KR20100139027A - 개별 반도체 워크피스를 처리하는 용액 준비 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학품 수명, 온도, 사용 지점에서의 활성 성분의 온도와 같은 제어된 처리 파라미터로 화학 용액 혼합물 준비를 위한 저가의 장치를 개시한다. 또한 본 장치는 단일 웨이퍼 습식 세정 시스템에서 여러 개의 처리 챔버 전체에 걸친 이러한 파라미터의 챔버간의 일관성을 제공한다. 또한, 본 발명은 최상의 웨이퍼 처리 결과를 위하여 온도 및 화학 용액 혼합물의 활성 성분의 반응성 및 수율의 최적 결합 효과를 획득하도록 화학 용액 혼합물 잔류 시간을 이용하는 방법을 개시한다.
Description
반도체 디바이스는 트랜지스터와 상호연결 요소를 생성하기 위하여 다수의 상이한 처리 단계를 이용하여 반도체 웨이퍼 상에 생산되거나 제조된다. 디바이스 요소를 형성하는데 있어서, 반도체 웨이퍼는 반도체 트랜지스터와 이러한 트랜지스터 단자들을 연결하는 원하는 전자 회로를 형성하기 위하여, 예를 들어, 마스킹(masking), 에칭(etching) 및 증착(deposition) 처리를 받을 수 있다. 특히, 다중 마스킹, 이온 주입(ion implantation), 어닐링, 플라즈마 에칭, 및 화학적 물리적 기상 증착 단계들이 얕은 트렌치, 트랜지스터 웰, 게이트, 폴리 실리콘 라인, 및 비아(via)와 트랜치와 같은 상호 연결 라인 구조를 형성하는데 수행될 수 있다. 각 단계에서, 입자 및 오염 물질이 웨이퍼의 전면 및 배면에 더해질 수 있다. 이 입자 및 오염 물질은 웨이퍼에서의 손상을 발생시켜 그 결과로서 IC 디바이스의 수율을 저하시킬 수 있다. 이러한 이유로, 다중 전처리 및 후처리 세정, 기판 준비 및 표면 조절 단계가 마이크로 전자 장치 제조의 전반에 걸쳐 수행되어야만 한다. 이러한 단계 중에서, 많은 것이 액상의 화학품의 사용과 관련되며, 따라서, 이들은 통상적으로 "습식 세정(wet clean)"이라 한다.
전통적으로, 습식 세정 처리는 웨이퍼 배치(wafer batch, 보통 25개의 웨이퍼)가 복수의 습식 화학품 배스(bath)에서 연속적인 방법으로 처리되는 배치 모드에서 수행된다. 2개의 화학품 배스 사이에서, 처리된 웨이퍼 배치는 이전 배스의 임의의 잔류 세정 용액을 제거하기 위하여 린스된다. 배치 모드 습식 처리에서, 웨이퍼 간의 분리부 사이에서 세정 용액의 유속은 처리 동안에 웨이퍼가 고정적으로 머무르는 것에 비해 상대적으로 낮다; 이에 의해, 특히 더 작은 입자를 세정하는 경우에 유체역학적 흐름에 기인하는 세정 효과는 제한된다. 웨이퍼 배치가 한 배스에서 다른 배스로 이송하는 큐(queue) 시간은 각 세정 배스에 있는 배치에 대한 상주 시간(resident time) 요건이 다르기 때문에 제어하기 힘들며, 다음 배치는 다음 배스로 이동될 수 있기 전까지 이전 배치가 완료되는 것을 기다려야만 하여, 따라서, 높은 정도의 처리 변동이 불가피하다. 또한, 동일한 배치에서 한 웨이퍼에서 다른 웨이퍼로의 교차 오염은 동일 배치의 모든 웨이퍼가 공통의 액체와 접촉하기 때문에 배치 처리에서 본질적이다. 웨이퍼 크기가 300 mm로 이동하고 제조 기술 노드가 65 nm 및 그 이상으로 진보함에 따라, 전통적인 습식 배치 접근 방법은 웨이퍼로부터 입자 및 오염 물질을 더 이상 유효하고 신뢰성 있게 세정할 수 없다.
단일 웨이퍼 세정 처리가 그 대안이 되어 왔다. 단일 웨이퍼 세정 설비는 "챔버(chamber)"라 하는 세정 반응기(reactor)에서 한번에 하나의 웨이퍼를 처리하고, 이어서 여러 세정 용액을 웨이퍼 표면으로 주입하고, 탈이온화된(deionized, DI) 물 린스를 세정 용액 사이에 가한다. 단일 웨이퍼 처리기는 웨이퍼의 회전 속도(따라서, 기판에 대한 세정 용액의 유속)와 세정 용액 배출 시간을 정밀하게 제어하고, 웨이퍼 사이에서의 교차 오염을 완전히 제거할 수 있는 효과를 제공한다. 생산성을 개선하기 위하여, 단일 웨이퍼 세정 장치는 보통 다수의 챔버로 이루어진다. 상업적으로 사용 가능한 시스템은 12개의 챔버를 수용할 수 있다.
[종래 기술]
단일 웨이퍼 습식 세정 시스템은 일반적으로 복수의 화학품을 준비하기 위한 복수의 중앙 화학 용액 준비 서브 시스템을 포함한다. 중앙 서브 시스템에서 준비된 화학 용액은 중앙 서브 시스템으로부터 분기하는 흐름 제어 라인을 통해 개별 챔버로 공급된다.
