KR100427998B1 - 압전 웨이퍼를 이용하는 집적 회로 장치 제조에서의포토레지스트 패턴 제거 방법 - Google Patents

압전 웨이퍼를 이용하는 집적 회로 장치 제조에서의포토레지스트 패턴 제거 방법 Download PDF

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Abstract

압전 웨이퍼 상의 도선막 위의 포토레지스트 패턴 제거 방법이 개시된다. 이 방법은, 압전 웨이퍼 위로 도선막을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하는 식각 단계 및 상기 포토레지스트 패턴을 레이저 조사로 제거하는 단계를 구비한다. 레이져 조사는 라인 빔 스캔 방식을 채택하는 것이 일반적이며, 웨이퍼 한 지점에 1회 스캐닝에 의해 1 내지 250회의 광 펄스가 조사되는 것이 바람직하다.

Description

압전 웨이퍼를 이용하는 집적 회로 장치 제조에서의 포토레지스트 패턴 제거 방법{METHOD OF REMOVING PHOTORESIST PATTERN IN THE FABRICATION OF INTEGRATED CIRCUIT USING PIEZO-ELECTRIC WAFER}
본 발명은 포토레지스트 패턴의 제거 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전 웨이퍼를 이용하는 집적 회로 장치 제조에서의 포토레지스트 패턴 제거 방법에 관한 것이다.
회로 장치 가운데 쏘 필터 (saw filter) 등의 일부 회로 장치는 압전 물질의 특성을 이용하기 위해 압전 웨이퍼 상에 회로를 형성한다. 이때 회로 형성을 위해특정 물질막을 압전 웨이퍼에 적층하고 패터닝하여 배선이나 소자 구조를 이루는 작업을 실시하게 된다. 통상적으로, 패터닝 작업은 대상 물질막 위에 포토레지스트 패턴을 형성하고 이를 식각 마스크로 사용하여 대상 물질막을 식각하는 방법으로 이루어진다. 포토레지스트막 자체는 회로 장치의 구조막을 이루지 않으며 잔류시 불량의 요인이 된다. 따라서, 후속 작업을 계속하기 위해 패터닝에 사용된 포토레지스트 패턴은 웨이퍼에서 제거된다.
포토레지스트 패턴을 제거하는 방법으로는 습식 제거 방법과 건식 제거 방법이 있다. 습식 제거 방법은 폴리머 구조를 가지는 포토레지스트 패턴을 화학물질 용액을 이용하여 용해 혹은 연화시켜 웨이퍼에서 분리, 제거시키는 방법이다. 건식 제거 방법은 대개 애싱(ashing)이라고 불리며, 포토레지스트 패턴을 산소, 오존 혹은 플라즈마 형성을 통해 얻어진 산소 함유 라디칼과 작용시켜 기상의 물질로 변화시키고 이를 제거하는 방법이다. 압전 웨이퍼를 이용한 집적 회로 장치의 형성에서는 통상 건식 제거 방법을 사용한다.
그런데, 회로 장치의 소자 고집적화 경향에 따라 단차진 웨이퍼에 패터닝을 실시할 경우, 가로세로비(aspect ratio)가 큰 오목부(concave part)를 채우는 포토레지스트를 제거하기가 어려워지는 문제가 있을 수 있다. 또한, 패터닝을 위한 식각 과정에서 포토레지스트 패턴의 표면은 고에너지를 가진 입자의 작용으로 변성되기 쉽고, 변성된 포토레지스트 패턴은 단순한 건식 제거 방법으로 쉽게 제거되기 어렵다. 그리고, 패터닝의 식각 과정에서 포토레지스트 패턴의 성분과 플라즈마 형성용 가스를 포함하는 식각 가스의 화학 반응에 의해 형성되는 '폴리머(polymer)'가 공정에 문제가 될 수 있다. 즉, 도1과 같이 포토레지스트 패턴(31) 및 목적 패턴(21)을 포함하는 웨이퍼(10) 전면에 '폴리머(polymer:40)'가 침적된다. 침적된 폴리머(40)는 도2에 도시된 바와 같이 포토레지스트 패턴이 제거될 때에도 쉽게 제거되지 않고 잔류하며 도3에 나타난 것과 같이 세정이 완료된 상태에서도 목적 패턴(20) 측벽에 일부 폴리머(40')가 잔류하여 후속 공정이나 완성된 반도체 장치에서 불량 요인이 될 수 있다. 즉, 후속 열공정 등에서 목적 패턴(20) 측벽에 잔류된 폴리머(40')가 스트레스에 의해 분리되면 그 이후 공정에서 파티클로 작용하여 공정 불량을 일으키고, 장치 신뢰성을 저하시키는 문제가 있다.
