KR20080081364A - 반도체 기판을 세정하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

기판을 세정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 기판의 표면에 활성 용액을 공급함으로써 시작된다. 활성 용액과 기판의 표면이 고체 세정 엘리먼트의 표면으로 접촉된다. 활성 용액이 고체 세정 엘리먼트의 일부분에 흡수된 후, 다이 기판 또는 고체 세정 엘리먼트가 서로에 대해 이동되어 기판의 표면을 세정한다. 소성 변형을 경험하는 고체 세정 엘리먼트를 통해서 기판의 표면을 세정하는 방법이 또한 제공된다. 또한, 대응하는 세정 장치가 제공된다.
활성 용액, 고체 세정 엘리먼트, 고체 재료, 지지체 구조

Description

반도체 기판을 세정하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CLEANING A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE}
배경
집적회로, 메모리 셀 등과 같은 반도체 디바이스의 제조시에, 반도체 웨이퍼 상에 피쳐를 형성하기 위해 일련의 제조 동작이 수행된다. 웨이퍼는 실리콘 기판상에 정의된 다중-레벨 구조 형태의 집적 회로 디바이스를 포함한다. 기판 레벨에서, 확산 영역을 가지는 트랜지스터 디바이스가 형성된다. 후속 레벨에서, 상호접속된 금속 배선은 패터닝되고 트랜지스터 디바이스에 전기적으로 접속되어 소정의 집적 회로 디바이스를 정의한다. 또한, 패터닝된 도전성 층은 유전체 재료에 의해 다른 도전성 층으로부터 절연된다.
일련의 제조 동작 중에, 웨이퍼 표면은 다양한 유형의 오염물질에 노출된다. 본질적으로, 제조 동작에서 존재하는 임의의 재료는 오염물질의 잠재적인 원천이다. 예를 들어, 오염물질의 원천은 여럿 중에 특히, 프로세스 가스, 화학물질, 증착 재료, 및 액체를 포함할 수도 있다. 다양한 오염물질들이 미립자 오염물질로서 웨이퍼 표면상에 증착될 수도 있다. 미립자 오염물질이 제거되지 않은 경우, 오염물질 부근에 있는 디바이스들은 작동이 불가능하게 될 것이다. 따라서, 웨이퍼 상에 형성된 피쳐에 손상을 가하지 않고 실질적으로 완전한 방법으 로 웨이퍼 표면으로부터 오염물질을 세정하는 것이 필요하다. 미립자 오염물질의 크기는 종종 웨이퍼 상에서 제조된 피쳐의 임계 치수 크기와 대략 유사하다. 웨이퍼 상의 피쳐에 부정적인 영향을 가하지 않고 이러한 작은 미립자 오염물질을 제거하는 것이 상당히 어려울 수 있다.
종래의 웨이퍼 세정 방법은 웨이퍼로부터 미립자 오염물질을 제거하기 위해 기계력에 크게 의존했다. 피쳐의 크기가 계속적으로 감소되고 더욱 부서지기 쉽게 됨에 따라, 웨이퍼 표면으로 기계력을 가함으로 인해서 피쳐를 손상시키는 가능성이 증가한다. 예를 들어, 높은 애스펙트비를 가지는 피쳐는 상당한 기계력으로 인해 충격을 받을 때 토플링 (toppling) 또는 브레이킹의 위험에 노출된다. 세정 문제를 더욱 악화시키는 것은, 피쳐 크기의 감소를 향한 움직임이 손상을 유발할 수도 있는 미립자 오염물질 크기의 감소를 유발한다. 충분히 작은 크기의 미립자 오염물질은 높은 애스펙트비 피쳐로 둘러싸인 또는 전도성 라인 등으로 연결되는 트렌치에서와 같은, 웨이퍼 표면상의 영역에 도달하기에는 어렵다는 것을 발견할 수 있다. 따라서, 반도체 제조 공정 도중에 오염물질의 효과적으로 손상을 유발하지 않게 제거하는 것은 웨이퍼 세정 기술이 계속적으로 진보함으로써 충족되는 연속적인 도전을 나타낸다. 평면 패널 디스플레이에 대한 제조 동작은 전술한 집적 회로 제조의 동일한 단점을 가지고 있다는 것을 파악해야만 한다. 따라서, 오염물질의 제거를 요구하는 임의의 기술은 좀 더 효율적이고 보다 적게 연마하는 세정 기술을 필요로 한다.
개요
대체적으로, 본 발명은 개선된 세정 기술 및 세정 용액을 제공함으로써 이들의 요구조건을 충족한다. 본 발명은 시스템, 장치 및 방법을 포함하는 다수의 방식으로 구현될 수 있다는 것이 파악된다. 본 발명의 몇몇 신규의 실시형태가 이하 설명된다.
일 실시형태에서, 기판을 세정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 기판의 표면에 활성 용액을 공급함으로써 시작한다. 활성 용액과 기판의 표면은 고체 세정 엘리먼트의 표면과 접촉된다. 활성 용액이 고체 세정 엘리먼트의 일부분에 흡수된 후 기판 또는 고체 세정 엘리먼트가 서로에 대해 이동되어 기판의 표면을 세정한다.
