KR20080083196A - 기판으로부터 오염물질을 제거하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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클린트 토마스
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Abstract

기판에 걸쳐 세정 재료가 배치된다. 이 세정 재료는 액체 매질 내에 분산된 고체 성분을 포함한다. 고체 성분을 기판상에 존재하는 오염물질 부근에 놓이게 하기 위해 액체 매질 내의 고체 성분에 힘을 가한다. 고체 성분에 가해진 힘은 액체 매질 내의 비혼화성 성분에 의해 가해질 수 있다. 고체 성분이 오염물질에 충분히 인접하여 놓여지는 경우, 고체 성분과 오염물질 사이의 상호작용이 확립된다. 따라서, 고체 성분을 기판으로부터 분리하여 이동시켜, 고체 성분과 상호작용한 오염물질이 기판으로부터 제거된다.
오염물질, 고체 성분, 상호작용, 액체 매질, 비혼화성 성분

Description

기판으로부터 오염물질을 제거하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REMOVING CONTAMINATION FROM SUBSTRATE}
배경
집적회로, 메모리 셀 등과 같은 반도체 디바이스의 제조시에, 일련의 제조 동작이 반도체 웨이퍼 ("웨이퍼들") 상에 피쳐를 형성하기 위해 수행된다. 웨이퍼는 실리콘 기판상에 정의된 멀티-레벨의 구조 형태의 집적 회로 디바이스를 포함한다. 기판의 레벨에서, 확산 영역을 가지는 트랜지스터 디바이스가 형성된다. 후속의 레벨에서, 상호 연결된 금속 배선이 패터닝되고, 소정의 집적 회로 디바이스를 정의하기 위해 트랜지스터 디바이스에 전기적으로 접속된다. 또한, 패터닝된 전도층이 유전체 재료에 의해 다른 전도층과 절연된다.
일련의 제조 동작 중에, 웨이퍼 표면은 다양한 유형의 오염물질에 노출된다. 특히 제조 동작에서 존재하는 임의의 재료는 오염물질의 잠재적 원천이다. 예를 들어, 오염물질의 원천은 여럿 중에 특히, 프로세스 기체, 화학물질, 증착 재료, 및 액체를 포함할 수도 있다. 다양한 오염물질이 미립자 형태로 웨이퍼 표면상에 증착될 수도 있다. 미립자 오염물질이 제거되지 않은 경우, 그 오염물질의 주변에 있는 디바이스의 작동은 불가능할 것이다. 따라서, 웨이퍼상에 형성된 피쳐에 손상을 가하지 않고 실질적으로 완전한 방법으로 웨이퍼 표면으로부터 오염물질을 세정하는 것이 필요하다. 그러나, 미립자 오염물질의 크기는 웨이퍼 상에 제조된 피쳐의 임계 치수와 대략 유사하다. 웨이퍼 상의 피쳐에 부정적인 영향을 가하지 않고 매우 작은 미립자 오염물질을 제거하는 것은 상당히 어려울 수 있다.
종래의 웨이퍼 세정 방법은 웨이퍼 표면으로부터 미립자 오염물질을 제거하기 위해 기계력에 크게 의존했다. 피쳐의 크기는 계속적으로 감소되고 더욱 부서지기 쉽게 이루어지기 때문에, 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 미립자 오염물질 크기의 감소를 유발한다. 충분히 작은 크기의 미립자 오염물질은 높은 애스펙트비 피쳐로 둘러싸인 트렌치에서와 같은, 웨이퍼 표면상의 영역에 도달하기에는 어렵다는 것을 발견할 수 있다. 따라서, 현대의 반도체 제조 도중에 오염물질을 효과적으로 그리고 손상을 가하지 않고 제거하는 것은 웨이퍼 세정 기술에서 진보를 계속함으로써 충족되는 도전을 계속하는 것을 나타낸다.
개요
일 실시형태에서, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법이 개시된다. 이 방법은 기판에 걸쳐 세정 재료를 배치하기 위한 동작을 포함한다. 세정 재료는 액체 매질 내에 분산된 수많은 고체 성분을 포함한다. 또한, 이 방법은, 고체 성분과 오염물질 사이에 상호작용이 확립되도록, 고체 성분에 힘을 가하여 기판상에 존재하는 오염물질에 인접하여 고체 성분이 놓여지게 하기 위한 동작을 포함한다. 또한, 이 방법은, 고체 성분과 상호작용된 오염물질이 기판으로부터 제거되도록, 고체 성분이 기판으로부터 분리하여 이동시키기 위한 동작을 포함한다.
다른 실시형태에서, 기판으로부터 오염물질을 제거하기 위한 장치가 개시된다. 이 장치는 기판을 수용하기 위한 채널을 포함한다. 이 채널은, 오염물질이 제거되는 기판의 표면에 대해 대향하여 그리고 실질적으로 평행한 배향으로 위치된 제한 표면 (constraining surface) 을 포함하는 것으로 정의된다. 또한, 이 장치는, 채널에 의해 수용되는 기판이 세정 재료 내에 침지되도록, 채널 내에 배치된 세정 재료를 포함한다. 세정 재료는 분산된 고체 성분을 포함하는 액체 매질로서 정의된다. 이 장치는 세정 재료 내에 비혼화성 (immiscible) 성분을 생성하기 위한 채널 내에 분산된 비혼화성 성분 생성기를 더 포함한다. 채널의 제한 표면과 오염물질이 제거되는 기판의 표면 사이에 비혼화성 성분을 이동시키기 위해 기동력 (motive force) 이 가해지도록, 비혼화성 성분은 세정 재료 내에서 생성된다.
다른 실시형태에서, 기판으로부터 오염물질을 제거하기 위한 방법이 개시된다. 이 방법은, 오염물질이 제거되는 기판의 표면이 제한 표면에 대해 대향하여 그리고 실질적으로 평행한 배향으로 위치되도록, 세정 재료에 기판을 침지시키기 위한 동작을 포함한다. 세정 재료는 액체 매질 내에서 분산된 고체 성분을 포함하도록 정의된다. 또한, 이 방법은 수평 평면에 대해 제한 표면과 함께 기판을 기울어지게 하기 위한 동작을 포함한다. 이 방법은 기판보다 낮은 높이에 해당하는 위치의 세정 재료 내에 비혼화성 성분을 생성하기 위한 동작을 더 포함한다. 비혼화성 성분에 작용하는 부양력 (buoyant force) 은 비혼화성 성분으로 하여금 기판에 걸쳐 그리고 제한 표면과 기판 사이에서 이동하게 한다. 기판에 걸친 비혼화성 성분의 움직임은 액체 매질 내의 고체 성분에 가해지는 힘을 유발하여, 그 고체 성분은 기판상에 존재하는 오염물질과 상호작용한다.
본 발명의 다른 양태 및 이점은 본 발명을 예로써 설명하는 첨부된 도면과 관련하여 취해진 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해진다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따라서 반도체 웨이퍼로부터 오염물질을 제거하기 위한 세정 재료의 물리적 도면이다.
도 2a 및 도 2b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 웨이퍼로부터 오염물질을 제거하기 위해 세정 재료가 어떻게 기능하는지를 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따라서 기판으로부터 오염물질을 제거하기 위한 방법의 플로우차트를 나타내는 도면이다.
도 4a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 웨이퍼로부터 오염물질을 제거하기 위한 장치를 나타내는 도면이다.
도 4b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 그 내부에 배치된 웨이퍼를 가지는 채널의 측단면도를 나타내는 도면이다.
도 4c 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 비혼화성 성분, 고체 성분, 오염물질, 및 웨이퍼 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4d 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 고체 성분을 오염물질 부근으로 운반하기 위해 비혼화성 성분이 어떻게 기능하는지를 나타내는 도면이다.
도 4e 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 웨이퍼 표면에 걸쳐 이동하는 비혼화성 성분에 의한 웨이퍼 표면으로부터의 오염물질의 제거를 나타내는 도면이다.
