KR20140101315A - 웨이퍼 형상의 물체의 표면을 처리하는 프로세스 및 장치 - Google Patents

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필립 엥게쎄르
데이비드 헨리크
앤더스 조엘 브욜크
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램 리서치 아게
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Abstract

웨이퍼 형상의 물체을 프로세싱하는 장치 및 방법은 적어도 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐을 사용하며, 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐은 상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐보다 회전축에 가깝게 배치된다. 액체 공급 시스템은 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐로부터 디스펜싱된 처리액의 온도가 상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐로부터 디스펜싱된 처리액의 온도로부터 미리 결정된 범위 내의 양만큼 상이하게 되도록 가열된 처리액을 이 노즐들에 공급한다.

Description

웨이퍼 형상의 물체의 표면을 처리하는 프로세스 및 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR TREATING SURFACES OF WAFER-SHAPED ARTICLES}
본 발명은 전반적으로 반도체 웨이퍼와 같은 웨이퍼 형상 물체의 표면을 처리하는 프로세스 및 장치에 관한 것이며, 하나 이상의 처리 액들이 웨이퍼 형상 물체의 표면 상에 디스펜션된다.
반도체 웨이퍼는 에칭, 세정, 폴리싱, 재료 증착과 같은 다양한 표면 처리를 받는다. 이러한 프로세스를 수용하기 위해서, 단일 웨이퍼는 예를 들자면 미국 특허 제4,903,717호 및 제5,513,668호에 개시된 바와 같이, 회전 가능한 캐리어와 연결된 척에 의해서 하나 이상의 처리 액 노즐에 대하여 지지될 수 있다.
이와 달리, 예를 들자면 국제 공개 특허 공보 WO2007/101764호 및 미국 특허 제6,485,531호에 개시된 바와 같이, 웨이퍼를 지지하도록 구성된 링 로터의 형태의 척이 폐쇄 프로세스 챔버 내에 위치하여 물리적 접촉 없이 능동 자기 베어링을 통해서 구동될 수 있다.
어느 타입의 장치에서든, 반도체 웨이퍼가 척에 의해서 회전되면서 처리 액이 반도체 웨이퍼의 일 주 표면 또는 양 주 표면 상에 디스펜션된다. 이러한 처리 액은 예를 들자면 반도체 웨이퍼의 표면을 세정하기 위한 황산 및 과산화수소와 같은 강한 산화 성분들일 수 있다. 이러한 처리 액은 통상적으로 처리 단계들 간에 웨이퍼를 린스하기 위한 DW(이온수)를 포함하며, 이 이온수는 보통 이소프로필 알콜이 보충되어서 웨이퍼 상의 린스 액의 표면 장력을 저감시킨다.
이러한 웨이퍼 상에 형성된 반도체 디바디스들의 크기가 점점 줄어듬에 따라서, 웨이퍼를 처리하기 위한 장비에 대하여 새로운 요구가 발생하고 있다. 웨이퍼 상의 린스 액 또는 다른 처리 액의 표면 장력이 너무 크면, 소형 디바이스 구조물들은 "패턴 붕괴(pattern collapse)"에 보다 민감하게 되는데, 이러한 문제점은 디바이스 크기의 소형화 및 이러한 디바이스 구조물의 소형화에 따르는 통상적으로 높은 종횡비로부터 발생한다.
이러한 문제점은 웨이퍼 직경을 크게 하는 현 트렌드에 의해서 더욱 악화되고 있다. 200 mm 직경의 반도체 웨이퍼를 위해서 설계된 제조 공장은 300 mm 직경의 반도체 웨이퍼를 위해서 설계된 제조 공장에 자신의 길을 내주고 있으며 현재 450 mm 직경의 차세대 반도체 웨이퍼가 개발되고 있는 중이다. 처리 액이 대형 웨이퍼 직경에 걸쳐서 이동할 때에, 처리 액의 온도 및 점도의 변화 가능성은 디스펜션 지점으로부터의 거리의 함수로서 증가하게 되며, 이로써 처리 성능이 일관되지 않을 수 있다.
