KR20190137877A - 오브젝트의 표면을 처리하기 위한 장치 - Google Patents

오브젝트의 표면을 처리하기 위한 장치 Download PDF

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KR20190137877A
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올리버 슈타르츠만
토마스 쉬팅어
우베 얀-크바더
페터 슈미트
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아이스트 메츠 게엠베하
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Abstract

본 발명은 오브젝트의 표면을 처리하기 위한 장치에 관한 것으로서, 처리될 오브젝트(12)를 수용하는 처리 챔버(14), 오브젝트(12)을 향해 배향된 UV 복사선을 위한 복사선 소스(16) 및 작업 유체를 처리 챔버에 수용하기 위한 장치(24)를 구비하며, 작업 유체는 하나 이상의 불활성 성분 및 광 화학적으로 반응성인 하나 이상의 반응성 성분을 함유한다. 본 발명에 따르면, 처리 챔버(14) 내의 작업 유체 및/또는 오브젝트(12) 상의 측정 데이터를 포착하도록 설계된 측정 유닛(20)이 제안되고, 여기서 측정 유닛(20)에 연결된 제어 유닛(18)은 포착된 측정 데이터에 따라 작업 유체의 조성에 영향을 주기 위해 제공된다.

Description

오브젝트의 표면을 처리하기 위한 장치
본 발명은 오브젝트의 표면을 처리하기 위한 장치, 특히 반도체 또는 유리 기판을 클리닝하기 위한 장치에 관한 것으로서, 처리될 오브젝트를 적어도 부분적으로 수용하는 처리 챔버, 처리 챔버 내에서 오브젝트 상으로 배향된 UV 복사선을 위한 복사선 소스, 및 처리 챔버에 작업 유체를 공급하는 장치 - 작업 유체는 하나 이상의 불활성 성분 및 광 화학적으로 반응성인 하나 이상의 반응성 성분을 함유함 - 를 포함한다.
이러한 종류의 클리닝 장치는 예를 들어 반도체 산업에서 전자 또는 디스플레이 생산을 위한 유리 또는 반도체 웨이퍼와 같은 평면 기판의 표면을 클리닝하는데 사용되어, 오존을 생성하는 동안 단파 UV 복사선에 의해 기판 표면으로부터 먼지 등으로 인한 포토레지스트 또는 마스킹 래커 및 불순물의 유기 잔류물을 제거한다. 이는 후속 공정 단계, 예를 들어 미세 구조화에서 기판의 추가 처리가 문제가 되지 않고 높은 거절율을 갖지 않도록 하기 위한 것이다. 이 경우의 문제점은 산소의 시작 농도가 너무 높으면 오존 함량이 너무 높아져서 그 결과 기판에 입사되는 UV 복사 파워가 감소하고 높은 오존 농도가 기판에 손상 효과를 줄 수 있다는 것이다. 또한, 오존 함량이 높다는 것은 기판을 위한 리테이너, 하우징 또는 운송 장치와 같은 구조적 장치가 손상되어, 기판 상의 바람직하지 않은 2 차 오염을 초래할 수 있고 또한 사용된 장치의 수명이 단축될 수 있다는 것을 의미한다.
이러한 배경에 대하여, 본 발명에 의해 해결되는 문제점은 종래 기술에서 발생하는 단점을 해결하고 기판 상의 불순물을 효과적으로 제거할 수 있는 장치를 제공하는 것이다. 그렇게 함으로써, 클리닝 효과는 기판 및/또는 처리 장치를 불필요하게 손상시키지 않으면서, 작동 모드와는 실질적으로 독립적으로, 특히 연속 작동 동안 항상 최적의 범위로 유지되도록 의도된다.
이 문제를 해결하기 위해, 청구항 제 1 항에 명시된 특징들의 조합이 제안된다. 본 발명의 유리한 실시예 및 개발은 종속항에서 발견된다.
본 발명은 효과적인 클리닝 효과를 위한 파라미터를 검출하고 이에 상응하여 상기 파라미터를 최적화하는 개념에 기초한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 측정 유닛은 처리 챔버 작업 유체 및/또는 오브젝트에 대한 측정 데이터를 검출하도록 설계되고, 측정 유닛에 연결된 제어 유닛은 감지된 측정 데이터에 따라 작업 유체의 조성에 영향을 주도록 설계된다. 따라서, 처리될 오브젝트에 작용하는 작업 유체의 성분들 또는 UV 복사선에 의해 그로부터 생성된 반응성 비율이 직접 검출될 수 있으며, 그 결과 클리닝 효과가 정의될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 오브젝트에서 또는 오브젝트 상에 실제 클리닝 효과를 도량형으로 결정할 수도 있다. 프로세스 시퀀스는 오브젝트의 체류 시간 및 복사 파워와 같은 추가의 파라미터를 고려하면서 폐쇄 루프 방식으로 작업 유체의 혼합비가 조정되거나 제어됨으로써 제어 유닛에 의해 최적화될 수 있다.