도 4f 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라서 웨이퍼 표면으로부터의 오염물질의 제거를 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라서 기판으로부터 오염물질을 제거하기 위한 방법의 플로우차트를 나타내는 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.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 반도체 웨이퍼 ("웨이퍼") (105) 로부터 오염물질 (103) 을 제거하기 위한 세정 재료 (101) 의 물리적 도면이다. 본 발명의 세정 재료 (101) 은 연속 액체 매질 (107), 고체 성분 (109), 및 비혼화성 성분 (111) 을 포함한다. 고체 성분 (109) 및 비혼화성 성분 (111) 은 연 속 액체 매질 (107) 내에서 분산된다. 다양한 실시형태에서, 연속 액체 매질 (107) 은 수용성, 또는, 비-수용성일 수 있다. 특정 실시형태에 따르면, 비혼화성 성분 (111) 은 기체상, 액체상, 고체상, 또는, 기체, 액체 및 고체상의 조합으로 정의될 수 있다. 일 실시형태에서, 비혼화성 성분 (111) 은 비혼화성 성분 (111) 의 혼합물로 정의되고, 여기서, 혼합물 내의 각각의 비혼화성 성분 (111) 은 공통의 물리적 상태 또는 상이한 물리적 상태를 가진다. 예를 들어, 다양한 실시형태에서, 비혼화성 성분 (111) 의 혼합물 내에서 비혼화성 성분 (111) 의 물리적 상태는 기체 및 액체, 기체 및 고체, 액체 및 고체, 또는, 복수의 기체, 복수의 액체, 및 복수의 고체의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
비혼화성 성분 (111) 은 연속 액체 매질 (107) 에 대하여 비혼화성이라는 것이 파악된다. 일 예시적인 실시형태에서, 비혼화성 성분 (111) 은 연속 액체 매질 (107) 내에서 기포 (gas bubble) 로서 정의된다. 다른 예시적인 실시형태에서, 비혼화성 성분 (111) 은 연속 액체 매질 (107) 내에서 액적 (liquid droplet) 으로서 정의된다. 연속 액체 매질 (107) 및 비혼화성 성분 (111) 과 관련된 특정 실시형태와 관계없이, 고체 성분 (109) 은 연속 액체 매질 (107) 내에서 부유 상태로 분산된다.
특정 실시형태에 따라서, 세정 재료 (101) 내의 고체 성분 (109) 은 고체상 내의 임의의 서브-상태를 본질적으로 나타내는 물리적 특성을 가질 수도 있고, 여기서, 고체상은 액체 또는 기체와는 다른 상으로 정의된다. 예를 들어, 탄성 및 가소성과 같은 물리적 특성은 세정 재료 (101) 내에서 서로 다른 유형의 고체 성분 (109) 중에서 변화할 수 있다. 또한, 다양한 실시형태에서, 고체 성분 (109) 는 결정 고체 또는 비-결정 고체로서 정의될 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 그들의 특정 물리 특성에 관계없이, 세정 재료 (101) 내의 고체 성분 (109) 이, 웨이퍼 (105) 의 표면에 가깝게 위치되거나 또는 접촉하여 위치될 때, 웨이퍼 (105) 의 표면에 부착되는 것을 회피할 수 있어야만 한다. 또한, 고체 성분 (109) 의 기계적 특성은 세정 프로세스 동안 웨이퍼 (105) 표면에 손상을 유발하지 않아야만 한다. 또한, 고체 성분 (109) 이, 오염물질 (103) 에 가깝게 위치되거나 또는 접촉하여 위치될 때, 웨이퍼 (105) 표면상에 존재하는 오염물질 (103) 재료와의 상호작용을 확립할 수 있어야만 한다. 예를 들어, 고체 성분 (109) 의 크기 및 형상이 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이의 상호작용을 확립하데 유리해야 한다.
세정 재료 (101) 내의 고체 성분 (109) 이, 웨이퍼 (105) 로의 부착 및 손상은 회피하면서도, 웨이퍼 (105) 상에서 오염물질 (103) 과 상호작용할 수 있어야만 한다. 또한, 고체 성분 (109) 은 액체 매질 (107) 내에서의 용해를 피해야만 하고, 액체 매질 (107) 의 전체에 걸쳐서 분산을 가능하게 하는 표면 기능을 가져야만 한다. 액체 매질 (107) 의 전체에 걸쳐서 분산을 가능하게 하는 표면 기능성을 가지지 않는 고체 성분 (109) 에 대해서, 고체 성분 (109) 의 분산을 가능하게 하기 위해 화학적인 분산제가 액체 매질 (107) 에 첨가될 수도 있다. 그 특정의 화학적 특성 및 주변의 액체 매질 (107) 과의 상호작용에 따라서, 고체 성분 (109) 은 하나 이상의 수개의 상이한 형태를 취할 수도 있다. 예를 들어, 다양한 실시형태에서, 고체 성분 (109) 은 집합체 (aggregate), 콜로이드 (colloid), 겔, 유착된 구형 (coalesced sphere), 또는 임의의 다른 유형의 응집물 (agglutination), 응고물 (coagulation), 응결물 (flocculation), 응집 덩어리 (agglomeration), 또는 융합체 (coalescence) 를 형성할 수도 있다. 전술한 예시의 열거된 고체 성분 (109) 형태는 포괄적인 리스트를 나타내려는 것이 아니라는 것을 명시해야 한다. 다른 실시형태에서, 고체 성분 (109) 은 본 명세서에 상세하게 식별되지 않은 형태를 취할 수도 있다. 따라서, 고체 성분 (109) 이 웨이퍼 (105) 와 오염물질 (103) 의 상호작용에 관하여 사전에 설명된 방법으로 기능하는 고유의 임의의 고체 재료로 정의될 수 있다는 점을 이해해야한다.
몇몇 예시적인 고체 성분 (109) 은 지방족 산 (aliphatic acid), 카르복실산, 파라핀, 왁스, 폴리머, 폴리스티렌, 폴리펩티드, 및 다른 점탄성 (visco-elastic) 재료를 포함한다. 고체 성분 (109) 재료는 액체 매질 (107) 내에서 그 용해도 한계를 초과하는 농도로 존재해야만 한다. 또한, 특정 고체 성분 (109) 과 관련된 세정의 유효성은 온도의 함수로서 변화할 수도 있다.
지방족 산은, 본질적으로 탄소 원자가 오픈 체인 (open chain) 을 형성하는 유기 화합물로 정의된 임의의 산을 나타낸다. 지방산은 세정 재료 (101) 내에서 고체 성분 (109) 으로 이용될 수 있는 지방족 산의 일 예이다. 고체 성분 (109) 으로 이용될 수도 있는 지방산의 예는, 특히, 카프르산, 라우르산, 팔미트산, 미리스트산, 스테아르산, 올레산, 아라키드산, 베헨산, 리그노세르산, 및 세로트산을 포함한다. 일 실시형태에서, 고체 성분 (109) 은 C-1 내지 약 C-26 으 로 연장하는 다양한 탄소 체인 길이로 정의된 지방산의 혼합물을 나타낼 수 있다. 카르복실산은 하나 이상의 카르복시기 (COOH) 를 포함하는 필수적인 임의의 유기산으로 정의된다. 고체 성분 (109) 으로서 이용될 때, 카르복실산은 C-1 내지 약 C-100 으로 연장하는 다양한 탄소 체인 길이의 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 카르복실산은 액체 매질 (107) 에서 용해도 한계 이상의 긴-체인 알코올, 에테르, 및/또는 케톤을 포함할 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 액체 매질 (107) 로 분산재를 첨가하는 것은 지방산과 같은 특정 유형의 고체 성분 (109) 을 사용하도록 요구되어, 액체 매질 (107) 의 전체에 걸쳐서 분산되도록 요구할 수도 있다. 예를 들어, 염기 (base) 는 화학당량 미만으로 존재하는 카르복실산 또는 스테아르산과 같은 물질로 형성된 고체 성분 (109) 의 부유를 가능하게 하도록 액체 매질 (107) 에 첨가될 수 있다. 추가적으로, 고체 성분 (109) 재료의 표면 기능성은 카르복실레이트, 포스페이트, 설페이트기, 폴리올기, 에틸렌 옥사이드 등과 같이, 액체 매질 (107) 과 혼화성인 함유물의 일부분으로 인해 영향을 받을 수 있다. 고체 성분 (109) 이 웨이퍼 (105) 상에 존재하는 오염물질 (103) 과 상호작용하도록 힘을 가할 수 없는 형상으로 함께 응집되는 것을 회피하도록, 고체 성분 (109) 이 액체 매질 (107) 의 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 방법으로 분산이 가능해야 한다는 것이 이해될 수 있다.
