KR20160041021A - 극저온 유체 혼합물로 기판을 처리하는 시스템 및 방법 - Google Patents

극저온 유체 혼합물로 기판을 처리하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

마이크로전자 기판의 노출된 표면을 처리하도록 사용되는 극저온 유체 혼합물을 사용하여, 마이크로전자 기판의 표면을 처리하기 위한 시스템 및 방법이 여기에 개시된다. 유체 혼합물은 에어로졸 스프레이 또는 가스 클러스터 제트(GCJ) 스프레이를 형성하도록 노즐을 통해 확장될 수 있고, 마이크로전자 기판에 부딪혀 마이크로전자 기판의 표면으로부터 입자들을 제거할 수 있다. 시스템은 2개의 인라인 확장 챔버 내에서 고압 유입 가스를 확장시키는 2단 가스 노즐을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 시스템은 하나의 확장 컴포넌트를 갖는 단일단 노즐 설계를 포함할 수 있다.

Description

극저온 유체 혼합물로 기판을 처리하는 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR TREATING SUBSTRATES WITH CRYOGENIC FLUID MIXTURES}
관련 출원
본 출원은 2014년 10월 6일자로 출원된 미국 특허 가출원 제62/060,130호 및 2015년 3월 31일자로 출원된 미국 특허 가출원 제62/141,026호에 대한 우선권을 주장하는데, 상기 가출원의 내용은 그 전체가 참조에 의해 본원에 통합된다.
사용 분야
본 개시는 마이크로전자 기판(microelectronic substrate)의 표면을 처리하기(treating) 위한 장치 및 시스템에 관한 것으로, 특히, 극저온 유체(cryogenic fluid)를 사용하여 마이크로전자 기판으로부터 대상물(object)을 제거하기 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다.
배경
마이크로전자 기술에서의 진보는, 능동 컴포넌트의 밀도가 계속 증가하는 상태에서 집적 회로(integrated circuit; IC)가 마이크로전자 기판(예를 들면, 반도체 기판) 상에 형성되게 하였다. IC 제조는 마이크로전자 기판 상에서의 다양한 재료의 도포와 선택적 제거에 의해 수행될 수도 있다. 제조 프로세스의 일 양태는, 마이크로전자 기판으로부터 잔여물(residue) 및/또는 파편(debris)(예를 들면, 파티클)을 제거하기 위해, 마이크로전자 기판의 표면을 세정 처리에 노출시키는 것을 포함할 수도 있다. 마이크로전자 기판을 세정하기 위해, 다양한 건식(dry) 및 습식(wet) 세정 기술이 개발되었다.
그러나, 마이크로전자 IC 제조의 진보는 기판 상에서의 더 소형의 디바이스 피쳐(feature)로 이어졌다. 더 소형의 디바이스 피쳐는, 더 작은 파티클로부터의 손상에 대해, 디바이스를 과거보다 더 취약하게 하였다. 그러므로, 기판에 손상을 주지 않으면서, 더 작은 파티클 및/또는 상대적으로 더 큰 파티클의 제거를 가능하게 하는 임의의 기술이 소망될 것이다.
마이크로전자 기판으로부터 대상물(예를 들면, 파티클)을 제거하기 위해 다양하고 상이한 유체 또는 유체 혼합물을 사용할 수도 있는 여러 장치 및 방법이 본원에서 개시된다. 특히, 유체 또는 유체 혼합물은, 마이크로전자 기판의 표면으로부터 파티클을 제거할 수도 있는 방식으로 마이크로전자 기판에 노출될 수도 있다. 유체 혼합물은, 마이크로전자 기판을 포함할 수도 있는 (예를 들면, 대기압보다 높은) 고압 환경으로부터 (예를 들면, 대기압 이하의(sub-atmospheric) 압력) 저압 환경으로 유체 혼합물을 팽창시키는 것에 의해 형성될 수도 있는 가스 클러스터 제트(gas cluster jet; GCJ) 스프레이 및/또는 극저온 에어로졸을 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 한정되지는 않는다.
본원에서 설명되는 실시형태는, 더 큰(예를 들면, 100nm 초과) 입자 제거 효율성의 감소 없이 및/또는 파티클 제거 동안 마이크로전자 기판 피쳐에 손상을 주지 않으면서, 100nm 이하의 입자에 대한 입자 제거 효율성을 향시키는 것에 의해 예상치 못한 결과를 나타내었다. 손상 감소는, 팽창 이전에 유체의 액화(liquification)를 방지하거나 또는 감소시킴으로써(예를 들면, 1중량% 미만) 가능하게 되었다.
단일 노즐에 의한 더 넓은 세정 영역(~100mm)을 나타내는 추가적인 예상치 못한 결과가 포함되었다. 더 넓은 세정 영역을 가능하게 하는 하나의 양태는, 적어도 부분적으로, 노즐과 마이크로전자 기판 사이의 갭 간격을 최소화하는 것에 기초하는 것으로 나타내어졌다. 증가된 세정 영역 사이즈는 싸이클 횟수 및 화학품(chemical) 비용을 감소시킬 수도 있다. 또한, 마이크로전자 기판으로부터 파티클을 제거하기 위해 사용될 수도 있는 유체 혼합물 팽창을 제어하도록 하나 이상의 고유한 노즐이 사용될 수도 있다.
일 양태에 따르면, 적어도 하나의 유체와의 표면의 충돌을 통해 마이크로전자 기판의 표면을 처리하기 위한 장치가 설명된다. 그 장치는: 적어도 하나의 유체를 이용하여 마이크로전자 기판을 처리할 내부 공간을 내부에 정의하는 처리 챔버(treatment chamber); 처리 챔버 내에서 기판 - 기판은 적어도 하나의 유체에 의한 처리를 위한 위치에서 노출되는 상면을 구비함 - 을 지지하는 가동 척; 가동 척에 동작적으로 커플링되며 기판 부하 위치와 기판이 적어도 하나의 유체를 이용하여 처리되는 적어도 하나의 프로세싱 위치 사이에서 가동 척을 병진시키도록(translate) 구성되는 기판 병진 구동 시스템(substrate translational drive system); 처리 챔버에 동작적으로 연결되며 기판을 회전시키도록 구성되는 기판 회전 구동 시스템; 및 적어도 하나의 유체 공급부(fluid supply)에 연결되며 가동 척이 적어도 하나의 프로세싱 위치에 위치되어 기판을 지지할 때 기판의 상면을 향해 유체 혼합물을 유효하게 지향시키는 방식으로 처리 챔버 내에 정렬되는 적어도 하나의 유체 팽창 컴포넌트(예를 들면, 노즐)를 포함할 수도 있다.
일 양태에 따르면, 적어도 하나의 유체와의 표면의 충돌을 통해 마이크로전자 기판의 표면을 처리하기 위한 장치가 설명된다. 그 장치는: 적어도 하나의 유체를 이용하여 마이크로전자 기판을 처리할 내부 공간을 내부에 정의하는 처리 챔버(treatment chamber); 처리 챔버 내에서 기판 - 기판은 적어도 하나의 유체에 의한 처리를 위한 위치에서 노출되는 상면을 구비함 - 을 지지하는 가동 척; 가동 척에 동작적으로 커플링되며 기판 부하 위치와 기판이 적어도 하나의 유체를 이용하여 처리되는 적어도 하나의 프로세싱 위치 사이에서 가동 척을 병진시키도록(translate) 구성되는 기판 병진 구동 시스템(substrate translational drive system); 처리 챔버에 동작적으로 연결되며 기판을 회전시키도록 구성되는 기판 회전 구동 시스템; 및 적어도 하나의 유체 공급부(fluid supply)에 연결되며 가동 척이 적어도 하나의 프로세싱 위치에 위치되어 기판을 지지할 때 기판의 상면을 향해 유체 혼합물을 유효하게 지향시키는 방식으로 처리 챔버 내에 정렬되는 적어도 하나의 유체 팽창 컴포넌트(예를 들면, 노즐)를 포함할 수도 있다.
본 명세서에 통합되며 그 일부를 구성하는 첨부의 도면은, 본 발명의 실시형태를 예시하며, 위에서 주어진 본 발명의 일반적인 설명, 및 하기에 주어지는 상세한 설명과 함께, 본 발명을 설명하는 역할을 한다. 추가적으로, 도면 부호 중 가장 왼쪽의 숫자(들)는 그 도면 부호가 처음 나타나는 도면을 식별한다.
도 1은, 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른, 세정 시스템의 개략적인 예시 및 그 세정 시스템의 프로세스 챔버의 단면 예시를 포함한다.
도 2a 및 도 2b는, 본 개시의 적어도 두 실시형태에 따른, 2단의 가스 노즐의 단면 예시를 포함한다.
도 3은, 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른, 단일 단의 가스 노즐의 단면 예시를 포함한다.
도 4는, 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른, 동일 면(flush) 가스 노즐의 단면 예시를 포함한다.
도 5는, 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른, 가스 노즐과 마이크로전자 기판 사이의 갭 간격의 예시를 포함한다.
도 6a 및 도 6b는, 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른, 액체 상태 또는 가스 상태의 극저온 유체를 유지할 수도 있는 프로세스 조건의 표시를 제공하는 상태도(phase diagram)의 예시를 포함한다.
도 7은, 다양한 실시형태에 따른, 유체를 이용하여 마이크로전자 기판을 처리하는 방법을 나타내는 플로우 차트를 포함한다.
도 8은, 다양한 실시형태에 따른, 유체를 이용하여 마이크로전자 기판을 처리하는 다른 방법을 나타내는 플로우 차트를 포함한다.
도 9는, 다양한 실시형태에 따른, 유체를 이용하여 마이크로전자 기판을 처리하는 다른 방법을 나타내는 플로우 차트를 포함한다.
도 10은, 다양한 실시형태에 따른, 유체를 이용하여 마이크로전자 기판을 처리하는 다른 방법을 나타내는 플로우 차트를 포함한다.
도 11은, 다양한 실시형태에 따른, 유체를 이용하여 마이크로전자 기판을 처리하는 다른 방법을 나타내는 플로우 차트를 포함한다.
도 12는, 다양한 실시형태에 따른, 유체를 이용하여 마이크로전자 기판을 처리하는 다른 방법을 나타내는 플로우 차트를 포함한다.
도 13은, 다양한 실시형태에 따른, 액체 비함유 유체 혼합물과 액체 함유 유체 혼합물 사이의 파티클 제거 효율성 향상의 막대 차트(bar chart)를 포함한다.
도 14는 노즐과 마이크로전자 기판 사이의 더 작은 갭 간격에 적어도 부분적으로 기초한 더 넓은 세정 영역을 예시하는 마이크로전자 기판의 파티클 맵을 포함한다.
도 15는 이전의 기술과 본원에서 개시되는 기술 사이의 상이한 피쳐 손상 차이를 나타내는 마이크로전자 기판 피쳐의 사진을 포함한다.
마이크로전자 기판으로부터 대상물을 선택적으로 제거하기 위한 방법이 다양한 실시형태에서 설명된다. 관련 기술분야에서 숙련된 자는, 다양한 실시형태가, 특정 상세 중 하나 이상이 없어도, 또는 다른 대체물 및/또는 추가적인 방법, 재료, 또는 컴포넌트와 함께, 실시될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 경우에서, 널리 공지된 구조, 재료, 또는 동작은, 본 개시의 다양한 실시형태의 양태를 모호하게 하는 것을 방지하기 위해, 상세히 도시되지 않거나 또는 설명되지 않는다. 마찬가지로, 설명의 목적을 위해, 시스템 및 방법의 완전한 이해를 제공하도록, 특정 숫자, 재료, 및 구성이 기재된다. 그럼에도 불구하고, 시스템 및 방법은 특정 상세 없이 실시될 수도 있다. 또한, 도면에서 도시되는 다양한 실시형태는 예증적인 표현이며 도 6a 및 도 6b를 제외하고는 반드시 일정한 축척으로 도시된 것이 아니라는 것이 이해된다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시형태" 또는 "한 실시형태"에 대한 언급은, 그 실시형태와 연계하여 설명되는 특정 피쳐, 구조, 재료, 또는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시형태에 포함되는 것을 의미하지만, 이들이 모든 실시형태에서 존재한다는 것을 나타내는 것은 아니다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 여러 곳에서의 "일 실시형태에서" 또는 "한 실시형태에서"와 같은 어구(phrase)의 출현은 반드시 본 발명의 동일한 실시형태를 지칭하지는 않는다. 또한, 특정 피쳐, 구조, 재료, 또는 특징은 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수도 있다. 다양한 추가적인 층 및/또는 구조체가 포함될 수도 있고 및/또는 설명되는 피쳐는 다른 실시형태에서는 생략될 수도 있다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "마이크로전자 기판"은 본 발명에 따라 프로세싱되고 있는 대상을 일반적으로 지칭한다. 마이크로전자 기판은 디바이스, 특히 반도체 또는 다른 전자 디바이스의 임의의 재료 부분 또는 구조를 포함할 수도 있고, 예를 들면, 반도체 기판과 같은 베이스 기판 구조체이거나, 또는 박막과 같은 베이스 기판 구조체 상의 또는 위에 놓이는 층일 수도 있다. 따라서, 기판은, 패턴화된 또는 패턴화되지 않은, 임의의 특정한 베이스 구조체, 기저의 층 또는 위에 놓이는 층에 한정되지 않고, 대신, 임의의 이러한 층 또는 베이스 구조체, 및 층 및/또는 베이스 구조체의 임의의 조합을 포함하도록 고려된다. 이하의 설명은 특정 타입의 기판을 참조할 수도 있지만, 이것은 예시적인 목적만을 위한 것이며 제한하는 것은 아니다. 마이크로전자 기판 외에, 본원에서 설명되는 기술은, 포토리소그래피 기술을 사용하여 마이크로전자 기판의 패턴화에 사용될 수도 있는 레티클 기판을 세정하도록 또한 사용될 수도 있다.
극저온 유체 세정은, 오염물과 마이크로전자 기판 사이의 접착력을 극복하기 위한 충분한 에너지를 에어로졸 파티클 또는 가스 제트 파티클(예를 들면, 가스 클러스터)로부터 부여하는 것에 의해 오염물을 제거하도록 사용되는 기술이다. 그러므로, 정확한 사이즈와 속도의 극저온 유체 혼합물(예를 들면, 에어로졸 스프레이 및/또는 가스 클러스터 제트 스프레이)을 생성하거나 팽창시키는 것이 소망될 수도 있다. 에어로졸 또는 클러스터의 운동량(momentum)은 질량과 속도의 함수이다. 운동량은 속도 또는 질량을 증가시키는 것에 의해 증가될 수도 있는데, 이것은, 특히 입자가 아주 작을 수도 있을 때(< 100nm), 파티클과 기판의 표면 사이의 강한 접착력을 극복하는 데 중요할 수 있다.
