KR101581073B1 - 파티클 오염물질 제거 방법 - Google Patents

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Abstract

기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 장치 및 방법은 기판 상에 점탄성 재료의 층을 코팅하는 단계를 포함한다. 점탄성 재료는 박막으로서 코팅되고 실질적으로 액체 유사 특징을 나타낸다. 점탄성 재료로 코팅된 표면의 제 2 에어리어는 인가된 힘을 실질적으로 받지 않도록, 점탄성 재료로 코팅된 표면의 제 1 에어리어에 외부 힘이 인가된다. 이 힘은 점탄성 재료의 고유 시간 보다 짧은 시간 지속기간 동안 인가되어 점탄성 재료의 고체 유사 특징에 접근시킨다. 고체 유사 특징을 나타내는 점탄성 재료는 표면 상에 존재하는 파티클 오염물질들의 적어도 일부와 적어도 부분적으로 상호작용한다. 점탄성 재료는 고체 유사 특징을 나타내고 있는 동안 파티클 오염물질들의 적어도 일부와 함께 점탄성 재료가 표면의 제 1 에어리어로부터 제거된다.

Description

파티클 오염물질 제거 방법{METHOD OF PARTICLE CONTAMINANT REMOVAL}
본 출원은 2008년 6월 2일에 출원된, 명칭이 “단상 및 2상 매개물에 의한 파티클 제거를 위한 재료 ("MATERIALS FOR PARTICLE REMOVAL BY SINGLE-PHASE AND TWO-PHASE MEDIA)”인 미국 특허 출원 제 12/131,654 호 (대리인 관리 번호 LAM2P628A) 와, 2008년 6월 30일에 출원된, 명칭이 "저 점도의 유체를 이용하여 파티클을 제거하는 싱글 기판 처리 헤드 (SINGLE SUBSTRATE PROCESSING HEAD FOR PARTICLE REMOVAL USING LOW VISCOSITY FLUID)" 인 미국 특허 출원 제 12/165,577 호 (대리인 관리 번호 LAM2P638) 와 관련된다. 본 출원은 또한 2008년 10월 30일 출원된, 명칭이 "반도체 웨이퍼 처리를 위한 음향 보조 싱글 웨이퍼 습윤 세정 (ACOUSTIC ASSISTED SINGLE WAFER WET CLEAN FOR SEMICONDUCTOR WAFER PROCESS)" 인 미국 특허 출원 제 12/262,094 호 (대리인 관리 번호 LAM2P646) 와 관련된다. 상술된 특허 출원들은 본원에 참조로써 포함된다.
본 발명은 일반적으로 반도체 기판과 같은 고체 표면의 세정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조 공정 이후 반도체 기판을 세정하기 위해 외부 힘을 사용하여 액체 세정 매개물의 고체 유사 특징에 접근하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
제조 작업이 수행되어 고체 표면 상에 원하지 않는 결함 및 오염물질 파티클들이 남는 경우 고체 표면을 세정하고 건조시켜야 한다는 것은 잘 알려져 있다. 이러한 제조 작업의 예들로는 플라즈마 식각 (예를 들면, 구리 이중 다마신 (copper dual damascene) 응용을 위한 비어 식각 또는 트랜치 식각) 및 화학기계적 연마 (CMP) 를 들 수 있다. 각 제조 작업 후 기판의 표면에서 원하지 않는 결함들을 제거하기 위해 다양한 세정 공정들이 사용되어 왔다. 세정 프로세스들 중 일부는 파티클 오염물질과 적어도 부분적으로 결합하거나 이들과 상호작용할 수 있게 하는 화학 구조를 가진 액체 매개물을 선택하는 것과 액체 매개물을 파티클 오염물질과 함께 신속하게 제거하는 것을 포함한다.
또 다른 프로세스는, 액체 매개물을 선택하는 것, 기판의 적어도 일부를 덮도록 액체 매개물을 사실상 인가하는 것, 액체 매개물을 통해 음향 에너지를 전파하는 것 그리고 기판의 표면으로부터 파티클을 제거하기 위해 음향 에너지를 이용하는 것을 포함한다. 액체 매개물을 통한 음향 에너지의 전파는 주로 캐비테이션 (cavitation), 마이크로스트리밍 (microstreaming), 그리고 액체 매개물로서 화학약품들이 사용되는 경우 화학 반응 촉진을 통해 세정을 가능하게 한다. 캐비테이션이란 음파자극의 작용 하에 액체 매개물에 용해된 기체가 급속히 미세한 기포들을 형성하고 붕괴되는 것을 가리킨다. 붕괴시, 기포들은 에너지를 방출한다. 붕괴된 기포들로부터의 에너지는 파티클이 기판에 부착되어 있도록 하는 각종 부착력들을 파괴함으로써 파티클의 제거를 돕는다. 음향 마이크로스트리밍이란 고주파 진동 하에 액체 매개물을 통한 음파의 전파가 일으키는 속도 구배 (velocity gradient) 에 의해 유도되는 유체 운동을 가리킨다. 음향 에너지는 활성화 에너지를 제공하여 액체 매개물 내에 화학반응들을 촉진시킨다.
기판의 표면에 형성된 피쳐들의 임계 치수들이 계속 감소함에 따라, 피쳐들의 임계치수들에 필적할 만한 치수들을 가진 초미세 파티클들의 수가 증가한다. 초미세 파티클들의 임계치수들로 인해, 제조하여 얻어지는 디바이스들의 수율을 양보하지 않도록, 기판 상에 형성된 피쳐들을 손상시키지 않고 기판의 표면을 실질적으로 세정하는 개선된 세정 기술이 항상 요구된다.
이 맥락에서 본 발명의 실시형태들이 발생된다.
대체로, 본 발명은, 제어되고 효율적인 방식으로 외부 힘을 제공할 수 있는 세정 메커니즘을 제공하여, 반도체 기판과 같은 기판의 표면에 인가된 액체 매개물의 고체 유사 특징에 접근함으로써 이러한 요구를 충족한다. 본 발명은 프로세스, 장치 또는 시스템을 비롯한 수많은 방식으로 구현될 수도 있다는 것을 이해한다. 본 발명의 몇 가지 창의적인 실시형태들을 아래에 기술한다.
일 실시형태에서, 반도체 기판과 같은 기판의 표면으로부터 파티클을 세정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 액체와 같은 점탄성 재료를 기판 표면에 박막으로서 코팅하는 단계를 포함한다. 외부 힘이 점탄성 재료로 코팅된 표면의 제 1 에어리어에 인가되며, 점탄성 재료로 코팅된 표면의 제 2 에어리어는 인가된 힘을 실질적으로 받지 않는다. 외부 힘이 점탄성 재료의 고유 시간보다 짧은 시간 지속기간 동안 인가된다. 외부 힘의 짧은 인가는 점탄성 재료가 고체 유사 특징을 나타낼 수 있게 하는데 충분하다. 이후에, 힘이 인가되는 동안 점탄성 재료가 계속해서 고체 유사 특징을 나타내는 동안에 점탄성 재료는 파티클들 중 적어도 일부와 함께 표면의 제 1 에어리어의 영역에서 제거되어 매우 깨끗한 표면이 획득된다. 점탄성 재료가 제 1 에어리어의 영역으로부터 제거되는 동안 점탄성 재료는 계속해서 제 2 에어리어에서 액체 유사 특징을 나타낸다.
다른 실시형태에서, 기판의 표면을 세정하는 파티클 제거 메커니즘이 제공된다. 파티클 제거 매커니즘은 세정된 기판, 디스펜스 헤드, 힘 인가기 (force applicator) 헤드 및 린스 헤드를 보유하기 위한 캐리어 메커니즘을 포함한다. 캐리어 매커니즘은 축을 따라 기판을 수용하고, 보유하고 그리고 운송하도록 구성된다. 디스펜스 헤드는 기판의 표면에 액체 박막으로부터 점탄성 재료를 코팅하도록 구성된다. 힘 인가기는 점탄성 재료의 메니스커스로 코팅된 표면의 제 1 에어리어에 힘을 공급하도록 구성된다. 힘은, 용이한 제거를 위해서, 점탄성 재료의 고유 시간 보다 짧은 시간 지속기간 동안 인가되어 점탄성 재료의 고체 유사 특징에 접근할 수 있게 한다. 린스 헤드는 린스 메니스커스로서 액체 화학 물질을 제공하고 힘이 인가되는 동안 표면의 제 1 에어리어로부터 파티클들의 적어도 일부와 함께 점탄성 재료와 액체 화학물질을 제거하도록 구성된다. 점탄성 재료는 제 1 에어리어의 영역에서 점탄성 재료를 제거하는 동안 제 2 에어리어에서 계속해서 액체 유사 특징을 나타낸다.
