KR20230093024A - 웨이퍼-형상 물품 (wafer-shaped article) 을 프로세싱하기 위한 장치 - Google Patents

웨이퍼-형상 물품 (wafer-shaped article) 을 프로세싱하기 위한 장치 Download PDF

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KR20230093024A
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nozzle
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wafer
dispensing
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칼-헤인즈 호헨바터
바스카 반다라푸
크리스티앙 푸치
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램 리서치 아게
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Abstract

웨이퍼-형상 물품 (wafer-shaped article) 을 프로세싱하기 위한 장치에 있어서,
웨이퍼-형상 물품을 지지하기 위한 지지부; 및 지지부에 의해 지지된 웨이퍼-형상 물품의 표면 상에 프로세싱 액체를 디스펜싱하기 위한 액체 디스펜서를 포함하고; 액체 디스펜서는 노즐 어셈블리를 포함하고, 노즐 어셈블리는, 유입구 부분; 디스펜싱 노즐; 및 유입구 부분과 디스펜싱 노즐 사이의 정적 쓰로틀 (static throttle) 로서, 정적 쓰로틀은 프로세싱 액체가 유입구 부분으로부터 디스펜싱 노즐로 흐를 수 있는 복수의 플로우 통로들을 포함하는, 정적 쓰로틀을 포함한다.

Description

웨이퍼-형상 물품 (WAFER-SHAPED ARTICLE) 을 프로세싱하기 위한 장치
본 발명은 웨이퍼-형상 물품 (wafer-shaped article) 을 프로세싱하기 위한 장치, 및 또한 이러한 장치에서 사용하기 위한 노즐 어셈블리에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼들은 에칭, 세정, 폴리싱 및 재료 증착과 같은 다양한 표면 처리 프로세스들을 겪을 수도 있다.
이들 표면 처리 프로세스들 중 적어도 일부는 웨이퍼의 표면에 액체를 도포하는 것을 수반한다. 예를 들어, 웨이퍼의 표면은 웨이퍼의 표면 상의 선택된 위치들에 플루오르화 수소 산과 같은 프로세싱 액체를 도포함으로써 에칭될 수도 있다. 대안적으로, 웨이퍼의 표면은 웨이퍼의 표면에 이소프로필 알코올 또는 탈이온수와 같은 세정 액체 또는 린싱 액체 (rinse liquid) 를 도포함으로써 세정될 수도 있다.
웨이퍼는 웨이퍼의 표면 위에 액체의 분배를 보조하기 위해, 예를 들어 웨이퍼를 홀딩하는 회전 가능한 척을 사용하여, 액체가 웨이퍼의 표면에 도포될 때 스핀될 수도 있다. 액체가 세정 액체 또는 린싱 액체인 경우, 이러한 프로세스는 스핀-세정 프로세스로 지칭될 수도 있다.
이에 더하여, 웨이퍼의 표면은 웨이퍼의 표면 상의 액체의 증발을 유발하도록 웨이퍼를 가열함으로써 후속적으로 건조될 수도 있다.
반도체 웨이퍼의 액체 처리를 위해 사용될 수도 있는 장치의 일 예는 US2017/0345681A1에 기술되고, 그 내용들은 본 명세서에 참조로서 인용된다.
반도체 웨이퍼의 액체 처리를 위해 사용될 수도 있는 장치의 다른 예는 US9,799,539B2에 기술되고, 그 내용들은 또한 본 명세서에 참조로서 인용된다.
US9,799,539B2에서 논의된 바와 같이, 웨이퍼의 표면 상으로 액체를 디스펜싱하도록 사용되는 액체 디스펜서로부터의 스트레이 액적들 (stray droplets) 은 웨이퍼에 대한 손상을 발생시킬 수도 있고, 이는 웨이퍼가 결함이 있을 수도 있고 폐기되어야 할 수도 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 액체가 웨이퍼의 표면을 에칭하도록 사용된 프로세싱 액체인 경우, 스트레이 액적들은 웨이퍼로 하여금 잘못 (incorrectly) 에칭되게 할 수도 있다.
US9,799,539B2는 이러한 스트레이 액적들이 생성되는 것을 방지하는 것을 목표로 하는 웨이퍼-형상 물품 (wafer-shaped article) 의 액체 처리를 위한 장치를 개시한다.
(US9,799,539B2의 도 1에 대응하는) 도 1에 도시된 바와 같이, US9,799,539B2는 웨이퍼 (W) 를 홀딩하기 위한 스핀 척 (1) 을 포함하는 장치를 개시한다. 예를 들어, 스핀 척 (1) 은 웨이퍼를 지지하는 일련의 파지 핀들 (gripping pins) 을 포함할 수도 있다. 스핀 척 (1) 은 챔버 (2) 내에 포지셔닝되고, 그리고 통상적으로 반도체 웨이퍼들의 단일 웨이퍼 습식 프로세싱을 위한 프로세스 모듈 내에 존재한다. 액체 디스펜서 어셈블리는 척 (1) 위에 포지셔닝되고 그리고 제어 밸브 (6) 를 통해 프로세스 액체의 공급부 (5) 에 연결된 액체 디스펜서 암 (4) 을 포함한다. 액체 디스펜서 암 (4) 은 원위 단부에서 노즐 어셈블리 (3) 를 포함한다. 액체 디스펜서 암 (4) 은 바람직하게 스핀 척 (1) 상에 웨이퍼 (W) 의 로딩 및 언로딩을 용이하게 하도록 웨이퍼 (W) 위에 놓이지 (overlie) 않는 대기 포지션으로 선형으로 피봇 가능하거나 이동 가능하다.
