KR20100053518A - 기판을 처리하기 위해 제어된 메니스커스를 갖는 단상 근접 헤드 - Google Patents

기판을 처리하기 위해 제어된 메니스커스를 갖는 단상 근접 헤드 Download PDF

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Abstract

기판을 처리하는 시스템이 기재되어 있다. 이 기판을 처리하는 시스템은, 근접 헤드, 메커니즘 및 액체 공급기를 포함한다. 근접 헤드는 제어된 메니스커스를 발생시키도록 구성된다. 상세하게는, 근접 헤드는, 근접 헤드의 정면 상에 형성된 복수의 디스펜싱 노즐을 갖는다. 이 복수의 디스펜싱 노즐은 메니스커스로 액체를 공급하도록 구성되고, 메니스커스로부터 사용된 액체를 제거하도록 흡입 홀이 부가된다. 메커니즘은, 메니스커스와 기판의 표면 사이의 접촉을 유지하면서 근접 헤드 또는 기판을 서로에 대해 이동시킨다. 이 이동은 액체의 박층이 메니스커스에 의해 접촉된 이후에 표면 상에 잔존하도록 한다. 액체 공급기는 복수의 디스펜싱 노즐과 유체 연통하며, 메니스커스로부터 제거되는 액체의 양과 메니스커스로 전달되는 액체의 양을 밸런싱하도록 구성되는데, 메니스커스로부터 제거되는 액체의 양은 적어도 기판의 표면 상에 잔존하는 액체의 박층을 포함한다.

Description

기판을 처리하기 위해 제어된 메니스커스를 갖는 단상 근접 헤드{SINGLE PHASE PROXIMITY HEAD HAVING A CONTROLLED MENISCUS FOR TREATING A SUBSTRATE}
집적 회로 (IC) 디바이스의 제조에 있어서, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판은 임의의 개수의 프로세스 단계를 통해 이 기판을 배치함으로써 처리된다. 이러한 단계는 퇴적 단계, 제거 단계, 패터닝 단계 (예를 들어, 포토리소그래피) 및 도핑을 포함한다. 다수의 경우에, 일 시간 주기 동안 화학 물질에 기판을 노출시킴으로써 재료가 제거, 부가 또는 변경된다. 또한, 잔존이 허용되는 경우에 디바이스를 손상시킬 수 있는, 기판 상에 남겨진 화학 물질의 잔류물을 제거하기 위해서 클리닝 및 린싱 단계가 존재할 수도 있다.
IC 디바이스 피처의 크기가 계속해서 감소함에 따라, 액상 화학 물질에 웨이퍼를 노출시킴으로써 웨이퍼를 처리하는 기존의 방법은 부적절하게 되었다. 예를 들어, 기판이 유기 용제 화학 물질 또는 습식 에칭 화학 물질과 같은 액상 화학 물질에 잠기는 종래의 액침 방법은 기판과 이 화학 물질 사이의 접촉 시간에 걸쳐 충분한 제어를 제공하지 않는다. 예를 들어, 기판의 상부는 화학 물질로 하강되는 마지막 것일 수도 있으며 화학 물질로부터 리프팅되는 첫번째 것일 수도 있다. 또한, 화학 물질로부터 상승된 이후에, 기판은, 이 기판이 린싱 및 건조 스테이션으로 이동할 수 있을 때까지 일정 시간 동안 기판의 표면에 부착된 화학 물질의 층을 여전히 가질 수도 있다. 접촉 시간 및 린싱 시간을 보다 정밀하게 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 기판 액침은 화학 물질의 효율적인 사용을 제공하지 않는다. 예를 들어, 액침은 원하는 화학 반응 또는 프로세스를 수행하는데 필요한 것보다 상당히 많은 화학 물질액 (chemical liquid) 을 요구한다. 몇몇 경우에, 이 화학 물질액은 재사용될 수 없고, 또는 제한된 횟수만 재사용될 수 있다. 그러므로, 주어진 프로세스에 대해 화학 물질 사용량을 감소시키는 것이 바람직하다.
최종적으로, 액침 기술은 일괄 처리를 따를 수 있는데, 여기서 다수의 기판이 동시에 화학 물질로 하강된다. 이는 액침 기술의 효율을 향상시키지만, 다수의 기판을 트레이로 로딩하고 그 다음에 이들을 언로딩하기 위해서 부가적인 기판 핸들링이 요구된다. 기판이 핸들링될 때마다, 즉 하나의 프로세스 스테이션으로부터 다음의 프로세스 스테이션으로 이동할 때마다, 다음의 프로세스 단계까지의 시간을 지연시킨다. 또한, 화학 물질로부터의 기판의 제거와 세척, 린싱 및 건조 동작 사이의 시간 지연은, 다수의 기판이 한꺼번에 제거되지만 그 다음에 한번에 하나씩만 추가 처리되는 경우에 변할 수 있다. 기판을 보다 소수의 횟수 핸들링하며, 기판마다 보다 일관된 기판 핸들링을 제공하는 것이 바람직하다.
전술한 단점을 극복하기 위해서, 액상 화학 물질로 기판을 처리하기 위해 향상된 메커니즘에 대한 필요성이 존재한다.
대체로 말하면, 본 발명은, 이전의 처리 단계 동안에 표면 상에 남겨진 원하지 않은 층, 잔류물, 오염 물질, 워터마크 등의 제거를 야기시키는, 에칭, 클리닝, 웨팅 (wetting), 세척, 린싱 및 건조를 포함한 기판의 습식 처리를 위한 각종 기술을 제공함으로써 이들 필요성을 충족시킨다.
본 발명이 프로세스, 장치, 시스템, 디바이스 또는 방법을 포함한 다수의 방식으로 구현될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 본 발명의 다수의 독창적인 실시형태가 후술된다.