이런 문제들을 해결하기 위해 건식 제거 방법에 별도의 화학물질 용액을 이용하는 습식 처리 단계를 추가적으로 실시하는 포토레지스트 패턴 제거 방법이 제시되어 사용되고 있다. 그러나, 이런 방법들을 사용할 경우, 공정의 단계가 추가되고, 추가된 단계에 공정에 필요한 물질들이 공급되어야 하며, 그에 따른 폐기물 발생도 증가된다. 그리고 화학물질 용액을 제거하기 위한 세정 단계가 더 필요하다. 결과적으로 포토레지스트 제거를 위한 공정 비용이 높아지는 문제가 있다.
특히, 리튬 탄탈레이트(Li2Ta3O5)를 사용하는 압전 웨이퍼의 경우, 웨이퍼는 10분간 60도씨 변화 정도의 열충격에도 쪼개지기 쉬운 특성이 있다. 압전 웨이퍼에 대한 건식 식각을 실시하는 과정을 보면, 먼저 예열에 의해 70도씨 정도로 웨이퍼 온도를 올린다. 다시 120 내지 130도씨 정도로 서서히 온도를 올리면서 애싱 챔버에 산소 플라즈마를 발생시키고 포토레지스트 제거를 실시한다. 애싱을 위한 플라즈마 형성이 계속되면 공정은 온도가 속히 증가하므로 온도 및 기타 공정 조건을 맞추기 위해 일정 시간 플라즈마 형성을 중단한다. 그리고, 웨이퍼가 75 내지 80도시가 되면 다시 플라즈마를 발생시키고 온도가 올라가면서 애싱이 계속되는 과정을 반복한다. 따라서, 압전 웨이퍼 공정에 있어서 포토레지스트 패턴을 건식 제거 방법으로 제거하는 것은 매우 번거로운 점이 있다.
본 발명은 상술한 압전 웨이퍼를 이용하는 집적 회로 장치 제조에서의 종래의 포토레지스트 패턴 제거 방법의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 종래의 건식 제거 방법에 비해 공정 단계를 단순화하고 제거 효율을 높일 수 있는 압전 웨이퍼 상의 포토레지스트 패턴 제거 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 압전 웨이퍼를 이용하는 집적 회로 장치 제조에서 포토레지스트 패턴 제거시 공정 물질 사용을 줄이고, 폐기물 발생을 줄일 수 있는 압전 웨이퍼 상의 포토레지스트 패턴 제거 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이상에서 언급된 본 발명의 목적 및 본 발명의 다른 목적들은 이하 본 발명의 구성과 상세한 설명을 통해 보다 잘 인식될 수 있을 것이다.
도1 내지 도3은 압전 웨이퍼 상에 포토레지스트 패턴을 제거하는 종래의 방법을 나타내는 공정 단면도들,
도4는 레이져의 라인 빔이 지나가는 웨이퍼 상의 일 지점에서 시간에 따른 온도의 변화를 나타내는 그래프,
도5 내지 도7은 본 발명의 일 실시예에 따라 압전 웨이퍼 상에 포토레지스트 패턴을 제거하는 방법을 나타내는 공정 단면도이다.
(구성)
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압전 웨이퍼 위로 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와 상기 포토레지스트 패턴을 레이저 조사로 제거하는 단계를 구비하여 이루어진다.
본 발명에서 포토레지스트 패턴의 형성 단계와 제거 단계 사이에는 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하는 식각 단계가 통상 구비된다.
포토레지스트 패턴을 레이저 조사(照 射)로 제거하는 단계에서 사용 가능한 레이저로는 크립톤 플로라이드(KrF) 레이져, 아르곤 플로라이드(ArF) 레이져, 제논 클로라이드(XeCl) 레이져, 아르곤 이온(Ar Ion) 레이져, 튠너블 다이(Tunable dye) 레이져 등이 있다. 각각의 레이져는 펄스 타입(pulse type) 혹은 CW 타입으로 레이져 광을 방출하며 고유의 파장(λ) 및 에너지(E=hc/λ:h는 플랭크 상수, c는 광속)를 가진다.
