• Title/Summary/Keyword: Megasonic

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Development of Wafer Cleaning Equipment Using Nano Bubble and Megasonic Ultrasound (나노 버블과 메가소닉 초음파를 이용한 반도체 웨이퍼 세정장치 개발)

  • Nohyu Kim;Sang Hoon Lee;Sang Yoon;Yong-Rae Jung
    • Journal of the Semiconductor & Display Technology
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    • v.22 no.4
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    • pp.66-71
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    • 2023
  • This paper describes a hybrid cleaning method of silicon wafer combining nano-bubble and ultrasound to remove sub-micron particles and contaminants with minimal damage to the wafer surface. In the megasonic cleaning process of semiconductor manufacturing, the cavitation induced by ultrasound can oscillate and collapse violently often with re-entrant jet formation leading to surface damage. The smaller size of cavitation bubbles leads to more stable oscillations with more thermal and viscous damping, thus to less erosive surface cleaning. In this study, ultrasonic energy was applied to the wafer surface in the DI water to excite nano-bubbles at resonance to remove contaminant particles from the surface. A patented nano-bubble generator was developed for the generation of nano-bubbles with concentration of 1×109 bubbles/ml and nominal nano-bubble diameter of 150 nm. Ultrasonic nano-bubble technology improved a contaminant removal efficiency more than 97% for artificial nano-sized particles of alumina and Latex with significant reduction in cleaning time without damage to the wafer surface.

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Acoustic Analysis of High-Frequency Ultrasonic Cleaner

  • Choi, Sunghoon;Kim, Jin Oh;Kim, Yong-Hoon
    • The Journal of the Acoustical Society of Korea
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    • v.16 no.1E
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    • pp.49-56
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    • 1997
  • Ultrasonic cleaning at high frequency around 1 MHz, called megasonic cleaning, is commonly used to remove particles less than 1 ㎛ by generating high frequency accelerations on the cleaning objects. Cleaning is performed in an ultrasonically-excited liquid contained in a double-structured container. Ultrasonic waves generated by piezoelectric transducers propagate in the outer container and are transmitted through the inner container. The bottom of the inner container is inclined to make oblique incidence of the ultrasonic wave in order to raise the efficiency of the transmission through the bottom plate. This work deals with the efficiency of the transmission, which directly affects the cleaning performance. The transmission characteristics of the ultrasonic wave in the megasonic cleaner have been obtained analytically and numerically for the variations of some parameters, such as the thickness and inclined angle of the bottom plate of the inner container and the chemical ratio and temperature of the cleaning liquid. The calculated results have yielded the optimum cleaning condition in terms of the sound power transmitted into the cleaning liquid.

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Acoustic waves in a high-frequency ultrasonic cleaner (고주파 초음파 세정기의 파동 해석)

  • 최성훈;김진오;김용훈
    • Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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    • 1997.04a
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    • pp.656-661
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    • 1997
  • Ultrasonic cleaning at high frequency near 1MHz, called megasonic cleaning, is commonly used to remove particles less than 1.mu.m by generating accelerations on them. Ultrasonic waves generated from piezoelectric transducers are transmitted through a non-metallic inner container which is used to isolate a cleaning object from metallic ions. The transmission characteristics of a double-structured megasonic cleaner on the variations of parameters such as the thickness and oblique angle of a inner container, chemical ratio of a cleaning agent and temperature and transmittivity are investigated. The results are used to determine an optimum cleaning condition.

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

  • Kim, Hyeok-Min;Gang, Bong-Gyun;Lee, Seung-Ho;Kim, Jeong-In;Lee, Hui-Myeong;Park, Jin-Gu
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2009.11a
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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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Effect of Brush Treatment and Brush Contact Sequence on Cross Contaminated Defects during CMP in-situ Cleaning

  • Kim, Hong Jin
    • Tribology and Lubricants
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    • v.31 no.6
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    • pp.239-244
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    • 2015
  • Chemical mechanical polishing (CMP) is one of the most important processes for enabling sub-14 nm semiconductor manufacturing. Moreover, post-CMP defect control is a key process parameter for the purpose of yield enhancement and device reliability. Due to the complexity of device with sub-14 nm node structure, CMP-induced defects need to be fixed in the CMP in-situ cleaning module instead of during post ex-situ wet cleaning. Therefore, post-CMP in-situ cleaning optimization and cleaning efficiency improvement play a pivotal role in post-CMP defect control. CMP in-situ cleaning module normally consists of megasonic and brush scrubber processes. And there has been an increasing effort for the optimization of cleaning chemistry and brush scrubber cleaning in the CMP cleaning module. Although there have been many studies conducted on improving particle removal efficiency by brush cleaning, these studies do not consider the effects of brush contamination. Depending on the process condition and brush condition, brush cross contamination effects significantly influence post-CMP cleaning defects. This study investigates brush cross contamination effects in the CMP in-situ cleaning module by conducting experiments using 300mm tetraethyl orthosilicate (TEOS) blanket wafers. This study also explores brush pre-treatment in the CMP tool and proposes recipe effects, and critical process parameters for optimized CMP in-situ cleaning process through experimental results.