극저온 유체의 속도에 영향을 주기 위해, 상대적으로 더 작은 또는 더 큰 원자량의 원자/분자로 이루어지는 캐리어 가스가 유체 혼합물에 통합되어 기판 상의 오염물의 세정을 향상시킬 수 있다. 캐리어 가스는 유체 혼합물의 나머지를 이용하여 극저온으로 냉각될 수도 있거나 또는 그렇지 않을 수도 있다. 캐리어 가스는 주요 극저온 혼합물의 분압(partial pressure)에 추가하여 분압을 공급할 것이다. 분압 및 가스 온도는 시스템의 세정 능력을 향상시키도록 유체 혼합물을 액체/가스 상태로 두거나 또는 가스 상태로 두기 위해 조정될 수도 있다. 이 기술은, 불충분한 운동 에너지(kinetic energy)로 인해 전통적인 에어로졸 기술은 제한되는, 작은 오염물을 갖는 기판의 세정을 향상시키기 위한 반도체 산업분야에서의 증가하고 있는 필요성을 만족시킨다.
도 1은, 에어로졸 스프레이 또는 가스 클러스터 제트(GCJ) 스프레이를 이용하여 마이크로전자 기판을 세정하기 위해 사용될 수도 있는 세정 시스템(100)의 개략적인 예시 및 세정이 발생하는 경우의 프로세스 챔버(104)의 단면 예시(102)를 포함한다. 에어로졸 스프레이 또는 GCJ 스프레이는 프로세스 챔버(104)에서 극저온으로 냉각된 유체 혼합물을 대기압 이하의 환경으로 팽창시키는 것에 의해 형성될 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 유체 소스(106)는, 프로세스 챔버(102)에서 노즐(110)을 통해 팽창되기 이전에, 가압된 유체(pressurized fluid)(들)를 극저온 냉각 시스템(108)으로 제공할 수도 있다. 진공 시스템(112)은 프로세스 챔버(104)에서 대기압 이하의 환경을 유지하기 위해 그리고 필요시 유체 혼합물을 제거하기 위해 사용될 수도 있다.
본 출원에서, 다음의 변수 중 하나 이상은 마이크로전자 기판으로부터 대상물을 제거하는 데 중요할 수도 있다: 팽창 이전에 노즐(110)로의 유입 유체 혼합물(incoming fluid mixture)의 압력과 온도, 유체 혼합물의 유량(flow rate), 유체 혼합물의 조성 및 비율 및 프로세스 챔버(104)에서의 압력. 따라서, 컨트롤러(112)는 메모리(114)에 프로세스 레시피를 저장하기 위해 사용될 수도 있고 또한 본원에서 개시되는 세정 기술을 구현하도록 세정 시스템(100)의 다양한 컴포넌트를 제어하는 명령을 네트워크(118)를 통해 지시하기 위해 컴퓨터 프로세서(116)를 사용할 수도 있다.
반도체 프로세싱의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 본원에서 개시되는 실시형태를 구현하도록, 유체 소스(들)(106), 극저온 냉각 시스템, 진공 시스템(134) 및 그들 각각의 서브 컴포넌트(도시되지 않음, 예를 들면, 센서, 제어부 등등)를 구성할 수 있을 수도 있다. 예를 들면, 일 실시형태에서, 세정 시스템(100) 컴포넌트는 50 psig와 800 psig 사이로 가압된 유체 혼합물을 제공하도록 구성될 수도 있다. 유체 혼합물의 온도는, 극저온 냉각 시스템(108)의 액체 질소 듀어병(dewer)을 통해 유체 혼합물을 통과시키는 것에 의해, 70 K와 270 K, 그러나 바람직하게는 70 K와 150K의 범위 내에서 유지될 수도 있다. 진공 시스템(134)은 프로세스 챔버(104)를, 에어로졸 및/또는 가스 클러스터의 형성을 향상시키기 위해 35Torr 미만일 수도 있는, 또는 더 바람직하게는 10Torr 미만일 수도 있는 압력에서 유지하도록 구성될 수도 있다.
가압되고 냉각된 유체 혼합물은, 에어로졸 스프레이 또는 GCJ 스프레이를 마이크로전자 기판(118)을 향해 지향시킬 수도 있는 노즐(110)을 통해 프로세스 챔버(104) 안으로 팽창될 수도 있다. 적어도 하나의 노즐(110)이 프로세스 챔버(104) 내에서 지지될 수도 있으며, 노즐(110)은 유체 혼합물을 마이크로전자 기판(118)을 향해 지향시키는 적어도 하나의 노즐 구멍(nozzle orifice)을 갖는다. 예를 들면, 일 실시형태에서, 노즐(110)은, 노즐 스프레이의 길이를 따라 복수의 개구를 갖는 노즐 스프레이 바일 수도 있다. 노즐(110)은, 마이크로전자 기판(118)에 충돌하는 유체 스프레이의 각도가 특정 처리에 대해 최적화될 수 있도록 조정될 수도 있다. 마이크로전자 기판(118)은, 노즐(110)로부터 방출되는 유체 스프레이를 통해 마이크로전자 기판(128)의 적어도 일부의 선형 주사를 용이하게 하기 위해, 바람직하게는 진공 챔버(120)의 횡축을 따라, 적어도 하나의 병진 자유도(124)를 제공하는 가동 척(122)에 고정될 수도 있다. 가동 척은, 가동 척(122)의 이동 경로를 정의하기 위한 하나 이상의 슬라이드 및 가이딩 메커니즘을 포함할 수도 있는 기판 병진 구동 시스템(128)에 커플링될 수도 있고, 가동 척(122)에게 그 가이드 경로를 따른 이동성을 부여하기 위해 작동 메커니즘(actuating mechanism)이 활용될 수도 있다. 작동 메커니즘은 임의의 전기적, 기계적, 전기기계적, 유압(hydraulic), 또는 공압(pneumatic) 디바이스를 포함할 수도 있다. 작동 메커니즘은, 적어도 하나의 노즐(110)로부터 방출되는 유체 스프레이의 영역을 적어도 부분적으로 통과하는 마이크로전자 기판(118)의 노출면의 이동을 허용하기 위해 길이 방향으로 충분한 모션의 범위를 제공하도록 디자인될 수도 있다. 기판 병진 구동 시스템(128)은 진공 챔버(120)의 벽의 슬라이딩 진공 씰(도시되지 않음)을 통해 연장하도록 정렬된 지지 암(도시되지 않음)을 포함할 수도 있는데, 가동 척(122)에 장착된 제1 원단(distal end) 및 제2 원단은 진공 챔버(120) 외부에 위치된 액추에이터 메커니즘과 맞물린다.
또한, 가동 척(122)은, 제1 미리 정의된 인덱싱 위치(pre-determined indexed position)로부터 마이크로전자 기판(118)의 다른 부분을 유체 스프레이에 노출시키는 제2 미리 정의된 인덱싱 위치로 마이크로전자 기판(118)의 회전 인덱싱을 용이하게 하기 위해, 바람직하게는 마이크로전자 기판(118)의 노출면에 수직인 축을 중심으로, 적어도 하나의 회전 자유도(126)를 제공할 수도 있는 기판 회전 구동 시스템(130)을 또한 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 가동 척(122)은 어떤 인덱싱 위치에서도 정지하지 않고 연속적인 속도로 회전할 수도 있다. 추가적으로, 가동 척(122)은, 마이크로전자 기판(118)의 위치를, 노즐(110)의 각도를 변경시키는 것과 연계하여, 또는 단지 단독으로 변경시키는 것에 의해, 유체 스프레이의 입사 각도를 변경시킬 수도 있다.
다른 실시형태에서, 가동 척(122)은, 마이크로전자 기판(118)의 노출면에 대한 적어도 하나의 유체 스프레이의 충돌 동안 가동 척(122)의 상면(upper surface)에 마이크로전자 기판(118)을 고정시키기 위한 메커니즘을 포함할 수도 있다. 마이크로전자 기판(118)은, 예를 들면, 반도체 프로세싱의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 실시될 수 있는 기계적 패스너 또는 클램프, 진공 클램핑, 또는 정전 클램핑을 사용하여 가동 척(122)에 고정될 수도 있다.
또한, 가동 척(122)은 마이크로전자 기판(118)의 온도를 주변 온도 위로 상승된 온도 또는 그 주변 온도 아래로 낮춰진 온도로 제어하기 위한 온도 제어 메커니즘을 포함할 수도 있다. 온도 제어 메커니즘은, 가동 척(122) 및 마이크로전자 기판(118)의 온도를 조정 및/또는 제어하도록 구성되는 가열 시스템(도시되지 않음) 또는 냉각 시스템(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 가열 시스템 또는 냉각 시스템은, 냉각시 가동 척(122)으로부터 열을 받아들여 열 교환기 시스템(도시되지 않음)으로 전달하거나, 또는 가열시 열 교환기 시스템으로부터 가동 척(122)으로 열을 전달하는 재순환 플로우의 열 전달 유체를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 가열/냉각 소자, 예컨대 저항성 가열 소자, 또는 열전(thermo-electric) 히터/쿨러가 가동 척(122)에 포함될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버(102)는, 동일한 진공 챔버(120) 내에서 극저온 에어로졸 및/또는 GCJ 스프레이 또는 이들의 조합을 사용한 기판(118)의 프로세싱을 가능하게 할 수도 있는 이중(dual) 노즐 구성(예를 들면, 제2 노즐(132))을 포함할 수도 있다. 그러나, 이중 노즐 구성은 필수적인 것은 아니다. 노즐(110)의 몇몇 예는 도 2a 내지 도 4의 설명에서 설명될 것이다. 노즐(110, 132)이 평행한 방식으로 위치된 것으로 도시되지만, 세정 프로세스를 구현하는 데 이들이 서로 평행할 필요는 없다. 다른 실시형태에서, 노즐(110, 132)은 처리 챔버(120)의 양단에 위치될 수도 있고 가동 척(122)은, 노즐(110, 132) 중 하나 이상이 유체 혼합물을 마이크로전자 기판(118) 상으로 스프레이하는 것을 가능하게 하는 위치로 기판(118)을 이동시킬 수도 있다.
다른 실시형태에서, 마이크로전자 기판(118)은, 마이크로전자 기판(118)의 노출면 영역(예를 들면, 전자 디바이스를 포함하는 영역)이 제1 노즐(110) 및/또는 제2 노즐(132)로부터 제공되는 유체 혼합물(예를 들면, 에어로졸 또는 GCJ)에 의해 동일한 또는 유사한 시간(예를 들면, 병렬 프로세싱)에 또는 상이한 시간(예를 들면, 순차 프로세싱)에 충돌되도록, 이동될 수도 있다. 예를 들면, 세정 프로세스는 에어로졸 세정 프로세스 및 후속하는 GCJ 세정 프로세스 또는 반대 순서의 프로세스를 포함할 수도 있다. 또한, 제1 노즐(110) 및 제2 노즐(132)은, 그들 각각의 유체 혼합물이 상이한 위치와 상이한 시간에 마이크로전자 기판(118)에 충돌하도록 위치될 수도 있다. 하나의 경우에서, 기판(118)은 전체 마이크로전자 기판(118)을 상이한 유체 혼합물에 노출시키도록 회전될 수도 있다.
노즐(110)은 유출구(outlet) 압력(예를 들면, 35Torr 미만)보다 실질적으로 더 높은 유입구(inlet) 압력(예를 들면, 50psig-80psig)을 갖는 저온(예를 들면, 273K 미만) 유체 혼합물을 받아들이도록 구성될 수도 있다. 노즐(110)의 내부 디자인은, 마이크로전자 기판(118)을 향해 지향될 수도 있는 고체 및/또는 액체 파티클을 생성하도록 유체 혼합물의 팽창을 가능하게 할 수도 있다. 노즐(110) 치수는 팽창된 유체 혼합물의 특성에 크게 영향을 끼칠 수도 있으며, 구성에서, 스프레이 바를 따라 정렬된 간단한 구멍(들)으로부터, 다중 팽창 볼륨 구성, 단일의 팽창 볼륨 구성에 이르기까지의 범위에 걸칠 수도 있다. 도 2a 내지 도 4는 사용될 수도 있는 여러 노즐(110) 실시형태를 예시한다. 그러나, 본 개시의 범위는 예시된 실시형태로 한정되지 않을 수도 있으며 본원에서 개시되는 방법은 임의의 노즐(110) 디자인에 적용될 수도 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 노즐(110) 도면은 일정한 축척으로 묘사되지 않을 수도 있다.
도 2a는, 서로 유체 연통할 수도 있는 두 개의 가스 팽창 영역을 포함할 수도 있으며 유체 혼합물이 2단의 가스(two-stage gas; TSG) 노즐(200)을 통해 진행함에 따라 유체 혼합물에 압력 변화를 가할 수도 있는 2단의 가스 노즐(200)의 단면 예시를 포함한다. TGS 노즐(200)은, 극저온 냉각 시스템(108) 및 유체 소스(106)와 유체 연통할 수도 있는 유입구(204)를 통해 유체 혼합물을 받아들일 수도 있는 저장소 컴포넌트(202)일 수도 있다. 유체 혼합물은 유입구 압력보다 낮을 수도 있는 압력까지 저장소 컴포넌트(202) 안으로 팽창할 수도 있다. 유체 혼합물은 전이 구멍(transition orifice; 206)을 통해 유출구 컴포넌트(208)로 흐를 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 유체 혼합물은 유체 화합물이 전이 구멍(206)을 통해 흐를 때 더 높은 압력으로 가압될 수도 있다. 유체 혼합물은 유출구 컴포넌트(208)로 다시 팽창할 수도 있고 유체 혼합물이 유출구 구멍(210)을 통해 진공 챔버(120)의 저압 환경에 노출될 때 에어로졸 스프레이 또는 가스 클러스터 제트의 형성에 기여할 수도 있다. 대체적으로, TGS 노즐(200)은, 유입구 구멍(204)과 유출구 구멍(210) 사이에서 유체 혼합물의 이중 팽창을 가능하게 할 수도 있는 임의의 치수 디자인을 통합할 수도 있다. TGS 노즐(200)의 범위는 본원에서 설명되는 실시형태로 한정되지 않을 수도 있다.
도 2a의 실시형태에서, 저장소 컴포넌트(202)는 유입구 구멍(204)으로부터 전이 구멍(206)까지 연장하는 실린더형 디자인을 포함할 수도 있다. 실린더는, 전이 구멍(206)의 사이즈에서부터 전이 구멍(206)의 사이즈의 세 배 이상까지 변할 수도 있는 직경(212)을 가질 수도 있다.
일 실시형태에서, TGS 노즐(200)은 0.5mm에서 3mm까지의, 그러나 바람직하게는 0.5mm와 1.5mm 사이의 범위에 이를 수도 있는 유입구 구멍(204) 직경을 가질 수도 있다. 저장소 컴포넌트(208)는 2mm와 6mm 사이의, 그러나 바람직하게는 4mm와 6mm 사이의 직경(212)을 갖는 실린더를 포함할 수도 있다. 저장소 컴포넌트(208)는 20mm와 50mm 사이의, 그러나 바람직하게는 20mm와 25mm 사이의 길이(214)를 가질 수도 있다. 비유입구에서, 저장소 컴포넌트(208)의 단부(end)는, 전이 구멍(206)을 통해 유출구 컴포넌트(208) 안으로 유체 혼합물이 가압되는 것을 가능하게 할 수도 있는 더 작은 직경으로 전이할 수도 있다.
