KR102493551B1 - 프로세스 챔버에서 기판을 회전 및 병진시키기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

프로세스 챔버에서 기판을 회전 및 병진시키기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

처리 동안 프로세스 챔버 내에서 반도체 기판을 이동시키는 데 사용되는 핸들링 시스템과 관련된 시스템 및 방법이 본원에 개시된다. 핸들링 시스템은 피벗 포인트 주위로 원호형 모션으로 두 위치 사이에서 전후로 기판을 이동시키면서, 동시에 자체 중심 포인트 주위로 기판을 회전시킨다.

Description

프로세스 챔버에서 기판을 회전 및 병진시키기 위한 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 1월 27일에 출원되고 발명의 명칭이 "프로세스 챔버에서 기판을 회전 및 병진시키기 위한 시스템 및 방법"이고 그 전체로 본원에 참조로 통합되는 미국 가출원 제62/451,499호에 대해 우선권을 주장한다.
IC 제조는 마이크로 전자 기판 상의 다양한 재료의 도포 및 선택적인 제거에 의해 수행될 수 있다. 제조 프로세스의 일 양태는 마이크로 전자 기판으로부터 프로세스 잔류물 및/또는 잔해(예를 들어, 입자)를 제거하기 위해 마이크로 전자 기판의 표면을 세정 처리에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 생산 수율 및 디바이스 성능을 향상시키기 위해 마이크로 전자 기판을 세정하기 위해 다양한 건식 및 습식 세정 기술이 개발되었다. 그러나, 능동 구성 요소(예를 들어, 더 작은 장치 피처)의 밀도 증가는 과거보다 디바이스를 역학적 세정 처리에 의한 물리적 손상 및 더 작은 입자로부터의 수율 손실에 더 민감하게 만들었다. 따라서, 기판 상의 민감한 구조를 손상시키지 않으면서 더 작은 입자 및/또는 비교적 더 큰 입자를 제거할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
과거에, 극저온(cryogenic) 세정 장비를 위한 통상적인 하드웨어 구성은 기판에 화학 물질을 분배하기 위해 스프레이 바 또는 노즐을 사용하였다. 일부 이전의 접근법에서, 기판은 효율적인 방식으로 기판을 균일하게 세정하도록 처리 범위를 최대화하기 위해 스프레이 바 또는 노즐 아래에서 병진되었다. 이 접근법은 국부적 프로세스 스프레이 또는 제트 하에서 전체 기판을 병진시킬 수 있는 내부 체적을 갖는 프로세스 챔버의 설계로 이어져, 프로세스 스프레이는 원하는 입자 제거 효율(PRE: particle removal efficiency)을 달성하기 위해 최소 체류 시간으로 기판의 전체 직경을 가로 질러 통과할 것이다. 예를 들어, 프로세스 챔버는 슬라이딩 또는 안정화 로드를 갖는 선형 슬라이드 테이블을 포함하여, 운송 선형 슬라이드 테이블을 스프레이를 통해 이동시켜, 전체 기판이 스프레이를 통과할 것이다. 로드는 시일 누출에 민감하고 입자 및 프로세스 문제를 야기하는 스프링 통전 시일을 갖는다. 로드의 마찰 표면적은 추가적인 오염 및 입자 문제를 도입하는 윤활을 필요로 하는 잠재적인 입자원이었다. 이들 실시예에서, 프로세스 챔버는 원하는 PRE 결과를 달성하기 위해 기판의 직경의 2배보다 길었다. 그러나, 선형 병진 구성 요소(예를 들어, 로드)의 크기는 기판보다 훨씬 큰 챔버 체적을 필요로 하였고, 기판 직경의 크기가 증가함에 따라 프로세스 챔버 내의 마찰 표면적을 증가시켰다. 또한, 챔버 체적이 클수록 프로세스 성능의 대응되는 향상 없이 비용을 증가시켰다(예를 들어, 더 긴 펌프 다운 시간, 더 많은 화학 물질 및 더 큰 풋프린트).
따라서, 표면 처리 범위를 최대화하고, 입자 제거 효율을 개선하고, 프로세스 사이클 시간을 감소시키고, 화학 비용을 감소시키고 및/또는 장비 비용을 감소시키는 프로세스 챔버 설계에 대한 임의의 개선이 바람직할 것이다.
슬라이딩 시일을 갖는 선형 병진 로드의 필요성을 제거하고 전체 기판을 처리하는 동안 전체 이동 풋프린트를 최소화하기 위해 프로세스 챔버 내에서 기판을 핸들링하기 위한 시스템 및 방법에 대한 실시예가 본원에 설명된다. 이동 풋프린트는 프로세싱 동안 기판의 이동에 의해 커버되는 2차원 영역의 최대량이다. 이동 풋프린트를 최소화하는 것은 기판의 선형 병진을 요구하지 않는 기판 핸들링 메커니즘에 의해 달성된다. 광범위하게, 핸들링 메커니즘은 바람직한 PRE를 달성하기 위해 기판을 세정 화학 물질에 적절히 노출시키면서 2-D 이동을 최소화하기 위해 기판의 2개의 동시 방사상 이동을 통합한다. 핸들링 메커니즘의 회전 중심은 스윙-아암의 대향 단부에 위치된다. 스윙-아암의 제1 단부는 피벗 포인트(예를 들어, 제1 회전 중심)를 포함하고, 스윙-아암의 대향 단부는 기판을 스윙-아암에 고정시키기 위한 기판 홀더를 포함한다. 기판 홀더는 기판이 그 자신의 중심 포인트 주위로 회전할 수 있게 하는 회전 메커니즘(예를 들어, 제2 회전 중심)을 포함한다. 기판 핸들링 시스템은 화학 물질 분배 포인트 아래에 기판의 전방측을 위치시키고, 기판을 그 자신의 중심 포인트 주위로 회전시키면서, 동시에 회전 기판을 피벗 포인트 주위로 원호형 모션으로 이동시키도록 설계된다.
본원에 설명되는 시스템은 이전의 접근법에서 사용된 선형 모션 시스템에 비해 몇 가지 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 수평 이동을 최소화하는 것은 프로세스 챔버의 더 작은 2-D 풋프린트를 가능하게 할 수 있으며, 이는 더 많은 챔버가 단일 메인프레임에 추가될 수 있게 하고 및/또는 메인프레임의 크기를 감소시킬 수 있다. 더 작은 이동 거리는 전선의 길이를 짧게 하여 보다 깔끔한 전선 관리를 가능하게 하며, 더 긴 병진 이동을 가능하게 하는 데 사용되는 e-체인 케이블 관리 하드웨어에 대한 필요성을 제거한다. 또한, 개시된 시스템 설계는 프로세스 챔버 내의 잠재적인 입자원의 개수 및 크기를 감소시키기 위해 자성 유체 또는 회전 슬라이딩 시일을 포함하는 보다 단순한 회전 피드스루 기술의 사용을 가능하게 한다. 더 작은 로봇 풋프린트는 진공 챔버 내의 마찰 표면적을 감소시키고, 잠재적인 입자원(예를 들어, 이동 부품, 시일 등)이 진공 포트에 더 가깝게 배치되어 입자가 기판에 도달할 수 있기 전에 입자를 제거할 수 있다.
