KR20220097938A - 기판 세정 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
패턴 구조를 갖는 기판의 세정 방법은 다음 단계를 포함한다: 기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계(601); TEBO 메가소닉을 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계(602); 및 기판을 건조하는 단계(603). TEBO 메가소닉 세정을 사용하여 기판 상의 작은 크기의 입자를 제거하고 기액 분무화 세정을 사용하여 기판 상의 큰 크기의 입자를 제거한다. 상기 방법은 디바이스의 손상 없이 또는 더 적은 손상으로 기판 세정 효과가 달성되도록 한다. 기판 세정 장치가 또한 제공된다.
Description
본 발명은 일반적으로 반도체 습식 세정 분야에 관한 것이며, 보다 상세하게는 기판 세정 방법 및 기판 세정 장치에 관한 것이다.
반도체 칩의 부피가 점점 작아짐에 따라, 반도체 세정 기술의 주요 과제는 제품 결함률(product defect rate)을 제어하는 동시에 입자 제거 효율(particle remove efficiency, PRE)을 향상시키는 것이다. 패턴 구조를 포함하는 기판을 세정할 때, 패턴 구조의 세정 여부는 디바이스의 수율에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 패턴 구조가 철저히 세정되지 않으면, 패턴 구조에 입자가 남아 있어, 후속적인 전기적 고장, 단락(short circuit) 또는 회로 파손의 원인이 된다.
또한, 반도체 제조 기술의 급속한 발전과 R&D 능력에 따라, 디바이스의 피처 크기(feature size)는 점차 감소하고 있다. 기술 노드(node)가 28nm 이하에 도달하면, 키(key) 크기에 대한 제어가 더 높아야 한다. 키 크기에 대한 영향을 줄이거나 심지어 제거하기 위해, SC1, SC2, SPM, 불화수소산 등과 같은 일부 순하고 묽은 화학 용액이 필요하다. 동시에 세정(cleaning) 효과를 향상시키기 위해, 종종 물리적 세정, 예를 들어 울트라소닉(ultrasonic) 또는 메가소닉 세정(megasonic cleaning), 기액 분무화 세정(gas-liquid atomization cleaning)은 화학 용액 세정을 돕기 위해 사용된다. 그러나, 세정시 어쿠스틱 에너지(acoustic energy)나 기액 분무화 유량(gas-liquid atomization flow rate)을 효과적으로 제어하기 어렵기 때문에, 현재 업계의 세정 상황에서, 어쿠스틱 웨이브 세정(acoustic wave cleaning) 또는 기액 분무화 세정의 단일 사용의 경우, 세정 효율이 항상 만족스럽지 못하다.
울트라소닉 또는 메가소닉 보조 습식 세정의 경우, 어쿠스틱 에너지는 세정 효과를 제한하는 핵심 요소이다. 메가소닉 세정을 예로 들면, 메가소닉 세정의 메커니즘은 고주파(0.8-1.0MHz) 교류를 사용하여 압전 공진기 결정(piezoelectric resonator crystal)을 여기시키고, 이는 진동을 일으켜 소닉 웨이브(sonic wave)를 생성하며, 이는 기판(substrate)의 표면 근처에 얇은 어쿠스틱 경계층(acoustic boundary layer)을 생성하고 용액에서 압력이 발생된다. 높은 진동 에너지와 초고주파는 기판을 세정하기 위해 화학 세정제의 화학 반응과 결합하여 함께 큰 음압 구배(sound pressure gradient), 입자 속도 및 음의 흐름(sound flow)을 초래한다.
울트라소닉(메가소닉) 웨이브는 액체 매질에 작용한다. 교류는 압전 공진기를 여기시켜 교류 음압(sound pressure)을 생성하기 때문에, 매질의 특정 지점은 주기적으로 압축 및 팽창된다. 캐비테이션 기포 발생 메커니즘은 다음과 같다: 지점의 현재 온도에서 교류 음압의 진폭이 액체 포화 증기압보다 작을 때, 네거티브 압력(negative pressure)이 발생하고, 액체에 원래 용해된 기체가 기체 코어로 응결(precipitate)되고, 캐비테이션 핵은 네거티브 압력(negative pressure)의 작용 하에 있으며, 직경이 수 마이크론 내지 수십 마이크론의 범위인, 소닉 팽창 단계(sonic expansion phase)에서 빠르게 성장한다. 캐비테이션 기포의 붕괴 메커니즘은 다음과 같다: 이어지는 압축 단계에서, 기포 부피는 포지티브 압력(positive pressure) 하에서 급격히 감소하여 차례로 비선형 진동(정상 상태(steady-state) 캐비테이션)을 생성하거나, 음압이 특정 임계값(캐비테이션 임계값)에 도달하며, 붕괴까지 급속한 폐쇄 후(순간 캐비테이션(instantaneous cavitation)), 생성된 에너지는 물체 표면의 입자 부착을 극복할 만큼 충분히 크다. 기포 내부와 외부의 작은 공간 영역에서, 기포가 붕괴되기 전에, 기포가 고온 및 고압(5000K, 1800atm) 그리고 심지어 음 발광(sonoluminescence)을 생성할 것이다. 따라서, 기포 내의 기체는 표준 온도(normal temperature)에서 일어나기 어려운 물리화학적 변화를 일으킨다. 기포 외부에서, 기포의 격렬한 붕괴로 인해, 붕괴는 수(several) 마하의 속도로 강한 외부로 방출되는 충격 마이크로-제트를 생성할 것이다. 동시에, 기포 내부의 고압 방출과 고온의 급격한 하락은 큰 압력 구배와 온도 변화율을 형성할 수 있다. 기존의 울트라소닉 또는 메가소닉 세정 중에, 입자의 제거는 전형적으로 어쿠스틱 스트리밍(acoustic streaming) 및 캐비테이션 현상을 통해 달성된다.
