KR102047149B1

KR102047149B1 - 웨이퍼 형상의 물체의 표면을 처리하기 위한 프로세스 및 장치

Info

Publication number: KR102047149B1
Application number: KR1020147025387A
Authority: KR
Inventors: 라이너 오브위거; 마이클 브루거; 프란츠 쿰니히
Original assignee: 램 리서치 아게
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2019-12-02
Also published as: JP2015516675A; TWI595591B; US20130233356A1; TW201401420A; WO2013136211A1; JP6121458B2; KR20140135978A

Abstract

웨이퍼 형상의 물체들을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법은 사용시 정지된 노즐들의 어레이를 포함하고, 움직이는 붐 암 (boom arm) 을 실제로 필요로 하지 않고 이러한 암의 동작을 시뮬레이션하도록 개별적으로 제어된다. 다양한 프로세스 단계들에서 3 가지 상이한 유형들의 액체를 분사하기 위해, 3 개의 어레이들이 제공되는 것이 바람직하다. 노즐 밸브들의 컴퓨터 제어는 임의의 주어진 시간에 각각의 어레이 중 하나의 노즐만이 열리게 할 수도 있고, 또는 인접한 노즐들의 쌍이 동시에 열리게 할 수도 있다.

Description

웨이퍼 형상의 물체의 표면을 처리하기 위한 프로세스 및 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR TREATING SURFACES OF WAFER-SHAPED ARTICLES}

본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼들과 같은, 웨이퍼 형상의 물체들의 표면들을 처리하기 위한 프로세스들 및 장치들에 관한 것이고, 이 처리에서 하나 이상의 처리 용액들이 웨이퍼 형상의 물체의 표면상에 분사된다.

반도체 웨이퍼들은 에칭, 세정 (cleaning), 폴리싱 (polishing) 및 재료 증착과 같은 다양한 표면 처리 프로세스들을 겪는다. 이러한 프로세스들을 수용하기 위해, 예를 들어, 미국 특허 제 4,903,717 호 및 제 5,513,668 호에 기술된 바와 같이, 단일 웨이퍼는 회전 가능한 캐리어와 연관된 척에 의해 하나 이상의 처리 유체 노즐들과 관련하여 지지될 수도 있다.

대안적으로, 예를 들어 국제 공개 특허 제 WO 2007/101764 호 및 미국 특허 제 6,485,531 호에 기술된 바와 같이, 웨이퍼를 지지하도록 구성된 링 로터 (ring rotor) 형태의 척은 닫힌 프로세스 챔버 내에 위치될 수도 있고 능동 자석 베어링을 통한 직접적 접촉 없이 구동될 수도 있다.

어떤 유형의 디바이스에서든, 반도체 웨이퍼가 척에 의해 회전되기 때문에 반도체 웨이퍼의 하나 또는 두 개의 주 표면상에 프로세스 액체들이 분사된다. 이러한 프로세스 액체들은 예를 들어 반도체 웨이퍼의 표면을 세정하기 위한 황산 및 과산화수소수의 혼합물과 같은 강산성 조성물일 수도 있다. 이러한 프로세스 액체들은 통상적으로 프로세싱 단계들 사이에서 웨이퍼를 린싱 (rinse) 하기 위한 탈이온수 (deionized water) 를 또한 포함하고, 탈이온수에는 일반적으로 웨이퍼 상에서의 린싱 액체의 표면 장력을 저감하기 위해 이소프로필 알코올 (isopropyl alcohol) 이 보충된다.

이들 웨이퍼들 상에 형성된 반도체 디바이스들의 크기가 계속 감소함에 따라, 웨이퍼들을 프로세싱하기 위한 장비 (equipment) 에 대해 새로운 요구가 있다. 웨이퍼 상에서 린싱 액체 또는 다른 프로세싱 액체의 표면 장력이 너무 클 때 디바이스 구조체들이 더 작을수록 "패턴 붕괴 (pattern collapse)" 에 더 민감하고, 감소된 디바이스 크기뿐만 아니라 더 작은 디바이스 구조체를 수반하는 통상적으로 더 높은 애스팩트 비로부터 문제가 일어난다.

이들 문제들은 동시에 발생하는 웨이퍼 직경의 증가 경향으로 인해 악화된다. 200 ㎜ 직경의 반도체 웨이퍼들을 위해 설계된 제조 플랜트들은 300 ㎜ 직경의 반도체 웨이퍼들을 활용하는 방법들을 점점 더 제공하고, 이미 개발된 450 ㎜ 웨이퍼들의 다음 세대를 위한 표준이다. 프로세스 액체들이 더 큰 웨이퍼 직경들을 가로질러 이동함에 따라, 일관되지 않은 프로세스 성능으로 이끄는, 액체의 온도 및 점성의 변화 가능성이 분사 지점으로부터의 거리의 함수로 증가한다.