시스템은 임의의 목적 또는 응용을 위한 전기 디바이스를 구축하는 데 사용되는 반도체 기판을 프로세싱하는 데 사용될 수 있다. 시스템은 내부 체적 내에서 기판을 처리 또는 이동시키면서, 대기압 미만으로 유지될 수 있는 내부 체적을 갖는 프로세싱 챔버를 포함할 수 있다. 일례에서, 시스템은 처리 동안 유체 또는 가스를 분배하도록 설계된 유체 노즐로 구성될 수 있으며, 시스템에 고정된 기판의 반대측 또는 위에 배치될 수 있다. 시스템은 일 단부에 기판 홀더가 배치되고 대향 단부에 피벗 포인트가 배치된 스윙-아암을 포함하는 피벗 구성 요소를 포함한다. 피벗 구성 요소는 피벗 포인트 결합된 스테퍼 모터를 포함하고, 145° 이하로 떨어진 두 위치 사이에서 원호형 모션으로 피벗 포인트 주위로 스윙-아암을 회전시킨다. 피벗 모션과 관련하여, 기판 홀더는 그 자신의 중심 포인트 주위로 기판을 회전시키기 위한 회전 시스템을 포함한다. 시스템은 기판의 표면에 수직인 수직 라인이 피벗 포인트 및 기판 중심 포인트를 통해 그려질 수 없다는 점에서, 피벗 포인트가 기판 중심 포인트로부터 수평으로 오프셋되는 것을 보장하는 임의의 길이의 스윙-아암을 포함할 수 있다. 피벗 구성 요소는 프로세스 챔버 내에서 기판 이동을 가능하게 하기 위해 챔버 내부의 요소(예를 들어, 기판 홀더 또는 척 등) 및 외부의 요소(예를 들어, 회전/발진 모터 등)의 조합을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 피벗 구성 요소는 스윙-아암의 대향 단부가 피벗 포인트로부터 측정했을 때 145° 미만으로 떨어진 2개의 방사상 위치 사이에서 원호형 모션으로 기판을 회전시키도록, 피벗 포인트 주위에서 전후로 스윙-아암을 이동시키도록 구성된다. 지지 구성 요소는 마이크로 전자 기판을 지지 구성 요소에 고정시키기 위해 마이크로 전자 기판에 대한 지지 표면을 포함할 수 있다. 일 특정 실시예에서, 기판 회전 구성 요소는 지지 표면에 결합될 수 있으며, 이는 지지 표면의 중심 포인트 주위에서 지지 표면의 회전을 가능하게 한다. 이 경우, 중심 포인트는 스윙-아암의 피벗 포인트로부터 수평, 수직 및/또는 방사상으로 오프셋되어, 기판의 회전 중심이 스윙-아암의 회전 중심과 상이하다. 기판 회전은 기판 지지 구성 요소 또는 스윙-아암 내에 배치된 스테퍼 모터 또는 자기 부상 모터에 의해 가능해질 수 있다. 일 특정 실시예에서, 스윙-아암은 회전 모터가 내부 체적의 외부에 배치될 수 있도록 스윙-아암이 모터로부터 오프셋될 수 있게 하는 피벗 로드(예를 들어, 샤프트, 튜브 등)를 통해 회전 모터에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 피벗 구성 요소는 기판에 대한 유체 노즐의 상대 위치 및/또는 기판의 직경에 적어도 부분적으로 기초하여 기판에 걸친 처리 유체 커버리지를 최대화하기 위해 적어도 2개의 위치 사이에서 피벗 포인트 주위로 스윙 아암을 진동시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 피벗 구성 요소를 사용하는 처리 방법은 스윙-아암을 프로세스 챔버 내의 로딩/언로딩 위치에 위치시키기 위해 스윙-아암 회전 모터를 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 기판 핸들러는 마이크로 전자 기판을 스윙-아암에 결합된 회전 구성 요소(예를 들어, 지지 표면) 상에 배치한다. 임의의 기계적 또는 전기적 수단을 통해 기판이 스윙-아암에 고정된 후, 스윙-아암은 처리 챔버 내에 배치된 노즐 아래 또는 노즐에 근접한 초기 시작 위치에 위치될 수 있다. 일 특정 실시예에서, 기판은 처리 유체를 분배하기 전에, 기판의 임의의 표면적이 노즐 바로 아래에 위치되는 것을 피하도록 위치된다. 일단 위치에 놓이면, 기판은 중심 포인트 주위에서 미리 정해진 반경 방향 속도로 회전하기 시작할 수 있다. 마찬가지로, 시스템 제어기는 유체 노즐을 통해 프로세스 챔버로 프로세스 처리 가스를 유동시키기 전에 임의의 다른 미리 정해진 레시피 조건(예를 들어, 챔버 압력, 프로세스 가스 온도, 유입 가스 압력 또는 이들의 조합)이 충족되는지를 확인할 것이다. 이 실시예에서, 시스템 제어기는 프로세스 챔버 내의 2개 이상의 위치들 사이에서 미리 정해진 시간 및 각속도에 대해 원호형 모션으로 피벗 포인트 주위에서 스윙-아암을 피벗시키도록 피벗 구성 요소에 지시할 것이다. 대부분의 기판 세정 실시예에서, 2개 이상의 위치 사이의 회전 각도는 380° 미만, 통상적으로 145° 미만일 것이다.
본원에 개시되는 시스템 및 방법은 개선된 이동 효율 및 더 작은 챔버 또는 도구 풋프린트로부터 이점을 가질 수 있는 임의의 반도체 디바이스 제조 작업에 적용될 수 있다. 본 개시의 범위는 대기압 미만 프로세싱 어플리케이션으로 제한되지 않으며, 본원에 개시된 대기압 미만 실시예는 단지 예시적이고 설명적인 목적을 위한 것이다.
본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 나타내고, 상술한 본 발명의 일반적인 설명 및 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명을 설명하는 역할을 한다. 또한, 참조 번호의 가장 왼쪽 숫자(들)는 참조 번호가 처음 나타나는 도면을 식별한다.
도 1은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른 세정 시스템의 개략도 및 세정 시스템의 프로세스 챔버의 단면도를 포함한다.
도 2는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른 세정 시스템에 의해 사용되는 다른 핸들링 시스템 실시예의 측단면도를 포함한다.
도 3은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른 핸들링 시스템의 평면도를 포함한다.
도 4는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른 세정 시스템을 사용하는 예시적인 방법의 흐름도를 포함한다.
도 5는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른 다른 핸들링 시스템 실시예의 평면도를 포함한다.
도 6은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른 핸들링 시스템 내의 스윙- 아암 이동의 평면도를 포함한다.
도 1은 고유한 방식으로 챔버 내의 분배원(들)에 대해 기판을 이동시킴으로써 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 예시적인 처리 시스템의 개략도를 포함한다. 특히, 기판의 이산 부분을 처리할 수 있는 농축 유체 흐름을 갖는 단일 분배원을 갖는 실시예에서, 기판을 주위로 이동시키는 것이 웨이퍼 프로세스 결과 내에서 개선된다. 그러나, 핸들링 시스템은 단일 분배원 처리로 제한되지 않으며, 보다 균일한 화학 처리(예를 들어, 세정, 퇴적, 에칭 등)를 가능하게 하기 위해 다중원(multi-source) 분배 처리와 함께 사용될 수 있다. 예시적이고 설명적인 목적으로, 처리 시스템은 극저온 세정 시스템으로서 설명되지만, 청구항의 범위를 세정 실시예로 제한하려고 의도된 것은 아니다. 예를 들어, 본원에 개시된 시스템 및 방법은 퇴적, 에칭, 추적, 계측, 패터닝, 또는 전기 디바이스를 제조하는 데 사용되는 임의의 다른 프로세싱 기술에 적용될 수 있다.
광범위하게, 본원에 개시된 기판 핸들링 시스템은 화학적 처리 환경 내에서 기판을 이동시키기 위해 2개의 동시 회전 부재를 갖는 내재된 회전 메커니즘을 포함한다. 메커니즘은 피벗팅 아암의 일 단부에 위치된 피벗 포인트 주위에서 전후로 진동하는 피벗팅 아암을 포함한다. 피벗 포인트의 대향 단부에는 그 중심 포인트 주위에서 기판을 고정 및 회전시킬 수 있는 기판 지지 구성 요소가 배치된다. 피벗팅 및 회전 모션의 조합은 비교적 작은 표면적 내에서 가장 넓은 표면 노출을 가능하게 한다. 따라서, 더 작은 표면적은 프로세스 챔버 풋프린트 및 체적을 최소화하고, 이는 프로세스 이점 외에 사이클 시간, 화학 비용 및 메인프레임 풋프린트를 향상시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 처리 시스템은 극저온 냉각 유체를 사용하여 마이크로 전자 기판(102)으로부터 입자, 오염물 또는 필름을 세정할 수 있는 세정 시스템(100)으로서 나타내어져 있다. 프로세스 챔버(106)는 프로세스 챔버(106)에 결합된 진공 시스템(136)에 의해 상대적으로 낮은 압력에서 유지되는 내부 체적(114)으로 노즐(112)을 통해 흐르거나 확장되기 전에 유체 냉각 시스템 또는 극저온 냉각 시스템(110)(예를 들어, 액체 질소)에 의해 냉각된 하나 이상의 유체원(108)으로부터 가압된 유체(들)를 수용하도록 구성될 수 있다. 극저온으로 냉각된 유체는 측단면도(108)에 나타낸 바와 같이, 프로세스 챔버(106) 내에 배치된 핸들링 시스템(104)에 고정된 기판(102)을 지향할 수 있다. 일 실시예에서, 냉각된 유체에 대한 가스 라인은 온도 변화를 최소화하고 응축을 방지하기 위해 절연된다.
