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문제 정의
- 펄스가 존재하는 시간이 짧아 시편에 미치는 열적인 효과는 거의 무시되므로 펨토초 레이저의 주된 세정 메커니즘은플라즈마 충격파에 의한 것으로 볼 수 있다. 이 논문에서는 기존에 연구되었던 나노초 레이저 건식 세정에 비하여 웨이퍼에 가해지는 손상이 적고 높은 세정효과를 가질 수 있는 펨토초 레이저에 의하여 형성된 충격파에 의한 건식 세정 실험을 진행하였다.
- 본 연구는 펨토초 레이저의 플라즈마 충격파 (plasma shockwave)를 이용하여 펨토초 레 이저의 웨이퍼 건식세정 특성을 확인하기 위하여 웨이퍼에 도포된 100nm 급 형광 입자를 통해 웨이퍼와 펨토초 레이저의 초점 거리간의 갭을 제어함으로써 웨이퍼 위에 도포된 lOOnm 급 형광 입자 제거 실험을 진행하였다. 실리콘 웨이퍼와 펨토초 레이저를 수직으로 입사시켜 충격파를 형성시킬 경우 웨이퍼에 심각한 손상이 발생되고 세정 연역 또한 극히 제한적임을 알 수 있었으며, 웨이퍼와 레이저빔을 평행하게 하여 펄스 반복율 1kHz, 출력 1.
제안 방법
- 제한이 있다. 따라서 이러한 제한을 피하고자 형광 입자를 도포한 웨이퍼를 형광현미경 (fluorescent microscope: Model No. Carl Zeiss Axiovert 200M)으로 관찰함으로써 세정성능을 평가하는 방법을 사용하였다. 형광 입자를 이용한 실험은 형광 발현 되는 입자의 제거 여부로 세정 효과를 확인하게 되므로 레이저 세정 전후에 개입 될 수 있는 오염원으로부터 영향을 받지 않는 장점이 있다.
- 세정실험은 펨토초 레이저 출력을 1.15W 로 고정시킨 후 20x(NA0.4) 대물렌즈를 사용하여 O.5mm/s 속도로 스캔하는 방법으로 진행하고 레이저와 시편사이는 Air 블로윙 (blowing) 및 석션 (suction)으로 재오염 되는 것을 방지하였다(Fig. 4). 웨이퍼와 레이저 초점과의 거리가 유일한 실험변수이며, 러이저 조사 후 이를 형광현미경 (fluorescence microscope)으로 관찰하여 잔류 형 광입자 결과를 비교하였으며, 국부적이며 선택적인 세정 효과를 확인하기 위하여 주사전자현미경 (scanning electron microscope) 이용하여 형광 나노입자의 제거를 확인하였다.
- 4). 웨이퍼와 레이저 초점과의 거리가 유일한 실험변수이며, 러이저 조사 후 이를 형광현미경 (fluorescence microscope)으로 관찰하여 잔류 형 광입자 결과를 비교하였으며, 국부적이며 선택적인 세정 효과를 확인하기 위하여 주사전자현미경 (scanning electron microscope) 이용하여 형광 나노입자의 제거를 확인하였다.
- Fig. 1과 같이 웨이퍼에 펨토초 레이저를 수직 방향으로 조사하여 형 광나노입 자들의 세 정 효과와 실리콘 웨이퍼 기판의 표면에 대한 손상을 광학현미경과 형광 현미경을 이용하여 관찰하였다. 펨토초 레이저 출력을 1.
- 1과 같이 웨이퍼에 펨토초 레이저를 수직 방향으로 조사하여 형 광나노입 자들의 세 정 효과와 실리콘 웨이퍼 기판의 표면에 대한 손상을 광학현미경과 형광 현미경을 이용하여 관찰하였다. 펨토초 레이저 출력을 1.15W 로 고정시킨 후 20x(NA0.4) 대물렌즈를 사용하여 레이저 빔을 수직으로 조사하여 레이저의 집광에 의한 플라즈마와 충격 파(shockwave)의 형성지 점과 시편 사이는 250 ㎛로 고정 시켰으며, 에어블로윙(Air blowing) 및 석션(suction)으로 재오염 되는 것을 방지하였다. 웨이퍼와 레이저 초점과의 거리를 250 ㎛로 고정시켰으며, 레이저 빔을 수직으로 입사시켰을 때의 세정 효과 및 웨이퍼 손상도를 알아보기 위하여 레이저 조사 후 이를 광학현미경과 형광현미경으로 관찰하여 잔류 형광입자 결과를 비교하였다.
