플레이 표면들 등을 제한없이 나타낸다. 실제 기판에 의존하여, 표면은 상이한 방식으로 오염될 수도 있고, 오염물질의 허용가능 레벨은 기판이 취급되는 특정한 산업에서 규정된다. 서술을 용이하게 하기 위해, 본 명세서에서 기판 오염은 기판 표면 상의 오염물질 입자들의 존재에 의해 기재된다. 그러나, 본 명세서에서 참조되는 오염물질 입자들은, 본질적으로 임의의 기판 처리 및 취급 동작 동안 기판과 접촉할 수도 있는 본질적으로 임의의 타입의 오염물질의 형태를 취할 수도 있다.
다양한 실시형태들에 있어서, 본 명세서에 개시된 방법 및 장치는, 패터닝된 기판들 및 비패터닝된 기판들 양쪽 모두로부터의 오염물질 입자들을 세정하기 위해 사용될 수 있다. 패터닝된 기판들의 경우에, 세정될 패터닝된 기판 표면 상의 돌출 구조들은, 폴리실리콘 라인들 또는 금속 라인들과 같은 돌출 라인들에 대응할 수도 있다. 또한, 세정될 패터닝된 기판 표면은, 화학 기계적 평탄화 (CMP) 공정으로부터 야기되는 오목 비아들과 같은 오목 피쳐들을 포함할 수도 있다.
도 1a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 점탄성 재료가 분산되어 있는 세정 용액 (105) 을 포함하는 액체 세정 재료 (100) 를 나타낸다. 일 예시 실시형태에 있어서, 점탄성 재료는 큰 분자량의 폴리머들 (110) 로 규정된다. 다른 예시 실시형태에 있어서, 액체 세정 재료 (100) 는 겔상 폴리머이다. 또 다른 예시 실시형태에 있어서, 액체 세정 재료 (100) 는, 졸 (sol), 즉, 액체 중의 고체 입자들의 콜로이드 현탁액이다. 또 다른 실시형태에 있어서, 액체 세정 재료 (100) 는 액체 용액이다. 액체 세정 재료 (100) 는, 기판에 공급될 때 그 기판으로부터 오염물질 입자들을 제거하도록 규정된다.
도 1b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 액체 세정 재료 (100) 의 점탄성 성분들 (110) 내에 포집된 다수의 오염물질 입자들 (120) 을 나타낸다. 일 실시형태에 있어서, 점탄성 성분들 (110) 은, 긴 폴리머 사슬들을 형성하는 큰 분자량의 (예컨대, 10,000 g/mol 보다 큰 분자량의) 폴리머들이다. 이들 긴 폴리머 사슬들은 서로 뒤얽혀서, 기판의 표면 상의 오염물질 입자들을 포집하고 그리고 일단 포집된 오염물질 입자들이 기판의 표면으로부터 제거되면 포집된 오염물질 입자들이 기판의 표면으로 되돌아가는 것을 방지하는 기능을 하는 폴리머 네트워크를 형성한다.
점탄성 성분들 (110) 은 세정 용액 (105) 에 용해되어 있다. 세정 용액 (105) 은 점탄성 성분들 (110) 의 용해도를 강화시키고 pH 값에 영향을 미치는 원소들을 포함한다. 세정 용액 (105) 에 용해된 점탄성 성분들 (110) 은 세정 용액 (105) 에 현탁된 겔상 액적들이 되거나 또는 연질 겔 (soft gel) 일 수 있다. 또한, 일 실시형태에 있어서, 다수의 타입들의 점탄성 성분들 (110) 이 세정 용액 (105) 에 동시에 용해될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 기판 표면 상의 오염물질들은 이온 힘, 반 데르 발스 힘 (van der Waals force), 정전기력, 소수성 상호작용, 입체 상호작용, 또는 화학 결합에 의해 용매화된 점탄성 성분들 (110) 에 부착된다. 그리하여, 점탄성 성분들 (110) 이 오염물질들 주위의 상호작용 범위 내에 배치될 경우, 점탄성 성분들 (110) 은 오염물질들을 포획하고 포집한다. 또한, 액체 세정 재료 (100) 는, 세정 공정 동안 기판 상에 존재하는 디바이스 구조들에 대해 부드럽게 조제된다. 예를 들면, 도 1c 에 나타낸 바와 같이, 세정 재료 (100) 에서의 점탄성 성분들 (110) 은, 디바이스 구조들 (102) 에 대해 손상시키는 힘을 가하지 않고서 디바이스 구조들 (102) 주위로 슬라이딩할 수 있다.
큰 분자량의 폴리머들을 갖는 점탄성 재료의 예들은, a) 폴리아크릴아미드 (PAM) 와 같은 아크릴 폴리머들, b) Carbopol 940™ 및 Carbopol 941™ 과 같은 폴리아크릴산 (PAA), c) 폴리-(N,N-디메틸-아크릴아미드) (PDMAAm), d) 폴리-(N-이소프로필-아크릴아미드) (PIPAAm), e) 폴리메타크릴산 (PMAA), f) 폴리메타크릴아미드 (PMAAm), g) 폴리에틸렌 이민 (PEI), 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO), 폴리프로필렌 옥사이드 (PPO) 등과 같은 폴리이민들 및 산화물들, h) 폴리비닐 알콜 (PVA), 폴리에틸렌 설폰산 (PESA), 폴리비닐아민 (PVAm), 폴리비닐-피롤리돈 (PVP), 폴리-4-비닐 피리딘 (P4VP) 등과 같은 비닐 폴리머들, i) 메틸 셀룰로오스 (MC), 에틸-셀룰로오스 (EC), 하이드록시에틸 셀룰로오스 (HEC), 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC) 등과 같은 셀룰로오스 유도체들, j) 아카시아 (아라비아 고무), 한천 (agar) 및 아가로오스 (agarose), 헤파린 (heparin), 구아검 (guar gum), 잔탄검 (xanthan gum) 등과 같은 다당류, k) 알부민, 콜라겐, 글루텐 등과 같은 단백질들을 포함하지만, 여기에 한정되지 않는다.
예시적인 점탄성 성분 (110) 구조들에 관하여, 폴리아크릴아미드 (PAM) 는 아크릴아미드 서브유닛들로부터 형성된 아크릴레이트 폴리머 (-CH2CHCONH2-)n 이고, 여기서 "n" 은 정수이다. 폴리비닐 알콜 (PVA) 은 비닐 알콜 서브유닛들로부터 형성된 폴리머 (-CH2CHOH-)m 이고, 여기서 "m" 은 정수이다. 폴리아크릴산 (PAA) 은 아크릴산 서브유닛들로부터 형성된 폴리머 (-CH2=CH-COOH-)o 이고, 여기서 "o" 는 정수이다. 점탄성 재료에서의 큰 분자량의 점탄성 성분 (110) 은 수용액에 가용성이거나 또는 수용액에서 연질 겔을 형성하기 위한 고도의 수-흡수성이다. 점탄성 성분들 (110) 은 세정 용액에 용해될 수 있고, 세정 용액에 완벽하게 분산될 수 있고, 세정 용액에 액체 액적들을 형성 (에멀션화) 할 수 있고, 또는 세정 용액에 덩어리들을 형성할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 점탄성 재료의 분자량은 100,000 g/mol 보다 크다. 다른 실시형태에 있어서, 점탄성 재료의 분자량은 약 0.1M g/mol 내지 약 100M g/mol 의 범위 내에 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 점탄성 화합물의 분자량은 약 1M g/mol 내지 약 20M g/mol 의 범위 내에 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 점탄성 화합물의 분자량은 약 15M g/mol 내지 약 20M g/mol 의 범위 내에 있다.
