KR20120018296A - 반도체 웨이퍼 세정 방법 및 장치 - Google Patents

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량쯔 시에
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윤웬 후앙
지펑 가오
유에 마
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Abstract

척을 이용하여 반도체 기판을 유지하는 단계와, 반도체 기판에 인접하게 초음파/메가소닉 장치를 배치하는 단계와, 반도체 기판 상에 그리고 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭에 화학물 액체를 주입하는 단계와, 반도체 기판 또는 초음파/메가소닉 장치를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하여 세정 공정 동안 척의 각 회전에 대하여 반도체 기판과 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭을 변경하는 단계를 포함하는 초음파/메가소닉 장치를 이용하여 반도체 기판을 세정하는 방법을 제공한다.

Description

반도체 웨이퍼 세정 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR CLEANING SEMICONDUCTOR WAFERS}
본 발명은 반도체 웨이퍼 세정 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세정 공정 동안에 웨이퍼의 각 회전에 대하여 초음파/메가소닉 장치와 웨이퍼 사이의 갭을 변경하여 웨이퍼에서 균일한 초음파/메가소닉 전력 밀도 분포를 획득하는 것에 관한 것이며, 웨이퍼에서 소자에 손상을 입히지 않으면서 입자를 효율적으로 제거한다.
반도체 소자는 트랜지스터 및 상호 연결 요소를 생성하기 위하여 다수의 처리 단계를 이용하여 반도체 웨이퍼에서 제조 또는 가공된다. 반도체 웨이퍼와 관련된 트랜지스터 단자를 전기적으로 연결하기 위하여, 도전성(예를 들어, 금속) 트렌치, 비아 등이 반도체 소자의 일부로서 유전 재료에 형성된다. 트렌치 및 비아는 트랜지스터, 반도체 소자의 내부 회로, 및 반도체 소자의 외부 회로 사이에서 전기 신호와 전력을 결합한다.
상호 연결 요소를 형성하는데 있어서, 반도체 웨이퍼는 반도체 소자의 원하는 전자 회로를 형성하기 위하여, 예를 들어, 마스킹, 에칭 및 정착 처리를 받을 수 있다. 특히, 다중 마스킹 및 플라즈마 에칭 단계가 상호 연결부를 위한 트렌치 및 비아 역할을 하는 반도체 웨이퍼에서의 유전층 내의 함몰된 영역의 패턴을 형성하기 위하여 수행될 수 있다. 에칭 또는 포토 레지스트 애싱(ashing) 후에 트렌치와 비아에서 입자 및 오염물을 제거하기 위하여, 습식 세정 단계가 필요하다. 특히, 소자 제조 노드가 65 nm 이상으로 이동할 때, 그 동안의 트렌치 및 비아에서의 측벽 손실(side wall loss)은 임계 치수를 유지하는데 매우 중요하다. 측벽 손실을 감소시키거나 제거하기 위하여, 적당한 희석 화학물, 또는 때때로 탈이온수만 사용하는 것이 중요하다. 그러나, 희석 화학물 또는 탈이온수는 일반적으로 트렌치 및 비아에서 입자를 제거하는데 효율적이지 않다. 따라서, 초음파 또는 메가소닉과 같은 기계력이 이러한 입자를 효율적으로 제거하는데 필요하다. 초음파 및 메가소닉파는 웨이퍼 구조에 기계력을 가할 것이며, 전력 세기 및 전력 분포가 손상 한계 내로 기계력을 제어하고 동시에 입자를 효율적으로 제거하는 주요 파라미터이다.
반도체 웨이퍼를 세정하기 위하여 노즐과 결합된 메가소닉 에너지는 미국 특허 No. 4,326,553에 개시된다. 유체는 가압되고, 메가소닉 에너지가 메가소닉 트랜스듀서에 의해 유체로 가해진다. 노즐은 표면에서의 부딪힘(impingement)를 위하여 메가소닉 주파수에서 진동하는 리본 형상의 세정 유체 제트를 제공하는 형상을 가진다.
음향 에너지를 유체로 전송하는 연장된 프로브를 진동시키는 에너지원이 미국 특허 No. 6,039,059에 개시된다. 일 배치에서, 프로브는 상면에 가까이 배치되는 동안, 유체는 웨이퍼의 양면으로 분사된다. 다른 배치에서, 짧은 프로브가 그 단부 면이 표면에 가까이 배치되고, 프로브는 웨이퍼가 회전함에 따라 그 표면 위로 이동된다.
웨이퍼 표면에 평행한 자신의 축 주위로 회전하는 로드(rod)를 진동시키는 에너지원이 미국 특허 No. 6,843,257 B2에 개시된다. 로드 표면은 나선형 구루브와 같은 만곡된 그루브로 에칭된다.
