KR20130135778A - 표면 준비, 세정, 및 에칭을 위한 활성종을 생성하는 음향 에너지 - Google Patents
표면 준비, 세정, 및 에칭을 위한 활성종을 생성하는 음향 에너지 Download PDFInfo
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Abstract
표면 처리 시스템에서 사용되는 처리액에 활성종을 생성시키는 방법이 제공되며, 상기 표면 처리 시스템은, 처리 챔버와, 혼합 영역 및 활성종 생성 영역을 갖는 처리액 전달 시스템을 포함한다. 기판과, 하나 이상의 화학 용액 및/또는 하나 이상의 처리 가스를 포함하는 처리액이 제공된다. 하나 이상의 음향 장치를 사용하여 혼합 영역 및/또는 활성종 생성 영역에서의 처리액에 음향 에너지가 인가된다. 처리액에서의 활성종의 생성을 최적화하기 위하여, 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수가 제어된다. 하나 이상의 목표 표면 처리를 만족하기 위하여, 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수가 조정된다.
Description
37 C.F.R.§1.78(a)(4)에 따라, 본 출원은, 2012년 6월 3일 출원되며, 우선 출원되어 계류중인 미국 가출원 No.61/654912의 이익과 그 우선권을 주장하며, 여기서 참조용으로 명확하게 사용되었다.
본 출원은 일반적으로, 기판 처리에 사용되기 위한 화학 용액에 활성종을 생성하기 위한 에너지의 사용에 관한 것이며, 구체적으로는 기판의 표면 준비(surface preparation), 세정 및 에칭을 위한 활성종의 생성을 향상시키기 위한 음향 에너지의 사용에 관한 것이다.
반도체 처리에서, 화학 활성종의 생성 및 수명의 제어는, 원하는 재료의 제거 효율성, 제거 시간, 및 기판 상에 존재하는 다른 재료에 대한 선택성에 관하여 세정 처리를 최적화하는 데 중요하다. 수용성 플라즈마 케미스트리에서, 라디칼의 생성은, 재료를 제거하기 위하여 고반응성이며 목표가 되는 종을 생성하는 데 편리한 방법이다. 라디칼은, 2개 이상의 화학 물질을 혼합함으로써(예컨대, 히드록실 라디칼을 형성하기 위한 황산과 과산화수소), 또는 예컨대 열, 전기/자기력, 전기화학 에너지 또는 기계적 에너지의 에너지의 인가에 의하여 생성된다.
특히, 음 조사(sonic irradiation)는, 음향 에너지의 인가에 의하여 생성된 버블이 붕괴될 때, 상당한 고온을 국부적으로 생성하기 위한 특정 방법이다. 붕괴전 버블 크기에 따라, 버블이 붕괴되면 3,000K 내지 3,000,000K의 온도가 도달될 수 있다. 이러한 온도는, 벌크 화학적 스트림(bulk chemical stream)에 대하여는 가능하지 않으나, 수용성 라디칼종의 생성을 개시하는 데는 상당히 영향력이 있을 것이다. 100 kHz보다 큰 주파수 범위를 갖는 음 조사는 초음파로서 분류되고, 800 kHz 내지 2000 kHz의 주파수 범위를 갖는 음 조사는 메가소닉(megasonic)으로서 분류된다.
습식 처리는 통상적으로, 재료(예컨대 포토레지스트)의 박리 또는 선택적 에칭(Si3N4)에 초점이 맞춰져 있다. 배치(batch)로부터 단일 기판 처리로의 시프트로, 표면 준비, 세정 또는 에칭 시스템을 위한 반도체 처리에서 사용되는 황산 퍼옥사이드 혼합물(SPM, sulfuric acid peroxide mixture), 표준 세정 1(SC 1), 표준 세정 2(SC2), 탈이온수 및 오존(DI/O3), 인산(H3PO4), 플루오린화수소산(HF), 버퍼드 플루오르화 수소(BHF) 등과 같은 현존하는 케미스트리(chemistry)의 성능을 향상시키는 것이 필요하다. 또한, 본 출원의 요건을 만족하도록 표면 준비 프로세스를 최적화하기 위하여, 선택된 표면 처리 동작 변수를 제어할 필요가 있다. 또한, 현존하는 케미스트리의 처리 윈도우를 확장시키고, 단일 기판 및 배치 습식 처리 모두에 대한 처리액의 수명을 연장시킬 필요가 있다.
표면 처리 시스템에서 사용되는 처리액에 활성종을 생성하는 방법이 제공되며, 상기 표면 처리 시스템은, 처리 챔버와, 혼합 영역 및 활성종 생성 영역을 갖는 처리액 전달 시스템을 포함한다. 기판과, 하나 이상의 화학 용액 및/또는 하나 이상의 처리 가스를 포함하는 처리액이 제공된다. 하나 이상의 음향 장치를 사용하여 혼합 영역 및/또는 활성종 생성 영역에서의 처리액에 음향 에너지가 인가된다. 처리액에서의 활성종의 생성을 최적화하기 위하여, 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수가 제어된다. 하나 이상의 목표 표면 처리를 만족하기 위하여, 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수가 조정된다.
도 1은 배치 에칭 처리시 레지스트 박리의 종래 방법을 도시하는 구성도이다.
도 2는 반도체 제조시 음향 장치의 사용을 위한 예시적인 구성도이다.
도 3a는 초순수(UPW) 및 음 조사를 사용하는 예시적인 기판 생성 처리를 도시한다.
도 3b는 용존 가스의 농도의 함수로서 음 조사에 의한 공기 및 탈이온수로부터의 OH 라디칼의 예시적인 생성의 그래프를 도시한다.
