KR20040095348A - 메가소닉 변환기와 공명기를 사용하는 적소에서의국부적인 가열 - Google Patents

메가소닉 변환기와 공명기를 사용하는 적소에서의국부적인 가열 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체기판을 세척하는 장치에 관한 것으로, 본 발명의 한 실시예에서, 국부적인 가열을 제공할 수 있는 메가소닉 세척기가 제공되는 바, 이 메가소닉 세척기는 변환기와 공명기를 구비하고, 이 공명기는 변환기로부터 에너지를 전달하도록 되어 있으며, 제1단부와 제2단부를 갖추되, 제1단부는 효과적으로 변환기에 연결되며 제2단부는 변환기로부터 에너지를 전달하면서 국부적인 가열을 제공하도록 되어 있다. 메가소닉 세척을 통해 반도체기판을 세척하는 시스템과 반도체기판을 세척하기 위한 방법도 제공된다.

Description

메가소닉 변환기와 공명기를 사용하는 적소에서의 국부적인 가열{In-situ local heating using megasonic transducer resonator}
메가소닉 세척은 반도체 제조작업에서 널리 사용되며 일괄처리형 세척공정이나 단일형 웨이퍼 세척공정에 사용될 수 있다. 일괄처리형 세척공정에서는, 메가소닉 변환기의 진동이 반도체기판의 한 묶음을 담고 있는 세척탱크의 액체에 음파를 발생시킨다. 단일형 웨이퍼 메가소닉 세척공정은 회전하는 웨이퍼 위에서 비교적 작은 변환기를 사용하며, 변환기는 웨이퍼를 가로질러 스캐닝되거나, 웨이퍼가 완전히 담가지는 경우에는 단일형 웨이퍼 탱크시스템이 사용된다. 각각의 경우에, 메가소닉 세척에 의한 주요 입자제거메카니즘은 공동화(cavitation)와 음향흐름(acoustic streaming) 때문이다. 공동화는 음파교반(sonic agitation)의 작용 하에서 액체내 미세기포의 빠른 형성과 붕괴를 말한다. 붕괴시, 기포는 반도체기판에 입자를 접착시키는 다양한 접착력을 없애서 입자제거를 돕는 에너지를 방출한다. 음파교반은 액체가 음향에너지파를 받게 하는 것을 포함한다. 메가소닉 세정(rinsing)하에서, 이러한 음파는 0.4메가헤르츠(이하, MHz)이상, 1.5MHz이하의 진동수에서 발생한다.
도1a는 일괄처리형 메가소닉 세척시스템의 개략도이다. 탱크(100)는 세척용해제로 채워져 있으며, 웨이퍼홀더(102)는 세척될 웨이퍼의 한 묶음을 구비한다. 변환기(104)는 1MHz에 가까운 진동수를 가지는 음파에너지를 통해서 압력파를 발생시킨다. 입자의 재접착을 제어하기 위해서, 적절한 화학물질과 함께 사용되는 이러한 압력파는 세척작용을 제공한다. 화학물질의 사용뿐만 아니라, 일괄처리형 세척시스템에서 필요한 긴 세척시간 때문에, 화학물질의 사용을 감소시키고 웨이퍼에서 웨이퍼로의 제어를 증가시키며 반도체의 국제 기술 로드맵(International Technology Roadmap for Semiconductors)에 따른 결점을 감소시키기 위한 노력이 단일형 웨이퍼 세척시스템에 집중되었다. 일괄처리형 시스템은 탱크내에서 다수의 웨이퍼로 메가소닉 에너지를 전달하는 것이 비균일하고, 구조적인 간섭으로 인한 '과열점'이나 파괴적인 간섭으로 인한 '과냉점'이 발생할 수 있다는 단점을 갖는데, 상기 과열점 또는 과냉점은 다수의 웨이퍼와 메가소닉 탱크 모두로부터 메가소닉파의 반사로 생기게 된다. 그러므로, 다중의 변환기의 배열뿐만 아니라 더 높은 메가소닉 에너지가 웨이퍼홀더(102)에 있는 웨이퍼의 모든 영역에 도달하도록 가해져야만 한다. 도1b는 단일 웨이퍼세척용 탱크의 개략도이다. 여기서, 탱크(106)는 세척용해제로 채우져 있으며, 웨이퍼(108)는 탱크(106)의 세척용해제에 담가진다. 변환기(110)는 웨이퍼를 세척하기 위한 에너지를 공급한다. 또한, 입자는 세척유체가 교체되거나 재순환되고 정기적으로 필터링되는 것을 필요로 하는 탱크의 안쪽에 남게 된다.
도1c는 단일 웨이퍼를 위한 노즐형 메가소닉 세척구조의 개략도이다. 노즐(112)은 메가소닉 에너지가 연결되는 유체흐름(114)을 제공한다. 유체흐름이 노즐을 통해서 흐름에 따라, 전원(118)에 연결된 변환기(116)는 유체흐름(114)을 통해 메가소닉 에너지를 반도체기판에 제공한다. 유체흐름(114)을 통해 공급된 메가소닉 에너지는 웨이퍼(120)를 세척하는 세척메카니즘을 제공한다. 노즐형 세척구조의 단점은 변환기(116)와 웨이퍼(120) 사이의 접촉을 유지하기 위해 높은 유동율의 유체흐름을 요구한다는 것이다. 노즐(112)을 통해 발생한 유체흐름은 작은 면적을 차지하므로, 웨이퍼를 세척하기 위해서는 매우 높은 메가소닉 에너지가 필요하며, 이로 인해서 웨이퍼의 표면이 손상될 수 있다. 또한, 이 요구되는 높은 에너지는 변환기의 냉각을 필요로 하며, 이러한 냉각은 요구되는 높은 유동율의 다른 원인이 된다. 비싼 비용과 폐수처리에 대한 요구 때문에, 이러한 상황은 탈이온화수 보다 세척용 화학물질을 사용하는 세척을 실용적이지 못하게 한다. 유체흐름의 작은 범위의 면적으로 전체 웨이퍼표면의 범위를 완전히 세척하기가 어렵기 때문에 띠모양(banding)이 발생할 수 있다.