통상적인 웨이퍼 처리 장치들은 스윙 붐 암(swing boom arm) 상에 탑재된 디스펜싱 노즐들을 포함하며, 이로써 디스펜싱 지점은 웨이퍼의 표면에 걸쳐서 움직이며, 이러한 통상적인 웨이퍼 처리 장치들은 또한 예를 들자면 미국 특허 제6,834,440호 및 제7,017,281 및 미국 공개 특허 공보 제2006/0086373호에 개시된 바와 같은 복수의 이동 가능한 노즐 및 샤워헤드를 포함한다. 그러나, 이러한 방법들은 웨이퍼 표면에 걸친 처리 액의 거동 및 물성에 대한 충분한 제어성을 반드시 제공하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명은 그 일 측면에서 웨이퍼 형상의 물체을 프로세싱하는 장치에 관한 것이며, 이 장치는 미리 결정된 직경을 갖는 웨이퍼 형상의 물체를 그 상에서 유지하면서 상기 웨이퍼 형상의 물체를 회전축을 중심으로 회전시키도록 구성된 로터리 척(rotary chuck)과, 서로에 대해 정지하도록 실장된 적어도 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐－상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐은 상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐보다 상기 회전축에 가깝게 배치됨－과, 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐에 처리액을 공급하도록 구성된 액체 공급 시스템을 포함하며, 상기 액체 공급 시스템은 하나 이상의 히터(heater)를 포함하며, 상기 액체 공급 시스템은 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐로부터 디스펜싱된 처리액의 온도가 상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐로부터 디스펜싱된 처리액의 온도로부터 미리 결정된 범위 내의 양만큼 상이하게 되도록 처리액을 가열 및 공급하도록 구성된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐은 상기 회전축에 수직인 방향으로 함께(conjointly) 이동 가능하도록 실장된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 상기 액체 공급 시스템 및 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐은 상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐로 공급되는 처리액의 플로우 레이트가 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐로 공급되는 처리액의 플로우 레이트보다 높도록 구성된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐은 상기 미리 결정된 직경의 약 30 %만큼 상기 회전축의 반경 외부 방향에 배치된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 상기 액체 공급 시스템은 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 각각에 동일한 처리액을 공급하도록 구성된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 상기 액체 공급 시스템은 적어도 2 개의 개별적으로 제어 가능한 히터들을 포함하며, 상기 적어도 2 개의 개별적으로 제어 가능한 히터들 각각은 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 각각에 공급되는 처리액에 대해서 동작한다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 상기 액체 공급 시스템은 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 각각에 상이한 처리액을 공급하도록 구성된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 상기 액체 공급 시스템은 상기 웨이퍼 형상의 물체가 상기 로터리 척에 의해서 유지될 때에 상기 웨이퍼 형상의 물체 상의 온도를 모니터링하기 위한 온도 감지 시스템을 더 포함하며, 상기 액체 공급 시스템은 상기 온도 감지 시스템에 의해서 모니터링된 온도에 기초하여서 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 각각에 대한 처리액 플로우 레이트 및 온도 중 적어도 하나를 조절하도록 구성된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 본 장치는 적어도 제 3 액체 디스펜싱 노즐을 더 포함하며, 상기 액체 공급 시스템은 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐, 제 2 액체 디스펜싱 노즐 및 제 3 액체 디스펜싱 노즐 각각에 동일한 처리액을 공급하도록 구성되며, 상기 하나 이상의 히터는 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐, 제 2 액체 디스펜싱 노즐 및 제 3 액체 디스펜싱 노즐에 공급되는 처리액에 가열 구배를 인가하도록 구성된 가열 요소를 포함한다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들에서, 본 장치는 적어도 제 3 액체 디스펜싱 노즐 및 제 4 액체 디스펜싱 노즐을 더 포함하며, 상기 액체 공급 시스템은 메니폴드를 통해서 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐, 제 2 액체 디스펜싱 노즐, 제 3 액체 디스펜싱 노즐 및 제 4 액체 디스펜싱 노즐 각각에 동일한 처리액을 공급하도록 구성되며, 상기 액체 공급 시스템은 처리액을 제 1 메니폴드 유입구 및 제 2 메니폴드 유입구에 각기 상이한 온도 및 압력으로 해서 공급하며, 이로써 경합하는 배압(backpressure)을 통해서 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐, 제 2 액체 디스펜싱 노즐, 제 3 액체 디스펜싱 노즐 및 제 4 액체 디스펜싱 노즐에 공급되는 처리액에 온도 구배를 생성한다.
다른 측면에서, 본 발명은 웨이퍼 형상의 물체을 프로세싱하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은 미리 결정된 직경을 갖는 웨이퍼 형상의 물체를 로터리 척 상에 배치하고 상기 웨이퍼 형상의 물체를 회전축을 중심으로 회전시키는 단계와, 적어도 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐－상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐은 상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐보다 상기 회전축에 가깝게 배치됨－을 통해서 상기 웨이퍼 형상의 물체 상에 처리액을 디스펜싱하는 단계와, 상기 웨이퍼 형상의 물체의 보다 중심에 있는 영역에 디스펜싱된 처리액의 온도가 상기 웨이퍼 형상의 물체의 보다 주변에 있는 영역에 디스펜싱된 처리액의 온도로부터 미리 결정된 범위 내의 양만큼 상이하게 되도록, 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐로부터 디스펜싱된 처리액의 플로우 레이트 및 온도 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들에서, 상기 디스펜싱 동안에, 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐은 서로에 대해서 상기 회전축에 대해 수직인 방향으로 이동된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들에서, 황산을 포함하는 처리액이 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 중 하나로부터 디스펜싱되며, 과산화수소를 포함하는 처리액이 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 중 다른 하나로부터 디스펜싱된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들에서, 상기 디스펜싱 단계는 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 각각에 처리액을 동시에 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들에서, 상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐를 통해서 디스펜싱된 처리액은 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐를 통해서 디스펜싱된 처리액보다 높은 온도로 가열된다.
본 발명의 다른 목적, 특징, 이점이 다음의 첨부 도면을 참조하여서 주어지는 발명의 바람직한 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명 부분을 독해하면 보다 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 설명 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로세스 챔버의 설명 단면도이며, 여기서 내부 커버가 그의 제 1 위치에 나타나 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로세스 챔버의 설명 단면도이며, 여기서 내부 커버가 그의 제 2 위치에 나타나 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 장치의 설명 단면도이다.
도 5는 도 4의 장치의 평면도이다.