단일의 웨이퍼 습식 세정 처리에서 한 가지 과제는 처리 장치가 모든 챔버에 걸친 모든 웨이퍼에 대하여 변함없는 처리 상태를 제공할 필요가 있으며, 워크피스에서의 작업 유닛의 수율과 최종 성능은 이러한 처리 상태에 크게 의존한다는 것이다. 이러한 처리 상태는, 화학 용액의 활성 성분의 농도, 반응성, 온도 및 수송율(delivery rate)을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 단일 웨이퍼 습식 세정 장치에서의 챔버의 개수는 매우 크게 될 수 있기 때문에, 이러한 과제를 충족시키는 것은 어렵다. 예를 들어, 황산/과산화수소 혼합물(sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture, SPM)은 리소그라픽 패터닝 처리 후의 포토 레지스트 잔류물을 벗겨내기 위한 세정 용액으로서 종종 사용되고, 이 혼합물의 온도는 황산과 과산화수소가 혼합될 때 카로산(caro acid)을 생성하기 위한 발열 반응 때문에 시간에 따라 상승한다. 레지스트 스트립에 대한 활성 성분인 카로산이 생성되자 마자, 용액 혼합물에서 분해되고, 분해 속도는 온도에 종속적이다(온도는 시간에 따라 변한다). 72℃에서, 분해 속도는 초당 대략 0.2 %이고, 92℃에서, 초당 대략 0.6 %이다. 따라서, 카고산의 더 긴 상주 시간은 효율적인 활동을 상당히 감소시킬 것이다. 상이한 챔버에서의 용액 배출 지점에서 동일한 처리 상태을 획득하는 것은 주의 깊은 엔지니어링을 필요로 하며, 이것은 챔버의 중앙 화학 용액 준비 서브 시스템까지의 거리 및 상대적 높이가 각 챔버에 대하여 상이할 때 특히 그렇다.
이러한 목표를 달성하기 위한 한 방법은 요청될 때 웨이퍼로 수송되는 화학 용액의 신선도를 보장하기 위하여 사용 지점에 세정 용액 혼합물을 준비하는 것이다. 이 방법은 보통 세정 화학 용액당 챔버당 한 세트씩의 여러 세트의 정밀한 흐름 제어기 및 복잡한 유통(flow-through) 혼합 장치를 필요로 한다. 이러한 정밀한 흐름 제어기 및 복잡한 유통 혼합 장치는 비용이 IC 제조 업자가 부담할 수 없는 단일 웨이퍼 습식 세정 장치를 초래할 수 있다. 전술한 바와 같이, 준비된 용액 혼합물의 온도는 반응 및 혼합에 의한 엔탈피 때문에 종종 시간에 따라 변하고, 이 방법이 거의 순간적인 혼합 및 배출 기술이기 때문에 이 시스템의 비용을 추가로 증가시키는 여러 세트의 인라인 화학품 히터가 배출 지점 전에 추가되지 않으면 원하는 처리 온도는 배출 지점에서 도달될 수 없다. 다른 방법은 노즐로부터 배출된 후에 그리고 반도체 워크피스에 도달하기 전의 일 지점에서 화학품을 혼합하는 것이다. 반도체 워크피스의 표면까지의 혼합 지점의 거리를 조정함으로써, 혼합 지점으로부터 반도체 워크피스의 표면까지의 혼합물의 이동 시간을 유효하게 하는 매우 제한된 시간 제어가 획득될 수 있다. 실제 상황에서는, 이 시간은 몇 분의 몇 초의 문제가 아니다.
본 발명은 상기 배경에 대하여 개시된다.
본 발명은 단일 반도체 습식 세정 처리를 위하여 제어된 온도와 활성을 갖는 화학 용액 준비 및 배출 장치 및 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에서, 장치는 화학품을 사전 설정된 온도로 예열하기 위한 적어도 하나의 예열 부재와, 새로운 화학품 혼합을 위한 적어도 하나의 혼합 용기 및 사용 지점에 새로운 혼합 화학 용액을 배출하기 위하여 노즐에 연결된 화학품 배출 라인을 포함한다. 혼합 용기는 복수의 화학품 입구, 적어도 하나의 레벨 센서, 배출구에 연결된 가스 배출 밸브, 사용 지점으로 화학 용액을 퍼지하기 위한 가압된 가스 흡입구를 포함한다. 혼합 용기에서의 화학 용액 혼합물의 양은 하나의 단일 반도체 워크피스에 대한 하나의 습식 세정 처리를 위하여 제어되며, 새로운 화학 용액은 새로운 습식 세정 처리가 시작하기 전에 결정된 시간 t_f에서 준비된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 화학 용액 준비를 위한 방법이 개시된다. 본 방법에서, 화학품은 흐름 제어 장치를 이용하여 혼합 용기로 유입된다. 혼합 용기에서의 혼합 처리는 미리 결정된 시간 t_f에서 시작하며, 혼합된 화학 용액은 소프트웨어 제어 시스템에 의해 제어되는 시간 t_r 동안 혼합 용기에 상주한다. 잔류 시간 t_r을 제어함으로써, 화학 용액 혼합물의 온도와 사용 지점에서의 화학 용액 혼합물에서의 활성 시약의 활성은 최적 결합 세정 효과를 유지하도록 제어된다. t_r에 도달할 때, 혼합된 화학 용액은 사전에 결정된 압력으로 혼합 용기로 가압된 가스를 퍼지함으로써 시간 t_d에서 제어된 유속으로 노즐로 배출된다. 가스 퍼지 처리는, 다음 혼합 화학 용액이 완전히 새로운 것이 되는 것을 보장하기 위하여, 모든 잔류 화학 용액을 혼합 용기와 배출 라인으로부터 제거하도록 습식 세정 처리가 완료될 때 시간 t_p 동안 계속된다.
