KR20210049752A - 쓰루 레지스트 금속 도금을 위한 웨팅 사전 처리용 장치 및 방법 - Google Patents

쓰루 레지스트 금속 도금을 위한 웨팅 사전 처리용 장치 및 방법 Download PDF

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토마스 에이. 폰누스와미
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스티븐 티. 메이어
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Abstract

금속의 쓰루 레지스트 증착 이전에 기판으로부터 고체 오염물을 세정하기 위한 프리웨팅 장치 및 방법이 개시된다. 몇몇 실시예들에서, 이 프리웨팅 장치는 프로세스 챔버를 포함하며, 이 챔버는 기판 홀더 및 웨이퍼 기판 바로 위에 위치하여서 기판 면에 대해서 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 액체 (예를 들어서, 탈기된 이온수) 를 기판 상으로 전달하도록 구성된 적어도 하나의 노즐을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 이 노즐은 액체가 먼저 기판 중앙 근처에서 기판에 충돌하고 이어서 기판의 중앙 상에서 흐르도록 기판의 중심 영역을 향해서 액체를 전달하도록 구성된 팬 노즐이다. 몇몇 실시예들에서, 기판은 프리웨팅 동안에 일방향 또는 양방향으로 복수 회 가속 및 감속을 하면서 회전되며 이로써 오염물 제거가 용이해질 수 있다.

Description

쓰루 레지스트 금속 도금을 위한 웨팅 사전 처리용 장치 및 방법{METHODS AND APPARATUS FOR WETTING PRETREATMENT FOR THROUHG RESIST METAL PLATING}
관련 출원에 대한 교차 참조
본원은 2013년 2월 20일자에 출원된 미국 가 출원 번호 61/767,062 호의 출원일을 우선일로 주장한다.
본 명세서에서 기술된 실시예들은 프리웨팅 (pre-wetting) 및 세정 장치 설계 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 실시예들은 집적 회로 제조를 위해서 웨이퍼 상에 도전성 재료를 증착하기 이전에 반도체 웨이퍼를 프리웨팅하기 위한 프리웨팅 장치 및 방법에 관한 것이다.
웨팅은 액체와 고체 간의 접착력 및 액체 내의 응집력에 의해서 지배되는 액체/고체 계면 특성이다. 액체와 고체 간의 접착력은 액체가 고체 표면에 걸쳐서 퍼지게 한다. 액체 내의 응집력은 액체가 고체 표면과 최소로 접촉하게 한다. 액체에 의한 고체 표면의 웨팅은 액체가 고체 표면과 상호 작용하는 수많은 산업 공정에서 중요하다. 집적 회로 제조 시의 전기 도금을 포함하는 전기 도금 (캐소딕 프로세스 (cathodic process)) 은 이러한 산업 공정 중 하나이다. 또한, 웨팅은 전기 에칭 및 전기 폴리싱을 포함하는 애노딕 프로세스 (anodic process) 에서도 중요하다.
예를 들어서, 수많은 반도체 및 미세전자 프로세싱 동작들은 쓰루 레지스트 (throuhg resist) 전기 증착을 이용한다. 이러한 도금 (plating) 프로세스는 때로 쓰루 마스크 또는 포토레지스트 패터닝된 전기 증착이라고도 지칭된다. 이러한 프로세스들은 GaAs 웨이퍼 상에 서브마이크로미터 금 상호접속부를 도금하는 공정, 박막 기록 헤드를 위한 구리 코일 또는 자기 합금을 도금하는 공정, 재배선 (redistribution) 또는 집적된 수동 애플리케이션을 위한 구리 도전체를 도금하는 공정 또는 플립 칩 접속을 위한 PbSn 또는 무연 솔더를 도금하는 공정과 관련될 수 있다. 이러한 공정들은 모두 블랭킷 도전성 시드 층 또는 도전성 도금 베이스를 갖는 기판들 및 패터닝된 유전체 템플릿과 관련되며, 이러한 기판들 및 템플릿 내에 금속이 증착된다.
쓰루 레지스트 전기 도금 (또는 다른 프로세싱) 이전에 반도체 기판을 처리하는 방법 및 장치가 제공된다. 이 기판은 통상적으로 도전성 층 및 이 도전성 층의 상면 상에 배치된 패터닝된 포토레지스트 층을 포함하며, 상기 도전성 층은 포토레지스트 내에 형성된 리세스된 피처의 바닥에서 노출된다. 통상적으로, 기판은 포토레지스트 내에 형성된 복수의 리세스된 피처들을 포함한다.
이러한 기판의 표면은 수많은 프로세싱 동작, 특히 전기 도금을 위해서 세정 또는 웨팅될 (wetted) 필요가 있는데, 그 이유는 오염물에 대한 부적절한 웨팅 또는 불완전한 제거는 전기 도금 동안에 리세스된 피처 내에 다수의 공극 형성을 초래할 수 있기 때문이다.
쓰루 레지스트 프로세싱에서 기판을 프리웨팅 및 세정하는 바와 관련된 문제들 중 하나는 기판의 중심 부분에 위치한 리세스된 피처들로부터 (입자 및 잔여물과 같은) 고체 오염물을 제거하기가 쉽지 않고/않거나 이러한 기판의 중심 위치에서는 연속적인 웨팅 층을 형성하기가 용이하지 않다는 것이다. 또한, (기판의 중심 위치에서 뿐만 아니라) 기판의 다른 위치에서도 개선된 웨팅 및 세정 방법이 역시 요구된다.
기판의 소망하는 위치에서 기판을 효율적으로 웨팅 및/또는 세정하기 위해서 기판 상으로 프리웨팅 액체를 전달하는 장치 및 방법이 제공된다. 포토레지스트 입자 및 잔여물을 포함하는 오염 입자 재료를 제거하고 웨팅된 표면 상에 전기 도금을 실시하는 바와 같은 후속 프로세싱에 적합한 웨팅된 표면을 제공하기 위해서 기판이 프리웨팅 및 세정된다.
일 측면에서, 장치가 제공된다. 이 장치는 프로세스 챔버를 포함하며, 이 챔버는 기판을 홀딩하도록 (hold) 구성된 기판 홀더 및 상기 웨이퍼 기판 바로 위에 위치되어 상기 웨이퍼 기판의 면에 대해서 약 5 내지 45 도 간의 그레이징 각 (grazing angle) 으로 상기 프리웨팅 액체 (예를 들어서, 물) 를 향하게 하도록 구성되는 적어도 하나의 노즐을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 노즐로부터의 프리웨팅 액체가 상기 웨이퍼 기판의 바로 중심이 아니라 상기 웨이퍼 기판의 중심 근처에서 상기 웨이퍼 기판을 먼저 충돌하여서 상기 프리웨팅 액체가 상기 웨이퍼 기판의 중심에 걸쳐서 흐르게 하도록, 상기 노즐은 상기 프리웨팅 액체를 상기 웨이퍼 기판의 중심 부분으로 향하게 하도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 노즐은 팬 노즐이지만, 원추형 노즐과 같은 다른 타입의 노즐이 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 노즐은 상기 웨이퍼 기판과 충돌하는 지점에서 최소 초당 8 미터의 속도, 예를 들어서 최소 초당 16 미터의 속도가 되도록 상기 프리웨팅 액체를 향하게 하도록 구성된 고속 노즐이다. 이러한 높은 충돌 속도는 기판 표면으로부터 고체 오염물 (특히, 기판의 리세스된 피처에 부착된 오염물) 을 제거할 수 있도록 선택된다. 본 장치 내의 기판 홀더는 바람직하게는 프리웨팅 액체를 전달하는 동안에 기판을 회전시키도록 구성된다. 반드시 필요한 것은 아니지만, 바람직하게는, 상기 전달된 프리웨팅 유체 스트림의 수평 성분의 방향에 반대인 방향으로 상기 웨이퍼 기판이 회전되도록 본 장치가 구성되어서 기판과 충돌하는 스트림의 유효 속도를 증가시킬 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 웨이퍼 기판에 상기 프리웨팅 액체를 전달하는 동안에 상기 장치는 상기 웨이퍼 기판을 양방향으로 회전시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어서, 소정의 기간 동안에는 기판을 시계 방향으로 회전시키고 이어서 소정의 기간 동안에 기판을 반 시계 방향으로 회전시키도록 기판 홀더가 구성될 수 있으며, 이러한 기판 회전 방향이 상기 프리웨팅 프로세스 동안에 총 약 4 내지 100 회 변경될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 노즐로부터의, 상기 웨이퍼 기판에 충돌하는 프리웨팅 액체의 방향을 상기 충돌하는 프리웨팅 액체의 수평 성분이 기판의 시계 방향 및 반 시계 방향 회전 동안에 기판의 해당 회전 방향과 반대가 되도록 변경하되 상기 양“‡항 기판 회전 방향 변경과 동기되게 변경하도록 상기 장치가 구성된다.
