KR20200109350A - 기판 세정 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20200109350A
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푸핑 첸
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Abstract

기판을 세정하는 방법 및 장치가 제공된다. 기판(1010)은 패터닝된 구조의 피처(feature)(4034)를 포함한다. 방법은, 기판을 회전시키도록 구성된 기판 홀더(1014) 상에 기판을 배치하는 단계; 기판 상에 세정액(1032)을 적용하는 단계; 음향 에너지가 트랜스듀서(transducer)(1004)에 의해 세정액으로 인가되고 있을 때 제1 레이트로 기판 홀더에 의해 기판을 회전시키는 단계; 및 음향 에너지가 트랜스듀서에 의해 세정액으로 인가되고 있지 않을 때 제1 레이트보다 더 높은 제2 레이트로 기판 홀더에 의해 기판을 회전시키는 단계를 포함한다.

Description

기판 세정 방법 및 장치
본 발명은 일반적으로 기판을 세정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는 전체 기판 상에서 안정적이거나 제어된 캐비테이션(cavitation)을 성취하기 위하여 세정 공정 동안 초음파 또는 메가소닉 장치에 의해 생성된 기포 캐비테이션(bubble cavitation)을 제어하는 것에 관한 것이며, 큰 종횡비를 갖는 비아, 트렌치 또는 함몰 영역에서 미세 입자를 효율적으로 제거한다.
반도체 소자는 트랜지스터 및 상호 연결 요소를 형성하기 위하여 다수의 상이한 처리 단계를 이용하여 반도체 기판 상에서 제조 또는 가공된다. 최근, 트랜지스터는 finFET 트랜지스터 및 3D NAND 메모리와 같이 2차원으로부터 3차원으로 구성된다. 반도체 기판과 연관된 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 출력(power)을 커플링한다.
finFET 트랜지스터와 상호 연결 요소를 반도체 기판 상에 형성하는데 있어서, 반도체 기판은 반도체 소자의 원하는 전자 회로를 형성하기 위하여, 예를 들어, 마스킹, 에칭 및 증착(deposition) 처리를 받을 수 있다. 특히, 다중 마스킹 및 플라즈마 에칭 단계가 트랜지스터를 위한 핀(fin) 및/또는 상호 연결 요소를 위한 트렌치 및 비아 역할을 하는 반도체 기판 상에서의 유전층 내의 finFET, 3D NAND 플래시 셀(flash cell) 또는 함몰 영역의 패턴을 형성하기 위하여 수행될 수 있다. 에칭 또는 포토 레지스트 애싱(ashing) 후에 핀 구조 및/또는 트렌치와 비아에서 입자 및 오염물을 제거하기 위하여, 습식 세정 단계가 필요하다. 특히, 소자 제조 노드가 14 또는 16 nm를 넘어 이동할 때, 핀 및/또는 트렌치와 비아에서의 측벽 손실(side wall loss)은 임계 치수를 유지하는데 매우 중요하다. 측벽 손실을 감소시키거나 제거하기 위하여, 적당한 희석 화학 물질, 또는 때때로 탈이온수만 사용하는 것이 중요하다. 그러나, 희석 화학 물질 또는 탈이온수는 일반적으로 핀 구조, 3D NAND 홀(hole) 및/또는 트렌치와 비아에서 입자를 제거하는데 효율적이지 않다. 따라서, 초음파 또는 메가소닉과 같은 기계력이 이러한 입자를 효율적으로 제거하는데 필요하다. 초음파 또는 메가소닉 파는 기판 구조에 기계력을 인가하는 기포 캐비테이션을 생성할 것이며, 전이 캐비테이션(transit cavitation) 또는 마이크로 제트(micro jet)와 같은 강렬한 캐비테이션은 이러한 패터닝된 구조를 손상시킬 것이다. 안정적이거나 제어된 캐비테이션을 유지하기 위하여, 손상 한계 내로 기계력을 제어하고 동시에 입자를 효율적으로 제거하는 것이 주요 파라미터이다. 3D NAND 홀 구조에서, 전이 캐비테이션은 홀 구조에 손상을 입히지 않을 수 있지만, 홀 내부에 포화된 기포 캐비테이션은 세정 효과를 중지시키거나 감소시킬 것이다.
반도체 웨이퍼를 세정하기 위하여 노즐과 커플링된 메가소닉 에너지는 미국 특허 No. 4,326,553에 개시된다. 유체는 가압되고, 메가소닉 에너지가 메가소닉 트랜스듀서에 의해 유체로 가해진다. 노즐은 표면에서의 부딪힘(impingement)을 위하여 초음파/메가소닉 주파수에서 진동하는 리본 형상의 세정 유체 제트를 제공하는 형상을 가진다.
음향 에너지를 유체로 전송하는 신장된 프로브를 진동시키는 에너지원이 미국 특허 No. 6,039,059에 개시된다. 일 배치에서, 프로브가 상면에 가까이 위치 설정되는 동안, 유체는 웨이퍼의 양면으로 분사된다. 다른 배치에서, 짧은 프로브가 그 단부 면이 표면에 가깝도록 위치 설정되고, 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 그루브와 같은 만곡된 그루브로 에칭된다.
전체 기판 상에서 안정적이거나 제어된 캐비테이션을 성취하기 위하여 세정 공정 동안 초음파 또는 메가소닉 장치에 의해 생성된 기포 캐비테이션을 제어하여, 큰 종횡비를 갖는 비아, 트렌치 또는 함몰 영역에서 미세 입자를 효율적으로 제거하는 더 나은 방법을 가지는 것이 필요하다.
본 발명의 하나의 양태에 따르면, 기판 세정 방법이 개시되고, 기판은 패터닝된 구조의 피처(feature)를 포함하고, 방법은, 기판을 회전시키도록 구성된 기판 홀더 상에 기판을 배치하는 단계; 기판 상에 세정액을 적용하는 단계; 음향 에너지가 트랜스듀서(transducer)에 의해 세정액으로 인가되고 있을 때 제1 레이트로 기판 홀더에 의해 기판을 회전시키는 단계; 및 음향 에너지가 트랜스듀서에 의해 세정액으로 인가되고 있지 않을 때 제1 레이트보다 더 높은 제2 레이트로 기판 홀더에 의해 기판을 회전시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 패터닝된 구조의 피처를 포함하는 기판을 세정하는 방법이 개시되고, 방법은, 기포를 끌어 당기는 결함을 제거하기 위하여 기판에 전처리를 수행하는 단계; 기판 상에 세정액을 적용하는 단계; 타이머에 기초하여, 미리 정해진 제1 기간 동안 제1 주파수 및 제1 출력 레벨로 상기 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 트랜스듀서의 전원을 제어하는 단계; 및 타이머에 기초하여, 미리 정해진 제2 기간 동안 제2 주파수 및 제2 출력 레벨로 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 트랜스듀서의 전원을 제어하는 단계를 포함하고, 제1 및 제2 기간은 미리 정해진 개수의 사이클 동안 서로 교대로 적용된다.
본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 패터닝된 구조의 피처를 포함하는 기판을 세정하는 방법이 개시되고, 방법은, 세정액 내에서 기포의 적어도 일부를 제거하기 위하여 세정액에 전처리를 수행하는 단계; 기판 상에 세정액을 적용하는 단계; 타이머에 기초하여, 미리 정해진 제1 기간 동안 제1 주파수 및 제1 출력 레벨로 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 트랜스듀서의 전원을 제어하는 단계; 및 타이머에 기초하여, 미리 정해진 제2 기간 동안 제2 주파수 및 제2 출력 레벨로 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 트랜스듀서의 전원을 제어하는 단계를 포함하고, 제1 및 제2 기간은 미리 정해진 개수의 사이클 동안 서로 교대로 적용된다.
본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 패터닝된 구조의 피처를 포함하는 기판을 세정하는 장치가 개시되고, 장치는, 기판을 유지하고 기판을 회전시키도록 구성된 기판 홀더; 기판 상에 세정액을 적용하도록 구성된 흡입구(inlet); 음향 에너지를 세정액에 전달하도록 구성된 트랜스듀서; 및 하나 이상의 컨트롤러를 포함하고, 하나 이상의 컨트롤러는: 음향 에너지를 세정액에 전달하도록 트랜스듀서를 제어하는 동안 제1 레이트로 기판을 회전시키도록 기판 홀더를 제어하고; 그리고, 음향 에너지를 세정액에 전달하지 않도록 트랜스듀서를 제어하는 동안 제1 레이트보다 더 높은 제2 레이트로 기판을 회전시키도록 기판 홀더를 제어하도록 구성된다.
본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 기판을 세정하기 위한 장치를 위한 컨트롤러를 개시하고, 컨트롤러는: 기판 상에 적용된 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 트랜스듀서(transducer)를 제어하는 동안 제1 레이트로 기판을 회전시키도록 기판 홀더를 제어하고; 그리고, 세정액에 음향 에너지를 전달하지 않도록 트랜스듀서를 제어하는 동안 제1 레이트보다 더 높은 제2 레이트로 기판을 회전시키도록 기판 홀더를 제어하도록 구성된다.
도 1a 및 1b는 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 2의 (a) 내지 (g)는 초음파/메가소닉 트랜스듀서의 다양한 형상을 도시한다;
도 3은 웨이퍼 세정 공정 동안의 기포 캐비테이션을 도시한다;
도 4의 (a) 및 (b)는 세정 공정 동안 웨이퍼 상에서 패터닝된 구조를 손상시키는 전이 캐비테이션을 도시한다;
도 5의 (a) 내지 (c)는 세정 공정 동안 기포 내부의 열 에너지 변동을 도시한다;
도 6의 (a) 내지 (c)는 예시적인 웨이퍼 세정 방법을 도시한다;
도 7의 (a) 내지 (c)는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 방법을 도시한다;
도 8의 (a) 내지 (d)는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 방법을 도시한다;
도 9의 (a) 내지 (d)는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 방법을 도시한다;
도 10의 (a) 및 (b)는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 방법을 도시한다;
도 11의 (a) 및 (b)는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 방법을 도시한다;
도 12의 (a) 및 (b)는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 방법을 도시한다;
도 13의 (a) 및 (b)는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 방법을 도시한다;
도 14의 (a) 및 (b)는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 방법을 도시한다;
도 15a 내지 15c는 세정 공정 동안 웨이퍼 상에서 패터닝된 구조를 손상시키는 안정적인 캐비테이션을 도시한다;
도 16은 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 17은 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 예시적인 웨이퍼 세정 장치를 도시한다;
도 18의 (a) 내지 (c)는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 방법을 도시한다;
도 19는 다른 예시적인 웨이퍼 세정 방법을 도시한다;
도 20a 내지 20d는 비아 또는 트렌치인 피처에서의 포화점 아래의 상태에서의 기포를 도시한다;
도 20e 내지 20h는 포화점에 가깝거나 그 위에 있는 비아, 트렌치 또는 함몰 공간의 부피(VVTR)에 대한 전체 기포 부피(VB)의 비(R)를 결과로서 제공하는 초음파/메가소닉 장치에 의해 팽창된 기포를 도시한다;
도 20i 및 20j는 포화점 훨씬 아래에 있는 비아, 트렌치 또는 함몰 공간의 부피(VVTR)에 대한 전체 기포 부피(VB)의 비(R)를 결과로서 제공하는 초음파/메가소닉 장치에 의해 팽창된 기포를 도시한다;
도 21의 (a) 내지 (d)는 예시적인 기판 세정 방법을 도시한다;
도 22의 (a) 내지 (d)는 다른 예시적인 기판 세정 방법을 도시한다;
도 23의 (a) 내지 (c)는 다른 예시적인 기판 세정 방법을 도시한다;
도 24a 내지 23e는 다른 예시적인 기판 세정 방법을 도시한다;
도 25는 세정액 내의 기포의 개수와 기체 농도 사이의 관계를 도시한다;
도 26은 기포 분리 장치를 포함하는 다른 예시적인 기판 세정 장치를 도시한다; 그리고
도 27a 및 27b는 다른 예시적인 기판 세정 방법을 도시한다.
도 1a 및 1b는 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 장치를 도시한다. 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼(1010), 회전 구동 메커니즘(1016)에 의해 회전되는 웨이퍼 척(1014), 세정 화학 물질 또는 탈이온수(1032)를 수송하는 노즐(1012) 및 초음파/메가소닉 장치(1003)와 초음파/메가소닉 전원을 포함한다. 메가소닉 장치(1003)는 공진기(1008)에 음향적으로 결합된 압전 트랜스듀서(1004)를 더 포함한다. 트랜스듀서(1004)는 진동하도록 전기적으로 여기되고, 공진기(1008)는 고주파수 음향 에너지를 액체에 전달한다. 초음파/메가소닉 에너지에 의해 생성된 기포 캐비테이션은 웨이퍼(1010) 상의 입자를 진동시킨다. 따라서, 오염물은 웨이퍼(1010)의 표면으로부터 멀어지도록 진동되어, 노즐(1012)에 의해 공급된 흐르는 유체(1032)를 통해 표면으로부터 제거된다.