일 실시형태에 있어서, 세정 재료 (100) 에서의 점탄성 성분들 (110) 의 중량 백분율은 약 0.001% 내지 약 20% 의 범위 내에 있다. 다른 실시형태에 있어서, 세정 재료 (100) 에서의 점탄성 성분들 (110) 의 중량 백분율은 약 0.001% 내지 약 10% 의 범위 내에 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 세정 재료 (100) 에서의 점탄성 성분들 (110) 의 중량 백분율은 약 0.01% 내지 약 10% 의 범위 내에 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 세정 재료 (100) 에서의 점탄성 성분들 (110) 의 중량 백분율은 약 0.05% 내지 약 5% 의 범위 내에 있다.
대안으로, 점탄성 성분들 (110) 은 2개 이상의 모노머 종들로부터 파생되는 코폴리머들일 수 있다. 예를 들면, 코폴리머 분자들은 아크릴아미드 (AM) 90% 및 아크릴산 (AA) 10% 를 포함할 수 있다. 또한, 점탄성 성분들 (110) 은 2 종류 이상의 폴리머들의 혼합물일 수 있다. 예를 들면, 점탄성 성분들 (110) 은, 용매에, PAM 90% 및 PAA 10% 와 같이 2 종류의 폴리머들을 혼합함으로써 이루어질 수 있다.
도 1a 내지 도 1c 의 예시적인 실시형태들에 있어서, 점탄성 성분들 (110) 은 세정 용액 (105) 에 균일하게 용해되어 있다. 세정 용액 (105) 의 용매 또는 베이스 액체는 테레빈 (turpentine) 과 같은 비극성 액체 또는 물 (H2O) 과 같은 극성 액체일 수 있다. 용매의 다른 예들은 이소프로필 알콜 (IPA), 디메틸 술폭사이드 (DMSO), 및 디메틸 포름아미드 (DMF) 를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 용매는 2종 이상의 액체들의 혼합물이다. PAM, PAA 또는 PVA 와 같이 극성을 갖는 점탄성 성분들 (110) 에 대하여, 세정 용액 (105) 의 적합한 용매는 물 (H2O) 과 같은 극성 액체이다.
다른 실시형태에 있어서, 세정 용액 (105) 은, 세정 재료 (100) 의 특성을 변경시키기 위해, 물과 같은 용매 이외에 다른 화합물들을 포함한다. 예를 들면, 세정 용액 (105) 은, 세정 용액 (105) 및 대응하는 세정 재료 (100) 의 pH (potential of hydrogen) 값을 조절하기 위해, 약산 또는 약염기일 수 있는 완충제를 포함할 수 있다. 약산의 일 예는 시트르산이다. 약염기의 일 예는 암모늄 (NH4OH) 이다. 세정 재료 (100) 의 pH 값은 약 1 내지 약 12 일 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 프론트-엔드 (front-end) 적용들 (구리 및 금속간 유전체의 디포지션 이전) 에 대해, 세정 재료 (100) 는 약 7 내지 약 12 의 범위 내의 pH 값을 갖는 염기성이다. 다른 실시형태에 있어서, 프론트-엔드 적용들에 대한 pH 값은 약 8 내지 약 11 의 범위 내에 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 프론트-엔드 적용들에 대한 pH 값은 약 8 내지 약 10 의 범위 내에 있다.
일 실시형태에 있어서, 백엔드 (backend) 처리 (구리 및 금속간 유전체의 디포지션 이후) 에 대해, 세정 용액은 약한 염기성, 중성 또는 산성일 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 백엔드 적용들에 대한 pH 값은 약 1 내지 약 7 의 범위 내에 있다. 다른 실시형태에 있어서, 백엔드 적용들에 대한 pH 값은 약 1 내지 약 5 의 범위 내에 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 백엔드 적용들에 대한 pH 값은 약 1 내지 약 2 의 범위 내에 있다.
일 실시형태에 있어서, 세정 용액은, 세정 용액 (105) 에서의 점탄성 성분들 (110) 의 분산을 돕기 위해, 암모늄 도데실 술페이트 (ADS) 또는 소듐 도데실 술페이트 (SDS) 와 같은 계면활성제를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 계면활성제는 또한 기판 표면 상의 세정 재료 (100) 의 젖음성 (wetting) 을 돕는다. 기판 표면 상의 세정 재료 (100) 의 젖음성은, 세정 재료 (100) 가 기판 표면 및 그 상부의 오염물질 입자들과 긴밀하게 접촉하도록 허용한다. 젖음성은 또한 세정 효율을 개선시킨다. 또한, 다른 첨가제들이 표면 젖음성, 기판 세정, 린싱, 및 다른 관련 특성들을 개선시키기 위해 첨가될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 세정 용액 (105) 은 완충된 용액으로서 조제된다. 예를 들면, 세정 용액 (105) 은 NH4OH 0.44 wt% (중량 퍼센트) 및 시트르산 0.4 wt% 와 같은 염기성 및 산성 완충제들을 포함하는 완충된 암모늄 용액 (BAS) 으로서 규정될 수도 있다. 또한, BAS 와 같은 완충된 세정 용액은, 세정 용액 (105) 에서의 점탄성 성분들 (110) 의 현탁 및 분산을 돕기 위해, ADS 또는 SDS 1 wt% 와 같이 약간의 계면활성제를 포함할 수 있다. ADS 또는 SDS 1 wt%, NH3 0.44 wt%, 및 시트르산 0.4 wt% 를 함유하는 세정 용액 (105) 은 본 명세서에서 용액 "S100" 이라고 지칭된다. 용액 "S100" 및 BAS 모두는 약 10 의 pH 값을 가진다.
도 1d 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 세정 용액 (105') 에 에멀션화된 겔상 점탄성 성분 액적들 (140) 을 갖는 액체 세정 재료 (100') 를 나타낸다. 세정 용액 (105') 은 또한 작고 분리된 점탄성 성분들 (106) 을 함유할 수 있다. ADS 또는 SDS 와 같은 계면활성제가, 세정 용액 (105') 전체에 걸쳐 겔상 점탄성 성분 액적들 (140) 의 균일한 분산을 돕기 위해, 세정 용액 (105') 에 첨가될 수 있다. 도 1d 의 예시적인 실시형태에 있어서, 세정 용액 (105') 과 겔상 점탄성 성분 액적들 (140) 사이에 경계 (141) 가 생긴다. 겔상 점탄성 성분 액적들 (140) 은 연질이며, 기판 표면 상의 디바이스 피쳐들 주위에서 변형된다. 겔상 점탄성 성분 액적들 (140) 은 디바이스 피쳐들 주위에서 변형되기 때문에, 그들은 디바이스 피쳐들에 대해 손상시키는 힘들을 가하지 않는다. 일 실시형태에 있어서, 겔상 점탄성 성분 액적들 (140) 의 직경들은 약 0.1 ㎛ (마이크로미터) 내지 약 100 ㎛ 의 범위 내에 있다.