상술된 임의의 실시예들과 개별적으로 또는 이와 조합하여서 구현될 수 있는 다른 측면에서, 프로세스 챔버를 포함하는 장치가 제공되며, 이 프로세스 챔버는 기판을 홀딩하도록 구성된 기판 홀더 및 움직임 가능한 암에 탑재된 적어도 하나의 노즐을 가지며, 움직임 가능한 암은 노즐을 비활성 위치에서 활성 위치로 이동시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 상기 움직임 가능한 암은 노즐을 웨이퍼 기판으로부터 멀어져 있는 비활성 위치 (예를 들어서, 기판의 면이 위를 향하도록 배향될 때에 기판 바로 위에 위치하지 않는 위치) 로 이동시키고 노즐을 기판에 대면하는 활성 위치 (예를 들어서, 기판의 면이 위를 향하도록 배향될 때에 기판 바로 위에 위치하는 위치) 로 이동시키도록 구성된다. 예를 들어서, 움직임 가능한 암은 프리웨팅 이전에는 비활성 위치에서 유지되고 이어서 활성 위치로 스위하고 이 장치가 프리웨팅 액체를 전달하는 동안에는 활성 위치에서 유지되며 이 프리웨팅 처리가 종료되면 다시 비활성 위치로 스윙하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 움직임 가능한 암은 프리웨팅 처리 과정 동안에 웨이퍼 기판의 표면 위로 노즐을 이동시켜서 프리웨팅 액체가 기판 상의 소망하는 위치로 향할 수 있도록 구성된다. 예를 들어서, 노즐을 반송하는 암이 기판의 면에 대해서 평행한 면을 따라서 스위핑 운동 방식으로 이동할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 움직임 가능한 암은 기판의 면에 대해 수직인 면을 따라서 노즐이 기판으로부터 멀어지거나 가까이 되도록 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어서, 이 움직임 가능한 암은 웨이퍼 위의 소망하는 거리로 노즐을 하강시키도록 구성된다.
상술된 임의의 실시예들과 개별적으로 또는 이와 조합하여서 구현될 수 있는 다른 측면에서, 기판으로부터 고체 오염물 세정 및 특히 기판의 중앙 부분으로부터 고체 오염물의 세정은 프리웨팅 액체를 전달하는 동안에 기판의 회전 레이트를 조절함으로써 개선될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판을 홀딩 및 회전시키는 기판 홀더 및 프리웨팅 액체를 기판 상으로 전달하기 위한 유입구를 갖는 프로세스 챔버 및 프로그램 인스트럭션 또는 로직을 포함하는 제어기를 포함하는 장치가 제공되며, 이 제어기는 기판을 제 1 회전 레이트로 회전시키기 위한 인스트럭션 또는 로직과, 기판을 보다 낮은 회전 레이트로 또는 정지 상태로 급하게 감속시키기 위한 인스트럭션 또는 로직과, 기판을 보다 낮은 회전 레이트로 또는 정지 상태로 유지하기 위한 인스트럭션 또는 로직과, 기판을 급하게 가속시키기 위한 인스트럭션 또는 로직을 포함한다. 제어기는 기판의 회전 레이트가 조절되는 동안에 프리웨팅 액체를 (연속적으로 또는 단속적으로) 전달하기 위한 인스트럭션을 더 포함한다. 제어기는 기판에 대한 가속 및 감속을 반복하기 위한 인스트럭션을 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 프리웨팅 프로세스는 최소 약 4 회의 기판 가속, 예를 들어서 최소 약 6 회의 기판 가속, 예를 들어서 약 4 내지 100 회의 기판 가속 회수를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이러한 기판 가속 및 감속은 예를 들어서 초당 최소 약 100 rpm 또는 초당 최소 약 200 rpm이 가속 또는 감속되는 바와 같이 급하게 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제어기는 기판을 양방향으로 회전시키기 위한 인스트럭션을 포함한다. 기판의 회전 속도를 조절하도록 구성된 장치는 임의의 종류의 노즐과 함께 사용될 수 있지만, 노즐이 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 액체를 전달하도록 구성되는 경우에 특히 효과적이다. 이 노즐은 기판에 전달된 액체가 기판의 중심 상을 플로우하도록 기판의 중심 근처에서 프리웨팅 액체가 이 기판에 충돌하게 프리웨팅 액체를 향하게 하도록 구성될 수 있다. 기판 바로 위에 위치한 고속 팬 노즐들이 몇몇 실시예들에서 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 프리웨팅 액체가 프로세싱 챔버의 측벽에 탑재된 노즐로부터 그 전달 방향이 정해지되 이 액체가 기판의 중심 근처에서 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 기판을 충돌하도록 그 방향이 배향될 수 있다. 일 실시예에서, 노즐은 기판의 면에 실질적으로 수직 방향으로 기판 상에 프리웨팅 액체를 제공할 수 있다.
상술된 임의의 실시예들과 조합되어서 사용될 수 있는 다른 측면에서, 반도체 기판을 프리웨팅하는 방법이 제공되며, 이 방법은 (a) 포토레지스트 내에 형성된 복수의 리세스된 피처를 포함하는 기판을 프리웨팅 프로세스 챔버 내의 기판 홀더 내에 배치하는 단계와, (b) 상기 웨이퍼 기판 바로 위에 위치한 노즐로부터 프리웨팅 액체가 기판의 면에 대해서 약 4 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 상기 웨이퍼 기판 상으로 전달되도록 상기 액체를 향하게 하는 단계를 포함한다.
상술된 임의의 실시예들과 조합되어서 사용될 수 있는 다른 측면에서, 반도체 기판을 프리웨팅하는 방법이 제공되며, 이 방법은 (a) 포토레지스트 내에 형성된 복수의 리세스된 피처를 포함하는 기판을 프리웨팅 프로세스 챔버 내의 기판 홀더 내에 배치하는 단계와, (b) 노즐을 갖는 움직임 가능한 암을 비활성 위치에서 활성 위치로 회전시키는 단계와, (c) 상기 암이 활성 위치에 있을 때에 상기 프리웨팅 액체를 상기 웨이퍼 기판 상에 전달하는 단계와, (d) 상기 프리웨팅 액체 전달을 중지하는 단계와, (e) 상기 암을 비활성 위치로 이동시키는 단계를 포함한다.
상술된 임의의 실시예들과 조합되어서 사용될 수 있는 다른 측면에서, 반도체 기판을 프리웨팅하는 방법이 제공되며, 이 방법은 (a) 포토레지스트 내에 형성된 복수의 리세스된 피처를 포함하는 기판을 프리웨팅 프로세스 챔버 내의 기판 홀더 내에 배치하는 단계와, (b) 프리웨팅 액체를 상기 웨이퍼 기판 상으로 전달하는 동안에 상기 웨이퍼 기판의 회전 레이트를 조절하고 상기 웨이퍼 기판에 대하여 복수 회의 가속 및 감속을 실시하면서 상기 웨이퍼 기판을 회전하는 단계를 포함한다.
