KR100952087B1

KR100952087B1 - Method and apparatus for megasonic cleaning of patterned substrate

Info

Publication number: KR100952087B1
Application number: KR1020057015366A
Authority: KR
Inventors: 존 엠 보이드; 마이클 래브킨; 프레드 씨 리데커; 랜돌프 이 트루; 윌리엄 티
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2010-04-13
Anticipated expiration: 2024-02-04
Also published as: EP1599298A2; WO2004074931A2; JP4733012B2; WO2004074931A3; TWI290729B; KR20050100405A; JP2006518550A; EP1599298A4; TW200425231A

Abstract

반도체 기판을 세정하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 반도체 기판의 표면에 실질적으로 수직한 방향으로 배향된 음향 에너지를 발생시키는 것으로 시작한다. 그 다음, 반도체 기판의 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 배향된 음향 에너지가 발생된다. 음향 에너지의 각 배향은 동시에 발생되거나 또는 교대로 발생될 수도 있다. 반도체 기판을 세정하기 위한 시스템 및 장치가 또한 제공된다.A method for cleaning a semiconductor substrate is provided. The method begins with generating acoustic energy oriented in a direction substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. Then, acoustic energy oriented in a direction substantially parallel to the surface of the semiconductor substrate is generated. Each orientation of acoustic energy may occur simultaneously or alternately. Systems and apparatus are also provided for cleaning semiconductor substrates.

메가소닉 세정, 음향 에너지 Megasonic cleaning, acoustic energy

Description

METHOD AND APPARATUS FOR MEGASONIC CLEANING OF PATTERNED SUBSTRATES}

발명의 배경Background of the Invention

1. 발명의 분야1. Field of the Invention

본 발명은 일반적으로 표면 세정에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 제조 프로세스 후의 반도체 기판의 메가소닉 세정을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention generally relates to surface cleaning, and more particularly, to a method and apparatus for megasonic cleaning of a semiconductor substrate after a manufacturing process.

2.관련 기술의 설명2. Description of related technology

메가소닉 세정은 반도체 제조 공정에서 널리 사용되며 배치식 세정 프로세스 또는 단일 웨이퍼 세정 프로세스에 사용될 수 있다. 배치식 세정 프로세스에서는, 메가소닉 변환기의 진동이 한 묶음의 반도체 기판을 포함하는 세정 탱크의 액체 내에 초음파를 발생시킨다. 단일 웨이퍼 메가소닉 세정 프로세스는 회전하는 웨이퍼 위에서 비교적 작은 변환기를 사용하며, 변환기는 웨이퍼를 가로질러 스캐닝되거나, 웨이퍼가 완전히 침지되는 경우에는 단일 웨이퍼 탱크 시스템이 사용된다. 각각의 경우에 메가소닉 세정에 의한 주 파티클 제거 메커니즘은 공동화 (cavitation) 와 음향 흐름 (acoustic streaming) 에 기인한다. 공동화는 소리 에너지가 액체 매질에 가해질 때 용해된 가스로부터 형성되는 미세 기포의 빠른 형성과 붕괴이다. 붕괴시 기포는 반도체 기판에 파티클을 접착시키는 다양한 접착력을 없애서 파티클 제거를 돕는 에너지를 방출한다. 음향 흐름은 RF 전력이 압전 변환기에 인가될 때 유체를 통한 음향파에 의해 유도된 유체 운동이다.Megasonic cleaning is widely used in semiconductor manufacturing processes and can be used in batch cleaning processes or single wafer cleaning processes. In a batch cleaning process, the vibrations of the megasonic transducer generate ultrasonic waves in the liquid of the cleaning tank comprising a bundle of semiconductor substrates. The single wafer megasonic cleaning process uses a relatively small transducer on a rotating wafer, which is scanned across the wafer, or a single wafer tank system is used when the wafer is fully immersed. In each case the main particle removal mechanism by megasonic cleaning is due to cavitation and acoustic streaming. Cavitation is the rapid formation and collapse of microbubbles that form from dissolved gases when sound energy is applied to a liquid medium. When collapsed, the bubbles release energy that aids in particle removal by eliminating the various adhesion forces that bond the particles to the semiconductor substrate. Acoustic flow is fluid motion induced by acoustic waves through a fluid when RF power is applied to the piezoelectric transducer.

도 1a 는 배치식 메가소닉 세정 시스템의 개략도이다. 탱크 (100) 는 세정용액으로 채워져 있다. 웨이퍼 홀더 (102) 는 세정될 한 묶음의 웨이퍼를 포함한다. 변환기 (104) 는 1㎒ 에 가까운 주파수를 갖는 소리 에너지를 통해서 압력파를 발생시킨다. 이러한 압력파는 파티클의 재접착을 제어하도록 적절한 화학물질과 협력하여 세정 작용을 제공한다. 배치식 세정 시스템에서 필요한 긴 세정시간뿐만 아니라 화학물질의 사용 때문에, 반도체의 국제기술 로드맵 (ITRS: International Technology Roadmap for Semiconductors) 요구에 따라 화학물질의 사용을 감소시키고 웨이퍼 간의 제어를 증가시키며 결점을 감소시키기 위한 노력이 단일 웨이퍼 세정 시스템에 집중되었다. 배치식 시스템은 탱크 내에서 다수의 웨이퍼로 메가소닉 에너지를 전달하는 것이 비균일하고, 보강 간섭으로 인한 '핫 스폿 (hot spot)' 이나 상쇄 간섭으로 인한 '콜드 스폿 (cold spot)' 이 발생할 수 있다는 또다른 단점을 갖는데, 상기 핫 스폿 또는 콜드 스폿은 다수의 웨이퍼와 메가소닉 탱크 모두로부터의 메가소닉파의 반사로 야기된다. 보강 간섭은 웨이퍼 기판상의 민감한 피쳐 (feature) 또는 패턴에 손상을 줄 수 있고, 이로써 임의의 핫 스폿이 손상 임계값 아래에 있는 것을 보장하기 위해서 평균 에너지가 낮추어져야 한다. 콜드 스폿의 경우, 불충분한 세정이 발생하고 그것에 의하여 웨이퍼 홀더 (102) 내의 웨이퍼의 모든 영역에 도달하도록 더 높은 메가소닉 에너지가 가해져야 한다. 양자 모두의 경우, 세정을 가능하게 하기 위한 충분히 높은 평균 에너지를 계속 제공하면서 손상을 최소화하기 위한 절충안이 이루어져야 한다.1A is a schematic diagram of a batch megasonic cleaning system. The tank 100 is filled with a cleaning solution. Wafer holder 102 includes a bundle of wafers to be cleaned. The converter 104 generates pressure waves through sound energy having a frequency close to 1 MHz. These pressure waves, in conjunction with appropriate chemicals, provide a cleaning action to control the re-adhesion of the particles. Due to the use of chemicals as well as the long cleaning time required in batch cleaning systems, the use of chemicals in accordance with the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) reduces the use of chemicals, increases control between wafers and reduces defects. Efforts have been focused on single wafer cleaning systems. In batch systems, the transfer of megasonic energy to multiple wafers in a tank is non-uniform, and 'hot spots' due to constructive interference or 'cold spots' due to destructive interference may occur. Another disadvantage is that the hot spot or cold spot is caused by the reflection of megasonic waves from both the multiple wafers and the megasonic tank. Constructive interference can damage sensitive features or patterns on the wafer substrate, such that the average energy must be lowered to ensure that any hot spots are below the damage threshold. In the case of cold spots, insufficient cleansing occurs and thereby higher megasonic energy must be applied to reach all areas of the wafer in the wafer holder 102. In both cases, a compromise must be made to minimize damage while still providing sufficiently high average energy to enable cleaning.

도 1b 는 단일 웨이퍼 세정용 탱크의 개략도이다. 여기서, 탱크 (106) 는 세정 용액으로 채워져 있다. 캐리어 (108) 에 의해 지지된 웨이퍼 (110) 는 탱크 (106) 의 세정 용액에 담겨진다. 변환기 (104) 는 웨이퍼 (110) 를 세정하기 위한 에너지를 공급한다. 세정 용액은 통상적으로 변환기 (104) 에 의해 공급되는 음향 에너지를 통해 웨이퍼 표면과 웨이퍼의 표면으로부터 제거된 파티클 사이의 제타 포텐셜을 변경하여 파티클 재부착을 방지하도록 설계된다. 세정 용액 농도는 표면들 사이의 적절한 제타 포텐셜을 유지하기 위하여 매우 엄격한 범위 내에서 유지되어야 한다. 그러나, 라인, 콘택, 스페이스, 비아 등과 같은 기판의 표면상에 정의된 피쳐들에 대해서, 그 피쳐에 의해 정의된 영역 내의 파티클-기판 계면에서 특정한 세정 용액 농도를 유지할 수 없음, 즉, 세정용액을 보충할 수 없음으로 인해 파티클은 기판의 표면상에 재부착될 수도 있다. 또한, (단일 탱크 메가소닉 시스템에서와 같이) 변환기가 기판 표면에 대해 수직하게 배향되는 경우, 고 종횡비 피쳐들은 메가소닉 에너지 및 공동화로부터 그 피쳐의 하부 영역을 가리거나 차단할 수도 있다. 웨이퍼 표면에 평행하게 배향된 변환기에 대해, 그 피쳐들 내에서 공동화가 발생할 수도 있지만, 음향 흐름은 분리된 파티클을 기판에서 멀리 떨어지게 하는 것을 용이하게 하는 가장 바람직한 방향에 있지 않다. 그러나, 이 구성은 각각의 결정 사이에 갭 (114a-c) 을 유발한다. 이 구성의 다른 단점은 압전 결정에 의해 공급된 음향 에너지의 시준된 성질 (collimated nature) 로 인해 갭이 음향 에너지의 비교가능한 레벨로 공급되지 않는 영역이 된다는 것이다. 따라서, 웨이퍼 (110) 의 소정의 영역은 균일한 음향 에너지를 받지 않으므로, 불균일한 세정을 초래한다.1B is a schematic diagram of a single wafer cleaning tank. Here, the tank 106 is filled with a washing solution. The wafer 110 supported by the carrier 108 is immersed in the cleaning solution of the tank 106. The converter 104 supplies energy for cleaning the wafer 110. The cleaning solution is typically designed to change the zeta potential between the surface of the wafer and the particles removed from the surface of the wafer via the acoustic energy supplied by the transducer 104 to prevent particle reattachment. The cleaning solution concentration should be kept within a very strict range to maintain proper zeta potential between the surfaces. However, for features defined on the surface of the substrate, such as lines, contacts, spaces, vias, etc., it is not possible to maintain a specific cleaning solution concentration at the particle-substrate interface within the area defined by that feature, i.e. Due to inability to replenish, the particles may reattach on the surface of the substrate. Also, when the transducer is oriented perpendicular to the substrate surface (as in a single tank megasonic system), high aspect ratio features may hide or block the lower region of the feature from megasonic energy and cavitation. For transducers oriented parallel to the wafer surface, cavitation may occur within the features, but the acoustic flow is not in the most desirable direction to facilitate separating the separated particles away from the substrate. However, this configuration causes a gap 114a-c between each crystal. Another disadvantage of this configuration is that due to the collimated nature of the acoustic energy supplied by the piezoelectric crystals, the gap becomes an area where no gap is supplied at comparable levels of acoustic energy. Thus, certain areas of the wafer 110 do not receive uniform acoustic energy, resulting in non-uniform cleaning.