도 4a는 음향 화학(sono-chemistry)에서의 음압, 압축파, 및 수반된 버블 크기의 변화의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 4b는 음향 화학에서의 음압, 미소 버블의 성장 및 붕괴(implosion)의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 5a는 공기 및 탈이온수로부터의 과산화수소 생성시 용존 공기의 영향의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 5b는 음 조사에 의한 초순수(UPW)의 저항성의 변화의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 6a는 음 조사 시간의 함수로서, 질화물 이온종, NO2 -의 농도를 나타내는 예시적인 그래프를 도시한다.
도 6b는 음 조사 시간의 함수로서, 다른 질화물 이온종, NO3 -의 농도를 나타내는 예시적인 그래프를 도시한다.
도 7a는 단일 패스(single-pass) 화학 물질을 사용하는 표면 처리 시스템에 대한 음 조사 혼합 및 화학적 활성의 예시적인 개략도이다.
도 7b는 화학 물질의 재순환을 이용하는 음 표면 처리 시스템의 예시적인 개략도이다.
도 8은 화학 물질의 재순환과 통합 제어 시스템을 사용하는 음 표면 처리 시스템의 예시적인 개략도이다.
도 9는 음 조사, 화학 물질의 재순환, 및 통합 제어 시스템을 사용하는 표면 처리 프로세스를 위한 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 10은 표면 처리 시스템에서 사용되기 위한 하나 이상의 화학 물질과 하나 이상의 가스를 제공하는 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 11은 표면 처리 시스템의 동작 변수를 제어하고 최적화하는 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 12는 프로파일 파라미터값이 자동화 처리 및 설비 제어에 사용되는 표면 준비, 세정 또는 에칭 처리 동안 또는 그 후에, 기판의 임계 치수를 포함하는 구조의 프로파일 파리미터를 결정하고 사용하는 시스템의 예시적인 블록도이다.
도 2는 반도체 제조시 음향 장치의 사용을 위한 예시적인 구성도이다.
도 3a는 초순수(UPW) 및 음 조사를 사용하는 예시적인 기판 생성 처리를 도시한다.
도 3b는 용존 가스의 농도의 함수로서 음 조사에 의한 공기 및 탈이온수로부터의 OH 라디칼의 예시적인 생성의 그래프를 도시한다.
도 4a는 음향 화학(sono-chemistry)에서의 음압, 압축파, 및 수반된 버블 크기의 변화의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 4b는 음향 화학에서의 음압, 미소 버블의 성장 및 붕괴(implosion)의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 5a는 공기 및 탈이온수로부터의 과산화수소 생성시 용존 공기의 영향의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 5b는 음 조사에 의한 초순수(UPW)의 저항성의 변화의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 6a는 음 조사 시간의 함수로서, 질화물 이온종, NO2 -의 농도를 나타내는 예시적인 그래프를 도시한다.
도 6b는 음 조사 시간의 함수로서, 다른 질화물 이온종, NO3 -의 농도를 나타내는 예시적인 그래프를 도시한다.
도 7a는 단일 패스(single-pass) 화학 물질을 사용하는 표면 처리 시스템에 대한 음 조사 혼합 및 화학적 활성의 예시적인 개략도이다.
도 7b는 화학 물질의 재순환을 이용하는 음 표면 처리 시스템의 예시적인 개략도이다.
도 8은 화학 물질의 재순환과 통합 제어 시스템을 사용하는 음 표면 처리 시스템의 예시적인 개략도이다.
도 9는 음 조사, 화학 물질의 재순환, 및 통합 제어 시스템을 사용하는 표면 처리 프로세스를 위한 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 10은 표면 처리 시스템에서 사용되기 위한 하나 이상의 화학 물질과 하나 이상의 가스를 제공하는 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 11은 표면 처리 시스템의 동작 변수를 제어하고 최적화하는 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 12는 프로파일 파라미터값이 자동화 처리 및 설비 제어에 사용되는 표면 준비, 세정 또는 에칭 처리 동안 또는 그 후에, 기판의 임계 치수를 포함하는 구조의 프로파일 파리미터를 결정하고 사용하는 시스템의 예시적인 블록도이다.
본 발명의 상세한 설명을 가능하게 하기 위하여, 본 개념의 적용을 설명하기 위하여 반도체 기판이 이용된다. 본 방법 및 처리는, 웨이퍼, 디스크, 메모리 등과 같은 다른 작업편에 동일하게 적용된다. 유사하게는, 본 발명에서 처리액을 설명하기 위하여, 수용성 황산과 과산화수소 혼합물이 이용될 수도 있다. 후술되는 바와 같이, 다른 처리액이 대안적으로 사용될 수 있다. 처리액은, 1차, 2차, 및 3차 화학 물질, 하나 이상의 처리 가스, 및 반응 생성물을 포함할 수 있다. 본 출원에서, 음향 장치에 대한 참조는, 20 kHz 내지 2,000 kHz의 주파수 범위에서 동작할 수 있는 음향 트랜스듀서 및 유사한 설비와 같은 음향 장치를 포함한다.
도 1을 참조하여, 구성도(10)는, 복수의 기판(26)이 위치 결정된 에칭 처리 챔버(44)에, 하나 이상의 입력 스트림(34, 38)을 사용하여 에칭 화학 물질(에천트)이 디스펜스(dispense)되는, 배치 에칭 처리시 레지스트 박리와 같은 표면 처리 시스템의 종래 기술의 방법을 도시한다. 에천트는, 오버플로 탱크(42)와 오버플로 스파우트(overflow spout)(18)를 사용하여 재사용 또는 재활용 또는 배치될 수도 있다. 히터(미도시)는, 예컨대 에칭 처리 챔버(44)의 측면 상이나 바닥부에 히터를 가짐으로써 제공될 수 있다. 히터는 외부에 있거나, 내부에(inline) 있을 수도 있다.