또한, 단일형 웨이퍼세척 공정을 위한 세척용 화학물질은 반응성이 높고, 특히 후에칭세척(post etch cleaning)에 사용하기 위해서, 짧은 세척시간에 효과적인 세척을 제공하도록 상승된 온도에서의 사용을 흔히 요구한다. 전술된 단일형 웨이퍼 세척구조의 각각은 세척용 화학물질이 웨이퍼의 표면을 최적으로 세척하기 위한 온도를 유지시키도록 화학적인 재순환이 있는 일괄처리형 가열시스템이나, 노즐형 변환기의 경우에는, 가열된 전달라인들이 있는 일괄처리형 가열시스템을 사용한다.
전술된 관점에서, 화학물질의 가열을 간략화 하고서 웨이퍼와의 접촉점에서 세척용 화학물질을 가열하는 것이 가능하며, 가열된 화학물질의 공정제어를 개선시키기는 단일형 웨이퍼 메나소닉 세척구조를 제공하는 방법과 장치가 필요하게 되었다.
본 발명은 전체적으로 표면세척에 관한 것이고, 특히, 제조공정후에 반도체기판의 메가소닉 세척을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
도1a는 일괄처리형 메가소닉 세척시스템의 개략도이고,
도1b는 단일형 웨이퍼세척 탱크의 개략도,
도1c는 단일 웨이퍼를 위한 노즐세척구조의 개략도,
도2a는 본 발명의 한 실시예에 따라 반도체기판 위에 위치된 메가소닉 세척기의 개략적인 평면도,
도2b는 사각형 메가소닉 세척기의 개략도,
도2c는 로드형 메가소닉 세척기의 개략도,
도3은 본 발명의 한 실시예에 따라 반도체기판과 메가소닉 세척기 사이의 접촉면의 간략화된 단면도,
도4는 본 발명의 한 실시예에 따른 메가소닉 세척기의 더 상세한 개략도,
도5a는 본 발명의 한 실시예에 따라 국부적인 가열을 제공하도록 된 메가소닉 세척기의 구성품의 개략도,
도5b는 본 발명의 한 실시예에 따라 얇은 실리콘 카바이드 (SiC)코팅이 적층된 절연체를 포함하는 메가소닉 세척기용 공명기의 개략도,
도6은 본 발명의 한 실시예에 따라 메가소닉 공명기와 반도체기판 위에 위치된 액체 사이에 형성된 메니스커스의 확대된 개략도,
도7은 본 발명의 한 실시예에 따라 렌즈효과를 일으키도록 굽어진 바닥면을 가지는 메가소닉 세척기에 의해서 생성된 렌즈효과의 개략적인 단면도,
도8은 본 발명의 한 실시예에 따라 국부적인 가열을 제공하도록 되어 있고 변환기가 과열되는 것을 방지하기 위한 냉각루프를 가지는 메가소닉 세척기의 개략적인 측면도,
도9는 본 발명의 한 실시예에 따른 메가소닉 세척기를 통해 반도체기판을 세척하기 위해서 실행되는 방법을 도시하는 순서도이다.
넓게 말하면, 본 발명은 공명기와 반도체기판을 연결하는 액체영역에 국부적인 가열제어를 제공하도록 된 메가소닉 세척기의 공명기를 제공하여 상기 요구를 만족시킨다. 장치나, 시스템, 장비 또는 방법을 포함하는 다양한 방법으로 본 발명이 실행될 수 있으며, 본 발명의 몇 가지 실시예가 아래에서 설명된다.
본 발명의 한 양상에 따르면, 반도체기판을 세척하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 변환기와 공명기를 구비한다. 공명기는 변환기로부터 에너지를 전달하도록 되어 있다. 공명기는 바닥면과 상부면을 가지며, 상부면은 변환기에 효과적으로 연결되어 있고, 변환기로부터 에너지를 전달하는 동안에 바닥면은 국부적인 가열을 제공하도록 되어 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 반도체기판을 세척하기 위한 시스템이 제공된다. 이 시스템은 반도체기판의 축 주위로 반도체기판을 회전시키고 지지하도록 되어 있는 기판지지부를 구비한다. 메가소닉 세척기는 반도체기판의 상부면 위에서 방사상으로 이동하도록 되어 있다. 메가소닉 세척기는 변환기와 공명기를 구비하는 바, 공명기는 변환기로부터 에너지를 전달하도록 되어 있으며, 상부면과 바닥면을 갖추되, 상부면은 변환기에 효과적으로 연결되어 있고, 바닥면은 반도체기판의 상부면에 위치되어 있는 액체와 접촉하도록 되어 있다. 또한, 바닥면은 액체를 통해 변환기로부터 반도체기판으로 에너지를 전달하면서 바닥면과 접촉하고 있는 액체의 온도를 상승시키도록 국부적인 가열을 제공하도록 되어 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 반도체기판을 세척하는 방법이 제공된다. 이 방법은 반도체기판의 상부면 위에 액체를 유입시키는 단계에서 시작한다. 이후, 공명기의 바닥면은 액체에 의해서 반도체기판의 상부면에 연결된다. 다음에, 음파에너지가 공명기를 통해 액체로 전달된다. 이후, 액체는 공명기의 바닥면을 통해 가열된다. 반도체기판의 세척작업동안에 세척용 화학물질에 국부적인 가열을 가하는 방법이 또한 제공된다. 이 방법은 공명기를 반도체기판에 도포된 세척용 화학물질의 표면에 접촉시키도록 위치시키는 단계에서 시작한다. 이후, 반도체기판을 세척하도록 공명기를 통해 음파에너지와 동시에 열에너지가 가해진다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 반도체기판의 세척작업동안에 세척용 화학물질에 국부적인 가열을 가하는 방법이 제공된다. 이 방법은 공명기를 반도체기판에 도포된 세척용 화학물질의 표면에 접촉시키도록 공명기를 위치시키는 단계에서 시작한다. 이후, 반도체기판을 세척하도록 공명기를 통해 열에너지와 음파에너지가 동시에 가해진다.