부가적으로, 공정 특히 무전해 도금은 통상적으로 기판 상에 막을 증착하기 위해 사용된다. 예를 들어, 구리막은 무전해 도금을 통해 기판상에 증착될 수도 있다. 무전해 도금의 단점 중 하나는 무전해 도금중인 패터닝된 기판의 피쳐에서 임의의 기포 형성의 존재가 후속 도금 공정에서 공극 (void) 을 유발할 것이라는 점이다. 고 종횡비 피쳐로의 무전해 도금의 또다른 단점은 용액으로부터 피쳐로의 초기 반응물의 대량 이동 및 동일한 피쳐로부터의 부산물의 대량 이동이다.In addition, processes, in particular electroless plating, are commonly used to deposit films on substrates. For example, a copper film may be deposited on the substrate via electroless plating. One disadvantage of electroless plating is that the presence of any bubble formation in the features of the patterned substrate under electroless plating will cause voids in subsequent plating processes. Another drawback of electroless plating to high aspect ratio features is the mass transfer of initial reactants from solution to the feature and the mass transfer of by-products from the same feature.

상술한 내용의 견지에서, 음향 에너지에 의해 제거된 파티클이 웨이퍼 상에 재증착하는 것을 방지하기 위해 세정 화학물질을 피쳐에 의해 정의된 영역으로 보충할 수 있는, 단일 웨이퍼 메가소닉 세정 구성을 제공하는 방법 및 장치가 필요하다. 또한, 무전해 도금 공정중인 피쳐의 인접부에서 기포 형성을 제어하고, 고 종횡비 피쳐로 및 고 종횡비 피쳐로부터의 반응물 및 부산물의 대량 이동을 개선할 필요가 있다.In view of the foregoing, it provides a single wafer megasonic cleaning configuration that can replenish cleaning chemicals with areas defined by features to prevent particles removed by acoustic energy from redepositing on the wafer. Methods and apparatus are needed. There is also a need to control bubble formation in the vicinity of features during an electroless plating process and to improve mass transfer of reactants and by-products into and out of high aspect ratio features.

발명의 요약Summary of the Invention

일반적으로, 본 발명은 파티클의 제거를 위해 음향 에너지를 피쳐로 공급하고, 세정 화학물질을 피쳐 영역으로 보충하여 분리된 파티클의 제거를 돕기 위한 방법 및 장치를 제공함으로써, 이러한 필요성을 충족시킨다. 또한, 본 발명은 무전해 도금 공정 동안 기포 형성을 제어하고 대량 이동을 개선하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명은 방법, 시스템 또는 장치를 포함하여 많은 방식으로 구현될 수 있음이 이해될 것이다. 본 발명의 몇몇 독창적인 실시형태를 이하에서 설명한다. In general, the present invention meets this need by providing a method and apparatus for supplying acoustic energy to features for removal of particles and supplementing the cleaning chemical with feature areas to assist in the removal of separated particles. The present invention also provides a system and method for controlling bubble formation and improving mass transfer during the electroless plating process. It will be appreciated that the present invention can be implemented in many ways, including as a method, a system or an apparatus. Some inventive embodiments of the invention are described below.

일 실시형태에서, 반도체 기판을 세정하기 위한 방법이 제공된다. 그 방법은 반도체 기판의 표면에 실질적으로 수직한 방향으로 배향되는 음향 에너지를 발생시킴으로써 시작한다. 그 다음, 반도체 기판의 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 배향된 음향 에너지가 발생된다. 음향 에너지의 각각의 배향은 (동위상으로) 동시에 발생되거나 (다른 위상으로) 교대로 발생될 수도 있다. In one embodiment, a method for cleaning a semiconductor substrate is provided. The method begins by generating acoustic energy that is oriented in a direction substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. Then, acoustic energy oriented in a direction substantially parallel to the surface of the semiconductor substrate is generated. Each orientation of acoustic energy may occur simultaneously (in phase) or alternately (out of phase).

또다른 실시형태에서, 반도체 기판을 세정하기 위한 장치가 제공된다. 그 장치는 하나의 베이스와 그 베이스로부터 연장된 적어도 하나의 측벽을 포함한다. 측벽은 실질적으로 베이스에 수직하다. 베이스에 구비된 제 1 메가소닉 변환기가 포함된다. 측벽에 부착된 제 2 메가소닉 변환기도 또한 포함된다. 제 1 메가소닉 변환기는 제 2 메가소닉 변환기에 실질적으로 직교의 방식으로 배향된다.In yet another embodiment, an apparatus for cleaning a semiconductor substrate is provided. The device includes one base and at least one sidewall extending from the base. The side wall is substantially perpendicular to the base. A first megasonic transducer provided at the base is included. Also included is a second megasonic transducer attached to the sidewall. The first megasonic transducer is oriented in a substantially orthogonal manner to the second megasonic transducer.

또다른 실시형태에서, 반도체 기판을 세정하기 위한 시스템이 제공된다. 그 시스템은 하나의 베이스와 베이스로부터 연장된 적어도 하나의 측벽에 의해 정의된 내부 공동 (cavity) 을 갖는 탱크를 포함한다. 그 탱크는 내부 공동 내의 액체의 부피를 유지하도록 구성된다. 반도체 기판의 일 축 주위로 반도체 기판을 지지하고 회전시키도록 구성된 기판 지지부가 포함된다. 기판 지지부는 탱크의 내부 공동에서 반도체 기판을 지지하고 회전시키도록 더 구성된다. 베이스에 결합된 제 1 메가소닉 변환기가 포함된다. 메가소닉 변환기의 상부 표면은 실질적으로 반도체 기판의 저부 표면에 평행하다. 제 2 메가소닉 변환기는 적어도 하나의 측벽에 결합된다. 제 1 메가소닉 변환기는 반도체 기판의 저부 표면에 실질적으로 수직한 방향과 관련된 음향 에너지를 발생시키도록 구성된다. 제 2 메가소닉 변환기는 반도체 기판의 저부 표면에 실질적으로 평행한 방향과 관련된 음향 에너지를 발생시키도록 구성된다.In another embodiment, a system for cleaning a semiconductor substrate is provided. The system includes a tank having an internal cavity defined by one base and at least one sidewall extending from the base. The tank is configured to maintain a volume of liquid in the inner cavity. A substrate support configured to support and rotate the semiconductor substrate about one axis of the semiconductor substrate is included. The substrate support is further configured to support and rotate the semiconductor substrate in the inner cavity of the tank. A first megasonic transducer coupled to the base is included. The top surface of the megasonic transducer is substantially parallel to the bottom surface of the semiconductor substrate. The second megasonic transducer is coupled to at least one side wall. The first megasonic transducer is configured to generate acoustic energy associated with a direction substantially perpendicular to the bottom surface of the semiconductor substrate. The second megasonic transducer is configured to generate acoustic energy associated with a direction substantially parallel to the bottom surface of the semiconductor substrate.

또다른 실시형태에서, 기판의 무전해 도금을 위한 방법이 제공된다. 그 방법은 기판을 도금 용액에 침지함으로써 시작한다. 그 다음, 기판의 표면 상에 막이 증착된다. 또한, 음향 에너지가 도금 용액에 전달된다. 일 실시형태에서, 음향 에너지는 웨이퍼 표면에 실질적으로 평행하게 배향된 변환기를 이용하여 기판의 표면에서의 기포 형성을 제어하도록 기판의 표면으로 향하게 된다. 또다른 실시형태에서, 음향 에너지는 웨이퍼 표면에 실질적으로 수직하게 배향된 변환기를 이용하여 기판의 표면에서의 반응물과 부산물의 대량 이동을 개선하도록 기판의 표면으로 향하게 된다.In another embodiment, a method for electroless plating of a substrate is provided. The method begins by immersing the substrate in the plating solution. Then, a film is deposited on the surface of the substrate. Also, acoustic energy is transferred to the plating solution. In one embodiment, acoustic energy is directed to the surface of the substrate to control bubble formation at the surface of the substrate using a transducer oriented substantially parallel to the wafer surface. In another embodiment, acoustic energy is directed to the surface of the substrate to improve mass transfer of reactants and by-products on the surface of the substrate using transducers oriented substantially perpendicular to the wafer surface.

또다른 실시형태에서, 기판의 무전해 도금을 위한 장치가 제공된다. 그 장치는 도금 용액을 유지하도록 구성된 탱크 및 음향 에너지를 도금 용액으로 전달하도록 구성된 변환기를 포함한다.In yet another embodiment, an apparatus for electroless plating of a substrate is provided. The apparatus includes a tank configured to hold the plating solution and a transducer configured to transfer acoustic energy to the plating solution.

본 발명의 다른 양태 및 이점은 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 원리를 예시적으로 나타내는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.Other aspects and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description, which illustratively illustrates the principles of the invention with reference to the accompanying drawings.

도면의 간단한 설명Brief description of the drawings

본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명에 의해 용이하게 이해될 것이며, 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지정한다.The present invention will be readily understood by the following detailed description with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals designate like elements.

도 1a 는 배치식 메가소닉 세정 시스템의 개략도이다.1A is a schematic diagram of a batch megasonic cleaning system.

도 1b 는 단일 웨이퍼 세정 탱크의 개략도이다.1B is a schematic diagram of a single wafer cleaning tank.

도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단순화된 메가소닉 세정 장치이다.2 is a simplified megasonic cleaning apparatus according to one embodiment of the present invention.

도 3 은 도 2 에 도시된 메가소닉 세정 장치에 대한 다른 실시형태이다.3 is another embodiment of the megasonic cleaning apparatus shown in FIG. 2.

도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 메가소닉 세정 장치의 확대된 단면도이다.4 is an enlarged cross-sectional view of a megasonic cleaning device according to one embodiment of the present invention.

도 5 는 도 4 의 메가소닉 세정 탱크의 다른 실시형태이다.FIG. 5 is another embodiment of the megasonic cleaning tank of FIG. 4.

도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 메가소닉 세정을 통한 반도체 기판의 세정을 위한 방법 공정을 나타내는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method process for cleaning a semiconductor substrate through megasonic cleaning according to one embodiment of the present invention.

도 7a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 무전해 도금 공정에 사용되는 메가소닉 변환기의 단순화된 개략도이다.7A is a simplified schematic diagram of a megasonic transducer for use in an electroless plating process according to one embodiment of the present invention.

도 7b 는 도 7a 의 무전해 도금 용기 (vessel) 의 다른 실시형태이다.FIG. 7B is another embodiment of the electroless plating vessel of FIG. 7A.

도 8a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 기판을 세정하는데 음향 에너지가 이용되는 세정 장치의 단순화된 개략도이다.8A is a simplified schematic diagram of a cleaning apparatus in which acoustic energy is used to clean a substrate in accordance with one embodiment of the present invention.

도 8b 는 도 8a 의 세정 장치의 다른 실시형태이다.FIG. 8B is another embodiment of the cleaning apparatus of FIG. 8A.

도 8c 는 도 8a 의 세정 장치의 또다른 실시형태이다.FIG. 8C is another embodiment of the cleaning apparatus of FIG. 8A.

도 8d 는 도 8a 의 세정 장치의 또다른 실시형태이다.FIG. 8D is another embodiment of the cleaning apparatus of FIG. 8A.

도 9 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 2 개의 음향 에너지 발생기를 갖는 세정장치의 단순화된 개략도이다.9 is a simplified schematic diagram of a cleaning apparatus having two acoustic energy generators according to an embodiment of the present invention.

도 10a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판의 반대측을 세정하도록 구성된 세정 장치의 단순화된 개략도이다.10A is a simplified schematic diagram of a cleaning apparatus configured to clean an opposite side of a substrate according to an embodiment of the present invention.

도 10b 는 도 10a 의 세정 장치의 다른 실시형태의 단순화된 개략도이다.10B is a simplified schematic diagram of another embodiment of the cleaning apparatus of FIG. 10A.

도 11 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 기판의 표면을 세정하기 위해 음향 에너지를 적용하기 위한 방법 공정을 나타내는 흐름도이다.11 is a flowchart illustrating a method process for applying acoustic energy to clean a surface of a substrate in accordance with an embodiment of the present invention.