전체 웨이퍼에 정확한 양의 메가소닉 전력을 균일하게 인가하는 것은 세정 공정에 대하여 중요하다. 메가소닉 전력이 웨이퍼에 균일하게 인가되지 않는다면, 메가소닉 전력을 적게 받는 웨이퍼 부분은 잘 세정되지 않아 웨이퍼의 그 부분에 입자 및 오염물을 남길 것이고, 과도한 메가소닉 전력을 받는 웨이퍼 부분은 거품 파열(implosion of bubble)에 의해 생성된 고압 및 고온의 마이크로 제트 때문에 웨이퍼에서의 소자 구조의 손상을 야기할 수 있다.
더 높은 효율과 더 낮은 구조 손상으로 웨이퍼 또는 기판의 표면에서 입자 및 오염물을 세정하기 위하여 웨이퍼에서 메가소닉 전력 밀도 분포를 제어하는 더 나은 방법을 갖는 것이 요구된다.
본 발명의 일 실시예는 세정 공정 동안 회전하는 웨이퍼의 전면에 인접하게 메가소닉 장치를 배치하고, 웨이퍼의 각 회전에 대하여 메가소닉 장치와 웨이퍼 사이의 갭을 변경한다. 메가소닉 장치와 웨이퍼 사이의 갭은 메가소닉 장치를 웨이퍼의 전면에 평행한 축 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전함으로써 변경된다.
본 발명의 다른 실시예는 세정 공정 동안 회전하는 웨이퍼의 전면에 인접하게 메가소닉 장치를 배치하고, 웨이퍼의 각 회전에 대하여 메가소닉 장치와 웨이퍼 사이의 갭을 변경한다. 메가소닉 장치와 웨이퍼 사이의 갭은 웨이퍼 표면을 메가소닉 장치의 표면에 평행한 축 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전함으로써 변경된다.
본 발명의 다른 실시예는 회전하는 웨이퍼의 배면에 인접하게 메가소닉 장치를 배치하고, 세정 공정 동안 웨이퍼의 각 회전에 대하여 메가소닉 장치와 웨이퍼 사이의 갭을 변경한다. 메가소닉 장치와 웨이퍼 사이의 갭은 메가소닉 장치를 웨이퍼의 배면에 평행한 축 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전함으로써 변경된다.
본 발명의 다른 실시예는 회전하는 웨이퍼의 배면에 인접하게 메가소닉 장치를 배치하고, 세정 공정 동안 웨이퍼의 각 회전에 대하여 메가소닉 장치와 웨이퍼 사이의 갭을 변경한다. 메가소닉 장치와 웨이퍼 사이의 갭은 웨이퍼 표면을 메가소닉 장치의 표면에 평행한 축 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전함으로써 변경된다.
도 1a 내지 1d는 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 2는 예시적인 웨이퍼 세정 공정을 도시한다;
도 3a 및 3b는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 4a 내지 4e는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 5a 내지 5c는 또 다른 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 6은 세정 방법을 도시한다;
도 7은 다른 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 8은 다른 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 9는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 10은 다른 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 11은 다른 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 12는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 13은 다른 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 14는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 15는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 16a 내지 16g는 초음파/메가소닉 트랜스듀서의 다양한 형상을 도시한다.
도 1a 및 1b는 메가소닉 장치를 이용하는 종래의 웨이퍼 세정 장치를 도시한다. 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼(1010), 회전 구동 메카니즘(1016)에 의해 회전되는 웨이퍼 척(1014), 세정 화학물 또는 탈이온수(1032)를 수송하는 노즐(1012) 및 메가소닉 장치(1003)를 포함한다. 메가소닉 장치(1003)는 공진기(1008)와 음향적으로 결합된 압전 트랜스듀서(1004)를 더 포함한다. 트랜스듀서(1004)는 진동하도록 전기적으로 여기되고, 공진기(1008)는 고주파수 음향 에너지를 액체에 전송한다. 메가소닉 에너지에 의해 생성된 세정액의 교반(agitation)은 웨이퍼(1010)에서의 입자를 완화시킨다. 따라서, 오염물은 웨이퍼(1010)의 표면으로부터 멀어지도록 진동되어, 노즐(1012)에 의해 공급된 흐르는 액체(1032)를 통해 표면으로부터 제거된다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 적어도 반사 에너지를 획득하기 위하여, 반사파(r1)(수막(water film)의 상부로부터)의 위상은 반사파(R2)(수막의 하부로부터)에 반대되어야 하며, 따라서, 수막의 두께는 다음과 같아야만 한다:
[수학식 1]
d = nλ/2, n = 1, 2, 3, ......
여기에서, d는 수막의 두께 또는 메가소닉 장치(1003)와 웨이퍼(1010) 사이의 갭이고, n은 정수이고, λ는 메가소닉파의 물에서의 파장이다. 예를 들어, 937.5 kHz의 메가소닉 주파수에 대하여, λ = 1.6 mm, d = 0.8 mm, 1.6 mm, 2.4 mm 등이다.