도 6은 도 5의 처리액 디스펜싱 노즐들 중 하나의 대기 위치의 상세 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 다른 액체 공급 시스템의 개략적 단면도이며, 여기서 관련 그래프는 온도 및 플로우 레이트 차를 노즐 및 히터 구성과 관련시키고 있다.
도 8은 본 발명에 따른 방법 및 장치에서 사용되기에 적합한 액체 공급 시스템의 또 다른 실시예의 개략적 측면도이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 장치의 설명 단면도이다.
반도체 웨이퍼에 대한 단일 웨이퍼 습식 처리 시에, 예를 들자면 에칭 레이트, 재료 손실, 등에 대한 프로세스의 균일성은 처리된 웨이퍼의 품질에 기여하는 중요한 특성 중 하나이다. 몇몇 프로세스에서, 균일성은 처리량의 측면에서 중요한 반면에, 다른 프로세스에서는, 균일성은 웨이퍼 상에 형성된 디바이스들의 전기적 특성의 측면에서 중요하다.
소정의 웨이퍼 내에서의 에칭 결과 편차 및 웨이퍼 간에서의 에칭 결과 편차에 대한 주요한 이유는 웨이퍼 표면 상에 온도 구배가 존재하는 것이다. 또한, 농도 구배도 불균일한 프로세스 결과를 일으킬 수 있다. 예를 들면, 백 사이드 막 제거(back side film removal) 동안에, 불균일한 에칭으로 인해서 정상적으로는 웨이퍼의 중앙에서는 에칭 레이트가 높으며 웨이퍼의 둘레부에서는 에칭 레이트가 낮아아서, 프로세스 시간이 길어지고 처리량이 떨어진다.
다른 실례로서, SC1(SC는 Standard Clean를 나타내며 통상적으로 약 10 분동안에 75 내지 80℃에서 1:1:5의 NH4OH + H2O2 + H2O의 용액에서 수행됨)를 사용하여서 FEOL(front-end-of-line) 세정을 수행할 때에 웨이퍼 상의 온도가 균일하지 않으면 예를 들어서 SiO2 재료 손실이 언제나 발생하며 이러한 재료 손실은 웨이퍼의 고온 구역에서는 높으며 저온 구역에서는 낮을 것이다. 또한, 세정 효율은 저온 구역에서 더 낮을 것이다. 비효율적인 세정 및 불균일한 에칭은 웨이퍼 상에 형성된 디바이스들의 전기적 성능에 변화를 일으키며 수율을 저감시킬 수 있다.
도 1에서는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 웨이퍼 형상 물체의 표면을 세정하기 위한 장치가 도시되어 있다. 도 1에 예시된 전반적인 구조는 (WO 2010/113089호에 대응하는) 본원과 공동 소유의 미국 공개 특허 공보 제2011/0253181호의 도 2a 내지 도 2f에서 도시된 장치와 유사하다. 도 1에서, 장치(100)는 하부 플레이트(165), 상부 투명 커버(163) 및 이들 간에서 연장된 실린더형 벽(160)에 의해서 규정된 챔버를 포함한다. 이 챔버 내에 배치된 환형 척(120)은 스테이터 하우징(190) 내에 봉입되고 챔버를 둘러싸는 스테이터와 자기적으로 협동하여서 공중 부양 및 회전된다.
하부 디스펜싱 튜브(167)는 챔버의 바닥 플레이트(165)를 통과하여서 연장되어 있다. 참조 부호(184,181)는 각기 처리액(예를 들어, 황산)을 웨이퍼 W의 상부 표면에 공급하기 위한 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐을 나타낸다. 이 노즐(184,181) 각각은 투명 커버(163)를 통과하며 그의 하부 단부에서 챔버로의 구멍을 갖는다.
도 2에 도시된 실시예는 바람직하게는 PFA(perfluoroalkoxy) 수지로 코팅된 알루미늄으로 구성된 외부 프로세스 챔버(1)를 포함한다. 이 실시예의 챔버는 주 실린더형 벽(10), 하부(12) 및 상부(15)를 포함한다. 상부(15)로부터, 폭이 좁은 실린더형 벽(34)이 연장되며, 이 벽은 리드(36)에 의해서 폐쇄된다.
로터리 척(30)이 챔버(1)의 상부 내에 배치되며 실린더형 벽(34)에 의해서 둘러싸인다. 이 로터리 척(30)은 이 장치의 사용 동안에 웨이퍼 W을 회전 가능하게 지지한다. 이 로터리 척(30)은 링 기어(38)를 포함하는 회전 구동부를 포함하며, 이 링 기어는 웨이퍼 W의 주변 에지를 선택적으로 접촉 및 접촉 해제하기 위해서 복수의 편심형으로 움직이는 파지 부재와 체결되어서 구동시킨다.