상술한 장치 및 방법이 프리웨팅 액체를 전달하기 위한 적합한 구성을 갖는 임의의 타입의 장치에서 사용될 수 있지만, 상술된 임의의 실시예들과 조합되어서 사용될 수 있는 몇몇 실시예들에서, 이 장치는 탈기된 액체가 약 0.5 ppm 이하의 용해된 대기 가스를 갖도록 프리웨팅 액체로부터 하나 이상의 용해된 가스들을 제거하도록 구성된, 멤브레인 접촉 탈기부와 같은 탈기부 (degasser) 를 포함한다. 또한, 이 장치는 프로세스 챔버 내에서 대기 압력보다 작은 압력 (예를 들어서, 100 토르 이하의 압력) 이 형성될 수 있도록 구성된 진공 포트 (몇몇 실시예들에서는 웨이퍼 홀더 아래에 위치함) 및 상기 탈기부에 연결되어서 상기 탈기된 프리웨팅 액체를 상기 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성된 유체 유입구를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 프리웨팅 액체가 기판 상으로 처음에 전달될 때에는 프로세스 챔버가 대기 압력보다 낮은 압력에서 유지되도록 본 장치가 구성된다. 프리웨팅 액체와의 이러한 초기 접촉 이후에, 프리웨팅 액체가 기판 상으로 계속 전달되는 동안에는 프로세스 챔버 내의 압력은 대기 압력 또는 대기 압력보다 높은 압력으로 증가할 수 있다. 다른 실시예들에서, 전체 프리웨팅 프로세스는 대기 압력보다 낮은 압력 하에서 실시될 수 있다. 바람직하게는, 적어도 기판과 처음에 접촉하는 유체는 탈기된 유체이다. 몇몇 실시예들에서, 탈기된 이온수가 프리웨팅 액체로서 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 계면 활성제를 포함하는 물이 프리웨팅 액체로서 사용되어서 고체 오염물 제거를 용이하게 할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 프로세스 챔버는 커버 및 바디를 포함하며, 상기 커버는 정지 상태로 유지되며 상기 바디는 상기 커버와 접촉하여서 커버와 진공 실을 형성하도록 실질적으로 종형으로 이동하도록 구성되며, 프리웨팅 액체를 전달하도록 구성된 복수의 노즐을 포함하는 메니폴드가 상기 커버에 연결될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상술한 회전 가능한 암이 프로세스 챔버의 커버에 부착될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 웨이퍼 기판의 면이 실질적으로 위를 향하도록 이 웨이퍼 기판을 홀딩하도록 웨이퍼 홀더가 구성되며, 본 장치는 하나 이상의 노즐로부터 프리웨팅 액체를 웨이퍼 기판 상에 분사하도록 구성되며, 상기 노즐은 상술한 바와 같이 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 상기 프리웨팅 액체를 상기 웨이퍼 기판 상에 전달하도록 구성될 수 있다.
이러한 장치에서 프리웨팅될 수 있는 통상적인 기판은 금속 층 및 이 금속 층을 덮는 포토레지스트를 포함하며, 포토레지스 내의 피처들은 금속 층의 일부를 노출시킨다. 몇몇 실시예들에서, 포토레지스트 내의 피처들은 약 2 대 1 내지 약 1 대 2의 종횡비를 갖는 피처를 포함하며, 이 포토레지스트 내의 피처들은 약 5 마이크로미터 내지 200 마이크로미터의 크기를 갖는 개구들을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어기 내에 포함된 프로그램 인스트럭션들은 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성한 후에 탈기된 프리웨팅 액체를 전달하는 바를 중지하기 위한 프로그램 인스트럭션과, 탈기된 프리웨팅 액체를 전달하는 바를 중지한 후에, 상이한 회전 레이트로 해서 웨이퍼 기판을 회전시켜서 과잉 표면 인트레인된 (entrained) 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판으로부터 제거하기 위한 컴퓨터 인스트럭션을 더 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 제어기 내에 포함된 프로그램 인스트럭션들은 탈기된 프리웨팅 액체를 전달하는 바를 중지한 후 및 과잉 표면 인트레인된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판으로부터 제거하기 전에 프리챔버 내의 압력을 대기 압력 또는 대기 압력보다 높은 압력으로 증가시키기 위한 컴퓨터 인스트럭션을 더 포함한다.
통상적으로, 컴퓨터 프로그램들은 웨팅 층을 웨이퍼 기판 상에 형성하기 이전에 프로세스 챔버 내의 압력을 대기 압력보다 낮은 압력으로 감압하기 위한 인스트럭션을 더 포함한다. 예를 들어서, 이 프로그램 인스트럭션은 프로세스 챔버 내의 압력이 약 50 토르보다 작은 압력으로 감압될 때에 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성하는 바를 개시하고 약 10 초 내지 120 초 동안에 탈기된 프리웨팅 액체를 상기 웨이퍼 기판에 접촉시키는 바를 특정할 수 있다.
다른 측면에서, 본 명세서에서 제공된 임의의 실시예들에서 개시된 장치 및 스텝퍼를 포함하는 시스템이 제공된다.
다른 측면에서, 본 명세서에서 기술된 임의의 프리웨팅 방법으로서 일 방법이 제공되는데, 이 방법은 포토레지스트를 웨이퍼 기판에 도포하는 단계와, 포토레지스트를 노광하는 단계와, 포토레지스트를 패터닝하여 해당 패턴을 웨이퍼 기판에 전사하는 단계와, 상기 웨이퍼 기판으로부터 포토레지스트를 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함한다. 통상적으로, 본 명세서에서 기술된 프리웨팅 프로세스 이전에, 포토레지스트가 도포, 현상 및 패터닝된다. 이 포토레지스트는 통상적으로 기판이 웨팅되고 그 내의 리세스된 피처들이 금속으로 충진된 후에 제거된다.
다른 측면에서, 장치를 제어하기 위한 프로그램 인스트럭션을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체가 제공되며, 이 프로그램 인스트럭션들은 본 명세서에서 개시된 임의의 방법들의 동작들을 위한 코드를 포함한다.
일 측면에서, 웨이퍼 기판을 프리웨팅 (pre-wetting) 하는 프리웨팅 장치가 제공되며, 이 장치는 (a) 프리웨팅 액체로부터 하나 이상의 용해된 가스들을 제거하여서 탈기된 프리웨팅 액체를 생성하도록 구성된 탈기부 (degasser) ; 및 (b) 프로세스 챔버를 포함하며, 상기 프로세스 챔버는 상기 탈기부에 연결되어서 상기 탈기된 프리웨팅 액체가 들어가도록 (admit) 구성된 유입구; 상기 유입구에 연결되고 움직임 가능한 암에 탑재된 적어도 하나의 노즐; 상기 웨이퍼 기판의 면이 위를 향하게 상기 웨이퍼 기판을 홀딩하도록 구성된 기판 홀더; 및 상기 프로세스 챔버 내에 진공 상태 형성을 가능하게 하도록 구성된 진공 유입구를 포함하며, 상기 움직임 가능한 암은 상기 암이 활성 위치 (active position) 에 있을 때에는 상기 웨이퍼 기판 바로 위에 상기 노즐을 위치시키고 상기 암이 비활성 위치 (non-active position) 에 있을 때에는 상기 노즐을 기판으로부터 멀리 위치시키도록 구성되며, 상기 암이 상기 활성 위치에 있을 때에, 상기 노즐은 상기 웨이퍼 기판의 면에 대해서 약 5 내지 45 도 간의 그레이징 각 (grazing angle) 으로 상기 프리웨팅 액체를 향하게 하도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 탈기부는 산소뿐만 아니라 질소 가스 및 이산화탄소와 같은 다른 응축될 수 없는 가스를 프리웨팅 액체로부터 제거하도록 구성된 멤브레인 접촉 탈기부이다.
일 측면에서, 웨이퍼 기판을 프리웨팅하는 방법이 제공되며, 이 방법은 (a) 프리웨팅 액체를 탈기화하는 (degas) 하는 단계; (b) 웨이퍼 기판의 면이 위를 향하게 상기 웨이퍼 기판을 프리웨팅 프로세스 챔버 내의 기판 홀더 상에 배치하고, 상기 프리웨팅 프로세스 챔버 내에 대기 압력보다 낮은 압력을 형성하는 단계; (c) 하나 이상의 노즐을 갖는 움직임 가능한 암을 상기 프리웨팅 프로세스 챔버 내에서 비활성 위치에서 활성 위치로 이동시키는 단계; 및 (d) 대기 압력보다 낮은 압력 하에서 상기 하나 이상의 노즐로부터 상기 탈기된 프리웨팅 액체를 상기 웨이퍼 기판 상에 전달하되, 상기 탈기된 프리웨팅 액체를 상기 웨이퍼 기판의 면에 대해서 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 상기 웨이퍼 기판과 충돌시키는 단계를 포함한다.
