KR20200066325A - 극저온 유체 혼합물들로 기판들을 처리하기 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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KR20200066325A
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데이빗 피. 데크라커
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티이엘 매뉴팩처링 앤드 엔지니어링 오브 아메리카, 인크.
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Abstract

본 명세서에서는 마이크로전자 기판의 표면을 처리하기 위한 시스템들 및 방법들이 개시되고, 특히, 마이크로전자 기판의 노출된 표면을 처리하는 데 사용되는 극저온 유체 혼합물을 통해 마이크로전자 기판을 주사하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 유체 혼합물은 노즐을 통해 팽창되어, 마이크로전자 기판에 충돌하고 마이크로전자 기판의 표면으로부터 입자들을 제거할 수도 있는 에어로졸 스프레이 또는 가스 클러스터 제트(GCJ) 스프레이를 형성할 수도 있다. 일 실시예에서, 프로세스 조건들은 각각의 처리로 상이한 타입들의 입자들을 목표로 하기 위해 단일 기판의 후속 처리들 사이에서 변화될 수도 있다.

Description

극저온 유체 혼합물들로 기판들을 처리하기 위한 시스템들 및 방법들
[우선권 주장] 본 출원은, 2017년 9월 29일자로 출원된 미국 비-가특허 출원 제15/721,396호의 이익을 주장하고, 그 개시내용은 본 명세서에 그 전체가 참조로 포함된다.
[관련출원] 2017년 9월 29일자로 출원된 미국 비-가출원 제15/721,396호는, 2016년 6월 29일자로 출원된 미국 비-가출원 제15/197,450호의 일부 계속 출원이고 그에 대한 우선권을 주장하고, 이 미국 비-가출원은, 2014년 10월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/060,130호, 2015년 3월 31일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/141,026호, 및 2015년 10월 6일자로 출원된 미국 비-가특허 출원 제14/876,199호의 일부 계속 출원이고 그에 대한 우선권을 주장한다.
[사용 분야] 본 개시내용은 마이크로전자 기판(microelectronic substrate)의 표면을 처리하기 위한, 그리고 특히 극저온 유체들을 사용하여 마이크로전자 기판으로부터 대상물들을 제거하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
마이크로전자 기술의 진보들은 능동 컴포넌트들의 밀도를 계속 증가시키면서 집적 회로(integrated circuit)(IC)들이 마이크로전자 기판들(예를 들어, 반도체 기판들) 상에 형성되게 하였다. IC 제조는 마이크로전자 기판 상의 다양한 재료들의 도포 및 선택적인 제거에 의해 수행될 수도 있다. 제조 프로세스의 일 양태는 마이크로전자 기판으로부터 프로세스 잔류물 및/또는 잔해(예를 들어, 입자들)를 제거하기 위해 마이크로전자 기판의 표면을 세정 처리들에 노출시키는 것을 포함할 수도 있다. 마이크로전자 기판들을 세정하기 위해 다양한 건식 및 습식 세정 기법들이 개발되었다.
그러나, 마이크로전자 IC 제조의 진보들은 기판 상의 디바이스 피처들을 더 작아지게 하였다. 더 작은 디바이스 피처들은 디바이스들을 과거보다 더 작은 입자들로부터의 손상에 더 취약하게 만들었다. 따라서, 기판을 손상시키는 일 없이, 더 작은 입자들 및/또는 비교적 더 큰 입자들의 제거를 가능하게 하는 임의의 기법들이 바람직할 것이다.
마이크로전자 기판들로부터 대상물들(예를 들어, 입자들)을 제거하기 위해 다양한 상이한 유체들 또는 유체 혼합물들을 사용할 수도 있는 여러 장치 및 방법들이 본 명세서에서 설명된다. 특히, 마이크로전자 기판의 표면으로부터 입자들을 제거할 수도 있게 하는 방식으로, 유체 또는 유체 혼합물들이 마이크로전자 기판에 노출될 수도 있다. 유체 혼합물들은, (예를 들어, 대기압보다 더 큰) 고압 환경으로부터, 마이크로전자 기판을 포함할 수도 있는 더 낮은 압력 환경(예를 들어, 대기압 미만(sub-atmospheric pressure))으로의 유체 혼합물의 팽창에 의해 형성될 수도 있는 극저온 에어로졸들 및/또는 가스 클러스터 제트(gas cluster jet)(GCJ) 스프레이들을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서 설명되는 실시예들은 더 큰(예를 들어, >100nm) 입자 제거 효율의 저하 없이 그리고/또는 입자 제거 동안 마이크로전자 기판 피처들을 손상시키는 일 없이 100nm 미만의 입자들에 대한 입자 제거 효율을 개선시킴으로써 예기치 않은 결과들을 보여주었다. 팽창에 앞서 유체 혼합물의 액화를 감소시키거나(예를 들어, <1중량%) 또는 액화를 회피함으로써 손상 감소가 가능해질 수도 있었다.
부가적인 예기치 않은 결과들은 단일 노즐로부터의 더 넓은 세정 영역(~100mm)을 보여주는 것을 포함하였다. 더 넓은 세정 영역의 하나의 가능한 양태는 노즐과 마이크로전자 기판 사이의 갭 거리를 최소화하는 것에 적어도 부분적으로 기초하는 것으로 나타났다. 증가된 세정 영역 사이즈는 사이클 시간 및 화학적 비용들을 감소시킬 수도 있다. 추가로, 마이크로전자 기판으로부터 입자들을 제거하는 데 사용될 수도 있는 유체 혼합물 팽창을 제어하기 위해 하나 이상의 고유 노즐들이 사용될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 마이크로전자 기판의 표면을 적어도 하나의 유체와의 표면의 충돌을 통해 처리하기 위한 장치가 설명된다. 장치는: 처리 챔버 내에 적어도 하나의 유체로 마이크로전자 기판을 처리하기 위한 내부 공간을 규정하는 처리 챔버; 처리 챔버 내에 기판을 지지하는 이동가능 척 - 기판은, 적어도 하나의 유체에 의한 처리를 위한 포지션에 노출되는 상부 표면을 가짐 -; 이동가능 척에 동작가능하게 커플링되고, 기판이 적어도 하나의 유체로 처리되는 적어도 하나의 프로세싱 포지션과 기판 로드 포지션 사이에서 이동가능 척을 병진시키도록 구성되는 기판 병진 구동 시스템; 처리 챔버에 작동가능하게 커플링되고 기판을 회전시키도록 구성되는 기판 회전 구동 시스템; 및 적어도 하나의 유체 공급부에 연결되고, 이동가능 척이 적어도 하나의 프로세싱 포지션에 포지셔닝되고 기판을 지지할 때 기판의 상부 표면을 향해 유체 혼합물을 지향시키기에 효과적인 방식으로 처리 챔버 내에 배열되는 적어도 하나의 유체 팽창 컴포넌트(예를 들어, 노즐)를 포함할 수도 있다.
다른 실시예에 따르면, 기판의 표면을 극저온 유체 혼합물과의 표면의 충돌을 통해 처리하기 위한 방법이 본 명세서에 설명된다. 유체 혼합물은 질소, 아르곤, 크세논, 헬륨, 네온, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 유입 유체 혼합물은 273K 미만으로 그리고 유체 혼합물에서 액체 형성을 방지하는 압력에서 유지될 수도 있다. 유체 혼합물은 처리 챔버 내로 팽창되어 에어로졸 또는 가스 클러스터 스프레이를 형성할 수도 있다. 팽창은, 유체 혼합물을, 35Torr 이하로 유지될 수도 있는 처리 챔버 내로 노즐을 통해 통과시킴으로써 구현될 수도 있다. 유체 혼합물 스프레이는 운동적 및/또는 화학적 수단을 통해 기판으로부터 대상물들을 제거하는 데 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 설명되는 프로세스들은 매우 효율적인 방식으로 큰 입자(예를 들어, >100nm) 및 작은 입자(예를 들어, <100nm)를 제거하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 마이크로전자 기판 상의 상이한 타입들의 입자들을 다루기 위해 멀티-스테이지 처리 방법을 포함함으로써 입자 제거 효율이 추가로 개선될 수도 있다. 멀티-스테이지 프로세스는 상이한 프로세스 조건들로 마이크로전자 기판을 가로질러 다수의 패스(pass)들을 행하는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 처리는, 특정 타입들의 입자들을 제거하는 데 사용되는 제1 그룹의 프로세스 조건들을 포함할 수도 있고, 그에 뒤이어 제2 그룹의 프로세스 조건들에 의한 마이크로전자 기판을 가로지르는 패스들이 후속된다.
일 실시예에서, GCJ 스프레이 처리 방법은, 챔버 압력, 가스 압력, 가스 온도, 가스 화학 물질, 기판 속력 또는 체류 시간, 노즐과 마이크로전자 기판 사이의 갭 거리를 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는 제1 그룹의 프로세스 조건들로 마이크로전자 기판을 처리하는 것을 포함할 수도 있다. 제1 처리에 뒤이어, 동일한 마이크로전자 기판은 제2 처리를 사용하여 처리될 수도 있고, 여기서 프로세스 조건들 중 적어도 하나가 제1 그룹의 프로세스 조건들과 비교하여 상이하거나 또는 상이한 크기를 갖는다. 이러한 방식으로, 변위된 입자 또는 GCJ 스프레이에 의해 야기되는 손상을 최소화하면서 입자들을 제거할 가능성이 더 많을 수도 있는 프로세스 조건들을 최적화시킴으로써 상이한 타입들의 입자들이 제거를 위해 목표로 될 수도 있다. 예를 들어, 더 작은 입자들은 제거되도록 더 높은 유동 레이트(flow rate) 또는 체류 시간을 요구할 수도 있지만, 그 프로세스 조건은 더 큰 입자들에 대해 너무 많은 에너지를 부여할 수도 있고 부가적인 패터닝된 피처 손상을 야기시킬 수도 있다. 그러나, 패터닝된 피처들을 손상시키는 일 없이 더 큰 입자들이 더 낮은 유동 레이트로 제거될 수도 있는 경우, 그러면 제1 처리는 더 큰 입자들을 제거하기 위해 비교적 낮은 유동 프로세스 조건을 포함할 수도 있다. 그러나, 제2 처리는 더 큰 입자들이 제거된 후에 더 작은 입자들을 제거하기 위해 비교적 더 높은 유동을 포함할 수도 있다. 따라서, 제2 처리에 앞서 더 큰 입자들이 제거되었기 때문에, 더 높은 유동 레이트 프로세스는 패터닝된 피처 손상을 덜 야기시킬 수도 있다.
본 명세서에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들을 예시하고, 상기에 주어진 본 발명의 일반적인 설명, 및 아래에 주어지는 상세한 설명과 함께, 본 발명을 설명하도록 기능한다. 부가적으로, 참조 번호의 가장 좌측 숫자(들)는 참조 번호가 처음 나타나는 도면을 식별한다.
도 1은 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 따른 세정 시스템의 개략적 도해(schematic illustration) 및 세정 시스템의 프로세스 챔버의 단면 도해를 포함한다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시내용의 적어도 2개의 실시예들에 따른 2-스테이지 가스 노즐들의 단면 도해들을 포함한다.
도 3은 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 따른 단일 스테이지 가스 노즐의 단면 도해를 포함한다.
도 4는 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 따른 플러시 가스 노즐(flush gas nozzle)의 단면 도해를 포함한다.
도 5는 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 따른, 가스 노즐과 마이크로전자 기판 사이의 갭 거리의 도해를 포함한다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 따른, 극저온 유체를 액체 상태 또는 가스 상태로 유지할 수도 있는 프로세스 조건들의 표시를 제공하는 상태도(phase diagram)들의 도해들을 포함한다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른, 유체로 마이크로전자 기판을 처리하는 방법을 제시하는 흐름도를 포함한다.
도 8은 다양한 실시예들에 따른, 유체로 마이크로전자 기판을 처리하는 다른 방법을 제시하는 흐름도를 포함한다.
도 9는 다양한 실시예들에 따른, 유체로 마이크로전자 기판을 처리하는 다른 방법을 제시하는 흐름도를 포함한다.
도 10은 다양한 실시예들에 따른, 유체로 마이크로전자 기판을 처리하는 다른 방법을 제시하는 흐름도를 포함한다.
도 11은 다양한 실시예들에 따른, 유체로 마이크로전자 기판을 처리하는 다른 방법을 제시하는 흐름도를 포함한다.
도 12는 다양한 실시예들에 따른, 유체로 마이크로전자 기판을 처리하는 다른 방법을 제시하는 흐름도를 포함한다.
도 13은 다양한 실시예들에 따른, 비-액체 함유 유체 혼합물과 액체-함유 유체 혼합물 사이의 입자 제거 효율 개선의 막대 차트를 포함한다.
도 14는 노즐과 마이크로전자 기판 사이의 더 작은 갭 거리에 적어도 부분적으로 기초하는 더 넓은 세정 영역을 예시하는 마이크로전자 기판들의 입자 맵들을 포함한다.
도 15는 이전 기법들과 본 명세서에 개시된 기법들 사이의 상이한 피처 손상 차이들을 도시하는 마이크로전자 기판 피처들의 화상(picture)들을 포함한다.
도 16a 및 도 16b는 다양한 실시예들에 따른, 유체로 마이크로전자 기판을 처리하는 다른 방법을 제시하는 흐름도를 포함한다.
도 17은 다양한 실시예들에 따른, 유체로 마이크로전자 기판을 처리하는 다른 방법을 제시하는 흐름도를 포함한다.
마이크로전자 기판으로부터 대상물들을 선택적으로 제거하기 위한 방법들이 다양한 실시예들에서 설명된다. 본 기술분야의 통상의 기술자는, 다양한 실시예들이 특정 세부사항들 중 하나 이상 없이, 또는 다른 대체물 및/또는 부가적인 방법들, 재료들, 또는 컴포넌트들을 이용하여 실시될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 경우들에서, 잘 알려진 구조체들, 재료들, 또는 동작들은 본 개시내용의 다양한 실시예들의 양태들을 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해 상세히 도시 또는 설명되지 않는다. 유사하게, 설명의 목적들을 위해, 시스템들 및 방법의 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 번호들, 재료들, 및 구성들이 제시된다. 그럼에도 불구하고, 시스템들 및 방법들은 특정 세부사항들 없이 실시될 수도 있다. 게다가, 도면들에 도시된 다양한 실시예들은 예시적인 표현들이며, 도 6a 및 도 6b를 제외하고는 반드시 일정한 비율로 그려지는 것은 아니라는 것이 이해된다.
"일 실시예(one embodiment)" 또는 "실시예(an embodiment)"에 대한 본 명세서 전반에 걸친 언급은, 실시예와 관련하여 설명된 특정 피처, 구조체, 재료, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미하지만, 이들이 모든 실시예에 존재한다는 것을 나타내지 않는다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 위치들에서 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 어구들의 출현들이 반드시 본 발명의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정 피처들, 구조체들, 재료들, 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수도 있다. 다양한 부가적인 층들 및/또는 구조체들이 포함될 수도 있거나 그리고/또는 설명된 피처들이 다른 실시예들에서 생략될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "마이크로전자 기판"은 일반적으로 본 발명에 따라 프로세싱되는 대상물을 지칭한다. 마이크로전자 기판은, 디바이스, 특히 반도체 또는 다른 전자 디바이스의 임의의 재료 부분 또는 구조체를 포함할 수도 있고, 예를 들어, 반도체 기판과 같은 베이스 기판 구조체, 또는 베이스 기판 구조체 상의 또는 그 위에 놓여 있는 층, 예컨대, 박막일 수도 있다. 따라서, 기판은 패터닝되거나 또는 패터닝되지 않은 임의의 특정 베이스 구조체, 하부 층 또는 상부 층으로 제한되는 것으로 의도된 것이 아니라 오히려, 임의의 그러한 층 또는 베이스 구조체, 및 층들 및/또는 베이스 구조체들의 임의의 조합을 포함하는 것으로 고려된다. 아래의 설명은 특정 타입들의 기판들을 언급할 수도 있지만, 이것은 제한이 아니라 단지 예시 목적들만을 위한 것이다. 마이크로전자 기판들에 부가적으로, 본 명세서에서 설명되는 기법들은 포토리소그래피 기법들을 사용하는 마이크로전자 기판들의 패터닝에 사용될 수도 있는 레티클 기판들을 세정하는 데 또한 사용될 수도 있다.
극저온 유체 세정은, 오염물들과 마이크로전자 기판 사이의 접착력들을 극복하도록 에어로졸 입자들 또는 가스 제트 입자들(예를 들어, 가스 클러스터들)로부터 충분한 에너지를 부여(impart)함으로써 오염물들을 축출하는 데 사용되는 기법이다. 따라서, 올바른 사이즈 및 속도의 극저온 유체 혼합물들(예를 들어, 에어로졸 스프레이 및/또는 가스 클러스터 제트 스프레이)을 생성 또는 팽창시키는 것이 바람직할 수도 있다. 에어로졸들 또는 클러스터들의 모멘텀(momentum)은 질량 및 속도의 함수이다. 모멘텀은 속도 또는 질량을 증가시킴으로써 증가될 수도 있는데, 이는 특히 입자가 매우 작을 수도 있을 때(예를 들어, <100nm) 입자와 기판의 표면 사이의 강한 접착력들을 극복하는 데 중요할 수도 있다. 더 큰 입자들은, 더 작은 입자들보다 클러스터들이 영향을 주는 더 큰 표면적을 가질 것이다. 따라서, 더 많은 양의 클러스터들은 더 작은 입자들보다 더 큰 입자들에 영향을 줄 가능성이 더 많을 것이다. 따라서, 더 큰 입자들로의 모멘텀 전달은 더 작은 입자들보다 더 높은 레이트로 발생할 수도 있고, 따라서 더 큰 입자들은 더 작은 입자들 전에 마이크로전자 기판으로부터 제거될 가능성이 더 많을 수도 있다. 이에 따라, 작은 입자들을 제거하기 위한 프로세스 처리들은 더 큰 입자들에 대해 과도한 에너지를 부여할 수도 있는데, 이 과도한 에너지는 더 큰 입자들이 제거되고 있을 때 마이크로전자 기판 상의 패터닝된 피처들 또는 마이크로전자 기판을 손상시킬 수도 있다. 따라서, 입자 제거 효율을 최대화하도록 상이한 타입들의 입자들을 제거하기 위해 멀티-스테이지 세정 처리들을 사용할 필요가 있다.
도 1은 에어로졸 스프레이들 또는 가스 클러스터 제트(GCJ) 스프레이들을 사용하여 마이크로전자 기판들을 세정하는 데 사용될 수도 있는 세정 시스템(100)의 개략적 도해 및 세정이 일어나는 프로세스 챔버(104)의 단면 도해(102)를 포함한다. 에어로졸 스프레이 또는 GCJ 스프레이는 극저온으로 냉각된 유체 혼합물들을 프로세스 챔버(104)에서 대기압 미만의 환경 내로 팽창시킴으로써 형성될 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 유체 소스들(106)은 프로세스 챔버(104)에서 노즐(110)을 통해 팽창되기에 앞서 극저온 냉각 시스템(108)에 가압된 유체(들)를 제공할 수도 있다. 진공 시스템(134)은 프로세스 챔버(104)에서 대기압 미만의 환경을 유지하기 위해 그리고 필요에 따라 유체 혼합물을 제거하기 위해 사용될 수도 있다.
본 출원에서, 다음의 변수들: 팽창에 앞서 노즐(110) 내의 유입 유체 혼합물의 압력들 및 온도들, 유체 혼합물의 유동 레이트(flow rate), 유체 혼합물의 조성 및 비율 및 프로세스 챔버(104) 내의 압력 중 하나 이상이 마이크로전자 기판으로부터 대상물들을 제거하는 데 중요할 수도 있다. 이에 따라, 제어기(112)가 프로세스 레시피(process recipe)들을 메모리(114)에 저장하는 데 사용될 수도 있고, 컴퓨터 프로세서(116)를 사용하여 네트워크(138)를 통해 명령어들을 발행할 수도 있는데, 이 명령어들은 본 명세서에 개시된 세정 기법들을 구현하도록 세정 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들을 제어한다.
반도체 프로세싱 분야의 통상의 기술자는, 본 명세서에서 설명되는 실시예들을 구현하도록 유체 소스(들)(106), 극저온 냉각 시스템(108), 진공 시스템(134) 및 이들의 각각의 서브-컴포넌트들(도시되지 않음, 예를 들어, 센서들, 제어부들 등)을 구성하는 것이 가능할 수도 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 세정 시스템(100) 컴포넌트들은 가압된 유체 혼합물들을 50psig 내지 800psig로 제공하도록 구성될 수도 있다. 유체 혼합물의 온도는 유체 혼합물을 극저온 냉각 시스템(108)의 액체 질소 듀어(liquid nitrogen dewar)를 통과시킴으로써 70K 내지 270K의 범위에서, 그러나 바람직하게는 70K 내지 150K에서 유지될 수도 있다. 진공 시스템(134)은 에어로졸들 및/또는 가스 클러스터들의 형성을 향상시키기 위해 35Torr 미만, 또는 더 바람직하게는 10Torr 미만일 수도 있는 압력에서 프로세스 챔버(104)를 유지하도록 구성될 수도 있다.
