KR20010049985A - 세정 기구와 세정 시스템과 처리 기구 및 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따라, 처리할 대상물의 금속 배선층 등이 산화되는 것을 방지할 수 있는 세정 기구가 제공된다. 상기 세정 기구는 처리할 대상물(W)의 체적보다 약간 더 큰 체적의 처리 공간(S)이 있는 세정 용기(72)와, 상기 대상물을 처리하는 세정 유체(32)를 저장하는 유체 저장 탱크(30)와, 상기 세정 유체를 유체 저장 탱크로부터 세정 용기에 공급하는 공급 라인(46A 내지 46D)과, 상기 세정 유체를 세정 용기로부터 유체 저장 탱크로 복귀시키는 환류 라인(47A 내지 47D)을 포함하고, 상기 유체 저장 탱크와 공급 라인 및 환류 라인은 서로 연결되어 폐쇄된 세정 유체 순환 라인(51A 내지 51D)을 형성한다. 따라서, 대상물의 금속 배선층 등이 산화되는 것을 방지할 수 있다.

Description

세정 기구와 세정 시스템과 처리 기구 및 세정 방법{CLEANING DEVICE, CLEANING SYSTEM, TREATING DEVICE AND CLEANING METHOD}
본 발명은 전체적으로, 반도체 웨이퍼 등의 표면에 고착되는 적층물(deposits)을 제거하기 위한 세정 기구와 세정 시스템과 처리 기구 및 세정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로 등을 형성하기 위하여, 반도체 웨이퍼에의 박막 적층, 산화, 확산 및 엣칭과 같은 각종의 처리를 반복적으로 실행한다. 이러한 경우에 있어서, 예컨대 전술한 처리를 실행하기 이전에, 웨이퍼의 표면에 고착되는 유기 물질(organic substances), 금속 불순물, 입자, 자연 산화물 막(natural oxide film) 등을 제거하기 위한 세정 처리가 필요하다면 실행된다. 또한, 배선 패턴 및 홀(wiring patters and holes)을 형성하기 위하여 산화물 막 등을 엣칭할 때, 레지스트 마스크, 이방성(異方性)을 증대시키는 측벽 보호층 등을 사용하더라도, 이들 레지스트 마스크 등도 후속 과정에서 세정 처리 또는 몇몇 처리에 의해서 제거된다. 예를 들면, 상기 엣칭 과정에서 원하는 배선 패턴을 반도체 웨이퍼에 형성할 때, 도 10a에 도시한 바와 같이, 먼저, 엣칭되는 반도체 웨이퍼의 막으로서, 예컨대 SiO2로 이루어진 층간 유전체 막(2)의 상면에 레지스트(4)를 도포하고, 이를 전형적인 노출 기술에 의해 패턴 처리하여 마스크(6)를 형성한다. 또한, 도면 부호 8은, 예컨대 구리 또는 알루미늄으로 이루어진 금속 배선층을 나타낸다.
다음에, 도 10b에 도시한 바와 같이, 레지스트 마스크(6)는, 층간 유전체 막(2) 아래의 금속 배선층(8)을 노출시켜 원하는 패턴을 형성하도록, 플라즈마를 사용하는 건식 엣칭 등에 의해 층간 유전체 막(2)을 스크레이프 하기 위한 마스크로서 사용된다. 이러한 경우에, 이방성을 증대시키는 측방향으로의 엣칭 확대를 방지하기 위하여, 엣칭 가스의 반응에 의해 생성되는 측벽 보호층(10)[엣칭에 의해 박리되는 층간 유전체 막(2) 또는 레지스트의 쉐이빙(shavings)]이 엣칭이 진행됨에 따라 층간 유전체 막(2)의 측벽에 명확히 형성된다.
따라서, 엣칭 처리가 완료되면, 도 10c에 도시한 바와 같이, 플라즈마 애쉬 처리(ashing treatment)에 의해 원하지 않은 레지스트 마스크(6)를 애쉬 및 제거하기 위하여 O2가 도입된다. 이후에, 상기 측벽 보호층도 습식 세정 등에 의해 제거된다.
그런데, 전술한 습식 세정은 일반적으로, 처리할 대상인 복수 개의 반도체 웨이퍼를 화학물 등의 세정액이 채워진 저장 탱크 내에 한번에 담그거나 또는 도 11에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(12) 상에 반도체 웨이퍼(W)를 고정하여, 회전 테이블(12)을 회전시키면서 노즐(14)로부터 액체 또는 스프레이 형태의 화학물 또는 린스 유체(rinsing fluid)(예컨대, 초순도수)와 같은 세정액(16)를 공급하여 세정액(16)이 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 표면에서 확산되도록 함으로써 실행된다. 또한, 웨이퍼(W)를 회전시키면서 건조도 실행된다.
그런데, 전술한 세정 기구에 있어서, 세정 중에 웨이퍼가 대기에 노출되어 웨이퍼 표면의 금속 배선층 등이 산화되거나 세정액에 혼합된 산소 등에 의해 금속 배선층이 산화되는 경우가 있다. 또한, 웨이퍼를 저장 탱크에 담그는 전술한 방법에 있어서, 웨이퍼 표면에서의 세정 유체의 유동 속도가 매우 느려 세정이 충분하게 실행될 수 없는 경우가 있다.
또한, 세정액이 회전하는 웨이퍼의 중앙부에 공급될 때, 웨이퍼의 중앙부로부터 주변부로 갈수록 각속도가 증가하여, 속도 분배가 균일하지 않다. 따라서, 각속도가 작은 중앙부의 세정 및 건조가 충분하지 않아, 세정 및 건조 처리의 평면내 균일성(inplane uniformity)이 손상되는 경우가 있다. 특히, 화학물에 대한 온도 제어가 엄격한 경우, 웨이퍼의 주변부로 갈수록 화학물의 온도가 감소한다는 문제가 있다.
또한, 회전 테이블(12)을 회전시키는 전술한 시스템의 경우에 있어서, 회전 기구를 제공할 필요가 있기 때문에, 시스템의 크기가 증가된다. 그 결과, 이러한 큰 시스템으로 이루어진 복수 개의 단(stages)을 적층하는 것이 어려우므로, 상기 시스템을 평평하게 해야만 한다. 따라서, 세정 처리부의 수가 증가할 때 푿 프린트(foot print)가 증가하는 문제가 있다.
더욱이, 도 10에 도시한 구조의 금속 막(8)이 Cu 금속 다마신(damascene) 기술에 의해 형성된 구리 막인 경우에, 그 구리 막은 O2플라즈마 애쉬 처리 중에 산화되어 그 전기적 특성이 열화(劣化)되는 문제가 있다. 따라서, O2플라즈마 애쉬 처리할 필요 없이 레지스트 마스크(6)와 측벽 보호층(10)을 신속히 제거할 수 있는 세정 방법 또는 세정 기구를 제공하는 것이 강하게 요구된다.
또한, 종래의 담금형 및 스핀형 세정 시스템에서 처리 분위기는 폐쇄되어 있지 않기 때문에, 세정액의 조성은 세정 유체 내의 휘발성 성분이 증발함으로써 변할 수 있고, 금속 배선층, 특히 구리 배선층은 처리 챔버 분위기 중의 산소로 인해 산화되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 제거하고, 처리할 대상물의 금속 배선층 등이 산화되는 것을 방지할 수 있는 세정 기구와 세정 시스템 및 세정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유동 속도가 큰 세정 유체를 사용하여 세정 작업을 신속하고도 효율적으로 실행할 수 있는 세정 기구와 세정 시스템 및 세정 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 다른 세정 시스템의 외관을 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 세정 시스템의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 세정 시스템에 사용하기 위한 세정 기구의 일예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 세정 기구의 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 세정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 난류 형성 수단의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 유지 수단의 장착 기구의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 세정 시스템의 변형예를 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 8에 도시한 세정 시스템을 사용한 프로세스를 나타내는 흐름도이다.
도 10a 내지 도 10c는 종래의 엣칭 프로세스를 설명하기 위한 개략도이다.
도 11은 종래의 세정 기구의 일예를 나타내는 개략도이다.
도 12는 세정 용기의 유체 유입구에 마련되는 세정 유체 도입부와, 세정 용기의 유체 유출구에 마련되는 세정 유체 배출부를 나타내는 평면도이다.
도 13은 세정 용기의 유체 유입구에 마련되는 세정 유체 도입부와, 세정 용기의 유체 유출구에 마련되는 세정 유체 배출부를 나타내는 단면도이다.
도 14는 도 1에 도시한 세정 시스템의 다른 예의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 15는 도 1에 도시한 세정 시스템의 다른 예의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 16은 도 15에 도시한 세정 시스템을 설명하는 도면이다.
도 17은 세정 기구가 일부분으로서 합체된 처리 기구의 평면도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
30 : 유체 저장 탱크
46A 내지 46D : 공급 라인
47A 내지 47D : 환류 라인
72 : 세정 용기
전술한 목적 및 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 양태에 따른 세정 기구는, 처리할 대상물을 수용하는 처리 공간이 형성되어 있는 세정 용기와; 상기 대상물을 처리하기 위한 세정 유체를 저장하는 유체 저장 탱크와; 상기 세정 유체를 상기 유체 저장 탱크로부터 세정 용기에 공급하는 공급 라인과; 상기 세정 유체를 상기 세정 용기로부터 유체 저장 탱크에 복귀시키는 환류(reflux) 라인을 포함하고, 상기 세정 용기와 유체 저장 탱크와 공급 라인 및 환류 라인은 서로 연결되어 폐쇄된 세정 유체 순환 라인을 형성하며, 상기 공급 라인으로부터 환류 라인 방향에 수직한 처리 공간의 단면적은 상기 방향에 수직한 대상물 단면적의 최대값의 배수(倍數) 만큼 크게 미리 정해진다.
상기 본 발명의 기구에 따르면, 상기 세정 유체가 세정 용기를 통해 유동하여 처리할 대상물의 표면을 세정할 때, 그 세정 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 세정 처리를 신속하고도 효율적으로 실행할 수 있다. 또한, 공기가 상기 처리 용기 내로 들어가지 않기 때문에, 구리 막과 같은 세정된 금속 배선층이 산화되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 세정 유체를 순환시킴으로써 세정 유체를 효율적으로 사용할 수 있고, 세정 유체가 공기와 접촉하지 않으면서 상기 폐쇄된 상태에서 사용되기 대문에 세정 유체가 산화 및 증발로 인해 열화되는 것을 방지할 수 있다.
상기 세정 기구는 상기 세정 유체를 유체 저장 탱크에 회수하기 위하여, 회수 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 회수 유체를 상기 세정 용기에 공급하는 회수 유체 공급 시스템도 포함할 수 있다. 따라서, 상기 세정 유체를 효율적으로 사용할 수 있다.
상기 세정 기구는 린스 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 린스 유체를 상기 세정 용기에 공급하는 린스 유체 공급 시스템과; 건조 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 건조 유체를 상기 세정 용기에 공급하는 건조 유체 공급 시스템과; 상기 유체 중 한 유체를 상기 세정 용기에 선택적이고도 연속적으로 공급하기 위하여 각종의 상기 유체를 제어하는 공급 제어 수단도 포함할 수 있다. 따라서, 상기 대상물을 동일한 기구에서 린스 처리하고 건조시키는 작업을 연속적으로 실행할 수 있다.
