KR20050085049A - 소밀한 상태의 기체 및 음파를 사용하는 기판을 처리하는기판 처리 장치 - Google Patents

소밀한 상태의 기체 및 음파를 사용하는 기판을 처리하는기판 처리 장치 Download PDF

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벵쌍 뤼슈
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레시프
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Abstract

본 발명의 실시예는 기판을 처리하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 일실시예에서, 기판 처리 장치는 처리 챔버, 기판을 지지하는 처리 기판 내부의 기판 홀더, 상기 기판에 거의 수직한 음파를 제공하는 처리 챔버 내부의 음파 박스를 포함한다. 상기 음파 박스는 멤브레인 및 상기 멤브레인에 연결된 트랜스듀서를 포함한다.

Description

소밀한 상태의 기체 및 음파를 사용하는 기판을 처리하는 기판 처리 장치 {Substrate processing apparatus for processing substrates using dense phase gas and sonic waves}
다양한 특허와 간행물이 기판을 처리하는 음파와 유체를 사용하는 기판 처리 장치를 설명한다.
미국 특허 제5,456,759호는 음속에너지를 생산하는 처리 챔버의 내측에 직접 위치된 트랜스듀서를 사용하는 기판 처리 장치를 설명한다. 상기 처리 챔버는 액화 기체를 포함한다.
그러나, 미국 특허 제5,456,759호에 설명된 기판 처리 장치는 몇 가지 단점이 있다. 압전 트랜스듀서는 좋지 않은 내부식성을 가지고 있으며 액화 기체와 접착하게 될 때에는 급속히 품질이 저하된다. 부식된 트랜스듀서는 처리되는 기판상에 바람직하지 않게 증착될 수 있는 불순물을 생산할 수 있다.
미국 특허 제6,228,563호는 음파를 생성하는 소노트로드(sonotrode)를 사용하는 기판 처리 장치를 설명한다. 소노트로드는 기판 처리 장치의 처리 챔버의 벽을 통과하여 위치되는 로드이다. 처리 챔버의 외측에는, 압전 트랜스듀서는 처리 챔버의 유체 내부에 에너지를 전달하는 로드에 그 진동을 전달한다.
미국 특허 제6,228,563호에 설명된 시스템은 몇 가지 단점이 있다. 첫째로, 음파 에너지의 대부분을 흡수하지 않으면 처리 챔버와 소노트로드 사이의 고압 실링 효과를 얻기 힘들다. 소노트로드의 진동은 이러한 실링 시스템의 수명을 위험하게 감소시킨다. 둘째로, 상기 소노트로드는 모든 방향으로 진동을 발산한다. 특히 그 단부에서 소노트로드에 의해 형성된 음속 파형을 제어하는 것이 어렵게 된다. 파형은 노소트로드의 단부에서 가장 세며, 예를 들어 이러한 파형은 반도체 웨이퍼상의 패턴에 손상을 줄 수도 있다.
미국 특허 제5,522,938호는 자기 음파가 발생되어 기판의 방향에 수직하게 배향된 안테나를 사용하는 기판 처리 장치를 설명한다. 이러한 방식으로, 발생된 음파는 스트리밍 효과의 결과로서 웨이퍼를 따라서 전파된다.
미국 특허 제5,522,938호에 설명된 시스템은 몇가지 단점을 가진다. 첫째, 기판의 폭에 균일하게 상기 미국 특허 제5,522,938호에 언급된 타입의 파형을 생성하는 것이 어렵다. 또한, 원통형 처리 챔버내에서 이러한 것을 행하는 것이 어렵다. 처리 챔버의 원통 형상은 처리 챔버 내측의 고압 처리 압력에 의해 좌우된다. 둘째로, 미국 특허 제5,522,938호에서, 사용된 압력은 임계치이어서, 유체는 기체 상태와 초임계 상태 사이에서 진동할 수 있다. 이것은 그다지 효과적이지 못하다. 유체 특성(예를 들어, 밀도, 표면 장력 등)의 변화가 압력 변화가 작으면 매우 작기 때문에 기체상태와 유체의 초임계 상태 사이의 실제 상변화는 없다.
따라서, 소밀한 기체와 음속 파형을 사용하는 향상된 기판 처리 장치와 방법은 바람직하다. 본 발명의 실시예는 개별적으로 그리고 선택적으로 전술한 문제점이나 다른 문제점을 다룬다.
도 1a 는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 측 단면도이다.
도 1b 는 도 1a에 도시된 기판 처리 장치의 수평 단면도이다.
도 2a 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 측 단면도이다.