본 발명은 노즐로의 각 화학품 배출 라인을 위하여 장치에서 인라인 히터 없이 간단한 흐름 제어 장치를 이용하는 저가의 화학 용액 준비를 위한 장치를 개시한다. 또한, 본 장치는 제어된 온도와 최적 세정 효과로 사용 지점에서 새로운 혼합 화학 용액을 제공한다. 또한, 본 장치는 반도체 워크피스 그룹 사이에서 그리고 처리 챔버 전체에 걸쳐 최소 변동으로 사용 지점에서 새로운 혼합 화학 용액을 제공한다.
도 1은 혼합 지점으로 화학품을 수송하기 위한 장치의 일부를 도시한다;
도 2는 화학 용액을 준비하고 배출하기 위한 장치의 일부를 도시한다;
도 3은 상이한 화학 예열 온도에 대한 시간-온도 곡선을 도시한다;
도 4는 화학 용액 혼합물에서 활성 시약에 대한 시간-수율 곡선을 도시한다;
도 5는 화학 용액 혼합물에 대한 시간-수율 및 활성의 결합 효과를 도시한다.
도 2는 화학 용액을 준비하고 배출하기 위한 장치의 일부를 도시한다;
도 3은 상이한 화학 예열 온도에 대한 시간-온도 곡선을 도시한다;
도 4는 화학 용액 혼합물에서 활성 시약에 대한 시간-수율 곡선을 도시한다;
도 5는 화학 용액 혼합물에 대한 시간-수율 및 활성의 결합 효과를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 장치는 화학품을 사전 설정된 온도(T0)로 가열하기 위하여 벌크 화학품 예열 부재(101)를 포함한다. 에열 부재(101)는 순환 가열 탱크나 인라인 히터, 또는 다른 액체 가열 메카니즘이다. 가열 부재의 재료는 PVDF, PTFE, PFA 또는 쿼츠(quartz)이다. 벌크 화학품은 화학품의 사용이 요구될 때 소프트웨어 제어 시스템의 제어에 의해 설비로부터 예열 부재로 제공된다. 예열 부재(101)는 화학품 배출 라인으로 펌프(102)와 흐름 제어 장치(103)에 연결된다. 화학품 배출 라인은, 제어 장치가 화학품 입구 라인(105)에서의 압력을 조정하는 동안, 적어도 하나의 화학품 입구 라인(105)에 연결된다. 화학품 배출 라인(105)은 화학품 배출 라인(105)에서의 압력의 제어를 이용하여 혼합 용기(201)로 배출되는 화학품의 유속을 제어하는 흐름 제어 장치로 혼합 용기에 연결된다. 또한, 화학품 입구 라인(105)은 화학품 혼합 용기(201)로의 화합물의 배출을 개시 또는 정지시키기 위하여 소프트웨어 제어 시스템에 의해 제어되는 밸브를 포함한다. 예열을 필요로 하지 않는 화학품에 대하여, 예열 부재는 특정 화학품을 위한 장치의 일부로부터 제거될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 처리 챔버(214) 근처에서, 장치는 새로운 화학품 용액 혼합을 위한 하나의 혼합 용기(201)를 포함한다. 혼합 용기의 재료는 PFA, PVDF, PTFE 또는 쿼츠이다. 하나의 혼합 용기(201)는 각 개별 화학품에 대하여 하나의 대응하는 화학품 입구 라인(202, 203)과 연결된다. 혼합 용기(201)로 배출되는 각 화학품의 유속은 각 대응하는 화학품 입구 라인에서 흐름 제어기에 의해 제어되고, 혼합될 화학품들의 유속의 비는 사전에 설정된다. 화학품 입구 라인에서의 흐름 제어 장치(205, 206)는 혼합 용기(201)로 배출되는 혼합될 화학품들의 양의 비를 보장하기 위하여 소프트웨어 제어 시스템에 의해 제어된다. 대응하는 처리 챔버(214)에서의 습식 세정 처리가 개시되기 전의 사전에 계산된 시간 t에서, 화학품 입구 라인(202, 203)에서의 밸브는 소프트웨어 제어 시스템에 의해 개방되어 사전에 설정된 비로 화학품 혼합 용기(201)로 대응하는 화학품을 배출한다. 혼합 용기(201)는 처리 요건에 의해 결정되는 액체 화학 혼합물의 전체 양을 제어하는 적어도 하나의 레벨 센서(207)를 포함한다. 액체 화학 혼합물 레벨이 레벨 센서(207)에 의해 모니터되는 레벨에 도달할 때, 화학품 입구 라인에서의 밸브는 동시에 닫혀 혼합 용기로의 화학품의 배출을 정지한다. 화학 용액 혼합물은 습식 세정 처리를 위한 화학 용액 혼합물의 최적 작업 효과에 이르도록 혼합 용기(201)가 충전된 후에 시간 t_r 동안 혼합 용기에 상주한다. 이 최적 세정 효과는 활성 시약의 수율과 용액 혼합물의 온도에 의존하며, 시간 t_r을 제어함으로써 제어될 수 있다. 혼합 용기(201)는 혼합 용기의 상부에 있는 가압된 가스 라인(209)과 처리 챔버(214)에서 노즐(202)에 연결된 용기의 하부 근처의 화학품 배출 라인을 포함한다. 습식 처리가 개시될 때, 가압된 가스는 노즐(212)로 그리고 그 다음 고정된 유속으로 처리 챔버(214) 내의 단일 반도체 워크피스(213)의 표면으로 새로운 화학 용액 혼합물을 퍼지(purge)하도록 고정 압력으로 혼합 용기(201)의 상부에서 가압된 가스 라인(209)으로부터 혼합 용기(201)로 퍼지된다. 