다른 실시형태에서, 기판의 표면으로부터 파티클들을 제거하는 파티클 제거 메커니즘이 제공된다. 파티클 제거 메커니즘은 액체 매개물로서 점탄성 재료를 보유하기 위한 리셉터클과, 리셉터클 내에서 기판을 수용하고, 지지하고 그리고 보유하여 점탄성 재료의 박층이 표면 상에 제공될 수 있게 하도록 구성된 캐리어 메커니즘을 포함한다. 힘 인가기 메커니즘은 점탄성 재료로 코팅된 표면의 제 1 에어리어에 힘을 제공하기 위해서 포함되며, 점탄성 재료로 코팅된 기판의 제 2 에어리어는 인가된 힘을 실질적으로 받지 않는다. 힘이 점탄성 재료의 고유 시간 보다 짧은 시간 지속기간 동안 인가되어 점탄성 재료의 고체 유사 특징에 접근할 수 있게 한다. 힘 인가기는 또한, 힘이 인가되고 있고 점탄성 재료가 계속해서 고체 유사 특징을 나타내는 동안, 점탄성 재료로 코팅된 표면의 제 1 에어리어의 영역으로부터 파티클 오염물질들의 적어도 일부와 함께 점탄성 재료를 제거하도록 구성될 수도 있다. 점탄성 재료는, 점탄성 재료가 제 1 에어리어의 영역에서 제거되는 동안 제 2 에어리어에서 계속해서 액체 유사 특징을 나타낸다. 결과적으로 발생된 표면은 실질적으로 깨끗하면서 기판 상에 형성된 피쳐들을 보호한다.
점탄성 재료의 고체 유사 특징에 접근함으로써, 점탄성 막-기판 계면에서 점탄성 재료가 싱글 피스로서 제거된 후 실질적으로 깨끗한 표면이 남는다. 이 프로세스는, 이제 점탄성 재료 내에 임베딩된 파티클들과 함께 점탄성 재료를 완전히 제거하게 함으로써, 잔여 오염물질들이 남는 것을 최소화한다. 본 발명의 실시형태는, 기판의 표면에 그리고 최종 린스 단계에 인가되는 경우 점탄성 재료의 액체 유사 특징에 의존하고, 파티클들과 점탄성 재료를 표면에서 제거하는 경우 점탄성 재료의 고체 유사 특징에 의존한다. 액체 유사 특징은 표면 토포그래피의 습윤을 가능하게 하는 반면 고체 유사 특징은 제거될 파티클들과의 적어도 부분적인 결합 또는 상호작용 그리고 기판으로부터의 용이하고 완전한 제거를 가능하게 한다. 이 방법은 기판의 표면을 세정하는데 유효하고 효율적이다.
본 발명의 다른 측면 및 장점들이, 본 발명의 원리들을 예시적으로 도시하는 첨부된 도면들과 함께 아래의 상세한 설명으로부터 자명할 것이다.
본 발명은 아래의 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 통해 용이하게 이해될 것이다. 설명의 편의를 위해 동일한 도면 부호들은 동일한 구성요소들을 가리킨다.
도 1a는 본 발명의 실시형태에서, 미는 힘 (push force) 을 이용하는 파티클 제거 메커니즘의 단순화된 블록도의 측면도를 도시한다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시형태에서, 끌어당기는 힘 (pull force) 을 이용하는 파티클 제거 메커니즘의 단순화된 블록도의 측면도를 도시한다.
도 1c는 본 발명의 일 실시형태에서, 린스 헤드의 선단 에지의 연장된 스페이서를 구비한 파티클 제거 메커니즘의 단순화된 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 디스펜스 헤드와 통합된 힘 인가기 헤드 다음에 린스 헤드가 있는 단순화된 블록도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 디스펜스 헤드 다음에 린스 헤드와 통합된 힘 인가기 헤드가 있는 단순화된 블록도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시형태에서, 점탄성 재료의 고체 유사 특징에 접근하기 위해 음향 에너지를 제공하는 기판 표면 세정 메커니즘의 단순화된 블록도를 도시한다.
도 3b는 도 3a에 도시된 기판 표면 세정 메커니즘의 일부를 확대도를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시형태에서, 파티클 오염물질을 제거하기 위해 진동 운동을 이용하는 대안적인 실시형태의 측면도를 도시한다.
도 4b는 도 4a에 도시된 실시형태의 상면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에서, 점탄성 재료의 고체 유사 특징에 접근하기 위해 외부 힘을 제공하는 동작의 흐름도를 도시한다.
이제, 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 효율적으로 제거하는 여러 가지 실시형태들을 설명한다. 그러나, 당업자라면 이러한 구체적 세부사항들 중 일부 또는 전부가 없어도 본 발명을 실시할 수 있다는 것은 자명하다. 다른 경우들에서는, 본 발명의 요지가 불필요하게 모호해지는 것을 피하기 위해, 널리 알려진 공정 작업들에 대한 상세한 설명은 생략되어 있다.
본 발명의 실시형태들은 점탄성 재료를 이용하여 기판의 표면을 세정하고 그 점탄성 재료의 고체 유사 특징에 접근하기 위해 외부 힘을 제공하는 파티클 제거 메커니즘을 제공한다. 표면으로부터 제거될 파티클 오염물질과 결합하거나 이것과 상호작용하게 하는 화학 구조를 가진 점탄성 재료가 선택된다. 점탄성 재료는 액체 박막처럼 표면 상에 코팅되고 외부 힘이 점탄성 재료로 코팅된 표면의 제 1 에어리어에 인가되어, 점탄성 재료로 코딩된 표면의 제 2 에어리어는 실질적으로 인가된 힘을 받지 않는다. 이 힘은, 제 1 에어리어의 영역 내 점탄성 재료의 고체 유사 특징에 접근하도록 점탄성 재료의 고유 시간 보다 더 짧은 시간 지속기간 동안 인가된다. 외부 힘이 인가되고 있는 동안 표면의 제 1 에어리어의 영역으로부터 점탄성 재료가 파티클들 중 적어도 일부와 함께 제거되고 그 재료는 여전히 고체 유사 특징을 나타내고 있다. 제 1 에어리어의 영역으로부터 점탄성 재료를 제거하는 동안 점탄성 재료는 제 2 에어리어에서 계속하여 액체 유사 특징을 나타낸다. 결과적으로 얻어진 기판은 실질적으로 깨끗하다. 점탄성 재료의 고체 유사 특징은 재료를 쉽고 완전하게 제거할 수 있게 한다.
본 발명은 표면에서 파티클을 제거하는 유효하고 효율적인 메커니즘을 제공한다. 이러한 실시형태들로부터 유익한 기판들 중 일부는, 점탄성 재료의 고체 특징에 접근함으로써 반도체, 평판 디스플레이, 솔라 (solar), 또는 이미지 센서 애플리케이션 표면을 포함한다. 점탄성 재료의 탄성 또는 고체 특징에 대한 접근은 피쳐를 손상시키지 않고 재료를 쉽게 제거할 수 있게 함으로써, 반도체 기판과 같은 표면 상에 형성된 전자 디바이스들 (반도체 디바이스들) 의 수율을 향상시킨다. 본 발명의 실시형태는, 기판의 표면뿐만 아니라 최종 린스 단계에 인가되는 경우 점탄성 재료의 액체 유사 특징에 의존하고, 표면에서 파티클 및 점탄성 재료를 제거하는 경우 점탄성 재료의 고체 유사 특징에 의존한다. 제조 및 세정 프로세스에 화학약품이 사용된 후 기판 상에 대부분의 오염물질들이 남는다는 것은 본 기술에 잘 알려져 있다. 그 결과, 고체 유사 특징에 접근함으로써, 본 실시형태는 세정 프로세스 후에 남은 점탄성 재료와 같은 오염물질들의 양을 상당히 감소시킴으로써 점탄성 재료의 완전한 제거를 보장한다. 이와 같이, 본 실시형태는 유효하고 효과적인 세정 프로세스를 제공한다.
점탄성 재료 디스펜스 프로세스 동안, 점탄성 재료 디스펜스 프로세스와 린스 프로세스 사이에, 린스 프로세스 동안, 또는 이들을 결합한 것 동안 외부 힘이 인가될 수도 있다는 것을 주목한다. 본 실시형태의 파티클 제거 개념은, 그 재료의 고유 시간 보다 더 짧은 시간 동안 힘이 인가되는 경우 발생하는, 점탄성 재료의 탄성 또는 고체 유사 성질에 대한 접근이다. 이 탄성 우세 구역에서, 점탄성 재료로부터 표면 상의 파티클 오염물질로 전송된 힘은 파티클-표면 부착을 극복하고 표면에서 파티클들을 성공적으로 분리시키는데 충분하고 효과적이다. 이것은 보다 작은 힘을 사용하여 파티클-표면 부착을 효율적으로 극복하고 표면에서 파티클을 성공적으로 분리시키게 한다. 일단 파티클-표면 부착을 극복하면, 린스 프로세스는 표면에서 파티클들 중 적어도 일부와 함께 그 재료를 제거한다. 이해할 수 있는 바와 같이, 파티클 제거는 점탄성 재료를 디스펜스한 이후라면 린스 프로세스 완료 전이라도 언제든지 발생할 수 있다. 그 결과, 어떤 실시형태들에서는 린스 프로세스 전에 힘이 인가되는 반면 일부 다른 실시형태들에서는 린스 프로세스 동안 힘이 인가된다.