상기 세정 기구는 상기 세정 유체 순환 라인에 남아 있는 잔류 액체를 처리하기 위한 잔류 액체 처리 세정 유체를 저장하는 제2 유체 저장 탱크를 포함할 수도 있으며, 잔류 액체 처리 세정 유체를 상기 제2 유체 저장 탱크에 회수하기 위하여, 상기 잔류 액체 처리 세정 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 상기 잔류 액체 처리 세정 유체가 상기 세정 유체 순환 라인을 통해 흐를 수 있도록 하는 폐쇄된 잔류 액체 처리/순환 라인이 형성된다. 따라서, 상기 세정 유체 순환 라인이 순환 라인으로서 형성되더라도, 마지막 단계에서 파이프 라인에 남아 있는 잔류 액체가 다음의 단계에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
상기 유체 저장 탱크는, 처리할 대상물의 표면에 고착되는 복수 종류의 적층물에 대응하는 세정 유체들을 저장하는 복수 개의 저장 탱크를 포함할 수도 있다. 따라서, 다른 기능이 있는 세정 유체가 서로 혼합되지 않으면서 상기 세정 기구 내로 공급되어, 예컨대 플라즈마 엣칭 후 반도체 웨이퍼 표면의 레지스트 마스크 및 측벽 보호층을 연속적으로 세정 및 제거하는 작업을 연속적으로 실행할 수 있다.
상기 대상물은 플레이트일 수 있고, 상기 세정 기구는 상기 세정 유체가 플레이트의 표면과 평행하게 흐를 수 있도록 해주는 유체 안내 수단을 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 처리를 균일하게 실행하도록 세정 유체를 유동시킬 수 있다.
상기 세정 기구가 세정 유체에 난류를 증대시키는 난류 형성 수단을 포함하는 경우, 난류에 의한 화학물 점도로 인해 대상물 표면에 생성되는 비가동층(immobile layer)의 영향를 감소시켜, 세정 처리를 신속하고도 효율적으로 실행할 수 있다.
상기 난류 형성 수단은 상기 대상물의 표면에 음파를 조사하는 음파 방사 유닛을 포함할 수도 있다.
상기 음파 방사 유닛은 초음파를 생성하는 초음파 요소와, 이 초음파 요소에 의해 생성된 초음파를 효율적으로 전파시키는 버퍼 탱크를 포함할 수도 있다.
상기 난류 형성 수단은 세정 용기의 내벽면에 마련되는 불규칙 부분을 포함할 수도 있다.
각각이 전술한 세정 기구와 동일한 복수 개의 세정 기구가 수직 방향, 측방향 및 종방향 중 한 방향으로 배열될 수도 있다. 따라서, 점유 바닥 면적을 감소시켜 푿 프린트를 크게 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따른 처리 기구는, 기밀(氣密)하게 유지될 수 있는 이송 챔버와; 상기 이송 챔버에 기밀하게 연결되어 처리할 대상물을 외부로/외부로부터 도입/방출하는 로드-록 챔버(load-lock chamber)와; 이송 포트를 통해 상기 이송 챔버에 기밀하게 연결되는 적어도 하나의 진공 처리 챔버와; 이송 포트를 통해 상기 이송 챔버에 기밀하게 연결되는 세정 챔버와; 상기 이송 챔버 내에 마련되어 상기 대상물을 상기 로드-록 챔버와 진공 처리 챔버 및 세정 기구 사이에서 이송하는 이송 수단을 포함하고, 상기 세정 기구는, 처리할 대상물의 체적보다 배수의 크기로 미리 정해진 체적의 처리 공간이 형성되어 있는 세정 용기와; 상기 대상물을 처리하기 위한 세정 유체를 저장하는 유체 저장 탱크와; 상기 세정 유체를 유체 저장 탱크로부터 세정 용기에 공급하는 공급 라인과; 상기 세정 유체를 세정 용기로부터 유체 저장 탱크에 복귀시키는 환류 라인을 포함하며, 상기 세정 용기와 유체 저장 탱크와 공급 라인 및 환류 라인은 서로 연결되어 폐쇄된 세정 유체 순환 라인을 형성한다. 상기 폐쇄된 세정 유체 순환 라인이 마련된 세정 기구를 클러스트 형태로 진공 처리 기구와 조합하면, 웨이퍼(W)를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 세정 단계를 비롯한 일련의 지속적인 처리 단계를 실행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 내부에 세정 유체를 수용하는 유체 저장 탱크로부터, 처리할 대상물 상에서 가로지르는 유체의 층류 방향에 수직한 단면적이 상기 방향에 수직한 처리할 대상물의 단면적의 최대값보다 배수 만큼 크게 미리 정해진 처리 공간이 있는 세정 용기에 세정 유체를 공급하고, 상기 세정 유체를 유체 저장 탱크에 복귀시켜 세정 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 그 유체를 순환시키는 방법이 제공된다. 이 방법에 있어서, 상기 세정 유체는 대상물의 표면에 패턴 처리된 레지스트 마스크와 대상물을 제거하기 위한 레지스트 제거 액체와, 상기 레지스트 마스크를 마스크로서 사용하여 상기 대상물을 건식 엣칭할 때 엣칭된 층의 측벽에 고착되는 측벽 보호층을 제거하기 위한 측벽 보호층 제거 액체를 포함할 수도 있으며, 상기 레지스트 제거 액체는 상기 측벽 보호층 제거 액체가 공급되어 상기 대상물을 처리한 후에 공급되어 상기 대상물을 처리할 수도 있다.
상기 방법에 따르면, 웨이퍼의 표면에 고착되는 측벽 보호층과 레지스트 마스크를 연속적인 습식 세정 처리에 의해 신속하고도 간단히 제거할 수 있다. 또한, 이러한 순서로 세정 처리를 실행함으로써, 상기 처리가 반대 순서로 실행될 때 발생할 수 있는 측벽 보호층의 경화(hardening)를 피할 수 있고, 측벽 보호층이 레지스트 마스크의 표면에 형성될 수 있는 경화층에 의해 덮이는 것과 같이 예기치 않은 사건을 피할 수 있다.
이하의 상세한 설명과 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 첨부 도면으로부터 본 발명을 보다 완전히 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 첨부 도면은 본 발명이 특정 실시예로 한정되도록 한 것이 아니고 단지 설명 및 이해의 목적을 위해서 주어진 것이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 세정 기구와 세정 시스템 및 세정 방법의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 세정 시스템의 외관을 나타내는 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시한 세정 시스템의 일부의 블록도이다. 도 3은 도 1에 도시한 세정 시스템에 사용하기 위한 세정 기구의 일예를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시한 것과 같은 세정 기구의 평면도이다.
이들 도면에 도시한 바와 같이, 세정 시스템(20)에는 실질적으로 평행사변형 형태인 복수 개의 세정 기구(22A 내지 22H), 예컨대 도시한 바와 같이 4개의 단으로 적층된 두 칼럼의 세정 기구, 예컨대 전체로서 8개의 세정 기구(22A 내지 22H)가 포함되어 있다. 다음에, 두 칼럼의 세정 기구 사이에는, 수직하게 이동 가능하고, 예컨대 스크루를 포함하는 승강 기구(24)가 마련된다. 처리할 대상물 역할을 하는 반도체 웨이퍼(W)를 유지 및 이송하도록 만곡·연신·회전될 수 있는 이송 아암(26)이 상기 승강 기구(24)에 장착되어 웨이퍼(W)가 각 세정 기구(22A 내지 22H)에 도입되고 그 기구로부터 배출될 수 있도록 해준다.
물론, 2 개 칼럼 이상의 세정 기구가 상기 승강 기구 둘레에 제공될 수도 있다. 따라서, 상기 시스템에 의해 점유되는 공간은 크게 감소된다. 또한, 세정 기구(22)는 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 복수 개의 세정 기구가 푿 프린트를 개선하기 위하여 수직 방향 뿐만 아니라 선택적으로 수평 방향으로 평행하게 배열될 수도 있다.
전체 세정 시스템(20)은 불활성 가스, 예컨대 N2가스가 채워진 케이싱(28)에 의해 덮여 있다. 또한, 웨이퍼(W)를 세정 시스템 내로/세정 시스템으로부터 도입/배출하는 I/O 포트는 도시하지 않았다.
세정 기구(22A 내지 22H)에 대하여, 동일한 세정 유체 또는 다른 종류의 세정 유체가 사용될 수도 있다. 더욱이, 복수 종류의 세정 유체가 한 세정 기구에 대해 사용될 수도 있다. 이러한 경우에, 각 세정 기구(22A 내지 22H)의 구성품은 사용되는 세정 유체에 대해 내식성이 큰 재료로 형성한다.
도 2는 전술한 세정 시스템 일부의 블록도이다. 도 2는 동일한 세정 유체가 4 개의 세정 기구(22A 내지 22D)에 공급되는 것을 나타낸다. 또한, 다른 세정 기구(22E 내지 22H)는 세정 기구(22A 내지 22H)와 동일한 구조로 되어 있거나, 다른 종류의 세정 유체가 그 세정 기구에 공급될 수도 있다.
도 2에서, 유체 저장 탱크(30)는 폐쇄되어 있고, 그 안에 N2등의 불활성 분위기에서 세정 유체(32)를 저장한다. 세정 유체(32)가 요컨대 공급된다면, 그 유체는 공급 시스템(34)을 통해 유체 공급 탱크(30)에 공급된다. 유체 저장 탱크(30)에 대기형 순환 시스템(stand-by circulating system)(44)이 연결되어 유체를 유체 저장 탱크(30)로 복귀시킨다. 대기형 순환 시스템(44)은 순환 펌프(36)와, 세정 유체(32)의 온도를 제어하는 온도 컨트롤러(38)와, 세정 유체(32) 내의 불순물을 제거하는 필터(40)와, 차단 밸브(42)를 포함한다. 대기하는 중에, 대기형 순환 시스템(44)은 상기 세정 유체를 순환시켜 그 세정 유체(32)를 온도 컨트롤러(38)에 의해 일정한 온도로 유지하고, 필터(40)에 의해 세정 유체(32) 내의 예컨대 입자형 불순물을 제거한다.
또한, 대기형 순환 시스템(44)을 세정 기구(22A 내지 22D)에 연결하는 공급 라인(46A, 46B, 46C, 46D)이 제공되어, 세정 유체(32)를 각 세정 기구(22A 내지 22D)에 공급한다. 각 공급 라인(46A 내지 46D)은 연속적으로 유동 조절 밸브(48A 내지 48D) 및 입구측 3 방향 밸브(entrance-side three-way valves)(50A 내지 50D)에 연결되어 있다. 더욱이, 각 세정 기구(22A 내지 22D)는 유체 저장 탱크(30)에 연결되어, 세정 유체(32)를 유체 저장 탱크(30)로 복귀시키는 환류 라인(47A, 47B, 47C, 47D)을 제공한다. 또한, 출구측 3 방향 밸브(52A 내지 52D)가 각각 환류 라인(47A 내지 47D)에 제공되어 있다. 세정 기구(22A 내지 22D)는 후술하는 바와 같이 외부 공기로부터 격리되도록 폐쇄되어 있기 때문에, 세정 유체(32)를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 유체 저장 탱크(30)와 세정 기구(22A 내지 22D) 사이에서 공급 라인(46A 내지 46D) 및 환류 라인(47A 내지 47D)에 의해 그 세정 유체를 순환시키는 세정 유체 순환 라인(51A, 51B, 51C, 51D)이 형성된다. 물론, 공급 라인(46A 내지 46D)은 대기형 순환 시스템(44)을 매개로 하지 않고 유체 저장 탱크(30) 및 세정 기구(22A 내지 22D)에 직접 연결될 수도 있다.