도 1e 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 세정 용액 (105") 내에 뚜렷한 경계들을 갖지 않는, 겔상 점탄성 성분 덩어리들 (150) 을 형성하는 세정 용액 (105") 에 용해된 점탄성 성분들을 갖는 액체 세정 재료 (100") 를 나타낸다. 세정 용액 (105") 은 또한 작고 분리된 점탄성 성분들 (106) 을 함유할 수 있다. 겔상 점탄성 성분 덩어리들 (150) 은 연질이며, 기판 표면 상의 디바이스 피쳐들 주위에서 변형되며, 디바이스 피쳐들에 대해 손상시키는 힘들을 가하지 않는다. 일 실시형태에 있어서, 점탄성 성분 덩어리들 (150) 의 직경들은 약 0.1 ㎛ 내지약 100 ㎛ 의 범위 내에 있다.
상기 서술된 세정 재료들 (100, 100', 및 100") 은 모두 액상으로 존재한다. 또 다른 실시형태에 있어서, 세정 재료들 (100, 100', 및 100") 은, 기체, 예컨대 N2, 불활성 기체, 또는 공기와 같은 기체들의 혼합물의 첨가를 통해 교반되어, 세정 재료들 (100, 100', 및 100") 을 거품 (foam) 으로 변환할 수 있다. 도 1f 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 세정 용액 (105) 내에 분산된 기포들 (160) 을 갖는 세정 재료 (100*) 를 나타낸다. 세정 재료는 점탄성 성분 사슬들 (110), 점탄성 성분 액적들 (140), 또는 점탄성 성분 덩어리들 (150), 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 세정 재료 (100*) 가 기상 부분과 액상 부분 모두를 포함함을 이해해야 한다.
도 1a 내지 도 1c 에 나타낸 바와 같이, 고분자량 점탄성 성분들 (110) 의 긴 사슬들은, 점탄성 성분 가교결합을 포함하거나 포함하지 않을 수도 있는 네트워크를 형성한다. 도 1c 에 나타낸 바와 같이, 점탄성 성분들 (110) 은 기판 표면 상의 오염물질 입자들 (예컨대, 오염물질 입자들 (120Ⅰ 및 12OⅡ)) 과 접촉하고 오염물질 입자들을 포집한다. 기판 표면으로부터 오염물질 입자들의 제거시에, 오염물질 입자들은 점탄성 성분들 (110) 의 네트워크에 의해 세정 재료 (100) 에 현탁된다. 예를 들면, 도 1c 는 각각 점탄성 성분 사슬들 (111Ⅰ 및 111Ⅱ) 에 대한 부착에 의해 세정 재료 (100) 에 현탁된 오염물질 입자들 (120Ⅲ 및 120Ⅳ) 을 나타낸다. 점탄성 성분 네트워크 내의 다수의 점탄성 성분 사슬들에 임의의 오염물질 입자가 부착될 수 있음을 이해해야 한다.
상기 서술된 바와 같이, 기판 상의 오염물질 입자들은 세정 재료 (100) 의 네트워크/점탄성 성분 사슬들 내에 포집된다. 세정 재료 (100) 내에 포집된 오염물질 입자들은, 세정 재료 (100) 가 린싱에 의해 기판으로부터 제거될 때에 기판으로부터 제거된다. 구체적으로, 린싱 유체가 기판에 공급되어, 세정 재료 (100) 및 거기에 포집된 오염물질들을 제거한다. 린싱 유체 재료는 세정 재료 (100) 와 화학적으로 상용성이고 세정될 기판과 화학적으로 상용성이어야 한다. 일 실시형태에 있어서, 린싱 유체는 탈이온수 (DIW) 이다. 그러나, 다른 실시형태들에 있어서, 린싱 유체는, 액체 상태의 수많은 상이한 재료들 중 하나, 예컨대, 디메틸 술폭사이드 (DMSO), 디메틸 포름아미드 (DMF), 디메틸 아세테이트 (DMAC), DIW 와 혼합되기 쉬운 극성 용매, 미립화된 (atomized) 극성 용매 (예, DIW) 와 같은 미립화된 액체, 또는 그 임의의 조합일 수 있다. 상기 식별된 린싱 유체 재료들이 예로써 제공된 것이고 린싱 유체 재료들의 포괄적인 세트를 나타내는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 2a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판으로부터 오염물질들을 세정하기 위한 시스템을 나타낸다. 시스템은 인클로징 벽들 (201; enclosing walls) 에 의해 규정된 챔버 (200) 를 포함한다. 챔버 (200) 는 입력 모듈 (219), 처리 모듈 (221), 및 출력 모듈 (223) 을 포함한다. 기판 캐리어 (203) 및 대응하는 구동 장치는, 화살표 (207) 에 의해 나타낸 바와 같이, 입력 모듈 (219) 로부터 처리 모듈 (221) 을 통해 출력 모듈 (223) 로 기판 (202) 의 선형 이동을 제공하도록 구성된다. 구동 레일 (205A) 및 가이드 레일 (205B) 은 기판 캐리어 (203) 의 제어된 선형 이동을 제공하도록 구성되고, 그리하여 기판 (202) 은 구동 레일 (205A) 및 가이드 레일 (205B) 에 의해 구성된 선형 경로를 따라 실질적으로 수평 배향으로 유지된다.
입력 모듈 (219) 은, 기판 (202) 이 기판 취급 디바이스에 의해 챔버 (200) 에 삽입될 수 있는 도어 어셈블리 (213) 를 포함한다. 입력 모듈 (219) 은 또한, 기판 캐리어 (203) 가 입력 모듈 (219) 에서 그 위에 센터링될 때에 기판 캐리어 (203) 의 개방 영역을 통해 수직으로 이동하도록 구성된된 기판 리프터 (209) 를 포함한다. 기판 리프터 (209) 는, 기판이 도어 어셈블리 (213) 를 통해 챔버 (200) 에 삽입될 때에 기판 (202) 을 수용하도록 상승될 수 있다. 그후, 기판 리프터 (209) 는 기판 캐리어 (203) 상에 기판 (202) 을 위치시키고 기판 캐리어 (203) 의 선형 이동 경로를 클리어하도록 하강될 수 있다.
처리 모듈 (221) 은, 상부에 기판 (202) 이 위치된 기판 캐리어 (203) 가 처리 헤드들 (217A-217C) 아래로 이동할 때 기판 (202) 을 처리하도록 배치된 다수의 처리 헤드들 (217A-217C) 을 포함한다. 처리 모듈 (221) 은 또한 기판 캐리어 (203) 의 선형 이동 경로 아래에 배치된 추가적인 하부 처리 헤드들을 포함할 수 있고, 그리하여 하부 처리 헤드들은 기판 캐리어 (203) 가 처리 모듈 (221) 을 통과하여 이동할 때 기판 (202) 의 저면을 처리하도록 구성되고 위치된다. 본 발명에 관하여 이하 더욱 상세하게 서술되는 바와 같이, 처리 헤드들 (217A 및 217B) 은 기판 (202) 의 상면에 대한 다중 스테이지 세정 재료 공급 및 린싱 공정을 수행하도록 구성된다. 추가적으로, 일 실시형태에 있어서, 처리 헤드 (217C) 는 처리 헤드들 (217A 및 217B) 에 의해 다중 스테이지 세정 공정이 수행된 후에 기판 (202) 의 상면에 대한 건조 공정을 수행하도록 구성된다.