이 실시예에서, 로터리 척(30)은 실린더형 벽(34)의 내부 표면에 인접하여 제공된 링 로터(ring rotor)이다. 스테이터(32)는 실린더형 벽(34)의 외부 표면에 인접한 링 로터에 대향하게 제공된다. 로터(30) 및 스테이터(34)는 모터 역할을 하며 이에 의해서 링 로터(30)(이로써, 지지된 웨이퍼 W)가 능동 자기 베어링을 통해서 회전하게 된다. 예를 들면, 스테이터(34)는 로터 상에 제공된 대응하는 영구 자석들을 통해서 로터리 척(30)을 회전 가능하게 구동하도록 능동적으로 제어될 수 있는 다수의 전자기 코일 또는 권선을 포함할 수 있다. 이 로터리 척(30)의 축 방향 베어링 및 반경 방향 베어링은 스테이터의 능동 제어 또는 영구 자석들에 의해서 달성될 수 있다. 이로써, 로터리 척(30)은 기계적 접촉 없이 공중 부양되어서 회전 가능하게 구동된다. 이와 달리, 로터의 자석들이 챔버 외부의 외측 로터 상에서 원주 방향으로 배열된 대응하는 HTS(high temperature superconducting) 자석들에 의해서 유지되는 경우에 로터는 수동 베어링에 의해서 유지될 수 있다. 이러한 다른 실시예에서, 링 로터의 각 자석은 외부 로터의 대응하는 HTS 자석에 피닝된다(pinned). 따라서, 내부 로터는 외부 로터와 물리적으로 연결될 필요 없이 외부 로터와 동일하게 움직인다.
리드(36)는 그의 외부에 실장된 메니폴드(42)를 가지며 이 메니폴드는 리드(36)를 통과하여서 각각의 노즐(54,56)에서 끝나는 한 쌍의 도관(44,46)을 제공하며, 노즐(54,56)은 웨이퍼 W의 상부 표면에 인접한 개구를 갖는다. 이 실시예에서, 웨이퍼 W는 파지 부재(40)에 의해서 지지되는 로터리 척(30)으로부터 아래로 매달려 있으며 이로써 노즐(54,56)로부터 공급된 유체들은 웨이퍼 W의 상부 방향으로 바라보고 있는 표면으로 충돌한다.
각 도관(44,46)에는 선택 사양적으로 자신의 밸브(47)가 제공되며 이 밸브들 중 오직 하나만이 명료성을 위해서 도 2에서 참조 부호가 달려져 있다. 밸브들(47)은 이하에서 보다 상세하게 기술될 바와 같이 개별적으로 컴퓨터에 의해서 제어된다. 이와 달리, 밸브는 메니폴드(42)의 오직 상류에만 위치하여서 도관(44,46)이 공통으로 공급된다.
별도의 액체 메니폴드(62)는 도관(63)을 통해서 액체를 단일 중앙 노즐(67)로 공급한다. 도관(63)에는 자신의 컴퓨터 제어 밸브(68)이 제공된다.
웨이퍼가 예를 들어서 300 mm 또는 450 mm 직경의 반도체 웨이퍼이면, 웨이퍼 W의 상부를 바라보는 측이 웨이퍼 W의 디바이스 측 또는 앞 측(obverse side)일 수 있으며 이는 웨이퍼가 로터리 척(30) 상에서 어떻게 배치되는지에 의해서 결정되며 이는 챔버 내에서 수행되고 있는 특정 프로세스에 의해서 정해진다.
메니폴드(42)는 노즐(54,56)을 통해서 디스펜싱될 처리액을 각기 상이한 온도로 가열하는 히터를 포함한다. 중앙으로부터 베벨(bevel)까지 동일한 에칭 레이트를 생성하는 장치를 위해서, 노즐(56)은 척(30)의 회전 축 상에 또는 이에 인접하여서 실장되고 노즐(54)은 처리될 웨이퍼 W의 직경의 대략 30 %의 회전 축으로부터의 반경 방향 거리에 실장될 수 있다. 이로써, 300 mm 웨이퍼의 경우에, 노즐(54)은 웨이퍼의 중심으로부터 대략 90 mm 지점 위에 실장될 수 있다. 필요하다면 보다 많은 개수의 노즐들이 제공될 수 있으며, 이 경우에 노즐들은 바람직하게는 웨이퍼 중심에서 에지까지 동일한 간격으로 분포할 수 있다.
메니폴드(42)는 바람직하게는 그러나 반드시는 아니지만 처리될 웨이퍼 구역에 따라서 노즐(54,56)을 통해서 각각의 플로우 레이트를 제어한다. 중앙 노즐(56) 및 직경의 30 %에 있는 노즐(54)에 있어서, 총 플로우의 바람직하게는 25 %가 중앙 노즐(56)에 제공되며 총 플로우의 75 %가 바깥측 노즐(54)에 제공된다.
원하다면 노즐(54,56,57)은 서로 및 리드(36)에 대한 축 방향 움직임이 이루어지도록 실장될 수 있다. 그러나, 노즐들은 바람직하게는 본 실시예에서는 고정되는데 그 이유는 이러한 축 방향 움직임이 어떠한 특정 이점도 제공하지 않으며 이러한 축 방향 움직임은 챔버 내부의 입자 오염의 잠재적 원천을 구성할 수 있기 때문이다.
마찬가지로, 노즐(54,56)은 리드(36)가 장치(1)로부터 제거될 때에 자신의 반경 방향 위치가 조절될 수 있다. 그러나, 도 2에 예시된 프로세스 위치에서, 노즐들은 서로에 대해서 또는 리드(36)에 대해서 반경 방향으로 움직일 수 없다. 이러한 정지형 실장 방식은 유사하게는 챔버 주변의 입자 오염을 방지한다.
노즐(54,56,57)이 프로세스 챔버의 내부에서 어느 정도의 거리로 연장되는 것으로 예시되었지만, 이러한 노즐의 배출 개구는 리드(36)의 내부 표면과 대략 동일한 면에 위치하도록 되는 것도 바람직하다.