종래의 웨이퍼 프로세싱 디바이스들은 분사 지점이 웨이퍼의 표면을 가로질러 이동될 수 있도록, 스윙하는 붐 암 (swing boom arm) 상에 장착된 분사 노즐들 (dispensing nozzles) 을 포함하였고, 미국 특허 제 6,834,440 호 및 제 7,017,281 호 및 미국 공개 특허 출원 번호 제 2006/0086373 호에 도시된 바와 같이 복수의 이동가능한 노즐들 및 샤워헤드들을 또한 포함하였다. 그러나, 이러한 접근 방법들은 프로세싱 장비에 기계적 복잡성을 더하고, 특히, 닫힌 프로세스 챔버들의 경우, 이동하는 부분들은 잠재적인 입자 오염원을 구성한다. 또한, 웨이퍼 표면에 걸쳐 액체의 거동 및 물리적 특성들에 대한 충분한 제어를 할 필요가 없다.

본 발명자들은 적어도 하나의 정지된 노즐들이 웨이퍼 형상의 물체의 반경을 따라 배열되고, 노즐들 각각은 자신의 컴퓨터 제어된 밸브를 구비하는, 웨이퍼 형상의 물체들을 처리하기 위한 개선된 프로세스들 및 장치들을 개발하였다. 따라서, 본 발명의 일 양태는 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세싱하기 위한 장치로서, 회전 척 상에서 미리 결정된 직경의 웨이퍼 형상의 물체를 홀딩하고 회전축을 중심으로 상기 웨이퍼 형상의 물체를 회전시키도록 구성된 상기 회전 척; 및 액체 분사 노즐들 (liquid-dispensing nozzles) 의 어레이를 포함하는 액체 분사 디바이스를 포함하는, 상기 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세싱하기 위한 장치에 관한 것이다. 노즐들은 액체 분사 디바이스의 프로세스 위치에서 회전 척 상에 위치된 웨이퍼 형상의 물체들의 주 표면에 인접하여 열린다. 노즐들의 어레이는 회전 축에 가장 가깝게 위치된 가장 안쪽의 노즐로부터 회전 척 상에 위치된 웨이퍼 형상의 물체의 주변부에 가장 가깝게 위치된 가장 바깥쪽의 노즐로 방사상으로 연장한다. 액체 분사 디바이스는 도관들 각각이 노즐들의 어레이 중 대응하는 하나의 노즐과 연통하는 도관들의 어레이를 더 포함한다. 노즐들 각각을 통한 액체의 흐름이 상기 노즐들 중 임의의 다른 노즐을 통한 액체의 흐름과 독립적으로 제어될 수 있도록 도관들 각각은 컴퓨터 제어된 밸브가 각각 구비된다. 프로세스 위치에 있을 때 노즐들이 회전 축에 수직인 방향으로 서로에 대해 이동가능하지 않도록 노즐들의 어레이가 장착된다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 액체 분사 노즐들의 어레이는 적어도 3 개의 액체 분사 노즐들을 포함하고, 바람직하게 3 개 내지 7 개의 액체 분사 노즐들을 포함하고, 더 바람직하게는 4 개 내지 6 개의 액체 분사 노즐들을 포함하고, 가장 바람직하게는 5 개의 액체 분사 노즐들을 포함한다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 액체 분사 디바이스는 액체 분사 노즐들의 어레이를 복수 개 포함하고, 액체 분사 노즐들의 어레이들 각각은 회전 축에 가장 가깝게 위치된 가장 안쪽의 노즐로부터 회전 척 상에 위치된 웨이퍼 형상의 물체의 주변부에 가장 가깝게 위치된 가장 바깥쪽의 노즐로 방사상으로 연장한다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 액체 분사 디바이스들은 액체 분사 노즐들의 어레이들을 2 개 내지 4 개 포함하고, 바람직하게 액체 분사 노즐들의 어레이들을 3 개 포함한다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 액체 분사 노즐들의 어레이들 각각은 각각 상이한 액체 공급부와 연통한다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 액체 분사 노즐들의 어레이들 중 적어도 하나의 어레이의 가장 안쪽의 노즐은 회전 척 상에 위치된 웨이퍼 형상의 물체의 중심에 액체를 분사하도록 회전 축 상에서 열린다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 회전 척을 둘러싸는 프로세스 챔버를 더 포함하고, 프로세스 챔버는 커버를 포함하고, 액체 분사 디바이스는 액체 분사 노즐들이 회전 축에 평행한 방향으로 커버로부터 챔버 내로 연장하도록 커버에 적어도 부분적으로 장착된다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 액체 분사 디바이스와는 별도인 중앙 액체 공급 노즐이 제공되고, 중앙 액체 공급 노즐은 회전 척 상에 위치된 웨이퍼 형상의 물체의 중심에 액체를 분사하도록 회전 축 상에서 열린다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 컴퓨터 제어된 밸브들 각각은 각각의 액체 분사 노즐의 개구의 업스트림 측에 5 ㎜ 내지 15 ㎜의 거리에 각각의 도관을 따라 위치된다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 액체 분사 노즐들 중 적어도 하나는 액체 분사 노즐들 중 적어도 다른 하나의 분사 개구와 상이한 직경을 갖는 분사 개구를 갖는다.