도 2b 는 도 2a에 도시된 기판 처리 장치의 수평 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 재순환 시스템을 도시한다.
도 4는 유전체 에칭 후에 레이어를 구비한 기판의 단면을 도시한다.
본 발명의 실시예는 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에서, 초임계 유체와 같은 소밀한 상태의 기체는 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 처리하는 음파 에너지(예를 들어 자기 음파)를 조합하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예는 a)처리 기판 b)기판을 지지하는 처리 챔버의 내측의 기판 홀더, 및 c)상기 기판에 거의 수직하게 음파를 제공하는 처리 챔버의 음파 박스(여기서 음파 박스는 i) 멤브레인과 ii)이러한 멤브레인에 연결된 트랜스듀서를 포함한다)를 포함하는 기판 처리 장치이다.
본 발명의 다른 실시예는 기판을 처리하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 a) 처리 챔버 내부로 기판을 도입하는 단계, b) 처리 챔버 내부로 소밀한 기체를 도입하는 단계, c) 멤브레인에 연결된 트랜스듀서를 가지는 음파 박스를 사용하는 처리 챔버의 내축의 기판에 거의 수직하게 음파 에너지를 발생하는 단계, d) 음파 에너지와 소밀한 상의 기체를 사용하는 기판을 처리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 처리 챔버에 사용되는 음파 박스에 관한 것으로서, 상기 음파 박스는 a) 본체, b) 멤브레인과 본체가 포획체를 형성하도록 본체에 부착된 멤브레인, c) 상기 멤브레인에 연결된 트랜스듀서, d) 상기 포획체의 내부의 비압축성 액체를 포함한다.
본 발명의 이러한 실시예 및 다른 실시예는 하기에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
본 발명의 실시예는 소밀한 상태의 기체를 고압에서 사용하는 기판 처리 장치 및 시스템에 관한 것이다. "소밀한 상태의 기체"는 액체와 같은 밀도를 달성하는 초임계 또는 서브 임계 상태에서 존재하는 기체이다. 소밀한 기체의 예는 초임계 유체 및 액화 기체를 포함한다. 상기 소밀한 상태의 기체는 동력 자기 음파와 같은 음파 에너지에 의해 작동되는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예는 다양한 세척 작업과 화학적 처리 과정에서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 대한 다른 유용한 장치는 하기에 설명된다.
하기에서 추가로 설명되는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 기판을 제조하는 소밀한 상태의 기체로써 사용되는 음파 에너지를 생성하는 음파 박스를 사용한다. 이러한 음파 에너지는 비-가청 영역에 있다. 예를 들어, 사용되는 음파 에너지의 주파수가 본 발명의 실시예에서는 약 20,000헤르쯔 보다 크다. 몇몇 실시예에서, 기판을 처리하는데 사용될 수 있는 음파 에너지의 주파수는 초음파에서 극초음파의 범위까지 변화할 수 있다. 후자는 균일한 작업 입자들이 기판으로부터 제거될 수 있게 한다. 바람직하게는, 음파 에너지는 약 100킬로헤르쯔와 약 3 메가헤르쯔 사이의 주파수를 가진다. 이러한 주파수의 범위는 극초음파 주파수 범위를 포함한다.
초음파 가열장치의 형태의 초음파 에너지는 기판을 세척하는데 사용되어 왔다. 초음파 가열장치는 세척 장치로서 캐비테이션(cavitation)을 이용한다. 실리콘 웨이퍼와같은 부서지기 쉬운 기판으로 인하여, 기판을 세척할 경우에는 음파 에너지의 파장을 감소시키는 것이 바람직하다. 짧은 파장과 높은 주파수를 가지는 음파는 작은 기판으로 통과할 수 있으며, 기판으로부터 작은 입자를 제거할 수 있다.
높은 주파수에서, 트랜스듀서에 의해 생성된 음파 에너지는 용해된 기체 거품의 "부드러운" 캐비테이션을 형성한다. 그러나 음파 경계 레이어는 액체에서 처리되는 기판의 표면상에서 약 0.1 마이크로미터의 수치이며 초임계 유체에서는 0(zero) 이 되며, 이것은 표면 간 반응 운동성을 증가시킨다. 특히 처리될 기판이 부서지기 쉬운 것일 때 이러한 조건들이 바람직하다.