전술한 바와 같이, 연속 액체 매질 (107) 은 수용성 또는 비-수용성일 수 있다. 예를 들어, 수용성 액체 매질 (107) 은 일 실시형태에서 탈이온수 (de- ionized water) 에 의해 정의될 수 있다. 다른 실시형태에서, 비-수용성 액체 매질 (107) 은, 특히, 히드로카본, 플루오로카본, 미네랄 오일, 또는 알코올로 정의될 수 있다. 액체 매질 (107) 이 수용성 또는 비-수용성인지에 개의치 않고, 액체 매질 (107) 이 이온 또는 비-이온 용매 및 다른 화학적 첨가물을 포함하도록 변형될 수 있다. 예를 들어, 액체 매질 (107) 에 첨가하는 화학적 첨가물은 공동-용매, pH 개질제, 킬레이트제 (chelating agent), 극성 용매, 계면활성제, 수산화암모늄, 과산화수소, 플루오르화수소산, 수산화테트라메틸암모늄, 및 폴리머, 미립자와 폴리펩티드와 같은 레올로지 개질제 (rheology modifier) 의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 세정 재료 (101) 내의 비혼화성 성분 (111) 은 기체상, 액체상, 고체상 또는 그 조합으로 정의될 수 있다. 기체상으로 정의된 비혼화성 성분 (111) 을 가지는 실시형태에서, 비혼화성 성분 (111) 은 연속 액체 매질 (107) 의 전체적으로 분산된 기포로서 정의된다. 일 실시형태에서, 기포은 세정 재료 (101) 의 5체적% 내지 99.9체적% 를 차지하도록 정의된다. 다른 실시형태에서, 기포은 세정 재료 (101) 의 50중량% 내지 95중량% 를 차지하도록 정의된다. 비혼화성 성분 (111) 을 정의하는 기체는, 예를 들어, N2, Ar 등의 불활성 기체, 또는, O2, O3, H2O2, 공기, H2, NH3, HF 등의 반응성 기체 둘 중 하나일 수 있다.
액체상으로 정의된 비혼화성 성분 (111) 을 가지는 실시형태에서, 비혼화성 성분 (111) 은 연속 액체 매질 (107) 의 전체에 걸쳐서 분산된 액적으로 정의되고, 여기서, 액적은 액체 매질 (107) 내에서 비혼화성이다. 비혼화성 성분 (111) 을 정의하는 액체는 불활성 또는 반응성일 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, 헥산 또는 미네랄 오일은 비혼화성 성분 (111) 을 정의하기 위한 불활성 액체로서 이용될 수도 있고, 여기서, 액체 매질 (107) 은 수용성이다. 다른 예시에서, 유용성 (oil soluble) 표면 개질제는 비혼화성 성분 (111) 을 정의하는 반응성 액체로서 이용될 수도 있다.
세정 프로세스 동안, 하향력 (downward force) 이 액체 매질 (107) 내에서 고체 성분 (109) 에 가해져서, 고체 성분 (109) 은 웨이퍼 (105) 상의 오염물질 (103) 에 인접하게 또는 접촉되도록 위치된다. 세정 재료 (101) 내에서 비혼화성 성분 (111) 은, 하향력이 고체 성분 (109) 상에 가해지는 메커니즘을 제공한다. 고체 성분 (109) 이 오염물질 (103) 과 충분히 인접하거나 또는 접촉되게 힘이 가해지는 경우, 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이에서 상호작용이 발생된다. 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이의 상호작용은 오염물질 (103) 과 웨이퍼 (105) 사이의 부착력을 극복하기에 충분하다. 따라서, 고체 성분 (109) 이 웨이퍼 (105) 로부터 제거될 때, 고체 성분 (109) 과 상호작용한 오염물질 (103) 이 웨이퍼 (105) 로부터 제거되는데, 즉, 오염물질 (103) 은 웨이퍼 (105) 로부터 세정된다.
도 2a 및 도 2b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 웨이퍼 (105) 로부터 오염물질 (103) 을 제거하기 위해 세정 재료 (101) 가 어떻게 기능하는지를 나타내 는 도면이다. 도 2a 및 도 2b 에 도시된 세정 재료 (101) 가 도 1 에 관하여 전술한 특성과 동일한 특성을 가지고 있다는 것이 명시되어야만 한다. 도 2a 에 도시된 바와 같이, 세정 재료 (101) 의 액체 매질 (107) 내에서, 고체 성분 (109) 은 오염물질 (103) 과 비혼화성 성분 (111) 사이에 삽입된다. 액체 매질 (107) 내에서 비혼화성 성분 (111) 은 기포 또는 액적에 관계없이 관련된 표면 장력을 가진다. 따라서, 비혼화성 성분 (111) 이 고체 성분 (109) 에 대항하여 하향으로 압력이 가해질 때, 비혼화성 성분 (111) 은 변형되고 고체 성분 (109) 상에서 하향력 (F) 을 가한다. 이 하향력 (F) 은 고체 성분 (109) 을 웨이퍼 (105) 와 그 상부의 오염물질 (105) 를 향해서 이동시키도록 작용한다. 일 실시형태에서, 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이의 상호작용은, 고체 성분 (109) 이 오염물질 (103) 에 충분히 가깝게 되도록 힘을 가할 때, 유발된다. 다른 실시형태에서, 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이의 상호작용은, 고체 성분 (109) 이 오염물질 (103) 을 실질적으로 접촉할 때, 유발된다.
고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이의 상호작용력은 오염물질 (103) 을 웨이퍼 (105) 에 접속하는 힘보다 강하다. 또한, 고체 성분 (109) 이 오염물질 (103) 과 결합하는 일 실시형태에서, 고체 성분 (109) 을 웨이퍼 (105) 로부터 멀리 이동시키기 위해 이용된 힘은 오염물질 (103) 을 웨이퍼 (105) 에 접속시키는 힘보다 강하다. 따라서, 도 2b 에 도시된 바와 같이, 고체 성분 (109) 이 웨이퍼 (105) 로부터 분리하여 이동될 때, 고체 성분 (109) 에 결합된 오염물질 (103) 이 또한 웨이퍼 (105) 로부터 분리하여 이동된다. 고체 성분 (109) 이 오염물 질 (103) 과 상호작용하여 세정 프로세스에 영향을 주기 때문에, 웨이퍼 (105) 에 걸친 오염물질 (103) 의 제거는, 고체 성분 (109) 이 웨이퍼 (105) 상에 걸쳐 얼마나 잘 분포되는지에 의존한다는 것이 명시되어야만 한다. 바람직한 실시형태에서, 고체 성분 (109) 은, 웨이퍼 (105) 에 걸친 본질적인 모든 오염물질 (103) 이 적어도 하나의 고체 성분 (109) 에 인접하게 위치되도록 잘 분포된다. 또한, 고체 성분 (109) 은, 동시 방법 또는 순차적인 방법으로, 하나 보다 많은 오염물질 (103) 과 접촉되거나, 또는, 상호작용할 수도 있다는 것이 명시되어야만 한다.