다른 양태에서, 본 발명은 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세싱하는 방법에 있어서, 웨이퍼 형상의 물체를 회전 척에 위치시키는 단계; 웨이퍼 형상의 물체를 회전 축을 중심으로 회전시키는 단계; 및 액체 분사 노즐들의 어레이를 통해 웨이퍼 형상의 물체의 표면 상에 제1 액체를 분사하는 단계를 포함하는, 상기 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세싱하는 방법에 관한 것이다. 노즐들의 어레이는 회전 축에 가장 가깝게 위치된 가장 안쪽의 노즐로부터 웨이퍼 형상의 물체의 주변부에 가장 가깝게 위치된 가장 바깥쪽의 노즐로 방사상으로 연장한다. 분사 동안 노즐들의 어레이 각각은 분사 동안 노즐들 각각을 통한 액체의 흐름이 상기 노즐들 중 임의의 다른 노즐을 통한 액체 흐름과 독립적으로 제어되도록 각각의 컴퓨터 제어된 밸브에 의해 개별적으로 제어된다. 노즐들은 분사 내내 서로에 대해 정지된다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들에서, 분사 단계는 컴퓨터 제어된 밸브들이 가장 안쪽의 노즐로부터 가장 바깥쪽의 노즐로 순차적으로 열리고 닫히면서, 어레이 내의 노즐들 각각을 통해 같은 조성 (composition) 을 갖는 제1 액체를 분사하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들에서, 노즐들의 어레이는 적어도 3 개의 노즐들을 포함하고, 분사 단계는 먼저 가장 바깥쪽의 노즐을 닫힌 채로 유지하면서, 어레이의 인접한 노즐과 동시에 가장 안쪽의 노즐을 통해 제1 액체를 분사하는 단계, 및 이어서 가장 안쪽의 노즐을 닫힌 채로 유지하면서, 어레이의 인접한 노즐과 동시에 가장 바깥쪽의 노즐을 통해 제1 액체를 분사하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들에서, 노즐들의 어레이는 적어도 3 개의 노즐들을 포함하고, 분사 단계는 임의의 주어진 시간에 노즐들의 어레이 중 단지 하나를 통해 제1 액체를 분사하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들에서, 다른 상기 노즐들의 어레이를 통해 제2 액체가 분사된다.

본 발명의 다른 목적들, 특징들, 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 주어진, 이하의 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명을 읽음으로써 더 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 예시적인 투시도이다.
도 2는 제1 위치에 도시된 내부 커버를 갖는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로세스 챔버의 예시적인 측단면도이다.
도 3은 제2 위치에 도시된 내부 커버를 갖는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로세스 챔버의 예시적인 측단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 일 분사 시퀀스를 도시하는 연속하는 일련의 개략도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 분사 시퀀스를 도시하는 연속하는 일련의 개략도이다.
도 6은 제1 위치에 도시된 내부 커버 및 외부 커버를 갖는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 프로세스 챔버의 예시적인 측단면도이다.
도 7은 제2 위치에 도시된 내부 커버 및 외부 커버를 갖는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 프로세스 챔버의 예시적인 측단면도이다.

이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 웨이퍼 형상의 물체들의 표면을 처리하기 위한 장치가 도시된다. 도 1에 예시된 전체적인 구조는 공동으로 소유된 미국 공개 특허 출원 번호 제 2011/0253181 호 (WO 2010/113089에 대응) 의 도 2a 내지 도 2f에 도시된 장치와 유사하다. 도 1에서, 디바이스 (100) 는 하부 플레이트 (165), 상부 투명 커버 (163), 및 하부 플레이트와 상부 투명 커버 사이에서 연장하는 원통형 벽체 (160) 로 구성된 챔버를 포함한다. 챔버 내부에 위치된 고리형 척 (120) 은 공중부양되고 (levitated), 챔버를 둘러싸고 스테이터 하우징 (190) 내에 둘러싸인 스테이터와 협력하여 자기적으로 회전된다.

하부 분사 튜브 (167) 는 챔버의 하부 플레이트 (165) 를 통해 인출된다. 참조 번호 181은 웨이퍼 (W) 의 상부 표면에 산 (예를 들어, 불화수소산) 을 공급하기 위해 방사상으로 배열된 4 개의 노즐들의 제1 어레이를 나타낸다. 노즐들 (181) 각각은 투명 커버 (163) 를 통과하고 노즐의 하단부에서 챔버 내로 열리는 오리피스 (orifice) 를 갖는다. 방사상으로 배열된 4 개의 노즐들의 제2 어레이 (182) 는 염기성 액체 (basic liquid) (예를 들어, SC1 과산화수소를 갖는 암모니아) 를 공급한다. 방사상으로 배열된 4 개의 노즐들의 제3 어레이 (183) 는 탈이온수를 공급한다.