청구범위에서와 같이, 전술된 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 단지 예로서 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하지는 않는다.
이제, 본 발명의 몇 가지 실시예가 첨부도면을 참조로 하여 상세하게 설명될 것이다. 도1a와 도1b 및 도1c는 "배경기술"부분에서 설명되었다.
본 발명의 실시예는 메가소닉 세척장치로 반도체기판을 세척하는 장치와 방법을 제공하는 바, 세척장치는 반도체기판을 세척하도록 국부적인 가열과 음파에너지를 동시에 제공한다. 국부적인 가열은 반도체기판의 상부면에 위치된, 단일 웨이퍼 세척작업을 위한 세척용 화학물질과 같은 액체의 온도를 상승시킬 수 있다. 그러므로, 단일 웨이퍼 세척작업을 위한 세척용 화학물질은 이의 반응성과 유효성을 증대시키도록 가열될 수 있다. 메가소닉 세척기의 세척메카니즘과 관련되어 증가된 반응성은, 각 반도체기판이 세척작업에서 시간이 덜 걸림에 따라 세척작업에 대해 개선된 재료처리량을 제공한다. 또한, 공명기의 외형은 높은 가로세로비 형상으로의 침투를 개선시킬 뿐만 아니라, 최소의 반사율을 제공하도록 만들어질 수 있다. 한 실시예에서, 상승된 공명기의 온도가 변환기를 과열시키지 않도록 메가소닉 세척기의 변환기는 냉각된다. 여기서, 웨이퍼와 반도체기판이라는 용어는 서로 바꿀 수 있다.
도2a는 본 발명의 한 실시예에 따라 반도체기판 위에 위치된 메가소닉 세척기의 개략적인 평면도이다. 반도체기판(130)은 이의 세척공정을 위해 롤러나, 다른 적절한 회전기구를 통해 회전하게 된다. 메가소닉 세척기(132a)는 반도체기판이 회전하는 동안 반도체기판(130)위에서 방사상으로 이동한다. 메가소닉 세척기(132a)에 부착된 작업팔(process arm)이 반도체기판(130) 위에서 메가소닉 세척기(132a)가 방사상으로 이동할 수 있게 한다. 한 실시예에서, 메가소닉 세척기(132)에 의해서 반도체기판(130)의 표면으로 전달되는 에너지는 약 5W/cm2보다도 작다. 바람직한 실시예에서, 반도체기판에 존재하는 전자장치의 민감도에 따라 만약 더 높은 에너지에서 장치가 손상되지 않으면 메가소닉 에너지는 훨씬 더 높아질 수 있음에도 불구하고, 반도체기판(130)의 표면에 전달되는 음파에너지는 약 3W/cm2와 5W/cm2사이이다.
도2a에 도시된 바와 같이, 직경(131)은 반도체기판(130) 위에 위치된 액체에 노출된 메가소닉 세척기(132a)의 표면의 직경을 나타낸다. 한 실시예에서, 반도체기판(130)이 200mm(8인치)웨이퍼일 때, 직경(131)은 약 1인치(2.54cm)와 3인치(7.62cm) 사이이다. 바람직한 실시예에서, 상기 직경은 200mm웨이퍼에 대해 약 1.5인치(3.81cm)이다. 300mm웨이퍼에 대한 메가소닉 세척기의 크기는 메가소닉 세척기의 표면적과 웨이퍼 사이에 실제적으로 일정한 비율을 유지하도록 확대된다. 이로 인해서, 웨이퍼의 표면에 전달된 에너지는 다른 크기의 웨이퍼들 사이에서 실제적으로 일정하게 된다. 또한, 재료처리량이 다른 웨이퍼에 대해 비슷해지도록 단위시간당 300mm웨이퍼의 같은 부분이 스캐닝된다.