알려진 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 초임계 유체와 액화 기체와 같은 소밀한 기체는 기판을 제조하는 음파 에너지에 관련하여 사용된다. 일반적인 액체를 사용하는 것은 예를 들어 나노 크기의 공극을 가진 재료를 처리할 때 문제를 일으키는데, 그 이유는 건조 단계가 일반적으로 포함되기 때문이다. 강한 기계적 응력이 나노 다공성 재료로부터 액체를 제거하는 동안 캐필러리 힘에 의해 가해진다. 이러한 힘은 몇몇 마이크로 시스템의 구조를 손상시킬 수 있으며, 나노 다공성 재료는 효과적으로 건조될 수 없게 된다. 초임계 유체와 액화 기체 같은 소밀한 기체를 사용하는 것은 건조 문제를 해결하며, 음파 경계 레이어를 감소시킨다.
기판을 처리하는데 사용되는 소밀한 기체는 초임계 유체인 것이 바람직하다. 초임계 상태의 조성물은 그 임계 압력(Pc)이상의 압력과 그 임계 온도(Tc) 이상의 온도에 놓일 때 얻어진다. 예를 들어, 이산화탄소는 74바아의 임계 압력과 섭씨 31도의 임계 온도를 가진다. 따라서, 초임계 이산화 탄소는 74바아의 압력이상 그리고 섭씨 31도 이상의 온도에 있다. 일반적으로, 초임계 유체의 물리적 성질은 다음의 특징을 가진다. (1) 액체에 근접한 밀도: 0.2<d<1; (2) 기체에 근접한 점도10-2<η(cp)<10-1: (3) 기체와 액체 확산계수의 중간의 성질: 10-4<D(cm2/s)<10-3 . 초임계 유체에 선택적인 사항으로서, 서브임계 유체(P>Pc, T<Tc)또는 이상 액체-기체 유체도 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있다.
소밀한 기체의 절절한 유형은 본 발명의 실시예에 사용될 수 있다. 적절한 물질의 구체적인 예는 암모니아, 산화질소, 이산화탄소, 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 가벼운 탄화수소를 포함한다. 디메틸에테르(CH3-O-CH3)와 같은 에테르도 사용될 수 있다. 강한 가연성과 높은 임계 온도에도 불구하고, 디메틸 에테르는 용해성이 강하고 이산화탄소와는 다르게 물에 대한 친화성이 높다. 이산화탄소는 그 초임계 상태가 쉽게 달성될 수 있으므로 바람직한 초임계 유체이다. 이산화 탄소는 비독성이며, 환경친화적이고, 비가연성이며, 그 용해도는 헥산에 견줄만 하다. 전술한 물질 중 하나는 다른 물질과 혼합되거나 순수한 상태이다.
첨가물(예를 들어 에탄올이나 폴리프로필렌 카보네이트와 같은 극성 용매)은 예를 들어 초임계 유체의 효율적인 처리정도를 증가시키기 위하여 초임계 유체와 함께 소망한 기체에 포함될 수 있다. 이러한 첨가물은 경우에 따라서 "공동-용매(co-solvent)"로 불린다.
임의의 적절한 첨가물이 본 발명의 실시예에 사용될 수 있다. 적절한 첨가물은 알코올(예를 들어 에탄올이나 이소프로필 알코올), 에스테르, 케톤, 락톤(예를 들어 감마-부티로락톤), 에테르, 제 3 아민, 2-치환 아미드(di-substituted amides), 요소, 아세테이트, 테트라하이드로퓨란, 다이옥신, 산화황(예를 들어 디메틸 산화황) 및 아황산염과 같은 유기 용매를 포함한다. 적절한 용매의 다른 예는 에테르, 아민, 산소, 오존, 하이드로즌 페록사이드(hydrogen peroxide), 및 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate)와 같은 산화제; 트리메틸아민, 트리에틸아민과 같은 제 4 암모늄, 계면활성제; 트리플로로아세틸아세톤 및 헥사플로로아세틸아세톤과 같은 킬레이트 작용기; 및 물을 포함한다. 적절한 첨가물의 다른 예는 카르복실, 또는 디-카르복실 산(예를들어 시트르 산, 옥살산, 디프로판산 등)과 같은 유기산, 설펜산, 설폰산(예를들어, 메탄 설폰산, 트리플로로설폰산 등); 물이나 용매에 용해되어 있는 무기산; 물이나 알코올의 HF, 또는 NH4F와 같은 산; 물이나 용매에 용해된 무기 염기; 및 NH3 를 포함한다.
소밀한 상태의 기체(첨부물이 있거나 없는)는 균일하거나 불균일하다. 압력 및 온도 조건은 초임계 상태의 기체가 풍부한 상태의 액체 용매가 충부한 상태가 서로 공존할 때 두개의 상이 공존하도록 설정될 수 있다. 이러한 조건들은 상-다이어그램을 통하여 결정될 수 있다.