도 1은 본 명세서에서 제공된 실시예들에 따른, 반도체 웨이퍼 기판 상에 충돌하는 프리웨팅 액체의 그레이징 각 (grazing angle) 을 예시하고 있다.
도 2는 기판의 면에 대해서 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 액체를 전달하도록 구성된 노즐을 예시하고 있다.
도 3은 본 명세서에서 제공된 실시예들에 따른, 암에 탑재되고 기판의 면에 대해서 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 액체를 전달하는 노즐을 포함하는 프로세스 챔버의 개략적 평면도이다.
도 4는 본 명세서에서 제공된 실시예들에 따른, 암에 탑재된 복수의 노즐로서 그들 중 적어도 몇개가 기판의 면에 대해서 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 액체를 전달하는, 복수의 노즐을 포함하는 프로세스 챔버의 개략적 측면도이다.
도 5는 본 명세서에서 제공된 실시예들에 따른, 암에 탑재된 복수의 노즐로서 그들 중 2 개가 일 방향으로 향해 있으면서 기판의 면에 대해서 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 액체를 전달하는, 복수의 노즐을 포함하는 프로세스 챔버의 개략적 평면도이다.
도 6은 본 명세서에서 제공된 실시예들에 따른, 암에 탑재된 복수의 노즐로서 그들 중 2 개가 서로 반대 방향으로 향해 있으면서 기판의 면에 대해서 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 액체를 전달하는, 복수의 노즐을 포함하는 프로세스 챔버의 개략적 평면도이다.
도 7은 본 명세서에서 제공된 실시예들에 따른, 암에 탑재된 복수의 노즐로서 그들 중 2 개가 서로 반대 방향으로 향해 있으면서 기판의 면에 대해서 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 액체를 전달하는, 복수의 노즐을 포함하는 프로세스 챔버의 개략적 측면도이다.
도 8은 본 명세서에서 제공된 실시예들에 따른, 암에 탑재된 복수의 노즐로서 그들 중 3 개의 노즐들이 기판의 면에 대해서 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 액체를 전달하고 상기 3 개의 노즐 중 2 개의 서로 동일한 방향으로 향해 있고 다른 하나는 반대되는 방향으로 향하여 있는, 복수의 노즐을 포함하는 프로세스 챔버의 개략적 평면도이다.
도 9는 도 8에 예시된 프로세스 챔버의 개략적 측면도이다.
도 10은 움직임 가능한 암에 탑재된 복수의 노즐을 포함하는 프리웨팅 챔버의 개략적 측면도이다.
도 11은 움직임 가능한 암에 탑재된 복수의 팬 노즐을 포함하는 프리웨팅 챔버의 개략적 평면도이다.
도 12는 2 개의 웨이퍼를 동시에 처리하도록 구성된 모듈 형태의 2 개의 프리웨팅 챔버들을 예시하고 있으며, 여기서 각 챔버는 움직임 가능한 암을 포함하고 있다.
도 13은 본 명세서에서 제공된 실시예들에 따른, 탈기된 프리웨팅 액체를 사용하여서 진공 하에서 기판을 프리웨팅하도록 구성된 프로세스 챔버의 개략적 측면도이다.
도 14는 본 명세서에서 제공된 프리웨팅 방법의 예시적인 프로세스 흐름도이다.
도 15는 본 명세서에서 제공된 실시예들에 따른 리세스된 피처 내의 플로우 패턴을 예시하고 있다.
도 16은 기판이 탄젠트 액체 흐름을 받고 있는 경우에 리세스된 피처로부터 입자를 제거하는 바를 예시하고 있다.
도 17은 기판 표면에 수직인 액체 플로우를 받고 있는 기판 내의 리세스된 피처 내의 잔여 입자들을 나타내고 있다.
이제 특정 실시예들이 참조될 것이다. 이 특정 실시예들의 실례들은 첨부 도면들에서 예시된다. 본 발명이 이러한 특정 실시예들과 관련되어서 기술될 것이지만, 본 발명은 이러한 특정 실시예로 한정되는 것은 아니다. 이와 반대로, 첨부된 청구 범위에 의해서 규정되는 본 발명의 사상 및 범위 내에서 포함될 수 있는 다양한 대체, 변경 및 균등 치환이 가능하다. 다음의 설명 부분에서, 다수의 특정 세부 사항들이 본 발명에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 세부 사항 전부 또는 일부가 없어도 실시될 수 있다. 다른 실례들에서, 잘 알려진 프로세스 동작들은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 하기 위해서 세부적으로 기술되지 않을 것이다.
기판 프리웨팅 및/또는 세정하는 장치 및 방법이 본 명세서에서 개시된다. 용어 "프리웨팅" 및 "프리웨팅 액체"가 본 명세서에서 사용될 것이지만, 몇몇 실시예들에서는, 해당 프로세스는 웨팅 요소 및 세정 요소 양자를 결합하며, 몇몇 실시예에서는 해당 프로세스의 주 목적은 세정, 즉 기판 상의 리세스된 피처로부터 고체 오염물을 제거하는 것이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "프리웨팅"은 기판을 세정하는 바 및/또는 웨팅하는 바에 대한 것이다.
작은 그레이징 각 (grazing angle) 으로의 액체 전달
(웨이퍼 기판에 대해서 수직인 각도로 유체 스트림을 전달하는 바에 비해서) 상대적으로 작은 그레이징 각으로 웨이퍼 기판 상에 유체를 전달하는 바는 기판 상의 리세스된 피처로부터 고체 오염물을 제거하는데 있어서 특히 효과적이라고 알려져 있다. 이렇게 작은 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 유체를 전달하는 바가 도 1에 도시되어 있으며, 이 도 1은 웨이퍼 기판 (101) 의 면이 작은 그레이징 각 α 을 갖는 프리웨팅 액체 스트림 또는 스프레이 (103) 에 의해서 영향을 받는 바를 예시하고 있다. 본 명세서에서 사용되는 그레이징 각은 스프레이/스트림의 주요 부분과 웨이퍼 기판의 면 간의 각도를 말한다. 이 그레이징 각은 충돌하는 유체와 기판 면 간의 작은 각을 지칭한다. 따라서, 예를 들어서, 유체가 도 1에 도시된 방향과 반대되는 방향으로 기판을 향하는 경우에, 그레이징 각은 180 - α 도일 것이다. 바람직하게는, 그레이징 각은 약 5 내지 45 도이며 예를 들어서 약 5 내지 30 도이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 탈기된 (degased) 이온수와 같은 프리웨팅 액체는 통상적으로 복수의 리세스된 피처들을 갖는 웨이퍼 기판 상에 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 전달된다.
몇몇 실시예들에서, 유체는 이러한 그레이징 각으로 해서, 도 2에 도시된 노즐과 같은, 유체를 측방으로 전달하도록 구성된 하나 이상의 노즐들에 의해서 전달된다. 이러한 노즐들은 웨이퍼 기판 바로 위에 배치될 수 있다. 그레이징 각은 바람직하게는 약 4 내지 45도, 예를 들어서 약 5 내지 30 도이다. 이러한 노즐이 웨이퍼 기판 바로 위에 배치되면, 웨이퍼 기판의 특정 위치로의 유체 전달을 제어하기가 보다 용이하고 기판과 충돌 시에 높은 유체 속도를 달성하기가 보다 용이하며 웨이퍼로부터 작은 거리만큼 떨어져서 노즐을 위치시키는 것도 용이하다. 몇몇 실시예들에서, 이 노즐은 웨이퍼 기판으로부터 약 80 mm 내에 위치하며, 예를 들어서 웨이퍼 기판으로부터 약 50 mm 내에 위치하며, 바람직하게는 웨이퍼 기판으로부터 약 5 내지 80 mm 만큼 떨어져서 위치한다.
