KR20010099947A - 국부적 벡터 파티클 클리닝 - Google Patents

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Abstract

기판(26) 표면으로부터의 파티클(28) 제거 방법은 표면 상의 파티클들의 각 위치 좌표를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 표면에서의 전자기 에너지의 흡수가 실질적으로 상기 표면 자체에 손상을 가함이 없이 상기 파티클들을 상기 기판으로부터 방출시키도록 전자기 에너지의 빔이 각 파티클들의 좌표에 차례로 향하게 된다.

Description

국부적 벡터 파티클 클리닝{Local vectorial particle cleaning}
반도체 웨이퍼로부터의 오염물질 제거는 집적 회로 제조에 있어서 중대한 관심사이다. 회로 피쳐(feature)의 크리티컬 디멘션(critical dimension)이 점점 작아짐에 따라, 공정이 진행되는 동안 웨이퍼 상에 미세한 이물질의 파티클이 존재하면 회로에 치명적인 결함을 초래할 수 있다. 유사한 문제가 마스크나 레티클과 같이 제조 공정에서 사용되는 다른 요소들에 영향을 미친다.
표면 자체에는 손상을 입히지 않으면서 웨이퍼나 마스크의 표면으로부터 이물질을 제거하고 클리닝하는 다양한 방법들이 알려져 있다. 예를 들어, 개시 내용이 참조 문헌으로써 본 명세서에 결합되어진 미합중국특허 제 4,980,536호는 레이저 충격(bombardment)법으로 고상의 표면으로부터 파티클들을 제거하는 방법 및 장비를 설명하고 있다. 개시 내용이 역시 참조 문헌으로써 본 명세서에 결합되어진 미합중국특허 제 5,099,557호와 제 5,024,968호는 고에너지 조사(irradiation)법으로 기판으로부터 표면 오염물질을 제거하는 방법 및 장비를 설명하고 있다. 방출된 파티클들을 운반하도록 웨이퍼 표면을 가로질러 불활성 가스가 흐르는 동안, 파티클들을 방출시키기에 충분한 에너지를 가진 레이저가 기판에 조사된다.
개시 내용이 마찬가지로 참조 문헌으로써 본 명세서에 결합되어진 미합중국특허 제 4,987,286호는 (서브마이크론 정도로) 미세한 파티클들이 흡착된 표면으로부터 상기 파티클들을 제거하는 방법 및 장비를 설명하고 있다. 전형적으로 유체인 에너지 전달 매질이 제거되어야 할 각 파티클과 상기 표면 사이에 개재된다. 상기 매질은 레이저 에너지로 조사되어져 폭발성 증발을 초래하기에 충분한 에너지를 흡수함으로써, 파티클들을 방출시킨다.
반도체 기판 상에서 발견되는 특히 성가신 종류의 오염물질의 하나는 선행하는 포토리소그래피 단계로부터 남겨진 포토레지스트의 찌꺼기이다. 개시 내용이 참조 문헌으로써 본 명세서에 결합되어진 미합중국특허 제 5,114,834호는 고강도로 펄싱된 레이저를 사용하여 이러한 포토레지스트를 제거하는 공정 및 시스템을 설명하고 있다. 상기 포토레지스트가 용발(溶發) 내지 융제(融除), 즉 어블레이션(ablation)되도록, 레이저 빔이 웨이퍼 전체 표면을 휩쓸고 지나간다. 상기 레이저 공정은 산소, 오존, 산소 화합물, 삼불화질소(NF3) 등과 같이 포토레지스트의 분해와 제거를 돕는 가스들을 사용한 반응성 분위기에서 실행될 수도 있다.
패턴이 형성된 웨이퍼 상에서 결함들을 탐지하는 다양한 방법들이 알려져 있다. 이러한 방법들에 대한 요약은 "Defect Detection on Patterned Wafers" (Semiconductor International, May 1997, pp.64-70)라는 논문에 개시되어 있으며, 상기 논문은 참조 문헌으로써 본 명세서에 결합되어진다. 결함 탐지에 관한 방법과장비를 설명하고 있는 특허가 많이 있는데, 예를 들어 참조 문헌으로써 본 명세서에 결합되어진 미합중국특허 제 5,264,912호와 제 4,628,531호가 있다. 이물질 파티클들은 이러한 방법들을 사용하여 검출해낼 수 있는 결함들의 한 종류이다.
개시 내용이 참조 문헌으로써 본 명세서에 결합되어진 미합중국특허 제 5,023,424호는 웨이퍼 표면으로부터 파티클들을 방출시키기 위하여 레이저 유도 충격파를 이용하는 방법 및 장비를 설명하고 있다. 웨이퍼 표면 상의 파티클들의 위치를 탐지하기 위하여 파티클 검출기가 사용된다. 다음에, 파티클들을 방출시켜 제거하기에 충분한 피크 압력 경사도를 가진 가스-본(gas-borne) 충격파가 발생되도록, 각 파티클들의 위치에 가까운 웨이퍼 표면 위의 한 지점에 레이저 빔의 초점이 맞추어진다. 파티클들이 레이저 방사에너지를 흡수함에 따라 증발하기보다는 상기 충격파에 의하여 방출되어진다는 것이 주목되어져야 한다. 미합중국특허 제 5,023,424호는 나아가, (예를 들어, 앞서 언급한 미합중국특허 제 4,987,286호에서와 같이) 표면을 액체에 담그는 것은 적은 수의 미세한 파티클들을 제거함에 있어서 사용하기에 부적당하다는 것을 지적하고 있다.