다른 한편, 입구측 3 방향 밸브(50A 내지 50D)는 린스 유체(예컨대, 초순도수)를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 그 린스 유체를 공급하는 린스 유체 공급 시스템(54A 내지 54D)에 연결되어 있고, 각 린스 유체 공급 시스템(54A 내지 54D)에는 린스 처리용 3 방향 밸브(56A 내지 56D)가 제공되어 있다. 린스 처리용 3 방향 밸브(56A 내지 56D)는 공통적으로, N2가스 또는 알코올 증기와 같은 건조 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 그 건조 유체를 공급하는 건조 유체 공급 시스템(58)에 연결되어 있다. 건조 유체 공급 시스템(58)에서, 유체의 유량을 조절하는 조절기(60)와, 유체 내의 불순물을 제거하는 필터(62)와, 차단 밸브(66)에 의해 선택적으로 공급되는 알코올을 증발시키는 카뷰레터(64)가 상류측으로부터 연속적으로 제공된다. 또한, 공급 제어 수단(65)이 제공되어 이들 처리 유체, 린스 유체 및 건조 유체의 연속적인 공급을 선택적으로 제어하고, 후술하는 바와 같이 유체를 회수 및 배출한다.
출구측 3 방향 밸브(52A 내지 52D)는 무용한 액체 및 가스를 배출하는 배출 시스템(68)에 연결되어 있다. 배출 시스템(68)에서, 증기 분리기(70)가 제공되어, 액체를 시스템 외부로 배수로서 배출하기 위하여 액체로부터 가스를 분리한다.
이하, 도 3, 도 4, 도 12 및 도 13을 참조하여, 상기 세정 기구를 설명한다. 세정 기구(22A 내지 22H)의 기본적인 구조는 동일하므로, 세정 기구(22A)를 예로 들어 설명한다. 세정 기구(22A)에는 예컨대 스테인레스제의 박스형 세정 용기(72)가 구비되어 있다. 세정 용기(72)의 한 측벽에는 유체 유입구(74)가 형성되어 있고, 반대쪽 측벽에는 유체 유출구(76)가 형성되어 있다. 전술한 공급 라인(46A) 및 환류 라인(47A)은 각각 유체 유입구(74) 및 유체 유출구(76)에 연결되어 세정 유체(32)가 흐를 수 있도록 해준다(도 2 참조).
세정 용기(72)의 바닥부(78)에는 처리할 대상물 역할을 하는 반도체 웨이퍼(W)가 통과할 수 있도록 해주는 개구(80)가 형성되어 있다. 개구(80)는 O링과 같은 밀봉 부재(82)를 매개로 폐쇄 뚜껑(84)에 의해 유체가 새지 않게 폐쇄되어 있다. 따라서, 세정 용기(72) 내의 유체 및 반도체 웨이퍼(W) 등은 처리 중에 외부 공기에 노출되지 않는다. 폐쇄 뚜껑(84)의 아래에는, 예컨대 스테인레스제의 격실벽(86)에 의해 형성되는 이송 챔버(88)가 제공되어 있다. 폐쇄 뚜껑(84)은 승강 기구(90)를 매개로 격실벽(86)의 바닥에 지지되어, 전체 폐쇄 뚜껑(84)은 도 3에서 쇄선으로 나타낸 것과 같이 웨이퍼를 도입/배출하는 데 요구되는 스트로크에 의해 수직으로 이동할 수 있다.
격실벽(86)의 측벽에는 웨이퍼(W)를 도입/배출하는 이송 포트(92)가 제공되어, 도 1에 도시한 이송 아암(26)이 이송 포트(92) 내로 들어가 웨이퍼(W)를 운반한다. 폐쇄 뚜껑(84)의 상면에는 유지 수단의 역할을 하는 웨이퍼 클램퍼(94)가 베이스(93)를 매개로 제공되어 있다. 웨이퍼 클램퍼(94)에는 3개 이상의 폴 부분(pawl portions), 예컨대 도시된 실시예에서 4 개의 폴 부분(96)이 마련되는데, 이 폴 부분에 의해 웨이퍼(W)의 주변부는 탈착 가능하게 유지될 수 있다.
다른 한편, 세정 용기(72)의 천장 부분에는, 통과하는 세정 흐름(32)에 난류를 발생시키거나 난류를 증대시키는 난류 형성 수단으로서 음파 방사 유닛(100)이 제공되어 있다. 구체적으로 설명하면, 음파 방사 유닛(100)에는, 예컨대 스테인레스강제의 요소 기판(102)에 접착제 등에 의해 접합된 플레이트 초음파 요소(104)가 마련되어 있다. 초음파 요소(104)는, 웨이퍼(W)의 평평한 면의 전면(前面) 또는 일부를 덮어 그 웨이퍼의 표면이, 예컨대 약 850 kHz의 초음파에 의해 조사될 수 있도록 그 크기가 설정되어 있다. 또한, 유체 유입구(74)로부터 유체 유출구(76) 까지의 처리 공간(S)을 형성하는 예컨대 스테인레스제의 격판(隔板)(106)과, 요소 기판(102)의 사이에는 상기 발생된 초음파를 웨이퍼의 표면에 효율적으로 전파시키는 폐쇄형 버퍼 탱크(108)가 제공되어 있다. 버퍼 탱크(108)의 일단부에는 버퍼수(110)를 도입하는 버퍼수 유입구(111A)가 있고, 버퍼 탱크(108)의 타단부에는 버퍼수 유출구(113A)가 있다. 버퍼 탱크(108)를 통해 버퍼수(110)를 통과시킴으로써, 처리 유체(32) 및 대상물(W)의 온도를 제어할 수 있고, 버퍼 탱크(108)에서 발생된 기포를 제거할 수 있을 것이라 예상된다. 또한, 버퍼수 유출구(113A)에는 개구와 요소 기판(102) 사이에 기포가 집속되지 않도록 하는 위치에 개구가 마련되는 것이 바람직하다. 더욱이, 개구의 적어도 일부는 요소 기판(102)과 접촉하는 것이 바람직하고, 버퍼 탱크(108)는 버퍼수 유출구(113A)가 상측에 배치되도록 약 5°정도 경사진 것이 바람직하다.
도 4에 도시한 바와 같이, 유체 유입구(74) 및 유체 유출구(76)의 폭은 세정 유체가 웨이퍼의 표면으로 균일하게 유동할 수 있도록 웨이퍼(W)의 직경과 같거나 크게 설정되어 있다. 더욱이, 웨이퍼(W)와 격판(106) 사이의 거리(L1) 및 웨이퍼(W)와 폐쇄 뚜껑(84) 사이의 거리(L2)는, 예컨대 약 0.35 mm 내지 약 10 mm 범위에 있도록 가능한 한 작게 설정되어 있다. 처리 공간(S)의 체적 및 유로(流路) 면적(처리할 대상물 상에서 가로지르는 유체의 층류 방향에 수직한 단면적)은 매우 작게 설정되어 있다. 예를 들면, 처리 공간(S)의 체적은, 200 mm 웨이퍼의 약 22 cm3체적에 대하여 약 30 cm3내지 약 6000 cm3의 범위, 즉 처리할 대상물 체적의 약 1.5 배 내지 약 300 배 정도 크게 설정되어 있고, 유로 면적은 약 2.1 cm2내지 약 420 cm2의 범위, 즉 중심부에서의 웨이퍼 단면적(처리할 대상물의 전술한 방향에 수직한 방향의 단면적의 최대값)의 약 1.5 배 내지 약 300 배 정도 크게 설정되어 있다. 처리 공간(S)의 체적을 전술한 것과 같이 설정함으로써, 사용되는 세정 유체(32) 및 린스 유체의 양은 종래의 세정 기구에서의 양보다 작다. 또한, 처리 공간(S)을 통해 유동하는 세정 유체(32)의 유동 속도는, 예컨대 약 50 cm/sec.로 설정될 수 있는데, 이는 종래 세정 기구에서의 유동 속도, 예컨대 약 0.5 cm/sec.에 비해 훨씬 커서, 세정 유체는 고속으로 웨이퍼에 공급될 수 있다. 또한, 처리 공간(S)의 길이는 웨이퍼(W)의 치수가 8 인치(200 mm)일 때 약 230 mm 내지 250 mm이다. 또한, 요소 기판(102)과 격판(106)의 두께는 초음파의 반파장보다 정수배만큼 커서, 초음파는 효율적으로 전파될 수 있다.
도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 세정 용기(72)의 유체 유입구(74)에는 세정 유체(32)를 도입하기 위해 제공된 입력 파이프(182)와 유체 유입구(74) 사이에 분기형의 평평한 세정 유체 도입부(180)가 마련되어 있다. 또한, 세정 용기(72)의 유체 유출구(76)에는 세정 유체(32)를 배출하기 위해 제공된 배출 파이프(182)와 유체 유출구(74) 사이에 수렴형의 평평한 세정 유체 배출부(180)가 마련되어 있다. 세정 유체 도입부(180)는 유로의 두께가 입력 파이프(182)로부터 유체 유입구(74) 쪽으로 갈수록 감소되도록 형성되어 있다. 세정 유체 도입부(180)의 길이는 약 70 mm이고, 입력 파이프(182) 부근에서의 두께는 약 10 mm이며, 유체 유입구(74) 부근에서의 두께는 약 5 mm이다. 또한, 세정 유체 도입부(180)는 유로의 폭이 입력 파이프(182)로부터 유체 유입구(74)로 갈수록 증가되도록 형성되어 있고, 입력 파이프(182) 부근에서의 폭은 약 150 mm이며, 유체 유입구(74) 부근에서의 폭은 약 220 mm이다. 세정 유체 배출부(181)는 그 유로의 두께가 유체 유출구(76)로부터 배출 파이프(183)로 갈수록 증가되도록 형성되어 있다. 세정 유체 배출부(181)의 길이는 약 70 mm이고, 유체 유출구(76) 부근에서의 두께는 약 5 mm이며, 배출 파이프(183) 부근에서의 두께는 약 10 mm이다. 또한, 세정 유체 배출부(181)는 그 유로의 폭이 유체 유출구(76)로부터 배출 파이프(183)로 갈수록 감소되게 형성되어 있고, 유체 유출구(76) 부근에서의 폭은 약 220 mm이며, 배출 파이프(183) 부근에서의 폭은 약 100 mm이다. 세정 유체(32)가 입력 파이프(182)를 통해 20 lit/min.의 속도로 통과할 때, 입력 파이프(182)에서의 세정 유체(32)의 유동 속도는 약 22 cm/sec.인 반면에, 처리 공간(S)에서의 유동 속도는 약 30 cm/sec.이었다. 세정 유체 도입부(180)와 세정 유체 배출부(181)를 제공함으로써, 세정 유체(32)를 고속의 유동 속도를 어느 정도 유지하면서 층류로서 처리 공간(S)을 통해 유동시킬 수 있다.
도 5의 흐름도를 참조하여, 전술한 구조의 바람직한 실시예를 설명한다.
먼저, 도 1에 도시한 이송 아암(26)이 수직으로 이동하고 팽창 및 수축하여 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 세정 기구(22A 내지 22H) 중 원하는 한 세정 기구 내로 도입한다. 웨이퍼(W)가 도입되면, 도 3에 도시한 것과 같이 웨이퍼 클램퍼(94)가 장착되어 있는 폐쇄 뚜껑(84)이 하향 이동하고, 이 상태에서 이송 아암(26)은, 웨이퍼(W)의 주변부가 폴 부분(96)에 의해 유지될 수 있게 웨이퍼(W)를 웨이퍼 클램퍼(94) 쪽으로 운반하도록 연신된다. 다음에, 웨이퍼(W)가 유지되면, 승강 기구(90)가 구동되어 폐쇄 뚜껑(84)을 상측으로 이동시켜 세정 용기(72)의 바닥부(78) 개구(80)를 액체가 새어나갈 수 없게 폐쇄함으로써, 처리 공간(S)을 폐쇄된 상태에 있게 한다.