도 2의 장치는 프로세스 챔버(1)에 대해서 이동 가능한 내부 커버(2)를 더 포함한다. 내부 커버(2)는 도 2에서 그의 제 1 위치 또는 개방 위치에서 도시되어 있으며, 이 제 1 위치에서 로터리 척(30)은 프로세스 챔버(1)의 외부 원주 벽(10)과 연통하여 있다. 본 실시예에서 내부 커버(2)는 전반적으로 컵 형상이며 직립하는 실린더형 벽(21)에 의해서 둘러싸인 베이스(20)를 포함한다. 내부 커버(2)는 베이스(20)를 지지하고 챔버(1)의 하부 벽(14)을 통과하는 중공형 샤프트(22)를 더 포함한다.
이 중공형 샤프트(22)는 주 챔버(1) 내에 형성된 보스(boss)(12)에 의해서 둘러싸이며 이러한 요소들은 동적 실(dynamic seal)을 통해서 서로 연결되는데 이 동적 실은 챔버(1)와 가스가 새지 않은 밀착형 실을 유지하면서 중공형 샤프트(22)가 보스(12)에 대해서 변위되게 한다.
실린더형 벽(21)의 상부에, 환형 디플렉터 부재(annular deflector member)(24)가 배치되며, 이 환형 디플렉터 부재는 자신의 위를 바라보는 표면 상에 가스킷(26)을 구비하고 있다. 내부 커버(2)는 바람직하게는 베이스(20)를 통과하는 유체 매체 유입구(28)를 포함하며, 이로써 처리액 및 린스 액이 챔버 내에서 웨이퍼 W의 아래로 향하는 표면을 향해서 도입될 수 있다.
내부 커버(2)는 배출 파이프(25) 내로 개방된 처리액 배출구(23)를 더 포함한다. 이 배출 파이프(25)는 내부 커버(2)의 베이스(20)에 확고하게 실장되는 반면에, 가스가 새지 않게 하는 실을 유지하면서 챔버(1)의 바닥 벽(14)에 대해서 축 방향으로 슬라이딩될 수 있도록 동적 실(17)을 통해서 챔버의 바닥 벽(14)을 통과한다. 배출구(16)는 챔버(1)의 벽(10)을 통과하며 도시되지 않은 적합한 배출 도관에 연결되어 있다.
도 2에 도시된 위치는 웨이퍼 W를 로딩(loading) 또는 언로딩(unloading)하는 바에 대응한다. 특히, 웨이퍼 W은 리드(36)를 제거하거나 또는 보다 바람직하게는 챔버 벽(10) 내의 사이드 도어(33)를 통해서 로터리 척(30) 상으로 로딩될 수 있다. 그러나, 리드(36)가 제 위치에 있고 사이드 도어(33)가 폐쇄될 때에, 챔버(1)는 가스가 새지 않는 상태가 되며 규정된 내부 압력을 유지할 수 있다.
도 3에서, 내부 커버(2)는 자신의 제 2 위치 또는 폐쇄 위치로 이동하였으며, 이 위치는 웨이퍼 W를 프로세싱하는 바에 대응한다. 즉, 웨이퍼 W가 로터리 척(30) 상으로 로딩된 후에, 내부 커버(2)는 중공형 샤프트(22)에 대해서 동작하는 미도시된 적합한 모터에 의해서 챔버(1)에 대해서 위로 움직인다. 이렇게 내부 커버(2)가 위로 움직이는 동작은 디플렉터 부재(24)가 챔버(1)의 상부(15)의 내부 표면과 접촉할 때까지 진행된다. 특히, 디플렉터 부재(24)가 가지고 있는 가스킷(26)이 챔버의 상부(15)의 아래측에 대해서 밀폐시키며 챔버의 상부(115)가 가지고 있는 가스킷(18)은 이 디플렉터 부재(24)의 상부 표면에 대해서 밀폐시킨다.
내부 커버(2)가 도 2에 도시된 바와 같은 제 2 위치에 이르면, 폐쇄된 프로세스 챔버(1) 내에서 제 2 챔버(48)가 생성된다. 이 제 2 챔버인 내부 챔버(48)는 챔버(1)의 나머지 부분으로부터 가스가 새지 않게 더 실링된다.
웨이퍼 처리 또는 프로세싱 동안에, 에칭, 세정, 린싱 및 프로세싱을 받고 있는 웨이퍼의 임의의 다른 소망하는 표면 처리와 같은 다양한 프로세스를 수행하기 위해서 처리 액이 노즐들(54,56,67 및/또는 28)을 통해서 회전하는 웨이퍼 W로 향하게 될 수 있다.
도 4 내지 도 6에서의 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예는 실링된 프로세스 챔버 내에 봉입되기보다는 다중 레벨 수집기(multi-level collector)(214)에 의해서 둘러싸인 스핀 척(200)을 포함하며, 이 수집기는 3 개의 상이한 프로세스 레벨 각각에서 토출된 처리액 및 배기 가스를 수집한다. 디스펜스 암(230,240)은 본 실시예에서 붐 스윙부(boom swing)으로서 동작하여서 도 5에 도시된 바와 같이 회전하는 웨이퍼에 대해서 이 웨이퍼의 수평 방향으로 움직이도록 구성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 다중 레벨 수집기(214)는 다수의 레벨들을 포함하며, 척(200) 및 수집기(214)는 척(200)의 회전 축을 따라서 서로에 대해서 이동 가능하게 되어 있으며, 이로써 소망한 바와 같이 각 레벨에 척을 위치시킬 수 있다. 이렇게 척을 위치시키는 바는 예를 들어서 수집기가 실장된 유압식 잭에 의해서 척을 움직이거나 수집기(214)를 움직여서 이루어질 수 있다.