이 실시예에서, 단일 노즐(112)이 처리 유체를 내부 체적으로 분배하기 위해 사용된다. 일부 예에서, 노즐의 출구 직경과 기판 직경 사이의 크기 차이는 매우 클 수 있다(예를 들어, > 50x). 따라서, 일부 예에서, 분배된 유체는 기판(102)의 크기에 비해 비교적 작은 영역만 세정할 수 있다. 과거에, 이 문제는 노즐(102) 아래에서 기판(102)을 선형으로 병진 및 회전시킴으로써 보상되었다. 그러나, 이러한 방식으로 기판(102)을 처리하는 것은 전체 기판(102)을 처리하고 바람직한 PRE를 유지하기 위해 긴 거리(예를 들어, 직경의 적어도 2X)에 걸쳐 기판을 병진시키는 것을 필요로 한다. 이동 거리는 프로세스 챔버(106)의 측벽과 접촉하지 않고 기판을 이동시키기에 충분한 크기의 내부 체적(114)을 나타낸다. 이동 거리 및 챔버 체적은 더 긴 거리를 이동하는 데 더 많은 시간이 걸리고 더 큰 체적을 펌프/퍼지(purge)한다는 점에서 처리 프로세스 사이클 시간에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이동 거리 및 프로세스 챔버(108) 체적을 감소시키는 것은 사이클 시간에 긍정적인 영향을 줄 수 있고 세정 시스템(100)을 보다 비용 효율적으로 동작하게 할 수 있다.
내부 체적(114)의 감소를 가능하게 하는 기판의 수평 또는 2-D 이동 거리를 감소시키도록 의도된 핸들링 시스템(104)이 본원에 개시된다. 핸들링 시스템(104)의 거리 및 체적의 이점은 노즐(112) 아래에서 원호형 모션으로 피벗 포인트 주위에서 기판(104)을 전후로 회전시키면서 동시에 자신의 중심 포인트 주위에서 기판(102)을 회전시킬 수 있는 메커니즘에 의해 가능하게 된다. 노즐(112)은 처리 동안 기판의 중심 포인트를 지나가지 않도록 위치될 수 있다.
핸들링 시스템(104)은 일 단부에서 피벗 로드(120)에 고정된 스윙-아암(118) 및 대향 단부에서 기판 지지 구성 요소(122)를 사용함으로써 기판(102)의 2개의 반경 방향 이동의 조합을 구현한다. 피벗 로드(120)는 145° 이하로 전후로 회전되어, 스윙-아암(118)의 원위 단부가 스윙-아암(118)의 반경 및 피벗 로드(120)의 회전 각도에 의해 형성된 원호를 따라 이동한다. 이러한 방식으로, 프로세스 처리 동안, 기판(102)은 노즐(112) 위에서 또는 노즐(112)로부터 볼 때, 원호형 모션으로 피벗 로드(120) 주위에서 피벗되는 것으로 보인다. 이 피벗팅 모션은 도 1에 나타낸 피벗 화살표(134)로 표시된다. 피벗 로드(120)는 핸들링 시스템(104)의 제1 회전 중심이다.
핸들링 시스템의 제2 회전 중심은 기계적 및/또는 전기적 수단을 사용하여 기판(102)을 고정하도록 구성되는 기판 지지 구성 요소(122)의 중심에 위치된다. 기판 지지 구성 요소는 기판(102)이 자신의 중심 포인트 주위에서 회전하도록 구성된다. 이 경우에, 회전 시스템(124)은 지지 구성 요소(122)에 결합되고 도 1에 나타낸 회전 화살표(130)로 표시된 바와 같이 기판(102)을 회전시킬 수 있다. 기판의 회전 속도 및 스윙-아암의 각 속도뿐만 아니라 다른 세정 시스템(100) 동작은 프로세스 챔버(106) 내에서 임의의 처리 기술을 구현하기 위해 메모리(118)에 저장되고 컴퓨터 프로세서(120) 상에서 실행되는 명령을 실행할 수 있는 제어기(116)를 통해 제어될 수 있다.
반도체 프로세싱 기술 분야의 통상의 기술자는 프로세스 챔버(106)에서 수행되는 임의의 처리를 구현하기 위해 세정 시스템(100)(예를 들어, 유체원(들)(108), 극저온 냉각 시스템(110), 진공 시스템(136), 제어기 및 이들 각각의 하위-구성 요소(미도시, 예를 들어, 센서 등))을 구성할 수 있다.
도 1의 실시예에서, 회전 시스템(124)은 회전 시스템(124)의 이동 부분으로부터의 오염을 최소화하기 위해 스윙-아암(118)에 내장된 것으로 나타내어져 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 회전 디바이스는 도 2에 나타낸 바와 같이 스윙-아암(118)의 후방측에 결합될 수 있거나, 스윙-아암(118)의 전방측 상의 기판 지지 구성 요소(122)에 통합될 수 있다. 스윙-아암의 전방측은 노즐에 대향하고 스윙-아암(118)의 후방측은 전방측과 반대이다.
도 2는 도 1에 나타낸 프로세스 챔버(106) 및 핸들링 시스템(104)의 예시적인 실시예의 측단면도를 나타낸다. 도 2의 실시예는 도 1의 세정 시스템(100)을 동작시키는 데 사용되는 구성 요소와 관련된 일부 공통 양태를 공유한다. 예를 들어, 프로세스 챔버(106) 외부의 동작 구성 요소(예를 들어, 제어기(116) 등)는 도 2에 나타낸 피벗팅 시스템(200)에 적용 가능하다. 유사하게, 피벗팅 시스템(200)의 일부 내부 구성 요소는 도 1에 설명된 것과 유사한 방식으로 사용되거나 동작될 수 있다. 예를 들어, 공통 내부 구성 요소는 노즐(112) 및 내부 체적(114)을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 또한 도 1의 실시예에 설명된 기판(102) 이동 기능은 유사한 방식으로 피벗팅 시스템(200)에 의해 구현될 수 있다. 마찬가지로, 피벗팅 시스템(200)의 개념 및 구성 요소는 또한 도 1의 세정 시스템(100) 및/또는 프로세스 챔버(106)에 적용될 수 있다.
도 2에서, 피벗팅 시스템은 클리닝 시스템(100)에 대한 대기압-미만 처리를 가능하게 하는 것을 돕기 위해 내부 체적(114)을 둘러싸는 프로세스 챔버(106)의 측벽(202)을 포함한다. 측벽은 내부 체적(114) 내의 피벗팅 시스템(200)의 일부를 둘러싸고, 외부 부분과 내부 부분을 접속하기 위해 진공 기밀 통로(204)로 구성된다. 통로(204)는 회전식 슬라이딩 시일 또는 자성 유체 시일일 수 있어 내부 부분이 대기압-미만의 환경 내에서 동작할 수 있게 하면서 피벗팅 구성 요소(200)의 외부 부분(예를 들어, 모터)이 대기 상태에 노출될 수 있게 한다. 측벽(202)은 화학 물질을 내부 체적(114)으로 분배하거나 처리 동안 이들 화학 물질을 배출하기 위해 다른 추가적인 진공-기밀 입구 및 출구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 노즐(112)은 프로세스 챔버(106)로 처리 화학 물질을 전달하는 유체원(108) 및 가스 분배 네트워크에 결합된다. 노즐(112)에 접속된 가스 라인 또는 노즐(112) 자체는 진공 기밀 시일을 내부 체적(114) 내에 유지될 수 있게 하면서 측벽(202) 내에 배치될 수 있다. 진공 포트(206)가 측벽(202) 내에 배치되어 분배된 유체를 내부 체적(114)으로 배출하기 위해 진공 시스템(136)에 접속된다. 도 2의 실시예에서, 진공 포트(206)는 기판(102) 아래에 배치되어 피벗팅 시스템(200)에 의해 생성된 입자가 기판(102)에 영향을 줄 수 있기 전에 제거할 더 큰 가능성을 갖는다. 또한, 진공 포트(206)를 기판의 원호형 모션의 아래에 또는 반대하여 배치하는 것은 기판(102)에 걸친 유체 흐름 균일성을 향상시킬 수 있으며, 이는 더욱 균일한 PRE 결과를 제공할 수 있다. 일 특정 실시예에서, 진공 포트(206)는 피벗팅 시스템(200)의 피벗 구성 요소(208)에 의해 가능하게 되는 기판의 원호형 이동 경로의 중간 포인트에서 하부 또는 바닥 측벽(202) 상에 배치될 수 있다.
