KR20050101658A - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐된 가압 처리 용기 내에 수용된 기판으로부터 물질을 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 예시적인 방법은 처리 대상인 기판을 처리 용기에 삽입하는 단계, 상기 처리 용기를 기밀 상태로 밀폐하는 단계, 및 상기 처리 용기를 가압하는 단계를 포함한다. 가압된 처리 용액은 처리 용기를 가압 하에 유지시킨 상태에서 처리 용기에 도입된다. 기판은 처리 용액에 노출되며, 이어서 처리 단계가 실행되고 가압된 처리 유체와의 반응에 의해 기판으로부터 목표로 하는 물질이 제거된다. 상기 처리는 활성 용액 성분의 용해도를 증가시킴으로써 처리 용액의 활성 성분의 농도를 높은 상태로 유지하고, 처리 용액의 휘발성 성분의 증발을 억제하기 위해 상기 처리 공정은 대기압보다 높은 압력에서 실행된다.

Description

기판 처리 장치 및 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 기판 처리에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 집적 회로 및 소자의 제조에 사용되는 세정, 에칭 및 스트리핑 방법에 관한 것이다.

종래의 집적 회로는 반도체 기판 상에 제조된다. 상기 제조 공정은 집적 회로의 부품을 구획하는 포토리소그래피 공정에 사용되는 포토레지스트 필름의 형성 단계를 포함하는 여러 가지단계로 이루어진다. 포토리소그래피 공정에 이어서, 추가의 공정이 실행되기 이전에 포토레지스트 필름을 제거("스트리핑")해야 한다. 기판으로부터 포토레지스트 필름을 스트리핑하기 위한 여러 가지 방법이 사용되어 왔다.

종래의 방법 중 한 방법에서, 황산(H₂SO₄) 및 과산화수소(H₂O₂ )의 용액을 120∼140℃의 온도에서 포토레지스트 필름에 도포한다. 얻어지는 카로산(Caro's acid)(H₂SO₅) 용액은 효과적인 산화 용액이며, 포토레지스트 필름은 유기 물질이기 때문에, 상기 카로산 용액은 포토레지스트 필름을 산화하여 제거하는 작용을 한다. 이 방법의 단점은 H₂SO₄ 및 H₂O₂가, 특히 높은 온도에서, 사람과 환경에 잠재적으로 유해한 화합물인 점이다. 종래의 공정 용기가 일반적으로 대기 중에 개방되어 있기 때문에, 공정 수단인 공기 취급 시스템에 연기(fume)가 배출되며, 다량의 오염된 공기를 포집하여 중화해야 하고 중화되어 얻어지는 염을 안전하게 처리해야 한다. 또한, 폐화합물을 환경 면에서 허용되는 방식으로 처리하는 비용이 점차 증가되고 있다. 상기 종래의 접근 방법이 갖는 또 다른 단점은 제거 속도가 느리다는 점이다. 느린 제거 속도는, 특히 제거 속도가 처리량에 대한 직접적인 네거티브 충격을 주는 제조 설비에서는 바람직하지 않다.

전술한 스트리핑 방법과 관련된 화학적 유해성 및 그 밖의 문제를 회피하는 또 다른 종래의 접근 방법이 미국 특허 제5,464,480호에 제시되어 있다. 이 특허는 기판으로부터 포토레지스트 필름과 같은 유기 물질을 제거하기 위해 오존 처리된 물(즉, 탈이온수 중에 흡수된 오존)을 이용하는 것을 개시한다. 용액 중 오존의 농도는, 상기 용액을 주변 온도 이하, 예를 들면 1℃ 내지 15℃ 범위 내로 유지함으로써 증가된다. 이 접근 방법은 전술한 방법과 관련된 문제를 피할 수 있지만, 주된 단점 중 하나는 역시 제거 속도가 느리다는 점이다. 제거 속도가 느린 것은 산화 용액을 주변 온도 이하로 유지함에 따라 초래되는 수중 오존 용해도의 제한된 증가 및 주변 온도 이하에서 처리함에 따라 초래되는 반응 속도의 저하에 기인한다.

반도체 소자를 제조하는 동안 활용되는 제2 형태의 습식 처리(wet processing) 단계는 기판으로부터 무기 물질을 제거하는 것이다. 종래의 한 가지 에칭 공정에서, 플루오르화수소(HF) 수용액에 노출시킴으로써 실리콘과 같은 기재 물질에 선택적으로 실리콘 산화물이 제거된다. HF는 기재 물질인 실리콘과 같은 그 밖의 물질보다 산화물층을 더 신속히 에칭시킨다. 이러한 산화물 제거 공정중에 HF의 농도는, 특히 고온에서 변동될 수 있어 이러한 습식 처리 단계에서 나타나는 제거 속도 및 선택성을 변동시킨다. 종래의 습식 HF 처리와 관련된 문제 중 하나는 에칭의 불균일성이다. 예를 들면, 기판의 표면에 기포가 부착되어 국부적 영역에서 HF 수용액과 기판 사이에 접촉이 차단될 수 있다. 경우에 따라, 종래의 습식 HF 처리와 관련된 제2의 문제는 산화물 제거 속도가 지나치게 높아서 불균일한 에칭 및 표면 조도(粗度)의 상승을 초래하는 점이다.

제조 공정에서 자주 활용되는 습식 처리의 제2 형태는 웨이퍼의 세정 및 표면 변형 단계로서, 기판 표면으로부터 잔류 유기 물질, 입자 및 금속을 제거하는 단계이다. 한 가지 종래의 세정 과정은 종종 RCA 세정법이라 불린다. 다단계 습식 처리인 이 방법은 잔류 유기 물질, 입자 및 금속을 제거하기 위해 일련의 상보적 화합물조(chemical bath) 5개를 사용한다. 제1 단계에서, 가열된 H₂SO₄ 및 H ₂O₂의 수용액조에서 기판을 처리하여 잔류 유기 물질, 예를 들면 기판 표면 상에 잔존하는 현상 후의 포토레지스트 물질을 제거한다. 제2 단계에서, 실온에서 묽은 HF의 수용액조에서 기판을 처리하여 산화물층 및 함유되어 있는 불순물을 제거한다. 제3 단계에서, 가열된 수산화암모늄(NH₄OH) 및 H₂O₂의 수용액조에서 기판을 처리하여 입자 및 기타 오염물을 제거한다. 제4 단계에서, 가열된 염화수소산(HCl) 및 H₂O₂의 수용액조에서 기판을 처리하여 금속을 제거한다. 마지막으로 제5 단계에서, 다시 묽은 플루오르화수소산(HF)의 수용액조에서 기판을 처리하여 이전 단계의 산화 반응에 의해 형성된 산화물층을 제거하고, 산화물층에 매립되어 있는 금속성 오염물을 분리하여 제거시켜 웨이퍼 표면을 소수성(疏水性)으로 만든다.

전술한 H₂SO₄/H₂O₂ 방식 유기 스트리핑 방법의 경우에 그러하듯이, RCA 세정법의 단점은 사용되는 화합물, 즉 H₂SO₄, NH4OH, H₂O₂, HCl 및 HF가 사람과 환경에 잠재적으로 유해하며, 포집, 중화, 및 안전하게 처리하는 데 비용이 많이 드는 점이다. 또한, 이들 화합물 용액 중 다수가 휘발성이거나 수상 중에 용해된 휘발성 가스를 함유하고, 처리 과정중에 밀폐 용기에 들어있지 않기 때문에, 처리 용액 중의 농도 변화가 처리 과정에 걸쳐 일어날 수 있어서, 습식 처리의 성능 및 산물이 잠재적으로 변동될 수 있다.

Mitsubishi Electric ADVANCE에 발표된 "Ecofriendly Ozone-based Wet Processes for Electron Device Fabrication"에서, 가네가에(Kanegae)는, 전술한 종래의 RCA 세정법에서 사용된 일련의 화합물에 대한 대체물로서 오존 처리수, 및 소량의 HF를 함유한 오존 처리수의 사용을 제안하고 있다. 이 방법은 처리 공정중에 사용한 후 폐기 처리해야 하는 잠재적 유해 화합물의 수를 감축하는 점에서 유익하다. 그러나, 이 접근 방법은 전술한 종래의 공정과 관련된 것에 비해 처리 속도가 더 빠르지 않다는 점에서 바람직하지 않다.

습식 처리의 또 다른 형태는 액정 표시 장치(LCD)용 패널로서 제조된 기판의 표면을 디메틸설폭사이드(DMSO) 및 모노메탄올아민(MEA)과 같은 유기 용매 혼합물을 이용하여 고온에서 스트리핑한다. 습식 처리를 위한 이 방법은 전술한 바와 같은 여러 가지 문제를 내포한다. 구체적으로는, 처리 과정 중에 발생되는 연기와 액체상 폐화합물을 상당한 비용을 들여 포집하고, 처리하고 폐기해야 한다. 더우기, 시간이 경과함에 따라 처리 화합물의 휘발 성분이 방출되어 습식 처리 화합물의 조성과 그 성능의 균일성, 재현성 및 유효성을 바람직하지 않은 방향으로 변화시킬 수 있다.

이상과 같은 점에 비추어, 반도체 소자의 제조 과정중 습식 화합물 세정, 스트리핑, 및 에칭 단계를 실행하기 위한 개선된 방법 및 장치에 대한 요구가 있다.

본 발명은, 예를 들면, 반도체 기판 상에 집적 회로를 제조하는 공정중 기판으로부터 물질을 제거하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 기판 표면으로부터 물질을 제거하는 방법의 일 실시예는, 상기 물질을 포함하는 기판을 개방된 처리 용기 내에 삽입하는 단계, 상기 처리 용기를 기밀(gas-tight) 상태로 밀폐하는 단계, 및 상기 처리 용기를 대기압보다 높은 압력으로 가압하는 단계를 포함한다. 가압된 처리 용액은 상기 기판의 표면이 가압된 처리 용액에 노출되도록 가압된 처리 용기 내에 도입되고, 상기 가압된 처리 유체를 상기 물질과 반응시킴으로써 상기 기판 표면으로부터 상기 물질이 제거되어 상기 기판이 처리된다. 처리 용액은 상기 기판이 처리 용기에 도입되고 상기 기판이 적어도 부분적으로 처리되는 동안 대기압보다 높은 압력으로 유지된다.

기판을 건조시키는 방법의 일 실시예는 기밀 상태의 처리 용기 내에 기판을 위치시키는 단계, 및 상기 처리 용기를 대기압보다 높은 압력으로 가압하는 단계를 포함한다. 가압된 린스액(rinsing liquid)이 처리 용기에 도입되며, 상기 린스액 또는 가압용 가스의 성분 중 적어도 한 성분은 린스 용액의 표면에 농축된 표면 장력 저하 성분을 포함한다. 기판은 린스액 내에 침지되고, 처리된 기판은 기판 표면에 부착된 메니스커스(meniscus)에 있는 린스액과 잔존한 상기 린스액의 벌크 부분(bulk portion) 사이에 표면 장력 구배(gradient)가 형성되도록 상기 린스액에 상대적으로 이동되고, 표면 장력 구배는 상기 기판 표면으로부터 벌크 린스액 내로 액체를 끌어당긴다.