본 발명은 대체로 반도체 소자의 공정에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼와 마스크로부터 외부의 파티클들을 제거하는 방법 및 장비에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 파티클들을 제거하기 위한 시스템의 개략도이다.
도 2는 반도체 웨이퍼의 개략적 상면도로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 웨이퍼 표면 상의 파티클에 대하여 적용된 좌표 변환을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 좌표 변환이 적용될 수 있는 다른 종류의 반도체 웨이퍼의 개략적 상면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 파티클 제거 공정 챔버 내의 반도체 기판의 개략적 측단면도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 웨이퍼와 공정 챔버의 개략적 상면도이다.
본 발명의 목적은, 고상 표면으로부터 오염물질을 효율적으로 제거하기 위한 방법 및 장비를 제공하는 것이다. 특히 반도체 웨이퍼와, 반도체 소자의 생산에 사용되는 다른 요소들로부터 미세한 파티클들을 제거하기 위한 방법 및 장비를 제공하는 것이다. 상기 웨이퍼에는 아무런 막질이 형성되어 있지 않거나, 막질이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 막질은 패턴이 형성되어 있거나 형성되어 있지 않을 수있다.
본 발명의 일부 관점들의 다른 목적은, 우선 파티클들을 탐지한 것에 근거하여 오염물질 파티클들을 표면으로부터 제거하는 개선된 방법 및 장비를 제공하는 것이다.
본 발명의 일부 관점들의 또 다른 목적은, 일단 제거된 파티클이 상기 표면의 다른 영역에 내려 앉을 가능성을 감소시켜 표면으로부터 파티클들을 제거하는 장비 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 반도체 웨이퍼와 같이 그 표면이 클리닝되어야 할 기판이 회전 척 상에 탑재된다. 상기 기판의 중심과 바깥 둘레 사이에서 레이저 빔이 방사 방향으로 스캐닝됨으로써, 좁은 방사 방향의 조사(irradiation) 영역이 한정된다. 단순히 상기 척을 회전시키는 것에 의하여, 상기 기판 상의 어떠한 지점이라도 상기 영역 내에 위치하게 된다. 이러한 방식으로, 상기 척의 회전과 협력한 단순한 1차원 스캔에 의하여, 상기 레이저 빔은 실질적으로 기판 표면 상의 어떠한 지점에든지 도달할 수 있다. 오염물질의 어블레이션과 상기 표면으로부터 파티클들을 운반함에 있어서 도움이 되도록, 반응성을 가진 가스들 및/또는 불활성 가스들이 상기 조사 영역을 통하여 흘려지는 것이 바람직하다. 최단의 가능한 패스를 따라 상기 파티클들이 운반되어지도록, 가스 흐름의 방향과 특성이 조정되어지며, 이로써 상기 파티클들이 상기 표면 상에 내려 앉을 가능성이 감소된다. 원하는 효과를 달성하는 데에 필요한 가스의 양을 감소시키는 것뿐만 아니라 상기 조사되는 영역의 작은 디멘션이 상기 파티클 제거 패스를 단축함에 있어서 중요하다.
본 발명의 일부 바람직한 실시예들에 있어서, 상기 표면으로부터 제거되어야 할 파티클들의 좌표를 결정하기 위하여 파티클 탐지 시스템이 사용된다. 이러한 좌표는 상기 척을 회전시키고 상기 레이저 빔을 스캐닝하는 데에 사용하기 위하여 극좌표로 변환되는 것이 바람직하다. 상기 레이저 빔은 상기 좌표에 의하여 지시되어지는 위치의 표면에 조사되어지도록 향하여진다. 상기 파티클들, 기판 또는 상기 기판 상의 물질에 의한 상기 표면에서의 상기 레이저 빔 에너지의 흡수는, 실질적으로 상기 표면 자체에 손상을 가함이 없이 상기 표면으로부터 상기 파티클들을 방출시키기에 충분한 에너지를 전달한다. 선택적으로, 국부적 폭발성 증발에 의한 상기 파티클들의 제거를 증진시키도록, 예를 들어 앞서 언급한 미합중국특허 제 4,987,286호에 설명된 바와 같은 유체나 다른 에너지 전달 매질이 상기 표면에 가해진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 기판 표면 상의 파티클들의 각 위치 좌표를 결정하는 단계, 및 상기 표면에서의 전자기 에너지의 흡수가 실질적으로 상기 표면 자체에 손상을 가함이 없이 상기 파티클들을 상기 표면으로부터 방출시키도록, 전자기 에너지의 빔을 각 파티클들의 좌표에 차례로 향하게 하는 단계를 포함하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 방법이 제공되어진다.