점탄성 재료와 연관된 화학 구조가 파티클과 적어도 부분적으로 결합하거나 파티클과 상호작용할 수 있게 하도록 점탄성 재료를 선택한다. 어떤 실시형태에서, 점탄성 재료는 긴 사슬의 중합체일 수도 있다. 힘이 점탄성 재료에 인가되는 경우, 점탄성 재료는 힘이 인가되는 위치에서 고체 유사 특징을 나타내기 시작한다. 고체 유사 특징은 재료가 기판 표면에서 쉽게 떨어져 나가게 할 수 있다. 점탄성 재료는 긴 사슬 중합체로 제한되지 않으며, 서스펜션, 장충형 미셀 (worm-like micelles), 계면활성제, 자기/전기 유동 용액, 및 고무, 겔 및 접착제와 같은 다른 점탄성 고체뿐만 아니라 기술된 것들의 조합을 포함할 수도 있다.
점탄성 재료와 같은 용액 매개물의 고체 유사 특징에 접근하는 외부 힘의 인가에 관한 위의 대략적인 이해에 관하여, 이제, 본 발명의 상이한 실시형태들에서 다양한 도면들을 참고로 하여 상세하게 기술될 것이다.
도 1a는 파티클 제거 메커니즘의 단순한 블록도의 측면도를 도시한다. 파티클 제거 메커니즘은 캐리어 메커니즘 (미도시), 디스펜스 헤드 (105), 힘 인가기 헤드 (115) 및 린스 헤드 (125) 를 포함한다. 캐리어 메커니즘은 축을 따라서, 반도체 기판과 같은 기판 (100) 을 수용하고, 보유하고, 운송시키도록 구성된다. 캐리어 메커니즘은, 본 기술에 잘 알려지거나 종래의 캐리어 메커니즘의 기능성을 제공하는 임의의 다른 신규한 메커니즘을 포함할 수 있는 임의의 종래의 캐리어 메커니즘일 수도 있다. 디스펜스 헤드 (105) 는 기판 (100) 의 표면에 박막 메니스커스로서, 점탄성 재료와 같은 세정 화학물질을 코팅하도록 구성된다. 점탄성 재료는, 기판 (100) 의 표면 상의 복수의 파티클 오염물질들을 적어도 부분적으로 결합하거나 이들과 상호작용하는 화학 구조를 갖도록 선택된다. 점탄성 재료는, 기판 (100) 의 표면에 인가되는 경우 실질적인 액체 유사 특징을 나타낸다.
힘 인가기 헤드 (115) 는 점탄성 재료로 코팅된 표면의 제 1 에어리어에 외부 힘을 인가하도록 구성된다. 외부 힘의 인가는, 점탄성 재료로 코팅된 표면의 제 2 에어리어가 인가된 힘을 실질적으로 받지 않도록 인가된다. 일 실시형태에서, 점탄성 재료로 코팅된 표면의 제 1 에어리어는 디스펜스 유입부로부터 떨어져 있고 제 2 에어리어는 디스펜스 헤드의 디스펜스 유입부에 근접해 있다. 힘이 인가되는 제 1 에어리어에서 탄성 우세 구역 (110) 이 생성된다. 점탄성 재료는 탄성 우세 구역 (110) 까지 액체 유사 특징 (116-a) 을 나타낸다. 액체 유사 특징을 나타내는 동안, 그 재료가 표면 상에 용이하게 인가된 후 표면으로부터 린스된다. 탄성 우세 구역 (110) 에서, 힘으로부터의 에너지가 점탄성 재료 내에서 펄싱을 유도한다. 이 점에서, 점탄성 재료가 고체 유사 특징 (116-b) 을 나타내기 시작하여 재료 상에서 끌어당기고 재료로부터 박리되기 쉽다. 고체 유사 특징을 나타내는 점탄성 재료는 표면 상에서 파티클 오염물질 중 적어도 일부와 적어도 부분적으로 상호작용하고 파티클 오염물질과 적어도 부분적으로 결합한다. 힘이 인가되고 점탄성 재료가 고체 유사 특징을 계속해서 나타내는 동안, 결합된 파티클 오염물질들이 점탄성 재료와 함께 제 1 에어리어의 영역으로부터 제거된다. 제 1 에어리어의 영역으로부터 점탄성 재료를 제거하는 동안, 점탄성 재료는 계속해서 제 2 에어리어에서 액체 유사 특징을 나타낸다. 이와 같이, 이 실시형태는 동작의 각각의 모드를 성공적으로 활용하는 동작의 상이한 모드들 (고체 및 액체) 에 대하여 작용하여 실질적으로 깨끗한 기판 (100) 을 얻게 한다.
도 1a에 도시된 실시형태에서, 외부 힘이 미는 힘인 경우, 물 표면에 대하여 수직으로 또는 비스듬히 가해지는 힘이 힘 인가기 헤드 (115) 에 의해 탄성 우세 구역 (110) 에 제공된다. 미는 힘은 점탄성 재료에 충분한 에너지를 제공하여 고체 유사 특징에 접근하게 한다. 점탄성 재료가 고체 유사 특징을 나타내는 동안, 재료를 표면으로부터 불어 날려버림으로써 동일한 미는 힘을 이용하여 점탄성 재료가 제 1 에어리어의 영역으로부터 제거된다. 점탄성 재료는, 세정 과정 동안 점탄성 재료와 성공적으로 상호작용되는 파티클 오염물질들의 적어도 일부를 빼낸다.
린스 헤드 (125) 에 의해 추가적인 린스가 실시된 결과 기판 (100) 이 충분히 세정된다. 결국, 린스 헤드 (125) 는 액체 또는 액체 화학물질을 린스 메니스커스로서 공급하도록 구성되어 세정 과정 후 기판 표면을 린스하고 성공적인 린스 후에는 린스 메니스커스를 제거한다.
상술된 실시형태는 힘 인가기 헤드의 사용에 대하여 설명되었지만, 힘 인가기 헤드는 선택적이다. 일 실시형태에서, 파티클 제거 메커니즘은 점탄성 재료의 막을 기판의 표면에 인가하기 위한 디스펜스 헤드와, 이후 기판의 표면을 린스하기 위한 린스 헤드를 포함한다. 이 실시형태에서, 린스 헤드는, 점탄성 재료로 하여금 기판의 표면으로부터 어떤 파티클 오염물질들과 함께 점탄성 재료를 용이하게 제거할 수 있게 하는 고체 유사 특징을 나타낼 수 있게 하는 외부 힘을 제공한다.
다른 실시형태에서, 외부 힘은 끌어당기는 힘이고, 물 표면에 대하여 직각이거나 비스듬하게 물로부터 떨어지도록 유도된 힘이다. 도 1b는 기판 (100) 의 표면에 인가된 끌어당기는 힘의 작용을 도시하는 파티클 제거 메커니즘을 도시한다. 이 실시형태에서, 흡인력과 같은 끌어당기는 힘이 힘 인가기 헤드 (115) 에 의해 탄성 우세 구역 (110) 에 제공된다. 끌어당기는 힘은 점탄성 재료의 액체 유사 특징을 고체 유사 특징으로 변환시키기에 충분한 에너지를 제공한다. 점탄성 재료의 특징을 변환시키는 힘을 제공하는 것 이외에도, 점탄성 재료가 계속해서 고체 유사 특징을 나타내는 동안 기판의 표면 상에 탄성 우세 구역 (110) 으로부터 점탄성 재료를 제거하도록 끌어당기는 힘이 구성됨으로써, 실질적으로 깨끗한 기판 표면이 획득된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 파티클 제거 메커니즘은, 점탄성 재료에 대한 힘의 영향을 확대시키기 위해 연장된 스페이서를 포함할 수도 있다. 도 1c는 린스 헤드 (125) 의 선단 에지 상에 통합된 연장된 스페이서 (128) 를 구비한 파티클 제거 메커니즘을 도시한다. 캐리어 (미도시) 가, 각각, 디스펜스 헤드 (105), 힘 인가기 헤드 (115) 및 린스 헤드 (125) 의 각각의 아래의 축을 따라 기판을 수용하고, 지지하고, 운송한다. 기판 (100) 이 디스펜스 헤드 및 힘 인가기 헤드 아래에서 이동함에 따라, 기판 표면이 디스펜스 헤드 (105) 에 의해 분배된 점탄성 재료와, 힘 인가기 헤드 (115) 에 의해 인가된 외부 힘에 노출된다. 기판 (100) 이 계속해서 린스 헤드 (125) 아래 축을 따라 이동함에 따라, 린스 헤드 (125) 의 선단 에지에 통합된 연장된 스페이서 (128) 가 터널로서 역할을 하여 린스 헤드 내에서 "터널 효과"를 생성하여 점탄성 재료 상의 힘의 영향을 확대시킨다. 파티클 제거 메커니즘에서 린스 헤드의 선단 에지에 연장된 스페이서 (128) 를 추가시킴으로써, 점탄성 재료에 인가된 힘의 양이 감소될 수 있는 한편 어떤 연장된 스페이서도 없는 힘과 동일한 효과를 계속해서 제공한다. 연장된 스페이서가 제공되지 않는 경우, 파티클 오염물질들의 필적할만한 양을 계속해서 효과적으로 제거하기 위해서는 점탄성 재료에 더 많은 양의 힘이 인가되어야 한다. 일 실시형태에서, 린스 메니스커스에 진입하기 전에 연장된 스페이서 (128) 가 점탄성 재료에 영향을 주는 연장된 힘을 생성하도록 연장된 스페이서가 위치된다.