스핀 척 (1) 은 결국 모터 (7) 에 의해 회전 구동되는 하부 샤프트를 통해 회전된다. 제어기 (8) 는 스핀 척 (1) 을 회전시키기 위한 모터 (7) 의 작용 및 공급부 (5) 로부터 프로세스 액체의 플로우를 개방 및 폐쇄하도록 밸브 (6) 의 작용을 조정하는 것을 포함하여, 스핀 척 (1) 의 전체 동작을 제어한다.
(US9,799,539B2의 도 2에 대응하는) 도 2에 도시된 바와 같이, US9,799,539B2의 노즐 어셈블리 (3) 는 노즐 어셈블리 (3) 내에 포지셔닝된 체크 밸브 (9) 를 포함한다. 체크 밸브 (9) 는 나선 스프링 (12) 에 의해 밸브 시트 (valve seat) (11) 에 대고 (against) 폐쇄된 포지션을 향해 가압되는 (urge) 밸브 엘리먼트 (10) 를 포함한다.
US9,799,539B2에 개시된 장치의 사용 시, 웨이퍼 (W) 는 스핀 척 (1) 상에 포지셔닝되고 그리고 제어기 (8) 는 선택된 rpm으로 웨이퍼를 회전시키도록 모터 (7) 에 신호를 보낸다. 다음으로 제어기 (8) 는 디스펜서 암 (4) 으로 프로세스 액체의 공급부 (5) 를 개방하도록 제어 밸브 (6) 에 신호를 보낸다.
프로세스 액체가 유입구/업스트림 (upstream) 측면 (도 2에서 노즐 어셈블리의 상단부) 으로부터 노즐 어셈블리 (3) 내로 들어갈 때, 프로세스 액체의 공급 압력은 프로세스 액체가 노즐 어셈블리 (3) 를 통해 그리고 노즐 어셈블리 (3) 의 유출구/다운스트림 (downstream) 측면 (도 2에서 노즐 어셈블리의 하단부) 으로부터 계속해서 흐를 수 있도록, 밸브 시트 (11) 로부터 밸브 엘리먼트 (10) 를 하향으로 변위시키기에 (displace) 충분하다. 프로세스 액체는 노즐 어셈블리 (3) 로부터 유출구/다운스트림 측면으로부터 웨이퍼 (W) 상으로 배출된다.
프로세스 액체를 사용한 웨이퍼 (W) 의 목표된 처리의 종료 시, 제어기 (8) 는 제어 밸브 (6) 를 폐쇄하도록 신호를 보낸다. 노즐 어셈블리 (3) 내의 프로세스 액체의 압력이 강하함에 (drop) 따라, 밸브 엘리먼트 (10) 는 밸브 시트 (11) 에 대고 폐쇄된 포지션으로 복귀하도록 스프링 (12) 에 의해 가압된다.
따라서, 노즐 어셈블리 (3) 의 체크 밸브는 목표된 플로우가 중단된 직후에 실질적으로 폐쇄되고, 그리고 예를 들어 목표된 플로우를 따르는 디스펜서 암의 이동 동안 프로세스 액체가 목표된 플로우 후에 드립하는 (drip) 것을 허용하지 않는다.
US9,799,539B2에 개시된 장치 (arrangement) 가 프로세스 액체의 원치 않은 드립을 방지하는 데 효과적인 것으로 입증되고, 많은 적용 예들에 잘 맞지만 (well suited), 본 발명자들은 일부 상황들에서 US9,799,539B2에 개시된 장치가 일부 바람직하지 않은 효과들을 가질 수도 있다는 것을 깨달았다.
예를 들어, 일부 상황들에서 US9,799,539B2에서 사용된 체크 밸브는 체크 밸브의 이동하는 부품들로 인해 입자들을 생성하거나 트래핑할 (trap) 수도 있고, 이는 바람직하지 않다. 예를 들어, 생성된 입자들은 프로세싱 액체 및/또는 웨이퍼의 일부 오염을 유발할 수도 있다.
본 발명은 이 문제를 해결하는 것을 목표로 한다.
가장 일반적으로, 본 발명은 액체 디스펜서의 노즐이 복수의 플로우 통로들을 포함하는 정적 쓰로틀 (static throttle) 을 포함하는, 웨이퍼-형상 물품들을 프로세싱하기 위한 장치를 위한 액체 디스펜서에 관한 것이다.
본 발명자들은 노즐 내에 이러한 정적 쓰로틀을 포함하는 것이 프로세싱 액체의 공급이 중단될 때 드립들 (drips) 이 생성되는 것을 방지하는 것을 도울 수 있다는 것을 발견하였다. 더욱이, 정적 노즐은 어떠한 이동하는 부품들도 포함하지 않기 때문에, 정적 노즐은 US9,799,539B2의 체크 밸브와 동일한 방식으로 입자들을 생성하거나 트래핑하지 않는다.
본 발명의 제 1 양태에 따라, 웨이퍼-형상 물품을 프로세싱하기 위한 장치가 제공되고, 장치는:
웨이퍼-형상 물품을 지지하기 위한 지지부; 및
지지부에 의해 지지된 웨이퍼-형상 물품의 표면 상에 프로세싱 액체를 디스펜싱하기 위한 액체 디스펜서를 포함하고;
액체 디스펜서는 노즐 어셈블리를 포함하고, 노즐 어셈블리는,
유입구 부분;
디스펜싱 노즐; 및
유입구 부분과 디스펜싱 노즐 사이의 정적 쓰로틀 (static throttle) 로서, 정적 쓰로틀은 프로세싱 액체가 유입구 부분으로부터 디스펜싱 노즐로 흐를 수 있는 복수의 플로우 통로들을 포함하는, 정적 쓰로틀을 포함한다.
