KR102517663B1 - 반도체 웨이퍼를 세정하는 방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼를 세정하는 방법 Download PDF

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Abstract

패터닝된 구조체의 특징부를 포함하는 반도체 웨이퍼를 세정할 때 손상을 제어하는 방법은, 세정 공정 동안 반도체 웨이퍼의 표면 위에 세정액을 전달하는 단계; 및 상기 세정 공정 동안 음파 변환기로부터 상기 세정액에 음파 에너지를 부여하는 단계를 포함하며, 상기 음파 변환기에는 제1 사전결정된 시간 주기 동안 제1 주파수 및 제1 전력 레벨에서 그리고 제2 사전결정된 시간 주기 동안 제2 주파수 및 제2 전력 레벨에서 전력이 교대로 공급되며, 상기 제1 사전결정된 시간 주기 및 상기 제2 사전결정된 시간 주기는 서로 연속적으로 따르고, 상기 제1 및 제2 사전결정된 시간 주기, 상기 제1 및 제2 전력 레벨 및 상기 제1 및 제2 주파수 중 적어도 하나는 부여하는 음파 에너지의 결과로서 손상된 특징부의 백분율이 사전결정된 임계값보다 낮도록 결정되는, 방법.

Description

반도체 웨이퍼를 세정하는 방법
본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼 세정에 관한 것으로, 특히 제어된 음파 에너지를 사용하는 습식 세정 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 장치는 트랜지스터 및 상호접속 소자를 형성하기 위해 일련의 처리 단계를 이용하여 반도체 웨이퍼 상에 제조되거나 제작된다. 이들 트랜지스터는 전통적으로 2차원으로 구축되지만, 보다 최근에는 finFET 트랜지스터와 같은 3차원으로 구축된다. 상호접속 소자는 유전체 재료 내에 형성된 전도성(예를 들어, 금속) 트렌치, 비아 등을 포함한다.
이들 트랜지스터 및 상호접속 소자를 형성하는데 있어서, 반도체 웨이퍼는 복수의 마스킹, 에칭 및 증착 공정을 수행하여 반도체 장치를 위한 원하는 구조를 형성한다. 예를 들어, 복수의 마스킹 및 플라즈마 에칭 단계가 수행되어 finFET 트랜지스터를 위한 핀과, 상호접속 소자를 위한 트렌치 및 비아로서 기능하는 반도체 웨이퍼 상의 유전체 층 내에 리세스된 영역을 형성한다. 포스트 에칭(post etching) 또는 포토레지스트 애싱(photoresist ashing)을 통해 핀 구조체 및/또는 트렌치 및 비아 내의 입자 및 오염물을 제거하기 위해, 습식 세정 단계가 필요하다. 그러나, 화학물질을 이용한 습식 세정은 측벽 손실을 초래할 수 있다. 디바이스 제조 노드가 14 또는 16 nm 이상으로 이동할 때, 핀, 트렌치 및 비아의 측벽 손실을 감소시키는 것은 임계 치수를 유지하는데 중요하게 된다. 측벽 손실을 감소시키거나 제거하기 위해, 적당한 또는 희석된 화학물질 및 때때로 탈이온수만을 이용하는 것이 중요하다. 그러나, 적당한 또는 희석된 화학물질 또는 탈이온수는 핀 구조체 및/또는 트렌치 및 비아 내의 입자를 제거하기에 충분히 효율적이지 않다. 그 결과, 초음파 또는 메가 음파 에너지에 의해 발생된 기계적인 힘이, 예를 들어 이들 입자를 효율적으로 제거하기 위해 필요하다. 초음파 또는 메가 음파는 세정 하에서 웨이퍼 구조체에 기계적 힘을 가하기 위해 버블 캐비테이션(bubble cavitation)을 발생시킨다.
그러나, 캐비테이션은 혼돈 현상이다. 캐비테이션 기포의 개시 및 그 붕괴는 많은 물리적 파라미터에 의해 영향을 받는다. 통과 캐비테이션(transit cavitation) 또는 마이크로 제트(micro jet)와 같은 격렬한 캐비테이션은 이러한 패터닝된 구조(핀, 트렌치 및 비아)를 손상시킬 수 있다. 종래의 초음파 또는 메가 음파 세정 공정에서, 전력이 충분히 높을 때(예를 들어, 5-10 와트를 초과)에만 상당한 입자 제거 효율("PRE")이 발생한다. 그러나, 전력이 약 2 와트를 초과할 때 상당한 웨이퍼 손상이 발생하기 시작한다. 따라서, 웨이퍼가 상당한 손상을 야기하지 않고서 효율적으로 세정될 수 있는 파워 윈도우(power window)를 찾는 것은 어렵다. 따라서, 안정적이거나 또는 제어된 캐비테이션을 유지하는 것은 패터닝된 구조체로부터 이물질을 효율적으로 제거할 수 있으면서, 음파의 기계적 힘을 손상 한계 이하로 제어하기 위한 비결이다.
이로써, 웨이퍼 상에 패터닝된 구조체를 손상시키지 않고서 미세한 이물질을 효율적으로 제거할 수 있도록 웨이퍼 세정 공정 동안 초음파 또는 메가 음파 장치에 의해 발생되는 버블 캐비테이션을 제어하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 방법은, 세정 공정 동안 반도체 웨이퍼의 표면 상에 세정액을 전달하는 단계, 세정 공정 동안 음파 변환기로부터 세정액에 음파 에너지를 부여하는 단계, 및 제1 사전결정된 시간 주기 동안 제1 사전결정된 설정에서 그리고 제2 사전결정된 시간 주기 동안 제2 사전결정된 설정에서 초음파 변환기에 전력을 교대로 공급하는 단계를 구비하며, 세정액 내의 버블 캐비테이션은 제1 사전결정된 시간 주기 동안 증가하고, 제2 사전결정된 시간 주기 동안 감소하는 것으로 개시된다. 제1 사전결정된 시간 주기 및 제2 사전결정된 시간 주기는 연속적으로 서로 이어진다. 따라서, 세정액 내의 기포는 웨이퍼의 손상을 회피하기 위해 각각의 제1 시간 주기에서 세정 후에 충분히 냉각될 수 있다.
다른 관점, 특징 및 기술은 하기의 실시예에 대한 상세한 설명을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다.
본 명세서의 일부를 수반하고 형성하는 도면은 본 개시내용의 특정한 관점을 도시하기 위해 포함된다. 본 개시내용의 보다 명확한 개념, 및 본 개시내용과 함께 제공되는 시스템의 구성요소 및 작동은 도면에 도시된 예시적이고, 그에 따라 비제한적인 실시예를 참조함으로써 보다 용이하게 명백해질 것이며, 유사한 참조부호는 (하나 이상의 도면에서 발생한다면) 동일한 요소를 지칭한다. 본 개시내용은 본원에 제공된 설명과 함께 이들 도면 중 하나 이상을 참조하면 더 잘 이해될 수 있다. 도면에 도시된 특징은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 또는 메가 음파 장치를 사용하는 웨이퍼 세정 장치를 도시한다.
도 2a-2g는 초음파 또는 메가 음파 변환기의 다양한 형상을 도시한다.
도 3은 웨이퍼 세정 공정 동안의 기포 내파(bubble implosion)를 도시한다.
도 4a 및 4b는 웨이퍼 세정 공정 동안 웨이퍼 상의 패터닝된 구조체를 손상시키는 통과 캐비테이션(transit cavitation)을 도시한다.
도 5a-5c는 음파 웨이퍼 세정 공정 동안 기포 내의 열 에너지 변화를 도시한다.
도 6a-6c는 마이크로 제트가 궁극적으로 발생하는 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다.
도 7a-7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다.
도 8a-8d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다.
도 9a-9d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다.
도 10a-10c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다.
도 11a-11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다.
도 12a-12b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다.
도 13a-13b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다.
도 14a-14b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다.
도 15a-15c는 음파 웨이퍼 세정 공정 동안 웨이퍼 상의 패터닝된 구조체를 손상시키는 안정된 캐비테이션을 도시한다.
도 15d는 본 발명의 일 실시예에 따른 대안적인 웨이퍼 세정 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 16a-16c는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정 공정을 도시한다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 세정 공정을 도시한다.
도 18a-18j는 웨이퍼 내의 비아 또는 트렌치 내의 신선한 세정액의 순환을 향상시키는 버블 캐비테이션 제어를 도시한다.
도 19a-19d는 음파 에너지에 반응하여 기포 체적의 변화를 도시한다.
도 20a 내지 도 20d는 본 발명의 일 실시예에 따른 비아 및 트렌치의 고 종횡비 특징부를 효과적으로 세정하는 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다.
도 21a-21c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 세정 공정을 도시한다.
도 22a 및 22b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음파 에너지를 이용하는 웨이퍼 세정 공정을 도시한다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따라 도 7-22에 도시된 웨이퍼 세정 공정을 수행하기 위한 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따라 도 7-22에 도시된 웨이퍼 세정 공정을 수행하기 위한 다른 웨이퍼 세정 장치의 단면도이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 에너지를 이용하는 웨이퍼 세정 공정의 작동 파라미터를 모니터링하기 위한 제어 시스템을 도시한다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 25에 도시된 검출 시스템의 블록도이다.
도 27은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 25에 도시된 검출 시스템의 블록도이다.
도 28a-28c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 26에 도시된 전압 감쇠 회로의 예시적인 구현을 도시한다.
도 29a-29c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 26에 도시된 정형 회로(shaping circuit)의 예시적인 구현을 도시한다.
도 30a-30c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 26 및 27의 메인 제어기의 예시적인 구현을 도시한다.
도 31은 호스트 컴퓨터가 음파 전력 공급부를 차단한 후에 몇 가지의 사이클을 발진시키는 음파 전력 공급부를 도시한다.
도 32a-32c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 27의 진폭 검출 회로의 예시적인 구현을 도시한다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 34는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 세정 공정을 도시하는 흐름도이다.
본 개시내용의 일 관점은 음파 에너지로 반도체 웨이퍼 세정에서 버블 캐비테이션을 제어하는 것에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 또는 메가 음파 장치를 사용하는 웨이퍼 세정 장치를 도시한다. 도 1a는 웨이퍼(1010)를 유지하는 웨이퍼 척(1014), 웨이퍼 척(1014)을 구동하는 회전 구동 모듈(1016), 및 세정액(1032)을 웨이퍼(1010)의 표면으로 전달하는 노즐(1012)을 구비하는 웨이퍼 세정 장치의 단면도이다. 세정액(1032)은 세정 화학물질 또는 탈이온수일 수 있다. 또한, 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼(1010) 위에 위치된 초음파 또는 메가 음파 장치(1003)를 구비하여, 웨이퍼(1010)의 회전 및 노즐(1012)로부터의 세정액(1032)의 일정한 흐름에 따라, 웨이퍼(1010)와 음파 장치(1003) 사이에 두께(d)를 갖는 세정액(1032)의 막이 유지된다. 음파 장치(1003)는 세정액과 접촉하는 공진기(1008)에 음향적으로 결합된 압전 변환기(1004)를 더 구비한다. 압전 변환기(1004)는 전기적으로 여기되어 진동하고, 공진기(1008)는 고주파 음향 에너지를 세정액(1032)으로 전달한다. 고주파 음향 에너지에 의해 발생된 버블 캐비테이션은 웨이퍼(1010)의 표면 상의 외부 입자, 즉 오염물이 진동하여 이로부터 느슨해지게 한다.
도 1a를 다시 참조하면, 웨이퍼 세정 장치는 음파 장치(1003)를 수직방향(Z)으로 이동시키기 위해 음파 장치(1003)에 결합된 아암(1007)을 더 구비하여, 액체막 두께(d)를 변화시킨다. 수직 구동 모듈(1006)이 아암(1007)의 수직 이동을 구동한다. 수직 구동 모듈(1006) 및 회전 구동 모듈(1016) 모두는 제어기(1088)에 의해 제어된다.
도 1a에 도시된 웨이퍼 세정 장치의 평면도인 도 1b를 참조하면, 음파 장치(1003)는 웨이퍼(1010)의 작은 영역만을 커버하며, 이는 전체 웨이퍼(10101)에 걸쳐 균일한 음파 에너지를 수용하도록 회전해야 한다. 비록 하나의 이러한 음파 장치(1003)만이 도 1a 및 1b에 도시되어 있지만, 다른 실시예에서, 2개 이상의 음파 장치가 동시에 또는 간헐적으로 이용될 수 있다. 유사하게, 2개 이상의 노즐(1012)이 사용되어 세정액(1032)을 보다 균일하게 전달할 수 있다.
도 2a-2g는 초음파 또는 메가 음파 변환기의 다양한 형상을 도시한다. 도 2a는 삼각형 또는 파이 형상을 도시하고; 도 2b는 직사각형 형상을 도시하고; 도 2c는 팔각형 형상을 도시하고; 도 2d는 타원형 형상을 도시하고; 도 2e는 반원 형상을 도시하고; 도 2f는 1/4 원 형상을 도시하며; 도 2g는 완전한 원 형상을 도시한다. 이러한 형상들 각각에서의 음파 변환기는 도 1에 도시된 음파 장치(1003) 내의 압전 변환기(1004) 대신에 사용될 수 있다.
