KR20100046135A - 반도체 웨이퍼의 세정 장치 및 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼(1010) 또는 기판의 표면을 세정하는 장치는 갭을 두고 웨이퍼(1010) 또는 기판에 배치된 플레이트(1008)를 포함하고, 이 플레이트(1008)는 웨이퍼 또는 기판의 표면에 수직인 축을 중심으로 회전한다. 웨이퍼 또는 기판을 향하는 회전 플레이트 표면은 그루브, 규칙적인 패턴, 불규칙적인 패턴을 구비하여 세정 효율을 증대시킨다. 또한 장치는 세정 공정 동안 회전 플레이트를 진동시키는 초음파 또는 메가 소닉 트랜스듀서(3006)을 더 포함한다.

Description

반도체 웨이퍼의 세정 장치 및 세정 방법{METHODS AND APPARATUS FOR CLEANING SEMICONDUCTOR WAFERS}
본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼를 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 초음파(ultra sonic) 및 메가 소닉(mega sonic) 소자와 결합된 그리고 이들과 결합되지 않은 회전판(rotation plate)을 사용하여 입자 및 오염 제거 효율을 증가시키고, 이와 동시에 반도체 웨이퍼 구조에서의 최소 재료 손실을 실현하는 반도체 웨이퍼 세정 장치 및 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 다수의 다른 공정 단계들을 사용하여 반도체 웨이퍼 상에서 제조 또는 제작되어 트랜지스터와 배선 요소(interconnection elements)를 형성한다. 반도체 웨이퍼에 관련된 트랜지스터 단자를 전기적으로 접속시키기 위해, 도전체(예컨대, 금속) 트렌치, 비아 등이 반도체 소자의 일부로서 유전체 물질 내에 형성된다. 트렌치와 비아는 트랜지스터, 반도체 소자의 내부 회로, 및 반도체 소자의 외부 회로들 사이에서 전기적 신호와 전력을 전달한다.
배선 요소를 형성함에 있어서, 반도체 웨이퍼는, 예를 들어 마스킹, 에칭 및 증착 공정의 처리를 받아 반도체 소자의 원하는 전자 회로를 형성한다. 특히, 다중 마스킹(multiple masking)과 플라즈마 에칭 단계가 수행되어 배선을 위한 트렌치 및 비아로 기능하는 반도체 웨이퍼 상의 유전체 내의 리세스된(recessed) 영역 패턴을 형성한다. 에칭 또는 포토레지스터의 에싱(ashing) 후에 트렌치와 비아 내에 있는 입자와 오염 물질을 제거하기 위해, 습식 세정 단계가 필요하다. 특히, 소자 제조 노드가 65nm 또는 이를 넘어서 새로 바뀔 때, 세정 동안의 트렌치와 비아에서의 측벽 손실은 임계치수(critical demension)를 유지하는 데에 있어서 중대하다. 측벽 손실을 줄이거나 제거하기 위해, 적당하고 희석된 화학제품, 또는 때때로 탈이온수(deionized water) 만을 사용하는 것이 중요하다. 그러나, 희석된 화학제품 또는 탈이온수는 통상적으로 트렌치와 비아 내의 입자를 제거하는 데에 효율적이지 못하다. 따라서, 이러한 입자를 효율적으로 제거하기 위해 초음파 또는 메가 소닉과 같은 기계적 힘이 필요하다. 초음파와 메가 소닉파는 트렌치와 비아와 같은 웨이퍼 구조에 기계적인 힘을 가하는데, 출력 강도(power intensity)와 출력 분포(power distribution)가 손상 한계(damage limit) 내로 기계적인 힘을 제어하고 이와 동시에 입자를 효율적으로 제거하기 위한 중요한 파라미터이다.
반도체 웨이퍼를 세정하기 위해 노즐과 연결된 메가 소닉(mega sonic) 에너지가 미국특허 제4,326,553호에 개시되어 있다. 유체가 가압되고 메가 소닉 에너지가 메가 소닉 트랜스듀서(transducer)에 의해 그 유체에 인가된다. 노즐은 표면 상의 충돌을 위해 메가 소닉 주파수에서 진동하는 세정 유체의 리본 형상의 분사를 제공도록 형성되어 있다.