다른 실시형태에서, 기판을 세정하기 위한 세정 장치가 제공된다. 이 세정 장치는 외부 표면을 가지는 고체 재료를 포함하고, 상기 외부 표면은 기판의 표면에 걸쳐서 배치된 활성 용액에 노출될 때 고체 재료의 나머지에 비해 더 연화 (soften) 되도록 구성된다. 이 세정 장치는 고체 재료를 지지하고 그 외부 표면을 기판의 표면에 접촉시키는 힘을 가하도록 구성된 지지체 구조를 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 기판 세정을 위한 세정 시스템이 제공된다. 세정 시스템은 기판을 지지하도록 구성된 지지체 및 활성 용액을 기판의 표면으로 전달하도록 구성된 유체 전달 시스템을 포함한다. 이 세정 시스템은 노출된 표면을 갖는 고체상 세정 엘리먼트를 포함하고, 노출된 표면이 활성 용액과 인터페이스할 때, 노출된 표면은 고체상 세정 엘리먼트의 나머지 부분에 비해 연화 성분을 갖는다. 세정 시스템은 고체상 세정 엘리먼트를 지지하는 지지체 구조를 포함한다. 이 지지체 구조는 세정 동작 도중에 기판의 표면에 대향하여 노출된 표면을 유지하도록 구성된다.
또 다른 실시형태에서, 기판을 세정하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 기판 표면과 고체 세정 엘리먼트의 표면을 접촉시키는 단계 및 기판 표면에 대향하여 고체 세정 엘리먼트에 힘을 가하는 단계를 포함한다. 또한, 이 방법은, 고체 세정 엘리먼트 또는 기판 중 하나가 서로에 대해 이동하는 단계를 포함하며, 여기서, 이동하는 단계는 고체 세정 엘리먼트의 표면의 소성 변형 (plastic deformation) 을 야기하여 이에 따라서 고체 세정 엘리먼트의 층을 기판 표면상에 증착시킨다. 이 방법은 기판 표면에서 고체 세정 엘리먼트의 층을 린스하는 단계를 더 포함한다.
다른 실시형태에서, 기판을 세정하기 위한 세정 장치가 제공된다. 세정 장치는 외부 표면을 가지는 고체 재료를 포함한다. 외부 표면은, 기판 또는 고체 재료 중 하나가 서로에 대해 이동하는 동안 고체 재료에 가해진 법선 힘 및/또는 접선 힘 (tangential force) 에 응답하여 기판에 손상을 예방하기 위해 소성 변형하도록 구성된다. 이 세정 장치는 고체 재료를 지지하고 하향력을 전달하도록 구성된 지지체 구조를 포함한다.
본 발명의 다른 양태 및 이점은 첨부된 도면과 관련하여 본 발명의 예시를 설명하는 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해진다.
도면의 간단한 설명
본 발명은 첨부된 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명으로 쉽게 이해되고, 동일한 참조 수치는 동일한 구조적인 엘리먼트를 나타낸다.
도 1a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 하이-레벨 단일상 세정 동작을 도시하는 간략화된 개략도이다.
도 1b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 기판상에 층을 증착시키기 위한 고체 세정 엘리먼트의 소성 변형을 도시하는 간략화된 개략도이다.
도 2a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 단일상 엘리먼트를 이용하는 세정 장치의 측면도를 도시하는 간략화된 개략도이다.
도 2b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 수용성 필름과 기판을 접촉시키기 위해 고체 엘리먼트의 강하 (lowering) 를 도시하는 간략화된 개략도이다.
도 3a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 단일상 엘리먼트를 이용하는 세정 장치의 측면도를 도시하는 간략화된 개략도이다.
도 3b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 3a 의 세정 장치의 평면도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단일상 세정 고체에 대한 다른 실시형태의 간략화된 개략도이다.
도 5a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 고체 세정 엘리먼트가 디스크로서 도시된 다른 대안의 실시형태이다.
도 5b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단일상 세정 엘리먼트의 엘리먼트 실시형태의 측면 뷰를 도시하는 간략화된 개략도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 단일상 세정 장치에 대한 활성층의 더욱 구체적인 세부사항을 도시하는 간략화된 개략도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 5 의 범위의 이온화의 더욱 상세한 개략도를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시형태에 따라서 표면 오염물질을 가지는 기판을 세정하기 위한 방법 동작을 도시하는 플로우 차트 도면이다.
상세한 설명
이하의 설명에서, 본 발명의 전반적인 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적인 세부사항이 설명된다. 그러나, 이들 구체적인 세부사항의 몇몇 또는 모두 없이도 본 발명이 실행될 수 있다는 것이 당업자에게는 명백하다. 다른 예에서, 널리 알려진 프로세스 동작들은 본 발명을 불필요하게 방해하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않는다.
본 명세서에 설명된 실시형태들은 연마 접촉을 감소시키고 높은 애스펙트비 피쳐를 포함할 수도 있는 반도체 기판으로부터의 오염물질을 세정하는데 효과적인 세정 기술을 제공한다. 실시형태들은 반도체 세정 어플리케이션과 관련된 구체적인 예시를 제공하고, 이들 세정 어플리케이션은 표면으로부터의 오염물질의 제거를 요구하는 임의의 기술로 확대될 수도 있다. 본 명세서에 설명된 실시형태는 단일상 세정제를 세정되는 표면에 대해 이동시키고, 여기서 단일상 세정제의 고체 부분 내에 함유된 재료는 웨이퍼 표면상에 존재하는 파티클의 리프팅 (lifting) 및 제거를 제공한다. 일 예시적인 실시형태에서, 고체 세정 엘리먼트가 단일상 세정제로서 이용되는데, 이 단일상 세정제는 고체 세정 엘리먼트가 세정될 기판의 표면과 접촉되는 실질적으로 평탄면을 갖는다. 특정 실시형태는 이 엘리먼트를 고체 세정 엘리먼트로서 나타내지만, 고체 세정 엘리먼트는 퍽 (puck), 바 등으로서 지칭될 수도 있다. 일 실시형태에서, 고체 세정 엘리먼트는 지방산으로 구성되지만, 다른 재료도 이와 같이 유용하게 이용될 수도 있다. 다른 재료는 폴리머, 알킬 술포네이트, 알킬 포스페이트, 알킬 포스포네이트, 바이오폴리머, 프로테인 등을 포함할 수도 있다.