본 발명에 따른 기판 표면으로부터 물질을 제거하는 장치의 일 실시예는 기밀 환경 내에 기판을 받아들여 보유하도록 구성된 처리 용기; 입구 밸브를 통해 상기 처리 용기와 유체상으로 연통되는 가압된 처리 용액의 소스(source); 및 상기 처리 용기를 배출구와 유체상으로 연통시키는 배출 밸브를 포함한다. 가압 홀딩 용기는 대기압 하의 용액에서 얻어지는 농도보다 더 높은 성분의 농도를 갖는 가압된 처리 용액을 유지하도록 구성된다. 제어 밸브는 상기 홀딩 용기로부터 도입되는 흐름 및 상기 처리 용기로 유출되는 흐름을 제어하기 위해 상기 처리 용기와 상기 홀딩 용기 사이에 연결되어 있다.

기판으로부터 제거하고자 하는 물질의 정체는 특정 응용에 따라 변동될 것이다. 한 응용에서, 제거하고자 하는 물질은 포토레지스트와 같은 유기 물질을 포함할 수 있고, 상기 처리 용액은 산성 용액 중에서 고농도로 흡수된 오존을 포함할 수 있다. 용액 중에 흡수된 오존의 농도는 가압된 용액 중의 가스의 용해도가 증가되고, 밀폐 시스템으로부터 오존의 방출이 억제되기 때문에 대기압 및 동일한 온도에서 형성될 수 있는 농도보다 높다. 주어진 온도에서 처리 용액 중의 오존 농도가 높을수록 종래의 방법을 이용하여 얻을 수 있는 것보다 더 빠른 처리 속도가 가능하다.

본 발명에 대한 또 다른 응용에서, 기판으로부터 제거하고자 하는 물질은, 예를 들면, 금속성 또는 유전체성 물질과 같은 무기 물질을 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 처리 용액은 대기압보다 높은 가압 하에 놓여지는 산성 또는 염기성 용액을 포함할 수 있다. 얻어지는 상기 가압된 용액 중의 산 또는 염기의 농도는 고온으로 유지될 수 있으며, 그 결과 반응이 촉진되고 제거 속도가 증가된다. 본 발명의 실시예에 따른 습식 처리에 사용되는 시스템이 밀폐되어 있기 때문에, 종래의 고온 습식 처리 시스템과 관련된 증발 또는 가스 방출을 통한 휘발성 성분의 대응하는 손실이 없이 제거 속도의 증가가 이루어진다.

본 발명에 대한 또 다른 유력한 응용에서, 기판의 표면은 금속, 유기 및 무기 오염물과 같은 여러 가지 형태로 조합된 물질의 미량을 제거하기 위해 세정될 수 있다. 그러한 세정 응용에서, 웨이퍼 표면에 대해 다중 계열의 상보적 습식 처리 화학 공정이 적용될 수 있다. 상기 단계 중 일부 또는 전부는 동일한 처리 용기 내에서 일어날 수 있고, 이들 단계 중 일부 또는 전부는 증가된 압력 또는 압력 프로파일 하에서 이루어질 수 있다.

본 명세서에 개시된 본 발명의 본질 및 이점에 대한 보다 구체적 이해는 본 명세서의 잔여 부분 및 첨부된 도면을 참고하여 이루어질 수 있다.

[실시예]

A. 장치

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 장치(10)를 나타낸다. 처리 장치(10)는 기판 보트(substrate boat)(104)에 탑재된 기판(102) 또는 복수의 기판이 내부에서 처리되는 가압형 처리 용기(100)를 포함한다. 기판 보트 또는 홀더(104)는 실행되는 습식 처리의 균일성 및 효율성을 높이기 위해 웨이퍼를 회전시키는 메커니즘을 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 특정 실시예에서, 기판(102)은 처리 용액(106) 중에 완전히 침지되며, 처리 용액(106)은, 이하에서 보다 구체적으로 설명되는 바와 같이, 수용액, 산성 용액, 염기성 용액 또는 유기 용매 중에 용해된 고농도 산화제(oxidant)를 포함할 수 있다. 상기 용해된 산화제 또는 산이나 염기는 처리 용기(100)에 도입하는 동안뿐 아니라 도입 후까지 처리 용액(106)을 가압 하에 유지시킴으로써 처리 용액(106)으로부터 탈기되거나 증발되지 않도록 억제된다. 본 발명의 명세서에사 사용되는 "가압 하에"라는 표현은 대기압보다 높은 임의의 압력을 의미한다. 배출 밸브(108)는 처리 용기(100) 내의 처리 용액(106)의 양을 제어하고, 기체상 밸브(110, 132)는 제1 가스 소스(111) 및 제2 가스 소스(133)로부터 각각 처리 용기(100) 내에 들어오는 가스의 흐름을 조절함으로써 처리 용기(100) 내의 가스 압력을 제어한다. 가스 소스(111, 133)는 불활성 가스 또는 처리 용액에 혼합하고자 하는 하나 이상의 성분을 포함하는 가스 또는 불활성 가스와 활성 가스의 혼합물을 수용할 수 있다.

선택적으로, 상기 습식 처리 장치는 입구(112a), 출구(112b), 펌프(114), 필터(116), 그 밖에 유량계와 같은 다른 구조체를 갖는 순환 루프(circulation loop)(112)를 추가로 포함할 수 있다. 펌프(114)는 처리 용액(106)이 공정중에 동적 유동을 이루도록 순환 루프(112)를 통해 처리 용액(106)을 펌핑한다. 도 1에 도시된 습식 처리 장치의 실시예는 자기 방식으로 구동되는 교반 구조체(130), 또는 회전축이나 기타 구조체에 의해 직접 구동되는 교반기를 작동함으로써 챔버(100) 내에서 소망 수준의 혼합 및 유체 운동을 추가로 달성할 수 있다.

도 1에 도시된 실시예가 순환 루프를 포함하고 있지만, 이것은 본 발명에서 반드시 필요한 것은 아니다. 본 발명에 따른 습식 처리에 유용한 다른 용기 구조의 예는 정지형 탱크(static tank), 용기 오버플로우를 수용하기 위한 웨어(weir) 구조를 구비한 오버플로우 탱크, 및 유체를 재순환시키거나 폐기 처리시키면서 탱크로부터 유체를 신속히 배출시킬 수 있도록 하는 이동형 플로어 또는 도어를 구비한 퀵 덤프 린스(quick dump rinsing; QDR) 탱크를 포함한다.

도 1의 실시예는 도입되는 가압 가스 및 가압된 처리 용액을 모두 수용하는 동일한 용기를 예시하고 있으나, 이것도 본 발명에서 반드시 필요한 것은 아니다. 본 발명에 따른 다른 실시예는 상이한 재질로 만들어진 액체 처리 용기를 둘러싸는 제1 물질의 기밀형(gas-tight) 하우징을 사용할 수 있다. 그러한 실시예 중 하나는 매우 낮은 오염물 침출 특성으로 인해 처리액을 수용하기에 바람직한 수정(quartz) 처리 용기를 사용하는 장치일 수 있다. 그러나, 수정은 비교적 깨지기 쉬운 재료이므로 인가되는 높은 가스 압력을 견디지 못할 수 있다. 따라서, 그러한 수정 처리 용기를 스테인리스강 또는 인가되는 높은 압력을 견딜 수 있는 다른 강성 재질을 포함하는 기밀형 용기 내에 설치할 수도 있다.

도 1에 도시된 장치는 또한 밸브(151)를 통해 용기(100)와 연통하는 진공 펌프(150)를 포함한다. 진공 펌프(150)는 가스 소스(111 및/또는 132)로부터 가압 용기(100)로 가스를 도입하기 이전에 밀폐 용기(100)로부터 배기시킬 수 있다. 그러한 배기에 의해 가압된 처리 용액을 도입하기 이전에 용기 내에 균질한 가스 분위기를 보장할 수 있고, 또한 로드 록(load lock)이나 그와 유사한 구조물을 이용하여 배기된 상태에서 상기 처리된 기판을 이송하여 용기(100)에 입출시킬 수 있다.

도 1의 장치는 또한 처리 용액의 온도를 조절하도록 처리 용액(106)의 가압 상태의 유동과 열적으로 연통하는 온도 제어 구조체(118)를 포함한다. 가압된 처리 용액의 온도를 제어함으로써 상기 구조체(118)는 여러 가지 소망하는 처리 결과를 산출할 수 있다. 예를 들면, 온도 제어 구조체(118)가 처리 용액의 가압 유동의 온도를 상승시키도록 구성될 경우, 습식 화학 반응의 속도가 높아질 수 있다. 그에 따른 처리 시간의 단축에 의해 종래의 고온 처리와 관련된 휘발성 처리 용액 성분의 가스 방출이나 증발 및 손실을 초래하지 않고 처리량이 증가되고 가동 비용이 저감된다. 본 발명의 실시예에 따른 처리에 유용한 높은 온도는 특정 용도의 요구 조건에 따라, 약 200℃에 달하는 온도 범위 또는 그보다 훨씬 높은 온도일 수 있다.

역으로, 온도 제어 구조체(118)가 처리 용액의 가압 유동의 온도를 낮추도록 구성될 수 있다. 그러한 대안적인 실시예에서, 가압된 처리 용액의 저하된 온도는, 처리 용액 성분의 증가된 농도로 인해 원하는 반응은 증가된 속도로 진행시키면서, 원하지 않는 경쟁 반응(competing reaction) 또는 경쟁 반응 메커니즘은 억제할 수 있다. 예를 들면, 상승된 온도에서는 금속 부식을 유도하는 반응이 열역학적으로 우세할 수 있다. 따라서, 습식 처리가 진행되는 동안 원치않는 금속의 부식을 피하기 위해서, 가압된 처리 용액의 온도를 주변 온도 이하로 유지하여 용액 성분의 농도 증가에 의해 원하는 습식 처리를 정방향으로 진행시키도록 하는 것이 유리한 것으로 입증될 수 있다. 본 발명에 따른 처리에 유용한 낮은 온도는 처리 용액 또는 처리 용액의 성분의 빙점보다 높은 임의의 온도, 즉 물의 경우 0℃, 아세톤의 경우 -95℃보다 높은 온도, 및 다른 유기 용매의 경우 그 이하로 더 낮은 온도보다 높은 임의의 온도일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 습식 처리중의 처리 용액의 온도는 일정하게 유지하지 않아도 된다. 특정 용도의 특성 및 요구 조건에 따라, 처리의 효율성을 극대화하기 위해 변동하는 온도 프로파일을 활용할 수 있다.

도 1에 나타낸 특정 실시예에서, 온도 제어 구조체가 순환 루프(112) 내에 설치되어 있다. 그러나, 예를 들면 순환 루프를 구비하지 않은 또 다른 실시예에서는, 온도 제어 구조체를 처리 용기(100)와 직접 열적으로 연통시킬 수 있다. 또한, 도 1은 처리 용액의 가압 유동을 가열하고 냉각하는 두 가지 역할을 하는 단일 온도 제어 구조체(즉, 펠티에(Peltier) 가열기/냉각기)가 도시되어 있지만, 이것도 본 발명에서 반드시 필요한 것은 아니다. 또 다른 실시예에 따르면, 처리 용액의 온도를 제어하기 위해 분리된 가열 및 냉각 구조체를 사용할 수 있다.