가압되고 냉각된 유체 혼합물은, 마이크로전자 기판(118)을 향해 에어로졸 스프레이 또는 GCJ 스프레이를 지향시킬 수도 있는 노즐(110)을 통해 프로세스 챔버(104) 내로 팽창될 수도 있다. 적어도 하나의 노즐(110)이 프로세스 챔버(104) 내에서 지지될 수도 있는데, 이때 노즐(110)은 마이크로전자 기판(118)을 향해 유체 혼합물을 지향시키는 적어도 하나의 노즐 오리피스(nozzle orifice)를 갖는다. 예를 들어, 일 실시예에서, 노즐(110)은 노즐 스프레이의 길이를 따라 복수의 개구들을 갖는 노즐 스프레이 바(nozzle spray bar)일 수도 있다. 노즐(110)은 마이크로전자 기판(118)에 충돌하는 유체 스프레이의 각도가 특정 처리를 위해 최적화될 수 있도록 조정가능할 수도 있다. 마이크로전자 기판(118)은, 노즐(110)로부터 발산되는 유체 스프레이를 통해 마이크로전자 기판(118)의 적어도 일 부분을 선형 주사(linear scanning)하는 것을 용이하게 하기 위해, 바람직하게는 진공 챔버(120)의 길이방향 축을 따라, 적어도 하나의 병진 자유도(124)를 제공하는 이동가능 척(122)에 고정될 수도 있다. 이동가능 척은 이동가능 척(122)의 이동 경로를 규정하기 위해 하나 이상의 슬라이드들 및 안내 메커니즘들을 포함할 수도 있는 기판 병진 구동 시스템(128)에 커플링될 수도 있고, 그의 안내 경로를 따라 이동가능 척(122)에 이동을 부여하기 위해 작동 메커니즘이 활용될 수도 있다. 작동 메커니즘은 임의의 전기, 기계, 전기기계, 유압, 또는 공압 디바이스를 포함할 수도 있다. 작동 메커니즘은 적어도 부분적으로 적어도 하나의 노즐(110)로부터 발산되는 유체 스프레이의 영역을 통해 마이크로전자 기판(118)의 노출된 표면의 이동을 허용하기에 충분한 길이의 모션 범위를 제공하도록 설계될 수도 있다. 기판 병진 구동 시스템(128)은 진공 챔버(120)의 벽에서 슬라이딩 진공 밀봉부(도시되지 않음)를 통해 연장되도록 배열되는 지지 암(support arm)(도시되지 않음)을 포함할 수도 있고, 여기서 제1 원위 단부(first distal end)가 이동가능 척(122)에 장착되고 제2 원위 단부가 진공 챔버(120)의 외측에 위치되는 액추에이터 메커니즘과 맞물린다.
게다가, 이동가능 척(122)은, 제1 미리 결정된 인덱싱된 포지션으로부터, 마이크로전자 기판(118)의 다른 부분을 유체 스프레이에 노출시키는 제2 미리 결정된 인덱싱된 포지션으로의 마이크로전자 기판(118)의 회전 인덱싱을 용이하게 하기 위해, 바람직하게는 마이크로전자 기판(118)의 노출된 표면에 수직인 축을 중심으로 한 적어도 하나의 회전 자유도(126)를 제공할 수도 있는 기판 회전 구동 시스템(130)을 또한 포함할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 이동가능 척(122)은 임의의 인덱싱된 포지션에서 정지하는 일 없이 연속 속력으로 회전할 수도 있다. 부가적으로, 이동가능 척(122)은 노즐(110) 또는 바로 그 자신의 각도를 변화시키는 것과 함께, 마이크로전자 기판(118)의 포지션을 변경함으로써 유체 스프레이의 입사각을 변화시킬 수도 있다.
다른 실시예에서, 이동가능 척(122)은, 마이크로전자 기판(118)의 노출된 표면 상에 적어도 하나의 유체 스프레이를 충돌시키는 동안 마이크로전자 기판(118)을 이동가능 척(122)의 상부 표면에 고정시키기 위한 메커니즘을 포함할 수도 있다. 마이크로전자 기판(118)은, 예를 들어 반도체 프로세싱 분야의 통상의 기술자에 의해 실시될 수도 있는 바와 같은, 기계적 패스너(fastener)들 또는 클램프들, 진공 클램핑, 또는 정전기 클램핑을 사용하여 이동가능 척(122)에 부착될 수도 있다.
게다가, 이동가능 척(122)은, 주위 온도보다 높게 상승된 또는 그 아래로 떨어진 온도에서 마이크로전자 기판(118)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 메커니즘을 포함할 수도 있다. 온도 제어 메커니즘은, 이동가능 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, 냉각할 때 이동가능 척(122)으로부터의 열을 수취하고 열을 열 교환기 시스템(도시되지 않음)에 전달하거나, 또는 가열할 때 열 교환기 시스템으로부터의 열을 이동가능 척(122)에 전달하는 열 전달 유체의 재순환 유동을 포함할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 저항성 가열 엘리먼트들과 같은 가열/냉각 엘리먼트들 또는 열전 히터들/쿨러들이 이동가능 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 사용하여 기판(118)의 프로세싱을 가능하게 할 수도 있는 이중 노즐 구성(예를 들어, 제2 노즐(132))을 포함할 수도 있다. 그러나, 이중 노즐 구성이 요구되지 않는다. 노즐(110) 설계의 일부 예들이 도 2a 내지 도 4의 설명들에서 설명될 것이다. 노즐들(110, 132)은 평행한 방식으로 포지셔닝된 것으로 도시되어 있지만, 이들은 세정 프로세스들을 구현하기 위해 서로 평행하도록 요구되지 않는다. 다른 실시예들에서, 노즐들(110, 132)은 진공 챔버(120)의 대향 단부들에 있을 수도 있고, 이동가능 척(122)은 노즐들(110, 132) 중 하나 이상이 마이크로전자 기판(118) 상으로 유체 혼합물을 분사하는 것을 가능하게 하는 포지션으로 기판(118)을 이동시킬 수도 있다.
다른 실시예들에서, 마이크로전자 기판(118)은, 마이크로전자 기판(118)의 노출된 표면적(예를 들어, 전자 디바이스들을 포함하는 영역)이 제1 노즐(110) 및/또는 제2 노즐(132)로부터 제공된 유체 혼합물(예를 들어, 에어로졸 또는 GCJ)에 의해 동일한 또는 유사한 시간(예를 들어, 병렬 프로세싱)에 또는 상이한 시간들(예를 들어, 순차적 프로세싱)에 충돌될 수도 있도록 이동될 수도 있다. 예를 들어, 세정 프로세스는 에어로졸 세정 프로세스에 뒤이은 GCJ 세정 프로세스들을 포함하거나 또는 그 반대의 경우를 포함할 수도 있다. 추가로, 제1 노즐(110) 및 제2 노즐(132)은 이들의 각각의 유체 혼합물들이 상이한 위치들에서 마이크로전자 기판(118)에 동일한 시간에 충돌하도록 포지셔닝될 수도 있다. 일 경우에서, 기판(118)은 전체 마이크로전자 기판(118)을 상이한 유체 혼합물들에 노출시키도록 회전될 수도 있다.
노즐(110)은 유출구 압력들(예를 들어, <35Torr)보다 실질적으로 더 높은 유입구 압력들(예를 들어, 50psig 내지 800psig)로 저온(예를 들어, <273K) 유체 혼합물들을 수취하도록 구성될 수도 있다. 노즐(110)의 내부 설계는, 유체 혼합물의 팽창이, 마이크로전자 기판(118)을 향해 지향될 수도 있는 고체 및/또는 액체 입자들을 생성하는 것을 가능하게 할 수도 있다. 노즐(110) 치수들은 팽창된 유체 혼합물의 특성들에 강한 영향을 미칠 수도 있고, 스프레이 바를 따라 배열되는 단순 오리피스(들)로부터, 다중-팽창 체적 구성들, 단일 팽창 체적 구성들에 이르는 구성 범위를 가질 수도 있다. 도 2a 내지 도 4는 사용될 수도 있는 여러 노즐(110) 실시예들을 예시한다. 그러나, 본 개시내용의 범주는 예시된 실시예들로 제한되지 않을 수도 있고, 본 명세서에 개시된 방법들은 임의의 노즐(110) 설계에 적용될 수도 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 노즐(110) 수치들은 일정한 비율로 그려지지 않을 수도 있다.
도 2a는 서로 유체 연통할 수도 있고 유체 혼합물이 2-스테이지 가스(two-stage gas)(TSG) 노즐(200)을 통해 진행됨에 따라 유체 혼합물에 압력 변화들을 가할 수도 있는 2개의 가스 팽창 구역들을 포함할 수도 있는 2-스테이지 가스 노즐(200)의 단면 도해를 포함한다. TSG 노즐(200)의 제1 스테이지는, 극저온 냉각 시스템(108) 및 유체 소스들(106)과 유체 연통할 수도 있는 유입구(204)를 통해 유체 혼합물을 수취할 수도 있는 리저버 컴포넌트(reservoir component)(202)일 수도 있다. 유체 혼합물은 유입구 압력보다 더 낮을 수도 있는 압력으로 리저버 컴포넌트(202) 내로 팽창할 수도 있다. 유체 혼합물은 전이 오리피스(transition orifice)(206)를 통해 유출구 컴포넌트(208)로 유동할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 유체 혼합물은 그것이 전이 오리피스(206)를 통해 유동할 때 더 높은 압력으로 압축될 수도 있다. 유체 혼합물은 유출구 컴포넌트(208) 내로 다시 팽창할 수도 있고, 유체 혼합물이 유출구 오리피스(210)를 통해 진공 챔버(120)의 저압 환경에 노출될 때 에어로졸 스프레이 또는 가스 클러스터 제트의 형성에 기여할 수도 있다. 대체로, TSG 노즐(200)은, 유입구 오리피스(204)와 유출구 오리피스(210) 사이의 유체 혼합물의 이중 팽창을 가능하게 할 수도 있는 임의의 치수 설계를 포함할 수도 있다. TSG 노즐(200)의 범주는 본 명세서에서 설명되는 실시예들로 제한되지 않을 수도 있다.
도 2a 실시예에서, 리저버 컴포넌트(202)는, 유입구 오리피스(204)로부터 전이 오리피스(206)로 연장되는 원통형 설계를 포함할 수도 있다. 원통은, 전이 오리피스(206)의 사이즈로부터 전이 오리피스(206)의 사이즈의 3배 초과로 변할 수도 있는 직경(212)을 가질 수도 있다.
일 실시예에서, TSG 노즐(200)은, 0.5mm 내지 3mm, 그러나 바람직하게는 0.5mm 내지 1.5mm의 범위에 있을 수도 있는 유입구 오리피스(204) 직경을 가질 수도 있다. 리저버 컴포넌트(202)는, 2mm 내지 6mm, 그러나 바람직하게는 4mm 내지 6mm의 직경(212)을 갖는 원통을 포함할 수도 있다. 리저버 컴포넌트(208)는 20mm 내지 50mm, 그러나 바람직하게는 20mm 내지 25mm의 길이(214)를 가질 수도 있다. 리저버 컴포넌트(208)의 비-유입구 단부에서는 유체 혼합물이 전이 오리피스(206)를 통해 유출구 컴포넌트(208) 내로 압축되는 것을 가능하게 할 수도 있는 더 작은 직경으로 전이될 수도 있다.
전이 오리피스(206)는 유체 혼합물이 리저버 컴포넌트(202)와 유출구 컴포넌트(208) 사이에서 전이함에 따라 유체 혼합물을 컨디셔닝하는 데 사용될 수도 있는 여러 상이한 실시예들에 존재할 수도 있다. 일 실시예에서, 전이 오리피스(206)는 리저버 컴포넌트(202)의 일 단부에서의 단순 오리피스 또는 개구일 수도 있다. 이 전이 오리피스(206)의 직경은 2mm 내지 5mm, 그러나 바람직하게는 2mm 내지 2.5mm의 범위에 있을 수도 있다. 다른 실시예에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 전이 오리피스(206)는 이전 실시예의 단순 개구보다 더 상당한 체적을 가질 수도 있다. 예를 들어, 전이 오리피스(206)는, 5mm 미만일 수도 있는 거리를 따라 일정할 수도 있는 원통형 형상을 가질 수도 있다. 이 실시예에서, 전이 오리피스(206)의 직경은 유출구 컴포넌트(208)의 초기 직경보다 더 클 수도 있다. 이 경우에, 전이 오리피스(206)와 유출구 컴포넌트(208) 사이에 단차 높이(step height)가 존재할 수도 있다. 단차 높이는 1mm 미만일 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 단차 높이는 약 0.04mm일 수도 있다. 유출구 컴포넌트(208)는, 전이 오리피스(206)와 유출구 오리피스(208) 사이의 직경이 증가하는 원뿔 형상을 가질 수도 있다. 유출구 컴포넌트(208)의 원뿔 부분은 3° 내지 10°, 그러나 바람직하게는 3° 내지 6°의 반각(half angle)을 가질 수도 있다.
도 2b는 전이 오리피스(206)와 대략 동일한 사이즈인 직경(218)을 갖는 리저버 컴포넌트(202)를 포함하는 TSG 노즐(200)의 다른 실시예(220)를 예시한다. 이 실시예에서, 직경(218)은 도 2a 실시예와 유사한 길이(214)로 2mm 내지 5mm일 수도 있다. 도 2b 실시예는 리저버 컴포넌트(202)와 유출구 컴포넌트(208) 사이의 압력 차이를 감소시킬 수도 있고 TSG 노즐(200)의 제1 스테이지 동안 유체 혼합물의 안정성을 개선시킬 수도 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 단일 스테이지 노즐(300)이 TSG 노즐(200) 실시예에서 압력 변동들을 감소시키는 데 사용될 수도 있고 유체 혼합물의 난류를 감소시킬 수도 있다.
도 3은 유입구 오리피스(302)와 유출구 오리피스(304) 사이에 단일 팽창 챔버를 포함할 수도 있는 단일 스테이지 가스(single stage gas)(SSG) 노즐(300)의 일 실시예의 단면 도해를 예시한다. SSG 노즐(300) 팽창 챔버는 변할 수도 있지만, 도 3 실시예에서는 유입구 오리피스(302)(예를 들어, 0.5mm 내지 1.5mm)보다 약간 더 클 수도 있는 초기 직경(306)(예를 들어, 1.5mm 내지 3mm)을 가질 수도 있는 원뿔 설계를 예시한다. 원뿔 설계는 3° 내지 10°, 그러나 바람직하게는 3° 내지 6°의 반각을 포함할 수도 있다. 반각은 (유입구 오리피스(302) 및 유출구 오리피스(304)로부터) SSG 노즐(300)의 팽창 챔버를 통한 가상의 중심선과 팽창 챔버의 측벽(예를 들어, 원뿔 벽) 사이의 각도일 수도 있다. 마지막으로, SSG 노즐(300)은 18mm 내지 40mm, 바람직하게는 18mm 내지 25mm의 길이(308)를 가질 수도 있다. SSG 노즐(300)의 다른 변화는, 도 4에 예시된 바와 같이, 유입구 오리피스(302)로부터 유출구 오리피스(304)로의 팽창 체적의 연속 테이퍼(continuous taper)를 포함할 수도 있다.
도 4는 유입구 오리피스(402)와 유출구 오리피스(404) 사이의 어떠한 오프셋들 또는 수축들도 포함하지 않는 연속 팽창 챔버를 포함할 수도 있는 플러시 가스(flush gas)(FG) 노즐(400)의 단면 도해를 포함한다. 이름이 시사하는 바와 같이, 팽창 체적의 초기 직경은 0.5mm 내지 3mm, 그러나 바람직하게는 1mm 내지 1.5mm일 수도 있는 유입구 직경(402)과 동일 높이일 수도 있다. 일 실시예에서, 유출구 직경(404)은 2mm 내지 12mm, 그러나 바람직하게는 유입구 직경(402)의 사이즈의 2배 내지 4배일 수도 있다. 추가로, 반각은 3° 내지 10°, 그러나 바람직하게는 3° 내지 6°일 수도 있다. 팽창 체적의 길이(406)는 유입구 오리피스(402)와 유출구 오리피스(404) 사이에서 10mm 내지 50mm로 변해야 한다. 부가적으로, 다음의 실시예들은 도 3 및 도 4 실시예들 양측 모두에 적용될 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 노즐은 20mm의 원뿔 길이, 3°의 반각 및 약 4mm의 유출구 오리피스 직경을 가질 수도 있다. 다른 특정 실시예에서, 원뿔 길이는 15mm 내지 25mm일 수도 있는데, 이때 유출구 오리피스 직경이 3mm 내지 6mm이다. 다른 특정 실시예에서, 유출구 오리피스 직경은 약 4mm일 수도 있는데, 이때 약 1.2mm의 유입구 직경 및 약 35mm의 원뿔 길이를 갖는다.
세정 시스템(100)의 세정 효율에 영향을 줄 수도 있는 다른 피처는 노즐 유출구(404)와 마이크로전자 기판(118) 사이의 거리일 수도 있다. 일부 프로세스 실시예들에서, 갭 거리는 제거된 입자들의 양뿐만 아니라, 기판(118)을 가로지르는 단일 패스 동안 입자들이 제거될 수도 있는 표면적의 양으로 세정 효율에 영향을 줄 수도 있다. 일부 경우들에서, 에어로졸 스프레이 또는 GCJ 스프레이는 노즐(110)의 유출구 오리피스가 마이크로전자 기판(118)에 더 근접해질 수도 있을 때(예를 들어, <50mm) 기판(118)의 더 큰 표면적을 세정하는 것이 가능할 수도 있다.
도 5는 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 따른, 노즐(110)의 유출구 오리피스(404)와 마이크로전자 기판(118) 사이의 갭 거리(502)의 도해(500)를 포함한다. 일 경우에서, 갭 거리(502)는 노즐(110)에 대한 구조체 또는 지지체를 형성하는 노즐(110) 조립체의 단부로부터 측정될 수도 있다. 다른 경우에서, 갭 거리(502)는 마이크로전자 기판(118)에 노출되는 원뿔 팽창 구역의 최대 직경을 가로질러 연장되는 평면으로부터 측정될 수도 있다.
갭 거리(502)는 챔버 압력, 가스 조성, 유체 혼합물 온도, 유입구 압력, 노즐(110) 설계 또는 이들의 일부 조합에 따라 변할 수도 있다. 일반적으로, 갭 거리(502)는 2mm 내지 50mm일 수도 있다. 일반적으로, 진공 챔버(120) 압력은 2mm 및 50mm 갭 거리들(502) 내에서 동작하기 위해 35Torr 미만일 수도 있다. 그러나, 챔버 압력이 10Torr 미만일 수도 있고 가스 노즐(110)이 6mm 미만의 유출구 오리피스를 가질 때, 갭 거리(502)는 10mm 미만으로 최적화될 수도 있다. 일부 특정 실시예들에서, 바람직한 갭 거리(502)는, 5mm 미만인 유출구 직경 및 10Torr 미만인 진공 챔버(120) 압력을 갖는 노즐(110)에 대해 약 5mm일 수도 있다.
다른 실시예들에서, 갭 거리(502)는 진공 챔버(120) 압력과의 역의 관계에 적어도 부분적으로 기초할 수도 있다. 예를 들어, 갭 거리(502)는 상수 값을 챔버(120) 압력으로 나눈 것에 의해 유도된 값 이하일 수도 있다. 일 실시예에서, 상수는 무차원 파라미터일 수도 있거나 또는 mm*Torr의 단위들로 될 수도 있고 진공 챔버(120) 압력은 Torr로 측정될 수도 있다(식 1 참조):
갭 거리 </= 상수/챔버 압력 (1)
이러한 방식으로, 상수를 챔버 압력으로 나눈 것에 의해 획득된 값은 세정 프로세스를 위해 사용될 수도 있는 갭 거리(502)를 제공한다. 예를 들어, 일 특정 실시예에서, 상수는 50일 수도 있고 챔버 압력은 약 7Torr일 수도 있다. 이 경우에, 갭 거리는 식 (1) 하에서 약 7mm 이하일 것이다. 다른 실시예들에서, 상수는 40 내지 60의 범위에 있을 수도 있고 압력은 1Torr 내지 10Torr의 범위에 있을 수도 있다. 다른 실시예에서, 상수는 0.05 내지 0.3의 범위에 있을 수도 있고 압력은 0.05Torr 내지 1Torr의 범위에 있을 수도 있다. 갭 거리(502)가 세정 효율에 긍정적인 영향을 미칠 수도 있지만, 에어로졸 스프레이 및 가스 클러스터 제트 스프레이를 사용하여 세정 효율에 기여할 수 있는 여러 다른 프로세스 변수들이 있다.