도 1a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 하이-레벨 단일상 세정 동작을 도시하는 간략화된 개략도이다. 고체 세정 엘리먼트 (100) 가 기판 (102) 위에 배치된다. 고체 세정 엘리먼트 (100) 는 탄소 체인으로 구성되고, 일반적으로 공지된 지방산, 예를 들어, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산 등으로부터 선택될 수도 있다. 일 실시형태에서, 고체 세정 엘리먼트 (100) 의 재료는 체인 내에 8 개 이상의 탄소 원자를 가지는 탄소 체인이다. 약 10 개 이상의 탄소 원자를 가질 경우, 이 체인은 실온에서 고체일 것이라는 것을 이해해야만 한다. 그러나, 대안적인 실시형태에서, 고체 세정 엘리먼트 (100) 는 8 개 미만의 탄소를 갖는 탄소 체인으로 구성될 수도 있고, 조성물이 고체가 되도록 고체 세정 엘리먼트는 실온보다 낮은 환경에서 이용될 수 있다. 고체 세정 엘리먼트 (100) 의 기계적 특성은, 고체 세정 엘리먼트가 기판 (102) 상의 가장 연화 재료보다 낮은 경도를 가지도록 선택된다. 일 실시형태에서, 고체 세정 엘리먼트 (100) 는 고체 세정 엘리먼트 (100) 와 기판 (102) 사이의 접촉 및 상대 이동 도중에 소성 변형을 겪는다.
따라서, 고체 세정 엘리먼트 (100) 로부터의 몇몇 재료는 닦여지거나 (rub) 도 1b 에 도시된 코팅층 (103) 으로서 기판 (102) 상부에 증착된다. 다른 실시형태에서, 코팅층 (103) 은 코팅층을 제거하는 기판 (102) 에서 린스되고 기판 (102) 상의 오염물질을 트랩 (trap) 시킨다. 본 명세서에 이용된 바와 같이, 소성 변형은, 고체 세정 엘리먼트가 더 이상 그 형태로 유지될 수 없는 포인트를 나타내고, 그리고 소성 스트레인 (plastic strain) 또는 소성 플로우 (plastic flow) 로서 지칭될 수도 있다. 통상적으로, 소성 변형은 법선 응력하에서 발생하는 취성 파괴 (brittle fracture) 와는 대조적으로 전단 응력 하에서 발생한다. 따라서, 고체 세정 엘리먼트의 측면 전달 또는 기판 (102) 의 이동 중 어느 하나로부터의 전단 응력과 함께 고체 세정 엘리먼트 (100) 에 가해진 하향력은 고체 세정 엘리먼트 (100) 의 하부 표면의 소성 변형을 야기한다. 그 후, 필름 (103) 이 린스되고 제거된다. 일 실시형태에서, 고체 세정 엘리먼트가 기판 (102) 의 표면상에 있는 오염물질과 상호작용하고, 박막 (103) 이 제거됨에 따라서 이 오염물질들이 제거된다는 것을 이해해야만 한다.
도 2a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 하이-레벨 단일상 세정 동작을 도시하는 간략화된 개략도이다. 고체 세정 엘리먼트 (100) 는 기판 (102) 위에 배치된다. 기판 (102) 의 상부 표면에는 활성층 (104) 이 있다. 활성층 (104) 은 일 실시형태에서 염기 첨가물 (basic additive) 을 가지는 얇은 수용성 층이다. 염기 첨가물은 일 실시형태에서 수산화 암모늄, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 트리에탄올 아민, 또는 수산화 테트라메틸암모늄으로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수도 있다. 임의의 염기가 수용성 층과 조합되도록 이용될 수도 있기 때문에, 염기 첨가물은 이들 화합물로 제한되지 않는다는 것을 이해해야만 한다. 고체 세정 엘리먼트 (100) 는 탄소 체인으로 구성되고, 통상적으로 알려진 지방산, 예를 들어, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 또는 알킬술포네이트 또는 알킬포스포네이트 등으로부터 선택될 수도 있다. 일 실시형태에서, 고체 세정 엘리먼트 (100) 의 재료는 체인이 8 개 이상의 탄소 원자를 가지는 탄소 체인이다. 약 10 개 이상의 탄소 원자를 가지는 체인은 실온에서 고체일 것이라는 것을 이해해야만 한다. 그러나, 대안적인 실시형태에서, 고체 세정 엘리먼트는 10 개미만의 탄소를 갖는 탄소 체인으로 구성될 수도 있고, 그 조성물이 고체가 되도록, 고체 세정 엘리먼트는 실온보다 낮은 환경에서 이용될 수 있다. 활성층 (104) 은 임의의 일반적으로 이용가능한 공지된 수단을 통해서 기판 (102) 의 상부 표면에 걸쳐서 배치될 수도 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 예를 들어, 활성층은 기판 (102) 상으로 부어질 수 있고, 분사될 수 있거나 또는 다른 일반적으로 이용가능한 수단에 의해 가해질 수 있다.