이에 더하여, 상기 장치는 처리 용기와 음향적으로 연통되는 메가소닉 유닛(megasonic unit)(120)을 포함할 수 있다. 메가소닉 유닛(120)으로부터 용기의 내용물로 연통되는 음향 에너지는 침지된 기판의 표면에 존재하는 유체역학적 경계층을 가로질러 처리 용액 성분을 전달하는 데 보조할 수 있으며, 그 결과 반응성을 높이고 처리 시간을 단축할 수 있다. 기판 처리 공정에서 메가소닉 세정을 이용하는 기술은, 본 출원인과 공동 양도되고 모든 목적에 대해 본 명세서에 참고로서 인용되는 미국 특허 제5,279,316호(발명의 명칭: "반도체 웨이퍼용 다중처리 소닉 배스 시스템")에 구체적으로 개시되어 있다. 특정한 일 실시예에서, 처리 용액의 가압 유동을 밀폐된 처리 용기 내에 적용함으로써 본 발명의 높은 농도 및 신속한 제거 속도를 제공하기에 충분한 압력으로 용기를 가압시킬 수 있다.

도 1의 장치는 가스 밸브(138)를 통해 처리 용기(100)와 연통하는 가스 폐기/교정(waste/remediation) 유닛(136)을 추가로 포함할 수 있다. 폐기/교정 유닛(136)에 의해 폐기 배출물이 외부 환경으로 방출되기 이전에 폐기 배출물을 용기(100)로부터 분해시킬 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 가압된 고농도 오존(O₃) 용액을 발생하는 데 사용될 수 있는 오존화 장치(ozonating apparatus)(20)의 일 실시예가 도시되어 있다. 산소 소스(201)로부터 입구(202)를 통해 산소(O₂)가 오존 발생기(200)로 도입된다. 오존 발생기(200)는 산소 기류를 받아들인 다음, 상당량의 오존을 함유하는 가스를 출구(204)에서 생성하는데, 출구(204)는 가스 필터 및 기체상 오존 센서를 통해 벤튜리 인젝터(venturi injector)(208)의 입구(206)에 연결되어 있다. 상기 오존 함유 가스는 가압된 오존화 루프(210) 내에 배치되어 있는 벤튜리 인젝터(208) 내에 도입된다. 벤튜리 인젝터(208)는 통과하는 액체 용액의 속도를 높이는 한편 압력을 낮추는 기능을 갖는다. 이렇게 해서 밴튜리(208)의 중앙부에 있는 액체 용액에 반진공(quasi-vacuum)이 형성되어 오존 함유 가스를 오존 발생기(200)로부터 추출하여 오존화 루프(210)를 통해 유동하는 액체 내에 도입함으로써 오존화 용액을 형성한다. 오존화 용액은 벤튜리 인젝터(208)의 출구(212)를 빠져 나와 서지 용기(surge vessel)(216)의 입구(214)로 도입된다. 오존화 용액의 도입에 앞서, 서지 용기(216)는 부분적으로 탈이온(DI)수로 채워진다. 탈이온수는 액체상 물질로서 가장 보편적으로 사용되지만, 특정 용도에 따라 그 밖의 용매가 사용될 수도 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 또 다른 실시예에서, 비수계 용액 또는 산성이나 염기성 수용액을 사용할 수 있다. 도 2에 도시된 구조는 오존화 루프를 포함하고 있지만, 이것은 본 발명에서 반드시 필요한 것은 아니다. 또 다른 일 실시예에서, 오존 발생 장치는, 처리 용기에 도입된 다음 재순환되지 않고 배출되는 수류(water stream)와 유체상으로 연통할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 본 발명에서 사용되는 오존 발생 장치는 단순히 처리 용액을 수용하는 용기의 상부 공간으로 들어가는 오존 함유 가스용 출구를 제공할 수 있다.

서지 용기(216)는 가압 하에 유지되어 액체 표면 위에서 가스상으로부터 오존화 용액을 분리하는 작용을 한다. 또한 오존화 루프(210)도 가압 하에 유지된다. 오존화 용액은 서지 용기(216)의 출구(220)로부터 선택적인 필터(283)를 경유하여 상기 용액을 받아들이는 펌프(218)에 의해 루프(210)를 따라 순환한다. 또한, 오존화 용액의 가열 또는 냉각을 위해 선택적 온도 제어 구조체(219)가 루프(210)에 설치될 수 있다. 오존화 용액에 용해된 오존의 농도는 오존화 루프(210)를 따라 펌핑되는 동안 증가되어 더 많은 오존과 함께 추출된다. 구체적으로, 오존화 용액이 오존화 루프(210)를 통해 서지 용기(216)로부터 순환되어 서지 용기(216)로 되돌아 가고, 벤튜리 인젝터(208)의 작용에 의해 점증하는 오존이 용액 내부로 추출되면, 마침내 최대 농도의 오존이 용액에 흡수된다. 주어진 온도에서, 상기 최대 농도는 도입되는 기류 내에 동일한 오존 농도로 대기압에서 작동되는 시스템에서 얻을 수 있는 농도보다 높다.

오존화 루프(210)는 인젝터(208)의 하류에 스태틱 믹싱 구조체(static mixing structure)(280)를 추가로 포함한다. 스태틱 믹싱 구조체(280)는 기체상 오존과 액체상 처리 용액 사이의 상호반응을 높임으로써, 추가량의 오존을 용액 내에 도입시킨다. 오존화 루프(210)는 또한 액체상 처리 용액이 오존 가스와 접촉하고 있는 체류 시간을 연장시키고, 용해된 오존으로 용액이 포화되는 조건에 접근하도록 액체상 내의 오존을 더욱 용해시키는 스태틱 믹서의 하류에 배치되는 접촉기 구조체(contactor structure)(282)를 포함한다. 도 2에 도시된 실시예는 스태틱 믹서와 접촉기 구조체를 모두 포함하고 있지만, 본 발명에서 그들 중 어느 것도 반드시 필요한 것은 아니며, 그 중 하나 또는 모두를 생략하여도 상기 장치는 본 발명의 범위 내에 속한다.

본 발명이 제공하는 이점과 관련하여 이하에서 구체적으로 설명하는 바와 같이, 특정 응용에서 가압된 처리 용액이 오존과 같은 가스상 물질의 기포를 함유하는 것이 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 실시예에서, 오존화 루프(210)는 접촉기(282)의 하류에 설치되는 사이클론형 탈가스기/분리기 (degasser/separator)(284)를 추가로 포함한다. 사이클론형 탈가스기(284)는 인젝션, 믹싱 및 직전에 실행된 접촉 공정의 결과로 액체상 처리 용액에 도입되는 기포를 제거하는 역할을 한다. 상기 탈가스 구조체는 가스가 기포를 형성하지 않고 가압된 처리 용액에 용해되는 본 발명의 또 다른 실시예에서는 반드시 필요한 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명에 따른 특정 실시예에서, 오존은 멤브레인 기화기 구조체(gasifier structure)를 활용하는 멤브레인을 가로질러 처리 용액에 도입될 수 있다. 도 1에 도시된 벤튜리 인젝터 구조체와 달리, 멤브레인 기화기를 사용하는 또 다른 실시예에서는 용액에 오존 기포가 도입되지 않으므로 기포에 민감한 응용에서 후속 분리/제거를 필요로 하지 않는다.

도 3은 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예로서, 도 1의 가압 처리 용기를 도 2의 오존화 장치와 일체화시키는 예를 나타낸다. 습식 처리 단계의 결론에서, 처리 용액(106)은 처리 용기(100)로부터 상기 처리 용기(100)보다 충분히 낮은 가압 하에 유지되는 홀딩 용기(300)로 이송됨으로써 처리 유체의 이송이 완결될 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서, 홀딩 용기는 도 2에 도시된 오존화 장치의 서지 용기를 포함할 수 있다. 그러나 이와 다르게, 홀딩 용기(300)는 처리 용액의 고농도 특성을 보장하도록 충분한 가압 하에 유지되는 분리된 독립적 홀딩 용기를 포함할 수 있다.

밸브(310, 311, 110)는 밸브(311)를 통해 홀딩 용기(300)로의 이송이 달성되도록 처리 용기(100)와 홀딩 용기(300) 사이의 상대적 압력을 제어한다. 도 3에는 도시되어 있지 않지만, 처리 용기와 홀딩 용기 사이에 유체 이송을 행하거나 보조하기 위해 1개 이상의 펌프를 사용할 수 있다. 예를 들면, 홀딩 용기 내의 압력을 처리 용기 내의 압력보다 더 높거나 더 낮게 유지시킬 수 있다.

도 3에 도시된 실시예에서, 홀딩 용기(300)의 상부 공간은 밸브 네트웍(340)을 통해 처리 용기(100)의 상부 공간과 기체상으로 연통되어 있다. 이 실시예에서, 습식 처리가 진행되는 동안 오존이 농후한 상태를 유지하여 처리 용액 중에 기체상 오존의 용해를 촉진하도록 처리 용기는 홀딩 탱크(300)로부터 가압된 오존 함유 가스의 유동을 받아들인다. 처리가 완결되면, 밸브 네트웍(340)은 닫히고 처리 용액(106)은 처리 용기(100)로부터 홀딩 용기(300)로 이송된다. 처리 용액(106)이 홀딩 용기(300)로 이송된 후, 처리 용기는 배기되고 기판(102)이 처리 용기(100)로부터 인출될 수 있다. 이상과 같은 방식으로 처리 용액의 오존과 그 밖의 성분은 후속되는 용도를 위해 용액 중에 유지될 수 있고, 이들 용액 성분의 폐기 처리 또는 교정은 필요하지 않다. 이와는 달리, 새로운 오존 함유 가스의 흐름을 공급하기 위해 제2 오존 발생기와 처리 용기를 직접적으로 연결할 수 있다.

도 3에 도시된 실시예는 단일 홀딩 용기를 포함하지만, 본 발명에 따른 또 다른 실시예는 선택적 유체 방식으로 처리 용기와 연통하는 2개 이상의 홀딩 용기를 사용할 수 있다. 그러한 구성은 본 발명에 따른 다단계 습식 처리를 실행하는 데 특히 유용하며, 이 경우 기판은 순차적인 보충 처리 용액에 노출된다. 그러한 다단계 습식 처리의 예를 도 8 및 도 9와 관련하여 이하에 설명한다.

본 발명에 따른 또 다른 실시예는 습식 처리를 실행하기 위해 높은 유속을 이용할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 도 4는 기판 홀더(404) 내의 하나의 기판(402) 또는 복수의 기판(402)이 처리되는 가압된 처리 용기(400)를 포함하는 처리 장치(40)의 예시적인 개략도를 나타낸다. 처리 용기(400)는 압력을 대기압 미만으로 낮추기 위해 배기될 수 있고, 이어서 질소와 같은 불활성 가스만으로 재가압되거나, 오존과 같은 반응성 가스를 함유하거나, 또는 CO₂ 및 오존과 같은 가스의 혼합물을 함유할 수 있다. 처리 용기(400)는 또한 앞에서 설명한 것과 유사한 액체상 처리 용액을 함유할 수 있으며, 그에 따라 기판(402)은 완전 침지, 부분적 침지 또는 기판 표면을 액적 또는 미스트(mist)로 분무함으로써 이루어지는 습윤(wetting)에 의해 액체상 처리 용액과 접촉될 수 있다. 처리 용기(400) 내에 1개 이상의 노즐(406)이 설치되며, 처리 용액을 처리 대상인 기판(402)의 표면을 향해 보낼(분무할) 수 있도록 구성되어 있다. 노즐(406)은 처리 용액 공급 라인(408)에 연결되어 있다. 도 4에 나타낸 실시예는 노즐을 포함하고 있지만, 본 발명에 따른 또 다른 실시예는 단순히 처리 용액이 통과하여 분무되는 오리피스 또는 홀을 포함할 수 있다.