노즐 어레이들 (181, 182, 183) 과 별개로, 단일 중앙 노즐 (184) 은 제4 액체 (예를 들어, 이소프로필 알코올) 를 공급한다.

도 2에 도시된 실시예는 외측 프로세스 챔버 (1) 를 포함하고, 챔버는 PFA (perfluoroalkoxy) 수지로 코팅된 알루미늄으로 만들어지는 것이 바람직하다. 본 실시예의 챔버는 주 원통형 벽체 (10), 하부 부분 (12) 및 상부 부분 (15) 을 갖는다. 상부 부분 (15) 으로부터 리드 (36) 로 닫힌 더 좁은 원통형 벽체 (34) 가 연장한다.

회전 척 (30) 이 챔버 (1) 의 상부 부분에 배치되고, 원통형 벽체 (34) 로 둘러싸인다. 회전 척 (30) 은 장치의 이용 동안 웨이퍼 (W) 를 회전할 수 있게 지지한다. 회전 척 (30) 은 웨이퍼 (W) 의 주변 에지를 선택적으로 접촉하고 풀어주기 (release) 위해 복수의 편심적으로 이동가능한 파지 부재들 (gripping members) 과 체결하고 구동시키는, 링 기어 (38) 를 포함하는 회전 구동부 (rotary drive) 를 포함한다.

이 실시예에서, 회전 척 (30) 은 원통형 벽체 (34) 의 내부 표면에 인접하게 제공된 링 로터이다. 스테이터 (32) 가 원통형 벽체 (34) 의 외측 표면에 인접하면서 링 로터의 반대 쪽에 제공된다. 링 로터 (30) 및 스테이터 (32) 는 링 로터 (30) (및 이로써 지지된 웨이퍼 (W)) 가 능동 자석 베어링을 통해 회전될 수도 있게 하는 모터로서 기능한다. 예를 들어, 스테이터 (32) 는 로터 상에 제공된 영구 자석들을 통해 회전 척 (30) 을 회전가능하게 구동하도록 능동적으로 제어될 수도 있는 복수의 전자기 코일들 또는 권선들 (windings) 을 포함할 수 있다. 회전 척 (30) 의 축 방향 및 방사상의 베어링은 스테이터의 능동 제어에 의해 또는 영구 자석들에 의해 또한 달성될 수도 있다. 따라서, 회전 척 (30) 은 기계적 접촉없이 공중부양될 수도 있고 회전가능하게 구동될 수도 있다. 대안적으로, 챔버 외측에서 외측 로터 상에 원주 방향으로 배열된 대응하는 고온 초전도 자석 (HTS-자석) 에 의해 로터의 자석들이 유지되는 수동 베어링에 의해 로터가 유지될 수도 있다. 이 대안적인 실시예에서는 링 로터의 각각의 자석이 외측 로터의 대응하는 HTS 자석에 고정 (pinned) 된다. 따라서, 내측 로터는 물리적으로 연결되지 않으면서 외측 로터와 동일하게 움직이게 된다.

리드 (36) 는 리드 외측에 장착된 매니폴드 (manifold) (42) 를 갖고, 매니폴드는 리드 (36) 를 가로지르고 개구들이 웨이퍼 (W) 의 상부 표면에 인접한 각각의 노즐들 (53 내지 56) 을 종단하는 일련의 도관들 (43 내지 46) 을 공급한다. 본 실시예에서, 노즐들 (53 내지 56) 을 통해 공급된 유체들이 웨이퍼 (W) 의 상향 표면에 부딪히도록, 웨이퍼 (W) 는 회전 척 (30) 으로부터 아래쪽으로 매달리고, 파지 부재들 (40) 에 의해 지지된다는 것을 주의한다.

도관들 (43 내지 46) 각각은 자신의 밸브 (47) 를 구비하고, 명료성을 위해 도 2에서는 밸브들 중 하나에만 참조 부호를 붙였다. 밸브들 (47) 은 이하에 더 상세히 기술될 바와 같이, 개별적으로 컴퓨터 제어된다.

별도의 액체 매니폴드 (62) 는 도관 (63) 을 통해 단일 중앙 노즐 (67) 에 액체를 공급한다. 도관 (63) 은 자신의 컴퓨터 제어된 밸브 (68) 를 구비한다.

웨이퍼 (30) 가 예를 들어 직경 300 ㎜ 또는 450 ㎜의 반도체 웨이퍼인 경우, 웨이퍼 (W) 의 상향 측면은 디바이스 측면 또는 웨이퍼 (W) 의 앞쪽 측면 (obverse side) 일 수 있고, 이는 웨이퍼가 회전 척 (30) 상에 어떻게 위치되는지에 의해 결정되고, 결국 챔버 (1) 내에서 수행되는 특정한 프로세스에 의해 지시된다.