몇몇 실시예들에서, 웨이퍼 기판 상으로 프리웨팅 액체를 전달하도록 구성된 노즐은 이 액체가 웨이퍼 기판의 에지에서 그 중앙을 향하는 전반적인 방향으로 향하여서 이 액체가 기판의 바로 중심이 아닌 기판의 중심 근처에서 약 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 해서 이 기판에 먼저 충돌하도록 구성되며, 이 때에 전달된 액체는 기판의 중심으부터 떨어져서 흐른다. 이러한 구성은, 특히 고속 팬 노즐을 사용하면서 액체 전달 동안에 웨이퍼 회전 레이트를 조절하는 동작과 함께 이루어질 때에, 웨이퍼 기판의 중심 부분을 세정하는데 매우 효과적인데 그 이유는 기판 회전 동안에 기판 중심은 정지 상태에 있거나 상대적으로 낮은 선형 속도를 갖기 때문이다.
몇몇 실시예들에서, 도 2에 도시된 노즐과 같은 노즐은 높은 속도의 액체 스트림을 전달하도록 구성된다. 예를 들어서, 몇몇 실시예들에서, 노즐은 기판과의 충돌 시에 초당 최소 약 8 미터의 액체 속도, 예를 들어서 초당 최소 16 미터의 액체 속도가 되도록 프리웨팅 액체를 전달하도록 구성된다. 이러한 높은 속도는 기판 표면으롭무터 고체 오염물 (특히, 기판의 리세스된 피처 내에 부착된 오염물) 을 제거하도록 선택될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 본 장치는 웨이퍼 기판 상방의 암 위치에 탑재된 예를 들어서 2 내지 20 개의 노즐과 같은 복수의 노즐을 포함하며, 이 노즐들은 웨이퍼 기판의 상이한 방사상 위치들 상방에서 위치하도록 구성된다.
바람직한 실시예들에서, 팬 노즐이 사용되어서 프리웨팅 액체를 전달한다. 이 팬 노즐은 전반적으로 팬의 형상으로 액체를 전달하며, 기판과 전달된 유체 간의 충격 구역은 선 (line) 이다.
도 3 내지 도 9는 작은 그레이징 각도로 웨이퍼 기판의 중심을 향해서 프리웨팅 액체를 향하게 하는 적어도 하나이 팬 노즐을 예시하는 프리웨팅 장치의 일부의 다양한 실시예들을 나타내고 있다. 이 도면들은 프로세스 챔버의 커버, 이 커에 탑재된 복수의 노즐과 함께 암을 회전시키도록 구성된 메카니즘 및 웨이퍼 기판 상에 유체를 전달하도록 구성된 복수의 노즐을 포함하는 암을 예시하고 있다. 복수의 노즐 중 적어도 하나느 작은 그레이징 각으로 해서 기판의 중심을 향해서 액체를 향하도록 배치된다. 도시된 실시예들에서, 암은 6 개의 노즐들을 잡고 있으며 첫번째 3 개의 노즐들과 나머지 3 개의 노즐들이 동일한 라인 상에 놓이지 않도록 구부러져 있다. 구체적으로, 이 노즐들은 기판의 중심 바로 상방에 위치하지는 않지만 이로부터 근소하게 이격되어 있어서 작은 그레이징 각으로 해서 액체를 기판의 중심 근처에 전달하도록 되어 있다. 몇몇 노즐들은 기판에 실질적으로 수직으로 프리웨팅 액체를 전달하도록 구성될 수 있는 반면에, 기판 중심에 가장 근접한 노즐은 작은 그레이징 각으로 해서 유체를 전달하도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 이 노즐들 중 적어도 2 개는 작은 그레이징 각으로서 하지만 예를 들어서 도 6에 도시된 바와 같이 상이한 방향으로 액체를 전달하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 액체 속도의 수평 성분이 웨이퍼 기판의 회전 방향에 대해서 실질적으로 반대가 되어서 기판에 대한 액체의 충격 속도가 증가되도록 액체의 전달 방향이 설정되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 장치의 일부의 개략적 평면도이다. 리드 (301) (명료성을 위해서 투명하게 도시됨) 는 웨이퍼 기판 (309) 상방에 위치한다. 회전 가능한 암 (303) 은 회전 메카니즘 (305) 과 함께 리드 (301) 에 부착되어 있다. 6 개의 노즐 (위에서는 볼 때는 볼 수 없음) 이 회전 가능한 암 (303) 에 탑재되어 있으며, 이 노즐들 중 웨이퍼 기판의 중심에 가장 근접한 노즐은 프리웨팅 액체 (307) 를 작은 그레이징 각으로 해서 웨이퍼의 중심을 향해서 전달한다. 도 4는 이 장치의 동일한 부분의 측면도이며, 여기서는 프리웨팅 액체를 전달하는 노즐들을 볼 수 있다.
도 5는 암에 탑재된 6 개의 노즐들을 예시하는 프로세스 챔버의 개략적 평면도이며, 여기서 노즐들 중 2 개가 기판의 면에 대해서 약 5 내지 45 간의 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 액체를 전달하며 모두 일 방향을 향하고 있다.
도 6은 암에 탑재된 6 개의 노즐들을 예시하는 프로세스 챔버의 개략적 평면도이며, 여기서 노즐들 중 2 개가 기판의 면에 대해서 약 5 내지 45 간의 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 액체를 전달하지만 서로 반대 방향을 향하고 있다. 동일한 장치의 측면도가 도 7에 도시되어 있다.
도 8은 암에 탑재된 6 개의 노즐들을 예시하는 프로세스 챔버의 개략적 평면도이며, 여기서 노즐들 중 3 개가 기판의 면에 대해서 약 5 내지 45 간의 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 액체를 전달하는데, 이 3 개의 노즐들 중 2 개는 동일한 방향을 향하고 있는 반면에 나머지 1 개는 반대되는 방향을 향하고 있다. 동일한 장치의 측면도가 도 9에 도시되어 있다.
노즐들을 갖는 움직임 가능한 암
본 명세서에서 제공되는 다른 실시예들과 조합하여서 사용될 수 있는 개별 실시예에서, 움직임 가능한 암에 연결된 적어도 하나의 노즐을 포함하는 장치가 제공되며, 상기 암은 상기 노즐을 (상기 웨이퍼 바로 상방에 놓이지 않는) 비활성 위치 및 (상기 웨이퍼 바로 상방에 놓이는) 활성 위치로 배치하도록 구성된다. 예를 들어서, 상기 암은 사전웨팅 프로세스 이전에는 비활성 위치로 유지되며 이어서 활성 위치로 회전하며 프리웨팅 프로세스 동안에 상기 활성 위치에서 유지되며 이 프리웨팅 프로세스가 종결되면 다시 비활성 위치로 회전하여 돌아간다. 몇몇 실시예들에서 암은 또한 노즐들이 웨이퍼 기판 상의 임의의 소망하는 위치 상방에 위치하도록 상기 프리웨팅 프로세스 동안에 상기 웨이퍼 기판에 대해서 평행한 면을 따라서 이동하도록 구성된다.
이러한 노즐을 갖는 움직임 가능한 암이 도 10 내지 도 12에 예시되어 있으며, 이 도면들은 프리웨팅 프로세스 챔버의 리드에 부착된 회전 메카니즘에 연결된 6 개의 노즐들을 갖는 암을 예시하고 있다. 도 12에 도시된 바와 같은 장치에서와 같은 몇몇 실시예들에서, 본 장치는 프리웨팅 모듈을 위한 한 쌍의 기판 홀더를 제공하는 듀엣 아키텍처를 갖는다. 도 12는 2 개의 개별 웨이퍼 척 및 2 개의 개별 암들을 예시하며, 각 암은 하나의 프리웨팅 모듈에 전용되는 복수의 노즐을 갖는다. 양자의 경우에 암들은 활성 "스프레이 (spray)" 구성으로 배치된다.
또 다른 실시예에서, 움직임 가능한 암은 (통상적으로, 프리웨팅 이전에) 노즐들이 하강 또는 상승하여서 웨이퍼 기판과 이 노즐들 간의 거리가 조절되도록 웨이퍼 기판에 대해 수직인 면을 따라서 이동 가능하도록 구성된다.