상기 위치 좌표를 결정하는 단계는 상기 기판의 기준점에 대한 상기 파티클들의 극좌표를 결정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 상기 전자기 에너지의 빔을 향하게 하는 단계는 상기 좌표의 원점을 중심으로 상기기판을 회전시키는 단계와, 상기 극좌표에 따라 상기 원점에 대한 방사 방향으로 상기 빔을 스캐닝하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 상기 극좌표를 결정하는 단계는 파티클 검출 시스템에 의하여 결정된 상기 파티클들의 직교좌표를 극좌표로 변환하는 단계를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 전자기 에너지의 흡수는 상기 표면으로부터 상기 파티클들의 어블레이션을 초래한다.
다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 방법은 제거되어야 할 파티클들과 상기 표면 사이에 에너지 전달 매질을 개재시키는 단계를 포함하고, 상기 전자기 에너지의 빔의 흡수가 상기 매질의 국부적 증발을 초래하여 상기 파티클들을 방출시킨다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 표면 부근에 가스, 바람직하게 반응성을 가진 가스를 흘려주는 단계를 포함하고, 상기 가스는 상기 방출된 파티클들을 상기 표면으로부터 제거함에 있어서 상기 흡수된 에너지와 협력한다.
바람직하게는, 상기 전자기 에너지의 빔을 향하게 하는 단계는 상기 표면에 레이저 빔을 향하게 하는 단계를 포함하고, 상기 기판은 반도체 웨이퍼를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 기판 표면 상의 파티클들의 각 위치 좌표를 결정하기 위한 파티클 탐지 장치, 및 상기 파티클 탐지 장치로부터 상기 위치 좌표를 수용하도록 상기 파티클 탐지 장치에 결합되어지고, 상기 표면에서의 전자기 에너지의 흡수가 실질적으로 상기 표면 자체에 손상을 가함이 없이 상기 파티클들을 상기 표면으로부터 방출시키도록, 전자기 에너지의 빔을 각 파티클들의 좌표에 차례로 향하게 하도록 구성된 에너지 소스를 포함하는 파티클 제거 장치를 포함하는 기판 표면으로부터의 파티클 검출 및 제거 장비가 더 제공되어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 기판 표면 상의 파티클들의 입력 위치 좌표를 수용하고, 상기 입력 좌표에 따라 장비를 제어하는 출력 위치 좌표를 결정하기 위한 좌표 처리기, 및 상기 표면에서의 전자기 에너지의 흡수가 실질적으로 상기 표면 자체에 손상을 가함이 없이 상기 파티클들을 상기 표면으로부터 방출시키도록, 상기 출력 위치 좌표에 따라 전자기 에너지의 빔을 각 파티클들의 좌표에 차례로 향하게 하도록 구성된 에너지 소스를 포함하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 장비 도 제공되어진다.
상기 출력 위치 좌표는 상기 기판의 기준점에 대한 상기 파티클들의 극좌표를 포함하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 상기 장비는 상기 기판을 탑재시켜 상기 각 파티클들이 상기 전자기 에너지의 빔 아래에 차례로 위치하도록 상기 극좌표의 원점을 중심으로 상기 기판을 회전시키는 회전 척을 포함한다. 가장 바람직하게는, 상기 빔이 상기 극좌표에 따라 상기 원점에 대한 방사 방향으로 스캔된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 기판을 탑재시켜 척의 축을 중심으로 상기 기판을 회전시키도록 구성된 회전 척, 및 기판 표면으로부터 오염물질이 방출되도록 하는 전자기 에너지의 빔을 상기 기판의 표면 위에 향하게 하고, 상기 오염물질이 제거되어야 할 상기 표면 상의 실질적으로 어떠한 지점에든지 상기 빔이 충돌되도록, 상기 척의 회전과 협력하여 상기 축에 대한 방사 방향으로 상기 빔을 스캔하도록 구성된 에너지 소스를 포함하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 장비 또한 제공되어진다.
바람직하게, 상기 장비는 상기 기판을 장착시켜 상기 기판의 부분 위에 캡슐화된 영역(encapsulated region)이 형성되도록 구성된 챔버를 포함하고, 상기 에너지의 빔은 상기 캡슐화된 영역에 향하여진다. 보다 바람직하게, 상기 챔버는 상기 캡슐화된 영역의 일측을 형성하는 윈도우를 포함하고, 상기 에너지의 빔은 상기 윈도우를 관통하여 상기 표면에 충돌한다. 가장 바람직하게, 상기 캡슐화된 영역은 상기 기판 표면의 일부분만을 포함한다.