고체 성분 (109) 및 오염물질 (103) 사이에서의 상호작용은 특히, 부착력, 충돌력 및 인력을 포함하는 하나 이상의 메커니즘을 통해서 확립될 수 있다. 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이에서의 부착력은 화학적 상호작용 및/또는 물리적 상호작용을 통해서 확립될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 화학적 상호작용은 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이에서 유발시키기 위해 글루 효과 (glue-like effect) 를 야기한다. 다른 실시형태에서, 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이의 물리적 상호작용은 고체 성분 (109) 의 기계적 특성으로 인해 촉진된다. 예를 들어, 고체 성분 (109) 이 가단성 (malleable) 을 가질 수 있어서, 오염물질 (103) 에 대항하여 압력이 가해질 때, 오염물질 (103) 은 가단성 고체 성분 (109) 내에서 충돌된다. 다른 실시형태에서, 오염물질 (103) 은 고체 성분 (109) 의 네트워크에서 얽히게 될 수 있다. 이 실시형태에서, 기계적 응력은 고체 성분 (109) 의 네트워크를 통해서 오염물질 (103) 으로 전달될 수 있고, 이에 따라, 웨이퍼 (105) 로부터 오염물질 (103) 의 제거에 필요한 기계 력을 제공한다.
오염물질 (103) 에 의한 충돌로 인한 고체 성분 (109) 의 변형 (deformation) 은 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이에서 기계적 링크를 생성한다. 예를 들어, 오염물질 (103) 의 표면 지형은, 오염물질 (103) 이 고체 성분 (109) 으로 가압됨에 따라서, 고체 성분 (109) 재료의 일부는 고체 성분 (109) 재료가 쉽게 벗어날 수 없는 오염물질 (103) 의 표면 윤곽 내의 범위로 들어가고, 그로 인해, 로킹 (locking) 메커니즘을 생성한다. 또한, 오염물질 (103) 은 고체 성분 (109) 으로 가압되기 때문에, 고체 성분 (109) 으로부터 오염물질 (103) 의 제거에 대해 저항하기 위한 진공력이 확립될 수 있다.
일 실시형태에서, 직접 또는 간접적인 접촉을 통해서 고체 성분 (109) 으로부터 오염물질 (103) 에 전달된 에너지는 오염물질 (103) 이 웨이퍼 (105) 로부터 제거되는 것을 유발할 수도 있다. 이 실시형태에서, 고체 성분 (109) 은 오염물질 (103) 보다 좀 더 부드럽거나 또는 좀 더 단단할 수도 있다. 고체 성분 (109) 이 오염물질 (103) 보다 연화한 경우, 고체 성분 (109) 의 더 많은 변형이 충돌하는 동안에 유발될 가능성이 있어서, 이는, 웨이퍼 (105) 로부터 오염물질 (103) 을 제거하기 위한 동적 (kinetic) 에너지의 보다 적은 전달을 초래한다. 그러나, 고체 성분 (109) 이 오염물질 (103) 보다 연화한 경우, 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이에서의 부착 접속은 더 강할 수도 있다. 반대로, 고체 성분 (109) 이 적어도 오염물질 (103) 만큼 단단한 경우, 에너지의 실질적으로 완전한 전달이 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이에서 유발될 수 있고, 이에 따라, 웨이퍼 (105) 로부터 오염물질 (103) 을 제거하기 위해 기능하는 힘을 증가시킨다. 그러나, 고체 성분 (109) 이 적어도 오염물질 (103) 만큼 단단한 경우, 고체 성분 (109) 의 변형에 의존하는 상호작용력이 감소될 수도 있다. 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 에 관련된 물리적 특성 및 상대 속도는 그 사이의 충돌 상호작용에 영향을 줄 것이다.
이에 더해서, 일 실시형태에서, 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이의 상호작용은 정전기적 인력을 초래할 수 있다. 예를 들어, 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 이 반대의 표면 전하를 가지는 경우, 그들은 서로에 대해 전기적으로 인력을 가질 것이다. 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이의 정전기적 인력은 오염물질 (103) 을 웨이퍼 (105) 에 접속하는 힘을 극복하기에 충분하다.
다른 실시형태에서, 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이에 정전기적 척력이 존재할 수도 있다. 예를 들어, 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 은 음의 표면 전하 또는 양의 표면 전하 둘 중 하나를 가질 수 있다. 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 이 그 부근에 충분히 가깝게 위치될 수 있는 경우, 그 사이의 정전기적 척력은 반 데르 왈스 인력 (van der Waals attraction) 을 통해서 극복될 수 있다. 비혼화성 성분 (111) 으로 인해 고체 성분 (109) 으로 가해진 힘은 정전기적 척력을 극복하기에 충분할 수도 있어서, 반 데르 왈스 인력이 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이에 확립된다. 또한, 다른 실시형태에서, 액체 매질 (107) 의 pH 는 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 의 하나에 또는 둘 다에 존재하는 표면 전하를 보상하도록 조정될 수 있어서, 상호작용을 촉진시키기 위 해 그들 사이의 정전기적 척력이 감소된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 도 3 은 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법의 플로우차트를 나타내는 도면이다. 도 3 의 방법에 원용된 기판은 반도체 웨이퍼 또는 반도체 제조 프로세스와 관련된 오염물질이 제거되는데 필요한 임의의 다른 유형의 기판을 나타낼 수 있다. 또한, 도 3 의 방법에 원용된 오염물질은 반도체 웨이퍼 제조 프로세스와 관련된 필수적인 임의의 유형의 오염물질을 나타내지만, 그러나, 미립자 오염물질, 미량 (trace) 금속 오염물질, 유기 오염물질, 포토레지스트 잔해, 웨이퍼 처리 장비로부터의 오염물질, 및 웨이퍼 배면의 미립자 오염물질로 한정되지 않고 이들을 포함한다.
도 3 의 방법은 기판에 걸쳐 세정 재료를 배치하는 동작 (301) 을 포함하고, 여기서, 세정 재료는 액정 매질 내에서 분산된 고체 성분을 포함한다. 도 3 의 방법에 원용된 세정 재료는 도 1, 도 2a, 및 도 2b 에 관련하여 사전에 설명된 재료와 동일하다. 따라서, 세정 재료 내에서의 고체 성분은 액체 매질 내에서 부유 상태로 분산된다. 또한, 고체 성분은 기판의 손상을 회피하고 기판으로의 부착을 회피하도록 정의된다. 일 실시형태에서, 고체 성분은 결정성 고체로 정의된다. 다른 실시형태에서, 고체 성분은 비-결정성 고체로 정의된다. 또 다른 실시형태에서는, 고체 성분은 결정성 및 비-결정성 고체의 조합으로서 나타난다. 또한, 다양한 실시형태에서, 액체 매질은 수용성 또는 비-수용성 중 하나일 수 있다.
또한, 이 방법은, 고체 성분과 오염물질 사이의 상호작용을 확립하도록, 기 판상에 존재하는 오염물질 부근 내에 고체 성분을 위치시키기 위해 고체 성분에 힘을 가하는 동작 (303) 을 포함한다. 전술한 바와 같이, 오염물질의 부근 내에 고체 성분을 위치시키기 위해 필요한 힘을 고체 성분에 가하기 위해 세정 재료 내에 비혼화성 성분이 제공된다. 일 실시형태에서, 이 방법은 고체 성분에 제어된 양의 힘을 가하기 위해 비혼화성 성분을 제어하는 동작을 포함할 수 있다. 비혼화성 성분은 액정 매질 내의 기포 또는 비혼화성 액적으로 정의될 수 있다. 또한, 비혼화성 성분은 액체 매질 내의 기포 및 비혼화성 액적의 조합으로서 나타날 수 있다.
이 방법의 일 실시형태에서, 비혼화성 성분은 기판에 걸쳐 세정 재료를 배치하기 전에 액체 매질 내에서 정의된다. 그러나, 다른 실시형태에서, 이 방법은 기판에 걸쳐 세정 재료의 배치 이후에 인-시츄 (in-situ) 로 비혼화성 성분을 형성하기 위한 동작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 비혼화성 성분은 세정 재료에 대한 주변 압력을 감소시킨 액체 매질 내에서 용해된 기체로부터 형성될 수 있다. 인시츄의 비혼화성 성분의 형성이 오염물질 제거 프로세스를 강화시킬 수도 있다는 것이 명시되어야만 한다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 중력은 비혼화성 성분의 형성 이전에 기판을 향해서 고체 성분을 밀도록 기능한다. 그 후, 주변 압력이 감소되어, 액체 매질 내에서 사전 용해된 기체는 기포을 형성하기 위한 용액의 외부로 나온다. 고체 성분이 중력에 의해 기판을 향하여 밀리기 때문에, 대부분의 기포은 고체 성분상에 형성된다. 고체 성분 상부에 기포의 형성은, 기판을 향하여 이미 자리잡은 고체 성분을 통해서, 기판상의 오염물질의 부근으로 고 체 성분의 이동을 강화하도록 기능한다.