Particle Removal on Silicon Wafer Surface by Ozone-HF-NH4OH Sequence (불산-오존-희석 암모니아수 세정에 의한 실리콘 웨이퍼 표면의 미세입자 제거)

  • Lee, Gun-Ho;Bae, So-Ik
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.45 no.2
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    • pp.203-207
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    • 2007
  • In this paper efficient method for particle removal from silicon wafers by usage of HF and ozone was studied. It was found that at least 0.3 vol% concentration of HF was required for particle removal and removal efficiency increased with the application of megasonic in ozonated water. Additional cleaning with minute amount of ammonia (0.01 vol%) after HF/Ozone step showed over 99% in removal efficiency. It is proposed that the superior cleaning efficiency of HF-Ozone-ammonia is due to micro-etching of silicon surface and impediment of particle re-adsorption in alkali environment. Compared to SC-1 cleaning method micro roughness has also been slightly improved. Therefore it is expected that HF-ozone-ammonia cleaning method is a viable alternative to the conventional wet cleaning methods.

Application of Surfactant added DHF to Post Oxide CMP Cleaning Process (계면활성제가 첨가된 DHF의 Post-Oxide CMP 세정 공정에의 적용 연구)

  • Ryu, Chung;Kim, You-Hyuk
    • Journal of the Korean Chemical Society
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    • v.47 no.6
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    • pp.608-613
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    • 2003
  • In order to remove particles on surface of post-oxide CMP wafer, new cleaning solution was prepared by mixing with DHF (Diluted HF), nonionic surfactant PAAE (Polyoxyethylene Alkyl Aryl Ether), DMSO (Dimethylsulfoxide) and D.I.W.. Silicone wafers were intentionally contaminated by silica, alumina and PSL (polystylene latex) which had different zeta potentials in cleaning solution. This cleaning solution under megasonic irradiation could remove particles and metals simultaneously at room temperature in contrast to traditional AMP (mixture of $NH_4OH,\;H_2O_2$ and D.I.W) without any side effects such as increasing of microroughness, metal line corrosion and deposition of organic contaminants. This suggests that this cleaning solution would be useful future application with copper CMP in brush cleaning process as well as traditional post CMP cleaning process.

레이저 유기 충격파를 이용한 나노 Trench 에서의 나노입자제거

  • Kim, Jin-Su;Lee, Seung-Ho;Park, Jin-Gu
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2009.05a
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    • pp.25.1-25.1
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    • 2009
  • Pattern 웨이퍼 상의 오염입자 제거는 반도체 산업의 주된 과제 중 하나이다. Pattern의 선폭이 좁아짐에 따라 Pattern에 손상을 가하지 않고 오염입자를 제거 하는 것은 더욱 어려워지고 있다. 그뿐만 아니라 기존 습식세정 공정에서의 화학액에 의한 환경오염 및 박막의 손실도 문제가 되기 시작했다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기존 세정공정에서 화학액의 농도를 낮추고 Megasonic 등을 이용하여 세정력을 보완하는 방법들이 연구되고 있다. 하지만 습식세정의 경우 강한 화학작용으로 인한 표면 손상 및 물 반점의 문제는 여전히 이슈가 되고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 건식 세정법이 제시되고 있으며 이 중 레이저 충격파는 레이저를 집속시켜 발생된 충격파를 이용하여 입자를 제거하기 때문에 국부적인 세정이 가능하며 세정력 조절이 가능하여 손상이 세정을 할 수 있다. 그러나 Pattern의 구조에 의해 전되는 세정력의 차이가 발생하고 Trench 내부의 오염입자제거 문제점이 발생할 수 있다. 시편은 Si STI Pattern을 100 nm PSL Particle (Red Fluorescence, Duke Scientific, USA) 을 50ppm 농도로 희석시킨 IPA에 dipping 하여 오염시킨 후 N2 Gas를 이용하여 건조하여 준비하였다. 그리고 레이저 충격파 세정 시스템은 최대 에너지 1.8 J까지 가능한 레이저를 발생하는 1,064 nm Nd:YAG 레이저를 이용하여 실험하였다. 레이져 충격파 실험은 충격파와 시편사이의 거리, gap distance와 에너지를 변환하여 세정효율을 관찰하였다. 세정효율은 세정 전후의 입자 감소량을 현광현미경 (LV-150, Nikon, Japan)를 이용하여 측정하였다. 그 결과, Trench 내부의 오염입자의 경우 Trench 밖의 오염입자에 비해 세정효율이 떨어지는 것으로 나타났으나 시편과 레이저 초점과의 거리가 가까워짐에 따라 Trench 내부의 오염입자에 대한 세정 효율을 증가시킬 수 있었다.

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반도체 세정액 내 용존 수소 가스가 웨이퍼 세정에 미치는 영향

  • Kim, Hyeok-Min;Gang, Bong-Gyun;Lee, Seung-Ho;Park, Jin-Gu;Choe, Eun-Seok;Kim, In-Jeong;Kim, Bong-U
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2009.05a
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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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