바람직하게, 상기 챔버는 가스를 흘려줄 수 있도록 상기 캡슐화된 영역과 연결된 하나 이상의 가스 포트(port)를 포함하고, 상기 가스는 상기 방출된 파티클들을 상기 표면으로부터 제거함에 있어서 상기 흡수된 에너지와 협력한다. 보다 바람직하게, 상기 하나 이상의 가스 포트는 반응성을 가진 가스를 상기 캡슐화된 영역 내로 주입하기 위한 입구 포트와, 상기 캡슐화된 영역으로부터 배기 가스를 제거하기 위한 출구 포트를 포함한다. 대신에 또는 추가적으로, 상기 하나 이상의 가스 포트는 상기 기판 표면 위에 가스의 층류를 발생시키도록 상기 챔버 내로 불활성 가스를 유입시키기 위한 입구 및 출구 포트를 포함한다. 바람직하게, 상기 캡슐화된 영역을 통하여 흐르는 가스는 상기 표면으로부터 방출된 오염물질을 운반하며, 상기 가스 포트는 상기 오염물질이 상기 표면 부근에서 제거되기까지 운반되어야할 거리를 일반적으로 최소화하는 방향으로 상기 가스를 흘려줄 수 있도록 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 기판을 기판의 축 주위로 회전시키는 단계, 오염물질이 상기 기판 표면으로부터 방출되도록 전자기 에너지의 빔을 상기 기판의 표면 위에 향하게 하는 단계, 및 상기 빔이 상기 오염물질이 제거되어야 할 상기 표면의 실질적으로 어떠한 지점에든지 충돌하도록, 상기 기판의 회전과 협력하여 상기 축에 대한 방사 방향으로 상기 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 방법이 추가적으로 제공되어진다.
첨부한 도면들을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명으로부터, 본 발명이 보다 충분히 이해되어질 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼(26)의 표면으로부터 오염물질을 탐지하고 제거하기 위한 시스템(20)의 개략도이다. 시스템(20)은 파티클 탐지 장치(22)와 파티클 제거 장치(24)의 두 서브-시스템을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 장치(22, 24)는 전형적으로 분리된 실재물(entity)들이다. 탐지 장치(22)는 상기 웨이퍼의 표면 상의 오염물질 파티클들(28)의 좌표를 결정한다. 상기 좌표는 좌표 처리기(34)로 보내어지는데, 상기 좌표 처리기(34)는 상기 좌표를 저장하고 상기 파티클 제거 장치(24)의 좌표계로 상기 좌표를 변환시킨다. 상기 웨이퍼는 파티클 제거 장치로 운반되어지고, 상기 파티클 제거 장치에서 상기 좌표는 상기 표면으로부터 상기 파티클들을 제거하도록 지시하는 데에 사용된다. 대신에, 장치(22, 24)는 하나의 실재물에서 다음 실재물로 상기 웨이퍼를 운반시킬 필요없이, 파티클 좌표를 결정하고 이에 따라 파티클들을 제거하는 단일의 집적 유니트로 구성되어질 수도 있다.
파티클 탐지 장치(22)는 배경기술에서 언급된 결함 검출 시스템과 같이, 공지된 적당한 자동화 검사 시스템은 어떠한 것이라도 포함할 수 있다. 예를 들어, KLA-Tencor "Surfscan" 시스템이 이러한 목적으로 사용되어질 수 있다. 전형적으로, 레이저(30)가 웨이퍼(26)의 표면에 조사되어지고, 검출기(32)가 상기 표면으로부터 반사된 방사(radiation)의 불균일성을 감지한다. 상기 불균일성은 상기 파티클들(28), 그리고 다른 표면 결함들의 좌표를 결정하기 위하여 분석되어진다. 공지된 검사 시스템은 일반적으로 이러한 파티클들이나 다른 결함들의 직교좌표를 결정한다. 장치(22)는 파티클들에 기인한 불균일성과 다른 원인에 기인한 불균일성을 구별할 수 있는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면, 상기 장치(24)는 제거할 수 있는 파티클들이 아닌 결함들의 위치로부터 (헛되이) 파티클들을 제거하려는 시도를 하게 된다. 상기 시스템(20) 수율을 감소시키는 것은 차치하고, 상기 장치(24)에 의한 이러한 비파티클 결함들의 공정때문에 상기 웨이퍼(26)에 어떠한 해가 끼쳐지지는 않을 것이다.
파티클 제거 장치(24)는 웨이퍼(26)의 표면에 강한 에너지의 빔을 향하게 하는 레이저(36)를 포함한다. 본 발명의 일부 바람직한 실시예들에 있어서, 상기 레이저는 자외선 방사를 방출하는 Lambda Physik LPX315 IMC 레이저와 같은 엑시머 레이저를 포함한다. 대신에, 적외선이나 가시 레이저와 같이 다른 레이저 종류나 파장이 사용되어질 수 있다. 상기 웨이퍼는 다음에 상세하게 설명되어지는 챔버(38) 내에 장착된다. 상기 레이저 에너지는 상기 웨이퍼 표면에서 흡수되어져 실질적으로 상기 표면 자체에 손상을 가함이 없이 상기 파티클들(28)이 상기 표면으로부터 방출되도록 한다. 예를 들어, 앞서 언급한 미합중국특허 제 5,114,834호 또는 역시 본 명세서에 참조 문헌으로써 결합되어진 국제특허출원 PCT/IL96/00141에 기술된 바와 같이, 상기 파티클들 및/또는 상기 웨이퍼에 의한 상기 레이저 에너지의 흡수는 전형적으로 상기 파티클들이 상기 표면으로부터 어블레이션되게 하거나 방출되도록 한다. 추가적으로 또는 대신에, 앞서 언급한 미합중국특허 제 4,987,286호에 기술된 바와 같이, 에너지 전달 매질이 상기 표면에 가해진다. 상기레이저 에너지는 상기 매질 및/또는 상기 웨이퍼에 의해 흡수되어져 폭발적 증발을 초래하여 상기 파티클들이 방출되도록 한다. 대신에, 장치(24)는 탐지된 파티클들을 제거하는 다른 공지된 적당한 방법의 어떠한 것이든 사용할 수 있다. 선택적으로, 상기 레이저 빔으로 조사되었을 때 상기 파티클들의 제거를 촉진시키도록 상기 챔버 내의 웨이퍼는 미리 가열되어질 수 있으며, 전형적으로 약 150-250℃의 온도까지 가열된다.
