KR20040047482A - The Method and apparatus for Removal of Bubbles on the Substrate by Ultrasonic Waves - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus for removing air bubbles on a substrate by ultrasonic waves is provided to avoid an anti-reaction phenomenon caused by air bubbles by mounting a supersonic vibrator on a side surface of a wet reaction bath and by easily eliminating the air bubbles on the substrate by supersonic vibration delivered through a liquid medium. CONSTITUTION: The substrate(4) is located in the center of the wet reaction bath(3) in a direction vertical to the ground. The ultrasonic vibrator mounted on the side surface of the wet reaction bath faces the substrate. The ultrasonic vibrator vibrates at two or more different vibrating frequencies.

Description

초음파를 이용한 기판 표면에 생기는 기포 제거 방법 및 장치{The Method and apparatus for Removal of Bubbles on the Substrate by Ultrasonic Waves}Method and apparatus for removing bubbles generated on the surface of the substrate using ultrasonic waves {The Method and apparatus for Removal of Bubbles on the Substrate by Ultrasonic Waves}

화학 반응을 위한 습식 반응 조( Wet Reaction Bath )의 경우에는 반응 특성 개선을 위해서 다양한 방법들이 적용되고 있다. 반응 용액의 농도 및 온도를 유지하기 위한 중탕 방법, 순환 펌프를 통한 반응액의 순환 방법 , 마그네틱 교반기( Magnetic Stirrer )를 이용하는 방법, 기화되는 용액으로 인한 농도 변화를 줄이기 위한 응축기( Condenser )를 장착하는 방법들이다. 그러나, 이러한 방법들은 대부분 반응 특성만을 개선하는 방법이어서, 반응 중에 반응 기판 표면에 생겨서 반응 방지막으로 작용하는 기포를 제거하는 데는 제한이 따른다. 기판 표면에 흡착된 기포에는 일반적으로 표면장력( Surface Tension)과 반데르 발스 힘(Vander Waals Force)이 가장 크게 작용하고 있다. 이러한 기판 표면에 흡착된 수 ㎛ ∼ 수 십㎛ 크기의 기포를 표면에서 제거 또는 박탈시키기에는 상기의 종래의 방법만으로는 한계가 있다.In the case of wet reaction baths for chemical reactions, various methods have been applied to improve reaction characteristics. Method of maintaining the concentration and temperature of the reaction solution, method of circulating the reaction liquid through the circulation pump, using a magnetic stirrer, equipped with a condenser to reduce the concentration change due to the evaporated solution Methods. However, these methods are mostly a method of improving only the reaction characteristics, and thus there is a limitation in removing bubbles which are formed on the surface of the reaction substrate during the reaction and act as the reaction prevention film. In general, the surface tension and the Vander Waals force are most important for bubbles adsorbed on the substrate surface. There is a limit to the above conventional method only for removing or removing bubbles having a size of several micrometers to several tens of micrometers adsorbed on the substrate surface from the surface.

종래의 다른 한 방법은 화학 반응 시 기판 표면에 생기는 기포를 제거하여화학 반응 균일도를 향상시키기 위해서 습식 반응 조 ( Wet Reaction Bath)하부에 초음파 발진기를 장착하여 초음파 에너지를 공급하는 방법이 이용되고 있다.In another conventional method, a method of supplying ultrasonic energy by mounting an ultrasonic oscillator under a wet reaction bath to remove bubbles generated on the surface of a substrate during chemical reaction to improve chemical reaction uniformity is used.