원한다면 노즐들 (53 내지 56, 및 67) 은 서로 그리고 리드 (36) 에 대한 축 방향 이동을 위해 장착될 수도 있지만, 축방향의 이동이 어떠한 특정한 장점도 주지 않기 때문에, 그리고 이러한 이동이 챔버의 내부에 잠재적인 입자 오염원이 될 수 있기 때문에, 노즐들은 고정되는 것이 바람직하다.

유사하게, 노즐들 (53 내지 56) 은 리드 (36) 가 장치 (1) 로부터 제거될 때 노즐들의 방사상 위치가 조정될 수도 있지만, 도 2에 예시된 노즐들의 프로세스 위치에서, 노즐들은 서로에 대해 또는 리드 (36) 에 대해 방사상 방향으로 이동할 수 없다. 이러한 정적인 장착은 마찬가지로 챔버 주변의 입자 오염을 방지한다. 게다가, 본 발명에 따른 노즐 구성 및 개별적인 밸브 배열때문에, 노즐들이 웨이퍼 (W) 에 방사상으로 이동하기 위한 필요성은 제거되었다. 도 2의 노즐들 (53 내지 56) 이 챔버 (1) 내에 배치되지만, 노즐들의 오리피스들이 리드 (36) 의 내부 표면과 같은 높이가 되도록 노즐들이 리드 내부에 위치되는 것 또한 가능하다. 그 경우 연관된 도관들 (43 내지 46) 및 밸브들 (47) 은 챔버 (1) 외부에서, 리드 (36) 내부 또는 리드 위에 위치될 수 있다.

도 1의 장치는 프로세스 챔버 (1) 에 대해 이동가능한, 내부 커버 (2) 를 더 포함한다. 도 1에 도시된 내부 커버 (2) 는 회전 척 (30) 이 챔버 (1) 의 외측 원통형 벽체 (10) 와 연통하는, 제1 위치 또는 개방 위치에 있다. 이 실시예에서 커버 (2) 는 일반적으로 컵 형상이고, 직립형 (upstanding) 원통형 벽체 (21) 로 둘러싸인 베이스 (base) (20) 를 포함한다. 커버 (2) 는 베이스 (20) 를 지지하고 챔버 (1) 의 외부 벽체 (14) 를 가로지르는 중공 샤프트 (hollow shaft) (22) 을 더 포함한다.

중공 샤프트 (22) 는 주 챔버 (1) 에 형성된 보스 (boss) (12) 로 둘러싸이고, 이들 엘리먼트들은, 중공 샤프트 (22) 가 챔버 (1) 와 기밀 (gas-tight) 씰을 유지하면서 보스 (12) 에 대해 변위되게 하는 동적 씰 (dynamic seal) 을 통해 연결된다.

그의 상향 표면에서 가스켓 (26) 을 유지하는, 고리형 디플렉터 부재 (deflector member) (24) 가 원통형 벽체 (21) 의 상단에 부착된다. 커버 (2) 는 프로세스 유체들 및 린싱 액체가 챔버 내로 웨이퍼 (W) 의 하향 표면상으로 도입될 수도 있도록, 베이스 (20) 를 가로지르는 유체 매체 유입부 (28) 를 포함하는 것이 바람직하다.

커버 (2) 는 배출 파이프 (25) 내로 개방된, 프로세스 액체 배출 개구 (23) 를 더 포함한다. 배출 파이프 (25) 는 커버 (2) 의 베이스 (20) 에 견고하게 장착되지만, 배출 파이프가 기밀 씰을 유지하면서 하단 벽체 (14) 에 대해 축 방향으로 슬라이드 (slide) 할 수도 있도록 배출 파이프는 동적 씰 (17) 을 통해 챔버 (1) 의 하단 벽체 (14) 를 가로지른다. 배기 개구 (exhaust opening) (16) 가 챔버 (1) 의 원통형 벽체 (10) 를 가로지르고, 적절한 배기 도관 (도시되지 않음) 에 연결된다.

도 1에 도시된 위치는 웨이퍼 (W) 의 로딩 (loading) 또는 언로딩 (unloading) 에 대응한다. 특히, 웨이퍼 (W) 는 리드 (36) 를 제거함으로써, 또는 더 바람직하게 챔버 벽체 (10) 의 측면 도어 (side door) (33) 를 통해 회전 척 (30) 상에 로딩될 수 있다. 그러나, 리드 (36) 가 제 위치에 있고 측면 도어 (33) 가 닫혔을 때, 챔버 (1) 는 기밀이고 규정된 내부 압력을 유지할 수 있다.