도 5에서, 이 장치는 서로 동일한 구성을 갖는 2 개의 디스펜스 암(230)을 포함하며, 각 암은 동일한 처리액이 공급되지만 선행하는 실시예들과 관련하여서 기술한 바와 같이 각각의 상이한 온도로 가열될 수 있다. 각 디스펜스 암은 도 5에서 점선으로 표시된 바와 같은 아치형 경로를 따라서 이동 가능하다.
도 4 내지 도 6의 장치를 사용하는 일 실례는 SPM(황산-과산화수소 혼합물) 공정에 의해서 에싱 후 폴리머(post ash polymer)를 제거하는 것이다. 이 SPM 공정에서 가장 중요한 파라미터는 온도이다. 웨이퍼 상의 고온을 달성하기 위해서 사용되는 기술 중 하나는 H2O2 와 H2SO4 간의 POU(point of use) 혼합 기술이다. 발열 혼합 반응으로 인해서 150℃을 넘는 온도가 달성된다.
그러나, 이러한 프로세스가 통상적인 방식으로 수행될 때에, 냉각 효과는 에싱 후 폴리머의 제거 효율을 저감시킬 수 있다.
도 4 내지 도 6의 실시예에서, 붐 스윙부(230)에 부착된 제 1 노즐은 웨이퍼 직경의 약 ±20 %에 대응하면서 척(200)의 회전 축에 중심이 있는 아치를 따라서 이동한다. 붐 스윙부(240)에 부착된 제 2 노즐은 웨이퍼 직경의 약 30 %만큼 척(200)의 회전 중심 축으로부터 떨어진 위치와 웨이퍼의 반경의 90 %에 있는 최외부 외곽 위치 간의 아치를 따라서 이동한다. 웨이퍼의 중심 및 에지부에서 동일한 에칭 레이트를 달성하기 위해서, (붐 스윙부(240) 상의) 제 2 노즐의 유체는 (붐 스윙부(230) 상의) 제 1 노즐의 유체보다 높은 온도를 가져야 한다.
이와 달리, SPM 공정에서, 제 1 노즐은 고온 SPM(그 자체가 사전 혼합되거나 POU(사용 현장) 혼합될 수 있음)을 공급하고, 제 2 노즐은 H2O2 또는 물을 공급할 수 있다. 제 2 노즐로부터의 플로우는 제 1 노즐로부터의 플로우와 혼합될 것이며 이로써 제 2 노즐로부터의 플로우의 온도가 증가하게 된다.
도 5는 이 장치 상에 실장된 IR 카메라(220)를 나타내며, 이 카메라가 전체 웨이퍼 W 상을 볼 수 있으며 이로써 웨이퍼 표면에 걸친 온도 구배가 시각화되고/되거나 알고리즘 방식으로 분석될 수 있다. 피드백 루프가 생성되어서 붐 스윙, 제 1 노즐 및 제 2 노즐 플로우, 제 1 노즐 및 제 2 노즐 매체 온도, 가능하게는 배출 플로우와 같은 파라미터를 조절하여서 최적 균일성을 달성할 수 있다.
도 6에서, 붐 스윙부(230)는 대기 위치로 이동하여 있으며, 이 위치에서는 이 붐 스윙부는 수집기(214) 내의 노치(218)를 통과하여서 과잉 처리액을 수거 또는 수집하기 위한 드레인 상에 놓인다.
도 7에서, 메니폴드(300)는 6 개의 액체 디스펜싱 노즐들(311 내지 316)을 가지며 가열 요소(330)를 갖는다. 가열 요소(330)는 구배형 히터이며, 액체가 메니폴드(300)의 좌측 유입구에서 각 노즐(311 내지 316)을 향해서 진행함에 따라서 처리액을 점점 고온으로 가열하도록 조절될 수 있다. 노즐들(311 내지 316)은 서로 25 mm 만큼 이격되어 있으며, 웨이퍼 W의 중심으로부터 시작하여서 웨이퍼의 외연부에 인접 지점까지 연장된다.
예를 들어서, 처리액의 메니폴드(300) 내로의 총 플로우가 600 g/min이고 각 노즐(311 내지 316)로부터의 유출되는 플로우는 100 g/min일 경우에, 처리액에 대해 적용되는 온도 구배가 존재하지 않는다면, 처리액의 온도는 노즐(311)에서의 초기 온도로부터 점진적으로 감소하여서 노즐(316)에서는 5K 만큼 냉각된 온도로 된다.