도 2는, 반도체 제조시 사용을 위한 음향 장치, 예컨대 음향 트랜스듀서의 예시적인 구성도(100)를 도시한다. 공급된 전력(124)을 갖는 음향 트랜스듀서(120)는, 처리액(116)이 사용되어 하나 이상의 기판(128)을 함침시키는 처리 챔버(104)에 근접하여 위치 결정되어 있다. 압전 크리스탈 어레이를 구비할 수 있는 음향 장치(120)에 의하여 생성된 음파(112)는, 처리액(116)의 음향 스트림(136)에 버블(108)을 생성한다. 처리액(116)에서의 버블(108)은 고열을 발생시키는 캐비테이션(cavitation)을 겪어, 처리액(116)의 온도를 상승시킨다. 입자(110), 예컨데 이전 처리로부터의 레지듀는, 기판(128)으로부터 제거되어, 처리액(116)의 음향 스트림(136)에 위치된다.
도 3a는 초순수(UPW)와 음 조사를 사용하는 반응(300)을 도시한다. 상술된 바와 같이, 수용성 플라즈마 케미스트리에서, 라디칼의 생성은, 재료를 제거하기 위하여 고반응성이며 목표가 되는 종을 생성하는 편리한 방법이다. 라디칼은, 2개 이상의 화학 물질의 혼합(예컨대, 히드록실 라디칼을 형성하기 위한 황산과 과산화수소), 또는 에너지(열, 전기/자기력, 전기화학, 및 기계적 힘)의 인가에 의하여 생성된다. 도 3a에서, 제1 세트의 반응은 암모늄과 수산기(OH) 라디칼을 생성한다. 제2 세트의 반응은 이산화질소 라디칼을 생성하는 반면, 제3 세트의 반응은 삼산화질소 라디칼을 생성한다. 이들 반응은 문서화되어 있고, 종래 기술에 공지되어 있다.
도 3b는, 용존 가스의 농도의 함수로서 음 조사에 의하여 공기 및 탈이온수로부터의 OH 라디칼의 예시적인 생성의 그래프(350)를 도시한다. 공기(354), 질소(362), 및 산소(358)의 그래프는, 메가소닉 주파수가 0.95 MHz이고, 공급된 전력이 270W이고, 조사 시간이 3분인 데이터에 기초한다. Y축은 OH 라디칼의 수를 나타내고, X축은 ppm(parts-per-million) 단위의 용존 가스 또는 가스들의 농도이다. 상술된 3개의 가스에 대하여, OH 라디칼의 수는 용존 가스의 농도가 상승함에 따라 상승하고, 용존 가스로서 공기의 상승이 가장 경사가 급하다.
도 4a는 소노 케미스트리에서의 음압, 압축파, 및 수반된 버블 크기의 변화의 예시적인 그래프(400)를 도시하고, 화학 시스템의 음파 및 파동 특성의 영향으로서 정의된다. 특히, 음 조사는, 음향 에너지의 인가에 의하여 생성된 버블이 붕괴될 때 상당한 고온을 국부적으로 생성하는 특정 방법이다. 상술된 바와 같이, 붕괴 전의 버블 크기에 따라, 버블이 붕괴되면, 3,000K 내지 3,000,000K의 온도가 도달될 수 있다. 이러한 온도는 벌크 화학적 스트림에 대하여는 가능하지 않으나, 수용성 라디칼종의 생성을 개시하는 데는 상당히 영향력이 있다. 도 4a에서, 처리액(미도시)에서 음향 장치에 의하여 생성된 음압(404)과 압축파(408)의 조합은, 더 큰 버블(412)로 도시된 바와 같이 버블 크기의 증가를 낳고, 버스트 버블(burst bubble)(420)까지 버블(416)이 훨씬 더 크다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 음향과 팽창/압축 압력(454)의 조합은 지점(458)에서 버블을 형성하고, 크기가 교대로 증가하고 감소하며, 지점(466)에서 버블이 붕괴될 때까지 지점(462)에서 조사 시간의 함수로서 버블 반경이 증가하고, 충격파(470)를 생성하고, 지점(478)에서 핫스팟(hotspot)을 생성한 후, 지점(482)에서 급속 담금질이 따른다. 캐비태이션(cavitation) 이벤트, 즉 형성, 버블 크기의 증가/보다 미소한 감소, 붕괴, 충격파, 및 급속 담금질은, 1차 및 2차 화학 용액과 하나 이상의 처리 가스의 화학 반응성을 크게 향상시킨다.
1차 및 2차 화학 용액에서의 화학 활성종의 생성의 제어는, 제거 효율성 및 선택성에 관하여 세정 처리를 최적화하는 데 중요하다. 도 5a는, 공기와 탈이온수로부터 과산화수소 생성시 용존 공기의 영향의 예시적인 그래프(500)를 도시한다. 음향 장치를 사용하여 24.0 ppm의 용존 공기를 포함하는 용액에 대하여 3분 내지 40분 범위의 메가소닉 조사 시간이며, 공급된 전력은 270 W에 설정하고, 메가소닉 에너지 주파수는 0.95 MHz에 설정하여, H2O2의 농도는, 곡선(508)을 따라 2.5 ppm부터 약 15 ppm까지 증가한다. 대조적으로, 유사한 음향 장치를 사용하여 0.14 ppm의 용존 공기를 포함하는 용액에 대하여 3분 내지 40분 범위의 메가소닉 조사 시간이며, 공급된 전력은 270 W이고, 메가소닉 에너지 주파수는 0.95 MHz인 동안, H2O2의 농도는 대략 일정하게 머문다.