본 발명자들은 액체 디스펜서 내에 이러한 노즐 어셈블리를 제공하는 것이 프로세싱 액체의 공급이 중단될 때 드립들이 생성되는 것을 방지하는 것을 도울 수 있다는 것을 발견하였다. 더욱이, 정적 노즐은 어떠한 이동하는 부품들도 포함하지 않기 때문에, 정적 노즐은 US9,799,539B2의 체크 밸브와 동일한 방식으로 입자들을 생성하거나 트래핑하지 않는다.
본 발명의 제 1 양태에 따른 장치는, 이하의 선택 가능한 (optional) 피처들 중 임의의 하나 또는 호환 가능한, 임의의 조합을 가질 수도 있다.
웨이퍼-형상 물품은 반도체 웨이퍼일 수도 있다.
웨이퍼-형상 물품의 프로세싱은 웨이퍼-형상 물품의 표면의 액체 처리를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 처리는 표면의 에칭 또는 린싱 (rinsing) 을 포함할 수도 있다.
지지부는 척일 수도 있다.
지지부는 웨이퍼-형상 물품을 회전시키도록 회전 가능할 수도 있다. 예를 들어, 지지부는 스핀 척과 같은 회전 가능한 척일 수도 있다. 장치는 지지부를 회전시키기 위한 모터를 포함할 수도 있다.
액체 디스펜서는 액체를 디스펜싱하기 위한 메커니즘, 또는 시스템, 또는 장치 (arrangement) 이다.
장치는 액체 디스펜서에 프로세싱 액체를 공급하기 위한 프로세싱 액체의 공급부를 포함할 수도 있다.
액체 디스펜서는 디스펜싱 암을 포함할 수도 있고, 그리고 노즐 어셈블리는 디스펜싱 암의 원위 단부에 또는 원위 단부에 인접하게 위치될 수도 있다. 플로우 경로는 노즐 어셈블리로 프로세싱 액체를 공급하기 위해 디스펜싱 암 내부에 제공될 수도 있다.
디스펜싱 암은 디스펜싱 암이 웨이퍼-형상 물품의 표면 위로 이동될 수 있도록, 디스펜싱 암의 근위 단부에서 회전 가능하게 장착되거나 피봇될 수도 있다.
더 일반적으로, 노즐 어셈블리는 웨이퍼-형상 물품의 상이한 부분들 상에 프로세싱 액체를 디스펜싱하기 위해, 웨이퍼-형상 물품의 표면 위에서 이동 가능할 수도 있다. 예를 들어, 장치는 웨이퍼-형상 물품에 대해 노즐 어셈블리를 이동시키기 위한 X-Y 스테이지, 또는 X-Y-Z 스테이지를 포함할 수도 있다.
용어 노즐 어셈블리는 용어 노즐, 또는 노즐 장치, 또는 노즐 부재, 또는 노즐 엘리먼트, 또는 노즐 부품으로 대체될 수도 있다.
노즐 어셈블리의 유입구 부분은 프로세싱 액체가 노즐 어셈블리 내로 유입되는 (input) 노즐 어셈블리의 일부 또는 부분이다.
예를 들어, 노즐 어셈블리의 유입구 부분은 프로세싱 액체의 플로우에 연결 가능한 노즐 어셈블리의 챔버 또는 플로우 통로를 포함할 수도 있다.
디스펜싱 노즐은 프로세싱 액체가 노즐 어셈블리로부터 디스펜싱 (유출 (output)) 되는 노즐 어셈블리의 일부 또는 부분이다. 따라서 실제로 디스펜싱 노즐은 프로세싱 액체가 노즐 어셈블리로부터 디스펜싱되는 노즐 팁을 가질 것이다.
실제로, 프로세싱 액체는 디스펜싱 노즐로부터 웨이퍼-형상 물품의 표면 상으로 직접 디스펜싱될 것이다.
일반적으로, 용어 정적 쓰로틀은 노즐 어셈블리를 통한 프로세싱 액체의 플로우를 쓰로틀링하고 이동하는 부품들을 갖지 않는 부분, 또는 부재, 또는 엘리먼트를 의미한다. 프로세싱 액체의 플로우를 쓰로틀링하는 것은 프로세싱 액체의 플로우를 좁히는 것, 또는 프로세싱 액체의 플로우를 저지하는 (resist) 것, 또는 프로세싱 액체의 플로우를 제한하는 것을 의미할 수도 있다.
정적 쓰로틀은 유입구 부분과 디스펜싱 노즐 사이에 포지셔닝된다. 예를 들어, 정적 쓰로틀은 유입구 부분을 디스펜싱 노즐에 직접적으로 연결하고, 그리고/또는 디스펜싱 노즐로부터 유입구 부분을 파티셔닝할 (partition) 수도 있다.
복수의 플로우 통로들은 각각의 유입구들 및 유출구들을 갖는, 별개의 그리고/또는 개별적인 그리고/또는 구분되는 (distinct) 플로우 통로들이다.
복수의 플로우 통로들은 정적 쓰로틀의 유입구 부분 측면 상의 유입구들 및 정적 쓰로틀의 디스펜싱 노즐 측면 상의 유출구들을 갖는다.
용어 플로우 통로들은 대신 용어 플로우 경로들, 또는 채널들, 또는 보어들, 또는 보어 홀들로 대체될 수도 있다.
복수의 플로우 통로들은 복수의 보어 홀들을 포함할 수도 있다.
복수의 보어 홀들은 재료의 블록으로 머시닝될 (machine) 수도 있다. 대안적으로 노즐은 3D 프린팅 (애디티브 제작 (additive manufacturing)) 에 의해 제조될 수 있다.
5 개 이상의 플로우 통로들, 또는 9 개 이상의 플로우 통로들, 또는 15 개 이상의 플로우 통로들이 있을 수도 있다.
디스펜싱 노즐의 내부 표면의 적어도 일부는 친수성일 수도 있다. 예를 들어, 적어도 복수의 플로우 통로들의 유출구들에서의 또는 유출구들에 인접한 디스펜싱 노즐의 내부 표면은 친수성일 수도 있다.