- 4) 대물렌즈를 사용하여 레이저 빔을 수직으로 조사하여 레이저의 집광에 의한 플라즈마와 충격 파(shockwave)의 형성지 점과 시편 사이는 250 ㎛로 고정 시켰으며, 에어블로윙(Air blowing) 및 석션(suction)으로 재오염 되는 것을 방지하였다. 웨이퍼와 레이저 초점과의 거리를 250 ㎛로 고정시켰으며, 레이저 빔을 수직으로 입사시켰을 때의 세정 효과 및 웨이퍼 손상도를 알아보기 위하여 레이저 조사 후 이를 광학현미경과 형광현미경으로 관찰하여 잔류 형광입자 결과를 비교하였다.
- 본 실험에서는 웨이퍼를 수직으로 고정시킨 후 웨이퍼와 펨토초 레이저 초점간의 거리를 50 ㎛씩 변화를 주면서 플라즈마 충격파(plasma shockwave) 에 의한 웨이퍼 손상 여부를 확인하였다. 펨토초레이저를 이용한 세정 시스템의 개략도는 Fig.
- 펨토초 레이저 출력을 일정하게 하고 초점을 웨이퍼 상단으로부터 1mm 아래에 위치한 후, 웨이퍼와 나란하게 일정한 속도로 스캔하고 그 결과를 광학현미경으로 관찰하였다. 그 결과 Fig.
- 펨토초 레이저 출력을 일정하게 하고 초점을 웨이퍼 상단으로부터 1mm 아래에 위치한 후, 웨이퍼와 나란하게 일정한 속도로 스캔하고 그 결과를 광학현미경으로 관찰하였다. 그 결과 Fig.
- 때문에 웨이퍼에 레이저 빔 축과 나란하게 웨이퍼 표면을 일치 시킨 후 손상방지를 위한 갭(gap)을 두는 방법을 사용한다. 본 실험에서는 웨이퍼를 수직으로 고정시킨 후 웨이퍼와 폠토초 레이저 초점간의 거리를 50 ㎛씩 변화를 주면서 플라즈마 충격파(plasma shockwave) 에의한 웨이퍼 손상 여부를 확인하였다. 폠토초.
- 레이저 세정 효과실험은 크린룸 시설에서 실험과 검사가 이루어져야 하는 제약이 있으나, 100nm 급 형광 폴리머 입자가 도포된 웨이퍼를 이용하고 형광 현미경으로 세정 전후를 비교함으로써 보다 용이하게 그 특성을 확인하였다
- 정량적인 세정 효과 비교를 위해 형광현미경 관측한 사진을 각각 500X500pixel 의 일정한 크기로 잘라낸 후 상용 이미지 분석 프로그램 iSolution DT의 객체 식별 기능으로 잔류 형광 입자 수를 비교하였다. 이때 형광 입자로 판단되는 개체가 선택되도록 임계치(threshold) 값을 설정하고, 여기에 노이즈가 카운팅되는 것을 줄이기 위해 면적이 4pixel 보다 작은 데이터는 제외하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 레이저는 Quantronix 사의 Integra-I 모델로써, 근적외선 영역인 790nm 에서 최적의 증폭이 이루어지고, 펄스폭(FWHM) lOOfs, 펄스에너지 3.5mJ, 반복률 1kHz 를 갖는 고줄력 펨토초 레이저이며 구체적인 레이저의 사양은 Table 1 과 같다.
- 형광 입자를 이용한 실험은 형광 발현 되는 입자의 제거 여부로 세정 효과를 확인하게 되므로 레이저 세정 전후에 개입 될 수 있는 오염원으로부터 영향을 받지 않는 장점이 있다. 실험에는 폴리머 계열의 100nm 급 나노입자를 제조하고 이를 증류수에 용해시켜 20mm X 20mm 크기로 절단한 웨이퍼에 도포한 후 건조한 시편을 사용하였다.
데이터처리
- 50 ㎛와 100㎛에서 높은 나노입자의 제거율을 보이기는 하였지만 실리콘 웨이퍼에 손상을 주기 때문에(Fig. 5 (a)와 (b)), 최적 조건이라 판단되는 갭간격이 150 ㎛ 지점일 때의 세정 결과를 주사 전자 현미경 (SEM)을 이용하여 Fig.8에서 관찰비교하였다. Fig.