대기 압력보다 낮은 압력 하에서 프리웨팅을 위해서 구성된 프로세스 챔버
본 명세서에서 제공되는 임의의 실시예들과 조합되어서 구현될 수 있는 몇몇 실시예들에서, 프리웨팅 장치는 프리웨팅 프로세스 챔버 내로 프리웨팅 액체를 도입하기 이전에 이 프리웨팅 액체를 탈기화하도록 구성된 탈기부 (degasser) 를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 이 탈기부는 멤브레인 접촉 탈기부이다. 몇몇 실시예들에서, 프리웨팅 장치는, 상기 탈기된 프리웨팅 액체가 전체 프리웨팅 프로세스 동안에 또는 프리웨팅 프로세스의 시작 시에 대기 압력보다 낮은 압력에 있는 프로세스 챔버 내로 도입되도, 상기 프로세스 챔버 내의 압력을 대기 압력보다 낮은 압력으로 감압시키도록 더 구성된다. 이렇게 챔버 내의 압력을 대기 압력보다 낮게 하면서 탈기된 프리웨팅 액체를 사용하게 되면, 리세스된 피처들 내에서 기포들이 형성되는 것이 방지되며 기판 표면 상에 연속적인 웨팅 층을 제공할 수 있다.
적합한 프로세스 챔버의 개략적 도면이 도 13에 도시되어 있다. 프리웨팅 챔버 (1300) 는 챔버 바디 (1302) 및 챔버 커버 (1304) 를 포함하며, 이들은 서로 접촉하여서 진공 실 (vacuum seal) 을 형성한다. 챔버 바디 (1302) 는 웨이퍼 기판 (1308) 을 홀딩하도록 구성되며 웨이퍼 기판 (1308) 을 회전시키도록 구성되는 웨이퍼 기판 홀더 (1306) 를 지지하고 있다. 챔버 바디 (1302) 는 진공 포트 (1310) 를 더 포함한다. 이 진공 포트는 진공 펌프에 연결되어서 프리웨팅 챔버 (1300) 내의 압력이 대기 압력보다 낮게 감압시키도록 구성된다.
챔버 커버 (1304) 는 탈기부 (1314) 에 연결되고 이 탈기부로부터 하류 방향에 위치한 노즐 (1316) 에 연결된 유체 유입구 (1312) 를 포함하며, 이 노즐은 웨이퍼 기판에 작은 그레이징 각도로 해서 프리웨팅 액체를 전달하도록 구성된다. 이 노즐이 탑재된 움직임 가능한 암은 명료성을 위해서 도시되지 않았다.
소정의 실시예들에서, 노즐은 최소 약 초당 7 미터의 속도로 해서 웨이퍼 기판 상에 상기 탈기된 프리웨팅 액체를 전달하여서 웨이퍼 기판의 표면으로부터 포토레지스트 입자들을 이탈시키도록 구성된다. 또한, 소정의 실시예들에서, 노즐은 상기 이탈된 포토레지스트 입자들이 기판 표면으로부터 씻겨서 제거되도록 최소 약 0.4 L/분의 플로우 레이트로 해서 상기 탈기된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판 상에 전달하도록 구성된다.
프로세스 제어기 (1318) 는 이 프로세스 챔버에 전기적으로 접속되어서 본 명세서에서 기술된 임의의 방법들을 수행시키기 위한 프로그램 인스트럭션 또는 로직을 포함할 수 있다. 예를 들어서, 이 프로세스 제어기 (1318) 는 기판의 회전 레이트를 제어하고 일 기판의 프리웨팅 동안에 웨이퍼를 양방향으로 회전시키거나 다회의 감속 및 가속 회전시키기 위한 프로그램 인스트럭션들을 포함할 수 있다.
웨이퍼 기판의 회전 레이트 조절
몇몇 실시예들에서, 프리웨팅 액체에 의해서 고체 오염물을 제거하는 바는 상기 웨이퍼 기판 상에 프리웨팅 액체를 전달하는 동안에 웨이퍼 기판의 회전 레이트를 조절함으로써 개선될 수 있다. 이러한 실시예들은 다양한 타입의 노즐 및 본 명세서에서 기술된 임의의 타입의 장치에서 사용될 수 있지만, 작은 블레이징 각으로 프리웨팅 액체를 전달하는 바와 조합하여서 실시하면 특히 효과적인데, 그 이유는 심지어 기판의 중심에서도 오염물이 효과적으로 이탈되게 하는 힘들의 결합 때문이다.
몇몇 실시예들에서, 프리웨팅 액체 전달 동안에 웨이퍼는 회전되면서 주기적으로 가속 또는 감속될 수 있다. 이러한 가속 및 감속은 바람직하게는 급하게 발생하는데, 예를 들어서 초당 최소 약 100 rmp 정도가 가속 또는 감속되거나 초당 최소 약 200 rmp 정도가 가속 또는 감속될 수 있다. 이러한 급한 감속 및 가속은 리세스된 피처 내에서 완류가 형성되는 도우며 이러한 생성된 와류로 인해서 입자가 동시에 이탈 및 제거될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 웨이퍼 기판은 그 회전 방향이 변화되어서 프리웨팅 동안에 리세스된 피처로부터 입자들이 제거되는 바가 개선될 수 있다. 예를 들어서, 몇몇 실시예들에서, 웨이퍼는 시계 방향으로 회전하다가 이후에 감속된다. 이어서, 웨이퍼는 시계 반대 방향으로 가속되다가 이후에 시계 반대 방향으로 회전한다. 프리웨팅 액체는 바람직하게는 입자를 이탈 (dislodge) 및 제거하는데 충분한 플루우 레이트 및 속도로 해서 회전하는 웨이퍼 상에 연속적으로 또는 단속적으로 (in pulse) 전달될 수 있다. 예를 들어서, 이 프리웨팅 액체는 초당 최소 약 7 미터의 속도로 그리고 분당 최소 약 0.4 L의 총 플로우 레이트로 예를 들어서 최소 약 1 L/분으로 해서 전달될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이 유체를 웨이퍼 상에 전달하는 노즐 또는 노즐들은 웨이퍼 표면으로부터 약 50 mm 이내에 (예를 들어서, 웨이퍼 표면 상방의 약 5 내지 80 mm 이내에) 배치될 수 있다.
웨이퍼 회전 레이트 조절을 사용하는 프리웨팅 프로세스의 일 실시예에 대한 예시적인 프로세스 흐름도 (1400) 가 도 14에 예시되어 있다. 이 전체 프로세스는 프리웨팅 액체가 웨이퍼 기판 상으로 (연속적으로 또는 불연속적으로) 전달되는 동안에 실시된다. 동작 (1405) 에서, 웨이퍼는 약 100 내지 700 rpm의 상대적으로 고속 레이트로 해서 회전한다. 몇몇 실시예들에서, 웨이퍼는 이 레이트로 해서 10 초 동안 (예를 들어서, 약 5 초 동안) 일 방향으로 회전한다. 이어서, 동작 (1410) 에서, 웨이퍼는 정지 상태로 급하게 감속되거나 매우 낮은 목표 속도 (통상적으로 20 rpm을 초과하지 못함) 로 해서 저속 회전한다. 이러한 감속은 바람직하게는 급하게 일어나는데 몇몇 실시예들에서 1 초보다 작은 시간에 발생할 수 있다. 다음에, 동작 (1415) 에서, 웨이퍼는 단기간 동안 (예를 들어서, 약 0.1 내지 3 초 동안 또는 예를 들어서 약 0.1 내지 1 초 동안) 정지 상태로 유지되도록 되거나 단기간 동안 (예를 들어서, 약 0.1 내지 3 초 동안 또는 예를 들어서 약 0.1 내지 1 초 동안) 저속으로 회전한다. 다음에, 동작 (1420) 에서, 웨이퍼는 (상기 동작 (1405) 에서의 회전 방향과 동일하거나 반대되는 방향으로) 급하게 가속된다. 바람직하게는, 1 초보다 작은 기간에 걸쳐서 약 100 내지 700 rpm 간의 속도로 가속된다. 이어서, 동작 (1425) 에서, 상기 시퀀스가 필요하다면 수회 반복될 수 있다. 통상적인 프로세스에서, 약 10 내지 60 회의 가속이 실시된다.
회전 방향을 시계 방향에서 반시계 방향으로 다시 시계 방향으로 주기적으로 변경하면 기판 상의 리세스된 피처로부터 입자들을 보다 효율적으로 제거할 수 있게 하는 환경이 웨이퍼 상에 조성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 회전 방향은 변경되지 않는다.