임의의 적절한 기판은 본 발명의 실시예를 이용하여 처리될 수 있다. 예를 들어, 적절한 기판은 반도체 웨이퍼, 실리콘 디스크, 유리, 갈륨 비소 또는 다른 물질, 물질의 적층체, 회로판, 광학 디스크 등과 같은 웨이퍼를 포함한다. 상기 기판은 집적 회로, 마이크로시스템, 마이크로센서 또는 포토리소그라피를 사용하여 형성되는 미세한 다른 요소를 포함한다. 상기 기판은 미세한 다공성의 재료를 가지거나 미세한 다공성의 레이어를 가질 수 있다.
소밀한 기체와 음파 에너지로써 수행되는 단계는 예를 들어, 세척, 용해, 또는 건조 작업이다. 이러한 과정은 하나 또는 그 이상의 반응을 추가적으로 또는 선택적으로 포함한다. 다른 과정은 포토리소그래피시의 광반응 저항 현상; 현상후의 광반응 저항 스트라이핑; 유기 물질의 다른 잔류물의 제거; 생성물 제거에 의한 폴리머 에칭 단계를 포함하는 폴리머 제거; 화학적 기계적 광택작업(cmp)시 발생되는 입자를 제거하거나 환경이나 다른 제조 단계에 의해 발생된 입자를 제거하는 단계와 같은 입자 제거 단계; 미세한 다공성 재료의 세척 및/또는 건조; MEMS(마이크로 기전 시스템)에 사용되는 희생적인 레이어 에칭 과정을 포함한다.
본 발명에 따른 장치는 기판의 방향에 나란한 멤브레인을 가지는 음파 박스를 이용하여 고압하에서 소밀한 기체에서 음파를 발생하게 된다. 트랜스듀서는 멤브레인상에 위치하게 된다. 상기 멤브레인은 물리적으로 소밀한 기체와 상기 트랜스듀서로부터 처리된 기판을 분리하게 된다. 따라서, 트랜스듀서로부터의 잠재적인 오염물(예를들어, 트랜스듀서로부터의 부식 물질)은 트랜스듀서가 기판으로부터 물리적으로 분리되기 때문에 처리되는 기판을 오염시키지 않는다. 이것은 오염의 위험을 감소시키고 결함이 있는 기판이 생성될 위험을 감소시킨다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치(200)을 도시한다. 상기 기판 처리 장치(200)는 웨이퍼와 같은 기판(6)을 처리하는 처리 챔버(21)를 구비한다. 하나의 기판(6)이 도시되어 있다. 다른 실시예에서 단일의 처리 챔버에 다수의 기판이 있을 수 있다.
이러한 실시예에서, 처리 챔버(21)는 두개의 원통형부(1, 1')를 구비한다. 원통형부(1, 1')는 피복되거나 피복되지 않을 수 있으며, 우수한 내식성과 높은 기계적 강도를 가지는 스테인레스 스틸이나 다른 재료를 포함한다. 처리 챔버(21)의 내부에서, 기판(6)을 위한 처리 구간은 원통형 캐비티이며, 이는 챔버부(1)중 하나에 의해 부분적으로 형성되어 있다. 처리 챔버(21)를 개방하기 위하여, 상부(1)는 들어올려지고, 그리고/또는 하부(1')는 내려져서 처리 챔버(21)의 내부로 접근이 가능하게 된다.
상기 처리 챔버(21)는 적절한 압력과 온도하에서 작동한다. 예를 들어, 처리 챔버(21)는 본 발명의 몇몇 실시예에서 약 50바아 내지 약 500 바아 사이의 압력에서 작동할 수 있다. 처리 챔버(21)는 본 발명의 몇몇 실시예에서는 약 섭씨 0도 내지 약 섭씨 150도 사이의 온도에서 작동할 수 있다.
초임계 유체인 소밀한 상태의 기체는 하나 이상의 입구(2, 3)을 통하여 주입될 수 있다. 상기 소밀한 기체는 기판(6) 위로부터 기판(6)으로 유입되거나 기판(6)의 측면으로부터 유입될 수 있다. 기판(6)과 접촉한 후에, 상기 소밀한 상태의 기체는 기판(6)의 하류로 통과하게 되며, 측면 출구((4) 및/또는 저부 출구(5)를 통하여 처리 챔버(21) 외부로 통과한다. 두개의 입구와 두개의 출구가 도 1a를 참고하여 도시되고 있지만, 입구와 출구의 갯수는 본 발명의 다른 실시예에서는 두개 이상이거나 이하일 수 있다.