도 1 내지 도 5의 설명들에서 설명된 하드웨어는 약간의 하드웨어 변화들 및 프로세스 조건들에 대한 더 실질적인 변경들로 에어로졸 스프레이 및 가스 클러스터 제트(GCJ) 스프레이를 가능하게 하는 데 사용될 수도 있다. 프로세스 조건들은 상이한 유체 혼합물 조성들 및 비율들, 유입구 압력들, 유입구 온도들, 또는 진공 챔버(120) 압력들 사이에서 변할 수도 있다. 에어로졸 스프레이 및 GCJ 스프레이 프로세스들 사이의 하나의 실질적인 차이는 노즐(110)로의 유입 유체 혼합물들의 상 조성(phase composition)일 수도 있다. 예를 들어, 에어로졸 스프레이 유체 혼합물은 GCJ 유체 혼합물보다 더 높은 액체 농도를 가질 수도 있는데, 이 GCJ 유체 혼합물은 노즐(110)로의 유입 GCJ 유체 혼합물에서 액체가 거의 또는 전혀 없는 가스 상태로 존재할 수도 있다.
에어로졸 스프레이 실시예에서, 극저온 냉각 시스템(108)의 온도는, 노즐(110)로의 유입 유체 혼합물의 적어도 일 부분이 액체 상(liquid phase)으로 존재할 수도 있는 포인트로 설정될 수도 있다. 이 실시예에서, 노즐 혼합물은 액체 상태에서 적어도 10중량%일 수도 있다. 그 후에, 액체/가스 혼합물은, 극저온 에어로졸들이 형성될 수도 있고 상당한 양의 고체 및/또는 액체 입자들을 포함할 수도 있는 프로세스 챔버(104) 내로 고압으로 팽창된다. 그러나, 유체 혼합물들의 상태는 에어로졸 및 GCJ 프로세스들 사이의 유일한 차이가 아닐 수도 있는데, 이는 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
대조적으로, 노즐(110)로의 유입 GCJ 스프레이 유체 혼합물은 액체 상을 거의(예를 들어, <1체적%) 또는 전혀 함유하지 않을 수도 있고 완전히 가스 상태로 될 수도 있다. 예를 들어, 극저온 냉각 시스템(108)의 온도는 GCJ 세정 프로세스를 위해 유체 혼합물이 액체 상으로 존재하는 것을 방지하는 포인트로 설정될 수도 있다. 이에 따라, 상태도들은 프로세스 챔버(104)에서 에어로졸 스프레이 또는 GCJ 스프레이의 형성을 가능하게 하기 위해 사용될 수도 있는 프로세스 온도들 및 압력들을 결정하기 위한 하나의 방식일 수도 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상태도들(600, 608)은 유입 유체 혼합물의 성분들이 존재하거나 또는 액체 상, 가스 상, 또는 이들의 조합물을 포함할 가능성이 더 많을 수도 있는 상을 표시할 수도 있다. 예시적인 상태도들의 설명 및 예시의 목적들을 위해 아르곤 상태도(602), 질소 상태도(604), 산소 상태도(610), 및 크세논 상태도(612)가 예시되어 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 문헌에서 또는 게이더스버그(Gaithersburg), MD의 미국 표준 기술 연구소(National Institutes of Standards and Technology) 또는 다른 소스들을 통해 상태도 정보를 발견하는 것이 가능할 수도 있다. 본 명세서에서 설명되는 다른 화학 물질들은 또한 대표적인 상태도들을 가질 수도 있지만, 예시의 용이성의 목적들을 위해 여기에 도시되지 않는다.
상태도들(600, 608)은 원소가 가스 또는 액체 상태로 존재할 수도 있는 가능성과 압력(예를 들어, y-축)과 온도(예를 들어, x-축) 사이의 관계를 강조하는 그래픽 표현으로 표현될 수도 있다. 상태도들은, 원소가 액체 상태 또는 가스 상태 사이에서 전이할 수도 있는 곳을 표현할 수도 있는 가스-액체 상 전이 라인(606)(또는 증기-액체 전이 라인)을 포함할 수도 있다. 이들 실시예들에서, 원소들의 압력 및 온도가 가스-액체 전이 라인(606)의 좌측에 있을 때 액체 상이 존재할 가능성이 더 많을 수도 있고, 원소들의 압력 및 온도가 가스-액체 전이 라인(606)의 우측에 있을 때 가스 상이 우세할 수도 있다. 추가로, 원소의 압력 및 온도가 가스-액체 상 전이 라인(606)에 매우 근접할 때, 원소가 가스 및 액체 상에 존재할 수도 있는 가능성은, 압력 및 온도가 가스-액체 상 전이 라인(606)으로부터 더 멀리 있을 수도 있을 때보다 더 높다. 예를 들어, 아르곤 상태도(602)의 관점에서, 아르곤이 100K의 온도에서 300psi의 압력에서 홀딩될 때, 아르곤은 아르곤이 130K의 온도에서 300psi의 압력에서 유지될 때보다 더 높은 농도(중량 기준)의 액체를 갖거나 또는 액체 상으로 있는 부분을 포함할 가능성이 더 많다. 300psi의 압력을 유지하면서 온도가 130K로부터 감소함에 따라 아르곤의 액체 농도가 증가할 수도 있다. 마찬가지로, 130K의 온도를 유지하면서 압력이 300psi로부터 증가할 때 아르곤 액체 농도가 또한 증가할 수도 있다. 일반적으로, 상태도들(600)에 따르면, 가스 상태로 아르곤을 유지하기 위해서는 온도가 83K보다 높아야 하고, 가스 상태로 질소를 유지하기 위해서는 온도가 63K보다 높아야 한다. 그러나, 임의의 질소-아르곤 혼합물, 아르곤, 또는 질소의 상은 유체 혼합물의 압력 및 온도뿐만 아니라 원소들의 상대 농도에 의존할 수도 있다. 그러나, 상태도들(600)은 아르곤-질소 유체 혼합물, 아르곤, 또는 질소 환경의 상 또는 적어도 액체가 존재할 수도 있는 가능성의 표시를 제공할 수도 있는 가이드라인들로서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 에어로졸 세정 프로세스의 경우, 유입 유체 혼합물은 유입 유체 혼합물의 원소들 중 하나 이상에 대한 가스-액체 전이 라인(606) 상에 또는 그의 좌측에 있을 수도 있는 온도 또는 압력을 가질 수도 있다. 대조적으로, GCJ 세정 프로세스는 GCJ 유입 유체 혼합물 내의 원소들 중 하나 이상에 대해 가스-액체 상 전이 라인(606)의 우측에 있을 수도 있는 압력 및 온도를 가질 수도 있는 유입 유체 혼합물을 사용할 가능성이 더 많을 수도 있다. 일부 경우들에서, 시스템(100)은 유체 혼합물의 유입 온도 및/또는 압력을 변화시킴으로써 에어로졸 프로세스와 GCJ 프로세스 사이에서 교번할 수도 있다.
가스-액체 상 전이 라인(606)은 상태도들(600, 608) 각각과 유사하지만, 이들의 값들은 상태도들(600, 608) 각각에 할당된 화학 물질에 고유할 수도 있지만, 상태도들(600, 608)은 아르곤 상태도(602)의 설명에서 설명된 바와 같이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 사용될 수도 있다는 것에 주목해야 한다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 에어로졸 또는 GCJ 스프레이들의 유체 혼합물에서 액체 및/또는 가스의 양을 최적화시키기 위해 상태도들(600, 608)을 사용할 수도 있다.
유체 또는 유체 혼합물이 유체들 중 적어도 하나의 유체의 액화 온도에서의 또는 그 근처에서의 극저온 온도들에 노출된 후에 유체 혼합물을 노즐(110)을 통해 프로세스 챔버(104) 내의 저압 환경 내로 팽창시키는 것으로 극저온 에어로졸 스프레이가 형성될 수도 있다. 유체 혼합물의 조성 및 팽창 조건들은 기판(118)에 충돌할 수도 있는 에어로졸 스프레이를 포함하는 작은 액체 액적들 및/또는 고체 입자들을 형성하는 역할을 할 수도 있다. 에어로졸 스프레이는 에어로졸 스프레이(예를 들어, 액적들, 고체 입자들)로부터 충분한 에너지를 부여하여 오염물들과 마이크로전자 기판(118) 사이의 접착력들을 극복함으로써 마이크로전자 기판(118) 오염물들(예를 들어, 입자들)을 축출하는 데 사용될 수도 있다. 에어로졸 스프레이의 모멘텀은 앞서 언급된 접착력들에 필요할 수도 있는 에너지의 양에 적어도 부분적으로 기초하여 입자들을 제거하는 데 중요한 역할을 할 수도 있다. 입자 제거 효율은 다양한 질량 및/또는 속도의 성분들(예를 들어, 액적들, 결정들 등)을 가질 수도 있는 극저온 에어로졸들을 생성함으로써 최적화될 수도 있다. 오염물들을 축출하는 데 필요한 모멘텀은 질량과 속도의 함수이다. 질량 및 속도는, 특히 입자가 매우 작을 수도 있을 때(<100nm), 입자와 기판의 표면 사이의 강한 접착력들을 극복하기 위해 매우 중요할 수도 있다.
도 7은 극저온 에어로졸로 마이크로전자 기판(118)을 처리하여 입자들을 제거하는 방법에 대한 흐름도(700)를 예시한다. 상기에 언급된 바와 같이, 입자 제거 효율을 개선시키기 위한 한 가지 접근법은 에어로졸 스프레이의 모멘텀을 증가시키는 것일 수도 있다. 모멘텀은 에어로졸 스프레이 내용물들의 질량 및 속도의 곱일 수도 있어서, 에어로졸 스프레이의 성분들의 질량 및/또는 속도를 증가시킴으로써 운동 에너지가 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 이에 제한되지 않는 다양한 인자들에 의존할 수도 있다. 흐름도(700)는 질소 및/또는 아르곤 및 적어도 하나의 다른 캐리어 가스 및/또는 순수 아르곤 또는 순수 질소의 다양한 조합물들을 사용함으로써 모멘텀을 최적화시키는 일 실시예를 예시한다.
도 7을 참조하면, 블록 702에서, 시스템(100)은 마이크로전자 기판(118)을 프로세스 챔버(104)에 수용할 수도 있다. 마이크로전자 기판(118)은, 메모리 디바이스들, 마이크로프로세서 디바이스들, 발광 디스플레이들, 태양 전지들 등을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는 전자 디바이스들을 생성하는 데 사용될 수도 있는 반도체 재료(예를 들어, 실리콘 등)를 포함할 수도 있다. 마이크로전자 기판(118)은, 시스템(100) 상에서 구현되는 에어로졸 세정 프로세스에 의해 제거될 수도 있는 오염을 포함할 수도 있는 패터닝된 필름들 또는 블랭킷 필름(blanket film)들을 포함할 수도 있다. 시스템(100)은, 극저온 냉각 시스템(108) 및 하나 이상의 유체 소스들(106)과 유체 연통할 수도 있는 프로세스 챔버(104)를 포함할 수도 있다. 프로세스 챔버는, 마이크로전자 기판(118)을 세정하기 위한 에어로졸 스프레이를 형성하기 위해 유체 혼합물을 팽창시키는 데 사용될 수도 있는 유체 팽창 컴포넌트(예를 들어, TSG 노즐(200) 등)를 또한 포함할 수도 있다.
블록 704에서, 시스템(100)은 유체 혼합물을 273K 미만으로 냉각시킬 수도 있는 극저온 냉각 시스템(108)을 통해 유체 팽창 컴포넌트에 유체 혼합물을 공급할 수도 있다. 일 실시예에서, 유체 혼합물의 온도는 70K 이상 그리고 200K 이하일 수도 있고, 더 구체적으로는 온도는 130K 미만일 수도 있다. 시스템(100)은 유체 혼합물을 대기압보다 더 큰 압력에서 또한 유지할 수도 있다. 일 실시예에서, 유체 혼합물 압력은 50psig 내지 800psig에서 유지될 수도 있다.
일 실시예에서, 유체 혼합물은, 28 미만의 원자량을 갖는 분자들을 포함하는 제1 유체 구성물, 및 적어도 28의 원자량을 갖는 분자들을 포함하는 적어도 하나의 부가적인 유체 구성물을 포함할 수도 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 2개 이상의 유체들의 유체 혼합물을 최적화시켜 에어로졸 스프레이 성분들이 입자 제거 효율을 최대화하거나 또는 상이한 타입들 또는 사이즈들의 입자들을 목표로 하는 원하는 모멘텀을 달성하는 것이 가능할 것이다. 이 경우에, 제1 유체 구성물은 헬륨, 네온 또는 이들의 조합물을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 적어도 하나의 부가적인 유체 구성물은 질소(N2), 아르곤, 크립톤, 크세논, 이산화탄소, 또는 이들의 조합물을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일 특정 실시예에서, 부가적인 유체 구성물은 N2 및 아르곤 혼합물을 포함하고, 제1 유체 구성물은 헬륨을 포함할 수도 있다. 그러나, 유체 혼합물의 온도, 압력 및 농도는 상이한 타입들의 에어로졸 스프레이들을 제공하도록 변할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 유체 혼합물의 상 또는 상태는 아래에 설명될 다양한 농도들의 가스, 액체, 가스-액체를 포함할 수도 있다.
제1 유체 구성물과 부가적인 유체 구성물들 사이의 비율은 마이크로전자 기판(118)을 세정하기 위해 요망될 수도 있는 스프레이의 타입에 따라 변할 수도 있다. 유체 혼합물은 화학적 조성 및 농도에 의해 그리고/또는 물질의 상 또는 상태(예를 들어, 가스, 액체 등)에 의해 변할 수도 있다. 일 에어로졸 실시예에서, 제1 유체 구성물은, 가스 상태의 제1 부분 및 액체 상태의 제2 부분을 포함할 수도 있는 유체 혼합물의 적어도 50중량%에서 최대 100중량%까지 포함할 수도 있다. 대부분의 경우들에서, 유체 혼합물은 액체 상인 적어도 10중량%를 가질 수도 있다. 유체 혼합물은 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 마이크로전자 기판들(118) 상에 있을 수도 있는 상이한 타입들 및/또는 사이즈의 입자들을 다루도록 최적화될 수도 있다. 입자 제거 성능을 변경하기 위한 한 가지 접근법은 입자 제거 성능을 향상시키기 위해 유체 혼합물 조성 및/또는 농도를 조정하는 것일 수도 있다. 다른 유체 혼합물 실시예에서, 제1 유체 구성물은 유체 혼합물의 10중량% 내지 50중량%를 포함한다. 다른 실시예에서, 제1 유체 구성물은 유체 혼합물의 20중량% 내지 40중량%를 포함할 수도 있다. 다른 유체 혼합물 실시예에서, 제1 유체 구성물은 유체 혼합물의 30중량% 내지 40중량%를 포함할 수도 있다. 앞서 언급된 에어로졸 유체 혼합물들의 상은 또한 기판(118) 상의 상이한 타입들의 입자들 및 필름들에 대해 조정하도록 폭넓게 변할 수도 있다. 예를 들어, 유체 혼합물은, 가스 상태로 있을 수도 있는 제1 부분, 및 액체 상태로 있을 수도 있는 제2 부분을 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 제2 부분은 유체 혼합물의 적어도 10중량%일 수도 있다. 그러나, 특정 경우들에서, 입자들을 제거하기 위해 더 낮은 농도의 액체가 바람직할 수도 있다. 더 낮은 액체 농도 실시예에서, 제2 부분은 유체 혼합물의 1중량% 이하일 수도 있다. 유체 혼합물은 하나 이상의 구성물들의 액체 상들 또는 가스 상들을 포함할 수도 있다. 이들 유체 혼합물 실시예들에서, 시스템(100)은 부가적인 유체 구성물의 120slm 내지 140slm 및 제1 유체 구성물의 30slm 내지 45slm을 유동시킴으로써 에어로졸 스프레이를 구현할 수도 있다.
유체 혼합물의 유입 압력, 농도, 및 조성에 부가적으로, 에어로졸 스프레이의 모멘텀 및 조성은 또한 프로세스 챔버(104) 내의 압력에 의해 영향을 받을 수도 있다. 더 구체적으로는, 챔버 압력은 에어로졸 스프레이에서 액체 액적들 및/또는 고체 입자들의 질량 및/또는 속도에 영향을 줄 수도 있다. 유체 혼합물의 팽창은 노즐(110)에 걸친 압력 차이에 의존할 수도 있다.
블록 706에서, 시스템(100)은 유체 혼합물의 적어도 일 부분이 마이크로전자 기판(118)과 접촉하도록 유체 혼합물을 프로세스 챔버(104) 내로 제공할 수도 있다. 유체 팽창 컴포넌트(예를 들어, 노즐(110))를 통한 유체 혼합물의 팽창은 에어로졸 스프레이의 액체 액적들 및/또는 고체 입자들을 형성할 수도 있다. 시스템(100)은 프로세스 챔버(104)를 35Torr 이하의 챔버 압력에서 유지할 수도 있다. 특정 경우들에서, 에어로졸 스프레이에서 액체 액적들 및/또는 고체 입자들의 질량 및/또는 속도를 최적화시키기 위해 프로세스 챔버(104)를 훨씬 더 낮은 압력에서 유지하는 것이 바람직할 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 프로세스 챔버가 10Torr 미만으로 유지될 때 에어로졸 스프레이의 입자 제거 특성들이 특정 입자들에 대해 더 바람직할 수도 있다. 유체 혼합물 팽창 동안 프로세스 챔버(104)가 5Torr 미만으로 유지될 때 입자 제거 효율은 더 큰 표면적을 커버하였다는 것에 또한 주목하였다.
유체 혼합물이 유체 팽창 컴포넌트를 통해 유동할 때, 유체 혼합물은 유체 혼합물이 비교적 높은 압력(예를 들어, >대기압)으로부터 비교적 낮은 압력(예를 들어, <35Torr)으로 팽창되는 것과 관련된 상 전이를 겪을 수도 있다. 일 실시예에서, 유입 유체 혼합물은 가스 또는 액체-가스 상으로 존재할 수도 있고, 프로세스 챔버(104)보다 상대적으로 더 높은 압력 하에 있을 수도 있다. 그러나, 유체 혼합물이 프로세스 챔버(104)의 저압을 통해 유동하거나 또는 저압 내로 팽창할 때, 유체 혼합물은 전이되기 시작하여 상술된 바와 같이 액체 액적들 및/또는 고체 상태를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 팽창된 유체 혼합물은 가스 상, 액체 상, 및/또는 고체 상의 부분들의 조합물을 포함할 수도 있다. 이것은 극저온 에어로졸보다 높다고 지칭될 수도 있는 것을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 유체 혼합물은 또한 가스 클러스터를 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 팽창된 유체 혼합물의 GCJ 또는 에어로졸 스프레이는 약한 인력들(예를 들어, 반데르발스 힘(van der Waals force)들)에 의한 원자들 또는 분자들의 응집일 수도 있다. 일 경우에서, 가스 클러스터들은 가스와 고체 사이의 물질의 상으로 간주될 수도 있고, 가스 클러스터들의 사이즈는 몇 개의 분자들 또는 원자들 내지 105개 초과의 원자들의 범위에 있을 수도 있다.
하나 이상의 실시예에서, 유체 혼합물은 동일한 마이크로전자 기판(118)을 처리하면서 동일한 노즐에서 에어로졸과 가스 클러스터들(예를 들어, GCJ) 사이에서 전이될 수도 있다. 이러한 방식으로, 유체 혼합물은 유체 혼합물에서 더 높은 액체 농도로부터 더 낮은 액체 농도로 이동함으로써 에어로졸과 GCJ 사이에서 전이될 수도 있다. 대안적으로, 유체 혼합물은 유체 혼합물에서 더 낮은 액체 농도로부터 더 높은 액체 농도로 이동함으로써 GCJ와 에어로졸 사이에서 전이될 수도 있다. 도 6a 및 도 6b의 설명에서 상기에 언급된 바와 같이, 액체 상 농도는 온도, 압력 또는 이들의 조합에 의해 제어될 수도 있다. 예를 들어, 에어로졸로부터 GCJ로의 전이에서, 유체 혼합물 액체 농도는 일 특정 실시예에서 10중량%로부터 1중량% 미만으로 전이될 수도 있다. 다른 특정 실시예에서, 유체 혼합물의 액체 농도가 1중량%로부터 10중량% 미만으로 전이될 때 GCJ로부터 에어로졸로의 전이가 발생할 수도 있다. 그러나, 에어로졸과 GCJ 사이의 전이, 그리고 그 반대의 경우는 앞서 언급된 특정 실시예들에서 퍼센티지들로 제한되지 않을 수도 있고, 제한이 아니라 설명의 목적들을 위해 단지 예시적인 것일 뿐이다.
블록 708에서, 팽창된 유체는 마이크로전자 기판(118)을 향해 지향될 수도 있고 유체 팽창 컴포넌트가 마이크로전자 기판(118)의 표면을 가로질러 이동할 때 마이크로전자 기판(118)으로부터 입자들을 제거할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(100)은, 마이크로전자 기판(118) 주위에 배열될 수도 있는 복수의 유체 팽창 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 복수의 유체 팽창 컴포넌트들은 입자들을 제거하기 위해 동시에 또는 연속적으로 사용될 수도 있다. 대안적으로, 유체 팽창 컴포넌트들 중 일부는 에어로졸 프로세싱에 전용될 수도 있고 나머지 유체 팽창 컴포넌트들은 GCJ 프로세싱을 위해 사용될 수도 있다.