다른 선택으로서, 장치(24)는 적당한 렌즈를 가진 비디오 카메라와 비디오 모니터(미도시)와 같이 상기 웨이퍼 표면을 시각적으로 검사하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 시스템(20)의 오퍼레이터는 상기 파티클들(28)을 탐지하기 위하여 파티클 제거 전이나 후에 상기 비디오 모니터를 관찰할 수 있다.
도 2는 웨이퍼(26)의 개략적 상면도로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 좌표 처리기(34)에 의해 적용되어지는 좌표 변환을 설명하기 위한 도면이다. 앞서 지적한대로, 도 2의 좌측에 나타낸 것처럼 파티클 탐지기(22)는 전형적으로 결함들(28)의 직교좌표를 제공한다. 좌표축은 상기 웨이퍼 일측의 플랫(42)과 같은 웨이퍼 상의 기준 마크로 참조되어진다. 도 2의 우측에 나타낸 것처럼 각 파티클(28)에 대하여, 처리기(34)는 상기 웨이퍼의 중심점으로부터 상기 파티클 위치까지의 방사상 거리에 대응하는 반경 좌표(radial coordinate : r )와, 플랫(42)에 의해 결정되어지는 기준 축에 대한 각 좌표(angular coordinate :θ)를 결정한다. 극좌표는 아래에서 상술하는 바와 같이, 상기 챔버(38) 내에서 웨이퍼(26)를 이동시키고 레이저(36)의 빔을 스캐닝하는 데에 유리하게 사용된다.
도 3은 노치(48)를 가진 다른 웨이퍼(46)의 개략적 상면도이다. 노치는 신세대 300 mm 웨이퍼에서 플랫(42) 대신에 흔히 볼 수 있다. 상기 결함들의 각 좌표(θ)를 결정하기 위한 기준 축은 상기 노치에 대응되도록 위치하게 된다. 그러나, 다른 관점에 있어서는, 여기에 기술된 바람직한 실시예들에서 웨이퍼(46)는 상기 웨이퍼(26)와 호환되게 사용되어질 수 있다.
이제 도 4 및 도 5를 참조하는데, 이 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 챔버(38)를 상세하게 설명하기 위한 도면들이다. 도 4는 측단면도이고, 도 5는 상면도이다. 챔버(38)는 웨이퍼(26)가 (공지된 바와 같이, 전형적으로 진공흡입에 의하여)안정되게 탑재되는 회전 척(64)과, 클리닝되어야 할 표면 위의 상부 커버(50)를 포함한다. 상기 레이저 빔은 윈도우(62)를 관통하여 상기 웨이퍼 표면에 조사되어진다. 상기 윈도우(62)는 상기 레이저 파장에서 충분한 투광성을 갖는 석영 윈도우인 것이 바람직하다. 상기 윈도우는 웨이퍼(26)의 반경을 전부 덮도록 길고 좁은 것이 바람직하다. 파티클들(28)의 어느 하나를 제거하기 위하여, 상기 파티클이 윈도우(62) 아래에 위치하도록 척(64)이 적당한 각도(θ)만큼 회전된다. 상기 레이저 빔은 상기 파티클이 상기 빔의 도착지점(footprint : 70) 안에 들어오도록 방사상으로 스캔된다. 상기 레이저가 조사되면 상기 파티클은 상기 표면으로부터 어블레이션된다. 완벽하게 파티클을 제거하기 위하여 요구되어질 수 있듯이, 필요하다면 상기 파티클 위치들의 전부 또는 일부에 복수의 레이저 펄스가 가해질 수 있다.
상기 레이저 빔의 방사상 스캐닝은 상기 빔의 각 굴절에 의하거나, 임의의적당한 광학적 스캐너를 사용하거나, 광학적 빔을 다루는 어셈블리(또는 레이저 전체)를 상기 웨이퍼 위에서 방사 방향으로 직동(直動)하는 것에 의하여 달성되어질 수 있다. 이러한 또는 다른 적당한 스캐닝 방법은 기술 분야의 숙련자에게 자명할 것이다. 어떠한 경우이든, 상기 레이저 빔이 실질적으로 상기 웨이퍼 표면 상의 어떠한 지점에라도 도달되도록 하기 위하여 웨이퍼(26)를 직동시킬 필요는 없다. 웨이퍼를 직동하지 않아도 되므로 챔버(38)는 공지된 레이저 파티클 제거 시스템에서 사용되는 챔버보다 실질적으로 작게 형성되어질 수 있다. 공지된 레이저 파티클 제거 시스템에서 사용되는 챔버는 충분한 X-Y 직동을 수용할 수 있도록 적어도 웨이퍼 직경의 두배에 달하는 디멘션을 가져야 한다. 이와는 대조적으로, 챔버(38)는 웨이퍼의 회전만 수용할 수 있으면 된다.