도 1a에서, 기판(6)은 회전 그리퍼(7)의 형태로 기판 홀더상에 고정된다. 도시된 예에서, 기판(6)은 모서리 그립(7')에 의해 지지되어 기판(6)의 표면의 접촉부는 최소화된다. 기판의 모서리 그리핑에 의해 오염 가능성이나 기판(6)의 표면과의 접촉에 기인한 파손 위험은 감소된다. 추가적으로, 기판(6)의 배면은 기판(6)이 그 모서리에 의해 그립될 때 소밀한 상태의 기체에 의해 완전히 젖게 될 수있다.
회전 그리퍼(7)는 적절한 속도로 회전할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 회전 그리퍼(7)는 분당 1 내지 3000회전의 속도로 회전할 수 있다. 다른 실시예에서, 회전 그리퍼(7)의 회전 속도는 이러한 수치보다 크거나 작을 수 있다. 기판(6)을 회전시킴으로써, 기판(6)의 모든 영역은 그 위에서 음파 박스(25)로부터 음파 에너지를 수용할 수 있다. 또한, 기판(6)을 회전시킴으로써, 처리 챔버(21) 내부의 소밀한 상태의 기체는 점화된다. 소밀한 상태의 기체를 점호하는 것은 기판(6) 표면 주위의 소밀한 상태의 기체의 신선한 공급을 제공하여 기판(6)의 처리를 돕는다.
극초음속 음파 에너지와 같은 음파 에너지는 기판(6)의 전면에 맞은편에 위치된 음파 박스(25)를 이용하는 처리 챔버(21)의 내측의 소밀한 상태의 기체에 전달된다. 이러한 실시예에서, 음파 박스(25)는 세척기(13)상에 체결된 너트(12)를 구비한 상부 챔버부(1)에 고정된다. 편평한 시일은 음파 박스(25)와 상부 챔버부(1) 사이에 실링을 제공한다. 소밀한 상태의 기체가 상기 처리 챔버(21)에 있을때, 상기 음파 박스(25)는 상기 소밀한 상태의 기체에 잠기게 된다.
이러한 실시예에서, 음파 박스(25)는 하나의 개구부와 얇은 멤브레인(10)을 가지는 본체(8)를 구비한다. 얇은 멤브레인(10)은 본체(8)에 고정되어 같이 포획부(enclosure)를 형성한다. 비압축성 유체(11)는 상기 형성된 포획부의 내부에 있다.
도 1a 에 도시된 바와 같이, 음파 에너지는 기판(6)의 방향에 거의 수직한 방향으로 음파 박스(25)로부터 기판(6)으로 배향된다. 상기 멤브레인(10)은 소밀한 상태의 기체로 음파 에너지를 전달하는 역할을 하며, 적절한 방식으로 상기 본체(8)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 멤브레인(10)은 실링 시스템에 의해 본체(8)에 고정된 조오(jaw) 에 의해 고정될 수 있거나, 본체(8)에 직접 용접될 수 있다.
상기 멤브레인(10)은 적절한 특징을 가진다. 예를 들어, 상기 멤브레인(10)은 소밀한 상태의 기체 및 비압축성 액체(11)로써 우수한 화학적 성능(예를 들어 내식성 및 처리될 기판의 비-오염성)을 가지며, 우수한 음파 특성(예를 들어 진동 모드), 및 압력 진동을 흡수하는 유연성을 가진다.
상기 멤브레인(10)은 적절한 임의의 재료를 포함한다. 상기 멤브레인(10)은 금속판이나 수정(quartz)을 포함한다. 상기 금속 판은 순수한 금속이나 금속 합금을 포함한다. 적절한 재료의 예는 프랑스의 유진의 임피 유진 프리시젼사에 의해 제조된 피녹스(Ni-Cr-Co 합금)이다. 상기 멤브레인(10)은 적절한 두께를 가진다. 예를 들어, 상기 멤브레인(10)의 두께는 몇몇 실시예에서는 약 0.1mm 내지 약 5mm이다. 상기 두께는 본 발명의 다른 실시예에서의 특정 두께보다 크거나 작을 수 있다.
상기 트랜스 듀서(9)는 적절한 방식으로 상기 멤브레인(10)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 접착제는 상기 멤브레인(10)에 트랜스듀서(9))를 부착하는데 사용된다. 트랜스듀서(9)의 갯수와 트랜스듀서의 크기는 멤브레인(10)의 치수와 음파 에너지의 원하는 분포에 영향을 받는다. 서로 다른 트랜스듀서(9)의 형상은 본 발명의 실시예에서는 동일하거나 서로 다르다(평행 육면체, 원통형 등).