유속 및 처리 시간은 가압된 가스 퍼지 압력과 혼합 용기에서의 화학 용액 혼합물의 전체 양을 제어함으로써 제어될 수 있다. 습식 처리가 완료되면, 가압된 가스는 혼합 용기(201)와, 혼합 용기(201)로부터 처리 챔버(214) 내의 노즐(212)까지의 화학품 배출 라인으로부터 잔류 화학 용액 혼합물을 완전히 제거하기 위하여 시간 주기 t_p 동안 퍼지를 계속할 것이다. 이러한 후처리 퍼지는 혼합 용기(201)에서 화학 용액 혼합물의 잔류를 없게 하고, 반도체 워크피스(213)에서의 다음 습식 처리를 위한 새로운 화학 용액 혼합물의 혼합 및 배출을 보장한다. 혼합 용기(201)는 설비 배출 라인에 연결된 상부에 온/오프 가스 배출 밸브(208)를 포함한다. 이 밸브(208)는 가압된 가스가 온이 되고 화학 용액이 노즐(212)로 배출될 때 닫힌다. 혼합 용기는 혼합 용기(201) 내의 온도와 압력을 모니터하기 위한 온도 센서(211)와 압력 센서(210)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 흐름 제어 밸브를 갖는 매니폴드(manifold)가 혼합 용기(201)로 배출되는 화학품의 양을 제어하는데 사용된다. 매니폴드에서의 압력과 흐름 제어 밸브의 설정을 제어함으로써, 혼합 용기로 배출되는 화학품의 유속이 제어되어, 화학 용액 혼합물의 전체 양과 혼합비를 제어한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 질량 흐름 제어기가 혼합 용기(201)로 배출되는 화학품의 양을 제어하는데 사용된다. 혼합비는 혼합 용기로 배출되는 화학품의 질량을 제어함으로써 정밀하게 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 계량 펌프가 저장 탱크로부터 혼합 용기(201)로 배출되는 화학품의 양을 제어하는데 사용된다. 2개의 화학품의 혼합비와 화학혼합물의 전체 양은 각 화학품 라인에서의 각각의 대응하는 계량 펌프에서의 스트록(stroke)을 제어함으로써 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 단일 반도체 워크피스 습식 세정 처리를 위한 화학 용액을 준비하는 방법이 개시된다. 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
a) 상이한 초기 온도에서 사용되는 화학 용액 혼합물에 대한 시간-온도 곡선을 생성한다.
b) 세정 시스템의 동일한 챔버에서 처리되는 인접한 웨이퍼 사이에서 상기 화학 용액 혼합물이 배출을 완료한 때로부터 다시 상기 화학 용액 혼합물을 배출하는 때까지 최소 시간(t_min)을 추출하기 위하여 상기 세정 시스템에서 각 화학 용액 혼합물에 대하여 원하는 처리 시간으로 전체 더미 시컨스를 이용하여 웨이퍼 그룹을 운용한다. 모든 챔버에 걸친 최소값(t_min)을 선택한다.
c) 주어진 세정 처리에 대하여, 원하는 화학품 농도, 사용 지점의 온도(T), 화학품 수송 속도(q) 및 배출될 화학품의 양(Q)에 기초하여 상기 장치의 처리 파라미터를 결정한다. 이 파라미터들은 T_0, t_r, t_i 및 t_d를 포함한다.
d) 제어 소프트웨어에서 상기 화학 용액 혼합물에 대한 상기 처리 파라미터를 설정한다.
e) 상기 제어 소프트웨어가 상기 처리 파라미터를 확인한다. 상기 파라미터가 유효하지 않다면 에러를 답하고 새로운 입력을 요청한다.
f) 반도체 워크피스를 처리한다.
g) 혼합 용기의 압력 릴리즈 밸브를 개방 상태로 있다.
h) 상기 반도체 워크피스가 처리될 때, 개별 화학품에 의한 상기 혼합 용기의 충전 처리가 t = t_f - t_r - t_i에서 시작한다.
i) 상기 반도체 워크피스가 처리될 때, 개별 화학품에 의한 상기 혼합 용기의 충전 처리가 t = t_f - t_r, 상기 용기에서의 상기 화학 용액 혼합물의 부피 = Q일 때 정지한다.
j) 상기 반도체 워크피스가 처리될 때, 상기 혼합 용기의 상기 압력 릴리즈 밸브는 t = t_f에서 닫힌다.
k) 상기 반도체 워크피스가 처리될 때, 상기 혼합 용기는 t = t_f에서 고정 압력으로 가압된 가스에 개방된다.
l) 상기 반도체 워크피스가 처리될 때, 상기 용기에서의 상기 화학 용액 혼합물이 t = t_f에서 배출되기 시작한다.
m) 상기 반도체 워크피스가 처리될 때, 상기 용기 내의 상기 화학 용액 혼합물이 t = t_f + t_d 이고 배출된 상기 화학 용액 혼합물의 전체 부피가 Q일 때 배출을 완료한다.
n) 상기 반도체 워크피스가 처리될 때, 상기 혼합 용기의 상기 압력 릴리즈 밸브가 t = t_f + t_d + t_p에서 개방된다.
o) 상기 반도체 워크피스가 처리될 때, 상기 혼합 용기가 t = t_f + t_d + t_p에서 가압된 가스에 대하여 닫힌다.
p) 상기 반도체 워크피스가 다음 처리 단계에 대하여 준비된다.
q) 각 웨이퍼에 대하여 상기 단계 f) 내지 p)를 반복한다..