처리 용액 공급 라인(408)은 처리 용액 라인 입구/출구(410)를 통해 처리 용기(400)에 들어가고 나간다. 처리 용액 제어 밸브(4120는 공급 라인(408) 및 노즐(406)을 통해 처리 용액의 흐름을 제어한다. 또한 처리 용기(400) 내의 가스/액체 압력을 제어하기 위해 압력 제어 밸브(414)도 처리 용기(400)에 연결되어 있다. 배출 밸브(418)는 처리 용기(400)로부터 배출되는 액체(예; 처리 용액 또는 처리 용기(400)의 세정에 사용되는 용액)를 제어하기 위해 처리 용기 저면에 연결되어 있다.

도 4에 도시된 장치는 기판 상에 이루어지는 처리의 속도 및/또는 효율성을 높이기 위해 높은 액체 유속을 활용할 수 있다. 예를 들면, 용기 내의 액체가 충분히 난류(turbulence)를 나타내어 기판 표면과 처리 용액 사이의 반응을 촉진하도록 공급 라인을 통한 유체 유동에 난류를 일으킬 수 있다. 그러한 난류는 여러 가지 용도 중에서 스트리핑 용도에 바람직할 수 있다.

상기와 같은 높은 유속을 포함하는 실시예에서, 더욱 빠르고 효과적인 처리를 유도하기 위해 분무되고 오존화된 액체 유동과 웨이퍼 표면 사이에 압력 강하를 활용할 수도 있다. 예를 들면, 도 2의 오존 발생기에 의해 생성된 가스의 오존 함량은 물리적 억제력에 의해 제한될 수 있다. 그러나, 압력 강하가 일어날 때 가압된 처리 용액으로부터 궁극적으로 방출되는 가스 중의 오존의 퍼센트 즉 오존 농도는 본래 발생된 가스에 함유되어 있는 수준을 상당히 초과할 수 있다. 예를 들면, 노즐을 통해 오존화된 처리 용액의 유동이 강제로 유출됨에 따라, 바로 그러한 압력 강하가 일어나고, 그 결과 가스 방출 및 농도가 높아진 오존을 함유하는 기포가 형성된다. 지적된 방식으로 용액으로부터 방출되는 오존은, 기판이 침지될 때 기판 표면에 근접하게 전달될 수 있는 기포 중의 오존의 농도를 높일 뿐 아니라, 처리 용기 내의 가스상 농도를 초기에 발생된 가스 내의 오존 농도 이상으로 증가시킬 수 있다. 웨이퍼 표면에 근접한 이러한 고농도 오존-가스상은 스트리핑, 에칭 또는 세정 목적의 웨이퍼 표면과 오존을 접촉시키는 또 다른 메커니즘을 제공한다.

본 발명에 따른 또 다른 실시예에서, 웨이퍼가 처리 용액에 침지되지 않아도 된다. 또 다른 접근 방법에서, 기판은 액체 위에 존재하는 기체상이 기판과 반응하여 기판을 처리하도록 처리 용액 위에 매달릴 수도 있다. 또 다른 접근 방법에 따르면, 처리 용액은 웨이퍼 표면 상에 액적 형태로 분무될 수 있다. 노즐은 큰 액적의 충돌에 의해 웨이퍼 표면에 전달되는 모멘텀(momentum)이 웨이퍼 표면 상의 물질과 처리 용액 사이의 반응을 더욱 촉진하여 습식 처리를 증가시키도록 비교적 큰 액적을 생성하도록 구성될 수 있다. 이와는 달리, 이러한 목적을 위해 맥동형(pulsating) 샤워 분무를 활용할 수 있다. 기판이 액체의 충격에 의해 손상될 수 있는 취약한 구조를 포함할 경우에는, 단지 낮은 모멘텀 전달을 일으키는 미세한 미스트가 바람직할 수 있다. 기판이 처리 용액에 완전히 침지되지 않는 경우, 노즐을 통해 유체를 압출함으로써 발생되는 압력 강하가 처리 용기 내의 가스상의 오존 농도를 높일 수 있고, 그 결과 가압된 처리 유체가 노즐에 들어가기 전에 포화 상태에 근접할 경우 기판 처리를 더욱 신속하게 한다. 특정한 응용에 대한 소정의 필요성이 본 발명의 이러한 양태를 결정할 것이다.

본 발명에 따른 실시예는 처리를 촉진하기 위해 처리 과정중에 기판의 회전을 추가로 활용할 수 있다. 처리 과정중의 기판 회전은 여러 가지 유용한 기능을 달성시킬 수 있다. 기판의 회전은 침지된 웨이퍼 표면 상에 존재하는 유체역학적 또는 음향적 경계층의 두께를 감소시킴으로써 처리 유체 및 그 성분과 기판 사이의 질량 전달 및 그 밖의 반응을 촉진할 수 있다. 침지되지 않은 기판의 처리에 있어서, 기판의 회전은 웨이퍼 표면 상에 존재하는 액체층의 두께를 줄이고 균일성을 높임으로써 가스상으로부터 웨이퍼 표면으로의 성분의 질량 전달을 촉진할 수 있다. 웨이퍼의 회전은 또한 침지 상태 또는 침지되지 않은 상태의 처리 대상 기판의 전표면에 대한 초음파 또는 메가소닉 에너지의 분무 또는 적용과 같은 에너지 전달 공정의 균일한 분포를 가능하게 한다.

본 발명에 따른 또 다른 실시예는 침지된 반도체 웨이퍼 또는 기판의 습식 처리를 달성하기 위해 처리 용기 내의 가압된 처리 유체의 난류가 아닌 층류(laminar flow) 또는 플러그 플로우(plug flow)를 이용할 수 있다. 이러한 실시예는 혼합 또는 기판 표면 상에 일어날 수 있는 재흡수를 최소로 하면서 소량의 오염물을 균일하게 제거해 냄으로써 기판을 세정하는 데 특히 적합하다. 그러한 층류 실시예에서의 습식 처리 효율을 높이는 것은 처리 용액 성분의 농도 증가 및 가압에 의해 루어지는 처리 온도의 상승과 관련될 것이다.

B. 방법

헨리의 법칙에 따르면, 액체상에 용해된 성분 가스의 농도는 상기 성분의 농도가 액체 상측의 기체상으로 증가하고, 온도가 감소할 때 증가한다. 따라서, 기체상의 오존 농도가 증가될 때, 액체상에 용해된 오존은 소정의 온도 및 압력에서 증가한다. 온도를 감소시킴으로써 액체상의 용해된 오존 함유량은 소정의 압력 및 기체상 농도에서 증가한다. 이것은 상이한 압력, 즉 거의 일정한 기체상 오존 농도에서 0psig, 14.7psig 및 29.4 psig의 용해된 오존 농도 대 수성 용액의 온도의구성도가 도 5에 도시되어 있다.

달톤의 법칙에 따르면, 액체에 용해된 기체의 농도는 기체상의 기체 총 압력이 증가할 때 증가한다. 이상적인 조건 하에서, 이러한 증가는 정비례한다. 따라서, 소정의 기체상 오존 농도로 20℃ 및 대기압(1 atm = 0 psig)으로 탈이온수에 용해된 오존 100ppm에서 포화가 발생되는 경우, 오존 농도의 대략 2배 증가(즉, 200 ppm)가 기체상의 동일한 오존 농도를 가진 대기압보다 더 큰 약 1 대기압인 ~14.7 psig까지 기체 압력을 상승시킴으로써 액체상으로 달성될 수 있다. 압력이 ~29.4 psig까지 더 상승되는 경우, 오존 농도는 약 300 ppm까지 증가될 수 있다. 이들 수치는 단지 예를 든 것으로서, 임의의 특정 처리 조건에서의 포화 농도를 엄밀하게 나타내는 것이 아니라 이상적인 기체의 성질에 좌우되므로 대략적인 수치이다. 압력이 더 증가할 때 오존의 농도가 더 커진다. 그러나, 압력과 농도 간의 1 대 1 비율은 이상적인 경우를 벗어남이 당연하다. 따라서, 액체상에 용해된 오존 농도를 최대화하기 위하여, 시스템 압력 및 기체상 농도가 최대화된다. 상기 특징은 도 5에 또한 도시되어 있으며, 상기 도면에는 용해된 오존의 농도는 압력 증가와 함께 증가하고, 오존발생기에 의하여 생성된 기체상의 오존 농도는 실질적으로 일정하다.

본 발명에 따른 방법의 실시예는 습식 처리 성능을 개선시키도록 압력, 온도, 및 가용성 간의 관계를 이용한다. 상승 압력으로 습식 처리함으로써, 활성 성분의 처리 용액 내 가용성이 유지되어 제거율 및 선택성과 같은 이러한 습식 처리 파라미터를 최적화시킬 수 있다.

구체적으로, 도 1 내지 도 4를 참조하여 기재하고 도시된 처리 장치는 현상 포토레지스트 필름과 같은 유기 물질의 스트리핑, 및 기판으로부터 잔류 유기 입자 또는 무기 입자의 제거를 포함은 하지만 이에 한정되지 않는 다수의 습식 처리 응용에 사용될 수 있다. 이러한 응용에서, 처리 용액은 도 2에 도시된 장치에 의하여 생성된 오존화 용액과 같은 탈이온수 내에 용해된 고농도 산화물(예를 들면, 오존)을 포함할 수 있다.

조 1 내자 도 4에 도시된 처리 장치(10)는 실리콘, 실리콘 이산화물과 같은 무기물, 또는 금속을 기판으로부터 에칭하는데 또한 사용될 수 있다. 이러하 유형의 응용에 있어서, 처리 용액은 산화물 에칭을 위한 HF 또는 금속 제거를 위한 HCI와 같은 산성 용액을 포함하거나, 또는 무기 입자 제거를 위한 NH₄OH와 같은 염기성 용액을 포함할 수 있다. 이들 용액 중 어떤 용액은 오존과 같은 고농도 산화물을 또한 선택적으로 포함할 수 있다. 전술한 처리 용액은 단지 가능한 예를 든 것이므로 한정되는 것은 아니다. 다른 용액도, 예를 들면, 기판으로부터 제거하려는 물질에 따라 사용될 수 있다. 예를 들면, 처리 용액은 현상되지 않은 유기 포토레지스트 물질, 포토레지스트 디벨로퍼 물질, 또는 반도체 장치의 제조에 사용되는 다른 유형의 유기 물질을 포함할 수 있다.

전술한 실시예에서, 처리 용액은 처리조 내로 도입되는 도중에 가압 하에 유지되고, 적어도 이 도입 시간 중 일부분 도중에 기판이 처리된다. 그러나, 처리 용액은 처리 챔버 내로 도입을 준비하는 도중 및 도입되기 이전에 가압 하에 또한 유지될 수 있다. 처리 용액은 대기압으로 평형을 유지할 수 없기 때문에, 기체상으로부터의 고농도 성분이 산화물 용액 내에 유지되고, 비산화물 용액 내에 휘발성 성분을 유지할 수 있으며 기체 배출을 통한 손실을 방지할 수 있다. 또한, 다른 성분의 증발로 인한 손실 또한 방지된다.