그러나, 이러한 온도 강하는 다음의 표에서 상세된 바와 같이 가열 요소(330)에 따라서 가열 구배를 적용함으로써 보상될 수 있다:
Figure pat00001
보다 큰 또는 작은 크기의 온도 강하도 적용된 가열력에 대한 유사한 계산에 기초하여서 보상될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 방법 및 장치에서 사용되기에 적합한 액체 공급 시스템의 다른 실시예를 나타내고 있다. 본 실시예에서, 공통 매니폴드(400)는 처리액을 각 노즐(411 내지 418)에 공급한다. 그러나, 메니폴드(400) 내에 가열 요소를 제공하기 보다는, 메니폴드에 2 개의 유입구(410,420)가 제공되며, 각 유입구는 동일한 공급 처리액을 수용하지만 각기 상이한 온도 T1 및 T2와 상이한 압력 P1 및 P2으로 해서 수용한다. 이로써, 노즐(411 내지 418)을 따라서 제어되는 온도 구배는 서로 경합하는 배압(backpressure)에 기초하여서 실현될 수 있다.
마지막으로, 도 9의 실시예는 도 4 내지 도 6과 관련하여서 기술될 바와 같은 스핀 척(500) 및 이를 둘러싸는 수집기(505)와 함께 사용되는 다른 노즐 어셈블리 구성을 나타내고 있다. 본 실시예에서, 노즐 어셈블리는 도 9에 도시된 바와 같은 일련의 8 개의 디스펜싱 노즐들로 해서 하방으로 배치되어 있다. 이러한 디스펜싱 노즐들은 서로에 대해 고정되어 있지만 전체 노즐 어셈블리(510)는 수집기(505)에 대해서 바람직하게는 수직으로 변위 가능하며 또한 선형으로 또는 도 4 내지 도 6의 실시예의 붐 스윙 암을 참조하여서 기술한 바와 같은 아치형 경로를 따라서 수평으로 변위 가능하다.
도 9의 노즐 어셈블리(510)가 본 실시예에서는 개방된 프로세싱 환경과 관련하여서 사용되었지만, 이 노즐 어셈블리는 또한 도 2 및 도 3의 실시예에서와 같은 폐쇄된 프로세스 챔버와 연계되어서 사용될 수도 있으며, 이 경우에는 노즐 어셈블리(510)는 프로세스 챔버의 리드(36) 내에 구축될 수 있다.
도 9의 실시예에서, 처리액은 공통 유입 도관(520)을 통해서 노즐 어셈블리(510)에 공급된다. 이 도관(520)에는 컴퓨터 제어 밸브(530)가 제공된다. 본 실시예에서, 밸브(530) 하류에는 어떠한 밸브도 존재하지 않으며, 따라서 8 개의 배출 노즐 모두는 동시에 배출을 한다. 유입 도관(520)은 처리액을 제 1 메니폴드(540)로 공급하고 이 제 1 메니폴드(540)로부터 처리액은 서로 병렬로 배열된 3 개의 개별 도관들(541,543,545)으로 공급된다. 개별 도관들(541,543,545) 각각에는 자신의 라인 내 히터(in-line heater)(550)가 제공되며 각각의 히터는 개별 도관들(541,543,545) 내의 처리액에 소망하는 온도 프로파일을 부여하도록 개별적으로 제어된다. 이 라인대 히터들(550)은 특별하게 높은 용량을 필요로 하지 않는데 그 이유는 이 히터들이 오직 약 ± 10℃의 범위에 걸쳐서 처리액의 온도를 변화시키기만 하면 통상 실제로 충분하기 때문이다.
개별 도관들(541,543,545)은 각기 하류 메니폴드(560,570,580)으로 연장되며 하류 메니폴드(560)는 중앙 배출 노즐을 공급하며, 하류 메니폴드(570)는 웨이퍼의 중간 부분을 걸쳐서 연장된 5 개의 선형 배출 노즐 어레이를 공급하며, 하류 메니폴드(580)는 한 쌍의 주연부 배출 노즐을 공급한다.
도 4 내지 도 6의 실시예에서와 같이, 이 실시예는 이 장치 상에 실장된 IR 카메라가 구비되어 있어서, 이 카메라는 전체 웨이퍼 상을 관측하고 웨이퍼 표면에 걸친 온도 구배가 시각화되고/되거나 알고리즘 방식으로 분석될 수 있다. 피드백 루프가 생성되어서 3 개의 히터들(550) 각각을 제어하여서 웨이퍼 상의 처리액의 최적 온도 균일성을 확보할 수 있다.
전술한 실례들은 본 발명에 따른 장치 및 방법이 특정 프로세스 요구 사항에 맞게 온도 및 유체 플로우를 광범위한 범위로 해서 조절할 수 있다는 것은 본 기술 분야의 당업자에게 용이하게 설명하고 있다. 2 개 이상의 노즐을 사용하는 기본 구성 내에서, 처리액을 동일한 화학 성분 및 농도를 가지지만 상이한 온도로 해서, 또는 동일한 화학 성분 및 온도를 가지지만 상이한 농도로 해서 또는 상이한 화학 성분을 가지면서 상이한 온도로 해서 상기의 노즐들에 공급할 수 있다.
또한, 적어도 2 개의 노즐들이 웨이퍼 위에서 고정된 위치에 실장될 수 있거나, 이동 가능한 디스펜싱 암 상에서 서로에 대해서 고정될 수 있거나, 독립적으로 이동 가능한 디스펜싱 암들 상에 각기 고정될 수 있다.

