• 제목/요약/키워드: 메가소닉 세정

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Reevaluation of hydrogen gas dissolved cleaning solutions in single wafer megasonic cleaning

  • 김혁민;강봉균;이승호;김정인;이희명;박진구
    • 한국재료학회:학술대회논문집
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    • 한국재료학회 2009년도 추계학술발표대회
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    • pp.34.1-34.1
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    • 2009
  • 1970년대 WernerKern에 의해서 개발된 RCA 습식 세정 공정은 이후 메가소닉 기술 개발과 더불어 현재까지반도체 세정 공정에서 필수 공정으로 알려져 있다. 하지만, 반도체패턴의 고집적화 미세화에 따라 메가소닉을 기반으로 하는 세정기술은 패턴 붕괴 및 나노 입자 제거의 한계를 드러내면서 난관에 봉착하고 있으며, 특히, 기존의 Batch식에서 매엽식으로 세정 방식이 전환은 새로운 개념의 메가소닉 기술 개발을 요구하게 되었다. 메가소닉을 사용한습식 세정공정은 메가소닉에 의한 캐비테이션 효과 (Cavitation Effect)에 따른 충격파 및음압 (Acoustic Streaming)에 의한 입자제거를 주요 메커니즘으로 한다. 메가소닉 주파수와 Boundary Layer 두께는, $\delta=\surd(2v/\omega)$($\delta$=두께, v=유체속도), $\omega=2{\pi}f$ (f=주파수), 으로 표현할 수 있다. 위의 식에 따르면, 메가소닉을 이용한 세정공정에서 주파수가 높아질수록 Boundary Layer의 두께가 감소하며, 이는제거 가능한 입자의 크기가 작아짐을 의미하며, 다시말해, 1 MHz 보다 2 MHz 메가소닉 세정장비에서 미세 입자 세정에 유리함을 예상할 수 있다. 본연구에서는 매엽식 세정장비를 사용하여, 1MHz 및 2MHz 콘-타입 (Cone-Type) 메가소닉 장치를 100nm이하 세정 입자에 대한 입자 제거효율을 평가하였다. 입자 제거 효율을 평가하기 위하여, 표준 형광입자(63nm/104nm 형광입자, Duke Scientifics, USA)를각각 IPA에 분산시킨 후, 실리콘 쿠폰 웨이퍼 ($20mm{\times}20mm$)를 일정시간 동안 Dipping 한 후, 고순도 질소로 건조시켜 오염하였다. 매엽식 세정장비(Aaron, Korea)에 1MHz와 2MHz의 콘-타입메가소닉 발진기 (Durasonic, Korea)를 각각 장착하였다.입자 오염 및 세정 후 입자 개수 측정 및 오염입자의 Mapping은 형광현미경 (LV100D, Nikon, Japan)과 소프트웨어(Image-proPlus, MediaCybernetics, USA)를 사용하여 평가하였으며, Hydrophone을 사용하여 메가소닉에서 발생되는 음압의 균일도를 각 조건에서 측정하였다. 각각의 세정공정은 1MHz와 2MHz 메가소닉 발진기 각각에서 1W, 3W, 5W 파워로 1분간 처리하였으며, 매질을 초순수를 사용하였다. 104nm 형광 입자는 1MHz 와 2 MHz 메가소닉 세정기와 모든 세정 공정조건에서 약 99%의 세정효율인 반면, 63nm 형광입자의 경우는 전체적인세정 결과가 80% 대로 감소하였다. 본 연구를 통하여, 입자크기의 미세화에 따른 입자제거효율이 크게 감소 하는 것을 확인할 수 있으며, 기존 Batch식 메가소닉 대비 단시간 및 낮은 전압에서 동일 혹은높은 세정 효율을 얻었다. 다만, 1MHz와 2MHz 메가소닉에서의 세정력은 큰 차이를 관찰 할 수 없었는데, 주파수변화에 따른 세정효율 측정을 위하여 미세 입자를 사용한 추가 실험이 필요 할 것이다.

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반도체 세정액 내 용존 수소 가스가 웨이퍼 세정에 미치는 영향