일단 기판 캐리어 (203) 가 처리 모듈 (221) 을 통과하여 이동하면, 기판 캐리어 (203) 는 출력 모듈 (223) 에 도달한다. 출력 모듈 (223) 은, 기판 캐리어 (203) 가 출력 모듈 (223) 에서 그 위에 센터링될 때에 기판 캐리어 (203) 의 개방 영역을 통해 수직으로 이동하도록 구성된 기판 리프터 (211) 를 포함한다. 기판 리프터 (211) 는, 기판 (202) 을 기판 캐리어 (203) 에서부터 챔버 (200) 로부터의 회수를 위한 위치로 들어올리도록 상승될 수 있다. 출력 모듈 (223) 은 또한, 기판 (202) 이 기판 취급 디바이스에 의해 챔버 (200) 로부터 회수될 수 있는 도어 어셈블리 (215) 를 포함한다. 일단 기판 (202) 이 기판 리프터 (211) 에서 회수되면, 기판 리프터 (211) 는 기판 캐리어 (203) 의 선형 이동 경로를 클리어하도록 하강될 수 있다. 그후, 기판 캐리어 (203) 는 입력 모듈 (219) 로 다시 이동되어, 처리하기 위한 다음 기판을 회수한다.
도 2b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 처리 헤드 (217A) 아래에 그리고 하부 처리 헤드 (218A) 위에 위치된 기판 캐리어 (203) 를 갖는 챔버 (200) 의 수직 단면도를 나타낸다. 처리 헤드 (217A) 는 구동 레일 (205A) 및 가이드 레일 (205B) 모두에 장착되고, 그리하여 처리 헤드 (217A) 의 수직 위치는 구동 레일 (205A) 의 수직 위치 및 가이드 레일 (205B) 의 수직 위치 모두에 인덱싱되고, 이로써 기판 캐리어 (203) 및 그 위에 유지된 기판 (202) 의 수직 위치에 인덱싱된다.
처리 헤드 (217A) 는 기판 캐리어 (203) 상에 존재하는 기판 (202) 의 상면을 처리 유체 (231) 에 노출시키도록 구성된다. 몇몇 실시형태들에 있어서, 처리 헤드 (217A) 는 기판 (202) 이 처리 헤드 (217A) 아래로 횡단할 때 기판 (202) 의 상면 상에 처리 유체 (231) 의 메니스커스 (meniscus) 를 디스펜싱하도록 구성된다. 유사하게, 하부 처리 헤드 (218A) 는 기판 캐리어 (203) 상에 존재하는 기판 (202) 의 저면을 처리 유체 (233) 에 노출시키도록 구성된다. 또한, 몇몇 실시형태들에 있어서, 처리 헤드 (218A) 는 기판 (202) 이 처리 헤드 (218A) 위로 횡단할 때 기판 (202) 의 저면 상에 처리 유체 (233) 의 메니스커스를 디스펜싱하도록 구성된다. 다양한 실시형태들에 있어서, 처리 모듈 (221) 내의 처리 헤드들 (예컨대, 처리 헤드들 (217A 및 217B)) 각각은 기판 (202) 에 대한 하나 또는 다수의 기판 처리 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 일 실시형태에 있어서, 처리 모듈 (221) 내의 처리 헤드들은 기판 (202) 의 직경에 걸쳐 이르도록 구성되고, 그리하여 상부/하부 처리 헤드들 아래로/위로 기판 캐리어 (203) 의 일 통과는 기판 (202) 의 상면/저면 전체를 처리할 것이다.
본 발명은 기판 (202) 의 상면에 세정 재료 (100) 의 다중 스테이지 공급을 포함한다. 도 2c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판 (202) 의 상면에 세정 재료 (100) 의 다중 스테이지 공급을 제공하도록 위치된 2개의 처리 헤드들 (217A 및 217B) 을 나타낸다. 본 예시적인 실시형태는 2개의 처리 헤드들 (217A 및 217B) 을 이용하지만, 다른 실시형태들은 2개 보다 더 많은 처리 헤드들을 이용하여 기판 (202) 의 상면으로/상면으로부터 세정 재료 (100) 의 연속적 공급/제거를 제공할 수도 있음을 이해해야 한다.
기판 (202) 은 화살표 (251) 로 나타낸 방향으로 처리 헤드들 (217A 및 217B) 아래로 이동된다. 제 1 처리 헤드 (217A) 는 세정 재료 (100) 가 기판 (202) 상면에 공급되는 채널 (253A) 을 포함한다. 이 실시형태에 있어서, 기판 (202) 상면은 제 1 처리 헤드 (217A) 아래의 영역에 들어갈 때에 실질적으로 건조하다. 따라서, 제 1 처리 헤드 (217A) 는 실질적으로 건조한 기판 (202) 상면에 세정 재료 (100) 를 공급한다. 제 1 처리 헤드 (217A) 는, 린싱 유체 공급 채널 (255A) 을 통해 탈이온수 (DIW) 와 같은 린싱 유체를 공급하고 진공 채널 (257A) 을 통해 린싱 유체 및 세정 재료 (100) 를 제거하도록 또한 구성된다. 진공 채널 (257A) 에 의해 제공된 흡입은, 제 1 처리 헤드 (217A) 아래에 실질적으로 한정된 유체 메니스커스를 유지하도록 제어된다. 그러나, 진공 채널 (257A) 에 의해 제공된 흡입은 또한, 기판 (202) 상면 상에 잔류 린싱 유체의 박막을 남기도록 제어된다. 그리하여, 기판 (202) 상면은 제 1 처리 헤드 (217A) 아래로부터 벗어날 때에 젖어 있다.
일 실시형태에 있어서, 제 1 처리 헤드 (217A) 아래로 기판 (202) 의 횡단에 후속하여 기판 (202) 상면 상에 남아 있는 잔류 린싱 유체의 박막의 두께는 약 0.01 밀리미터 (㎜) 내지 약 5 ㎜ 의 범위 내로 제어된다. 다른 실시형태에 있어서, 제 1 처리 헤드 (217A) 아래로 기판 (202) 의 횡단에 후속하여 기판 (202) 상면 상에 남아 있는 잔류 린싱 유체의 박막의 두께는 약 0.05 ㎜ 내지 약 2 ㎜ 의 범위 내로 제어된다. 또 다른 실시형태에 있어서, 제 1 처리 헤드 (217A) 아래로 기판 (202) 의 횡단에 후속하여 기판 (202) 상면 상에 남아 있는 잔류 린싱 유체의 박막의 두께는 약 0.1 ㎜ 내지 약 1 ㎜ 의 범위 내로 제어된다. 일 실시형태에 있어서, 제 1 처리 헤드 (217A) 아래로 기판 (202) 의 횡단에 후속하여 기판 (202) 상면 상에 남아 있는 잔류 린싱 유체의 박막의 평균 두께는 약 0.3 ㎜ 이다. 그러나, 이 평균 두께는, 기판 (202) 보잉 (bowing), 제 1 처리 헤드 (217A) 보잉, 그리고 기판 캐리어 (203) 의 기하학적 특징 및 연관된 성분들으로 인해, 약 0.1 ㎜ 내지 약 1 ㎜ 의 범위 내에서 변화될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 린싱 유체는, 기판 (202) 의 상면으로부터 세정 재료 (100) 의 실질적으로 완벽한 제거를 제공하기 위해 충분히 높은 흐름 속도 및 힘으로 제 1 처리 헤드 (217A) 를 통해 공급된다. 따라서, 이 실시형태에 있어서, 제 1 처리 헤드 (217A) 아래로부터 벗어날 때 기판 (202) 의 젖은 상면 상에 남아 있는 유체는 주로 린싱 유체로 구성되며, 가능한 보다 작은 나머지의 세정 재료 (100) 를 갖는다.