도2b와 도2c는 다른 형태의 메가소닉 세척기(132)의 개략도이다. 도2b의 메가소닉 세척기(132b)는 사각형인 반면에, 도2c의 메가소닉 세척기(132c)는 로드(rod)형이다. 아래에서 더 자세하게 설명되는 바와 같이, 메가소닉 세척기(132)의 공명기의 바닥면은 렌즈효과를 발생시키도록 약간의 곡률을 가질 수 있다. 메가소닉 세척기(132)의 모양은 반도체기판(130)의 표면을 세척하는 데에 적절하다면 다른 모양으로 될 수 있다. 즉, 전술된 바와 같이 메가소닉 세척기의 표면적과 웨이퍼의 표면적 사이의 비율을 실제적으로 같게 유지시킴으로써, 어떤 모양도 메가소닉 세척기에서 사용될 수 있다. 세척효율은 단위면적당 가해진 전력밀도의 함수이다. 그러므로, 높은 메가소닉 에너지가 세척될 기판에 있는 장치를 손상시킬 수 있기 때문에, 메가소닉 세척기의 공명기의 표면적은 높은 전력밀도를 제공하는 높은 메가소닉 에너지가 필요없이, 약 3W/cm2과 5W/cm2사이의 전력밀도를 허용하도록 되어 있다. 또한, 메가소닉 공명기가 웨이퍼의 넓은 부분을 덮는 크기로 될 수 있지만, 반도체기판의 중앙지역과 같은 반도체기판의 일부에서 긴 머무름시간이 이루어지기 때문에 최적이 되지 못한다. 결과적으로, 짧은 머무름시간이 이루어지고, 이로 인해서 불균일한 세척이 일어날 수 있다. 그러므로, 회전하는 동안에 작업팔의 스캔속도와 반도체기판의 각속도(스위프(sweep)위치에서의 반지름)를 서로 관련시켜서 균일한 머무름시간을 제공하기 위해서, 도2a 내지 도2c를 참조로 하여 설명된 바와 같이 웨이퍼를 스캐닝하는 메가소닉 세척기를 제공하는 것이 바람직하다.
한 실시예에서, 메가소닉 세척기가 작업팔에서 지지되고 작업팔의 스위프회전이 전기서보모터에 의해 발생하는 곳에서, 웨이퍼 위의 메가소닉 세척기에 의해서 대체로 균일한 작업량이 수행되도록 머무름시간은 제어될 수 있다. 서보모터는동작제어유니트와, 모터구동 전자장치, 위치피드백 엔코더 및, 교류 무브러쉬모터(brushless motor)를 단일 모터의 형상요소(form factor)로 결합한다. 웨이퍼처리 동안에, 작업팔 동작속도와 위치는 스핀들 회전속도와 직접 관계된다. 한 실시예에서, 작업팔의 스위프는 웨이퍼의 중앙선을 통과하여 이루어진다. 웨이퍼의 전체 표면적이 균일하게 처리되도록, 즉 메가소닉 제어기에 의해서 행해진 작업량이 웨이퍼의 표면 위에서 대체로 균일하게 되도록, 작업팔의 스위프동작은 방사상 위치와 동조된다. 스위프속도가 반지름과 이 반지름에서의 면적의 2차함수이기 때문에 Vsweep=C/r2이고, 여기서 C는 비례상수이며 머무름시간은 속도에 반비례하는데, 반지름이 증가함에 따라 메가소닉 세척기의 머무름시간은 웨이퍼의 표면 위에서 수행된 작업량을 균등하게 하기 위해서 증가되어야만 한다. 즉, 작업팔이 웨이퍼의 중앙으로부터 이동함에 따라, 메가소닉 세척기는 대체로 같은 작업량을 수행하기 위해서 더 긴 머무름시간을 필요로 한다.
도3은 본 발명의 한 실시예에 따라 반도체기판과 메가소닉 세척기 사이의 접촉면의 간략화된 단면도이다. 메가소닉 세척기(132)는 반도체기판(130)의 상부면(144)에 가깝게 위치되어 있다. 액체가 반도체기판(130)의 상부면(144) 위에 위치된다. 한 실시예에서, 상기 액체는 반도체기판(130) 위에 발라진다. 메가소닉 세척기(132)는 이 액체와 접촉하여, 메가소닉 세척기의 바닥면(146)을 반도체기판(130)의 상부면(144)에 연결하는 메니스커스(134;meniscus)를 형성한다. 액체는 노즐(138)을 통해 반도체기판(130)에 도포된다. 한 실시예에서, 노즐(138)은 메가소닉세척기(132)가 부착되는 것과 같은 방사상 작업팔에 부착될 수 있다. 다른 실시예에서, 액체는 메가소닉 변환기 몸체에 있는 적어도 하나의 포트를 통해 반도체기판(130)으로 전달될 수 있다. 액체는 탈이온화수(DIW)나 단일 웨이퍼를 세척하기 위한 세척용 화학물질일 수 있다. 단일 웨이퍼를 세척하는 화학물질의 예는, 화학 기계적인 평탄화(CMP;chemical mechanical planarization)후에 사용되고 시중에서 구매 가능한 다른 솔벤트뿐만 아니라, 후에칭세척에서 일반적으로 사용되는 EKC 640과, EKC 6800 및, 애쉬랜드(Ashland) NE89와 같은 구매 가능한 솔벤트를 포함한다. 다른 세척용 화학물질은 SC-1(NH4OH/H2O2혼합물)이나, SC-2(HCl/H2O2혼합물), 희석된 HF 또는 오존화된 DIW(H20/O3)를 포함한다.
도3에 도시된 바와 같이, 메가소닉 세척기(132)는 하우징(142) 내에 수용된 메가소닉 변환기(136)를 포함한다. 전원공급선(140)은 변환기(136)에 필요한 전력을 공급한다. 전술된 바와 같이, 메가소닉 세척기(132)는 반도체기판(130)의 상부면(144) 위에서 방사상으로 이동하도록 된 방사상 작업팔에 부착될 수 있다. 메가소닉 세척기(132)의 바닥면(146)과 반도체기판(130)의 상부면(144) 사이의 거리(148)는 약 0.5mm와 5mm 사이이다. 한 실시예에서, 상기 거리(148)는 약 1mm와 3mm사이이고, 바람직하기로는 약 2mm이다. 도2a 내지 도2c를 참조로 하여 전술된 바와 같이, 메가소닉 세척기(132)의 바닥면(146)의 표면적은 약 3W/cm2과 5W/cm2사이의 전력밀도가 상부면(144)에 전달되도록 되어 있다. 그러므로, 상기 표면적은 약 0.4MHz(메가헤르츠)와 1.5MHz 사이의 메가소닉 에너지가 반도체기판을 가로질러 약3W/cm2과 5W/cm2사이의 전력밀도를 전달하는 데에 충분하게 된다.