엘리먼트가 지방산인 실시형태에서, 이 엘리먼트를 구성하도록 이용될 수도 있는 예시적인 화합물이 후술된다. 지방족 산은, 탄소 원자가 오픈 체인을 형성하는 유기 화합물에 의해 정의된 본질적인 임의의 산을 나타낸다는 것을 이해해야만 한다. 전술한 바와 같이, 지방산은 고체 세정 재료로서 이용될 수 있는 지방족 산의 예시이다. 고체 세정 엘리먼트로서 이용될 수도 있는 지방산의 예는 특히 라우르산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 아라키돈산, 가돌레산, 에루신산, 부티르산, 카프로산, 카프릴산, 미리스트산, 마르가르산, 베헨산, 리그노세르산, 미리스톨레산, 팔미톨레산, 너반산, 파리나르산, 팀노돈산, 브라스산, 클루파도논산, 리그노세릭산, 세로트산, 및 그 혼합물을 포함할 수도 있다. 일 실시형태에서, 고체 세정 엘리먼트는 C-1 내지 약 C-26 으로 연장하는 다양한 탄소 체인 길이로 정의된 지방산의 혼합물을 나타낼 수 있다. 카르복실산은 하나 이상의 카르복실기 (COOH) 를 포함하는 필수적인 임의의 유기산에 의해 정의된다. 고체 세정 엘리먼트로서 이용될 때, 카르복실산은 C-1 내지 약 C-100 으로 연장하는 다양한 탄소 체인 길이의 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 카르복실산은 메틸, 비닐, 알킨, 아미드, 1 차 아민, 2 차 아민, 3 차 아민, 아조, 니트릴, 니트로, 니트로소, 피리딜, 퍼록시, 알데히드, 케톤, 1 차 이민, 2 차 이민, 에테르, 에스테르, 할로겐, 이소시아네이트, 이소티오시아네이트, 페닐, 벤질, 포스포디에스테르, 설피드릴 (sulfhydryl) 과 같은 다른 작용기를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
도 2b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 수용성 필름과 기판을 접촉시키기 위해 고체 엘리먼트의 강하를 도시하는 간략화된 개략도이다. 고체 세정 엘리먼트 (100) 를 강하시켜 활성층 (104) 과 기판 (102) 의 상부 표면에 접촉한다. 고체 세정 엘리먼트 (100) 와 활성층 (104) 사이의 접촉의 결과로서, 활성층과 접촉하는 고체 세정 엘리먼트의 부분은 활성층의 pH 가 고체 세정 엘리먼트의 pKa 에 근접한 경우 이온화된다. 활성층 (104) 은 일 실시형태에서 지방산의 pKa 를 초과하는 pH 에 있다. 스테아르산에 대해서는, pKa 는 대략 10.2 이다. 그러나, 이온화는 지방산의 특성에 의존한다는 것이 당업자에게는 명백하다. 즉, pKa 는 탄소 체인 길이의 변화에 따라 변화한다. 따라서, 술폰산 및 포스폰산에 대해서, 대응하는 pKa 에 의존하여, 활성층 (104) 에 상이한 pH 가 적용될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 활성층은 고체 세정 엘리먼트로 흡수되고 확산하여 범위 (106) 의 고체 세정 엘리먼트의 기계적 특성을 고체 세정 엘리먼트 (100) 의 나머지에 비해 팽창시키고 변경시킨다. 범위 (106) 의 치수는 고체 세정 퍽 및 활성층 재료에 의존한다. 고체 세정 엘리먼트의 재료 특성이 표면에 근사하게 변화하더라도, 범위 (106) 가 엘리먼트 (100) 의 나머지에 비해 더욱 연화되는 경우, 범위 (106) 는 여전히 고체인 것으로 간주되고, 엘리먼트 (100) 는 단일상, 즉, 고체로 간주될 수도 있다. 일 실시형태에서, 도 1b 의 층 (103) 에 관련하여 설명된 바와 같이 범위 (106) 의 부분은 닦여지고 코팅층으로서 기판 (102) 상에서 증착된다. 다른 실시형태에서, 코팅층을 기판 (102) 로부터 린스하여 기판 (102) 상부의 임의의 오염물질 및 코팅층을 제거한다. 대안의 실시형태에서, 활성층 (104) 은 계면활성제/분산제일 수도 있다. 여기서, 계면활성제/분산제는 이온성 분자를 포함할 것이다. 일 실시형태에서, 암모늄 도데실 설페이트 (ADS; ammonium dodecyl sulphate) 와 같은 계면활성제가 채용된다. 계면활성제가 이용되는 일 실시형태에서, 임의의 비이온성, 이온성 또는 쌍극성 계면활성제가 이용될 수도 있다. 고체 세정 엘리먼트 (100) 의 부분의 활성화는 공동-계류중인 출원 일련 번호에 개시되는 것과 같이 기판의 표면을 효과적으로 세정하는 세정 표면을 결과로서 초래한다.
도 3a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 단일상 엘리먼트를 활용하는 세정 장치의 측면도를 도시하는 간략화된 개략도이다. 고체 세정 엘리먼트 (118a 내지 118c) 는 이 실시형태에서 연장된 바로서 도시된다. 기판에 대한 이송 메커니즘으로서 기능하는 컨베이어 (110) 는 롤러 (112) 를 통해서 구동되고, 고체 세정 엘리먼트 (118a 내지 118c) 를 통해서 세정되는 기판들을 지지할 것이다. 도 2 의 활성층 (104) 은 저장소 (114) 를 통해서 각각의 기판에 대해 제공되고 노즐 (116) 을 통해서 전달되지만, 활성층이 공급되지 않을 수도 있다. 노즐과 저장소는 고체 세정 엘리먼트 (118a 내지 118c) 각각에 대응할 수도 있다는 것을 이해해야만 하지만, 이들은 도시의 편의를 위해 도시되지 않는다. 이 방식으로, 상이한 애플리케이션을 향해서 지시된 세정이 세정되는 기판에 공급될 수 있다. 고체 세정 엘리먼트 (118a 내지 118c) 는 기판 표면에 대해 수직하는 방향으로 병진될 수 있다. 고체 세정 엘리먼트 (118a 내지 118c) 의 각각을 지지하기 위해 짐벌식 기술 (gimbaled technique) 이 이용될 수도 있다는 것을 이해해야만 한다.