일 실시형태에 있어서, 기판을 처리하는 시스템이 제공된다. 이 기판을 처리하는 시스템은, 근접 헤드, 기판에 대해 근접 헤드 (또는 근접 헤드에 대해 기판, 또는 이들 모두) 를 이동시키는 메커니즘, 및 근접 헤드와의 유체 연통을 제공하는 액체 관리 시스템을 포함한다. 근접 헤드는, 기판의 표면 상에 제어된 메니스커스를 발생시키도록 구성된다. 상세하게는, 근접 헤드는, 이 근접 헤드의 정면 상에 형성되며 이 메니스커스로 액체를 공급하도록 구성된 복수의 별개의 디스펜싱 노즐, 및 기판과 접촉한 이후에 메니스커스로부터 액체를 제거하도록 형성된 복수의 별개의 회수 노즐을 갖는다. 근접 헤드나 기판 또는 이들 모두를 서로에 대해 이동시키는 메커니즘은 메니스커스와 기판의 표면 사이의 제어가능한 접촉을 유지하며, 액체의 박층이 메니스커스에 의해 접촉된 이후에 이 표면 상에 잔존하도록 한다. 액체 공급기는, 메니스커스로부터 제거되는 액체의 양과 메니스커스로 전달되는 액체의 양을 밸런싱하도록 구성되는데, 이 제거되는 액체는 적어도 기판 상에 잔존하는 액체의 박층을 포함한다.
또다른 실시형태에 있어서, 기판을 처리하는 방법이 제공된다. 이 기판을 처리하는 방법은, 근접 헤드를 사용하여 제어된 메니스커스를 발생시키는 단계를 포함하고, 근접 헤드는 기판의 표면에 매우 근접한 정면을 갖는다. 제어된 메니스커스는, 근접 헤드의 정면에 형성된 개별 노즐을 통해 제어된 메니스커스로 화학 물질을 전달함으로써 발생된다. 근접 헤드는, 제어된 메니스커스와 기판 사이의 접촉 영역이 기판 상에서 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동하도록 기판 위에서 이동한다. 근접 헤드의 이동은 화학 물질 잔류물이 제 1 위치에서 기판의 표면에 남겨지도록 하며, 이 화학 물질 잔류물은 기판의 표면에 부착되는 제어된 메니스커스로부터의 화학 물질의 층이다. 근접 헤드로 전달되는 화학 물질의 양은, 메니스커스로부터 근접 헤드로 제거되는 화학 물질의 양과 밸런싱되고 (정적 모드), 또는 화학 물질 잔류물 및 메니스커스로부터 근접 헤드로 제거되는 화학 물질의 양과 밸런싱되어 (동적 모드), 제어된 메니스커스가 실질적으로 일정한 체적의 화학 물질을 유지한다.
본 발명의 이점은 본 발명의 원리를 예로서 나타내는 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명에 의해 손쉽게 이해될 것이며, 동일한 참조 부호는 동일한 구조 엘리먼트를 나타낸다.
도 1 은 기판 처리 시스템의 예시적인 구현의 투시도이다.
도 2 는 제어된 메니스커스를 사용하여 기판에 화학 물질을 공급하는 시스템의 개략적인 표현을 예로서 도시한 도면이다.
도 3 은 기울어진 디스펜싱 노즐을 갖는 근접 헤드의 개략적인 표현을 예로서 도시한 도면이다.
도 4 는 팬텀으로 도시된 캐리어 및 웨이퍼와 예시적인 근접 헤드의 저면도이다.
도 5 는 화학 물질 리사이클링에 대한 예시적인 메니스커스 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 6 은 메니스커스를 제어하는데 계량 펌프가 사용되는 예시적인 메니스커스 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 7 은 근접 헤드가 디스펜싱 노즐은 포함하지만 흡입 포트는 포함하지 않는 예시적인 메니스커스 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 8 은 제 1 근접 헤드 및 제 2 근접 헤드를 갖는 기판 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 9 는 다중 메니스커스 근접 헤드를 예로서 도시한 도면이다.
도 10 은 기판 처리 시스템으로 수행되는 절차를 예로서 도시한 흐름도이다.
다음의 설명에 있어서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 다수의 특정 상세가 설명된다. 그러나, 본 발명이 이들 특정 상세의 일부 없이 실시될 수도 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 회피하기 위해서 잘 알려진 프로세스 동작 및 구현 상세는 상세하게 기재되지 않았다. 본 명세서에 이용된 바와 같은 "메니스커스" 라는 용어는 액체의 표면 장력에 의해 부분적으로 수용 및 한정되는 액체의 체적을 언급한다. 또한, 메니스커스는 제어가능하며, 수용된 형상으로 표면 위에서 이동할 수 있다. 특정 실시형태에 있어서, 메니스커스는, 이 메니스커스가 제어가능하게 유지되도록 유체를 제거하면서 또한 표면으로의 유체의 전달에 의해 유지된다. 또한, 메니스커스 형상은, 네트워킹될 수도 있는 컴퓨팅 시스템인 제어기와 부분적으로 인터페이스되는 정밀 유체 전달 및 제거 시스템에 의해 제어될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 유체 전달 시스템은 제공되지만, 유체 제거 시스템은 제공되지 않는다.
도 1 은 기판 처리 시스템 (100) 의 예시적인 구현의 투시도이다. 이 실시예에 있어서, 기판 (160) 은, 화살표 (166) 의 방향으로 상부 근접 헤드 (110) 와 하부 근접 헤드 (120) 사이에서 지나가는 캐리어 (150) 내에 위치된다. 일 실시형태에 있어서, 기판 (160) 은 단결정 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼를 포함한다. 상부 근접 헤드 (110) 및 하부 근접 헤드 (120) 는 이들 사이에 유체의 메니스커스를 형성한다. 캐리어 (150) 는, 캐리어 (150) 의 양측에 2 개의 양쪽 화살표로서 개략적으로 표현된 추적 메커니즘 (152) 에 접속될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 추적 메커니즘 (152) 은, 캐리어 (150) 에 결합되어 캐리어 (150) 가 화살표 (166) 의 방향으로 상부 근접 헤드 (110) 와 하부 근접 헤드 (120) 사이에서 이동하도록 하는 디바이스와 캐리어의 양측 상의 2 개의 슬롯형 레일을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 기판 (160) 은 근접 헤드 (110, 120) 의 일측 상의 제 1 위치에서 캐리어 (150) 상에 놓여지며, 캐리어 (150) 가 근접 헤드 (110, 120) 의 반대측 상의 제 2 위치에 도달하는 경우에 제거된다. 그런 다음, 캐리어 (150) 는 다시 근접 헤드 (110, 120) 를 통해, 또는 근접 헤드 (110, 120) 의 위에서, 아래에서 또는 주위에서 다시 제 1 위치로 지나갈 수도 있는데, 여기서 다음의 기판이 놓여지며, 프로세스가 반복된다.