레이져 조사는 레이져 발생기에서 발생시킨 레이져 광을 다양한 폭의 바(bar) 혹은 라인 빔(line beam)으로 형성하고, 라인 빔이 형성된 길이 방향과 수직 방향으로 웨이퍼 위에서 스캔(scan)하는 라인 빔 방식을 채택하는 것이 일반적이다. 즉, 레이져 장치는 좁은 영역에 광을 집중시키는 것이나 하나의 점으로 레이져 광을 출력할 경우, 판넬의 전체를 레이져 광으로 처리하는 것은 너무 많은 시간이 소모된다. 따라서, 통상 레이져 광을 하나의 라인 빔 형태로 출력하여 이 라인 빔을 스캔(scanning)하도록 한다.
한편, 레이져 조사는 레이져 빔 조사 방향이 기판과 수직을 이루도록 이루어지는 것이 일반적이다. 단, 레이져 빔의 세기를 조절하거나 레이져 빔이 커버하는 영역을 넓히기 위해, 혹은 기타의 이유로 레이져 빔의 조사 방향이 기판면과 일정 각을 이루도록 할 수 있다. 이때, 일정 각은 통상 45도 내지 90도의 각이 된다.
포토레지스트 패턴을 제거하는 공정의 질은 레이져 조사의 균일성에 많은 영향을 받는다. 특히, 펄스 타입 레이져 장치의 경우 '펄스 수'의 영향을 받는다. 레이져 발생기의 시간당 발생 광 펄스 수와 스캔 속도에 따라 웨이퍼 상의 한 위치에 조사되는 '펄스 수'가 달라질 수 있다. 펄스 수는 레이져 에너지에 따라 차이가 있을 수 있으나 1회 스캐닝에서 웨이퍼 일 지점에 1 내지 250회의 광 펄스가 조사되는 것이 바람직하다. 또한, 레이져의 파워 밀도(power density: 단위 시간 단위 면적당 에너지)와 레이져 조사 균일성도 공정의 질을 결정하는 중요 요소가 된다.
(작용)
레이져 조사에 의해 폴리머가 제거되는 과정은 광화학적(photochemical) 과정 및 광열적(photothermal) 과정으로 나뉘어 생각될 수 있는데, 먼저, 광화학 작용을 살펴보면, 포토레지스트 패턴과 폴리머는 탄소, 질소, 산소 등의 원소가 단일 혹은 다중 결합하여 형성된다. 이들 원소의 단일 결합 에너지는 대개 크립톤 플로라이드 레이져의 포톤당 에너지보다 낮으므로 레이져 광이 이들 물질을 비추면 물질 내의 원소들은 해리된다. 해리된 원소들은 자체로써 혹은 공정 챔버 내의 산소, 불소 함유 가스 등과 반응하여 가스 상의 결과물들을 만들고 배기를 통해 제거된다.
레이져 광의 열작용을 살펴보면, 포토레지스트 패턴, 폴리머, 기타 웨이퍼 상에 노출된 물질에 레이져 광이 조사되면 이들을 물질내의 원소들을 진동시켜 열이 발생한다. 이 열은 레이져 광이 조사된 한정된 부분에서 물질의 부피를 순간적으로 팽창시킨다. 부피 팽창은 레이져 광에 의한 온도 변화와 열팽창 계수 및 열 확산 거리에 비례한다. 이때, 광열적 과정이 미치는 범위는 공정 웨이퍼의 노출된표면에서 수십 내지 수백 나노미터(nm) 깊이에 한정되며 광 펄스가 비추어진 라인 빔 부분에 한정된다. 따라서, 레이져 광에 의한 순간적인 온도의 변화는 압전형 웨이퍼 전체에 대해 열충격을 거의 주지 않고 표면에 얇게 형성되는 폴리머 등에 집중적 영향을 준다. 열팽창시 목적 패턴을 이루는 물질(알미늄), 웨이퍼(리튬 탄탈레이트), 폴리머 등은 각각의 열팽창률을 가지므로 열팽창 과정에서 그 물질간 계면에 스트레스가 발생한다. 혹은 폴리머 내부에서도 레이져 광을 많이 받은 부분과 적게 받은 부분 사이에 스트레스가 발생된다. 이런 스트레스는 광 펄스가 없어진 뒤 열전도에 의한 방열이 빠르게 일어나는 과정에서도 발생할 수 있다. 