KR100710705B1 - 기판 애싱 방법 - Google Patents

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KR100710705B1
KR100710705B1 KR1020050111855A KR20050111855A KR100710705B1 KR 100710705 B1 KR100710705 B1 KR 100710705B1 KR 1020050111855 A KR1020050111855 A KR 1020050111855A KR 20050111855 A KR20050111855 A KR 20050111855A KR 100710705 B1 KR100710705 B1 KR 100710705B1
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ashing
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heating
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KR1020050111855A
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임영길
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피에스케이 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판 위에 반도체 패턴을 형성시키기 위해 얇은 막(thin film)을 증착시키고 포토레지스트로 패터닝(patterning)한 후 플라즈마(plasma) 에칭을 거쳐 나온 기판의 포토레지스트를 제거시키거나, 소정의 전기적 특성을 갖도록 포토레지스트로 패터닝한 후 이온 주입이 완료된 기판의 포토레지스트를 제거시키는 애싱 방법에 관한 것이다. 본 발명의 기판 애싱 방법은 리프트핀상에 기판을 올려놓는 단계; 공정챔버 내부를 진공으로 형성하는 단계; 상기 공정챔버로 프로세스 가스와 플라즈마 소스를 공급하는 단계; 기판을 가열하여 기판의 포토레지스트를 애싱하는 단계를 포함하되; 상기 애싱 단계는 기판을 1차 공정온도까지 가열하면서 1차 애싱하는 단계와, 상기 기판을 상기 1차 공정온도로 유지하면서 2차 애싱하는 단계 및 상기 기판을 3차 공정온도까지 가열하면서 3차 애싱하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방법에 의하면, 3단계에 걸쳐 애싱 공정을 진행함에 따라 이온이 주입된 포토레지스트를 제거시키는데 있어 포토레지스트의 팝핑 현상이 발생하는 것을 방지시키며 잔류물 발생을 막아 애싱중에 발생하는 이물 및 각종 오염물의 불량을 대폭 감소시킬 수 있다.

Description

기판 애싱 방법{METHOD FOR ASHING SUBSTRATES}
도 1은 본 발명에 따른 애싱공정을 위한 애싱 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애싱 공정에 대한 플로우챠트이다.
도 3은 본 발명에 따른 애싱 공정에 따른 기판의 온도 변화의 일례를 보여주는 그래프이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 공정챔버
110 : 히팅 플레이트
122 : 리프트핀
본 발명은 반도체 소자 제조 공정에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 기판 위에 반도체 패턴을 형성시키기 위해 얇은 막(thin film)을 증착시키고 포토레지스트로 패터닝(patterning)한 후 플라즈마(plasma) 에칭을 거쳐 나온 기판의 포토레지스트를 제거시키거나, 소정의 전기적 특성을 갖도록 포토레지스트로 패터닝한 후 이온 주입이 완료된 기판의 포토레지스트를 제거시키는 애싱 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조공정 중 하나인 포토리소그래피(Photo Lithography) 공정은 기판에 포토레지스터를 코팅하는 단계, 포토 레지스트층을 선택적으로 노광(exposure)하는 단계와, 포토 레지스트 패턴을 발생시키기 위하여 노광된 포토레지스트층을 현상(develope)하는 단계와, 포토 레지스트에 의하여 가려지지 않은 반도체 기판의 영역을 에칭(etching)하는 단계와, 에칭단계에서 마스크로 사용된 포토 레지스트 패턴을 제거하는 애싱 단계로 이루어진다.
여기서, 애싱(ASHING) 공정은 고온(200-300도)으로 가열된 히터 척 위에 기판을 올려놓은 상태로 산소 플라즈마를 잉요하여 포토레지스트층과 반응시켜 제거한다. 그런데, 특히 강하게 이온 주입 공정을 거친 기판의 포토레지스트는 애싱을 진행중에 팝핑(popping) 현상이 발생하여 기판 위에 많은 오염물을 발생시키거나, 팝핑이 없어도 전자 현미경으로 관찰시 미세하게 많은 잔류물(residue)이 남아있어 애싱 이후 케미컬 처리에서도 제거되지 않아 소자 특성에 나쁜 영향을 미친다.