도4는 본 발명의 한 실시예에 따른 메가소닉 세척기의 더 상세한 개략도이다. 변환기(136)는 즉, 도핑(doping)된 바닥층(150)을 포함하는 메가소닉 전달층(152) 위에 위치된다. 전선(154)은 도핑된 바닥층을 가로질러 전압차(156)를 인가하도록 도핑된 바닥층(150) 사이에 전선관(conduit)을 제공한다. 그러므로, 도핑된 바닥층과 접촉하여 액체를 국부적으로 가열하도록 도핑된 바닥층(150)을 가로질러 전류가 인가될 수 있다. 한 실시예에서, 메가소닉 전달층(152)은 실리콘 카바이드(이하, SiC)로 이루어져 있고, 메가소닉 전달층의 도핑된 바닥층(150)은 저항을 감소시키기 위해 붕소나, 인, 비소, 안티몬 등과 같은 적절한 도핑용 원소로 도핑된다. 변환기(136)는 메가소닉 에너지를 발생시키도록 된 압전장치이다. 또한, 메가소닉 전달층(152)은 SiC 이외에 다른 화합물로 형성될 수 있다. 다른 화합물은 기계적으로 강하고 메가소닉 세척기(132)의 아래에 위치되는 반도체기판을 향하여 메가소닉 에너지를 집중하는 도파관(導波管;wave-guide)과 같은 성질을 제공할 수 있는 반면, 도포되는 화학물질에 대해서 본래 불활성이다. 또한, 사용된 화학물질에 의해서 분해되는 것으로부터 보호하기 위해서, 불활성 보호용 코팅이 변환기 하우징에 도포될 수 있다.
메가소닉 전달층(152)은 한 실시예에서 절연체로 이루어질 수 있다. SiC가 절연성질을 가지는 반면에, SiC는 또한 반도체도 되며, 이 화합물을 도핑하는 것은 고유저항을 변화시킨다. 실리콘과 같은 화합물은 SiC의 대체물로 사용될 수 있다.또한, 바닥면의 전도성 가열층에 결합된 수정이나 사파이어와 같은 절연재료의 다중 층을 이용하여 합성된 메가소닉 전달층이 사용될 수 있다. 전도성 가열층은 절연층에 결합될 수 있고, 메가소닉 에너지의 전달을 허용하며, 사용된 화학물질로부터 보호되거나 이에 불활성인 임의의 전도성재료로도 될 수 있다. 만약, 반도체형 절연체가 사용된다면, 이 절연체는 도핑될 수 있어야 하며 절연체의 바닥층으로 도핑용 불순물을 주입하여 더 전도성이 있게 만들어져서, 바닥층의 고유저항을 감소시킨다. 그러므로, 전류가 바닥층을 가로질러 인가될 때, 반도체기판 위의 액체에 메가소닉 에너지가 동시에 가해짐에 따라, 저항성 가열에 의해 발생된 열은 메가소닉 세척기의 바닥층과 접촉하는 액체로 전달될 수 있다.
도5a는 본 발명의 한 실시예에 따라 국부적인 가열을 제공하도록 된 메가소닉 세척기의 구성품의 개략도이다. 변환기(136)는 SiC로 이루어진 메가소닉 전달층(152)의 위에 위치된 절연체(160) 위에 위치되어 있다. SiC로 이루어진 메가소닉 전달층(152)의 바닥층(150)은 바닥층의 고유저항을 감소시키기 위해서 도핑된다. 한 실시예에서, 도핑용 불순물의 농도는 약 1011원자/cm2과 1019원자/cm2사이이다. 바람직한 실시예에서, 도핑용 불순물의 농도는 약 1013원자/cm2과 1017원자/cm2사이이다. 그러므로, 전류가 도핑된 바닥층(150)을 가로질러 인가되었을 때, 도핑층의 저항성 가열이 발생할 것이다. 절연체(160)는 공명기, 즉 SiC로 이루어진 메가소닉 전달층(152)과 도핑된 바닥층(150)으로부터 생긴 열로부터 변환기(136)를 절연한다. 한 실시예에서, 절연체(160)는 사파이어로 이루어져 있다. SiC로 이루어진 메가소닉 전달층(152)의 두께(162)는 약 0.01mm에서 7mm 사이이다. 더 바람직하게, 두께(162)는 약 1mm와 5mm 사이이다. 물론, SiC로 이루어진 메가소닉 전달층의 형상에 의존하여, 즉 도4를 참조로 하여 전술된 바와 같이 얇은 막이 절연체나 층에 적층되어 있어서, 그 두께는 이에 따라 변할 수 있다.
도5의 절연체(160)는 약 1mm와 5mm 사이의 두께를 가진다. 변환기(136)와 절연체(160) 및 SiC로 이루어진 메가소닉 전달층(152)이 서로 접착제를 통해 부착될 수 있다. 바닥층(150)의 바닥면이 대체로 평평하게 도시된 반면에, 아래에 더 자세하게 설명되는 바와 같이 한 실시예에서 바닥면은 높은 가로세로비 형상으로의 침투를 개선하도록 굽어져 있다. SiC로 이루어진 메가소닉 전달층(152)은 다중의 저항성 층을 갖도록 될 수 있는데, 여기에서 다중의 저항성 층은 고유저항의 다른 구배를 형성한다. 다중의 저항성 층은, 도핑된 바닥층(150)이 최저의 고유저항을 가지며 SiC로 이루어진 메가소닉 전달층(152)내 계층의 연속적인 상부층은 증가되는 고유저항을 갖도록 계층화 된다. 그러므로, 제일 높은 고유저항을 가지는 층은 SiC로 이루어진 메가소닉 전달층(152)의 상부에 있게 되어, 도핑된 바닥층(150)을 가로질러 인가된 전류를 통해 발생된 열로부터 변환기(136)를 더 잘 보호한다.