도 2의 (a) 내지 (g)는 본 발명에 따른 초음파/메가소닉 장치의 상면도를 도시한다. 도 1 에 도시된 초음파/메가소닉 장치(1003)는 상이한 형상, 즉 도 2의 (a)에 도시된 바와 같은 삼각형이나 파이(pie) 형상, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같은 사각형 형상, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같은 팔각형 형상, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같은 타원 형상, 도 2의 (e)에 도시된 바와 같은 반원 형상, 도 2의 (f)에 도시된 바와 같은 4분원 형상 및 도 2의 (g)에 도시된 바와 같은 원형 형상의 초음파/메가소닉 장치(3003)로 대체될 수 있다.
도 3은 압축 페이즈 동안의 기포 캐비테이션을 도시한다. 기포의 형상은 구 형상(A)으로부터 사과 형상(G)으로 점차 압축되고, 최종적으로 기포는 내파(implosion) 상태(I)에 도달하여 마이크로 제트를 형성한다. 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 마이크로 제트는 매우 강력하여(수천 대기압과 수천℃에 도달할 수 있다), 특히 피처(feature) 크기(t)가 70 nm 이하로 축소될 때, 반도체 웨이퍼(4010) 상의 패터닝된 미세 구조(4043)를 손상시킬 수 있다.
도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 기포 캐비테이션의 단순화된 모델을 도시한다. 양의 음파 압력(sonic positive pressure)이 기포에 작용함에 따라, 기포는 이의 부피를 감소시킨다. 이러한 부피 감소 과정 동안, 음파 압력(PM)이 기포에 일을 하고, 기계적 일은 기포 내부의 열 에너지로 변환되며, 따라서 기포 내부의 기체 및/또는 증기의 온도가 상승한다.
이상 기체 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다:
[수학식 1]
p0v0/T0=pv/T
여기에서, p0는 압축 전의 기포 내부의 압력이고, v0는 압축 전의 기포의 초기 부피이고, T0는 압축 전의 기포 내부의 기체의 온도이고, p는 압축된 기포 내부의 압력이고, v는 압축된 기포의 부피이고, T는 압축된 기포 내부의 기체의 온도이다.
계산을 단순화하기 위하여, 기체의 온도는 압축 동안 변화하지 않거나 압축이 매우 느리고, 온도 증가는 기포를 둘러싸는 액체에 의해 상쇄된다고 가정한다. 따라서, 한 번의 기포 압축 동안(N 유닛의 부피로부터 1 유닛의 부피로 또는 압축비 = N) 음파 압력(PM)이 한 기계적 일(wm)은 다음과 같이 표현될 수 있다:
[수학식 2]
Figure pct00001
여기에서, S는 실린더의 단면적이고, x0는 실린더의 길이이고, p0는 압축 전의 실린더 내부의 기체의 압력이다. 수학식 2는 압축 동안 온도 증가 인자를 고려하지 않으며, 따라서 기포 내부의 실제 압력은 온도 증가 때문에 더 높을 것이다. 따라서, 음파 압력에 의해 작용된 실제 기계적 일은 수학식 2에 의해 계산된 것보다 더 클 것이다.
음파 압력이 한 모든 기계적 일이 부분적으로는 열 에너지로 변환되고 부분적으로는 기포 내부의 고압 기체 및 증기의 기계적 에너지로 변환되어, 이러한 열 에너지가 기포 내부의 기체의 온도 증가에 완전히 기여한다고(기포를 둘러싸는 액체 분자에 전달되는 에너지가 없음) 가정하고, 그리고 기포 내부의 기체의 질량이 압축 전후에 일정하게 유지된다고 가정하면, 한 번의 기포 압축 후의 온도 증가(ΔT)는 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식 3]
ΔT = Q/(mc) = βwm /(mc) = βSx0p0ln(x0)/(mc)
여기에서, Q는 기계적 일로부터 변환된 열 에너지이고, β는 음파 압력이 한 전체 기계적 일에 대한 열 에너지의 비이고, m은 기포 내부의 기체의 질량이고, c는 비열 계수이다. β = 0.65, S = 1E-12 m2, x0 = 1000 ㎛ = 1E-3 m(압축비 N = 1000), p0 = 1 kg/cm2 = 1E4 kg/m2, 수소 기체에 대한 m = 8.9E-17 kg, c = 9.9E3 J/(kg℃)를 수학식 3에 대입하면, ΔT = 50.9 ℃이다.
제1 회 압축 후의 기포 내부의 기체의 온도(T1)는 다음과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 4]
T1 = T0 + ΔT = 20 ℃ + 50.9 ℃= 70.9 ℃
기포가 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 1 미크론의 최소 크기에 도달할 때, 이러한 고온에서, 기포를 둘러싸는 일부 액체 분자는 물론 증발할 것이다. 그 후, 음파 압력은 음이 되고, 기포는 그 크기를 증가시키기 시작한다. 이러한 반대 과정에서, 압력(PG)을 갖는 고온의 기체 및 증기는 둘러싸는 액체 표면에 일을 할 것이다. 동시에, 음파 압력(PM)은 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 팽창 방향으로 기포를 끌어 당기고, 따라서, 음의 음파 압력(PM)도 역시 둘러싸는 액체에 부분적인 일을 한다. 결합 효과의 결과로서, 기포 내부의 열 에너지는 기계적 에너지로 완전히 방출되거나 변환될 수 없고, 따라서 기포 내부의 기체의 온도는 원래 기체 온도(T0) 또는 액체 온도로 냉각될 수 없다. 제1 캐비테이션 사이클이 종료한 후에, 기포 내의 기체의 온도(T2)는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 T0과 T1 사이의 어디엔가 있을 것이다. 또는, T2는 다음과 같이 표현될 수 있다:
[수학식 5]
T2 = T1 - δT = T0 + ΔT - δT
여기에서, δT는 한 번의 기포 팽창 후의 온도 감소이고, δT는 ΔT보다 작다.
제2 기포 캐비테이션 사이클이 최소 기포 크기에 도달할 때, 기포 내부의 기체 및/또는 증기의 온도(T3)는 다음이 될 것이다.
[수학식 6]
T3 = T2 + ΔT = T0 + ΔT - δT + ΔT = T0 + 2ΔT - δT
제2 기포 캐비테이션 사이클이 종료할 때, 기포 내부의 기체 및 증기의 온도(T4)는 다음이 될 것이다.
[수학식 7]
T4 = T3 - δT = T0 + 2ΔT - δT - δT = T0 + 2ΔT - 2δT
유사하게, 제n 기포 캐비테이션 사이클이 최소 기포 크기에 도달할 때, 기포 내부의 기체 및/또는 증기의 온도(T2n-1)는 다음이 될 것이다.
[수학식 8]
T2n -1 = T0 + nΔT - (n-1)δT
제n 기포 캐비테이션 사이클이 종료할 때, 기포 내부의 기체 및/또는 증기의 온도(T2n)는 다음이 될 것이다.
[수학식 9]
T2n = T0 + nΔT - nδT = T0 + n(ΔT - δT)
기포 캐비테이션의 사이클 횟수 n이 증가함에 따라서, 기체 및/또는 중기의 온도는 증가할 것이고, 따라서, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 기포 표면 상의 더 많은 분자가 기포(6082)의 내부로 증발할 것이고, 기포(6082)의 크기도 증가할 것이다. 마지막으로, 압축 동안의 기포 내부의 온도는 내파 온도(Ti)(보통 Ti는 수천℃만큼 높다)에 도달할 것이고, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 강력한 마이크로 제트(6080)가 형성된다.
수학식 8로부터, 내파 사이클 수(ni)는 다음과 같이 표현될 수 있다:
[수학식 10]
ni = (Ti - T0 - ΔT)/(ΔT - δT) + 1
수학식 10으로부터, 내파 시간(τi)은 다음과 같이 표현될 수 있다:
[수학식 11]
τi = nit1 = t1((Ti - T0 - ΔT)/(ΔT - δT) + 1)
= ni/f1 = ((Ti - T0 - ΔT)/(ΔT - δT) + 1)/f1
여기에서, t1은 사이클 주기이고, f1은 초음파/메가소닉 파의 주파수이다.
수학식 10 및 11에 따라, 내파 사이클 수(ni) 및 내파 시간(τi)이 계산될 수 있다. 표 1은 내파 사이클 수(ni), 내파 시간(τi) 및 (ΔT - δT) 사이의 계산된 관계를 나타내고, Ti = 3000 ℃, ΔT = 50.9 ℃, T0 = 20 ℃, f1 = 500 KHz, f1 = 1 MHz 및 f1 = 2 MHz라 가정한다.
ΔT - δT ( ℃) 0.1 1 10 30 50
ni 29018 2903 291 98 59
τi (ms)
f1 = 500 KHz		 58.036 5.806 0.582 0.196 0.118
τi (ms)
f1 = 1 MHz		 29.018 2.903 0.291 0.098 0.059
τi (ms)
f1 = 2 MHz		 14.509 1.451 0.145 0.049 0.029
웨이퍼 상의 패터닝된 구조에 대한 손상을 방지하기 위하여, 안정적인 캐비테이션이 유지되어야 하고, 기포 내파 또는 마이크로 제트는 회피되어야 한다. 도 7의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따라 안정적인 기포 캐비테이션을 유지함으로써 패터닝된 구조를 갖는 웨이퍼 상에서 손상이 없는 초음파 또는 메가소닉 세정을 성취하기 위한 방법을 도시한다. 도 7의 (a)는 전원 출력 파형을 도시하고, 도 7의 (b)는 각각의 캐비테이션 사이클에 대응하는 온도 곡선을 도시하고, 도 7의 (c)는 각각의 캐비테이션 사이클 동안의 기포 크기 팽창을 도시한다. 본 발명에 따른 기포 내파를 회피하기 위한 동작 과정 단계들이 다음과 같이 개시된다:
단계 1: 척(chuck) 또는 탱크 상에 설치된 웨이퍼 또는 기판의 표면에 인접하게 초음파/메가소닉 장치를 배치;
단계 2: 웨이퍼와 초음파/메가소닉 장치 사이에 화학액 또는 기체(수소, 질소, 산소 또는 CO2)가 도핑된 물을 채움;
단계 3: 척을 회전시키거나 웨이퍼를 진동;
단계 4: 주파수 f1 및 출력 P1로 전원을 설정;
단계 5: 기포 내부의 기체 및 증기의 온도가 내파 온도(Ti)에 도달하기 전에(또는 시간이 수학식 11에 의해 계산되는 바와 같이 시간이 τ1 < τi 에 도달), 전원 출력을 0 와트로 설정하고, 이에 따라 액체 또는 물의 온도가 기체 온도보다 훨씬 낮기 때문에 기포 내부의 기체의 온도가 냉각하기 시작한다.
단계 6: 기포 내부의 기체 온도가 실온(T0)으로 감소하거나 시간(0 출력 시간)이 τ2에 도달한 후에, 주파수 f1 및 출력 P1로 전원을 설정.
단계 7: 웨이퍼가 세정될 때까지 단계 1 내지 단계 6을 반복.
단계 5에서, 기포 내파를 방지하기 위하여 시간 τ1은 τi보다 짧아야 하고, τi는 수학식 11을 이용하여 계산될 수 있다.
단계 6에서, 기포 내부의 기체 온도는 실온 또는 액체 온도로 냉각될 필요는 없다; 이는 실온 또는 액체 온도 위의 소정의 온도일 수 있지만, 내파 온도(Ti)보다 상당히 낮은 것이 더 좋다.
수학식 8과 9에 따라, (ΔT - δT)를 알 수 있다면, τi가 계산될 수 있다. 그러나, 일반적으로, (ΔT - δT)는 계산되거나 직접 측정되기 어렵다. 다음의 방법은 내파 시간(τi)을 실험적으로 결정할 수 있다.
단계 1: 표 1에 기초하여, 실험 설계(design of experiment(DOE)) 조건으로서 5개의 상이한 시간 τ1을 선택한다;
단계 2: 제1 스크린 시험에서 τ1의 적어도 10배이고, τ1의 100배인 것이 더 좋은 시간 τ2를 선택하고,
단계 3: 특정의 패터닝된 구조 웨이퍼 상에 상기 5개 조건의 세정을 개별적으로 실행하도록 소정의 출력 P0를 정한다. 여기에서, P0은 연속 모드(비펄스(non-pulse) 모드)로 실행될 때, 웨이퍼 상의 패터닝된 구조가 확실히 손상될 출력이다.
단계 4: SEMS 또는 AMAT SEM vision이나 Hitachi IS3000과 같은 웨이퍼 패턴 손상 검토 도구에 의해 상기 5개의 웨이퍼의 손상 상태를 검사하고, 그 다음 내파 시간(τi)이 소정의 범위 내에 위치될 수 있다.