측정 유닛은 유리하게는 오브젝트 및/또는 불활성 성분에 작용하는 반응성 성분을 검출하기 위한 가스 센서를 포함한다.
다른 바람직한 실시예에서, 측정 유닛은 UV 복사선 및 반응성 성분에 의해 생성된 오브젝트에 대한 클리닝 효과를 검출한다.
이러한 종류의 검출은 오브젝트의 표면 오염을 샘플링하는 이미지 센서를 포함하는 측정 유닛에 의해 달성될 수 있다.
이와 관련하여, 다른 유리한 실시예에서, 측정 유닛은 분광법, 형광 측정 또는 광 흡수 측정에 의해 오브젝트의 오염 상태를 검출하도록 설계될 수 있다.
오염도는 또한 오브젝트에 의해 반사되거나 오브젝트를 통해 투과되는 복사선을 검출하는 복사선 센서를 포함하는 측정 유닛에 의해 오브젝트에 대한 비접촉식으로 직접 결정될 수 있다.
가능한 균일한 클리닝 효과를 달성하기 위해, 작업 유체가 처리 챔버 내의 영역에 걸쳐 분포된 복수의 입구 지점에 도입될 수 있는 경우에 유리하다.
작업 유체의 구성에 영향을 주기 위해, 제어 유닛은 특히 밸브에 의해 형성된 적어도 하나의 액추에이터에 작용하는 것이 바람직하다.
이는 작업 유체의 성분이 공급될 수 있고 유체 출구를 통해 처리 챔버와 연통하는 혼합 챔버에 의해 추가로 개선될 수 있다.
공정 파라미터를 연속적으로 최적화하기 위해, 측정 유닛 및 제어 유닛은 작업 유체의 구성에 영향을 미치는 폐쇄 제어 루프를 형성하는 것이 유리하다.
불활성 성분은 유리하게는 기체 질소 및/또는 희가스에 의해 형성된다.
기판 표면을 클리닝하기 위한 추가의 유리한 실시 양태에서, UV 복사선의 영향 하에서 광 화학적으로 반응성인 반응성 성분은 산소 및 임의로 수증기에 의해 형성된다.
높은 처리량을 달성하고 취급을 최소화하기 위해, 오브젝트가 운반 장치에 의해 처리 챔버를 통해 운반될 수 있을 때 유리하다.
이 경우, 처리 챔버가 오브젝트가 통과하기에 적합한 입구 및 출구를 포함하는 것이 또한 유리하다.
더 특별한 장점은 아래와 같은 경우에 발생한다.
- 작업 유체는 복사선 소스와 오브젝트 사이의 중간 공간으로 운반되고,
- 작업 유체의 조성은 오브젝트 표면의 영역에서 측정되고,
- 오브젝트가 처리 챔버 내로 삽입되고, 연속 또는 불연속 운동으로 그로부터 제거되고,
- 오브젝트가 소정의 체류 시간 동안 처리 챔버 내에 남아 있고,
- 처리 챔버의 입구 및 출구가 각각 폐쇄 장치에 의해 폐쇄될 수 있고, 폐쇄는 수동 또는 자동으로 작동될 수 있으며;
- 작업 유체는 과압 하에서 처리 챔버로 유입되고, 과도한 작동 가스는 실질적으로 오브젝트의 입구 및 출구를 통해서만 배출될 수 있고,
- 클리닝 효과에 따라, 작업 유체 성분의 혼합 비율을 미리 준비된 기준 데이터와 비교하고 상기 비율을 조정할 수 있고;
- 작업 유체의 성분들의 혼합비는 미리 결정 가능한 목표 값으로 조정되고,
- 클리닝 공정 동안 작업 유체의 성분들의 혼합 비율이 조정 및/또는 변경될 수 있으며,
- 클리닝 효과는 측정된 유기 불순물의 특성 흡수 라인에 의해 광학 흡수 측정에 의해 기판 표면 상에서 직접 결정되고,
- 클리닝 효과는 예를 들어 사용되는 광학 콘트라스트 방법 및/또는 슐리어렌(schlieren) 방법 및/또는 수학적 검출 방법에 의해 카메라 시스템 및 다운스트림에 연결된 적응된 이미지 처리 수단에 의해 결정되고,
- 카메라 시스템은 이미지 추적 수단을 포함하고;
- 클리닝 효과는 UV, VIS 또는 IR 범위에서 측정되는 유기 불순물의 전형적인 스펙트럼 영역에 의해, 분광법에 의해 기판 표면의 하나 이상의 미리 결정 가능한 영역에서 결정되며;
- 클리닝 효과는 포인트 단위로 측정되고 평가되는 클리닝될 표면의 적어도 일부의 공간적으로 분해된 이미지에 의해, 초분광 이미징에 의해 기판 표면의 적어도 부분 영역 내에서 발생하고,
- 클리닝 효과는 형광 측정 및/또는 형광 분광법에 의해 결정되고,
- 오브젝트 표면에 입사되는 UV 복사선은 클리닝 효과에 대한 측정 변수로서 결정되는 경우에.