이러한 시퀀스의 일 특정 실례에서, 웨이퍼는 약 5 초 동안에 약 400 rpm으로 회전하고 이어서 1 초를 넘지 않는 기간에 걸쳐서 정지 상태로 감속되어 약 3 초 보다 작은 기간 동안에 정지 상태로 유지되며 이어서 약 1 초를 넘지 않는 기간에 걸쳐서 약 400 rpm의 동일한 방향의 회전 속도까지 가속된다. 탈기된 이온수가 본 실례에서는 최소 약 0.4 L/분의 플로우 레이트로 해서 연속적으로 웨이퍼 상에 전달된다.
탈기된 프리웨팅 액체가 상술한 팬 노즐과 같은 하나 이상의 노즐을 사용하여서 웨이퍼 기판 상으로 전달된다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 노즐들은 웨이퍼 기판의 면에 대해서 수직으로 향하도록 배향되고 프리웨팅 액체를 웨이퍼 기판에 대해서 실질적으로 수직으로 전달하도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 본 장치는 약 5 내지 45 도, 예를 들어서 약 5 내지 30 도의 그레이징 각으로 해서 프리웨팅 액체를 기판에 전달하도록 구성된 하나 이상의 노즐들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서 이러한 노즐 또는 노즐들은 웨이퍼의 에지에서 웨이퍼의 중앙으로 향하는 전반적인 방향으로 유체를 전달하도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 이 제 1 영역으로 전달된 유체는 먼저 웨이퍼의 바로 중앙에서 웨이퍼와 충돌하는 것이 아니라 웨이퍼 기판의 중앙 근처의 위치에서 (예를 들어서, 웨이퍼 중앙으로부터 약 1 내지 2 인치의 근처에서) 웨이퍼 기판과 충돌한다. 이어서, 이 유체는 웨이퍼의 중앙을 거쳐서 플로우하게 되며, 이로써 기판의 중앙에서는 탄젠트 플로우 성분 (tangential flow component) 이 생성된다. 이러한 충격 모드는 웨이퍼 기판의 회전 속도 변화와 함께 조합되어서 웨이퍼 기판의 중앙에서 입자를 제거하는 효과를 개선시킨다.
몇몇 실시예들에서, 프리웨팅 챔버는 프리웨팅 유체가 전달되고 있으면서 웨이퍼의 회전 레이트가 조절되고 있는 동안의 전체 기간에 걸쳐서 대기 압력보다 낮은 압력으로 유지되는 반면에, 몇몇 실시예들에서는, 프리웨팅 챔버는 유체 전달 기간의 일부분에서만, 예를 들어서, 프리웨팅 프로세스의 개시시에만 대기 압력보다 낮은 압력으로 유지된다.
프리웨팅 액체의 탄젠트 플로우를 사용하게 되는 이점이 도 15, 도 16 및 도 17을 참조하여서 기술된다. 도 15는 기판 표면에 대해서 평행한 유체 탄젠트 플로우가 존재하는 경우에 있어서 100 ㎛ × 100 ㎛ 실린더형 비아 (via) 내에서의 플로우 패턴을 나타내는 컴퓨터를 사용한 (computational) 모델링 결과를 예시한다. 이러한 모델링은 본 경우에서 와류가 발생하는 것을 명백하게 보여주고 있다. 작은 그레이징 각으로 기판 상에 전달된 프리웨팅 유체는 (기판 표면에 대해서 평행한) 실질적으로 탄젠트 플로우 성분을 가질 것이며 이는 와류를 생성하며 이 와류는 리세스된 피처로부터 입자 및/또는 잔여물을 제거하는 것을 용이하게 할 것이다. 도 16은 그 내부에 입자 및/또는 잔여물을 갖는 리세스된 피처의 단순화된 단면도로서 여기에서는 프리웨팅 액체의 탄젠트 플로우가 발생하고 있다. 이러한 탄젠트 플로우로 인해서 이 리세스된 피처 내에서 우수한 동적 유체 와류가 형성되어서 이 리세스된 피처 내에 트랩된 (trapped) 잔여물 및/또는 입자를 제거하고 있다. 도 17은 그 내부에 입자 및/또는 잔여물을 갖는 리세스된 피처의 단순화된 단면도로서 여기에서는 프리웨팅 액체가 기판 표면에 대해서 수직으로 직접 전달되고 있다. 이러한 직접적 수직 전달은 어떠한 탄젠트 흐름 성분도 이 리세스된 피처에서 발생시키지 못하며 프리웨팅 플로우는 이 리세스된 피처 내에서 정체되며/되거나 매우 빈약한 다수의 작은 와류가 생성되는데, 이러한 빈약한 와류는 리세스된 피처 내를 효과적으로 침투하지 못한다. 따라서, 이러한 리세스된 피처 내에서의 유체 정체 및/또는 빈약한 와류는 입자를 이 리세스된 피처 내의 입자 및 잔여물을 제거하는데 효과적이지 못하다.
상술된 몇몇 실시예들은 다양한 타입의 장치 내에 통합될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 본 장치는 프로세스 챔버를 포함하며, 이 챔버는 기판 홀더와, 탈기된 프리웨팅 액체를 전달하는 탈기부와, 프로세스 챔버 내에 대기 압력보다 작은 압력을 생성하기 위한 진공 포트와, 통상적으로 기판 상에 프리웨팅 액체를 전달하도록 구성된 하나 이상의 노즐에서 종단되는 유체 유입구를 포함한다. 통상적으로, 프로세스 챔버는 적어도 프리웨팅 액체가 기판과 처음 접촉하는 동안에는 대기 압력보다 낮은 압력에서 유지된다. 이어서, 이 챔버 내의 압력은 대기 압력 또는 대기 압력보다 높은 압력으로 증가하며 프리웨팅 프로세스가 계속되게 된다. 다른 실시예에서, 전체 프리웨팅 프로세스가 대기 압력보다 낮은 압력에서 실시될 수 있다. 본 명세서에서 기술된 실시예들과 함께 통합될 수 있는 장치 및 방법은 예를 들어서 Buckalew 등에 의하여 2013년 7월 4일에 공개된 미국 특허 출원 공개 2013/0171833 호에 개시되어 있으며, 이 특허 공개 문헌은 관련 내용이 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 몇몇 실시예들에서, 프리웨팅 프로세스가 완료된 후에, 기판은 전기 도금 챔버로 이송되며 금속이 이 프리웨팅되고 세정된 기판 상에 전기 증착된다.
본 명세서에서 상술한 장치 및/또는 방법은 예를 들어서 반도체 디바이스, 디스플레이, LED, 광전 패널 등의 제조 또는 가공을 위한 리소그래피 패터닝 툴 또는 프로세스와 함께 사용될 수 있다. 통상적으로, 이러한 툴 또는 프로세스는 반드시 그러한 것은 아니지만 통상적인 제조 시설 내에서 함께 사용 또는 수행될 수 있다. 막 리소그래피 패터닝은 통상적으로 각각 복수의 가능한 툴을 사용하여서 실현되는 다음의 단계들 중 몇몇 또는 모두를 포함하며, 이 단계들은 (1) 스핀 온 또는 스프레이 온 툴을 사용하여서 웨이퍼와 같은 작업 대상에 포토레지스트를 도포하는 단계, (2) 고온 플레이트 퍼니스 또는 UV 경화 툴을 사용하여서 포토레지스트를 경화하는 단계, (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴을 사용하여서 포토레지스트를 가시광선 또는 자외선 또는 x 선 광에 노출시키는 단계, (4) 습식 벤치 (wet bench) 와 같은 툴을 사용하여서 레지스트를 선택적으로 제거하여서 이를 패터닝하도록 상기 포토레지스트를 현상하는 단계, (5) 건식 또는 플라즈마 보조 에칭 툴을 사용하여서 상기 레지스트 패턴을 그 아래의 막 또는 작업 대상에 전사하는 단계 및 (6) RF 또는 마이크로웨이브 플라즈마 레지스트 탈피기 (stripper) 와 같은 툴을 사용하여서 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 장치 및 방법들은 이해의 명료성을 위해서 어느 정도 세부적으로 기술되었지만, 첨부된 청구 범위 내에서 소정의 변경 및 수정이 가능하다. 본 명세서에서 기술된 프로세스 및 구성 요소를 구현할 수 있는 다수의 다른 방식들이 존재할 수 있다. 따라서, 본 실시예들은 예시적이면서 비한정적으로 해석되어야 하며 실시예들은 본 명세서에서 제공된 세부 사항으로 한정되지 말아야 한다.