이들 열적 진동에 의한 스트레스는 레이져 라인 빔이 지나는 위치에서 '펄스 수'만큼 작용할 수 있다. 이러한 스트레스는 웨이퍼에 침적된 폴리머막을 알미늄 패턴이나 웨이퍼로부터 박리시키고 폴리머막 자체를 균열시키는 기계적 제거 작용을 한다. 기계적 작용에 의해 제거된 폴리머막은 일종의 파티클을 형성하게 된다. 이들 파티클은 챔버에 공급되는 질소 등 블로잉(blowing) 가스에 의해 운반되어 배기구로 배출된다. 도4는 레이져의 라인 빔이 지나가는 웨이퍼 상의 일 지점에서 시간에 따른 온도의 변화를 나타내는 그래프이다. 해당 지점에 수십 나노초(nano second:n sec) 동안 광 펄스가 조사되면 온도가 수백도 가령 200도씨 정도로 급격히 증가하고 곧 전도를 통해 온도가 낮아진다. 이때, 광 펄스가 조사되는 시간은 라인 빔이 해당 지점을 스캔하는 전체 시간에 비해 매우 짧은 순간이다. 이 그래프를 통해 본 발명에서 레이져 광의 열적 진동이 폴리머를 제거하게 됨을 보다 쉽게 이해할 수 있다.
(실시예)
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따라 압전 웨이퍼(100)에 도전막(200)을 적층하고 도전막(200) 위에 포토레지스트 패턴(310)을 형성한 상태를 나타내는 공정 단면도이다. 이때, 웨이퍼(100)는 압전 물질인 리튬 탄탈레이트 (Li2Ta3O5)로 이루어지며, 웨이퍼(100) 위에 도전막(200)이 형성된다. 도전막(200)은 스퍼터링을 통해 알미늄(Al)으로 형성한다. 도전막(200) 위에 포토레지스트막을 도포하고 마스크 노광과 현상을 통해 식각 마스크가 되는 포토레지스트 패턴(310)을 형성한다.
도6을 참조하면, 알미늄에 선택성을 가지는 식각 물질을 이용하여 이방성 건식 식각을 실시하여 웨이퍼(100) 위에 목적 패턴(210)인 알미늄 패턴을 형성한다.
반응성 이온 에칭(reactive ion etching:RIE) 같은 이방성 건식 식각이 이루어지는 과정에서 식각 물질은 식각 효율을 높이기 위해 플라즈마 상태를 형성하게 된다. 플라즈마 형성 가스를 포함하여 식각 물질로 이루어진 플라즈마는 식각 과정에서 포토레지스트 물질 기타 웨이퍼에 노출된 물질과 반응하여 폴리머(400)를 형성한다. 형성된 폴리머(400)는 공정 웨이퍼(100) 전 표면에 침적된다.
도7을 참조하면, 본 발명에 따라 포토레지스트 패턴과 웨이퍼 전면에 침적된 폴리머를 가지는 도6 상태의 공정 웨이퍼에 레이져 조사를 실시한다. 레이져 조사는 가령 펄스 타입에 248nm의 파장과 포톤(photon)당 5.01 eV의 에너지를 가지는 크립톤 플로라이드 레이져 발생기를 사용하여 이루어질 수 있다. 결과, 도시된 바와 같이 웨이퍼(100) 위에는 목적 패턴(210)만 남고 포토레지스트 패턴과 폴리머는완전히 제거된다.
레이져 발생기에서 발출되어 공정 웨이퍼에 조사된 레이져 광은 펄스 수만큼 웨이퍼 내의 해당 위치를 비추게 된다. 이때 레이져 광의 작용은 열작용과 화학작용으로 나누어질 수 있다. 이들 작용은 서로 상승적으로 작용하여 포토레지스트 패턴과 폴리머를 제거시킨다.
웨이퍼에 조사되는 레이져 광의 일 지점에 대한 펄스 수는 1 내지 250회, 바람직하게는 3 내지 6회 이며, 에너지 밀도는 10 내지 500 mJ/cm2정도가 통상적이며, 스캔 속도는 분당 100 내지 1200mm 정도가 바람직하다.