시스템(20)이 알려진 파티클 좌표에 근거하여, 국부적 파티클 제거를 목표로 디자인되었지만, 파티클 제거 장치(24)는 웨이퍼(26) 표면 전체로부터 포토레지스트 찌꺼기와 같은 오염물질을 스캔하고 제거하는 데에도 유리하게 사용되어질 수 있다. 이 경우에, 상기 웨이퍼는 척(64)의 360°회전을 통하여 단계 중에 회전되어진다. 각 단계에서 레이저 도착지점(70)은 상기 웨이퍼의 전체 반경 위로 스캐닝된다. 대신에, 상기 웨이퍼의 선택된 구간이 이러한 방법으로 클리닝될 수 있다.
챔버(38)의 커버(50)와 윈도우(62)는 상기 윈도우 아래에 캡슐화된 영역(60)을 한정한다. 이 영역에서 상기 레이저 빔이 파티클들(28)에 작용한다. 공정 가스가 복수개의 가스 입구 포트(56)를 통하여 상기 영역(60)에 주입되는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 상기 공정 가스는 오존, 질소산화물(NxOy), NF3, 산소를 함유하는 다른 가스, 또는 불소를 함유하는 다른 가스처럼 반응성을 가진 가스 또는 그 조합이다. 영역(60) 내로 자외선 레이저를 조사하면, 이러한 가스들은 반응성 산소와 불소 래디컬을 방출하는데, 이들은 상기 파티클들의 분해와 상기 웨이퍼 표면의 클리닝에 있어서 도움을 준다. 영역(60)이 상기 웨이퍼 표면의 작은 부분만을 커버하기 때문에, 상기 영역을 필요한 분압의 가스로 채우기 위하여는 상대적으로 소량의 공정 가스가 요구된다. 공지된 반응성 오염물질 제거 방법에 비하여 공정 가스의 소비를 감소시킴으로써, 비용이 절감되고 상기 챔버로부터 방출되는 유독한 반응성 가스에 의한 환경 오염의 문제를 줄일 수 있다.
대신에, 응축되어 상기 표면 상에 액체 필름을 형성하는 증기가 상기 포트를 통하여 유입될 수도 있다. 이 경우, 레이저 조사는 상기 액체의 폭발적인 국부적 증발을 초래하여 파티클들을 상기 웨이퍼 표면으로부터 방출시킨다.
영역(60)으로부터의 가스는 가스 배기 포트(58)를 통하여 배기되는 것이 바람직하다. 이러한 포트가 영역(60)에 인접하여 있으므로, 일반적으로 상기 웨이퍼 표면으로부터 제거된 파티클들은 상기 웨이퍼 표면에서 멀리 상기 영역 밖으로 즉각적으로 휩쓸려 나온다. 방출된 파티클들이 상기 웨이퍼 표면 위를 지나야 할 거리를 최소화함으로써, 시스템(20)은 방출된 파티클이 상기 웨이퍼 표면 상의 다른 부분에 내려 앉을 가능성을 감소시킨다. 방출된 파티클들이 웨이퍼 상에 내려 앉으면 처음보다 제거하는 것이 더 어려워질 수 있기 때문에, 방출된 파티클들을 빠르고 효율적으로 제거하는 것이 매우 중요하다.
포트(56, 58)를 통한 공정 가스의 흐름에 추가하거나 대신하여, 일반적으로 불활성 가스이거나 가스 혼합물인 이면(裏面) 가스를 상기 웨이퍼 표면 위로 흐르게 할 수 있다. 상기 이면 가스는 하나 이상의 입구 포트(52)를 통하여 주입되어져 층류로 웨이퍼(26) 위를 흐르며, 하나 이상의 출구 포트(54)를 통하여 배출되는 것이 바람직하다. 이러한 층류 가스 흐름은 상기 웨이퍼 표면을 효과적으로 실링하여 더 이상의 오염을 방지하고, 파티클들이 영역(60)을 벗어나 상기 웨이퍼의 다른 영역 상에 내려 앉을 가능성을 제거한다. 도 4에서의 포트(52, 54)의 위치는 상기 이면 가스가 영역(60)의 장축에 수직인 방향으로 상기 웨이퍼 표면을 가로질러 흐르도록 한다. 대신에, 상기 포트는 상기 가스가 상기 축에 평행하게 흐르도록 하거나, 다른 적당한 방향으로 상기 웨이퍼를 가로질러 흐르게 하도록 위치할 수 있다.
