KR101581077B1 - 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스의 물리적 한정을 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 웨에퍼 위에 공급된 액상 매체를 물리적으로 한정하기 위한 장치, 방법 및 시스템은 반도체 웨이퍼의 상면 및 하면의 적어도 일부를 커버하도록 배치되는 제 1 및 제 2 화학적 헤드를 포함한다. 제 1 및 제 2 화학적 헤드는 단일 페이즈로 액체 화학물질을 매니스커스의 포켓 안으로 전달하기 위한 각각의 화학적 헤드의 선단 에지에서 경사 유입 도관을 포함한다. 매니스커스의 포켓은 화학적 헤드들에 의해 커버된 반도체 웨이퍼의 상면 및 하면의 일부 위에 규정되고, 매니스커스로서 반도체 웨이퍼의 표면에 공급되는 액체 화학물질을 포함한다. 매니스커스의 포켓 내의 액체 화학물질의 매니스커스를 실질적으로 한정하기 위해 매니스커스의 포켓의 외측 주변부를 따라 제 1 및 제 2 화학적 헤드의 선단 에지에 단차가 형성된다. 이 단차는 매니스커스의 포켓의 적어도 일부를 커버하고, 단차의 높이는 매니스커스의 한정 특성을 보존하기에 충분하다. 내측 회수 도관은 각각의 화학적 헤드들의 후미 에지에서 매니스커스의 포켓 내에 규정되고, 세정 프로세스 후에 단일 페이즈로 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 액체 화학물질을 제거하는데 사용된다.
Description
발명자들
Enrico Magni 및 Eric Lenz
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼의 세정에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 세정 프로세스 동안 반도체 웨이퍼의 표면 상에 공급된 액체 매니스커스의 물리적 한정 (confinement) 에 관한 것이다.
고체 표면 상에 원하지 않는 잔류물을 남기는 제조 동작을 겪었던 반도체 웨이퍼와 같은 고체 표면을 세정 및 건조시킬 필요가 있는 것으로 종래에 잘 알려져 있다. 이러한 제조 동작들의 예들은 (예를 들어, 구리 듀얼 다마신 애플리케이션을 위한 에치 또는 트렌치 에치를 통한) 플라즈마 에칭 및 화학 기계적 폴리싱 (CMP) 을 포함한다. 각종 세정 프로세스는 매니스커스와 같은 액체 화학물질을 반도체 웨이퍼에 공급하는 단계 및 릴리징된 오염물질과 함께 액체 화학물질을 제거하는 단계를 포함한다. 액체 화학물질이 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 입자 오염물질을 릴리징하도록 작용하기 위해서 반도체 웨이퍼의 표면 위에 매니스커스를 유지하는 것이 중요하다. 종래의 세정 프로세스는 근접 헤드를 사용하여 웨이퍼의 일 면 또는 양 면에 액체 화학물질을 공급하고 큰 공기 흐름을 통해 매니스커스를 한정한다 (confine). 그 후, 석션 활동 (sucking action) 을 제공하는데 진공이 이용되어, 액체 화학물질을 엔트레인 (entrain) 한다. 큰 공기 흐름을 이용하는 종래의 액체 화학물질의 한정은 그 자체의 단점을 갖는다. 예를 들어, 액체 화학물질이 큰 공기 흐름에 노출되어 증발로 인한 액체 화학물질의 실질적 손실을 초래한다. 세정 프로세스에서 사용된 일부 액체 화학물질은 매우 고가이고, 액체 화학물질의 임의의 손실은 세정 비용을 추가시킨다.
특히, 근접 헤드를 사용하는 경우 종래의 세정 프로세스에서 액체 화학물질의 증발은 심각한 이슈이다. 구체적으로, 근접 헤드를 통한 높은 대기 흐름으로 인해, 액체 화학물질의 증발 손실을 제어하는 것이 어렵다. 또한, 세정 프로세스를 향상시키기 위해서, 보다 높은 온도, 통상적으로 약 30 ℃ 내지 약 60 ℃ 에서 액체 화학물질을 도입하는(introduce) 것이 통상적이다. 액체 화학물질이 보다 높은 온도에서 공급되는 경우, 액체 화학물질 손실은 급격히 증가할 수 있다. 이것은, 증기 압력이 온도에 따라 기하급수적으로 증가하고 증발은 증기 압력에 직접적으로 관련되어 증발도 증가하기 때문이다. 결과적으로, 재사용을 위해 재활용될 수 있는 액체 화학물질의 양은 급격히 감소한다.
고려되는 다른 인자는, 이들 액체 화학물질을 공급하는데 사용된 화학적 헤드들과 같은 종래의 세정 장치에 대해 고온의 액체 화학물질이 주는 영향이다. 종래의 세정 장치들의 대부분은 최적으로 상온에서 동작한다. 그러나, 액체 화학물질의 더 높은 온도 때문에 자연적으로 발달하는 정적인 온도 구배 (static temperature gradient) 는 이들 세정 장치가 변형되어 세정 동안 장치의 썩 좋지 않은 동작을 초래하게 한다.
매니스커스를 한정하기 위한 공기의 이용의 다른 단점은 이러한 공기의 큰 흐름의 존재 시에 진공을 생성하는 비용이다. 진공을 생성하기 위한 설계 요건은 세정에 효과적인 도구를 제공하도록 이러한 큰 공기 흐름 요건을 고려해야 한다.
또한, 증발이, 액체 화학물질의 농도에서의 변화 또는 화학물질의 고갈로 인해 액체 화학물질에 의한 세정 프로세스에서 상당한 변화를 초래할 수 있다. 화학물질 고갈은, 대기 흐름이 뜨거운 액체 화학물질과 혼합되어 공기와 함께 포화되는 증기 및 액체 화학물질을 분리 (isolation) 및 재활용하는 것을 어렵게 만드는 액체 화학물질의 성분들을 초래할 때 발생한다. 반면에, 화학물질의 과도한 농도는 통상적으로 프라프라이어터리 화학물질 (proprietary chemistry) 의 사용을 초래한다. 프라프라이어터리 화학물질은 비휘발성 성분들을 포함하고, 프라프라이어터리 화학물질이 수용성계이면, 증발은 비휘발성 성분의 농도가 시간이 경과하면서 증가하게 한다. 비휘발성 성분들의 농도에서의 이 증가는 액체 화학물질의 세정 성능에 악영향을 줄 수 있다. 또한, 액체 화학물질의 농도가 너무 많이 증가하는 경우, 반도체 웨이퍼에 상당한 손상을 입힐 수도 있다.
전술한 내용의 관점에서, 액체 매니스커스를 한정하는데 공기 흐름의 이용을 피하는 다른 솔루션이 필요하다. 이와 관련하여, 본 발명의 실시형태들이 발생한다.
광범위하게 말하면, 본 발명은 공기 흐름의 이용 없이 반도체 웨이퍼에 공급된 액상 매체 (liquid medium) 의 한정 특성을 보존할 수 있는 세정 메커니즘을 제공함으로써 이들 필요성을 충족시킨다. 본 발명은, 프로세스, 장치, 또는 시스템을 포함하여 다수의 방법으로 구현될 수 있다. 본 발명의 여러 발명의 실시형태들이 이하에서 설명된다.
일 실시형태에서, 반도체 웨이퍼 상에 액상 매체 매니스커스를 물리적으로 한정하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 반도체 웨이퍼의 표면 상에 규정된 매니스커스의 포켓 안으로 액체 화학물질을 전달하는 단계를 포함한다. 매니스커스의 포켓은 제 1 화학적 헤드와 제 2 화학적 헤드 사이에 규정된다. 액체 화학물질은 제 1 및 제 2 화학적 헤드들 각각에 규정된 경사 유입 도관 (angled inlet conduit) 들을 통해 단일 페이즈 (single phase) 로 매니스커스의 포켓 안으로 전달된다. 단차의 높이가 액체 화학물질의 한정 특성을 보존하기에 충분하도록, 매니스커스의 포켓의 외측 주변부의 적어도 일부를 따라 단차가 규정된다. 액체 화학물질은 내측 회수 (return) 도관들을 통해 제거된다. 내측 회수 도관들은, 액체 화학물질이 단일 페이즈로 반도체 웨이퍼 표면으로부터 제거될 수도 있도록 매니스커스의 포켓 내의 제 1 및 제 2 화학적 헤드의 후미 에지에 규정된다.
다른 실시형태에서, 반도체 웨이퍼 상에 공급되는 액상 매체를 물리적으로 한정하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는, 반도체 웨이퍼의 상면 및 하면의 적어도 일부를 커버하도록 배치되는 제 1 및 제 2 화학적 헤드를 포함한다. 제 1 및 제 2 화학적 헤드들 각각은, 액체 화학물질을 단일 페이즈로 매니스커스의 포켓 안으로 전달하도록 각각의 화학적 헤드들의 선단 에지 (leading edge) 에서 경사 유입 도관을 포함한다. 매니스커스의 포켓은 화학적 헤드들에 의해 커버된 반도체 웨이퍼의 상면 및 하면의 일부 위에 규정된다. 매니스커스의 포켓은 매니스커스로서 반도체 웨이퍼의 표면에 공급되는 액체 화학물질을 수용 및 포함하도록 구성된다. 매니스커서의 포켓 내에 액체 화학물질의 매니스커스를 실질적으로 규정하도록, 제 1 및 제 2 화학적 헤드들의 선단 에지에서 매니스커스의 포켓의 외측 주변부를 따라 단차가 형성된다. 단차는 매니스커스의 포켓의 적어도 일부가 이 단차에 의해 커버되고, 단차의 높이는 매니스커스의 한정 특성을 보존하기에 충분하도록 규정된다. 내측 회수 도관은 각각의 화학적 헤드들의 후미 에지 (trailing edge) 에서 매니스커스의 포켓 내에 위치한다. 내측 회수 도관은 세정 프로세스 후에 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 단일 페이즈로 액체 화학물질을 제거하는데 사용된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 반도체 웨이퍼 상에 공급되는 액상 매체의 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 시스템이 제공된다. 이 시스템은 반도체 웨이퍼를 수용, 지지 및 축을 따라 이송시키기 위한 캐리어 메커니즘을 포함한다. 제 1 및 제 2 화학적 헤드는 반도체 웨이퍼의 상면 및 하면의 적어도 일부를 커버하도록 배치된다. 제 1 및 제 2 화학적 헤드는 화학적 세정 동안 제 1 및 제 2 화학적 헤드에 의해 공급된 액상 매체를 수용하도록 매니스커스의 포켓을 규정한다. 제 1 및 제 2 린스 헤드는 반도체 웨이퍼의 상면 및 하면의 적어도 일부를 커버하도록 배치된다. 제 1 및 제 2 린스 헤드는 화학적 세정 후에 반도체 웨이퍼의 표면을 실질적으로 린스하도록 린스 헤드들에 의해 커버된 웨이퍼의 일부 위에 규정된 매니스커스의 포켓 안으로 린스 화학물질을 제공하도록 구성된다. 제 1 화학적 헤드, 제 2 화학적 헤드, 제 1 린스 헤드 및 제 2 린스 헤드 각각은 매니스커스의 포켓 안으로 액체 또는 린스 화학물질 중 하나를 단일 페이즈로 전달하기 위한 경사 유입 도관을 포함한다. 경사 유입 도관은 대응하는 화학적 헤드 또는 린스 헤드의 선단 에지에서 매니스커스의 포켓 내에 위치한다. 매니스커스의 포켓 내에 액체 화학물질 및 린스 화학물질의 매니스커스를 실질적으로 규정하도록 대응하는 화학적 헤드 또는 린스 헤드의 선단 에지에서 매니스커스의 외측 주변부를 따라 단차가 형성된다. 이 단차는, 단차의 높이가 매니스커스의 한정 특성을 보존하기에 충분하도록 규정된다. 웨이퍼의 표면으로부터 액체 또는 린스 화학물질 중 하나를 제거하기 위한 내측 회수 도관은 화학적 헤드 및 린스 헤드 각각에 규정된다. 내측 회수 도관은, 액체 또는 린스 화학물질이 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 단일 페이즈로 제거될 수도 있도록 대응하는 화학적 또는 린스 헤드의 후미 에지에서 매니스커스의 포켓 내에 위치한다. 헤드들 각각에서의 경사 유입 도관은, 액체 화학물질 및 린스 화학물질이 단일 페이즈로 매니스커스의 포켓 안으로 전달될 수 있도록 단차와 가깝지만 단차로부터 이격되며, 매니스커스의 포켓을 향한다.