다양한 실시형태에서, 고체 성분과 오염물질 사이의 상호작용은 부착력, 충돌력, 인력, 또는 그 조합으로 확립될 수 있다. 또한, 일 실시형태에서, 이 방법은, 고체 성분과 오염물질 사이에서 상호작용을 강화하기 위해 액체 매질의 화학적 성질을 변형하는 동작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액체 매질의 pH 는 고체 성분과 오염물질의 하나 또는 둘 다에서 표면 전하를 상쇄하도록 변형될 수 있어서, 정전기적 척력이 감소된다.
또한, 일 실시형태에서, 이 방법은 고체 성분과 오염물질 사이에서의 상호작용을 강화하기 위해 세정 재료의 온도를 제어하는 동작을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, 세정 재료의 온도는 고체 성분의 특성을 제어하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 더 높은 온도에서, 고체 성분은 가단성을 더 가져서, 오염물질에 대항하여 가압되었을 때, 더 효과적으로 발휘된다. 다음으로, 고체 성분이 오염물질에 가압되고 결합되는 즉시, 고체 성분이 오염물질에 대한 등각 형상 (conformal shape) 을 더욱 유지시키기 위해 영향을 적게 받도록 온도를 낮추고, 그로 인해 고체 성분 및 오염물질이 함께 효과적으로 차단된다. 또한, 온도는 가용성 및 이에 따른 고체 성분의 농도를 제어하기 위해 이용될 수도 있다. 예를 들어, 더 높은 온도에서, 고체 성분은 액체 매질 내에서 용해하기 더욱 쉽게 될 수도 있다. 또한, 온도는 액체-액체 부유물로부터 웨이퍼 상에서 인시츄로 고체 성분의 형성을 제어하고 및/또는 가능하게 하도록 이용될 수도 있다.
다른 실시형태에서, 이 방법은 연속 액체 매질 내에서 용해된 고체를 침전시 키기 위한 동작을 포함할 수 있다. 이 침전 동작은 그 고체를 용매로 용해하고, 그 후, 용매와 혼합가능하지만 그 고체와는 용해되지 않는 성분을 첨가함으로써 달성될 수 있다. 용매와 혼합가능하지만 그 고체와는 용해되지 않는 성분의 첨가는 고체 성분의 침전을 유발한다.
또한, 이 방법은, 고체 성분과 상호작용하는 오염물질이 기판으로부터 제거되도록, 기판으로부터 고체 성분을 분리하여 이동시키기 위한 동작 (305) 을 더 포함한다. 일 실시형태에서, 이 방법은 기판으로부터 고체 성분 및/또는 오염물질의 이동을 제어 또는 강화시키기 위해 기판에 걸친 세정 재료의 흐름을 제어하는 동작을 포함한다.
기판으로부터 오염물질을 제거하기 위한 본 발명의 방법은, 제거되는 오염물질과 고체 성분의 상호작용을 확립하도록 세정 재료의 고체 성분에 힘을 가하기 위한 수단이 있는 한, 수많은 상이한 방법으로 구현될 수 있다. 도 4a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 웨이퍼로부터 오염물질을 제거하기 위한 장치를 도시하는 도면이다. 이 장치는 화살표 (403) 로 표시된 바와 같이 웨이퍼 (105) 를 수용하기 위한 채널 (401) 을 포함한다. 채널 (401) 의 길이 (402) 및 높이 (404) 가 웨이퍼 (105) 를 수용하도록 정의된다는 것이 파악된다. 또한, 일 실시형태에서, 채널 (401) 의 높이 (404) 는 조절가능하다. 전술한 바와 같이, 채널 (401) 은 세정 재료 (101) 을 함유하도록 정의된다. 따라서, 웨이퍼 (105) 가 채널 (401) 로 이동될 때, 웨이퍼 (105) 가 세정 재료 (101) 내에 침지된다. 채널 (401) 은 세정 재료 (101) 및 웨이퍼 (105) 와 화학적으로 상용되는 충분한 강도의 임의의 재료로 이루어질 수 있다.
도 4b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 그 내부에 웨이퍼 (105) 가 배치된 채널 (401) 의 측단면도를 나타내는 도면이다. 채널 (401) 은 오염물질이 제거되는 웨이퍼 (105) 의 표면에 대해 대향하여 그리고 실질적으로 평행한 배향으로 위치된 제한 표면 (406) 을 포함한다. 채널 (401) 및 웨이퍼 (105) 는 수평 평면 (408) 에 대해 각도 (412) 로 기울어진다. 채널 (401) 의 더 낮은 말단/높이에, 액체 매질 (107) 내에 비혼화성 성분 (111) 을 생성하기 위해 비혼화성한 성분 생성기 (409) 가 제공된다.
전술한 바와 같이, 비혼화성 성분 (111) 은 액체 매질 (107) 내에서 비혼화성한 기체 또는 액체 둘 중 하나로 형성될 수 있다. 소스 (405) 로부터 라인 (407) 을 통해서 비혼화성 성분 생성기 (409) 에 비혼화성 성분 (111) 재료가 제공된다. 세정 동작 도중에, 웨이퍼 (105) 에 걸쳐 비혼화성 성분 (111) 을 이동시키기 위한 기동력이 속도 V 로 공급된다. 비혼화성 성분 (111) 은 웨이퍼 (105) 에 걸쳐 이동되고, 웨이퍼 (105) 에 대한 비혼화성 성분의 위치는 채널 (401) 의 제한 표면 (406) 에 의해 제한된다. 일 실시형태에서, 웨이퍼 (105) 에 걸쳐 비혼화성 성분 (111) 을 이동시키기 위해 공급된 기동력은 부양력이다. 다른 실시형태에서, 비혼화성 성분 생성기 (409) 의 분사압 (dispensing pressure) 은 웨이퍼 (105) 에 걸쳐 비혼화성 성분 (111) 을 이동시키기 위한 기동력을 제공한다.
다양한 실시형태에서, 비혼화성 성분 생성기 (409) 는 단일의 생성 포인트 또는 복수의 생성 포인트 둘 중 하나를 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 비혼화성 성분 생성기 (409) 는 수많은 비혼화성 성분 (111) 생성 포인트를 포함하도록 구성된 매니폴드 (manifold) 로서 정의된다. 추가적으로, 이 장치는 세정 프로세스 도중에 채널 내에서 웨이퍼 (105) 를 회전 및/또는 병진시키도록 정의된 기판 홀더를 포함할 수 있다는 것이 파악된다.
도 4c 는 비혼화성 성분 (111), 고체 성분 (109), 오염물질 (103), 및 웨이퍼 (105) 사이의 관계를 나타내는 도면이다. 비혼화성 성분 (111) 이 웨이퍼 (105) 표면에 걸쳐서 이동함에 따라서, 세정 재료의 두께 (410) 는 비혼화성 성분-대-액체 매질 인터페이스를 웨이퍼 (105) 표면으로부터 분리한다. 웨이퍼 (105) 에 걸쳐 비혼화성 성분 (111) 의 이동을 부양력이 구동하는 실시형태에서, 경사각 (412) 의 증가는 대응하는 부양력의 증가를 야기할 것이라는 것이 파악된다. 비혼화성 성분 (111) 의 부양력 및 대응 속도 V 가 증가함에 따라서, 비혼화성 성분 (111) 은 늘려질 (elongated) 수 있고, 따라서, 세정 재료 두께 (410) 를 증가시킨다. 세정 재료의 두께 (410) 가 충분히 크게 되는 경우, 비혼화성 성분 (111) 은 오염물질 (103) 과의 상호작용을 가능하게 하는 고체 성분 (109) 상에 충분한 힘을 가하지 못할 수도 있다. 또한, 비혼화성 성분 (111) 속도 V 가 증가함에 따라, 웨이퍼 (105) 표면에 걸쳐 소정의 위치에 비혼화성 성분 (111) 의 거주 시간은 감소한다. 따라서, 경사각 (412) 은 비혼화성 성분 (111) 속도 V 를 적절하게 제어하도록 설정되어야만 한다. 또한, 세정 재료 두께 (410) 가 너무 크게 되지 않도록, 제한 표면 (406) 과 웨이퍼 (105) 사이의 분리 거리 (404) 가 제어되어야만 한다.