도 3은 웨이퍼 세정 공정 동안의 기포 내파(bubble implosion)를 도시한다. 기포(3012)의 형상은 음파 에너지가 기포(3012)에 인가됨에 따라 구형 형상(A)으로부터 사과 형상(G)으로 점진적으로 압축된다. 최종적으로, 기포(3012)는 내파 상태(I)에 도달하여 마이크로 제트를 형성한다. 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 마이크로 제트는 매우 격렬하여(수천의 대기압 및 수천의 ℃에 도달할 수 있음), 특히 특징부 크기(t)가 70 nm 이하로 축소될 때 웨이퍼(4010) 상의 미세한 패터닝된 구조체(4034)를 손상시킬 수 있다.
도 4a 및 4b는 웨이퍼 세정 공정 동안 웨이퍼 상의 패터닝된 구조체를 손상시키는 통과 캐비테이션을 도시한다. 도 4a를 참조하면, 기포(4040, 4042, 4044)는 반도체 웨이퍼(4010) 상의 패터닝된 구조체(4034) 위의 음파 캐비테이션에 의해 형성된다. 패터닝된 구조체(4034)는 핀, 비아, 트렌치 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 세정될 필요가 있는 복수의 특징부를 포함한다. 기포(4044)는 매우 격렬하여 수천의 대기압과 수천의 ℃에 도달할 수 있는 마이크로 제트로 전환된다. 도 4b를 참조하면, 일단 마이크로 제트가 발생하면, 패터닝된 구조체(4034)의 일부가 날려 보내진다. 이러한 손상은 70 nm 이하의 디바이스 특징부 크기를 갖는 웨이퍼에 대해 더욱 심각하다.
도 5a-5c는 웨이퍼 세정 공정 동안 기포(5016) 내의 열 에너지 변화를 도시한다. 기포(5016)에 작용하는 음파의 음압으로서, 기포(5016)는 도 5a에 도시된 바와 같이 그 체적을 감소시킨다. 이러한 체적 감소 공정 동안, 기포(5016) 상의 음파 압력(PM)은 기포(5016) 상에 강제되고, 기계적 작업은 기포(5016) 내의 열 에너지로 전환된다. 따라서, 기포(5016) 내부의 가스 및/또는 증기의 온도(T)는 도 5b에 도시된 바와 같이 증가한다. 다양한 파라미터들 간의 관계는 하기의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112020060739089-pct00001
여기서, p0는 압축 전의 기포 내의 압력이고, v0는 압축 전의 기포(5016)의 초기 체적이고, T0는 압축 전의 기포 내의 가스의 온도이고, p는 압축 동안 기포의 내부의 압력이고, v는 압축 동안 기포의 체적이고, T는 압축 동안 기포 내의 가스의 온도이다.
계산을 단순화하기 위해, 압축 동안 가스의 온도가 변화하지 않거나 또는 압축이 매우 느리고 온도 증가가 기포를 둘러싸는 액체에 의해 상쇄된다고 가정할 수 있다. 따라서, 기포 압축의 일 시간 동안 음파 압력(PM)에 의해 야기되는 기계적 작업(wm)(체적 N 단위 대 체적 1 단위, 또는 압축비=N)은 하기와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020060739089-pct00002
여기서, S는 실린더의 단면적이고, x0는 실린더의 길이이고, p0는 압축 전의 실린더 내부의 가스의 압력이다. 수학식 (2)는 압축 동안 온도 증가의 인자를 고려하지 않으므로, 기포 내의 실제 압력은 온도 증가로 인해 더 높아질 것이다. 따라서, 음파 압력에 의한 실제 기계적 작업은 수학식 (2)에 의해 계산된 값보다 클 것이다.
음파 압력에 의한 기계적 작업이 열 에너지로 부분적으로 전환되어, 기포 내의 고압 가스 및/또는 증기의 부분적으로 변환된 기계적 에너지를 가정하면, 이러한 열 에너지는 기포 내의 가스의 온도 증가에 완전히 기여하고(에너지가 기포를 둘러싸는 액체 분자로 전달되지 않음), 기포 내부의 가스의 질량이 압축 전 및 후에 일정하게 유지된다고 가정하면, 기포의 압축의 일 시간 후의 온도 증가 ΔT는 하기의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112020060739089-pct00003
여기서, Q는 기계적 작업으로부터 변환된 열 에너지이고, β는 음파 압력에 의한 총 기계적 작업에 대한 열 에너지의 비율이고, m은 기포 내부의 가스의 질량이고, c는 가스의 비열 계수이다. 수소 가스에 대해 β = 0.65, S = 1E-12 m2, x0 = 1000 ㎛ = 1E-3 m(압축비 N = 1000), p0 = 1 kg/cm2 = 1E4 kg/2, m = 8.9E-17 kg이면, c = 9.9E3 J /(kg °k), 이어서 ΔT = 50.9℃이다.
제1 압축 후에 기포 내의 가스의 온도(T1)는 하기와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112020060739089-pct00004
기포가 도 5b에 도시된 바와 같이 1 미크론의 최소 크기에 도달할 때, 이러한 고온에서, 기포를 둘러싸는 일부 액체 분자가 증발할 것이다. 그 후, 음파 압력은 음(-)이 되고, 기포는 그 크기를 증가시키기 시작한다. 이러한 역전 공정에서, 압력(PG)을 갖는 고온 가스 및/또는 증기는 둘러싸는 액체 표면에 작용한다. 동시에, 음파 압력(PM)은 도 5c에 도시된 바와 같이 기포를 팽창방향으로 끌어 당긴다. 따라서, 음(-)의 음파 압력(PM)은 둘러싸는 액체에 부분적으로 작용한다. 조인트 효과의 결과로서, 기포 내의 열 에너지는 완전히 방출되거나 기계적 에너지로 변환될 수 없으므로, 기포 내의 가스 온도는 원래의 가스 온도(T0) 또는 액체 온도까지 냉각될 수 없다. 캐비테이션의 제1 사이클 후에, 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도(T2)는 도 6b에 도시된 바와 같이 T0과 T1 사이의 어딘가에 있을 것이다. 여기서, T2는 하기와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020060739089-pct00005
여기서, δT는 기포의 팽창의 일 시간 후의 온도 감소이고, δT는 ΔT보다 작다.
버블 캐비테이션의 제2 사이클이 최소 기포 크기에 도달할 때, 기포 내부의 가스 및/또는 증기의 온도(T3)는 하기와 같다.
Figure 112020060739089-pct00006
버블 캐비테이션의 제2 사이클이 끝날 때, 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도(T4)는 하기와 같다.
Figure 112020060739089-pct00007
유사하게, 버블 캐비테이션의 n번째 사이클이 최소 기포 크기에 도달할 때, 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도(T2n - 1)는 하기와 같다.
Figure 112020060739089-pct00008
버블 캐비테이션의 n번째 사이클이 끝날 때, 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도(T2n)는 하기와 같다.
Figure 112020060739089-pct00009
수학식 (8)로부터, 내파 사이클 수(ni)는 하기와 같이 기록될 수 있다.
Figure 112020060739089-pct00010
수학식 (10)으로부터, 내파 시간(τi)은 하기와 같이 기록될 수 있다.
Figure 112020060739089-pct00011
여기서, t1은 사이클 주기이고, f1은 초음파/메가 음파의 주파수이다.
수학식 (10) 및 (11)에 기초하여, 내파 사이클 수(ni) 및 내파 시간(τi)이 계산될 수 있다. 표 1은, Ti = 3000 ℃, ΔT = 50.9℃, T0 = 20℃, 및 f1 = 500 KHz, 1 MHz 또는 2 MHz를 가정하여, 내파 사이클 수(n1), 내파 시간(τi) 및 (ΔT-δT) 사이의 계산된 관계를 나타낸다.
[표 1]
Figure 112020060739089-pct00012
도 6a-6c는 마이크로 제트가 결국 발생하고 공정 파라미터가 수학식 (1)-(11)에 부착되는 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다. 도 6a를 참조하면, 음파 장치에 전력(P)을 지속적으로 공급하여 세정액에 버블 캐비테이션을 발생시킨다. 버블 캐비테이션의 사이클 수(n)가 증가함에 따라, 가스 및/또는 증기의 온도는 도 6b에 도시된 바와 같이 증가할 것이므로, 기포 표면 상의 보다 많은 분자가 기포(6082)의 내부로 증발될 것이고, 그 결과 도 6c에 도시된 바와 같이 시간이 경과함에 따라 그 크기가 증가하게 된다. 최종적으로, 압축 동안 기포(6082) 내부의 온도는 내파 온도(Ti)(통상적으로 수천 ℃만큼 높음)에 도달할 것이고, 격렬한 마이크로 제트(6080)는 도 6c에 도시된 바와 같이 발생한다. 따라서, 세정 동안 웨이퍼의 패터닝된 구조체에 대한 손상을 회피하기 위해, 안정된 캐비테이션이 유지되어야 하며, 기포 내파 또는 마이크로 제트가 회피되어야 한다.
도 7a-7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다. 도 7a는 세정액에 버블 캐비테이션을 발생시키기 위해 음파 장치에 간헐적으로 공급되는 전원 출력의 파형을 도시한다. 도 7b는 캐비테이션의 각 사이클에 대응하는 온도 곡선을 도시한다. 도 7c는 캐비테이션의 각 사이클 동안, 기포 크기가 τ1 시간 주기에서 증가하고, 전력 공급부가 τ2 시간 주기에서 종료될 때 감소한다는 것을 도시한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 기포 내파를 회피하기 위한 상세한 처리 단계가 도 7d에 도시되어 있다. 처리 단계는 초음파 또는 메가 음파 장치가 세정 하에서 웨이퍼의 상부 표면 근방에 배치되는 단계(7010)로 시작한다. 단계(7020)에서, 세정액, 화학물질 또는 가스 도핑된 물이 웨이퍼 위에 주입되어 웨이퍼와 음파 장치 사이의 갭을 채운다. 단계(7030)에서, 척에 의해 운반된 웨이퍼는 회전 또는 진동하기 시작한다. 단계(7040)에서, f1의 주파수 및 전력 레벨(P1)을 갖는 전원 이 음파 장치에 인가된다. 단계(7050)에서, 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도가 내파 온도(Ti)에 도달하기 전에, 또는 시간(τ1)이 수학식 (11)에 의해 계산된 바와 같이 τi에 도달하기 전에, 전원 출력은 0으로 설정되므로, 세정액의 온도가 가스 온도보다 훨씬 낮기 때문에 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도는 냉각되기 시작한다. 단계(7060)에서, 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도가 실온(T0)으로 감소하고 시간 지속기간이 τ2에 도달한 후에(시간 주기(τ2) 동안, 전력 공급 출력은 0으로 설정됨), 전력 공급 출력은 주파수(f1) 및 전력 레벨(P1)로 복원된다. 단계(7070)에서, 웨이퍼의 청정도가 검사되고, 웨이퍼가 아직 원하는 정도로 세정되지 않으면 단계(7010-7060)가 반복된다. 대안적으로, 청정도 검사는 매 사이클마다 수행되지 않을 수 있다. 대신에, 사용될 사이클의 수는 샘플 웨이퍼를 사용하여 사전에 경험적으로 결정될 수 있다.
도 7d를 다시 참조하면, 단계(7050)에서, 시간 주기(τ1)는 기포 내파를 회피하기 위해 τi보다 짧아야 하며, 여기서 τi는 수학식 (11)을 사용하여 계산될 수 있다. 단계(7060)에서, 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도는 실온 또는 세정액 온도로 냉각될 필요가 없다. 오히려, 실온 이상의 특정 온도 또는 세정액 온도일 수 있다. 바람직하게, 온도는 내파 온도(Ti)보다 상당히 낮다.
수학식 (8) 및 (9)에 따라, (△T-δT)가 알려지면, 내파 시간(τi)이 계산될 수 있다. 그러나, 일반적으로, (△T-δT)는 쉽게 계산되거나 직접 측정될 수 없다. 그러나, τi는 경험적으로 결정될 수 있다.