단계 1 내지 4는 내파 시간(τi)의 범위를 좁히도록 다시 반복될 수 있다. 내파 시간(τi)을 안 후에, 시간 τ1은 안전 여유(safety margin)를 위하여 0.5τi보다 작은 값으로 설정될 수 있다. 실험 데이터의 일례가 다음과 같이 설명된다.
패터닝된 구조는 55 nm 폴리실리콘 게이트 라인이다. 초음파/메가소닉 파의 주파수는 1 MHz이었고, Prosys에 의해 제조된 초음파/메가소닉 장치가 사용되어 웨이퍼 내에서 그리고 웨이퍼 사이에 더 양호하고 균일한 에너지 투여를 성취하기 위하여 갭 진동 모드(PCT/CN2008/073471에 개시됨)로 동작되었다. 다른 실험 파라미터 및 최종 패턴 손상 데이터는 표 2에 다음과 같이 요약된다.
웨이퍼 ID CO2 농도
(18 ㎲/cm)		 공정 시간 (초) 출력 밀도 (와트/cm2) 사이클 수 τ1
(ms)		 τ2
(ms)		 손상
사이트의 개수
#1 18 60 0.1 2000 2 18 1216
#2 18 60 0.1 100 0.1 0.9 0
τ1 = 2 ms(또는 2000 사이클 횟수)가 55 nm 피처 크기를 갖는 패터닝된 구조에 1216개만큼의 손상 사이트를 유발하였지만 τ1 = 0.1 ms(또는 100 사이클 횟수)가 55 nm 피처 크기를 갖는 패터닝된 구조에 0개의 손상 사이트를 유발하였다는 것이 분명하였다. τi가 0.1 ms와 2 ms 사이의 어떤 수가 되도록, 더욱 상세한 시험이 이 범위를 좁히기 위하여 수행될 필요가 있다. 분명하게, 초음파 또는 메가소닉 출력 밀도와 주파수에 관련된 사이클 수는, 출력 밀도가 더 클수록 사이클 수가 더 적어지고; 주파수가 더 낮을수록 사이클 수가 더 적어진다. 상기 실험 결과로부터, 초음파 또는 메가소닉 파의 출력 밀도가 0.1 와트/cm2보다 더 크고 초음파 또는 메가소닉 파의 주파수가 1 MHz 이하라고 가정하면, 손상이 없는 사이클 수는 2000보다 더 작아야 하는 것이 예측될 수 있다. 주파수가 1 MHz보다 더 큰 범위로 증가하거나 출력 밀도가 0.1 와트/cm2 미만이면, 사이클 수가 증가할 것이라고 예측될 수 있다.
τ1을 안 후에, 시간 τ2는 전술된 유사한 DOE 방식에 기초하여 짧아질 수 있다. 즉, 고정 시간 τ1은 패터닝된 구조에서의 손상이 관찰될 때까지 DOE를 실행하기 위하여 시간 τ2를 점차 단축시킨다. 시간 τ2가 짧아짐에 따라, 기포 내부의 기체 및/또는 증기의 온도는 충분히 냉각될 수 없고, 이는 기포 내부의 기체 및 증기의 평균 온도를 점차 위로 이동시키고, 궁극적으로 기포의 내파를 트리거할 것이다. 이 트리거 시간은 임계 냉각 시간이라 불린다. 임계 냉각 시간(τc)을 안 후에, 시간 τ2는 안전 여유를 얻기 위하여 동일한 이유로 2τc보다 큰 값으로 설정될 수 있다.
도 8의 (a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 방법의 다른 실시예를 도시한다. 파형의 진폭이 변화하는 출력과 주파수 f1로 초음파/메가소닉 전원을 설정하는 단계 4를 제외하고는, 방법은 도 7의 (a)에 도시된 것과 유사하다. 도 8의 (a)는 단계 4에서 파형의 진폭이 증가하는 출력과 주파수 f1로 초음파/메가소닉 출력을 설정하는 다른 웨이퍼 세정 방법을 도시한다. 도 8의 (b)는 단계 4에서 파형의 진폭이 감소하는 출력과 주파수 f1로 초음파/메가소닉 전원을 설정하는 다른 웨이퍼 세정 방법을 도시한다. 도 8의 (c)는 단계 4에서 파형의 진폭 먼저 감소하고 이후에 증가하는 출력과 주파수 f1로 초음파/메가소닉 전원을 설정하는 다른 웨이퍼 세정 방법을 도시한다. 도 8의 (d)는 단계 4에서 파형의 진폭 먼저 증가하고 이후에 감소하는 출력과 주파수 f1로 초음파/메가소닉 출력을 설정하는 다른 웨이퍼 세정 방법을 도시한다.
도 9의 (a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 방법의 다른 실시예를 도시한다. 변화하는 주파수로 초음파/메가소닉 전원을 설정하는 단계 4를 제외하고는, 방법은 도 7의 (a)에 도시된 것과 유사하다. 도 9의 (a)는 단계 4에서 먼저 주파수 f1로, 그 다음 이후에 f3으로 초음파/메가소닉 전원을 설정하고, f1이 f3보다 더 높은 다른 웨이퍼 세정 방법을 도시한다. 도 9의 (b)는 단계 4에서 먼저 주파수 f3으로, 그 다음 이후에 f1로 초음파/메가소닉 전원을 설정하고, f1이 f3보다 더 높은 다른 웨이퍼 세정 방법을 도시한다. 도 9의 (c)는 단계 4에서 먼저 주파수 f3으로, 이후에 f1로, 마지막으로 f3으로 초음파/메가소닉 전원을 설정하고, f1이 f3보다 더 높은 다른 웨이퍼 세정 방법을 도시한다. 도 9의 (d)는 단계 4에서 먼저 주파수 f1로, 이후에 f3으로, 마지막으로 f1로 초음파/메가소닉 전원을 설정하고, f1이 f3보다 더 높은 다른 웨이퍼 세정 방법을 도시한다.
도 9의 (c)에 도시된 방법과 유사하게, 초음파/메가소닉 출력은 단계 4에서 먼저 주파수 f1로, 이후에 f3으로, 마지막으로 f4로 초음파/메가소닉 전원을 설정할 수 있고, f4는 f3보다 더 낮고, f3은 f1보다 낮다.
다시 도 9의 (c)에 도시된 방법과 유사하게, 초음파/메가소닉 출력은 단계 4에서 먼저 주파수 f4로, 이후에 f3으로, 마지막으로 f1로 초음파/메가소닉 전원을 설정할 수 있고, f4는 f3보다 더 낮고, f3은 f1보다 낮다.
다시 도 9의 (c)에 도시된 방법과 유사하게, 초음파/메가소닉 출력은 단계 4에서 먼저 주파수 f1로, 이후에 f4로, 마지막으로 f3으로 초음파/메가소닉 전원을 설정할 수 있고, f4는 f3보다 더 낮고, f3은 f1보다 낮다.
다시 도 9의 (c)에 도시된 방법과 유사하게, 초음파/메가소닉 출력은 단계 4에서 먼저 주파수 f3으로, 이후에 f4로, 마지막으로 f1로 초음파/메가소닉 전원을 설정할 수 있고, f4는 f3보다 더 낮고, f3은 f1보다 낮다.
다시 도 9의 (c)에 도시된 방법과 유사하게, 초음파/메가소닉 출력은 단계 4에서 먼저 주파수 f3으로, 이후에 f1로, 마지막으로 f4로 초음파/메가소닉 전원을 설정할 수 있고, f4는 f3보다 더 낮고, f3은 f1보다 낮다.
다시 도 9의 (c)에 도시된 방법과 유사하게, 초음파/메가소닉 출력은 단계 4에서 먼저 주파수 f4로, 이후에 f1로, 마지막으로 f3으로 초음파/메가소닉 전원을 설정할 수 있고, f4는 f3보다 더 낮고, f3은 f1보다 낮다.
도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 안정적인 기포 캐비테이션을 유지함으로써 패터닝된 구조를 갖는 웨이퍼 상의 손상 없는 초음파/메가소닉 세정을 성취하기 위한 다른 방법을 도시한다. 도 10의 (a)는 전원 출력의 파형을 도시하고, 도 10의 (b)는 각각의 캐비테이션 사이클에 대응하는 온도 곡선을 도시한다. 본 발명에 따른 동작 과정 단계는 다음과 같이 개시된다:
단계 1: 척 또는 탱크 상에 설치된 웨이퍼 또는 기판의 표면에 인접하게 초음파/메가소닉 장치를 배치;
단계 2: 웨이퍼와 초음파/메가소닉 장치 사이에 화학액 또는 기체가 도핑된 물을 채움;
단계 3: 척을 회전시키거나 웨이퍼를 진동;
단계 4: 주파수 f1 및 출력 P1로 전원을 설정;
단계 5: 기포 내부의 기체 및 증기의 온도가 내파 온도(Ti)에 도달하기 전에(전체 시간 τ1이 경과), 전원 출력을 주파수 f1 및 출력 P2로 설정하고, P2는 P1보다 작다. 이에 따라, 액체 또는 물의 온도가 기체 온도보다 훨씬 낮기 때문에 기포 내부의 기체의 온도가 냉각하기 시작한다.
단계 6: 기포 내부의 기체 온도가 실온(T0)에 가까운 소정의 온도로 감소하거나, 시간(0 출력 시간)이 τ2에 도달한 후에, 주파수 f1 및 출력 P1로 전원을 다시 설정.
단계 7: 웨이퍼가 세정될 때까지 단계 1 내지 단계 6을 반복.
단계 6에서, 기포 내부의 기체 온도는 출력 P2 때문에 실온으로 냉각될 수 없고, 도 10b에 도시된 바와 같이, τ2 시간 구역의 이후 단계에 존재하는 온도 차이(ΔT2)가 있어야 한다.
도 11의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 방법의 다른 실시예를 도시한다. 단계 5에서 주파수 f2와 출력 P2로 초음파/메가소닉 출력을 설정하고, f2가 f1보다 낮고, P2가 P1보다 적다는 점을 제외하고는, 방법은 도 10의 (a)에 도시된 것과 유사하다. f2가 f1보다 낮기 때문에, 기포 내부의 기체 또는 증기의 온도는 더 빠르게 증가하고, 이에 따라, 기포 내부의 기체 및/또는 증기의 온도를 감소시키기 위하여, P2는 P1보다 상당이 낮게, 더 좋게는 5 또는 10배 적게 설정되어야 한다.
도 12의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 방법의 다른 실시예를 도시한다. 단계 5에서 주파수 f2와 출력 P2로의 초음파/메가소닉 출력을 설정하고, f2가 f1보다 높고, P2가 P1과 같다는 점을 제외하고는, 방법은 도 10의 (a)에 도시된 것과 유사하다.
도 13의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 방법의 다른 실시예를 도시한다. 단계 5에서 주파수 f2와 출력 P2로의 초음파/메가소닉 출력을 설정하고, f2가 f1보다 높고, P2가 P1보다 적다는 점을 제외하고는, 방법은 도 10의 (a)에 도시된 것과 유사하다.
도 14의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 방법의 다른 실시예를 도시한다. 단계 5에서 주파수 f2와 출력 P2로의 초음파/메가소닉 출력을 설정하고, f2가 f1보다 높고, P2가 P1보다 높다는 점을 제외하고는, 방법은 도 10의 (a)에 도시된 것과 유사하다. f2가 f1보다 높기 때문에, 기포 내부의 기체 또는 증기의 온도는 더 느리게 증가하고, 이에 따라 P2는 P1보다 약간 높게 될 수 있지만, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 온도 구역(τ1)에 비교하여 시간 구역(τ2)에서 기포 내부의 기체 및 증기의 온도가 감소하는 것을 확실하게 하여야 한다.
도 4의 (a) 및 (b)는 패터닝된 구조가 강렬한 마이크로 제트에 의해 손상되는 것을 도시한다. 도 15의 (a)및 (b)는 안정적인 캐비테이션도 웨이퍼 상의 패터닝된 구조를 손상시킬 수 있다는 것을 도시한다. 기포 캐비테이션이 계속됨에 따라, 기포 내부의 기체 및 증기의 온도가 증가하고, 이에 따라, 도 15a에 도시된 바와 같이, 기포(15046)의 크기도 증가한다. 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 기포(15048)의 크기가 패터닝된 구조 내의 공간의 치수(W)보다 더 크게 될 때, 도 15의 (c)에 도시된 바와 같이, 기포 캐비테이션의 팽창력은 패터닝된 구조(15034)를 손상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 다른 세정 방법이 다음과 같이 개시된다:
단계 1: 척 또는 탱크 상에 설치된 웨이퍼 또는 기판의 표면에 인접하게 초음파/메가소닉 장치를 배치;
단계 2: 웨이퍼와 초음파/메가소닉 장치 사이에 화학액 또는 기체가 도핑된 물을 채움;
단계 3: 척을 회전시키거나 웨이퍼를 진동;
단계 4: 주파수 f1 및 출력 P1로 전원을 설정;
단계 5: 기포의 크기가 패터닝된 구조 내의 공간(W)과 동일한 치수에 도달하기 전에(시간 τ1이 경과), 전원 출력을 0 와트로 설정하고, 이에 따라 액체 또는 물의 온도가 기체 온도보다 훨씬 낮기 때문에 기포 내부의 기체의 온도가 냉각하기 시작한다.