반도체 기술 노드가 지속적으로 축소되고, 트렌치 또는 비아의 종횡비가 증가하고 패턴 구조가 더 복잡하고 더 취약해짐에 따라, 기존의 울트라소닉 또는 메가소닉 세정 방법은 점점 더 많은 과제에 직면해 있다. 일시적인 기포 붕괴로 인한 충격파 및 마이크로 제트는 패턴 구조를 손상시키기 쉽다. 도 1a-1d는 기존의 울트라소닉 또는 메가소닉 세정에 의해 야기되는 패턴 구조의 손상을 예시한다. 여기서, 도 1a는 SEM 스캐닝 포인트의 분포를 나타낸다. 세정 공정 전에, 사전 데이터로서 SEM 스캐닝을 위해 무작위로 50개 포인트를 선택했다. 울트라소닉 또는 메가소닉 세정 후, 이 포인트를 다시 스캔하여 패턴 구조의 붕괴 여부를 확인한다. 도 1b-1d는 패턴 구조 손상을 나타내는 SEM 사진이다.
또한, IC 제조 공정 동안 상이한 크기의 입자가 기판 상에 부착될 수 있다. 단일 물리적-보조 습식 세정 방법은 한 번에 모든 크기의 입자를 제거할 수 없다. 따라서, 모든 크기의 입자를 패턴 구조 손상 없이 또는 더 적은 손상으로 효율적으로 제거할 수 있는, 큰 크기의 입자와 작은 크기의 입자를 모두 제거할 수 있는 새로운 기판 세정 방법 및 새로운 기판 세정 장치의 개발이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 디바이스의 손상 없이, 또는 더 적은 손상으로, 기판 상의 입자를 제거하고 최대 입자 제거 효율을 달성하기 위한 기판 세정 방법 및 기판 세정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 패턴 구조를 갖는 기판의 세정 방법은 다음 단계를 포함한다: 기액 분무화(gas-liquid atomization)를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계; TEBO 메가소닉을 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계; 및 기판을 건조하는 단계.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 패턴 구조를 갖는 기판을 세정하는 방법은 다음 단계를 포함한다: TEBO 메가소닉을 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계; 기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계; 및 기판을 건조하는 단계.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 패턴 구조를 갖는 기판을 세정하기 위한 장치는: 기판을 유지(hold)하도록 구성된, 기판 유지 디바이스(substrate holding device); TEBO 메가소닉 세정을 제공하도록 구성된, 메가소닉 세정 디바이스; 및 기액 분무화 세정을 제공하도록 구성된, 기액 분무화 세정 디바이스를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 한 가지 방법에서 TEBO 메가소닉 세정을 사용하여 기판 상의 작은 크기의 입자를 제거하고 기-액 분무화 세정을 사용하여 기판 상의 큰 크기의 입자를 제거하고, 그 후 기판을 건조하여, 디바이스의 손상 없이 혹은 더 적은 손상으로 우수한 세정 효과가 달성된다.
도 1a는 SEM 스캐닝 포인트의 분포를 나타낸다. 도 1b-1d는 기존의 울트라소닉 또는 메가소닉 세정에 의한 패턴 구조 손상을 나타내는 SEM 사진이다.
도 2a는 본 발명에 따른 TEBO 메가소닉 보조 습식 세정 절차의 공정 조건을 나타내는 표이다. 도 2b는 TEBO 메가소닉 보조 습식 세정 절차를 이용한 시험 결과를 나타내는 표이다. 도 2c는 TEBO 메가소닉 보조 습식 세정 절차를 이용함에 의한 입자 크기에 대한 입자 제거 효율(PRE)을 나타내는 그래프이다.
도 3은 기액 분무화 세정 장치를 나타내는 개략도이다.
도 4a는 기액 분무화 보조 습식 세정 절차의 공정 조건을 나타내는 표이다. 도 4b는 기액 분무화 보조 습식 세정 절차를 이용한 시험 결과를 나타내는 표이다. 도 4c는 기액 분무화 보조 습식 세정 절차를 이용함에 의한 입자 크기에 대한 입자 제거 효율(PRE)을 나타내는 그래프이다.
도 5는 기액 분무화 보조 습식 세정을 이용함에 의한 기체 유량(flow rate)에 대한 입자 제거 효율(PRE) 및 패턴 손상 결함을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 기판 세정 방법을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따른 기판 세정 방법을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 기판 세정 방법의 공정 조건을 나타내는 표이다.
도 9는 본 발명의 기판 세정 방법을 이용한 시험 결과를 나타내는 표이다.
도 10은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 기판 세정 장치의 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 기판 세정 장치의 기판 세정 모듈의 저면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 기판 세정 장치의 다른 사시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따른 기판 세정 장치의 개략도이다.
도 14는 도 13에 도시된 기판 세정 장치의 다른 개략도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 TEBO 메가소닉 보조 습식 세정 절차의 공정 조건을 나타내는 표이다. 도 2b는 TEBO 메가소닉 보조 습식 세정 절차를 이용한 시험 결과를 나타내는 표이다. 도 2c는 TEBO 메가소닉 보조 습식 세정 절차를 이용함에 의한 입자 크기에 대한 입자 제거 효율(PRE)을 나타내는 그래프이다.
도 3은 기액 분무화 세정 장치를 나타내는 개략도이다.