전이 구멍(206)은, 저장소 컴포넌트(202)와 유출구 컴포넌트(208) 사이에서 유체 혼합물이 전이할 때 유체 혼합물을 컨디셔닝하도록 사용될 수도 있는 여러 상이한 실시형태에서 존재할 수도 있다. 일 실시형태에서, 전이 구멍(206)은 저장소 컴포넌트(202)의 일 단의 단순한 구멍 또는 개구일 수도 있다. 전이 구멍(206)의 직경은 2mm와 5mm 사이의, 바람직하게는 2mm와 2.5mm 사이의 범위에 있을 수도 있다. 다른 실시형태에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 전이 구멍(206)은 이전의 실시형태에서의 단순한 개구보다 더 큰 볼륨을 가질 수도 있다. 예를 들면, 전이 구멍(206)은, 5mm 미만일 수도 있는 거리를 따라 일정할 수도 있는 실린더 형상을 가질 수도 있다. 이 예에서, 전이 구멍(206)의 직경은 유출구 컴포넌트(208)의 초기 직경보다 더 클 수도 있다. 이 경우, 전이 구멍(206)과 유출구 컴포넌트(208) 사이에 단차 높이가 존재할 수도 있다. 단차 높이는 1mm 미만일 수도 있다. 하나의 특정한 실시형태에서, 단차 높이는 0.04mm일 수도 있다. 유출구 컴포넌트(208)는 전이 구멍(206)과 유출구 구멍(208) 사이에서 직경이 증가하는 원뿔 형상을 가질 수도 있다. 유출구 컴포넌트(208)의 원뿔 부분은 3°와 10° 사이의, 그러나 바람직하게는 3°와 6° 사이의 1/2각(half angle)을 가질 수도 있다.
도 2b는 전이 구멍(206)과 거의 동일한 사이즈의 직경(218)을 갖는 저장소 컴포넌트(202)를 포함하는 TGS 노즐(200)의 다른 실시형태(220)를 예시한다. 이 실시형태에서, 직경(218)은 2mm 내지 5mm 사이이고, 길이(214)는 도 2a의 실시형태와 유사하다. 도 2b의 실시형태는 저장소 컴포넌트(202)와 유출구 컴포넌트(208) 사이의 압력 차이를 감소시킬 수도 있고 TGS 노즐(200)의 제1 단 동안 유체 혼합물의 안정성을 향상시킬 수도 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, TSG 노즐(200)에서의 압력 변동을 감소시키기 위해 단일 단의 노즐(300)이 사용될 수도 있고 유체 혼합물의 교란(turbulence)을 감소시킬 수도 있다.
도 3은, 유입구 구멍(302)과 유출구 구멍(304) 사이에 단일의 팽창 챔버를 통합할 수도 있는 단일 단의 가스(single stage gas; SSG) 노즐(300)의 일 실시형태의 단면 예시를 예시한다. SSG 노즐(300) 팽창 챔버는 변할 수도 있지만, 그러나 도 3의 실시형태는, 유입구 구멍(302)(예를 들면, 0.5mm-1.5mm)보다 약간 더 클 수도 있는 초기 직경(306)(예를 들면, 1.5mm-3mm)을 구비할 수도 있는 원뿔 디자인을 예시한다. 원뿔 디자인은 3°와 10° 사이의, 바람직하게는 3°와 6°사이의 1/2각을 포함할 수도 있다. 1/2각은 (유입구 구멍(302) 및 유출구 구멍(304)으로부터) SSG 노즐(300)의 팽창 챔버를 통과하는 가상 중심선과 팽창 챔버의 측벽(예를 들면, 원뿔 벽) 사이의 각도일 수도 있다. 마지막으로, SSG 노즐(300)은 18mm와 40mm 사이의, 바람직하게는 18mm와 25mm 사이의 길이를 가질 수도 있다. SSG 노즐(300)의 다른 변화는, 도 4에 예시된 바와 같이, 유입구 구멍(302)으로부터 유출구 구멍(304)으로 팽창 볼륨의 연속적인 테이퍼(taper)를 포함할 수도 있다.
도 4는, 유입구 구멍(402)과 유출구 구멍(404) 사이에 어떠한 치우침(offset)이나 조임부(constriction)도 포함하지 않는 연속적인 팽창 챔버를 포함할 수도 있는 동일 면 가스(flush gas; FG) 노즐(400)의 단면 예시를 포함한다. 이름이 나타내는 바와 같이, 팽창 볼륨의 초기 직경은, 0.5mm 내지 3mm 사이의, 그러나 바람직하게는 1mm와 1.5mm 사이일 수도 있는 유입구 직경(402)과 동일 면에 있을 수도 있다. 일 실시형태에서, 유출구 직경(404)은 2mm와 12mm 사이의, 그러나 바람직하게는 유입구 직경(402)의 사이즈의 두 배에서 네 배 사이일 수도 있다. 또한, 1/2각은 3°와 10° 사이, 그러나 바람직하게는 3°와 6° 사이일 수도 있다. 중복팽창 볼륨의 길이(406)는 유입구 구멍(402)과 유출구 구멍(404) 사이에서 10mm와 50mm 사이에서 변해야만 한다. 추가적으로, 다음의 실시형태는 도 3 및 도 4의 실시형태에 적용될 수도 있다. 하나의 특정한 실시형태에서, 노즐은 20mm의 원뿔 길이, 3°의 1/2각 및 약 4mm의 유출구 구멍 직경을 가질 수도 있다. 다른 특정한 실시형태에서, 원뿔 길이는 15mm와 25mm 사이이고 유출구 구멍 직경은 3mm와 6mm 사이이다. 다른 특정한 실시형태에서, 유출구 구멍 직경은 약 4mm이고 유출구 직경은 약 1.2mm이고 원뿔 길이는 약 35mm이다.
세정 시스템(100)의 세정 효율성에 영향을 줄 수도 있는 다른 피쳐는, 노즐 유출구(404)와 마이크로전자 기판(118) 사이의 간격일 수도 있다. 몇몇 프로세스 실시형태에서, 갭 간격은, 제거되는 파티클의 양에 의해서뿐만 아니라, 기판(118)의 단일 패스(pass) 동안 입자가 제거될 수도 있는 표면 영역의 양에 의해서도 세정 효율성에 영향을 끼칠 수도 있다. 몇몇 경우에서, 에어로졸 스프레이 또는 GCJ 스프레이는, 노즐(110)의 유출구 구멍이 마이크로전자 기판(119)에 더 가까운 경우(예를 들면, 50mm 미만) 기판(118)의 더 큰 표면 영역을 세정할 수 있게 될 수도 있다.
도 5는, 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른, 노즐(110)의 유출구 구멍(404)과 마이크로전자 기판(118) 사이의 갭 간격(502)의 예시(500)를 포함한다. 하나의 경우에서, 갭 간격(502)은, 노즐(110)에 대한 구조체 또는 지지체를 형성하는 노즐(110) 어셈블리의 단부로부터 측정될 수도 있다. 다른 경우에, 가스 간격(502)은, 마이크로전자 기판(118)에 노출되는 원뿔 팽창 영역의 최대 직경에 걸쳐 연장하는 평면으로부터 측정될 수도 있다.
갭 간격(502)은, 챔버 압력, 가스 조성, 유체 혼합물 온도, 유입구 압력, 노즐(110) 디자인 또는 이들의 몇몇 조합에 의존하여 변할 수도 있다. 일반적으로, 갭 간격(502)은 2mm와 50mm 사이일 수도 있다. 일반적으로, 진공 챔버(120) 압력은, 2mm와 50mm 갭 간격(502) 내에서 동작하도록 35Torr 미만일 수도 있다. 그러나, 챔버 압력이 10Torr 미만일 수도 있고 가스 노즐(110)이 6mm 미만의 유출구 구멍을 갖는 경우, 갭 간격(502)은 10mm 미만이도록 최적화될 수도 있다. 몇몇 특정한 실시형태에서, 소망의 갭 간격(502)은, 5mm 미만의 유출구 직경을 갖는 노즐(110) 및 10Torr 미만의 진공 챔버(120) 압력에 대해 약 5mm일 수도 있다.
다른 실시형태에서, 갭 간격(502)은, 적어도 부분적으로, 진공 챔버(120) 압력과 반비례 관계에 기초할 수도 있다. 예를 들면, 갭 간격(502)은 상수 값을 챔버(120) 압력에 의해 제산하는 것에 의해 유도되는 값 이하일 수도 있다. 일 실시형태에서, 상수는 차원이 없는 파라미터이거나 또는 mm*Torr 단위일 수 있으며 진공 챔버(120) 압력은 Torr 단위로 측정될 수도 있는데, 식 (1)을 참조하라:
갭 간격 </= 상수/챔버 압력 (1)
이런 식으로, 상수를 챔버 압력으로 제산하는 것에 의해 얻어지는 값은, 세정 프로세스에 대해 사용될 수도 있는 갭 간격(502)을 제공한다. 예를 들면, 하나의 특정한 실시형태에서, 상수는 50일 수도 있고 챔버 압력은 약 7Torr일 수도 있다. 이 경우, 갭 간격은 식 (1) 하에서 약 7mm 이하일 것이다. 다른 실시형태에서, 상수는 40과 60 사이의 범위에 있을 수도 있고 압력은 1Torr 내지 10Torr의 범위에 이를 수도 있다. 다른 실시형태에서, 상수는 0.05 내지 0.3 사이의 범위에 있을 수도 있고 압력은 0.05Torr 내지 1Torr의 범위에 이를 수도 있다. 갭 간격(502)이 세정 효율성에 긍정적인 영향을 끼칠 수도 있지만, 에어로졸 스프레이 및 가스 클러스터 제트 스프레이를 사용하여 세정 효율성에 기여할 수 있는 여러 다른 프로세스 변수가 존재한다.
도 1 내지 도 5의 설명에서 설명되는 하드웨어는, 하드웨어에서 약간의 편차 및 프로세스 조건에 대한 더 많은 변화를 갖는 에어로졸 스프레이 및 가스 클러스터 제트(GCJ)를 가능하게 하도록 사용될 수도 있다. 프로세스 조건은 상이한 유체 혼합물 조성과 비율, 유입구 압력, 유입구 온도, 또는 진공 챔버(120) 압력 사이에서 변할 수도 있다. 에어로졸 스프레이 프로세스와 GCJ 스프레이 프로세스 사이의 하나의 큰 차이는, 노즐(110)로의 유입 유체 혼합물의 상 조성(phase composition)일 수도 있다. 예를 들면, 에어로졸 스프레이 유체 혼합물은, 노즐(110)로의 유입 GCJ 유체 혼합물에 액체가 거의 또는 전혀 없이 가스 상태로 존재할 수도 있는 GCJ 유체 혼합물보다 더 큰 액체 농도를 가질 수도 있다.
에어로졸 스프레이 실시형태에서, 극저온 냉각 시스템(108)에서의 온도는, 노즐(110)로의 유입 유체 혼합물의 적어도 일부가 액상(liquid phase)으로 존재할 수도 있는 지점으로 설정될 수도 있다. 이 실시형태에서, 노즐 혼합물은 적어도 10중량%가 액체 상태에 있을 수도 있다. 그 다음, 액체/가스 혼합물은 고압에서 프로세스 챔버(104) 안으로 팽창되는데, 이 경우 극저온 에어로졸이 형성될 수도 있고 고체 및/또는 액체 파티클의 상당 부분을 포함할 수도 있다. 그러나, 유체 혼합물의 상태가 에어로졸 프로세스와 GCJ 프로세스 사이의 유일한 차이가 아닐 수도 있는데, 이것은 하기에서 더 상세히 설명될 것이다.
대조적으로, 노즐(110)로의 유입 GCJ 스프레이 유체 혼합물은 액상을 거의(예를 들면, 1부피% 미만) 또는 전혀 포함하지 않을 수도 있고 완전히 가스 상태에 있을 수도 있다. 예를 들면, 극저온 냉각 시스템(108)에서의 온도는, GCJ 세정 프로세스 동안 유체 혼합물이 액상으로 존재하는 것을 방지하는 지점으로 설정될 수도 있다. 따라서, 상태도는, 프로세스 챔버(104)에서 에어로졸 스프레이 또는 GCJ 스프레이의 형성을 가능하게 하기 위해 사용될 수도 있는 프로세스 온도 및 압력을 결정하는 한 방식일 수도 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상태도(600, 608)는, 유입 유체 혼합물의 성분이 존재할 수도 있는 어떤 상을 나타내거나 또는 액상, 기상 또는 이들의 조합 중 어떤 상을 포함할 가능성이 더 높은지를 나타낼 수도 있다. 예시적인 상태도의 설명 및 예시의 목적을 위해 아르곤 상태도(602), 질소 상태도(604), 산소 상태도(610), 및 제논 상태도(612)가 예시된다. 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 문헌에서 또는 미국 매릴랜드 가이더스버그(Gaithersburg)의 National Institutes of Standards and Technology(표준 및 기술의 국제 협회), 또는 다른 소스를 통해 상태도 정보를 발견할 수 있을 수도 있다. 본원에서 설명되는 다른 화학품은 대표적인 상태도를 또한 구비할 수도 있지만, 설명의 용이성의 목적을 위해 여기서는 나타내지 않는다.
상태도(600, 608)는, 압력(예를 들면, y축)과 온도(예를 들면, x축) 사이의 관계 및 가스 상태 또는 액체 상태에서 원소가 존재할 수도 있는 가능성을 강조하는 그래픽적 표현에 의해 표현될 수도 있다. 상태도는, 액체 상태 또는 가스 상태 사이에서 원소가 전이할 수도 있는 경우를 나타내는 가스-액체 상전이 라인(606)(또는 기액(vapor-liquid) 전이 라인)을 포함할 수도 있다. 이들 실시형태에서, 원소의 압력 및 온도가 가스-액체 전이 라인(606)의 좌측에 있는 경우 액상이 존재할 가능성이 높을 수도 있고 원소의 압력 및 온도가 가스-액체 전이 라인(606)의 우측에 있는 경우 가스상(gaseous phase)이 우세할 수도 있다. 또한, 원소의 압력 및 온도가 가스-액체 전이 라인(606)에 아주 가까운 경우, 원소가 가스 및 액체 상으로 존재할 수도 있을 가능성은, 압력 및 온도가 가스-액체 전이 라인(606)으로부터 더 멀리 떨어질 수도 있는 경우보다 더 높을 수도 있다. 예를 들면, 아르곤 상태도(602)를 고려하면, 아르곤이 100K의 온도에서 300psi의 압력에 유지되면, 아르곤은, 아르곤이 130K의 온도에서 300psi의 압력에서 유지되는 경우보다, 액상인 부분을 포함하거나 또는 (중량에서) 더 높은 농도의 액체를 가질 가능성이 더 높다. 아르곤의 액체 농도는, 300psi의 압력을 유지하는 동안, 온도가 130K로부터 감소함에 따라 증가할 수도 있다. 마찬가지로, 아르곤 액체 농도는, 130K의 온도를 유지하는 동안, 압력이 300psi로부터 감소함에 따라 또한 증가할 수도 있다. 일반적으로, 상태도(600)에 의하면, 아르곤을 가스 상태로 유지하기 위해서는, 온도는 83K보다 높아야 하고 질소를 가스 상태로 유지하기 위해서는, 온도는 63K보다 높아야 한다. 그러나, 임의의 질소-아르곤 혼합물의 상은, 원소의 상대적인 농도뿐만 아니라, 유체 혼합물의 압력 및 온도에도 의존할 수도 있다. 그러나, 상태도(600)는, 아르곤-질소 유체 혼합물의 상의 표시 또는 액체가 존재할 최소 가능성의 표시를 제공할 수도 있는 가이드라인으로서 사용될 수도 있다. 예를 들면, 에어로졸 세정 프로세스의 경우, 유입 유체 혼합물은, 유입 유체 혼합물의 원소 중 하나 이상에 대한 가스-액체 전이 라인(606) 상에 또는 가스-액체 전이 라인(606) 좌측에 있을 수도 있는 온도 또는 압력을 구비할 수도 있다. 대조적으로, GCJ 세정 프로세스는, GCJ의 유입 유체 혼합물의 원소 중 하나 이상에 대한 가스-액체 전이 라인(606)의 우측에 있을 수도 있는 압력 및 온도를 가질 수도 있는 유입 유체 혼합물을 사용할 가능성이 높을 수도 있다. 몇몇 경우에서, 시스템(100)은 유체 혼합물의 유입 온도 및/또는 압력을 변경시키는 것에 의해 에어로졸 프로세스와 GCJ 프로세스 사이에서 교대할 수도 있다.