메커니즘을 이용하는 이점은 매니스커스를 포함하기 위한 실질적인 공기 흐름의 감소 또는 제거를 포함한다. 봉쇄 동안 공기 흐름을 제거하는 것은 다르게는 증발로 인해 손실되었던 액체 화학물질을 보존하는 것을 초래한다. 이 프로세스는 액체 매니스커스의 한정 및 다른 특징을 보존하기 위해 보다 단순한 튜닝을 허용한다. 액체 화학물질의 특징을 보존함으로써, 최적의 화학적 세정은 웨이퍼에 상당한 손상을 입히지 않고 달성될 수 있다. 또한, 메커니즘은 고가의 액체 화학물질의 재활용 및 재사용을 가능하게 하고, 이에 의해 더욱 비용 효율적이고 효과적인 세정 솔루션을 만든다.
본 발명의 다른 양태들 및 이점들은 본 발명의 원리들을 예시의 방식으로 나타내고, 첨부된 도면과 함께 취해지는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
본 발명은 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명에 의해 쉽게 이해될 것이다. 이 설명을 용이하게 하기 위해서, 동일한 참조 부호는 동일한 구조 엘리먼트를 나타낸다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에서 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 한정하는데 사용된 단순화된 화학적 헤드의 단면도를 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 다른 실시형태에서 액체 매니스커스를 한정하는데 사용된 한정 화학적 헤드의 각종 컴포넌트들의 단면도를 나타낸다.
도 2a 는 액체 매니스커스의 면에 수직하게 배치된 유입 도관을 갖는 화학적 헤드의 다른 실시형태를 나타낸다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에서 반도체 웨이퍼 상에 배치된 액체 매니스커스의 물리적 한정을 제공하는데 사용된 단순화된 린스 헤드의 단면도를 나타낸다.
도 3a 는 액체 매니스커스의 면에 수직하게 배치된 유입 도관을 갖는 린스 헤드의 다른 실시형태를 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에서 반도체 웨이퍼 상에 배치된 액체 매니스커스의 물리적 한정을 제공하는데 사용된 한정 린스 헤드의 각종 컴포넌트들의 단면도를 나타낸다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에서 매니스커스 곡면 (curvature) 상의 압력의 효과를 나타낸다.
도 6 은 본 발명의 일 실시형태에서 매니스커스 층에서의 압력 변동을 고려한 한정 벽 밖의 정확한 단차 높이를 나타낸다.
도 7 은 본 발명의 일 실시형태에서 반도체 웨이퍼 상에 공급되는 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 시스템의 단순화된 블록도를 나타낸다.
도 8 은 본 발명의 일 실시형태에서 반도체 웨이퍼 상에 공급되는 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 동작들의 흐름도를 나타낸다.
도 9 는 본 발명의 다른 실시형태에서 반도체 웨이퍼 상에 공급되는 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 동작들의 흐름도를 나타낸다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에서 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 한정하는데 사용된 단순화된 화학적 헤드의 단면도를 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 다른 실시형태에서 액체 매니스커스를 한정하는데 사용된 한정 화학적 헤드의 각종 컴포넌트들의 단면도를 나타낸다.
도 2a 는 액체 매니스커스의 면에 수직하게 배치된 유입 도관을 갖는 화학적 헤드의 다른 실시형태를 나타낸다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에서 반도체 웨이퍼 상에 배치된 액체 매니스커스의 물리적 한정을 제공하는데 사용된 단순화된 린스 헤드의 단면도를 나타낸다.
도 3a 는 액체 매니스커스의 면에 수직하게 배치된 유입 도관을 갖는 린스 헤드의 다른 실시형태를 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에서 반도체 웨이퍼 상에 배치된 액체 매니스커스의 물리적 한정을 제공하는데 사용된 한정 린스 헤드의 각종 컴포넌트들의 단면도를 나타낸다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에서 매니스커스 곡면 (curvature) 상의 압력의 효과를 나타낸다.
도 6 은 본 발명의 일 실시형태에서 매니스커스 층에서의 압력 변동을 고려한 한정 벽 밖의 정확한 단차 높이를 나타낸다.
도 7 은 본 발명의 일 실시형태에서 반도체 웨이퍼 상에 공급되는 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 시스템의 단순화된 블록도를 나타낸다.
도 8 은 본 발명의 일 실시형태에서 반도체 웨이퍼 상에 공급되는 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 동작들의 흐름도를 나타낸다.
도 9 는 본 발명의 다른 실시형태에서 반도체 웨이퍼 상에 공급되는 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 동작들의 흐름도를 나타낸다.
반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 효율적으로 한정하기 위한 여러 실시형태들이 설명된다. 그러나, 본 발명은 이들 특정 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있음이 당업자에게 자명하다. 다른 경우에서, 잘 알려진 프로세스 동작들은, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해서 상세히 설명되지 않는다.
본 발명의 실시형태들은 공기 흐름의 이용 없이 반도체 웨이퍼에 공급된 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 메커니즘을 제공한다. 메커니즘은 웨이퍼의 표면으로 액체 화학물질을 전달하기 위한 경사 유입 도관을 갖는 근접 디스펜스 헤드를 사용한다. 매니스커스의 포켓은 제 1 및 제 2 디스펜스 헤드에 노출된 웨이퍼의 적어도 일부분 상에 제 1 및 제 2 디스펜스 헤드에 의해 규정된다. 액체 화학물질을 전달하기 위한 경사 유입 도관은, 액체 화학물질이 매니스커스의 한정된 포켓 내에 단일 페이즈로 수용될 수 있도록 제 1 및 제 2 디스펜스 헤드 내에 규정된다. 매니스커스의 포켓의 외측 둘레 영역의 적어도 일부를 커버하는 단차 피처는, 단차의 높이가 액체 매니스커스의 한정 특성을 보존하기에 충분하도록 제 1 및 제 2 디스펜스 헤드들 각각에 규정된다. 제 1 및 제 2 디스펜스 헤드들은, 제 2 디스펜스 헤드에서의 매니스커스의 포켓에 인접하는 단차의 벽이 제 1 디스펜스 헤드에서의 매니스커스의 포켓에 인접하는 단차의 벽에 대하여 외측으로 연장되도록 오정렬된다. 매니스커스의 포켓으로부터 단일 페이즈로 액체 화학물질을 제거할 수 있도록, 제 1 및 제 2 디스펜스 헤드들의 후미 에지에서 매니스커스의 포켓 내에 내측 회수 도관이 규정된다.
본 발명의 실시형태들은, 액체 화학물질이 단일 페이즈로 도입 및 제거될 수도 있도록 웨이퍼 상에 공급된 액체 화학물질의 매니스커스를 한정하기 위해 효율적인 메커니즘을 제공한다. 메커니즘은 매니스커스를 한정하기 위해 공기의 흐름을 방지하고, 이와 함께 그렇지 않은 경우 액체 화학물질의 낭비를 초래하는 액체 화학물질을 오염시키거나 화학적으로 변경할 수도 있는 연관된 단점을 방지한다. 또한, 메커니즘은 공기 흐름에 노출될 때 증발로 인한 액체 화학물질의 임의의 손실을 또한 방지한다. 세정 프로세스에서 사용된 액상 매체가 고가이기 때문에, 액체 매니스커스의 재활용 및 재사용이 매우 바람직하다. 따라서, 단일 페이즈의 액상 매체를 도입 및 제거하고, 공기의 흐름의 이용을 방지함으로써, 본 발명의 실시형태들은 웨이퍼의 세정의 품질을 떨어뜨리지 않고 액상 매체를 보존하기 위한 방법을 제공한다. 보존된 액상 매체는 현재 또는 후속하는 세정 동작에서 재사용될 수 있고, 이것은 최적의 그리고 비용 효율적인 솔루션을 만든다.
반도체 웨이퍼 상에 공급되는 액체 매니스커스의 물리적 한정을 제공하기 위해 사용된 메커니즘의 상기의 일반적인 이해를 이용하여, 본 발명의 상이한 실시형태들은 각종 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에서 액체 화학물질을 디스펜싱 및 제거하기 위해 화학적 헤드를 사용하는 메커니즘의 단순한 블록도의 측면도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 메커니즘은 웨이퍼 (100) 의 상부 면 및 하면의 적어도 일부분을 커버하도록 위치한 제 1 화학적 헤드 (110) 및 제 2 화학적 헤드 (120) 를 포함한다. 제 1 화학적 헤드 (110) 및 제 2 화학적 헤드 (120) 에 의해 커버된 부분에서 매니스커스의 포켓 (130) 이 규정된다. 웨이퍼 (100) 는 캐리어 (미도시) 위에 배치되고, 축을 따라 이동된다. 웨이퍼 (100) 가 매니스커스의 포켓을 통과하여 슬라이드할 때, 매니스커스의 포켓은 2 개의 매니스커스로 스플릿되는데 하나의 매니스커스는 화학적 헤드들 (110, 120) 에 의해 커버된 웨이퍼의 상부 면의 일부를 커버하고 다른 매니스커스는 하부 면의 일부를 커버한다. 일단 웨이퍼 (100) 가 매니스커스 영역 밖으로 이동하면, 매니스커스의 포켓은 단일 매니스커스가 된다. 일 실시형태에서, 화학적 헤드들 (110 및 120) 은 근접 헤드들이다. 본 실시형태들은 근접 헤드에 제한되지 않고, 웨이퍼 (100) 의 적어도 일부를 커버하는 매니스커스의 포켓 (130) 을 생성할 수 있는 다른 유형의 헤드 또는 메커니즘을 포함할 수도 있다. 액체 화학물질과 같은 액상 매체는 세정 동작 동안 매니스커스의 포켓 (130) 안으로 도입된다. 매니스커스의 포켓 (130) 의 외측 둘레 상에서 제 1 및 제 2 화학적 헤드 각각에서 단차가 정의된다. 이 단차들 (118, 128) 은 매니스커스의 포켓에 대한 물리적 한정 벽으로서 작용하고, 이에 의해 매니스커스 구역을 한정 및 유지한다.