도 2에서, 내부 커버 (2) 는 웨이퍼 (W) 의 프로세싱에 대응하는 제2, 또는 닫힌 위치로 이동된다. 즉, 웨이퍼 (W) 가 회전 척 (30) 상에 로딩된 후, 커버 (2) 는 중공 샤프트 (22) 에 대해 작용하는 적절한 모터 (도시되지 않음) 에 의해, 챔버 (1) 에 대해 위쪽으로 이동된다. 내부 커버 (2) 의 위쪽으로의 이동은 디플렉터 부재 (24) 가 챔버 (1) 의 상부 부분 (15) 의 내부 표면과 접할 때까지 계속된다. 특히, 디플렉터 부재 (24) 에 의해 운반된 가스켓 (26) 은 상부 부분 (15) 의 하측면에 대하여 씰링하고, 한편 상부 부분 (15) 에 의해 운반된 가스켓 (18) 은 디플렉터 부재 (24) 의 상부 표면에 대하여 씰링한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 내부 커버 (2) 가 제2 위치에 도달할 때, 그에 따라 닫힌 프로세스 챔버 (1) 내에 제2 챔버 (48) 가 생성된다. 내부 챔버 (48) 는 기밀 방식으로 챔버 (1) 의 나머지 부분으로부터 씰링된다.

웨이퍼의 프로세싱 동안, 프로세싱 유체들은, 프로세싱 중인 웨이퍼의 에칭, 세정, 린싱, 및 임의의 다른 목표된 표면 처리와 같은 다양한 프로세스들을 수행하기 위해 웨이퍼 (W) 를 회전시키도록 노즐들 (53 내지 56, 67 및/또는 28) 을 통과할 수도 있다.

예를 들어, 도 4a 내지 도 4d에서, 노즐들 (53 내지 56) 의 밸브들 (47) 은, 종래의 붐 암을 이용하여, 하지만 이동하는 노즐 어셈블리와 연관된 단점들은 갖지 않고 달성될 수도 있는 바와 같이, 웨이퍼의 상부 표면에 걸쳐 분사된 액체의 방사상으로 스위핑하는 (sweeping) 움직임을 실현하도록 제어된다. 도 4a에서, 방사상으로 가장 안쪽의 노즐 (56) 과 연관된 밸브 (47) 가 열리는 반면, 노즐들 (53 내지 55) 과 연관된 밸브들 (47) 은 닫힌다. 따라서, 액체가 노즐 (56) 을 통해서만 분사된다. 수 ㎳ 만큼 짧거나 수 초만큼 긴 미리 결정된 간격 후에, 도 4b에 도시된 바와 같이, 노즐 (56) 의 밸브 (47) 는 닫히고 다음 인접한 노즐 (55) 의 밸브 (47) 는 거의 동시에 열린다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 프로세스는 미리 결정된 간격 후에 노즐 (55) 을 닫고 노즐 (54) 을 여는 것으로 반복된다. 다음에, 도 4d에 도시된 바와 같이, 방사상으로 가장 바깥쪽 또는 주변 노즐 (53) 이 열리고 노즐 (54) 이 닫힌다.

이 시퀀스는 웨이퍼의 주변으로부터 웨이퍼의 중심으로 분사된 액체의 "스캐닝 (scanning)" 을 초래하도록 역 순서로 반복될 수도 있다.

밸브들 (47) 을 열고 닫는 대안적인 시퀀스가 도 5a 내지 도 5d에 예시되고, 도면들로부터 노즐들 (53 내지 56) 이 쌍으로 열리고 닫히는 것을 알 수 있다. 즉, 도 5a에 도시된 바와 같이, 방사상으로 가장 안쪽의 노즐 (56) 및 다음의 인접한 노즐들의 밸브 (47) 가 함께 열리는 반면, 노즐들 (53 및 54) 의 밸브들 (47) 은 여전히 닫혀 있다. 다음에, 노즐 (56) 의 밸브가 노즐 (54) 의 밸브를 여는 것과 동시에 닫히는 반면, 노즐 (55) 의 밸브는 여전히 열려 있다 (도 5b). 프로세스는 노즐들 (53 및 54) 을 열도록 반복되고 (도 5c), 그 후, 원한다면, 도 5d에 예시된 바와 같이 시퀀스가 역전될 수 있고, 이는 도 5b와 실제로 동일한 밸브 상태이다. 이 대안적인 시퀀스는 임의의 주어진 시간에 웨이퍼의 비교적 큰 면적에 접촉하면서 웨이퍼 표면의 "스캐닝"을 가능하게 한다.

상기된 예들은 본 발명에 따른 장치 및 방법이 특정한 프로세스 요건들로 액체 흐름을 광범위하게 조정하게 한다는 것을 당업자에게 분명하게 한다. 즉, 어레이 또는 각 어레이에서 노즐들의 수, 동일하거나 상이할 수도 있는 노즐 오리피스의 직경, 각 노즐의 밸브를 여는 지속 기간, 및 만약에 있다면, 인접한 노즐들을 여는 시간의 중첩 정도를 적절히 선택함으로써, 종래의 디바이스들 및 기술들을 이용한 것보다 더 동등한 에칭 결과를 달성하는 것이 가능하다. 즉, 예를 들어, 에칭 속도 (㎚/min 또는 Å/min의 고속) 가 에지 근처에서와 같이 웨이퍼의 중심에서도 마찬가지로 보다 가까워질 수 있다.