도 1d는 갭 d와 도 1a에 도시된 바와 같은 센서(1002)에 의해 측정된 메가소닉 전력 밀도 사이의 관계를 도시한다. 전력 밀도는 갭 크기가 0.4 mm 증가함에 따라 20 w/cm2의 골짜기 값에서 80 w/cm2의 피크 값으로 가변되고, 0.8 mm(0.5 λ)의 갭 증가에서 완전한 사이클에 도달한다. 전체 웨이퍼에서 균일한 메가소닉 전력 분포를 유지하기 위하여는 갭을 정밀하게 유지하는 것이 중요하다.
그러나, 실제로는 특히 웨이퍼가 회전 모드에 있을 때 균일한 갭을 이러한 정밀도로 유지하는 것은 매우 어렵다. 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 척(1014)이 메가소닉 장치(2003)의 표면에 100% 수직이 아닌 것으로 설정된다면, 메가소닉 장치와 웨이퍼(2010)의 표면 사이의 갭은 웨이퍼의 에지에서 웨이퍼의 중심으로 감소한다. 도 1d에 도시된 데이터에 따르면, 웨이퍼의 에지에서 웨이퍼의 중심으로 불균일한 메가소닉 전력 밀도를 야기할 것이다.
다른 가능성 있는 갭 변동은 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이 웨이퍼(3010)의 표면에 수직이지 않는 척의 회전축에 의해 발생된다. 웨이퍼는 회전할 때 흔들리며, 도 3b는 도 3a에 도시된 바와 같은 상태로부터 180도 회전한 후의 갭 상태를 도시한다. 웨이퍼의 에지에서의 갭은 도 3a에 도시된 바와 같은 가장 큰 값으로부터 도 3b에 도시된 바와 같은 가장 작은 값으로 감소한다. 이는 웨이퍼가 메가소닉 장치를 통과함에 따라 웨이퍼에서 불균일한 메가소닉 전력 밀도를 야기할 것이다. 이러한 모든 불균일한 전력 분포는 웨이퍼에서의 소자 구조에서의 손상 및 불균일하게 세정된 웨이퍼를 야기할 것이다.
척의 회전 동안에 갭의 변동에 의해 야기되는 불균일한 전력 밀도를 해소하기 위하여, 본 발명은 도 4a 내지 4e에 도시된 바와 같은 방법을 개시한다. 메가소닉 장치(4003)와 웨이퍼(4010) 사이의 갭은 세정 공정 동안 척(4014)이 회전함에 따라 모터(4006)에 의해 변경된다. 제어 유닛(4088)은 모터(4016)의 속도에 기초하여 모터(4006)의 속도를 제어하는데 사용된다. 웨이퍼(4010) 또는 척(1014)의 각 회전에 대하여, 제어 유닛(4088)은 메가소닉 장치(4003)를 축(4007) 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시키도록 모터(4006)에게 명령한다. 웨이퍼(4010) 또는 척(4014)의 각 회전에 대한 모터(4006)의 회전각 증가는 다음과 같다:
[수학식 2]
Δα = 0.5λ(FN)
여기에서, F는 메가소닉 장치(4003)의 폭이며, λ는 초음파/메가소닉파의 파장이며, N은 2 내지 1000의 정수이다.
척(4014)이 N 번 회전한 후에, 메가소닉 장치(4003)는 0.5nλ/F의 전체 각도까지 회전하며, 여기에서 n은 1에서 시작하는 정수이다.
도 6에서 더 상세하게 도시된 바와 같이, 갭이 웨이퍼 또는 척의 각 회전에 대하여 변동할 때, 웨이퍼의 동일 부분에서의 메가소닉 전력 밀도는 P1에서 P2로 변동한다. 갭이 메가소닉파의 전체 반파장 증가할 때, 전력 밀도는 P1에서 P11로 전체 사이클 가변한다. 사이클 시작점은 메가소닉 장치 및 웨이퍼 부분 사이의 갭에 의존하지만, 웨이퍼에서의 각 부분은 갭이 메가소닉파의 반파장 증가할 때 전체 사이클의 전력 밀도를 수신할 것이다. 다른 말로 하면, 메가소닉 장치와 웨이퍼 사이의 갭이 도 2, 도 3a 및 3b에서 설명된 이유로 균일하게 설정되지 않아도, 웨이퍼의 각 부분은 메가소닉 장치가 메가소닉파의 반파장(937.5 kHz의 주파수에 대하여 대략 0.8 mm) 위로 이동할 때 전체 사이클의 메가소닉 전력을 수신할 것이다. 이는 웨이퍼의 각 위치가 동일한 평균 전력 밀도, 동일한 최대 전력 밀도 및 동일한 최소 전력 밀도를 포함하는 동일한 양의 메가소닉 전력 밀도를 수신하는 것을 보장할 것이다. 동작 시컨스는 다음과 같이 설정될 수 있다:
공정 시컨스 1(메가소닉 주파수: f = 937.5 kHz, 탈이온수에서의 파장 = λ = 1.6 mm):
단계 1: ω의 속도로 웨이퍼를 회전시키며, ω는 10 rpm 내지 1500 rpm의 범위에 있다.