상부 근접 헤드 (110) 와 하부 근접 헤드 (120) 의 쌍만이 도시되어 있지만, 나란히 있는 복수의 메니스커스를 발생시키며 캐리어 (150) 가 연속하여 각각을 통과하는 임의의 개수의 근접 헤드도 가능하다. 예를 들어, 에칭, 클리닝, 및 그 다음에 린싱과 건조와 같은 복수의 처리 단계를 수행하는데 복수의 메니스커스가 사용될 수 있다. 또한, 단일 근접 헤드로 기판의 일측 상에 제어된 메니스커스가 발생될 수 있기 때문에, 상부 근접 헤드와 하부 근접 헤드 모두를 가질 필요는 없다.
또한, 도 1 에 도시된 실시예에 있어서, 기판이 화살표 (166) 의 방향으로 근접 헤드 (110, 120) 를 통해 이동하지만, 근접 헤드 (110, 120) 가 기판의 위 및 아래에서 지나가는 동안에 기판이 고정된 채로 유지되는 것도 가능하다는 것이 주목되어야 한다. 또한, 기판이 근접 헤드들 사이를 지나가는 때의 기판의 방위는 임의적이다. 즉, 기판이 수평으로 배향되는 것이 요구되지 않고, 대신에 수직으로 배향되거나 임의의 각도로 배향될 수 있다.
특정 실시형태에 있어서, 논리 회로나 소프트웨어 또는 이들 모두에 의해 결정되는 기능성을 갖는 범용 또는 전용 컴퓨터 시스템일 수도 있는 제어기 (130) 는 캐리어 (150) 의 이동 및 상부 근접 헤드 (110) 와 하부 근접 헤드 (120) 로의 유체의 흐름을 제어한다. 안정 상태로 메니스커스를 유지하도록 근접 헤드 (110, 120) 로의/로부터의 유체의 흐름이 제어된다.
도 2 는 제어된 메니스커스를 사용하여 기판에 화학 물질을 공급하는 시스템의 개략적인 표현을 예로서 도시한 도면이다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 화살표 (105) 로 도시된 바와 같이 근접 헤드 (110) 는 좌측으로 이동하고/하거나 기판 (160) 은 우측으로 이동하여, 근접 헤드 (110) 와 기판 (160) 사이의 상대 이동이 존재한다. 상대 이동의 결과로서, 화학 물질 잔류물 (202) 의 박층 또는 박막, 화학 물질의 표면 활성제 성분 및/또는 기판의 친수성, 및 제어된 메니스커스 (200) 가 기판 (160) 에 부착되어, 기판 (160) 이 근접 헤드 (110) 에 의해 효과적으로 웨팅된다. 개략적인 표현인 도 2 가 도시된 각종 피처의 상대 치수를 정확하게 나타내도록 의도되지는 않는다는 것이 주목되어야 한다.
근접 헤드 (110) 는, 근접 헤드 (110) 의 정면 (111) 에 형성된 적어도 하나의 디스펜싱 노즐 (116) (이 디스펜싱 노즐을 통해 액체가 공급되어 메니스커스 (200) 를 형성함) 을 포함한다 (도 2 에는 2 개의 디스펜싱 노즐이 도시되어 있음). 정면 (111) 은 기판 (160) 의 표면에 실질적으로 평행하게 근접하여 배치된 적어도 하나의 평탄한 영역을 포함하지만, 가변 고도 및/또는 형상을 갖는 다수의 평탄한 영역이 구현될 수 있다. 액체는 탈이온수, RCA Clean 화학 물질, 또는 기판 (160) 을 처리하도록 설계된 다른 액체일 수도 있다. 또한, 근접 헤드 (110) 는 메니스커스 (200) 에 제어된 흡입력 (controlled suction) 을 인가하는 하나 이상의 흡입 포트 (114) (하나만 도시되어 있음) 를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 흡입 포트 (114) 는 주위 가스가 아니라 실질적으로 메니스커스 (200) 로부터의 액체만을 흡인한다. 도 2 에 도시되지 않은 하부 근접 헤드 (120) 는 상부 근접 헤드에 대한 미러 이미지로서 제공될 수도 있으며, 유사한 방식으로 동작할 수도 있다. 근접 헤드 구조 및 동작에 관한 보다 상세한 설명이 관련 기술에 대한 상호 참조 섹션에 참조로서 포함되어 있다. 특히, 미국 특허 출원 제 10/261,839 호, 제 10/330,843 호 및 제 10/330,897 호가 근접 헤드 구조 및 동작에 관한 부가적인 상세를 위해 참조된다.