도 4a는 기액 분무화 보조 습식 세정 절차의 공정 조건을 나타내는 표이다. 도 4b는 기액 분무화 보조 습식 세정 절차를 이용한 시험 결과를 나타내는 표이다. 도 4c는 기액 분무화 보조 습식 세정 절차를 이용함에 의한 입자 크기에 대한 입자 제거 효율(PRE)을 나타내는 그래프이다.
도 5는 기액 분무화 보조 습식 세정을 이용함에 의한 기체 유량(flow rate)에 대한 입자 제거 효율(PRE) 및 패턴 손상 결함을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 기판 세정 방법을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따른 기판 세정 방법을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 기판 세정 방법의 공정 조건을 나타내는 표이다.
도 9는 본 발명의 기판 세정 방법을 이용한 시험 결과를 나타내는 표이다.
도 10은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 기판 세정 장치의 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 기판 세정 장치의 기판 세정 모듈의 저면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 기판 세정 장치의 다른 사시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따른 기판 세정 장치의 개략도이다.
도 14는 도 13에 도시된 기판 세정 장치의 다른 개략도이다.
기존의 울트라소닉 또는 메가소닉 보조 습식 세정에서, 기판 상의 패턴 구조는 일시적인 캐비테이션 기포의 폭발로 생성된 마이크로-제트 충격파에 의해 쉽게 손상된다. 이 문제를 해결하기 위해, 패턴 구조를 손상시키지 않고 패턴 구조를 포함하는 기판을 세정하도록 TEBO(Timely Energized Bubble Oscillation)라는 새로운 어쿠스틱 웨이브(acoustic wave) 세정 기술이 개발되었다. TEBO는 세정 공정 중 울트라 또는 메가 소닉 디바이스에 의해 발생되는 기포 캐비테이션을 제어하여 반도체 웨이퍼 전체에서 안정적이거나 제어된 캐비테이션을 달성함으로써, 반도체 웨이퍼 상의 디바이스 구조를 손상시키지 않고 입자를 효율적으로 제거하는 기술이다. 2015년 5월 20일자로 출원된 PCT 특허출원 PCT/CN2015/079342의 전체 내용이 본원에 참조로 포함된다.
도 2a를 참조하면, TEBO 메가소닉 보조 습식 세정 절차가 본 발명에 따라 개시된다. TEBO 메가소닉 보조 습식 세정 절차는 다음 단계를 포함한다.
단계 1: 5-60초 동안 이산화탄소 탈이온수를 사용한 패턴 구조를 포함하는 웨이퍼의 프리-린스 단계(pre-rinsing). 프리-린스 단계는 300-1000rpm의 속도로 회전되는 웨이퍼 상에 이산화탄소 탈이온수(carbon dioxide deionized water)를 1.2-2.0 lpm의 유량(flow rate) 및 23-65℃의 온도에서 전달하여 수행된다. 이산화탄소 탈이온수의 전도도는 0.05-18 MΩ*cm이다.
단계 2: 15-300초 동안 TEBO 메가소닉 및 SC1을 이용한 웨이퍼의 세정 단계. 세정 단계는 10-100rpm의 속도로 회전되는 웨이퍼 상에 SC1를 1.2-2.0 lpm의 유량 및 23-65℃의 온도에서 전달하여 수행된다. SC1(NH4OH:H2O2:H2O)의 화학물질 혼합 비율은 1:4:20-1:1:500이다. 메가소닉 웨이브(megasonic wave)의 전력은 10-100와트이다. 전력의 듀티 사이클은 1%-5%이다. 펄스 주기는 2-10ms이다.
단계 3: 5-60초 동안 이산화탄소 탈이온수를 사용한 웨이퍼의 포스트-린스 단계(post-rinsing). 포스트-린스 단계는 300-1000rpm의 속도로 회전되는 웨이퍼 상에 이산화탄소 탈이온수를 1.2-2.0 lpm의 유량 및 23-65℃의 온도에서 전달하여 수행된다. 이산화탄소 탈이온수의 전도도는 0.05-18 MΩ*cm이다.
단계 4: 웨이퍼의 건조 단계. 건조 단계는 20-60초 동안 2000-2500rpm의 속도로 회전되는 웨이퍼 상에 질소를 5-30 lpm의 유량 및 23-65℃의 온도에서 분사하여 수행된다.
도 2b는 웨이퍼를 세정하기 위해 TEBO 메가소닉 보조 습식 세정 절차를 이용함에 의한 테스트 결과를 나타내는 표이다. 시험 결과는 크기가 0.5㎛ 또는 0.5㎛ 미만인, 작은 입자의 입자 제거 효율이 높지만, 크기가 0.5㎛ 보다 큰, 큰 입자의 입자 제거 효율은 낮은 것을 나타낸다. 따라서 TEBO 메가소닉 보조 습식 세정은 크기가 0.5㎛ 또는 0.5㎛ 미만인, 작은 입자를 제거할 수 있음을 알 수 있다. 도 2c는 웨이퍼를 세정하기 위해 TEBO 메가소닉 보조 습식 세정을 이용함에 의한 입자 크기에 대한 입자 제거 효율(PRE)을 나타내는 그래프이다. 그래프는 TEBO 메가소닉 보조 습식 세정 기술을 사용하여 패턴 구조를 포함하는 웨이퍼 상의 입자를 제거하는 동안, 입자 크기가 증가함에 따라, 입자 제거 효율(PRE)이 점진적으로 감소함을 나타낸다. 따라서, TEBO 메가소닉 세정 기술은 패턴 구조 손상 없이 또는 더 적은 손상으로 크기가 0.5㎛ 또는 0.5㎛ 미만인, 작은 입자를 효과적으로 제거할 수 있지만, 패턴 구조 손상 없이 크기가 0.5㎛ 보다 큰, 큰 입자는 효과적으로 제거할 수 없다. 기존의 메가소닉 세정 방법과 비교하여, TEBO 세정 기술의 경우, 마이크로스트리밍(microstreaming)으로 알려져 있는, 진동하는 기포에서 발생하는 흐름은 입자 제거에 중요한 역할을 하는 것으로 여겨지는 반면, 일시적인 기포에서 발생하는 충격파 및 마이크로 제트는 제어된다. 따라서 TEBO 세정 기술은 작은 크기의 입자 제거 효율이 우수한 반면, 큰 입자의 경우 제거 능력이 더 약하다.