단계 6: 기포 내부의 기체 온도가 계속 감소(실온(T0)에 도달하거나, 시간(0 출력 시간)이 τ2에 도달)한 후에, 주파수 f1 및 출력 P1로 전원을 다시 설정.
단계 7: 웨이퍼가 세정될 때까지 단계 1 내지 단계 6을 반복.
단계 6에서, 기포 내부의 기체의 온도는 실온으로 냉각될 필요는 없고, 임의의 온도가 될 수 있지만, 내파 온도(T1)보다 상당히 더 낮은 것이 더 좋다. 단계 5에서, 기포 크기는 기포 팽창력이 패터닝된 구조를 파손하거나 손상시키지 않는 한 패터닝된 구조의 치수보다 약간 더 클 수 있다. 시간 τ1은 다음의 방법을 이용하여 실험적으로 결정될 수 있다:
단계 1: 표 1과 유사하게, 실험 설계(design of experiment(DOE)) 조건으로서 5개의 상이한 시간 τ1을 선택한다.
단계 2: 제1 스크린 시험에서 τ1의 적어도 10배이고, τ1의 100배인 것이 더 좋은 시간(τ2)을 선택한다.
단계 3: 특정의 패터닝된 구조 웨이퍼 상에 상기 5개 조건의 세정을 개별적으로 실행하도록 소정의 출력 P0를 정한다. 여기에서, P0은 연속 모드(비펄스 모드)로 실행될 때, 웨이퍼 상의 패터닝된 구조가 확실히 손상될 출력이다.
단계 4: SEMS 또는 AMAT SEM vision이나 Hitachi IS3000과 같은 웨이퍼 패턴 손상 검토 도구에 의해 상기 5개의 웨이퍼의 손상 상태를 검사하고, 그 다음 내파 시간(τi)이 소정의 범위 내에 위치될 수 있다.
단계 1 내지 4는 손상 시간(τd)의 범위를 좁히도록 다시 반복될 수 있다. 손상 시간(τd)을 안 후에, 시간 τ1은 안전 여유를 위하여 0.5τd보다 작은 값으로 설정될 수 있다.
도 7 내지 도 14에 설명된 모든 세정 방법은 도 15에서 설명된 방법에 적용될 수 있거나, 그와 조합될 수 있다.
도 16은 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 장치를 도시한다. 웨이퍼 세정 장치는, 웨이퍼(16010), 회전 구동 메커니즘(16016)에 의해 회전되는 웨이퍼 척(16014), 세정 화학 물질 또는 탈이온수(16060)를 수송하는 노즐(16064), 노즐(16064)과 결합된 초음파/메가소닉 장치(16062) 및 초음파/메가소닉 전원으로 구성된다. 초음파/메가소닉 장치(16062)에 의해 생성된 초음파/메가소닉 파는 화학물질 또는 물 액체 컬럼(16060)을 통해 웨이퍼로 전달된다. 도 7 내지 15에서 설명된 모든 세정 방법이 도 16에 설명된 세정 장치에 사용될 수 있다.
도 17은 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 장치를 도시한다. 웨이퍼 세정 장치는, 웨이퍼(17010), 세정 탱크(17074), 웨이퍼(17010)를 유지하고 세정 탱크(17074) 내에 유지되는 웨이퍼 카세트(17076), 세정 화학 물질(17070), 세정 탱크(17074)의 외벽에 부착된 초음파/메가소닉 장치(17072) 및 초음파/메가소닉 전원으로 구성된다. 적어도 하나의 흡입구는 웨이퍼(17010)를 담그기 위하여 세정 화학 물질(17070)을 세정 탱크(17074) 내로 채운다. 도 7 내지 15에서 설명된 모든 세정 방법이 도 17에 설명된 세정 장치에 사용될 수 있다.
도 18의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 방법의 다른 실시예를 도시한다. 기포 내부의 기체 및 증기의 온도가 내파 온도(Ti)에 도달하기 전에(또는 시간이 수학식 11에 의해 계산되는 바와 같이 시간이 τ1 < τi 에 도달), 진동하도록 초음파/메가소닉 장치를 유지하거나 정지하기 위하여 양의 값 또는 음의 DC 값으로 전원 출력을 설정하고, 이에 따라 액체 또는 물의 온도가 기체 온도보다 훨씬 낮기 때문에 기포 내부의 기체의 온도가 냉각하기 시작하는 단계 5를 제외하고는, 방법은 도 7의 (a)에 도시된 것과 유사하다. 음의 값의 양의 값은 출력 P1보다 더 크거나, 같거나, 더 작을 수 있다.
도 19는 본 발명에 따른 초음파/메가소닉 장치를 이용하는 웨이퍼 세정 방법의 다른 실시예를 도시한다. 기포 내부의 기체 및 증기의 온도가 내파 온도(Ti)에 도달하기 전에(또는 시간이 수학식 11에 의해 계산되는 바와 같이 시간이 τ1 < τi 에 도달), 기포의 캐비테이션을 신속하기 정지하기 위하여 f1과 동일한 주파수로 f1에 대하여 반대 위상을 갖는 전원 출력을 설정하는 단계 5를 제외하고는, 방법은 도 7의 (a)에 도시된 것과 유사하다. 이에 따라, 액체 또는 물의 온도가 기체 온도보다 훨씬 낮기 때문에 기포 내부의 기체의 온도가 냉각하기 시작한다. 음의 값의 양의 값은 출력 P1보다 더 크거나, 같거나, 더 작을 수 있다. 상기 동작 동안, 전원 출력은 기포의 캐비테이션을 신속하기 정지하기 위하여 f1과 상이한 주파수로 f1에 대하여 반대 위상을 갖도록 설정될 수 있다.
도 20a 내지 20d에 도시된 바와 같이, 기포(20012)는 기판(20010) 상의 비아(20034) 또는 트렌치(20036)인 피처에서 포화점(saturation point) 아래의 상태에 있어, 피처 내부의 기포 캐비테이션으로 인하여 비아(20034) 또는 트렌치(20036) 내에 새로운(fresh) 화학 물질 교환을 증가시키고, 또한, 피처로부터의 잔여물 및 입자와 같은 불순물의 제거를 증가시킨다. 포화점(Rs)은 비아, 트렌치 또는 함몰 영역인 피처 내부의 가장 큰 기포량에 의해 정의된다. 포화점을 넘어서는, 화학액이 피처 내부의 기포에 의해 차단되고, 비아 및 트렌치인 피처의 하부 또는 측벽에 거의 도달하지 않아, 화학액의 세정 성능이 영향을 받는다. 포화점 아래에 있는 동안, 화학액은 비아 또는 트렌치인 피처 내부에서 충분한 실행 가능성(feasibility)을 가지며, 양호한 세정 성능이 성취된다.
포화점 아래에서, 비아, 트렌치 또는 함몰 공간의 부피(VVTR)에 대한 전체 기포 부피(VB)의 비(R)는 다음과 같다:
R=VB/VVTR< Rs
그리고, 포화점(Rs)에서 또는 그 위에서, 비아, 트렌치 또는 함몰 공간의 부피(VVTR)에 대한 전체 기포 부피(VB)의 비(R)는 다음과 같다:
R=VB/VVTR=Rs
비아, 트렌치 또는 함몰 공간인 피처에서 전체 기포의 부피는 다음과 같다: VB = Nvb
여기에서, N은 피처 내의 전체 기포 개수이고, vb는 평균 단일 기포 부피이다.
도 20e 내지 20h에 도시된 바와 같이, 초음파/메가소닉 장치에 의해 팽창된 기포(20012)의 크기는 점진적으로 비아, 트렌치 또는 함몰 공간의 부피(VVTR)에 대한 전체 기포 부피(VB)의 비(R)가 포화점(Rs)에 가깝거나 그 위에 있는 소정의 부피로 된다. 이는 화학 물질 교환 및 불순물 제거의 경로인 비아 또는 트렌치를 팽창된 기포(20012)가 차단하게 한다. 이 경우에, 메가소닉 출력은 비아 또는 트렌치 내로 이의 하부 및 측벽에 도달하도록 완전히 전달될 수 없고, 한편, 비아 또는 트렌치 내에 갇힌 입자, 잔여물 및 다른 불순물(20048)은 효율적으로 빠져나갈 수 없다. 이 경우는 임계 치수(W1)가 더 작게 감소함에 따라 쉽게 발생하고, 비아 및 트렌치인 피처 내의 기포는 팽창된 후에 포화되려고 할 것이다.
도 20i 내지 20j에 도시된 바와 같이, 기포(20012)의 크기는 한계 내에서 초음파/메가소닉 장치에 의해 팽창되고, 비아, 트렌치 또는 함몰 공간의 부피(VVTR)에 대한 전체 기포 부피(VB)의 비(R)는 포화점 훨씬 아래에 있다. 새로운 화학 물질(20047)은 피처 내부의 기포 캐비테이션으로 인하여 비아 또는 트렌치 내에서 자유롭게 교환되어 양호한 세정 성능을 성취하는 한편, 잔여물 및 입자와 같은 불순물(20048)은 비아, 트렌치 및 함몰 공간인 피처로부터 빠져나간다.
피처 내의 전체 기포가 비아 및 트렌치인 피처 내의 기포 개수 및 기포 크기에 관련되기 때문에, 캐비테이션에 의해 팽창된 기포 크기의 제어는 큰 종횡비를 갖는 피처 세정 공정에서의 세정 성능에 대하여 중요하다.
도 21a 내지 21d에 도시된 바와 같이, 캐비테이션의 제1 사이클이 종료한 후에, 기포 내의 기체의 V1의 부피는 이에 작용하는 양의 음파 출력 동안 V0보다 더 작은 최소 크기로 압축되고, 기포 내의 기체의 V2의 부피는 이에 작용하는 음의 음파 출력 동안 다시 복귀될 것이다. 그러나, 도 21b에 도시된 바와 같이, V2의 부피를 갖는 기포 내의 온도(T2)가 V0의 부피를 갖는 기포 내의 온도(T0)보다 더 높아, 기포를 둘러싸는 일부 액체 분자가 높은 온도 하에서 기화할 것이기 때문에, V2인 부피는 V0인 부피보다 더 크다. 그리고, 도 21b에 도시된 바와 같이, 기포의 제2 압축에 의한 V3인 부피는 V1과 V2 사이의 어디엔가 있다. 그리고, V1, V2 및 V3은 다음과 같이 표현될 수 있다:
[수학식 12]
V1= V0-ΔV
[수학식 13]
V2=V1+δV
[수학식 14]
V3 = V2 -ΔV = V1+δV-ΔV=V0-ΔV+δV-ΔV= V0+δV-2ΔV
여기에서, ΔV는 초음파/메가소닉 파에 의해 생성된 양의 압력으로 인한 한 번의 압축 후의 기포의 부피 압축이고, δV는 초음파/메가소닉 파에 의해 생성된 음의 압력으로 인한 한 번의 팽창 후의 기포의 부피 증가이고, δV-ΔV는 한 번의 사이클 후에 수학식 5에서 계산된 온도 증분(ΔT - δT)으로 인한 부피 증가이다.
기포 캐비테이션의 제2 사이클 후에, 기포의 크기는 온도가 계속 증가하는 동안 더 큰 기포 크기에 도달하고, 기포 내부의 기체 및/또는 증기의 V4인 부피는 다음이 될 것이다:
[수학식 15]
V4 = V3 + δV = V0 + δV - 2ΔV + δV = V0 + 2(δV - ΔV)
기포 캐비테이션의 제3 사이클 후에, 기포 내부의 기체 및/또는 증기의 V5인 부피는 다음이 될 것이다:
[수학식 16]
V5 = V4 - ΔV = V0 + 2(δV - ΔV) - ΔV= V0 + 2δV - 3ΔV
유사하게, 기포 캐비테이션의 n번째 사이클이 최소 기포 크기에 도달할 때, 기포 내부의 기체 및/또는 증기의 V2n-1인 부피는 다음이 될 것이다:
[수학식 17]
V2n -1 = V0 + (n - 1)δV - nΔV = V0 + (n - 1)δV - nΔV
기포 캐비테이션의 n번째 사이클이 종료할 때, 기포 및/또는 증기의 부피 V2n은 다음이 될 것이다.