또한, 기판 처리 시스템 (100) 은 화학 물질 공급 시스템 (180) 및 화학 물질 제거 시스템 (190) 을 포함한다. 화학 물질 공급 시스템 (180) 및 화학 물질 제거 시스템 (190) 은 화학 물질의 리사이클링을 허용하도록 서로 접속될 수도 있다. 예를 들어, 제 3 리사이클링 시스템 (도시되지 않음) 은 화학 물질 제거 시스템 (190) 으로부터 사용된 화학 물질을 수용하여, 이 사용된 화학 물질을 화학 물질 공급 시스템 (180) 으로 리턴하기 이전에, 예를 들어 필터링, 증류 (distilling) 또는 다른 동작에 의해 이 사용된 화학 물질을 처리할 수도 있다. 화학 물질 공급 시스템 (180) 은, 예를 들어 화학 물질의 반응력 (reacting power) 을 증대시키기 위해서 화학 물질을 가열하는 가열 수단을 포함할 수도 있다. 제어 유닛 (130) 은, 메니스커스 (200) 가 안정 상태로 유지되도록 메니스커스 (200) 로의/로부터의 화학 물질 흐름이 제어된 레이트로 이루어지는 것을 보장하기 위해서 화학 물질 공급 시스템 (180) 및 화학 물질 제거 시스템 (190) 의 동작을 조절한다. "안정 상태" 는, 메니스커스가 실질적으로 일정한 체적을 갖고, 기판의 에지에서 예상될 수도 있는 메니스커스로부터의 유출이 제어 및 보상된다는 것을 의미한다. 따라서, 메니스커스 (200) 로/로부터 흐르는 유체는, 존재한다면 유출의 예상량 및 메니스커스 상에 잔존하는 유체 (202) 를 보상하도록 메니스커스로 흐르는 충분한 부가적인 유체와만 실질적으로 밸런싱된다.
일 실시형태에 있어서, 근접 헤드 (110) 는, 도 4 를 참조하여 보다 상세하게 후술되며 도시된 바와 같이 복수의 흡입 포트 (114) 를 둘러싸는 복수의 디스펜싱 노즐 (116) 을 포함한다. 그러나, 다른 노즐 구성도 가능하다. 예를 들어, 디스펜싱 노즐 (116) 은 근접 헤드 (110) 의 상승 에지 (leading edge) (112) 를 따라 제공될 수도 있고, 흡입 포트 (114) 는 근접 헤드 (110) 의 하강 에지 (trailing edge) (118) 를 따라 제공될 수도 있다. 도 7 을 참조하여 보다 상세하게 후술되는 다른 실시형태에 있어서, 디스펜싱 노즐 (116) 만이 제공되며, 흡입 노즐은 필요하지 않다. 각종 노즐 구성이 가능하지만, 일 실시형태에 있어서, 각 구성은, 근접 헤드 (110) 의 정면 (111) 으로부터, 노즐 사이의 유체 압력을 균등하게 함으로써 각 노즐이 다른 노즐과 일관된 압력의 진공 또는 유체를 수용한다는 것을 보장하는 내부 매니폴드 (도시되지 않음) 로 연장되는 독립적인 개별 스루홀로서 형성된 디스펜싱 노즐 (116) 을 포함한다.
도 3 은 근접 헤드 (110') 의 개략적인 표현을 예로서 도시한 도면이다. 근접 헤드 (110') 는 화살표 (119) 를 따라 화학 물질의 흐름을 촉진하도록 기울어진 디스펜싱 노즐 (116) 을 포함한다. 화학 물질의 점도 및 유량뿐만 아니라 기판 (160) 의 친수성과 같은 다른 인자에 종속하여, 기울어진 디스펜싱 노즐 (116') 은 메니스커스 (200) 내의 유체 다이내믹스를 향상시킬 수도 있다.
도 4 는 팬텀으로 도시된 캐리어 (150) 및 웨이퍼 (160) 와 예시적인 근접 헤드 (110) 의 저면도이다. 근접 헤드 (110) 의 정면 (111) 은 기판 (160) 에 실질적으로 평행하게 배치된 실질적으로 평탄한 표면을 포함한다. 또한, 정면 (111) 은 복수의 별개의 흡입 포트 (114) 를 둘러싸는 복수의 별개의 디스펜싱 노즐 (116) 을 포함한다. 이 구성은 예시적인 목적으로만 제공되며, 다른 구성도 가능하다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 흡입 포트 (114) 는 제공되지 않거나 부가적인 디스펜싱 노즐 (116) 로 대체된다. 또다른 실시형태에 있어서, 디스펜싱 노즐 (116) 이 흡입 포트 (114) 에 의해 둘러싸여진다. 또다른 실시형태에 있어서, 디스펜싱 노즐 (116) 의 행은 근접 헤드 (110) 의 상승 에지에 배치되며, 흡입 포트 (114) 의 행은 근접 헤드 (110) 의 하강 에지를 따라 배치된다. "상승 에지" 는, 기판에 관하여 이동하고 있는 경우에 첫번째로 기판과 만나게 되는 근접 헤드의 전방 에지를 의미한다. 또다른 실시형태에 있어서, 디스펜싱 노즐 (116) 은 예를 들어 체커보드 패턴으로 흡입 포트 (114) 와 함께 산재된다.
도 5 는 화학 물질 리사이클링에 대한 예시적인 메니스커스 제어 시스템 (250) 을 도시한 도면이다. 기판 (160) 을 처리하거나 클리닝하기 위한 화학 물질 합성물과 같은 화학 물질 (255) 은 화학 물질 공급 탱크 (260, 260') 에 의해 유지된다. 밸브 (V2 및 V2') 가 제어 유닛 (270) 에 의해 개방되는 경우, 메니스커스 (200) 를 형성하도록 화학 물질 (255) 이 중력의 영향 하에서 유체 라인 (264, 264') 을 통해 디스펜싱 노즐 (116) 로 흐르는 것이 허용된다. 화학 물질 회수 탱크 (280) 는 압력 센서 (284) 및 유량계 (286) 에 응답하여 제어 유닛 (270) 및 진공 펌프 (282) 에 의해 진공 하에서 유지된다. 화학 물질 회수 탱크 (280) 가 유체 라인 (266) 을 통해 흡입 포트 (114) 와 유체 연통하기 때문에, 메니스커스 (200) 에서의 화학 물질 (255) 의 일부는 화학 물질 회수 탱크 (280) 까지 인출된다. 일 실시형태에 있어서, 화학 물질 회수 탱크 (280) 에서의 진공은, 소정의 유체 흐름이 유량계 (286) 에 의해 기록될 때까지 조정된다.