본 발명에서, TEBO 메가소닉 세정 기술은 반도체 제조 분야에서 작은 크기의 입자를 제거하는 문제를 해결한다. 그러나, 반도체 디바이스의 제조에 있어서, 기판 상의 작은 크기의 입자 외에도, 기판 상에 큰 크기의 입자도 존재한다. 따라서, 작은 크기의 입자를 제거해야 할 뿐만 아니라 큰 크기의 입자도 제거될 필요가 있다.
도 3을 참조하면, 기액 분무화 세정 장치의 개략도가 도시되어 있다. 기액 분무화 세정 장치는 기판 척(301), 액체 파이프라인(303), 기체 파이프라인(304) 및 제트-스프레이 노즐(305)을 포함한다. 기체 파이프라인(304) 및 액체 파이프라인(303) 모두 제트-스프레이 노즐(305)에 연결된다. 기체 파이프라인(304)의 기체는 바람직하게는 N2, CO2, 압축 공기 등이다. 액체 파이프라인(303)의 액체는 바람직하게는 화학적 액체(chemical liquid) 또는 탈이온수 등이다. 기체 및 액체는 공정 필요에 따라 결정될 수 있다. 기판(302)을 세정할 때, 기판(302)은 기판 척(301) 상에 위치된다. 기판 척(301)은 기판 척(301)과 함께 기판(302)이 회전하도록 특정한 속도로 회전하도록 구동된다. 세정액은 먼저 프리-린스를 위해 기판(302)의 표면 상에 분사되고, 그 다음 제트-분사 노즐(305)은 미세한 액적을 생성하도록 분무화(atomize)되고 제트-분사 노즐(305)을 통한 가압 기체에 의해 가속된 세정액을 기판(302)의 표면 상에 분사하여, 기판(302) 상의 입자의 제거를 촉진한다. 제트-분사 노즐(305)은 기판(302)을 가로질러 스캔(scan)할 수 있고, 제트-분사 노즐(305)과 기판(302)의 표면 사이의 거리는 제트 분사 동안 유연하게 변경될 수 있다. 분사 세정은 기판 표면 상의 수백만 개의 미세한 액적의 시너지 효과로 구성된다. 이는 기판(302) 상의 액체 박막을 초래할 것으로 예상되며, 액적 속도는 입자 제거를 위한 가장 중요한 매개변수이다. 입자에 반데르발스 힘이 작용하여 입자를 제거하려면, 주변 액체가 충분한 속도를 가질 필요가 있지만, 제거력은 입자 반경의 2승(second power) 또는 3승(third power)에 비례하므로 더 빠른 레이트(rate)로 감소한다. 따라서 더 작은 크기의 입자는 제거하기가 더 어렵다. 일반적으로 기액 분무화 세정은 큰 크기의 입자(306)를 효과적으로 제거할 수 있지만 작은 크기의 입자(307)와 트렌치 및 비아의 입자를 제거하는 것은 어렵다.
도 4a를 참조하면, 기액 분무화 보조 습식 세정 절차가 본 발명에 따라 개시된다. 기액 분무화 보조 습식 세정 절차에는 다음 단계를 포함한다.
단계 1: 5-60초 동안 이산화탄소 탈이온수를 사용한 패턴 구조를 포함하는 웨이퍼의 프리-린스 단계(pre-rinsing). 프리-린스 단계는 300-1000rpm의 속도로 회전되는 웨이퍼 상에 이산화탄소 탈이온수를 1.2-2.0 lpm의 유량 및 23-65℃의 온도에서 전달하여 수행된다. 이산화탄소 탈이온수의 전도도는 0.05-18 MΩ*cm이다.
단계 2: 15-60초 동안 기액 분무화를 이용한 웨이퍼의 세정 단계. 기체는 N2일 수 있고 기체 유량은 10-100 lpm이다. 액체는 SC1이고 액체 유량은 0.1-0.3 lpm이다. 온도는 23-65℃이다. 웨이퍼의 회전 속도는 300-1000rpm이다. SC1(NH4OH:H2O2:H2O)의 화학물질 혼합 비율은 1:4:20-1:1:500이다.
단계 3: 5-60초 동안 이산화탄소 탈이온수를 사용한 웨이퍼의 포스트-린스 단계(post-rinsing). 포스트-린스 단계는 300-1000rpm의 속도로 회전되는 웨이퍼 상에 이산화탄소 탈이온수를 1.2-2.0 lpm의 유량 및 23-65℃의 온도에서 전달하여 수행된다. 이산화탄소 탈이온수의 전도도는 0.05-18 MΩ*cm이다.
단계 4: 웨이퍼의 건조 단계. 건조 단계는 20-60초 동안 2000-2500rpm의 속도로 회전되는 웨이퍼 상에 질소를 5-30 lpm의 유량 및 23-65℃의 온도에서 분사하여 수행된다.