가스-액체 전이 라인(606)은 상태도(606, 608)의 각각과 유사하지만, 그들의 값은 상태도(600, 608)의 각각에 할당되는 화학품에 고유할 수도 있고, 상태도(606, 608)는 아르곤 상태도(602)의 설명에서 설명되는 바와 같이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용될 수도 있다는 것을 유의해야 한다. 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 에어로졸 또는 GCJ 스프레이의 유체 혼합물에서의 액체 및/또는 가스의 양을 최적화하기 위해 상태도(606, 608)를 사용할 수도 있다.
에어로졸 스프레이는 유체 중 적어도 하나의 액화 온도에서 또는 그 근처에서 극저온 처리를 받고 그 다음 유체 혼합물을 노즐(110)을 통해 프로세스 챔버(104)의 저온 환경으로 팽창시킨 유체 또는 유체 혼합물로 형성될 수도 있다. 유체 혼합물의 팽창 조건 및 조성은, 기판(118)과 충돌할 수도 있는 에어로졸 스프레이를 포함하는 작은 액적(liquid droplet) 및/또는 고체 파티클을 형성함에 있어서 역할을 가질 수도 있다. 에어로졸 스프레이는, 오염물과 마이크로전자 기판(118) 사이의 접착력을 극복하기 위한 충분한 에너지를 에어로졸 스프레이(예를 들면, 액적, 고체 파티클)로부터 부여하는 것에 의해 마이크로전자 기판(118) 오염물(예를 들면, 파티클)을 제거하도록 사용될 수도 있다. 에어로졸 스프레이의 운동량은, 상기 언급된 접착력에 필요로 될 수도 있는 에너지의 양에 적어도 부분적으로 기초하여 파티클을 제거하는 데 중요한 역할을 할 수도 있다. 파티클 제거 효율성은, 다양한 질량 및/또는 속도의 성분(예를 들면, 액적, 결정 등등)을 가질 수도 있는 극저온 에어로졸을 생성하는 것에 의해 최적화될 수도 있다. 오염물을 제거하는 데 필요한 운동량은 질량과 속도의 함수이다. 질량 및 속도는, 파티클이 아주 작을 수도 있는 경우(100nm 미만)에 특히, 파티클과 기판의 표면 사이의 강한 접착력을 극복하는 데 아주 중요할 수도 있다.
도 7은 파티클을 제거하기 위해 극저온 에어로졸을 이용하여 마이크로전자 기판(118)을 처리하는 방법에 대한 플로우 차트(700)를 예시한다. 위에서 언급된 바와 같이, 파티클 제어 효율성을 향상시키기 위한 하나의 방식은 에어로졸 스프레이의 운동량을 증가시키는 것일 수도 있다. 운동량은 에어로졸 스프레이 알맹이(content)의 질량과 속도의 곱일 수도 있으며, 따라서 운동 에너지는 에어로졸 스프레이의 성분의 질량 및/또는 속도를 증가시키는 것에 의해 증가될 수도 있다. 질량 및/또는 속도는, 유체 혼합물 조성, 유입 유체 혼합물 압력 및/또는 온도, 및/또는 프로세스 챔버(104) 온도 및/또는 압력을 포함할 수도 있지만 그러나 이들로 한정되지 않는 다양한 인자에 의존할 수도 있다. 플로우 차트(700)는, 질소 및/또는 아르곤과 적어도 하나의 캐리어 가스의 다양한 조합을 사용하는 것에 의해 운동량을 최적화하는 하나의 실시형태를 예시한다.
도 7을 참조하면, 블록 702에서, 시스템(100)은 프로세스 챔버(104)에 마이크로전자 기판(118)을 수용할 수도 있다. 마이크로전자 기판(118)은, 메모리 디바이스, 마이크로프로세서 디바이스, 발광 디스플레이, 솔라 셀 등등을 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 한정되지는 않는 전자 디바이스를 생성하기 위해 사용될 수도 있는 반도체 재료(예를 들면, 실리콘 등등)를 포함할 수도 있다. 마이크로전자 기판(118)은, 시스템(100) 상에서 구현되는 에어로졸 세정 프로세스에 의해 제거될 수도 있는 오염물을 포함할 수도 있는 패턴화된 막 또는 블랭킷 막(blanket film)을 포함할 수도 있다. 시스템(100)은, 극저온 냉각 시스템(108) 및 하나 이상의 유체 소스(106)와 유체 연통할 수도 있는 프로세스 챔버(104)를 포함할 수도 있다. 프로세스 챔버는, 마이크로전자 기판(118)을 세정할 에어로졸 스프레이를 형성하도록 유체 혼합물을 팽창시키기 위해 사용될 수도 있는 유체 팽창 컴포넌트(예를 들면, TSG 노즐(200) 등등)를 또한 포함할 수도 있다.
블록 704에서, 시스템(100)은, 유체 혼합물을 273K 미만으로 냉각시킬 수도 있는 극저온 냉각 시스템(108)을 통해 유체 혼합물을 유체 팽창 컴포넌트로 공급할 수도 있다. 일 실시형태에서, 유체 혼합물의 온도는 70K 이상 그리고 200K 이하일 수도 있으며, 더 구체적으로는 온도는 130K 미만일 수도 있다. 시스템(100)은 대기압보다 더 높은 압력에서 유체 혼합물을 또한 유지할 수도 있다. 일 실시형태에서, 유체 혼합물 압력은 50psig와 800psig 사이에서 유지될 수도 있다.
일 실시형태에서, 유체 혼합물은 28 미만의 원자량을 갖는 분자를 포함하는 제1 유체 구성물(constituent) 및 적어도 28의 원자량을 갖는 분자를 포함하는 적어도 하나의 추가적인 유체 구성물을 포함할 수도 있다. 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 파티클 제거 효율성을 극대화하도록 또는 상이한 타입의 또는 사이즈의 파티클을 타겟으로 삼도록 에어로졸 스프레이 성분에 대한 소망의 운동량을 달성하기 위해, 두 개 이상의 유체의 유체 혼합물을 최적화할 수 있을 것이다. 이 경우, 제1 유체 구성물은 헬륨, 네온 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 한정되는 것은 아니다. 적어도 하나의 추가적인 유체 구성물은, 질소(N2), 아르곤, 크립톤, 제논, 이산화탄소, 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 한정되는 것은 아니다. 하나의 특정한 실시형태에서, 추가적인 유체 구성물은 N2 및 아르곤 혼합물을 포함하며 제1 유체 구성물은 헬륨을 포함할 수도 있다. 그러나, 유체 혼합물의 온도, 압력 및 농도는 상이한 타입의 에어로졸 스프레이를 제공하도록 변할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 유체 혼합물의 상 또는 상태는, 하기에서 설명되는 다양한 농도의 가스, 액체, 가스-액체를 포함할 수도 있다.
제1 유체 구성물과 추가적인 유체 구성물 사이의 비율은, 마이크로전자 기판(118)을 세정하는 데 요구될 수도 있는 스프레이의 타입에 의존하여 변할 수도 있다. 유체 혼합물은 화학물 조성 및 농도에 의해 및/또는 물질의 상 또는 상태(예를 들면, 가스, 액체, 등등)에 의해 변할 수도 있다. 하나의 에어로졸 실시형태에서, 제1 유체 구성물은, 가스 상태의 제1 부분 및 액체 상태의 제2 부분을 포함할 수도 있는 유체 혼합물의 적어도 50중량%를 포함할 수도 있다. 대부분의 경우, 유체 혼합물은 적어도 10중량%를 액상으로 구비할 수도 있다. 유체 혼합물은, 패턴화된 또는 패턴화된 마이크로전자 기판 상에 있을 수도 있는 상이한 타입의 및/또는 사이즈의 파티클을 해결하도록 최적화될 수도 있다. 파티클 제거 성능을 변경하기 위한 한 방식은, 유체 혼합물 조성 및/또는 농도를 조정하여 파티클 제거 성능을 향상시키는 것일 수도 있다. 다른 유체 혼합물 실시형태에서, 제1 유체 구성물은 유체 혼합물의 10중량%와 50중량% 사이를 포함한다. 다른 실시형태에서, 제1 유체 구성물은 유체 혼합물의 20중량%와 40중량% 사이에서 포함될 수도 있다. 다른 유체 혼합물 실시형태에서, 제1 유체 구성물은 유체 혼합물의 30중량%와 40중량% 사이에서 포함될 수도 있다. 상기 언급된 에어로졸 유체 혼합물의 상은, 기판(118) 상의 상이한 타입의 파티클 및 막에 대해 폭넓게 조정되도록 또한 변할 수도 있다. 예를 들면, 유체 혼합물은 가스 상태에 있을 수도 있는 제1 부분 및 액체 상태에 있을 수도 있는 제2 부분을 포함할 수도 있다.
일 실시형태에서, 제2 부분은 유체 혼합물의 적어도 10중량%일 수도 있다. 그러나, 소정의 경우, 파티클을 제거하는 데 더 낮은 농도의 액체가 바람직할 수도 있다. 더 낮은 액체 농도의 실시형태에서, 제2 부분은 유체 혼합물의 1중량% 이하일 수도 있다. 유체 혼합물의 액체 부분은 유체 혼합물을 포함할 수도 있는 하나 이상의 가스 또는 액상을 포함할 수도 있다. 이들 유체 혼합물 실시형태에서, 시스템(110)은, 추가적인 유체 구성물을 120slm과 140slm 사이에서 그리고 제1 유체 구성물을 30slm과 45slm 사이에서 흐르게 하는 것에 의해 에어로졸 스프레이를 구현할 수도 있다.
유체 혼합물의 유입 압력, 농도, 및 조성 외에, 에어로졸 스프레이의 운동량 및 조성도 프로세스 챔버(102)의 압력에 의해 영향을 받을 수도 있다. 특히, 챔버 압력은 에어로졸 스프레이에서의 액적 및/또는 고체 파티클의 질량 및/또는 속도에 영향을 줄 수도 있다. 유체 혼합물의 팽창은 노즐(110)을 가로지르는 압력 차이에 의존할 수도 있다.
블록 706에서, 시스템(100)은, 유체 혼합물의 적어도 일부가 마이크로전자 기판(118)과 접촉하게 되도록, 프로세스 챔버(104) 안으로 유체 혼합물을 제공할 수도 있다. 유체 팽창 컴포넌트(예를 들면, 노즐(110))을 통한 유체 혼합물의 팽창은 에어로졸 스프레이의 액적 및/또는 고체 파티클을 형성한다. 시스템(100)은 프로세스 챔버(104)를 35Torr 이하의 챔버 압력으로 유지할 수도 있다. 소정의 경우, 에어로졸 스프레이에서 액적 및/또는 고체 파티클의 질량 및/또는 속도를 최적화하기 위해서는, 프로세스 챔버(104)를 훨씬 더 낮은 압력으로 유지하는 것이 바람직할 수도 있다. 하나의 특정한 실시형태에서, 에어로졸 스프레이의 파티클 제거 특성은, 프로세스 챔버가 10Torr 미만에서 유지될 때, 소정의 파티클에 대해 더 소망될 수도 있다. 유체 혼합물 팽창 동안 프로세스 챔버(104)가 5Torr 미만으로 유지되는 경우, 파티클 제거 효율성은 더 큰 표면 영역을 커버했다는 것이 또한 언급되었다.
유체 혼합물이 유체 팽창 컴포넌트를 통해 흐를 때, 유체 혼합물은 상대적 고압(예를 들면, 대기압 초과)으로부터 상대적 저압(예를 들면, 35Torr 미만)으로의 유체 혼합물의 팽창과 관련되는 상 전이를 겪을 수도 있다. 일 실시형태에서, 유입 유체 혼합물은 가스 또는 액체-가스 상으로 존재할 수도 있고 프로세스 챔버(102)보다 상대적으로 더 높은 압력 하에 있을 수도 있다. 그러나, 유체 혼합물이 낮은 압력의 프로세스 챔버(104)를 통해 흐르거나 또는 낮은 압력의 프로세스 챔버(104) 안으로 팽창될 때, 유체 혼합물은 위에서 설명된 바와 같이 액적 및/또는 고체 상태를 형성하도록 전이를 시작할 수도 있다. 예를 들면, 팽창된 유체 혼합물은, 가스 상, 액체 상, 및/또는 고체 상에 있는 부분의 조합을 포함할 수도 있다. 이것은 상기에서 극저온 에어로졸로 칭해질 수도 있는 것을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 유체 혼합물은 가스 클러스터를 또한 포함할 수도 있다. 일 실시형태에서, 약한 인력(예를 들면, 반데르 발스(van der Waals) 힘)에 의해 원자 또는 분자의 응집일 수도 있다. 하나의 경우에서, 가스 클러스터는, 가스와 고체 사이의 물질의 상으로 간주될 수도 있고, 가스 클러스터의 사이즈는 수 개의(few) 분자 또는 원자에서 105개보다 많은 원자까지의 범위에 이를 수도 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 유체 혼합물은, 동일한 마이크로전자 기판(118)을 처리하는 동안 동일한 노즐에서 에어로졸과 가스 클러스터(예를 들면, GCJ) 사이에서 전이할 수도 있다. 이런 식으로, 유체 혼합물에서 더 높은 액체 농도로부터 더 낮은 액체 농도로 진행하는 것에 의해, 유체 혼합물은 에어로졸과 GCJ 사이에서 전이할 수도 있다. 대안적으로, 유체 혼합물에서 더 낮은 액체 농도에서 더 높은 액체 농도로 진행하는 것에 의해, 유체 혼합물은 GCJ와 에어로졸 사이에서 전이할 수도 있다. 도 6a 및 도 6b의 설명에서 위에서 언급된 바와 같이, 액상 농도는 온도, 압력 또는 이들의 조합에 의해 제어될 수도 있다. 예를 들면, 에어로졸에서 GCJ로의 전이에서, 유체 혼합물 액체 농도는, 하나의 특정한 실시형태에서, 10중량%로부터 1중량% 미만으로 전이할 수도 있다. 다른 특정한 실시형태에서, GCJ에서 에어로졸로의 전이는, 유체 혼합물의 액체 농도가 1중량%로부터 10중량% 미만으로 전이할 때 발생할 수도 있다. 그러나, 에어로졸과 GCJ 사이의 전이, 및 그 반대의 전이는 상기 언급된 특정한 실시형태에서의 비율로 제한되지 않을 수도 있으며 설명의 목적을 위한 예시에 불과하며 제한이 아니다.