도 7 및 도 8은 제1 실시예의 챔버 설계가 중앙 샤프트에 대한 모터의 작용을 통해 회전되는 척의 상부 측에 웨이퍼 (W) 가 장착된 스핀 척과 함께 사용하도록 변경된, 본 발명의 제3 실시예를 도시한다.

특히, 웨이퍼 (W) 는 내부 커버 (2) 가 도 7에 도시된 로딩/언로딩 위치에 있을 때 스핀 척 (80) 상에 로딩되고, 웨이퍼 (W) 는 파지 부재 (82) 에 의해 척 (80) 에 대해 미리 결정된 배향으로 고정된다. 스핀 척 (80) 은 리드 (86) 를 제거함으로써 접근되고, 리드는 도 7에 화살표로 도시된 바와 같이, 모터 (88) 의 유압 샤프트 (hydraulic shaft) (84) 를 중심으로 리드의 병진 및 회전에 의해 수직 및 수평 양쪽으로 이동가능하다.

리드 (86) 는 그 후 웨이퍼 위에 놓인 자신의 위치로 다시 회전되고, 도 7에 도시된 바와 같이, 외부 챔버를 씰링하도록 하강된다. 도 7에 도시되고 제2 실시예와 관련하여 상기에 기술된 바와 같이, 그 후 내부 커버 (2) 는 내부 챔버 (48) 를 구성하기 위해 자신의 제2 위치로 이동된다.

본 실시예에서, 스핀 척 (80) 은 챔버 (48) 내의 최적의 프로세싱 위치로 상승될 수 있도록, 스핀 척 (80) 이 내부 커버 (2) 에 대해 수직으로 이동가능하다는 것을 알 수 있다. 그 후 스핀 척 (80) 은 샤프트 (85) 상에서 동작하는 모터 (도시되지 않음) 에 의해 회전된다.

대안적으로, 리드 (86) 는 액체 공급 동안 계속 열려 있을 수도 있다. 이러한 경우, 리드 (86) 는 복수의 노즐들의 어레이를 운반하는 매체 암 (media arm) 으로 대체될 수 있다.