이제, 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른, 예를 들면, 도 3에 도시된 장치(30)를 사용하여 기판을 처리하는 예시적인 방법(60)이 도시되어 있다. 먼저, 단계(600)에서, 기판(102)을 처리조(100) 내에 배치시킨다. 다음에, 단계(602)에서, 처리조(100)을 기밀 상태로 폐쇄시킨다. 동작 단계(603)(쇄선 박스로 선택적으로 표시됨)에서, 처리조(100)는 다음 단계에서 가압 가스를 도입하기 전에 비워질 수 있다. 단계(604)에서, 질소와 같은 불활성 가스 또는 산소 또는 오존과 같은 불활성이 아닌 가스를 가압 하에 폐쇄된 처리조 내로 도입한다. 가스가 폐쇄된 처리조 내로 도입됨으로써, 처리조(100)가 가압된다.

약 60 기압 또는 그 이상의 압력이 가해질 수 있다. 60 ATM의 상단 압력은 단지 예시적이며, 본 발명은 임의의 특정 압력 범위 내에서 동작하도록 한정되지는 않는다. 본 발명의 동작 압력을 결정할 때 고려해야 할 요인은 한정되는 것은 아니지만 특정의 처리 용액 내 활성 성분의 가용성, 및 습식 처리 기구의 제조, 동작, 및 유지관리에 필요한 예상 비용을 포함한다. 후자의 요인에 대하여, 비교적 고압의 응용(예를 들어, 약 10 ATM)은 처리 용액을 가압 하에 안전하고 효과적으로 유지하는데 요구되는 구조의 비용을 실질적으로 증가시킬 수 있다.

도 6은 처리 도중에 가압 처리 용액이 가압 하에 유지되는 실시예의 도면이지만, 이러한 높은 압력은 일정하게 유지될 필요는 없다. 특정 응용의 요구에 따라, 변하는 압력 프로파일이 습식 처리 단계 도중에 가해질 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 변하는 압력 프로파일은 용해된 용액 성분의 가용성 특징에 따른 처리 파라미터를 최적화시킬 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 변하는 압력 프로파일은 처리 도중에 사용되기 때문에 용액 성분을 보충할 수 있다. 마찬가지로, 처리의 개선을 위해 온도 구배 또한 사용될 수 있다.

단계(606)에서, 처리조(100)가 가압된 후, 처리 용액(106)을 예를 들면 도 3에 도시된 지지 탱크/서지조로부터 가압 하에 처리조(100) 내로 도입한다. 가압 하에 유지되지만, 기판(102)은 단계(608)에서 원하지 않는 물질을 기판(102)으로부터 제거하는데 필요한 시간 동안 처리된다.

기판(102)이 처리된 후, 단계(610)에서 처리 용액(106)은 가압 하에 유지되어 기판(102)을 처리조(100)로부터 제거하기 위하여 가압 지지 탱크로 흐르게 할 수 있다. 이로써 처리 용액(106)이 기판의 후속 배치의 처리를 위하여 재사용될 수 있다. 대안으로서, 처리 용액(106)은 드램 밸브를 거쳐 처리조로부터 제거될 수 있다.

다음 단계(612)에서, 가압 처리 용액을 챔버로부터 제거시킨 후, 기판(102)을 탈이온수로 린스하여 웨이퍼 및 처리 챔버로부터 임의의 잔류 물질을 제거할 수 있다. 린스 단계(612)는 희석 처리 용액을 사용하는 경우, 또는 단지 저레벨의 오염이 예상되는 경우 선택적으로 될 수 있다.

또한, 단계(614)에서, 처리된 웨이퍼는 본 발명의 실시예에 따라 건조될 수 있다. 예를 들면, 처리된 웨이퍼는 종래에는 기판 표면 상에 형성된 매니스커스를 포함하는 유체의 표면 장력과 액체상의 벌크 유체의 표면 장력 사이의 차이 또는 표면 장력 구배를 형성하고 이용함으로써 건조시켰다. 기판이 액체로부터 기체상으로 제거될 때, 메니스커스 영역의 기판 표면에 달라 붙는 유체는 벌크 유체 내로 회수된다. 일반적으로 이것은 솔벤트 증기를 기판을 커버하는 액체 상측의 기체상으로 도입함으로써 실행된다. 솔벤트가 액체 표면의 유체는 물론 메니스커스의 유체 양자 모두의 용액 내로 들어가기 시작하기 때문에, 성분의 국부 농도가 증가되고 유체와, 액체 기체 계면의 웨이퍼 사이의 국부화 표면 장력을 감소시킨다. 메니스커스 유체의 체적은 작기 때문에, 벌크 유체의 표면보다 메니스커스 영역에서 더욱 신속한 농도 증가가 발생된다. 국부적인 농도 증가로 인하여 유효 유체와 기판 표면 사이의 표면 장력이 국부적으로 감소된다. 웨이퍼는 벌크 유체로부터 상승되거나, 또는 기판으로부터 유체 배출된다. 따라서, 유체의 국부적인 표면 장력의 차이로 인하여 유체가 메니스커스 영역으로부터 벌크 유체 내로 끌어 당겨진다.

본 발명의 실시예에 따라, 상기 건조 공정은 높은 온도에서 실행될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 높은 온도에서의 건조는 기판과 처리 용액 사이의 계면의 표면 장력 파라미터를 변경시킬 수 있다. 예를 들면, 높은 압력은 성분을 처리 용액 내로 표면 장력 하강 물질의 농도를 보다 크게 하고, 구배 및/또는 구배가 형성되는 속도의 범위를 향상시킬 수 있다. 대안으로서, 본 발명의 실시예에 따른 가압 건조는 다양한 표면 장력 하강 물질이 처리 유체 및 대기압에서 이용가능한 농도의 주위 기체상에 존재하도록 할 수 있다. 이들 표면 장력 하강 성분은 대기압에서 불가능한 속도 및 효율로 기판을 건조시킬 수 있다. 대안으로서, 알코올과 같은 표면 장력이 크게 감소된 제2 용액을 림스 유체의 표면 상에 가할 수 있다. 두 가지 유체 사이의 표면 장력 차이 또는 구배는 건조를 위하여 사용될 수 있다.

최종 단계(616)에서, 장치 및 기판은 추가 처리를 위해 준비된다. 전술한 습식 처리 단계가 일련의 보충적인 습식 또는 건식 처리 단계의 일부인 경우, 기판(102)은 재가압 대기 및 가압 처리 용액, 또는 건식 처리 단계의 경우 반응성 가압 가스에 노출 재개를 대기하도록 처리조 내에 잔류된다. 대안으로서, 기판(102)은 추가적인 습식 및/또는 건식 처리를 위하여 다른 처리조로 이송될 수 있다.

처리 기판을 처리조에 이송하고 처리조로부터 이송하는 것은 여러 가지 방식으로 실행될 수 있다. 한 가지 예시적인 방법에 있어서, 기판(102)은 처리 용액(106)으로부터 처리조(100)에 결합된 도시되지 않은 로드 로크 내로 이동된다. 밀봉되어 처리조(100)로부터 압력 분리되면, 기판(102)은 로드 로크로부터 제거될 수 있다. 대안으로서, 처리 후, 압력은 제2 가스로 증가되고, 유체가 배출되어 기판이 건조될 수 있다. 또한, 기판이 처리된 후, 압력이 릴리스되고 기판은 대기압에서 처리조로부터 제거되는 한편, 처리조는 처리 용액을 계속해서 지지할 수 있다. 기판은 필요한 경우 잔류 유체를 제거하기 위하여 별개의 건조 구조로 이동시킬 수 있다.

예시적인 응용에 있어서, 전술한 처리 장치는, 예를 들면, 오존 및 초산과 같은 유기산을 포함하는 가압 수성 용액을 사용하거나, 또는 간단히 오존을 탈이온수에 사용하여 유기 물질(예를 들면, 현상 포토레지스트)을 기판 표면으로부터 스트립하는데 사용할 수 있다. 상기 예시적인 응용을 구현하는 방법(70)이 도 7에 도시되어 있다.

상기 방법(70)의 초기 단계(700)에서, 기판(102)은 도 4에 도시된 처리조(400) 내로 이송된다. 단계(701)에서, 처리조(400)는 기밀 밀봉된다. 선택 단계(702)에서, 공기가 처리조로부터 배기된다. 선택 단계(703)에서, 오존이 풍부한 가스가 처리조 내에 도입됨으로써 압력이 상기 기압까지 상승한다. 상기 가압 가스는 오존 발생기로부터 직접 공급되거나, 또는 다른 처리조의 배출가스로부터 공급될 수 있다. 단계(704)에서, 가압 처리 액체는 압력이 강하되도록 처리조(400) 내에 도입될 수 있다. 예를 들면, 처리 유체는 100 psig로 펌핑될 수 있고, 처리조는 25 psig에서 시작하여 50 psig 또는 이보다 더 높이 도달할 수 있으므로, 오존이 배출되고 기체상의 처리조 내에 오존의 농도가 향상된다. 선택적으로, 얻어지는 부분적으로 고갈된 액체는 처리조로부터 배출되거나 또는 재사용을 위하여 회수되고, 오존 농도가 높은 새로 가압된 처리 유체는 계속해서 도입될 수 있다.

단계(705)에서, 가압 용액은 웨이퍼 표면을 액체 박막으로 습윤시키는 스프레이 노즐을 거쳐 계속해서 도입된다. 선택적으로, 상기 처리 단계 이전 또는 도중에, 웨이퍼는 웨이퍼가 수평 또는 수직 배향으로 지지된 상태로 회전 또는 스핀될 수 있고, 그 결과 기판 표면 상에 형성된 용액층이 더 얇아진다. 처리 단계(705)에서, 얇고 보다 높은 오존화 액체층과 함께, 기체상의 높은 오존 가스 농도의 조건으로 기판의 표면에 오존의 확산이 실질적으로 더 향상되어 반응율이 증가한다. 방법(700)의 처리 단계(705)는 높은 온도로 반응율을 향상시키고, 낮은 온도로 용액 성분의 용해 농도를 향상시키며, 또는 대기 온도에서 처리가 용이해 진다. 시간에 따라 변하는 압력 프로파일 또한 사용될 수 있다. 처리 단계(705) 도중의 높은 압력 때문에, 용해된 오존의 높은 농도가 수층에 존재하고, 보다 높은 오존 농도량이 기체상에 존재할 수 있어, 대기압으로 처리되는 종래의 처리 방법에 비하여 처리 성능이 향상된다. 오존 이외의 가스 또는 가스 혼합물도 또한 본 실시예에 사용될 수 있다. 예를 들면, 이산화 탄화물 또는 이산화 탄화물 및 오존의 혼합물을 본 발명의 실시예에 따라 사용하여 가압 처리 용액을 형성할 수 있다.

도 7을 참조하여 기재하고 도시된 처리 방법은, 전술한 바와 같이, 추가적인 용액 이송 단계, 웨이퍼 트리밍 단계, 웨이퍼 건조 단계, 및 웨이퍼 이송 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 다른 가능한 응용은 웨이퍼 세정이다. 이러한 웨이퍼 세정 공정은, 예를 들면, 이전의 에칭 또는 스트리핑 공정으로부터 잔류된 유기 물질, 입자, 및 금속을 기판 표면으로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 4의 처리 장치에 도시된 바와 같이, 처리조는 상기 세정 방법의 구현에 사용될 수 있다. 어느 경우이건, 공정은 도 6 및 도 7에 기재된 각각의 방법과 유사할 수 있다. 처리 장치(10)를 사용하여 후 스트리핑 세정 공정을 실행하는 경우, 도 8에는 예시적인 다단계 세정 공정(80)에서 실행되는 여러 가지 단계의 전체적인 도면이 도시되어 있다.