바람직한 실시형태의 상세한 설명Detailed Description of the Preferred Embodiments

본 발명은 음향 에너지를 패터닝된 기판의 정의된 피쳐로 직접 제공하며 그 피쳐에 의해 정의된 영역에 세정 화학물질을 보충하기 위해 최적화된 메가소닉 세정 방식을 제공하는 시스템, 장치 및 방법을 개시한다. 그러나, 당업자에게는 본 발명이 이들 구체적 상세함의 일부 또는 전부가 없이 실시될 수도 있다는 것이 명백할 것이다. 다른 예에서, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 잘 알려진 프로세스 공정은 상세하게 설명하지 않았다. 도 1a 및 도 1b 는 "발명의 배경" 부분에 설명하였다.The present invention discloses a system, apparatus and method for providing an acoustic energy directly to defined features of a patterned substrate and providing an optimized megasonic cleaning scheme to replenish the cleaning chemicals in the areas defined by the features. However, it will be apparent to one skilled in the art that the present invention may be practiced without some or all of these specific details. In other instances, well known process steps have not been described in detail in order not to unnecessarily obscure the present invention. 1A and 1B have been described in the section “Background of the Invention”.

본 발명의 실시형태들은 패터닝된 기판의 메가소닉 세정의 세정 효율을 최적화하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 기판과 웨이퍼는 상호교환가능하다. 하나의 변환기가 세정되는 기판의 표면에 실질적으로 평행하고, 나머지 변환기가 세정되는 기판의 표면에 실질적으로 수직한, 직교하도록 배향된 2 개의 메가소닉 변환기를 공급함으로써, 공동화 효과와 음향 흐름 효과 양자 모두는 최적화된다. 즉, 기판의 표면에 실질적으로 평행한 메가소닉 변환기는 음향 에너지를 패터닝된 기판의 피쳐로 직접 공급할 수 있다. 피쳐로 직접적으로 공급되는 음향 에너지는 공동화를 유도하여 피쳐 내의 임의의 파티클을 제거한다. 한편, 세정되는 기판의 표면에 대하여 실질적으로 수직한 방식으로 배향되는 메가소닉 변환기는 웨이퍼 표면에 평행한 음향 흐름을 제공할 수 있다. 그 음향 흐름은 그 피쳐 주위의 영역 및 그 피쳐 내에 와류 (eddy) 또는 난류 (turbulence) 를 유도한다. 따라서, 피쳐로 및 피처로부터의 화학약품 (chemical) 의 이동은 피쳐 내의 화학적 세정을 가능하게 하도록 향상된다.Embodiments of the present invention provide a system and method for optimizing the cleaning efficiency of megasonic cleaning of a patterned substrate. As used herein, the substrate and the wafer are interchangeable. By supplying two megasonic transducers oriented orthogonally orthogonally, one transducer being substantially parallel to the surface of the substrate being cleaned and the other transducer being substantially perpendicular to the surface of the substrate being cleaned, both the cavitation effect and the acoustic flow effect Is optimized. That is, megasonic transducers that are substantially parallel to the surface of the substrate can supply acoustic energy directly to the features of the patterned substrate. The acoustic energy supplied directly to the feature induces cavitation to remove any particles in the feature. On the other hand, megasonic transducers oriented in a manner substantially perpendicular to the surface of the substrate being cleaned can provide a parallel acoustic flow to the wafer surface. The acoustic flow induces eddy or turbulence in the region around the feature and within the feature. Thus, the movement of chemicals to and from features is enhanced to enable chemical cleaning within the features.

부가적으로, 본 명세서에 기술된 실시형태들은 메가소닉 에너지의 적용을 통해 무전해 도금 공정의 증착 품질을 개선시키기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 메가소닉 에너지의 적용은 도금 프로세스 동안에 형성된 기포의 붕괴를 돕는 공동화를 유도한다. 붕괴 전에 기포가 성장하는 크기는 인가된 메가소닉 에너지의 주파수에 의존한다. 그러므로, 도금 공정 중인 표면에서 기포의 형성은 도금 공정에 있어서의 메가소닉 에너지의 적용을 통해 제어될 수 있다.In addition, the embodiments described herein provide a system and method for improving the deposition quality of an electroless plating process through the application of megasonic energy. Application of megasonic energy leads to cavitation that aids in the collapse of bubbles formed during the plating process. The size at which the bubbles grow before collapse depends on the frequency of the megasonic energy applied. Therefore, the formation of bubbles at the surface during the plating process can be controlled through the application of megasonic energy in the plating process.

도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단순화된 메가소닉 세정 장치이다. 메가소닉 세정 장치 (110) 는 양자 모두 베이스 (120) 로부터 연장되는 측벽들 (118 및 122) 을 갖는 탱크를 포함한다. 탱크는 세정 용액 (112) 을 담고 있다. 세정 용액 (112) 은 메가소닉 세정에 사용되는 임의의 적절한 세정 용액일 수도 있고, 파티클의 제거를 용이하게 할뿐만 아니라 기판 (116) 의 표면 상의 파티클의 재증착을 방지하는 특성을 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 세정 용액과 세정 화학물질은 상호교환가능하다. 알 수 있는 바와 같이, 기판 (116) 은 세정 용액 (112) 에 침지되고 캐리어 (114) 에 의해 지지된다. 당업자에게는 메가소닉 세정 탱크의 세정 용액 (112) 내에 기판 (116) 을 지지하기 위한 임의의 적절한 수단이 여기에 이용될 수도 있다는 것이 명백할 것이다. 메가소닉 세정 탱크는 메가소닉 변환기들 (124 및 126) 에 결합된다. 메가소닉 변환기 (126) 는 기판 (116) 의 저부 표면 (117) 에 수직하게 배향된다. 이로써, 변환기 (126) 는 이하에서 도시되는 바와 같이 저부 표면 (117) 에 평행한 음향 흐름을 제공한다. 메가소닉 변환기 (124) 는 기판 (116) 의 저부 표면 (117) 에 평행하게 배향된다. 그러므로, 변환기 (124) 는 피쳐들, 즉, 비아, 홀, 트렌치 등에 액세스하여 그 피쳐들 내부에 공동화를 유도할 수 있는 음향 에너지를 제공한다. 즉, 웨이퍼 표면 배향에 관하여 수평 또는 수직인 변환기는 파티클 제거 및 웨이퍼 표면에 대한 유체 화학약품 교환을 돕도록 음향 흐름 및 대량 이동과, 기판 표면에 결합된 파티클을 몰아내고 제거하도록 공동화를 제공한다.2 is a simplified megasonic cleaning apparatus according to one embodiment of the present invention. Megasonic cleaning apparatus 110 includes a tank having sidewalls 118 and 122 both extending from base 120. The tank contains the cleaning solution 112. Cleaning solution 112 may be any suitable cleaning solution used for megasonic cleaning and has the property of facilitating removal of particles as well as preventing redeposition of particles on the surface of substrate 116. As used herein, cleaning solutions and cleaning chemicals are interchangeable. As can be seen, the substrate 116 is immersed in the cleaning solution 112 and supported by the carrier 114. It will be apparent to those skilled in the art that any suitable means for supporting the substrate 116 in the cleaning solution 112 of the megasonic cleaning tank may be used herein. The megasonic cleaning tank is coupled to the megasonic transducers 124 and 126. Megasonic transducer 126 is oriented perpendicular to bottom surface 117 of substrate 116. In this way, the transducer 126 provides an acoustic flow parallel to the bottom surface 117 as shown below. Megasonic transducer 124 is oriented parallel to bottom surface 117 of substrate 116. Therefore, transducer 124 provides access to features, ie vias, holes, trenches, etc., to provide acoustic energy that can induce cavitation inside the features. That is, transducers that are horizontal or vertical with respect to wafer surface orientation provide acoustic flow and mass transfer to aid particle removal and fluid chemical exchange to the wafer surface, and cavitation to drive and remove particles bound to the substrate surface.

도 3 은 도 2 에 도시된 메가소닉 세정 장치에 대한 다른 실시형태이다. 여기서, 기판 (116) 은 도 2 의 수평 위치가 아닌 수직 위치로 배향된다. 당업자에게는 기판 (116) 이 임의의 적절한 지지 수단, 예를 들어, 기판 캐리어, 롤러 등에 의해 지지될 수도 있다는 것이 명백할 것이다. 기판 (116) 은 메가소닉 세정 탱크의 베이스 (120) 와 측벽들 (118 및 122) 에 의해 정의된 공동 안에 담긴 세정 용액 (112) 내에 침지된다. 메가소닉 세정 탱크의 형상은 하나의 변환기가 기판의 표면에 실질적으로 수직한 방향으로 음향 에너지를 제공하고 나머지 변환기가 기판의 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 음향 에너지를 제공하는 방식으로 변환기들로부터 음향 에너지의 전달을 제공하기 위한 임의의 적절한 형상일 수도 있다. 일 실시형태에서, 음향 에너지의 수직한 방향은 법선의 약 5°사이, 즉 90°± 5°이며, 법선은 기판의 표면에 대한 것이다. 또다른 실시형태에서, 음향 에너지의 평행한 방향은 평행선의 5°사이, 즉 0°± 5°이며, 평행한 방향은 기판의 표면 또는 기판의 표면에 평행한 면에 평행한 것이다. 그러므로, 베이스의 형상은 직사각형, 정사각형, 또는 심지어 원형일 수도 있으며, 베이스 메가소닉 변환기에 의해 전달된 음향 에너지에 대해 직각 방향으로 음향 에너지를 전달하는 메가소닉 변환기의 배치를 고려하여 측벽이 구성된다. 세정 용액 (112) 은 듀퐁 일렉트로닉 테크놀로지스, EKC 테크놀로지, Inc., 또는 ASHLAND 코포레이션 사로부터 입수가능한 세정 용액과 같은 임의의 상업적으로 입수가능한 세정 용액일 수도 있다.3 is another embodiment of the megasonic cleaning apparatus shown in FIG. 2. Here, the substrate 116 is oriented in a vertical position rather than the horizontal position of FIG. 2. It will be apparent to those skilled in the art that the substrate 116 may be supported by any suitable supporting means, such as substrate carriers, rollers, and the like. Substrate 116 is immersed in cleaning solution 112 contained in a cavity defined by base 120 and sidewalls 118 and 122 of the megasonic cleaning tank. The shape of the megasonic cleaning tank is characterized by acoustics from transducers in such a way that one transducer provides acoustic energy in a direction substantially perpendicular to the surface of the substrate and the other transducer provides acoustic energy in a direction substantially parallel to the surface of the substrate. It may be of any suitable shape for providing delivery of energy. In one embodiment, the vertical direction of the acoustic energy is between about 5 ° of the normal, ie 90 ° ± 5 °, with the normal to the surface of the substrate. In another embodiment, the parallel direction of the acoustic energy is between 5 ° of the parallel, ie 0 ° ± 5 °, the parallel direction being parallel to the surface of the substrate or a plane parallel to the surface of the substrate. Therefore, the shape of the base may be rectangular, square, or even circular, and the sidewalls are constructed in consideration of the arrangement of the megasonic transducer which transfers the acoustic energy in a direction perpendicular to the acoustic energy transmitted by the base megasonic transducer. Cleaning solution 112 may be any commercially available cleaning solution, such as cleaning solution available from DuPont Electronics, EKC Technologies, Inc., or ASHLAND Corporation.