도 7e는 내파 시간(τi)을 경험적으로 결정하기 위한 단계를 예시하는 흐름도이다. 단계(7210)에서, 5가지의 상이한 시간 주기(τ1)는 표 1에 기초한 실험(DOE) 조건의 설계로서 예시적으로 선택된다. 단계(7220)에서, 시간 주기(τ2)는 선택된 시간 주기(τ1)보다 적어도 10배 더 길고, 바람직하게 제1 스크리닝 테스트에서 100배 더 길게 설정된다. 단계(7230)에서, 전력 공급 레벨은 동일한 특정 패터닝된 구조를 갖는 5개의 상이한 웨이퍼를 개별적으로 세정하기 위해 상기한 5가지의 DOE 조건에서 실행되도록 P0에서 고정된다. 여기서, P0는 도 6a에 도시된 바와 같이 연속 모드(비-펄스 모드)에서 실행될 때 패터닝된 구조체가 확실히 손상될 수 있는 전력 레벨이다. 단계(7240)에서, 5개의 웨이퍼의 손상 상태는 주사 전자 현미경(SEM) 또는 AMAT SEM 비전 또는 Hitachi IS3000과 같은 웨이퍼 패턴 손상 검토 툴에 의해 검사되어, 내파 시간(τi)은 특정 범위로 좁혀질 수 있다. 손상된 특징부들의 백분율은, 패터닝된 구조체의 특징부들의 총 수에 의해, SEM에 의해 검사되는 손상된 특징부들의 총 수를 분할함으로써 계산될 수 있다. 손상된 특징부의 백분율을 결정하기 위한 다른 방법이 있을 수 있다. 예를 들어, 최종 웨이퍼 수율은 손상된 특징부의 백분율의 표시로서 사용될 수 있다.
상기한 단계(7210 내지 7240)는 내파 시간(τi)의 범위를 좁히도록 반복될 수 있다. 내파 시간(τi)을 안 후에, 시간(τi)은 안전 마진을 허용하기 위해 0.5*τi보다 작은 값으로 설정될 수 있다. 하기 단락은 이러한 실험의 예를 설명한다.
패터닝된 구조체가 55 nm 폴리-실리콘 게이트 라인에 의해 형성된다고 가정하면, 초음파 주파수는 웨이퍼 내에서 그리고 웨이퍼로부터 웨이퍼로 균일한 에너지 선량을 달성하기 위한 갭 진동 모드(PCT 출원 PCT/CN2008/073471호에 개시되어 있음)에서 작동하는 Prosys에 의해 제조된 초음파/메가 음파 장치에 의해 생성된 1 MHz이다. 다른 실험 파라미터 및 최종 패턴 손상 데이터가 하기와 같이 표 2에 요약된다.
[표 2]
Figure 112020060739089-pct00013
실험에서, τ1 = 2 ms(또는 2000 사이클)일 때, 전술한 음파 세정 공정은 1216 손상 부위를 55 nm의 특징부 크기를 갖는 패터닝된 구조체에 도입한다. τ1 = 0.1 ms(또는 100 사이클)일 때, 음파 세정 공정은 동일한 패터닝된 구조체에 제로(0) 손상 부위를 도입한다. 따라서, τi는 0.1 ms와 2 ms 사이의 시간 값이다. 더 좁은 τ1 범위를 갖는 추가적인 테스트는 더 좁은 τi 범위를 산출할 수 있다.
상기한 실험에서, 사이클 수는 초음파 또는 메가 음파 전력 밀도 및 주파수에 의존하는데, 전력 밀도가 더 높을수록, 사이클 수가 더 적어지고, 주파수가 더 낮을수록, 사이클 수가 더 적어진다. 상기한 실험으로부터, 손상 없는 사이클 수는 초음파 또는 메가 음파의 전력 밀도가 0.1 와트/cm2보다 크면 2,000보다 더 작을 것으로 예측될 수 있고, 초음파 또는 메가 음파의 주파수는 1 MHz 이하이다. 주파수가 1 MHz보다 큰 범위로 증가하거나 또는 전력 밀도가 0.1 와트/cm2 미만인 경우, 사이클 수가 증가할 것으로 예측될 수 있다.
시간 주기(τ1)를 획득한 후에, 시간 주기(τ2)는 전술한 바와 같은 유사한 DOE 방법에 기초하여 경험적으로 획득될 수 있다. 이 경우, τ1은 사전결정된 값으로 고정되고, τ2는 패터닝된 구조체에 대한 손상이 관찰될 때까지 각각의 DOE에서 점진적으로 단축된다. 시간 주기(τ2)가 짧아짐에 따라, 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도는 충분히 냉각될 수 없는데, 이는 기포 내의 가스 및/또는 증기의 평균 온도를 점진적으로 증가시키고, 결국 기포의 내파를 촉발시킬 것이다. 이러한 트리거 시간은 임계 냉각 시간(τc)으로 불린다. 임계 냉각 시간(τc)을 알면, 시간 주기(τ2)는 안전 마진을 허용하도록 2*τc보다 큰 값으로 설정될 수 있다.
따라서, 음파 에너지를 부여하는 세정 효과가 음파 에너지를 부여한 결과로서 손상에 의해 야기되는 수율 저하보다 더 큰 수율 향상을 야기하도록 세정 공정의 파라미터가 결정될 수 있다. 손상 백분율에 대한 사전결정된 임계값은 또한 예를 들어 고객에 의해 특정될 수 있다. 세정 공정의 파라미터는 손상 백분율이 사전결정된 임계값보다 낮거나, 실질적으로 0이거나, 또는 심지어 0이 되도록 결정될 수 있다. 사전결정된 임계값은 예를 들어 10%, 5%, 2% 또는 1%일 수 있다. 웨이퍼 제조의 최종 수율이 세정 공정에 의해 야기되는 임의의 손상에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다면, 손상 백분율은 실질적으로 0이다. 즉, 세정 공정에 의해 야기되는 임의의 손상은 전체 제조 공정의 관점에서 허용될 수 있다. 상술된 바와 같이, 전자 현미경을 사용하여 샘플 웨이퍼를 검사함으로써 손상 백분율을 결정할 수 있다.
도 8a-8d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다. 본 발명의 음파 웨이퍼 세정 공정에서, 도 7a에 도시된 바와 같은 일정한 일정한 레벨(P1)로 유지되는 대신에 그리고 도 7d의 단계(7040)에서의 전원(P)의 진폭은 시간에 따라 변하는 반면, 공정의 다른 관점은 도 7a-7d에 도시된 바와 같이 동일하게 유지된다. 일 실시예에서, 도 8a에 도시한 바와 같이, 전력 공급 진폭(P)은 시간 주기(τ1) 동안 증가한다. 다른 실시예에서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 전력 공급 진폭(P)은 시간 주기(τ1) 동안 감소한다. 또 다른 실시예에서, 도 8c에 도시된 바와 같이, 전력 공급 진폭(P)은 먼저 감소하고, 그 후 시간 주기(τ1) 동안 증가한다. 도 8d에 도시된 실시예에서, 전력 공급 진폭(P)은 먼저 증가하고, 그 후 시간 주기(τ1) 동안 감소한다.
도 9a-9d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다. 본 발명의 음파 웨이퍼 세정 공정에서, 도 7a에 도시된 바와 같은 일정한 일정하게(f1) 유지되는 대신에 그리고 도 7d의 단계(7040)에서의 전력 공급 주파수는 시간에 따라 변하는 반면, 세정 공정의 다른 관점은 도 7a-7d에 도시된 바와 같이 동일하게 유지된다. 일 실시예에서, 도 9a에 도시된 바와 같이, 전력 공급 주파수는 먼저 f1, 그 후 f3에서 설정되며, 여기서 f1은 시간 주기(τ1) 동안 f3보다 높다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 전력 공급 주파수는 시간 주기(τ1) 동안 먼저 f3, 그 후 f1에서 설정된다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 전력 공급 주파수는 시간 주기(τ1) 동안 f3에서 f1으로, 그 다음 f3로 다시 변화한다. 도 9d에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 전력 공급 주파수는 시간 주기(τ1) 동안 f1에서 f3으로, 그 다음 f1로 다시 변화한다.
도 9c에 도시된 세정 공정과 유사하게, 일 실시예에서, 전력 공급 주파수는 시간 주기(τ1) 동안 먼저 f1, 그 후 f3 그리고 마지막으로 f4로서 설정되고, 여기서 f4는 f3보다 작고, f3은 f1보다 작다.
도 9c에 도시된 세정 공정과 다시 유사하게, 일 실시예에서, 전력 공급 주파수는 시간 주기(τ1) 동안 먼저 f4, 그 후 f3 그리고 마지막으로 f4로서 설정되고, 여기서 f4는 f3보다 작고, f3은 f1보다 작다.
도 9c에 도시된 세정 공정과 다시 유사하게, 일 실시예에서, 전력 공급 주파수는 시간 주기(τ1) 동안 먼저 f1, 그 후 f4 그리고 마지막으로 f3로서 설정되고, 여기서 f4는 f3보다 작고, f3은 f1보다 작다.
도 9c에 도시된 세정 공정과 다시 유사하게, 일 실시예에서, 전력 공급 주파수는 시간 주기(τ1) 동안 먼저 f3, 그 후 f4 그리고 마지막으로 f1로서 설정되고, 여기서 f4는 f3보다 작고, f3은 f1보다 작다.
도 9c에 도시된 세정 공정과 다시 유사하게, 일 실시예에서, 전력 공급 주파수는 시간 주기(τ1) 동안 먼저 f3, 그 후 f1 그리고 마지막으로 f4로서 설정되고, 여기서 f4는 f3보다 작고, f3은 f1보다 작다.
도 9c에 도시된 세정 공정과 다시 유사하게, 일 실시예에서, 전력 공급 주파수는 시간 주기(τ1) 동안 먼저 f4, 그 후 f1 그리고 마지막으로 f3로서 설정되고, 여기서 f4는 f3보다 작고, f3은 f1보다 작다.
도 10a-10c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다. 도 10a를 참조하면, 도 7a에 도시된 세정 공정과 유사하게, 시간 주기(τ1) 동안, P1의 레벨 및 f1의 주파수를 갖는 전원 장치가 음파 장치에 인가된다. 그러나, 시간 주기(τ2) 동안, 도 7a에 도시된 바와 같이 0으로 강하하는 대신에, 전력 공급은 P2의 레벨로 감소한다. 그 결과, 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도는 도 10b에 도시된 바와 같이 T0+ΔT2로 감소한다.
도 10c는 도 10a 및 10b에 도시된 웨이퍼 세정 공정의 단계를 도시하는 흐름도이다. 단계(10010)에서, 초음파 또는 메가 음파 장치가 세정 하에서 웨이퍼의 상부 표면 근방에 위치된다. 단계(10020)에서, 세정액, 화학물질 또는 가스 도핑된 물이 웨이퍼 위에 주입되어 웨이퍼와 음파 장치 사이의 갭을 채운다. 단계(10030)에서, 웨이퍼를 이송하는 척은 세정 공정을 위해 회전하기 시작한다. 단계(10040)에서, f1의 주파수 및 전력 레벨(P1)을 갖는 전력 공급부는 음파 장치에 인가된다. 단계(10050)에서, f1에서의 주파수를 유지하면서, 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도가 내파 온도(Ti)에 도달하기 전에, 또는 시간(τ1)이 수학식 (11)에 의해 계산된 바와 같이 τi에 도달하기 전에, 전력 공급 레벨이 P2로 낮아진다. 단계(10060)에서, 전력 공급 레벨은 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도가 실온(T0)에 가깝도록 감소하거나 또는 시간 지속기간이 τ2에 도달하면 P1으로 복원된다. 단계(10070)에서, 웨이퍼 청정도가 검사되고, 웨이퍼가 아직 원하는 정도로 세정되지 않으면 단계(10010-10060)가 반복될 것이다. 대안적으로, 청정도 검사는 매 사이클마다 수행되지 않을 수 있다. 대신에, 사용될 사이클의 수는 샘플 웨이퍼를 사용하여 사전에 경험적으로 결정될 수 있다.
도 11a-11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다. 본 음파 웨이퍼 세정 공정은 단계(10050)에서만 존재하는 차이를 제외하고 도 10a-10c에 도시된 것과 유사하다. f1에서 전력 공급 주파수를 유지하는 대신에, 도 11a 및 11b에 도시된 웨이퍼 세정 공정은 시간 주기(τ2) 동안 주파수를 f2로 낮춘다. 전력 레벨(P2)은 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도가 실온(T0)에 가깝게 낮아지도록 하기 위해, P1보다 상당히 작아야 하며, 바람직하게 5 또는 10배보다 작아야 한다.
도 12a-12b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다. 본 세정 공정과 도 10a-10c에 도시된 공정 사이의 차이는 단지 단계(10050)에 있다. 본 웨이퍼 세정 공정에서, 전력 공급 주파수는 f2로 증가되는 한편, 전력 공급 레벨(P2)은 시간 주기(τ2) 동안 P1과 실질적으로 동일하다.
도 13a-13b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다. 본 세정 공정과 도 10a-10c에 도시된 공정 사이의 차이는 단지 단계(10050)에 있다. 이러한 웨이퍼 세정 공정에서, 전력 공급 주파수는 f2로 증가되는 한편, 전력 공급 레벨은 시간 주기(τ2) 동안 P1에서 P2로 낮아진다.