힘 인가기 헤드 (115) 는 별개로 있을 수도 있고 디스펜스 헤드 (105) 또는 린스 헤드 (125) 중 어느 하나와 통합될 수도 있다. 도 2a는, 힘 인가기 헤드 (115) 가 디스펜스 헤드 (105) 와 통합되는 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 힘 인가기 헤드 (115) 는 디스펜스 헤드 (105) 의 후단 에지에 통합되어 통합 헤드 (120) 가 획득된다. 디스펜스 헤드 (105) 는 액체의 박막으로서 기판의 표면에 점탄성 재료를 코팅하고 힘 인가기 헤드 (115) 는 탄성 우세 구역 (110) 을 정의하는 액체 막으로 코팅된 기판 표면의 제 1 에어리어에 외부 힘을 인가한다. 이 힘은 점탄성 재료의 고유 시간보다 더 짧은 시간 지속기간 동안 인가된다. 이 힘이 탄성 우세 구역 (110) 에 천천히 인가된다면, 점탄성 재료는 실질적으로 계속 액체로 있어 액체 유사 특징을 유지할 것이다. 그러나, 점탄성 재료의 고유 시간 보다 더 짧은 지속기간 동안 신속하게 인가된다면, 점탄성 재료는 고체 유사 특징을 나타내기 시작할 것이다. 본원에 기술된 다양한 실시형태들에서, 점탄성 재료는 더 긴 고유 시간을 갖도록 선택된다. 일 실시형태에서, 점탄성 재료는 1초의 고유 시간을 가질 수도 있다. 본 실시형태에서, 외부 힘이 1 초보다 더 짧은 시간 지속기간 동안 인가된다면, 점탄성 재료는 고체 유사 특징을 나타내기 시작할 것이다.
일 실시형태에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 디스펜스 헤드 및 힘 인가기 헤드로 구성된 통합 헤드 (120) 의 후단 에지에 연장된 스페이서가 제공된다. 이 실시형태에서, 힘 인가기 헤드 (115) 가 디스펜스 헤드 (105) 의 후단 에지에 통합되고 연장된 스페이서 (128) 가 통합 헤드 (120) 의 후단 에지에 제공된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 연장된 스페이서 (128) 는 힘 인가기 헤드에 의해 제공된 힘의 영향을 확대시킨다. 연장된 스페이서 (128) 를 이용함으로써, 작은 힘이 사용되어 고체 표면과 파티클 오염물질들 간의 접착력을 극복하고 표면으로부터 파티클 오염물질들을 효율적으로 제거할 수도 있다.
본 실시형태의 또 다른 실시형태에서, 힘 인가기 헤드 (115) 는 도 2b에 도시된 바와 같이 린스 헤드 (125) 와 통합될 수도 있다. 이 실시형태에서, 힘 인가기 헤드 (115) 가 린스 헤드 (125) 의 선단 헤지 상에 통합되어 통합 헤드 (120) 가 획득된다. 디스펜스 헤드 (105) 는 점탄성 재료를 기판 (100) 의 표면 상에 액체 메니스커스의 박막으로서 코팅하도록 구성된다. 기판이 디스펜스 헤드 (105) 아래에서 이동하여 점탄성 재료로 액체 메니스커스 (116-a) 의 박막으로서 코팅된다. 이후, 표면이 통합 헤드 (120) 내의 힘 인가기 헤드 (115) 아래에서 이동한다. 힘 인가기 헤드 (115) 는, 점탄성 재료의 고유 시간보다 더 짧은 시간 지속기간 동안 탄성 우세 구역 (110) 을 정의하는 액체 매니스커스 (116-a) 의 제 1 에어리어에 외부 힘을 인가한다. 이 힘은, 점탄성 재료로 하여금 힘의 인가 동안 제 1 에어리어의 영역에서 고체 유사 특징 (116-b) 을 나타내게 하도록 충분한 힘을 제공하여 재료 상에서 끌어당김으로써 쉽게 박리할 수 있게 하여 실질적으로 깨끗한 기판 표면을 획득한다. 기판의 표면 상에 코팅된 점탄성 재료는 제 1 에어리어의 영역으로부터 제거하는 동안 계속해서 제 2 에어리어에 액체 유사 특징을 나타낸다.
일 실시형태에서, 힘 인가기 헤드는 점탄성 재료 매니스커스의 경계 밖에 있는 린스 헤드의 선단 에지 상에 통합된다. 다른 실시형태에서, 힘 인가기 헤드는 점탄성 재료 매니스커스의 경계 안에 있는 린스 헤드의 선단 에지 상에 통합된다. 상기 실시형태들은 예시적인 것으로 여겨지며 제한하는 것이 아니다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 도 2b의 통합 헤드 (120) 는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 힘 인가기 헤드 (115) 와 린스 헤드 (125) 사이에서 연장된 스페이서 (128) 를 추가적으로 포함할 수도 있다. 연장된 스페이서 (128) 는 표면 상의 점탄성 재료에 인가된 힘의 효과를 확대시켜 상당히 작은 힘의 사용으로도 파티클 오염물질들과 표면 사이의 접착력을 극복하게 한다.
전술한 바와 같이, 외부 힘은 미는 힘이나 끌어당기는 힘일 수 있다. 미는 힘은 불활성 기체 또는 액체 화학물질 중 어느 하나에 의해 공급된 웨이퍼 표면에 수직이거나 비스듬하게 부딪치는 힘일 수 있다. 불활성 기체는 질소, 공기 또는 임의의 다른 불활성 기체일 수 있고 액체 화학물질은 탈이온수 (DIW) 또는 임의의 다른 액체 화학물질일 수 있다. 끌어당기는 힘은 진공, 불활성 기체 또는 액체 화학물질에 의해 제공된 웨이퍼 표면에 대하여 수직이거나 비스듬하게 웨이퍼로부터 떨어지도록 지시된 힘일 수 있다. 비슷하게, 디스펜스 헤드 (105), 힘 인가기 헤드 (115) 및 린스 헤드 (125) 는 별개의 직선형 근접 헤드일 수도 있다. 실시형태들은 직선형 근접 헤드들로 제한되지 않으며 회전형 헤드를 포함하도록 확대될 수도 있고 또는 다른 뱃치 (batch) 세정 매커니즘을 사용할 수도 있다는 것을 이해한다.
음향 에너지를 이용한 세정을 위한, 근접 헤드, 근접 헤드들의 방향 및 구성, 암 어셈블리의 구성 및 기능, 및 근접 헤드들 내의 트랜스듀서들에 대한 더 많은 정보에 대해서는, 본 출원의 양수인에게 양도되고 2003년 6월 30일에 출원된, 명칭이 “메가소닉 파워를 사용하여 기판을 세정하기 위한 방법 및 장치 (METHOD AND APPARATUS FOR CLEANING A SUBSTRATE USING MEGASONIC POWER)”인 미국 특허 출원 제 10/611,140 호를 참조할 수 있다.
예시적 근접 헤드들 및 각각의 구성 및 유입 도관들과 유출 도관들의 패턴들을 미국 특허 출원 제 10/261,839 호, 제 10/404,270 호, 및 제 10/330,897 호에서 이해할 수 있다. 그러므로 본원에 설명된 근접 헤드들 중 어느 하나, 일부, 또는 전부는 적합한 기판 세정 및 건조를 위해 어떠한 적합한 구성으로든 활용될 수 있다. 이외에도, 근접 헤드는 또한 어떠한 적합한 수 또는 형상의 유출 도관들 및 유입 도관들을 가질 수도 있다.