개시된 방법으로, 화학 용액의 사용 지점의 온도는 혼합 용기 내의 화학 용액의 잔류 시간 t_r을 제어함으로써 제어된다. 도 3은 상이한 화학품 예열 온도를 갖는 혼합 시간-온도 곡선이며, t_r은 사용 지점의 온도의 요건에 따라 획득된다. t_r은 화학품에 대한 예열 온도를 조정함으로써 수정될 수 있다.
더욱 상세하게는, t_r을 제어하는 것은 화학 용액의 온도를 제어할 뿐만 아니라 활성 시약의 수율을 제어한다. 화학 용액의 습식 세정 효과는 활성 시약의 농도를 결정하는 화학 용액에 생성된 활성 시약의 수율과 화학 용액의 온도에 관련된 활성 시약의 활성인 2가지에 의존한다. 최적 작업 효과 영역은 잔류 범위 t_r을 결정하는 활성 시약의 수율 및 활성을 결합함으로써 얻어진다. 더욱 상세한 것은 다음 문단들의 이어지는 예에서 소개될 것이다.
개시된 장치 및 방법은 저비용으로의 새로운 화학 용액 준비 및 배출을 위한 해결책을 제공한다. 본 장치 및 방법은 최적 세정 효과로 사용 지점에서의 화학 용액의 균일한 온도 및 수율을 보증하고, 반도체 워크피스 그룹 사이에서 그리고 처리 챔버 전체에 걸친 변동을 최소화하며, 이는 현대의 단일 반도체 워크피스 습식 세정 처리에 대하여 중요하다.
특정 애플리케이션에서, 단일 반도체 세정 처리를 위하여 SPM을 준비하는 것은 상술한 설명에서의 본 발명의 예로서 소개될 것이다.
혼합 장치는 사전 설정된 온도 T0로 집중적인(concentric) H2SO4를 가열하기 위한 예열 부재(101)를 포함한다. 이 경우에, 예열 부재(101)는 순환 가열 탱크이다. H2SO4 탱크는 순환 루프 및 이 순환 루프 내의 히터를 포함한다. 이러한 가열 순환 루프는 탱크 내의 집중적인 H2SO4를 사전 설정된 온도 T0에서 유지시킨다. H2SO4 탱크는 펌프로 설비로부터의 벌크 화학품 소스에 연결되고, 레벨 감지 및 제어 메카니즘을 포함한다. 탱크 내의 집중적인 H2SO4의 레벨이 하부 레벨 센서에 의해 모니터되는 하부 레벨보다 더 낮을 때, 펌프는 탱크 내의 액체가 다른 레벨 센서에 의해 모니터되는 충전 레벨에 도달할 때까지 설비 화학품 소스로부터 탱크로의 집중적인 화학품의 펌핑을 개시할 것이다. 또한, H2SO4 탱크는 매니폴드(104)에서의 압력을 제어하는 흐름 제어기(103)를 통해 매니폴드(104)에 연결된다. 매니폴드(104)는 각각이 집중적인 H2SO4를 대응하는 화학품 혼합 용기(201)에 배출하는 복수의 독립적인 라인(105)을 연결한다. 각각의 독립적인 라인(105)에는 흐름 제어기 및 밸브가 있다. 흐름 제어기는 H2SO4 탱크(101)로부터 화학품 혼합 용기(201)에 배출되는 H2SO4의 유속을 제어하고, 밸브는 화학품 혼합 용기(201)로의 H2SO4의 배출을 개시하거나 정지하도록 소프트웨어 제어 시스템에 의해 제어된다.
혼합 장치는 벌크 H2O2 저장을 위한 H2O2 탱크(107)를 포함한다. H2O2 탱크(107)는 펌프로 설비로부터의 벌크 화학품 소스에 펌프로 연결되며, 레벨 감지 및 제어 메카니즘을 포함한다. 탱크 내의 집중적인 H2O2의 레벨이 하부 레벨 센서에 의해 모니터되는 하부 레벨보다 더 낮을 때, 펌프는 탱크 내의 액체가 다른 레벨 센서에 의해 모니터되는 충전 레벨에 도달할 때까지 설비 화학품 소스로부터 탱크로의 집중적인 화학품의 펌핑을 개시할 것이다. 또한, H2O2 탱크는 매니폴드(104)에서의 압력을 제어하는 흐름 제어기(103)를 통해 매니폴드(104)에 연결된다. 매니폴드(104)는 각각이 집중적인 H2O2를 대응하는 화학품 혼합 용기(201)에 배출하는 복수의 독립적인 라인(105)을 연결한다. 각각의 독립적인 라인(105)에는 흐름 제어기 및 밸브가 있다. 흐름 제어기는 H2O2 탱크(101)로부터 화학품 혼합 용기(201)에 배출되는 H2O2의 유속을 제어하고, 밸브는 화학품 혼합 용기(201)로의 H2O2의 배출을 개시하거나 정지하도록 소프트웨어 제어 시스템에 의해 제어된다.
각 처리 챔버(214)의 근처에서, 새로운 SPM 혼합을 위한 화학품 혼합 용기(201)가 있다. 하나의 혼합 용기(201)는 H2SO4 탱크로부터 대응하는 H2SO4 배출 라인으로 연결되고 H2O2 탱크로부터 대응하는 H2O2 배출 라인에 연결된다. 집중적인 H2SO4 및 H2O2의 화학품 용기로의 유속은 각 대응하는 라인에서 흐름 제어기(205, 206)에 의해 제어되고, 2개의 유속의 비는 사전 설정된다. H2SO4 라인 및 H2O2 라인에서의 밸브는 동시에 개방되고 닫히도록 소프트웨어 제어 시스템에 의해 제어되고, 이는 2개의 화학품의 유속이 결정되기 때문에 혼합 용기(201)로 배출되는 H2SO4의 양에 대한 H2O2의 양의 비가 양호하게 제어되는 것을 보장한다.