도 4b 및 도 4c가 참조된다. 도 4b는 웨이퍼를 세정하기 위해 기액 분무화 보조 습식 세정 절차를 이용함에 의한 시험 결과를 나타내는 표이다. 시험 결과는, 기액 분무화 세정은 크기가 0.5㎛ 보다 큰, 큰 입자는 효과적으로 제거할 수 있으며, 큰 입자의 입자 제거 효율은 거의 100%에 도달하는 것으로 높게 나타난다. 그러나, 기액 분무화 세정은 크기가 0.5㎛ 또는 0.5㎛ 미만인, 작은 입자를 효과적으로 제거할 수 없다. 웨이퍼를 세정하기 위해 기액 분무화 세정을 이용한 작은 입자의 입자 제거 효율은 낮다. 도 4c는 웨이퍼를 세정하기 위해 기액 분무화 보조 습식 세정 절차를 사용함에 의한 입자 크기에 대한 입자 제거 효율(PRE)을 나타내는 그래프이다. 도 4c는 입자 크기가 증가함에 따라 입자 제거 효율이 점진적으로 증가함을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 도 5는 패턴 구조를 포함하는 웨이퍼를 세정하기 위해 기액 분무화 보조 습식 세정을 이용함에 의한 기체 유량에 대한 입자 제거 효율(PRE) 및 패턴 손상 결함을 나타내는 그래프이다. 도 5는 특정 범위의 기체 유량에서, 기체 유량을 증가시키면 패턴 구조 손상 없이 큰 크기의 입자와 작은 크기의 입자의 입자 제거 효율을 증가함을 나타낸다. 그러나, 기체 유량이 계속 증가하면, 큰 크기의 입자와 작은 크기의 입자의 입자 제거 효율이 증가하지 않는다. 뿐만 아니라, 기체 유량을 지속적으로 증가시키면 패턴 구조가 손상될 것이다. 기체 유량을 증가시켜 작은 크기의 입자의 세정 효과를 향상시킴으로써, 패턴 구조의 붕괴 위험도 증가한다. 따라서, 기체 유량을 증가시켜 작은 크기의 입자의 입자 제거 효율을 향상시키는 것은 실현 가능하지 않다.
따라서, 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 패턴 구조를 갖는 기판을 세정하는 방법이 제공되며, 이 방법은 다음 단계를 포함한다:
단계 601: 기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계. 기체는 N2, CO2, 압축 공기 등으로부터 선택될 수 있다. 액체는 이산화탄소 탈이온수, DIW, SC1 또는 일부 다른 희석된 화학 물질이 선택될 수 있다. 이 단계에서, 기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계는 기판 상의 큰 크기의 입자를 제거하고, 입자와 기판 표면 사이의 접착을 느슨하게 하며, 클러스터 폴리머 입자의 일부를 분해(break up)할 수 있다.
단계(602): TEBO 메가소닉을 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계. 이산화탄소 탈이온수, DIW, SC1 또는 일부 기타 희석된 화학 물질과 결합하여 TEBO 메가소닉을 사용하여 기판 표면을 세정하며, 이는 이전 단계에서 완전히 제거되지 않은 기판 표면 오염 물질과 작은 크기의 입자를 제거할 수 있다. 이전 단계에서 입자 접착이 느슨해지고 클러스터 폴리머 입자가 작은 크기의 입자로 분해되었기 때문에, TEBO 메가소닉은 이러한 입자를 쉽게 제거할 수 있어, 입자 제거 효율이 향상된다.
단계(603): 기판을 건조하는 단계. 질소 건조 또는 IPA 건조 또는 기타 특수 건조 화학 용액과 결합한 고속 회전을 사용하여 기판을 건조할 수 있다.
단계(601) 및 단계(602)는 세정 효율을 향상시키기 위해 교대로 수회(several times) 수행될 수 있다.
단계(602) 후에, 기액 분무화를 재사용하여 기판 표면을 세정한다.
단계(603) 이전에, 기판 표면 오염 물질 및 기판 표면 상에 남아 있는 화학적 액체를 제거하기 위해 탈이온수(DIW) 또는 이산화탄소 탈이온수를 사용하여 기판 표면을 린스하는 단계를 추가로 포함한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 패턴 구조를 갖는 기판을 세정하는 방법이 제공되며, 이 방법은 다음 단계를 포함한다:
단계(701): TEBO 메가소닉을 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계. 이산화탄소 탈이온수, DIW, SC1 또는 일부 기타 희석된 화학 물질과 결합하여(combining with) TEBO 메가소닉을 사용하여 패턴 구조의 내부에서 작은 크기의 입자를 해체(disengaging)하고 작은 크기의 입자를 제거하기 위해 기판 표면을 세정한다.
단계(702): 기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계. 기체는 N2, CO2, 압축 공기 등으로부터 선택될 수 있다. 액체는 이산화탄소 탈이온수, DIW, SC1 또는 일부 다른 희석된 화학 물질이 선택될 수 있다. 기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계는 큰 크기의 입자를 제거할 수 있다. 게다가, 이전 단계에서 TEBO 메가소닉에 의해 패턴 구조에서 분리된 작은 크기의 입자는 스프레이 속도의 영향을 더 쉽게 받는다. 기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계 동안, 기액 분무화의 전단 응력은 기판 상의 패턴 구조 위의 작은 크기의 입자를 제거하여, 작은 크기의 입자 세정 효율을 향상시킨다.
단계(703): 기판을 건조하는 단계. 질소 건조 또는 IPA 건조 또는 기타 특수 건조 화학 용액과 결합하여 고속 회전을 사용하여 기판을 건조할 수 있다.
단계(701) 및 단계(702)는 세정 효율을 향상시키기 위해 교대로 수회 수행될 수 있다.
단계(702) 후에, TEBO 메가소닉을 재사용하여 기판 표면을 세정한다.