도5b는 본 발명의 한 실시예에 따라 얇은 SiC코팅이 적층되어 있는 절연체를 포함하는 메가소닉 세척기용 공명기의 개략도이다. 여기서, 변환기(136)는 절연체(160)에 결합되고, 절연체(160)는 사파이어나 수정 등과 같은 적절한 절연체로도 이루어질 수 있다. 얇은 SiC코팅(150a)은 절연체(160)의 바닥면에 적층된다. 종래의 적층기술이 얇은 SiC코팅(150a)를 적층하는 데에 사용될 수 있다. 도5a의 도핑된 바닥층(150)을 참조로 하여 전술된 바와 같이, 얇은 SiC코팅(150a)에 대한 적절한 고유저항은 적층하는 동안에 그 상태에서 도핑하거나, 적층한 후에 별도로 도핑함으로써 얻어질 수 있다. 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 얇은 SiC코팅을 반도체기판에 연결하는 액체에 저항성 가열을 제공하도록 얇은 SiC코팅(150a)을 가로질러 전압차가 인가된다는 것을 알 수 있다. 또한, 얇은 SiC코팅(150a)은 평평하기보다는 바깥쪽으로 굽어질 수 있다. 한 실시예에서, 절연체(160)는 굽어진 바닥면을 가지고, 얇은 SiC코팅(150a)은 절연체의 굽어진 바닥면 위에 균등하게 적층된다.
도6은 본 발명의 한 실시예에 따라 반도체기판 위에 위치된 메가소닉 공명기와 액체 사이에 형성된 메니스커스의 확대된 개략도이다. 도핑된 바닥층(150)을 가지는, SiC로 이루어진 메가소닉 전달층(152)은 반도체기판(130)의 상부면과 접촉하지 않고 액체층(166)과 접촉한다. 결과적으로, 메니스커스(134)는 액체층(166)과, 메가소닉 공명기의 도핑된 바닥층(150)의 바닥면 사이에 형성된다. 여기에 도시된 바와 같이, 도핑된 바닥층(150)의 바닥면은 렌즈효과를 발생시키기 위해서 굽어져 있다. 한 실시예에서, 곡률반지름은 약 5cm와 200cm 사이이다. 도3을 참조로 하여 전술된 바와 같이, 도핑된 바닥층(150)의 바닥면과 반도체기판(130)의 상부면(144) 사이의 거리는 도핑된 바닥층(150)의 바닥면의 저점(low point)과 반도체기판(130)의 상부면(144) 사이에서 측정된다. SiC로 이루어진 메가소닉 전달층(152)이 기계적으로 강하다는 것에 덧붙여, 메니스터스(134)를 형성하도록 액체층(166)으로 잘 적셔지는 각을 제공한다. 전술된 바와 같이, 액체층(166)은 CMP나 에칭, 적층, 충전 등과 같은 다양한 반도체 공정단계 후에 수행되는 단일 웨이퍼 세척공정을 위해서 지정된 세척용 화학물질을 포함한다.
도6에 도시된 바와 같이, 도핑된 바닥층(150)을 통해 제공된 저항성 가열은 액체를 국부적으로 가열하기 위해서 액체층(166)에 열에너지를 전달한다. 한 실시예에서, 액체층(166)의 온도는 약 20℃와 100℃ 사이에서 제어된다. 더 바람직하게, 온도는 약 30℃와 70℃ 사이에서 제어된다. 물론, 도핑된 바닥층(150) 아래에 형성된 영역에서의 액체의 온도는 세척용 화학물질의 성질에 의존한다. 즉, 반도체기판이 세척되는 처리유형과 세척용 화학물질의 성분에 따라 요구되는 반응성을 달성하도록 최적의 온도를 결정한다. 액체층(160)의 온도는 도핑된 바닥층(150)에 인가된 전압차를 조정하여 제어되고 유지된다. 또한, 메가소닉 세척기는 국부적인 가열을 제공한다. 그러므로, 도핑된 바닥층(150)과 반도체기판(130) 사이에 형성된 영역의 액체는 도핑된 바닥층의 저항성 가열에 의해 발생된 열에너지에 노출된다. 그러므로, 세척작업동안에 메가소닉 세척기가 반도체기판의 표면 위에서 이동함에 따라, 메가소닉 세척기 아래에 형성된 액체의 영역은 메가소닉 세척기에 의한 세척 활성도로 동시에 가열된다. 한 실시예에서, 상승된 온도는 세척용 화학물질의 활성도를 증가시키고, 차례로 더 높은 재료처리량을 이루는 세척작업을 위해서 작업시간을 감소시킨다.