블록 708에서, 팽창된 유체는 마이크로전자 기판(118)을 향해 지향될 수도 있고 마이크로전자 기판(118)의 표면에 걸쳐 유체 팽창 컴포넌트가 이동함에 따라 마이크로전자 기판(118)에서 파티클을 제거할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 시스템(100)은, 마이크로전자 기판(118) 주위에 정렬될 수도 있는 복수의 유체 팽창 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 복수의 유체 팽창 컴포넌트는 파티클을 제거하는 데 동시에 또는 순차적으로 사용될 수도 있다. 대안적으로, 유체 팽창 컴포넌트 중 몇몇은 에어로졸 프로세싱에 전용될 수도 있고 나머지 유체 팽창 컴포넌트는 GCJ 프로세싱에 대해 사용될 수도 있다.
에어로졸 프로세싱 외에, 마이크로전자 기판(118)은 GCJ 프로세싱을 사용하여 또한 세정될 수도 있다. 극저온 가스 클러스터는, 가스 종, 예컨대 아르곤 또는 질소 또는 이들의 혼합물이, 임의의 가스 구성물의 액화 온도 위에 있을 수도 있는 극저온 온도에 가스를 노출시키는 열 교환기 용기(heat exchanger vessel), 예컨대 듀어병(예를 들면, 극저온 냉각 시스템(108))을 통과할 때 형성될 수도 있다. 그 다음, 고압의 극저온 가스는, 마이크로전자 기판(118)의 표면에 대해 경사진 또는 수직하는 노즐(110) 또는 노즐의 어레이를 통해 팽창될 수도 있다. GCJ 스프레이는, 마이크로전자 기판(118)의 표면에 어떠한 손상도 야기하지 않거나 또는 마이크로전자 기판(118)의 표면에 대한 손상의 양을 제한하면서, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 파티클을 제거하기 위해 사용될 수도 있다.
힘(예를 들면, 반데르 발스 힘)에 의해 함께 당겨지는 원자/분자의 앙상블 또는 응집물일 수도 있는 가스 클러스터는, 가스 및 고체 상의 원자 또는 분자 사이에서 물질의 개별적인 상으로 분류되고 수 개의 원자에서 105개까지의 사이즈의 범위에 이를 수 있다. 식 (2)에서 주어지는 Hagena 경험적 클러스터 스케일링 파라미터(empirical cluster scaling parameter)(Γ*)는 클러스터 사이즈에 영향을 끼칠 수도 있는 중요한 파라미터를 제공한다. 항 k는 결합 형성에 관련되는 응축 파라미터(condensation parameter)(가스 종 특성)이고; d는 노즐 구멍 직경이고, α는 팽창 1/2각이고 Po와 To는, 각각, 사전팽창 압력(pre-expansion pressure)과 온도이다. 원뿔 형상을 갖는 노즐의 기하학적 외형은 팽창 가스를 구속하여 더 효율적인 클러스터 형성을 위한 원자간 또는 분자간 충돌의 수를 향상시키는 것을 보조한다. 이런 식으로, 노즐(110)은, 기판(118)의 표면으로부터 오염물을 제거하기에 충분히 큰 클러스터의 형성을 향상시킬 수도 있다. 노즐(110)로부터 방출되는 GCJ 스프레이는, 그것이 기판(118) 상에 충돌하기 전에는 이온화되지 않고 원자의 중성 집합체로서 남아 있을 수도 있다.
Figure pat00001
클러스터를 포함하는 원자 또는 분자의 앙상블은, 마이크로전자 기판(118) 상의 오염물 사이즈에 대한 극저온 클러스터 사이즈의 근접으로 인해, 100nm 미만의 사이즈의 오염물의 타겟 세정에 더 나은 프로세스 성능을 제공할 수 있는 사이즈 분포를 가질 수도 있다. 또한, 마이크로전자 기판(118)에 충돌하는 작은 사이즈의 극저온 클러스터는, 처리 동안 보호될 필요가 있는 민감한 구조를 가질 수도 있는 마이크로전자 기판(118)의 손상을 방지하거나 최소화 할 수도 있다.
에어로졸 프로세스에 의해서와 같이, GCJ 프로세스는 도 1의 시스템(100)의 설명에서 설명된 동일한 또는 유사한 하드웨어 및 도 2 내지 도 5의 설명에서 설명된 그것의 컴포넌트를 사용할 수도 있다. 그러나, GCJ 방법의 구현예는 본원에서 설명되는 하드웨어 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 소정의 실시형태에서, GCJ 프로세스는 에어로졸 프로세스와 동일한 또는 유사한 프로세스 조건을 사용할 수도 있지만, 그러나 GCJ 프로세스는 유체 혼합물에 대해 더 낮은 액상 농도를 가질 수도 있다. 그러나, GCJ 프로세스는 본원에서 설명되는 모든 에어로졸 프로세스 실시형태보다 더 낮은 액체 농도를 갖도록 요구받지 않는다. 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 본원에서 설명되는 GCJ 방법에서 존재할 수도 있는 임의의 액적 및/또는 고체 파티클(예를 들면, 얼려진 액체)에 비해 가스 클러스터의 양 또는 밀도를 증가시키는 GCJ 프로세스를 구현할 수도 있을 것이다. 이들 GCJ 방법은 세정 프로세스를 최적화하기 위한 여러 상이한 기술을 구비할 수도 있고 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 임의의 마이크로전자 기판(118)에 대해 이들 기술의 임의의 조합을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 마이크로전자 기판(118)을 세정하기 위해, 노즐(110) 디자인 및/또는 방향, 유체 혼합물의 조성, 농도 또는 조성, 유체 혼합물의 유입 압력 및/또는 온도 및 프로세스 챔버(104)의 압력 및/또는 온도를 변경시킬 수도 있다.
도 8은 마이크로전자 기판(118)으로부터 파티클을 제거할 GCJ 프로세스를 생성하기 위한 극저온 방법에 대한 플로우 차트(800)를 제공한다. 이 실시형태에서, 그 방법은, 도 2a 및 도 2b의 설명에서 본원에서 설명된 2단의 가스(TSG) 노즐(200)과 유사한, 다단(multi-stage) 노즐(100)을 사용할 수도 있는 GCJ 프로세스를 대표할 수도 있다. 도 8의 실시형태는, 유체 혼합물이 다단 노즐(110)을 통해 고압 환경에서 저압 환경으로 전이할 때 유체 혼합물의 압력 차이 또는 변화를 반영할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 블록 802에서, 시스템(100)은, 유체 팽창 컴포넌트(예를 들면, TSG 노즐(200))를 포함할 수도 있는 진공 프로세스 챔버(104)에 마이크로전자 기판(118)을 수용할 수도 있다. 시스템은, 극저온 냉각 시스템(108)에 의해 제공되는 임의의 유체 혼합물에 마이크로전자 기판(118)을 노출시키기 이전에, 프로세스 챔버(104)를 대기압 이하의 상태로 둘 수도 있다.
블록 804에서, 시스템(100)은 273K 미만의 온도 및 대기압보다 더 높을 수도 있는 압력에 있도록 유체 혼합물을 공급하거나 컨디셔닝할 수도 있다. 예를 들면, 유체 혼합물 온도는 70K와 200K 사이에 또는 더 구체적으로는 70K와 120K 사이에 있을 수도 있다. 유체 혼합물 압력은 50psig와 800psig 사이에 있을 수도 있다. 일반적으로, 유체 혼합물의 (중량에서) 적어도 과반이 가스 상에 있을 수도 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 유체 혼합물은 (중량에서) 10% 미만이 가스 상에 있을 수도 있고, 더 구체적으로는 (중량에서) 1% 미만이 가스 상에 있을 수도 있다.
유체 혼합물은, 질소(N2), 아르곤, 크립톤, 제논, 이산화탄소, 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 한정되지는 않는 단일의 유체 조성물 또는 유체의 조합일 수도 있다. 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 동일한 마이크로전자 기판(118)에 대해 한 번에 하나의 유체 혼합물 또는 유체 혼합물의 조합을 사용하여 기판을 처리하기 위해 상기 언급된 유체의 하나 이상의 조합을 선택할 수도 있다.
일 실시형태에서, 유체 혼합물은 1:1과 11:1 사이의 비율로 N2와 아르곤의 조합을 포함할 수도 있다. 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 마이크로전자 기판(118)으로부터 파티클을 제거하기 위해 N2 및/또는 아르곤의 액체 농도와 연계하여 비율을 최적화할 수도 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 파티클 제거 효율성을 최적화하도록 GCJ 유체 혼합물의 에너지 또는 운동량을 또한 최적화할 수도 있다. 예를 들면, 유체 혼합물은, GCJ 프로세스의 질량 및/또는 속도를 변경할 수도 있는 다른 캐리어 가스를 포함할 수도 있다. 캐리어 가스는, 제논, 헬륨, 네온, 크립톤 이산화탄소 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있지만, 이들로 한정되지는 않는다. 일 실시형태에서, 유체 혼합물은, 다음의 캐리어 가스: 제논, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상과 혼합될 수도 있는 N2 대 아르곤의 1:1 내지 4:1의 혼합물을 포함할 수도 있다. 다른 경우에서, 캐리어 가스 조성 및 농도는, 상이한 비율의 캐리어 가스를 갖는 N2 대 아르곤의 상이한 비율로 최적화될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 캐리어 가스는 표 1에 도시된 바와 같은 Hagena 값 k에 기초하여 포함될 수도 있다.
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일반적으로, 몇몇 실시형태의 경우, k값이 낮을수록, 유체는 N2, 아르곤 또는 이들의 조합과 혼합될 때 농도에서 동일하거나 더 높아야 한다. 예를 들면, 캐리어 가스가 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합(예를 들면, 1:1 내지 4:1)과 혼합되는 경우, N2, 아르곤, 또는 이들의 조합 사이의 비율은, 11:1의 비율의 혼합물까지를 갖는 제논, 헬륨, 네온, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 조합을 사용할 때, 적어도 4:1의 비율의 혼합물을 사용하여 이루어져야 한다. 대조적으로, 헬륨 또는 네온 또는 N2와의 혼합물, 아르곤, 또는 이들의 조합(예를 들면, 1:1 내지 4:1)인 경우. 비율 혼합물은 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합(예를 들면, 1:1 내지 4:1)과 헬륨, 네온 또는 이들의 조합 사이는 적어도 1:4일 수도 있다. N2, 아르곤 및/또는 캐리어 가스의 상기 언급된 조합은 본원에서 설명되는 다른 에어로졸 및 GCJ 방법에 또한 적용될 수도 있다.
블록 806에서, 시스템(110)은 유체 소스(106)로부터 및/또는 극저온 냉각 시스템(108)으로부터 유체 혼합물을 유체 팽창 컴포넌트로 제공할 수도 있다. 시스템(100)은 또한 프로세스 챔버(104)를 35Torr 미만의 압력으로 유지할 수도 있다. 예를 들면, 시스템(100)은, 유체 혼합물이 프로세스 챔버(104)에 도입될 수도 있기 이전에 또는 도입될 수도 있을 때 프로세스 챔버(104) 압력을 제어하기 위해 진공 시스템(134)을 사용할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 프로세스 챔버(104) 압력은 5Torr-10Torr 사이에 있을 수도 있고 몇몇 실시형태에서 압력은 5Torr 미만일 수도 있다.
GCJ 스프레이는, 유체 혼합물이 고압 환경(예를 들면 노즐(110)의 업스트림)과 저압 환경(예를 들면, 프로세스 챔버) 사이에서 전이할 때 형성될 수도 있다. 도 8의 실시형태에서, 유체 팽창 컴포넌트는, 마이크로전자 기판(118)에 충돌하기 이전에, 유체 혼합물을 적어도 두 개의 압력 변화 또는 팽창 하에 둘 수도 있는 TSG 노즐(200)일 수도 있다.
블록 808에서, 유체 혼합물은 유입구 구멍(204)을 통해 저장소 컴포넌트(202) 안으로 팽창하고, 프로세스 챔버(104) 압력보다 더 높고 유체 혼합물의 유입 압력보다 더 낮은 저장소 압력을 저장소 컴포넌트(202) 안까지 달성하거나 유지할 수도 있다. 대체적으로, 저장소 압력은 800psig 미만이고 35Torr 이상이다. 그러나, 저장소 압력(202)은, 도 2a 및 도 2b에 예시된 제한된 공간 내에서의 가스 플로우 변동으로 인해 변동될 수도 있다.
유체 혼합물은 저장소 컴포넌트(202)의 직경보다 더 작을 수도 있는 또는 더 작지 않을 수도 있는 전이 구멍(206)으로 진행할 수도 있다. 전이 구멍(206)이 저장소 컴포넌트(202) 직경보다 더 작은 경우, 유체 혼합물은 전이 구멍(206)으로 흘러 들어갈 때 또는 전이 구멍(206)을 통해 TSG 노즐(200)의 유출구 컴포넌트(208) 안으로 흘러 들어갈 때 더 높은 압력으로 가압될 수도 있다.
블록 810에서, 유체 혼합물은 유체 팽창 컴포넌트의 유출구 컴포넌트에서 유출구 압력으로 유지될 수도 있다. 유출구 압력은 챔버 압력보다 더 크고 저장소 컴포넌트(202) 압력 미만일 수도 있다. 전이 구멍(206)과 유출구 구멍(210) 사이의 전이 동안, 유체 혼합물은 팽창할 수도 있고 위에서 설명된 바와 같이 가스 클러스터를 형성할 수도 있다. 유출구 컴포넌트(210)와 프로세스 챔버(102) 사이의 압력에서의 차이는, 프로세스 챔버(104)의 큰 볼륨과 비교하여 유출구 컴포넌트(210)의 작은 제한된 볼륨에 기인할 수도 있다.
가스 클러스터는 유출구 구멍(210)을 향해 지향될 수도 있고 유체 혼합물은 유체 혼합물이 TSG 노즐(200)을 빠져 나간 이후에 팽창을 계속할 수도 있다. 그러나, 운동량은 가스 클러스터 스프레이의 적어도 과반을 마이크로전자 기판(118)을 향해 지향시킬 수도 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 가스 클러스터의 사이즈는 수 원자와 105 사이에서 변할 수도 있다. 프로세스는, 상기 언급된 프로세스 조건을 변경시키는 것에 의해 가스 클러스터의 수 및 그들의 사이즈를 제어하도록 최적화될 수도 있다. 예를 들면, 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 마이크로전자 기판(118)으로부터 파티클을 제거하기 위해, 유입 유체 혼합물 압력, 유체 혼합물 조성/농도, 프로세스 챔버(102) 압력 또는 이들의 임의의 조합을 변경할 수도 있다.