광범위하게, 피벗 구성 요소(208)는 처리 전에 기판(102)을 고정한 다음 노즐(112) 아래의 방사상 원호형 모션으로 기판(102)을 전후로 이동시키면서 동시에 자신의 중심 포인트 주위로 기판(102)을 회전시킨다. 피벗 구성 요소(208) 및 노즐(112)은 원하는 처리 결과를 수용하도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 노즐(112) 및 피벗 구성 요소(208)는, 노즐(112)이 피벗 구성 요소(208)에 의해 실행되는 원호형 이동의 중간에서 기판의 중심 포인트를 통과하도록 서로에 대해 위치된다. 하지만, 다른 실시예에서, 노즐(112)은 원호형 이동의 중심 포인트로부터 횡방향으로 오프셋될 수 있어, 노즐(112)은 기판(102)의 전체 직경을 통과하는 것을 피한다. 이러한 방식으로, 처리 중에, 기판의 수평 이동 거리는 처리는 최소화될 수 있고 피벗 구성 요소(208)에 대해 더 작은 내부 체적(114)을 가능하게 할 수 있다. 그러나, 노즐(112)의 위치는 세정 시스템(100) 또는 다른 어플리케이션의 원하는 성능에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 피벗 구성 요소(208)에 대한 노즐(112)의 배치는 처리의 프로세스 능력 및 소유 비용(예를 들어, 사이클 시간, 화학적 소비, 풋프린트 등)에 대해 밸런싱될 수 있다. 일부 경우에, 처리 어플리케이션은 전체 기판(102)의 직경을 통과하는 노즐(112)로부터 이익을 얻을 수 있지만, 다른 처리 적용에서는 더 작은 내부 체적(114) 및 더 짧은 수평 또는 횡방향 이동 거리의 비용 이점이 처리 결과에 부정적인 영향을 주지 않을 수 있다.
도 2의 실시예에서, 기판(102)은 스윙-아암(118)의 대향 단부에서 피벗 로드(120)에 결합되는 스윙-아암(118)의 일 단부에 배치된 기판 지지 구성 요소(210)를 통해 피벗 구성 요소(208)에 고정된다. 기판(102)의 원호형 모션은 피벗 로드(120)의 원위 단부에 결합된 로킹(rocking) 구성 요소(212)에 의해 구동되고, 록은 피벗 로드(120)를 145도 미만으로 떨어진 적어도 두 위치 사이에서 전후로 회전시킨다. 또한, 스윙-아암(118) 및/또는 기판 지지 구성 요소(210)의 후방측에 결합된 기판 회전 구성 요소(214)는 자신의 중심 포인트 주위에서 360°로 기판(102) 회전을 구동한다.
기판 지지 구성 요소(210)는 처리 동안 임의의 제어되지 않는 이동을 방지하기 위해 기판(102)을 고정하기 위한 척(chuck) 또는 지지 표면을 포함할 수 있다. 척은 기판(102)을 척에 클램핑 또는 고정하기 위한 임의의 기계적, 전기적 및/또는 공압식 수단을 사용할 수 있다. 척은 스윙-아암(118) 및 기판(102)이 회전되는 동안 척을 고정할 수 있어야 한다.
일 실시예에서, 기판 회전 구성 요소(218)는 스윙-아암(118) 및/또는 기판 지지 구성 요소(210)의 후방측에 결합될 수 있다. 회전 구성 요소(218)는 회전 베어링 메커니즘을 사용하여 척 또는 지지 표면을 회전시키는 회전 구동 샤프트를 갖는 스테퍼 모터(stepper motor)를 포함할 수 있어, 기판 척 또는 지지 표면이 자신의 중심 포인트 주위로 회전할 수 있다. 스테퍼 모터는 필요에 따라 회전 속도를 조절할 수 있는 제어기(116)에 전기적으로 결합된다.
다른 실시예에서, 회전 구성 요소(218)는 기판 척 또는 표면 지지체에 자기적으로 결합될 수 있는 자기 부상 시스템(미도시)을 포함할 수 있다. 부상 시스템은 수평, 수직 및 반경 방향으로 기판 척 이동을 자기적으로 제어하기 위한 자기 방사 베어링을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 이동 방향은 대응하는 자석 그룹에 의해 독립적으로 제어되어 기판 척을 상승, 안정화 및 회전시킨다. 각각의 그룹은 특정 이동 방향을 제어하도록 지정되며, 피벗팅 시스템(200)의 임의의 다른 구성 요소와 물리적으로 접촉하지 않고 기판 척을 회전시키도록 제어기(116)를 통해 조정된다.
다른 실시예에서, 기판 척 또는 지지 표면은 극저온 냉각 처리 동안 기판(102)을 가열하기 위한 가열 요소(미도시)를 포함할 수 있다. 가열은 기판(102) 내에서 온도 구배를 가능하게 할 수 있는 냉각된 처리 유체에 의해 야기되는 기판(102)의 휨을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 일부 경우에, 온도 구배는 기판(102)의 변형을 야기하기에 충분한 응력을 유도하기에 충분히 크다. 일부 실시예에서, 기판(102)을 가열하는 것은 세정 처리 동안 입자를 제거하거나, 입자의 재부착을 방지하거나, 에칭 처리 동안 재료를 제거하거나, 퇴적 처리 동안 재료를 퇴적하는 것과 같은 처리 성능을 개선할 수 있다. 일 실시예에서, 가열 요소는 스윙-아암(118)에 결합되고 기판 척의 회전 부분에 근접하게 위치되지만 기판 척의 임의의 회전 부분과 물리적으로 접촉하지 않는 저항 요소를 포함할 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 기판 지지 구성 요소(210)는 스윙-아암(118)의 일 단부에 결합되고, 피벗 로드(102)는 대향 단부에 결합된다. 스윙-아암(118) 및 피벗 로드(120)는 로킹 구성 요소(212)에 의해 구동되는 간단한 메커니즘을 형성하여 내부 체적(114) 내에서 미리 정해진 모션을 통해 기판(102)을 이동시킨다. 스윙-아암(118)과 피벗 로드(120)의 접속은, 기판(102)이 내부 체적(114) 내에서 2개의 위치 사이에서 주위에 회전되는 피벗 포인트를 형성한다. 이 실시예에서, 2개의 위치가 노즐(112)이 기판의 중심 포인트를 통과하지 않고 기판(102)을 통과할 수 있도록 선택된다. 따라서, 스윙-아암의 길이는 기판(102)의 직경 및 내부 체적(114) 내의 노즐(112)의 위치에 따른다. 일반적으로, 스윙-아암(118)의 아암 반경은 노즐(112)이 처리 중 기판의 중심 포인트를 통과하는 것을 방지하기 위해 피벗 포인트와 노즐(112) 사이의 수평 거리보다 크거나 작아야 한다. 피벗 로드(120)의 길이는 로킹 구성 요소(212)의 위치 및 노즐(112)과 기판(102) 사이의 임의의 원하는 간극에 따른다.
일 실시예에서, 스윙-아암(118) 및 피벗 로드(120)는 전기 또는 공압 라인이 기판 척에 도달할 수 있도록 내부 체적으로 형성된다. 전기 및 공압 라인은 기판 척의 기판(102)의 회전 및 클램핑을 제어하는 데 사용될 수 있다. 스윙-아암(118) 및 피벗 로드(120)는 이들에 가해지는 임의의 힘을 견디고, 내부 체적(114)으로 도입된 처리 유체와의 임의의 화학적 반응을 적절히 저항하고, 처리 유체가 내부 체적에 도달하는 것을 방지하기 위한 강도 및 성분을 갖는 임의의 적절한 재료로 이루어질 수 있다.
로킹 구성 요소(212)는 145° 미만으로 떨어진 전후 모션으로 피벗 로드(120)를 신뢰성 있게 회전시킬 수 있는 임의의 적절한 전기/기계 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 기판(102)이 스윙-아암(118)의 자유 단부의 원호형 경로를 따라 50°/s까지의 각속도로 이동될 수 있도록 적절한 토크 및 응답을 갖는다. 도 3은 처리 프로세스의 다양한 단계 동안 단면 라인 AA-AA에서 본 피벗팅 시스템의 평면도를 나타낸다.
도 3은 내부 체적(114)에서의 처리 동안 다양한 위치에서, 도 2의 AA-AA 라인에서 볼 때, 피벗 구성 요소(208)의 평면도를 나타내는 피벗팅 시스템(200)의 예시적인 실시예이다. 도 3에서, 피벗 구성 요소(208)는 스윙-아암(118), 피벗 로드(120) 및 기판(102)을 갖는 기판 지지 구성 요소(210)로서 나타내어져 있다. 피벗 구성 요소(208)는 측벽(202) 및 프로세스 챔버(106)로 그리고 프로세스 챔버(106)로부터 기판(102)을 이동시키는 데 사용되는 개구인, 도 2에는 보이지 않는 이송 도어(300)로 나타내어지는 프로세스 챔버(106) 내에 배치된다. 이송 도어(300)는 전기/기계적/공압식 액추에이터를 사용하여 이송 도어(300)를 개방 및 폐쇄하여 기판(102)이 프로세스 챔버(106)로 그리고 프로세스 챔버(106)로부터 이동될 수 있게 하는 측벽(202)의 개구를 생성한다. 피벗 구성 요소(208)가 로딩 위치(302)에 있을 때, 이송 메커니즘(미도시)은 기판(102)을 기판 지지 구성 요소(210)의 온(on) 및 오프(off)로 선택 및 배치할 것이다. 일반적으로, 로딩 위치(302)는 이송 도어에 근접하여 이송 메커니즘의 내부 체적으로의 이동 거리를 최소화하지만, 프로세스 챔버(108)는 지정된 로딩 위치(302)가 프로세싱 위치로부터 분리될 것을 요구하지 않으며, 프로세스 챔버(106) 내의 가능한 위치의 설명을 용이하게 하기 위해 단지 이러한 방식으로 나타내어진다.