도 4d 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 고체 성분 (109) 을 오염물질 (103) 의 부근으로 이동시키기 위해 비혼화성 성분 (111) 이 어떻게 기능하는지를 나타내는 도면이다. 비혼화성 성분 (111) 이 액체 매질 (107) 내에서 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 에 걸쳐 이동함에 따라서, 비혼화성 성분은 오염물질 (103) 을 향한 고체 성분 (109) 에 힘 F 를 가한다. 전술한 바와 같이, 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 은 서로 충분히 근접하게 되도록 힘이 가해질 때, 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이에서 상호작용이 발생된다. 고체 성분 (109) 상에 비혼화성 성분 (111) 에 의해 가해진 힘 F 은 비혼화성 성분 (111) 과 액체 매질 (107) 사이의 상이한 압력에 관련된다. 추가적으로, 오염물질 (103) 은 세정 재료 두께 (410) 내의 전단 응력에 더 노출된다. 또한, 비혼화성 성분 (111) 과 액체 매질 (107) 사이의 경계에 존재하는 계면에 존재하는 힘에 오염물질 (103) 이 노출된다. 이러한 전단 응력 및 계면에 존재하는 힘은 웨이퍼 (105) 표면으로부터 오염물질 (103) 을 제거하는데 도움을 주는 역할을 한다.
도 4e 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 웨이퍼 표면에 걸쳐 이동하는 비혼화성 성분 (111) 에 의한 웨이퍼 (105) 표면으로부터의 오염물질 (103) 의 제거를 나타내는 도면이다. 도 4e 의 실시형태에서, 전술한 바와 같이 전단 응력 및 계면에 존재하는 힘의 영향 하에서 결합된 유닛으로서 웨이퍼 (105) 로부터 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 이 제거된다. 다른 실시형태에서, 고체 성분 (109) 은 오염물질 (103) 과 상호작용하여 오염물질 (103) 과 실질적으로 결합하지 않고 웨이퍼 (105) 로부터 오염물질 (103) 을 제거한다. 이 실시형태에서, 각각의 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 은 웨이퍼 (105) 로부터 분리되도록 개별적으로 이동할 것이다. 일 실시형태에서, 웨이퍼 (105) 로부터의 오염물질 (103) 의 제거는 채널 (401) 을 통해서 세정 재료의 흐름과 관련된 전단 응력에 의해 강화될 수 있다. 이 실시형태에서, 이 장치는, 고체 성분 (109) 과 상호작용한 오염물질 (103) 이 웨이퍼 (105) 로부터 분리하여 이동시키기 위해, 세정 재료 내의 흐름을 유도하도록 정의된 세정 재료 서큘레이터를 포함할 수 있다.
도 4f 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 웨이퍼 (105) 표면으로부터 오염물질 (103) 의 제거를 나타내는 도면이다. 도 4f 의 실시형태에서, 액체 매질 (107) 은 수용성이고, 비혼화성 성분 (111) 은 비-수용성이며, 고체 성분 (109) 은 표면 활동적이다. 비혼화성 성분 (111) 이 고체 성분 (109) 에 걸쳐 이동하기 때문에, 이 비혼화성 성분은 고체 성분 (109) 상에 힘 F 만을 가하는 것이 아니라 고체 성분 (109) 을 습식화시켜서, 비혼화성 성분 (111) 과 액체 매질 (107) 사이의 인터페이스 범위로 고체 성분 (109) 이 잡아당겨지게 된다. 따라서, 웨이퍼 (105) 로부터 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 의 조합의 제거는 비혼화성-액체 인터페이스로 고체 성분 (109) 의 흡착 작용에 의해 강화된다.
도 4a 내지 도 4f 의 장치가 특정 예시적인 실시형태에 대해 설명되지만, 웨이퍼로부터의 오염물질을 제거하기 위한 원리는 이 장치의 다른 실시형태에 동일하게 적용될 수 있다는 것이 파악된다. 예를 들어, 도 4a 내지 도 4f 의 장치는, 비혼화성 성분 (111) 에 대한 기동력이 제공되어 비혼화성 성분 (111) 이 고체 성 분 (109) 에 힘 F 를 가하여 오염물질 (103) 과의 상호작용을 가능하게 하는 한, 수평 방향, 수직 방향, 또는 상하 방향으로 웨이퍼를 유지시키도록 변경될 수 있다. 또한, 다양한 실시형태에서, 웨이퍼 (105) 는 웨이퍼 (105) 에 걸친 비혼화성 성분 (111) 의 이동과 관련하여 회전되고, 당겨지고, 밀어지고, 또는 그렇지 않으면 휘저어질 수도 있다.
추가적으로, 도 3 의 방법과 관련하여 도 4a 내지 도 4f 의 장치를 이용하여 수행된 세정 프로세스는, 온도, 압력, 유속, 및 시간과 같은 파라미터에 대해 설정하는 특정 제어를 규정하는 레시피 (recipe) 에 따라서 수행될 수 있다. 일 실시형태에서, 이 장치는 고체 성분 (109) 과 오염물질 (103) 사이의 상호작용을 강화하고 웨이퍼 (105) 로부터 오염물질 (103) 의 제거를 강화하기 위해 세정 재료의 화학적 성질을 모니터링하고 조절하도록 정의된 세정 재료 제어 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시형태에서, 이 장치는 채널 (401) 내에서 세정 재료의 온도를 제어하도록 정의된 온도 제어 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 도 3 의 방법과 관련된 도 4a 내지 도 4f 의 장치를 이용하여 수행된 세정 프로세스는 반복적인 방식, 즉, 복수의 단계 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 도 4a 내지 도 4f 의 단일 웨이퍼 (105) 장치에 대해 설명된 원리는 동시에 복수의 웨이퍼 (105) 들을 프로세싱하도록 구성된 장치로 확대될 수 있다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 기판으로부터 오염물질을 제거하기 위한 방법의 플로우차트를 나타내는 도면이다. 이 방법은, 오염물질이 제거되는 기판의 표면이 제한 표면에 대해 대향하여 그리고 실질적으로 평행한 배향 으로 위치되도록, 세정 재료에 기판을 침지되게 하기 위한 동작 (501) 을 포함한다. 전술한 바와 같이, 도 4a 내지 도 4f 는 기판이 세정 재료에 침지되어 있는 동안 제한 표면에 대해 대향하여 그리고 실질적으로 평행한 배향으로 위치되는 기판의 예를 도시한다. 전술한 바와 같이, 도 5 의 방법에서 원용된 세정 재료는 동일한 세정 재료 (101) 을 나타내는 것으로 파악된다. 따라서, 세정 재료는 액체 매질 (107) 내에서 분산된 고체 성분 (109) 을 포함한다.
또한, 이 방법은 제한 표면과 함께 기판을 수평 평면에 대해 기울이게 하기 위한 동작 (503) 을 포함한다. 다양한 실시형태에서, 기울이는 동작은 제한 표면에 대해 대향하여 그리고 실질적으로 평행한 배향으로 기판을 위치시키기 전 또는 그 후 둘 중 하나의 순간에 수행될 수 있다. 또한, 이 방법은 기판보다 낮은 높이에 해당하는 위치에 있는 세정 재료 내에 비혼화성 성분을 생성하기 위한 동작 (505) 을 더 포함한다. 전술한 바와 같이, 도 4b 는 기판보다 낮은 높이에 있는 세정 재료 내에 생성되는 비혼화성 성분 (111) 의 일 예를 도시하는데, 여기서, 웨이퍼 (105) 는 기판을 나타낸다.