  • 김혁민;강봉균;이승호;박진구;최은석;김인정;김봉우
    • 한국재료학회:학술대회논문집
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    • 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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    • pp.26.1-26.1
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    • 2009
  • 최근 반도체 세정에 있어서 지난 40년 동안 지속적으로 사용되고 있는 알칼라인 기반의 RCA 세정법은 많은 초순수 및 화학액 소모량과 세정시 불필요한 박막의 손실, 환경적인 문제로 인하여 이를 대체하고자 하는 새로운 새정액 및 세정 방법에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 특히 초순수에 가스를 혼합하여 메가소닉을 이용한 기능수 세정은 기존 RCA 세정액의 문제점들을 해결하기 위한 세정액으로 최근 반도체 제조 공정 뿐만 아니라 Photo mask, FPD 세정 공정에서 널리 이용되고 있다. 하지만 기능수에 대한 기초적인 특성 연구와 메가소닉에 의한 세정력 변화에 대한 연구는 부족한 상태이다. 본 연구에서는 고순도의 수소가스(99.999%)를 가스 접촉기, pHasorII (Entigris, USA) 와 순환 속도의 조절이 가능한 펌프, BPS-3 (Levitronix, USA) 를 이용하여 지속적으로 초순수와 수소가스를 혼합하는 방법으로 수소수를 제조하였으며, 용존 수소 농도계, DHDI-1 (TOA-DKK, Japan)으로 수소수의 농도를 확인하였다. 0.1 MPa 압력과, 3 LPM의 수소가스 유출속도에서 최대 2.0 ppm의 수소수를 얻을 수 있었으며, 수소수의 기초 특성을 평가하기 위하여 수소 농도 변화에 따른 pH, 표면 에너지를 측정하였다. 또한 압력 변화에 따른 반감기를 측정하여 bath형태의 세정기에서 적용 가능성을 평가하였다. 수소수의 세정력은 $Si_3N_4$ 입자가 임의로 오염된 실리콘 웨이퍼를 이용하여 bath 및 매엽식 세정기에서 수소수 농도와 메가소닉 형태 및 첨가제 변화에 따른 세정효율을 기존의 SC-1 세정액과 각각 비교 평가하였다. 기능수 발생장치에서 압력이 제거된 상태에서는 평균 20분의 반감기를 갖는 것이 관찰되었고, 압력이 유지된 상태에서는 수소수의 농도가 유지되는 것을 확인하였으며, pH의 경우 수소수의 농도가 점차 증가함에 따라 감소하여 2.0 ppm의 농도에서 pH 5.3정도의 값을 나타내었다. 표면 장력은 초순수와 비교했을 때 큰 변화가 없음을 확인할 수 있었다. Bath 형태의 세정기에서 메가소닉을 인가하여 수소수의 세정효율을 측정한 결과, 같은 조건에서 실험한 초순수와는 비슷하며, SC-1보다는 낮은 세정효율이 측정되었다. 반면 매엽식 세정기에서 동등한 조건의 실험을 실시한 결과, 수소수 세정에서 첨가제에 의한 영향으로 SC-1을 대체할 수 있는 높은 입자 제거효율을 가짐을 확인할 수 있었다.

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나노패턴 세정을 위한 소형 메가소닉 모듈 개발 (Development of a Small-type Megasonic Module for Nano-scale Pattern Cleaning)

  • 김현세;이양래;임의수
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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    • pp.1810-1814
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    • 2008
  • A small L-type megasonic module for nano-pattern cleaning was designed and manufactured. The impedance graph of the quartz waveguide with a piezoelectric actuator was predicted using finite element method (FEM). The peak value of the piezoelectric actuator alone was 3.373 MHz, which was the same as the experimentally measured value of 3.373 MHz (0.0% error). In addition, the maximum impedance value of the quartz waveguide with the actuator was 3.373 MHz, which agreed well with the measured value of 3.362 MHz (0.3% error). The acoustic pressures of a conventional megasonic system (3 MHz) and the developed system under similar conditions were measured and compared. The results showed that the maximum values and standard deviations of the developed system decreased by 29% and 18%, respectively, compared with the conventional type. This suggests that the small L-type would have higher particle removal efficiency with lower possibilities of pattern damages.

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평판디스플레이 세정 용 Quartz 메가소닉 시스템 (Quartz Megasonic System for Cleaning Flat Panel Display)

  • 김현세;이양래;임의수
    • 한국정밀공학회지
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    • 제31권12호
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    • pp.1107-1113
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    • 2014
  • In this article, the megasonic cleaning system for cleaning micro/nano particles from flat panel display (FPD) surfaces was developed. A piezoelectric actuator and a waveguide were designed by finite element method (FEM) analysis. The calculated peak frequency value of the quartz waveguide was 1002 kHz, which agreed well with the measured value of 1003 kHz. The average acoustic pressure of the megasonic cleaning system was 43.1 kPa, which is three times greater than that of the conventional type of 13.9 kPa. Particle removal efficiency (PRE) tests were performed, and the cleaning efficiency of the developed system was proven to be 99%. The power consumption of the developed system was 64% lower than that of the commercial system. These results show that the developed megasonic cleaning system can be an effective solution in particle removing from FPD substrate with higher energy efficiency and lower chemical and ultra pure water (UPW) consumption.

메가소닉 세정시 발생되는 패턴손상 최소화에 대한 연구 (Evaluate the Effect of Megasonic Cleaning on Pattern Damage)

  • 유동현;안영기;안덕민;김태성;이희명;김정인;이양래;김현세;임의수
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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    • pp.2511-2514
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    • 2008
  • As the minimum feature size decreases, techniques to avoid contamination and processes to maintain clean wafer surfaces have become very important. The deposition and detachment of nanoparticles from surfaces are major problem to integrated circuit fabrication. Therefore, cleaning technology which reduces nanoparticles is essential to increase yield. Previous megasonic cleaning technology has reached the limits to reduce nanoparticles. Megasonic cleaning is one of the efficiency method to reduce contamination nanoparticle. Two major mechanisms are active in a megasonic cleaning, namely, acoustic streaming and cavitation. Acoustic streaming does not lead to sufficiently strong force to cause damage to the substrates or patterns. Sonoluminescence is a phenomenon of light emission associated with the cavitation of a bubble under ultrasound. We studied a correlation between sonoluminescence and sound pressure distribution for the minimum of pattern damage in megasonic cleaning.