음파 에너지(acoustic energy)를 유체 안으로 전달하는 긴 프로브가 에너지원에 의해 진동하는 것이 미국특허 제6,039,059호에 개시되어 있다. 일 장치의 예에서, 프로브가 웨이퍼 상면 가까이 배치되는 동안 웨이퍼의 양 측면 상으로 유체가 뿌려진다. 다른 장치의 예에서, 짧은 프로브의 끝에 있는 면이 웨이퍼 표면 가까이 배치되고, 웨이퍼가 회전하면서 프로브가 그 표면 위에서 움직인다.
웨이퍼 표면에 평행인 축을 중심으로 회전하는 로드(rod)가 에너지원에 의해 진동하는 것이 미국특허 제6,843,257B2호에 개시되어 있다. 로드 표면에는 에칭에 의해 나선형 그루브(spiral groove) 등의 곡선 홈이 형성되어 있다. 웨이퍼 또는 기판 표면 상의 입자와 오염물질을 더 높은 효율로 기계적 손상을 줄이면서 세정하기 위한 더 나은 세정 방법이 필요하다.
본 발명의 일 실시예는, 웨이퍼 또는 기판의 표면에 근접하여 배치되는 플레이트(plate)를 개시한다. 이 플레이트는 웨이퍼 또는 기판의 표면에 평행하게 이동가능하다. 이 플레이트는 웨이퍼 또는 기판 표면에 수직인 축을 중심으로 회전한다.
본 발명의 다른 실시예는 초음파 또는 메가 소닉 트랜스듀서에 의해 진동하는 플레이트를 개시한다. 이 플레이트는 웨이퍼 또는 기판의 표면에 평행하게 이동가능하다. 이 플레이트는 웨이퍼 또는 기판의 표면에 수직인 축을 중심으로 회전한다.
본 발명의 다른 실시예는 초음파 또는 메가 소닉 트랜스듀서에 의해 진동하는 플레이트를 개시한다. 웨이퍼 또는 기판의 표면에 면하는 회전 플레이트 표면은 세정 효율을 강화시키는 홈, 규칙적인 패턴(regular patterns), 및 불규칙적인 패턴(irregular patterns)을 갖는다. 이 플레이트는 웨이퍼 또는 기판의 표면에 평행하게 이동가능하다. 이 플레이트는 웨이퍼 또는 기판의 표면에 수직인 축을 중심으로 회전한다.
본 발명의 다른 실시예는 초음파 또는 메가 소닉 트랜스듀서에 의해 진동하는 플레이트를 개시한다. 회전 플레이트는 세정제(cleaning chemicals) 또는 탈이온수를 웨이퍼 표면에 가하기 위한 구멍(holes)을 갖는다. 이 플레이트는 웨이퍼 또는 기판의 표면에 평행하게 이동가능하다. 이 플레이트는 웨이퍼 또는 기판의 표면에 수직인 축을 중심으로 회전한다.
도 1a 및 1b는 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 2e는 실시예의 웨이퍼 세정 공정을 나타내는 도면이다.
도 3은 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 5b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 6a 및 6b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 7a 및 7b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 8a 및 8b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 9a 및 9b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 10a 및 10b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 11a 및 11b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 12a 및 12b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 13a 및 13b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 14a 및 14b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 15a 및 15b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 16a 및 16b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 17a 및 17b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 18a 및 18b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 19a 및 19b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 20a 및 20b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 21a 및 21b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 22a 및 22b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 23a 내지 23d는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 24a 내지 24c는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 25a 및 25b는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 26은 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 27은 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 28은 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 29는 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 30은 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 31은 다른 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 32는 본 발명에서 풀(full) 및 균등(equal) 세정 효과가 얻어지는 상황을 나타내는 도면이다.
도 33은 본 발명에서 설명되는 알고리즘의 예를 나타내는 도면이다.
도 34는 본 발명의 구조적 제어 시스템(architectural control system)을 나타내는 도면이다.
도 35는 본 발명에서의 알고리즘을 사용하여 계산된 웨이퍼 회전 속도의 결과의 예를 나타낸 표이다.
도 36은 본 발명에서의 알고리즘을 사용하여 계산된 플레이트 회전 속도의 결과의 예를 나타낸 표이다.
도 37은 본 발명에서의 알고리즘을 사용하여 계산된 플레이트 회전 속도의 결과의 예를 나타낸 표이다.