제1 시리즈의 단계(82)에서, 가압 오존화 수성 술포산 H₂SO₄를 포함하는 제1 처리 용액이 잔류 유기 오염물 및 일부 금속 오염물을 제거하기 위하여 가해질 수 있다. 제2 시리즈의 단계(84)에서, 가압 오존화 수성 희석 플루오르화 수소산(HF)을 포함하는 제2 처리 용액이 산화물 및 상기 산화물에 결합된 금속 오염물을 제거하기 위하여 가해질 수 있다. 제3 시리즈의 단계(86)에서, 가압 수성 오존화 암모늄 수산화물을 포함하는 제3 처리 용액이 무기 입자를 제거하기 위하여 가해질 수 있다. 제4 시리즈의 딘계(88)에서, 가압 수성 오존화 염화수소산(HCI)을 포함하는 제4 처리 용액이 추가의 금속 오염물을 제거하기 위하여 가해질 수 있다. 최종적으로, 제5 시리즈의 단계(90)에서, 가압 수성 오존화 희석 플로오르화 수소산(HF)을 포함하는 제5 처리 용액이 제4 시리즈의 단계에서 형성된 산화물은 물론 추가의 금속 오염물을 제거시키기 위하여 가해질 수 있다.

도 8에 예시된 공정 흐름은 기판을 동일한 처리조 내의 상이한 처리 화학 물질에 순차 노출시키는 단계가 도시되어 있다. 한 가지 유형 이상의 화학 물질을 사용하여 순차 습식 처리를 용이하게 하기 위하여, 기판 및 기판이 내장된 처리조를 처리 단계 사이에 린스 및/또는 건조시켜 잔류 오염물을 제거시키고 교차 오염을 방지한다.

도 8에 예시된 공정 흐름은 동일 처리조 내의 상이한 처리 화학 물질에 기판을 순차 노출시키는 단계가 도시되어 있지만, 이것은 본 발명에서는 필요하지 않다. 본 발명의 실시예에 따른 방법은 특정의 처리 화학 물질을 응용하는 상이한 가압 처리조 사이에 한 가지 이상의 기판 이송 단계를 사용할 수 있으므로, 상이한 가압 화학 물질 용액 사이가 교차 오염될 위험이 최소화될 수 있다. 또한, 도 8은 실행될 일련의 가압 습식 처리 단계가 도시되어 있지만, 이것 또한 본 발명에서는 요구되지 않고, 순차적인 처리 단계 중 일부는 대기압 하에서 실행될 수 있다.

도 8에 예시된 공정 흐름은 기판이 연속적인 습식 처리 화학 물질에 노출되는 다단계가 도시되어 있지만, 이것 또한 본 발명에서는 요구되지 않는다. 한 가지 이상의 건식 처리 단계가 습식 처리 단계와 순차로 처리조 내에서 실행될 수 있고, 상기 방법은 본 발명의 범위 내에 포함될 수 있다. 예를 들면, 습식 처리 단계에 이어서, 기판은 액체 처리 용액이 존재하지 않은 상태에서 HF 가스의 가압 흐름에 노출될 수 있다. 상기의 건식 처리 단계 종료 시, 기판은 가압 하에서 제2 습식 처리 단계를 거칠 수 있다.

또한, 도 8에 예시된 공정 흐름은 소정의 순서에서 5가지 상이한 처리 화학 물질을 가하는 단계가 도시되어 있고, 본 발명은 이러한 개수의 화학 물질이나 또는 이러한 특정 순서의 단계에 한정되지 않는다. 특정의 응용의 요구에 따라, 본 발명에 따른 다른 실시예 모두를 사용하거나, 일부만 사용하거나, 또는 기판 상에 상이한 순서로 가해진 추가의 처리 화학 물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 처리 용액의 성분으로서 사용될 수 있는 무기산은 한정되는 것은 아니지만 HF, HCI, H₂SO, H₂CO₃, HN0₃, H₃ PO₄, 아쿠아 레지아, 크롬 및 술포산 혼합물, 유황 및 암모늄 퍼술페이트 혼합물, 및 이들의 여러 가지 컴비네이션을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 처리 용액의 성분으로서 사용될 수 있는 유기산의 예는 한정되는 것은 아니지만 초산, 프롬산, 낙산, 프로피온산, 구연산 및 술포산을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 처리 용액의 성분으로서 사용될 수 있는 산화물의 예는 한정되는 것은 아니지만 산소, 오존, 과산화수소, 및 다른 과산화물을 포함한다. 가능한 다른 산화물은 전기 방전 또는 UV 방사에 노출을 통하여 오존 또는 산소 가스로부터 발생된 산소기 및 수소기를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 처리 용액의 성분으로서 사용될 수 있는 염기의 예는 한정되는 것은 아니지만 NH₄0H, NaOH, 및 KOH를 포함한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다단계 세정 방법(900)의 다른 실시예의 간단한 흐름도로서, 도 8의 수많은 유해 화학 물질의 사용을 방지함으로써 배출된다. 구체적으로, 간단한 RCA 세정 방법의 대체 공정이 도 9에 도시되어 있고, 가압 오존화수 및 소량의 플루오르화 수소산을 포함하는 가압 오존화수을 전술한 다수의 세정용 화학 물질 대신으로 사용한다. 이러한 다단계 세정 방법 중 제1 단계(902)에서, 오존화수 용액은 제거되고 잔류 유기물을 산화시킨다. 제2 단계(904)에서, 소량의 HF를 포함하는 오존화수 용액은 산화물층 및 여기에 결합된 오염물을 제거한다. 제3 단계(906)에서, 오존화수는 자계 에너지로 활성화되고, 입자를 제거하는데 사용된다. 제4 단계(906)에서, 오존화수 HF 용액은 금속 및 새로운 산화물층을 제거한다.

도 8 및 도 9에 예시되고 이들 도면을 참조하여 기재된 다단계 세정 공정은 염기, 산기 및 산화 성분을 사용하지만, 본 발명의 실시예에 따른 처리 방법 및 장치는 이들 유형의 처리 용액 성분에만 한정되지 않는다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 표면이 원하는 대로 변하도록 수소 가스와 같은 환원제 또는 반응물을 처리 용액 내에 온도로 유지시키기 위하여 압력을 가할 수 있다. 이러한 환원제는, 예를 들면, 산화물층의 형성을 최소화하거나 또는 소수성 SiO 결합을 소수성 SiH로 대체함으로써 기판의 표면 특성을 부동태화하거나 또는 변경시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 처리 용액의 다른 가능한 성분은 바람직하지 않은 부수적인 반응을 억제하는 첨가제이다. 계면활성제 및 습윤제도 본 발명의 실시예에 따른 용도로 이용가능한 처리 용액 성분의 또 다른 종류이다. 이러한 습윤제 및 계면활성제는 기판 표면과의 경계면의 유체의 표면 장력을 낮추도록 작용한다. 표면 장력의 감소로 인하여 처리 용액과 기판의 여러 부위 내에 존재하는 오염물 사이의 상호 작용이 용이하게 된다. 습윤제 및 계면활성제를 고농도로 유지될 수 있도록 하는 외에, 본 발명의 실시예에 따른 방법 및 장치에 관한 높은 압력은 습윤 공정 자체를 또한 직접 용이하게 할 수 있다. 예를 들면, 대기압의 고농도 습윤제 또는 계면활성제는 과다하게 기포를 일으키지만, 기포는 본 발명의 실시예에 따라 처리가 구현되는 높은 압력으로 최소화되거나 또는 감소될 수 있으므로 보다 균일하고 효과적으로 습식 처리된다.

본 발명의 실시예에 따른 가압 처리 용액의 반응성, 즉 물질 제거율은 가압 외의 기술을 이용하여 더 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 메가소닉 유닛으로부터 처리 용액의 가압 흐름에 음향 에너지를 추가함으로써 가압 하에 처리 용액을 가하기 이전, 도중, 또는 이후에 습식 처리를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예를 이용하여 탈이온수 용액에 용해된 오존의 농도를 증가시킴으로써 기판의 표면으로부터 유기 포토레지스트 물질의 제거율이 증가될 수 있다. 예를 들면, 종래의 포지티브 포토레지스트로 코팅된 실리콘 웨이퍼에 있어서, 상대적인 퀴센트 탱크의 대기압의 5℃에서 80ppm 오존을 포함하는 오존화 수성 처리 유체는 400-500 Å/분의 범위 내의 비율로 포토레지트를 제거한다. 처리 용액의 온존 농도를 압력을 15psig가 약간 넘을 정도로 증가시켜 5℃에서 160ppm으로 증가시킴으로써, 포토레지스트 제거율을 약 800-1000 Å/분 사이로 증가되었다. 상세한 설명에서와 같이, 가압 처리 용액의 온도의 감소로 인하여 바람직하지 않은 경쟁 반응 및 반응 메커니즘을 억제함으로써 처리를 향상시킬 수 있다.

처리 용액을 대기 온도 이상으로 유지시켜 습식 처리를 또한 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 상대적인 퀴센트 탱크 내의 탈이온수에 용해된 약 80ppm의 오존을 포함하는 대기압 및 5℃의 습식 처리 조건에서는 포토레지스트 제거율이 약 400-500 Å/분 사이로 된다. 용액 온도를 대기압에서 20℃까지 상승시키면 포토레지스트 제거율이 약 700-800 Å/분 사이로 된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 가압 처리 용액의 반응성, 즉 물질 제거율은 처리 용액의 흐름 속도을 증가시킴으로써 또한 향상될 수 있다. 또한, 온도 및 흐름 속도의 결합된 효과는 습식 처리가 본 발명의 실시예에 따른 높은 온도로 실행될 때 많은 장점을 제공할 수 있다. 예를 들면, 처리 용액의 흐름을 1.8atm까지 가압하고 약 65ppm의 용해된 오존을 70℃로 유지시킨다. 약 200,000 이상의 레이놀드 수를 갖는 흐름을 동일한 조건 하에서 가압 용액에 가하면 약 2000-4000 Å/분 사이의 비율로 포토레지스트 스트리핑될 수 있고, 상이한 조건 하에서 보다 높은 스트리핑도 가능하다. 예를 들면, 이온 도입된 현상 포토레지스트 물질은 이온 도입되지 않은 레지스트 물질과 상이한 비율로 제거될 수 있다. 또한, 상이한 레지스트 물질은 상이한 속도로 제거될 수 있다.