이러한 팝핑 현상은 고온의 히터 척에 놓인 기판이 갑자기 온도가 상승하여 포토레지스트가 급팽창하면서 포토레지스트 잔유물이 챔버 벽 뿐만 아니라 기판 상에도 잔류하여 불량을 야기시킨다.
이러한 팝핑과 잔류물을 제어하기 위하여 저온의 히터척에 기판을 올려놓아 천천히 포토레지스트를 제거시키거나 플라즈마 애싱처리하기 전에 기판을 프리 히팅(pre-heating) 스텝을 두어 포토레지스트내에 들어있는 솔벤트 성분을 제거시킨 다음에 플라즈마를 형성시켜 애싱 처리를 한다.
그런데 저온에서 애싱 처리함에 따른 공정 시간이 길어져 스루풋(throughput) 저감과 생산성을 저감시키는 문제가 발생하거나, 프리 히팅 스텝을 사용함에 따라 포토레지스트가 경화(hardening)되어 잔류물이 남아 이후 케미컬 처리 공정에서도 제거되지 않는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 팝핑과 잔류물을 발생시키지 않는 애칭 장치 및 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 목적은 스루풋 저하 및 생산성 저감 문제를 해결할 수 있는 애싱 방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명의 기판 애싱 방법은 리프트핀상에 기판을 올려놓는 단계; 공정챔버 내부를 진공으로 형성하는 단계; 상기 공정챔버로 프로세스 가스와 플라즈마 소스를 공급하는 단계; 기판을 가열하여 기판의 포토레지스트를 애싱하는 단계를 포함하되; 상기 애싱 단계는 기판을 1차 공정온도까지 가열하면서 1차 애싱하는 단계와, 상기 기판을 상기 1차 공정온도로 유지하면서 2차 애싱하는 단계 및 상기 기판을 2차 공정온도까지 가열하면서 3차 애싱하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 애싱 단계에서 애싱이 수행되는 1-3차 애싱 단계별로 리프트핀의 높이를 조절하면서 기판과 히팅 플레이트의 거리 조절을 통해 기판의 온도를 각 단계별로 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 1차 애싱단계는 리프트핀이 하강되고 리프 트핀에 올려진 기판이 히팅 플레이트에 안착되어 기판이 1차 공정온도까지 가열되고, 상기 2차 애싱단계는 리프트핀이 상승되고 히팅 플레이트로부터 기판이 이격되어 기판이 상기 1차 공정온도로 유지되며, 상기 3차 애싱단계는 리프트핀이 하강되고 리프트핀에 올려진 기판이 히팅 플레이트에 안착되어 기판이 2차 설정온도까지 가열될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 진공단계는 기판이 히팅플레이트와 이격되도록 리프트핀을 상승시켜 기판의 온도가 50℃ 이하를 유지한 상태에서 진행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공급단계는 기판이 상기 히팅 플레이트와 이격되어 기판의 온도가 50℃ 이하를 유지한 상태에서 진행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 1차 공정온도는 80℃ 에서 180℃ 사이이고, 상기 2차 공정온도는 200℃에서 300℃ 사이 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 애싱 단계는 상기 리프트핀의 상승과 하강의 단계를 일정시간에 따라 반복 적용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 2차 애싱단계와 상기 3차 애싱단계를 수회 반복 처리할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 애싱 단계는 상기 리프트핀의 높이 조절을 통해 상기 히팅 플레이트와 기판과의 거리를 0-30mm 내에서 조절하여 기판 온도를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 애싱 단계에서 상기 히팅 플레이트는 200 ℃-300℃를 유지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 애싱 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수 있다. 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 각각의 장치는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 개략적으로 도시된 것이다. 또한, 각각의 장치에는 본 명세서에서 자세히 설명되지 아니한 각종의 다양한 부가 장치가 구비되어 있을 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