[수학식 18]
V2n = V0 + n(δV - ΔV)
비아, 트렌치 또는 함몰 영역 내의 화학 물질 교환의 경로를 차단하는 대신에, 캐비테이션 또는 기포 밀도의 포화점 아래로 운동 또는 기포 상태의 충분한 물리적 실행 가능성을 갖는 치수인 원하는 부피(Vi) 내로 기포의 부피를 제한하기 위하여, 사이클 수 ni는 다음과 같이 기재될 수 있다:
[수학식 19]
ni = (Vi - V0 - ΔV)/(δV - ΔV) + 1
수학식 19로부터, Vi를 성취하기 위한 원하는 시간 τi는 다음과 같이 기재될 수 있다.
[수학식 20]
τi = nit1 = t1((Vi - V0 - ΔV)/(δV - ΔV) + 1)
= ni/f1=((Vi - V0 - ΔT)/(δV - ΔV) + 1)/f1
여기에서, t1은 사이클 주기이고, f1은 초음파/메가소닉 파의 주파수이다.
수학식 19 및 20에 따르면, 기포 치수를 제한하기 위한 원하는 사이클 수 ni 및 시간 τi가 계산될 수 있다.
기포 캐비테이션의 사이클 수 n이 증가할 때, 기포 내부의 기체 및 액체(물) 증기의 온도가 증가할 것이고, 따라서 기포 표면 상의 더 많은 분자가 기포 내부로 증발할 것이며, 이에 따라 기포(21082)의 크기는 더 증가하여 수학식 18에 의해 계산된 값보다 더 크게 될 것이다. 실제 동작에서, 기포 크기가 이후에 개시될 실험적 방법에 의해 결정될 것이기 때문에, 이에 따라 온도 증가로 인한 기포 내부 표면을 위한 액체 또는 물의 증발에 의해 영향을 받은 기포 크기는 여기에서는 이론적으로 상세히 논의되지 않을 것이다. 평균 단일 기포 부피가 계속 증가함에 따라, 도 21d에 도시된 바와 같이, 비아, 트렌치 또는 함몰 공간의 부피(VVTR)에 대한 전체 기포 부피(VB)의 비(R)는 R0으로부터 계속 증가한다.
기포 부피가 증가함에 따라, 기포의 지름은 결국 도 20e에 도시된 비아 및 도 20g에 도시된 트렌치 또는 함몰 영역과 같은 피처와 동일한 크기 또는 대략 동일한 크기(W1)에 도달할 것이다. 그 다음, 비아 및 트렌치 내부의 기포는, 특히 종횡비(깊이/폭)가 3배 이상일 때, 음파/메가소닉 에너지가 비아 및 트렌치의 하부 내로 더 가는 것을 차단할 것이다. 따라서, 이러한 깊은 비아 또는 트렌치의 하부에서의 오염물 또는 입자는 효율적으로 제거되거나 세정될 수 없다.
비아 또는 트렌치인 피처 내의 화학 물질 교환의 경로를 차단하는 임계 치수까지의 기포 성장을 방지하기 위하여, 도 22의 (a) 내지 (d)는 본 발명에 따라 제한된 크기의 기포 캐비테이션을 유지함으로써 비아 또는 트렌치의 큰 종횡비의 피처를 갖는 기판 상에서 효율적인 초음파/메가소닉 세정을 성취하기 위한 방법을 개시한다. 도 22의 (a)는 전원 출력의 파형을 도시하고, 도 22의 (b)는 각각의 캐비테이션 사이클에 대응하는 기포 부피 곡선을 도시하고, 도 22의 (c)는 각각의 캐비테이션 사이클 동안의 기포 크기 팽창을 도시하고, 도 22의 (d)는 비아, 트렌치 또는 함몰 공간의 부피(VVTR)에 대한 전체 기포 부피(VB)의 비(R)의 곡선을 도시한다.
R = VB/VVTR = Nvb/VVTR
에 따르면, 비아, 트렌치 또는 함몰 공간의 부피(VVTR)에 대한 전체 기포 부피(VB)의 비(R)는 R0에서 Rn으로 증가하고, 평균 단일 기포 부피는 τ1의 시간 내에서 소정의 사이클 수 n 후에 음파 캐비테이션에 의해 팽창된다. 그리고, Rn은 포화점(Rs) 아래로 제어된다.
Rn = VB/VVTR = Nvb/VVTR < Rs
그리고, 비아, 트렌치 또는 함몰 공간의 부피(VVTR)에 대한 전체 기포 부피(VB)의 비(R)는 Rn에서 R0으로 감소하고, 평균 단일 기포 부피는 τ2의 시간 내에 냉각 공정에서 원래 크기로 복귀한다.
본 발명에 따른 기포 크기 성장을 회피하기 위한 동작 과정 단계들이 다음과 같이 개시된다:
단계 1: 척 또는 탱크 상에 설치된 기판 또는 기판의 표면에 인접하게 초음파/메가소닉 장치를 배치
단계 2: 기판과 초음파/메가소닉 장치 사이에 화학액 또는 기체(수소, 질소, 산소 또는 CO2)가 도핑된 물을 채움;
단계 3: 척을 회전시키거나 기판을 진동;
단계 4: 주파수 f1 및 출력 P1로 전원을 설정;
단계 5: 기포의 부피가 소정의 부피(Vn) 또는 지름(w)까지 팽창한 후에(또는 시간이 τ1에 도달한 후에), 전원 출력을 0 와트로 설정하고, 이에 따라 액체 또는 물의 온도가 기체 온도를 냉각시키기 때문에 기포 내부의 기체의 부피는 줄어들기 시작한다.
단계 6: 기체 온도가 실온(T0)으로 감소하는 동안 기포의 부피가 원래 부피로 감소하거나 시간(0 출력 시간)이 τ2에 도달한 후에, 주파수 f1 및 출력 P1로 전원을 다시 설정;
단계 7: 기판이 웨이퍼가 세정될 때까지 단계 1 내지 단계 6을 반복.
단계 5에서, Vn인 팽창된 기포의 부피 또는 지름(w)은 비아 또는 트렌치인 피처를 차단하는 치수(Vi) 또는 피처 크기(w1)보다 더 작도록 반드시 제한되지 않는다. 이는 Vi 위의 소정의 부피일 수 있지만, 가장 짧은 공정 시간을 갖는 효율적인 세정을 획득하기 위하여 치수 Vi보다 작은 것이 더 좋다. 그리고, τ1도 또한 반드시 τi보다 더 작도록 제한될 필요는 없지만 수학식 20에서 정의된 바와 같이 τi보다 더 작은 것이 더 좋다.
단계 6에서, 기포의 부피는 반드시 원래 부피로 줄어들 필요는 없다. 이는 원래 부피 위의 소정의 부피일 수 있지만, 초음파/메가소닉 출력이 비아, 트렌치 또는 함몰 영역과 같은 피처의 하부로 전달되게 하도록 기포 크기를 제한하기 위하여 Vi보다 상당히 더 작은 것이 더 좋다.
도 22의 (b)는 기포가 시간 τ1 동안 이에 작용하는 초음파/메가소닉 출력에 의해 큰 부피 Vn 내로 팽창된 것을 도시한다. 이 상태에서, 대량 수송 경로가 부분적으로 차단된다. 그리고, 그 다음, 새로운 화학 물질은 비아 또는 트렌치 내로 이의 하부 및 측벽에 도달하도록 완전히 전달될 수 없고, 한편, 비아 또는 트렌치 내에 갇힌 입자, 잔여물 및 다른 불순물은 효율적으로 빠져나갈 수 없다. 그러나, 상태는 기포 축소를 위하여, 초음파/메가소닉 출력이 도 22의 (a)에 도시된 바와 같이 시간 τ2 동안 기포를 냉각시키기 위하여 꺼지는, 다음 상태로 교체될 것이다. 이 냉각 상태에서, 새로운 화학 물질은 비아 또는 트렌치 내로 이의 하부 및 측벽을 세정하기 위하여 이동할 기회를 가진다. 초음파/메가소닉이 다음 사이클에 있을 때, 입자, 잔여물 및 다른 불순물은 기포 부피 증가에 의해 생성된 당기는 힘에 의해 비아 또는 트렌치로부터 제거될 수 있다. 2개의 상태가 세정 과정에서 교대하고 있다면, 이는 비아 또는 트렌치나 함몰 영역인 큰 종횡비의 피처를 갖는 기판 상에 효율적인 초음파/메가소닉 세정 성능을 성취한다.
시간 τ2에서의 냉각 상태는 이 세정 과정에서 주요 역할을 한다. 이는 정밀하게 정의되어야만 한다. 그리고, 기포 크기를 제한하기 위하여 τ1 < τi인 시간이 요구되며, τi의 정의가 또한 바람직하다. 다음의 방법은 냉각 상태 동안 기포를 축소시키기 위한 시간 τ2와 팽창된 기포를 차단 크기로 제한하기 위한 시간 τ1을 실험적으로 결정할 수 있다. 실험은 비아 및 트렌치인 작은 피처를 갖는 패턴 기판을 세정하기 위하여 화학액과 결합하는 초음파/메가소닉 장치를 사용함으로써 수행되며, 추적 가능한 잔여물이 세정 성능을 평가하기 위하여 존재한다.
단계 1: 수학식 20에 기초하여 τi로서 계산될 수 있는 피처를 차단하기에 충분히 큰 τ1을 선택한다.
단계 2: DOE를 실행하기 위하여 상이한 시간 τ2를 선택한다. τ2의 선택은 제1 스크린 시험에서의 τ1의 적어도 10배인, τ1의 적어도 100배인 것이 더 좋은 시간 τ2를 선택한다.
단계 3: 시간 τ1을 고정하고, 특정의 패터닝된 구조 기판 상에 적어도 5개 조건의 세정을 개별적으로 실행하도록 소정의 출력 P0를 정한다. 여기에서, P0은 연속 모드(비펄스 모드)로 실행될 때, 기판 상의 비아 또는 트렌치인 피처가 확실히 세정되지 않을 출력이다.
단계 4: SEMS 또는 EDX와 같은 요소 분석기 도구에 의해 상기 5개의 기판의 비아 또는 트렌치인 피처 내부의 추적 가능한 잔여물을 검사한다.
단계 1 내지 4는 비아 또는 트렌치인 피처 내부의 추적 가능한 잔여물이 관찰될 때까지 점진적으로 시간 τ2를 단축하도록 다시 반복될 수 있다. 시간 τ2가 단축됨에 따라, 기포의 부피는 충분히 축소될 수 없고, 이는 피처를 점진적으로 차단할 것이며 세정 성능에 영향을 미칠 것이다. 이 시간은 임계 냉각 시간 τc라 불린다. 임계 냉각 시간(τc)을 안 후에, 시간 τ2는 안전 여유를 얻기 위하여 2τc보다 더 큰 값으로 설정될 수 있다.
더욱 상세한 예는 다음과 같다:
단계 1: 시험 설계(design of experiment (DOE)) 조건으로서, 표 3에 나타난 바와 같이, τ10, 2τ10, 4τ10, 8τ10, 16τ10, 32τ10, 64τ10, 128τ10, 256τ10, 512τ10, 같은 상이한 시간 τ1을 선택한다.
단계 2: 표 3에 나타난 바와 같이, 제1 스크린 시험에서 512τ10의 적어도 10배, 더 좋게는 512τ10의 20배가 되도록 시간 τ2를 선택한다.
단계 3: 특정의 패터닝된 구조 기판 상에 상기 10개 조건의 세정을 개별적으로 실행하도록 소정의 출력 P0을 정한다. 여기에서, P0은 연속 모드(비펄스 모드)로 실행될 때, 기판 상의 비아 또는 트렌치인 피처가 확실히 세정되지 않을 출력이다.
기판# 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
τ1 τ10 2τ10 4τ10 8τ10 16τ10 32τ10 64τ10 128
τ10 		256
τ10 		512τ10
τ2 5120τ10 5120τ10 5120τ10 5120τ10 5120
τ10 		5120τ10 5120
τ10 		5120τ10 5120τ10 5120τ10
출력 P0 P0 P0 P0 P0 P0 P0 P0 P0 P0
공정
시간		 T0 T0 T0 T0 T0 T0 T0 T0 T0 T0
피처의
세정 상태		 1 2 3 4 5 6 5 4 4 3
단계 4: 포스트 플라즈마 에칭된 비아 또는 트렌치의 피처를 갖는 1O개의 기판을 처리하기 위하여, 표 3에 나타난 바와 같은 상기 조건을 이용한다. 포스트 에칭된 기판을 선택하는 이유는, 에칭 프로세스 동안 생성된 폴리머가 트렌치 및 비아의 측벽 상에 형성되기 때문이다. 비아의 하부 또는 측벽 상에 형성된 이 폴리머는 종래의 방법에 의해 제거하기 어렵다. 그 다음, 기판의 단면을 이용하여 SEM에 의해 10개의 기판 상의 비아 트렌치인 피처의 세정 상태를 검사한다. 데이터가 표 3에 나타난다. 표 3으로부터, 세정 효과는 τ1 = 32τ10에서 6의 최상의 점에 도달하고, 따라서 최적 시간 τ1은 32τ10이다.