성능/효과
- 아울러 종래 나노초 레이저를 이용한 웨이퍼의 건식 세정방법에 의하여 웨이퍼 상의 오염물질을 세정하는 경우, 세정효과에 있어서도 웨이퍼 상에 있는 형광 나노입자를 50-60% 정도밖에 제거하지 못하여 세정방법으로서는 효율성이 충분하지 못하다는 문제점이 있었다.
- 8 의 (b)를 통하여 위의 조건에서 레이저 세정 전후에 실리콘 웨이퍼 표면에레이저 산란빔에 의한 손상 또한 없음을 확인하였다. 또한 국부 영역에서의 펨토초 레이저의 플라즈마 충격파(plasma shockwave)에 의한 동일 위치의 세정 전후의 SEM 사진이며 충격파에 따른 손상은 없고 lOOnni 크기의 형광 입자만이 제거되었음을 확인할 수 있다.
- 9 의 그래프에 나타내었다. 본 실험에 사용된 펨토초 레이저 세정조건의 경우 웨이퍼에 레이저 빔의 산란에 의한 손상을 주지 않으면서 최적의 세정 효과를 볼 수 있는 영역은 레이저 초점과 실리콘 웨이퍼와의 갭이 150㎍일 경우로 판단되며 세정 전 대비 최대 97%의 제거율을 나타내었다.
- 진행하였다. 실리콘 웨이퍼와 펨토초 레이저를 수직으로 입사시켜 충격파를 형성시킬 경우 웨이퍼에 심각한 손상이 발생되고 세정 연역 또한 극히 제한적임을 알 수 있었으며, 웨이퍼와 레이저빔을 평행하게 하여 펄스 반복율 1kHz, 출력 1.15W 의 펨토초 레이저를 20x(NA 0.42) 대물렌즈로 집광하고 스캔 속도를 0.5mm/s 로 고정한 후, 시편과 레이저 초첨 거리에 따른 입자 제거율을 비교한 결과 갭이 100 ㎛ 이하에서 물리적인 웨이퍼 손상이 발생함을 확인하였으며, 200 ㎛ 이상에서는 세정 전과 대비하여 입자수가 줄어들긴 하였으나 세정 효과는 크지 않았다. 실시한 실험 조건에서 최적의 갭은 150 ㎛인 것으로 판단되며, 이미지 프로세싱 방법으로 상대적인 잔류 입자 수를 비교한 결과 세정 전 대비 최대 97% 제거됨을 확인하였다.
- 5mm/s 로 고정한 후, 시편과 레이저 초첨 거리에 따른 입자 제거율을 비교한 결과 갭이 100 ㎛ 이하에서 물리적인 웨이퍼 손상이 발생함을 확인하였으며, 200 ㎛ 이상에서는 세정 전과 대비하여 입자수가 줄어들긴 하였으나 세정 효과는 크지 않았다. 실시한 실험 조건에서 최적의 갭은 150 ㎛인 것으로 판단되며, 이미지 프로세싱 방법으로 상대적인 잔류 입자 수를 비교한 결과 세정 전 대비 최대 97% 제거됨을 확인하였다.
후속연구
- 100 ㎛에서는 초점을 지난 부분에 Kerr 효과에 의한 것으로 보이는 손상이 관찰되었으며 150 ㎛ 조건에서는 어떠한 영향도 관찰되지 않았다. 따라서 실험과 같은 레이저 조건에서 웨이퍼 손상을 방지할 수 있는 최소 갭 간격은 100~150 μ瓦사이로 판단할 수 있으며, 산란 빔에 의한 웨이퍼 손상 방지도 병행되어야 할 것이다.
- 100 ㎛에서는 초점을 지난 부분에 Kerr 효과에 의한 것으로 보이는 손상이 관찰되었으며 150 ㎛ 조건에서는 어떠한 영향도 관찰되지 않았다. 따라서 실험과 같은 레이저 조건에서 웨이퍼 손상을 방지할 수 있는 최소 갭 간격은 100~150 μ瓦사이로 판단할 수 있으며, 산란 빔에 의한 웨이퍼 손상 방지도 병행되어야 할 것이다.
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