상기 트랜스듀서(9)는 자기 트랜스듀서이거나 모노-크리스탈을 구비할 수 있지만, 납 아연 티타늄(PZT) 트랜스듀서와 같은 압전 트랜스듀서인 것이 바람직하다. 적절한 트랜스듀서는 예를 들어 모건 매트록(UK)으로부터 상업적으로 구할 수 있다. 트랜스듀서(9)의 발산된 전력은 몇몇 실시예에서는 1 내지 100 watt/cm2 일 수 있다. 상기 트랜스듀서(9)는 100kHz 내지 3MHz 사이의 공진 주파수를 가진다. 약 20 kHz또는 그 이상의 주파수에서 자기 트랜스듀서는 선택적으로 사용될 수 있다.
알려진 바와 같이, 음파 박스(25)는 멤브레인(10)에 지지체를 추가하기 위하여 비압축성 액체(11)로 채워진다. 상기 비압축성 액체(11)는 거의 압축되지 않으며 전기적으로 절연체이며, 낮은 열팽창 계수를 가지며, 양호한 음파 소산 특성을 가지며, 우수한 열 소산 특성을 가진다. 멤브레인(10)을 지지하는 것에 추가하여, 상기 비압축성 액체(11)는 트랜스듀서(9)의 배면에 의해 발산된 에너지를 흡수한다. 비압축성 액체(11)의 예로서 고온 유압 시스템에 사용되는 합성 오일, 겔, 세로겔(xero gel), 에어로 겔을 포함한다.
발생기(15)는 트랜스듀서(9)를 전기적으로 자극한다. 전기 신호는 상기 발생기(15)에 의해 보내져서 본체(8)와 고압 실링된 커넥터(14)를 통과하는 두개 이상의 전기 케이블에 의해 전달된다. 상기 발생기(15)는 적절한 전원을 구비한다.
음파 박스(25)의 크기와 형상은 음파 에너지 분포를 최적화하도록 변화될 수 있다. 그러나, 예를 들어, 상기 음파 박스(25)의 길이는 기판(6)의 반경에 적어도 같도록 되어 기판(6)의 전체 표면은 기판(6)이 회전할 때 음파 에너지를 수용한다.
도 1b를 참조하면, 음파 박스(25)는 이러한 예에서 3개의 트랜스듀서(9)를 구비한다. 도시된 바와 같이, 음파 박스(25)는 기판(6)이 그 아래에서 회전(예를 들어 반시계방향)하는 동안 정지된 상태로 있다. 선형의 구조체의 트랜스듀서(9)가 도시되어 있지만, 트랜스듀서의 갯수와 구조는 다른 실시예에서는 달라질 수 있다.
처리 챔버(21) 또는 기판(6) 내부의 소밀한 상태의 기체는 가열될 수 있다. 가열은 다양한 방식으로 행해질 수 있다. 예를 들어, 가열된 공기 또는 가열된 유체는 처리 챔버의 내부에 열을 공급하게 된다. 예를 들어, 처리 챔버(21) 및/또는 회전 그리퍼(7)에는 열교환 유체를 위한 유체 통로(미도시)가 구비될 수 있다. 선택적으로, 전기저항성 가열기(미도시)가 처리 챔버(21) 또는 기판(6)의 소밀한 기체에 열을 공급하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다른 기판 처리 장치(201)가 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 도 1a, 1b, 2a 및 2b에서, 유사한 번호는 유사한 구성요소를 가리키며, 유사한 구성요소에 대한 설명은 참고로 여기에 편입되어 있다.
도 2a 및 2b에 도시된 기판 처리 장치(201)는 기판(6)용 회전 그리퍼를 구비하고 있지 않다. 대신에, 도 2a의 그리퍼(7)의 형태로 기판 홀더가 정지된 상태로 기판(6)을 지지한다. 또한, 음파 박스(8')는 도 1a 및 1b에 도시된 음파 박스(8)와 동일한 사상에 따라 설계된다. 그러나, 도 1a 및 1b 에 도시된 박스(8)와는 달리, 도 2a 및 2b에 도시된 기판 처리 장치(201)의 음파 박스(8')는 처리 챔버(21)의 상부 내측면 전체를 충진한다. 또한, 도 1a 및 1b에 도시된 음파 박스(8)와 비교하여, 음파 박스(8')는 더 많은 트랜스듀서(9)를 구비하고 있으며, 주어진 시간에 그 일부분 대신에 기판(16)의 전체면에 음파 에너지를 전달한다. 따라서, 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같은 실시예의 회전척(rotating chuck)을 사용할 필요가 없다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 도시한다. 상기 시스템은 기판 처리 장치(72)와 재순환 시스템을 포함한다. 예시적인 온도와 압력이 도 3에 도시되어 있다. 상기 기판 처리 장치(72)는 도 1a-1b 및 2a-2b에 도시된 기판 처리 장치와 같거나 다르다.