단계 2: 메가소닉 장치를 갭 d를 가지면서 웨이퍼로 인접하게 이동시키며, d는 0.5 내지 5 mm의 범위에 있다.
단계 3: 탈이온(DI)수 또는 화학물을 갖는 노즐을 턴온하고, 메가소닉 장치를 턴온한다. 메가소닉 장치의 전력 밀도는 0.1 내지 1.2 watt/cm2의 범위, 바람직하게는 0.3 내지 0.5 watt/cm2의 범위 내에 있다.
단계 4: 척(4014)의 각 회전에 대하여, 0.5λ/(FN)의 각도로 시계 방향으로 메가소닉 장치(4003)를 회전시키며, 여기서 N은 정수이고, 2 내지 1000의 범위에 있다.
단계 5: 메가소닉 장치(4003)가 0.5nλ/F의 전체 각도까지 시계 방향으로 회전할 때까지 단계 4를 계속하며, 여기서 n은 1로부터 시작하는 정수이다.
단계 6: 척(4014)의 각 회전에 대하여, 0.5λ/(FN)의 각도로 반시계 방향으로 메가소닉 장치(4003)를 회전시키며, 여기서 N은 정수이고, 2 내지 1000의 범위에 있다.
단계 7: 메가소닉 장치(4003)가 0.5nλ/F의 전체 각도까지 반시계 방향으로 회전할 때까지 단계 6을 계속하며, 여기서 n은 1로부터 시작하는 정수이다.
단계 8: 웨이퍼가 세정될 때까지 단계 4 내지 단계 7을 반복한다.
단계 9: 메가소닉 장치를 턴오프하고, DI 수 또는 화학물을 정지시키고, 그 다음 웨이퍼를 건조시킨다.
공정 시컨스 2(메가소닉 주파수: f = 937.5 kHz, 탈이온수에서의 파장 = λ = 1.6 mm):
단계 1: ω의 속도로 웨이퍼를 회전시키며, ω는 10 rpm 내지 1500 rpm의 범위에 있다.
단계 2: 메가소닉 장치를 갭 d를 가지면서 웨이퍼로 인접하게 이동시키며, d는 0.5 내지 5 mm의 범위에 있다.
단계 3: 탈이온(DI)수 또는 화학물을 갖는 노즐을 턴온하고, 메가소닉 장치를 턴온한다. 메가소닉 장치의 전력 밀도는 0.1 내지 1.2 watt/cm2의 범위, 바람직하게는 0.3 내지 0.5 watt/cm2의 범위 내에 있다.
단계 4: 척의 각 회전에 대하여, 0.5λ/(FN)의 각도로 시계 방향으로 메가소닉 장치를 회전시키며, 여기서 N은 정수이고, 2 내지 1000의 범위에 있다.
단계 5: 메가소닉 장치가 0.5nλ/F의 전체 각도까지 시계 방향으로 회전할 때까지 단계 4를 계속하며, 여기서 n은 1로부터 시작하는 정수이다.
단계 6: 메가소닉 장치를 턴오프하고, DI 수 또는 화학물을 정지시키고, 그 다음 웨이퍼를 건조시킨다.
트랜스듀서의 주파수는 세정되는 입자에 따라 초음파 범위 및 메가소닉 범위로 설정될 수 있다. 입자 크기가 더 클수록, 더 낮은 주파수가 사용되어야만 한다. 초음파 범위는 20 kHz 내지 200 kHz이고, 메가소닉 범위는 200 kHz 내지 10 MHz이다. 또한, 기계파의 주파수는 동일 기판 또는 웨이퍼에서의 상이한 크기의 입자를 세정하기 위하여 연속으로 또는 동시에 교번될 수 있다. 파의 듀얼 주파수가 사용되면, 더 높은 파장 f1은 더 낮은 파장 f2의 정수 배이어야만 하고, 트랜스듀스 회전각 범위는 0.5λ2n/F이어야만 하고, 척의 각 회전에 대한 트랜스듀서 각도의 증가 또는 감소는 0.5λ1/(FN)이어야 하며, 여기에서 λ2는 더 낮은 주파수 f2를 갖는 파의 파장이고, λ1은 더 높은 주파수 f1를 갖는 파의 파장이고, N은 2 내지 1000의 정수이고, n은 1로부터 시작하는 정수이다.