도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 메가소닉 세정 장치의 확대된 단면도이다. 여기서, 기판 (116) 의 패터닝된 표면 (117) 이 더욱 상세하게 나타나며, 즉, 패터닝된 표면의 피쳐들이 도시된다. 기판 (116) 은 메가소닉 세정 탱크의 측벽 (118), 측벽 (122) 및 베이스 (120) 사이에 정의된 공동 내에 담겨진 세정 용액 (112) 내에 침지된다. 기판 (116) 이 적절한 기판 지지부를 통해 자신의 축 주위에서 회전될 수도 있음이 이해될 것이다. 메가소닉 변환기들 (124 및 126) 은 각각 변환기 요소 (124a 및 126a) 및 각각 공진기 요소 (124b 및 126b) 를 포함한다. 메가소닉 변환기 (124 및 126) 는 상업적으로 이용가능한 임의의 적절한 메가소닉 변환기일 수도 있다. 메가소닉 변환기는 통상적으로 500㎑ 내지 5㎒ 의 주파수 범위의 에너지를 발생시킨다. 당업자에게는 메가소닉 변환기를 위해 선택된 특정 재료들이 발생되는 주파수 범위를 결정할 것이라는 것이 명백할 것이다. 당업자에게는 적절한 재료는 압전 재료 및 압전 세라믹 재료, 예를 들어, 석영 및 사파이어를 포함한다.4 is an enlarged cross-sectional view of a megasonic cleaning device according to one embodiment of the present invention. Here, the patterned surface 117 of the substrate 116 appears in more detail, ie the features of the patterned surface are shown. The substrate 116 is immersed in a cleaning solution 112 contained in a cavity defined between the sidewall 118, the sidewall 122, and the base 120 of the megasonic cleaning tank. It will be appreciated that the substrate 116 may be rotated around its axis through a suitable substrate support. Megasonic transducers 124 and 126 include transducer elements 124a and 126a and resonator elements 124b and 126b respectively. Megasonic transducers 124 and 126 may be any suitable megasonic transducers commercially available. Megasonic transducers typically generate energy in the frequency range of 500 Hz to 5 MHz. It will be apparent to those skilled in the art that the particular materials selected for the megasonic transducer will determine the frequency range in which they are generated. Suitable materials for those skilled in the art include piezoelectric materials and piezoelectric ceramic materials such as quartz and sapphire.

메가소닉 변환기 (126) 에 대한 메가소닉 변환기 (124) 의 배향은 패터닝된 기판 (116) 의 개선된 세정을 위해 최적 에너지 및 대량 이동의 이익을 허용한다. 메가소닉 변환기 (124) 는 기판 (116) 의 표면 (117) 의 피쳐에 접근가능할 수 있는 음향 에너지를 제공한다. 여기서, 음향 에너지는 표면 (117) 의 피쳐의 내부 표면에 부착된 파티클 (132) 을 제거하기 위해 공동화를 유도할 것이다. 파티클 (132) 이 내부 표면에 재부착되는 것을 방지하기 위하여, 메가소닉 변환기 (126) 는 화살표 (130) 로 도시된 바와 같은 음향 흐름을 야기하는 음향 에너지를 제공한다. 음향 흐름은 음향 에너지의 영향을 받을 경우 유체 내의 속도 구배에 의해 유도되는 유체 운동이다. 음향 흐름은 주파수와 전달된 세기의 함수이며, 그의 전단력 (sheer force) 이 주요한 파티클 제거 작용인자인, 세정 용액의 강한 국소적인 흐름을 제공한다. 화살표 (130) 로 도시되는 바와 같이 음향 흐름에 의해 야기된 흐름은 표면 (117) 상에 정의된 피쳐 내부에 와류 (134) 를 야기한다. 와류 (134) 는 또한 난류로도 칭하며, 새로운 세정 용액이 표면 (117) 상에 정의된 피쳐로 유입되도록 하여, 피쳐의 내부로 및 외부로의 대량 이동을 개선시키고, 메가소닉 변환기 (124) 로부터 피쳐로 전달된 음향 에너지에 의해서 야기된 공동화를 통해 피쳐로부터 분리된 임의의 제거된 파티클들을 완전히 없애 버린다.The orientation of the megasonic transducer 124 relative to the megasonic transducer 126 allows for the benefit of optimal energy and mass transfer for improved cleaning of the patterned substrate 116. Megasonic transducer 124 provides acoustic energy that may be accessible to the features of surface 117 of substrate 116. Here, acoustic energy will induce cavitation to remove particles 132 attached to the inner surface of the features of surface 117. To prevent particle 132 from reattaching to the inner surface, megasonic transducer 126 provides acoustic energy that causes an acoustic flow as shown by arrow 130. Acoustic flow is fluid motion induced by velocity gradients within a fluid when subjected to acoustic energy. Acoustic flow is a function of frequency and transmitted intensity and provides a strong local flow of the cleaning solution, whose shear force is a major particle removal effector. The flow caused by the acoustic flow, as shown by arrow 130, causes vortices 134 inside the features defined on surface 117. Vortex 134, also referred to as turbulence, allows fresh cleaning solution to enter the defined feature on surface 117 to improve mass transfer into and out of the feature and from megasonic transducer 124. The cavitation caused by the acoustic energy delivered to the feature completely destroys any removed particles separated from the feature.

도 4 의 화살표 (128) 는 메가소닉 변환기 (124) 로부터 저부 표면 (117) 의 피쳐 내에 전달되는 음향 에너지를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 음향 에너지 (128) 는 파티클 (132) 을 제거시키기 위한 공동화를 유도한다. 난류 또는 와류 (134) 가 피쳐, 특히 고 종횡비 피쳐의 내부로 및 외부로의 반응물/부산물 이동을 개선하는 것을 돕는 것이 이해될 것이다. 그러나, 공동화 및 파티클 제거를 제공하기 위하여 직접적인 에너지가 피쳐 내부로 전달된다. 그러므로, 웨이퍼의 표면에 평행한 그리고 수직한 메가소닉 변환기의 배향은 기판의 표면 상에 정의된 피쳐를 세정하기 위한 직접적인 에너지 및 피쳐로의 화학약품 이동을 위한 직접적인 에너지 양자 모두를 제공한다.Arrow 128 in FIG. 4 represents acoustic energy delivered from the megasonic transducer 124 into the features of the bottom surface 117. As discussed above, acoustic energy 128 induces cavitation to remove particles 132. It will be appreciated that the turbulent or vortex 134 helps to improve reactant / byproduct migration into and out of the feature, particularly the high aspect ratio feature. However, direct energy is delivered inside the feature to provide cavitation and particle removal. Therefore, the orientation of the megasonic transducer parallel and perpendicular to the surface of the wafer provides both direct energy for cleaning the defined features on the surface of the substrate and direct energy for chemical migration to the features.

도 5 는 도 4 의 메가소닉 세정 탱크의 다른 실시형태이다. 여기서, 기판 (116) 은 수평 위치가 아닌 수직 위치로 배향된다. 따라서, 메가소닉 변환기 (126) 는 기판 (116) 의 표면 (117) 상에 정의된 피쳐로부터 파티클 (132) 를 제거하기 위한 화살표 (128) 로 나타낸 직접적인 에너지를 제공한다. 메가소닉 변환기 (124) 는 파티클 (132) 을 완전히 없애 버리고 새로운 세정 용액을 저부 표면 (117) 의 피쳐 내에 도입시키기 위하여 와류 (134) 를 야기하는 화살표 (130) 로 도시된 음향 흐름을 제공한다. 세정 용액 (112) 이 단일 웨이퍼 세정 공정을 위해 특별하게 설계되었기 때문에, 세정 용액 (112) 의 반응물/부산물의 농도가 변함에 따라, 세정 특성도 마찬가지로 변할 것이라는 것이 이해될 것이다. 즉, 고 종횡비 피쳐, 예를 들어, 기판 (116) 의 표면 (117) 상의 피쳐 내의 세정 용액 (112) 은 고 종횡비 피쳐의 내부를 세정한다. 세정이 발생함에 따라, 그 피쳐 내의 세정 용액의 농도가 변화할 수도 있고, 이로써 파티클과 기판 표면 사이의 계면 특성과 제타 포텐셜이 변화한다. 이 변화는 파티클 (132) 이 기판 (116) 의 표면에 재부착되게 할 수도 있는데, 그 이유는 세정 용액이 파티클 (132) 의 표면과 기판 표면 (117) 사이의 적절한 또는 일정한 제타 포텐셜을 유지하지 않을 수도 있기 때문이다. 그러므로, 음향 흐름, 또는 더 정확하게, 음향 흐름에 의해 야기되는 와류 (134) 가 대량 이동을 개선시키고 피쳐 내에 세정 용액을 보충함으로써 이것이 발생하는 것을 방지한다.FIG. 5 is another embodiment of the megasonic cleaning tank of FIG. 4. Here, the substrate 116 is oriented in a vertical position rather than a horizontal position. Accordingly, megasonic transducer 126 provides direct energy, indicated by arrow 128, for removing particles 132 from features defined on surface 117 of substrate 116. Megasonic transducer 124 provides the acoustic flow shown by arrow 130 causing vortex 134 to completely remove particles 132 and introduce fresh cleaning solution into the features of bottom surface 117. Since the cleaning solution 112 is specifically designed for a single wafer cleaning process, it will be understood that as the concentration of reactants / byproducts of the cleaning solution 112 changes, the cleaning properties will change as well. That is, the high aspect ratio feature, eg, the cleaning solution 112 in the feature on the surface 117 of the substrate 116, cleans the interior of the high aspect ratio feature. As cleaning occurs, the concentration of the cleaning solution in the feature may change, thereby changing the interfacial properties and zeta potential between the particle and the substrate surface. This change may cause the particle 132 to reattach to the surface of the substrate 116 because the cleaning solution does not maintain an appropriate or constant zeta potential between the surface of the particle 132 and the substrate surface 117. Because it may not. Therefore, the acoustic flow, or more precisely, the vortex caused by the acoustic flow 134 prevents this from occurring by improving mass transfer and replenishing the cleaning solution in the feature.

도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 메가소닉 세정을 통해 반도체 기판을 세정하기 위한 방법 공정을 도시한 흐름도이다. 그 방법은 2 개의 분리된 변환기에 결합된 세정 용기가 제공되는 공정 140 으로 시작한다. 예를 들어, 도 2 내지 도 5 를 참조하여 설명된 세정 용기가 여기에 제공될 수도 있다. 다음으로, 그 방법은 세정 용기 내에 담긴 세정 용액 내로 기판이 침지되는 공정 142 로 진행한다. 하나의 메가소닉 변환기가 기판 상의 세정될 표면에 실질적으로 평행하고 두번째 메가소닉 변환기가 세정될 기판의 표면에 실질적으로 수직하도록 그 침지된 기판이 배향된다는 것이 이해될 것이다. 다시 말하면, 변환기들은 각각의 변환기로부터 세정 용액으로 전달된 각각의 음향 에너지가 서로 거의 수직하도록 배향되는 방식으로 배향, 즉, 서로 대략 직각으로 배향된다. 상술한 바와 같이, 세정 용액은 단일 웨이퍼 세정을 위해 특별히 설계된 상업적으로 이용가능한 세정 용액일 수도 있고, 또한 심지어는 탈이온수일 수도 있다. 이후, 그 방법은 기판이 회전되는 공정 144 로 진행한다. 여기서, 기판은 당업계에 공지된 임의의 적절한 수단을 통해 회전될 수도 있다.6 is a flow chart illustrating a method process for cleaning a semiconductor substrate through megasonic cleaning in accordance with one embodiment of the present invention. The method begins with process 140 in which a cleaning vessel coupled to two separate transducers is provided. For example, the cleaning vessel described with reference to FIGS. 2-5 may be provided herein. Next, the method proceeds to step 142 in which the substrate is immersed in the cleaning solution contained in the cleaning container. It will be appreciated that the immersed substrate is oriented such that one megasonic transducer is substantially parallel to the surface to be cleaned on the substrate and the second megasonic transducer is substantially perpendicular to the surface of the substrate to be cleaned. In other words, the transducers are oriented, ie approximately perpendicular to each other, in such a way that each acoustic energy delivered from each transducer to the cleaning solution is oriented almost perpendicular to each other. As mentioned above, the cleaning solution may be a commercially available cleaning solution specifically designed for single wafer cleaning, or may even be deionized water. The method then proceeds to step 144 where the substrate is rotated. Here, the substrate may be rotated by any suitable means known in the art.