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나노입자 제거용 Far Field 메가소닉 개발 (Development of a Far Field type Megasonic for Nano Particle Removing)

  • 이양래;김현세;임의수
    • 한국정밀공학회지
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    • 제30권11호
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    • pp.1193-1201
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    • 2013
  • Improved far field type(improved type) megasonic applicable to the cleaning equipment of single wafer processing type has been developed. In this study, to improve the uniformity of acoustic pressure distribution(APD), we utilize far field with relatively uniform APD, piezoelectric ceramic with a triangle hole in its center to prevent standing wave resulted from radial mode, and reflected wave from the wall of waveguide. On the basis of these methods, two analysis models of improved type were designed to which piezoelectric ceramic of different shape of electrode attached, and APD were analyzed by means of finite element method, and then one of them was selected by analysis results, finally, the selected model was fabricated. Test results show that the fabricated is better in the uniformity of APD than the imported and the conventional, also the fabricated shows high particle removal efficiency of 92.3% using DI water alone as a cleaning solution.

T형의 waveguide를 이용한 Post CMP용 메가소닉 세정장치에 대한 연구 (Study of T Type Waveguide in Single Wafer Megasonic Cleaning for Post CMP)

  • 김태곤;이양래;임의수;강국진;김현세;박진구
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2006년도 추계학술대회 논문집 Vol.19
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    • pp.364-365
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    • 2006
  • Transverse some wave was generated by T type waveguide for single wafer cleaning application T type megasonic waveguide was analyzed by acoustic pressure measurements and particle removal efficiency. Compared to conventional longitudinal waves, not like longitudinal waves, transverse waves showed changes of direction and phase which increased the cleaning efficiency.

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ILD CMP중 Scratch 감소를 위한 CMP 공정기술 개발 (Development of CMP process for reducing scratches during ILD CMP)

  • 김인곤;김인권;;최재건;박진구
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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    • pp.59-59
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    • 2009
  • 현재 CMP분야는 광역 평탄화 반도체 소자의 집적화 및 소형화가 진행됨에 따라서 CMP 공정의 중요성은 날로 성장하고 있다. 하지만 이러한 CMP공정은 불가피하게도 scratch, pit, CMP residue와 같은 defect들을 발생시키고 있으며, 점점 선폭이 작아짐에 따라, 이러한 defect들이 반도체 수율에 미치는 영향은 심각해지고 있다. Defect들 중에 특히 scratch는 반도체에 치명적인 circuit failure를 일으키게 된다. 또한 반도체 내구성과 신뢰성을 감소시키게 되고, 누전전류를 증가시키는 등 바람직하지 못한 현상들이 생기게 된다. 본 연구에서는 scratch 와 같은 deflect들을 효율적으로 검출, 분석하고, scratch를 감소시키는데 그 목적이 있다. 본 실험을 위해 8" TEOS wafer와 commercial oxide slurry 및 friction polisher (Poli-500, G&P tech., Korea)를 사용하여 CMP 공정을 진행하였으며, CMP 공정조건은 각각 80rpm/80rpm/1psi(Platen speed/Head speed/Pressure)에서 1분 동안 연마를 한 후 scratch 발생 경향을 살펴보았다. CMP 후 wafer위에 오염되어 있는 slurry residue들을 제거하기 위해 SC-1, HF 세정을 이용하여 최적화된 post-CMP 공정기술을 제안하였다. Scratch 검출 및 분석을 위해 wafer surface analyzer (Surfscan 6200, Tencor, USA)와 optical microscope (LV100D, Nicon, Japan)를 사용하였다. CMP 공정 변수들에 따른 scratch 발생정도를 비교하였으며, scratch 발생 요인들에 따른 scratch 형태 및 발생정도를 살펴보았다. 최적화된 post-CMP 세정 조건은 메가소닉과 함께 SC-1 세정을 실시하여 slurry residue들을 제거한 후, HF 세정을 실시하여 잔여 오염물들을 제거하고 검출이 용이하도록 scratch를 확장시킬 수 있도록 제안하였으며, 100%의 particle removal efficiency (PRE)를 얻을 수 있었다. 실제 CMP 공정후 post-CMP 세정 단계별 scratch 개수를 측정한 결과, SC-1 세정 후 약 220개의 scratch가 검출되었으며, 검출되지 않았던 scratch가 HF 세정 후 확장되어 드러남에 따라 약 500개의 scratch 가 검출되었다.

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