다음에, 유동 속도가 큰 세정 유체(32)가 유체 유입구(74)로부터 세정 유체 도입부(180)를 통해 처리 공간(S)을 통과하여 유체 유출구(76) 및 세정 유체 배출부(181)를 향해 유동하게 하여 웨이퍼(W)의 상면과 바닥면을 세정한다. 이러한 경우에, 세정 유체(32)가 고속의 유동 속도로 매우 좁은 처리 공간(S)을 통과 유동하기 때문에, 세정 작업은 효율적이고도 신속하게 실행될 수 있다. 또한, 유체 유입구(74)와 세정 유체 배출부(181)가 있어서, 세정 유체(32)는 고속의 유동 속도로 층류로서 처리 공간(S)을 효율적으로 통과할 수 있다. 이때, 세정 유체(32)의 유동 속도는 전술한 바와 같이 충분히 크기 때문에, 웨이퍼의 표면과 접촉하는 층류 상태의 세정 유체(32)의 일부에서 난류가 발생되어, 웨이퍼의 표면과 접촉하는 세정 유체(32)의 유동 속도는 국부적으로 증가하게 된다. 따라서, 플레쉬 화학물(flesh chemical)과 같은 세정 유체(32)는 항상 웨이퍼의 표면에 작용하여, 세정이 효율적으로 실행될 수 있게 된다. 또한, 세정 공간(S)은 유체 안내 수단으로서도 작용하고, 세정 유체는 웨이퍼의 평평한 표면에 평행하게 유동하여 웨이퍼는 균일하게 처리된다.
이러한 경우에, 처리 유체는 웨이퍼의 표면에 접촉하는 세정 유체에 난류를 형성하도록 고속으로 유동되어야 한다. 이러한 고속 유동은 순환 펌프(도 2 참조)의 급송 속도와 관련하여 처리 공간(S)의 유로 면적을 감소시킴으로써 쉽게 생성될 수 있다. 또한, 전술한 세정 처리와 동시에 초음파 방사 유닛(100)의 초음파 요소(104)를 구동함으로써, 방사된 초음파(112)가 버퍼 탱크(108)내의 버퍼수(110)를 통해 전파되어, 웨이퍼(W)의 전표면은 초음파(112)로 조사된다. 따라서, 상기 유동 방향에 수직한 진동이 세정 유체(32)에 인가되어 웨이퍼의 표면과 접촉하는 세정 유체(32)에 난류를 발생시키거나 생성된 난류를 증대시킨다. 따라서, 증대된 난류는 화학물의 점도로 인해 대상물의 표면에 발생된 비가동층의 영향을 감소시켜 세정 처리를 신속하고도 효율적으로 처리할 수 있게 된다. 또한, 사용되는 파는 초음파에 한정되지 않고, 통상의 무선 진동수 대역의 음파가 사용될 수도 있다.
초음파 요소(104)를 구동함으로써 열이 발생되기는 하지만, 버퍼 탱크(108)를 통해 유동하는 버퍼수(110)는 냉각수의 역할도 하기 때문에, 초음파 요소(104)를 요소 기판(102)에 접합시키는 접착제가 열화되어 초음파 요소(104)가 박리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 초음파(112)의 작용에 의해 버퍼수(110)에 기포가 발생되더라도, 버퍼수(110)는 순환되므로, 생성된 기포는 버퍼 탱크(108)로부터 외부로 이송되어 버퍼 탱크(108)에 집속되지 않는다. 더욱이, 세정 유체가 격판(106)을 부식시키는 경우에, 격판(106)을 교환하기만 하면 되고, 요소 기판(102)이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 세정 기구는 전술한 것과 같이 난류를 형성하는 고속의 유동을 발생시킬 수 있다. 다른 한편으로, 본 발명에 따른 세정 기구는 처리할 대상물의 표면만을 습식 엣칭하기 위하여, 처리 유체의 급송 속도를 저속으로 제어함으로써 저속의 유동을 발생시킬 수도 있다. 본 발명에 따른 세정 기구에 의한 유동 속도는, 예컨대 약 2.5 cm/sec. 내지 약 5000 cm/sec.의 범위 내로 설정할 수 있다.
이와 같이 세정 처리를 완료한 후에, 세정 유체(32)의 공급을 중단한다. 다음에, 회수 유체 역할을 하는 N2가스 등을 유동시켜 처리 공간(S) 및 파이프에 수집된 세정 유체(32)를 강제하여 세정 유체(32)를 유체 저장 탱크(30)에 회수한다. 이러한 회수에 의해, 세정 유체(32)의 소비량을 줄일 수 있다. 세정 유체의 회수는 회수 유체로서 건조 유체 공급 시스템(58)으로부터 공급되는 N2가스와 같은 건조 유체를 사용하거나 추가의 회수 유체 공급 시스템을 제공함으로써 실행될 수 있다. 다음에, 초순도수와 같은 린스 유체를 처리 공간(S)을 통해 유동하게 하여 웨이퍼의 표면에 고착되는 세정 유체를 씻어낸다. 또한, 린스 유체가 공급될 때, 초음파 요소(104)를 구동하여 초음파(112)로 웨이퍼의 표면을 조사하여 난류를 발생시킴으로써 린스 처리를 신속하게 실행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
더욱이, 배출 유체 역할을 하는 N2가스 등을 처리 공간(S)을 통해 유동하도록 하여 린스 유체를 배출시킨다. 린스 유체를 배출시킴으로써, 후속 실행되는 린스 유체 건조 처리를 보다 효율적으로 실행할 수 있다. 배출되는 유체는 건조 유체 또는 회수 유체일 수 있고, 또는 추가의 배출 유체 공급 시스템을 제공함으로써 공급될 수도 있다.
다음에, 이소프로필 알코올(IPA)과 같은 증기 알코올이 유동하도록 하여 린스 유체의 표면 장력을 깨뜨리고, 고온의 N2가스 등을 유동하도록 하여 웨이퍼의 표면과 세정 용기(72)의 내부를 완전히 건조시킨다. 또한, 회수 유체 및 배출 유체를 사용하는 전술한 처리 작업은 세정 처리를 보다 효율적으로 실행하도록 실행되어, 사용자는 선택적으로 어느 처리 작업을 실행할 지를 선정할 수 있다.
또한, 전술한 건조 기술은 마란고니 건조(Marangoni drying), IPA 증기 유동을 이용하는 건조 또는 감압 상태에서의 건조일 수도 있다. 상기 마란고니 건조는 캐리어 가스로서 N2가스를 사용하여 IPA 증기를 챔버 내로 공급하여, 물과 IPA 사이의 차이로 인한 액체 수준 강하 후에 웨이퍼의 표면을 건조시키도록 챔버 내의 웨이퍼를 매우 느린 속도로 배출하게 구성되어 있다. 이후에, 건조를 완결하기 위하여, 고온의 N2가스를 유동시키거나 웨이퍼의 표면에 적외선을 조사한다. IPA 증기 유동을 이용하는 건조는, 챔버 내의 물을 신속히 배출한 후에 캐리어 가스로서 N2가스를 사용하여 IPA 증기를 챔버 내로 공급하고, 챔버 내의 물이 IPA 증기로 대체되면 IPA 증기 공급을 중단하고 고온의 N2가스를 분사하도록 구성되어 있다. 이러한 경우에, 열원(熱源)으로서 적외선이 사용될 수도 있다. 또한, 감압 하에서의 건조는 챔버가 웨이퍼보다 약간 큰 경우에 효율적이다. 따라서, 압력 감소 실행에 요구되는 시간을 단축할 수 있어, 워터 마크 생성 개시 전에 웨이퍼를 증발시킬 수 있다. 이러한 경우에, 적외선 조사에 의한 가열에 의해 짧은 시간 내에 감압을 실행할 수 있다. 본 발명에 따르면, 건조 작업은 마란고니 건조와 감압 하에서의 건조를 조합하거나 IPA 증기 유동을 이용하는 건조와 감압 하에서의 건조를 조합함으로써, 보다 뛰어난 건조 상태를 실현할 수 있다.
이러한 작업이 완료된 후에, 폐쇄 뚜껑(84)을 하향 이동시키고, 세정된 웨이퍼(W)를 이송 아암(26)(도 1 참조)에 의해 들어올린다. 또한, 세정할 재료에 따라 각종 유체로부터 세정 유체(32)를 선정할 수도 있다. 세정 유체(32)는 액체일 뿐만 아니라, 후술하는 미스트 함유 가스 또는 오존 함유 가스일 수도 있다. 또한, 전술한 세정 작업은 각 세정 기구(22A 내지 22H)에서 독자적으로 실행할 수 있다.
이하에서는, 도 2 및 도 5의 흐름도를 참조하여, 4 개의 세정 기구(22A 내지 22D)를 사용하는 전술한 흐름을 설명한다.
먼저, 어떠한 세정도 실행되지 않는 대기 상태 중에, 세정 유체 순환 시스템(46A 내지 46D)을 닫고, 대기형 순환 시스템(44)을 구동시켜 유체 저장 탱크(30) 내의 세정 유체(32)를 상기 시스템 내로 순환시킨다. 또한, 세정 유체는 온도 컨트롤러(38)에 의해 미리 정해진 온도로 유지되어 화학적으로 안정화되고, 세정 유체(32) 내의 불순물은 필터(40)에 의해 제거된다(S1). 다음에, 세정을 실시할 때, 상응하는 세정 기구(22A 내지 22D)의 세정 유체 순환 시스템(46A 내지 46D)의 각 3 방향 밸브(50A 내지 50D와 52A 내지 52D)를 개방하여, 세정 유체가 그 밸브를 통해 흐르게 한다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)의 세정 작업은 전술한 것과 같은 원하는 세정 기구에서 실행된다(S2).
이러한 경우에, 세정 유체(32)는 순환 펌프(36)의 압력에서 원하는 세정 기구에 공급된다. 또한, 순환 펌프(36)의 공급 압력은 충분히 크거나 필요하다면 대기형 순환 시스템(44)의 차단 밸브(42)를 폐쇄함으로써 증대될 수도 있다. 따라서, 세정 작업 중에, 세정 기구를 통과하는 세정 유체(32)는 순환시 사용되는 유체 저장 탱크(30)로 복귀하여, 세정 유체(32)가 무용하게 되는 일은 없다.
이와 같이 세정 작업을 완료한 후에, 입구측 3 방향 밸브(50A 내지 50D)를 가스 순환측으로 전환한다. 동시에, 각 린스 처리용 3 방향 밸브(56A 내지 56D)를 가스 공급측으로 전환하고, 건조 가스 공급 시스템(58)을 구동하여 수집 유체로서 N2가스를 공급함으로써 회수 작업을 실행한다(S3). 이때, 알코올은 공급되지 않는다. 상기 N2가스 정화(purge)에 의해, 세정 유체 순환 라인 및 세정 기구(22A 내지 22D) 내에 수집되어 세정되는 세정 유체(32)는 N2가스에 의해 밀려 유체 저장 탱크(30)로 복귀되어 회수된다. 따라서, 세정 유체(32)는 폐기되지 않은 채 회수되어 효율적으로 사용된다.