일 실시예에서, 피벗 구성 요소(208)는 처리를 개시하기 전에 로딩 위치(302)로부터 제1 위치(예를 들어, 개시 위치)(304)로 이동될 수 있다. 이 경우에, 처리 유체가 내부 체적(114) 내에 분배되기 전에 노즐(112)이 기판(102)의 에지 바로 근처에 위치된다. 처리 유체가 노즐(112)로부터 분배되기 전에 기판 지지 구성 요소(210)가 기판(102)의 회전을 시작할 수 있다. 일단 처리 유체의 흐름 및 프로세스 압력이 안정화되면, 피벗 구성 요소(208)는 기판(102)의 일부를 노즐(112) 바로 아래에 가져오는 제2 위치(306)로 스윙-아암(118)을 회전시킬 것이다. 피벗 구성 요소(208)는 원하는 양의 미리 정해진 시간 동안 처리 내내 제1 위치(304)와 제2 위치(306) 사이에서 전후로 피벗할 것이며, 제1 위치(304) 또는 제2 위치(306)에서 정지할 수 있다. 기판(102)은 처리 내내 피벗 포인트(예를 들어, 피벗 로드(120)) 주위에서 원호형 모션(308)으로 이동할 것이다. 유체 분배가 종료된 후, 기판(102)은 회전을 정지하고, 스윙 아암(118)은 로딩 위치(302)로 이동하여 이송 메커니즘에 의한 픽-업을 위해 기판(102)을 이용 가능하게 할 것이다.
도 4는 피벗팅 시스템(200)을 사용하여 기판을 처리하기 위한 방법에 대한 흐름도(400)를 포함한다. 본원에 개시된 방법은 기판(102)의 이동 및 기판(102)에 대한 처리 조건을 구현하도록 세정 시스템(100)에 지시하는, 비일시적 매체(예를 들어, 메모리)에 저장되는 컴퓨터-프로세서 실행 가능 명령을 실행하는 제어기(116)를 사용하여 피벗 구성 요소(208) 상에 구현될 수 있다. 방법 단계의 시퀀스는 예시적이며, 달리 지시되지 않는 한, 단계는 다양한 시퀀스로 수행될 수 있다.
블록(402)에서, 피벗 구성 요소(208)는 프로세스 챔버(106)(예를 들어, 처리 챔버) 내에 마이크로 전자 기판을 수용하기 위해 스윙-아암(118)을 로딩 위치(302)로 위치시킬 것이다. 이송 로봇은 이송 도어를 통해 기판(102)을 이동시킬 것이다.
블록(404)에서, 이송 로봇은 스윙-아암(118)에 결합된 회전 구성 요소(예를 들어, 기판 지지 구성 요소(210)) 상에 마이크로 전자 기판(102)을 배치할 것이다. 회전 구성 요소는 임의의 전기, 기계 및/또는 공압식 수단을 사용하여 마이크로 전자 기판(102)을 피벗 구성 요소(208)에 고정할 것이다.
블록(406)에서, 피벗 구성 요소(208)는 처리 챔버 내에 배치된 극저온 노즐(들) 아래 또는 반대쪽에 마이크로 전자 기판(102)을 위치시킨다. 예를 들어, 기판(102)은 처리를 위한 준비에서 제1 위치(304) 또는 제2 위치(306)에 배치될 수 있다.
블록(408)에서, 피벗 구성 요소는 마이크로 전자 기판(102)의 중심 포인트 주위에서 마이크로 전자 기판(102)을 회전시키기 시작한다. 기판 지지 구성 요소(210)는 처리 요건에 따라 10 rpm과 300 rpm 사이의 회전 속도로 기판을 회전시킬 수 있다. 제어기(116)는 기판(102)에 걸쳐 노즐(112) 체류 시간을 변화시키도록 각속도를 조정하기 위해 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 피벗팅 속도 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기(116)는 마이크로 전자 기판(102)의 중심 포인트에 대한 유체 노즐(112)의 상대적인 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 각속도를 변화시키는 명령을 실행할 수 있다. 예를 들어, 스윙-아암(118)의 각속도는, 유체 노즐(112)이 유체 노즐(112)이 중심 포인트로부터 특정 거리 내에 있을 때 더 빠를 수 있고, 유체 노즐(112)이 중심 포인트로부터 더 멀어질 대 느려질 것이다. 다른 실시예에서, 각속도는 기판의 중심 포인트 또는 기판(102)의 에지에 대한 노즐(112) 위치의 함수로서 증가 또는 감소할 것이다. 특정 위치에 대한 노즐(112)의 체류 시간은 기판(102)의 속도에 기초하여 변할 수 있다. 노즐(102)이 기판의 중심으로부터 멀어짐에 따라, 기판(102)의 속도가 증가하여 대응하는 체류 시간의 감소를 가져올 것이다. 이는, 중심에 더 가까운 영역이 기판의 에지에 더 가까운 영역보다 더 높은 체류 시간을 갖기 때문에, 처리가 기판(102)에 걸쳐 고르지 않게 분포됨을 의미한다. 이러한 변화는 불균일한 처리 결과를 생성하여, 일부 영역이 기판(102)의 중심에 대한 상대 위치에 따라 과도하게 세정되거나 과소하게 세정된다. 따라서, 노즐(112)이 기판의 중심으로 이동하거나 기판의 중심에 더 가까이 되면, 기판(102)에 걸쳐 체류 시간, 위치에 대한 시간량을 안정화시키기 위해 각속도가 증가할 수 있다. 예를 들어, 각속도는, 기판이 제1 위치(304)와 제2 위치(306) 사이에서 천이될 때 비선형 방식으로 50 rpm과 120 rpm 사이에서 천이될 수 있다. 다른 실시예에서, 각속도는 제1 위치(304)와 제2 위치(306) 사이에서 천이할 때 노즐(112)의 상대 위치 및 지지 구성 요소(210)의 회전 속도에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.
블록(410)에서, 일 실시예에서, 제어기(116)는 세정 시스템(100)이 처리 화학 물질을 내부 체적으로 흐르게 하고 마이크로 전자 기판(102)을 처리 화학 물질에 노출시키도록 지시할 수 있다. 이 경우에, 화학적 노출은 노즐(112) 출구가 기판(102) 바로 위에 있기 전에 시작될 수 있어, 초기에 유체는 기판(102)이 아니라 대향 측벽(202)을 지향한다. 그러나, 이 실시예에서, 기판(102)은 내부 체적(114)으로 분배될 때 처리 화학 물질에 노출되는 것으로 고려된다.
하나의 특정 실시예에서, 처리는 70K와 270K 사이의 온도 및 처리 유체에서 액체가 형성되는 것을 방지하는 압력에서 노즐(112)로부터 분배되는 질소, 아르곤, 또는 양쪽의 조합을 포함할 수 있다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 단일 종 또는 종의 혼합물에 이용 가능할 수 있는 위상 다이어그램 또는 임의의 다른 알려진 위상 다이어그램 문헌을 사용하여 온도 및 압력의 적절한 조합을 선택할 수 있다. 많은 실시예에서, 프로세스 챔버(106)의 압력은 100 Torr 미만으로 유지될 수 있다.