단계(703) 이전에, 기판 표면 오염 물질 및 기판의 표면 상에 남아있는 화학적 액체를 제거하기 위해 탈이온수(DIW) 또는 이산화탄소 탈이온수를 사용하여 기판 표면을 린스하는 단계를 추가로 포함한다.
도 8이 참조된다. 본 발명의 보다 상세한 기판 세정 방법은 패턴 구조를 포함하는 기판을 세정하기 위해 제공된다. 이 방법은 다음 단계를 포함한다:
단계 1: 5-60초 동안 이산화탄소 탈이온수를 사용한 패턴 구조를 포함하는 웨이퍼의 프리-린스 단계. 프리-린스 단계(pre-rinsing)는 300-1000rpm의 속도로 회전되는 웨이퍼 상에 이산화탄소 탈이온수를 1.2-2.0lpm의 유량 및 23-65℃의 온도에서 전달하여 수행된다. 이산화탄소 탈이온수의 전도도는 0.05-18 MΩ*cm이다.
단계 2: 15-60초 동안 기액 분무화를 이용한 웨이퍼의 세정 단계. 기체는 N2일 수 있고 기체 유량은 10-100 lpm이다. 액체는 SC1이고 액체 유량은 0.1-0.3 lpm이다. 온도는 23-65℃이다. 웨이퍼의 회전 속도는 300-1000rpm이다. SC1(NH4OH:H2O2:H2O)의 화학물질 혼합 비율은 1:4:20-1:1:500이다.
단계 3: 5-60초 동안 이산화탄소 탈이온수를 사용한 웨이퍼의 린스 단계. 린스 단계는 300-1000rpm의 속도로 회전되는 웨이퍼 상에 이산화탄소 탈이온수를 1.2-2.0lpm의 유량 및 23-65℃의 온도에서 전달하여 수행된다. 이산화탄소 탈이온수의 전도도는 0.05-18 MΩ*cm이다.
단계 4: 15-300초 동안 TEBO 메가소닉 및 SC1을 사용한 웨이퍼의 세정 단계. 세정 단계는 10-100rpm의 속도로 회전되는 웨이퍼 상에 SC1을 1.2-2.0lpm의 유량 및 23-65℃의 온도에서 전달하여 수행된다. SC1(NH4OH:H2O2:H2O)의 화학물질 혼합 비율은 1:4:20-1:1:500이다. 메가소닉 웨이브의 전력은 10-100 와트이다. 전력의 듀티 사이클은 1%-5%이다. 펄스 주기(pulse period)는 2-10ms이다.
단계 5: 5-60초 동안 이산화탄소 탈이온수를 사용한 웨이퍼의 린스 단계. 린스 단계는 300-1000rpm의 속도로 회전되는 웨이퍼 상에 이산화탄소 탈이온수를 1.2-2.0lpm의 유량 및 23-65℃의 온도에서 전달하여 수행된다. 이산화탄소 탈이온수의 전도도는 0.05-18 MΩ*cm이다.
단계 6: 웨이퍼를 건조하는 단계. 건조하는 단계는 20-60초 동안 2000-2500rpm의 속도로 회전되는 웨이퍼 상에 질소를 5-30lpm의 유량 및 23-65℃의 온도에서 분사하여 수행된다.
도 8에 나타낸 공정 조건은 도 6 및 도 7에 나타낸 방법에도 적용된다.
도 9는 본 발명의 기판 세정 방법을 이용한 시험 결과를 나타내는 표이다. 시험 결과는 크기가 0.5㎛ 또는 0.5㎛ 미만인, 작은 입자와 크기가 0.5㎛ 보다 큰, 큰 입자 모두가 효과적으로 제거될 수 있음을 나타낸다. 작은 크기의 입자와 큰 크기의 입자 모두의 입자 제거 효율(PRE)이 100%에 도달할 수 있다. 한 가지 방법에서, 본 발명은 작은 크기의 입자를 제거하기 위한 TEBO 메가소닉 세정을 제공하고, 큰 크기의 입자를 제거하기 위해 기액 분무화 세정과 결합하여, 패턴 구조 손상 없이 또는 더 적은 손상으로 최대 입자 제거 효율을 달성한다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 기판 세정 장치가 제공된다. 기판 세정 장치는 기판 유지 디바이스(substrate holding device)(1010) 및 기판 세정 모듈을 포함한다. 기판 유지 디바이스(1010)는 기판(1000)을 세정하기 위해 기판(1000)을 유지(hold)하도록 구성된다. 기판 유지 디바이스(1010)는 기판 척(1011), 회전 샤프트(1012) 및 구동 디바이스(1013)를 포함한다. 기판 척(1011)은 회전 샤프트(1012)에 연결되고, 회전 샤프트(1012)는 구동 디바이스(1013)에 연결된다. 기판(1000)을 세정하기 위해, 기판(1000)은 기판 척(1011) 상에 유지된다. 구동 디바이스(1013)는 회전 샤프트(1012)를 구동하여 회전시키고, 따라서, 기판 척(1011)뿐만 아니라 기판(1000)이 회전된다.