(실시예)
도 1은 플라즈마를 이용한 애싱 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1에는 플라즈마 소스(130)에서 생성되는 플라즈마(라디칼)를 이용하여 기판상에 형성된 포토레지스트를 제거하는 애싱 공정이 수행되는 공정챔버(100)가 도시되어 있다. 공정챔버(100) 내부에는 히팅 플레이트(110)가 구비되어 있으며, 히팅 플레이트(110)는 기판(10)상의 포토레지스터가 제거될 수 있는 적정온도(200-300℃)로 유지된다. 히팅 플레이트(110)에는 게이트도어(미도시됨)의 개방에 따라 로봇(미도시됨)에 의해 투입 위치되는 기판(w)의 저면을 받쳐 지지하는 리프트 핀(122)들이 구비되어 있다. 리프트핀(122)들은 기판을 히팅 플레이트(110)에 로드(load) 시키거나 언로드(Unload) 시키기 위하여 수직 상하 구동을 하게 되는데, 히 팅 플레이트(110) 하부에는 리프팅 핀(122)들의 승강 구동을 위한 통상의 구동부(미도시됨)가 구비될 수 있다. 도시하지 않았지만, 통상의 플라즈마 소스에서 생성되는 플라즈마(라디칼)를 이용한 애싱장치와 마찬가지로 배출구(142), 전원장치, 가스 공급부(144) 등이 구비되어 있을 수 있으며 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애싱 공정에 대한 플로우챠트이다. 도 3은 본 발명에 따른 애싱 공정에 따른 기판의 온도 변화의 일례를 보여주는 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면서 상술한 애싱 장치에서의 애싱 공정을 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 애싱 공정은 포토레지스트층이 형성되어 있는 기판(w)이 공정챔버(100)의 내부(자세히 말하면 히팅 플레이트의 상부)로 이송되는 단계(s110)를 포함한다. 상기 단계에서 기판의 이송은 공정챔버(100) 밖에 설치된 로봇(또는 핸들러)에 의해 이루어진다. 참고로, 공정이 시작됨과 동시에 히팅 플레이트(110)는 200℃-300℃로 승온된 상태로 공정이 완료될 때까지 그 온도를 유지하게 된다.
기판(w)이 공정챔버(100) 내부로 이송되면, 기판이 리프트핀(122)들에 의해 지지된다(s120). 리프트핀(122)들은 제어부에서 프리셋되어 있는 소정의 알고리즘에 따라 핀 구동장치가 작동하여 히팅 플레이트(110)로부터 상승하면서 기판을 지지하게 된다. 기판이 리프트핀(122)들에 의해 지지되면 로봇은 공정챔버(100) 밖으로 원위치 된다.
공정챔버(100)가 밀폐된 상태에서 진공펌프를 가동시켜 공정챔버(100)를 진공상태로 만든다(s130). 공정챔버(100)가 상압에서 진공상태로 전환되는 동안 기판의 온도 상승을 방지하기 위해 기판(w)은 히팅 플레이트(110)로부터 이격된 상태에서 대기하게 되며, 기판(w)은 대략 50℃이하(상온)의 온도로 유지하게 된다.
공정챔버(100)가 진공상태로 되면, 프로세스 가스가 공급되며, 이와 동시에 공정챔버(100)에 RF 전류가 인가된다(s140). 프로세스 가스는 이산화탄소 가스, 질소가스, 산소가스, 오존 가스 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. RF 전류 인가에 의해 공정챔버(100) 내부는 플라즈마 상태 또는 오존 상태로 변화된다.
이렇게, 공정챔버(100) 내부가 플라즈마 상태가 되면 기판을 가열하여 기판의 포토레지스트를 제거하는 애싱 단계(s150)가 진행된다. 애싱 단계는 1차 애싱단계(s152), 2차 애싱 단계(s154) 그리고 3차 애싱단계(s156)로 이루어진다.
1차 애싱단계(s152)는 리프트핀(122)들이 하강되고, 리프트핀(122)들에 지지된 기판이 고온의 히팅 플레이트(110)에 안착(접촉)되어 기판 온도는 상온에서 1차 공정온도인 180℃( 최소 80℃에서 최대 200℃까지 가능)까지 상승되면서 애싱이 진행된다. 기판이 1차 공정온도로 상승됨으로써 이온 주입 공정을 거쳐 경화된 포토레지스트 표면을 팝핑현상 없이 천천히 애싱하게 된다. 1차 애싱단계는 기판의 온도가 1차 공정온도에 도달할 때까지만 진행된다. 1차 애싱단계는 대략 2-10초 동안 진행된다.