도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어 액화 이산화탄소 및 공동-용매 전달 시스템(92)를 가지는 액체 이산화탄소 소스(78)가 시스템에 제공된다. 처리과정 동안, 공동-용매는 열교환기(94)를 경유하여 펌프(88)를 사용하는 기판 처리 장치(72)에 전달될 수 있다. 액화 이산화탄소는 냉 열교환기(80)를 경유하여 고압 펌프(82)를 이용하여 기판 처리 장치(72)에 전달될 수 있다. 배압 조절기(74)는 기판 처리 장치(72)의 하류를 통과하는 유체의 배압을 조절할 수 있다. 세퍼레이터(76)는 기판 처리 장치(72)의 하류에 위치한다. 상기 세퍼레이터(76)는 공동-용매와 잔류물이 회복되는 동안 이산화탄소를 분리한다. 도시된 바와 같이, 이산화탄소는 재순환되어 다시 기판 처리 장치(72)에서 사용될 수 있다.
기판 처리 장치를 에칭한 후에 다공성의 유전체 재료상의 유체 잔류물을 제거하는 예시적인 단계가 도 1a, 1b, 및 4에 대하여 설명된다.
반도체 기판(300)의 단면이 도 4에 도시된다. 반도체 기판(300)은 금속 레이어(101)와 실리콘 웨이퍼(100) 상의 다공성 유전체 재료(102)를 포함한다. 향상된 기술로서, 금속 레이어(101)는 실리콘 웨이퍼(100)의 트랜지스터(미도시) 사이에 연결부를 형성한다. 상기 금속 레이어(101)는 알루미늄 또는 구리와 같은 재료를 포함하며, 다공성의 유전체 재료(102)에 의해 다른 레이어로부터 절연된다.
다공성의 유전체 재료(102)는 포토리소그래피 및 플라즈마 에칭에 의해 패턴된다. 이러한 방법은 당업계에 공지되어 있다. 플라즈마 에칭 후에, 포토레지스트 마스크(103)의 상부와 유전체 재료(102)의 측벽에는 플라즈마 에칭에 의해 생성된 유기 잔류물(104, 105)이 놓이게 된다. 유기 잔류물(104, 105) 및 포토레지스트 마스크(103)는 본 발명의 실시예를 사용하여 제거될 수 있다.
도 1a 및 1b를 참조하면, 기판(300)은 처리 챔버(21) 내부의 모서리 그리퍼(7')상에 고정된다. 처리 챔버(21)는 폐쇄되어, 초임계 유체와 첨가물을 포함하는 소밀한 처리 유체는 적당한 압력과 온도하에서 처리 챔버(21) 내부로 유입된다. 압전 트랜스듀서(9)가 작동되고 상기 회전 그리퍼(7)가 작동된다. 회전 그리퍼(7)에 의해 소밀하게 처리된 유체의 운동과 음파 박스(25)로부터의 음파 에너지의 조합체는 포토레지스트 마스크(103) 내부로 소밀하게 처리된 유체의 확산을 가속화시켜서 확산을 일으킨다. 상기 조합체는 경화된 유기 잔류물(104, 105)을 얇은 층조각으로 갈라지게 하며, 잔류물(104, 105)을 제거한다. 그 다음, 소밀 처리 유체는 하류로 이동하여, 처리 챔버(21)로부터 제거된 물질(예를 들어 입자의 형태로)을 운반한다. 낮은 표면 장력과 점성으로 인하여, 소밀 처리 유체는 급속히 확산되어 유전체 재료(102)의 구멍 내부 깊은 곳에서 잔류물을 용해시킨다. 그 다음, 상기 기판(300)은 후속 단계에서 순수한 초임계 유체로 세척된다. 최종적으로, 처리 챔버(21)의 압력은 대기압으로 감소하게 된다. 처리 챔버(21)는 개방되어 기판(300)은 그로부터 제거된다.
여기서 채용된 용어와 표현은 한정이 아니라 설명을 위한 용어로서 사용되었으며, 도시되고 설명된 특징과 등가의 것을 배제하는 용어나 표현으로 사용한 것은 아니며, 다양한 변형 예가 청구된 발명의 범위 내에서 가능하다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 장치가 처리과정 동안 기판을 회전시키는 회전 그리퍼를 도시하고 있더라도, 선택적으로, 음파 박스는 기판의 다른 부분에 음파 에너지를 제공하도록 회전하는 것이 가능하다. 또한, 하나 이상의 다른 본 발명의 실시예의 특징이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 실시예의 하나 이상과 결합할 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 특정 음파 박스는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 도 1a에 도시된 특정 회전 그리퍼로써 사용될 수 있다.