도 1a와 도 1b는 종래의 초음파를 이용하여 기판 표면에 생기는 기포 제거 장치의 개략도를 나타낸다. 도 1a는 반응기판의 방향(6)이 초음파 발진기(1(a))의 방사 방향(7)와 수직으로 배치된 경우를 나타내고, 도 1b는 반응기판의 방향이 초음파 발진기의 방사 방향과 수평으로 배치된 경우를 나타낸다. 습식 반응조(3)에 반응용액(2)과 반응기판(4)이 담겨져 있고, 초음파 발진기의 위치가 반응조의 바닥 아래에 위치하며 바닥면과 수평으로 배치되어 있다. 도 1a에서 나타내었듯이 초음파 발진기와는 상대적으로 수직으로 위치하는 반응 기판의 경우는 초음파 에너지를 받는 위치에 따라 불균일하게 에너지가 전달되는 단점이 있다. 따라서 반응기판의 표면에 존재하는 기포(5(a))는 반응기판내의 상대적인 위치에 따라 탈착되는 정도가 다르게 된다. 도 1b에서 나타내었듯이 초음파 발진기와는 상대적으로 수평으로 나란히 위치하는 반응 기판의 경우는 초음파 에너지는 반응 기판 표면에 균일하게 반응기판의 표면에 존재하는 기포(5(a))들을 기판 표면에서 탈착되지만, 탈착된 기포(5(b)는 부력에 의해 수평 방향으로 놓여진 기판에 재 흡착((5(c))된다. 따라서 상기의 방법들은 기포들이 원활하지 제거 되지 못하여, 기포가 흡착된 부분은 화학 반응이 일어나지 않는 국부적인 반응 방지막( MicroMasking )을 형성하여 화학 반응의 균일도 및 재현성 구현에 문제가 있다.1A and 1B show schematic diagrams of a bubble removing device generated on a surface of a substrate using conventional ultrasonic waves. FIG. 1A shows a case where the direction 6 of the reactor plate is disposed perpendicular to the radial direction 7 of the ultrasonic oscillator 1 (a), and FIG. 1B shows that the direction of the reactor plate is horizontal to the radial direction of the ultrasonic oscillator. It shows the case where it was arranged. The reaction solution 2 and the reactor plate 4 are contained in the wet reactor 3, and the position of the ultrasonic oscillator is located below the bottom of the reactor and is disposed horizontally with the bottom surface. As shown in FIG. 1A, in the case of the reaction substrate positioned relatively vertically with the ultrasonic oscillator, energy is unevenly transmitted depending on the position of receiving the ultrasonic energy. Therefore, the bubbles 5 (a) present on the surface of the reactor plate are different in their degree of desorption depending on the relative position in the reactor plate. As shown in FIG. 1B, in the case of a reaction substrate positioned relatively horizontally with the ultrasonic oscillator, ultrasonic energy desorbs bubbles 5 (a) present on the surface of the reaction substrate evenly on the surface of the reaction substrate. The desorbed bubbles 5 (b) are resorbed (5 (c)) to the substrate placed in the horizontal direction by buoyancy. Therefore, the above-mentioned methods do not remove the bubbles smoothly, so that the bubbles are absorbed by chemicals. There is a problem in achieving uniformity and reproducibility of the chemical reaction by forming a local reaction mask (MicroMasking) that does not occur.

본 발명에서는 초음파 진동자를 습식 반응 조의 옆 면에 장착하여 초음파 진동의 방사 방향과 반응 기판의 방향을 직각 방향으로 유지하여 매질을 통해 기판에 균일하게 초음파 에너지가 전달되는 면적을 증가시킴과 동시에, 초음파 진동에 의해 기판 표면으로부터 떨어진 기포의 흐름을 원활히 하여, 화학 반응 시 기판 표면에 발생하는 기포에 의해서 야기되는 문제점 - 국부적인 반응 방지막 ( MicroMasking ) 형성 - 을 해결하여 균일하고, 재현성 있는 반응 결과를 얻을 수 있는 방법 및 장치를 개시한다.In the present invention, by mounting the ultrasonic vibrator on the side of the wet reaction tank to maintain the radial direction of the ultrasonic vibration and the direction of the reaction substrate in a perpendicular direction to increase the area of the ultrasonic energy uniformly transmitted to the substrate through the medium, By smoothing the flow of bubbles away from the surface of the substrate by vibration, solving the problem caused by bubbles generated on the surface of the substrate during chemical reaction-formation of a local reaction mask (MicroMasking)-to obtain a uniform and reproducible result. A method and apparatus that can be disclosed are disclosed.

또한, 본 발명에서는 진동자에서 나오는 초음파 에너지를 액체 매질을 통해 전달하여 화학 반응 시 기판 표면에 발생하는 기포를 쉽게 제거시키고, 액체 매질을 통해 전달된 초음파에 의해 기판 표면위의 반응부에 국부적인 교반을 시켜줌으로써 반응결과의 균일도 및 재현성을 개선하는 방법을 개시한다.In addition, in the present invention, ultrasonic energy from the vibrator is transferred through the liquid medium to easily remove bubbles generated on the surface of the substrate during chemical reaction, and locally stirred to the reaction part on the surface of the substrate by ultrasonic waves transmitted through the liquid medium. Disclosed is a method for improving the uniformity and reproducibility of the reaction result by making.

도 1 은 기존의 초음파를 이용하여 기판 표면에 생기는 기포 제거 장치를 나타내는 개략도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic diagram which shows the bubble removal apparatus which arises in the surface of a board | substrate using the existing ultrasonic wave.