에어로졸 프로세싱에 부가적으로, 마이크로전자 기판들(118)은 GCJ 프로세싱을 사용하여 또한 세정될 수도 있다. 극저온 가스 클러스터들은, 아르곤 또는 질소와 같은 가스 종 또는 이들의 혼합물들이 듀어(예를 들어, 극저온 냉각 시스템(108))와 같은 열 교환기 베젤을 통과하여, 가스 구성물들 중 임의의 것의 액화 온도보다 높을 수도 있는 극저온 온도들로 가스를 노출시킬 때 형성될 수도 있다. 그 후에, 고압 극저온 가스는 마이크로전자 기판(118)의 표면에 대해 각진 또는 수직인 노즐(110) 또는 노즐들의 어레이를 통해 팽창될 수도 있다. GCJ 스프레이는 마이크로전자 기판(118)의 표면에 대한 손상의 양을 제한하거나 또는 어떠한 손상도 야기시키는 일 없이 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 입자들을 제거하는 데 사용될 수도 있다.
힘들(예를 들어, 반데르발스 힘들)에 의해 함께 홀딩되는 원자들/분자들의 앙상블 또는 집합일 수도 있는 가스 클러스터들은 가스와 고체 상의 원자들 또는 분자들 사이의 물질의 별개의 상으로서 분류되고, 몇 개의 원자들 내지 105개의 원자들의 사이즈의 범위에 있을 수 있다. 식 (2)에 주어진 Hagena 경험적 클러스터 스케일링 파라미터(
Figure pct00001
)는 클러스터 사이즈에 영향을 줄 수도 있는 임계 파라미터들을 제공한다. 항 k는 결합 형성(가스 종 특성)과 관련된 응축 파라미터이고; d는 노즐 오리피스 직경이고, α는 팽창 반각이며 Po 및 To는 각각 사전 팽창(pre-expansion) 압력 및 온도이다. 원뿔 형상을 갖는 노즐 지오메트리들은, 팽창 가스를 제약하고 더 효율적인 클러스터 형성을 위해 원자들 또는 분자들 사이의 충돌들의 수를 향상시키는 것을 돕는다. 이러한 방식으로, 노즐(110)은 기판(118)의 표면으로부터 오염물들을 축출하기에 충분히 큰 클러스터들의 형성을 향상시킬 수도 있다. 노즐(110)로부터 발산되는 GCJ 스프레이는 그것이 기판(118)에 충돌하기 전에 이온화되지 않을 수도 있지만, 원자들의 중립 집합(neutral collection)으로서 남아 있다.
Figure pct00002
클러스터를 포함하는 원자들 또는 분자들의 앙상블은 극저온 클러스터 사이즈들이 마이크로전자 기판(118) 상의 오염물 사이즈들에 근접한 것으로 인해 100nm 미만의 사이즈들의 오염물들의 세정을 목표로 하는 더 나은 프로세스 능력을 제공할 수 있는 사이즈 분포를 가질 수도 있다. 마이크로전자 기판(118)에 충돌하는 작은 사이즈의 극저온 클러스터들은 또한, 처리 동안 보존될 필요가 있는 민감한 구조체들을 가질 수도 있는 마이크로전자 기판(118)의 손상을 방지 또는 최소화할 수도 있다.
에어로졸 프로세스와 마찬가지로, GCJ 프로세스는 도 1의 시스템(100)의 설명에서 설명된 동일한 또는 유사한 하드웨어 및 도 2a 내지 도 5의 설명에서 설명된 그의 컴포넌트들을 사용할 수도 있다. 그러나, GCJ 방법들의 구현은 본 명세서에서 설명되는 하드웨어 실시예들로 제한되지 않는다. 특정 실시예들에서, GCJ 프로세스는 에어로졸 프로세스와 동일한 또는 유사한 프로세스 조건들을 사용할 수도 있지만, GCJ 프로세스는 유체 혼합물에 대해 더 낮은 액체 상 농도를 가질 수도 있다. 그러나, GCJ 프로세스들은 본 명세서에서 설명되는 모든 에어로졸 프로세스 실시예들보다 더 낮은 액체 농도를 갖도록 요구되지 않는다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 명세서에서 설명되는 GCJ 방법들에 존재할 수도 있는 임의의 액체 액적들 및/또는 고체 입자들(예를 들어, 냉동 액체)에 비해 가스 클러스터들의 양 또는 밀도를 증가시키는 GCJ 프로세스를 구현할 수도 있다. 이들 GCJ 방법들은 세정 프로세스를 최적화시키기 위한 여러 상이한 기법들을 가질 수도 있고, 본 기술분야의 통상의 기술자는 임의의 마이크로전자 기판(118)을 세정하기 위해 이들 기법들의 임의의 조합을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 본 기술분야의 통상의 기술자는 마이크로전자 기판들(118)을 세정하기 위해 노즐(110) 설계 및/또는 배향, 유체 혼합물의 조성 또는 농도, 유체 혼합물의 유입 압력 및/또는 온도 및 프로세스 챔버(104)의 압력 및/또는 온도를 변화시킬 수도 있다.
도 8은 마이크로전자 기판(118)으로부터 입자들을 제거하기 위해 GCJ 프로세스를 생성하기 위한 극저온 방법에 대한 흐름도(800)를 제공한다. 이 실시예에서, 방법은 도 2a 및 도 2b의 설명에서 본 명세서에서 설명된 2-스테이지 가스(TSG) 노즐(200)과 유사한 멀티-스테이지 노즐(110)을 사용할 수도 있는 GCJ 프로세스를 나타낼 수도 있다. 도 8 실시예는 유체 혼합물이 멀티-스테이지 노즐(110)을 통해 고압 환경으로부터 저압 환경으로 전이함에 따라 유체 혼합물의 압력 차이들 또는 변화들을 반영할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 블록 802에서, 시스템(100)은 유체 팽창 컴포넌트(예를 들어, TSG 노즐(200))를 포함할 수도 있는 진공 프로세스 챔버(120)에 마이크로전자 기판(118)을 수용할 수도 있다. 시스템은 극저온 냉각 시스템(108)에 의해 제공된 임의의 유체 혼합물들에 마이크로전자 기판(118)을 노출시키기에 앞서 프로세스 챔버(104)를 대기압 미만의 조건으로 배치시킬 수도 있다.
블록 804에서, 시스템(100)은 273K 미만의 온도 및 대기압보다 더 클 수도 있는 압력에 있도록 유체 혼합물을 공급 또는 컨디셔닝할 수도 있다. 예를 들어, 유체 혼합물 온도는 70K 내지 200K 또는 더 구체적으로는 70K 내지 120K일 수도 있다. 유체 혼합물 압력은 50psig 내지 800psig일 수도 있다. 일반적으로, 유체 혼합물의 적어도 대부분(중량 기준)이 가스 상으로 있을 수도 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 유체 혼합물은 가스 상으로 10(중량)% 미만일 수도 있고, 더 구체적으로는 가스 상으로 1(중량)% 미만일 수도 있다.
유체 혼합물은 N2, 아르곤, 크세논, 헬륨, 네온, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는 단일 유체 조성물 또는 유체들의 조합물일 수도 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 동일한 마이크로전자 기판(118)에 대해 한 번에 하나의 유체 혼합물 또는 유체 혼합물들의 조합물을 사용하여 기판을 처리하기 위해 앞서 언급된 유체들의 하나 이상의 조합물들을 선정할 수도 있다.
일 실시예에서, 유체 혼합물은 1:1 내지 11:1의 비율로 N2와 아르곤의 조합물을 포함할 수도 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 마이크로전자 기판(118)으로부터 입자들을 제거하기 위해 N2 및/또는 아르곤의 액체 농도와 관련하여 비율을 최적화시킬 수도 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 본 기술분야의 통상의 기술자는 또한 입자 제거 효율을 최적화시키기 위해 GCJ 유체 혼합물의 에너지 또는 모멘텀을 최적화시킬 수도 있다. 예를 들어, 유체 혼합물은, GCJ 프로세스의 질량 및/또는 속도를 변경할 수도 있는 다른 캐리어 가스를 포함할 수도 있다. 캐리어 가스들은 크세논, 헬륨, 네온, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 유체 혼합물은 다음의 캐리어 가스들: 크세논, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물 중 하나 이상이 혼합될 수도 있는 N2 대 아르곤의 1:1 내지 4:1 혼합물을 포함할 수도 있다. 다른 경우들에서, 캐리어 가스 조성 및 농도는 상이한 비율들의 캐리어 가스들과 함께 상이한 비율들의 N2 및 아르곤으로 최적화될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 캐리어 가스들은, 표 1에 나타낸 바와 같이, Hagena 값 k에 기초하여 포함될 수도 있다.
가스 N2 O2 CO2 CH4 He Ne Ar Kr Xe
k 528 1400 3660 2360 3.85 1.85 1650 2890 5500
일반적으로, 일부 실시예들에서, k 값보다 더 낮은 유체는 N2, 아르곤 또는 이들의 조합물과 혼합될 때 농도가 동일하거나 또는 더 높아야 한다. 예를 들어, 캐리어 가스들이 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합물과 혼합될 때(예를 들어, 1:1 내지 4:1), N2, 아르곤, 또는 이들의 조합물과 캐리어 가스들 사이의 비율은, 크세논, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물을 사용할 때의 적어도 4:1의 혼합물의 비율과 최대 11:1의 혼합물의 비율을 사용하여 이루어져야 한다. 대조적으로, 헬륨 또는 네온 이들의 조합물이 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합물과 조합될 때(예를 들어, 1:1 내지 4:1), 혼합물의 비율은 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합물(예를 들어, 1:1 내지 4:1)과 헬륨, 네온 또는 이들의 조합물 사이에서 적어도 1:4일 수도 있다. N2, 아르곤 및/또는 캐리어 가스들의 앞서 언급된 조합물들은 본 명세서에서 설명되는 다른 에어로졸 및 GCJ 방법들에도 또한 적용될 수도 있다.
다른 실시예들에서, 유체 혼합물은 1:1 내지 11:1의 비율로 아르곤과 N2의 조합물을 포함할 수도 있다. 이 유체 혼합물은 또한 캐리어 가스들(예를 들어, 표 1)을 포함할 수도 있다. 그러나, 유체 혼합물은, 본 명세서에서 설명되는 에어로졸 또는 GCJ 방법들을 사용하여 사용될 수도 있는 순수 아르곤 또는 순수 질소 조성물을 또한 포함할 수도 있다.
블록 806에서, 시스템(100)은 유체 혼합물을 유체 소스(106)로부터 그리고/또는 극저온 냉각 시스템(108)으로부터 유체 팽창 컴포넌트에 제공할 수도 있다. 시스템(100)은 또한 프로세스 챔버(104)를 35Torr 미만의 압력에서 유지할 수도 있다. 예를 들어, 시스템(100)은, 유체 혼합물이 프로세스 챔버(104)로 도입될 수도 있기에 앞서 또는 그 때, 진공 시스템(134)을 사용하여 프로세스 챔버(104) 압력을 제어할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(104) 압력은 5Torr 내지 10Torr일 수도 있고 일부 실시예들에서 압력은 5Torr 미만일 수도 있다.
GCJ 스프레이는 유체 혼합물이 고압 환경(예를 들어, 노즐(110)의 상류)과 저압 환경(예를 들어, 프로세스 챔버) 사이에서 전이될 때 형성될 수도 있다. 도 8 실시예에서, 유체 팽창 컴포넌트는, 유체 혼합물이 마이크로전자 기판(118)에 충돌하기에 앞서 적어도 2개의 압력 변화들 또는 팽창들 하에 배치될 수도 있는 TSG 노즐(200)일 수도 있다.
블록 808에서, 유체 혼합물은 유입구 오리피스(204)를 통해 리저버 컴포넌트(202) 내로 팽창하고, 프로세스 챔버(104) 압력보다 더 크고 유체 혼합물의 유입 압력 미만인 리저버 압력을 리저버 컴포넌트(202) 내에서 달성 또는 유지할 수도 있다. 대체로, 리저버 압력은 800psig 미만 그리고 35Torr 이상일 수도 있다. 그러나, 리저버 압력은 도 2a 및 도 2b에 예시된 한정된 공간들 내의 가스 유동 변화들로 인해 변동될 수도 있다.
유체 혼합물은, 리저버 컴포넌트(202)의 직경보다 더 작을 수도 있거나 또는 작지 않을 수도 있는 전이 오리피스(206)로 진행될 수도 있다. 전이 오리피스(206)가 리저버 컴포넌트(202) 직경보다 더 작을 때, 유체 혼합물은 전이 오리피스(206)로 또는 전이 오리피스(206)를 통해 TSG 노즐(200)의 유출구 컴포넌트(208) 내로 유동할 때 더 높은 압력으로 압축될 수도 있다.
블록 810에서, 유체 혼합물은 유체 팽창 컴포넌트의 유출구 컴포넌트(208)에서 유출구 압력으로 유지될 수도 있다. 유출구 압력은 챔버 압력보다 더 높고 리저버 컴포넌트(202) 압력 미만일 수도 있다. 전이 오리피스(206)와 유출구 오리피스(210) 사이의 전이 동안, 유체 혼합물은 팽창할 수도 있고 상술된 바와 같이 가스 클러스터들을 형성할 수도 있다. 유출구 컴포넌트(208)와 프로세스 챔버(104) 사이의 압력의 차이는 프로세스 챔버(104)의 더 큰 체적에 비해 유출구 컴포넌트(210)의 더 작은 한정된 체적으로 인한 것일 수도 있다.
가스 클러스터들은 유출구 오리피스(210)를 향해 지향될 수도 있고, 유체 혼합물이 TSG 노즐(200)을 빠져나간 후에 유체 혼합물이 계속 팽창할 수도 있다. 그러나, 모멘텀은 가스 클러스터 스프레이의 적어도 대부분을 마이크로전자 기판(118)을 향해 지향시킬 수도 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 가스 클러스터의 사이즈는 몇 개의 원자들 내지 105개로 변할 수도 있다. 프로세스는 앞서 언급된 프로세스 조건들에 의해 변화시킴으로써 가스 클러스터들의 수 및 이들의 사이즈를 제어하도록 최적화될 수도 있다. 예를 들어, 본 기술분야의 통상의 기술자는 유입 유체 혼합물 압력, 유체 혼합물 조성/농도, 프로세스 챔버(104) 압력 또는 이들의 임의의 조합을 변경하여 마이크로전자 기판(118)으로부터 입자들을 제거할 수도 있다.
블록 812에서, GCJ 스프레이의 성분들은 마이크로전자 기판(118)으로부터 대상물들 또는 오염물들을 운동적으로 또는 화학적으로 제거하는 데 사용될 수도 있다. 대상물들은 GCJ 스프레이의 운동 영향을 통해 제거될 수도 있거나 그리고/또는 유체 혼합물의 임의의 화학적 상호작용이 대상물들과 가질 수도 있다. 그러나, 대상물들의 제거는 운동적 및/또는 화학적 제거의 이론들로 제한되지 않고, GCJ 스프레이를 적용한 후의 대상물들의 제거는 대상물들의 제거를 설명하는 데 사용될 수도 있는 임의의 적용가능한 이론에 대한 충분한 증거가 될 수도 있다는 점에서, 이들의 제거를 설명하는 데 사용될 수도 있는 그 임의의 이론이 적용가능하다.
TSG 노즐(200)과 마이크로전자 기판(118)의 상대 포지션은 또한 대상물 제거를 최적화시키는 데 사용될 수도 있다. 예를 들어, GCJ 스프레이의 입사각은 TSG 노즐(200)을 마이크로전자 기판(118)의 표면과 유출구 오리피스(210)의 평면 사이에서 0° 내지 90°로 이동시킴으로써 조정될 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 입사각은 마이크로전자 기판(118) 상의 조성 또는 패턴에 기초하여 대상물들을 제거하기 위해 30° 내지 60°일 수도 있다. 대안적으로, 입사각은 60° 내지 90°, 그리고 더 구체적으로는 약 90°일 수도 있다. 다른 실시예들에서, 하나 초과의 노즐(110)이 유사한 또는 다양한 입사각들에서 마이크로전자 기판(118)을 처리하는 데 사용될 수도 있다.
앞서 언급된 제거 실시예들에서, 마이크로전자 기판(118)은 또한 제거 프로세스 동안 병진 및/또는 회전될 수도 있다. 제거 속력은 마이크로전자 기판(118)의 특정 부분들에 걸친 GCJ 스프레이의 원하는 체류 시간으로 최적화될 수도 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 체류 시간 및 GCJ 스프레이 충돌 위치를 최적화시켜 원하는 입자 제거 효율을 달성할 수도 있다. 예를 들어, 바람직한 입자 제거 효율은 입자 측정 전과 후 사이에서의 80%보다 더 큰 제거일 수도 있다.
유사하게, 유출구 오리피스(210)와 마이크로전자 기판(118)의 표면 사이의 갭 거리는 입자 제거 효율을 증가시키도록 최적화될 수도 있다. 갭 거리는 도 5의 설명에서 더욱 상세히 설명되지만, 일반적으로 갭 거리는 50mm 미만일 수도 있다.
GCJ 프로세스는 도 3 및 도 4의 설명들에서 설명된 것들과 유사한 단일 스테이지 노즐들(300, 400)을 사용하여 또한 구현될 수도 있다. 단일 스테이지 노즐들(300, 400)은, 팽창 구역의 직경(306)이 유입구 오리피스(302)와 유출구 오리피스(304) 사이에서 동일하거나 또는 증가하고 있다는 점에서, 연속적일 수도 있는 단일 팽창 챔버를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 단일 스테이지 노즐들(300, 400)은 TSG 노즐(200)과 같은 전이 오리피스(206)를 갖지 않을 수도 있다. 그러나, 단일 스테이지 GCJ 방법들은 또한 TSG 노즐(200) 시스템들(100)에 의해 사용될 수도 있고 단일 스테이지 노즐 시스템들(100)로 제한되지 않는다. 마찬가지로, 도 9 내지 도 12의 설명들에서 설명되는 방법들은 또한 단일 스테이지 노즐들(300, 400)에 의해 사용될 수도 있다.
도 9는 GCJ 스프레이로 마이크로전자 기판(118)을 처리하는 다른 방법에 대한 흐름도(900)를 예시한다. 마이크로전자 기판(118)에 대한 노즐(110)의 포지셔닝은 입자 제거 효율에 강한 영향을 미칠 수도 있다. 구체적으로는, 유출구 오리피스(304)와 마이크로전자 기판(118)의 표면 사이의 갭 거리는 입자 제거 효율에 영향을 미칠 수도 있다. 갭 거리는 GCJ 스프레이의 유체 유동 및 분포에 영향을 미칠 수도 있고 노즐(110)에 의한 세정 표면적의 사이즈에 영향을 줄 수도 있다. 이러한 방식으로, GCJ 프로세스를 위한 사이클 시간이 노즐(110)에 대한 더 적은 패스들 또는 더 낮은 체류 시간들로 인해 감소될 수도 있다.
도 9를 참조하면, 블록 902에서, 마이크로전자 기판(118)은 가스 팽창 컴포넌트(gas expansion component)(GEC)(예를 들어, 노즐(300, 400))를 포함할 수도 있는 프로세스 챔버(104)에 수용될 수도 있다. GEC는 본 명세서에서 설명되는 노즐들(110) 중 임의의 것일 수도 있지만, 구체적으로는 TSG 노즐들(200), SSG 노즐(300) 또는 플러시 노즐(400)과 동일하게 또는 유사하게 구성될 수도 있다. 일반적으로, 노즐들은, 유체 혼합물을 수취하기 위한 유입구 오리피스(402), 및 유체 혼합물을 프로세스 챔버(104) 내로 유동시키는 유출구 오리피스(404)를 포함할 수도 있다.
블록 904에서, 시스템(100)은 유출구 오리피스(404)가 마이크로전자 기판(118) 위에 또는 그에 인접하여 배치되도록 GEC에 대향하여 마이크로전자 기판(118)을 포지셔닝시킬 수도 있다. GEC는 또한 마이크로전자 기판(118)의 표면에 대해 한 각도로 포지셔닝될 수도 있다. 표면은 마이크로전자 디바이스들이 제조되는 부분이다. 각도는 0° 내지 90°의 범위에 있을 수도 있다. GEC 포지셔닝은 또한 도 5에 설명된 바와 같이 갭 거리(502)에 기초하여 최적화될 수도 있다. 갭 거리(502)는, 마이크로전자 기판(118)을 향하는 그리고/또는 마이크로전자 기판(118)을 가로지르는 유동 분포에 영향을 미칠 수도 있다. 갭 거리(502)가 증가함에 따라, 세정 표면적이 감소할 수도 있고, 입자 제거 효율을 유지 또는 개선시키기 위해 부가적인 노즐 패스들을 요구할 수도 있다. 팽창된 유체 혼합물의 속력은 또한 갭 거리(502)에 따라 변할 수도 있다. 예를 들어, 마이크로전자 기판(118)을 가로질러 측방향으로 유동하는 유체는 갭 거리(502)가 감소될 때 증가할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 더 높은 속도는 더 높은 입자 제거 효율을 제공할 수도 있다.
일반적으로, GEC는 마이크로전자 기판(118) 표면의 50mm 내에 있을 가능성이 있을 수도 있다. 그러나, 대부분의 실시예들에서, 갭 거리(502)는 본 명세서에서 설명되는 에어로졸 또는 GCJ 프로세스들에 대해 10mm 미만일 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 갭 거리(502)는 유체 혼합물을 GEC를 통해 프로세스 챔버(104) 내로 디스펜싱하기에 앞서 약 5mm일 수도 있다.