도 3b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 3a 의 세정 장치의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 이송 메커니즘 (110) 은 기판 (102a 내지 102c) 을 지지한다. 일 실시형태에서, 이송 메커니즘 (110) 은 기판을 견고하게 지지하기 위해 기판을 클램핑 (clamping) 할 수 있고, 또한, 기판을 회전시킬 수도 있다. 각각의 기판이 대응하는 엘리먼트의 세정 범위 내에 있기 때문에, 즉, 바의 하부 표면이 기판의 상부 표면에 접촉될 수 있기 때문에, 엘리먼트는 기판에 접촉되도록 강하된다. 대응하는 기판을 세정하기 위해 접촉 이전에 기판에 활성층이 공급 된다. 따라서, 기판 (102a 내지 102c) 은, 이들이 대응하는 고체 세정 엘리먼트 (118a 내지 118c) 에 의해 패스를 이동함에 따라서 세정된다. 컨베이어 (110) 가 이동하는 상대 속도는 대응하는 기판 (102a 내지 102c) 과 함께 각각의 고체 세정 엘리먼트에 대해 필요한 체류 시간을 허용하는데 충분하다. 일 실시형태에서, 각각의 고체 세정 엘리먼트의 조성물은 상이할 수도 있다. 즉, 상이한 지방산 또는 다른 비-지방산 재료, 및/또는 상이한 활성제가 이용되어 순차적으로 타겟이 되는 세정을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 엘리먼트는 특정 유형의 오염물질을 타겟으로 할 수도 있고, 동시에, 다른 엘리먼트들은 다른 유형의 오염물질을 타겟으로 할 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단일상 세정 고체에 대한 대안적인 실시형태의 간략화된 개략도이다. 여기서, 단일상 세정 고체는 퍽 또는 바 이외의 롤러이다. 이 롤러는 축 (130) 주위를 회전할 것이다. 롤러 (118d) 가 본 명세서에 설명된 임의의 실시형태에 적용될 수도 있다는 것을 이해해야만 한다. 일 실시형태에서, 지지체 구조 (131) 는 웨이퍼 표면에 대항하여 롤러 (118d) 의 표면에 힘을 가하기 위해 이용될 수도 있다. 예를 들어, 샤프트가 축 (130) 을 따라서 롤러 (118d) 를 통과하여 이동할 수도 있다. 지지체 구조 (131) 는 세정되는 웨이퍼의 평탄면에 대해 상이한 각도로 유지될 수도 있다는 것이 당업자에게는 명백하다. 또한, 지지체 구조 (131) 는, 공지된 기술을 통해서 롤러 (118d) 에 연결될 수도 있는데, 이는, 롤러 (118d) 의 자유로운 회전을 허용하고 전술한 각도를 이룬 움직임을 수용한다.
도 5a 는, 고체 세정 엘리먼트가 디스크로서 도시된 다른 대안적인 실시형태이다. 디스크 (118e) 는 기판 (102) 의 회전과 관련되어 회전하여 기판 (102) 의 표면을 세정한다. 디스크 (118e) 는 세정되는 기판 (102) 에 비례하는 다양한 직경일 수도 있고, 이 비례 직경은 예시적인 설명이며 한정의 의도는 아니라는 것을 이해해야만 한다. 기판 (102) 및 디스크 (118e) 는 동일한 방향으로 회전할 수도 있고, 또는, 디스크 (118e) 및 기판 (102) 은 반대 방향으로 회전할 수도 있다는 것이 당업자에게는 명백하다. 전술한 바와 같이, 짐벌식 지지체 구조가 엘리먼트 (118e) 와 통합될 수도 있다.
도 5b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단일상 세정 엘리먼트의 엘리먼트 실시형태의 측면도를 도시하는 간략화된 개략도이다. 엘리먼트 (118e) 는 지지체 구조 (131) 에 부착된다. 지지체 구조가 공지된 수단을 통해서 엘리먼트와 구조적으로 통합되는 경우, 엘리먼트 (118e) 는 접착제 또는 기계적 수단을 통해서 지지체 구조 (131) 에 부착될 수도 있다. 일 예시적인 실시형태에서, 엘리먼트 (118e) 는 지지체 (140) 주위에서 정의되어 구조적인 지지체를 제공한다. 이 실시형태에서, 엘리먼트 (118e) 는 지지체 (140) 주위에서 모델링되는 것으로 간주될 수 있다. 지지체 구조 (131) 는 엘리먼트 (118e) 의 회전 지지체를 제공한다. 물론, 지지체 (131) 는 전술한 바와 같이 짐벌식일 수도 있다. 저장소 (114) 는 전달 배선 (116) 을 통해서 활성 유체를 제공하여 웨이퍼 (102) 의 상부 표면에 활성층 (104) 을 형성한다. 전술한 바와 같이, 세정될 표면과 엘리먼트 (118e) 의 접촉 이전에 활성층이 공급된다. 활성층과 접촉하는 기판 및 세정 엘리먼트는 이온화하여 고체 세정 엘리먼트가 기판으로 흡착되는 것을 예방한다. 엘리먼트 (118e) 및/또는 웨이퍼 (102) 는 회전되어 세정 동작을 수행한다. 엘리먼트 (118e) 가 고체로서 잔류하지만, 물리적 특성, 즉, 하부 부분 (118e-2) 의 경도에 비해 상부 부분 (118e-1) 의 경도는 엘리먼트 (118e) 의 하부 표면에서 활성층 (104) 에 의해 변경된다. 당업자는, 홀/캐비티를 가지는 다공성 브러시 (porous brush) 와는 다르게, 여기 설명된 실시형태들은 웨이퍼 (102) 의 표면을 세정하기 위해 적용된 통상적인 브러시의 홀/캐비티를 가지지 않는 고체 표면을 제공한다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 명세서에 설명된 실시형태들은 웨이퍼 (102) 의 표면에 순응할 수도 있는 인접하고 연속하는 세정층을 제공한다. 또한, 하부 부분 (118e-1) 의 활성화는, 상부 부분 (118e-2) 에 가해진 압력이 변형되어 세정 작용을 제공하는 더욱 연화된 인터페이스를 제공한다.