일 실시예에서, 도 1a 내지 1c는 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치를 상세히 나타낸다. 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼(1010), 회전 구동 메카니즘(1004)에 의해 회전하는 플레이트(1008), 및 세정제 또는 탈이온수(1032)를 전달하는 노즐(1012)로 구성된다. 플레이트(1008)는 웨이퍼(1010)에 평행하게 배치되고, 웨이퍼(1010)의 표면과 평행한 방향으로 이동할 수 있다. 회전 플레이트는 회전 플레이트(1008)과 웨이퍼(1010) 사이에 있는 화학물질 유체가 회전할 수 있게 하여, 세정 효율을 증대시킨다. 회전 플레이트(1008)와 웨이퍼(1010) 사이의 갭은 0.1 mm 내지 10 mm의 범위에 있고, 바람직하게는 2mm이다. 도 2a 내지 2e를 참조하여 상세히 설명될 것이다. 세정 공정 동안에, 웨이퍼(1010)는 회전 속도(1)에서 웨이퍼 중심을 축으로 하여 회전할 수 있고, 플레이트(1004)는 2의 회전 속도로 회전한다. 플레이트(1008)는 일정한 속력(constant speed) 또는 변화하는 속력(changing speed)으로 측방향으로 이동할 수 있고, 이 측방향의 이동 속력은 회전 플레이트(1008)가 웨이퍼 중심의 위치로 이동할 때 높게 설정되고, 회전 플레이트(1008)가 웨이퍼 엣지의 위치로 이동할 때 낮게 설정될 수 있다. 웨이퍼(1010)의 회전 속도(1)는 일정한 속력이거나 변화하는 속력일 수 있고, 회전 속도(1)는 회전 플레이트(1008)가 웨이퍼 중심의 위치로 이동할 때 높게 설정되고, 회전 플레이트(1008)가 웨이퍼 엣지의 위치로 이동할 때 낮게 설정될 수 있다.
도 2a 내지 2e는 세정 공정 동안에 세정제 또는 세정 유체(1032)의 흐름 상태를 나타낸다. 도 2a에 도시된 바와 웨이퍼에서의 동일 지점이 A로부터 E로 이동할 때, 웨이퍼(2008)의 동일 지점을 지나는 유체의 방향은 A로부터 B, C, D, 및 E 등으로 180도에서 0도까지 변한다. 같은 방식으로, 웨이퍼에서의 동일 지점이 E로부터 A로 이동할 때, 웨이퍼(2008)의 동일 지점을 지는 유체의 방향은 E로부터 F, G, H, A 등으로 0도에서 180도까지 변한다. 도 2b는 입자(2044)가 트렌치(2040)와 비아(2042) 내에 위치하는 것을 보여준다. 도 2c 내지 2e에 도시된 바와 같이 유체 방향이 바뀔 때, 트렌치와 비아 내에 있는 입자들은 더 효율적으로 제거될 것이다.
입자와 오염물질을 제거하는 데에 사용되는 화학물질의 예는 다음과 같다.
유기 물질 제거: H2SO4:H2O2 = 4:1
입자 감소: NH4OH:H2O2:H2O = 1:1:5
금속 오염 제거: HCl:H2O2:H2O = 1:1:6
산화물 제거: 산화물제거 = HF:H2O = 1:100
도 3은 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용한 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 웨이퍼(3010)가 측방향으로 이동가능한 척(3020) 위에 유지되어 있고, 초음파 또는 메가 소닉 트랜스듀서(3006)이 회전 플레이트(3008) 위에 부착되어 있다는 점을 제외하고는, 도 1a 및 1b에 도시된 것과 유사하다. 척(3020)은 구동 메카니즘(3022)에 의해 회전가능하고 이동 메카니즘(3026)과 가이더(guider, 3024)에 의해 측방향으로 이동가능하다. 가이더(3024)는 일직선으로 된 가인더이거나 곡선으로 굽어진 가이더일 수 있다. 초음파 또는 메가 소닉 장치는 기계적 진동 에너지를 발생시키기 위해 사용되며, 이 기계적 진동 에너지는 회전 플레이트(3008)와 화학 유체(3032)를 통해 웨이퍼 표면에 더 전달된다. 트랜스듀서(3006)는 세정 공정 동안에 회전 상태에 있기 때문에, 트랜스 듀서 자체를 구동시키기 위해 전류를 안으로 흘려주고 밖으로 흘려보내기 위한 전기 브러시(electrical brushes)를 필요로 한다. 트랜스듀서의 주파수는 세정될 입자에 따라서 초음파 범위와 메가 소닉 범위로 설정될 수 있다. 입자 크기가 크면 클수록 사용되는 더 낮은 주파수가 사용되어야 한다. 초음파 범위는 20 kHz 내지 200 kHz이고, 메가 소닉 범위는 200 kHz 내지 10 MHz이다. 또한 동일 기판 또는 웨이퍼 상의 다른 크기의 입자들을 세정하기 위해 역학적 파동(mechanical wave)의 주파수는 한번에 하나씩 연속해서 바뀌거나 동시에 바뀔 수 있다.