다음에, N2가스 공급을 중단하고, 린스 처리용 3 방향 밸브(56A 내지 56D)를 린스 처리 순환측으로 전환한다. 동시에, 출구측 3 방향 밸브(52A 내지 52D)를 배출측으로 전환하여, 예컨대 초순도수의 린스 유체를 상응하는 세정 기구(22A 내지 22D)에 공급하여 웨이퍼 등의 표면에 고착되는 세정 유체를 씻어 버린다(S4). 상기 세정 유체를 씻어내는 데 사용되는 상기 린스 유체는 배출 시스템(68)을 통해 증기 분리기(70) 내로 유동하며, 상기 분리기에서 액체는 가스와 분리되어 상기 시스템의 외부로 배출된다.
다음에, 린스 유체의 공급을 중단하고, 린스 처리용 3 방향 밸브(56A 내지 56D)를 N2가스 통과측으로 전환하여 (알코올을 함유하지 않는) N2가스를 공급함으로써, 세정 기구(22A 내지 22D)에서 수집된 린스 유체를 N2가스에 의해 증기 분리기(70) 쪽으로 배출시킨다(S5).
다음에, N2가스를 전술한 것과 같이 공급하면서, 차단 밸브(66)를 개방하여 카뷰레터(64) 내의 알코올(예컨대, 이소프로필 알코올)을 증발시켜, 그 증발된 알코올을 N2가스에 혼합한다(S6). 따라서, 증발된 알코올은 세정 기구(22A 내지 22D) 내로 공급되어 그 기구 내부에 고착되는 린스 유체의 표면 장력을 깨뜨림으로써, 소적(小滴)이 형성되는 것은 어렵게 되고 세정 기구를 건조하는 것이 용이해진다.
다음에, 증발된 알코올의 공급을 중단하고, N2가스만을 유동 상태로 잔존하게 하여 웨이퍼의 표면과 세정 기구(22A 내지 22D)의 내부를 건조시킨다(S7). 이러한 경우에, N2가스는 고온의 N2가스로서 유동할 수 있도록 가열되어, 건조 작업을 실행하는 데 요구되는 시간을 단출시킬 수 있다. 전술한 일련의 건조 단계(S6 및 S7)를 실행한 후에, 웨이퍼(W)의 세정 작업을 완료하고, 이송할 웨이퍼(W)를 세정 기구(22A 내지 22D)로부터 꺼낸다.
따라서, 세정 유체(32)는 완전히 폐쇄된 상태에서 세정 유체(32)를 순환시키고 그 유체를 사용함으로써 폐기되지 않는다. 또한, 세정 유체(32)는 외부 공기에 노출되지 않은 채 순환되어, 세정 유체(32)의 휘발성 성분은 증발되지 않는다. 따라서, 세정 유체(32)의 성질은 안정되게 유지될 수 있다. 또한, 금속 배선층의 문제, 특히 쉽게 산화되는 구리의 산화 문제는 세정 유체(32) 및 린스 유체의 용해된 산소를 감소시키는 것만을 제어함으로써 쉽게 피할 수 있다.
또한, 본 발명에서 실행되는 세정 처리는 각종 세정 처리, 예컨대 애쉬 처리 후의 세정 처리, 막을 웨이퍼에 도포하기 전헤 통상 실행되는 예비 세정 처리 또는 레지스트를 제거하기 위한 세정 처리 등 각종 세정 처리 중 하나로서 이용될 수 있다. 상기 예비 세정 처리에 사용되는 세정 유체는 암모니아(NH3)와 과산화수소(H2O2)의 혼합물 또는 염산(HCl)과 과산화수소의 혼합물을 포함할 수도 있다. 레지스트 제거에 사용되는 세정 유체는 진한 황산(concentrated sulfuric acid) 및 과산화수소의 혼합물을 포함할 수도 있다. 다른 세정 유체는 묽은 불화 수소산(dilute hydrofluoric acid)(HF, H2O), 완충된 불화 수소산(buffered hydrofluoric acid)(HF, NH4F, H2O), 초수화 황산(sulfuric acid hyperhydration)(H2SO4, H2O3, H2O), CO2와 같은 초임계 유체(supercritical fluid)를 포함할 수도 있다.
세정 유체로서 통상의 중성 화학물을 사용하는 경우, 세정 기구의 요소 기판(102)과 격판(106)은 스테인레스로 제조할 수도 있다. 스테인레스를 부식시키는 세정 유체, 예컨대 산성의 세정 유체가 사용되는 경우, 격판(116)은, 예컨대 내식성이 큰 테프론(Teflon)으로 제조한다. 또한, 요소 기판(102)은 초음파를 투과시키는 수정으로 제조할 수도 있다.
더욱이, 상기 세정 유체는 전술한 액체에 한정되는 것은 아니고, 초순도수의 미스트가 오존 분위기에 혼합되어 오존 반응을 가속시키는 가스상의 세정 유체, 황산 미스트가 오존 분위기에 혼합되어 오존 반응을 가속시키는 가스상의 세정 유체를 포함할 수도 있다.
또한, 난류 형성 수단으로서 음파 방사 유닛(100)이 제공되고, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 음파 방사 유닛(100) 대신에 또는 그 유닛과 함께 높이가 약 0.1 mm 내지 5 mm인 미세한 파형의 불규칙부(120)가 처리 공간(S)을 형성하는 격판(106)의 표면에 마련되어 세정 유체에 난류를 발생시킬 수도 있다. 더욱이, 웨이퍼 클램퍼(94)가 폐쇄 뚜껑(84)에 장착되는 경우, 웨이퍼(W)를 이송 아암(26)으로부터 웨이퍼 클램퍼(94)로 운반하기 위하여 고정된 베이스(93)가 제공될 수 있는 공간이 폐쇄 뚜껑(84)과 웨이퍼 클램퍼(94) 사이에 형성되고, 도 7에 도시한 바와 같이, 유체가 새어나가지 못하게 하는 유체 기밀성을 유지하면서 웨이퍼 클램퍼(94)를 수직으로 이동시킬 수 있는 벨로우(122)가 상기 공간 대신에 제공될 수도 있다. 이에 따르면, 웨이퍼(W)를 운반할 때에만 벨로우(122)가 팽창되고 벨로우가 세정 중에 수축된다면, 처리 공간(S)의 높이를 감소시켜 유로 면적을 더욱 감소시킬 수 있어, 세정 유체의 유동 속도를 증대시킬 수 있다.
또한, 전술한 바람직한 실시예에서 한 세정 기구에 대해 한 종류의 세정 유체를 사용하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 처리할 대상물의 표면에 고착되는 각종 적층물에 상응하는 세정 유체를 사용할 수도 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 복수 종류, 예컨대 두 종류의 세정 유체가 사용될 수도 있다. 또한, 도 2의 요소와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였고, 그 상세한 설명은 생략한다.
이러한 경우에, 도 2에 도시한 세정 시스템 외에, 제2 세정 유체를 사용하는 유체 저장 탱크(30-2)와 제2 공급 라인(46A-2 내지 46D-2) 및 제2 환류 라인(47A-2 내지 47D-2)이 제공되어 있다. 또한, 도 2의 입구측 3 방향 밸브(50A 내지 50D) 대신에, 각 제2 공급 라인(46A-2 내지 46D-2)의 상류측에 연결되는 입구측 4 방향 밸브(130A 내지 130D)가 제공되어 있고, 그 하류측은 전술한 제1 공급 라인(46A 내지 46D)에 의해 공유되어 있다.
또한, 도 2의 출구측 3 방향 밸브(52A 내지 52D) 대신에, 제2 환류 라인(47A-2 내지 47D-2)의 하류측에 연결되는 출구측 4 방향 밸브(132A 내지 132D)가 제공되어 있다. 상류측은 제1 환류 라인(47A 내지 47D)에 의해 공유되어 있다. 또한, 제2 세정 유체(32-2)가 제2 저장 탱크(30-2)에 저장되어 있고, 제2의 대기형 순환 시스템(44-2)에는 제2 순환 펌프(36-2)와 제2 온도 컨트롤러(38-2)와 제2 필터(40-2) 및 제2 차단 밸브(42-2)가 연속적으로 제공되어 있다. 더욱이, 제2 공급 시스템(34-2)이 제2 유체 저장 탱크(30-2)에 연결되어 있다. 이 바람직한 실시예에 따르면, 반도체 웨이퍼(W)는 두 종류의 세정 유체에 의해 연속적으로 세정된다.
즉, 도 2를 참조하여 전술한 것과 같은 세정 처리를 실행하기 위하여, 단순히 세정 유체라고 지칭하였던 제1 세정 유체(32)가 먼저 사용된다. 다음에, N2정화를 이용하는 회수 프로세스, 린스 유체를 사용하는 린스 처리 프로세스, N2정화를 이용하는 배출 프로세스, N2가스와 알코올을 사용하는 건조 처리 프로세스가 실행된다. 이어서, 제2 세정 유체(32-2)를 사용하는 세정 처리가 실행된다. 다음에, N2정화를 이용하는 회수 프로세스, 린스 유체를 사용하는 린스 처리 프로세스, N2정화를 이용하는 배출 프로세스, N2가스와 알코올을 사용하는 건조 처리 프로세스가 실행된다. 이때, 새로이 제공된 입구측 4 방향 밸브(130A 내지 130D)와 출구측 4 방향 밸브(132A 내지 132D)를 전환함으로써, 제1 세정 유체 및 제2 세정 유체의 전환이 실행된다.
상기 경우에 세정 방법의 전체 흐름을 도 9에 나타내었다. 도 9에서, S11-1, S12-1, S18 단계가 도 5에 도시한 흐름에 추가되었다. 또한, 도 9에서 S11 단계 내지 S17 단계는 도 5의 S1 단계 내지 S7 단계에 대응한다.
먼저, 어떠한 세정 처리도 실행되지 않는 경우, 세정 유체(32, 32-2)는 대기형 순환 시스템(44, 44-2)에서 순환된다(S11). 다음에, 세정 처리가 시작되고, 어느 프로세스를 제1 과정으로 할지가 결정된다(S11-1). 제1 프로세스가 실행되기 때문에, 세정 처리는 제1 세정 유체를 사용하여 실행된다(S12). 제1 세정 처리가 실행된 후에, 상기 시스템에 남아 있는 제1 세정 유체(32)는 N2정화에 의해 회수된다(S13). 다음에, 웨이퍼 등의 표면에 고착되는 제1 세정 유체(32)는 초순도수를 사용하는 린스 처리에 의해 씻겨지고(S14), 시스템에 잔존하는 린스 유체는 N2정화에 의해 배출된다(S15). 다음에, 웨이퍼 등의 표면을 증기 알코올에 의해 건조시킨 후(S16), 고온의 N2가스가 유동하도록 하여 완전히 건조시킨다(S17). 다음에, 모든 종류의 세정 유체가 사용되었는지를 결정한다(S18). 제1 세정 유체를 사용하는 세정 처리만이 완결되었기 때문에, 아니오(NO)가 결정되어 이러한 과정은 S11-1 단계로 복귀한다.