도 14a-14b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다. 본 세정 공정과 도 10a-10c에 도시된 공정 사이의 차이는 단지 단계(10050)에 있다. 본 웨이퍼 세정 공정에서, 전력 공급 주파수는 f1에서 f2로 증가하는 한편, 전력 공급 레벨은 시간 주기(τ2) 동안 P1에서 P2로 증가된다. 주파수(f2)가 f1보다 높기 때문에, 음파 에너지는 보다 덜 강하게 기포를 가열하므로, 전력 공급 레벨(P2)은 P1보다 약간 더 높을 수 있지만, 도 14b에 도시된 바와 같이 시간 주기(τ2) 동안 기포 내부의 가스 및/또는 증기의 온도가 감소하도록 보장하기 위해서는 너무 높지 않아야 한다.
도 15a-15c는 음파 웨이퍼 세정 공정 동안 웨이퍼 상의 패터닝된 구조체를 손상시키는 안정된 캐비테이션을 도시한다. 도 15a를 참조하면, 간격(W)을 갖는 패터닝된 구조체(15034)가 웨이퍼(15010) 상에 형성된다. 캐비테이션 공정에 형성된 일부 기포(15046)는 패터닝된 구조체(15034)의 공간 내에 있다. 도 15b를 참조하면, 버블 캐비테이션이 계속됨에 따라, 기포(15048) 내부의 가스 및/또는 증기의 온도가 증가하여, 기포(15048)의 크기가 증가하게 한다. 기포(15048)의 크기가 간격(W)보다 클 때, 버블 캐비테이션의 팽창력은 도 15c에 도시된 바와 같이 패턴 구조체(15034)를 손상시킬 수 있다. 따라서, 새로운 웨이퍼 세정 공정이 필요하다.
도 15c에 도시된 바와 같이, 기포 팽창에 의해 야기되는 손상 부위는 도 4b에 도시된 바와 같이 기포 내파에 의해 야기되는 손상 부위보다 작을 수 있다. 예를 들어, 기포 팽창은 100 nm 크기의 손상 부위를 초래할 수 있는 반면, 기포 내파는 1 ㎛ 정도의 큰 손상 부위를 초래할 수 있다.
도 15d는 본 발명의 실시예에 따른 대안적인 웨이퍼 세정 공정을 도시하는 흐름도이다. 대안적인 웨이퍼 세정 공정은 초음파 또는 메가 음파 장치가 세정 하에서 웨이퍼의 상부 표면 근방에 위치되는 단계(15210)로 시작한다. 단계(15020)에서, 세정액, 화학물질 또는 가스 도핑된 물이 웨이퍼 위에 주입되어 웨이퍼와 음파 장치 사이의 갭을 채운다. 단계(15230)에서, 척에 의해 이송된 웨이퍼는 회전 또는 진동하기 시작한다. 단계(15240)에서, f1의 주파수 및 전력 레벨(P1)을 갖는 전력 공급부가 음파 장치에 인가된다. 단계(15250)에서, 기포의 크기가 간격(W)의 값에 도달하기 전에, 전력 공급 출력은 0으로 설정되어, 세정액의 온도가 가스 온도보다 훨씬 낮기 때문에 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도가 냉각되기 시작한다. 단계(15260)에서, 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도가 실온(T0)으로 감소하거나 또는 시간 주기가 τ2에 도달하면(시간 주기(τ2) 동안, 전력 공급 출력은 0으로 설정됨), 전력 공급 출력은 주파수(f1) 및 전력 레벨(P1)로 복원된다. 단계(15270)에서, 웨이퍼의 청정도가 검사되고, 웨이퍼가 아직 원하는 정도로 세정되지 않으면 단계(15210-15260)가 반복된다. 대안적으로, 청정도 검사는 매 사이클마다 수행되지 않을 수 있다. 대신에, 사용될 사이클의 수는 샘플 웨이퍼를 사용하여 사전에 경험적으로 결정될 수 있다.
도 15d를 다시 참조하면, 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도는 실온(T0)까지 냉각될 필요가 없지만, 바람직하게 내파 온도(Ti)보다 훨씬 더 낮게 냉각되어야 한다. 또한, 단계(15250)에서, 기포 팽창력이 패터닝된 구조체(15034)를 파괴하거나 손상시키지 않는 한, 기포의 크기는 패터닝된 구조체(15034)의 간격(W)보다 약간 클 수 있다.
도 15d를 다시 참조하면, 단계(15240)의 시간 지속기간은 도 7e에 도시된 절차로부터 τ1로서 경험적으로 획득될 수 있다. 일부 실시예에서, 도 7-14에 도시된 웨이퍼 세정 공정은 도 15에 예시된 웨이퍼 세정 공정과 조합될 수 있다.
도 16a-16c는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 공정을 도시한다. 이러한 웨이퍼 세정 공정은 도 7d의 단계(7050)를 제외하고는 도 7a-7e에 도시된 것과 유사하다. 이러한 웨이퍼 세정 공정은 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도가 내파 온도(Ti)에 도달하기 전에 또는 시간 지속기간(τ1)이 수학식 (11)에 의해 계산된 바와 같이 도달하기 전에 도 16a에 도시된 양(+)의 DC 값 또는 도 16b 및 16c에 도시된 음(-)의 DC 값으로 전력 공급 출력을 설정한다. 결과적으로, 기포의 내부의 가스 및/또는 증기의 온도는 세정액의 온도가 가스 및/또는 증기 온도보다 훨씬 낮기 때문에 감소하기 시작한다. 일부 실시예에서, 양 또는 음의 DC 출력의 진폭은 세정액 내의 버블 캐비테이션을 생성하기 위한 시간 주기(τ1) 동안 인가되는 전력 공급 레벨(P1)의 진폭보다 더 크거나(미도시), (도 16a 및 16b에 도시된 바와 같이) 동일하거나, 또는 (도 16c에 도시된 바와 같이) 더 작을 수 있다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 세정 공정을 도시한다. 이러한 웨이퍼 세정 공정은 도 7d의 단계(7050)를 제외하고는 도 7a-7e에 도시된 것과 유사하다. 이러한 웨이퍼 세정 공정은 시간 주기(τ1) 동안 인가되는 것과 동일한 주파수(f1)를 유지하면서 전원 출력의 위상을 반전시켜, 버블 캐비테이션이 신속하게 정지될 수 있다. 결과적으로, 세정액의 온도가 가스 및/또는 증기 온도보다 훨씬 낮기 때문에, 기포 내의 가스 및/또는 증기의 온도는 감소하기 시작한다.
도 17을 다시 참조하면, 시간 주기(τ2) 동안의 전력 공급 레벨은, 상이한 실시예에서, 시간 주기(τ1) 동안의 전력 공급 레벨인 P1보다 크거나, 동일하거나 또는 작을 수 있는 P2이다. 일 실시예에서, 시간 주기(τ2) 동안의 전력 공급 주파수는 위상이 반전되는 한 f1과 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 초음파 또는 메가 음파 전력 공급 주파수(f1)는 0.1 MHz 내지 10 MHz이다.
도 18a-18j는 웨이퍼 내의 비아 또는 트렌치에서의 신선한 세정액의 순환을 향상시키는 버블 캐비테이션 제어를 도시한다. 도 18a는 웨이퍼(18010)에 형성된 복수의 비아(18034)의 단면도이다. 비아 개구의 직경은 W1으로 표시된다. 비아(18034) 내의 음파 에너지에 의해 생성된 기포(18012)는 그로부터 잔류물 및 입자와 같은 불순물의 제거를 향상시킨다. 도 18b는 도 18a에 도시된 비아의 평면도이다.
도 18c는 웨이퍼(18010)에 형성된 복수의 트렌치(18036)의 단면도이다. 유사하게, 트렌치(18036) 내의 음파 에너지에 의해 생성된 기포(18012)는 그로부터 잔류물 및 입자와 같은 불순물의 제거를 향상시킨다. 도 18d는 도 18c에 도시된 트렌치(18036)의 평면도이다.
포화점(Rs)은 비아(18034), 트렌치(18036) 또는 다른 리세스된 영역의 특징부 내부에 포함될 수 있는 가장 많은 양의 기포에 의해 정의된다. 기포의 양이 포화점(Rs)에 걸쳐 있을 때, 세정액은 기포에 의해 차단될 것이고, 비아(18034) 또는 트렌치(18036)의 특징부의 측벽의 바닥에 거의 도달하지 않을 수 있어서, 세정 성능이 부정적으로 영향을 받을 것이다. 기포의 양이 포화점 아래에 있을 때, 깨끗한 액체는 비아(18034) 또는 트렌치(18036)의 특징부 내에서 충분한 이용가능성을 가질 것이고, 따라서 양호한 세정 성능이 달성될 수 있다.
포화점 아래에서, 총 기포 체적(VB) 대 비아 또는 트렌치, 리세스된 공간(VVTR)의 비율(R)은 하기와 같다.
Figure 112020060739089-pct00014
그리고, 포화점(Rs)에서, 비율(R)은 하기와 같다.
Figure 112020060739089-pct00015
비아(18034), 트렌치(18036) 또는 다른 리세스된 공간의 특징부에서의 총 기포의 체적은 하기와 같다.
Figure 112020060739089-pct00016
여기서, N은 특징부에서의 기포의 수이고, VB는 단일 기포의 평균 체적이다.
도 18e-18h에 도시된 바와 같이, 초음파 또는 메가 음파 에너지가 세정액에 인가될 때, 기포(18012)의 크기는 특정 체적으로 점진적으로 팽창하여, 총 기포 체적(VB) 대 비아, 트렌치 또는 리세스된 공간(VVTR)의 체적의 비율(R)이 포화점(Rs)에 가깝거나 그 위에 있게 한다. 팽창된 기포(18012)는 비아 또는 트렌치에서 세정액 교환 및 불순물 제거의 경로를 차단한다. 이 경우, 음파 에너지는 비아 또는 트렌치로 효율적으로 전달되어 그들의 바닥 및 측벽에 도달할 수 없는 반면, 입자, 잔류물 및 다른 불순물(18048)은 비아 또는 트렌치에 트랩된다. 이러한 경우는 임계 치수(W1)가 작아짐에 따라 진보된 반도체 공정에서 쉽게 발생할 수 있다.
도 18i-18j에 도시된 바와 같이, 초음파 또는 메가 음파 에너지에 의한 기포(18012)의 크기 팽창은 한계 내에 있고, 총 기포 체적(VB) 대 비아, 트렌치 또는 리세스된 공간(VVTR)의 체적의 비율(R)은 포화점(Rs)보다 훨씬 낮다. 새로운 세정액(18047)는 특징부 내부의 작은 버블 캐비테이션으로 인해 비아 또는 트렌치에서 자유롭게 순환하여, 잔류물 및 입자와 같은 불순물(18048)이 양호한 세정 성능을 위해 용이하게 특징부 외부로 강요될 수 있다.
비아 또는 트렌치의 특징부 내의 기포의 총 체적이 기포의 수 및 크기에 의해 결정되기 때문에, 캐비테이션으로 인한 기포 크기 팽창을 제어하는 것은 높은 종횡비 특징부를 갖는 웨이퍼에 대한 세정 성능에 중요하다.
도 19a-19d는 음파 에너지에 반응하여 기포 체적의 변화를 도시한다. 캐비테이션의 제1 사이클 동안, 기포의 체적은 양의 음파 전력 사이클 후에 V0에서 V1로 압축되고, 음의 음파 전력 사이클 후에 V2로 확장된다. 그러나, V2에 대응하는 기포 내의 온도(T2)는 V0에 대응하는 온도(T0)보다 높아서, 체적(V2)은 도 19b에 도시된 바와 같이 체적(V0)보다 크다. 이러한 체적 증가는 보다 높은 온도 하에서 증발되는 기포를 둘러싸는 액체 분자에 의해 야기된다. 유사하게, 기포의 제2 압축 후의 V3의 체적은 도 19b에 도시된 바와 같이 V1과 V2 사이의 어딘가에 있다. V1, V2 및 V3은 하기와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020060739089-pct00017
여기서, ΔV는 초음파/메가 음파에 의해 생성된 양압으로 인한 하나의 압축 후의 기포의 체적 압축이고, δV는 초음파/메가 음파에 의해 생성된 음압으로 인한 하나의 팽창 후의 기포의 체적 증가이며, (δV-△V)는 일 시간 사이클 후에 수학식 (5)에서 계산된 온도 증가(△T-δT)로 인한 체적 증가이다.
버블 캐비테이션의 제2 사이클 후에, 기포는 온도가 계속 증가함에 따라 더 큰 크기로 팽창한다. 기포 내부의 가스 및/또는 증기의 체적(V4)은 하기와 같이 될 것이다.
Figure 112020060739089-pct00018
제3 압축 후에, 기포 내부의 가스 및/또는 증기의 체적(V5)은 하기와 같이 될 것이다.
Figure 112020060739089-pct00019
이러한 패턴에 따라, 버블 캐비테이션의 n번째 사이클이 최소 기포 크기에 도달할 때, 기포 내부의 가스 및/또는 증기의 체적(V2n - 1)은 하기와 같이 될 것이다.
Figure 112020060739089-pct00020
버블 캐비테이션의 n번째 사이클이 끝날 때, 기포 내부의 가스 및/또는 증기의 체적(V2n)은 하기와 같이 될 것이다.
