KR100550344B1 - 웨이퍼 애싱방법 - Google Patents

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Abstract

애싱공정을 수행하는 동안 포토레지스트 층에서 파핑(popping) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 웨이퍼 애싱방법이 개시되어 있다. 포토레지스트 층이 형성된 웨이퍼를 가공 챔버 내부로 이송시키고, 웨이퍼 파지용 핀을 상승시켜 가공 챔버 내부로 이송된 상기 웨이퍼를 파지한다. 다음에, 진공 펌프를 가동시켜 상기 가공 챔버 내부를 진공화시킨 후, 상기 웨이퍼 파지용 핀을 서서히 하강시켜 상기 웨이퍼를 고온의 웨이퍼 지지대 상에 안착시킨다. 포토레지스트 층과 반응하는 가스를 상기 웨이퍼의 포토레지스트 층을 향해 분사시키고, RF 전류를 인가하여 상기 가스를 활성화시킨다. 설정된 시간이 경과한 후 가스 및 RF 전류의 공급을 중단하고, 상기 가공 챔버 내의 압력을 최저로 조정한 후 챔버 내의 압력을 질소로 정화시켜 상압으로 한다. 가공챔버 내부가 진공화된 상태에서 상기 웨이퍼 파지용 핀이 하강되므로 공기와의 마찰에 의해 웨이퍼가 옵셋 배치되는 것을 방지할 수 있고, 상기 웨이퍼 파지용 핀이 서서히 하강되므로, 급작스런 열교환으로 인해 포토레지스트 층에서 파핑현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

웨이퍼 애싱방법{METHOD OF ASHING A WAFER}
도1은 종래 웨이퍼 애싱공정을 보여주는 플로우 챠트이다.
도2는 웨이퍼의 상면에서 파핑현상이 발생하는 것을 보여주는 도면이다.
도3은 웨이퍼 지지대로부터 웨이퍼가 옵셋되는 상태를 보여주는 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 애싱공정을 보여주는 플로우 챠트이다.
도5는 웨이퍼 애싱장치를 보여주는 도면이다.
도6은 웨이퍼가 핀에 의해 웨이퍼 지지대로부터 상승된 상태를 보여주는 도면이다.
도7은 웨이퍼가 웨이퍼 지지대에 안착된 상태를 보여주는 도면이다.
도8은 웨이퍼가 핀에 의해 상승된 상태에서 웨이퍼 지지대로부터 발생하는 열에 의해 서서히 가열되는 상태를 보여주는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 애싱장치 110 : 가공 챔버
120 : 웨이퍼 지지대 130 : 웨이퍼
135 : 핀 137 : 핀 구동장치
140 : 배출 덕트 150 : 진공펌프
P : 파핑물 PR : 포토레지스트 층
본 발명은 반도체 소자 제조 공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 애싱공정을 수행하는 동안 웨이퍼의 포토레지스트 층에서 파핑(popping) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 웨이퍼 애싱(ashing) 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 실리콘으로 형성되는 웨이퍼 상에 반도체 장비를 이용하여 소정의 전기적 특성을 갖는 막질(thin film)을 도포시키므로써 제조된다. 상기 막질은 통상적으로 리소그래피, 화학 또는 물리적 증착, 플라즈마 에칭 및 애싱(ashing) 등과 같은 일련의 반도체 공정을 통해 상기 웨이퍼 상에 도포되며, 상기 도포 공정이 완료된 웨이퍼는 반도체 소자 또는 반도체 칩을 제조하는 용도로 사용되게 된다.
상기 반도체 제조 공정 중에서, 애싱 공정은 웨이퍼 상에 특정 패턴을 형성시킨 후 목적달성을 완료한 포토레지스트 층을 상기 웨이퍼로부터 제거하여 후속공정으로 이송시키기 위한 단위 공정이다.