도 5b는, 시간의 함수로서 음 조사에 의한 초순수(UPW)의 저항성의 변화의 예시적인 그래프(550)를 도시한다. 메가소닉 조사의 경과 시간의 함수로서의 저항성의 제1 그래프(504)는 40분까지의 기간에 걸쳐 기본적으로 일정하며, 여기서 압력은 760 torr이고, 디옥시젼(DO2)는 8.8 ppm이고, 이질소(DN2)는 7.1 ppm이다. 압력이 11 torr이고, DO2는 5.7 ppm이고, DN2는 2.6 ppm이며, 40분까지의 메가소니 조사의 경과 시간의 함수로서의 저항성의 제2 그래프(508)는, 선(516)에서 약 16 mΩ/cm에서 시작하여, 메가소닉 조사의 수 분후 지점(520)에서 6 mΩ/cm로 급락하고, 지점(524)에서 약 4.0 mΩ/cm로부터 약 1.0 mΩ/cm까지 중간 정도로 저하하고, 조사 기간의 종료까지 선(528)으로 약 1.0 mΩ/cm로 평평하게 된다.
도 6a는 질화물 이온종의 농도 대 음 조사 시간을 도시하는 예시적인 그래프(604)를 도시한다. NO2 -의 농도는, 곡선(604)으로 정비례하여, 24.0 ppm의 용존 공기일 때 0분에서 40분까지의 메가소닉 조사 시간의 함수로서 0.22 ppm부터 0.82 ppm까지 증가한다. 반대로, NO2 -의 농도는, 곡선(608)으로 용존 공기 농도가 0.14 ppm일 때 0 ppm에 가깝게 크게 변하지 않는다.
도 6b는, 음 조사 시간의 함수로서, 다른 질화물 이온종, NO3 -의 농도를 도시하는 예시적인 그래프(654)를 도시한다. NO3 -의 농도는, 곡선(654)으로 포물선 상관을 도시하여, 24.0 ppm의 용존 공기일 때 3분에서 40분까지의 메가소닉 조사 시간의 함수로서 0.22 ppm부터 증가한다. 반대로, NO3 -의 농도(658)는 용존 공기 농도가 0.14 ppm일 때 0 ppm에 가깝게 크게 변하지 않는다.
요약하면, 도 3a 내지 도 6b의 그래프는, 표면 처리 동작 변수와, 하나 이상의 음향 장치에 의한 처리액의 조사로부터 생성된 활성종의 결과적인 양 및 농도와의 연관성을 나타낸다. 표면 처리 동작 변수는, 조사 동안, 하나 이상의 음향 장치의 조사 에너지의 공급된 전력 및 주파수, 1차 및 2차 화학 용액의 온도, 농도, 및 유량, 하나 이상의 처리 가스의 농도 및 압력, 및 기판에 전달된 음향 에너지의 양을 포함한다. 표면 처리 동작 변수의 통합 제어는, 원하는 재료의 제거 효율성, 제거 시간, 및 기판 상에 존재하는 다른 재료에 관한 선택성에 관하여 세정 처리를 최적화하는 데 결정적인 요인이다.
도 7a는, 단일 패스 화학 물질을 사용하는 표면 처리 시스템에 대한 음 조사 혼합 및 화학적 활성화의 예시적인 개략 도면(700)이다. 1차 화학 용액(704)은 표면 처리 시스템(700)을 통하여 흐르고, 이 표면 처리 시스템(700)은, 처리 챔버(미도시) 및 처리액 전달 시스템(736)을 포함한다. 2차 화학 용액(708)은 처리액 전달 시스템(736)으로 도입되고, 이 처리액 전달 시스템(736)은 혼합 영역(712)과 활성종 생성 영역(716)을 포함한다. 1차 화학 용액 및 2차 화학 용액은, 표준 세정 1(SC 1) 또는 표준 세정 2(SC 2), 인산, 플루오린화수소산, 버퍼드 플루오르화수소, 플루오린화수소산 및 글리콜, 플루오린화수소산 및 질산, 또는 수산화암모늄을 포함할 수도 있다. 다른 실시예에서, 1차 화학 용액은 질소로 포화된 초순수(UPW)이며, 수산화암모늄의 약알칼리 용액을 생성한다. 또다른 실시예에서, 1차 화학 용액은 묽은 황산이다.
계속 도 7a를 참조하여, 혼합 영역(712)은, 제1 음향 장치를 사용하여 1차 화학 용액과 2차 화학 용액의 혼합을 제공한다. 제1 음향 장치(732)는 20 kHz 내지 2,000 kHz의 동작 범위를 가질 수 있고, 제1 음향 장치로의 공급된 전력은 200 내지 400의 범위를 가질 수 있다. 활성종 생성 영역(716)은, 20 kHz 내지 2,000 kHz의 동작 범위를 갖는 제2 음향 장치(728)를 포함할 수 있고, 제2 음향 장치에의 공급된 전력은 200 내지 400의 범위일 수도 있다. 실시예에서, 2개 이상의 음향 장치가 표면 처리 시스템에 포함된다. 처리액 전달 시스템(736)은 기판까지의 음향 장치 거리(724)를 나타내는 부분을 포함한다. 음향 장치 거리(724)는, 어떠한 음파 또는 에너지도 기판에 전달되지 않는다는 것을 보장하도록 변할 수 있다. 다른 실시예에서, 음향 장치 에너지의 일부(percentage)가 기판에 전달되도록, 음향 장치 거리(724)가 설정된다. 혼합 및 활성종 생성 후, 처리액은 처리 챔버(미도시)에, 그리고 기판(720)의 표면의 일부 상에 디스펜스된다. 표면 처리 시스템(700)은, 결과적인 처리 플루이드를 재순환시키지 않고 단일 패스 1차 화학 용액 및 2차 화학 용액으로 동작될 수도 있다. 실시예에서, 1차 화학 용액 및/또는 2차 화학 용액은, 액체 화학 용액 대신 가스를 포함할 수도 있다.