다음에, 제1 프로세스가 완료되어 S11-1 단계에서 아니오(NO)가 결정되어, 제2 세정 유체를 사용하는 세정 처리가 제2 프로세스로서 실행된다(S12-1). 이 세정 처리에서, 도 8에서 새롭게 추가된 제2 유체 저장 탱크(30-2)와 제2 세정 유체 순환 시스템(46A-2 내지 46D-2) 및 제2 세정 유체 순환 시스템(46A-2 내지 46D-2)이 전술한 것과 같이 사용된다. 따라서, 제2 세정 유체(32-2)를 사용하는 세정 처리가 완료되면, S13 단계 내지 S17 단계에서의 처리가 전술한 것과 같이 실행된다. 이후에, 모든 종류의 세정 유체가 사용되어 S18 단계에서 예(YES)가 결정되고, 따라서 상기 처리가 완료된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 상기 세정 처리는 두 종류의 다른 세정 유체를 혼합하지 않으면서 그 세정 유체(32, 32-2)에 의해 연속적으로 실행될 수 있다. 두 종류의 세정 유체(32, 32-2)를 사용하는 연속 세정 처리는, 예컨대 도 10을 참조하여 전술한 것과 같이 하부 금속 막(8)에 악영향을 미치지 않으면서, 플라즈마 건식 엣칭 중에 사용되었던 레지스트 마스크(6)와 측벽 보호층(10)을 제거시킬 수 있다. 즉, 제1 세정 유체(32)를 사용하여, 측벽 보호층(10)을 제거하는 측벽 보호층 제거 단계가 먼저 실행되고, 제2 세정 유체(32-2)를 사용하여, 레지스트 마스크(6)를 제거하는 레지스트 제거 단계가 실행된다. 여기서 사용되는 제1 세정 유체(32)는 수성의 유기 알카리 용액, 예컨대 수성의 유기 아민 용액일 수도 있다.
특히, 수성의 유기 아민 용액은 수성의 모노에탄올 아민 용액과 수성의 트리메틸 암모늄 하이드라이드 용액(aqueous trimethyl ammonium hydride solution)을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 수성의 유기 아민 용액은 미츠비시 가스 케미컬 컴파니에서 판매하는 ELM-C30(상표명) 등일 수 있다. ELM-C30을 사용하는 경우, 세정 처리는 약 5 분 동안 23℃의 온도에서 실행될 수도 있다. 또한, 종래의 습식 세정시 유동 속도는 약 0.5 cm/sec.이지만, 제1 세정 유체(32)의 유동 속도는 약 50 cm/sec.의 고속의 유동 속도로 설정되어 웨이퍼 표면에서의 반응을 가속시킨다. 따라서, 세정 처리를 신속하고도 효율적으로 실행할 수 있다. 또한, 이때 웨이퍼의 표면을 전술한 것과 같이 초음파로 조사하는 경우, 세정 유체(32)에 난류가 발생되거나 난류 발생이 증대되어, 세정 처리를 보다 신속하게 실행할 수 있다.
또한, 제2 세정 유체(32-2)는 유기 용매, 예컨대 유기 아민일 수도 있다. 예를 들면, 제2 세정 유체는 도쿄 어플라이드 케미스트리 컴파니에서 판매하는 T-106(상표명)일 수 있다. 이러한 경우에, 예를 들면, 세정 처리는 약 20분 동안 90℃에서 실행될 수 있다. 또한, 이러한 경우에, 제2 세정 유체(32-2)의 유동 속도는 제1 세정 유체(32)와 유사한 약 50 cm/sec. 정도로 고속의 유동 속도이고, 웨이퍼의 표면은 초음파 조사에 의해 신속하고도 효율적으로 실행된다.
측벽 보호층 제거 단계 및 레지스트 제거 단계의 순서는 사용자가 선택할 수 있다. 그러나, 레지스트 제거 단계를 먼저 실행하는 경우, 다음과 같은 문제가 있다. 측벽 보호층 제거 단계가 레지스트 제거 단계 이후에 실행되는 경우, 측벽 보호층에 남아 후속 단계에서 제거하여야 하는 지방 및 오일의 제거는 레지스트 제거 단계에서 사용되는 유기 아민과 같은 세정 유체에 의해 증대되어, 측벽 보호층은 경화된다. 이러한 이유로 인해, 측벽 보호층 제거 단계에서 수성의 유기 아민 용액 등을 사용하여 측벽 보호층을 충분히 제거하는 것이 어려운 경우가 있다. 또한, 건식 엣칭 중에, 레지스트 마스크의 표면에서 몇몇 반응이 일어나기 때문에, 상기 경화된 층이 레지스트 마스크의 표면에 형성된다. 레지스트를 보다 일찍 제거하는 경우, 측벽 보호층은 상기 경화된 층으로 덮여, 그 측벽 보호층을 제거하기가 어렵다. 이러한 문제를 피하기 위하여, 상기 레지스트 제거 단계는 측벽 보호층 제거 단계 후에 실행하는 것이 바람직하다. 더욱이, 측벽 보호층 제거 단계와 레지스트 제거 단계 사이에는, 제1 세정 유체(32-2)를 효율적으로 제거 및 건조시킬 필요가 있다. 즉, N2정화를 실행하고, 린스 유체를 공급하며 그 린스 유체를 효율적으로 건조시킬 필요가 있다. 왜냐하면, 제1 세정 유체(32-2)에 함유된 물 성분과 린스 유체 역할을 하는 초순도수가 레지스트 제거 단계에서 유기 아민과 혼합되는 경우, 상기 용액은 알카린으로 되어, 원하는 처리를 실행하기가 어렵기 때문이다.
따라서, 본 발명에 따른 시스템에 의해 두 종류의 세정 유체(32, 32-2)를 사용하여 습식 세정 처리를 실행하는 경우, 플라즈마 건식 엣칭 중에 고착된 측벽 보호층(10)과, 마스크로서 사용된 레지스트 마스크(6)는 산화 등에 의한 하부 금속 막(8)에 손상을 가하는 일 없이 신속하고도 간단히 제거할 수 있다. 따라서, 세정된 웨이퍼의 표면을 전자 현미경으로 관찰하였을 때, 측벽 보호층과 레지스트 마스크는 완전히 제거 되었고 하부의 구리 막은 손상되지 않은 것을 확인하였다.
또한, 이러한 세정 방법을 채택함으로써, 엣칭 프로세스의 모든 단계 수를 감소시킬 수 있어, 비용을 절감할 수 있다. 특히, 하부 막이 구리 막인 경우, 그 구리 막이 산화되지 않기 때문에 이는 특히 효율적이다.
이하, 도 14를 참조하여, 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 설명한다. 도 2에 도시한 바람직한 실시예에서 세정 기구(22A 내지 22D)는 수평으로 배열되었지만, 도 14에 도시한 바람직한 실시예에서 세정 기구(22A 내지 22D)는 수직으로 배열되어 있다.
또한, 도 2에 도시한 바람직한 실시예와는 달리 상기 실시예에서는, 마지막 단계에서 파이프 관에 남아 있는 잔류 액체를 세정하는 잔류 액체 처리/순환 통로가 다음 단계 전에 형성된다. 이 바람직한 실시예를 이하에서 설명한다. 또한, 도 2에 도시한 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 상세한 설명은 생략한다.
상기 바람직한 실시예에서, 세정 기구(22A 내지 22D)는 수직으로 배열되고, 세정 용기(72)는 도 3에 도시한 상태에서 90°만큼 회전된다. 또한, 세정 유체 유입구(74)는 하측에 배치되어 있고, 유체 유출구(76)는 상측에 배치되어 있다. 웨어퍼(W)는 수직 방향으로 처리 공간(S)에 유지된다.
도 11에서, 잔류 액체를 처리하기 위한 세정 유체(232)를 저장하는 유체 저장 탱크(230)가 유체 저장 탱크(30)에 추가로 제공되어 있다. 유체 저장 탱크(30)와 유사하게, 유체 저장 탱크(230)도 폐쇄되어 있다. 각 세정 기구(22A 내지 22D)의 유입구측 및 유출구측에는, 잔류 액체 처리/순환 통로를 형성하는 바이패스 파이프(210A, 210B, 210C, 210D)가 연결되어 있다. 유체 저장 탱크(230)에 저장되어 있는 잔류 액체 처리 세정 유체(232)는 각 세정 기구(22A 내지 22D)의 처리 공간(S)을 통해 유동하지 않으면서 바이 패스되고 바이패스 파이프(210A, 210B, 210C, 210D)를 통해 유동한다.
유체 저장 탱크(30)에 저장된 세정 유체(32)와 같은 액체, 초순도수(린스 유체), 유체 저장 탱크(230)에 저장된 세정 유체는 세정 기구(22A 내지 22D)를 통해 바닥부로터 상부로 유동되고, N2가스(건조 가스)와 같은 가스는 세정 기구(22A 내지 22D)를 통해 상부에서부터 바닥부로 유동된다. 세정 유체와 같은 유체가 세정 기구(22A 내지 22D)를 통해 바닥부로부터 상부로 유동하게 함으로써, 세정 기구(22A 내지 22D) 내의 가스를 상부 유출구로부터 배출시켜 세정 유체(32)의 층류를 합리적으로 형성할 수 있다. 또한, N2가스(건조 가스)와 같은 가스가 상부로부터 바닥부로 세정 기구(22A 내지 22D)를 통해 유동하게 함으로써, 웨이퍼(W)에 고착되거나 처리 공간(S)에 남아 있는 액체가 중력에 의해 떨어지는 것이 가속화되어 액체의 제거, 회수 및 건조를 효율적으로 실행할 수 있다.
바이패스 파이프(210A, 210B, 210C, 210D)는 3 방향 밸브(202A, 202B, 202C, 202D)에 의해 세정 기구(22A 내지 22D)의 유입구측에서 공급 라인(46A 내지 46D)에 연결되고, 3 방향 밸브(203A, 203B, 203C, 203D)에 의해 세정 기구(22A 내지 22D)의 유출구측에서 공급 라인(46A 내지 46D)에 연결되어 있다.
세정 유체(32) 및 잔류 액체 처리 세정 유체(232) 중 하나를 선택적으로 유동시킬 수 있도록 전술한 유체 저장 탱크(30)와 유체 저장 탱크(230) 및 3 방향 밸브(204A, 204B, 204C)가 제공된다.
3 방향 밸브(50A 내지 50D 및 52A 내지 52D)와 유사한 3 방향 밸브(202A 내지 202D, 203A 내지 203D 및 204A 내지 204D)는 공급 제어 수단(65)에 의해 제어된다.
각 세정 유체(32) 및 잔류 액체 처리 세정 유체(232)는, 공급 제어 수단(65)에 의해 제어될 수 있는 2 방향 밸브를 매개로 유체 저장 탱크(30) 및 유체 저장 탱크(230)로부터 유동하고 그 탱크 내로 유동한다.
이하에서, 잔류 액체의 처리를 설명한다. 마지막 단계에서 사용되는 처리 액체가 파이프 관에 남아 있다면, 그 잔류 액체가 다음 단계에 악영향을 미치는 경우가 있다. 따라서, 다음 단계 전에, 잔류 액체 처리 세정 유체(232)를 잔류 액체 처리/순환 통로를 통해 유동하도록 하여 잔류 액체를 세정한다. 잔류 액체 처리/순환 통로는 폐쇄된 순환 통로로서 형성된다. 이러한 경우에, 3 방향 밸브(202A 내지 202D, 203A 내지 203D, 204A 내지 204D, 50A 내지 50D, 52A 내지 52D)는 공급 제어 수단(65)에 의해 제어되고, 잔류 액체 처리/순환 통로가 형성되어, 유체 저장 탱크(230) 내의 잔류 액체 처리 세정 유체(232)는 3 방향 밸브(56A 내지 56D), 3 방향 밸브(50A 내지 50D), 3 방향 밸브(202A 내지 202D), 바이패스 파이프(210A 내지 210D), 3 방향 밸브(203A 내지 203D), 3 방향 밸브(52A 내지 52D), 3 방향 밸브(204A 내지 204D)를 통해 연속적으로 유동한다. 이와 같이 잔류 액체 처리 세정 유체(232)를 세정 공간(S)에 공급하지 않으면서 바이패스 파이프(210A 내지 210D) 내로 도입함으로써, 잔류 액체가 웨이퍼의 처리에 영향을 미치는 일 없이 그 액체를 적절히 제거할 수 있다.