상기 애싱 공정에서는 고온(100-500℃)을 이용하여 포토레지스트 층의 격자구조를 느슨하게 만들고, 주(main) 가스인 산소 및 추가 첨가 가스를 이용하여 가공 챔버 내의 분위기를 플라즈마 상태 또는 오존 형태로 바꾸어 원하는 제거 막질인 포토레지스트 층과 반응하게 하여 포토레지스트 층을 제거하고 있다.
최근 상기 애싱공정을 수행하는 장치들은 단계(step)당 처리 능력, 공정의 안정성 및 생산성의 견지에서 낱장 단위로 공정을 진행하는 설비들이 주류를 이루고 있다. 이러한 애싱 장비 및 애싱 공정의 일 예들이 미합중국 특허 제5,763,328호(issued to Yoshihara et.al, on June, 9, 1998), 5,840,203호(issued to Peng on November 24, 1998) 및 5,677,113호(issued to Suzuki et al, on October 14, 1999) 등에 개시되어 있다.
도1에는 종래 웨이퍼 애싱 공정을 보여주는 플로우챠트가 도시되어 있다. 도1에 도시되어 있는 바와 같이, 종래 웨이퍼 애싱 공정은 웨이퍼(130; 도2 참조)를 가공 챔버의 내부로 이송시키는 단계(S1)를 포함한다. 상기 단계(S1)는 로봇 또는 핸들러에 의해 이루어진다.
상기 웨이퍼(130)가 가공 챔버 내로 이송되면, 제어부에 프리셋되어 있는 소정의 알고리즘에 따라 웨이퍼 지지대(120; 도2 참조)에 설치되어 있는 웨이퍼 파지용 핀(도시 안됨)이 상승하여 상기 웨이퍼(130)를 파지한다(S2). 상기 웨이퍼(130)가 상기 웨이퍼 파지용 핀 상에 안착되면, 상기 로봇이 아웃되어, 원위치로 복귀하며(S3), 상기 웨이퍼 파지용 핀은 하강하여 상기 웨이퍼(130)를 웨이퍼 지지대(130) 상에 안착시킨다(S4). 상기 웨이퍼 지지대(130)는 가열 플레이트로서 대략 100-500℃의 온도를 유지한다.
이어서, 진공 펌프가 작동하여 가공 챔버를 진공상태로 만든다(S5). 상기 가공 챔버가 진공 상태로 되면, 가스 인젝터에 의해 상기 가공 챔버 내에 가스가 분 사된다(S6). 이때 사용되는 가스는 산소(O2), 질소(N2) 및 오존(O3) 등이 있다.
상기 가스의 분사와 동시적으로, 상기 가공 챔버에는 RF 전류가 인가된다(S7). 상기 RF 전류는 고주파 전류로서, 상기 가스의 반응을 활성화시키며, 이에 따라 상기 가공 챔버 내의 분위기는 플라즈마 상태 또는 오존 상태로 변화된다.
상기 가공 챔버 내의 분위기가 플라즈마 상태 또는 오존 상태로 변화됨에 따라, 상기 가공 챔버 내에 배치된 웨이퍼의 포토레지스트 층이 상기 플라즈마 또는 오존과 반응하여 상기 웨이퍼의 상면으로부터 제거된다(S8).
설정된 시간만큼의 플라즈마 가공이 완료되면, 상기 제어부에 의해 RF 전류 공급 및 가스 공급이 차단되며(S9), 진공 펌프의 작동이 중지되어 가공 챔버 내의 압력을 상압으로 만든다(S10). 동시에, 질소 가스(N2)를 사용하여 가공 챔버를 정화(purge)시킨다(S11).
상기 정화 작업이 완료되면, 가공 챔버의 도어가 개방되고, 상기 웨이퍼 파지용 핀이 상승하여 상기 웨이퍼(130)를 들어올린다(S12). 이 상태에서, 로봇이 상기 가공 챔버 내부로 진입하며(S13), 상기 웨이퍼 파지용 핀이 원위치로 하강하면서 상기 웨이퍼(130)를 상기 로봇의 아암 상에 올려놓는다(S14).