매니스커스에 노출된 웨이퍼 (100) 의 표면의 일부에 공급하기 위해 매니스커스의 포켓 안으로 액체 화학물질을 도입하기 위해 제 1 화학적 헤드 (110) 및 제 2 화학적 헤드 (120) 의 각각에 유입 도관이 규정된다. 일 실시형태에서, 유입 도관들 (112 및 122) 은 단지 매니스커스의 포켓 내의 매니스커스의 에지에 위치한다. 유입 도관들이 매니스커스의 에지에 위치하기 때문에, 유입 도관은 매니스커스의 평면에 수직한 각도에서 내측으로 향하여, 액체 화학물질은 단일 페이즈로 단차 (118, 128) 로부터 멀리 매니스커스의 포켓 (130) 안으로 바로 도입된다. 단일 페이즈 전달에 대한 더 많은 정보를 위해, 현 출원의 양수인에게 양도되어 있고 발명의 명칭이 "REMOVING BUBBLES FROM A FLUID FLOWING DOWN THROUGH A PLENUM" 으로 2008 년 8 월 19 일자로 출원된 미국 출원 제 12/194,308 호를 참조할 수 있다.
웨이퍼 입구 측에서, 액체 화학물질이 단차 (118, 128) 에 가까운 매니스커스의 포켓 안으로 전달되는 경우 최적의 매니스커스 한정이 획득된다. 단차에 가깝지만 단차로부터 벗어나 액체 화학물질을 전달하기 위해 경사 유입 도관들 (112, 122) 을 제공함으로써, 액체 화학물질 전달 흐름의 모멘텀은 물리적 한정 벽으로부터 멀리 있다. 이는, 액체 흐름 운동 에너지 및 관련된 압력 힘 (pressure force) 이 매니스커스 표면을 파괴하는 것을 방지하고, 따라서 매니스커스의 한정 특성을 유지한다.
단차 (118, 128) 는 매니스커스의 포켓을 완전히 또는 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 일 실시형태에서, 단차는 매니스커스의 포켓을 완전히 둘러싼다. 본 실시형태에서, 단일의 유입 도관 (112, 122) 및 단일의 내측 회수 도관 (114, 124) 은 각각 화학적 헤드들 (110, 120) 에 각각 규정된다. 다른 실시형태에서, 단차는 매니스커스의 포켓을 부분적으로 둘러싼다. 본 실시형태에서, 단차는 화학적 헤드들 (110, 120) 에 의해 형성된 매니스커스의 포켓 (130) 의 선단 에지에서 그리고 매니스커스의 포켓 (130) 의 측면들의 적어도 일부를 따라 웨이퍼 입구를 커버할 수도 있다. 본 실시형태에서, 제 1 및 제 2 화학적 헤드들 (110, 120) 각각에 규정된 유입 도관 (112, 122) 은 매니스커스의 포켓의 내측 에지를 따라 규정된 적어도 일렬의 유입 도관들 및 매니스커스의 포켓 (130) 의 후미 에지에서 내측 에지를 따른 적어도 일렬의 내측 회수 도관들을 포함한다. 일렬의 유입 도관들을 이용하여 액체 화학물질을 전달하고, 일렬의 내측 회수 도관들을 이용하여 액체 화학물질을 제거하면, 액체 화학물질을 전달 및 제거할 때 낮은 흐름 능력을 이용하면서 흐름 균일도를 유지하는 것이 가능하다. 이는 액체 화학물질의 비용 효율적인 애플리케이션을 초래한다.
화학적 헤드들 (110, 120) 내의 매니스커스의 포켓을 위한 물리적 한정 벽을 제공하는 것에 추가하여, 단차 (118, 128) 는, 단차 (118, 128) 의 높이가 액상 매체가 그 한정 특성을 분실하는 것을 방지하기에 충분하도록 설계된다. 액상 매체가 매니스커스의 포켓 안으로 전달될 때, 중력은 액상 매체 상에 작용하고, 액상 매체의 적어도 일부에 힘을 가하여 매니스커스의 포켓 밖으로 유출시키는 경향이 있다. 매니스커스의 포켓 밖으로 액체가 흐를 때, 액상 매체가 매니스커스의 포켓 밖에 형성된 액체의 층과 접촉하게 되면 그 한정된 매니스커스 형상을 분실할 수도 있다. 액체의 층은 통상적으로 임의의 수의 이유들로 인해 매니스커스의 포켓 밖의 단차의 상부면 상에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 도입 동안, 기판 및 기판을 이송시키는 캐리어가 매니스커스의 포켓으로 들어가거나 나올 때 매니스커스의 압력이 변동한다. 매니스커스 압력은 또한, 액체 화학물질 전달 및 내측 회수 흐름과 연관된 변동에 기초하여 변동할 수도 있다. 매니스커스 압력 변동의 결과로서, 매니스커스 곡률이 변동한다. 액체 화학물질의 확장된 표면을 갖는 예시적인 화학적 헤드가 도 5 에 도시된다. 매니스커스 곡률이 증가함에 따라, 510 으로 나타난 바와 같이, 표면은 더욱 볼록해진다. 결과적으로, 액체 화학물질은 피닝 코너 (pinning corner) 밖으로 확장된다. 액체 표면이 물리적 한정 벽 밖의 헤드의 임의의 표면을 터치할 때, 액체는 새로운 매니스커스 피닝 피처 (샤프한 코너) 에 도달될 때까지 물리적 한정 벽 밖의 모든 이들 표면을 적신다. 결과의 매니스커스는 단지 원하는 영역에서 여전히 한정될 수도 있다. 원하는 한정 벽으로부터 원하지 않는 확장된 매니스커스로의 매니스커스 점핑 프로세스는 점프를 활성화시키기 위해 필요한 에너지에 의해 조절된다. 이 에너지는 물리적 한정 벽 밖의 헤드의 지오메트리 및 액체 표면 텐션에 의존한다.
액상 매체가 그 매니스커스 한정 특성을 분실하는 것을 방지하기 위해서, 제 1 및 제 2 화학적 헤드 내의 매니스커스의 포켓 밖의 단차의 높이는, 매니스커스의 포켓 밖으로 흐르는 액상 매체가 단차의 상부면 상에 형성된 액체의 층과 인터페이스할 수 없도록 충분히 증가된다. 단차의 높이에서의 증가는 액체 매니스커스 및 화학적 헤드들 (110, 120) 과 연관된 하나 이상의 동작 제약들과 직접적으로 관련되고, 동작 제약들의 함수로서 정의된다. 동작 제약들은 플로우 레이트, 압력, 온도, 액상 매체의 화학적 조성, 웨이퍼의 표면에 대한 화학적 헤드 표면의 근접도, 및 화학적 헤드의 디멘전 (dimension) 중 하나 이상을 포함한다. 이들 동작 제약들은 동적이다 (dynamic). 예를 들어, 웨이퍼가 매니스커스의 포켓으로 들어가거나 나갈 때, 매니스커스의 압력은 변동한다. 결과적으로, 단차의 높이는, 최적의 매니스커스 봉쇄 (meniscus containment) 가 달성될 수도 있도록 하나 이상의 동작 제약들에서의 변동을 고려할 필요가 있다.
일 실시형태에서, 단차의 높이는, 액체 화학물질 3-페이즈 접촉 라인이 원하는 매니스커스 경계 라인 밖으로 점프한다는 가능성에 직접적으로 관련된다. 액상 매체의 동작 압력이 변동함에 따라, 단차 높이가 매우 낮다면 매니스커스는 한정될 수 없다. 동작 압력은 다른 제약 파라미터들 중 화학적 헤드 지오메트리, 웨이퍼 표면에 대한 헤드의 근접도 및 액상 매체의 플로우 레이트에 의존한다. 결과적으로, 단차의 높이는, 매니스커스가 실질적으로 한정될 수 있도록 증가된다. 일 실시형태에서, 한정 벽 밖의 단차 높이는 0.120" 보다 크도록 또는 약 3 mm 이도록 규정된다. 도 6 은 규정된 외측 한정 벽을 갖는 정확한 화학적 헤드 설계의 예를 나타낸다.
액체 화학물질의 이용을 최적화하기 위해서, 화학적 헤드들 (110, 120) 은 각각 매니스커스의 포켓 내에 규정된 내측 회수 도관들 (114, 124) 을 각각 포함한다. 내측 회수 도관들 (114, 124) 은, 액체 화학물질이 세정 동작 후에 단일 페이즈로 제거될 수도 있도록 화학적 헤드들 (110, 120) 의 후단에 위치한다. 내측 회수 도관들 (114, 124) 은, 단지 액체 화학물질이 내측 회수 도관을 통해 회수하도록 액체와 완전히 접촉하는 헤드의 영역에 위치한다. 내측 회수 도관들의 수 및 위치는 원하는 기능성 및 설계 따라 변할 수도 있다. 제거된 액체 화학물질은 후속하는 세정 동작에서 재사용될 수도 있다.
웨이퍼의 하면 상에 배치된 화학적 헤드 (120) 는 또한, 일시적인 비한정 (unconfinement) 동안 웨이퍼 표면으로부터 넘쳐흐를 수도 있는 임의의 액체 화학물질을 수용하기 위한 중력 드레인 (126) 을 포함한다. 일시적인 비한정은, 캐리어 및 웨이퍼 (100) 가 매니스커스의 포켓으로 들어가거나 나올 때 발생할 수도 있다. 이것이 발생하면, 매니스커스 압력이 일시적으로 증가하고, 잠재적으로 액체 화학물질 흘림 (spillage) 을 야기한다. 중력 드레인 (126) 은 화학적 헤드 (120) 의 선단 에지, 후미 에지 또는 선단 에지와 후미 에지 양자 모두에 위치할 수도 있다. 중력 드레인 (126) 에 수집된 액체 화학물질은 재사용될 수도 있고, 이에 의해 액체 화학물질을 최적으로 사용한다. 물리적 한정이 매니스커스 주변에 모두 제공되는 실시형태에서, 액체의 작은 흐름이 배수로 (gutter) 안으로 계속적으로 넘쳐흐른다. 이는 전달과 같은 설계에 의해 요구되고, 내측 회수 흐름은 정확하게 동일하게 될 수 없다. 매니스커스 영역이 액체로 항상 채워져 있는 것을 보장하기 위해서, 전달 흐름은 내측 회수 흐름보다 커진다. 일 실시형태에서, 전달 흐름은 내측 회수 흐름보다 약 100 ml/min 더 크다. 과잉 흐름은 배수로를 통해 회수되고, 재사용된다. 웨이퍼가 화학적 헤드들 (110, 120) 로부터 멀리 이동함에 따라, 액체 화학물질 (132) 의 층은 웨이퍼 상에 남을 수도 있다. 이 층은, 다른 오염물이 웨이퍼의 표면에 부착되는 것을 방지하고, 또는 너무 이른 건조를 방지하기 위해서 웨이퍼 상에 남을 수도 있다.