실질적으로 또는 전체적으로 디스펜싱 노즐의 전체 내부 표면은 친수성일 수도 있다.
실질적으로 또는 전체적으로, 노즐 어셈블리의 전체 내부 표면은 친수성일 수도 있다.
친수성은 표면이 90 ° 이하, 또는 80 ° 이하, 또는 45 ° 이하의 정적 물 콘택트 각(static water contact angle) 을 갖는 재료를 포함한다는 것을 의미할 수도 있다.
친수성 표면은 폴리클로로트리플루오로에틸렌 (polychlorotrifluoroethylene; PCTFE) 또는 퍼플루오로알콕시 알칸 (perfluoroalkoxy alkane; PFA) 을 포함할 수도 있다.
실질적으로 또는 전체적으로, 디스펜싱 노즐 전체는 PCTFE 또는 PFA와 같은 친수성 재료로 형성될 수도 있다.
실질적으로 또는 전체적으로, 노즐 어셈블리 전체는 PCTFE 또는 PFA와 같은 친수성 재료로 형성될 수도 있다.
이러한 친수성 내부 표면을 제공하는 것은 프로세싱 액체의 공급이 중단될 때 드립들이 생성되는 것을 방지하는 것을 돕는다.
디스펜싱 노즐의 길이는 디스펜싱 노즐의 내경의 적어도 4 배, 또는 디스펜싱 노즐의 내경의 적어도 5 배, 또는 디스펜싱 노즐의 내경의 적어도 6 배, 또는 적어도 7 배일 수도 있다.
본 발명자들은 이러한 길이의 디스펜싱 노즐을 사용하여, 복수의 플로우 통로들을 통한 개별 플로우들이 디스펜싱 노즐의 단부에서, 심지어 노즐 어셈블리를 통한 상이한 플로우 레이트들에서 잘 전개되고 (well-developed) 실질적으로 균일한 속도 프로파일을 형성하기 위해 합쳐지도록 (merge) 충분한 공간을 갖는다는 것을 발견했다.
유입구 부분의 내경 또는 폭은 디스펜싱 노즐의 내경 또는 폭보다 더 클 수도 있다.
더 일반적으로, 노즐 어셈블리를 통한 유체 플로우의 직경 또는 폭은 정적 쓰로틀을 통과할 때 좁아질 수도 있다. 따라서 정적 쓰로틀은 노즐 어셈블리를 통한 유체 플로우의 네킹 (necking) 또는 좁아짐을 유발한다.
복수의 플로우 통로들 중 적어도 일부에 대해, 플로우 통로의 유출구는 플로우 통로의 유입구보다 노즐 어셈블리의 중심 축에 더 가깝다. 따라서 유체 플로우의 직경 또는 폭은 정적 쓰로틀을 통과할 때 좁아진다.
정적 쓰로틀의 유입구 부분 측면 상의 플로우 통로들의 유입구들은 정적 쓰로틀의 디스펜싱 노즐 측면 상의 플로우 통로들의 유출구들보다 더 큰 표면적에 걸치거나 (span) 표면적을 커버하거나 표면적에 걸쳐 연장할 수도 있다.
즉, 유입구 부분 측면 상의 플로우 통로들의 유입구들의 엔벨로프 (envelope) 는 디스펜싱 노즐 측면 상의 플로우 통로들의 유출구들의 엔벨로프보다 더 클 수도 있다.
플로우 통로들은 실질적으로 또는 전체적으로 선형 (직선) 일 수도 있다.
플로우 통로들 중 일부는 플로우 통로의 유출구가 플로우 통로의 유입구보다 중심 축에 더 가깝도록 노즐 어셈블리의 중심 축에 대해 비스듬할 (at an angle) 수도 있다.
플로우 통로들 중 적어도 일부는 노즐 어셈블리의 중심 축에 평행할 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 중심 플로우 통로들은 노즐 어셈블리의 중심 축에 평행하게 연장할 수도 있고, 그리고 하나 이상의 주변 플로우 통로들은 이들의 유출구들이 이들의 유입구들보다 중심 축에 더 가깝도록, 노즐 어셈블리의 중심 축에 대해 기울어질 (angled) 수도 있다.
노즐 어셈블리는 재료의 단일 피스 (piece) 로부터 머시닝될 (machine) 수도 있다.
디스펜싱 노즐의 내부 표면의 적어도 일부는 0.5 ㎛ 이하, 또는 0.4 ㎛ 이하, 또는 0.3 ㎛ 이하, 또는 0.2 ㎛ 이하의 표면 거칠기 Ra를 갖는다.
실질적으로 또는 전체적으로 디스펜싱 노즐의 전체 내부 표면은 이러한 표면 거칠기를 가질 수도 있다.
실질적으로 또는 전체적으로, 노즐 어셈블리의 전체 내부 표면은 이러한 표면 거칠기를 가질 수도 있다.
복수의 플로우 통로들은 각각 0.8 ㎜ ≤ d ≤ 1.6 ㎜ 범위 내의 직경 d를 갖는다.
정적 쓰로틀은 정적 쓰로틀의 유입구 부분 측면 상의 오목하거나 원추형 (conical) 또는 테이퍼링된 또는 깔때기-형상 (funnel-shaped) 부분을 포함할 수도 있고, 부분의 개구부는 유입구 부분을 대면한다. 플로우 통로들의 유입구들은 이 부분의 하단 표면 (디스펜싱 노즐과 대면하는 표면) 상에 위치될 수도 있다.
장치는 액체 디스펜서로의 프로세싱 액체의 공급을 턴온 (turn on) 및 턴오프하기 (turn off) 위한 제어 밸브를 더 포함할 수도 있고, 제어 밸브는 노즐 어셈블리의 업스트림 (upstream) 에 포지셔닝된다.