기판을 세정하는 데 사용되는 점탄성 재료에 대한 더 많은 정보를 위해서는, 본 출원의 양수인에게 양도되고 2007년 12월 14일에 출원된, 명칭이 "단상 및 2상 매개물에 의한 파티클 제거를 위한 재료 및 방법 (MATERIALS AND METHODS FOR PARTICLE REMOVAL BY SINGLE-PHASE AND TWO-PHASE MEDIA)”인 미국 가출원 제 61/013,950 호를 참조할 수 있다.
다른 실시형태에서, 이 힘은 점탄성 재료의 액체 매니스커스의 진동 운동을 포함할 수 있다. 도 3a는 음향 에너지를 이용한 진동 운동을 유도하는 파티클 제거 메커니즘의 단순화된 블록도를 도시하고 도 3b는 트랜스듀서 (406) 가 작동하는 것을 확대한 도면을 도시한다. 이 실시형태에서, 힘 인가기 헤드 (115) 는 트랜스듀서 (406) 가 장착되어, 기판의 표면에 인가된 점탄성 재료에서 진동 운동을 유도하는 음향 에너지를 생성한다. 트랜스듀서 (406) 는 트랜스듀서 바디 (406b) 와, 전력 공급부 (408) 에 연결된 압전 엘리먼트 (406a) 를 포함한다. 전력 공급부 (408) 는 무선 주파수 전력 공급과 같은 임의의 타입의 전력 공급일 수 있다. 기판 표면의 상부와 대면하는 힘 인가기 헤드 (115) 의 하부 표면에 가깝게 트랜스듀서 (406) 가 위치되어, 트랜스듀서 (406) 에서 생성된 음향 에너지가 실질적인 세기의 손실 없이 전달된다. 트랜스듀서 바디 (406b) 는 압전 엘리먼트 (406a) 를 통해 전력 공급부 (408) 로부터 전력을 수신하고 이 전력을 음향 에너지로 전환시킨다. 이후, 음향 에너지가 액체 매니스커스로서 디스펜스 헤드 (105) 에 의해 공급된 점탄성 재료의 제 1 에어리어로 전송된다. 일 실시형태에서, 액체 매개물이 힘 인가기 헤드 (115) 를 통해 인가될 수도 있고 힘 인가기 헤드 (115) 내의 트랜스듀서 (406) 로부터의 음향 에너지가 커플런트 (couplant) 로서 역할을 하는 액체 매개물을 통해 점탄성 재료의 제 1 에어리어로 전송된다.
트랜스듀서 (406) 는, 이 트랜스듀서 (406) 가 힘 인가기 헤드 (115) 의 지오메트리 내에서 맞출 수 있고, 음향 에너지를 기판에 인가하고 메니스커스 (116a) 에서 펄싱을 도입할 수도 있는 한 임의의 적절한 사이즈, 형상, 및 수일 수도 있다. 트랜스듀서 (406) 는, 트랜스듀서 (406) 가 메니스커스 (116a) 에 펄싱을 인가할 수 있는 한, 별개로 있거나 디스펜스 헤드 또는 린스 헤드와 통합되는 힘 인가기 헤드의 임의의 적절한 영역에 위치될 수도 있다는 것을 이해한다.
음향 에너지는 점탄성 재료 내에서 펄싱을 통해 진동 운동을 유도할 만큼 충분히 강한 힘을 제공한다. 점탄성 재료로 코팅된 기판 표면의 제 1 에어리어에 힘이 인가되므로, 점탄성 재료로 코팅된 기판 표면의 제 2 에어리어는 인가된 힘을 실질적으로 받지 않는다. 이 힘은, 점탄성 재료의 고체 유사 특징에 접근할 수 있게 하는 점탄성 재료의 고유 시간보다 더 짧은 시간의 시간 지속기간 동안 인가된다. 고체 유사 특징을 나타내는 동안, 점탄성 재료는 파티클 오염물질들의 적어도 일부와 적어도 부분적으로 상호작용하거나 결합한다. 점탄성 재료가 계속해서 힘을 받고 제 1 에어리어의 영역에서 고체 유사 특징을 나타냄에 따라서, 점탄성 재료 및 파티클 오염물질들이 표면에서 제거되어 실질적으로 깨끗한 기판 표면을 획득한다. 제 1 에어리어의 영역으로부터 점탄성 재료를 제거하는 동안, 이 점탄성 재료는 제 2 에어리어에서는 계속해서 액체 유사 특징을 나타낸다.
다른 실시형태에서, 기계적인 힘에 의해 진동 운동이 제공된다. 이 실시형태에서, 기계적인 힘을 제공하는 메커니즘은 힘 인가기 헤드에 포함된다. 이 메커니즘은, 기판의 표면 상에 인가된 점탄성 재료 내에서 기계적인 교반을 도입하기 위한 기계적인 힘을 제공하는 전원 공급부에 연결된 모터일 수 있다. 이 기계적인 교반은 점탄성 재료로 하여금 고체 유사 특징을 나타낼 수 있게 한다. 고체 유사 특징은, 파티클 오염물질들의 적어도 일부와 적어도 부분적으로 상호작용하거나 결합하고, 점탄성 재료를 표면으로부터 포집된 파티클 오염물질들과 함께 용이하게 제거할 수 있게 하여 실질적으로 깨끗한 기판 표면을 획득한다. 상술한 실시형태들은 단상 화학물질인 점탄성 재료에 관하여 기술되었다. 따라서, 점탄성 재료가 고체 유사 및 액체 유사 특징들 둘 모두를 나타내더라도, 상술한 실시형태의 점탄성 재료는, 기판의 표면 상에 인가될 경우 단상 화학물질과 같았다. 이 실시형태들은 단상 화학물질로 제한되지 않는다.
점탄성 재료는 2상 (고체-액체, 고체-기체 또는 액체-기체) 화학물질 또는 3상 (고체-액체-기체) 화학물질일 수도 있다. 보다 상세한 2상 화학물질 및 3상 화학물질에 대해서는, 2008년 6월 2일에 출원된, 명칭이 “단상 및 2상 매개물에 의한 파티클 제거를 위한 재료 (Materials for Particle Removal by Single Phase and Two-Phase Media)”인 미국 특허 출원 제 12/131,654 호 (대리인 관리 번호 LAM2P628A), 2008년 6월 2일 출원된, 명칭이 "단상 및 2상 매개물에 의한 파티클 제거를 위한 방법 (Methods for Particle Removal by Single Phase and Two-Phase Media)"인 미국 특허 출원 제 12/131,660 호 (대리인 관리 번호 LAM2P628C), 2006년 9월 15일에 출원된, 명칭이 "기판 세정을 위한 방법 및 재료 (Method and Material for Cleaning a Substrate)"인 미국 특허 출원 제 11/532,491 호 (대리인 관리 번호 LAM2P548B), 및 2008년 6월 30일에 출원된, 명칭이 "저 점도의 유체를 이용하여 파티클을 제거하는 싱글 기판 처리 헤드 (Single Substrate Processing Head for Particle Removal using Low Viscosity Fluid)"인 미국 특허 출원 제 12/165,577 호 (대리인 관리 번호 LAM2P638) 을 참고하며, 이들은 본원에 참조로써 포함된다.