H2SO4 및 H2O2 혼합에 대한 도 3에서의 시간-온도 곡선으로부터, 혼합된 H2SO4 및 H2O2에 대한 잔류 시간 t_r은 필요한 처리 온도 T, 더욱 특별하게는, SPM 용액의 세정 효과에 기초하여 획득된다.
학계 및 엔지니어링계에서 연구되고 탐구된 바와 같이, H2SO4 및 H2O2을 혼합함으로써 생성된 카고산은 습식 세정 처리를 위한 활성 시약이며, SPM 용액의 세정 효과는 SPM 용액이 반도체 워크피스(213)의 표면에 배출되는 사용 지점에서의 반응 상수를 결정하는 SPM 용액의 온도 및 시약의 농도를 결정하는 카고산의 수율에 의존한다. 또한, 카고산은 생성될 때 분해되며, 그 분해 속도는 온도에 따라 증가하는 것으로 알려져 있다. 그 반응은 다음과 같다.
H2SO4 + H2O2 -> H2SO5 -> H2SO4 + H2O
그리고, 카고산의 농도는 다음과 같이 계산될 수 있다:
d[H2SO5]/dt = k1(T(t))[H2SO4][H2O2] - k2(T(t))[H2SO5]
여기에서, k1(T(t))는 H2SO5 생성의 반응 상수이고, k2(T(t))는 H2SO5 분해의 반응 상수이며, k1(T(t)) 및 k2(T(t)) 모두는 그 자체가 혼합 시간 t의 함수인 온도 T의 함수이다. 이러한 방법으로, 도 4에 도시된 시간-카고산의 수율 및 활성의 곡선이 예측된다. 이러한 2개의 곡선을 조합함으로써, 도 5에 도시된 습식 세정 처리의 결합 효과가 시간에 대하여 예측된다. 도 5로부터, 곡선의 피크가 최대 세정 효과를 갖는 최적 작업 영역이라는 것을 알 수 있다. 최적 결합 효과 영역은 최적 세정 성능을 갖는 화학 용액 혼합물을 제공하는 t_r의 범위를 결정한다. 이 최적 효과 영역에서의 시간 눈금은 SPM 용액의 온도에 의존하는 H2SO4 및 H2O2의 혼합 후의 초 내지 수 분 단위이다. SPM에 대한 최적 효과 영역에서의 작은 시간 눈금은 사용 지점에서의 화학품 및 용액의 새로운 혼합 및 배출을 필요로 한다. 시간-온도 곡선 및 화학품 혼합에 대한 시간-결합 효과 곡선을 탐구함으로써, 혼합 용기에서의 SPM의 잔류 시간 t_r이 예측되어 사용 지점에서의 반도체 워크피스의 표면에 배출된 새로운 SPM 용액의 온도 및 결합된 효과를 제어하는데 사용될 수 있다.
두 화학품을 혼합 용기로 배출하기 위한 충전 시간과 잔류 시간을 정의함으로써, 혼합 용기 내에서 H2SO4 및 H2O2의 혼합이 개시되는 사전에 계산된 시간 t는 다음과 같이 획득될 수 있다:
t = t_r + t_i
대응하는 챔버에서의 SPM 처리가 개시되기 전의 사전 설정된 시간 t에서, H2SO4 라인(202) 및 H2O2 라인(203)에서의 밸브는 소프트웨어 제어 시스템에 의해 개방되어 사전에 설정된 비로 H2SO4 및 H2O2를 화학품 혼합 용기(201)로 배출한다. 예열된 H2SO4 및 H2O2의 혼합은 많은 양의 열을 발생시키고, 액체 혼합물의 온도를 증가시킨다. H2SO4 및 H2O2는 고온에서의 확산과 상이한 밀도에 의해 유기되는 대류에 의해 신속하고 균일하게 혼합될 것이다. 혼합 용기(201)는 처리 요건에 의해 결정되는 SPM 액체의 전체 양을 제어하는 적어도 하나의 레벨 센서(207)를 포함한다. SPM 레벨이 사전에 설정된 레벨에 도달할 때, H2SO4 라인 및 H2O2 라인에서의 밸브는 동시에 닫혀 H2SO4 및 H2O2의 혼합 용기로의 배출을 정지시킬 것이며, 이 충전 처리의 시간은 t_i이다. SPM 혼합물은 사전에 설정된 시간 t_r 동안 상주하여, 시간-온도 곡선과 시간-결합 효과 곡선에 기초하여 원하는 온도 및 원하는 활성 시약의 수율에 도달할 것이다. 혼합 용기는 혼합 용기(201)의 상부에 있는 가압된 가스 퍼지 라인(209)과 처리 챔버(214) 내의 노즐(212)에 연결된 용기의 하부 근처의 화학품 배출 라인을 포함한다. SPM 처리가 개시될 때, 가압된 가스는 고정된 유속으로 처리 챔버(214) 내의 노즐(212)로 SPM 액체를 퍼지하도록 고정 압력으로 혼합 용기(201)의 상부에서 가압된 가스 라인(209)로부터 혼합 용기(201)로 퍼지된다. 유속 및 처리 시간 t_d는 가압된 가스 퍼지 압력과 혼합 용기 내의 SPM 액체의 전체 양을 제어함으로써 제어될 수 있다. SPM 처리가 마무리될 때, 가압된 가스는 SPM 액체를 혼합 용기와, 혼합 용기로부터 처리 챔버 내의 노즐까지의 화학품 배출 라인에서 SPM 액체를 완전히 제거하기 위하여 시간 주기 t_p 동안 퍼지를 계속할 것이다. 이러한 후처리 퍼지는 혼합 용기에서 SPM의 잔류를 없게 하고, 반도체 워크피스 그룹 사이에서의 그리고 처리 챔버 전체에 걸친 새로운 SPM의 혼합 및 배출을 보장한다.