피크가 발견되지 않으면, τ1의 넓은 시간 설정을 이용하여 단계 1 내지 단계 4가 시간 τ1을 찾기 위하여 다시 반복될 수 있다. 초기 τ1을 찾은 후에, τ1 에 가까운 시간 설정을 이용하여 단계 1 내지 단계 4가 시간 τ1의 범위를 좁히기 위하여 다시 반복될 수 있다. 시간 τi를 안 후에, 시간 τ2를 512τ2로부터 세정 효과가 감소될 때까지의 값으로 감소시키는 것으로 τ2가 최적화될 수 있다. 상세한 절차는 표 4에 다음과 같이 개시된다:
기판# 1 2 3 4 5 6 7 8
τ1 32τ10 32τ10 32τ10 32τ10 32τ10 32τ10 32τ10 32τ10
τ2 4096τ10 2048τ10 1024τ10 512τ10 256τ10 128τ10 64τ10 32τ10
출력 P0 P0 P0 P0 P0 P0 P0 P0
공정 시간 T0 T0 T0 T0 T0 T0 T0 T0
피처의
세정 상태		 3 4 5 6 7 6 5 3
표 4로부터, 세정 효과는 τ2 = 256τ10에서 7의 최상의 점에 도달하고, 따라서 최적 시간 τ2는 256τ10이다.
도 23의 (a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 초음파/메가소닉 장치를 이용한 기판 세정 방법의 다른 실시예를 도시한다. 방법은, 캐비테이션이 포화점(Rs)에 도달하더라도 mτ1의 기간 동안 출력이 일정한 것을 제외하고는, 도 22의 (a) 내지 (d)에 도시된 것과 유사하다. 여기에서, m은, 비아 및 트렌치 기판 및 화학 물질에 따라, 0.1 내지 100, 바람직하게는 2인 수일 수 있고, 도 22의 (a) 내지 (d)와 같은 실시예에서 설명된 실험에 의해 최적화될 필요가 있다.
도 8 내지 도 14 및 도 16 내지 도 19에 개시된 방법 및 장치는 도 22 및 도 23에 도시된 바와 같은 실시예에 적용될 수 있고, 여기에서는 다시 설명되지 않을 것이다.
일반적으로 말해서, 0.1 MHz 내지 10 MHz의 주파수를 갖는 초음파/메가소닉 파가 본 발명에 개시된 방법에 적용될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 본 발명은, 기판과 초음파/메가소닉 장치 사이의 공간 내로 액체를 적용하는 단계; 상기 초음파/메가소닉 장치를 구동하기 위하여 주파수 f1과 출력 P1로 초음파/메가소닉 전원을 설정하는 단계; 기판 상의 비아, 트렌치 또는 함몰 영역 내부의 부피에 대한 전체 기포 부피의 비가 제1 설정값으로 증가한 후에, 상기 초음파/메가소닉 장치를 구동하기 위하여 주파수 f2와 출력 P2로 상기 초음파/메가소닉 전원을 설정하는 단계; 비아, 트렌치 또는 함몰 영역 내부의 부피에 대한 전체 기포 부피의 비가 제2 설정값으로 감소한 후에, 상기 초음파/메가소닉 전원을 주파수 f1과 출력 P1로 다시 설정하는 단계; 기판이 세정될 때까지 상기 단계들을 반복하는 단계를 포함하는, 초음파/메가소닉 장치를 이용하여 기판 상의 비아, 트렌치 또는 함몰 영역을 효율적으로 세정하기 위한 방법을 개시한다.
제1 설정값은 캐비테이션 포화점 아래에 있다. 제2 설정값은 캐비테이션 포화점보다 훨씬 더 낮다. 기포 내부의 온도의 냉각은 비아, 트렌치 또는 함몰 영역 내부의 부피에 대한 전체 기포 부피의 비가 제2 설정값으로 감소하게 한다. 기포 내부의 온도는 상기 액체의 온도 가까이 냉각된다.
상기 실시예에서, 제1 설정값은 캐비테이션 포화점이고, 기판 상의 비아, 트렌치 또는 함몰 영역 내부의 부피에 대한 전체 기포 부피의 비가 캐비테이션 포화점에 도달한 후에도, 초음파/메가소닉 장치는 mτ1의 기간 동안 주파수 f1과 출력 P1에 여전히 유지되고, 여기에서, τ1은 캐비테이션 포화점에 도달하는 시간이고, m은 0.1 내지 100, 바람직하게는 2인 수인 τ1의 배수(multiple)다.
일 실시예에 따르면, 본 발명은 초음파/메가소닉 장치를 이용하여 기판 상의 비아, 트렌치 또는 함몰 영역을 효율적으로 세정하기 위한 장치를 개시한다. 장치는, 척(chuck), 초음파/메가소닉 장치, 적어도 하나의 노즐, 초음파/메가소닉 전원 및 컨트롤러를 포함한다. 척은 기판을 유지한다. 초음파/메가소닉 장치는 기판에 인접하게 위치 설정된다. 적어도 하나의 노즐은 기판과, 기판과 초음파/메가소닉 장치 사이의 갭에 화학액을 주입한다. 컨트롤러는 초음파/메가소닉 장치를 구동하기 위하여 주파수 f1과 출력 P1로 초음파/메가소닉 전원을 설정하고; 기판 상의 비아, 트렌치 또는 함몰 영역 내부의 부피에 대한 전체 기포 부피의 비가 제1 설정값으로 증가한 후에, 컨트롤러는 초음파/메가소닉 장치를 구동하기 위하여 주파수 f2와 출력 P2로 초음파/메가소닉 전원을 설정하고; 비아, 트렌치 또는 함몰 영역 내부의 부피에 대한 전체 기포 부피의 비가 제2 설정값으로 감소한 후에, 컨트롤러는 초음파/메가소닉 전원을 주파수 f1과 출력 P1로 다시 설정하고; 기판이 세정될 때까지 상기 단계들을 반복한다.
다른 실시예에 따라, 본 발명은 초음파/메가소닉 장치를 이용하여 기판 상의 비아, 트렌치 또는 함몰 영역을 효율적으로 세정하기 위한 장치를 개시한다. 장치는, 카세트, 탱크, 초음파/메가소닉 장치, 적어도 하나의 흡입구, 초음파/메가소닉 전원 및 컨트롤러를 포함한다. 카세트는 적어도 하나의 기판을 유지한다. 탱크는 카세트를 유지한다. 초음파/메가소닉 장치는 탱크의 외벽에 부착된다. 적어도 하나의 흡입구는 기판을 담그기 위하여 화학액을 탱크 내로 채우기 위해 사용된다. 컨트롤러는 초음파/메가소닉 장치를 구동하기 위하여 주파수 f1과 출력 P1로 초음파/메가소닉 전원을 설정하고; 기판 상의 비아, 트렌치 또는 함몰 영역 내부의 부피에 대한 전체 기포 부피의 비가 제1 설정값으로 증가한 후에, 컨트롤러는 초음파/메가소닉 장치를 구동하기 위하여 주파수 f2와 출력 P2로 초음파/메가소닉 전원을 설정하고; 비아, 트렌치 또는 함몰 영역 내부의 부피에 대한 전체 기포 부피의 비가 제2 설정값으로 감소한 후에, 컨트롤러는 초음파/메가소닉 전원을 주파수 f1과 출력 P1로 다시 설정하고; 기판이 세정될 때까지 상기 단계들을 반복한다.
다른 실시예에 따라, 본 발명은 초음파/메가소닉 장치를 이용하여 기판 상의 비아, 트렌치 또는 함몰 영역을 효율적으로 세정하기 위한 장치를 개시한다. 장치는, 척, 초음파/메가소닉 장치, 노즐, 초음파/메가소닉 전원 및 컨트롤러를 포함한다. 척은 기판을 유지한다. 초음파/메가소닉 장치는 기판에 인접하게 위치 설정된 노즐과 결합된다. 노즐은 기판 상에 화학액을 주입한다. 컨트롤러는 초음파/메가소닉 장치를 구동하기 위하여 주파수 f1과 출력 P1로 초음파/메가소닉 전원을 설정하고; 기판 상의 비아, 트렌치 또는 함몰 영역 내부의 부피에 대한 전체 기포 부피의 비가 제1 설정값으로 증가한 후에, 컨트롤러는 초음파/메가소닉 장치를 구동하기 위하여 주파수 f2와 출력 P2로 초음파/메가소닉 전원을 설정하고; 비아, 트렌치 또는 함몰 영역 내부의 부피에 대한 전체 기포 부피의 비가 제2 설정값으로 감소한 후에, 컨트롤러는 초음파/메가소닉 전원을 주파수 f1과 출력 P1로 다시 설정하고; 기판이 세정될 때까지 상기 단계들을 반복한다.
도 24a 내지 24e를 참조하여, 본 발명에 따라 음향 에너지를 이용하여 반도체 웨이퍼(24010) 상에서 불순물(24048), 즉 입자, 잔류물 및/또는 패터닝된 구조의 피처(24034) 내에 갇힌 다른 불순물을 제거하기 위한 조작 공정이 아래에 개시된다. 다음의 단계들은 단계 1 내지 단계 5가 아닌 순서로 수행될 수 있다.
단계 1: 베이스, 예를 들어, 스핀 척(spin chuck) 상에 패터닝된 구조의 피처(24034)를 포함하는 반도체 웨이퍼(24010)를 배치한다. 베이스는 주어진 속도로 반도체 웨이퍼(24010)를 회전시킬 수 있다. 피처의 라인 폭(W)은 60 나노미터보다 크지 않을 수 있다.
단계 2: 토출구(outlet)를 이용하여 반도체 웨이퍼(24010) 상에 세정액(24032), 예를 들어, 화학액 또는 가스(수소, 질소, 산소, NH3 또는 CO2)가 도핑된 물을 적용한다. 토출구는 반도체 웨이퍼(24010) 상으로 세정액(24032)을 주입하거나 분사하는 노즐일 수 있다. 반도체 웨이퍼(24010)는 세정액(24032)이 적용되고 있는 것에 따라 회전될 수 있다.
단계 3: 도 24b에 도시된 바와 같이, 음향 에너지가 세정액(24032)에 인가되고 있을 때 낮은 속도(ω1), 예를 들어, 10 RPM(분당 회전 수) 내지 100 RPM 또는 200 RPM으로 반도체 웨이퍼(24010)를 회전시킨다. 예를 들어, 음향 에너지를 인가하기 위하여, 초음파 또는 메가소닉 장치는 반도체 웨이퍼(24010)의 표면에 인접하게 배치될 수 있고, 낮은 회전 속도와 초음파 또는 메가소닉 장치의 위치로 인하여, 세정액(24032)이 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(24010) 사이에 채워진다. 더욱 상세하게는, 세정액(24032)의 표면 장력으로 인하여, 세정액(24032)은, 스핀 척의 회전 속도, 반도체 웨이퍼(24010)와 초음파 또는 메가소닉 장치 사이의 갭의 거리, 세정액(24032)의 흐름 속도 및 세정액(24032) 물성을 포함하는 설정들의 소정의 조합 하에서, 반도체 웨이퍼(24010)와 초음파 또는 메가소닉 장치 사이의 갭 내에까지 채워진다. 초음파 또는 메가소닉 장치의 전원이 켜지면, 기포(24046)가 생성되고, 음향 에너지를 이용하여 반도체 웨이퍼(24010)에 대한 세정 공정이 시작된다. 도 24b에 도시된 바와 같이, 초음파 또는 메가소닉 장치에 의해 생성된 음향 에너지로 인하여 피처(24034) 내에 갇힌 불순물(24048)이 들어 올려진다. 단계 3의 지속 시간은, 예를 들어, 1초 내지 수 분일 수 있다.
단계 4: 도 24c에 도시된 바와 같이, 음향 에너지가 세정액(24032)에 인가되고 있지 않을 때 높은 속도(ω2), 예를 들어, 100 RPM 또는 200 RPM 내지 1500 RPM으로 반도체 웨이퍼(24010)를 회전시킨다. 예를 들어, 음향 에너지 인가를 정지시키기 위하여, 초음파 또는 메가소닉 장치의 전원이 꺼질 수 있고 그리고/또는 초음파 또는 메가소닉 장치가 액체 레벨 위의 위치로 반도체 웨이퍼(24010)에 인접한 위치로부터 상승될 수 있다. 반도체 웨이퍼(24010)의 회전 속도가 증가될 때, 반도체 웨이퍼(24010)의 표면 상의 세정액(24032)이 스핀 척과 함께 회전되기 때문에, 반도체 웨이퍼(24010)의 표면 상의 세정액(24032)의 접선 속도가 증가된다. 도 24c에 도시된 바와 같이, 세정액(24032)의 접선 속도를 증가시키는 것은 단계 3에 의해 들어 올려진 불순물(24048)의 제거 효율을 향상시킨다. 불순물(24048)은 반도체 웨이퍼(24010)의 에지를 향하여 측방향으로 이동하고, 궁극적으로 반도체 웨이퍼(24010)으로부터 멀리 이동한다. 단계 4의 지속 시간은, 예를 들어, 1초 내지 수 분일 수 있다. 이 단계에서, 음향 에너지의 인가는 정지되고, 기포(24046)는 정적인 상태로 유지된다. 이 단계에서, 반도체 웨이퍼(24010)를 높은 속도(ω2)로 회전시키기 위하여 베이스의 회전 속도를 증가시키기 전에, 바람직하게는 초음파 또는 메가소닉 장치가 반도체 웨이퍼의 표면에 인접한 위치로부터 상승되고, 이는 불순물(24048)의 제거에 더욱 도움이 된다.