Claims (15)

  1. 웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 장치로서,
    미리 결정된 직경을 갖는 웨이퍼 형상의 물체를 그 상에서 유지하고 상기 웨이퍼 형상의 물체를 회전축을 중심으로 회전시키도록 구성된 로터리 척(rotary chuck)과,
    서로에 대해 정지하도록 실장된 적어도 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐－상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐은 상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐보다 상기 회전축에 가깝게 배치됨－과,
    상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐에 처리액을 공급하도록 구성된 액체 공급 시스템을 포함하며,
    상기 액체 공급 시스템은 하나 이상의 히터(heater)를 포함하며,
    상기 액체 공급 시스템은 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐로부터 디스펜싱된 처리액의 온도가 상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐로부터 디스펜싱된 처리액의 온도로부터 미리 결정된 범위 내의 양만큼 상이하게 되도록 처리액을 가열 및 공급하도록 구성되는,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐은 상기 회전축에 수직인 방향으로 함께(conjointly) 이동 가능하도록 실장된,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 공급 시스템 및 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐은 상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐로 공급되는 처리액의 플로우 레이트가 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐로 공급되는 처리액의 플로우 레이트보다 높도록 구성되는,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐은 상기 미리 결정된 직경의 약 30 %의 길이만큼 상기 회전축의 반경(radially) 외부 방향에 배치된,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 공급 시스템은 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 각각에 동일한 처리액을 공급하도록 구성된,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 액체 공급 시스템은 적어도 2 개의 개별적으로 제어 가능한 히터들을 포함하며,
    상기 적어도 2 개의 개별적으로 제어 가능한 히터들 각각은 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 각각에 공급되는 처리액에 대해서 동작하는,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 공급 시스템은 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 각각에 상이한 처리액을 공급하도록 구성된,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 공급 시스템은 상기 웨이퍼 형상의 물체가 상기 로터리 척에 의해서 유지될 때에 상기 웨이퍼 형상의 물체 상의 온도를 모니터링하기 위한 온도 감지 시스템을 더 포함하며,
    상기 액체 공급 시스템은 상기 온도 감지 시스템에 의해서 모니터링된 온도에 기초하여서 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 각각에 대한 처리액 플로우 레이트 및 온도 중 적어도 하나를 조절하도록 구성되는,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    적어도 제 3 액체 디스펜싱 노즐을 더 포함하며,
    상기 액체 공급 시스템은 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐, 제 2 액체 디스펜싱 노즐 및 제 3 액체 디스펜싱 노즐 각각에 동일한 처리액을 공급하도록 구성되며,
    상기 하나 이상의 히터는 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐, 제 2 액체 디스펜싱 노즐 및 제 3 액체 디스펜싱 노즐에 공급되는 처리액에 가열 구배(gradient)를 인가하도록 구성된 가열 요소를 포함하는,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    적어도 제 3 액체 디스펜싱 노즐 및 제 4 액체 디스펜싱 노즐을 더 포함하며,
    상기 액체 공급 시스템은 메니폴드를 통해서 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐, 제 2 액체 디스펜싱 노즐, 제 3 액체 디스펜싱 노즐 및 제 4 액체 디스펜싱 노즐 각각에 동일한 처리액을 공급하도록 구성되며,
    경합하는 배압(backpressure)을 통해서 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐, 제 2 액체 디스펜싱 노즐, 제 3 액체 디스펜싱 노즐 및 제 4 액체 디스펜싱 노즐에 공급되는 처리액에 온도 구배를 생성하도록, 상기 액체 공급 시스템은 처리액을 제 1 메니폴드 유입구 및 제 2 메니폴드 유입구에 각기 상이한 온도 및 압력으로 해서 제공하는,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 장치.
  11. 웨이퍼 형상의 물체을 프로세싱하는 방법으로서,
    미리 결정된 직경을 갖는 웨이퍼 형상의 물체를 로터리 척 상에 배치하고 상기 웨이퍼 형상의 물체를 회전축을 중심으로 회전시키는 단계,
    적어도 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐－상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐은 상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐보다 상기 회전축에 가깝게 배치됨－을 통해서 상기 웨이퍼 형상의 물체 상에 처리액을 디스펜싱하는 단계, 및
    상기 웨이퍼 형상의 물체의 보다 중심에 있는 영역에 디스펜싱된 처리액의 온도가 상기 웨이퍼 형상의 물체의 보다 주변에 있는 영역에 디스펜싱된 처리액의 온도로부터 미리 결정된 범위 내의 양만큼 상이하게 되도록, 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐로부터 디스펜싱된 처리액의 플로우 레이트 및 온도 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 디스펜싱 동안에, 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐을 서로에 대해서 상기 회전축에 대해 수직인 방향으로 이동시키는 단계를 더 포함하는,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    황산을 포함하는 처리액이 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 중 하나로부터 디스펜싱되며,
    과산화수소를 포함하는 처리액이 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 중 다른 하나로부터 디스펜싱되는,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 디스펜싱 단계는 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐 및 제 2 액체 디스펜싱 노즐 각각에 처리액을 동시에 배출하는 단계를 포함하는,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 액체 디스펜싱 노즐를 통해서 디스펜싱된 처리액은 상기 제 1 액체 디스펜싱 노즐을 통해서 디스펜싱된 처리액보다 높은 온도로 가열되는,
    웨이퍼 형상의 물체를 프로세싱하는 방법.
KR1020140014373A 2013-02-08 2014-02-07 웨이퍼 형상의 물체의 표면을 처리하는 프로세스 및 장치 KR20140101315A (ko)

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