Figure 112020060739089-pct00021
기포의 체적을 충분한 물리적 이동 가능성 또는 포화점 이하의 상태를 갖는 치수인 원하는 체적(Vi)으로 제한하고, 비아, 트렌치 또는 다른 리세스된 영역의 특징부에서 세정액 교환의 경로의 차단을 방지하기 위해, 사이클 수(ni)는 하기와 같이 기록될 수 있다.
Figure 112020060739089-pct00022
수학식 (19)로부터, Vi를 달성하기 위한 원하는 시간(τi)은 하기와 같이 기록될 수 있다.
Figure 112020060739089-pct00023
여기서, t1은 사이클 주기이고, f1은 초음파/메가 음파의 주파수이다. 따라서, 기포 치수가 특징부 차단 레벨에 도달하는 것을 방지하기 위해 원하는 사이클 수(ni) 및 원하는 시간(τi)은 수학식 (19) 및 (20)으로부터 계산될 수 있다.
버블 캐비테이션의 사이클 수(n)가 증가할 때, 기포 내부의 가스 및/또는 증기의 온도가 증가할 것이고, 이에 따라 기포 표면 상의 보다 많은 분자가 기포의 내부로 증발될 것이다. 따라서, 기포(19082)의 크기는 더욱 증가할 것이고, 수학식 (8)에 의해 계산된 값보다 더 크게 될 것이다. 작동 시에, 기포 크기는 이후에 개시되는 실험 방법에 의해 결정될 것이기 때문에, 온도 증가로 인한 기포 내부 표면으로의 액체 또는 물의 증발에 의해 영향을 받는 기포 크기는 이론적으로 여기서 상세하게 논의되지 않을 것이다. 평균 단일 기포 체적이 계속 증가함에 따라, 총 기포 체적(VB) 대 비아, 트렌치 또는 다른 리세스된 공간(VVTR)의 비율(R)은 도 19d에 도시된 바와 같이 R0로부터 연속적으로 증가한다.
기포 체적이 증가함에 따라, 기포의 직경은 결국 도 18a 및 18b에 도시된 바와 같이 비아(18034)의 특징부(W1) 또는 도 18c 및 18d에 도시된 트렌치(18036)의 크기와 동일한 크기 또는 동일한 순서에 도달할 것이다. 그 후, 비아(18034) 및 트렌치(18036) 내부의 기포는, 특히 종횡비(깊이/폭)가 3 이상일 때, 초음파/메가 음파 에너지가 그 바닥으로 더 들어가는 것을 차단할 것이다. 따라서, 이러한 깊은 비아 또는 트렌치의 바닥에 있는 오염물 또는 입자는 효과적으로 제거되거나 세정될 수 없다. 따라서, 비아 또는 트렌치의 특징부에서 세정액 교환의 경로를 차단하기 위해 기포가 임계 치수까지 성장하는 것을 방지하기 위해 새로운 세정 공정이 제안된다.
도 20a-20d는 본 발명의 일 실시예에 따른 비아 및 트렌치의 높은 종횡비 특징부를 효과적으로 세정하기 위한 음파 웨이퍼 세정 공정을 도시한다. 이러한 웨이퍼 세정 공정은 음파 에너지에 의해 캐비테이션 내의 기포의 크기를 제한한다. 도 20a는 전력 레벨이 시간 주기(τ1) 동안 P1으로 설정되고 시간 주기(τ2) 동안 턴오프되는 전력 공급 출력의 파형을 도시한다. 도 20b는 캐비테이션의 각 사이클에 대응하는 기포 체적 곡선을 나타낸다. 도 20c는 캐비테이션의 각 사이클 동안의 기포 크기 팽창을 도시한다. 도 20d는 총 기포 체적(VB) 대 비아, 트렌치 또는 다른 리세스된 공간(VVTR)의 체적의 비율(R)에 대한 곡선을 도시한다.
Figure 112020060739089-pct00024
에 따르면, 총 기포 체적(VB) 대 비아, 트렌치 또는 리세스된 공간(VVTR)의 체적의 비율(R)은 R0에서 Rn까지 증가하며, 여기서 평균 단일 기포 체적은 시간(τ1)에서 특정 사이클 수(n) 후에 음파 캐비테이션에 의해 팽창되고, 그리고 Rn은 포화점(Rs) 아래로 제어된다.
Figure 112020060739089-pct00025
그리고, 총 기포 체적(VB) 대 비아, 트렌치 또는 리세스된 공간(VVTR)의 체적의 비율(R)은 Rn에서 Ro까지 감소하며, 여기서 평균 단일 기포 체적은 시간(τ2)에서의 냉각 공정에서 원래 크기로 복귀한다.
도 20b를 다시 참조하면, 기포는 시간(τ1) 동안 세정액에 인가된 초음파/메가 음파 하에서 큰 체적(Vn)으로 팽창된다. 이러한 상태에서, 질량 전달의 경로는 부분적으로 차단된다. 그 후, 새로운 세정액은 비아 또는 트렌치의 바닥 및 측벽으로 완전히 흐를 수 없다. 한편, 비아 및 트렌치에 포획된 입자, 잔류물 및 다른 불순물은 효율적으로 제거될 수 없다. 그러나, 이러한 상태는 초음파/메가 음파 전력이 도 20a에 도시된 바와 같이 시간(τ2) 동안 기포를 냉각하기 위해 턴오프될 때 기포 수축의 다음 상태로 교대될 것이다. 이러한 냉각 상태에서, 새로운 세정액는 그 바닥 및 측벽을 세정하기 위해 비아 및 트렌치로 유동할 기회를 갖는다. 초음파/메가 음파 전력이 다음 사이클에서 다시 턴온될 때, 입자, 잔류물 및 다른 불순물은 기포 체적 증가에 의해 생성된 인발력에 의해 비아 및 트렌치로부터 제거될 수 있다. 2개의 상태가 초음파/메가 음파를 사용하는 세정 공정에서 교대할 때, 웨이퍼 기판 상의 비아, 트렌치 및 다른 리세스된 영역의 높은 종횡비 특징부는 효과적으로 세정될 수 있다.
시간(τ2)에서의 냉각 상태는 이러한 세정 공정에서 중요한 역할을 한다. 기포 크기를 제한하는 조건, τ1<τi가 바람직하다. 하기의 방법은 냉각 상태 및 시간(τ1) 동안 기포 크기를 수축시켜 기포 팽창을 차단 크기로 제한하는 시간(τ2)을 실험적으로 결정할 수 있다. 그 실험은 화학 액체와 결합된 초음파/메가 음파 장치를 사용하여 비아 및 트렌치의 작은 특징부를 패터닝된 기판을 세정함으로써 수행되는데, 여기서 세정 성능을 평가하기 위해 추적가능한 잔류물이 존재한다.
제1 단계는, 수학식 (20)에 기초하여 τi를 계산하는데 사용될 수 있는 특징부를 차단하기에 충분히 긴 τ1을 선택하는 것이다. 제2 단계는 DOE를 실행하기 위해 다른 시간(τ2)을 선택하는 것이다. 시간(τ2)의 선택은 제1 스크린 테스트에서 τ1의 적어도 10배, 바람직하게 τ1의 100배이다. 제3 단계는 시간(τ1)을 고정하고 적어도 5가지의 조건 하에서 실행되도록 전력(P0)을 고정하여 특정 패터닝된 구조를 갖는 기판을 개별적으로 세정하는 것이다. 여기서, P0는 기판 상의 비아 또는 트렌치의 특징부가 연속 모드(비-펄스 모드)에서 실행될 때 확실히 세정되지 않는 전력이다. 제4 단계는 SEMS 또는 EDX와 같은 소자 분석기 도구에 의해 상기한 5개의 기판의 비아 또는 트렌치의 특징부 내부의 추적가능한 잔류물 상태를 검사하는 것이다. 상기한 제1 내지 제4 단계는 비아 또는 트렌치의 특징부 내부의 추적가능한 잔류물이 관찰될 때까지 시간(τ2)을 점진적으로 단축시키기 위해 수회 반복될 수 있다. 시간(τ2)이 단축됨에 따라, 기포의 체적은 충분히 수축될 수 없고, 이는 특징을 점진적으로 차단하고 세정 성능에 영향을 미칠 것이다. 이러한 시간은 임계 냉각 시간(τc)으로 불린다. 임계 냉각 시간(τc)을 획득한 후에, 시간(τ2)은 안전 마진을 갖도록 2τc보다 큰 값으로 설정될 수 있다.
보다 상세한 예는 하기와 같이 도시되는데, 제1 단계는 표 3에 도시된 바와 같이, τ10, 2τ10, 4τ10, 8τ10, 16τ10, 32τ10, 64τ10, 128τ10, 256τ10, 512τ10과 같은 실험(DOE) 조건의 설계로서 10가지의 상이한 시간(τ1)을 선택하는 것이다. 제2 단계는 표 3에 나타낸 바와 같이, 제1 스크린 테스트에서 512τ10의 적어도 10배, 바람직하게 512τ10의 20배를 선택하는 것이다. 제3 단계는 특정 패터닝된 구조체를 갖는 기판을 개별적으로 세정하기 위해 상기한 10가지의 조건 하에서 가동하기 위해 전력(P0)을 고정하는 것이다. 여기서, P0는 기판 상의 비아 또는 트렌치의 특징부가 연속 모드(비-펄스 모드)에서 실행될 때 확실히 세정되지 않는 전력이다. 제4 단계는 플라즈마 에칭 후 비아 또는 트렌치의 특징부를 갖는 10개의 기판을 처리하기 위해 표 3에 도시된 조건을 사용하는 것이다. 포스트 플라즈마 에칭된 기판을 선택하는 이유는 에칭 공정 동안 발생된 폴리머가 트렌치 및 비아의 측벽 상에 형성된다는 것이다. 비아의 바닥 또는 측벽에 형성된 폴리머는 종래의 방법에 의해 제거하기가 어렵다. 다음 단계는 기판의 단면에서 SEMS에 의해 10개의 기판 상의 비아 또는 트렌치의 특징부의 세정 상태를 검사하는 것이다. 결과적인 데이터가 하기의 표 3에 도시된다. 표 3으로부터, 세정 효과는 τ1 = 32τ10에서 기판 # 6에 대한 최상의 지점에 도달하므로, 최적의 시간(τ1)은 32τ10이다.
[표 3]
Figure 112020060739089-pct00026
만약 피크가 발견되지 않으면, 상기한 제1 내지 제4 단계는 τ1의 더 넓은 시간 범위로 다시 반복되어 시간(τ1)을 찾을 수 있다. 초기 시간(τ1)을 찾은 후, 상기한 제1 및 제4 단계는 시간(τ1)의 범위를 좁히기 위해 더 좁은 시간 범위(τ1)로 다시 반복될 수 있다. 시간(τ1)을 알면, 시간(τ2)은 세정 효과가 감소하기 시작하는 값으로 512τ2로부터 시간(τ2)을 감소시킴으로써 최적화될 수 있다. 표 4로부터, 세정 효과는 τ2 = 256τ10에서 기판 # 5에 대한 최상의 지점에 도달하므로, 최적 시간(τ2)은 256τ10이다.
[표 4]
Figure 112020060739089-pct00027
도 21a-21c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 세정 공정을 도시한다. 본 세정 공정은 도 20a-20d에 도시된 것과 유사하며, 이는 캐비테이션이 포화점(Rs)에 도달한 후에도 현재의 세정 공정에서의 전력이 여전히 mτ1의 기간 동안 온된다는 점에서 차이가 있다. 여기서, m은 0.1 내지 100의 수, 바람직하게 2일 수 있으며, 이는 비아 및 트렌치 구조 및 사용되는 세정액에 의존한다. 그리고 M의 값은 도 20a-20d에 도시된 실시예와 유사한 실험에 의해 최적화될 필요가 있다.
도 22a 및 22b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음파 에너지를 이용하는 웨이퍼 세정 공정을 도시한다. 음파 전력(P1)이 세정액에 인가될 때의 시간(τ1) 동안, 기포 내파는 제1 기포의 온도가 Ti의 지점에서 그 내파 온도에 도달할 때 일어나기 시작하고, 그 다음 Ti로부터 Tn까지 증가하는 온도 동안(Δτ의 시간 동안) 일부 기포 내파가 계속된다. Τ2의 시간 주기에서 음파 전력을 턴오프한 후, 기포의 온도는 주위 액체에 의해 Tn으로부터 원래의 T0까지 냉각된다. Ti는 비아 및 트렌치의 특징부에서의 기포 내파에 대한 온도의 임계값으로서 결정되어, 제1 기포 내파를 트리거한다.