블록 812에서, GCJ 스프레이의 컴포넌트는 마이크로전자 기판(118)으로부터 대상물 또는 오염물을 동역학적으로(kinetically) 또는 화학적으로 제거하기 위해 사용될 수도 있다. 대상물은 GCJ 스프레이의 동역학적 충격을 통해 제거될 수도 있고 및/또는 유체 혼합물의 화학적 상호작용은 대상물과 관련될 수도 있다. 그러나, 대상물의 제거는 동역학적 및/또는 화학적 제거의 이론에 한정되지 않으며 그들의 제거를 설명하는 데 사용될 수도 있는 임의의 이론은, GCJ 스프레이를 적용한 이후의 대상물의 제거가, 대상물 제거를 설명하는 데 사용될 수도 있는 임의의 적용가능한 이론에 대한 충분한 증거일 수 있다는 점에서, 적용가능하다.
TSG 노즐(200)과 마이크로전자 기판(118)의 상대적 위치는 대상물 제거를 최적화하는 데 또한 사용될 수도 있다. 예를 들면, GCJ 스프레이의 입사각은, 마이크로전자 기판(118)의 표면과 유출구 구멍(210)의 평면 사이에서 TSG 노즐(200)을 0°와 90° 사이에서 이동시키는 것에 의해 조정될 수도 있다. 하나의 특정한 실시형태에서, 입사각은 마이크로전자 기판(118) 상의 패턴 또는 조성에 기초하여 대상물을 제거하기 위해 30°와 60° 사이에 있을 수도 있다. 대안적으로, 입사각은 60°와 90° 사이에 있을 수도 있거나, 더 구체적으로는 약 90°일 수도 있다. 다른 실시형태에서, 유사한 또는 다양한 입사각에서 마이크로전자 기판(118)을 처리하기 위해 하나보다 많은 노즐(110)이 사용될 수도 있다.
상기 언급된 제거 실시형태에서, 마이크로전자 기판(118)은, 또한, 제거 프로세스 동안 병진 및/또는 회전될 수도 있다. 제거 속도는, 마이크로전자 기판(118)의 특정 부분에 걸친 GCJ 스프레이의 소망의 체류 시간으로 최적화될 수도 있다. 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 소망의 파티클 제거 효율성을 달성하기 위해 체류 시간 및 GCJ 스프레이 충돌 위치를 최적화할 수도 있다. 예를 들면, 소망의 파티클 제거 효율성은 사전 파티클 측정과 사후 파티클 측정 사이에서 80% 제거보다 더 클 수도 있다.
마찬가지로, 유출구 구멍(210)과 마이크로전자 기판(118)의 표면 사이의 갭 간격은 파티클 제거 효율성을 증가시키도록 최적화될 수도 있다. 갭 간격은 도 5의 설명에서 상세히 설명되지만, 그러나 일반적으로 갭 간격은 50mm 미만일 수도 있다.
GCJ 프로세스는 도 3 및 도 4의 설명에서 설명된 것들과 유사한 단일 단의 노즐(300, 400)을 사용하여 구현될 수도 있다. 단일 단의 노즐(300, 400)은, 팽창 영역의 직경(306)이 유입구 구멍(302)과 유출구 구멍(304) 사이에서 동일하거나 증가한다는 점에서 연속적일 수도 있는 단일의 팽창 챔버를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 단일 단의 노즐(300, 400)은 TSG 노즐(200)과 같이 전이 구멍(206)을 구비하지 않을 수도 있다. 그러나, 단일 단의 GCJ 방법은 TSG 노즐(200)에 의해 또한 사용될 수도 있으며 단일 단의 노즐 시스템(100)으로 한정되지 않는다. 마찬가지로, 도 9 내지 도 12의 설명에서 설명되는 방법은 단일 단의 노즐(300, 400)에 의해 또한 사용될 수도 있다.
도 9는 GCJ 스프레이를 이용하여 마이크로전자 기판(118)을 처리하는 다른 방법에 대한 플로우 차트(900)를 예시한다. 마이크로전자 기판(118)에 대한 노즐(110)의 위치결정은 파티클 제거 효율성에 큰 영향을 끼칠 수도 있다. 특히, 유출구 구멍(304)과 마이크로전자 기판(118)의 표면 사이의 갭 간격은 파티클 제거 효율성에 큰 영향을 끼칠 수도 있다. 갭 간격은 GCJ 스프레이의 유체 플로우 및 분포에 영향을 끼칠 수도 있으며, 노즐(110)에 의한 세정 표면 영역의 사이즈에 영향을 끼칠 수도 있다. 이런 식으로, GCJ 프로세스에 대한 싸이클 횟수는, 노즐(110)에 대한 더 적은 패스 또는 더 짧은 체류 시간에 기인하여 감소될 수도 있다.
도 9를 참조하면, 블록 902에서, 마이크로전자 기판(118)은, 가스 팽창 컴포넌트(gas expansion component; GEC)(예를 들면, 노즐(300, 400))를 포함할 수도 있는 프로세스 챔버(104)에 수용될 수도 있다. GEC는 본원에서 설명되는 노즐(110) 중 임의의 것일 수도 있지만, 그러나 구체적으로는 TSG 노즐(200), SSG 노즐(300) 또는 동일 면 노즐(400)과 동일하거나 유사하게 구성될 수도 있다. 일반적으로, 노즐은 유체 혼합물을 수용할 유입구 구멍(402) 및 유체 혼합물을 프로세스 챔버(104) 안으로 흐르게 하는 유출구 구멍(404)을 포함할 수도 있다.
블록 904에서, 시스템(100)은, 유출구 구멍(404)이 마이크로전자 기판(118) 위에 또는 마이크로전자 기판(118)에 인접하게 배치되도록, GEC의 반대 쪽에 마이크로전자 기판(118)을 위치시킬 수도 있다. GEC는 또한, 마이크로전자 기판(118)의 표면에 대해 어떤 각도로 위치될 수도 있다. 그 표면은 마이크로전자 디바이스가 제조되는 부분이다. 그 각도는 0°와 90° 사이의 범위에 있을 수도 있다. GEC 위치결정은 또한, 도 5에서 설명된 바와 같은 갭 간격(502)에 기초하여 최적화될 수도 있다. 갭 간격(502)은 마이크로전자 기판(118)을 향한 및/또는 마이크로전자 기판(118)에 걸친 플로우 분포에 영향을 끼칠 수도 있다. 갭 간격(502)이 증가함에 따라, 세정 표면 영역은 감소할 수도 있고 파티클 제거 효율성을 유지하거나 향상시키기 위해서는 추가적인 노즐 패스를 필요로 할 수도 있다. 팽창된 유체 혼합물의 속도는 또한, 갭 간격(502)에 의존하여 변할 수도 있다. 예를 들면, 마이크로전자 기판(118)을 가로지르는 횡방향으로의 유체 플로우는 갭 간격(502)이 감소되면 증가할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 더 높은 속도는 더 큰 파티클 제거 효율성을 제공할 수도 있다.
일반적으로, GEC는 아마도 마이크로전자 기판(118)의 표면의 50mm 이내에 있을 수도 있다. 그러나, 대부분의 실시형태에서, 갭 간격(502)은 본원에서 설명되는 에어로졸 프로세스 또는 GCJ 프로세스에 대해 10mm 미만일 수도 있다. 하나의 특정한 실시형태에서, 갭 간격(502)은, GEC를 통해 프로세스 챔버(104) 안으로 유체 혼합물을 분배하기 이전에 약 5mm일 수도 있다.
블록 906에서, 시스템(100)은, 273K 미만일 수도 있는 온도에서 그리고 유체 혼합물의 제공된 온도에서 유체 혼합물에서의 액체 형성을 방지하는 압력에서 GEC로 유체 혼합물을 공급할 수도 있다. 이런 식으로, 유체 혼합물 내에서의 액체 농도는 존재하지 않거나 또는 유체 혼합물의 적어도 1중량% 미만일 수도 있다. 화학적 프로세싱의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 유체 혼합물의 액체 농도를 측정하기 위해 임의의 공지의 기술을 사용할 수 있을 수도 있을 것이다. 또한, 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상태도(606, 608) 또는 단일의 종 또는 종의 혼합물에 대해 입수가능할 수도 있는 임의의 다른 공지의 상태도 문헌을 사용하여 온도 및 압력의 적절한 조합을 선택할 수 있을 수도 있을 것이다.
일 실시형태에서, 질소, 아르곤, 제논, 헬륨, 이산화탄소, 크립톤 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있는 유체 혼합물의 온도는 70K 이상 그리고 273K 미만일 수도 있다. 마찬가지로, 압력은, 상태도(606, 608)를 사용하여 또는 액체 농도의 양을 유체 혼합물의 1중량% 미만까지 최소화하는 임의의 다른 공지의 측정 기술에 의해 선택될 수도 있다. 대부분의 실시형태에서, 압력은 10Torr 이하일 수도 있지만, 그러나, 다른 실시형태에서는, 파티클 제거 효율성을 극대화하기 위해 압력은 10Torr보다 더 높을 수도 있다.
블록 908에서, 시스템은 유체 혼합물을 GEC를 통해 프로세스 챔버(104) 안으로 제공할 수도 있고, 그 결과 유체 혼합물의 적어도 일부는 마이크로전자 기판(118)과 접촉할 것이다. 위에서 언급된 바와 같이, 유체 혼합물은 상대적으로 높은 압력에서 프로세스 챔버(104)에서 낮은 압력으로 팽창할 수도 있다. 일 실시형태에서, 프로세스 챔버(104)는 35Torr 이하의 챔버 압력으로 유지될 수도 있다.
일 실시형태에서, 유체 혼합물은 1:1과 11:1 사이의 비율로, 특히 4:1 미만의 비율로 N2와 아르곤의 조합을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 유체 혼합물은, GCJ 프로세스의 질량 및/또는 속도를 변경할 수도 있는 다른 캐리어 가스를 포함할 수도 있다. 캐리어 가스는, 제논, 헬륨, 네온, 크립톤 이산화탄소 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있지만, 이들로 한정되지는 않는다. 일 실시형태에서, 유체 혼합물은, 다음의 캐리어 가스: 제논, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상과 혼합될 수도 있는 N2 대 아르곤의 1:1 내지 4:1의 혼합물을 포함할 수도 있다.
예를 들면, 캐리어 가스가 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합(예를 들면, 1:1 내지 4:1)과 혼합되는 경우, N2와 아르곤, 또는 이들의 조합 사이의 비율은, 11:1의 비율의 혼합물까지를 갖는 제논, 헬륨, 네온, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 조합을 사용할 때, 적어도 4:1의 비율의 혼합물을 사용하여 이루어져야 한다. 대조적으로, 헬륨 또는 네온 또는 N2와의 혼합물, 아르곤, 또는 이들의 조합(예를 들면, 1:1 내지 4:1)인 경우. 비율 혼합물은 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합(예를 들면, 1:1 내지 4:1)과 헬륨, 네온 또는 이들의 조합 사이는 적어도 1:4일 수도 있다. N2, 아르곤 및/또는 캐리어 가스의 상기 언급된 조합은 본원에서 설명되는 다른 에어로졸 및 GCJ 방법에 또한 적용될 수도 있다.
다른 실시형태에서, 유체 혼합물은 헬륨 또는 네온 및 다음의 가스 중 적어도 하나와 결합된 N2를 포함할 수도 있다: 아르곤, 크립톤, 제논, 이산화탄소. 하나의 특정한 실시형태에서, 상기 언급된 혼합물 비율은 1:2:1.8일 수도 있다.
블록 910에서, 팽창된 유체 혼합물(예를 들면, GCJ 스프레이)은 마이크로전자 기판(118)을 향해 투사될 수도 있고 표면 상의 대상물과 접촉할 수도 있고(예를 들면, 동역학적 및/또는 화학적 상호작용), 그 결과 대상물은 마이크로전자 기판(118)으로부터 제거될 수도 있다. GCJ 스프레이의 동역학적 및/또는 화학적 상호작용은 대상물과 마이크로전자 기판(118) 사이의 접착력을 극복할 수도 있다. 대상물은 진공 시스템(134)을 통해 프로세스 챔버(104)로부터 제거될 수도 있거나 또는 프로세스 챔버(104) 내의 다른 곳에 퇴적될 수도 있다.
도 10은 극저온 유체를 이용하여 마이크로전자 기판(118)을 처리하는 다른 방법에 대한 다른 플로우 차트(1000)를 예시한다. 이 실시형태에서, 유체 혼합물은, 상대적으로 낮은 액체 농도를 가질 수도 있는 GCJ 스프레이를 생성할 수도 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 유체 혼합물의 온도 및 압력은, (중량에서) 얼마나 많은 액체가 유체 혼합물에 있을 수도 있는지에 영향을 끼칠 수도 있다. 이 경우, 유체 혼합물의 액체 농도는 온도를 변화시키는 것에 의해 최적화될 수도 있다.
도 10을 참조하면, 블록 1002에서, 마이크로전자 기판(118)은, 가스 팽창 컴포넌트(GEC)(예를 들면, 노즐(300, 400))를 포함할 수도 있는 프로세스 챔버(104)에 수용될 수도 있다. GEC는 본원에서 설명되는 노즐(110) 중 임의의 것일 수도 있지만, 그러나 구체적으로는 TSG 노즐(200), SSG 노즐(300) 또는 동일 면 노즐(400)과 동일하거나 유사하게 구성될 수도 있다. 일반적으로, 노즐은 유체 혼합물을 수용할 유입구 구멍(402) 및 유체 혼합물을 프로세스 챔버(104) 안으로 흐르게 하는 유출구 구멍(404)을 포함할 수도 있다.
블록 1004에서, 시스템(100)은, 유출구 구멍(404)이 마이크로전자 기판(118) 위에 또는 마이크로전자 기판(118)에 인접하게 배치되도록, GEC의 반대 쪽에 마이크로전자 기판(118)을 위치시킬 수도 있다. GEC는 또한, 마이크로전자 기판(118)의 표면에 대해 어떤 각도로 위치될 수도 있다. 그 표면은 마이크로전자 디바이스가 제조되는 부분이다. 그 각도는 0°와 90° 사이의 범위에 있을 수도 있다. GEC 위치결정은 또한, 도 5에서 설명된 바와 같은 갭 간격(502)에 기초하여 최적화될 수도 있다. 일반적으로, GEC는 아마도 마이크로전자 기판(118)의 표면의 50mm 이내에 있을 수도 있다. 그러나, 대부분의 실시형태에서, 갭 간격(502)은 본원에서 설명되는 에어로졸 프로세스 또는 GCJ 프로세스에 대해 20mm 미만일 수도 있다. 하나의 특정한 실시형태에서, 갭 간격(502)은, GEC를 통해 프로세스 챔버(104) 안으로 유체 혼합물을 분배하기 이전에 약 5mm일 수도 있다.
블록 1006에서, 시스템(110)은 대기압보다 더 높은 압력에서 그리고 273K 미만의 그리고 주어진 압력에서 유체 혼합물의 응축 온도보다 더 높은 온도에서 유체 혼합물을 FEC로 공급할 수도 있다. 응축 온도는 상이한 가스 사이에서 변할 수도 있고 상이한 조성 및 농도를 갖는 상이한 가스 혼합물 사이에서 변할 수도 있다. 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 공지의 기술을 사용한 유체 혼합물의 관측 및/또는 측정에 적어도 부분적으로 기초한 경험적 기술 또는 공지의 문헌(예를 들면, 상태도)을 사용하여 유체 혼합물에 대한 가스 응축 온도를 결정할 수 있을 수도 있을 것이다.