본 발명의 제 2 양태에 따라, 웨이퍼-형상 물품을 프로세싱하기 위한 장치에서 사용하기 위한 노즐 어셈블리가 제공되고, 노즐 어셈블리는:
유입구 부분;
디스펜싱 노즐; 및
유입구 부분과 디스펜싱 노즐 사이의 정적 쓰로틀 (static throttle) 로서, 정적 쓰로틀은 프로세싱 액체가 유입구 부분으로부터 디스펜싱 노즐로 흐를 수 있는 복수의 플로우 통로들을 포함하는, 정적 쓰로틀을 포함한다.
본 발명의 제 2 양태에 따른 노즐 어셈블리는, 상기 기술된 본 발명의 제 1 양태의 노즐 어셈블리의 피처들 중 임의의 하나, 또는 호환 가능한, 임의의 조합을 가질 수도 있다. 이들 피처들은 간결함을 위해 여기서 다시 기술되지 않는다.
본 발명의 실시 예들은 이제 첨부된 도면들을 참조하여, 예로서만, 논의될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 장치의 개략적인 예시이다.
도 2는 종래 기술의 노즐 어셈블리의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 어셈블리의 개략적인 예시이다.
도 4는 도 3에 예시된 노즐 어셈블리의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노즐 어셈블리의 개략도이다.
도 6은 도 5에 예시된 노즐 어셈블리의 평면도이다.
도 7은 도 5 및 도 6에 예시된 노즐 어셈블리에 대한 연산 유체 플로우 모델의 예시이다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 반도체 웨이퍼의 액체 처리를 위한 장치는 상기 기술되고 도 1에 예시된 구성을 가질 수도 있다. 이 기술은 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다.
물론, 본 발명에 따른 장치는 도 1에 예시된 장치와 상이할 수도 있다. 예를 들어, 척은 회전 가능하지 않은 (non-rotatable) 척일 수도 있고, 그리고/또는 도 1에 예시된 척과 상이한 형상 및/또는 구성을 가질 수도 있다.
이 실시 예에 따른 장치는 적어도 노즐 어셈블리 (3) 의 구성이 US9,799,539B2에 개시된 장치와 상이하다.
본 발명의 실시 예에 따른 노즐 어셈블리 (3) 가 도 3에 예시된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 노즐 어셈블리 (3) 는 유입구 부분 (13) 및 디스펜싱 노즐 (15) (또는 유출구 부분 (15)) 을 포함한다. 유입구 부분 (13) 은 직접적으로 또는 하나 이상의 부가적인 컴포넌트들을 통해, 예를 들어 중간 액체 플로우 경로를 통해 액체 디스펜서 암 (4) 의 액체 플로우 경로에 연결된다. 따라서, 액체는 액체 디스펜서 암 (4) 의 액체 플로우 경로를 통해 유입구 부분 (13) 을 통해 노즐 어셈블리 (3) 내로 흐를 수 있다.
물론, 유입구 부분 (13) 은 도 3에 예시된 것과 상이한 형상 및/또는 구성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 유입구 부분 (13) 의 길이는 도 3에 예시된 것보다 더 길거나 더 짧을 수도 있고, 그리고/또는 유입구 부분 (13) 의 내부 폭 및/또는 외부 폭은 도 3에 예시된 것보다 더 크거나 더 작을 수도 있고, 그리고/또는 유입구 부분 (13) 의 내부 형상 및/또는 외부 형상은 도 3에 예시된 것과 상이할 수도 있다.
노즐 어셈블리 (3) 의 디스펜싱 노즐 (15) 은 노즐 어셈블리 (3) 로부터 웨이퍼 (W) 의 표면 상으로 액체를 디스펜싱하기 위한 것이다. 특히, 액체는 디스펜싱 노즐 (15) 의 팁 (16) 으로부터 직접 디스펜싱된다.
물론, 디스펜싱 노즐 (15) 은 도 3에 예시된 것과 상이한 형상 및/또는 구성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 디스펜싱 노즐 (15) 의 길이는 도 3에 예시된 것보다 더 길거나 더 짧을 수도 있고, 그리고/또는 디스펜싱 노즐 (15) 의 내부 폭 및/또는 외부 폭은 도 3에 예시된 것보다 더 크거나 더 작을 수도 있고, 그리고/또는 디스펜싱 노즐 (15) 의 내부 형상 및/또는 외부 형상은 도 3에 예시된 것과 상이할 수도 있다.
노즐 어셈블리 (3) 의 유입구 부분 (13) 의 유체 통로 (또는 유체 플로우 경로) 의 직경 (또는 폭) 은 노즐 어셈블리 (3) 의 디스펜싱 노즐 (15) 의 유체 통로 (또는 유체 플로우 경로) 의 직경 (또는 폭) 보다 더 크다.
정적 쓰로틀 (17) 이 노즐 어셈블리 (3) 의 유입구 부분 (13) 과 디스펜싱 노즐 (15) 사이에 포지셔닝된다. 특히, 정적 쓰로틀 (17) 은 유입구 부분 (13) 을 디스펜싱 노즐 (15) 에 연결한다.
정적 쓰로틀 (17) 은 유입구 부분 (13) 으로부터 디스펜싱 노즐 (15) 로의 액체의 플로우를 제한한다.
일반적으로, 용어 정적 쓰로틀은 노즐 어셈블리 (3) 를 통한 액체의 플로우를 쓰로틀링하고 이동하는 부품들을 갖지 않는 부분, 또는 부재, 또는 엘리먼트를 의미한다.