기판 세정 모듈은 TEBO 메가소닉 세정을 제공하기 위한 메가 소닉 세정 디바이스(1020) 및 기액 분무화 세정을 제공하기 위한 기액 분무화 세정 디바이스(1030)를 포함한다. 메가 소닉 세정 디바이스(1020)는 차폐 커버(1021)를 포함한다. 메가 소닉 디바이스(1022)는 차폐 커버(1021)의 바닥에 고정된다. 차폐 커버(1021)의 일 측면(side)은 연결 암(1023)에 연결된다. 연결 암(1023)은 연결 스핀들(1024)에 연결된다. 연결 스핀들(1024)은 구동 메커니즘(1025)에 연결된다. 구동 메커니즘(1025)은 연결 스핀들(1024)을 구동하여 회전하고 위아래로 이동시킬 수 있으므로, 연결 암(1023) 및 차폐 커버(1021)를 통해 메가 소닉 디바이스(1022)가 회전하고 위아래로 이동될 수 있다. 차폐 커버(1021)의 다른 측면은 노즐 디바이스(1026)에 연결된다. 노즐 디바이스(1026)는 메가 소닉 디바이스(1022)의 전방에 있다. 노즐 디바이스(1026)는 기판(1000) 상에 이산화탄소 탈이온수, DIW, SC1 또는 기타 다른 희석된 화학 물질을 분사하기 위한 제1 노즐(1027) 및 제2 노즐(1028)을 갖는다.
기액 분무화 세정 디바이스(1030)는 고정 부재(1031) 및 기액 분무화 디바이스(1032)를 갖는다. 기액 분무화 디바이스(1032)는 고정 부재(1031)를 사용하여 노즐 디바이스(1026)와 고정된다. 따라서, 구동 메커니즘(1025)은 연결 스핀들(1024)을 구동하여 회전하고 위아래로 이동시키고, 따라서 기액 분무화 디바이스(1032)가 연결 암(1023), 차폐 커버(1021) 및 노즐 디바이스(1026)를 통해 회전하고 위아래로 이동하게 된다. 기액 분무화 디바이스(1032)는 액체 유입 파이프(1033), 기체 유입 파이프(1034) 및 제트-분사 노즐(1035)을 구비하여 제트-분사 노즐(1035)을 통해 기판(1000) 상에 분사되는 분무화 액적(atomized liquid droplet)을 생성한다.
기판 세정 장치를 이용하여 기판(1000)을 세정할 때, 도 6 내지 도 8에 개시된 공정 단계 및 공정 조건은 기판 세정 장치에 적용되어, 기판(1000) 상의 크기가 0.5㎛ 또는 0.5㎛ 미만인, 작은 입자와 크기가 0.5㎛보다 큰, 큰 입자 모두가 효과적으로 제거될 수 있다. 더욱이, 본 구현예에서, 메가 소닉 세정 디바이스(1020) 및 기액 분무화 세정 디바이스(1030)는 동일한 하나의 프로세스 챔버에 위치하며 동일한 하나의 구동 메커니즘(1025)를 공유하여, 비용과 공간을 절약한다.
도 13 및 도 14를 참조하여, 본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따른 기판 세정 장치가 제공된다. 기판 세정 장치는 기판(1300)을 유지하기 위한 기판 유지 디바이스(1310), TEBO 메가소닉 세정을 제공하기 위한 메가 소닉 세정 디바이스(1320), 기액 분무화 세정을 제공하기 위한 기액 분무화 세정 디바이스(1330) 및 프로세스 챔버(1360)를 포함한다. 기판 유지 디바이스(1310), 메가 소닉 세정 디바이스(1320) 및 기액 분무화 세정 디바이스(1330)는 프로세스 챔버(1360)에 위치된다. 이 구현예에서 기판 유지 디바이스(1310) 및 메가 소닉 세정 디바이스(1320)는 이전 구현예와 동일하며, 여기서 더 이상 중복되어 설명하지 않는다.
기액 분무화 세정 디바이스(1330)는 기액 분무화 디바이스(1332), 지지 암(1337), 지지 스핀들(1336) 및 액츄에이터를 포함한다. 기액 분무화 디바이스(1332)는 지지 암(1337)의 단부에 고정되고 지지 암(1337)에 의해 지지된다. 지지 암(1337)의 타단은 지지 스핀들(1336)에 연결된다. 지지 스핀들(1336)은 액츄에이터에 연결된다. 액츄에이터는 지지 스핀들(1336)을 구동하여 회전하고 위아래로 이동시킬 수 있으며, 따라서 기액 분무화 디바이스(1332)가 회전하고 위아래로 이동하게 된다. 기액 분무화 디바이스(1332)는 액체 유입 파이프, 기체 유입 파이프 및 제트-분사 노즐을 구비하여, 제트-분사 노즐을 통해 기판(1300) 상에 분사되는 분무화 액적을 생성한다.
바람직하게는, 기판 세정 장치는 제1 세정 그루브(1340) 및 제2 세정 그루브(1350)을 추가로 포함한다. 제1 세정 그루브(1340)은 메가 소닉 디바이스가 유휴 상태(idle)인 동안 메가 소닉 디바이스를 세정하도록 구성된다. 제2 세정 그루브(1350)은 기액 분무화 디바이스(1332)가 유휴 상태인 동안 기액 분무화 디바이스(1332)를 세정하도록 구성된다.
기판 세정 장치를 이용하여 기판(1300)을 세정할 때, 도 6 내지 도 8에 개시된 공정 단계 및 공정 조건이 기판 세정 장치에 적용되어, 기판(1300) 상의 크기가 0.5㎛ 또는 0.5㎛ 미만인 작은 입자와 크기가 0.5㎛ 보다 큰, 큰 입자 모두가 효과적으로 제거될 수 있다. 또한, 메가 소닉 세정 디바이스(1320) 및 기액 분무화 세정 디바이스(1330)가 동일한 하나의 프로세스 챔버(1360)에 위치하므로, 비용 및 공간이 절약된다.