Claims (25)

  1. a) 처리 챔버;
    b) 기판을 지지하기 위한 처리 챔버 내부의 기판 홀더;
    c) 상기 기판에 거의 수직한 음파를 제공하기 위한 처리 챔버 내부의 음파 박스로서, i)멤브레인과, ii) 상기 멤브레인에 연결된 트랜스듀서를 구비하는 음파 박스를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 음파 박스는 iii) 개구부를 구비한 본체를 포함하고, 상기 멤브레인은 개구부를 덮으며 상기 본체로써 포획부(enclosure)를 형성하고,
    상기 음파 박스는 iv) 상기 포획부에 비압축성 액체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인에 연결된 다수의 트랜스듀서를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 홀더는 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 챔버에 작동가능하게 연결된 액화 기체 소스 또는 초임계 유체 소스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 초임계 유체 또는 액화 기체는 이산화탄소, 디메틸 에테르, 암모니아, 산화질소, 가벼운 탄화수소, 할로겐화 탄화수소 또는 그 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제 5 항의 기판 처리 장치와;
    상기 기판 처리 장치의 하류를 통과하는 초임계 또는 액화 기체의 적어도 일부를 상기 기판 처리 장치로 재순환시키는 재순환 시스템을 포함하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 약 100kHz 내지 약 3MHz 사이의 공진 주파수를 가지는 압전 트랜스듀서인 것을 특징으로 하는 기판.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 약 0.1W/cm2 내지 약 100W/cm2 사이의 방출 전력을 가지는 압전 트랜스듀서인 것을 특징으로 하는 기판.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인은 금속 재료 또는 수정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
  11. a) 처리 챔버로 기판을 도입하는 단계;
    b)상기 처리 챔버로 소밀한 상태의 기체를 도입하는 단계;
    c)멤브레인에 연결된 트랜스듀서를 포함하는 음파 박스를 사용하는 처리 챔버의 내부의 기판에 거의 수직한 음파 에너지를 생성하는 단계;
    d) 상기 소밀한 상태의 기체와 음파 에너지를 사용하여 기판을 처리하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 소밀한 상태의 기체는 초임계 유체 또는 액화 기체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    e) 기판을 회전시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 음파 박스는 멤브레인에 부착된 다수의 트랜스듀서를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 음파 박스는 개구부를 가진 본체를 구비하여, 상기 멤브레인은 상기 개구부를 덮어서, 포획부를 형성하고, 상기 음파 박스는 상기 포획부의 내부에 비압축성 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 소밀한 기체는 초임계 유체 또는 액화 기체를 포함하며, 상기 초임계 유체 또는 액화 기체는 이산화탄소, 디메틸 에테르, 암모니아, 산화질소, 가벼운 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 또는 그 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 소밀한 상태의 기체는 첨가물을 추가로 포함하며, 상기 첨가물은 유기 용매; 에스테르; 케톤; 락톤; 에테르; 제 3 아민; 2-치환 아미드; 요소; 아세테이트테트라 하이드로 푸란; 다이옥신; 산화황; 아황산염; 유기 액화 기체; 산화제; 제 4 암모늄; 계면 활성제; 켈리이트 작용기; 및 물을 포함하는 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    소밀한 상태의 기체의 적어도 일부를 상기 기판 처리 장치로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 처리 챔버는 약 20바아 내지 약 500 바아 사이의 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 11 항에 있어서, 상기 기판 처리 단계는 은 기판이 약 섭씨 0도 내지 150도 사이의 온도에 있는 동안 기판 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. a) 개구부를 가지는 본체;
    b) 상기 본체에 부착되는 멤브레인으로서, 상기 멤브레인과 상기 본체는 포획부를 형성하는 멤브레인;
    c) 상기 멤브레인에 연결되는 트랜스듀서;및
    d) 상기 포획부의 내부의 비압축성 액체를 포함하는, 처리 챔버에 사용되는 음파 박스.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 멤브레인은 금속판 또는 수정판인 것을 특징으로 하는 음파 박스.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 멤브레인에 연결된 다수의 트랜스듀서를 추가로 구비하는 음파 박스.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 멤브레인은 금속 합금을 포함하며, 상기 박스는 상기 멤브레인에 부착된 다수의 트랜스듀서를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 박스.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 비압축성 액체는 오일 또는 겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 박스.
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