정적 쓰로틀 (17) 은 정적 쓰로틀 (17) 의 유입구 부분 (13) 측면으로부터 정적 쓰로틀 (17) 의 디스펜싱 노즐 (15) 측면으로 연장하고, 이를 통해 액체가 유입구 부분 (13) 으로부터 디스펜싱 노즐 (15) 로 흐를 수 있는, 복수의 보어 홀들 (19) (또는 채널들 (19), 또는 플로우 경로들 (19)) 을 포함한다.
정적 쓰로틀 (17) 은 액체가 정적 쓰로틀 (17) 내에 형성된 복수의 보어 홀들 (19) 을 통해 유입구 부분 (13) 으로부터 디스펜싱 노즐 (15) 로만 흐를 수 있도록, 노즐 어셈블리 (3) 의 유입구 부분 (13) 을 노즐 어셈블리 (3) 의 디스펜싱 노즐 (15) 로부터 파티셔닝한다.
정적 쓰로틀 (17) 의 평면도가 도 4에 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시 예에서 정적 쓰로틀 (17) 은 9 개의 보어 홀들 (19) 의 패턴을 포함한다. 그러나, 특정한 수의 보어 홀들 (19) 이 본 발명에 필수적이지 않고, 대신 복수의 보어 홀들 (19) 을 포함하는 것만이 정적 쓰로틀 (17) 에 필요하다.
예를 들어, 도 5 및 도 6은 정적 쓰로틀 (17) 이 9 개의 보어 홀들 (19) 대신 15 개의 보어 홀들 (19) 을 갖는 본 발명의 대안적인 실시 예를 예시한다.
명확성을 위해 보어 홀들 (19) 중 일부만이 도 3 및 도 5에 예시된다.
이에 더하여, 보어 홀들 (19) 이 정적 쓰로틀 (17) 내에 임의의 특정한 패턴으로 배치될 (arrange) 필요는 없다.
노즐 어셈블리 (3) 를 통한 유체 플로우의 직경 또는 폭은 정적 쓰로틀 (17) 을 통과할 때 좁아진다. 따라서 정적 쓰로틀 (17) 은 노즐 어셈블리 (3) 를 통한 유체 플로우의 네킹을 유발한다.
특히, 정적 쓰로틀 (17) 의 유입구 부분 (13) 측면 상의 보어 홀들 (19) 의 유입구들은 정적 쓰로틀 (17) 의 디스펜싱 노즐 (15) 측면 상의 보어 홀들 (19) 의 유출구들보다 더 큰 표면적에 걸치거나 (span) 표면적을 커버하거나 표면적에 걸쳐 연장한다.
즉, 유입구 부분 (13) 측면 상의 보어 홀들 (19) 의 유입구들의 엔벨로프 (envelope) 는 정적 쓰로틀 (17) 의 디스펜싱 노즐 (15) 측면 상의 보어 홀들 (19) 의 유출구들의 엔벨로프보다 더 크다.
예를 들어, 보어 홀들 (19) 중 적어도 일부에 대해, 보어 홀들 (19) 의 유출구들은 보어 홀들 (19) 의 유입구들보다 노즐 어셈블리 (3) 의 중심 축에 더 가깝다.
도 3 및 도 5에 예시된 실시 예들에서, 보어 홀들 (19) 은 실질적으로 (또는 전체적으로) 선형 (직선) 보어 홀들 (19) 이고, 그리고 보어 홀들 (19) 중 일부는 보어 홀들 (19) 의 유출구들이 보어 홀들 (19) 의 유입구들보다 노즐 어셈블리 (3) 의 중심 축에 더 가깝도록, 노즐 어셈블리의 중심 축에 대해 비스듬하다 (at an angle).
실질적으로 (또는 전체적으로) 선형 보어 홀들 (19) 이 예를 들어 머시닝의 용이함을 위해 바람직하다. 그러나, 다른 실시 예들에서, 보어 홀들 (19) 은 대신 비선형, 예를 들어 커브될 수도 있다.
보어 홀들 (19) 중 적어도 일부는 노즐 어셈블리 (3) 의 중심 축에 평행할 수도 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에 예시된 실시 예에서, 3 개의 중심 보어 홀들 (19) 은 노즐 어셈블리 (3) 의 중심 축에 평행하게 연장하고, 그리고 6 개의 주변 보어 홀들 (19) 은 이들의 유출구들이 이들의 유입구들보다 중심 축에 더 가깝도록 노즐 어셈블리 (3) 의 중심 축에 대해 기울어진다 (angled).
유사하게, 도 5 및 도 6에 예시된 실시 예들에서, 5 개의 중심 보어 홀들 (19) 은 노즐 어셈블리 (3) 의 중심 축에 평행하게 연장하고, 그리고 10 개의 주변 보어 홀들 (19) 은 이들의 유출구들이 이들의 유입구들보다 중심 축에 더 가깝도록 노즐 어셈블리 (3) 의 중심 축에 대해 기울어진다.
정적 쓰로틀 (17) 은 정적 쓰로틀 (17) 의 유입구 부분 (13) 측면 상의 오목하거나 원추형 또는 테이퍼링된 또는 깔때기-형상 부분을 포함할 수도 있고, 그리고 보어 홀들 (19) 의 유입구들은 이 부분의 하단 표면 상에 위치될 수도 있다.
노즐 어셈블리 (3) 는 재료의 단일 블록으로부터 머시닝될 수도 있다.
바람직하게 노즐 어셈블리 (3) 의 디스펜싱 노즐 (15) 의 내부 표면의 적어도 일부는 친수성이다. 예를 들어, 실질적으로 (또는 전체적으로) 디스펜싱 노즐 (15) 의 전체 내부 표면은 친수성일 수도 있다. 친수성은 표면이 90 ° 미만의 정적 물 콘택트 각(static water contact angle) 을 갖는 재료를 포함한다는 것을 의미할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 재료는 80 ° 미만, 또는 45 ° 미만의 정적 물 콘택트 각을 가질 수도 있다.