일 실시형태에서, 웨이퍼 (100) 의 상부 위에 배치된 화학적 헤드는 헤미-위킹 토포그래피 (hemi-wicking topography) 를 포함할 수도 있다. 이 토포그래피는 액체 화학물질에 의한 표면 젖음성을 강화시키기 위한 것이다. 예를 들어, 경사 유입 도관 (112) 과 내측 회수 도관 (114) 사이에서 웨이퍼 (100) 의 상부 위에 매니스커스의 포켓 내의 표면은 세정 프로세스를 향상시키도록 포켓 내의 액체 화학물질의 젖음성을 증가시키기 위한 헤미-위킹 표면 토로그래피를 가질 수도 있다. 헤미-위킹 표면 토포그래피에 대한 더 많은 정보를 위해, 발명이 명칭이 "MODIFICATION TO SURFACE TOPOGRAPHY OF PROXIMITY HEAD" 으로 현 출원의 양수인에게 양도되어 있는 2009 년 5 월 22 일자로 출원된 미국 출원 제 12/471,169 호를 참조할 수 있다.
액체 전달이 턴 오프된 후에, 매니스커스 영역 내의 상부 헤드와 하부 헤드 사이에 잔여 액체가 존재할 가능성이 있다. 웨이퍼가 프로세싱을 완료함에 따라, 웨이퍼는 웨이퍼 아웃풋에서 전달되고, 웨이퍼 캐리어는 웨이퍼 인풋 영역으로 돌아간다. 근접 헤드들을 통해 빈 캐리어가 뒤로 움직임에 따라, 캐리어 면의 레벨이 액체 화학물질의 레벨에 있으면, 헤드들 사이의 매니스커스 영역에 존재하는 임의의 남은 액체 화학물질은 캐리어 표면을 적실 수도 있다. 이는, 하부 헤드의 포켓이 최대 높이 보다 깊으면 방지될 수 있고, 액체 퍼들 (puddle) 이 평평한 표면 상에 있을 수 있다. 일 실시형태에서, 포켓 깊이는 표 1 에 제공된 조성식을 이용하여 계산될 수 있다. 조성식은 액체 화학물질의 공급과 연관된 각종 프로세스 파라미터들을 이용하여 획득된다. 계산에 기초하여, 일 실시형태에서 하부 헤드 포켓 깊이는 적어도 0.130" 또는 3.3 mm 이도록 설계된다. 이는, 가능하게는 헤드 포켓의 하부 상에 고여 있는 잔여 액체 화학물질이 캐리어 평면에 도달할 수 없는 것을 보장한다. 큰 포켓 깊이는 동일한 결과를 생성하지만, 매니스커스 체적에서 증가를 필요로 한다. 단어 기판 및 웨이퍼는, 반도체 디바이스들이 제조되는 재료를 의미하기 위해 상호 교환적으로 사용된다.
표 1:
여기서 e 는 평평한 표면 상의 액체 퍼들 (puddle) 의 높이이고, θE 는 헤드 재료 (PVDF) 에 대한 물의 평형 접촉각이고, κ-1 은 모세관 길이이고, 
는 표면 장력이고, ρ 는 밀도이며, g 는 중력 가속도이다.
* 20 ℃ 의 물에 있어서, e = 3.5mm (0.138"). 측정된 높이: 0.130"
* 80 ℃ 의 물에 있어서, e = 3.1mm (0.123")
하부 헤드 포켓 깊이: 0.130"
웨이퍼 (100) 의 상부 및 하면에 배치된 화학적 헤드들 (110, 120) 각각에서 매니스커스의 포켓에 인접한 단차의 벽은 매니스커스를 더 잘 한정하기 위해 서로로부터 오프셋된다. 중력을 무시하면, 매니스커스 표면은 원의 단면으로 설명된다. 매니스커스에서의 과도한 압력의 존재 시에, 액체 표면은 볼록하며, 매니스커스의 일부는 매니스커스 한정 벽 밖에 있다. 매니스커스 표면 에 대한 중력을 고려하면, 액체의 무게는, 배수로로의 액체의 누출을 유도하는, 표면 장력이 유지될 수 있는 것 보다 큰 매니스커스 표면 상의 압력을 유도한다. 상부 단차 벽에 대하여 물리적 한정을 규정하는 하부 단차 벽의 위치를 오프셋함으로써, 배수로로의 액체 누출의 가능성을 감소시키는, 액체의 무게에 의해 유도된 힘의 균형을 잡도록 푸팅 (footing) 이 제공될 수 있다. 유망한 결과를 보였던 오프셋은 약 0.030" 또는 약 0.7 mm 과 약 0.25" 또는 약 6 mm 사이이다. 이 설계는 하부 화학적 헤드 (120) 가 상부 화학적 벽 (110) 보다 넓도록 한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에서, 웨이퍼 상에 공급된 액체 매니스커스의 물리적 한정에서 유망한 결과를 나타내었던, 예시적인 화학적 헤드들 (110, 120) 의 오프셋 측정 및 각종 컴포넌트 피처들을 나타낸다. 매니스커스의 포켓 (130) 은 제 1 화학적 헤드 (110) 와 제 2 화학적 헤드 (120) 사이에 형성된다. 웨이퍼가 화학적 헤드들 (110, 120) 아래에서 이동할 때, 매니스커스 포켓 (130) 은 웨이퍼의 적어도 일부를 커버한다. 매니스커스 포켓의 폭은 화학적 헤드들 (110, 120) 의 지오메트리로 변할 수 있다. 일 실시형태에서, 화학적 헤드들에 의해 규정된 매니스커스의 포켓은 웨이퍼의 폭을 커버할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 매니스커스 포켓은 기판의 상부 및 하부 면의 단지 일부를 커버할 수도 있다. 도 2 에 도시된 실시형태에서, 매니스커스 포켓의 폭은 약 38 mm 이다. 단차 (118, 128) 는 제 1 및 제 2 화학적 헤드들 (110, 120) 각각의 선단 에지에서 매니스커스 포켓 (130) 의 외측 주변부의 적어도 일부를 따라 규정된다. 단차의 높이는 실증적으로 규정되고, 매니스커스 내의 액체 화학물질의 봉쇄 특징을 보존하기에 충분하다.
다른 실시형태에서, 매니스커스 한정 영역 밖의 단차 벽의 높이는 그 안에 한정된 매니스커스의 동작 압력에 의존한다. 매니스커스의 동작 압력은, 또한, 다른 파라미터 제약들 중에서 화학적 헤드의 지오메트리, 웨이퍼의 표면에 대한 화학적 헤드의 근접도, 및 액체 화학물질 흐름을 포함하는 하나 이상의 파라미터들에 의존할 수도 있다. 약 2 cm 의 매니스커스 폭, 최적의 웨이퍼 갭이 약 1 mm 인 약 0.3 mm 와 약 2 mm 사이의 화학적 헤드-웨이퍼 갭; 및 약 0.5 liters/min 와 약 3 liters/min 사이의 액체 화학물질 흐름을 이용하면, 매니스커스를 성공적으로 한정하기 위한 매니스커스 영역 밖의 단차의 높이는 약 3 mm 보다 크도록 요구되었다. 헤드-헤드 갭은 웨이퍼 및 캐리어 두께 및 헤드-웨이퍼 갭에 의해 좌우된다. 유망한 결과를 나타내었던 헤드-헤드 갭은 동작 갭이 약 3 mm 인 약 2.3 mm 와 5 mm 사이이다. 또한, 매니스커스의 최적의 한정은, 매니스커스 영역 밖의 단차 (118, 128) 의 최소 높이가 약 3 mm 일 때 가능한 것으로 발견된다. 동작 제약들에 기초하여, 매니스커스 포켓 밖의 단차 벽의 높이가 약 0.150 인치 또는 약 3.75 mm 일 때 최적의 봉쇄가 달성된다. 유망한 결과를 나타내었던 제 1 및 제 2 화학적 헤드의 단차 피처 사이의 갭에 의해 규정된 동작 갭은 약 3 mm 이다. 동작 갭은 표면 에너지에 의존하고, 표면 에너지는 웨이퍼에 공급될 때 액체 화학물질의 온도 및 액체 화학물질 조성의 함수이다.
일 실시형태에서, 경사 유입 도관들 (112, 122) 이 화학적 헤드들 (110, 120) 내에 규정되고 단차에 가까운 매니스커스의 포켓 (130) 의 외측 에지 안에 위치한다. 유입 도관들의 구성 및 위치에서의 변화는 도 1 을 참조하여 광범위하게 논의되었다. 경사 유입 도관들은 단차 벽으로부터 멀리 떨어지고, 액체 화학물질을 단일 페이즈로 매니스커스 포켓 (130) 안으로 전달하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 유입 도관들 (112, 122) 은 매니스커스 수직면 (plane normal) 에 대해 약 20°로 경사져있다. 경사진 전달은 모멘텀을 제공하여 액체 화학물질을 단차 벽으로부터 멀리 이동시키고, 이에 의해 매니스커스의 봉쇄 (containment) 특징이 실질적으로 보존되는 것을 보장한다. 단차 (118, 128) 의 벽에 가깝도록 유입 도관들을 규정함으로써, 매니스커스 한정 경계는 가능한한 포켓 경계에 가까이 확립될 수 있다. 따라서, 매니스커스 경계는 물리적 한정 벽에 의해 규정된다. 전달 및 내측 회수 도관들은, 액체의 균일한 조성을 유지하기 위해 액체 화학물질이 재순환하는 체적을 최대화하도록 이격된다. 매니스커스의 포켓에 인접한 단차 (118, 128) 의 벽들은, 하부 화학적 헤드의 단차 (128) 가 상부 화학적 헤드의 단차 (118) 의 벽에 대하여 매니스커스의 외측으로 연장되도록 서로 오프셋된다. 단차들 (118, 128) 의 벽들 간의 최적의 오프셋은, 최적의 오프셋이 약 0.05" 또는 약 1.25 mm 인 약 0.8 mm 내지 약 6 mm 사이이다. 오프셋으로 인해, 하부 화학적 헤드는 상부 화학적 헤드보다 물리적으로 넓다. 웨이퍼에 공급된 액체 화학물질의 오버플로우를 수용하기 위해서 하부 헤드 (120) 의 선단 에지 및 후미 에지 양자 모두에 배수로 (126) 가 규정된다.