열전달이 특징부에서 정확하게 균일하지 않기 때문에, 온도가 Ti에 도달한 후에 더 많은 기포 내파가 일어날 수 있다. 기파 내파 강도는 기포 온도(T)가 증가하면서 더욱더 높아질 것이다. 그러나, 기포 내파는 패터닝된 구조를 손상시킬 수 있는 내파 강도 이하로 조절되어야 한다. 기포 내파는 시간(Δτ)을 조정함으로써 온도(Td) 이하가 되도록 온도(Tn)를 제어함으로써 제어될 수 있으며, 여기서 Tn은 n 사이클 동안 세정액에 인가되는 음파 전력으로 인한 기포의 최대 온도이고, Td는 패터닝된 구조체에 손상을 초래하는 높은 강도(또는 전력)를 갖는 특정 양의 기포 내파의 축적의 온도이다. 본 세정 공정에서는, 제1 기포 내파가 시작된 후에 시간(Δτ)을 조정함으로써 기포 내파 강도를 제어하는 것이 달성되어, 세정 하에서 패터닝된 구조체에 손상을 야기하기에는 너무 높아지게 되는 기포 내파 강도를 피하면서 원하는 세정 성능 및 효율을 달성하게 된다.
입자 제거 효율(PRE)을 증가시키기 위해, 도 22a-22b에 도시된 바와 같이 초음파 또는 메가 음파 세정 공정에서 제어된 통과 캐비테이션을 갖는 것이 바람직하다. 제어된 통과 캐비테이션은 τ1보다 짧은 시간 간격에서 전력(P1)으로 음파 전력 공급부를 설정하고, τ2보다 긴 시간 간격에서 전력(P2)으로 음파 전력 공급부를 설정하고, 웨이퍼가 세정될 때까지 상기한 단계를 반복함으로써 성취되며, 여기서 전력(P2)은 0이거나 또는 전력(P1)보다 훨씬 더 작고, τ1은 기포 내의 온도가 임계 내파 온도보다 높게 상승하는 시간 간격이고, τ2는 기포 내의 온도가 임계 내파 온도보다 훨씬 낮은 온도로 떨어지는 시간 간격이다. 제어된 통과 캐비테이션은 세정 공정에서 특정 기포 내파를 갖기 때문에, 제어된 통과 캐비테이션은 패터닝된 구조체에 대한 손상을 최소화하면서 더 높은 PRE(입자 제거 효율)를 제공할 것이다. 임계 내파 온도는 제1 기포 내파를 야기할 기포 내부의 가장 낮은 온도이다. PRE를 더 증가시키기 위해, 기포의 온도를 추가로 증가시킬 필요가 있으므로, 더 긴 시간(τ1)이 필요하다. 또한, 기포의 온도는 τ2의 시간을 단축시킴으로써 증가될 수 있다.
초음파 또는 메가 음파의 주파수는 내파의 레벨을 제어하기 위한 또 다른 파라미터이다. 제어된 통과 캐비테이션을 유지하는 것은, τ1보다 짧은 시간 간격에서 주파수(f1)로 음파 전력 공급부를 설정하고, τ2보다 긴 시간 간격에서 주파수(f2)로 음파 전력 공급부를 설정하고, 웨이퍼가 세정될 때까지 상기한 단계를 반복함으로써 성취될 수 있으며, 여기서 f2는 f1보다 훨씬 높고, 바람직하게 2배 또는 4배 더 높다. 통상적으로, 주파수가 높을수록, 내파의 레벨 또는 강도는 더 낮아진다. 다시, τ1은 기포 내의 온도가 임계 내파 온도보다 높게 상승하는 시간 간격이고, τ2는 기포 내의 온도가 임계 내파 온도보다 훨씬 낮은 온도로 떨어지는 동안의 시간 간격이다. 제어된 통과 캐비테이션은 패터닝된 구조체에 대한 손상을 최소화하면서 더 높은 PRE(입자 제거 효율)를 제공할 것이다. 임계 내파 온도는 제1 기포 내파를 야기하는 기포 내부의 가장 낮은 온도이다. PRE를 더 증가시키기 위해, 기포의 온도를 추가로 증가시킬 필요가 있으므로, 더 긴 시간(τ1)이 필요하다. 또한, 시간 간격(τ2)을 단축시킴으로써 기포의 온도를 증가시킬 수 있다. 일반적으로, 0.1MHz~10MHz 사이의 주파수를 갖는 초음파 또는 메가가 본 발명에 개시된 웨이퍼 세정 공정에 적용될 수 있다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따라 도 7-22에 도시된 웨이퍼 세정 공정을 수행하기 위한 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다. 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼(23010)를 장착하기 위한 웨이퍼 척(23014)을 구비한다. 웨이퍼(23010)와 함께 웨이퍼 척(23014)은 회전 구동 메커니즘(23016)에 의해 구동되는 세정 공정 동안 회전한다. 또한, 웨이퍼 세정 장치는 세정 화학물질 또는 탈이온수(23060)와 같은 세정액을 웨이퍼(23010)에 전달하기 위한 노즐(23064)을 구비한다. 초음파 또는 메가 음파 장치(23062)는 세정액에 초음파 또는 메가 음파 에너지를 부여하기 위해 노즐(23064)과 결합된다. 초음파 또는 메가 음파 장치(23062)에 의해 발생된 초음파 또는 메가 음파는 노즐(23064)로부터 세정액(23060)을 통해 웨이퍼(23010)로 전달된다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따라 도 7-22에 도시된 웨이퍼 세정 공정을 수행하기 위한 다른 웨이퍼 세정 장치의 단면도이다. 웨이퍼 세정 장치는 세정액(24070)의 바디를 포함하는 세정 탱크(24074) 및 세정액(24070)에 침지된 복수의 웨이퍼(24010)를 유지하는 웨이퍼 카세트(24076)를 구비한다. 웨이퍼 세정 장치는 세정액에 초음파 또는 메가 음파 에너지를 부여하기 위해 세정 탱크(24074)의 벽에 부착된 초음파 또는 메가 음파 장치(24072)를 더 구비한다. 세정액(24070)으로 세정 탱크(24074)를 충진하기 위한 적어도 하나의 입구(미도시)가 있어서, 세정 공정 동안 웨이퍼(24010)가 세정액(24070)에 침지된다.
상기한 실시예들에서, 전력 레벨, 주파수, 전력-온 시간(τ1) 및 잔력-오프 시간(τ2)과 같은 음파 전력 공급부의 모든 임계 공정 파라미터들이 웨이퍼 세정 공정 동안 실시간 모니터링 없이 전력 공급 제어기에 사전 설정되면, 웨이퍼 세정 공정 동안 일부 비정상 상태로 인해 패터닝된 구조체에 대한 손상이 여전히 발생할 수 있다. 따라서, 음파 전력 공급부 동작 상태의 실시간 모니터링을 위한 장치 및 방법이 필요하다. 파라미터가 정상 범위에 있지 않으면, 음파 전력 공급부는 차단되어야 하고, 경보 신호가 보내지고 보고되어야 한다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 에너지를 이용하는 웨이퍼 세정 공정의 작동 파라미터를 모니터링하기 위한 제어 시스템을 도시한다. 제어 시스템은 호스트 컴퓨터(25080), 음파 발생기(25082), 음파 변환기(1003), 검출 시스템(25086) 및 통신 케이블(25088)을 구비한다. 호스트 컴퓨터(25080)는 전력 설정(P1), 전력-온 시간 설정(τ1), 전력 설정(P2), 전력-오프 시간 설정(τ2), 주파수 설정 및 전력 인에이블 명령과 같은 제어 명령과 같은 음파 파라미터 설정을 음파 발생기(2508)에 전송한다. 음파 발생기(25082)는 이러한 명령을 수신한 후에 음파 파형을 생성하고, 음파 파형을 음파 변환기(1003)에 전송하여 웨이퍼(1010)를 세정한다. 한편, 호스트 컴퓨터(25080)에 의해 전송된 파라미터 설정 및 음파 발생기(25082)의 출력은 검출 시스템(250886)에 의해 판독된다. 검출 시스템(25086)은 음파 발생기(25082)로부터의 출력을 호스트 컴퓨터(25080)에 의해 전송된 파라미터 설정과 비교하고, 그 후 통신 케이블(25088)을 통해 호스트 컴퓨터(25080)로 비교 결과를 전송한다. 음파 발생기(25082)로부터의 출력이 호스트 컴퓨터(25080)에 의해 전송된 파라미터 설정과 다르다면, 검출 시스템(25086)은 경보 신호를 호스트 컴퓨터(25080)에 전송한다. 경보 신호를 수신하면, 호스트 컴퓨터(25080)는 음파 발생기(25082)를 차단하여 웨이퍼(1010) 상의 패터닝된 구조체의 손상을 방지한다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 도 25에 도시된 검출 시스템(25086)의 블록도이다. 검출 시스템(25086)은 예시적으로 전압 감쇠 회로(26090), 정형 회로(26092), 메인 제어기(26094), 통신 회로(26096) 및 전력 회로(26098)를 구비한다. 메인 제어기(26094)는 FPGA로 실시될 수 있다. 통신 회로(26096)는 호스트 컴퓨터(25080)에 대한 인터페이스로서 구현된다. 통신 회로(26096)는 호스트 컴퓨터(25080)와 RS232/RS485 시리얼 통신을 실시하여 호스트 컴퓨터(25080)로부터 파라미터 설정을 판독하고, 비교 결과를 다시 호스트 컴퓨터(25080)로 전송한다. 전력 회로(26098)는 DC 15V를 전체 시스템에 대한 DC 1.2V, DC 3.3V 및 DC 5V의 목표 전압으로 변환하도록 설계된다.
도 27은 본 발명의 다른 실시예에 따른 검출 시스템(25086)의 블록도이다. 검출 시스템(25086)은 예시적으로 전압 감쇠 회로(26090), 진폭 검출 회로(27092), 메인 제어기(26094), 통신 회로(26096) 및 전력 회로(26098)를 구비한다.
도 28a-28c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 감쇠 회로(26090)의 예시적인 구현을 도시한다. 음파 발생기(25082)로부터 출력된 음파 신호가 먼저 판독될 때, 도 28b에 도시된 바와 같이 비교적 높은 진폭 값을 갖는다. 전압 감쇠 회로(26090)는 도 28c에 도시된 바와 같이 파형의 진폭 값을 감소시키기 위해 2개의 연산 증폭기(28102, 28104)를 사용하도록 설계된다. 전압 감쇠 회로(26090)의 감쇠율은 5 내지 100의 범위, 바람직하게 20으로 설정된다. 전압 감쇠는 하기의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112020060739089-pct00028
여기서, Vout은 전압 감쇠 회로(26090)에 의해 출력된 진폭값이고, Vin은 전압 감쇠 회로(26090)에 입력되는 진폭값이고, R1, R2, R3, R4는 2개의 연산 증폭기(28102, 28104)의 저항이다.
도 29a-29c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 26에 도시된 정형 회로(26092)의 예시적인 구현을 도시한다. 도 26을 다시 참조하면, 전압 감쇠 회로(26090)의 출력은 정형 회로(26092)에 접속된다. 전압 감쇠 회로(26090)로부터의 파형은 정현파 파형을 메인 제어기(26094)에 의해 처리될 구형파로 변환하기 위해 정형 회로(26092)에 입력된다. 정형 회로(26092)는 도 29a에 도시된 바와 같이 윈도우 비교기(29102) 및 OR 게이트(29104)를 포함한다. Vcal-<Vin<Vcal+, Vout = 0, Vout = 1, 여기서 Vcal- 및 Vcal+는 2개의 임계값이면, Vin은 정형 회로의 입력값이고, Vout은 정형 회로의 출력값이다. 전압 감쇠 회로(2190)를 통과하는 파형은 도 29b에 도시된 바와 같이 정현파이다. 정형 회로(26092)는 도 29c에 도시된 바와 같이 정현파를 구형파로 변환한다.
도 30a-30c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 26 및 27의 메인 제어기(26094)의 예시적인 구현을 도시한다. 메인 제어기(26094)는 도 30a에 도시된 바와 같이 펄스 변환 모듈(30102) 및 주기 측정 모듈(3104)을 구비한다. 펄스 변환 모듈(30102)은 시간 주기(τ1) 동안 펄스 신호를 높은 레벨 신호로 변환하고, 도 30b 및 30c에 도시된 바와 같이 시간 주기(τ2) 동안 낮은 레벨 신호를 유지하도록 사용된다. 펄스 변환 모듈(30102)의 회로 심볼은 도 30a에 도시되어 있으며, 여기서 Clk_Sys는 50MHz 클록 신호이고, Pulse_in은 입력 신호이고, Pulse_Out은 출력 신호이다. 주기 측정 모듈(30104)은 하기의 수학식을 사용하여 카운터에 의해 높은 레벨 및 낮은 레벨 신호의 지속 시간을 측정하는데 사용된다.
Figure 112020060739089-pct00029
여기서, Counter_H는 높은 레벨의 수이고, Counter_L은 낮은우 레벨의 수이다.