도 2 는 본 발명에 의한 초음파를 이용한 기판 표면에 생기는 기포 제거 장치의 한 실시 예를 나타내는 개략도.2 is a schematic view showing an embodiment of a bubble removing device generated on the surface of a substrate using ultrasonic waves according to the present invention.

도 3 은 본 발명에 의한 초음파를 이용한 기판 표면에 생기는 기포 제거 장치의 다른 한 실시 예를 나타내는 개략도.3 is a schematic view showing another embodiment of a bubble removing device generated on the surface of a substrate using ultrasonic waves according to the present invention.

도 4 는 본 발명에 의한 초음파를 이용한 기판 표면에 생기는 기포 제거 장치의 또 다른 한 실시 예를 나타내는 개략도.Figure 4 is a schematic view showing another embodiment of the bubble removing device generated on the surface of the substrate using the ultrasonic wave according to the present invention.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

1(a). 초음파 진동자 Ⅰ1 (a). Ultrasonic Oscillator Ⅰ

1(b) 초음파 진동자 Ⅱ1 (b) Ultrasonic Oscillator Ⅱ

1(c) 초음파 진동자 Ⅲ1 (c) Ultrasonic Oscillator Ⅲ

2. 반응 용액2. Reaction solution

3. 습식 반응 조 ( Wet Reaction Bath )3. Wet Reaction Bath

4. 반응 기판 ( Substrate )4. Substrate

5(a) 반응 시 기판에 흡착된 기포Bubbles adsorbed on the substrate during 5 (a) reaction

5(b) 초음파 진동에 의해 기판으로부터 탈착된 기포5 (b) Bubbles detached from the substrate by ultrasonic vibration

5(c) 재흡착된 기포5 (c) Resorbed Bubbles

6. 반응 기판의 방향6. Direction of reaction substrate

7. 초음파 진동자의 방사 방향7. Radial direction of the ultrasonic vibrator

초음파 진동자에 의해 액체 매질을 통해 전달되는 초음파 에너지는 액체의 입자를 진동, 가속시켜서 이러한 초음파 에너지에 의해서 가속된 액체 입자에 의해 기판 표면에 흡착되어 있는 기포를 제거하게 된다.The ultrasonic energy transmitted by the ultrasonic vibrator through the liquid medium vibrates and accelerates the particles of the liquid to remove bubbles adsorbed on the substrate surface by the liquid particles accelerated by the ultrasonic energy.

본 발명은 반도체 제조 공정이나 미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical Systems;MEMS) 제작 공정 등에 사용되고 있는 실리콘 웨이퍼의 습식 식각 공정이나, 반도체 소자 및 MEMS 소자 제작 뿐만 아니라 RF 소자 제작 공정, 칩 패키징 공정 등에 사용되고 있는 전해 도금 및 무전해 도금 공정등에 적용된다.The present invention is used in wet etching processes of silicon wafers used in semiconductor manufacturing processes, micro electro mechanical systems (MEMS) manufacturing processes, RF device manufacturing processes, chip packaging processes, as well as semiconductor devices and MEMS devices. Applicable to electrolytic plating and electroless plating processes.

습식 반응조에서의 기포 생성은 아래와 같은 예에서 명확히 표현된다.Bubble generation in the wet reactor is clearly expressed in the following example.

수산화 칼륨 수용액(KOH)을 이용한 실리콘 웨이퍼의 습식 식각 공정의 경우다음과 같은 반응이 일어난다.In the wet etching process of a silicon wafer using an aqueous potassium hydroxide solution (KOH), the following reaction occurs.

Si + 2H2O +2OH-→SiO2(OH)2 2-+ H2 Si + 2H 2 O + 2OH - → SiO 2 (OH) 2 2- + H 2

이 때, 반응 후에 생기는 수소기체(H2)가 반응 기판(실리콘 웨이퍼)의 표면에 흡착되어 반응 방지막(MicroMasking)으로 작용하여 국부적으로 반응을 방해 해서 실리콘 웨이퍼의 습식 식각의 균일도 및 재연성을 저하시키는 역할을 한다.At this time, the hydrogen gas (H 2 ) generated after the reaction is adsorbed on the surface of the reaction substrate (silicon wafer) and acts as a reaction mask (MicroMasking) to locally inhibit the reaction to reduce the uniformity and reproducibility of the wet etching of the silicon wafer. Play a role.