일 실시형태에서, 매니스커스에 노출된 웨이퍼 (100) 의 표면의 일부에 공급을 위해 매니스커스의 포켓 안으로 액체 화학물질을 도입시키도록 추가의 유입 도관들이 제공될 수도 있다. 추가의 유입 도관들은 한정된 매니스커스 경계 내의 어딘가에 위치할 수도 있다. 추가의 유입 도관들이 선단 또는 후미 에지가 아닌 매니스커스의 경계 내에 위치하기 때문에, 도관들은 반드시 각질 필요는 없다. 대신에, 도관들은, 액체 화학물질이 단일 페이즈로 액체 벌크 안으로 직접 도입될 수도 있도록 매니스커스의 면에 수직하게 배치될 수도 있다. 예시적인 추가의 유입 도관 (112-a) 이 도 2a 에 도시되며, 도 2a 는 기판 (100) 의 표면으로 액체 화학물질을 전달하는데 사용된 화학적 헤드의 다른 실시형태를 나타낸다. 액체 화학물질 전달 흐름의 모멘텀은 매니스커스 내의 액체 화학물질의 흐름에 따라 있고, 이에 의해 매니스커스 한정 벽을 유지한다.
내측 회수 도관이 상부 화학적 헤드 (110) 및 하부 화학적 헤드 (120) 각각에 규정된다. 내측 회수 도관들 (114, 124) 은, 액체 화학물질이 단일 페이즈로 제거될 수도 있도록 화학적 헤드들 (110, 120) 의 후미 에지에 위치하고, 매니스커스 포켓 (120) 내에 위치한다. 내측 회수 도관들은 도 2 에 도시된 바와 같이 각이질 수도 있고 (내측 회수 도관 (114)), 또는 일직선일 수도 있다 (내측 회수 도관 (214)). 다른 실시형태에서, 다수의 내측 회수 도관들은 상부 화학적 헤드 (110) 및 하부 화학적 헤드 (120) 각각에 규정된다. 다수의 내측 회수 도관들은, 액체 화학물질이 단일 페이즈로 제거되도록 매니스커스 포켓 (130) 내에 위치한다. 도 2a 는 2 줄의 내측 회수 도관들이 존재하는 그러한 일 실시형태를 나타낸다. 하부 화학적 헤드 (120) 에 형성된 매니스커스 포켓은 위에 남겨지고 고여있는 임의의 액체 화학물질이 웨이퍼를 이송하는 캐리어를 적시는 것을 방지하도록 추가로 깊을 수도 있다. 일 실시형태에서, 유망한 결과를 보였던 하부 화학적 헤드 (120) 의 매니스커스 포켓의 깊이는 약 0.130" 또는 약 3.25 mm 이다.
단일 페이즈 전달 및 단일 페이즈 회수를 이용하면, 공기 흐름이 전달 네트워크로부터 제거되고, 이것과 함께 공기 흐름과 연관된 단점이 제거된다. 공기 흐름과 연관된 단점들 중 하나는 제어되지 않은 증발을 포함한다. 제어되지 않은 증발은 실질적인 액체 화학물질 손실을 초래한다. 세정 프로세스에서 사용된 몇몇 액체 화학물질은 고가이기 때문에, 액체 화학물질 손실은 웨이퍼를 세정하는 비용을 추가시킨다. 다른 단점은, 캐비테이션 (cavitation) 을 초래할 수도 있는 액상 매체 안으로의 버블 도입이다. 제어되지 않은 캐비테이션은 공기 흐름의 이용을 매우 바람직하지 않게 만드는 웨이퍼 상에 형성된 피처들을 손상시킬 수도 있다. 전달 시에 공기 버블의 다른 단점은, 액체 화학물질에 의한 웨이퍼 표면의 젖음을 방해하는, 공기 버블이 웨이퍼-액체 계면에 그들 자체를 위치시킬 수 있기 때문에 불균일한 화학적 노출을 포함하고, 제어되지 않은 3-페이즈 (고체 (웨이퍼)- 액체-공기) 계면이 건조 마크를 도입할 수 있기 때문에 높은 입자 수 및 입자 스트리킹 (streaking) 을 포함하는 건조 문제를 포함한다.
제 1 및 제 2 화학적 헤드에 추가하여, 화학적 세정 후에 웨이퍼의 표면을 린스하기 위해서 린스 헤드들이 사용될 수도 있다. 도 3 은 화학적 세정 후에 웨이퍼를 린스하는데 사용된 린스 헤드들의 쌍의 간략화된 블록도의 측면도를 나타낸다. 화학적 세정 후에, 웨이퍼는 제 1 린스 헤드 (210) 및 제 2 린스 헤드 (220) 아래에서 이동된다. 웨이퍼 (100) 가 화학적 헤드들 (110, 120) 아래로부터 린스 헤드들 (210, 220) 아래로 이동됨에 따라, 웨이퍼 (100) 는 화학적 세정으로부터 남겨지는 액체 화학물질 (132) 의 층에 의해 커버된다. 린스 헤드들 (210, 220) 은 웨이퍼 표면의 상면 및 하면의 적어도 일부를 커버하도록 배치되고, 웨이퍼 (100) 의 적어도 일부 위에 매니스커스의 포켓 (230) 을 규정한다. 제 2 린스 헤드 (220) 에 의해 규정된 매니스커스 포켓 (230) 의 일부는 제 1 린스 헤드 (210) 에 의해 규정된 것보다 깊을 수도 있다. 이것은, 매니스커스의 특징이 실질적으로 보존되도록 린스 화학적 매니스커스의 물리적 한정을 제공하기 위한 것이다.
일 실시형태에서, 린스 헤드에는 매니스커스 포켓 (230) 안으로 린스 화학물질을 도입시키도록 구성되는 경사 유입 도관들 (212, 222) 이 구비된다. 경사 유입 도관들은, 린스 화학물질을 단일 페이즈로 직접 매니스커스 포켓 (230) 안으로 도입시키도록 매니스커스 포켓 (230) 의 주변부 내에, 그리고 제 1 및 제 2 린스 헤드들 (210, 220) 의 선단 에지에 위치한다. 다른 실시형태에서, 경사 유입 도관들에 추가하여, 린스 헤드들은 매니스커스 포켓 내에 배치된 추가의 유입 도관들 (212-a) 을 포함할 수도 있다. 이들 추가의 유입 도관들 (212-a) 은 매니스커스 포켓 안에 배치되고, 이 추가의 유입 도관들은 비스듬히 제공될 필요가 없다. 대신에, 추가의 유입 도관들은 매니스커스 포켓 내의 매니스커스의 면에 수직하게 제공된다. 매니스커스의 면에 수직하게 배치된 추가의 유입 도관 (212-a) 을 갖는 예시적인 린스 헤드가 도 3a 에 도시된다. 화학적 헤드를 참조하여 설명된 단차와 유사한 단차 (218, 228) 가 제 1 및 제 2 린스 헤드들 (210, 220) 각각에 규정된다. 단차들 (218, 228) 은 린스 헤드들 (210, 220) 의 선단 에지에서 매니스커스 포켓 (230) 의 외측 주변부의 적어도 일부를 따라 규정된다. 단차는 린스 헤드들 사이에 규정된 매니스커스 포켓 (230) 의 경계들 내에 매니스커스의 물리적 한정을 제공한다. 린스 헤드들 (210, 220) 각각에서 단차의 벽의 높이는, 매니스커스의 특징이 실질적으로 보존되는 것을 보장하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 린스 헤드들에서 매니스커스 포켓 (230) 에 인접한 단차들 (218, 228) 의 벽들은, 하부 린스 헤드 (220) 에서의 단차 (228) 의 벽이 상부 린스 헤드 (210) 에서의 단차 (218) 의 벽에 대하여 매니스커스의 외측에 배치되도록 오프셋된다. 이것은, 매니스커스 포켓 (230) 의 매니스커스 내에서 발견된 매니스커스 내부 압력의 임의의 비대칭의 균형을 잡기 위한 것이다. 일 실시형태에서, 하부 헤드 및 상부 헤드에서의 단차들의 벽들 간의 오프셋은 도 1 의 화학적 헤드들을 참조하여 논의된 것과 유사하다.
일 실시형태에서, 린스 사이클 동안 린스 화학물질을 제거하기 위해 린스 헤드들 (210, 220) 각각에 내측 회수 도관이 규정된다. 내측 회수 도관들 (214, 224) 은, 린스 화학물질이 단일 페이즈로 제거될 수도 있도록 매니스커스의 포켓 (230) 내에서 린스 헤드들의 후미 에지에 위치한다. 내측 회수 도관들 (214, 224) 은 각지게 배치될 수도 있고, 또는 똑바로 배치될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 다수의 내측 회수 도관들이 린스 헤드들 (210, 220) 각각에 제공되어, 린스 화학물질을 제거한다. 도 3a 는 2 개의 내측 회수를 갖는 그러한 일 예를 나타낸다. 내측 회수 도관들은 후미에 위치할 필요는 없지만, 단일 페이즈로 린스 화학물질의 제거를 보장하도록 유입 도관 뒤에 매니스커스 포켓 내의 어딘가에 위치할 수 있다. 단일 페이즈 회수를 인에이블하는 내측 회수 도관들 (214, 224) 에 추가하여, 린스 헤드들 (210, 220) 은 린스 화학물질이 2 페이즈로 제거될 수도 있도록 매니스커스 포켓 (230) 의 주변부에 배치된 외측 회수 도관들 (232, 234) 을 포함할 수도 있다. 2 페이즈의 외측 회수 도관들 (232, 234) 부근의 매니스커스는 대기나 웨이퍼 표면에 공급된 다른 화학물질에 노출될 수도 있다. 일 실시형태에서, 질소 및/또는 이소프로필 알콜 (IPA) 증기의 흐름이 매니스커스 포켓 (230) 의 주변부에 도입될 수도 있다. 질소/IPA 증기는 건조 사이클 동안 도입될 수도 있고, 린스 사이클 후에 웨이퍼를 건조시키기 위한 건조제로서 작용할 수도 있다. 외측 회수 도관들 (232, 234) 은 린스/건조 사이클 후에 2 페이즈로 질소/IPA 증기와 함께 린스 화학물질을 제거한다.