개시된 장치와 방법으로, 새로운 SPM 용액이 준비되어 제어된 온도와 결합된 세정 효과로 사용 지점에 배출될 수 있다. 이러한 방법으로, 처리 변동은 반도체 그룹 사이에서, 그리고 처리 챔버 전체에 걸쳐 최소화되고, 최적 세정 효과가 적용되어, 이에 따라 사용된 화학품의 양을 절약하고 비용을 감소시킬 수 있다.
상기 예가 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 애플리케이션이 그 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 고안될 수 있다. 본 발명의 범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 결정된다.
Claims (22)
- a) 하나의 화학품을 온도 T_0로 가열하기 위한 적어도 하나의 부재;
b) 개별 화학품을 운송하고 제어하기 위한 복수의 펌프 및 흐름 제어 장치;
c) 예열된 화학품이 유입되어 혼합되고 하나의 처리 챔버에서 하나의 반도체 워크피스로 용기 내에서 새롭게 혼합된 화학품 용액을 배출하기 전에 제어된 상주 시간(t_r) 동안 화학 용액 혼합물로 반응되는 하나의 혼합 용기 - t_r은 사용 지점에서의 상기 화학 용액 혼합물의 활성 및 온도를 제어함 -;
d) 개별 화학품을 시간 t에서 상기 혼합 용기로 유입하기 위한 플래그(flag)를 설정하는 소프트웨어 제어 시스템; 및
e) 하나의 처리 챔버에 대하여 상기 혼합 용기로부터 적어도 하나의 화학품운반 라인으로 연결된 적어도 하나의 화학품 배출 노즐
을 포함하는, 개별 반도체 워크피스를 처리하는,
화학 용액 준비 장치.
- 제1항에 있어서,
추가 처리 챔버로 화학 용액 혼합물을 제공하기 위한 추가 혼합 용기를 더 포함하는,
화학 용액 준비 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 흐름 제어 장치는 분당 0.25 내지 5 리터 범위의 유속을 허용하는,
화학 용액 준비 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 혼합 용기는 PVDF, PFA, PTFE, PEEK 폴리머 또는 쿼츠로 이루어진,
화학 용액 준비 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 혼합 용기는,
a) 용기 본체;
b) 온/오프 가스 배출 밸브;
c) 화학 용액 혼합물을 배출 노즐로 구동하기 위하여 0.5 내지 12 psi 범위의 고정 압력을 갖는 가스를 공급하는 레귤레이트된 가압 가스원에 연결된 입구;
d) 복수의 화학품 흐름 입구;
e) 상기 화학 용액 혼합물의 전체 부피를 제어하는 복수의 액체 레벨 센서;
f) 용기 압력을 모니터하기 위한 압력 센서; 및
g) 화학 용액 혼합물 온도를 모니터하기 위한 온도 센서
를 포함하는,
화학 용액 준비 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 혼합 용기의 부피는 0.5 내지 6 리터 사이인,
화학 용액 준비 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제어 소프트웨어 시스템은,
a) t_r의 사용자 입력값을 판독하기 위한 특징부;
b) 반도체 워크피스가 현재 위치 및 처리 상태에 기초하여 상기 화학 용액 혼합물에 의해 처리되는 시간(t_f)을 예측하기 위한 예견 기능부;
c) t_i가 원하는 양의 상기 화학 용액 혼합물로 상기 혼합 용기를 충전하는데 필요한 시간일 때, t_f - t_r - t_i인 t를 설정하기 위한 특징부;
d) 상기 시간 t에서 상기 혼합 용기로의 충전 처리를 초기화하기 위한 특징부;
e) 상기 시간 t에서 제5항에 기재된 상기 온/오프 가스 배출 밸브를 개방하기 위한 특징부;
f) 시간 t + t_i + t_r에서, 상기 온/오프 가스 배출 밸브를 닫고 상기 가압 가스원에 상기 용기를 연결하기 위한 특징부; 및
g) t_d가 상기 혼합 용기로부터 반도체 워크피스로 상기 화학 용액 혼합물을 배출하는데 필요한 시간이고, t_p가 배출에 이어지는 퍼지(purge) 시간일 때, 시간 t_f + t_d + t_p에서, 상기 온/오프 가스 배출 밸브를 개방하고 상기 가압 가스원으로부터 상기 용기를 차단하기 위한 특징부
를 포함하는,
화학 용액 준비 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 화학품 배출 노즐이 상기 혼합 용기에서 수평면에 대하여 상기 화학 용액 혼합물의 충전 라인 위에 배치되는,
화학 용액 준비 장치.