하나의 경우에서, 응축 온도는, 주어진 압력에서, 유체가 액상으로 전이하거나 또는 액상으로 존재할 수도 있는 온도일 수도 있다. 예를 들면, 유체가 응축 온도 위에서 유지되는 경우, 그것은 유체 혼합물이 어떠한 액상도 존재하지 않는 또는 극소량의 액체(예를 들면, 1중량% 미만)를 갖는 가스 상태로 존재할 수도 있다는 것을 나타낸다. 대부분의 경우에서, 유체 혼합물 온도는, 상이한 응축 온도를 갖는 가스를 포함하는 유체 혼합물 조성에 따라, 50K와 200K 사이에서, 그러나 더 구체적으로는 70K와 150K 사이에서 존재할 수도 있다.
예를 들면, N2 유체 혼합물 실시형태에서, 중량에서의 액체의 양은 N2 상태도(604)를 사용하는 것에 의해 추정될 수도 있다. 약 100psi의 유입 압력의 경우, 유체 혼합물의 온도는 액체의 양을 최소화하기 위해서는 100K보다 더 클 수도 있다. 유체 혼합물은, 본 실시형태에서, 유입 온도가 100psi의 압력에서 약 120K인 경우, 어떠한 액체도 갖지 않거나, 또는 적어도 1중량% 미만을 가질 수도 있다.
블록 1008에서, 시스템(100)은 유체 혼합물을 GEC를 통해 프로세스 챔버(104) 안으로 제공할 수도 있고, 그 결과 유체 혼합물의 적어도 일부는 마이크로전자 기판(118)과 접촉할 것이다. 이 실시형태에서, 프로세스 챔버(104) 압력은 적어도 대기압 이하, 그러나 더 구체적으로는 10Torr 미만일 수도 있다.
일 실시형태에서, 유체 혼합물은 1:1과 11:1 사이의 비율로, 특히 4:1 미만의 비율로 N2와 아르곤의 조합을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 유체 혼합물은, GCJ 프로세스의 질량 및/또는 속도를 변경할 수도 있는 다른 캐리어 가스를 포함할 수도 있다. 캐리어 가스는, 제논, 헬륨, 네온, 크립톤 이산화탄소 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있지만, 이들로 한정되지는 않는다. 일 실시형태에서, 유체 혼합물은, 다음의 캐리어 가스: 제논, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상과 혼합될 수도 있는 N2 대 아르곤의 1:1 내지 4:1의 혼합물을 포함할 수도 있다.
예를 들면, 캐리어 가스가 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합(예를 들면, 1:1 내지 4:1)과 혼합되는 경우, N2와 아르곤, 또는 이들의 조합 사이의 비율은, 11:1의 비율의 혼합물까지를 갖는 제논, 헬륨, 네온, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 조합을 사용할 때, 적어도 4:1의 비율의 혼합물을 사용하여 이루어져야 한다. 대조적으로, 헬륨 또는 네온 또는 N2와의 혼합물, 아르곤, 또는 이들의 조합(예를 들면, 1:1 내지 4:1)인 경우. 비율 혼합물은 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합(예를 들면, 1:1 내지 4:1)과 헬륨, 네온 또는 이들의 조합 사이는 적어도 1:4일 수도 있다. N2, 아르곤 및/또는 캐리어 가스의 상기 언급된 조합은 본원에서 설명되는 다른 에어로졸 및 GCJ 방법에 또한 적용될 수도 있다.
블록 1010에서, 팽창된 유체 혼합물(예를 들면, GCJ 스프레이)은 마이크로전자 기판(118)을 향해 투사될 수도 있고 표면 상의 대상물과 접촉할 수도 있고(예를 들면, 동역학적 및/또는 화학적 상호작용), 그 결과 대상물은 마이크로전자 기판(118)으로부터 제거될 수도 있다. GCJ 스프레이의 동역학적 및/또는 화학적 상호작용은 대상물과 마이크로전자 기판(118) 사이의 접착력을 극복할 수도 있다. 대상물은 진공 시스템(134)을 통해 프로세스 챔버(104)로부터 제거될 수도 있거나 또는 프로세스 챔버(104) 내의 다른 곳에 퇴적될 수도 있다.
도 11은 극저온 유체를 이용하여 마이크로전자 기판(118)을 처리하는 다른 방법에 대한 다른 플로우 차트(1100)를 예시한다. 이 실시형태에서, 유체 혼합물은, 상대적으로 낮은 액체 농도를 가질 수도 있는 GCJ 스프레이를 생성할 수도 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 유체 혼합물의 온도 및 압력은, (중량에서) 얼마나 많은 액체가 유체 혼합물에 있을 수도 있는지에 영향을 끼칠 수도 있다. 이 경우, 유체 혼합물의 액체 농도는 압력을 변화시키는 것에 의해 최적화될 수도 있다. 또한, 갭 간격(502)은, 하기에 설명될 상수 값 및 레시피 압력을 사용한 계산을 사용하도록 컨트롤러(112)를 사용하여 결정될 수도 있다.
도 11을 참조하면, 블록 1102에서, 마이크로전자 기판(118)은, 가스 팽창 컴포넌트(GEC)(예를 들면, 노즐(300))를 포함할 수도 있는 프로세스 챔버(104)에 수용될 수도 있다. GEC는 본원에서 설명되는 노즐(110) 중 임의의 것일 수도 있지만, 그러나 구체적으로는 TSG 노즐(200), SSG 노즐(300) 또는 동일 면 노즐(400)과 동일하거나 유사하게 구성될 수도 있다. 일반적으로, 노즐은 유체 혼합물을 수용할 유입구 구멍(402) 및 유체 혼합물을 프로세스 챔버(104) 안으로 흐르게 하는 유출구 구멍(404)을 포함할 수도 있다.
블록 1104에서, 시스템(100)은, 273K 미만의 유입 온도 및 그 유입 온도에서 액체가 가스 혼합물을 형성하는 것을 방지하는 유입 압력에서 가스 혼합물을 GEC로 공급할 수도 있다. 예를 들면, N2 실시형태에서, N2 상태도(604)는, 약 100K의 유체 혼합물이 N2를 가스상으로 유지하기 위해 아마도 100psi 미만의 압력을 가질 것이라는 것을 나타낸다. 압력이 약 150psi 이상이면, N2 프로세스 가스에 액상이 존재할 수도 있을 확률이 더 높아질 것이다.
블록 1106에서, 시스템(100)은 유체 혼합물을 GEC를 통해 프로세스 챔버(104) 안으로 제공할 수도 있고, 그 결과 유체 혼합물의 적어도 일부는 마이크로전자 기판(118)과 접촉할 것이다. 이 실시형태에서, 프로세스 챔버(104) 압력은 적어도 대기압 이하, 그러나 더 구체적으로는 10Torr 미만일 수도 있다.
일 실시형태에서, 유체 혼합물은 1:1과 11:1 사이의 비율로, 특히 4:1 미만의 비율로 N2와 아르곤의 조합을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 유체 혼합물은, GCJ 프로세스의 질량 및/또는 속도를 변경할 수도 있는 다른 캐리어 가스를 포함할 수도 있다. 캐리어 가스는, 제논, 헬륨, 네온, 크립톤 이산화탄소 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있지만, 이들로 한정되지는 않는다. 일 실시형태에서, 유체 혼합물은, 다음의 캐리어 가스: 제논, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상과 혼합될 수도 있는 N2 대 아르곤의 1:1 내지 4:1의 혼합물을 포함할 수도 있다.
예를 들면, 캐리어 가스가 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합(예를 들면, 1:1 내지 4:1)과 혼합되는 경우, N2와 아르곤, 또는 이들의 조합 사이의 비율은, 11:1의 비율의 혼합물까지를 갖는 제논, 헬륨, 네온, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 조합을 사용할 때, 적어도 4:1의 비율의 혼합물을 사용하여 이루어져야 한다. 대조적으로, 헬륨 또는 네온 또는 N2와의 혼합물, 아르곤, 또는 이들의 조합(예를 들면, 1:1 내지 4:1)인 경우. 비율 혼합물은 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합(예를 들면, 1:1 내지 4:1)과 헬륨, 네온 또는 이들의 조합 사이는 적어도 1:4일 수도 있다. N2, 아르곤 및/또는 캐리어 가스의 상기 언급된 조합은 본원에서 설명되는 다른 에어로졸 및 GCJ 방법에 또한 적용될 수도 있다.
블록 1108에서, 시스템(110)은 유출구(예를 들면, 유출구 구멍(404))과 마이크로전자 기판(118) 사이의 갭 간격(502)에 마이크로전자 기판(118)을 위치시킬 수도 있다. 갭 간격(502)은, 도 5의 설명에서 식 (1)에서 나타내어진 바와 같이 약 40과 60 사이의 값을 갖는 상수 파라미터와 챔버 압력의 비율에 적어도 부분적으로 기초한다. 일 실시형태에서, 상수 파라미터의 단위는 길이/압력(예를 들면, mm/Torr)의 단위를 가질 수도 있다.
블록 1110에서, 팽창된 유체 혼합물은 마이크로전자 기판(118)을 향해 투사될 수도 있고 표면 상의 대상물과 접촉할 수도 있고(예를 들면, 동역학적 및/또는 화학적 상호작용), 그 결과 대상물은 마이크로전자 기판(118)으로부터 제거될 수도 있다. GCJ 스프레이의 동역학적 및/또는 화학적 상호작용은 대상물과 마이크로전자 기판(118) 사이의 접착력을 극복할 수도 있다. 대상물은 진공 시스템(134)을 통해 프로세스 챔버(104)로부터 제거될 수도 있거나 또는 프로세스 챔버(104) 내의 다른 곳에 퇴적될 수도 있다.
도 12은 극저온 유체를 이용하여 마이크로전자 기판(118)을 처리하는 다른 방법에 대한 다른 플로우 차트(1200)를 예시한다. 이 실시형태에서, 유체 혼합물은, 상대적으로 낮은 액체 농도를 가질 수도 있는 GCJ 스프레이를 생성할 수도 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 유체 혼합물의 온도 및 압력은, (중량에서) 얼마나 많은 액체가 유체 혼합물에 있을 수도 있는지에 영향을 끼칠 수도 있다. 이 경우, 시스템(100)은 운동량 또는 조성(예를 들면, 가스 클러스터 등등)을 최적화하도록 유체 혼합물 압력과 챔버 압력(104) 사이의 비율을 유지할 수도 있다. 추가적으로, 시스템(100)은 또한, 유입 압력과 프로세스 챔버(104) 압력 사이의 압력 비율 관계의 제한 내에서 유입 유체 혼합물의 액체 농도를 제어하도록, 유입 유체 혼합물을 최적화할 수도 있다.
도 12를 참조하면, 블록 1202에서, 마이크로전자 기판(118)은, 가스 팽창 컴포넌트(GEC)(예를 들면, 노즐(300, 400))를 포함할 수도 있는 프로세스 챔버(104)에 수용될 수도 있다. GEC는 본원에서 설명되는 노즐(110) 중 임의의 것일 수도 있지만, 그러나 구체적으로는 TSG 노즐(200), SSG 노즐(300) 또는 동일 면 노즐(400)과 동일하거나 유사하게 구성될 수도 있다. 일반적으로, 노즐은 유체 혼합물을 수용할 유입구 구멍(402) 및 유체 혼합물을 프로세스 챔버(104) 안으로 흐르게 하는 유출구 구멍(404)을 포함할 수도 있다.
블록 1204에서, 시스템(100)은 진공 프로세스 챔버(104)로 유체 혼합물을 공급할 수도 있고 시스템(100)은 유체 혼합물을 가스상으로 유지하는 온도 및/또는 압력에서 유체 혼합물을 유지할 수도 있다. 유체 혼합물은 다음의 가스 중 적어도 하나를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다: 질소, 아르곤, 제논, 크립톤, 이산화탄소 또는 헬륨.
다른 실시형태에서, 유체 혼합물은 적어도 헬륨 또는 네온과 결합된 또는 다음의 가스 중 적어도 하나와 결합된 그리고 다음의 가스 중 적어도 하나와 결합된 N2를 포함할 수도 있다: 아르곤, 크립톤, 제논, 이산화탄소. 하나의 특정한 실시형태에서, 상기 언급된 유체 혼합물 조합의 비율은 약 1:2:2일 수도 있다. 또 다른 특정한 실시형태에서, 상기 언급된 유체 혼합물의 비율은 약 1:2:1.8일 수도 있다.
블록 1206에서, 시스템(100)은 압력 비율을 이용하여 프로세스 챔버(104) 압력 및 유체 혼합물 압력을 유지할 수도 있다. 이런 식으로, 시스템은, 유입 압력과 프로세스 압력 사이(예를 들면, 비율=(유입 압력/프로세스 압력))에 밸런스 또는 관계가 존재할 수도 있다는 것을 보장할 수도 있다. 압력 비율은, 초과될 수도 있는 또는 초과되지 않을 수도 있는 임계 값일 수도 있거나 또는 압력 비율은 유입 압력 또는 챔버 압력에 대한 변화에도 불구하고 유지될 수도 있는 범위를 포함할 수도 있다. 압력 비율 값은 200과 500,000 사이의 범위에 있을 수도 있다. 그러나, 압력 비율은, 초과되거나 또는 초과되지 않을 수도 있는 임계치로서 작용할 수도 있거나 또는 컨트롤러(112)에 저장된 레시피 조건이 주어지면 유지될 수도 있는 범위를 나타낼 수도 있다. 이런 식으로, 노즐에 걸친 압력 차이는, GCJ/에어로졸 스프레이 운동량 또는 조성(예를 들면, 가스 클러스터 사이즈, 가스 클러스터 밀도, 고체 입자 사이즈 등등)을 유지하도록 제어될 수도 있다.
압력 비율의 실시형태에서, 유입 및 챔버 압력을 제어하기 위해 컨트롤러(112)가 압력을 동일한 또는 유사한 단위로 변환할 수도 있도록, 값들은 유사한 단위를 고려한다.
상위 임계치의 실시형태는, 유입 압력/챔버 압력이 상위 임계치 비율보다 더 작을 수도 있도록, 초과되지 않을 수도 있는 압력 비율을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 상위 임계 값은 다음의 값 중 하나일 수도 있다: 300000, 5000, 3000, 2000, 1000 또는 500.
다른 실시형태에서, 컨트롤러(112)는 유입 및 프로세스 압력을, 압력 비율 값의 범위 내에 있도록 유지할 수도 있다. 예시적인 범위는: 100000 내지 300000, 200000 내지 300000, 50000 내지 100000, 5000 내지 25000, 200 내지 3000, 800 내지 2000, 500 내지 1000 또는 700 내지 800을 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
블록 1208에서, 시스템(110)은 유출구(예를 들면, 유출구 구멍(404))와 마이크로전자 기판(118) 사이의 갭 간격(502)에 마이크로전자 기판(118)을 위치시킬 수도 있다. 갭 간격(502)은, 도 5의 설명에서 식 (1)에서 나타내어진 바와 같이 약 40과 60 사이의 값을 갖는 상수 파라미터와 챔버 압력의 비율에 적어도 부분적으로 기초한다. 일 실시형태에서, 상수 파라미터의 단위는 길이/압력(예를 들면, mm/Torr)의 단위를 가질 수도 있다.