도 4는 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 회전 플레이트(4008)가 웨이퍼 표면과 완전히 평행하지는 않게 배치되며, 그 대신 0 내지 15도의 범위에 있는 각도를 갖도록 배치되어 있다는 점을 제외하고는, 도 1a 및 1b에 도시된 것과 유사하다.
도 5a 내지 5b는 본 발명에 따른 회전 플레이트와 초음파 또는 메가 소닉 장치의 예의 세부를 나타낸다. 도 1a와 도 3에서 설명된 회전 플레이트는 평면이다. 그러나, 회전 플레이트는 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이 다수의 반기둥(half columns)의 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 반기둥의 표면에 의해 전달되는 역학적 파동은 도 5a에 도시된 바와 같이 다른 각도로 갈라진다(diverged). 이러한 갈라진 역학적 파동(diverged mechanical wave)은 트렌치 벽 또는 비아 벽으로부터 입자들을 분리시키는 데에 더 효율적이다. 회전 플레이트(5008) 상의 반사이클 기둥(half cycle column)은 플레이트(5008)가 회전할 때 지향각(orientation angle)을 변화시키기 때문에, 역학적 파동 패턴은 1회전 동안 360도로 그 방향을 변화시키며, 이는 더 적은 초음파 또는 메가 소닉 에너지로 세정 효율을 더 증강시키고, 이에 따라 장치 구조에 가해지는 손상이 더 작아진다. 이와 동시에, 다수의 반사이클 기둥은 화학 유체(1032)가 나선형 방향(spiral direction) 이동하는 것을 더 증강시키고, 이는 웨이퍼(1010) 표면 위에서 더 높은 유체의 표면 속도를 일으킨다. 요약하면, 본 발명은 세정 공정 동안 아래와 같이 3가지의 효과를 낸다.
1) 회전 플레이트(5008) 상의 반사이클 기둥 구조가 갈라진(diverged) 초음파 또는 메가 소닉파를 발생시킴.
2) 이러한 갈라진 역학적 파동 패턴은 또한 회전 플레이트(5008)의 회전축을 중심으로 회전한다.
3) 유체가 회전 플레이트(5008)의 회전축을 돌아 움직인다.
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 회전 플레이트(6008) 상의 기둥이 반사이클 기둥 대신에 타원형 기둥인 점을 제외하고는, 도 5a 및 5b에 도시된 것과 유사하다.
도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 화전 플레이트(7008) 상의 기둥이 반사이클 기둥 대신에 반사이클 기둥보다 더 작은(반사이클 기둥보다 덜 돌출된) 기둥인 점을 제외하고는, 도 5a 및 5b에 도시된 것과 유사하다.
도 8a 및 8b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 회전 플레이트(8008) 상의 기둥이 반사이클 기둥 대신에 삼각 기둥인 점을 제외하고는, 도 5a 및 5b에 도시된 것과 유사하다.
도 9a 및 9b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 회전 플레이트(9008) 상의 기둥이 반사이클 기둥 대신에 사다리꼴 기둥(trapezoid columns)인 점을 제외하고는, 도 5a 및 5b에 도시된 것과 유사하다.
도 10a 및 10b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 회전 플레이트(10008) 상의 기둥이 반사이클 기둥 대신에 사각 기둥인 점을 제외하고는, 도 5a 및 5b에 도시된 것과 유사하다.
도 11a 및 11b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 회전 플레이트(11008) 상의 기둥이 반사이클 기둥 대신에 이중 삼각 기둥(double triangular columns)인 점을 제외하고는, 도 5a 및 5b에 도시된 것과 유사하다.