최종적으로 상기 웨이퍼(130)를 파지한 로봇의 아암이 상기 가공 챔버로부터 빠져나오며(S14), 이에 따라, 상기 애싱공정이 종료되게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래 웨이퍼 애싱방법은 포토레지스트 층을 제거하는 과정에서 파핑(popping) 현상이 발생하게 된다는 문제를 안고 있다. 여기서, 파핑 현상이란 애싱공정이 진행되는 중에 경화된 포토레지스트 층이 팝콘 터지듯이 튀어나오는 것을 의미한다.
이러한 파핑 현상은, 도2에 도시되어 있는 바와 같이, 상온의 웨이퍼(130)가 고온의 웨이퍼 지지대(120)에 의해 형성되는 고열 구역(160)에 급작스럽게 접촉함에 따라 웨이퍼(130) 상의 포토레지스트(PR)가 급팽창하므로써 포토레지스트(PR)의 잔유물인 파핑물(P)이 튀어나오기 때문에 발생하는 것이다.
이러한 파핑물(P) 또는 파핑물 입자들은 공정 진행시 웨이퍼(130) 상에 떨어져 제거되지 않고 후속공정에서도 잔존하여 공정불량을 야기시키며, 애싱공정을 진행하는 설비의 가동시간을 저해시키는 요인이 되어 생산성 저하를 야기시킨다.
또한, 종래 애싱방법은, 도3에 도시되어 있는 바와 같이, 웨이퍼 파지용 핀이 웨이퍼(130)를 웨이퍼 지지대(120) 상에 안착시키기 위하여 하강할 때, 웨이퍼(130)와 웨이퍼 지지대(120) 사이의 공기로 인해 저항이 발생하여 웨이퍼(130)가 상기 웨이퍼 지지대(120)의 정위치에 안착되지 못하는 문제를 안고 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점들을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 포토레지스트 층의 파핑 현상을 감소시킬 수 있으며, 웨이퍼를 웨이퍼 지지대의 정위치에 안정적으로 배치시킬 수 있는 웨이퍼 애싱방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은: (1) 포토레지스트 층이 형성된 웨이퍼를 가공 챔버 내부로 이송시키는 단계, (2) 웨이퍼 파지용 핀을 상승시켜 가공 챔버 내부로 이송된 상기 웨이퍼를 파지하는 단계, (3) 진공 펌프를 가동시켜 상기 가공 챔버 내부를 진공화시키는 단계, (4) 상기 진공화된 가공 챔버 내부에 웨이퍼 파지용 핀을 서서히 하강시켜 상기 웨이퍼를 고온의 웨이퍼 지지대 상에 안착시키는 단계, (5) 포토레지스트 층과 반응하는 가스를 상기 웨이퍼의 포토레지스트 층을 향해 분사시키는 단계, (6) RF 전류를 인가하여 상기 가스를 활성화시키는 단계, (7) 설정된 시간이 경과한 후 가스 및 RF 전류의 공급을 중단하는 단계, 및 (8) 상기 가공 챔버 내의 압력을 최저로 조정한 후 챔버 내의 압력을 질소로 정화시켜 상압으로 만드는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 애싱방법을 제공한다.
상기 단계(4)에서 상기 웨이퍼 파지용 핀의 하강 속도는 1cm/0.1-0.2 sec의 범위로 설정된다. 상기 단계(5)는 상기 가공 챔버 내의 압력이 일정 압력으로 고정된 상태에서 진행되며, 상기 가스는 산소, 질소 및 오존으로 구성된 군으로부터 선택된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도5에는 본 발명에 따른 애싱 공정이 수행되는 애싱 장치(100)가 개략적으로 도시되어 있다. 도5에 도시되어 있는 바와 같이, 애싱 장치(100)는 가공 챔버(110) 를 구비한다. 상기 가공 챔버(110) 내에는 대략 100-500℃의 온도를 갖는 웨이퍼 지지대(110)가 설치되어 있다. 상기 웨이퍼 지지대(110)의 상부에는 포토레지스트(PR)층이 형성되어 있는 웨이퍼(130)가 안착된다.