일 실시형태에서, 점탄성 재료는 다수의 고유 시간을 포함할 수도 있는 화학 구조를 가질 수도 있다. 일 실시형태에서, 끌어당기는 힘, 미는 힘 또는 진동 힘은 점탄성 재료의 고체 유사 특징에 최적으로 접근하도록 미세 조정된다. 점탄성 재료는 서스펜션, 장충형 미셀, 계면활성제, 자기/전기 유동 용액, 및 고무, 겔 및 접착제와 같은 다른 점탄성 고체 및 기술된 것들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 파티클 제거 메커니즘은 기판의 표면 상에 인가된 점탄성 재료에 미는 힘이나 끌어당기는 힘을 도입하기 위한 노즐 또는 스프레이를 포함할 수도 있다. 도 4a는 단순화된 파티클 제거 메커니즘의 단면도를 도시하며 도 4b는 도 4a에 도시된 파티클 제거 메커니즘의 상면도를 도시한다. 이 실시형태에서, 점탄성 재료를 수용하고 보유하기 위해 액체 매개물로서 리셉터클 (410) 이 사용된다. 파티클 제거 메커니즘은 또한 리셉터클 (410) 내의 축을 따라 기판 (100) 을 수용하고, 지지하고, 이동시키기 위한 캐리어 매커니즘 (420) 을 포함하여, 기판 (100) 의 표면 상에 점탄성 재료의 박층이 코팅된다. 캐리어 메커니즘 (420) 은, 캐리어 및 수용된 기판을 축을 따라 이동시킬 수 있도록, 차례로, 모터 메커니즘과 같은 메커니즘에 연결될 수도 있다. 힘 인가기 메커니즘 (430) 은, 점탄성 재료의 고유 시간 보다 더 짧은 시간 기간 동안 기판의 표면을 덮는 점탄성 재료에 외부 힘을 제공하기 위해 사용된다. 힘 인가기 메커니즘 (430) 은, 점탄성 재료에 불활성 기체 또는 액체 화학물질 (DIW) 의 미는 힘을 제공하는 고속 린스 총 (gun) 이나 노즐일 수도 있다. 힘 인가기 메커니즘 (430) 은 또한 진공을 이용하여 끌어당기는 힘을 제공할 수도 있다. 힘 인가기 메커니즘 (430) 은 진공 흐름, 불활성 기체 흐름 또는 액체 화학물질 흐름을 제공하는 저장용기에 접속된다. 힘 인가기 메커니즘은 노즐 또는 고속 린스 총으로 제한되지 않으며, 점탄성 재료에 외부 힘을 제공할 수 있는 다른 타입의 메커니즘으로 확대할 수 있다. 일 실시형태에서 힘 인가는 미는 힘을 이용하는 2 단계의 린스를 포함한다. 이 실시형태에서, 힘 인가기 메커니즘 (430) 은 불활성 기체 또는 액체 화학물질을 제트 스프레이에 제공한 후 에어 스프레이에 제공하여 화학물질을 건조시켜 버린다. 특정 실시예들이 구현되었지만, 이러한 실시형태들의 변형들 또한 가능하다는 것을 주목한다.
일 실시형태에서, 힘 인가기 메커니즘이 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 이동가능한 암 상에 장착된다. 이동가능한 암이 사용되어 힘 인가기 메커니즘 (430) 을 기판의 표면 위에 적절한 위치로 이동시켜, 점탄성 재료로 코팅된 고체 표면의 적어도 일부의 제 1 에어리어에 힘이 인가될 수도 있다. 이 힘은, 점탄성 재료로 코팅된 기판의 표면의 제 2 에어리어는 인가된 힘을 실질적으로 받지 않도록 인가된다. 일 실시형태에서, 고체 표면을 지지하는 캐리어 메커니즘은 힘 인가기 메커니즘에 의해 인가된 외부 힘에 대하여 회전 축을 따라 회전하여, 점탄성 재료로 코팅된 기판의 표면의 제 1 에어리어에 외부 힘이 실질적으로 균일하게 인가된다. 힘의 인가 시, 제 1 에어리어의 점탄성 재료는 고체 유사 특징을 나타내기 시작한다. 결국, 이 점탄성 재료는 기판의 표면 상에 발견된 파티클 오염물질들의 적어도 일부와 적어도 부분적으로 상호작용하거나 이와 결합한다. 이 힘이 인가되고 제 1 에어리어의 점탄성 재료가 계속해서 고체 유사 특징을 나타내는 동안, 점탄성 재료는 이 재료와 상호작용하는 파티클 오염물질들 중 일부와 함께 제거된다. 제 2 에어리어의 기판의 표면에 인가된 점탄성 재료는 제 1 에어리어의 영역으로부터 점탄성 재료를 제거하는 동안 계속해서 액체 유사 특징을 나타낸다. 이 실시형태에서, 힘 인가기 메커니즘 (430) 은 외부 힘을 인가할 뿐만 아니라, 점탄성 재료가 고체 유사 특징을 나타내는 동안 표면의 제 1 영역으로부터 점탄성 재료를 제거하는 것을 돕는다. 제 1 에어리어의 영역으로부터 점탄성 재료를 제거하는 것은 불활성 기체, 액체 화학물질 또는 진공을 이용하여 끌어당기는 힘이나 미는 힘 중 어느 한 힘에 의해 가능하게 된다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 실시형태는 이동가능한 암 상에 배치된 힘 인가기 매커니즘을 개시하지만, 본 실시형태의 변형도 고려할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 힘 인가기 메커니즘이 고정식 암 상에 장착될 수도 있고 기판의 표면의 제 1 에어리어에 힘이 인가되는 반면, 점탄성 재료를 가진 기판의 표면의 제 2 에어리어는 인가된 힘을 실질적으로 받지 않는다. 이 실시형태에서, 기판이 수용되고, 지지되는 메커니즘 (예를 들어, "척" 메커니즘) 이 회전축을 따라 기판을 회전시켜, 기판의 표면이 인가된 힘에 균일하게 노출된다. 인가된 힘에 노출된 점탄성 재료가 고체 유사 특징을 나타내기 시작하고 점탄성 재료와 상호작용했던 파티클 오염물질들과 함께 표면에서 제거된다.
본 실시형태는 기판의 표면의 일부에 점탄성 재료를 인가하는 것으로 제한되지 않으며, 기판의 전체 표면을 덮도록 점탄성 재료가 인가되는 실시형태들과 같은 다양한 변형을 포함할 수 있다는 것을 주목한다. 일 실시형태에서, 점탄성 재료는 중심에서 시작하여 에지로 진행하도록 기판의 전체 표면을 코팅하도록 디스펜스된 후, 미는 힘 또는 끌어당기는 힘 중 어느 하나를 인가함으로써 중심으로부터 에지를 향하여 린스되어 점탄성 재료가 고체 유사 특징을 나타낼 수도 있다. 다른 실시형태에서, 앞의 실시형태에서 언급된 끌어당기는 힘 또는 미는 힘 대신, 풀-백 (full-back) 메가소닉 또는 음향 진동이 전체 표면을 덮는 점탄성 재료로 인가됨과 동시에, 중심에서 시작하여 에지를 향하여 진행하여 기판의 전체 표면을 린스한다. 또 다른 실시형태에서, 앞의 실시형태에서 언급된 음향 진동 대신 기계적인 진동 운동이 기판의 전체 표면을 덮는 점탄성 재료에 인가됨과 동시에 중심에서 시작하여 전체 기판을 린스한다.
기판으로부터 오염물질 파티클들을 최적으로 제거하는 것은, 인가되는 힘과 연관되는 파라미터, 점탄성 재료와 연관되는 파라미터, 디스펜스 헤드, 힘 인가기 헤드, 린스 헤드, 및 디스펜스 헤드나 린스 헤드에 통합되는 경우 최적으로 연장된 스페이서와 연관되는 파라미터를 포함하는 다양한 파라미터들에 의존한다. 제거하는 동안 고려되는 파라미터들 중 일부는 끌어당기는/미는 힘의 양, 대응하는 헤드들과 고체 표면 간의 갭, 끌어당기는 힘 또는 미는 힘의 각도, 연장된 스페이서의 사이즈, 표면 상으로 점탄성 재료를 디스펜스하는 체적 등을 포함한다. 불활성 기체 (질소 또는 공기) 를 이용하여 끌어당기는 힘 (흡입력 또는 진공 힘) 이 인가되는 일 실시형태에서, 파티클 오염물질들과 함께 점탄성 재료를 최적으로 제거시키는 가능성을 보여주는 다양한 파라미터들은, 약 10 내지 약 1000 slm (standard liters per minute) 흡입 공기 흐름, 바람직하게는 약 200 내지 약 500 slm 흡입 공기 흐름; 약 0.3 mm 내지 약 3 mm 고체 표면-헤드 갭, 바람직하게는 약 0.5-1 mm 갭; 약 0 도 (고체 표면에 대하여 수직) 내지 약 60 도의 흡입 흐름 각도, 바람직하게는 약 0 도 내지 약 30 도의 각도; 약 5 내지 약 100 mm 연장된 스페이서 길이 (이용 가능한 경우), 바람직하게는 약 10 mm 내지 약 50 mm 스페이서 길이; 및 약 10 ml/분 내지 약 500 ml/분 디스펜스 체적, 바람직하게는 약 100 ml/분 내지 약 200 ml/분 디스펜스 체적을 포함한다. 상기 파라미터들은 점탄성 재료 메니스커스의 경계 밖의 린스 헤드의 선단 에지 상에 통합된 힘 인가기 헤드 (FAH; force applicator head), 점탄성 재료 메니스커스의 경계 안의 린스 헤드의 선단 에지 상에 통합된 FAH, 디스펜스 헤드의 후단 에지 상에 통합된 FAH, 또는 FAH가 린스 헤드 및 디스펜스 헤드와는 별개로 있을 경우 디스펜스 헤드와 린스 헤드 사이에 위치된 FAH에 적용가능할 수도 있다.