도 12a 및 12b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 회전 플레이트(12008) 상의 기둥이 반사이클 기둥 대신에 반팔각 기둥(half octagon columns)인 점을 제외하고는, 도 5a 및 5b에 도시된 것과 유사하다.
도 13a 및 13b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 회전 플레이트(13008) 상의 기둥이 반사이클 기둥 대신에 안장 모양의 기둥(saddle columns)인 점을 제외하고는, 도 5a 및 5b에 도시된 것과 유사하다.
도 14a 및 14b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 회전 플레이트 상의 패턴이 패여진 반사이클 기둥(grooved half cycle columns) 대신에 개개의 반구형(individual half spheres)인 점을 제외하고는, 도 5a 및 5b에 도시된 것과 유사하다.
도 15a 및 15b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 회전 플레이트 상의 패턴이 개별 반구형 대신에, 개개의 피라미드형(individual pyramids)인 점을 제외하고는 도 14a 및 14b에 도시된 것과 유사하다.
도 16a 및 16b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 회전 플레이트 상의 패턴이 개별 반구형 대신에, 반피라미드형(half pyramids)인 점을 제외하고는 도 14a 및 14b에 도시된 것과 유사하다.
도 17a 및 17b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 회전 플레이트(17008) 상의 패턴은 단일 볼록 기둥(single convex column)이다.
도 18a 및 18b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 회전 플레이트(18008) 상의 패턴은 단일 오목 기둥(single concave column)이다.
도 19a 및 19b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 회전 플레이트(19008) 상의 패턴은 하나의 볼록 기둥과 하나의 오목 기둥이다.
도 20a 및 20b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이것은 회전 플레이트(20008), 고정 배치된 초음파 또는 메가 소닉 트랜스듀서(20006), 및 회전 플레이트(20008)를 구동하는 구동 메카니즘(20004)으로 이루어져 있다. 화학 유체 또는 탈이온수(20032)를 도입하기 위해 트랜스듀서(20006)에는 구멍(20030)이 있다. 화학 유체 또는 탈이온수(20032)는 회전 플레이트(20008)와 트랜스듀서(20006) 사이의 갭을 통해서도 흘러서 아래의 웨이퍼의 표면에 도달한다. 초음파 또는 메가 소닉 에너지는 트랜스듀서(20006)로부터 화학 유체(20032), 회전 플레이트(20008), 및 화학 유체(1032)를 통해 전달되어 웨이퍼(1010)의 표면에 도달한다. 이 실시예의 장점은 트랜스듀서(20006)이 고정된 상태로 있어서, 트랜스듀서(20006)을 구동하기 위해 전류를 안으로 흘려주고 밖으로 흘려보내는 전기 브러시를 필요로 하지 않는다. 회전 플레이트(20032) 상의 패턴은 다수의 반사이클 기둥(half cycle columns)으로 형성되어 있다.
도 21a 및 21b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예이다. 이 실시예는 회전 플레이트(21008)에서 반사이클 기둥에 분포된 관통 구멍(through holes, 21009)이 있다는 점을 제외하고는, 도 20a 및 20b에 도시된 것과 유사하다. 이 구멍(21009)의 기능은 아래의 웨이퍼 표면에 화학 유체(21032)를 공급하는 것이다.
도 22a 및 22b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예이다. 이 실시예는 회전 플레이트(22008)에서 반사이클 기둥들 사이의 그루브(grooves)에 분포된 관통 구멍(22009)이 있다는 점을 제외하고는, 도 20a 및 20b에 도시된 것과 유사하다. 이 구멍(22009)의 기능은 아래의 웨이퍼 표면에 화학 유체(22032)를 궁급하는 것이다.
상술한 실시예들에 나타난 회전 플레이트의 형상은 원형(cycle)이다. 그러나, 회전 플레이트의 외형(contour)은 도 23a에 도시된 바와 같은 삼각형일 수 있고, 도 23b에 도시된 바와 같은 사각형일 수 있고, 도 23c에 도시된 바와 같은 8각형일 수 있고, 도 23d에 도시된 바와 같은 타원형일 수 있다.