본 발명의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하거나 이를 완전하게 설명하는 의도가 아니며, 상기 교시에 비추어 명백하게 많은 수정 및 변형이 가능하다. 당업자에게 자명할 수 있는 이러한 수정 및 변형은 첨부된 청구범위에 의해 규정된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
Claims (20)
- 패턴 구조를 갖는 기판의 세정 방법으로서,
기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계;
TEBO 메가소닉을 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계; 및
기판을 건조하는 단계를 포함하는 기판의 세정 방법. - 제1항에 있어서,
기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계 및 TEBO 메가소닉을 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계가 교대로 수회 수행되는 기판의 세정 방법. - 제1항에 있어서,
TEBO 메가소닉을 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계 후에, 기액 분무화를 재사용하여 기판 표면을 세정하는 기판의 세정 방법. - 제1항에 있어서,
기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계는 기판 상의 큰 크기의 입자를 제거하고, 입자와 기판 표면 사이의 접착을 느슨하게 하며, 클러스터 폴리머 입자의 일부를 분해(breaking up)할 수 있고, 큰 입자의 크기는 0.5㎛보다 큰 기판의 세정 방법. - 제1항에 있어서,
TEBO 메가소닉을 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계는 이전 단계에서 완전히 제거되지 않은 기판 표면 오염 물질 및 작은 크기의 입자를 제거할 수 있고, 작은 입자의 크기는 0.5㎛ 또는 0.5㎛ 미만인 기판의 세정 방법. - 제1항에 있어서,
기판을 건조하는 단계 전에, 탈이온수 또는 이산화탄소 탈이온수를 사용하여 기판 표면을 린스하는 단계를 추가로 포함하는 기판의 세정 방법. - 패턴 구조를 갖는 기판의 세정 방법으로서,
TEBO 메가소닉을 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계;
기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계; 및
기판을 건조하는 단계를 포함하는 기판의 세정 방법. - 제7항에 있어서,
TEBO 메가소닉을 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계 및 기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계가 교대로 수회 수행되는 기판의 세정 방법. - 제7항에 있어서,
기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계 후에, TEBO 메가소닉을 재사용하여 기판 표면을 세정하는 기판의 세정 방법. - 제7항에 있어서,
TEBO 메가소닉을 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계는 패턴 구조의 내부에서 작은 크기의 입자를 해체(disengaging)하고 작은 크기의 입자를 제거할 수 있고, 작은 입자의 크기는 0.5㎛ 또는 0.5㎛ 미만인 기판의 세정 방법. - 제7항에 있어서,
기액 분무화를 사용하여 기판 표면을 세정하는 단계는 패턴 구조에서 분리된 작은 크기의 입자 및 큰 크기의 입자를 제거할 수 있고, 큰 입자의 크기는 0.5㎛ 보다 크고, 작은 입자의 크기는 0.5㎛ 또는 0.5㎛ 미만인 기판의 세정 방법. - 제7항에 있어서,
기판을 건조하는 단계 전에, 탈이온수 또는 이산화탄소 탈이온수를 사용하여 기판 표면을 린스하는 단계를 추가로 포함하는 기판의 세정 방법. - 패턴 구조를 갖는 기판의 세정 장치로서,
기판을 유지하도록 구성된, 기판 유지 디바이스;
TEBO 메가소닉 세정을 제공하도록 구성된, 메가 소닉 세정 디바이스; 및
기액 분무화 세정을 제공하도록 구성된, 기액 분무화 세정 디바이스를 포함하는 세정 장치. - 제13항에 있어서,
메가 소닉 세정 디바이스는,
차폐 커버;
차폐 커버의 바닥에 고정되는, 메가 소닉 디바이스;
차폐 커버의 일 측면에 연결되는, 연결 암;
연결 암에 연결되는, 연결 스핀들; 및
연결 스핀들이 회전하고 위아래로 이동하도록 구동시키기 위해 연결 스핀들에 연결되는, 구동 메카니즘; 및
차폐 커버의 다른 측면에 연결되는, 노즐 디바이스를 포함하는 세정 장치. - 제14항에 있어서,
기액 분문화 세정 디바이스는,
고정 부재; 및
고정부재를 사용하여 노즐 디바이스와 고정되는, 기액 분무화 디바이스로서, 액체 유입 파이프, 기체 유입 파이프 및 제트-분사 노즐을 갖는 기액 분무화 디바이스를 포함하는 세정 장치. - 제14항에 있어서,
기액 분무화 세정 디바이스는,
지지 암;
지지 암의 단부에 고정되는, 기액 분무화 디바이스로서, 액체 유입 파이프, 기체 유입 파이프 및 제트-분사 노즐을 갖는 기액 분무화 디바이스;
지지암의 타단에 연결되는, 지지 스핀들;
지지 스핀들에 연결되어, 지지 스핀들이 회전하고 위아래로 이동하도록 구동시키는 액츄에이터를 포함하는 세정 장치. - 제16항에 있어서,
메가 소닉 디바이스를 세정하도록 구성된, 제1 세정 그루브;
기액 분무화 디바이스를 세정하도록 구성된, 제2 세정 그루브를 추가로 포함하는 세정 장치. - 제13항에 있어서,
프로세스 챔버를 추가로 포함하고, 기판 유지 디바이스, 메가 소닉 세정 디바이스 및 기액 분무화 세정 디바이스가 프로세스 챔버에 위치되는 세정 장치. - 제13항에 있어서,
메가 소닉 세정 디바이스는 작은 크기의 입자를 제거할 수 있고, 작은 입자의 크기는 0.5㎛ 또는 0.5㎛ 미만인 세정 장치. - 제13항에 있어서,
기액 분무화 세정 디바이스는 큰 크기의 입자를 제거할 수 있고, 큰 입자의 크기는 0.5㎛보다 큰 세정 장치.
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