블록 906에서, 시스템(100)은 273K 미만일 수도 있는 온도에서 그리고 유체 혼합물의 제공된 온도에서 유체 혼합물의 액체 형성을 방지하는 압력에서 유체 혼합물을 GEC에 공급할 수도 있다. 이러한 방식으로, 유체 혼합물 내의 액체 농도는 존재하지 않거나 또는 유체 혼합물의 적어도 1중량% 미만일 수도 있다. 화학 프로세싱 분야의 통상의 기술자는 유체 혼합물의 액체 농도를 측정하기 위해 임의의 알려진 기법들을 사용하는 것이 가능할 수도 있다. 추가로, 본 기술분야의 통상의 기술자는 상태도들(600, 608) 또는 단일 종 또는 종의 혼합물에 대해 이용가능할 수도 있는 임의의 다른 알려진 상태도 문헌을 사용하여 온도와 압력의 적절한 조합을 선택하는 것이 가능할 수도 있다.
일 실시예에서, 온도는 질소, 아르곤, 크세논, 헬륨, 이산화탄소, 크립톤 또는 이들의 임의의 조합물을 포함할 수도 있는 유체 혼합물에 대해 70K 이상 그리고 273K 미만일 수도 있다. 마찬가지로, 압력은 상태도들(600, 608)을 사용하여 또는 유체 혼합물에서 액체 농도의 양을 1중량% 미만으로 최소화하는 임의의 다른 알려진 측정 기법에 의해 선택될 수도 있다. 대부분의 실시예들에서, 압력은 10Torr 이하일 수도 있지만, 다른 실시예들에서, 입자 제거 효율을 최대화하기 위해 압력은 10Torr보다 더 클 수도 있다.
블록 908에서, 시스템은 유체 혼합물의 적어도 일 부분이 마이크로전자 기판(118)과 접촉하도록 유체 혼합물을 GEC를 통해 프로세스 챔버(104) 내로 제공할 수도 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 유체 혼합물은 비교적 고압으로부터 프로세스 챔버(104) 내의 저압으로 팽창할 수도 있다. 일 실시예에서, 프로세스 챔버(104)는 35Torr 이하의 챔버 압력에서 유지될 수도 있다.
일 실시예에서, 유체 혼합물은 1:1 내지 11:1의 비율로, 구체적으로는 4:1 미만의 비율로 N2와 아르곤의 조합물을 포함할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 유체 혼합물은, GCJ 스프레이의 질량 및/또는 속도를 변경할 수도 있는 다른 캐리어 가스를 포함할 수도 있다. 캐리어 가스들은 크세논, 헬륨, 네온, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 유체 혼합물은 다음의 캐리어 가스들: 크세논, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물 중 하나 이상이 혼합될 수도 있는 N2 대 아르곤의 1:1 내지 4:1 혼합물을 포함할 수도 있다.
다른 실시예들에서, 유체 혼합물은 1:1 내지 11:1의 비율로 아르곤과 N2의 조합물을 포함할 수도 있다. 이 유체 혼합물은 또한 캐리어 가스들(예를 들어, 표 1)을 포함할 수도 있다. 그러나, 유체 혼합물은, 본 명세서에서 설명되는 에어로졸 또는 GCJ 방법들을 사용하여 사용될 수도 있는 순수 아르곤 또는 순수 질소 조성물을 또한 포함할 수도 있다.
예를 들어, 캐리어 가스들이 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합물과 혼합될 때(예를 들어, 1:1 내지 4:1), N2와 아르곤, 또는 이들의 조합물과 캐리어 가스들 사이의 비율은, 크세논, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물을 사용할 때의 적어도 4:1의 혼합물의 비율과 최대 11:1의 혼합물의 비율을 사용하여 이루어져야 한다. 대조적으로, 헬륨 또는 네온 또는 이들의 조합물이 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합물과 조합될 때(예를 들어, 1:1 내지 4:1), 혼합물의 비율은 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합물(예를 들어, 1:1 내지 4:1)과 헬륨, 네온 또는 이들의 조합물 사이에서 적어도 1:4일 수도 있다. N2, 아르곤 및/또는 캐리어 가스들의 앞서 언급된 조합물들은 본 명세서에서 설명되는 다른 에어로졸 및 GCJ 방법들에도 또한 적용될 수도 있다.
다른 실시예에서, 유체 혼합물은 헬륨 또는 네온 및 다음의 가스들: 아르곤, 크립톤, 크세논, 이산화탄소 중 적어도 하나와 조합된 N2를 포함할 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 앞서 언급된 조합물의 혼합물 비율은 1:2:1.8일 수도 있다.
블록 910에서, 팽창된 유체 혼합물(예를 들어, GCJ 스프레이)은 마이크로전자 기판(118)을 향해 방출될 수도 있고 표면 상의 대상물들과 접촉하여(예를 들어, 운동적 및/또는 화학적 상호작용), 그러한 대상물들이 마이크로전자 기판(118)으로부터 제거될 수도 있다. GCJ 스프레이의 운동적 및/또는 화학적 상호작용은 대상물들과 마이크로전자 기판(118) 사이의 접착력들을 극복할 수도 있다. 대상물들은 진공 시스템(134)을 통해 프로세스 챔버(104)로부터 제거되거나 또는 프로세스 챔버(104) 내의 다른 곳에 퇴적될 수도 있다.
도 10은 극저온 유체로 마이크로전자 기판(118)을 처리하기 위한 다른 방법에 대한 다른 흐름도(1000)를 예시한다. 이 실시예에서, 유체 혼합물은 비교적 낮은 액체 농도를 가질 수도 있는 GCJ 스프레이를 생성할 수도 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 유체 혼합물의 온도 및 압력은 유체 혼합물에 얼마나 많은 액체(중량 기준)가 있을 수도 있는지에 영향을 미칠 수도 있다. 이 경우에, 유체 혼합물의 액체 농도는 온도를 변화시킴으로써 최적화될 수도 있다.
도 10을 참조하면, 블록 1002에서, 마이크로전자 기판(118)은 가스 팽창 컴포넌트(GEC)(예를 들어, 노즐(300, 400))를 포함할 수도 있는 프로세스 챔버(104)에 수용될 수도 있다. GEC는 본 명세서에서 설명되는 노즐들(110) 중 임의의 것일 수도 있지만, 구체적으로는 TSG 노즐들(200), SSG 노즐(300) 또는 플러시 노즐(400)과 동일하게 또는 유사하게 구성될 수도 있다. 일반적으로, 노즐들은, 유체 혼합물을 수취하기 위한 유입구 오리피스(402), 및 유체 혼합물을 프로세스 챔버(104) 내로 유동시키는 유출구 오리피스(404)를 포함할 수도 있다.
블록 1004에서, 시스템(100)은 유출구 오리피스(404)가 마이크로전자 기판(118) 위에 또는 그에 인접하여 배치되도록 GEC에 대향하여 마이크로전자 기판(118)을 포지셔닝시킬 수도 있다. GEC는 또한 마이크로전자 기판(118)의 표면에 대해 한 각도로 포지셔닝될 수도 있다. 표면은 마이크로전자 디바이스들이 제조되는 부분이다. 각도는 0° 내지 90°의 범위에 있을 수도 있다. GEC 포지셔닝은 또한 도 5에 설명된 바와 같이 갭 거리(502)에 기초하여 최적화될 수도 있다. 일반적으로, GEC는 마이크로전자 기판(118) 표면의 50mm 내에 있을 가능성이 있을 수도 있다. 그러나, 대부분의 실시예들에서, 갭 거리(502)는 본 명세서에서 설명되는 에어로졸 또는 GCJ 프로세스들에 대해 20mm 미만일 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 갭 거리(502)는 유체 혼합물을 GEC를 통해 프로세스 챔버(104) 내로 디스펜싱하기에 앞서 약 5mm일 수도 있다.
블록 1006에서, 시스템(100)은 대기압보다 더 큰 압력에서 그리고 주어진 압력에서 유체 혼합물의 응축 온도보다 더 크고 273K 미만인 온도에서 유체 혼합물을 GEC에 공급할 수도 있다. 응축 온도는 상이한 가스들 사이에서 변할 수도 있고 상이한 조성들 및 농도들을 갖는 상이한 가스 혼합물들 사이에서 변할 수도 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 알려진 기법들을 사용하는 유체 혼합물의 관찰 및/또는 측정에 적어도 부분적으로 기초하는 경험적 기법들 또는 알려진 문헌(예를 들어, 상태도들)을 사용하여 유체 혼합물에 대한 가스 응축 온도를 결정하는 것이 가능할 수도 있다.
일 경우에서, 주어진 압력에서의 응축 온도는, 액체 상으로 존재하는, 유체가 전이할 수도 있는 온도일 수도 있다. 예를 들어, 유체 혼합물이 응축 온도보다 높게 홀딩된다는 경우는, 유체 혼합물이, 어떠한 액체 상도 존재하지 않거나 또는 매우 적은 양의 액체(예를 들어, <1중량%)를 갖는, 가스 상태로 존재할 수도 있음을 표시한다. 대부분의 실시예들에서, 유체 혼합물 온도는 상이한 응축 온도들을 갖는 가스들을 포함하는 유체 혼합물 조성에 따라 50K 내지 200K에서, 그러나 더 구체적으로는 70K 내지 150K에서 변할 수도 있다.
예를 들어, N2 유체 혼합물 실시예에서, 중량 기준의 액체의 양은 N2 상태도(604)를 사용함으로써 추정될 수도 있다. 약 100psi의 유입 압력에 대해, 유체 혼합물의 온도는 액체의 양을 최소화하기 위해 100K보다 더 클 수도 있다. 이 실시예에서, 유체 혼합물은, 유입 온도가 100psi의 압력에서 약 120K일 때, 어떠한 액체도 갖지 않거나, 또는 적어도 1중량% 미만일 수도 있다.
블록 1008에서, 시스템(100)은 유체 혼합물의 적어도 일 부분이 마이크로전자 기판(118)과 접촉하도록 유체 혼합물을 GEC를 통해 프로세스 챔버(104) 내로 제공할 수도 있다. 이 실시예에서, 프로세스 챔버(104) 압력은 적어도 대기압 미만, 그러나 더 구체적으로는 10Torr 미만일 수도 있다.
일 실시예에서, 유체 혼합물은 1:1 내지 11:1의 비율로, 구체적으로는 4:1 미만의 비율로 N2와 아르곤의 조합물을 포함할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 유체 혼합물은, GCJ 스프레이의 질량 및/또는 속도를 변경할 수도 있는 다른 캐리어 가스를 포함할 수도 있다. 캐리어 가스들은 크세논, 헬륨, 네온, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 유체 혼합물은 다음의 캐리어 가스들: 크세논, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물 중 하나 이상이 혼합될 수도 있는 N2 대 아르곤의 1:1 내지 4:1 혼합물을 포함할 수도 있다.
예를 들어, 캐리어 가스들이 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합물과 혼합될 때(예를 들어, 1:1 내지 4:1), N2와 아르곤, 또는 이들의 조합물 사이의 비율은, 크세논, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물을 사용할 때의 적어도 4:1의 혼합물의 비율과 최대 11:1의 혼합물의 비율을 사용하여 이루어져야 한다. 대조적으로, 헬륨 또는 네온 또는 이들의 조합물이 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합물과 조합될 때(예를 들어, 1:1 내지 4:1), 혼합물의 비율은 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합물(예를 들어, 1:1 내지 4:1)과 헬륨, 네온 또는 이들의 조합물 사이에서 적어도 1:4일 수도 있다. N2, 아르곤 및/또는 캐리어 가스들의 앞서 언급된 조합물들은 본 명세서에서 설명되는 다른 에어로졸 및 GCJ 방법들에도 또한 적용될 수도 있다.
다른 실시예들에서, 유체 혼합물은 1:1 내지 11:1의 비율로 아르곤과 N2의 조합물을 포함할 수도 있다. 이 유체 혼합물은 또한 캐리어 가스들(예를 들어, 표 1)을 포함할 수도 있다. 그러나, 유체 혼합물은, 본 명세서에서 설명되는 에어로졸 또는 GCJ 방법들을 사용하여 사용될 수도 있는 순수 아르곤 또는 순수 질소 조성물을 또한 포함할 수도 있다.
블록 1010에서, 팽창된 유체 혼합물(예를 들어, GCJ 스프레이)은 마이크로전자 기판(118)을 향해 방출될 수도 있고 표면 상의 대상물들과 접촉하여(예를 들어, 운동적 및/또는 화학적 상호작용), 그러한 대상물들이 마이크로전자 기판(118)으로부터 제거될 수도 있다. GCJ 스프레이의 운동적 및/또는 화학적 상호작용은 대상물들과 마이크로전자 기판(118) 사이의 접착력들을 극복할 수도 있다. 대상물들은 진공 시스템(134)을 통해 프로세스 챔버(104)로부터 제거되거나 또는 프로세스 챔버(104) 내의 다른 곳에 퇴적될 수도 있다.
도 11은 극저온 유체로 마이크로전자 기판(118)을 처리하기 위한 다른 방법에 대한 흐름도(1100)를 예시한다. 이 실시예에서, 유체 혼합물은 비교적 낮은 액체 농도를 가질 수도 있는 GCJ 스프레이를 생성할 수도 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 유체 혼합물의 온도 및 압력은 유체 혼합물에 얼마나 많은 액체(중량 기준)가 있을 수도 있는지에 영향을 미칠 수도 있다. 이 경우에, 유체 혼합물의 액체 농도는 압력을 변화시킴으로써 최적화될 수도 있다. 추가로, 갭 거리(502)는 아래에 설명될 상수 값 및 레시피 압력을 사용하는 계산을 사용하기 위해 제어기(112)를 사용하여 결정될 수도 있다.
도 11을 참조하면, 블록 1102에서, 마이크로전자 기판(118)은 가스 팽창 컴포넌트(GEC)(예를 들어, 노즐(300))를 포함할 수도 있는 프로세스 챔버(104)에 수용될 수도 있다. GEC는 본 명세서에서 설명되는 노즐들(110) 중 임의의 것일 수도 있지만, 구체적으로는 TSG 노즐들(200), SSG 노즐(300) 또는 플러시 노즐(400)과 동일하게 또는 유사하게 구성될 수도 있다. 일반적으로, 노즐들은, 유체 혼합물을 수취하기 위한 유입구 오리피스(402), 및 유체 혼합물을 프로세스 챔버(104) 내로 유동시키는 유출구 오리피스(404)를 포함할 수도 있다.
블록 1104에서, 시스템(100)은 273K 미만의 유입 온도 그리고 그 유입 온도에서 가스 혼합물에 액체가 형성되는 것을 방지하는 유입 압력에서 가스 혼합물을 GEC에 공급할 수도 있다. 예를 들어, N2 실시예에서, N2 상태도(604)는 약 100K에서의 유체 혼합물이 가스 상으로 N2를 유지하기 위해 100psi 미만의 압력을 가질 가능성이 있을 것임을 표시한다. 압력이 약 150psi 이상인 경우, 액체 상이 N2 프로세스 가스에 존재할 수도 있을 가능성이 더 강해질 것이다.
블록 1106에서, 시스템(100)은 유체 혼합물의 적어도 일 부분이 마이크로전자 기판(118)과 접촉하도록 유체 혼합물을 GEC를 통해 프로세스 챔버(104) 내로 제공할 수도 있다. 이 실시예에서, 프로세스 챔버(104) 압력은 적어도 대기압 미만, 그러나 더 구체적으로는 10Torr 미만일 수도 있다.
일 실시예에서, 유체 혼합물은 1:1 내지 11:1의 비율로, 구체적으로는 4:1 미만의 비율로 N2와 아르곤의 조합물을 포함할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 유체 혼합물은, GCJ 스프레이의 질량 및/또는 속도를 변경할 수도 있는 다른 캐리어 가스를 포함할 수도 있다. 캐리어 가스들은 크세논, 헬륨, 네온, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 유체 혼합물은 다음의 캐리어 가스들: 크세논, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물 중 하나 이상이 혼합될 수도 있는 N2 대 아르곤의 1:1 내지 4:1 혼합물을 포함할 수도 있다.
예를 들어, 캐리어 가스들이 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합물과 혼합될 때(예를 들어, 1:1 내지 4:1), N2와 아르곤, 또는 이들의 조합물 사이의 비율은, 크세논, 크립톤, 이산화탄소 또는 이들의 임의의 조합물을 사용할 때의 적어도 4:1의 혼합물의 비율과 최대 11:1의 혼합물의 비율을 사용하여 이루어져야 한다. 대조적으로, 헬륨 또는 네온 또는 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합물과 조합될 때(예를 들어, 1:1 내지 4:1). 혼합물의 비율은 N2, 아르곤, 또는 이들의 조합물(예를 들어, 1:1 내지 4:1)과 헬륨, 네온 또는 이들의 조합물 사이에서 적어도 1:4일 수도 있다. N2, 아르곤 및/또는 캐리어 가스들의 앞서 언급된 조합물들은 본 명세서에서 설명되는 다른 에어로졸 및 GCJ 방법들에도 또한 적용될 수도 있다.
다른 실시예들에서, 유체 혼합물은 1:1 내지 11:1의 비율로 아르곤과 N2의 조합물을 포함할 수도 있다. 이 유체 혼합물은 또한 캐리어 가스들(예를 들어, 표 1)을 포함할 수도 있다. 그러나, 유체 혼합물은, 본 명세서에서 설명되는 에어로졸 또는 GCJ 방법들을 사용하여 사용될 수도 있는 순수 아르곤 또는 순수 질소 조성물을 또한 포함할 수도 있다.
블록 1108에서, 시스템(100)은 유출구(예를 들어, 유출구 오리피스(404))와 마이크로전자 기판(118) 사이의 갭 거리(502)에 마이크로전자 기판(118)을 포지셔닝시킬 수도 있다. 갭 거리(502)는 도 5의 설명에서 식 1에 나타낸 바와 같이 40 내지 60의 값을 갖는 상수 파라미터 및 챔버 압력의 비율에 적어도 부분적으로 기초한다. 일 실시예에서, 상수 파라미터의 단위들은 길이/압력의 단위들(예를 들어, mm/Torr)을 가질 수도 있다.
블록 1110에서, 팽창된 유체 혼합물은 마이크로전자 기판(118)을 향해 방출될 수도 있고 표면 상의 대상물들과 접촉하여(예를 들어, 운동적 및/또는 화학적 상호작용), 그러한 대상물들이 마이크로전자 기판(118)으로부터 제거될 수도 있다. GCJ 스프레이의 운동적 및/또는 화학적 상호작용은 대상물들과 마이크로전자 기판(118) 사이의 접착력들을 극복할 수도 있다. 대상물들은 진공 시스템(134)을 통해 프로세스 챔버(104)로부터 제거되거나 또는 프로세스 챔버(104) 내의 다른 곳에 퇴적될 수도 있다.
도 12는 극저온 유체로 마이크로전자 기판(118)을 처리하기 위한 다른 방법에 대한 흐름도(1200)를 예시한다. 이 실시예에서, 유체 혼합물은 비교적 낮은 액체 농도를 가질 수도 있는 GCJ 스프레이를 생성할 수도 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 유체 혼합물의 온도 및 압력은 유체 혼합물에 얼마나 많은 액체(중량 기준)가 있을 수도 있는지에 영향을 미칠 수도 있다. 이 경우에, 시스템(100)은 모멘텀 또는 조성(예를 들어, 가스 클러스터 등)을 최적화시키기 위해 유입 유체 혼합물 압력과 챔버(104) 압력 사이의 비율을 유지할 수도 있다. 부가적으로, 시스템(100)은 유입 압력과 프로세스 챔버(104) 압력 사이의 압력 비율 관계의 한계들 내에서 유입 유체 혼합물의 액체 농도를 제어하기 위해 유입 유체 혼합물 압력을 또한 최적화시킬 수도 있다.
도 12를 참조하면, 블록 1202에서, 마이크로전자 기판(118)은 가스 팽창 컴포넌트(GEC)(예를 들어, 노즐(300,400))를 포함할 수도 있는 프로세스 챔버(104)에 수용될 수도 있다. GEC는 본 명세서에서 설명되는 노즐들(110) 중 임의의 것일 수도 있지만, 구체적으로는 TSG 노즐들(200), SSG 노즐(300) 또는 플러시 노즐(400)과 동일하게 또는 유사하게 구성될 수도 있다. 일반적으로, 노즐들은, 유체 혼합물을 수취하기 위한 유입구 오리피스(402), 및 유체 혼합물을 프로세스 챔버(104) 내로 유동시키는 유출구 오리피스(404)를 포함할 수도 있다.
블록 1204에서, 시스템(100)은 유체 혼합물을 진공 프로세스 챔버(104)에 공급할 수도 있고 시스템(100)은 유체 혼합물을 가스 상으로 유지하는 온도 및/또는 압력에서 유체 혼합물을 유지할 수도 있다. 유체 혼합물은 다음의 가스들: 질소, 아르곤, 크세논, 크립톤, 산화탄소 또는 헬륨 중 적어도 하나를 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다.