액체 (DIW) 흐름을 이용하여 끌어당기는 힘 (흡입력) 이 인가되는 다른 실시형태에서, 파티클 오염물질들과 함께 점탄성 재료를 최적으로 제거시키는 가능성을 보여주는 다양한 파라미터들은, 약 100 ml/분 내지 약 5000 ml/분 흡입 액체 흐름, 바람직하게는 약 1000 ml/분 내지 약 4000 ml/분 흡입 액체 흐름; 약 0.1 mm 내지 약 3 mm 고체 표면-헤드 갭, 바람직하게는 약 0.3 mm 내지 약 1 mm 갭; 및 약 0 도 (기판 표면에 대하여 수직) 내지 약 60 도 흡입 흐름 각도, 바람직하게는 약 0 도 내지 약 30 도 각도; 약 5 내지 약 100 mm 연장된 스페이서 길이, 바람직하게는 약 10 mm 내지 약 50 mm 스페이서 길이; 및 약 10 ml/분 내지 약 500 ml/분 디스펜스 체적, 바람직하게는 약 100 ml/분 내지 약 200 ml/분 디스펜스 체적을 포함한다. 상기 파라미터들은 점탄성 재료 메니스커스의 경계 안의 린스 헤드의 선단 에지 또는 후단 에지 근처의 힘 인가기 헤드 (FAH) 에 인가될 수도 있다.
불활성 기체 (질소 또는 공기) 흐름을 이용하여 미는 힘 (부는 힘과 같은) 이 인가되는 다른 실시형태에서, 파티클 오염물질들과 함께 점탄성 재료를 최적으로 제거시키는 가능성을 보여주는 다양한 파라미터들은, 약 10 slm 내지 약 100 slm 기체 흐름, 바람직하게는 약 30 내지 약 80 slm 기체 흐름; 약 0.5 mm 내지 약 15 mm 기판 표면-헤드 갭, 바람직하게는 약 1 내지 약 5 mm 갭; 약 0 도 (기판 표면에 대하여 수직) 내지 약 60 도의 흡입 흐름 각도, 바람직하게는 약 30 도 내지 약 45 도의 각도; 약 5 내지 약 100 mm 연장된 스페이서 길이, 바람직하게는 약 10 mm 내지 약 50 mm 스페이서 길이; 및 약 5 ml/분 (기판 표면) 내지 약 100 ml/분 디스펜스 체적, 더욱 바람직하게는 약 10 ml/분 내지 약 30 ml/분 디스펜스 체적을 포함한다. 상기 파라미터들은 린스 헤드의 선단 에지 상에 통합된 힘 인가기 헤드 (FAH), 디스펜스 헤드의 후단 에지 상에 통합된 FAH, 또는 FAH가 린스 헤드 및 디스펜스 헤드와는 별개로 있을 경우 디스펜스 헤드와 린스 헤드 사이에 위치된 FAH에 적용가능할 수도 있다. FAH는, 불활성 기체 흐름이 고체 표면에 인가된 점탄성 재료 매니스커스 상에 영향을 주도록 위치된다.
액체 화학물질 (DIW) 흐름을 이용하여 끌어당기는 힘 (부는 힘과 같은) 이 인가되는 다른 실시형태에서, 파티클 오염물질들과 함께 점탄성 재료를 최적으로 제거시키는 가능성을 보여주는 다양한 파라미터들은, 약 100 ml/분 내지 약 5000 ml/분 액체 화학물질 흐름, 바람직하게는 약 2000 내지 약 4000 ml/분 액체 화학물질 흐름; 약 0.1 mm 내지 약 3 mm 기판 표면-헤드 갭, 바람직하게는 약 0.3 내지 약 1 mm 갭; 약 0 도 (기판 표면에 대하여 수직) 내지 약 60 도의 흡입 흐름 각도, 바람직하게는 약 0 도 내지 약 30 도의 각도; 약 5 내지 약 100 mm 연장된 스페이서 길이, 바람직하게는 약 10 mm 내지 약 50 mm 스페이서 길이를 포함한다. 상기 파라미터들은, 힘 인가기 헤드 (FAH) 가 린스 헤드의 선단 에지 또는 후단 에지 근처이지만 점탄성 재료 메니스커스의 경계 안에 있는 경우에 적용가능하다.
불활성 기체 또는 액체 화학물질 흐름을 이용한 끌어당기는 힘/미는 힘과 연관된 파라미터들 이외에도, 이 실시형태들은 음향 에너지, 기계적인 에너지를 통해 또는 다른 형태의 에너지를 통해 인가된 힘을 이용하여 진동 운동을 제공하도록 사용될 수도 있다. 진동 운동은, 디스펜스 헤드에 인접하게 진동 힘을 인가함으로써 기판의 표면으로 공급된 점탄성 재료의 펄싱 디스펜스 또는 펄싱 흡입 흐름에 의해 인가된다. 대안으로, 기계적인 진동은, 디스펜스 헤드에 인접한 진동 힘을 이용하여 탈이온수 (DIW) 린스 흐름의 펄싱 디스펜스 또는 펄싱 흡입에 의해 기계적인 진동이 제공될 수도 있다. 0.5 초의 고유 시간, 약 2 Hz 내지 약 1000 Hz, 바람직하게는 약 10 Hz 내지 약 100 Hz의 펄싱 주파수를 가진 점탄성 재료는 점탄성 재료의 고체 유사 특징에 접근함으로써 파티클 오염물질들을 최적으로 제거시키는 가능성을 보여준다.
비슷하게, DIW를 통해 고체 표면 및 점탄성 재료에 커플링된 울트라소닉 또는 메가소닉 플레이트를 이용한 음향 진동에 있어서, 표면으로부터 파티클 오염물질들을 최적으로 제거시키는 가능성을 보여주는 음향 에너지와 연관된 파라미터들은 약 10 kHz 내지 약 500 kHz, 더욱 바람직하게는 44 kHz, 88 kHz 또는 132 kHz의 울트라소닉 에너지를 이용한 펄싱 주파수, 또는 약 10 내지 약 1000 Watt 전원을 통해 제공되는 약 800 kHz 내지 약 2 MHz, 더욱 바람직하게는 약 1.4 MHz의 메가소닉 에너지를 이용한 펄싱 주파수를 포함한다. 이 실시형태에서, DIW는 음향 에너지를 점탄성 재료로 전송하기 위해 커플런트로서 역할을 한다.
오염물질 파티클 제거의 메커니즘을 점탄성 재료의 동작의 상이한 모드들의 접근에 대하여 설명한다. 점탄성 재료는 점탄성 재료가 실질적인 고체 유사 특징을 나타내는 시각에 외부 힘이 인가되는 점까지 실질적인 액체 유사 특징을 나타낸다. 고체 유사 특징은 파티클 오염물질들을 쉽게 그랩 (grabbing) 하도록 돕는다. 이것은, 파티클 오염물질들과 같은 고체가 액체 아래에 있고 액체의 상부부터 힘이 가해지는 경우, 액체가 소멸되기 전에 힘의 일부만이 액체로부터 하부 고체로 전송될 수 있기 때문이다. 반면에, 제 1 고체가 제 2 고체 (파티클 오염물질) 의 상부에 있고 힘이 제 1 고체의 상부로부터 제 2 고체로 가해지는 경우, 제 1 고체에 인가된 힘은 제 1 고체가 소멸되는 것을 염려하지 않고 제 1 고체 아래에 있는 제 2 고체로 완전하게 전송될 수 있다. 액체 유사 특징을 나타내는 점탄성 재료의 점성 성질은 용이하게 표면에 인가한 후 표면으로부터 제거할 수 있게 하고 고체 유사 특징은 인가된 힘을 이용하여 파티클 오염물질들을 그랩할 수 있게 한다. 결과들의 가능성을 보여주는 점탄성 재료의 샘플에 대해서는, 2008년 6월 2일에 출원된, 명칭이 “단상 및 2상 매개물에 의한 파티클 제거를 위한 재료 (Materials for Particle Removal by Single-Phase and Two-Phase Media)”인 미국 특허 출원 제 12/131,654 호 (대리인 관리 번호 LAM2P628A), 2008년 6월 30일에 출원된, 명칭이 "저 점도의 유체를 이용하여 파티클을 제거하는 싱글 기판 처리 헤드 (Single Substrate Processing Head for Particle Removal using Low Viscosity Fluid)"인 미국 특허 출원 제 12/165,577 호 (대리인 관리 번호 LAM2P638) 을 참고하기 바라며, 이들은 본원에 참조로써 포함된다.