도 7b는, 처리 플루이드를 재사용하지 않는 음 표면 처리 시스템의 예시적인 개략 도면(800)이다. 1차 화학 용액(816)이 표면 처리 시스템(800)으로 흐르고, 이 표면 처리 시스템(800)은 처리 챔버(미도시) 및 처리액 전달 시스템(850)을 포함한다. 2차 화학 용액(820)이 처리액 전달 시스템(850)으로 도입된다. 이제 처리액(822)으로 칭하는 조합된 1차 화학 용액(816)과 2차 화학 용액(820)은, 하나 이상의 음향 장치(824)를 통하여 처리되어, 처리액(822)을 탱크(832)에 전달한다. 탱크(832)로부터의 처리액(822)의 일부는, 하나 이상의 음향 장치(824) 전에 처리액 전달 시스템(850)에 주입된다. 3차 화학 용액(804)은, 기판(808)의 표면의 일부 상으로의 처리액(822)의 디스펜스 전에, 처리액 전달 시스템(850)에 도입될 수도 있다. 실시예에서, 1차 화학 용액 및/또는 2차 화학 용액은, 액체 화학 용액 대신 가스를 포함할 수도 있다.
1차 화학 용액 및 2차 화학 용액은, 표준 세정 1(SC 1) 또는 표준 세정 2(SC 2), 인산, 플루오린화수소산, 버퍼드 플루오르화수소, 플루오린화수소산 및 글리콜, 플루오린화수소산 및 질산, 또는 수산화암모늄을 포함할 수도 있다. 다른 실시예에서, 1차 화학 용액은, 질소로 포화된 초순수(UPW)이며, 수산화암모늄의 약알칼리 용액을 생성한다. 또다른 실시예에서, 1차 화학 용액은 묽은 황산이다. 또다른 실시예에서, 3차 화학 용액은, 처리액에 대한 목표 혼합비를 유지하기 위하여 필요한 물 또는 제1 화학 용액 또는 제2 화학 용액 중 하나 일 수 있다. 사용된 처리액(822)의 일부는, 재활용 라인(812)을 사용하여 처리액 전달 시스템(850)으로 재활용된다.
도 8은, 화학 용액의 재순환과 통합 제어 시스템을 사용하는 표면 처리 시스템을 도시하는 예시적인 개략도(900)이다. 도 8의 표면 처리 시스템(900)은 도 7의 표면 처리 시스템(800)과 유사하며, 통합 제어 시스템(916)이 부가되어 있다. 제어기 또는 프로세서와 같은 제1 제어 장치(904)는, 온도, 농도, 및/또는 유량과 같은, 1차 화학 용액 및 2차 화학 용액의 동작 변수를 제어하는 데 사용될 수 있다. 제어기 또는 프로세서와 같은 제2 제어 장치(908)는, 유사하게, 공급된 전력, 주파수, 및/또는 조사 기간과 같은 하나 이상의 음향 장치(824)의 동작 변수를 제어하는 데 사용될 수 있다. 제3 제어 장치(912)는, 음향 장치 거리, 디스펜스시 처리액의 온도, 및/또는 하나 이상의 처리 가스의 부분압과 같은 다른 동작 변수를 제어하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 제1, 제2, 및 제3 제어 장치는 단일 제어기 또는 프로세서로 대체된다.
도 9는, 음 조사, 화학 물질의 재순환, 및 통합 제어 시스템을 사용하는 표면 처리 시스템의 방법의 예시적인 흐름도이다. 동작 1004에서, 표면 처리 시스템에 기판이 제공되며, 이 표면 처리 시스템은, 처리 챔버, 통합 제어 시스템, 처리액 전달 시스템을 포함한다. 처리액 전달 시스템은, 하나 이상의 혼합 영역 및 하나 이상의 활성종 생성 영역을 포함할 수 있다. 장치 처리의 상세는 도 7a 내지 도 8과 관련하여 설명된다. 동작 1008에서, 하나 이상의 화학 용액 및/또는 하나 이상의 처리 가스를 포함하는 처리액이 처리액 전달 시스템을 통하여 제공된다. 도 10을 참조하면, 동작 1104에서, 1차 온도, 농도 및 유량의 1차 화학 용액이 처리액 전달 시스템으로 도입되거나 흐른다. 동작 1108에서, 2차 온도, 농도 및 유량의 2차 화학 용액이 처리액 전달 시스템으로 도입되거나 흐른다. 동작 1112에서, 가스 온도, 부분압, 및 유량의 하나 이상의 처리 가스가 처리액 전달 시스템으로 도입되거나 흐른다. 상술된 바와 같이, 상기 도입, 혼합, 및 활성종 생성의 상세는 도 7a 내지 도 8과 관련하여 설명된다.