그 다음, 도 6 의 방법은 음향 에너지가 기판의 표면에 실질적으로 수직한 방향으로 발생되는 공정 146 으로 이동한다. 여기서, 음향 에너지는 고 종횡비 피쳐의 세정 동안 파티클 제거를 위한 공동화를 제공하기 위하여 고 종횡비 피쳐에 직접적으로 작용한다. 다음으로, 방법은 음향 에너지가 기판의 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 발생되는 공정 148 로 진행한다. 여기서, 음향 에너지는 고 종횡비 피쳐 내부로 및 외부로의 반응물/부산물 이동을 개선하는 것을 돕는 와류를 유발한다. 즉, 음향 흐름은 파티클이 세정되는 웨이퍼의 표면상에 재증착되는 것을 방지하기 위해서 화학물질을 보충하는 것을 돕는다. 또한, 음향 흐름은 분리된 파티클의 이동을 향상시킨다. 실질적으로 수직한 방향으로 발생된 음향 에너지와 실질적으로 평행한 방향으로 발생된 음향 에너지가 동시에 인가되거나 교대로 인가되거나 또는 그들의 어떤 조합일 수도 있음이 이해될 것이다. 보다 상세하게는, 변환기는 동시에 또는 교대로 전력이 공급될 수도 있으며, 즉, 변환기는 위상이 같거나 위상이 다를 수도 있다.The method of FIG. 6 then moves to process 146 where acoustic energy is generated in a direction substantially perpendicular to the surface of the substrate. Here, acoustic energy acts directly on the high aspect ratio feature to provide cavitation for particle removal during cleaning of the high aspect ratio feature. Next, the method proceeds to step 148 where acoustic energy is generated in a direction substantially parallel to the surface of the substrate. Here, acoustic energy causes vortices to help improve reactant / by-product movement into and out of the high aspect ratio feature. That is, the acoustic flow helps to replenish chemicals to prevent particles from redepositing on the surface of the wafer being cleaned. The acoustic flow also enhances the movement of the separated particles. It will be appreciated that acoustic energy generated in a direction substantially parallel to acoustic energy generated in a substantially vertical direction may be applied simultaneously, alternately applied, or some combination thereof. More specifically, the transducers may be powered simultaneously or alternately, ie the transducers may be in phase or out of phase.

도 7a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 무전해 도금 공정에서 사용되는 메가소닉 변환기의 단순화된 개략도이다. 여기서, 무전해 도금 용기 (150) 는 도금 용액 (152) 을 담고 있다. 기판 (154) 은 무전해 도금 용기 (150) 내부에서 지지된다. 일반적으로 공지된 바와 같이, 무전해 도금은 도금 용액 내에 구성요소 (component) 를 침지함으로써 발생한다. 도금 용액은 일반적으로 가용성 금속염과 환원제로 구성된다. 금속염은 산화물이 없는 표면 상에 환원된다. 그러므로, 금속 (예를 들어, 구리, 니켈 등) 막은 표면 상에 증착될 수도 있다. 그러나, 금속이 증착되는 표면의 상의 또는 근처의 임의의 기포 형성은 이렇게 증착된 금속막에 공극을 유발할 수도 있다. 그러므로, 메가소닉 변환기 (156) 를 무전해 도금 용기 (150) 에 결합함으로써, 메가소닉 변환기 및 기판과 접촉하는 도금 용액 (152) 을 통해 존재할 수도 있는 임의의 기포를 붕괴시키도록 음향 에너지 (160) 가 기판 (154) 의 표면으로 향할 수 있다. 따라서, 더욱 신뢰성 있고 균일한 막이 기판 (154) 의 표면 (155) 상에 증착될 수도 있다.7A is a simplified schematic diagram of a megasonic transducer used in an electroless plating process according to one embodiment of the present invention. Here, the electroless plating vessel 150 contains the plating solution 152. The substrate 154 is supported inside the electroless plating vessel 150. As is generally known, electroless plating occurs by immersing components in a plating solution. The plating solution generally consists of a soluble metal salt and a reducing agent. The metal salt is reduced on the surface free of oxides. Therefore, a metal (eg copper, nickel, etc.) film may be deposited on the surface. However, any bubble formation on or near the surface on which the metal is deposited may cause voids in the thus deposited metal film. Therefore, by coupling the megasonic transducer 156 to the electroless plating vessel 150, the acoustic energy 160 to collapse any bubbles that may be present through the plating solution 152 in contact with the megasonic transducer and the substrate. Can be directed to the surface of the substrate 154. Thus, a more reliable and uniform film may be deposited on the surface 155 of the substrate 154.

도 7b 는 도 7a 의 무전해 도금 용기의 다른 실시형태이다. 여기서, 제 2 메가소닉 변환기는 기판 (154) 에 실질적으로 수직하게 도입된다. 그러므로, 변환기 (158) 는 무전해 도금 프로세스 동안 이용될 음향 흐름이 기판 (154) 의 표면으로부터 임의의 파티클을 제거하게 한다. 즉, 변환기 (158) 로부터의 음향 흐름은 기판 (154) 의 표면에서 반응물과 부산물의 대량 이동을 개선한다. 무전해 도금 용기 (150) 는 도금 용액 (152) 를 재순환시키거나 보충하기 위한 능력을 포함한다는 것이 이해될 것이다. 여기서, 입구 (164) 는 도금 용기 (150) 에 새로운 도금 용액을 제공할 수도 있으며, 반면 출구 (166) 는 치환된 도금 용액의 제거를 위해 이용된다. 당업자에게는 도금 용액이 1 회 통과 시스템 (once pass system) 의 대안으로서 입구 (164) 와 출구 (166) 를 통해 재순환될 수도 있다는 것이 명백할 것이다. 일 실시형태에서, 도금 용액 (152) 은 불필요한 부산물의 수거 또는 배출을 위해 넘쳐서 배수된다. 또한, 도금 용기의 형상뿐만 아니라 입구 (164) 와 출구 (166) 의 위치는 각각 무전해 도금 공정을 수행하기 위한 임의의 적절한 위치 또는 형상일 수도 있다.FIG. 7B is another embodiment of the electroless plating vessel of FIG. 7A. Here, the second megasonic transducer is introduced substantially perpendicular to the substrate 154. Therefore, transducer 158 causes the acoustic flow to be used during the electroless plating process to remove any particles from the surface of substrate 154. That is, the acoustic flow from the transducer 158 improves the mass transfer of reactants and byproducts on the surface of the substrate 154. It will be appreciated that the electroless plating vessel 150 includes the ability to recycle or replenish the plating solution 152. Here, the inlet 164 may provide a fresh plating solution to the plating vessel 150, while the outlet 166 is used for removal of the substituted plating solution. It will be apparent to those skilled in the art that the plating solution may be recycled through the inlet 164 and the outlet 166 as an alternative to the once pass system. In one embodiment, the plating solution 152 is overflowed to collect or discharge unnecessary byproducts. In addition, the positions of the inlet 164 and the outlet 166 as well as the shape of the plating vessel may each be any suitable position or shape for performing the electroless plating process.

요약으로, 도 2-7b 를 참조하여 상술한 발명은 패터닝된 기판에 대한 세정 효율을 최적화하기 위한 방법 및 시스템을 설명한다. 세정될 기판의 표면에 대해 하나는 수평 방향으로 나머지는 수직방향으로, 2 개의 메가소닉 변환기를 배향함으로써, 공동화 및 메가소닉 에너지와 관련된 음향 흐름 특성이 최적화된다. 수평하게 배향된 메가소닉 변환기, 즉 기판 표면에 실질적으로 평행하게 배향된 변환기는 피쳐 내로 조준선 (line of sight) 를 가져 음향 에너지가 피쳐 내로 전달되어 공동화를 제공할 수도 있다. 공동화는 피쳐 내에서의 임의의 파티클을 분리할 것이다.In summary, the invention described above with reference to FIGS. 2-7B describes a method and system for optimizing cleaning efficiency for patterned substrates. By orienting two megasonic transducers, one in the horizontal direction and the other in the vertical direction, relative to the surface of the substrate to be cleaned, the acoustic flow characteristics associated with cavitation and megasonic energy are optimized. Horizontally oriented megasonic transducers, ie transducers oriented substantially parallel to the substrate surface, may have a line of sight into the feature so that acoustic energy is transferred into the feature to provide cavitation. Cavitation will separate any particles within the feature.

수직하게 배향된 메가소닉 변환기, 즉 기판 표면에 실질적으로 수직하게 배향된 변환기는 웨이퍼의 표면에 평행한 음향 흐름을 전달한다. 음향 흐름은 분리된 파티클을 제거하기 위한 와류나 난류를 야기하고 또한 세정 화학물질을 피쳐, 예를 들어, 고 종횡비 피쳐 내에 보충하여 분리된 파티클이 피쳐 내의 표면에 재부착하지 않는 것을 더 보장한다. 본질적으로, 음향 흐름은 피쳐 내에 세정 화학물질을 보충함으로써 피쳐 내에 화학적 세정을 고려한다. 본 명세서에 설명된 실시형태들이 화학 반응을 향상시키는 것이 바람직한 애플리케이션에 적용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 레지스트 제거 (resist stripping) 에 대하여 본 명세서에 설명된 실시형태는 반응된 재료를 제거하도록 반응물의 대량 이동을 도울 것이다. 즉, 상술한 음향 흐름은 대량 이동을 향상시킬 것이다.Vertically oriented megasonic transducers, ie transducers oriented substantially perpendicular to the substrate surface, deliver acoustic flow parallel to the surface of the wafer. The acoustic flow causes vortices or turbulence to remove the separated particles and also replenishes cleaning chemicals within the feature, for example a high aspect ratio feature, to further ensure that the separated particles do not reattach to the surface within the feature. In essence, the acoustic flow allows for chemical cleaning within the feature by replenishing the cleaning chemical within the feature. It will be appreciated that the embodiments described herein may be applied to applications where enhancing chemical reactions is desirable. For example, embodiments described herein with respect to resist stripping will aid in mass transfer of reactants to remove reacted material. That is, the acoustic flow described above will improve mass movement.

도 8a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 음향 에너지가 기판을 세정하는데 이용되는 세정 장치의 단순화된 개략도이다. 세정 장치 (218) 는 베이스 (228) 와 베이스로부터 연장된 측벽 (232) 으로 구성된다. 내부 공동 (220) 은 베이스 (228) 및 측벽 (232) 사이에 정의된다. 세정 장치 (218) 는 공진기 (226) 에 부착된 변환기 (224) 로 이루어진 음향 에너지 발생기 (223) 를 포함한다. 일 실시형태에서, 음향 에너지 발생기 (223) 는 메가소닉 에너지를 발생시키고, 즉, 변환기 (224) 는 메가소닉 변환기이다. 본 명세서에 설명된 실시형태는 메가소닉 에너지를 언급하지만, 본 발명은 임의의 음향 에너지에 적용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 음향 에너지 발생기 (223) 는 세정 장치 (218) 의 하부 코너에 위치한다. 당업자는 음향 에너지 발생기 (223) 의 공진기 (226) 가 세정 용액과 접촉한다는 것을 이해할 것이다. 그러므로, 음향 에너지는 세정 프로세스를 돕기 위하여 세정 용액을 통해 기판으로 전달될 것이다.8A is a simplified schematic diagram of a cleaning apparatus in which acoustic energy is used to clean a substrate in accordance with an embodiment of the present invention. The cleaning device 218 consists of a base 228 and sidewalls 232 extending from the base. Internal cavity 220 is defined between base 228 and sidewall 232. The cleaning device 218 includes an acoustic energy generator 223 consisting of a transducer 224 attached to the resonator 226. In one embodiment, the acoustic energy generator 223 generates megasonic energy, that is, the transducer 224 is a megasonic transducer. While the embodiments described herein refer to megasonic energy, it will be appreciated that the present invention may be applied to any acoustic energy. The acoustic energy generator 223 is located at the lower corner of the cleaning device 218. Those skilled in the art will understand that resonator 226 of acoustic energy generator 223 is in contact with the cleaning solution. Therefore, acoustic energy will be delivered to the substrate through the cleaning solution to assist in the cleaning process.