블록(412)에서, 피벗 구성 요소(208)는, 제어기(116)가 프로세스 조건(예를 들어, 압력, 흐름, 기판 회전)이 원하는 한계 내에 있음을 확인한 후, 스윙-아암(118)을 피벗 포인트(예를 들어, 피벗 로드(120)) 주위에서 전후로 피벗하기 시작할 수 있다. 대부분의 경우, 피벗 포인트로부터 측정된 스윙-아암의 회전 각도는 이전 기술보다 작은 내부 체적(114)을 갖는 비용 이점을 달성하기 위해 360°보다 작을 것이다. 대부분의 실시예에서, 제어기(116)는 제1 위치(304)와 제2 위치(306) 사이의 회전 각도가 145° 미만이 되도록 제한할 것이다. 회전 각도 제한에 기초하여, 기판의 중심 포인트는 피벗 포인트 주위에서 원호-라인을 따라 이동할 것이다. 또한, 제어기(116)는, 스윙-아암(118)이 제1 위치(304)와 제2 위치(308) 사이에서 진동함에 따라, 초 당 5 호 각도(arc degree)와 50 호 각도 사이에서 스윙-아암의 각속도를 제한할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기(116)는 마이크로 전자 기판(102)의 중심 포인트에 대한 유체 노즐(112)의 상대 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 회전 속도를 변화시키도록 명령을 실행할 수 있다. 예를 들어, 유체 노즐(112)이 중심 포인트로부터 특정 거리 내에 있을 때 회전 속도가 더 빠를 수 있고, 유체 노즐(112)이 중심 포인트로부터 더 멀어질 때 느려질 것이다. 다른 실시예에서, 회전 속도는 기판의 중심 포인트 또는 기판(102)의 에지에 대한 노즐(112) 위치의 함수로서 증가 또는 감소할 것이다. 특정 위치에 대한 노즐(112)의 체류 시간은 기판(102)의 속도에 기초하여 변할 수 있다. 노즐(102)이 기판의 중심으로부터 멀어짐에 따라, 기판(102)의 속도가 증가하여 대응하는 체류 시간이 감소시킬 것이다. 이는, 중심에 더 가까운 영역이 기판의 에지에 더 가까운 영역보다 더 긴 체류 시간을 갖기 때문에, 처리가 기판(102)에 고르지 않게 분포됨을 의미한다. 이러한 변화는 기판(102)의 중심에 대한 상대 위치에 따라 일부 영역이 과도 세정되거나 과소 세정되는 불균일한 처리 결과를 생성할 것이다. 따라서, 노즐(112)이 기판의 중심으로 이동하거나 기판의 중심에 더 가까이 되면, 기판(102)에 걸쳐 체류 시간, 위치에 대한 시간량을 안정화시키기 위해 각속도가 증가하여 전체 기판(102)에 걸쳐 처리 균일성을 제어할 수 있다. 예를 들어, 회전 속도는, 기판이 제1 위치(304)와 제2 위치(306) 사이에서 천이될 때 비선형 방식으로 50 rpm과 120 rpm 사이에서 천이될 수 있다. 다른 실시예에서, 회전 속도는 제1 위치(304)와 제2 위치(306) 사이에서 천이할 때 노즐(112)의 상대 위치 및 스윙-아암(210)의 각속도에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.
제어기(116)는 메모리(118)에 저장된 미리 정해진 양의 동안 스윙-아암의 각속도 및 기판(102) 회전 속도를 제어할 수 있다. 화학 처리의 종료시, 제어기는 스윙-아암(118) 및 기판(102)의 회전을 정지한 후 이송 로봇이 기판(102)을 픽업하여 기판을 프로세스 챔버(106)로부터 제거할 수 있도록 로딩 위치(302)로 복귀시키도록 스윙-아암(118)에 지시할 것이다.
도 5는 처리 시스템(500)의 평면도를 포함하고 핸들링 시스템(104) 및 프로세스 챔버(106)의 다른 실시예이다. 도 5의 실시예에서, 핸들링 시스템(104)은 고정 포인트(504)(예를 들어, 피벗 포인트) 주위에서 피벗하는 피벗 아암(502) 또는 스윙-아암 스테이지를 포함할 수 있다. 피벗 포인트는 피벗 아암(504)의 일 단부에 위치될 수 있고 치료 시스템(500) 내의 제1 위치와 제2 위치 사이에서 피벗 아암(504)을 이동시키는 메커니즘에 고정될 수 있다. 피벗 아암(502) 이동은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 진동할 수 있어, 피벗 아암(502)은 피벗 포인트(506) 주위로 360도 미만으로 회전한다. 일 특정 실시예에서, 제1 위치와 제2 위치 사이의 피벗 각도는 145도 이하의 원호 상에 있을 것이다. 일부 예에서, 노즐(112) 배치는 마이크로 전자 기판(102)의 유체 커버리지를 제한할 수 있으며, 이는 피벗 포인트에 대향되는 피벗 아암(502)의 원위 단부에 회전-스테이지(508)를 추가함으로써 향상될 수 있다. 이 실시예에서, 피벗 아암은, 극저온 에어로졸 또는 GCJ 스프레이, 또는 다른 처리 화학 물질을 형성하기 위해 사용되는 노즐(112) 아래에서 마이크로 전자 기판(102)이 회전되는 동안 제1 위치와 제2 위치 사이에서 병진될 수 있다. 이러한 방식으로, 병진 및 회전은 마이크로 전자 기판(102)의 상이한 부분을 노출시키고 극저온 에어로졸 또는 GCJ 스프레이에 대한 표면적 커버리지를 증가시키면서, 세정 처리에 사용되는 챔버의 크기를 최소화한다.
일 실시예에서, 회전 메커니즘(508)은, 피벗 아암(502)이 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동되는 동안, 처리 중에 마이크로 전자 기판(102)의 360도 회전을 가능하게 하기 위해 피벗 아암(502)에 통합되거나 피벗 아암에 결합될 수 있다. 회전 메커니즘(508)은 처리 중에 마이크로 전자 기판을 고정하기 위한 표면 지지 영역을 포함할 수 있다. 표면 지지 영역은 또한 극저온 에어로졸 또는 GCJ 스프레이에 의해 야기되는 표면 냉각에 대응하여 세정 프로세스를 향상시키고, 제거된 입자의 세정된 표면으로의 재퇴적을 방지하고 또한 프로세스 챔버(예를 들어, 마이크로 전자 기판(102) 또는 노즐(112)) 내의 응축을 방지하기 위한 가열 요소를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 피벗 아암(502) 이동은 도 1에 나타낸 바와 같이 피벗 포인트 주위에서 원호형 모션으로 마이크로 전자 기판(102)을 스위핑하기 위해 전후로 진동하는 스테퍼 모터에 의해 구동될 수 있다. 스테퍼 모터는 프로세스 챔버의 외부에 위치될 수 있고 프로세스 챔버(106)로 연장되는 중공 샤프트에 벨트-결합된다. 중공 샤프트는 중공 샤프트에 결합된 피벗 아암(502)에 대한 피벗 포인트(506)를 마킹한다. 중공 샤프트는 샤프트를 수직으로 지지하기 위해 강유체 시일의 대기압 측에 기계적 베어링을 갖는 강유체 시일링된 회전 피드스루 디바이스에 결합된다. 그 후, 강유체 피드스루 조립체가 플랜지 및 O-링으로 챔버의 바닥에 볼트 고정 및 시일링된다. 중공은 프로세스 챔버 외부로부터 피벗 아암(502) 상에 배치된 회전 메커니즘(508)으로 와이어를 연결하는 데 사용될 수 있다. 와이어는 중공 샤프트 및 피벗 아암(502)에 의해 프로세스 가스로부터 차폐될 것이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 피벗 아암(502)은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 피벗하는 피벗 아암(502)의 마찰에 의해 야기되는 오염을 최소화하기 위해 피벗 포인트(506)가 마이크로 전자 기판 표면으로부터 떨어져 배치될 수 있도록 마이크로 전자 기판(102)의 직경을 지나 연장될 수 있다.
아크-모션 시스템의 하나의 목적은 극저온 에어로졸 또는 GCJ 스프레이가 마이크로 전자 디바이스가 구축되는 마이크로 전자 기판의 표면 영역의 전부는 아니더라도 많은 부분을 덮거나 처리할 수 있게 하는 것이다. 극저온 에어로졸 또는 GCJ 스프레이는 고압으로부터 저압 환경으로 진행되는 프로세스 챔버로 확장된다. 따라서, 극저온 에어로졸 또는 GCJ 스프레이는 노즐 직경(예를 들어, < 5 mm)과 비교하여 넓은 영역(예를 들어, 100 mm - 150 mm)을 확장시키거나 커버하며, 이는 마이크로 전자 기판을 효율적으로 처리하기 위해 노즐이 전체 표면 영역 바로 위에 체류할 필요가 없음을 의미한다. 예를 들어, 노즐(112)의 위치 및 아크-시스템 모션은 병진 또는 아킹(arcing) 이동을 최소화하고 마이크로 전자 기판(102)의 전체 표면에 걸쳐 극저온 에어로졸 또는 GCJ 처리의 표면 커버리지를 가능하게 하도록 최적화될 수 있다. 일 실시예에서, 노즐(112)은 고정된 위치에 유지될 수 있지만, 노즐은 정지될 필요는 없으며, 마이크로 전자 기판은 노즐 아래에서 원호형 이동으로 병진된다. 마이크로 전자 기판(102)은 또한 원호형 이동과 연계하여 기판의 중심 포인트 주위에서 회전할 수 있다. 원호형 이동 및 회전 속도는 극저온 에어로졸 또는 GCJ 스프레이의 입자 제거 효율에 적어도 부분적으로 기초하여 체류 시간을 제공하도록 최적화될 수 있다. 체류 시간은 마이크로 전자 기판의 표면 조건(예를 들어, 필름 유형, 필름 패턴, 입자 크기 등)에 기초하여 변할 수 있다. 광범위하게, 피벗 아암의 각속도는 초 당 5 호 각도와 50 호 각도 사이에서 변할 것이고 기판 지지체의 회전 속도는 10 RPM과 300 RPM 사이의 범위일 수 있다. 상술한 바와 같이, 원 호형 이동은 피벗 포인트 주위로 145도까지 스위핑될 수 있다.