이는 친수성 재료로부터 디스펜싱 노즐 (15) 을 형성함으로써, 또는 디스펜싱 노즐 (15) 의 내부 표면 상에 코팅으로서 친수성 재료를 도포함으로써 달성될 수도 있다.
노즐 어셈블리 (3) 의 전체 내부 표면은 실질적으로 (또는 전체적으로) 친수성일 수도 있다.
실질적으로 (또는 전체적으로) 노즐 어셈블리 전체는 친수성 재료로 이루어질 수도 있다.
일 실시 예에서, 친수성 내부 표면 또는 재료는 폴리클로로트리플루오로에틸렌 (polychlorotrifluoroethylene; PCTFE) 또는 퍼플루오로알콕시 알칸 (perfluoroalkoxy alkane; PFA) 을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 노즐 어셈블리 (3) 의 디스펜싱 노즐 (15) 또는 전체 노즐 어셈블리 (3) 는 PCTFE 또는 PFA로 형성될 수도 있다. PCTFE는 PFA보다 더 친수성이기 때문에 바람직할 수도 있다.
노즐 어셈블리는 PCTFE 또는 PFA의 단일 블록과 같은 친수성 재료의 단일 블록으로부터 머시닝될 수도 있다.
디스펜싱 노즐 (15) 의 길이는 바람직하게 디스펜싱 노즐 (15) 의 내경 (디스펜싱 노즐 (15) 을 통한 플로우 경로의 직경) 의 적어도 4 배, 예를 들어 디스펜싱 노즐 (15) 의 내경의 7 배이다. 예를 들어, 일 실시 예에서 디스펜싱 노즐 (15) 의 내경은 6 ㎜일 수도 있고 디스펜싱 노즐 (15) 의 길이는 42.5 ㎜일 수도 있다. 이 구성에서, 디스펜싱 노즐 (15) 로 들어가는 상이한 보어 홀들 (19) 로부터의 플로우들은 디스펜싱 노즐의 단부에서 잘 전개되고 (well-developed) 실질적으로 균일한 속도 프로파일을 형성하기 위해 합쳐지도록 (merge) 충분한 공간을 갖는다.
디스펜싱 노즐 (15) 의 길이는 복수의 보어 홀들 (19) 의 유출구들로부터 디스펜싱 노즐 (15) 의 팁 (16) 까지 측정된다.
바람직하게 디스펜싱 노즐 (15) 의 내부 표면의 적어도 일부는 0.5 ㎛ 이하, 예를 들어 0.4 ㎛ 이하, 또는 0.3 ㎛ 이하, 또는 0.2 ㎛ 이하의 표면 거칠기 Ra를 갖는다. 일 실시 예에서, 내부 표면은 0.2 ㎛의 표면 거칠기 Ra를 가질 수도 있다. 실질적으로 (또는 전체적으로) 디스펜싱 노즐 (15) 의 전체 내부 표면은 이러한 표면 거칠기를 가질 수도 있다.
실질적으로 (또는 전체적으로) 노즐 어셈블리 (3) 의 전체 내부 표면은 이러한 표면 거칠기를 가질 수도 있다.
일 실시 예에서, 정적 쓰로틀 (17) 의 보어 홀들 (19) 은 1.2 ㎜의 직경을 가질 수도 있다. 물론, 다른 실시 예들에서, 홀들의 직경은 예를 들어 0.8 ㎜ 내지 1.6 ㎜의 범위 내로, 상이할 수도 있다.
본 발명의 장치의 사용 시, 웨이퍼 (W) 는 스핀 척 (1) 상에 포지셔닝되고 그리고 제어기 (8) 는 선택된 rpm으로 웨이퍼를 회전시키도록 모터 (7) 에 신호를 보낸다. 다음으로 제어기 (8) 는 디스펜서 암 (4) 으로 프로세스 액체의 공급부 (5) 를 개방하도록 제어 밸브 (6) 에 신호를 보낸다.
프로세스 액체는 디스펜서 암 (4) 의 플로우 경로를 통해 유입구 부분 (13) 을 통해 노즐 어셈블리 (3) 내로 흐른다. 프로세스 액체는 정적 쓰로틀 (17) 을 통해 복수의 보어 홀들 (19) 을 통해 디스펜싱 노즐 (15) 내로 흐른다. 이어서 프로세스 액체는 디스펜싱 노즐 (15) 을 통해 팁 (16) 으로 흐르고, 여기서 디스펜싱 노즐 (15) 로부터 웨이퍼 (W) 의 표면 상으로 디스펜싱된다.
도 7은 도 5 및 도 6에 예시된 노즐 어셈블리를 통한 유체 플로우의 연산 유체 플로우 모델을 예시한다. 보어 홀들 (19) 각각을 통한 개별적인 플로우 경로들 (21) 은 도 7에서 볼 수 있고, 정적 쓰로틀 (17) 을 통과할 때 노즐 어셈블리 (3) 의 유체 플로우 경로의 폭이 감소 (네킹) 할 수 있다.
도 5 및 도 6에 예시된 노즐 어셈블리를 통한 유체 플로우의 플로우 분포의 연산 모델의 결과들은 정적 쓰로틀 (17) 내의 보어 홀들 (19) 을 통한 플로우 면적의 감소가 정적 쓰로틀의 바로 업스트림 (upstream) 의 유체 속도의 감소 및 보어 홀들 (19) 을 통한 유체 속도의 증가를 유발한다는 것을 입증하였다.
더욱이, 연산 모델의 결과들은 디스펜싱 노즐 (15) 의 특정한 길이가 디스펜싱 노즐 (15) 의 팁 (16) 에서 유체 플로우의 속도 프로파일이 잘 전개되고 실질적으로 균일하다는 것을 의미한다는 것을 입증하였다.