상기 바람직한 실시예에서, 전술한 바와 같이, 세정 유체(32)를 외부 공기에 노출시키지 않으면서, 유체 저장 탱크(30)와 세정 기구(22A 내지 22D) 사이에서 세정 유체(32)를 순환시키는 세정 유체 순환 라인(51A, 51B, 51C, 51D)이 공급 라인(46A 내지 46D)과 환류 라인(47A 내지 47D)에 의해 형성된다. 따라서, 세정 유체 순환 라인(51A, 51B, 51C, 51D)은 순환 라인이기 때문에, 린스 처리 후에 건조 처리를 실행하더라도 잔류 액체가 파이프 관 및 밸브의 조인트와 같은 세부에서 집속되는 경우가 있다. 이들 잔류 액체는 후속되는 세정 처리 중에 세정 유체(32)의 농도를 변화시켜 그 처리에 영향을 미친다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따르면, 잔류 액체 처리/순환 통로가 형성되어 잔류 액체 처리 세정 유체(232)에 의해 잔류 액체를 세정할 수 있어, 세정 유체 순환 라인(51A, 51B, 51C, 51D)이 순환 라인으로서 형성된다는 사실과 관련한 문제를 해결할 수 있다. 잔류 액체 처리 세정 유체(232)로서, 후속 세정 처리 중에 사용되는 세정 유체(32)와 동일한 처리 유체가 사용된다. 즉, 린스 처리 및 건조 처리를 실행한 후에, 세정 유체(32)와 동일한 처리 유체를 잔류 액체 처리 세정 유체(232)로서 공급하여 파이프 관 내의 잔류 액체를 제거하고 잔류 액체 대신에 세정 유체(32)를 사용하고, 그 후에 세정 유체(32)를 처리 공간(S) 내로 공급하여 세정 처리를 실행한다. 상기 세정 처리를 실행하기 위하여 복수 종류의 세정 유체(32)를 사용하는 경우에, 세정 유체(32)와 동일한 종류의 복수의 잔류 액체 처리 세정 유체(232)를 준비할 수도 있다. 또한, 잔류 액체 처리 세정 유체(232)가 세정 유체(32)와 유사하게 순환된 반면에, 그 유체는 순환되지 않은 채 세정 후에 파이프 관으로부터 폐기될 수도 있다.
이하, 도 15 및 도 16을 참조하여, 본 발명의 바람직한 제3 실시예를 설명한다. 이 바람직한 실시예의 주 특징은 2 방향 밸브(57A, 57B, 57C, 57D)가 마련된 건조 처리만을 위한 파이프(211A, 211B, 211C, 211D)가 추가된다는 점이다. 전술한 바람직한 실시예에서와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호로 나타내었다.
건조 처리만을 위한 파이프(211A 내지 211D)는, 건조 유체 공급 시스템(58)의 3 방향 밸브(52A 내지 52D) 상류측의 건조 유체 공급원 부근의 일부로부터 분기되어 각 세정 기구(22A 내지 22D)와 직접 연결된다. 건조 처리만을 위한 파이프(211A 내지 211D)의 중간에는 2 방향 밸브(57A 내지 57D)가 제공되어 공급 제어 수단(65)에 의해 제어된다.
건조 처리만을 위한 파이프(211A 내지 211D)가 제공될 때 건조 처리를 하는 경우에, 처리 공간(S)에서의 건조와 상기 파이프에서의 건조는 건조 유체를 다른 파이프로부터 공급함으로써 실행된다. 즉, 건조 처리만을 위한 파이프(211A 내지 211D)는 건조 유체를 처리 공간(S) 내로 공급하는 데에만 사용된다. 다른 한편으로, 파이프에서의 건조는 밸브를 제어함으로서 실행되어, 건조 유체는 3 방향 밸브(52A 내지 52D), 3 방향 밸브(203A 내지 203D), 바이패스 파이프(210A 내지 210D), 3 방향 밸브(202A, 202B)를 통해 연속적으로 유동한다. 파이프에서의 건조 처리와 처리 공간(S)에서의 건조가 동일한 라인에서 실행된다면, 파이프에 존재하는 린스 유체가 처리 공간(S) 내로 도입되어 웨이퍼의 표면에 건조 후 워터 마크로서 잔류물을 스플래쉬하여 수율을 떨어뜨릴 가능성이 있다. 그러나, 처리 공간(S) 내로의 건조 유체의 공급이 상기 바람직한 실시예에서와 같이 건조 처리만을 위한 파이프(211A 내지 221D)를 사용하여 실행된다면, 건조 후에 워터 마크가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 세정 기구의 바람직한 제3 실시예의 정면도가 도 16에 도시되어 있다. 제2 바람직한 실시예와 유사하게, 세정 기구(22)는 수직으로 배열되어 있고, 건조 유체는 상부에 연결되어 있는 건조 처리 만을 위한 파이프(211)로부터 공급되고, 세정 유체(32) 및 린스 유체는 바닥부로부터 공급된다. 또한, 세정 유체(32) 등은 상부 배출 파이프(183)에 연결되어 있는 파이프로부터 3 방향 밸브(52)를 매개로 배출된다. 또한, 바이패스 파이프(210) 및 3 방향 밸브(203)는 도시하지 않았다.
건조 처리만을 위한 파이프(211)에 제공된 2 방향 밸브(57)와 배출 파이프(183) 사이에는 중간 챔버(291)가 형성되어 있다. 중간 챔버(291)와 배출 파이프(183)는 슬릿(292)으로 연통되어 있다. 그러나, 세정 유체 등을 배출하는 파이프의 단면적이 슬릿(292)보다 충분히 크기 때문에, 액체가 슬릿을 통해 중간 챔버(191) 내로 들어가는 일은 거의 없다. 세정 유체(32)가 2방향 밸브(57)에 고착된다면, 세정 유체 내의 기포가 밸브로 들어가 후속되는 린스 처리가 충분히 이루어지지 않는 문제가 있다. 기포가 밸브에 포집된 채 남아 있는 동안에 상기 처리가 계속되는 경우, 기포는 건조 처리 중에 웨이퍼에 고착되어 심각한 결점을 야기한다. 그러나, 중간 챔버(291)를 제공함으로써 세정 유체(32)가 2 방향 밸브(57)에 고착되는 일은 거의 없어, 이러한 문제는 해결할 수 있다. 더욱이, 세정 처리 및 린스 처리 중에, 매우 작은 양의 건조 유체를 건조 처리만을 위한 파이프(211)로부터 중간 챔버(291)에 공급함으로써, 액체가 중간 챔버(291)로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 또한, 세정 유체(32)가 약간 슬릿(292)에 고착되기 때문에, 린스 유체를 배출하는 배출 라인이 중간 챔버(291)측에 제공되고, 세정 유체(32)는 배출 파이프(183)의 상기 라인으로부터 배출된다. 따라서, 슬릿(292)에 고착되는 세정 유체(32)는 제거될 수 있어, 상기 처리를 보다 적절히 실행할 수 있다.
이하, 도 17을 참조하여 세정 기구(20)가 마련된 기판 처리 기구(301)를 설명한다. 전술한 바와 같이, 세정 기구(20)에는 폐쇄된 세정 유체 순환 라인이 형성되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)를 외부 공기에 노출시키지 않으면서, 세정 단계를 비롯한 일련의 박막 적층 단계를 실행할 수 있다.
도 17은 기판 처리 기구(301)의 구성 전체를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 17에서, 도면 부호 302는 이송 챔버를 나타낸다. 이송 챔버(302)는 팔각주(八角柱) 형태의 기밀성 챔버를 포함한다. 이송 챔버(302)의 넓은 벽에는, 처리할 대상물 역할을 하는 웨이퍼(W)를 도입/배출하는 두 개의 이송 포트가 형성되어 있다. 각각에 웨이퍼 카세트(C)가 장착되어 있는 두 개의 기밀성 카세트 챔버(303A, 303B)는 이송 챔버(302)에 기밀하게 연결되어 있다. 카세트 챔버(303A, 303B)는 웨이퍼(W)를 외부에/외부로부터 도입/배출하는 이송 챔버(302)에 기밀하게 연결되어 있는 로드-록 챔버 역할을 한다. 웨이퍼 카세트(C)는 웨이퍼(W)를 내장하는 용기이다. 각 카세트 챔버(303A, 303B)의 상부에는 카세트(C)를 도입 및 배출하도록 전후방으로 개폐될 수 있는 뚜껑이 마련되어 있다. 또한, 카세트(C)를 수직하게 간헐적으로 이동시키는 승강 기구가 각 카세트 챔버(303A, 303B)에 마련되어 있다. 더욱이, 배기 파이프가 각 카세트 챔버(303A, 303B)의 바닥부에 연결되어 있다. 이 배기 파이프는 밸브를 매개로 진공 펌프, 예컨대 건조 펌프에 연결되어 있다.
이송 챔버(302)의 측벽에는 4 개의 웨이퍼 이송 포트가 있다. 3 개의 진공 처리 챔버(304, 305, 306)와 세정 챔버(20)는 상기 웨이퍼 이송 포트를 매개로 이송 챔버(302)에 기밀하게 연결되어 있다. 이송 챔버(302)에는, 진공 처리 챔버(304, 305, 306)와 세정 챔버(20) 사이에서 웨이퍼(W)를 이송시키는 이송 수단(308)이 제공되어 있다. 이송 수단(308)은 수평 방향으로 독자적으로 회전되는 3 개의 이송 아암이 마련된 분절형 아암(articulated arm)을 포함한다.
진공 처리 챔버(304)는 웨이퍼(W)의 표면에 산화물 막을 형성하는 산화 챔버이다. 진공 처리 챔버(305)는 산화 챔버(304)에서 형성된 산화물 막을 엣칭하는 엣칭 챔버이다. 진공 처리 챔버(306)는 엣칭 챔버(305)에서 엣칭된 웨이퍼(W)를 애쉬 처리하는 애쉬 처리 챔버이다. 애쉬 처리 챔버(306)에서 애쉬 처리된 웨이퍼(W)는 외부 공기에 노출되지 않은 채 세정 기구(20)에 급송되어 그 기구 내에서 세정된다. 세정 처리 후에, 웨이퍼(W)는 세정 기구(20)로부터 이송 챔버(302)로 복귀된다. 이후에, 다른 필요한 처리를 실행하고, 웨이퍼(W)를 카세트 챔버(303A, 303B)에 이송한다. 또한, 세정 기구(20)로의 웨이퍼 이송 및 세정 처리는 애쉬 처리 챔버(306)를 제공하지 않고 엣칭 처리 후에 실행할 수도 있다.
상기 바람직한 실시예에 따르면, 세정 기구(20)에는 폐쇄된 세정 유체 순환 라인이 마련되고, 기밀형 챔버와 함께 세정 기구(20)는 이송 챔버(302)에 기밀하게 연결되어, 웨이퍼(W)를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 박막 적층을 지속적으로 실행할 수 있다.
전술한 바람직한 실시예에서 박막 적층 기구를 설명하였지만, 본 발명은 그에 한정되지 않는다. 웨이퍼(W)를 외부 공기에 노출시키지 않은 채 처리를 실행하고자 한다면, 본 발명은 다른 처리, 예컨대 노출 처리에 적용될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 세정 기구, 세정 시스템, 처리 기구 및 세정 방법에 따르면, 다음의 우수한 효과를 얻을 수 있다.