여기에서 바람직한 실시예들은 반도체 웨이퍼로부터 파티클들을 제거하는 것과 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 원리는 다른 종류의 기판으로부터 오염물질을 제거하는 데에도 유사하게 적용되어질 수 있다. 예를 들어, 여기에서 설명된 장비와 방법은 포토리소그래피 마스크, 레티클 및 반도체 소자 공정에서 사용되는 다른 요소들을 클리닝하는 데에 특히 적합하다. 나아가, 상술한 바람직한 실시예들에서는 상기 웨이퍼 표면으로부터 상기 파티클들을 제거하기 위하여 레이저 빔이 사용되지만, 이러한 목적을 위하여 다른 종류의 전자기 에너지 빔들이 사용되어질 수 있다.
상술한 바람직한 실시예들은 예로써 인용되어진 것이며, 본 발명은 특별히 보여지거나 설명된 사항에 한정되지 않음이 이해되어질 것이다. 본 발명의 범위는 상술한 다양한 특징들의 조합과 서브조합을 포함하며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (37)

  1. 기판 표면 상의 파티클들의 각 위치 좌표를 결정하는 단계; 및
    상기 표면에서의 전자기 에너지의 흡수가 실질적으로 상기 표면 자체에 손상을 가함이 없이 상기 파티클들을 상기 표면으로부터 방출시키도록, 전자기 에너지의 빔을 각 파티클들의 좌표에 차례로 향하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위치 좌표를 결정하는 단계는 상기 기판의 기준점(reference feature)에 대한 상기 파티클들의 극좌표를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전자기 에너지의 빔을 향하게 하는 단계는 상기 좌표의 원점을 중심으로 상기 기판을 회전시키는 단계와, 상기 극좌표에 따라 상기 원점에 대한 방사 방향으로 상기 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 극좌표를 결정하는 단계는 파티클 검출 시스템에 의하여 결정된 상기 파티클들의 직교좌표를 극좌표로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전자기 에너지의 흡수가 상기 표면으로부터 상기 파티클들의 어블레이션(ablation)을 초래하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 제거되어야 할 파티클들과 상기 표면 사이에 에너지 전달 매질을 개재시키는 단계를 포함하고, 상기 전자기 에너지의 빔의 흡수가 상기 매질의 국부적 증발을 초래하여 상기 파티클들을 방출시키는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 표면 부근에 가스를 흘려주는 단계를 포함하고, 상기 가스는 상기 방출된 파티클들을 상기 표면으로부터 제거함에 있어서 상기 흡수된 에너지와 협력하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가스를 흘려주는 단계는 반응성을 가진 가스를 흘려주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전자기 에너지의 빔을 향하게 하는 단계는 상기 표면에 레이저 빔을 향하게 하는 단계를 포함하는 것을특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 방법.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 기판은 반도체 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 방법.
  11. 기판 표면 상의 파티클들의 각 위치 좌표를 결정하기 위한 파티클 탐지 장치; 및
    상기 파티클 탐지 장치로부터 상기 위치 좌표를 수용하도록 상기 파티클 탐지 장치에 결합되어지고, 상기 표면에서의 전자기 에너지의 흡수가 실질적으로 상기 표면 자체에 손상을 가함이 없이 상기 파티클들을 상기 표면으로부터 방출시키도록, 전자기 에너지의 빔을 각 파티클들의 좌표에 차례로 향하게 하도록 구성된 에너지 소스를 포함하는 파티클 제거 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 검출 및 제거 장비.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전자기 에너지의 흡수가 상기 표면으로부터 상기 파티클들의 어블레이션을 초래하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 검출 및 제거 장비.
  13. 제11항에 있어서, 상기 파티클 제거 장치 내의 상기 기판 표면에 에너지 전달 매질이 가해지고, 상기 표면에서의 상기 전자기 에너지의 빔의 흡수가 상기 매질의 국부적 증발을 초래하여 상기 파티클들을 방출시키는 것을 특징으로 하는 파티클 검출 및 제거 장비.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 파티클 제거 장치는 상기 기판의 기준점에 대한 상기 파티클들의 극좌표를 결정하기 위한 좌표 처리기와, 상기 기판을 탑재시켜 상기 파티클들이 상기 빔 아래에 위치하도록 상기 극좌표에 따라 상기 기판을 회전시키는 회전 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 검출 및 제거 장비.
  15. 기판 표면 상의 파티클들의 입력 위치 좌표를 수용하고, 상기 입력 좌표에 따라 장비를 제어하는 출력 위치 좌표를 결정하기 위한 좌표 처리기; 및
    상기 표면에서의 전자기 에너지의 흡수가 실질적으로 상기 표면 자체에 손상을 가함이 없이 상기 파티클들을 상기 표면으로부터 방출시키도록, 상기 출력 위치 좌표에 따라 전자기 에너지의 빔을 각 파티클들의 좌표에 차례로 향하게 하도록 구성된 에너지 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 장비.
  16. 제15항에 있어서, 상기 출력 위치 좌표는 상기 기판의 기준점에 대한 상기 파티클들의 극좌표를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 장비.
  17. 제16항에 있어서, 상기 기판을 탑재시켜 상기 각 파티클들이 상기 전자기 에너지의 빔 아래에 차례로 위치하도록 상기 극좌표의 원점을 중심으로 상기 기판을 회전시키는 회전 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 장비.