화학 물질 공급 탱크 (260, 260') 에서의 액체 레벨이 너무 높아지거나 너무 낮아지는 경우, 센서 (262, 262') 는 제어 유닛 (270) 에 시그널링한다. 액체가 너무 낮다고 나타내는 신호에 응답하여, 제어 유닛 (270) 은, 유체 라인 (268, 276 및 276') 을 통해 화학 물질 회수 탱크 (280) 로부터 화학 물질 공급 탱크 (260, 260') 로 사용된 화학 물질 (257) 을 리사이클링하도록 펌프 (275) 를 동작시킨다. 밸브 (V1, V1') 는, 리사이클링된 화학 물질이 올바른 화학 물질 공급 탱크로 공급된다는 것을 보장하도록 제어 유닛 (270) 에 의해 동작된다.
도 6 은 메니스커스 (200) 를 제어하는데 계량 펌프 (308) 가 사용되는 예시적인 메니스커스 제어 시스템 (300) 을 도시한 도면이다. 상세하게는, 제어 유닛 (302) 은, 화학 물질 공급기 (306) 로부터 화학 물질을 인출하여 이 화학 물질을 디스펜싱 노즐 (116) 을 통해 메니스커스 (200) 로 제어된 체적 측정 유량으로 공급하도록 계량 펌프 (310) 를 동작시킨다. 마찬가지로, 계량 펌프 (308) 는, 메니스커스 (200) 로부터 화학 물질을 제거하여 사용된 화학 물질을 화학 물질 제거 시스템 (304) 으로 전달하도록 구동된다. 계량 펌프 (310, 308) 각각은 그 입구와 출구 사이의 광범위한 압력 차분에 대해 정밀한 체적 측정 유량으로 그 각각의 입력으로부터 그 각각의 출력으로 화학 물질을 전달할 수 있다. 로브-스타일 임펠러로 개략적으로 도시되었지만, 임의의 타입의 계량 펌프가 사용될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 제어 유닛 (302) 은, 메니스커스 (200) 를 형성하는 경우에는 보다 높은 유량으로 그리고 그 다음에 일단 메니스커스 (200) 가 형성되면 보다 낮은 유량으로 화학 물질을 메니스커스 (200) 로 전달하도록 계량 펌프 (310) 를 구동한다. 본 명세서에 기재된 다른 실시형태와 상호 배타적이 아닌 또다른 실시형태에 있어서, 제어 유닛 (302) 은, 메니스커스로 화학 물질을 공급하도록 계량 펌프 (310) 가 구동되는 것보다 약간 낮은 유량으로 메니스커스 (200) 로부터 화학 물질을 제거하도록 계량 펌프 (308) 를 구동한다. 이와 같이, 근접 헤드 (110) 에 의해 제거되는 것보다 약간 많은 유체가 디스펜싱되는데, 이는 소량의 유체가 화학 물질 잔류물 (202) 로서 기판 (160) 상에 잔존하게 한다.
도 7 은 근접 헤드 (110) 가 디스펜싱 노즐 (116) 은 포함하지만 흡입 포트 (114) 는 포함하지 않는 예시적인 메니스커스 제어 시스템 (350) 을 도시한 도면이다. 그에 따라, 이 실시형태에 있어서, 화학 물질은 근접 헤드에 의해 메니스커스로부터 능동으로 제거되지 않는다. 제어 유닛 (352) 은, 화학 물질 공급기 (356) 로부터 화학 물질을 인출하여 이 화학 물질을 디스펜싱 노즐 (116) 을 통해 메니스커스 (200) 로 공급하도록 계량 펌프 (354) 를 구동한다. 일단 메니스커스 (200) 가 형성되면, 제어 유닛 (352) 은 기판 (160) 에 그리고 잠재적으로 또한 캐리어 (150) (도 1 및 도 4 참조) 에 부착되는 화학 물질 잔류물 (202) 을 보상하기에 충분한 화학 물질만을 메니스커스 (200) 로 공급한다. 화학 물질의 무시해도 좋은 양이 부가적으로 증발에 의해 제거되고/되거나 캐리어 (150) (도 1 및 도 4 참조) 에 대해 손실될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 8 은 제 1 근접 헤드 (110) 및 제 2 근접 헤드 (410) 를 갖는 기판 처리 시스템 (400) 을 도시한 도면이다. 근접 헤드 (110) 는 실질적으로 도 2 를 참조하여 전술한 바와 같으며, 기판 (160) 에 부착되는 화학 물질 잔류물 (202) 을 남기면서 메니스커스 (200) 를 발생시킨다. 근접 헤드 (410) 는, 주위 가스 및 메니스커스 (412) 로부터의 액체의 혼합물을 흡인하는 흡입 포트에 의해 둘러싸여지는 중심 배치된 디스펜싱 노즐 (116) 을 포함한다. 근접 헤드는, 2002 년 9 월 30 일자로 출원된 미국 특허 출원 제 10/261,839 호 또는 2003 년 3 월 31 일자로 출원된 미국 특허 출원 제 10/404,692 호에 기재된 바와 같이 구성 및 동작될 수도 있는데, 이들 특허 출원은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 가스 노즐 (113) 은 흡입 포트 (114) 를 둘러싸며, 질소와 이소프로필 알코올 가스의 혼합물을 공급하는데, 이는 메니스커스의 액체-증기 장벽의 완전성을 향상시키는 역할을 한다. 일 실시형태에 있어서, 메니스커스 (412) 는 탈이온수로부터 형성되고, 효과적으로 화학 물질 잔류물 (202) 을 린싱 및 제거하며, 기판 (160) 이 메니스커스 (412) 의 뒤에서, 예를 들어 위치 (414) 에서 건조 및 스폿-프리 (spot-free) 되게 한다.