프로세스 액체를 사용한 웨이퍼 (W) 의 목표된 처리의 종료 시, 제어기 (8) 는 제어 밸브 (6) 를 폐쇄하도록 신호를 보낸다.
본 발명자들은, 일단 프로세스 액체의 공급이 중단되면, 예를 들어 프로세스 액체로 웨이퍼 (W) 의 프로세싱을 수행한 후 디스펜싱 노즐을 이동할 때 본 발명의 노즐 어셈블리의 특정한 구성이 드립들이 형성되는 것을 방지한다는 것을 발견하였다. 더욱이, 정적 쓰로틀 (17) 내의 이동하는 부품들의 결여는 입자들의 생성 또는 트래핑 (trapping) 을 방지하거나 제한한다.
어떠한 특정한 이론에 얽매이지 않고, 정적 쓰로틀의 사용은 프로세스 액체의 공급이 중단된 후 형성된 정적 액체 칼럼이 이동되는 것을 방지한다고 여겨진다. 따라서, 액체 칼럼의 하부 단부에 형성된 메니스커스 (meniscus) 가 틸팅될 수 있다는 것이 방지된다. 이는 결국 중단된 액체가 노즐 팁으로부터 흐르는 것을 방지한다. 그러나, 본 발명의 노즐 어셈블리의 특정한 구성이 드립들이 형성되는 것을 방지하는 특정한 이론은 본 발명의 필수적인 부분이 아니다.
대안적인 실시 예에서, 척은 회전되지 않을 수도 있고, 단지 고정된 포지션에서 웨이퍼를 지지할 수도 있다.
디스펜싱 암 (4) 은 웨이퍼 (W) 의 임의의 부분 상으로 프로세스 액체를 선택적으로 디스펜싱하기 위해, 웨이퍼 (W) 의 임의의 부분 위에 노즐 어셈블리 (3) 를 제어 가능하게 포지셔닝시키도록 이동 가능할 수도 있다.

Claims (14)

  1. 웨이퍼-형상 물품 (wafer-shaped article) 을 프로세싱하기 위한 장치에 있어서,
    웨이퍼-형상 물품을 지지하기 위한 지지부; 및
    상기 지지부에 의해 지지된 상기 웨이퍼-형상 물품의 표면 상에 프로세싱 액체를 디스펜싱하기 위한 액체 디스펜서를 포함하고;
    상기 액체 디스펜서는 노즐 어셈블리를 포함하고, 상기 노즐 어셈블리는,
    유입구 부분;
    디스펜싱 노즐; 및
    상기 유입구 부분과 상기 디스펜싱 노즐 사이의 정적 쓰로틀 (static throttle) 로서, 상기 정적 쓰로틀은 상기 프로세싱 액체가 상기 유입구 부분으로부터 상기 디스펜싱 노즐로 흐를 수 있는 복수의 플로우 통로들을 포함하는, 상기 정적 쓰로틀을 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 플로우 통로들은 복수의 보어 (bore) 홀들을 포함하는, 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 디스펜싱 노즐의 내부 표면의 적어도 일부는 친수성인, 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스펜싱 노즐의 내부 표면의 적어도 일부는 90 ° 이하, 또는 80 ° 이하, 또는 45 ° 이하의 정적 물 콘택트 각(static water contact angle) 을 갖는 재료를 포함하는, 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스펜싱 노즐의 내부 표면의 적어도 일부는 폴리클로로트리플루오로에틸렌 (polychlorotrifluoroethylene; PCTFE) 또는 퍼플루오로알콕시 알칸 (perfluoroalkoxy alkane; PFA) 을 포함하는, 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스펜싱 노즐의 길이는 상기 디스펜싱 노즐의 내경의 적어도 4 배, 또는 상기 디스펜싱 노즐의 내경의 적어도 5 배, 또는 상기 디스펜싱 노즐의 적어도 6 배, 또는 상기 디스펜싱 노즐의 내경의 적어도 7 배인, 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입구 부분의 내경은 상기 디스펜싱 노즐의 내경보다 더 큰, 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 어셈블리를 통한 상기 유체 플로우의 직경은 상기 정적 쓰로틀을 통과할 때 좁아지는, 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 플로우 통로들 중 적어도 일부에 대해, 상기 플로우 통로의 유출구는 상기 플로우 통로의 유입구보다 상기 노즐 어셈블리의 중심 축에 더 가까운, 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 어셈블리는 재료의 단일 피스 (piece) 로부터 머시닝되는 (machine), 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스펜싱 노즐의 내부 표면의 적어도 일부는 0.5 ㎛ 이하, 또는 0.4 ㎛ 이하, 또는 0.3 ㎛ 이하, 또는 0.2 ㎛ 이하의 표면 거칠기 Ra를 갖는, 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 플로우 통로들은 각각 0.8 ㎜ ≤ d ≤ 1.6 ㎜ 범위 내의 직경 d를 갖는, 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 디스펜서로의 프로세싱 액체의 공급을 턴온 (turn on) 및 턴오프하기 (turn off) 위한 제어 밸브를 더 포함하고, 상기 제어 밸브는 상기 노즐 어셈블리의 업스트림 (upstream) 에 포지셔닝되는, 장치.
  14. 웨이퍼-형상 물품을 프로세싱하기 위한 장치에서 사용하기 위한 노즐 어셈블리에 있어서,
    유입구 부분;
    디스펜싱 노즐; 및
    상기 유입구 부분과 상기 디스펜싱 노즐 사이의 정적 쓰로틀로서, 상기 정적 쓰로틀은 상기 프로세싱 액체가 상기 유입구 부분으로부터 상기 디스펜싱 노즐로 흐를 수 있는 복수의 플로우 통로들을 포함하는, 상기 정적 쓰로틀을 포함하는, 장치.
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