단계 5: 선택적으로, 도 24d 및 24e에 도시된 바와 같이, 피처(24034) 내로 다시 떨어졌거나 그 내에 남아 있는 불순물(24048)을 제거하기 위하여, 단계 3 및 단계 4를 1 이상의 사이클 동안 반복한다. 도 24b 및 24c에 도시된 바와 같이, 불순물(24048)의 일부는 반도체 웨이퍼(24010)의 패터닝된 구조로부터 멀리 단계 3에 의해 들어 올려질 수 있다. 불순물(24048)의 이 부분은 반도체 웨이퍼(24010)의 증가된 회전 속도로 인하여 바깥으로 향하는 액체 흐름에 의해 단계 4에서 쉽게 제거된다. 그러나, 불순물(24048)의 다른 부분은 패터닝된 구조의 내부에 또는 패터닝된 구조 근처에 여전히 있고, 음향 에너지의 인가가 정지되었기 때문에 피처(24034) 내로 다시 떨어질 것이고, 단계 4 이후에 피처(24034) 내부에 여전히 갇힌다. 따라서, 단계 3 및 단계 4를 1 이상의 사이클 동안 반복하는 것은, 도 24d 내지 24e에 도시된 바와 같이, 불순물(24048)을 더욱 효율적으로 제거할 수 있다.
단계 3에서, 음향 에너지를 이용한 세정 공정은 도 7 또는 도 8 내지 14 중 임의의 것과 관련하여 설명된 단계 4 내지 6에 따라 적용될 수 있다. 이러한 방식으로, 기포는 패터닝된 구조의 손상 내파 또는 막힘을 방지하기 위하여 냉각될 수 있다.
음향 에너지가 인가되어 화학액 또는 가스가 도핑된 물에 의해 패터닝된 구조를 세정하는 공정에서, 기포는 음향 에너지에 의해 팽창될 것이다. 비아, 트렌치 및/또는 함몰 영역인 피처가, 특히 종횡비(깊이/폭)가 3 이상일 때, 기포에 의해 막힐 위험이 있다. 따라서, 새로운 용액이 비아, 트렌치 및/또는 함몰 영역의 하부에 효율적으로 도달할 수 없고, 이러한 깊은 비아, 트렌치 및/또는 함몰 영역의 하부에서 입자, 잔류물 또는 다른 불순물이 효율적으로 제거되거나 세정될 수 없다. 패터닝된 구조의 피처에서, 포화점(Rs)은 비아, 트렌치 및/또는 함몰 영역 내부에서 가장 많은 양의 기포에 의해 정의된다. 포화점 위에서, 세정액은 피처 내부의 기포에 의해 차단되고, 비아, 트렌치 및/또는 함몰 영역인 피처의 하부 또는 측벽에 도달하기 어려워, 세정액의 세정 성능은 손상된다. 포화점 아래에서, 세정액은 비아, 트렌치 및/또는 함몰 영역의 피처 내부에 충분히 액세스하고, 양호한 세정 성능이 성취된다.
비아, 트렌치 및/또는 함몰 영역인 피처 내의 기포의 전체 부피가 비아, 트렌치 및/또는 함몰 영역인 피처 내의 기포의 개수 및 기포의 크기 모두에 관련되기 때문에, 기포의 개수 및 기포의 크기의 제어는 높은 종횡비를 갖는 피처의 세정 공정에서의 세정 성능에 대하여 중요하다. 단일 기포의 부피를 제어하기 위한 도 21a 내지 21d에 도시된 바와 같은 방법이 개시되었고, 여기에서는 상세히 논의되지 않을 것이다.
도 25는 세정액에 내의 기포의 개수와 기체 농도 사이의 관계를 도시한다. 세정액 내의 기체 농도를 제어하기 위하여, 세정액 내에 도핑된 기체의 양은 이 장치에 의해 정밀하게 제어될 필요가 있다. 적합한 기체 농도를 결정하기 위하여, 초음파 또는 메가소닉 세정 공정 파라미터가 최적화된 후에, 비아, 트렌치 또는 함몰 영역인 소형 피처를 포함하는 패터닝된 구조를 세정하기 위하여 음향 에너지가 공급되는 다른 도핑량의 기체를 이용하여 검증 실험이 수행되어야 한다. 최적 기체 농도는 실험에 의해 획득될 수 있는 최적 세정 효과에 의해 결정된다.
도 26은 다른 예시적인 반도체 웨이퍼 세정 장치를 도시한다. 장치는, 이 장치가 기포 분리(de-bubble) 장치(26084)를 갖는 점을 제외하고는, 도 1a에 도시된 것과 유사하다. 기포 분리 장치(26084)는 노즐(26012)로 이어지는 통로 상에 설치될 수 있다. 세정액(260132)은 기포 분리 장치(26084)를 통해 흐르고, 이는 노즐(26012)로 공급된다. 노즐(26012)은 회전 구동 메커니즘(26016)에 의해 회전되는 스핀 척(26014) 상에 배치되는 반도체 웨이퍼(26010) 상으로 세정액(26032)을 전달한다. 기포 분리 장치(26084)는 큰 기포를 차단하지만, 작은 기포는 차단하지 않는다. 즉, 작은 기포는 세정액과 함께 기포 분리 장치(26084)를 통해 흐를 수 있지만, 큰 기포는 그럴 수 없다. 기포 분리 장치(26084)는 세정액이 노즐(26012)로 공급되기 전에 세정액 내의 큰 기포를 제거하며, 이는 음향 에너지가 인가되는 세정액에 의해 패터닝된 구조를 세정하는 공정 동안 반도체 웨이퍼(26010) 상의 패터닝된 구조의 손상 내파 또는 막힘을 감소시키는데 도움을 준다.
도 27a는 결정 이방성 에칭(anisotropy etching)으로 인한 잔류 표면 오염물 및 표면 텍스처와 같은 피처 표면 평탄에 영향을 미치는 피처(27034) 내의 하나 이상의 결함(27050), 예를 들어, 찌끼(scum) 또는 옹이(burr)를 갖는 반도체 웨이퍼(27010)를 도시한다. 음향 에너지가 인가되는 화학액 또는 기체가 도핑된 물과 같은 세정 용액(27032)에 의해 비아, 트렌치 또는 함몰 영역인 피처를 세정하는 공정에서, 기포(27046)가 결함(27050)의 위치 주위로 축적될 수 있어, 결함(27050)에 의해 발생되는 스트레인(strain) 농도로 인하여 기포(27046)의 붕괴가 거기에서 발생하기 더 쉽다. 기포 붕괴에 의해 생성되는 마이크로 제트의 기계력은 미세 피처(27034)의 손상으로 더 이어질 것이다.
이 문제를 해결하기 위하여, 도 27b에 도시된 바와 같이, 전처리 방법이 결함(27050)을 제거하고 패터닝된 구조의 매끄러운 표면을 획득하는데 필요하다.
일 실시예에서, 패터닝된 구조(27034) 상의 찌끼를 제거하고 패터닝된 구조(27034)의 매끄러운 표면을 형성하기 위하여 고에너지 플라즈마를 이용하여 찌끼 제거(descum) 공정이 세정 공정에 앞서 수행된다. 그 다음, 도 24a 내지 24e와 관련하여 개시된 단계들이 본 발명에 따라 수행될 수 있다.
다른 실시예에서, 패터닝된 구조의 매끄러운 표면을 획득하기 위하여, 고에너지 플라즈마가 세정 공정에 앞서 패터닝된 구조(27034) 상의 옹이를 제거하거나 매끄럽게 하는데 사용된다. 그 다음, 도 24a 내지 24e와 관련하여 개시된 단계들이 본 발명에 따라 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 패터닝된 구조(27034) 상의 옹이를 제거하거나 매끄럽게 하기 위하여, 다음 단계들을 포함하는 습식 전처리 공정이 수행될 수 있다. 다음의 단계들은 단계 1 내지 단계 5가 아닌 순서로 수행될 수 있다.
단계 1: 베이스, 예를 들어, 스핀 척 상에 패터닝된 구조의 피처를 포함하는 반도체 웨이퍼를 배치한다.
단계 2: 패터닝된 구조 상의 옹이를 제거하거나 매끈하게 하기 위하여, 토출구를 이용하여 반도체 웨이퍼 상에, 전처리 액체를 적용하거나, 2 이상의 전처리 액체를 차례로 제공한다. 반도체 웨이퍼 상으로 전처리 액체를 주입하거나 분사하는 노즐일 수 있다. 반도체 웨이퍼는 하나 이상의 전처리 액체가 적용되고 있는 것에 따라 회전될 수 있다.
단계 3: 반도체 상에 전처리 액체를 씻어 내기 위하여 탈이온수(DI water) 를 적용한다.
이어서, 도 24a 내지 24e와 관련하여 개시된 방법에서의 단계 2 내지 단계 5가 패터닝된 구조를 갖는 반도체 웨이퍼를 세정하기 위하여 수행될 수 있다.
실리콘 표면 전처리를 위한 전처리 용액은 SC1 용액(H2O, H2O2 및 NH4OH의 혼합물)일 수 있다. 또한, 다수의 전처리 용액이 다음과 같이 적용될 수 있다: 실리콘 패시베이션을 위한 농축된 산화막을 형성하기 위하여 반도체 웨이퍼의 표면 상에 오존 용액(물에 용해된 소정 양의 오존)을 먼저 적용; 반도체 웨이퍼 상에 남아 있는 화학 물질을 씻어 내기 위하여 DI 수를 적용; 그리고 입자, 잔류물 또는 다른 불순물의 언더컷(under-cut) 효과를 성취하기 위하여, 반도체 웨이퍼의 표면 상의 산화물을 에칭하도록 반도체 웨이퍼의 표면 상으로 희석된 플루오린화 수소(diluted hydrogen fluoride(DHF))를 적용. 이러한 방식으로, 입자, 잔류물 또는 다른 불순물은 후속 세정 단계들에서 제거되기 훨씬 더 쉽다.
본 개시 내용의 일부 양태들에서, 베이스의 회전과 음향 에너지의 인가는 하나 이상의 컨트롤러, 예를 들어, 설비의 소프트웨어 프로그래머블 제어에 의해 제어될 수 있다. 하나 이상의 컨트롤러는 회전 및/또는 에너지 인가의 타이밍을 제어하기 위한 하나 이상의 타이머를 포함할 수 있다.
본 발명은 45 나노미터보다 더 크지 않은 반도체 웨이퍼의 소자 제조 노드 및 60 나노보다 크지 않은 라인 폭에 적용될 수 있다.
본 발명은 3D NAND에 적용될 수 있다.
도 7 내지 도 14 및 도 18 내지 도 23에 개시된 방법과 도 1a, 도 16 및 도 17에 개시된 장치가 도 24a 내지 도 27b에 도시된 실시예들에 적용될 수 있다.