제 1 처리 헤드 (217A) 아래로 횡단에 후속하여, 기판 (202) 은 제 2 처리 헤드 (217B) 를 향해 계속되고 제 2 처리 헤드 (217B) 아래를 지나간다. 일 실시형태에 있어서, 제 2 처리 헤드 (217B) 는 제 1 처리 헤드 (217A) 와 구조가 동일하다. 그리하여, 제 2 처리 헤드 (217B) 는 세정 재료 (100) 가 기판 (202) 의 젖은 상면에 공급되는 채널 (253B) 를 포함한다. 제 2 처리 헤드 (217B) 는 린싱 유체 공급 채널 (255B) 을 통해 탈이온수 (DIW) 와 같은 린싱 유체를 공급하고, 진공 채널 (257B) 을 통해 린싱 유체 및 세정 재료 (100) 를 제거하도록 또한 공급된다.
진공 채널 (257B) 에 의해 제공된 흡입은, 제 2 처리 헤드 (217B) 아래에 실질적으로 한정된 유체 메니스커스를 유지하도록 제어된다. 일 실시형태에 있어서, 진공 채널 (257B) 에 의해 제공된 흡입은 또한, 실질적으로 완벽한 방식으로 기판 (202) 의 상면으로부터 세정 재료 (100) 및 린싱 유체 모두를 제거하도록 제어된다. 다른 실시형태에 있어서, 진공 채널 (257B) 에 의해 제공된 흡입은, 기판 (202) 의 상면으로 하여금 기판 (202) 상에 잔류량의 린싱 유체를 가진 채 제 2 처리 헤드 (217B) 아래로부터 벗어나도록 허용할 수도 있다. 이 실시형태에 있어서, 도 2a 의 처리 헤드 (217C) 와 같은 제 3 처리 헤드가 기판 (202) 의 상면을 건조하도록 제공될 수도 있다.
도 2a 내지 도 2d 에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 처리 헤드들 (217A 및 217B) 을 연이어 배치시킴으로써 연관된 예기치못한 결과는, 세정 재료가 계면 영역 (261) 에서의 젖은 기판 (202) 에 공급될 경우에 세정 재료 (100) 의 입자 제거 효율 (PRE) 이, 세정 재료 (100) 가 건조 기판 (202) 에 공급되고 나서 후속하여 린싱될 경우에 달성된 PRE 에 필적하게 발견된다는 점이다. 예를 들면, 계면 (261) 에서의 세정 재료 (100) 의 희석에 대한 잠재성에도 불구하고, 계면 (261) 에서의 젖은 기판 (202) 으로의 세정 재료 (100) 의 공급은 예기치 못하게 높은 PRE 를 여전히 제공한다. 이러한 발견은, 기판 (202) 이 처리 헤드들 아래를 지나가는 사이에 건조되는 것을 요구하지 않고서 연이어, 217A 및 217B 와 같이, 세정 재료 (100) 디포지션/린싱을 위한 다수의 처리 헤드들의 배치를 허용하기 때문에 중요하다고 고려된다. 세정 재료 (100) 디포지션/린싱을 위한 각각의 연속 처리 헤드 사이에 건조용 처리 헤드의 배치는 시스템의 비용을 증가시키고 시스템의 쓰루풋 속도를 잠재적으로 감소시킬 것임을 이해해야 한다.
일 실시형태에 있어서, 제 2 처리 헤드 (217B) (또는 다른 후속 처리 헤드(들)) 에 의해 디스펜싱된 세정 재료 (100) 는 제 1 처리 헤드 (217A) 아래로 기판 (202) 의 횡단에 후속하여 기판 (202) 상면 상에 남겨진 잔류 린싱 유체의 박막을 변위시킨다. 변위 메커니즘은, 세정 재료 (100) 의 점탄성 특성, 및 잔류 린싱 유체에 비해 세정 재료 (100) 의 높은 점성에 의해 제공된다.
상기 서술된 변위 공정은 다음의 방식으로 발생될 수 있다. 제 2 처리 헤드 (217B) 는 높은 점성 (고상) 유체, 즉 세정 재료 (100) 의 수직 "커튼 (curtain)" 또는 "벽" 을 제공한다. 기판 (202) 이 제 2 처리 헤드 (217B) 에 접근할 때, 잔류 린싱 막은 제 2 처리 헤드 (217B) 에 의해 디스펜싱된 고 점성 유체의 수직 커튼으로부터 고 점성의 저항성을 경험한다. 기판 (202) 상에 남는 대신에, 제 2 처리 헤드 (217B) 에 의해 디스펜싱된 고 점성 유체의 수직 커튼과 마주칠 때, 잔류 린싱 유체는 축적되고, 즉, 백업된다.
축적된 잔류 린싱 유체는, 1) 일단 기판 캐리어 (203) 및 그 상부의 기판 (202) 이 제 2 처리 헤드 (217B) 의 아래를 지나가면 기판 (202) 횡단 경로 아래에 위치된 하부 처리 헤드로의 흐름 및/또는 2) 기판 (202) 주변 에지와 기판 캐리어 (203) 사이의 갭을 통과하는 기판 (202) 횡단 경로 아래에 위치된 하부 처리 헤드로의 흐름의 조합을 통해, 기판 (202) 상면으로부터 결국 이동된다. 세정 재료 (100) 의 점탄성 특성은 또한, 세정 재료 (100) 가 잔류 린싱 유체와 용이하게 혼합되지 않기 때문에, 잔류 린싱 유체에 대해 세정 재료 (100) 의 커튼에 의해 공급된 변위 및 저항성에 기여한다.