입자 및 오염물을 제거하는데 사용되는 화학물의 일례는 다음과 같이 나타낸다:
유기 재료 제거: H2SO4:H2O2 = 4:1
유기 재료 제거: 오존:H2O = 50:1,000,000
입자 감소: NH4OH:H2O2:H2O = 1:1:5
금속 오염물 제거: HCl:H2O2:H2O = 1:1:6
산화물 제거:산화물 제거 = HF:H2O = 1:100
도 5a 내지 5c는 본 발명에 따른 메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예는 추가의 회전 메카니즘(5009)이 부가된 것을 제외하고는 도 4에 도시된 것과 유사하다. 제어 유닛(5088)은 웨이퍼(5010) 또는 척(5014)의 각 회전에 대하여 모터(5006) 및 모터(5009)에 명령함으로써 메가소닉 장치(5003) 및 웨이퍼(5010) 사이의 갭 d를 변경한다. 웨이퍼(5010) 또는 척(5014)의 각 회전에 대하여, 제어 유닛(5088)은 메가소닉 장치(5003)를 축(4007) 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시키도록 모터(5006)에 명령하며, 동시에 메가소닉 장치(5003)를 축(5011) 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시키도록 모터(5009)에 명령한다. 웨이퍼(5010) 또는 척(5014)의 각 회전에 대한 모터(5006)의 회전각 증가는 다음과 같다:
[수학식 3]
Δα = 0.5λ/(FN)
여기에서, F는 메가소닉 장치(5003)의 폭이고, λ는 초음파/메가소닉파의 파장이고, N은 2 내지 1000의 정수이다.
척(5014)이 N 번 회전한 후에, 메가소닉 장치(5003)는 0.5nλ/F의 전체 각도까지 회전하며, 여기에서 n은 1에서 시작하는 정수이다.
웨이퍼(5010) 또는 척(5014)의 각 회전에 대한 모터(5009)의 회전각 증가는 다음과 같다:
[수학식 4]
Δβ = 0.5λ/(LN)
여기에서, L은 메가소닉 장치(5003)의 길이이고, λ는 초음파/메가소닉파의 파장이고, N은 2 내지 1000의 정수이다.
척(5014)이 N 번 회전한 후에, 메가소닉 장치(5003)는 0.5nλ/F의 전체 각도까지 회전하며, 여기에서 n은 1에서 시작하는 정수이다.
도 7은 본 발명에 따른 메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예는 웨이퍼(7010)의 각 회전에 대하여 척(7014)이 모터(7006)에 의해 축(7007) 주위로 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전하는 것을 제외하고는 도 4에 도시된 것과 유사하다. 더욱 구체적으로 말하면, 제어 유닛(7088)은 척(7014)을 축(7007) 주위로 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전시키도록 모터(7006)에 명령함으로써 메가소닉 장치(7003)와 웨이퍼(7010) 사이의 갭 d를 변경한다.
도 8은 본 발명에 따른 메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예는 웨이퍼(8010)의 각 회전에 대하여 척(8014)을 축(8011) 주위로 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전시키기 위한 다른 모터(8009)가 추가된 것을 제외하고는 도 7에 도시된 것과 유사하다. 더욱 구체적으로 말하면, 제어 유닛(8088)은 척(8014)을 축(8007) 및 축(8011) 주위로 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전시키도록 모터(8006) 및 모터(8009)에 명령함으로써 메가소닉 장치(8003)와 웨이퍼(8010) 사이의 갭 d를 변경한다.
도 9는 본 발명에 따른 메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예는 메가소닉 장치(9003)가 웨이퍼(9010)의 배면에 인접하게 배치되고, 모터(9006)에 의해 축(9007) 주위로 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전하는 것을 제외하고는 도 4에 도시된 것과 유사하다. 제어 유닛(9088)은 메가소닉 장치(9003)를 축(9007) 주위로 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전시키도록 모터(9006)에 명령함으로써 메가소닉 장치(9003)와 웨이퍼(9010) 사이의 갭 d를 변경한다. 메가소닉파는 수막(9034)과 웨이퍼(9010)를 통해 웨이퍼(9010)의 전면과 수막(9032)에 전송된다. 노즐(9015)은 메가소닉 장치(9003)와 웨이퍼(9010)의 배면 사이에 수막(9034)을 유지하도록 DI 수 또는 화학물을 공급한다. 본 실시예의 이점은 웨이퍼(9010)의 전면에 있는 소자 구조에 대한 메가소닉파에 의해 야기되는 가능성 있는 손상을 감소시키거나 제거하는 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예는 웨이퍼(10010)의 각 회전에 대하여 척(10014)을 축(10011) 주위로 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전시키기 위한 다른 모터(10009)가 추가된 것을 제외하고는 도 9에 도시된 것과 유사하다. 더욱 구체적으로 말하면, 제어 유닛(10088)은 척(10014)을 축(10007) 및 축(10011) 주위로 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전시키도록 모터(10006) 및 모터(10009)에 명령함으로써 메가소닉 장치(10003)와 웨이퍼(10010) 사이의 갭 d를 변경한다.