2차 애싱단계(s154)는 리프트핀(122)들이 상승되고, 히팅 플레이트(110)로부 터 기판이 이격되어 기판이 상기 1차 공정온도로 유지됨면서 애싱이 진행된다. 기판은 고온의 히팅 플레이트(110)에 의한 온도 상승은 일어나지 않지만 플라즈마 상태(가스 종류, 파워, 시간 등)에 따라 기판 온도가 약간의 변화가 일어날 수 있으나 200℃를 넘지는 않는다. 2차 애싱단계는 대략 5-30초 동안 진행된다.
이렇게, 기판에 형성된 포토레지스트 표면(경화된 표면)은 1차 애싱단계에서 2차 예싱 단계를 거치면서 제거되고, 포토레지스트 내부에 있는 휘발성 성분의 제거가 용이하게 되어 팝핑과 잔류물이 남지 않는 일련의 단계가 끝나게 된다. 1차 애싱단계와 2차 애싱단계의 시간은 이온주입시의 주입시간과 이온의 에너지에 따라 경화되는 포토레지스트의 두께에 따라 적절히 조절될 수 있다.
3차 애싱단계(s156)는 리프트핀(122)들이 하강되고, 리프트핀(122)들에 지지된 기판이 고온의 히팅 플레이트(110)에 안착된다. 이 단계에서 기판은 1차 공정온도에서 2차 공정온도인 300℃(최소 200℃에서 최대 320℃ 가능)까지 빠르게 상승되기 때문에 포토레지스트의 애싱율이 높아지게 된다. 3차 애싱단계는 기판의 온도가 고온으로 상승되어 고속으로 애싱 처리가 가능한 부분으로 스루풋을 높일 수 있는 단계이다. 3차 애싱단계는 대략 15-90초 동안 진행된다.
한편, 기판의 이온 임플란트 조건에 따라 팝핑이나 잔류물이 남았는지를 확인하고(s158), 잔류물이 남은 경우 리프트핀들의 상승과 하강을 반복하거나 또는 1차 애싱, 2차 애싱 시간을 조절하며, 필요한 경우에는 리프트핀들의 높이(히팅 플레이트와 기판과의 거리)를 조절하여 기판 온도를 조절하면서 애싱을 수행할 수 도 있다.
기판의 포토레지스트 제거가 완료되면 파워와 가스 공급을 중단하고(s160), 공정챔버(100)를 진공으로 펌핑시켜 챔버 내부를 정화시킨 다음, 다시 질소가스를 공급하여 공정챔버(100) 내부를 대기압으로 형성시킨 후(s170), 기판을 이송함으로써(s180) 애싱공정이 완료된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 애싱 공정은 고온의 히팅 플레이트는 온도를 그대로 유지하면서 플라즈마를 형성시켜 기판의 온도를 상온부터 시작하여 1차 공정온도까지 상승시키며 애싱처리하는 1차 애싱과, 1차 공정온도에서 일정시간 애싱처리하는 2차 애싱 그리고 고온으로 기판 온도를 상승시켜 고속으로 포토레지스트를 제거시키는 3차 애싱으로 이루어지는데 그 특징이 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 3단계에 걸쳐 애싱 공정을 진행함에 따라 이온이 주입된 포토레지스트를 제거시키는데 있어 포토레지스트의 팝핑 현상이 발생하는 것을 방지시키며 잔류물 발생을 막아 애싱중에 발생하는 이물 및 각종 오염물의 불량을 대폭 감소시킬 수 있다.
본 발명은 저온에서 기판을 애싱처리하여 발생되는 스루풋 저하 및 생산성 저감 문제를 해결하였으며, 고온에서 기판을 프리 히팅시켜서 발생되는 포토레지스트 경화에 따른 잔류물 발생 등 애싱중 발생되는 불량을 해결할 수 있었다.
본 발명은 히터 플레이트가 고온 상태를 유지한 상태에서 리프트핀들의 상승 및 하강을 통해 기판의 위치를 조절하는 것으로 기판의 온도를 조절하여 이온이 주입된 포토레지스트 표면을 제거하는데 효과적인 기술이다.