그러나, 제 2 처리 헤드 (217B) 로부터 디스펜싱된 세정 재료 (100) 와 세정 재료 (100) 의 커튼과 마주치는 잔류 린싱 유체 사이에 소량의 혼합이 존재할 수도 있음을 이해해야 한다. 하지만, 세정 재료 (100) 의 대응하는 희석을 사용하는, 세정 재료 (100) 와 잔류 린싱 유체의 벌크 혼합은, 기판 (202) 이 제 2 처리 헤드 (217B) 아래를 횡단할 때 세정 재료 (100) 와 린싱 유체 사이에 이용가능한 상호작용 시간보다 충분히 더 긴 시간 주기에 걸쳐 발생됨을 또한 이해해야 한다. 따라서, 세정 재료 (100) 와 잔류 린싱 유체 사이에 소량의 혼합이 발생할 수도 있지만, 잔류 린싱 유체에 비해 세정 재료 (100) 의 고 점성은, 우세한 상호작용 효과가 되는 세정 재료 (100) 에 의한 잔류 린싱 유체의 변위를 야기한다. 도 2d 는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판이 제 1 및 제 2 처리 헤드들 (217A 및 217B) 아래를 지나갈 때 기판 (202) 의 저면을 린싱하도록 배치된 제 1 및 제 2 하부 처리 헤드들 (218A 및 218B) 을 나타낸다. 제 1 및 제 2 하부 처리 헤드들 (218A 및 218B) 각각은, 기판 (202) 의 저면을 향해 채널 (271A/271B) 을 통해 린싱 유체를 흘리도록 구성된다. 또한, 제 1 및 제 2 하부 처리 헤드들 (218A 및 218B) 각각은 기판 (202) 의 저면으로부터 린싱 유체를 제거하기 위한 진공 채널들 (273A/273B) 을 포함하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 채널들 (271A/271B) 을 통한 린싱 유체의 유량 및 진공 채널들 (273A/273B) 을 통해 제공된 흡입은, 린싱 유체의 각각의 메니스커스가 하부 처리 헤드들 (218A/218B) 각각과 기판 (202) 의 저면 사이에 유지되도록, 제어된다. 추가적으로, 제 1 및 제 2 처리 헤드들 (217A 및 217B) 과는 기판 (202) 반대편 위치에서 기판 (202) 의 저면으로의 린싱 유체의 공급은, 제 1 및 제 2 처리 헤드들 (217A 및 217B) 에 의해 기판 (202) 의 상면에 가해지는 힘에 저항하여 기판 (202) 의 저부에 후방 힘 (backing force) 을 제공함을 이해해야 한다.
각각의 처리 헤드 (217A/217B) 가 기판 (202) 을 가로질러 실질적으로 균일한 방식으로 세정 재료 (100) 를 디스펜싱하고 기판 (202) 의 후속 실질적으로 균일한 린싱을 제공하도록 구성되는 한, 상부 제 1 및 제 2 처리 헤드들 (217A 및 217B) 은 수많은 상이한 방식으로 구성될 수 있다. 도 2e 는 본 발명의 일 예시적인 실시형태에 따른, 처리 헤드 (217A/217B) 의 간략화된 저면도를 나타낸다. 세정 재료 (100) 가 디스펜싱되는 채널 (253A/253B) 은 기판 (202) 의 직경과 적어도 동일한 거리로 연장하도록 구성된다. 린싱 유체가 디스펜싱되는 채널 (255A/255B) 은 진공이 가해지는 환형 채널 (257A/257B) 에 의해 둘러싸지도록 구성된다. 따라서, 린싱 유체는, 기판 (202) 의 직경과 적어도 동일한 거리를 커버하는 유효 린싱 에어리어를 제공하도록, 채널 (255A/255B) 로부터 기판 (202) 표면을 가로질러 그리고 환형 진공 채널 (257A/257B) 내로 흐를 것이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판을 세정하기 위한 방법의 플로차트를 나타낸다. 이 방법은, 기판의 표면에 세정 재료의 제 1 공급을 수행하는 동작 (301) 을 포함한다. 동작 (301) 에서 공급된 세정 재료는 기판의 표면 상에 존재하는 오염물질들을 포집하기 위한 하나 이상의 점탄성 재료들을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 동작 (301) 에서 공급된 세정 재료는 상기 서술된 세정 재료 (100) 에 대응한다. 따라서, 일 실시형태에 있어서, 이 방법에 사용된 세정 재료는 폴리아크릴아미드가 내부에 용해되어 있는 극성 용매로서 규정된다.
이 방법은 또한 기판의 표면으로부터 세정 재료를 린싱하기 위해 기판의 표면에 린싱 유체의 제 1 공급을 수행하는 동작 (303) 을 포함한다. 동작 (303) 에서의 린싱 유체의 공급은 또한, 기판의 표면 상에 린싱 유체의 잔류 박막을 남기기 위해 수행된다. 다양한 실시형태들에 있어서, 이 방법에 사용된 린싱 유체는 탈이온수, 디메틸 술폭사이드, 디메틸 포름아미드, 디메틸 아세테이트, 극성 용매, 미립화된 극성 용매, 또는 그 조합 중 어느 것으로서 규정된다. 동작 (303) 에서의 린싱 유체의 제 1 공급은, 동작 (301) 에서의 세정 재료의 제 1 공급의 직후에 수행된다.
이 방법은, 기판의 표면에 세정 재료의 제 2 공급을 수행하는 동작 (305) 로 계속된다. 동작 (305) 는 세정 재료의 제 2 공급이 린싱 유체의 잔류 박막이 상부에 존재하는 기판의 표면에 적용되도록 수행됨을 이해해야 한다. 이러한 방식으로, 세정 재료의 제 2 공급은 기판 상에 존재하는 린싱 유체의 잔류 박막과 접촉하도록 이루어진다.
이 방법은, 기판의 표면으로부터 세정 재료를 린싱하기 위해 기판의 표면에 린싱 유체의 제 2 공급을 수행하는 동작 (307) 을 더 포함한다. 동작 (307) 에서의 린싱 유체의 제 2 공급은 동작 (305) 에서의 세정 재료의 제 2 공급의 직후에 수행된다.
일 실시형태에 있어서, 도 3 의 방법은, 동작 (301) 의 세정 재료의 제 1 공급 및 동작 (303) 의 린싱 유체의 제 1 공급 모두를 수행하도록 제 1 처리 헤드를 동작시키는 단계를 포함한다. 또한, 이 실시형태에 있어서, 동작 (305) 의 세정 재료의 제 2 공급 및 동작 (307) 의 린싱 유체의 제 2 공급 모두를 수행하도록 제 2 처리 헤드가 동작된다. 또, 이 실시형태에 있어서, 기판은 연속적인 방식으로 제 1 및 제 2 처리 헤드들 아래로 이동된다. 추가적으로, 이 실시형태의 동작 (303) 에서, 기판의 표면 상에 제어된 두께의 린싱 유체의 잔류 박막을 남기도록 제 1 처리 헤드의 진공이 제어된다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른, 기판을 세정하기 위한 방법의 플로차트를 나타낸다. 이 방법은, 제 1 처리 헤드 아래로 세정될 기판을 이동시키는 동작 (401) 을 포함한다. 동작 (403) 에서, 제 1 처리 헤드는 기판이 제 1 처리 헤드 아래로 이동될 때 기판 위에 세정 재료를 디스펜싱하도록 동작된다. 세정 재료는 기판 상에 존재하는 오염물질들을 포집하기 위한 하나 이상의 점탄성 재료들을 포함한다. 본 방법의 세정 재료는 상기 서술된 세정 재료 (100) 에 대응한다. 따라서, 본 방법의 세정 재료는 기판의 표면 상에 존재하는 오염물질들을 포집하기 위한 하나 이상의 점탄성 재료들을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 본 방법에 사용된 세정 재료는 폴리아크릴아미드가 내부에 용해되어 있는 극성 용매로서 규정된다.