본 발명이 소정의 실시예, 예 및 적용예에 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 (40)

  1. 패터닝된 구조의 피처(feature)를 포함하는 기판을 세정하는 방법에 있어서,
    상기 기판을 회전시키도록 구성된 기판 홀더 상에 상기 기판을 배치하는 단계;
    상기 기판 상에 세정액을 적용하는 단계;
    음향 에너지가 트랜스듀서(transducer)에 의해 상기 세정액으로 인가되고 있을 때 제1 레이트로 상기 기판 홀더에 의해 상기 기판을 회전시키는 단계; 및
    음향 에너지가 상기 트랜스듀서에 의해 상기 세정액으로 인가되고 있지 않을 때 상기 제1 레이트보다 더 높은 제2 레이트로 상기 기판 홀더에 의해 상기 기판을 회전시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    음향 에너지가 인가되고 있을 때 제1 레이트로 상기 기판 홀더에 의해 상기 기판을 회전시키는 단계와, 음향 에너지가 인가되고 있지 않을 때 제2 레이트로 상기 기판 홀더에 의해 상기 기판을 회전시키는 단계는, 다수의 사이클 동안 서로 교대로 적용되는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이트는 분당 10 회전 내지 분당 200 회전인 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 레이트는 분당 100 회전 내지 분당 1500 회전인 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    음향 에너지가 인가되고 있을 때 제1 레이트로 상기 기판을 회전시키는 단계는,
    타이머에 기초하여, 미리 정해진 제1 기간 동안 제1 주파수 및 제1 출력 레벨로 상기 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 상기 트랜스듀서의 전원을 제어하는 단계; 및
    상기 타이머에 기초하여, 미리 정해진 제2 기간 동안 제2 주파수 및 제2 출력 레벨로 상기 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 상기 트랜스듀서의 전원을 제어하는 단계
    를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기간, 상기 제1 및 제2 출력 레벨 및 상기 제1 및 제2 주파수는, 상기 음향 에너지의 전달 결과로서의 손상된 피처의 퍼센티지가 미리 정해진 임계값보다 낮도록 결정되는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 소자 제조 노드는 45 나노미터 이하인 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 패터닝된 구조의 피처의 라인 폭은 60 나노미터 이하인 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 패터닝된 구조의 피처의 깊이 대 폭 종횡비는 3 이상인 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    음향 에너지가 인가되고 있을 때 제1 레이트로 상기 기판을 회전시키는 단계 후에 그리고 음향 에너지가 인가되고 있지 않을 때 제2 레이트로 상기 기판을 회전시키는 단계 전에, 상기 세정액으로부터 멀리 상기 트랜스듀서를 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 세정액을 적용하는 단계 전에 기포를 끌어 당기는 결함을 제거하기 위하여 상기 기판에 전처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 세정액을 적용하는 단계 전에 상기 세정액 내에서 기포의 적어도 일부를 제거하기 위하여 상기 세정액에 전처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 패터닝된 구조의 피처(feature)를 포함하는 기판을 세정하는 방법에 있어서,
    기포를 끌어 당기는 결함을 제거하기 위하여 상기 기판에 전처리를 수행하는 단계;
    상기 기판 상에 세정액을 적용하는 단계;
    타이머에 기초하여, 미리 정해진 제1 기간 동안 제1 주파수 및 제1 출력 레벨로 상기 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 트랜스듀서(transducer)의 전원을 제어하는 단계; 및
    상기 타이머에 기초하여, 미리 정해진 제2 기간 동안 제2 주파수 및 제2 출력 레벨로 상기 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 상기 트랜스듀서의 전원을 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 기간은 미리 정해진 개수의 사이클 동안 서로 교대로 적용되는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기간, 상기 제1 및 제2 출력 레벨 및 상기 제1 및 제2 주파수는, 상기 음향 에너지의 전달 결과로서의 손상된 피처의 퍼센티지가 미리 정해진 임계값보다 낮도록 결정되는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 전처리는 상기 기판 상에 플라즈마 에너지를 인가하는 것을 포함하는 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 전처리는 상기 기판 상에 하나 이상의 전처리 용액을 적용하는 것을 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 기판 상에 하나 이상의 전처리 용액을 적용하는 단계는 SC1 용액을 적용하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 기판 상에 하나 이상의 전처리 용액을 적용하는 단계는,
    상기 기판 상에 오존 용액을 적용하는 단계;
    상기 기판 상에 탈이온수(deionized water)를 적용하는 단계; 및
    상기 기판 상에 희석된 플루오린화 수소(diluted hydrogen fluoride)를 적용하는 단계
    를 포함하는 방법.
  19. 패터닝된 구조의 피처(feature)를 포함하는 기판을 세정하는 방법에 있어서,
    세정액 내에서 기포의 적어도 일부를 제거하기 위하여 상기 세정액에 전처리를 수행하는 단계;
    상기 기판 상에 세정액을 적용하는 단계;
    타이머에 기초하여, 미리 정해진 제1 기간 동안 제1 주파수 및 제1 출력 레벨로 상기 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 트랜스듀서(transducer)의 전원을 제어하는 단계; 및
    상기 타이머에 기초하여, 미리 정해진 제2 기간 동안 제2 주파수 및 제2 출력 레벨로 상기 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 상기 트랜스듀서의 전원을 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 기간은 미리 정해진 개수의 사이클 동안 서로 교대로 적용되는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전처리는 임계 크기보다 큰 기포를 실질적으로 제거하는 것을 포함하는 방법.
  21. 패터닝된 구조의 피처(feature)를 포함하는 기판을 세정하는 장치에 있어서,
    상기 기판을 유지하고 상기 기판을 회전시키도록 구성된 기판 홀더;
    상기 기판 상에 세정액을 적용하도록 구성된 흡입구(inlet);
    음향 에너지를 상기 세정액에 전달하도록 구성된 트랜스듀서(transducer); 및
    하나 이상의 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 하나 이상의 컨트롤러는,
    음향 에너지를 상기 세정액에 전달하도록 상기 트랜스듀서를 제어하는 동안 제1 레이트로 상기 기판을 회전시키도록 상기 기판 홀더를 제어하고; 그리고,
    음향 에너지를 상기 세정액에 전달하지 않도록 상기 트랜스듀서를 제어하는 동안 상기 제1 레이트보다 더 높은 제2 레이트로 상기 기판을 회전시키도록 상기 기판 홀더를 제어
    하도록 구성되는 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 기판 홀더는 회전하는 척(chuck)을 포함하는 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 흡입구는 상기 기판 상에 상기 세정액을 분사하도록 구성된 노즐을 포함하는 장치.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 컨트롤러는, 다수의 사이클 동안 교대로, 상기 음향 에너지가 인가되고 있을 때 제1 레이트로 상기 기판을 회전시키고, 상기 음향 에너지가 인가되고 있지 않을 때 제2 레이트로 상기 기판을 회전시키도록 더 구성되는 장치.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 제1 레이트는 분당 10 회전 내지 분당 200 회전인 장치.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 제2 레이트는 분당 100 회전 내지 분당 1500 회전인 장치.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 전원을 포함하고;
    상기 하나 이상의 컨트롤러는 타이머를 포함하고; 그리고,
    상기 하나 이상의 컨트롤러는, 상기 기판을 제1 레이트로 회전시키고 있을 때:
    상기 타이머에 기초하여, 미리 정해진 제1 기간 동안 제1 주파수 및 제1 출력 레벨로 상기 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 상기 트랜스듀서의 전원을 제어하고; 그리고
    상기 타이머에 기초하여, 미리 정해진 제2 기간 동안 제2 주파수 및 제2 출력 레벨로 상기 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 상기 트랜스듀서의 전원을 제어
    하도록 더 구성되는 장치.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 기판의 소자 제조 노드는 45 나노미터 이하인 장치.
  29. 제21항에 있어서,
    상기 패터닝된 구조의 피처의 라인 폭은 60 나노미터 이하인 장치.
  30. 제21항에 있어서,
    상기 패터닝된 구조의 피처의 깊이 대 폭 종횡비는 3 이상인 장치.
  31. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 컨트롤러는, 음향 에너지가 인가되고 있을 때 제1 레이트로 상기 기판을 회전시킨 후에 그리고 음향 에너지가 인가되고 있지 않을 때 제2 레이트로 상기 기판을 회전시키기 전에, 상기 세정액으로부터 멀리 상기 트랜스듀서를 이동시키도록 더 구성되는 장치.
  32. 제21항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 세정액을 적용하기 전에 상기 기판 상에 플라즈마 에너지를 인가하도록 구성된 플라즈마 소스를 더 포함하는 장치.
  33. 제21항에 있어서,
    상기 흡입구는 상기 기판 상에 상기 세정액을 적용하기 전에 상기 기판 상에 하나 이상의 전처리 용액을 적용하도록 더 구성되는 장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전처리 용액은 SC1 용액을 포함하는 장치.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전처리 용액은, 오존 액체, 탈이온수(deionized water) 및 희석된 플루오린화 수소(diluted hydrogen fluoride)를 포함하는 장치.
  36. 제21항에 있어서,
    상기 흡입구에 연결되고, 상기 세정액 내에 기포의 적어도 일부를 제거하도록 구성되는 기포 분리기(debubbler)를 더 포함하는 장치.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 기포 분리기는 임계 크기보다 큰 기포를 실질적으로 제거하도록 더 구성되는 장치.
  38. 기판을 세정하기 위한 장치를 위한 컨트롤러에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 기판 상에 적용된 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 트랜스듀서(transducer)를 제어하는 동안 제1 레이트로 상기 기판을 회전시키도록 기판 홀더를 제어하고; 그리고,
    상기 세정액에 음향 에너지를 전달하지 않도록 상기 트랜스듀서를 제어하는 동안 상기 제1 레이트보다 더 높은 제2 레이트로 상기 기판을 회전시키도록 상기 기판 홀더를 제어
    하도록 구성되는 컨트롤러.
  39. 제38항에 있어서,
    타이머를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는:
    상기 타이머에 기초하여, 미리 정해진 제1 기간 동안 제1 주파수 및 제1 출력 레벨로 상기 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 상기 트랜스듀서의 전원을 제어하고; 그리고
    상기 타이머에 기초하여, 미리 정해진 제2 기간 동안 제2 주파수 및 제2 출력 레벨로 상기 세정액에 음향 에너지를 전달하도록 상기 트랜스듀서의 전원을 제어
    하도록 더 구성되는 컨트롤러.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 제2 출력 레벨은 0인 컨트롤러.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1027771A (ja) * 1996-01-12 1998-01-27 Tadahiro Omi 洗浄方法及び洗浄装置
JPH1064870A (ja) * 1996-05-28 1998-03-06 Canon Inc 多孔質表面の洗浄方法および半導体表面の洗浄方法
JP2002289565A (ja) * 2001-03-26 2002-10-04 Toshiba Corp 洗浄方法、半導体装置の製造方法及びアクティブマトリクス型表示装置の製造方法
WO2017096553A1 (en) * 2015-12-09 2017-06-15 Acm Research (Shanghai) Inc. Method and apparatus for cleaning substrates using high temperature chemicals and ultrasonic device

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW355815B (en) * 1996-05-28 1999-04-11 Canon Kasei Kk Cleaning methods of porous surface and semiconductor surface
JP2002009035A (ja) * 2000-06-26 2002-01-11 Toshiba Corp 基板洗浄方法及び基板洗浄装置
JP2002124502A (ja) * 2000-07-14 2002-04-26 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板処理方法および基板処理装置
US7718009B2 (en) * 2004-08-30 2010-05-18 Applied Materials, Inc. Cleaning submicron structures on a semiconductor wafer surface
US7958899B2 (en) * 2007-08-21 2011-06-14 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Substrate cleaning apparatus and substrate cleaning method
CN101419903B (zh) * 2007-10-24 2010-06-23 联华电子股份有限公司 移除晶片上的颗粒的方法
US8585825B2 (en) * 2008-10-30 2013-11-19 Lam Research Corporation Acoustic assisted single wafer wet clean for semiconductor wafer process
WO2013040778A1 (en) * 2011-09-22 2013-03-28 Acm Research (Shanghai) Inc. Methods and apparatus for cleaning flip chip assemblies
CN104205305B (zh) * 2012-03-23 2017-03-08 斯克林集团公司 基板处理装置以及加热器清洗方法
KR102308587B1 (ko) * 2014-03-19 2021-10-01 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
JP2016058665A (ja) * 2014-09-12 2016-04-21 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 基板洗浄方法および基板洗浄装置
WO2016183707A1 (en) * 2015-05-15 2016-11-24 Acm Research (Shanghai) Inc. Methods and apparatus for cleaning semiconductor wafers
KR102359795B1 (ko) * 2015-05-20 2022-02-08 에이씨엠 리서치 (상하이) 인코포레이티드 반도체 웨이퍼를 세정하는 방법 및 장치
CN105376927B (zh) * 2015-09-24 2018-07-17 中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所 一种ptfe产品孔壁的加工方法
US11257667B2 (en) * 2016-04-06 2022-02-22 Acm Research (Shanghai) Inc. Methods and apparatus for cleaning semiconductor wafers
CN105655241A (zh) * 2016-04-07 2016-06-08 上海华力微电子有限公司 单片式湿法清洗方法
US10758875B2 (en) * 2016-12-30 2020-09-01 Semes Co., Ltd. Liquid supply unit, substrate treating apparatus, and method for removing bubbles

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1027771A (ja) * 1996-01-12 1998-01-27 Tadahiro Omi 洗浄方法及び洗浄装置
JPH1064870A (ja) * 1996-05-28 1998-03-06 Canon Inc 多孔質表面の洗浄方法および半導体表面の洗浄方法
JP2002289565A (ja) * 2001-03-26 2002-10-04 Toshiba Corp 洗浄方法、半導体装置の製造方法及びアクティブマトリクス型表示装置の製造方法
WO2017096553A1 (en) * 2015-12-09 2017-06-15 Acm Research (Shanghai) Inc. Method and apparatus for cleaning substrates using high temperature chemicals and ultrasonic device

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