도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 단일상 세정 장치에 대한 활성층에 대한 더욱 상세한 세부사항을 도시하는 간략화된 개략도이다. 기판 (102) 은 그 상부에 배치된 활성층 (104) 을 가지고, 고체 세정 엘리먼트 (100) 는 활성층 (104) 과 접촉되고, 고체 세정 엘리먼트 (100) 에 물이 흡수된다. 범위 (106) 에 도시된 바와 같이, 물은 고체 세정 엘리먼트 (100) 의 과립 구조로 침투한다. 전술한 바와 같이, 활성층 (104) 은, 수용성층의 pH 가 범위 (106) 의 지방산을 이온화하고 중화시키기 위해 염기성이 되는 일 실시형태의 수용성 층이다. 본질적으로, 활성층의 범위 (106) 로의 침투는 그 범위의 고체 세정 엘리먼트 (100) 의 특성을 변경시킨다. 예를 들어, 범위 (106) 에서 고체 세정 엘리먼트 (100) 는 사실상 젤라틴으로 되지만 고체상일 수도 있다. 도 7 을 참조하여, 범위 (106) 의 이온화가 설명된다. 여기서, 스테아르산을 참조하여, 카르복실산기의 수소 원자가 해리되어 범위 (106) 의 그 인터페이스에서 음의 전하가 충전된 작용기를 초래한다. 이들 작용기를 이온화하고 해리함으로써, 음전하로 충전된 인터페이스로의 흡수가 예방된다. 즉, 고체 세정 엘리먼트가 웨이퍼 표면에 부착되지 않고 이에 따라 효율적인 세정을 확보하는 것이 달성된다. 활성층이 계면활성제/분산제인 경우, 도 6 에 대해 전술한 효과가 달성된다는 것을 이해해야만 한다. 일 실시형태에서, 활성층은 오염물질 제거를 강화하기 위해 화학 첨가물을 가진다. 이들 화학 첨가물은 특히 플루오르화 수소산, 황산, 염산, 수산화 테트라메틸암모늄, 과산화수소를 포함한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시형태에 따라서 표면 오염물질을 가지는 기판을 세정하기 위한 방법 동작을 도시하는 플로우차트 도면이다. 이 방법은, 동작이 활성 표면의 도포 없이 진행할 수 있지만 활성용액이 기판의 표면에 도포되는 동작 (200) 과 함께 시작된다. 전술한 바와 같이, 활성 용액은 세정 장치의 pKa 보다 큰 pH 를 가지는 수용성 용액일 수도 있다. 이와 다르게, 활성 용액은 계면활성제일 수도 있다. 활성 용액이 기판상으로 부어지고 또는 분사되고 또는 현재 이용가능한 임의의 다른 수단에 의해 가해질 수도 있다는 것을 이해해야만 한다. 그 후, 이 방법은, 고체 세정 엘리먼트가 활성 용액과 기판의 표면을 접촉시키도록 하는 동작 (202) 으로 진행한다. 고체 세정 엘리먼트가 활성 용액과 접촉하게 되는 것은, 도 6 및 도 7 을 참조하여 도시된 바와 같이 그리고 동작 (204) 에서 구체화하는 바와 같이 고체 세정 엘리먼트의 부분을 활성화 또는 이온화/중화하는 결과를 초래한다. 이 이온화/중화 또는 활성화는, 고체 세정 엘리먼트가 임의의 나머지 이면에 남겨지지 않을 것을 확신하도록 흡수를 예방한다. 일 실시형태에서, 계면 활성제가 활성층으로서 이용되는 경우, 이에 따라 계면활성제는, 고체 세정 엘리먼트가 임의의 나머지 이면에 남겨지지 않을 것을 확신하도록 흡수를 예방한다. 도 5a 및 도 5b 에서와 같이 세정 엘리먼트가 디스크인 실시형태에서, 엘리먼트의 일 예시적인 구성은 직경이 5 인치이고 높이 또는 깊이가 1 인치인 치수를 가지는 디스크일 수도 있다. 여기서, 1 인치 깊이의 부분은 1 인치의 약 1/8 이다. 물론, 이는 예시적인 구성이고, 실제 치수는 엘리먼트의 조성물 그리고 디스크, 롤러 등이 고체 세정 엘리먼트인지의 여부뿐만 아니라 다른 환경적인 변수에 따라서 변화할 수도 있다. 일 실시형태에서, 활성 용액은 도 5 및 도 6 을 참조하여 설명되는 고체 세정 엘리먼트의 부분으로 흡수된다.
도 8 의 방법은, 기판 및/또는 고체 세정 엘리먼트가 기판의 표면을 세정하기 위해 서로에 대해 이동되는 동작 (206) 으로 진행된다. 전술한 도면에서 설명되는 바와 같이, 고체 세정 엘리먼트은 세정될 기판의 표면에 대해 롤, 슬라이드 등을 회전시킬 수도 있다. 고체 세정 엘리먼트은 본 명세서에 설명된 기능을 세정을 위해 웨이퍼의 표면에 적용하기 위한 디스크, 바, 퍽, 롤러, 또는 다른 임의의 적절한 장치일 수 있다. 본질적으로, 소성 변형을 통해서 기판의 표면에 층을 남길 수도 있는 임의의 기하학적 형상 또는 표면 오염물질을 제거하기 위해 활성층과 상호작용할 수도 있는 임의의 기하학적 형상이 본 명세서에 설명된 실시 형태와 함께 채용될 수도 있다. 또한, 고체 세정 엘리먼트에 제공된 지지체 구조는 짐벌식 구조를 포함하여 예를 들어 2 개의 축 짐벌과 같은 다수의 치수의 고체 세정 엘리먼트의 회전을 허용할 수도 있다. 알려진 바와 같이, 통상적으로, 짐벌은 직각의 축들에 탑재된 2 개 쌍 또는 3 개 쌍의 회전축으로 이루어진다.