도 9 는 메니스커스 (200, 452, 454 및 456) 를 발생시키는 다중 메니스커스 근접 헤드 (450) 를 예로서 도시한 도면이다. 임의의 개수의 메니스커스가 발생될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 다중 메니스커스 근접 헤드 (450) 는 기판에 대해 다중-단계 프로세스를 수행하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼에 대한 표준 RCA 클리닝 프로세스는 유기 오염 물질을 제거하는 제 1 단계, 산화물을 제거하는 제 2 단계, 및 금속 트레이스 (이온) 를 제거하는 최종 단계를 요구한다.
도 10 은 본 명세서에 기재된 기판 처리 시스템으로 수행되는 절차를 예로서 도시한 흐름도 (500) 이다. 이 절차는 시작 블록 502 에 도시된 바와 같이 시작되어, 근접 헤드에서의 디스펜싱 노즐을 사용하여 메니스커스로 화학 물질을 전달함으로써 제어된 메니스커스가 발생되는 동작 504 로 진행한다. 이 흐름은, 도 5 를 참조하여 전술한 바와 같이 근접 헤드로 화학 물질을 중력 공급하거나 또는 계량 펌프나 다른 수단을 사용하여 메니스커스로의 액상 화학 물질의 전달을 제어함으로써 제어될 수 있다.
동작 506 에 있어서, 기판 표면 상에 화학 물질 잔류물을 남기면서, 근접 헤드가 기판 위에서 이동한다. 예를 들어, 화학 물질 잔류물은 기판 표면에 부착되는 화학 물질의 막일 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 친수성일 수도 있고 친수성이 아닐 수도 있는 기판 표면과의 부착성을 보장하기 위해서 표면 활성제가 화학 물질에 첨가된다.
동작 508 에 있어서, 사용된 화학 물질은 근접 헤드에 형성된 흡입 포트를 사용하여 메니스커스로부터 선택적으로 제거된다. 화학 프로세스에 종속하여, 화학 물질은 열화될 수도 있고, 사용된 화학 물질을 제거하며 새로운 화학 물질을 공급함으로써 리프레시될 필요가 있을 수도 있다는 것이 주목되어야 한다. 예를 들어, 화학 물질이 산화물 제거에 사용되며, 화학 물질이 황산 용액을 포함하는 경우, 이 용액의 산도는 기판 표면과 반응함에 따라 감소할 수도 있다. 그러므로, 일 실시형태에 있어서, 화학 물질은 그 원하는 특성을 유지하기 위해 미사용된 화학 물질로 끊임없이 대체되고 있다. 화학 물질 제거 유량은 수반되는 프로세스 및 화학 물질에 종속할 수도 있다. 또다른 실시형태에 있어서, 제거가 불필요하도록 화학 물질 대체가 요구되지는 않는다.
동작 510 에 있어서, 메니스커스로 전달되는 화학 물질의 양과 제거되는 화학 물질의 양 및 화학 물질 잔류물의 양을 밸런싱함으로써 메니스커스가 제어된다. 그런 다음, 동작 512 에 도시된 바와 같이 이 절차가 종료된다. 도 10 에 도시된 동작이 연속적인 것으로 도시되어 있지만, 모든 동작이 동시에 일어나도록 이들 동작은 동시에 수행될 수도 있다는 것이 주목되어야 한다.
전술한 발명이 이해의 명확함을 위해 얼마간 상세하게 기재되었지만, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 특정 변경 및 변형이 실시될 수도 있다는 것은 명백할 것이다. 따라서, 본 실시형태는 제한이 아니라 예시로서 고려되어야 하며, 본 발명은 본 명세서에 제공된 상세에 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위의 범위 및 그 등가물 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (26)

  1. 기판을 처리하는 시스템으로서,
    근접 헤드로서, 상기 근접 헤드의 정면에 형성된 복수의 디스펜싱 노즐을 갖고, 상기 정면은 적어도 실질적으로 평탄한 표면을 가지며, 상기 근접 헤드는 기판의 표면 상에 제어된 액체 메니스커스를 발생시키도록 구성되는, 상기 근접 헤드;
    상기 복수의 디스펜싱 노즐과 유체 연통하며, 상기 메니스커스로부터 제거되는 액체의 양과 상기 메니스커스로 전달되는 액체의 양을 밸런싱하도록 구성된 액체 공급기로서, 상기 메니스커스로부터 제거되는 액체의 양은 적어도 상기 액체의 박층을 포함하고, 상기 근접 헤드가 상기 기판의 표면 위에서 지나감에 따라 상기 액체의 박층은 상기 기판의 표면 상에 잔존하는, 상기 액체 공급기; 및
    상기 기판과 상기 메니스커스 사이의 접촉을 유지하면서 상기 기판의 표면에 대해 상기 근접 헤드를 이동시키는 메커니즘을 포함하는, 기판을 처리하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 근접 헤드의 정면에 형성된 복수의 별개의 흡입 포트; 및
    상기 복수의 별개의 흡입 포트와 유체 연통하는 진공 소스를 포함하는 액체 제거 시스템을 더 포함하고,
    상기 진공 소스는, 실질적으로 가스를 인출하지 않고 상기 메니스커스로부터 상기 액체의 흐름이 제거되도록 상기 복수의 별개의 흡입 포트에 제어된 흡입력 (controlled suction) 을 인가하고,
    상기 액체 공급기는, 상기 액체 제거 시스템에 의해 제거되는 상기 액체의 흐름을 보상하기에 충분한 유량으로 상기 메니스커스로 상기 액체를 전달하는, 기판을 처리하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 디스펜싱 노즐 및 상기 복수의 별개의 흡입 포트는, 상기 복수의 별개의 흡입 포트가 중심 위치되며 상기 복수의 디스펜싱 노즐에 의해 둘러싸여지도록 상기 근접 헤드의 정면 상에 배열되는, 기판을 처리하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체는 중력의 영향 하에서 상기 근접 헤드로 공급되는, 기판을 처리하는 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 메니스커스로부터 제거되는 상기 액체의 유량을 나타내는 신호를 발생시키도록 구성된 유량계; 및
    상기 유량에 응답하여 상기 제어된 흡입력의 양을 제어하는 제어 유닛을 더 포함하는, 기판을 처리하는 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 근접 헤드는 제 1 근접 헤드이고, 상기 메니스커스는 제 1 메니스커스이며,
    상기 기판을 처리하는 시스템은,
    제 2 메니스커스를 발생시키는 제 2 근접 헤드를 더 포함하고,
    상기 제 2 근접 헤드는, 상기 제 2 메니스커스가 상기 제 1 메니스커스에 의해 이전에 접촉된 상기 표면의 일부와 접촉하도록 상기 제 1 근접 헤드 뒤에 위치되고,
    상기 제 2 근접 헤드는, 상기 표면 상에 잔존하는 상기 액체의 추가 처리 또는 제거 중 적어도 하나를 제공하며 상기 기판을 건조시키도록 구성되는, 기판을 처리하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 메커니즘은 상기 제 1 근접 헤드로부터 상기 제 2 근접 헤드로 상기 기판을 전달하는, 기판을 처리하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 메니스커스로부터 제거되는 액체의 양은 상기 액체의 박층만을 포함하는, 기판을 처리하는 시스템.