블록 1210에서, 팽창된 유체 혼합물은 마이크로전자 기판(118)을 향해 투사될 수도 있고 표면 상의 대상물과 접촉할 수도 있고(예를 들면, 동역학적 및/또는 화학적 상호작용), 그 결과 대상물은 마이크로전자 기판(118)으로부터 제거될 수도 있다. GCJ 스프레이의 동역학적 및/또는 화학적 상호작용은 대상물과 마이크로전자 기판(118) 사이의 접착력을 극복할 수도 있다. 대상물은 진공 시스템(134)을 통해 프로세스 챔버(104)로부터 제거될 수도 있거나 또는 프로세스 챔버(104) 내의 다른 곳에 퇴적될 수도 있다.
도 13은, 액체 비함유 유체 혼합물(예를 들면, GCJ)과 액체 함유 유체 혼합물(예를 들면, 에어로졸) 사이의 파티클 제거 효율성 향상의 막대 차트(1300)를 포함한다. 본원에서 개시된 예상치 못한 결과 중 하나는 100nm 이하 파티클에 대한 향상된 파티클 효율성 및 100nm 초과의 파티클에 대한 파티클 제거 효율성을 유지하거나 또는 향상시키는 것에 관련이 있다. 이전의 기술은, 10%보다 큰 액체 농도를 갖는 극저온 유체 혼합물을 이용하여 마이크로전자 기판을 처리하는 것을 포함한다. 예상치 못한 결과를 나타낸 신규의 기술은, (중량에서) 액체 농도를 갖지 않는 또는 1% 미만의 액체 농도를 갖는 극저온 유체 혼합물을 이용하여 마이크로전자 기판(118)을 처리하는 것을 포함할 수도 있다.
도 13의 실시형태에서, 마이크로전자 기판(118)은 상업적으로 입수가능한 퇴적 시스템(deposition system)을 사용하여 실리콘 질화물 파티클로 퇴적되었다. 실리콘 질화물 파티클은 테스트 둘 모두에 대해 유사한 밀도 및 사이즈를 가졌다. 베이스라인의 극저온 프로세스(예를 들면, 액체 농도 > 1중량%)가 적어도 하나의 마이크로전자 기판(118)에 적용되었고 GCJ는 실리콘 질화물 파티클로 또한 덮인 마이크로전자 기판(118)의 상이한 그룹에 적용되었다. 이 경우에서, GCJ 프로세스는, 약 9Torr로 유지된 진공 챔버로부터 고압의 유체 소스를 분리한 노즐(110) 이전에 83 psig의 유입구 압력과 함께 2:1의 질소 대 아르곤 유량을 포함한다. 노즐(110) 유입구 직경은 ~0.06"였다. 가스 간격(502)은 2.5-4mm였다. 웨이퍼는, 파티클로 오염된 영역이 GCJ 스프레이에 2회 노출되도록, 노즐 아래에서 2회 통과되었다. 미국 캘리포니아 밀피타스의 KLA-Tencor™로부터의 KLA SURF SCAN SP2-XP를 사용하여 프로세싱 전후에 파티클을 측정하였다.
이전 기술 하에서는, 도 13에 도시된 바와 같이, 100nm 이하의 파티클 제거 효율성(particle removal efficiency; PRE)이 90nm보다 더 큰 파티클에 대해 80%보다 더 큰 값에서 42nm 미만의 파티클에 대해 30% 미만으로 감소되었다. 구체적으로는, PRE는 ~87%(@>90nm 파티클)로부터 65nm 내지 90nm 사이의 파티클에 대해 ~78%까지 저하되었다. 55nm-65nm 파티클과 40nm-55nm 사이에서의 PRE에서의 저하는 특히 뚜렷했다. PRE는, 각각, ~61% 및 ~55%로 저하했다. 최종적으로, PRE에서의 가장 큰 감소는 40nm 미만의 파티클에 대해 ~24% PRE를 보였다.
이 데이터를 고려하면, 10nm 이하 파티클 효율성에 대한 향상은 파티클 사이즈의 감소와 함께 비슷하게 감소하는 것을 나타내는 것으로 예상되었다. 그러나, 본원에서 개시되 GCJ 기술은, 100nm 이하의 PRE를 향상시켰을 뿐만 아니라, 예상된 것보다 더 높은 정도로 PRE를 유지했다. 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, GCJ PRE는 어떠한 파티클 빈(bin) 사이즈에 대해서도 ~80% 아래로 떨어지지 않았다.
도 13에 도시된 바와 같이, 90nm보다 더 큰 파티클에 대한 GCJ PRE는 95% 넘게 향상되었으며, 이것은 이전의 기술을 사용한 결과에 비해 5%보다 더 많은 향상이다. 또한, GCJ 프로세스는, 이전의 기술과 비교했을 때, 파티클 사이즈가 감소함에 따라 100nm 이하 파티클을 제거하는 더 우수한 능력을 나타내었다. 예를 들면, 65nm-90nm, 55nm-65nm 및 40nm-55nm 빈은 적어도 90%의 PRE를 가졌다. 각각의 빈 사이즈에 대해 향상은 ~15% 내지 ~35% 사이의 범위에 걸쳤다. 그러나, 최고 향상은, 25%로부터 ~82%까지의 PRE 향상을 갖는 40nm 이하의 빈에 대한 것이었다.
GCJ PRE에 대한 예상치 못한 결과는 이중이었다. 먼저, 90nm보다 더 큰 파티클에 대한 PRE에서의 증가는 90nm 이하의 파티클에 대한 증가된 PRE와 결합되었다. 두 번째로, GCJ 프로세스에 대한 빈 사이즈 사이의 차이는, 유사한 범위의 프로세스 조건을 사용한 에어로졸 프로세스에 대한 PRE 결과보다 훨씬 더 엄격한 분포를 가졌다.
도 14는 노즐(110)과 마이크로전자 기판(118) 사이의 더 작은 갭 간격(502)에 적어도 부분적으로 기초한 더 넓은 세정 영역을 예시하는 마이크로전자 기판의 파티클 맵(1400)을 포함한다. 일반적으로, 가스가 고압 환경에서 저압 환경으로 팽창함에 따라, 가스는 더 큰 표면 영역, 또는 커버리지 영역을 덮을 가능성이 있고, 가스가 초기 팽창 지점으로부터 더 멀리 떨어질 수도 있다. 이런 식으로, 가스 노즐이 마이크로전자 기판(118)으로부터 더 멀리 떨어져 위치되었을 때 유효한 세정 영역을 더 커질 것으로 생각되었다. 그러나, 이것은 그렇지 않은데, 실제로는, 더 작은 갭 간격(502)을 가질 때 마이크로전자 기판(118) 상에서 더 넓은 세정 영역을 획득하게 되는 완전히 반직관적인 결과를 달성하였다.
세정 후 파티클 맵에서 도시된 바와 같이, 5mm 갭 간격은 10mm 갭 간격보다 더 넓은 세정 영역을 가졌다. 5mm 갭 파티클 맵(1406)은, 마이크로전자 기판(118)의 우측 절반에 대해, PRE가 ~70%였다는 것을 나타낸다. 대조적으로, 10mm 갭 파티클 맵(1408)은 200mm의 마이크로전자 기판(118)의 우측 절반에 대해 ~50% PRE를 가졌다. 이 경우, 5mm 갭 파티클 맵은, 6mm 이하의 유출구 구멍을 갖는 노즐(110)로부터 약 80mm 폭의 세정된 영역(1410)을 나타낸다. 이러한 작은 유출구 구멍을 갖는 노즐(110)이 자신의 사이즈의 12배가 넘는 유효 세정 간격을 가질 수 있을 것이라는 것은 예상되지 않았다.
도 15는 이전의 기술(예를 들면, 에어로졸)과 본원에서 개시되는 기술(예를 들면, GCJ) 사이의 상이한 피쳐의 손상 차이를 나타내는 마이크로전자 기판 피쳐의 사진(1500)을 포함한다. 손상에서의 차이는 육안으로도 관측가능하고 주사전자 현미경(scanning electron microscope; SEM)에 의한 근접 관측에 의해 확인되었다. 이 실시형태에서, 폴리실리콘 피쳐는 공지의 패턴화 기술을 사용하여 마이크로전자 기판 상에 형성되었다. 피쳐는 약 20nm의 폭과 약 125nm의 높이를 가졌다. 별개의 피쳐 샘플(예를 들면, 라인 구조체)이, 본원에서 개시된 에어로졸 프로세스 및 GCJ 프로세스와 유사한 프로세스에 노출되었다.
이전의 기술 하에서는, 라인 구조체에 대한 손상은, 에어로졸 세정 프로세스에 노출된 마이크로전자 기판(118)의 사진(1502, 1504)에서 탈색에 의해 입증되었다. 가시적인 라인 손상은 에어로졸 SEM 사진(1506)에 의해 확증되었다. 대조적으로, GCJ 사진(1508, 1510)에서는 탈색이 존재하지 않으며 GCJ SEM 사진(1512)에서는 손상이 보이지 않는다. 따라서, GCJ 사진(1508, 1510)에서의 탈색의 부재 및 GCJ SEM 사진(1512)에서의 손상의 부재는, 본원에서 설명되는 GCJ 기술이 에어로졸 프로세스보다 마이크로전자 기판(118)에 대한 손상이 적다는 것을 암시한다.
상기에서 본 발명의 단지 소정의 실시형태만이 상세히 설명되었지만, 본 발명의 신규의 교시와 이점에서 본질적으로 벗어나지 않으면서 실시형태에서 많은 수정예가 가능하다는 것을 기술분야에서 숙련된 자는 즉시 알 것이다. 따라서, 이러한 수정예 모두는 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 예를 들면, 상기에서 설명된 실시형태는 함께 통합될 수도 있고 필요에 따라 실시형태의 일부를 추가하거나 생략할 수도 있다. 그러므로, 실시형태의 수는 본원에서 설명된 특정 실시형태에만 한정되지 않을 수도 있으며, 따라서 통상의 지식을 가진 자는 본원에서 설명되는 교시를 사용하여 추가적인 실시형태를 정교하게 만들 수도 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 기판 세정 시스템에 있어서,
    마이크로전자 기판(microelectronic substrate)에 대한 기판 홀더를 포함하는 진공 프로세스 챔버;
    유체 혼합물을 상기 프로세스 챔버로 제공할 수 있는 유체 전달 시스템;
    상기 프로세스 챔버와 상기 유체 전달 시스템 사이에 배치된 유체 팽창 컴포넌트(fluid expansion component)로서,
    유입구 구멍과,
    유출구 구멍과,
    상기 유입구 구멍과 상기 유출구 구멍 사이에 배치된 제1 팽창 영역과,
    상기 제1 팽창 영역과 상기 유출구 구멍 사이에 배치되며, 상기 제1 팽창 영역과는 상이한 단면 기하학적 형상(geometry)을 포함하는 제2 팽창 영역
    을 포함하는, 사이 유체 팽창 컴포넌트; 및
    상기 유체 전달 시스템과 상기 유체 팽창 컴포넌트 사이에 배치된 유체 온도 제어 시스템
    을 포함하는 기판 세정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단면 기하학적 형상은 상기 유입구 구멍으로부터 상기 유출구 구멍으로 배치된 길이 방향의 단면을 포함하는 것인 기판 세정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유입구 구멍은 3mm 이하의 유입구 직경을 포함하고, 상기 유출구 구멍은 7mm 이하의 유출구 직경을 포함하는 것인 기판 세정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유입구 구멍은 1mm 이상이고 3mm 미만의 유입구 직경을 포함하고, 상기 유출구 구멍은 2mm 이상의 유출구 직경을 포함하는 것인 기판 세정 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 팽창 영역은 원뿔 형상을 포함하는 것인 기판 세정 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 팽창 영역은 10° 이하의 1/2각(half angle)을 포함하는 것인 기판 세정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 팽창 영역은 20mm와 50mm 사이의 길이를 포함하는 것인 기판 세정 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 팽창 영역은 실린더 형상을 포함하는 것인 기판 세정 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 팽창 영역은 약 25mm의 길이를 포함하는 것인 기판 세정 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 팽창 영역은 2mm와 6mm 사이의 직경을 포함하는 것인 기판 세정 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 팽창 영역은 실린더 형상을 포함하고, 상기 제2 팽창 영역은 상기 제1 팽창 영역의 직경 이하의 유입구 직경을 포함하는 원뿔 형상을 포함하는 것인 기판 세정 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 둘 이상의 유체 팽창 컴포넌트를 포함하는 기판 세정 시스템.
  13. 기판 프로세싱 시스템에 있어서,
    마이크로전자 기판에 대한 기판 홀더를 포함하는 진공 프로세스 챔버;
    유체 혼합물을 상기 프로세스 챔버로 제공할 수 있는 유체 제어 시스템;
    상기 프로세스 챔버와 상기 유체 제어 시스템 사이에 배치된 유체 팽창 컴포넌트로서,
    1보다 크고 8 이하의 값을 포함하는 노즐 직경 비율(nozzle diameter ratio) - 유출구 직경 성분을 포함하는 상기 노즐 직경 비율은 유입구 직경에 의해 제산됨 - 과,
    10° 미만의 1/2각
    을 포함하는, 상기 유체 팽창 컴포넌트;
    상기 유체 팽창 컴포넌트를 통해 흐르게 하기 이전에 상기 유체 혼합물을 냉각시키기 위한 유체 온도 제어 시스템; 및
    상기 진공 프로세스 챔버 내의 압력을 제어하기 위한 압력 제어 시스템
    을 포함하는 기판 프로세싱 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유입구 직경은 1mm와 3mm 사이를 포함하고, 상기 유출구 직경은 2mm와 10mm 사이를 포함하는 것인 기판 프로세싱 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 유체 팽창 컴포넌트는 상기 유입구 직경과 상기 유출구 직경 사이에 배치되는 원뿔 노즐을 포함하는 것인 기판 프로세싱 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 유체 제어 시스템은 아르곤, 질소, 헬륨, 네온, 크립톤, 제논, 또는 이산화탄소 중 하나 이상을 포함하는 것인 기판 프로세싱 시스템.
  17. 유체 팽창 디바이스에 있어서,
    유입구 구멍;
    유출구 구멍;
    상기 유입구 구멍과 상기 유출구 구멍 사이에 배치된 제1 팽창 영역 - 상기 제1 팽창 영역은 실린더 형상을 포함함 - ; 및
    상기 제1 팽창 영역과 상기 유출구 구멍 사이에 배치된 제2 팽창 영역 - 상기 제2 팽창 영역은 상기 제1 팽창 영역의 직경 이하의 유입구 직경을 포함하는 원뿔 형상을 포함함 -
    을 포함하는 유체 팽창 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 유입구 구멍은 1mm 이상이고 3mm 미만의 유입구 직경을 포함하고, 상기 유출구 구멍은 2mm 이상의 유출구 직경을 포함하는 것인 유체 팽창 디바이스.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 팽창 영역은 20mm와 50mm 사이의 길이를 포함하는 것인 유체 팽창 디바이스.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제1 팽창 영역의 직경은 2mm와 6mm 사이를 포함하는 것인 유체 팽창 디바이스.
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