본 발명이 반도체 웨이퍼로부터 오염물질을 제거하는 내용으로 설명되었지만, 본 발명의 전술한 원리 및 기술이 반도체 웨이퍼 이외의 표면을 세정하는데도 동등하게 적용될 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, 본 발명은 반도체 제조에 이용된 임의의 장비 표면을 세정하는데 이용될 수 있고, 여기서, 임의의 장비 표면은 웨이퍼와 환경적인 통신을 하는, 예를 들어, 웨이퍼와 공기 공간을 공유하는 임의의 표면을 지칭한다. 본 발명은 오염물질 제거가 중요한 다른 기술 영역에 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 공간 프로그램, 또는 다른 하이 테크놀로지 영역, 예를 들어, 표면 과학, 에너지, 광학, 마이크로 전자공학, MEMS, 평면-패널 프로세싱, 태양 전지, 메모리 디바이스 등에 이용된 부품에서 오염물질을 제거하는데 이용될 수 있다. 본 발명이 이용될 수 있는 예시적인 영역의 전술한 목록 열거는 포괄적인 목록을 열거하는 것을 나타내도록 의도되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서의 예시적인 설명에 이용된 것과 같은 웨이퍼는 필수적인 임의의 다른 구조, 예를 들어, 기판, 부품, 패널 등을 나타내는 것으로 일반화될 수 있다는 것을 이해해야만 한다.
본 발명이 수개의 실시형태에 관련하여 설명되었지만, 당업자는 전술한 상세설명을 읽고 도면을 연구함으로써 다양한 변화물, 추가물, 치환물 및 그 등가물을 실현할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 진정한 취지 및 범위에 포함되는 이러한 모든 변화물, 추가물, 치환물, 및 등가물을 포함하는 것이 의도된다. 청구범위에서, 엘리먼트들 및/또는 단계들은, 청구항에서 명백하게 명시되지 않는 한, 동작의 임의의 특정 순서를 함축하지 않는다.

Claims (40)

  1. 기판을 세정하기 위한 방법으로서,
    상기 기판의 표면에 활성 용액 (activation solution) 을 공급하는 단계;
    상기 기판의 상기 표면 및 상기 활성 용액을 고체 세정 엘리먼트의 표면과 접촉시키는 단계;
    상기 활성 용액을 상기 고체 세정 엘리먼트의 일부분에 흡수시키는 단계; 및
    상기 기판 또는 상기 고체 세정 엘리먼트 중 하나를 서로에 대해 이동시켜 상기 기판의 상기 표면을 세정하는 단계를 포함하는, 기판 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 용액은 알칼리성 용액인, 기판 세정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 용액은 수산화 암모늄, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 트리에탄올 아민, 및 수산화 테트라메틸암모늄으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 염기 (base) 를 포함하는 알칼리성 용액인, 기판 세정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 세정 엘리먼트는 지방산으로 구성된 평탄면인, 기판 세정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 세정 엘리먼트는 카르복실산, 술폰산, 및 포스폰산으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 성분들로 구성된 평탄면인, 기판 세정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 표면 및 상기 활성 용액을 고체 세정 엘리먼트의 표면과 접촉시키는 단계는, 상기 고체 세정 엘리먼트의 상기 표면 및 상기 기판의 상기 표면을 이온화시키는 것을 초래하는, 기판 세정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 세정 엘리먼트는 알킬 술포네이트, 알킬 포스페이트, 및 알킬 포스포네이트로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 성분들로 구성된, 기판 세정 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 용액이 상기 고체 세정 엘리먼트의 상기 일부분으로 확산하여, 상기 고체 세정 엘리먼트의 상기 일부분으로 하여금 상기 고체 세정 엘리먼트의 나머지 부분에 비해 더욱 연화 (softer) 되도록 하는, 기판 세정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 용액은 계면활성제인, 기판 세정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 계면활성제는 이온성 계면활성제인, 기판 세정 방법.
  11. 기판을 세정하기 위한 세정 장치로서,
    외부 표면을 가지는 고체 재료로서, 상기 외부 표면은 상기 기판의 표면에 걸쳐 배치된 활성 용액에 노출될 때 상기 고체 재료의 나머지 부분에 비해 더욱 연화되도록 구성된, 상기 고체 재료; 및
    상기 고체 재료를 지지하고 상기 외부 표면을 상기 기판의 상기 표면에 접촉시키는 힘을 가하도록 구성된 지지체 구조를 포함하는, 기판 세정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 고체 재료는 지방산, 알킬 술포네이트, 알킬 포스페이트, 및 알킬 포스포네이트로 이루어지는 그룹으로부터 선택된, 기판 세정 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 지지체 구조는 상기 고체 재료의 축을 통과하는 샤프트 (shaft) 를 포함하고,
    상기 고체 재료는 상기 축 주위를 회전하는, 기판 세정 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 지지체 구조는 짐벌식이고 (gimbaled), 상기 고체 재료에, 상기 기판에 대한 회전을 제공하는, 기판 세정 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 표면에 활성 용액을 제공하는 유체 전달 시스템 (fluid delivery system) 을 더 포함하는, 기판 세정 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 활성 용액은 알칼리성인, 기판 세정 장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 활성 용액은 계면활성제인, 기판 세정 장치.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 외부 표면의 성분은 상기 활성 용액에 의해 이온화되고,
    상기 외부 표면은 평탄면인, 기판 세정 장치.