일 실시형태에서, 하부 린스 헤드 (220) 는 또한, 선단 에지를 따라 중력 드레인 (226) 을 포함할 수도 있다. 도 4 는 웨이퍼 표면에서 액체 매니스커스의 물리적 한정에 사용되는 각종 컴포넌트 피처들을 나타낸다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 중력 드레인 (226) 은 린스 프로세스 동안 매니스커스 포켓 (230) 밖으로 흐를 수도 있는 임의의 액체 화학물질 및 린스 화학물질을 수집하도록 사용될 수도 있다. 린스 헤드에서의 중력 드레인 (226) 의 기능은 도 1 및 도 2 의 화학적 헤드에 제공된 중력 드레인 (126) 과 성질면에서 유사하다. 중력 드레인 (226) 의 위치는 예시적이며, 제한으로서 해석되지 않는다. 결과적으로, 선단 에지에서의 중력 드레인 (226) 에 추가하여, 제 2 중력 드레인이 하부 린스 헤드 (220) 의 후미 에지에 제공되어 린스 화학물질을 수집할 수도 있다. 웨이퍼는 린스 헤드들 (210, 220) 을 통과하여 이동하고, 실질적으로 깨끗하고, 화학물질이 없으며 건조되어 나온다.
전술된 실시형태들에 설명된 화학적 헤드들은 적어도 70 ℃ 까지 화학물질의 공급을 인에이블한다. 액체 화학물질은 종종, 일반적으로 상온 위의 온도에서 공급된다. 화학적 세정에 사용되는 종래의 화학적 헤드들은 보다 높은 온도에서 화학물질의 공급 동안 자연스럽게 발달하는 정적인 온도 구배에 의해 야기된 변형으로 인해 상온 위의 온도에서 동작할 수 없다. 반면에, 본 실시형태들에서 사용된 화학적 헤드들은 보다 효율적인 세정을 위해 정적인 온도 구배를 극복할 수 있고, 이에 의해 화학적 헤드를 보다 효율적으로 설계한다.
본 발명의 실시형태들은 액체 화학물질을 디스펜싱 및 제거하도록 사용되는 화학적 헤드들 및 린스 화학물질을 디스펜싱 및 제거하도록 사용되는 린스 헤드들의 시스템에 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 화학적 헤드들 및 린스 헤드들에 추가하여 건조 헤드가 사용될 수도 있다. 건조 헤드는 린스 헤드 (210) 의 구조와 유사하고, 세정 및 린스와 같은 이전 동작들로부터 기판의 표면 상에 남겨진 임의의 액체 화학물질을 제거하는데 사용된다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 건조 헤드는 기판 표면의 세정 동안 린스 헤드 대신에 사용될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 웨이퍼 표면에 공급된 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 시스템은 종래의 공기 엔트레인먼트 (entrainment) 린스 헤드와 쌍을 이루는 화학적 헤드를 포함한다. 화학적 헤드는 기판을 세정하기 위한 세정 화학물질을 제공하고, 린스 헤드는 세정 동작 후에 기판을 린스할 수 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 각종 컴포넌트들은 웨이퍼 (기판) 표면에 공급된 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 각종 구성에서 사용될 수 있다. 본원에 설명된 실시형태들은 예시적이며, 제한하는 것으로 고려되지 않는다. 각종 컴포넌트들을 갖는 다른 구성들이 실현 가능하다.
도 7 은 본 발명의 일 실시형태에서 웨이퍼 표면에 공급된 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 시스템을 나타낸다. 시스템은 화학적 헤드들 (110, 120) 의 쌍을 포함하여 제조 동작 후에 웨이퍼를 세정하고, 린스 헤드들 (210, 220) 의 쌍을 포함하여 화학적 세정 후에 웨이퍼를 린스한다. 화학적 헤드들 (110, 120) 및 린스 헤드들 (210, 220) 의 배향 및 쌍들의 수는 예시적이며, 제한적인 것으로 고려되지 않는다. 임의의 수의 화학적 헤드들의 쌍 및 린스 헤드들의 쌍은, 본 발명의 기능성이 유지되는 한 임의의 배향에서 사용될 수도 있다. 시스템에서 화학적 헤드들 및 린스 헤드들의 컴포넌트들은 도 2 내지 도 5 를 참조하여 초기에 설명되었던 것들과 유사하다. 시스템은, 면을 따라 웨이퍼를 수용, 홀딩 및 이송시키는 웨이퍼 캐리어 메커니즘을 포함한다. 캐리어 메커니즘은 종래에 잘 알려진 임의의 캐리어 메커니즘일 수 있고, 또는 현재 캐리어 메커니즘의 기능을 제공하는 임의의 다른 캐리어 메커니즘일 수 있다. 제 1 및 제 2 화학적 헤드는, 웨이퍼가 축을 따라 이동함에 따라 웨이퍼의 상부 및 하면의 적어도 일부를 커버하도록 배치된다. 제 1 및 제 2 화학적 헤드는 매니스커스의 포켓을 규정하고, 화학적 세정 동안 매니스커스의 포켓 안으로 액체 화학물질이 전달될 수도 있다. 웨이퍼가 화학적 헤드 아래에서 매니스커스의 포켓을 통과하여 이동함에 따라 매니스커스의 포켓은 매니스커스의 층을 제공하여 제 1 및 제 2 화학적 헤드에 노출된 웨이퍼의 상부 및 하면의 일부를 커버한다.
매니스커스 포켓 안으로 단일 페이즈 액체 화학물질을 도입시키도록 매니스커스 포켓의 주변부 안의 제 1 및 제 2 화학적 헤드의 선단 에지에 경사 유입 도관들이 제공된다. 내측 회수 도관은, 단일 페이즈로 액체 화학물질을 제거하도록 화학적 헤드들의 후미 에지에 제공된다. 유입 도관 및 내측 회수 도관의 위치는 예시적이며, 제한적인 것으로 고려되지 않는다. 유입 도관 및 내측 회수 도관은, 이들이 각각의 기능성을 유지하는 한 매니스커스 포켓 내의 어딘가에 위치할 수 있다. 포켓 내에 매니스커스를 실질적으로 한정하는 매니스커스에 대한 물리적 장벽으로서 작용하도록 매니스커스 포켓의 외측 주변부의 적어도 일부를 따라 단차가 규정된다. 단차의 높이는, 매니스커스의 한정 특성을 보장하기에 충분하도록 규정된다. 제 1 및 제 2 화학적 헤드에서 매니스커스 포켓에 인접한 단차들의 벽들은, 하부 헤드에서의 단차의 벽이 매니스커스의 내부 압력과 연관된 임의의 비대칭의 균형을 잡도록 상부 헤드에서의 단차의 벽에 대하여 외측으로 연장되도록 구성된다. 하나 이상의 중력 드레인들은 매니스커스 포켓 밖으로 흐르는 액체 화학물질을 캡처하도록 화학적 헤드의 선단 에지, 후미 에지 중 어느 하나, 또는 선단 에지 및 후미 에지 양자 모두에 배치된다. 캡처된 액상 매체는 현재 세정 또는 후속하는 세정 프로세스 동안 재사용될 수 있다.
린스 헤드들 (210, 220) 은, 린스 헤드들이 린스 화학물질을 매니스커스 포켓 안으로 전달하도록 구성되는 것을 제외하고 화학적 헤드들과 구조면에서 유사하다. 린스 헤드는 경사 유입 도관들, 내측 회수 도관들, 린스 헤드들의 선단 및/또는 후미 에지에서의 중력 드레인, 매니스커스를 안에 한정하기 위해 매니스커스 포켓의 하나 이상의 벽들을 따라 형성된 단차들을 포함한다. 전술된 컴포넌트들에 추가하여, 린스 헤드들은 매니스커스 포켓의 외측 주변부에 외측 회수 도관을 포함한다. 외측 회수 도관은 2 페이즈로 린스 화학물질을 수집할 수 있다. 외측 회수 도관 부근의 매니스커스 포켓의 외측 주변부에서, 린스 화학물질은 웨이퍼의 표면에 공급된 외기 (ambient air) 또는 다른 화학물질에 노출될 수도 있다. 다른 화학물질과 함께 린스 화학물질은 외측 회수 도관에 의해 제거된다. 본 실시형태에서, 회수된 린스 화학물질은 화학적 조성의 변화를 초래하는 다른 화학물질과 혼합될 수도 있기 때문에 재사용될 수 없다. 결과적으로, 외측 회수 도관에 의해 수집된 린스 화학물질은 폐기된다. 일 실시형태에서, 린스 헤드는, 웨이퍼를 실질적으로 건조시키기 위해서 린스 동작 후에 질소 및/또는 이소프로필 알콜 (IPA) 과 같은 건조제를 웨이퍼의 표면에 공급함으로써 건조 동작을 수행하도록 구성될 수도 있다. 외측 회수 도관은, 린스 및 건조 동작 후에 건조제 및 린스 화학물질을 제거한다.
캐리어는, 웨이퍼의 표면이 웨이퍼의 실질적인 세정을 위해 각종 화학물질에 충분히 노출될 수도 있도록 시스템을 통과하여 웨이퍼를 천천히 이동시킨다. 웨이퍼가 화학적 헤드를 통해 이동함에 따라, 웨이퍼는 한정된 액체 화학물질에 의해 포커싱된 세정을 경험한다. 웨이퍼가 화학적 헤드 아래로부터 밖으로 나올 때, 액체 화학물질의 층이 웨이퍼 표면 상에 남겨질 수도 있다. 이 층은 임의의 다른 이유로 또는 너무 이른 건조를 방지하기 위해 웨이퍼 표면에 다른 오염물이 부착되는 것을 방지하도록 뒤에 남겨질 수도 있다. 웨이퍼가 린스 헤드를 통과하여 이동하거나 린스 헤드 아래에서 밖으로 나갈 때, 액체 화학물질은 임의의 다른 나머지 화학물질과 함께 제거된다. 린스 헤드가 건조제를 제공하도록 구성되는 경우, 나가는 웨이퍼는 실질적으로 건조된다. 최적의 세정 및 건조를 위해 화학적 헤드 및 린스 헤드 각각 아래의 웨이퍼에 대한 노출 시간은 오염물의 양 및 원하는 세정 수준에 의존할 수도 있다. 일 실시형태에서, 도 7 의 엘리먼트 505 로 도시된 바와 같이, 노출 시간은 매니스커스의 포켓의 폭 + 화학적 매니스커스와 린스 매니스커스 간의 거리 및 웨이퍼 속도의 함수로서 규정된다. 매니스커스의 폭, 화학적 매니스커스와 린스 매니스커스 간의 거리 및 웨이퍼 속도는 최적으로 세정한 웨이퍼를 제공하도록 조정될 수도 있다.