도 9를 참조하면, 동작 1012에서, 혼합 영역과 활성종 생성 영역 중 하나 이상에, 그리고/또는 디스펜스 전에, 하나 이상의 음향 장치를 사용하여 음향 에너지가 처리액에 인가된다. 음향 장치는, 초음파 또는 메가소닉 주파수 범위, 즉 20 kHz 내지 2000 kHz의 음향 트랜스듀서일 수 있다. 동작 1016에서, 선택된 표면 처리 동작 변수는, 처리액에서 활성종의 생성을 최적화하도록 제어된다. 도 11을 참조하면, 동작 1204에서, 처리액의 활성종의 생성을 최적화하도록 하나 이상의 음향 장치의 동작 변수가 제어된다. 하나 이상의 음향 장치에 대한 동작 변수는, 공급된 전력, 주파수 범위, 버블 반경, 버블 캐비태이션 이벤트, 조사 시간, 음향 에너지 분배 등을 포함할 수 있다. 동작 1208에서, 처리액에서의 활성종의 생성을 최적화하도록 1차 화학 용액, 2차 화학 용액, 및/또는 처리 가스의 동작 변수가 제어된다. 동작 1212에서, 처리액에서의 활성종의 생성을 최적화하도록 기판에 대한 음향 장치의 거리 및 위치가 제어된다. 상술된 바와 같이, 음향 에너지가 기판에 전달되지 않는 것을 보장하도록 음향 장치 거리가 증가될 수도 있다. 다른 실시예에서, 음향 에너지의 일부 이상을 기판에 부여하도록 음향 장치 거리가 감소된다. 처리액에서의 활성종의 생성을 최적화하기 위하여, 하나 이상의 음향 장치의 배열 및 위치가 조정될 수도 있다. 또한, 처리 챔버에서 디스펜스 전에, 처리액의 온도를 조정하기 위하여, 하나 이상의 음향 장치가 사용될 수 있다.
계속 도 9를 참조하면, 동작 1020에서, 기판의 표면의 일부 상에 처리액이 디스펜스된다. 일 실시예에서, 기판은 단일 기판 처리 챔버에 위치 결정되고, 기판 표면 상에 하나 이상의 노즐을 사용하여 처리액이 디스펜스될 수 있다. 다른 실시예에서, 처리액은 복수의 기판이 처리되고 있는 습식 배치 처리 챔버에 도입된다. 단일 기판 및 습식 배치 처리는 단일 패스 1차 및 2차 화학 용액을 사용할 수도 있고, 또는 처리액을 재사용할 수도 있다. 동작 1024에서, 하나 이상의 목표 표면 처리를 만족하기 위하여, 선택된 표면 처리 동작 변수 중 하나 이상이 조정된다. 하나 이상의 목표 표면 처리는, 표면 준비, 세정, 또는 에칭 완료 시간, 레지듀 또는 층 제거의 퍼센트, 소유권의 비용 등을 포함할 수 있다.
도 12는, 프로파일 파라미터 값이 자동 처리 및 설비 제어용으로 사용되는 표면 준비, 에칭 처리, 또는 세정 동안 또는 그 후에, 기판에 대한 임계 치수를 포함하는 구조의 프로파일 파라미터를 결정하고 사용하기 위한 시스템의 예시적인 블록도이다. 시스템(1300)은, 제1 제조 클러스터(1302)와 광학 메트롤로지 시스템(1304)을 포함한다. 시스템(1300)은 또한, 제2 제조 클러스터(1306)를 포함한다. 기판에 대한 구조의 프로파일 파라미터를 결정하는 데 사용되는 광학 메트롤로지 시스템의 상세에 관해서는, 2005년 9월 13일 발행된 미국 특허 제6,943,900호이며, 발명의 명칭이 "GENERATION OF A LIBRARY OF PERIODIC GRATING DIFFRACTION SIGNALS"를 참조바라며, 여기서 그 전체가 참조용으로 사용되었다. 제2 제조 클러스터(1306)가 도 12에 제1 제조 클러스터(1302)에 후속하는 것으로서 도시되었으나, 제2 제조 클러스터(1306)는, 예컨대 제조 처리 흐름에서 시스템(1300)에서 제1 제조 클러스터(1302) 이전에 위치될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
표면 준비, 에칭 또는 세정 처리는 제1 제조 클러스터(1302)를 사용하여 수행될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 광학 메트롤로지 시스템(1304)은 광학 메트롤로지 툴(1308)과 프로세서(1310)를 포함한다. 광학 메트롤로지 툴(1308)은 구조로부터의 회절 신호를 측정하도록 구성된다. 프로세서(1310)는, 광학 메트롤로지 툴에 의하여 측정된 회절 신호를 사용하고, 신호 조절기를 사용하여 조정하도록 구성되어, 조정된 메트롤로지 출력 신호를 생성한다. 또한, 프로세서(1310)는, 조정된 메트롤로지 출력 신호를 시뮬레이팅된 회절 신호와 비교하도록 구성된다. 상술된 바와 같이, 시뮬레이팅된 회절은, 광선 추적(ray tracing), 구조의 한 세트의 프로파일 파라미터, 및 전자기 회절의 맥스웰 방정식에 기초한 수치 분석을 사용하는 광학 메트롤로지 툴 모델을 사용하여 결정된다. 일 예시적인 실시예에서, 광학 메트롤로지 시스템(1304)는 또한, 복수의 시뮬레이팅된 회절 신호와, 복수의 시뮬레이팅된 회절 신호와 연관된 하나 이상의 프로파일 파라미터의 복수의 값을 갖는 라이브러리(1312)를 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 미리 라이브러리가 생성될 수 있고, 프로세서(1310)는 조정된 메트롤로지 출력 신호를, 라이브러리의 복수의 시뮬레이팅된 회절 신호에 비교할 수 있다. 일치하는 시뮬레이팅된 회절 신호가 찾아지면, 라이브러리의 일치하는 시뮬레이팅된 회절 신호와 연관된 프로파일 파리미터의 하나 이상의 값이, 구조를 제조하기 위하여 기판 애플리케이션에서 사용된 프로파일 파라미터의 하나 이상의 값인 것으로 추정된다.