공정 웨이퍼에 대한 레이져 조사가 이루어지는 공정 챔버는 대기압 혹은 진공 상태로 운영될 수 있다. 즉, 레이져 조사에 의한 폴리머 및 포토레지스트 제거 공정은 대기가 유입될 수 있는 대기압 상황 혹은 헬륨, 산소, 오존, 암모니아, 염소, 질소 가스 가운데 적어도 하나를 포함하는 조합 가스가 유입되는 진공 상황에서 이루어질 수 있다. 이때, NF3, CF4등의 제거되는 물질의 에칭용 가스를 조합 가스에 포함시키는 것이 바람직하다. 질소나 아르곤 등은 조합 가스 내에 포함되어 다른 가스를 운반하는 캐리어 가스나 챔버 내의 파티클, 결과물 가스 등을 배기시켜 제거하는 블로잉 가스로 역할을 할 수 있다. 가령, 본 실시예에서 진공 상태의 챔버에 공급되는 조합 가스로는 폴리머, 포토레지스트 패턴을 제거하기 위한 산소, 오존 등 산소 함유 가스와 블로잉 가스로서 질소가 혼합된 가스를 사용할 수 있다. 또는, 대기압에서 대기의 유입과 별도로 챔버에 질소를 블로잉 가스로 공급하면서레이져 조사 공정을 진행할 수 있다.
레이져 조사 단계에서는 상기 조합 가스가 공급되는 동시에 공정 결과 얻어지는 가스 및 파티클을 배출하기 위한 배기가 동시에 이루어진다. 따라서, 공정 챔버는 가스 공급 및 배기를 위해 가스 배관 및 진공 배관과 연결된다.
본 발명에 따르면, 압전 웨이퍼 상에 패턴을 형성함에 있어서 패터닝에 사용된 포토레지스트 패턴과 패터닝 과정에서 발생하는 폴리머를 레이저 빔 조사를 통해 신뢰성 있게 제거할 수 있으며, 별도의 세정 공정을 생략할 수 있다. 따라서, 포토레지스트 패턴 제거 공정을 단순화하고 효율성을 높일 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 압전 웨이퍼가 열충격에 약한 특성이 공정을 어렵게 하는 문제가 발생하지 않는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 압전 웨이퍼 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    식각 마스크를 이용하여 상기 포토레지스트 패턴을 식각하는 단계; 및
    질소가스 및 아르곤가스 중에서 적어도 하나를 포함하는 블로잉가스를 상기 압전 웨이퍼가 위치하는 공정챔버내로 주입하면서 레이저를 조사하여 상기 압전 웨이퍼로부터 상기 포토레지스트 패턴을 제거하고, 상기 압전 웨이퍼로부터 유리된 파티클 또는 결과물 가스를 상기 공정챔버로부터 배출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 웨이퍼 상의 포토레지스트 패턴 제거 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저는 펄스타입의 크립톤 플로라이드(KrF) 레이저 및 제논 클로라이드(XeCl) 레이저 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 압전 웨이퍼 상의 포토레지스트 패턴 제거 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    레이저 발생기에 의해 발생된 상기 레이저 빔을 소정의 폭을 갖는 바(bar)형태의 빔으로 형성하고, 상기 바형태의 빔을 상기 바형태의 빔의 장축과 수직방향으로 이동시키면서 상기 압전 웨이퍼에 조사하는 것을 특징으로 하는 압전 웨이퍼 상의 포토레지스트 패턴 제거 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 압전 웨이퍼상의 한 지점에 대해 조사되는 상기 바형태의 빔의 펄스 수는 1 내지 250인 것을 특징으로 하는 압전 웨이퍼 상의 포토레지스트 패턴 제거 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 공정챔버내는 대기압으로 유지되는 것을 특징으로 하는 압전 웨이퍼 상의 포토레지시트 패턴 제거 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저는 상기 압전 웨이퍼의 상면에 대해 45˚ 내지 90˚의 입사각으로 조사되는 것을 특징으로 하는 압전 웨이퍼 상의 포토레지스트 패턴 제거 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 공정챔버내는 진공으로 유지되는 것을 특징으로 하는 압전 웨이퍼 상의 포토레지스트 패턴 제거 방법.
  8. 제 1항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 공정챔버내로 NF3, CF4, O2, O3, NH3, 및 Cl 중에서 적어도 하나를 추가로 주입하면서 상기 압전 웨이퍼로 상기 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 압전 웨이퍼 상의 포토레지스트 패턴 제거 방법.
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