Claims (19)

  1. 웨이퍼 기판을 프리웨팅 (pre-wetting) 하는 프리웨팅 장치로서,
    (a) 프리웨팅 액체로부터 하나 이상의 용해된 가스들을 제거하여서 탈기된 프리웨팅 액체를 생성하도록 구성된 탈기부 (degasser); 및
    (b) 프로세스 챔버를 포함하며,
    상기 프로세스 챔버는,
    상기 탈기부에 연결되며 상기 탈기된 프리웨팅 액체가 들어가도록 (admit) 구성된 유입구;
    상기 유입구에 연결되고 움직임 가능한 암에 탑재된 적어도 하나의 노즐;
    상기 웨이퍼 기판을 홀딩하도록 (hold) 구성된 기판 홀더; 및
    상기 프로세스 챔버 내에 진공 상태 형성을 가능하게 하도록 구성된 진공 유입구를 포함하며,
    상기 움직임 가능한 암은 상기 암이 활성 위치 (active position) 에 있을 때에는 상기 웨이퍼 기판과 바로 대면하여 상기 노즐을 위치시키고 상기 암이 비활성 위치 (non-active position) 에 있을 때에는 상기 노즐을 상기 웨이퍼 기판으로부터 멀리 위치시키도록 구성되며,
    상기 암이 상기 활성 위치에 있을 때에, 상기 노즐은 상기 웨이퍼 기판의 면에 대해서 5 내지 45 도의 그레이징 각 (grazing angle) 으로 상기 프리웨팅 액체를 향하게 하도록 구성되는 팬 노즐 (fan nozzle) 인, 프리웨팅 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈기부는 멤브레인 접촉 탈기부 (membrane contactor degasser) 인, 프리웨팅 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐로부터의 상기 프리웨팅 액체가 상기 웨이퍼 기판의 바로 중심이 아니라 상기 웨이퍼 기판의 중심 근처에서 상기 웨이퍼 기판에 먼저 충돌하여서 상기 프리웨팅 액체가 상기 웨이퍼 기판의 중심에서 넘쳐 흐르도록, 상기 노즐은 상기 프리웨팅 액체를 상기 웨이퍼 기판의 중심 부분으로 향하게 하도록 구성되는, 프리웨팅 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 웨이퍼 기판과 충돌하는 지점에서 최소 초당 8 미터의 속도가 되게 상기 프리웨팅 액체를 향하게 하도록 구성된 고속 노즐인, 프리웨팅 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 웨이퍼 기판과 충돌하는 지점에서 최소 초당 16 미터의 속도가 되게 상기 프리웨팅 액체를 향하게 하도록 구성된 고속 노즐인, 프리웨팅 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 기판에 상기 프리웨팅 액체를 전달하는 동안에 상기 기판 홀더는 상기 웨이퍼 기판을 양방향으로 회전시키도록 구성된, 프리웨팅 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 홀더는 전달된 프리웨팅 액체의 수평 성분의 방향에 반대인 방향으로 상기 웨이퍼 기판을 회전시키도록 구성된, 프리웨팅 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 회전 방향이 상기 프리웨팅 동안에 4 내지 100 회 변경되도록 상기 웨이퍼 기판에 대한 프리웨팅 동안에 상기 웨이퍼 기판을 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전시키도록 구성되며,
    상기 장치는 또한, 상기 노즐로부터의 상기 웨이퍼 기판에 충돌하는 프리웨팅 액체의 방향이 양“‡항 기판 회전과 동기되게 (synchronize) 변경하도록 그리고 상기 충돌하는 프리웨팅 액체의 수평 성분이 상기 웨이퍼 기판의 회전 방향과 반대가 되도록 상기 노즐로부터의 상기 웨이퍼 기판에 충돌하는 프리웨팅 액체의 방향을 변경하게 구성되는, 프리웨팅 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 움직임 가능한 암은 프리웨팅 이전에는 상기 비활성 위치에 있으며 상기 프리웨팅 동안에는 상기 활성 위치로 이동하도록 구성되는, 프리웨팅 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 노즐을 구비한 움직임 가능한 암은 상기 프리웨팅 동안에 상기 웨이퍼 기판의 면에 평행한 면을 따라서 상기 웨이퍼 기판 상방에서 이동하도록 구성되는, 프리웨팅 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 노즐을 구비한 움직임 가능한 암은 상기 프리웨팅 동안에 상기 웨이퍼 기판의 면에 수직인 면을 따라서 상기 웨이퍼 기판 상방에서 이동하도록 구성되는, 프리웨팅 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    제어기를 더 포함하며,
    상기 제어기는,
    (i) 상기 프로세스 챔버 내에 대기 압력보다 낮은 압력을 형성하기 위한 프로그램 인스트럭션;
    (ii) 상기 하나 이상의 노즐을 갖는 움직임 가능한 암을 상기 비활성 위치에서 상기 활성 위치로 이동시키기 위한 프로그램 인스트럭션; 및
    (iii) 상기 웨이퍼 기판을 회전시키면서, 대기 압력보다 낮은 압력 하에서 상기 하나 이상의 노즐로부터 상기 탈기된 프리웨팅 액체를 상기 웨이퍼 기판의 면에 대해서 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 상기 웨이퍼 기판 상으로 전달하기 위한 프로그램 인스트럭션을 갖는, 프리웨팅 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 웨이퍼 기판 프리웨팅 동안에 상기 웨이퍼 기판의 회전의 방향을 4 내지 100 회 변경시키기 위한 프로그램 인스트럭션을 더 포함하는, 프리웨팅 장치.
  14. 웨이퍼 기판을 프리웨팅하는 방법으로서,
    (a) 프리웨팅 액체를 탈기화하는 (degas) 하는 단계;
    (b) 상기 웨이퍼 기판을 프리웨팅 프로세스 챔버 내의 기판 홀더 내에 배치하고, 상기 프리웨팅 프로세스 챔버 내에 대기 압력보다 낮은 압력을 형성하는 단계;
    (c) 하나 이상의 팬 노즐을 갖는 움직임 가능한 암을 상기 프리웨팅 프로세스 챔버 내에서 비활성 위치에서 활성 위치로 이동시키는 단계; 및
    (d) 상기 대기 압력보다 낮은 압력 하에서 상기 하나 이상의 팬 노즐로부터 상기 탈기된 프리웨팅 액체를 상기 웨이퍼 기판 상에 전달하는 단계를 포함하며,
    상기 탈기된 프리웨팅 액체는 상기 웨이퍼 기판의 면에 대해서 5 내지 45 도의 그레이징 각으로 상기 웨이퍼 기판과 충돌되는, 웨이퍼 기판 프리웨팅 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 프리웨팅 동안에 상기 프로세스 챔버 내의 압력을 대기 압력으로 증가시키는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 기판 프리웨팅 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 기판은 쓰루 레지스트 리세스된 피처 (a through-resist recessed feature) 를 포함하는, 웨이퍼 기판 프리웨팅 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 프리웨팅 액체의 전달 동안에 상기 웨이퍼 기판을 시계 방향 및 반 시계 방향으로 회전시키는 단계를 더 포함하며,
    회전 방향은 상기 프리웨팅 동안에 4 내지 100 회 변경되는, 웨이퍼 기판 프리웨팅 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 프리웨팅 액체의 전달 동안에 상기 웨이퍼 기판을 가속 및 감속시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 웨이퍼 기판에 대한 상기 프리웨팅 동안에 10 내지 60 회의 가속이 수행되는, 웨이퍼 기판 프리웨팅 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 전달된 프리웨팅 액체의 수평 성분의 방향에 반대인 방향으로 상기 웨이퍼 기판을 회전시키는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 기판 프리웨팅 방법.
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