시스템(1300)은 또한 메트롤로지 프로세서(1316)를 포함한다. 일 예시적인 실시예에서, 프로세서(1310)는 하나 이상의 프로파일 파라미터의 하나 이상의 값을 메트롤로지 프로세서(1316)에 송신할 수 있다. 다음, 메트롤로지 프로세서(1316)는, 광학 메트롤로지 시스템(1304)을 사용하여 결정된 하나 이상의 프로파일 파라미터 중 하나 이상의 값에 기초하여 제1 제조 클러스터(1302)의 설비 설정 또는 하나 이상의 프로세스 파라미터를 조정할 수 있다. 메트롤로지 프로세서(1316)는 또한, 광학 메트롤로지 시스템(1304)를 사용하여 결정된 하나 이상의 프로파일 파라미터 중 하나 이상의 값에 기초하여 제2 제조 클러스터(1306)의 설비 설정 또는 하나 이상의 프로세스 파라미터를 조정할 수 있다. 상술된 바와 같이, 제2 제조 클러스터(1306)는 제1 제조 클러스터(1302) 전에 또는 후에 기판을 처리할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 프로세서(1310)는, 한 세트의 측정된 회절 신호를 기계 학습 시스템(1314)에의 입력으로서, 그리고 프로파일 파라미터를 기계 학습 시스템(1314)의 예측된 출력으로서 사용하여 기계 학습 시스템(1314)을 훈련시키도록 구성된다.
다른 실시예에서, 메트롤로지 프로세서(1316)는, 제1 제조 클러스터(1302)로부터 하나 이상의 센서 측정 신호를 수신한다. 센서 측정 신호는, 표면 준비 시스템, 에칭 처리 시스템, 또는 세정 시스템으로부터일 수 있고, 하나 이상의 처리 화학 물질 또는 화학 용액 또는 처리 가스 또는 반응 생성물의 농도, 처리 화학 물질 또는 반응 생성물의 유량, 처리 챔버에서의 디스펜스시 처리액의 온도 등을 포함할 수 있다. 그 자신 만의 또는 광학 메트롤로지 신호와 함께 센서 측정 신호가 메트롤로지 프로세서(1316)에 의하여 사용되어, 에칭되고 세정되는 구조의 하나 이상의 프로파일 파라미터를 결정할 수 있다. 다음, 메트롤로지 프로세서(1316)는, 센서 측정 신호를 사용하여 결정된 하나 이상의 프로파일 파라미터 중 하나 이상의 값에 기초하여, 및/또는 광학 메트롤로지 시스템(1304)을 사용하여 결정된 하나 이상의 프로파일 파라미터와 함께, 제1 제조 클러스터(1302) 또는 제2 제조 클러스터(1306)의 설비 설정 또는 하나 이상의 프로세스 파라미터를 조정할 수 있다.
예시적인 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 사상 및/또는 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변경이 행해질 수 있다. 예컨대, 본 발명은, 기판의 에칭 처리, 표면 준비, 또는 세정을 도시하고 설명하였다. 본 명세서에 설명된 동일한 방법 및 시스템을 사용하여 기판 상의 다른 층 또는 구조가 처리될 수 있다. 따라서, 본 발명은, 도면에 도시되고 상기 설명된 특정 형태에 제한되는 것으로서 간주되어서는 안된다. 따라서, 모든 이러한 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되고자 한다.
Claims (30)
- 표면 처리 시스템에서 사용된 처리액에서 활성종을 생성시키는 방법으로서, 상기 표면 처리 시스템은 처리 챔버와 처리액 전달 시스템을 구비하고, 상기 처리액 전달 시스템은 혼합 영역과 활성종 생성 영역을 갖고, 상기 방법은,
상기 표면 처리 시스템에 표면 처리를 요하는 기판을 제공하는 단계;
상기 처리액 전달 시스템에, 하나 이상의 화학 용액 및 하나 이상의 처리 가스 중 하나 이상을 포함하는 처리액을 제공하는 단계;
상기 혼합 영역 및 상기 활성종 생성 영역 중 하나 이상에서의 상기 처리액에 하나 이상의 음향 장치를 사용하여 음향 에너지를 인가하는 단계;
상기 처리액에서의 활성종의 생성을 최적화시키기 위하여, 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수를 제어하는 단계; 및
상기 처리액을 상기 처리 챔버로 디스펜스(dispense)하는 단계
를 포함하는 처리액에서의 활성종 생성 방법. - 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 목표 표면 처리를 만족하기 위하여 상기 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수를 조정하는 단계를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 음향 장치는 20 kHz 내지 2,000 kHz의 주파수 범위를 이용하는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 처리액을 제공하는 단계는,
1차 온도, 농도, 및 유량의 1차 화학 용액을 흘리는 단계;
2차 온도, 농도, 및 유량의 2차 화학 용액을 흘리는 단계; 및
각 가스가 농도를 갖는 것인 하나 이상의 처리 가스를 흘리는 단계
를 포함하는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법. - 제 3 항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수를 제어하는 단계는,
상기 하나 이상의 음향 장치와 연관된 하나 이상의 선택된 동작 변수를 제어하는 단계;
상기 1차 및 2차 화학 용액 및 상기 하나 이상의 처리 가스 중 하나 이상과 연관된 하나 이상의 선택된 동작 변수를 제어하는 단계; 및
상기 기판에 전달된 상기 음향 에너지의 양을 변화시키기 위하여 음향 장치 거리를 제어하는 단계
를 포함하는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법. - 제 4 항에 있어서, 상기 1차 화학 용액은 수산화암모늄의 약알칼리 용액을 생성하기 위하여 질소로 포화된 초순수(UPW)이거나, 또는 상기 1차 화학 용액은 묽은 황산이고, 상기 음향 에너지를 인가하는 단계는, 물 분자로부터 인 시츄(in-situ) 과산화물종을 생성시켜 카로산을 생성하도록 구성된 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 1차 및 2차 화학 용액은, 표준 세정 1(SC 1), 표준 세정 2(SC 2), 인산, 플루오린화수소산, 버퍼드 플루오르화수소, 플루오린화수소산 및 글리콜, 플루오린화수소산 및 질산, 또는 수산화암모늄 중 하나 이상을 포함하는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 처리액은, 단일 기판 처리시 기판의 표면의 일부에 디스펜스되는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 