- a) 상이한 초기 온도에서 사용되는 화학 용액 혼합물에 대한 시간-온도 곡선을 생성하는 단계;
b) 세정 시스템의 동일한 챔버에서 처리되는 인접한 웨이퍼 사이에서 상기 화학 용액 혼합물이 배출을 완료한 때로부터 다시 상기 화학 용액 혼합물을 배출하는 때까지 최소 시간(t_min)을 추출하기 위하여 상기 세정 시스템에서 각 화학 용액 혼합물에 대하여 원하는 처리 시간으로 전체 더미 시컨스를 이용하여 웨이퍼 그룹을 운용하고; 모든 챔버에 걸친 최소값(t_min)을 선택하는 단계;
c) 주어진 세정 처리에 대하여, 원하는 화학품 농도, 사용 지점의 온도(T), 화학품 수송 속도(q) 및 배출될 화학품의 양(Q)에 기초하여 T_0, t_r, t_i 및 t_d를 포함하는 상기 장치의 처리 파라미터를 결정하는 단계;
d) 제어 소프트웨어에서 상기 화학 용액 혼합물에 대한 상기 처리 파라미터를 설정하는 단계;
e) 상기 제어 소프트웨어가 상기 처리 파라미터를 확인하고, 상기 파라미터가 유효하지 않다면 에러를 답하고 새로운 입력을 요청하는 단계;
f) 반도체 워크피스를 처리하는 단계;
g) 혼합 용기의 압력 릴리즈 밸브를 개방 상태로 하는 단계;
h) 상기 반도체 워크피스가 처리될 때, 개별 화학품에 의한 상기 혼합 용기의 충전 처리가 t = t_f - t_r - t_i에서 시작하는 단계;
i) 상기 반도체 워크피스가 처리될 때, 개별 화학품에 의한 상기 혼합 용기의 충전 처리가 t = t_f - t_r, 상기 용기에서의 상기 화학 용액 혼합물의 부피 = Q일 때 정지하는 단계;
j) 상기 반도체 워크피스가 처리되면서 상기 화학 용액 혼합물에 의한 처리를 받을 준비가 되고, 상기 혼합 용기의 상기 압력 릴리즈 밸브가 닫힐 때, 상기 혼합 용기는 고정 압력의 가압된 가스에 개방되고, 상기 용기에서의 상기 화학 용액 혼합물은 t = t_f에서 배출되기 시작하는 단계;
k) 상기 반도체 워크피스가 처리될 때, 상기 용기 내의 상기 화학 용액 혼합물이 t = t_f + t_d 이고 배출된 상기 화학 용액 혼합물의 전체 부피가 Q일 때 배출을 완료하고, 퍼지가 시작되어 t_p 동안 지속되는 단계;
l) 상기 반도체 워크피스가 처리될 때, 상기 혼합 용기의 상기 압력 릴리즈 밸브는 개방되고, 상기 혼합 용기는 t = t_f + t_d + t_p에서 가압된 가스에 대하여 닫히는 단계;
m) 상기 반도체 워크피스가 다음 처리 단계에 대하여 준비되는 단계; 및
n) 각 웨이퍼에 대하여 상기 단계 f) 내지 m)을 반복하는 단계
를 포함하는, 개별 반도체 워크피스를 처리하기 위한,
화학 용액 준비 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 화학 용액 혼합물의 수명을 제어하기 위하여 t_r을 사용하는,
화학 용액 준비 방법.
- 제9항에 있어서,
배출 지점에서 상기 화학 용액 혼합물의 T를 제어하기 위하여 t_r을 사용하며, T를 제어하는 것은 상기 화학 용액 화합물의 활성 성분의 반응성을 제어하는 것인,
화학 용액 준비 방법.
- 제9항에 있어서,
배출 지점에서 상기 화학 용액 혼합물의 활성 성분의 수율을 제어하기 위하여 t_r을 사용하는,
화학 용액 준비 방법.
- 제9항에 있어서,
배출 지점에서 상기 화학 용액 혼합물의 상이한 T를 허용하도록 t_r과 T_0을 가변시키는,
화학 용액 준비 방법.
- 제9항에 있어서,
배출 지점에서 상기 화학 용액 혼합물의 활성 성분의 상이한 수율을 허용하도록 t_r과 T_0을 가변시키는,
화학 용액 준비 방법.
- 제9항에 있어서,
반도체 워크피스에서 최상의 처리 결과를 획득하도록 T 및 상기 화학 용액 혼합물의 활성 시약의 반응성과 수율의 결합 효과를 최적화하기 위하여 t_r을 이용하는,
화학 용액 준비 방법.
- 제9항에 있어서,
t_r + t_i + t_d + t_f의 합은 t_min보다 더 작아야만 하는,
화학 용액 준비 방법.
- 제9항에 있어서,
t_r은 0.5 내지 10 분의 범위 내에 있는,
화학 용액 준비 방법.
- 제9항에 있어서,
Q는 0.5 내지 10 리터의 범위 내에 있는,
화학 용액 준비 방법.
- 제9항에 있어서,
상이한 처리 챔버 전체에 걸쳐 t_r을 고정하여, 상이한 처리 챔버 전체에 걸쳐 배출 지점에서 상기 화학 용액 혼합물의 균일한 T를 보증하는,
화학 용액 준비 방법.
- 제9항에 있어서,
상이한 처리 챔버 전체에 걸쳐 t_r을 고정하여, 상이한 처리 챔버 전체에 걸쳐 배출 지점에서 상기 화학 용액 혼합물의 균일한 화학품 활성을 보증하는,
화학 용액 준비 방법.
- 제9항에 있어서,
상이한 처리 챔버 전체에 걸쳐 t_r을 고정하여, 처리되는 반도체 워크피스 그룹 사이에서 세정 효과의 최소 변동을 보장하는,
화학 용액 준비 방법.
- 제9항에 있어서,
t_r은 상기 화학 용액 혼합물 온도가 사전 설정된 값 T에 도달하기 위한 시간에 의해 수정되는,
화학 용액 준비 방법.
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