도 11은 본 발명에 따른 메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예는 압전 트랜스듀서(11004)가 웨이퍼(11010)의 표면에 대하여 각도 α를 갖는 것을 제외하고는 도 4에 도시된 것과 유사하다. 공진기(11008)는 압전 트랜스듀서(11004)에 부착되고, 메가소닉파는 공진기(11008) 및 DI 수나 화학물막(11032)을 통해서 웨이퍼에 전송된다. 전술한 공정 시컨스 1 및 2가 여기에 적용될 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예는 추가 회전 메카니즘(12009)이 부가된 것을 제외하고는 도 11에 도시된 것과 유사하다. 제어 유닛(12088)은 모터(12006) 및 모터(12009)에 명령함으로써 메가소닉 공진기(12008)와 웨이퍼(12010) 사이의 갭 d를 변경한다. 더욱 구체적으로 말하면, 웨이퍼(12010) 또는 척(12014)의 각 회전에 대하여, 제어 유닛(12088)은 메가소닉 공진기(12008)를 축(12007) 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시키도록 모터(12006)에 명령하고, 동시에, 메가소닉 공진기(12008)를 축(12011) 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시키도록 모터(12009)에 명령한다.
도 13은 본 발명에 따른 메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예는 웨이퍼(13010)가 아래를 바라보며 배치되고, 노즐 어레이(13018)가 웨이퍼(13010)의 전면 아래에 배치된 것을 제외하고는 도 4에 도시된 것과 유사하다. 메가소닉파는 수막(13032)과 물(13010) 자체를 통해 웨이퍼(13010)의 전면으로 전송된다. 노즐 어레이(13018)는 웨이퍼(13010)의 전면에 액체 화학물 또는 DI 수를 분사한다.
도 14는 본 발명에 따른 메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예는 추가 모터(14040)와 리드 스크류(14005)가 여기에 추가된 것을 제외하고는 도 4에 도시된 것과 유사하다. 웨이퍼(14010) 또는 척(14014)의 각 회전에 대하여, 제어 유닛(14088)은 메가소닉 장치(14003)를 축(14007) 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시키도록 모터(14006)에 명령하고, 동시에, 메가소닉 장치(14003)를 아래위로 이동시키도록 모터(14040)에 명령한다. 웨이퍼(14010) 또는 척(14014)의 각 회전에 대하여, 모터(14040)는 메가소닉 장치(14003)를 위 또는 아래로 이동시킨다:
[수학식 5]
Δz = 0.5λ/N
여기에서, λ는 초음파/메가소닉파의 파장이고, N은 2 내지 1000의 정수이다.
웨이퍼(14010) 또는 척(14014)이 N 번 회전한 후에, 메가소닉 장치(14003)는 0.5nλ 위로 이동하며, 여기에서 n은 1에서 시작하는 정수이다.
도 15는 본 발명에 따른 메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 장치의 다른 실시예를 도시한다. 메가소닉 장치(15003)와 웨이퍼(15010) 사이의 갭은 척(15014)이 세정 공정 동안 회전함에 따라 모터(15006)에 의해 변경된다. 제어 유닛(15088)은 모터(15016)의 속도에 기초하여 모터(15006)의 속도를 제어하는데 사용된다. 웨이퍼(15010) 또는 척(15014)의 각 회전에 대하여, 제어 유닛(15088)은 메가소닉 장치(15003)를 축(15011) 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시키도록 모터(15006)에 명령한다. 웨이퍼(15010) 또는 척(15014)의 각 회전에 대한 모터(15006)의 회전각의 증가는 다음과 같다:
[수학식 6]
Δγ = 0.5λ/N(MN)
여기에서, M은 축(15011)과 메가소닉 장치(15003)의 중간 위치 사이의 거리이고, λ는 초음파/메가소닉파의 파장이고, N은 2 내지 1000의 정수이다.
척(15014)이 N 번 회전한 후에, 메가소닉 장치(15003)는 0.5nλ/M의 전체 각도까지 회전하고, 여기에서 n은 1에서 시작하는 정수이다.