다른 실시예에서, 유체 혼합물은 적어도 헬륨 또는 네온과 그리고 다음의 가스들: 아르곤, 크립톤, 크세논, 이산화탄소 중 적어도 하나와 조합된 N2를 포함할 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 앞서 언급된 유체 혼합물의 조합물의 비율은 약 1:2:2일 수도 있다. 다른 더 특정적인 실시예에서, 앞서 언급된 유체 혼합물의 비율은 1:2:1.8일 수도 있다.
블록 1206에서, 시스템(100)은 압력 비율을 사용하여 프로세스 챔버(104) 압력 및 유입 유체 혼합물 압력을 유지할 수도 있다. 이러한 방식으로, 시스템(100)은 유입 압력과 프로세스 압력 사이에 균형 또는 관계가 있을 수도 있다는 것을 보장할 수도 있다(예를 들어, 비율 = (유입 압력/프로세스 압력). 압력 비율은, 초과할 수도 있거나 또는 초과하지 않을 수도 있는 임계 값일 수도 있거나, 또는 압력 비율은, 유입 압력 또는 챔버 압력의 변화들에도 불구하고 유지될 수도 있는 범위를 포함할 수도 있다. 압력 비율 값은 200 내지 500,000의 범위에 있을 수도 있다. 그러나, 압력 비율은, 제어기(112)에 저장되는 레시피 조건들을 고려하여 유지될 수도 있는 범위를 초과 또는 지정할 수도 있거나 또는 초과 또는 지정하지 않을 수도 있는 임계치로 작용할 수도 있다. 이러한 방식으로, 노즐을 가로지르는 압력 차이는 GCJ/에어로졸 스프레이 모멘텀 또는 조성(예를 들어, 가스 클러스터 사이즈, 가스 클러스터 밀도, 고체 입자 사이즈 등)을 유지하도록 제어될 수도 있다.
압력 비율 실시예들에서, 값들은 유사한 단위로 고려되어, 제어기(112)가 유입 및 챔버 압력들을 제어하기 위해 압력들을 동일한 또는 유사한 단위들로 변환할 수도 있다.
상한 임계 실시예들은, 챔버 압력에 대한 유입 압력이 상한 임계 비율 미만일 수도 있도록, 초과하지 않을 수도 있는 압력 비율을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 상한 임계 값들은 다음의 값들: 300000, 5000, 3000, 2000, 1000 또는 500 중 하나일 수도 있다.
다른 실시예에서, 제어기(112)는 유입 및 프로세스 압력을 압력 비율 값들의 범위 내에 있도록 유지할 수도 있다. 예시적인 범위들은: 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, 이에 제한되지 않는다.
블록 1208에서, 시스템(100)은 유출구(예를 들어, 유출구 오리피스(404))와 마이크로전자 기판(118) 사이의 갭 거리(502)에 마이크로전자 기판(118)을 포지셔닝시킬 수도 있다. 갭 거리(502)는 도 5의 설명에서 식 1에 나타낸 바와 같이 40 내지 60의 값을 갖는 상수 파라미터 및 챔버 압력의 비율에 적어도 부분적으로 기초한다. 일 실시예에서, 상수 파라미터의 단위들은 길이/압력의 단위들(예를 들어, mm/Torr)을 가질 수도 있다.
블록 1210에서, 팽창된 유체 혼합물은 마이크로전자 기판(118)을 향해 방출될 수도 있고 표면 상의 대상물들과 접촉하여(예를 들어, 운동적 및/또는 화학적 상호작용), 그러한 대상물들이 마이크로전자 기판(118)으로부터 제거될 수도 있다. GCJ 스프레이의 운동적 및/또는 화학적 상호작용은 대상물들과 마이크로전자 기판(118) 사이의 접착력들을 극복할 수도 있다. 대상물들은 진공 시스템(134)을 통해 프로세스 챔버(104)로부터 제거되거나 또는 프로세스 챔버(104) 내의 다른 곳에 퇴적될 수도 있다.
도 13은 비-액체 함유 유체 혼합물(예를 들어, GCJ)과 액체-함유 유체 혼합물(예를 들어, 에어로졸) 사이의 입자 제거 효율 개선의 막대 차트(1300)를 포함한다. 본 명세서에 개시된 예기치 않은 결과들 중 하나는 100nm 미만의 입자들에 대한 개선된 입자 제거 효율 및 100nm보다 더 큰 입자들에 대한 입자 제거 효율을 유지 또는 개선시키는 것에 관한 것이다. 이전 기법들은, 10%보다 더 큰 액체 농도를 갖는 극저온 유체 혼합물들로 마이크로전자 기판을 처리하는 것을 포함할 수도 있다. 예기치 않은 결과들을 생성한 더 새로운 기법들은, 액체 농도(중량 기준)를 갖지 않거나 또는 1% 미만인 액체 농도를 갖는 극저온 유체 혼합물들로 마이크로전자 기판(118)을 처리하는 것을 포함할 수도 있다.
도 13 실시예에서, 마이크로전자 기판들(118)에는 상업적으로 입수가능한 퇴적 시스템을 사용하여 질화규소 입자들이 퇴적되었다. 질화규소 입자들은 양측 모두의 테스트들에 대해 유사한 밀도 및 사이즈들을 가졌다. 베이스라인 극저온 프로세스(예를 들어, 액체 농도 > 1중량%)가 적어도 하나의 마이크로전자 기판(118)에 적용되었고, GCJ가 질화규소 입자들로 또한 커버된 상이한 그룹의 마이크로전자 기판들(118)에 적용되었다. 이 경우에, GCJ 프로세스는, 약 9Torr로 유지된 진공 챔버로부터 고압 유체 소스를 분리시킨 노즐(110)에 앞서 83psig의 유입구 압력과 함께 2:1의 질소 대 아르곤 유동 비율을 포함한다. 노즐(110) 유입구 직경은 ~0.06"이었다. 갭 거리(502)는 2.5 내지 4mm이었다. 입자들로 오염된 구역이 GCJ 스프레이에 2회 노출되도록 웨이퍼가 노즐 아래로 2회 통과되었다. 입자들은 밀피타스, CA의 KLA-TencorTM으로부터의 KLA SURF SCAN SP2-XP를 사용하여 프로세싱 전과 후에 측정되었다.
이전 기법들 하에서는, 도 13에 도시된 바와 같이, 100nm 미만의 입자 제거 효율(particle removal efficiency)(PRE)이 90nm보다 더 큰 입자들에 대해 80%보다 더 큰 것으로부터 42nm 미만의 입자들에 대해 30% 미만으로 감소하였다. 구체적으로는, PRE는 (>90nm 입자들에서의) ~87%로부터 65nm 내지 90nm의 입자들에 대해서는 ~78%로 드롭되었다. 55nm 내지 65nm 입자들 내지 40mn 내지 55nm의 PRE의 저하가 더 두드러졌다. PRE는 각각 ~61% 및 ~55%로 드롭되었다. 마지막으로, PRE의 가장 큰 감소가 ~24% PRE인 40nm 미만의 입자들에서 보였다.
이 데이터의 관점에서, 100nm 미만의 입자 효율에 대한 개선들이 입자 사이즈가 감소함에 따라 유사한 감소 리턴을 나타낼 것으로 예기되었다. 그러나, 본 명세서에 개시된 GCJ 기법들은 100nm 미만의 PRE를 개선시킬 뿐만 아니라, PRE를 예기된 것보다 더 높은 정도로 유지하였다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, GCJ PRE가 입자 빈 사이즈들 중 임의의 것에 대해서는 ~80% 아래로 드롭되지 않았다.
도 13에 도시된 바와 같이, 90nm보다 더 큰 입자들에 대한 GCJ PRE는 95% 넘게 개선되었는데, 이는 이전 기법들을 사용한 결과들보다 5% 초과의 개선이다. 추가로, GCJ 프로세스는 이전 기법들에 비하면 입자 사이즈들이 감소함에 따라 100nm 미만의 입자들을 제거하는 더 큰 능력을 보여주었다. 예를 들어, 65nm 내지 90nm, 55nm 내지 65nm 및 40nm 내지 55nm 빈들은 적어도 90% PRE를 가졌다. 개선들은 각각의 빈 사이즈에 대해 ~15% 내지 ~35%의 범위에 있다. 그러나, 25%로부터 ~82%로의 PRE 개선으로 40nm 미만의 빈 사이즈에 대해 가장 큰 개선이 있었다.
GCJ PRE에 대한 예기치 않은 결과들은 두 가지였다. 첫 번째로, 90nm보다 더 큰 입자들에 대한 PRE의 증가는 90nm 미만의 입자들에 대한 증가된 PRE와 커플링되었다. 두 번째로, GCJ 프로세스에 대한 빈 사이즈들 사이의 차이는 유사한 범위들의 프로세스 조건들을 사용하는 에어로졸 프로세스에 대한 PRE 결과들보다 훨씬 더 밀접한 분포를 가졌다.
도 14는 노즐(110)과 마이크로전자 기판(118) 사이의 더 작은 갭 거리(502)에 적어도 부분적으로 기초하는 더 넓은 세정 영역을 예시하는 마이크로전자 기판들의 입자 맵들(1400)을 포함한다. 일반적으로, 가스가 고압 환경으로부터 저압 환경으로 팽창함에 따라, 가스는 더 큰 표면적 또는 커버리지 영역을 커버할 가능성이 더 많고, 가스는 초기 팽창 포인트로부터 더 멀어진다. 이러한 방식으로, 가스 노즐이 마이크로전자 기판(118)으로부터 더 멀리 포지셔닝되었을 때 유효 세정 영역이 더 커질 것으로 생각되었다. 그러나, 이것은 사실이 아니었는데, 실제로는 더 작은 갭 거리(502)를 갖는 것이 마이크로전자 기판(118) 상의 더 넓은 세정 영역을 획득하는 것에 대한 완전히 반직관적인 결과를 달성하였다.
세정 후 입자들의 맵들에 나타낸 바와 같이, 5mm 갭 거리는 10mm 갭 거리보다 더 넓은 세정 영역을 갖는다. 5mm 갭 입자 맵(1406)은 마이크로전자 기판(118)의 우측 절반에 대해 PRE가 ~70%였음을 나타낸다. 대조적으로, 10mm 갭 입자 맵(1408)은 200mm 마이크로전자 기판(118)의 우측 절반에 대해 ~50% PRE를 가졌다. 이 경우에, 5mm 갭 입자 맵은 6mm 이하의 유출구 오리피스를 갖는 노즐(110)로부터 약 80mm 폭인 세정된 영역(1410)을 표시한다. 그러한 작은 유출구 오리피스를 갖는 노즐(110)이 그 자신의 사이즈의 12배 초과의 효과적인 세정 거리를 갖는 것이 가능할 것이라는 것은 예기치 않은 것이었다.
도 15는 이전 기법들(예를 들어, 에어로졸)과 본 명세서에 개시된 기법들(예를 들어, GCJ) 사이의 상이한 피처 손상 차이들을 도시하는 마이크로전자 기판 피처들의 화상들(1500)을 포함한다. 손상의 차이가 육안으로 가시적이고, 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)(SEM)에 의한 더 근접한 검사에 의해 확인된다. 이 실시예에서, 폴리실리콘 피처들이 알려진 패터닝 기법들을 사용하여 마이크로전자 기판 상에 형성되었다. 피처들은 약 20nm의 폭 및 약 125nm의 높이를 가졌다. 별개의 피처 샘플들(예를 들어, 라인 구조체들)이 본 명세서에서 개시된 에어로졸 및 GCJ 프로세스들과 유사한 프로세스들에 노출되었다.
이전 기법들 하에서, 에어로졸 세정 프로세스에 노출된 마이크로전자 기판(118)의 화상들(1502, 1504)의 변색에 의해 라인 구조체들의 손상이 입증되었다. 가시적 라인 손상이 에어로졸 SEM 화상(1506)에 의해 확증된다. 대조적으로, 변색이 GCJ 화상들(1508, 1510)에 존재하지 않으며, 손상은 GCJ SEM 화상(1512)에 나타나 있지 않다. 이에 따라, GCJ 화상들(1508, 1510)의 변색의 결여 및 GCJ SEM 화상(1512)의 손상의 결여는 본 명세서에서 설명되는 GCJ 기법들이 에어로졸 프로세스들보다 마이크로전자 기판(118)에 덜 파괴적임을 시사한다.
패터닝된 피처 손상(도시되지 않음)의 다른 경우는, 더 큰 입자들이 마이크로전자 기판의 표면으로부터 이동됨에 따라 더 큰 입자들에 의해 야기되는 손상을 포함할 수도 있다. 더 큰 입자들은, 부분적으로 이들의 더 높은 질량으로 인해, 더 작은 입자들보다 상대적으로 더 높은 모멘텀을 가질 수도 있고, 마이크로전자 기판으로부터 축출되고 부가적인 손상을 야기시킨 후에 이들이 표면을 따라 반송되는 경우 또는 이들이 제거될 때 패터닝된 피처들의 손상을 야기시킬 가능성이 더 많을 수도 있다.
본 명세서에서 설명되는 프로세스들은 매우 효율적인 방식으로 큰 입자(예를 들어, >100nm) 및 작은 입자(예를 들어, <100nm)를 제거하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 비교적 더 큰 입자들(예를 들어, >100nm)에 대한 접착력들 대 제거력들의 비율은, 일부 경우들에서, 작은 입자들에 대한 접착력들 대 제거력들의 비율보다 더 작을 수도 있다. 이에 따라, 작은 입자들을 제거하기 위한 프로세스 처리들은 더 큰 입자들에 대해 매우 많은 에너지를 부여할 수도 있는데, 이 매우 많은 에너지는 더 큰 입자들이 제거되고 있을 때 마이크로전자 기판 상의 패터닝된 피처들 또는 마이크로전자 기판을 손상시킬 수도 있다. 그러나, 더 큰 입자들이 제1 그룹의 프로세스 조건들을 갖는 제1 처리 동안 제거되는 경우. 제2 처리는 제2 그룹의 프로세스 조건들을 사용하고, 여기서 제2 그룹의 프로세스 조건들은, 제1 그룹의 프로세스 조건들과는 상이한 적어도 하나의 프로세스 조건을 포함한다. 일 특정 실시예에서, 2-스테이지 처리는, 더 큰 입자들을 제거하기 위해 비교적 더 낮은 유동 레이트를 갖는 제1 처리를 포함할 수도 있는데, 이 제1 처리는 그 후에, 더 작은 입자들을 제거하기 위해 더 높은 유동 레이트를 갖는 제2 처리가 뒤이어질 수도 있다. 이러한 방식으로, 더 낮은 유동 레이트는 더 큰 입자들에 대해 더 낮은 양의 에너지를 부여하여, 더 큰 입자들이 마이크로전자 기판으로부터 제거되고 있을 때 더 큰 입자들의 모멘텀을 최소화한다. 이상적으로는, 더 낮은 모멘텀은 더 큰 입자들이 제거됨에 따른 패터닝된 피처들에 대한 손상의 양 또는 심각성을 최소화할 것이다.
이에 따라, 마이크로전자 기판(118) 상의 상이한 타입들의 입자들을 다루기 위해 멀티-스테이지 처리 방법을 포함함으로써 입자 제거 효율이 개선될 수도 있다. 멀티-스테이지 프로세스는 상이한 프로세스 조건들로 마이크로전자 기판(118)을 가로질러 다수의 패스들을 행하는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 처리는, 특정 타입들의 입자들을 제거하는 데 사용되는 제1 그룹의 프로세스 조건들을 포함할 수도 있고, 그에 뒤이어 제2 그룹의 프로세스 조건들에 의한 마이크로전자 기판(118)을 가로지르는 패스들이 후속된다. 도 16a/16b 및 도 17은 이들 멀티-스테이지 프로세스 처리들의 예시적인 실시예들을 예시한다.
도 16a 및 도 16b는 본 명세서에 개시된 프로세스들과 함께 멀티-스테이지 처리 프로세스를 사용하여 GCJ 스프레이로 마이크로전자 기판(118)을 처리하는 다른 방법에 대한 흐름도(1600)를 예시한다. 이들 멀티-스테이지 실시예들에서, 마이크로전자 기판(118)에 대한 노즐(110)의 포지셔닝 및 GCJ 스프레이의 프로세스 조건들은, 입자 제거 효율에 강한 영향을 미칠 수도 있다. 유출구 오리피스(304)와 마이크로전자 기판(118)의 표면 사이의 갭 거리 및/또는 GCJ 스프레이 프로세스 조건들을 변화시키는 것은, 입자들을 제거하고 처리 프로세스 동안 마이크로전자 기판(118)에 대한 손상을 최소화하도록 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 최적화될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 처리 가스에 대한 프로세스 조건들은 유체 유동 레이트, 화학적 조성, 온도, GEC(예를 들어, 노즐(400))로의 유입 압력, 진공 프로세스 챔버(104) 압력을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 추가로, 갭 거리(502)는 또한 마이크로전자 기판(118) 상의 패턴 피처 손상을 최소화하거나 또는 세정 효율을 개선시키기 위해 처리 스테이지들 사이에서 변화될 수도 있다. 도 16a를 참조하면, 흐름도(1600)는 도 1에 예시된 시스템(100)에 의해 구현될 수도 있는 멀티-스테이지 처리 프로세스의 일 실시예를 약술한다.
블록 1602에서, 마이크로전자 기판(118)은 유체 또는 가스 팽창 컴포넌트(GEC)(예를 들어, 노즐(300, 400))를 포함할 수도 있는 프로세스 챔버(104)에 수용될 수도 있다. GEC는 본 명세서에서 설명되는 노즐들(110) 중 임의의 것일 수도 있지만, 구체적으로는 TSG 노즐들(200), SSG 노즐(300) 또는 플러시 노즐(400)과 동일하게 또는 유사하게 구성될 수도 있다. 일반적으로, GEC는, 유체 혼합물을 수취하기 위한 유입구 오리피스(402) 또는 유입구, 및 유체 혼합물을 프로세스 챔버(104) 내로 유동시키는 유출구 오리피스(404) 또는 유출구를 포함할 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, GEC는 70K 내지 200K의 온도에서 그리고 800psig 미만의 압력에서 가스 혼합물을 유지할 수도 있는 극저온으로 냉각된 가스 소스와 유체 연통할 수도 있다.
마이크로전자 기판(118)은, 도 1의 설명에 추가로 개시된 바와 같이, GEC 아래에서 또는 그 하부에서 회전 및/또는 병진할 수도 있는 이동가능 척(122)에 고정될 수도 있다. 이동가능 척(112)은 그것이 이동되고 있을 때 마이크로전자 기판(118)을 기계적으로 그리고/또는 전자적으로 고정하도록 구성될 수도 있다. 이 능력은 처리 동안 마이크로전자 기판(118)이 이동가능 척(122)으로부터 이동하거나 또는 이로부터 떨어지는 것을 방지한다. 일단 마이크로전자 기판(118)이 적절한 포지션에 고정되면, 초기 프로세스 처리가 계속될 수도 있다.
블록 1604에서, 진공 프로세스 챔버는 진공 시스템(134)을 제어하여 멀티-스테이지 처리 프로세스 전반에 걸쳐 안정적인 프로세스 압력을 유지하도록 제어기(112)를 사용하여 35Torr 이하의 프로세스 압력에서 유지될 수도 있다. 반도체 프로세싱 분야의 통상의 기술자는 본 명세서에 개시된 멀티-스테이지 처리들 전반에 걸쳐 원하는 설정 포인트에서 압력을 유지하도록 폐루프 제어 시스템을 설계 및 구성하는 것이 가능할 것이다. 예를 들어, 압력 설정 포인트는 진공 프로세스 챔버(104)로의 가스 유동 조건들이 본 명세서에 개시된 멀티-스테이지 처리 프로세스들 동안 변경되고 있는 경우라도 유지될 수도 있다.
일반적으로, 프로세스 압력은 가스 혼합물이 GEC를 통과할 때 비교적 높은 압력으로부터 비교적 낮은 압력으로 전이됨에 따른 가스 클러스터 형성을 가능하게 하기 위해 유입 가스 혼합물보다 훨씬 더 낮은 압력에서 유지될 수도 있다. 추가로, 다른 실시예들에서, 진공 챔버 프로세스 압력은 멀티-단계 처리 프로세스 동안 변경되어 마이크로전자 기판(118)을 가로지르는 유체 유동 특성들을 변경하거나, 또는 가스 유동으로부터 입자들에 전달되는 에너지의 양을 변경하여 마이크로전자 기판(118)과의 입자의 표면 접착력을 극복할 수도 있다. 압력 제어에 부가적으로, 입자 제거 효율은 또한 유입 가스 압력, 조성, 및/또는 유동 레이트에 영향을 받을 수도 있다.
블록 1606에서, 유체 혼합물은 유체 소스(106)로부터 GEC로 제공될 수도 있고, 여기서 유입 유체 혼합물의 온도는 극저온 시스템(108)을 사용하여 70K 내지 200K에서 제어될 수도 있다. 유입 유체 혼합물의 압력은 800psig 미만 그리고 5psig 초과일 수도 있고 최적의 입자 제거 효율을 달성하도록 최적화될 수도 있는데, 이는 진공 챔버 압력, 유체 혼합물 조성, 및 본 명세서에서 설명되는 다른 프로세스 조건들과 관련하여 행해질 수도 있다.