  19. 기판을 세정하기 위한 세정 시스템으로서,
    상기 기판을 지지하도록 구성된 지지체;
    상기 기판의 표면에 활성 용액을 전달하도록 구성된 유체 전달 시스템;
    노출된 표면을 가지는 고체상 세정 엘리먼트로서, 상기 노출된 표면이 상기 활성 용액과 인터페이스할 때 상기 노출된 표면은 상기 고체상 세정 엘리먼트의 나머지 부분에 비해 연화 성분을 가지는, 상기 고체상 세정 엘리먼트; 및
    상기 고체상 세정 엘리먼트를 지지하는 지지체 구조로서, 상기 지지체 구조는 세정 동작 도중에 상기 노출된 표면을 상기 기판의 상기 표면에 대향하여 유지하도록 구성된, 기판 세정 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 고체상 세정 엘리먼트는 본질적으로 지방산으로 이루어지는, 기판 세정 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 고체상 세정 엘리먼트는 알킬 술포네이트, 알킬 포스페이트, 및 알킬 포스포네이트로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료인, 기판 세정 시스템.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 활성 용액의 pH 는 7.0 이상인, 기판 세정 시스템.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 활성 용액은 계면활성제인, 기판 세정 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 계면활성제는 암모늄 도데실 설페이트인, 기판 세정 시스템.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 지지체 구조는 상기 고체상 세정 엘리먼트를 회전시키도록 구성된, 기판 세정 시스템.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 지지체 구조는 상기 기판의 상기 표면에 대해 평행하게 그리고 수직하게 상기 고체상 세정 엘리먼트를 병진시키도록 구성된, 기판 세정 시스템.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 지지체 구조는 상기 고체상 세정 엘리먼트를 고정시켜 (stationary) 유지하는, 기판 세정 시스템.
  28. 제 19 항에 있어서,
    상기 활성 용액은 상기 노출된 표면과 반응하여 상기 기판의 상기 표면에 대 향하여 상기 고체상 세정 엘리먼트의 젤라틴 인터페이스 부분을 성장시키는, 기판 세정 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 젤라틴 인터페이스 부분은 상기 기판의 상기 표면상에 배치된 파티클들을 포획하는, 기판 세정 시스템.
  30. 제 19 항에 있어서,
    복수의 고체상 세정 엘리먼트들을 더 포함하며,
    상기 복수의 고체상 세정 엘리먼트들은 각각 상이한 재료로 구성되고,
    상기 기판 지지체는 상기 복수의 고체상 세정 엘리먼트들의 각각의 아래에서 상기 기판을 이동시키고,
    상기 유체 전달 시스템은, 상기 복수의 고체상 세정 엘리먼트들의 각각의 아래에서 상기 기판을 이동시키기 전에, 상기 기판에 상기 활성 용액을 제공하는, 기판 세정 시스템.
  31. 기판을 세정하는 방법으로서,
    기판 표면을 고체 세정 엘리먼트의 표면과 접촉시키는 단계;
    상기 기판 표면에 대향하여 상기 고체 세정 엘리먼트에 힘을 가하는 단계;
    상기 고체 세정 엘리먼트 또는 상기 기판 중 하나를 서로에 대해 이동시키는 단계로서, 상기 이동시키는 단계는 상기 고체 세정 엘리먼트의 상기 표면의 소성 변형을 일으켜 상기 고체 세정 엘리먼트의 층을 상기 기판 표면에 증착하는, 상기 이동시키는 단계; 및
    상기 기판 표면에서 상기 고체 세정 엘리먼트의 층을 린스하는 단계를 포함하는, 기판 세정 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 고체 세정 엘리먼트의 경도는 상기 기판의 경도보다 작은, 기판 세정 방법.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 기판 표면에서 상기 고체 세정 엘리먼트의 층을 린스하기 위해서 알칼리성 수용액이 이용되는, 기판 세정 방법.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 기판 표면에서 상기 고체 세정 엘리먼트의 층을 린스하기 위해서 물, 황산, 및 과산화수소의 혼합물이 이용되는, 기판 세정 방법.
  35. 제 31 항에 있어서,
    상기 고체 세정 엘리먼트 또는 상기 기판 중 하나를 서로에 대해 이동시키는 단계는, 상기 기판 표면상에 배치된 오염물질들과 상기 고체 세정 엘리먼트를 상호작용시키는 단계를 포함하는, 기판 세정 방법.
  36. 기판을 세정하기 위한 세정 장치로서,
    외부 표면을 가지는 고체 재료로서, 상기 외부 표면은, 상기 기판 또는 상기 고체 재료 중 하나가 서로에 대해 이동하는 동안 상기 고체 재료에 가해지는 하향력에 응답하여 상기 기판에 걸쳐 배치된 필름을 박리하기 위해 소성 변형하도록 구성된, 상기 고체 재료; 및
    상기 고체 재료를 지지하고 상기 하향력을 전달하도록 구성된 지지체 구조를 포함하는, 기판 세정 장치.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 고체 재료는 상기 기판의 경도보다 작은 경도를 가지고,
    상기 고체 재료는 본질적으로 스테아르산으로 이루어지는, 기판 세정 장치.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 기판에 걸쳐 배치된 상기 필름을 린스하기 위한 유체 전달 시스템을 더 포함하는, 기판 세정 장치.
  39. 제 36 항에 있어서,
    상기 고체 재료는 본질적으로 지방산으로 이루어지는, 기판 세정 장치.
  40. 제 36 항에 있어서,
    상기 고체 재료는 알킬 술포네이트, 알킬 포스페이트, 및 알킬 포스포네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료인, 기판 세정 장치.
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