표면 처리 시스템은, 세정 시스템, 표면 준비(surface preparation) 또는 에칭 시스템을 구비하는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수는, 상기 하나 이상의 음향 장치에의 공급된 전력을 포함하는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수는, 상기 하나 이상의 음향 장치의 주파수 범위를 포함하는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수는, 상기 1차 화학 용액의 온도, 농도, 및 유량, 상기 2차 화학 용액의 온도, 농도, 및 유량, 및 상기 하나 이상의 처리 가스의 농도를 포함하는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 처리액 전달 시스템에 연결된 재활용 라인으로 상기 처리액의 일부를 재활용시키는 단계를 더 포함하는 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 2차 화학 용액은, 상기 재활용 라인 전에 상기 처리액 전달 시스템에 도입되는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 처리 챔버로 상기 처리액을 디스펜스하기 전에, 상기 처리액을 혼합하기 위하여 화학 용액 탱크가 사용되는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 1차 화학 용액 및 상기 2차 화학 용액 중 하나 이상의 주입 후 그리고 상기 화학 용액 탱크 전에 음향 트랜스듀서가 위치 결정되는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 음향 에너지를 인가하는 단계는, 상기 음향 에너지의 일부가 레지듀의 제거를 향상시키기 위하여 상기 기판에 전달되도록 구성된 상기 처리액의 디스펜스 직전인 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 1차 화학 용액은, 수산화암모늄의 약알칼리 용액을 생성하기 위하여 질소로 포화된 초순수(UPW)인 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 1차 화학 용액은 묽은 황산이고, 상기 음향 에너지를 인가하는 단계는, 물분자로부터 카로산으로 또는 카로산 및 후속 반응 생성물로 인 시츄 과산화물종을 생성시키도록 구성된 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 처리액은, 단일 기판 처리시 기판의 표면의 일부로 디스펜스되는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 1차 화학 용액은 탈이온수 및 공기이고, 상기 음향 에너지를 인가하는 단계는, 인 시츄 과산화수소를 생성시키도록 구성된 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 표면 처리 시스템은, 세정 시스템, 표면 준비 시스템 또는 에칭 시스템을 포함하는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 1차 및 2차 화학 용액은 표준 세정 1(SC1) 또는 표준 세정 2(SC 2)을 포함하는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 표면 처리 시스템은 질화물 에칭용으로 사용되고, 상기 1차 및 2차 화학 용액은, 인산, 플루오린화수소산, 버퍼드 플루오르화수소, 또는 플루오린화수소산 및 글리콜 중 하나 이상을 포함하는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 표면 처리 시스템은 실리콘 에칭용으로 사용되고, 상기 1차 및 2차 화학 용액은, 플루오린화수소산 및 질산, 또는 수산화암모늄을 포함하는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 음향 에너지를 인가하는 단계는. 버블 붕괴 이벤트를 발생시켜, 라디칼종 생성을 개시시키거나, 상기 라디칼과 상기 기판 간의 반응률을 증가시키는 것인 처리액에서의 활성종 생성 방법.
- 표면 처리 시스템에서 사용된 화학 용액에서 활성종을 생성시키는 방법으로서, 상기 표면 처리 시스템은, 기판을 처리하고, 처리 챔버와 처리액 전달 시스템을 구비하고, 상기 처리액 전달 시스템은 혼합 영역과 활성종 생성 영역을 갖고, 상기 방법은,
하나 이상의 목표 표면 처리를 만족하기 위하여, 상기 표면 처리 시스템의 하나 이상의 표면 처리 동작 변수를 선택하는 단계;
상기 표면 처리 시스템에 기판을 제공하는 단계;
하나 이상의 화학 용액 및 하나 이상의 처리 가스 중 하나 이상을 포함하는 처리액을 제공하는 단계;
상기 혼합 영역 및 상기 활성종 생성 영역 중 하나 이상에서의 상기 처리액에, 하나 이상의 음향 장치를 사용하여 음향 에너지를 인가하는 단계;
상기 처리액에서의 활성종의 생성을 최적화시키기 위하여, 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수를 제어하는 단계;
상기 처리 챔버로 상기 처리액을 디스펜스하는 단계; 및
하나 이상의 목표 표면 처리를 만족하기 위하여, 상기 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수를 조정하는 단계
를 포함하고,
상기 음향 에너지는, 20 kHz 내지 2,000 kHz의 주파수 범위를 사용하는 것인 화학 용액에서의 활성종 생성 방법. - 제 26 항에 있어서, 상기 처리액을 디스펜스하는 단계는, 단일 기판 처리시 수행되는 것인 화학 용액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 26 항에 있어서, 상기 처리액을 디스펜스하는 단계는, 배치(batch) 기판 처리시 수행되는 것인 화학 용액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 26 항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수는, 상기 하나 이상의 음향 장치의 공급된 전력 및 주파수 중 하나 이상을 포함하는 것인 화학 용액에서의 활성종 생성 방법.
- 제 26 항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택된 표면 처리 동작 변수는, 1차 화학 용액의 온도, 농도, 및 유량, 2차 화학 용액의 온도, 농도, 및 유량, 및 상기 하나 이상의 처리 가스의 농도 중 하나 이상을 포함하는 것인 화학 용액에서의 활성종 생성 방법.
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