도 16a 내지 16d는 본 발명에 따른 메가소닉 장치의 상면도를 도시한다. 도 4에 도시된 메가소닉 장치는 다양한 형상, 즉, 도 16a에 도시된 바와 같은 삼각형 또는 파이 형상, 도 16b에 도시된 바와 같은 직사각형, 도 16c에 도시된 바와 같은 팔각형, 도 16d에 도시된 바와 같은 타원형, 도 16e에 도시된 바와 같은 웨이퍼의 절반을 덮는 반원형, 및 도 16g에 도시된 바와 같은 전체 웨이퍼를 덮는 완전한 원형과 같은 형상의 메가소닉 장치(16003)로 대체될 수 있다. 도 16g에 도시된 바와 같은 실시예에 대하여, 메가소닉 장치가 전체 웨이퍼를 덮기 때문에, 웨이퍼 또는 척은 세정 공정 동안 회전할 필요가 없다. 다른 말로 하면, 웨이퍼와 메가소닉 장치 사이의 갭은 전술한 실시예에서 설명된 바와 같이 변경되고, 웨이퍼와 척은 회전하지 않은 채 있다.
일 실시예에 따르면, 초음파/메가소닉 장치 및 반도체 기판이나 웨이퍼 사이의 수직 거리는 초음파/메가소닉 장치가 회전하거나 반도체 기판 표면이 회전하는 동안 변경될 수 있다. 수직 거리의 변경은 초음파/메가소닉 장치 자체를 이동시키거나 척을 이동시킴으로써 실현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반도체 기판이 회전하고, 예를 들어 반도체 기판의 척은 반도체 기판과 함께 회전한다. 척의 각 회전 내에서, 초음파/메가소닉 장치 또는 반도체 기판이 회전하고, 초음파/메가소닉 장치와 반도체 기판 사이의 수직 거리는 변동한다. 따라서, 더 균일한 메가소닉 전력 밀도 분포가 구현된다.
본 발명이 소정의 실시예, 예 및 적용례에 관하여 설명되었지만, 다양한 수정 및 변경이 본 발명을 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다.

Claims (27)

  1. 초음파/메가소닉 장치를 이용하여 반도체 기판을 세정하는 방법에 있어서,
    척을 이용하여 반도체 기판을 유지하는 단계;
    상기 반도체 기판에 인접하게 초음파/메가소닉 장치를 배치하는 단계;
    적어도 하나의 노즐을 이용하여 상기 반도체 기판 상에 그리고 상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭으로 화학물 액체를 주입하는 단계; 및
    상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 각을 변경하여 상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭을 변경하는 단계
    를 포함하는,
    반도체 기판 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초음파/메가소닉 장치는 상기 반도체 기판의 전면에 인접하게 배치되고,
    상기 갭은 메가소닉 장치를 상기 반도체 기판의 전면에 평행한 축 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시켜 변경되는,
    반도체 기판 세정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 표면에 수직인 축 주위로 상기 척을 회전시키고, 상기 척의 각 회전에 대하여 상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭을 변경하는 단계
    를 더 포함하는,
    반도체 기판 세정 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 표면에 수직인 방향으로 상기 초음파/메가소닉 장치를 이동시키거나, 상기 초음파/메가소닉 장치의 표면에 수직인 방향으로 상기 척을 이동시키는 단계
    를 더 포함하는,
    반도체 기판 세정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초음파/메가소닉 장치는 상기 반도체 기판의 배면에 인접하게 배치되고,
    상기 갭은 메가소닉 장치를 상기 반도체 기판의 배면에 평행한 축 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시켜 변경되는,
    반도체 기판 세정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 표면에 수직인 축 주위로 상기 척을 회전시키고, 상기 척의 각 회전에 대하여 상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭을 변경하는 단계
    를 더 포함하는,
    반도체 기판 세정 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 표면에 수직인 방향으로 상기 초음파/메가소닉 장치를 이동시키거나, 상기 초음파/메가소닉 장치의 표면에 수직인 방향으로 상기 척을 이동시키는 단계
    를 더 포함하는,
    반도체 기판 세정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 초음파/메가소닉 장치는 상기 반도체 기판의 전면에 인접하게 배치되고,
    상기 갭은 상기 반도체 기판의 전면을 상기 메가소닉 장치의 표면에 평행한 축 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시켜 변경되는,
    반도체 기판 세정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 표면에 수직인 축 주위로 상기 척을 회전시키고, 상기 척의 각 회전에 대하여 상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭을 변경하는 단계
    를 더 포함하는,
    반도체 기판 세정 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 표면에 수직인 방향으로 상기 초음파/메가소닉 장치를 이동시키거나, 상기 초음파/메가소닉 장치의 표면에 수직인 방향으로 상기 척을 이동시키는 단계
    를 더 포함하는,
    반도체 기판 세정 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 초음파/메가소닉 장치는 상기 반도체 기판의 배면에 인접하게 배치되고,
    상기 갭은 상기 반도체 기판을 상기 메가소닉 장치의 표면에 평행한 축 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시켜 변경되는,
    반도체 기판 세정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 표면에 수직인 축 주위로 상기 척을 회전시키고, 상기 척의 각 회전에 대하여 상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭을 변경하는 단계
    를 더 포함하는,
    반도체 기판 세정 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 표면에 수직인 방향으로 상기 초음파/메가소닉 장치를 이동시키거나, 상기 초음파/메가소닉 장치의 표면에 수직인 방향으로 상기 척을 이동시키는 단계
    를 더 포함하는,
    반도체 기판 세정 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 척은 세정 공정 동안 회전하지 않은 채 유지되는,
    반도체 기판 세정 방법.