도 2에서 도 4에서는 본 발명에서 제공하는 초음파를 이용한 기판 표면에 생기는 기포 제거 장치들을 도시하였다.2 to 4 illustrate bubble removing devices generated on the surface of the substrate using ultrasonic waves provided by the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 초음파를 이용한 기판 표면에 생기는 기포 제거 장치의 한 실시 예를 나타내는 개략도이다. 초음파 진동자(1(a))를 습식 반응 조(3) 옆면에 장착하여 초음파 진동의 방사 방향(7)과 반응 기판의 방향(6)이 직각 방향이 되도록 하여 기판에 초음파 에너지가 균일하게 전달되는 면적을 증가시켜서, 반응 중에 기판 표면에 생기는 기포(5(a))를 효율적으로 탈착시켜, 탈착된 기포(5(b))가 기판 표면에 재흡착되지 않고 기판표면으로부터 제거 시키는 장치을 도시하였다.Figure 2 is a schematic diagram showing an embodiment of a bubble removing device generated on the surface of the substrate using the ultrasonic wave according to the present invention. The ultrasonic vibrator 1 (a) is mounted on the side of the wet reactor 3 so that the radial direction 7 of the ultrasonic vibration and the direction 6 of the reaction substrate are perpendicular to each other so that ultrasonic energy is uniformly transmitted to the substrate. The apparatus was shown to increase the area to efficiently desorb the bubbles 5 (a) generated on the surface of the substrate during the reaction so that the desorbed bubbles 5 (b) are removed from the surface of the substrate without being resorbed on the substrate surface.

실리콘 웨이퍼의 습식 식각 반응 시 생기는 수소 기체의 일부는 반응 용액 표면으로 따라서 용액의 표면으로 올라가고, 일부는 기판 표면에 흡착된다. 이러한 기판 표면에 흡착된 미세한 기포가 반응 방지막(MicroMasking)으로 작용한다.Part of the hydrogen gas generated during the wet etching reaction of the silicon wafer rises to the surface of the reaction solution and thus to the surface of the solution, and part is adsorbed onto the substrate surface. Fine bubbles adsorbed on the substrate surface act as a reaction mask (MicroMasking).

초음파 진동자에 의한 초음파 에너지는 액체 매질을 통해 전달되고, 기판 표면 근처에서 액체 매질을 국부적으로 교반 시켜줌으로써, 용액과 기판간의 화학 반응이 균일하게 일어나도록 한다.Ultrasonic energy by the ultrasonic vibrator is transmitted through the liquid medium, and locally agitates the liquid medium near the substrate surface, so that the chemical reaction between the solution and the substrate occurs uniformly.

액체 매질을 통해 전달된 초음파 에너지에 의해서 기판 표면에서 떨어진 기포는 반응 조의 옆면에 장착된 초음파 진동자의 방사 방향과 수직 (반응 조와는 평행 ) 방향인 기판 표면에서 다시 반응 기판 표면에 재 흡착되지 않고 원활하게 용액 표면으로 올라가서 제거되는 것을 특징으로 한다.Bubbles dropped from the substrate surface by the ultrasonic energy transmitted through the liquid medium do not resorb to the reaction substrate surface again at the substrate surface perpendicular to the radial direction of the ultrasonic vibrator mounted on the side of the reaction vessel (parallel to the reaction vessel). To the surface of the solution to be removed.

도 3과 도 4에서는 서로 다른 주파수를 가지는 각기 다른 초음파 진동자(1(a),1(b),1(c))를 습식 반응 조(3) 옆면에 장착하여 초음파 진동의 방사 방향(7)과 반응기판의 방향(6)이 직각 방향이 되도록 하여 기판에 초음파 에너지가 균일하게 전달되는 면적을 증가시켜서, 반응 중에 기판 표면에 생기는 기포(5(a))를 효율적으로 탈착시켜, 탈착된 기포(5(b))가 기판 표면에 재흡착되지 않고 기판표면으로부터 제거 시키는 장치을 도시하였다.3 and 4, different ultrasonic vibrators 1 (a), 1 (b), and 1 (c) having different frequencies are mounted on the side surface of the wet reactor 3 so that the radial direction of the ultrasonic vibration 7 can be achieved. And the direction 6 of the reactor plate are perpendicular to each other, thereby increasing the area where ultrasonic energy is uniformly transmitted to the substrate, thereby efficiently desorbing the bubbles 5 (a) generated on the surface of the substrate during the reaction, and desorbing the bubbles. An apparatus is shown in which (5 (b)) is removed from the substrate surface without being resorbed on the substrate surface.