도 24a 및 24c는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이것은 회전 플레이트(24008), 고정 배치된 초음파 또는 메가 소닉 트랜스듀서(24006), 회전 플레이트(24008)를 구동하는 구동 메카니즘(24004), 측방향 이동 가이드(24002), 측방향 구동 메카니즘(24000), 및 화학 유체를 가하기 위한 노즐(24012)로 이루어져 있다. 트랜스듀서(24006)와 회전 플레이트(24008)는 도 24b에 도시된 바와 같이 측방향 구동 메카니즘(24000)에 의해 웨이퍼(24010)의 중심을 가로질러 앞뒤로 측방향으로 구동되고, 도 24c에 도시된 바와 같이 측방향 구동 메카니즘(24000)에 의해 웨이퍼(24010)의 중심으로부터 궤도 오프셋(trajectory offset)(H) 상에서 앞뒤로 측방향으로 구동된다.
도 25a 및 25b는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이것은 회전 플레이트(25008), 고정 배치된 초음파 또는 메가 소닉 트랜스듀서(25006), 회전 플레이트(25008)를 구동하는 구동 메카니즘(25004), 스윙 이동 빔(swing moving beam, 25014), 스윙 구동 메카니즘(25016), 및 화학 유체를 가하기 위한 노즐(25012)로 이루져 있다. 트랜스듀서(25006)와 회전 플레이트(25008)는 도 25b에 도시된 바와 같이 스윙 구동 메카니즘(25016)에 의해 웨이퍼(25010)의 중심을 가로질러 좌우로 회전(스윙)하고, 도 25C에 도시된 바와 같이 스윙 구동 메카니즘(25016)에 의해 웨이퍼(25010)의 중심으로부터 커브 오프셋(curve offset)(H) 상에서 좌우로 회전(스윙)한다. 노즐(25012)은 스윙 빔(25014) 상에 부착되어 트랜스듀서(25006)와 함께 회전(스윙)한다. 이러한 장치에 의해, 회전 플레이트(25008)가 좌우로 회전(스윙)하더라도 화학 약품이 회전 플레이트(25008)과 웨이퍼 사이의 갭에 지속적으로 전달될 수 있다.
도 26은 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 웨이퍼(26010)와 회전 플레이트(26008)가 수직 방향으로 배치된다는 점을 제외하고는, 도 24a 내지 24c 및 도 25a 내지 25b에 도시된 것과 유사하다.
도 27은 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 2세트의 세정 장치가 웨이퍼의 전면측과 배면측에 동시에 배치된다는 점을 제외하고는, 도 26에 도시된 것과 유사하다.
도 28은 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 웨이퍼(28010)와 세정 장치가 각도(β)로 배치되어 있다는 점을 제외하고는 도 26에 도시된 것과 유사하다. 각도(β)는 90도 내지 180도로 설정된다.
도 29는 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 웨이퍼(29010)와 세정 장치가 각도(β)로 배치되어 있다는 점을 제외하고는 도 27과 유사하다. 각도(β)는 0도 내지 90도로 설정된다.
도 30은 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 회전 플레이트(30008)와 트랜스듀서(30006)가 웨이퍼(30010)의 배면측에 배치되어 있다는 점을 제외하고는 도 24에 도시된 것과 유사하다.
도 31은 본 발명에 따른 회전 플레이트를 사용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 부가적인 세트의 회전 플레이트(31008)와 트랜스듀서(31006)가 웨이퍼(31010)의 전면측에 배치되어 있다는 점을 제외하고는 도 30에 도시된 것과 유사하다.
도 32는 풀(full) 및 균등(equal) 세정 효과가 얻어지는 상황을 나타낸다. A는 특정 시간(t)에 플레이트 이동 방향으로의 진동하는 플레이트의 앞 가장자리(leading edge)와 겹치는 웨이퍼 상의 지점이고, O는 플레이트의 중심이고, x는 A 지점과 웨이퍼 또는 세정 대상물의 중심 간의 거리이고, θ는 플레이트 상의 그루브와 웨이퍼 또는 세정 대상물(article to be cleaned)의 직경 간의 각도이다.
웨이퍼 또는 세정 대상물 상의 모든 지점들(all the points)가 플레이트에 의해 세정되는 것을 확실하게 하기 위해, 웨이퍼 또는 세정 대상물이 하나의 원(a circle)을 회전하는 동안 웨이퍼 또는 세정 대상물의 직경을 따라 이동하는 거리는 플레이트 자체의 직경보다 작아야 한다. 따라서, 웨이퍼 또는 세정 대상물의 직경을 따른 플레이트의 최대 병진 속도(측방향 속력, lateral speed)은
Figure pct00001
이라는 것을 유도할 수 있다.