  18. 제17항에 있어서, 상기 빔은 상기 극좌표에 따라 상기 원점에 대한 방사 방향으로 스캔되는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 장비.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 기판을 장착시켜 상기 기판의 부분 위에 캡슐화된 영역(encapsulated region)이 형성되도록 구성된 챔버를 포함하고, 상기 에너지의 빔은 상기 캡슐화된 영역에 향하여지는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 장비.
  20. 제19항에 있어서, 상기 챔버는 가스를 흘려줄 수 있도록 상기 캡슐화된 영역과 연결된 하나 이상의 가스 포트(port)를 포함하고, 상기 가스는 상기 방출된 파티클들을 상기 표면으로부터 제거함에 있어서 상기 흡수된 에너지와 협력하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 장비.
  21. 제15항 내지 제18항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 에너지 소스는 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 장비.
  22. 제15항 내지 제18항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 기판은 반도체 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 파티클 제거 장비.
  23. 기판을 탑재시켜 척의 축을 중심으로 상기 기판을 회전시키도록 구성된 회전 척; 및
    기판 표면으로부터 오염물질이 방출되도록 하는 전자기 에너지의 빔을 상기 기판의 표면 위에 향하게 하고, 상기 오염물질이 제거되어야 할 상기 표면 상의 실질적으로 어떠한 지점에든지 상기 빔이 충돌되도록, 상기 척의 회전과 협력하여 상기 축에 대한 방사 방향으로 상기 빔을 스캔하도록 구성된 에너지 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 장비.
  24. 제23항에 있어서, 상기 기판을 장착시켜 상기 기판의 부분 위에 캡슐화된 영역이 형성되도록 구성된 챔버를 포함하고, 상기 에너지의 빔은 상기 캡슐화된 영역에 향하여지는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 장비.
  25. 제24항에 있어서, 상기 챔버는 상기 캡슐화된 영역의 일측을 형성하는 윈도우를 포함하고, 상기 에너지의 빔은 상기 윈도우를 관통하여 상기 표면에 충돌하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 장비.
  26. 제24항에 있어서, 상기 캡슐화된 영역은 상기 기판 표면의 일부분만을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 장비.
  27. 제24항에 있어서, 상기 챔버는 가스를 흘려줄 수 있도록 상기 캡슐화된 영역과 연결된 하나 이상의 가스 포트를 포함하고, 상기 가스는 상기 방출된 파티클들을 상기 표면으로부터 제거함에 있어서 상기 흡수된 에너지와 협력하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 장비.
  28. 제27항에 있어서, 상기 하나 이상의 가스 포트는 반응성을 가진 가스를 상기 캡슐화된 영역 내로 주입하기 위한 입구 포트와, 상기 캡슐화된 영역으로부터 배기 가스를 제거하기 위한 출구 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 장비.
  29. 제27항에 있어서, 상기 하나 이상의 가스 포트는 상기 기판 표면 위에 가스의 층류를 발생시키도록 상기 챔버 내로 불활성 가스를 유입시키기 위한 입구 및 출구 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 장비.
  30. 제27항에 있어서, 상기 캡슐화된 영역을 통하여 흐르는 가스는 상기 표면으로부터 방출된 오염물질을 운반하며, 상기 가스 포트는 상기 오염물질이 상기 표면 부근에서 제거되기까지 운반되어야 할 거리를 일반적으로 최소화하는 방향으로 상기 가스를 흘려줄 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 장비.
  31. 제23항 내지 제30항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 에너지 소스는 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 장비.
  32. 제23항 내지 제30항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 기판은 반도체 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 장비.
  33. 기판을 기판의 축 주위로 회전시키는 단계;
    오염물질을 상기 기판 표면으로부터 방출되도록 하는 전자기 에너지의 빔을 상기 기판 표면 위에 향하게 하는 단계; 및
    상기 빔이 상기 오염물질이 제거되어야 할 상기 표면 상의 실질적으로 어떠한 지점에든지 충돌하도록, 상기 기판의 회전과 협력하여 상기 축에 대한 방사 방향으로 상기 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 표면의 부분 위에 캡슐화된 영역을 형성하는 단계를포함하고, 상기 에너지의 빔은 상기 캡슐화된 영역에 향하여지며, 상기 캡슐화된 영역은 상기 기판 표면의 일부분만을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 캡슐화된 영역을 통하여 가스를 흘려주는 단계를 포함하고, 상기 가스는 상기 방출된 파티클들을 상기 표면으로부터 제거함에 있어서 상기 흡수된 에너지와 협력하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 캡슐화된 영역을 통하여 흐르는 가스는 상기 표면으로부터 방출된 오염물질을 운반하며, 상기 가스를 흘려주는 단계는 상기 오염물질이 상기 표면 부근에서 제거되기까지 운반되어야 할 거리를 일반적으로 최소화하는 방향으로 상기 가스를 흘려줄 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 방법.
  37. 제33항 내지 제36항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 오염물질과 표면 사이에 에너지 전달 매질을 개재시키는 단계를 포함하고, 상기 전자기 에너지의 빔을 향하게 하는 단계가 상기 매질의 국부적 증발을 초래하여 상기 오염물질을 방출시키는 것을 특징으로 하는 기판 표면으로부터의 오염물질 제거 방법.
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