C. 장점

본 발명에 따른 방법 및 장치의 실시예는 종래의 화학 처리 기술에 비하여 여러 가지 장점을 제공할 수 있다. 한 가지 중요한 장점은 높은 압력으로 인하여 처리 용액의 활성적인 휘발성 성분을 용액 내에 고농도롤 유지할 수 있다는 점이며, 이들 성분은 웨이퍼 상의 물질과의 반응에 이용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 실시예를 이용하여, 처리 용액의 성분 농도는 약 -60℃ 내지 200℃ 사이의 온도 범위에서 약 0.1 내지 5000ppm의 범위 이내로 유지할 수 있다. 본 발명에 따른 높은 압력으로 인한 산기, 염기, 산화 및 다른 활성 용액 성분의 농도가 상승함으로써 처리 용액과 웨이퍼 표면 상에 존재하는 물질 사이의 반응 범위 및/또는 반응 속도을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 방법 및 장치의 실시예에서의 제2 장점은 밀봉 환경으로 인하여 높은 온도 또는 낮은 온도에서 처리될 수 있으므로, 처리의 효율성 및/또는 속도를 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 처리 용액의 특정 성분은 휘발성이며, 높은 온도의 습식 처리 도중에 개방된 처리조로부터 증발에 의하여 손실되거나, 또는 배출가스로서 손실될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따라 사용된 처리 용액은 DMSO, MEA, n-메틸 피롤리돈(NMP), 카테콜, 등과 같은 휘발성 유기 성분을 포함할 수 있다. 밀봉 환경에서 습식 처리를 실행함으로써, 이들 휘발성 성분은 액체 내에 유지됨으로써, 습식 처리 반응이 높은 온도로 일어나는 경우에도 기판과 상호작용할 수 있다. 가압 하에서 지지될 수 있는 처리 용액의 다른 휘발성 성분의 예는 한정되지는 않지만 물, 오존, 이산화탄소, HF, HCI, F₂, Cl₂, NH₃, 및 다른 용해성 및 불용성 가스를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 방법 및 장치의 제3의 장점은 대기압에서 이용할 수 없는 용액 성분을 포함하는 습식 처리 용액을 형성 및 사용할 수 있다는 점이다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 가압 처리 용액의 일 실시예는 오존 및 HF의 수성 혼합물을 사용한다. 상기 처리 용액에서, HF는 노출된 실리콘 산화물을 용해시키는 산으로서 기능한다. 반대로, 오존 성분은 노출된 실리콘으로부터 실리콘 산화물을 발생시키는 산화제로서 기능한다. 대기압에서 실행되는 종래의 습식 처리에 있어서, HF에 의하여 오존을 산화물의 제거율과 일치되도록 충분한 농도로 용액 내에 유지시키는 것은 곤란하다. 그러나, 본 발명의 실시예에 있어서, 높은 온도에서 HF 처리 용액 성분에 의한 산화물 제거 속도가 오존 처리 용액 성분에 의해 형성된 산화물 속도와 대략 일치되도록 충분한 양의 오존을 용액 내에 도입할 수 있다. 액세스불가능한 비율의 용액 성분을 포함하는 습식 처리 용액을 형성할 수 있으므로 습식 처리 기술의 융통성 및 새로운 성능이 추가된다.

본 발명에 따른 방법 및 장치의 실시예에서의 제4의 장점은 처리 도중에 기포 형성 레벨을 제어할 수 있다는 점이다. 가스 기포는 특정의 제조 공정 단계 도중에 가스 방출로 인하여 기판 표면 상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 가스 기포의 존재 여부는, 한정되는 것은 아니지만 전기도금 또는 전기화학적 에칭, 스트리핑, 및 HF로 실리콘 산화물 제거를 포함하는 다양한 처리 단계를 실행하는 도중에 결정될 수 있다.

습식 처리 도중에, 기포는 활성 성분이 액체 또는 기체상(기포) 중 어느 하나로부터 기판으로 이송되는 것을 방해할 수 있다. 이러한 방해로 인하여 비균질 처리될 수 있다. 이러한 경우, 기포 형성은 바람직하지 않고, 방해되거나 또는 억제되는 것이 바람직하다. 다른 예로서, 기판 세정 응용에 있어서 기판의 전체 표면 영역과 접촉되도록 처리하고, 소량의 오염물과 반응하며 제거시키는 것이다. 그러나, 기포는 높은 애스펙트비 트렌치와 같은 표면 특징부 내에 위치될 수 있고, 이들 트렌치 영역은 처리 용액이 접근 곤란하다. 또한, 제거하려는 불순물은 처리 용액에 의하여 표면으로부터 제거되지 않고 기포의 액체/기체 경계면에 축적될 수 있으므로, 처리 용액으로 오염물의 제거가 방해받거나 또는 기판 표면에 오염물이 재부착될 수 있는 가능성이 증대된다. 또 다른 응용에 있어서, 가스 기포의 존재는 가압성 및 세정 향상을 위하여 메가소닉 유닛으로부터 음향 에너지를 흡수 및 분산시킬 수 있다는 점 때문에 바람직하지 않다.

다른 습식 처리 응용에 있어서, 기포 형성은 바람직할 수 있다. 예를 들면, 포토레지스트 스트리핑 응용에 있어서, 기포의 형성, 융합, 붕괴, 및 단순한 존재는 처리 유체와 포토레지스트층 사이의 물리적 및 화학적 상호작용을 증대시키므로 포토레지스트의 제거가 향상된다. 이를 위한 메커니즘은 기판 표면 상의 필름 또는 입자를 제거시키거나 또는 화학적 농도 프로파일을 최소화시키는데 보조할 수 있는 국부적인 혼합 또는 교반을 형성하는 것이다. 반응 운동면에서, 액체상으로 분산된 미세한 기포는 액체상에서 발생하는 활성 성분보다 훨씬 높은 농도의 활성 기체상 성분을 포함할 수 있다. 활성 성분의 작은 기포를 기판 표면에 근접시켜 고농도로 함으로써, 활성 가스 성분은 기판 표면에 인접한 나머지 상대적으로 얇은 유체층을 가로질러 보다 용이하게 분산될 수 있으므로 더 많은 활성 성분이 기판 표면과 접촉되고 반응에 이용될 수 있다.

바람직하기로는, 본 발명에 따른 습식 처리용 방법 및 장치의 실시예는 처리 용액 내에 기포가 국부적으로 형성되는 것을 방해하거나 또는 증대시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 처리 도중에 사용된 고압력은 처리 용액 및 그 성분의 비등점을 효과적으로 상승시키거나, 또는 형성된 경우에도 기포는 보다 작거나 수명이 짧아 처리 효율성이 더 높아진다. 기포가 국부적으로 발생되는 경우에 있어서, 증가된 압력은 유리 및/또는 형성된 가스가 액체 내에 용해되거나 또는 재용해되어 안정적인 기포 형성 개시를 지연시킨다. 또한, 국부적인 압력차 또는 용액의 적극적인 교반 때문에 기포가 형성되면, 얻어지는 기포는 벌크 유체 압력에 노출될 때 보다 신속하게 재흡수될 수 있다.

바람직하기로는, 기포는 처리 기기 내에 국부적으로 압력 강하를 시킴으로써 포화 또는 거의 포화된 가압 처리 유체로부터 형성될 수 있다. 예를 들면, 이것은 유체 상측의 가스 공간에 존재하는 오존보다 더 높은 농도의 오존을 포함하는 가스 기포를 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이들 가스 기포의 활성 용액 성분의 높은 농도로 인하여 대량 이송 및 처리율이 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 방법 및 장치의 실시예에서의 제5의 장점은 자원의 효과적인 소모 및 환경 친화성이다. 종래의 습식 처리에서는, 오존, NH₃,HF, 및 다른 성분이 처리 용액 배출가스 내에 용해되고 용액 내에 소비된 선행 물질 형태로 실질적으로 노력 및 비용으로 계속해서 공급되어야 한다. 얻어지는 폐기물을 환경으로 안전하게 릴리스하는 처리 및 개선과 관련하여 추가 비용이 발생된다.

이와는 반대로, 본 발명에 따른 웨이퍼 습식 화학 처리는 실질적으로 폐쇄된 시스템에서 실행된다. 처리 용액은 가압 하에 유지되고, 오존 및 다른 휘발성 용액 성분은 일정하게 공급 및 배출되기 보다는 기판과 반응하도록 용액 내에 용해된 상태로 유지된다. 따라서, 도 3에 도시된 장치에서, 처리 용액을 가압 하에 유지하는 것은 배출가스 또는 증발을 통한 휘발성 성분의 손실을 감소시키고, 손실된 물질의 수집 및 개선할 필요가 없어진다.

또한, 특정의 실시예에 있어서, 시스템 압력은 처리조로부터 기판을 용이하게 제거하는 기압으로 감소되지만, 이것은 본 발명에서는 요구되지 않는다. 다른 실시예에 있어서, 처리 중단 시, 처리조는 비워지고 처리된 웨이퍼는 계속해서 습식 및 건식 처리를 위해 다른 비워진 챔버 내로 이송될 수 있다. 상기 실시예에서, 오존 및 다른 휘발성 용액 성분은 주위 공기로부터 분리된 상태로 유지될 수 있으므로, 최대 농도 지점에서 처리될 수 있다. 이와는 반대로, 개방된 처리조에서의 대기 처리는 비용이 많이 들고 주위 공기와 혼합되는 처리 단계 도중에 릴리스된 휘발성 성분 가스를 포집하기 위하여 복잡한 기기가 필요할 수 있으므로, 기기 설비 비용이 증가되고 동작 비용도 증가된다.

D. 추가적인 다른 실시예

본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 이들 특정 실시예에만 한정되지 않는다는 점을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 이들 실시예를 여러 가지 변형예는 본 명세서에 기재된 본 발명의 개념의 범위를 벗어나지 않는다.

예를 들면, 본 발명에 따른 실시예는 수성 용액을 사용하여 스트리핑, 클리닝, 및 에칭 응용을 위한 가압 습식 처리와 관련된 것이지만, 다른 액체도 사용될 수 있다. 염소화, 플루오르화, 및 다른 비수성 용액, 또는 이들의 조성물 같은 액체 또한 사용될 수 있다. 비혼합성 액체 조성물도 기판 표면과 처리 유체의 액체 사이에 상호작용을 확보하기 위하여 온도, 압력, 및 혼합 파라미터의 적절한 결합을 이용하여 처리되는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명에 따른 다른 실시예예 있어서, 액체는 탈이온수 내의 O₃ 및 CO₂의 혼합물을 포함할 수 있다. CO₂ 의 용해로 인한 탄산은 pH를 낮추어, 오존의 용해성을 증대시키고 더 많은 오존이 용액 내에 용해될 수 있으며, 또는 이미 용해된 오존 용액을 안정화시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 가압 처리 용액애 용해된 CO2는 초임계 또는 초임계에 근접한 유체 또는 조건을 사용하여 습식 처리를 가능하게 할 수 있다. 상기 초임계 또는 초임계에 근접한 응용에 있어서, 약 50 내지 100ATM 사이의 압력이 일반적으로 사용된다.