메인 제어기(26094)는 계산된 전력-온 시간을 사전설정된 시간(τ1)과 비교한다. 계산된 전력-온 시간이 사전설정된 시간(τ1)보다 길면, 메인 제어기(26094)는 경보 신호를 호스트 컴퓨터(25080)로 전송한다. 호스트 컴퓨터(25080)는 경보 신호를 수신하면 음파 발생기(2508)를 차단한다. 메인 제어기(26094)는 계산된 전력-오프 시간을 사전설정된 시간(τ2)과 비교한다. 계산된 전력-오프 시간이 사전설정된 시간(τ2)보다 짧으면, 메인 제어기(26094)는 경보 신호를 호스트 컴퓨터(25080)에 전송한다. 호스트 컴퓨터(25080)는 경보 신호를 수신하면 음파 발생기(26082)를 차단한다. 일 실시예에서, 메인 제어기(26094)는 Altera Cyclone IV FPGA 모델 번호 EP4CE22F17C6N을 사용하여 구현될 수 있다.
도 31은 음파 장치의 특성으로 인해 호스트 컴퓨터가 음파 전력 공급부를 차단한 후에 음파 전력 공급부가 여전히 여러 사이클을 진동하는 것을 도시한다. 음파 발생기(25082)가 전력 다운 후에 여러 사이클을 진동하는 시간 주기(τ3)는 메인 제어기(2609)에 의해 측정된다. 이러한 시간 주기(τ3)는 실험에 의해 얻어질 수 있다. 따라서, 실제 전력-온 시간은 τ1-τ3과 동일하며, 여기서 τ는 주기적 측정 모듈(25104)에 의해 계산된 시간이다. 실제 전력-온 시간이 사전설정된 시간(τ1)보다 긴 경우, 메인 제어기(26094)는 알람 신호를 호스트 컴퓨터(25080)로 전송한다.
도 32a-32c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 27의 진폭 검출 회로(27092)의 예시적인 구현을 도시한다. 진폭 검출 회로(27092)는 예시적으로 기준 전압 생성 회로 및 비교 회로를 구비한다. 도 32b에 도시된 바와 같이, 기준 전압 발생 회로는 디지털 입력을 메인 제어기(26094)로부터 도 27c에 도시된 바와 같이 아날로그 DC 기준 전압(Vref + 및 Vref -)으로 변환하기 위해 D/A 변환기(32118)를 사용하도록 설계된다. 비교 회로는 감쇠된 진폭(Vin), 즉 전압 감쇠 회로(26090)로부터의 출력을 기준 전압(Vref + 및 Vref -)과 비교하기 위해 윈도우 비교기(32114) 및 AND 게이트(32116)를 사용하도록 설계된다. 감쇠된 진폭(Vin)이 기준 전압(Vref + 및/또는 Vref -)을 초과하면, 진폭 검출 회로(27092)는 경보 신호를 호스트 컴퓨터(25080)에 전송한다. 경보 신호를 수신하면, 호스트 컴퓨터(25080)는 음파 발생기(25082)를 차단하여 웨이퍼(1010) 상의 패터닝된 구조체를 손상시키는 것을 방지한다.
도 33은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 공정을 도시하는 흐름도이다. 웨이퍼 세정 공정은 웨이퍼와 초음파/메가 음파 사이의 공간에 세정액이 도포되는 단계(33010)로 시작한다. 단계(33020)에서, 초음파/메가 음파 전력 공급부는 초음파/메가 음파 장치를 구동하기 위해 주파수(f1) 및 전력 레벨(P1)로 설정된다. 단계(33030)에서, 검출된 전력-온 시간이 사전설정된 시간(τ1)과 비교된다. 검출된 전력-온 시간이 τ1보다 길면, 전력 공급부는 차단되고 알람 신호가 또한 전송될 것이다. 단계(33040)에서, 초음파/메가 음파 전력 공급부는 웨이퍼 상의 패터닝된 구조체를 손상시키는 세정액 내의 버블 캐비테이션 전에 제로 출력으로 설정된다. 단계(33050)에서, 음파 전력 공급부는 기포 내의 온도가 특정 레벨로 감소된 후에 주파수(f1) 및 전력 레벨(P1)로 복원된다. 단계(33060)에서, 검출된 전력-오프 시간이 사전설정된 시간(τ2)과 비교된다. 검출된 전력-오프 시간이 τ2보다 짧으면, 초음파/메가 음파 전력 공급부는 차단되고 알람 신호가 또한 전송될 것이다. 단계(33070)에서, 웨이퍼 청정도가 검사되고, 상기한 단계(33010-33060)는 원하는 청정도가 충족되지 않으면 반복될 것이다. 대안적으로, 청정도 검사는 매 사이클마다 수행되지 않을 수 있다. 대신에, 사용될 사이클의 수는 샘플 웨이퍼를 사용하여 사전에 경험적으로 결정될 수 있다.
도 34는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 세정 공정을 도시하는 흐름도이다. 웨이퍼 세정 공정은 웨이퍼와 초음파/메가 음파 장치 사이의 공간에 세정액이 도포되는 단계(34010)로 시작한다. 단계(34020)에서, 초음파/메가 음파 전력 공급부는 초음파/메가 음파 장치를 구동하기 위해 주파수(f1) 및 전력 레벨(P1)로 설정된다. 단계(34030)에서, 음파 전력 출력의 진폭이 검출되어 사전설정된 값과 비교된다. 검출된 진폭이 사전설정된 값보다 높다면, 전원은 차단될 것이고 경보 신호가 또한 전송될 것이다. 단계(34040)에서, 음파 공급부는 웨이퍼 상의 패터닝된 구조체를 손상시키는 세정액 내의 버블 캐비테이션 전에 제로 출력으로 설정된다. 단계(31050)에서, 음파 전력 공급부는 기포 내부의 온도가 특정 레벨로 감소된 후에 주파수(f1) 및 전력 레벨(P1)로 복원된다. 단계(34060)에서, 웨이퍼 청정도가 검사되고, 원하는 청정도가 충족되지 않으면 단계(34010-34050)가 반복될 것이다. 대안적으로, 청정도 검사는 매 사이클마다 수행되지 않을 수 있다. 대신에, 사용될 사이클의 수는 샘플 웨이퍼를 사용하여 사전에 경험적으로 결정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 개시내용 전반에 걸쳐 다양한 도면들에 도시된 웨이퍼 세정 공정들은 원하는 세정 결과를 생성하도록 조합될 수 있다. 일 실시예에서, 도 34의 단계(34030)에서의 진폭 검출은 도 33에 도시된 웨이퍼 세정 공정에 통합될 수 있다. 다른 실시예에서, 도 27의 진폭 검출 회로(27092)뿐만 아니라, 도 26의 전압 감쇠(26090) 및 정형 회로(26092)는 도 33 및 34에 도시된 웨이퍼 세정 공정을 구현하기 위해 적용될 수 있다.
본 발명은 척, 초음파/메가 음파 장치, 적어도 하나의 노즐, 초음파/메가 음파 전력 공급부, 호스트 컴퓨터 및 검출 시스템을 포함하는 초음파/메가 음파 장치를 이용하여 반도체 기판을 세정하기 위한 장치를 제공한다. 척은 반도체 기판을 유지한다. 초음파/메가 음파 장치는 반도체 기판에 인접하여 위치된다. 적어도 하나의 노즐은 반도체 기판 상에 그리고 반도체 기판과 초음파/메가 음파 장치 사이의 갭 내에 화학 액체를 주입한다. 호스트 컴퓨터는 초음파/메가 음파 전력 공급부를 주파수(f1) 및 전력 레벨(P1)로 설정하여 초음파/메가 음파 장치를 구동시키고; 반도체 기판 상의 손상하는 패터닝된 구조체에서 버블 캐비테이션이 일어나기 전에, 초음파/메가 음파 전력 공급부를 제로 출력으로 설정하고; 기포 내의 온도가 설정 온도로 냉각된 후에, 초음파/메가 음파 전력 공급부를 주파수(f1) 및 전력 레벨(P1)로 다시 설정한다. 검출 시스템은 전력(P1) 및 주파수(f1)에서 전력-온 시간과, 전력-오프 시간을 별도로 검출하고, 전력(P1) 및 주파수(f1)에서의 검출된 전력-온 시간을 사전설정된 시간(τ1)과 비교한다. 검출된 전력-온 시간이 사전설정된 시간(τ1)보다 길면, 검출 시스템은 알람 신호를 호스트 컴퓨터에 전송하고, 호스트 컴퓨터는 알람 신호를 수신하여 초음파/메가 음파 전력 공급부를 차단한다. 또한, 검출 시스템은 검출된 전력-오프 시간을 사전설정된 시간(τ2)과 비교한다. 검출된 전력-오프 시간이 사전설정된 시간(τ2)보다 짧은 경우, 검출 시스템은 알람 신호를 호스트 컴퓨터에 전송하고, 호스트 컴퓨터는 알람 신호를 수신하여 초음파/메가 음파 전력 공급부를 차단한다.
일 실시예에서, 초음파/메가 음파 장치는 노즐과 결합되고 반도체 기판에 인접하게 위치되고, 초음파/메가 음파 장치의 에너지는 노즐로부터 액체 컬럼을 통해 반도체 기판으로 전달된다.
본 발명은 척, 초음파/메가 음파 장치, 적어도 하나의 노즐, 초음파/메가 음파 전력 공급부, 호스트 컴퓨터 및 검출 시스템을 포함하는 초음파/메가 음파 장치를 이용하여 반도체 기판을 세정하기 위한 다른 장치를 제공한다. 척은 반도체 기판을 유지한다. 초음파/메가 음파 장치는 반도체 기판에 인접하여 위치된다. 적어도 하나의 노즐은 반도체 기판 상에 그리고 반도체 기판과 초음파/메가 음파 장치 사이의 갭 내에 화학 액체를 주입한다. 호스트 컴퓨터는 초음파/메가 음파 전력 공급부를 주파수(f1) 및 전력(P1)으로 설정하여 초음파/메가 음파 장치를 구동시키고; 반도체 기판 상의 손상하는 액체 내의 패터닝된 구조체에서 버블 캐비테이션이 일어나기 전에, 초음파/메가 음파 전력 공급부를 제로 출력으로 설정하고; 기포 내의 온도가 설정 온도로 냉각된 후, 초음파/메가 음파 전력 공급부를 주파수(f1) 및 전력(P1)으로 다시 설정한다. 검출 시스템은 초음파/메가 음파 전력 공급부에 의해 출력되는 각 파형의 진폭을 검출하고, 검출된 각 파형의 진폭을 사전설정된 값과 비교한다. 임의의 파형의 검출된 진폭이 미리 설정된 값보다 큰 경우, 검출 시스템은 경보 신호를 호스트 컴퓨터에 전송하고, 호스트 컴퓨터는 경보 신호를 수신하고 초음파/메가 음파 전력 공급부를 차단하며, 여기서 사전설정된 값은 정상 작동에서의 파형 진폭보다 크다.
일 실시예에서, 초음파/메가 음파 장치는 노즐과 결합되고 반도체 기판에 인접하게 위치되고, 초음파/메가 음파 장치의 에너지는 노즐로부터 액체 컬럼을 통해 반도체 기판으로 전달된다.
본 발명은 카세트, 탱크, 초음파/메가 음파 장치, 적어도 하나의 입구, 초음파/메가 음파 전력 공급부, 호스트 컴퓨터 및 검출 시스템을 포함하는 초음파/메가 음파 장치를 이용하여 반도체 기판을 세정하는 다른 장치를 제공한다. 카세트는 적어도 하나의 반도체 기판을 유지한다. 탱크는 카세트를 유지한다. 초음파/메가 음파 장치는 탱크의 외벽에 부착된다. 적어도 하나의 입구는 반도체 기판을 침지시키기 위해 탱크 내로 화학 액체를 충진하는데 사용된다. 호스트 컴퓨터는 초음파/메가 음파 전력 공급부를 주파수(f1) 및 전력(P1)으로 설정하여 초음파/메가 음파 장치를 구동시키고; 반도체 기판 상의 액체 내의 패터닝된 구조체에서 버블 캐비테이션이 일어나기 전에, 초음파/메가 음파 전력 공급부를 제로 출력으로 설정하고; 기포 내의 온도가 설정 온도로 냉각된 후에, 초음파/메가 음파 전력 공급부를 주파수(f1) 및 전력(P1)으로 다시 설정한다. 검출 시스템은 전력(P1) 및 주파수(f1)에서 전력-온 시간과, 전력-오프 시간을 별도로 검출하고, 전력(P1) 및 주파수(f1)에서의 검출된 전력-온 시간을 사전설정된 시간(τ1)과 비교한다. 검출된 전력-온 시간이 사전설정된 시간(τ1)보다 길면, 검출 시스템은 알람 신호를 호스트 컴퓨터에 전송하고, 호스트 컴퓨터는 알람 신호를 수신하여 초음파/메가 음파 전력 공급부를 차단한다. 또한, 검출 시스템은 검출된 전력-오프 시간을 사전설정된 시간(τ2)과 비교한다. 검출된 전력-오프 시간이 사전설정된 시간(τ2)보다 짧은 경우, 검출 시스템은 알람 신호를 호스트 컴퓨터에 전송하고, 호스트 컴퓨터는 알람 신호를 수신하여 초음파/메가 음파 전력 공급부를 차단한다.