계속해서 도 8a 에서, 음향 에너지 발생기 (223) 는 기판 (222) 의 저부 표면 (222a) 에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 배향된 음향파를 발생시키도록 구성된다. 저부 표면 (222a) 에 실질적으로 평행한 음향파는 선 (234) 들로 나타낸다. 연장 암 (extention arm) (238) 은 측벽 (232) 으로부터 연장되고 베이스 (228) 와 연장 암 (238) 사이의 통로를 정의한다. 연장 암 (238) 은 임의의 적절한 길이를 가질 수도 있다. 반사 표면 (230) 은 베이스 (228) 의 경사진 부분이다. 여기서, 음향 에너지 발생기 (223) 에 의해 발생된 음향파는 표면 (230) 에서 반사되어 기판 (222) 의 저부 표면 (222a) 을 향한다. 반사된 음향 에너지는 선 (236) 으로 나타낸다. 반사 표면 (230) 은 실질적으로 평행한 음향 에너지 파 (234) 가 선 (236) 에 의해 도시한 바와 같이 저부 표면 (222a) 에 대해 실질적으로 수직한 방향으로 배향되도록 경사진다. 예를 들어, 표면 (230) 과 베이스 (228) 사이의 각은 약 45°이다.8A, the acoustic energy generator 223 is configured to generate acoustic waves oriented in a direction substantially parallel to the bottom surface 222a of the substrate 222. The acoustic wave substantially parallel to the bottom surface 222a is represented by lines 234. An extension arm 238 extends from the sidewall 232 and defines a passageway between the base 228 and the extension arm 238. Extension arm 238 may have any suitable length. Reflective surface 230 is the inclined portion of base 228. Here, acoustic waves generated by the acoustic energy generator 223 are reflected at the surface 230 and directed toward the bottom surface 222a of the substrate 222. The reflected acoustic energy is represented by line 236. Reflective surface 230 is inclined such that substantially parallel acoustic energy waves 234 are oriented in a direction substantially perpendicular to bottom surface 222a as shown by line 236. For example, the angle between surface 230 and base 228 is about 45 °.

여전히 도 8a 를 참조하면, 음파의 방향이 음향 에너지의 소스로부터 분리 (decoupling) 된다는 것이 이해될 것이다. 또한, 세정 장치 (218) 의 구성은 음향 에너지 발생기 (223) 의 구성요소로의 외부 접근을 허용한다. 일 실시형태에서, 세정 장치 (218) 는 저 프로파일 (low profile) 탱크일 수도 있으며, 즉 기판 (222) 은 베이스 (228) 의 약 0.5 인치 내에 위치된다. 베이스 (228) 는 섹션 (228a) 으로 도시되는 바와 같이 표면 (230) 을 지나서 연장될 수도 있다. 이 실시형태에서, 섹션 (228a), 섹션 (232a), 베이스 (228) 의 상승된 부분 및 표면 (230) 사이에 정의된 영역은 공극을 정의한다. 또다른 실시형태에서, 표면 (230) 은 표면 (230) 과 베이스 (228) 사이의 각도를 조정하기 위해 조정가능하다. 따라서, 표면 (230) 의 움직임은 반사된 음향 에너지가 기판 (230) 의 표면 (222a) 을 쓸어버리도록 한다. 따라서, 반사된 음향 에너지는 기판의 중앙 영역보다는 기판 (222) 의 에지 영역 주변에 집중되어, 에지 영역이 동등한 양의 에너지를 나타낼 수도 있다. 물론, 기판 (222) 은 아래에 설명하는 바와 같이 여기서 회전한다.Still referring to FIG. 8A, it will be understood that the direction of sound waves is decoupling from the source of acoustic energy. In addition, the configuration of the cleaning device 218 allows external access to the components of the acoustic energy generator 223. In one embodiment, the cleaning apparatus 218 may be a low profile tank, ie, the substrate 222 is located within about 0.5 inches of the base 228. Base 228 may extend beyond surface 230 as shown by section 228a. In this embodiment, the region defined between section 228a, section 232a, raised portion of base 228 and surface 230 defines a void. In yet another embodiment, the surface 230 is adjustable to adjust the angle between the surface 230 and the base 228. Thus, the movement of the surface 230 causes the reflected acoustic energy to sweep the surface 222a of the substrate 230. Thus, the reflected acoustic energy may be concentrated around the edge region of the substrate 222 rather than the central region of the substrate, such that the edge region may exhibit an equal amount of energy. Of course, the substrate 222 rotates here as described below.

도 8b 는 도 8a 의 세정 장치의 또 다른 실시형태이다. 세정 장치 (218) 는 기판 (222) 을 세정하도록 구성된 탱크를 포함하며, 기판은 내부 공동 (220) 내에 담겨진 세정 용액에 침지된다. 메가소닉 변환기 (224) 는 공진기 (226) 에 부착되고 반사 표면 (230) 을 향하는 음향 에너지를 발생시킨다. 여기서, 반사 표면 (230) 은 세정 장치 (218) 의 세정 용액과 접촉하는 볼록한 표면을 갖는다. 그러므로, 메가소닉 변환기 (224) 에 의해 발생된 음향 에너지는 도 8a 와 비교하여 상이한 패턴으로 반사된다. 따라서, 반사기 (230) 의 볼록한 형상은 선 (234) 에 의해 나타낸 발생된 음향 에너지가 선 (236) 에 의해 나타낸는 바와 같이 상이한 각도에 따라 산란되도록 한다. 그러므로, 선 (236) 에 의해 도시된 반사된 음향 에너지는 기판 (222) 의 표면 상에 다양한 각도로 영향을 미친다. 본질적으로, 반사 표면 (230) 은 시준된 소스/음향파를 포착하여 소스/음향파를 정의된 영역 위로 확산시킨다. 또한, 압전 결정들 사이의 공간에 대응하는 에너지 갭들은 음향 에너지의 반사를 통해 제거된다.FIG. 8B is another embodiment of the cleaning apparatus of FIG. 8A. The cleaning apparatus 218 includes a tank configured to clean the substrate 222, which is immersed in a cleaning solution contained in the inner cavity 220. Megasonic transducer 224 is attached to resonator 226 and generates acoustic energy towards reflective surface 230. Here, the reflective surface 230 has a convex surface in contact with the cleaning solution of the cleaning device 218. Therefore, the acoustic energy generated by the megasonic transducer 224 is reflected in a different pattern compared to FIG. 8A. Thus, the convex shape of the reflector 230 causes the generated acoustic energy represented by line 234 to be scattered according to different angles as represented by line 236. Therefore, the reflected acoustic energy shown by line 236 affects the various angles on the surface of the substrate 222. In essence, reflective surface 230 captures the collimated source / acoustic wave and diffuses the source / acoustic wave over the defined area. In addition, energy gaps corresponding to the space between the piezoelectric crystals are eliminated through reflection of acoustic energy.

도 8c 는 도 8a 의 세정 장치의 또다른 실시형태이다. 세정 장치 (218) 는, 도 8a 에서와 같이, 베이스 (228) 와 함께 베이스로부터 연장된 측벽 (232) 을 가지고 세정 용액을 담고 있는 탱크를 포함한다. 그러나, 범람 또는 재순환 능력과 함께 다른 반사 표면 (230) 을 갖는 세정 장치 (218) 가 도시된다. 반사 표면 (230) 은 음향 에너지 발생기 (223) 로부터 발생된 음향 에너지를 산란시키기 위해 많은 수의 볼록한 돌기를 포함한다. 그러므로, 베이스 (228) 와 연장부 (238) 사이에 정의된 통로 내부에 실질적으로 평행한 방향으로 발생된 음향 에너지는 반사된 음향 에너지를 기판 (222) 의 저부 표면 (222b) 를 가로질러 확산시키기 위해서 음향 에너지의 방향을 변경시킨다. 물론, 기판 (222) 은 기판의 한 축을 따라 회전하고 있을 수도 있다. 당업자에게는 기판 (222) 의 회전이 이용가능한 임의의 적절한 회전 수단에 의해 제공될 수도 있다는 것이 명백할 것이다. 예를 들어, 기판 (222) 을 지지하도록 구성된 기판 캐리어가 회전력을 제공하는데 사용될 수도 있다. 다른 방법으로, 기판 (222) 의 에지를 지지하는 롤러가 회전력을 제공할 수도 있다.FIG. 8C is another embodiment of the cleaning apparatus of FIG. 8A. The cleaning apparatus 218, as in FIG. 8A, includes a tank containing the cleaning solution with the base 228 and having sidewalls 232 extending from the base. However, a cleaning apparatus 218 is shown having another reflective surface 230 with flooding or recirculation capabilities. Reflective surface 230 includes a large number of convex protrusions to scatter acoustic energy generated from acoustic energy generator 223. Therefore, acoustic energy generated in a direction substantially parallel inside the passageway defined between the base 228 and the extension 238 diffuses the reflected acoustic energy across the bottom surface 222b of the substrate 222. To change the direction of acoustic energy. Of course, the substrate 222 may be rotating along one axis of the substrate. It will be apparent to those skilled in the art that the rotation of the substrate 222 may be provided by any suitable means of rotation available. For example, a substrate carrier configured to support the substrate 222 may be used to provide rotational force. Alternatively, a roller that supports the edge of the substrate 222 may provide rotational force.

여전히 도 8c 를 참조하면, 또한 세정 장치 (218) 는 입구 (229) 및 출구 (231) 를 포함한다. 입구 (229) 는 새로운 세정 용액을 세정 장치로 흐르게 하는 능력을 제공한다. 일 실시형태에서 출구 (231) 는 초과 세정 용액을 범람시키도록 구성된다. 다른 실시형태에서, 출구 (231) 는 세정 장치 전체로 세정 용액을 재순환시키기 위해서 펌프를 통해 입구 (229) 와 연결되어 있을 수도 있다. 당업자에게는 세정 용액이 단일 기판 세정 애플리케이션을 위해 설계된다는 것이 명백할 것이다. 또한, 단일 기판 세정 용액은 통상적으로 EKC Inc, 및 Ashland, Inc 사와 같은 회사로부터 입수가능하다.Still referring to FIG. 8C, the cleaning apparatus 218 also includes an inlet 229 and an outlet 231. Inlet 229 provides the ability to flow fresh cleaning solution into the cleaning apparatus. In one embodiment, the outlet 231 is configured to flood the excess cleaning solution. In another embodiment, the outlet 231 may be connected with the inlet 229 through a pump to recycle the cleaning solution throughout the cleaning device. It will be apparent to those skilled in the art that cleaning solutions are designed for single substrate cleaning applications. In addition, single substrate cleaning solutions are commonly available from companies such as EKC Inc, and Ashland, Inc.