다양한 실시형태들의 상기 상세한 설명과 함께 이제, 기판 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법을 도 5를 참고로 하여 설명할 것이다. 도 5는 고체 표면 상에 인가된 세정 화학물질의 고체 유사 특징에 접근하는 외부 힘을 이용하여 기판 표면으로부터 파티클 오염물질들을 성공적으로 제거하는데 수반되는 다양한 프로세스 동작들을 도시한다. 이 방법은 동작 510으로 도시된 바와 같이 적절한 점탄성 재료를 선택하는 단계로 시작한다. 기판의 표면 상의 파티클 오염물질들의 적어도 일부를 적어도 부분적으로 결합하거나 이들과 상호작용할 수 있게 하고 점탄성 재료에 인가된 힘에 기초하여 액체 유사 및 고체 유사 특징을 나타낼 수 있는 화학 구조를 포함하도록 점탄성 재료를 선택한다.
선택된 점탄성 재료는, 동작 520으로 도시된 바와 같이 표면 상에 박막으로서 코팅된다. 점탄성 재료는 표면을 박막으로서 실질적으로 덮는다. 이때, 점탄성 재료는 액체 유사 특징을 나타낸다. 동작 530에 도시된 바와 같이, 기판 표면 상에 제공된 점탄성 재료의 제 1 에어리어에 외부 힘이 인가된다. 점탄성 재료로 코팅된 기판의 제 2 에어리어는 인가된 힘을 실질적으로 받지 않도록 외부 힘이 인가된다. 외부 힘은 점탄성 재료의 고유 시간 보다 짧은 시간 지속기간 동안 인가된다. 본 출원에 사용되는 것으로서, 고유 시간은 점탄성 재료를 완화 (relax) 시키는데 필요한 시간으로 정의된다. 힘이 고유 시간 보다 짧은 시간 동안 인가되는 경우, 점탄성 재료는 고체 유사 특징을 나타내기 시작할 것이다.
동작 540에 도시된 바와 같이, 힘이 인가되고 점탄성 재료가 고체 유사 특징을 나타내는 동안, 점탄성 재료는 파티클 오염물질들 중 일부와 적어도 성공적으로 상호작용하고 파티클 오염물질들과 성공적으로 결합하고, 이후에 이 파티클 오염물질들은 재료가 박리됨으로써 점탄성 재료와 함께 기판의 제 1 에어리어의 영역으로부터 제거된다. 점탄성 재료는, 제 1 에어리어의 제 1 영역으로부터 점탄성 재료를 제거하는 동안 제 2 에어리어에서는 액체 유사 특징을 나타내도록 계속해서 인가된다는 것을 주목한다. 고체 유사 특징에 접근하는 동안 점탄성 재료를 제거함으로써, 완전한 세정이 가능하여 실질적으로 깨끗한 기판 표면을 획득한다. 그 결과, 세정 동작 후에 남은 오염물질들이 크게 감소되어 보다 유효하고 효율적인 세정 방법이 되게 한다. 이 방법은 고체 유사 특징에 접근함으로써 파티클 오염물질들의 적어도 일부와 함께 제 1 에어리어로부터 점탄성 재료를 완전하게 제거시킨다.
본 발명은 다수의 바람직한 실시예로써 설명되었으나, 전술한 명세서를 읽고 도면들을 연구한 당업자는 다양한 수정, 부가, 치환, 및 그 균등물을 인식할 것이라는 것을 이해할 것이다. 그러므로 그러한 수정, 부가, 치환, 및 그 균등물은 모두 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에 속하는 것으로서 본 발명의 범위 안에 있는 것으로 의도된다.

Claims (27)

  1. 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법으로서,
    점탄성 재료의 층을 상기 표면에 박막으로서 코팅하는 단계로서, 상기 점탄성 재료는 액체 유사 특징을 나타내고 상기 표면에 존재하는 상기 파티클 오염물질들과 적어도 부분적인 상호작용을 하게 하거나 결합하게 하는 화학 구조를 갖는, 상기 코팅하는 단계;
    상기 점탄성 재료로 코팅된 표면의 제 2 에어리어는 인가된 힘을 받지 않도록 상기 점탄성 재료로 코팅된 표면의 제 1 에어리어에 힘을 인가하는 단계로서, 상기 힘은 상기 점탄성 재료의 고유 시간보다 더 짧은 시간 지속기간 동안 인가되는, 상기 힘을 인가하는 단계; 및
    상기 힘을 인가하는 동안 상기 제 1 에어리어로부터 상기 점탄성 재료를 제거하는 단계로서, 상기 표면으로부터 상기 파티클 오염물질들 중 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는, 상기 점탄성 재료를 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 점탄성 재료를 제거하는 단계는, 상기 힘을 인가하는 동안 상기 점탄성 재료가 고체 유사 특징을 나타내고 있는 동안에 상기 표면의 상기 제 1 에어리어의 영역에서 발생하고, 상기 점탄성 재료는 상기 제 1 에어리어의 상기 영역에서 제거하는 동안 상기 제 2 에어리어에서 계속해서 상기 액체 유사 특징을 나타내는, 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘을 인가하는 단계는 상기 점탄성 재료가 상기 기판의 상기 표면에서 떨어지도록 끌어당기기 위해 끌어당기는 힘을 제공하는 단계를 더 포함하는, 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 끌어당기는 힘은 진공 흐름으로서 제공되는, 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘을 인가하는 단계는 상기 점탄성 재료가 상기 기판의 상기 표면에서 떨어지도록 밀기 위해 미는 힘을 제공하는 단계를 더 포함하는, 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 미는 힘은 불활성 기체 또는 액체 화학물질 중 하나에 의해 제공되는, 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 불활성 기체는 공기 또는 질소 중 하나이고, 상기 액체 화학물질은 탈이온수 또는 에어로졸 중 하나인, 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘을 인가하는 단계는 상기 점탄성 재료 내에서 펄싱을 생성하는 진동 힘을 제공하는 단계를 더 포함하는, 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 진동 힘은 음향 에너지 또는 기계적인 에너지 중 하나를 통해 제공되는, 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 점탄성 재료를 제거하는 단계는, 상기 점탄성 재료가 액체 유사 특징을 나타내기 시작하기 전에, 상기 점탄성 재료를 상기 제 1 에어리어로부터 제거하는 단계를 더 포함하는, 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘을 인가하는 단계는, 상기 점탄성 재료가 다수의 고유 시간을 나타내는 경우, 상기 점탄성 재료의 고체 유사 특징에 접근할 수 있게 하는 힘의 주파수를 미세 조정하는 단계를 더 포함하는, 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 점탄성 재료는 서스펜션, 장충형 미셀 (worm-like micelles), 계면활성제, 자기/전기 유동 용액, 및 점탄성 고체 및 그 임의의 조합 중 어느 하나를 포함하는, 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  12. 취급될 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법으로서,
    상기 기판의 상기 표면 상에 박막 메니스커스로서 점탄성 속성들을 갖는 세정 화학물질을 코팅하는 단계로서, 상기 세정 화학물질은 상기 기판의 상기 표면에 인가되는 경우 액체 유사 특징을 나타내는, 상기 코팅하는 단계;
    상기 세정 화학물질로 코팅된 상기 표면의 제 2 에어리어가 외부 힘을 받지 않도록 상기 세정 화학물질로 코팅된 상기 표면의 제 1 에어리어에 상기 외부 힘을 인가하는 단계로서, 상기 외부 힘의 인가는, 상기 세정 화학물질이 탄성 우세 구역에서 고체 유사 특징을 나타내도록 상기 외부 힘이 인가되는 상기 제 1 에어리어에서 상기 탄성 우세 구역을 생성하고, 상기 세정 화학물질은 상기 파티클 오염물질들을 부분적으로 결합하고 상기 표면 상에서 상기 파티클 오염물질의 적어도 일부와 상호작용하는, 상기 외부 힘을 인가하는 단계; 및
    상기 외부 힘이 인가되고 상기 세정 화학물질이 고체 유사 특징을 나타내는 동안, 및 상기 세정 화학물질이 상기 제 1 에어리어로부터 상기 세정 화학물질의 상기 제거 동안 상기 제 2 에어리어에서 액체 유사 특징을 계속해서 나타내는 동안, 상기 제 1 에어리어로부터 상기 세정 화학물질을 제거하는 단계를 포함하는, 취급될 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 에어리어에 상기 외부 힘을 인가하는 단계는, 상기 세정 화학물질의 완화 (relaxation) 의 고유 특징 시간보다 더 짧은 지속기간 동안 인가하는, 취급될 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 세정 화학물질은 완화의 더 긴 고유 특징 시간을 갖도록 선택된, 취급될 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 세정 화학물질은 다수의 고유 시간들을 포함하는, 취급될 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 외부 힘은 상기 세정 화학물질의 상기 고체 유사 특징에 접근하도록 미세 조정되는, 취급될 기판의 표면으로부터 파티클 오염물질들을 제거하는 방법.
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