Claims (11)

  1. 기판 애싱 방법에 있어서:
    리프트핀상에 기판을 올려놓는 단계;
    공정챔버 내부를 진공으로 형성하는 단계;
    상기 공정챔버로 프로세스 가스와 플라즈마 소스를 공급하는 단계;
    기판을 가열하여 기판의 포토레지스트를 애싱하는 단계를 포함하되;
    상기 애싱 단계는
    기판을 1차 공정온도까지 가열하면서 1차 애싱하는 단계와, 상기 기판을 상기 1차 공정온도로 유지하면서 2차 애싱하는 단계 및 상기 기판을 2차 공정온도까지 가열하면서 3차 애싱하는 단계를 포함하며, 상기 2차 애싱단계와 상기 3차 애싱단계는 수회 반복 처리하는 것을 특징으로 하는 기판 애싱 방법.
  2. 기판 애싱 방법에 있어서:
    리프트핀상에 기판을 올려놓는 단계;
    공정챔버 내부를 진공으로 형성하는 단계;
    상기 공정챔버로 프로세스 가스와 플라즈마 소스를 공급하는 단계;
    기판을 가열하여 기판의 포토레지스트를 애싱하는 단계를 포함하되;
    상기 애싱 단계는
    기판을 1차 공정온도까지 가열하면서 1차 애싱하는 단계와, 상기 기판을 상기 1차 공정온도로 유지하면서 2차 애싱하는 단계 및 상기 기판을 2차 공정온도까지 가열하면서 3차 애싱하는 단계를 포함하며,
    상기 1,2,3차 애싱 단계는 리프트핀의 높이를 조절하면서 기판의 온도를 조절하고, 상기 리프트핀의 상승과 하강의 단계를 일정시간에 따라 반복 적용하는 것을 특징으로 하는 기판 애싱 방법.
  3. 기판 애싱 방법에 있어서:
    리프트핀상에 기판을 올려놓는 단계;
    공정챔버 내부를 진공으로 형성하는 단계;
    상기 공정챔버로 프로세스 가스와 플라즈마 소스를 공급하는 단계;
    기판을 가열하여 기판의 포토레지스트를 애싱하는 단계를 포함하되;
    상기 애싱 단계는
    리프트핀이 하강되고 리프트핀에 올려진 기판이 히팅 플레이트에 안착되어 기판을 1차 공정온도까지 가열하면서 1차 애싱하는 단계와,
    리프트핀이 상승되고 히팅 플레이트로부터 기판이 이격되어 기판을 상기 1차 공정온도로 유지하면서 2차 애싱하는 단계 및;
    리프트핀이 하강되고 리프트핀에 올려진 기판이 히팅 플레이트에 안착되어 기판을 2차 설정온도까지 가열하면서 3차 애싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 애싱 방법.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공단계는 기판이 히팅플레이트와 이격되도록 리프트핀을 상승시켜 기판의 온도가 50℃ 이하를 유지한 상태에서 진행되는 것을 특징으로 하는 기판 애싱 방법.
  5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급단계는 기판이 상기 히팅 플레이트와 이격되어 기판의 온도가 50℃ 이하를 유지한 상태에서 진행되는 것을 특징으로 하는 기판 애싱 방법.
  6. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차 공정온도는 80℃- 180℃사이 인 것을 특징으로 하는 기판 애싱 방법.
  7. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차 공정온도는 200℃ - 300℃사이 인 것을 특징으로 하는 기판 애싱 방법.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 애싱 단계는
    상기 리프트핀의 상승과 하강의 단계를 일정시간에 따라 반복 적용하는 것을 특징으로 하는 기판 애싱 방법.
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 2차 애싱단계와 상기 3차 애싱단계를 수회 반복 처리하는 것을 특징으로 하는 기판 애싱 방법.
  10. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 애싱 단계는
    상기 리프트핀의 높이 조절을 통해 상기 히팅 플레이트와 기판과의 거리를 0-30mm 내에서 조절하여 기판 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 애싱 방법.
  11. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 애싱 단계에서 상기 히팅 플레이트는 200℃-300℃를 유지하는 것을 특 징으로 하는 기판 애싱 방법.
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