  9. 기판을 처리하는 방법으로서,
    근접 헤드를 사용하여 제어된 메니스커스를 발생시키는 단계로서, 상기 근접 헤드는 상기 기판의 표면에 매우 근접한 정면을 갖고, 상기 정면은 실질적으로 평탄한 표면을 포함하며, 상기 제어된 메니스커스는 상기 근접 헤드의 정면에 형성된 개별 노즐을 통해 상기 제어된 메니스커스로 화학 물질을 전달함으로써 발생되는, 상기 제어된 메니스커스를 발생시키는 단계;
    상기 제어된 메니스커스와 상기 기판의 표면 사이의 접촉 영역이 상기 기판 상에서 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동하도록 상기 기판 위에서 상기 근접 헤드를 이동시키는 단계로서, 상기 근접 헤드의 이동은 화학 물질 잔류물이 상기 제 1 위치에서 상기 기판의 표면 상에 남겨지도록 하며, 상기 화학 물질 잔류물은 상기 기판의 표면에 부착되는 상기 제어된 메니스커스로부터의 상기 화학 물질의 층인, 상기 근접 헤드를 이동시키는 단계; 및
    상기 제어된 메니스커스가 실질적으로 일정한 체적의 상기 화학 물질을 유지하도록 상기 제어된 메니스커스로부터 제거되는 화학 물질의 양과 상기 근접 헤드로 전달되는 화학 물질의 양을 밸런싱하는 단계로서, 상기 제어된 메니스커스로부터 제거되는 화학 물질의 양은 적어도 상기 기판의 표면 상에 남겨지는 상기 화학 물질 잔류물을 포함하는, 상기 밸런싱하는 단계를 포함하는, 기판을 처리하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 근접 헤드는, 상기 근접 헤드의 정면에 형성된 복수의 흡입 포트를 더 포함하고,
    상기 기판을 처리하는 방법은,
    상기 복수의 흡입 포트에 제어된 흡입력을 인가함으로써 상기 제어된 메니스커스로부터 상기 화학 물질을 제거하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제거는, 상당 체적의 분위기 가스를 인출하지 않고 상기 복수의 흡입 포트를 통해 상기 제어된 메니스커스로부터 액상의 상기 화학 물질이 제거되도록 수행되는, 기판을 처리하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어된 메니스커스로의 상기 화학 물질의 전달은, 중력의 영향 하에서 상기 제어된 메니스커스로 상기 화학 물질을 공급하는 것을 포함하는, 기판을 처리하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 근접 헤드는, 상기 근접 헤드의 정면에 형성된 복수의 흡입 포트를 더 포함하고,
    상기 기판을 처리하는 방법은,
    상기 복수의 흡입 포트에 제어된 흡입력을 인가함으로써 상기 제어된 메니스커스로부터 상기 화학 물질을 제거하는 단계로서, 상기 제거는, 상당 체적의 분위기 가스를 인출하지 않고 상기 복수의 흡입 포트를 통해 상기 제어된 메니스커스로부터 액상의 상기 화학 물질이 제거되도록 수행되는, 상기 제어된 메니스커스로부터 상기 화학 물질을 제거하는 단계;
    제거되는 상기 화학 물질의 유량을 측정하는 단계; 및
    상기 유량에 응답하여, 상기 복수의 흡입 포트에 상기 제어된 흡입력을 인가하는 진공 소스를 제어하는 단계를 더 포함하는, 기판을 처리하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 근접 헤드는 제 1 근접 헤드이고, 상기 제어된 메니스커스는 제 1 메니스커스이며,
    상기 기판을 처리하는 방법은,
    제 2 근접 헤드로 제 2 메니스커스를 발생시키는 단계로서, 상기 제 2 근접 헤드는, 상기 제 1 메니스커스가 상기 표면의 일부와 접촉한 이후에 상기 제 2 메니스커스가 상기 표면의 일부와 접촉하도록 상기 제 1 근접 헤드 뒤에 위치되는, 상기 제 2 메니스커스를 발생시키는 단계; 및
    상기 제 2 근접 헤드를 사용하여 상기 화학 물질 잔류물을 제거하며 상기 표면을 건조시키는 단계를 더 포함하는, 기판을 처리하는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 화학 물질은 상기 근접 헤드에 의해 상기 제어된 메니스커스로부터 능동으로 제거되지 않는, 기판을 처리하는 방법.