세정 유체를 세정 용기 내로 유동하게 하여 처리할 대상물의 표면을 세정할 때, 세정 유체를 외부 공기에 노출시키지 않은 채 세정 처리를 신속하고도 효율적으로 실행할 수 있다. 또한, 공기가 처리 용기 내로 들어가지 않고, 구리 막과 같은 세정된 금속 배선층이 산화되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 세정 유체를 순환시킴으로써 세정 유체를 효율적으로 사용할 수 있고, 세정 유체가 공기와 접촉하지 않은 채 폐쇄된 상태에서 사용되기 때문에 산화 및 증발에 의해 세정 유체가 열화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 세정 유체를 효율적으로 사용할 수 있고, 처리할 대상물을 동일한 기구에서 지속적으로 린스 처리 및 건조 처리할 수 있다.
또한, 다른 기능을 갖는 세정 유체를 서로 혼합하지 않은 채 세정 기구 내로 공급하여, 예컨대 플라즈마 엣칭 후에 반도체 웨이퍼의 표면에 있는 레지스트 마스크 및 측벽 보호층을 연속적으로 세정 및 제거할 수 있다.
또한, 세정 유체를 완만하게 유동시켜 상기 처리를 균일하게 실행할 수 있고, 난류에 의한 화학물의 점도로 인해 대상물의 표면에 생기는 비가동층의 영향을 감소시켜, 세정 처리를 신속하고도 효율적으로 실행할 수 있다.
또한, 점유 바닥 면적을 감소시켜 푿 프린트를 크게 감소시킬 수 있다.
더욱이, 웨이퍼의 표면에 고착되는 측벽 보호층과 레지스트 마스크를 연속적인 습식 세정 처리에 의해 신속하고도 간단히 제거할 수 있다. 또한, 이러한 순서로 세정 처리를 실행함으로써, 그러한 처리를 반대 순서로 실행할 때 생길 수 있는 측벽 보호층의 경화를 피할 수 있고, 측벽 보호층이 레지스트 마스크의 표면에 형성될 수 있는 경화층으로 덮이는 것과 같은 예기치 않은 사건을 피할 수 있다.
잔류 액체 처리/순환 통로를 형성하여 잔류 액체 처리 세정 액체에 의해 잔류 액체를 세정할 수 있기 때문에, 세정 액체 순환 라인이 순환 라인으로서 형성되더라도, 마지막 단계에서 파이프 관에 남아 있는 잔류 액체가 다음 단계에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
또한, 폐쇄된 세정 유체 순환 라인이 마련된 세정 기구를 진공 처리 기구 등과 클러스터 형태로 조합함으로써, 웨이퍼(W)를 외부 공기에 노출시키지 않으면서, 세정 단계를 비롯한 일련의 지속적인 처리 단계를 실행할 수 있다.
본 발명을 보다 잘 이해하기 위하여, 본 발명의 바람직할 실시예로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 본 발명의 원리를 벗어나지 않으면서 각종 방식으로 구현할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명은 청구의 범위에 개시된 본 발명의 원리를 벗어나지 않으면서 구현될 수 있는 모든 가능한 실시예 및 도시된 실시예의 변형예를 포함한다.

Claims (26)

  1. 처리할 대상물을 수용하는 처리 공간이 형성되어 있는 세정 용기와,
    상기 대상물을 처리하기 위한 세정 유체를 저장하는 유체 저장 탱크와,
    상기 세정 유체를 상기 유체 저장 탱크로부터 세정 용기에 공급하는 공급 라인과,
    상기 세정 유체를 상기 세정 용기로부터 상기 유체 저장 탱크에 복귀시키는 환류 라인
    을 포함하고,
    상기 세정 용기와 유체 저장 탱크와 공급 라인 및 환류 라인은 서로 연결되어 폐쇄된 세정 유체 순환 라인을 형성하며,
    상기 대상물 상에서 가로지르는 상기 유체의 층류 방향에 수직한 상기 처리 공간의 단면적은 상기 방향에 수직한 상기 대상물 단면적의 최대값의 배수 만큼 크게 미리 정해지는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 세정 유체를 상기 유체 저장 탱크에 회수하기 위하여, 회수 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 회수 유체를 상기 세정 용기에 공급하는 회수 유체 공급 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  3. 청구항 1에 있어서, 린스 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 린스 유체를 상기 세정 용기에 공급하는 린스 유체 공급 시스템과, 건조 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 건조 유체를 상기 세정 용기에 공급하는 건조 유체 공급 시스템과, 상기 유체 중 한 유체를 상기 세정 용기에 선택적이고도 연속적으로 공급하기 위하여 상기 각종 유체를 제어하는 공급 제어 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 린스 유체 공급 시스템과 건조 유체 공급 시스템은 상기 세정 유체 순환 라인에 연결되고, 상기 린스 유체와 건조 유체는 상기 세정 유체 순환 라인을 통해 상기 세정 용기에 공급되는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 세정 유체 순환 라인에 남아 있는 상기 린스 유체 대신에 상기 세정 유체를 사용하기 위한 잔류 액체 처리 세정 유체를 저장하는 제2 유체 저장 탱크를 더 포함하고, 상기 제2 저장 탱크 내에 상기 잔류 액체 처리 세정 유체를 회수하기 위하여, 상기 잔류 액체 처리 세정 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 상기 잔류 액체 처리 세정 유체가 상기 세정 유체 순환 라인을 통해 유동할 수 있도록 하는 폐쇄된 잔류 액체 처리/순환 라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 잔류 액체 처리/순환 통로에는 상기 세정 용기를 바이패스하여, 상기 잔류 액체 처리 세정 유체가 유동할 수 있도록 해주는 바이패스 파이프가 마련되는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  7. 청구항 6에 있어서, 건조 유체만을 상기 세정 용기에 공급하도록 제공된 건조 유체만을 위한 파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 미리 정해진 배수는 약 1.5 배 내지 약 300 배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 유체 저장 탱크는 상기 처리할 대상물의 표면에 고착되는 복수 종류의 적층물에 대응하여, 세정 유체를 저장하는 복수 개의 저장 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 대상물은 플레이트이고, 상기 세정 유체가 상기 플레이트의 표면에 평행하게 유동할 수 있도록 해주는 유체 안내 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 유체 안내 수단에는 상기 세정 용기의 유체 유입구에 연결된 분기형의 평평한 세정 유체 도입부와, 상기 세정 용기의 유체 유출구에 연결된 수렴형의 평평한 세정 유체 배출부가 마련되는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 세정 용기를 통과하는 상기 세정 유체에 난류 형성을 증대시키는 난류 형성 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 난류 형성 수단은 상기 대상물의 표면에 음파를 조사하는 음파 방사 유닛인 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 음파 방사 유닛은 초음파를 생성하는 초음파 요소와, 이 초음파 요소에 의해 생성되는 초음파를 전파시키는 버퍼 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 난류 형성 수단은 상기 세정 용기의 내벽면에 마련되는 불규칙 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 기구.
  16. 청구항 1에 따른 복수 개의 세정 기구가 수직 방향과 측방향 및 종방향 중 한 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 세정 시스템.
  17. 기밀하게 유지될 수 있는 이송 챔버와,
    상기 이송 챔버에 기밀하게 연결되어 처리할 대상물을 외부로/외부로부터 도입/배출하는 로드-록 챔버와,
    상기 이송 챔버에 이송 포트를 통해 기밀하게 연결되는 적어도 하나의 진공 처리 챔버와,
    상기 이송 챔버에 이송 포트를 통해 기밀하게 연결되는 세정 챔버와,
    상기 이송 챔버 내에 마련되어 상기 대상물을 상기 로드-록 챔버와 진공 처리 챔버 및 세정 기구 사이에서 이송하는 이송 수단
    을 포함하고,
    상기 세정 기구는,
    처리할 대상물을 수용하는 처리 공간이 형성되어 있는 세정 용기와,
    상기 대상물을 처리하기 위한 세정 유체를 저장하는 유체 저장 탱크와,
    상기 세정 유체를 상기 유체 저장 탱크로부터 세정 용기에 공급하는 공급 라인과,
    상기 세정 유체를 상기 세정 용기로부터 상기 유체 저장 탱크에 복귀시키는 환류 라인
    을 포함하며,
    상기 세정 용기와 유체 저장 탱크와 공급 라인 및 환류 라인은 서로 연결되어 폐쇄된 세정 유체 순환 라인을 형성하고,
    상기 대상물 상에서 가로지르는 상기 유체의 층류 방향에 수직한 상기 처리 공간의 단면적은 상기 방향에 수직한 상기 대상물의 단면적의 최대값의 배수 만큼 크게 미리 정해지는 것을 특징으로 하는 처리 기구.
  18. 내부에 세정 유체를 수용하는 유체 저장 탱크로부터, 처리할 대상물 상에서 가로지르는 층류 방향에 수직한 단면적이 상기 방향에 수직한 대상물의 단면적의 최대값의 배수 만큼 크게 미리 정해지는 처리 공간이 있는 세정 용기에 상기 세정 유체를 공급하여 상기 대상물을 처리하고, 상기 세정 유체를 상기 유체 저장 탱크로 복귀시켜 상기 세정 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 그 세정 유체를 순환시키는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 대상물에 고착되는 복수 종류의 적층물에 상응하여 복수 종류의 세정 유체가 상기 세정 유체로서 연속 공급되어 상기 대상물을 처리하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 세정 유체는 상기 대상물의 표면에 패턴 처리된 레지스트 마스크를 제거하기 위한 레지스트 제거 액체와, 상기 레지스트 마스트를 마스크로 사용하여 상기 대상물을 건식 엣칭할 때 엣칭된 층의 측벽에 고착되는 측벽 보호층을 제거하기 위한 측벽 보호층 제거 액체를 포함하고, 상기 레지스트 제거 액체는 상기 측벽 보호층 제거 액체가 공급되어 상기 대상물을 처리한 후에 공급되어 상기 대상물을 처리하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  21. 청구항 18에 있어서, 구리 배선층이 형성되어 있는 상기 대상물을 처리하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  22. 청구항 18에 있어서, 회수 유체가 외부 공기에 노출되지 않으면서 상기 세정 용기에 공급되고, 상기 세정 유체는 상기 유체 저장 탱크 내에 회수되는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  23. 청구항 18에 있어서, 상기 세정 유체를 순환시키는 세정 유체 순환 라인 내에 잔존하는 잔류 액체를 처리하는 잔류 액체 처리 세정 유체가 제2 유체 저장 탱크에 저장되고, 상기 잔류 액체 처리 세정 유체는 외부 공기에 노출되지 않으면서 공급되어 상기 잔류 액체 처리 세정 유체를 상기 제2 유체 저장 탱크 내에 회수하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  24. 청구항 18에 있어서, 린스 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 린스 유체를 상기 세정 용기에 공급하여 상기 세정 유체 중 하나를 씻어 냄으로써 상기 대상물을 처리하는 린스 처리 단계와, 건조 유체를 외부 공기에 노출시키지 않으면서 건조 유체를 상기 세정 용기에 공급하여 상기 린스 유체를 건조시키는 건조 처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  25. 청구항 18에 있어서, 상기 대상물은 플레이트이고, 상기 세정 유체는 상기 플레이트의 표면에 평행하게 유동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  26. 청구항 18에 있어서, 상기 대상물은 상기 세정 용기 내의 세정 유체에 난류를 형성하면서 처리되는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
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