본 발명은 카세트, 탱크, 초음파/메가 음파 장치, 적어도 하나의 입구, 초음파/메가 음파 전력 공급부, 호스트 컴퓨터 및 검출 시스템을 포함하는초음파/메가 음파 장치를 이용하여 반도체 기판을 세정하는 또 다른 장치를 제공한다. 카세트는 적어도 하나의 반도체 기판을 유지한다. 탱크는 카세트를 유지한다. 초음파/메가 음파 장치는 탱크의 외벽에 부착된다. 적어도 하나의 입구는 반도체 기판을 침지시키기 위해 탱크 내로 화학 액체를 충진하는데 사용된다. 호스트 컴퓨터는 초음파/메가 음파 전력 공급부를 주파수(f1) 및 전력(P1)으로 설정하여 초음파/메가 음파 장치를 구동시키고; 반도체 기판 상의 액체 내의 패터닝된 구조체에서 버블 캐비테이션이 일어나기 전에, 초음파/메가 음파 전력 공급부를 제로 출력에서 설정하고; 기포 내의 온도가 설정 온도로 냉각된 후에, 초음파/메가 음파 전력 공급부를 주파수(f1) 및 전력(P1)으로 다시 설정한다. 검출 시스템은 초음파/메가 음파 전력 공급부에 의해 출력된 각 파형의 진폭을 검출하고, 각각의 파형의 검출된 진폭을 사전설정된 값과 비교한다. 임의의 파형의 검출된 진폭이 사전설정된 값보다 큰 경우, 검출 시스템은 경보 신호를 호스트 컴퓨터에 전송하고, 호스트 컴퓨터는 경보 신호를 수신하여 초음파/메가 음파 전력 공급부를 차단하며, 여기서 사전설정된 값은 정상 작동에서 파형 진폭보다 더 크다.
본 개시내용이 본 발명의 예시적인 실시예를 참조하여 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 당업자는 청구된 실시예의 사상으로부터 벗어나지 않고서 형태 및 세부사항에 있어서 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (52)

  1. 패터닝된 구조체들의 특징부를 포함하는 반도체 웨이퍼를 세정할 때 손상을 제어하는 방법에 있어서,
    세정 공정 동안 반도체 웨이퍼의 표면 위에 세정액을 전달하는 단계; 및
    상기 세정 공정 동안 음파 변환기(sonic transducer)로부터 상기 세정액에 음파 에너지를 부여하는 단계를 포함하고,
    상기 음파 변환기에는 제1 사전결정된 시간 주기 동안 제1 주파수 및 제1 전력 레벨에서 그리고 제2 사전결정된 시간 주기 동안 제2 주파수 및 제2 전력 레벨에서 전력이 교대로 공급되며, 상기 제1 사전결정된 시간 주기 및 상기 제2 사전결정된 시간 주기는 서로 연속적으로 이어지고, 총 기포 체적 대 상기 반도체 웨이퍼 상의 비아, 트렌치 또는 리세스된 영역 내의 체적의 비율이 제1 설정값으로 증가한 후, 상기 제2 사전결정된 시간 주기 동안 상기 제2 주파수 및 상기 제2 전력 레벨로 전력을 설정하고, 총 기포 체적 대 상기 반도체 웨이퍼 상의 비아, 트렌치 또는 리세스된 영역 내의 체적의 비율이 제2 설정값으로 감소한 후, 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 상기 제1 주파수 및 상기 제1 전력 레벨로 전력을 설정하고,
    상기 제1 및 제2 사전결정된 시간 주기, 상기 제1 및 제2 전력 레벨 및 상기 제1 및 제2 주파수 중 적어도 하나는 부여하는 음파 에너지의 결과로서 손상된 특징부의 백분율이 사전결정된 임계값보다 낮도록 결정되고, 상기 사전결정된 임계값은 0보다 큰,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세정액 내의 기포 크기는 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안의 음파 에너지로 인해 증가하고, 상기 제2 사전결정된 시간 주기 동안에 감소하는,
    방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세정 공정 동안 상기 웨이퍼를 회전시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 웨이퍼 척 상에 위치시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼를 세정 탱크 내에 침지시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전달 단계는 노즐을 통해 상기 세정액을 확산시키는 단계를 구비하는,
    방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 부여 단계는 흐르는 세정액에 음파 에너지를 전달하는 단계를 구비하는,
    방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 음파 변환기와 상기 웨이퍼 사이의 거리를 왕복으로 변경하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 세정액은 화학 용액, 탈이온수 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는,
    방법.
  10. 제1항에 있어서,
    사전결정된 횟수 동안 상기 제1 및 제2 시간 주기들 사이에서 교대를 반복하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼에 대한 손상을 검사함으로써 사전결정된 교대 횟수를 경험적으로 결정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전력 레벨은 0인,
    방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수와 동일하고, 상기 주파수들 모두는 각각의 작동 시간 주기 동안 일정하게 유지되는 한편, 상기 제1 전력 레벨은 상기 제2 전력 레벨보다 높고, 상기 전력 레벨들 모두는 각각의 작동 시간 주기 동안 일정하게 유지되는,
    방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수보다 높고, 상기 주파수들 모두는 각각의 작동 시간 주기 동안 일정하게 유지되는 한편, 상기 제1 전력 레벨은 상기 제2 전력 레벨보다 높고, 상기 전력 레벨들 모두는 각각의 작동 시간 주기 동안 일정하게 유지되는,
    방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수보다 낮고, 상기 주파수들 모두는 각각의 작동 시간 주기 동안 일정하게 유지되는 한편, 상기 제1 전력 레벨은 상기 제2 전력 레벨과 동일하고, 상기 전력 레벨들 모두는 각각의 작동 시간 주기 동안 일정하게 유지되는,
    방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수보다 낮고, 상기 주파수들 모두는 각각의 작동 시간 주기 동안 일정하게 유지되는 한편, 상기 제1 전력 레벨은 상기 제2 전력 레벨보다 높고, 상기 전력 레벨들 모두는 각각의 작동 시간 주기 동안 일정하게 유지되는,
    방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수보다 낮고, 상기 주파수들 모두는 각각의 작동 시간 주기 동안 일정하게 유지되는 한편, 상기 제1 전력 레벨은 상기 제2 전력 레벨보다 낮고, 상기 전력 레벨들 모두는 각각의 작동 시간 주기 동안 일정하게 유지되는,
    방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 레벨은 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 상승하는,
    방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 레벨은 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 하강하는,
    방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 레벨은 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 상승 및 하강하는,
    방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제2 주파수는 실질적으로 0에 가깝고, 상기 제2 전력 레벨은 상기 제2 사전결정된 시간 주기 동안 일정한 양(+)의 값으로 유지되는,
    방법.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 제2 주파수는 실질적으로 0에 가깝고, 상기 제2 전력 레벨은 상기 제2 사전결정된 시간 주기 동안 일정한 음(-)의 값으로 유지되는,
    방법.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 시간 주기 내의 음파 변환기로부터의 음파는 반대 위상을 갖는,
    방법.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 제1 사전결정된 시간 주기는 상기 제1 주파수의 사이클 주기의 2,000배보다 짧은,
    방법.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 제1 사전결정된 시간 주기는 ((Ti-T0-ΔT)/(△T-δT)+ 1)/f1보다 짧고, 여기서 Ti는 내파 온도이고, T0는 세정액의 온도이고, △T는 1회의 압축 시간 후의 온도 증가이고, δT는 1회의 팽창 시간 후의 온도 감소이고, f1은 제1 주파수인,
    방법.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 더 높은 값으로부터 더 낮은 값으로 변화하는,
    방법.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 더 낮은 값으로부터 더 높은 값으로 변화하는,
    방법.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 더 낮은 값으로부터 더 높은 값으로 변화하고, 그 후 상기 더 낮은 값으로 되돌아가는,
    방법.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 더 높은 값으로부터 더 낮은 값으로 변화하고, 그 후 상기 더 높은 값으로 되돌아가는,
    방법.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 먼저 f1, 그 후 f3 및 마지막으로 f4로 설정되고, 여기서 f4는 f3보다 작고, f3은 f1보다 작은,
    방법.
  31. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 먼저 f4, 그 후 f3, 마지막으로 f1로 설정되고, 여기서 f4는 f3보다 작고, f3은 f1보다 작은,
    방법.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 먼저 f1, 그 후 f4 및 마지막으로 f3로 설정되고, 여기서 f4는 f3보다 작고, f3은 f1보다 작은,
    방법.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 먼저 f3, 그 후 f4 및 마지막으로 f1로 설정되고, 여기서 f4는 f3보다 작고, f3은 f1보다 작은,
    방법.
  34. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 먼저 f3, 그 후 f1 및 마지막으로 f4로 설정되고, 여기서 f4는 f3보다 작고, f3은 f1보다 작은,
    방법.
  35. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 먼저 f4, 그 후 f1 및 마지막으로 f3으로 설정되고, 여기서 f4는 f3보다 작고, f3은 f1보다 작은,
    방법.
  36. 제1항에 있어서,
    상기 음파 변환기에 결합된 음파 발생기로부터의 음파 출력을 검출하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 검출 단계는, 입력 신호의 진폭을 검출하여 기준값과 비교하는 단계, 및 검출된 진폭이 상기 기준값을 초과할 때 경보 신호가 발생되게 하고 상기 음파 발생기가 턴오프되게 하는 단계를 구비하는,
    방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 기준값은 디지털-아날로그 변환기(DAC)에 의해 발생되는,
    방법.
  39. 제36항에 있어서,
    상기 검출 단계는, 상기 제1 시간 주기를 검출하여 사전결정된 값과 비교하는 단계, 및 상기 제1 시간 주기가 상기 사전결정된 값을 초과할 때 경보 신호가 발생되게 하고 상기 음파 발생기가 턴오프되게 하는 단계를 구비하는,
    방법.
  40. 제36항에 있어서,
    상기 검출 단계는, 상기 제2 시간 주기를 검출하여 사전결정된 값과 비교하는 단계, 및 상기 제2 시간 주기가 상기 사전결정된 값보다 작을 때 알람 신호가 생성되게 하고 상기 음파 발생기가 턴오프되게 하는 단계를 구비하는,
    방법.
  41. 제1항에 있어서,
    상기 제1 사전결정된 시간 주기는 상기 반도체 웨이퍼를 그 위의 패터닝된 구조체에 대한 손상을 위해 검사함으로써 상기 세정액 내의 기포 내파(bubble implosion)를 회피하기 위해 경험적으로 결정되는,
    방법.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 경험적 결정은, 상기 제1 및 제2 주파수 및 상기 제1 및 제2 전력 레벨을 변경하지 않고 유지할 뿐만 아니라, 상기 제2 사전결정된 시간 주기를 변경하지 않고 상기 제1 사전결정된 시간 주기보다 상당히 더 길게 유지하면서, 상이한 세정 공정에서 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 상이한 값을 선택하는 단계를 구비하는,
    방법.
  43. 제1항에 있어서,
    상기 제1 사전결정된 시간 주기는, 세정 하에서 상기 반도체 웨이퍼 상의 패터닝된 구조체에 손상을 야기하지 않는 제한된 기포 내파를 허용하도록 경험적으로 결정되는,
    방법.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 경험적 결정은, 상기 제1 및 제2 주파수 및 상기 제1 및 제2 전력 레벨을 변경하지 않고 유지할 뿐만 아니라, 상기 제2 사전결정된 시간 주기를 변경하지 않고 상기 제1 사전결정된 시간 주기보다 상당히 더 길게 유지하면서, 상이한 세정 공정에서 상기 제1 사전결정된 시간 주기 동안 상이한 값을 선택하는 단계를 구비하는,
    방법.
  45. 제1항에 있어서,
    상기 제2 사전결정된 시간 주기는, 상기 세정액 내의 기포 내부의 온도가 사전결정된 온도로 냉각되도록 경험적으로 결정되는,
    방법.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 사전결정된 온도는 실온에 실질적으로 가까운,
    방법.
  47. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수 및 상기 제1 전력 레벨은, 상기 반도체 웨이퍼를 그 위의 패터닝된 구조체에 대한 손상을 위해 검사함으로써 상기 세정액 내의 기포 내파를 회피하기 위해 경험적으로 결정되는,
    방법.
  48. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수 및 상기 제1 전력 레벨은, 세정 하에서 상기 반도체 웨이퍼 상의 패터닝된 구조체에 손상을 야기하지 않는 제한된 기포 내파를 허용하도록 경험적으로 결정되는,
    방법.
  49. 제1항에 있어서,
    상기 제2 주파수 및 상기 제2 전력 레벨은, 상기 세정액 내의 기포 내부의 온도가 사전결정된 온도로 냉각되도록 경험적으로 결정되는,
    방법.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 사전결정된 온도는 실온에 실질적으로 가까운,
    방법.
  51. 제1항에 있어서,
    상기 음파 에너지를 부여하는 세정 효과는 음파 에너지를 부여하는 결과로서 손상에 의해 야기되는 수율 저하보다 더 큰 수율 개선을 야기하는,
    방법.
  52. 삭제
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