일 실시예에서, 유체 혼합물은, 질소의 100중량% 및 아르곤의 100중량%로부터의 범위에 있는 중량 기준의 질소, 아르곤, 또는 이들의 임의의 조합물을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 유체 혼합물은, 질소 대 아르곤의 1:1 중량 혼합물을 포함할 수도 있고, 최대 질소 대 아르곤의 1:4 중량 혼합물까지의 범위에 있을 수도 있다. 질소 및 아르곤의 유체 조성은, 패터닝된 피처들의 타입 및/또는 조성 및 입자들의 사이즈를 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는 다양한 인자들에 적어도 부분적으로 기초하여, 입자 제거 효율을 최적화시키도록 변화될 수도 있다.
다른 실시예에서, 이전 실시예에서 설명된 유체 혼합물은, 가스 클러스터 스프레이에서 클러스터들의 사이즈, 중량, 및 밀도를 변경하기 위한 부가적인 화학 물질들을 포함할 수도 있다. 가스 클러스터 특성들은 특정 타입들의 입자들을 제거하도록 최적화될 수도 있다. 예를 들어, 유체 혼합물은, 다음의 화학 물질들: 크세논, 크립톤, 헬륨, 수소, C2H6 또는 이산화탄소 중 하나 이상과 혼합되는 질소 및/또는 아르곤을 포함할 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 유체 혼합물은, 질소 또는 아르곤 대 다음의 화학 물질들: 크세논, 크립톤, 헬륨, 수소, C2H6 또는 이산화탄소 중 적어도 하나의 4:1 중량 혼합물이다.
다른 실시예에서, 유체 혼합물은, 다음의 화학 물질들: 헬륨 또는 네온 중 하나 이상과 혼합되는 질소 및/또는 아르곤을 포함할 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 유체 혼합물은, 질소 또는 아르곤 대 다음의 화학 물질들: 헬륨 또는 네온 중 적어도 하나의 4:1 중량 혼합물이다.
멀티-스테이지 프로세스는 시스템(100)의 제어기(112)를 통해 유체 혼합물 조성, 유체 혼합물 압력 및 온도, 및 진공 챔버 압력과 관련된 프로세스 조건들을 설정 및 유지함으로써 시작될 수도 있다.
블록 1608에서, 시스템(100)은 제1 그룹의 프로세스 조건들(예를 들어, 유체 조성, 유체 압력 및/또는 온도, 진공 챔버 압력, 갭 거리(502)) 하에서 유체 혼합물을 유체 팽창 컴포넌트에 유지시키는 데 사용될 수도 있다. 마이크로전자 기판(118)은 마이크로전자 기판(118)으로부터 입자들을 제거하는 데 사용되는 이 제1 그룹의 프로세스 조건들을 사용하여 제1 처리가 행해질 것이다.
일 특정 실시예에서, 제1 그룹의 프로세스 조건들은 더 큰 입자들이 마이크로전자 기판(118)으로부터 제거될 때 임의의 손상을 최소화하기 위해, 더 큰 입자들을 제거하기에 충분히 높고 입자들의 모멘텀을 최소화하기에 충분히 낮을 수도 있는 제1 유동 레이트로 유체 혼합물을 유동시킴으로써 더 큰 사이즈로 된 것(예를 들어, >100nm)을 목표로 하는 데 사용될 수도 있다. 이 경우에, 유체 혼합물 유동 레이트는 100중량% 아르곤 조성을 사용하여 약 100slm일 수도 있고 200K 미만의 유체 혼합물 온도를 가질 수도 있다. 갭 거리(502)는 유출구 오리피스(404)와 마이크로전자 기판(118)의 표면 사이에서 약 10mm일 수도 있다.
블록 1610에서, 유체 혼합물은 그 후에, 팽창된 유체 혼합물(예를 들어, GCJ 스프레이)이 마이크로전자 기판(118)의 표면을 가로질러 유동하도록 유출구(예를 들어, 유출구 오리피스(404))를 통해 진공 프로세스 챔버 내로 팽창될 수도 있다.
블록 1612에서, 이동가능 척(122)은 유출구 오리피스(404) 아래에서 마이크로전자 기판(118)을 회전 및/또는 병진시켜 그에 의해 입자들을 팽창된 유체 혼합물(예를 들어, GCJ 스프레이)에 노출시켜 마이크로전자 기판(118)으로부터 제1 복수의 대상물들(예를 들어, 입자들)을 제거하게 할 수도 있다. 이 경우에, 더 큰 입자들은 더 작은 입자들의 것들보다 이들의 더 낮은 비율의 접착력들 대 제거력들로 인해 더 높은 레이트로 제거될 수도 있는데, 이 더 작은 입자들은 더 큰 비율의 접착력들 대 제거력들을 가질 수도 있다. 더 큰 표면적은 더 많은 양의 클러스터들이 더 작은 입자들보다 더 큰 입자들에 영향을 줄 가능성이 더 많기 때문에 유체 혼합물로부터 더 큰 입자들로의 더 높은 모멘텀 전달 레이트를 가능하게 할 수도 있다.
본 기술분야의 통상의 기술자는 필요에 따라 체류 시간(예를 들어, 회전 속력 및/또는 병진 속력)을 결정하여 입자 제거 효율을 최적화시킬 수도 있다. 체류 시간은, GEC가 마이크로전자 기판(118)의 임의의 하나의 위치의 바로 맞은편에 포지셔닝되는 시간량이다. 일 실시예에서, GEC는 하나의 위치에 고정되고, 이동가능 척(122)은 GEC로부터 나오는 팽창된 유체 혼합물을 통해 마이크로전자 기판(118)을 회전 및 병진시킨다. 따라서, 병진 및 회전 속력은, 마이크로전자 기판(118)의 임의의 부분이 GEC 바로 아래에 있거나 또는 GEC의 바로 맞은편에 있는 시간량을 제어할 것이다. 예를 들어, 체류 시간은 병진 속력 및/또는 회전 속력을 감소시킴으로써 증가될 수도 있어서, 마이크로전자 기판(118)의 임의의 하나의 부분이 유출구 오리피스(404)의 바로 맞은편에서 또는 그에 대향하여 더 긴 시간량을 소비한다. 유사하게, 체류 시간은 병진 속력 및/또는 회전 속력을 증가시킴으로써 감소되어, 마이크로전자 기판(118)의 임의의 하나의 부분이 유출구 오리피스(404)의 바로 맞은편에 있거나 또는 그에 대향하고 있는 시간량을 감소시킬 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 병진 속력은 2mm/s 내지 120mm/s의 범위에 있을 수도 있고 회전 속력은 30rpm 내지 300rpm의 범위에 있을 수도 있고 멀티-스테이지 처리의 스테이지들 사이에서 변할 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 시스템(100)은 30 내지 60rpm으로 기판을 회전시키고 2mm/s 내지 100mm/s로 병진하도록 구성될 수도 있다. 멀티-스테이지 처리의 제1 부분의 종료에 뒤이어, 멀티-스테이지 처리 프로세스를 계속하기 위해 프로세스 조건들이 상이한 값들로 전이될 수도 있다.
블록 1614에서, 시스템(100)은 후속 처리에 선행하기 전에 유체 혼합물의 유입 유동을 정지시키고 제2 그룹의 프로세스 조건들을 설정하는 것 또는 프로세스 조건들을 즉시 전이시키고 모든 프로세스 조건들이 이들의 새로운 설정 포인트들에 도달할 때 진행하는 것 중 어느 하나에 의해 멀티-스테이지 처리 프로세스의 제2 부분으로 전이할 수도 있다.
일 실시예에서, 전이는 마이크로전자 기판(118)이 유출구 오리피스(404) 바로 아래에 배치되지 않을 때 발생할 수도 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, GEC는 마이크로전자 기판(118) 위에 배치된 채로 유지될 수도 있다.
다른 실시예에서, 시스템(100)은 제2 그룹의 프로세스 조건들 하에서 유체 혼합물을 유체 팽창 컴포넌트에 유지시킬 수도 있고, 여기서 제1 그룹과 제2 그룹의 프로세스 조건들 사이의 적어도 하나의 프로세스 조건이 상이하다. 예를 들어, 시스템(100)은, 뒤이은 프로세스 조건들 중 하나 이상을, 멀티-스테이지 처리의 제1 부분 동안 사용되지 않은 설정 포인트 값으로 전이시킬 수도 있다. 따라서, 이들 값들 모두가 제2 그룹의 프로세스 조건들로 간주되도록 변경되는 것이 요구되지는 않는다. 제1 그룹의 프로세스 조건들 중 일부가 후속 처리들을 위해 변경되지 않았을 수도 있다는 것에도 불구하고, 프로세스 조건들 중 하나의 프로세스 조건의 단순한 변경이 제2 그룹의 프로세스 조건들이 존재하기에 충분할 것이다. 프로세스 조건들은 유체 혼합물의 유체 유동 레이트, 유체 혼합물의 화학적 조성, 유체 혼합물의 온도, 유체 혼합물의 유체 압력, 마이크로전자 기판(118)과 유체 팽창 컴포넌트 사이의 거리(예를 들어, 갭 거리(502)), 또는 진공 프로세스 챔버의 챔버 압력을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 프로세스 조건들 중 하나 이상은 멀티-스테이지 처리의 초기 부분 동안 사용된 설정 포인트 값의 적어도 10%만큼 변경될 수도 있다.
예를 들어, 일 실시예에서, GEC로의 유입 유체 혼합물의 온도는 멀티-스테이지 처리의 후속 부분에 대해 150K의 초기 설정으로부터 135K 이하의 후속 설정으로 변경될 수도 있다. 유사하게, 유입 유체 온도는 또한 150K로부터 165K 이상으로 최대 200K까지 변경될 수도 있다.
다른 실시예에서, 진공 챔버 압력은 제1 그룹의 프로세스 조건들과 제2 그룹의 프로세스 조건들 사이에서 압력을 적어도 10%만큼 낮춤으로써 변경될 수도 있다. 예를 들어, 초기 챔버 압력은 약 20Torr일 수도 있고 제2 챔버 압력은 3Torr 이하일 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 프로세스 압력은 초기 압력으로서 약 14Torr 그리고 제2 챔버 압력으로서 8Torr일 수도 있다.
일 특정 실시예에서, 멀티-스테이지 처리의 초기 부분에 대한 약 100slm의 제1 유체 유동 레이트는 멀티-스테이지 처리의 후속 부분에 대한 약 160slm의 제2 유체 유동 레이트로 변경될 수도 있다.
다른 실시예들에서, 제1 및 제2 그룹들의 프로세스 조건들 사이의 전이는, 유체 혼합물의 화학적 조성을 변경하는 것을 포함할 수도 있다. 변경들은, 본 명세서에 개시된 임의의 화학적 조성들 사이의 전이를 포함할 수도 있다. 본 명세서에 개시된 조성들은 달리 나타내지 않는 한 중량 기준으로 규정된다. 예를 들어, 제1 그룹의 프로세스 조건들은 초기 멀티-스테이지 처리에 사용되는 아르곤의 100중량%를 포함할 수도 있고, 질소 또는 본 명세서에 개시된 처리 화학 물질들 중 임의의 것을 포함할 수도 있는 희석된 혼합물로 전이될 수도 있다.
다른 실시예에서, 갭 거리(502)는 제1 및 제2 그룹들의 프로세스 조건들 사이에서 변경되어 마이크로전자 기판(118)의 표면을 가로지르는 유체 혼합물의 측방향 유동 프로파일을 변경할 수도 있다. 예를 들어, 갭 거리(502)는 50mm로부터 3mm로 변경되어 마이크로전자 기판의 표면에 전달되는 힘의 양을 증가시켜 더 작은 입자들을 제거할 수도 있는데, 이 더 작은 입자들은 더 높은 비율의 접착력들 대 제거력들을 가질 수도 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 갭 거리는 2mm 내지 100mm에서 변할 수도 있다.
다른 실시예들에서, 하나 초과의 변수가 동일한 마이크로전자 기판(118)에 대한 초기 및 후속 처리들 사이에서 변경될 수도 있다. 예를 들어, 일 경우에서, 유동 레이트 및 진공 챔버 압력 양측 모두는 제1 그룹의 프로세스 조건들과 제2 그룹의 프로세스 조건들 사이에서 전이할 때 변경될 수도 있다. 시스템(100)은 본 명세서에 개시된 프로세스 범위들 또는 반도체 프로세싱 분야의 통상의 기술자가 입자 제거 효율을 개선시키는 데 사용할 수도 있는 다른 임의의 다른 값들 내에서 멀티-스테이지 처리 전이들 중 임의의 멀티-스테이지 처리 전이 동안 변경하기 위해 프로세스 조건들 중 하나 이상을 전이시키도록 프로그래밍될 수도 있다. 예를 들어, 변경들은, 나머지 프로세스 조건들을 제1 및 제2 그룹의 프로세스 조건들 사이에서 동일하게 또는 유사하게 유지하면서 유동 레이트 및 진공 챔버 압력을 포함할 수도 있다. 다른 예에서, 유체 혼합물 유동 레이트 및 유체 혼합물 온도는 제1 및 제2 그룹의 프로세스 조건들 사이에서 변경될 수도 있다. 부가적으로, 3-방향 변경 실시예는, 제1 및 제2 그룹의 프로세스 조건들 사이에서 유체 혼합물 유동 레이트, 진공 챔버 압력, 및 유체 혼합물 온도를 변경하는 것을 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 시스템(100)은 유체 혼합물을 진공 프로세스 챔버(104)에 공급하고 시스템(100)은 유체 혼합물을 가스 상(예를 들어, <1% 액체 상)으로 유지하는 온도 및/또는 압력에서 유체 혼합물을 유지할 수도 있다. 그러나, 유체 혼합물은 모든 멀티-스테이지 처리 실시예들에 대해 1% 미만의 액체 상이 되도록 요구되지는 않는다.
시스템(100)은 상기에 개시된 바와 같이 유체 혼합물 프로세스 조건들을 전이시키도록 프로그래밍될 수도 있고 전이 동안 유체 혼합물 유동을 정지시킴으로써 단계적인 방식으로 전이를 구현할 수도 있거나 또는 마이크로전자 기판(118)이 유출구 오리피스(404) 아래에서 병진 및/또는 회전되고 있는 동안 즉시 전이를 구현할 수도 있다. 그러나, 전이가 언제 또는 어떻게 발생하는지에 관계없이, 유체 혼합물은 멀티-스테이지 처리의 다음 반복에서 마이크로전자 기판(118)에 노출될 것이다. 그러나, 흐름도(1600)의 목적들을 위해, 전이는 단계적인 방식으로 발생할 것이다.
블록 1616에서, 시스템(100)은 제2 그룹의 프로세스 조건 설정 포인트들에 도달되었을 때 유체 혼합물 유동의 유동을 가능하게 할 것이다. 유체 혼합물은 유출구(예를 들어,유출구 오리피스(404))를 통해 진공 프로세스 챔버 내로 팽창되어 팽창된 유체 혼합물이 마이크로전자 기판을 가로질러 측방향 방식으로 유동하도록 할 것이다. 팽창된 유체 혼합물은 입자들을 충돌시키고 축출함으로써 입자들의 제거를 가능하게 하는 가스 클러스터들(예를 들어, GCJ 스프레이)을 형성할 수도 있다.
블록 1618에서, 팽창 유체 혼합물은 마이크로전자 기판(118)을 가로질러 유동하는 유체 혼합물을 사용하여 마이크로전자 기판(118)으로부터 제2 복수의 대상물들(예를 들어, 입자들)을 제거하기 위해 마이크로전자 기판(118) 상의 입자들에 대해 충분한 에너지를 인가할 수도 있다. 이 후속 처리는 초기 처리 동안 제거된 입자들보다 더 높은 비율의 접착력들 대 제거력들을 갖는 입자들을 목표로 할 수도 있다. 일부 경우들에서, 더 작은 입자들(<100nm)이 더 큰 입자들보다 더 높은 비율의 접착력들 대 제거력들을 갖는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 후속 처리들은 특정 사이즈들의 입자들을 제거하는 것으로 제한되지 않으며, 사이즈와 무관하게 다른 타입들의 입자들을 목표로 하는 데 사용될 수도 있다.
마이크로전자 기판(118)으로부터 대상물들의 부가적인 그룹들(예를 들어, 제3, 제4 등)을 제거하기 위해 후속 처리들이 뒤이어질 수도 있다. 이러한 방식으로, 세정 처리들은 입자 제거 효율을 최대화하기 위해 본 명세서에 개시된 프로세스 조건들을 변화시킴으로써 최적화될 수도 있다. 프로세스 조건들은 마이크로전자 기판(118) 상에서 발견되는 상이한 타입들의 입자들, 재료들, 및 피처들을 고려하여 변화될 수도 있다. 예를 들어, 입자들은 사이즈, 조성, 및 배향 또는 위치(예를 들어, 표면 배치, 매립)에 의해 변할 수도 있고, 본 기술분야의 통상의 기술자가 과도한 실험 없이 프로세스 조건들을 최적화시켜 GCJ 스프레이를 사용하여 이들을 제거하면서 기존 피처들에 대한 손상을 최소화할 수도 있다. 부가적으로, 마이크로전자 기판(118)의 표면은, 입자들에 대한 상이한 표면 접착 특성들이 마이크로전자 기판(118)을 가로질러 분포되는 것을 가능하게 할 수도 있는 다양한 노출된 재료들을 가질 수도 있다. 이에 따라, 후속 처리들은 본 명세서에 개시된 프로세스 조건들을 조정함으로써 상이한 타입들의 재료들을 고려하여 입자 제거 효율을 최대화할 수도 있다. 추가로, 마이크로전자 기판(118) 상의 패터닝된 피처들은 다이를 가로지르는 그리고 마이크로전자 기판(118)을 가로지르는 지오메트리, 토포그래피(topography), 및 밀도와 관련하여 변할 것이다. 토포그래피(예를 들어, 트렌치들, 홀들, 분리된 라인들, 조밀한 라인들 등)는 다이 및/또는 마이크로전자 기판(118)을 가로질러 변할 수도 있고 GCJ 스프레이의 유체 유동 및 역학에 영향을 줄 수도 있다. 다이 또는 마이크로전자 기판(118)을 가로지르는 토포그래피 변경들은 마이크로전자 기판(118)으로부터 대상물들 또는 입자들을 제거하는 GCJ 스프레이의 능력을 차폐 또는 제한할 수도 있다. 이에 따라, 본 기술분야의 통상의 기술자는 트렌치들 내에 놓이거나 또는 조밀한 라인 피처들의 상부 상에 배치되거나 또는 다이 내의 또는 마이크로전자 기판(118)을 가로지르는 패터닝된 라인 피처들 사이의 공간들 내에 위치되는 입자들을 제거하기 위해 이들 토포그래피 차이들을 다루도록 프로세스 조건들을 전개시킬 수도 있다.
추가로, 후속 처리들은 마이크로전자 기판(118)의 특정 영역들을 목표로 할 수도 있다. 처리들의 위치 및 프로세스 조건들을 변화시킴으로써 다루어질 수도 있는 특유의 입자 패턴들이 마이크로전자 기판(118) 상에서 발견될 수도 있다. 예를 들어, 입자 패턴들은 마이크로전자 기판(118)의 에지에 영향을 주는 것으로 알려져 있을 수도 있다. 이 경우에, 후속 처리들은 사이클 시간 또는 화학적 사용량을 감소시키기 위해 전체 마이크로전자 기판(118)을 처리하는 일 없이 특정 구역에 위치된 입자들을 다루도록 이동가능 척(122) 또는 GEC를 포지셔닝시킴으로써 마이크로전자 기판(118)의 에지를 목표로 하고 있을 수도 있다.
흐름도(1600) 실시예는 멀티-스테이지 처리들 동안 유체 혼합물 유동의 구별되는 시작 및 정지를 암시할 수도 있지만, 청구범위의 범주는, 도 17 실시예에 나타내는 바와 같이, 이들 타입들의 프로세스들로 제한되도록 의도되지 않는다.
도 17은 멀티-스테이지 처리를 사용하여 극저온 유체로 마이크로전자 기판(118)을 처리하기 위한 다른 방법에 대한 흐름도(1700)를 예시한다. 이 경우에, 멀티-스테이지 처리는 프로세스 조건들을 인시츄(in-situ)로 변경함으로써 구현될 수도 있는 한편, 처리는 유체 혼합물이 유동되고 있는 동안 상이한 설정 포인트들로 능동적으로 전이시키는 것으로 또는 유체 혼합물 유동을 정지시키고 상이한 설정 포인트들로의 전이가 완료될 때까지 대기하는 것으로 진행된다. 프로세스 조건들은 본 명세서에 개시된 프로세스 조건들 중 임의의 것을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다.
상기에 개시된 바와 같이, 유체 혼합물은 유체 혼합물에 얼마나 많은 액체(중량 기준)가 있을 수도 있는지에 영향을 주도록 유체 혼합물의 온도 및 압력을 제어함으로써 비교적 낮은 액체 농도를 가질 수도 있는 GCJ 스프레이를 생성할 수도 있다. 시스템(100)은 유입 유체 혼합물의 압력 및 온도를 최적화시켜 유입 유체 혼합물의 액체 농도를 제어하여, 전부가 아닌 일부의 실시예들에 대해 가스 혼합물(예를 들어, <1중량% 액체)을 달성할 수도 있다.