비혼화성 성분에 작용하는 부양력은 제한 표면과 기판 사이에서 비혼화성 성분이 기판상에서 이동하게 한다. 고체 성분이 기판상에 존재하는 오염물질과 상호작용하도록, 기판상에서의 비혼화성 성분의 이동은 힘이 액체 매질 내의 고체 성분에 가해지도록 한다. 전술한 바와 같이, 도 4c 내지 도 4f 는, 오염물질이 기판으로부터 제거되도록 고체 성분과 오염물질 사이의 상호작용을 용이하게 하기 위해 비혼화성 성분이 고체 성분에 어떻게 힘을 가하는지의 예를 도시한다.
도 5 의 플로우차트에 설명된 방법은 오염물질 제거 프로세스를 강화하기 위해 수많은 추가적인 동작을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 제한 표면과 함께 기판의 경사각을 조절하기 위한 동작이 포함되어 기판상에서 비혼화성 성분 속도의 제어를 가능하게 한다. 또한, 제한 표면과 기판 사이의 분리 거리를 조절하기 위한 동작이 포함되어 비혼화성 성분이 기판상에서 이동함에 따라 비혼화성 성분과 기판 사이의 거리의 제어를 가능하게 한다.
다른 동작에서, 세정 재료는 기판에 걸친 세정 재료의 흐름을 유도하도록 순환될 수 있다. 기판상에서 세정 재료의 흐름을 유도하는 것은 세정 재료 내의 화학종의 보충을 허용하고 기판으로부터 분리시켜 제거된 오염물질의 이동을 강화할 수 있다. 이 방법은, 고체 성분과 오염물질 사이의 상호작용을 강화하기 위해 세정 재료 화학적 성질을 모니터링하고 조절하여 이에 따라 기판으로부터의 오염물질의 제거를 강화하기 위한 동작을 더 포함한다. 추가적으로, 세정 재료의 온도는 고체 성분과 오염물질 사이의 상호작용을 강화하기 위해 모니터링되고 조절될 수 있다. 또한, 비혼화성 성분이 기판상에서 이동함에 따라서, 회전시키거나, 병진시키거나, 또는 회전 및 병진시킴으로써 기판을 조작하기 위한 동작이 수행될 수 있다.
본 발명이 반도체 웨이퍼에서 오염물질을 제거하는 내용으로 설명되었지만, 본 발명의 전술된 원리 및 기술은 반도체 웨이퍼가 아닌 세정 표면에 동등하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 반도체 제조에 이용된 임의의 장비 표면을 세정하는데 이용될 수 있는데, 여기서, 임의의 장비 표면은 웨이퍼를 통한 환경 적인 교류, 예를 들어, 웨이퍼를 통한 공중 (air space) 의 공유에서 임의의 표면에 적용된다. 또한, 본 발명은 오염물질의 제거가 중요한 다른 기술적인 분야에서도 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 공간 프로그램, 또는, 표면 과학, 에너지, 광학, 마이크로전자공학, MEMS, 평판 프로세싱, 태양전지, 메모리 디바이스 등과 같은 다른 첨단 기술 분야에 이용되는 부분에서 오염물질을 제거하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명이 이용될 수도 있는 예시적인 분야의 전술된 리스트는 포괄적인 리스트를 나타내기 위해 의도되지 않았다는 것을 명시해야만 한다. 또한, 본 명세서에서 예시적인 설명에서 이용된 웨이퍼는, 기판, 부품, 패널 등과 같은 임의의 다른 구조를 필수적으로 나타내기 위해 개괄적으로 정리될 수 있다.
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.

Claims (51)

  1. 기판으로부터 오염물질을 제거하기 위한 방법으로서,
    기판에 걸쳐, 액체 매질 내에 분산된 복수의 고체 성분들을 포함하는 세정 재료를 배치하는 단계;
    상기 복수의 고체 성분들의 고체 성분에 힘을 가하여 상기 기판상에 존재하는 오염물질 부근에 상기 고체 성분이 놓이게 함으로써 상기 고체 성분과 상기 오염물질 사이에 상호작용이 확립되도록 하는 단계; 및
    상기 고체 성분과 상호작용한 상기 오염물질이 상기 기판으로부터 제거되도록, 상기 기판으로부터 상기 고체 성분을 분리하여 이동시키는 단계를 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 고체 성분들은 상기 액체 매질 내에서 부유 상태로 분산된, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 고체 성분들은 상기 기판을 손상시키는 것을 회피하고 상기 기판에 부착되는 것을 회피하도록 정의되는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 성분은 결정성 고체인, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 성분은 비-결정성 고체인, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 성분은 지방족 산, 카르복실산, 폴리머, 왁스, 파라핀, 폴리스티렌, 폴리펩티드, 또는 점탄성 (visco-elastic) 재료 중 어느 하나인, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 성분은 응집물 (agglutination), 응고물 (coagulation), 응결물 (flocculation), 응집 덩어리 (agglomeration), 또는 융합체 (coalescence) 중 어느 하나로서 형성된, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 고체 성분들의 일부는 상기 액체 매질 내에 고체 성분들의 네트 워크 (network) 를 형성하고,
    상기 고체 성분들의 네트워크를 통해서 전달된 기계적 응력은 상기 고체 성분과 상기 오염물질 사이의 상호작용을 확립시키는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 매질은 수용성인, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 매질은 비-수용성인, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 재료는, 상기 고체 성분에 힘을 가하여 상기 고체 성분이 상기 오염물질 부근에 놓이게 함으로써 상기 고체 성분과 상기 오염물질 사이에 상호작용이 확립되도록 정의된 복수의 비혼화성 성분들을 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 비혼화성 성분들을 제어하여 상기 고체 성분에 제어된 양의 힘을 가하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 비혼화성 성분들은 상기 액체 매질 내의 기포 (gas bubble) 들로서 정의되는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 비혼화성 성분들은 상기 액체 매질 내의 액적 (liquid droplet) 들로서 정의되는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 비혼화성 성분들은 비혼화성 성분들의 혼합물로서 정의되고, 상기 비혼화성 성분들의 혼합물 내의 각각의 비혼화성 성분은 공통의 물리적 상태 또는 상이한 물리적 상태 중 어느 하나의 상태를 가지는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 비혼화성 성분들은, 상기 기판에 걸쳐 상기 세정 재료를 배치하는 단계 이전에, 상기 액체 매질 내에 정의되는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판에 걸쳐 상기 세정 재료를 배치하는 단계 이후에, 상기 액체 매질 내에 상기 비혼화성 성분들을 형성하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 비혼화성 성분들은 상기 세정 재료에 대한 주변 압력의 감소하에서 상기 액체 매질 내의 용해된 기체로부터 형성된, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 성분과 상기 오염물질 사이의 상호작용이 부착력, 충돌력, 및 인력 중 하나 이상에 의해 확립되는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 매질의 화학적 성질을 변형시켜 상기 고체 성분과 상기 오염물질 사이의 상호작용을 강화하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 재료의 온도를 제어하여 상기 고체 성분과 상기 오염물질 사이의 상호작용을 강화하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판에 걸쳐 상기 세정 재료의 유속을 제어하여 상기 고체 성분을 상기 기판으로부터 분리되도록 하는 이동을 제어하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 반도체 웨이퍼인, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 매질의 온도를 제어하여 상기 기판상에서 인시츄로 (in-situ) 상기 액체 매질 내에 상기 복수의 고체 성분들의 형성을 가능하게 하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 매질 내에 상기 복수의 고체 성분들을 형성시키기 위해 상기 액체 매질에 침전제를 도입하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 침전제를 도입하는 단계 이전에 상기 고체 성분들이 상기 액체 매질 내의 용매에 용해되고,
    상기 침전제는 상기 용매와 혼화성이며 상기 고체 성분들과는 비혼화성인, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  27. 기판으로부터 오염물질을 제거하기 위한 장치로서,
    기판을 수용하기 위한 채널로서, 상기 채널은 오염물질이 제거되어야 할 상기 기판의 표면에 대해 대향하여 그리고 실질적으로 평행한 배향으로 위치된 제한 표면 (constraining surface) 을 포함하도록 정의되는, 상기 기판을 수용하기 위한 채널;
    상기 채널에 의해 수용되는 상기 기판이 세정 재료 내에 침지되도록 상기 채널 내에 배치된 상기 세정 재료로서, 상기 세정 재료는 분산된 고체 성분들을 포함하는 액체 매질로서 정의되는, 상기 세정 재료; 및
    상기 채널의 상기 제한 표면과 오염물질이 제거되어야 할 상기 기판의 상기 표면 사이에서 비혼화성 성분들을 이동시키는 기동력 (motive force) 을 가하도록, 상기 세정 재료 내에 상기 비혼화성 성분들을 생성하기 위해 상기 채널 내에 배치된 비혼화성 성분 생성기를 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 비혼화성 성분들은 상기 액체 매질 내의 상기 고체 성분들에 힘을 가하여 상기 기판상에 존재하는 오염물질들 부근에 상기 고체 성분들이 놓이게 함으로써 상기 고체 성분들과 상기 오염물질들 사이에 상호작용이 확립되도록 하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 장치.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 채널의 상기 제한 표면과 상기 기판의 상기 표면 사이에서의 상기 비혼화성 성분들의 이동은 오염물질들과 상호작용한 상기 고체 성분들로 하여금 상기 오염물질들이 상기 기판으로부터 제거되도록 상기 기판으로부터 분리하여 이동시키는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 장치.