  15. 근접 헤드를 사용하여 기판을 웨팅 (wetting) 하는 방법으로서,
    상기 근접 헤드가 화학 물질로 형성되는 제어된 메니스커스를 발생시키도록 하는 단계로서, 상기 근접 헤드는 상기 근접 헤드의 정면에 형성된 복수의 개별 디스펜싱 노즐을 갖는, 상기 제어된 메니스커스를 발생시키도록 하는 단계;
    상기 제어된 메니스커스가 상기 기판에 의해 부분적으로 한정되며 접촉하도록 상기 기판과 상기 근접 헤드를 서로 매우 근접하게 위치시키는 단계;
    상기 제어된 메니스커스와 상기 기판의 표면 사이의 접촉 영역이 상기 기판 상에서 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동하도록 상기 기판에 대해 상기 근접 헤드를 이동시키는 단계로서, 상기 근접 헤드의 이동은 화학 물질 잔류물이 상기 제 1 위치에서 상기 기판의 표면에 남겨지도록 하며, 상기 화학 물질 잔류물은 상기 기판의 표면에 부착되는 상기 제어된 메니스커스로부터의 상기 화학 물질의 층인, 상기 근접 헤드를 이동시키는 단계; 및
    상기 제어된 메니스커스가 실질적으로 일정한 체적의 상기 화학 물질을 유지하도록 상기 화학 물질 잔류물의 결과로서 상기 제어된 메니스커스로부터 제거되는 화학 물질의 양과 상기 근접 헤드로 전달되는 화학 물질의 양을 밸런싱하는 단계를 포함하는, 기판을 웨팅하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 근접 헤드는, 상기 근접 헤드의 정면에 형성된 복수의 흡입 포트를 더 포함하고,
    상기 기판을 웨팅하는 방법은,
    상기 복수의 흡입 포트에 제어된 흡입력을 인가함으로써 상기 제어된 메니스커스로부터 사용된 화학 물질을 제거하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제거는, 상당 체적의 분위기 가스를 인출하지 않고 상기 제어된 메니스커스로부터 상기 사용된 화학 물질이 제거되도록 수행되며,
    상기 화학 물질의 전달은, 제거되는 상기 사용된 화학 물질의 양을 보상하기에 충분한 체적의 상기 화학 물질을 공급하는, 기판을 웨팅하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 흡입 포트 및 상기 복수의 개별 디스펜싱 노즐은, 상기 복수의 흡입 포트가 중심 위치되며 상기 복수의 개별 디스펜싱 노즐이 상기 복수의 흡입 포트를 둘러싸도록 상기 근접 헤드의 정면 상에 배열되는, 기판을 웨팅하는 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 화학 물질이 상기 기판의 표면에 부착되도록 상기 화학 물질에 표면 활성제를 첨가하는 단계를 더 포함하는, 기판을 웨팅하는 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 화학 물질은 상기 근접 헤드에 의해 상기 제어된 메니스커스로부터 능동으로 제거되지 않는, 기판을 웨팅하는 방법.
  20. 기판을 처리하는 시스템으로서,
    화학 물질로부터 형성되는 제어된 메니스커스를 발생시키도록 구성된 근접 헤드로서, 상기 근접 헤드의 정면 상에 형성된 복수의 별개의 흡입 포트 및 복수의 별개의 디스펜싱 노즐을 갖는, 상기 근접 헤드;
    상기 화학 물질의 공급물을 수용한 콘테이너를 포함하는 화학 물질 공급기로서, 상기 복수의 별개의 디스펜싱 노즐은 상기 화학 물질 공급기와 유체 연통하는, 상기 화학 물질 공급기;
    진공 소스로서, 상기 복수의 별개의 흡입 포트는 상기 진공 소스와 유체 연통하는, 상기 진공 소스;
    상기 제어된 메니스커스와 기판의 표면 사이의 접촉을 유지하면서 상기 기판의 표면에 대해 상기 근접 헤드를 이동시키는 메커니즘으로서, 상기 이동은 액체의 박층이 상기 제어된 메니스커스에 의해 접촉된 이후에 상기 표면 상에 잔존하도록 하는, 상기 메커니즘; 및
    상기 화학 물질 공급기, 상기 진공 소스 및 상기 메커니즘에 동작가능하게 접속되며, 상기 제어된 메니스커스가 안정 상태로 유지되도록 상기 제어된 메니스커스로의 그리고 상기 제어된 메니스커스로부터의 상기 화학 물질의 흐름을 밸런싱하는 제어 유닛을 포함하는, 기판을 처리하는 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 진공 소스는 진공 펌프를 포함하는, 기판을 처리하는 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 화학 물질 공급기는 하향 연장되는 공급 라인 및 제어 밸브를 더 포함하고,
    상기 화학 물질은 중력의 영향 하에서 상기 근접 헤드로 전달되며,
    상기 제어 밸브는 상기 공급 라인을 통한 상기 화학 물질의 유량을 제어하는, 기판을 처리하는 시스템.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 화학 물질 공급기는 계량 펌프를 더 포함하고,
    상기 계량 펌프는, 제어된 유량으로 상기 근접 헤드로 상기 화학 물질을 공급하도록 상기 제어 유닛에 의해 동작되는, 기판을 처리하는 시스템.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 진공 소스는, 상기 복수의 별개의 흡입 포트와 유체 연통하는 증발 탱크, 및 상기 증발 탱크 내의 압력을 나타내는 신호를 발생시키도록 구성된 압력계를 더 포함하고,
    상기 진공 소스는 상기 증발 탱크와 유체 연통하며,
    상기 제어 유닛은, 원하는 레벨로 상기 증발 탱크 내의 압력을 유지하도록 상기 신호에 응답하여 상기 진공 소스를 동작시킴으로써, 상기 복수의 별개의 흡입 포트에 의해 상기 제어된 메니스커스로부터 제거되는 상기 화학 물질의 양을 제어하는, 기판을 처리하는 시스템.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 별개의 디스펜싱 노즐 및 상기 복수의 별개의 흡입 포트는, 상기 복수의 별개의 흡입 포트가 중심 위치되며 상기 복수의 별개의 디스펜싱 노즐에 의해 둘러싸여지도록 상기 근접 헤드의 정면 상에 배열되는, 기판을 처리하는 시스템.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어된 메니스커스의 안정 상태는 실질적으로 일정한 체적을 갖는 메니스커스를 포함하는, 기판을 처리하는 시스템.
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