[논문]메가소닉 세정시 발생되는 패턴손상 최소화에 대한 연구

유동현; 안영기; 안덕민; 김태성; 이희명; 김정인; 이양래; 김현세; 임의수

[국내논문] 메가소닉 세정시 발생되는 패턴손상 최소화에 대한 연구
Evaluate the Effect of Megasonic Cleaning on Pattern Damage 원문보기

유동현 (성균관대학교 기계공학부 대학원) , 안영기 (성균관대학교 기계공학부 대학원) , 안덕민 (성균관대학교 정보통신공학부 대학원) , 김태성 (성균관대학교 기계공학부 & 나노과학기술원) , 이희명 (주)듀라소닉) , 김정인 (주)듀라소닉) , 이양래 (한국기계연구원) , 김현세 (한국기계연구원) , 임의수 (한국기계연구원)

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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문제 정의

그 중에서 메가소닉 세정의 오염 입자 제거력이 타 방법에 비해 효율적이고 장치 개발이 용이하여 최근 다시 주목받고 있다. 그러나 메가소닉 세정시 bubble collapse에 의한 충격파에 의해 일부 패턴에 손상이 일어나게 되어 많은 연구가 진행되고 있는데, 본 연구에서는 메가소닉 세정시 패턴손상이 발생하지 않는 세정 공정 조건을 연구했다^(1-2).
캐비테이션이 활성화된 특정영역과 음파발광의 세기가 밝은 특정영역에서의 위치로 세정시 패턴 손상이 발생하는 위치와의 상관성을 알아봄으로써 캐비테이션과 패턴손상 사이의 관계를 알아보고 음파발광과 음압분포의 측정 결과로 검증하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 20 KHz의 저주파와 600 Watt발진기를 사용하여 6-600 Watt 범위의 공급전력을 차등적으로 가하였으며, 동시에 음파발광의 세기를 측정하였다. Fig.
최종적으로는 1 MHz 메가소닉 고주파 원형 단면 (60 mm)의 진동자를 이용하여 음파발광 실험을 통해 진동 소자의 특정 위치에서 캐비테이션이 강하게 발생하는지 Fig. 4와 같이 측정하였다. 메가소닉 세정시 발생하는 케비테이션을 루미놀을 이용하여 가시적으로 측정할 수 있었다.

대상 데이터

음파발광이 지속되는 시간은 수십 피코초(10^-12 sec)로 매우 짧다. 이 현상을 찍기 위해 Fig. 2와 같이 고속의 CCD 카메라(Andor technology, 영국)를 준비하였고, 메가소닉 초음파와 카메라의 거리는 250 mm, 음파발광에 사용된 수용액은 물 300 ml와 루미놀 0.3 g 사용되었으며, 노출시간은 60 sec로 설정하였다.

이론/모형

4와 같이 측정하였다. 메가소닉 세정시 발생하는 케비테이션을 루미놀을 이용하여 가시적으로 측정할 수 있었다. 루미놀은 약산성 및 중성에서 청색의 형광을 발하는 물질이며, 이를 통해 케비테이션이 강한 특정 부분에서 음파발광의 세기 또한 밝은 것을 확인하였다.

성능/효과

본 연구에서는 메가소닉 세정시 발생되는 캐비 테이션의 형상을 음파발광으로 측정하였고, 캐비 테이션에 의한 음압분포 또한 측정해 본 결과, 캐비테이션이 활성화된 특정영역에서는 음파발광의 세기가 다른 영역에 비해 밝았으며, 음압분포 또한 음압이 다른 영역에 비해 높은 것을 실험을 통해 알 수 있었다.
5는 음파발광 실험에 사용된 1MHz 진동자를 이용하여 음압분포장비로 측정한 결과이다. 음압분포 또한 캐비테이션이 활성화된 특정영역에서 음압이 다른 영역에 비해 높은 것을 확인하였다.

후속연구

향후, 음파발광과 음압분포와의 상관관계를 규명하여 캐비테이션을 최적화하여 메가소닉 세정에 사용되는 메가소닉 모듈 설계를 최적화할 수 있을 것으로 예상한다.

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