이 경우, 매질을 통해 전달되는 초음파는 반응에 의해서 생성된 기포를 기판표면에 흡착되지 않도록 하며, 서로 다른 주파수의 순차적으로 초음파 진동을 인가함으로써 반응 응액의 국부적인 교반 기능을 향상시켜서 깊고 좁은 홈이 있는 구조를 가지는 기판에 적용할 수 있는 것을 특징으로 한다.In this case, the ultrasonic wave transmitted through the medium prevents the bubbles generated by the reaction from adsorbing to the surface of the substrate, and improves the local stirring function of the reaction liquid by applying ultrasonic vibrations of different frequencies sequentially so that deep and narrow grooves It is characterized by being applicable to the board | substrate which has a structure which there is.

본 발명에서는 초음파 진동자를 습식 반응 조 옆면에 장착하여 반응 기판 표면에 발생하는 기포를 액체 매질을 통해 전달되는 초음파 진동에 의해 쉽게 박탈시킴으로써 기포에 의해서 생기는 반응 방지 현상을 제거하고, 초음파 진동에 의한 기판 표면의 반응부에 국부적인 교반을 시켜줌으로써 우수한 반응 특성과, 재현성 및 균일도를 확보할 수 있다는 장점이 있다.In the present invention, by mounting the ultrasonic vibrator on the side of the wet reaction tank to easily remove the bubbles generated on the surface of the reaction substrate by the ultrasonic vibration transmitted through the liquid medium to eliminate the reaction prevention phenomenon caused by the bubbles, the substrate by the ultrasonic vibration By locally stirring the reaction part on the surface, there is an advantage that excellent reaction characteristics, reproducibility and uniformity can be ensured.

Claims (5)

습식 반응 조에 초음파 진동자를 이용하여 반응 기판 표면에 생기는 기포를 제거하는 장치에 있어서,An apparatus for removing bubbles generated on the surface of a reaction substrate by using an ultrasonic vibrator in a wet reaction tank, 반응 기판은 습식 반응 조의 중심에 지면과 수직인 방향으로 위치하도록 구성되고,The reaction substrate is configured to be positioned in the direction perpendicular to the ground in the center of the wet reaction tank, 습식 반응 조의 옆면에 장착된 초음파 진동자는 반응 기판과 서로 마주보도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에 의해 기판 표면에 생기는 기포를 제거하는 장치.Ultrasonic vibrator mounted on the side of the wet reaction tank is configured to face each other with the reaction substrate, the apparatus for removing bubbles generated on the surface of the substrate by the ultrasonic vibration. 상기 1항에 있어서, 초음파 진동자는 서로 다른 두 가지 이상의 진동 주파수를 가지며 진동하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에 의해 기판 표면에 생기는 기포를 제거하는 장치The apparatus of claim 1, wherein the ultrasonic vibrator has two or more different vibration frequencies and vibrates. 습식 반응 조에 초음파 진동자를 이용하여 반응 기판 표면에 생기는 기포를 제거하는 방법에 있어서,In the method for removing bubbles generated on the surface of the reaction substrate by using an ultrasonic vibrator in a wet reaction tank, 습식 반응 조의 중심에 지면과 수직으로 위치한 반응 기판은 습식 반응 조 의 옆면에 장착되어 반응기판과 마주보는 초음파 진동자의 초음파 진동운동에 의해서 기판표면에 생기는 기포를 제거하는 것을 특징으로 하는 기포 제거 방법.The reaction substrate positioned perpendicular to the ground in the center of the wet reactor is mounted on the side of the wet reactor to remove bubbles generated on the surface of the substrate by the ultrasonic vibration of the ultrasonic vibrator facing the reactor plate. 상기 3항에 있어서,According to claim 3, 서로 다른 두 가지 이상의 진동 주파수를 가지는 상기 마주보는 초음파 진동자의 초음파 진동에 의해 기판 표면에 생기는 기포 제거 방법.Method of removing bubbles generated on the surface of the substrate by the ultrasonic vibration of the opposing ultrasonic vibrator having two or more different vibration frequencies. 상기 3 창에 있어서,In the three windows, 반응 기판의 표면과 마주보는 초음파 진동자의 초음파 진동주파수를 시간에 대하여 순차적으로 변경되도록 구성하여 반응 중에 기판 표면의 국부적인 교반 기능 개선을 특징으로 하는 기포 제거 방법Bubble elimination method characterized in that the ultrasonic vibration frequency of the ultrasonic vibrator facing the surface of the reaction substrate is changed so as to be sequentially changed with time to improve the local stirring function of the surface of the substrate during the reaction.
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