이 방법은, 제 1 처리 헤드가 기판 상으로의 세정 재료의 디스펜싱에 후속하여 기판을 린싱하도록 동작되는 동작 (405) 로 계속된다. 동작 (405) 는, 기판이 제 1 처리 헤드 아래로부터 벗어날 때 기판 상에 린싱 유체의 잔류 박막이 남도록 수행된다. 일 실시형태에 있어서, 기판 상에 제어된 두께의 린싱 유체의 잔류 박막을 남기도록 제 1 처리 헤드의 진공이 제어된다. 본 방법의 다양한 실시형태들에 있어서, 린싱 유체는 탈이온수, 디메틸 술폭사이드, 디메틸 포름아미드, 디메틸 아세테이트, 극성 용매, 및 미립화된 극성 용매 중 하나 이상으로서 규정된다.
동작 (407) 에서, 상부에 린싱 유체의 잔류 박막을 갖는 기판이 제 2 처리 헤드 아래로 이동된다. 동작 (409) 에 따르면, 제 2 처리 헤드는 세정 재료가 기판 상에 존재하는 린싱 유체의 잔류 박막과 접촉하도록 기판 위에 세정 재료를 디스펜싱하도록 동작된다. 그후, 동작 (411) 에서, 제 2 처리 헤드는, 제 2 처리 헤드에 의한 기판 상으로의 세정 재료의 디스펜싱에 후속하여 기판을 린싱하도록 동작된다.
일 실시형태에 있어서, 제 1 및 제 2 처리 헤드들 각각은, 기판이 기판의 직경의 현 (diametrical chord) 의 방향으로 이동되는 동안, 기판의 직경의 현에 수직으로 연장하는 디스펜싱 라인을 따라 기판을 가로질러 세정 재료를 디스펜싱하도록 동작된다. 추가적으로, 기판이 제 1 및 제 2 처리 헤드들 아래로 이동될 때 기판의 상면은 실질적으로 수평 배향으로 유지된다. 제 1 및 제 2 처리 헤드들은, 제 1 및 제 2 처리 헤드들과 기판의 상면 사이에 린싱 유체의 제어된 메니스커스들을 각각 확립하도록 기판의 상면에 충분히 근접하게 유지된다. 게다가, 일 실시형태에 있어서, 이 방법은 또한, 제 3 처리 헤드 아래로 기판을 이동시키는 동작, 및 기판을 건조시키도록 제 3 처리 헤드를 동작시키는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명을 몇개의 실시형태들에 의해 설명하였지만, 당업자가 전술한 명세서들을 읽고 도면들을 연구한다면 그것의 다양한 변경물들, 부가물들, 치환물들, 및 등가물들을 실현할 것임을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 있는 한 모든 이러한 변경물들, 부가물들, 치환물들, 및 등가물들을 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 기판을 세정하기 위한 방법으로서,
    기판의 표면에 세정 재료의 제 1 공급을 수행하는 단계로서, 상기 세정 재료는 상기 기판의 표면 상에 존재하는 오염물질들을 포집하기 위한 하나 이상의 점탄성 재료들을 포함하는, 상기 세정 재료의 제 1 공급을 수행하는 단계;
    상기 기판의 표면으로부터 상기 세정 재료를 린싱하기 위해 상기 기판의 표면에 상기 린싱 유체의 제 1 공급을 수행하는 단계;
    상기 기판의 표면으로부터 상기 린싱 유체의 일부 및 상기 세정 재료를 제거하기 위해 그리고 상기 기판의 표면 상에 상기 린싱 유체의 잔류 박막을 남기기 위해 상기 기판의 표면으로 제어된 진공 흡입을 제공하는 단계;
    상기 기판의 표면 상에 상기 린싱 유체의 잔류 박막이 남아 있을 때 상기 린싱 유체의 잔류 박막에 직접적이고 수직으로 충격을 주도록 상기 세정 재료의 수직 커튼을 디스펜싱 (dispense) 함으로써 상기 기판의 표면에 상기 세정 재료의 제 2 공급을 수행하는 단계로서, 상기 린싱 유체의 잔류 박막은 상기 세정 재료의 수직 커튼과 마주칠 때 축적되고 상기 기판의 표면으로부터 이동하고, 상기 린싱 유체의 잔류 박막에 비해 보다 높은 상기 세정 재료의 점성은 상기 기판의 표면으로부터의 상기 린싱 유체의 잔류 박막의 축적 및 움직임을 제공하는, 상기 세정 재료의 제 2 공급을 수행하는 단계; 및
    상기 기판의 표면으로부터 상기 세정 재료를 린싱하기 위해 상기 기판의 표면에 상기 린싱 유체의 제 2 공급을 수행하는 단계를 포함하는, 기판 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 린싱 유체의 제 1 공급은 상기 세정 재료의 제 1 공급의 직후에 수행되고,
    상기 린싱 유체의 제 2 공급은 상기 세정 재료의 제 2 공급의 직후에 수행되는, 기판 세정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 재료의 제 1 공급, 상기 린싱 유체의 제 1 공급, 및 상기 제어된 진공 흡입의 제공을 수행하도록 제 1 처리 헤드를 동작시키는 단계;
    상기 세정 재료의 제 2 공급과 상기 린싱 유체의 제 2 공급 모두를 수행하도록 제 2 처리 헤드를 동작시키는 단계; 및
    연속적인 방식으로 상기 제 1 처리 헤드 및 상기 제 2 처리 헤드 아래로 상기 기판을 이동시키는 단계를 더 포함하는, 기판 세정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 린싱 유체의 잔류 박막이 상기 기판의 표면 상에 0.01 ㎜ 내지 5 ㎜ 의 범위 내의 두께를 갖도록 상기 제어된 진공 흡입이 제공되는, 기판 세정 방법.
  5. 기판을 세정하기 위한 방법으로서,
    제 1 처리 헤드 아래로 세정될 기판을 이동시키는 단계;
    상기 기판이 상기 제 1 처리 헤드 아래로 이동될 때 상기 기판 위에 세정 재료를 디스펜싱하도록 상기 제 1 처리 헤드를 동작시키는 단계로서, 상기 세정 재료는 상기 기판 상에 존재하는 오염물질들을 포집하기 위한 하나 이상의 점탄성 재료들을 포함하는, 상기 제 1 처리 헤드를 동작시키는 단계;
    상기 기판 상으로의 상기 세정 재료의 디스펜싱에 후속하여 상기 기판에 린싱 유체를 공급하도록 상기 제 1 처리 헤드를 동작시키는 단계;
    상기 기판이 상기 제 1 처리 헤드 아래로부터 벗어날 때 상기 기판으로부터 상기 린싱 유체의 일부 및 상기 세정 재료를 제거하기 위해 그리고 상기 기판 상에 상기 린싱 유체의 잔류 박막을 남기기 위해 상기 기판에 제어된 진공 흡입을 제공하도록 상기 제 1 처리 헤드를 동작시키는 단계;
    제 2 처리 헤드 아래로 그 위에 상기 린싱 유체의 잔류 박막을 갖는 상기 기판을 이동시키는 단계;
    상기 기판 상에 존재하는 상기 린싱 유체의 잔류 박막에 직접적이고 수직으로 충격을 주도록 상기 세정 재료의 수직 커튼을 디스펜싱하기 위해 상기 제 2 처리 헤드를 동작시키는 단계로서, 상기 린싱 유체의 잔류 박막은 상기 세정 재료의 수직 커튼과 마주칠 때 축적되고 상기 기판의 표면으로부터 이동하고, 상기 린싱 유체의 잔류 박막에 비해 보다 높은 상기 세정 재료의 점성은 상기 기판으로부터의 상기 린싱 유체의 잔류 박막의 축적 및 움직임을 제공하는, 상기 제 2 처리 헤드를 동작시키는 단계; 및
    상기 제 2 처리 헤드에 의한 상기 기판 상으로의 상기 세정 재료의 디스펜싱에 후속하여 상기 기판을 린싱하도록 상기 제 2 처리 헤드를 동작시키는 단계를 포함하는, 기판 세정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판이 상기 제 1 처리 헤드 및 상기 제 2 처리 헤드 아래로 이동될 때 상기 기판의 상면은 실질적으로 수평 배향으로 유지되고,
    상기 제 1 처리 헤드 및 상기 제 2 처리 헤드와 상기 기판의 상면 사이에 상기 린싱 유체의 제어된 메니스커스 (meniscus) 들을 각각 확립하도록, 상기 제 1 처리 헤드 및 상기 제 2 처리 헤드는 상기 기판의 상면에 충분히 근접하게 유지되는, 기판 세정 방법.