일 실시형태에서, 린스 헤드는 화학적 헤드와 통합될 수도 있다. 본 실시형태에서, 화학적 헤드는 액체 화학물질 재활용을 허용하기 위해 린스 화학물질 매니스커스와 별개로 액체 화학물질 매니스커스를 유지하도록 구성될 수도 있다. 재활용된 액체 화학물질은 현재의 세정 동안 또는 후속의 세정 프로세스에서 재사용될 수도 있고, 따라서 고가의 액체 화학물질을 최적으로 사용한다. 다른 실시형태에서, 린스 헤드는 화학적 헤드와 구별될 수도 있다. 화학적 헤드 및 린스 헤드를 구별함으로써, 린스 화학물질의 동작 제약들과 상이할 수도 있는 동작 제약들을 이용하여 액체 화학물질을 공급하는 것이 가능하다. 예를 들어, 웨이퍼는 뜨거운 액체 화학물질 및 차가운 린스 화학물질로 처리될 수도 있다. 또한, 화학적 헤드와 린스 헤드를 구별함으로써, 화학적 헤드 또는 린스 헤드에 대한 임의의 구성 변화는 다른 헤드들의 구성에 영향을 주지 않고 개별적으로 획득될 수도 있다. 전술된 실시형태들은 더욱 포커싱된 웨이퍼 세정 동작이 달성될 수 있도록 액체 매니스커스의 실질적인 한정을 제공한다.
각종 실시형태들의 상기의 상세한 설명을 이용하여, 웨이퍼 상에 공급된 액상 매체의 매니스커스를 물리적으로 한정하는 방법이 도 8 을 참조하여 논의될 것이다. 도 8 은 본 발명의 일 실시형태에서 액상 매체의 매니스커스의 물리적 한정에 포함된 각종 동작들을 나타낸다. 방법은 610 에서 시작하고, 여기서 액체 화학물질이 유입 도관을 통해 반도체 웨이퍼에 공급된다. 화학적 헤드 아래에서 이동하는 웨이퍼의 상면 및 하면의 적어도 일부를 실질적으로 커버하기 위한 화학적 헤드들의 쌍에 의해 매니스커스의 포켓이 규정된다. 액체 화학물질이 단일 페이즈의 매니스커스 포켓 안으로 도입될 수 있도록 매니스커스 포켓의 주변부 내의 화학적 헤드의 선단 에지에서 경사 유입 도관이 규정된다. 액체 화학물질 매니스커스의 한정 특성은, 동작 620 에 나타난 바와 같이, 매니스커스 포켓의 외측 주변부의 적어도 일부를 커버하는 선단 에지를 따라 규정된 단차에 의해 보존된다. 매니스커스 포켓 밖의 단차의 높이는, 액상 매체의 한정 특성이 보존되도록 화학적 헤드 및 액상 매체과 연관된 하나 이상의 동작 제약들에 기초하여 규정된다. 또한, 화학적 헤드에서 단차의 벽은, 매니스커스 내부 압력에서의 임의의 비대칭이 균형을 잡도록 하부 화학적 헤드의 단차의 벽이 상부 화학적 헤드의 단차의 벽에 대하여 매니스커스의 외측으로 연장되도록 설계된다. 동작 630 에 나타난 바와 같이, 매니스커스 포켓에 의해 커버된 웨이퍼의 표면의 일부는 최적의 세정을 위해 액체 화학물질에 충분히 노출되고, 액체 화학물질은 단일 페이즈로 내측 회수 도관을 통해 제거된다. 내측 회수 도관은, 액상 매체가 단일 페이즈로 회수될 수도 있도록 매니스커스의 포켓 내의 화학적 헤드의 후미 에지에 규정된다. 액상 매체에 대해 단일 페이즈의 전달 및 회수를 제공함으로써, 액상 매체는 후속하는 세정 동작에서 재사용될 수 있고, 이에 의해 액상 매체를 최적으로 사용한다. 단일 페이즈로 액체 화학물질을 도입시키고, 한정 특성을 보존하며, 단일 페이즈로 액체 화학물질을 제거하는 프로세스는 후속하는 웨이퍼들에 대해 계속될 수도 있다.
도 9 는 본 발명의 다른 실시형태에서, 웨이퍼의 표면 위에 공급된 액체 화학물질 매니스커스를 한정하는 프로세스 동작들을 나타낸다. 동작 710 에서 나타난 바와 같이, 프로세스는 제 1 화학적 헤드와 제 2 화학적 헤드 사이에 매니스커스의 포켓을 규정하는 것으로 시작한다. 매니스커스 포켓은, 제 1 및 제 2 화학적 헤드 아래에서 이동하는 반도체 웨이퍼의 상면 및 하면의 적어도 일부를 커버하도록 규정된다. 매니스커스 포켓의 폭은 화학적 헤드의 지오메트리에 기초하여 규정될 수도 있다. 동작 720 에 나타난 바와 같이, 매니스커스 포켓의 적어도 일부를 커버하도록 매니스커스 포켓의 외측 주변부를 따라 제 1 및 제 2 화학적 헤드의 선단 에지에 단차가 규정된다. 이 단차는 매니스커스 포켓을 부분적으로 또는 완전히 커버할 수도 있다. 매니스커스 포켓에 인접하는 단차의 외측 벽의 높이는 적어도 임계 값이도록 규정된다. 임계 값은 웨이퍼의 표면에 공급된 액체 화학물질 및 화학적 헤드들과 연관된 하나 이상의 동작 제약들의 함수로서 규정될 수도 있다. 동작 730 에 나타난 바와 같이, 액체 화학물질은 제 1 및 제 2 화학적 헤드들 내에 규정된 유입 도관들을 통해 웨이퍼 표면에 공급되고 선택된다. 액체 화학물질과 연관된 타입 및 동작 제약들은, 액체 화학물질이 공급되는 웨이퍼 상에 형성된 피처들의 특징을 포함하는 웨이퍼의 특징 및 제거될 필요가 있는 오염물들의 물리적 및 화학적 특징들, 크기, 타입에 기초하여 선택된다. 유입 도관들은, 액상 매체가 단일 페이즈로 매니스커스의 포켓 안으로 도입될 수 있도록 매니스커스 포켓의 주변부 안에 그리고 매니스커스 포켓의 외측 벽으로부터 멀리 안쪽으로 경사져서 형성된다. 액상 매체가 비스듬히 공급될 때, 액상 매체의 모멘텀은 액상 매체가 단차의 외측 벽으로부터 멀리 흐르도록 만들고, 이에 의해 실질적으로 액상 매체 매니스커스를 한정한다. 액상 매체 매니스커스는 또한, 동작 740 에 나타난 바와 같이, 제 1 및 제 2 화학적 헤드의 단차들에서의 오프셋에 의해 한정된다. 단차들의 외측 벽은, 웨이퍼의 하면 상에 배치된 제 2 화학적 헤드의 단차의 벽이 웨이퍼의 상부 측 상에 배치된 제 1 화학적 헤드의 단차의 벽에 대하여 외측으로 연장되도록 오프셋된다. 이는, 내측 매니스커스 압력와 연관된 임의의 비대칭도의 균형을 잡기 위한 것이다.
액체 화학물질에 대한 웨이퍼 표면의 충분한 노출 후에, 동작 750 에 나타난 바와 같이, 액체 화학물질은 내측 회수 도관들을 통해 단일 페이즈로 제거된다. 웨이퍼 표면의 노출의 양은 노출 시간에 의해 규정된다. 노출 시간은 도 7 을 참조하여 나타난 바와 같이, 웨이퍼 캐리어 속도 및 매니스커스 포켓의 폭 + 화학적 매니스커스와 린스 매니스커스 간의 거리의 함수로서 규정된다. 내측 회수 도관은, 액체 화학물질이 단일 페이즈로 회수될 수도 있도록 매니스커스 포켓의 내측 주변부 내의 제 1 및 제 2 화학적 헤드에서 규정된다. 초기에 언급한 바와 같이, 내측 회수 도관은 매니스커스 포켓 내의 어디든 위치할 수도 있다. 단일 페이즈로 액체 화학물질을 공급하고, 단일 페이즈의 액체 화학물질의 세정 프로세스 및 제거 동안 액체 화학물질 매니스커스의 한정 특성을 보존하는 프로세스는 후속하는 웨이퍼 세정을 위해 반복될 수 있다.
알 수 있는 바와 같이, 단일 페이즈 전달, 단일 페이즈 회수를 제공하고, 화학적 세정 동안 매니스커스 특징을 유지하여, 고가의 액체 화학물질의 최적을 사용을 보장하면서 최적의 세정이 달성된다. 본 실시형태는 공기 흐름의 이용을 피하고, 이에 의해 차후의 액체 화학물질의 손실 및 제어되지 않은 증발을 방지한다.
근접 헤드, 근접 헤드의 배향 및 구성, 암 어셈블리의 구성 및 기능, 및 어쿠스틱 에너지를 이용하는 세정을 위한 근접 헤드 내의 튜랜스듀서에 대한 더 많은 정보를 위해, 현 출원의 양수인에게 양도되고 발명의 명칭이 "METHOD AND APPARATUS FOR CLEANING A SUBSTRATE USING MEGASONIC POWER" 으로 2003 년 6 월 30 일자로 출원된 미국 출원 제 10/611,140 호를 참조할 수 있다.
예시적인 근접 헤드 및 유입 도관 뿐만 아니라 유출 도관의 각각의 구성 및 패턴은 미국 특허출원 제 10/261,839 호, 제 10/404,270 호, 및 제 10/330,897 호에서 알 수도 있다. 따라서, 본원에 설명된 어느 하나, 몇몇, 또는 모든 근접 헤드들은 적절한 기판 세정 및 건조를 위해 임의의 적절한 구성에서 이용될 수도 있다. 또한, 근접 헤드는 유출 도관 및 유입 도관의 임의의 적절한 수 또는 형상을 가질 수도 있다.
기판을 세정하기 위해 사용된 점탄성 (viscoelastic) 재료에 대한 더 많은 정보를 위해, 본 출원의 양수인에게 양도되어 있으며 발명의 명칭이 "MATERIALS AND METHODS FOR PARTICLE REMOVAL BY SINGLE-PHASE AND TWO-PHASE MEDIA" 으로 2007 년 12 월 14 일자로 출원된 미국 가출원 제 61/013950 호를 참조할 수 있다.
액체 화학물질은 2 페이즈 (고체-액체) 화학물질 또는 진보된 기계적 세정 (Advanced Mechanical Clean; AMC) 기술을 이용하여 공급되는 화학물질일 수도 있다. 사용되었던 액체 화학물질의 일부는 플루오르화 수소산 (HF), 염산 (HCl), 황산 (H2SO4), 수산화 암모늄 (NH4OH), 과산화수소 (H2O2) 를 포함한다. 통상적인 세정 화학물질의 일부는 희석된 황산 및 과산화물 (Diluted Sulfuric acid and Peroxide; DSP), HF 가 첨가된 DSP (DSP+), 황산 및 과산화물의 혼합물 (Sulfuric acid and Peroxide Mixture; SPM), 표준 세정 1 (SC1), 표준 세정 2 (SC2), 암모늄 과산화물 혼합물 (APM) 로 지칭된다. 프라프라이어터리 수용성계 세정 용액이 또한 사용된다. 액체 및 세정 화학물질에 대한 더 많은 상세들을 위해, 발명의 명칭이 "METHOD AND MATERIAL FOR CLEANING A SUBSTRATE" 으로 2006 년 9 월 15 일자로 출원된 미국 특허출원 제 11/532,491, (Attorney Docket # LAM2P548B) 을 참조할 수 있다.