상기 가공 챔버(110)의 상부에는 가스 분사기로부터 상기 가공 챔버(110)로 가스를 전달하는 가스 덕트(50)가 연결되어 있다. 또한, 상기 가공 챔버(110)의 하부에는 진공 펌프(150)에 연결되어 있는 진공덕트(140)가 연결되어 있다. 한편, 도6에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 웨이퍼 지지대(120)에는 웨이퍼 파지용 핀(135)이 설치되어 있다. 상기 웨이퍼 파지용 핀(135)은 핀 구동장치(137)에 의해 상하방향으로 이동된다. 웨이퍼(130)의 유입시 상기 웨이퍼 파지용 핀(135)은 상방향으로 이동되어 상기 웨이퍼(130)를 수납하며, 다시 하방향으로 이동하여 상기 웨이퍼(130)를 웨이퍼 지지대(120) 상에 안착시킨다.
이하, 도4를 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 애싱방법을 상세히 설명하기로 한다.
도4에는 본 발명에 따른 애싱공정을 보여주는 플로우챠트가 도시되어 있다. 도4에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 애싱공정은 포토레지스트(PR)층이 형성되어 있는 웨이퍼(130)를 가공 챔버(110)의 내부로 이송시키는 단계(S10)를 포함한다. 상기 단계(S10)는 로봇 또는 핸들러에 의해 이루어진다.
상기 웨이퍼(130)가 가공 챔버(110) 내로 이송되면, 제어부에 프리셋되어 있는 소정의 알고리즘에 따라 핀 구동장치(137)가 작동하여 웨이퍼 지지대(120)에 설 치되어 있는 웨이퍼 파지용 핀(135)을 상승시킨다(S20). 상기 웨이퍼(130)가 상기 웨이퍼 파지용 핀(135) 상에 안착되면, 상기 로봇이 원위치로 복귀한다(S30).
이어서, 상기 진공 펌프(150)가 작동하여 가공 챔버(110)를 진공상태로 만든다(S40). 이 상태가 도8에 도시되어 있는 상태로서, 상기 가공 챔버(110)가 진공상태로 전화되는 동안 상기 웨이퍼(130)가 고열 구역(160)으로부터 소정 거리를 유지한 채 서서히 가열되게 된다.
이어서, 상기 웨이퍼 파지용 핀(135)이 서서히 하강하여 상기 웨이퍼(130)를 웨이퍼 지지대(130) 상에 안착시킨다(S50). 이때, 상기 웨이퍼 파지용 핀(135)의 하강 속도는 1cm/0.1-0.2 sec의 범위로 설정되는 것이 바람직하다. 상기 웨이퍼 파지용 핀(135)을 서서히 하강시키는 이유는 상온의 웨이퍼(130)가 고온 구역(160)에 급작스럽게 접촉하여 포토레지스트(PR)층이 열팽창되는 것을 방지하기 위함이다. 상기 웨이퍼 파지용 핀(135)이 가공 챔버(110) 내의 분위기가 진공인 상태에서 하강하게 되므로, 상기 웨이퍼(130)와 웨이퍼 지지대(120) 사이에서 공기 등에 의한 저항이 발생되는 것이 차단되며, 따라서, 웨이퍼(130)가 웨이퍼 지지대(120) 상의 정위치에 배치될 수 있게 된다. 이러한 상태가 도7에 도시되어 있다.
상기 웨이퍼(130)가 상기 웨이퍼 지지대(120) 상에 안착되면, 가스 인젝터에 의해 상기 가공 챔버(110) 내로 가스가 분사된다(S60). 이때 사용되는 가스는 산소(O2), 질소(N2) 및 오존(O3) 등이 있다.
상기 가스의 분사와 동시적으로, 상기 가공 챔버(110)에는 RF 전류가 인가된 다(S70). 상기 RF 전류는 고주파 전류로서, 상기 가스의 반응을 활성화시키며, 이에 따라 상기 가공 챔버(110) 내의 분위기는 플라즈마 상태 또는 오존 상태로 변화된다.