도 8d 는 도 8a 의 세정 장치의 또다른 실시형태이다. 여기서, 반사 표면 (230) 은 오목한 형상을 갖는다. 당업자는 반사된 음향 에너지 (236) 가 기판 (222) 의 저부 표면 (222a) 의 특정한 점에 집중된다는 것을 이해할 것이다. 그러므로, 반사 표면 (230) 은 음향 에너지 소스 (223) 에 의해 발생된 시준된 음향 에너지 (234) 를 포착하여 에너지를 집중시킨다. 반사 표면 (230) 은 반사된 광선들 (236) 을 단일점에 집중시키기 위해 포물선 형상을 가질 수도 있다. 다른 방법으로, 반사 표면 (230) 은 반사 광선들을 하나의 선을 따라 집중시키기 위해서 원통형으로 성형될 수도 있다. 여기서 다시, 반사 표면 (230) 은 회전 기판의 표면을 가로질러 음향 에너지를 스위핑 (sweeping) 하기 위해 이동가능하게 될 수도 있다. 당업자는 음향 에너지 소스 (223) 로부터 발생된 음향 에너지와 관련된 방향을 분리하기 위해 다양한 다른 형상들이 정의될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 즉, 반사 표면 (230) 은 음향 에너지 소스 (223) 로부터 전달된 음향 에너지를 산란하거나 집중하거나 또는 균일하게 분배하도록 구성될 수도 있다.FIG. 8D is another embodiment of the cleaning apparatus of FIG. 8A. Here, the reflective surface 230 has a concave shape. Those skilled in the art will appreciate that the reflected acoustic energy 236 is concentrated at a particular point on the bottom surface 222a of the substrate 222. Therefore, reflective surface 230 captures the collimated acoustic energy 234 generated by acoustic energy source 223 to concentrate the energy. Reflective surface 230 may have a parabolic shape to focus reflected light rays 236 at a single point. Alternatively, the reflective surface 230 may be shaped cylindrical to focus the reflected rays along one line. Here again, the reflective surface 230 may be movable to sweep acoustic energy across the surface of the rotating substrate. Those skilled in the art will appreciate that various other shapes may be defined to separate the directions associated with acoustic energy generated from the acoustic energy source 223. That is, reflective surface 230 may be configured to scatter, concentrate, or evenly distribute acoustic energy delivered from acoustic energy source 223.

도 9 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 2 개의 음향 에너지 발생기를 갖는 세정 장치의 단순화된 개략도이다. 세정 장치 (218) 는 음향 에너지 발생기 (223 및 242) 를 포함하며, 그것은 메가소닉 변환기일 수도 있다. 음향 에너지 발생기 (223 및 242) 는 각각의 음향 에너지 발생기의 각각으로부터 발생된 음향 에너지가 기판 (222) 의 상부 표면 (222b) 또는 저부 표면 (222a) 중 하나에 실질적으로 평행하게 배향되도록 구성된다. 즉, 선 (240a 및 240b) 에 의해 나타낸, 음향 에너지 발생기 (242) 로부터 발생된 음향 에너지는 실질적으로 기판 (222) 의 상부 표면 (222b) 및 저부 표면 (222a) 에 실질적으로 평행하다. 유사하게, 음향 에너지 발생기 (223) 에 의해 발생된 음향 에너지는 또한 저부 표면 (222a) 에 실질적으로 평행하다.9 is a simplified schematic diagram of a cleaning apparatus having two acoustic energy generators according to an embodiment of the present invention. The cleaning device 218 includes acoustic energy generators 223 and 242, which may be megasonic transducers. The acoustic energy generators 223 and 242 are configured such that acoustic energy generated from each of the respective acoustic energy generators is oriented substantially parallel to either the top surface 222b or the bottom surface 222a of the substrate 222. That is, the acoustic energy generated from the acoustic energy generator 242, represented by lines 240a and 240b, is substantially parallel to the top surface 222b and bottom surface 222a of the substrate 222. Similarly, acoustic energy generated by acoustic energy generator 223 is also substantially parallel to bottom surface 222a.

여전히 도 9 를 참조하면, 세정 장치는 두 변환기 모두의 표면이 반도체 기판 (222) 의 상부 표면 및 저부 표면 (222b 및 222a) 에 대해 실질적으로 수직한 메가소닉 변환기들 (223 및 242) 을 포함할 수도 있다. 반사 표면 (230) 을 통해, 메가소닉 변환기 (223) 에 의해 발생된 음향 에너지 (234) 는 음향 에너지가 기판 (222) 의 저부 표면 (222a) 에 실질적으로 수직하도록 재배향된다. 그러므로, 메가소닉 변환기 (223) 에 의해 발생된 음향 에너지는 저부 표면 (222a) 상에 정의된 피쳐 내의 파티클을 제거하기 위하여 공동화를 제공하는데 이용될 수도 있다. 메가소닉 변환기 (242) 는 분리된 파티클을 제거하고 정의된 피쳐 내에 세정 용액을 새로 공급하기 위한 음향 흐름을 제공한다. 이 세정 공정의 보다 상세한 설명은 도 2-7b 와 관련하여 상술하였다. 물론, 기판 (222) 은 도 8c 에 도시된 바와 같이 회전할 수도 있다. 또한, 세정 장치 (218) 는 도 8c 를 참조하여 도시되는 바와 같이 범람 및 재순환 능력을 포함할 수도 있다.Still referring to FIG. 9, the cleaning apparatus may include megasonic transducers 223 and 242 where the surfaces of both transducers are substantially perpendicular to the top and bottom surfaces 222b and 222a of the semiconductor substrate 222. It may be. Through the reflective surface 230, the acoustic energy 234 generated by the megasonic transducer 223 is redirected such that the acoustic energy is substantially perpendicular to the bottom surface 222a of the substrate 222. Therefore, acoustic energy generated by megasonic transducer 223 may be used to provide cavitation to remove particles in features defined on bottom surface 222a. Megasonic transducer 242 provides an acoustic flow for removing the separated particles and freshly supplying the cleaning solution within the defined features. A more detailed description of this cleaning process has been described above with reference to FIGS. 2-7B. Of course, the substrate 222 may rotate as shown in FIG. 8C. In addition, the cleaning device 218 may include flooding and recirculation capabilities as shown with reference to FIG. 8C.

또다른 실시형태에서, 도 9 의 반사 표면 (230) 은 기판 표면 (222a) 의 법선에 대해 작은 각도 (slight angle) 로 음향 에너지를 반사할 수도 있다. 음향 에너지가 기판 표면 상에 영향을 미치는 각도에서의 변화는 임피던스와 관련된 진동의 감소를 허용한다. 일 실시형태에서, 기판의 표면의 법선과 관련된 각도는 약 3°내지 약 6°이다. 도입된 각도는 회전 동안에 웨이퍼 런-아웃 (흔들림) 에 의해 야기된 임피던스 변화를 감소시킨다. 또다른 실시형태에서, 음향 에너지 소스 (223) 는 자동으로 동조된다.In another embodiment, the reflective surface 230 of FIG. 9 may reflect acoustic energy at a small angle with respect to the normal of the substrate surface 222a. The change in angle at which acoustic energy affects the substrate surface allows for a reduction in vibration associated with impedance. In one embodiment, the angle associated with the normal of the surface of the substrate is about 3 ° to about 6 °. The introduced angle reduces the impedance change caused by wafer run out (shake) during rotation. In another embodiment, the acoustic energy source 223 is automatically tuned.

도 10a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 기판의 반대측을 세정하도록 구성된 세정 장치의 단순화된 개략도이다. 세정 장치 (218) 는 기판 (222) 의 대향하는 표면들에 음향 에너지를 제공하도록 구성된 음향 에너지 발생기들 (223 및 242a) 을 포함한다. 음향 에너지 발생기 (223) 로부터 발생된 음향 에너지는 기판 (222) 의 저부 표면 (222a) 을 세정하기 위해서 반사 표면 (230) 으로부터 반사된다. 음향 에너지 발생기 (242a) 는 기판의 상부 표면의 세정을 용이하게 하기 위해서 기판 (222) 의 상부 표면 (222b) 에 음향 에너지를 제공하도록 구성된다. 여기서, 음향 에너지 발생기 (242a) 는 선 (240b) 에 의해 도시된 바와 같이 음향 에너지를 발생시키도록 구성되며, 이 선 (243) 은 기판 (222) 의 상부 표면 (222b) 에 대해 작은 각도에 있다. 일 실시형태에서, 음향 에너지 (240b) 와 상부 표면 (222b) 사이에 정의된 각도는 약 0°내지 5°이다. 음향 에너지 (240b) 의 일부는 선 (246) 에 의해 도시된 바와 같이 상부 표면 (222b) 으로부터 반사될 것이라고 이해될 것이다. 그러므로, 반사 표면 (244a) 은 한번 반사된 음향 에너지 (246) 를 선 (248) 에 의해 도시된 바와 같이 상부 표면 (222b) 로 다시 반사하도록 위치될 수도 있다. 물론, 반사된 에너지는 반사될 때마다 전력을 소실할 것이지만, 증가된 음향 에너지는 기판 (222) 의 세정을 도울 것이다.10A is a simplified schematic diagram of a cleaning apparatus configured to clean an opposite side of a substrate in accordance with an embodiment of the present invention. The cleaning apparatus 218 includes acoustic energy generators 223 and 242a configured to provide acoustic energy to opposing surfaces of the substrate 222. Acoustic energy generated from the acoustic energy generator 223 is reflected from the reflective surface 230 to clean the bottom surface 222a of the substrate 222. The acoustic energy generator 242a is configured to provide acoustic energy to the upper surface 222b of the substrate 222 to facilitate cleaning of the upper surface of the substrate. Here, the acoustic energy generator 242a is configured to generate acoustic energy as shown by line 240b, which line 243 is at a small angle with respect to the upper surface 222b of the substrate 222. . In one embodiment, the angle defined between the acoustic energy 240b and the upper surface 222b is about 0 ° to 5 °. It will be appreciated that some of the acoustic energy 240b will be reflected from the top surface 222b as shown by line 246. Therefore, reflective surface 244a may be positioned to reflect acoustic energy 246 once reflected back to top surface 222b as shown by line 248. Of course, the reflected energy will lose power each time it is reflected, but the increased acoustic energy will help clean the substrate 222.

도 10b 는 도 10a 의 세정 장치의 다른 실시형태의 단순화된 개략도이다. 여기서, 3 개의 음향 에너지 발생기 (223, 242a 및 242b) 가 세정 장치 (218) 에 제공된다. 음향 에너지 발생기 (223) 는 음향 에너지를 기판 (222) 의 저부 표면 (222a) 에 제공하고, 유사하게 음향 에너지 발생기 (242b) 는 음향 에너지를 기판 (222) 의 저부 표면 (222a) 에 제공한다. 음향 에너지 발생기 (242a) 는 도 10a 를 참조하여 논의한 바와 같이 음향 에너지를 상부 표면 (222b) 에 제공하도록 구성된다. 음향 에너지 발생기 (242b) 는 기판 (222) 의 저부 표면 (222a) 에 대해 작은 각도로 향하는 음향 에너지를 발생시킨다. 일 실시형태에서, 선 (240a) 에 의해 도시된 음향 에너지와 저부 표면 (222a) 사이의 각도는 약 0°내지 약 5°사이이다. 여기서 다시, 음향 에너지 (240a) 는 선 (250) 에 의해 나타내는 바와 같이 기판 (222a) 으로부터 반사될 것이다. 따라서, 반사기 (244b) 는 반사된 음향 에너지 (250) 를 선 (252) 에 의해 나타내는 바와 같이 다시 기판 (222) 의 저부 표면 (222a) 으로 반사시키도록 위치될 수도 있다.10B is a simplified schematic diagram of another embodiment of the cleaning apparatus of FIG. 10A. Here, three acoustic energy generators 223, 242a and 242b are provided to the cleaning device 218. The acoustic energy generator 223 provides acoustic energy to the bottom surface 222a of the substrate 222, and similarly the acoustic energy generator 242b provides acoustic energy to the bottom surface 222a of the substrate 222. The acoustic energy generator 242a is configured to provide acoustic energy to the upper surface 222b as discussed with reference to FIG. 10A. The acoustic energy generator 242b generates acoustic energy directed at a small angle with respect to the bottom surface 222a of the substrate 222. In one embodiment, the angle between the acoustic energy shown by line 240a and bottom surface 222a is between about 0 ° and about 5 °. Here again, acoustic energy 240a will be reflected from substrate 222a as represented by line 250. Thus, the reflector 244b may be positioned to reflect the reflected acoustic energy 250 back to the bottom surface 222a of the substrate 222 as represented by line 252.