<0011>에서 정의된 풀 세정 효과(full cleaning effect)를 확실히 하기 위해, 웨이퍼 또는 세정 대상물 상의 작은 관심 영역이 플레이트의 범위 내에 있을 때 본 발명에서 진동 플레이트는 적어도 π만큼 회전한다. 바꿔 말하면, 도 32에서 A와 O 사이의 거리(d)는 플레이트가 π만큼 회전하는 시간에 플레이트의 반경보다 더 작아야 된다는 것이다.
따라서,
Figure pct00002
조건이 만족되어야 한다.
도 33은 <0054>, <0048> 및 <0050>에서 설명된 알고리즘이 일 세트의 입력과 함께 어떻게 적용되는지에 관한 일례를 나타낸다. 이 알고리즘은 적색의 점선원에 의해 강조 표시된 바와 같이, 입력 파라미터에 기초하여 풀 세정 효과가 만족되는 x축 아래의 계산된 곡선의 일부와 x축 사이의 연산의 공간(space of operation)에 대해 계산한다.
도 34는 알고리즘이 사용자 입력을 체크하고 권장(recommend)할 수 있게 하며 사용자들에게 피드백을 제공하는 시스템 소프트웨어에서 구현될 수 있는 구조적 제어 시스템(architectural control system)을 나타낸다.
도 35는 공간에 관련지어 본 플레이트 중심 위치의 함수로서, 본 발명에서의 알고리즘을 사용하여 계산된 웨이퍼 회전 속도의 결과의 예를 나타내는 표이고, 플레이트 회전 속도가 고정되고 플레이트 병진 속도가 변하는 상황에서 <0011>에서 정의된 균등 세정 효과를 만족하는 웨이퍼 회전 속도의 결과의 예를 나타낸다.
도 36은 공간에 관련지어 본 플레이트 중심 위치의 함수로서, 본 발명에서의 알고리즘을 사용하여 계산된 플레이트 회전 속도의 결과의 예를 나타내는 표이고, 웨이퍼 회전 속도와 플레이트 병진 속도가 고정된 상황에서 <0011>에서 정의된 균등 세정 효과를 만족하는 플레이트 회전 속도의 결과의 예를 나타낸다.
도 37은 웨이퍼 회전 속도와 플레이트 병진 속도 양자 모두의 함수로서, <0011>에서 정의된 풀 세정 효과를 만족하는, 본 발명에서의 알고리즘을 사용하여 계산된 플레이트 회전 속도의 결과의 예를 나타내는 표이다.
본 발명이 특정 실시예, 예, 및 적용예에 관하여 설명되었지만, 본 발명에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 본 기술분야의 숙련자에게 분명하다. 예를 들어, HF 산이 다른 염 및 산과 결합하여 전해질을 형성함으로써 동일한 목적에 도달할 수 있다.

Claims (46)

  1. 반도체 웨이퍼를 유지하는 척;
    갭을 두고 상기 반도체 웨이퍼에 인접하게 배치된 플레이트;
    상기 플레이트에 수직인 축을 중심으로 상기 플레이트가 회전하도록 구동하는 구동 메카니즘을 포함하는 반도체 기판의 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 상기 웨이퍼의 표면에 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 상기 웨이퍼의 표면에 평행한 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플레이트는 직선으로 이동하는 하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 플레이트는 곡선으로 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 플레이트의 표면에 평행한 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판은 직선으로 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 기판은 곡선으로 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 웨이퍼의 중심을 축으로 하여 회전하는 것을 특징으로 반도체 기판의 세정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트와 상기 기판 사이의 상기 갭은 0.1mm 내지 10mm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    화학 유체를 상기 웨이퍼 표면 상에 가하기 위한 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 플레이트와 함께 부착된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트의 표면은 평면인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트의 표면은 다수의 반사이클 기둥으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트의 표면은 다수의 삼각 기둥으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트의 표면은 다수의 사각 기둥으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트의 표면은 다수의 타원형 기둥으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트의 표면은 단일 오목 기둥으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트의 표면은 단일 볼록 기둥으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트의 표면은 하나의 볼록 기둥과 하나의 오목 기둥으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트의 표면은 다수의 반구(half spheres)로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트의 표면은 다수의 피라미드로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트의 표면은 다수의 반팔각 기둥(half octagon columns)으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트에 부착된 역학적 파동 트랜스듀서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 20 kHz 내지 200 kHz의 주파수 범위를 갖는 초음파 