상기 가공 챔버(110) 내의 분위기가 플라즈마 상태 또는 오존 상태로 변화됨에 따라, 상기 가공 챔버(110) 내에 배치된 웨이퍼(130)의 포토레지스트(PR)층이 상기 플라즈마 또는 오존과 반응하여 상기 웨이퍼의 상면으로부터 제거된다(S80).
설정된 시간만큼의 플라즈마 가공이 완료되면, 상기 제어부에 의해 RF 전류 공급 및 가스 공급이 차단되며(S90), 진공 펌프(150)의 작동이 중지되어 가공 챔버(110) 내의 압력을 상압으로 만든다(S100). 동시에, 질소 가스(N2)를 사용하여 가공 챔버를 정화(purge)시킨다(S110).
상기 정화 작업이 완료되면, 가공 챔버(110)의 도어가 개방되고, 상기 웨이퍼 파지용 핀(135)이 상승하여 상기 웨이퍼(130)를 들어올린다(S120). 이 상태에서, 로봇이 상기 가공 챔버(110) 내부로 진입하며(S130), 상기 웨이퍼 파지용 핀(135)이 원위치로 하강하면서 상기 웨이퍼(130)를 상기 로봇의 아암 상에 올려놓는다(S140).
최종적으로 상기 웨이퍼(130)를 파지한 로봇의 아암이 상기 가공 챔버로부터 빠져나오게되며(S150), 이에 따라 상기 애싱공정이 종료되게 된다.
상기 단계에 따라 애싱공정을 수행한 결과, 가공 챔버에 대한 청소주기가 기존 5.000-15,000 웨이퍼 당 1회에서, 50,000-150,000 웨이퍼 당 1회로 10배 가량 연장되었으며, 웨이퍼 내에서의 애싱불량 발생률도 기종의 주1회 수준에서 1년간 무발생 수준으로 현격히 감소하였다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 애싱방법은 웨이퍼의 포토레지스트 층에서 파핑현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 애싱방법은 가공 챔버 내의 분위기가 진공인 상태에서 웨이퍼 파지용 핀이 하강하기 때문에, 하강하는 웨이퍼가 공기 등에 의한 저항을 받지 않게 되며, 이에 따라 웨이퍼 지지대의 정위치에 웨이퍼를 안착시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 애싱방법은 가공 챔버의 청소주기를 획기적으로 연장시킬 수 있으며, 애싱공정 중에 발생하는 불량률을 대폭 감소시킬 수 있다는 추가의 장점을 갖는다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 개량이나 변형이 가능하고, 이러한 개량이나 변형 또한 본 발명에 속한다는 것은 당업자라면 인지할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. (1) 포토레지스트 층이 형성된 웨이퍼를 가공 챔버 내부로 이송시키는 단계;
    (2) 웨이퍼 파지용 핀을 상승시켜 가공 챔버 내부로 이송된 상기 웨이퍼를 파지하는 단계;
    (3) 진공 펌프를 가동시켜 상기 가공 챔버 내부를 진공화시키는 단계;
    (4) 상기 진공화된 가공 챔버내에 웨이퍼 파지용 핀을 서서히 하강시켜 상기 웨이퍼를 고온의 웨이퍼 지지대 상에 안착시키는 단계;
    (5) 포토레지스트 층과 반응하는 가스를 상기 웨이퍼의 포토레지스트 층을 향해 분사시키는 단계;
    (6) RF 전류를 인가하여 상기 가스를 활성화시키는 단계;
    (7) 설정된 시간이 경과한 후 가스 및 RF 전류의 공급을 중단하는 단계; 및
    (8) 상기 가공 챔버 내의 압력을 최저로 조정한 후 챔버 내의 압력을 질소로 정화시켜 상압으로 만드는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 애싱방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계(4)에서 상기 웨이퍼 파지용 핀의 하강 속도는 1cm/0.1-0.2 sec의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 애싱방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단계(5)는 상기 가공 챔버 내의 압력이 일정 압력으로 고정된 상태에서 진행되며, 상기 가스는 산소, 질소 및 오존으로 구성된 군으로부 터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 애싱방법.
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