블록 1702에서, 마이크로전자 기판(118)은 유체 또는 가스 팽창 컴포넌트(GEC)(예를 들어, 노즐(400))를 포함할 수도 있는 프로세스 챔버(104)에 수용될 수도 있다. 일반적으로, 노즐들은, 유체 혼합물을 수취하기 위한 유입구 오리피스(402) 또는 유입구, 및 유체 혼합물을 프로세스 챔버(104) 내로 유동시키는 유출구 오리피스(404) 또는 유출구를 포함할 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, GEC는 70K 내지 200K의 온도에서 그리고 800psig 미만의 압력에서 가스 혼합물을 유지할 수도 있는 극저온으로 냉각된 가스 소스와 유체 연통할 수도 있다.
마이크로전자 기판(118)은, 도 1의 설명에 추가로 개시된 바와 같이, 노즐(400) 아래에서 또는 그 하부에서 회전 및/또는 병진할 수도 있는 이동가능 척(122)에 고정되거나 또는 그 이동가능 척(122) 상에 배치될 수도 있다. 이동가능 척(122)은 그것이 이동되고 있을 때 마이크로전자 기판(118)을 고정하도록 구성될 수도 있다. 이 능력은 처리 동안 기판이 이동가능 척(122)으로부터 이동하거나 또는 이로부터 떨어지는 것을 방지한다. 일단 마이크로전자 기판(118)이 이동가능 척(122) 상에 고정되면, 초기 프로세스 처리가 계속될 수도 있다.
시스템(100)은 초기 처리를 위한 제1 그룹의 프로세스 조건들을 선택 또는 지정할 수도 있고, 프로세스 조건들은 가스 혼합물의 가스 유동 레이트, 가스 혼합물의 화학적 조성, 가스 혼합물의 온도, 가스 혼합물의 가스 압력, 마이크로전자 기판(118)과 가스 팽창 컴포넌트 사이의 거리, 및/또는 본 명세서에 개시된 프로세스 조건 범위들마다의 값들에 있어서의 진공 프로세스 챔버(104)의 챔버 압력을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다.
블록 1704에서, 시스템(100)은, 초기 처리에 앞서, 가스 또는 가스에 액체가 없는 또는 매우 적은 양의 액체(예를 들어, <1중량%)를 갖는 가스 혼합물을 가스 팽창 컴포넌트에 공급하도록 구성될 수도 있다. 시스템(100)은, 본 명세서에 개시된 임의의 가스들 또는 가스 혼합물들에 대한 다른 상태도들을 사용하여 적용될 수도 있는, 질소 및 아르곤에 대해 도 6a 및 도 6b에서 설명되는 기법들을 사용하여, 273K 미만인 온도에서 그리고 가스 혼합물에서 액체 형성을 방지 또는 최소화하는 압력에서 가스 혼합물을 유지할 수도 있다.
많은 실시예들에서, 가스 온도는 70K 이상 그리고 200K 이하일 수도 있고 압력은 5psi 내지 800psig의 범위에 있을 수도 있다. 가스는 질소, 아르곤, 또는 이들의 조합물로 구성될 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예들에서, 가스는 질소, 아르곤, 크세논, 크립톤, 헬륨, 수소, C2H6 또는 이산화탄소, 또는 이들의 임의의 조합물로 구성될 수도 있다. 다른 실시예에서, 가스 혼합물은 적어도 헬륨 또는 네온과 그리고 다음의 가스들: 아르곤, 크립톤, 크세논, 이산화탄소 중 적어도 하나와 조합된 N2를 포함할 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 앞서 언급된 가스 혼합물의 조합물의 비율은 약 1:2:2일 수도 있다. 다른 더 특정적인 실시예에서, 앞서 언급된 가스 혼합물의 비율은 1:2:1.8일 수도 있다.
많은 실시예들에서, 시스템(100)은 처리 프로세스 동안 가스 클러스터 형성을 가능하게 하기 위해 진공 프로세스 챔버(104)를 35Torr 이하의 프로세스 압력에서 유지할 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 프로세스 압력은 약 10Torr 이하일 수도 있다. 추가로, GEC에 대한 마이크로전자 기판(118)의 포지션은 입자 제거 효율을 개선시키도록 조정될 수도 있다.
요약하면, 시스템(100)은 초기 처리를 위한 제1 그룹의 프로세스 조건들을 유지할 수도 있고, 프로세스 조건들은 가스 혼합물의 가스 유동 레이트, 가스 혼합물의 화학적 조성, 가스 혼합물의 온도, 가스 혼합물의 가스 압력, 마이크로전자 기판(118)과 가스 팽창 컴포넌트 사이의 거리, 및/또는 본 명세서에 개시된 프로세스 조건 범위들마다의 값들에 있어서의 진공 프로세스 챔버(104)의 챔버 압력을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다.
블록 1706에서, 마이크로전자 기판(118)은 2mm 내지 50mm의 범위에서 마이크로전자 기판(116)과 유출구(예를 들어, 출구 오리피스(404)) 사이의 갭을 제공하기 위해 가스 팽창 컴포넌트에 대향하여 포지셔닝될 수도 있고, 가스 팽창 컴포넌트는 마이크로전자 기판(118)에 대향하여 배치된다. 갭 거리(502)는 마이크로전자 기판(118)을 가로지르는 GCJ 스프레이의 유동 특성들을 제어하도록 조정될 수도 있다. GEC에 대한 마이크로전자 기판(118)의 근접성은 입자들에 전달되는 에너지의 양 및 유동 특성들에 영향을 줄 수도 있고, 마이크로전자 기판(118)이 GEC 아래에서 이동됨에 따라 입자들이 제거되는 표면적의 사이즈 또는 입자 제거 효율에 영향을 줄 수도 있다.
다른 실시예들에서, GEC는 처리 프로세스 동안 기판을 가로지르는 유동에 대한 변경들을 가능하게 하는 각도로 포지셔닝될 수도 있다. 예를 들어, 노즐에 대한 마이크로전자 기판(118)의 포지셔닝은 45° 내지 90°의 입사각으로 유지될 수도 있다.
초기 처리는 시스템(100)이 초기 프로세스 조건들이 초기 처리를 시작하기에 충분히 달성 또는 유지되었음을 확인하였을 때 개시될 수도 있다.
블록 1708에서, 시스템(100)은 가스 혼합물이 GEC를 통해 유동하게 하고 가스 혼합물을 가스 팽창 컴포넌트 유출구를 통해 그리고 갭(예를 들어, 갭 거리(502))을 통해 프로세스 챔버 내로 팽창하게 함으로써 멀티-스테이지 처리를 개시할 수도 있어서, 팽창된 가스 혼합물의 적어도 일 부분이 마이크로전자 기판(118)을 가로질러 유동하도록 하고 표면 상에 위치된 그리고/또는 마이크로전자 기판(118)의 표면에 매립된 복수의 입자들에 대해 에너지를 전달하도록 할 것이다.
블록 1710에서, 초기 처리 동안 이동가능 척(112)은 도 1에 도시된 바와 같이 이동가능 척 위에 배치될 수도 있는 GEC 아래에서 또는 그로부터 대향하여 마이크로전자 기판(118)을 이동 및/또는 회전시킬 수도 있다. 마이크로전자 기판(118)이 팽창된 가스 혼합물에 인접한 경로를 따라 이동하거나 또는 GCJ 스프레이가 제1 복수의 입자들을 제거하는 데 사용될 수도 있을 때, 제거하기 위해 제1 그룹의 프로세스 조건들이 튜닝될 수도 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 초기 처리는 비교적 낮은 가스 유동 레이트(예를 들어, >100slm)를 사용하여 비교적 더 큰 입자들(예를 들어, >100nm)을 제거하는 데 사용될 수도 있다. 더 작은 입자들(예를 들어, <100nm)은 비교적 유동 레이트들로 제거될 가능성이 더 적다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 더 큰 입자들에 대해 더 적은 에너지를 부여하는 더 낮은 유동 레이트들로 더 큰 입자들을 제거하는 것이 유리할 수도 있다. 이러한 방식으로, 더 큰 입자들의 모멘텀은 더 낮을 수도 있어서, 더 큰 입자들은, 더 낮은 모멘텀을 갖기 때문에, 마이크로전자 기판(118) 상의 기존 피처들에 대한 손상을 덜 야기시키는 것이 가능하다. 더 큰 입자들의 제거(예를 들어, 초기 처리)에 뒤이어, 임의의 기존 피처들(예를 들어, 라인들, 홀들, 트렌치들, 핀들, 필름 스택들 등)에 대한 임의의 손상을 최소화하면서 마이크로전자 기판(118)으로부터 제거되도록 상이한 양의 에너지 또는 프로세스 조건들을 요구할 수도 있는 다른 입자들을 제거하기 위해 후속 처리들이 수행될 수도 있다.
블록 1712에서, 마이크로전자 기판(118)의 후속 세정 처리는, 초기 처리 동안 사용된 프로세스 조건들과는 상이한, 진공 프로세스 챔버 및/또는 가스 혼합물에 대한 적어도 하나의 프로세스 조건을 변경함으로써 개시될 수도 있다. 후속 처리는 초기 처리 동안 완전히 제거되지 않았을 수도 있는 제2 복수의 입자들을 제거하는 데 사용될 수도 있다.
일 실시예에서, 프로세스 조건들의 변경은, 마이크로전자 기판의 후속 처리를 위해 가스 유동 레이트를 더 큰 크기로 변경하는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 초기 가스 유동 레이트는 초기 처리와 후속 처리 사이에서 적어도 5%만큼 변경되어, 유동을 변화시키거나 그리고/또는 마이크로전자 기판(118)의 표면에 인가되는 에너지의 양을 변화시킬 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 초기 가스 유동 레이트는 초기 처리를 위해 약 100slm일 수도 있고 후속 처리를 위해 160slm으로 변경될 수도 있다. 더 높은 유동 레이트는 더 높은 비율의 접착력들 대 제거력들을 갖는 입자들을 제거하는 데 사용될 수도 있다.
다른 실시예에서, 팽창된 가스 혼합물로부터 마이크로전자 기판(118)에 인가되는 에너지의 양은 후속 처리들을 위해 갭 거리(502)를 변경함으로써 변화될 수도 있다. 예를 들어, 가스 거리는 멀티-스테이지 처리들 사이에서 2mm 내지 10mm로 변화될 수도 있다. 부가적으로, 마이크로전자 기판(118)을 가로지르는 유동 프로파일은 가스 거리(502)에 의해 영향을 받을 수도 있는데, 이는 GEC가 마이크로전자 기판(118)을 가로질러 이동됨에 따른 GEC 주위의 표면적의 양에 영향을 줄 수도 있다. 추가로, 갭 거리(502)는 또한 가스 클러스터 사이즈 및/또는 밀도에 영향을 줄 수도 있는데, 이는 과도한 실험 없이 상이한 타입들/사이즈들의 입자들을 목표로 하도록 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 최적화될 수도 있다.
더 광범위하게, 다른 실시예들에서, 시스템(100)은 입자 제거 효율을 개선시키기 위해 다음의 프로세스 조건들: 가스 혼합물의 가스 유동 레이트, 가스 혼합물의 화학적 조성, 가스 혼합물의 온도, 가스 혼합물의 가스 압력, 마이크로전자 기판과 가스 팽창 컴포넌트 사이의 거리, 및/또는 진공 프로세스 챔버의 챔버 압력 중 2개 이상의 조합들을 변화시키도록 구성될 수도 있다.
단지 본 발명의 특정 실시예들만이 상세히 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명의 신규한 교시들 및 이점들로부터 실질적으로 벗어나는 일 없이 실시예들에서 많은 수정들이 가능하다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 이에 따라, 모든 그러한 수정들은 본 발명의 범주 내에 포함되도록 의도된다. 예를 들어, 상술된 실시예들은 함께 통합될 수도 있고, 원하는 대로 실시예들의 부분들을 부가 또는 생략할 수도 있다. 따라서, 실시예들의 수는 단지 본 명세서에서 설명되는 특정 실시예들로만 제한되지 않을 수도 있어서, 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 명세서에서 설명되는 교시들을 이용하여 부가적인 실시예들을 만들 수도 있다.

Claims (19)

  1. 마이크로전자 기판(microelectronic substrate)을 처리하기 위한 방법으로서,
    유입구 및 유출구를 포함하는 유체 팽창 컴포넌트를 포함하는 진공 프로세스 챔버에 상기 마이크로전자 기판을 수용하는 단계;
    상기 진공 프로세스 챔버에서 35Torr 이하의 프로세스 압력을 유지하는 단계;
    유체 혼합물을 상기 유체 팽창 컴포넌트에 수용하는 단계 - 상기 유체 혼합물은 질소 또는 아르곤을 포함하고, 상기 유체 혼합물은 70K 내지 200K의 범위의 온도 및 800psig 미만의 압력에 있음 - ;
    제1 그룹의 프로세스 조건들 하에서 상기 유체 혼합물을 상기 유체 팽창 컴포넌트 및 상기 진공 프로세스 챔버에 유지시키는 단계;
    상기 유체 혼합물을 상기 유출구를 통해 상기 진공 프로세스 챔버 내로 팽창시켜 상기 팽창된 유체 혼합물이 상기 마이크로전자 기판을 가로질러 유동하도록 하는 단계;
    상기 마이크로전자 기판을 가로질러 유동하는 상기 유체 혼합물을 사용하여 상기 마이크로전자 기판으로부터 제1 복수의 대상물들을 제거하는 단계;
    제2 그룹의 프로세스 조건들 하에서 상기 유체 혼합물을 상기 유체 팽창 컴포넌트 및 상기 진공 프로세스 챔버에 유지시키는 단계 - 상기 제1 그룹의 프로세스 조건들과 상기 제2 그룹의 프로세스 조건들 사이의 적어도 하나의 프로세스 조건이 상이함 - ;
    상기 유체 혼합물을 상기 유출구를 통해 상기 진공 프로세스 챔버 내로 팽창시켜 상기 팽창된 유체 혼합물이 상기 마이크로전자 기판을 가로질러 유동하도록 하는 단계; 및
    상기 마이크로전자 기판을 가로질러 유동하는 상기 유체 혼합물을 사용하여 상기 마이크로전자 기판으로부터 제2 복수의 대상물들을 제거하는 단계
    를 포함하는, 마이크로전자 기판을 처리하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 그룹의 프로세스 조건들은 제1 유체 유동 레이트(first fluid flow rate)를 포함하고, 상기 제2 그룹의 프로세스 조건들은, 상기 제1 유체 유동 레이트와는 상이한 제2 유체 유동 레이트를 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 처리하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 그룹의 프로세스 조건들은 제1 유체 유동 레이트를 포함하고, 상기 제2 그룹의 프로세스 조건들은, 상기 제1 유체 유동 레이트보다 더 높은 제2 유체 유동 레이트를 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 처리하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 그룹의 프로세스 조건들은 제1 유체 유동 레이트를 포함하고, 상기 제2 그룹의 프로세스 조건들은, 상기 제1 유체 유동 레이트보다 더 낮은 제2 유체 유동 레이트를 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 처리하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 그룹의 프로세스 조건들은 약 100slm의 제1 유체 유동 레이트를 포함하고, 상기 제2 그룹의 프로세스 조건들은 약 160slm의 제2 유체 유동 레이트를 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 처리하기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 그룹의 프로세스 조건들 또는 상기 제2 그룹의 프로세스 조건들은 상기 유체 혼합물의 유체 유동 레이트, 상기 유체 혼합물의 화학적 조성, 상기 유체 혼합물의 온도, 상기 유체 혼합물의 유체 압력, 상기 마이크로전자 기판과 상기 유체 팽창 컴포넌트 사이의 거리, 또는 상기 진공 프로세스 챔버의 챔버 압력을 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 처리하기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유체 혼합물은 질소, 아르곤, 또는 이들의 조합물을 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 처리하기 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유체 혼합물은, 다음의 것: 크세논, 크립톤, 헬륨, 수소, C2H6 또는 이산화탄소 중 하나 이상에 대한 질소 또는 아르곤의 혼합물을 적어도 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 처리하기 위한 방법.
  9. 마이크로전자 기판을 세정하기 위한 방법으로서,
    유입구 및 유출구를 포함하는 가스 팽창 컴포넌트를 포함하는 진공 프로세스 챔버에 상기 마이크로전자 기판을 수용하는 단계;
    273K 미만인 온도;
    상기 가스 팽창 컴포넌트에서 가스 혼합물에서의 액체 형성을 방지하는 압력
    을 포함하고;
    상기 진공 프로세스 챔버 및 상기 가스 혼합물에 대해 제1 그룹의 프로세스 조건들을 유지하는
    상기 가스 혼합물을 상기 가스 팽창 컴포넌트에 공급하는 단계;
    상기 기판과 상기 유출구 사이의 갭 거리를 2mm 내지 50mm의 범위로 제공하도록 상기 가스 팽창 컴포넌트에 대향하여(opposite) 상기 기판을 포지셔닝하는 단계 - 상기 가스 팽창 컴포넌트는 상기 마이크로전자 기판에 대향하여 배치됨 - ;
    상기 가스 혼합물을 상기 가스 팽창 컴포넌트 유출구를 통해 그리고 상기 갭을 통해 상기 프로세스 챔버 내로 팽창시켜 상기 팽창된 가스 혼합물의 적어도 일 부분이 상기 마이크로전자 기판을 가로질러 유동하도록 하는 단계;
    상기 마이크로전자 기판의 초기 처리를 위해 상기 가스 팽창 컴포넌트에 인접한 경로를 따라 상기 마이크로전자 기판을 이동시키는 단계;
    상기 마이크로전자 기판의 초기 처리에 뒤이어 후속 처리를 위해 상기 진공 프로세스 챔버 또는 상기 가스 혼합물에 대한 적어도 하나의 프로세스 조건을 변경하는 단계
    를 포함하는, 마이크로전자 기판을 세정하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 온도는 70K 이상 그리고 150K 이하인 것인, 마이크로전자 기판을 세정하기 위한 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버는 10Torr 미만으로 유지되는 것인, 마이크로전자 기판을 세정하기 위한 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 기판을 포지셔닝하는 단계는, 상기 기판과 상기 가스 팽창 컴포넌트 사이에서 45° 내지 90°의 입사각을 유지하는 단계를 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 세정하기 위한 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    냉각되고 가압된 가스 혼합물이 질소, 아르곤, 또는 이들의 조합물을 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 세정하기 위한 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    냉각되고 가압된 가스 혼합물이, 다음의 것: 크세논, 크립톤, 헬륨, 수소, C2H6 또는 이산화탄소 중 하나 이상에 대한 질소 또는 아르곤의 혼합물을 적어도 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 세정하기 위한 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 프로세스 조건들을 변경하는 단계는, 상기 마이크로전자 기판의 후속 처리를 위해 상기 마이크로전자 기판의 초기 처리로부터 적어도 하나의 프로세스 조건을 변경하는 단계를 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 세정하기 위한 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 프로세스 조건들을 변경하는 단계는, 상기 마이크로전자 기판의 후속 처리를 위해 가스 유동 레이트를 보다 큰 크기로 변경하는 단계를 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 세정하기 위한 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 프로세스 조건들을 변경하는 단계는, 상기 마이크로전자 기판의 후속 처리를 위해 상기 갭 거리를 변경하는 단계를 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 세정하기 위한 방법.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 프로세스 조건들을 변경하는 단계는, 다음의 프로세스 조건들: 상기 가스 혼합물의 가스 유동 레이트, 상기 가스 혼합물의 화학적 조성, 상기 가스 혼합물의 온도, 상기 가스 혼합물의 가스 압력, 상기 마이크로전자 기판과 상기 가스 팽창 컴포넌트 사이의 거리, 상기 진공 프로세스 챔버의 챔버 압력, 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 2개를 변경하는 단계를 포함하는 것인, 마이크로전자 기판을 세정하기 위한 방법.
  19. 마이크로전자 기판을 처리하기 위한 방법으로서,
    진공 프로세스 챔버에 상기 마이크로전자 기판을 수용하는 단계 - 상기 진공 프로세스 챔버는, 유입구 및 유출구를 포함하는 유체 팽창 컴포넌트를 포함하고, 상기 프로세스 챔버는 35Torr 이하의 압력에 있고, 상기 마이크로전자 기판은 상기 기판과 상기 유체 팽창 컴포넌트의 유출구 사이의 갭 거리를 2mm 내지 50mm의 범위로 제공하도록 포지셔닝됨 - ;
    상기 마이크로전자 기판으로부터 입자들을 제거하기에 효과적인 조건들 하에서, 가압되고 냉각된 유체를 상기 프로세스 챔버 내로 팽창시키는 제1 그룹의 프로세스 조건들 하에서 발생하는 제1 처리를 사용하는 단계; 및
    상기 마이크로전자 기판으로부터 입자들을 제거하기에 효과적인 조건들 하에서, 가압되고 냉각된 유체를 상기 프로세스 챔버 내로 팽창시키는 제2 그룹의 프로세스 조건들 하에서 발생하는 제2 처리를 사용하는 단계
    를 포함하는, 마이크로전자 기판을 처리하기 위한 방법.
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