  15. 초음파/메가소닉 장치를 이용하여 반도체 기판을 세정하는 장치에 있어서,
    반도체 기판을 유지하는 척;
    상기 반도체 기판에 인접하게 배치된 초음파/메가소닉 장치;
    상기 반도체 기판 상에 그리고 상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭으로 화학물 액체를 주입하는 적어도 하나의 노즐; 및
    상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 각을 변경하여 상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭을 변경하는 제어 유닛 및 구동 메카니즘
    을 포함하는,
    반도체 기판 세정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 초음파/메가소닉 장치는 상기 반도체 기판의 전면에 인접하게 배치되고,
    상기 제어 유닛 및 상기 구동 메카니즘은 메가소닉 장치를 상기 반도체 기판의 전면에 평행한 축 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시켜 상기 갭을 변경하는,
    반도체 기판 세정 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 표면에 수직인 축 주위로 상기 척을 회전시키는 모터를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛 및 상기 구동 메카니즘은 상기 척의 각 회전에 대하여 상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭을 변경하는,
    반도체 기판 세정 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제어 유닛에 의해 제어되는 제2 구동 메카니즘을 더 포함하고,
    상기 제2 구동 메카니즘은 상기 반도체 기판의 표면에 수직인 방향으로 이동하도록 상기 초음파/메가소닉 장치를 구동하거나, 상기 초음파/메가소닉 장치의 표면에 수직인 방향으로 이동하도록 상기 척을 구동하는,
    반도체 기판 세정 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 초음파/메가소닉 장치는 상기 반도체 기판의 배면에 인접하게 배치되고,
    상기 제어 유닛 및 상기 구동 메카니즘은 메가소닉 장치를 상기 반도체 기판의 배면에 평행한 축 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시켜 상기 갭을 변경하는,
    반도체 기판 세정 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 표면에 수직인 축 주위로 상기 척을 회전시키는 모터를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛 및 상기 구동 메카니즘은 상기 척의 각 회전에 대하여 상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭을 변경하는,
    반도체 기판 세정 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 표면에 수직인 방향으로 이동하도록 상기 초음파/메가소닉 장치를 구동하거나, 상기 초음파/메가소닉 장치의 표면에 수직인 방향으로 이동하도록 상기 척을 구동하는 이동 메카니즘
    을 더 포함하는,
    반도체 기판 세정 장치.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 초음파/메가소닉 장치는 상기 반도체 기판의 전면에 인접하게 배치되고,
    상기 제어 유닛 및 상기 구동 메카니즘은 상기 반도체 기판을 상기 메가소닉 장치의 표면에 평행한 축 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시켜 상기 갭을 변경하는,
    반도체 기판 세정 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 표면에 수직인 축 주위로 회전하도록 상기 척을 구동하는 모터를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛 및 상기 구동 메카니즘은 상기 척의 각 회전에 대하여 상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭을 변경하는,
    반도체 기판 세정 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제어 유닛에 의해 제어되는 제2 구동 메카니즘을 더 포함하고,
    상기 제2 구동 메카니즘은 상기 반도체 기판의 표면에 수직인 방향으로 이동하도록 상기 초음파/메가소닉 장치를 구동하거나, 상기 초음파/메가소닉 장치의 표면에 수직인 방향으로 이동하도록 상기 척을 구동하는,
    반도체 기판 세정 장치.
  25. 제15항에 있어서,
    상기 초음파/메가소닉 장치는 상기 반도체 기판의 배면에 인접하게 배치되고,
    상기 제어 유닛 및 상기 구동 메카니즘은 상기 반도체 기판을 상기 메가소닉 장치의 표면에 평행한 축 주위로 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전시켜 상기 갭을 변경하는,
    반도체 기판 세정 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 표면에 수직인 축 주위로 상기 척을 회전시키는 모터를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛 및 상기 구동 메카니즘은 상기 척의 각 회전에 대하여 상기 반도체 기판과 상기 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭을 변경하는,
    반도체 기판 세정 장치.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 제어 유닛에 의해 제어되는 제2 구동 메카니즘을 더 포함하고,
    상기 제2 구동 메카니즘은 상기 반도체 기판의 표면에 수직인 방향으로 이동하도록 상기 초음파/메가소닉 장치를 구동하거나, 상기 초음파/메가소닉 장치의 표면에 수직인 방향으로 이동하도록 상기 척을 구동하는,
    반도체 기판 세정 장치.
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