도7은 본 발명의 한 실시예에 따라 렌즈효과를 발생시키도록 굽어진 바닥면을 가진 메가소닉 세척기에 의해 생긴 렌즈효과의 개략적인 단면도이다. 메가소닉 세척기(132)는 변환기(136)와, 절연체(160) 및, 도핑된 바닥층(150)을 가지는 SiC로 된 메가소닉 전달층(152)으로 이루어진 공명기를 포함한다. 도핑된 바닥층(150)의 바닥면은 볼록하게, 즉 바깥쪽으로 굽어져 있다. 전술된 바와 같이, 한 실시예에서 곡률반경은 약 5cm에서 200cm 사이이다. 굽어진 바닥면은 메가소닉 파동에 렌즈효과를 준다. 이 렌즈효과는 메가소닉 파동이 반도체기판(130)의 상부면으로 일정한 각도로 향하게 한다. 그러므로, 비아(170;via)와 같은 높은 가로세로비 형상의 측벽은 더 효과적으로 세척된다. 즉, 측벽의 잔류물이 메가소닉 파동과 관련된 세척메카니즘을 피하는, 반도체기판(130)의 상부면에 직각으로 향해진 메가소닉 파동보다는, 렌즈효과가 메가소닉 파동을 위한 각위치를 제공한다. 따라서, 측벽과 전 제조공정으로부터 측벽에 남아있는 어떤 잔류물도 메가소닉 파동의 세척작용을 겪도록, 상기 각위치는 메가소닉 파동을 비아(170)의 측벽을 향하도록 한다. 특히, 메가소닉 파동은 단지 비아(170)의 바닥에서 반사되기보다는 측벽 사이에서 반사된다. 그러므로, 도파관의 바닥면을 굽어지게 함으로써, 높은 가로세로비 형상의 측벽에 메가소닉 에너지를 향하게 하는 것을 돕는다. 도핑된 바닥층(150)의 작은 곡률은, 공명기가 액체와 접촉할 때 형성된 메니스커스와 공명기 사이에 우수한 접촉이 이루어지도록, 메가소닉 공명기를 반도체기판에 연결하는 액체 사이에 공기가 갇히는 것을 방지하는 데에 도움이 된다.
도8은 본 발명의 한 실시예에 따라 국부적인 가열을 제공하고 변환기가 과열되는 것을 방지하기 위한 냉각루프를 가지도록 된 메가소닉 세척기의 개략적인 측면도이다. 변환기(136)는 입구(176)와 출구(178)를 가지는 하우징(174) 내에 포함되어 있다. 냉매는 변환기(136)가 과열되지 않도록 하기 위해서 하우징(174)에 공급된다. 그러므로, 공명기(도핑된 바닥층(150)이 있는 SiC로 이루어진 메가소닉 전달층(152))는 액체층(166)의 영역(180)에 국부적인 가열을 제공하기 위해서 상승된 온도에서 작동한다. 도핑된 바닥층(150)을 통해 공급된 저항성 가열은 영역(180)과 더불어 SiC로 이루어진 메가소닉 전달층(152)을 가열하게 된다. 따라서, 냉각루프는 SiC로 이루어진 전달층(152)의 가열을 소산(dissipation)시켜 변환기(136)를 보호할 수 있게 한다. 한 실시예에서, 냉각루프는 세척용 화학물질이 변환기 냉각에 의해서 희석되지 않도록 닫힌 루프이다. 변환기(136)의 냉각에 적합한 액체 질소나 다른 적절한 액체가 여기에서 사용될 수 있다. 또한, 냉각시키도록 변환기를 지나는 공기를 가압하는 시스템을 형성함으로써, 변환기(136)가 공기로 냉각될 수 있다.
도9는 본 발명의 한 실시예에 따라 메가소닉 세척을 통해 반도체기판을 세척하기 위하여 수행되는 방법을 나타내는 순서도이다. 이 방법은 액체가 반도체기판의 상부면에 유입되는 단계(184)에서 시작된다. 액체는 탈이온화수나 단일 웨이퍼세척 공정을 위한 세척용 화학물질이 될 수 있다. 여기서 설명되는 메가소닉 세척을 하는 동안에 액체는 계속하여 도포될 수 있거나, 반도체기판의 상부면에 발라질 수 있다. 이후, 상기 방법은 공명기의 바닥면이 액체와 연결되는 단계(186)로 진행한다. 적절한 공명기로는 도3 내지 도7의 메가소닉 공명기이다. 한 실시예에서, 공명기의 바닥면은 바깥쪽으로 굽어 있으며 약 5cm와 200cm 사이의 곡률반지름을 가진다. 전술된 바와 같이, 굽어진 바닥면은 렌즈효과를 제공할 뿐만 아니라, 공명기를 액체에 연결하는 것을 향상시킨다. 또한, 공명기의 바닥층은, 도핑된 층을 가로질러 인가된 전압차를 위한 감소된 고유저항을 제공하기 위해서 도핑되고, 이어서바닥층을 가열시킨다.
이후, 도9의 방법은 음파에너지가 공명기를 통하여 액체로 전달되는 단계(188)로 진행한다. 한 실시예에서, 음파에너지는 메가소닉 에너지이고, SiC 공명기를 통하여 전달된다. 또한, 공명기는 렌즈효과를 통하여 높은 가로세로비 형상의 측벽에 도달하도록 만들어진다. 전술된 바와 같이, 공명기가 공명기에 접촉할 때 형성된 메니스커스를 통하여 액체는 반도체기판에 공명기를 연결시킨다. 이후, 방법은 액체가 공명기의 바닥면을 통하여 가열되는 단계(190)로 이동한다. 여기에서, 도핑된 층을 가로질러 인가된 전압차는 저항성 가열을 발생시키고, 열에너지는 바닥층에서 액체 접촉면으로 전달된다. 결과적으로, 액체는 가열된다. 한 실시예에서, 액체는 약 20℃와 100℃ 사이와 같이 상승된 온도에서 세척용 화학물질의 효율과 활성도가 증가되는 단일 웨이퍼 세척용 화학물질이다. 액체의 온도는 바닥층의 전위를 조정하여 제어된다.