볼록한 형상을 갖는 반사 표면 (230) 이 도시되었지만, 반사 표면 (230) 은 상기 언급된 형상을 포함한 임의의 적절한 형상을 가질 수도 있다. 또한, 일 실시형태에서, 음향 에너지 발생기들 (223, 242a 및 242b) 은 메가소닉 변환기이다. 또한, 기판 (222) 은 세정 프로세스 동안에 자신의 축 주위를 회전할 수도 있다. 세정 장치 (218) 는 도 8c 를 참조하여 논의한 바와 같이 재순환 및 범람 능력을 제공하도록 구성될 수도 있다.Although reflective surface 230 is shown having a convex shape, reflective surface 230 may have any suitable shape, including the above-mentioned shapes. Also, in one embodiment, the acoustic energy generators 223, 242a and 242b are megasonic transducers. In addition, the substrate 222 may rotate around its axis during the cleaning process. The cleaning apparatus 218 may be configured to provide recycling and flooding capabilities as discussed with reference to FIG. 8C.

도 11 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 기판의 표면을 세정하기 위해 음향 에너지를 적용하는 방법 공정을 나타내는 흐름도이다. 상기 방법은 반도체 기판의 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 배향된 음향 에너지가 제 1 변환기로부터 발생되는 공정 260 으로 시작한다. 예를 들어, 여기서 발생된 음향 에너지는 도 8a-8d, 도 9, 도 10a 및 도 10b 의 음향 에너지 발생기 (223) 에 의해 발생된 음향 에너지일 수도 있다. 그 후, 이 방법은 제 1 변환기로부터의 음향 에너지와 관련된 방향이 반도체 기판의 표면에 실질적으로 수직한 방향으로 변경되는 공정 262 로 진행한다. 여기서, 도 8a-8d, 도 9, 도 10a 및 도 10b 를 참조하여 상기 논의한 반사 표면과 같은 반사 표면은 음향 에너지의 방향을 변경시킬 수도 있다. 음향 에너지는 집중되거나 산란되거나 또는 균일하게 분배될 수도 있음이 이해될 것이다. 그러므로, 반사 표면은 본질적으로 음향 에너지의 소스로부터의 음향 에너지의 방향을 분리한다. 또한, 반사 표면은 세정될 기판의 표면을 가로질러 음향 에너지를 적용하기 위해 조정되거나 이동할 수도 있다.11 is a flowchart illustrating a method process of applying acoustic energy to clean a surface of a substrate in accordance with one embodiment of the present invention. The method begins with step 260 in which acoustic energy oriented in a direction substantially parallel to the surface of the semiconductor substrate is generated from the first converter. For example, the acoustic energy generated here may be acoustic energy generated by the acoustic energy generator 223 of FIGS. 8A-8D, 9, 10A and 10B. The method then proceeds to step 262 where the direction associated with the acoustic energy from the first transducer is changed in a direction substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. Here, reflective surfaces, such as the reflective surfaces discussed above with reference to FIGS. 8A-8D, 9, 10A and 10B, may change the direction of acoustic energy. It will be appreciated that the acoustic energy may be concentrated, scattered or evenly distributed. Therefore, the reflective surface essentially separates the direction of acoustic energy from the source of acoustic energy. The reflective surface may also be adjusted or moved to apply acoustic energy across the surface of the substrate to be cleaned.

그 후, 도 11 의 방법은 반도체 기판의 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 배향된 음향 에너지가 제 2 변환기로부터 발생되는 공정 264 로 진행한다. 여기서, 제 2 변환기는 더욱 효율적으로 기판의 표면을 보다 효율적으로 세정하기 위해 음향 흐름을 제공할 수도 있다. 제 2 변환기로부터 발생된 음향 에너지는 도 10a 및 도 10b를 참조하여 상술한 바와 같이 반도체 기판의 표면에 대해 작은 각도로 배향될 수도 있다. 또한, 제 3 음향 에너지 발생기는 음향 에너지가 제 2 변환기로부터의 음향 에너지가 향하는 표면으로부터의 반대 표면을 향하게 하기 위해 제공될 수도 있다.The method of FIG. 11 then proceeds to step 264 where acoustic energy oriented in a direction substantially parallel to the surface of the semiconductor substrate is generated from the second converter. Here, the second transducer may provide an acoustic flow to more efficiently clean the surface of the substrate. The acoustic energy generated from the second transducer may be oriented at a small angle with respect to the surface of the semiconductor substrate as described above with reference to FIGS. 10A and 10B. In addition, a third acoustic energy generator may be provided for directing acoustic energy towards an opposite surface from the surface to which acoustic energy from the second transducer is directed.

요약하면, 도 8a-11 을 참조하여 상술한 본 발명은 반도체 기판에 대한 세정 효율을 최적화하기 위한 방법 및 시스템을 개시한다. 세정 장치는 음향 발생기로부터의 음향파를 분리함으로써 데드존 (dead zone) 을 제거한다. 분리 효과는 세정될 기판의 표면을 향해 음향 에너지를 반사시키도록 위치된 반사 표면에 의해 제공된다. 다수의 변환기들이 세정 효율을 더 증가시키기 위해 구비될 수도 있다. 일 실시형태에서, 기판의 표면에 대해 실질적으로 수직한 방법으로 배향된 2 개의 변환기들이 제공된다. 2 개의 변환기 모두는 기판의 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 배향된 음향 에너지를 제공하지만, 하나의 음향 에너지 흐름은 반사 표면에 의해 재배향되어 그 음향 에너지는 기판 표면에 실질적으로 수직하게 된다. 반사 표면은 세정 용액과 양립가능하고 음향 에너지에 대해 반사성인 있는 임의의 재료로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 반사 재료는 스테인레스 스틸, 석영, 테플론, 폴리프로필렌, 실리콘 카바이드 또는 시스템에서 사용된 세정 화학물질과 양립가능한 다른 재료일 수도 있다. 또다른 실시형태에서, 반사 표면은 반사 표면과 관련된 한 축의 주위를 이동하도록 구성된다. 따라서, 기판이 회전함에 따라 음향 에너지를 기판 표면 상부에 더욱 균일하게 분배하기 위해서 음향 에너지는 기판의 표면을 가로질러 적용될 수도 있다.In summary, the present invention described above with reference to FIGS. 8A-11 discloses a method and system for optimizing cleaning efficiency for semiconductor substrates. The cleaning apparatus removes dead zones by separating acoustic waves from the sound generator. The separation effect is provided by a reflective surface positioned to reflect acoustic energy towards the surface of the substrate to be cleaned. Multiple transducers may be provided to further increase the cleaning efficiency. In one embodiment, two transducers are provided that are oriented in a manner substantially perpendicular to the surface of the substrate. Both transducers provide acoustic energy oriented in a direction substantially parallel to the surface of the substrate, but one acoustic energy flow is redirected by the reflective surface so that the acoustic energy is substantially perpendicular to the substrate surface. The reflective surface may be composed of any material that is compatible with the cleaning solution and that is reflective for acoustic energy. For example, the reflective material may be stainless steel, quartz, Teflon, polypropylene, silicon carbide or other material compatible with the cleaning chemicals used in the system. In yet another embodiment, the reflective surface is configured to move about one axis relative to the reflective surface. Thus, acoustic energy may be applied across the surface of the substrate to more evenly distribute the acoustic energy over the substrate surface as the substrate rotates.

또한, 본 명세서에 개시된 실시형태들은 무전해 도금 공정에 대해 고품질 막증착을 가능하게 한다. 무전해 도금 공정 동안 메가소닉 에너지의 적용을 통해, 무전해 도금 공정 중인 물체의 표면에서 기포 형성이 제어될 수도 있다. 도금 용액으로 전달된 메가소닉 에너지와 관련된 공동화 특성을 통해, 기포들은 대상의 표면 주위의 인접부로부터 효과적으로 제거되며, 이로써 증착된 막 내의 공극의 상당한 제거를 가능하게 한다.In addition, the embodiments disclosed herein allow for high quality film deposition for electroless plating processes. Through the application of megasonic energy during the electroless plating process, bubble formation at the surface of the object in the electroless plating process may be controlled. Through the cavitation properties associated with the megasonic energy delivered to the plating solution, the bubbles are effectively removed from adjacent areas around the surface of the object, thereby allowing for significant removal of voids in the deposited film.

비록 상술한 발명은 이해의 명확성을 목적으로 일부 상세한 설명에만 개시되었지만, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 특정한 변화 및 변경이 실행될 수 있다는 것은 명백할 것이다. 따라서, 본 실시형태는 예시적인 것으로 고려되어야하고 제한적인 것은 아니며, 본 발명은 본 명세서에 주어진 상세한 설명에 제한되지 아니하며, 첨부된 청구범위의 범위 및 동등물 내에서 변경될 수도 있다. 청구범위에서, 구성요소 및/또는 단계는 청구범위에서 명백하게 언급하지 않는 한 임의의 특정한 공정 순서를 의미하지 않는다.Although the foregoing invention has been disclosed in only some detail for purposes of clarity of understanding, it will be apparent that certain changes and modifications may be made within the scope of the appended claims. Accordingly, the present embodiments are to be considered as illustrative and not restrictive, and the invention is not to be limited to the details given herein, but may be modified within the scope and equivalents of the appended claims. In the claims, the components and / or steps do not mean any particular process order unless expressly stated in the claims.

Claims

A system for cleaning a single semiconductor substrate,

A tank having an interior cavity defined by a base and at least one sidewall extending from the base, the tank being configured to hold a predetermined amount of liquid within the interior cavity to immerse the single semiconductor substrate;

Configured to support and rotate the single semiconductor substrate about one axis of the single semiconductor substrate, and further configured to support and rotate the single semiconductor substrate within the inner cavity of the tank, the surface of the single semiconductor substrate A substrate support for orienting the substrate substantially parallel to the base;

A first megasonic transducer coupled to the base, the top surface of the first megasonic transducer being substantially parallel to a bottom surface of the single semiconductor substrate; And

A second megasonic transducer coupled to the at least one sidewall,

The first megasonic transducer is configured to generate acoustic energy associated with a direction substantially perpendicular to the bottom surface of the single semiconductor substrate,

And the second megasonic transducer is configured to generate acoustic energy associated with a direction substantially parallel to the bottom surface of the single semiconductor substrate.

The method of claim 1,

The acoustic energy has a frequency of 500 Hz to 5 MHz, and the acoustic energy associated with a direction substantially perpendicular to the bottom surface of the single semiconductor substrate is deposited within a feature defined on the bottom surface of the single semiconductor substrate. A cleaning system that provides cavitation energy for removing particles.

The method of claim 1,

The acoustic energy has a frequency of 500 Hz to 5 MHz, and the acoustic energy associated with a direction substantially parallel to the bottom surface of the single semiconductor substrate is such that the liquid in the feature defined on the bottom surface of the single semiconductor substrate. Providing a sonic flow energy to supplement the concentration of.

The method of claim 1,

And the first megasonic transducer and the second megasonic transducer are configured to operate in phase.

The method of claim 1,

And the first megasonic transducer and the second megasonic transducer are configured to operate out of phase.

delete