트랜스듀서인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 200 kHz 내지 2 MHz의 주파수 범위를 갖는 메가 소닉 트랜스듀서인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트로부터 떨어져 배치된 비회전(non-rotation) 역학적 파동 트랜스듀서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 상기 트랜스듀서와 상기 플레이트 사이의 갭으로 화학 유체를 도입하기 위한 관통 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 화학 유체를 도입하기 위한 복수의 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 원형의 외형을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  31. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 삼각형의 외형을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 사각형의 외형을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 팔각형의 외형을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  34. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 타원형의 외형을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  35. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 수평 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  36. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 수직 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  37. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 수평 방향에 대해 0 내지 90도 범위의 각도를 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  38. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 기판 표면 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  39. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 기판 표면 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  40. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 또 하나의 플레이트를 더 포함하되, 하나의 플레이트는 상기 기판 표면 위에 배치되고, 다른 하나의 플레이트는 상기 기판 표면 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  41. 제40항에 있어서,
    화학 유체를 가하기 위한 2개의 노즐을 더 포함하되, 하나의 노즐은 상기 기판 표면 위에 배치되고, 다른 하나의 노즐은 상기 기판 표면 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  42. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트와 상기 웨이퍼는, 상기 웨이퍼 또는 세정 대상물 상의 작은 관심 영역이 상기 플레이트의 범위 내에 있을 때 진동하는 상기 플레이트는 적어도 π만큼 회전한다는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 플레이트와 웨이퍼는 다음 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 장치.
    Figure pct00003

    상기 조건에서, d는 특정 시간(t)에 플레이트 이동 방향으로의 진동하는 플레이트의 앞 가장자리(leading edge)와 겹치는 웨이퍼 상의 지점과, 상기 플레이트의 중심 간의 거리이고, v는 웨이퍼 또는 세정 대상물의 직경을 따른 상기 플레이트의 병진 속도이고, R2는 웨이퍼의 반경이고, W1은 상기 플레이트의 각속도이고, W2는 상기 웨이퍼의 각속도임.
  44. 반도체 웨이퍼를 유지하는 단계;
    갭을 두고 상기 반도체 웨이퍼에 인접하게 플레이트를 배치하는 단계;
    상기 플레이트에 수직인 축을 중심으로 상기 플레이트가 회전하도록 구동하는 단계;
    상기 플레이트를 상기 반도체 웨이퍼에 평행한 방향으로 이동시키는 단계;
    상기 웨이퍼 표면 상에 화학 유체를 가하는 단계를 포함하는 반도체 기판의 세정 방법.
  45. 반도체 웨이퍼를 유지하는 단계;
    갭을 두고 상기 반도체 웨이퍼에 인접하게 플레이트를 배치하는 단계;
    초음파 또는 메가 소닉 트랜스듀서를 상기 플레이트에 부착하는 단계;
    상기 플레이트와 상기 초음파 또는 메가 소닉 트랜스듀서를 상기 반도체 웨이퍼에 평행한 방향으로 이동시키는 단계;
    상기 플레이트에 수직인 축을 중심으로 상기 플레이트와 상기 초음파 또는 메가 소닉 트랜스듀서가 회전하도록 구동하는 단계;
    상기 웨이퍼 표면 상에 화학 유체를 가하는 단계를 포함하는 반도체 기판의 세정 방법.
  46. 반도체 웨이퍼를 유지하는 단계;
    갭을 두고 상기 반도체 웨이퍼에 인접하게 플레이트를 배치하는 단계;
    갭을 두고 상기 플레이트에 인접하게 초음파 또는 메가 소닉 트랜스듀서를 배치하는 단계;
    상기 플레이트와 상기 초음파 또는 메가 소닉 트랜스듀서를 상기 반도체 웨이퍼에 평행한 방향으로 이동시키는 단계;
    상기 플레이트에 수직인 축을 중심으로 상기 플레이트가 회전하도록 구동하는 단계;
    상기 웨이퍼 표면 상에 화학 유체를 가하는 단계를 포함하는 반도체 기판의 세정 방법.
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