  7. 기판을 세정하기 위한 장치로서,
    상기 기판을 실질적으로 수평 배향으로 유지하면서 실질적으로 선형 경로로 기판을 이동시키도록 구성된 기판 캐리어;
    상기 기판 캐리어가 상기 실질적으로 선형 경로를 따라 상기 실질적으로 수평 배향으로 유지되도록, 상기 기판 캐리어의 제어된 선형 움직임을 제공하기 위해 구성된 구동 레일 및 가이드 레일로서, 상기 실질적으로 선형 경로는 상기 구동 레일 및 상기 가이드 레일에 의해 구성되는, 상기 구동 레일 및 상기 가이드 레일;
    상기 구동 레일의 상면 및 상기 가이드 레일의 상면과 물리적으로 접촉하여 장착된 제 1 처리 헤드; 및
    상기 구동 레일의 상면 및 상기 가이드 레일의 상면과 물리적으로 접촉하여 장착된 제 2 처리 헤드를 포함하고,
    상기 제 1 처리 헤드의 수직 위치는, 상기 제 1 처리 헤드의 수직 위치가 상기 기판 캐리어의 수직 위치로 인덱싱되도록, 상기 구동 레일의 수직 위치 및 상기 가이드 레일의 수직 위치 양자로 인덱싱되고,
    상기 제 1 처리 헤드는, 상기 제 1 처리 헤드가 상기 제 1 처리 헤드의 저면을 통해 상기 기판 상에 세정 재료를 디스펜싱하고, 상기 제 1 처리 헤드의 저면을 통해 상기 기판 상에 린싱 유체를 디스펜싱하게 구성되도록, 상기 기판의 상기 실질적으로 선형 경로 위에 위치되고,
    상기 제 1 처리 헤드는, 상기 기판 상에 상기 린싱 유체의 잔류 박막을 남기기 위해 기판으로부터 린싱 유체의 일부 및 세정 재료를 제거하도록 상기 제 1 처리 헤드의 상기 저면을 통해 제어된 진공 흡입을 제공하도록 구성되고,
    상기 제 1 처리 헤드는, 상기 제 1 처리 헤드의 상기 저면이 상기 구동 레일의 상면과 상기 구동 레일의 하면 사이 그리고 상기 가이드 레일의 상면과 상기 가이드 레일의 하면 사이에 위치되도록 상기 구동 레일의 상면 아래 그리고 상기 가이드 레일의 상면 아래로 연장하도록 구성되고,
    상기 제 2 처리 헤드의 수직 위치는, 상기 제 2 처리 헤드의 수직 위치가 상기 기판 캐리어의 수직 위치로 인덱싱되도록, 상기 구동 레일의 수직 위치 및 상기 가이드 레일의 수직 위치 양자로 인덱싱되고,
    상기 제 2 처리 헤드는, 상기 기판 캐리어의 이동 방향에 대하여 상기 제 1 처리 헤드 뒤쪽에서 상기 기판의 경로 위에 위치되고,
    상기 제 2 처리 헤드는, 상기 기판 상에 존재하는 상기 린싱 유체의 잔류 박막에 충격을 주기 위해 상기 제 2 처리 헤드의 저면을 통해 상기 세정 재료를 디스펜싱하도록 구성되고,
    상기 제 2 처리 헤드는, 상기 기판으로부터 세정 재료를 린싱하도록 상기 제 2 처리 헤드의 상기 저면을 통해 상기 기판 상에 상기 린싱 유체를 디스펜싱하도록 구성되고,
    상기 제 2 처리 헤드는, 상기 제 2 처리 헤드의 상기 저면이 상기 구동 레일의 상면과 상기 구동 레일의 하면 사이 그리고 상기 가이드 레일의 상면과 상기 가이드 레일의 하면 사이에 위치되도록 상기 구동 레일의 상면 아래 그리고 상기 가이드 레일의 상면 아래로 연장하도록 구성되는, 기판 세정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 처리 헤드 및 상기 제 2 처리 헤드 각각은 상기 기판 캐리어가 상기 기판을 이동시키도록 구성된 선형 경로에 수직으로 연장하는 디스펜싱 라인을 따라 상기 기판에 걸쳐 상기 세정 재료를 디스펜싱하도록 위치되는, 기판 세정 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 처리 헤드는 진공 채널을 포함하고, 상기 진공 채널을 통해 상기 제어된 진공 흡입이 제공되고,
    상기 진공 채널은 상기 제 1 처리 헤드에 의한 상기 기판 상에 남게 될 상기 린싱 유체의 잔류 박막의 두께의 제어를 실현하도록 구성되는, 기판 세정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 처리 헤드는 린싱 유체 공급 채널을 포함하고, 상기 린싱 유체 공급 채널을 통해 상기 린싱 유체가 상기 기판 상에 디스펜싱되는, 기판 세정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 진공 채널은 상기 제 1 처리 헤드의 저면에서 상기 린싱 유체 공급 채널을 둘러싸는 연속적인 개구를 갖도록 구성되는, 기판 세정 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 처리 헤드는 제 2 진공 채널을 포함하고, 상기 제 2 진공 채널을 통해 제 2 제어된 진공 흡입이 제공되는, 기판 세정 장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 경로 아래 및 상기 제 1 처리 헤드의 아래에 위치된 제 1 하부 처리 헤드로서, 상기 제 1 하부 처리 헤드는 상기 기판의 하면에 제 2 린싱 유체를 공급하도록 구성된 린싱 유체 공급 채널을 포함하는, 상기 제 1 하부 처리 헤드; 및
    상기 기판의 상기 경로 아래 및 상기 제 2 처리 헤드의 아래에 위치된 제 2 하부 처리 헤드로서, 상기 제 2 하부 처리 헤드는 상기 기판의 하면에 제 2 린싱 유체를 공급하도록 구성된 린싱 유체 공급 채널을 포함하는, 상기 제 2 하부 처리 헤드를 더 포함하는, 기판 세정 장치.
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