본 발명은 여러 바람직한 실시형태들에 관하여 설명되었으나, 당업자는 이전의 상세한 설명을 읽고 도면들을 연구하여 바람직한 실시형태들의 각종 변경, 추가, 치환 및 등가물을 실현할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 신규한 사상 및 범위 내에 있는 모든 이러한 변경, 추가, 치환, 및 등가물을 포함하는 것으로 의도된다.
Claims (29)
- 반도체 웨이퍼 위에 액체 매니스커스를 물리적으로 한정 (confining) 하기 위한 장치로서,
상기 반도체 웨이퍼의 상면 및 하면의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 제 1 화학적 헤드 및 제 2 화학적 헤드를 포함하고,
상기 제 1 화학적 헤드 및 제 2 화학적 헤드 각각은,
액체 화학물질을 단일 페이즈로 매니스커스의 포켓 안으로 전달하기 위한 선단 에지 (leading edge) 에서의 경사 유입 도관 (angled inlet conduit) 으로서, 상기 매니스커스의 포켓은 매니스커스로서 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 공급되는 상기 액체 화학물질을 포함하도록 상기 제 1 화학적 헤드 및 상기 제 2 화학적 헤드에 의해 커버된 상기 반도체 웨이퍼의 상기 상면 및 상기 하면의 상기 일부에 걸쳐 규정되는, 상기 경사 유입 도관;
상기 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 상기 액체 화학물질을 단일 페이즈로 제거하도록 상기 제 1 화학적 헤드 및 상기 제 2 화학적 헤드의 후미 에지 (trailing edge) 에서 상기 매니스커스의 포켓 내에 위치한 내측 회수 도관 (inner return conduit); 및
상기 매니스커스의 포켓 내에 상기 액체 화학물질의 매니스커스를 한정하도록 상기 제 1 화학적 헤드 및 상기 제 2 화학적 헤드의 선단 에지에서 상기 매니스커스의 포켓의 외측 주변부의 적어도 일부를 따라 형성된 단차로서, 상기 매니스커스의 한정 특성 (confinement characteristics) 을 보존하기에 충분한 높이를 갖는, 상기 단차를 포함하고,
상기 유입 도관은 상기 단차로부터 이격되고,
상기 제 1 화학적 헤드 및 상기 제 2 화학적 헤드는, 상기 반도체 웨이퍼의 상기 하면 상에 배치된 상기 제 2 화학적 헤드에서의 상기 매니스커스의 포켓에 인접하는 상기 단차의 벽이 존재한다면, 상기 반도체 웨이퍼의 상기 상면 상에 배치된 상기 제 1 화학적 헤드에서의 상기 매니스커스의 포켓에 인접하는 상기 단차의 벽에 대하여 외측으로 연장되도록 오정렬되는, 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 단차는 상기 매니스커스의 포켓 내에 상기 액체 화학물질을 한정하는 상기 매니스커스의 포켓을 둘러싸도록 규정되는, 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 화학적 헤드 및 상기 제 2 화학적 헤드의 상기 단차의 벽들의 상기 오정렬은 0.7 mm 내지 6 mm 사이인, 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하면 상에 배치된 상기 제 2 화학적 헤드는 상기 액체 화학물질의 매니스커스의 포켓을 제공하도록 구성되는, 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하면에 배치된 상기 제 2 화학적 헤드에서 배수로 (gutter) 를 더 포함하고,
상기 배수로는 상기 제 2 화학적 헤드의 상기 선단 에지에 형성되고, 상기 반도체 웨이퍼의 표면 상의 상기 매니스커스의 포켓으로부터 넘쳐 흐르는 액체 화학물질을 재활용 (reclaim) 하도록 구성되는, 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼의 상기 상면에 배치된 상기 제 1 화학적 헤드의 상기 경사 유입 도관과 내측 회수 도관 사이의 표면은 존재한다면, 상기 액체 화학물질의 젖음성 (wetting) 을 강화하도록 패터닝되는, 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
제 1 린스 헤드 및 제 2 린스 헤드를 더 포함하고,
상기 제 1 린스 헤드 및 상기 제 2 린스 헤드는,
상기 제 1 린스 헤드 및 상기 제 2 린스 헤드의 선단 에지에서 상기 매니스커스의 포켓 내에 위치하고 상기 린스 화학물질을 상기 매니스커스의 포켓 안으로 전달하도록 구성된 경사 유입 도관으로서, 상기 매니스커스의 포켓은 존재한다면, 상기 반도체 웨이퍼의 상기 상면 및 하면의 적어도 일부를 커버하도록 규정되는, 상기 경사 유입 도관;
상기 웨이퍼의 표면으로부터 상기 린스 화학물질을 제거하도록 상기 제 1 린스 헤드 및 상기 제 2 린스 헤드의 후미 에지에서 상기 매니스커스의 포켓 내에 위치한 내측 회수 도관; 및
상기 매니스커스의 포켓 내에 상기 린스 화학물질의 상기 매니스커스를 한정하도록 상기 제 1 린스 헤드 및 상기 제 2 린스 헤드의 선단 에지에서 상기 매니스커스의 포켓의 외측 주변부의 적어도 일부를 따라 형성된 단차를 포함하고,
상기 유입 도관은 상기 단차로부터 이격되고, 상기 단차의 내측 벽에 인접하게 규정되는, 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 린스 헤드 및 상기 제 2 린스 헤드 각각은 상기 제 1 린스 헤드 및 상기 제 2 린스 헤드의 상기 후미 에지에서 상기 매니스커스의 포켓의 상기 외측 주변부에 형성된 외측 회수 도관을 더 포함하고,
상기 외측 회수 도관은 상기 린스 화학물질의 제거를 가능하게 하는, 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 린스 헤드 및 상기 제 2 린스 헤드는 성공적인 린스 후에 존재한다면, 상기 반도체 웨이퍼를 건조시키기 위해 건조 화학물질을 전달하도록 더 구성되는, 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 단차의 높이는 상기 매니스커스의 포켓 내의 상기 액체 화학물질의 하나 이상의 동작 제약들의 함수로서 계산되고, 상기 동작 제약들은 동적인 (dynamic), 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 동작 제약들은 상기 액체 화학물질의 압력, 온도, 플로우 레이트, 화학적 조성 및 활성 에너지 중 하나 이상을 포함하는, 반도체 웨이퍼 상에 액체 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 장치. - 반도체 웨이퍼 위에 공급되는 액상 매체의 매니스커스를 물리적으로 한정 (confining) 하기 위한 시스템으로서,
상기 반도체 웨이퍼를 축을 따라 수용, 지지 및 이송하기 위한 캐리어 메커니즘;
상기 반도체 웨이퍼의 상면 및 하면의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 제 1 화학적 헤드 및 제 2 화학적 헤드로서, 상기 제 1 화학적 헤드 및 제 2 화학적 헤드는 화학적 세정 동안 상기 제 1 화학적 헤드 및 제 2 화학적 헤드에 의해 공급되는 제 1 액상 매체를 수용하도록 매니스커스의 포켓을 규정하는, 상기 제 1 및 제 2 화학적 헤드; 및
상기 반도체 웨이퍼의 상면 및 하면의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 제 1 린스 헤드 및 제 2 린스 헤드로서, 상기 제 1 린스 헤드 및 제 2 린스 헤드는 상기 화학적 세정 후에 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 린스하도록 상기 매니스커스의 포켓 안으로 제 2 액상 매체를 제공하도록 구성된, 상기 제 1 린스 헤드 및 제 2 린스 헤드를 포함하고,
상기 제 1 화학적 헤드, 상기 제 2 화학적 헤드, 상기 제 1 린스 헤드 및 상기 제 2 린스 헤드 각각은,
상기 제 1 액상 매체 또는 제 2 액상 매체 중 하나를 단일 페이즈로 상기 매니스커스의 포켓 안으로 전달하기 위한 경사 유입 도관 (angled inlet conduit) 으로서, 상기 화학적 헤드들 및 상기 린스 헤드들 각각의 선단 에지 (leading edge) 에서 상기 매니스커스의 포켓 내에 위치하는, 상기 경사 유입 도관;
상기 제 1 액상 매체 또는 제 2 액상 매체 중 하나를 단일 페이즈로 상기 웨이퍼의 표면으로부터 제거하기 위한 내측 회수 도관 (inner return conduit) 으로서, 상기 화학적 헤드들 또는 상기 린스 헤드들 각각의 후미 에지 (trailing edge) 에서 상기 매니스커스의 포켓 내에 위치하는, 상기 내측 회수 도관; 및
상기 매니스커스의 포켓 내에 상기 제 1 액상 매체 또는 제 2 액상 매체의 매니스커스를 한정하도록, 상기 화학적 헤드들 및 상기 린스 헤드들 각각의 선단 에지에서 상기 매니스커스의 외측 주변부를 따라 형성된 단차로서, 상기 매니스커스의 한정 특성 (confinement characteristics) 을 보존하기에 충분한 높이를 갖는, 상기 단차를 포함하고,
상기 유입 도관은 상기 제 1 액상 매체 및 제 2 액상 매체를 단일 페이즈로 전달할 수 있도록 상기 단차로부터 이격되고 상기 매니스커스의 포켓 안으로 향하고, 상기 제 1 및 제 2 화학적 헤드에 의해 전달된 상기 액상 매체는 상기 웨이퍼의 표면을 세정하기 위한 액체 화학물질이며, 상기 제 1 린스 헤드 및 제 2 린스 헤드에 의해 전달된 상기 액상 매체는 상기 화학적 세정 후에 상기 웨이퍼 표면을 린스하기 위한 린스 화학물질이고,
상기 제 1 화학적 헤드 및 상기 제 2 화학적 헤드는, 상기 반도체 웨이퍼의 상기 하면에 배치된 상기 제 2 화학적 헤드에서의 상기 매니스커스의 포켓에 인접하는 상기 단차의 외측 벽이 상기 반도체 웨이퍼의 상기 상면에 배치된 상기 제 1 화학적 헤드에서의 상기 매니스커스의 포켓에 인접하는 상기 단차의 외측 벽에 대하여 외측으로 연장되도록, 오정렬되고,
상기 제 1 린스 헤드 및 상기 제 2 린스 헤드는, 상기 반도체 웨이퍼의 상기 하면에 배치된 상기 제 2 린스 헤드에서의 상기 매니스커스의 포켓에 인접하는 상기 단차의 외측 벽이 상기 반도체 웨이퍼의 상기 상면에 배치된 상기 제 1 린스 헤드에서의 상기 매니스커스의 포켓에 인접하는 상기 단차의 외측 벽에 대하여 외측으로 연장되도록, 오정렬되는, 반도체 웨이퍼 상에 공급되는 액상 매체의 매니스커스를 물리적으로 한정하기 위한 시스템. - 삭제
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