Claims

웨이퍼 형상의 물체들 (wafer-shaped articles) 을 프로세스하기 위한 장치에 있어서,
회전 척 상에서 미리 결정된 직경의 웨이퍼 형상의 물체를 홀딩하고 회전축을 중심으로 상기 웨이퍼 형상의 물체를 회전시키도록 구성된 상기 회전 척; 및
액체 분사 노즐들 (liquid-dispensing nozzles) 의 어레이를 포함하는 액체 분사 디바이스를 포함하고,
상기 노즐들은 상기 액체 분사 디바이스의 프로세스 위치에서 상기 회전 척 상에 위치된 웨이퍼 형상의 물체들의 주 표면에 인접하여 열리고, 상기 노즐들의 어레이는 상기 회전 축에 가장 가깝게 위치된 가장 안쪽의 노즐로부터 상기 회전 척 상에 위치된 웨이퍼 형상의 물체의 주변부에 가장 가깝게 위치된 가장 바깥쪽의 노즐로 방사상으로 연장하고,
상기 액체 분사 디바이스는 도관들의 어레이를 더 포함하고, 상기 도관들 각각은 상기 노즐들의 어레이 중 대응하는 하나의 노즐과 연통하고,
상기 노즐들 각각을 통한 액체의 흐름이 상기 노즐들 중 임의의 다른 노즐을 통한 액체의 흐름과 독립적으로 제어될 수 있도록 상기 도관들 각각은 컴퓨터 제어된 밸브가 각각 구비되고,
상기 프로세스 위치에 있을 때 상기 노즐들이 상기 회전 축에 수직인 방향으로 서로에 대해 이동가능하지 않도록 상기 노즐들의 어레이가 장착되고,
상기 노즐들의 어레이는 적어도 3 개의 노즐들을 포함하고,
상기 액체 분사 디바이스는, 먼저 상기 가장 바깥쪽의 노즐을 닫힌 채로 유지하면서, 상기 어레이의 상기 가장 안쪽의 노즐과 동시에 인접한 노즐을 통해 제1 액체를 분사하도록 그리고 이어서 상기 가장 안쪽의 노즐을 닫힌 채로 유지하면서, 상기 어레이의 상기 가장 바깥쪽의 노즐과 동시에 인접한 노즐을 통해 상기 제1 액체를 분사하도록, 상기 컴퓨터 제어된 밸브를 제어하는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세스하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 액체 분사 노즐들의 어레이는 3 개 내지 7 개의 액체 분사 노즐들을 포함하는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세스하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 액체 분사 디바이스는 상기 액체 분사 노즐들의 어레이를 복수 개 포함하고,
상기 액체 분사 노즐들의 어레이들 각각은 상기 회전 축에 가장 가깝게 위치된 가장 안쪽의 노즐로부터 상기 회전 척 상에 위치된 웨이퍼 형상의 물체의 주변부에 가장 가깝게 위치된 가장 바깥쪽의 노즐로 방사상으로 연장하는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세스하기 위한 장치.
제3항에 있어서,
상기 액체 분사 디바이스들은 액체 분사 노즐들의 어레이들을 2 개 내지 4 개 포함하는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세스하기 위한 장치.
제3항에 있어서,
상기 액체 분사 노즐들의 어레이들 각각은 각각 상이한 액체 공급부와 연통하는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세스하기 위한 장치.
제3항에 있어서,
상기 액체 분사 노즐들의 어레이들 중 적어도 하나의 어레이의 상기 가장 안쪽의 노즐은 상기 회전 척 상에 위치된 웨이퍼 형상의 물체의 중심에 액체를 분사하도록 상기 회전 축 상에서 열리는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세스하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 회전 척을 둘러싸는 프로세스 챔버를 더 포함하고, 상기 프로세스 챔버는 커버를 포함하고,
상기 액체 분사 디바이스는, 상기 액체 분사 노즐들이 상기 회전 축에 평행한 방향으로 상기 커버로부터 상기 챔버 내로 연장하도록 상기 커버에 적어도 부분적으로 장착되는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세스하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 액체 분사 디바이스와는 별도인 중앙 액체 공급 노즐을 더 포함하고, 상기 중앙 액체 공급 노즐은 상기 회전 척 상에 위치된 웨이퍼 형상의 물체의 중심에 액체를 분사하도록 상기 회전 축 상에서 열리는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세스하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 제어된 밸브들 각각은 각각의 액체 분사 노즐의 개구의 업스트림 측에 5 ㎜ 내지 15 ㎜의 거리에 각각의 도관을 따라 위치되는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세스하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 액체 분사 노즐들 중 적어도 하나는 상기 액체 분사 노즐들 중 적어도 다른 하나의 분사 개구와 상이한 직경을 갖는 분사 개구를 갖는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세스하기 위한 장치.
웨이퍼 형상의 물체들을 프로세싱하는 방법에 있어서,
웨이퍼 형상의 물체를 회전 척에 위치시키는 단계;
상기 웨이퍼 형상의 물체를 회전 축을 중심으로 회전시키는 단계; 및
액체 분사 노즐들의 어레이를 통해 상기 웨이퍼 형상의 물체의 표면 상에 제1 액체를 분사하는 단계를 포함하고,
상기 노즐들의 어레이는 상기 회전 축에 가장 가깝게 위치된 가장 안쪽의 노즐로부터 상기 웨이퍼 형상의 물체의 주변부에 가장 가깝게 위치된 가장 바깥쪽의 노즐로 방사상으로 연장하고,
상기 분사 동안 상기 노즐들의 어레이 각각은 상기 분사 동안 상기 노즐들 각각을 통한 액체의 흐름이 상기 노즐들 중 임의의 다른 노즐을 통한 액체 흐름과 독립적으로 제어되도록 각각의 컴퓨터 제어된 밸브에 의해 개별적으로 제어되고,
상기 노즐들은 상기 분사 내내 서로에 대해 정지되고,
상기 노즐들의 어레이는 적어도 3 개의 노즐들을 포함하고,
상기 분사하는 단계는, 먼저 상기 가장 바깥쪽의 노즐을 닫힌 채로 유지하면서, 상기 어레이의 상기 가장 안쪽의 노즐과 동시에 인접한 노즐을 통해 상기 제1 액체를 분사하는 단계 및 이어서 상기 가장 안쪽의 노즐을 닫힌 채로 유지하면서, 상기 어레이의 상기 가장 바깥쪽의 노즐과 동시에 인접한 노즐을 통해 상기 제1 액체를 분사하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세싱하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 분사 단계는 상기 컴퓨터 제어된 밸브들이 상기 가장 안쪽의 노즐로부터 상기 가장 바깥쪽의 노즐로 순차적으로 열리고 닫히면서, 상기 노즐들의 어레이 각각을 통해 같은 조성 (composition) 을 갖는 제1 액체를 분사하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세싱하는 방법.
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제11항에 있어서,
상기 노즐들의 어레이는 적어도 3 개의 노즐들을 포함하고,
상기 분사 단계는 임의의 주어진 시간에 상기 노즐들의 어레이 중 단지 하나를 통해 상기 제1 액체를 분사하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세싱하는 방법.
제11항에 있어서,
다른 상기 노즐들의 어레이를 통해 제2 액체를 분사하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 형상의 물체들을 프로세싱하는 방법.