일 특정 실시예에서, 극저온 에어로졸 또는 GCJ 스프레이 처리는 마이크로 전자 기판의 에지로부터 몇도 떨어진 노즐로 시작할 수 있다. 마이크로 전자 기판(102)의 원호형 이동은 마이크로 전자 기판의 중심에 대해 마이크로 전자 기판보다 직경보다 작은(예를 들어, 300mm 직경 마이크로 전자 기판의 중심으로부터 115mm) 반경으로 마이크로 전자 기판 위에 노즐을 위치시킴으로써 시작될 수 있다. 극저온 에어로졸 또는 GCJ 스프레이는 프로세스 화학 물질이 노즐을 통해 마이크로 전자 기판을 향해 흐르게 함으로써 온(on)될 수 있다. 일부 경우에, 극저온 에어로졸 또는 GCJ 스프레이는 피벗 포인트 주위에서 원호형 이동을 시작하기 전에 이 반경에서 안정화될 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로 전자 기판은 원호형 이동의 시작 전 또는 후에 중심 포인트 주위에서 회전을 시작할 수 있다.
프로세스 처리 동안, 마이크로 전자 기판(102)은 마이크로 전자 기판 위의 프로세스 처리 커버리지를 최대화하도록 설계된 하나 이상의 이동 프로파일을 통해 이동될 수 있다. 이동 프로파일은 노즐(들)(112)에 대한 마이크로 전자 기판의 위치, 속도 및 체류 시간을 변화시킬 수 있다.
일 실시예에서, 이동 프로파일은 마이크로 전자 기판(102) 위로 통과하는 노즐(112)을 포함할 수 있고 노즐로부터 분배되는 극저온 에어로졸의 표면적 커버리지를 증가시키기 위해 중심 포인트 주위에서 또한 회전할 수 있는 마이크로 전자 기판의 중간에서 짧게 정지할 수 있다. 대안적으로, 마이크로 전자 기판(102)은 중간에서 정지하고 마이크로 전자 기판(102)을 두 번째로 처리하기 위해 개시 위치로 다시 피벗될 수 있다. 그러나, 이 방법은 마이크로 전자 기판(102)이 그 개시 위치로 정확하게 복귀하는 것을 요구하지 않는다. 예를 들어, 노즐은 중간을 지나 개시 위치보다 마이크로 전자 기판의 반대측에 더 가까운 반경에서 정지할 수 있다. 또한, 세정 프로세스는 마이크로 전자 기판의 반대측에 더 가까운 반경에서 정지하고 피벗 포인트(506) 주위에서 원호형 이동으로 반대 방향으로 복귀함으로써 개선될 수 있다. 이들 이동 프로파일 중 임의의 것이 노즐로부터 세정 영역의 유효 크기에 따라 마이크로 전자 기판(102)의 전체 표면을 세정하는 데 사용될 수 있다.
노즐(112)이 기판(102)의 에지 부근에 있고 기판(102)이 회전할 때, 유효 세정 원의 둘레는 크므로, 세정 스프레이 하에서 동일한 유효 체류 시간을 달성하기 위해서는, 유효 세정의 원의 둘레가 더 짧은, 노즐이 기판(102)의 중심에 더 가까이 있을 때보다 노즐은 이 영역 위에서 더 오래 위치되어야 한다. 따라서, 피벗 아암(502)의 각속도는 이 문제를 처리하기 위해 변할 수 있다. 일 특정 실시예에서, 피벗 아암의 각속도는 극저온 에어로졸 또는 GCJ 스프레이에 실질적으로 균일한 노출 시간을 제공하기 위해 노즐이 중심 마이크로 전자 기판(102)에 더 가까울 때 마이크로 전자 기판을 더 빠르게 이동시키도록 최적화될 수 있다. 또한, 극저온 에어로졸이 매우 차갑기 때문에, 이 가변 각속도는 기판의 휨 및 프로세스 성능 문제를 야기할 수 있는 마이크로 전자 기판(102)에 걸친 지나치게 큰 온도 구배를 방지하는 작용을 한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 피벗 포인트(506)는 피벗팅 아암에 의해 생성된 입자가 마이크로 전자 기판(102)에 도달할 확률을 최소화하기 위해 진공 배출 포트(510)에 근접할 수 있다. 진공 배출 포트(510)에 대한 피벗 포인트(506)의 근접성은 피벗 포인트로부터 상류의 챔버로 주입된 가스를 사용하여 입자를 진공 포트로 끌어당김으로써 오염을 감소시킬 수 있다. 이상적으로, 가스 흐름은 피벗팅 이동으로부터 생성된 입자가 마이크로 전자 기판(102)에 도달하는 것을 방지할 것이다.
피벗 아암(502)의 피벗팅 이동은 상술한 제1 위치와 제2 위치 사이의 이동의 일 실시예를 나타내는 양쪽 화살표로 나타내어져 있다. 피벗 아암(502)은 설명의 목적을 위해 삼각형 형상으로 나타내었지만 제한적인 것은 아니다. 삼각형 형상은 피벗 포인트 주위로 피벗팅 또는 록킹 모션을 강조하기 위한 것이다. 피벗 아암(502) 설계는 처리 동안 최적의 입자 제거 효율을 가능하게 하는 가스 흐름, 진공 포트 위치 및/또는 프로세스 조건에 적어도 부분적으로 기초하여 변할 수 있다. 피벗 아암(502) 설계는 정사각형, 직사각형 또는 원형 설계를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 도 5의 실시예에서, 기판 지지 구성 요소는 피벗 아암에 통합될 수 있다. 기판 지지 구성 요소는 피벗 아암이 이동하는 동안 그리고 기판 지지 구성 요소가 동시에 마이크로 전자 기판을 회전시키는 동안 처리 중에 마이크로 전자 기판을 고정시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 노즐에 노출되는 마이크로 전자 기판의 표면적이 처리 중에 최대화된다. 따라서, 피벗 아암의 길이 및 피벗 아암의 제1 및 제2 위치의 위치는 입자 제거 효율을 최대화하기 위해 세정 처리 화학 물질의 표면적 커버리지를 가능하게 하도록 최적화될 수 있다.
도 6은 각각의 처리 시스템 내에서 스윙-아암(118) 및 피벗 아암(502) 이동을 나타내는 지지 아암(602)의 이동 다이어그램(600)의 평면도를 포함한다. 도 6은 세정 처리 동안 본원에 개시된 실시예가 챔버 내의 제1 위치와 제2 위치 사이에서 어떻게 피벗될 수 있는지의 일례를 나타낸다. 다른 실시예에서, 피벗 아암의 설계는 챔버 내의 유체 흐름에 대한 피벗 아암의 충격이 최소화되도록 이동 가능 척의 노출된 표면적을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 진공 포트가, 입자가 이동 가능 척의 후방측으로부터 마이크로 전자 기판으로 이동하는 것을 방지하기 위해 이동 가능 척 아래에 배치될 수 있다. 예를 들어, 일 특정 실시예에서, 피벗 포인트는 마이크로 전자 기판 및 챔버의 크기를 고려하여 유체 흐름에 의해 가능하게 된 표면 커버리지 및 이용 가능한 피벗 지점 위치(예를 들어, 제1 및 제2 위치)에 따라 마이크로 전자 기판 아래에 배치될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예만이 상세히 상술되었지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명의 새로운 교시 및 이점으로부터 실질적으로 벗어나지 않으면서 실시예에서 많은 수정이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 이러한 모든 수정은 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 예를 들어, 상술한 실시예는 함께 통합될 수 있고, 원하는 바에 따라 실시예의 일부를 추가하거나 생략할 수 있다. 그러므로, 실시예의 개수는 본원에 설명된 특정 실시예로만 제한되지 않을 수 있어, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본원에 설명된 교시를 사용하여 추가적인 실시예를 만들 수 있다.