이하에서, 본 발명은 도면에 개략적으로 도시된 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 폐쇄 루프 방식으로 클리닝 효과가 제어되는 반도체 또는 유리 기판에 대한 클리닝 설비의 블록도이다.
도면에 도시된 클리닝 설비(10)는 UV 복사선 및 UV 복사선에 의해 광 화학적으로 활성화될 수 있는 불활성 성분 및 반응성 성분을 함유하는 작업 유체를 사용하여 처리 오브젝트로서 기판(12)의 표면 클리닝을 용이하게 한다. 이 목적을 위해, 장치 또는 설비(10)는 처리 챔버(14), 그 내부에 배치된 UV 복사선을 위한 복사선 소스(16), 및 폐쇄 제어 루프에서 작동하고 측정 유닛(20), 제어 유닛(22) 및 조정 장치에 의해 형성되어 작업 유체의 조성에 영향을 주기 위한 제어 장치(18)를 포함한다.
처리 챔버(14)를 통과하는 기판(12)이 처리될 수 있도록 롤러 이송 장치(26)가 편리하게 제공된다. 이를 위해, 박스형 처리 챔버(14)는 기판(12)이 화살표(32) 방향으로 가능한 한 타이트하게 통과하는 입구(28) 및 출구(30)를 포함한다.
일련의 UV 복사선 소스, 예를 들어 서로 옆에 종 방향으로 배열된 엑시머 램프 또는 수은 증기 램프(34)가 복사선 소스(16)로서 제공되며, 상기 소스는 각각 가스 방전 튜브(36) 및 그루브 형상으로 연장되고 오목 반사기 표면이 통과하는 기판(12) 상에 배향된 반사기(38)를 포함한다. 분자 결합의 이온화 또는 파괴를 용이하게 하기 위해, 제공된 UV 복사선의 적어도 높은 비율은 100 내지 300 nm의 범위에 있어야 한다.
측정 유닛(20)은 처리 챔버 내의 작업 유체 및/또는 처리될 기판(12)에 대한 측정 데이터를 검출할 수 있게 하여, UV 복사선 및 반응성 성분에 의해 생성된 클리닝 효과가 모니터링되고 오브젝트와 관련하여 영향을 받는다.
일 실시예에서, 측정 유닛(20)은 반응성 성분 및/또는 불활성 성분을 검출하기 위한 적어도 하나의 가스 센서(40)를 포함한다. 이 센서는 조사 또는 처리된 기판 표면에 가능한 가깝게 배치되어야 한다.
또한 측정 유닛(20)이 기판(12)을 통해 투과되거나 반사된 복사선을 검출하는 적어도 하나의 복사선 센서(42)를 포함하는 것이 바람직하다.
측정 유닛(20)이 처리될 기판(12)의 오염 정도를 검출하기 위한 카메라 시스템 또는 분광계(미도시)를 포함하는 것이 또한 고려될 수 있다.
작업 유체는 불활성 성분으로서 기체 질소(N2) 또는 희가스를 포함하고, 반응성 성분의 출발 생성물로서 기체 산소(O2) 및 수증기(H2O)를 포함할 수 있다. 이들 성분들은 조정 장치(24)의 적절한 용기(44)에 저장될 수 있다.
작업 유체의 구성에 영향을 줄 수 있도록, 제어 유닛(22)에 의해 작동될 수 있는 밸브(48)가 각각의 배출 라인(46)에서 용기(44)의 하류에 배치된다. 출구 라인(46)은 밸브 위치에 의해 결정되는 작업 유체의 혼합비가 조정되는 공통 혼합 챔버(50)로 개방된다. 가능한 한 균일한 처리 챔버(14)로의 공급을 달성하기 위해, 혼합 챔버(50)는 분기된 공급 라인(52)을 통해 처리 챔버(14) 내의 복수의 입구 지점(54)과 연통한다.