요약하면, 본 발명은 공명기의 바닥면을 반도체기판에 연결하는 액체를 국부적으로 가열하는 능력을 가진 메가소닉 공명기를 제공한다. 이 공명기는 낮은 전력밀도를 유지하는 크기로 되어 있으며 메가소닉 파동의 렌즈효과를 통해 높은 가로세로비 형상의 측벽을 더 효과적으로 세척하도록 되어 있다.
본 발명의 몇 가지 실시예가 여기에서 설명되었지만, 본 발명의 다른 실시예가 이 명세서를 인용함으로써 당해업자에게 분명해질 것이다. 전술된 실시예와 바람직한 형상은 예로서 고려되어져야 하고, 본 발명은 첨부된 청구항에 의해서 정의된다.

Claims (24)

  1. 변환기와;
    이 변환기로부터 에너지를 전달하도록 되어 있고, 상부면과 바닥면을 갖추되, 이 상부면은 효과적으로 상기 변환기에 연결되어 있고, 상기 바닥면은 상기 변환기로부터 에너지를 전달하면서 국부적인 가열을 제공하도록 되어 있는 공명기; 를 구비한, 반도체기판을 세척하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변환기와 공명기 사이에 위치되는 절연체를 더 포함하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공명기는 약 0.01mm와 7mm 사이의 두께를 가지는 실리콘 카바이드(SiC) 층으로 이루어지는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 바닥면은 곡면인 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 곡면은 약 5cm와 200cm 사이의 곡률반지름을 가지는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 변환기를 냉각하기 위해, 닫혀진 루프인 냉각루프를더 포함하는 장치.
  7. 반도체기판의 축주위로 반도체기판을 회전시키고 지지하도록 되어 있는 기판지지부와;
    상기 반도체기판의 상부면 위를 방사상으로 이동하도록 되어 있고서,
    변환기와,
    이 변환기로부터 에너지를 전달하도록 되어 있고, 상부면과 바닥면을 갖추된, 이 상부면은 상기 변환기에 효과적으로 연결되어 있고, 상기 바닥면은 반도체기판의 상부면에 위치된 액체와 접촉하도록 되어 있으며, 상기 바닥면은 변환기에서 이 액체를 통해 반도체기판으로 에너지를 전달하면서 바닥면과 접촉하는 상기 액체의 온도를 상승시키도록 국부적인 가열을 제공하도록 되어 있는 공명기를 포함하는 메가소닉 세척기; 를 구비한, 반도체기판을 세척하는 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 바닥면은 반도체기판의 상부면을 향하여 소정의 각도로 메가소닉 파동을 향하도록 되어 있는 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 반도체기판의 상부면으로부터 상기 공명기의 바닥면까지의 거리는 약 0.5mm와 5mm 사이인 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 액체는 단일 웨이퍼 세척작업을 위한 세척용 화학물질과 탈이온화수 중 하나인 시스템.
  11. 제7항에 있어서, 상기 액체의 온도는 국부적인 가열을 통해 약 20℃와 100℃ 사이에서 유지되는 시스템.
  12. 제7항에 있어서, 상기 바닥면은 도핑용 불순물을 포함하고, 이 도핑용 불순물은 바닥면의 고유저항을 감소시키도록 되어 있는 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 도핑용 불순물은 붕소나, 인, 비소, 안티몬 중 하나인 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 도핑용 불순물의 농도는 단위 제곱센티미터당 약 1011의 원자와 단위 제곱센티미터당 1019의 원자 사이인 시스템.
  15. 제7항에 있어서, 상기 액체를 가열하도록 상기 바닥면을 가로질러 전압차가 인가되는 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 액체의 온도는 상기 전압차를 변화시켜서 제어되는 시스템.
  17. 제7항에 있어서, 상기 메가소닉 세척기를 지지하고, 상기 메가소닉 세척기에 의해서 수행된 작업량이 상기 반도체기판의 상부면 위에서 실제적으로 균일하게 되도록 제어되는 작업팔을 더 포함하는 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 상기 변환기는 상기 액체를 상기 반도체기판에 전달하는 적어도 하나의 포트를 포함하는 시스템.
  19. 반도체기판에 도포된 세척용 화학물질의 표면에 접촉하도록 공명기를 위치시키는 단계와;
    반도체기판을 세척하도록 공명기를 통해 열에너지와 음파에너지를 동시에 가하는 단계; 를 포함하여 이루어지는, 반도체기판의 세척작업 동안에 세척용 화학물질에 국부적인 가열을 가하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 반도체기판을 세척하도록 공명기를 통해 열에너지와 음파에너지를 동시에 가하는 단계는,
    상기 공명기의 바닥층의 고유저항을 감소시키는 단계와;
    상기 세척용 화학물질을 통해 상기 공명기로부터 상기 반도체기판으로 음파에너지를 전달하면서 바닥층을 가로질러 전압차를 인가하는 단계; 를 포함하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 전압차는 공명기의 바닥층과 반도체기판의 상부면 사이의 세척용 화학물질의 온도를 결정하는 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 공명기의 바닥층의 고유저항을 감소시키는 단계는 상기 공명기의 바닥층에 도핑용 불순물을 가하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 반도체기판에 도포된 세척용 화학물질의 표면에 접촉하도록 공명기를 위치시키는 단계는,
    상기 공명기의 바닥면과 상기 반도체기판의 상부면 사이의 거리가 약 0.5mm와 5mm가 되도록 상기 반도체기판의 상부면 위에 공명기를 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제19항에 있어서, 상기 반도체기판을 세척하도록 공명기를 통해 열에너지와 음파에너지를 동시에 가하는 단계는,
    단위 제곱센티미터당 약 3와트와 단위 제곱센티미터당 약 5와트 사이로 상기 반도체기판의 상부면에 전달되는 음파에너지의 레벨을 유지시키는 단계를 포함하는 방법.
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