Claims (20)

  1. 장치에 있어서,
    대기압 미만으로 유지될 수 있는 내부 체적을 포함하는 챔버;
    상기 챔버에 결합된 피벗 구성 요소(pivot component);
    상기 내부 체적 내에 배치된 유체 노즐; 및
    제어기를 포함하고,
    상기 피벗 구성 요소는,
    상기 내부 체적 내에 배치되는 피벗 가능한 스윙-아암으로서, 상기 스윙-아암의 일 단부에 피벗 포인트를 포함하고, 상기 피벗 포인트의 주위에서 원호형 모션으로 피벗하는 피벗 가능한 상기 스윙-아암(swing-arm);
    상기 피벗 가능한 스윙-아암에 결합되는 로킹(rocking) 구성 요소로서, 상기 로킹 구성 요소는 처리 중에 상기 원호형 모션의 범위를 통해 상기 피벗 포인트 주위에서 상기 스윙-아암을 전후로 피벗시킬 수 있고, 상기 원호형 모션은 각속도를 갖는, 상기 로킹(rocking) 구성 요소; 및
    상기 스윙-아암의 원위 단부(distal end)에 결합된 회전 가능한 지지 구성 요소를 갖고,
    상기 회전 가능한 지지 구성 요소는,
    상기 처리 중에 마이크로 전자 기판을 상기 회전 가능한 지지 구성 요소에 고정시키기 위한 상기 마이크로 전자 기판에 대한 지지 표면; 및
    상기 지지 표면에 결합되는 기판 회전 구성 요소로서, 상기 처리 중에 상기 마이크로 전자 기판의 중심 포인트 주위에서 상기 마이크로 전자 기판이 회전하도록 상기 지지 표면을 회전시킬 수 있고, 상기 마이크로 전자 기판의 상기 회전은 각속도를 갖고, 상기 피벗 포인트와 상기 중심 포인트는 서로 오프셋되어 있는, 상기 기판 회전 구성 요소를 포함하고,
    상기 유체 노즐은, 상기 스윙-아암이 상기 원호형 모션의 범위를 통해 이동할 때, 상기 유체 노즐과 상기 마이크로 전자 기판의 상기 중심 포인트의 사이의 상대적 위치가 변화하도록 배치되어 있고,
    상기 제어기는,
    상기 스윙-아암의 상기 원호형 모션 및 상기 마이크로 전자 기판의 상기 회전을 동시에 발생시키는 프로그램 명령; 및
    상기 유체 노즐이 상기 마이크로 전자 기판의 상기 중심 포인트로부터 멀리 배치될수록 상기 피벗 가능한 스윙-아암의 상기 원호형 모션의 상기 각속도와 상기 마이크로 전자 기판의 상기 회전의 상기 각속도 중 적어도 하나가 감소되도록 상기 각속도 중 적어도 상기 하나를 변화시키는 프로그램 명령을 포함하는 것인,
    장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로킹 구성 요소는, 145도 미만의 회전 각도로 상기 피벗 포인트 주위에서 전후로 피벗하도록 구성되는 것인, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유체 노즐은 유체원(fluid source) 및 극저온(cryogenic) 냉각 시스템에 결합되는 것인, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지 표면은 상기 마이크로 전자 기판을 상기 지지 표면에 고정시키기 위한 기판 클램핑 메커니즘을 포함하는 것인, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판 회전 구성 요소는 상기 중심 포인트 주위에서 상기 지지 표면을 회전시키는 스테퍼 모터(stepper motor)를 포함하는 것인, 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판 회전 구성 요소는 상기 지지 표면을 상기 중심 포인트 주위로 회전시키는 자기 부상 시스템을 포함하는 것인, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회전 가능한 지지 구성 요소는 상기 지지 표면에 근접하여 배치된 가열 요소를 포함하는 것인, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유체 노즐은 극저온 냉각 구성 요소에 결합되도록 구성되어 있거나 또는 극저온 냉각 구성 요소에 결합되어 있는 것인, 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    절연된 가스 라인 및 유체 냉각 유닛을 더 포함하고,
    상기 유체 노즐은 상기 유체 냉각 유닛에 결합되는 상기 절연된 가스 라인에 결합되는 입구(inlet)를 포함하는 것인, 장치.
  10. 장치에 있어서,
    마이크로 전자 기판의 처리 중에, 상기 마이크로 전자 기판이 그 내부에 배치되는 내부 체적을 포함하는 챔버로서, 상기 마이크로 전자 기판은 중심 포인트를 갖는, 상기 챔버;
    상기 내부 체적 내에 배치된 피벗 가능한 스윙-아암으로서, 상기 스윙-아암의 일단부에 위치된 피벗 포인트 주위의 제1 위치 및 제2 위치의 사이에서 전후로 피벗하도록 구성되어, 상기 스윙-아암은 상기 처리 중에 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치의 사이를 이동할 때 원호형 모션의 범위에서 피벗하는, 상기 스윙-아암;
    상기 스윙-아암에 결합되는 회전 가능한 기판 척(chuck)으로서, 상기 마이크로 전자 기판의 중심 포인트가 상기 스윙-아암의 상기 피벗 포인트로부터 수평으로 오프셋되고, 또한 상기 마이크로 전자 기판이 상기 중심 포인트의 주위에서 회전하도록 상기 마이크로 전자 기판을 지지하는, 상기 기판 척; 및
    상기 내부 체적 내에 배치되고, 처리 중에 상기 내부 체적 내에 처리 유체를 분배하는 유체 노즐로서, 상기 스윙-아암이 상기 원호형 모션의 범위를 통해 이동함에 따라 상기 유체 노즐과 상기 마이크로 전자 기판의 상기 중심 포인트 사이의 상대적 위치가 변화하도록 배치되어 있는, 상기 유체 노즐
    을 포함하는 것인, 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    스윙-아암 피벗 구성 요소를 더 포함하고,
    상기 스윙-아암 피벗 구성 요소는, 상기 스윙-아암을 상기 원호형 모션의 범위의 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치의 사이에서 이동하도록 상기 피벗 포인트 주위에서 피벗시키는 것인, 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스윙-아암 피벗 구성 요소는, 상기 내부 체적의 외부에 배치되고 진공-기밀 시일(vacuum-tight seal) 또는 통과 구성 요소를 통해 상기 스윙-아암에 결합되고,
    상기 진공-기밀 시일은 자성 유체(ferro-fluidic) 시일 또는 회전 슬라이딩 시일을 포함하는 것인, 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 기판 척에 결합되어 상기 기판 척을 회전시키는 회전 메커니즘을 더 구비하고,
    상기 회전 메커니즘은 상기 내부 체적 내에 배치되는 것인, 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 스윙-아암은 상기 피벗 포인트 주위에서 145도까지 회전하도록 구성되는 것인, 장치.
  15. 방법에 있어서,
    처리 챔버 내에 마이크로 전자 기판을 수용하도록 스윙-아암을 위치시키는 단계;
    상기 스윙-아암의 일 단부에 결합된 회전 구성 요소 상에 마이크로 전자 기판을 배치하는 단계;
    상기 처리 챔버 내에 배치된 유체 노즐(들) 아래에 상기 마이크로 전자 기판을 위치시키는 단계;
    극저온 냉각 유체를 포함하는 프로세스 처리에 상기 마이크로 전자 기판을 노출시키는 단계;
    상기 마이크로 전자 기판의 중심 포인트 주위로 상기 마이크로 전자 기판을 회전시키는 단계; 및
    상기 스윙-아암의 타 단부에 결합된 피벗 로드를 로킹 구성 요소에 의해 회전시킴으로써 피벗 포인트 주위에서 전후로 상기 스윙-아암을 피벗시키는 단계로서, 상기 로킹 구성 요소는 상기 처리 챔버의 외부에 배치되어 있는, 상기 피벗시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 피벗시키는 단계는, 상기 마이크로 전자 기판의 중심 포인트에 대한 상기 유체 노즐의 상대 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 변하는 각속도로 상기 스윙-아암을 회전시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 피벗시키는 단계는, 상기 스윙-아암을 초 당 5 호 각도(arc degree)와 50 호 각도 사이의 각속도로 회전시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 회전시키는 단계는, 상기 마이크로 전자 기판의 중심 포인트에 대한 상기 유체 노즐의 상대 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 변하는 회전 속도로 상기 마이크로 전자 기판을 회전시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 회전은 10 RPM과 300 RPM 사이의 회전 속도를 포함하는 것인, 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 피벗시키는 단계는 상기 스윙-아암을 제1 위치와 제2 위치 사이에서 회전시키는 단계를 포함하고, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치는 상기 피벗 포인트 주위의 원호-라인을 따라 145도 미만으로 떨어져 있는 것인, 방법.
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