본 발명에 따른 방법의 실시예를 가압 가스 흐름을 통해 폐쇄된 처리조를 가압하는 방법과 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 특정 단계에만 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 가압 처리 용액을 폐쇄된 처리조 내에 도입하는 것은 충분하게 포화된 용해 가스 성분을 포함하는 가압 용액을 위하여 처리조를 충분하게 가압시킬 수 있다. 가압 액체 처리 용액을 도입하는 도중에 온도를 상승시킴으로써 처리조의 가압을 더 가속화시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 감소 또는 고갈된 성분을 나타내는 처리 용액은 풍부한 배출가스 성분을 배출시키지 않고 처리조로부터 완전하게 배출시키거나 또는 부분적으로 배출시킬 수 있다. 제거된 고갈 처리 용액은 성분이 풍부한 가압 처리 용액으로 교체될 수 있다. 액밀이 아닌 기밀 상태의 처리조를 사용함으로써 고갈된 물질의 이러한 주기의 공급이 더 가능해 질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 처리조 내의 공기는 배출되고 가압 처리 유체를 도입하기 전에 한 가지 이상의 가스로 교체될 수 있다. 교체 가스는 불활성일 수 있고, 또는 염소, 플루오르, CO₂, NH₃, 또는 처리 용액 내에 흡수될 오존과 같은 활성 화학 물질을 포함할 수 있다. 일련의 상이한 가스 또는 이들의 조성물을 비워진 챔버 내에 도입하여 압력 하의 처리 용액의 도입을 준비할 수 있다. 대안으로서, 탄화수소 가스를 별개로 또는 다른 가스와 결합시켜 도입시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 처리 용액은 유기 솔벤트를 포함할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 유기 솔벤트의 예는 한정되는 것은 아니지만 PR, PR 디벨로퍼, 유리 상의 스핀, 아세톤, 크실렌, 스토다드 솔벤트, n-부틸아세테이트, 에토시틸 아세테이트, 2-메토시틸, NMP, TMAH, IPA, 염화 솔벤트, 플루오르화 솔벤트, 탄화수소 솔벤트, 술포산, 및 페놀 유기 스트리퍼를 포함할 수 있다.

상기 설명은 고압력 인가 때문에 높은 온도의 용해 가스 성분을 포함하는 가압 처리 용액을 사용하는 방법에 관하여 기재하였다. 그러나, 본 발명에 따른 다른 실시예도 또한 기판 표면과 상호작용하며 이를 처리하는 불용성 가스를 포함할 수 있다. 교란 또는 다른 물리적인 현상으로 불용성 가스가 처리 유체 내에 도입되고, 불용성 가스와 기판 표면 사이에서 상호작용 할 수 있다.

전술한 본 발명의 실시예는, 예를 들면, 실리콘, SiGE, GaAs, Si, FaAs, GaInP, 및 GaN 등을 포함하는 기판인 반도체 장치를 제조하는 도중에 기판을 습식 처리하는 방법에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 상기 특정 실시예에만 한정되지 않고 다른 물질도 가압 하에 처리될 수 있다. 본 발명을 사용하는 습식 화학 처리 대상의 예는 한정되는 것은 아니지만 하드 디스크 및 하드 디스크 기판, 거울, 렌즈 또는 도파관과 같은 광학 장치, 및 MEMS(micro-electrical mechanical system)의 제조에 사용되는 기판, 및 액정표시장치를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 실시예는 성분이 압력 하의 처리 용액 내에 도입되는 주로 습식 처리 응용에 관해 기재하였지만, 본 발명에서는 이것은 요구되지 않는다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 습식 처리 용액은 본 발명에 따른 높은 압력으로 처리조 내에 간단하게 유지될 수 있으므로 배출 또는 증발을 통해 용액 성분이 원하지 않게 손실되는 것이 방지된다.

본 발명을 바람직한 방법 및 구조에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 여러 가지로 변형 및 변경할 수 있다는 점을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 이들 변형예는 특허청구범위에 정의된 본 발명의 취지 및 범위 내에 포함되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 처리 장치의 일 실시예에 대한 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1에 나타낸 처리 장치에서 사용될 수 있는 가압된 고농도 오존 용액을 발생하는 데 사용될 수 있는 예시적인 오존화 장치의 개략도이다.

도 3은 홀딩 용기 및 처리 용기(도 1에 도시한 것과 같음)를 포함하는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예로서, 상기 처리 용기로부터 제거 공정을 행하는 동안 처리 용액을 가압 상태로 유지하는 데 사용될 수 있는 장치의 개략도이다.

도 4는 스프레이 노즐을 통해 처리 용기 내부로 처리 유체를 도입하는 공정을 나타내는, 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에 대한 개략도이다.

도 5는 세 가지 압력 조건에서 온도에 따른 수용액 중 용해된 오존의 농도를 나타내는 그래프이다.

도 6은 도 1에 도시된 처리 장치를 사용하여 기판을 처리하는 데 사용될 수 있는, 본 발명에 따른 처리 방법의 일 실시예에 대한 개략적 흐름도이다.

도 7은 "가압된" 오존 처리 순서를 나타내는, 본 발명에 따른 처리 방법의 일 실시예에 대한 개략적 흐름도이다.

도 8은 다중 시퀀스 기판 세정 공정의 일 실시예에 대한 개략적 흐름도이다.

도 9는 다중 시퀀스 기판 세정 공정의 또 다른 실시예에 대한 개략적 흐름도이다.

Claims (20)

1. 기판 표면을 수정하는 방법에 있어서,

   기판을 처리조 내에 삽입하는 단계,

   상기 처리조를 대기압 이상으로 가압하고, 가압 처리 유체를 상기 기판의 표면 중 적어도 일부분이 상기 가압 처리 유체에 노출되도록 상기 가압 처리조 내에 도입하는 단계, 및

   상기 기판을 상기 가압 처리 유체와 상기 표면 사이에서 반응하도록 처리하는 단계

   를 포함하고,

   상기 반응은 상기 기판 표면으로부터 물질을 제거하는 단계, 상기 기판 표면에 물질을 첨가하는 단계, 및 상기 기판 표면을 수정하는 단계 중 적어도 한 가지를 포함하며,

   상기 처리 용액은 상기 처리조 내에 도입하는 도중 및 상기 기판을 처리하는 단계 중 적어도 일부분 도중에 대기압보다 더 높이 유지되는

   기판 표면 수정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   처리 도중에 음향 에너지, 전자기 에너지 및 마이크로파 중 적어도 한 가지를 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 기판을 진동시키는 단계, 상기 기판을 회전시키는 단계, 상기 처리 용액에 교란 흐름을 제공하는 단계, 및 상기 처리 용액에 층류 흐름을 제공하는 단계 중 적어도 하나에 의하여 상기 기판과 상기 처리 용액 사이에 상대 운동을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 처리 유체를 상기 처리조로부터 제거하는 단계,

   제2 처리 유체를 상기 기판과 접촉되도록 상기 가압 처리조 내에 도입하는 단계, 및

   상기 제2 처리 유체를 상기 기판 표면과 반응할 수 있도록 하여 상기 기판을 처리하는 단계

   를 포함하고,

   상기 제2 처리 유체는 상기 처리조 내에 도입하기 이전, 상기 처리조 내에 도입하는 도중, 및 상기 기판을 처리하는 적어도 일부분의 단계 도중에 대기압보다 더 높은 압력으로 유지되는

   것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 처리 용액은 산기 용액, 염기 용액, 및 유기 솔벤트 중 적어도 한 가지를 포함하고,

   상기 성분은 오존기, 과산화수소기 및 수산기 중 적어도 한 가지를 포함하는

   것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 처리 용액은 약 50 ATM 이하로 가압되는 것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 처리 용액을 압축 상태가 유지된 채로 상기 처리 단계 후에 지지 탱크로 이송시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 가압 처리 용액은 상기 가압 처리조에 도입할 때 용액 성분의 기체가 제거되도록 압력이 강하되는 것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 방법.
9. 제1항에 있어서,

   상기 처리 단계는 상기 처리 용액 내에 기포 형성을 향상시키는 단계, 및 상기 처리 용액 내에 기포 형성을 억제하는 단계 중 적어도 한 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 가압 처리 용액을 도입하기 전에 가스 흐름을 도입함으로써 상기 비워진 처리 챔버를 가압하기 전에 상기 밀봉된 처리조를 비우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 방법.
11. 제1항에 있어서,

    상기 기판을 상기 가압 처리 용액에 대하여 이동시킬 때, 상기 기판 표면 상의 처리 용액의 메니스커스와 상기 처리 용액의 나머지 벌크부 사이에 표면 장력 구배를 발생시킴으로써 상기 처리 단계 후에 상기 기판을 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 처리조 내의 압력은 가스, 액체, 및 증기 중 적어도 한 가지를 포함하는 표면 장력 하강 성분이 메니스커스 내에 응축되어 표면 장력 구배를 발생하도록 유도하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 방법.
13. 기판 표면으로부터 물질을 제거하는 단계, 상기 기판 표면에 물질을 첨가하는 단계, 및 기판 표면을 수정하는 단계 중 적어도 하나의 단계에 의하여 기판의 표면을 수정하는 장치에 있어서,

    상기 기판을 수용하여 포함하는 기밀 상태로 밀봉된 환경의 처리조,

    도입 밸브를 통해 상기 처리조와 유체연통하는 가압 처리 용액 소스, 및 상기 처리조와 배출구를 유체연통시킬 수 있는 배출 밸브

    를 포함하고,

    상기 가압 처리 용액 소스는 대기압의 용액에서 이용가능한 농도보다 더 큰 성분을 갖는 가압 처리 용액을 포함하는

    것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 처리조에서 사용되지 않을 때 가압 처리 용액을 압축 상태로 유지하는 가압 처리조, 및

    상기 처리조와 상기 지지조 사이에 결합되어 상기 지지조로부터 상기 처리조로 흐르는 상기 가압 용액의 흐름을 제어하는 제어 밸브

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 장치.
15. 제13항에 있어서,

    상기 처리조와 음향으로 연통하고, 음향 에너지를 상기 처리조에 인가하는 메가소닉 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 장치.
16. 제13항에 있어서,

    상기 가압 처리조와 유체연통하고, 오존이 상기 가압 처리 용액 내에 용해되도록 하는 오존화 장치를 더 포함하고,

    상기 오존화 장치는

    산소 소스,

    상기 산소 소스와 유체연통하는 오존 발생기, 및

    상기 오존 발생기와 유체연통하는 분사기 구조

    를 포함하고,

    상기 분사기 구조는 오존 함유 가스 흐름을 상기 오존 발생기의 배출구로부터 수용하여 상기 오존 함유 가스로부터의 오존이 상기 가압 처리 유체 흐름 내에 용해되도록 하는

    것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 장치.
17. 제13항에 있어서,

    처리 용액의 가압 흐름을 상기 처리조 내에 위치된 기판과 접촉되도록 하는 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 장치.
18. 제13항에 있어서,

    상기 처리조와 전기로 통하고, 상기 처리조 내에 전기화학적 반응이 야기되도록 직류 및 교류 중 적어도 한 가지를 발생시키는 전위 소스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 수정 장치.
19. 기판을 건조시키는 방법에 있어서,

    기판을 기밀 상태의 처리조 내에 배치시키는 단계,

    상기 처리조를 대기압 이상으로 가압하는 단계,

    상기 기판이 함침되도록 가압 린스 액체를 상기 처리조 내에 도입하는 단계, 및

    상기 처리 기판을 상기 기판 표면 상의 메니스커스와 상기 린스 액체의 나머지 벌크부 사이에 표면 장력 구배가 형성되도록 상기 린스 액체에 대하여 이동시키는 단계

    를 포함하고,

    상기 린스 액체는 상기 린스 용액의 표면에 응축된 표면 장력 강하 성분을 포함하며,

    상기 표면 장력 구배는 액체를 상기 기판 표면으로부터 나머지 벌크 린스 액체로 끌어 당기는

    것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.
20. 기판을 처리 용액으로 처리하는 방법에 있어서,

    제1 압력에서 제1 농도의 성분을 갖는 용액을 준비하는 단계,

    상기 성분의 기체를 제거하여 기체상의 성분 농도를 풍부하게 하기 위하여 상기 용액의 압력을 감소시키는 단계, 및

    상기 기판을 상기 기체가 제거된 성분으로 노출시키는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.