  30. 제 27 항에 있어서,
    오염물질과 상호작용한 상기 고체 성분들이 상기 기판으로부터 분리하여 이동되도록, 상기 세정 재료 내의 흐름을 유도하도록 정의된 세정 재료 서큘레이터를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 장치.
  31. 제 27 항에 있어서,
    상기 비혼화성 성분들을 이동시키기 위한 상기 기동력이 부양력 (buoyant force) 이 되도록, 상기 채널은 수평에 대해 비스듬한 각도로 위치되도록 정의되 는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 장치.
  32. 제 27 항에 있어서,
    상기 채널은, 상기 채널의 상기 제한 표면과 상기 기판의 상기 표면 사이의 분리 거리의 조절을 가능하게 하도록 정의되는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 장치.
  33. 제 27 항에 있어서,
    상기 고체 성분들과 오염물질들 사이의 상호작용을 강화하고 상기 기판으로부터 상기 오염물질들의 제거를 강화하기 위해 상기 세정 재료의 화학적 성질을 모니터링하고 조절하도록 정의된 세정 재료 제어 시스템을 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 장치.
  34. 제 27 항에 있어서,
    상기 채널 내의 상기 세정 재료의 온도를 제어하도록 정의된 온도 제어 시스템을 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 장치.
  35. 제 27 항에 있어서,
    상기 비혼화성 성분 생성기는 액체상 또는 기체상 중 어느 하나로 비혼화성 성분들을 생성하도록 정의되는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 장치.
  36. 제 27 항에 있어서,
    상기 비혼화성 성분 생성기는 상기 기판의 상기 표면에 걸쳐 다수의 비혼화성 성분 트레인 (train) 들을 생성하기 위한 매니폴드로서 정의되는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 장치.
  37. 제 27 항에 있어서,
    상기 채널 내에서 상기 기판을 회전시키거나, 병진시키거나, 또는 회전 및 병진시키도록 정의된 기판 홀더를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 장치.
  38. 제 27 항에 있어서,
    상기 기판으로부터 오염물질을 제거하는 장치는, 복수의 기판들로부터 동시에 오염물질을 제거하도록 정의된, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 장치.
  39. 기판으로부터 오염물질을 제거하기 위한 방법으로서,
    오염물질이 제거되어야 할 기판의 표면이 제한 표면 (constraining surface) 에 대해 대향하여 그리고 실질적으로 평행한 배향으로 위치되도록, 세정 재료에 기판을 침지하는 단계로서, 상기 세정 재료는 액체 매질 내에 분산된 고체 성분들을 포함하는, 상기 기판을 침지하는 단계;
    상기 제한 표면과 함께 상기 기판을 수평 평면에 대해 기울이는 단계; 및
    상기 비혼화성 성분들에 작용하는 부양력이 상기 비혼화성 성분들로 하여금 상기 제한 표면과 상기 기판 사이에서 기판에 걸쳐 이동하도록, 상기 기판보다 더 낮은 높이에 대응하는 위치에서 상기 세정 재료 내에 비혼화성 성분들을 생성하는 단계로서, 상기 기판에 걸쳐 상기 비혼화성 성분들의 이동은 상기 액체 매질 내의 상기 고체 성분들에 힘을 가하여 상기 기판상에 존재하는 오염물질들과 상기 고체 성분들이 상호작용하도록 하는, 상기 비혼화성 성분들을 생성하는 단계를 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 고체 성분들은 지방족 산, 카르복실산, 폴리머, 왁스, 파라핀, 폴리스티렌, 폴리펩티드, 및 점탄성 재료 중 하나 이상으로서 정의되는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  41. 제 39 항에 있어서,
    상기 고체 성분들은 응집물, 응고물, 응결물, 응집 덩어리, 및 융합체 중 하나 이상으로서 형성된, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  42. 제 39 항에 있어서,
    상기 고체 성분들은 상기 액체 매질 내에 고체 성분들의 네트워크를 형성하 고,
    상기 고체 성분들의 네트워크를 통해서 전달된 기계적 응력은 상기 오염물질들과 상호작용하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  43. 제 39 항에 있어서,
    상기 비혼화성 성분들은 상기 액체 매질 내의 기포들로서 정의되는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  44. 제 39 항에 있어서,
    상기 비혼화성 성분들은 상기 액체 매질 내의 액적들로서 정의되는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  45. 제 39 항에 있어서,
    상기 비혼화성 성분들은 비혼화성 성분들의 혼합물로서 정의되고,
    상기 비혼화성 성분들의 혼합물 내의 각각의 비혼화성 성분은 공통의 물리적 상태 또는 상이한 물리적 상태 중 어느 하나를 가지는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  46. 제 39 항에 있어서,
    상기 제한 표면과 함께 상기 기판의 경사각을 조절하여 상기 기판에 걸친 상 기 비혼화성 성분들의 속도를 제어하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  47. 제 39 항에 있어서,
    상기 기판에 걸쳐서 상기 비혼화성 성분들이 이동함에 따라서, 상기 비혼화성 성분들과 상기 기판 사이의 거리를 제어하기 위해 상기 제한 표면과 상기 기판 사이의 분리 거리를 조절하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  48. 제 39 항에 있어서,
    상기 세정 재료를 순환시켜 상기 기판에 걸쳐 상기 세정 재료의 흐름을 유도하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  49. 제 39 항에 있어서,
    상기 세정 재료의 화학적 성질을 모니터링하는 단계; 및
    상기 세정 재료의 화학적 성질을 조절하여 상기 고체 성분들과 상기 오염물질들 사이의 상호작용을 강화하고 상기 기판으로부터 상기 오염물질들의 제거를 강화하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  50. 제 39 항에 있어서,
    상기 세정 재료의 온도를 모니터링하는 단계; 및
    상기 세정 재료의 온도를 조절하여 상기 고체 성분들과 상기 오염물질들 사이의 상호작용을 강화하고 상기 기판으로부터 상기 오염물질들의 제거를 강화하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
  51. 제 39 항에 있어서,
    상기 비혼화성 성분들이 상기 기판에 걸쳐 이동함에 따라, 회전시키거나, 병진시키거나, 또는 회전 및 병진시킴으로써 상기 기판을 조작하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 오염물질을 제거하는 방법.
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