설비(10)가 작동 중일 때, 단파 UV 복사선은 높은 광자 에너지의 결과로 이온화 효과가 있으므로, 유기 화합물은 적어도 부분적으로 직접 파괴되고 휘발성 유기 또는 무기 잔류물로 분해되어 처리 챔버(14)로부터 흡입되어 제거될 수 있다는 사실이 이용된다. 램프(34)와 기판(12) 사이의 대기의 결과로서 너무 높은 UV 복사선의 감쇠를 방지하기 위해, 불활성 성분(예를 들어 질소)이 사용되며, 그 결과 작업 유체에 존재하는 산소에 의해 너무 높은 흡수 속도가 방지된다. 또한, 클리닝 효과를 지원하고 강화하기 위해, UV 복사선 하에서 오존 또는 라디칼을 형성하는 산소를 반응성 성분으로서 사용하는 것이 바람직하며, 이는 결국 기판(12) 상의 유기 잔류물의 파괴를 효과적으로 지원한다. 이를 위해, 산소는 예를 들어 몇 퍼센트의 범위에서 낮은 농도로 작업 유체와 혼합된다.
측정 유닛(20)에 의해 측정 값을 검출하는 것은 클리닝에 효과적으로 사용되는 오존 함량이 가스 센서(40) 또는 클리닝 효과 자체를 통해 검출될 수 있음을 의미하며, 램프 파워를 조절하면서 선택적으로 작업 유체의 조성을 통해 제어 유닛(18)에 의해 조절될 수 있고, 따라서 기판을 손상시키지 않고 최적화된 처리 결과가 달성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 오브젝트의 표면을 처리하기 위한, 특히 반도체 또는 유리 기판을 클리닝하기 위한 장치로서,
    a) 처리될 오브젝트(12)를 적어도 부분적으로 수용하는 처리 챔버(14),
    b) 처리 챔버(14)에서 오브젝트(12) 상으로 배향되는 UV 복사선을 위한 복사선 소스(16) 및
    c) 처리 챔버(14)에 작업 유체를 공급하기 위한 장치(24),
    d) 하나 이상의 불활성 성분 및 광 화학적으로 반응성인 하나 이상의 반응성 성분을 포함하는 작업 유체
    를 포함하는, 상기 장치에 있어서,
    e) 처리 챔버(14) 내의 작업 유체 및/또는 오브젝트(12) 상의 측정 데이터를 검출하도록 설계된 측정 유닛(20), 및
    f) 검출된 측정 데이터에 따라 작업 유체의 조성에 영향을 주기 위해 측정 유닛(20)에 연결된 제어 유닛(18)을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 유닛(20)은 반응성 성분 및/또는 불활성 성분을 검출하기 위한 가스 센서(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사 유닛(Irradiation unit).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 측정 유닛(20)은 UV 복사선 및 반응성 성분에 의해 생성된 오브젝트(12)에 대한 클리닝 효과를 검출하는 것을 특징으로 하는 조사 유닛.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 유닛(20)은 상기 오브젝트(12)의 표면 오염을 검출하는 이미지 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사 유닛.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 유닛(20)은 분광법, 형광 측정 또는 광 흡수 측정에 의해 오브젝트(12)의 오염 상태를 검출하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 조사 유닛.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 유닛(20)은 상기 오브젝트(12)에 의해 반사되거나 또는 상기 오브젝트(12)를 통해 투과되는 복사선을 검출하는 복사선 센서(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사 유닛.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업 유체는 처리 챔버(14)의 영역에 걸쳐 분포된 복수의 입구 지점(54)에 도입될 수 있는 것을 특징으로 하는 조사 유닛.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(18)은 작업 유체의 조성에 영향을 주기 위해 특히 밸브에 의해 형성되는 적어도 하나의 액추에이터(48)에 작용하는 것을 특징으로 하는 조사 유닛.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업 유체의 성분이 공급될 수 있고 유체 출구를 통해 처리 챔버(14)와 연통하는 혼합 챔버(50)를 특징으로 하는 조사 유닛.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 유닛(20) 및 상기 제어 유닛(18)은 작업 유체의 조성에 영향을 미치는 폐쇄 제어 루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 조사 유닛.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    불활성 성분은 기체 질소 및/또는 희가스로 형성되는 것을 특징으로 하는 조사 유닛.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    UV 복사선의 영향 하에서 광 화학적으로 반응성인 반응성 성분은 산소 및 선택적으로 수증기에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 조사 유닛.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오브젝트(12)는 운반 장치(26)에 의해 처리 챔버(14)를 통해 운반될 수 있는 것을 특징으로 하는 조사 유닛.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 챔버(14)는 상기 오브젝트(12)가 통과하기 위한 입구(28) 및 출구(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사 유닛.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 UV 복사선이 100 내지 300 nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 조사 유닛.
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